hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子系統樹に基づくキク科ハハコグサ連の形質進化の解析

プルケア連植物が、全てx=10の基本染色体数をもつのに対し、ハハコグサ連植物では、基本染色体数がAngianthus属でn=13,12,6、Asteredia属でn=9,7、Erymophyllum属でn=14,11、Gnephosis属でn=11,8、Hyaloserma属でn=12,11,8、Lawrencella属でn=11,8、Millotia属でn=13,11,8、Myriocephalus属でn=14,11、Podolepis属でn=12,11,10,8,7,3、Pogonolepis属でn=6,5,4、Polycalymma属でn=14,8、pycnosorus属でn=10,6、Rhodanthe属でn=11,10,8,7,5、Trichanthodium属でn=4,3と著しく変異していた。このうち、主に外部形態に基づく分岐分析により、Waitzia群としてまとめられた植物群についてmatK遺伝子の塩基配列を比較した。Asteredia属とWaitzia属を外群にPodolepis属8種の系統を解析した結果、以前、Helipterum属に含められていたPodolepis kendalleを除き、残りのPodolepis属の種は、単系統群にまとまった。また、Podolepis属内は、多年草でn=10をもつ群と、一年草でn=7,11,3をもつ2群に分かれ、前の群は、P.canescensを除き、大型5個、小型5個の染色体を組み合わせた特徴的な2様相型をもっていた。後者は、n=7をもつ種は大型で1様相核型をもつが、P.microcephalaはn=11で、大型4個と超小型7個の染色体を組み合わせた特徴的な核型をもち、大型3個の染色体をもつP.capillarisと同一のクラスターをつくった。Podolepes属においては、染色体数の異数的減少と多年草から一年草への変化が強く相関していた。オーストラリア産キク科ハハコグサ連植物30属75種112集団とプルケア連植物3属6種8集団で染色体数を算定した。プルケア連植物が、全てx=10の基本染色体数をもつにの対し、ハハコグサ連植物では、基本染色体数がAngianthus属でn=13、12、6、Asteredia属でn=9、7、Erymophyllum属でn=14、11、Gnephosis属でn=11、8、Hyaloserma属でn=12、11、8、Lawrencella属でn=11、8、Millotia属でn=13、11、8、Myriocephalus属でn=14、11、Podolepis属でn=12、11,10,8,7,3,Pogonolepis属でn=6,5,4,Polycalymma属でn=14、8、Pycnosorus属でn=10、6、Rhodanthe属でn11、10、8、7、5、Trichanthodium属でn=4、3と著しく変異していた。ハハコグサ連植物の中で最も著しい染色体変異シリーズがみつかっているPodolepis属を中心に、近縁属のmatk遺伝子の塩基配列を比較した。シオン連Olearia pimerioidesを外群にPodolepis属17種、Waitzia属、Asteridia属、Leptorhyncos属、Chrysocepalum属、Bracteanthe属、Rhodanthe属、Podotheca属1種の系統を解析した結果、以前、Helipterum属に含められていたPodolepis kendalleを除き、残りのPodolepis属の種は、単系統群にまとまった。また、Podolepis属内は、多年草でn=12、11、10をもつ群と、一年草でn=11、7、3をもつ2群に分かれ、前者は、P.canescensを除き、大型5個、小型5個の染色体を組み合わせた特徴的な2様相型をもっていた。
現代日本社会におけるブラジル人第二世代の文化変容に関する研究

本研究は、昨今の情報通信技術の発達による母国メディアやSNSの利用が、在日ブラジル人第二世代の社会編入のされ方に如何なる影響を与えるかを明らかにすることを目的とし、日本生まれ、もしくは6歳までに来日し日本で育っているブラジル人の若者を主な調査対象として研究を進めている。2018年度はフィールド調査及び聞き取り調査によりデータ収集を行うことに注力した。前半期は、関東周辺で主に大学進学を果たしたブラジル人第二世代への聞き取り調査及び資料収集を行った。また、9月、10月、3月には愛知県のブラジル人集住地におけるフィールド調査を行い、その中では、在日ブラジル人第二世代及びその家族に対しての聞き取り調査に加えて、宗教施設における参与観察や、宗教関連のイベント、教育関連のイベント、ブラジル人集住地区の町内会イベントに参加し、在日ブラジル人の若者のネットワークについて調査を行い、彼/彼女らの国内及びトランスナショナルなネットワークの様相についてデータ収集を行うことができた。さらに、公立学校や地域の学習支援団体の中で支援活動を行うスタッフに対する聞き取り調査も複数実施し、外国人支援の最新の動向を観察することができた。後半期には、これまでに行った参与観察及び聞き取り調査によって蓄積してきたデータについて、第二世代の若者が築く国内のネットワーク及びトランスナショナルなネットワークの諸相、それらが日本社会への編入や大学進学へのモチベーションに与える影響について理論的検討を行い、3月末には、これまでに得られた知見を論文としてまとめた。2018年度は、初年度の計画としていた予備的な聞き取り調査と文献資料の収集を重視して研究を進めた。調査の過程では、当初予定していなかった宗教施設における定期的な参与観察も実施することができた。論文の執筆も順調に進んでおり、次年度には順次、書籍や学会等での報告を行う準備も整えることができており、おおむね順調に研究が進展している。2年目となる次年度は、初年度の調査で得られた知見についてさらに本格的な調査を実施する。具体的には、日本生まれや、概ね6歳頃までに来日し日本で育った在日ブラジル人第二世代の若者の築くネットワークが実生活における人間関係へ与える影響の様相に着目してインタビューを中心とした調査を実施する。さらに、今年度に行った調査及び分析の結果を順次学会等で報告を行うことも予定している。学会等での他の研究者との議論の内容を踏まえたうえで考察をさらに深め、論文執筆を進める。予定していたフィールド調査1件が先方の事情により実施できなかったため、また、当初購入を予定していた統計分析ソフトの購入を次年度にまわたために次年度使用額が生じた。この分は、次年度の調査費用およびソフト購入費用として使用する予定である。
高機能ロボットハンドのための滑り覚及び力覚を有するＭＥＭＳ集積化触覚センサ

様々な分野でのロボットによる作業援助を達成するため,ロボットが物体を把持する際の滑りを検出可能なセンサが望まれており,圧電材料,感圧導電性ゴム,微振動検出,熱流束変動など様々な方式が提案されているが,様々な把持物体に対して汎用的に使用可能な滑りセンサは実現していない.その他の滑り検出方式として過去の研究報告でレーザドップラ効果による滑り検出方法が示唆されていたものの,これまでのレーザドップラ速度計(LDV)は小さくとも一辺5cm10cm以上と大きく,ロボットの指先への搭載は不可能であった.本研究ではMEMS(MicroElectroMechanical Systems)プロセスによってLDVに必要なPD(Photo diode),LD(Laser diode),ミラー,レンズ,及びそれらのパッケージ構造を高密度に集積することで開発したロボットハンドの指先に実装可能な2.8 x 2.8 x 1 mmという超小型のLDV(μ-LDV)によって,様々な重量・表面材質(アルミ,木,白色アクリル)の把持対象に対して滑りを検出に成功し,またその滑り信号のみをフィードバック信号として各把持対象に対する把持力制御が可能であることを実証した.また,ピンホールを有する構造物をμ-LDV表面に設けることによって,S/N比の改善効果が得られた.また,特にこの改善効果は流体を計測した場合に顕著であることが明らかになり,高精度流量計としての応用の可能性も示唆された.本構造物は板状であり,MEMSの成膜プロセスを用いての製造へ置き換えることも可能であり,高い量産性を保持したまま滑り信号検出感度を高められることが示唆された.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
脳虚血後の組織傷害と記憶障害の経時的変化に対する軽度脳低温の作用

一過性脳虚血後の記憶機能と神経細胞間ネットワークの関連に対する軽度脳低温の作用について,以下のごとく研究を進め結果を得た.絶食にしたラットをイソフルランで麻酔し,対照群と脳低温群の2群に分けた.対照群は頭蓋温を3738°Cに,脳低温群は3435°Cに維持した.10分間の前脳虚血後,回復させた.ラットをいずれの群に属すかわからないようにして,一週間後あるいは4週間後から虚血後神経障害評価を開始した.まず5日間連続して水迷路法を行い,記憶機能を検査した.5日目に脳を潅流固定し,微小管関連蛋白2(microtubuleassociatedptrotein2;MAP2)抗体を用いた免疫染色法で海馬CA1領域の樹状突起密度を求めた.海馬CA1領域の染色濃度をコンピュータで処理し,非虚血ラットに対する比率として表現することによって、客観性をもたせた.1週間後では,記憶機能および樹状突起密度とも対照群と比べて脳低温群が良好に保持されていた.4週間後では対照群は記憶機能が1週間後と比べて良好であり,脳低温群との差はみられなかった.また海馬CA1領域の樹状突起密度は脳低温群では,1週間後と比べて少ない傾向があり,対照群と比べて差はみられなかった.以上より,一過性脳虚血後の記憶機能は時間経過とともに改善する可能性があり,海馬CA1領域の樹状突起密度のみで規定されるものではなく,脳の他の部位との関連がより重要であることが示唆された.軽度脳低温が一過性脳虚血後の脳障害を軽減する作用は,特に亜急性期に著明であることが明らかになった。
多足型DNA構造体を基盤とするデンドリマー型ナノDDSの開発

本研究では、免疫刺激性CpG DNAの疾患治療効果の向上を目的に、多足型構造を形成する核酸(polypodna)を基盤としたデンドリマー型核酸ナノDDSの創出を目指した。その結果、polypodna末端に接着性の突出末端を付与することで、酵素反応を用いずにデンドリマー型DNA(DL-DNA)を作製すること成功した。さらに、DL-DNAは免疫細胞に効率的に取り込まれ、CpG DNAによるサイトカイン産生を飛躍的に増大した。以上、本手法で開発したDL-DNAが有用な核酸ナノDDSに成る可能性を見出した。デンドリマー型DNA(DL-DNA)は、免疫細胞への効率的なデリバリーシステムであるとともに、免疫細胞の活性化にも非常に優れたシステムである。しかしながら、既存のDL-DNAの作製法では、多足型構造を形成するDNA(polypod-like structured DNA; polypodna)同士の連結にDNAリガーゼを用いており、最終産物にDNAリガーゼが残存することによる安全性や抗原性の問題が懸念される。本研究では、酵素反応を用いないDL-DNAの作製法を見出し、安全性の高い立体化核酸DDSの開発を目指した。5&#61602;末端に12塩基の接着性の突出末端を付与したpolypodnaを構築し、接着性突出末端を介してpolypodna同士が連結することで作製可能なDL-DNAを設計した。まず、pod数が3のpolypodna(tripodna)を用いて第13世代のDL-DNAの作製を試みた。電気泳動法の結果から、第1世代のDL-DNAの形成は確認できたものの、第2、3世代のDL-DNAの形成効率は非常に低かった。そこで、新たにpod数が36のpolypodnaを用いて種々の第1世代DL-DNAを作製した。原子間力顕微鏡を用いてその構造を確認したところ、設計通りのデンドリマー構造を有するDNA構造体が確認され、生理条件において単純な熱制御のみでデンドリマー型DNA調製可能であることが明らかとなった。次に、蛍光標識を施したデンドリマー型DNAを用いてマクロファージ様細胞株RAW264.7との相互作用について検討した。その結果、核としてpod数が6のpolypodna(hexapodna)、殻としてtripodna構造を有するDL-DNAが最も効率的にRAW264.7細胞に取り込まれた。本研究では、核酸医薬を含む機能性核酸の疾患治療効果の飛躍的向上を目的に、多足型構造を形成するDNA(polypodna)を基盤とする酵素反応を用いないデンドリマー型DNA(DL-DNA)を開発し、癌免疫療法に有効な新規デンドリマー型核酸ナノDDSを創出することを目的とする。これまでに、CpGモチーフを含むDL-DNAを新たに作製し、免疫細胞の活性化の指標としてマクロファージ様細胞株RAW264.7からのTNF(tumor necrosis factor)-a産生量を測定した。その結果、第1世代DL-DNAの核としてpod数が6のhexapodna、殻としてpod数が3のtripodna構造を有するDL-DNA(DL-DNA(6-3))がRAW264.7細胞から最もTNF-a産生を誘導した。一方、非接着性の突出末端を有するhexapodnaと殻のtripodnaを混合した場合には、電気泳動の結果からDL-DNAの構造は確認されず、RAW264.7細胞からのTNF-a産生量の増大も認められなかった。そのため、CpG DNAの免疫活性化能の増強には、デンドリマー型構造が有用な構造であると推察した。さらに、DL-DNA(6-3)によるTNF-a産生の結果とRAW264.7細胞によるDL-DNAの細胞取り込みの結果との間には、正の相関が認められたため、デンドリマー型DNAの免疫細胞の活性化には細胞取り込みの増大が関与すると推察した。さらに、デンドリマー型DNAを構成するpolypodnaは、正多面体構造を有するDNAおよび多方晶構造を有するDNAと比較して、熱に対する安定性に優れており、RAW264.7細胞やヒト末梢血単核球(PBMC)から効率的にサイトカイン産生を誘導することも明らかにした。初年度に計画していた、デンドリマー型DNAの細胞との相互作用、免疫刺激性デンドリマー型DNAの構築と最適化に関する評価は、おおよそ完了した。本研究では、核酸医薬を含む機能性核酸の疾患治療効果の飛躍的な向上を目的に、新規デンドリマー型核酸ナノDDSを創出する。これまでに、デンドリマー型DNA(DL-DNA)を構成する多足型構造を形成するDNA(polypodna)は、マクロファージ様細胞株RAW264.7や樹状細胞株DC2.4に効率的に取り込まれるのに対し、繊維芽細胞株NIH3T3、大動脈内皮細胞株MAEC、卵黄嚢由来内皮細胞株C166には僅かにしか取り込まれないことを見出した。この結果から、polypodnaやDL-DNA構造は、貪食能を有する免疫細胞に効率的に取り込まれたと推察した。また、CpGモチーフを含むpolypodnaは、一本鎖、二本鎖CpG DNAに比べて多量のサイトカイン産生を誘導した。さらに、RAW264.7細胞による取り込み後のサイトカイン産生を評価したところ、polypodnaは、二本鎖CpG DNAに比べて高い免疫活性化能を示した。また、蛍光共鳴エネルギー移動(Fluorescence resonance energy transfer:FRET)を用いた検討から、polypodna構造が、RAW264.7細胞に取り込まれた後に、二本鎖DNAに比べて効率的に一本鎖DNAに乖離することをも見出した。

これらの結果から、免疫活性型polypodnaは、免疫細胞に効率的に取り込まれた後、一本鎖DNAに乖離することで免疫活性したと推察した。以上、本研究ではpolypodna構造を基盤としたDL-DNAを酵素反応を用いることなく構築する方法論を開発し、本研究で創出した免疫活性型polypodnaおよびDL-DNAが有用な核酸ナノDDSであることを明らかにした。本研究では、免疫刺激性CpG DNAの疾患治療効果の向上を目的に、多足型構造を形成する核酸(polypodna)を基盤としたデンドリマー型核酸ナノDDSの創出を目指した。その結果、polypodna末端に接着性の突出末端を付与することで、酵素反応を用いずにデンドリマー型DNA(DL-DNA)を作製すること成功した。さらに、DL-DNAは免疫細胞に効率的に取り込まれ、CpG DNAによるサイトカイン産生を飛躍的に増大した。以上、本手法で開発したDL-DNAが有用な核酸ナノDDSに成る可能性を見出した。初年度に計画していた、酵素反応を必要としないデンドリマー型DNAの設計と最適化、デンドリマー型DNAの細胞との相互作用に関する評価は、おおよそ完了した。平成28年度は、デンドリマー型DNAの免疫アジュバントとしての生体応用を進めるとともに、抗原デリバリーシステムとしての有用性を当初の予定通り評価し、癌免疫療法に有効なpolypodna構造を基盤としたデンドリマー型核酸ナノDDSの開発を進める。薬学平成27年度以降には、デンドリマー型DNAの生体応用を進めるとともに、免疫アジュバントとしての有用性を当初の予定通り評価する。CpG DNAをはじめとする種々の核酸医薬を組み込んだシステムを構築するとともに、各種評価系を用いることでその有用性を検証する。次年度使用額が、物品の購入に利用不可能な程度に少額であったため。次年度使用額は極めて少額であるため、主な使用計画の設定は行わない。そのため、研究計画は変更しない。
bcl-2を標的とした薬剤の放射線増感効果

我々は腫瘍細胞のapoptosis抑制蛋白bcl-2の機能を抑制することによって、放射線による抗腫瘍効果を増強できると考え、作用機序の異なる二つの薬剤(Tetrocarcin-A (TC-A)およびbcl-2アンチセンス)の放射線増感効果を調べることを本研究の主目的とした。昨年度の研究ではTC-Aはbcl-2を高発現させたHeLa/bcl-2細胞に放射線増感効果があった。今年度はこれがapoptosis増加に基づく現象であるかをflow cytom etory法によって調べた。HeLa/bcl-2細胞は野生型HeLa細胞に比べ放射線抵抗性を示すが、この現象と一致して、放射線によるapoptosis誘導もHeLa/bcl-2細胞ではHeLa細胞と比較して低かった。しかし、放射線照射単独とこれにTC-Aを併用した場合、誘導される。apoptosisには明らかな差が認められず、TC-Aによる放射線増感効果はapotosis増強以外のメカニズムを介している可能性があると考えられた。またTC-Aと同様にbcl-2アンチセンスによるHeLa/bcl-2細胞の放射線増感効果について調べた。bcl-2アンチセンス単独処理に対し、HeLa/bcl-2細胞はHeLa細胞よりもやや抵抗性を示した。HeLa/bcl-2細胞では、bcl-2アンチセンスの濃度依存性に放射線増感効果が認められたが、HeLa細胞においては高濃度でも増感効果は認められなかった。以上より放射線照射とTC-Aおよびbcl-2アンチセンスの併用はbcl-2高発現によって抵抗性となった腫瘍細胞の放射線感受性を増感する方法となりうる可能性が示唆された。我々は腫瘍細胞のbcl-2の機能を抑制することによって、放射線が誘導するアポトーシスを増強し、抗腫瘍効果を増強できると考え、作用機序の異なる二つの薬剤(Tetrocarcin Aおよびbcl-2アンチセンス)について、その放射線増感効果を調べることを本研究の主目的としている。まずミトコンドリアにおけるbcl-2のアポトーシス抑制機能を阻害する薬剤TC-Aについてその放射線増感作用をbcl-2を高発現させた子宮頚癌細胞Hela-bcl-2細胞とコントロール株であるHela細胞において比較した。TC-Aに対する薬剤感受性は両者でほとんど変わらなかったが、放射線感受性においては、Hela-bcl-2細胞のほうが明らかに放射線抵抗性を示した。さらに、TC-Aによる放射線増感効果はHela-bcl-2細胞にのみ認められた。このことから放射線とTC-Aの併用はbcl-2高発現によって抵抗性となった腫瘍に対する効果的治療となりうる可能性が示唆された。同様に変異型p53ベクターを導入した脳腫瘍A172mp53と野生型p53をもつコントロール株A172neoを比較した。A172mp53はA172neoと比較して放射線抵抗性を示したが、両細胞においてTC-Aによる放射線増感効果は認められなかった。Westernblot法で調べたところ、両細胞のbcl-2発現量はHela紬胞と同程度であった。これらの細胞では放射線感受性の違いに関与するのは主にp53遺伝子型であり、その下流にあるbcl-2は関与せず、bcl-2を標的とする薬剤の併用には適していないと考えられた。
Bcr-AblキナーゼによるmRNA半減期制御メカニズムの解明

CMLでは病的芽球はほぼ正常に好中球まで成熟・分化するし、その細胞周期も特に早いわけではない。従ってCML慢性期の病態は、アポトーシス異常により説明される可能性がある。すなわち正常の造血前駆細胞ではサイトカイン欠乏時にBcl-2ファミリーに属するBH3細胞死誘導因子であるBimの発現が誘導され、細胞死に陥るが、Bcr-AblはBimの発現を抑制することにより、アポトーシスを抑制することがさまざまな実験システムで立証されてきた。サイトカインやBcr-AblによるBimの発現抑制はmRNAレベルによるものが重要であるので、転写調節によると当初考えられたが、意外にもそうではなく、mRNA半減期制御によるものであることが明らかとなった。その分子機序はヒートショック関連タンパク質であるHeat shock cognate protein 70(Hsc70)がBimやp27など特定のmRNAの3'非翻訳領域(UTR)に結合し、その安定化因子として機能することが中心にある。サイトカインやBcr-AblはRas経路の活性化を通じて、コシャペロンと呼ばれるシャペロンの機能を制御する一連のタンパク質のうち、Bag-4とCHIPを活性化する一方、HIPとHsp40を抑制する。この結果、Hsc70はmRNA結合能が低いATP結合型に移行し、mRNA結合能が抑制されるという、大変ユニークなメカニズムが解明された。Hsc70のmRNAに対する結合能は5'capやpoly(A)鎖を必要としなかったが、安定性の向上には特にcapが不可欠であった。このことからHsc70が3'UTRと結合する一方、capに結合するタンパク質群(eIF4G/4Eなど)にも結合し、3'UTRに書き込まれた遺伝情報をmRNA安定性や翻訳効率を制御するシステムへと伝える働きをしていると考えられた。
ジアゾカルボニル化合物を鍵モノマーとする多成分縮合重合系の開発

これまでに数多くの重合法が開発され、多様な構造・性質を有するポリマーが合成可能になっているが、今なお既存の手法では合成できない骨格のポリマーや発現できない性質が存在する。本研究では、多様な反応性を有することから有機合成において広く用いられているジアゾカルボニル化合物に注目し、それを鍵モノマーとする新たな多成分縮合重合系の開発を目指す。また、得られる新規なマルチコンポーネントポリマーの物性評価を行い、ポリマー構造と物性の関係について詳細に調査することを目的としている。
微分不変式とその応用に関する研究

種々の無限次元群の応用として、いちじるしく大きな成果が得られた土屋昭博氏の共形場の理論である。不変式固有の部分でも、非可換不変式論の分野で進歩があった。また古典群の表現と非可換不変式とに関しても進歩があった。またいわゆるq=アナロ-グの数学のとも関係し、その分野でもいくつかの成果が得られた。研究代表者による、q-アナロ-グに関連した研究により、次の1と2が得られた。1.通常のワイル代数を拡張して、q-ワイル代数wq(Q(q)という非可換なassociative algebraを考察する。q-ワイル代数の(非可換)な商体である、fractional q-ワイル代数、及びそれの特別な場合にあたるξn-fractionalワイル代数と呼ばれる、非可換代数の環自己同型群の構造、及びそれに関連した、微分方程式(=q-微分方程式)の解にいついての研究を行った。とくに、q-微分方程式の特解として、テ-タ-函数による表示をもつものを構成することができた。なお、fractional ξn-ワイル代数の自己同型群を決定することは困難な問題であるが、それに関して考察を行った。2.2項係数は古典的な数学の種々の分野にあらわれるものであるが、2項係数を非可換の場合に一般化して、ある種の可換条件の下での非可換変数多項式の2項展開を研究した。この研究のために、組合せ理論における、ラティス、パスの方法が用いられた。とくに、ラティス、パス全体と非可換単項式全体の間の1対1の対応を確立した。
量子揺らぎの最適制御による確率的情報処理と情報統計力学

無限レンジ・スピングラス模型で記述されるクラスの誤り訂正符号に対し,横磁場項を導入した量子版ベイズ最適復号解に関する統計的性能を調べ,1段階レプリカ非対称解についての相図からシャノン限界と相転移点の関係についての普遍性を明らかにした.さらに,その限界近くを達成する修正TAPアルゴリズムを構成した.また,量子横磁場イジング模型が量子モンテカルロ法に基づく確率過程で状態更新する系に対し,マスター方程式から秩序変数が従う微分方程式の導出法を提案し,無限レンジ強磁性イジング模型,ランダム磁場イジング模型に対し,静的近似も含めた妥当性を明らかにした.さらに,領域内外の研究者との共同研究により,縮退量子アニーリング系のスピン波解析,量子反強磁性体の相転移,ハーフトーン処理などへの展開が達成された.古典的な熱揺らぎを用いて様々な問題に対して成功を収めてきた確率的情報処理を,量子力学的な揺らぎを用いた枠組みで再構成することで情報統計力学の深化を図る.確率的情報処理で扱われていた誤り訂正符号,画像処理,CDMAマルチューザ復調器等に対し,適切な量子確率モデルで問題を表現することにより量子揺らぎに基づく確率推論法を定式化し,その性能を情報統計力学により解析評価する.さらに,これらの問題に留まらず,量子揺らぎの制御が問題解決に対して有効に機能するような新しい問題(対象)の開拓,それを解析評価するための情報統計力学(方法論)の整備も視野に入れ,量子ランダムスピン系への技術的フィードバックを行うことを目的とする.無限レンジ・スピングラス模型で記述されるクラスの誤り訂正符号に対し,横磁場項を導入した量子版ベイズ最適復号解に関する統計的性能を調べ,1段階レプリカ非対称解についての相図からシャノン限界と相転移点の関係についての普遍性を明らかにした.さらに,その限界近くを達成する修正TAPアルゴリズムを構成した.また,量子横磁場イジング模型が量子モンテカルロ法に基づく確率過程で状態更新する系に対し,マスター方程式から秩序変数が従う微分方程式の導出法を提案し,無限レンジ強磁性イジング模型,ランダム磁場イジング模型に対し,静的近似も含めた妥当性を明らかにした.さらに,領域内外の研究者との共同研究により,縮退量子アニーリング系のスピン波解析,量子反強磁性体の相転移,ハーフトーン処理などへの展開が達成された.今年度は本特定領域初年度であり,まず,研究代表者・分担者が定期的に議論の場を設け,今後4年間で取り組むべき具体的課題をピックアップし,また,その際の問題点を洗い出した.それら課題の中で,今年度は量子揺らぎを用いた情報処理の中でも,量子揺らぎを用いた組み合わせ最適解探索法である量子アニーリングにおいて,断熱発展の際に問題となる,基底状態と第1励起状態との間のエネルギーギャップを,1次元XY模型,2次元XXZ模型,平均場模型に対して計算し,その結果について議論した.その成果の一部は「量子揺らぎを用いた情報処理における確率モデルとその基底状態および低励起状態についての考察」,井上純一,雑賀洋平科研費特定領域研究「情報統計力学の深化と展開」平成18年度研究成果発表会,2006年12月18日-20日,大手町サンケイプラザにて発表された.また,本特定領域の発足前年度から継続して行われていた,量子揺らぎを用いたソーラス符号の構成法とその性能評価に関しても成果が出揃い始めたので,今年度得られたエネルギーギャップの成果とあわせて投稿論文としてまとめる予定である.また,本研究課題では量子揺らぎを用いた情報処理についての知見を深める(Deepening)とともに,新たな情報処理の諸問題を開拓していく(Expanding)こともその目的とする.新しい問題の開拓として,印刷技術において用いられるデジタル・ハーフトーン処理,及び,逆デジタル・ハーフトーン処理を情報統計力学の方法を用いて定式化した.さらに,近年,統計力学を用いた目覚しい解析結果が出始めているCDMAマルチユーザ復調器に関し,そのMAP解の個数をスピングラスに対して開発されたTanaka-Edwardsの方法で計数することを試みた.これらの結果はいずれも国際学会等で発表され,次年度以降改良・修正を経て,学術論論文誌に投稿予定である.多体相互作用を持つ無限レンジ・スピングラス模型で記述されるソーラス符号と呼ばれるクラスの誤り訂正符号に対し,横磁場項を導入した量子版のベイズ最適解に関する統計的性質を調べるための第1歩として,、昨年度までに得られた1段階レプリカ非対称解についての相図に対し,ゼロ誤り限界(シャノン限界)と強磁性-スピングラス相転移点の関係についての普遍性を明らかにするため,その限界を達成するための具体的復号アルゴリズムを2体相互作用の場合に対する修正平均場方程式に基づき構成し,そのアルゴリズムの収束限界を調べた.この結果は本年(2008年)7月にギリシャ・クレタ島で開催される国際会議SigmaPhi2008で発表される.また,本研究課題では量子揺らぎを用いた情報処理についての知見を深める(Deepening)とともに,新たな情報処理の諸問題を開拓していく(Expanding)こともその目的とする.昨年来取り組んできた印刷技術において用いられるデジタル・ハーフトーン処理,及び,逆デジタル・ハーフトーン処理の情報統計力学の方法を用いて定式化,CDMAマルチユーザ復調器のMAP解の個数をスピングラスに対して開発されたTanaka-Edwardsの方法で計数,インターネット・トレーディングシステムにおける第1通過時間の解析,不規則性を持つ壺

模型における占有分布の冪則とボース凝縮の関係についての数理解析が研究成果として完成し,次ページに示すような雑誌投稿論文/国際会議発表に結びついた.多体相互作用を持つ無限レンジ・スピングラス模型で記述されるソーラス符号と呼ばれるクラスの誤り訂正符号に対し,横磁場項を導入した量子版のベイズ最適解に関する統計的性質を調べるための第1歩として,昨年度までに得られた1段階レプリカ非対称解についての相図に対し,ゼロ誤り限界(シャノン限界)と強磁性-スピングラス相転移点の関係についての普遍性を明らかにするため,その限界を達成するための具体的復号アルゴリズムを修正TAP平均場方程式に基づき構成し,そのアルゴリズムの収束限界/収束速度を調べた(Inoue, Saika and Okada).また,無限レンジ・反強磁性横磁揚イジング模型の相転移に関し,解析的および計算機実験により有限温度,有限横磁場では相転移が生じないことをつきとめた(Chandra, Inoue and Chakrabarti).これらの結果はそれぞれ2008年9月に開催されたInternational Workshop on Statistical-Mechanical Informatics(IW-SMI2008)で発表された.また,縮退した系において量子アニーリングを適用すると,古典的なアニーリングで得られるような各縮退状態が等確率で得られることがなく,偏りが生じることがいくつかの先行研究により指摘されていた.そこで,我々はJ1-J2模型と呼ばれる基底状態に縮退を持つような量子スピン系の基底状態近傍のエネルギースペクトルをスピン波理論により調べ,この量子アニーリング特有の縮退状態の実現確率の偏りが,このスペクトルの情報から部分的に説明できることを示した(Saika and Inoue).この結果は2009年3月の米国物理学会March Meetingで発表された.今年度に得られた最も特筆すべき成果は,量子揺らぎを用いた確率的情報処理の処理過程(動的側面)を調べるため不可欠な量子スピン系(量子横磁場イジング模型)のダイナミックスの解析に対し,量子モンテカルロ法に基づく確率過程で状態更新する系のミクロなマスター方程式から秩序変数などのマクロ量の従う方程式を導出する方法を提案し,無限レンジ強磁性イジング模型,画像復元などに用いられるランダム磁場イジング模型に対してその妥当性を調べた.この方法はスピングラスなどのランダムネスがスピン間結合に現れる数理モデルにも応用できる広汎な拡張性を持っている.上記以外にも1)少数系および熱力学的極限における量子アニーリングの性能評価2)ランダムネスを含む無限レンジ量子横磁場反強磁性体模型の相転移の解析3)金融データの変動時間間隔の待ち行列理論に基づく解析とその実データとの整合性検証4)動画像処理における移動速度場と確率モデルの同時ベイズ推定方法の提案5)遺伝的アルゴリズムにより生成される遺伝子配列からのギブス分布の学習6)BOIDSによる群れシミュレーションにおける異方性の創発現象の検証7)ゲーム理論に基づくダブルオークション市場の確率モデルに関する研究成果が得られた.1)2)は「深化」軸に関するものであり,3)-7)は「展開」軸についての成果である.4)-7)は指導する大学院生との共同研究であり,特に6)は計測自動制御学会システム・情報部門学術講演会2009(SSI2009)で奨励賞を受賞した(受賞した学生は当時学部4年生)
水不溶性グルカン分解酵素の遺伝子クローニングとその解析

昨年度の本研究の結果から、Prevotella oralisのムタナーゼの活性を試験管内で検出することが困難であることが判明している。また、P.oralisによる寒天培地中でのムタン分解はムタナーゼ単独によるものではなく、デキストラナーゼなど他のグルカナーゼとの共同作用による可能性も考えられる。そこで本年度は、P.oralisのデキストラナーゼの遺伝子クローニングを行うことを目的とした。デキストラナーゼについてはStreptococcus属で解析が進んでおり、同じ機能を持つ酵素であれば異なる種でも類似した構造を持つ可能性が考えられることから、本研究ではまずStreptococcus mutansのデキストラナーゼの解析を進めることとした。Streptococcus属のデキストラナーゼは菌種間でよく保存された保存領域とその両端の可変領域からなることが明らかとなっている。これまでのS.mutansのデキストラナーゼの解析結果から保存領域内に活性中心が存在することがわかっている。しかし、その活性中心を変異させた部位特異的変異体は基質に対する結合能を保持しており、活性中心以外に基質結合に関与する領域が存在すると考えられた。そこで、S.mutansのデキストラナーゼのN末端およびC末端欠失変異体を作成し、デキストラナーゼ活性とデキストラン結合能を解析した。その結果、保存領域のC末端側およそ120アミノ酸がデキストラン結合に必須であることが明らかとなった。これらの結果をもとに保存領域中で特に相同性の高いアミノ酸配列を選出しdegenerate primerを作成してdegenerate PCR法によるP.oralisデキストラナーゼの遺伝子クローニングを試みた。しかし現在までのところ目的とする遺伝子断片は得られておらず、条件検討が必要と考えられる。本年度は、Prevotella oralisのムタナーゼ解析を目的に研究を行った。まず、ムタナーゼの基質であるムタンを合成するためにStreptococcus sobrinusの培養上清からGlucosyltransferase(GTF)の部分精製を行った。ムタンは得られたGTFとショ糖を反応させて調製し、ムタナーゼ活性測定の基質とした。ムタンを含む寒天平板上で発育したP.oralisはコロニー周囲にムタン分解に伴うハローを形成することから、この菌のムタナーゼは菌体外に分泌されていると考えられた。そこで、P.oralisを液体培養し、その培養上清からムタナーゼの精製を試みた。しかし、培養上清の硫安画分にはムタナーゼ活性は検出されなかった。次にP.oralisの菌体を超音波破砕し、得られた粗抽出液中の活性を測定したが、この画分にもまたムタナーゼ活性は検出されず、試験管内でムタナーゼ活性を確認することはできなかった。これらの結果からムタナーゼ産生に適したP.oralisの培養条件と活性測定の条件を検討する必要があると考えられた。加えて、P.oralisによる寒天培地中でのムタン分解はムタナーゼ単独によるものではなく、デキストラナーゼなど他のグルカナーゼとの共同作用による可能性も考えられる。そのため、今後はP.oralisのデキストラナーゼの解析も並行して進め、P.oralisによるムタン分解機構を明らかにしていく予定である。
毒素原性大腸菌変異株によるLTのAサブユニットの構造と機能の解析

全世界で今なお毎年500万人の乳幼児が下痢で死亡している。コレラ菌,毒素原性大腸菌はその主要原因菌である。そこで下痢毒素(CT,LT)の下痢発症機構の解析、ワクチン開発に寄与する目的で本研究を企画した。その結果、以下の様な実験結果を得る事が出来た。1)疫学的にニワトリの毒素原性大腸菌を世界で初めて分離し、産生されているLTに多様性のあることを明らかにした。2)人及び豚の毒素原性大腸菌の産生するLTにも多様性のあることを明らかにした。3)LTの構造と機能に関して、Aサブユニット(A)のアデニレ-トサィクラ-ゼの活性化に関与する部位を変異株を用いて明らかにした。すなわちN末端より112番目のグルタミン酸がリジンに変化することにより、LTの生物活性は0.006%以下に低下していた。この変異LT毒素はLTの腸管免疫上どのエピト-プが下痢毒性の予防に効果があるか解析可能にするものであり、将来LT及びCTのトキソイドワクチンの開発に寄与すると思われる。またBサブユニットに関しては、オリゴマ-形成に関与する部位を変異株を用いて明らかにした。すなわちN末端より64番目のアラニンがバリンに変化することによりBサブユニットのオリゴマ-形成能が低下していた。この変異BサブユニットのLTはより優れた抗原物質及びワクチン物質のキャリヤ-の作製を可能にするものと考えられる。4)LTの活性発現においては、CT、LTの持つアジュバント作用に両毒素の持つADPーリボシ-ルートランフフェラ-ゼの活性が関与することを明らかにした。全世界で今尚毎年下痢症によって500万人の人々が死亡している。毒素原性大腸菌およびコレラ菌はその中心的原因菌である。両菌による下痢症の原因物質として易熱性エンテロトキシン(LT)、コレラ毒素(CT)があげられ、下痢がどのようにして発症するかその機構の解明が急がれている。両毒素はA、Bサブユニット(A、B)より構成されAは毒素本来の活性を示し、Bは毒素を標的細胞に結合させる役割をしている。AはA_1、A_2フラグメント(A_1、A_2)に区けられ、A_1が細胞膜中のアデニレ-トサイクラ-ゼを活性化し、細胞内cAMPを上昇させる。そこで我々はA_1のどの部位がアデニレ-トサイクラ-ゼの活性化に関与するかを明らかにする目的で本研究を企画した。まず両毒素の毒素活性中心であるA_1の突然変異株の分離を試みた。その結果、毒素活性(ウサギ腸官結〓試験、ウサギ毛細血管方進試験等)が正常のLTに比べ1/10000以下に低下した変異LT産生株の分離に成功した。この変異LTはA、Bより構成され、Bの生物活性(1.GM_1qangliesideとの結合能、2.Aとの結合能、3.BのColigenoid形成能)に変化はなかった。またハイブリッドトキシンの結果からAに異常があることが明らかにされた。さらにこの変異LTのAのトリプシンに対し正常のAと全く同じ部位にニックが入り、ニックLTも生物活性は認められなかった。しかもアミノ酸組成の解析から変異LTのA_2、及びBは正常の各々と全く同じ組成を示した。以上のことから変異LTはA_1の異常により生物活性が欠除していることが明らかになり、現在クロ-ニングDNAの塩基配列の決定を行っている。全世界で今尚毎年500万人の乳幼児が下痢で死亡している。そこで下痢毒素(CT,LT)の下痢発症機構の解析,ワクチン開発に寄与する目的で本研究を企画した。その結果以下の様な実験結果を得る事が出来た。

1)疫学的にニワトリの毒素原性大腸菌を世界で初めて分離し,産生されているLTに多様性のあることを明らかにした。2)人及び豚の毒素原性大腸菌の産生するLTにも多様性のあることを明らかにした。3)LTの構造と機能に関して,Aサブユニット(A)のアデニレ-トサィクラ-ゼの活性化に関与する部位を変異株を用いて明らかにした。すなわちN未端より112番目のグルタシン酸がリジンに変化することにより,LTの生物活性は0.006%以下に低下していた。この変異LT毒素はLTの腸管免疫上でのエピト-プが下痢毒性の予防に効果があるか解析可能にするものであり,将来LT及びCTのトキソイドワクチンの開発に寄与すると思われる。またBサブユニットに関しては,オリゴマ-形成に関与する部位を変異株を用いて明らかにした。すなわちN未端より64番目のアラニンがバリンに変化することによりBサブユニットのオリゴマ-形成能が低下していた。この変異BサブユニットのLTはより優れた抗原物質及びワクチン物質のキャリヤ-の作製を可能にするものと考えられる。4)LTの活性発現においては,CT,LTの持つアジュバント作用に両毒素の持つADPーリボシ-ルートランフフェラ-ゼの活性が関与することを明らかにした。
非侵襲マルチモダリティ・ニューロイメージングを用いた統合失調症の異種性の解明

3次元MRI・近赤外線スペクトロスコピー(near-infrared spectroscopy ; NIRS)・脳波計測を組み合わせた非侵襲マルチモダリティ脳計測技術を用いて、統合失調症における生物学的異種性マーカーの検索を目的とした。3次元MRIにおいては、統合失調症患者において、顔認知に重要な紡錘状回体積が、人格特性のうち外向性の程度と相関することを示し、統合失調症患者群における個人差の存在を示唆した。事象関連電位計測においては、統合失調症における上側頭回の聴覚情報処理過程を反映するmismatch negativityの異常の程度が、言語性記憶の異常、社会生活機能、リハビリテーションプログラムによる社会生活技能の改善とそれぞれ相関することを示した。また、統合失調症における能動的情報処理過程を反映する事象関連電位成分P300の異常が統合失調症の中核症状である思考障害レベルと相関することを示した。これらのことから、mismatch negativityやP300が統合失調症の認知機能・社会機能上の異種性を反映するバイオロジカルマーカーとなる可能性を示唆した。NIRSを用いた検討では、統合失調症における語流暢性課題施行時の前頭部酸素化ヘモグロビン変化量が社会機能レベルと有意な相関を示すことを見出すとともに、Murrayによる異種性分類であるadult-onset/congenital schizophrenia分類によって語流暢性課題施行時の前頭部酸素化ヘモグロビン変化量が明瞭に異なることを見出した。このことは、NIRSが統合失調症の生物学的異種性を反映するバイオロジカルマーカーとなる可能性を示唆している。3次元Magnetic resonance imaging (MRI)を用いた脳体積計測研究では、統合失調症における中側頭回、下側頭回、紡錘状回、透明中隔腔の異常をそれぞれ見出した(Schizophr Res,2004; Am J Psychiatry,2004;2005)。また、統合失調症における前頭部・側頭部の脳構造異常のうち、どの部位が最も異常が強いかを、27名の統合失調症患者と27名の健常対照者で比較検討したところ、両側前部帯状回および両側上側頭回が同定された(Psychiatry Res Neuroimaging, 2004)。そこで上側頭回の機能の検討を脳磁図を用いて進めたところ、統合失調症における音素処理の異常が明らかにされ、その背景に上側頭回構造の異常がかかわることを脳磁図とMRIの組み合わせ研究により明らかにした(Neuroimage, 2004)。事象関連電位を用いた研究では、統合失調症の社会生活障害にもっともかかわりの深い事象関連電位成分N2bを同定した(Neurosci Res, 2005)。近赤外線スペクトロスコピー(near-infrared spectroscopy ; NIRS)を用いた検討では、Murrayによる異種性分類であるadult-onset/congenital schizophrenia分類によって語流暢性課題施行時の前頭部酸素化ヘモグロビン変化量が明瞭に異なることを見出し、統合失調症の生物学的異種性指標となる可能性があるとの予備的結果を得た。
細胞内レドックスシグナルによる上皮-間充織細胞転換(EMT)制御機構

1 TGFβ刺激によるROSの産生源:炎症時には、食細胞から様々なサイトカインおよび低分子生理活性物質が分泌され、組織細胞の増殖・分化形質およびEMTが制御される。炎症において細胞増殖制御の中心的役割を担うサイトカインTGFβと活性酸素に注目し、これらの作用による細胞の増殖制御に関わる新たなシグナル系を解析した。低分子のROS産生系阻害剤を用いた検討から、TGF-βによる一部の遺伝子発現がミトコンドリア由来のROSにより制御されていることが示唆された。この点は、ミトコンドリア枯渇細胞を用いて解析から確認された。また、TGF-β刺激によりミトコンドリアからのROSを介してNADPHoxidaseのNox4が誘導されることが見出された。この意義について、Nox4に対するsiRNAを用いてこれをknock downし、検討した結果、MMP10の発現が抑制された。以上の結果より、TGF-βはミトコンドリア由来のROSをシグナル伝達因子として、新たにROS産生系のNox4の発現を誘導し、その結果、細胞の悪性化形質誘導に寄与することが示唆された。2ミトコンドリア依存的ROSによる遺伝子発現:TGFβによって上皮-間充織転換(EMT)を起こすマウス乳腺上皮細胞NMuMGにおいて、TGFβ刺激によるROSの産生経路に依存しているTGFβシグナル・細胞応答の全体像を把握するため、DNAマイクロアレイ解析を試み、TGFβにより発現が変化する遺伝子のうち、ミトコンドリアにその変化が依存するものを同定した。その結果、TGFβで2倍以上発現が上昇する遺伝子が671種、そのうちミトコンドリア依存的なものが104種類同定できた。また、TGFβで発現が減少するものが807種、そのうちミトコンドリア依存的なものは124種であった。発現上昇する遺伝子として、転写因子CHOP、ATF3、E2F7、Zhx1、p107、また、ストレス応答因子TRB3、Gadd45a、Gsta1 (glutathione S-transferase α1)、COX-2が同定された。そこで更にMitochondriaのEMTへの関与を確実なものとする為に、Mitochondriaを減少させたpseudoρ^oNMuMG細胞を構築した。まず、電子伝達系の阻害及びMitochondriaの減少により細胞がTGF-β応答性を失っていない事を確認する為に、receptorのkinase活性を指標に検討した。その結果、RotenoneはEMT現象のほとんどを阻害したが、receptorのkinase活性には影響を与えずEMTを抑制している事が明らかとなった。また、Mitochondriaを減少させても同様であった。そこで、このpseudoρ^oNMuMG細胞を用いて、TGF-βによる形態変化及び間葉系マーカーの遺伝子発現について検討した。その結果、形態変化は部分的に抑制され、一部の間葉系マーカー(MMP9、Fibronectin)に関しては顕著な発現誘導の抑制が観察された。この事はMitochondriaが一部EMTシグナルを媒介している事を示している。Pseudoρ^oNMuMG細胞において一部遺伝子の発現誘導の顕著な抑制が観察された事から、Mitochondriaが媒介するシグナルは何らかの特異的転写因子の活性化へと繋がる事が予想された。そこでこれまでに知られているTGF-βに応答性reporterによる検討を加えた。

その結果、Mitochondriaを媒介するシグナルはAP1の活性化へと繋がる可能性が示唆された。今後は、AP1の関与を含めたミトコンドリア機能を介したTGF-βシグナルの詳細な検討と共に、TGF-βにより誘導性EMTを媒介する未知の新規遺伝子の同定を試みる予定である。我々は、TGFβによって上皮-間充織転換(EMT)を起こすマウス乳腺上皮細胞NMuMGを用い、TGFβ刺激によるROSの産生源について、ミトコンドリアである可能性を見出した。本研究では、この経路に依存しているTGFβシグナル・細胞応答の全体像を把握するため、DNAマイクロアレイ解析を試み、TGFβにより発現が変化する遺伝子のうち、ミトコンドリアにその変化が依存するものを同定した。また、ミトコンドリアの関与を分子レベルで明らかとすることを目的とし、TGFβ処理下、ミトコンドリアプロテオーム解析を試みた。DNAアレイ解析マウス乳腺上皮細胞(NMuMG)を用い、ミトコンドリアを枯渇させた状態にした細胞(ρ0細胞)をTGFβ処理(24hr)し、RNAを抽出した。その後、DNAアレイにより、未処理細胞から抽出したRNAと比較、検討を行った。DNAアレイ上遺伝子数36,227種のうち、解析対象遺伝子数18,953であり、TGFβで2倍以上発現が上昇する遺伝子が671種、そのうちミトコンドリア依存的なものが104種類同定できた。また、TGFβで発現が減少するものが807種、そのうちミトコンドリア依存的なものは124種であった。これらから機能未知の遺伝子を除き、3倍以上TGFβで誘導された136種に注目したところ、ミトコンドリア依存的な34種のうち、細胞接着関連が13種見出された。ミトコンドリアプロテオーム解析TGFβ処理(24hr)、未処理のNMuMG細胞からミトコンドリア画分を分離し、蛋白質を2次元電気泳動により展開し、TGFβ処理により変化する蛋白質スポットを同定、ゲル内消化後、LC-MS/MS分析により蛋白質を同定した。その結果、TGFβにより変化するスポットを現在までに6つ見出し、ペプチドをLC-MS/MSにより解析したところ、4つのスポットについて、蛋白質を同定した。現在、これら蛋白質の当該シグナル伝達への関与を検討中である。NMuMG細胞をTGF-βで刺激すると、細胞内のROS産生とともに、産生系の一つ、NADPHoxidaseの触媒サブユニットであるNox4の発現誘導がみられた。Nox4の発現はmRNAレベルでは処理後約6時間で有意に上昇し、蛋白質レベルでも発現の誘導が確認できた。さらに蛋白質合成阻害剤存在下でも発現の誘導が見られたことから、TGF-β刺激によるNox4の発現は間接的な蛋白質合成を必要とせず、直接TGF-βシグナルにより誘導されることが示唆された。以前、当研究室では、低分子のROS産生系阻害剤を用いた検討から、TGF-βによる一部の遺伝子発現がミトコンドリア由来のROSにより制御されている可能性を見出している。そこで、このNox4の誘導が同じ経路によるものか、細胞内に存在するROS消去系酵素を細胞内に過剰発現させ、発現への影響を検討した。