hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
一酸化窒素合成阻害による脂肪蓄積に関する栄養生化学的研究

1.一酸化窒素(NO)合成阻害による脂肪蓄積の機構解明NO合成阻害剤のL-N^ωnitroarginine(L-NNA)をラットに摂取させた場合に見られる血清トリグリセリドと体脂肪の増加の主要な原因は、肝臓での脂肪酸酸化の抑制によるものであることを明らかにした。2.NO合成阻害剤による高コレステロール血症の機構解明L-NNA摂取により血清コレステロールの上昇とともに糞中胆汁酸排泄の低下が観察された。さらにコレステロールから胆汁酸への変換に関わる肝臓コレステロール7α-水酸化酵素の活性もL-NNAにより低下し、L-NNAによる高コレステロール血症は胆汁酸合成の抑制によるものであると結論した。3.NO合成阻害剤による血清リポ蛋白質の変動の解析L-NNAによる血清トリグリセリドとコレステロールの上昇は主にVLDL画分のトリグリセリドの増加によるものであった。また、L-NNAにより血清のアポA-1とアポA-IVが増加し、アポBやアポEについては変動が見られないことが判明した。4.アルギニン添加食による体脂肪蓄積抑制の機構解析多量のアルギニン摂取によるラットの体脂肪の蓄積は肝臓での脂肪酸合成の抑制によるものであり、脂肪酸酸化の促進によるものではないことが明らかになった。当初この現象は、多量のアルギニンからNO合成が高まり、増加したNOが脂肪酸酸化を促進して脂肪蓄積を抑制するのではないかと予想したが、本結果はこの可能性を否定した。
Rad51依存的な二重鎖切断修復を制御する新規化合物の探索とその作用機序

〈研究の目的〉本研究では、DNA相同組換えタンパク質Rad51の活性を制御し得る低分子化合物の探索と、その作用機序を明らかにすることを目的としている。Rad51遺伝子を欠損させたマウスは胎生致死となり、一方でRad51を過剰発現させたニワトリ由来のDT40細胞では、染色体異常が観察される。さらに、種々のガン細胞においてRad51の発現量の変化が報告されていること、また、その発現量の変化がガン細胞の悪性化に関与しているとの報告もされている。以上のことから、Rad51は、細胞の恒常性維持において大変重要な役割を担っていると考えられる。よって、Rad51の活性や発現量の制御を可能とする化合物の同定は、細胞のガン化を防ぐ、もしくは悪性化したガン細胞の増殖を抑制する技術への発展に期待できる。<研究方法>Rad51は、DNA相同組換えにおいて最も重要な反応である、相同鎖対合及び相同鎖交換を触媒する。そこで、それぞれの反応を試験官内で再現した、D-loopアッセイ及びStrand Exchangeアッセイを化合物存在下で行い、化合物のRad51活性への効果を判定した。〈研究成果〉これまでに申請者は、Rad51と直接結合することでRad51の組換え活性を著しく阻害する化合物4,4'-diisothiocyanostilbene-2,2'-disulfonic acid(以下DIDSと略)を同定している。しかし、細胞にDIDSを添加すると細胞致死となり、in vitroでのRad51に対するDIDSの阻害効果を検証することが出来なかった。そこで、我々は新たに海綿抽出液から得られた化合物を用いて、再度上記アッセイ法により化合物のスクリーニングを行った。その結果、Rad51の組換え活性を阻害するhalenaquinoneを発見した。生化学的解析から、halenaquinoneもDIDSと同様に、Rad51と直接結合しRad51の組換え活性を阻害することが明らかとなった。さらに、halenaquinoneは、Rad51のダメージ依存的なフォーカス形成を阻害することが分かった。一方で、halenaquinoneとRad51との結合強度は、DIDSとRad51とのそれに比べ低く、Rad51のフォーカス形成を阻害するには高濃度のhalenaquinoneを必要とした。そこで、Rad51-DIDS及びRad51-halenaquinone複合体の共結晶を作製し、結晶構造解析を行うことで、それぞれの利点を組み合せた新規化合物のデザインを目指す。本研究では、Rad51依存的な相同組換え反応に影響を与える低分子化合物の探索を行い、それら低分子化合物によるRad51の活性制御目的としている。Rad51遺伝子を欠失させたマウスは、胎生致死となる。一方で、Rad51を過剰発現させた細胞では、ガン細胞の特徴でもある染色体異常が観察され、また種々のガン細胞においてRad51の発現量の変化が報告されている。これらのことは、Rad51の厳密な活性制御が細胞の恒常性維持において重要であることだけでなく、Rad51の発現量の変化や活性の強弱が細胞のガン化を促進する1つの要因となっていることを示唆している。そこで申請者は、Rad51の活性調節を行うことで、細胞のガン化を防ぐ、もしくは悪性化したガン細胞の増殖を抑制することが可能になるのではないかと考えた。これまでに、申請者はRad51の主要な活性である相同鎖交換活性を著しく低下させる低分子化合物4,4'-diisothiocyanostilbene-2,2'-disulfonic acid(以下DIDSと略)を発見している。しかし、その作用機序は不明であるため、申請者は本年度、DIDSによるRad51活性への影響を生化学的手法により解析した。相同鎖交換反応の前段階に起こる相同的対合反応に対するDIDSの影響を解析した結果、DIDSはRAD51の相同鎖交換活性だけでなく、相同的対合活性をも阻害することを明らかにした。Rad51とDIDSとの物理的相互作用が確認できたことから、次にDIDS存在下でのDNA結合解析を行った。その結果、DIDSは、Rad51の単鎖及び二重鎖DNAへの結合を著しく阻害することが明らかになった。さらに、Rad51はDNA依存的にATP加水分解活性を示すが、DNA非存在下でDIDSのみ存在する場合でも、その活性を示すことが分かった。このことから、RAD51にDNAが結合するサイトと、DIDSが結合するサイトが競合して存在していることが示唆された。以上の結果から、DIDSはRad51のDNA結合部位周辺に結合することで、Rad51のDNAへの結合を阻害し、相同組換え活性を低下させると結論された。そこで、今後はRad51-DIDS複合体の共結晶を作製し、結晶構造解析を行うことで、DIDSによるRad51活性への作用機序を分子レベルで明らかし、Rad51とより特異的に相互作用し細胞内で作用する低分子化合物のデザインを目指す。

さらに、種々のガン細胞においてRad51の発現量の変化が報告されていること、また、その発現量の変化がガン細胞の悪性化に関与しているとの報告もされている。以上のことから、Rad51は、細胞の恒常性維持において大変重要な役割を担っていると考えられる。よって、Rad51の活性や発現量の制御を可能とする化合物の同定は、細胞のガン化を防ぐ、もしくは悪性化したガン細胞の増殖を抑制する技術への発展に期待できる。<研究方法>Rad51は、DNA相同組換えにおいて最も重要な反応である、相同鎖対合及び相同鎖交換を触媒する。そこで、それぞれの反応を試験官内で再現した、D-loopアッセイ及びStrand Exchangeアッセイを化合物存在下で行い、化合物のRad51活性への効果を判定した。〈研究成果〉これまでに申請者は、Rad51と直接結合することでRad51の組換え活性を著しく阻害する化合物4,4'-diisothiocyanostilbene-2,2'-disulfonic acid(以下DIDSと略)を同定している。しかし、細胞にDIDSを添加すると細胞致死となり、in vitroでのRad51に対するDIDSの阻害効果を検証することが出来なかった。そこで、我々は新たに海綿抽出液から得られた化合物を用いて、再度上記アッセイ法により化合物のスクリーニングを行った。その結果、Rad51の組換え活性を阻害するhalenaquinoneを発見した。生化学的解析から、halenaquinoneもDIDSと同様に、Rad51と直接結合しRad51の組換え活性を阻害することが明らかとなった。さらに、halenaquinoneは、Rad51のダメージ依存的なフォーカス形成を阻害することが分かった。一方で、halenaquinoneとRad51との結合強度は、DIDSとRad51とのそれに比べ低く、Rad51のフォーカス形成を阻害するには高濃度のhalenaquinoneを必要とした。そこで、Rad51-DIDS及びRad51-halenaquinone複合体の共結晶を作製し、結晶構造解析を行うことで、それぞれの利点を組み合せた新規化合物のデザインを目指す。
細菌検査を応用した新しいメインテナンス療法

チェア-サイドで迅速かつ簡便に細菌検査が行えるペリオチェック^<【.encircledR.】>(サンスター、大阪)を応用したメインテナンスを実施するため、予備実験として初期治療後の短期的予後判定にペリオチェックを応用する実験を行った。初診の患者に対し、0週に臨床診査ならびに細菌検査を行った後、スケーリングルートプレーニングを行った。さらに1週、4週に臨床診査ならびに細菌検査を行いペリオチェック陽性群と、ペリオチェック陰性群に分け、両群の予後について比較検討した。初診時において21歯中20歯においてペリオチェック判定は陽性を示した。1週のペリオチェック判定は陰性を示したものが18部位、陽性を示したものが3部位であった。またペリオチェック陽性群、陰性群の0週4週の臨床変化をみると、ペリオチェック陰性群のポケットデプスが0週には5.2mmであったが4週には3.1mmに改善し、アタッチメントレベルは5.4mmから4.1mmに改善したのに対して、ペリオチェック陽性群のポケットデプスは0週では6.3mmであったが4週には5.7mmであり、アタッチメントレベルは4.3mmより4.7mmへ変化し、改善が認められなかった。このことより、スケーリングルートプレーニング後1週という早期にペリオチェックを用いることでその予後を予測しうることが示された。そこで長期に応用した場合のペリオチェックの有用性を検討するため、メインテナンスに応用し、現在は分析中である。
がん転移浸潤の糖鎖バイオロジー

細胞表層の糖鎖には接着分子としての機能を持つものがある。癌細胞ではシアリルルイスXやシアリルルイスaなどの糖鎖が発現し、これによって転移や浸潤が引き起こされる。癌細胞で糖鎖が変化する機構は、発癌早期においては、正常型糖鎖を合成する一連の遺伝子のエピジェネティック・サイレンシングが主原因の一つとなっていることを我々は明らかにした。一方、進行期の癌においては、癌細胞の低酸素抵抗性の獲得とともに機能亢進する転写因子hypoxia inducible factor(HIF)が、一連の糖鎖合成遺伝子の転写を誘導することが大きな要因となっていることを我々は明らかにした。我々はこれまで、セレクチンとその糖鎖リガンドによって媒介される悪性細胞と血管内皮細胞の接着が悪性細胞の組織浸潤および血行性転移において重要な役割を演じると提唱してきた。特に悪性細胞に発現誘導されるセレクチンの糖鎖リガンドの発現に関わる遺伝子を解析し、これらセレクチンの糖鎖リガンドをはじめとする細胞接着性糖鎖のがん組織における発現増加の遺伝子機序を解明し、あわせてがん進展におけるこれら糖鎖の生物学的機能を明らかにすることにより、次世代的ながんの診断と治療を可能にすることを目的として研究を進めている。本年度は特に、白血病細胞やリンパ腫細胞の組織浸潤に関与する細胞接着糖鎖に焦点を合わせた。白血病細胞やリンパ腫細胞はしばしばリンパ節に浸潤し、また、特定のタイプでは皮膚浸潤のような特殊な浸潤様式をとることもある。正常の白血球、とくにリンパ球もまた、リンパ節や皮膚へと日常的にホーミングを起こしており、これら正常細胞のホーミングを媒介する糖鎖と、悪性細胞の組織浸潤にかかわる糖鎖の異同について検討した。その結果、正常リンパ球のホーミングはGlcNAc6ST-1およびHEC-GlcNAc 6STという二種類の硫酸基転移酵素の関与によって合成される硫酸化タイプのセレクチンリガンド(シアリル6-スルホルイスX)によって媒介されていることが、両酵素遺伝子のダブルノックアウトマウスの解析から判明した(Nat.Immun.,6:1105-1113,2005)。一方、皮膚へのホーミングについても、正常細胞のホーミングは主としてシアリル6-スルホルイスXによって媒介されていることが判明した(Blood, in press,2006)。予備実験の成績から、悪性細胞においては非硫酸化型のリガンドが働くと見られ、正常細胞のホーミングとは関与する糖鎖が異なると考えられるので、今後この点を解析する。セレクチンとその糖鎖リガンドを介した細胞接着は、悪性細胞の血管内皮への接着を媒介して癌の血行性転移を引き起こす。白血病では、白血病細胞が血管外組織を浸潤する際にセレクチンと糖鎖リガンドを介する細胞接着が重要な役割を演じる。白血球系細胞ではシアリルルイスx糖鎖がセレクチンのリガンドとなっており、シアリルルイスxの発現はフコース転移酵素VII(FUT7)によって調節される。今年度我々はFUT7遺伝子の白血球系細胞における転写調節機構を、リポーターアッセイおよび染色体免疫沈殿法(ChIP法)により解析した。その結果、FUT7の5'-調節領域には、好中球・単球での恒常的発現を導く転写因子MZF-1の結合部位や、非活性化状態のリンパ球で転写を抑制するGATA-3、活性化に伴って転写を誘導する転写因子CREB/ATFやSp1の結合部位が存在しており、これらによりセレクチンの糖鎖リガンドの発現が調節されることが判明した。成人T細胞白血病の白血病細胞は糖鎖リガンドを高発現し強い組織浸潤を起こすが、その背後にはHTLV-1ウイルスがコードするTax蛋白質がCREB/ATF結合部位を介してFUT7の転写を強く誘導するという機構がある。活性化に伴いTh2細胞に比してTh1細胞がセレクチンへ強く結合するのは、Th1細胞への分化で主導的役割を演じる転写因子T-betがFUT7の5'-調節領域に存在し、これがGATA-3を阻害しつつ転写を誘導し、シアリルルイスxが強く発現するためであることが判明した。T-betとGATA-3とは結合し、互いに相手のDNA結合を阻止する。またT-betはSp1、CBP/P300と結合して転写因子複合体を形成し、GATA-3はHDAC-3および-5と結合することが判明した。またFUT7の5'-調節領域には低酸素状態で活躍する転写因子HIF-1が結合して転写を促進することも判明した。CD22分子はリンパ性白血病や悪性リンパ腫などB細胞起源の悪性細胞に発現し,治療のターゲット候補と考えられ,既にヒト化抗体EpratuzumabやInotuzumabが開発されている。CD22をターゲットとした治療は,CD22が単なる悪性細胞の表面マーカーにとどまらず,CD22がその細胞内ドメインにITIM

モチーフを持ち,これを通して細胞増殖に対して抑制的なシグナルを伝達する機能性分子であることに依存するとされている。CD22はsiglee-2の別名を持ち,リガンドは糖鎖である,正常B細胞は糖鎖リガンドを細胞表面に持ち,これがaCD22と結合して過度のB細胞増殖・活性化が抑制されていると想定されてきた。しかしこれまでB細胞上のCD22リガンドは詳細不明であった。我々は今年度,B細胞上のCD22の特異的糖鎖リガンドが,α2-6シアリル6-スルポLacNAc鎖であることを明らかにした(J.Bial.Chem.,282:32200-32207,2007)。リコンビナントCD22の正常B細胞への結合が,本糖鎖に対する特異的単クローン抗体により阻害されることから,本糖鎖が正常B細胞上の主要なCD22リガンドであることを証明した。正常人末梢血B細胞の大部分を構成するナイーブB細胞にはα2-6シアリル6-スルホLacNAc糖鎖が強発現しており,これがCD22と結合して過度のB細胞増殖・活性化が抑制きれていると考えられた。末梢血B細胞中の少数のメモリーB細胞では本糖鎖の発現がやや減弱している。予備実験の結果,培養悪性B細胞株ではα2-6シアリル6-スルホLacNAc糖鎖の発現が弱いごとが判明した。糖鎖リガンドの発現減少にょるCD22を介した抑制的シグナルの減弱が悪性B細胞の高い増殖能の原因となっている症例においては,抗CD22抗体を用いた治療が特に有効であろうと予測される。我々は以前、成人T細胞性白血病細胞(ATL)においては、セレクチンの特異的な糖鎖リガンドの発現が誘導されており、これが原因でATL細胞が独特な強い皮膚浸潤を起こすことを明らかにした。その後我々は、皮膚ホーミング性のヘルパーメモリーT細胞上のセレクチンリガンドを解析して、これが硫酸基修飾を持ち、通常とは異なるシアリルルイスX糖鎖である事を明らかにした。皮膚ホーミング性のヘルパーメモリーT細胞上のセレクチンリガンドでは、シアリルルイスX糖鎖構造中のN-アセチルグルコサミン残基のC6位が硫酸化を受けており、これは6-硫酸基転移酵素で合成される。そこで本年度は6-硫酸基転移酵素遺伝子の転写調節機構を解析した。6-硫酸基転移酵素GlcNAc6ST-1の調節領域にはGATA-2/-3およびNF-κB結合部位のタンデムな配列が二回繰り返して存在し、これらの転写因子の結合によって相乗的に転写が亢進することが明らかとなった。このことは、T細胞系の悪性腫瘍では、Th2系細胞が活性化刺激を受けた際に6-硫酸基転移酵素GlcNAc6ST-1の転写が誘導され、これによって皮膚ホーミングにおいて皮膚血管内皮のセレクチンに対する糖鎖リガンドとして働く硫酸化シアリルルイスX糖鎖の発現がT細胞側に誘導されることを示唆する。実際、ヒト末梢血T細胞を抗CD28/固相化抗CD3抗体とともにIL-4・IL-2/抗IL-12抗体添加で培養してTh2分化を起こすと著明なGlcNAc6ST-1の転写誘導と硫酸化糖鎖の発現が観察された。Th1分化条件下では転写誘導も硫酸化糖鎖の発現も起こらなかった。悪性T細胞腫瘍でも、ほぼ同様な機構による皮膚ホーミング糖鎖の発現誘導が起こっているものと考えられる。
多重波伝搬環境における素波の到来方向と遅延時間の高分解能計測

本年度は,新たな計測装置である超分解能時空間チャネルサウンダの作成に取り組んだ.ネットワークアナライザにおける参照信号部分を原子発振器による絶対同期で置き換え,受信機と送信機の間の参照信号の受け渡しを省く構造を採り入れた.キャリア周波数としては,次々世代のマイクロ波移動通信システムを踏まえ,また免許の取りやすい5.8GHz帯を採用した.遅延時間測定にはマルチキャリア信号を用いて,周波数操引と同じ効果を期待する.従来の相関型チャネルサウンダでは疑似雑音系列を用いているが,マルチキャリア信号を用いることで平坦な周波数特性が期待できる.到来方向測定には2次元アレーアンテナを採用する.この場合,各素子間の位相差がもっとも重要な情報となるので,アンテナ素子のスイッチによる切替え等は採用せず,各素子からの信号を中間周波段に変換した後に,並列サンプリングを行うこととした.このようにして取得された周波数および空間に対する3次元データを,本研究で新たに提案した3次元ユニタリESPRIT法を用いて処理することにより,3次元パラメタの同時推定が初めて可能となった.残念ながら,本報告書までにはサウンダの試作は終了していないが,受信部・送信部とも高周波およびベースバンドのフィルタを除き,ほぼ完成している.また,2次元アレーアンテナが理想的に動作するための較正法を新たに提案し,現在,ネットワークアナライザを用いたサウンディング実験でその有効性の確認を進めているところである.本年度は,新たな測定装置の試作にまでは至らなかったが,ネットワークアナライザを用いて,見通し環境における遅延時間および到来方向の測定を行った.遅延時間測定ではネットワークアナライザの周波数走査機能を利用し,到来方向測定では受信アンテナの位置を動かして等価的なアレーを構成し,それぞれ伝達関数を測定した.測定データに対して,コヒーレント信号の相関を下げるための前処理となる周波数/空間平均法を適用し,次に到来時間/角度を直接推定するESPRIT法を適用し,インパルス状の遅延/角度プロファイルを得る.実験結果を,本研究室で開発したレイトレース法を用いた伝搬シミュレータにより予測されたプロファイルと比較したところ,レイトレース法での誤差要因となる位相のアンビギュイティの範囲内に測定結果が入ることを確認し,本測定法の有効性を実証した.また,ESPRIT法による推定結果が必ず離散フーリエ変換による分解能を上回ることを到来波が2波の場合に関して理論的に照明し,実環境による実験結果からも,この議論が裏付けられた.本年度は,新たな計測装置である超分解能時空間チャネルサウンダの作成に取り組んだ.ネットワークアナライザにおける参照信号部分を原子発振器による絶対同期で置き換え,受信機と送信機の間の参照信号の受け渡しを省く構造を採り入れた.キャリア周波数としては,次々世代のマイクロ波移動通信システムを踏まえ,また免許の取りやすい5.8GHz帯を採用した.遅延時間測定にはマルチキャリア信号を用いて,周波数操引と同じ効果を期待する.従来の相関型チャネルサウンダでは疑似雑音系列を用いているが,マルチキャリア信号を用いることで平坦な周波数特性が期待できる.到来方向測定には2次元アレーアンテナを採用する.この場合,各素子間の位相差がもっとも重要な情報となるので,アンテナ素子のスイッチによる切替え等は採用せず,各素子からの信号を中間周波段に変換した後に,並列サンプリングを行うこととした.このようにして取得された周波数および空間に対する3次元データを,本研究で新たに提案した3次元ユニタリESPRIT法を用いて処理することにより,3次元パラメタの同時推定が初めて可能となった.残念ながら,本報告書までにはサウンダの試作は終了していないが,受信部・送信部とも高周波およびベースバンドのフィルタを除き,ほぼ完成している.また,2次元アレーアンテナが理想的に動作するための較正法を新たに提案し,現在,ネットワークアナライザを用いたサウンディング実験でその有効性の確認を進めているところである.
電子・分子衝突における共鳴性電子付着-温度可制御性の探索とその応用

低エネルギー電子衝撃と放射光照射を相補的に使い、500-1500K領域にボルツマン分布したホット(熱励起)分子内の価電子と内殻電子への温度効果を精密測定することで、ホット分子の励起ダイナミックスの詳細を解明することを研究目的とした。申請書に記した平成23年度の研究計画[上智大学]:1)抵抗加熱のホット分子生成装置の改良・設置に成功し、2)電子分光実験(N_2O,CO_2)を行い、典型的な直線3原子分子において加熱による分子の分離した変角振動(010、020、030)モードの効果が形状共鳴状態に極めて系統的に発現することが観測できた。これらの結果に基づき、研究計画をさらに発展させ、軟X線エネルギー領域の放射光[Spring-8]を使ったホット分子の内殻光電子分光実験を遂行した。3)SPring-8への課題申請(加熱により変角振動励起制御された直線三原子分子の軟X線内殻光電子分光実験:課題番号2100B1576)が採択されN_2Oの内殻光電子分光にも成功した。解析の結果、センター(N_C)およびターミナル(N_T)のN原子の内殻状態に特異な温度効果よる断面積の強調が観測された。現在その理論的裏づけを検討しており、投稿論文として準備中である。4)CH_4,SiH_4,GeH_4、F_2COにおける同位体効果を分離した共鳴性電子付着過程の測定にも成功した[上智大学]。さらに新たに、5)タングステンおよびベリリウムの加熱表面でのホットH_2分子生成セルの設計・製作を行い装置の開発[上智大学]を終えることができた。このことで、申請課題の応用分野への貢献、即ち核融合炉ダイバータ近傍の熱励起分子と低エネルギー電子衝突ダイナミックスにおける未解決問題の実験的解明が期待できる。以上、平成23年度で予定した申請課題をほぼすべて実施することが出来た。また、本研究によりホット分子における励起ダイナミックスの電子・光子による探索の重要性と将来性の地歩を築くことができた。結果は、申請課題年度に発表した研究業績に中に研究成果として示されている。
微生物機能を利用した廃棄物埋立処分場の安定化促進に関する研究

土壌のin situ(原位置)バイオレメディエーションの一手法であるバイオベンティングを適用し、廃棄物埋立処分場に存在する有機物、難分解性/有害化学物質などを効率的に分解、除去することによって、安定化を促進する試みをラボ、あるいはパイロットスケールのリアクターを用いて行い、実用化の可能性について検討した。廃棄物処分場を模したカラム実験、あるいはフラスコ実験を通じて、廃棄物パイルの底部から通気を行い酸素を供給するバイオベンティングによって、パイル内を嫌気状態から好気/微好気状態に転換すると、土着性の好気性従属栄養細菌群が活性化され、廃棄物減容化・無機化の加速化、浸出水からの有機物除去とアンモニア酸化(硝化)の向上、生態毒性(変異原性、内分泌攪乱活性)の低減、有害ガス発生の抑制を達成することができ、一般的な意味での廃棄物埋立処分場の安定化促進につながることが示された。ただし、安定化促進効果を得るためには、浸出水循環を適正に行い、廃棄物パイル内の水分調整(含水率50%を維持)を行うことによって、乾燥による微生物活性の低下を防止することが重要であることが明らかとなった。また、バイオベンティングと浸出水循環は、PHB、デンプン系などの生分解性プラスチック分解菌のポピュレーションを高め、その分解を促進することにも利用できることが明らかとなり、特定の化学物質の分解促進も可能であることも示唆された。以上より、in situでの好気性微生物の活性化は、廃棄物埋立て処分場の安定化促進とリスク低減に大きく貢献し得ることが明らかとなったものといえる。また、特殊微生物の機能を活性化することで、化学物質分解の促進にもつながることが示唆され、廃棄物処分場における微生物の適正管理の重要性が証明された。廃棄物埋立処分場を模した実容積1立方メートルの円筒型モデルリアクターを3基作成し、一般有機性廃棄物を想定したモデル廃棄物として、庭ゴミ(枯葉等)、ドッグフード、塵埃を等量混合したものを投入して、廃棄物安定化実験を行った。各リアクターには日本の平均的データに基づいて、定期的に人工降雨を降らせ、1基は特別な操作を行わない従来型処分場(対照)として、底部から自然排出される浸出液を除去するのみとする一方、他の2基については底部から弱い通気を行って、内部に存在する好気性微生物の有機物分解活性や硝化活性の向上を図るバイオベンティング(BV)を適用した。さらに、この2基のうち1基については、内部の含水率を安定に保つことを目的として、浸出液の適度な循環を行った。BVを適用したリアクターにおいて、浸出液循環を行わない場合には、対照系に比べて初期の有機物の減量化は促進されたものの、廃棄物の含水率が急速に低下するにつれて生物の活性が低下し、それ以上の安定化促進にはつながらなかったが、浸出液循環を行った場合には、有機物の減量化、浸出液からの有機物(COD)及び窒素の除去は対照系に比べてかなり向上し、BV適用の効果が顕著に認められた。また、排ガス中にも嫌気性の有害ガスであるメタンや流下水素は認められず、浸出液の毒性(急性毒性、変異原性、内分泌撹乱性)も対照系に比べて極めて低いレベルに維持することができたことから、BVは処分場の安定化促進のみならず、リスクを低減するためにも有効であることが明らかとなった。実験期間を通じてリアクター内の各種微生物をモニタリングした結果は、BVによって好気性微生物群の代謝活性が高められたことを示していた。土壌のin situ(原位置)

バイオレメディエーションの一手法であるバイオベンティングを適用して、廃棄物埋立処分場に存在する有機物、化学物質や重金属類を分解、除去、あるいは無毒化することによって、その安定化を促進する試みを実験室レベルのリアクターを用いて行い、その実用化の可能性を検討した。処分場リアクターの底部から空気(酸素)を供給するバイオベンティングによって、土着性の好気性従属栄養微生物の活性を高く維持すれば、廃棄物減容化・無機化の促進、浸出水からの有機物除去と硝化率の向上、廃棄物・浸出水両者の生態毒性(変異原性、内分泌攪乱性を含む)の低減を達成することができ、一般的な意味での廃棄物埋立処分場の安定化の促進につながることが示唆された。ただしここで、成功裏にバイオベンティングを行なうには、適正な量の浸出水を循環させ、処分場内の含水率を一定以上に保ち、乾燥による微生物活性の低下を防止することが重要であることが明らかとなった。各種生分解性プラスチックのフィルムを同様の廃棄物埋立処分場リアクターに投入し、バイオベンティングによる分解促進効果について検討したところ、PHBを始めとする数種のプラスチックの分解は明らかに促進された。この時、リアクター内のプラスチック成分分解菌数は比較的高いレベルに維持されていた。別途、バイアル瓶を用いた実験系で、鉄酸化細菌とイオウ酸化細菌を用いたバイオリーチングによって、焼却灰から重金属類を溶出・除去する試みを行い、多様な重金属類の除去が可能であることを示した。今後はさらに、in situでのバイオリーテリングの可能性を検討し、有機物、プラスチックを含む化学物質、および重金属類の全ての安定化促進につながるバイオベンテリング技術の開発をめざす。パイロットスケールの廃棄物処分場を模したカラム(容積約600L、250kgのモデル廃棄物を充填、人工降雨を供給)リアクターを用いて、廃棄物パイルへの通気による酸素の供給(バイオベンティング:200L/min)、および浸出水循環による水分調整(含水率50%を維持)を実施し、好気性微生物群を活性化することで、廃棄物安定化を促進する試みを行った。ここで、モデル廃棄物は、庭ゴミ、厨房ゴミ、廃OA用紙、脱水下水汚泥、およびドッグフードを等量混合して調製し、密度が430kg/m^3となるようにリアクターに導入した。また、バイオベンティングの効果を評価するために、対照系として同様のモデル廃棄物処分場リアクターを構築し、特に通気と浸出水循環を行わず、人工降雨のみを供給する運転を行った。バイオベンティングの適用により、モデル処分場リアクター内の環境は嫌気状態から好気状態へと転換され、好気性の微生物群を活性化させることができた。また、このためには浸出水循環により廃棄物の含水率を適正にコントロールすることが必要であることが示唆された。好気性微生物の活性化により、リアクター内の廃棄物の減容化が促進され、有機物が安定化するまでの期間が著しく短縮された。また、浸出水中の有害成分の効率的分解、除去が達成され、バイオアッセイによる各種毒性指標値の低下が確認されるとともに、有害ガスの発生も抑制されることが明らかとなった。以上より、バイオベンティングによる好気性微生物のin situでの活性化は、廃棄物埋立て処分場の安定化促進とリスク低減に大きく貢献し得ることが明らかとなった。また、ラボスケールでの同様の試験によって、特殊微生物の機能を活性化することで、生分解性プラスチックの分解促進や、重金属の溶出・除去を促進できることも明らかとなり、廃棄物処分場における微生物の適正管理の重要性が証明された。
超臨界流体質量分析システムを用いたがん診断システムの開発

本研究では、超臨界流体クロマトグラフィーに質量分析計を接続した新しい分析システム(SFC-MS)を構築し、血漿・血清中の代謝物を分析できるようなシステムを構築することを目的とした。SFC-MSは、本来、脂質などの疎水性分子の分析に有用であるが、血清・血漿中には疎水性分子のみならず、様々な種類の親水性分子が存在することから、親水性分子も分析可能な条件も決定し、ヒト血清中代謝物を分析できる条件を見出した。さらに、生体試料である血清の分析、ならびに、その評価も可能であることを確認できた。これらの結果は、SFC-MS分析は、将来的に、疾患診断システムとして応用可能である可能性を示唆している。日本社会の高年齢化に伴い、がんによる死者数は増加の一途を辿っている。そのため、治療可能ながんを簡便かつ非侵襲的に、より早期に発見できる診断法の開発が求められている。これまでに、様々ながん患者血清中の水溶性代謝物を網羅的に解析してきた。それぞれのがん特異的、かつ、早期より変動する代謝物を同定し、これらを用いた「がんプロファイリング診断システム」を開発している。しかし、これまでの分析システムでは、さまざまな疾患に深く関与すると想定されている脂溶性物質、特に、酸化脂質を網羅的に解析することができない。そこで、超臨界流体クロマトグラフィーにタンデム四重極型質量分析計を接続した新しい分析システムを構築し、血清中の酸化脂質を含む脂質を網羅的に解析することを目的した。はじめに、超臨界流体クロマトグラフィー/タンデム四重極型質量分析システムによる血清中脂質分析ためのMultiple Reaction Monitoring(MRM)法による代謝物データベースを作成した。これにより、酸化カルテノイド類、酸化リン脂質などの酸化脂質(エポキシ体、ケト体、ヒドロキシ体、ヒドロペルオキシ体、ジエポキシ体、ジケト体、ジヒドロキシ体、ジヒドロペルオキシ体)を分析できるようになった。続いて、超臨界流体クロマトグラフィーにおけるモディファイヤーの添加や温度、背圧等の条件検討を行い、幅広い分離モードが可能となる血清中酸化脂質分析システムを構築できた。現在、構築した血清中酸化脂質分析システムを用いて、血清検体の分析を進めている段階である。そこで、我々は、超臨界流体クロマトグラフィーに質量分析計を接続した新しい分析手法を構築し、がんバイオマーカー分析のための血清中代謝物分析システムの確立を試みた。平成25年度において、超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析計を用いた酸化カルテノイド類、酸化リン脂質などの酸化脂質(エポキシ体、ケト体、ヒドロキシ体、ヒドロペルオキシ体、ジエポキシ体、ジケト体、ジヒドロキシ体、ジヒドロペルオキシ体)の分析系を構築したが、平成26年度には、超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析計において、平成25年度に使用していたものとは別の分析カラムを用いることで、脂質だけでなく、陽イオン性代謝物や陰イオン性代謝物などの親水性代謝物も分析できるようになり、より網羅的に血清中代謝物を分析できるようになった。また、液体クロマトグラフ質量分析計を用いた大腸がん患者血清検体、ならびに、健常者血清検体の分析を行い、大腸がん患者血清と健常者血清との間で有意に変動する代謝物を見出し、その代謝物を超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析計において分析できる条件の検証を行った。大腸がん患者血清と健常者血清との間で有意に変動する代謝物、すなわち、超臨界流体クロマトグラフィー/質量分析計分析対象代謝物候補は、34種類存在したが、34種類すべての代謝物を一斉に、かつ、安定的に分析できる条件を決定することはできなかった。しかし、複数の代謝物候補を分析できる系を構築できた。メタボロミクス現時点で、超臨界流体クロマトグラフィー/タンデム四重極型質量分析システムによる血清中脂質分析ためのMRM法による酸化脂質代謝物データベースの作成が完了しており、また、超臨界流体クロマトグラフィー/タンデム四重極型質量分析による血清中酸化脂質分析システムも構築できた。生体試料の評価に耐えうる血清中酸化脂質分析システムの構築に少し時間がかかり、予定より研究の進捗が少し遅れているが、随時、血清分析を進めている状況にある。また、本研究で使用するための組織の収集も進んでおり、予定検体数が収集でき次第、分析を実施する予定である。平成25年度の研究において、超臨界流体クロマトグラフィー/タンデム四重極型質量分析による血清中酸化脂質分析システムも構築できており、この血清中酸化脂質分析システムを用いて、現在、血清分析を進めており、今後も、引き続き、血清分析を実施し、その結果に基づいて、統計学的評価を行う。

また、現在、収集を進めている組織検体の分析も、予定収集検体数に達した時点で実施する予定になっており、研究計画の変更はない。生体試料の評価に耐えうる血清中酸化脂質分析システムの構築に少し時間がかかり、予定より研究の進捗が少し遅れたことから、平成25年度の予算を一部、繰り越すこととなった。繰り越した予算に関しては、構築した血清中酸化脂質分析システムによる血清分析に使用する各種消耗品(バイアルやチューブなど)の購入に使用する。
シロイヌナズナのヘムオキシゲナーゼ遺伝子ファミリーの機能解析

ヘムオキシゲナーゼはヘムを基質にビリベルジンIXαを合成する酸素添加反応を触媒する酵素で、生物界に広く分布する。この反応は、植物においてフィトクロム発色団生合成の1段階であり、これまでにシロイヌナズナの変異体hy1を用いた分子遺伝学解析と原因遺伝子の単離によりHY1遺伝子のコードされるhemeoxygenase 1(HO1)について解析が進められてきた。この酵素は葉緑体に局在し、フェレドキシン依存的に反応が進行する。シロイヌナズナにはそのゲノム塩基配列の情報から更に3つのヘムオキシゲナーゼ様タンパク質をコードする遺伝子(AτHO2、AτHO3、AτHO4)が存在することを見いだした。今年度は、まず、各cDNAを単離し、ヘムオキシゲナーゼとして酵素反応を触媒するかを検討した。HO3とHO4に関して、大腸菌で組み換えタンパク質を発現させ酵素活性を検出した。HO3のフェレドキシンやアスコルビン酸の依存性や基質に対するkmならびに反応のVmaxは、HO1のものとほぼ同等であり、ヘムオキシゲナーゼとして十分に機能的であることがわかった。一方、HO4の酵素活性には高いアスコルビン酸依存性が見られた。これらが植物内においてフィトクロム発色団生合成のヘムオキシゲナーゼ活性を示すかを調べるため、シロイヌナズナhy1変異体において強制発現させることを進めている。一方、各遺伝子の植物の生長に対する働きを調べるため、各遺伝子のノックアウト系統をスクリーニングした。現在までに、AtHO3を破壊すると植物体の緑色が薄くなること、AtHO2およびAtHO4を破壊しても顕著な表現型が現れないという予備的な結果を得ている。現在までに研究に必要な実験系の構築は順調に進行しており、来年度以降の大きな研究成果につながるものと期待される。
尿路上皮癌における転写後調節機構異常に関する研究

マイクロアレイにて同定された膀胱癌の進展に関与する遺伝子のうちRibosomal Protein(RP)S 13とRNA Binding Motif protein(RBM) 3について発現変化の機序と発現ベクターによる表現型変化の解析を行った。(1)RPS13については遺伝子座が膀胱癌でLOHの頻度の高い11p15.3染色体上にある。RPS13の両側に存在するマイクロサテライトマーカーD11S1310とD11S902を使用して調べてみたところ、50%以上という高頻度にLOHを認めるという結果でLOHが発現低下の機序である可能性が高いと考えられる。一方、膀胱癌細胞株11株、浸潤性膀胱癌臨床検体26例についてsequenceによるmutationの有無を調べてみたがその存在は確認出来ず、他の機序の有無については今後の解析が必要である。発現ベクターについては当研究室で独自に作成済みであり、今後細胞株に遺伝子導入した後、ヌードマウスに移植し癌抑制効果が実際にあるか確認する予定である。(2)RNA Binding Motif protein(RBM) 3については分子診療学研究室より分与されたGFP融合RBM3発現ベクターを使用し、膀胱癌株(TCCSUP)に遺伝子導入した。その結果、RBM3強制発現株においてコントロール株よりも過酸化水素による酸化ストレスに対する生存率が有意に低下しておりRBM3が酸化ストレスに対する応答に関与している可能性が示唆された。膀胱癌の発癌に酸化ストレスが関与するという従来の報告と併せるとRBM3が同様の機序で膀胱発癌に関与する可能性が高いと考えられる。現在融合蛋白のないRBM3のみの発現ベクターが作成済みで、TCCSUPに遺伝子導入し定常的な発現株が出来つつある。これを使用して同様の解析を行うと共に標的遺伝子の可能性が指摘されているCOX2との相関も解析する予定である。
子どもの気質と問題行動及び親の養育態度に関する発達行動遺伝学的研究

本年度は,とりわけ統計手法に着目し,それらに基づく研究の展開を意識した。まず,従来の単変量のみの遺伝・環境交互作用モデルから,多変量にも適用できるようにモデルの拡張を行い,パーソナリティと情緒的な問題の共分散成分が遺伝的・環境的に交互作用する様子について検討を行った。また,遺伝・環境交互作用モデルと高次積率モデルを組み合わせ,従来の手法では解くことのできなかったモデルを解くことに成功した。さらに,二時点の縦断双生児データを用いて,交差遅れモデルと行動遺伝学モデルを合わせた解析を行い,親の養育態度が子どもの問題行動の発生にどのように影響を与えるのかを検証した。縦断的な発達データの分析には,高度な統計分析への習熟が常に必要である。そこで,高次積率を含めた回帰分析によって,パーソナリティ特性と気分症状との関連性について複合的に明らかすることを目的とした論文を執筆し,採択に至った。また,潜在成長混合モデリングによる縦断データの分析は,ここ最近もっとも成長著しい統計手法のひとつであり,この手法を4時点の短期縦断データに適用して,学会発表を行った。海外渡航先において行った共同研究の成果として,パーソナリティ特性のBig5次元のひとつである勤勉性(conscientiousness)の変化は身体的な健康の変化と正に相関することを潜在変化モデルによって明らかにし,この成果は英文誌へ投稿された。また,パーソナリティ特性と健康に関する日米のデータを比較的に分析し,いずれの国においても,勤勉性はさまざまな共変量やその他のパーソナリティ特性の影響を除去しても,身体的な健康と関連をもつことを示した。さらに,海外渡航先における受入先研究者を国内学会の講演会へ招聘し,学術的な国際交流の推進を図った。子どもの行動発達には,遺伝も環境もその双方が重要な役割を果たしている。そして,その遺伝と環境がどのように相互的に作用しながら,子どもの行動発達に影響を与えているのかを量的に評価することができるのが双生児法による行動遺伝学である。本研究は,双生児データを縦断的に取得して解析を行う発達行動遺伝学に主眼を置いて,子どもの気質と問題行動,および親の養育態度に関わる遺伝と環境のメカニズムについて解明を試みるものである。本年度は,(1)発達行動遺伝学に関するプロジェクトに関する紹介論文を執筆し,現在明らかになりつつある知見について総合的な解説及び展望を行った(高橋・安藤,2009),(2)従来の横断データによる遺伝・環境交互作用モデルを拡張し,2時点の縦断データをもとに,問題行動・社会性と親の養育態度に関する遺伝・環境交互作用を統計的に検討した,(3)気質と内在化問題の縦断データに基づいたコレスキー分解を行い,気質の遺伝要因が内在化問題を説明できることを明らかにした,(4)権威主義的態度に関する双生児親子データを用いて行動遺伝解析を行い,社会的態度に関わる遺伝と環境の関わりについて明らかにした。また,発達行動遺伝学に応用するために,潜在成長曲線モデル・階層的重回帰分析・高次積率を用いた分析など高度な統計分析の修練にも力を入れて,学会発表を3件行い,またプロジェクトで得られる縦断データの分析のために,パネル・データの解析セミナー(慶應義塾大学三田キャンパス,2009年3月1619日)に参加した。本年度は,(1)気質やパーソナリティに関する研究について理解を深めることを目的として,パーソナリティ心理学の中でもとりわけ特性論的研究に関する最近の展開についてレビュー論文を執筆し,心理学の領域のみならず,経済学や疫学など他分野への波及・貢献の可能性を探るべく,幅広く展望を行った,(2)「子どもの気質と問題行動が親の養育態度によってどのように調整されるのか?」という点について明らかにするために,統計的遺伝・環境交互作用モデルを用いた検討を行い,子どものパーソナリティ・情緒的な問題などの特性が遺伝・環境交互作用する様子(もしくは,しない様子)について明らかにした,(3)3歳から26歳までの幅広い年齢層の双生児横断データを用いた行動遺伝解析を行い,パーソナリティや問題行動に関連する遺伝要因と環境要因の影響の仕方について,その相違について年齢層ごとに擬似発達的に考察を行った。昨年度公表した4歳から6歳までの子どもの社会的スキルの発達に関する論文が,日本教育心理学会優秀論文賞を受賞した。上記の発達行動遺伝学研究において,単胎児のデータと比較することもひとつの重要な視点であり,この成果はすぐさま双生児研究へと適用可能である。また,海外渡航先において研究活動を直ちに開始し,共同研究として3件の国際学会発表を行った。このうち,パーソナリティのBig5次元のひとつである勤勉性の次元構造と健康関連行動について検討を行った学会発表は,Society for Personality and Social PsychologyよりDiverse Fund Awardを受賞した(第二発表者として)。さらに,プロジェクトで得られる縦断データの分析のために,高度な統計分析の修練にも力を入れた学会発表を行い,この統計的手法を用いた論文は,発達・教育心理学系の英文誌へすでに投稿された。

さらに,二時点の縦断双生児データを用いて,交差遅れモデルと行動遺伝学モデルを合わせた解析を行い,親の養育態度が子どもの問題行動の発生にどのように影響を与えるのかを検証した。縦断的な発達データの分析には,高度な統計分析への習熟が常に必要である。そこで,高次積率を含めた回帰分析によって,パーソナリティ特性と気分症状との関連性について複合的に明らかすることを目的とした論文を執筆し,採択に至った。また,潜在成長混合モデリングによる縦断データの分析は,ここ最近もっとも成長著しい統計手法のひとつであり,この手法を4時点の短期縦断データに適用して,学会発表を行った。海外渡航先において行った共同研究の成果として,パーソナリティ特性のBig5次元のひとつである勤勉性(conscientiousness)の変化は身体的な健康の変化と正に相関することを潜在変化モデルによって明らかにし,この成果は英文誌へ投稿された。また,パーソナリティ特性と健康に関する日米のデータを比較的に分析し,いずれの国においても,勤勉性はさまざまな共変量やその他のパーソナリティ特性の影響を除去しても,身体的な健康と関連をもつことを示した。さらに,海外渡航先における受入先研究者を国内学会の講演会へ招聘し,学術的な国際交流の推進を図った。
マウス腎細胞癌に対する活性化骨髄細胞移植による抗腫瘍効果の実験的検討

1.担癌マウスの作成:(1)BALB/cマウスの自然発生腎細胞癌Rencaを細切し、単細胞浮遊液を調整した。(2)Renca細胞5x10^5個/0.04mlを、ネンブタール麻酔をしたBALB/cマウスの腎被膜下に注入して移植した。この担癌マウスの群を第1群とした。2.骨髄細胞移植:(1)正常BALB/cマウスの大腿骨および頸骨より骨髄細胞を採取し、骨髄細胞浮遊液を調整した。(2)骨髄細胞2x10^5/0.5mlを、上記担癌BALB/cマウスの尾静脈よりゆっくり静注して骨髄移植を行い、これを第2群とした。3.IL-2により活性化した骨髄細胞の移植:(1)BALB/cマウスより採取した骨髄細胞を、IL-2(1x10^6cells/1000units/ml)でin vitroで4日間培養し、活性化骨髄細胞を得た。(2)第2群と同様に、この活性化骨髄細胞2x10^5/0.5mlを担癌マウスの尾静脈より静注して骨髄移植を行ない、これを第3群とした。4.結果:(1)担癌マウス(第1群)を4週で屠殺し、Renca腫瘍の増殖を検索したところ、増殖の程度は症例により不均一であった。また、転移は腫瘍が著しく増殖していても、全例認められなかった。(2)癌死したと判定した症例の平均生存日数は、第1群52.5日、第2群56.5日、第3群46.0日であった。5.考察および今後の研究計画:(1)担癌マウスの腫瘍増殖が不均一であったのは、腎被膜下への腫瘍の注入が手技的に難しい点が考えられる。症例を増やし、確実に生着し、かつ均一に増殖する様に手技的な習熟が必要である。(2)今回の結果では、活性化骨髄細胞を移植した第3群が最も生存日数が短かった。活性化した骨髄細胞の性質について、細胞免疫学的に詳細に検討必要がある。(3)IL-2による骨髄細胞活性化の至適投与量のin vitroおよびin vivoの検討。(4)骨髄細胞移植の至適投与量および投与法(IL-2の追加投与など)の検討。(5)autologous GVHDの検討。
安全で効率的な新しい多変数公開鍵暗号の設計に関する研究

安全で効率的な多変数を利用した公開鍵暗号の設計に向けて、暗号理論と計算代数の両分野がどのように相互作用しながらアルゴリズムが改良され、多種多様な分類にわかれてきたのか、幅広く調査・研究を行った。そして、計算代数分野の各種アルゴリズムの応用可能性を探りながら、最先端の研究結果を調査し、攻撃手法の提案に向けてアルゴリズムを適した形に改良して実験・検証を行い、暗号理論と計算代数の学際的研究を行った。計算機代数と暗号理論の学際的研究として、多変数を用いた各種公開鍵暗号に対し、計算機代数的アプローチによる攻撃手法の提案を目指すことで安全性評価を行い、安全性と効率性を考慮しながら、脆弱性のない暗号の設計を目指す。多変数展開基底法(Iwami)と拡張ヘンゼル構成(Sasaki-Kako, Sasaki-Inaba)は,標数Oの場合を想定して提案されたが,それらを標数pの場合でも実行できるように,各ステップの演算をひとつひとつチェックし,標数pで破綻する部分を,標数pで実行可能な演算に修正あるいは置き換えることで,暗号分野への応用を試みた.具体的には,代数曲面公開鍵暗号(Akiyama-Goto)に対する攻撃手法として,グレブナー基底のテクニックを利用する方法(Iwami)があるが,かわりに,標数pでの多変数展開基底法や拡張ヘンゼル構成の展開テクニックを利用して,代数曲面の零点にあたるピューズー級数根を計算して暗号文である多項式に代入するという利用方法が挙げられる.今後,さまざまな暗号への利用可能性について,調査・実験・検証を引き続き行う.2008年版代数曲面公開鍵暗号において,暗号化ステップで使用するランダムな3つの3変数多項式と公開鍵の間にある条件が成立するとき,攻撃者は平文を求めることができることを指摘し,暗号化ステップで,その条件を満たさないようにランダム多項式を選ぶことで,その脆弱性を克服することができることを説明した.また,次年度の準備として,多次多変数公開鍵暗号やHFE(Hidden Field Equations)に基づく公開鍵暗号,各種安全性強化手法について,調査を行った.次年度は,さらに幅広く調査を続けながら,計算機代数分野の各種アルゴリズムを適した形に改良し,攻撃法の提案を目指す.代数曲面公開鍵暗号ASC04の改良版ASC07に対して,代数曲面の零点にあたるピューズー級数根を代入する攻撃手法(Iwami)を提案していたが,途中で導出されるある多項式の候補が多いため実際に計算する上で一意に決定するのが時間的に難しいという点で,Volochの有理点代入による攻撃手法と何ら変わりないことを,Jssac2009で示した.また,次年度の研究の基盤構築として,多変数公開鍵暗号全般について幅広く調査を行った.計算機代数の各種アルゴリズムの適用可能性を考えながら、多変数を用いた様々な公開鍵暗号の最先端の研究成果を広くサーベイして実験・検証を行った結果、次を得た。代数曲面公開鍵暗号(ASCO4)に関して、公開鍵がある条件を満たす場合に平文を求めることができる内山・徳永の攻撃手法を、研究代表者が全ての場合に適用可能に一般化した論文(ASCM2007)があるが、誤解を与える書き方をしていたため、原田・和田・内山・徳永によりアルゴリズムに不備があるとされ修正版が提案された(JSIAM Letters,2011)。しかし、研究代表者の主張と同じであることが判明したため、補足説明し、同じ主張であることを示した記事を同誌に近々投稿する予定である。また、改良版(ASC09)に関して、平文を求めようとするVolochの手法および研究代表者の手法(JSSAC2009,RIMS2011)は、どちらも途中の線形方程式系の解空間の次元が大きいため有効ではないが、FaugereとSpaenlehauerの攻撃手法(PKC2010)は、実用上のパラメータ設定では途中の線形方程式系の方程式の数が未知数の数より多いため通常は解が一意に定まるとされ、実験でも確認されており、セキュリティパラメータに関して多項式時間で実行可能な有効な攻撃手法である。この手法で画期的なのは(1)2つの暗号文の差と公開鍵を生成元とするイデアルを素イデアルに分解(実際の計算では消去イデアルのグレブナー基底計算または暗号文の差と公開鍵の終結式計算で得られた結果を因数分解)して攻撃に重要な役割を果たすある未知の多項式に紐づけられた因子を検出して利用していること、(2)新しい変数を導入して途中で経由する有理関数体における不定性を解消していること、の2点である。また、これらはASCの特徴を用いた攻撃手法であり、安全性の根拠である求セクション問題を解いているわけではないため、求セクション問題は効率的解法の探求や暗号への利用という点で興味深い問題といえる。さらに、その他の暗号についても、サーベイ結果をもとに次年度への基盤を整えた。

現在、素因数分解や離散対数問題の困難性に安全性の根拠をおくRSA暗号、ElGamal暗号、楕円曲線暗号などの公開鍵暗号が広く使われているが、量子コンピュータが実現すると、その特有の性質を利用して素因数分解や離散対数問題を効率的に(多項式時間で)解けるようになるため、安全性が崩壊することが分かっている。よって、他の困難な数学的問題(NP困難)である多変数連立方程式の求解問題、格子最短ベクトル問題、線形符号の復号問題などに安全性の根拠をおく公開鍵暗号が次世代の耐量子コンピュータ暗号として、盛んに研究されている。本研究では、これらのうち、多変数連立方程式の求解問題に安全性の根拠をおく公開鍵暗号について、調査・研究を行った。MIにはじまり、HFE、近年ではASCなど、数百件にのぼる論文が発表され、様々な方式が提案・改良されてきたが、その過程で重要な役割を果たしてきたのが計算機代数分野の各種テクニックを利用した攻撃手法である。たとえばグレブナー基底を用いた方法や、その改良版のF4,F5アルゴリズム、differential attackといった計算機代数的手法にみられるように、暗号アルゴリズムの開発・改良過程で、共に発展してきた歴史がある。しかし、暗号分野ではほんの一部しか使われていないが、計算機代数分野では応用を意識することなく純粋にアルゴリズム自体が独自の進化を遂げているものが数多く存在するため、それらの応用可能性を探りながら、調査・研究を行った。安全で効率的な新しい多変数公開鍵暗号の設計のために、両分野がどのように相互作用し、アルゴリズムが改良されながら多種多様な分類にわかれてきたのか、研究会で報告を行い、後日、論集に掲載される予定である。必要となる調査が予定通り進行し、実験・検証を行っているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。幅広く最新動向の調査を続け、計算機代数の各種アルゴリズムを適用し、脆弱性のない新しい多変数を用いた公開鍵暗号の設計およびその効率性に関する研究を行う。