hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞内ストレス応答経路の制御による化学療法耐性克服の分子メカニズムと臨床応用

1)尿路上皮癌におけるシスプラチン(CDDP)耐性機序の克服我々は、尿路上皮癌においてgalectin-7の発現誘導が酸化ストレスの蓄積を介してJNK-Bax-mitochondria経路の活性化を惹起しCDDPの感受性を亢進することを同定し、今後新たな分子標的となりうる可能性を見出した。我々は、欧米で抗凝固剤として臨床応用されているDicoumarolや東洋医学で古くから用いられていたtriptolideがp53野生型尿路性器癌においてCDDPの殺細胞効果を増強することを見出した。その機序として、両薬剤がp53-p21経路を介した細胞周期停止機構を阻害し、その結果JNKを活性化することでmitochondriaを介したapoptosisを誘導することを解明した。2)膀胱癌発癌・治療抵抗性に関する網羅的遺伝子解析浸潤性膀胱腫瘍サンプルからCGH array cDNA microarrayを行うことで、尿路上皮癌発癌機構・抗癌剤感受性に関連する因子の同定を試みた。この結果、多発性表在性尿路上皮癌発癌機構における遺伝子変異の発生機構に関する発表を行った。また、抗癌剤耐性機序に関しては酸化ストレス関連遺伝子群の変化に着目した研究を引き続き継続する予定である。1.NQO1を標的とした癌特異的分子標的治療の確立我々は、膀胱癌に対する膀胱全摘術前・術後補助化学療法に関するretrospectiveな多施設共同研究の結果から、浸潤性膀胱癌でも化学療法で完全緩解となったものは予後が良い傾向にあるという結果を得、基礎研究として従来の化学療法の副作用を軽減しつつその抗腫瘍作用を高めるための新たな分子標的治療を模索した。特に、我々は従来より尿路上皮癌におけるp53腫瘍抑制遺伝子の遺伝子変異に着目した研究を行ってきたが、これまでの結果から尿路性器癌においてp53遺伝子が抗癌剤細胞障害に対し抑制的に作用しており、その修飾により化学療法感受性を亢進させることができるのではないかという発想に至り、癌細胞において発現の亢進するRedox関連分子NADH Quinone Oxidoreductase-1(NQO1)が癌細胞においてp53蛋白を安定化させるとの報告がこれまでなされていることに注目し、これらRedox関連分子の修飾を介しての抗癌剤作用の増強、およびp53経路を介した抗癌剤耐性機序の解明と克服という新たな試みに取り組んだ。具体的には、すでに欧米で抗凝固剤として臨床応用されているジクマロールがNQO1の作用を特異的に阻害することを利用し、ジクマロールを併用することでシスプラチン(CDDP)、アドリアマイシン(ADR)等の抗癌剤の抗腫瘍効果が増強される知見をMTTassay,TUNEL染色にて見出し、さらにwestern-blot解析による発現解析実験や各種酵素阻害剤・siRNAによる機能抑制実験を行い、Dicoumarolの細胞障害活性がp53-p21経路を介した細胞周期停止機構を阻害し、その結果JNKを活性化することでmitochondriaを介したapoptosisを誘導することを解明した。また、正常尿路上皮では逆に細胞障害活性がジクマロールの併用にて減弱されており、NQO1の癌組織における発現亢進を考えれば、この結果は尿路上皮癌のみならず種々のがん治療に対し大きな意義をもつ可能性があると考えている。2.膀胱全摘前補助化学療法の効果に関する網羅的遺伝子解析前向き多施設共同研究にて集積した浸滴性膀胱腫瘍サンプルからmRNAを抽出し、cDNA microarrayを行うことで、抗癌剤感受性に関連する因子の同定を試みた。これは、当研究員が昨年中に1ヶ月間New Zealand Otago大学にて行ったものである。その結果、癌の進展・アポトーシスに密接な関係を持つ細胞内酸化ストレス制御に関わるglutathione S-transferaseやThioredoxin関連遺伝子が化学療法感受性マーカーとしてpick upされており、現在そのvalidationを新たなサンプルを用いておこなうとともに、その機能的意義について細胞株における発現解析実験や機能抑制実験を検討中である。1)尿路上皮癌におけるシスプラチン(CDDP)耐性機序の克服(a)Galectin7による化学療法感受性亢進の分子機序の解明我々は、尿路上皮癌においてgalectin7の発現誘導が酸化ストレスの蓄積を介してJNK-Bax-mitochondria経路の活性化を惹起しCDDPの感受性を亢進することを同定し、今後新たな分子標的となりうる可能性を見出した。我々は、欧米で抗凝固剤として臨床応用されているDicoumarolがNQO1の作用を特異的に阻害することによって、p53野生型尿路性器癌においてCDDPの殺細胞効果を増強することを見出した。その機序として、Dicoumarolがp53-p21経路を介した細胞周期停止機構を阻害し、その結果JNKを活性化することでmitochondriaを介したapoptosisを誘導することを解明した。2)膀胱全摘前補助化学療法の効果に関する網羅的遺伝子解析前向き多施設共同研究にて集積した浸潤性膀胱腫瘍サンプルからmRNAを抽出し、cDNA microarrayを行うことで、抗癌剤感受性に関連する因子の同定を試みた。その結果、癌の進展・アポトーシスに密接な関係を持つ細胞内酸化ストレス制御に関わる遺伝子群が化学療法感受性マーカーとしてpick upされ、さらにそのvalidationを他のサンプルで行ったところ、microarrayで得られた遺伝子発現の傾向を裏付ける結果であった。1)尿路上皮癌におけるシスプラチン(CDDP)耐性機序の克服

我々は、尿路上皮癌においてgalectin-7の発現誘導が酸化ストレスの蓄積を介してJNK-Bax-mitochondria経路の活性化を惹起しCDDPの感受性を亢進することを同定し、今後新たな分子標的となりうる可能性を見出した。我々は、欧米で抗凝固剤として臨床応用されているDicoumarolや東洋医学で古くから用いられていたtriptolideがp53野生型尿路性器癌においてCDDPの殺細胞効果を増強することを見出した。その機序として、両薬剤がp53-p21経路を介した細胞周期停止機構を阻害し、その結果JNKを活性化することでmitochondriaを介したapoptosisを誘導することを解明した。2)膀胱癌発癌・治療抵抗性に関する網羅的遺伝子解析浸潤性膀胱腫瘍サンプルからCGH array cDNA microarrayを行うことで、尿路上皮癌発癌機構・抗癌剤感受性に関連する因子の同定を試みた。この結果、多発性表在性尿路上皮癌発癌機構における遺伝子変異の発生機構に関する発表を行った。また、抗癌剤耐性機序に関しては酸化ストレス関連遺伝子群の変化に着目した研究を引き続き継続する予定である。
液体金属を利用した卓上型で高輝度・高繰り返しが可能な短波長光源への挑戦

X-Pinch型光源の課題である各ショットに応じて細線の張り直しの簡略化とX-Pinchを実現するために必要なエネルギー量が増大する点を解決するため,テーパーコーン電極と液体金属流を用いた新奇のX-pinch放電を検討することである.そのために,(1)高電流立ち上がり率を有するパルス電源の構築と(2)液体金属流を用いたX-pinch用負荷制御の検討を行った.その結果,所望の電流立ち上がり率は得られたが,インダクタンスの低減が課題となることが明らかとなった.また,液体金属流を用いたX-pinch用負荷制御にスパイクノズルを用いることで,液体金属表面の圧力を制御できることが明らかとなった.パルスパワー短波長高輝度点光源である,X-pinchの課題である繰り返し性を解決するために,テーパーコーンと液体金属を併用した微小液体金属流装置によって,連続的に液体金属を供給し,小型で高繰り返し性・高輝度性を有する短波長光源開発を目指し,研究開発を実施した.本年度は,パルスフォーミングネットワークを利用したパルスパワー電源を設計し,低インダクタンスで大電流が供給できるシステムとなった.また,更なる小型化を目指すためは低電圧駆動出来るよう,ギャップスイッチ等のインダクタンスの低減手法が必要であり,これらはマルチギャップスイッチ等に変更することで低減できる見込みを得た.また,上述の電源と昨年度に製作した液体金属流直径制御用電極を利用して,短波長光を得る予定であったが,放電に伴う電極の損耗が大きく,また,短波長光を得るための真空度を達成することが出来ず,当初目的とした短波長光を得る段階まで到達することが出来なかった.この点については,材質を変更すること,電極断面積を調整すること,あるいは電流集中を緩和するために,セラミックスを利用したノズルを用いての装置を利用して,改善することが出来ると考えられる.真空度については,現在チャンバーの再設計を進めており,短波長光を得られる真空度を得るために必要な真空排気系の検討を進めている.これらのことから,当初の目的を達成するまでには至らなかったが,X-pinchの課題である繰り返し性を解決するために,テーパーコーンと液体金属を併用した微小液体金属流装置を開発するための指針を得た.X-Pinch型光源の課題である各ショットに応じて細線の張り直しの簡略化とX-Pinchを実現するために必要なエネルギー量が増大する点を解決するため,テーパーコーン電極と液体金属流を用いた新奇のX-pinch放電を検討することである.そのために,(1)高電流立ち上がり率を有するパルス電源の構築と(2)液体金属流を用いたX-pinch用負荷制御の検討を行った.その結果,所望の電流立ち上がり率は得られたが,インダクタンスの低減が課題となることが明らかとなった.また,液体金属流を用いたX-pinch用負荷制御にスパイクノズルを用いることで,液体金属表面の圧力を制御できることが明らかとなった.パルスパワー短波長高輝度点光源であるX-Pinchの課題である繰り返し性を解決するために,テーパーコーンと液体金属流を併用した微小液体金属流装置によって,連続的に液体金属を供給し,小型で,高繰り返し性・高輝度性を有する短波長光源装置の原理実証を目指すことを目的に,研究開発を行って来た.本年度は,小型化と高繰り返し性を解決するために,超音速ヘリウムガス流を利用した液体金属直径制御用電極を製作した.真空中で微細な液体金属流の原理実証を行うため,液体金属流の膨張・蒸発を抑制する超音速流を用いた微小液体金属流を実現する超音速ヘリウムガスジェットの設計を行った.そのために必要な真空装置及び微小液体金属流を実現するための実験装置及び光学計測系の構築した.現在,超音速流の評価をシュリーレン型の干渉計測をすすめ,液体金属流のサイズをCCDカメラで観測を行っている.また,従来のX-Pinch装置の課題であった電源サイズの小型化と高繰り返し性を実現するためのパルスパワー装置の準備を行い,実験装置の低インダクタンス化を進めており,従来の充電電圧に比べて低い充電電圧で実現できる放電装置の設計及び原理実証を行っている.そのために,パルスフォーミングネットワークをモジュール化したコンパクトなパルスパワー装置の設計を行った.これにより,従来のX-pinch型放電装置に比べて小型の光源発生システムを構築するための準備を進めている.パルスパワー短波長高輝度点光源であるX-Pinchの課題である繰り返し性を解決するために,テーパーコーンと液体金属流を併用した微小液体金属流装置によって,連続的に液体金属を供給し,小型で,高繰り返し性・高輝度性を有する短波長光源装置の原理実証を目指す.現在,電極装置の設計とその関連するパルスパワー装置の小型化を進めており,微小液体金属流に必要なノズル形状の検討を進めている.今後,液体金属流の制御性を明らかにすることで,本研究が進展するものと考えられる.前年度に設計した,微小液体金属流を実現するための超音速ヘリウムガス流を利用した液体金属直径制御用電極を光源装置に設置し,液体金属流を用いた短波長光計測を行い,原理実証を行う.短波長光計測には,本申請で購入するEUV用フォトダイオードを用いる.

これによって,本光源装置の発光のタイミング及び発光量を計測し,既存のX-Pinch装置との比較・検討を行う.また,液体金属がアブレーションし,ピンチする際のプラズマダイナミクスは,長岡技術科学大学に付置されているストリークカメラと可視光分光器を利用し,計測を進める.また,本装置の繰り返し性を実証するために,繰り返し性を有するコンパクトなパルス放電用電源を用いて繰り返しの動作の原理実証を進める.これを実現することによって,既存のX-Pinch型光源装置で課題となっていた繰り返し性を克服し,本光源装置の実現可能性を明らかにする.短波長光計測には,本申請で購入するEUV用フォトダイオードを用いる.これによって,本光源装置の発光のタイミング及び発光量を計測し,既存のX-Pinch装置との比較・検討を行う.また,液体金属流やガス流調整器などの購入を検討している.
福島原発の周辺環境における地下水中の自然起源放射性物質の同位体比解析

本研究は、質量分析装置(表面電離型質量分析装置: TIMS、誘導結合プラズマ質量分析装置: ICP-MS)を用いて、天然水中のウラン同位体比(^<234>U, ^<235>U, ^<238>U)や、天然・人工放射性物質及び重金属の濃度を評価することを目的としている。これにより、汚染物質や放射性核種に関するデータを安全・規制のニーズに合った形で数多く得ることが期待される。同位体水科学とでも言うべきこの分野は比較的新しい分野である。多くの水サンプル中の同位体比の差異や変動を観察することによって、汚染源の特定や汚染源のコントロール・低減に役立つと考えられる。本研究は、平常時・事故時あるいは事故からの修復時における環境中の放射性核種の移動を予測するために役立つと考えられ、様々な国際共同研究も考えられる。2011年3月に生じた東電福島第一原子力発電所の事故により、多量の放射性核種が環境中に放出された。本研究は主として、この事故によって汚染された地域を対象としている。本年度は、福島県内において表層土壌及び水試料を採取した。いくつかの測定ポイントでは、放射性核種の深さごとの濃度を評価するために、土壌コアサンプル(深さ方向に土壌を円柱状にくりぬいたサンプル)も採取した。これらから、ウラン、セシウム、ストロンチウムに関する吸着分配係数(Kd)を評価した。この係数は場所によって異なり、土壌の物理化学的性質(pH,有機物濃度、土壌粒子サイズなど)に依存していることが示唆された。TIMSやICP-MSを用いて、土壌試料中のウラン同位体比を測定するとともに、測定をより迅速に行う方法も検討した。予定どおりに、福島原発周辺地域から土壌や水試料を採取し、ウランの同位体比を測定するとともに、ウラン同位体比測定をより迅速に行うための方法も検討した。セシウム、ストロンチウムの吸着分配係数の評価、及びその物理化学的パラメータへの依存性も検討しており、当初の研究目的に沿った進捗と考えている。本研究は、水系への放射性核種の移行の予測ばかりでなく線量評価の点からも有用である。本研究で得られた成果は、4つの国際学術会議(その内1つは招待講演、参考3)において発表され、さらに2つの国際学術会議で公表する予定である。今後は、学術会議での議論を踏まえて、国際学術雑誌上で研究成果を公表する予定である。本研究は、質量分析装置(表面電離型質量分析装置:TIMS、誘導結合プラズマ質量分析装置:ICP-MS)を用いて、天然水中のウラン同位体比(^<234>U,^<235>U,^<238>U)や、天然・人工放射性物質及び重金属の濃度を評価することを目的としている。本年度は、このような地域で空間ガンマ線線量率を広範囲に測定しつつ、比較的線量率が高い地域で土壌や水などの環境試料の採取を実施した。本年度は11月からの研究開始ということもあり、試料採取、前処理及び予備的分析を実施したが、24年度はさらに多くの試料の分析を予定している。また本年度は、チェルノブイリ事故に関連して既に採取されていた土壌サンプルの分析を行った。この結果について、3月に青森県弘前市で開催された国際シンポジウムで発表を行った。外国人も多数参加したシンポジウムで、活発な質疑応答が行われた。

これらから、ウラン、セシウム、ストロンチウムに関する吸着分配係数(Kd)を評価した。この係数は場所によって異なり、土壌の物理化学的性質(pH,有機物濃度、土壌粒子サイズなど)に依存していることが示唆された。TIMSやICP-MSを用いて、土壌試料中のウラン同位体比を測定するとともに、測定をより迅速に行う方法も検討した。本研究は、質量分析装置(表面電離型質量分析装置: TIMS、誘導結合プラズマ質量分析装置: ICP-MS)を用いて、天然水中のウラン同位体比(^<234>U, ^<235>U, ^<238>U)や、天然・人工放射性物質及び重金属の濃度を評価することを目的としている。これにより、汚染物質や放射性核種に関するデータを安全・規制のニーズに合った形で数多く得ることが期待される。同位体水科学とでも言うべきこの分野は比較的新しい分野である。多くの水サンプル中の同位体比の差異や変動を観察することによって、汚染源の特定や汚染源のコントロール・低減に役立つと考えられる。本研究は、平常時・事故時あるいは事故からの修復時における環境中の放射性核種の移動を予測するために役立つと考えられ、様々な国際共同研究も考えられる。2011年3月に生じた東電福島第一原子力発電所の事故により、多量の放射性核種が環境中に放出された。本研究は主として、この事故によって汚染された地域を対象としている。本年度は、福島県内において表層土壌及び水試料を採取した。いくつかの測定ポイントでは、放射性核種の深さごとの濃度を評価するために、土壌コアサンプル(深さ方向に土壌を円柱状にくりぬいたサンプル)も採取した。福島第一原子力発電所事故によって汚染した地域において、比較的空間ガンマ線線量率が高い地域から環境試料を採取し、ICP-MSを用いた元素分析やTIMSを用いた同位体比の評価を行った。11月から研究を開始したことを考えると、順調に進展していると言える。予定どおりに、福島原発周辺地域から土壌や水試料を採取し、ウランの同位体比を測定するとともに、ウラン同位体比測定をより迅速に行うための方法も検討した。セシウム、ストロンチウムの吸着分配係数の評価、及びその物理化学的パラメータへの依存性も検討しており、当初の研究目的に沿った進捗と考えている。今後も福島原発事故による汚染地域で環境試料採取を行うとともに、その対照(コントロール)地域でも試料採取を行う。またウラン及びストロンチウムの同位体比分析から、汚染源の同定を試みる。さらに、土壌-水系における放射性核種の動態に関する研究も行う。これらの結果の一部は、2012年6月に行われる国際会議で発表する予定である。今後は測定試料数を増やすことによって研究の推進を図る。
インド古典二大叙事詩の韻律

本研究の目的は、『マハーバーラタ』と『ラ-マ-ヤナ』という古代インドの2大叙事詩の韻律の解明である。両名は2年来、2大叙事詩の韻律解明を行ってきたが、この過程において、インド古典期のもっとも普通の韻律形式であり、2大叙事詩においては9割以上を占めるアヌシュトゥブ(シュローカ)律の変遷を探るうち、アヌシュトゥブが、インド最古の文献『リグ・ヴェーダ』において、ガーヤトリー律から派生したことを示す新事実を発見した。『リグ・ヴェーダ』における生成から、2大叙事詩に至るまでのアヌシュトゥブの展開が、ここに初めて連続的に明らかになったと言え、インド韻律史上の重要事実であるから、本年度はこの発見を学界に報告することとした。その事実は、「韻律パターンの使用頻度」に関わる。パターンを一々数えなから作詩することは不可能であり、作者にとってほぼ無意識の領域に属すると推定される。しかし3行ないし4行から成る1詩の各行によって異なるパターン頻度が認められること、しかもそれが2種の異なる韻律(ガーヤトリーとアヌシュトゥブ)の間でまったく平行することは、熟練した詩作者の心の内にある微妙な韻律観念を映し取るものと言えよう。詩人のこの繊細な感覚には驚きを禁じ得ない。統計的研究は、今後この種の人間精神の精妙な働きを、さらに明らかにしてゆくであろう。またこの例は、古典期の複雑に規程された韻律形式が、本源において、ここに認められるような詩人の半ば無意識的な、柔軟なリズム的感性から発生し、次第に固定化したものであることを明瞭に示しており、インド韻律史的観点からも極めて興味深い。
電波や光など様々な周波数帯で利用可能な高秘匿移動通信ネットワーク技術の研究開発

移動通信ネットワーク上でどんな計算機でも解読できない安全性を持つ高速な鍵配送を実現するため以下の3項目について取り組んだ。(1)同報型秘密鍵交換のための理論研究:前年度に開発した情報整合プロトコルを、鍵蒸留基板にプログラム実装し性能評価を行いながらデバグとプログラムの改修を行った。この情報整合プロトコルは、送信者から複数の受信者へ誤り訂正情報を送り、送信者の乱数データに整合させる『前方型情報整合』である。一方、ある一人の受信者から送信者へ誤り訂正情報を送り、その受信者の乱数データに整合させる『後方型情報整合』という選択肢もある。これら2つの方式について、計算機シミュレーションにより優劣を比較した結果、受信者ごとの受信電力がそれぞれ大きく異なる場合、後方型情報整合の方が有利になることが分かった。受信条件に応じた最適な情報整合方式の選定に向けた知見が得られた。(2)光空間テストベッドでの同報型秘密鍵交換の実験:上記の鍵蒸留基板を光空間テストベッドに組み込んで1対2の同報型秘密鍵交換の動作試験を行い、一定の視野条件が確保できる場合、総損失50dBの通信路においても、パルス送信速度の8割程度に相当する8Mbpsのグループ鍵共有を実現できることを実証した。当該テストベッドには2台の受信機のほか、漏洩情報量を見積もるための仮想盗聴機も設置してあり、3台の装置を用いて様々な大気伝搬条件の下での秘密鍵交換特性を評価した。現在論文執筆中。(3)無人航空機間での通信方式の基礎検討:電波帯域として、5.7GHzでの回線構成について検討を行った。情報漏洩を抑えるためには指向性の高いアレイアンテナが望ましいが、無人航空機の搭載容量とのトレードオフがあり慎重な設計が必要である。長期的には94GHzなどの高周波側でスロットアレイアンテナ等により高指向かつ小型の回線実装がベストであり、理論検討を行った。1.「同報型秘密鍵交換のための理論研究」においては、受信者が複数になることで、特性解析は一見複雑になるが、一方で様々な大気伝搬条件下での多様なデータを説明するための統一的な機構の解明が可能となる。また、情報整合における前方型、後方型それぞれの方式が持つ本質的な意味の理解も進みつつあり、広い条件の下での最適化戦略の指針が見えてきた。物理レイヤセキュリティの新分野開拓に繋がる多くの新知見が蓄積されつつある。2.「光空間テストベッドでの同報型秘密鍵交換の実験」においては、H30年度に1対2の同報型秘密鍵交換の動作試験を行い、7.8kmの水平ビル間リンクにおいて8Mbpsのグループ鍵共有の実証に成功した。これは我々の知りうる限り、これまでの他の電磁波帯域での実験まで含めた場合でも、世界最高性能の同報型秘密鍵交換になっている。さらに、様々な気象条件での光伝播を、複数の受信機で測定し暗号学的計量を用いて定量化することにより、これまでにない大気伝搬特性の計測・評価法とそれを裏付ける膨大なデータが蓄積されており、今後のリモートセンシングの新技術開発も期待される。3.「無人航空機間での通信方式の基礎検討」においては、これまで理論的な設計検討を行っているが、実際の無人航空機を用いた実験については、機体手配や実験場の確保、電波帯の実験局免許取得手続きなど当初の予想を超える多くの作業が必要となるため、未だ時間を要する見通しである。1.「同報型秘密鍵交換のための理論研究」・適応的鍵蒸留処理技術の研究開発:大気揺らぎにより刻々と変化する通信路の特性に応じて適切な鍵蒸留処理を行い、鍵交換の総スループットを最大化する手法を開発する。具体的には、受信強度が一定の閾値を下回った際の受信データを敢えて削除する手法、また複数受信機の受信電力バランスに応じて情報整合の方式を選択する手法について、鍵交換スループットの評価を数値シミュレーション及び過去の実験データに基づいて行う。最終的には、その検討を元にして最適な鍵蒸留処理を見出し、プログラム実装の設計を目標とする。・通信路状態情報を活用した物理レイヤ暗号の基礎理論研究:上記で取り扱った大気揺らぎによる通信路の特性変化を一般化した概念である通信路状態情報(channel state information)を用いた物理レイヤ暗号通信方式の基礎理論の研究を行う。ここでは、鍵共有方式に留まらず、秘匿メッセージ伝送方式やこれら2つの方式を融合した方式について検討し、秘匿伝送及び鍵交換スループットの性能限界の解明に関する研究を行う。2.「光空間テストベッドでの同報型秘密鍵交換の実験」では上記(1)と連携し、ボブ側からアリス側へ照射するプローブ光とアリス側に設置した大気揺らぎの度合いを計測するセンサからなる、通信路状態情報をモニタするプローブ系を開発する。加えて、上記プローブ系および気象センサ等の情報を過去の鍵交換データと合わせて、機械学習的手法から漏洩情報量を推定する手法について実験的な検討を行う。3.「無人航空機間での通信方式の基礎検討」では、マイクロ波帯やミリ波帯の指向性アンテナを用いた物理レイヤ暗号通信システムの設計と性能シミュレーションを行う。その結果を元に、市販のマイクロ波帯指向性アンテナを用いてワイヤタップ通信路の模擬実験系を構築し、その基本特性を実験的に評価する。移動通信ネットワーク上でどんな計算機でも解読できない安全性を持つ高速な鍵配送を実現するために、以下の3つの項目について取り組んだ。1.「同報型秘密鍵交換のための理論研究」においては、量子鍵配送用に開発した鍵

蒸留プロトコルを1対多の同報型秘密鍵交換へ適用する上で、公開通信路への負荷を減らす効率的な情報整合プロトコルの導出と、有限サイズの通信データから通信路特性を推定し秘密鍵交換の安全性を評価する手法の検討を進めた。特に1対多同報型秘密鍵交換の情報整合プロトコルに関して、プロトタイプをソフトウェア実装し、1対4の同報型情報整合の基本動作を検証した。2.「光空間テストベッドでの同報型秘密鍵交換システムの構築」においては、NICT3号館6階に2台目の受信機を導入し1対2の同報型秘密鍵交換システムを構築した。様々なビーミング条件下で伝送実験を実施し、従来の1対1秘密鍵交換プロトコルを多重化することにより同一送信信号から2台の受信機が個別に送信機側と秘密鍵を共有できることを実証した。また、同報型秘密鍵交換の鍵蒸留ソフトウェアのプロトタイプを作成し、上記実験データに適用する事で同報型秘密鍵交換特有の課題を抽出し対策を検討した。次年度は1.で提案した鍵蒸留プロトコルを光空間テストべッドに実装し、複数の受信機で同一の秘密鍵を効率的に共有できることを実証する。3.「無人航空機間での電波伝搬特性の評価と通信方式の設計」においては、様々な電波帯域における先行研究に関する調査を行い、特に装置実装の実現可能性について検討を進めた。次年度も先行研究の調査と検討を進めて、具体的な設計指針を得る。1.「同報型秘密鍵交換のための理論研究」において目標としていた、1対多同報型秘密鍵交換の情報整合プロトコルの導出に関しては、これまで培ってきた1対1の鍵蒸留プロトコルを1対4に拡張してプロトタイプのソフトウェアを作成した。現状は4台のPCを用意して受信機とし本ソフトウェアの基本動作を検証中である。また、検証中に明らかとなった幾つかのバグに関する改修も並行して進めている。2.「光空間テストベッドでの同報型秘密鍵交換システムの構築」においては、H29年度の重要課題としていた同報型秘密鍵交換システムの構築を予定通り完了させ、7.8 km離れた電気通信大学ーNICTのビル間で1台の送信機から送信された真性乱数データを2台の受信機で各々受信、復調できることを確認した。これにより、本研究を進める上で最も基本的な実験プラットホームを確立することができた。更に電気通信大学の光空間通信テストベッドに気象センサーとデータロガーによる気象観測システムを設置することで、通信路特性に対する気象条件の影響を評価する事が可能となった。また、乱数伝送後に行う鍵蒸留技術の開発では、当初は従来の1対1鍵蒸留プロトコルを多重化する事で光空間通信路の特性や秘密鍵交換のパラメータ評価を実施した。その後、1.項で開発した1対4の情報整合プロトコルを実装したソフトウェアに実験データを適用し評価、検証を進めた。3.「無人航空機間での電波伝搬特性の評価と通信方式の設計」においては、主に920MHz、2.4GHz、55.9GHz、42GHz、94GHz帯を検討対象の電波帯域とし、近距離通信を想定した真性乱数の指向性通信による高速秘密鍵交換に適した通信方式設計、装置実装と実現可能性について検討を進めた。
徳島県における高齢者孤独および孤独死へのサポート・ネットワークに関する実践的教育

「死ぬまで元気で生き甲斐を感じ、自己実現を目指す生き状(ざま)」これこそが人間の幸せ、ひいて高齢者の幸せであろう。しかし実際には日本では相変わらず独居老人の孤独死・自殺死が多い。徳島県の地域別、65歳以上高齢者の自殺死・孤独死の検視資料をもとに、過去31年間(19772007)の時系列的考察を行った。'77年度は孤独死12人、自殺死44人、'06('07)年度には孤独死179(160)人、自殺死45(62)人と、孤独死は15倍、自殺死は横這いに推移している。本研究期間平成9,10,11年度の自殺死・孤独死率をみると、'97年度は両率共に4.0/万人、'98年度についても両率共に4.6/万人、'99年度からは孤独死率は5.3/万人と増加し、以降も急増傾向を示す。自殺死率は3.4/万人と減少し以降も漸減に推移する。ここで独居老人への聞き取りで分かった現実から独居老人、特に後期高齢者男性の食環境と孤独死に注目したい。また「独居老人が衰弱した」との連絡で直ちに市町村の福祉が「入院手配に」動くのでは、「生の極限まで自宅での独居を護る人の最期を本人の選択(元気であった時の気持ち)にゆだねる」このプロセスづくりが最優先であると考える。一方策として「ソーシャル・サポート・ネットワーク」の中で育んでいく介護保険制度の創造がある。住み慣れた地域の、自分の足で歩いていける範囲に、徳島県の地理的特性(一級河川が4本もあり、水と緑と太陽、清らかな空気とお接待の心あふれる人情)と第1号被保険者1人当たりの保険給付費が、他都道府県に比べて突出して高いという地域特性。これを効果的に活用することも考慮(但し保険料はこれ以上高くならずに)して、孤独死撲滅に結びつけたい。人生の最終章を、より良い死の姿で、静かに受け容れて旅立つさまを、最後の贈りものとして逝くものでありたい。日常生活では「生老病死」を常に身近に感じ合いながら共に生きる姿勢を啓発し、孤独死で生涯を閉じることがないように支え合う。徳島県の高齢化は、日本の21世紀を先取りしたかたちで進んでいるので、そこに於ける高齢化への対策対応は、日本のそれに直結する。そこで、"老人孤独死ゼロの実現"を老人にとっての快適環境と仮定し(本研究の独創性)、19771997年迄の21年間に、それがゼロの地域があるか否かを調べた。徳島県警察本部の検視資料の時系列分析により、本県には孤独死が21年間ゼロの町村が存在した。国勢調査資料も用い、自殺死率、孤独死率(人/万人/年)を算定した。死亡状況を次の項目別(地域・死亡場所・性・年齢・死因・死亡の手段・状況・動機)で分析し、老人を取り巻く地域の人間関係の濃さが、高齢独居を支え、心を癒し、人間の極限状態に耐える気力を支える原動力であることを理解した。

実地調査は、独居老人と本学教員・学生が寝食を共にして老人の愚痴に耳を傾けた。次第に、お互いの心が見えて来た。特に僻地での独居は、物質的には恵まれないが、心豊かな人間の生状(いきざま)を垣間見ることが出来た。元気な独居老人に共通の生態として、1.いい顔をしている。2.周囲に心を開いた人間の絆がある。3.何か信仰を持っている。この3点が、主体性をもって今を生きる、老人存在文化-孤独死ゼロの実現に、必須の条件と考えられた。21世紀を目前に、地域活性化の新しい風は、老人が心癒やされる"ふれあい"を創造できるか否かに負うている。老は、積極的に若者と関わって、日本が苦しかった時代の体験を声高に語る。具体的には、地域にリタイアメント・コミュニティの活動拠点をもって、あるいは情報発信手段を整えて、過去・現代の生き証人の声を次代を継ぐ若者に伝える。未来については共に考えてゆく。孫世代との交流を復権する。来年度は、80歳以上高齢者のストレス解消・癒し・尊厳についてもヒューマン・サポート・ネットワークのシステム化を考えてゆく。1.過去22年間の65歳以上の自殺死,孤独死について検視資料により統計的考察を加えた。平成10年度は特に80歳以上の自殺死の著増を認めた。明治気質の老人は,最期まで自分の力で生き切る「生き状(ざま)」の一選択肢として,自殺が見えてくる。老人孤独死ひいて自殺死は,一般人にはイメージし難い。その点この調査研究は,科学的分析に基き老人孤独死ゼロに向けての道案内になれる。また自殺防止の一方策として,然るべき「食」の提供を提案する。2.独居老人訪問の聞き書き調査を続けながら“独居老人訪問がターミナルケアである"という確固たる方向づけができた。老人はそれぞれに異なった生活歴をもちパーソナリティもさまざま。生きる尊さを限りなく追究したい-これは本研究の発端である。ごく普通の人間の生への直向きな,その心を記録に残した「いまを生きる」。生涯学習が叫ばれる今日,短大・大学の学生の卒後の人生設計に,老人との人間関係の構築を行動・思索の規範として位置づける。その活動拠点は,小学校の空教室を活用した。高齢者と学生,教員が過疎地あるいは街の中で寝食を共にし,互の愚痴も聴き合うなかで人間への信頼と一瞬一瞬の命の煌きとその重さを再考できた。また,本年4月からの男女共同参画社会づくり支援事業のつもりでエッセイ集「手を携えて心を通わせて」を刊行した。何れも平成12年からの介護保険制度実施を前に揺れる老人の心の問題解決に,一選択肢を与えるものと考える。3.人材育成と地域活性化-独居老人訪問に当り,老人が主体性をもって「ニーズ,ウォントを周囲の人に訴える能力を身につける訓練をしましょう」と声をかけている。山間僻地と街の高齢者の交流を森林浴に求め,ストレス解消して心と身体の健康をめざした。心が癒され,人の輪が拡がり,ソーシャル・サポートネットワークが推進される。リタイアメントコミュニティの一環として「ふれあいネットワーク」(代表・原田寛子)を結成し,10周年を迎えた。会員はアクティブ・メンバーが百人程度。毎月1回第2火曜の午後1時から,専門の講師による勉強会と後半は会員相互の情報交換が楽しい。尚,平成12年度は,本科研の研究期間ではないが,老人孤独死ひいて自殺死ゼロのサポートネットワークの完結に向けて,この実践的調査研究が,社会の中で機能するよう,システム化を完了させたい。そのため追加申請を希望する。徳島県の高齢化は、日本の21世紀を先取りした形で進んでいる。そこでの高齢社会福祉への対策対応は、日本のそれに示唆を与えると考える。人間の幸せひいて高齢期の幸せを考える時、死ぬ迄元気で生き甲斐を感じ、自己実現を目指す生き状(ざま)こそが、それである。
不揮発メモリコンピューティング

まず不揮発メモリを主記憶として採用するコンピューティングの性能評価環境の構築と、高性能化を目指すうえでのボトルネックを明らかにすることを目指し、不揮発メモリである3D-XPointをPCIe経由で主記憶として利用することができる実行環境を構築し、基本的な性能評価を行った。単純なkey-value storeを1回のリクエストが必要とするデータ量を変更しながら実行することでその基本特性を明らかにするとともに、DRAMと3D-XPointの速度差が性能に与える影響について検討し、3D-XPointの大容量性を性能向上に利用するという基本戦略の有効性を確認した。次に、プロセッサコアにはキャッシュメモリを3次元実装により大量に搭載することで、低速な不揮発メモリを主記憶に採用する際の性能低下を抑えるという方針のもと、3次元積層LSI内部で発生した熱がどのように伝わるのかについて、発熱回路と温度測定回路を搭載した評価用チップの設計・試作と実測を行うと共に、3次元数値流体力学ソフトウェアを用いてその結果の解析を行った。さらに、不揮発メモリの低電力性を生かすためにはプロセッサコア内の記憶部の消費電力を提言する必要があることから、プロセッサコア内のレジスタとキャッシュメモリをSOTBで実装したプロセッサ上で、OSの制御により電源電圧とボディバイアスを最適化する手法について、検討を行った。また、大容量の不揮発メモリを主記憶に採用する場合には主記憶上でデータのビットエラーが発生する確率が上昇する。この問題に対しハードウェアの追加をすることなく、ソフトウェアレベルで性能低下をできるだけ抑えながら、結果に対する影響を最小化する手法について検討を行った。当初計画では、システムソフトウェア、メモリアーキテクチャ、回路技術、評価プラットフォームの開発を予定していた。評価プラットフォームに関しては3D-XPointが利用できるようになり、シミュレーションでは実行時間が膨大となり評価が困難と思われていたが、提案する不揮発メモリコンピューティングの有望な応用分野となる、大容量の主記憶を必要とするアプリケーションの評価が、性能評価の精度は高くはないもの、性能向上を検討する上での方式検討が行える環境が整った点は、進展である。また、当初目指していて、システムソフトウェア、アーキテクチャ、回路レベルの連携による研究が進んだ点も、本年度の進捗である。提案する不揮発メモリコンピューティングの有効性をより広い応用範囲で示すために、データ量は多くはないが間欠動作するエッジ側の処理から、ファイルI/Oが頻発するようなバックエンド側の処理に対して、システムソフトウェアとアーキテクチャを中心に検討を進めると共に、システム全体での評価をさらに進める。まず、不揮発メモリコンピューティングの特徴である、データを退避することなく電源遮断できるために消費エネルギーが低減する手法として、消費電力の小さいsmall coreと消費電力の大きいlarge coreから構成されるヘテロジニアスマルチコアが主記憶を共有するアーキテクチャの下で、応答時間に制約のある周期的な複数のアプリケーションをこれらのコアで実行する場合に、ダイナミックエネルギーとスタティックエネルギーの合計を最小化するタスクスケジューリングと電力制御アルゴリズムを提案した。その結果、従来の、アプリケーションごとに使用するコアを実行中に変更せず、時間的なスケジューリングだけは応答時間制約範囲内でまとめることで電源遮断する方法に比べ、実行時に制約を守る範囲でできるだけsmall coreを用いて電源遮断する方が約6割程度エネルギーを削減でき、これは、使用するコアを実行中に変更してもデータ退避なく電力を遮断できるという特長によるものであることが分かった。また、評価プラットフォームとして、準パススルー型仮想マシンモニタを用いたプロセス単位の解析インターフェースの構築に着手した。提案手法の有効性を議論するためには、ファイルI/O等のシステムコールも含めてプログラムの動作を実環境とほぼ同程度に高速にモニタリングする必要があるためである。つまり、当初予定していたシミュレーションでは、システムコール以外のプログラム実行部分に関しては高い精度で評価することが可能であるが、システムコールを含めた評価が事実上できないからである。その結果、OSの環境を壊すことなくリソース監視・制御が可能な評価環境の構築ができ、このシステムを用いることでほぼ実機に近い環境で動作するアプリケーションの様々なデータを取ることができることが分かった。この中で、評価プラットフォームの構築が一番難航するであろうと予想していたが、準パススルー型仮想マシンモニタを用いたプロセス単位の解析ができる目途が立ったのは大きな進展である。また、アーキテクチャに関しては、単純なメモリアーキテクチャではあるが、システムソフトウェアの管轄であるタスクスケジューリングと組み合わせることで、不揮発メモリコンピューティングの有効性が分かったことも進展である。回路技術に関しては、対外発表に至る成果は出ていないが、この研究項目と他の研究項目は独立性が高く、本課題全体の進捗には影響はない。

さらに、不揮発メモリの低電力性を生かすためにはプロセッサコア内の記憶部の消費電力を提言する必要があることから、プロセッサコア内のレジスタとキャッシュメモリをSOTBで実装したプロセッサ上で、OSの制御により電源電圧とボディバイアスを最適化する手法について、検討を行った。また、大容量の不揮発メモリを主記憶に採用する場合には主記憶上でデータのビットエラーが発生する確率が上昇する。この問題に対しハードウェアの追加をすることなく、ソフトウェアレベルで性能低下をできるだけ抑えながら、結果に対する影響を最小化する手法について検討を行った。当初計画では、システムソフトウェア、メモリアーキテクチャ、回路技術、評価プラットフォームの開発を予定していた。評価プラットフォームに関しては3D-XPointが利用できるようになり、シミュレーションでは実行時間が膨大となり評価が困難と思われていたが、提案する不揮発メモリコンピューティングの有望な応用分野となる、大容量の主記憶を必要とするアプリケーションの評価が、性能評価の精度は高くはないもの、性能向上を検討する上での方式検討が行える環境が整った点は、進展である。また、当初目指していて、システムソフトウェア、アーキテクチャ、回路レベルの連携による研究が進んだ点も、本年度の進捗である。まず、広い応用範囲での有効性を示すために、応答時間制約のある周期的なアプリケーションだけではなく、ファイルI/Oが従来は頻発するような応用に関しても、提案する不揮発メモリコンピューティングの有効性が示せるように、システムソフトウェア、アーキテクチャを中心とした検討を進めていく。提案する不揮発メモリコンピューティングの有効性をより広い応用範囲で示すために、データ量は多くはないが間欠動作するエッジ側の処理から、ファイルI/Oが頻発するようなバックエンド側の処理に対して、システムソフトウェアとアーキテクチャを中心に検討を進めると共に、システム全体での評価をさらに進める。
特異的糖鎖構造認識能を有する機能性ペプチドアレイの構築

本研究では、任意の糖鎖構造を高親和的かつ高選択的に認識可能な機能性ポリペプチドの構築を第一段階の目標とした。その目的をふまえ、α-ヘリックス構造やβ-ターン構造を形成すべくde novo設計したポリペプチド高次構造の化学合成を行った。さらに、設計したポリペプチド高次構造を基体として、人工機能性基であるボロン酸基の位置特異的導入を試みた。次いで、任意の糖分子に対して結合部位を最適化するため、ボロン酸導入位置周辺の数残基を19種の標準アミノ酸でランダム化したペプチドライブラリを、スプリット・ミックス法やパラレル合成法で調製した。蛍光ラベルしたオリゴ糖分子や糖ユニットを含む補酵素であるフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を基質としたスクリーニングの結果、格糖認識能を有する機能性ペプチド分子の獲得に成功した。得られた数種のポリペプチドの一次配列解析によって、効率的糖ユニット結合に必要となるファクターを分子レベルで見いだすことができた。また、得られたペプチド配列情報をもとに設計・合成した人工ペプチドは、溶液中で安定な高次構造を形成し、糖基質やFADを高い親和性と選択性をもって結合可能であることが明らかとなった。以上より、糖-ペプチド複合体形成に必要ないくつかのポリペプチド高次構造要素を確立することが出来た。また、得られた人工ペプチド配列と天然タンパク質の複合化に基づく新規融合タンパク質の構築も試みた。さらに、ペプチドライブラリの固相上への固定化を行い、糖鎖認識ペプチドアレイの構築を達成した。固相表面上での人工ペプチドの糖鎖認識機能を詳細かつ系統的に評価し、人工設計ペプチドアレイの性能を明らかとした。その目的をふまえ、α-ヘリックス構造を形成すべくde novo設計したポリペプチド高次構造の化学合成を行った。次いで、任意の糖分子に対して結合部位を最適化するため、ボロン酸導入位置周辺の数残基を19種の標準アミノ酸でランダム化したペプチドライブラリを、スプリット・ミックス法で調製した。糖ユニットを含む天然補酵素であるフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を基質としたスクリーニングの結果、FAD認識能を有する機能性ペプチド分子の獲得に成功した。今回、得られた数種のポリペプヂドの一次配列解析によって、効率的FAD結合に必要となるファクターを分子レベルで見いだすことができた。また、得られたペプチド配列情報をもとに設計・合成した人工ペプチドは、溶液中で安定なα-ヘリックス構造を形成し、天然フラビン誘導体中、FADのみを高い親和性と選択性をもって結合可能であることが明らかとなった。今後は、得られた結果をもとに、新たなペプチドライブラリの構築と他の様々な糖誘導体への適用を試みる。また、ペプチドライブラリの基板上への単層固定化を行い、糖鎖認識ペプチドアレイを構築を行う。さらに、基板表面上での人工ペプチドの立体構造や糖鎖認識機能を詳細かつ系統的に評価し、人工設計ペプチドアレイの性能を検討する。
ヒトミトコンドリアDNAホモプラスミー化の分子基盤に関する研究

今年度において出芽酵母のミトコンドリアの相同組換え酵素MhrがmtDNAの二本鎖DNA切断(DSBs)部位の周辺に結合すことを米国の研究者達は報告し、Mhr1を介した相同的組換えがmtDNAのDSB切断修復においても最も主要な経路であることを提唱した(Prasai et al., Mitochondrion 42:23-32(2018))。このような背景を基に解析を進み、Mhr1のヒトホモログhsMhr1の機能に注目して主に以下の研究成果を挙げた。(1)HeLa細胞においてhsMhr1を大量発現させると、過酸化水素で酸化ストレスが増強した場合、mtDNAのコピー数が倍増した。(2)iPS細胞をキサンチンオキシダーゼの活性で過酸化水素を作り出す化合物であるヒポキサンチンで処理すると同様にmtDNAのコピー数が倍増した。(3)出芽酵母のMHR1が破壊されると、mtDNAの断片化によるmtDNAの欠失変異が起きることをサザンブロード解析で見出した。この結果からMhr1がミトコンドリアゲノムの完全性維持に欠かせないことが示唆された。また、MHR1の過剰発現は、abf2 null mutationとmhr1-1との二重変異細胞おいてmtDNAの欠失変異による呼吸機能欠損細胞の生成を防げることを見出した。(4)胎児肺由来の正常二倍体線維芽細胞、或いは新生児皮膚線維芽細胞においてhsMhr1をコードする遺伝子をノックダウンすることでmtDNAの欠失変異を示すミトコンドリアのcommon deletionが顕著に増加し、ミトコンドリアのcommon deletionに起因するヘテロプラスミー化が進行することを見出した。これらの結果から発がんやミトコンドリア病などに密接に関係する欠失変異mtDNAによるヘテロプラスミー化の防止にhsMhr1の機能が欠かせないことが示唆された。酵母の最初のミトコンドリアDNAの組換え酵素Mhr1の機能に関する研究を先行させているので、確実にそのホモログの解析を通して機能を明らかにすることができました。ヒトの健康を脅かす病原性的な欠失変異mtDNAによるヘテロプラスミー化の防止にhsMhr1の機能が欠かせないがわかったことは計画になかったことで、期待以上のことです。MELAS患者のヘテロプラスミーの程度について3243A→G変異で新たに出現するApaI制限酵素切断部位をApaIに対する感受性の変動で測定できる[Goto et al.(1990) Nature, 348, 651]。現時点で、酵母のMhr1はホモプラスミーの成立に機能する遺伝子として唯一同定されたタンパク質である。本研究では、3243A→G変異が36%を示すMELAS細胞を用いてhsMhr1やhNth1の過剰発現、また、それぞれの遺伝子の発現に対するRNA干渉による抑制が3243変異mtDNAの割合の変動に与える影響を調べる。また、RRM3遺伝子をノックダウンし、チェックポイントを活性化したMELAS細胞においてROSの発生量を測り、正常と変異mtDNAの分離が起きるかどうかを調べる。さらにhsMHR1の過剰発現とRNA干渉による発現抑制が正常と変異mtDNAの分離に与える影響を調べることでhsMhr1の役割を明らかにする。これらのアプローチを通してヒト細胞において、チェックポイント活性化の際、核では、Rad51等の組換え酵素が核染色体DNAの損傷を修復することが知られているが、ミトコンドリアではhsMhr1が損傷修復以上に、mtDNAのコピー数を増加しながら、正常と変異mtDNAの分離も促進することを明らかにする。これまでに理想的なモデル生物である酵母を用いてミトコンドリアDNA(mtDNA)の組換えを切り口にして得たmtDNA遺伝に関する主要研究データの再現性が複数の欧米の著名な研究室によって確認された。そして、提唱した酵母のmtDNAの組換えに依存するローリングサイクル型mtDNA複製が最も主要なmtDNA複製の様式(predominant form)であることが米国の研究者たちによって実証された。私はヒトmtDNA遺伝の基本機構が酵母のそれに類似する可能性があると考えている。今年度は、HeLa細胞を過酸化水素(H2O2)で処理するとH2O2の濃度に応じてmtDNAのコピー数が顕著に増加し、ミトコンドリア病患者由来のヘテロプラスミー細胞のホモプラスミー化を促進する濃度においてピークに達したことを観察した。それ以上の濃度のH2O2で処理するとmtDNAのコピー数の増加が見られなくなることを見出した。これらの結果から酵母で得られたROSシグナリングがmtDNAの複製・分配を調節する機構をヒト細胞も共用していることが示唆されたまた、HeLa細胞において酵母の組換え酵素Mhr1のホモログ(hsMhr1)を大量に発現させるとやはりH2O2で同時処理した場合においてmtDNAのコピー数を顕著に増加した。さらに組換え酵素をコードする遺伝子の発現をsiRNAで抑えると、mtDNAのコピー数が顕著に減少したこと、H2O2で処理してもmtDNAのコピー数が増えなかったことをリアルタイムPCR法で確認した。これらのことから、酵母で見出した組換えが主導するmtDNAの複製機構がヒト細胞にも存在することが示唆された。本研究は出芽酵母で得られた手がかりを元に進めており、おおむね予想し、計画した通りに進展している。私はすでにNEBから購入したタンパク質発現システム(Impat kit)を用いて再度精製した。精製したhsMhr1タンパク質が単鎖DNAと二本鎖DNAに対して結合能をもつことを確認した。現在、引き続き、ヘテロデユプレックス形成能(D-loop形成)を持つかどうかについて調べていルところである。

これにこのHeLa細胞とMELAS細胞において酸化ストレスがmtDNA複製にを促進する条件下でhsMhr1の機能が果たす役割を調べた。その結果、HeLa細胞のmtDNA複製に対して促進作用を示すことには大量発現のhsMhr1の機能にはROSが必要である。これはhsMhr1はROSによる存在下で生化学的スルフェニル化(sulfenylation)を受けるのではないかと推測している。引き続き、hsMhr1タンパク質のD-loop形成活性に対する影響を調べている。今年度において出芽酵母のミトコンドリアの相同組換え酵素MhrがmtDNAの二本鎖DNA切断(DSBs)部位の周辺に結合すことを米国の研究者達は報告し、Mhr1を介した相同的組換えがmtDNAのDSB切断修復においても最も主要な経路であることを提唱した(Prasai et al., Mitochondrion 42:23-32(2018))。このような背景を基に解析を進み、Mhr1のヒトホモログhsMhr1の機能に注目して主に以下の研究成果を挙げた。(1)HeLa細胞においてhsMhr1を大量発現させると、過酸化水素で酸化ストレスが増強した場合、mtDNAのコピー数が倍増した。(2)iPS細胞をキサンチンオキシダーゼの活性で過酸化水素を作り出す化合物であるヒポキサンチンで処理すると同様にmtDNAのコピー数が倍増した。(3)出芽酵母のMHR1が破壊されると、mtDNAの断片化によるmtDNAの欠失変異が起きることをサザンブロード解析で見出した。この結果からMhr1がミトコンドリアゲノムの完全性維持に欠かせないことが示唆された。また、MHR1の過剰発現は、abf2 null mutationとmhr1-1との二重変異細胞おいてmtDNAの欠失変異による呼吸機能欠損細胞の生成を防げることを見出した。(4)胎児肺由来の正常二倍体線維芽細胞、或いは新生児皮膚線維芽細胞においてhsMhr1をコードする遺伝子をノックダウンすることでmtDNAの欠失変異を示すミトコンドリアのcommon deletionが顕著に増加し、ミトコンドリアのcommon deletionに起因するヘテロプラスミー化が進行することを見出した。これらの結果から発がんやミトコンドリア病などに密接に関係する欠失変異mtDNAによるヘテロプラスミー化の防止にhsMhr1の機能が欠かせないことが示唆された。酵母の最初のミトコンドリアDNAの組換え酵素Mhr1の機能に関する研究を先行させているので、確実にそのホモログの解析を通して機能を明らかにすることができました。ヒトの健康を脅かす病原性的な欠失変異mtDNAによるヘテロプラスミー化の防止にhsMhr1の機能が欠かせないがわかったことは計画になかったことで、期待以上のことです。ヒトmtDNA複製機構を検証するために、HeLa細胞においてhsMHR1の多量発現、または(siRNA)RNA干渉でこのタンパク質酵素の発現量を抑制した際、mtDNAのコピー数の増減、及び組換え依存型の複製の重要中間体であるコンカテマーの合成量の変動を調べる。