hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性気道炎症に対する気道上皮細胞の制御機構の解析と新規治療の開発

本研究は、気道炎症におけるケモカイン産生の機能調節方法の研究を行うことによって、多くの慢性肺炎症性疾患に対する新規の治療法の開発を目指す。申請者らはヒトとマウスで類似したMCP-1を含むケモカイン遺伝子群のクラスター領域を見出しており、この領域において転写抑制因子であるBCL6の結合領域が数多く存在することを見出している。生体内でBCL6が気道上皮細胞においてこれらケモカイン遺伝子クラスターに対して発現をクロマチンレベルで統合的に抑制することによって気道炎症を抑制することが示唆された。本研究は、気道上皮細胞におけるケモカイン産生を解析し、さらに、その機能調節方法の研究を行うことによって、多くの慢性肺炎症性疾患に対する新規の治療法の開発を目指す。申請者らはヒトとマウスでは、類似してMCP-1を含むケモカイン遺伝子群がクラスターを形成いて存在することを見出している。さらに転写抑制因子であるBCL6が気道上皮細胞においてこれらケモカイン遺伝子クラスターに対して発現を統合的に抑制することを見出した。ヒト肺胞上皮細胞株であるA549細胞に対して、遺伝子導入によりドミナントネガティブ(DN)BCL6を強発現させて、内因性BCL6の機能を抑制したA549細胞の解析でも同様にコントロールのA549細胞に比べ各ケモカインの転写は克進を認めた。さらに、気道炎症疾患モデルとして気管支喘息に注目し、これらの病態における気道上皮細胞内のBCL6の役割を明らかにすることを目的とし、以下の研究を実施した。サーフアクタントA遺伝子プロモーターを利用して気道上皮細胞で特異的にBCL6およびBCL6-DN遺伝子(BCL6-DN)が発現するトランスジェニック(Tg)マウスを作製した(SPC-BCL6-Tgマウス、SPC-BCL6-DN-Tgマウス)。これらのマウスと野生型マウスを用いて0VA(卵白アルブミン)腹腔感作喘息モデルを作製し、解析した。その結果、0VA経気道投与による気道炎症は、SPC-BCL6-DN-Tgマウスでは、肺組織中のMCP-1をはじめとする各ケモカインのmRNAの増加と共に増強し、SPC-BCL6-Tgマウスでは各ケモカインのmRNAの減少し、気道炎症の減弱が観察された。これらの結果から、BCL6のアレルギー性気道炎症に対する重要な役割の1つとしてMCP-1を含むケモカイン遺伝子群の転写抑制作用を明らかにした。本研究は、気道上皮細胞におけるケモカイン産生の機能調節方法の研究を行うことによって,多くの慢性肺炎症性疾患に対する新規の治療法の開発を目指す.申請者らはヒトとマウスで類似したMCP-1を含むケモカイン遺伝子群のクラスター領域を見出しており,この領域において転写抑制因子であるBCL6の結合領域が数多く存在することを見出している.生体内でBCL6が気道上皮細胞においてこれらケモカイン遺伝子クラスターに対して発現を統合的に抑制する可能性を解析するために,サーファクタントA遺伝子プロモーターを利用して気道上皮細胞特異的にBCL6およびBCL6-ドミナントネガティブ(DN)遺伝子(BCL6-DN)が過剰発現するトランスジェニック(Tg)マウスを作製した。これらのマウスを用いてOVA(卵白アルブミン)腹腔感作喘息モデルを作製し解析した.その結果,OVA経気道投与による気道炎症およびケモカインのmRNAは気道上皮細胞内のBCL6によって抑制されることが明らかになった.肺胞上皮細胞株であるA549細胞に対して,BCL6-DNを強発現させて、内因性BCL6の機能を抑制したA549細胞のhistone modificationをクロマチン免疫沈降法で解析したところ,ケモカイン遺伝子クラスターのヒストンのアセチル化は広い範囲においてBCL6によって抑制されることを認めた.これらの結果から、BCL6はケモカイン遺伝子クラスターのヒストンを脱アセチル化することによってMCP-1を含むケモカイン遺伝子群の転写抑制作用することを明らかにした。以上より、BCL6は気道上皮細胞のケモカイン遺伝子のヒストン修飾を介して機能を制御することによって気道炎症を抑制することが示唆された。生体内でBCL6が気道上皮細胞においてこれらケモカイン遺伝子クラスターに対して発現をクロマチンレベルで統合的に抑制することから、サーファクタントA遺伝子プロモーターを利用して気道上皮細胞特異的にBCL6およびBCL6-ドミナントネガティブ遺伝子が過剰発現するトランスジェニックマウスに対してブレオマイシン吸入による肺線維症モデルを作製して解析した。その結果、BCL6によるケモカイン産生の抑制が肺線維症を抑制することが明らかになった。

一方、肺線維症にTh2サイトカイン関与することが今までに示唆されており、BCL6はTh2サイトカインの産生を抑制することから、ヘルパーT細胞からのサイトカインの影響を明らかにする目的で、リンパ球にBCL6が過剰発現するLck-BCL6-トランスジェニックマウスを用いた卵白アルブミン抗原誘導性気道アレルギーモデルにおけるブレオマイシンによる肺線維症について解析した。その結果、肺線維化に対してTh2サイトカインの明らかな関与を認めなかった。これらの結果から、肺線維化には気道上皮細胞から産生されるMCP-1を含む複数のケモカインが重要な役割をしていることを明らかにした。また、BCL6は気道上皮細胞のケモカイン遺伝子クラスターに存在するケモカイン遺伝子群の発現を網羅的に制御することによって気道炎症を抑制することが示唆された。
細胞接着因子VE-Cadherin・PECAM-1による血管新生制御機構の解析

血管内皮細胞に特異的に発現する接着因子VE-cadherin(Vascular Endothelial-Cadherin)およびPECAM-1は、細胞間接着を制御することにより血管形成さらには血管機能の維持に重要な役割を果たしている。最近の研究からこれら分子は単に細胞接着を制御するだけでなくシグナル伝達分子としても機能すること、さらにはこれら分子の接着活性は細胞内外のシグナルによって厳密に制御されていることが分かってきた。しかしそのメカニズムについては不明であった。本年度は主にVE-cadherinの接着活性を制御する細胞内シグナル伝達機構について解析を行い、低分子量GTP結合蛋白質Rap1の役割を明らかにしてきた。以下にその結果を示す。(1)adrenomedullinやprostacyclin(PGI2)は細胞内のサイクリックAMP(cAMP)を産生することにより血管のバリヤー機能を亢進することが知られている。そこで、そのメカニズムについて解析を行った結果、cAMPはRap1特異的グアニンヌクレオチド交換因子Epacを介してRap1を活性化することが分かった。また、このRap1の活性化がVE-cadherinの接着活性を増強することにより血管内皮の細胞間接着を強め、その結果として血管のバリヤー機能が亢進することを明らかにした。(Fukuhara et al.,MCB 2005)(2)Angiopoietin-1(Ang1)は血管発生に必須な血管新生因子である。また、Ang1はin vivoで炎症反応、vascular endothelial growth factorなどによるplasma leakageを抑制することが知られている。そこで、この分子メカニズムについて解析を行った結果、Ang1はcAMPと同様に血管内皮細胞においてRap1を活性化しVE-cadherin依存的な細胞間接着を増強、それによって血管透過性を抑制していることが分かった。また、その分子メカニズムとしてアダプター分子であるCrkがAng1受容体であるTie2の下流で活性化されRap1の活性化を制御していることを明らかにした。また、Ang1はErkやAktを介して細胞の生存にも寄与しているが、この経路にはCrkは関与していないことが分かった。(投稿準備中)血管内皮細胞に特異的に発現する細胞接着因子VE-cadherin (Vascular Endothelial-Cadherin)およびPECAM-1は、細胞間接着を制御することにより血管形成さらには血管機能の維持に重要な役割を果たしている。最近の研究からこれら分子は単に細胞接着の制御だけではなく、シグナル伝達分子としても機能していることが示唆されてきたが、その詳細なメカニズムについては不明な点が多く残されている。本年度は主にVE-cadherinに連関する細胞内伝達機構について解析を進めてきた。その結果を以下に示す。(1)FerチロシンキナーゼによるVE-cadherinのリン酸化とそれによるVE-cadherin接着機能の抑制以前から血管新生因子であるvascular endothelial growthfactor (VEGF)やGPCRリガンドであるthrombinによる刺激がVE-cadherinのリン酸化を惹起することが知られていたが、そのメカニズムやVE-cadherin機能における意義は不明であった。今回我々は血管内皮細胞においてVEGFやthrombin刺激がFerチロシンキナーゼを活性化し、それがVE-cadherin細胞内領域のリン酸化を制御していることを見出した。また、FerによるVE-cadherinのリン酸化はその接着能力を低下させることが分かった。以上のことから、VEGFやthrombin刺激はFerを介してVE-cadherinの細胞内領域をリン酸化し、その接着能力を抑制的に制御していることが示された。(2)VE-cadherinの接着機能における低分子量GTP結合蛋白質Rap1の役割低分子量GTP結合蛋白質Rap1はインテグリンを活性化することにより細胞-細胞外基質の接着を正に制御することが知られている。今回我々はVE-cadherinを介した細胞間接着におけるRap1の役割について検討した。その結果、Rap1GAPII (Rap1の不活性化因子)の過剰発現によって内在性Rap1の活性を抑制するとVE-cadherinを介した接着が優位に阻害されることが分かった。また、血管新生に関与することが知られているangiopoietin-1刺激はRap1を活性化することによりVE-cadherinによる接着を亢進させることが示された。

また、このRap1の活性化がVE-cadherinの接着活性を増強することにより血管内皮の細胞間接着を強め、その結果として血管のバリヤー機能が亢進することを明らかにした。(Fukuhara et al.,MCB 2005)(2)Angiopoietin-1(Ang1)は血管発生に必須な血管新生因子である。また、Ang1はin vivoで炎症反応、vascular endothelial growth factorなどによるplasma leakageを抑制することが知られている。そこで、この分子メカニズムについて解析を行った結果、Ang1はcAMPと同様に血管内皮細胞においてRap1を活性化しVE-cadherin依存的な細胞間接着を増強、それによって血管透過性を抑制していることが分かった。また、その分子メカニズムとしてアダプター分子であるCrkがAng1受容体であるTie2の下流で活性化されRap1の活性化を制御していることを明らかにした。また、Ang1はErkやAktを介して細胞の生存にも寄与しているが、この経路にはCrkは関与していないことが分かった。(投稿準備中)
創傷治癒の過程におけるmyofibroblastの動態を生理活性物質の果たす役割

創傷治癒時に急性炎症反応にひきつづいて形成される肉芽組織の内部にはmyfibroblastとよばれる平滑筋と極めて類似した、fibroblastから分化した細胞が数多く含まれていることが明らかになっている。myofibroblastはα-smooth muscle actinを含むことを特徴とし、このため強い収縮力を発揮し創傷の収縮、治癒に大きな役割を担づていることが明らかになってきた。創傷治癒の過程において、myofibroblastはアポトーシスによりその数を減じていくのであるが、myofibroblastのアポトーシスについての知見は現在まで殆ど報告されていない。我々の研究室ですでに確立している方法に従って、ラット背部皮下にクロトン油を注入することにより皮膚由来のmyofibroblastを豊富に含ん落肉芽嚢を作製し、その肉芽嚢よりmyofibmblastを分離・培養し、他の幾種類かの細胞ですでにアポトーシスを誘導することが明らかになっている、スタウロスポリンを用いてmyofibroblastへの効果を検討した。スタウロスポリンは濃度・時間依存的にmyofibroblastにアポトーシスを引き起こし、アポトーシスの特徴とされる核の分葉化、クロマチンの凝集が認められた。また、スタウロスポリンによりアポトーシスのキイエンザイムであるカスパーゼ3の活性化が引き起こされることも確認した。myofibroblastに特徴的にみられるα-smooth muscle actinがアポトーシス誘導時に分断され、これが活性化されたカスパーゼ3によるものであることを明らかとした。さらに、アポトーシスを誘導しにくいとされるmyofibroblastにアポトーシスを誘導する物質としてスタウロスポリンのほかに、抗がん剤であるシスプラチンとブレオマイシンがあることを見出した。創傷治癒時に急性炎症反応にひきつづいて形成される肉芽組織の内部にはmyofibroblastとよばれる平滑筋と極めて類似した、fibroblastから分化した細胞が数多く含まれていることが明らかになっている。myofibroblastはα-smooth muscle actinを含むことを特徴とし、このため強い収縮力を発揮し創傷の収縮、治癒に大きな役割を担っていることが明らかになってきた。我々の研究室ですでに確立している方法に従って、ラット背部皮下にクロトン油を注入することにより皮膚由来のmyofibroblastを豊富に含んだ肉芽嚢を作製し、その肉芽嚢よりmyofibroblastを分離・培養し、他の幾種類かの細胞ですでにアポトーシスを誘導することが明らかになっている、スタウロスポリンを用いてmyofibroblastへの効果を検討した。スタウロスポリンは濃度・時間依存的にmyofibroblastにアポトーシスを引き起こし、アポトーシスの特徴とされるDNAのフラグメンテーション、核の分葉化、クロマチンの凝集が認められた。カスパーゼ3によって細胞骨格を形成するアクチンが切断されるという報告があるので、myofibroblastに特徴的にみられるα-smooth muscle actinもカスパーゼ3の基質となりうるか現在検討中である。
枯草菌蛋白質膜組込をモニターする翻訳途上鎖

枯草菌リボソームが駆動するin vitro精製再構成翻訳系を構築した。その系を用い、枯草菌MifMの翻訳アレストをin vitroで再現した。他の種のリボソームやアレスト因子などを用いた解析と合わせ、リボソームと翻訳途上鎖の相互作用が生物種間で多様性であることを示した。一方、MifMの翻訳アレスト解除の経路特異性が低い(アレストモチーフが部品的である)ことを示した。1. MifMによる翻訳アレストの分子機構MifMによる翻訳の一時停止(アレスト)現象を解析するために、精製された大腸菌由来の翻訳因子と枯草菌リボソームなどを組み合わせて再構成したin vitro翻訳系"Bs PUREsystem"を開発した。この系を用い、(1)MifMの翻訳アレストは、MifMの翻訳途上鎖とリボソームとの特異的相互作用によって引き起こされることを示した。また、(2)アレストを引き起こす翻訳途上鎖のアミノ酸配列が種によって異なることを見出した。この性質がアレスト因子の配列多様性を生み出している一因であると思われる。一方、生化学的解析から、MifMの翻訳アレストが複数の異なる場所で起こっていることを示唆する結果を得た。既知のアレスト因子とその性質や機構が異なる可能性が浮上した。2. MifMによる翻訳アレストの解除機構MifMのC末端にある翻訳アレストモチーフはN末端の膜挿入シグナルによって制御されている。この性質によりMifMは、膜挿入をモニターするが、この膜挿入シグナルを分泌シグナルに入れ替えることで、膜挿入モニターから分泌モニターへとその性質を変化させることを見出した。このことは、C末端の翻訳アレストモチーフが部品性を有していることを示しており、アレストモチーフとN末端のセンサーモチーフとの組み合わせによって多様なモニター因子がデザイン可能である事が明らかとなった。この部品性は、翻訳アレストを利用した多用なセンサーが生じるメカニズムの1つと考えられ、また、他の生物学経路をモニターする未知の因子が存在する可能性を示唆している。1.MifMによる翻訳アレストの分子機構MifMによる翻訳の一時停止(アレスト)現象を解析するために、精製された大腸菌由来の翻訳因子と枯草菌リボソームなどを組み合わせて再構成したin vitro翻訳系"Bs PUREsystem"を開発した。この系を用い、生化学的解析から、MifMの翻訳アレストが、一度の翻訳過程において複数の異なる場所で連続的に起こりうる(multi-site arrest)こと、また、その翻訳アレストは、リボソームのペプチジルトランスフェラーゼ機能を阻害することによって引き起こされることなどを示唆する結果を得た。このようなmulti-site arrestを引き起こすための、MifM-リボソーム相互作用を解析した結果、MifMのアレストモチーフのうちC末端側は、厳密なアミノ酸配列要求性を持たず、複数の酸性アミノ酸のクラスターによって相互作用を確立していることが示唆された。このようなアミノ酸配列特異性の欠如と、化学的に類似に残基のクラスター化が、multi-site arrestを可能にしているというモデルを提唱した。2.MifMによる翻訳アレストの解除機構MifMのC末端にある翻訳アレストモチーフはN末端の膜挿入シグナルによって制御されている。この性質によりMifMは、膜挿入をモニターするが、この膜挿入シグナルを分泌シグナルに入れ替えることで、膜挿入モニターから分泌モニターへとその性質を変化させることを前年度までに明らかにした。今年度、MifMの翻訳アレストがMulti-site arrestであることを示し、この部品性がこれまで想像していた以上に柔軟性に満ちていることが示された。また、Multi-site arrestの、アレスト解除機構に対するアドバンテージについて、新たな疑問を提案した。
同位体組成制御と中性子照射改質に基づくSi量子計算の基礎研究

シリコン(Si)量子コンピュータは、スピンフリーSi(^<28>Siあるいは^<30>Si)基板内に20nm程度の微小間隔で^<31>Pを配列させ、これをキュービットとして利用するものである。本研究では、その基本的なデバイス構造作製を目指し、同位体組成を制御するエピタキシャル成長と均一性に優れた中性子照射改質技術を組み合わせた実験を行うことを目標とした。本方法は、深さ方向に対してランダムなイオン注入技術に対して優れた特徴を有する。はじめに、ガスソースMBE成長法による^<30>Siのエピタキシャル成長技術を確立した。原料ガスとしてクルチャコフ研究所(ロシア)より購入した濃縮^<30>SiH_4を用い、SIMS分析により、ほぼ100%の^<30>Siエピ層、すなわちスピンフリーSiが得られた。続いて、本技術を用いて、ノーマル^<30>SiH_4と濃縮^<30>SiH_4を交互に供給することにより、天然Si/^<30>Si/天然Si(^<28>Si:^<29>Si:^<30>Si=92.2:4.7:3.1)同位体ダブルヘテロ構造を作製した。さらに、本試料に対して、日本原子力研究所において中性子照射を行い、^<30>Siの^<31>Pへの改質を行った。照射条件としては、熱中性子束1x10^<14>cm^<-2>s^<-1>、照射時間16時間であった。照射後、CAMECA-IMS-3fにより高精度SIMS測定を行い、照射後において、約5x10^<16>cm^<-3>の^<31>Pが形成されていることを確認した。この値は、中性子照射により予測される理論値とほぼ一致した。本方法により、スピンフリーSi中に一定面内に^<31>Pを配置させることが可能であることが明らかとなった。今後は、^<29>Si/^<30>Si(単原子層)/^<29>Si同位体ヘテロ構造を作製し、これに中性子照射を行うことにより、Siベース量子コンピュータの基本構造が作製可能と考えられる。固体量子コンピュータの数多い提案の中で、シリコン量子コンピュータは比較的現実的なアイディアとして注目されている。基本的な考えは、Si基板内に20nm程度の極微小間隔で^<31>Pを並べ、^<31>P核スピンをキュービットとして用い、上部電極の電圧により核磁気共鳴周波数を制御し、演算を実現しようとするものである。このときキュービットである^<31>P核スピンは、他原子のスピンからの干渉を受けないことが必須であるので、母材Siはスピンフリーでなければならない。ところが、天然Siには、3つの同位体^<28>Si、^<29>Si、^<30>Siが存在し、^<28>Siと^<30>Siはスピンゼロであるが、^<29>Siはスピンゼロではない。このため、ほぼ100%の^<28>Siあるいは^<30>Siの作成が必要である。本研究の目的は、その第1歩として、スピンフリーSiを作成することである。

その結果、高純度の^<30>SiH_4原料ガスを用い、超高真空ガスソースMBE装置により、世界で始めて^<30>Siのエピタキシャル成長に成功した。結晶性については、RHEED(反射高エネルギー電子回折装置)によりその場で良好な単結晶性を確認した。また、それぞれの同位体組成の分析は、SIMS(2次イオン質量分析装置)を用いて評価した。その結果、^<30>Siの成分は、99.88%であり、ほぼ100%の値を達成した。また、今後^<30>Siの埋めこみ構造も必要となるが、連続エピタキシャル成長により天然Si/^<30>Si/天然Si構造を作成し、SIMS分析を'行い同位体分離がほぼ完全であることを確認した。さらに^<28>Siのエピタキシャル成長に関しても、現在、エピタキシャル成長実験を進めている。固体量子コンピュータの中で、シリコン量子コンピュータは比較的現実的なアイディアとして注目されている。その基本的な考えは、Si基板内に20nm程度の極微小間隔で^<31>Pを並べ、^<31>P核スピンをキュービットとして用い、上部電極の電圧により核磁気共鳴周波数を制御し、演算を実現しようとすることである。本年度はSi基板内に^<31>Pを配列させるため2つの方法を検討した。1つは、超高真空ガスソースMBE(GS-MBE)装置によりSiH_4/PH_3混合ガスを用いて、PドープSiデルタ層を形成する方法であり、もう1つは高純度^<30>Siデルタ層を作成後に中性子照射(中性子ドーピング)を利用して、^<30>Siを^<31>Pに変換してPドープ層を形成する方法である。前者については、SiH_4/PH_3の流量制御により、PドープSi層を10nm1原子層まで作成し、精密ホール効果測定によりシートキャリア密度、ホール移動度等の評価から、ランダムながら平均的に約20nm間隔でP原子が配置されていることを確認した。一方、中性子ドーピング用サンプルに関しては、高純度^<30>SiH_4原料ガスを用い、GS-MBE装置により、天然Si/^<30>Si/天然SiのSi同位体ダブルヘテロ構造を作成することに成功した。結晶性については、RHEEDによりその場で良好な単結晶性を確認した。また、同位体組成の分析は、SIMSを用いて評価した。その結果、ほぼ100%の^<30>Siデルタ層をサンドイッチしたダブルヘテロ構造が形成されていることを確認した。来年度は、この構造をもつサンプルに中性子照射を行い、所要の^<31>Pデルタ構造を作成する予定である。シリコン(Si)量子コンピュータは、スピンフリーSi(スピンゼロの^<28>Siあるいは^<30>Si)基板内に20nm程度の微小間隔で^<31>Pを配列させ、これをキュービットとして利用するものである。本研究では、その基本的なデバイス構造作製を目指し、同位体組成制御エピタキシャル成長と均一性に優れた中性子照射改質技術を組み合わせた実験を行うことを目標とする。本方法は深さ方向に対してランダムなイオン注入技術に対して優れた特徴を有する。具体的には、天然Si(^<28>Si:^<29>Si:^<30>Si=92.2:4.7:3.1)/^<30>Si/天然Siの同位体ダブルヘテロ構造を作製すること、およびこの構造体に中性子照射を行い、^<30>Siの^<31>Pへの改質を行うことである。
細胞内Mg2+濃度とリボソームの相関関係解明と応用

昨年度までに枯草菌のMg2+取り込みと排出を人為的にコントロールし、Mg2+の過剰、または枯渇を誘導する実験系を確立した。今年度はこの実験系をリボソーム量の少ない変異株(rrnAO+)でも実施し、Mg2+濃度変動の影響と細胞内リボソーム量との関係性を検証した。<Mg2+過剰条件>通常量のリボソームを含む、野生株のバックグラウンド(wtBG)でMg2+過剰を誘導した場合、増殖速度と細胞内翻訳活性の低下が観察される。リボソーム量の少ない変異株でMg2+過剰を誘導すると、これらの影響はより顕著に観察され、wtBGでは見られなかった転写活性の低下が認められた。恐らく、rrnAO+株のバックグラウンド(rrnAO+BG)では遊離Mg2+濃度が向上しやすいため、様々な影響が顕在化しやすいと考えられる。また、in vitroの翻訳系においてもMg2+濃度向上に伴う翻訳活性の低下を観察し、Mg2+過剰による細胞内翻訳活性低下が、Mg2+の直接的な影響であることを示した。<Mg2+枯渇条件>Mg2+枯渇を誘導すると細胞増殖が停止するが、細胞内のMg2+濃度低下は細胞分裂に依存するため、誘導してから停止するまで細胞はしばらく増殖を続ける。Mg2+枯渇誘導後、wtBGでは2.3倍程度まで増殖したが、rrnAO+BGでは1.5倍程度の増殖に留まった。リボソーム量の少ない細胞ではMg2+のストックが少ないため、早い段階で増殖不可能なレベルまでMg2+濃度が低下すると考えられる。また、Mg2+枯渇を誘導すると70Sリボソーム量が減少することが分った。リボソームが分解されると、リボソームにキレートされていたMg2+が遊離するため、細胞内の遊離Mg2+濃度は一時的に保持されると予想できる。従ってリボソームは、Mg2+の貯蔵庫としても機能する可能性が示唆された。具体的な検討課題として以下の5点を挙げているが、すでに検証を終えている課題もあり、概ね計画通りと言える。1.生育段階におけるリボソーム量変動とMg2+濃度の相関性;非胞子形成培地と胞子形成培地でそれぞれ培養した枯草菌の細胞内Mg2+濃度を観察し、定常期に細胞内Mg2+濃度とリボソーム量が低下することを見出した。2.細胞内Mg2+濃度操作によるリボソーム量、新規合成量、翻訳活性への影響検証;Mg2+過剰条件下では翻訳活性が低下すること、新規合成量は通常の条件と比較して増加することが示唆された。また、リボソーム量の少ない細胞ではMg2+過剰の影響を受けやすいことが分った。さらに、in vitroの翻訳系でもMg2+は高い濃度で阻害的に作用することを示した。3.リボソーム変異株における70S形成量やリボソームの安定性に対する細胞内Mg2+濃度増加の効果;各リボソーム欠損株の細胞内Mg2+濃度向上が、70Sリボソーム形成量を回復させることを証明し、その成果をJ. Bacteriologyに発表した。4.細胞内Mg2+枯渇時のリボソーム分解と遊離Mg2+濃度変化の観察; Mg2+の枯渇によって70Sリボソームが分解されることを発見し、遊離Mg2+濃度変化をモニターするための株を構築した。5.細胞内Mg2+濃度操作による枯草菌の有用物質生産量増加;物質生産量への効果は検証していないが、細胞内Mg2+濃度を操作する系の確立に成功した。<Mg2+過剰条件>Mg2+過剰条件では遊離Mg2+濃度の正確な測定は困難であると予想される。そこでタンパク質当たりのMg2+濃度を測定することで、タンパク質の構造や活性に影響が出るMg2+濃度比を理解する。また、リボソーム量の少ない株ではその濃度比が高まり易いのかを検証する。さらにリボソームフラクションに含まれるMg2+量を測定し、細胞内Mg2+濃度との相関性が見られるかを検証する。その一方で、Mg2+とATPの濃度比についても明らかにする。リボソーム量の少ない変異株ではATP濃度が低下することからも、リボソーム量とATP濃度の双方がMg2+濃度変化への適応に重要であることを示す。さらに、定常期の細胞内Mg2+濃度を維持した条件でプロテアーゼやアミラーゼ、バシトラシンの生産量が向上するかを検証する。<Mg2+枯渇条件>Mg2+リボスイッチを持つmgtE上流域にlacZを融合した遺伝子を持つ枯草菌で遊離Mg2+濃度の変動をモニターする。また、Mg2+枯渇時に見られる70Sリボソーム量の減少がリボソームの積極的な分解によるものなのかを検証する。そこでまずはrRNA量とリボソームタンパク質量の変動を観察する。また、リボソーム量の少ない株ではリボソームの分解が早期に起こるのかを確認する。一方、枯渇条件では長時間培養すると細胞の再増殖が見られる。このとき、一部の細胞では変異導入が認められるが、変異を含まない細胞でも増殖が認められる。そこでこの特殊な適応機構についても調査する。本年度はまず、枯草菌リボソームタンパク質遺伝子の欠損株において、70Sリボソームの形成量や増殖速度に対する細胞内Mg2+濃度増加の効果を検証した。

リボソームタンパク質L1, L23, L36, S6をそれぞれ欠損した株では70Sリボソーム形成量の低下とそれに伴う細胞増殖速度の低下が観察される。これらの株の細胞内Mg2+濃度を、Mg2+取り込みポンプ(MgtE)の高発現と、Mg2+排出ポンプ(YhdP)の欠損によって人為的に増加させることに成功した。その結果、全ての欠損株で70Sリボソーム形成量の回復が認められた。また、L1, L23欠損株では細胞増殖速度の回復が、L1欠損株では胞子形成能の回復がそれぞれ観察された。これらの結果は、恐らく70Sリボソームの構造安定化という点において、リボソームタンパク質機能の一部がMg2+によって相補可能であることを示すものである。その一方で、細胞内Mg2+濃度を過剰に引き上げる系の確立にも成功した。MgtEにMg2+の取り込みを促進させる変異を導入した上で高発現させ、さらにYhdPを欠損させた株を、Mg2+を添加した培地で培養することで、通常の1.5倍程度の濃度まで細胞内Mg2+濃度を引き上げた。この異常なMg2+濃度の向上は、細胞増殖速度の低下を引き起こしたが、rRNAオペロンの転写量はむしろ増加していた。Catの翻訳量から推定すると、Mg2+過剰時には細胞内翻訳活性が低下することが示唆された。さらに、mgtEを含むMg2+取り込みポンプをコードする遺伝子の3重破壊株を構築し、その株の増殖が培地へのMg2+添加に依存することを確認した。研究計画調書では具体的な検討課題として以下の5点を挙げているが、すでに検証を終えている課題もあり、概ね計画通りと言える。1.生育段階におけるリボソーム量変動とMg2+濃度の相関性;非胞子形成培地であるLB培地と胞子形成培地である2 x SG培地でそれぞれ培養した枯草菌の細胞内Mg2+濃度を観察し、定常期に細胞内Mg2+濃度とリボソーム量が低下することを見出した。2.細胞内Mg2+濃度操作によるリボソーム量、新規合成量、翻訳活性への影響検証;細胞内Mg2+濃度を過剰/枯渇させる系の確立に成功した。Mg2+過剰条件下では翻訳活性が低下すること、新規合成量は通常の条件と比較して増加することがこれまでの結果から示唆されている。3.リボソーム変異株における70S形成量やリボソームの安定性に対する細胞内Mg2+濃度増加の効果;L1, L23, L36, S6をそれぞれ欠損した株の細胞内Mg2+濃度向上が、70Sリボソーム形成量を回復させることを証明した。4.細胞内Mg2+枯渇時のリボソーム分解と遊離Mg2+濃度変化の観察;細胞内Mg2+を枯渇させる系の確立に成功し、Mg2+の枯渇によって細胞増殖が停止することを確認した。5.細胞内Mg2+濃度操作による枯草菌の有用物質生産量増加;物質生産量への効果は検証していないが、細胞内Mg2+濃度を操作する系の確立に成功した。昨年度までに枯草菌のMg2+取り込みと排出を人為的にコントロールし、Mg2+の過剰、または枯渇を誘導する実験系を確立した。今年度はこの実験系をリボソーム量の少ない変異株(rrnAO+)でも実施し、Mg2+濃度変動の影響と細胞内リボソーム量との関係性を検証した。<Mg2+過剰条件>通常量のリボソームを含む、野生株のバックグラウンド(wtBG)でMg2+過剰を誘導した場合、増殖速度と細胞内翻訳活性の低下が観察される。リボソーム量の少ない変異株でMg2+過剰を誘導すると、これらの影響はより顕著に観察され、wtBGでは見られなかった転写活性の低下が認められた。
時間分解FTIR法による高分子コンホメーションの動的解析

パルス電場下における高分子の配向挙動とコンホメーション特性を解析する目的で、フーリエ変換分光法を用いた時間分解赤外二色性測定装置の関発に着手した。本測定法は,FTIR分光法,時間分解スペクトル解析法、および全反射吸収(ATR)セルを用いた赤外二色性測定という三つの技術の組み合わせよりなる。初年度(昭和61年度)には、分光計本体およびATRセル等を購入し、装置の基本的な組み立てを完了させた。二色性測定、時間分解測定のそれぞれについては、配向高分子試料および低分子液晶を用いて独立に性能評価を行い、近々両者の同時測定に着手する予定である。ただし、時間分解測定のためには、外部電源のトリガリングやデータ再編集のための取り出し等、周辺機器との調整がなお残っており、現在必要な作業を行っているところである。また、試料加熱装置の製作に着手し、広範な温度域で測定ができるよう準備を進めている。次年度には、完成させた測定装置を用いて、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、および種々の合成高分子の配向挙動とコンホメーションの解析を行う。また、低分子のサーモトロピック液晶およびリオトロピック液晶についても、液晶構造とコンホメーションの対応や電場下での再配向挙動の解析を予定している。
水熱反応を用いた酸化物ポーラス材の創製

本研究では、水熱反応を用いて酸化物のポーラス膜を作製するための基礎検討を行っている。酸化物ポーラス膜には、高温でも高い比表面積を保つことが求められる自動車排ガス用の触媒担持体などの要望がある。しかしながら、一般に酸化物は固く、また、融点も高いため、加工することが困難である。そこで、本研究では200または250°C、数MPaの水の特性を利用した水熱反応を用いる。水熱反応下の水は、酸化物を溶解し得る高いイオン積を有し、さらに通常の水よりも低い粘性を示す。この低温・低エネルギーの水熱反応を酸化物ポーラス材の作製方法に応用する。出発原料となる酸化物試料から熱水中へ成分を溶出させ、ポーラス構造を有した鉄膜などの析出させた後に、鉄を酸により除去し、酸化物ポーラス膜を得る。種々の酸化物試料の構成成分の熱水中への溶出量の測定および溶出した成分が鉄製のテンプレートに析出するか検討を行ったところ、出発原料が結晶質であると溶出量は少なく、また、テンプレートへの析出も確認されなかった。一方、出発原料が非結晶質であり、かつ、水熱反応中に結晶化しなければ、溶出量は多く、また、酸化物ポーラス膜を作製することができた。結晶および非結晶SiO_2を出発原料とした際のSiの溶出量などは既存の熱力学データから計算した値とよい一致を示し、水熱反応と言う特殊な環境下であっても既存のデータベースを用いて溶出量を予測できる可能性を示した。
地域森林作業システム機械化の発展過程に関するシミュレーション分析

地域森林作業システム機械化の発展過程ついて、2つの視点から検討した。第一に、北海道における高性能林業機械の普及過程について明らかにした。北海道の高性能機械化は、次の3つの段階で進行していた;(1)一部の素材生産事業体による外国製機械の導入、(2)紙パルプ企業などによる全機械化作業システムの採用、(3)中小企業体を中心とした半機械化作業システムの普及。高性能機械の普及は既にかなりの程度進んでいるものの、導入された機械の多くは稼働率が低い状態にあった。そこでこの結果をふまえ、地域素材生産構造再編による効率的機械利用の可能性について、北海道富良野地域を対象に検討した。前年度の調査結果をもとに、同地域の人工林素材生産構造を明確化した。また、東京大学北海道演習林で実際に行われたハーベスタ・フォワーダ作業システムによる事業結果から、同作業システムのコストモデルを構築した。さらに、地域素材生産業の再編方向についてシナリオを想定し、ハーベスタ・フォワーダ作業システム導入による素材生産コストのシミュレーションを行った。その結果、地域の素材生産構造が現状のまま維持されるケースでは、同システムの事業量が773,485m^3/年、生産コストが4,600116,700円/m^3と算出された。これは、大部分の事業体で同システムの導入がコスト削減に至らないことを示唆している。一方、森林組合や国有林による事業の集中配分を想定したケースでは、同システムの事業量が3,8006,000m^3/年、生産コストが3,5004,300円/m^3と算出された。この結果は、同地域における素材生産構造の再編により、高性能機械利用の効率化が十分可能であることを示している。地域森林作業システム機械化のシミュレーション・モデルを構築するための準備的な研究を実施した。第一に,北海道の各地域における高性能機械保有事業体を対象として,機械利用実態に関する聞き取り調査を行った。その結果,事業体の機械利用形態として,次の3種類に区分されることが明らかとなった;個別事業体での機械利用,機械のレンタル・リース,近隣事業体との業務提携による機械利用。これらのうち,業務提携により機械利用を行う芽室町森林組合が,最も効率的に機械を活用していた。同組合の事例をもとに,地域森林作業システム機械化の発展方向に関するシナリオを設定した。まず,地域の核となる事業体が出現する。この事業体が強力なリーダーシップを発揮し,地域森林生産の再編(M&Aや業務提携など)を進める。この事業体は,機械化作業を行うコントラクタ(生産請負業者)に対して,機械作業に適した事業を安定的・集中的に配分する。この過程によって地域森林生産の効率化が実現し,森林資源の持続的経営が可能となる!第二に,シミュレーション分析のフィールドである北海道富良野地域を対象に,分析に必要なデータの収集を行った。主な調査項目は次の諸点であり,方法は聞き取り調査と資料収集によった;同地域における協業化の取り組み状況,協業化に対する各事業体の認識,素材生産および素材流通の実態,素材生産計画,林業労働力の推移。
アポトーシスにおける細胞形態の動的変化(ブレッビング)のメカニズムの解明

アポトーシスは、細胞の収縮やメンブレンブレビングに代表される特徴的な変化を引き起こす。本研究では、アポトーシス時における細胞の形態変化のメカニズムを明らかにするため、以下の解析を行った。これまでに、HeLa細胞の誘導株に細胞死抑制遺伝子Bcl-2を発現させることによりFas刺激によるアポトーシス誘導時に、Bcl-2の作用点から下流のシグナル伝達の影響がない状態で細胞質の変化に関係する蛋白質の変化を追跡できる系を確立している。昨年度(平成14年度)には、細胞の形態変化に伴って変化する蛋白質をプロテオーム解析により同定するため、Bcl-2を過剰発現している細胞をFas刺激し、刺激しないものをコントロールとして、MULDI-TOF MSを行い、移動度の変化するものとして、Lamin、Vimentin等の骨格系蛋白質と、Clathrin light chain等の小胞輸送系の蛋白質を同定した。本年度は、これらの同定できた因子の機能の解析を行った。Vimentinに対するsiRNAを用いてその発現量を低下させたところ、Fas刺激によるアポトーシスブレッビングは顕著な影響を受けなかった。このことは、Vimentinを含む中間径フィラメントがアポトーシスブレッビングに関与していないか、あるいは関与しているけれども、他の中間径フィラメントが機能の代用をすることを示唆している。一方、Clathrin light chainに対するsiRNAを用いてその発現量を低下させたところ、アポトーシスブレッビングが早く観察されるようになった。Clathrinlight chainはcaspase依存的に切断されることも明らかとなった。以上の結果は、Clathrin light chainがcaspase依存的に切断されることにより、その機能を失うことがアポトーシスブレッビングに重要であることを示唆している。この細胞の形態変化に関与していると考えられる分子は今までにいくつか報告されているが、形態変化のメカニズムについては不明な点が多い。これまでに、HeLa細胞の誘導株に細胞死抑制がん遺伝子Bcl-2を発現させると、Fas刺激によるアポトーシス誘導時に細胞の死は抑制されるが、細胞質の変化は影響されないことを見い出している。この系を用いると、Bcl-2の作用点から下流のシグナル伝達の影響がない状態で細胞質の変化に関係する蛋白質の変化を追跡することが可能である。細胞の形態変化に伴って変化する蛋白質をプロテオーム解析により同定するため、Bcl-2/Bcl-xLを過剰発現しているこの細胞をFas刺激し、刺激しないものをコントロールとして、二次元電気泳動し、移動度の異なるスポットについてMULDI-TOF MSを用いて解析を行った。その結果、変化する蛋白質として、Lamin A/C、Lamin B、Vimentin等の骨格系蛋白質と、Clathrin等の小胞輸送系の蛋白質を同定した。また、上記の実験から、細胞の形態変化を誘導する新たなシグナル伝達経路が、Bcl-2やcaspase-3の作用点の上流で分岐している事を示唆してきたが、MCF7細胞ではこの経路が機能していないと考えられる。その原因を調べるため、Bcl-2を発現するHeLa細胞とMCF7細胞をそれぞれGFP、DsRedで標識し、両者を細胞融合させたところ、MCF7細胞の表現型を示した。従って、MCF7細胞にはこの新たなシグナル伝達系を阻害する因子が存在すると思われる。

これまでに、HeLa細胞の誘導株に細胞死抑制遺伝子Bcl-2を発現させることにより、Fas刺激によるアポトーシス誘導時に、Bcl-2の作用点から下流のシグナル伝達の影響がない状態で細胞質の変化に関係する蛋白質の変化を追跡できる系を確立している。昨年度(平成14年度)には、細胞の形態変化に伴って変化する蛋白質をプロテオーム解析により同定するため、Bcl-2を過剰発現している細胞をFas刺激し、刺激しないものをコントロールとして、MULDI-TOF MSを行い、移動度の変化するものとして、Lamin、Vimentin等の骨格系蛋白質と、Clathrin light chain等の小胞輸送系の蛋白質を同定した。本年度は、これらの同定できた因子の機能の解析を行った。Vimentinに対するsiRNAを用いてその発現量を低下させたところ、Fas刺激によるアポトーシスブレッビングは顕著な影響を受けなかった。このことは、Vimentinを含む中間径フィラメントがアポトーシスブレッビングに関与していないか、あるいは関与しているけれども、他の中間径フィラメントが機能の代用をすることを示唆している。一方、Clathrin light chainに対するsiRNAを用いてその発現量を低下させたところ、アポトーシスブレッビングが早く観察されるようになった。Clathrinlight chainはcaspase依存的に切断されることも明らかとなった。以上の結果は、Clathrin light chainがcaspase依存的に切断されることにより、その機能を失うことがアポトーシスブレッビングに重要であることを示唆している。
環境アメニティに関する比較文化的研究

環境アメニティ評価のための調査票(日本語版、韓国語版、英語版、ロシア語版)が作成された。この調査票は環境の3側面(物理的環境、対人的環境、社会文化的環境)で必要、快適.贅沢だと考えるものをそれぞれ10項目まで記入するものであった。調査は日本、韓国、アメリカ、ロシアの大学生を対象に実施された。環境の3側面と3つの質の合計9カテゴリーにおいて。回答頻度の高いものから順に上位10項目が分析対象として取り上げられた。4ヵ国で、環境の3側面それぞれで環境の質が必要性、快適性.贅沢さへと変わるにつれて、男女とも平均回答率が減少し、男女間の項目の共通性も低下した。また、環境の3つの質それぞれで環境の側面が物理的、対人的、社会文化的環境へと変わるにつれて、男女とも平均回答率が減少し、男女間の項目の共通性も低下した。4ヵ国でもっとも類似性の高かったのは物理的環境/必要性のカテゴリーであり、このカテゴリーでの価値の類似性を示唆するものであった。つまり、4ヵ国すべてに「衣・食・住」という基準が存在するということである。日本とアメリカの類似性の方が日本と韓国のそれよりも高く、また、ロシアは他の3ヵ国と異なるという結果であった。この結果は、ある環境側面での必要性、快適性、贅沢さの基準は、それぞれの文化的源流やこれまでの文化的変遷と、現在の社会的、経済的レベルもしくは到達度の両者からの影響をうけ変化すると考えられた。環境アメニティ評価のため日本語と英語版の調査用紙を作成した。この調査用紙は環境の3側面(物理的環境、対人的環境、社会文化的環境)で、必要、快適、贅沢だと考えるものをそれぞれ最大10項目まで記入してもらうというものであった。比較文化的な観点から、日米両国のおいて学部生約100名に対して調査が実施された。日米両国の調査結果を検討してみると、物理的環境のカテゴリ-では、生活をする上で最低限必要と考えられるもの(必要性)は日米間で共通する項目が数多く見られた。また、快適性・贅沢さのカテゴリ-についても両国間で類似する項目がかなり見られた。対人的環境と社会文化的環境のカテゴリ-では、両国間にかなりの差異が見られた。特に、日本では直接的な対人関係に関する項目が多く見られ、一方米国では対人関係への抽象的な係わり方に関する項目が見られた。また、日本では上下関係というような階層的な対人関係についての項目が多くなっていたが、米国ではそのような項目はほとんど見られなかった。日米の比較文化的な研究結果から、必要性というものは日常生活の中でより直接的に体験されるものであるが、これとは対照的に快適性、贅沢さというものは個人的な要因に左右され、必要性よりも多少間接的に評価されるということが考えられる。環境アメニティ評価のための各国語版の調査用紙が作成された。この調査用紙は環境の3側面(物理的環境、対人的環境、社会文化的環境)で必要、快適、ぜいたくだと考えるものを最大10項目まで記入するというものであった。日本、タイ、韓国、台湾、アメリカ、イタリア、ソビエト(エストニア)において大学生50名から100名に対して調査が実施された。各国で実施された調査の資料整理をするために、それぞれの国の回答を日本語と英語に翻訳し、デ-タベ-スを作成するという基礎的な作業が進行中である。研究の初期に調査が実施された日本とアメリカの結果から、広い範囲で環境の全体的枠組みや重要な概念、物や事柄が取り上げられる「必要性」というものは、日常生活の中で直接的に体験されるものであるが、一方、生活の便利さ、楽しさ、快適さが増大することを重視し、個々人の満足を充たすようなものが多く取り上げられる「快適性」「ぜいたくさ」というものは、個人的な要因によりかなり左右され、「必要性」よりも多少間接的に評価されるということが考えられた。

大学生の調査だけでなく、高齢者や中年層の調査も一部実施しており、今後はより広い年齢範囲で比較検討することが必要と考えられる。環境アメニティ評価のための調査票(日本語版、韓国語版、英語版、ロシア語版)が作成された。この調査票は環境3側面(物理的環境、対人的環境、社会文化的環境)で、必要、快適、贅沢だと考えるものをそれぞれ10項目まで記入するものであった。調査は日本、韓国、アメリカ、ロシアの大学生を対象に実施された。環境の3側面と3つの質の合計9カテゴリーにおいて、回答頻度の高いものから順に上位10項目が分析対象として取り上げられた。4カ国で、環境の3側面それぞれで環境の質が必要性、快適性、贅沢さへと変わるにつれて、男女とも平均回答率が減少し、男女間の項目の共通性も低下した。また、環境の3つの質それぞれで環境の側面が物理的、対人的、社会文化的環境へと変わるにつれて、男女とも平均回答率が減少し、男女間の項目の共通性も低下した。4カ国でもっとも類似性の高かったのは物理的環境/必要性のカテゴリーであり、このカテゴリーでの価値の類似性を示唆するものであった。つまり、4カ国すべてに「衣・食・住」という基準が存在するということである。日本とアメリカの類似性の方が日本と韓国のそれよりも高く、また、ロシアは他の3カ国と異なるという結果であった。この結果は、ある環境側面での必要性、快適性、贅沢さの基準は、それぞれの文化的源流やこれまでの文化的変遷と、現在の社会的、経済的レベルもしくは到達度の両者からの影響をうけ変化すると考えられた。
グラフ上の確率推論に関する数理的研究

グラフ構造をもった確率分布が与えられた時に,その規格化定数もしくは周辺確率分布を求める問題は,誤り訂正符号,音声認識,人工知能,最適化などに幅広く関係した,応用的にも数理的にも重要な問題である.私は,この問題の確率伝搬法による計算法について研究している.実際にこの方法はLDPC符号などでは広く実用されている.その中でも特に,グラフの幾何学的な構造と,計算の難しさの関係について着目し,研究を進めた.昨年度は確率伝搬法,ベーテ自由エネルギーとグラフのゼータ関数が非常に密接に関係していることを発見したが,今年度はそれをさらに発展させ,拡張した.解の一意性に関して今までで最も強い結果など,新しい結果を得た.それらに関して論文にまとめて投稿した.現在査読中である.また,昨年度に投稿していた論文が出版された.グラフ構造をもった確率分布が与えられた時に、その規格化定数もしくは周辺確率分布を求める問題は、誤り訂正符号、音声認識、人工知能、最適化などに幅広く関係した、応用的にも数理的にも重要な問題である。とりわけLDPC符号などの誤り訂正符号はすでに実用化されていて、さらなる性能の改善が期待されている。特に私は、グラフの幾何学的な構造と、計算の難しさの関係について着目し、研究を進めた。この関係の理解が深まれば、LDPC符号の性能改善の指針が得られることも期待できる。そして、研究の結果「分配関数のループ展開公式」と呼ばれる公式を導出しか。この結果は残念ながら既にChertkov, Chernyakらによって、本質的に得られていたが、私の式は彼らとは少し違う表示をしていた。そのため、この展開公式に表れるある種の部分グラフの個数の評価など、いくつかの新しい結果が得られた。それについては論文「Loop Series Expansion with Propagation Diagrams(J.P.A:Math.Theor 2009)」にまとめた。その後、この研究の発展として、ループ展開公式をグラフ多項式としてとらえることを考えた。そうすると、この多項式がContraction-Deletion関係式という関係式を満たすことを発見した。Tutte多項式など、グラフ理論においてよく興味をもたれる量がこの関係式を満たすことが知られている。この結果については来年度にまとめる予定である。グラフ構造をもった確率分布が与えられた時に,その規格化定数もしくは周辺確率分布を求める問題は,誤り訂正符号,音声認識,人工知能,最適化などに幅広く関係した,応用的にも数理的にも重要な問題である.私は,この問題の確率伝搬法による計算法について研究している.実際にこの方法はLDPC符号などでは広く実用されている.その中でも特に,グラフの幾何学的な構造と,計算の難しさの関係について着目し,研究を進めた.この関係の理解が深まれば,LDPC符号の性能改善の指針が得られることも期待できる.本年度は確率伝搬法,ベーテ自由エネルギーとグラフのゼータ関数が非常に密接に関係していることを発見した.この結果はグラフゼータ関数のIhara-Bass公式を多変数に拡張し,そこに現れる行列とべーテ自由エネルギーの二階微分が本質的に等しいことによって示された.この公式により確率伝搬法の性質をいくつか証明することができた.これについては,Neural Information Processing Systemsという国際学会で発表し,学会論文「Graph Zeta Function in the Bethe Free Energy and Loopy Belief Propagation」としてまとめた.グラフ構造をもった確率分布が与えられた時に,その規格化定数もしくは周辺確率分布を求める問題は,誤り訂正符号,音声認識,人工知能,最適化などに幅広く関係した,応用的にも数理的にも重要な問題である.私は,この問題の確率伝搬法による計算法について研究している.実際にこの方法はLDPC符号などでは広く実用されている.その中でも特に,グラフの幾何学的な構造と,計算の難しさの関係について着目し,研究を進めた.昨年度は確率伝搬法,ベーテ自由エネルギーとグラフのゼータ関数が非常に密接に関係していることを発見したが,今年度はそれをさらに発展させ,拡張した.解の一意性に関して今までで最も強い結果など,新しい結果を得た.それらに関して論文にまとめて投稿した.現在査読中である.また,昨年度に投稿していた論文が出版された.