hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子情報理論から迫る原始重力波の量子性

インフレーション理論は、宇宙の大規模構造や宇宙背景放射の温度揺らぎを説明することに成功した。ミクロな世界の量子揺らぎがマクロな宇宙の構造の直接の原因であるというインフレーション理論の主張は、それを検証することができればノーベル賞級の業績となるほどの重要性を持つ。しかし、競合する他の理論にも同様の結論を導くものがあるため、インフレーション理論を完全に確立するためには、インフレーション理論しか予言していない原始重力波を観測し、その量子性を証明することが必須である。2015年に重力波が初観測され、今や原始重力波の初観測は間近である。もしそうなれば、残された課題はその量子性を示すことだけとなる。幸い、近年の量子情報理論の発展は著しく、その成果を利用すれば、原始重力波の量子性の検証の可能性は高い。本研究の目的は、量子情報理論における最近の成果を応用することで、インフレーションによって生成された原始重力波の量子性を証明する方法を開発することにある。インフレーション中の原始重力波の量子性を検証するためには、何らかの測度が必要である。これまでは、エンタングルメントに着目した研究を行ってきたが、その研究の過程で、量子論的干渉性に着目するようになった。重力子の統計性は古典論では必ず、スーパーポアッソン分布になることに着目した。我々は、近年盛んに研究されているように、インフレーション中にゲージ場が存在するようなモデルでは、高周波数領域でサブポアッソンが観測され得ることを示した。これは、重力波の統計性を見ることで重力子の存在を検証できることを意味している。我々の成果は原始重力波の量子性の検証に新たな方向性を示した画期的なものであると思われる。当初のベルの不等式では観測を何度も行わなければならず、宇宙論的な状況では、ベルの不等式に疑義が生じてきた。しかし、量子干渉効果という新たな観点に立てば、重力波強度の相関を見ることで、原始重力波の量子性が検証されることが明らかになった。これは、全く新しい方法の提案であり、当初目的を達成するためにより有効な方法論を発見するという想定外の進展が得られた。今後は、原始重力波の強度相関による量子干渉性観測の具体的な方法を提案することで研究を大きく進展させたい。インフレーション中の原始重力波に応用するために、量子光学で使われている、光子数の偶奇をカウントする擬スピン演算子を導入した。これにより場の量子論においても、ベルの不等式を定義することができるようになり、インフレーション中のベルの不等式を計算することに成功した。ベルの不等式は2体の量子相関に関する不等式であるが、場の本質は多体の相関にある。ベルの不等式を多体に拡張したものはマーミンの不等式と呼ばれている。我々はインフレーション中の揺らぎに対してマーミンの不等式の破れの大きさを評価することに成功し、量子相関が指数関数的に発散していくことを明らかにした。これは、量子性の観測可能性が高いことを示しており、重要な知見を得たことになる。これにより場の量子論においても、ベルの不等式を定義することができるようになり、当初の予定通り、インフレーション中のベルの不等式を計算することに成功した。これは、量子性の観測可能性が高いことを示しており、期待以上の重要な知見を得た。

2015年に重力波が初観測され、今や原始重力波の初観測は間近である。もしそうなれば、残された課題はその量子性を示すことだけとなる。幸い、近年の量子情報理論の発展は著しく、その成果を利用すれば、原始重力波の量子性の検証の可能性は高い。本研究の目的は、量子情報理論における最近の成果を応用することで、インフレーションによって生成された原始重力波の量子性を証明する方法を開発することにある。インフレーション中の原始重力波の量子性を検証するためには、何らかの測度が必要である。これまでは、エンタングルメントに着目した研究を行ってきたが、その研究の過程で、量子論的干渉性に着目するようになった。重力子の統計性は古典論では必ず、スーパーポアッソン分布になることに着目した。我々は、近年盛んに研究されているように、インフレーション中にゲージ場が存在するようなモデルでは、高周波数領域でサブポアッソンが観測され得ることを示した。これは、重力波の統計性を見ることで重力子の存在を検証できることを意味している。我々の成果は原始重力波の量子性の検証に新たな方向性を示した画期的なものであると思われる。当初のベルの不等式では観測を何度も行わなければならず、宇宙論的な状況では、ベルの不等式に疑義が生じてきた。しかし、量子干渉効果という新たな観点に立てば、重力波強度の相関を見ることで、原始重力波の量子性が検証されることが明らかになった。これは、全く新しい方法の提案であり、当初目的を達成するためにより有効な方法論を発見するという想定外の進展が得られた。我々は、マーミンの不等式の破れが、指数関数的に増大するという予想外の発見をした。今後は、この成果の物理的意味を深く掘り下げていくことが重要となる。そのために、原始重力波の量子コヒーレンスなどの他の量子性の指標を調べていくことが必要である。今後はこの方向の研究と宇宙の時間発展のなかでマーミンの不等式の破れがどのように時間発展していくかを並行して研究していくことで研究の進展に相乗効果を生み出していきたい。今後は、原始重力波の強度相関による量子干渉性観測の具体的な方法を提案することで研究を大きく進展させたい。スペイン在住の研究協力者が日本に職を得て帰国することになったため、海外出張旅費と招聘旅費の両方を使う必要がなくなった。今後は、余剰金を研究協力者の旅費と研究会開催のために有効利用していく予定である。予想以上の成果が得られたため、計算量が膨大となった。本研究期間内に研究の成果をまとめるために、研究員を雇う必要性が生じた。そこで、今年度使用分を節約し、次年度に繰り越すことにした。繰越金は、できるだけ優秀な研究員を雇用するために使用する。
量子コンピュータとサイドチャネル攻撃に対して安全な公開鍵暗号

量子コンピュータが実現しても安全性が損なわれない暗号方式は耐量子暗号と呼ばれる.公開鍵暗号がCCA安全性を満たすとは,暗号文の改ざん等を伴う強い攻撃にも耐性を持つことをいう.また,パソコンやICチップなどから発生する電磁波や音,消費電力等を測定するサイドチャネル攻撃に耐性を持つとき暗号方式は漏洩耐性を満たすという.本研究ではCCA安全性と漏洩耐性を両立した耐量子暗号を符号や格子等の数学的構造を用いて構成することを試みる.量子コンピュータが実現しても安全性が損なわれない暗号方式は耐量子暗号と呼ばれる.公開鍵暗号がCCA安全性を満たすとは,暗号文の改ざん等を伴う強い攻撃にも耐性を持つことをいう.また,パソコンやICチップなどから発生する電磁波や音,消費電力等を測定するサイドチャネル攻撃に耐性を持つとき暗号方式は漏洩耐性を満たすという.本研究ではCCA安全性と漏洩耐性を両立した耐量子暗号を符号や格子等の数学的構造を用いて構成することを試みる.
ダイナミカル・ヤン・バクスター写像とホップ亜代数

本研究の主要な結果は,ある種の量子ダイナミカル・ヤン・バクスター方程式の解であるダイナミカル・ヤン・バクスター写像を用いてホップ亜代数や面代数などの代数を構成したことである.ここで構成したホップ亜代数を利用して,リジッドなテンソル圏(「双対」の定義されたテンソル圏のこと)を作り出すことにも成功した.この他,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像を作成する新たな方法も確立した.本研究の主要な結果は,ある種の量子ダイナミカル・ヤン・バクスター方程式の解であるダイナミカル・ヤン・バクスター写像を用いてホップ亜代数や面代数などの代数を構成したことである.ここで構成したホップ亜代数を利用して,リジッドなテンソル圏(「双対」の定義されたテンソル圏のこと)を作り出すことにも成功した.この他,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像を作成する新たな方法も確立した.当該年度に実施した研究の主要な成果は以下の通りである。1.ダイナミカル・ブレイデッド・モノイド(dynamical braided monoid)を用いたダイナミカル・ヤン・バクスター写像の構成ダイナミカル・ブレイデッド・モノイドというあるテンソル圏での適切な性質を持つ「代数」を用いて、ダイナミカル・ヤン・バクスター写像を構成する1つの方法を定式化した。本研究は、今後の研究において必要になる良い性質を持つダイナミカル・ヤン・バクスター写像を明らかにするという点で重要である。2.等質概系(homogeneous pre-system)を用いたダイナミカル・ヤン・バクスター写像の構成.ある種の簡約型等質空間の代数的部分は等質系(homogeneous system)と呼ばれる。本研究では、これを一般化して等質概系という概念を新たに導入し、適切な性質を満たす等質概系からダイナミカル・ヤン・バクスター写像が構成できることを示した。これは、微分幾何学での主要な概念の1つである簡約型等質空間とダイナミカル・ヤン・バクスター写像が関係することを示したもので、今後、この方面の研究に1つの指針を与えると考えている。ダイナミカル・ヤン・バクスター写像から余擬三角な(coquasitriangular)面代数を構成した。これは、本研究で目指しているホップ亜代数を構成する際に生じるであろう困難に備えて、研究代表者らが構成した双亜代数とは異なる代数である面代数を予め構成したものである。この面代数の性質を研究して良い性質を持つダイナミカル・ヤン・バクスター写像を特定するなどという利用を考えている。当該年度に実施した研究の主要な成果は「ダイナミカル・ヤン・バクスター写像に関連して双対(dual)が定義できるテンソル圏を構成したこと」である.ダイナミカル・ヤン・バクスター写像に付随してホップ亜代数を定義するという本研究の目的を達成するには,その表現となって欲しい(テンソル)圏の各対象に対し双対(dual)を定義しなくてはならない.その前段階として,表現空間のみのなす(テンソル)圏の各対象に対し双対を定義する必要がある.本成果はまさにこれを達成するもので,ホップ亜代数を構成するための基本的な,しかし重要なステップとなる.[1]で構成した双亜代数の表現空間のみのなす圏の対象は集合であるので,これの双対を一般に定義することは難しい.そこで,この圏の対象を集合ではなくある性質を持つベクトル空間に変更し,ベクトル空間の双対を利用してこの圏の各対象の双対を定義できるようにした.しかも,この変更が[1]で構成したテンソル圏の一般化となるように工夫している.本実績報告書を記入している現在,本成果で得られたテンソル圏から定義される表現のなすテンソル圏(centralizer category)の各対象に対しても双対を定義しようと試みているところである.本研究では,1.ダイナミカル・ヤン・バクスター写像に付随して定義される双亜代数がホップ亜代数となるための条件を明らかにすること,2.前記条件を満たすダイナミカル・ヤン・バクスター写像の構成,および,3.このホップ亜代数の(有限次元)ダイナミカル表現全体のなすテンソル圏がrigidとなることの証明,を主な目的としている.1,2については,前年度までの研究により概ね達成されていたので,本年度は3に記した研究目的を達成すべく,本年度の研究実施計画に沿って研究を進めた.当初,研究は順調に進み,本研究で扱うホップ亜代数の対合射を用いて各ダイナミカル表現に対し双対(左双対・右双対)を定義し,有限次元のダイナミカル表現全体のなすテンソル圏がrigidとなることを証明した.そこで引き続いて研究成果を取りまとめ始めたが,その中で重大な欠陥に気づいた.本研究で扱うホップ亜代数は,楕円量子群とは異なり,自然なbi-gradingに関し必ずしも直和となっていない.このことが原因となって,ダイナミカル表現の双対の定義が完全ではなかったのである.しかし,研究代表者らによる先行研究の際に得ていた結果を用いると,一定の仮定の下でこの困難が克服でき,結果として,必ずしも直和となっていないようなホップ亜代数においても,ダイナミカル表現の双対を定義できることがわかった.

幸いなことに,前年度までの研究で構成していたホップ亜代数の例はすべて,この仮定を満たすことが証明できるので,本年度までに得られた研究結果を何ら毀損しないことがわかった.本研究成果は,今後,淡中双対性を通したホップ亜代数の特徴付けを行う研究につながる可能性が大きく,理論物理学での応用も考えられる.本報告書作成時点において,本研究で得られた結果を論文にまとめているところである.今後,機会を見て本研究成果の発表もしていきたいと考えている.本研究では,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像に付随して定義される双亜代数がホップ亜代数となるための条件を明らかにすることを主な研究目的としている.当該年度に実施した研究により,この目的は概ね達成されたと考えている.達成した方法は,論文[1]の方法を発展させたものである.さらに,この条件を満たすようなダイナミカル・ヤン・バクスター写像を,具体的に構成することにも成功した.本研究の成果は,新たなホップ亜代数を生み出した点で重要である.加えて,当初計画していた,表現全体のなすテンソル圏の対象および射に対しそれぞれ双対を定義することにも,ある程度成功しつつある.これは,表現全体のなすテンソル圏がrigidとなることを証明するための重要な第一ステップである.当該年度には,上記成果以外にも,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像を新たに構成することに成功した.その構成手法がどのテンソル圏でも通用することから,1つの普遍的な構成方法を与えたという点で意義があると考えている.この成果は共同研究という形で論文にまとめてあり,現在投稿中である.交付申請書に記載した「研究の目的」の1つであるホップ亜代数に関する研究は,9に記載の通りおおむね順調に進展している.一方,「研究の目的」には,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像から構成される面代数が弱ホップ代数となるための必要十分条件を求めることも含まれているが,これは,ホップ亜代数に関する前述の研究がうまく展開しなかった場合に備えてのものでもあったため,本年度はあまり行わなかった.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像に付随して定義される双亜代数がホップ亜代数となるための条件を明らかにする予定であったが,その主要部分については,本年度中に達成したから.本年度の研究目的の達成のために論文[1]を参考にした.今後もこの論文を参考に本研究課題を推進していく.また,研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点などは,現段階ではない.25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度までの研究で,ダイナミカル・ヤン・バクスター写像に付随して定義される双亜代数がホップ亜代数となるための条件を概ね明らかにしたので,今後は,このダイナミカル・ヤン・バクスター写像に付随した表現全体のなすテンソル圏がrigidとなることを証明したり,今までの研究成果を取りまとめ発表していくことなどに重点を置いて,本研究課題の総仕上げをしていく予定である.このような次第であるので,研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点はほぼないと考えている.
結び目論の化学への応用

本研究は、トポロジ-の一分野である結び目論の、化学や分子生物学への応用についての研究である。この方面の研究については、数学者・化学者・分子生物学者の情報交換が、とくに日本では全くないといってよい状態であった。それゆえまづ第一に、お互いにどのような研究があり、どのようなことが問題になっているかを話し合うことが必要であった。そのため、研究集会を11月10日・11日に関西学院大学理学部において開いた。この集会の目的は新しい研究の発表というより、上記に述べた情報の交換に重きをおいたものであった。異なった専門分野の人々の集会であり、このような集会を開くニュ-スが、この方面に興味をもっているすべての人々にゆきわたったとはいえない。したがって当然参加して頂ける人々でも集会を知らずに過ごされた方々が相当あったと思われる。これは、このような集会が日本で初めての試みであったことを思えば致し方なかったことである。一方この集会に幾人かの物理学者も参加され、結び目論の物性論への応用について話されたことは望外の収穫であった。結果として、数学・物理学・化学という異なった専門分野の人々が集り、それぞれの分野での研究の状況や問題の所在を知らされ、互いに話し合う機会をもち、上記の集会いの目的は十分に果たされたものと考えられる。広い意味での結び目論を数学的に研究している研究責任者にとっては、その数学的研究に、応用への側面をよりよく考慮出来るようになった。空間にあるグラフの研究(グラフの結び目論)は本格的に研究されはじめてからまだ日が浅いが、研究は確実に進歩しており、本研究に参加した研究者およびその研究室においても、それぞれ十分な貢献がなされていると思う。
肥満・糖尿病に対する遺伝子治療の開発-動物モデルを用いての検討-

本研究は、肥満・糖尿病に対する新規治療法を開発することを目的としたものである。実際には、高脂肪食負荷により肥満・糖尿病を発症させたマウスモデルを用い、後天的に遺伝子導入を行うことで、その改善効果やその機序に関して検討している。まず、肝臓における代謝亢進を目的として、脱共役蛋白UCP1遺伝子を組み込んだアデノウィルスベクターを用いて、肝への遺伝子導入を行った。高脂肪食負荷により肥満・糖尿病を惹起させたマウスへの遺伝子治療では、エネルギー消費は約13%亢進し、導入後数日で、肥満の解消、血糖値の改善、血中脂質の低下といった治療効果を認めた。脂肪肝は著明に改善し、遺伝子を導入していない末梢脂肪組織においても、その肥大化の改善が認められた。一方、標準餌にて飼育された非肥満マウスでは、これらの効果は全く認めず、UCP1遺伝子の肝臓への導入は、余剰カロリーのみを消費させることが示唆され、肥満・糖尿病に対する有望な治療ターゲットであると考えられた(Ishigaki, Y., Katagiri, H. et al. Diabetes 54,322-32,2005)。次に、副睾丸周囲の内臓脂肪組織へのUCP1遺伝子導入により、視床下部におけるレプチン感受性改善を通じて摂食抑制が生じ、血糖値やインスリン抵抗性の改善を認めた(投稿中)。このように、後天的に局所への遺伝子導入を行うという手法を用いることにより、導入組織(臓器)での効果はもちろんのこと、他組織(臓器)への遠隔効果を認めたことから、これらの臓器間シグナルのやり取りが、メタボリック症候群に対する治療法の新たなターゲットとなりうることが示唆された。本研究は、エネルギー消費の亢進を誘導することを通して、肥満・糖尿病に対する新規治療法を開発することを目的としたものである。ATP産生を抑制し基礎代謝を亢進させる作用を持つ脱共役蛋白UCP1遺伝子を組み込んだアデノウィルスなどのベクターを用いて、肝・脂肪・筋などのインスリン感受性組織に導入することを試みた。まず、肝臓への遺伝子導入を行ったところ、エネルギー消費は約13%亢進し、導入後数日で、肥満の解消、血糖値の改善、血中脂質の低下といった治療効果を認めた。さらに、全身におけるインスリン抵抗性やレプチン抵抗性の著明な改善を認めた(投稿中)。これらより、肝における脱共役の亢進は、肥満・糖尿病に対して有望な治療ターゲットであると考えられる。次に、副睾丸周囲の内臓脂肪組織へのUCP1遺伝子導入により、血糖値・血中脂質値、さらには、レプチン抵抗性の改善を認めている。しかし、全身におけるエネルギー消費の亢進は認められず、この改善効果は、内臓脂肪組織からの何らかのレプチン感受性改善シグナルによるものであると考えられる。このように、後天的に局所への遺伝子導入を行うという手法を用いることにより、メタボリック症候群に対する治療法の開発につながる結果が得られただけでなく、その成因や機構に関する新たな機序の発見につながる結果をうることができた。

高脂肪食負荷により肥満・糖尿病を惹起させたマウスへの遺伝子治療では、エネルギー消費は約13%亢進し、導入後数日で、肥満の解消、血糖値の改善、血中脂質の低下といった治療効果を認めた。脂肪肝は著明に改善し、遺伝子を導入していない末梢脂肪組織においても、その肥大化の改善が認められた。一方、標準餌にて飼育された非肥満マウスでは、これらの効果は全く認めず、UCP1遺伝子の肝臓への導入は、余剰カロリーのみを消費させることが示唆され、肥満・糖尿病に対する有望な治療ターゲットであると考えられた(Ishigaki, Y., Katagiri, H. et al. Diabetes 54,322-32,2005)。次に、副睾丸周囲の内臓脂肪組織へのUCP1遺伝子導入により、視床下部におけるレプチン感受性改善を通じて摂食抑制が生じ、血糖値やインスリン抵抗性の改善を認めた(投稿中)。このように、後天的に局所への遺伝子導入を行うという手法を用いることにより、導入組織(臓器)での効果はもちろんのこと、他組織(臓器)への遠隔効果を認めたことから、これらの臓器間シグナルのやり取りが、メタボリック症候群に対する治療法の新たなターゲットとなりうることが示唆された。
神経ペプチドの血液脳関門通過性とペプチドトランスポーターの解析

オレキシンAは視床下部で産生され、食欲刺激作用と覚醒刺激作用を有する神経ペプチドである。オレキシンの異常によって、睡眠発作を主徴とするナルコレプシーが発生することが報告されている。これまで脳においてのみ産生されると考えられていたが、前年までの検討で、オレキシンAが消化管の神経叢の神経節細胞、消化管上皮の内分泌細胞や膵臓のランデルハンス氏島等の末梢組織からの産生・分泌が明らかになった。本年度は、以下の検討を行った1.培養ウシ脳微小血管内皮細胞を用いたオレキシンAの取込みの検討:末梢組織由来のオレキシンAが血液脳関門を通過して脳に作用しているかどうか明らかにするために、培養ウシ脳微小血管内皮細胞を用いて、オレキシンAが血管内皮細胞に取込まれるか否か検討した。合成オレキシンAあるいは、125lでラベルしたオレキシンAを培養液中に加え培養し、細胞への取込みを検討したが、有意の取込みはみられなかった。2.時無呼吸症候群の患者血中オレキシンA濃度の検討:睡眠時無呼吸症候群の患者156例を対象にして、血中オレキシンA濃度を検討したところ、軽症では軽度の上昇がみられたが、重症になるにつれ、有意な低下が見られた。睡眠時無呼吸症候群の患者の重症例では、視床下部オレキシンニューロンの活動性が低下しており、それが血中オレキシンA濃度低下に反映している可能性が示唆された。血中オレキシンAは、ナルコレプシーでは有意の変化は無かったが、睡眠時無呼吸症候群では、重症化するにつれ低値となった。脳内から血中へのペプチドトランスポーターの存在が示唆されたが、血管内皮細胞を用いた検討ではその存在は実証できなかった。ナルコレプシーと睡眠時無呼吸症候群の結果の差異の理由の解明も今後の検討が待たれる。従来、末梢組織由来のペプチドホルモンは、血液脳関門の存在のために、直接脳に作用しないと考えられていた。最近、脂肪細胞由来のレプチンや、胃由来のグレリンが脳、特に視床下部に作用して、それぞれ食欲抑制と食欲亢進を起こすことが、明らかとなってきた。また、DL Kastinらによって、神経ペプチドのあるものは、血液脳関門を通過することが報告されている。本研究では、神経ペプチドであるオレキシンAに注目した。オレキシンAは視床下部で産生され、食欲刺激作用と覚醒刺激作用を有する。我々は、オレキシンAの高感度測定系の開発に成功して、末梢血液中にオレキシンAが存在することを明らかにした。他方、髄液中のオレキシンAの低下が知られているナルコレプシーの患者において、末梢血液中のオレキシンA濃度を測定したところ、低下は見られなかった。したがって、これまで脳においてのみ産生されると考えられていたオレキシンAが末梢組織からも分泌されている可能性が示唆された。免疫染色にて、剖検時得られたヒト組織におけるオレキシンAの発現を検討したところ、消化管の神経叢の神経節細胞や膵臓のランデルハンス氏島に陽性細胞がみられた。これらの末梢組織由来のオレキシンAが血液脳関門を通過して脳に作用している可能性はないのか?と考え、次年度はオレキシンAの血液脳関門通過性に関して、さらに検討を続けたい。
美術史料として読む『集神州三宝感通録』霊像垂降篇

三年間で初唐の学僧道宣の著作である『集神州三宝感通録』のうち、各地・各時代の仏像の霊験50縁を集成した巻中「霊像垂降篇」の後半部について、訓読、現代語訳と詳細な注釈を付し、巻中全巻を完結させた。注釈は特に美術史の観点からおこない、付注項目は総計241項目を数える。また、抽出した問題点を更に追究した研究ノート計10編を得た。これらは毎年度末に『美術史料として読む『集神州三宝感通録』ー釈読と研究(九)(十)(十一)』として公刊し、国内外の関係研究機関に配布した。その総頁数はA4版426頁に及ぶ。この成果は、中国の後漢から初唐に至る間の仏教の造形美術と信仰に関する基礎的研究である。本年度は、『集神州三宝感通録』巻中の「元魏定州金観音像高王経縁三十一」「陳重雲殿并像飛入海縁三十二」「周晋州霊石寺石像縁三十三」「周宜州北山鐵&#30970;石像縁三十四」「周襄州&#23796;山華厳行像縁三十五」「隋蒋州興皇寺焚像移縁三十六」について、『大正新脩大蔵経』巻52の420頁421頁を底本として、現代語訳と詳細な注釈を完成させた。付注項目は全部で74項目に及び、総文字数は11万字に達した。特に美術作品や歴史・仏教史的背景に関わる諸史料、先行研究等に目配りしながら美術史の視点から独自の解説をおこなった項目に、主なものとして「観音金像」「高王観世音経」「三段に折れた刀」「身代わりの仏像」「&#36672;&#36652;車」「宮城内に奉安された経像」「仏帳」「珠珮」「葬送の飾り」「鵄吻」「影」「建築物の飛行説話と仏像」「臥石」「石仏を彫る手順」「幡蓋」「美玉のように研磨」「石趺」「玉華宮・玉華寺」「隋唐における離宮と仏寺」「行像」「五丈の木像」「聖像」「南北朝時代における盧舎那仏」「子宝祈願の霊験像」「鳥雀不践」などがある。一年間の成果は、A4版で総頁数87頁の冊子『美術史料として読む『集神州三宝感通録』ー釈読と研究ー(九)』として、3月中旬に刊行し、国内外の関係研究機関、研究者に寄送した。なお、本年度は研究協力者として、美術史学コースの東洋美術史専攻の大学院生をはじめ、修士・博士課程修了者たち計20名の協力を得た。また、本研究課題に関連する研究成果として、「敦煌の瑞像図にみられる弥勒像について」と題した口頭発表を、韓国ソウル国立中央博物館で開催された東洋美術史学会でおこない、同題の論文を『美術史研究』第53冊(2016年3月20日刊行予定)に寄稿した。当初の計画では、今年度は第31縁から第38縁までについて注釈をおこなう予定であったが、第36縁までで総頁数が100頁を越える見通しとなったため、37・38縁は次年度に回すこととし、年度内に成果報告書を刊行することができた。また、当初は本年度分に加えて、これまでに成果公開してきた『集神州三宝感通録』巻上および巻中第30縁までの注釈のすべてを網羅した索引を作成し、今後の研究の効率化を図る予定であったが、これについては、デジタルデータ化の可能性の検討等を要するため、見送った。本年度は、15年度に引き続いて『集神州三宝感通録』巻中の「隋釈明憲五十菩薩像縁三十七」「隋京師日厳寺瑞石影像縁三十八」「隋□州沙河寺四面像縁三十九」「唐坊州石像出山現縁四十」「唐簡州仏跡神光照縁四十一」「唐涼州山出石文有仏字縁四十二」「唐渝州相思寺仏跡出石縁四十三」「唐循州霊龕寺仏跡縁四十四」について、現代語訳と詳細な注釈を完成させた。底本は『大正新脩大蔵経』巻52所収テクスト(421422頁)とし、同校勘記と『高麗大蔵経』をはじめとする大蔵経諸本の用字を参照することに加え、『法苑珠林』『広弘明集』などの「同文」や関連個所も参照して通釈をおこなった。付注項目は全部で101項目、総文字数は約11万字に達した。主な注項目に、「仏の「形像」と願力の関係」「娑婆への垂降」「丹青」「石影像」「煬帝の文物蒐集」「行列を先導する宝物」「幽途の業鏡」「甲冑を着けた大神」「文字が現れた石」「昌松瑞石」「仏教の霊験と大赦」「霊験と寺院経営」などがある。

また特に、三十七縁の阿弥陀仏五十菩薩像に関しては、別に研究篇として研究代表者および協力者の執筆による「説話と図像にみる阿弥陀仏五十菩薩図像の再検討」「阿弥陀仏五十二菩薩像に関する研究の現状」「巴蜀地域における阿弥陀仏五十二菩薩像」「「瑞像」の語義と用例について」など5本の論文を付し、三十八縁の日厳寺石影像に関しては、「敦煌莫高窟壁画にみられる八角形建築について」「肉髻を起点とする雲気や光明の表現について」の3本を付した。これらの成果は『美術史料として読む『集神州三宝感通録』ー釈読と研究ー(十)』として4月末に刊行するべく、現在、校正作業中である。総頁は本文篇66頁、研究篇約120頁の見込みである。当初の計画通り、今年度は第37縁から44縁までについて完了することができ、最終年度である17年度中に巻中霊像垂降篇の詳細な注釈を完成させる見通しが立った。また、研究代表者による研究成果の報告(「敦煌石窟壁画の瑞像図ー釈迦の像を中心に」、「瑞像信仰からみた仏教社会」「番禾瑞像与日本的霊験像」「西域瑞像流伝到二本ー日本13世紀画稿中的和田瑞像」)も国内外の関係学会等でおこなうことができた。ただ、今年度は研究篇の論文が9本とたいへん多く、その読み合わせと修正加筆作業に予想以上の時間がかかり、そのために16年度内には成果報告書『美術史料として読む『集神州三宝感通録』ー釈読と研究ー(十)』を刊行・頒布することが間に合わず、編集・印刷製本臂を17年度予算に繰り越す必要が生じた。当該報告書は、17年4月末までには刊行し、国内外の関係各研究者や研究機関に送る予定である。最終年度に当たる本年度は、当初の研究実施計画通りに、唐道宣の著作『集神州三宝感通録』巻中の末尾まで、注解を完成させた。すなわち、本年度は「唐撫州降潭州行像縁四十五」「唐雍州藍田金像出石中縁四十六」「唐雍州コ県金像出ホウ縁四十七」「唐沁州像現光明常照林谷縁四十八」「唐岱州五臺山像変声現縁四十九」「唐遼口山崩自然出像縁五十」について、『大正新脩大蔵経』巻52の422423頁を底本として、訓み下し文、現代語訳、同類話の提示とともに詳細な注釈を付した。付注項目は全部で66項目を数え、総文字数は97000字に達した。特に仏像や仏寺堂塔などの造形物に関する事柄、歴史・仏教史関係の事績に注意しつつ、美術史の視点から独自の解説をおこなった。そうした項目の主なものに、「地方長官による祈雨」「仏像と祈雨」「悟真山寺」「焔光」「右膊を露出」「前秦時代の仏像」「造像における四月八日」「神模」「村落で輪番で供養する仏像」「道宣の貞観九年の山西遊行」「沁州の古迹」「唐の高宗と五臺山」「会昌寺」「文殊師利像」「漢の明帝が創建した寺」「五臺山での霊験」「高僧のミイラ」などがある。また、本年度をもって本文献の巻上・巻中の注釈を完遂できたのを機に、これまでの総計1250項目を横断検索する付注総目録を作成し、利用者の便宜に供するとともに、本文献の構成や性格を俯瞰的に考察する用意とした。以上の本年度の成果は、A4版で総頁数96頁の冊子『美術史料として読む『集神州三宝感通録』ー釈読と研究(十一)』として、3月初旬に刊行した。この結果、本研究課題の三年間の研究期間において、合計3冊の成果報告書を公刊、『集神州三宝感通録』巻中霊像垂降篇の国内外を通して初めての全訳・全注解を完成させることができた。三年間で初唐の学僧道宣の著作である『集神州三宝感通録』のうち、各地・各時代の仏像の霊験50縁を集成した巻中「霊像垂降篇」の後半部について、訓読、現代語訳と詳細な注釈を付し、巻中全巻を完結させた。注釈は特に美術史の観点からおこない、付注項目は総計241項目を数える。また、抽出した問題点を更に追究した研究ノート計10編を得た。これらは毎年度末に『美術史料として読む『集神州三宝感通録』ー釈読と研究(九)(十)(十一)』として公刊し、国内外の関係研究機関に配布した。その総頁数はA4版426頁に及ぶ。この成果は、中国の後漢から初唐に至る間の仏教の造形美術と信仰に関する基礎的研究である。平成28年度は、第37縁から第44縁までについて、同様に現代語訳と詳細な注釈を付していく。当該範囲には、阿弥陀仏五十菩薩像、長安日厳寺の石影像など、美術史、仏教史上での重要事項が含まれるため、注釈とは別途にいくつかの事項については「研究ノート」という形で小論文としてまとめることを予定している。また、既刊行分に対する反響のなかで、原文の訓読も挙げてほしいとの要望があったため、新たにそれを加える予定である。
黒潮続流南方海域混合層長期変動の研究

本研究では、3つの課題を下記の通り設定したのでそれぞれの実績をまとめる。(1)1970年以降40年間の海洋混合層変動要因とその変化の確認:1971年2009年について、黒潮続流流路変動を表す指標を作成、流路変動に10年スケールの変動と数年スケールの変動が卓越すること、前者は1990年代以降顕著であるのに対し、後者はそれ以前に顕著であるという違いを確認した。また10年スケール変動については1990年以降北太平洋中央部の風応力に対して45年遅れで応答していると見られること、1970年代、80年代についてはそれ以外のより局所的大気変動との関係が示唆されることを確認した。(2)混合層変動と亜熱帯循環系の構造変化、大気循環場との関係の解明:Pacific decadalOscillationや亜熱帯での変動との関係を中心に調べたが明確な関係を見いだすには至っていない。(3)混合層における塩分の変動の実態とその要因分析:1960年2011年のデータに基づいて、当該海域の亜表層塩分プロファイル時系列を作成し、季節変動および年々変動の実態を初めて明らかにした。季節変動は亜熱帯モード水より上層に顕著で、年々変動は混合層より下で亜熱帯モード水上部の深度に顕著である。また年々変動には10年スケール変動が認められるが、PDOなどとの関連は明らかではなく、今後の研究課題である。これらの研究成果は、小橋ほか(2013)として沿岸海洋研究、50(119p129p)発表したほか、岩坂他、志村他、で日本海洋学会2013年春季大会での講演で発表している。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、中高緯度大気海洋相互作用にとって重要な黒潮続流南方海域の混合層年々変動に関して1. 1970年以降40年間の海洋混合層変動要因とその変化の確認2.混合層変動と亜熱帯循環系の構造変化、大気循環場との関係の解明3.混合層における塩分の変動の実態とその要因分析を目的に研究を進めた。平成23年度は、1.と2.に関して、その解析の基礎となる黒潮続流流路を歴史的海洋観測データ(World Ocean Data Base 2009)から再構築した。対象期間は1971年2009年、海域は東経141度153度、空間分解能0.5度である。その結果については、海面高度計データがある1992年以降について比較し、概ねよく再現していることがわかった。またそれ以前については、日本水路協会刊行の海上保安庁海洋速報に基づく流路との比較を行い、やはり概ね続流流路を再現していることを確かめた。さらに、1.に関しては予備調査としてIwamaru et al. (2010)で作成された黒潮続流南方海域の水温鉛直プロファイル時系列と、作成した続流流路時系列から求めた流路長指標の比較を行い、Iwamaru et al. (2010)を支持する結果を得ている。他方、亜表層水温プロファイル時系列については、再構築を終え品質管理を実施した。これらの時系列再構築により、約40年間の続流域の海洋変動について観測に基づく研究を行う準備ができた。このようなデータは他に類を見ないもので、年々変動のみならず10年変動の研究にも貢献できるものである。続流流路時系列作成、続流南方海域の水温鉛直プロファイル時系列作成は予定通りだが、解析が不十分で、とくに大気循環場との関係についてはさらに検討を進める必要がある。

平成23年度に作成した約40年分の時系列に基づく大気海洋相互作用を観測に基づき、さらに推進する。また同時に高解像度海洋循環モデルによるハインドキャストデータとの比較などで対象海域の変動のメカニズムを推定する。なお、塩分変動については、水温に比べて資料が極端に少なく、年々変動の考察は困難と思われるので、主に10年変動を中心に解析する予定である。
初期化因子の解明ーテーラーメイド再生医療への応用に向けて

体細胞初期化因子を探るため、我々は初期化因子の遺伝子発現に注目し、卵巣由来発現遺伝子の解析を本研究の目的とした。昨年度、マウスをhCG(ゴナドトロピン)により刺激し、過排卵刺激により特異的に発現する遺伝子のスクリーニングをサブトラクティブ・ハイブリダイゼーションPCR法により行い、26の遺伝子群を単離することに成功した。それら遺伝子群をシーケンス解析し、ESTクローンによるホモロジー解析から、初期化因子に深く関わると考えられた遺伝子6つに注目し、それら遺伝子の全長クローニングを行った。クローニングした遺伝子を哺乳類発現ベクターにサブクローニングし、マウス繊維芽細胞株であるBalb3T3に遺伝子導入し、薬剤セレクションにより安定に発現した細胞株を得ることができた。6つの遺伝子のうち、4つの遺伝子については、強制発現細胞株において、ES細胞などの未分化細胞で発現が認められる各種遺伝子(Oct-3,Nanog,Rex-1,Sox2など)の発現は認められなかった。残りの遺伝子の1つであるAtg16L1は遺伝子導入後から細胞の形態変化を認め、ES細胞などで発現の高いアルカリフォスファターゼ活性がMockに比べ高いという結果が得られた。さらに未分化関連因子の発現について解析を進め、また、6つの遺伝子を組み合わせた強制発現についても今後検討する。本年度の目標として、卵巣刺激により特異的に発現する遺伝子の同定と解析を試みた。hCG(ゴナドトロピン)を5週齢のC57BL/6マウスに投与(hCG群)、また、未刺激群として、内在性卵発育を抑制するFSH receptor binding inhibitorを投与し(コントロール群)、48時間後の卵巣を摘出し、poly(A)+RNAを抽出・単離した。それぞれのRNAより、逆転写酵素を用いて1stストランドおよび2ndストランドcDNAを作成後、Rsalによる制限酵素消化後、cDNA末端へのアダプターを付加し、サブトラクティブ・ハイブリダイゼーションPCR法により、hCG刺激後に特異的に発現が充進する遺伝子の抽出を行った。抽出・濃縮された遺伝子群は、TA cloning vectorに挿入し、クローニングされた遺伝子をPCR増幅し、26の遺伝子群を単離することに成功した。それら遺伝子群の同定をDNAサイクルシーケンサーにより行った結果、hCG群に特異的亢進が認められた遺伝子の候補を同定することができた。現在、それら遺伝子を動物細胞発現ベクターに挿入し、マウス体細胞に強制発現させることで、各種遺伝子の初期化に対する影響を調べている。次年度、それら遺伝子を発現させた場合に体細胞の初期化レベルを未分化マーカー遺伝子の発現やそれらプロモーターにおけるメチル化の影響などを調べる予定である。
分子内不斉ベイリス・ヒルマン反応に基づく高機能複素環状化合物の新合成戦略

置換ラクタムの新たな一般不斉合成法を開発すると同時に、ラクタシスチン活性体やオキサゾロマイシンに含まれるγ-ラクタムとβ-ラクトンが連結した複素環構造単位構築のための新しい方法論を開拓することを目的に検討を行った。まず、様々な基質を用い、ω-ホルミルアクリルアミドの分子内不斉ベイリス・ヒルマン反応を詳細に調べた。その結果、N原子上の置換基Rが重要であり、R=H、Me、Bocでは環化反応は進行しなかったが、R=Tsの場合、環化反応が進行し50%以上の収率で環化体が得られてきた。しかし、その光学純度は、今のところ50%ee以下と低く、この点の改善が課題となった。また、分子間不斉ベイリス・ヒルマンに基づく置換ラクタムの合成についても検討した。その結果、キニジンから誘導した三級アミンを触媒とするN-Boc-アミノアルデヒドとヘキサフルオロイソプロピルアクリラートの反応において、反応時間を長くすると、一旦生成した付加体が環化し、環化体が>95%eeの光学純度で生成することを見いだした。この種のアミノアルデヒドの反応は反応機構面からも興味深く、一連のN-Boc-アミノアルデヒドの反応結果から、N原子上のHがアルデヒドおよびキラルアミン触媒との間の水素結合ネットワークをとおして、反応加速および立体選択性に重要な役割を演じていることがわかった。以上の結果より、Nの隣りに様々な置換基をもつ高度に官能基化されたラクタムの合成が可能となった。さらに、本計画の最終目的であるラクタシスチンとオキサゾロマイシンの合成について、その基礎となる変換についても、検討を行った。その結果、計画した基本ルートで、ラクタシスチン活性体の高選択的合成を実現できた。
呼吸器疾患における肺サーファクタント蛋白の意義

1)SP-AとSP-Dの単クローン抗体を用いたsandwich ELISA法により、各種肺疾患におけるSP-AとSP-Dの血清での定量を行った結果、血清SP-A,SP-D値は特発性間質性肺炎(IPF),膠原病性間質性肺炎(IPCD)、肺胞蛋白症(PAP)で著明高値を呈した。血清SP-A,SP-Dの測定はIPF,IPCD,PAPの診断およびIPF,IPCDの活動性、PAPの重症度の判定に簡便な血清マーカーとして有用であった。また膠原病患者において、間質性肺炎の合併の有無をスクリーニングし得る血清マーカーと考えられる。また、SP-A,SP-Dの単クローン抗体を用いた間質性肺炎の免疫組織学的検討では、血清SP-A,SP-D上昇の機序につき肺胞II型上皮細胞の肥大,増生の関与が示唆された。本研究により、間質性肺炎の診断や治療効果、予後の判定などが可能となり、さらには肺の線維化における肺胞II型上皮細胞の役割が明らかにされていくことが期待される。2)喫煙者では非喫煙者と比較して血清SP-A,SP-D値は有意に上昇し、喫煙による肺傷害を血液学的に検出できる可能性を示した。逆に気管支肺胞洗浄液中のSP-A,SP-Dは喫煙者で有意に低下していた。3)肺癌におけるSP-Dの単クローン抗体を用いた免疫組織学的検討では、原発性肺癌か他臓器原発癌かの鑑別に有用であり、SP-Aと併用することでさらに診断の向上が可能であった。(1)特発性間質性肺炎と膠原病合併間質性肺炎における血中SP-A値の比較では、血中SP-Aは特発性間質性肺炎で有意に高値を示した。この事実は、肺胞II型細胞の障害が両疾患で異なる可能性を示唆している。(2)SP-A,SP-Dは、喫煙者においては気管支肺胞洗浄液中で低値、血中では高値を示し、喫煙によるSPの障害を明らかにした。(3)SP-Dの単クローン抗体を用いた原発性肺癌組織の免疫組織学的検討では、SP-DはSP-Aと染色性が異なり、原発性肺腺癌の同定に有用であった。(4)SP-Dの単クローン抗体を用いた血清でのSP-Dの定量方法を確立した。(5)各種肺疾患における血清SP-D定量の結果、SP-Dは間質性肺炎、肺胞蛋白症等の疾患で著明に上昇し、さらに疾患の活動性あるいは重篤度との相関も認めた。SP-Dは肺内の存在量がSP-Aより少ないにも関わらず、血中への漏出は高度でSP-Aよりも高値を呈することから、より鋭敏な肺特異的な血液マーカーと考えられた。我々はすでに、血清サーファクタント蛋白質A(SP-A)が間質性肺炎で有意に高値を呈し、新しい肺特異的な血清マーカーとして間質性肺炎の診断に有用であることを報告したが(Am Rev Respir Dis,1993),今年度は、新たに以下の知見を得た.2)血清SP-Aは膠原病性間質性肺炎でも高値を呈し,膠原病における間質性肺炎の血清診断法として有用であることを示した(submitted)。3)SP-Dの単クローン抗体を用いたsandwich ELISA法により,SP-Dについても血中での定量を行なった.その結果,SP-Dは血中ではSP-Aより3倍以上の高値を示し間質性肺炎での陽性率も高いことから,血清SP-Dの診断的意義は血清SP-Aよりも高い可能性を示した(Submitted).4)SP-A,SP-Dの単クローン抗体を用い、間質性肺炎の免疫組織学的検討を行なった結果,血清SP-A,SP-D上昇の機序につき肺胞II型上皮細胞の肥大,増生の関与が示唆された(未発表).

5)放射線肺炎症例で血清SP-A,SP-D値が高値を示すことを明らかにしているので(未発表)、放射線によるラット障害肺を作成して血清SP-A,SP-D上昇の機序について検討中である.本研究により、間質性肺炎の診断や治療効果、予後の判定などが可能となり、さらには肺の繊維化における肺胞II型上皮細胞の役割が明らかにされていくことが期待される.
現代アイルランド語のチェイン構造の解明に関する研究

アイルランド語には、補文標識(COMP)が3種類存在する。また、移動が関与すれば、痕跡(trace)が残り、そうでなければ、残余代名詞(resumptive pronoun)が現れる。本調査では、COMPが3つある例文を検証し、どの組み合わせが可能であるか調査した。COMPが3種類あり、それが生じうる箇所が3箇所あり、また、チェインの最後尾が、traceかresumptive pronounかの2種類あるので、論理的組み合わせは、54通りあるが、実際に可能であったのは、18通りだけで、これまでの主要な論文の主張と異なり、新たな発見となった。アイルランド語には、補文標識(COMP)が3種類存在する(go 'that,' aL (direct relative marker), and aN (indirect relative marker))。今回の調査では、COMPが3つある例文を検証し、どの組み合わせが可能であるか調査した。(アイルランド語には、3つの主要な方言があるが、今回の調査では、問題を明確にするために、データは、Ulster方言からのものに限定した。また、今回の調査では、関係節とwh-疑問文を調査し、中でも、argument operator/argument wh-phraseを含む文のみに焦点をあてた。この報告書では、スペースの制限により、関係節における補文標識交替に限定する。)COMPが3種類あり、それが生じうる箇所が3箇所あり、また、チェインの最後尾が、traceかresumptive pronounかの2種類あるので、論理的組み合わせは、(COMP1,COMP2,COMP3,trace (t)/resumptivepronoun (rp))のチェインにおいて、3x3x3x2=54通りある。1まず、チェインの最初の要素(COMP1)が、goである例文は、全て非文であるので、54通りの中、18通りは、不可能で、残りは、36通りとなる。2その中、(COMP3,t/rp)の関係が、(aL, rp)、(aN, t)、(go, t)の場合は、全て非文となるので、2x3x1x1=6が3セットとなり、18通りが非文となる。したがって、残りは、18通りとなる。3その中で、(aL, go, aL, t)が非文となるので、残りは、17通りとなる。したがって、今回の調査では、以下の17通りのチェインが関係節形成において可能であることが分かった。可能なチェイン構造(以下では、rpをitとして示す。)この中で、中でも、3.(aL, aL, go, it)と8.(aL, go, go, it)のチェインは、これまで、学術論文では、可能なチェインとして報告されておらず、今回の調査で初めて分かったものである。1まず、chainの最初の要素(COMP1)が、goである例文は、全て非文であるので、18通りの中、6通りは、不可能で、残りは、12通りとなる。2その中、(COMP2, t/rp)の関係が、(aL, rp)、(aN, t)、(go, t)の場合は、全て非文となるので、2x1x1=2が3セットとなり、6通りが非文となる。したがって、残りは、6通りとなる。3その中、mar `as'構文においては、(aL, aL, t)と(aL, aN, it)の2つのchainだけが、また、比較構文においては、(aL, aL, t)と(aN, aL, t)の2つのchainだけが許容されることが分かった。*有*McCloskey(2002)によれば、cad e `what'などのargument wh-phraseを含む疑問文は、5つのchainが許容される。それらは、(aL, aL, t),(aL, aN, it),(aN, go, it),(aN, aN,it),(aN, aL, t)である。このことから、mar `as'構文と比較構文の移動の性質は、項疑問文のそれとは、異なるということが分かってきた。さらに、mar `as'構文の調査によって、アイルランド語の節の構造は、CPの上に、ここで仮にMar Phraseと呼ぶ構造が存在し、CPの構造は、これまで考えられてきたより、複雑になっていることが分かってきた。本年度は、現代アイルランド語における比較構文内部に生じている移動現象について、昨年度の結果をもとに、さらに詳細に調査した。

また、移動が関与すれば、痕跡(trace)が残り、そうでなければ、残余代名詞(resumptive pronoun)が現れる。本年度の調査では、昨年度の調査の拡張として、COMPが3つある例文で検証し、どの組み合わせが可能であるか調査した。(アイルランド語には、3つの主要な方言があるが、今回の調査では、問題を明確にするために、データは、アルスター方言からのものに限定した。)COMPが3種類あり、それが生じうる箇所が3箇所あり、また、chainの最後尾が、traceか残resumptive pronounかの2種類あるので、論理的組み合わせは、(COMP1, COMP2, COMP3, trace (t)/resumptivepronoun (rp))のchainにおいて、3×3×3×2=54通りある。調査の結果は、以下に示される。1.まず、chainの最初の要素(COMP1)が、goである例文は、全て非文であったので、54通りの中、18通りは、不可能で、残りは、36通りとなる。2.その中、最後の要素が、resumptive pronounである文は、全て非文であったので、36通りの中、18通りが不可能であった。したがって、残りは、18通りとなる。3.その中、(COMP3 t/rp)の関係が、(aL, rp)、(aN, t)、(go, t)の場合は、全て非文となり、12通りが不可能であった。したがって、残りは、以下の6通りとなった。これは、比較構文のチェインは、痕跡で終わることができないということを示しており、さらに、局所性の制約を考慮に入れると、狭義の統語論上の制限ではなく、移動する要素(範疇)の意味論上の制限が大きく関わっていることを示唆している(Akira Watanabe(私信))。
トランスポーターの基質輸送サイクルを決定する分子弁の同定と機能解析

本研究では、トランスポーターの基質輸送サイクルを決定する分子弁の同定とその輸送分子機構を明らかにすることを目的として、様々な起電性輸送担体をモデル輸送担体として用い、以下に示す研究成果を得た。(1)ヒトH+/オリゴペプチド共輸送担体(hPEPT1)の基質輸送の方向性を決定する分子弁の実体を明らかにした。(2) Na+/モノカルボン酸共輸送担体(hSMCT1)の方向性を決定する分子弁の存在を明らかにした。本研究において、ヒトH+/オリゴペプチド共輸送担体(PEPT)における、第二膜貫通領域(TDM2)に存在する輸送活性中心His57と水素結合ネットワークを介して相互作用し,輸送活性調節に関与するアミノ酸残基Ser302を明らかにした。更に、Ser修飾試薬phenylmethylsulfonylfluoride (PMSF)によりPEPTの基質輸送活性の中心となるHis57のイミダゾ-ル基のpKaが酸性にシフトする結果が得られ、Ser302の水酸基との間の水素結合はSer水酸基を活性化することができる強さであることが、明らかとなった。これら相互作用は基質輸送の方向性を決定する分子弁として働いていることが明らかとなった。現在、この分子弁がどの様に機能しているかを熱力学的に検討することを目的として、PEPT大量発現細胞HeLa細胞から膜ベシクルを調製し、等温滴定型熱量計を用いて、構造変化に伴う熱の出入りを測定している。一方、Na+/モノカルボン酸共輸送担体(SMCT)の輸送分子機構解明を目的として、様々な基質の基質輸送ー構造活性相関(QSAR)を検討した。その結果、SMCTはモノカルボン酸のみならず、アミノ基等を有する双極性化合物も認識し輸送する能力を有していることが明らかとなった。更に、興味ある知見として、PEPT同様、ある輸送基質共存下で、SMCTがNa+チャンネルとして振る舞うことが明らかとなった。本研究において、様々な起電性輸送担体をモデルトランスポーターとして用い、輸送サイクルにおける分子弁の機能解明を目指して研究を進めている。先ず、ヒトH+/オリゴペプチド共輸送担体(PEPT)における、第二膜貫通領域(TDM2)に存在する輸送活性中心His57と水素結合ネットワークを介して相互作用し,輸送活性調節に関与するアミノ酸残基Ser302が形成する分子弁が基質輸送にどの様に関わるか、熱力学的に検討をおこなった。PEPT大量発現細胞HeLa細胞から膜ベシクルを調製し、等温滴定型熱量計(ITC)を用いて、基質結合に伴う熱の出入りおよび、駆動力であるH+の構造変化に伴う熱の出入りの測定を行った。この実験系では、PEPTの総タンパク量が少なく、信頼性のある熱量変化は観察されなかった。現在は、研究協力者に無細胞発現系によるPEPTの大量合成(mgスケール)を依頼し、熱量変化が十分得られる実験系を用いて、PEPTがどの様に輸送駆動力のH+電気化学ポテンシャルを分子弁に伝え基質を移動させているかを、熱力学的解明を試みている。一方、Na+/モノカルボン酸共輸送担体(SMCT)の輸送分子機構解明を目的として、様々な基質の基質輸送ー構造活性相関(QSAR)を行った。その結果、SMCTはモノカルボン酸のみならず、アミノ基等を有する双性イオン化合物、即ち、バルキーな構造を有するアミノ酸誘導体も認識し輸送する能力を有していることを明らにした。これらアミノ酸誘導体は、L-systemによって認識されるアミノ酸に属する。典型的な基質、モノカルボン酸化合物と同様、Na+:基質=1:2の化学量論比で輸送することが明らかとなった。更に、速度論的解析により、そのアミノ酸誘導体は、駆動力であるNa+結合部位近傍に結合することも明らかとなった。PEPT大量発現細胞HeLa細胞から膜ベシクルを用いて、基質輸送に伴う熱量変化を試みたが、膜タンパク質の絶対量が極めて少なく、信頼性のある熱量変化は観察されなかった。この実験系の再考が必要となった。一方、SMCTにおいては、アミノ酸輸送の速度論的解析により、基質認識機構、基質結合部位の推定に成功した。SMCTにおける輸送機構の解明はおおむね順調に進んでいる。本研究は、様々な起電性輸送担体をモデルトランスポーターとして用い、輸送サイクルにおける分子弁の機能解明を目指して研究を行ったものである。ヒトH+/オリゴペプチド共輸送担体(PEPT)における、第二膜貫通領域(TDM2)に存在する輸送活性中心His57は、水素結合ネットワークを介してアミノ酸残基Ser302と相互作用する。この水素結合が基質輸送の方向性を決定する分子弁として働いていることを明らかにした。更に、この分子弁が基質輸送にどの様に関わるか、PEPT大量発現細胞HeLa細胞から膜ベシクルを調製し、等温滴定型熱量計を用いて熱力学的に検討をおこなったが、信頼性のある熱量変化を測定することができなかった。そこで、多量に得ることができるブタ腎臓から尿細管ベシクルを調製し、PEPTと基質との相互作用、水素イオンとの相互作用を検討できる系を確立した。現在、基質および水素イオン結合による構造変化に伴う熱の出入りを測定している。その結果、SMCTはモノカルボン酸のみならず、アミノ基等を有する双性イオン化合物である、アミノ酸誘導体も認識し輸送する能力を有していることが明らかとなった。