hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規グリセロリン脂質の発見とその代謝・生命機能の解明

疾患の原因となる遺伝子の変化や環境因子への暴露は、細胞膜のリン脂質構成に影響を与えることが多い。例えばがんにおいては、リン脂質が細胞周期、生存、細胞運動やがん細胞の代謝特性などの調節因子として働くことが知られている。本研究でわれわれは、独自に開発した質量分析をベースにした脂質動態解析方法と疾患モデル/遺伝子改変マウスを活用して、疾患に関連する膜リン脂質シグナル伝達系の解明を目指した。そして、がんや炎症性疾患モデルにおいて変動するいくつかの新規脂質を発見した。興味深いことに、そのうちの一つは細胞外にも存在することを見出し、また、その代謝に関わる酵素を同定することができた。本研究で、申請者が最近発見した新規リン脂質の生理的役割を解明する。申請者は最近、1イノシトールリン脂質群(PIPs)の高感度定量技術を独自に開発・活用し、PIPsとして約20年ぶりの発見となる新規PIPsを見出した。また、2生成酵素は同定されながらも、実際に細胞内で検出されたことがなかったホスファチジルグリセロールリン酸(PGP)を蓄積する変異マウスの作出に成功した。これらの研究成果を展開するかたちで、新規PIPsとPGPの代謝酵素ならびに標的タンパク質の同定、生理機能を解明する独創的な学術研究を本基盤研究で一気に推進し、新しい研究分野の開拓と医薬開発の礎となる知見を、世界に先駆けて得る。1この新規リン脂質の生合成経路を解明するために、既知のイノシトールリン脂質との量的関係、また、脂肪酸構成で表される質的関係を解明した。2PGP結合タンパク質の同定を試み、現在解析中である。申請者は最近、1イノシトールリン脂質群(PIPs)の高感度定量技術を独自に開発し、PIPsとして約20年ぶりの発見となる新規PIPsを見出した。これらの成果を展開し、新しい研究分野の開拓と医薬開発の礎となる知見を、世界に先駆けて得る。研究開始時までに見出していた新規PIPsについては、化合物の合成を試みているが成功しておらず、大きな進展が得られなかった。一方、昨年度の研究で3種類の新規PIPsを同定することに成功した。このうちの1種類(以下nPIP1)については、マウス病態組織内レベルの解析の結果、前立腺癌において有為に上昇することが明らかになった。さらに、興味深いことに、nPIP1は生体試料の有機溶媒を用いた二層分離において、有機層のみならず水層にも分配されることに気付き、実際に、マウス血漿中に存在することを見出した。このことは、従来細胞内のシグナル伝達脂質と認識されてきたPIPsの細胞外機能を示唆するもので、画期的な意義をもつ。nPIP1については、収率は低いものの、化学合成法を確立に成功しており、最適化を進めているところである。結合タンパク質については、特異的なものを見出すことはできなかった。代謝酵素については、試験管内でPGPを分解する酵素(PLIP以外の酵素)を複数同定したが、培養細胞におけるそれらの発現抑制は、PGPレベルを上昇させることはなかった。PLIP発現抑制によるPGP蓄積を、候補遺伝子の過剰発現が抑制するか否かを検討中である。生理機能については、PGP蓄積に伴う血中IGF-1の減少は遺伝子発現レベルでは説明できず、分泌過程の異常によるものと考えられた。これまでに新規のリン脂質を4種類発見した点、PIPsの細胞外機能という予期せぬブレークスルーを得た点は当初の計画以上の進展である一方、化学合成が遅れている点、PGPの特異的結合タンパク質を同定できなかった点は当初の計画通りの進展が得られていないため。申請者は最近、イノシトールリン脂質群(PIPs)の高感度定量技術を独自に開発・活用し、PIPsとして約20年ぶりの発見となる、複数の新規PIPsを見出した。これらの研究成果を展開するかたちで、新規PIPsの生成、分解機構と生理機能を解明する独創的な学術研究を本基盤研究で一気に推進し、新しい研究分野の開拓と医薬開発の礎となる知見を、世界に先駆けて得る。1マウスがんモデルにおいて大きく変動する、特徴的なアシル基をもつイノシトールリン脂質が、多くの癌でgain of functionの変異が認められるI型phosphoinositide 3-kinaseの活性に依存して、細胞内に産生されることが明らかとなった。一方分解系については、癌抑制遺伝子産物PTENを含む10種類の脂質脱リン酸化酵素の培養細胞で高発現させ、脂質レベルの変動を解析し、4種類の酵素の関与を見出した。27種類の新規グリセロリン脂質について、精密質量測定ならびに粗精製合成品とのカラムクラマトグラフィーでの挙動の一致をもって、特許を申請した。

32とは別に見出した新規グリセロリン脂質については、精密質量測定により候補となる物質構造を3種類に絞った。そのうち2種の候補物質の合成品については、内在性新規脂質とのクロマトグラフィー上の挙動は一致しなかった。残る候補物質について、合成と検証を進めている。新規リン脂質の代謝経路についての知見が得られている。一方、標的タンパク質については、特異性の検証に時間がかかっている。最終年度にあたり、実施可能な実験にフォーカスを絞る必要がある。具体的には、27年度に発見し、化学合成の端緒もつかんでいる新規リン脂質の解析に特に重きを置き、特許申請と論文による公表を進める。医歯薬学28年度が最終年度であるため、記入しない。まずは、新規リン脂質についての論文を完成させ、公表することを優先する。このために必要な化学合成品の調達を進める一方で、昨年度導入したイオンモビリティー法による、新しい解析法を用いて、新規脂質の構造情報を明確に示す。PGPの機能については、分解酵素の遺伝子欠損マウス、ショウジョウバエで興味深い知見が得られているので、こちらについても早い時期で論文による公表を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。
小学校低学年児童におけるPISA型読解力を育成する自語科指導のありかたについて

○研究の目的○研究の方法学力の基礎を形成する段階の小学校低学年の子どもにとって,PISA型読解力を身に付けるためにどの様な支援が必要かを,平成19年度担任した附属横浜小学校2年3組における授業の改善を通して明らかにしていった。そのための手だてとして次の3つの方法をとった。(1)単元開発:子どもがPISA型読解力を身に付けるための単元を開発し,授業を行った。併せて,小学校低学年児童に適したテキストについても分析していった。(2)読書環境の充実:読解力を身に付けるために,教室内の読書環境の充実を計った。(3)研修会への参加と先進校の視察:読解力を育成するための研究会への参加と先進校の視察を行い単元開発に役立てた。○研究成果読解力はある学年において突然に求められる力ではなく,小学校低学年段階から段階的に形成していかなければならない能力である。その年齢に応じてテキストに対して「情報の受信→熟考・評価→発信」のプロセスが存在している事が単元開発を通して明らかになった。PISA型の読解力の育成といっても,今まで国語科の学習で行ってきた読解力と全く異なるものではない。学習を新しい切り口で見直す事により,子どもたちの中にテキストに対しての新しい感じ方が生まれる事が望まれる。また,テキストも小学校低学年段階においては優しい読み物にたくさんふれる他,書かれたものだけでなく身の回りの自然事象など,その他のテキストを積極的に活用することにより,豊かな言語感覚を育めると考えられる。
機械・医療産業に貢献する大気圧プラズマ金属処理技術の学理追求および応用展開

本プロジェクト開始前は「大気圧プラズマによる鉄鋼の窒化が可能」という事実以外は未知であった.しかし本研究により,基礎的側面では窒化におけるNHラジカルの重要性およびNHラジカルの生成・消滅のシナリオが明らかとなった.また窒素供給量の制御法を確立できた.さらにバリア放電の実用性および高温下における新規挙動が明らかとなった.応用的側面では,医療用金属の硬組織適合性の向上,酸化皮膜を有する金属への窒素ドーピング,さらに浸窒焼入れにおけるボイド形成の抑制とマルテンサイト変態の最適化に成功した.これらの結果により,大気圧プラズマ窒化技術を科学として扱う価値がさらに明確になったと考えられる.○基礎テーマ「大気圧プラズマ窒化の素過程解明」:誘電体バリア放電(DBD)を用いた金属表面への窒素原子供給に成功した.強調すべきことに,水素ガスを添加しない純窒素DBDによっても窒化が可能であった.発光分光計測の結果,窒素ベースDBDからはN2第2正帯のみが観測され,窒素原子の発光やN2第1正帯も観測されなかった.また窒素/水素混合ガスを用いた際にはNHラジカルの発光は観測されなかった.これらの結果から,DBDからの窒素原子供給はN2励起種の鉄鋼表面での解離性吸着などを経ている可能性が示唆された.一方,これまで我々が用いてきたパルスアーク型プラズマジェットにおいてはNHラジカルの生成が顕著であり,NHが大気圧プラズマ窒化処理における窒素拡散の担い手であると考えられる.これらの相違を今後比較することにより,大気圧プラズマからの窒素供給メカニズムがより鮮明になると期待される.○応用テーマ1「複雑形状材料の表面硬化技術」:大気圧プラズマの衝風による窒素ラジカル種の強制輸送現象を応用し,微小な半径の貫通穴内壁の硬化処理が原理的に可能であることを実証した.鉄鋼試料に加工した直径2 mm0.5 mm,深さ10 mmの貫通穴に対しパルスアーク型プラズマジェットを大気圧下で照射し,直径2 mmでは全内壁に,直径1 mm以下では内壁の一部に窒素原子を供給させ硬化させることに成功した.○応用テーマ2「大気圧プラズマ浸窒焼入れの制御」:大気圧プラズマを用いた低合金綱の浸窒焼入れ処理において,意図しない場所にしかマルテンサイト変態を誘発させられないという問題があった.今回,プラズマ支援昇温を用いた処理温度の制御により,目的の箇所に鉄ー窒素マルテンサイト相を形成し硬化させることに成功した.○基礎テーマ:重要な比較対象として申請時に挙げていた「窒素ベース誘電体バリア放電」を用いた窒素供給に,初めて成功した.この素過程調査のため発光分光分析を行った結果,これまで調査してきたパルスアーク型プラズマジェットとは全く異なる発光分光特性を示すことが分かり,大気圧プラズマ窒化においてNHラジカル以外の粒子種が重要である可能性が初めて示された.この成果は素過程調査を明らかに前進させた.本成果は国際会議への投稿が受理され,さらに特許出願1件が完了した.○応用テーマ1:大気圧プラズマを用いなければ達成が困難である複雑形状部材への窒素原子供給を初めて可能とした.複雑形状部材の窒化は,窒素ラジカル種の中性粒子による輸送という観点から学術的にも大変重要であるし,また製造業の要である金型のこれまでにない高性能化につながる点では技術的にも価値が高い.今後処理条件の最適化などが必要であるが,原理実証が終了したことにより本テーマの課題が半分以上解決したといえる.本成果も国際会議への投稿が受理されている.○応用テーマ2:本研究開始前に大気圧プラズマによる鉄ー窒素マルテンサイト相の形成までは示されていたが,今回の成果により局所処理範囲の制御性が大幅に向上した.これが本テーマの今後の課題を推進するのに必要な第一歩であったため,初年度に達成された意義は極めて大きい.また,処理範囲がプラズマパラメータに依存する特性から,大気圧プラズマと鉄鋼の表面相互作用を明らかにするための考察が大幅に進展した.本成果は学術論文1件および国際会議発表1件により報告された.○基礎テーマ「大気圧プラズマ窒化の素過程解明」:大気圧プラズマジェット窒化法において,動作ガス中の水素が試料表面の酸化膜還元に寄与しているのかを調査するため,不動態被膜(自然酸化膜)を有するステンレス鋼SUS304の処理を遂行した.その結果,水素流量比1%の条件では明確な窒化層が形成されなかった.これは不動態被膜がバリアとなり窒素拡散が阻害されたためと考えられる.一方,水素流量比を3%に上昇させた場合,SUS304表面に硬化層が形成された.この硬化層の金属組織観察および元素分析により,当該の層は10%もの窒素を含んでいるS層(オーステナイト鋼特有の窒化層)であることが明らかとなった.すなわち,水素の増加により酸化膜が還元除去されることが分かった.○応用テーマ2「レアメタルフリー鉄鋼の大気圧中高強度化技術」:本テーマでは,窒素の過剰供給により試料表面にボイド構造と窒化鉄が形成されることが問題となっていた.これを抑制すべく窒素供給量の制御を試みた.これまでの研究で,水素流量比を増加させるとNHラジカルの発光が減少することが分かっている.そこで水素流量比を増加させ浸窒焼入れを行った結果,実際に試料表面の窒素濃度を減少させることができ,その結果ボイド構造と窒化鉄の形成を抑制することに成功した.○応用テーマ3

「簡易表面処理によるチタンの生体適合性向上技術」:大気圧プラズマ窒化処理を医療用チタン合金に施し,最表面に形成されたTiN薄膜の硬組織適合性(骨との親和性)が向上する可能性を調査した.温度37°Cのインキュベーター内で各試料を擬似体液に数十日間浸漬した結果,窒化処理後の試料表面に堆積したリン酸カルシウム(骨の成分)薄膜の成長速度が未処理のそれより明らかに速いことが分かった.○基礎テーマ:本テーマにおいては,窒素/水素混合ガスを用いた大気圧プラズマから鉄鋼への窒素供給が起こるメカニズムを解明することにある.我々は水素には1NHラジカルの生成,2酸素や酸化物の還元除去,の主に2つの役割があるのではないかと考えてきた.平成27年度は役割1について調査を行ったが,平成28年度は役割2の調査のため,通常の鉄鋼よりも安定な自然酸化膜を有するステンレス鋼を意図的に使用し,窒素供給を試みた.研究の結果,水素が鉄鋼表面の酸化膜の還元にも多大な効果を与えていることが初めて明らかとなった.この結果は,プラズマ素過程およびプラズマー固体間相互作用を明確にした重要な成果である.○応用テーマ2:平成27年度には鉄ー窒素マルテンサイト相の局所形成制御に成功した.しかし大気圧由来の過剰な窒素供給により,試料表面に機械強度を低下させるボイド構造および鉄窒化物が形成した.今回我々は,水素流量比の増加による鉄鋼試料への窒素供給量の低減,さらにそれに伴うボイド構造と窒化鉄の形成抑制を達成した.これにより当該技術の実用性が向上したのみならず,NHラジカルがキーラジカルである証拠を提示し,さらにラジカル生成の制御法を確立したという点で,基礎テーマである素過程の解明も大いに前進させた.○応用テーマ3:簡便な大気圧プラズマ窒化により医療用チタンの生体適合性向上ができれば,医療材料プロセスが医療現場などで内製化可能となる.この調査の第一段階として,大気圧プラズマ窒化された試料では,擬似体液中からリン酸カルシウム(骨の成分)がチタン表面に堆積する速度に優位性があることが初めて検証された.これは来年度の計画を推進する上で大変有用な結果である.○基礎テーマ:パルスアーク型プラズマジェットのうち,ジェットプルーム部でのNHラジカルの発光特性とパルスアーク部でのそれは全く対照的であることが分かった.この事実より,パルスアーク部で合成されたNHはジェットプルーム部に侵入する際に周囲の水素と結合しNH3へと安定化する可能性が示唆された.この結果は,今後より高密度のNHラジカルを金属表面に照射する技術開発に直結すると期待される.また,大気圧プラズマ窒化の窒素供給面積制御法を確立するため,500°C程度の高温下における平板型バリア放電の挙動を調査した.その結果,温度の上昇に伴い対向電極の存在範囲を超え,バリア放電の点火面積が拡張していくことが明らかとなった.この現象は物理的な新規性もあり,またバリア放電を応用した様々な表面改質技術の大量生産化へつながる可能性が高い.○応用テーマ:医療用チタンの窒化の前段階において局所真空パージを取り入れることにより,従来よりも窒化チタン層の窒素濃度を向上させることに成功した.本手法により,医療用金属の生体適合性のさらなる改善が期待される.またステンレス鋼を用い,不動態被膜を水素により効率的に除去するための実験を試行した.
免疫不全マウスへの異種移植系を用いたヒト卵胞成熟過程の解明

近年ヒト卵巣組織を免疫抑制マウスに移植して移植組織にヒト卵胞発育が認められたといういくつかのレポートが見受けられる。我々は、正常ヒト卵巣組織を免疫抑制マウスに移植して、その生着と発育を生化学的に解析した。具体的には、移植組織内に発育したヒト卵胞の増殖因子、あるいはステロイド合成酵素の発現を免疫組織化学的に観察した。ホストマウス体内で発育したヒト卵胞のそれらの発現は、人体内の正常サイクルで認められる発現と同様であった。さらに、ホストマウスを近年開発されたNOGマウスに変更することにより、マウス体内でヒト成熟卵胞とほぼ同様の大きさのグラーフ卵胞までの発育がみとめられた。このグラーフ卵胞のステロイド合成酵素の発現は人体内で発育した正常グラーフ卵胞と同様でp-450 aromataseなどの重要んあ酵素が発現していた。さらに、関連する移植実験として、ヒト子宮内膜組織の免疫抑制マウスへの移植系を確立した。移植後ホストマウスにホルモン投与することにより、ヒト子宮内膜の性周期による変化をみちびくことに成功した。さらにこの移植系を展開して、選択的COX-2阻害剤が移植子宮内膜症組織の発育を妨げる機序として、本剤の移植内膜片の血管新生を抑制であることを報告した。本年度の目的は、免疫抑制マウスへのヒト組織の移植系を確立すること、すなわち、ヒト卵巣組織の採取法、保存法、移植部位、移植後の排卵誘発剤投与などの至適条件を検討することであった。婦人科手術時に摘出された新鮮卵巣組織を免疫不全マウスの皮下、腎被膜下、卵巣嚢内に移植した。移植後生着期間をおき、ヒト性腺刺激ホルモン剤を投与して卵胞発育を誘導した。ホルモン処理後経日的にマウスを安楽死させ、移植卵巣組織を摘出して、発育した卵胞を解析した。また、組織の生着率、成熟卵胞形成率を算出して、移植に至適な条件を検討した。卵巣嚢内へ移植した組織中の卵胞数は他部位に移植したものに比較して有為に高値を示した。すなわち、このような移植系では移植至適部位が存在することが明らかになった。また、卵巣嚢内に移植したヒト卵巣組織内にヒト体内成熟卵胞とほぼ同じサイズ(20mm)まで卵胞が発育した。また、この発育卵胞のステロイド合成系の酵素発現を免疫染色で観察したところ、ヒト体内成熟卵胞と同様のaromataseなどが発現していることが確認された。すなわち、このマウス体内で発育したヒト卵胞はヒト体内成熟卵胞と同様の機能を有していることが明らかになった。これらの結果を平成16年9月の第49回日本不妊学会(旭川市)および平成16年10月の日本生殖免疫学会(箱根町)で発表した。また、現在投稿論文を準備中である。また、本研究計画に附随する研究としてヒト子宮内膜を免疫抑制マウスに移植する実験も並行して行った。ヒト子宮内膜を移植、生着したマウスをヒト性腺ホルモン処理することにより、月経期のヒト子宮内膜と同様の周期性変化が組織的に認められた。これらの所見のレポートは生殖医学のtopjournalである英国のHuman Reproductionに受理され現在印刷中である。昨年に引き続き免疫抑制マウスへのヒト組織の移植系を確立すること、すなわち、ヒト卵巣組織の採取法、保存法、移植部位、移植後の排卵誘発剤投与などの至適条件を検討することを目的とした。移植部位としては卵巣嚢が最もてきしていることが明らかになった。現在投稿論文を準備中である。

ヒト子宮内膜を移植、生着したマウスをヒト性腺ホルモン処理することにより、月経期のヒト子宮内膜と同様の周期性変化が組織的に認められた。これらの所見のレポートは生殖医学のtopjournalである英国のHuman Reproductionに掲載された。さらにヒト子宮内膜の免疫抑制マウスへの移植系を用いて、将来の子宮内膜症治療薬としての応用の可能性が期待されているcyclooxygenase(COX)阻害剤の移植ヒト子宮内膜への影響を検討した。すなわち、COX2選択的阻害剤は血管新生を抑制することによりマウスに移植したヒト子宮内膜の発育を抑制することが明らかになった。この知見は現在アメリカ不妊学会雑誌(Fertility and Sterility)に受理され掲載予定である。
カルシトニン受容体の多様性とカルシトニン及び類縁ペプチドの生理作用研究

生体内のカルシウム濃度維持に関与するホルモンの1つのカルシトニン(CT)は骨粗鬆症の治療薬として使用されている。CTは32のアミノ酸からなるペプチドホルモンで哺乳動物から魚類と広い生物種に分布しているが、人のCTよりも魚類のCTが数十倍効果が高く、治療薬としてはウナギや鮭のCTが専ら用いられている。ウナギCT(エルカトニン)は患者の骨塩量の増加の他に、鎮痛作用も発揮する。今年度はウナギ脳からエルカトニン受容体遺伝子をクローニングして受容体構造を決定し、人の受容体構造と比較して作用の違いを説明すると同時に、鎮痛作用についても考察することを目的として研究した。ウナギCT受容体遺伝子をクローニングするために、既にクローニングされているヒト、ラット、マウスおよびブタCT受容体遺伝子配列から良く保存されている領域を選んでsenseprimer DNAを、またpoly A領域からantisense primer DNAを設計して、新鮮なウナギ脳から抽出したtotal RNAを鋳型として、RT-PCRを行った。ある組み合わせのprimersを用いた時、予測された大きさのcDNAが増幅された。次に、新鮮ウナギ脳total RNAからmRNAを精製し、cDNAを合成して、cDNAライブラリー(λgtll)を作成した。増幅されたcDNAをprobeとしてウナギCT受容体遺伝子クローンを探索中である。合成ウナギカルシトニン(エルカトニン)を担体とした親和性カムラで、ウナギ脳よりエルカトニン結合蛋白を精製した。この蛋白でウサギを免疫して得た抗体は、ヒト胎盤の約60KDaの蛋白を染色した。この蛋白遺伝子をクローニングする目的で、ヒト胎盤cDNAライブラリーを抗体スクリーニングした。その結果11クローンを単離することが出来た。各クローンをサブクローニングした後、その塩基配列を決定すると未知の配列を持つ2種(1つは1クローン、もう1つは3クローン)のクローンが得られた。どちらの配列もワシントン大学-メルク社のESTプロジェクトに登録された遺伝子断片と同一で、しかし完全長の遺伝子ではなかった。そのうちの1つは(NZ3クローン)、断片をプローブとしたノーザン解析で2Kbp以上の遺伝子であることが確認された。RT-PCRによるヒト組織でのmRNAの発現解析では白血病由来の細胞株(B細胞、T細胞、単球、血小板系)では全ての細胞で発現していた。現在5′RACE法などで、上流の遺伝子配列を決定すべく実験している。
WT1特異的不死化細胞傷害性T細胞クローンを用いたヒト白血病の免疫遺伝子治療

白血病に対する免疫遺伝子治療の開発の目的で研究を遂行し、以下の結果が得られた。転写因子であるWT1は多くの白血病細胞で高発現されているが正常細胞にはほとんど発現されていないことから、WT1は白血病免疫療法の理想的標的抗原と考えられた。まず、日本人の60%以上が陽性であるHLA-A24(HLA-A*2402)のアンカーモチーフを有する9merのWT1由来ペプチドを作製した。健常人末梢血単球から誘導した樹状細胞にWT1ペプチドをパルスし、CD8陽性T細胞を繰り返し刺激した。その結果、WT1ペプチド特異的HLA-A24拘束性CD8陽性細胞傷害性T細胞(CTL)クローンを樹立し、TAK-1と名付けた。TAK-1はWT1を高発現している白血病細胞のうちHLA-A24陽性細胞に対してのみ細胞傷害性を示したが、HLA-A24陰性ならびにWT1発現を認めないリンパ腫由来細胞に対しては細胞傷害性を示さなかった。また、線維芽細胞や末梢血リンパ球などの正常細胞は、HLA-A24の有無に関わらず細胞傷害性を受けず、TAK-1は正常骨髄細胞増殖にも影響を与えなかった。次に、WT1特異的CTLクローンにHerpesvirus saimiri(HVS)を接種し、HVSによってTAK-1を不死化させた。不死化TAK-1は、本来の機能を維持したまま長期間の培養が可能であった。さらに、Herpes simplex virus thymidine kinase(TK)遺伝子をレトロウイルスベクターを用いて不死化TAK-1に導入した。現在、TK遺伝子導入不死化CTLの生体内での白血病細胞増殖抑制効果とガンシクロビルによる人為的排除を、ヒトがん細胞移入SCIDマウスの実験系で検討中である。本研究から得られた結果は、白血病に対する新たな免疫遺伝子治療の開発に結びつくものと考えられ、臨床応用を目指した検討を進めている。
受動的回避行動学習の発達機序の解析

鳥類の雛では、苦みのある餌の形や色を覚えてそれを避けるようになる受動的回避という学習行動がみられることが知られており、破壊実験によって哺乳類の皮質連合野に相当するといわれるIMHVやLPと呼ばれる脳領域がこれに関与することが明らかになっている。本研究では、この学習行動の成立の基盤となる、IMHVやLPを中心とした脳領域がどの様に形成され、また、学習行動の成立に伴ってどの様に変化するのかについて明らかにすることを目的としている。解析の手始めとして、今年度は、IMHVやLPが初期発生において、脳原基のどの部分から、いつごろ発生・分化してくるのかについて焦点を当てて解析している。ニワトリ胚では少なくとも孵卵開始後12日目の胚で終脳の層構造とIMHV様の構造が認められた。また、ウズラ細胞とニワトリ細胞が形態学的に識別できることを利用して、ウズラ・ニワトリ胚間で脳原基の部分交換移植を行った結果、IMHVは終脳の背側部の一部の領域から発生することが明らかとなった。さらに、神経回路を可視化して解析することができるような実験系を確立することをめざして、神経細胞にWGAを発現するトリ胚を開発することにも取り組んでいる。発現ベクターに組み込んだ遺伝子をエレクトロポレーションによって、あるいはウィルスベクターを用いて、トリ胚において効率よく発現させる方法について条件検討を行った結果、ウイルスベクターに強力なプロモーターを組み込んだコンストラクトを作製し、使用することが最良であるとの結論を得た。今後は、これまでの研究をさらに進めて、正常トリ胚でのIMHVやLPの起源と発生様式をさらに詳細に確定すること、そしてWGA発現胚と非発現胚との間でキメラを作製することによってIMHVやLPの関与する神経回路の発生・発達について、学習行動の成立との関連も含めて調べていく。
アンドレ・ブルトンにおける「ポエム＝オブジェ」の詩学とその射程

本研究はアンドレ・ブルトンによるポエム=オブジェ作品に固有の詩学とその射程を明らかにすることを目的とする。したがって、まずはブルトンにおける詩法の特性とオブジェ観をそれぞれ明らかにする必要があった。本年度は、ブルトンの詩法に関する研究としては発表「シラサギが飛び立つまでーアンドレ・ブルトンにおける《aigrette》」(慶應義塾大学教養研究センター後援シンポジウム「鳥たちのフランス文学」、慶應義塾大学、2018年11月25日)を行い、ブルトンの詩作品の分析には彼の詩法の変遷への目配りが不可欠であることを明らかにした。また、ブルトンのオブジェ観を間接的に探る研究として、シュルレアリスムの造形芸術の問題系を取り上げた以下の発表を行った。「ジャック・エロルドと透明な巨人」(シュルレアリスム美術を考える会、第2回ワークショップ「シュルレアリスム美術を読む」、成城大学、2019年3月6日)。ポエム=オブジェそのものの研究としては、昨年度日本フランス語フランス文学会で口頭発表した内容をブラッシュアップした論文「潜在的現実の現働化ーアンドレ・ブルトンにおけるポエム=オブジェの詩学」(『フランス語フランス文学研究』第113号、日本フランス語フランス文学会、2018年8月、445-459頁)を発表した。また国際シンポジウム「詩人たちの映画」で以下の発表を行い、ポエム=オブジェの詩学とプロジェクションマッピングの比較を行った。「Lapoetique du mappingvideo verbal: lecas d'Arcane 17 d'Andre Breton」(東京大学フランス語フランス文学研究室、国際シンポジウム「Le Cinema des Poetes」、東京大学、2018年12月15日)。ブルトンにおけるポエム=オブジェの実践がブルトン独自の詩的描写を前提とするものであるという本研究の軸となる仮説を実証的に論じることができ、初年度としてはおおむね順調に進展しているといえる。ブルトンの制作した造形作品の写真を集めた『私は見る、私は想像する』を主なコーパスとして、ポエム=オブジェのデータベースを作成する。また、本研究の主要な目的のひとつが、ポエム=オブジェをブルトンの詩法の変遷の中に位置づけ、ブルトンの詩学を総合的に解き明かすことであるが、その基礎作業として、ポエム=オブジェ作品が集中して制作される1930年代半ばから1940年代前半の期間の、前後の時期のブルトンの詩法の変遷の俯瞰的再検討を行う。
気候変動の数理モデルを題材とした数学教材の調査と開発

本研究では、IPCCの温暖化予測に関する数学的モデル化の調査、オーストラリアの環境教育課程の調査、アメリカで利用されている環境問題の教科書の調査を行った。それらの中には数学として扱うことのできる豊富な教材が見いだされた。しかし環境教育の中での数学的な扱いは十分ではないと思われる。これからは数学教育への環境教育の内容の積極的な取り入れが必要となると判断された。温暖化に関するモデルやエコシステムのモデルをいくつか数学教材として準備し整備を進めた。(1)海外での環境問題を用いた数学教育の調査について第11回数学教育国際会議(ICME11メキシコモンテレー)に参加し、国際的な動向について調査を行った。この中でPCなどのテクノロジーを用いた数学教育が世界的に定着してきていること、環境教育という面からのアプローチはまだ教材として十分組み入れられていないことが分かった。学習インフラの整備が進んできている中で、それを活用するという面で環境問題の導入が重要な課題であることは確認できた。また、メルボルン(オーストラリア)での高校・大学での環境教育の実態調査では、学科として物理や数学と並んで「環境」というのが存在しそのための教員養成が積極的に行なわれていることが分かった。内容も最新の科学的な成果が取り入れられており日本でも参考になると思われる。この教科は数学との関連での素材も豊富である。また、環境科目の教員は地学などの理科分野から来ており、教材についての扱いに数学科の教員が関わることでより発展性が見込める。(2)温暖化モデルの教材化、ローカルモデルの検討メルボルンの調査などで明らかになったのは、温暖化を示す具体的な数値データを利用した教材、温暖化のモデルの定性的な説明の教材、ビデオを積極的に活用した教材などが豊富であったことである。これらのことから、データの可視化、グラフ化とその解析のために統計的処理、関数としての近似化などが必要でありかつ有用であることが分かった。この点でグローバルなデータと地域的なデータの両方を用いた教材が必要であると考え、データの収集と利用法の研究に入った。温暖化の数学的モデルは2007年のIPCC報告で示された見地の分析を現在進めている。(3)授業での利用その他実際のデータを用いた授業については、SPP(2008年度)等での実験数学授業に参加し活用方法の経験を得ている。WEBでの教材公開と合わせて次年度の課題となっている。(1)海外での環境問題を用いた数学教育の調査について昨年度の第11回数学教育国際会議(ICME11)の内容の分析と、アメリカでの環境教育のテキストの調査、オーストラリアでの環境教育の分析に重点をおいて研究を行った。テクノロジーを用いた数学教育が世界的に定着してきているなかで、環境教育という面からのデータの分析を数学的に行なうという点ではなどまだまだ不十分である。WEBや各種のメディアが利用可能となっている中で、それを活用するような環境問題の教育が現在の重要な課題であると考えられる。昨年度から継続しているオーストラリアでの環境教育の分析からは、教材開発について数学的な部分の充実が重要であることが示唆されている。(2)温暖化モデルの教材化、ローカルモデルの検討海外の調査などで明らかになったのは、温暖化のモデルの定性的な説明には、ビデオを積極的に活用した教材などが豊富であったことである。温暖化の数学的モデルはIPCC報告と関連する研究で示された見地の分析を進めている。(3)授業での利用その他実際のデータを用いた授業については、SPP(2009年度)等での実験数学授業に参加し活用方法の経験を得ている。WEBでの教材公開はURLを取得し現在準備中である。(1)海外での環境問題を用いた数学教育の調査について昨年度までの研究活動としておとなった、第11回数学教育国際会議(ICME11)の内容の分析にもとづき、オーストラリア(ビクトリア州)での環境教育の分析、アメリカでの環境教育のテキストの分析を行った。実際のデータを用いて教育を行なっている実態はよく読み取ることが出来た。一方それらを数学的にもうまく活用していく点では、テクノロジーを用いた数学教育が世界的に定着してきているなかで、十分とは言えないことが明らかとなってきた。WEBや各種のメディアが利用可能となっている中で、環境問題の実際のデータを活用するような教育が世界的には整備されてきている中でその数字的な取り扱いについての数学教育の側からのコミットが更に必要であると思われる。(2)温暖化モデルの教材化、ローカルモデルの検討

海外の調査などで明らかになったのは、温暖化モデルの定性的な説明には、視覚教材を用いた直感的な教材が多いことである。一方で,提供されるデータの分かり易い可視化やグラフ化を行なう上で、多くの統計的処理と様々な近似化のための関数が必要であることが一層明らかになった。この点で典型的な事例とそれをデフォルメした仮想的な事例の作成が当面必要であると判断した。実際のデータとしては、グローバルなデータと地域的なデータの両方が必要であると考え、データの収集と利用法の研究を行なった。グローバルなデータはよく整理されているがローカルデータは扱いが困難である。温暖化の数学的モデルはについては最近のIPCC報告と関連する研究で示された見地の分析を引き続き進めている。(3)授業での利用その他今年度は環境科学の面から生態系を扱った授業実践を行なった。本質的には2種の生命種からなるシステムについてのロトカボルテラ方程式などを用いてものである。WEBでの教材公開はURLを取得し現在準備中である。
Ca^<2+>活性化Cl^-輸送に働くトランスポートソームの分子構成と生理機能

近年、イオン透過に限らず細胞のあらゆる機能が細胞膜のイオンチャネルによって制御されるという知見が報告されている。これまでその分子本体として同定された陰イオンチャネル群には、CFTR、CLCなどがあるが、増殖、分化、接着、分泌などのあらゆる細胞機能に関連するという知見がある。私たちは近年、Ca^<2+>活性化Cl^-チャネル関連分子rCLCAのcDNAをラットからクローニングして、その遺伝子の唾液腺における発現とCa^<2+>活性化Cl^-輸送との関連を明らかにしてきた。rCLCA分子がトランスポートソーム(膜輸送複合体)を形成して、多機能を発揮するのではないかと仮説を立てて、細胞生物学的、電気生理学的、あるいは免疫組織学的研究を進めた。本研究の結果、rCLCA(rCLCA-f)は唾液腺導管上皮細胞に発現してCl^-再吸収に関与することによって、最終唾液の低張化などの唾液分泌の恒常性に寄与することが明らかになった。さらに、細胞膜上のみならず、多くのrCLCA-f分子が細胞内輸送小胞膜上に局在することが明らかになったが、その輸送に係る意義を明確にしていく必要がある。他方、スプライシングの違いによるrCLCAのアイソフォーム(rCLCA-t)は主に基底細胞などの未分化細胞内に局在して、β_1-integrinを介する細胞接着を抑制することがわかった。rCLCA-tは特異的に、三量体Gタンパク質βサブユニット類似体である活性型Cキナーゼ受容体1(RACK1)と相互作用をすることが明らかになった。以上からタンパク相互作用の相違によって、rCLCAに異なる機能が発現することが示唆された。これらの研究成果を基盤にして、口腔内でのイオンあるいは水輸送制御機構や細胞接着機構に着目しながら、唾液腺組織における分化による情報転換の解明に発展させることに興味がもたれる。近年申請者は、Ca^<2+>活性化Cl^-チャネル関連分子rCLCAのcDNAをクローニングし、そめ遺伝子産物が特異的にラット顎下腺導管上皮細胞に局在し、Cl^-の再吸収に寄与することを報告した。本年度は、その生理活性の空間的・時間的不均一性を説明するために,rCLCAが膜輸送複合体構築を取る必要性があるという仮説を立てながら、輸送小胞におけるrCLCAの局在と細胞内シグナルによる時空間的動態を明らかにすることを目的にした。TetR制御によるrCLCAの安定発現HEK293細胞株を樹立してrCLCAの性質を詳細に検討した。翻訳後修飾によって全長120kDaのN型糖タンパクがプロテオリシスによって86kDaが産生された。両者は細胞膜および細胞内小器官膜に局在し、後者のみが細胞膜に局在することが明らかになった。また後者の一部は細胞外へ分泌することが認められた。密度勾配遠心によって細胞内小器官の分離をすると,86kDaタンパクは初期エンドソーム輸送に関与する低分子量Gタンパク質Rab5で認識される密度画分に分布した。一方で、120kDaタンパクは後期エンドソームやリソゾームの機能に関与するRamp2で認識される密度画分に分布した。免疫蛍光染色によって、rCLCAの一部はRab5やリサイクリングエンドソーム輸送に関与するRab11、ならびに微小管を構成するα-tubulinと共局在することが明らかになった。エンドサイトーシスされたtransferrinはrCLCA陽性小胞に局在が良く一致した。rCLCAの細胞内局在と機能との対応は当初想像していたよりも複雑であり、上皮細胞におけるrCLCAの多機能性に関与する可能性があった。

唾液腺におけるCfチギネル関連タンパクのイオン輸送への関与並びにその機能を説明する膜輸送複合体の分子構築について更に研究を進める予定である。これまで申請者は、唾液生成に重要なCl^-輸送機構の空間的・時間的不均一性を明らかにする目的で、ラットからクローニングしたCLCAの組織局在と機能を調べ、タンパクの性質を強制発現系にて検討してきた。その研究過程においてラット唾液腺上皮細胞に短縮型のアイソフオームが細胞不均一に発現することが明らかになった〔truncated isoform(rCLCA-t)]。スプライシングの違い(exon9^-)による産生であろうと推測されたが、rCLCA-tの存在は従来型(rCLCA-f)の組織内局在と機能連関を検討するうえで問題になった。そこで、rCLCA-fならびにrCLCA-tを識別する抗体を新たに作成してそれぞれの局在とその生理機能に寄与するタンパクとの関連を検討した。1、rCLCA-fが顎下腺導管上皮細胞(分化した表面の上皮細胞)に局在するという免疫組織染色の結果、rCLCA-f遺伝子のサイレンシングによる唾液イオン組成変化の結果、さらにrCLCA-f発現細胞においてCa^<2+>活性化Cl^-透過機能充進が見られるという結果によって、rCLCA-fは唾液腺導管上皮細胞でのCl^-再吸収に寄与すると考えられた。2、rCLCA-t(514aa.)は顎下腺排泄管基底細胞の核周囲に限局するが、分化した表面の上皮細胞には検出されなかった。強制発現系ではrCLCA-tは可溶性膜画分に検出されるが、主として核近傍に局在し、Ca^<2+>活性化Cl^-透過機能を持たなかった。興味深いことに、rCLCA-tの発現によってCa^<2+>依存的にβ1-integrinの核周囲への移行や細胞接着能の低下が起こり、特異的抗体によってβ1-integrinを活性化させることで接着能が回復した。以上から、細胞外マトリックスとのintegrin依存的な細胞接着にrCLCA-tが抑制的に働くと考えられた。以上の結果から、細胞依存的なrCLCAのスプライシングによって、異なる機能が上皮細胞に賦与される可能性が示唆された。この機構にはイオンチャネル、細胞接着因子、輸送小胞タンパク、細胞骨格などが密接に連関すると考え、分子複合体形成の可能性について現在研究を継続中である。
浮体式洋上風車の風車-浮体-係留-制御連成応答解析法の高度化に関する研究

2018年度は、浮体式洋上風車の風車-浮体-係留-制御連成応答解析法の高度化を目標として2つの中目標を立てて研究を実施した。第1の中目標である「連成応答解析の定式化・検証」に関しては、浮体式支持構造の弾性応答が顕著となる場合について、構造に作用する波力に弾性応答の影響を考慮できるよう、弾性変形モードを考慮したポテンシャル論による波力評価法を組み入れた時間領域の連成応答解析法の開発を進めた。目標として、1連成応答解析法の定式化、2連成応答解析法のコード化まで実施した。平成30年度の目標としていた、開発したプログラムの妥当性の検証については、文献に示されている既存の解析結果との比較においては妥当な計算結果を出すことを確認したものの、本研究で予定していた検証実験の実施と、これとの比較による解析機能の検証までは実施できなかった。2番目の中目標「衝突・係留破断の定式化・検証」については、浮体式洋上風車で構成されたウインドファームに漂流船舶が侵入することによる連鎖衝突と、これによって引き起こされるさらなる風車の漂流に関するリスク解析法の開発に関して、1漂流・衝突過程解析法の定式化、2安全性に関わる各種規格・ルールの調査、3漂流・衝突の素過程の実験を実施した。船舶の漂流計算数値モデルについては、貨物船の模型を用いた漂流実験を実施し、数値モデルの検証を行い、有効性は確認したが、さらなる数値モデルの改良の必要性が認識された。「連成応答解析の定式化・検証」に関しては、定式化し、解析コード化した解析法のより詳細な検証が残された。また、「衝突・係留破断の定式化・検証」については、検証のための実験を実施し、船舶漂流の数値モデルの検証を行った結果、数値モデルのさらなる改良の必要性が認識された。2019年度は「連成応答解析の定式化・検証」に関して、弾性応答が顕著となる浮体式洋上風車の浮体式支持構造を模擬した弾性模型を用いた水槽実験を実施して波浪中応答を計測し、これと開発した解析コードによる計算結果との比較により検証を行う。また、「衝突・係留破断の定式化・検証」については、水槽実験結果との整合性のより高い船舶漂流数値モデルの開発を行うとともに、当初2019年度に予定していた、浮体式洋上風車と漂流船舶あるいは漂流風車との衝突時の係留破断数値モデルの開発を行い、この機能を衝突・係留破断解析コードに追加し、解析コードの機能検証を実施する。
イトミミズ神経分泌系に存在するインシュリン・グルカゴン様物質の作用に関する研究

イトミミズの脳と腹部神経節にはインシュリン及びグルカゴン様物質をそれぞれ含む細胞がある。本研究では、グルカゴン様物質がイトミミズにおける糖類の代謝と関係があるのかどうかを調べた。その結果、1.飢餓状態においた個体、断頭した個体、通常の飼育下にある対照個体における血体腔液中のグルコース濃度の変動を、液体クロマトグラフィーを用いて2週間にわたり追跡した結果、どの個体でもグルコース濃度がほぼ一定に維持されていた。2.グルカゴン様物質含有細胞の分泌活動が上記実験中にどのように変化するのかを、6時間毎に虫を固定して電顕により調べた結果、対照群の細胞は常に分泌顆粒で満たされた状態が続いていたのに対し、飢餓個体群では祖面小胞体とゴルジ体がよく発達し分泌顆粒も共存した状態が続いていた。また、断頭個体では、断頭後4日までほぼ24時間周期で祖面小胞、ゴルジ体が発達した状態と分泌顆粒を蓄えた状態を繰り返すことがわかった。3.グリコーゲン貯蔵器官を組織化学的、電顕的に調べた結果、消化管を取り囲んでいる黄細胞塊がそれに当たることが確認され、飢餓及び断頭個体では次第にグリコーゲン顆粒が黄細胞の細胞質から消失していくことも電顕的に確かめられた。4.黄細胞を含む体の断片をL-15培地で培養しながら、それにグルカゴン(哺乳類の製品)を加え、グルコースが黄細胞から培地中に放出されてくるかを調べたが、今回は対照群と比較してグルコースが培地中に増えたという結果は得られなかった。以上の結果から、飢餓及び断頭個体における血糖の維持には黄細胞のグリコーゲンが使われ、形態的にはグルカゴン様物質が黄細胞のグルコース放出の刺激になっているらしいことが示唆されたが、培養実験からは残念ながらそれを裏付ける証拠は得られなかった。
内皮からの新しいNO遊離調節機構:血管壁内外圧力差

血管内皮細胞や平滑筋細胞において、shear stressやstretchを感知するレセプターの存在が推定されている。しかし、血管標品を使用した方法や高血圧モデル動物を使用した方法では、血圧の上昇は血流(sheer stress)及び血管壁張力(wall tension)の上昇を伴い、純粋な圧負荷による作用を検討することは不可能であった。培養血管内皮細胞に、独自に開発したHelium pack methodにより純粋な圧力(pure transmural pressure)のみを負荷することにより、圧感受性mechanoreceptorのみを刺激し、圧負荷に対する内皮細胞の細胞応答を検討した。[方法]ヒト臍帯内皮細胞(HUVEC)を培養し、2代ー4代を使用した。密栓したプラスチックフラスコに圧力計及びヘリウムガスボンベを接続し、壁張力、shear stressを加える事なく、培養細胞に圧力のみを負荷した。EDRF/NOは上清中のNO2^-+NO3^-をGriess法により、測定した。[結果]ヒスタミン刺激によるHUVECのEDRF/NO産生は時間依存的に増加した。EDRF/NO産生は圧力依存的に抑制され、40,80,120,160mmHgでは0.29±0.02,0.11±0.03, 0.11±0.04, 0.06±0.02nmol/30min/flaskであった。実験終了時のtrypan blueexclusion testでは、cellのviabilityは99%以上であった。[考察]内皮細胞において圧力そのものが、高血圧状態でのvascular remodelingの原因の一部である可能性が示唆された。
都市部地域住民を対象とした筋力低下とメタボリックシンドローム罹患に関する追跡研究

サルコペニアは、骨格筋量の減少と筋力もしくは身体機能の低下により定義され、脂質異常症、糖尿病、動脈硬化、死亡などとの関連が報告されているが、骨格筋量・筋力がどの程度低い、あるいは低下するとリスクになるのかについて検討した追跡研究はない。都市部一般住民を対象としたコホート研究(吹田研究)ではこれまでにメタボリックシンドローム(MetS)を含めた古典的リスクファクターと循環器病発症に関してエビデンスを蓄積しており、本研究では、骨格筋量・筋力およびその低下とその後のMetS罹患との関連を検討し、今後の保健指導の資料とすることを目的とする。
有機溶剤による依存性の形成、維持、消失過程の行動学的分析と神経メカニズムの解明

白黒2つの箱からなる場所選好実験装置(以下CPP装置)を用いて、ラットにシンナー依存性がどのように形成されるか検討した。はじめに1日30分連続3日間、CPP装置に対する順応訓練を行った。続いてラットに30分間CPP装置内を自由に探索させ、白黒それぞれの箱に滞在した時間を測定した(pre-test)。続いて依存性の形成実験を行った。pre-testでより長く滞在した箱にラットを入れ、30分間清浄な空気を吸引させた。翌田ま反対側の箱にラットを入れ、30分間シンナー(石油系シンナー)を吸引させた。この形成訓練を3回繰り返した。続いて30分間CPP装置内を自由に探索させ、白黒どちらの箱に長く滞在するのか測定した(test)。この手続きを繰り返し、testを3回行った。3回目のtest後、シンナーなしで30分間CPP装置を探索させる消去訓練を10日間行った。さらに依存性形成訓練を1日行い、再テストを1日行った。シンナーは室温で自然気化させ、その量は0.1、0.5、l.0、3.0、5.0mlであった。実験の結果、1.0ml条件で依存性が形成された。また一度形成された依存性は10日間の消去訓練にもかかわらず消去しなかった。今後はラット数を増やし、1.0ml前後の量-反応関係と長期的な消去訓練を導入した検討が必要と思われる。なお、シンナーはトルエンを主成分とする有機溶剤であるが、0.25、0.5、1.0、3.0、6.0mlのトルエンを用いた実験では、いずれの量でも依存性を形成できなかった。白黒2つの箱からなる場所選好実験装置(以下CPP装置)を用いて、ラットにトルエン依存性がどのように形成されるか検討した。続いてラットを30分間CPP装置内を自由に探索させ、白黒それぞれの箱に滞在した時間を測定した。その結果、全てのラットが黒色の箱により滞在し、黒の箱への場所選好が認められた(pre-test).翌日から依存性の形成実験を行った。ラットを30分間黒色の箱に入れ、清浄な空気を吸引させた。30分おいて、今度はトルエンガスを発生させた白色の箱に30分間ラットを入れた。実験終了後、ラットはそれぞれの個別ケージに戻した。この訓練を15日間行った後、30分間再びCPP装置を自由に探索させ、白黒どちらの箱に長く滞在するのかを測定した(post-test)。もし依存性が形成されていれば、トルエンガスを吸引することができた白色の箱により長く滞在すると予想される。トルエンガスは、1、3、6mlのトルエンを室温で自然気化させることによって発生させた。実験の結果、全てのラットは白色の箱により長く滞在するようになり、トルエンガスを吸引できた黒色の箱をむしろ避けるようになった。このことはラットに依存性が形成されなかったことを示している。依存性の形成がうまく行かなかった原因および今後の対策として次のことが考えられる。1、トルエンの濃度。より低濃度または高濃度で試してみる。2、依存性形成の訓練期間。訓練期間をさらに長くする。3、シンナーの利用。乱用が生じやすいシンナーを利用する。4、自発的なトルエン吸引。強制的にトルエンガスを吸引させたことが嫌悪条件となったのではないか。自由にトルエンを吸引できる方法を考える必要があるかもしれない。
マルチスレッド再帰プログラムの自動検証のための形式モデル

Java仮想機械等のプログラム実行系にはスタック検査と呼ばれる汎用的なアクセス制御機構が導入されている、プログラム中,重要な資源にアクセスする箇所の直前にアクセス権検査文を置くことで,信頼されていないモジュールがその資源にアクセスすることを防止できる.本研究では,スタック検査の拡張である履歴ベースアクセス制御(HBAC)を対象に,与えられたセキュリティ仕様を満たすようにアクセス権検査文を自動的にプログラムに挿入する方法について検討した、まずアクセス権検査文挿入問題の枠組を定義した後,この問題のco-NP困難性を示した.また,プッシュダウンシステムのモデル検査法を利用してこの問題を解くアルゴリズムを示し,試作システムを例題に適用した.Java仮想機械等のプログラム実行系にはスタック検査と呼ばれる汎用的なアクセス制御機構が導入されている、プログラム中,重要な資源にアクセスする箇所の直前にアクセス権検査文を置くことで,信頼されていないモジュールがその資源にアクセスすることを防止できる.本研究では,スタック検査の拡張である履歴ベースアクセス制御(HBAC)を対象に,与えられたセキュリティ仕様を満たすようにアクセス権検査文を自動的にプログラムに挿入する方法について検討した、まずアクセス権検査文挿入問題の枠組を定義した後,この問題のco-NP困難性を示した.また,プッシュダウンシステムのモデル検査法を利用してこの問題を解くアルゴリズムを示し,試作システムを例題に適用した.現在普及している有限状態モデルに基づくモデル検査ツールでは,システムの振る舞いを有限状態モデルに近似する必要があり,そのために検証に失敗する場合が生じる.これに対し,プッシュダウンシステム(PDS)などの無限状態モデルを用いることで,システムの振る舞いをより正確に表現することが可能となる.しかし,これまでのPDSに基づくモデル検査法では,複数のスレッドが並行動作するマルチスレッドプログラムをうまく扱うことができなかった.並行動作する有限状態モデルの合成が有限状態モデルで表現できるのに対し,PDSの並行合成は一般にはTuring機械と等価となるため,有用な検証は行えない.そのため,検証に必要な機能を抽出したモデル化が重要となる.現在,多重文脈自由文法,インデクス文法などの形式文法との関連,および,プロセス代数との関連を中心に調査し,基本モデルを検討中である.また,再帰プログラムの形式モデル化に関連して,与えられたセキュリティ仕様を満たすようにプログラム中にアクセス権検査文を挿入する問題について考察し,モデル検査法を基盤として問題の枠組を提案した.また,この問題が補NP困難であることを示すとともに,現実的な入力例に対して効率よく動作するアルゴリズムを考案し,試作システムによる評価を行った.現在普及している有限状態モデルに基づくモデル検査ツールでは,システムの振る舞いを有限状態モデルに近似する必要があり,そのために検証に失敗する場合が生じる.これに対し,プッシュダウンシステム(PDS)などの無限状態モデルを用いることで,システムの振る舞いをより正確に表現することが可能となる.PDSは再帰プログラムの振る舞いを自然に表現でき,かつモデル検査が可能な無限状態モデルとして知られている.再帰プログラムのPDSによる形式モデル化の応用として,与えられたセキュリティ仕様を満たすようにプログラム中にアクセス権検査文を挿入する問題について考察した.Java仮想機械等に実装されているアクセス権検査機能や,その拡張であるAbadiらの履歴ベースアクセス制御(history-based access control)は,メソッド呼び出しと復帰を基準に許可されるアクセスを決定するものであり,PDSによるモデル化が自然である.本研究ではモデル検査法を基盤としてこの問題の枠組を提案し,到達可能集合の計算を反復することによる不動点計算によってこの問題が解けることを示した.また,生成される到達可能集合の大きさに比例する計算量のアルゴリズムをプロトタイプとして実装し,現実的な入力に対して現実的な時間で適用可能であることを示した.さらに,二分決定図(BDD)等のデータ構造を応用することによるさらなる効率化について基礎的な検討を行った.