hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腸肝指向性腸内細菌と肝臓内免疫応答を介した原発性硬化性胆管炎の進展機序の解明

当院に通院中の腸管病変を合併したPSC患者(PSC/UC)18名、PSC非合併UC 16名について、糞便中の腸内細菌の16S rRNAを用いたメタゲノム解析を行い、健常人コントロール(HC)と比較検討した。PSCに合併した腸管病変の内訳はUC 10例、PSC-associated colitis 8例で、既報どおりPSC非合併UCと比較して腸炎の程度は軽症であった。腸内細菌の解析の結果、PSC/UCとUC患者群間で多様性、類似性に有意差を認めなかった。腸内細菌と病態の因果関係を明らかにするために、患者由来糞便微生物を無菌マウスに移入しヒトフローラ化マウスを作製し解析を行った。PSC患者由来糞便微生物を移植したPSCUCマウスにおいて肝臓内TH17細胞の増加を認め、PSCUCマウスの腸間膜リンパ節からKlebsiella pneumonia (KP)、Proteus mirabilis (PM)、Enterococcus gallinarum (EG)のbacterial translocation (BT)誘導菌3菌を分離した。EUB338を用いたFISH法により、上記3菌を移植したノトバイオートマウスにおいてSPFマウスで認められない菌の大腸上皮移行像を認めた。さらに、ヒト腸管上皮オルガノイドとの共培養の結果、PSC患者由来KPは上皮障害能を有し、本菌が腸管バリアの破壊、BT、肝臓TH17誘導を介して病態に寄与する可能性が示唆された。定量PCRの結果、上記BT誘導菌はPSC患者の糞便中に高率に検出され(KP; PSC/UC: 17/18, UC: 5/16, HC: 0/10)、腸管病変を有するPSCの診断マーカー、および治療標的として有用である可能性が示唆された。1.疾患モデルマウスを用いた病態特異的腸内細菌の同定胆管障害を主体とする肝線維化モデル(DDC食投与)マウスにおいて、既存の報告どおりDDC投与14日目に胆管周囲の炎症細胞の浸潤と肝線維化が惹起された。フローサイトメトリーを用いた各臓器の単核球の解析を行った結果、DDC投与マウスにおいて肝臓内にTNFa, IL-1b産生性マクロファージとIL-17産生性Rorgt陽性CD4 T細胞(Th17細胞)の増加を認めた。興味深いことに2週間の抗生剤合剤(アンピシリン、バンコマイシン、メトロニダゾール、ネオマイシン)の投与による腸管除菌を行ったマウスにおいて、DDC投与後により認められた肝臓内への上記細胞の浸潤の減少と肝線維化の有意な軽減を認めた。さらにDDC投与開始2週間後肝線維化が誘導されたマウスから採取した糞便微生物の投与(Fecal microbiota transplantation; FMT)により腸管除菌マウスにおける肝線維化抑制効果が部分的にキャンセルすることより、本モデルマウスの肝線維化の進展に腸内細菌が深く関与する可能性が示唆された。2.患者便検体を用いたマイクロバイオーム解析による疾患特異的腸内細菌の同定これまでに原発性硬化性胆管炎(PSC)患者10名、潰瘍性大腸炎(UC)患者4名の糞便中腸内細菌のメタゲノム解析を行い、健常人コントロール10名と比較検討した。その結果PSC患者において健常人コントロールと比較して腸内細菌叢の多様性が低く、またUniFrac解析により、PSC患者の糞便中の腸内細菌はUC、健常人と比較して有意に類似度が異なる集団に属することがわかった。今後、PSC特異的腸内細菌の同定と、肝臓内の免疫応答を誘導する免疫学的機序を明らかにし、PSC病態の解明と新規治療法の開発を目指す。本研究を遂行するにあたり、PSCを含めた難治性消化器疾患患者の糞便検体の腸内細菌フローラの網羅的解析、および無菌マウスへの糞便移植によるノトバイオートマウス作成、解析に関する研究の倫理委員会の承認を得ている(慶大20140211)。2015年7月に研究室内に無菌マウス飼育用アイソレーターが完備され、実際ノトバイオートマウスを用いた一部の研究が稼働しており、本研究で使用予定の遺伝子欠損マウス、疾患モデルマウスについても使用可能な状況にある。一方、無菌マウス施設の維持に関して研究員の指導、育成が必要でありこの点に関して一部遅れが生じている。腸内細菌叢の網羅的なメタゲノム・メタボローム解析に関しては、研究分担者である慶應義塾大学微生物学教室、東京大学大学院新領域創成科学研究科所属須田瓦先生(メタゲノム解析)、慶應義塾大学先端生命科学研究所所属福田真嗣先生(メタボローム解析)とすでに別プロジェクトにおける連携を重ねており、患者由来糞便検体の腸内細菌の解析も進行中である。1.当院に通院中の腸管病変を合併したPSC患者10名(男性9名女性1名、年齢中央値31歳)について、糞便中の腸内細菌の16S rRNAを用いたメタゲノム解析を行い、UC患者および健常人コントロール(HC)と比較検討した。PSC患者において健常人コントロールと比較して有意に腸内細菌叢の多様性が低く、またUniFrac解析の結果、PSC患者の糞便中の腸内細菌はUC、健常人と比較して類似度が異なる集団に属していた。さらに構成する各腸内細菌の解析の結果、PSC患者においてProteobacteria(Phylum)、中でもEnterobacteriaceae(Family)が有意に増加していた。

2.腸内細菌叢と免疫細胞との相互作用を明らかにするために、患者由来糞便微生物を無菌マウスに経口的に移植しヒトフローラ化マウスを作製し、移植21日後に小腸、大腸、肝臓、脾臓各臓器における免疫細胞の解析を行った。健常人由来糞便微生物を無菌マウスに移植したHCマウス、同様にUCマウス、PSCマウスいずれにおいても無菌マウスと比較して、大腸IL-17産生T細胞(Th17)数の有意な増加を認めた。一方HCマウス、UCマウス、PSCマウス間で大腸Th17数の差は認められなかった。興味深いことにPSCマウスにおいて無菌マウス、HCマウス、UCマウスと比較して肝臓内Th17の増加を認めた。さらにPSCマウスは他のマウスと比較して3,5-diethoxycarbonyl-1,4-dihydrocollidine (DDC)投与により惹起した二次性胆管炎、肝線維化の増悪を認めた。本結果からPSC患者腸内細菌に肝臓内免疫応答性Th17誘導に寄与する腸内細菌が存在する可能性が示唆された。無菌マウスを飼育するアイソレーターの数に限りがあるため一部の検討に遅れが生じているが、概ね順調に計画を遂行することができている。当院に通院中の腸管病変を合併したPSC患者(PSC/UC)18名、PSC非合併UC 16名について、糞便中の腸内細菌の16S rRNAを用いたメタゲノム解析を行い、健常人コントロール(HC)と比較検討した。PSCに合併した腸管病変の内訳はUC 10例、PSC-associated colitis 8例で、既報どおりPSC非合併UCと比較して腸炎の程度は軽症であった。腸内細菌の解析の結果、PSC/UCとUC患者群間で多様性、類似性に有意差を認めなかった。腸内細菌と病態の因果関係を明らかにするために、患者由来糞便微生物を無菌マウスに移入しヒトフローラ化マウスを作製し解析を行った。PSC患者由来糞便微生物を移植したPSCUCマウスにおいて肝臓内TH17細胞の増加を認め、PSCUCマウスの腸間膜リンパ節からKlebsiella pneumonia (KP)、Proteus mirabilis (PM)、Enterococcus gallinarum (EG)のbacterial translocation (BT)誘導菌3菌を分離した。EUB338を用いたFISH法により、上記3菌を移植したノトバイオートマウスにおいてSPFマウスで認められない菌の大腸上皮移行像を認めた。さらに、ヒト腸管上皮オルガノイドとの共培養の結果、PSC患者由来KPは上皮障害能を有し、本菌が腸管バリアの破壊、BT、肝臓TH17誘導を介して病態に寄与する可能性が示唆された。定量PCRの結果、上記BT誘導菌はPSC患者の糞便中に高率に検出され(KP; PSC/UC: 17/18, UC: 5/16, HC: 0/10)、腸管病変を有するPSCの診断マーカー、および治療標的として有用である可能性が示唆された。平成29年度以降は、臨床応用を念頭に置いたトランスレーショナル研究として、無菌マウスに疾患患者の糞便微生物検体を移植し作成したヒトフローラ化ノトバイオートマウスを用いた検討を行う。1.患者由来糞便微生物移植(FMT)によるノトバイオートマウスの作成10倍量のPBSで希釈した患者糞便検体を用いて無菌マウスに経胃的に糞便微生物の移植を行う。1サンプルあたり4-5匹のヒトフローラ化
保育における人間関係の変容

本研究では、入園時から卒園時までの歴史を持った人間集団として保育集団を捉え、そこでの仲間との体験の様相を実証的に明らかにしようとした。そのために、第一に、子どもの仲間に対する認識や仲間との相互作用に焦点を当て、それらが保育集団の歴史の中でどのように変容するのかを検討した。第二に、個々の子どもに焦点を当て、それぞれの子どもの個人史を描くことから、仲間関係が保育集団の歴史の中でどのように変容するのかを検討した。主な知見は以下のようにまとめられる。1.子どもの仲間に対する認識は、入園以降の園生活の体験に基づいて形成され、さらに再形成されていくことが示唆された。2.仲間との相互作用は、その時々の仲間関係に影響を受けると共に、仲間関係を調整する機能を持つことが示唆され、個人史においても重要な意味を持つと考えられた。3.個人ごとに量的側面から見た遊び仲間を同定すると、2年間を通じ比較的安定している仲間と、変化する仲間とがいた。また2年間の遊び仲間の変容について、幾つかのパターンが推定された。4.個人史におけるキーパーソンとしては、(1)よく一緒に遊ぶ遊び仲間、(2)精神的に不安定な時に安全基地になる子ども、(3)仲間関係を広げてくれる子ども、(4)園生活でその子どもにとって「課題」となるような子ども、(5)「課題」への対処方法を示唆してくれる子ども等が同定された。5.子どもたちは価値観や課題などの仲間文化を共有しているが、子どもたちが仲間文化自体を変化させているような事例が同定された。小学校以降の比較的固定化した仲間集団と比べたとき、仲間関係や仲間文化は変容するという体験、子ども自身がこうした変容を起こす担い手になるという体験、仲間集団の中から多様なキーパーソンが出現するという体験は、保育集団に顕著な体験ではないかと考えられる。本研究は幼稚園において2年間に渡る縦断的観察研究を行い、個々の子どもの視点から幼稚園における人間関係の個人史の様相を明らかにすることを目的とする。このため平成9年度には幼稚園の4歳児クラスを新入園時から観察した。学期に数回観察を行い、ビデオとフィールドノートにより記録を行った。また各観察終了後及び学期に1日、保育者との話合いを行い、保育者からみた個々の子どもの人間関係の変化と介入の意図の聞き取りを行った。またビデオ資料を文字化した。こうした資料から、各子どもの園における主な遊びとその変化を検討した。さらに各個人の園生活でのキーパーソンともいえる人物(他の子どもや保育者など)を特定し、こうした人たちとの間の重要なエピソードを分析した。また各子どもにとっての園生活における「事件」ともいえるような重要な出来事を同定し、その出来事が起こるに至った経緯、出来事自体の様相、その影響等について分析を行った。さらに各子どもに保育者がどの様に関わり、人間関係の体験を援助しているかも検討した。分析の結果にもとづき、人間関係の個人史を数名の子どもについて再構築中である。また、一見同じ様な遊びをしているようでもその内容は変化していること、こうした変化はその子どもの人間関係での変容に密接に関連していること、キーパーソンとの関わりが変容のきっかけになっているらしいこと等が示唆されている。また分析の過程で、遊び内容以外にも、自身のいざこざの解決方法や他児のいざこざへの対処、仲間入りの仕方、昼食での他児との関わり等のいくつかの相互作用場面における子どもの行動の変化に注目することで、人間関係の変容が捉えやすいことが明らかになった。来年度はこうした点にも注目して分析を進める。本年度の成果の一部は家政学会・保育学会・発達心理学会・子ども社会学会で順次発表する予定である。

本研究は幼稚園において2年間に渡る縦断的観察研究を行い、個々の子どもの視点から幼稚園における人間関係の個人史の様相を明らかにすることを目的とする。このため平成9年度入園時より観察を開始した幼稚園の1クラス(現在5歳児クラス)の観察を継続した。学期に数回観察を行い、ビデオとフィールドノートにより記録を行った。また各観察終了後及び学期に1回、保育者との話合いを行い、保育者からみた個々の子どもの人間関係の変化と介入の意図の聞き取りを行った。またビデオ資料を文字化した。こうした資料から、各子どもの園における主な遊び、自身のいざこざの解決方法や他児のいざこざへの対処、仲間入りの仕方、昼食での他児との関わり等のいくつかの相互作用場面における子どもの行動とその変化を検討した。さらに各個人の園生活でのキーパーソンともいえる人物(他の子どもや保育者など)を特定し、こうした人たちとの間の重要なエピソードを分析した。また各子どもにとっての園生活における「事件」ともいえるような重要な出来事を同定し、その出来事が起こるに至った経緯、出来事自体の様相、その影響等について分析を行った。さらに各子どもに保育者がどの様に関わり、人間関係の体験を援助しているかも検討した。分析の結果にもとづき、人間関係の個人史を数名の子どもについて再構築中である。また一方で、園生活の様々な相互作用場面や行動ごとに、その場面の意義や行動の機能についても分析を行い、園生活における縦軸である個人史に対する横軸とすることも試みている。本年度までの成果の一部は「子ども社会研究」等に発表した。また本年度の成果の一部は保育学会・発達心理学会・子ども社会学会で順次発表する予定である。このため入園から卒園まで、幼稚園の1クラスの観察・調査を行った。本年度は昨年度に引き続き、ビデオ資料の文字化及び数量化、文字資料(フィールドノート・聞き取り)の整理とコンピューター入力を行った。こうした資料から、複数の子どもを対象として、それぞれの子どもの園における主な遊び、自身のいざこざの解決方法や他児のいざこざへの対処、仲間入りの仕方、昼食での他児との関わり等について、行動とその変化を検討した。さらにそれぞれの子どもの園生活でのキーパーソンともいえる人物(他の子どもや保育者など)を特定し、こうした人たちとの間の重要なエピソードを分析した。またそれぞれの子どもにとっての園生活における「事件」ともいえるような重要な出来事を同定し、その出来事が起こるに至った経緯、出来事自体の様相、その影響等について分析を行った。さらにそれぞれの子どもに保育者がどの様に関わり、人間関係の体験を援助しているかも検討した。分析の結果にもとづき、人間関係の個人史を数名の子どもについて再構築した。また一方で、園生活における縦軸である個人史に対し、園生活の横軸といえるいくつかの相互作用場面を取り上げ、その場面の意義や機能についても検討を行った。本年度までの成果の一部は、既に「子ども社会研究」等に発表した。
次世代シークエンサーを用いた成人Ｔ細胞白血病の網羅的な遺伝子解析

次世代シークエンス技術をもちいて、成人T細胞白血病(Adult T-cell leukemia: ATL)における体細胞遺伝子変異を網羅的に探索する。特にNFーkBの恒常的活性化に関わる遺伝子変異について重点的に解析している、これまで、30名のATL患者の腫瘍細胞のDNAを用いて解析し、B細胞リンパ腫で高頻度に報告されているNF-kBに関連した遺伝子の変異の頻度は高くなかったが、ある遺伝子Aは複数の患者で活性化にかかわる部位に変異を認めた。また、この遺伝子変異はルシフェラーゼアッセイにてNF-kを活性化することを確認した。さらに、細胞増殖やアポトーシス、ノックダウンによる解析を現在進めている。成人T細胞白血病(adult T-cell leukemia: ATL)の多くの患者で認められるNF-kBの恒常的活性化の機序の解明を試みた。ATLの患者32名から、文書による同意を得た後に腫瘍細胞のDNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いて網羅的に体細胞変異の検索をおこなった。NF-kB経路に関わる遺伝子のうちで、これまで他のリンパ系腫瘍で報告のあるA20, Bcl10, MYD88などでは、変異が確認されなかったが、CARD11のcoiled-coil domainに二種類の点突然変異が認められた(M360V, D401Y)。この突然変異を導入したCARD11は、luciferase reporter assayによる解析で、NF-kBを活性化した。しかし、遺伝子導入した細胞では、細胞増殖への寄与は確認されず、ノックダウンにても増殖抑制やアポトーシスの誘導は有意ではなかった。解析に用いた32名の患者検体を用いた定量RT-PCRでは、正常のCD4陽性T細胞と比べて、CARD11は優位に発現が亢進しており、gel shift assayでは全ての症例でNF-kBは活性化していた。アレイのデータベースを用いた解析でもATLではCARD11の有意な発現亢進が認められた。これらの結果から、CARD11はATLにおいて細胞増殖や抗アポトーシスへの直接的な寄与は限定的であるが、NF-kBの活性化には広く関与している可能性が示唆された。血液内科学研究を担当とする大学院生の妊娠および用いたシークエンサーに不具合があり、その検定に時間を要したため。同定した遺伝子変異の機能解析を細胞増殖やアポトーシス、ノックダウンによる行っている。さらに臨床像との関連につき解析をしている。次世代シークエンサーによる探索を継続しておこなう。これまでのスクリーニングで候補となった遺伝子変異については、その機能解析を、in vitroにて並行しておこなう。候補の遺伝子変異をクローニングし、Ba/F3などの細胞株へレトロウイルスベクターを用いて遺伝子導入し、EMSA, Western blotting, luciferase reporter assayなどによりシグナルの活性化について確認する。また、遺伝子導入した細胞株でMTT assayによる細胞増殖試験やAnnexin-V染色でのアポトーシス解析をおこない、これらへの影響を検討する。さらに、siRNAを用いて候補遺伝子のノックダウンによる機能解析もおこなう。該当なし。
海外における中間財生産による国内都市空間構造の変化に関する研究

本研究は、経済のグローバル化を主な原因とする都市内立地パターンの変化を、都市構造の一般均衡モデルを構築して分析することを目的とする。また、都市内労働者の多様性の観点から、テレコミューティングが都市構造に与える影響についても分析を行った。本研究の結果、いくつかの興味深い均衡都市構造が出現することを例示できた。特に、非対称な均衡都市形状は大変興味深い。また、テレコミューティングが行われる場合、企業における実施割合は、テレコミューティング費用の内、固定費用に決定的に影響を受けることが確かめられた。本年度は、主に、後半で作成される都市空間経済システムモデルで想定される、パラメータやモデルのフレームワーク検証のために、国内外(主に先進工業国)の主要都市における労働賃金、地代等の基本データの収集と、企業と家計の立地パターンの調査を行った。中間財生産の減少とそれによる単純労働者の当該都市からの流出に伴い、都市構造がどのように変化したかについても調査した。また、最終財生産企業は、生産上必要な高度な情報を得るため、都心に集積する傾向があることが理論上予想され、実際の集積状況についても調査した。また、当該都市で実際に実施、あるいは計画されている政策についても情報を収集した。ここでは、調査対象地域の選定、地代データの収集、企業による土地利用の調査が主な内容であった。国内主要都市の調査と(福岡、神戸)、海外では、アメリカ合衆国の主要工業都市(シカゴ、シアトル等)を想定している。最終財生産企業の集積の様子、中間財生産企業の減少、熟練労働者、単純労働者の立地の動向について調査を行った。また、理論的な裏付けのためにモデル分析を行い、後述の学会発表を行った。最終財企業と中間財企業の2種類の企業を想定し、家計を含めた都市の均衡形状を分析した。その結果、いくつかの興味深い均衡都市構造が出現することを例示できた。特に、非対称な均衡都市形状は大変興味深く、現実の都市形状が必ずしも対称になっていないこと、その発生理由が中間財の輸送費率と中間財企業の当該他企業とのアクセス費用率にあることを示すことができた。本年度は、昨年度に引き続き、都市空間経済システムモデルの作成を行った。また、パラメータやモデルのフレームワーク検証のために、国内外(主に先進工業国)の主要都市における労働賃金、地代等の基本データの収集と、企業と家計の立地パターンの調査を行った。また、理論的な裏付けのためにモデル分析を行最終財企業と中間財企業の2種類の企業を想定し、家計を含めた都市の均衡形状を分析した。富山大学において、この中間財を含む都市空間経済システムモデルについて学会発表を行った(応用地域学会(ARSC)第26回研究発表大会)。ここでは、海外の中間財価格が国内の都市構造に与える影響として、中間財企業の立地数や労働者数のなどの値を求め、都市の均衡構造についての理論的な裏付けを発表することができた。さらに、本論文の方法論において密接な関係のある研究成果について、論文を地域学研究に掲載することができた。本研究は、経済のグローバル化を主な原因とする都市内立地パターンの変化を、従来の主要な立地パターンの変化の要因である、技術革新の影響も考慮に入れた、都市構造の一般均衡モデルを構築して分析することを目的とする。ここ数十年、先進国の大都市の都市構造は、経済のグローバル化によって、大きく変化していると考えられる。具体的には、従来、原料は輸入するものの、生産においてはひとつの都市圏で完結していた生産が、中間財の海外生産が可能になるに従って、先進国の大都市において、最終財の生産に特化するようになってきている。この原因は、中間財生産技術の海外移転、中間財輸送コストの低下である。その背景には、移転先国の経済発展により、質の高い中間財の生産が可能となったこと、生産技術、輸送技術、通信技術のそれぞれの急激な発達が挙げられる。日本の都市内における最終財や中間財を生産する企業の立地パターンを、中間財の生産パターンを含めて一般均衡モデルを構築し、分析を行った。

特に、非対称な均衡都市形状は大変興味深く、現実の都市形状が必ずしも対称になっていないこと、その発生理由の一つを示すことができたことは大きな成果である。また、都市労働者の多様性に伴い、テレコミューティングが行われる場合、企業における実施割合は、テレコミューティング費用の内、固定費用に決定的に影響を受けることが確かめられた。また、都市規模(企業数)が大きくなることによってもテレコミューティングの割合は増加する。これらのことは、近年の固定費用を含むテレコミューティング費用の低下により、大都市の多くの企業において、テレコミューティングが実施されている現状を裏付けている。すでに、一部の研究成果を公表することができ、本年度は、論文全体の成果についての取りまとめに専念できる状態にあるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初は、理論研究の進展に不安があるため、実証研究に重点を置くことも想定していた。昨年度においては、理論研究の進展が予想以上に順調なため、今年度は、理論研究の精緻化によって論文の当初の目的を達成できそうな状況である。
DFA脆弱性総合評価システムの開発と検証

ICカード、ICタグなどに実装された暗号処理に対し、主にDFA(Differential Fault Analysis:差分故障攻撃)手法の研究ならびにその対策技術についての研究を行った。主として軽量ブロック暗号、RSA暗号、ラビン暗号に対し、命令スキップ現象を利用した攻撃技術を開発し、実装上の危険性を明らかにした。最も大きな仕事は、RSA電子署名の実装で多用される2t-ary法の事前計算処理部に命令スキップを行い、1528ビット標準RSAの最速パラメータt=6の場合に、これまでで最少の63回のフォールト注入で秘密指数を再構成するアルゴリズムDCAを開発したことである。本研究の目的は、様々な暗号実装に対し、命令バイパス現象を含む差分誤動作解析(DFA)脆弱性評価技術を開発することである。現在は、RSA電子署名の典型的な実装に対し新たな脆弱性を発見したことから、その解析のためにGPU(Graphic Processing Unit)を持つ高速な計算機を購入した。平成25年度の主な出費はこのGPUマシンの購入費である。神永(研究代表者)は、研究分担者らとともに、RSAに対する命令バイパスを利用したDFAに関する研究成果を得た(第一著者の論文1編投稿済、1件執筆中)。これらのうち、現在執筆中の論文は、詳細は発表後に明らかにするが、RSAの事前計算部に対するDFAを試みたものである。この攻撃は、攻撃者にとって有利な条件下であっても、秘密情報の完全復元に約1時間を要すること、及びRSAの典型的な実装では、計算量が多く、詳細な解析には高性能の計算機が必要となることを確認した。吉川(研究分担者)は、主として軽量ブロック暗号に対する命令バイパスDFAを用いた暗号解析を行い、第一著者の学術論文1編、国際会議論文1編を出版し、SPN型暗号に関する暗号解析の学術論文を1編投稿済、国際会議論文を1編投稿済、さらに学術論文1編を準備中である。志子田(研究分担者)は、現在、命令バイパスDFA技術の実験的評価を担当しており、学部学生を第一著者とする命令バイパスDFAソフトウェア対策技術に関する学術論文の実験的評価を担当した。今年度の研究成果をまとめると、発表済み学術論文2編、発表済み国際会議論文1編、学生による国内学会発表1件、投稿中の学術論文2編、投稿中の国際会議論文が1編、執筆中の論文が2編となる。科学研究費補助金を用いて、主にDFA(Differential Fault Analysis:差分故障攻撃)研究のための設備拡充、研究発表、国際会議への旅費の補助などを通じて、研究を推進した。既に得られている成果の一部として、研究代表者、研究分担者の研究成果について述べる。神永(研究代表者)は、研究分担者および鈴木利則教授と共に、命令バイパス(operation skip)DFAを用いたRSA暗号の事前計算部への攻撃手法について研究し、position checkerという新しい概念を考案、1536ビットRSAの2^6-ary法(1536ビットにおける最速の実装)に対して63フォールトで秘密指数が再構成できるという結果を得た。鍵の再構成シミュレーションには科研費で購入したGPUマシンが使わせていただいた。事前計算部へのDFAに関する研究報告は、筆者の知る限り本件が最初である。本結果はIEEE Transactions on Information Forensics & Security誌に採録が決まっている(2015年度に出版予定)。吉川(研究分担者)は、命令バイパスを用いたラウンド加算攻撃により、軽量ブロック暗号LBlockに対して秘密鍵の導出ができることを示し、さらにSPN型のブロック暗号AES、KLEIN, LEDに対してもラウンド加算攻撃で秘密鍵の導出が可能であることを示した。志子田(研究分担者)は、これらの研究におけるDFA実験評価に貢献した。これらの研究成果は、すべて出版、あるいは出版準備中である。今年度も科学研究費補助金を用いて、主にDFA(Differential Fault Analysis:差分故障攻撃)研究のための設備拡充、研究発表、国際会議への旅費の補助などを通じて、研究を推進した。今年度、神永(研究代表者)は、研究分担者および鈴木利則教授と共に、RFIDタグに実装されたラビン暗号の公開鍵にフォールトを入れることでUID(Unique ID)を再構成するDFA手法について研究し、その成果を論文誌に投稿した。この手法で攻撃する場合、通常の平方剰余計算では考慮されていない特殊な状況が頻繁に出現するが、そのような場合にもUIDを再構成できる方法を示すとともに、根の個数を与える公式を示した。公開鍵へのフォールトは、1バイトをランダムに破壊するものの他、データ転送時に命令スキップを行う方法を検討し、いずれの場合も高い確率で短時間のうちにUIDを再構成することができることを確認した。吉川(研究分担者)は、命令バイパスを用いたラウンド加算攻撃により、軽量ブロック暗号64-bit KLEINおよび64-bit LEDを破る方法を考案し、国際会議ICACPS2015にて発表した。志子田(研究分担者)は、これらの研究におけるDFA実験評価、シミュレーション評価に貢献した。最も大きな仕事は、RSA電子署名の実装で多用される

2t-ary法の事前計算処理部に命令スキップを行い、1528ビット標準RSAの最速パラメータt=6の場合に、これまでで最少の63回のフォールト注入で秘密指数を再構成するアルゴリズムDCAを開発したことである。各年度ごとに、命令バイパス技術を応用した暗号解読研究を行い、Piccolo, TWINE, triple DES, LBlock, AES, KLEIN, LED, RSAに対してその脅威を示すことができている。暗号実装研究においては、短期間に全ての成果が現れるものではないが、既に上記のような研究代表者、研究分担者の研究成果の蓄積が各年度ごとにあり、順調に進行していると考えられる。暗号理論次年度が研究計画の最終年度にあたるが、来年度もこれまでと同様に、DFA研究に必要な備品、消耗品の購入、論文別刷り代、研究代表者、分担者、協力者の研究会出席のための国内旅費、等を中心に支出を行い、ICカードだけでなく、RFIDタグなど、より広範囲の暗号実装に対するDFA研究を深め、論文として発表していきたい。特に方針の変更はない。おおむね順調に進展していると判断できる理由は以下の通りである。1)いくつかの軽量暗号に対する差分誤動作解析手法を提案及び評価し、論文3編を投稿した。2)RSA電子署名の典型的な実装に対し新たな脆弱性を発見し、その理論的解析を行った。3)2)に対しGPU計算機を用いた攻撃シミュレーションを行い良好な結果を得た。研究計画の変更により次年度に残したものである。当面の目標は、現在執筆中の論文(神永第一著者の論文1編、吉川第一著者の論文1編)を完成させ、投稿すること及び、攻撃シミュレーションの高速化である。神永は、RSA暗号の他の実装に関して現在執筆中の論文の手法が適用可能か検討すると共に、LLL(Lenstra-Lenstra-Lovász)格子簡約アルゴリズムを含めRSA暗号に関する暗号解析技術を習得し、RSA暗号に対する新たなDFAの可能性を探る。吉川は現在、執筆中の論文の他、新しい軽量暗号の命令バイパスDFAを検討している。志子田は、DFAの実験的手法を洗練すると共に、高速計算機を用いた攻撃手法を検討する。尚、既に論文の共著者となっているが、情報通信の専門家である鈴木利則教授(東北学院大学工学部)を連携研究者に加え、暗号理論、暗号実装の研究を推進する。平成27年度に研究成果を出すために使用します。平成25年度中の論文投稿費等の請求が年度を繰り越したため論文投稿費等に使用する
キレート型ケイ素配位子を持つ高反応性鉄錯体による不活性結合・分子の活性化

本研究課題では、キレート型ケイ素配位子を金属上に導入することで高度に電子豊富で配位不飽和な錯体が構築可能であることを基盤とし、高反応性鉄錯体の構築と不活性結合・分子の活性化・変換を実現する。まず、キレート型ケイ素配位子として1,2-bis(dimethylsilyl)benzeneを用いることで、2つの鉄間での窒素分子の捕捉に成功した。また、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄ジカルボニル錯体を開発することで、種々のカルボニル化合物の還元や、アルケンの水素化・ヒドロシリル化を達成した。さらにareneの不活性C-H結合活性化を経由した官能基化や、indoleのC-3位選択的シリル化の開発に成功した。不活性な結合や分子を捕捉・活性化し変換する反応の開発は、従来法を刷新する次世代の物質合成プロセスの開発へと直結する。中でも、単純alkaneやareneのC-H結合は最も不活性な結合として、窒素分子は最も不活性な分子として認識され、これらの有効利用が強く望まれている。本研究課題では、キレート型ケイ素配位子が鉄中心に強く電子供与し、かつ強固な骨格を与えるとともに、配位不飽和性を示す高反応性鉄錯体を効果的に与える性質に注目し、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体を用いた不活性な分子や結合の捕捉・活性化を達成することを目的とした研究を行っている。本年度は、キレート型ケイ素配位子として、申請者がこれまでに多くの知見を有している、1,2-bis(dimethylsilyl)benzeneならびにその誘導体を用いた鉄錯体の合成と、鉄上の電子密度や配位不飽和性、反応性についての検討を行った。これまでに、キレート型ケイ素配位子を持ち、かつ、鉄上にη^6-arene配位子を持つ鉄錯体を構築することで、窒素分子の効果的な捕捉が可能であることを見出している。この錯体について、η^6-arene配位子やキレート型ケイ素配位子内にMe基や^iPr基、OMe基などの種々の電子供与性置換基を導入した所、より電子豊富な鉄中心を有する鉄錯体に捕捉された窒素分子が、より強固に捕捉・活性化されることが、IR,Ramanスペクトルより明らかとなった。これは、電子豊富な鉄中心から捕捉窒素分子へのπ-逆供与が効果的に起こっているためであると考えられる。本年度は、前年度に引き続き、キレート型ケイ素配位子である1,2-bis(dimethylsilyl)benzeneならびにその誘導体を用いた鉄錯体を合成し、それらの配位不飽和性についての検証をまず行った。その結果、特に鉄上に2つのカルボニル配位子を持ち、かつ、(H-Si)基や嵩高いpyrazolyl基などの弱配位性配位子を持つ鉄錯体が、容易に配位不飽和種を反応系中で発生しうることが明らかとなった。そこで、この配位不飽和種を用いることで、窒素配位部位を有するareneの不活性C-H結合活性化が可能であることを見出した。これは、鉄カルボニル錯体による初のareneの不活性C-H結合活性化の例である。また、同様の錯体を用いて、様々なカルボニル化合物の触媒的ヒドロシラン還元が高効率的に進行することも併せて見出した。この錯体は、現在まで知られている鉄錯体の中で最も高い触媒活性を示し、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体の高い反応性を実証することができた。本研究課題では、キレート型ケイ素配位子が、鉄中心に効果的に配位し強固な骨格を与えるとともに、鉄中心に対し強く電子供与することで配位不飽和性を示す高反応性鉄錯体を与える性質を有する点に注目し、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体の構築と、不活性な分子や結合の捕捉・活性化を達成することを目的としている。まず、前年度までの研究から引き続き、ジアニオン性キレート型ケイ素配位子として1,2-bis(dimethylsilyl)benzeneならびにその誘導体を用いた鉄錯体を合成した。錯体化学的な検討の結果、合成した一連の錯体は、いずれも高い配位不飽和性を示すことがわかった。例えば、ジカルボニル錯体[o-(SiMe2)2C6H4]Fe(CO)2 [o-{(H-SiMe2)2}C6H4] (1)は、二つの(H-Si)部位の鉄中心からの解離により、配位不飽和14電子錯体を高効率的に与える。

この錯体(1)を用いることで、種々の不活性なC-H結合の変換反応が達成できることを明らかにした。例えば、1-phenylpyrazoleや2-phenylpyridine等の配向基を持つアレーンと、2-norborneneやcyclopenteneとの反応により、areneのオルト位C-H結合アルキル化が可能であることを見出した。一方、同様の反応をetylene存在下で行うと、areneのオルト位C-H結合アルケニル化が進行する事も併せて見出した。これらの反応は、キレート型ケイ素配位子を持つ配位飽和錯体[o-(SiMe2)2C6H4]Fe(CO)4 (2)を用いた場合では全く進行せず、錯体(1)の配位不飽和性が高い反応性を実現する鍵であることが示された。不活性な結合や分子を捕捉・活性化し変換する反応の開発は、従来法を刷新する次世代の物質合成プロセスの開発へと直結する。本研究課題では、ジアニオン性のキレート型ケイ素配位子が、鉄中心に効果的に配位し強固な骨格を与えるとともに、鉄中心に対し強く電子供与することで配位不飽和性を示す高反応性鉄錯体を与える性質を有する点に注目し、ジアニオン性キレート型ケイ素配位子を持つ鉄錯体の構築と、それらを用いた不活性な分子や結合の捕捉・活性化を達成することを目的とした研究を行っている。まず前年度までに開発した、ジアニオン性キレート型ケイ素配位子である1,2-bis(dimethylsilyl)benzeneを持ち、反応系中で容易に配位不飽和14電子錯体を発生しうる鉄ジカルボニル錯体を用いて、安定なヒドロシランをケイ素源とする、インドール類のC-H結合活性化を経由したC-3位選択的C-H結合シリル化を開発した。この反応ではまず、系中で発生した配位不飽和鉄種がヒドロシランの"Si-H"結合を活性化し、生成したシリルカチオン様の反応種がインドールのC-3位へと選択的にsila-Friedel Crafts型で反応することで対応する生成物を与える。同様の反応は、鉄カルボニル錯体を始めとする他の配位飽和な鉄錯体種を用いてもほとんど進行しないことから、高度に配位不飽和性を示す鉄錯体を用いることが反応を効果的に進行させる鍵であることが明らかとなった。同様の反応は貴金属化合物を触媒とするものについては数例知られているが、本研究において適切な鉄錯体を設計・開発することで世界ではじめて鉄触媒による反応の開発に成功した。また、得られた成果を基に、一酸化炭素配位子と等電子構造を持つイソシアニド配位子を持つ配位不飽和な鉄活性種の活用を着想し、反応系中での配位不飽和鉄イソシアニド種の発生を基軸とする、スチレン等のアルケンの高効率的なヒドロシリル化反応の開発も併せて行った。本研究課題では、キレート型ケイ素配位子を金属上に導入することで高度に電子豊富で配位不飽和な錯体が構築可能であることを基盤とし、高反応性鉄錯体の構築と不活性結合・分子の活性化・変換を実現する。まず、キレート型ケイ素配位子として1,2-bis(dimethylsilyl)benzeneを用いることで、2つの鉄間での窒素分子の捕捉に成功した。また、キレート型ケイ素配位子を持つ鉄ジカルボニル錯体を開発することで、種々のカルボニル化合物の還元や、アルケンの水素化・ヒドロシリル化を達成した。さらにareneの不活性C-H結合活性化を経由した官能基化や、indoleのC-3位選択的シリル化の開発に成功した。本年度は、キレート型ケイ素配位子を鉄錯体に導入することで、高い配位不飽和性を示す鉄錯体が構築可能であることを明らかにした。さらに、それらの錯体を用いることで、鉄錯体による反応では従来困難であった、不活性なareneのC-H結合の高効率的な官能基化を達成できることを明らかにした。
太陽粒子加速機構の研究

太陽表面での粒子加速機構の研究は、強磁場を有した中性子星近傍での超高エネルギー領域への粒子加速現象を解明するためにも、また加速理論を地上から実証することができる点でも非常に重要である。我々は太陽表面からフレアに伴って放出される中性子に注目して研究を進めた。特に1982年6月3日の事象に対して、新しい計算で吟味したところ、旧来の解釈を大きく変革する新しい事実を発見した。太陽粒子はこのフレアで二度加速されたのではなく、加速は一回であり、短時間でなければならないという事実を見い出した。本研究成果は平成7年8月に米国NASAで開催された高エネルギー太陽粒子ワークショップ(HESP)で発表し大きな反響をよんだ。我々は新しい計算が誤りを含んでないことをさらに確実なものにするため、平成8年2月3月に阪大核物理センター(RCNP)の加速器から作られた中性子ビームに、宇宙線研究で使われてきた6種類の中性子カウンターを照射して、そのエネルギーキャリブレーションを世界で初めて実施した。その結果、我々のモンテカルロ計算がかなり正しいものであることを見出した。そしてSMM人工衛星に搭載された中性子センサーのビームテストを実施した結果、彼らの論文にある中性子とガンマ線の混在事象として説明されていることは中性子のみで説明がつくことも発見した。我々は、現在この科研費で作製した中性子望遠鏡をハワイの国立天文台に校費で設置する準備を進める一方、将来スペースステーションにハイテクを駆使した中性子センサーを搭載させる準備を進めており、平成八年度にこれらを完成させる予定である。
モジュライ空間の算術幾何に対する種種のグラフ複合体の関与の研究

昨年度に赤澤尋樹氏が行ったグラスマン代数のある商代数にあらわれる斜交表現の不変式のなす環の三叉グラフの生成関係式をつかった表示の研究に基づいて,研究代表者が過去に米国のガロウファリディス教授との共同研究のなかで,より立ち入った議論を必要とする部分について簡単なまとめを行った.長年の懸案であるモーデル型の楕円曲線の1パラメータ族についてGrothendieck-Teichmueller理論で有用なものの探索を引き続いて精力的に行ったが,残念ながらまだ十分に議論が展開できていない.一方でグロタンディーク・デッサンに付随する代数曲線の不変量の計算法について,主に三角群に付随して注目に値する実例について保型関数との関連で議論を進め,いくつか注目に値する知見を深めることが出来た.研究分担者には、それぞれの専門の立場から研究課題に関連する内容の発展について協力を頂いていた.特に田中克己助教授には,国内出張を通して,情報収集に協力していただいた.また本研究課題と関連する必要な図書備品・消耗品の購入を通して,各分担者の研究活動を支援した.今年度は、本研究課題の初年度として、準備的な考察と情報収集のための環境整備や情報収集を行った。上智大学の魚皆宏氏との共著論文"Harmonic and equianharmonic equations in the Grothendieck-Teicmueller group, II"の中でレムニスケート楕円曲線のグロタンディーク・デッサンとしての位置づけを用いて、ガロア群のグロタンディーク・タイヒミュラー群の中での振る舞いを研究し、有用な4次方程式の1-パラメータ族を発見的に導くなどの成果をあげた。この場合はHarmonic非調和比に相当するが、equianharmonic非調和比について同様の考察をすると目下のところ困難があることが判明した。これに対しては今後さらに研究を続行する余地がある。いずれにせよAnderson-伊原のアデール的ベータ関数の理論の特別な場合を直截精細に記述することに結びつ<。12月にはカリフォルニア工芸州立大学のG.Kato教授を岡山大学に招聘し、物理学のミクロサイズの問題とGrothendieckトポスを用いて解釈する手法や導来圏の理論について講演をして頂くとともに、個人的にさまざまな数学的可能性について意見交換を行った。グロタンディーク・デッサンの曲面上のグラフとしての性質については、組合せ位相幾何学的な側面、理論物理学におけるファインマングラフとの類似性,モノドロミー群としての表示、Belyi関数と呼ばれる代数方程式による記述など、多岐にわたる関連性がある。また整数論の未解決問題のひとつであるABC予想に対するgood tripleの構成問題も,種数1のデッサンの構成と密接に関わっているが、そのメカニズムを完全に制御するには至っていない。来年度以降に向けて研究を続行するため書籍購入などを通じて情報を収集し、またそれらを整理するための準備を行った。今年度は主に,研究代表者が過去に米国のガロウファリディス教授との共同研究のなかで研究した三叉グラフの代数の現れ方について、より立ち入った考察を行った。この代数は、代数曲線のモジュライ空間の基本群である曲面写像類群のコホモロジー環の研究をするために東大の森田茂之教授や河澄響矢助教授により数年前に導入されたあるグラスマン代数の商代数にあらわれる斜交表現の不変式のなす環をグラフ理論をつかって表示するために有用な代数である。本研究課題の発展のために当初から検討が求められていた問題点のひとつであったが、今年度は大学院生の赤澤尋樹氏の協力を得て、詳細な計算を実行するプログラムを進め、一定のまとまった成果を得た。この成果の一部分は、赤澤氏の岡山大学大学院自然科学研究科に提出される博士論文の一部としてまとめられ、さらに英文で学術研究誌に投稿される予定である。大学院生の星野謙二氏とは、グロタンディーク・デッサンに付随する代数曲線の不変量の計算法について議論を進め、必要な文献収集などを進めたが、まだ決定的な成果をまとめるには至っていない。海外ではM.Moellerなど若手研究者がデッサン理論の種数1版であるオリガミ理論について精力的に研究発表を始めており、今後の研究交流のための足場をきづく必要性が増してきている。研究分担者には、それぞれの専門の立場から研究課題に関連する内容の発展について協力を頂いているが、今年は国立大学法人の発足の年にあたり必要な図書備品・消耗品について運営費交付金でカバーできる枠に大幅な資金不足が生じたため、本研究課題と関連する必要な図書備品・消耗品の購入に当たっては当初の想定より大きめに予算枠を割いて投入せざるを得なかった。昨年度に赤澤尋樹氏が行ったグラスマン代数のある商代数にあらわれる斜交表現の不変式のなす環の三叉グラフの生成関係式をつかった表示の研究に基づいて,研究代表者が過去に米国のガロウファリディス教授との共同研究のなかで,より立ち入った議論を必要とする部分について簡単なまとめを行った.長年の懸案であるモーデル型の楕円曲線の1パラメータ族についてGrothendieck-Teichmueller理論で有用なものの探索を引き続いて精力的に行ったが,残念ながらまだ十分に議論が展開できていない.一方でグロタンディーク・デッサンに付随する代数曲線の不変量の計算法について,主に三角群に付随して注目に値する実例について保型関数との関連で議論を進め,いくつか注目に値する知見を深めることが出来た.研究分担者には、それぞれの専門の立場から研究課題に関連する内容の発展について協力を頂いていた.特に田中克己助教授には,国内出張を通して,情報収集に協力していただいた.
Ｐｏｌ２の転写伸長・終結・リサイクル過程におけるチェックポイント制御機構の解明

Pol IIは転写サイクルの各段階において多数の因子(DNA、RNA、タンパク質(クロマチン因子、転写開始因子、転写伸長因子、転写終結因子、RNAプロセシング因子))と一過的に離合集散し、Pol II複合体のダイナミックなリモデリングを経て完全長のRNAが合成されると考えられるが、このダイナミズムについては依然不明な点が多い。本研究では、新規なPol II相互作用因子の同定・解析と生細胞内でのカイネティクス解析を通じて、Pol II複合体のリモデリング過程とその過程に存在するチェックポイントの制御機構の解明を目指した。転写開始後の過程については依然として未解決の点が多い。そこで、本計画研究では以下の4つの課題に取り組んでいる。課題1:ダイナミクスを解析可能な新規実験系の開発。山口は、時間分解能を持つ改良型ChIP法の開発を行っている。テトラサイクリン誘導発現系でタグ付きの目的タンパク質を誘導する系は、予想どおりカイネティクスが遅く、低い時間分解能しか得られなかったので、代わりに翻訳後段階で目的タンパク質の活性を制御するFKBP/FRB/ラパマイシン系の構築を進めた。課題2:転写サイクルのダイナミクス解析。山口は、Pol II転写産物が受ける複数の3'プロセシング経路がいかにして選択されるか、を研究している。転写伸長の初期段階で働くNELFが、3'プロセシングの経路選択に重要な役割を果たしていることを見出した。NELFは転写開始点近傍においてprematureなポリ(A)付加を阻害する働きを持つと考えられる。課題3:Pol IIのリン酸化サイクルの解明。山口は、DSIF CTRとリン酸化依存的に結合する因子を解析している。マウスES細胞でこの因子をノックアウトし、ES細胞の分化に及ぼす影響を解析した。また、川内は、転写伸長因子であり、またPol IIのユビキチンリガーゼでもあるエロンガンAについてin vivo機能を解析した。その結果、ストレス応答性の迅速な遺伝子発現にエロンガンAが重要であることが分かった(Kawauchi et al. JBC 2013)。課題4:普遍的な転写伸長装置が細胞の運命決定に果たす役割の解明。田村は、転写因子IRF8による血球分化誘導系を用いて、IRF8による標的遺伝子転写活性化に伴うクロマチンルーピング、転写調節因子の結合、ヒストン修飾等の順序を明らかにした。その結果に基づきエンハンサー・プロモーター相互作用による転写サイクル制御の新たな仮説を構築した。転写開始後の過程については依然として未解決の課題が数多く残されている。本計画研究では以下の課題に取り組んでいる。課題1:転写サイクルのダイナミクス解析(山口)。in situで相互作用因子を解析可能なBioID法を改良し、生細胞内で転写因子等を動態解析することを目指している。BioID法の欠点はビオチン標識に18時間を要する点にあるが、その時間を数十分に短縮し、なおかつ標識効率を格段に高める改良法を開発した(未発表)。さらに、転写伸長の初期段階で働く転写伸長因子NELFが、Pol II転写産物の3'プロセシングの経路選択に重要な役割を果たしていることを見出した(Yamamoto et al. Nature Commun 2014)。課題2:Pol IIのリン酸化サイクルの解明(山口、川内)。Pol II CTDやDSIF CTRとリン酸化依存的に相互作用する既知および新規因子の構造機能解析を行っている。新規DSIF CTR相互作用因子XをCRISPR法によってマウスES細胞でノックアウトし、増殖や分化能に及ぼす影響を解析した。さらに因子Xとリン酸化CTRペプチドとの共結晶構造を解析した。また、DSIF CTRを部分欠損させたマウスES細胞を作出し、増殖や分化能に及ぼす影響を解析した(未発表)。川内は、Pol II脱リン酸化酵素FCP1が転写因子p53を介して細胞増殖を制御していることを明らかにした。課題3:普遍的な転写伸長装置が細胞の運命決定に果たす役割の解明(田村)。田村は、独自の血球分化誘導系を用いて、転写因子IRF8が転写因子C/EBPαと相互作用し、その機能を阻害することによって好中球への分化を阻害し、代わりに樹状細胞や単球への分化を促進することを明らかにした(Kurotaki et al. Nature Commun 2014)。さらに、IRF8が転写因子GATA2を介して好塩基球やマスト細胞への分化を促進していることも明らかにした(Sasaki et al. Blood 2015)。山口らは、Pol IIが辿る複数の転写終結・3'プロセシング経路の選択機構の解明を目指して、転写終結部位をゲノムワイドでマッピングする実験系の確立を進めた。その一方で、種々の転写伸長因子の機能的な使い分け・冗長性に関する解析を行い、Rtf1という因子が独立した転写伸長因子として働くことを初めて生化学的に証明した。田村らは、血球分化に伴う遺伝子発現制御をモデルに解析を進めてきた。その結果、エンハンサーと遺伝子の関係はこれまでの考えのような前者から後者への一方通行ではなく、両者が多段階かつ双方向性に活性化する機構が存在することを、ゲノム編集によるKlf4遺伝子の5'領域欠失細胞株を用いて明らかにした。さらに、この新たな活性化機構が普遍的なものであるかについて、これまで蓄積したマウス生体由来の各血球分化段階のChIP-seqデータの解析を行うことで検証中である。

高橋らは、メディエーター転写複合体のサブユニットMed26が、2つの異なる転写伸長因子複合体Super elongation complex(SEC)やLittle elongation complex(LEC)と結合し、SECをc-MycやHsp70遺伝子などのタンパク質をコードする遺伝子領域に、LECをsmall nuclear RNA遺伝子などのnon-coding RNA遺伝子領域にリクルートし、転写伸長を促進することを明らかとした。山口らは、これまでに転写終結・3'プロセシング経路の選択機構の存在を見出し、現在、その機構のゲノムワイドでの役割を解析中である。また、転写伸長複合体の新規相互作用因子を複数同定しており、現在、それらの生理学的な役割の解明を進めている。さらに、転写中のPol IIに関する反応速度論的な解析を十川ら(当領域の研究計画代表者)と共同で行う等、おおむね順調に進展している。田村らは、これまでに血球細胞分化系を用いて、経時的に高精細なChIP-PCR解析系を構築し、エンハンサーと転写サイクルとの関連を解析した。その結果、エンハンサーと遺伝子間の多段階かつ双方向の活性化という特徴を持つ、新規の遺伝子発現機構を明らかにしている。また、クロマチンの高次構造の関わりについても解析を行い、クロマチンの高次構造は転写因子が作用する前に変化し細胞の分化系譜を決定するという仮説を得るなど、新たな概念を提唱できる可能性がある。高橋らは、メディエーター複合体が、2つの異なる転写伸長因子複合体を遺伝子領域にリクルートすることによって、遺伝子の転写伸長に加えて、転写終結も制御することを明らかしつつある。転写開始後の過程については依然として未解決の課題が数多く残されている。そこで本計画研究では、新しい研究手法の開発・利用を主眼におきつつ以下の4つの課題に取り組んでいる。課題1:ダイナミクスを解析可能な新規実験アプローチの開発。研究代表者の山口は1時間分解能を持つ改良型ChIP法の開発と、2RNAの新規合成量をゲノムワイドかつ高時間分解能で定量解析する実験系の開発を進めている。1については、テトラサイクリン誘導発現系を用いた予備実験をまず行った。予想どおりこの方法では12時間程度の時間分解能しか得られなかったので、より高い時間分解能を有する系の構築を開始した。2については条件検討を行った。さらに、3Pol II転写複合体の1分子イメージングを十川班と共同で進めており、Pol IIと転写伸長因子NELFの1分子同時観察系を確立した。課題2:転写サイクルのダイナミクス解析。山口は転写伸長因子DSIF、NELF、Paf1Cについて、順次ノックダウンしてChIP-seqならびにRNA-seq解析を進めた。課題3:Pol IIのリン酸化サイクルの解明。山口は、リン酸化型CTDの新規相互作用因子の機能解析を行い、同因子がmRNAの品質管理に関与している可能性が示唆された。研究分担者の川内は、Pol II CTD脱リン酸化酵素であるFCP1の脱リン酸化活性欠損型を含む各種変異体を作成し終え、in vivoならびにin vitroでの機能解析を進めている。