hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核内分子の包括的解析を基盤とした消化器癌診断法の開発

本研究では、遺伝子変異やDNAメチル化、ヒストン修飾異常などの核内分子の網羅的に解析することにより、消化器癌の早期診断や発癌リスク予測に有用な、新しい分子マーカーを開発し、臨床応用することを目的とする。これまで、WNTやRASシグナルの制御因子が大腸癌、胃癌においてDNAメチル化により不活化されることを報告してきた(Oncogene,2007,;Carcinogenesis,2007)。本年度は、発癌高危険群である皺襞肥大型胃炎におけるゲノムワイドなメチル化レベルを解析し、発癌高危険群の分子マーカーとしての応用を試みた。LINE-1メチル化レベルはHP非感染(HP-)57%、HP感染・皺襞肥大陰性(HP+/EF-)56.6%、HP感染・皺襞肥大(HP+/EF+)53.5%でHP+/EF+で低下した(P<0.0001)。CDH1、CDH13、PGP9.5メチル化レベルはHP-と比べHP+/EF-で上昇(P<0.0001)、HP+/EF-とHP+/EF+ではCDH1のみが上昇(P<0.001)した。各メチル化レベルは正の相関を示し(P<0.0001)、LINE-1と負の相関を示した(P<0.05)。胃癌ではLINE-1メチル化レベルは平均53%で慢性胃炎に比べ低下し(P<0.01)、LINE-1低メチル化を認める症例でp53変異を高率に認めた(P<0.01)。今回の検討から慢性胃炎でLINE-1低メチル化とCDH1、CDH13、PGP9.5の異常メチル化は相関を認め、発癌過程においてはゲノム全体の低メチル化と関連して局所的高メチル化が起こることが明らかとなった。癌におけるゲノムワイドな低メチル化は、クロマチン構造の異常を引き起こし、染色体不安定性を誘導すると考えられており、LINE-1メチル化レベルは発癌高リスク群の予測に有用であると考えられた。胃癌や大腸癌は早期発見により治癒が期待できる癌であり、高感度、高特異度で高速かつ大量に検体を解析できる消化器癌分子診断法あるいはスクリーニング法を開発することは重要な課題である。本研究では、胃癌および大腸癌において遺伝子変異や、DNAメチル化、ヒストン修飾などのエピジェネティックな異常、さらにはマイクロRNAの異常など、核内分子の包括的解析を行い、消化器癌の分子診断法およびリスク診断法を開発することを目的とする。本年度はゲノムスクリーニング法である、MCA法を用いて胃癌において異常メチル化しているゲノム領域を増幅し、RDA法によるサブトラクションを行なった。その結果、新規メチル化の標的遺伝子を7個同定した。同定した遺伝子の中でも、DFNA5遺伝子は腫瘍細胞にアポトーシスを誘導する作用を有し、大腸癌および胃癌において高率にメチル化により不活化されていた。胃癌のハイリスク群である皺襞肥大型胃炎は胃癌の高リスク群として重要である。皺襞肥大型胃炎におけるE-cadherin遺伝子のメチル化をbisulfite-sequence法により解析し、H.Pylori陰性胃炎、H.Pylori陽性胃炎、H.Pylori陽性かつ皺襞肥大陽性胃炎の順にメチル化が亢進することを明らかにした。

また、ゲノムワイドな異常メチル化を有する胃癌において、異常メチル化にEpstein-Barrウイルスが重要な役割を果たすことを明らかにした。また、大腸癌あるいは大腸腺腫を有する患者由来の便、血清から、複数遺伝子の遺伝子変異・異常メチル化の検出に成功した。今後は、解析する遺伝子マーカーをさらに増やし、感度・特異度の向上を目指す。本研究では、遺伝子変異やDNAメチル化、ヒストン修飾異常などの核内分子の網羅的に解析することにより、消化器癌の早期診断や発癌リスク予測に有用な、新しい分子マーカーを開発し、臨床応用することを目的とする。これまで、WNTやRASシグナルの制御因子が大腸癌、胃癌においてDNAメチル化により不活化されることを報告してきた(Oncogene,2007,;Carcinogenesis,2007)。本年度は、発癌高危険群である皺襞肥大型胃炎におけるゲノムワイドなメチル化レベルを解析し、発癌高危険群の分子マーカーとしての応用を試みた。LINE-1メチル化レベルはHP非感染(HP-)57%、HP感染・皺壁肥大陰性(HP+/EF-)56.6%、HP感染・皺襞肥大(HP+/EF+)53.5%でHP+/EF+で低下した(P<0.0001)。CDH1、CDH13、PGP9.5メチル化レベルはHP-と比べHP+/EF-で上昇(P<0.0001)、HP+/EF-とHP+/EF+ではCDH1のみが上昇(P<0.001)した。各メチル化レベルは正の相関を示し(P<0.0001)、LINE-1と負の相関を示した(P<0.05)。胃癌ではLINE-1メチル化レベルは平均53%で慢性胃炎に比べ低下し(P<0.01)、LINE-1低メチル化を認める症例でp53変異を高率に認めた(P<0.01)。今回の検討から慢性胃炎でLINE-1低メチル化とCDH1、CDH13、PGP9.5の異常メチル化は相関を認め、発癌過程においてはゲノム全体の低メチル化と関連して局所的高メチル化が起こることが明らかとなった。癌におけるゲノムワイドな低メチル化は、クロマチン構造の異常を引き起こし、染色体不安定性を誘導すると考えられており、LINE-1メチル化レベルは発癌高リスク群の予測に有用であると考えられた。
ウエルシュ菌ε-毒素の活性化および作用機序の解析

1.ウエルシュ菌のε-毒素は不活性な前駆体として産生される。λ-毒素、トリプシン、およびキモトリプシンによるε-毒素前駆体の活性化の機序について検討した。λ-毒素、トリプシンおよびトリプシンとキモトリプシンを作用させたときの活性化毒素のマウスに対するLD50はそれぞれ110ng/kg体重、320ng/kg体重、65ng/kg体重であった。ε-毒素前駆体はλ-毒素によってN末端側より10アミノ酸残基が、C末端側より29アミノ酸残基が切断除去されて活性化された。トリプシンではN末端側より13アミノ酸残基が、C末端側より22アミノ酸残基が切断除去されて活性化された。トリプシン作用後さらにキモトリプシンを作用させるとC末端アミノ酸がさらに7残基切断除去され、毒素活性が上昇した。以上の結果から、N-末端およびC-末端両側での切断がε-毒素の活性化に必要であると思われる。2.ウエルシュ菌のε-毒素が脳の神経細胞、とくに海馬の神経細胞を傷害することを明らかにした。ε-毒素(50ng/kg)をラットに静注したのち、脳の神経細胞への影響を調べたところ、主に海馬の神経細胞に核濃縮を伴う細胞の変形が認められた。次に、海馬の神経細胞傷害を抗MAP2抗体による免疫染色によって観察した。ε-毒素非投与時に比較して明らかな神経細胞核周囲部や樹状突起における染色性が欠落しており、細胞骨格にも傷害が及んでいるていることが明らかとなった。また、海馬のTimm法による亜鉛染色をおこなったところ、ε-毒素投与後における染色性の相違が認められた。さらに、グルタミン酸レセプターの拮抗剤、および前シナプスからのグルタミン酸放出の阻害剤によってε-毒素投与時における海馬の神経細胞傷害が抑えられたことより、ε-毒素が海馬におけるグルタミン酸作動系を異常に亢進させ、神経細胞に傷害を与えることが示唆された。ウエルシュ菌(Clostridium perfringens)の産生するε-毒素は強い致死毒素であるが、不活性な毒素前駆体として産生される。ε-毒素前駆体はトリプシンによって活性化を受けることが報告されているが、その作用機序としてε-毒素前駆体のN末端側が切断されることが報告されているにすぎない。こそで、本研究ではε-毒素前駆体の活性化において、トリプシンによるC末端側の切断の有無、菌本来の産生するプロテアーゼによる活性化の有無に着目し、次の点を明らかにした。(1)トリプシン以外にも同じ菌によって産生されるプロテアーゼであるλ-毒素によってε-毒素前駆体が活性化を受ける。(2)ε-毒素前駆体の活性化は単にN末端側のみならずC末端側が切削されることによって起こる。(3)λ-毒素およびトリプシン、キモトリプシンによるN末端側およびC末端側の片断点を決定した。(4)N末端側、C末端側における切断点の相違によって活性化毒素の致死活性が異なる。活性化毒素のマウスに対するLD_<50>は110ng/kg体重であった。

トリプシンではN末端側より13アミノ酸残基が、C末端側より22アミノ酸残基が切断除去されて活性化された。LD_<50>は320ng/kg体重であった。トリプシン作用後さらにキモトリプシンを作用させるとC末端アミノ酸がさらに7残基切断除去され、LD_<50>は65ng/kg体重に上昇した。以上の結果を(1)ε-毒素前駆体の全アミノ酸配列の決定、(2)ε-毒素前駆体およびλ-毒素の精製、(3)活性化ε-毒素のTOF-マススペクトルによる分子量の決定およびN末端アミノ酸の分析、によって明らかにした。ウエルシュ菌ε-毒素の作用機序について研究し、脳の神経細胞、とくに海馬の神経細胞がε-毒素により傷害を受けることを明らかにした。(1)脳の神経細胞に対するε-毒素の作用ε-毒素をラットに投与したのち、脳の神経細胞への影響を形態学的観察(ヘマトキシリン・エオジン染色)によって調べた。50ng/kgのε-毒素を静注して4時間後の観察では主に海馬の神経細胞の傷害が認められた。特にCA1,CA3領域の錐体細胞に核濃縮を伴う細胞の変形が認められた。次に、海馬の神経細胞傷害を抗MAP2抗体による免疫染色によって観察した。ε-毒素非投与時に比較して明らかな神経細胞核周囲部や樹状突起における染色性が欠落しており、細胞骨格にも傷害が及んでいるでいることが明らかとなった。(2) ε-毒素のグルタミン酸作動系に及ぼす影響ε-毒素の海馬における傷害がコリン作動系、グルタミン酸作動系、いずれの作動系の傷害によるのかを海馬のTimm法による亜鉛染色およびアセチルコリンエステラーゼ染色をおこなって検討した。ε-毒素投与後におけるアセチルコリンエステラーゼ染色性の相違は認められなかった。一方、亜鉛染色性には相違が認められた。苔状繊維終末に多く含まれる亜鉛は、グルタミン酸の放出を調節していると考えられている。ε-毒素投与によって亜鉛染色性が低下したことは、この部位で異常なグルタミン酸の放出があったことを示している。さらに、グルタミン酸レセプターの拮抗剤であるMK-801やCNQX、および前シナプスからのグルタミン酸放出の阻害剤であるriluzoleによってε-毒素投与時における海馬の神経細胞傷害が抑えられたことより、ε-毒素が海馬におけるグルタミン酸作動系を異常に亢進させ、神経細胞に傷害を与えることが示唆された。ε毒素は不活性な毒素前駆体として産生される。本研究(平成9年度)においてε毒素前駆体はトリプシンまたはλ毒素によって活性化されること、その活性化においてN末端側およびC末端側のペプチドが切断除去されることを明らかにした。しかし、活性化に必須なのはN末端側の切断なのか、C末端側の切断なのか明らかではない。また、Clostridium perfringensはε毒素前駆体と同時にλ毒素を産生する。従ってε毒素をプロテアーゼによるプロセッシングを経ることなく精製することは難しい。しかし、ε毒素の研究には高度に精製された毒素標品が必要である。これらの理由から、組換え毒素の作製を試みた。
ワーク・ライフ・バランスの向上を通じた労働者・夫婦・親子の健康支援に関する研究

本研究の目的は,乳幼児期の子ども(06歳児)を持つ共働き夫婦を対象として,ワーク・ライフ・バランスに注目した健康支援プログラムを新たに開発し,その有効性を大規模な無作為化比較試験によって評価することである。3年目にあたる平成29年度(一部内容を平成30年度に繰越)では,以下の成果を得ることができた。1.パイロット研究で作成した集合研修とその内容を補足するeラーニングを実施するための地域として,長崎,広島,名古屋,静岡,長野,福井,神奈川の7地域を確定し,各地域の代表者(分担研究者ないし研究協力者)が地域の自治体や職域と研修の進め方について協議した。2.全国7地域でプログラムを実施するファシリテーターを養成するためのトレーニングを平成30年6月と9月の2回実施した。研修では,TWIN studyの概要,WLBプログラムの内容,研修の進め方などについて情報提供したうえで,研修内容や進め方に関するブラッシュアップに向けて意見交換を行った。3.プログラム内容を確定した。1回あたり3時間の参加型研修とし,講義,個人ワーク,グループワークから構成した。研修ではパワーポイントとそのハンドアウト,新たに作成したテキストのほか,復習用にパイロット研究で作成したeラーニングを行うことにした。これらの情報を集約したWEBサイトも新規に作成した。4.研究プロトコルを確定して臨床試験登録(UMIN000034201)を行うとともに,倫理審査の申請を行い承認を得た。5.全国7地域ごとに研究参加者のリクルートを行った。具体的には,地域ごとに説明会を実施し,参加への同意が得られた対象者を地域ごとに性別を層別化し無作為に介入群/待機群に割り付けた。広島地区については,平成30年夏の豪雨災害のためリクルートを行えなかった。当初の計画では,平成29年度に職域で参加者をリクルートし,平成30年4月より集合形式の研修を開始する予定であった。しかし,平成28年度に行ったパイロット研究において,職域で十分な数の参加者を確保することが困難なことが判明したことから,研究費の一部を平成29年度に繰越し,時間的制約の少ない個別研修(映像とeラーニングの組合せによる7種類の教材)プログラムを追加開発したことから,リクルート開始時期が遅延した。また,十分な数の参加者を確保するために,リクルートの拠点を職域から地域に変更し,各地域のコーディネーター(分担研究者,研究協力者)を育成したうえで,行政と協力しながら,参加者を確保することにした。このように,研修方法とリクルート方法の見直しにより,当初の研究計画がやや遅れることになった。平成31(令和元)年度では,以下の3点を行う。1.各地区における後発群の集合研修を継続する。2.追加実施が決まった長野地区での本介入を行う。具体的には,対象者のリクルート,対象者の割付,研修の実施(介入群,待機群),効果評価調査の実施を行う。3.長野地区の追加研修終了後,全国6拠点のデータを統合したうえで効果評価の解析を行う。初年度にあたる平成27年度では,以下の成果を得ることができた。1.企業の人事担当者,ワーク・ライフ・バランス担当者,当事者(乳幼児を持つ共働きの労働者)などを対象としたヒヤリングやインターネット調査,先行研究のレビューを行い,プログラム内容や提供形式,対象者設定に関する情報を収集した。2.研究に協力いただく事業所への依頼を行い,2つの事業所(医療機関,製造業)から前後比較試験によるパイロット研究への協力表明を得ることができた。3.パイロット研究で提供するプログラムの構成案が作成された。プログラムの実施については,知識だけでなく動機づけの向上,参加者相互の交流促進による行動変容などを考慮し,集合形式を基本にした。プログラムの内容については,参加者の多様なニーズに対応させるため,毎回異なるテーマを提供すること,参加者の負担を考え6回を標準とすることにした。報告書作成現在,分担研究者および連携研究者よりコンテンツ(案)が作成されている。研究開始当初は,事業所を拠点にプログラム参加者を募集することを想定していた。しかし,(1)協力いただける事業所が予想以上に少なかったこと,(2)1つの事業所においてプログラムの参加対象となる従業員(未就学児を持ちながら夫婦ともに働いている従業員)の数が予想以上に少なかったこと,(3)事業所の中でプログラムを実施する場合の時間を確保することが難しかったこと(月12回,1回あたり60分が限度)などにより,事業所を拠点としないプログラムの実施方法を検討する必要が出てきた。そのため,地域(保健所や子育て支援センターなど)を拠点として参加者を募集する方式や調査会社のモニターを対象に参加者を募集する方式など,様々な募集方式の可能性を検討するに至った。2年目にあたる平成28年度(一部内容を平成29年度に繰越)では,以下の成果を得ることができた。1.パイロット研究で使用する健康支援プログラムが作成された。プログラムは最大7回の集合研修を想定し,1回あたり最大60分の時間枠を想定して構成された。

プログラムの内容は,参加者の多様なニーズに対応させるため,毎回異なるテーマを設定した。知識だけでなく動機づけの向上,参加者相互の交流促進による行動変容を促すため,講師による講義のほか,参加者自身が主体的に関わるワークも準備した。2. 2つの事業所(製造業,医療機関)の従業員を対象としたパイロット研究(集合研修)を行った。製造業では合計7回,医療機関では合計5回のプログラムを実施した。研修の前後には質問紙調査も行い,各種指標を研修前後で比較した。しかしながら,職場では集合研修が可能な時間が限定され(40-60分),研究協力者の参加協力を得るのに困難を要した。3.これらの困難に対処するために,研究費の一部を平成29年度に繰越し,時間的制約の少ない個別研修(映像とeラーニングの組合せによる7種類の教材)プログラムを追加開発し,パイロット研究(個別研修)を実施した。個別研修の前後にはWEB上で質問紙調査を行い,集合研修と同様の指標を研修前後で比較した。当初,2つの事業所におけるパイロット研究(集合研修)を通じて支援プログラムの内容を確定し,平成29年度からの無作為化比較試験につなげる予定であった。しかしながら,パイロット研修を行った職場では,集合研修が可能な時間が限定され(40-60分),研究協力者の参加協力を得るのに困難を要した。研究遂行上,支援プログラムの継続受講を前提とした研修効果を明らかにするには,参加者の協力が不可欠であるため,研修方法として個別研修を新たに追加することとした。そのため,研究費の一部を平成29年度に繰越し,時間的制約の少ない個別研修(映像とeラーニングの組合せによる7種類の教材)プログラムを追加開発し,パイロット研究(個別研修)を実施し,その効果を集合研修と同様の指標を研修前後で比較した。本研究の目的は,乳幼児期の子ども(06歳児)を持つ共働き夫婦を対象として,ワーク・ライフ・バランスに注目した健康支援プログラムを新たに開発し,その有効性を大規模な無作為化比較試験によって評価することである。3年目にあたる平成29年度(一部内容を平成30年度に繰越)では,以下の成果を得ることができた。1.パイロット研究で作成した集合研修とその内容を補足するeラーニングを実施するための地域として,長崎,広島,名古屋,静岡,長野,福井,神奈川の7地域を確定し,各地域の代表者(分担研究者ないし研究協力者)が地域の自治体や職域と研修の進め方について協議した。2.全国7地域でプログラムを実施するファシリテーターを養成するためのトレーニングを平成30年6月と9月の2回実施した。研修では,TWIN studyの概要,WLBプログラムの内容,研修の進め方などについて情報提供したうえで,研修内容や進め方に関するブラッシュアップに向けて意見交換を行った。3.プログラム内容を確定した。1回あたり3時間の参加型研修とし,講義,個人ワーク,グループワークから構成した。研修ではパワーポイントとそのハンドアウト,新たに作成したテキストのほか,復習用にパイロット研究で作成したeラーニングを行うことにした。これらの情報を集約したWEBサイトも新規に作成した。
-癌間質改変による人工ウイルス標的細胞個別化治療戦略の新展開-

膵癌において、線維芽細胞や細胞外マトリックスから構成される癌微小環境は癌の浸潤、転移、薬剤治療抵抗性に重要な役割を果たしている。量的特徴に注目されている膵癌間質の質的特徴の解明、質的変化が膵癌に及ぼす影響を検討した。膵星細胞によって形成される細胞外マトリックスは、膵癌細胞の上皮間葉転換を促進する可能性を見出した。また、低酸素環境が、膵星細胞の産生する細胞外基質のリモデリングを通して、膵癌細胞の遊走を促進することを原著論文で報告した。さらに、膵星細胞は細胞外基質のリモデリングを行い、コラーゲン線維の配列を変化させることで癌の浸潤を亢進している可能性が示唆されたことを国内外の学会で発表した。膵星細胞の癌間質形成誘導機序を検討するにあたり、まず我々はヒト膵癌切除組織より樹立した膵星細胞から三次元細胞外マトリックスを作成した。三次元細胞外マトリックスは、フィブロネクチンやI型コラーゲンを豊富に有した。ヒト膵星細胞から作成した、細胞外マトリックス上で癌細胞を培養すると、癌細胞の形態は通常のディッシュやI型コラーゲンをコートしたディッシュ上での培養と比較して、紡錘形となり、有意なビメンチンの発現増加、E-カドヘリンの発現低下を認め、三次元細胞外マトリックスは癌細胞の上皮間葉転換を促進することが判明した。また、膵星細胞が細胞外マトリックスの質的特性に与える影響を検討したとこと、作成する際の細胞数が多いほどマトリックスの平行な線維の割合が増加することが判明した。膵星細胞の活性化因子として知られるTGFβの添加実験では、細胞外マトリックスに有意な変化はみられなかったが、低酸素下では細胞外マトリックスの平行な線維の割合が増加した。一方、三次元共培養モデルを用いて、膵癌細胞と膵星細胞の共培養実験を行ったとこと、膵癌細胞の浸潤・増殖能は亢進した。また、膵癌細胞の浸潤に先立って、膵星細胞の浸潤がみられ、浸潤した膵星細胞によるコラーゲン線維方向の改変というマトリックス・リモデリング作用が観察されており、膵星細胞の細胞外マトリックス・リモデリングが、膵癌の浸潤・増殖能に影響を与えている可能性が示唆された。膵星細胞による癌間質形成が膵癌に及ぼす影響を検討し、その癌間質を正常間質に改変することを目指す。間質の正常化に着目して、これを制御する薬剤を同定し、さらには人工ウイルスに既存の抗癌剤や抗線維化薬を内包させることで、癌間質がもたらす膵癌治療抵抗性を克服し、新たな膵癌治療戦略を開発することを目的とする。本年度は、膵星細胞による癌間質形成の機序を検討するにあたり、ヒト膵癌切除組織より樹立した膵星細胞を用いて、三次元細胞外マトリックスを作成した。三次元細胞外マトリックスは、フィブロネクチンやI型コラーゲンを豊富に有していた。また、低酸素下で膵星細胞が作成した細胞外マトリックスは、正常酸素下と比較して平行な線維の割合が増加した。さらに、低酸素下で膵星細胞が作成した細胞外マトリックス上では、正常酸素下と比較して癌細胞の運動距離が増加しており、この現象にコラーゲン産生に関わるPLOD2という蛋白質が関与していることを合わせて、原著論文で発表した。また、コラーゲンゲルを用いて、膵癌細胞と膵星細胞の三次元共培養モデルを作成し、膵癌細胞の浸潤・増殖能が、膵星細胞との共培養によって亢進することを見出した。また、浸潤様式を蛍光顕微鏡・共焦点顕微鏡・免疫染色法によって観察すると、膵癌細胞の浸潤に先立って、膵星細胞の浸潤がみられた。膵星細胞の浸潤に伴い、有意にコラーゲン層の厚みが増し、コラーゲン線維方向が細胞の浸潤方向と平行に変化した。膵星細胞は、細胞外基質のリモデリングを行い、コラーゲン線維の配列を変化させることで癌の浸潤を増殖している可能性が示唆され、学会で発表した。ヒト切除組織由来膵星細胞から三次元細胞外マトリックスを作成することに成功し、その線維構築の評価方法も確立できた。さらに作成した三次元細胞外マトリックスを使用して、癌細胞と細胞外マトリックスの相互作用も検討し、細胞外マトリックス上では癌細胞が上皮間葉転換を促進することが判明した。また三次元共培養モデルを用いて、膵癌浸潤において膵星細胞と細胞外マトリックスの関連を検討でき、膵星細胞の細胞外マトリックスリモデリングが、膵癌の浸潤・増殖能に影響を与えていることが示せたことなど、一定の成果を得られたことから、本研究はおおむね順調に進展していると考えられた。医歯薬学今後は、膵星細胞による三次元細胞外マトリックス形成を抑制する因子の同定を行っていく。

細胞外マトリックスの質的特性に影響する膵星細胞の膜蛋白やシグナル伝達物質をターゲットとして、膵星細胞の機能変化を図る。膵癌マウスモデルへの間質標的治療薬投与による膵癌組織における癌間質normalizationの評価を行っていく。また抗癌剤併用による膵癌治療効果の解析も行う。癌間質改変が確認された薬剤と、抗癌剤および抗線維化薬を内包化させた人工ウイルスを併用する事で、その治療効果を検討する予定である。研究はおおむね順調に進展しており効率的に資金を使用できたため試薬類、抗体、実験用マウス、遺伝子改変マウス作成費等
バイオアフィニティメンブレンの合成とそのタンパク質選択的吸着性能の速度論的評価

培養液などのバイオプロセス溶液から有用なタンパク質を分離精製する手段の一つとして、アフィニティクロマトグラフィーが用いられている。これまでのアフィニティ吸着剤は、多糖類あるいはポリビニルアルコールをアフィニティリガンド(親和性配位子)の支持体とするビーズ状吸着剤である。アフィニティビーズを工業的に大規模カラムに充填して使用するとき、タンパク質の樹脂内部への拡散を速めるために、粒子径は10μm程度としているので圧力損失が非常に大きい。そこで、こうした欠点を克服するために、タンパク質が通過できる物理構造を有する精密濾過膜(孔径1-0.1μm)にアフィニティリガンドを導入し、溶液を膜に強制的に透過させてタンパク質とリガンドとの接触を容易にすることが有効である。こうした分離精製を可能にする膜をアフィニティメンベレン(Affinity Membrane)とよぶことにする。本研究では、精密濾過用の中空糸状多孔性ポリエチレン膜にアフィニティリガンドとして疎水性アミノ酸(トリプトファンとフェニルアラニン)を導入する新しい手法を提案した。アフィニティメンブレンの合成プロセスは、前駆体のグラフト重合反応、疎水性アミノ酸の導入反応という2つの反応からなる。膜にタンパク質を速く、多く捕捉するために、膜の合成、物性および性能評価を化学工学の立場からおこない、最適なバイオアフィニティメンブレンのリガンド密度および物理構造を決定した。得られた研究成果をまとめるとつぎの3点である。(1)放射線グラフト重合法を適用して、精密濾過膜にアフィニティリガンドを高密度に付与できる合成法を確立してた。(2)アフィニティ多孔性膜の処理速度が従来のアフィニティビーズのそれに比べてけた違いに大きいことを示した。(3)水酸基の二つ並んだジオール基が基材膜の表面を完全に覆い、表面へのタンパク質の非選択的吸着を抑制できることを示した。アフィニティ吸着剤をリガンドによって分類すると,生物特異的リガンドと,凝生物特異的リガンドとに分けられる.生物特異的リガンドとして,抗原,抗体,基質などがあり,凝生物特異的リガンドとして,アミノ酸,固定化金属,染料などがある.ポリビニルアルコ-ルビ-ズにリガンドとしてフェニルアラニンおよびトリプトファンを有する免疫吸着剤は,重症筋無力症,リウマチなどの治療に使用されている.また,フェニルアラニンリガンドは血しょうタンパク質や酵素の分離にも利用されている.膜を利用するアフィニティクロマトグラフィ-は既存のビ-スを利用するクロマトグラフィ-に比べて次のような利点がある.(1)中空糸膜を充填したモジュ-ルはビ-ス充填層より低い圧力で操作ができる.(2)多孔性膜の内部,すなわち孔の表面に固定されているリガンドに,タンパク質が対流移動するので,吸着速度が大きい.Brandt et al.(1988)は,ゼラチンやプロテインーAを有するアフィニティ膜を使って,それぞれfibronectionやIgGの効果的な分離を行った.しかしながら,アフィニティ膜の合成法,リガンド密度および細孔構造については述べていない.本研究では,放射線グラフト重合法を適用して,ポリエチレン製中空糸状精密濾過膜にリガンドとして,疎水性アミノ酸(フェニルアラニンとトリプトファン)をカップリングした.アフィニティ膜へのタンパク質の吸着性能をバッチ法と膜透過法によって調べ,次の結論を得た.(1)γーグロブリンの吸着容量は,トリプトファン膜のほうがフェニルアラニン膜より大きかった.(2)膜透過法で流量を変化させても,γーグロブリンの吸着破過曲線の形は変化しなかった.

これより,アフィニティ膜が,総括の吸着速度に対して,拡散移動抵抗の無視できる優れた分離材料であることが示された.(3)吸着,溶出を繰り返しても膜の吸着性能は変化しなかった.培養液などのバイオプロセス溶液から有用なタンパク質を分離精製する手段の一つとして、アフィニティクロマトグラフィーが用いられている。これまでのアフィニティ吸着剤は、多糖類をリガンド(親和性配位子)の支持体とするビーズ状吸着剤である。タンパク質が通過できる物理構造を有する精密濾過膜にリガンドを導入し、溶液を膜に強制的に透過させてタンパク質とリガンドの接触を容易にすることが有効である。本研究では、精密濾過用の中空糸状多孔性ポリエチレン膜にリガンドとして疎水性アミノ酸を導入する新しい手法を提案した。アフィニティメンブレンの合成プロセスは、前駆体のグラフト重合反応、疎水性アミノ酸の導入反応という2つの反応からなる。膜にタンパク質を速く、多く捕捉するために、膜の合成、物性および性能評価を化学工学の立場からおこない、最適なバイオアフィニティメンブレンのリガンド密度および物理構造を決定した。昨年度までに,気相グラフト重合法によるアフィニティ膜の合成とそのタンパク質吸着性能の評価をおこなった。その成果を基にして、平成4年度は以下の実験を実施した。(1)アフィニティ膜の物理構造とタンパク質吸着性能との関係の検討:膜厚および細孔径が異なる精密濾過膜を基材として,アフィニティ膜を合成し,そのタンパク質吸着速度の比較と解析をおこなった。(2)血しょう中の病因タンパク質への選択吸着性能の評価:トリプトファンとフェニルアラニンは,筋無力症やリュウマチの難病患者の血しょう中の病因タンパク質にアフィニティを示す.本研究で合成すしたアフィニティ膜を病因タンパク質の除去に利用するとき,アフィニティ膜の免疫グロブリンに対する選択的吸着性が重要となる.そこで,多成分系タンパク質溶液を使って,トリプトファンあるいはフェニルアラニンを固定したアフィニティ膜の選択性を検討した.
プロテオミクスに基づく新規の抗肝炎ウイルス戦略

本研究の目的は、C型肝炎ウイルス(HCV)蛋白質およびB型肝炎ウイルス(HBV)に対して相互作用する宿主因子を同定し、抗ウイルス活性および抗肝がん化活性をもつ化合物を同定し、新規抗肝炎ウイルス療法開発を目指すことである。HCV複製および感染粒子形成に必須である宿主因子としてFKBP6、HM13を同定し、DM-CHX、桂皮酸誘導体などを抗ウイルス化合物および抗肝がん化化合物として同定した。また、HBV複製に重要な因子p-TEFbに対する阻害剤も同定し、抗ウイルス活性があることを示し、ウイルスゲノム排除の可能性も示した。この研究成果、今後の新規抗肝炎ウイルス化合物開発に貢献するものと思われる。1.本年度はPPIスクリーニング系の構築では、core蛋白質と機能的に相互作用するPA28γのホモダイマーによるmammalian-two hybridescreening系の構築をした。化合物スクリーニングLOPACライブラリーを使い、数個の候補化合物が確認できた。また、HBVcore promoterアッセイ系を構築し、新規抗ウイルス剤として数種類を同定した。2.新規培養細胞スクリーニング系によって化合物ライブラリをスクリーニングし、感染および病原性を標的にした化合物同定を行った。プロテオミクス解析から、FKBP6とNS5Aとの相互作用がウイルス複製に重要であることを報告し、FKBP6/8の複合体形成を阻害する化合物同定を行った。3.CDK阻害剤にHBV複製を阻害する化合物を見つけ、その作用機構を次年度解析する。ほぼ順調に研究は進展しており、現時点で問題ない。前年度Protein-Protein interactionスクリーニング系の構築を行い、HCVコアタンパクと機能的に結合するPA28γの評価系を使っていくつかのHCV阻害剤候補を同定した。また、HCVコアによる膜蛋白質2ハイブリットで同定された膜内蛋白質分解酵素に対するプロテアーゼ阻害剤をスクリーニングし、抗HCV剤候補としてLY411575を同定し、ウイルス産生に阻害効果があることを明らかにした。LY411575はウイルスコア蛋白質の成熟を抑制し、コアの分解を促進することで、ウイルス粒子形成を阻害することが示唆された。レプリコン細胞系および培養細胞感染系に対して抗ウイルス効果を検討した結果、この化合物はウイルス複製に対して効果は低く、ウイルス粒子産生に抑制効果を示した。また、抗HBV複製阻害剤(NS5A阻害剤)Daclatasvirの複製阻害効果に対して相乗効果は認められず、ウイルス産生阻害効果に相乗効果があった。さらに、LY411575はウイルス感染による酸化ストレスを軽減し、がん化に関与する因子の産生増加を軽減した。以上のことから、抗ウイルス活性だけでなく、抗がん化作用も期待できることが分かった。さらにCDK阻害剤をHBV感染培養系でスクリーニングし、p-TEFb阻害剤に抗HBV活性があることを見いだした。HBV感染培養細胞系においてウイルスRNA、粒子内DNA、ウイルス感染粒子の産生を有意に阻害した。また、ウイルスを持続的に産生する細胞系でウイルス産生を有意に阻害した。さらに、ヒト肝臓キメラマウスにおいて、in vivoにおけるETVの抗ウイルス活性を増強した。この結果は新たな抗HBV剤開発への貢献に繋がると思われる。ほぼ順調に研究は進呈しており、現時点で問題はない。前年度、C型肝炎ウイルス(HCV)コア蛋白質に対して結合する宿主蛋白質探索を目的に膜2ハイブリット法にて同定した膜内蛋白質酵素HM13に対する阻害剤LY411575に続き、HCVコア蛋白質に結合する宿主因子STAT3を標的にした化合物同定を目的に桂皮酸誘導体をスクリーニングし、二つの誘導体に有意な抗HCV活性を認めた。そのうちselectivity indexが高い誘導体の生物活性を解析した。ウイルス遺伝子型1から4のレプリコン細胞に対する抗HCV活性(EC50)は1.5から7.1μMを示し、インターフェロン活性を介さずにウイルス蛋白質量ならびにウイルス粒子産生量も有意に低下した。その化学構造から、AG490(JAK2阻害剤)と似ていることからSTAT3のTyr705のリン酸化への関与が示唆されたが、抗HCV活性を示す濃度ではSTAT3Tyr705のリン酸化には関与していなかった。NACによってその抗HCV活性は阻害されたことから、宿主細胞の活性酸素誘導能を介していることが示唆された。さらなる化学構造の展開によって、抗がん化作用をもつ抗HCV剤開発が期待される。HCV NS5Aに結合する宿主因子FKBP6/8がHCV複製に必須であることを前々年度に報告し、今年度、その阻害剤の構造展開を行い、抗HCV剤候補を探索したが、現時点で有用な候補は見つかっていない。昨年度、p-TEFb阻害剤に抗B型肝炎ウイルス(HBV)活性を見いだしたことから、その類縁体の抗HBV活性を解析したが、毒性が高く有用な化合物候補は見つからなかった。

この研究成果、今後の新規抗肝炎ウイルス化合物開発に貢献するものと思われる。研究計画に変更はなく、同定した抗ウイルス化合物について作用機構解析を行い、新規抗肝炎ウイルス療法開発に繋げる。研究計画に変更はなく、同定した抗ウイルス化合物および標的因子の解析を通じ、新規抗肝炎ウイルス剤開発に繋げる。ウイルス学
高性能アミン触媒システムの開発

医薬開発の基になる生物機能分子や、生命機能解明に用いる探索子などを開発、創製するためには、意図する有機分子を自在に合成できるようになることが重要である。特に、医薬などの開発では、一つの最適分子に到達するまで、多様な分子を検討する必要がある。従って、官能基に影響されず、穏和な条件下、安全に、高効率的に、意図する反応点で意図する反応を選択的に行なうことを可能にする方法を開発することが望まれる。本課題では、これらに貢献するよう、アミンを触媒とする有機分子触媒反応を提案し、関連する反応の開発や触媒の開発の基礎となる知見を用意すること、また、実際に有用な方法や触媒システムを用意することを目的とし研究を実施した。1.不斉ヘテロディールスアルダー反応の開発:最近開発した、エノンとイサチンからスピロオキシインドール構造を有するテトラヒドロピラノン誘導体を合成する不斉ヘテロディールスアルダー反応について、反応経路、立体選択性の制御の機構、優れた反応加速や立体選択性を得るための触媒システムの要件等について検討し明らかにした。また、新たな触媒システムを検討し、反応の応用性を拡張した。2.無保護糖を基質とする直接的C-グリコシド誘導体合成反応:六員ヘミアセタールを形成する、水酸基無保護の糖(N-アセチルマンノサミン等)を原料とし、穏和な条件下、ワンポットで、形式的にアノメリック炭素上に炭素ー炭素結合を生成し、対応するC-グリコシド誘導体を得る、先駆的反応法を開発した。3.スピロ環を含む多環式化合物を与える不斉反応の開発:2工程で、7つの不斉炭素(その内、2つは四級不斉炭素、1つは四置換不斉炭素)を含む、官能基化されたスピロ環を含む多環式化合物を合成する反応法、およびその触媒システムを開発した。27年度が最終年度であるため、記入しない。医薬や診断薬、生命機能解明に用いる探索子など、機能を有する分子を開発、創製するためには、意図する有機分子を自在に合成できるようになることが重要である。一連の多様な分子を、穏和な条件下、安全に、高効率的に、選択的に合成することを可能にする方法の開発への需要は著しく高い。本課題では、これらの需要に応えるための反応として、アミンを触媒とする有機分子触媒反応を提案し、関連する反応や触媒の開発、また、それらの開発の基礎となる知見を用意すること目的とし、研究を実施した。特に、最近開発した反応システム、および、そのアミン触媒システムについて、生成物を与える反応機構、および、反応加速や立体化学の制御の機構を実験により明らかにすること、また、それらをふまえ、反応システムを改良、拡張し、また、新規に開発することを検討した。1.不斉ヘテロディールスアルダー反応の開発:最近開発した、エノンとイサチンからスピロオキシインドール構造を有するテトラヒドロピラノン誘導体を合成する不斉ヘテロディールスアルダー反応について、反応加速のための触媒システムの用件や、反応経路、立体選択性の制御の機構等について検討した。また、本反応を、他の反応基質を用い行なうことができるよう検討した。2.ピルビン酸エステルの反応性を活用する官能基化された分子の合成反応法の開発:ピルビン酸エステルを直接求核剤とし、官能基化されたジヒドロピラン誘導体をワンポットで合成する反応法を開発した。また、本反応の生成物は、さらなる分子変換により、多様な分子に変換できることを示した。3.アミン塩基を触媒とする迅速なアルドール反応:アミン塩基を触媒とし、穏和な条件下、短時間で生成物を得ることができるアルドール反応法を開発した。3.スピロ環を含む多環式化合物を与える不斉反応の開発:

2工程で、7つの不斉炭素(その内、2つは四級不斉炭素、1つは四置換不斉炭素)を含む、官能基化されたスピロ環を含む多環式化合物を合成する反応法、およびその触媒システムを開発した。不斉ヘテロディールスアルダー反応については、これまでに、酸添加物量の反応速度や立体選択性への影響、生成物の触媒存在下での安定性等などを調べることにより、触媒反応の経路や、立体選択性発現の機構に関する知見を得ている。これらは、本反応の理解と共に、今後の触媒システム設計や反応設計に有用である。また、ピルビン酸エステルを直接求核剤とする反応は、通常困難であると知られているが、触媒を検討することにより達成できた。27年度が最終年度であるため、記入しない。不斉ヘテロディールスアルダー反応については、ジエノファイルとして幅広い基質を用い、意図する生成物を与えることができるように検討する。目的生成物を得るためには、基質の反応性に応じ、適切な触媒システムを開発することが必要であると考えられる。意図する反応を進行させるための反応の制御、また、そのための適切な触媒設計を、論理的に行なうことができるようにすることに繋がるように検討する。これらにより、より優れた触媒設計、触媒開発を可能にする研究を推進する。
ファイバー構造をもつ複素曲面の多角的研究

非特異射影代数曲線の上のファイバー空間構造をもつ非特異射影代数曲面の幾何学的な構造を相対的不変量の間の関係式を通して研究した.とくに,種数3の非超楕円曲線束について,退化ファイバーに偏在する堀川指数や局所符号数といった局所不変量の明示的な表示を考察した.また,多重切断と相対ヤコビ多様体の演算を通して位相的に異なる平面曲線配置を研究し,新たなザリスキー組を得た.代数曲線束をもつ非特異射影代数曲面を主な研究対象として,その垂直方向・水平方向の曲線の研究を文字通りの縦糸・横糸として,射影代数曲面の幾何構造を多角的に研究した.研究代表者や分担者によって得られた研究成果は以下の通りである.まず,垂直方向の曲線に関する成果を述べる.超楕円曲線束の特異ファイバーの構成に自然に現れる正規2重点について,特異点の不変量に対するスロープ不等式を確立し,2重点に対するダーフィー予想の別証明を与えた.また,リーマン面の退化ファイバー芽に対して符号不足数なる概念を定義し考察したが,その際本質的に用いた「Dedekind和の相互律」を今回非常に一般な形に拡張し,その成果をプレプリントとしてまとめた.春井岳による平面曲線の自己同型群の分類において,ガロア点と関連する場合の最大位数を与える曲線の一部を特徴付けた.水平方向の曲線については次の通りである.楕円曲面の切断及び2重切断の幾何学を研究して,これをGalois被覆の構成問題を研究した.その応用として既約成分が2次曲線のみからなるZariski N組の構成した.さらに,射影平面とその上の曲線のペアに関するトポロジーについてGalois分岐被覆を用いた新たな不変量の定式を与えた.その他にも次のような研究を行った.Picard数が2である広い意味の射影カラビ・ヤウ多様体の自己同型群を調べ,いくつかの場合にはそれが有限群になることを示した.また,自己同型群が無限である4次元の例の存在,双有理自己同型群が無限である3次元の存在も示した.加藤・中山・臼井の共同研究シリーズ「退化する混合ホッジ構造の分類空間」のIIIとして羃零軌道の空間を発表した.それらをカラビ・ヤウ多様体のミラー対称性の研究へ応用した.代数曲線束をもつ非特異射影代数曲面を主な研究対象として,その垂直方向・水平方向の曲線の研究を文字通りの縦糸・横糸として,射影代数曲面の幾何構造を多角的に研究した.研究代表者や分担者によって得られた研究成果は以下の通りである.まず,垂直方向の曲線に関する成果を述べる.torigonal曲線束の特異ファイバーには自然に正規3重点の例外集合が現れる.これを考慮して巡回的な3重点の場合に特異点の不変量に対するスロープ不等式を確立した.退化代数曲線族の符号不足数を考察した際に用いた「Dedekind和の相互律」を一般の場合に拡張した成果の後継として,巡回商特異点のFujiki-Oka解消に伴うHirzebruch-Jung連分数の高次元版を研究した.また,Weierstrass点が数値的にr-hyperellipticである時,実際に曲線がr-hyperellipticになる条件について幾つかの計算を行い,特にTorresの仮定は少しだけ弱く出来る事を示した.水平方向の曲線については次の通りである.有理楕円曲面の生成ファイバーを函数体上の楕円曲線とみなし,その群構造やAbel-Jacobi写像を用いて得られる有理点に対応する楕円曲面上の曲線の性質について考察した.さらにその結果を次数の低い曲線配置のトポロジー研究に応用した.その他にも次のような研究を行った.Primitiveかつ正のentropyをもつ正則自己同型をもつ3次元有理多様体,カラビ・ヤウ多様体のはじめての例の構成に成功した(Truong氏との共同研究).加藤・中山・臼井の混合ホッジ構造の退化についての共同研究シリーズの3として,与えられた型を持つ対数的混合ホッジ構造の良分類空間を構成したが,その応用の一つとして,与えられた許容正規関数(admissible normal function)を拡張できるネロンモデルを構成した.代数曲線束をもつ非特異射影代数曲面を主な研究対象として,その垂直方向・水平方向の曲線の研究を文字通りの縦糸・横糸として,射影代数曲面の幾何学的な構造を多角的に研究した.研究代表者や研究分担者によって得られた研究成果は以下の通りである.種数3の非超楕円曲線束における特異ファイバーとして本質的なものを書き上げるためには,小山2重点の研究が不可避である.本年はこの種の特異点の例外集合の形状を,基本種数が3の場合に,組み合わせ論的に特徴付けた.また,アイヒラー跡公式のvariation等を用いて,モノドロミーとモジュライ写像を経由する方法での種数3の堀川指数の明示問題に進展があった.低次の曲線配置のトポロジーに関する研究を,二面体群をGalois群とする分岐被覆,楕円曲面の整数論な性質,楕円曲面の2重切断を利用して行った.代数曲線の自己同型群が巡回群、対称群や二面体群などよりはもう少し一般的な群になる場合について,代数曲線の定義方程式の立場から研究を行った.加藤・中山・臼井の共同研究による対数的混合ホッジ構造の良モジュライとしてのネロンモデルを使い,3次元5次超曲面に対する開ミラー対称性を記述して論文にし,受理された.

正標数のK3曲面と標数零のK3曲面の自己同型をDeligneによるliftingを通して比較するための一般的枠組を複素力学系的観点から構築した(H. Esnault氏との共同研究), 2014年にソウルで開催された国際数学者会議(ICM)で招待講演した.代数曲線束をもつ非特異射影代数曲面を主な研究対象として,その垂直方向・水平方向の曲線の研究を文字通りの縦糸・横糸として,射影代数曲面の幾何構造を多角的に研究した.研究代表者や分担者によって得られた研究成果は以下の通りである.1)非特異曲線をサポートにもつような重複ファイバーについて,重複度,ゴナリティー,標準系の基点の関係を考察し,超楕円的な場合とトリゴナルな場合に明示的な特徴付けを得た.2)高次元連分数と巡回商特異点およびFourier-Dedekind和に関する論文をまとめた.また,種数3ファイバー芽のHorikawa指数による分類について,モジュライ写像と局所符号数を経由する方法で一定の成果を得た.3)有理楕円曲面の整数点の具体形およびその平面代数曲線のトポロジーへの応用について研究を行い成果を挙げた.4)正のエントロピーをもつ原始的正則自己同型を有する複素4次元かつ滑らかな有理多様体,カラビ・ヤウ多様体,射影的超ケーラー多様体,アーベル多様体の存在を初めて示した.5)二重被覆型のワイアシュトラス点を持つ代数曲線について,それが実際に二重被覆になる十分条件を与えたTorresの定理の拡張した.またDolgachev-Iskovskiの理論に基づき,代数曲線の特異点を有しても良い平面モデルについて,その自己同型が平面クレモナ変換から起こされる場合について幾つか計算を行った.6)加藤・中山・臼井の共同研究により,混合ホッジ構造の分類空間の様々な部分コンパクト化相互の関係を記述した基本図式を完成させて論文を投稿し,arXivにも掲載した.代数曲線束を持つ複素曲面上の垂直方向の曲線について,非特異曲線をサポートとする重複ファイバーは原子ファイバーの典型的な例である.そのようなファイバーを有する代数曲線速について,低種数の場合のみではあるが局所不変量,標準線形系の基点,重複度の関係が明らかになった.また,水平方向の曲線である楕円曲面の2重切断については,ガロア被覆の構成問題への応用を経て2次曲線から成る新しいザリスキ組を見出すなど,著しい成果を挙げることができた.これらのことから,本研究課題は概ね順調に進展していると結論する.本研究では代数曲線束をもつ非特異射影代数曲面を主な研究対象として,その垂直方向・水平方向の曲線の研究を文字通りの縦糸・横糸として,射影代数曲面の幾何構造を多角的に研究した.研究代表者や分担者によって得られた研究成果は以下の通りである.1) Ezio Stagnaroとの共同研究で,射影平面6次曲線が6個以上の非通常2重点をもてば,それらはすべて単純カスプであることを示した.また,正規6次曲面から多数の幾何種数4の標準曲面を構成した.2)平面の自己同型群の有限部分群はintransitive (可約表現に対応),transitiveでimprimitive、primitiveに分けられて分類されているが(Blichfeldt)対応する平面代数曲線の自己同型群の分類が春井岳に行われ、その更に詳細な分類を目指した.3)既約成分の次数が低い平面曲線のトポロジーについて研究を行った.具体的には埋め込みのトポロジーを区別するために新たな視点を導入し(1) 3次曲線とその変曲点における接線の配置に関するトポロジーの研究を行った.(2) 2つのnodeをもつ既約
3次元仮想空間を利用した知的語学学習支援システムの研究

現在,仮想空間の構築技術は,視覚的な教材提示を行うための有力な手段となっている.特に,仮想空間に対する操作性の高さは,従来,2次元的な静止画や動画による固定的な視覚教材に起因して受け身的であった語学学習支援システムにおいて,システムと学習者間の高度な相互主導性をもたらすと考えられる.そこで本研究では,仮想空間を利用した動的な状況提示環境を用いて,システムと学習者が相互に状況を変化させながら様々な言語的コミュニケーションを行う知的語学学習支援システムに関して,以下に示す3点を中心に検討・試作を行った.1.状況の構成要素に関する概念知識ベースの構築仮想空間の各構成要素や構成要素間の関係,また振る舞い等に関する知識は,各オブジェクトに関する概念的知識として記述することができる.本研究では,専用のサーバ上に仮想空間概念知識ベースの構築を行った.また,この概念知識ベースの構造を活かし,仮想空間用の状況を解析することで,任意の言語表現による問い合わせに対して応答するための機構を実装した.2.仮想空間と概念知識ベースの連携による状況生成・変更方法のモデル化仮想空間上に生成される状況を対象として,学習に必要となる各種の対話を教育的に行うためには,状況を解析するだけでなく.状況を生成・変化させることが必要である.これらを実現する為,本研究では言語表現を入力として仮想空間の内部表現を変化させる生成アルゴリズムを開発した.3.仮想空間提示機能を備えた学習支援クライアントアプリケーションの構築一般的に概念知識ベースと推論機能を1台の学習者用計算機で稼働させることは,記憶装置の容量,及び実行速度の点からも現実的ではない.したがって,本研究ではクライアントアプリケーションとして,日本語を母国語とする英語学習者を対象とした知的学習支援システムを試作した.現在の仮想空間の構築技術は,現実感のある物理的空間を表現し,視覚的な教材提示を行うための有力な手段となっている.特に,仮想空間に対する操作性の高さは,従来,2次元的な静止画や動画による固定的な視覚教材を用いる語学学習支援システムでは,十分に実現でされていないシステムと学習者間の高度な相互主導性を実現できると考えられる.そこで本研究では,仮想空間を利用した動的な状況提示環境を用いて,システムと学習者が相互に状況を変化させながら,様々な言語的コミュニケーションを行う知的語学学習支援システムの構築を行った.平成13年度は,主に仮想空間の構成要素と各要素間の関係に関わる概念記述モデルの考察とデータベース化を中心課題として,学習支援システムの実装に向け以下の手順で研究を進めた.(1)状況の構成要素に関する概念知識ベースの構築仮想空間の各構成要素や構成要素間の関係,また振る舞い等に関する知識は,各オブジェクトに関する概念的知識として記述することができる.この様な事物の概念を系統立て知識ベース化して利用する方法論は概念オントロジによるアプローチともよばれている.本研究では,各種のEDR電子化辞書の大規模データを利用した,概念記述方法を検討し,専用のサーバマシン上に仮想空間概念知識ベースの構築を行った.また,この概念知識ベースの構造を活かし,仮想空間用の状況を解析することで,任意の言語表現による問い合わせに対して応答するための機構を実装した.(2)仮想空間と概念知識ベースの連携による状況生成・変更方法のモデル化仮想空間上に生成される状況を対象として,学習に必要となる各種の対話を教育的に行うためには,状況を解析するだけでなく.ある目的にしたがって,状況を生成・変化させることが必要である.これらを実現する為,本研究では言語表現を入力として仮想空間の内部表現を変化させる生成アルゴリズムを考察し試作を行った.現在,仮想空間の構築技術は,視覚的な教材提示を行うための有力な手段となっている.特に,仮想空間に対する操作性の高さは,従来,2次元的な静止画や動画による固定的な視覚教材に起因して受け身的であった語学学習支援システムにおいて,システムと学習者間の高度な相互主導性をもたらすと考えられる.そこで本研究では,仮想空間を利用した動的な状況提示環境を用いて,システムと学習者が相互に状況を変化させながら様々な言語的コミュニケーションを行う知的語学学習支援システムに関して,以下に示す3点を中心に検討・試作を行った.1.状況の構成要素に関する概念知識ベースの構築仮想空間の各構成要素や構成要素間の関係,また振る舞い等に関する知識は,各オブジェクトに関する概念的知識として記述することができる.本研究では,専用のサーバ上に仮想空間概念知識ベースの構築を行った.また,この概念知識ベースの構造を活かし,仮想空間用の状況を解析することで,任意の言語表現による問い合わせに対して応答するための機構を実装した.2.仮想空間と概念知識ベースの連携による状況生成・変更方法のモデル化仮想空間上に生成される状況を対象として,学習に必要となる各種の対話を教育的に行うためには,状況を解析するだけでなく.状況を生成・変化させることが必要である.これらを実現する為,本研究では言語表現を入力として仮想空間の内部表現を変化させる生成アルゴリズムを開発した.3.仮想空間提示機能を備えた学習支援クライアントアプリケーションの構築一般的に概念知識ベースと推論機能を1台の学習者用計算機で稼働させることは,記憶装置の容量,及び実行速度の点からも現実的ではない.したがって,本研究ではクライアントアプリケーションとして,日本語を母国語とする英語学習者を対象とした知的学習支援システムを試作した.