hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノ結晶デバイス開発論文からの情報抽出とその活用

本研究では、ナノ結晶デバイス開発論文を対象として、主に論文中の実験に関する条件や結果に関わる情報(材料や関係するパラメータなど)を抽出するためのコーパスの作成と、そのコーパスを利用した情報抽出システムNaDevの開発を行った。本システムを用いることにより、論文、アブストラクト、図表のキャプションから、単純なキーワードではない実験に関係するキーワードを抽出することができ、論文の類似性判定、抽出した情報を利用した検索の絞り込み支援システムなどを作成することが可能となる。本研究では、プロトタイプシステムとしての図表検索システムの提案を行った。本年度は、ナノ結晶デバイス開発論文からの情報抽出を中心に研究を行っている。そのために、実際の論文から、抽出すべき情報にタグ付けを行ったコーパスの作成と、そのコーパスを用いて抽出すべき単語の特徴を機械学習により獲得する自動情報抽出システムの作成を行っている。本研究では、これまでに、分野に属する学生にコーパス作成を依頼していたが、その品質については、十分な検討が行われていなかった。この問題に対し、分野の専門家である共同研究者の協力を得て、公開版のコーパス作成のガイドラインを作成するとともに、コーパスの公開を予定している。コーパスの公開の時期に関しては、関連する論文の採択状況などに応じて検討する予定である。また、成果の発信や、関連研究者との交流も並行して行っている。本研究では、ナノ結晶デバイス開発論文からの情報抽出を中心に研究を行っている。本年度は、これまでに行ってきた研究成果をよりブラッシュアップして、論文中の抽出すべき情報をタグ付けしたコーパスNaDev Corpusの作成に関する論文、このコーパスを用いた機械学習の枠組みにより、未知の論文からの情報抽出を行う自動情報抽出作成システムNaDevに関する論文、上記のシステムに関連した化学物質名の抽出に関する論文という3編の論文として発表した。特に、NaDevの論文については、昨年度に参加した米国のNanoiformaticsの研究グループが編纂したNanoiformaticsの特集号の中の1編として採録され、我々の研究がコミュニティに認知されたことを示していると考えている。また、作成したコーパスについては、本プロジェクトのWebページから問い合わせてもらうことにより、公開するという形での公開を行っている。本年度の新たな研究成果としては、上記のコーパスが、特定の研究室の研究論文の論文全文を利用したものであるためバリエーションが少ないという問題点を解決するために、100編程度のアブストラクトを利用したよりバリエーションを含むデータに対するコーパスの作成を行っている。また、自動抽出システムNaDevの応用事例として、論文中のキャプションを対象として、関連するメタデータを用いた論文中の画像の分析システムを提案し、プロトタイプシステムを作成した。このシステムでは、従来のコーパスが扱っていた課題よりも広い課題を扱うことから、その情報抽出の再現率・精度にやや問題があるものの、単純な図表検索だけではなく、関連する材料名や他のパラメータといったメタデータを利用した絞り込み検索の支援が可能であり、これまでの図表検索システムとは違った分析が可能となっている。今後は、NaDevの性能向上をはかると共に、システムのブラッシュアップを行っていく予定である。本研究で提案している論文からの情報抽出とその活用のための基盤技術が構築され、抽出した情報の活用方法を検討することができる状態になっている。また、この情報抽出という枠組についての認知度は高まっており、コーパスの公開などを通して、新たな研究者の興味を喚起できる可能性もある。知識科学本年度は、これまでの研究成果を踏まえた論文執筆を行うとともに、論文からの情報抽出を行った結果に基づいた具体的な論文検索のインターフェースを作成する。具体的には、論文中の図のキャプション情報に注目した論文検索インターフェースを構築し、分野の研究者に利用してもらい、その評価を得る予定である。概ね順調に使用したが、英文校閲の費用の清算が年度をまたいだために、その関連の費用が3月時点の残として残っている。資金計画は当初予定通りであり、1年目の残については、すでに英文校閲の費用として支出済みである。
蛋白質のレアな大振幅ゆらぎの理論解析:クラッキングの探索

リガンド結合に伴って大きく構造変化するアロステリック蛋白質のレアな大振幅ゆらぎについて、全原子モデルと粗視化モデルを併合したマルチスケールシミュレーションによって研究した。まず、リガンド非結合のアポ状態と結合したホロ状態の立体構造が既知のアロステリック蛋白質71個について、両構造におけるアミノ酸対相互作用を、全原子モデルにより計算した。その結果、両構造で保存されたアミノ酸対相互作用は、強いものから弱いものまで普遍則に従う指数分布をするのに対して、片方の構造でだけ見出されるアミノ酸対相互作用は、ほぼすべて弱いものでり、明確に異なる分布をもつことを発見した。この規則は対象とした41蛋白質すべてにおいて成立していた。次に、全原子モデルによるアミノ酸対相互作用エネルギーを用いて、これに比例するエネルギーをもつ粗視化モデルを構築した。さらに、この比例係数およびほかのパラメータは、23個のテスト蛋白質について、全原子モデルで計算したゆらぎと粗視化モデルで計算したゆらぎをマッチさせることによって求めた。このようにして得られたモデル、原子相互作用に基づく粗視化モデル(AICGモデル)のテストとして、天然状態での平均ゆらぎ、アロステリック蛋白質の構造変化方向を計算したところ、従来の粗視化モデルに比べてかなり優れた予測能力をもつことが分かった。ACIGモデルを用いて、アデニル酸キナーゼの大振幅ゆらぎを調べたところ、ホロ状態にいる蛋白質が10^<-6>程度の確率でアポ状態に近い(RMSD3.5A程度)にまでゆらぐことが明らかとなった。大振幅なゆらぎは、調和的なモデルでは記述できない。さらに、原子相互作用に基づかない従来の粗視化モデルでは、AICGに比べて、大きすぎるエネルギー障壁をもつことを示した。蛋白質のレアな大振幅構造変化を調べるために、リガンド結合に伴いドメイン間の構造変化を起こす10個以上の蛋白質について、その構造ゆらぎを、弾性ネットワークモデル、郷モデル、それらを原子レベルの計算で補ったマルチスケールモデルでそれぞれ調べた。リガンド非結合状態(アポ状態)では、これらすべてのモデルがそのゆらぎと構造変化の関係をうまく記述できるのに対して、リガンド結合状態(ポロ状態)では、弾性ネットワークモデルは精度が悪く、郷モデルはそれよりかなり精度がよいが限界はあり、原子レベルの計算で補ったマルチスケールの郷モデルが非常に精度よくゆらぎと構造変化を再現できることが分かった。これは、ホロ状態からのダイナミクスにおいてクラッキングが重要な働きをしていること、クラッキングの正しい記述には原子レベルの配列に依存したエネルギー情報が重要であることなどを示唆している。また、癌抑制遺伝子p53の蛋白質のN末端部分NTDは、天然変性蛋白質であり、いくつかの転写関連蛋白質と結合してフォールディングする。新学術領域の他研究者との交流に刺激されて、我々はこの系の計算研究を行うことにした。まず、転写因子との結合部位13アミノ酸残基の結合前の状態を調べた。p53の原子モデルを陽な水分子溶媒中に構成し、レプリカ交換分子動力学シミュレーションを行った。各レプリカ300nsの大規模サンプリングの結果、ほぼ収束した結果が得られた。我々の計算では、このp53ペプチドは300Kの水溶液中で大部分変性しているが、確率0.4%程度αヘリックスをとることが観察された。今後、結合タンパク質との複合体の物性を調べ、典型的な天然変性蛋白質のターゲットとの結合の物理化学を明らかにする予定である。
癌幹細胞のエピジェネティックな異常からみた新規治療標的の検索

我々は、口腔扁平上皮癌59症例を用いて網羅的メチル化の解析を行った。メチル化プロファイルにより口腔癌は大きくClusterA, ClusterBという2群に分類されることが明らかとなった。後発転移までの期間をカプランマイヤー法を用いて解析すると、ClusterB群に含まれる癌組織が優位な差をもって予後不良であることが分かった。ClusterB群に含まれる癌症例には、基底細胞層に特異的に発現するケラチン群の発現が強く認められた。さらに我々は、口腔癌の予後を分類する2つの遺伝子を同定した。癌幹細胞の存在は、1997年急性骨髄性白血病において初めて報告された(Nature Medicine, Vol.3, 1997, p.p.730-737)。癌幹細胞は、分化し癌組織を形作る多分化能と、細胞分裂を経ても多分化能を維持できる能力である自己複製能を併せ持つ細胞であり、癌細胞の供給源と考えられている(Nature, Vol.414, 2001, p.p.105-111.)。再発・治療抵抗性を示す症例の新たな治療標的の検索を行うには、癌幹細胞の性質を理解することが必須であると考えられるが、未だ癌幹細胞の形質と、癌幹細胞より分化派生した癌細胞の詳細な相違は未だ不明である。そこで本研究では、癌幹細胞の異常からみた、新規の癌治療標的の検索を行う事を目的とする。本研究では、癌幹細胞様細胞を作成、同定し網羅的なDNAメチル化の解析を行うと共に、癌幹細胞の異常からみた異常メチル化候補遺伝子の同定を行う。同定した異常メチル化候補遺伝子は機能解析を行い、口腔癌の新規の治療標的となり得るか機能解析を行う。さらに、臨床組織においてもその遺伝子の発現レベルを確認し、実際の臨床情報との相関を図る。網羅的なDNAメチル化の解析技術の進歩に伴い、癌細胞におけるエピジェネティクスな異常についても次第に明らかとなってきた。我々の解析結果から得られる候補遺伝子は新規の治療標的あるいは治療応答性に関わるバイオマーカーとなり得ることが期待され、他領域固形癌に比べて有効な治療標的の見つかっていない扁平上皮癌において重要なプロジェクトとなる。さらに同定された候補遺伝子は、癌幹細胞の異常を基盤として同定したと言う点で非常に新規性のあり発展性のあるプロジェクトである。癌幹細胞の存在は、1997年急性骨髄性白血病において初めて報告された(Nature Medicine, Vol.3, 1997, p.p. 730-737)。癌幹細胞は、分化し癌組織を形作る多分化能と、細胞分裂を経ても多分化能を維持できる能力である自己複製能を併せ持つ細胞であり、癌細胞の供給源と考えられている(Nature, Vol.414, 2001, p.p. 105-111.)。癌組織においても、正常組織と同様に幹細胞様の性質を持つ細胞が存在し癌組織の形成・維持すると考えられている。癌幹細胞と分化し派生した癌細胞において、その形質の変化は未だに不明である。そこで申請者は、口腔扁平上皮癌細胞株から癌幹細胞様細胞株を樹立し、癌幹細胞のDNAのメチル化の異常をMeDIP-chip法を用いて網羅的に解析する。さらに癌幹細胞を分化誘導し、分化後の癌細胞についても網羅的にメチル化の解析を行う。得られた解析結果から、癌幹細胞に特有の異常メチル化候補遺伝子を同定する。癌幹細胞株のエピジェネティクスな異常については、詳細はいまだに不明である。そこで今回癌幹細胞の異常からみた、新規の癌治療標的を検索するという非常に独創的な視点から研究をすすめる。
凝縮系の揺らぎおよび非線形分光に関する理論研究

本科学研究費により、凝縮系の揺らぎの解析を行った。具体的には、多次元分光法、水の相転移ダイナミクス、超臨界水中の化学反応の解析を行った。我々は、世界に先駆けて液体の2次元ラマン分光法の理論研究を進めてきた。2次元NMRが1次元NMRに比べ構造の詳細な情報を提供するのと同様、2次元ラマン分光法からは従来のラマン分光法にはないダイナミクスなどの情報を得る事ができる。多次元ラマン分光法の実験および理論計算は非常に困難であったが、我々およびバークレー校のグループがほぼ同時期に二硫化炭素液体の理論計算と実験に成功した。分子動力学計算に基づく結果には、応答関数の符号が変化する領域が見られることが明らかになった。様々な解析を進めた結果、液体中の非調和的なダイナミクスによるものであることが明らかになった。3時間相関関数および安定性行列に基づきシグナルの解析を行った。さらに、各瞬間の基準振動を用いてシグナルを解析し、回転運動の間の結合が重要であることも明らかにした。現在、二硫化炭素液体の2次元ラマン分光の温度依存性、また、他の液体に関しても詳細な解析を進めている。さらに、神戸大学の実験グループ(富永圭介教授)と、メチルアルコール中のOCNおよびSCNの3パルス赤外フォトンエコーによるピークシフトにより揺らぎの解析を行った。また、氷の融解過程ダイナミクスを解析し、水素結合ネットワークの乱れを契機にして結晶構造が融解していくことを明らかにした。さらに、水の相転移過程において分子の配置・配向秩序と密度変化がどのように進行するかを明らかにした。超臨界水中のギ酸の解離反応について解析し、超臨界状態と亜臨界状態での溶媒和の変化が反応経路を変え、生成物を変える事を明らかにした。さらに、水の自己解離反応の温度依存性を明らかにした。平成13年度は,亜臨界水・超臨界水中の蟻酸の解離反応,水の結晶化過程,液体の2次元ラマン分光の理論研究を進めた.(1)蟻酸の解離反応蟻酸分子は周囲の水分子が触媒となり,trans体ではCOとH_2O,cis体ではCO_2とH_2Oに解離する.そこで,量子化学電子状態計算と分子力場法を組合せたQM/MM法さらに分子動力学法を組合せ,亜臨界および超臨界水中における解析を行った.その結果,cis体では触媒となる水分子の分布が超臨界・亜臨界状態ともにあまり変化しないのに対し,trans体では触媒として働く水分子の存在確率が,亜臨界状態に比べ超臨界状態では非常に小さくなり,trans体の蟻酸からCOとH_2Oへの脱水反応が起こりにくくなることを明らかにした.(2)水の結晶化過程等温等圧の分子動力学法により結晶化のダイナミクスの解析を行い,ポテンシャルエネルギーがあまり低下しない時間領域(誘導時間)のあと,ポテンシャルエネルギーがゆっくりと減少し,その後急激に安定化し結晶核の成長が見られることを示した(Nature,印刷中).また,液体状態と結晶状態の中間から両方の状態に結ぶ経路を多数発生させ,Path Sampling法を応用することにより,結晶化(融解)の自由エネルギー面の解析を進めている.(3)液体の2次元ラマン分光分子動力学計算に基づき,CS_2と水の2次元ラマン分光(5次の非線形光学過程)の解析を行った.特に,我々の解析によりこれらの液体のシグナルには強度の符号が変わる節が存在することを明らかにした.

この節は,ほぼ同時期にカリフォルニア大学バークレー校のFleming達の実験でも観測された.解析を進めた結果,この節は低次の分光法ではとらえることのできない動的なモードの結合によることを明らかにし,高次非線形分光法による詳細な位相空間ダイナミクスの解析の可能性を示した.現在,実験の論文とともにPhys.Rev.Lett.に投稿中.本科学研究費により、凝縮系の揺らぎの解析を行った。具体的には、多次元分光法、水の相転移ダイナミクス、超臨界水中の化学反応の解析を行った。我々は、世界に先駆けて液体の2次元ラマン分光法の理論研究を進めてきた。2次元NMRが1次元NMRに比べ構造の詳細な情報を提供するのと同様、2次元ラマン分光法からは従来のラマン分光法にはないダイナミクスなどの情報を得る事ができる。多次元ラマン分光法の実験および理論計算は非常に困難であったが、我々およびバークレー校のグループがほぼ同時期に二硫化炭素液体の理論計算と実験に成功した。分子動力学計算に基づく結果には、応答関数の符号が変化する領域が見られることが明らかになった。様々な解析を進めた結果、液体中の非調和的なダイナミクスによるものであることが明らかになった。3時間相関関数および安定性行列に基づきシグナルの解析を行った。さらに、各瞬間の基準振動を用いてシグナルを解析し、回転運動の間の結合が重要であることも明らかにした。そして、神戸大学の実験グループ(富永圭介教授)と、メチルアルコール中のOCN^-およびSCN^-の3パルス赤外フォトンエコーによるピークシフトにより揺らぎの解析を行った。また、氷の融解過程ダイナミクスを解析し、水素結合ネットワークの乱れを契機にして結晶構造が融解していくことを明らかにした。さらに、水の相転移過程において分子の配置・配向秩序と密度変化がどのように進行するかを明らかにした。超臨界水中のギ酸の解離反応について解析し、超臨界状態と亜臨界状態での溶媒和の変化が反応経路を変え、生成物を変える事を明らかにした。さらに、水の自己解離反応の温度依存性を明らかにした。
太陽光による水の光分解を可能にする共役系ネットワークポリマーシステムの構築

電気化学的には比較的簡単な水の水素と酸素への分解を、光エネルギーを用いて行うのは大変難しい。これは太陽光による水の分解を行うためには分子レベルの局所部位に多光子エネルギーを用いて4電子酸化還元反応を実現することが条件となるからである。しかしながら太陽光は希薄である上にそのエネルギーは紫外光から赤外光まで非常に幅広く分布しており、この中で、紫外・可視光が約50%、残り50%が赤外光となる。すなわち光子エネルギーを効率よく利用するためには近赤外光領域の光をもターゲットとする必要がある。申請者が既に合成に成功していた水溶性で高度に共役系の発達した高分子である狭バンドギャップポリマーはこの太陽光の幅広いエネルギー全域を吸収可能である。そこでこの希薄な太陽光から多光子を捕集し多電子酸化還元反応へつなげるために、電子プールサイトになり、しかも架橋点となりうる部分の分子設計を行う必要があった。そこで、このようなサイトとしてフェナントロリン金属錯体の水溶性狭バンドギャップポリマーへの導入を試みたところ、コバルトイオン錯体の形成が電子スピン共鳴法等で確認された。現時点では光子捕集による酸化還元反応の検出にはいたっていないが、さらに金属種を変え検討していく。また、色素増感太陽電池をモデルとして、その色素部位に狭バンドギャップポリマーを用いることで、狭バンドギャップポリマーから二酸化チタンへの電子移動反応とそれに付随する発電について検討したところ、発電効率は悪いものの、1200nmより短波長の光エネルギーを用いて、発電可能であることが確認できた。太陽光による水の分解を行うためには分子レベルの局所部位に多光子エネルギーを用いて4電子酸化還元反応を実現することが条件となる。太陽光は希薄である上にそのエネルギーは290nmの紫外光から2400nmの赤外光まで非常に幅広く分布しており、この中で、紫外・可視光が約50%、残り50%が赤外光となる。研究代表者が既に合成に成功していた水溶性で高度に共役系の発達した高分子である狭バンドギャップポリマーはこの太陽光の幅広いエネルギー全域を吸収可能であったが、その吸収したエネルギーを、化学エネルギーや電気エネルギーへ変換することは以下の点で常識的に困難であると判断されうるものであった。すなわち、分子が光エネルギーを吸収し励起状態にあがった場合、非常に速い振動緩和により分子の最低励起状態に達し、この電位から通常光誘起電子移動やエネルギー移動は起こると考えるのが一般的である。この考え方からすると狭バンドギャップポリマーは光の吸収領域が広いが、その最低励起状態の電位は低いため、吸収した光エネルギーを熱エネルギーに変換できても、化学エネルギーや電気エネルギーへ変換するのには不向きである。逆に考えると、光エネルギー吸収直後のポリマーが最低励起状態へ緩和する前に他の物質へ電子を送り込むことが可能になれば、幅広い太陽光の有効利用へつながることになる。今回、この点を明らかにするために色素増感太陽電池をモデルとして、その色素部位に狭バンドギャップポリマーを用いることで、上述の光励起直後の狭バンドギャップポリマーから二酸化チタンへの電子移動反応とそれに付随する発電について検討したところ、発電効率は悪いものの、1100nmより短波長の光エネルギーを用いて、発電可能であることが確認できた。
マルチメディア通信における状況適応型ＱｏＥ向上基礎技術の研究

マルチメディア通信サービスのQoE (Quality of Experience:ユーザ体感品質)への影響要因の定量的明確化と,その結果に基づいたQoE向上基礎技術の確立を試みた.まず,QoEとQoS (Quality of Service)とを機軸として構造化した情報ネットワーク基礎技術の教科書を著した.QoE向上基礎技術として,音声・ビデオ通信用QoEベースビデオ出力方式SCS,多視点ビデオ・音声通信,力覚・音声・ビデオ通信におけるメディア適応型メディア内同期制御方式,ユーザ援用型QoE向上方式を取り上げ,それらの高度化を図った.更に,QoEのベイズ統計モデルを世界で初めて構築した.本研究の目的は,ユーザ体感品質(Quality of Experience: QoE)への影響要因を定量的に明確化し,その結果に基づいてQoE向上を可能にする基礎技術を確立することである.本年度の主要な研究成果は,そのための基盤整備である.すなわち,(1)QoEの概念整理と体系化,(2)本研究遂行の方法論の策定,(3)その方法論による具体的課題の検討である.(1)については,情報ネットワークの評価尺度として,従来のQoSに加えてQoEの重要性が広く認知されてきた動向に鑑み,QoEとQoSの関係を整理したモデルを構築した.それを基軸として情報ネットワーク基礎技術の構造化を試みて,1冊の著書にまとめた(図書).(2)については,次の2種類の方法論を選択した.(a)影響要因の明確化を先行した後にQoE向上方式を検討する.(b)ユーザと状況に適したQoE向上方式を発見的に取り上げ,その検討の過程で影響要因を明確化していく.本年度は,特に方法論(b)の具現化を図った.すなわち,研究代表者が以前に提案した“ユーザ援用型QoE向上方式"を概念的に一般化し,QoEへの影響要因の観点からQoE管理問題の解決策として提案した(WTC2014).(3)については,ユーザ援用型QoE向上方式を中心に研究を実施した.まず, QoEベースビデオ出力方式SCSにおいてリモコン型閾値選択インタフェースを用いた場合に,ユーザ属性やコンテンツの種類がQoEに及ぼす影響を多次元的に調べた(信学技報CQ2013-1).続いて,実無線LANを用いた場合のSCSのQoE評価も行った.更に,音声・ビデオ・力覚メディアインタラクティブ通信について,QoE監視を用いたQoS制御方式,ユーザによるQoS制御方式,これら2方式を切り替えることができる方式2種類の計4方式を考案し,実験によりQoEを比較した(2014信学総大).本研究の目的は,ユーザ体感品質(Quality of Experience: QoE)への影響要因を定量的に明確化し,その結果に基づいてQoE向上を可能にする基礎技術を確立することである.この目的を達成するための今後の推進方策として,昨年度の実施状況報告書では,交付申請書に記載の実験的方法論(ユーザ援用型QoE向上方式を使用した実験を中心)に加えて,“QoEの数理統計モデルの構築"を掲げた.これら2種類の方策によって,本年度は,次の研究成果(5編の論文)が得られた.実験的方法論によるユーザ援用型QoE向上方式の成果は,3編の論文として発表された.まず,この方式の概念を一般化して提案し,インタラクティブ音声・ビデオ通信実験でその有効性を示した.次に,音声・ビデオ・力覚インタラクティブ通信において,QoS制御による方式(ユーザ援用型QoS制御)を含めた4方式の主観評価実験を行い,作業内容やユーザ属性がQoEに及ぼす影響や最も好まれるQoS制御方式のそれらへの依存性を明らかにした.更に,QoEベースビデオ出力方式SCSについて,閾値選択インタフェースによるユーザ援用型QoE向上の2方式(2モード方式,4モード方式)の主観評価実験を行い,従来の単純なフレームスキップまたは誤り補償よりも高いQoEを達成することを示した.実験的方法論による別の研究として,多視点ビデオ・音声(MVV-A)通信の多次元QoEリアルタイム推定方式の提案と有効性実証実験を行った.多様な使用環境において重回帰式によるQoE推定を可能にするために,使用状況タイプ(usage-situation type)の概念を導入し,代表回帰式を算出した.QoEの数理統計モデルとして,前述のユーザ援用型QoE向上インタラクティブ音声・ビデオ通信に対するベイズ階層化モデルを構築し,QoE定量化研究の新しい方向を拓いた.本研究の目的(QoE向上技術の確立)を達成するための推進方策は,実験的方法論と,QoE数理統計モデルの構築との二本立てとしている.本年度は,これら2方策により,6編の論文として成果をまとめた.実験的方法論については,QoEベースビデオ出力方式SCSを用いた音声ビデオ伝送関係の3編,力覚・音声・ビデオ(三感)インタラクティブ通信関係1編の計4編の論文が成果である.SCSについては,まず,有線通信環境と無線通信環境とで同じコンテンツを扱った実験を行い,有線と無線の違いがQoEに及ぼす影響を評価するとともに,Bフレームの有無によるQoEの違いを調査した(CQ2015-41).次に,SCSにおいて,ビデオスライス分割法がQoEに及ぼす影響を調べた(2015信学ソ大).

更に,SCSにおいて,ビデオの空間品質劣化の伝播も考慮してビデオ出力を切り替える方式を提案し,従来のビデオスライス誤り補償率による切り替え法よりもQoEの向上が期待できることを示した(CQ2016).三感インタラクティブ通信については,メディア適応型バッファリング方式を対象とし,ユーザ援用型QoS制御方式,QoE推定によるバッファリング時間切り替え方式,及び前者2方式の組合せの2方式,計4方式のQoEの主観評価実験による比較を行い,ユーザ援用型QoS制御を含む方式が優れたQoEを達成することを示した(CSE2015).QoE数理統計モデルについては,単一QoE尺度(満足度)を用いた音声・ビデオインタラクティブ通信のベイズ階層モデルを構築した(ICC2015).更に,三感インタラクティブ通信における多次元QoE尺度のベイズ構造方程式モデリングの研究も行った(ICC2016).研究期間全体の成果は,冒頭に記載の2種類の方策による成果に加えて,QoEの概念整理と体系化を行った著書の出版(平成25年度)である.マルチメディア通信サービスのQoE (Quality of Experience:ユーザ体感品質)への影響要因の定量的明確化と,その結果に基づいたQoE向上基礎技術の確立を試みた.まず,QoEとQoS (Quality of Service)とを機軸として構造化した情報ネットワーク基礎技術の教科書を著した.QoE向上基礎技術として,音声・ビデオ通信用QoEベースビデオ出力方式SCS,多視点ビデオ・音声通信,力覚・音声・ビデオ通信におけるメディア適応型メディア内同期制御方式,ユーザ援用型QoE向上方式を取り上げ,それらの高度化を図った.更に,QoEのベイズ統計モデルを世界で初めて構築した.交付申請書に記載した「研究目的」に対しては,本年度までは十分に目的を達成していると考えている.しかし,平成25年度の研究実施状況を踏まえて,今年度研究の具体的な実施方法は,交付申請書の「平成26年度の研究実施計画」とは幾分異なったものとなった.すなわち,交付申請書では,音声・ビデオ・力覚インタラクティブ通信に焦点を絞り,QoE向上基礎技術の確立を狙う計画であった.実施した研究においても,この課題については,前述の“研究実績の概要"に記したような成果が得られている.そのため,当初の基本的な目標は達成されている.そこで,本年度はこの課題を更に深く検討する代わりに,MVV-A通信の多次元QoEリアルタイム推定方式とQoEベイズ階層モデルの構築の研究を行った.これら2種類の課題は交付申請書には記載していないものであるが,“QoEへの影響要因の定量的明確化とそれに基づくQoE向上基礎技術の確立"という研究目的に,より適うものと判断した.このように,音声・ビデオ・力覚インタラクティブ通信については当初目標に比べて限定的な成果であるが,MVV-A通信とQoEベイズ階層モデルという新たな分野の研究を行い当初計画以上の成果が得られている.総合して,研究目的の達成度に関しては,おおむね順調に進展しているとの判断を行った.工学平成27年度は本研究の最終年度であるので,これまでの研究を更に進展させて取りまとめを行うとともに,研究の次の段階における課題を洗い出す.推進方策は,平成26年度に引き続き,実験的方法論によるユーザ援用型QoE向上技術の研究と,QoE数理統計モデルの構築との二本立てとする.実験的方法論により,音声・ビデオ・力覚インタラクティブ通信と音声・ビデオ通信の研究の進展と拡張を目指す.
マリファナ乱用防止のためのEBM:分子薬理学・生化学・毒性学的研究

我々は、これまでマリファナ(大麻)の薬理および毒性に関して、三大主成分(カンナビノイド)、THC(tetrahydrocannabinol)、CBD(cannabidiol)、CBN(cannabinol)の代謝を中心に報告してきた。本研究においては、シクロヘキサン環を酸化して芳香環化に関与するCYP19(アロマターゼ)によるTHCの代謝を検討した結果、代謝物の1つが8-ヒドロキシCBNであることを同定した。そこで、CYP19が芳香環化と同時にCBNのヒドロキシル化に関与することを示唆した。一方、CYP19によってTHCとCBDからCBNが形成されることをGC/MS方法によって確証した。さらに、これらのカンナビノイドのステロイド代謝(CYP19と17β-HSD(17β-ヒドロキシステロイド脱水素酵素)によるアンドロステロン(AND)、テストステロン(TES)およびエストロン(E1)の代謝)に及ぼす影響を検討した。その結果、CYP19によってエストラジオール(E2)へのTESの代謝においてTHC、CBDおよびCBN(50μM)が、それぞれ16、60、46%阻害することが判明した。一方、CYP19によるTESのAND、およびE1のE2への代謝は、THC、CBDおよびCBNによってそれぞれ約20%阻害された。したがって、本研究において、カンナビノイドが性ホルモンの代謝に深く関係していることが明らかとなり、内分泌かく乱作用が示唆された。【目的】我々は、これまでにマリフラナ(大麻)の三大主成分THC(Tetrahydrocannabinol)、CBD(Cannabidiol)およびCBN(Cannabinol)を主とするカンナビノイドの薬毒理作用の発現機構解明を目的として、生体内代謝を中心に報告してきた。すでに、我々は幻覚作用を示さないCBDが、生体内においてTHCに変換されること、さらに内分泌攪乱化学物質様作用についても一部明らかにしている。また、大麻中のTHCおよびCBDは、古くなるとCBNに変換されることから、生体内においてもCBNおよび同族体に変換されることが予測される。さらに、大麻主成分の構造はステロイド骨格に酷似していることから、生体内代謝においてステロイドホルモンの分泌系に作用し、内分泌攪乱作用を惹起する可能性を有しているが、その詳細は不明である。そこで今回、我々は生体内における大麻成分のTHC⇒CBN、CBD⇒CBNの芳香化を明らかにすると共に、関与するシトクロムP450分子種であるアロマターゼ(CYP19)によるTHC、CBDおよびCBNの代謝について検討したので報告する。【実験方法】《CYP19によるTHC、CBDおよびCBNの代謝》THC、CBDおよびCBN(100μM)は、40pmol Human CYP19(BD Biosciences),1.3mM NADP^+,0.4U/mLG-6-P dehydrogenase,3.3 mM MgCl_2を含む100mMリン酸緩衝液(pH7,4)0.25mL中、37°Cで30分間反応した。反応終了後、反応混液を酢酸エチル3mLで抽出、有機層をエバポレートし、TMS化した。なお、TMS化は反応生成物の残渣をCH_3CN15μLに溶解後,BSTFA(N,O-Bis(trimethlsilyl)trifiuoroacetoamide)15μLおよびTMCS(Trichloromethylsilane)5μLを加え、60°Cで1時間反応を行った。CH_3CN 100μLに溶解し、10μLをGC/MSに注入し分析した。《GC/MS測定条件》装置:Agilent 6890N GC/JMS-AMSUN200、カラム:HP-5(0.25mm i.d.×30m,膜圧0.25μm)、カラム温度:180-280°C(10°C/minで昇温)、注入口および検出器温度:300°C、イオン化:70eV、キャリア-ガス(流速):He(1mL/min)の条件下測定を行った。

【結果・考察】テストステロンおよびアンドロステンジオンのエストロンおよびエストラジオールへの芳香化に関与するCYP19は、主要カンナビノイドによる阻害については一部報告があるものの、マリファナ三大主成分の詳細な代謝についてはこれまでに報告がない。本研究において、THC、CBDおよびCBNのCYP19による代謝を詳細に検討した結果、CBNからmonohydroxy-CBNの生成が今回の条件下、明らかとなった。また、THCおよびCBDの代謝においては、CBNの生成が認められた。このことから、生体内におけるCYP19による芳香化が明確となった。我々は、大麻(マリファナ)主成分が生体内において多くの代謝物を生成することを明らかにしてきたが、内分泌撹乱化学物質様作用についてはこれまでに報告が一部あるものの、その詳細は不明であった。今回、CYP19によるTHCおよびCBDの芳香化が認められたことから、これらカンナビノイドのCYP19による代謝が性ホルモンの合成系に関与することが示唆された。現在、代謝物を含めたマリファナ成分の内分泌撹乱化学物質様作用を明らかにするため、エストロゲン受容体との相互作用を検討中である。【目的】我々は、大麻(マリファナ)主成分が生体内において多くの代謝物を生成することを明らかにしてきたが、内分泌撹乱化学物質様作用についてはこれまでに報告が一部あるが、その詳細は不明であった。また、テストステロンおよびアンドロステンジオンのエストロンおよびエストラジオールへの芳香化に関与するCYP19は、主要カンナビノイドによる阻害については一部報告があるものの、マリファナ三大主成分の詳細な代謝についてはこれまでに報告がない。我々は平成20年度の研究成果として、大麻主成分テトラヒドロカンナビノール(THC)、カンナビジオール(CBD)、カンナビノール(CBN)がCYP19(アロマターゼ)による代謝過程でTHCおよびCBDが芳香環化されCBNに変換されることを報告した。本年度は、CYP19の関与するアンドロステロン(AND)→エストロン(E1)およびテストステロン(TES)→エストラジオール(E2)の代謝に及ぼすこれらカシナビノイドの影響について検討すると共に、17β-ヒドロキシステロイド脱水素酵素(17β-HSD)によるAND→TESおよびE1→E2の代謝に及ぼす影響についても併せて検討したので報告する。【実験方法】THC、CBDおよびCBN(100μM)は、40 pmol Human CYP19(BD Biosciences),1.3mM NADP^+,0.4U/mL G-6-P dehydrogenase,3.3mM MgCl_2を含む100mMリン酸緩衝液(pH7.4)0.25mL、37°Cで30分間反応した。反応終了後、反応混液を酢酸エチル3mLで抽出、有機層をエバポレートし、TMS化した。
放射性ヨード内部被曝による甲状腺発癌リスク評価のための、ラットモデルでの発癌実験-チェルノブイリ原発事故後にみられる小児甲状腺癌多発の実験モデル開発-

チェルノブイリ事故後の小児甲状腺癌の発生機構を明らかにするラット実験モデルを開発するため、ラットの^<131>I内部被ばく線量を推計し、急性,亜急性の被ばく影響を観察した。被ばく時年齢依存性に注目した。(方法と結果)^<131>IをトレーサーとしてF344系ラットに投与し、臓器の取り込みを経時的に測定し、乳仔期,思春期,成熟期別に被ばく線量を求めた。全臓器は病理学的に検索した。1.甲状腺のβ,γ線の吸収率を球形モデルで求め、あらゆる甲状腺サイズに対して被ばく線量を算出可能にした。(Endo etal.,J.R.R.,39,223,1998)。γ線活性を線量に換算し、年齢別標準曲線を求めた(新田ら,J.Hiroshima Med.Assoc.,51,379,1998)。1週齢ラットの被ばく線量の、4,9週齢に対するファクター(8:全身および5:甲状腺)を得た。2.甲状腺は後12時間目に最も萎縮し、その後回復した。胸腺の萎縮が、全観察期間に認められた。TUNEL法で、脾リンパ球の放射線高感受性がアポトーシスが6時間目にピークを示された一方、甲状腺上皮は低抗性であった。RET遺伝子再構成は放射線誘発甲状腺癌の特徴で、チェルノブイリ事故後小児甲状腺癌でも報告されている.ret遺伝子再構成をラット実験モデルで捉えるために、染色体上にret遺伝子をマップした.(方法と結果)マウスBACライブラリーから目的クローンを抽出し、標的マウス染色体上にFISH法でマップした(Nitta et al.,Cytogenet.Cell Genet.,84,186,1999).このプローブはラット実験モデルでも使用できる.チェルノブイリ周辺の小児甲状腺癌の成因、発生機構を明らかにするためのラット実験モデルを開発することが本研究の目的である。最初に,若齢ラットのI-131内部被曝線量を推計した。放射線の内部被曝では,被曝線量は,放射線源となる物質の代謝速度に左右され,若齢ラットほど生理学的基礎代謝速度は早い。また、若齢ほど甲状腺の容積は小さい一方で,その甲状腺線量の全身に占める割合は大きい。この2つの因子を数値として表わすために,一定量のI-131を投与したときの、各被曝時年齢甲状腺と全身の被曝線量と被曝影響とを明らかにする実験を行なった。乳仔期,思春期,成熟期(1,4,9週齢)F344系ラット計399匹に0.38,1.03,3.42kBqのI-131を投与し,2回半減期の期間(384時間)、経時的(6,12,24,48,96,192,348,96,192,384時間目)に甲状腺および全身の放射活性をGerumanium Counterで測定し、被曝線量を算出した。全身臓器は被曝影響を病理組織学的に検索した。内容は1.甲状腺の、I-131内部被曝によるβ線、γ線の吸収率を計算し、球形モデルで線量を求めた。2.全身、甲状腺の被曝線量(Dose)の年齢別被曝線量標準曲線を求めた。3.被曝線量の年齢依存性を上記の結果を組み合わせて求めた。4.全臓器を病理組織学的な検査を行った。5.甲状腺上皮細胞、末梢血のアポトーシスを観察した。結論として、若齢ラットは成熟ラットに比べ被曝線量が大きかった、しかし甲状腺の組織学的検索からは、その重度被曝と相関する変化を明らかにできなかった。今回のI-131照射条件は組織障害を引き起こさない程度のもので次の発癌実験に適切であることが分かった。チェルノブイリ事故後の小児甲状腺癌の成因,発生機構を明らかにするためのラット実験モデルを開発するに当たり、昨年から続き、若齢ラットの^<131>I内部被ばく線量を推計し、急性,亜急性の被ばく影響を観察した。内部被ばく線量は、被曝時年齢に依存するので、異なる被ばく時年齢を設定し、比較観察した。方法)^<131>Iをトレーサーとしてラットに投与し、各臓器(甲状腺,末梢血,全身)組織の取り込みを経時的に測定し、各年齢時の被ばく線量を明らかにした。乳仔期,思春期,成熟期F344系ラットに131Iを投与し、384時間の放射活性を測定し、被ばく線量を算出した。全身臓器への被ばく影響を明らかにするため、甲状腺,肝,腎,脾の被ばく線量を推計し、病理学的に検索した。結果)1.甲状腺の、β,γ線の吸収率を球形モデルで求めた。これにより、あらゆる甲状腺サイズに対して、被ばく線量を算出可能にした(Endo et al.,1998)。γ線活性を線量に換算し、年齢別被爆線量標準曲線を求めた。これは、あらゆる投与活性に対して、1,4,9週齢時の全身,甲状腺被ばく線量を推定可能にした。1週齢ラットの全身および甲状腺の被ばく線量の、4,9週齢に対するファクター(8:全身および5:甲状腺)を求めた(新田ら,1998)。2.全臓器を病理組織学的に検索した.甲状腺は131I投与後12時間目に最も萎縮し、その後回復した。

胸腺の萎縮が、検索期間を通して認められた。TUNEL法による検索で、脾リンパ球のアポトーシスが6時間目に最も多く以後減少した一方、甲状腺上皮は抵抗性であった。3.肝.腎,脾,末梢血の被ばく線量当量は低値で相互に差はなかった.チェルノブイリ事故後の小児甲状腺癌では、RET遺伝子の逆位による活性化(再構成)が報告されている.RET遺伝子再構成は、放射線被ばくによる甲状腺癌の特徴である.ret遺伝子再構成を、ラット実験モデルで捉えるために、FISH法に用いるretプローブを作成し、染色体上にret遺伝子をマップした.方法と結果)マウスBACライブラリーから、ret遺伝子配列を含むクローンを抽出し、マウス染色体をターゲットとして、FISH法でマッピングした(Nitta et al.,1999).マウスretとラットretの塩基配列相同性は97%以上であるので、このプローブはラット実験モデルでも使用できる.チェルノブイリ事故後の小児甲状腺癌の発生機構を明らかにするラット実験モデルを開発するため、ラットの^<131>I内部被ばく線量を推計し、急性,亜急性の被ばく影響を観察した。被ばく時年齢依存性に注目した。(方法と結果)^<131>IをトレーサーとしてF344系ラットに投与し、臓器の取り込みを経時的に測定し、乳仔期,思春期,成熟期別に被ばく線量を求めた。全臓器は病理学的に検索した。1.甲状腺のβ,γ線の吸収率を球形モデルで求め、あらゆる甲状腺サイズに対して被ばく線量を算出可能にした。(Endo etal.,J.R.R.,39,223,1998)。γ線活性を線量に換算し、年齢別標準曲線を求めた(新田ら,J.Hiroshima Med.Assoc.,51,379,1998)。1週齢ラットの被ばく線量の、4,9週齢に対するファクター(8:全身および5:甲状腺)を得た。2.甲状腺は後12時間目に最も萎縮し、その後回復した。胸腺の萎縮が、全観察期間に認められた。TUNEL法で、脾リンパ球の放射線高感受性がアポトーシスが6時間目にピークを示された一方、甲状腺上皮は低抗性であった。RET遺伝子再構成は放射線誘発甲状腺癌の特徴で、チェルノブイリ事故後小児甲状腺癌でも報告されている.ret遺伝子再構成をラット実験モデルで捉えるために、染色体上にret遺伝子をマップした.(方法と結果)マウスBACライブラリーから目的クローンを抽出し、標的マウス染色体上にFISH法でマップした(Nitta et al.,Cytogenet.Cell Genet.,84,186,1999).このプローブはラット実験モデルでも使用できる.
シュードモナス属菌と酢酸菌のペリプラズミック・アルコール酸化系の比較生化学的研究

酢酸菌やPseudomanas属細菌は、そのペリプラズムに異なるキノプロテイン・アルコール脱水素酵素(ADH)を有している。本研究では、同じADHでありながら、その局在と電子受容体の異なるPseudomonas putidaのtype II ADHと酢酸菌のtype III ADHの関与するアルコール酸化呼吸鎖の構造と機能を比較・解析をすすめた。1)ブタノール培養したP.putidaからtype II ADHとともに銅タンパク・アズリンを分離・精製し、type II ADHとアズリンとの電子移動反応のキネテックス解析や蛍光変化を基にした結合解析を行い、両タンパク質が疎水結合をベースに、しかも速やかなon-off反応で進行していることを明らかにした。2)Type II ADHの関与する電子伝達系をP.putidaの膜小胞もしくは精製チトクロムオキシダーゼに再構成し、ADH-アズリン-チトクロムオキシダーゼからなるシアン感受性呼吸鎖を証明した。また、細胞膜にADHと反応可能なチトクロムがあって、シアン耐性呼吸鎖ルートを形成している可能性があることも示した。3)酢酸菌type IIIADHにはユビキノン還元反応とは別にユビキノール酸化活性が存在し、両者は酵素の異なる領域に存在していることを明らかにした。また、ADH欠損変異種酢酸菌にADHサブユニットIIをクローン化し、そのユビキノール酸化反応を検討した結果、ADH活性とシアン耐性ユビキノール酸化反応との間に相関関係があることを示した。4)Type IIADHの結晶化とそれに続くx線結晶構造解析を行い、その構造を解読すること成功したが、type III ADHでは、その結晶化には成功しているものの、最終的な構造を得るには至らなかった。酢酸菌やPseudomonas属細菌などの好気的なグラム陰性細菌は、そのペリプラズム及び細胞質膜のペリプラズム側に種々のアルコールを酸化するキノプロテイン・アルコール脱水素酵素(ADH)を有している。本研究では、同じキノヘモプロテインADHでありながら、その局在と電子受容体が大きく異なるPseudomonas putidaのtype IIと酸酸菌のtype III ADHの関与するアルコール酸化系電子伝連鎖の構造や機能の違いを、特にをPseudomonas属細菌呼吸鎖の研究を中心にすえながら、比較・解析することを目的として研究をすすめ、平成10年度に以下の結果を得た。1)ブタノールで培養したP.putidaのペリプラズムにtype II ADHとともに大量のブルー銅タンパクが生成されることを見いだした。そこで、その銅タンパクをtype II ADHとともに分離・精製し、その性質を検討した。スペクトル分析やN末アミノ酸分析等の結果から、この銅タンパクは新規なアズリンであることが明かとなった。2)次に、type II ADHとこの精製されたアズリンとの電子移動反応のキネテックス解析や蛍光変化を基にした結合解析を行った。その結果、両タンパク質はがなり速い速度で反応でき、しかもその反応は両者の疎水結合をベースに進行するが、非常に速やかなon-off反応で進行していることが明かとなった。3)酢酸菌ADHとシアン耐性電子伝達経路との関係を探るため、ADH欠損変異種酢酸菌にADHサブユニットIIをクローン化した菌株を作成し、それと野生型酢酸菌、ADH欠損変異種酢酸菌から細胞膜を調製し、それらのユビキノール酸化反応を検討した結果、ADH活性とシアン耐性ユビキノール酸化反応との間に相関関係があることが明かとなった。

本研究では、同じキノヘモプロテインADHでありながら、その局在と電子受容体が大きく異なるPseudomonas putidaのtypeIIと酸酸薗のtypeIII ADHの関与するアルコール酸化系電子伝達鎖の構造や機能の違いを、比較・解析することを目的として研究をすすめ、平成11年度に以下の結果を得た。1)TypeIIADHの関与する電子伝達系をP.putidaの膜小胞に、さらには本菌細胞膜から精製したチトクロムオキシダーゼに、ADHとアズリンをともに再構成することでその呼吸鎖ルートの解析を行った。その結果、ADH-アズリン-チトクロムオキシダーゼからなるシアン感受性呼吸鎖が十分な活性を持って再構成された。2)また同時に、細胞膜にADHと反応可能なチトクロムを見いだし、これがシアン感受性ルートに加えてシアンに耐性な別のルートを形成していることが示された。3)酢酸菌ADHにはユビキノン還元反応とは別にユビキノールを酸化する活性が存在し、しかもそのユビキノール酸化部位とユビキノン還元部位が酵素の異なる領域に存在していることを明らかにした。4)TypeIIADH(ADHIIB)の結晶化とそれに続くx線結晶構造解析を行い、その構造を1.9Aレベルで解読すること成功した。また、酢酸菌の膜結合型ADHに関しては、その結晶化には成功し、部分的な解像は得られているものの、最終的な構造を得るにいったっていない。現在、その構造解析をさらに進めており、近い将来その構造が解明されるここと期待している。
てんかん原生獲得における活性化ミクログリア機能の解明

1)ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスのてんかん機構の解明:本モデルマウスにおいて、けいれん重積後初期に活性化するミクログリアの活性化を薬理学的に抑制することで、けいれん重積4週間後に起こるけいれん閾値の低下が予防できることに加えて、アストロサイトの活性化も抑制されていることを見出し、計画を一部変更し、ミクログリアの活性化が引き起こす活性化アストロサイトの機能解析も行った。2ー1)薬剤による抑制前後での活性化ミクログリアの表現型解析:けいれん重積誘発後に、ミクログリアをCSFR1阻害剤で抑制することで、前年度に行ったミノサイクリンによる薬理学的抑制と同様に、神経障害性ミクログリアが産生していると考えられる、TNF-αの発現が低下していることをqRT-PCR法で確認した。2ー2)てんかん原生獲得期の活性化アストロサイトの解析:てんかん原生を獲得したけいれん重積誘発4週間後のアストロサイトにおいては、GFAPを用いた免疫染色で、形態的な活性化(アストログリオーシス)が起こるが、CSFR1阻害剤で薬理学的にミクログリアの活性化を抑制した場合、前年度に行ったミノサイクリンによる薬理学的抑制と同様に、このアストロサイトの活性化が抑制されることを見出した。また、てんかん原生を獲得したけいれん重積誘発4週間後のアストロサイトにおいては、海馬スライス標本を用いたCa2+イメージング法によって、IP3受容体依存的なCa活動が亢進している可能性を見出した。1、ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスの病態解析:(1)本モデルマウにおいて、自発のてんかん発作の発症時期は確定できていないが、けいれん重積誘発4週間後において、けいれんの閾値が低下することを見出し、これをけいれん感受性の指標として用いることとした。(2)本モデルマウスの海馬硬化の進展様式とミクログリアの活性化時期を明らかにするため、けいれん重積誘発後、1日・3日・7日・28日後に海馬を摘出し、蛍光免疫組織染色法により海馬組織の経時的推移を検討した。その結果、本マウスでは、けいれん重積1-7日後の早期にミクログリアが活性化し、7-28日後にかけて慢性進行性にアストロサイトが活性化することを見出した。2、活性化ミクログリアの表現型解析:けいれん重積後に惹起される活性化ミクログリアによる、神経炎症過程の程度および持続期間を解明するため、炎症性サイトカインであるIL-1β, TNF-αのmRNAの発現量変化を定量RT-PCR法を用いて定量解析した。その結果、けいれん重積後の海馬組織に存在するミクログリアにおいて、IL-1β, TNF-α(炎症性サイトカイン)のmRNAが、24時間以内に発現上昇することも確認した。また、これは海馬組織全体から抽出したmRNAにおいても同様の傾向であった。3、ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスのてんかん発症予防:平成29年度の計画を一部前倒し、初回けいれん重積後に、ミノサイクリン20mg/kg/日を連日腹腔内投与しミクログリアの活性化を抑制することで、けいれん重積誘発4週間後における、けいれんの閾値の低下が予防できることも見出した。平成28年度に計画していた、1)ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスの病態解析について、長時間脳波モニタリングによる、自発発作の確認には至らなかったが、初回けいれん重積後に、けいれんの閾値が低下することを確認し、これを新たな指標とすることとした。また、けいれん重積誘発後の海馬組織の経時的推移の検討に関しては、概ね予定通りに実験を遂行することができた。2)活性化ミクログリアの表現型解析については、当初、海馬組織全体から抽出したmRNAのみを解析の対象としていたが、海馬組織に存在するミクログリアを分離し、mRNAを抽出し解析することができたため、当初計画以上の進展が見られた。3)ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスのてんかん発症予防に関しては、平成29年度の計画を一部前倒し、初回けいれん重積後に、ミノサイクリン20mg/kg/日を連日腹腔内投与しミクログリアの活性化を抑制することで、けいれん重積誘発4週間後における、けいれんの閾値の低下が予防できることも見出した。1)ピロカルピン誘発性側頭葉てんかんモデルマウスのてんかん機構の解明:本モデルマウスにおいて、けいれん重積後初期に活性化するミクログリアの活性化を薬理学的に抑制することで、けいれん重積4週間後に起こるけいれん閾値の低下が予防できることに加えて、アストロサイトの活性化も抑制されていることを見出した。以降、計画を一部変更し、ミクログリアの活性化が引き起こす活性化アストロサイトの機能解析も行う予定とした。2ー1)薬剤による抑制前後での活性化ミクログリアの表現型解析:けいれん重積誘発後に、ミノサイクリン20mg/kg/日を連日腹腔内投与することで、神経炎症過程が抑制されるのかについて、炎症性サイトカインであるIL-1β, TNF-αのmRNAの発現量変化を定量RT-PCR法を用いて確認し、神経障害性ミクログリアが産生していると考えられる、TNF-αの発現が低下していることを確認した。2ー2)てんかん原生獲得期の活性化アストロサイトの解析: