hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
心臓のエネルギー代謝における心臓線維芽細胞と心筋細胞の相互連関

心筋細胞・線維芽細胞特異的FGF21欠損マウスを作製し、タモキシフェン投与前、投与後14週、屠殺前に心エコーで心機能評価を行い、FGF21欠損による影響を確認した。(1)線維芽細胞特異的FGF21ノックアウトマウス:Controlマウス(Col1a2-Cre(-)/FGF21fl/fl)と比較し、Cre(Col1a2-CreERT/FGF21fl/fl)マウスにおいて収縮能のわずかな低下がみられた。また、屠殺後、FGF21の心臓でのタンパク発現が、Controlマウスと比較しCreマウスで有意な低下を確認した。FGF21産生臓器・関連臓器(肝臓、皮膚など)を摘出し、両マウスでのFGF21のタンパク発現を検討したところ、FGF21の主な産生臓器として知られている肝臓、脂肪組織などについて、Creマウスで低下していないことを確認した。また、摘出した心臓組織でのFGF21のmRNA転写レベルは、Creマウスで低下していることを確認した。また、心肥大・ストレスマーカーであるBNPの発現がCreマウスで上昇していることを確認した。2)心筋細胞特異的FGF21ノックアウトマウス:Controlマウス(MerCreMer(-)/FGF21fl/fl)と比較し、Cre(MerCreMer/FGF21fl/fl)マウスで有意な収縮能の低下・心肥大を呈した。また、摘出した両マウスの心臓組織のmRNA転写レベルを検討したところ、コントロールと比較して、Creマウスでは心肥大・ストレスマーカーであるBNPの発現上昇、Serca2aの発現低下を認めた。さらにCreマウスでは線維化の指標であるConnective tissuegrowthfactor (CTGF)の発現が上昇し、エネルギー産生や熱消費に関わるPGC-1αの発現が低下していることを確認した。心筋細胞特異的及び線維芽細胞特異的FGF21欠損マウスの作製、及び両マウスから摘出した組織の解析について順調に進んでいる。今後両マウスにTACによる圧負荷をかけ、心肥大モデルを順次作製し、解析していく予定である。線維芽細胞特異的FGF21ノックアウトマウス、心筋細胞特異的FGF21ノックアウトマウスそれぞれにTACによる圧負荷を加えた状態で、詳細な心機能評価や形態変化、遺伝子・タンパク発現の変化、代謝変化をそれぞれ解析する。9-10週齢のマウスに、TACによる圧負荷をかけ心肥大モデルを作成する。心エコーやコンダクタンスカテーテルで心機能解析、核医学トレーサーを用いた心臓エネルギー代謝の定量、心筋肥大や線維化の病理学的検討などの比較検討を行う。1)心エコー:TACの手術前、および術後1,3,6週で計測し、心臓肥大および心臓機能について評価する。2)コンダクタンスカテーテル:圧負荷の程度の評価および左心機能の評価をコンダクタンスカテーテルにて評価する。特に左室のエネルギー効率を推定できる指標を計測する。3)核医学トレーサーを用いた心臓エネルギー代謝の定量:マウスの尾静脈から脂肪酸のトレーサーである125I-BMIPP、グルコースのトレーサーである18F-FDGを注入し、一定時間後に心臓を取り出し、ホモジェナイズして、心臓へのトレーサーの取り込みを計測し、組織重量で補正することで、心臓への脂肪酸および糖の取り込みを定量化する。4)病理学的検討:6週にて心臓を採取し、一部を急速冷凍し、一部をホルマリン固定して組織切片とする。組織学的検討は、マッソン・トリクローム染色で、線維化を定量化する。(Koitabashi N etal; J Clin Invest. 2011)。5)心筋エネルギー代謝の変化をメタボローム解析を行い、評価する。また、上記モデルマウスから心筋細胞・心臓線維芽細胞を初代培養しFGF21の発現の検討、FGF21のプロモーター解析、Chip-sequence解析を行い、発現制御を行っている上流因子の解析や転写メカニズムについて検討する。

また、摘出した両マウスの心臓組織のmRNA転写レベルを検討したところ、コントロールと比較して、Creマウスでは心肥大・ストレスマーカーであるBNPの発現上昇、Serca2aの発現低下を認めた。さらにCreマウスでは線維化の指標であるConnective tissuegrowthfactor (CTGF)の発現が上昇し、エネルギー産生や熱消費に関わるPGC-1αの発現が低下していることを確認した。心筋細胞特異的及び線維芽細胞特異的FGF21欠損マウスの作製、及び両マウスから摘出した組織の解析について順調に進んでいる。今後両マウスにTACによる圧負荷をかけ、心肥大モデルを順次作製し、解析していく予定である。線維芽細胞特異的FGF21ノックアウトマウス、心筋細胞特異的FGF21ノックアウトマウスそれぞれにTACによる圧負荷を加えた状態で、詳細な心機能評価や形態変化、遺伝子・タンパク発現の変化、代謝変化をそれぞれ解析する。9-10週齢のマウスに、TACによる圧負荷をかけ心肥大モデルを作成する。心エコーやコンダクタンスカテーテルで心機能解析、核医学トレーサーを用いた心臓エネルギー代謝の定量、心筋肥大や線維化の病理学的検討などの比較検討を行う。1)心エコー:TACの手術前、および術後1,3,6週で計測し、心臓肥大および心臓機能について評価する。2)コンダクタンスカテーテル:圧負荷の程度の評価および左心機能の評価をコンダクタンスカテーテルにて評価する。特に左室のエネルギー効率を推定できる指標を計測する。3)核医学トレーサーを用いた心臓エネルギー代謝の定量:マウスの尾静脈から脂肪酸のトレーサーである125I-BMIPP、グルコースのトレーサーである18F-FDGを注入し、一定時間後に心臓を取り出し、ホモジェナイズして、心臓へのトレーサーの取り込みを計測し、組織重量で補正することで、心臓への脂肪酸および糖の取り込みを定量化する。4)病理学的検討:6週にて心臓を採取し、一部を急速冷凍し、一部をホルマリン固定して組織切片とする。組織学的検討は、マッソン・トリクローム染色で、線維化を定量化する。(Koitabashi N etal; J Clin Invest. 2011)。5)心筋エネルギー代謝の変化をメタボローム解析を行い、評価する。また、上記モデルマウスから心筋細胞・心臓線維芽細胞を初代培養しFGF21の発現の検討、FGF21のプロモーター解析、Chip-sequence解析を行い、発現制御を行っている上流因子の解析や転写メカニズムについて検討する。
筋の代謝変換のメカニズムの解明とその制御による治療薬の開発

超高齢社会を迎えサルコペニア(加齢性筋肉減少症)は要介護の主要因となることから、その発症機序と早期予防・治療法の研究が求められている.本研究では、筋萎縮に伴う骨格筋の代謝機能の変化のメカニズムを解明して、さらに代謝を調節することで画期的な予防・治療法を開発するための新技術を確立することに成功した.超高齢社会を迎えサルコペニア(加齢性筋肉減少症)は要介護の主要因となることから、その発症機序と早期予防・治療法の研究が求められている.本研究では、筋萎縮に伴う骨格筋の代謝機能の変化のメカニズムを解明して、さらに代謝を調節することで画期的な予防・治療法を開発するための新技術を確立することに成功した.超高齢社会を既に迎え、骨格筋量の進行的な低下に伴う機能低下、すなわちサルコペニア(加齢性筋肉減少症)は認知症と並んで高齢者のactivity of daily living (ADL)とquality of life (QOL)を損なう主要な原因となることから、その早期診断や有効な介護予防対策は急務の課題である.サルコペニアは老年病症候群の主要な原因であるが、その定義と診断は筋量、筋力と身体能力(歩行能力など)の生理学的指標を定量的に測定して評価することが欧州の学会で統一見解として2010年に発表され、我が国においても日本人の体格にあわせた基準作りが,厚生労働省班会議と日本老年病学会が中心となり進められている.一方で、サルコペニアを含めて骨格筋の萎縮を予防・治療に対して有効な薬物はないのが現状である.本研究は筋萎縮の予防・治療に対して有効である薬物を探索することを目的としている.本年度はサルコペニアのモデル動物として、マウスの加齢性筋萎縮に着目して病理学的な加齢変化を単一筋線維レベルで解析した.候補薬物による筋萎縮の予防・治療効果を判定するために必要なデータを得る事ができた.加齢に伴う筋力低下・筋萎縮(サルコペニア)は認知症と並び要介護の主要因となることから、その発症機序と早期予防・治療法の研究が求められている.骨格筋は代謝特性の異なる速筋及び遅筋線維から構成されるが、サルコペニアの筋萎縮に伴い遅筋線維の割合が増加する.骨格筋は体内の代謝調節作用を担い、運動トレーニングだけでなく様々な体内外の環境要因により、代謝変換を伴う筋線維タイプ(速筋および遅筋)の変化が誘導されるが、その機構はまだよくわかっていない.申請者は、この筋線維タイプ変化を生きたまま解析する新技術をこれまで確立しており、本年度はこの解析方法を創薬技術として使えるようにハイスループットの手技を確立した.さらに、この技術で同定された物質が、筋線維タイプ変化を誘導することで筋萎縮の予防に有効かどうかを評価するため、新たな筋萎縮のモデルマウスの作製に成功した.基礎老化学筋萎縮の予防・治療薬の開発において、老化モデルマウスを使った有効性の判定に有用な病理学的変化を明らかにすることができた.次年度は、in vitroの探索で筋萎縮に対して有効な薬物候補をモデルマウスに投与してその有効性の検証を行う予定である.計画は順調に進んでいるが、実験の都合により当該年度に計画していた支出が次年度にまたがって執行する必要が生じたため。次年度が最終年度であり、計画どおり研究にあわせて支出を遂行する予定である。
ウイルスによるがん化と抑制

(a)Taxによりがん化した細胞内でTaxと結合している細胞内因子を分離した。HTLVーIのTaxは単独で細胞をトランスフォ-ムし更にがん化する能力がある。このトランスフォ-メ-ションとがん化のメカニズムを研究した。まずTaxがトランスフォ-メ-ションの維持に不可欠であることを正常復帰細胞株を選択して解析した。Taxによりトランスフォ-ムした細胞株に薬剤耐性のマ-カ-を組み込んだ。このトランスフォ-ムして且つ薬剤耐性をもつ細胞株から正常復帰細胞を分離した。これらの正常復帰細胞株を解析した結果、全てTaxの遺伝子を喪失していた。(b)Taxはリンパ球の細胞の増殖因子IL2及びIL2レセプタ-を誘導発現して不死化した。がん化抑止のメカニズムの解明に増殖因子とそのレセプタ-発現が見られるオ-トクリンメカニズムの自然がんを発見した。種々の増殖因子及びレセプタ-を発現するヒトの悪性腫瘍を検討した。その結果、ヒトの脳腫瘍がFGFとFGFレセプタ-を過剰発現しているオ-トクリンメカニズムであることを発見した。そこでin vitro及びin vivoで、がん化を抑制する実験を行った。FGFを中和する抗体がin vitroではanchorage independentの増殖を抑制し、ヌ-ドマウスではがん化が抑制された。
モンゴルのユキヒョウ保全に向けた集団遺伝構造とその形成要因の解明

モンゴル西部アルタイ山脈に生息するユキヒョウの集団遺伝構造を解明し、生息地間の連結性維持を目指した保全対策の提言を目的として研究を行った。西部山岳地帯の7か所の生息地から採集した糞試料を分析したところ、生息地間の遺伝的分化の程度は低く、また遺伝的多様性に有意な差は見られず、遺伝子交流が維持されていることが示唆された。資源開発が進む中、今後も生息地の連結性を維持できるかが課題である。糞試料の分析方法を確立したことで、ユキヒョウ個体群の継続的なモニタリングが可能になった。モンゴルに生息するユキヒョウは500から1000頭と推定されており、現在絶滅の危機に瀕しているが、生息地へのアクセスや観察の難しさから、生態学的情報が乏しく効果的な保全対策を打てずにいる。本研究はモンゴル西部アルタイ山脈に生息するユキヒョウの集団遺伝構造を解明し、個体群間の連結性維持を目指した保全対策の提言を目的としている。今年度は糞試料の収集とDNA抽出を中心に行った。8月と12月にモンゴル西部の都市ホブドの南東に位置するジャルガラント山とブンバット山で、現地のレンジャーだけでなく遊牧民の協力も得て、ユキヒョウの糞のサンプリングを実施した。3月にはモンゴル北西部のロシアとの国境沿いに位置するシルクヘム山でサンプリングを実施した。三か所でのサンプリングで、合計116個の糞を採集した。遊牧民はユキヒョウの糞がよく見つかる場所を把握しており、彼らのアドバイスが効果的なサンプリングにつながった。調査地での糞の保存方法として、シリカビーズを使った乾燥保存を採用した。ホブドで試料を集約して以降は冷凍保存を用いた。糞よりDNAを抽出し、ミトコンドリアDNAに基づく種判別を実施した。また一部の試料で核DNA(マイクロサテライト遺伝子座)の解析を行い、増幅を確認することができた。DNA解析の成否は糞の状態に左右されることが知られているが、今回輸送した糞に著しい劣化は見られず、個体識別が可能な質を確保していた。現地のレンジャーや遊牧民の協力を得ることができ、ユキヒョウの糞のサンプリングを順調に進めることができている。DNA解析が可能であることを確認でき、当初の計画通り進んでいる。今年度は糞試料の収集とDNA解析を中心に行った。8月から9月にかけてバータル山とツルゲン山の2か所でサンプリングを実施し、約200個の試料を採集した。バータル山では多くの遊牧民やレンジャーに参加してもらい、昨年度以上の数の試料を集めることができた。糞DNA抽出を行い、種判別を実施した。塩基配列に基づく判定方法ではなく特異的マーカーを用いることで、迅速に種判別が可能になった。またユキヒョウで増幅が確認されている性染色体のAMELY遺伝子の一部を増やすマーカーを用いて性判別を実施した。個体識別に向けて、マイクロサテライトマーカーを用いたマルチプレックスPCR条件の最適化を行った。一部のマイクロサテライトマーカーでは糞抽出DNAに対して増幅が確認されていたが、迅速に多量の試料を解析するためにはマルチプレックスPCRが有効である。ユキヒョウなどネコ科動物で増幅が確認されている約20個のマーカーを候補とし、増幅の成功率、フラグメント解析時の波形、対立遺伝子の多様性などを基に候補を絞った。モンゴル西部のユキヒョウ集団の遺伝的多様性については現在解析を進めているが、ジャルガラント山で採集した試料の分析結果では、対立遺伝子の種類は多く、個体識別に必要な精度を確保することが可能であることを確認した。試料採集は順調に進んでいるが、個体識別の実験条件の最適化がやや遅れている。西部山岳地帯の7か所のユキヒョウ生息地から試料を採集し、全ての試料に対して糞DNA解析を行った。個体識別は多様性の高い8つのマイクロサテライトマーカーを用いる方法を確立した。また個体識別で得られたデータを用いて、標識再捕獲法から各地域の生息数を推定することに成功した。個体識別の成功率は、季節にかかわらず約80%と高く、山岳地帯の乾燥や低温環境が糞の劣化を防いでいると考えられる。集団遺伝構造解析を実施したところ、地域間の遺伝的分化の程度は低いことが分かった。地域固有の対立遺伝子は3個と少なく、7個体以上識別された4地域の間では、対立遺伝子数やヘテロ接合度に有意な差は見られなかった。クラスタリング解析では2つの遺伝的クラスターが検出されたが、同じ地域内に各クラスターに帰属する個体が存在しており、明瞭にクラスターが分かれることは無かった。モンゴル西部山岳地帯では、遺伝的障壁となりうる道路が生息地を分断しているが、低い遺伝的分化や中程度の遺伝的多様性を考慮すると、生息地間で遺伝子交流が維持されていることが示唆された。しかし西部地域の道路の多くは近年舗装が進んでおり、また鉱山開発も活発になっていることから、今後も生息地の連結性を維持できるかが課題である。本研究は、観察が困難なユキヒョウの研究に糞試料を使ったアプローチが有効であることを示した。研究が遅れている他の中央アジアの生息地でも応用が期待できる。

モンゴル西部アルタイ山脈に生息するユキヒョウの集団遺伝構造を解明し、生息地間の連結性維持を目指した保全対策の提言を目的として研究を行った。西部山岳地帯の7か所の生息地から採集した糞試料を分析したところ、生息地間の遺伝的分化の程度は低く、また遺伝的多様性に有意な差は見られず、遺伝子交流が維持されていることが示唆された。資源開発が進む中、今後も生息地の連結性を維持できるかが課題である。糞試料の分析方法を確立したことで、ユキヒョウ個体群の継続的なモニタリングが可能になった。ホブドの南部と西部地域でのサンプリングを推進する。またマイクロサテライト遺伝子座を用いた個体識別を進め、個体毎のデータを基に集団遺伝構造解析を実施する。個体識別の実験条件の最適化を行い、採集した試料の分析を進める。遺伝的多様性や集団遺伝構造を解明し、遺伝構造の形成に寄与する要因を明らかにする。得られたデータを整理し、保全対策の提言をまとめる。保全生物学12月のサンプリングでは例年に比べて積雪が多く、一部地域で車両の乗り入れが困難となり、当初の予定より早めに切り上げたため。現地の積雪の状況を判断し、次年度の春にサンプリングを延期したため。12月に行くことができなかった地域で、再度サンプリングを実施する。サンプリングを実施し、全ての試料の分析を進める。
作物におけるジャスモン酸類の生理的役割

1.キクイモの塊茎形成を制御する内生要因について検討した。葉に含まれる塊茎形成促進物質を、バレイショ塊茎形成活性検定法を用いて追求した結果、ジャスモン酸(JA)が単離・同定された。生育初期の葉中のJA含量は高く(4.0×10^<-6>mol/kg生重^<-1>)、植物体の生育に伴って急激な減少を示した。これに対し、水溶性分画に含まれるJA誘導体と見られる活性は生育と共に増加し、地下部における塊茎形成開始時にやや遅れて最大となり以降は減少を示した。キクイモの茎断片にJAを与えて培養したところ、JAは強い塊茎形成活性を示した。これらの結果はキクイモの塊茎形成はJA類によって制御されていることを示唆している。葉で合成されたJAは水溶性の誘導体に変化した後、地下部へと送られ塊茎形成を誘起するものと考えられる。2.バレイショ塊茎から円盤状組織片を切り出し、JAを含む培地上で培養すると、組織片は培養開始1日目以降から急激に肥大を始めた。JAを3×10^<-5>M施与した場合、培養開始5日後には組織片の生重増加量は対照区のそれの約3倍に達した。光学顕微鏡用の切片を作成し観察した結果、生重の増加は細胞分裂によるものではなく、細胞の肥大によることが判明した。10^<-5>M以上の濃度でJAはこの細胞肥大促進作用を示した。様々な植物ホルモン{インドール酢酸(IAA),ジベレリン酸(GA_3),アブシジン酸(ABA),ベンチルアデニン(BA)}及びエチレンの前駆体であるACCは、細胞の肥大に対して明かな作用は示さなかった。この結果は細胞の肥大促進活性はJAとJA-Meに特異的なものであることを示している。JA及びJA-Meのバレイショ塊茎細胞肥大促進作用は、これらの物質のバレイショ塊茎形成活性と密接に関連しているものと思われる。1.キクイモの塊茎形成におけるジャスモン酸(JA)の関与について検討した。まずバレイショ塊茎形成活性の検定に用いたバレイショ茎断片培養法により、キクイモ葉中に含まれるJA関連化合物の検索を行なった。得られた活性物質を高速液体クロマトグラフィー、質量分析及びNMR分析に供した結果、JAとそのメチルエステル(JA-Me)、及びグルコシルチュベロン酸メチルエステル(Glc-TA-Me)の3種の存在が確認された。次に、キクイモ植物体の生育に伴うこれら3種の物質の葉中の含量の変動を調べた。JAの含量は生育初期において最も高く(540ng/g生重、2.5x10^<-6>M)、その後生育に伴い減少を示した。これに対し水溶性であるGlc-TA-Meは、生育に伴い増加し塊茎形成開始期付近で最大となった。JA-Meは後者と似た変動を示したが、その含量は低く最大でも120ng/g生重であった。キクイモの茎断片にJAを与えて培養したところ、10^<-6>M以上で塊茎が形成された。以上の結果から、キクイモの塊茎形成にもJA関連化合物が関与していることが明かとなった。葉で生成したJAは、水溶性であるGlc-TA-Meに変化してキクイモ体内を移行し、地下部における塊茎形成を引き起こすものと考えられる。

2. JAの塊茎形成活性は、JAが細胞肥大を引き起こすことに起因すると思われる。そこでバレイショ塊茎組織にJAを与えて培養したところ、著しい細胞肥大が観察された。この肥大は細胞内浸透圧の増加、あるいは細胞壁の緩みによるものと思われる。そこでまず、4年度の購入機器であるガスクロマトグラフを用いて、可溶性糖類を調べた結果、ジャスモン酸投与により、細胞内のショ糖濃度が増加することが判明した。JAが細胞壁構成成分に及ぼす影響については現在究明中である。バレイショ塊茎から円盤状組織片を切り出し、JAを含む培地上で培養すると、組織片は培養開始1日目以降から急激に肥大を始めた。JAを3×10^<-5>M施与した場合、培養開始5日後には組織片の生重増加量は対照区のそれの約3倍に達した。光学顕微鏡用の切片を作成し観察した結果、生重の増加は細胞分裂によるものではなく、細胞の肥大によることが判明した。肥大した細胞は培地に接した下層に極在していた。10^<-5>M以上の濃度でJAはこの細胞肥大促進作用を示した。JAよりも揮発生が高いJA-Meを入れた小瓶を培地に立てて、組織片を培養した場合も細胞の肥大が観察されたことから、空気中を伝播したJA-Meにも細胞肥大を引き起こす能力があることが判明した。この場合も、肥大細胞は下層に極在していたことから、水分の得易さが肥大細胞の極在の原因と考えられる。様々な植物ホルモン{インドール酢酸(IAA),ジベレリン酸(GA_3),アブシジン酸(ABA),ベンチルアデニン(BA)}及びエチレンの前駆体であるACCは、細胞の肥大に対して明かな作用は示さなかった。この結果は細胞の肥大促進活性はJAとJA-Meに特異的なものであることを示している。ABAは10^<-5>M以上で、BAは10^<-4>Mの濃度で、JAによる細胞の肥大を著しく阻害した。JAによる細胞肥大時には、細胞内のショ糖の大幅な増加とデンプンの減少が認められた。またセルロースの著しい増加とヘミセルロース及びペクチンのわずかな増加が生じることが判明した。セルロース合成阻害剤や、微小管重合阻害剤はJAによる細胞肥大を完全に阻害した。これらの結果は、JAによる細胞の肥大には、細胞内浸透圧の増加と細胞壁の構成成分の変動、特にセルロースの新生が必要であることを示唆している。JA及びJA-Meのバレイショ塊茎細胞肥大促進作用は、これらの物質のバレイショ塊茎形成活性と密接に関連しているものと思われる。
京都市域における酸性降下物の拡散と都市林の遷移機構に関する研究

京都市域の降水の特性を明らかにするために、降り始めから1mmごとに降雨を分取する採水装置を置いて、1993年に市街地北東部の京大構内と、北部郊外の上賀茂、府下の芦生、徳山市郊外、和歌山県白浜町、清水町で同時に降水のpH、ECを比較検討した。その結果、初期降雨のpHは各地で3台の値が観測され、降り始めからpHは徐々に上昇し、ECは低下した。奥山の芦生、清水町ではpHが高く、ECが低く、徳山は初期降雨のpHは低い値を維持し、ECの低下が小さいのに対し、京大構内は全体にECが高く、上賀茂と比較するとpHが高くなった。京都市市内および周辺20数カ所で1993年から4回、同時に降水を採取した結果、市内北部でpHが低く、ECが高く、東部も同様で、西部はpHが高く、中心部はECが高まってもpHは低下せず、名神高速道路に近い地域は局所的に最もpHが低く、ECが高かった。またpHが低い地域ではNO_3^-の割合が高まって降水が酸性化するのに対し、中心部ではNH_4^+が増加して酸性化がある程度抑制される可能性が示唆された。市街地から北へ20kmの郊外に位置する八丁平の1980年に設定した12カ所の森林調査から、多くのクリ・ミズナラ林のうちミズナラ主体の林分では成長が良好であったが、クリが主体の比較的蓄積の大きい林分では上層を形成するクリ、コシアブラなどが多く枯死し、徐々にミズナラや冷温帯の天然林を構成する樹種におき変わる傾向がみられた。またこのような樹種を欠くクリ林ではしばらく低質な林分を維持するものと考えられた。森林への酸性降下物の影響については森林がそれぞれの方向性を持って推移するため、直接的に因果関係を解析するのは困難である。降水の観測は出来るだけ多くの地点で長期的に観測する体制を構築し、市街地周辺の林分構造が異なる多くの林分で調査を積み重ねる必要がある。本年度は雨水のpH,導電率の観測方法の確立と,京都市域,そして比較のために自然環境が異なる他の地域に観測点を出来るだけ増やすことに研究の主力を注いだ。観測には降雨を感ずると自動的に蓋が開いて降り始めから1mmごとの降雨を採取する市販の簡易雨水分取器を使用した。この装置の検定を行った結果,それ自体は概ね充分な品質管理がなされているものの取り扱い方によって採取量が大きく異なり,地域間,経時的な比較が困難になること,限られた地域の短期間の初期降雨の比較には適しているものの,広域的な長期に亘る観測にはデーターの解析が煩雑であること等が明らかになった。京都市域に設けた20数カ所の測点の1993年梅雨期の結果から,市内各所に比べ周辺の宇治地区ではpHが高く,導電率が低く,中心部より市街地北部地域でpHが低く,導電率が高くなる傾向がみられた。一方,京都市内と徳山市,和歌山県白浜町,清水町の値を比較すると,各地で初期降雨のpHが3台の雨が観測されたが,深山の清水町では全体的にpHが高く,導電率が低く,京都は導電率が高かった。pH,導電率の経時変化は雨の降り方によって大きく異なるが,全般的にpHは降り始めから徐々に上昇し,導電率は低下した。その中で徳山はpHの変化が小さく,低い値を維持し,導電率の低下も小さかった。

しかし一般的な傾向を得るためには,さらに観測を継続する必要があろう。京都市市内およびその周辺地域20数カ所で1993年7月に2回,1994年と9月と11月に2回,初期降雨のpH,ECの測定を行った。その結果、降り始めから7mmまでの1mmごとの雨のpHは1993年梅雨期後半の2回の測定では3.67.0,ECは80μS/cm以下で,pHの測定値幅が大きく,全体にECは低かった。1994年の3,4回目の測定は降雨の間隔が比較的開いた秋の測定で,3回目のpHは3.64.7,ECは180μS/cmに達し,他の3回の測定値と比較してpHが低く,ECが高い傾向を示した。市内のpH,ECの分布傾向は北部の左京区、あるいは北区でpHが低く,ECが高く,東部の山科区においてもそのような傾向がみられたが,各降雨の気象条件,降雨の時間帯そして幹線道路からの距離をはじめ観測場所の状況によって大きく異なることが予想された。一方、京都府下にある京都大学の3演習林・試験地(北から芦生、上賀茂、京大本部)における1993年6月から10月の観測結果の中から、同時に降雨が観測された11回の降雨についてpH、EC値を比較検討した結果、奥山の芦生はEC値が低く、京大本部ではEC値が極めて高いわりにpH値は上賀茂より高くなり、アルカリ源の存在が推測された。またpH、ECともに降り始めから3、4mmまでの降雨で変化が大きく、降雨の特性を知るためには初期降雨3mmまでを分取する必要があることが示唆された。当初計画していた京都市市街地に隣接する1978年に設定した15カ所の二次林の調査は調査地復元に時間を要し、現在、調査を継続中である。市街地から北へ25kmの郊外に位置する八丁平の1980年に設定した12カ所の森林調査から、クリを主体とする多くの林分で設定後15年間に上層木が成長したのに対し、中・下層を形成していたものの本数が減少した。また、クリ、コシアブラなどの陽樹が、徐々にミズナラ、アカシデ、コハウチワウエデなどの冷温帯天然林の構成種におき変わる傾向がみられ、ブナ、スギが混交する林分では蓄積の増加が著しく、陽樹から陰樹に変化する林分では本数が減少し、蓄積の増加が小さかった。一方、中・下層に冷温帯構成種が少ない林分では相変わらず陽樹が成長し、一部斜面下部にみられるサワグルミが主体の林分では上層のサワグルミの本数蓄積の減少がみられ、このような林分がどのように今後変化していくのか、調査を継続する必要があろう。降水の採取は降り始めから1mmごとに分取する方法で行ってきた。この方法によって、3mmまでの初期降雨にそれぞれの降水の特性が集約されること、市街地中心部ではECが高まってもpHの低下が小さく、NH_4^+などのアルカリ源の影響が予測されるなど、一定の成果が得られた。しかし、分取による採取法は測定、解析が煩雑で、広域的、長期的な観測には不向きである。本年度は降水をバルク、湿性降下物で採取する方法、分取、一括採取する方法それぞれの比較検討を行って、湿性降下物を簡易的手法で一括採取する方法を開発した。森林の遷移に及ぼす酸性降下物の影響については森林がそれぞれの方向性を持って推移するため、直接的に因果関係を解析するのは困難である。降水の観測は出来るだけ多くの地点で長期的な観測が可能な体制を構築し、今後は市街地周辺の森林を含め、林分構造が異なる多くの林分で調査を積み重ねる必要がある。
胚盤胞における雌雄差と機能性 small RNA の分子生物学的解析

哺乳類の遺伝学的な性(雄はXY,雌はXX)は受精時に決まり、ついでSryの発現が引き金となって生殖腺の性が決まり、生殖腺からの性ホルモンが全身に作用して雌雄に様々なちがいを引き起こすといわれている。しかし着床前に雄は雌より早く成長するという報告があり、この時期から雌雄が性分化をしている可能性が高い。そこで「雌雄の発生がいつから異なるのか?」というテーマに取り組むため発生初期の雌雄の胚を比較してきた。我々のこれまでの研究では、DNAマイクロアレイの解析により従来考えられていたより早い胚盤胞期から既に雌雄の遺伝子発現が異なっていることを明らかにしている。一方、近年、small RNAと呼ばれる低分子のRNAが見つかってきており、これらは哺乳類の発生において重要な機能を持ち、正常な個体発生に必須の分子であることがわかってきた。我々は雌雄の発生を分子生物学的に比べるには既知遺伝子だけではなく、small RNAの比較解析も必須であると考えた。そこで雌雄間で発現の異なるsmall RNA分子を探索を行うために、まず胚盤胞におけるsmall RNA libraryの作製を行なうことにした。胚盤胞は微量のサンプルであるため、PCRによるサンプルの増幅などの工夫を凝らすことにより、雌雄の胚盤胞各1000個からオリジナルのクローン数が多い良質のライブラリーを作製することに成功した。次に、このライブラリーについて大規模シーケンスを行い、雌雄それぞれ30万以上のsmall RNAの配列決定に成功している。現在、両者の配列を比較し雌雄間で発現の差を示す候補small RNAを複数同定している。これにより着床前の雌雄胚で発現に差があるsmall RNAのデータという着床前における雌雄の発生を理解する上で非常に貴重な情報が得られたと考えられる。しかし着床前に雄は雌より早く成長するという報告があり、この時期の雌雄の性分化を示唆している可能性が高い。そこで「雌雄の発生がいつから異なるのか?」というテーマに取り組むため雌雄の発生を比較してきた。我々のこれまでの研究から、従来考えられていたより早い時期に既に雌雄の遺伝子発現が異なることをDNAマイクロアレイの解析により明らかにした。一方、最近の研究により、smallRNAと呼ばれる低分子のRNAが見つかってきており、これらは哺乳類の発生において重要な機能を持ち、正常な個体発生に必須の分子であることがわかってきたそこで雌雄の発生を分子生物学的に比べるには既知遺伝子だけではなく、smallRNAの解析が是非とも必要である。現在、雌雄間で発現の異なるsmallRNA分子を探索を行うために胚盤胞におけるsmallRNAlibraryの作製を行っている。胚盤胞は微量のサンプルであり、これら限られた材料からオリジナルのクローン数の多いLibraryを作るため、さまざまな条件検討を行った。PCRによるサンプルの増幅などの工夫を凝らすことにより、現在胚盤胞1000個から非常にオリジナルのクローン数が多い良質のライブラリーを作る条件を確立することに成功した。今後は、雌雄胚盤胞のサンプルを用いてライブラリーを作成する予定である。

我々のこれまでの研究では、DNAマイクロアレイの解析により従来考えられていたより早い胚盤胞期から既に雌雄の遺伝子発現が異なっていることを明らかにしている。一方、近年、small RNAと呼ばれる低分子のRNAが見つかってきており、これらは哺乳類の発生において重要な機能を持ち、正常な個体発生に必須の分子であることがわかってきている。そこで雌雄の発生を分子生物学的に比べるには既知遺伝子だけではなく、small RNAの解析も必須であると考えた。そこで、雌雄間で発現の異なるsmall RNA分子を探索を行うために胚盤胞におけるsmall RNA libraryの作製を行うことにした。胚盤胞は微量のサンプルであるため、PCRによるサンプルの増幅などの工夫を凝らすことにより、雌雄の胚盤胞各1000個からオリジナルのクローン数が多い良質のライブラリーを作製することに成功した。このライブラリーについて大規模シーケンスを行い、雌雄それぞれ30万以上のsmall RNAの配列決定に成功している。現在、両者の配列を比較し雌雄間で発現の差を示す候補small RNAを複数同定している。これにより着床前の雌雄胚で発現に差があるsmall RNAのデータという着床前における雌雄の発生を理解する上で非常に貴重な情報が得られたと考えられる。
HGFによる慢性腎不全の進展抑制とその作用起点の解析

私たちはこれまでHGFがネフロン実質細胞に作用して慢性腎不全の病態を改善する機能を有することを明らかにしてきた。一方、慢性腎不全の進展に伴う腎間質の線維化に対するHGFの作用機構は不明であった。そこで今回、代表的な腎間質細胞であるメサンギウム細胞由来の筋線維芽細胞に対するHGFの作用機構を解析した。1)糖尿病性腎症のモデルマウスを解析したところ、メサンギウム領域におけるHGFの枯渇に伴って糸球体硬化症が急速に憎悪した。このマウスにリコンビナントHGFを投与したところ、線維化因子の一つであるTGF-β1の発現が阻害されるとともに糸球体硬化性病変は改善された。糖尿病性腎症での腎不全に対してもHGF補充療法が有効であることが判明した。2)メサンギウム増殖性腎炎モデルラットにおいて、メサンギウム細胞は筋線維芽細胞へと形質転換するとともに過剰な増殖を示し、HGF受容体(c-Met)を高頻度に発現していた。一方、培養メサンギウム細胞を用いたin vitro解析によって、PDGFによって誘導されるERKのリン酸化をHGFが抑制することを見出した。in vivo解析のため、メサンギウム増殖性腎炎モデルラットにリコンビナントHGFを投与したところ、糸球体におけるERKリン酸化が抑制されるとともに筋線維芽細胞の増殖が抑制され、糸球体硬化症の進展が阻止された。3)線維化に陥った腎間質を占拠する筋線維芽細胞の生存/細胞死に対するHGFの機能を解析した。腎尿細管間質線維症モデルマウスにリコンビナントHGFを投与したところ、筋線維芽細胞のアポトーシスが約2倍に増加し、筋線維芽細胞の占有面積が減少した。一方、腎尿細管上皮細胞の増殖(再生)はHGF投与で著しく高まっていた。腎硬化症の進展はHGF補充療法によってリバースできることが明らかとなった。以上の結果は、慢性腎不全/腎硬化症に対するHGF補充療法が、間質線維化解除ならびに実質ネフロン再生を同時に実現する、理想的な治療戦略であることを強く示唆している。近年、糖尿病の増加に伴い糖尿病性腎症から慢性腎不全に陥る症例が激増している。糖尿病性腎症では高血糖のもとに糸球体硬化が進行し、腎機能が損なわれる。したがって糸球体硬化症の進展抑制機構の分子基盤解明は本症の治療法確立に向けて大きな意味を持つ。私達はこれまでHGFが様々な慢性腎症の進行に対してその病態を改善する生理的機能を有することを明らかにして来た。今回、私達はマウスモデルを用いた解析から、HGFが糖尿病の際に糸球体硬化を抑制して腎機能を改善させる作用を有することを新たに見い出した。1)糖尿病性腎症のマウスモデルを作成したところ、腎傷害の増悪に一致して内因性HGFの産生が抑制された。そこでこの意義を問うべく、HGF補充療法を行ったところ、糸球体肥大/基質過剰沈着に特徴付けられる糸球体硬化症の進展がHGFにり抑制されることが判明した。2)糖尿病性腎症を引き起こすと言われているTGF-β産生はHGF投与によって抑制されることが判った。培養細胞を用いたin vitro解析から、HGFは高血糖が誘起するTGF-βの発現誘導を強くブロックすることも立証された。

3)さらにHGFは糖尿病性腎症においてもネフロン再生、間質線維化解除などの多彩な生物活性を発揮することが明らかとなった。このような生理的因子HGFの補充療法は糖尿病性腎症の再生治療戦略として期待される。私たちはこれまでHGFがネフロン実質細胞に作用して慢性腎不全の病態を改善する機能を有することを明らかにしてきた。一方、慢性腎不全の進展に伴う腎間質の線維化に対するHGFの作用機構は不明であった。そこで今回、代表的な腎間質細胞であるメサンギウム細胞由来の筋線維芽細胞に対するHGFの作用機構を解析した。1)糖尿病性腎症のモデルマウスを解析したところ、メサンギウム領域におけるHGFの枯渇に伴って糸球体硬化症が急速に憎悪した。このマウスにリコンビナントHGFを投与したところ、線維化因子の一つであるTGF-β1の発現が阻害されるとともに糸球体硬化性病変は改善された。糖尿病性腎症での腎不全に対してもHGF補充療法が有効であることが判明した。2)メサンギウム増殖性腎炎モデルラットにおいて、メサンギウム細胞は筋線維芽細胞へと形質転換するとともに過剰な増殖を示し、HGF受容体(c-Met)を高頻度に発現していた。一方、培養メサンギウム細胞を用いたin vitro解析によって、PDGFによって誘導されるERKのリン酸化をHGFが抑制することを見出した。in vivo解析のため、メサンギウム増殖性腎炎モデルラットにリコンビナントHGFを投与したところ、糸球体におけるERKリン酸化が抑制されるとともに筋線維芽細胞の増殖が抑制され、糸球体硬化症の進展が阻止された。3)線維化に陥った腎間質を占拠する筋線維芽細胞の生存/細胞死に対するHGFの機能を解析した。腎尿細管間質線維症モデルマウスにリコンビナントHGFを投与したところ、筋線維芽細胞のアポトーシスが約2倍に増加し、筋線維芽細胞の占有面積が減少した。一方、腎尿細管上皮細胞の増殖(再生)はHGF投与で著しく高まっていた。腎硬化症の進展はHGF補充療法によってリバースできることが明らかとなった。以上の結果は、慢性腎不全/腎硬化症に対するHGF補充療法が、間質線維化解除ならびに実質ネフロン再生を同時に実現する、理想的な治療戦略であることを強く示唆している。
加速度応答の高次微分量に基づく局所損傷同定手法に関する研究

鋼構造建築物が地震によって被害を受けた場合に、構造部材に降伏や破断、き裂や座屈といった損傷が生じると、構造物の荷重ー変形関係には剛性の変化に起因する非線形性が生じる。そこで本研究は、地震時に計測された加速度応答記録を高次微分した物理量に着目し、この物理量と構造物の非線形挙動との理論的関係から、構造物の損傷度推定手法を提案し、その手法の適用性を解析的・実験的に検討した。計測記録にノイズが含まれるような場合であっても、提案した手法によって損傷検出が可能であることを示した。本研究の目的は、地震時に計測された加速度応答記録を高次微分した物理量に着目し、この物理量と構造物の非線形挙動との理論的関係から、構造物の損傷度推定手法を提案し、それに基づいた建築物の残存耐震性能評価指標を提案することを目指すものである。これまでの研究において、1質点系として考えられるシステムでは、加速度応答の2階微分(以下、snap)によって、非線形挙動を検知することは可能であることを解析的・実験的に示している。特に、高次微分の際に問題となる計測ノイズについても、定量的な対処方法を提案しており、実測結果においても、構造物の非線形挙動が可能であることを示している。しかし、構造物がどの程度損傷したのかを評価する方法については十分な検討がなされていない。そこで本研究課題では、これまでに研究してきた非線形性検出理論を拡張し、損傷度を評価する手法を提案し、その適用可能性について検討する。本年度は、これまでに進めてきたsnapによる非線形性検出理論を拡張することで、降伏点の検出から降伏点での相対速度を推定する方法、降伏後の塑性変形量を推定する方法、および残留変形を推定する方法を提案し、その適用性を解析的・実験的に検討してきた。解析結果による検討においては、提案手法の適用が可能であることを示した。一方で、実際の構造物への検討では、実測結果による加速度記録に含まれる計測機器に起因する計測ノイズの影響によって、評価精度のばらつきが大きくなるため、次年度以降において、より定量的な評価・検討が必要である。また、構造部材レベルの局所的な評価理論については、次年度以降、1質点系から骨組系への適用性を拡張して、理論を構築し、適用を検討する必要がある。本年度予定した計画としては、「理論構築」「数値解析による検証」「振動台実験の計測データによる検証」の大きく3つが挙げられる。「理論構築」については、概ね達成できており、損傷度および残存耐震性能の指標として有益と考えられる塑性変形量、および残留変形の推定方法を提案してきた。次年度以降において、実証作業を行う準備が完了しており、併せて局所的な部材レベルでの評価理論を検討する。「数値解析による検証」については、まずは基礎的な段階として、簡易モデルである1質点系モデルにおける適用性を検証した。構築した理論の適用性を確認できているため、当初予定していた解析モデルよりも簡易なものに留めることにし、次年度以降は振動台実験における計測データに焦点を当てて検証する。「振動台実験の計測データによる検証」については、振動台実験の計測データの収集・整理を完了した。解析モデルによる理論の適用性を確認できたことから、次年度以降は、整理した計測データを用いて検証を行う。若干の方針修正はあるかが、概ね当初計画した目標は達成したものと考えられる。これまでの研究において、1質点系として考えられるシステムでは、加速度応答の2階微分(以下、snap)によって、非線形挙動を検知することは可能であることを解析的・実験的に示した。しかし、非線形検出のための閾値を設定する際、弾性範囲内の最大復元力を用いているため、snapは応答速度と剛性変化率が大きい時に大きな値を示す、という非線形性検出の特性を十分に利用できておらず、非線形性を検出したというよりも、設定した復元力を超える時点を検出していたに過ぎない。そこで、今年度では、応答速度と剛性変化率の積を用いた閾値、およびノイズ低減を目的とした時間刻みの設定方法を新たに提案した。その提案手法では、検出したい剛性変化率と塑性率から、閾値、誤差、およびノイズの関係を理論的に整理し、数式化したことで、検出可能な時間刻みの適用範囲を定量的に示すことが可能となった。提案手法による非線形性の検出精度を解析的・実験的に検討した結果、1質点系として考えられるシステムにおいては、十分な精度で非線形性を検出することが可能であり、理論的に推定される結果とおおよそ合致した。適用範囲を拡張し、骨組系である2スパン鉄骨骨組の振動台実験結果への適用性も検討した結果、設定した剛性変化率に該当する適切な時間刻みを選択し、想定した塑性率以上の塑性変形が生じた場合には、snapの値が閾値を超えることが確認された。すなわち、骨組系に対しても、本提案手法によって構造物の損傷を検出し、その際に生じた塑性変形量を推定することができる可能性を示すことができた。

そこで本研究は、地震時に計測された加速度応答記録を高次微分した物理量に着目し、この物理量と構造物の非線形挙動との理論的関係から、構造物の損傷度推定手法を提案し、その手法の適用性を解析的・実験的に検討した。計測記録にノイズが含まれるような場合であっても、提案した手法によって損傷検出が可能であることを示した。今後の研究推進方策は、概ね当初の計画通りとする。ただし、当初予定していた振動台実験への参画が困難となったため、解析的検討を中心とし、振動台実験への適用性検討は、現状で計測データを収集できた実験について焦点を当てて検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。建築構造29年度が最終年度であるため、記入しない。
時系列解析法を用いた原子力プラント状態基準保全技術の信頼性向上と医療応用に関する研究

動的回転機器のリアルタイム異常診断&予測システムに関する研究では、SST(SingularSpectrumTransform)法を用いることにより、従来の他の手法に比べて簡便かつ早期な異常検出法の開発を行った。腫瘍認識システムの構築では、PCA(PrincipleComponentAnalysis)およびSSA(SingularSpectrumAnalysis)を組み合わせることにより、医療用X線透過動画の近未来予測法を開発した。さらに肺腫瘍挙動の未来予測システムの開発では、XYZステージとCCDカメラによる装置を製作し、模擬腫瘍の動きを95%の成功率で誤差1mm以内で予測することに成功した。(1)動的回転機器のリアルタイム異常診断&予測システムの開発と確立平成22年度は、小型エアポンプを対象に、ポンプ内の回転軸受の回転時におけるポンプ表面の振動をレーザー変位計を用いて測定した。レーザー変位計を用いた非接触型の振動測定システムと振動データの3次元可視化手法を提案し、小型ポンプを対象にその実現性を検証した。人為的に異常回転を誘起させたポンプでは、ポンプ表面における振動振幅分布の正常回転時との差が観察された。とくにこの差は第2高調波にて大きく表れた。今後は、測定された振動信号にSSA解析を適用して振動モード解析を行うことにより異常発見・検知技術の開発を行う。さらに大きなポンプを対象に本システムの実用性について検証する必要があると考える。(2)追尾型放射線治療装置のための肺腫瘍動態のリアルタイム診断&予測システムの開発平成22年度は、市販型のロボットアームを用いて追尾型放射線治療の実証システムを構築し、実際の肺腫瘍の動きのデータを元に模擬腫瘍を動かすことを行った。次に、模擬腫瘍をCCDカメラで捕捉してその3次元的動きの時系列データを測定し、さらにこれに本研究室で開発したSSA法解析を行うことで、模擬腫瘍の未来の動きを予測した。模擬腫瘍の動きのデータには北海道大学病院より提供された実際の患者の呼吸時における肺腫瘍の動きをX線カメラで撮影した結果を用いた。測定された模擬腫瘍の前後方向の動きの時間変化とSSA法による予測結果との比較したところ、予測精度としては誤差の平均値が約0.5mm、誤差1mm以内に入った割合が91%を達成した。(1)動的回転機器のリアルタイム異常診断&予測システムの開発と確立平成23年度は、平成22年度に引き続き小型エアポンプを対象に、振動の異常診断を行った。ポンプ内の回転軸受の回転時におけるポンプ表面の振動をレーザー変位計を用いて測定し、これを開発したSSA法により解析することで、人為的にポンプのエアノズルを塞いで異常を発生させた場合の振動を解析した。H22年度は得られる信号を単独に解析するSSA法を用いたが、H23年度は複数の信号の相関を考慮にいれたMSSA(Multiple-SSA)法を開発し、これによる解析を行った。MSSA法では、SSA法に比べ異常検出感度の若干の向上が見られた。(2)追尾型放射線治療装置のための肺腫瘍動態のリアルタイム診断&予測システムの開発平成23年度は、引き続き、ロボットアームに取り付けたレーザー変位計による模擬腫瘍装置のCCDカメラ画像による追尾システムの検証を行うとともに、開発した複数の信号の相関を考慮にいれたMSSA(Multiple-SSA)法を開発した。この手法を用い、北海道大学病院より提供された実際の複数のがん患者の肺腫瘍の動きのデータを元に、腫瘍の前後・上下・左右方向の動きを同時に予測するシステムを開発した。3方向の動きの相関を考慮したことで予測精度の向上が見られ、精度としては誤差の平均値が約2mm以内に入った割合が98%を達成した。H24年度以降はさらなる精度の向上と実装に向けた計算速度の向上を図る。動的回転機器のリアルタイム異常診断&予測システムの開発と確立に関する研究では、原子力プラントで非常に多数使用されている動的ポンプの回転軸受を対象に異常回転時の振動データを対象に、早期の異常検出技術の開発を行った。具体的には、SST(Singular Spectrum Transform)法を用いることにより、従来の他の手法に比べて簡便かつ早期に振動信号データから、機器の故障に伴う以上を検出することに成功した。また追尾型放射線治療装置のための肺腫瘍動態のリアルタイム診断&予測システムの開発に関する研究では、肺腫瘍を模擬した小球をXYZステージにて動かし、その動きをCCDカメラにて捕捉してSSA解析で運動の未来予測を行うための、肺腫瘍動態のリアルタイム診断&予測システムを開発した。開発したシステムでは、実際の肺がん患者の呼吸時腫瘍の位置を95%の成功率で誤差1mm以内で予測することに成功した。H23年度は、H22年度までに開発したSSA法を改良して複数の信号の相関を考慮にいれたMSSA(Multlple-SSA)法を開発することに成功した。これにより信号異常診断の精度も、腫痴動体予測の精度も向上することに成功している。24年度が最終年度であるため、記入しない。

MSSA法を実際の異常診断システムや追尾治療装置システムに組み込むためには、MSSA(Multiple-SSA)法による計算速度の向上が必要である。H23年度はこれを目的としてさらなるMSSA法の改良を行う。24年度が最終年度であるため、記入しない。
データベースを用いたDNAプローブ設計支援に関する研究

あるDNAの母集合S、及び、その部分集合Tに対して、あるDNAがTに属するかどうかを識別するために用いられるDNAプローブの概念を識別文字列という形で数学的に定式化し、任意のS、Tが与えられた時、識別文字列を求めるアルゴリズムを開発してきた。本研究では、そのアルゴリズムをDNAプローブの設計支援に用いるために、(1)分子生物学の専門家にとって使い易いインターフェースを開発すること、(2)DNA集合として、蓄積されている実験データだけでなく、既存のDNAデータベースからのデータも柔軟に利用できること、(3)得られたDNAプローブの候補が望ましくない時、あるいは、集合S,Tを微修正したい時、プログラムを一々再実行せずに済むように効率化すること、等の問題点の解決を図ることを目標とした。(1)についてオブジェクト指向データベースを用いた蛋白質3次構造のデータベースを設計・実装した経験から、テンプレート方式による入力とし、計算機に不慣れな人でも容易に使えることを考慮した。(2)について、入力S,Tを指定する方法は主にキーワードによるが、最近、注目されてきた系列データベースに関する質問言語の導入が可能かどうかを現在考察している。(3)については、プログラムでは一般化接尾語木を基本データ構造として用いており、その構成に時間が掛かるため、入力の更新に対応して、一般化接尾語木の更新(挿入・削除・変更)が行なえるようにするためのアルゴリズムの開発を行なってきた。更に、これまで、識別文字列に関して、Tに属するすべての文字列の部分文字列でなければならないという条件を課してきたが、本研究では、Tに属する各文字列に対して、ある指定された定数ε以下の距離の離れた部分文字列が存在すれば良いという条件への拡張を行なった。その拡張により、従来のアルゴリズムでは見つからない場合でも、識別文字列が見つけられる可能性が出てきた。その拡張のもとでのアルゴリズムの開発・実現を行なっている。