hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Smadを標的とした不動性筋萎縮治療法の開発

筋萎縮は筋力の低下などから転倒のリスクとなり、特に骨粗鬆症を発症した高齢者においては、脆弱性骨折の発生から、日常生活動作に重大な支障を来す可能性のある重大な課題である。また比較的若年者においても、骨折等で行うギプス固定などによって患肢が固定されると、筋萎縮を引き起こし、やはり筋力の低下やスポーツ選手においては復帰の遅延につながるなど、やはり解決すべき課題といえる。これまでに、不動性筋萎縮モデルマウスを用いた解析により、不動性に萎縮する筋において転写因子であるSmad2およびSmad3がタンパク質レベルで蓄積すること、筋特異的なSmad2とSmad3の二重欠損マウスでは不動性筋萎縮をほぼ完全に回避できることを見出している。このことを受けて、本研究ではSmad2とSmad3がアダルトにおいて不動性筋萎縮の治療標的となり得るか、という点を明らかにすることとした。投薬によりSmad2とSmad3を抑制するには、筋のみならず全身的にSmad2とSmad3を抑制することとなる。そこで、まずアダルトにおいて全身的にSmad2とSmad3を抑制した際に、致命的な有害事象が発生しないか、ということを確認するため、Smad3のコンディショナルノックアウト(Smad3 cKO)を新規に樹立し、すでに入手済みのSmad2のコンディショナルノックアウトと交配し、アダルトにおいて誘導性に全身的にSmad2とSmad3を欠損させるSmad2/3 cKOを作成することとした。Smad3 cKOについては、すでに樹立を完了し、Smad2/3 cKOの作成を進めている。また、並行してSmad2/3を阻害することが可能な低分子化合物を得るため、ドラッグライブラリーからドラッグリポジショニングにより新たにSmad2/3阻害薬をスクリーニングすることとし、すでに複数のヒット化合物を得ている。筋萎縮、特に不動性筋萎縮については、これまで明らかな治療標的が同定されておらず、したがって有効な治療も開発されていない。申請者はこれまでの解析によりSmad2とSmad3、特にSmad3が不動性筋萎縮の治療標的となり得ることを明らかにしている。そこで、Smad3 cKOマウスを新規に作出するとともに、転写標的因子が共通であるSmad2についても、合わせて筋萎縮予防に対する有効性を検証することとした。まず、Smad3 cKOマウスについては、相同組み替えから胚細胞の仮親への移植、産仔のgenotypingから当該マウスを同定し、その後の交配によりgerm lineにのるSmad3 floxマウスを得ることに成功した。Smad3 floxマウスと、すでに入手済みのSmad2 floxマウスを用いて、アダルトにおいて誘導性にSmad2/3を欠損させ得るSmad2/3 cKOマウスの作出を進めており、ほどなくSmad2/3 cKOマウスが得られる予定のところまで交配が進んでいる。また、Smad2/3を阻害する活性のある低分子化合物を得るためドラッグリポジショニングのためのドラッグライブラリーからのスクリーニングも並行して進めており、すでに複数の候補化合物を得ることに成功した。さらに、Smad3を阻害する可能性のある低分子化合物についてはin silicoscreeningによっても同定を進めており、こちらもすでに複数の化合物を得ることに成功している。以上のことから、研究がおおむね順調に進展していると考えている。今後は、Smad2/3 cKOマウスが得られ次第、アダルトにおいて誘導性にSmad2/3の抑制を行い、致死や劇的な体重減少等の致命的な有害事象がおこらないか観察を行うとともに、様々な臓器における状態を確認することで、アダルトにおいてSmad2/3が治療標的となり得るか、評価を行う。その上で、Smad2/3 cKOマウスにおいて不動性筋萎縮モデルの作出を行い、アダルトにおける全身的なSmad2/3の抑制により、不動性筋萎縮防止効果がどの程度得られるかを検証する。また、不動性筋萎縮の発症により、骨の萎縮もおこることを確認していることから、Smad2/3 cKOマウスにおける骨の変化についても解析を行う予定である。ドラッグリポジショニングのためのドラッグライブラリーからのスクリーニングで得られた複数の化合物については、まずは筋芽細胞を用いた不動性筋萎縮を分子的な挙動として再現するモデル系をin vitroにおいて立ち上げており、その系を使ってSmad2/3の標的因子の発現阻害効果やSmad2/3のリン酸化阻害効果などを検証する。Smad2/3に対する阻害効果がin vitroで確認できた化合物については、in vivoの不動性筋萎縮において筋萎縮予防効果を検証する。また、in silicoscreeningによって得られた低分子化合物について同様の解析を行い、不動性筋萎縮の予防効果が得られる化合物を同定する。これらの解析で不動性筋萎縮の予防効果が得られたものについては、容量設定や有害事象の有無の検証などを進めていく。今日の急激な超高齢社会の到来を受けて、筋肉量および筋力が低下したサルコペニアの患者数は増加の一途をたどっている。筋萎縮は筋量および筋力低下の大きな要因の1つであり、ロコモーティブシンドロームの原因としてその対策は重要である。我々は筋萎縮の1つである不動性筋萎縮において、転写因子であるSmad2およびSmad3がタンパク質レベルで萎縮筋において蓄積すること、これらの遺伝子欠損により不動性筋萎縮モデルにおける筋萎縮を完全にブロックできることを見出している(J Biol Chem. 2016)。

また、Smad2/3のタンパク質レベルでの蓄積は、成長因子の1つであるIGF1のシグナルにより抑制されることを見出している(J Biol Chem. 2016)。本研究では、これらの先行知見をもとに、Smadを阻害する阻害剤を開発することで、不動性筋萎縮を抑制する治療法を開発することとした。まず、Smadが真に不動性筋萎縮の治療標的となり得るかを検証するため、Smad2/3をアダルトで欠損させるため、新規にSmad3 floxマウスの作成を行い、その樹立に成功した。Smad2 floxマウスはすでに導入しており、アダルトにおいてSmad2/3を欠損させるコンディショナルノックアウトマウスの作成を進めており、当該マウスが得られ次第、不動性筋萎縮モデルの作成を行い、Smad2/3抑制による効果を検証する。また、並行して人為的にSmad2/3を抑制するため、Smad2/3の阻害剤の開発を進めている。すでに、in silicoスクリーニングにて複数の候補化合物を得ており、これらの化合物のin vitroにおいて筋萎縮を模倣した培養モデルにおいてSmadを阻害する活性を有する化合物を同定している。IGF1については、その減弱が筋萎縮に直結することを見出し、現在論文投稿中である。本研究では、不動性筋萎縮防止のための方法を開発するために、Smadを標的とした治療法の開発を行うことを目的としている。このために、まずSmad2/3が治療標的となり得るかを確認するため、Smad2/3のみが欠損するモデルマウスの開発を行い、すでにその作成に成功している。このことにより、Smad2/3が単独で治療標的となり得るかを検証することが可能になる。すでに、出生時からSmad2/3を筋特異的に欠損したマウスモデルでは不動性筋萎縮を防止できることを確認しており(J Biol Chem. 2016)、アダルトにおける全身的な阻害による治療標的の可能性を検証できる環境が整った。このことは、Smad2/3阻害剤を開発し、投与試験を行う上で必要なプロセスと考えている。また、並行してSmadの阻害剤の開発も進んでおり、すでにin silicoスクリーニングの手法を用いて候補化合物の同定に至っていることも、概ね順調に進展している理由と考えている。また、Smad阻害剤の開発では、ドラッグリポジショニングの手法でも開発を進めることとし、現在ライブラリーを調整中である。薬剤のスクリーニングについては、in silicoスクリーニングのときと同じ方法が使えるので、進展が期待できると考えている。Smadの制御法に関するIGF1シグナルからの制御機構についても、すでにIGF1レベルの低下による筋萎縮の発症、Smadの萎縮筋における蓄積を確認できていることも、本研究が概ね順調に進展していると評価できる点であると考えている。筋萎縮は筋力の低下などから転倒のリスクとなり、特に骨粗鬆症を発症した高齢者においては、脆弱性骨折の発生から、日常生活動作に重大な支障を来す可能性のある重大な課題である。
イスラームの生命倫理における生殖補助医療の総合的研究

本研究では、イスラームの生殖補助医療の議論を文献学的に明らかにする。その際、スンナ派のみならずシーア派にも比重を置いて、婚姻制度のような思想的背景も踏まえ、イスラームの生殖補助医療の生命倫理を総合的に解明する。今年度は、とくにスンナ派とシーア派の生殖補助医療に関する相違点の原因の一つとなっているコーラン4章24節の解釈について、両派の論争の経緯や、両派の解釈の違いについて明らかにした。生殖補助医療におけるドナー配偶子を認めるか否かという点において、スンナ派は夫婦間の配偶子しか認めないが、シーア派には第三者が提供するドナー配偶子を認めるウラマー(イスラーム法学者)も存在する。その際、シーア派の一時婚という特殊な婚姻制度がドナー配偶子を認める根拠の一つとなっている。古典時代から現代までのファトワーを考察すると、シーア派は、コーラン4章24節で述べられている婚姻とは一時婚を指すとする。そして一時婚を禁止したという預言者ムハンマドのハディースによっても、その章句は廃棄(ナスフ)できないとする。一方スンナ派は、4章24節で述べられている婚姻とは通常の終生婚を指すと解釈し、もしその婚姻が一時婚を指すとしても、その章句はほかのコーランの章句によって廃棄されたとしている。また、一時婚を禁止したというムハンマドのハディースなども、スンナ派の一時婚禁止の根拠となっている。現代のファトワーでは、スンナ派の一般信徒から一時婚の是非を問う質問が寄せられることが多い。回答においては、コーラン4章24節が引用された上で、ムハンマドが一時婚を廃止したというハディースが非常に重視されており,コーランの文言を廃棄すると考えるウラマーもいる。またスンナ派の中のサラフィー主義者の一部には、一時婚はイスラームには存在しないという立場から、シーア派をイスラームとは異なる宗教とみる傾向もあるようである。生殖補助医療の問題は、生命倫理のみならず婚姻制度、家族観、性、人口問題といった議論とも関連する重要かつ大きなテーマであり、またスンナ派とシーア派で違いがみられる興味深いテーマであるにもかかわらず、まだ世界的に研究の進んでいない分野である。昨年度に引き続き、イスラームの生殖補助医療について、配偶子の組み合わせについて重点的に解明することができた。また今年度は、スンナ派とシーア派の生殖補助医療の違いを生み出している大きな理由の一つである一時婚について、古典文献も読解して深く掘り下げて比較検討することができたことは大きな成果だった。今後の研究課題として、1)出生前診断に関する問題、2)生殖ツーリズムの実態、3)不妊夫婦の子どもをめぐる法的な問題、4)イスラームにおける家族のあり方の変容などを解明していく必要がある。この中でも、とくに生命倫理に直結するテーマである1)出生前診断について、今後は集中的に研究していきたい。私の研究課題は、イスラームの生命倫理の諸問題について、古典時代から現代までの関連文献を分析して明らかにすることである。今年度は、生殖補助医療の人工授精、体外受精における配偶子の組み合わせについて研究した。アズハル機構元総長のガード・アルハックなどの見解を分析したところ、スンナ派では、原則として夫婦間の人工授精および体外受精のみが許され、配偶子提供や代理出産といった第三者の介入は認められていない。一方、シーア派では第三者の配偶子が認められるとする見解もある。スンナ派とシーア派の違いの要因の一つは、シーア派の一時婚という特殊な制度である。この制度により、姦通を避けて一時婚の相手の配偶子を得ることができる。さらにシーア派では一時婚は不要とする主要な法学者もいることが判明した。彼らによれば、姦通とは非配偶者間の性的関係がある場合を指し、単に配偶子が受精することではないため、一時婚は不要なのである。シーア派の法学者の意見はさまざまで、スンナ派と同様の見解もあれば、第三者の配偶子や代理出産を認める見解もある。子どもを得るためにあらゆる手段を認めているようにもみえるハーメネイーのファトワーは、イランの人口問題と関連している可能性もある。また今年度は、緩和ケアというテーマについても研究した。イスラームでは、預言者ムハンマドの最期をモデルとしながら、痛み・苦しみに耐えることが重要であるとされるが、コーランでは、耐えることは推奨されるが義務ではないとされるため、薬を投与する緩和ケアがおおむね認められている。また「死は来世への通過点、死者は復活して神の御許に帰っていく」という教えが、患者の支えとなっている。ムスリムの入院患者に対する病院の対応、ムスリム・チャプレンや中東イスラーム圏の病院やホスピスといった問題にも取り組んだ。私は従来からイスラームの生命倫理について研究してきたが、生殖補助医療についてはほとんど手つかずの分野だったため、暗中模索の状態であった。しかし概説書を手掛かりにして、イスラームの法学書の原典を読みながら、スンナ派とシーア派の違いという大変興味深いテーマについて考察を深めることができた。そしてスンナ派のみならず、とくにシーア派について、さまざまな法解釈があることを明らかにすることができた。研究成果は講演会および学会での発表を行い、広く社会に還元できた。研究成果をまとめた論文も執筆した。イランの人口問題についても関連させることができたのは大きな成果だった。今年度もイスラームの生殖補助医療の問題について検討した。

第三者の配偶子を用いる体外受精について、スンナ派とシーア派で大きな違いが見られるのだが、その違いが生じる大きな理由は、シーア派はスンナ派よりも法学者の解釈(イジュティハード)の自由が許されていることと、シーア派には一時婚(ムトア婚)という特殊な婚姻制度が存在することである。この制度により、夫の精子と一時婚の妻の卵子による受精卵を体外受精によってつくり、終生婚の妻の子宮に戻すことが可能になる。また夫の精子を一時婚の妻に人工授精することにより、その女性が代理懐胎することが可能になるという。もちろん、このような体外受精や代理出産の解釈は、すべてのシーア派の法学者が認めているわけではない。しかし、スンナ派の法学者は第三者提供の配偶子や代理母に反対であることを考えると、本来は第三者である女性の卵子との体外受精や、本来の妻以外の女性による代理出産が認められるか否かは、スンナ派とシーア派の生殖補助医療において大きな相違点を成している。生殖補助医療に関するスンナ派とシーア派の見解の比較を行うなかで、私はイスラームの特殊な婚姻制度に強い関心を持った。スンナ派において、シーア派の一時婚と類似した性質をもつ婚姻制度があるとすれば、将来、スンナ派の生殖補助医療の議論に影響を与える可能性がある。実はスンナ派の婚姻制度においても、シーア派の一時婚とは異なるものの、ミスヤール婚とウルフィー婚という特殊な形態があることはあまり広く知られていない。スンナ派とシーア派双方に共通するイスラームの婚姻契約を押さえた上で、スンナ派のミスヤール婚とウルフィー婚、そしてシーア派の一時婚について明らかにし、比較を行った。ファトワー(法的回答)やネットニュースなどを参照し、それらの特殊な婚姻制度をめぐる現代のウラマー(イスラーム法学者)や女性の見解を分析した。イスラームの生殖補助医療における第三者提供の配偶子の可否について、スンナ派とシーア派の比較を行っているが、双方の違いを生み出す要因の一つである、婚姻制度、婚姻契約について検討することができた。シーア派の一時婚については研究の蓄積が多いものの、スンナ派のミスヤール婚やウルフィー婚についての研究は少ない。先行研究を踏まえた上で、現代の最新の情報を盛り込んだ論文を執筆し、公開講演会で広く報告することができた。またイスラーム思想の基本である預言者ムハンマドの啓示体験に関する論文や、ガザーリーの主著『宗教諸学の再興』に関する一般書の分担執筆も行い、古典イスラーム研究についても業績を広く公開できた。イスラームにおける生殖補助医療について、スンナ派とシーア派の比較を行ってきた。スンナ派のウラマー、ガード・アルハックは夫婦間の人工授精、体外受精のみを認める。一方、シーア派のハーメネイーは、ドナー卵子と夫の精子、ドナー精子と妻の卵子による受精卵を用いることも認めている。シーア派のスィースターニーによれば、ドナー卵子と夫の精子による受精卵は認められるが、ドナー精子は認められない。これは父系血統を重視する立場と言えよう。またスィースターニーは代理懐胎も認めておらず、ガード・アルハックとハーメネイーの中間の立場と考えられる。以上のウラマーのうち、ハーメネイーは一時婚は不要であるとし、代理懐胎も認めており、あらゆる手段を認めているようにみえる。
人工設計分子とDNAの超分子形成に基いた遺伝子機能制御

遺伝子DNAと特異的な相互作用を有し、遺伝子機能を制御する人工設計分子の開発は、ポストゲノム解析における新たな遺伝子産業創出において、極めて重要な研究課題である。本年度の研究において、金属種などの添加剤を必要とせず、特定波長の光を照射することで、温和な条件下、DNAを塩基選択的かつ効果的に切断する新たな人工DNA切断分子を開発した。すなわち、人工DNA切断分子として、糖-インターカーレター複合型人工分子である、2-(3'-dimethylamino-2',3',6'-trideoxy-α-D-arabino-hexopyranosyl)oxyethyl2-phenylquinoline-4-carboxylate(1)および2-(3'dimethylamino-2',3',6'-trideoxy-β-D-arabino-hexopyranosyl)oxyethyl2-phenylquinoline-4-carboxylate(2)を分子設計し、それらの化学合成および光照射下におけるDNA切断機能評価を行った。すなわち、糖-インターカレーター複合型人工分子1と2は、立体選択的O-グリコシル化反応およびエステル化反応を駆使することで、2-フェニルキノリン部位とアミノ糖部分を連結し、効果的に合成した。次に、これら化合物の365nmの光照射下におけるDNA切断活性評価をΦX174DNAを用いて行い、さらに、サンガー法を指標として、これらのDNA切断位置の同定を行った。その結果、糖-インターカレーター複合型人工分子1と2は、DNA切断活性を有し、グアニン(G)選択的にDNAを効果的に切断することを見い出した。さらに、これら人工分子が、光照射下、強い抗細胞活性を有することも明らかにし、DNA切断活性と抗細胞活性に相関関係があることを見い出した。遺伝子DNAと特異的な相互作用を有し、遺伝子機能を制御する人工設計分子の開発は、ボストゲノム解析における新たな遺伝子産業創出において、極めて重要な研究課題である。すなわち、人工DNA切断分子として、糖-インターカーレター複合型人工分子である、1-hydroxy-2-(3^1-dimethylamino-2^1,3^1,6^1-trideoxy-β-D-arabirno-hexopyranosyl)-anthraquinone(1)、(1^1-hydroxy-2^1-anthraquinonyl)methyl 3-dimethylamino2,2,6-trideoxy-α-D-arabino-hexopyranoside(2α)および(1^1-hydroxy-2^1-anthraquinonyl)methyl 3-dimethylamino-2,3,6-tridexy-β-D-arabino-hexopyranoside(2β)を分子設計し、それらの化学合成および光照射下におけるDNA切断機能評価を行った。まず、糖-インターカレーター複合型人工分子12βは、立体選択的C-およびO-グリコシル化反応を駆使することで、アントラキノン部位と糖部分を連結し、効果的に合成した。その結果、糖-インターカレーター複合型人工分子1213は、いずれもDNA切断活性を有し、グアニン(G)選択的にDNAを効果的に切断することを見い出した。さらに、これら人工分子のDNA切断において、糖の結合様式および立体化学がDNA切断活性に大きく影響することを明らかにした。
クチキゴキブリの雌雄が互いの翅を食い合う： 初の両性による性的共食いの解明

リュウキュウクチキゴキブリは、配偶時に雌雄が互いの翅を付け根付近まで食い合う。翅の食い合いは性的共食いの一種とみなせるが、これまでは決まった性が異性を食う一方的な性的共食いしか報告がない。食われた個体は将来の繁殖成功が著しく低下する。このため性的共食いは性的対立の究極的な例と考えられている。性的対立とはオスメス間の利害対立であり、子を残す最適な戦略は雌雄で異なるために生じる。よって性的対立は生物の生態や行動の進化を理解する上で鍵となる重要な概念である。両性が互いに食い合う初の性的共食いである翅の食い合いの意義を解明することで、性的対立の理解に大きく貢献し、新たな雌雄の繁殖戦略の知見を提供する。
転写伸長因子Elonginの細胞運命決定における役割

Elongin A遺伝子欠失マウスを作製したが、ヘテロ欠失マウスは野生型同様に正常に発育したのに対して、Elongin Aホモ欠失マウスはアポトーシスが主原因と考えられる全身性の低形成のために胎生10.5日頃に致死となった。さらに、ホモ欠失マウス由来の線維芽細胞(MEF)は、p53およびp98 MAPKの活性化を伴い、アポトーシスに加えて細胞早期老化の表現型を示した。表現型誘導のシグナル経路を探るため、p53およびp38 MAPKに対する阻害剤やp53欠失マウスとの交配による救済実験を行った結果、細胞早期老化の誘導にはp53ならびにp38 MAPKの両経路が、アポトーシス誘導にはこれら以外の未知の経路が関与していることが示唆された.2.Elongin Aのin vivo機能の解析Elongin Aの核局在およびpol IIとの会合に必要な配列について解析した結果、各々アミノ酸413-418および590-690に相当する配列が重要であることが明らかになった。さらに、Elongin Aホモ欠失型MEFのゲノム不安定性の原因を探るため、DNA複製フォークの進行速度を計測したところ、同MEFでは野生型と比べて顕著な低下を認め、Elongin Aが伸長途上でのpol IIの停止頻度を減らすことでゲノム安定性の維持にも寄与していることが示唆された。我々は、RNAポリメラーゼIIによるmRNAの合成の伸長段階における制御を担う転写伸長因子の機能について解析している。最近、その内の1つであるElongin Aの遺伝子改変マウスを作製したが、ホモ欠失マウスはアポトーシス亢進によると考えられる全身性の低形成のために胎生10.5日頃に致死となり、同胎仔由来の線維芽細胞(MEF)はアポトーシス亢進に加えて細胞早期老化の表現型を示すことが判明した。Western blot解析の結果、ホモ欠失型の胎仔ではp53の活性化をきたし、同MEFではp53に加えてp38 MAPKの活性化を伴うことが明らかになった。p53活性化の原因として、Elongin Aの欠失によるゲノム不安定性の誘導を疑い、DNAの複製速度を調べたところ、ホモ欠失型細胞において有意な低下が認められ、停止した転写伸長複合体がDNA複製フォーク進行の障害となっている可能性が示唆された。次いで、p53、p38 MAPK各々の阻害剤であるpifithrin-αとSB203580とを用いてホモ欠失型MEFの救済実験を行ったところ、細胞早期老化の表現型は両剤の添加により救済されたが、アポトーシスは救済されず、アポトーシス誘導にはこれら以外のシグナル分子も関与している可能性が示唆された。また、野生型とホモ欠失型の胎仔間でDNA Microarray解析を実施した結果、ホモ欠失型胎仔において低酸素で誘導される遺伝子群の発現が有意に増加していることが判明した。現在このメカニズムについて解析中であるが、少なくとも転写因子HIF-1αやHIF-2α蛋白のホモ欠失型胎仔における発現の上昇は認められず、これら因子の関与は否定的である。RNAポリメラーゼIIの転写伸長因子Elongin Aの生物学的機能と意義を明らかにすべく解析を行い、以下の結果を得た。Elongin A^<-/->マウスで認められるアポトーシス亢進ならびに胎生致死へのp53の関与について明らかにするため、Elongin A^<-/->p53^<-/->マウスを作製したが、何れの表現型も救済されず、p53の活性化が主要な原因ではないことが明らかになった。次いで、細胞老化およびアポトーシス誘導におけるElongin Aの役割を確認するため、RNAi法によりElongin AをノックダウンしたMEFを作製した。その結果、ノックダウンMEFは早期に細胞老化に陥り、リン酸化型p38 MAPKおよび一連の細胞老化マーカーの発現増加を示した。一方、Elongin A^<-/->胎仔とは異なり、p53 Ser18のリン酸化の増加、低酸素誘導遺伝子の発現上昇、ならびにアポトーシスの充進は認められなかった。

これまでの一連の解析から、細胞老化にはp53とp38 MAPKの両者が、アポトーシス誘導にはp53に加えて低酸素刺激により活性化される未知の因子が関与していることが示唆された。2)Elongin Aのin vivo機能の解析Elongin Aの核局在およびpol IIとの会合に必要な配列について解析した結果、各々アミノ酸413-418および590-690に相当する配列が重要であることが明らかになった。さらに、Elongin A^<-/->MEFのゲノム不安定性の原因を探るため、DNA複製フォークの進行速度を計測したところ、Elongin A^<-/->MEFでは野生型と比べて顕著な低下を認め、Elongin Aが伸長途上でのpol IIの停止頻度を減らすことでゲノム安定性の維持にも寄与していることが示唆された。Elongin AのE3 ubiquitin ligase機能の解析我々が以前作製したElongin Aホモ欠失型ES細胞では、野生型細胞と比べてUV照射後のRNAポリメラーゼII(pol II)最大サブユニットであるRpb1のユビキチン化とプロテアソームによる分解が抑制されていることを見出した。しかし、ホモ欠失型細胞にElongin A遺伝子を戻してやるとそれら抑制が解除されることから、Elongin AがRpb1のユビキチン化に関与していることが示唆された。そこで、Elongin A、B、C、Cullins 1-5、Rbx 1、2を発現するバキュロウイルスを用いてこれら蛋白間の相互作用とE3活性について検討したところ、Elongin A-Elongin BC複合体がCul5/Rbx2と会合して5量体を形成し、これがEI、E2、ubiquitinならびにATPの存在下でRpb1を効率的にユビキチン化する、すなわちE3として機能することが判明した。次いで、Elongin Aの各種欠失変異体を作製してユビキチン化機能に必要なドメインについて検討したところ、Elongin AのC末領域に隣接して存在するBC-boxとCul5-boxが複合体形成ならびにE3活性に重要であることが明らかになった。さらに、細胞へのUV照射前後でのElongin Aとpol IIとの結合状態について検討したところ、照射後30分においてElongin AとSerine 5-リン酸化型pol IIとの結合が特異的に増強することが判明した。以上の結果から、Elongin Aは伸長因子としてpol IIの一時停止を抑制するのみでなく、Elongin BCを介してCul5/Rbx2をリクルートすることにより、完全停止に陥ったpol IIの分解除去にも関与していることが示唆された。
RNAiを用いた緑膿菌バイオフィルム感染症に対する新しい治療戦略

緑膿菌バイオフィルム感染症に対するRNA干渉による抑制効果について検討した。グリコカリックス産生に重要な蛋白であるPslA、PelAに対するsiRNAを合成した。コレステロール、メチオニン、グルコースなどで修飾したsiRNAは非修飾のsiRNAに比べ効率よく菌体に取り込まれていた。緑膿菌を付着させたシリコン片を各siRNAと培養し、シリコン片上のバイオフィルム量をクリスタルバイオレット法で測定した。siRNA作用群と非作用群を比較するとシリコン片上の生菌数に差は認めず、バイオフィルム量にも差を認めなかった。本研究においてはsiRNAがバイオフィルム形成を抑制するとの証明はできなかった。緑膿菌バイオフィルムの形成には、緑膿菌の上皮や異物などへの付着、twitching motilityなどによるmicrocolonyの形成、そしてグリコカリックスやアルギン酸などの産生による成熟したバイオフィルムへの成長という大きく3つの段階がある。本研究課題においてはこれら3ステップのなかで最終段階のグリコカリックスやアルギン酸産生をRNA干渉によって抑制することを目的としている。そのための標的遺伝子として、グリコカリックス関連遺伝子であるPelAやPslA遺伝子とアルギン酸関連遺伝子AlgUを選択し、これら遺伝子のsiRNA作成準備を行った。PelA、PslA、AlgU遺伝子の塩基配列からsiRNA候補となるオリゴヌクレオチド配列の決定をこれまで報告されている方法を参考に行った。またsiRNAの菌への取り込み状況を評価するため蛍光標識したPelA、PslA、AlgU遺伝子に対するsiRNAの合成を行った。さらに過去の基盤研究(C)「多剤耐性緑膿菌感染症を制御する新しいシステムの構築-RNAiによる耐性遺伝子阻害」の結果を基に効率よく細菌内に取り込まれるようにコレステロール修飾をsiRNAに行うこととした。以前の検討ではコレステロール修飾していない蛍光標識siRNAを緑膿菌に作用させ、共焦点レーザー蛍光顕微鏡で菌の染色状況を観察すると蛍光発色する菌体は数%にすぎなかった。一方、コレステロール修飾した蛍光標識siRNAを同様に緑膿菌に作用させるとほぼ100%の菌体が蛍光発色し、効率よく菌体へ取り込まれていることが確認されている。現在、蛍光標識+コレステロール修飾siRNAの合成を行い、緑膿菌と作用させ、siRNAの取り込みの状況について検討を行っている。緑膿菌バイオフィルム形成の最終段階であるグリコカリックスやアルギン酸産生に対するRNA干渉によるin vitroでの抑制効果やマウス腹腔内バイオフィルム感染モデルにおけるsiRNAの効果について本研究のなかで検討を進めている。昨年度設計を行ったグリコカリックス関連遺伝子PelA、PslAおよびアルギン酸関連遺伝子であるAlgU遺伝子に対するsiRNAにコレステロールを修飾したものの合成を行った。蛍光色素をsiRNAに付加し、共焦点レーザー蛍光顕微鏡でムコイド非産生株の緑膿菌を観察すると、siRNAに蛍光色素を付加したものでは緑膿菌の発色をほとんど認めなかった。一方、siRNAにコレステロール修飾を行い、蛍光付加したものでは多くの緑膿菌で蛍光発色していた。こうした結果はコレステロール修飾したsiRNAが緑膿菌には非修飾のsiRNAより効率的に取り込まれていることを示唆している。現在、さらに高効率にsiRNAが取り込まれるようにするために、コレステロール以外の修飾物質としてメチオニンやグルコースを付加したsiRNAの作成を外部業者に委託している。またムコイド産生の緑膿菌株に対するコレステロール修飾あるいは非修飾のsiRNAの取り込み状況についても検討を行っている。PelAやPslAのsiRNAによるグリコカリックス産生に対する効果については、シリコン片に付着させた緑膿菌にPelAおよびPslAのsiRNAを作用させ、シリコン片上のグリコカリックス量をクリスタルバイオレット法で定量した。PelAやPslAに対するコレステロール修飾siRNAではグリコカリックス産生量の十分な抑制効果は認めなかった。現在siRNAの濃度を変更して、グリコカリックス産生に対する効果を検証している。さらにAlgUに対するsiRNAによるアルギン酸の産生量についても検証を行うための準備を行っている。平成27年度の計画ではマウス腹腔内バイオフィルム感染モデルにおけるsiRNAの効果の検討を行う予定であった。しかしながら、in vitroにおけるsiRNAの効果の検証が十分に行えていないため、in vivoの感染実験は実施できていない。またin vitroにおけるsiRNAと抗菌薬との併用効果に関する検討も実施できていないため、やや遅れていると評価した。平成26年度、27年度に引き続き、緑膿菌バイオフィルム形成において重要なグリコカリックスやアルギン酸産生に対するRNA干渉によるin vitroでの抑制効果について検討を行った。平成26年度、27年度に設計あるいは作成したグリコカリックス関連遺伝子PelAおよびPslAに対する各種siRNAにコレステロール修飾を行った。こうしたコレステロール修飾siRNAは緑膿菌に高効率に取り込まれていることは昨年度までの本研究において確認している。本年度もグリコカリックス産生に対するコレステロール修飾siRNAの効果をシリコン片に付着させた緑膿菌に作用させ、シリコン片上のグリコカリックス量をクリスタルバイオレット法で定量した。コントロール群と比べ、コレステロール修飾siRNA作用群でもグリコカリックス産生の抑制効果を認めなかった。コレステロール修飾以外の修飾法としてグルコースやメチオニンによるsiRNAの修飾法があるが、PelAおよびPslAに対するsiRNAをグルコースあるいはメチオニンで修飾した。いずれの方法でも蛍光色素を付着したグルコースあるいはメチオニン修飾siRNAでは非修飾siRNA群に比べ、菌体内に多く取り込まれていることが共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いた検討で明らかとなった。現在このようなコレステロール修飾以外の修飾siRNAを用いたグリコカリックス産生抑制効果についてクリスタルバイオレット法を用いて検討を行っている。またこれまで用いてきた以外のsiRNA

配列候補を設計し、作成については外部業者に依頼を予定している。緑膿菌ムコイド株に対するAlgUに対するsiRNAを用いた検討を今年度は予定していたが、グリコカリックスの産生抑制効果を認めなかったため、アルギン酸産生の抑制効果の検討については実施できていない。またマウス腹腔内バイオフィルム感染モデルにおけるグリコカリックスやアルギン酸産生に対するsiRNAの効果の検討を行う予定であった。しかしながら、in vitroでの効果の評価が十分に行えていないため、in vivoでの検討も実施できていない。こうしたことから、遅れていると評価した。平成28年度に引き続き緑膿菌バイオフィルム形成に重要な役割を果たしているグリコカリックス産生に対するRNA干渉によるin vitroでの抑制効果について検討した。前年度までに作成したグリコカリックス関連遺伝子であるPelAあるいはPslAに対するsiRNAでは十分な効果が認められなかったことから、新たなPslAに対するsiRNAを設計した。設計したsiRNAの合成を外部業者に委託し、作成を行った。作成したsiRNAを緑膿菌内への取り込み効率を上げるためにコレステロールで修飾した。これらの新しい修飾siRNAを蛍光色素で付加し、共焦点レーザー蛍光顕微鏡による菌体内への取り込みの状況を確認した。これまでに検討した他のsiRNAと同様に、コレステロールで修飾したsiRNAは、修飾していないsiRNAと比較し、効率よく緑膿菌の菌体内に取り込まれていた。また前年度までに合成したsiRNAの菌への取り込みをより高効率とするためにコレステロール以外の修飾物質としてグルコースやメチオニンで修飾を行った。グルコースあるいはメチオニン修飾siRNAも蛍光付加を行い、共焦点レーザー蛍光顕微鏡で菌への取り込みを観察したところ、コレステロール修飾siRNAと同等に取り込まれていた。これらのコレステロール、グルコースあるいはメチオニンで修飾したsiRNAを用いて、シリコン片に付着させた緑膿菌に作用させ、培養後のシリコン片上のグリコカリックス量をクリスタルバイオレット法で定量した。新たに作成したsiRNAにおいても、コントロール群に比べ、有意なグリコカリックス産生の抑制効果は認めなかった。緑膿菌バイオフィルム感染症に対するRNA干渉による抑制効果について検討した。グリコカリックス産生に重要な蛋白であるPslA、PelAに対するsiRNAを合成した。
ヒトてんかん焦点の発動原理のダイナミズム(wideband EEGのミクロ視野)

本研究では、てんかん焦点におけるてんかん発作の発現のダイナミズムを、主に神経細胞とグリア相互の機能連関の視点から明らかにした。即ち、てんかん発作時の解析から、DC電位とHFOが、てんかん焦点の中核領域に出現し、DC電位が高周波律動にしばしば先行すること、この傾向が内側側頭葉てんかんと比較して、新皮質てんかんで顕著であることを明らかにした。慢性のてんかん焦点ではグリアがてんかん発作の開始において神経細胞の爆発的興奮に先行して活動して、発作を惹起していることが強く示唆された。以上から、世界で初めて臨床データでDC電位に能動的と受動的DC電位の概念を導入することが実データに基づき成功した。・広域周波数脳波解析からの発作時DC電位、高周波律動(HFO)の記録解析:硬膜下電極の慢性留置を行なった難治部分てんかん患者において、標本化周波数1000あるいは2000 Hz、時定数10秒で皮質脳波を記録、てんかん発作直前・直後の発作間欠期(前後とも30分間)に観察範囲を拡張して、低周波及び高周波数帯域の活動の空間的局在、時間的動態について予備解析を行なった。てんかん焦点の局在及び発作開始時点は、皮質脳波を含めた臨床所見に基づいて総合的に同定した。結果として、発作間欠期においてもDC電位あるいは緩電位が観察され、特にHFOと密接に関連を示すものについては1)てんかん焦点の中核領域のみで認められ、2)発作の前後で出現頻度が変化していた。1例についての解析結果を国内学会で報告した(井上ら、日本臨床神経生理学会2014年)。・ミクロ電極からの記録:ミクロ記録用の脳波計測システム(gtec社製:設備備品費)を購入した。マルチユニット記録に加えて、局所フィールド電位を低周波から高周波数帯域にわたって記録することが可能な仕様を有しており、皮質脳波におけるDC電位及びHFOと、それぞれに対応する神経細胞群レベルの活動との対比が可能となった。1)侵襲的計測による広域周波数脳波解析からのDC電位、高周波律動(HFO)の記録解析:硬膜下電極の慢性留置を行なった難治部分てんかん患者において、標本化周波数1000あるいは2000 Hz、時定数10秒で皮質脳波を記録し、広域周波数脳波解析を継続した。てんかん発作時の解析から、DC電位とHFOが、てんかん焦点の中核領域に出現し、DC電位がHFOにしばしば先行すること、この傾向が内側側頭葉てんかんと比較して、新皮質てんかんで顕著であることを明らかにした(Daifu et al., 2016)。てんかん発作間欠期について、同様にDC電位様の緩電位及びHFOの解析を開始した。脳内電極からの解析結果から、発作間欠期においても緩電位が観察され、特にHFOと密接に関連を示すものについては、発作時脳波変化(発作時DC電位、HFOを含む)と同様の分布を示し、てんかん焦点において発作時のみならず、発作間欠期にもグリアとニューロンの病的相互作用が存在する可能性を示した(大封ら, 2015)。2)非侵襲的計測による発作時DC電位の記録解析:てんかんの診断、難治部分てんかんの術前評価目的で、頭皮上長時間ビデオ脳波モニタリングを施行した患者を対象に発作時脳波を時定数10秒で記録し、発作時DC電位の解析を開始した。低周波数の雑音の混入が少なかった症例において、てんかん発作時の脳波変化が十分に進展した場合、頭皮記録でもDC電位が再現性をもって記録されることを示した。特異度は高いが出現率は脳内電極より低く感度の向上の方策が必要である(村井ら, 2015)。3)ミクロ電極からの記録:マルチユニット記録に加えて、局所フィールド電位を低周波数から高周波数帯域にわたって記録することが可能なミクロ記録用の脳波計測システムのハード・ソフト面における準備が完了し、皮質脳波におけるDC電位及びHFOと、それぞれに対応する神経細胞群レベルの活動との対比が可能となった。グリアと神経細胞の活動をそれぞれ反映するとされるDC電位、HFOが、発作時にてんかん焦点の中核領域に発現し、DC電位が先行すること、内側側頭葉てんかんと比較して新皮質てんかんで先行する傾向が強いことを明らかにした。発作間欠期においてもDC電位とHFOは密接に関連しながら、てんかん焦点に一致して認められ、発作間欠期の徐波がてんかん原性の指標となりうることを示せた。非侵襲的にDC電位が計測されうることを示した。ミクロ記録のハード・ソフト面での準備が完了した。組織所見と電気生理学的所見の対応についての準備が概ね完了した。1)ヒトてんかん患者における侵襲的計測による広域周波数脳波解析(DC電位、高周波律動(HFO)の記録解析:a)臨床データでDC電位に能動的と受動的DC電位の概念を導入することが実データに基づき成功した。b)てんかん発作時DC電位とHFOの出現様式の違いを明らかにし、発作間欠期にもDC電位様の緩電位とHFOが同時出現し、その分布がてんかん原性領域に一致することから、発作時のみならず、発作間欠期にもグリアとニューロンの病的相互作用がてんかん焦点に存在する可能性を示した。多数例での解析を効率的に進めるために緩電位とHFOの共起を自動検出するプログラムを開発し、視察の結果と一致することを示した(国内学会発表)。c)sLORETAを用いた発作時DC電位、HFOの3次元電流源推定を少数例で行い、HFOよりもDC電位の電流源が画像・脳磁図による病変とより合致することを明らかにした(国内学会発表)。

d)低周波数と高周波数の相互作用を位相振幅カップリングの手法で解析し、正常・てんかん原性皮質ともに覚醒時と比較して徐波睡眠期に異周波数間結合が強まった。以上から、DC電位の発現機構のグリアとHFO発現機構の神経細胞群の関係を難治てんかん患者データで明らかにでき、てんかん焦点では発作準備状態の神経細胞にグリアが発作開始を惹起することが強く示唆された。2)ミクロ電極からの記録:ピロカルピン投与でのラットのけいれんモデルと、てんかんモデル動物(常染色体優性外側側頭葉てんかんモデルラット)におけるミクロ及びマクロ脳波記録に着手し、てんかん発症過程において、グリア細胞のカリウム緩衝機能の障害を免疫組織化学的に明らかにした(国内学会発表)。3)手術症例でのDC電位の発現と病理所見の相関:手術症例でDC電位およびHFOの発現部位とニューロン・グリアの病理所見を解析し、仮説にあう革新的データを得た(未発表)。本研究では、てんかん焦点におけるてんかん発作の発現のダイナミズムを、主に神経細胞とグリア相互の機能連関の視点から明らかにした。即ち、てんかん発作時の解析から、DC電位とHFOが、てんかん焦点の中核領域に出現し、DC電位が高周波律動にしばしば先行すること、この傾向が内側側頭葉てんかんと比較して、新皮質てんかんで顕著であることを明らかにした。慢性のてんかん焦点ではグリアがてんかん発作の開始において神経細胞の爆発的興奮に先行して活動して、発作を惹起していることが強く示唆された。以上から、世界で初めて臨床データでDC電位に能動的と受動的DC電位の概念を導入することが実データに基づき成功した。グリアと神経細胞の活動をそれぞれ反映するとされるDC電位、HFOが発作間欠期においても密接に関連しながら、てんかん焦点に一致して認められ、発作間欠期の徐波がてんかん原性の指標となりうることを示せた。ミクロ記録のハード面での準備が概ね完了した。昨年度に引き続き、以下に重点をおいて研究を継続し、成果をまとめる。1)てんかん性徐波(red slow)の特徴抽出:てんかん発作時には、DC電位がてんかん焦点の中核領域に出現し、HFOに先行することが多い。昨年度開始した発作間欠期の解析によってDC電位あるいは緩電位は発作間欠期においても観察され、特にHFOと密接な関係を示すものは、てんかん焦点の中核領域に発現しうることを示した。さらに緩電位とHFOの多くは同時に出現するが前者が先行することが圧倒的に多く、またHFOが単独で出現することは稀である。以上より、従来の緩電位(徐波)からてんかん性徐波(red slow)を原理的に区別できる可能性が極めて高い。多数例において発作間欠期のred slowの特徴抽出を目的として、広域周波数脳波解析を継続する。その結果を昨年度に解析を完了した発作時の広域周波数脳波解析結果と比較検討し、緩電位とHFOの出現様式の差異から両者が異なる発生基盤を有すことを示すとともに、発作間欠期からてんかん発作発現に至るメカニズムをグリア及びニューロンの視点から明らかにする。2)ミクロ電極でのDCあるいは緩電位:頭蓋内にマクロ電極とミクロ電極を留置して広域周波数脳波の記録を行い、両者の周波数応答を一致させて比較検討する。
凸最適化を用いた高精細画像復元法の構築と主要な画像復元問題への応用

本年度は,昨年度までに基礎的な検討を終えていた1.信号(画像)復元のための階層型凸最適化アルゴリズムの研究,および2.画像復元における複雑なデータ忠実性制約を扱うアルゴリズムの研究,に関して,より検討を深めるとともに,学術誌へ投稿できる段階まで結果をまとめた.これらのアルゴリズムは,観測情報に欠損がある場合や非ガウス性の雑音が含まれる場合に高精細な画像復元を達成するために必要不可欠な最適化技術であり,研究の目的の達成に大きく貢献するところである.実際に,1.の成果に関しては信号処理に関するトップジャーナルであるIEEE Transactions on Signal Processingの2015年2月号に掲載された.また,2.の成果に関しては現在同ジャーナルに投稿中であり,条件付採録の結果を得ている.加えて,本年度は,近年注目を集めている「グラフ信号処理」のための一般化全変動正則化技術の提案も行った.グラフ信号は画像を含むあらゆる信号を一般化した概念であり,画像を扱う場合でも,その非局所的自己類似性(non-local similarity)を明示的にモデル化できる.故に,今回提案したグラフ信号正則化技術は高精細画像復元にも大いに役立つ技術である.こちらの成果は信号処理分野のトップカンファレンスであるIEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP) 2015に投稿し,採択が決定している.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は(i)ブロック低ランク行列を用いた画像中の精細成分の数理的表現に基づく正則化の提案と,その画像復元・構造-テクスチャ成分分離への応用(ii)階層型凸最適化を利用した最適解の選定による復元性能の根本的改善と,情報が欠落した観測からの画像復元に対する応用(iii)複雑なデータ忠実性制約が課された画像復元問題に対する解法の提案と,光量制限化における画像処理への応用(iv)自然画像の色分布の局所的線形性に基づく正則化項の提案と,カラー画像復元における色ムラ低減への応用(v)幅広いクラスの非可微分凸時変目的関数を取り扱うことが可能な適応アルゴリズム(vi)非可微分凸最適化アルゴリズムADMMの改良,収束解析および超解像への応用(共同研究)に関して研究を行い,その結果を国内会議に6本,国際会議に4本,論文を投稿した.また、昨年度(23年度)学術誌に投稿した論文が採録された.これらの成果のうち,(i)-(iv)は,初年度の研究実施計画にあった「凸最適化に基づく高精細画像復元の基盤をなす技術の開発」に深く関わるものであり,当該技術の発展によって,パターン認識,生体・医用画像処理,コンピュータビジョン等における幅広い応用が見込める.また,これらの研究成果が権威ある国際会議に軒並み採録されていること(下記,学会発表参照)から,世界的にもインパクトのある成果であることがわかる.本年度は(i)テクスチャのブロック低ランク近似を用いた画像分離(ii)主-双対分離を用いた階層型凸最適化アルゴリズム(iii)一般化全変動量制約を扱うためのアルゴリズム(iv)輝度-色差分離型全変動量とその画像逆問題応用(v)凸最適化を用いた一枚の画像からの映りこみ特徴量の抽出(共同研究)(vi)凸最適化を用いたフラッシュ/ノンフラッシュ画像合成(共同研究)(vii)適応的近接勾配法による構造的スパース性に基づく音響エコー除去(共同研究)に関して研究を行い、その結果を論文誌に2本(内1本は査読中)、国内会議に8本(内共著3本)、国際会議に4本(すべて再録決定、内共著2本)、論文を投稿した。これらの成果のうち, (i)-(iv)は、二年度目の研究実施計画にあった「デジタルカメラ写真の修正問題とJPEG画像の最適化復号問題に対する応用に関する研究」に深く関わるものであり、特に(iv)の提案に際しては、実際にISO感度を高めた上で撮影したデジタルカメラ写真を用いて、その有効性を確認している。また、共同研究(v)、(vi)では、一年度目に確立した基礎技術に用いていたアイデアを応用することで、画像処理におけるより発展的な課題に対する解決策を提案している。本年度は,昨年度までに基礎的な検討を終えていた1.信号(画像)復元のための階層型凸最適化アルゴリズムの研究,および2.画像復元における複雑なデータ忠実性制約を扱うアルゴリズムの研究,に関して,より検討を深めるとともに,学術誌へ投稿できる段階まで結果をまとめた.これらのアルゴリズムは,観測情報に欠損がある場合や非ガウス性の雑音が含まれる場合に高精細な画像復元を達成するために必要不可欠な最適化技術であり,研究の目的の達成に大きく貢献するところである.実際に,1.の成果に関しては信号処理に関するトップジャーナルであるIEEE Transactions on Signal Processingの2015年2月号に掲載された.また,2.の成果に関しては現在同ジャーナルに投稿中であり,条件付採録の結果を得ている.

加えて,本年度は,近年注目を集めている「グラフ信号処理」のための一般化全変動正則化技術の提案も行った.グラフ信号は画像を含むあらゆる信号を一般化した概念であり,画像を扱う場合でも,その非局所的自己類似性(non-local similarity)を明示的にモデル化できる.故に,今回提案したグラフ信号正則化技術は高精細画像復元にも大いに役立つ技術である.こちらの成果は信号処理分野のトップカンファレンスであるIEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP) 2015に投稿し,採択が決定している.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度であるにもかかわらず,下記の研究成果一覧にもあるように,今年度から開始した研究のうち,既に4件の論文が国際会議に採録されている.さらに,この内2件は信号処理分野における最も権威ある国際会議ICASSPに,1件はコンピュータビジョン・パターン認識における最も権威ある国際会議CVPRに採録されていることから,世界的にもインパクトの高い成果であると認められていることがわかる.初年度に基礎的な部分を構築した成果をまとめ、論文誌に投稿した(うちひとつはすでに掲載済み)。それと並行し、今年度開発した手法に関しても、権威ある国際会議(ICASSP、CVPR)に投稿し、再録が決定している。その他、発展的な応用に着手した点も含め、当初の計画以上に進展している。まず,初年度の成果をさらに成熟させ,論文誌へ投稿するためにまとめる.一方で,基礎的なアイデアはあるものの,まだ具体的な成果となっていない研究を遂行し,国際会議へ投稿出来るレベルへと仕上げる.さらに,これらの研究を俯瞰的に眺め,各々を統合し,さらなる発展を目指す.二年度目に国内・国際会議で提案した成果を論文誌投稿に向けてまとめる。また、最終年度であることから、これまでの成果を有機的に統合し、より発展的かつ実用的な手法の開発を行う予定である。
テキスト情報の柔軟な関連付けを応用した階層的連想支援システムの研究

デジタル教科書の本格的な導入が始まろうとしている。私たちはこれまでに、e-learning型の学習支援システムを開発し、構造化型の教科書情報を用いた学習の教育効果を高めるための方法を研究してきた。一方で、これまでの構造化型の教科書情報とは異なる、柔軟な情報の関連付けが新しい発想をもたらす可能性にも注目してきた。これらの点を踏まえ、本研究ではテキスト情報の関連付けを応用した階層的連想支援システムを提案する。また、音声入力インタフェースも実装する。さらに、そのシステムを用いた学習振り返りのための効果的な情報提示方策と、問題解決型思考時の効果的な発想支援方策について明らかにする。
内殻励起状態の第一原理計算法の開発とX線分光スペクトルへの適用

内殻励起スペクトルの第一原理計算の確立をめざして、内殻正孔ポテンシャルの遮蔽効果を研究し、以下の成果を得た。1.La_2CuO_4のCuK吸収端近傍における共鳴非弾性X線散乱(RIXS)は、中間状態に存在する正孔ポテンシャルを遮蔽するためCu 3d電子の電荷励起が形成されるところから生じる。Tight-binding模型を用いて内殻正孔ポテンシャルによる多重散乱を取り入れた計算を行い、RIXSの機構を解明した。遮蔽効果を取り入れた第一原理計算を行うための第一歩と位置づけられる。2.NiOのNi K吸収端におけるRIXSスペクトルをTight-binding模型を用いてハートレーフォック近似及び乱雑位相近似(RPA)を用いた計算を行い、そのスペクトルの全容を解明した。実験との定量的一致をみるためにはRPA効果を取り入れることが必要であることも明らかになった。この研究成果も、第一原理計算の有力な方法であるLDA+U法やGWA法を用いた計算への第一歩と考えられる。3.La_2CuO_4のCu K吸収端RIXスペクトルの低エネルギー損失領域に、2マグノン励起から来ると思われるピークが観測されている。これは、内殻正孔ポテンシャルによるスピン交換相互作用の変調と見るとことができる。このスペクトルを記述する定式化を提案し、ハイゼンベルグ模型にたいする1/S展開(Sはスピンの大きさ)を適用して具体的にスペクトルを求め、光学領域のラマン散乱スペクトルとの違いを明確にし、その機構を解明した。