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ベイズ神経回路網の学習と隠れマルコフ鎖推定への応用の研究

この研究はベイズ判別関数を学習し得るベイズ神経回路網を構成し、それを隠れマルコフ鎖の推定に応用しようとするものである。研究期間内の成果は三点に要約される。1.ベイズ判別関数を学習し得るベイズ神経回路網として、従来、提案されていた三層神経回路網は実際に学習させてみると、多くの場合、局所極小に落ち込み、実用化は困難と思われた。一般に、神経回路網は素子の数が少ないほど学習は順調に進むと考えられている。われわれの初期の研究は素子の削減により学習の困難を解決しようとするものであった。従来の回路網の隠れ層素子の数を減少してもベイズ判別関数近似の能力は損なわれない事を発見していたが、この研究期間内に、その数が必要最小である事を証明した。2.確率分布が簡単な場合、この神経回路網を用いて、(1)隠れマルコフ鎖の推定に成功した。(2)さらに、パラメータ素子を付加して、その調節により隠れマルコフ鎖の状態変化に対応できることをしめした。3.しかし、一般の場合の学習は困難であった。結局、この回路網の2値教師信号による学習能力に限界があることが判明した。それゆえ、隠れ層素子の自由度をある程度制限した新しい型の神経回路網を試みた。この回路網は必然的に素子の増加を伴うにもかかわらず、学習能力がより高いことがシミュレーションにより確認された。その理論は論文にまとめ、印刷中であり、シミュレーションの結果は内外の学会で発表しつつある。以上、確率分布が簡単な場合は隠れマルコフ鎖の推定に成功し、一般化についてもある程度の目途が得られた。ベイズ神経回路網はデータの事後確率を近似する能力を持つ。隠れマルコフ鎖においては、状態の連鎖はマルコフ鎖であるが、観察されるのは状態によって決定される事後確率にしたがって発生するデータの連鎖のみである。観察されるデータ鎖をもとに、隠れている状態変化のマルコフ鎖を推定する事は応用上重要である。われわれの研究はこの推定にベイズ神経回路網を利用しようとするものである。本年度、出版された研究成果は、その基礎となるベイズ神経回路網の研究結果(Neurocomputing)、その際に必要な多項式に関する研究(Math.Scentist)、および、状態変化に対応し得るベイズ神経回路網に関する研究結果である(ICANN2005)。最初の論文はベイズ神経回路網が比較的少数の素子を持った神経回路網によって実現されることを証明したものである。隠れマルコフ鎖は状態変化の連鎖なので、最後の論文は今後の研究にとって特に重要である。異なる各状態に対して、ベイズ神経回路網をそれぞれ個別に用意する必要はなく、一つの神経回路網で異なる状態のベイズ判別関数を近似し得る事、およびそれが回路網の学習により達成される事を証明した。状態を推定するには判別関数が使われる。それを神経回路網によって近似する事は、この研究にとって本質的であるが、本年度のこれまでの研究の一つとして、マハラノビス判別関数の神経回路網による近似の研究を行った。神経回路網が学習によってこの判別関数を近似し得る事を証明したので、その結果をまとめて国際学会ICANN06に投稿した。受理されれば、従来のわれわれの研究と同様にSpringerのレクチャーノートLNCSに収録される。もう一つの研究は、多項式が全空間において有限個の活性化関数の和によって近似される事を証明したものである。神経回路網の関数近似能力に関して重要な研究結果と考える。研究は終了し、論文にまとめつつある段階である。我々が隠れマルコフ鎖の推測に用いる神経回路網は、ベイズ判別関数学習の能力を持たなければならない。我々は2005年、学術誌Neurocomputingに神経回路網によるベイズ学習の理論の論文を発表した。その論文において、回路網の神経素子は先駆者の研究結果の約半数で十分な事を証明した。

神経素子の数を減らすと、過学習や極小値問題などの学習の困難に遭遇する可能性は少なくなると一般に信じられており、この論文に基づいて神経回路網を設計すれば、シミュレーションはより順調に進むと期待されたが、学習の困難は解消されず、確率分布が1次元の単純な場合にのみシミュレーションは成功した。この一年、当初は、上記の論文に基づくシミュレーションの繰り返しと、初期値の選定など学習への有効な介助方法の模索に多くの時間を費やした。それでも困難が解消されないので、結局、神経回路網による関数近似理論の再考が必要ではないかと考えるに至った。神経回路網による関数近似は柔軟な基底関数(活性化関数)を用いるのがその特徴であり、正規直交系などのリジッドな基底関数を用いる近似はその対極にある。後者の場合、基底関数の外部変数である係数のみを学習すればよく、前者は内部変数をも学習しなければならないので、より困難と想定される。基底関数を通常の神経回路網に比べて若干リジッドにして学習を容易にする事が可能ではないかと考えて考察し、論文にまとめ投稿した。結果はまだ聞いていないが、関係する予備的研究結果を国際合同神経回路網学会(IJCNNO7)に投稿し、受理された。その間に、ベイズ神経回路網に若干の修正を加える事により、マハラノビス判別関数を学習する神経回路網の実現が可能と気づき、論文にまとめて国際神経回路網学会(ICANNO6)にて発表した。日本神経回路学会(2006年)においても関連論文を発表した。この研究は、ベイズ判別関数を学習し得る3層神経回路網を完成し、それを用いて、隠れマルコフ鎖を推定し得る神経回路網を作成しようとするものである。前者については、われわれは2005年、Neurocomputingに論文を発表しているが、内容は理論のみであった。その後、その理論の実現に向けて研究を続け、昨年度までに、確率分布が簡単な場合にはベイズ分類を実行し得る神経回路網の作成に成功した。本年度は、その結果をもとに、隠れマルコフ鎖推定神経回路網の作成に成功し、所期の目的を細い線で達成した形になった。しかし、前半のベイズ判別神経回路網の限界を引き摺って、この回路網がマルコフ鎖推定に成功するのはオブザーバブルの確率分布が単純な場合に限られており、まだ満足すべき結果ではない。一般に神経回路網は素子の数が少ない方が、過学習や局所極小などの学習の困難に遭遇する確率は少ないといわれている。われわれも、それを信じて研究を続行し、隠れ層素子の数を、先行研究の約半数に削減しても、回路網はベイズ判別関数近似の能力を保持する事を証明した。それは-つの研究結果ではあったが、なお学習の困難解消には至らず、しかも、その隠れ素子数は必要十分で、さらなる削減は不可能と、われわれ自身で理論的に証明してしまった。素子数削減はわれわれの回路網の学習困難解消に無効と分ったので、神経回路網による関数近似の考え方そのものの再検討を迫られた。その結果、隠れ層素子の自由度を制限すると、素子の数は増加するが学習は容易になると結論された。詳細は間もなくNeural Computationに掲載される。
唇脚綱オオムカデ目の発生学的研究-多足類と鋏角類の類縁性への比較形態学的検証-

種数で最大の動物門である節足動物の基本体制等の理解および系統進化の再構築は、大変興味深いテーマである。「多足類」は、節足動物の祖先的体制をとどめる一方で、その系統進化の議論において最も解釈の分かれるグループであることから、多足類の基本体制等および発生過程を理解することは、節足動物の基本体制等および系統進化の考察を行ううえで重要である。本研究では、最も祖先的な多足類である唇脚綱に属する、セスジアカムカデ(オオムカデ目、メナシムカデ科)の胚発生を9ステージに、3齢幼虫までの後胚発生を5ステージに分け、その発生過程を詳細に記載・検討した。そして、節足動物の基本体制等および系統進化の考察において、特筆すべき知見を得、議論を展開した。これにより、唇脚綱が多くの点で鋏角類と発生学的プランを共有することを示し、形態学的に初めてその類縁を示唆するデータを得た。また、節足動物のベーサル・クレードとしての唇脚類の位置づけを明らかにし、これを基に節足動物の体制のグラウンドプランを考察した。この内容はいくつかの原著論文としてすでに公表し、また、総括として現在Journal of Morphologyに投稿準備中。本研究の一環として、多足類の姉妹群と目されてきた六脚類に関してもいくつかの比較発生学的研究を行ない、これらについても原著論文を公表し、またガロアムシ目の発生学を同じくJournal of Morphologyに投稿中である。最近の分子進化学的データは多足類と鋏角類の類縁を示唆する。しかしながら、多足類と鋏角類の類縁性を示唆する比較形態学的データは現在までまったく提出されてきていない。本研究は、この多足類と鋏角類の類縁を、比較形態学において系統発生学的議論に最も有効な手段の一つである比較発生学的アプローチを用い、検証するものである。具体的には、唇脚綱オオムカデ目セスジアカムカデScolopocryptopsrubiginosus L.Kochを主な材料に、卵割様式、胚帯形成・胚葉形成、胚運動に焦点をあてて、その特徴が鋏角類のそれと同一視、相同視が可能であるかを検討することを目指す。本年度は、卵割、胚帯・胚葉形成、胚運動の概略を把握することを目指して研究を行なった。その結果:1.卵割は、鋏角類クモ目などにみられる、変形全割型であることを明らかにした。2.胚帯は短胚型であり、この点で他の多足類より鋏角類に類似していることが示唆され、また、オオムカデの胚帯形成に関する先行研究での記載は前後軸を逆に記載していたことが明かになった。3.胚葉形成、胚帯形成において、鋏角類カブトガニ目・クモ目にみられえるように、クムルス・プリミティブスが関与することが明らかになった(Sakuma and Machida,2003,2004)。4.上記の結果は多足類唇脚綱が、従来の扱いと異なり、鋏角類に類縁があることを比較発生・形態学的に初めて示唆するものである。

また、節足動物のベーサル・クレードとしての唇脚類の位置づけを明らかにし、これを基に節足動物の体制のグラウンドプランを考察した。この内容はいくつかの原著論文としてすでに公表し、また、総括として現在Journal of Morphologyに投稿中。本研究の一環として、多足類の姉妹群と目されてきた六脚類に関してもいくつかの比較発生学的研究を行ない、これらについても原著論文を公表し、またガロアムシ目の発生学を同じくJournal of Morphologyに投稿中である。
RNAメチル基転移酵素METTL3による 消化管癌の増殖制御機構の解明

消化管癌の病態や予後について、骨格筋量や栄養指標との関連性を検証するために、食道胃接合部癌及び胃上部癌の手術症例において、術後サルコペニア、術後の骨格筋減少率、及びC反応性蛋白/アルブミン比が予後因子であることを発見した。上記研究結果は、当該年度に各々3報の英文論文として発表し、American Journal of Surgery、World Journal of Surgery、Journal of Gastroenterology and Hepatologyにそれぞれ掲載された。またこれらの研究結果は、第118回日本外科学会定期学術集会、第73回日本消化器外科学会総会、第16回日本消化器外科学会大会にて発表した。消化管癌とRNAメチル基転移酵素METTL3との関連性については、まず食道癌細胞、胃癌細胞、大腸癌細胞を培養し、qRT-PCR、Western blotにてMETTL3の発現レベルを確認したところ、細胞種によって差がみられ、非癌細胞と比較して高発現しているものと、あまり差がないものが認められた。現時点ではMETTL3の消化管癌に対する機能解析までは至っていないが、今後、特にMETTL3を高発現している細胞種に焦点をあて、METTL3のノックダウン実験などにより癌の増殖に影響を与えるか、また臨床データとの照合により、消化管癌の予後とMETTL3発現との相関などについても検証出来ればと計画している。細胞培養を解析するためのデータ入力を行う予定であった研究協力者が、持病の悪化のため平成30年3月に急遽辞職することとなった。代わりの協力者を確保することが困難であったことから、元々細胞培養、qPCR、Western blotなどの実験を分担する予定であった研究協力者にデータ入力も行ってもらうこととなったため、計画の進行に遅れが生じた。特にMETTL3を高発現している細胞種に焦点をあて、METTL3のノックダウン実験などにより癌の増殖に影響を与えるか、また臨床データとの照合により、消化管癌の予後とMETTL3発現との相関などについても検証出来ればと計画している。
増殖制限型アデノウイルスを用いた遺伝子導入による頭頸部癌治療法の開発

腫瘍内で特異的に発現しているMidkineをプロモーターとした増殖制限型アデノウイルスベクターAd-MKを作成し、さらに腫瘍増殖に関与するVEGFのmRNAに対するsiRNAを組み込んだAs-MK-sVEGFを作成した。in vitrostudyでは、Midkineを高発する頭頸部扁平上皮癌の培養細胞株に対して、非増殖型アデノウイルスベクターに比べて、Ad-MK-siRNAは明らかに強力な腫瘍増殖抑制効果が得られた。1)非増殖型アデノウイルスベクターに、頭頸部癌などの悪性腫瘍に特異的に発現しているMidkineをプロモーターとしてウイルスの自己増殖に必要なE1a遺伝子を組み込み、Midkineを発現している腫瘍細胞の中でのみ増殖可能な増殖制限型アデノウイルスベクターAd-Midkineを作成した。2)Ad-Midkineはそれ自体、腫瘍細胞内で特異的に増殖して腫瘍細胞を破壊し腫瘍溶解性ウイルスとして抗腫瘍効果を発揮するが、このウイルスベクターのE1a遺伝子の下流にU6をプロモーターとして腫瘍の増殖に関わる遺伝子EGFR, VEGFに対するsiRNAを組み込むことにより、更に強力な抗腫瘍効果を持つ腫瘍特異的増殖型アデノウイルスベクターAd-Midkine-iVEGFを作成した。我々はこれまで、非増殖型アデノウイルスベクターに、頭頸部癌などの悪性腫瘍に特異的に高発現しているCOX2をプロモーターとしてウイルスの自己増殖に必要なE1a遺伝子を組み込んだCOX2を発現している腫瘍細胞の中でのみ特異的に増殖可能な増殖制限型アデノウイルスベクターAd-COX2の腫瘍溶解性ウイルスとしての有効性を報告してきた。本研究計画では、非増殖型アデノウイルスベクターに、頭頸部癌などの悪性腫瘍に特異的に高発現しているMidkineをプロモーターとしてウイルスの自己増殖に必要なE1a遺伝子を組み込み、Midkineを発現している腫瘍細胞の中でのみ増殖可能な増殖制限型アデノウイルスベクターAd-Midkineを作成した。Ad-Midkineはそれ自体、腫瘍細胞内で増殖して腫瘍細胞を破壊し腫瘍溶解性ウイルスとして抗腫瘍効果を発揮するが、このウイルスベクターにsiRNA発現に有効なU6をプロモーターとして腫瘍の増殖に関わる遺伝子(EGFR,VEGF)に対するsiRNAを組み込むことにより、更に強力な抗腫瘍効果を持つ腫瘍特異的に増殖可能なアデノウイルスベクターを作成した。作成された腫瘍特異的に増殖可能なアデノウイルスベクターを用いた遺伝子治療の効果を培養細胞を用いて、その有効性を確認できた。今後はマウスモデルを用いて、本ベクターの抗腫瘍効果をin vivoで確認する予定である。耳鼻咽喉科頭頸部外科MidkineをプロモーターとしてVEGFに対するsiRNAを組み込んだ増殖制限型のアデノウイルスベクターの作成に成功し、非増殖型のアデノウイルスベクターとの比較して、有意な腫瘍増殖抑制効果がみられ、ほぼ計画どおりに研究は進行していると判断できる。idkineをプロモーターとした増殖制限型アデノウイルスベクターAd-Midlineをコントロール群とし、それにVEGFにMidkineをプロモーターとした増殖制限型アデノウイルスベクターAd-Midlineをコントロール群とし、それにVEGFに対するsiRNAを組み込んだAd-Midkine-iVEGFの抗腫瘍効果をin vitroならびにin vivoで検討する。Midkineを高発現している培養細胞と発現が低い培養細胞とで抗腫瘍効果の違いを検討する1.ヌードマウスに頭頸部扁平上皮癌細胞を皮下移植したものをモデルとする。2.各制限増殖型アデノウイルスベクター、非増殖型アデノウイルスベクターを単独または同時に腫瘍内に局注する。3.腫瘍の縮小効果を一定期間観察後、マウスを安楽死させ、抗腫瘍効果を組織学的に検討する。
住宅案内に見られるあいまいな日照環境表現を現場測量により定量化する手法の開発

本研究は住宅の日照環境を現場で定量的に測定する手法を開発し、数値化した情報を住宅の購入,賃借時の基礎データとして提供し、これにより日当たりの悪さや西陽の影響を定量的に判別できるようにすることを目的としている。ここで言う日照環境とは、建物等による日照障害に気候特性による影響を加味したもので、実際にどの程度の日照が期待できるか表すものである。日照環境の測定方法としては魚眼レンズを付けたデジタルカメラで窓近傍の天空画像を撮影し、これに天空上の太陽の軌道を重ね合わせて日照障害を判断する手順を考えた。画像データを用いるので太陽位置の重ね合わせ及び日照障害の検出は容易に処理できることが確かめられたが、撮影時の方位合わせが難しく実測時の太陽位置と計算値にずれが生じてしまうことも多かった。試作したカメラ設置台は方位磁石を用いて方位を合わせる仕組みであるが、磁石による位置合わせは精度が安定せず、現場の状況によっては大きなずれが生じた。この点は今後の課題である。一方、気候による特性についてはAMeDASの日照データ(約840地点)を15年分収集し、各地点の月日照率を整理した。これらのデータはデータベース化しており、現場で測定する日照環境と照らし合わせて実質的な日照環境を予測する。日照環境の予測結果は一般の人でも簡単に理解できるようにグラフ化し、1年間のどの時期にどの位の日照が期待できるか一目でわかるようにした。カメラの方位合わせについてはさらに検討が必要であるが、現場での写真撮影からデータ処理、結果の出力までの一連の作業にかかる時間は短く、日照環境の現場実測と言う観点では有効な手段になりうることを確認できた。今年度は日照環境の測定装置について検討するとともに、AMeDSAの日照データの収集・整理を行なった。日照環境の測定は魚眼レンズを付けたデジタルカメラで窓近傍の天空画像を撮影し、これに天空上の太陽の軌道を重ね合わせて日照障害を判別する手法を考えている。現場の緯度・経度の計測,および天空画像の撮影は容易であるが、太陽位置を重ね合わせるには画像の水平投影と南北方位合わせが重要になる。このため本研究を進めるに際して、魚眼レンズの水平水準と撮影する画像の南北方位が現場で調整できるような装置を作成することが重要な課題となった。また、対象とする窓には腰窓,掃き出し窓など形態が多種あるので、カメラの設置位置にも自由度を持たせることが必要となった。そこで、精密工作機メーカーと相談しながら、いろいろな条件で設置が可能なカメラ設置台を試作した。現場での試行により改良を加え、日照環境の現場測定の条件を満たす装置はほぼ完成した。これにより現場での画像データは収集可能となったが、画像データから日照障害を判別する処理方法については未だ成果を得ていない。この点については来年度の課題とする。一方、日照環境を決定する要因は建物周辺の障害物による影響の他に特性も考えられる。そこで、AMeDASの日照データ(約840地点)を15年分収集し、各地点の月日照率を整理した。これらのデータはデータベース化し、現場で測定する日照環境と照らし合わせて、実質的な日照環境の評価を行なう予定である。各地点の日照率のデータベース化は今年度中にほぼ完了した。
高強度中性子散乱と高分解能電顕によるマントル鉱物の水素配置と水素輸送の統合解析

地球の水は海洋に加えて、地殻やマントルに含水鉱物として存在する。これらの含水鉱物には、一定量のOH基があって初めて安定な構造と、既存の陽イオンとH+が不定比で交換する構造がある。前者は浅い場所、後者は深い場所で安定な場合が多い。この二種の構造内の水素の微視的な配置と輸送を、原子スケールの空間分解能で観察することを通して、それぞれの吸水反応、脱水反応、水素輸送の微視的な過程を明らかにしたい。そのために中性子単結晶回折と中性子準弾性散乱を組み合わせた解析を進めている。中性子単結晶回折法は、我々が世界で初めてマントル深部含水鉱物への応用を成功させた手法であり、非常に高い空間分解能で結晶構造中の水素を解析できる。本課題においては、解析に用いた最小d値が0.5オングストロームに達する高い分解能での含水ringwooditeの水素配置解析を、昨年度までに実現した。当該年度は、重水素化したdense hydrous magnesium silicate phase Eの良質な単結晶を合成した上で、米国オークリッジ国立研究所において水素配置解析のための回折データを取得した。これまでの実績と同程度以上の空間分解能を持つ良質のデータが得られ、現在その解析を進めている。中性子準弾性散乱法は、水素原子の結晶構造中のサイト間移動距離と跳躍頻度を定量的に計測することができるユニークな手法である。この手法も、我々が初めてマントル含水鉱物への応用を成功させた。当該年度は、数種類のマントル深部含水鉱物の合成試料に対して、最高で650Kに達する高温の条件における計測を実現した。これまでの実績と併せて、マントル含水鉱物の水素が、制限空間の内部において移動を開始する温度を系統的に明らかにしつつある。特に、含水wadelsyiteの結晶構造内の水素移動が、650K程度の温度で始まることを新たに示すことができた。当該年度において、新たにdense hydrous magnesium silicate phase Eの良質な単結晶回折データを取得することができた。また、中性子準弾性散乱の計測時の試料セルの安全性と安定性を充分に確保しつつ、計測可能な温度を上げてゆく作業を順調に進めることができた。その結果、650Kまでの条件における、密封型の試料セルを用いた安定な中性子準弾性散乱計測を実現することができた。合成済の単結晶の各種物性計測の実験においても進展があり、いくつかの成果が得られた。以上の進捗があったので、研究の状況はおおむね順調と判断する。技術的な改良を行うことにより、中性子単結晶回折と中性子準弾性散乱の双方の計測手法において、安定かつ安全に計測を行うことができる温度を、さらに上げてゆきたい。中性子準弾性散乱法では、物質中の水素原子核によって非干渉性散乱された中性子の運動量とエネルギーの変化を、高いエネルギー分解能で計測した結果を解析することにより、水素のサイト間跳躍の距離と頻度を求める。この目的のためには、バックグラウンドとなる中性子散乱の発生が特に少ない材料で製作した試料セルを用いる必要がある。当該年度においては、以上の要請を満たしつつ、過去に使ってきた素材よりも耐熱性の高い材料を用いた試料セルを、新たに製作・導入する予定である。DNA分光器の担当者と共同で既にその準備を開始している。これとあわせて、当該年度は、合成が終了している各種の単結晶の高分解能透過電子顕微鏡観察にも充分な時間と労力を割く予定である。以上の方策により、研究を全体的に推進させたい。地球の水は海洋に加えて、地殻やマントルにも含水鉱物として多量に存在する。この二種の構造内の水素の微視的な配置と輸送を、原子スケールの空間分解能で観察することを通して、それぞれの内部での吸水反応、脱水反応、水素イオン輸送の素過程と速度を調べ、さらには予言したい。そのために中性子単結晶回折と中性子準弾性散乱を組み合わせた統合的な解析を進めている。中性子単結晶回折は、非常に高い空間分解能で結晶構造中の水素の配置を解析することができる手法であり、われわれが世界で初めてマントル深部含水鉱物への応用に成功した。この実績をもとに、さらに解析が難しい鉱物種への展開を進めている。これまでの実績としては、含水ringwooditeの解析を完了させて、得られた結果を国際学術誌に報告した。また、dense hydrous magnesium silicate phase Eについて、高温条件における良質の回折データを世界で初めて取得することに成功した。中性子準弾性散乱は、水素原子の結晶構造中のサイト間移動距離と跳躍頻度を定量的に計測することができる強力な手法である。これまでに最高550 Kまでの温度条件における高エネルギー分解能動的構造因子の計測に成功しており、マントル含水鉱物の水素が制限空間内部で拡散を開始する温度が明らかになりつつある(ブルーサイトが230K、dense hydrous magnesium silicate phase Eが430K,含水wadelsyiteが550 Kでも拡散開始せず、等)。中性子単結晶回折の計測においては、dense hydrous magnesium silicate phase Eの470Kまでの条件での回折データの取得を、J-PARCにおいて成功させることができた。

また中性子準弾性散乱の計測においては、最重要の研究目標の一つである含水wadsleyiteの試料合成を行ったうえで、550 Kまでの温度における解析可能な動的構造因子データ取得に成功した。以上の実績から示されるように、高温での計測が順調に進展している。地球の水は海洋に加えて、地殻やマントルに含水鉱物として存在する。これらの含水鉱物には、一定量のOH基があって初めて安定な構造と、既存の陽イオンとH+が不定比で交換する構造がある。前者は浅い場所、後者は深い場所で安定な場合が多い。この二種の構造内の水素の微視的な配置と輸送を、原子スケールの空間分解能で観察することを通して、それぞれの吸水反応、脱水反応、水素輸送の微視的な過程を明らかにしたい。そのために中性子単結晶回折と中性子準弾性散乱を組み合わせた解析を進めている。中性子単結晶回折法は、我々が世界で初めてマントル深部含水鉱物への応用を成功させた手法であり、非常に高い空間分解能で結晶構造中の水素を解析できる。本課題においては、解析に用いた最小d値が0.5オングストロームに達する高い分解能での含水ringwooditeの水素配置解析を、昨年度までに実現した。当該年度は、重水素化したdense hydrous magnesium silicate phase Eの良質な単結晶を合成した上で、米国オークリッジ国立研究所において水素配置解析のための回折データを取得した。これまでの実績と同程度以上の空間分解能を持つ良質のデータが得られ、現在その解析を進めている。中性子準弾性散乱法は、水素原子の結晶構造中のサイト間移動距離と跳躍頻度を定量的に計測することができるユニークな手法である。この手法も、我々が初めてマントル含水鉱物への応用を成功させた。当該年度は、数種類のマントル深部含水鉱物の合成試料に対して、最高で650Kに達する高温の条件における計測を実現した。これまでの実績と併せて、マントル含水鉱物の水素が、制限空間の内部において移動を開始する温度を系統的に明らかにしつつある。特に、含水wadelsyiteの結晶構造内の水素移動が、650K程度の温度で始まることを新たに示すことができた。当該年度において、新たにdense hydrous magnesium silicate phase Eの良質な単結晶回折データを取得することができた。また、中性子準弾性散乱の計測時の試料セルの安全性と安定性を充分に確保しつつ、計測可能な温度を上げてゆく作業を順調に進めることができた。その結果、650Kまでの条件における、密封型の試料セルを用いた安定な中性子準弾性散乱計測を実現することができた。合成済の単結晶の各種物性計測の実験においても進展があり、いくつかの成果が得られた。以上の進捗があったので、研究の状況はおおむね順調と判断する。必要な技術的改良を行いつつ、単結晶回折と準弾性散乱の双方の計測において、温度条件をさらに上げてゆきたい。単結晶回折については、目的の達成に不可欠な、大型の含水bridgmanite結晶の合成を進める。
鉄筋コンクリートディープビームを有する建築構造システムの耐震性

鉄筋コンクリート造の複合施設建物(1階が店舗で上層階が集合住宅)では、店舗部分の空間確保のため2階床梁を極めて大きな梁高さのディープビームとし、上層階の柱軸力を支える形式が多用される。このような耐震架構では、上階の柱軸力を格子梁状に配置されたディープビームで支えることになり、ディープビームは直接柱を支えるものと、間接的に支えるものに分類される。本研究では、この間接的に隣接するディープビームからのせん断力を支えるディープビームのせん断抵抗機構を実験と解析により明らかにすることを目的として実施された。実験及び解析で得られた成果は以下の通りである。1)直接載荷梁(直交梁)のせん断スパン比が0から1.5に増加すると、間接載荷梁(試験梁)のたわみは、1.23、1.67、2.17倍に増加する。2)直接載荷梁のせん断スパン比が増加すると、間接載荷梁のせん断ひび割れ荷重が若干減少するが、せん断強度そのものはそれほど変化しない。3)梁側面の底部で載荷した梁のせん断強度は、梁上端面で載荷したものの42.6%となった。4)せん断補強筋を有する間接載荷梁のせん断抵抗機構は、直接ストラット機構とトラス機構の両者より形成される。5)上記直接ストラット機構とトラス機構は、直接載荷梁と間接載荷梁の交差部分に形成されるコンクリート圧縮応力伝達のための一様圧縮応力場を介した、3次元的なものとなる。6)上記機構をモデル化した、せん断抵抗機構を用いて、間接載荷梁のせん断強度を、塑性理論の下界定理を用いて予測することができる。7)この際のコンクリート有効圧縮強度の算定には、鉄筋による拘束効果を含める必要がある。上記項目5、6で述べた力学モデルは全く新しいもので、今後の実構造物設計への利用が期待される。本研究では、この間接的に隣接するディープビームからのせん断力を支えるディープビームのせん断抵抗機構を実験と解析により明らかにすることを目的としている。従来の研究では、間接的にせん断力が加わる梁のせん断強度は、直接支えるものに対して小さいことが指摘されているが、実験では簡略化した方法(梁の側面に載荷スタブを設ける)で証明されているに過ぎない。実際の、せん断力伝達は、隣接梁を介して行われるわけで、その機構は、曲げ圧縮ゾーン、曲げひび割れ面の骨材かみ合い、軸鉄筋のダウエル作用など、多くの影響因子が複雑に絡み合っている。これを明らかにする為には詳細な実験と解析が不可欠である。研究では、直接せん断力が加わるもの、隣接梁から間接的にせん断力が加わるもの、梁側面のスタブを介してせん断力が伝わるものの3種類の試験体に関するせん断破壊実験が実施された。結果の詳細な検討は現在進行中であるが、得られた成果の主なものは以下のとおりである。1.従来の指摘によるせん断耐力の低下は認められず、梁側面にスタブを設けた実験の結果は、間接的にせん断力が入力するディープビームのせん断強度予測には適用できない。2.せん断破壊時のたわみは、間接的にせん断力を加える梁のせん断スパン比が大きいほど大きくなる。以上は、実験結果の一部であるが、第一項は従来の考えを覆す可能性があり、現在詳細な分析を実施している。

7)この際のコンクリート有効圧縮強度の算定には、鉄筋による拘束効果を含める必要がある。上記項目5、6で述べた力学モデルは全く新しいもので、今後の実構造物設計への利用が期待される。
ノッチシグナルによる骨形成制御機構の解明と骨再生治療への応用

われわれは幹細胞分化制御に重要な因子である膜蛋白型受容体ノッチ(以下Notch)を介したシグナルが骨形成に支配的な役割を果たすことを示してきた。その結果、分化段階に応じた多段階的な制御機構や、Notchシグナルを介して骨形成を制御する未知の因子の存在が示唆された。これらの点を解明することを目的として研究を行った。分化段階に応じた多段階的な制御機構は当初のわれわれの予想よりも複雑であり、研究機関内に研究を終了できない可能性が強まったので、研究期間の途中からは未知の因子の同定と機能解析に集中して研究を行った。その結果Notchと結合してシグナル伝達を調節する新規因子zincfinger protein64(Zfp64)を同定した。Zfp64はNotchと結合してその転写活性を上昇させ、Notchシグナルに対して促進的に作用する。またZfp64の発現はRunx2によって上昇する。間葉系の培養細胞を使用した実験により、Zfp64は間葉細胞の筋分化を抑制し、骨芽細胞への分化を促進する作用を持つことが示された。これらの結果から、Zfp64はRunx2シグナルを受けて発現が誘導され、Notchシグナルを活性化させることで、これらシグナルの仲介をして間葉細胞の分化を調節する因子であり、骨分化には促進的に作用する因子と考えられた。骨芽細胞の分化は様々な細胞間シグナルによって調節されているが、ノッチ(Notch)はそのひとつであり、分化した細胞と未分化な細胞の調和をとる重要な役目をになっている。また、骨芽細胞はrunt型転写因子のRunx2の作用によって分化の調節を受けている。われわれはNotchシグナルを修飾し、骨芽細胞の分化を調整する新たな因子を同定するために、酵母ツーハイブリッド法を用いて、Notchの細胞内ドメインに結合する因子をスクリーニングし、zinc finger protein 64(zfp64)を同定した。In situ hybridizationの結果、Zfp64は胎生初期では上皮下や肢芽の問充織で発現しており、また骨芽細胞や軟骨細胞でも強く発現していた。ZfP64は転写共役因子としてNotchの下流の遺伝子の発現を増強した。また、Zfp64はRunx2の発現調節を受ける直接の標的遺伝子であり、Runx2によろて発現が上昇することを示した。Zfp64の強制発現によって筋芽細胞の分化は抑制された。いっぽう、Zfp64の強制発現によって骨芽細胞の分化は促進される傾向があり、アルカリフォスファターゼの活性やオステオカルシンなどの骨芽細胞の分化マーカーの発現の上昇がみられた。以上のように、われわれはZfp64は、Runx2シグナルの入力を受け、Notchシグナル系の伝達を促進することによって、Runx2シグナルとNotchシグナルを繋ぐ新規転写因子であり、骨芽細胞の分化を正に制御することを明らかにした。われわれは骨形成のメカニズムを解明するための研究を推進する過程で、幹細胞分化制御のカギとなる因子である膜蛋白型受容体ノッチ(以下Notch)を介したシグナルに着目し、骨芽細胞の分化にNotchシグナルによる制御が支配的な役割を果たすことを示してきた。分化段階に応じた多段階的な制御機構は当初のわれわれの予想よりも複雑であり、研究機関内に研究を終了できない可能性が強まったので、研究期間の途中からは未知の因子の同定とその機能解析に集中して研究を行った。われわれはNotchの細胞内ドメインに結合する因子を酵母2-ハイブリッド法で探索し、転写調節因子Zfp64を同定した。Zfp64とNotchとの結合は免疫共沈法等で確認した。われわれはZfp64はNotchの転写活性化作用を増強し、HeylなどのNotchの下流遺伝子の発現を増強することを見出した。われわれはZfp64は間葉系細胞に広く発現していることを示し、骨芽細胞分化に重要な転写因子であるRunx2による発現調節を受けていることを示した。

培養細胞(C2C12細胞)を用いた実験から、Zfp64は筋分化を抑制し、骨芽細胞分化を促進する作用があることを示した。われわれの成果はNotchシグナル系とRunx2のシグナルをつなぐ因子の一つを同定し、その機能とその作用機序を示すことによって間葉細胞の分化制御機構の一端を明らかにしたことである。
鉄道模型を利用したシーケンス制御学習教材の開発

シーケンス制御技術の習得には学生自らが行う実習が重要であるが、市販の教材では実習の初歩段階でのモチベーションアップや学生自身が感じる達成感に乏しい。そこで、興味の喚起と理解度の向上を目指した教材を製作してこれを有効に活用することとした。1.製作した教材の概要市販Nゲージサイズの鉄道模型を配置した模型部と、電源、リレー、スイッチ盤などが配置された制御部で構成した。模型部は木版にレール及びポイントを設置し、レール終端には駅を模した赤外線感知センサーを設置した。制御部は塩ビ板をベースにしてスイッチ盤と電源を取り付け、リレーソケット用にDINレールを配置し、その周囲に電源や各スイッチへと繋がる配線用端子台を設けた。模型部と制御部は電源及びセンサー信号用のワイヤーで接続した。2.教材の使用方法実習を行う学生は、与えられた課題に基づいて、制御部に設けられた端子台とリレーソケット端子間を配線材で接続し、動作を確認する。各種リレーは実習課題の難易度に応じて増設が可能である。3.教材の運用と成果製作した教材は安全に動作することが確認できた。当初計画していたPLCを実装しての運用は、コストや実習時間の制約等により実現できなかったものの、製作した教材を実習にて使用した結果、受講した学生からは「興味が湧いた」「よく理解できた」等の意見を聞くことが出来、十分な教育的効果が得られる事が確認できた。
セキュリティプロトコルの形式的記述および検証に関する基礎的研究

最近のコンピュータネットワークの日常社会生活の中への浸透は急激でかつ広範囲に亘っている。このため、通信システムに対する機能および性能に対する社会的な要求は、より具体的でより高いものになってきている。特に、電子商取引きや遠隔医療などにおけるコンピュータネットワーク利用では、セキュリティの保護がなされていることが本質的に要求される。しかしながら、通信システムは並列処理システムであるために非決定的な振舞いをし、セキュリティ保護も含めてその機能や性質についての保証を与えることは容易ではない。本研究では、大規模複雑化するソフトウェアシステムの機能や品質を保証するために形式手法を適用する研究の一環として、上記のネットワークセキュリティネットワークセキュリティおよび認証のための方式を提案して、実験ネットワーク上でその機能を確認し評価した。ネットワークセキュリティや認証を必要とするアプリケーションの例として、マルチメディアコンテンツの配送システムを想定し、そのための通信方式の提案と試作システムの開発を行った。このアプリケーションの上で、ユーザ認証およびセキュリティ保護機能をどのように実現するかについては今後の課題である。また、セキュリティプロトコルに限定せずに、並行動作システムの形式仕様記述を行うために、形式仕様記述言語zとプロセス代数とを統合した記述法を提示し、分散処理システムにおけるメモリ一貫性モデルの記述と検証に適用した。本年度は、セキュリティプロトコルとして一般にも広く使用されてぃるSecure Socket Layer(SSL)を具体的な対象として、その形式仕様記述と不正行為防止の証明とを行った。また、より一般的な並行動作システムの振舞いを記述し分析するための基礎付けを与えた。以下に、これらについてより具体的に述べる。(1) SSLプロトコルと不正行為の形式記述:SSLの英文仕様書を基にして、その形式仕様をRSL(RAISE Specification Language)という形式仕様記述言語を用いて記述した。併せて、サーバへのなりすましという不正行為の形式的記述も行った。これらの記述は、手続き型と適用型との二つの異なる様式で行い、それらの特徴や相違について議論した。(2) SSLプロトコルの検証:上述の形式仕様のうち適用型の記述を用いて、SSLのハンドシェイクプロトコルが正規のサーバとクライアントとの間で正しく動作すること、ならびに、サーバへのなりすましという不正行為が必ず失敗することを証明した。手続き型の記述については、その動作についての机上シミュレーションにより上記の性質の確認を行った。(3)並行動作システムの振舞い解析:通信プロトコルのみならずより一般的な並行動作システムの振舞いを厳密に記述して、その性質について分析および証明を行うための基礎として、時制論理、モバイルエージェント、リリースコンシステンシに関するモデル化ならびに理論を提示した。本研究では、大規模複雑化するソフトウェアシステムの機能や品質を保証するために形式手法を適用する研究の一環として、上記のネットワークセキュリティを具体的な問題対象として、その形式仕様記述と検証を行った。平成11年度では、自然言語による仕様記述が与えられているSecure Socket Layer(SSL)を具体的なセキュリティプロトコルの対象として、形式仕様記述言語を用いた厳密な仕様記述を行い、正規の通信者同士の通信は成功し、不正行為者による通信は失敗することを証明した。また、より一般的に、ネットワークセキユリティおよび認証のための方式を提案して、実験ネットワーク上でその機能を確認し評価した。さらに、セキュリティプロトコルに限定せずに、並行動作システムの形式仕様記述を行うために、形式仕様記述言語zとプロセス代数とを統合した記述法を提示し、分散処理システムにおけるメモリー貫性モデルの記述と検証に適用した。
一般化時間発展コピュラを中心とする動的な定量的リスク管理の研究

動的な定量的リスク管理の研究に関して、時間発展するコピュラ(Copula:接合関数)を中心に取り組んできた。定量的にリスク管理においては、リスク間の相関関係が重要な役割を担い、複数の分布を接合する関数であるコピュラは相関関係を繊細に表現できる。動的な定量的リスク管理を研究するうえで、コピュラの時間発展が重要となる。本研究では偏微分方程式に制御されて時間発展するコピュラを研究してきた。代表的な偏微分方程式である熱伝導方程式に制御されて時間発展するコピュラについては、2次元のみならず多次元のケースを解明している。これらの研究実績は、来年度から開始する「コピュラを活用した動的な定量的リスク管理:平常時と非常時」の研究に活用する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
省電力／超高速ナノＣＭＯＳのための電子物性設計と高移動度チャネル技術の創生

CMOSデバイスの省電力、高速化に向けて、高キャリア移動度歪GeおよびGeSn層の結晶成長と電子物性制御に関する研究を推進した。基板構造の制御、低温成長、歪構造制御技術を駆使して、27%にまで達する超高Sn組成GeSn層成長やGeエピタキシャル層の双晶・積層欠陥低減を実現した。さらに、GeSn層の点欠陥、キャリア物性やMOS界面構造制御技術を構築するとともに、GOIおよびSGOI基板を作製し、その高キャリア移動度を実証した。シリコン超超大規模集積化回路の持続的発展に向けたCMOSの電流駆動力向上に必須となる、高移動度チャネル技術創成のためのひずみゲルマニウム系新規材料開発およびその電子物性設計指針の構築を目指してる。本年度は、主に下記のような研究成果を得た。(1)SiおよびGe基板上におけるGe_<1-x>Sn_x層の結晶成長を検証し、成長および熱処理中における歪緩和過程を解明するとともに、9.2%の高Sn組成Ge_<1-x>Sn_xエピタキシャル層の形成を実現した。(2)Pr酸化膜/酸窒化Ge/Ge構造の界面化学結合状態および反応過程を詳細に調べた。急速酸化処理によって、立方晶Pr_2O_3中の酸素空孔や欠陥が終端される結果、リーク電流を効果的に抑制できることが明らかにな6た。(3)ソース・ドレインストレッサとしてのp型ドープGe_<1-x>Sn_x層の形成を検証した。Ga in-situドーピングによって、Sn析出がなく、歪も維持したままでSn組成3.5%、2×10^<19>cm^3の高GaドープGe_<1-x>Sn_x層の形成を実証した。(4)収束電子回折法で得られるHOLZ線図形およびナノビーム電子回折図形を用いた高精度歪み解析法を開発し、半導体多層膜試料の界面近傍数10nm領域の歪みの評価が可能となった。また、収束電子回折図形にみられるロッキングカーブプロファイルから歪み場再生する手法の開発を行い、積層欠陥のような不連続な変位場を含む解析を実現した。シリコン超超大規模集積化回路の持続的発展に向けたCMOSの電流駆動力向上に必須となる、高移動度チャネル技術創成のためのひずみゲルマニウム系新規材料開発およびその電子物性設計指針の構築を目指している。平成23年度を中心に得られた主な成果を下記に記す。(1)InP基板の使用と低温成長によって、従来の固溶限界を10倍以上超える最大27%と高いSn組成を有するGe1-xSnx層の形成に成功した。直接遷移型挟ギャップGe1-xSnx層として、高電子移動度チャネル、光学デバイス応用に期待できる。(2)SOI基板上に形成したGe1-xSnx層への400°Cの低温熱処理により、モザイシティのない高結晶品質を有するGe1-x-ySixSny層の形成に成功した。(3)0.1%程度のSn導入と水素雰囲気中熱処理によって、低温成長したGeエピタキシャル層中の正孔濃度が1E16cm-3台と評価され、Snを導入しない非熱処理の場合と比較して、意図しない正孔の生成密度2桁低減することに成功した。(4)通常のSOI上での酸化濃縮結果と比較して、歪SOI基板を用いて酸化濃縮によって形成したGe-on-Insulator層は、得られる最大歪量が増大することがわかった。酸化濃縮で作製した歪SiGe-on-Insulator基板を用いたpMOSFETにおいて、より大きな残留歪を有するSiGe層の形成に成功し、歪SOI基板に比較して最大7倍程度の正孔向上率を実現した。(5)ナノビーム電子回折法を用いた高精度歪み解析法を開発した。電子顕微鏡レンズの歪みを考慮して高次ラウエ帯反射を使うことにより、入射方向に垂直な格子面間隔をHOLZ線解析と同程度の精度で計測でき、界面近傍の格子歪みの高精度計測が可能となった。本研究では、シリコン超々大規模集積化回路の持続的発展に向けたCMOSの電流駆動力向上に必須となる、高移動度チャネル技術創成のためのひずみゲルマニウム系新規材料開発およびその電子物性設計指針の構築を目指した。本年度に得られた代表的な成果を以下に記す。(1) Ge基板上に形成したSn組成8%のGeSn薄膜に関して、直接遷移化を示唆するフォトルミネッセンス(PL)発光を77Kにおいて観測した。また、GeSn層の薄膜化による貫通転位の低減、および水素熱処理による結晶性向上によって、PL発光強度を増大できることを実証した。(2) Sn組成49%のGeSn/Ge試料にGeO_2およびAl_2O_3薄膜を形成、MOS構造を作製し、界面構造、電気特性などを評価した。熱酸化に伴う表面付近のSn析出とSn酸化物形成を見出した。

また、熱酸化によって、界面準位密度をGeO_2/GeMOS構造と同等以上に低減できることを実証した。(3) Sn組成29%のGeSnエピタキシャル層をチャネルとするTa/Al_2O_3/GeSnゲートスタック構造を形成し、nチャネルMOSFETを作製した。300Kおよび100Kの測定でそれぞれ3桁および6桁の良好なON/OFF比が得られることを示した。一方、容量-電圧特性から見積もられる膜中アクセプタ欠陥密度が10^<17>10^<18>cm^<-3>と高く、結晶性向上が課題であることを明らかにした。(4) GaAs基板上に成長したGe層をSi基板上にウェハーボンディングすることで、良好なGe-on-Insulator (GOI)の作製に成功した。作製したGOI層の移動度の膜厚依存性を評価した結果、薄層化後においても比較的高い移動度を実現した。(5)昨年度までに開発したナノビーム電子回折法を実際に利用されているCPU中のMOSFET部から作製した断面試料に適用し、チャネル部の歪みマッピングを行った。また厚さ約10nmで積層したGaAs/GaAsP歪み超格子に本手法を適用し、積層に伴う歪み緩和の可視化を実証した。シリコン超超大規模集積化回路の持続的発展に向けたCMOSの電流駆動力向上に必須となる、高移動度チャネル技術創成のためのひずみゲルマニウム系新規材料開発およびその電子物性設計指針の構築を目指している。平成24年度に得られた主な成果を以下に記す。(1)Si(110)上へのGeSn成長において、Snを含まないGe層のエピタキシャル成長に比較して、双晶欠陥の形成が抑制できることが明らかになった。高移動度GeSnチャネルの実用化が加速するものと期待できる。(2)p+-Ge/n-Ge基板界面における接合リーク電流を、p+-Ge層への数%のSn導入によって抑制できることが明らかになった。ソース・ドレイン領域のリーク電流低減が実現できる。(3)InP基板上に形成したSn組成10%のGeSnエピタキシャル層において、150°Cの低温Sbドーピング成長を行った結果、固溶限界を超える5E19cm-3の高電子密度GeSn層の形成に成功した。(4)Ge基板上のPr酸化膜における化学結合状態を、その上層に成膜したゲート金属材料の還元性によって制御できることを実証した。(5)プラズマ後酸化を用いた作製したAl2O3/GeO2/Ge MOS界面を用いた高性能Ge pMOSFETの動作実証に成功した。また、プラズマ後酸化を用いて作製した貼り合わせGe-on-Insulator基板の貼り合わせ界面をC-V特性で評価することで、高品質界面の形成に成功していることを実証した。(5)ナノビーム電子回折法をもちいた格子歪み解析法の高精度化を行い、界面近傍10nm以内の領域で格子定数を0.02%の精度で決定する手法を開発した。また、超高圧電子顕微鏡をもちいた収束電子回折およびナノビーム電子回折による実デバイスに近い厚膜試料の歪み解析を行うための準備を完了した。当初計画である高Sn組成GeSnの形成やキャリア物性評価、またナノ領域のひずみ評価は順調に進行している。最終目標であるキャリア移動度向上の実証に向けた各種プロセス技術の構築も順調に進められた。GeSn層の電子物性および従来のGe系材料に対する様々な優位性も明らかになってきた。
PU.1によるCYBB転写調節機構の解析

殺菌に必須な活性酸素を産生する酵素すなわち食細胞NADPHオキシダーゼは、顆粒球(好中球と好酸球)、単球・マクロファージ系およびBリンパ球のみに限局して発現し、しかも分化の後期に現れる。構成成分の中で、細胞内のNADPHから細胞外(ファゴソーム)の酸素分子に電子を直接伝達する最重要分子フラボシトクロムb558の遺伝子[CYBB]は、ハプロイド当たり1個だけで性染色体にある。我々は、この欠損症である慢性肉芽腫症の中に好酸球だけは正常な患者を2名発見し、CYBBの5'上流-53位または-52位にC→T点変異を発見した。この変異で結合できなくなる転写因子としてPU.1とHAF-1を同定した。HAF-1のみが結合できない-56G変異プロモーターはレポーター活性に影響与えないが、PU.1のみが結合できなくなった-50G変異ソロモーターはレポーター活性が低下した。従って、PU.1の発現とCYBBプロモーターへの結合こそが、好中球・単球マクロファージ・Bリンパ球におけるCYBB発現に必須な転写因子であった。PU.1は、好酸球でも発現されているが、その結合が好酸球では阻害されないのか、あるいは好酸球特異的な転写因子が働いており、PU.1が結合できない不利益をカバーしているのか今後の問題である。PU.1による発現調節は、単独ではなく他の調節因子と複合体を作っている可能性を示唆するデータを得ており、目下その分離同定を目指している。殺菌に必須な活性酸素を産生するいわゆる食細胞特異的NADPHオキシダーゼの膜局在構成要素であるフラボシトクロムb558の大鎖gp91phoxの発現に、PU.1が関与する事を本研究の前提としてきたが、結局HAF-1が本質的に必要なのか、PU.1が必要なのか、あるいはいづれか1つがあればこと足りるのかは本質的に解明されるには到っていなかった。我々は、最初に立ち返ってまずこれを再度解析し、その後、PU.1と相互作用する蛋白質の検索を進めている。現在IRF-4がその候補として上がっているが、今後の検討が必要である。プロモーター異常型X染色体型慢性肉芽腫症には、我々の報告した-53(C→T)、-52(C→T)、とNewburgerらの報告した-57(C→A)、-55(C→T)がある。少なくとも我々の症例では、好酸球だけは表現型が正常であることから、この領域は好酸球以外の食細胞とBリンパ球での転写に重要であることが示された。HELでの一時的ルシフェラーゼ発現系の解析から、-53(C→T)変異プロモーターでは活性が低下していた。EMSAで、この部位に結合する転写因子はHAF-1およびPU.1であり、-53、-52ではいかなる塩基変異でも両者は結合しなくなることが解った。-53近傍に新たな点変異を作り、HAF-1又はPU.1のみを結合するようにしたルシフェラーゼリポーター遺伝子の活性をHELでみたところ、活性は後者でのみ認められた。HAF-1を発現し、PU.1を発現していないJurkat細胞にPU.1をコトランスフェクトすると、上記レポーター遺伝子の発現が飛躍的に高くなった。従って、好酸球以外の食細胞およびBリンパ球ではPU.1がgp91Phox遺伝子の転写に必須であり、-53、-52は不可欠な部位であることを示している。

構成成分の中で、細胞内のDADPHから細胞外(ファゴソーム)の酸素分子に電子を直接伝達する最重要分子フラボシトクロムb558の遺伝子[CYBB]は、ハプロイド当たり1個だけで性染色体にある。我々は、この欠損症である慢性肉芽腫症の中に好酸球だけは正常な患者を2名発見し、CYBBの5'上流-53位または-52位にC→T点変異を発見した。この変異で結合できなくなる転写因子としてPU.1とHAF-1を同定した。HAF-1のみが結合できない-56G変異プロモーターはレポーター活性に影響与えないが、PU.1のみが結合できなくなった-50G変異プロモーターはレポーター活性が低下した。従って、PU.1の発現とCYBBプロモーターへの結合こそが、好中球・単球マクロファージ・Bリンパ球におけるCYBB発現に必須な転写因子であった。PU.1は、、好酸球でも発現されているが、その結合が好酸球では阻害されないのか、あるいは好酸球特異的な転写因子が働いており、PU.1が結合できない不利益をカバーしているのか今後の問題でらる。PU.1による発現調節は、単独ではなく他の調節因子と複合体を作っている可能性を示唆するデータを得ており、目下その分離同定を目指している。