hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ネットワーク符号化の応用によるセキュアパケット・ルーティングに関する先駆的研究

本研究はネットワーク符号化を用いた通信においてセキュアなパケット構成とルーティングに関するものである。成果として1代数的手法の応用、2脅威/安全性の定量化、3新たな攻撃手法の模索、4ユーザの権利確保とプロトコルの提案、があげられる。当初の目的である実機による評価実験は運営上の理由により行えなかったが、各サブテーマで発展的な成果を挙げることができた。主にブロック暗号の新たな安全性評価手法、離散フーリエ変換を用いて定量化された攻撃検知手法、Slow Read DoS攻撃の攻撃効果改善手法が挙げられる。開発技術の用途に関してプライバシー保護の観点からの議論も進み、特に最近問題になっているSNSなどにおける問題と関連して提案技術のアウトラインの有用性を考察した。その結果は、国内学会:[4]金森,川口,田中「スマートフォン利用における青少年のプライバシーに関する一考察」暗号と情報セキュリティシンポジウム2014(SCIS2014)として報告している。ただしここではスマートフォンに言及しているが、実際の提案技術は通信形態に依存しない構成である。所属機関が変わったため、機材設置場所の確保や事務処理などで機材購入が大幅に遅れ、初年度に計画していた実験ネットワークの構築はできなかった。そのため、理論的研究のみ実施した。代数的手法によるパケット解析に関しては、ネットワーク構築を予定していたものの、前述の理由によりできなかったため、FPGAなど組み込みデバイス上での電気信号に置き換え試行した。その結果、暗号モジュールに対する相関電力解析攻撃に関する情報理論的解析へ発展することができ、2013年1月に開催された暗号と情報セキュリティシンポジウムにおいて「サイドチャネル攻撃に関する情報理論的解析」と題して指導学生が論文発表を行った。この考え方を量子通信におけるセキュリティ問題に応用し、国際学会であるICCSEA-2013に投稿し採択された。さらに関連する研究内容として、位置情報認証に関するプロトコルに代数的パケット構造の考え方を応用し、電子情報通信学会論文誌(和文D)に採択された。また将来あるべきネットワーク構築に関する考察を、情報倫理的側面から哲学系の研究者と定期的に議論を行った。ここではプライバシー問題に取り組み、権利としての能動的プライバシーではなく、ユーザが置かれた環境としての受動的プライバシーに着目した。提案するネットワーク構造は、他者からの無制限なデータアクセスを許さない構造となることが予想され、既存のインターネットに見られる情報アクセスの柔軟性が失われることを欠点と考えていたが、受動的プライバシーの実現には適切である可能性が高いと考えられる。この点についても2013年1月に開催された暗号と情報セキュリティシンポジウムにおいて「個人情報と受動的プライバシーに関する一考察」と題して共同研究者が論文発表を行った。所属機関の施設の関係から、本研究課題の最大の目的であった実機による実験ネットワーク環境の構築と実測は断念せざるを得なくなった。また、対象研究分野の進捗が応募時点から飛躍的に進捗していると言え、特に有線ではなく無線におけるMIMO技術は研究レベルではなく実サービス段階である。これらの状況を鑑みてルーティング技術及びネットワーク符号化に関しては優先度を下げ、セキュリティ技術に特化する方針へ変更した。また、ルーティング技術に関する事前調査及び研究動向から、ルーティングをはじめとするネットワークインフラに負荷をかける攻撃技術よりも特定のノードのみに負荷を与え、他のノードには影響を与えない攻撃手法であるSlow Read DoS攻撃の解析を行った。また、このようなネットワークインフラ自体に負荷を与えない攻撃技術の検知にはアノマリ型の攻撃検知技術が適切と考え、離散フーリエ変換を用いた新たな検知手法の提案を行った。さらに、これらの攻撃および防御技術を加味した、新たなネットワーク攻撃戦略立案の手法としてトポロジー解析による手法の提案を行った。なお、上記の研究テーマは本課題応募時点から想定しており、本課題の有効性の確認や優位性を示すために用意、検討していたものである。上述の理由から、先回しで取組むことになった。Slow ReadDoS攻撃に関しては、攻撃メカニズムを仮想ネットワーク環境で解析し攻撃手を大幅に改良した。分散型Slow ReadDoS攻撃(Slow Read DDoS攻撃)として提案し、攻撃効果を最大にする攻撃ダイアグラムの導出手法を提示した(学術論文1件、国際学会3件)。離散フーリエ変換を検知手法の提案は、予備実験レベルである(国際学会3件、国内学会1件)。ネットワーク攻撃戦略立案の手法については概要レベルの発表を行った(国内学会1件)。プライバシー保護に関する話題に関してはSNSを中心に議論を進めている(国際学会1件、国内学会1件)前年度に示した理由により、今年度はこれまで得られた代数的手法に関する知見を暗号技術の安全性評価において展開した。本研究成果として、昨今、開発が著しい軽量ブロック暗号の安全性評価手法として提案を行った。軽量ブロック暗号の処理経路はネットワークとして見なせるので、各ノードにおける処理と暗号化関数を関連付けることにより、その代数的特性を見積もることが基本アイデアである。その結果、特に軽量ブロック暗号に有効とされるIntegral攻撃の耐性を従来手法よりも詳細に解析できる手法の提案を行った。本結果は、査読付き国際学会に計3件の発表を行った。そのうち1件はSpringer社のLNCSシリーズで予稿が発刊(採択率が30%未満が保証されている)されるものであり、本研究分野として高い成果を挙げたと言える。特に2015年に提案されたばかりのRECTANGLEというブロック暗号に対する安全性評価では貢献できた。さらに1件の国内学会発表を行った。また、ネットワーク符号化及びルーティングに関する知見によりネットワーク攻撃における最適な攻撃戦略を導出する手法に関する研究を実施した。

これは、ダークネット観測によって得られた攻撃性の高いIPアドレス群に対しtracerouteコマンドを用いて経路を探索し、これらを多数収集することで悪意ある攻撃元が利用するローカルなネットワークトポロジーマップを導出することから始める。得られたネットワークに対し、マルウェア拡散、情報遮断などの攻撃シナリオを仮定して、それらを有効に実行せしめるようにネットワークマップを改変する戦略手法の提案である。本件に関しては1件の国際学会を行った。当初の計画とは大分異なる研究内容へ路線の変更を行ったが、基本アイデアは同じであり、当初の研究の派生系と言える。特に論文成果数は顕著であり、学会での参加者と有意義な議論ができ、今後の研究活動へ新たな展望が得られた。また、現在4件の学術論文に投稿中であり十分に進展してしていると言え、路線の変更は概ね良好であると判断している。前年度に報告したように、ネットワーク符号系の話題には発展性があまりないと判断したため、代数的手法の発展、不正侵入検知及びネットワーク攻撃戦略の選択手法に関する研究を実施し、主にレベルの高い国際学会や論文誌への採択を心がけた。代数的手法では、主にブロック暗号の代数的特性の一つである代数次数見積もりに関して、乱択の応用を提案した。これまではなるべく正確に見積もるため計算量が爆発的に増加したが、上限の探索であれば乱択で十分であることを示した。また、乱択の場合、試行錯誤回数の決定が重要になるが、これを情報理論的に解析し必要十分な回数を見積もる手法も提案した。不正侵入検知に関しては、引き続き離散フーリエ変換を用いた手法を発展させ、シャノン=ハートレー定理を応用して定量的に判定できる手法を開発した。これにより、これまで担当者の経験と勘に左右されていた攻撃の予兆を第三者が客観的に判断できるものへと改良した。最後にネットワーク攻撃戦略の選択に関しては、ネットワークトポロジーマップの固有値解析を利用して、どのノードが脆弱であるかを定量的に評価する手法を示した。以上の結果から、本来はネットワーク符号化を応用したセキュアルーティングの研究を目的としていたが、実産業の方の進展が目覚しかったので方向転換し、ネットワークにおける各種攻撃手法を高度化することで、それらの検知を如何に行うかという問題とし、これらに関する先駆的な結果を出した。本研究はネットワーク符号化を用いた通信においてセキュアなパケット構成とルーティングに関するものである。成果として1代数的手法の応用、2脅威/安全性の定量化、3新たな攻撃手法の模索、4ユーザの権利確保とプロトコルの提案、があげられる。当初の目的である実機による評価実験は運営上の理由により行えなかったが、各サブテーマで発展的な成果を挙げることができた。
共焦点レーザー顕微鏡を用いた中脳ドーパミンニューロンの移動の機序の解析

これまで、中脳黒質の発生過程が齧歯類で調べられ、中脳ドーパミンニューロンは中脳基板内側部の神経上皮層で最終分裂を終えた後、最初は腹側に、次いで外側に移動して黒質緻密部を形成することが報告されてきた。我々は、マウス胎仔におけるドーパミンニューロンの移動様式を免疫組織化学的に調べ、腹側への移動には細胞外基質分子テネイシンを発現する放射状グリアの突起が関与し、外側への移動にはIgスーパーファミリーに属する神経接着因子であるL1やNCAM-Hを発現する神経線維が関与することを明らかにした(Kawano,Ohyama,Kawamura and Nagatsu,Dev.Brain Res.86:101-113,1995,川野、湯浅、大山川村、神経の機能再建、西村書店、1996印刷中)さらに、共焦点レーザー顕微鏡と三次元画像解析コンピューターシステムを用いて、蛍光トレーサーや蛍光抗体により得られたデーターを観察および解析することにより、中枢神経系のニューロンの移動の機序を調べることに成功した。その結果、(1)蛍光トレーサーであるDiIを4%パラフォルムアルデヒドで固定した胎生12日の中脳原基に注入し、5日後に100μm厚の切片を作り、共焦点顕微鏡を用いて観察し、ドーパミンニューロンの外側への移動をガイドする神経線維が中脳外側部に存在することを明らかにした(Kawano,Ohyama,Kawamura and Nagatsu,Dev.Brain Res.86:101-113,1995)。また、(2)ドーパミン合成酵素であるチロシン水酸化酵素(TH)に対する特異抗体とDiIを用いて蛍光二重標識を行い共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、幼若なドーパミン含有ニューロンの細胞体が他の神経線維と接触しつつ移動する像が観察された。これらの結果は、発生初期の脳に存在する特異的な構造とそれに特異的に発現する分子がニューロンの移動に重要な役割を果たすことを示している。発生初期の脳では、脳室に面した神経上皮層で未分化な細胞が分裂を繰り返し、つぎつぎと幼若なニューロンを生み出している。神経上皮から生まれた膨大な数のニューロンは、それぞれ独特な移動様式により、それぞれの定着部位に落ちつき、軸索をのばして、高度な神経構築を形成する。私たちは、マウス中脳におけるドーパミンニューロンの発生過程における移動について組織化学的検索を行い、以下の結果を得た。(1)マウス胎仔の中脳切片のニッスル染色とチロシン水酸化酵素の免疫組織化学、およびブロモデオキシウリジン投与実験により、黒質緻密部と腹側被蓋野を形成するドーパミンニューロンが中脳基板内側部で生まれた後、最初腹側に移動し、その後外側に移動することを見い出した。(2)電子顕微鏡を用いて、ドーパミンニューロンの腹側への移動には放射状グリアの突起がガイドすることを明らかにした。さらに、放射状グリアの突起上には、ドーパミンニューロンの腹側への移動の時期に一致して(胎生11-13日)、細胞外基質分子の一種であるテネイシンが一過性に発現することを免疫組織化学的に証明した。(3)またドーパミンニューロンの外側への移動には、他のニューロンの軸索がガイド構造として存在することを神経軸索に含まれるニューロフィラメントの免疫組織化学的に明らかにした。(4)蛍光色素DiIを用いた逆行性標識法により、ドーパミンニューロンの外側への移動をガイドする軸索が、中脳の外側部に存在することを共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察した。

さらに、DiIを中脳蓋側部に注入し順行性標識を行った結果、この軸索が中脳底部で交叉した後、対側の橋網様体へと下行することを明らかにした。これまで、中脳黒質の発生過程が齧歯類で調べられ、中脳ドーパミンニューロンは中脳基板内側部の神経上皮層で最終分裂を終えた後、最初は腹側に、次いで外側に移動して黒質緻密部を形成することが報告されてきた。我々は、マウス胎仔におけるドーパミンニューロンの移動様式を免疫組織化学的に調べ、腹側への移動には細胞外基質分子テネイシンを発現する放射状グリアの突起が関与し、外側への移動にはIgスーパーファミリーに属する神経接着因子であるL1やNCAM-Hを発現する神経線維が関与することを明らかにした(Kawano, Ohyama, Kawamura and Nagatsu, Dev. Brain Res. 86:101-103,1995;川野、湯浅、大山、川村神経の機能再建、西村書店、1996印刷中)さらに、共焦点レーザー顕微鏡と三次元画像解析コンピューターシステムを用いて、蛍光トレーサーや蛍光抗体により得られたデーターを観察および解析することにより、中枢神経のニューロンの移動の機序を調べることに成功した。その結果、(1)蛍光トレーサーであるDiIを4%パラフォルムアルデヒドで固定した胎生12日の中脳原基に注入し、5日後に100μm厚の切片を作り、共焦点顕微鏡を用いて観察し、ドーパミンニューロンの外側への移動をガイドする神経線維が中脳外側部に存在することを明らかにした(Kawano, Ohyama, Kawamura and Nagatsu, Dev. Brain Res. 86:101-113,1995)。また、(2)ドーパミン合成酵素であるチロシン水酸化酵素(TH)に対する特異抗体とDiIを用いて蛍光二重標識を行い、共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、幼若なドーパミン含有ニューロンの細胞体が他の神経線維と接触しつつ移動する像が観察された。これらの結果は、発生初期の脳に存在する特異的な構造とそれに特異的に発現する分子がニューロンの移動に重要な役割を果たすことを示している。
進化経路が異なる3つの生殖隔離機構が存在する短翅性バッタの集団間の隔離構造の解明

本研究の材料であるサッポロフキバッタは,交尾活性(オスの交尾活力とメスの交尾拒否力)が地域集団間で大きく異なるということが明らかになっている.これは,交尾行動を巡るオスメス間の性的対立の結果であると考えられており,実際,オスの交尾活力が強い集団はメスの交尾拒否力も強く,オスの交尾活力が弱い集団はメスの交尾拒否力も弱い.また,交尾活力の強い集団のオスの交尾行動は,交尾拒否力が弱い集団のメスにとってコストになることも明らかになっている.これは,交尾行動を巡る性的対立を歴史的にあまり経験してこなかった集団のメスは,交尾活力が強いオスに対して対抗的な適応行動を進化させてこなかったため,と考えられている.2017年度の実験では,オスの強い交尾活力に対抗的な適応をしてきたと考えられるメスの強い交尾拒否力が,交尾活力が弱い集団のオスにとってコストとなっていることが明らかになった。本年度は,昨年の予備実験において,交尾成功率は高いが交尾回数が多くはないという,これまで実験に用いられてきた集団とはやや交尾傾向が異なる集団を用いて,交尾実験,行動実験を行った.本種のほとんどの地域集団が緑色をベースとした体色をしているのと異なり,この集団は黒色が非常に多い特異な色彩をしており,この色彩変異が維持されているメカニズムが,交尾行動の違いから来ている可能性を検証した.まず実験に用いるのに適した集団を選定する為,緑色型の集団と黒色型の集団が最も近い場所に分布する地域を探索した.調査の結果,黒色型は,これまでごく狭い範囲で生息していると考えられていた地域から,少なくとも北は45キロ,東は27キロに及ぶかなりの広範囲で生息している事が明らかになった.しかしながら,緑色型と黒色型の中間型を示すような個体や見られず,また黒色型の分布域には緑色型の集団は見られなかった.交尾実験,行動実験の結果は現在解析中である.2017年10月より,主たる勤務場所が東京になり,研究材料や資料がある札幌と離れてしまったため,移動材料の採集・飼育,データ解析などに時間がかかり,やや遅れが生じている.また,集団間交配時の他集団のオスからの精子輸送量の計測において,協力を仰ぐ予定だった連携研究者が育児により研究を一時を中断しており,解析が大幅に遅れている.サッポロフキバッタの一部の集団のメスは,他集団のオスとの交尾後に,多くの精子を排出することが分かっている.このメスの隠蔽的な選択が交尾器サイズに起因する可能性を検証するため,本年度は,各地域集団の内部交尾器サイズを詳細に調べ,基準とする集団と最もサイズが異なる集団と,最もサイズに差が見られない集団を選び,次年度に基準とした集団との間で交配実験を行い,メスの精子貯蔵量に変化が生じるかを調べる予定であった.しかしながら,2017年度は,他の実験に使用する集団の飼育に予想外に時間を取られ,道内の各地域集団から十分な採集が行えなかった.2018年度に採集したサンプルから,基準とする集団と内部交尾器サイズが大きく異なる集団と,基準とする集団と内部交尾器サイズに差が見られない2集団を探索し,交尾器サイズと,オスの精子輸送量とメスの精子貯蔵量の関係を明らかにする.また、2017年度の調査で広範囲の生息が明らかになった黒色型のサッポロフキバッタが,以前より分布を拡大しつつある可能性の検証も含め,黒色型が維持されているメカニズムを明らかにしていく.材料とするサッポロフキバッタは,交尾活性(オスの交尾活力とメスの交尾拒否力)が地域集団間で大きく異なるということが明らかになっている.これは,交尾行動を巡るオスメス間の性的対立の結果であると考えられており,実際,オスの交尾活力が強い集団はメスの交尾拒否力も強く,オスの交尾活力が弱い集団はメスの交尾拒否力も弱い.また,交尾活力の強い集団のオスの交尾行動は,交尾拒否力が弱い集団のメスにとってコストになることも明らかになっている.これは,交尾行動を巡る性的対立を歴史的にあまり経験してこなかった集団のメスは,交尾活力が強いオスに対して対抗的な適応行動を進化させてこなかったため,と考えられている.本年度は,オスの強い交尾活力に対抗的な適応をしてきたと考えられるメスの強い交尾拒否力が,交尾活力が弱い集団のオスにどのような影響を及ぼすかを調べた.交尾活力が弱い集団のオスを,自集団のメスと1対1で,交尾拒否力が強い集団のメスと1対1で,それぞれ2週間飼育した後に単独で飼育し,生存日数を比較した.結果,交尾活力の弱い集団のオスは,自集団のメスと一緒に飼育した時と比較し,交尾拒否力が強い集団のメスと一緒に飼育した時に生存日数が減少した.本年度は,交尾拒否力が強いメスのどのような行動が,交尾活力の弱いオスの生存日数に影響したかまでは調べられなかったため,今後は交尾行動の詳細な記録・解析が必要であると考えている.本年度の10月より,主たる勤務場所が東京になり,研究材料や資料がある札幌と離れてしまったため,データ解析などに遅れが生じている.本研究の材料であるサッポロフキバッタは,交尾活性(オスの交尾活力とメスの交尾拒否力)が地域集団間で大きく異なるということが明らかになっている.

これは,交尾行動を巡るオスメス間の性的対立の結果であると考えられており,実際,オスの交尾活力が強い集団はメスの交尾拒否力も強く,オスの交尾活力が弱い集団はメスの交尾拒否力も弱い.また,交尾活力の強い集団のオスの交尾行動は,交尾拒否力が弱い集団のメスにとってコストになることも明らかになっている.これは,交尾行動を巡る性的対立を歴史的にあまり経験してこなかった集団のメスは,交尾活力が強いオスに対して対抗的な適応行動を進化させてこなかったため,と考えられている.2017年度の実験では,オスの強い交尾活力に対抗的な適応をしてきたと考えられるメスの強い交尾拒否力が,交尾活力が弱い集団のオスにとってコストとなっていることが明らかになった。本年度は,昨年の予備実験において,交尾成功率は高いが交尾回数が多くはないという,これまで実験に用いられてきた集団とはやや交尾傾向が異なる集団を用いて,交尾実験,行動実験を行った.本種のほとんどの地域集団が緑色をベースとした体色をしているのと異なり,この集団は黒色が非常に多い特異な色彩をしており,この色彩変異が維持されているメカニズムが,交尾行動の違いから来ている可能性を検証した.まず実験に用いるのに適した集団を選定する為,緑色型の集団と黒色型の集団が最も近い場所に分布する地域を探索した.調査の結果,黒色型は,これまでごく狭い範囲で生息していると考えられていた地域から,少なくとも北は45キロ,東は27キロに及ぶかなりの広範囲で生息している事が明らかになった.しかしながら,緑色型と黒色型の中間型を示すような個体や見られず,また黒色型の分布域には緑色型の集団は見られなかった.交尾実験,行動実験の結果は現在解析中である.2017年10月より,主たる勤務場所が東京になり,研究材料や資料がある札幌と離れてしまったため,移動材料の採集・飼育,データ解析などに時間がかかり,やや遅れが生じている.また,集団間交配時の他集団のオスからの精子輸送量の計測において,協力を仰ぐ予定だった連携研究者が育児により研究を一時を中断しており,解析が大幅に遅れている.サッポロフキバッタの一部の集団のメスは,他集団のオスとの交尾後に,多くの精子を排出することが分かっている.このメスの隠蔽的な選択が交尾器サイズに起因する可能性を検証するため,本年度は,各地域集団の内部交尾器サイズを詳細に調べ,基準とする集団と最もサイズが異なる集団と,最もサイズに差が見られない集団を選び,次年度に基準とした集団との間で交配実験を行い,メスの精子貯蔵量に変化が生じるかを調べる予定であった.しかしながら,本年度は,他の実験に使用する集団の飼育に予想外に時間を取られ,道内の各地域集団から十分な採集が行えなかった.次年度は道内の各地域集団から成虫を採集し,最終年度の交配実験に使用できるように,基準とする集団と内部交尾器サイズが大きく異なる集団と,差が見られない2集団を探索する.サッポロフキバッタの一部の集団のメスは,他集団のオスとの交尾後に,多くの精子を排出することが分かっている.このメスの隠蔽的な選択が交尾器サイズに起因する可能性を検証するため,本年度は,各地域集団の内部交尾器サイズを詳細に調べ,基準とする集団と最もサイズが異なる集団と,最もサイズに差が見られない集団を選び,次年度に基準とした集団との間で交配実験を行い,メスの精子貯蔵量に変化が生じるかを調べる予定であった.しかしながら,2017年度は,他の実験に使用する集団の飼育に予想外に時間を取られ,道内の各地域集団から十分な採集が行えなかった.
情報爆発に対応する高度にスケーラブルなモニタリングアーキテクチャ

本研究において目的とするモニタリングアーキテクチャは,情報基盤,社会基盤,人々の日常生活を守るためのソフトウエアの一群である.通常は独立に研究されていた研究分野を統合することにより,従来解決が困難であった問題を解決していくことを可能とする.本研究では,計算機システム,ネットワークシステム,実世界に関する統合的なスケーラブルモニタリングに関するシステム構築をおこなうことで将来の計算機システムのあるべき姿を検討した.大規模な分散システムを健全に動作することを可能とするための基盤ソフトウエアを構築する.センターを用いたアプリケーションを構築するための基盤ソフトウエアを構築する.本研究において目的とするモニタリングアーキテクチャは,情報基盤,社会基盤,人々の日常生活を守るためのソフトウエアの一群である.通常は独立に研究されていた研究分野を統合することにより,従来解決が困難であった問題を解決していくことを可能とする.本研究では,計算機システム,ネットワークシステム,実世界に関する統合的なスケーラブルモニタリングに関するシステム構築をおこなうことで将来の計算機システムのあるべき姿を検討した.情報爆発に対処するため,次世代のITサービスは、今までよりはるかに高度な信頼性,セキュリティが必要とされている.そのような新しい要求を実現するためには,システムの内部状態やそのシステムが置かれた実世界の状態をリアルタイムモニタリングし,集めた情報から有用な情報を抽出することが必要不可欠となる.システムの現在の状態を様々な面から把握することにより,システムが異常な状態にならないように正しく制御することが可能となる.モニタリングアーキテクチャはシステム全体の信頼性やセキュリティの向上を目指す.本研究により開発したシステムを他の研究により開発したシステムと統合することにより,システム全体の安全性の向上が可能となる.本研究の最大の特徴は,システム内の情報とセンサー等により取得した実世界情報の両方を統一的扱うことを可能とするモニタリングアーキテクチャを開発することである.従来のモニタリングアーキテクチャは,システム全体の負荷をバランスすることを最も重要な課題としているが,ハードウエアの進歩がシステム全体の効率的利用より信頼性やセキュリティの向上の方がより重要な課題となってきている.本研究課題により開発するモニタリングアーキテクチャは,システム全体のプログラムの振る舞いをモニタリングすることによるセキュリティの向上,現在のシステムの状態を利用することによるアプリケーションの自動チューニング,実世界モニタリングによる物理的セキュリティの向上を目指す.このような大規模なモニタリングアーキテクチャの開発は世界に例がなく,本システムの開発により,従来のシステムの信頼性,セキュリティを格段に向上することが可能となる.本研究が目的とするモニタリングアーキテクチャは,情報基盤,社会基盤,人々の日常生活を守るためのソフトウエアの一群である.通常は独立に研究されていた研究分野を統合することにより,従来解決が困難であった問題を解決していくことを可能とする.分散モニタリングシステムは,複数のOSカーネルが発生したイベントを収集し,表示することにより分散サービスの性能上の問題を発見することを可能とする.また,Webサービスの性能解析をおこなうためのツールを作成した.ネットワークモニタリングは特にダークIPと呼ばれる実際には使用されていないIPアドレススペースへのメッセージを解析することにより,セキュリティ面での問題を発見した.また,アドホックネットワークの研究では,日常生活の安全を守るためのセンサーネットワーク構築の課題を取り組んだ.データマイニングアルゴリズムの研究では,ネット上のコピーライトに関して問題があるテキストファイルを検出する研究をおこなった.また,モニタリングを利用したサービスとしては,ユーザの行動を自動的に取得して人間の安全面に関する行動の変化を促すようにフィードバック情報を返すシステムを構築した.障害解析に関するモニタリングを有効におこなうためにはどのようなAPIをOSカーネルが提供すべきかを検討する必要がある.また,モニタリングを利用する有効なサービスのさらなる検討する必要がある.本研究では,オペレーティングシステムとWebツール間のギャップを検討し, HTTPリクエスト毎の詳細なリソースの管理を可能とする.本研究により開発するツールは以下の2つの部分から構成されている.1)スレッドベースの詳細なリソースモニタリングを可能とするperfmon2とlibprfライブラリを使用して各CPUが提供するパフォーマンスカウンタをアクセスすることを可能とする.これらのツールを利用することにより, Webサーバに埋め込まれたインタープリタやデータベースサーバのコネクションハンドラの詳細なリソース使用量の分析が可能となる.また, Apache内のHTTPリクエストがCGlを実行するためにプロセスをforkする場合は, ptraoeシステムコールを用いて子プロセスの終了時に必要な情報を抽出する.2)既存のミドルウエアの拡張をおこなった.本研究では, Apache2とMySQLを使用することを前提としている.これらのソフトウエアはオープンソースとして開発され, Webアプリケーションを実行するために広く利用されている.本研究により開発するツールを利用可能とするため,個別のHTTPリクエストのリソース使用量をモニタリングしてログとして書き出せるようにApache2を改良した.また, MySOLに関しては,各HTTPリクエスト毎のリソース使用量を取得可能とするため,各SQLキュエリーをモニタリング可能とした.本年度は,提案するツールのプロトタイプの実装と性能解析のためのビジュアルインタフェースを構築した.今後は,実用的なWebアプリケーションを利用して開発したツールの有効性を検証する予定である.本年度は主に2つのモニタリングシステムに関する研究をおこなった.1つ目のシステムはmBraceである.mBraceはWebサービスの性能解析ツールであり,トランザクション毎の詳細な性能評価を可能とする.各トランザクションの性能結果を可視化することが可能であり,それにより管理者はどのトランザクションが問題であるかを容易に評価することが可能である.mBraceはWebアプリケーションを変更せずに,ミドルウエアの変更のみで,詳細な性能評価を可能とする.本年度は,mBraceの有効性を大規模なベンチマークを利用することにより示した.

ベンチマークは簡単なWebベースのショッピングサイトをエミュレーションするプログラムであり,mBraceは大きなオーバヘッドを生じずに詳細な性能データを集め,容易にボトルネックを検出出来ることを示した.2つ目のシステムは,Ayakaである.現在の組込みシステムは単体として用いられるのではなく,ネットワークに接続され,大規模システムの一部として機能することが多い.ハードウェアの高性能化やアプリケーションへの機能要求の増大により,ソフトウェアのコード量は増大し,これらの要因によりシステム障害はより複雑化している.形式検証手法を利用した場合でも,数百万行ある全てのコードに対して検証をおこなうことは困難である.また,十分なテストをおこなったとしても,障害を発生する恐れやセキュリティホールなどが残る可能性が高い.こうした現状に対し,本研究では,実時間でアプリケーションの振る舞いの異常を検出するロギングサービスを提案した.ロギングサービスは出荷時にテストや検証により予知できなかった異常を運用時に検出し,即座に管理者に通知するシステムの構築をおこなった.本研究において目的とするモニタリングアーキテクチャは,情報基盤,社会基盤,入々の日常生活を守るためのソフトウエアの一群である.通常は独立に研究されていた研究分野を統合することにより,従来解決が困難であった問題を解決していくことを可能とする.本研究では,計算機システム,ネットワークシステム,実世界に関する統合的なスケーラブルモニタリングに関するシステム構築をおこなうことで将来の計算機システムのあるべき姿を検討した.本年度は以下の2つのテーマに関して取り組みをおこなった.(1)Webサービス性能解析ツールmBracemBraceはLinuxカーネルが提供する細粒度タイマー機能を利用することによりWebサービスが受け付ける各HTTPリクエストがWebサーバ,CGIスクリプト,SQLサーバ等の各コンポーネントにおいて消費するリソース量を詳細に分析可能とする。これにより,Webアプリケーションのバグの発見やサーバのキャパシティプランニング等のために必要となる有用な情報を提供することが可能となる.(2)スケーラブルモニタリングを可能とするIntegrityMonitorIntegrityMonitorはLinuxカーネル内のデータ構造の状態遷移をモニタリングする.
ウイルスによる宿主性操作の適応的意義の探求および分子機構の解明

昆虫では子が全てメスになる現象(全メス現象)が多く知られている.ほとんどの場合,その原因は昆虫に寄生する細菌によるものだが,近年,原因がウイルスだと疑われる事例が報告されている.しかし,こうしたウイルスが単離・同定された例はない.私たちはハスモンヨトウからウイルスが原因と思われる全メス現象を発見した.本研究では,全メス系統と通常系統を同じケースで飼育することで,ウイルスがどのように伝搬されるかを追跡し,ウイルスが昆虫の性を操作することの進化的意味を探求する.また,全メス系統からウイルスを単離し,ウイルスのゲノムを解読し,遺伝子を組換えることで,全メス現象を引き起こす遺伝子の特定に挑戦する.昆虫では子が全てメスになる現象(全メス現象)が多く知られている.ほとんどの場合,その原因は昆虫に寄生する細菌によるものだが,近年,原因がウイルスだと疑われる事例が報告されている.しかし,こうしたウイルスが単離・同定された例はない.私たちはハスモンヨトウからウイルスが原因と思われる全メス現象を発見した.本研究では,全メス系統と通常系統を同じケースで飼育することで,ウイルスがどのように伝搬されるかを追跡し,ウイルスが昆虫の性を操作することの進化的意味を探求する.また,全メス系統からウイルスを単離し,ウイルスのゲノムを解読し,遺伝子を組換えることで,全メス現象を引き起こす遺伝子の特定に挑戦する.
混交林の樹種多様性に与える野ネズミの生息場所選択効果

本研究は,混交林で樹種,特に林冠木の多様性が維持,変化するメカニズムの解明を目的とした。そのために樹木種子・実生の捕食者であり,種子散布者でもある野ネズミの行動に注目し,以下の作業仮説をたて,検証を行った。1.混交林では,不均一な上層林冠構造のため林床の光環境も不均質となり,それに対応して異なる構造をもった下層植生がパッチ状に発達,分布する:林冠の疎開程度に対応した下層植生の発達が確認された。2.野ネズミは混交林内にモザイク状に分布する下層植生のパッチを中心に活動し,下層植生パッチの発達は野ネズミの種多様性,生息密度を増加させる:ブナ成熟林,壮齢スギ人工林ともにヒメネズミ,アカネズミの利用場所選択は季節によって大きく変化した。種子捕食,散布に関係する秋季では,両種とも特定の植生構造を利用する傾向は認められなかった。3.下層植生のパッチ構造に対応した野ネズミの密度,活動の特性により,パッチ内,外で樹木種子,実生の捕食率,種子散布プロセスが変化し,樹種多様性が変化する:野ネズミは下層植生の貧弱なサイトを避け,結果として野ネズミによる種子捕食圧は種子密度ではなく林冠の構造に依存して変化した。以上の成果から,混交林はその構造,種組成が変異に富んでいるため,そこに生息する野ネズミの種組成,密度及び活動も林分構造,なかでも下層植生構造により変化し,そのことが構成樹木の更新に影響し,結果として混交林の樹種多様性を変化させることが明らかになった。したがって,下層植生を横極的に管理することにより,野ネズミの行動変化を介して,森林の更新プロセスを変化させ,結果として森林生態系の生物多様性を制御できる可能性があると考えた。本研究は,生物多様性の維持という目標をよりきめ細かく混交林施業に反映させることを最終目的とし,混交林で樹種の多様性が維持または変化するメカニズムについて,樹木種子・実生の捕食者であり,種子散布者でもある野ネズミの行動に注目し,以下の作業仮説をたて,検証を行っている。・混交林では,不均一な上層林冠構造のために下層植生がパッチ状に発達,分布する。・下層植生パッチの発達は野ネズミの種多様性,生息密度を増加させる。・下層植生のパッチ構造に対応した野ネズミの密度,活動の特性により,パッチ内,外で樹木種子,実生の捕食率,種子散布プロセスが変化し,樹種多様性が変化する。今年度は林床の異なるブナ林(ササ型:1996年に一斉枯死,低木型)で調査を実施し,以下の知見を得た。1.林分構造,及び下層植生パッチ構造調査林冠木と下層植生パッチの空問分布を評価し,林冠の疎開程度に対応した下層植生の発達が確認された。2.ネズミの種組成、密度調査折り畳み式捕鼠器を用いた標識再捕法により野ネズミの種組成、密度を調査し,両調査地ともヒメネズミ,アカネズミ,ヤチネズミおよびハタネズミの生息が確認された。3.野ネズミの利用場所選択調査下層植生パッチとそれ以外の場所に人工的な餌場を設置し,そこに出現してくる野ネズミをビデオカメラで撮影し,その画像を画像解析用パソコンに取り込み,種類,頻度を解析する手法を開発,検討した。4.種子落下量調査各調査プロットにシードトラップを設置し、種子落下量を推定した。5.種子捕食率調査ヒマワリ種子を野ネズミが侵入可能な金網と侵入不可能な金網に入れて下層植生パッチとそれ以外のサイトに置き,種子の捕食,消失過程を比較調査した。その結果,野ネズミは群集密度と関係なく下層植生の貧弱なサイトを避けることが明らかになった。

本研究は,持続的管理に不可分の生物多様性維持を考慮した森林管理を検討するため,混交林において樹種多様性が維持または変化するプロセスでの種子・実生捕食者/種子散布者の野ネズミの機能について,以下の作業仮説にそって検証を行っている。●混交林の不均一な上層林冠構造によりモザイク状に下層植生が発達,分布する。●下層植生のモザイク構造に対応した野ネズミの密度,活動特性により樹木種子,実生の捕食,種子散布プロセスが変化し,樹種多様性が変化する。今年度は,昨年度から継続して林床植生が異なるブナ林(ササ型林床:1996年に一斉枯死,低木型林床)で調査を実施し,以下の知見を得た。1,林分構造,及び下層植生パッチ構造調査林冠木と下層植生の空間分布を評価した結果,林冠ギャップ下においてギャップ形成後の時間軸に沿った下層植生構造の変化が認められた。2.ネズミの種組成、密度調査ブナ林ではヒメネズミ,アカネズミが優占するが,両種の個体群動態は大きく異なり,アカネズミ個体群の変動が非常に大きく不安定であった。3.野ネズミの利用場所選択調査ヒメネズミ,アカネズミの利用場所選択は季節によって大きく変化し,種子捕食,散布に関係する秋季では,両種とも特定の植生構造の利用する傾向は認められなかった。4.種子落下量調査2002年は東北地方において並作レベルのブナ結実,種子落下が確認された。5.種子捕食率調査野ネズミによる種子捕食圧は種子密度よりも林冠の構造に依存していた。また,積雪による明確な種子捕食圧低減効果を確認した。6.当年生実生の発生,生残追跡調査冬季積雪下での野ネズミの土壌撹乱が樹木実生の発芽,生残に及ぼす効果を調査した結果,野ネズミによる土壊撹乱は多様な樹種の発芽を促進することが明らかになった。7.混交林における野ネズミの行動特性調査自動撮影カメラ,ビデオを利用した野ネズミの行動解析システムを検討した。本研究は,持続的管理に不可分の生物多様性維持を考慮した森林管理を検討するため,混交林において樹種多様性が維持または変化するプロセスでの種子・実生捕食者/種子散布者の野ネズミの機能について,以下の作業仮説にそって検証を行った。最終年度である今年度は,昨年度から継続して林床植生が異なるブナ林(ササ型林床:1996年に一斉枯死,低木型林床)及び人工林で調査を実施し,以下の知見を得た。1.林分構造,及び下層植生パッチ構造調査壮齢人工林における施業履歴と下層植生の空間分布を評価した結果,施業,特に間伐実施の有無,間伐方法及び間伐実施後の時間軸に沿った下層植生構造の変化が認められた。2.ネズミの種組成、密度調査スギ人工林ではヒメネズミ,アカネズミが優占するが,両種の個体群動態は大きく異なり,ブナ林ではアカネズミ個体群の変動が非常に大きく不安定であったが,人工林では逆にヒメネズミで不安定であった。3.野ネズミの利用場所選択調査ヒメネズミ,アカネズミの利用場所選択は季節ごとの個体群構造によって大きく変化し,種子捕食,散布に関係する秋季では,個体群が増大するため両種とも特定の植生構造の利用する傾向は認められなかった。4.種子捕食率調査自動撮影カメラを利用した野ネズミの行動解析システムにより下層植生と野ネズミによる種子捕食率の関係を検討した。
小学生および中学生の数学に対する信念に関する研究

本研究の目的は、小学校高学年の児童および中学生用の数学に対する信念に関する基礎的研究を行うことと、数学に対する信念の測定用具を開発することである。本年度は、次のような研究を実施した。(1)数学に対する信念についての基礎的研究(2)数学に対する信念が問題解決活動に与える影響を検討する研究(2)数学に対する信念を捉えるための調査用具の開発研究各々の研究の結果として、以下の諸点が明らかになった。(1)について:数学に対する信念の研究においては、一般的な信念の研究から特定の指導内容に依存した信念の研究へと関心が移行している傾向にある。特に、近年では、特定の指導内容に依存した信念の実証的研究が多くなされてきていることが明らかになった。(2)について:組み合わせに関する問題を使用して、小学生を対象として、数学に対する信念が問題解決活動に与える影響についての事例研究を実施した結果、「数学の問題には何らかの規則性がある」といった信念が問題解決に影響を及ぼしていることが明らかになった。特に、比例的でない事象にも拘わらず、比例的な関係を適用する事例が顕著にみられた。(3)について:(1)の基礎的研究の結果と我が国の現状を考慮し、「数学的証明」という特定の指導内容に対する信念を捉えるための調査用具の調査項目を先行研究を手がかりとして作成した。また、数学的証明の必要性に関する自由記述の調査を実施した結果、調査対象の披験者については、証明の必要性を何らかの意味で理解していることが明らかになった。本年度は、信念に対する基礎的研究として、数学や数学の教授・学習に対する信念についての先行研究を収集し、信念に関する研究動向について検討した。数学教育における研究の資料は、研究論文、学位論文、単行本と非常に多岐にわたるが、本年度はERIC(Educational Resources Information Center)に登録されている研究論文および国内の全国的な学会誌を対象として基礎的な研究を行った。結果として、以下の諸点が明らかになった。1.数学教育あるいは数学学習を対象とした論文の中で、何らかの形で信念が取り扱われている研究論文が1966年から1999年3月までの期間において248件にのぼる。2.採用されている研究方法が、理論的研究、信念を測定するための尺度を用いた数量的な研究、事例研究と非常に多岐にわたっている。3.研究対象については、生徒の信念の研究から教師の信念の研究へ、また、一般的な信念の研究から特定の内容に依存した信念の研究へと関心が移行している傾向にある。4.我が国においては、数学学習に影響を与える要因として信念が考慮されてはいるが、信念自体を主たる研究対象とした研究はほとんどなされていない。
核燃焼プラズマ輸送数値実験の開発

full-fジャイロ運動論シミュレーションをペタスケール計算機で効率的に処理するシミュレーション技術を開発し、プラズマ輸送数値実験の時空間スケールを大幅に拡大した。閉じ込め時間スケールの長時間数値実験により自発プラズマ回転分布の形成・維持機構を解明した。ITER規模の数値実験によって大型装置の閉じ込めスケーリングに乱流輸送の加熱パワースケーリングが大きく影響することを示した。国際熱核融合実験炉ITERにおける核燃焼プラズマ実験の性能予測や運転シナリオ設計を行う上で、信頼性の高いプラズマ輸送シミュレーションが必要とされている。核燃焼プラズマは燃料プラズマ、ヘリウム灰、不純物等の多種イオンがプラズマ乱流、粒子衝突を介して相互作用する複雑系となっており、輸送現象の高精度な評価・予測には第一原理モデルに基づくシミュレーションが必要不可欠である。本課題では、第一原理プラズマ乱流コードGT5Dに基づいて、核燃焼プラズマ輸送数値実験の開発に取り組む。本年度は以下の項目に関して、物理モデルの定式化・拡張、および、GT5Dの超並列マルチコア最適化を実施した。1.多種イオンの拡張:多種イオンの計算を実現する上で、粒子種の異なるイオン間の運動量・エネルギー交換をもたらす粒子衝突モデルが必要となる。今年度は異種粒子衝突モデルの定式化を完了し、座標系や並列処理方法等、GT5Dへの実装方法の検討を行った。2.電子モデルの拡張:電荷中性条件を満たす核融合プラズマにおける燃料粒子の輸送を計算するには、イオン系乱流に加えて電子輸送を引き起こす電子系乱流の計算が必要となる。電子系乱流の計算には電子の運動論的応答を正しく捉える必要があるが、電子の高速な熱運動を高精度かつ効率的に計算することが課題となっていた。本研究では半陰解法に基づく電子モデルの開発に成功し、電子系乱流を励起する微視的不安定性の線形計算においてその精度を検証した。3.超並列マルチコア最適化:今後の超並列マルチコア環境における大規模シミュレーションを実現するためにMPI/OpenMP等を組み合わせたハイブリッド並列処理の最適化手法を開発し、1万コアを超える規模まで並列処理性能のスケーラビリティを確認した。国際熱核癒合実験炉ITERにおける各燃焼プラズマ実験の性能予測や運転シナリオ設計を行う上で、信用性の高いプラズマ輸送シミュレーションが必要とされている。本年度は以下の項目に関して、GT5Dの開発、および、乱流シミュレーション研究を実施した。1.GT5Dの開発:昨年度までに定式化を完了した異種粒子衝突モデルのGT5Dへの変装を行った。その結果、これまでの計算手法では粒子衝突モデルの保存性と自己随伴性を両立することが難しく、数値計算法の拡張も必要になることが分かった。一方、コードの超並列最適化に関しては、新たに通信マスク手法の開発に成功し、10万コア以上の超並列計算を実現した。2.電子系乱流における運動量輸送:昨年度に開発を完了した電子モデルを活用して電子系乱流の線形計算および準線形輸送解析を実施し、イオン系乱流と電子系乱流、それぞれを励起する微視的不安定性の間で自発プラズマ回転の原因となる運動量輸送特性が大きく変化することを発見した。3.イオン系乱流のプラズマサイズ依存性:GT5Dを用いた乱流シミュレーションによってイオン系乱流における熱輸送のプラズマサイズ依存性を調べた。その結果、Lモード的なプラズマ条件でJT-60U装置規模以下のプラズマサイズでは、熱輸送係数がプラズマサイズに比例して増大するBohm則、あるいは、それより強い依存性を示すことを発見した。本課題では、第一原理プラズマ乱流コードGT5Dに基づいて、核燃焼プラズマ輸送数値実験の開発に取り組み、本年度は以下の成果を得た。1.GT5Dを京コンピュータに移植し、多次元領域分割手法や通信と演算の同時処理といった最適化技術を開発した。これにより、京コンピュータフルシステム規模の約60万コアまで良好なストロングスケーリングを達成し、プラズマ輸送数値実験の問題規模と時間スケールを飛躍的に拡大することに成功した。2.エネルギー閉じ込め時間スケールのイオン系乱流輸送数値実験を実施し、温度分布やプラズマ回転分布の収束性の初期条件依存性を調べ、線形不安定かつ蓄積エネルギーが定常状態のレベルに近い初期条件を選ぶことで、衝突時間程度の短時間スケールで計算結果の収束が得られることを示した。また、定常分布の維持機構を調べ、自発プラズマ回転がバースト的な乱流輸送と乱流場によって修正された新古典輸送の釣り合いで維持されることを明らかにした。3.ITER規模のイオン系乱流輸送数値実験を実施し、加熱パワーと装置サイズを同時にスケールさせると、従来のdelta-fシミュレーションではgyro-Bohmスケーリングが予測されていた大型装置領域でも装置サイズに比例して熱輸送がBohm的に増大することを発見した。

さらに、系統的な加熱パワースキャンによって実験的に観測されている加熱パワーによる閉じ込め劣化現象を再現することに成功した。これらの数値実験の比較から、バースト的な熱輸送によって温度分布が臨界勾配付近に拘束される分布硬直性が、上記スケーリングに共通する閉じ込め劣化現象をもたらす機構であることを明らかにした。国際熱核融合実験炉ITERにおける核燃焼プラズマ実験の性能予測や運転シナリオ設計を行う上で、信頼性の高いプラズマ輸送シミュレーションが必要とされている。核燃焼プラズマは燃料プラズマ、ヘリウム灰、不純物等の多種イオンがプラズマ乱流、粒子衝突を介して相互作用する複雑系となっており、輸送現象の高精度な評価・予測には第一原理モデルに基づくシミュレーションが必要不可欠である。本課題では、第一原理プラズマ乱流コードGT5Dに基づいて、核燃焼プラズマ輸送数値実験の開発に取り組む。本年度は以下の項目に関して、GT5Dの開発、および、乱流シミュレーション研究を実施した。1.GT5Dの開発:GT5Dに高次精度のジャイロ運動論モデルを実装した。これに伴い、非線形ジャイロ運動論的ポアソン方程式の反復解法を開発した。また、GT5DのIFERC-CSCへの移植・最適化を完了し、数万コアを用いた大規模シミュレーションを開始した。2.運動量輸送の精度検証:高次精度のジャイロ運動論モデルを用いたイオン系乱流シミュレーションの収束テストによって、ジャイロ運動論シミュレーションにおける運動量輸送の計算精度を検証し、標準的な1次精度のジャイロ運動論モデルで計算が十分に収束することを明らかにした。これによって、長時間スケールの乱流輸送数値実験に向けた計算モデルを確立した。3.加熱モデル比較:GT5Dで標準的に用いている熱源固定モデルに加えて、従来のシミュレーションで多用されてきた温度分布固定モデルを実装し、加熱モデルの違いが輸送特性に与える影響を調べた。この結果、後者では分布を拘束するためにプラズマ中に人工的に課される調整熱源の影響によって、核燃焼プラズマの性能予測において重要な乱流輸送の衝突度や装置サイズに対する依存性が大きく影響を受ける可能性を示した。本年度まではコード開発を中心とした研究計画となっていたが、予定していた異種粒子衝突モデルの開発を完了できなかった。一方、完成した物理モデルの範囲内で平成24年度以降に進める予定であったシミュレーション研究を前倒しして取り組むことにより計画以上のペースで成果が得られている。従って、全体的におおむね順調に推移している。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は異種粒子衝突モデル開発の完了を予定していたが、運動量輸送の精度検証がコミュニティで大きな論争になったため、この問題を解決するために高次精度ジャイロ運動論モデルの実装を優先し、精度検証の問題を解決した。
ホスファターゼ側から見たＣａＭキナーゼカスケードの新しい制御メカニズム

CaMキナーゼはCa2+/カルモジュリンによって活性化されるプロテインキナーゼの総称である。CaMKsはいずれもリン酸化により活性型に変換されることが知られているが、一方で脱リン酸化の機構については不明な点が多い。これまでCaMKsには特異的な負の制御因子としてCaMKホスファターゼ(CaMKP)が存在することを見出しているが、その活性調節機構は明らかではない。本研究では、酸化還元によるCaMKPの活性制御機構に重点を置いて研究を進め、CaMKPが属するPPMファミリーのホスファターゼについても酸化還元によって活性制御を受けるかどうか解析を行っている。その結果、CaMKPは可逆的な酸化修飾を受けることが明らかとなった。さらに、CaMKPは分子内に存在するCysを介して分子内ジスルフィド結合を形成することによって不活性化することが判明した。CaMKPはPPMファミリーに属するホスファターゼである。そこで、CaMKPを含めPPMファミリー酵素の酸化還元による活性制御について解析を行った。PPM1A, B,D, E, G, Hの過酸化水素感受性を調べたところ、PPM1A, B, E, Gは過酸化水素処理によって不活性化した。一方、PPM1DとPPM1Hは過酸化水素に非感受性であった。これらのアミノ酸配列を比較したところ、PPMファミリーで保存されている金属イオン配位部位であるAspのN末端側にCysが存在するが、PPM1DとPPM1HではそれぞれSer残基とThr残基であることが判明した。そこで、このCysをSerに置換した各PPMの点変異体を作製し、過酸化水素感受性を調べた結果、過酸化水素に非感受性であった。以上の結果から、PPM1A, B, E, Gは金属イオン配位部位のN末端側に存在するCys残基の酸化還元によって活性が制御されることが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。CaMキナーゼはCa^<2+>/カルモジュリンによって活性化されるプロテインキナーゼの総称である。このうちCaMKI, II, IVは多機能性CaMキナーゼ(CaMKs)として知られ、神経伝達物質の合成や分泌、転写制御などを介して、記憶をはじめとする高次神経機能の制御に重要な役割を担っている。CaMKsはいずれもリン酸化により活性型に変換(スイッチオン)されることが知られているが、一方でスイッチオフに相当する脱リン酸化の機構については不明な点が多い。これまでの研究で、CaMKsには特異的な負の制御因子としてCaMKホスファターゼ(CaMKP)が存在することを見出しているが、その活性調節機構は明らかではない。さらに、CaMKPは分子内に存在するCys359を介して分子内ジスルフィド結合を形成することによって不活性化することが判明した。そこで、CaMKPを含めPPMファミリー酵素の酸化還元による活性制御について解析を行ったところ、CaMKP以外のPPMファミリーも酸化還元によって活性制御を受ける可能性が示された。CaMKPのみでなく、PPMファミリーのホスファターゼにおいても酸化・還元によって活性制御を受けることが明らかとなり、PPMファミリーがレドックスセンサー分子として働く可能性が示唆された。

当該年度の達成目標として定めていた、ヒトCaMKP分子の酸化されるアミノ酸残基(Cys359)を同定することができた。さらに、そのアミノ酸残基を介して分子内ジスルフィド結合を形成することによってCaMKPが可逆的に不活性化することを見出すことができたため、おおむね順調に進展していると考えられる。今後は、CaMKPが酸化還元によって活性制御を受ける意義について中心的に解析を進める。また同時に、大腸菌ツーハイブリッドシステムを用いたスクリーニングで、CaMKPのN末領域に結合するタンパク質としてPcdhgc5を同定した。Pcdhgc5はin Vitroで直接CaMKPの活性に影響を及ぼすことはないという結果が得られているので、以下の点に着目して研究を進める予定である。スクリーニングで得られたPcdhgc5の細胞質ドメインにはCaMKsによるリン酸化コンセンサス配列R-x-x-S/Tが複数存在しており、実際にCaMKsによってリン酸化されることも確認できた。よって本研究では、「Pcdhgc5が足場となってCaMKPとCaMKsが複合体を形成し、お互いリン酸化、脱リン酸化することでそれぞれを制御し合っているのではないか?」という可能性について、1,リン酸化部位の同定、2.リン酸化部位特異的抗体の作製、3,共発現させた時の局在変化やそれに伴うCaMKPの機能変化(細胞内ターゲティング、基質特異性、安定性など)に関しても検討を重ねたい。