hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模ゲノムデータ処理に対する高速高精度アルゴリズムの開発

ゲノム研究に関わるデータは巨大なものが多い.全体的な特徴の観察や,類似する項目の発見・グループ分け(類似検索・クラスタリング),確からしいルール・特徴ある部分構造の発見(ルール/データマイニング)を行うことは,ゲノム研究において非常に重要な位置を占める.しかし,データが巨大であるため,従来の素朴な方法では計算に莫大な時間がかかる.全ての項目を総当りで比較するのではなく,効率良く類似する可能性のあるペアだけを絞り込むことができれば,極めて短時間で計算を終了することが可能である.本年度は,ゲノム情報学で基礎的な問題の中から,実験結果の解析に使われるパターンマイニング,最適分類規則発見,配列の決定やアセンブリなどで用いられる相同性の発見アルゴリズムと並び替えを行うアルゴリズムの開発に関して,最適化・アルゴリズム的な技術を適用して改善できる点を見つけ出し,そこに新たな技法を提案した.代表的な成果を以下に挙げる.・与えられたグラフから,クリークに近い構造を全て見つける問題,データベースから多くの項目にあいまいさを許容した意味で含まれる集合を全て見つけ出す問題に対するアルゴリズムを開発した.・ベクトル集合の各要素に真か偽が与えられているデータ集合に対するパターン抽出の基本問題に関する性質を解析した.・集合被覆問題に対する高速近似解法を設計する上で有効な手法を検討し,知見を得た.・DNA解析等で利用される,所定の熱力学的制約を満たしたDNA配列集合を自動的に生成(設計)するアルゴリズムを提案した.ゲノム研究に関わるデータは巨大なものが多い.全体的な特徴の観察や,類似する項目の発見・グループ分け(類似検索・クラスタリング),確からしいルール・特徴ある部分構造の発見(ルール/データマイニング)を行うことは,ゲノム研究において非常に重要な位置を占める.しかし,データが巨大であるため,従来の素朴な方法では計算に莫大な時間がかかる.全ての項目を総当りで比較するのではなく,効率良く類似する可能性のあるペアだけを絞り込むことができれば,極めて短時間で計算を終了することが可能である.本年度は,ゲノム情報学で基礎的な問題の中から,実験結果の解析に使われるパターンマイニング,最適分類規則発見,配列の決定やアセンブリなどで用いられる相同性の発見アルゴリズムと並び替えを行うアルゴリズムの開発に関して,最適化・アルゴリズム的な技術を適用して改善できる点を見つけ出し,そこに新たな技法を提案した.代表的な成果を以下に挙げる.-比較ゲノム分野でも多くの応用を持つ集合被覆問題に対する実用的なアルゴリズムを開発した.提案手法では,ラグランジュ緩和に基づく工夫などを取り入れることにより大規模な問題にも適用可能となった.-与えられたグラフから,擬似クリーク,インターバルグラフなどのクラスに属するグラフ全て見つけ出すアルゴリズムを開発した.効率良い列挙するアルゴリズムを設計し,実データでも高速に動く実装を作成した.-昨年度開発した文字列データの中から頻出する極大モチーフを全て発見する効率良いアルゴリズムを改良し,意味的に重要であると思われるパターンのみを抽出することに成功した.-大量の,各項目が同じ長さの短い文字列からなるデータベースの中から類似するものの組を全て見つける高速アルゴリズムの改良を行った.-DNAデータ解析において用いられる大きな規模の塩基配列集合設計を生成するアルゴリズムを開発した.ゲノム研究に関わるデータは巨大なものが多い.全体的な特徴の観察や,類似する項目の発見・グループ分け(類似検索・クラスタリング),確からしいルール・特徴ある部分構造の発見(ルール/データマイニング)を行うことは,ゲノム研究において非常に重要な位置を占める.しかし,データが巨大であるため,従来の素朴な方法では計算に莫大な時間がかかる.全ての項目を総当りで比較するのではなく,効率良く類似する可能性のあるペアだけを絞り込むことができれば,極めて短時間で計算を終了することが可能である.本年度は,ゲノム情報学で基礎的な問題の中から,実験結果の解析に使われるパターンマイニング,最適分類規則発見,配列の決定やアセンブリなどで用いられる相同性の発見アルゴリズムと並び替えを行うアルゴリズムの開発に関して,最適化・アルゴリズム的な技術を適用して改善できる点を見つけ出し,そこに新たな技法を提案した.代表的な成果を以下に挙げる.・与えられたグラフから,クリークに近い構造を全て見つける問題,データベースから多くの項目にあいまいさを許容した意味で含まれる集合を全て見つけ出す問題に対するアルゴリズムを開発した.・ベクトル集合の各要素に真か偽が与えられているデータ集合に対するパターン抽出の基本問題に関する性質を解析した.・集合被覆問題に対する高速近似解法を設計する上で有効な手法を検討し,知見を得た.・DNA解析等で利用される,所定の熱力学的制約を満たしたDNA配列集合を自動的に生成(設計)するアルゴリズムを提案した.
低カルシウム食および卵巣摘出によって誘発された骨粗鬆症における硬口蓋骨組織の動態

6週齢のウイスター系雌性ラット30匹を各群10匹ずつの卵巣摘出(OVX)群、低カルシウム(低Ca)食摂取群および対照群に分けた。OVX群は両側の卵巣を摘出し、他の2群に対しては偽手術を行った。低Ca群には低Ca食(Ca:0.02%)と蒸留水を、他の2群には通常食(Ca:1.15%)と蒸留水を与えた。観察期間は術後12および32週(18および38週齢)とし、屠殺の10日前にテトラサイクリン(体重100gあたり5.0mg)を、3日前にカルセイン(体重100gあたり0.8mg)を投与した。各観察期間毎に各実験群の5匹ずつを屠殺して硬口蓋骨組織を採取し、Villanuevaの骨染色を施した後、MMA樹脂に包埋し、頬舌的な厚さ50μmの未脱灰研磨標本を作製した。落射蛍光顕微鏡と二次元画像解析装置を用いて単位骨量、分画形成面率、分画吸収面率および石灰化速度などのパラメーターを求め、低Ca食およびOVXによって誘発された骨粗鬆症が硬口蓋骨組織の動態に与える影響について検討を加えた。その結果、OVX群においては両観察期間とも、いずれのパラメーターについても対照群との間に差はみられなかった。低Ca食摂取群においては両観察期間を通じて、単位骨量は対照群およびOVX群に比べて減少し、分画形成面率、分画吸収面率および石灰化速度は対照群およびに比べて増加した。以上の結果から、硬口蓋骨組織における骨粗鬆症状態の誘発にはOVXのみでは十分な効果は得られず、低Ca食の摂取を必要とした。また、本研究で得られた骨粗鬆症の硬口蓋骨組織は、骨吸収と骨添加の増加による高代謝回転型の変化を示すことが明らかになった。
クォーク模型の基づくバリオン間相互作用の原子核への応用

この研究においては、クォーク模型を使って2個のバリオン間の相互作用の研究と、多体系への応用を目的とした運動量空間での取り扱い方法について研究した。従来のクォーク・クラスター模型は2バリオン系の束縛状態や、散乱状態の記述を試みる場合、バリオンの内部波動関数の変化は考慮されていない。2バリオン系で、ストレンジネスが-2でスピンが0、香りの状態が1重項のHダイバリオンと呼ばれる状態が1977年に予言され、多くの計算が成された。我々はこの状態についてバリオンの内部波動関数の変化まで考慮した束縛状態の計算を試みた。最近の論文で、同様の効果を考慮すると束縛エネルギーが24MeVから252MeVまで変わってしまうと言う報告があったが、我々の計算結果はエネルギーの変化は数MeVで、従来の計算とほぼ同じになることが分かった。さらにより詳細な計算を行ってもせいぜい5MeV程度の変化であることや、状態をきちんと直交化する方法についての議論を展開した。2バリオン系の散乱問題は、従来のクォーク・クラスター模型では座標空間で扱われてきた。ところが相互作用を多体系に応用するための有効相互作用を作る方法はG行列の計算で行われ、運動量空間で行うのが効率的である。またクォーク・クラスター模型から得られた非局所ポテンシャルを局所化するための逆散乱問題を解くためにも、非常に高エネルギーまでのデータが必要なので、運動量空間の方が扱いやすい。そこで我々はクォーク・クラスター模型を運動量空間で扱うプログラムを開発した。結果として、クォーク・クラスター模型から得られた非局所ポテンシャルは高エネルギーでそれほど強い斥力を示さず、従来の核子核子散乱で使われた非常に強い近距離斥力とは異なる性質を持つことが分かった。
次世代コミュニケーションスペース構築に向けた若年層の交流・滞留の国際比較

国内外の大学キャンパス等の広場における若年層の滞留行為に着目したコミュニケーションの実態を把握することにより、日本の大学キャンパス等の広場における滞留行為の特徴を明らかにすることを目的としている。国内外の調査で得られた知見にもとづく実証実験を行い、滞留の発生しやすい広場と発生しにくい広場のタイプ別に、着座装置の増設により滞留に変化のおきる様子の予測とその検証を行い、滞留の発生には植栽、飲食店、動線付近への着座装置の配置が有効であること等を明らかにした。アジア諸国における若年層を取り巻く交流環境に関する調査を実施した。若年層を取り巻く交流環境を把握するという観点から、多くの若者が集う駅前の屋外広場、商業施設の屋外広場、商業施設の屋内広場、大学キャンパスなどの広場を選定した。広場の選定にあたっては、研究協力者への事前ヒアリングおよび学生等への事前ヒアリングをもとに、インドネシア、ハサヌディン大学、商業施設パナックカン、ロザリ広場(調査協力:Prof.Anant YUDONO)、韓国漢陽大学校広場、コエックスモール広場、ジムサギル広場(調査協力:西京大学校キムジュンヨン博士)の調査を実施した。対象地において12:0013:00および17:00-18:00の各1時間を設定し、滞留している人に関する現地調査(滞留観察、複数箇所からのビデオ撮影)を行い、サンプルを収集、滞留している人及び複数人のグループを1単位として、図面上に位置とサンプルの属性、人数、姿勢、行為について記入し、同時に調査対象地全体を見渡せる位置2ヶ所からビデオ撮影を行った。記録したビデオ画像を研究室に持ち帰ってモニターで確認し、得られたサンプル・データから、滞留者に関する情報を入力しだ。滞留者については、属性やその姿勢、行為等を記録し、滞留と歩行者の関係、滞留と空間構成の関係について考察を行った。滞留者サンプルをグループ別、個別サンプルデータに分けて集計した。日本における調査結果との比較を行い、滞留グループ数や滞留時間、頻度の多い滞留場所、形態の特徴を比較し、構成手法に関する知見を得た。米国における若年層を取り巻く交流・滞留環境に関する調査を行った。昨年度のアジア調査(インドネシア、韓国、日本)と同様に、多くの若者が集う駅前の屋外広場、商業施設の屋外広場、商業施設の屋内広場、大学キャンパスなどの広場を選定した。調査対象地は、米国ユタ州ソルトレイクシティである。多くの若者が集う商業施設の屋外広場として「ゲートウェイ」の中央広場、また、大学キャンパスの広場として「ユタ大学学生ユニオン前広場」を選定した。対象地において12:0013:00および17:00-18:00各1時間を設定し、滞留している人に関する現地調査(滞留観察、複数箇所からのビデオ撮影)を行い、サンプルを収集、滞留している人及び複数人のグループを1単位として、図面上に位置とサンプルの属性、人数、姿勢、行為について記入し、同時に調査対象地全体を見渡せる位置2ヶ所からヒデオ撮影を行った。記録したビデオ画像を研究室に持ち帰ってモニターで確認し、得られたサンプル・データから、滞留者に関する情報を入力した。日本における調査結果との比較を行い、滞留グループ数や滞留時間、頻度の多い滞留場所、形熊の特徴を比較し、構成手法に関する知見を得た。本研究は、国内外の大学キャンパス等の広場における若年層の滞留行為に着目したコミュニケーションの実態を把握することにより、日本の大学キャンパス等の広場における滞留行為の特徴を明らかにすることを目的としている。これまで、米国ユタ大学、インドネシア・ハサヌディン大学、韓国ハーニャン大学校、日本九州大学等における調査結果から、滞留グループ数や滞留時間、頻度の多い滞留場所、形態の特徴を比較し、広場等のコミュニケーションスペースにおける空間の構成手法に関する知見を得た。今年度は、進行中のプロジェクトである九州大学伊都キャンパスにおけるキャンパスモールを対象として、得られた知見にもとづく実証実験を行った。その手順は、(1)調査分析の成果による整備手法、方針の仮定、(2)関係者へのヒアリング、(3)着座配置に関する構成モデル式の構築、(3)整備手法、方針仮定に基づく構成案の作成、代替案の検討、(4)移動可能な椅子、テーブル等を用いた交流空間の仮設実験、(5)2007年度の調査方法に準じた利用者の実態調査実験、(5)調査結果の分析と考察である。滞留者を目的変数とする着座配置空間に関する空間構成モデル式(重回帰式)の構築と配置実験によって、滞留の発生しやすい広場と発生しにくい広場のタイプ別に、着座装置の増設によって滞留に変化のおきる様子の予測とその検証を行った。また、滞留の発生には、植栽、飲食店、動線付近への着座装置の配置が有効であること等を確認した。
陽電子消滅を用いた金属/金属酸化物の空孔型欠陥の研究

本実験の目的は,陽電子消滅を用いて金属酸化物の酸素ノンストイキオメトリや他の金属との接触による原子相互拡散による空孔型欠陥の導入・拡散・消失過程を明らかにすることにある.Si基板を熱酸化することにより作成したSiO_2/Si構造やSrTiO_3基板に金属ないしは金属酸化物薄膜を形成した構造を評価した.Al薄膜形成により,SiO_2の絶縁特性が劣化することがわかった.低速陽電子ビームで測定した結果,A1形成により,電子トラップないしは正孔トラップが形成され,陽電子ないしはスパー電子がこれらトラップに捕獲されることにより,Ps形成率が下がっていることがわかった.これら試料のMOSの電気的特性劣化は,Al原子吸着による酸素の拡散,酸化が原因であると考えられる.Si基板上にHfO_2,HfON等の薄膜(3-5nm)を形成し,さらにゲートとしてTiN等の金属を形成した.陽電子はhigh-k膜中で単一原子空孔よりもサイズの大きな空隙で消滅することを明らかにした.また,Si基板へ打ち込まれた陽電子の感ずる電場を実験結果から求めた結果,high-k膜中には負電荷が存在することが分かった.CVDによりTiNを形成した試料では,陽電子はhigh-k膜側へ流れ込み消滅する,Si基板内の電場の向きはTiN無しの場合ど同じであった.しかし,PVDでTiNを形成した場合は,電場の向きは逆転し,Si基板へ打ち込まれた陽電子はhigh-k膜から反発力を受ける.これは,PVD-TiN形成によりhigh-k膜中へ酸素欠陥が導入され,正の電荷が形成されたことに由来する.以上の研究により陽電子消滅法が金属/金:属酸化膜構造の欠陥評価に有効であることがわかった.本実験の目的は,陽電子消滅を用いて金属酸化物の酸素ノンストイキオメトリや他の金属との接触による原子相互拡散による空孔型欠陥の導入・拡散・消失過程を明らかにすることにある.Si基板を熱酸化することにより作成したSiO_2/Si構造やSrTiO_3基板に金属ないしは金属酸化物薄膜を形成した構造を評価した.Al薄膜形成により,SiO_2の絶縁特性が劣化することがわかった.低速陽電子ビームで測定した結果,A1形成により,電子トラップないしは正孔トラップが形成され,陽電子ないしはスパー電子がこれらトラップに捕獲されることにより,Ps形成率が下がっていることがわかった.これら試料のMOSの電気的特性劣化は,Al原子吸着による酸素の拡散,酸化が原因であると考えられる.Si基板上にHfO_2,HfON等の薄膜(3-5nm)を形成し,さらにゲートとしてTiN等の金属を形成した.陽電子はhigh-k膜中で単一原子空孔よりもサイズの大きな空隙で消滅することを明らかにした.また,Si基板へ打ち込まれた陽電子の感ずる電場を実験結果から求めた結果,high-k膜中には負電荷が存在することが分かった.CVDによりTiNを形成した試料では,陽電子はhigh-k膜側へ流れ込み消滅する,Si基板内の電場の向きはTiN無しの場合ど同じであった.しかし,PVDでTiNを形成した場合は,電場の向きは逆転し,Si基板へ打ち込まれた陽電子はhigh-k膜から反発力を受ける.これは,PVD-TiN形成によりhigh-k膜中へ酸素欠陥が導入され,正の電荷が形成されたことに由来する.以上の研究により陽電子消滅法が金属/金:属酸化膜構造の欠陥評価に有効であることがわかった.本実験の目的は,陽電子消滅を用いて,金属酸化物の酸素ノンストイキオメトリや他の金属との接触による原子相互拡散による空孔型欠陥の導入・拡散・消失過程を明らかにすることにある.本年度では,Si基板を熱酸化することにより作成したSiO_2/Si構造やSrTiO_3基板に金属ないしは金属酸化物薄膜を形成した構造について低速陽電子ビームにより評価した.前者では,SiO_2/Si上にMBEチャンバー中でAlを蒸着した.AESによる表面観察を行った後,消滅γ線ドップラー拡がり測定を陽電子打ち込みエネルギーの関数として測定した.また,電気的特性評価のため,AlをHPMにより除去,DCスパッタにより,再度Al薄膜を形成して,I-V特性及びC-V特性を測定した.また,SrTiO_3基板上にMBEによりAlを供給することにより,基板の酸素拡散を利用してAlを酸化し,Al_2O_3薄膜を形成した.Al薄膜形成により,SiO_2の絶縁特性が劣化することがわかった.基板温度が上昇するほど,その傾向は強くなるが,温度が300°Cの場合においても同様の傾向を見出した.観測された電気的特性劣化は,Al原子吸着による酸素の拡散,酸化が原因であると考えられる.同様の試料を低速陽電子ビームで測定した結果,ドップラー拡がりの先鋭度を示すSパラメーターの値が,Al薄膜形成後に低下することがわかった.SiO_2中では,陽電子は電子と水素様のペア(ポジトロニウム:Ps)を形成してから消滅する可能性が高い.

このPsが形成された場合,陽電子と電子の運動量は0に近くなるので,ドップラー拡がりは観測されずγ線のピークは先鋭化し,S値は増大する.観測されたS値の低下は,Ps形成がAl薄膜形成により抑制されたことを示す.すなわち,Al形成により,電子トラップないしは正孔トラップが形成され,陽電子ないしはスパー電子がこれらトラップに捕獲されることにより,Ps形成率が下がっていること考えられる.Al_2O_3/SrTiO_3についても,基板へ導入される欠陥についての情報を得た.以上の実験から,陽電子消滅を用いて,SiO_2中に導入されたキャリアトラップの深さ分布や金属/酸化物界面の欠陥が研究できることがわかった.本実験の目的は,陽電子消滅を用いて金属酸化物の酸素ノンストイキオメトリや他の金属との接触による原子相互拡散による空孔型欠陥の導入・拡散・消失過程を明らかにすることにある.本年度では,high-kゲート絶縁膜を用いたMOS構造の欠陥について研究を行った.Si基板上にHfO_2,HfON等の薄膜(3-5 nm)を形成し,さらにゲートとしてTiN等の金属を形成した.作成した試料について,低速陽電子ビームを用いて,陽電子打ち込みエネルギーの関数(0-30 keV)として陽電子・電子対消滅γ線ドップラー拡がり測定を行った.得られたドップラー拡がりの先鋭度を評価するため,SパラメーターおよびWパラメーターを用いた.TiNを形成しない試料について,high-k膜中へ打ち込まれた陽電子の寿命は400 ps程度であった.金属酸化物のバルク中で陽電子が消滅する場合の寿命は170 ps程度,また酸素空孔,金属原子空孔の場合は,それぞれ200 ps,300 ps程度であると考えられる.よって,陽電子はhigh-k膜中で単一原子空孔よりもサイズの大きな空隙で消滅していると推定できる.また,Si基板へ打ち込まれた陽電子の感ずる電場を実験結果から求めた結果,high-k膜中には負電荷が存在することが分かった.CVDによりTiNを形成した試料では,TiN,high-k膜中の陽電子化学ポテンシャルの差に由来し,陽電子はhigh-k膜側へ流れ込み消滅する.Si基板内の電場の向きはTiN無しの場合と同じであった.しかし,PVDでTiNを形成した場合は,電場の向きは逆転し,Si基板へ打ち込まれた陽電子はhigh-k膜から反発力を受ける.これは,PVD-TiN形成によりhigh-k膜中へ酸素欠陥が導入され,正の電荷が形成されたことに由来する.
高効率シンチレータを用いた密着型軟Ｘ線顕微鏡による「生きた」細胞の高速動画撮影

水を含む「生きた」生物細胞を観察するために、シンチレーターを軟X線-可視変換素子として、光学顕微鏡を読み出し光学系に用いた密着型の軟X線顕微鏡を新たに開発し、その場で波長を変えて軟X線像を観察できる簡便な軟X線顕微鏡の開発に成功した。同時にレーザープラズマ光源を用いた密着型軟X線顕微鏡により「生きた」生物細胞の軟X線像の観察を行った。得られた結果を蛍光顕微鏡像と比較した結果、「水の窓」領域における軟X線像に写る構造を明らかにした。また、「水の窓」領域における最適波長を決定するために含水生物細胞の分光顕微像を撮像した。研究目的を達成するため、今年度は評価実験2つと開発を行った。実験(1)では、シンチレータを用いた「生きた」細胞の密着保持方法の確立と最適観察のための含水層の厚さの探索、実験(2)では、完成した顕微鏡と試料セルを用いて、「生きた」細胞観察のための観察条件の探索を行い、開発(1)では、密着型軟X線顕微鏡のための可視読み出し光学系の設計・製作を行った。このうち実験(1)では、開発(1)で開発した試料セルによる密着した細胞周辺の含水層厚さの制御法の開発と、観察する細胞ごとの観察波長探索を行った。マウス精巣ライディッヒ細胞を観察対象として、軟X線の波長を水を最もよく透過する2.0nmから4.8nmまで0.01nmずつ振って、その透過像を得た。得られた像は、細胞の厚さ、細胞を構成するオルガネラ、波長によって異なり、特に水層の厚さによって、全体の像のコントラストが大きく異なった。行った実験結果から、もっとも高い軟X線像のコントラストを与える層の厚さはおおよそ数μmが最適であることが分かった。また、過度の軟X線照射は、細胞に対して強いダメージを与えることも明らかとなった。続いて、細胞小器官の軟X線像を同定するための蛍光像と軟X線像の比較を行った。実験は、軟X線像を得たのち、観察した試料に蛍光剤を付加し、蛍光像を得た。得られた結果は現在解析中であるが、おおよその軟X線像と蛍光像の相関が得られた。開発(1)では、新たに、細胞試料の透過軟X線を密着させたシンチレータで可視光に変換し、変換された可視像を読み出し記録する光学系の設計・製作を行った。評価の結果、おおよそ空間分解能は0.7μm、視野200μm×200μm、露光時間1秒(最短)で、像が得られることが明らかとなった。一方で、細胞に対して軟X線を当て続けると細胞を破壊されるため、照射時間を短くするための設計変更を行う必要が明らかとなった。12年度に引き続き、培養液中の細胞を封入し、水の厚さを制御して、細胞像をコントラストよく撮像するために条件出しを行った。SPring-8のBL27SUビームラインにおいて実験を行った結果、おおよそ5μmにすることでコントラストの高い像が得られた。得られた撮像条件に基づき、軟X線像に含まれる情報を明らかにするために、形と化学状態に注目して実験を行った。観察した細胞を染色しあらかじめオルガネラを特定したうえで、密着顕微鏡法により軟X線像を得た。蛍光染色には、DAPI、Phalloidin、Mito-trackerを用い、蛍光顕微鏡観察により細胞内のクロマチン、細胞骨格、ミトコンドリアを分別した後に同じ部位の軟X線顕微鏡観察を行った。その結果、軟X線像に投影された構造と細胞内の構造を対応させることができた。例えばミトコンドリアの場合、可視蛍光像では回折によりぼける像を粒状の構造としてはっきりと分別することができた。また、波長による軟X線像の違いを探るために、分子科学研究所UVSORの走査型軟X線顕微鏡を用いて水の窓波長領域の含水細胞の分光顕微像を得た。得られた波長ごとの軟X線像に主成分分析とクラスター分析を適用し、細胞内の主要な構造の分離とスペクトル構造の抽出した結果、細胞核とその周辺のオルガネラ構造を分別したうえで、それぞれに対応するN-K吸収端近傍の吸収スペクトルを得ることが出来た。単体ヌクレオチドのN-K吸収端における吸収スペクトルとの比較から、得られたスペクトル構造は、窒素炭素間の結合に伴うπ*構造とσ*構造が主と考えられる。以上から、13年度は、生物細胞を軟X線顕微鏡により撮像したときに得られる情報を、形状と化学結合状態の違いにより議論した。これらの知見に基づき、今後はよりシステムとして使いやすい顕微鏡の構築を目指したい。

研究目的を達成するため、平成24年度は昨年度に引き続き実験1では、シンチレータを用いた試料セル中に封入した生物細胞の最適観察条件の探索、開発1では、観察軟X線像の高空間分解能化を行うために、高倍率の対物レンズの導入などを行った。このうち、実験1では、昨年度に問題となった生物細胞の放射線損傷の問題を回避するために、真空中に光学シャッターを設け、観察とシャッターを連動させることで不要時の細胞に対する放射線露光量の低減を図った。その結果、著しく放射線露光量が減り、細胞の放射線損傷の問題は解決した。一方で、新たな問題として撮像時の含水層の厚さのコントロールが難しく、現在のところ再現性の良い方法を見出せずにいる。これは、軟X線像を得るための露光時間、撮像の結果得られた軟X線像のコントラストなどの像の質に大きく影響するので、平成25年度で解決を図っていきたい。また開発1では、昨年度に問題となった試料に対するダメージを減らすために、光学シャッターを導入し、撮像時以外の放射線露光時間を低減させた。その結果、試料に対するダメージは著しく減少した。また、これまでに20倍の対物レンズを用いて行っていた軟X線像観察に、新たに50倍の対物レンズを用いて観察を行った。その結果、20倍ではあまり問題とならなかった装置の振動およびシンチレータの複屈折が問題となることが明らかとなった。装置の振動についてはこれまでに使用していたターボポンプの代わりに蒸発型のNEGポンプ、イオンポンプなどの静的な真空ポンプを導入し、振動の低減を図った結果、安定に撮像できるようになった。一方、複屈折については、光路に偏光フィルタを組み込むことで安定した像が撮像できることが明らかとなった。予定した実験を行い、概ね予想された結果が得られたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までの実験結果に基づくと、マウス精巣ライディッヒ細胞を観察対象とした場合、軟X線の波長を水を最もよく透過する2.0nmから4.8nmまで0.01nmずつ振って得られた軟X線像は、細胞の厚さ、細胞を構成するオルガネラ、波長によって異なり、特に水層の厚さによって、全体の像のコントラストが大きく異なる。このため細胞を観察するための撮像条件をもとめるのが昨年度の目標で、その目標はある程度達成したが、その一方で封入した生物細胞の含水層のコントロールが難しいことも明らかとなった。このため、観察最適条件の再現性が悪く、この再現性を確保するための実験を新たに行う必要が明らかとなった。このため当初予定していた実験は予定よりもやや遅れることが明らかとなった。細胞のダメージを減らすために撮像時以外の露光を避けるため、CCDと運動したシャッターを導入する。また、軟X線の露光時間を減らしても細胞にダメージがあるか調べた上で、ダメージがある場合には、ダメージの軽減を図るため試料の冷却方法を検討する。上でも述べた通り、マウス精巣ライディッヒ細胞を観察対象とした場合の軟X線像は、含水層の厚さによって全体像のコントラストが大きく異なり、かつその含水層の厚さの制御が難しいことが明らかとなった。一方でこれまでの実験結果から、この含水層の望ましい厚さは、もっとも高い軟X線像のコントラストを与えるという条件と細胞を含水状態のまま保つという条件の2つを満たす解として、おおよそ35μmの厚さが最適であることが予想される。この条件を再現性よく満たすために、新たに試料セルに使用したSiNメンブレンに細胞周辺の含水層厚さの制御のための厚さ5μmのスペーサー層を導入し、水の厚さを正確に制御した状態での軟X線観察を試みる。
LOV 光モジュールによる細胞機能光制御

植物の光屈性などの光受容を行う青色光センサータンパク質であるフォトトロピンは光によって活性制御されるタンパク質リン酸化酵素として機能する。この光スイッチ機構を応用して、動物培養細胞が分裂増殖するか分化して神経細胞になるという異なる二つの生理応答反応の切り換えを担う鍵となる酵素の活性を光制御して、細胞の分裂と増殖を光でスイッチして切り替えることが可能な細胞培養系を作り出すことを目的として研究を行い、鍵酵素の活性制御系の部分的な構築を行った。植物の光屈性などを担う青色光受容体であるフォトトロピン(phot)は、N-末端側にLOVと呼ばれる光受容ドメインを二つもち、C-末端側がセリン/スレオニンキナーゼとなり、光により活性制御されるキナーゼとして働く。本研究では、1)このphotキナーゼの光制御最小モジュールであるLOV2-キナーゼを、培養細胞PC12のEGF(上皮細胞増殖因子)およびNGF(神経細胞成長因子)刺激応答に関わるMAPキナーゼ・カスケード中に組み込み、光により活性制御されるMAPキナーゼ系を作製し、2)こPC12の細胞増殖および神経様細胞への細胞分化の二つの異なる細胞機能を、光によりスイッチングできる系の確立を目ざした。昨年度、1)の研究を目指したがうまく機能する系が得られなかったため、24年度も引き続きこの研究を行った。上述の細胞増殖と細胞分化反応のスイッチングにおける鍵キナーゼであるERKを大腸菌遺伝子発現系により作成した。その際にHis145が大腸菌内でリン酸化を受けキナーゼ活性制御に悪影響を与えることが分かったので、これのAla置換体を使用することとし純度95%以上の標品を得た。このERKの活性の光制御には、シロイヌナズナphot1のLOV2およびそのC-末端側のヒンジ領域に存在してキナーゼ活性光制御に重要な役割を果たすと考えられるJ&#61537;-へリックスをもつコンストラクトに、ERK阻害ペプチドを融合させた複数の純度95%以上のポリペプチドを作成した。これらポリペプチドは総てLOV2に特異的な正常な光反応を示した。これらのポリペプチドが阻害ペプチドを介して光依存的にERKと相互作用するかを、プルダウン解析などにより調べた、現在までの所ポジティブな結果が得られていない。引き続きコンストラクトの改良などによる、光によるERKのキナーゼ活性光制御系の開発を行っている。植物の光屈性などを担う青色光受容体であるフォトトロピンは、N-末端側にLOVと呼ばれる光受容ドメインを二つもち、C-末端側がセリン/スレオニンタンパク質リン酸化酵素(キナーゼ)となっており、光により活性制御されるキナーゼとして働く。本研究では、1)このフォトトロピン・キナーゼの光によるスイッチ活性をもつ最小のモジュールであるLOV2-キナーゼのキナーゼ光活性化機構を応用して、神経系株化培養細胞PC12のEGF(上皮成長因子)およびNGF(神経成長因子)刺激応答に関わるMAPキナーゼ・カスケード中に組み込み、光により活性制御されるMAPキナーゼ系を作製し、2)これによりPC12培養細胞の、EGF(上皮細胞増殖因子)応答反応である細胞増殖およびNGF(神経細胞成長因子)応答反応である細胞分化の、二つの異なる細胞機能を光によりスイッチングできる系の確立を目的としている。標的としてはMAPキナーゼ系のMEK/ERKを用いる。本年度は1)を目指して本実験の基となるLOV2-キナーゼのキナーゼ活性光制御分子機構に関して(1) LOV2の光反応からキナーゼの活性化に関する分子内シグナル伝達に関する新規情報を得るとともに、(2)このシグナル伝達に重要な機能を持つと考えられるLOV2とキナーゼのリンカー部分に存在するJα-ヘリックスに注目し、LOV2-Jα-ヘリックスに既知のERK阻害ペプチド(EI)を組み込んだLOV2-EI-Jα-ヘリックスを大腸菌遺伝子発現系により調製し、ERKキナーゼ活性に対する阻害効果に対する光の効果を調べ幾つかのポジティブな結果を得た。LOV2-キナーゼのキナーゼ活性光制御分子機構に関して、LOV2の光反応からキナーゼの活性化に関する分子内シグナル伝達に関する知見は増え今後の実験を進める易くなったが、光により活性制御されるMAPキナーゼ系の作製という点では、試みたコンストラクトでは充分な光制御を得られなかったことによる。昨年度作成したEIをLOV2とJα-ヘリックスとの間に挿入したコンストラクトでは充分な光制御を得られなかったので、このキナーゼ阻害LOV2-Jα-ヘリックスのコンストラクの再構築を図る。C-末端側に付加、あるいは他のERK阻害ペプチドの使用などを試みる。また、発想を変えERK自身に直接LOV2-Jα-ヘリックスを付加して、LOV2自身を阻害ドメインとして使用することも考え、ERKキナーゼ活性の光制御系の確立を第一目標にして研究を行う。

1)LOV2-EI-Jα-ヘリックスによるERKキナーゼ活性制御昨年度は、細胞外刺激による細胞増殖と神経様細胞への分化誘導の切り替えに関わるMAPキナーゼ・カスケードの鍵キナーゼであるERKのキナーゼ活性の光制御を目指して、既知のERKキナーゼ阻害ペプチド(EI)の阻害活性の光制御を目指した系の構築を行った。具体的にはphotキナーゼの光制御にとり重要な機能を果たすLOV2とキナーゼのヒンジ部分に存在するJα-ヘリックスの間にEIを挿入したポリペプチドを作成したが、キナーゼ活性の光制御は顕著では無かった。そこでリンカー部分に使用したアミノ酸領域の再考、他のERK阻害ペプチドの使用、EIをC-末端に付け替えること、などを試み、系の光制御の効率化を図る。2)LOV2-ヒンジ-MEK-AによるERKキナーゼ活性制御ERKのMAPKKであるMEKの活性化に必要なリン酸化部位のSerおよびThrを予めAsp置換して活性化状態にしておき、暗状態ではLOV2はヒンジを介して、MEK-Aと相互作用してMEK-Aのキナーゼ活性を抑制し、光照射にともないヒンジ部分に構造変化が生じ活性抑制が解除されERKのリン酸化を行う系の構築を行う。3)消耗品購入計画以上の研究を行うに当たって、必要なタンパク質を大腸菌遺伝子発現系により調製するので、これに必要な試薬、プラスティク器具類を購入する。またキナーゼ阻害ペプチド、キナーゼ活性測定のアッセイキットなどの購入も行う。また、同時に様々な生物物理学的、生化学的、分子生物学的手法を用いてその光制御機構を調べ、得られた情報をフィードバックしてさらに効率の良い光制御能をもつ分子の作製を試みるので、これらの測定に必要な光学器具類の購入も行う。
KPZ方程式に関連する可解確率過程の厳密な解析

1次元Kardar-Parisi-Zhang(KPZ)普遍クラスに属する確率過程について、その可積分構造を研究した。具体的には、KPZ方程式をレプリカ法を用いて解析し、Dotsenkoによって得られた空間2点相関関数の長時間極限が2型エアリー過程と呼ばれる確率過程と等価であることを明らかにした。またO'Connell-Yorポリマーモデルの行列式構造を考察し、GUEランダム行列との関連を明らかにした。Kardar-Parisi-Zhang(KPZ)方程式は、界面成長を記述する方程式として誕生したが、より広い非平衡臨界現象のクラスを代表する方程式として重要である。2010年以降空間1次元のKPZ方程式の理解が、確率論や表現論、数理物理学との関連で大きく進展している。これまでは、高さゆらぎの臨界指数にのみ注目されていたのに対して、最近の進展では高さゆらぎの確率分布関数の厳密解が得られている。これにより指数だけではとらえられない性質、すなわち分布関数の初期条件依存性や普遍的クロスオーバー等普遍性の新たな側面をとらえつつある。平成25年度はnarrow-wedge型と呼ばれる初期条件における1次元KPZ方程式の同時刻2点分布関数について考察した。この2点分布関数については、普遍性の観点から長時間極限で2型エアリー過程と呼ばれる確率過程に収束することが予想されていた。しかし最近のDosenkoの研究で得られた2点関数の表式は、通常知られている2型エアリー過程の表式と異なりその関係が明らかではなかった。我々はこれについて研究し、両者が一致することを明らかにした。これによってKPZ方程式は空間2点相関のレベルで予想される普遍性を記述していることが分かった。今後は長時間極限だけでなく、有限の時刻における相関の普遍性についても明らかにしていきたい。そのためには、KPZ方程式に潜む数理構造特に自由フェルミオン構造の理解が不可欠である。またこのような高さ分布関数の大偏差特性も理解していきたいと考えている。O'ConnellとYorによって導入された、2次元ランダム媒質中のポリマー模型(以後O'Connell-Yorモデルと呼ぶ)の数理構造について研究を行った。このモデルは、量子戸田格子、geometric RSK対応、マクドナルド対称関数などに関連する数理構造が明らかにされている点、また確率熱方程式やKardar-Parisi-Zhang(KPZ)方程式をスケール極限として含んでいる点で、最近のKPZ方程式、KPZ普遍クラス研究の発展において中心的な役割を果たしている。我々はこのO'Connell-Yorモデルの分配関数の積率母関数が、行列式型の測度を用いて表示されることを明らかにした。この測度はGUEランダム行列の固有値の確率測度と同様な行列式の積で表され、またゼロ温度極限でGUEの固有値測度となるという特徴を持つ。この表示の利点は、従来のランダム行列理論や行列式点過程で得られた結果をそのまま適用でき、O'Connell-Yorモデルの自由エネルギー分布やそのスケール極限を詳細に議論することができることである。O'Connell-Yorモデルの分配関数はN本のブラウン運動を用いて表現することができるので、N自由度相互作用ブラウン粒子系とみなせる。我々は上記の結果を導出するに当たって、N(N+1)/2次元というさらに大きな実数空間上の行列式型測度を導入し、いくつかの性質を考察した。我々の主結果はこの性質の帰結として得られることを明らかにした。KPZ普遍クラスに属する代表的なモデルであるO'Connell-Yorポリマーモデルに潜む数理構造の一端を明らかにできたことは、この構造の理解の深化およびモデルの物理的理解の深化の両面で更なる研究の発展につながると期待している。非平衡統計物理学今後は、O'Connell-Yorモデルで得られた行列式構造が他の関連するモデルでも現れるのか、またこの構造を用いることでこれまで考察されてこなかったモデルの物理的性質が明らかになるかを考えたいと思っている。統計物理学において2点相関関数は重要な物理量であるが、我々の研究対象であるKPZ方程式で2点相関の普遍性に関する新たな知見が得られたことが今年度の主要な成果である。これにより、今後の研究の足掛かりとなった。物品を補充する計画であったが、現状で十分で新たに購入する必要がなかったこと。1次元KPZ方程式の高さゆらぎに関する研究は、可解な数理構造が明らかになったことにより大きく進展した。特に高さゆらぎの指数モーメント母関数が(フレドホルム)行列式であらわされる。このような自由フェルミオンの構造がなぜKPZ方程式という非線形確率微分方程式に現れたか、その仕組みを理解していきたい。それによって、KPZ方程式の多時刻多点相関や大偏差関数の理解につなげて行きたい。今年度は、2016年2月、3月にカリフォルニア大学サンタバーバラ校でKPZ普遍クラスに関する滞在型のプログラムが予定されており、私も参加者としてまたプログラムの途中で開催される国際会議の組織委員として比較的長期に滞在する予定である。

今年度の繰り越した補助金は主にこのプログラムの旅費、滞在費に使わせていただく予定である。次年度(平成26年度)は本課題の3年計画の2年目に当たり、計画を十分に遂行するため。研究会や共同研究者との議論のための旅費、ノートPCやソフトの購入、また関連分野の研究者への謝金に使用する計画である。
円筒容器内液体金属熱対流の振動とその3次元構造

成長縞(ストリエーション)発生の一因と考えられている結晶成長時の融液側振動流を明らかにするために,単結晶引上げ法の一つであるチョクラルスキー法を想定した,液面中央部に回転冷却部(生成結晶)を持つ,アスペクト比(融液径/融液深さ)2,直径比(冷却棒径/融液径)0.3および0.5の円筒容器内液体金属(プラントル数0.025)熱対流について,(1)冷却棒回転なし,液面(自由表面)断熱,(2)冷却棒回転あり,液面断熱,(3)冷却棒回転あり,液面熱損失考慮という3種類の液面での境界条件に対して前年度に続き数値シミュレーションを実行した結果,以下のことが明らかとなった。1.回転による強制対流効果に比べて温度差による自然対流効果が主要なとき,容器中心部で下降し壁面近傍で上昇する単一のドーナツ状ロールからなる流れの構造が形成される。2.このロール構造は,直径比0.3および0.5では方位角方向波数がそれぞれ主として4および3の回転対称モードであり,超臨界域ではそれらロールに振動が生じる。3.強制対流効果が無視できない場合,二重のドーナツ状ロールが形成され,冷却棒回転が増加するにつれ,方位角方向波数3の位相速度をもつ回転流が生じる。また,溶融ガリウムを用いた実験を行った。ガリウムの酸化皮膜生成抑制のために,恒温バス内に設置したカーボン製円筒容器を含む装置全体を窒素雰囲気のデシケータ内に閉じ込めて実験を行った。アスペクト比2,直径比0.5の場合について,極細線シース熱電対を用いて熱対流の温度場を詳細に測定した結果,1.自然対流が主要な範囲では冷却棒回転の増加につれて振動の始まる臨界グラスホフ数は低下した。2.自然発生振動に対応する冷却棒回転の場合,一種の共振状態のために温度振動が明らかに増大した。この回転域を除けば,振動は減少する傾向を示し,冷却棒を回転することの振動抑制効果が見られた。単結晶引上げ法の中で一般に広く用いられている,チョクラルスキー法を想定したアスペクト比(融液径/融液深さ)2,直径比(冷却棒径/融液径)0.3および0.5の円筒容器内液体金属(プラントル数0.025)熱対流について,(1)冷却棒回転なし,液面(自由表面)断熱,(2)冷却棒回転あり,液面断熱,(3)冷却棒回転あり,液面熱損失考慮という3種類の液面境界条件に対して3次元数値シミュレーションを実行した結果,1.自然対流と回転による強制対流の二つの振動不安定効果が存在し,容器内流れは複雑な不安定特性を示す。2.回転による強制対流効果が小さく自然対流が主要なとき,容器中心部で下降し壁面近傍で上昇する単一のドーナツ状ロールが形成される。3.この流れのロール構造には直径比等のパラメータに依存して,超臨界域では軸対称か非軸対称の振動が生じる。4.回転による強制対流効果が無視できなくなると,冷却棒端下部に回転軸を持つ新たなドーナツ状ロールが形成され,2重のロール構造となる。また,円筒容器内溶融ガリウムの熱対流実験のための装置を作成した。カーボン製円筒容器を恒温バス内に浸して容器を加熱する方式とし,ガリウムの酸化皮膜生成抑制のために,装置全体を窒素雰囲気のデシケータ内に設置した。

アスペクト比2,直径比0.286および0.5の場合について,予備実験を行った結果,1.融液振動の大きさは高さ方向に依存し,容器底面に向かうにつれて小さくなる。2.本年度の実験でのグラスホフ数程度の超臨界状態では,冷却棒を回転することの振動抑制効果は顕著ではなかった。今後,より高いグラスホフ数での実験を行う必要がある。成長縞(ストリエーション)発生の一因と考えられている結晶成長時の融液側振動流を明らかにするために,単結晶引上げ法の一つであるチョクラルスキー法を想定した,液面中央部に回転冷却部(生成結晶)を持つ,アスペクト比(融液径/融液深さ)2,直径比(冷却棒径/融液径)0.3および0.5の円筒容器内液体金属(プラントル数0.025)熱対流について,(1)冷却棒回転なし,液面(自由表面)断熱,(2)冷却棒回転あり,液面断熱,(3)冷却棒回転あり,液面熱損失考慮という3種類の液面での境界条件に対して前年度に続き数値シミュレーションを実行した結果,1.回転による強制対流効果に比べて温度差による自然対流効果が主要なとき,容器中心部で下降し壁面近傍で上昇する単一のドーナツ状ロールからなる流れの構造が形成される。2.このロール構造は,直径比0.3および0.5では方位角方向波数がそれぞれ主として4および3の回転対称モードであり,超臨界域ではそれらロールに振動が生じる。3.強制対流効果が無視できない場合,二重のドーナツ状ロールが形成され,冷却棒回転が増加するにつれ,方位角方向波数3の位相速度をもつ回転流が生じる。また,溶融ガリウムを用いた実験を行った。ガリウムの酸化皮膜生成抑制のために,恒温バス内に設置したカーボン製円筒容器を含む装置全体を窒素雰囲気のデシケータ内に閉じ込めて実験を行った。アスペクト比2,直径比0.5の場合について,極細線シース熱電対を用いて熱対流の温度場を詳細に測定した結果,1.自然対流が主要な範囲では冷却棒回転の増加につれて振動の始まる臨界グラスホフ数は低下した。2.自然発生振動に対応する冷却棒回転の場合,一種の共振状態のために温度振動が明らかに増大した。この回転域を除けば,振動は減少する傾向を示し,冷却棒を回転することの振動抑制効果が見られた。
オープンデータを活用した地域連携AEDマップの開発

研究目的:AEDとは、自動体外式除細動器の英字略語であり、心臓が正常に拍動できない場合に正常なリズムを取り戻させる医療機器である。現在、様々な施設に設置されており、とても便利な機器ではあるが、この機器自体をなかなか見つけることができないことが問題である。また、場所を知っていたとしても、施設には開館時間があり常に使用出来るとは限らない。そこで、本研究では、時間と曜日によって使用の可否を判断し、一目で確認可能なシステムの構築を日指した。研究の方法:京都府舞鶴市および周辺地域、石川県金沢市、福岡県福岡市のAEDオープンデータを元に、施設開館時間を加え、新たなオープンデータを作成した。GPS(全地球測位網)機能が付いているスマートフォンの特徴を生かし、設置されている位置、詳細な設置場所、使用可能時間を書かれたマップアプリケーションの作成を行った。研究の成果本研究の特徴である使用可能時間を元に、「使用可能」、「使用不可能」、「不明」の二項目が表示されるiOS、Androidマップアプリケーションの開発を行った。本アプリケーションについては、金沢オープンデータアプリコンテストで金沢市長賞をいただくことができた。データとしては、AEDのオープンデータが意外に少なく、集めることに大変時間がかかった。また、システム更新や施設の開館時間変更、祝日時における時間変更など、今後運営していくにはなかなか考慮しなければならない点が多数存在した。今後は、全国各地のAEDデータを集め、本アプリケーションに反映する。日本救急医療財団の全国AEDマップとの連携などを検討していく必要がある。その後、AED情報をいかにして更新していくについて検討する必要がある。
ホヤにおける時間的に制御可能な遺伝子誘導発現系の構築

発生生物学研究のモデル生物であるカタユウレイボヤで利用可能な誘導発現系はこれまでになかった。そこで本研究では、熱ショック応答遺伝子(Ci-HSPA1/6/7-like)の転写制御領域を利用して遺伝子誘導発現系を構築した。この系により、任意のタイミングで目的遺伝子を働かせる実験が可能となった。また、Ci-HSPA1/6/7-likeの熱ショック応答が熱ショック転写因子を介したものであることを示した。本研究は、カタユウレイボヤの熱ショック応答遺伝子(Ci-HSPA1/6/7-like)の転写制御領域を利用して、カタユウレイボヤ胚に最適化された遺伝子誘導発現系を構築することを目指している。今年度は次のような成果を得た。1、内在性のCi-HSPA1/6/7-likeの発現を指標に、初期胚の熱ショック応答能力を調べたところ、熱ショック応答能力は16細胞期以降に獲得されることがわかった。熱ショックにより誘導されたCi-HSPA1/6/7-likeの全ての細胞で検出された。2、Ci-HSPA1/6/7-likeの上流2kbpの領域の下流に目的遺伝子のcDNAを1組み込むことが可能なGatewayシステム対応ベクターを作成した。3、このベクターに目的遺伝子としてレポーター遺伝子を組み込み、胚に導入し、様々な発生段階で熱ショックを胚に与え、レポーターの発現を調べた。その結果、卵割期から神経胚期までの間に胚に熱ショックを与えた場合は胚の全ての種類の細胞でレポーターの発現が誘導されることがわかった。すなわち、この発生段階までに胚に熱ショックを与えることで、このベクター1から目的遺伝子を全身に発現させることが可能であることがわかった。一方、神経胚期以降の時期ではレポーター発現の見られる細胞の種類ぶ限定された。4、脊索運命の決定に働く転写因子の遺伝子を上記のベクターに組み込み、薬剤処理により脊索誘導を阻害した胚においてこのベクターを用いて過剰発現実験を行った結果、熱ショック依存的な脊索形成が確認された。このことは、胚発生に関係する遺伝子の機能解析を行う実験系として、本誘導発現系が有用であることを実証している。1、Ci-HSPA1/6/7-likeが熱ショックにより誘導されるメカニズムを知るため、様々に改変したCi-HSPA1/6/7-likeの上流領域についてレポーターアッセイを行い、熱ショックによる誘導に必要な配列の同定を試みた。その結果、上流260bpから160bpの領域にある3つの熱ショックエレメントが熱ショックによる誘導に重要であり、このうち2つ以上を同時に欠損すると誘導が著しく阻害されることがわかった。この結果は、熱ショックエレメントを認識する熱ショック転写因子が他の動物同様にホヤにおいても熱ショックによる遺伝子発現誘導に関与している可能性を示唆している。2、昨年度に開発した熱ショック誘導用ベクター(Ci-HSPA1/6/7-1ikeの上流2kbpの領域の下流に目的遺伝子のcDNAを組み込むことが可能)による誘導発現の条件検討を行うため、レポーター遺伝子や初期発生で働く各種の遺伝子のcDNAを組み込んだベクターを用いて初期胚における誘導発現実験を行った。その結果、カタユウレイボヤ胚における目的遺伝子の誘導は18度から28度への温度上昇を1060分間行う熱ショック処理で可能であることがわかった。本研究により、発生生物学研究のモデル生物であるカタユウレイボヤで利用可能な誘導発現系を初めて構築することができた。この系は、任意のタイミングで目的遺伝子を働かせる実験を可能とするものであり、ホヤにおける遺伝子機能解析に有用なツールとなることが期待される。
中国におけるクリマアトラスを通じた都市熱環境配慮型都市開発の実現

華中科技大学と共同で、中国・湖北省・武漢市の長江両岸地区(武昌と漢口)において再開発が想定される地域を対象に、夏季と冬季の集中気象観測、ならびに街区スケールの気流等に関する数値計算を行った。観測からは、河道上の風速が強まるのと連動し、直交する街路上の風速が強まり、同期して気温の変動が生じていることが示された。また、気象観測や数値計算の結果にもとづき、ヒートアイランド緩和策を盛り込んだ市街地の整備プランを提案した。中国の専門家のべ数十名との面談を経て、ワークショップの対象都市に瀋陽を選定した。また、瀋陽において対象となりうる複数の再開発予定地域を訪問し、地理情報などを取得したほか、次年度に行われるワークショップの詳細を策定した。さらに、四川大地震の直後に慶応大学などと共同で、被災地の一つである都江堰市に対し、クリマアトラス的手法にもとついた復興開発プランを作成し提出した。加えて、瀋陽市の専門家と面談形式のワークショップを開催し、「共同研究の主旨の確認」「共同研究に向けた体制の構築」「市や省等の協力体制の確立」等の成果を得た。また課題として、研究を進めていくための体制強化の必要性が明らかとなった。これを受け、平成21年度の計画を以下のように策定した。まず共同研究の体制強化に向け、共同研究の中国チーム(瀋陽工業大学及び大連民族大学)の協力を得て、4回程度(5月/7月/10月/2月)、共同研究チームを中心としたワークショップを瀋陽市内で開催し、その成果を瀋陽市政府に『クリマアトラスワークショップによる熱環境に配慮したまちづくりの方法論』として提示する。なお平成21年度のワークショップには、関連分野の研究者に加え、政策担当者(市政府および中国共産党地区委員会)、デザイナー、市民など、広範な階層から毎回10名程度が参加することを想定している。平成21年度は、平成22年度に数ヶ所の地域で実施するワークショップの予備調査であると位置づけ、モデル地区として熱環境が劣悪な街区程度の範囲1か所を設定する。さらに、中国の都市に適用可能な手法として、リモートセンシングと簡便な現地調査で作成が可能なクリマアトラスの作成手法を八王子市みなみ野シティを対象に開発した。わが国と体制・制度・自然条件の異なる中国の都市において、制度的有利性に依拠した形での、新たな都市開発の方向性を模索し、その成果をわが国をはじめとする世界各国の都市開発の現場へと還元しようとするものである。よって本研究では、中国の都市を対象としたクリマアトラスワークショップを実施し、都市の熱環境の悪化防止、あるいは改善を実現するような都市計画、さらには都市開発が具体の都市において実現することをめざす。初年度の瀋陽市などにおける課題を受け、共同研究の体制の再構築、共同研究全体の枠組みの再設定を行った。地形特性から夏の暑さが劣悪な武漢市をモデルエリアとして、現地の熱環境実測に豊富な実績があり、行政連携が強固な「華中科技大学建築・都市計画学院」の研究者を共同研究者として選定した。また、最終年度の調査内容、スケジュール等の枠組みを再設定するため、全2回の会議を行った。なお、メソスケールおよび屋外街区スケールの温熱環境数値解析を2月より実施している。さらに、武漢市における最近20年分の気象データを入手した。これは国家級測定点のデータであり、武漢市では1箇所のみである。武漢市の他の測定点は市の気象局によって運営されており、現在購入交渉を進めている。武漢市における土地利用データの詳細は、市の都市計画局が管理しており非公開であるため、現在共同研究の形での土地利用データの入手交渉を進めている。このほか、来る7月の現地気象観測に備え、温湿度計、熱線風速計、全天日射計、グローブ温度計のセットアップを行った。本研究は、わが国と体制・制度・自然条件の異なる中国の都市において、制度的有利性に依拠した形での、新たな都市開発の方向性を模索し、その成果をわが国をはじめとする世界各国の都市開発の現場へと還元しようとするものである。よって、中国の都市を対象としたクリマアトラスワークショップを実施し、都市の熱環境の悪化防止、あるいは改善を実現するような都市計画、さらには都市開発が具体の都市において実現することをめざす。華中科技大学と共同で、武漢の長江両岸地区(武昌と漢口)において再開発が想定される地域を対象に、夏季と冬季の集中気象観測、ならびに街区スケールの気流等に関する数値計算を行った。また、河道に空気が引き込まれるケースと河道から空気が吐き出されるケースが存在していることも明らかになった。さらに、数値計算や野外観測の結果にもとづき、まちづくりワークショップを開催し、「ヒートアイランド緩和策」を盛り込んだ市街地の整備プランなどの提案を行った。