hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ニューログリカンＣによる神経機能の制御

ニューログリカンCはスパインに局在するコンドロイチン硫酸プロテオグリカンであり、向精神薬で中枢神経での発現量が上昇することが報告されている。本研究はニューログリカンCとFGFの一部が結合すること、さらに向精神薬の投与後に脳内で両分子が増加していることを明らかにした。さらに発現変化を示す脳内の領域を調べるため、向精神薬の投与後に幾つかの神経核でFGFファミリー分子の発現を検討し、側坐核や線条体でFGFの発現が増強していることをみいだした。FGFはシナプスの機能を成熟させることが報告されている。したがって今回の結果は、向精神薬の投与で特定の神経核の回路が変化していることを示唆する。ニューログリカンCは、申請者の研究グループにより見出された神経細胞に発現する膜貫通型コンドロイチン硫酸プロテオグリカンである。これまでの研究から、ニューログリカンCはカテコールアミンの神経作用に関与している可能性が示され、統合失調症や薬物依存との関連が注目されている。これまでに我々はニューログリカンCの機能を明らかにするためNGCの結合分子を探索し、幾つかの候補分子を単離した。本年度は、昨年度の研究結果を踏まえ、ニューログリカンCと結合する細胞増殖因子の一つである繊維芽細胞増殖因子との結合を生化学的に確認した。繊維芽細胞増殖因子は複数の相同性の高い複数の分子により構成される増殖因子ファミリーである。そこで幾つかの繊維芽細胞増殖因子のファミリーメンバーを解析し、ニューログリカンCと結合する分子と結合しない分子が存在することを明らかにした。さらに、ラットに向精神薬を投与しニューログリカンCや繊維芽細胞増殖因子のmRNAの変動を解析し、これらの分子が薬物によって脳内での発現量が変動することをみいだした。この結果は、特定の神経核において向精神薬の作用により発現量が増加した繊維芽細胞増殖因子が、細胞膜表面に発現した膜貫通型プロテオグリカンであるニューログリカンCと結合することによって、組織内への拡散が制限されることを示す。そこで、初代培養神経細胞を用いて繊維芽細胞増殖因子のドーパミン神経細胞への効果を検討し、繊維芽細胞増殖因子が神経細胞の機能を調節している可能性をみいだした。ニューログリカンC(NeuroglycanC)はスパインに局在するコンドロイチン硫酸プロテオグリカンでコカインやメタンフェタミンで発現量が上昇するという報告がある。また、ノックアウトマウスの解析から、ニューログリカンCはプレシナプスの機能に関与することが示唆されている。一方で、我々はニューログリカンCが繊維芽細胞増殖因子FGFファミリー分子の一つであるbFGFと結合することを見出していたので、FGFファミリーの他の分子との結合に関して検討を行った。その結果、ニューログリカンCと結合できないFGF分子と結合するFGF分子に分類できることが分かった。また、一部のFGFは軸索終末にシナプス小胞の誘導を促進することが報告されているので、向精神薬の投与による薬物依存の成立に関与する可能性が示唆される。そこで、メタンフェタミンの投与で、これらのFGFの発現量が変化する可能性に関して検討を加えた。向精神薬であるメタンフェタミンを投与したラットとコントロールの生理食塩水を投与したラットから24時間、72時間後に脳を取り出して脳の各領域(前頭前野、側坐核、線条体、海馬、腹側被蓋野、大脳皮質視覚野)ごとにRNAを抽出し、繊維芽細胞増殖因子FGFファミリーの分子やニューログリカンCの発現量を測定した。その結果、ニューログリカンCが特定の神経核で発現量が増加していることを認めた。ただし、先行実験に比べ発現の上昇が早めに起きていた。また、幾つかの種類のFGFも扁桃体や側坐核で上昇していることを見いだした。ヘパリン結合性増殖因子の代表とされている繊維芽細胞増殖因子(FGF)は二十数種の分子により構成される増殖因子の分子ファミリーである。近年、これらのFGFの中に神経細胞に対して軸索の伸長や樹状突起の分枝を促す活性に加え、細胞間のシナプス形成を促進する活性を持つ分子種が報告されている。一方、ノックアウトマウスの解析からNGCはシナプス形成に関与していることが示唆されている。そこで我々は、シナプス形成機構の一部を明らかにする目的でニューログリカンC(NGC)とFGFの分子間結合に関する生化学的、細胞生物学的検討を行った。一般にFGFはヘパリンと構造的に相関の高いヘパラン硫酸に修飾されたプロテオグリカンと相互作用して生理機能を発揮すると考えられている。これに加え、コンドロイチン硫酸プロテオグリカンもFGFの生理作用の一部に関与していると考えられているが、その研究は遅れている。

そこで、神経細胞のスパインに局在しているコンドロイチン硫酸プロテオグリカンであるNGCとFGFファミリー分子の相互作用に関して検討を行った。本年度は複数のFGFファミリーのリコンビナント蛋白質を作製し、NGCのコア蛋白質との結合を生化学的に解析した。その結果、NGCと結合するFGFと結合しないFGFに分類されることが明らかになった。この結果から両者の結合はシナプス形成に関与する可能性が考えられる。ニューログリカンC(NeuroglycanC)はスパインに局在するコンドロイチン硫酸プロテオグリカンで向精神薬の投与により中枢神経での発現量が上昇する。また、ニューログリカンCのノックアウトマウスの解析から、ニューログリカンCはシナプス形成の初期段階のプレシナプスの機能に関与することが示唆されている。一方で、我々はニューログリカンCが繊維芽細胞増殖因子FGFファミリー分子の一つであるbFGFと結合することを見出している。本研究では、他のFGFファミリーの分子との結合に関して検討を行った。その結果、ニューログリカンCと結合できないFGF分子と結合するFGF分子に分類できることが分かった。メタアンフェタミン等の向精神薬による薬物異存の形成には側坐核とよばれる神経核が深く関与することが知られている。そこで向精神薬投与による側坐核でのFGFの発現量変化をラットを用いて調べた。興味深いことに、あるFGFが,向精神薬の投与後に増加していることをみいだした。そこで、側坐核を含む幾つかの神経核で、同様にFGFファミリー分子の発現が向精神薬の投与により変化する可能性を検討した。その結果、側坐核や線条体で同じFGFの発現が増強していることをみいだした。この、FGFはニューログリカンCと結合することをみいだしたので、両分子は向精神薬の投与により側坐核や線条体で2-4倍の発現量の増加を認めることになる。そこで、次に向精神薬の投与により増加するFGFをニューログリカンCと共に強制発現させた培養細胞と側坐核の神経細胞と共培養し、両分子の発現増強の生理学的意義を検討した。その結果、ドーパミン神経細胞の成熟に影響をもつ可能性があるという結果を得た。小児科これまでの二年間で、ニューログリカンCと結合する生理活性分子として、複数の繊維芽細胞増殖因子を同定し、その確認を生化学的、細胞生物学的手法により行った。その解析結果に加え、同定した繊維芽細胞増殖因子とよく似た構造をもつ別の繊維芽細胞増殖因子分子とニューログリカンCは結合しないことも明らかにした。この結果は、両者の結合は特異性が高く、ニューログリカンCにより特定の繊維芽細胞増殖因子が細胞表面に集積する分子機構が働いている可能性を示している。また、向精神薬によりニューログリカンCと繊維芽細胞増殖因子が、特定の神経核で発現量が変化していることを見つけた。特に薬物中毒と関連のある側坐核で両分子の発現量が増加することから、両者の特異的結合が薬物反応に関与している可能性があると考えられる。そこで、その結合の生理的な意義を明らかにするために、ドーパミン神経細胞への繊維芽細胞増殖因子の作用を細胞生物学的に検討し、ニューログリカンCと結合する繊維芽細胞増殖因が神経細胞の機能に影響を与える可能性を示唆する結果を得ている。
国際化時代の高度工業化社会における農業経営学の課題と展望

我が国における過去1015年間の農業経営研究の成果を分担課題領域毎に整理し検討を加えるとともに、研究分担者をまじえた討議を基に農業経営研究のこんごの重要課題と研究活性化の方策について研究を行った。後者の点に限って検討結果のうちから2.3の主な内容を摘出すると次のとおりである。(1)農業経営研究は、従来、個別経営(主として家族経営)研究対象としてきたのだが、この点でも多様な農業担い手を考え、なかでも組織経営体を重視するとともに、産地、地域農業の視点から経営理論の深化を図っていかなければならない状況が強まっている。この面で最近多くの研究成果があげられてきたにも拘わらず、残された課題は多い。(2)農業経営研究は、「生産性」と「収益性」を基本目標にすえてきたのだが、いまや農業をめぐる環境条件の変化に伴い、経営目標の中にさらに「環境保全」「特續的農業」「地域社会の維持」等を含め、多元的目標のもとで農業経営の諸課題を追求していく必要に迫られている。(3)農業経営研究の「実蹟性」を高めていくことがいま急務で、しかもその要請に応えていくべき方向と課題は多様化してきている。企業的経営体のニーズに応えうる実蹟的経営分析・計画・管理論の展開がその1つであり、営農情報システム化もこんごの実蹟的研究分野である。あるいはまた、広い問題領域を含む農村計画論の領域における農業経営研究の位置と役割を明確化していくことも、いま必要とされている重要な1つの実蹟的課題である。(4)農業経営研究のこんごの活性化の方策として、(1)日常的研究や学会活動における実務家との連携の強化、大学・試験場等のそれぞれの機関を超えた共同研究活動の推進、(2)学会内における重要課題別研究会組織の確立などが考えられる。
コレステロールによる細胞内輸送の制御

肝臓における超低比重リポタンパク質(very low density lipoproteins, VLDL)の分泌は生体におけるコレステロールホメオスタシスを決定する重要なステップである。VLDLはリン脂質の一重膜に囲まれた脂肪滴であり、内部にはトリグリセリドとコレステロールエステルを含んでいる。VLDLの主要タンパク成分はアポリポタンパクB(ApoB)であり、ApoBはVLDLの分泌の指標として良く用いられる。VLDLの分泌は小胞体のルーメン側でのVLDL顆粒の形成がその最初のステップである。肝細胞は小胞体の細胞質側にも脂肪を分泌し、脂肪滴として蓄える。脂肪滴はVLDL形成のための脂質の貯蔵の役割を果たすと考えらているが、VLDLの分泌の制御については分からないことが多い。われわれはアシルCoA-コレステロールアシルトランスフェラーゼ(ACAT)阻害剤および細胞内へのコレステロール蓄積のプロトコールを用い、細胞内へのコレステロールの蓄積が培養ヒト肝細胞Huh7におけるApoBの分泌を阻害することを見出した。この条件ではApoBは細胞内の肥大化した脂肪滴に局在する。しかしこの脂肪滴は通常の脂肪滴のマーカーであるadipose differentiation-related protein(ADRP)を含まず、小胞体マーカーであるprotein-disulfide isomeraseを含んでいる。ADRPはコレステロールの蓄積により分解された。ADRPを過剰発現した細胞ではApoBの細胞内への蓄積がなくなることから、脂肪滴の形成がApoBの分泌をコントロールしていることが示唆された。われわれの結果は細胞内コレステロールの蓄積が脂肪滴の形成異常を引き起こし、その結果ApoBの分泌を阻害していることを示唆している。肝細胞におけるアポリポタンパク質B(アポB)を含む超低比重リポタンパク質(VLDL)の分泌は生体のコレステロールホメオスタシスにおける重要なステップである。これまでに小胞体のアシルCoAアシルトランスフェラーゼ(ACAT)を阻害することによってVLDLの分泌を調節しようという試みが行われてきているが、結果はさまざまで、統一的な見解は得られていない。われわれは2種類の異なったACAT阻害剤を用いることにより、ACATの阻害に加え小胞体にコレステロールが蓄積することにより初めてApoBの培養肝細胞からの分泌が抑えられることを見出した。この条件ではApoBは細胞内の中性脂質に富んだ顆粒に蓄積する。この顆粒の輪郭には小胞体のマーカーであるprotein disulfide isomerase(PDI)が検出されることから、この顆粒は小胞体近傍、あるいは小胞体の内腔に存在していることが示唆された。一方この顆粒には脂肪滴のマーカータンパク質であるadipose differentiation-related protein(ADRP)は存在せず、この顆粒は脂肪滴ではないと考えられた。興味深いことに小胞体のコレステロールを増加させる条件ではADRPの分解が促進される。コレステロールを負荷した細胞にADRPを過剰発現させるとApoBの細胞内への蓄積が見られなくなることから、脂肪滴がApoBの分泌をコントロールしていることが示唆された。われわれの結果は小胞体のコレステロールが脂肪滴の形成・分解を介してApoBの分泌をコントロールしていることを示唆している。ApoBの分泌では脂質は小胞体の内腔に分泌されるのに対して、脂肪滴の形成では脂質は細胞質に分泌される。この2つの分泌経路がどのように制御されているかを明らかにすることが今後の課題である。
糖尿病ラットにおける人工歯根埋入後の骨創治癒及び骨改告に関する実験的研究

糖尿病が人工歯根埋入後の骨創治癒経過に与える影響を明らかにするために、インシュリン非依存型糖尿病実験モデルを用い、インプラント埋入後の骨反応を組織学的に検討した。実験動物には12週齢のZDF-FATラットを用い、ヒドロキシアパタイト(HA)コーティングチタンインプラントを左右脛骨に埋入した。また、対照として12週齢のZDF-LEANラットを用い実験群と同様にHAコーティングプラントを脛骨へ埋入した。実験期間はインプラント埋入後14、28および56日とし、実験終了後屠殺して脛骨を摘出した。また,屠殺時採決を行い血糖値の測定を行った。摘出した脛骨は固定、脱水を経しポリエステル樹脂に包埋させた。その後EXAKT Cutting-Grinding Systemを用い厚さ約15μmの非脱灰研磨標本を作製し、トルイジンブルー染色を施してインプラント周囲の骨組織を光顕的に観察した。その結果、血糖値は各時期共にZDF-FATラットの方が有意に高井値を示していた。インプラント周囲の組織所見は、対照群では術後14日目には多量の新生骨梁が形成され、28日目ではインプラント表面の大部分が新生骨によって覆われていた。また、術後56日目ではインプラント周辺の骨梁のすう疎化が認められた。一方、実験群では対照群に比べ新生骨の形成が遅延する傾向を示した。以上のことから糖尿病患者に人工歯根を適用する際には、術後の骨創治癒が遅延する可能性があるため、より伸長な配慮が必要であると考えられた。
Ewing肉腫がん遺伝子・EWSの転写後修飾と悪性腫瘍発生の分子機構の解析

EWSはEwing肉腫や小児性神経芽腫において種々の転写因子と染色体転座により融合遺伝子を形成し、腫瘍化に寄与することが示唆されていますが、非融合型EWS本来の機能およびEWS融合遺伝子形成による腫瘍発症機構は不明です。そこで、申請者は非融合型EWS本来の機能および、その制御機構を明らかにすることを目的とし、EWS融合遺伝子形成による悪性腫瘍発症の分子メカニズムの基盤的理解を目指してきました。申請者は、EWSが転写の中核的存在であるCBPやRNA polymerase IIと複合体を形成し、特異的DNA結合性転写因子の転写コアクチベーターとして機能することを報告しました。さらに、今回新たにEWSの転写活性化能を制御し得る因子として、アルギニンメチル基転移酵素・PRMT1を同定しました。本研究から、PRMT1が直接EWSをメチル化し、その細胞内局在を核から細胞質に移行することで、EWSの転写活性化能を抑制し得ることが明らかになりました。以上の結果から、PRMT1によるEWSの翻訳後修飾はその転写活性化能を制御する上で重要な役割を担っていることが示唆されました。
高等動物のゴルジ体ストレス応答機構の解析

細胞内には様々な細胞小器官が存在しており、その存在量は細胞の状況に応じて厳密に制御されていると考えられる。当研究はゴルジ体に着目し、その機能が不足した際に細胞の恒常性を維持するための「ゴルジ体ストレス応答」の解析を目的としている。前年までに薬剤モネンシンによる処理でゴルジ体関連遺伝子の発現上昇が起こり、それを制御する転写制御配列GASE、転写因子MLXとTFE3を同定していた。当初の年次計画において今年度に予定していた転写因子の活性化機構の解析については具体的な進展は見られなかった。しかし、これまで行ってきたモネンシン処理のみによるストレス誘導以外のストレス誘導方法について検討を行った。ゴルジ体ストレス応答の標的遺伝子のひとつであるゴルジ体構造タンパク質GCP60を細胞に過剰発現させることによってゴルジ体の構造に異常を起こすことができるという報告があり、N末端側にFLAG tagを付加したFLAG-GCP60をHeLa細胞に発現させたときのゴルジ体の形態を細胞染色で観察した。その結果、特に強く発現していると考えられる強いシグナルを発する細胞でゴルジ体の形態異常が見られ、FLAG-GCP60の過剰発現でゴルジ体に異常を起こすことができるとわかった。FLAG-GCP60過剰発現時のGASEからの転写をルシフェラーゼで測定した結果、およそ2倍に上昇しており、GCP60の過剰発現でゴルジ体ストレスを誘導することができることがわかった。これまでに行ってきたモネンシン処理によるストレス誘導以外にGCP60の過剰発現によるストレス誘導法を発見することができた。単一のストレス誘導法ではなく複数のストレス誘導法が明らかになることで、最終的な目標であるゴルジ体ストレスのセンサー分子の同定や、ゴルジ体ストレスの分子的基盤の解明の足がかりを得るための重要な知見が得られると考えられる。当研究はゴルジ体に着目し、その機能が不足した際に細胞の恒常性を維持するための「ゴルジ体ストレス応答」の発見と解析を目的としている。これまでにゴルジ体の機能を阻害する薬剤モネンシンで処理した際に転写誘導される標的遺伝子を複数同定していた。それらにはゴルジ体に関係する遺伝子が多数含まれていたが、これらのうち糖鎖修飾酵素SIAT4A,ゴルジ体の構造タンパク質GCP60,ユビキチン様のタンパク質UFM1に注力して転写制御配列の探索を行った。最終的に一塩基置換まで行い誘導に必須の配列を調べたところいずれの遺伝子のプロモーター領域からもACGTGGをコア領域とする制御配列を同定することが出来た。この転写制御配列をGASE(Golgi Apparatus Stress response Element)と命名した。さらに他の糖鎖修飾酵素などからもモネンシンへの応答を示すGASEに類似した配列が見つかった。次に出芽酵母を用いたyeast one-hybrid screeningによってGASEを介して転写誘導する転写因子の同定を行った。その結果、bHLH leucine zipper型の典型的な転写因子のモチーフを有する転写因子MLXが得られた。MLXをVP16 activation domainの結合タンパク質としてHeLa細胞で発現させ、GASEを介した誘導への寄与をLuciferase assayで調べたところSIAT4AのGASEに対し強い誘導が検出された。またGASEのコア領域に変異を入れたGASE mutantに対しては誘導を起こさなかったことからGASEを特異的に認識していることがわかった。次年度はMLXが活性化されるメカニズムに関して解析を進める予定である。前年度までに薬剤モネンシンで細胞を処理するとゴルジ体関連因子が発現誘導されること、それらを制御する配列GASEおよびGASEに結合する転写因子MLXを同定していた。まず、GASEに対するMLXの影響を調べたところ、MLXを過剰発現させるとGASEを介した転写が抑制されることがわかった。Myctagを結合したMLXを細胞に発現させモネンシン処理時の細胞内局在を観察したところ非ストレス時には細胞質に主に存在していたがストレス処理をすると核に移行する細胞が多く観察された。このことからMLXはモネンシン応答性を有しておりゴルジ体ストレス応答に関与していることが強く示唆された。しかしMLXは転写を促進することができないため、我々は転写活性化因子を同定することにした。転写活性化因子もMLXと同じ配列GASEを認識すると考えられるので構造にも類似点があると推察し、MLXと同じbasic HLH leucinezipper型の転写因子群をクローニングし、その中からTFE3を見いだした。さらにTFE3はストレスによってタンパク質の分子量の変化を起こすことがわかった。TFE3はモネンシン無処理のときには予想分子量よりも小さな分子量で検出されたが、これはストレスによって迅速に消失し、予想分子量のバンドが増加していくことがわかった。この分子量の変化がTFE3の活性化に関与していると考えられる。現在予想している活性化機構として、TFE3は非ストレス時にはプロセシングを受けて転写に必要な部位(DNA結合領域や転写活性化ドメイン)を切断されて不活性化されていると想像している。ストレス時にこの不活性化が解除されて活性型の全長TFE3が現れると考えている。

当研究はゴルジ体に着目し、その機能が不足した際に細胞の恒常性を維持するための「ゴルジ体ストレス応答」の解析を目的としている。前年までに薬剤モネンシンによる処理でゴルジ体関連遺伝子の発現上昇が起こり、それを制御する転写制御配列GASE、転写因子MLXとTFE3を同定していた。当初の年次計画において今年度に予定していた転写因子の活性化機構の解析については具体的な進展は見られなかった。しかし、これまで行ってきたモネンシン処理のみによるストレス誘導以外のストレス誘導方法について検討を行った。ゴルジ体ストレス応答の標的遺伝子のひとつであるゴルジ体構造タンパク質GCP60を細胞に過剰発現させることによってゴルジ体の構造に異常を起こすことができるという報告があり、N末端側にFLAG tagを付加したFLAG-GCP60をHeLa細胞に発現させたときのゴルジ体の形態を細胞染色で観察した。その結果、特に強く発現していると考えられる強いシグナルを発する細胞でゴルジ体の形態異常が見られ、FLAG-GCP60の過剰発現でゴルジ体に異常を起こすことができるとわかった。FLAG-GCP60過剰発現時のGASEからの転写をルシフェラーゼで測定した結果、およそ2倍に上昇しており、GCP60の過剰発現でゴルジ体ストレスを誘導することができることがわかった。これまでに行ってきたモネンシン処理によるストレス誘導以外にGCP60の過剰発現によるストレス誘導法を発見することができた。単一のストレス誘導法ではなく複数のストレス誘導法が明らかになることで、最終的な目標であるゴルジ体ストレスのセンサー分子の同定や、ゴルジ体ストレスの分子的基盤の解明の足がかりを得るための重要な知見が得られると考えられる。
地域産、竹の教材化

新しい学校に来て、竹踏み切り板、"竹低鉄棒(高さ1m)"、"竹高鉄棒(高さ1.7m)"を作って、体育館や廊下へ置き、竹踏み切り板では空中回転を、"竹鉄棒"では逆上がりや足掛け上がりや前後支持回転などを指導した。その結果、子供たちの技能は向上し、運動会に全校羽人ひとりひとりによる「ぼくのわざ、わたしのわざ」という種目で得意技を披露することとなり、参観者から大きな拍手をいただいた。また、竹フラフープ、竹カスタネットを作って全校ダンスも披露した。全校キャンプでは、竹のはし、竹さいばし、火吹き竹、竹ぼうきなどを作った。竹を使ったコンパスを開発した。3・5年の子供たちは、算数のとき、竹コンパスは使い易いといって、単元テストでも使っていた。大きな竹コンパスも作り、校庭いっぱいにコンパスアートを描いた。算数や理科の実験でも竹を大いに利用した。竹の皮を使った中華風ちまきや竹の子料理を作り、全校で賞味した。秋の遠足は全校、竹の皮に包んだおむすびを食べた。高学年は地域の高齢者クラブの方たちに指導していただき、竹の皮でぞうりを作り、遠足ではいた。12月に3年生以上、竹を使って来年の干支、寅を制作した。アイディアスケッチを3回させたので、構想がよく練られた。地域の話題になった。音楽会には、全校バンブーダンスや尺八を披露した。全校で竹うちわを製作した。低学年は参観日に父母といっしょに制作した。高学年はひとりでできた。その他、竹ぽっくり、竹水鉄砲、竹空気鉄砲、竹馬、竹掲示板、竹そり、たこなどを作った。今では子供たちは竹で何でも作ろうとする。地域の人たちも竹の教材化を賞賛している。こういった成果は近隣の学校へ広がりつつある。地域の話題になった。
犬におけるアミノ酸を用いた周術期低体温の新規予防法開発に向けた研究

麻酔下の犬にアミノ酸輸液すると、インスリン分泌が亢進するとともに、麻酔中の体温低下が軽減した。インスリン分泌を抑制した犬にアミノ酸輸液を実施すると、麻酔中の体温低下軽減効果が減弱したことから、アミノ酸輸液の体温低下軽減効果には、インスリンが関与していると考えられた。また、アミノ酸輸液によって肝臓および骨格筋においてAkt-mTOR経路の活性化が認められ、肝臓ではインスリン介在性に、骨格筋では非介在性にAkt-mTOR経路が活性化されることが示唆された。予定手術症例にアミノ酸輸液を実施したところ、その効果は限定的であり、周術期低体温軽減効果は十分ではなかった。近年の研究により、周術期体温保持法としてアミノ酸輸液が有効であると報告されている。そのメカニズムとして、インスリン受容体下流に位置するAkt-mTORC1経路の活性化によるタンパク合成の亢進が考えられている。本研究では、アミノ酸輸液による周術期低体温予防効果の機序解明を最終目標とし、犬骨格筋細胞において、インスリン受容体シグナル伝達分子がアミノ酸によりどのように活性化されるかを経時的に検証した。アミノ酸含有培地にインスリンを添加した群(アミノ酸/インスリン添加群)、アミノ酸非含有培地にインスリンを添加した群(インスリン添加群)、アミノ酸含有培地にインスリン溶媒を添加した群(アミノ酸群)およびアミノ酸非含有培地にインスリン溶媒を添加した群(コントロール群)とした。インスリン受容体シグナル伝達分子であるAkt、GSK-3、mTOR、p70S6Kおよび4E-BP1のリン酸化抗体(それぞれp-Akt、p-GSK-3、p-mTOR、p-p70S6Kおよびp-4E-BP1)を用いてウエスタンブロッティングを実施した。アミノ酸/インスリン添加群においてはp-Akt、p-GSK-3、p-mTORおよびp-p70S6K、インスリン添加群においてはp-Akt、p-GSK-3、p-p70S6Kの発現量が上昇した。アミノ酸群において発現量に有意差は認められなかった。また、アミノ酸/インスリン添加群にてp-mTOR、p-p70S6Kおよびp-GSK-3の発現量が最高値を示したことから、犬骨格筋細胞において、アミノ酸とインスリンがmTOR、p70S6KおよびGSK-3を相乗的に活性化したと考えられる。また、各群の経時的変化を分子ごとに比較したところ、p-p70S6Kでは30分後が発現量のピークとなり、その後やや減少していた。p-Aktおよびp-GSK-3においても同様の傾向がみられた。近年、術前から実施できる周術期体温保持法として、アミノ酸輸液が有効であることが報告されており、周術期低体温のコントロールのため、人患者に対してはアミノ酸輸液が活用されている。ラットおよび犬においても、アミノ酸輸液によりインスリンが誘導されることが確認されている。しかしながら犬において、インスリンがアミノ酸輸液による体温低下抑制に及ぼす影響は検証されておらず、アミノ酸輸液とインスリンの直接的な関係は不明である。そこで、インスリンがアミノ酸輸液による体温低下抑制に及ぼす影響を明らかにするため、オクトレオチド(ソマトスタチンアナログ)を用いた研究を行った。オクトレオチドはインスリン分泌を抑制する作用があるため、アミノ酸輸液によって誘導されるはずのインスリン分泌を抑制することができると考えられる。まず、オクトレオチドの作用を検証するため、オクトレオチドを覚醒時の犬に投与したところ、糖負荷直前のインスリン分泌が抑制された。さらに、麻酔下の犬にオクトレオチドを投与したところ、麻酔導入から5090分後、アミノ酸輸液による体温低下抑制効果が減弱した。また、麻酔導入1時間前および麻酔導入から0,1時間後のインスリン分泌が抑制された。以上より、覚醒下の犬において、オクトレオチドによりインスリンの基礎分泌およびグルコース応答性分泌が抑制されることが明らかとなった。また、犬のアミノ酸輸液による体温低下抑制効果には、インスリンが介在していることが示された。平成27年度中に、ソマトスタチンアナログ製剤であるオクトレオチドを用いた研究が終了したことから、比較的順調に進んでいると考えている。小型犬や猫は体重あたりの体表面積が大きい。麻酔時には、体温中枢が抑制されることなどから、熱産生と熱喪失のバランスが崩れ、容易に低体温に陥ることが知られている。そのため、周術期低体温を抑制する方法を開発すべく、本研究に取り組んできた。人では、周術期低体温をコントロールするためにアミノ酸輸液が実施されている。人や齧歯類における研究から、アミノ酸輸液による周術期低体温予防効果は、インスリンが直接的に関与していること・アミノ酸輸液が体温中枢に直接的に作用していることが示唆されている。我々がこれまで実施してきた犬における研究においては、アミノ酸輸液により麻酔中の体温低下を抑制できることが示されており、これにはインスリンが関与している可能性がある。本研究では、前年度にインスリンがアミノ酸輸液による体温低下抑制に直接的に関わっているかどうかを検証した。インスリン分泌を抑制するオクトレオチド(ソマトスタチンアナログ製剤)を投与し、麻酔中の犬に対してアミノ酸輸液を実施したところ、体温低下抑制効果が減弱する結果となった。このことから、アミノ酸輸液による体温低下抑制にはインスリンが深く関わっていることが示された。今年度は、インスリン分泌を誘導する可能性のある非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)を投与した場合に、アミノ酸輸液による体温低下抑制をさらに増強するかどうかを検証した。その結果、NSAIDsはアミノ酸輸液の作用に影響しないことが明らかとなった。

前年度までの研究では、インスリンがアミノ酸輸液による体温低下抑制に直接的に関わっているかどうかを検証した。インスリン分泌を抑制するオクトレオチドを投与し、麻酔中の犬に対してアミノ酸輸液を実施したところ、体温低下抑制効果は減弱した。このことから、アミノ酸輸液による体温低下抑制にはインスリンが深く関わっていることが示された。獣医領域では、非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)がよく使用されている。NSAIDsには、インスリン分泌を促進する可能性があり、アミノ酸輸液と併用した場合に、その体温低下抑制作用をさらに増強する可能性が考えられた。アミノ酸輸液による低体温対策を臨床応用する上では、NSAIDsとの相乗相加作用を十分に検証しておく必要があった。そこで、今年度はNSAIDsをアミノ酸輸液と併用した際の麻酔中体温変化を検証することとした。これは当初計画には記載されていない研究であったため、本年度の計画が遅れる結果となった。全身麻酔の合併症の一つに周術期低体温がある。周術期低体温の一つの原因として、毛刈りや消毒などによる環境への熱放散が挙げられる。小型犬は体重あたりの体表面積が大きいため、熱を喪失しやすい。したがって、小型犬の周術期低体温のリスクは犬の中で特に高く、周術期の体温低下を積極的に予防する必要がある。健常犬を用いた研究では、アミノ酸輸液により全身麻酔中の体温低下を軽減できることが示されている。これは、アミノ酸輸液によってインスリン分泌が誘導され、タンパク質合成が促進された結果、代謝熱産生が生じ、体温低下が軽減されると考えられている。主要な熱産生臓器としては、骨格筋と肝臓が挙げられる。犬の骨格筋細胞では、アミノ酸とインスリンの共在下において、インスリン受容体の下流にあるAkt-mTOR経路が活性化することが明らかとなっている。しかしながら、犬の生体において、同様の機序がはたらいているかは不明である。そこで本研究では、全身麻酔下の犬に総合アミノ酸製剤を輸液するとともに、インスリン分泌抑制作用を持つオクトレオチドを投与し、骨格筋と肝臓のAkt-mTOR経路に対するアミノ酸輸液およびインスリンの関与を検証した。その結果、アミノ酸輸液により、骨格筋ではインスリン非介在性に、肝臓ではインスリン介在性にAkt-mTOR経路が活性化されることが示唆された。これまで、臨床例の犬におけるアミノ酸輸液の効果については、ほとんど検証されていなかった。そこで本研究では、手術予定の小型犬を対象とし、アミノ酸輸液により麻酔中の体温低下を軽減することができるか検証した。その結果、周術期の小型犬における体温低下を軽減するためには、アミノ酸輸液の実施だけでは不十分であることが示された。そのため、アミノ酸輸液の実施と同時に、温風式加温装置をはじめとする他の低体温対策法を併用する必要がある。麻酔下の犬にアミノ酸輸液すると、インスリン分泌が亢進するとともに、麻酔中の体温低下が軽減した。
壁細胞表面受容体改変動物におけるグレリン動態

グレリンは、成長ホルモン分泌や摂食を亢進させるペプチドで、末梢では胃運動や酸分泌を亢進する。主たる産生部位は胃底腺の壁細胞近傍に存在するA-like細胞であり、このため、グレリン産生細胞と壁細胞間には密接な関連が推測される。壁細胞表面には、ヒスタミン2型受容体(H_2R)及びムスカリン3型受容体(M_3R)が存在し、酸分泌を調節している。本研究では、このH_2R或いはM_3Rノックアウト(KO)マウスを用い、壁細胞を介在する各シグナルを遮断した状態でのグレリン動態を検討した。16時間絶食後の血漿グレリン量および胃内グレリン量をRIAにて定量した。胃粘膜組織の免疫組織化学により、グレリン陽性細胞数、ECL細胞数を検討した。免疫組織電顕法によりA-like細胞中のグレリン含有顆粒を金コロイドで標識し、金コロイド定量解析法に基づき、分泌小胞内に存在するグレリン陽性金コロイド数を測定し、小胞内グレリン陽性金コロイド密度を算出した。H_2RKOマウス(♂)では、15週齢及び54週齢で、ともに体重及び1日あたりの摂食量、胃内pHは、野生型マウス(WT)に比べ、有意に増加していた。定量的RT-PCRによる胃内プレプログレリンmRNA発現量は、H_2RKOマウスで野生型に比べ、15週齢でも有意に増加していたが、54週齢になると2倍以上に増加していた。胃内総グレリン量は、15週齢では有意な変化はなかったが、54週齢になるとH_2RKOマウスで野生型に比べ、有意に低下していた。一方、血漿グレリン濃度は、15週齢では有意な変化はないものの、54週齢になるとH_2RKOマウスでWTに比べ、有意に増加し、特に活性型グレリンの占める比率が増加していた。また、胃粘膜内グレリン陽性細胞数は、15週齢及び54週齢で、強染性細胞数では、H_2RKOマウスで有意ではないものの、わずかに増加傾向があり、淡染性、強染性を含めた総細胞数では、H_2RKOマウスで有意に増加していた。H_2RKOマウスでは、WTに比べ、A-like細胞内グレリン陽性金コロイド密度は有意に低下した。つまり、H_2Rの欠損では、ヒスタミン刺激の遮断による酸分泌低下が、グレリンの産生・分泌回転を亢進し、血漿グレリン値の増加、A-like細胞内貯蔵量の減少、プレプログレリンmRNAの発現亢進が招来されたものと考えられた。M_3RKOマウス(25週齢、♂)では、WTに比し、体重は著明に減少したが、血漿総グレリン値、活性型グレリン値は両群間で有意差を認めなかった。一方、胃粘膜内グレリン陽性細胞数は両群間で有意差を認めなかったが、胃内総グレリン値、さらには胃内プレプログレリンmRNA発現量は、M_3RKO群で著明に増加していた。以上より、M_3Rの欠損では、A-like細胞よりのグレリン分泌が障害され、細胞内でのグレリン産生亢進と蓄積が生じているものと推察され、グレリン分泌にM_3Rを介したアセチルコリン介在シグナルが重要であることが示唆された。

また、胃粘膜内グレリン陽性細胞数は、15週齢及び54週齢で、強染性細胞数では、H_2RKOマウスで有意ではないものの、わずかに増加傾向があり、淡染性、強染性を含めた総細胞数では、H_2RKOマウスで有意に増加していた。H_2RKOマウスでは、WTに比べ、A-like細胞内グレリン陽性金コロイド密度は有意に低下した。つまり、H_2Rの欠損では、ヒスタミン刺激の遮断による酸分泌低下が、グレリンの産生・分泌回転を亢進し、血漿グレリン値の増加、A-like細胞内貯蔵量の減少、プレプログレリンmRNAの発現亢進が招来されたものと考えられた。M_3RKOマウス(25週齢、♂)では、WTに比し、体重は著明に減少したが、血漿総グレリン値、活性型グレリン値は両群間で有意差を認めなかった。一方、胃粘膜内グレリン陽性細胞数は両群間で有意差を認めなかったが、胃内総グレリン値、さらには胃内プレプログレリンmRNA発現量は、M_3RKO群で著明に増加していた。以上より、M_3Rの欠損では、A-like細胞よりのグレリン分泌が障害され、細胞内でのグレリン産生亢進と蓄積が生じているものと推察され、グレリン分泌にM_3Rを介したアセチルコリン介在シグナルが重要であることが示唆された。グレリンは、GH分泌や摂食を亢進させるペプチドで、胃運動や酸分泌にも促進的に作用するが、その主たる産生部位は胃底腺の壁細胞近傍に位置するA-like細胞である。このため、グレリン産生細胞と酸分泌細胞である壁細胞間には密接な関連が推測される。壁細胞表面には、ヒスタミン2型受容体(H_2R)及びムスカリン3型受容体(M_3R)が存在し、ヒスタミンあるいはアセチルコリンの刺激を受け、酸分泌を調節している。本研究では、このH_2R或いはM_3Rの欠損マウスを用い、壁細胞を介在する各シグナルを遮断し酸分泌能を修飾した状態でのグレリン動態について検討した。63週齢の雄性H2RKOとその野生型マウスを用いた。血漿および胃内のグレリン濃度はRIAで定量した。抗グレリン抗体を用いた免疫組織化学を行い、胃粘膜内グレリン陽性細胞数を検討した。プレプログレリンのmRNAは定量的RT-PCR法で検討した。免疫電顕組織化学にてA-like細胞中のグレリンを金コロイド標識し、小胞内グレリン陽性金コロイド密度を算出した。H_2RKOで、摂食量は有意に増加し、血漿グレリン値の増加と一致した。胃内総グレリン、活性型グレリン値は、H_2RKOで有意に低下する一方、胃粘膜内グレリン陽性細胞数は有意差を認めなかったが、A-like細胞内グレリン陽性金コロイド密度は有意に低下した。一方で、胃内プレプログレリンmRNA発現は有意に増加した。以上より、H_2Rの欠損では、ヒスタミン刺激の遮断による酸分泌低下が、グレリンの産生・分泌回転を亢進し、血漿グレリンの増加、A-like細胞内貯蔵量の減少、mRNA発現の亢進が招来されたものと考えられた。25週齢の雄性M_3RKOとその野生型マウスを用いた。体重は、M_3RKOでWTに比し著明に低下したが、血漿総グレリン値、活性型グレリン値は両群間で有意差を認めなかった。以上より、M_3Rの欠損では、A-like細胞よりのグレリン分泌が障害され、細胞内でのグレリン産生亢進と蓄積が生じているものと推察され、グレリン分泌にアセチルコリンを介したシグナルが重要であることが示唆された。グレリンは、GH分泌や摂食を亢進させるペプチドで、胃運動・酸分泌を亢進するが、その主たる産生部位は胃底腺の壁細胞近傍のA-like細胞である。このため、グレリン産生細胞と壁細胞間には密接な関連が推測される。壁細胞表面には、ヒスタミン2型受容体(H_2R)及びムスカリン3型受容体(M_3R)が存在し、酸分泌を調節している。
後退翼三次元境界層の乱流遷移に関する研究

次世代の航空機には、省エネルギー、低騒音といった自然環境に配慮した特性が求められている。それらの課題を具現化するためには、翼および機体表面における流体摩擦抵抗を軽減することが要件であり、翼面における摩擦抵抗を減らすために種々の境界層制御技術が提唱されている。本研究は境界層制御技術開発の基礎となる後退翼上面に発達する三次元境界層の乱流遷移機構のメカニズムを解明し、乱流遷移を遅延するための境界層制御を開発することを目的として行ったものである。その結果、以下のような研究実績が得られた。1.横流れ不安定性のある流れ場では、横流れ不安定により発生するストリークによりスパン方向の強い速度差が発生し、その速度差により乱流遷移することが明らかとなった。2.横流れ不安定性のある流れ場に、初期成長となるストリークに対しデバイスを強制的に設置することにより、スパン方向の強い速度差を緩和し、乱流遷移を遅らせる受動的制御に成功した。3.グルトラ不安定性の場合二次不安定性として、加速流ではサイノスモードが、減速流ではバリコスモードが卓越することを確認した。4.後退翼モデルに、乱流遷移過程を考慮した選択吸い込みによる能動制御を行い抵抗の軽減に成功した。3年計画で遂行された本研究課題により、三次元境界層の乱流遷移メカニズムがほぼ解明されたといえる。すなわち、一次不安定性として定在形縦渦が発生、この渦により横流れ進行波が、そして変曲点型高周波二次不安定が誘起される。乱流遷移は常にこの高周波二次不安定によって行われる。したがって、乱流遷移を遅らせるためにはこの二次不安定の発生を抑制させることがポイントとなる。本研究の成果は、それぞれの縦渦の発生位置に沿って吸い込みスリットを設け、縦渦下部に集められた相対的に遅い流れを選択的に吸い込むことで有効に遷移を遅らせ、抵抗を軽減することに成功したことである。次世代の航空機は地球環境を配慮した省エネルギー性、低騒音性が求められている。本研究は次世代航空機開発に必須となっている、流体摩擦抵抗軽減に必要な境界層制御技術開発の基礎となる後退翼上面に発達する三次元境界層の乱流還移機構、乱流エネルギーの発生メカニズムを明らかにすることである。これまでの実験・研究の結果以下のような研究実績が得られた。(1)乱流遷移流れ構造を考慮した吸い込み法により、効率の良い層流制御の見通しが得られた。(2)ゲルトラ不安定性の場合二次不安定性として、加速流ではサイノスモードが、減速流ではバリコスモードが卓越することが判明した。(3)バリコスモードでは壁に垂直方向の変動をもたらし、その変動が乱流遷移を著しく促進することが判明した。(1)横流れ不安定性のある流れ場に、初期成長となるストリークに対しデバイスを強制的に設置することによりその成長に対する受容性が確認された。その結果、受動的な層流制御の可能性が見られた。(2)ゲルトラ不安定性の場合二次不安定性として、加速流ではサイノスモードが、減速流ではバリコスモードが卓越することを確認した。(3)乱流遷移流れ構造を考慮した吸い込み法により層流制御の見通しが得られた。

それらの課題を具現化するためには、翼および機体表面における流体摩擦抵抗を軽減することが要件であり、翼面における摩擦抵抗を減らすために種々の境界層制御技術が提唱されている。本研究は境界層制御技術開発の基礎となる後退翼上面に発達する三次元境界層の乱流遷移機構のメカニズムを解明し、乱流遷移を遅延するための境界層制御を開発することを目的として行ったものである。その結果、以下のような研究実績が得られた。1.横流れ不安定性のある流れ場では、横流れ不安定により発生するストリークによりスパン方向の強い速度差が発生し、その速度差により乱流遷移することが明らかとなった。2.横流れ不安定性のある流れ場に、初期成長となるストリークに対しデバイスを強制的に設置することにより、スパン方向の強い速度差を緩和し、乱流遷移を遅らせる受動的制御に成功した。3.ゲルトラ不安定性の場合二次的不安定性として、加速流ではサイノスモードが、減速流ではバリコスモードが卓越することを確認した。4.後退翼モデルに、乱流遷移過程を考慮した選択吸い込みによる能動制御を行い抵抗の軽減に成功した。3年計画で遂行された本研究課題により、三次元境界層の乱流遷移メカニズムがほぼ解明されたといえる。すなわち、一次不安定性として定在形縦渦が発生、この渦により横流れ進行波が、そして変曲点型高周波二次不安定が誘起される。乱流遷移を遅らせるためにはこの二次不安定の発生を抑制させることがポイントとなる。本研究の成果は、それぞれの縦渦の発生位置に沿って吸い込みスリットを設け、縦渦下部に集められた相対的に遅い流れを選択的に吸い込むことで有効に遷移を遅らせ、抵抗を軽減することに成功したことである。
虚血性皮弁壊死に対する新薬開発-強力な抗酸化作用を介して壊死進行を抑制する-

C57BL/6マウスの背部に1×3cmの乱軸型皮弁を作成し術直後から1日毎にニトロソニフェジピン30 mg/kgもしくは同量の溶媒を皮弁内に局所投与し,それぞれ投薬群,対照群とした。その結果,投薬群では対照群に比べて有意に皮弁生着域が拡大した。ニトロソニフェジピンによる酸化ストレス抑制を確認するため,皮弁組織中のMalondialdehyde計測を行った。術後3日目のMalondialdehydeが投薬群で有意に減少しており,皮弁内における酸化ストレスがニトロソニフェジピン投与によって抑制されていることが示された。酸化ストレスによって組織壊死が引き起こされる機序としてアポトーシスに着目し,TUNEL染色を行ったところ投薬群では対照群に比べて有意にTUNEL陽性細胞数が減少していた。さらに酸化ストレスによるアポトーシスに関わるp38 MAPKのリン酸化タンパク発現を検出したところ,投薬群では対照群に比べて有意に減少しており,ニトロソニフェジピンによって酸化ストレスによるアポトーシスが抑制されていることが示唆された。酸化ストレスによる組織壊死には血管内皮障害が影響すると報告されているため,組織中のeNOSタンパクとVCAM-1タンパクの発現を両群間で比較した。その結果,投薬群では対照群に比べて有意にeNOSタンパクが増加し,VCAM-1タンパクが減少していることが認められた。これらからニトロソニフェジピン投与によって血管内皮障害が軽減されていると考えられた。以上の結果から,ニトロソニフェジピンは酸化ストレス抑制,アポトーシス抑制,血管内皮障害抑制を介して虚血性皮弁壊死を抑制することが示された。ニトロソニフェジピンによる壊死抑制効果、酸化ストレス抑制効果、血管内皮障害抑制効果が確認され、当初の予定通りの進捗状況である。前年度にニトロソニフェジピンによる虚血性皮弁壊死に対する壊死抑制効果が確認されたが、使用した有茎皮弁モデルでは虚血と鬱血の区別がつかない点とマウス皮膚の薄さによって血流の評価が困難出ることが問題となった。そのため虚血と鬱血による皮弁壊死に対する効果の評価、また生体における血流評価を行うことを目的とした。両側下腹壁動静脈を剥離し片側の動脈もしくは静脈のみを結紮することで虚血性壊死と鬱血性壊死を区別するラット皮弁モデルを作成した。有茎皮弁モデルと異なり顕微鏡下での血管剥離作業を要し、一体毎の作成に非常に時間がかかり、血管損傷などによる失敗もありモデル作成に難渋した。また手技に起因すると思われる壊死範囲のばらつきがあり、コントロールとしての一定の成績が得られていない。研究者の異動に伴い研究環境の整備から行う必要があった。新たなモデル作成に難渋した。さらに酸化ストレスによるアポトーシスに関わるp38 MAPKのリン酸化

タンパク発現を検出したところ,投薬群では対照群に比べて有意に減少しており,ニトロソニフェジピンによって酸化ストレスによるアポトーシスが抑制されていることが示唆された。酸化ストレスによる組織壊死には血管内皮障害が影響すると報告されているため,組織中のeNOSタンパクとVCAM-1タンパクの発現を両群間で比較した。その結果,投薬群では対照群に比べて有意にeNOSタンパクが増加し,VCAM-1タンパクが減少していることが認められた。これらからニトロソニフェジピン投与によって血管内皮障害が軽減されていると考えられた。以上の結果から,ニトロソニフェジピンは酸化ストレス抑制,アポトーシス抑制,血管内皮障害抑制を介して虚血性皮弁壊死を抑制することが示された。酸化ストレス抑制による皮弁壊死抑制機序についてさらに検討を行う。血流に対する影響については、マウスでは皮弁の厚さが薄いため血流計での評価が困難であることがわかったため、ラット皮弁モデルを用いて血流評価を行う予定である。1年研究延期した。引き続き虚血・鬱血性皮弁壊死モデルの確立を行い、ニトロソニフェジピン投与による効果についての評価を行う。予定していたデジタルカメラ、試薬について実験室にすでにあるものが使用できたため、次年度使用額が生じた。研究者の異動による研究進捗遅延のため。引き続きラット、試薬の購入、旅費に使用する。新たにラットでの実験を予定しており、デジタルカメラや試薬が必要となるためこちらに充てる。
最適平滑化スプラインの一般化理論とプログラムライブラリの開発

最適スプラインの問題について,解の存在や解の特性解析など基礎理論を重視しつつ,これまでの理論の発展,一般化を行い,さらに理論の応用を行った.理論面では制約付スプライン,多変数スプライン,また多階層平滑化スプラインの最適理論およびアルゴリズムを導びき,様々な数値例によってその有効性を検証した.また応用面では柔軟物体の運動変形モデリングや繰り返し書字学習システムの開発を行った.最適スプラインの問題について,解の存在や解の特性解析など基礎理論を重視しつつ,これまでの理論の発展,一般化を行い,さらに理論の応用を行った.理論面では制約付スプライン,多変数スプライン,また多階層平滑化スプラインの最適理論およびアルゴリズムを導びき,様々な数値例によってその有効性を検証した.また応用面では柔軟物体の運動変形モデリングや繰り返し書字学習システムの開発を行った.最適平滑化スプラインの理論とアルゴリズムに関して以下の研究を実施し,成果を学術誌論文3編,国際会議論文5編として公表した.(1)制約条件付き最適スプラインの設計:1変数の場合について,様々な等式,不等式の制約条件を伴う最適平滑化スプラインの設計理論およびアルゴリズムを導いた.また,その応用として,位置,速度,加速度に制約を受けるロボットの軌道計画を始め,確率密度関数(関数値が0以上,積分値が1)や矩形の不連続関数(関数値が0以上,1以下に制約)の近似などに適用し,有用性を確認した.研究はほぼ計画通りに進み,さらに2変数の場合への拡張もできると考えている.(2)多変数最適スプラインの設計:2変数(曲面)の場合に対する理論と応用の課題に取り組んだ.特に周期スプラインの設計理論を展開し,応用としてクラゲのデジタル動画像からの運動形状モデリングをおこなった.また最適スプラインとダイナミックフォントモデルをベースとし,ペンタブレット実験装置を用いた文字の学習システムの構築と実験を行った.その際,認知心理学の分野で得られている視覚誘導場を導入し,得られた文字の美的評価も行った.(3)多階層最適スプラインの設計:多階層平滑化スプラインによってエルミート補間に対応する(すなわち関数値のみならず微分係数のデータまで考慮する)平滑化曲線を設計する研究を実施した.プロトタイププログラムライブラリの開発をめざし,Bスプラインと動的スプライン,1変数と2変数,の各課題に対して作成してきたスプライン設計プログラムおよび応用プログラムを整理した.最適平滑化スプラインの理論とアルゴリズムに関して以下の研究を実施し,成果を学術誌論文2編,国際会議論文3編,国内会議3編として公表した.1.最適平滑化スプラインの理論とアルゴリズム:様々な等式,不等式の制約条件を伴う約条件付き最適平滑化スプラインの設計理論およびアルゴリズムを開発した.特に1変数の場合の結果に基づき,2変数の場合への発展,拡張を行ない,確率密度関数(関数値が0以上,積分値が1)の近似,デジタル画像(輝度値の上下限を設定)の画像処理,などの問題への応用を示した.2.多変数最適スプラインの設計問題:2変数の場合の周期スプラインの理論とクラゲの運動形状モデリングへの応用の研究を継続し,さらに極値検出法の研究を行ない良好な結果を得た.3変数スプラインの設計法についてはアルゴリズムの導出を行った段階である.3.平滑化スプラインによる書字運動の学習1最適平滑化スプラインの理論による文字モデルの獲得と草書体文字の生成のこれまでの研究をさらに発展させた.特に,ペンタブレット文字入力装置を用いた書字運動の学習支援システムの開発に着手し,書字運動の繰り返し実験による学習過程の分析や文字の評価などを行なった.評価は時間領域として書字時間の推移等,平面パターンとして視覚誘導場による評価,など行った.4.プロトタイププログラムライブラリの開発:最適スプラインの理論と応用に関する各課題に対して作成してきたスプラインの設計プログラムおよび応用プログラムの整理し,ライブラリを作成した.