hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
NLRC4インフラマソームの機能異常による自己炎症病態の分子基盤解明

家族性寒冷自己炎症症候群(FCAS)は、寒冷刺激によって発熱、蕁麻疹様の発疹、関節炎を反復する自己炎症症候群である。我々は、FCASの一家系を見出し、NLRC4の機能獲得型の遺伝子変異を同定した。しかし、その発症メカニズムは不明であり、NLRC4インフラマソームの機能異常がどのようにヒト炎症病態に寄与するかを知ることは重要な課題である。我々はこれまでに、FCAS罹患者と同じNlrc4遺伝子変異を導入したトランスジェニック(Nlrc4-Tg)マウスの解析より、好中球由来の過剰なIL-1βが慢性炎症の病態に関与することを明らかにした。しかし、Nlrc4-TgマウスにIL-1βを欠損させても炎症症状が残存することから、IL-1β以外の経路も炎症病態に関与していると考えられる。以上の背景から、本研究では、Nlrc4-Tgマウスに、IL-1βと他の炎症経路に関与する分子群を欠損させたマウスを樹立し、炎症を誘導する主要な分子を明らかにするとともに、変異NLRC4による過剰な炎症応答を制御する分子メカニズムを明らかにすることを目指している。当該年度は、これまでに樹立した4系統の遺伝子改変マウス(1Nlrc4-Tg、2Nlrc4-TgにIl1bを単独欠損するマウス、3Nlrc4-TgにIl18を単独欠損するマウス、4Nlrc4-TgにIl1bとIl18を欠損するマウス)を用いて、自己炎症応答の有無を検討した。その結果、Il1bあるいはIl18を単独欠損したNlrc4-Tgマウスは、関節および皮膚の炎症病態が軽度残存するが、Il1bとIl18の両方を欠損するNlrc4-Tgマウスでは自己炎症病態が完全に消失することを明らかにした。本研究により、NLRC4遺伝子変異に起因する自己炎症病態を誘導する主要な分子として、IL-1βとともにIL-18が重要な役割を持つことが明らかになった。家族性寒冷自己炎症症候群(FCAS)は、寒冷刺激によって発熱、発疹、関節炎を反復する自己炎症症候群である。我々は、FCASの一家系を見出し、NLRC4の遺伝子変異を同定した(J Exp Med 2014)。しかし、その発症機構は不明で、NLRC4インフラマソームの機能異常がどのようにヒト炎症病態に寄与するかを知ることは重要な課題と思われる。我々はこれまでに、FCAS罹患者と同じNlrc4遺伝子変異を導入したトランスジェニック(Nlrc4-Tg)マウスを用いて、好中球由来の過剰なIL-1βが慢性炎症の病態に関与することを明らかにした。しかし、Nlrc4-TgマウスでIL-1βを欠損させても炎症症状が残存することから、IL-1β以外の経路も炎症病態に関与していると考えられる。以上の背景から、本研究では、Nlrc4-Tgマウスに、IL-1βと他の炎症経路に関与する分子群を欠損させたダブルノックアウトマウスを樹立し、炎症を誘導する主要な分子を明らかにするとともに、変異NLRC4による過剰な炎症応答を制御する分子機構を明らかにすることを目指している。本研究の成功により、NLRC4の遺伝子変異に起因する自己炎症病態の分子基盤が明らかになることが期待でき、ヒト炎症病態の研究分野に大きなインパクトをもたらしうると考えられる。当該年度は、1.NLRC4の遺伝子変異により自己炎症応答が誘導される現象を個体レベルで検討するために、Nlrc4-Tgマウスで、Il1bを欠損するマウス、Il18を欠損するマウス、Il1bとIl18を欠損するダブルノックアウトマウスを樹立した。2.既存の薬剤ライブラリーを用いて、変異NLRC4による過剰な炎症応答を制御する分子群を明らかにするために、Tet-One発現誘導システムを用いて誘導時にのみ変異NLRC4を発現するTHP-1細胞株の樹立を試みた。当該年度は、交付申請書に記載した研究計画に従い、(1)MHCクラスIIプロモーター下に変異Nlrc4を高発現するトランスジェニックマウスで、Il1bを単独欠損するマウス、Il18を単独欠損するマウス、Il1bとIl18を欠損するダブルノックアウトマウスを樹立した。現在、樹立した遺伝子改変マウスを用いて、FCAS罹患者と同様の自己炎症病態の有無について検討している。(2)これまでに、Tet-One発現誘導システムに用いるpTetOne Vectorへの変異NLRC4のサブクローニングが終了しており、現在は、それを遺伝子導入したTHP-1細胞の薬剤選択を行っている。以上のことから、当初の計画通りに研究は順調に進展している。

以上の背景から、本研究では、Nlrc4-Tgマウスに、IL-1βと他の炎症経路に関与する分子群を欠損させたマウスを樹立し、炎症を誘導する主要な分子を明らかにするとともに、変異NLRC4による過剰な炎症応答を制御する分子メカニズムを明らかにすることを目指している。当該年度は、これまでに樹立した4系統の遺伝子改変マウス(1Nlrc4-Tg、2Nlrc4-TgにIl1bを単独欠損するマウス、3Nlrc4-TgにIl18を単独欠損するマウス、4Nlrc4-TgにIl1bとIl18を欠損するマウス)を用いて、自己炎症応答の有無を検討した。その結果、Il1bあるいはIl18を単独欠損したNlrc4-Tgマウスは、関節および皮膚の炎症病態が軽度残存するが、Il1bとIl18の両方を欠損するNlrc4-Tgマウスでは自己炎症病態が完全に消失することを明らかにした。本研究により、NLRC4遺伝子変異に起因する自己炎症病態を誘導する主要な分子として、IL-1βとともにIL-18が重要な役割を持つことが明らかになった。平成28年度に4系統の遺伝子改変マウス(1Nlrc4-Tgマウス、2Nlrc4-TgマウスでIl1bを単独欠損するマウス、3Nlrc4-TgマウスでIl18を単独欠損するマウス、4Nlrc4-TgマウスでIl1bとIl18を欠損するダブルノックアウトマウス)を樹立した。今後は、これらのマウスについて、自己炎症応答の有無を検討する。(1)関節、皮膚、脾臓などのNlrc4-Tgマウスで炎症応答が著明であった組織の炎症応答を比較検討する。(2)脾臓細胞を分離し、フローサイトメーターを用いてTリンパ球、Bリンパ球、樹状細胞、マクロファージの活性化状態を検討する。(3)経時的に免疫担当細胞の数、血清中の各種サイトカイン、抗体価を測定し、炎症応答の有無を検討する。
経路確率法及びモンテカルロ・シミュレーションによる結晶成長の研究

結晶成長理論の原子レベルでの取り扱いは,ほとんどモンテカルロ・シミュレーションか分子動力学あるいは現象論的取り扱いである。菊池により開発された経路確率法(PPM)は非平衡統計力学の手法であり,近似理論ではあるが,原子レベルでの運動,特に拡散運動を取り扱うことができ,これまで相転移及び輸送現の取り扱いに多くの成果を上げてきた。我々はPPMにより結晶成長理論の解析的取り扱いの開発を行っているが,本年度の成果は次のようようである;異方性相互作用をもつモデルとしてSi(001)面のSiの成長を調べるため,PPMの対近似を使って,分子線エピタキシー法(MBE)による結晶成長を記述する方程式を導びいた。得られた運動方程式を数値積分し,次の結果を得た。(1)平担面RHEED(反射高速電子線回折)強度振動には方向依存性があり,1原子層周期と2原子層周期のものが得られる事を示した。これは一層毎に変化する異方性によるものである。(2)微斜面アニーリング中と結晶成長中における微斜面のAテラスとBテラスの割合の時間変化を調べた。温度が上昇すると層成長モードから,Aステップにおいて二層ステップが形成され,二層ステップ伝ぱんモードに変化することを表面モルフォロジーを計算することにより明らかにした。以上の結果は,定性的に実験結果をよく説明する。また同時に行ったモンテカルロ・シミュレーションの結果と定量的にも一致することを示した。
高等植物の種分化における送粉昆虫の役割の解析

ホタルブクロ(キキョウ科)の花冠のサイズにかかる送粉昆虫の選択圧の内容を調査するため一連の実験を行った。最初に行った実験は本州と伊豆諸島から採集した個体を用いて、花冠のサイズの異なる実験集団を作りだし,送粉昆虫がそのような訪花パターンを示すかを調査した。その結果送粉昆虫(マルハナバチ・ハキリバチ・コハナバチ)のグループにより訪花パターンが異なることなることを見出した。次に行った実験は花冠のサイズの異なる雄性期の花と花冠の大きい雌性期の花をマルハナバチに提示し,マルハナバチによる送粉により花冠サイズの違いが花粉の輸送効率にどのような違いをもたらすかを解析した。その結果花冠のサイズの大きい花は花冠サイズの小さい花より送粉効率が高いことを見出した。次に,マルハナバチの標本を用いたシミュレーション実験により,マルハナバチのホタルブクロへの訪花に際して花冠サイズの違いが花粉の付着量・付着位置などにどのような影響を与えるかを調べた。その結果マルハナバチの体への花粉の付着位置がその後の送粉効率に大きな影響を与えることを見出した。以上からホタルブクロの花冠のサイズの異なる集団において,大きな花冠のホタルブクロの方がマルハナバチの体の適切な位置に花粉が付着し,種子生産が高くなるという可能性が強く支持される。すなわち現在のホタルブクロの花冠のサイズはマルハナバチへの形態的適合により安定化されているという仮説を支持する。平成6年度は実験材料のホタルブクロを用いて,圃場で実験を行った。伊豆諸島の各島および本州各地からホタルブクロを採集し,花のサイズの異なる人工集団を作り出した。サイズに大きな変異のあるホタルブクロの花を昆虫に呈示し,昆虫の訪花頻度を測定した。訪花昆虫はマルハナバチ・ハキリバナ・コハナバチの3グループであった。昆虫のグループにより花のサイズに対する反応のパターンは異なっていた。ハキリバチは大きな花を選択的に訪花したのに対し,マルハナバチとコハナバチでは花のサイズに対してあまり訪花頻度に差は少なく,コハナバチはどちらかというと小さな花を選択する傾向が認められた。この実験の一部はChapman & Hallから出版予定のFloral Biologyで述べられる予定である。キバナアキギリについては,野外から実験材料の採集を行った。平成7年度はアイソザイムの遺伝的マーカーを用いて,同様の実験を行い,花粉の分散についての定量的なデータを採る予定である。伊豆諸島(八丈島,伊豆大島),および伊豆半島よりホタルブクロを採集し,信州大学の圃場で栽培した。開花した雄性期の花のサイズの測定後,松本市内のホタルブクロの自生地に運び,花粉媒介昆虫(マルハナバチ)に提示し,松本市内の自生地の個体に花粉を移送させた。実験に用いた個体を前もって電気泳動実験によりアロザイムの型を決定しておき,個体識別をしておき,その後の実験の解析に用いた。実験を行った個体の果実を約1ヶ月後に回収し,種子を蒔き,幼植物を温室で育成した。ある程度大きくなった幼植物をすりつぶし,電気泳動実験により,幼植物の花粉親を決定した。現在花のサイズと花粉の移送確率についてのデータをまとめつつある。予備的な解析の結果,サイズの小さい花は花粉の移送確率が低いことが認められている。これから得られたデータの統計的な有意性の検定を行う予定である。最初に行った実験は本州と伊豆諸島から採集した個体を用いて,花冠のサイズの異なる実験集団を作りだし,送粉昆虫がそのような訪花パターンを示すかを調査した。その結果送粉昆虫(マルハナバチ・ハキリバチ・コハナバチ)のグループにより訪花パターンが異なることを見出した。

次に行った実験は花冠のサイズの異なる雄性期の花と花冠の大きい雌性期の花をマルハナバチに提示し,マルハナバチによる送粉により花冠サイズの違いが花粉の輸送効率にどのような違いをもたらすかを解析した。その結果花冠のサイズの大きい花は花冠サイズの小さい花より送粉効率が高いことを見出した。次に,マルハナバチの標本を用いたシミュレーション実験により,マルハナバチのホタルブクロへの訪花に際して花冠サイズの違いが花粉の付着量・付着位置などにどのような影響を与えるかを調べた。その結果マルハナバチの体への花粉の付着位置がその後の送粉効率に大きな影響を与えることを見出した。以上からホタルブクロの花冠のサイズの異なる集団において,大きな花冠のホタルブクロの方がマルハナバチの体の適切な位置に花粉が付着し,種子生産が高くなるという可能性が強く支持される。すなわち現在のホタルブクロの花冠のサイズはマルハナバチへの形態的適合により安定化されているという仮説を支持する。
活性物質による行動制御の可塑性と新しい研究方法の開発

脳内に存在する種々の生理活性物質が行動の発現および学習行動の成立過程において中枢神経細胞の可塑性にどのように貢献しているかを神経生理学的、薬理学的研究、脳組織の移植および突然変異を利用した遺伝子レベルで検討した。また無麻酔オペラント行動下の動物の神経活動や、情動行動に関連した脳内生理活性物質の時間的変動を測定する新しい方法を考案・開発した。大村はin-vivo voltammetry法を用いてラットの拘束ストレス後に起こる摂食抑制の一部が、負荷中の摂食中枢(視床下部外側野)におけるセロトニン放出の増加によることをを明らかにした。加藤はmicrobrain dialysis法を用いて慢性ラットの脳内ドーパミンの代謝回転を定量的に測定した。小野は無麻酔ラットの音弁別学習行動中の視床下部ニューロン活動を記録し、摂食中枢に報酬や罰の識別に関与する可塑性学習ニューロンが存在することを示した。川村は脳室内にAF64Aを注入しコリンアセチルトランスフェラーゼ活性の失われた海馬に、中隔野のコリン作動性ニューロンを注入してその回復を観察した。最上は6-OHDA投与によるパーキンソン病マウスに同系マウス胎児の黒質細胞を移植すると機能が回復することを確認し、川村と共に脳組織移植による神経細胞の可塑性の発現に関する有力な実験的証拠と移植手技の確立に大きく貢献した。金子は魚類網膜から単離、培養した双極細胞において、アマクリン細胞からのGABA作動性フィードバック回路の存在を示した。堀田はショウジョウバエの神経系突然変異を利用して、ニューロンの分化とシナプス特異性の決定に関与する遺伝子の同定およびそのクローニングを行った。鈴木は随意運動制御の階層学習神経回路モデルを作成し、四肢を適応的に制御する神経回路の自己組織を取り上げ、その数学モデルの構成的研究方法によりシナプス可塑性の役割を理論的に解析した。
ODC遺伝子の発現と腸上皮細胞の異形成に関する研究

大腸ポリ-プにおいて、細胞の異形度が増すとともに、発癌遺伝子の過剰発現や癌抑制遺伝子の欠失が認められているが、これと共にODC活性が増加していることが報告されている。ODC遺伝子の過剰発現やODC活性の増加が発癌とどのように関係しているかを検討するため、ヒト大腸癌組織からのODCcDNAの抽出ならびにトランスフェクション実験を施行中である。ヒト大腸癌患者より得られた生検組織をまず液体窒素で凍結保存した後、適当なバッファーでホモジェナイズし、その蛋白抽出液よりODC活性をRIにて、またTCAにて除蛋白した上清よりポリアミンをオートサンプラーを用いたHPLCにて測定している。大腸癌組織では正常大腸粘膜に比較してODC活性あるいはプトレッシン濃度が高値を示す傾向にあり、消化器病学会とポリアミン研究会にて以前報告した。このうちODC活性とプトレッシン濃度とも非常に高い組織よりRNAを抽出し、ランダムプライマーとODC専用プライマーを用いてRT-PCR法にてODCcDNAを増幅した。しかし、まずRT-PCRにてバンドが検出されない組織が多く、症例があまり集まらない状態である。またODC活性が高く、PCRでバンドが検出された組織においてもODCmRNAの変異は認められず。むしろ、ODC蛋白の分解に関与するアンチザイムの異常が示唆される症例もあり、検索も進めているが現在まで遺伝子異常は検出されていない。今後さらにmycなど他の癌遺伝子との関連についても検討を加えたい。ODC遺伝子の過剰発現やODC活性の増加が発癌とどのように関係しているかを検討するため、ヒト大腸癌組織からのODC cDNAの抽出ならびにトランスフェクション実験を施行中である。大腸癌組織では正常大腸粘膜に比較してODC活性あるいはプトレッシン濃度が高値を示す傾向にあったが、このうちODC活性とプトレッシン濃度とも非常に高い組織よりRNAを抽出し、ランダムプライマーとODC専用プライマーを用いてRT-PCR法にてODC cDNAを増幅した。ゲルより切り出したcDNAをTA-ベクターに組み込み、コンピテント細胞で増幅した。菌より抽出したベクターより、cDNAのシークエンシングを行い、特にPEST領域について変異遺伝子の有無と頻度を検討している。変異の認められたcDNAに関しては、ゲノム中の変異の有無も検討中である。正常のODC cDNAと変異ODC cDNAを発現ベクターに組み込む予定であるが、トランスフェクションの効率があがらないこと、また安定して発現しないため、ベクターやプロモーターについて改良し、実験を継続している。大腸ポリ-プにおいては、細胞の異型度が増すとともに発癌遺伝子の過剰発現や癌抑制遺伝子の欠失が認められているが、この異型度が増加するにつれて細胞内ODC活性も増加することが知られている。しかし異型度の低い大腸上皮細胞にトランスフェクッションにてODC遺伝子を過剰発現させたとき、細胞の異型度が変化し癌化をきたすか否かは明らかではなく、現在実験中である。正常なODC遺伝子では発現させても変化が認められにくいため、まず大腸癌のなかでODC活性の非常に高い癌を選び出し、ODC遺伝子のミュータントが確認されればこの変異ODC遺伝子を用いてトランスフェクションを行う予定である。ヒト大腸患者より得られた生検組織を液体窒素で凍結保存した後、適当なバッファーでホモジェナイズし、その蛋白抽出液よりODC活性をRIにて、またTCAにて除蛋白した上清よりポリアミンをオートサンプラーを用いたHPLCにて測定している。今までの検討では正常粘膜組織より腺腫性ポリ-プが、さらに大腸癌ではより高いODC活性を示すものの、約2倍以内であり変異ODC遺伝子をもつ大腸癌細胞を見出すことが困難となっている。今後スクリーニングの効率を上げるため、RT-PCR,SSCPを用いる予定である。

また今までの報告よりPEST領域を含むC末端の欠如したODC蛋白はアンチザイムによる分解を受けにくいため、ODCcDNAの3 ́側を500bp切断したcDNAを用いた実験も行う。発現ベクターについては従来のベクターではトランスフェクションの効率があがらないこと、またODC発現が一定しないため、IPTGにより誘導される高度なシステムに変えて実験を継続している。
思春期健康増進のための学生ヘルス・ボランティア養成プログラム開発とその評価研究

本研究の目的は、WHOが提唱してきた"プライマリ・ヘルス・ケア(PHC)"を「身近な地域の人々への問題に対するケア」と捉え、大学生、特に看護学生がPHCを提供できる教育的プログラムを開発することであった。初年度は、ベースラインデータとして、ヘルス・ボランティア指向のある看護学生が「身近な人々」をどのように捉え、どのようなボランティア活動(他者ケア)をし、そして自己ケアについて、さらに、健康学習ニーズをどの様に考えているかをグループ面接で調査した。この成果は第23回日本看護科学学会で報告し、聖路加看護学会誌に発表した。さらに、先行研究の系統的文献研究を、「学生」、「ヘルス・ボランティア」をキーワードとして検索・検討した。日本では学生のボランティア活動が盛んになってきている状況は報告されていたが、研究は限られていた。米国では30年ほど前から、ボランティア活動を公的学校教育に導入し、「サービス・ラーニング」として様々な教育実践報告がなされていた。本文献レビューは聖路加看護大学紀要に発表した。さらに、地域の健康関連のボランティア活動をしている学生で本調査に協力同意をした学生に対して面接調査を行なった。活動での学びや活動で必要とされた知識、技術、態度と学生の学習ニーズについて分析した。学生(14名)はALS(筋萎縮性側索硬化症)や筋ジストロフィー患者の在宅ケア、病院・施設の障害児のサマーキャンプや病院ボランティア、地域活動ボランティアを経験していた。学生はボランティア活動に際し、半数は<公的オリエンテーションや研修>を受け、<先輩からの指導や仲間との相談>、そして<自己学習>をし、自ら組織化し始めていた。学習ニーズとして、「判断のための情報」、「活動を支えるための組織」、「学びを深めるための実用的教材」が挙げられた。これらの調査結果と、他大学のボランティアセンター調査を加え、看護学生のヘルス・ボランティア支援プログラム試案を作成した。この研究成果は、聖路加看護学会誌に投稿し、2005年5月に台湾で開かれるICN(International Council of Nurses) 23^<rd> Quadrennial Congressで発表する。平成14年度は、ヘルス・ボランティア指向のある看護学生への『プライマリ・ヘルスケア(身近な健康問題とそのケア)について』記述し、同時に先行研究の検討検索を同時に進めた。国内外の学生ヘルス・ボランティアの先行研究状況では、「学生」、「ボランティア」、の83文献で、さらに、その文献検索過程で出てきた「サービス・ラーニング」の検索・検討をした。「サービス・ラーニング(学習)」とは、様々なレベルの教育機関でボランティア活動での学習を様々な領域の科目として単位認定する学習法である。英文献40はほとんど米国・英国の文献であり、様々な領域で、「サービス・ラーニング」が進み、米国では看護の領域でも特に看護教育学や地域看護学の大学院教育において、その成果研究が見られる。日本においては医学中央雑誌では該当する文献はなく、マガジンプラス等で26文献見られた。日本では「サービス・ラーニング」が小・中校で進んでいる総合学習の開発のために紹介され、一部、その実践報告がみられる状況である。今年度の研究活動として、ボランティア指向で身近な健康問題の問題意識やケア行動について、グループ面接で計21名の意見を聴取した。

面接の一次分析結果では、相当数の学生はボランティアを中・高校で経験しており、特に看護への進学のために1)病院ボランティアや老人ホームや学童保育などの経験を持っていた。2)入学してから難病や障害者のホームケアのボランティア経験もあり、看護技術の習得前に色々な経験をもっている報告が見られた。3)また、国際看護ボランティアの希望も見られた。学生にとって、ボランティアそれ自体は身近であるが、ヘルス・ボランティアの認識を改めてする必要があることがらであった。ヘルス・ボランティアのトレーニングプログラムは1)病院、2)在宅・地域、3)国際ボランティアを焦点にしてプログラムを組み「サービス・ラーニング」の考え方を取り入れて構築する必要性が明らかとなった。平成15年度は昨年度の研究活動の成果発表と、学生のボランティア活動をさらに探索・記述するためにボランティア経験のある学生の面接調査を行なった。成果発表:昨年度行なった先行研究文献の検討結果として、米国の看護領域で学生ボランティア活動を教育方法とする「サービス・ラーニング」の文献検討結果を聖路加看護大学紀要に発表。昨年度の調査結果を「ヘルス・ボランティア指向のある看護学生の『身近な健康問題とケア』の認識とボランティア経験と学習ニーズ」として第23回日本看護科学学会で発表し、聖路加看護学会誌で論文発表した。本年度調査:大学としての支援プログラム作成のため、学生ボランティア活動経験者の学習ニーズを「身近な健康課題とケア」(PHC意識とケア行動)の観点から予備調査を行なった。調査には学士編入生、修士院生を含む15名の看護学生が協力した。一次分析結果:1)看護学生であるがゆえに期待されている活動領域(医療ケアを伴う在宅ケア、小児病陳、緩和ケア病棟、社会教育プログラム、地域づくり活動等)で、障害児の生活上の姉・兄役や障害者の援助者として活動していた。2)学生は、"自らの世界を広げる"、"将来の道を探索する"などの動機で活動を始め、色々な人びととの出会いが自らの成長に影響したと報告した。3)ボランティア活動のための学習資源は限られると報告していた。ボランティアとしての基本的考え方やマナーについてのガイダンスの必要性や活動中の課題を一緒に考えてもらえるアドバイザーの必要性も報告した。学生はボランティア活動を、"看護職者の準備"の意味づけで始め、その対象者とのコミットメントの長さと深さで身近な他人・身近な健康問題となり、専門的に取り組むこともあった。学生ボランティアの支援プログラムとしては、ガイダンスコース・教材、活動アドバイス体制と専門教科との連動等の必要性が示唆され、来年度の研究課題とする。今年度は、面接調査の二次的質的分析、特に、活動での学びや活動で必要とされた知識、技術、態度と学生の学習ニーズについて分析し、他大学のボランティアセンター調査を加え、看護学生のヘルス・ボランティア支援プログラム試案を作成した。
糖尿病によるアミノ酸応答性グルカゴン分泌障害機構の解明

申請者らは質量分析装置による高精度なグルカゴン測定系を開発し、糖尿病におけるグルカゴン分泌変化について再検証を行った結果、糖尿病によりアミノ酸に対する膵α細胞のグルカゴン分泌応答が障害されている可能性を見出だしている。そこで本研究課題では、糖尿病によりアミノ酸応答性のグルカゴン分泌が障害されるメカニズムを細胞レベルで明らかにするため、新しい膵α細胞株の樹立を行い、高精度グルカゴン測定系と合わせて解析を行う。得られたデータを基に、たんぱく質含量やアミノ酸組成を操作した食事療法を行い、グルカゴンの分泌変化を介して糖尿病病態が個体レベルで変化し得るのかを検討する。
炎症の慢性化に関与するNLRP3インフラマソームの制御機構の解明

IL-1bの成熟に必須であるインフラマソームと呼ばれるタンパク質複合体が慢性炎症の発症に重要であることが明らかとなってきた。インフラマソームの活性化にはそのセンサータンパク質が重要であることから、センサータンパク質であるNLRP3と直接結合し、インフラマソームの活性化に関与するタンパク質が存在する可能性が高いと考えられる。そこで、NLRP3に結合するタンパク質を探索するために、各種刺激に応じてNLRP3と共免疫沈降するタンパク質を回収および精製し、質量分析を行い、結合タンパク質の探索および同定を試み、いくつかの候補因子を見出した。同定した分子が、NLRP3のストレス感知機構に関わるか否かを検討するために、当該分子とNLRP3との相互関係を免疫共沈降法、結合実験ならびにGFP等によるイメージングあるいは免疫染色を行った。さらに同定したタンパク質がインフラマソームの活性化に実際に関与するかを検討するために、レトロウイルスあるいはレンチウイルスを用いた過剰発現実験、shRNAを用いたノックダウン実験等を行い、NLRP3インフラマソームの活性化に対する効果を調べた。NLRP3インフラマソームの活性化は、培養上清中のIL-1b分泌量および活性化型Caspase-1を指標に評価した結果、NLRP3インフラマソームの活性化に影響を及ぼす新規制御因子G protein subunit beta1 (GNB1)を発見した。GNB1ノックダウンあるいはGNB1遺伝子欠損マクロファージはNLRP3インフラマソームの活性が亢進することが判明した。これらの結果は、GNB1がNLRP3インフラマソームを負に制御していることを示していた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。インフラマソームと呼ばれるタンパク質複合体が慢性炎症の発症に重要であることが明らかとなってきた。インフラマソームの活性化にはそのセンサータンパク質が必須であることから、センサータンパク質であるNLRP3と直接結合し、インフラマソームの活性化に関与するタンパク質が存在する可能性が高いと考えられる。そこで、NLRP3に結合するタンパク質を探索するために、各種刺激に応じてNLRP3と共免疫沈降するタンパク質を回収および精製し、質量分析を行い、結合タンパク質の探索および同定を試みた。さらに同定したタンパク質がインフラマソームの活性化に実際に関与するかを検討するために、レトロウイルスあるいはレンチウイルスを用いた過剰発現実験、阻害剤が存在する場合は阻害剤の添加、shRNAあるいはsiRNAを用いたノックダウン実験等を行い、NLRP3インフラマソームの活性化に対する効果を調べた。NLRP3インフラマソームの活性化は、培養上清中のIL-1b分泌量および活性化型Caspase-1を指標に評価した。複数のNLRP3結合タンパク質を調べた結果、インフラマソームの活性化に影響を及ぼす因子を発見した。この因子が新規のインフラマソームの制御因子である可能性を考え、その作用機序などの解明をするために、更なる解析を行っていく予定である。いくつかの有力候補があがってきており、おおむね順調である。IL1bの成熟に必須であるインフラマソームと呼ばれるタンパク質複合体が慢性炎症の発症に重要であることが明らかとなってきた。そこで、NLRP3に結合するタンパク質を探索するために、各種刺激に応じてNLRP3と共免疫沈降するタンパク質を回収および精製し、質量分析を行い、結合タンパク質の探索および同定を試み、いくつかの候補因子を見出している。引き続き、同定した分子が、NLRP3のストレス感知機構に関わるか否かを検討するために、当該分子とNLRP3との相互関係を免疫共沈降法、結合実験ならびにGFP等によるイメージングあるいは免疫染色を行った。NLRP3インフラマソームの活性化は、培養上清中のIL-1b分泌量および活性化型Caspase-1を指標に評価した結果、インフラマソームの活性化に影響を及ぼす因子を発見した。この因子が新規のインフラマソームの制御因子である可能性を考え、その作用機序などを解明するために、生体内を含め更なる解析を行っている。インフラマソームの活性に関与する因子を同定し、その機能解析を進めており、おおむね順調に進展している。同定した分子が、NLRP

3のストレス感知機構に関わるか否かを検討するために、当該分子とNLRP3との相互関係を免疫共沈降法、結合実験ならびにGFP等によるイメージングあるいは免疫染色を行った。さらに同定したタンパク質がインフラマソームの活性化に実際に関与するかを検討するために、レトロウイルスあるいはレンチウイルスを用いた過剰発現実験、shRNAを用いたノックダウン実験等を行い、NLRP3インフラマソームの活性化に対する効果を調べた。NLRP3インフラマソームの活性化は、培養上清中のIL-1b分泌量および活性化型Caspase-1を指標に評価した結果、NLRP3インフラマソームの活性化に影響を及ぼす新規制御因子G protein subunit beta1 (GNB1)を発見した。GNB1ノックダウンあるいはGNB1遺伝子欠損マクロファージはNLRP3インフラマソームの活性が亢進することが判明した。これらの結果は、GNB1がNLRP3インフラマソームを負に制御していることを示していた。インフラマソームの活性化に影響を及ぼす因子が、インフラマソームの構築あるいはカルシウムシグナルに関連するかなどを含め、その作用機序を解析する。引き続き、インフラマソームの構築あるいはインフラマソーム関連因子の発現誘導に関連するかなどを含め、その作用機序を探索する。同定した候補タンパク質に関しては、カルシウムシグナルとの関連性を含め、機能解析を進めつつ、生体内でのこの因子の機能についても解析を試みる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
雌雄ラットの生殖行動を調節する神経回路の性分化を誘導する分子機構

生殖にかかわる行動や内分泌を調節する機構を始め、脳には顕著な性差がある。遺伝的には脳は雌型に分化するようプログラムされており、発育途上の特定の時期に性ホルモンが作用すると、雄型に分化する。ラットでは、胎性18日目より出生後5日の時期に精巣由来のテストステロンが作用すると雄型の脳が誘導される。このことは、新生仔期の雌ラットにテストステロンを投与すると、成熟後の行動パターンが雄型となり、雌型の生殖行動の主要な要素であるロード-シス反射を示す能力が失われ、内分泌学的には性周期が消失して排卵が起こらなくなること、逆に雄ラット新生仔を出生当日に去勢すると、成熟後の内分泌処置により、雌として振舞う動物が得られることから明らかである。本年度の研究では、生殖行動ならびに内分泌調節系の性差の成立において、テストステロンあるいは脳内におけるその芳香化によって生じたエストロジェンの作用を仲介すると考えられる蛋白分子を同定する目的で、神経成長因子、上皮組織成長因子、およびインシュリンに対する抗血清が性ホルモンによる脳の性分化におよぼす効果を調べた。思春期発来の時期、性周期と排卵、ならびにロード-シス反射の有無を観察の対象とした。その結果、抗神経成長因子抗血清を投与した場合のみ性ホルモンによる脳の雄型化が阻止されることが示された。申請備品として購入した電気刺激装置を用いて神経生理学的検討を行なったところ、抗血清の投与を受けた動物では、ロード-シス反射を促進する視床下部腹内側核から中脳中心灰白質に投射する神経回路が、出生直後の性ホルモン処置にかかわらず雌型の特性を保持しており、成熟後の反射の出現に並行するかたちで興奮性の上昇を起こしていることを確認した。この観察は、抗神経成長因子抗血清の脳内投与による行動上の性分化の阻止が、視床下部腹内側核に発する雌型の神経回路の維持に依存していることを示唆する。
等質空間の積分幾何学と変分問題

平成16年度はRiemann対称空間内の鏡映全測地的部分多様体を利用したCroftonの公式を定式化した。さらに、このCroftonの公式の具体的表示を得るためには、それを表現するための部分多様体の不変量が必要になる。複素空間形におけるPoincareの公式の具体的表示を求める過程で、代表者は多重Kahler角度の概念を導入した。多重Kahler角度を利用することで、複素空間形におけるCroftonの公式を具体的に表示することができた。これらの積分公式の適用範囲を広げるために鏡映部分多様体の概念を一般化した。一般化した新たな概念は弱鏡映部分多様体であり、極小部分多様体の特別なものである。弱鏡映部分多様体は、最近注目されているaustere部分多様体と鏡映部分多様体の中間概念になっている。球面内にどの程度austere部分多様体が存在するのか見るために、既約対称対の線形イソトロピー作用の軌道が球面内でaustere部分多様体になるための条件を制限ルート系に関する条件で記述してみた。この条件を満たす軌道をすべて求め詳しく調べると、austereになる軌道のいくつかは法ベクトルの方向に裏返す等長変換に関して不変になることに気付いた。そこで、この性質を弱鏡映部分多様体の定義に採用した。現在、弱鏡映部分多様体の基本的性質を調べている。弱鏡映部分多様体はaustere部分多様体や等径部分多様体と密接な関係があることがわかってきたので、積分等式の適用範囲を広げるだけでなく、部分多様体論とも関連した研究に発展することが期待できる。等質空間の積分幾何学において基本的な積分公式にPoincareの公式とCroftonの公式がある。等質概複素多様体内の概複素部分多様体に関するPoincareの公式を線形イソトロピー表現の既約性を利用して定式化した。これは複素空間形における複素部分多様体のPoincareの公式のSantaloによる定式化の拡張になっている。Croftonの公式を定式化する際に利用する部分多様体の族としてRiemann対称空間内の鏡映全測地的部分多様体を採用した。Riemann対称空間内の型を定めた鏡映全測地的部分多様体の全体はRiemannとは限らないが対称空間の構造を持つ。元のRiemann対称空間の部分多様体を与えるとこの対称空間に部分多様体との交点数やより一般的には交叉体積が関数として定まり、その積分を部分多様体の外的な幾何学的量で表現するのがCroftonの公式になる。このようなCroftonの公式の定式化に成功した。さらに、このCroftonの公式やこれまでに得られたPoincareの公式の具体的表示を得るためには、それを表現するための部分多様体の不変量が必要になる。多重Kahler角度による部分多様体の研究は始まったばかりであり、この方向の研究は今までの部分多様体の研究とも深い関係がある。この観点から対称空間の幾何学的理論や表現論を適用することで、Croftonの公式のより深い理解が得られると期待している。昨年度はRiemann対称空間内の鏡映全測地的部分多様体を利用したCroftonの公式を定式化した。

一般化した新たな概念は弱鏡映部分多様体であり、極小部分多様体の特別なものである。弱鏡映部分多様体は、最近注目されているaustere部分多様体と鏡映部分多様体の中間概念になっている。球面内にどの程度austere部分多様体が存在するのか見るために、既約対称対の線形イソトロピー作用の軌道が球面内でaustere部分多様体になるための条件を制限ルート系に関する条件で記述してみた。この条件を満たす軌道をすべて求め詳しく調べると、austereになる軌道のいくつかは法ベクトルの方向に裏返す等長変換に関して不変になることに気付いた。そこで、この性質を弱鏡映部分多様体の定義に採用した。現在、弱鏡映部分多様体の基本的性質を調べている。弱鏡映部分多様体はaustere部分多様体や等径部分多様体と密接な関係があることがわかってきたので、積分等式の適用範囲を広げるだけでなく、部分多様体論とも関連した研究に発展することが期待できる。
血管新生因子による血管障害とその修復に関する病理学的研究

生活習慣病の増加に伴い、動脈硬化性疾患は現在でも増加している。血管障害の進行の機序について、血管新生因子の関与を中心に様々な病態で検討した。ApoE欠損マウスにおける検討で、血管新生因子VEGF-AおよびVEGF-Cは動脈硬化病変を増悪させた。また、慢性腎臓病患者の冠状動脈硬化は進行しており、その機序には腎不全による慢性炎症の惹起が関与することを明らかにした。腹膜透析を行う患者の腹膜組織は未熟な血管新生が起こり機能障害に影響していた。腎間質障害に対して、リンパ管新生は組織障害を改善することが示唆された。このように、各種病態により血管新生因子は病態の修復・増悪に影響している。(1)ヒト動脈硬化巣における慢性腎臓病による動脈硬化進展の機序375標本の冠状動脈について、糸球体濾過値(GFR)別に4群に分けて検討した。腎機能が低下するに従って、動脈硬化は有意に進行した(P<0.01)。また、血管内内膜内の酸化LDLの陽性面積、VEGFの陽性面積は、GFRの低下とともに有意に増加した(P<0.01)。冠状動脈内の新生血管数を測定したところ、eGFR 60以上、45-59、30-44、30未満の各群における新生血管数の(幾何学的)平均値は、それぞれ9.5、11.4、15.5、16.3であり腎機能低下に伴い有意に増加した。冠状動脈内出血の相対危険度を検討したところ、GFR<30以下では6.22倍リスクが上昇することを確認した。慢性腎臓病患者の動脈硬化病変には、酸化LDLの沈着、慢性炎症の促進が認められるため、動脈硬化病変は進行し、病的血管新生によるプラーク破裂の危険も高くなることが示唆された(Kidney Int. 2013, accepted)。(2)腹膜透析患者における非機能的血管新生による腹膜劣化の検討腹膜透析患者の腹膜脈管新生と腹膜機能との間の関係について免疫染色法で検討した。59症例の腹膜(平均年齢54.8歳、平均腹膜透析期間63ヶ月)におけるCD34陽性血管数(CD34陽性)は腹膜機能(D/PCr)の低下との間に相関を認めた(p<0.01,r=0.5)。毛細血管数(CD34陽性αSMA陰性)は腹膜機能の低下との間に強い相関を認めた(p<0.01,r=0.7)。AGE陽性の血管は毛細血管数の上昇と強く相関した。このことから、腹膜におけるAGEの沈着は、腹膜の毛細血管数の増加と腹膜機能低下に強く影響していることが示唆された。血管新生因子による血管障害の研究として、久山町剖検症例126例を用いて、冠状動脈病変と慢性腎臓病の関係について検討した。以前の我々の報告の通り、慢性腎臓病の進行と冠状動脈の動脈硬化進行病変の頻度との間には、有意な相関を認める。これらの冠状動脈375症例について、免疫染色法にて動脈硬化巣の変化を検討した。腎機能の低下に従い、動脈硬化巣内の酸化LDLの沈着、マクロファージの集簇は亢進した。また、血管内に病的な新生血管を多数認め、動脈内膜内出血の増加を認めた。これらは、腎機能の低下に伴い有意に増加し、多変量調整後も有意であった。このことから、慢性腎臓病は、動脈硬化巣における病的血管新生と内膜内出血を促進する可能性が考えられた。また、病的血管新生モデルとして、腹膜透析患者の腹膜について検討した。腹膜透析患者61症例について、毛細血管の増生(免疫染色にてCD34陽性、αSMA陰性血管)と腹膜機能(D/PCr)との関係を検討したところ、両者には強い相関性を認めた(P<0.01, rho=0.699)。また、毛細血管の増生と終末糖化産物(AGE)の組織内沈着との間に有意な相関を認めた。このことから、長期腹膜透析が毛細血管の増生(病的血管新生)に影響し腹膜の劣化につながる可能性が考えられた。上記、2つの病態から、毛細血管の増生による未熟な血管新生が、動脈硬化巣の増悪や腹膜機能の劣化につながることか明らかとなった。これらの毛細血管の増生を抑制する治療法の開発が検討される。リンパ管新生と間質線維化との関係について、腎尿細管間質線維化モデルであるマウス片側尿管結紮(UUO)モデルにて検討した。組み換えVEGF-C蛋白をUUOモデルに投与すると、腎間質リンパ管新生の増加と、間質線維化の抑制を認めた(P<0.01)。このことから、リンパ管新生は、間質線維化を抑制する効果があることが示唆された。

このように、各種病態により血管新生因子は病態の修復・増悪に影響している。(1)動脈硬化病変における血管新生因子(VEGF family)の役割ApoE欠損マウスに対して、組み換えヒト蛋白VEGF-A、VEGF-C、PlGF、VEGF-C 156S、を2μg/kg連日3週間腹腔内投与したところ、VEGF-A群およびVEGF-C群においてコントロール群(PBS)と比べて大動脈起始部において、有意な内腔狭窄率の上昇、マクロファージの浸潤を認めた(p<0.01)。続いて、骨髄由来の内皮前駆細胞や単球/マクロファージの動員を検討するために、血中の内皮前駆細胞およびVEGF受容体1陽性単球、VEGF受容体3陽性単球の数をFACSを用い測定したが、VEGF-Aおよび-Cの投与にて一部増加を認めたが、単球全体の増加には有意差を認めなかった。これらのことから、VEGF-AおよびVEGF-Cによる粥状硬化進行の機序には、血中からのEPCや単球の動員を介さずに、直接的に動脈硬化巣に対して影響を与えることが推定された。(2)ヒト動脈硬化巣における慢性腎臓病による動脈硬化伸展の機序375標本の冠動静脈について、糸球体濾過値(GFR)別に4群に分けて検討した。腎機能が低下するに従って、動脈硬化進行病変の頻度、石灰化の頻度は増加した(p<0.01)。また、血管内膜内の酸化LDL陽性面積やマクロファージ陽性面積は、GFRの低下とともに有意に増加した(p<0.01)。冠状動脈内膜内の新生血管数を測定したところ、eGFR 60以上、45-59、30-44、30未満の各群における新生血管数の平均は、それぞれ10.7、11.8、18.7、23.5であり腎機能低下により有意に増加した。これらのことから、慢性腎臓病患者の動脈硬化病変には、酸化LDLの沈着、慢性炎症の促進が認められるため、動脈硬化病変は進行しやすい環境にあり、病的血管新生によるプラーク破裂の危険も高くなることが示唆された。慢性腎臓病における冠状動脈硬化進展の機序に、病的血管新生とその破綻が関与していることを証明し、論文が採択された(Kidney Int 2013)。現在、ApoE欠損マウスのVEGFによる動脈硬化進行に関して論文投稿準備中。腹膜透析における腹膜病的血管新生につつて病理、および培養細胞にて検討している。間質性腎炎におけるリンパ管新生の意義について、現在マウスモデルで解析を行っている。学会報告、論文作成を順次行っていく。(理由)ApoE欠損マウスにおけるVEGF-Cによる動脈硬化増悪に関しては、論文作成段階であり、今後、論文投稿後に追加実験を行う。ヒト動脈硬化巣における慢性腎臓病による動脈硬化伸展の機序に関しても、現在論文作成段階であり、今後、論文投稿後に追加実験を行う。腹膜透析患者における非機能的血管新生による腹膜劣化の検討に関しては、現在、腹膜組織における各種免疫染色を行っており、順次解析中である。全体としては計画通り順調に経過している。論文作成の点において遅れをとっている。本研究課題に関しては、順調に遂行しており、順次、論文作成を行っている。今後は、課題の継続および論文投稿後の追加実験を行っていく。本研究課題に関しては順調に遂行しており、順次、論文作成を行っている。腹膜透析患者における非機能的血管新生に関して、培養細胞(培養内皮細胞、平滑筋細胞)を用いて、AGEの投与により血管新生が傷害されるかを検討する。また、腎障害時におけるリンパ管新生による機能修復に関して、マウス間質性腎炎モデルにVEGF-Cを投与し、病態の改善が認められるかを検証する。
グレブナー基底に基づいたモデル予測制御系の最適設計パラメータ決定法の開発

平成30年度は,本来昨年度までの研究期間を1年延長し,主にこれまでの研究成果の発表をおこなった。延長承認申請書に記載した4件の日本語論文発表に加え,1本の英字論文,1本の日本語論文ならびに,1件の国内学会発表を行った。発表内容としては,これまでの研究成果として以下のモデル予測制御に関する研究を発表した.(1)モデル予測制御系において,フィードバックループが切れた時, (A)閉ループ系の極, (B)コントローラの極, (C)フィードバックが切れた時の定常値の3つの制御仕様決定に対し,制御対象の特性を多項式で表現する多項式法から同一次元オブザーバを用いた状態方程式表現による既約分解表現によりモデル予測制御を拡張し,さらに数式処理ソフトウェアを用いたグレブナー基底を利用した設計方法を提案した.(2)一般化予測制御に対する強安定制御系の設計手法において,フィードバックループ切断後に定常偏差が残るという問題に対し,フィードバックループ切断状態における制御量の定常値を算出し,定常状態において目標値と制御量が一致する条件式を導出し.この条件式を用いて制御則の極を設定することで,定常偏差の生じない強安定制御則を開発した.さらに,それらを拡張し,フィードバックセンサの故障とアクチュエータの故障を検出する手法を開発し,非線形システムの拡張例として,2リンクスカラロボットの角度制御においてその有効性を数値シミュレーションにより確認できた.(3)非線形システムへの拡張に対応するため,制御則の内部モデルに新たな制御パラメータを導入し,FRITに基づいた機械学習であるCMACを用いてその制御パラメータを学習させることにより,システムに非線形や不確かさが残る場合も適応的に,パラメータ調整を行う手法を提案した.本年度の成果として,制御対象および制御系の「システムの不確かさ」「強安定性」「対故障性」「対非線形性」の観点からモデル予測制御法における制御性能と制御パラメータの関係性の検証を行った。また,グレブナー基底に基づいたパラメータの調整方法ならびに数式処理不ソフトを用いた設計方法の検証を行い,現在線形システムに対してモデル予測制御法を用いた制御系全体の極が指定した極に対応するような制御パラメータの設計方法を提案し,数値シミュレーションによるその有効性が確認できた。これらの成果は2件の国際会議並びに,4件の国内研究会にて発表を行い様々な研究者と意見交換を行った。さらに,過去の研究において,モデル予測制御法の一手法である一般化予測制御に基づいたパラメータ設計が可能であることが分かっているPID制御則に対して,むだ時間のある系の出力追従誤差の2乗和最小化の最適制御器を設計するために,誤差2乗和を高速で計算する新しい手法を提案し国内の学術論文に投稿した。一方,モデル予測制御のサーボシステムへの拡張ならびに高速化制御実現を目的に,2リンクアームシステムへモデル予測制御を適応した場合を検証し,さらに最適パラメータ調整方法の一手法として,パラメータの変化と制御制御性能の変化の相関性に着目したパラメータの調整方法を提案し,それらの結果をまとめたものを英文学術論文に投稿した。また,上記手法の実験装置での検証を考え,既存の2リンクシステムにMATLABベースのDSPシステムを導入し,既存のシミュレーションによるコントローラをそのまま実システムで制御を行えるよう整備・調整を行った。モデル予測制御の最適化問題において,線形システムの制御対象に対してモデル予測制御法を用いた制御系全体の極が指定した極に対応するような制御パラメータの設計方法をグレブナー基底と数式処理によって行う手法を提案した。また,今後の研究の課題である,対故障性を考慮した強安定システムの構築や非線形システム,サーボシステムへの拡張に向けた基礎研究ならびに実機実験の整備も予定通り進んでおり,当初の計画に対して概ね順調に進んでいると判断する。一昨年までの研究成果をさらに発展させ,モデル予測制御系において,フィードバックが切れた時(1)閉ループ系の極, (2)コントローラの極, (3)フィードバックが切れた時の定常値の3つの制御仕様決定に対し,制御対象の特性を多項式で表現する多項式法から同一次元オブザーバを用いた状態方程式表現による既約分解表現によりモデル予測制御を拡張し,さらに数式処理ソフトウェアを用いたグレブナー基底を利用した設計方法を提案した.多項式表現に比べ,状態空間法では設計パラメータの計算が簡単であり,また,状態方程式では極零相殺された非可制御,非可観測な部分も表現されるため,相殺された極(いわゆる隠れたモード)も表現可能となった.さらに,これまでの研究で提案されている,モデル予測制御の一種である一般化予測制御に対する強安定制御系の設計手法において,問題となっていたフィードバックループ切断後に操作量を安定させることは可能だが,定常偏差が残るという問題に対し,フィードバックループ切断状態における制御量の定常値を算出し,定常状態において目標値と制御量が一致する条件式を導出し.この条件式を用いて制御則の極を設定することで,定常偏差の生じない強安定制御則を開発した.また,非線形システムの拡張例として,1リンクアームの角度制御において,複数の制御点における線形近似モデルを内部モデルにしたモデル予測制御則を組み合わせ,システムの状態の応じて切り替えることで,提案する強安定モデル予測制御系を非線形制御に適用できる事が数値シミュレーションにより確認できた.これまでの研究成果に基づき,強安定制御系の設計において,制御対象の特性を多項式で表現する多項式法から同一次元オブザーバを用いた状態方程式表現による既約分解表現によりモデル予測制御を拡張することができた.

さらに,問題となっていた定常偏差に対しても,改善のための条件を導出することが出来ており,一部非線形制御システムへの拡張が出来ており,おおむね順調に研究が進んでいると言える.また,一昨年までの成果として下記の2本の論文を投稿し採用されており,現在別に1本の論文を投稿中,2本の論文を投稿準備中である.・井上昭,逸見知弘,吉永慎一,Mingcong Deng:入力項に無駄時間のある系の出力追従誤差の最小化,電気学会論文誌C電子情報システム部門,Vol.137,No.1, pp.54-59, 2017これまでの研究成果として,以下のモデル予測制御に関する研究を行った.(1)モデル予測制御系において,フィードバックループが切れた時, (A)閉ループ系の極, (B)コントローラの極, (C)フィードバックが切れた時の定常値の3つの制御仕様決定に対し,制御対象の特性を多項式で表現する多項式法から同一次元オブザーバを用いた状態方程式表現による既約分解表現によりモデル予測制御を拡張し,さらに数式処理ソフトウェアを用いたグレブナー基底を利用した設計方法を提案した.(2)一般化予測制御に対する強安定制御系の設計手法において,フィードバックループ切断後に定常偏差が残るという問題に対し,フィードバックループ切断状態における制御量の定常値を算出し,定常状態において目標値と制御量が一致する条件式を導出し.この条件式を用いて制御則の極を設定することで,定常偏差の生じない強安定制御則を開発した.さらに,それらを拡張し,フィードバックセンサの故障とアクチュエータの故障を検出する手法を開発し,非線形システムの拡張例として,1リンクアームの角度制御においてその有効性を数値シミュレーションにより確認できた.(3)非線形システムへの拡張に対応するため,制御則の内部モデルに新たな制御パラメータを導入し,FRITに基づいた機械学習であるCMACを用いてその制御パラメータを学習させることにより,システムに非線形や不確かさが残る場合も適応的に,パラメータ調整を行う手法を提案した.これまでの研究成果に基づき,非線形モデル予測制御を様々な形で拡張できた.強安定制御系の設計においては,制御対象の特性を多項式で表現する多項式法から同一次元オブザーバを用いた状態方程式表現による既約分解表現によりモデル予測制御を拡張することができた.さらに,問題となっていた定常偏差に対しても,改善のための条件を導出することが出来ており,さらに故障診断システムへの拡張が出来ており.さらに,FRITと機械学習での一つであるCMACを用いることで,不確かなシステムや非線形システムへの拡張も実現できており,おおむね順調に研究が進んでいると言える.さらに,これまでの研究成果として下記の4本の論文を投稿し採用されており,現在別に1本の論文を投稿準備中である.・逸見知弘,村上智史,水本郁朗:内部モデルに制御パラメータをもつ適応型モデル予測制御における定常特性に基づいた制御パラメータの調整則,電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門),Vol.138,No.5, pp.537-542.・逸見知弘,秋山将貴,山本透:鉄棒選手の技能に基づいた劣駆動リンクロボットの運動制御,電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門),Vol.138,No.5, pp.520-527