hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
GLUT4膜移行を制御するマシーナリー分子群の網羅的同定

特に、小胞輸送に関わる低分子量GTP結合蛋白Rabの制御因子であるAS160(Tbcld4)とTbcld1の機能について、インスリンシグナルおよび運動刺激シグナルの接点としての役割を調べることを目的とした。【実績】高いインスリン反応性を有する培養脂肪細胞と異なり、培養筋細胞では分化させただけではインスリン反応性GL-UT4膜移行システムは十分に発達しておらず、その収縮運動活動を活性化させることによって有意に改善されることを明らかにした。このインスリン反応性の獲得にはインスリン受容体シグナル系の感受性亢進などは認められなかったが、endosome-TGN経路の蛋白選別をつかさどるsortilin蛋白の重要性を認めた。さらに、このインスリン反応性GLUT4膜移行システムの改善にともない、Rab蛋白の制御因子であるTbcld1のリン酸化(Ser231)が収縮活動依存性に増加することを明らかにした。インスリン受容体シグナル(Akt)によってリン酸化されることに加え、収縮運動シグナル(AMPキナーゼ)は、Tbcld1のこれまで知られていなかったSer231のリン酸化を引き起こしてGLUT4小胞輸送に関わっている可能性を示した。これらの結果から、Tbcld1は、インスリン依存性だけでなく、運動依存性のGLUT4膜移行においても、シグナル系と小胞輸送マシーナリー分子を連結させる重要な制御因子であることが推察された。
鳥類松果体をモデルとしたリズムの発信機構と光受容機構の分子細胞学的研究

近年、著者は新規ペプチドのニューロメジンUが時計部位である視交叉上核に存在し、またその受容体も視交叉上核に存在する事を見いだし、ニューロメジンU(NMU)が計時機構、あるいは光受容機構に関与していると推測した。そこで、今回、光に対する時計の同調にニューロメジンUが関与しているか否かを検討した。まず、明暗条件の急な変化に対して、新たな明暗時条件への再同調速度をNMUノックアウトマウスとワイルドマウスで比較検討した。マウスを12時間明期12時間暗期(7時点灯19時消灯)および22±1°Cの条件下で個別に飼育し、赤外線センサーによる行動量測定装置(室町機械株式会社)で個別の行動量を測定した。最低1週間以上、行動量を測定した後、点灯時間を5時間前進させ、2時点灯14時消灯の新しい明暗条件下でひきつづき行動量を測定した。その後、再び7時点灯19時消灯の明暗条件下にもどし行動量を測定した。なお、行動量は15分間隔での合計で記録した。明暗条件を5時間前進もしくは後退させると、すべてのマウスにおいて新規の明暗条件に同調するために行動開始時刻が徐々に前進もしくは後退した。最終的には新規明暗条件の暗期の開始時刻に行動開始時刻が一致した(この一致するまでに要した日数を再同調速度として計算した)。その結果、明暗周期の5時間の前進に対しては、ワイルドマウスでは同調までに5.62±0.38日要したのに対して、NMU-ノックアウトマウスでは7.38±0.73日要した。つまりNMU-ノックアウトマウスはワイルドマウスと比較すると有意に再同調に時間がかかっていることが示された。以上の結果と、以前のニューロメジンUやその受容体の視交叉上核での発現の結果を合わせて考えると、ニューロメジンUは視交叉上核において、光の同調を修飾する因子として、あるいはまた、細胞間の同調を促進する因子として作用している可能性が高いと推測された。(1)摂食機構とリズム機構の共役に関して検討した。給餌時間を毎日定刻の2時間のみに制限すると、ラットは餌の来る時刻を予知し、予知行動を示すようになった。給餌時刻前後の脳内cFosの発現部位を調べた結果、視床室傍核に発現の差を認めた。そこで、この部位を電気破壊すると、予知行動のみ消失した。また、視床室傍核を破壊したラットでは、血中コルチコステロンの制限給餌直前のピークが形成されなかった。(2)NMUが生体時計部位の視交叉上核(SCN)に局在し、時計機構へ関与している可能性を昨年明らかにしたが、今回、NMUがどのように時計機構へ関与しているかを解析した。まず、視交叉上核のNMUmRNAの発現量を調べた結果、CT4-8時をピークとするサーカディアンリズムを示すことが判明した。自由継続リズムを示すラットに、NMUを脳室内投与すると、投与時刻依存性に位相変位を起こした。CT6時投与で位相前進、CTO-3時で位相後退が認められた。また、NMUの投与後、SCNにおいてcFosの発現を認めた。さらに、SCNにNMUの受容体(NMU-R1,NMU-R2)mRNAの発現を認めたが、両者のmRNAの発現は位相の異なる日内リズムを示した。CT6時でのNMUの脳室内投与はSCNのc-fos,NGFI-A,NGFI-B,およびJunBの発現を上昇させた。この時、時計遺伝子Per1の上昇が認められPer2は変化しなかった。以上の結果、視床室傍核が制限給餌で発動する予知行動に関与していることを示唆する。また、NMUはSCNの時計機構に対してオートクライン/パラクライン的に転写因子、時計遺伝子に作用し、時計の調節を行っているものと推察される近年、著者は新規ペプチドのニューロメジンUが時計部位である視交叉上核に存在し、またその受容体も視交叉上核に存在する事を見いだし、ニューロメジンU(NMU)が計時機構、あるいは光受容機構に関与していると推測した。

つまりNMU-ノックアウトマウスはワイルドマウスと比較すると有意に再同調に時間がかかっていることが示された。以上の結果と、以前のニューロメジンUやその受容体の視交叉上核での発現の結果を合わせて考えると、ニューロメジンUは視交叉上核において、光の同調を修飾する因子として、あるいはまた、細胞間の同調を促進する因子として作用している可能性が高いと推測された。
企業の証拠収集行為は，如何なる場合に，捜査機関の行為と評価されるか。

協議合意制度の利用を目的とする社内調査の中には,捜査等によって初めて違法行為を認識した企業が,捜査機関と一定の関係を構築しながら,捜査と並行するかたちで実施するものがある。この場合,その関与次第では,社内調査が実質的には捜査機関の行為と評価される余地がある。しかしながら,捜査機関からの依頼・命令がある場合を除いて,如何なる場合に,私人の証拠収集行為が捜査機関による行為と評価されるのかは明らかではない。本研究は,アメリカの具体的事例を分析し,私人の行為が捜査機関の行為と評価し得るか否かに係る判断基準とその具体的な判断手法の提示を試みるものである。
高齢心不全患者に対する骨格筋評価指標の比較～多施設前向き観察研究～

高齢者心不全の合併症として、近年サルコペニアの概念が注目されており、その定義である筋肉量、質の測定の重要性が増している。今回我々は、簡便に、無侵襲で繰り返し測定でき、身体の各部位ごとに分けて筋肉量を測定することができる超音波検査や四肢周囲径測定を用いている。測定した筋肉量と心不全患者において他の検査法との比較や予後との関連性を示すことを目的にしている。多施設で前向きに調査する本研究により、サルコペニアのスクリーニング方法の確立や高齢心不全の新たな治療ターゲットを見出すことができる可能性がある。
がん患者への術後心理社会的援助プログラムの効果に関する検討-精神状態と免疫能-

乳がん患者は種々の心理社会的ストレスを抱えており、欧米ではその軽減目的の種々の援助プログラムが行われ、効果をあげている。乳がんの予後に精神的ストレスや絶望的な態度が悪影響を与えるという報告もあり、がん患者の心理社会的ストレスを軽減することは予後の改善につながる可能性がある。本研究では初期治療としての手術を終えた後36カ月のstage 0IIの乳がん患者14人に対し、支持的・教育的は集団精神療法を行い、その心理社会的因子・免疫能への効果を調査した。集団精神療法は34人を1グループとし、週1回、90分のセッションを6回行い、集団精神療法の直前・直後・6カ月後の3回、心理社会的因子・免疫能について調べた。心理社会的因子は、全般的な精神的ストレス(profile of Mood States; POMS)とがんへの対処方法(Mental Adjustment to Cancer Scale; MAC)の2つの側面を心理検査にて評価した。集団精神療法への参加を呼びかけた患者25人に同意を取って心理検査を施行したが、参加者(13人)は非参加者(12人)に比べ、配偶者のいる人が有意に多く(p<0.05)、抑うつ・疲労・混乱・全般的ストレスに関して有意に(p<0.05)低い得点を示した。集団精神療法への参加を希望しない人は感情的ストレスが低く介入を必要としないではなく、個別的な介入の方が好ましいと思われる。参加者の心理検査の結果は特に有意の改善は見られなかったが、全員が参加したことは有意義であったとアンケートには回答した。比較的元々の感情的ストレスが低い患者を対象としたため、POMSでは変化が掴みきれなかった可能性がある。免疫能の指標としては白血球・リンパ球数・NKcell activity・sIL-2R・IFN-α・β-endorphinを一部の患者で測定したが、介入前後で有意な差は認められなかった。
幼児の音韻的作動記憶活動が、ことばの獲得に及ぼす影響

幼児の音韻的作動記憶を非単語反復課題を用いて検証した。本研究では,平成15年度ならびに平成16年度において,既に,非単語に付帯するプロソディック情報が,幼児の音韻的作動記憶成績を促進する事を明らかにしている。最終年度は,それらの結果をさらに,厳密に検証することとした。まず,非単語そのもののもつ3つの属性(発音容易性・知覚容易性・単語らしさ)を,約2000名の大学生を対象に明らかにした(調査1)。1006の非単語から,100の非単語をランダムに選出し,それらをもとに非単語反復課題を作成し,約60名の幼児に対して,その課題を課した(実験1)。非単語そのものがもつ属性と,幼児の非単語反復成績の相関研究を行うことにより,幼児の音韻的作動記憶のメカニズムを明らかにすることができる。結果,幼児の音韻的作動記憶は,単語らしさや知覚容易性と強く関連していた。この事は,幼児が生後数年の間に培った語彙知識が幼児の短期的な記憶活動を支えていることを示すものである。その後,発音容易性・知覚容易性・単語らしさの指標のうち,いずれかの指標が低い非単語をそれぞれ抽出した。それらの単語についてプロソディック情報を付加したものと付加しないものを作成した。それらの非単語についての反復課題を約60名の幼児に求めた(実験2)。その結果,すべての非単語についてプロソディック情報の効果が確認された。従来の研究では年長児について,その効果がみられなかったが,実験2において,その効果が年長児においても確認された。通常,年長児は,単語に付帯するプロソディック情報よりも,非単語そのものがもつ,長期的な知識を利用し,その保持を行っているが,3つの属性についてその情報が欠如した場合,プロソディック情報が,幼児の音韻的作動記憶を補足的に支える働きをすると結論づけることができる。言語情報に付帯するプロソディックな情報が,幼児の語彙獲得を促進しているか否かを検討する事を目的とした。なお,幼児が語彙を獲得する際に,既に保有している言語知識を利用している可能性が従来の研究より示されているので,非単語の連想価に着目し,連想価の高低によって,非単語に付帯するプロソディ情報の影響の受け方に違いがあるのかといった点について,非単語反復課題(幼児向け音韻的作動記憶課題)を用いて明らかにした。実験1では,連想価の高い非単語について,音高情報を付帯させたものと音高情報を排除したものを作成した。そして,いずれのタイプの非単語(音高情報を付帯させた条件と音高情報を排除した条件)が,子どもにとって保持しやすいかを,非単語反復課題を用い測定した。また,実験2では,連想価の低い非単語について,実験1と同様の手続きを用いて実験を行った。対象児は,実験1,2ともに,年少児(3,4歳)15名,年長児(5,6歳)19名であった。その結果,非単語の連想価が高い場合(実験1),非単語に音高情報を付帯させた条件での成績は,音高情報を排除した条件のそれに比べ,年少児ならびに年長児ともに非単語内の子音部分の成績が高かった。また,非単語の連想価が低い場合(実験2),非単語に音高情報を付帯させた条件での成績は,音高情報を排除した条件のそれに比べ,年少児ならびに年長児ともに非単語内の子音部分で高かったが,加えて,年少児の場合にのみ,非単語内の母音部分でも高かった。これらの結果より,言語情報に付帯するプロソディックな情報は,幼児が新奇な単語を記銘する場合,その記銘を促進するが,特に,年少児がなじみの低い非単語を記銘する場合に,その効果はより大きくなることが明らかとされた。平成15年度に幼児を対象として行った非単語反復課題の実験結果をもとにして,言語情報に付帯するプロソディック情報ならびに非単語(記銘刺激)自体の連想価が,幼児の語彙獲得を促進するプロセスを,作動記憶の理論的枠組から説明を試み,それらについての考察を論文としてまとめた。次に,子ども達の周りにあふれている擬態語(ドシン・ポチャン)や擬声語(ワンワン・ニャンニャン)といったオノマトペと言われる比較的幼児向けの言葉に特徴的に含まれる音韻論的特徴が,子どもの語彙獲得をいかに促進しているかを明らかにすることを目的として,まず,そのようなオノマトペの収集を試みた。具体的には,現在までに版が重ねられている絵本やことば遊び絵本を中心に300冊の絵本を抽出し,そこで用いられているオノマトペを選び出した。そこでのデータは,パーソナルコンピュータに入力され,音声データベース分析ソフトウェアにより,どのような音素が多く使われているかなどの視点をもとにして解析された。その結果,繰り返されると言った重畳型のものが多く見られると同時に,それらのオノマトペに多く見られる子音などを同定した。

1006の非単語から,100の非単語をランダムに選出し,それらをもとに非単語反復課題を作成し,約60名の幼児に対して,その課題を課した(実験1)。非単語そのものがもつ属性と,幼児の非単語反復成績の相関研究を行うことにより,幼児の音韻的作動記憶のメカニズムを明らかにすることができる。結果,幼児の音韻的作動記憶は,単語らしさや知覚容易性と強く関連していた。この事は,幼児が生後数年の間に培った語彙知識が幼児の短期的な記憶活動を支えていることを示すものである。その後,発音容易性・知覚容易性・単語らしさの指標のうち,いずれかの指標が低い非単語をそれぞれ抽出した。それらの単語についてプロソディック情報を付加したものと付加しないものを作成した。それらの非単語についての反復課題を約60名の幼児に求めた(実験2)。その結果,すべての非単語についてプロソディック情報の効果が確認された。従来の研究では年長児について,その効果がみられなかったが,実験2において,その効果が年長児においても確認された。通常,年長児は,単語に付帯するプロソディック情報よりも,非単語そのものがもつ,長期的な知識を利用し,その保持を行っているが,3つの属性についてその情報が欠如した場合,プロソディック情報が,幼児の音韻的作動記憶を補足的に支える働きをすると結論づけることができる。
林野水産業における資源・環境保全的経営・会計方法とコスト・ベネフィット分析の研究

本研究では林野水産業を環境保全型産業として位置ずけ、自動車、家庭電機、化学等の製造業を環境非保全型産業とし、前者の成長を促進し、後者の経営に環境保全経営戦略を導入させることによって、日本の産業を環境保全型に革新するとともに、日本の産業と国土の均衡ある発展を期することを目的とした研究である。本研究は第一に農林水産業の衰退と輸出産業の成長を分析し日本の産業構造が著しく不均衡に発展していることを明かにした。第二に農林水産業の公益機能について明らかにした。特に国有林について、われわれの方法によってコスト・ベネフィット分析をおこない、1991年度において1,177億円の損失を計上する国有林が1兆2千億円をこすベネフィットを発現していることを分析した。第三に、環境非保全型産業を環境保全型に革新するための方策について研究した。そのためには、企業理念として環境保護思想を導入し、企業活動の全領域について環境管理を徹底させるとともに、企業の環境負荷や便益についての開示を行わせるための規制が必要であることをしめした。さらに企業の監査役は環境管理が遂行されているか否かについての環境監査もその職務に含ましめることを提案している。第四に、漁業における外部経済についての諸問題を論じている。本年度を基礎的研究期間として、各事例に対して歴史的考察、あるいは現状分析を中心に国有林と沿岸漁業について研究し、下記のような成果を得た。国有林の問題国有林は日本の森林面積の28%を占め、しかも、水源涵養と自然環境の保全形成に重要な役割をはたしている。しかし、そのほとんどが森林事業として、独立採算性に基づいて、企業会計原則方式で管理運営されている。このために、毎年1,000億円以上の赤字となり、累積債務は平成6年度で3兆円を越している。このため、林野庁は土地、林野の売却や貸付を行い、或いは間伐や植林を不完全なものとし、森林を荒廃の危険にさらしている。研究はこうした国有林野事業の現状にかんがみ、財政会計方式の問題点を明らかにし、コスト・ベネフィット分析を考慮した方式を取り入れることを研究した。沿岸漁業の資源利用福島県相馬原釜漁協所属の7トン未満の漁船を所有する約290漁家を研究対象とした。1986年と1995年の操業実態調査の結果を用いて、カレイ・ヒラメ類、イカナゴ、メバル類、スズキ、ブリなどの多種多様な資源の中から個々の漁業者がどの時期にどの資源をどの様な漁法で利用したかを漁家の能力別に分析した。その結果、各漁家の人手によって、選択する資源や漁法に違いが見られるが全体として、季節により生産性の高い、操業方法選んで利用しており、近年の魚価の低迷が資源利用に影響を及ぼしていることがわかった。この成果は漁業経済学会春期大会(中央水産研究所)、日本水産学会秋季大会(京都大会)において、口頭発表した。林野水産業は海洋ならびに森林環境を保全維持し、適正な収穫(漁獲・伐採)をすることによって成立する。しかし、漁業による200海里規制と海外からの水産物輸入、林業における低下価格の外材輸入ならびに、日本の従業員の賃金の上昇等によって、収益性が低下し、採算点に達しないため、企業的にはきわめて停滞的であり、日本の高度成長をささえる自動車、家庭電器、半導体、化学等の諸企業など環境への負荷の多い産業の繁栄と対照的となっている。総資本経常利益率は企業の収益力の総合指標として重要であるが、農林水産業の総資本経常利益率は1992年度以来マイナスを続けている。とりわけ水産業のマイナスは大きい。林業においては民有林は辛うじて黒字経営を維持しているが、日本の森林の大きな部分をなす国有林野事業の損失は毎年1千億円をこえている。本研究では、林野水産業の収益、財政状態を一般産業と比較・検討をおこない、収益力低下の原因分析をおこなった。しかし、林野水産業は、地球規模の生態系を保持し、自然環境を維持するために、多様・多面的なベネフィトを与え、環境への負荷(コスト)はほとんどない。しかし、こうしたベネフィトは市場経済での交換価値をもたないために、これを推定計算し、評価する以外ない。

本研究では林野水産業にもっとも適したコスト・ベネフィト分析についてヘドニック価格法、擬制市場評価法、旅行評価法等の分析手法について、検討した。うちヘドニック法による分析手法によれば国有林野の純ベネフィットは7兆5千億円に達するという試算をおこなった。現在水産業についても、同様な手法で分析をおこなっている。
分裂期終期染色体上に存在するLamin A 相互作用因子の同定

真核細胞では遺伝情報のDNAはクロマチンを形成し、核膜で包まれている。核膜とクロマチンの間にはLamin A/C, Bからなる核ラミナが存在する。核ラミナは核膜・クロマチンの両者と相互作用し、遺伝子機能の発現を調節する。動物細胞では、核ラミナは核膜とともに有糸分裂ごとに崩壊と再形成を繰り返すが、核ラミナとクロマチンの相互作用の特異性は細胞分裂を越えて娘細胞に受け継がれる。本研究では、核ラミナとクロマチンの相互作用が構築される分裂終期の細胞を用いて、両者の特異的相互作用に関わる因子を同定することを目的とした。前年度までに、核ラミナの主要構成因子であるラミンAのSIM配列に依存して結合する因子として、PP1γのregulatory subunitであるRepoManを見つけた。最終年度は、SUMO-SIM相互作用がRepoManとラミンAの相互作用が制御し、ラミンAの分裂期終期における染色体上での脱リン酸を促すことを証明するために、ラミンA、RepoMan, SUMOたんぱく質の3者の相互作用がいつどこで行われるかについての実験を行った。具体的には、ラミンA、RepoMan, SUMOそれぞれのたんぱく質を別の蛍光たんぱく質を利用して可視化し、主としてライブイメージングとFRET解析を行い、分裂期における動態と相互作用を追跡した。その結果、分裂期の終期の後半でSUMO化されたRepoManがラミンAと一過性に相互作用することを観察することができた。また、lamin AのSIMに依存的に結合する核内因子の精製を進めているが、因子の同定に至ることはできなかった。ラミンAがSIMコンセンサス配列を持ち、このSIM配列にアミノ酸置換変異を導入するとM期におけるラミンAの脱リン酸化が遅延すること、それに続く核ラミナの構築が破たんすることを見出した。分裂期終期におけるSUMO-SIM相互作用を介したラミンAの相互作用因子の精製を目指し、タグ付きのラミンA、タグ付きのSUMO2を発現する細胞株および、これらの細胞の同調培養法を確立した。また、ライブセルイメージングにより分裂期のラミンAの動態を観察するために、GFP-ラミンA、CFP-SUMO2の発現系も作成した。予備的な結果ではあるものの、ライブイメージングおよびFRET法による両者の相互作用を観察することができた。さらに、ラミンAのSIMとSUMO-SIM相互作用を起こすSUMO化タンパク質の候補を絞り込み、分裂期の終盤に起こるヒストンH3の脱リン酸化に関与するRepoMan-Phosphatase 1γ複合体がこの時期にラミンAと相互作用することを示唆する予備的な実験結果を得た。具体的には、RepoManがSUMO化修飾を受けること、またSUMO化修飾を受けない変異型RepoManを細胞で発現させると、ラミンAの脱リン酸化や核ラミナの形成が遅延することを観察した。このことからSUMO化されたRepoMan/PP1γとラミンAがSUMO-SIM相互作用により複合体を形成し、分裂期終了時におけるラミンAの脱リン酸化を制御するのではないかと考えている。平成27年度に予定していた研究計画については概ね、順調に進んでいる。ただし、ラミンAが染色体上に集まるのはわずか10分程度であることが、ライブセルイメージングの結果、判明した。このことは、タンパク質の精製が可能なくらいの量のこの時期の細胞を集めることが容易ではないことを意味する。したがって、今後はさらに精度のよい細胞周期の同調法と因子の精製法を工夫する必要があると考えている。分裂期終期における核ラミナの再構築の分子機構を明らかにしつつある。分裂期特異的なリン酸化を受けたラミンAは分裂期終期染色体上に局在するRepoMan/PP1脱リン酸化酵素複合体との相互作用により染色体に集積し、脱リン酸化を受けることを明らかにした。さらに、lamin AとRepoMan/PP1複合体との相互作用はLamin Aポリペプチド上に存在するSUMO interactingmotif (SIM)とRepoManのSUMO化修飾の両方に依存していることを証明した。また、RepoManのSUMO化修飾の時期についても2つの実験から検討を行った。1つ目は、同調培養した細胞を用いて、分裂期でのRepoManのSUMO化の時期をウエスタン解析で追跡した。2つ目のFRET解析実験では、RepoManとSUMOタンパク質の相互作用の時期と場所をライブで解析した。これら2つの実験の結果から、RepoManは分裂期後期に染色体に集積し、終期になると一過性のSUMO化を受けることが明らかとなった。以上の結果は、Lamin Aは分裂期終期にSUMO化されたRepoManによって染色体にリクルートされ、RepoMan/PP1複合体により脱リン酸化を受けることを示唆している。分裂期後半においてlamin Aが限られた時空間のみで脱リン酸化を受けることは、分裂期の正確な終了に必要な事象であると考える。また、分裂期終期におけるLamin Aとクロマチンの相互作用についても検討を始めている。分裂期終期におけるLamin Aの脱リン酸化酵素を同定できたこと、さらに脱リン酸化の時空間的制御がSUMO化修飾を介していることを示す証拠を生化学的な方法や細胞生物学的方法を用いて確実に得られ、当初の研究計画がおおむね順調に進展させることができていると考える。本研究では分裂期の最後に起こる核ラミナの再構築を制御する分子やそのメカニズムの解明を目的としている。

核ラミナの構成因子であるラミンAの脱リン酸化が核ラミナ再構築の引き金になるため、分裂期終盤にラミンAと相互作用しラミンAの脱リン酸化を行う酵素を探した。昨年度までに、分裂期特異的なリン酸化を受けたラミンAを脱リン酸化する酵素としてRepoMan/PP1脱リン酸化酵素を同定した。この脱リン酸化酵素は分裂期後期から染色体に集積することが知られているが、ラミンAが染色体上に集積し、脱リン酸化されるのは分裂期終期である。そこで今年度は、RepoMan/PP1とラミンAの相互作用が分裂期終期にのみ起こるのは何故かという問題に挑んだ。その結果、RepoMan/PP1とラミンAの相互作用はRepoManたんぱく質のSUMO化とラミンA分子内に存在するSIM(SUMO interacting motif)に依存していることを、RepoManとラミンAの各種変異体を発現させた細胞を用いた生化学実験や顕微鏡観察により証明した。さらに、RepoMannoSUMO化は分裂期終期の短時間のみに起こることを同調培養した細胞を用いた免疫沈降実験、蛍光たんぱく質との融合たんぱく質発現系を用いたFRET解析などにより示唆することができた。これにより、分裂期の終わりに起こるラミンAの脱リン酸化と核ラミナの形成が厳密に時空間的に厳密に制御されていることを示唆することができた。当初の目的としていたラミンAと分裂期染色体上で相互作用しラミンAの分裂期特異的リン酸化を除く脱リン酸化酵素を明らかにすることができた。さらに、分裂期終盤のおよを15分という短い時間にのみ、ラミンAが脱リン酸化を受けられる分子メカニズムを提唱できた。以上から、概ね、研究の目標にあげた結果を達成できたと考える。ただし、論文作成に当たって細かな部分で確認すべき点が残っている。例えば、RepoManたんぱく質の一過性のSUMO化については定量的なデータである必要があり、そのためには何度も同じ実験を繰り返す必要がある。真核細胞では遺伝情報のDNAはクロマチンを形成し、核膜で包まれている。核膜とクロマチンの間にはLamin A/C, Bからなる核ラミナが存在する。核ラミナは核膜・クロマチンの両者と相互作用し、遺伝子機能の発現を調節する。動物細胞では、核ラミナは核膜とともに有糸分裂ごとに崩壊と再形成を繰り返すが、核ラミナとクロマチンの相互作用の特異性は細胞分裂を越えて娘細胞に受け継がれる。本研究では、核ラミナとクロマチンの相互作用が構築される分裂終期の細胞を用いて、両者の特異的相互作用に関わる因子を同定することを目的とした。前年度までに、核ラミナの主要構成因子であるラミンAのSIM配列に依存して結合する因子として、PP1γのregulatory subunitであるRepoManを見つけた。最終年度は、SUMO-SIM相互作用がRepoManとラミンAの相互作用が制御し、ラミンAの分裂期終期における染色体上での脱リン酸を促すことを証明するために、ラミンA、RepoMan, SUMOたんぱく質の3者の相互作用がいつどこで行われるかについての実験を行った。
歯周病原性細菌感染細胞のアポトーシス発現におけるMAPキナーゼの役割

平成15年度において,ヒト単球系細胞株であるTHP-1細胞を用いて歯周病原性細菌であるA. actinomycetemcomitansを感染させたところ,アポトーシスにより細胞死することを明らかにした。このアポトーシス発現にはp38 MAPキナーゼが関与する可能性が示した。平成16年度では,A. actinomycetemcomitans感染細胞のp38 MAPキナーゼ活性について詳細な検討を行った。A. actinomycetemcomitansの感染によりTHP-1細胞内のp38 MAPキナーゼ活性は非感染細胞に比べ著しく上昇した。この活性の上昇は,感染後1時間においてピークを認めた後,ゆるやかに減少した。一方,ERKやJNKといった他のMAPキナーゼの活性の変化はp38 MAPキナーゼに比べて少ないものであった。次に,p38 MAPキナーゼ活性阻害剤であるSB203580を感染実験系に添加したところ,A. actinomycetemcomitans感染細胞のアポトーシスは有意に抑制された。さらに,感染細胞から産生されるTNF-αは,SB203580の添加により抑制された。また,抗TNF-α抗体を添加して感染実験を行ったところ,細胞死発現とp38 MAPキナーゼ活性が抑制された。一方,非感染THP-1細胞に感染細胞から産生されるTNF-αと同程度の濃度のTNF-αを添加して培養したところ,その細胞死の発現はわずかであった。このことから,TNF-αは直接的に感染細胞の細胞死に影響するのではなく,p38 MAPキナーゼの活性化に影響することでアポトーシス発現に影響していると考えられた。以上の結果をまとめると,A. actinomycetemcomitans感染ヒト単球細胞に発現するアポトーシスにp38 MAPキナーゼによる細胞シグナル伝達系が関与すると考えられた。またこのp38MAPキナーゼの活性化には感染細胞から産生されるTNF-αが影響している可能性が示唆された。平成15年度では,ヒト単球系細胞株であるTHP-1細胞を用いた感染実験を行い,感染後の細胞動態をアポトーシスの観点から検討した。その結果A.actinomycetemcomitansY4株を感染させたTHP-1細胞では非感染細胞と比して,LDH活性は有意に上昇していた。またアポトーシス細胞の特徴のひとつである細胞内のDNA断片化の増加が感染細胞において認められた。さらに感染THP-1細胞において断片化DNA所見(ラダーパターン)が2%アガロースゲル電気泳動により確認された。感染後24時間および36時間と経過するにしたがい,感染細胞におけるカスパーゼ3活性の上昇が認められた。次に,A.actinomycetemcomitans感染によるTHP-1細胞のp38活性について検討したELISA法およびウェスタンブロット法のいずれにおいても,非感染細胞に比して感染細胞におけるp38活性の上昇が認められた。さらにp38活性阻害剤であるSB203580を添加したところ,非添加感染細胞に比してp38活性の減少が認められた。また,A.actinomycetemcomitans感染によるTHP-1細胞からのTNF-α産生について検討したところ,A.actinomycetemcomitansの感染によりTHP-1細胞からのTNF-α産生は増加した。また,感染によるTNF-αの産生は,SB203580の添加により減少することが示された。以上の結果から,A.actinomycetemcomitans感染ヒト単球細胞においてもアポトーシスによる細胞死が発現することが明らかになった。さらにこのアポトーシス誘導にはp38といったMAPキナーゼによる細胞シグナル伝達系が関与し,またこのp38は感染細胞からのTNF-α産生に関与している可能性が示唆された。

以上の結果をまとめると,A. actinomycetemcomitans感染ヒト単球細胞に発現するアポトーシスにp38 MAPキナーゼによる細胞シグナル伝達系が関与すると考えられた。またこのp38MAPキナーゼの活性化には感染細胞から産生されるTNF-αが影響している可能性が示唆された。
多孔性配位高分子錯体への高圧下での酸素吸着と構造決定

本研究の目的は、ナノサイズの細孔を持つ多孔性配位高分子錯体について酸素の圧力吸着を行い、その構造を詳しく調べることである。申請時の予定を簡単にまとめると、初年度は1試料の調整方法、2酸素の封入方法、3高圧下精密X線構造解析を行う事となっていた。科研費申請より以前に見られていた粉末X線回折測定時の問題について、初年度では試料調整の条件を変えて行うことから問題を解決し、当初想定していたよりかなり良好な高圧下粉末X線回折データを得ることが出来た。そこで、申請時の予定をかなり繰り上げ、予算の執行を行った。まず得られた成果としては、約0.3Gpaから8Gpaまで細かいステップでの粉末X線回折データをSPring8 BL10XUにて測定した。さらにそのデータを大阪女子大学久保田講師と共同研究で、MEM/Rietvelt法による精密構造解析を行った。ポイントとしては、1測定データはベストではないがMEM解析に十分耐えうる質のものであること、2久保田講師との共同研究でプログラムの改良により、分子の構造を細かく制御しながら構造解析を行えるようにしたという事があげちれる。科研費の利用に関しても、予定を繰り上げて特に精密構造解析をより効率良く行うための高性能のPCを購入した。MEM/Rietvelt法によって得られた電子密度分布を分子の空孔の中の酸素の配列を多数の分子を描画して画面に表示及び3Dで動かすには画像表示にもかなり高性能なPCが必要となった。
ヒト制御性T細胞への分化誘導や抑制機能を高める生理活性物質の解析と治療への応用

生理活性脂質や核内受容体リガンドライブラリーからヒト制御性T細胞への分化誘導や抑制機能が増強する生理活性物質を14種類単離した。これらのうち、PPARアゴニストは、誘導型制御性T(iTreg)細胞のFoxp3の発現を増強させ、抑制機能を高めた。このことはPPARアゴニストがDNA methyltransferase発現を著しく低下させ、Foxp3プロモーター領域およびCNS3領域の脱メチル化を促進させることによることが示唆された。さらにTSAやATRAと併用すると相乗効果がみられた。一方、LPCがヒト内在性制御性T細胞(nTregs)の抑制機能を増強させることを見出した。lysophosphatidylcholine(LPC)が、nTregsからのTGF-betaの産生を亢進することにより、nTregsのFoxp3の発現が増強し、抑制機能が亢進した。これらの物質を用いることで、ヒトTreg細胞の制御が可能になり、自己免疫疾患の治療への応用が期待できる。RAなどの自己免疫疾患の制御には、制御性T細胞(Treg)が重要な役割を演じているが、Foxp3の誘導メカニズムは十分解明されていない。また、ヒトでは、TCR刺激やTGF-betaによって誘導されるFoxp3の発現は、低レベルで一過的であり、この発現細胞は抑制機能を持たないことが明らかになった。ヒトFoxp3の発現を増強させ、安定させる物質があれば、ヒトにおいても抑制機能を持つ誘導型Treg(iTreg)が誘導できる。このため、本研究では、制御性T細胞の分化誘導を促進させる生理活性物質を網羅的に解析し、これらの物質のヒト制御性T細胞の分化誘導における役割と機序を解明することを目的とする。まず最初に、生理活性脂質や核内受容体リガンドなどのライブラリーから、Foxp3の発現が増強する物質をスクリーニングし、14種類得た。これらのうち、PPARalhaおよびgammaアゴニストのヒトTregの分化誘導機序について解析した。方法として、PPARalphaおよびgammaアゴニストを添加したiTregのFoxp3発現およびサイトカイン量、抑制試験、Foxp3プロモータ領域のメチル化などを検討した。その結果、nTregに対しては、PPARalphaおよびgammaアゴニストを添加しても、Foxp3の発現増強や抑制機能の増強は起こらなかった。一方PPARalphaおよびgammaアゴニストとTGF-betaで誘導したiTregは、Foxp3が高発現で維持され、抑制機能を持った。これはFoxp3プロモータ領域の脱メチル化の促進によることを見出した(論文作成中)。他の物質についても検討中である。これらのうち、PPARalphaおよびgammaアゴニストのヒトTregの分化誘導機序について解析した。一方、PPARアゴニストを投与した群では、コントロール(DMSO処理)群と比較して、5種類ともFoxp3の発現増強がみられた。機能的には、TGF-βのみで誘導したコントロールiTreg細胞は抑制機能はないが、PPARアゴニスト投与群では、5種類とも抑制機能を持ち、28日間の長期培養でも機能は維持された。この抑制機能の獲得は、PPARアゴニストがTGF-betaと協調してDNMT発現を抑制することによって、Foxp3遺伝子プロモーター領域の脱メチル化を促進させ、Foxp3の発現が維持された。

ATRAは、PPARアゴニストと協調して、iTregの誘導および抑制機能を亢進させた(J.Immunol 2010)。また、LPCはnTregからのTGF-betaの産生を亢進させ、免疫抑制機構を増強する(論文作成中)。RAなどの自己免疫疾患の制御には、制御性T細胞(Treg)が重要な役割を演じているが、Foxp3の誘導メカニズムは十分解明されていない。また、ヒトでは、TCR刺激やTGF-betaによって誘導されるFoxp3の発現は、低レベルで一過的であり、この発現細胞は抑制機能を持たないことが明らかになった。ヒトFoxp3の発現を増強させ、安定させる物質があれば、ヒトにおいても抑制機能を持つ誘導型Treg(iTreg)が誘導できる。このため、本研究では、制御性T細胞の分化誘導を促進させる生理活性物質を網羅的に解析し、これらの物質のヒト制御性T細胞の分化誘導における役割と機序を解明することを目的とする。まず最初に、生理活性脂質や核内受容体リガンドなどのライブラリーから、Foxp3の発現が増強する物質をスクリーニングし、14種類得た。これらのうち、まず、PPARalphaおよびgammaアゴニストのヒトTregの分化誘導機序について解析した。その結果、PPARアゴニストを投与した群では、コントロール(DMSO処理)群と比較して、5種類ともFoxp3の発現増強がみられ、加えて抑制機能を持ち、28日間の長期培養でも機能は維持された。この抑制機能の獲i得は、PPARアゴニストがTGF-betaと協調してDNMT発現を抑制することによって、Foxp3遺伝子プロモーター領域の脱メチル化を促進させ、Foxp3の発現が維持された(J,Immunol2010)。次に、lysophosphatidylcholine(LPC)は、nTregsからのTGF-betaの産生を亢進することにより、nTregsのFoxp3の発現が増強し、抑制機能を亢進させることを見出した。ノックダウンの実験から、LPCはnTregs上のGPR4ではなく、G2Aを介してMAPKsを活性化し、TGF-betaの産生を亢進した(BBRC2011)。以上のように、ヒトiTregやnTregの抑制機能を亢進する生理活性脂質が単離でき、今後臨床応用が可能になることが期待できる。
組合せ・多軸動的応力腐食割れの下限界持性

各種の機械,構造物は近年益々大型化,高性能化の方向にあり,またそれらが稼動する環境も多用化,苛酷化の一途をたどっている.それに伴い金属材料には高強度,耐食性,耐熱性,またときには軽量性が求められており,高強度材料と耐食材料が益々脚光を浴びつつある.しかしながら,高強度材料,耐食材料は応力腐食割れ(SCC)に敏感であり, SCC条件下で動的応力,とくに実機,構造物において一般に見られる組合せ・多軸応力の動的SCCき裂発生挙動を明らかにする必要がある.そこで本研究では,高強度鋼SCM435-3.5%NaCl水溶液の組合せ下において,曲げ,ねじり,および引張り応力ねじり応力が同位相の引張り・ねじり組合せ応力下の繰返しSCCき裂発生挙動を検討した. τ_<max>≧780MPaのねじり応力下では長手方向に対して直角方向の粒内破壊により破断し,空中疲労強度からの低下は見られない.また, 500MPa≦τ_<max><780MPaでは, APC型SCCによる長手方向き裂が腐食ピット底より発生した後,その長手方向き裂先端より最大主応力支配の粒界き裂が発生・進展することにより試験片が破断した.ねじりのτmax<500MPaおよび引張り・ねじり組合せ応力下では,腐食ピット底より直ちに最大主応力あるいは最大垂直変動応力に対して直角方向のき裂が発生・進展して破断に至った.腐食ピット底より繰返しSCCき裂が発生する力学的条件は,腐食ピットを鋭いき裂と見なして,最大垂直変動応力幅を用いて計算した応力拡大係数幅△KIFSCCにより定まった.同様に, APC型SCCによる長手方向き裂は,腐食ピット底のモードIII応力拡大係数幅△KIIIが△KIIIFSCCをこえたとき発生した.また,腐食電位のパワースペクトルを求め,荷重繰返し速度に相当する周波数のスペクトル成分の経時変化を調べることにより,繰返しSCCによる最終破断の予知が可能であった.各種の機械,構造物は近年益々大型化,高性能化の方向にあり,またそれらが稼動する環境も多用化,苛酷化の一途をたどっている.それに伴い金属材料には高強度,耐食性,耐熱性,またときには軽量性が求められており,高強度材料と耐食材料が益々脚光を浴びつつある.しかしながら,高強度材料,耐食材料は応力腐食割れ(SCC)に敏感であり, SCC条件下で動的応力,とくに実機,構造物において一般に見られる組合せ・多軸応力の動的SCCき裂発生挙動を明らかにする必要がある.そこで本研究では,高強度鋼SCM435-3.5%NaCl水溶液の組合せ下において,曲げ,ねじり,および引張り応力ねじり応力が同位相の引張り・ねじり組合せ応力下の繰返しSCCき裂発生挙動を検討した. τ_<max>≧780MPaのねじり応力下では長手方向に対して直角方向の粒内破壊により破断し,空中疲労強度からの低下は見られない.また, 500MPa≦τ_<max><780MPaでは, APC型SCCによる長手方向き裂が腐食ピット底より発生した後,その長手方向き裂先端より最大主応力支配の粒界き裂が発生・進展することにより試験片が破断した.ねじりのτmax<500MPaおよび引張り・ねじり組合せ応力下では,腐食ピット底より直ちに最大主応力あるいは最大垂直変動応力に対して直角方向のき裂が発生・進展して破断に至った.腐食ピット底より繰返しSCCき裂が発生する力学的条件は,腐食ピットを鋭いき裂と見なして,最大垂直変動応力幅を用いて計算した応力拡大係数幅△KIFSCCにより定まった.同様に, APC型SCCによる長手方向き裂は,腐食ピット底のモードIII応力拡大係数幅△KIIIが△KIIIFSCCをこえたとき発生した.また,腐食電位のパワースペクトルを求め,荷重繰返し速度に相当する周波数のスペクトル成分の経時変化を調べることにより,繰返しSCCによる最終破断の予知が可能であった.本年度は基礎的研究として、水素ぜい化型SCCに敏感な高強度鋼SNCM435-35%NaCl水溶液の組合せを選び、応力比R=【σ_(min)】/【σ_(max)】=【τ_(min)】/【τ_(max)】=-1の曲げおよびねじり応力下の繰返しSCCき裂発生挙動を検討した。曲げ応力下の場合は、腐食ピット底より引張応力支配の粒界き裂が発生・伝ぱして破断し、繰返しSCC強度が空中疲労強度に比べて低下した。一方、ねじり応力下の【τ_(max)】≧780MPaの高【τ_(max)】下では、空気中疲労と同様に、長手方向に対して直角方向に粒内疲労破壊を生じ、空気中疲労強度との差は見られなかった。500MPa≦【τ_(max)】〈780MPaでは腐食ピット底よりせん断応力支配の長手方向き裂が発生した後、長手方向に対して45°傾いて引張応力支配の粒界き裂が、また【τ_(max)】〈500MPaでは腐食ピット底より直ちに引張応力支配の粒界き裂が発生し、ともに腐食環境中強度は空気中疲労強度に比べて低下した。曲げ応力下、およびねじり応力下の【τ_(max)】

〈500MPa下において、腐食ピット底より引張応力支配き裂が発生する力学的条件は、腐食ピットを鋭いき裂と見なして求めた【K_(IFSCC)】により定まった。一方、500MPa≦【τ_(max)】〈780MPaの軸方向き裂の発生条件は、同様にして求めたK【III】FSCCにより決定された。また、軸方向き裂先端からの引張応力支配き裂は、軸方向き裂の応力拡大係数のモード【I】成分が【K_(IFSCC)】に等しくなったとき発生した。昭和62年度は、以上の成果をもとに、引張り、捩り組合せ・多軸応力下のSCCき裂発生挙動について検討する計画である。
嗅神経幹細胞をもちいた嗅覚障害への新たな治療法の検討

アレルギー性鼻炎、薬剤性嗅覚障害、外傷性嗅覚障害モデルマウスを作成し、それぞれの行動解析、嗅球局所電位などで嗅覚障害を評価する。モデルマウスに、嗅粘膜組織由来幹細胞、ステロイド剤などを複数の経路で投与し、におい物質に対する行動の変化を評価確認する。またモデルマウスの鼻粘膜の免疫組織学的評価、および電子顕微鏡にて解剖学的評価を経時的におこなうことで治療の効果を確認する。
肺虚血再灌流障害の発症機序-TLR4を介した細胞内シグナル伝達経路の解明-

eritran投与群では非投与群と比べ、LIRIは有意に抑制された(PI:P=.007、MPO活性:P=.002)。同時にNF-кB活性も有意に抑制された(P=.004)。しかし、PI3K活性及びアポトーシスの抑制を認めなかった。Akt活性は両群ともその活性を認めなかった。また、非投与群で認めたIRAK活性は、eritran投与群で有意に阻害された。以上より、薬剤(eritoran)によるTLR4阻害にてLIRIが抑制可能であった。この結果は臨床応用への可能性が広がったと考える。また、この作用機序はMyD88 independent経路によるものではなく、MyD88 dependent経路によるものと類推された。【背景】Toll-like receptor-4(TLR4)阻害によるNF-κB抑制が肺虚血再灌流障害(LIRI)を抑制することを報告した。一方、NF-κBはischemia preconditioning現象(IPC)においても重要な役割を担うことが示唆されている。近年、TLR4からNF-κBに至るシグナル伝達経路としてMyD88に代わりTRIFを介する経路(MyD88非依存経路)が発見された。そこでTLR4からNF-κBに至るシグナル伝達経路の相違がNF-κBの相反する作用(LIRI/IPC)の振り分けに関与しているのではないかと仮定し以下の検討を行った。【方法】wild-type(WT)、TLR4/MyD88/TRIF KOを用いて「60分間虚血+180分間再灌流」のLIRIモデル、「5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+5分間再灌流+5分間虚血+30分間再灌流+60分間虚血+180分間再灌流」のIPC+LIRIモデルを作製し、肺障害(permeability index[PI]、MPO活性)、及びNF-κB活性を測定した。【結語】TLR4を介した細胞内シグナル伝達においてMyD88依存経路がLIRIを、MyD88非依存経路がIPCを誘導することが示された。したがって、TLR4からNF-κBに至るシグナル伝達経路の相違がNF-κBの相反する作用の振り分けに関与していることが示唆された。【背景】Toll-like receptor-4 (TLR4)阻害によるNF-κB抑制が肺虚血再灌流障害(LIRI)を抑制することを報告した。
生体軟組織のin vivoひずみ計測法の開発

本研究の最終目的は,生体材料モデル構築のため,材料試験法を開発することである.その端緒として,代表的医療画像機器であるX線CTを用いて,ある時点を基準とした形の変化が観測できるとの前提に立ち,並列計算を活用し,高速で生体内部の変位場・ひずみ場を計測する手法を開発した.手法概要変形前後の同一物体に関して,それぞれの状態で,十分小さな間隔をおいてX線CT画像を撮影し,2組の三次元画像データを構成する.未知の係数を含むB-スプライン関数基底で変位場が近似できるとして,実際に計測された画像データの画素値分布と,未定係数を仮に定めて設定した仮想変位場にしたがって変形前画素値分布を仮想的に変形させた画像データ間の誤差を最小化するとの問題設定で,変位場同定の逆問題を解く.ひずみに関しては,変位場の解析的空間微分値から算出する.高速化・安定化の検討非現実的な変位場を同定することがないよう,いくつかのサンプル点に対して,非圧縮の制約条件を課し,ペナルティ項として付加して修正目的関数を設定した.誤差最小化の手法として,準ニュートン法の一種であるLevenberg-Marquardt法を適用した.これらの誤差最小化手法に関する工夫により,変位場同定に要する時間が激減した.また,ペナルティ係数等の設定方法について,一般性の高い方法を考案した.並列計算アルゴリズムの開発さらなる高速化を目指して,並列計算の可能性を検討した.B-スプライン基底の局所性より,提示の手法は並列化計算と整合性が高いことがわかった.アルゴリズムを並列計算向けに改良したところ,8ノード並列で95%の並列化効率が達成された.以上の検討により,実用に耐え得る,ひずみ場計測手法が開発できたものと考えられる.本研究の最終目的は,生体材料モデル構築のため,材料試験法を開発することである.その端緒として,代表的医療画像機器であるX線CTを用いて,ある時点を基準とした形の変化が観測できるとの前提に立ち,並列計算を活用し,高速で生体内部の変位場・ひずみ場を計測する手法を開発した.手法概要変形前後の同一物体に関して,それぞれの状態で,十分小さな間隔をおいてX線CT画像を撮影し,2組の三次元画像データを構成する.未知の係数を含むB-スプライン関数基底で変位場が近似できるとして,実際に計測された画像データの画素値分布と,未定係数を仮に定めて設定した仮想変位場にしたがって変形前画素値分布を仮想的に変形させた画像データ間の誤差を最小化するとの問題設定で,変位場同定の逆問題を解く.ひずみに関しては,変位場の解析的空間微分値から算出する.高速化・安定化の検討非現実的な変位場を同定することがないよう,いくつかのサンプル点に対して,非圧縮の制約条件を課し,ペナルティ項として付加して修正目的関数を設定した.誤差最小化の手法として,準ニュートン法の一種であるLevenberg-Marquardt法を適用した.これらの誤差最小化手法に関する工夫により,変位場同定に要する時間が激減した.また,ペナルティ係数等の設定方法について,一般性の高い方法を考案した.並列計算アルゴリズムの開発さらなる高速化を目指して,並列計算の可能性を検討した.B-スプライン基底の局所性より,提示の手法は並列化計算と整合性が高いことがわかった.アルゴリズムを並列計算向けに改良したところ,8ノード並列で95%の並列化効率が達成された.以上の検討により,実用に耐え得る,ひずみ場計測手法が開発できたものと考えられる.本研究の最終目的は,生体材料モデル構築のため,材料試験法を開発することである.その端緒として,X線CT技術の高度化により,ある時点を基準とした形の変化が観測できるとの前提に立ち,固体に関する力学的検討を行う際に基本となる,変位場を評価する方法を開発した.問題設定無負荷である基準状態と,外力が加わり変形した荷重状態双方について,十分小さな間隔をおいてX線CT画像を撮影し,三次元画像が構成可能な,画素重心の座標と画素値のデータがそろっているものとする.これら2組のデータセットを用いて,物体内部のある物質点が,荷重負荷によりどの位置に移動したかを特定する.変位関数の検討無負荷状態でのある物質点の位置と,同一物質点の荷重状態での位置の関係を記述するのが変位関数である.これまでは,フーリエ級数を基底関数として採用したが,少ない項数で実用に耐える近似を行うため,B-スプライン関数を採用することとした.これにより,変位場の複雑度の違いにあわせて,動的に非線形度を変化させることが可能となった.すなわち,B-スプライン関数の節点を,最初は粗く等間隔の格子点として設定する.変位場同定の進行にあわせて,機動的に節点間隔を変化させる.この操作には,アダプティブ有限要素法のh法が応用できる.これにより,部分的な変位場の複雑度の違いに対処できる.変位場同定B-スプライン関数の未知係数を仮に与え,仮想変位場を設定する.実際に計測された画素値分布と,仮想変位場にしたがって変形前画素値分布を仮想的に変形させたものとの差を誤差関数とする.その誤差関数を最小化する未知系数値を勾配法の一種である,Levenberg-Marquardt法により求める.以上の定式を導出し,人為的に作成した画像データを用いて,提示した手法の妥当性を確認した.

代表的医療画像機器であるX線CTを用いて,生体内部のひずみ場を計測することを目的に,前年度に開発した計測方法の,さらなる高速化と安定化を図り,並列計算アルゴリズムについても検討を行った.手法概要変形前後の同一物体に関して,それぞれの状態で,十分小さな間隔をおいてX線CT画像を撮影し,2組の三次元画像データを構成する.未知の係数を含むB-スプライン関数基底で変位場が近似できるとして,実際に計測された画像データの画素値分布と,未定係数を仮に定めて設定した仮想変位場にしたがって変形前画素値分布を仮想的に変形させた画像データ間の誤差を最小化するとの問題設定で,変位場同定の逆問題を解く.ひずみに関しては,変位場の解析的空間微分値から算出する.高速化・安定化の検討非現実的な変位場を同定することがないよう,いくつかのサンプル点に対して,非圧縮の制約条件を課し,ペナルティ項として付加して修正目的関数を設定した.誤差最小化の手法として,準ニュートン法の一種であるLevenberg-Marquardt法を適用した.これらの誤差最小化手法に関する工夫により,変位場同定に要する時間が激減した.また,ペナルティ係数等の設定方法について,一般性の高い方法を考案した.並列計算アルゴリズムの開発さらなる高速化を目指して,並列計算の可能性を検討した.B-スプライン基底の局所性より,提示の手法は並列化計算と整合性が高いことがわかった.アルゴリズムを並列計算向けに改良したところ,8ノード並列で95%の並列化効率が達成された.以上の検討により,実用に耐え得る,ひずみ場計測手法が開発できたものと考えられる.