hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
両大戦間の大阪と上海における西洋音楽受容の比較研究

戦間期、1920年代から40年代の大阪と上海における西洋音楽受容について、音楽専門教育と、ロシア人、ユダヤ人亡命者による演奏会や教育活動を対象に、文字資料とインタビューにもとづく調査をおこなった。とくに上海については、当時発行されていた「外国語新聞」、とくに、フランス語LeJournaldeShanghai、ロシア語新聞Slovo、Zariaなどを収集、解読することによって「同時代音楽」(バレエを含む)の活発な上演実態を明らかにすることができた。とくに上海については、当時発行されていた「外国語新聞」、とくに、フランス語Le Journal de Shanghai、ロシア語新聞Slovo、Zariaなどを収集、解読することによって「同時代音楽」(バレエを含む)の活発な上演実態を明らかにすることができた。2010年の研究成果は、二つの地域(上海、大阪)にまたがるものであった。まず、「上海租界の洋楽受容」についての現地調査(9月1日から10日にかけて実施)においては、関係する中国人研究者への聞きとり調査と資料調査を実施した。特筆すべき成果としては、上海交響楽団の本拠地にある楽団資料室で、一次資料の複写が許可され、1930、40年代の写真、プログラム、手書き資料などを収集することができた(複写や画像撮影)。聞きとり調査においては上海の音楽界における亡命ロシア人、ユダヤ系難民がはたした役割について、第一人者である研究者たちと今後の共同研究の可能性について協議することができた。日本側が所持する一次資料(1940年代)に対する関心は高く、相互に協力しあえる領域があることを確認した。また、実際に現地で確認できた事実として、交響楽団、音楽学校、ライシャム劇場(楽団の定期演奏の場)という3カ所が近距離にあり、相互に密接に関係しあっていたことに気づくことにもなった。一方、大阪の洋楽受容については、大阪音楽大学所蔵の資料群を用いて両大戦間の演奏会プログラムおよび学史資料を解読することに重点を置いた。演奏会活動において上海と同様に亡命ロシア人がはたした役割と功績の大きさを確認するにいたった。上海と大阪の洋楽受容は、ともに両大戦間において亡命ロシア人によって演奏、教育両面が牽引されていたという共通の事実がある。一方で相違点もみとめられる。上海ではロシア人は国立音楽専科学校などで正式な教授職を得るなど積極的に教育の場で登用され、活躍していたのに比して、大阪ではそのような事実が一切ない。このような両都市の洋楽受容上の差異についても次年度では詳細に調査を継続していく予定である。平成23年度は、大阪と上海、それぞれの都市の西洋音楽受容について主として一次資料調査を行った。まず、大阪については大阪音楽大学が所蔵する1910年代から1940年代までの校史資料を解読する作業を行った。校史資料のなかに含まれる亡命外国人に関わる文書や写真を複写し、当時の西洋音楽をめぐる状況を把握することにつとめた。多くの亡命ロシア人が演奏活動を行うなかで、なぜ大阪音楽学校をはじめとする音楽教育機関が亡命ロシア人を教員として雇用しなかったのか、という疑問に対する答えについては、いくつかの仮説を立てるにいたっている。仮説の根拠となるのは、やはり上海における積極的なロシア人雇用の事実である。主権をもたない租界、しかしすでに租界文化として高度な西洋音楽文化を築きあげていた租界においては外国人の雇用を避ける理由はなかったといえる。その上海については、今年度、2度にわたる現地調査を実施した。今回の目的は上海図書館蔵書楼に所蔵されるフランス語新聞。法文上海日報(Le Journal de Shanghai)」を収集、整理し、解読することであった。さらに、この新聞を非常に良好な状態で所蔵するフランス国立図書館にもおもむき、音楽評論をはじめとする記事や音楽関係の写真を閲覧した。このような現地調査のなかから、1940年代にはロシア人に加えてユダヤ難民のなかのきわめて高い技彌をもつ演奏家や作曲家が同時代の20世紀音楽やストラヴィンスキーをはじめとするバレエ・リュスの演目を劇場で演奏、上演し、聴衆が欧米人から中国人へと交替していく過程を把握することができた。以上のように、上海租界が20世紀音楽を受け入れ、同時代の最先端の音楽を受け入れていた事実は、いまだ十分に明らかにされておらず、それを裏付ける新聞資料を入手できたことが今年度の最大の収穫であったといえる。本研究の目的は、1920年代から40年代にかけての戦間期における「大阪」と「上海」をとりあげ、西洋音楽受容の比較研究をおこなうことであった。この時代、西洋音楽が東アジアに本格的に受容される過程で大きな役割を果たしたのは、祖国を追われた亡命ロシア人と(上海においては)ユダヤ人難民であった。これらの亡命者、難民のなかには母国で一流の専門教育を受けたすぐれた音楽家が含まれていた。

音楽家たちが活躍した音楽学校、楽団、劇場をめぐる資料をもとめて、日本においては主として大阪音楽大学音楽博物館及び京都大学文学研究科図書館、上海においては上海図書館及び同、徐家匯蔵書楼にて資料調査をおこなった。3年間の研究期間のあいだに、特筆すべき一次資料を得たのは、上海図書館徐家匯蔵書楼であった。これまで租界史先行研究において触れられることがなかったフランス語新聞Le Journal de Shanghai(1927-1945)を見出したことにより、亡命音楽家たちが関わった演奏会やバレエ公演などの具体的なプログラムとその上演内容に対する音楽批評までも読み取ることができたのである。さらに2012年には上海で発行されていたロシア語新聞、Slovo、Zariaや中国語新聞『新聞報』へと調査対象を拡げることとなった。結果として、これらの新聞の複写や電子媒体の購入によって、1940年前後の戦時下の上海の演奏会情況の把握に一定の成果をみることができた(2012年、第63回日本音楽学会大会における口頭発表、『音楽藝術』2013年第1期に共著論文として発表)。一方、大阪については、上海におけるような層の厚い亡命者の活躍は確認できなかった。むしろ、上海との比較で浮かび上がってきた特徴は、日本人による音楽専門教育(私立の音楽学校、私的音楽塾)が尊重されてきた事実であった。戦間期、1920年代から40年代の大阪と上海における西洋音楽受容について、音楽専門教育と、ロシア人、ユダヤ人亡命者による演奏会や教育活動を対象に、文字資料とインタビューにもとづく調査をおこなった。とくに上海については、当時発行されていた「外国語新聞」、とくに、フランス語Le Journal de Shanghai、ロシア語新聞Slovo、Zariaなどを収集、解読することによって「同時代音楽」(バレエを含む)の活発な上演実態を明らかにすることができた。当初予想していた資料以外の一次資料(新聞資料)の存在が判明し、かつその資料を交渉の末、入手できるまでにいたった。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在、主要な研究資料である外国語新聞資料の入手については、当該科研費ではなく、研究分担者となっている基盤Bの研究課題で推進している。今後この資料を使用する場合、基盤Bの研究代表者ならびに研究メンバーの了解をとらなければならないこと、また当該研究の成果と基盤Bの成果との明確な線引きを行うことが必要となる。
分光反射スペクトルによる植物活力度評価の基礎研究

A.全般的研究成果:本研究は、直接的には世界各地で起こっている森林破壊、特に酸性雨(霧)による樹木の活力度低下や立ち枯れ等につながる情報を樹木葉の分光スペクトルから得る事であった。しかし調査を進めて行くうちに、世界的に喧伝されている「酸性雨により樹木の立ち枯れと森林荒廃」は覆されつつある事が分かった。しかし、「酸性雨が森林を破壊する」と言う見解や報告が100報あれば、それを否定する報告は1にも満たない。しかもこの従来の説は、人間活動が環境破壊を起こすと言うストーリー性も十分あり、大方に受け入れられている。まさに、原因は2つに割れている。しかし、今後、この原因解明はさらに大きな問題となろう。また、より確実な結論を得るにはさらなる地道な研究が必要である。B.分光特性の測定と植物活力度評価:0.25-14.0μmの波長域を測定する分光計の立ち上げは、主に可視・近赤外波長域のMSR-7000について終了し、測定を開始している。本研究では酸性雨の代わりにPHを3-4に調整した稀硫酸等を用いて植物葉に噴霧し、経過の分光計測した結果は、以外に酸に強く、森林破壊は酸性雨ではないと言う説を補強している。また、植生状態を評価する植生指数(VI)を検討の結果、これもかなり曖昧で不備である事から、現在はVIの数学的な検討と再定義の研究も開始している。その他、関連の画像処理アルゴリズムの開発を行った。以上、この分野は光学的分光計測と植物生理、また数学的モデルや解析が交差する複雑な、しかしリモートセンシングの応用では避けて通れない重要な分野であるが、いまだに議論百出の状態であり、徒にリモートセンシング画像のみで不用意に結論を急ぐのではなく、今しばらくは本研究の様な地道な研究が必要であると考える。
魚類におけるアミノ酸代謝の制御機構に関する基礎研究

魚類は糖の利用効率が低く,生体エネルギー生産におけるアミノ酸への依存度が高いため,脱アミノ反応を頻繁に行っていることが予想される.しかし,アミノ酸の代謝を制御する経路についての研究は皆無に近い.本研究では,魚類のアミノ酸の代謝制御経路について検討した.その結果,魚類においてもアミノ酸制御経路が存在し,哺乳類と同様の制御因子がアミノ酸代謝に重要な役割を果たすものと推定された.魚類は糖の利用効率が低く,生体エネルギー生産におけるアミノ酸への依存度が高いため,脱アミノ反応を頻繁に行っていることが予想される.しかし,アミノ酸の代謝を制御する経路についての研究は皆無に近い.本研究では,魚類のアミノ酸の代謝制御経路について検討した.その結果,魚類においてもアミノ酸制御経路が存在し,哺乳類と同様の制御因子がアミノ酸代謝に重要な役割を果たすものと推定された.魚類は糖の利用効率が低く,生体エネルギー生産におけるアミノ酸への依存度が高いため,ALTのようなアミノトランスフェラーゼが脱アミノ反応を頻繁に行っていることが予想される.しかし,アミノ酸の代謝を制御する経路についての研究は皆無に近い.哺乳類においてはアミノ酸代謝制御の起点の役割を果たしているものにTOR (target of rapamycin)とPPARs (peroxysome proliferator-activated receptors)があるが,魚類のアミノ酸代謝の制御への関与は不明である.本研究では,TORおよびPPARsによる脱アミノ反応の作動について検討した.本研究ではマスノスケ発眼胚体由来のCHSE-214においてTORの阻害剤であるラパマイシンを投与し,その際のTORおよびリン酸化TOR,PPARsの発現をウエスタンブロッティングによってタンパク質レベルで評価した.PPARファミリーには-α,-γ,-δなどが存在するが,今回は全てのタイプを探索し,魚類におけるTOR阻害によるPPARファミリーの発現制御を確認した.その結果,哺乳類のTORの阻害剤であるラパマイシンが魚類のTORのリン酸化も阻害することが確認できたため,哺乳類のTORと同様の働きをもつ可能性があることが示された.また,PPARsの発現量が上昇したことから,脂質代謝やアミノ酸代謝といった他の代謝系が働いていると考えられる.哺乳類と同様に,魚類においてもアミノ酸があることによってTORが活性化するが,CHSE-214へのラパマイシンの投与により,濃度依存的にリン酸化TORのタンパク質発現量が減少し,PPARsのタンパク質発現量が上昇した.このことからアミノ酸代謝の制御ではTORとPPARsが重要な役割を果たすものと推定された.魚類は糖の利用効率が低く,生体エネルギー生産におけるアミノ酸への依存度が高いことが予想されるが,アミノ酸の代謝を制御する経路についての研究は皆無に近い.本研究では,哺乳類においてアミノ酸代謝制御の起点の役割を果たしていると考えられているTOR(target of rapamycin)とPPARs(peroxysome proliferator-activated receptors)による脱アミノ反応の作動について検討した.マスノスケ発眼胚体由来CHSE-214においてTORの阻害剤であるラバマイシンを投与し,哺乳類でPPARおよびTORの制御に関与していると考えられているAKT,ERKの発現をタンパク質レベルで評価した.その結果,魚類のTORのリン酸化は阻害され,PPARs発現量は上昇したが,AKT,ERKには有意な差は見られなかった.また無血清培養で48時間後にALTのmRNA発現量が有意に増加したが,アランンを投与した区ではALTの上昇は見られなかった.このことから飢餓状態になるとALTの活性が上昇し,アラニンをエネルギーとして使っている可能性が考えられた.また,TORリン酸化を抑制すると考えられているオリザノールをニジマスに給餌し,急性摘出した肝臓のTOR,PPAIRs,その下流である4E-BP1のタンパク質発現量を評価した.その結果,8週間の飼育試験でリン酸化TORが抑制され,PPARsの発現量が上昇することが明らかになった.また,4E-BP1のリン酸化は抑えられた.魚類TORシグナル伝達経路ではインスリン成長因子経路よりもタンパク質合成における翻訳機構のほうが影響を受けることが考えられた.また,飼育実験ではオリザノールによる飼料効率の改善がみられ,本研究の大命題でもある養殖におけるタンパク質固定の効率化に新たな知見をもたらすものと考えられた.
C4植物由来炭酸固定酵素PEPCのリン酸化による反応制御機構の解明

C4植物であるトウモロコシの葉からPEPCの大量精製を行い、精製酵素についてMg^<2+>および基質類似物との共結晶化を行った。X線構造解析に適した結晶について、X線構造解析を行った。本結晶は、格子定数が大きいため回折強度が弱く、本研究室にある回転対陰極型X線発生器とX線検出器RAXIS IIcでは精度の高い回折強度データを得ることができない。よって、強力なX線源を用いて回折強度データを収集する必要がある。そこで、平成12年度には高純度サンプルの精製を繰り返し行うことによって、結晶化に必要な大量のサンプルを入手し、結晶化を行った。このために、精製試薬、カラム用充填剤、高純度結晶化試薬の大量に購入した。得られた結晶を用い、播磨SPring-8あるいは筑波高エネルギー物理学研究機構におけるシンクロトロン放射光により、基質類似物・阻害剤非結合型結晶のX線回折強度データの収集を行った。その後、DENZOとSCALEPACKという処理プログラムを用いて回折強度データからFデータを得、構造解析とその精密化を行った。これまでに得られている阻害剤結合型PEPC(大腸菌由来)の立体構造と比較した結果、トウモロコシ由来PEPCの活性部位の構造が大きく変化し、活性型酵素について、多くの新しい構造化学的知見が得られた。
環境対応型光アクチュエータゲルの開発とシステム化

光応答収縮を示すゲルシートを用いてマイクロ流体システムを構成、10個のバルブの独立制御や流体の混合制御を光照射によって自在に行えることを示した。また、従来1時間以上を要した光誘起収縮からの復帰を約10倍高速化した材料を開発、微小物体運搬の光制御への応用を実証した。さらに、可視応答型光酸発生残基を導入したゲルを開発、パターン光照射での流路書き込み、任意のpHで使用が可能なマイクロチップを試作した。20年度は研究代表者である須丸が急遽内閣府出向を命じられ、予定されたスケジュールを一部変更して研究を行った。まず、平成22年度に予定されていた「光アクチュエータゲルを組み込んだマイクロシステムの構築」については、酸性水溶液中で光応答収縮を示すことが既に見出されている色素・リンカー・主鎖の組み合わせで検討を行った。特に高い集積度が見込まれる「ゲルシートと流路チップのアセンブル」に基づくアーキテクチャを前倒しで検討、PDMS流路チップと微小な貫通孔を備えたガラス板と光アクチュエータゲルシートを順に積層することにより、1cm角の領域に10個の光応答性バルブを集積したマイクロ流路チップを試作した。様々な作製条件を検討した結果、局所的な青色光照射により、照射されたバルブのみが開通する条件が確認され、さらに詳細な条件検討により、10個の光応答性バルブ全てを独立に光制御できることが実証された。この成果は、Lab on Chip誌(IF=5.821)に掲載され、09年1月のアクセスランキング4位となった。一方、スピロピラン色素の構造については、20年度に予定されていた5通りの置換基構造を有するアクリルアミドモノマーを合成、まずは主鎖からの干渉が少ない、ジメチルアクリルアミドとの共重合体の合成を行った。まずはそれらについて酸性条件における光異性化のダイナミクスを解析、メトキシ基を有する一部の構造が、光励起からの戻り反応が、30度で約5分と早いことが確認された。さらに、無置換色素を10%導入した系では、ジメチルアクリルアミドポリマー水溶液の相分離が誘起されることが明らかになり、光アクチュエータゲルの高速駆動に関する有用な知見を得た。前年度検討した5通りの置換基条件を有するスピロピラン色素の構造について、引き続き主鎖をポリジメチルアクリルアミドとしたポリマーについて、酸性水溶液中での物性解析を行った結果、前年度に高速戻りを確認した置換基構造の色素が、他に比べてよりpHの高い条件においても、十分な光異性化特性を示すことが確認された。これらの色素を側鎖に有するポリN-イソプロピルアクリルアミドでゲルシートを合成、微小パターン照射によるマイクロレリーフ形成能を評価した結果、上記の構造を有するスピロピランで修飾されたゲルについて、短・中期的に動物細胞の培養が可能な、pH6の条件においても、光応答収縮性を示すことが明らかになった。しかしながら、このように高いpH環境で得られる光応答収縮性は、10%以下であることも明らかになった上、上記のスピロピラン色素物性の精密な解析の結果、こうした高pH条件で大きな光異性化率の変化を得るのが困難であることを示唆する知見を得、新たな光応答性残基の設計・開発の必要性が示唆された。また前年度に開発した光応答性ゲルシートからなる光マイクロ流体制御システムについては、ミキサー構造を有する流路表面に光誘起マイクロレリーフ形成技術を用いて、凹凸構造を即時形成することで、層流を乱して混合を促進するメカニズムについて検討、構造形成後に実際に層流が乱れるととが観察され、マイクロ流体システムにおける物質移動経路のみならず、混合状態をオンデマンドに光制御できることが実証された。前年度に合成方法を確立、基礎物性データを収集した高速戻り光収縮スピロピランゲルを用いて、酸性水溶液中での、ロッド状のゲルが側面からの光照射に応答して素早く屈曲、数分の間に復旧する光駆動ソフトアクチュエータとして動作すること、シート状のゲルが局所光照射に応じて凹み、その後復旧し、その上にある小物体の運搬を光で自在に制御可能なマイクロコンベヤーとして機能することを実証した。しかしながら、このように顕著な光収縮はpH4以下の酸性条件下でのみ観察、細胞培養が可能な中性に近い条件で、前年度確認の程度(約10%)を超える十分な光応答を示すスピロピランの構造を特定するには至らなかった。そこで、不可逆性となるが、光照射のみによって収縮度が変化、細胞培養環境を含む広いpH、イオン強度の範囲でその状態を維持する新たな光応答ゲルの構成要素として光酸発生(PAG)残基を検討、可視光応答性PAG残基を側鎖に有するポリN-イソプロピルアクリルアミドでゲルシートを合成した。乾燥状態で微小パターン照射を行い、その後水に膨潤させて表面を観察したところ、照射域の膨潤度が他に比べて低く抑制され凹凸レリーフ構造が形成されること、その状態が中性条件でも安定に保持されることが確認された。

さらに片面をガラス基板に固定したゲルシートを調製、その上に所定のギャップを介して、開口を有するガラス板を配置し、所定の流路パターンに沿って波長436nmの青色光照射を行い、開口から水を注入したところ、非照射域ではゲルが上のガラス面に達するまで膨潤した一方で照射域では空間が残り、開口部から注入したラテックス分散液が、こうして形成された流路に沿って導かれることが確認された。これにより、直接のパターン光照射と水の注入のみで、任意の流路構造を即席で形成できるマイクロバイオチップが、このゲル材料を用いて構成できることが実証された。
精密トルク測定による電子ネマティック相の研究

本研究では、強相関電子系物質において議論されている、電子状態が結晶の持つ回転対称性を破る「電子ネマティック」状態を調べる新しい方法として、高感度な磁気測定が可能であるマイクロカンチレバーを用いた磁気トルクの角度依存性測定を用いた対称性の破れの検出を可能にした。実際に鉄系超伝導体の常伝導状態および重い電子系化合物URu2Si2の隠れた秩序相において、帯磁率の面内異方性を観測し、回転対称性の破れた電子ネマティック相の存在を明らかにした。成果として、微小カンチレバーを用いた磁気トルクの角度依存性測定システムを完成させ、鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2の微小単結晶試料において角度依存性の温度変化の測定により、電子ネマティック相転移を見出すことに成功した。具体的には、転移温度が最大の超伝導を示す最適組成の試料において、転移温度30 Kよりはるかに高温の80 K程度からトルクの面内角度依存性に明確な2回対称性成分を観測した。このような2回対称成分は、4回対称性をもつ正方晶の物質では通常期待されない振る舞いであり、電子系の対称性が方向性を示すネマティック状態となっていることを示す強い証拠である。これまで、鉄系超伝導体では、結晶構造が正方晶から斜方晶へと構造相転移することが、低置換の組成領域で報告されているが、この構造相転移は最適組成領域では見られなかった。さらに様々な組成について同様の測定を行ったところ、構造相転移温度よりも高温でトルクの2回対称性が現れることが明らかとなった。また、その転移温度はP置換とともに系統的に低温へ向かってシフトしていき、超伝導ドームを覆うように高置換領域まで延びていることがあきらかとなった。さらにその磁場依存性測定により、電子ネマティック状態は磁場によって誘起されたものではなく、ゼロ磁場でも対称性を自発的に破る状態となっていることを強く示唆する結果を得ている。また同様の測定を電子ドープ系のBa(Fe,Co)2As2について行ったところ、同様の2回対称性が現れることを見出し、その転移温度のドープ量依存性はP置換系と同様に超伝導ドームを覆うような相図が得られた。これらの結果は、鉄系超伝導体の相図上において、構造相転移とは別に電子系のネマティック相転移線がより高温に存在するという、新たな情報を与えるものであり、鉄系超伝導の発現機構を議論する上で重要な結果であると考えられる。本年度の成果として、微小カンチレバーを用いた磁気トルクの角度依存性測定システムを完成させ、鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2の微小単結晶試料において角度依存性の温度変化の測定により、電子ネマティック相転移を見出すことに成功した。この結果は、鉄系超伝導体の相図上において、構造相転移とは別に電子系のネマティック相転移線がより高温に存在するという、新たな情報を与えるものであり、鉄系超伝導の発現機構を議論する上で重要な結果であると考えられる。当初の予定どおり、鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2にて磁気トルク測定を行い、面内2回対称性成分の観測により、電子ネマティック相転移が存在していることの強い証拠を得ることができた。今後は他のドープ系などによる測定を行い、電子ネマティック相転移が鉄系超伝導体に普遍的な振る舞いであるかどうかを明らかにする。さらにシンクロトロンX線測定などの測定により微小な構造歪みがおこっているかどうかを詳細に調べる。等価置換系の鉄系超伝導体BaFe2(As,P)2と比較のため、電子ドープ系鉄系超伝導体Ba(Fe,Co)2As2についても同様な測定をおこなう。また、異なる結晶構造を持つ1111系超伝導体についても調べて、統一的な理解を目指す。
レトロウイルスのインテグレーションに関与する宿主因子の解析

これまでヒト免疫不全ウイルス(HIV-1)のインテクレーションに必要なインテクラーゼに,結合する宿主因子INIIは、HIV-1の感染初期過程には影響及ぼさないものの、HIV-1Tatに結合し、HIV-1の転写制御を増強することを見いだしてきた(Ariumi, et.al.Retrovirology3:47,2006)。また、HIV-1のインテグレーションに関与が示唆されているATMが新たにHIV-1 mRNAの核外輸送に関与しているHIV-1Revの活性を制御していることも明らかにしてきた(Ariumi and Trono,J.Viro1.80: 2445-2452,2006)。最近、DDX3 DEAD-box RNAヘリカーゼがRevの機能制御に重要な宿主因子であるという報告がなされた。そこで、今年度は同じRNAウイルスであり、HIV-1同様、ヒトに持続感染するC型肝炎ウイルス(HCV)め複製に対してもAT域やDDX3が関与するのか検討してみた。その結果、DNA damage sensorであるATMがHCV RNA複製に必要な宿王因子であることを見いだした。またATMキナーゼ阻害剤を作用させるとHCVのRNA複製が抑制された。(Ariumi, et. al.論文投稿中)。一方、DDX3をshRNAを発現するレトロウイルスベクターを用いてノックダウンさせるとHC VRNA複製とJFH1株を用いたHCV感染が顕著に抑制された。さらにHCV CoreとDDX3が相互作用することを免疫沈降実験や共焦点レーザー顕微鏡を用いた細胞内局在の観察により確認し(Ariumi, et. Al.J.Viro1.81:13922-13926,2007)。これらの結果より、HIV-1とHCVの両者の複製に必要な宿主因子であるATMとDDX3に対する阻害剤は、AIDSとC型肝炎の両方の慢性持続ウイルス感染症に対する有効な抗ウイルス剤として期待された。レトロウイルスゲノムの宿主ゲノムへのインテグレーションは、ヒト免疫不全ウイルス(HIV-1)の複製においても必要不可欠である。このステップにはウイルスのインテグレースが必要不可欠である。これまで酵母two-hybrid法によりインテグレースに結合する宿主因子として、Integrase Interactor 1(INI1)が同定されているが、そのウイルス複製における役割はあまりよく解明されていない。そこで、本研究においてこの問題について取り組み、レトロウイルスのインテグレーションに関与する宿主因子の機能解析を行った。INI1 shRNAを恒常的に発現するレンチウイルスベクターを用いて、INI1をノックダウンさせたCD4陽性ヒト細胞を樹立し、HIV-1を感染させるとHIV-1産生能はコントロールに比べ減少した。INI1はHIV-1の複製に必要な宿主因子であることが証明された。次に、GFPマーカーを発現するHIVベクターを導入し、導入効率をコントロール細胞とFACSにより、比較した。その結果、INI1が効率よくノックダウンされたので、INI1はHIV-1のインテグレーションには不必要であることが判明した。一方、INI1はクロマチンリモデリング因子としても知られているので、HIV-1の転写制御に関与するのか検討した。興味深いことにINI1はHIV-1 Tatの転写活性化能を増強させた。さらに免疫沈降実験により、INI1とTatが結合することが明らかとなった。少なくともTatの転写機能の増強には、INI1のクロマチンリモデリング因子複合体形成に必要な2つのリピートモチーフRpt1とRpt2が必要であることが変異体を用いた解析により、判明した。この結果から、INI1は単独でTat転写機能を増強しているのではく、クロマチンリモデリング因子複合体を形成し、HIV-1の転写制御を増強していることが示唆された。HIV-1は転写が盛んな宿主ゲノム部位に好んでインテグレーションされる傾向があるので、インテグレーションされる部位を決定する宿主因子として、INI1が関与している可能性も考えられ、今後の検討課題である。

さらにHCV CoreとDDX3が相互作用することを免疫沈降実験や共焦点レーザー顕微鏡を用いた細胞内局在の観察により確認し(Ariumi, et. Al.J.Viro1.81:13922-13926,2007)。これらの結果より、HIV-1とHCVの両者の複製に必要な宿主因子であるATMとDDX3に対する阻害剤は、AIDSとC型肝炎の両方の慢性持続ウイルス感染症に対する有効な抗ウイルス剤として期待された。
巨大生体ナノポアを用いたタンパク質/DNAアプタマー複合体の一分子計測

マイクロ加工技術を基盤に、液滴接触による平面脂質膜を再現性よく安定に形成する方法を確立した。この方法を用い、バイオセンシングのための持ち運び可能なポータブル脂質膜計測システムを開発した。530 nmのサイズのナノポアを平面脂質膜に再構成することに成功した。その巨大ナノポアを用い、従来のナノポアでは計測不可能であったサイズのタンパク質の一分子計測に成功した。またタンパク質/アプタマー複合体に関してもチャネル電流計測を行った。H25年度は脂質膜の安定性向上のため、単分子膜が接触する界面に微小孔を有するパリレンフィルムを配置することで安定性の向上を目指した。疎水性のパリレンフィルムを位置精度よく脂質単分子膜同士の接触面に配置するため、フィルムを所定の位置に再現よく設置できるチャンバをマイクロ切削により作製した。脂質膜の安定性の評価はi)経時変化、ii)膜の振動試験によって行った。これまで脂質膜は形成後、数分で破壊が起こることが多かったが、パリレンフィルムを配置したチャンバ内で形成させて脂質二分子膜は高い安定性を有すことが上記の安定性評価試験より明らかに出来た。ここにストレプトリジンの巨大チャネルを形成させるため、データ取得可能な時間および人工脂質膜を保持可能な条件を探索した。これらの結果に関し、マイクロ加工・分析に関する国際会議に投稿を行い採択された。本研究の目的は、マイクロ加工技術を用い安定で再現性の良い人工細胞膜(平面脂質二分子膜)を作製し、そこにナノサイズのポアを形成する膜タンパク質を再構成し、DNAアプタマーを用いこれまで計測が困難であった320 nm程度のタンパク質を一分子レベルで選択的に電気計測を行うことである。これによりこれまでになかったサイズのナノポアを用いたバイオセンサとして、オンサイトでの医療診断に応用展開が見込める。はじめにマイクロ微細加工技術を用い、100 umの穴を形成した疎水性フィルムを作製し、そこに平面脂質二分子膜を形成した。これをマイクロ加工により小型チップ化し、ハンドヘルドのパッチクランプアンプとPCに接続することにより、持ち運び可能なナノポアセンサの基盤を開発し論文として報告した。次にこの脂質二分子膜中に、巨大サイズのナノポア形成を行った。これまでのナノポアは約1 nm付近のものしか知られておらず、それより大きな標的の計測は原理的に困難であった。そこで生体中で3 nm以上の直径を持つ膜タンパク質をあらたに再構成することを試みた。脂質膜組成や濃度など種々の条件を検討することにより、330 nmの膜タンパク質(パーフォリン、ストレプトリジン)の再構成に成功し、その一つのポアが形成するチャネルシグナルを電気的に計測することに成功した。これは査読付き国際会議に採択され発表を行い、現在論文を執筆中である。更にここに標的となる水溶性タンパク質(グランザイム、直径約5 nm)を用いて一分子計測をしたところ、このタンパク質の阻害電流を得ることができた。さらに腸管毒であるエンテロトキシンとそのアプタマーを用いて選択的一タンパク計測を行っており、この結果に関しても査読付き国際会議に投稿し、また論文も執筆中である。26年度が最終年度であるため、記入しない。安定形成可能になった平面脂質膜を用い、ストレプトリジンチャネルの基礎的な電気生理に関して検討を行った。その結果、平面脂質膜を用いてストレプトリジンのチャネルシグナルを再現よく一タンパク質レベルで計測することができた。流れるチャネル電流はヘモリシンポア(本条件では100 pA)と比較して、同じ条件で250倍になることが統計的なデータから明らかに出来た。化学従来のものと較べ、巨大なサイズのナノポアの形成に成功した。これを用いこれまで測定不可能であったサイズの生体分子、特に人体に対し毒性を有するタンパク質に関しナノポアによる一分子計測を行う。標的タンパク質であるエンテロトキシンが、EUの毒素輸出規制の法制度の改定及び輸入業者の手違いにより納入に遅延が生じた。そのため今年度計画の一部を来年度に移管する。エントロトキシンの一分子計測実験に必要な機器の一部を繰り越して購入する。
有機リン酸関連化合物の経済的、実用的合成法

本年度は有機リン酸化合物のうち最も重要なものの一つであるDNAにターゲットを絞り、その経済的・実用的大量合成法の開発を行った。具体的には、DNA合成に最も有効であるとされるホスホロアミダイト法の改良を目標に、アミダイト法が経済的大量合成法という観点から抱える種々の問題点のうち最も大きな問題点である、(1)高い合成収率を得るために、高価である原料のヌクレオシドホスホロアミダイトと、高価で、爆発性が危惧され、生物的毒性が懸念されるテトラゾール系アミダイト活性化剤をヌクレオシドに対して過剰量使用しなければならない、(2)ヌクレオシド塩基部アミノ基への副反応を防ぐために、面倒で、経済的デメリットが大きいアミノ基の保護が不可欠である、の2点について改善策を検討した。その結果、(1)については新規ホスホロアミダイト活性化剤であるトリフルオロメタンスルホン酸イミダゾリウムあるいはべンズイミダゾリウムを開発することにより解決した。これらの活性化剤は安価で、安全性が高いだけでなく、反応性がきわめて高いため、ヌクレオシドホスホロアミダイト原料、活性化剤共に化学量論量の使用で高収率合成が達成された。また(2)についてはトリフルオロメタンスルホン酸イミダゾリウムを促進剤に用いる合成では核酸塩基部アミノ基にまったく副反応が起こらないことを見出し、問題を解決することができた。これらの成果の結集として、塩基部無保護ホスホロアミダイト法によるDNAオリゴマーの高効率合成法を発表したところ、究極の合成法として国内外で大きな反響を得た。予備実験ではこれらの改善は一般のアルコールやアミノアルコールにも適用できる事が分かっており、今後、本法をアンチセンス核酸を含む生体関連有機リン酸関連化合物や有機リン酸系農薬などの経済的・実用的合成法として完成させたい。
高性能・省電力な計算のための短尺浮動小数点表現の検討

2018年度は最新の研究動向を考慮し研究の方向性の見直しを図った.本研究の開始以降に類似のアプローチによりプログラムの性能改善を図った事例がいくつか報告されており,本研究の主対象であった実装・評価の観点では研究の余地が限られると考えた.そこで短尺形式の具体的な活用事例を模索し,一つの応用例として高精度内積・行列積計算手法の一つである尾崎スキーム[Ozaki et al. 2012]において,計算に必要な中間データの格納における短尺形式の適用を検討した.この事例では最終的に,固定小数点的な方法で64ビット浮動小数点数を32ビット整数型に格納し,メモリ律速な処理における性能向上が得られることを示した[椋木ら2018].一方で,短尺形式の適用にあたり必要なビット数をシステマチックに特定する方法が求められている.そこでその手法の検討を開始し,区間演算に基づく精度保証計算手法,Stochastic Arithmeticを用いた手法の活用を検討するに至った.これらの方法により浮動小数点演算結果における有効ビット長の特定が可能となり,短尺形式の必要ビット数の裏付けが可能となることが期待される.具体的な研究はこれからであるが,これまでに該当分野の研究者と議論を行った.今後は2019-2021年度の科研費若手課題「超並列計算環境のための高精度かつ再現性のある行列計算ライブラリの開発」(#19K20286)に研究を引き継ぐこととする.総じて,本研究期間内に発表できた具体的研究成果はやや乏しいと言わざるを得ないが,着想自体の妥当性は確認され,本研究においても評価・応用例を示せた点,そして今後の研究に発展する知見と議論が蓄積できたという点において,本研究の意義があったと結論付ける.本研究ではIEEE形式よりもビット長の短い短尺浮動小数点形式の実現方法を検討し,基本的な計算カーネルにおける性能評価を通して,その有効性を明らかにすることが目的である.平成28年度はGPUを対象に,短尺浮動小数点形式の実装方法と,基本的な線形計算カーネルに適用した場合の性能を検討した.まず,これまでに試作を行った短尺浮動小数点形式の実装について,簡易的な最近接偶数丸めを実装するなどの改良を施し,これを用いて性能がメモリ律速となると考えられる幾つかの計算カーネルへの適用を行った.そしてコンシューマ向け,HPC向け,エンベデッド向けの3種類のGPUデバイスにおいて性能を評価した.うち前者2つについては電力性能についても評価を行った.その結果,単純なベクトル演算や行列ベクトル積においては,短尺形式の使用による実行時間の削減と,それによる電力性能の改善が確認できた.一方で,疎行列ベクトル積などの比較的メモリアクセスが複雑な処理においては,期待した効果が得られないケースが多く見られた.性能の詳細分析が今後の課題となった.本成果については,国際学会におけるポスター発表を行った.また国際学会および国内イベントの口頭発表の一部において本研究の成果を紹介し,幾つかのフィードバックを得た.一方で,本年度は実アプリケーションへの応用を視野に,桁数を必要としないとされる海洋シミュレーションのカーネルコード(GPU)への適用を検討を行った.平成28年度の当初計画では,x86等のSIMDプロセッサにおける実装方法の検討,またより多種類の計算カーネルにおける性能評価を実施する予定であったが,これらを達成できていない.計画通りに進まなかった原因としては,電力性能の測定方法に関するノウハウが不足していたため評価方法の確立に時間を費やしたこと,一部カーネルの実装に時間を要したことが挙げられる.一方でその他については概ね計画通り実施している.本年度は後述する研究代表者の転属にともなう研究進捗の遅れにより,研究発表に結びつく業績が得られなかった.以下に本年度の研究進捗状況を記す.(1) GPUにおける疎行列ベクトル積カーネルへの適用を引き続き検討した.前年度は広く普及しているCSRフォーマットへの適用を検討したが,行列データへの間接参照に必要となるインデックス行列へのアクセスコストにより短尺形式の効果が十分得られないケースが見られた.そこでインデックス行列の圧縮によりその参照量を大幅に減らした新フォーマットであるAMBフォーマット[Nagasaka et al. 2016]への適用を検討したが,CSR形式の場合と比べて大きな性能改善は得られなかった.現在プロファイラを使用するなどして性能ボトルネックの分析を進めている.(2)研究代表者が別課題によりこれまで開発してきた,GPU向けの自動チューニング機構付きBLASカーネル群MUBLASへの,短尺形式の適用作業を進めた(作業は現在進行中である).短尺形式のサポートにより演算精度・データ型の異なるカーネル群を大量に実装・性能最適化する必要が生じるため,自動チューニング機能のサポートが不可欠である.MUBLASへの組み込みにより自動チューニングによる短尺形式対応BLASの性能最適化を試みる.(3) GPUにおいて姫野ベンチマーク(非圧縮流体解析コードのベンチマークプログラム)に短尺形式を適用し,短尺形式による速度向上を確認した.今年度は本研究計画段階では予定されていなかった研究代表者の転属が10月に発生し,これに起因する前職および現職の本務にかかる予定外の業務が多数生じたため,本研究が計画通り進行できなくなった.このため補助事業期間延長の申請を行ない,了承された.2018年度は最新の研究動向を考慮し研究の方向性の見直しを図った.本研究の開始以降に類似のアプローチによりプログラムの性能改善を図った事例がいくつか報告されており,本研究の主対象であった実装・評価の観点では研究の余地が限られると考えた.

そこで短尺形式の具体的な活用事例を模索し,一つの応用例として高精度内積・行列積計算手法の一つである尾崎スキーム[Ozaki et al. 2012]において,計算に必要な中間データの格納における短尺形式の適用を検討した.この事例では最終的に,固定小数点的な方法で64ビット浮動小数点数を32ビット整数型に格納し,メモリ律速な処理における性能向上が得られることを示した[椋木ら2018].一方で,短尺形式の適用にあたり必要なビット数をシステマチックに特定する方法が求められている.そこでその手法の検討を開始し,区間演算に基づく精度保証計算手法,Stochastic Arithmeticを用いた手法の活用を検討するに至った.これらの方法により浮動小数点演算結果における有効ビット長の特定が可能となり,短尺形式の必要ビット数の裏付けが可能となることが期待される.具体的な研究はこれからであるが,これまでに該当分野の研究者と議論を行った.今後は2019-2021年度の科研費若手課題「超並列計算環境のための高精度かつ再現性のある行列計算ライブラリの開発」(#19K20286)に研究を引き継ぐこととする.総じて,本研究期間内に発表できた具体的研究成果はやや乏しいと言わざるを得ないが,着想自体の妥当性は確認され,本研究においても評価・応用例を示せた点,そして今後の研究に発展する知見と議論が蓄積できたという点において,本研究の意義があったと結論付ける.平成29年度は主としてMPI通信への適用と分散並列プログラムにおける性能評価を行う予定である.通信データ量の削減による性能向上が見込める事例として,行列の再分散を伴う通信削減型の行列積実装への適用を検討している.実装と評価を行う一方で,これまでに実装したGPU向けプログラムも含めて,性能のモデル化によりデータ転送コストの削減が性能改善に繋がるケースを理論的に示したいと考えている.(1)GPUにおける疎行列ベクトル積および疎行列反復解法への適用を引き続き検討する.(2)MUBLASへのコード統合により自動チューニング付きの短尺形式対応BLASのプロトタイプを実装する.(3)多倍長演算(4倍精度演算)への適用を行う.(4)平成29年度末に購入した電力測定装置を用いて電力性能の詳細な検討を行う.(5)現在執筆中の英文論文を完成させ国際学会へ投稿する.次年度使用額は今年度予算の3%程度であり,ほぼ計画通りに執行されたと考えている.今年度は本研究計画段階では予定されていなかった研究代表者の転属が10月に発生し,これに起因する前職および現職の本務にかかる予定外の業務が多数生じたため,本研究が計画通り進行できなくなった.このため補助事業期間延長の申請を行ない,了承された.次年度繰越分は学会発表のための旅費および英語論文の校正費用に使用する.次年度の出張費用等に活用する.
分調波発生機構の解明と新しい超音波非破壊評価への挑戦

近年,き裂や異種材料接合界面中の接合不良箇所で発生する非線形超音波を用いた非破壊評価法に注目が集まっている.しかしながら,非線形超音波の1つとして知られる分調波の発生機構は明らかにされていない.本研究では,演算子積分時間領域境界要素法や,MPS法,動弾性有限積分法等を駆使して,き裂や異種材料接合界面中の欠陥による散乱問題を解析し,分調波発生機構を解明することを行った.その際,き裂等の欠陥には接触境界条件を考慮した.また,非線形超音波を用いた欠陥形状再構成手法についても検討した.数値解析結果より,分調波は欠陥形状や入射角,欠陥の擬似固有振動等に依存して発生することが明らかとなった.平成27年度の研究実施計画は、1)高調波発生機構から見た分調波発生モデルの考察、2)波動論的立場から見た分調波発生機構の解明、3)非線形振動論的立場から見た分調波発生機構の解明であった。1)について、高調波はき裂面のせん断変形、開口変形が起こった場合に発生することが申請者らの既往の研究で既に明らかになっている。しかしながら、複数の数値シミュレーションを適用した結果、高調波と分調波の発生メカニズムはやはり全く異なるものであり、低周波成分が相対的に増加している理由は、き裂面が圧縮され、ほとんど開口しない状態が原因となっていることがわかった。また、2)については、申請者らのグループで開発した演算子積分時間領域境界要素法をベースとした非線形超音波シミュレーターを用いて解析を行った結果、分調波は、複数のき裂や、き裂が発生する表面部分等を考慮した場合に比較的発生しやすいことがわかった。実際に、先に周波数領域でき裂面の応答解析を実施したところ、分調波が発生する超音波の周波数は、周波数領域で解析した場合の卓越周波数に近い部分で発生している現象を確認することができた。また、超音波の入射角度を様々に変更させたシミュレーションも行い、き裂面に対する入射角度によっては、分調波が発生しない場合も見受けられた。3)については、振動系をき裂間に考慮するために、き裂面にバネを挿入した接触モデルの作成について検討した。き裂開口時に、一定の開口変位を越えた際に自由振動となるような定式化をき裂面に適用する方法について検討した。平成27年度は、平成28年度以降に実施する分調波シミュレーションの準備期間であるので、今年度の研究実績は、十分であったと考えられる。平成27年度の研究計画は、分調波発生モデルのための理論構築を目的とした研究であった。平成27年度の結果をもとに、平成28年度、29年度に実施する非線形超音波のシミュレーションに活かすことが目的である。そのような中、平成27年度は、後に実行するシミュレーションに必要な演算子積分時間領域境界要素法をベースとした超音波シミュレーターの開発およびその高度化をすることに成功し、かつ平成28年度に実行する予定であった、無限弾性体中のき裂による分調波のシミュレーションまで前倒しで実施することができている。また、1次元ではあるが、有限要素法や動弾性有限積分法(EFIT:Elastodynamic Finite Integration Technique)を用いた非線形超音波シミュレーターの開発も行うことができている。一方、申請者らが既往の研究で実施した高調波シミュレーションの高度化とその利用によるパラメータ計算、平成28年度以降に実行する非線形振動のための、き裂面に挿入するバネモデルの適用についても、予定どおり、検討が行われた。以上より、平成27年度の進捗状況は、平成28年度の内容についても一部実施していることから、当初の計画以上に進展していると結論づけた。平成28年度は、平成27年度に構築した力学モデル等を考慮して、具体的に分調波発生シミュレーションを実施した。解析モデルは、当初の予定通り、無限弾性体中のき裂と、2層体中の層間剥離欠陥を想定した場合の2パターンを考慮した。解析に用いたシミュレーション手法は、研究代表者らがこれまでの研究で開発した演算子積分時間領域境界要素法である。この方法は、差分法や有限要素法に比べて、き裂等の線上欠陥を数学的に厳密に扱えること、無限遠での超音波の伝搬を精度良く扱うことができること、計算精度が高いこと、解析に必要なメッシュ生成がき裂面だけでよいことがメリットである。いずれの解析モデルに対しても、実際の超音波探傷を想定して、連続正弦波をき裂面に入射させ、き裂開口面の繰り返し打撃等が定常状態に近くなるようにシミュレーションを実行した。また、無限弾性体中のき裂を扱う場合には、き裂の形状を単純な直線と仮定するだけでなく、曲線上のき裂や、材料底面から伸びるき裂、複数き裂等も考慮した。また、対応する問題の周波数解析も行い、どの程度の周波数で共振現象が発生しやすいかについての考察も行った。その結果、直線上のき裂や、層間剥離欠陥からは明確な分調波を確認することはできなかったものの、曲線き裂や、底面から伸びるき裂、複数き裂を想定した場合に、周波数解析で得られた共振しやすい状況下での周波数体を中心に、比較的分調波が発生しやすいことを数値シミュレーションにより確かめることができた。また、その際、分調波だけでなく、高調波も同時に現れることが確かめられた。

このように、分調波の発生現象は、高調波のようにき裂面の繰り返し打撃やせん断変形だけで発生するのではなく、き裂同士やき裂と他の散乱体と入射超音波に対する何らかの共振現象が影響して発生しているのではないかということを結論づけることができた。平成28年度の当初の本研究計画の最大の目的は、平成27年度に検討したモデルを取り入れた、き裂による超音波の散乱解析手法の開発、および散乱シミュレーションの実行を行うことであった。これに対して、研究代表者らは、実際に、2次元弾性波動問題に対する演算子積分時間領域境界要素法を用いてき裂に対する非線形超音波シミュレーターを構築することを行っている。また、本非線形超音波シミュレーターで扱える解析モデルも、単一き裂ばかりではなく、底面き裂や複数き裂等も扱えるよう工夫してある。よって、今年度の1つの目標でもある超音波の散乱解析手法の開発は、予定通り十分に実施することができたと言える。一方、もう1つの目標である、開発したシミュレーターを用いた散乱シミュレーションの実行についても、概ね、予定通り進捗したと考えられる。実際に、当初想定した通りの解析モデルに対して、分調波シミュレーションを実行し、最大の目的でもある、分調波のシミュレーションに成功している。そのため、平成28年度に予定した2つの大きな目標は、概ね順調に進展していると言ってよいであろう。しかしながら、本シミュレーションで発生した分調波がいかなる状況下で生じるのかという定量的な考察には、さらなる検討が必要であると思われる。また、数値シミュレーションで得られた超音波の散乱波形から分調波を検出する場合、単にフーリエ変換の関係を用いた周波数解析を実施しているのみである。そのため、分調波の発生現象をより定量的に評価するためには、そのような信号処理に対する方策を取り入れていくことも今後の課題となると思われる。平成29年度は、まず、これまでの知見を基に、高調波・分調波いずれの発生機構を明確にすることを行った。高調波発生機構については、これまでに研究代表者らによって境界要素法を用いて明らかにされてきたが、実用面を考えると、多大な計算時間が必要となるため、必ずしも得策ではない。そこで、本研究では、粒子法と呼ばれる最新の数値解析手法を用いて、き裂の開閉口等に伴い発生する高調波をシミュレーションすることを行った。これにより、境界要素法と比べて比較的容易に、手軽に非線形超音波シミュレーションを実行できることとなった。一方、分調波については、これまで同様、時間領域境界要素法を用いて発生メカニズムを解明することに挑戦した。ここでは、sin関数型のき裂や平行配置された2つの直線き裂に対して、き裂の開閉口等を考慮した超音波散乱シミュレーションを行った。その結果、入射波の中心周波数に対して半分の周波数のねじり振動、もしくは曲げ振動を強制的に発生させるような非線形共振が発生することが確かめられた。これより、分調波の発生現象は、き裂の幾何学形状や配置に強く依存していることが明らかとなった。また、時間領域に対応する周波数領域の境界要素法シミュレーションを実行することで、き裂を含む線形系の周波数応答の第一ピークと分調波発生の可否には関係性があることを示す結果も得られた。すなわち、分調波が発生する場合は、第一ピークに対応する周波数の2倍以上の周波数の入射波に対して分調波が発生することが確かめられた。一方、非線形超音波法において検査対象となるき裂のような面状欠陥を画像化することも重要な課題である。そこで、本研究では、未知のき裂の位置や形状を特定するための逆散乱解析手法を開発することを行った。
細胞周期進行におけるCK2機能の解析

CK2(カゼインキナーゼ2)は個体の生存と増殖に必須となる酵素の一つで、触媒サブユニットであるalpha(αまたはα')と制御サブユニットbeta(β)がヘテロ4量体を形成するとholoenzymeとして最大活性を示す。本酵素の生理機能の詳細は明らかでなかったが、これまでに申請者は、家族性大腸腺腫症(FAP)の原因遺伝子かつ癌抑制遺伝子でもあるAPCの遺伝子産物が、細胞周期に依存して相互作用する細胞内タンパクとしてCK2を同定し(PNAS 2002)、さらにCK2活性は癌疾患で欠損する「APCタンパクC端領域」によって抑制されることを見出した。細胞周期進行に関与する事が示唆されたこれらの成果を踏まえて、本研究では細胞周期進行におけるCK2活性変動を解析した。その結果、CK2は、これまで考えられていたような恒常的に活性化された酵素ではなく、細胞周期にともない新たなholoenzymeを形成させ、大きく活性と局在を変動させる興味深い挙動を示す酵素であることを明らかにした。同時に、細胞周期特異的な標的分子として、翻訳開始因子のひとつeIF5(eukaryotic translation initiation factor 5)が、細胞周期特異的にCK2と相互作用し、リン酸化されることを見出した。さらに、eIF5のリン酸化が、eIF5自体の翻訳開始因子としての機能および細胞周期進行に必須であることがわかった。CK2によるeIF5リン酸化部位をMass Spectrometryにより同定したので、eIF5リン酸化部位変異体を作成し、このeIF5のCK2によるリン酸化が、翻訳開始・細胞周期進行・細胞増殖に必須であることことを明らかにした(PNAS 2005)。このとき、ある種のcyclin/CDKタンパクレベルも低下した。これらの成果に基づく結論として、CK2は細胞周期進行の初期段階でeIF5を介して、厳密にコントロールされた細胞周期進行に関与すると考えられる。さらに、細胞周期の進行に伴いCK2が核内へ移行することを見出したので、今後は核内CK2新規ターゲット分子を明らかにすること、また細胞周期特異的なCK2複合体構成分子を同定することが、課題である。CK2が厳密な細胞周期の制御、特に核機能に関与するメカニズムを明らかに出来ると期待される。CK2はセリン・スレオニンキナーゼの一種で、種を超えて広範に分布し、増殖と生存に必須な酵素の一つである。本研究では、細胞増殖シグナルの伝達特に細胞周期G-1期からS期への進行の過程において、1)CK2が刺激3時間後に著しく活性化された後、定常レベルに戻るなど、細胞周期進行の過程で大きく活性変動すること、2)CK2が翻訳開始因子eIF5をリン酸化すること、を見出すとともに、3)TOF-Mass解析によりリン酸化部位の詳細な検討を行った。初年度においては、さらに上記2)についてeIF5のリン酸化が、厳密な細胞周期進行・細胞増殖の制御に関与するメカニズムを明らかにする目的で、3)で明らかにした各リン酸化部位について、リン酸化を模倣したglutamic acid(E)置換型の変異をeIF5に導入して増殖への影響を調べた所、MTTアッセイにより増殖亢進が観察された。また、リン酸化を受けないalanine(A)置換型変異させたeIF5は、細胞周期進行を阻害することを明らかにした。