hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
並列処理に基づいたＯＳカーネルの再構成

そのために,単一システム内ではあるがLinuxカーネルにより制御されないプロセッサを残しておき,そのプロセッサ上で小さな制御プログラムを実行させることで,間接的なプロセッサの制御を実現する.基盤実行環境が機能することを実証するために,基盤実行環境上でC言語により記述された既存のOSカーネルを実行できるようにした.基盤実行環境上で実行されるOSカーネルは,Linux上のプログラムとして実行される.そして,プロセッサの制御はプロセッサ上で実行される制御プログラムを通して間接的に行うように,既存のOSカーネルを変更した.変更したユーザプロセスとして実現されるOSカーネルとプロセッサ制御プログラムの組み合わせで,元となったOSカーネルとの性能比較を行った.その結果,OSカーネルをユーザプロセスとして実現することの優位性を見いだすことができた.平成24年度の実施として計画した、並行プログラミング機能が言語レベルで組み込まれた高レベルな言語によりOSカーネルを記述し、動作させることができている。言語としてはJava言語を採用しており、並行性をプログラミング言語レベルで記述可能になっている。さらに、OSカーネルと、OSカーネルから分離されたプロセッサの制御プログラムとの役割分担を見直すことで、実行の並行性を抽出することにも成功している。これらの成果について、論文誌1件、国際会議5件の発表を行った。計画通り、並行性がプログラミング言語レベルで記述可能な言語でOSカーネルを記述し、動作させることができており、また実行の並行性の抽出も行えており、今後の研究を進めることができる。また、成果も論文誌や国際会議にて発表を行っていることから、本研究はおおむね順調に進展していると言える。平成23年度に計画した基盤実行環境の開発は順調に進み、ユーザプロセスとして実現されるOSカーネルとプロセッサ制御プログラムの組み合わせで、OS環境を実現できることを示すことができている。開発したOS環境上でベンチマークプログラムを実行し、元となったOSカーネルとの性能比較を行った。その結果から、ユーザプロセスとして実現されるOSカーネルとプロセッサ制御プログラム間の通信コストが十分に小さく、ある程度複雑な処理を行う場合には、ほぼ無視できる程度であることがわかったこと。このことは、開発した基盤実行環境が十分な性能を持つことを示しており、開発した基盤実行環境を用いて、今後の研究を進めることができることから、本研究はおおむね順調に進展していると言える。並列性の抽出に重点的に取り組む。特に、OSカーネルと制御プログラム間の並列性については、より多くのデバイスを有する実際的なシステムにおける並列性の実現に取り組む。柔軟なインタフェースを提供するためのデバイスが数多く使用されるようになっているため、そのようなシステムにおけるデバイス処理の並列化は実用性の観点から重要であると考えられる。また、同様に実用性の観点から重要であると考えられる課題として、実行の並列化による省電力化がある。
有機立体化学の再構築による検索エンジンの研究

本年度は,有機立体化学を記述するためのRS-立体異性体群概念の提案をはじめとして,次のような成果をあげた.(1)ステレオジェニシティとキラリティの相違を議論するために,RS-立体異性体群(RS-stereoisomeric groups)を提案した.この群から出発して,ホランティマー,ステレオイソグラム,RS-ステレオジェニシティを定式化した.(3)二重着色グラフの概念を提案し,剰余類表現,二重剰余類,単位減縮循環指標をグラフ的に説明した.これは,藤田の剰余類代数理論のグラフ的に定式化したものにあたる.(4)アレン誘導体に関するキラリティ,RS-ステレオジェニシティ,ステレオジェニシティ,同一骨格異性体を理解するために,群論に関する術語(点群,RS置換群,RS立体異性群,立体異性群,同一骨格群)および立体異性に関する術語(エナンチオマー,ホランチマー,RSジアステレオマー,ジアステレオマー,および同一骨格異性体)をあらたに作成した.アレン誘導体の場合は,RS立体異性群と立体異性群とが一致する.このため,従来使われてきたジアステレオマーは,RSジアステレオマーと一致する.RSジアステレオマーの間の異性現象は,同一骨格異性として理解される.アレン誘導体のおける擬不斉についても論じた.代数的に定式化した剰余類代数理論を,図形(グラフ)的に定式化しなおすことにより,有機化学者にも扱いやすい概念となった.この過程で,検索キーとなりうる術語を多数提案したことは,今後の検索エンジンの仕様の策定に大きな指標となる.本年度は,置換群と点群の統合による立体化学の再構築をおこなうことに重点を置いた.2.同じO_h点群に属するキュバンの辺にメチレン基をおくという方法により,かご型化合物の組み合わせ論的な数え上げができる.これとコンピューターによる網羅的列挙を比較することを試みているが,現在は予備的なデータを得ている段階である.3.一次元および二次元の指標をもとめるグラフ的な方法を論じた.ホモマー集合と簡約ホモマー集合との関係を明らかにし,各種の点群についてグラフ的に方法の有効性を明らかにした.これは,置換群のマークと点群などの指標との関係をあきらかにする上で基本となる成果である.4.当初予定していた5次の対称群(置換群の一種)の検討については,基本的なマーク表など検討をおこなったが,外部発表には至っていない.来年度は,これらを定性的な概念に結びつけることにより,ユーザーフレンドリーな反応検索エンジンの開発を目差す予定である.本年度は,有機立体化学を記述するためのRS-立体異性体群概念の提案をはじめとして,次のような成果をあげた.(1)ステレオジェニシティとキラリティの相違を議論するために,RS-立体異性体群(RS-stereoisomeric groups)を提案した.この群から出発して,ホランティマー,ステレオイソグラム,RS-ステレオジェニシティを定式化した.(3)二重着色グラフの概念を提案し,剰余類表現,二重剰余類,単位減縮循環指標をグラフ的に説明した.これは,藤田の剰余類代数理論のグラフ的に定式化したものにあたる.(4)アレン誘導体に関するキラリティ,RS-ステレオジェニシティ,ステレオジェニシティ,同一骨格異性体を理解するために,群論に関する術語(点群,RS置換群,RS立体異性群,立体異性群,同一骨格群)および立体異性に関する術語(エナンチオマー,ホランチマー,RSジアステレオマー,ジアステレオマー,および同一骨格異性体)をあらたに作成した.アレン誘導体の場合は,RS立体異性群と立体異性群とが一致する.このため,従来使われてきたジアステレオマーは,RSジアステレオマーと一致する.RSジアステレオマーの間の異性現象は,同一骨格異性として理解される.アレン誘導体のおける擬不斉についても論じた.代数的に定式化した剰余類代数理論を,図形(グラフ)的に定式化しなおすことにより,有機化学者にも扱いやすい概念となった.この過程で,検索キーとなりうる術語を多数提案したことは,今後の検索エンジンの仕様の策定に大きな指標となる.
高水準なセキュリティポリシー記述言語とその処理系に関する研究

平成25年度前半ではまず、プロトタイプ実装におけるいくつかの実装上の問題点を洗い出し、ソフトウェアを再設計し、実装の完成度を高めた。つづけて、本研究の独創的な点の一つである、GUI (Graphical User Interface)環境に対し提案手法の適用を試みた。一般的に、GUI環境の操作のいくつかは、OSからアクセス制御をおこなうことは困難であるが、提案手法により、ほぼ情報追跡と情報漏洩の阻止ができることを確認した。しかし、ウィンドウシステムのサポートするカットアンドペーストのようなアプリケーションレベルのバッファ操作など、いくつかの場合において、情報追跡が途切れてしまうことが明らかになった。今後は、これらの場合にも対応できるように提案手法を拡張し、ウィンドウシステムと協調したセキュリティポリシー記述言語とその処理系として発展させていく予定である。また、これらの研究と平行し、提案手法のようなOSカーネルでおこなうアクセス制御が悪意のあるプログラムなどに無効にされないよう、OSの完全性を担保するハイパーバイザに関する研究成果をまとめ、情報処理学会論文誌に投稿し採録された。(抄録なし)平成24年度では,ポリシー記述言語の設計とプロトタイプの実装をおこなった.本研究では,2つのアイデアにより,ポリシーの設定項目を大幅に削減した。アイデアの1つ目は,アクセス制御の目的を,インターネットを経由した情報漏えいを防ぐというポイントに限定したことである.これによりクライアント環境における情報漏えいを防ぐことを目的としており,この目的に関係しないポリシー記述を一切必要としなくなった.このポリシー記述を可能にするため,プロセスに対してプライベートなファイルと,インターネット接続を同時に利用できなくするメカニズムを設計,実装した.また,もう一つのアイデアはインターネットから入手した不正なプログラムが情報漏えいの原因になることが多いため,この振る舞いを制限したことである.これは,ファイルやプログラムの出自(origin)をオペレーティングシステムが追跡し,出自に基づいて暗黙のうちにプログラムの動作を制限する.当初の予定では,このポリシー言語をドメイン特化言語(DSL)上で実装する予定であったが,当初の想定以上にシンプルな言語となった,このため,ポリシー記述言語をアクセス制御メカニズムに対して直接組み込むこととした.これらの設計に基づき,高水準なポリシー記述雷語をサポートするためのOSによるアクセス制御メカニズムを実装した.提案手法では,簡易なポリシー記述を可能とするために,アクセス制御メカニズムで複雑なアクセス制御を隠ぺいする.この実装はLinuxをベースにおこなった.現在,そのプロトタイプの実装を終え,様々なプログラムに対して動作テストをおこなっている.平成25年度前半ではまず、プロトタイプ実装におけるいくつかの実装上の問題点を洗い出し、ソフトウェアを再設計し、実装の完成度を高めた。平成24年度の目標であるプロトタイプの実装と評価の一部まで進捗している.プロトタイプ実装を用い,既存のアプリケーションへの適用における問題点の洗い出しとプロトタイプの改善をおこなう予定である.(抄録なし)
遺伝子欠損細胞株を用いた突然変異原性の検出と評価法の開発

本研究はO^6-メチルグアニン-DNAメチルトランスフェラーゼ(MGMT)を欠損するノックアウトマウス及びそれに加えてミスマッチ修復系の遺伝子の一つであるMlh1を欠損したノックアウトマウス個体で得られた結果を基に、それらマウスから得られる細胞を用いた、より簡便かつ正確な突然変異原性の検出・評価法の確立を目的とした。種々の遺伝子型(Mgmt-/-Mlh1^<+/+>,Mgmt^<-/->Mlh1^<-/->,Mgmt^<-/->Mlh1^<+/->,Mgmt^<+/+>Mlh1^<-/->)のノックアウトマウスの肺組織より分離した初代培養細胞にSV40ウイルス由来の形質転換ベクターを導入することにより、各遺伝子型の株細胞を樹立し、MNUやMNNGのような単純アルキル化剤の致死効果及び突然変異誘起効果に対する感受性を調べた。Mgmt単独欠損細胞はアルキル化剤に対して非常に高い感受性を示すが、Mgmy欠損に加えてミスマッチ修復系の遺伝子の一つであるMlh1欠損した細胞株(Mgmt^<-/->Mlh1^<-/->)では、MGMTタンパクがないにも関わらず致死効果に対しては野生型と同等の抵抗性を示し突然変異誘起効果に対しては高感受性となった。これらの結果はノックアウトマウス個体を用いたアルキル化剤に対する感受性及び胸腺種の発症率と対応するもので、DNA修復系の遺伝子の欠損による突然変異頻度の上昇が個体レベルでのがんを引き起こすことを示唆するものである。また、アルキル化抗がん剤であるダカルバジンでも同様の結果が得られたことから、抗がん剤の使用にあたって遺伝的背景を知っておくことの重要性が示唆された。ここで樹立した細胞系がアルキル化作用を持つ発がん性の検出・評価系として簡便かつ信頼度の高い系であったので、活性酸素による自然発がんにおける同様な細胞レベルの検出系の確立及び修復とアポトーシスとの関係の分子レベルの研究を進めつつある。修復メチルトランスフェラーゼを欠くMgmt^<-/->マウスはDNA中にO^6-メチルグアニンが蓄積するのでアルキル化剤で高い致死性を示すが、それにさらにミスマッチ認識に関わる遺伝子Mlh1の変異を導入するとそのアルキル化剤に対する抵抗性は野生型マウスのレベルまで回復する。しかしMgmt^<-/->Mlh1^<+/->マウスは野生型マウスと比べはるかに高い頻度でがんを多発するので、このようなマウスはアルキル化作用をもつ化学物質の生物学的効果を測定するのに有用である。これまでの研究でMgmtとMlh1の各遺伝子および両方の遺伝子に欠損をもつマウスの系統(10回のバッククロスにより当該の遺伝子以外は遺伝的背景がほぼ均一になったもの)をつくることができたので、これらのマウスの肺の組織から細胞を採取し、SV40由来のトランスフォーミングベクターを利用して株化細胞を樹立した。これらの細胞株のアルキル化剤(MNUとMNNG)に対する感受性を調べたところ、ほぼ動物個体に対応するレベルの感受性を再現することができた。これらの細胞株を用いて実際のがん治療に用いられている薬剤(ダカルバジン、ACNN、サイクロフォスファミド)の評価ができるかどうか調べている。個体レベルの発がん感受性と、細胞の示す誘導突然変異率についても比較を行っている。突然変異や発がんの抑制にはDNA修復に加えてアポトーシスが重要な役割を果していることが、これらの過程に異常を持っ遺伝子欠損マウスを用いた解析から明かとなった。

そのようなマウスから樹立した細胞株は、発がんの抑制の機構を分子レベルで明らかにする上で重要であるが、発がんと突然変異の関連性に基いて化学物質の発がん性を検討する上でも有用と考えられる。実際Mgmt^<-/->細胞株はMNUやMNNGのような単純アルキル化剤の致死効果と突然変異誘起効果に対してきわめて高い感受性を示す。抗がん剤ダカルバジンの作用発現にはチトクロームp450による活性化が必要であるが、Mgmt^<-/->細胞株を細胞抽出液存在下にダカルバジンを作用させると高感受性を示すことがわかった。Mgmt^<-/->欠損に加えてミスマッチ塩基の認識に関わる遺伝子のMlh1を欠損させたMgmt^<-/->Mlh1^<-/->細胞株は、MNUやダカルバジンの突然変異誘起作用には高感受性を示すが致死作用には抵抗性となることがわかった。この効果はMgmt^<-/->Mlh1^<-/->マウスがアルキル化剤の致死作用には抵抗性を示すがよく発がんするという我々が先に得た動物レベルの結果とよく一致しており、細胞株を用いて簡便な検査法によって動物実験の結果を予測したり、さらにそれに置き換えることが可能なことを示している。なおこの実験においてMlh1^<-/->株では自然突然変異率や自然発がんの頻度も野生型に比べて若干上昇するという結果が得られたが、この問題はMlh1遺伝子の欠損をヘテロにすることによって克服できることが明かとなった。すなわちMgmt^<-/->Mlh1^<+/->マウスでは自然発がんの頻度は野生型マウスとほぼ同じレベルの低い値であり、またそれから分離した細胞株では野生型株と同じく自然突然変異率はきわめて低い値であった。このようなマウスや細胞株はアルキル化剤の変異誘起作用に特異的に高感受性を示すので、化学物質の発がんや突然変異誘起作用を検出する上できわめて有用と考えられる。アルキル化剤によってDNAに生じるO^6-メチルグアニンを修復するO^6-メチルグアニン-DNAメチルトランスフェラーゼ(MGMT)を欠損するマウス由来の細胞株(Mgmt^<-/->)は、MNUやMNNGのような単純アルキル化剤、さらに抗がん剤であるダカルバジンの致死効果及び突然変異誘起効果に対して極めて高い感受性を示す。Mgmt欠損に加えてミスマッチ修復系の遺伝子の一つであるMlh1を欠損したマウス由来の細胞株(Mgmt^<-/->Mlh1^<-/->)では、突然変異誘起効果に対しては高感受性となるが致死効果に対しては抵抗性となる。またMgmt^<-/->細胞ではMNU処理によりカスパーゼ3の活性が誘導されるが、Mgmt^<-/->Mlh1^<-/->及びMgmt^<-/->Mlh1^<+/->細胞ではそのような活性化は見られなかった。MLH1と複合体を形成してミスマッチ修復系の初期の段階に作用するMSH2についてもMgmtとの二重欠損マウス個体及びその細胞を用いて解析を進めている。Mgmt^<-/->Mlh1^<+/->、Mgmt^<-/->Msh2^<+/->各マウスのMNU感受性実験の結果から、その致死効果に対する抵抗性の度合いが細胞内のMLH1タンパクの量と関係する可能性が示唆されている。
腎尿細管分泌尿蛋白の同定とその臨床応用

腎尿細管分泌尿蛋白の中から腎細胞癌の血中腫瘍マーカーとなりうる可能性を持つ蛋白を探すことを目的として以下の研究を行った。正常人尿蛋白から血清蛋白に対するアフィニティーカラムによって血液由来の蛋白を除去したものを抗原としてBalb/cマウスを免疫し、脾細胞をミエローマ細胞と細胞融合した。ヒト正常腎尿管組織の凍結切片を用いた間接蛍光法によるスクリーニングで、腎尿細管と反応する抗体(5種類)と、基底膜および間質ならびに尿路上皮と反応する抗体(各1種類)を産生する計7種類のハイブリドーマを得た。得られたモノクローナル抗体のうち主として遠位尿細管と反応する抗体(UP720)を用いて腎細胞癌組織の染色性を検討したところ腎細胞癌39例中26例(66.7%)で陽性であり、その認識抗原が血中腫瘍マーカーとなりうる可能性を持つと判断した。イムノブロッティングによる検討ではUP720の抗原は分子量200kD程度の巨大分子でクマジブルーで染色されないことからムチンのように糖鎖を多く含む蛋白ではないかと考えられる。血清中の抗原量は微量で、正常人および腎細胞癌患者血清のイムノブロッティングでは同定されなかったが、サンドウィッチELISAでは抗原の血中濃度が測定可能であることがわかった。しかし今までのところUP720を固定したアフィニティーカラムから抗原を溶出することができず、正確な血清中濃度の測定に必要な抗原精製のための研究を継続中である。なお基底膜および間質と反応する抗体の認識抗原はN末端アミノ酸配列の分析結果からα1 microglobulinであることが判明した。正常人尿蛋白からアフィニティカラムを用いて血漿由来の蛋白を除去したものを抗原としてBALB/cマウスを免疫し、膵細胞をミエローマ細胞と細胞融合した。ヒト正常腎組織の凍結切片を用いた間接蛍光法によってスクリーニングを行い、尿細管と反応するモノクローナル抗体(mAb)を産生する5種類のハイブリドーマ(UP70,UP393,UP509.UP599.UP720)が得られた。主として遠位尿細管と反応:UP393,UP599,UP720遠位および近位尿細管と反応:UP509遠位尿細管と反応:UP70このうち主として遠位尿細管と反応する3種類のmAbだけが、ホルマリン固定パラフィン切片でも反応したので、最も染色体が安定していたUP720の培養上清を用いて腎細胞癌組織の染色性を検討した。腎細胞癌29例のABC法による染色では、癌細胞の細胞質全体が顆粒状に染色されるものと、管腔面(細胞表面)が濃く染色されるものの2通りの染色性がみられ、検討した腎細胞癌症例29例中18例(62.1%)が陽性であった。組織学的細胞型でみると、淡明細胞亜型13例中8例(61.5%)、顆粒細胞亜型7例中4例(57.1%)、混合亜型6例中6例(100%)が陽性であった。組織学的異型度でみると、G1 7例中4例(57.1%)、G2 16例中13例(81.3%)、G3 6例中2例(33.3%)が陽性であった。腎細胞癌以外の腫瘍の染色では、尿路上皮癌4例中2例(50%)、前立腺癌2例中0例(0%)、卵巣癌3例中3例(100%)、胃癌6例中4例(66.7%)、子宮頚癌2例中1例(50%)、上顎癌1例中1例、皮膚癌1例中1例、死亡肉腫1例中0例、横紋筋肉腫1例中0例が陽性であった。

腎細胞癌以外の上皮性悪性腫瘍でも陽性結果が得られたことからmAbUP720の認識する抗原の臓器特異性は低いが、複数臓器の癌の腫瘍マーカーとなりうる可能性がある。UP720の認識する抗原が腎細胞癌の血中腫瘍マーカーとなりうるか検討するため以下の研究を行った。1.UP720の認識抗原の解析:尿蛋白を電気泳動したのちイムノブロッティングしてUP720と反応させたところ、分子量200kD付近にバンドが得られた。このバンドはクマジブルーでは染色されなかった。正常人と腎細胞癌患者の血清をイムノブロッティングしUP720と反応させたところ、分子量200kD付近のバンドは認められず血中の抗原濃度はかなり低いと考えられた。2.モノクローナル抗体(UP720)およびその認識抗原の精製:ハイブリドーマをBalb/cマウスの腹腔内に注射し、抗体を高濃度に含む腹水を得た。プロテインAカラムによって抗体を精製しその一部をペルオキシダーゼ標識した。精製したUP720を固定したアフィニティーカラムを作製し、溶出条件を変えて何度も抗原の溶出を試みたが今までのところ抗原の溶出には成功していない。しかしイムノブロッティングの結果、抗原の分子量がかなり大きいことが判明したので、分画分子量300kDの限外濾過膜を用いて尿中高分子分画を得、陰イオン交換カラムによる粗精製を行った。さらにハイドロキシアパタイトカラムによる精製を試みている。3.ELISA法による腎癌患者血清中の抗原量の測定:UP720の認識する抗原は糖鎖を多く含む抗原である可能性が高く、複数の同じ抗原決定基を有している可能性があると考えられたので、粗精製の抗原を標準とし、1次抗体2次抗体ともUP720を用いたサンドウィッチELISAを試みたところ、血清中の抗原濃度が測定可能であった。限られた範囲の測定結果では、腎癌患者血清の方が正常人血清より高値を示す傾向にある。
マルコフ連鎖モンテカルロ法の挙動に基づくベイズ推定におけるモデル選択手法の開発

本研究では,MCMC法の挙動や緩和過程に基づいたベイズ推定の新たなモデル選択法の開発を行う.予想される結果として,MCMC法の設計指針が明らかになることが挙げられる.統計力学などで利用されるMCMC法は離散系であることが多く,本研究では連続系のアルゴリズムの挙動はより複雑であり,MCMC法の設計指針は幅広い分野への波及効果がある.また,階層的な確率モデルにおけるモデル選択手法を開発することは重要である.AICやBICに代表されるモデル選択規準は,漸近正規性を仮定し,階層モデルで使用するとバイアスがのった結果が得られてしまう.汎用的に使えるモデル選択法の確立は非常に重要な課題である.本研究課題では,マルコフ連鎖モンテカルロ法(MCMC)法の挙動や緩和過程に基づいたベイズ推定の新たなモデル選択法の開発を行う.平成25年度では,具体的事例として,スペクトル分解の問題に着目し,そのデータ解析で必要となる動径基底関数(RBF)ネットワークについてのモデル選択法の開発に着手した.このモデルは,階層的な構造を持つ学習モデルであるため,従来のモデル選択手法であるAICやBICが利用できないといった問題がある.近年,こうした階層的な学習モデルについて代数幾何学的アプローチに基づいて,学習の性能を解明する研究が行われており,自由エネルギーや汎化誤差の主要項の係数である学習係数が重要であることが認識されている.しかしながら,学習係数の導出のためにはブローアップを個別の学習モデルで行う必要があり,煩雑な計算になることから,新たな導出法が求められている.そこで,本研究課題では,交換モンテカルロ法の平均交換率をもとにして,学習係数を導出するアルゴリズムを開発した.具体的には,交換モンテカルロ法の平均交換率の漸近挙動を解明した理論に基づき,シミュレーションにより求められた平均交換率の値から,逆関数法により,学習係数の近似的な値を導出する方法を提案した.その有効性を検証する為に,学習係数が解明されている条件下で提案手法を適用し,理論値と実験値が精度よく一致していることを確認し,また,学習係数が未解明な問題について,提案手法を適用することで,RBFネットワークの学習の性質の解明を行った.本研究では,マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法の挙動や緩和過程に基づいたベイズ推定の新たなモデル選択法の開発を行う.平成26年度では,新たなモデル選択手法として,WBICの有効性の検証を行った.スペクトル分解に利用される動径基底関数(RBF)ネットワークなどの階層構造をもつ確率モデルでは,モデルとパラメータが一対一に対応しないため,従来のAICやBICなどの情報量規準が利用できない問題があった.今回着目するWBICでは,階層的なモデルであっても成り立ち,さらに,単一のサンプリング過程により計算可能であり,ベイズ推定における自由エネルギーの計算と比べると高速演算可能である利点を有している.本研究では,実際にRBFネットワークでその挙動を数値シミュレーションにより検証することでその有効性を明らかにした.また,推定の相転移構造を抽出するために,ベイズ比熱に着目した.これまでの学習理論の成果により,モデル内の代数多様体構造に対応する実対数閾値が学習のデータ数無限における漸近的な挙動を示すことが知られている.昨年度の成果により,実対数閾値をモンテカルロシミュレーションを通じて求めるアルゴリズムを提案した.そこで,今年度では,さまざまなデータ数に応じて,得られる実対数閾値の変化に着目した.その結果,推定が大きく変化するデータ数で,得られる実対数閾値が発散する結果が得られた.これは,与えられたモデルにおいて,必要となるデータ数を判定できることを示している.本研究では,マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法の挙動や緩和過程に基づいたベイズ推定の新たなモデル選択法の開発を行う.平成27年度では,昨年度までで開発したモデル選択手法を応用すべく,スペクトル分解の問題に適用した.特に,生命科学で利用される核磁気共鳴分光法(NMR)で得られるスペクトルデータに着目した.通常,スペクトル分解の問題では,フィッティングに用いるピーク個数をモデルとして,モデル選択を行うが,本研究では,それを拡張し,それぞれのピークがどのアミノ酸由来かを決定する枠組みへと展開した.具体的には,符号化標識法基礎として,各ピークの信号強度からアミノ酸を選択する枠組みを利用した.この際に,候補となるモデルの個数が膨大に増える問題があったが,アミノ酸に関しても説明変数とし,レプリカ交換モンテカルロ法により効率的に解空間を探索する手法を開発し,実際のデータに対して有効性を検証した.また,昨年度で開発した実対数閾値を求めるアルゴリズムに着目し,ベイズ推定に関する推定の成否を判別する指標としてベイズ比熱を新たに定義した.ベイズ推定と統計力学の共通点に着目し,ベイズ推定を計算機により求める新たなアルゴリズムを開発し,データ数やノイズレベルの変化に応じて,推定の成否が変化する場所でベイズ比熱が発散する現象を確認した.応用先を,当初では予定していなかった生命科学に広げることが出来た点や,アミノ酸配列を直接モデル選択で決定する枠組みを構築したこと,レプリカ交換モンテカルロ法により効率的にモデル選択できるアルゴリズムを開発したことなど,当初計画より大幅に進展している.本研究では,マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法の挙動や緩和過程に基づいたベイズ推定の新たなモデル選択法の開発を行う.平成28年度では,昨年度新たに定義したベイズ比熱の有効性を検証するシミュレーションを行い,それらの結果をまとめることに注力した.

その結果のひとつとして,スペクトル分解のベイズ推定アルゴリズムにおいて,従来では用いるピークの個数を推定するモデル選択法を組み込んでいたが、これに加えてデータに重畳されるノイズのレベルも同時に推定する枠組みの開発に成功した.また,MCMC法をモデル選択に用いる計画を超えて、用いるデータの効率的な生成法についての開発も行った.対象としては、非制限ハートリーフォック計算により得られるスピン配列に対するエネルギーの値を、イジングモデルなどの古典的な有効モデルにより表現するベイズ推定の枠組みに適用した.推定自体は線形モデルで表現されるため解析的な枠組みの導出が可能であるが,用いるデータをいかにして生成するかが鍵となる.理想としては、すべての考えうるスピン配列の状態でエネルギー計算をすればよいが計算量が膨大になり現実的ではない.この問題に対し,MCMC法を利用することで効率的にデータを生成する方法を提案した.また,マルチヒストグラム法を活用することで、本来全状態探索により得られる分布の類似度が高くなるように修正することも成功した.計画していたMCMC法のモデル選択への応用については、おおむね進展したのに加え、ベイズ比熱と呼ばれる新しい指標も提案でき、十分な成果がえられるといえる.本研究では,マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法の挙動や緩和過程に基づいたベイズ推定の新たなモデル選択法の開発を行う.平成29年度では,応用事例として取り扱っているスペクトル分解に関する新たなモデル選択法の適用を試みた.スペクトル分解においては,交換モンテカルロ法を利用したベイズ推定を利用することで,局所解の問題を解決するとともに,ベイズ自由エネルギーに基づくモデル選択を利用することで,精度良く推定が実現できることが知られる一方で,計算量が膨大になる問題が指摘されていた.一方,高速な手法としてL1正則化を利用したL1VMによるスペクトル分解も提案されているものの,モデル選択の精度の観点で問題があった.そこで、λ-scan法を利用したスペクトル分解アルゴリズムを新たに開発し,推定精度と計3時間の両面において優れる方法であることをシミュレーションを通じて明らかにした.また,別の応用として,地震動イメージングにおける推定にMCMC法を利用することで,複雑な局所最適解が存在するケースにおいても適切な解を探索することに成功した.実際にMeSO-netで得られた観測記録に適用して首都圏の地震動イメージングを行った上,構造物の揺れの簡易評価に用いられる速度応答スペクトルを計算した.その結果,高層建築物で卓越する周期5-10秒の長周期地震動に対して,観測波形の大部分を説明可能な地震波動場のイメージングに成功した.本研究では,MCMC法の挙動や緩和過程に基づいたベイズ推定の新たなモデル選択法の開発を行う.予想される結果として,MCMC法の設計指針が明らかになることが挙げられる.統計力学などで利用されるMCMC法は離散系であることが多く,本研究では連続系のアルゴリズムの挙動はより複雑であり,MCMC法の設計指針は幅広い分野への波及効果がある.また,階層的な確率モデルにおけるモデル選択手法を開発することは重要である.AICやBICに代表されるモデル選択規準は,漸近正規性を仮定し,階層モデルで使用するとバイアスがのった結果が得られてしまう.
新しい第一原理計算手法の開発と第一原理計算の発展に寄与する3つの研究

我々はこれまでに我が国の数少ない完全オリジナルな第一原理計算手法として「全電子混合基底法」を開発し、密度汎関数理論の枠組みを越えて、グリーン関数(G)とRPA遮蔽クーロン相互作用(W)を用いた多体摂動論に基づくGW近似により、Geクラスターの準粒子エネルギー・スペクトルの全電子計算を行った(Physical Review B 74,195410;1-6(2006))。また、GW近似から1電子グリーン関数を決定し、これに基づいてさらにT-matrix理論により梯子図形の無限次までの和を取り入れ、2電子間のクーロン相互作用による電子間の多重散乱効果を取り扱い、2電子グリーン関数を求めるプログラムを開発し、原子・分子のダブルイオン化エネルギー・スペクトルに続いて2電子波動関数を精密に決定することに成功した(J.Chem.Phys.125,114108;1-6(2006))。また、この計算手法をTTTAラジカル分子結晶に応用し、高温相のMott絶縁相におけるオンサイトクーロンエネルギーUを見積もり、電子間の強いクーロン反発によりクーロン孔が生じ、これがUの値を大きく減少させることを示した(ChemPhysChem.7,1820-1824(2006))。さらに、時間依存密度汎関数理論による全電子分子動力学シミュレーションにより、Li_2とCH_4のナノコンポジットにおける光捕集機能のダイナミックスを調べることにも成功した(J.Chem.Phys.125,054501;1-6(2006))。
有機触媒－金属微粒子触媒二元系触媒によるベンゼン環の触媒的不斉水素化の開発

単環の芳香族炭素環(ベンゼン環)の高立体選択的な触媒的不斉水素化は未だ成功例が報告されていない。これはベンゼン環の水素化に高活性な金属錯体が知られていないことが大きな原因である。そこで昨年度、光学活性有機触媒と基質との非共有結合性相互作用を利用し、ベンゼン環の水素化に高活性な金属微粒子触媒の接近面を制御するという戦略で、様々な基質と有機分子の組み合わせや条件を検討したが、立体選択性の発現する条件を見出すことはできなかった。ところで、触媒として金属微粒子触媒と光学活性ルテニウム錯体を組み合わせて用いることで、サリチル酸エステル誘導体の水素化が定量的に進行し、trans体の生成物が90% ee以上の光学純度で選択的に得られることを昨年度報告している。そこで本年度は、この反応の反応機構に関して詳細に検討した。本反応は、金属微粒子触媒によるベンゼン環の部分還元の後、発生したケトエステル型中間体の不斉ルテニウム触媒による動的速度論的光学分割を伴った不斉水素化を経由して進行していると予想される。反応機構に関する知見を得るためにコントロール実験やNMR実験などを試みた結果、二つの触媒は独立に働いているわけではなく、互いの触媒活性を適度に制御していることが明らかになった。金属微粒子触媒は高活性であり、それのみでもアルコール生成物を与えるが、ルテニウム錯体が触媒毒となることで金属微粒子触媒によるカルボニル基の還元が阻害されている。また、本反応条件においてルテニウム触媒のみではケトエステル型中間体の水素化は進行しない。実際にNMR実験でも水素雰囲気下においてルテニウム触媒に変化は見られなかった。一方、金属微粒子触媒共存下ではヒドリドルテニウム種の発生が確認されたことから、金属微粒子触媒はルテニウム触媒の活性種発生を促進していると予想される。27年度が最終年度であるため、記入しない。単環式芳香族炭素環(ベンゼン環)の高エナンチオ選択的な触媒的不斉水素化は未だ成功例が報告されていない。そこで、水素結合を利用して光学活性有機触媒で基質を修飾し、ベンゼン環の水素化に高活性な金属微粒子触媒で還元するという戦略で、この高エナンチオ選択的な触媒的不斉水素化の開発を試みた。まず、基質とNーエチル-o-メトキシ安息香酸アミドをモデル基質として、このベンゼン環が高立体選択的に水素化される条件を探索した。まず、市販の光学活性リン酸を立体制御のための試薬として共存させ、ルテニウム炭素で水素化を試みた。しかし、量論量のリン酸の存在下ではルテニウム炭素の触媒活性が大きく低下し、基質と有機触媒との水素結合が弱くなると考えられる高温条件下、プロトン性溶媒中では水素化が進行するものの、室温下や非プロトン性溶媒といった条件では水素化自体が進行しなかった。また、他の金属微粒子触媒やカンファースルホン酸といった他の光学活性ブレンステッド酸でも水素化を試みたが、高いエナンチオ選択性で反応が進行する条件を見出すことはできなかった。一方、研究の過程でロジウム炭素と不斉ルテニウム錯体を組み合わせて用いてサリチル酸エステルの水素化を検討した結果、91:9の選択性でtrans体の光学活性シクロヘキサノールが91% eeの光学純度で優先して得られることを見出した。このような金属微粒子触媒と均一系不斉遷移金属触媒を組み合わせて利用する不斉水素化はこれまでに例がなく、不均一系触媒を用いた不斉水素化に新しい方法論を提供するものと予想される。

当初想定した水素結合を利用して光学活性有機触媒で基質を修飾し、ベンゼン環の水素化に高活性な金属微粒子触媒で還元するという戦略は現時点ではうまくいっておらず、ベンゼン環の水素化は進行するものの、エナンチオ選択性はほとんど発現していない。一方で、研究の過程で金属微粒子触媒と均一系不斉遷移金属触媒を組み合わせてもちいるという新しい手法を見出し、目的のベンゼン環の水素化を高いジアステレオ及びエナンチオ選択性で還元することに成功した。以上の結果を受けて、現在までの達成度を概ね進展していると評価した。27年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度は金属微粒子触媒、有機触媒、及び基質の組み合わせを探索したが、満足した結果は得られなかった。そこで本年度は基質としてピリジン誘導体なども精査する。ピリジンはこれまでの基質と異なり、環上で有機触媒と水素結合するためより高いエナンチオ選択性の発言が期待できる。この研究を通して有機触媒ー金属微粒子触媒二元系触媒の手法を確立し、最終的にベンゼン環の触媒的不斉水素化の開発を目指す。一方で、本研究の過程で見出した金属微粒子触媒-均一系不斉遷移金属触媒二元系触媒による不斉水素化ではさらなる基質の拡大を目指す。本反応はサリチル酸エステルの部分還元によって発生するβ-ケトエステルを均一系不斉遷移金属触媒で動的速度論的光学分割を利用して水素化することで高い立体選択性を実現している。そこで、サリチル酸エステルのヒドロキシ基をアミノ基に置き換えたアントラニル酸でもイミンーエナミンの互変異性を利用することで同じように水素化できるのではないかと考えられる。本年度はこのアントラニル酸誘導体についても本手法を用いて高エナンチオ選択的な触媒的不斉水素化を実現する。
ENPP1を標的とした分子標的プロドラッグ基盤技術の開発研究

本研究ではENPP1 (ecto-nucleotide pyrophosphatase/ phosphodiesterase 1)という細胞外に触媒ドメインを持つ膜タンパク質に着目し、その酵素活性を利用したプロドラッグ技術の開発を目指している。ENPP1は悪性度の高い脳腫瘍や乳がんで発現量が著しく高いことが示され、がん幹細胞性の獲得・維持に必要であることが報告されているため、ENPP1を標的とすることは「がん幹細胞を標的」とすることとなり、神経膠芽腫やトリプルネガティブ乳がんなど悪性度が高く、有効な治療法の乏しいがんに対して効果的な治療法を提案できると考えられる。これまでに、ENPP1が細胞系においてmGMP基を特異的に認識し加水分解する活性を持つことを見出していたため、臨床等で用いられている抗がん剤にmGMP基を付与しENPP1を過剰発現する細胞においてのみ細胞毒性を示す化合物の開発を目指した。抗がん剤の候補としてSN-38を選択しmGMP基によるプロドラッグ化を試みたところ、mGMP基の合成上の不安定性により合成することが困難であった。蛍光色素などをmGMP基でプロドラッグ化することは可能である点から、プロドラッグ化する水酸基の酸性度が合成できるかどうかの鍵になると考えられた。そこで、現在SN-38以外の水酸基を持つ様々な抗がん剤を候補として考え、合成法の確立を検討している。昨年度までにプロドラッグ化抗がん剤の合成を終えて、本年度から細胞系での細胞種選択的な増殖阻害実験を行うことを予定していた。しかしながら、現在までに合成は完了しておらず合成法の確立を行っているところであるため。臨床でも使用される抗がん剤を用いてプロドラッグ化の合成を行うことは、身体への毒性の観点からも効率的、現実的ではないと考えられる。そこで、合成法がある程度確立できている蛍光色素を用いて合成法の確立を目指す。この際、細胞内滞留性の高い色素を用いることにより、細胞種選択的な染色を達成することを目指す。抗がん剤をプロドラッグ化し細胞種選択的に増殖を阻害する前に、色素を用いた方がプロドラッグ基の性能を評価しやすいと考えたためである。また、最終的に達成したいと考えている抗がん剤のプロドラッグ化については、SN-38以外の抗がん剤、特に細胞毒性がそれほど高くはない抗がん剤に着目し、今後も引き続き合成を進めていく。業者から購入した試薬、物品等の値引きのために生じた。
ユビキチン結合型カルパインによる細胞接着制御メカニズムの解明

カルパイン15はタンパク質を切断して形を変化させ、タンパク質の活性や機能を調節すると考えられている。これまでの研究から、カルパイン15がないと細胞同士の接着が強くなることが明らかになっており、カルパイン15は細胞を接着させるタンパク質を切断すると考えられる。本研究では、カルパイン15がどのタンパク質をいつ、どのように認識して、どこを切断することで細胞接着をコントロールしているのか明らかにする。
間接型強誘電体の学理構築と機能開拓

膨大なペロブスカイト化合物の中で,反転中心のない構造をもつ物質(強誘電体や圧電体)は5%に満たず,応用分野も限定的であった.これは,金属元素ー酸素間の共有結合形成に基づく同じ設計指針で物質開拓が行われてきたためである.この状況を一変させたのが,層状ペロブスカイトを対象とした新しい機構の登場である.研究代表者は,ペロブスカイト関連酸化物において「酸素八面体の回転」によって結晶構造の反転対称性が破れることを初めて実証した.さらにこの原理を拡張して,従来の直接型強誘電体とは異なる物質群,すなわち「間接型」強誘電体を発見した.本研究では,酸素八面体回転に基づく間接型強誘電体の基礎学理を構築する.膨大なペロブスカイト化合物の中で,反転中心のない構造をもつ物質(強誘電体や圧電体)は5%に満たず,応用分野も限定的であった.これは,金属元素ー酸素間の共有結合形成に基づく同じ設計指針で物質開拓が行われてきたためである.この状況を一変させたのが,層状ペロブスカイトを対象とした新しい機構の登場である.研究代表者は,ペロブスカイト関連酸化物において「酸素八面体の回転」によって結晶構造の反転対称性が破れることを初めて実証した.さらにこの原理を拡張して,従来の直接型強誘電体とは異なる物質群,すなわち「間接型」強誘電体を発見した.本研究では,酸素八面体回転に基づく間接型強誘電体の基礎学理を構築する.
集団ダイナミクスを可視聴化により探る

本研究は,集団ダイナミクスを可視聴化することによって,複雑に見える集団全体の振る舞いに潜む規則性を探ることであった.そのために対人競技として鬼ごっこと剣道,集団競技としてサッカーを対象に,実データの可視聴化を行った.剣道に関しては二者間距離とそれぞれの選手の動きを可視聴化し,技能レベルがこの可視聴化によって判断できるか否かという心理実験を行った.また,この集合変数を用いて剣道という二者間ダイナミクスを位相差分析から明らかにした.サッカーに関しては22名の選手の位置座標を基に,圧分布による表現を試み,その圧のパラメータによって生じる2チーム間の間にできる境界線に着目し,ゲームの流れ,得点機の予測を試みた.本研究は,集団ダイナミクスを可視聴化することによって,複雑に見える集団全体の振る舞いに潜む規則性を探ることであった.そのために対人競技として鬼ごっこと剣道,集団競技としてサッカーを対象に,実データの可視聴化を行った.剣道に関しては二者間距離とそれぞれの選手の動きを可視聴化し,技能レベルがこの可視聴化によって判断できるか否かという心理実験を行った.また,この集合変数を用いて剣道という二者間ダイナミクスを位相差分析から明らかにした.サッカーに関しては22名の選手の位置座標を基に,圧分布による表現を試み,その圧のパラメータによって生じる2チーム間の間にできる境界線に着目し,ゲームの流れ,得点機の予測を試みた.本年度はまず5月に研究会を開催し,今年度の研究実施計画の詳細に関して打ち合わせを行った.そして,これまでに蓄積し,利用可能である集団ダイナミクスのデータ(サッカーのゲームデータ)を用いて,その可視化を行うこととした.可視化の手法は,個人の位置データに基づき,圧場を考慮する方法を採用し,その圧場の大きさをパラメータとして変化させていったときに,2チームの境界線が生じる閾値を決定した.これによって,この境界線とボールのゴール方向への動きから,どういったときにボールがゴール方向へ移動するのかを検討していった.この結果に関しては学会発表を行い,最優秀ポスター賞を受賞した.現在,選手位置のサロゲートデータを用いた比較を行い,その結果を論文にまとめているところである.また,可聴化については,対人ダイナミクスを取り上げ,剣道の試合データを用いて,二者間の間合い(二者間距離)を音に変換する方法を考案し,その音によって間合いが推定でき,技能レベルが判別可能であるかという心理実験を行う準備をした.ただ,二者間距離の音へ変換方法は線形変換にするか非線形変換にするか,音量だけにあるいは音程も加えるかなどその方法などさらなる検討を行っている.さらに,この音変換と合わせて,二者の位置情報を光点で可視化し,音情報と視覚情報のクロス簿ダルの場合と,どちらか一つの情報だけを用いる場合とでその判別力が異なるか否かの実験を計画中である.本年度は,特に剣道データの可視聴化を中心に行い,二者間の動きから技能レベルが判断できるか否かの心理実験を作成し,実際に実験を行った。まず,剣道上級者と中級者,それぞれ6名の選手が相手を変えて行った5分間の試合中の動きの位置データを,光学式動作解析装置を用いて12試合ずつ取得した.そしての中から打突まで5秒以上ある場面を,上級者,中級者それぞれ24場面を抽出して,打突前の5秒間のみのデータを採用し刺激材料とした.この位置座標を上方から俯?的に見えるようにX-Y平面上で実時間で動かし,二者間の詰め引きが表現できるようにした.その際に,二者間を線でつなぐ,試合場の枠線あり,仮想グリッド有(1メートル間隔)等の背景情報について予備的に検討を行い,背景は黒一色とし,選手は赤と緑の円で表すこととした.上級者,中級者の24場面ずつを乱順に呈示し,5秒後に上級者同士の試合であるか,中級者同士の試合であるかの判断を求めるようにした.この反応にはキーボードの左右のシフトキーを割り当て,あらかじめ実験参加者がシフトキーに指を乗せて押す準備ができるようにした.さらに,刺激呈示終了後からの反応時間も測定できるようにした.また,判断結果の確信度を7段階評定で求め,その後次の試行に進むようにした.これらの一連の処理はMATLABによってプログラムされた.そして,剣道の中級者と初心者を対象にそれぞれ10名ずつ,上記の技能レベル判断実験を実施した.現在その結果を解析中であるが,結果は,中級者でも正確に判断することは困難のようであった.また初心者チャンスレベルを超えないようであった.しかしながら,対人ダイナミクスの集合変数として二者間距離が何らかの役割を果たしていると考えられることから,この表現方法はある程度の試合における技能レベルの情報を有していると考えられた.本年度は,剣道における二者間距離の時系列および,サッカーの試合における選手とボールの動きに関するデータの可視聴化を行った.まず,剣道では打突に至るまでの一度の攻防における二者間距離,および二者間距離の変化を状態変数として,その時系列から,二者間距離が詰まる瞬間の値を用いて,リターンマップを描き,そのリターンマップ上の点の推移を線形関数として近似するとともに,二者間距離および二者間距離の変化の時系列に合わせて,リターンマップを動かす動画を作成した.

さらにこの動画に効果音として,実際の打突の音を加え,実時間で動画を動かすようにした.二者の動きの二次元平面上の動きと合わせ,対人のダイナミクスを表現することができたと考える.また,サッカーに関しては,全選手の位置を基にガウス分布で圧分布を作り,二つの相対するチームの圧の符号を正負に分けることによって,各選手の圧分布を足し合わせることによって,ピッチ上での両チームの優勢領域を表した.さらにこの個々の圧分布の変曲点を変更することによって,最適な変曲点を求め,両チームの間に一本の境界線が引けることを確認した.この境界線を前線と呼び,この前線の動きとボールの動きとの関連を調べた.その結果,前線はピッチの長軸方向の約1/4,すなわちペナルティエリア付近の間を移動し,前線がペナルティ付近に来たときに,ボールがこの前線をまたぐように動くと攻撃側のチャンスになることが明らかになった.このことは,前線という表現方法が,サッカーという集団ダイナミクスの状態を表す変数として適切であると考えられた.以上,対人・集団ダイナミクスの可視聴化を通して,それぞれのダイナミクスにおける状態を表す集合変数を記述することができた.しかしながら,さらにこの集合変数を変化させ,秩序形成を行っている変数の同定が今後の課題である.初年度のサッカーに続き,対人競技である剣道に関しても可視化はでき,試合の流れや技能レベルを反映する集合変数がある程度同定できた.しかしながら,可聴化に関してはさまざまに試みているが,その音域,音量等設定するパラメータが多く,未だそのパラメータが決定していない点にある.24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は,昨年度実施した剣道の心理実験の結果をまとめ,論文にすること,さらには,可聴化のためのパラメータを決定し心理実験を行うことを予定している.しかしながら,適切な可聴化パラメータが決定できない場合には,可視化のみによって判断の正答率が高まる表現方法の工夫をする予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
コンピュータネットワーク中の情報流のフラクタルゆらぎ

コンピュータネットワーク中の情報流の変動を統計物理学の立場から解析するため、観測と数値モデルによるシミュレーションを行った。観測としては、従来の単一の目的地点へのエコー実験を精密化し、遠方の目的地に至る経路のすべてのルーターに対して同時にエコー実験を行った。その結果、各ルーター間においてパケットの渋滞の伝幡が観測された。また、パケットの輸送過程をネットワークの分岐構造を簡単化したケーリ-格子上でモデル化し、数値シミュレーションによる解析を行った。その結果、端末から入る情報流は無相関であっても、情報伝達の過程で渋滞のメカニズムによってゆらぎが増巾され、フラクタル的な巨視的ゆらぎを生じることがわかった。
アブラナ科の自他花粉識別における生理応答機構の可逆性の解明

1)自家不和合性の可逆的細胞応答反応の解明これまでの公募研究でライブイメージングによってアクチン繊維の動態が細胞の可逆的な応答反応と連動していることを明らかにしてきた.今期ではまずSRKのイメージングラインを作成した.SRKに複数の種類の蛍光タンパク質(eCFP, Venus, mCherry)、発光タンパク質(nano-luc)そして万能タグhalo-tagを融合したコンストラクトを作成し植物に導入した.その結果eCFP、nano-lucとhalo-tagについて機能的なSRKを発現する系統を作成することができた.さらに交雑によってeCFPとhalo-tagを同時に持つ系統を作成し、SRKを異なる二色で同時にラベルする実験系の検討を行った.生化学あるいは構造生物学的な知見よりSRKはSP11結合時にダイマー化して活性化すると考えられている.そこで、二色の共局在性によってその状態を検出できるのではないかと仮説立てた.すると実際に自己花粉を受粉するとeCFPとhalo-ligandであるTMRのシグナルの共局在率が上がるという結果が得られてきた.2)局所細胞応答が集団の進化に与えるインパクトのシミュレーション今期は数値計算を用いた既存の数理モデル(Billiard et al 2007)を改良し、自家不和合性の進化理論を考える上での基盤を作った.このモデルを用いて、まずはこれまで分野で長年の謎として残ってきた問「どのようにして新しいSハプロタイプが誕生するのか」について検証した.その結果、自家不和合性によって100%自己の花粉がリジェクトされる状況では新しいSハプロタイプは生じ得ないのに対し、70-90%程度の確率でリジェクトする状況において新しいタイプが誕生しやすいという結果が得られた.SRKの二色ラベル系統については、昨年度立案通り作成することができた.また、数理モデルに関しては短期間で作成したにも関わらず、最新の数理解析ライブラリを用いる事で先行研究を改良したものができたと考えている.ライブイメージングに関しては予備的な結果をさらに検証し、SRK活性化の持続時間の検証を行いたい.一方、自己受粉を行ったのちに柱頭サンプルのトランスクリプトーム解析を行い細胞の遷移状態をマクロ視点で捉えられないか検証を行った.しかし、発現変動する遺伝子が少なく、そもそも転写産物のレベルで状態遷移を検出することが難しい可能性が考えられた.マクロ的に捉える研究についてはメタボロミクスなどの導入を検討している.数理モデルについてはこれまでの集団遺伝学モデルに細胞反応を導入する計画である.どこまで詳細(時空間的)な細胞反応モデルを入れるのかについては計算コストとの兼ね合いもあり挑戦的であるが、共同研究者と相談しながら進める.1)自家不和合性の可逆的細胞応答反応の解明これまでの公募研究でライブイメージングによってアクチン繊維の動態が細胞の可逆的な応答反応と連動していることを明らかにしてきた.今期ではまずSRKのイメージングラインを作成した.SRKに複数の種類の蛍光タンパク質(eCFP, Venus, mCherry)、発光タンパク質(nano-luc)そして万能タグhalo-tagを融合したコンストラクトを作成し植物に導入した.その結果eCFP、nano-lucとhalo-tagについて機能的なSRKを発現する系統を作成することができた.さらに交雑によってeCFPとhalo-tagを同時に持つ系統を作成し、SRKを異なる二色で同時にラベルする実験系の検討を行った.生化学あるいは構造生物学的な知見よりSRKはSP11結合時にダイマー化して活性化すると考えられている.そこで、二色の共局在性によってその状態を検出できるのではないかと仮説立てた.すると実際に自己花粉を受粉するとeCFPとhalo-ligandであるTMRのシグナルの共局在率が上がるという結果が得られてきた.2)局所細胞応答が集団の進化に与えるインパクトのシミュレーション今期は数値計算を用いた既存の数理モデル(Billiard et al 2007)を改良し、自家不和合性の進化理論を考える上での基盤を作った.このモデルを用いて、まずはこれまで分野で長年の謎として残ってきた問「どのようにして新しいSハプロタイプが誕生するのか」について検証した.その結果、自家不和合性によって100%自己の花粉がリジェクトされる状況では新しいSハプロタイプは生じ得ないのに対し、70-90%程度の確率でリジェクトする状況において新しいタイプが誕生しやすいという結果が得られた.SRKの二色ラベル系統については、昨年度立案通り作成することができた.また、数理モデルに関しては短期間で作成したにも関わらず、最新の数理解析ライブラリを用いる事で先行研究を改良したものができたと考えている.ライブイメージングに関しては予備的な結果をさらに検証し、SRK活性化の持続時間の検証を行いたい.一方、自己受粉を行ったのちに柱頭サンプルのトランスクリプトーム解析を行い細胞の遷移状態をマクロ視点で捉えられないか検証を行った.しかし、発現変動する遺伝子が少なく、そもそも転写産物のレベルで状態遷移を検出することが難しい可能性が考えられた.マクロ的に捉える研究についてはメタボロミクスなどの導入を検討している.数理モデルについてはこれまでの集団遺伝学モデルに細胞反応を導入する計画である.どこまで詳細(時空間的)な細胞反応モデルを入れるのかについては計算コストとの兼ね合いもあり挑戦的であるが、共同研究者と相談しながら進める.