hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大腸菌環境応答シグナル伝達系におけるタンパク質局在のダイナミクス

大腸菌走化性における適応の分子機構についてタンパク質の局在に焦点を当てて研究している。適応=脱感作は、受容体が修飾酵素CheR・CheBによってメチル化・脱メチル化されることにより起こる。受容体はCheAと複合体を形成し、菌体の極に局在する。当研究室ではすでに、CheR・CheBもまた極局在することを示している。そこで、(i)このような走化性因子の局在は制御を受けるのか、また、(ii)局在ターゲットとなっている受容体自体はどのように極へ局在するのか、という2つの疑問を調べた。まず(i)については、受容体のメチル化に着目した。GFP融合タンパク質を用いた定量解析により、CheBの局在がメチル化によって顕著に促進されることを示した。また、CheBのリン酸化に伴う構造変化が極への局在変化に大きな影響を与えていることも明らかとした。(ii)に関しては、全反射顕微鏡を用いて、大腸菌の膜タンパク質受容体の動態を観察した。アスパラギン酸受容体Tarの動きの軌跡を追跡した結果、Tar-GFPは、菌の側面で徐々にクラスターを形成しながら、らせん状に動いていることが示唆された。以前、当研究室によって、Tar-GFPは菌体側面でらせん状に配置していることが確認されており、この結果は非常に興味深い。さらに面白いことに、その動きは、同様にらせん状に配置している大腸菌の細胞骨格タンパク質によって制限されているのではないかと示唆された。次に、受容体の極への局在を違った方向から明らかにしようと考え、大腸菌が持つ全ヒスチジンキナーゼの細胞内局在を網羅的に解析し議論した。ここまでの内容をそれぞれまとめて、現在3報の投稿論文を執筆中である。さらに、英文総説を1報、現在投稿中である。当研究室ではすでに、CheR・CheBはそれぞれ受容体・CheAと結合することで極局在することを示している。ここまでの内容をそれぞれまとめて、現在、2報の投稿論文を執筆中である。
円盤状パイ電子系化合物の超階層構造構築とその次元性の自動制御

一連のサンドイッチ型錯体、bis[2, 3, 9, 10, 16, 17, 23, 24-octakis(3, 4-dialkoxyphenoxy)-phthalocyaninato]lutetium(III)({[(C_nO)_2PhO]_8Pc}_2Lu(n=816) :ダブルデッカー(2))を合成した。その副生成物として、tris[2, 3, 9, 10, is, 17, 23, 24-octakis(3, 4-diakoxyphenoxy)phthalocyaninato]-dilutetium(III)({[(C_nO)_2PhO]_8Pc}_3LU_2(n=8, 9, 11, 12, 14, 16) :トリプルデッカー(3))を初めて分離精製することに成功した。ダブルデッカー(2)はn≧10で、トリプルデッカーはn=9, 11. 12, 14, 16でCol_<tet>相を発現し、いずれのCol_<tet>液晶相も自発的に大面積にホメオトロピック配向した薄膜を形成した。これらは、液晶半導体として太陽電池などに利用する際に大変有用な性質である。完壁なホメオトロピック配向を示すのにダブルデッカー(2)では長時間必要だが、トリプルデッカー(3)は約1分以内と非常に速かった。大変興味深いことに、シングルデッカー(1)、ダブルデッカー(2)、トリプルデッカー(3)の順で、Pc環は平面、非平面、平面となっており、ホメオトロピック配向性は、速い、遅い、速いとなっていた。配向性と平面性の関係を明らかにしたのは、我々の知る限り、本研究が初めてである。以前,我々は周辺に8つのdialkoxyphenoxy基を置換したphthalocyanine系single-deckercopper錯体(1)とphthalocyanine系double-deckerlutetium錯体(2)が自発的に完壁なホメオトロピック配向を示す事を見出した。しかし,double-decker(2)は完壁なホメオトロピック配向するまでに9時間もかかった。一方,single-decker(1)は長い時間は必要ではなく,ほぼ瞬時に配向した。そこで新たに同じ置換基を持つphthalocyanine系triple-decker lutetium錯体(3)も合成し,その配向にかかる時間と階層の数との関係を調べた。その結果このtriple-decker(3)は自発的に完壁なホメオトロピック配向をほぼ瞬時に示した。そこでsingle-decker(1),double-decker(2),trip1e-decker(3)の階層の数の違いが,この配向時間の違いを引き起こしていると考えられる。13の分子構造を見るとsingle-decker(1)とtriple-decker(3)のphthalocyanine(Pc)環は全て平面であるのに対し,double-decker(2)の2枚あるPc環の片方が歪んでいる。Double-deckerは,電荷が-2のPc環2枚と電荷が+3である1utetiumイオン1つから構成されている。その為電荷のアンバランスが生じる。2つのPc環のうち1つはヒュッケル則に反するのでPc環が歪み,平面性がなくなる。Pc環が平面なsingle-decker(1)とtriple-decker(3)はカラム形成が速く,瞬時に完壁な配向を作る。一方,Pc環が歪んだdouble-decker(2)はカラム形成が遅い。平面性の違いが配向にかかる時間の違いを生むと結論した。
AQP11ノックアウトマウスにおけるのう胞腎形成機序の解明

マウスにおいてAQP11の欠損は、腎臓の近位尿細管上皮細胞に小胞体ストレスを惹起しその結果空胞形成を伴うアポトーシスが誘導されること、しかし皮膚深層の近位尿細管上皮細胞はこの変化は受けずにかえってmTOR情報伝達系の活性化による細胞増殖が亢進し蓑胞を形成することが判明した。さらに、上記の変化にはprimary ciliaの直接の関与はないと考えられた。AQP11ノックアウトマウスと野生型マウスの腎組織のアポトーシスについて比較検討したところ、生後3日では両者に明らかな差異は認められなかった。しかし、生後7日になると野生型マウスでは少数の生理的アポトーシスが残存するのみであるのに対し、AQP11ノックアウトマウスでは近位尿細管上皮細胞に強いアポトーシスが誘導されていた。更に、この生後7日の時点で腎臓のexpression microarray analysisを行うと、AQP11-/-マウスではAQP11+/+あるいはAQP11+/-マウスと比較してDdit3(CHOP)・Atf3の発現が著明に増強していた。このことはER stress responseが誘導されていることを示している。またPmaip1(Noxa)の発現も野生型に比べて8倍程度増強していた。しかしながらPmaip1と同様にp53によって発現誘導を受けるとされているBbc3(Puma)の発現は野生型と同程度あった。またそれ以外のアポトーシス関連分子の発現には変化はなかった。以上から、AQP11ノックアウトマウスの近位尿細管上皮細胞では生後7日になるとER stress responseが誘導され、その結果アポトーシスが誘導されると考えられた。次に生後3週の時点における細胞増殖を検討したところ、AQP11ノックアウトマウスののう胞上皮細胞では増殖している細胞の特異的マーカーであるPCNA陽性を示す細胞が多く存在していた。さらにmTOR活性化の代理マーカーであるリン酸化p70 S6 kinase (p-p70 S6 kinase)陽性を示す細胞も増加していた。最後にmTORの抑制薬であるラパマイシンを腹腔内投与するとのう胞形成を著明に抑制した。以上のことはAQP11ノックアウトマウスにおけるのう胞上皮細胞の細胞増殖はmTORの過度の活性化によって引き起こされていると考えられた。上記のことを総合すると、(1)AQP11の欠損により近位尿細管上皮細胞にER stress由来のアポトーシスが誘導され細胞が脱落する。(2)脱落した尿細管上皮を補うために残存している尿細管上皮細胞の増殖が刺激されるが、これは異常なmTORの活性化を惹起し、最終的にのう胞形成に至る、という発症病理が想定される。前年度までに、AQP11ノックアウトマウスの腎臓では、(1)AQP11の欠損により近位尿細管上皮細胞にER stress由来のアポトーシスが誘導され細胞が脱落する。(2)脱落した尿細管上皮を補うために残存している尿細管上皮細胞の増殖が刺激されるが、これは異常なmTORの活性化を惹起し、最終的にのう胞形成に至る、という発症病理が想定されることを示してきた。しかしながら、AQP11の欠損によって引き起こされる直接の現象には不明な点が多く、また近年多発性嚢胞腎の発症機序に深くかかわるとされているprimary ciliaとの関連も不明のままであった。そこで今年度はこの点について集中的に検討した。まず、AQP11ノックアウトマウスと野生型マウスの腎臓におけるprimary ciliaの形態を抗acetylated tubulin抗体を用いた免疫組織化学法にて検討したところ、AQP11ノックアウトマウスの腎臓でもprimary ciliaは存在しており、形態学的には野生型と区別できなかった。次にそれぞれのマウスからマウス胎児性繊維芽細胞(mouse embryonic fibroblast,MEF)を調製し、細胞の形態・増殖の様子を観察したがこれにも差異を認めなかった。さらにMEF細胞のprimary ciliaも上記と同様に検討したが、やはりAQP11ノックアウトマウスと野生型マウスとの間に差異は認められなかった。従って、AQP11ノックアウトマウスのprimary ciliaは解剖学的にはほぼ正常と考えられた。そこで現在、primaly ciliaの機能を検討する目的で、fura-2を用いたカルシウムイメージング法にて、MEF細胞におけるflow-induced Ca signalingを検討している。平成20年度は前年度までのことを踏まえて解析を進め、以下の2点を明らかにした。(1)近年、嚢胞腎関連遺伝子産物の多くがprimary ciliaに関係していることが示されている。そこで我々はAQP11ノックアウトマウスでのprimary ciliaを検討した。生後0日・3日・7日のAQP11ノックアウトマウスおよび野生型マウスの腎臓を4%PFAにて固定した後、抗アセチル化チュブリン抗体を用いて免疫組織染色を行ったが、いずれの時点でも野生型マウスと同様にノックアウトマウスでもprimary ciliaは認められ、形態学的な差異は認められなかった。更にマウス胎児性線維芽細胞を作製し、同様に免疫組織染色を行ったが、やはり差異は認められなかった。

機能的に差異があるかどうかは明らかではないが、少なくとも形態学的にはAQP11ノックアウトマウス腎のprimary ciliaに異常はないと考えられた。以上のことはRenal Week 2008(ASN)にて発表し、第52回日本腎臓学会学術総会で発表予定である。(2)AQP11ノックアウトマウスの腎臓を、抗CHOP抗体を用いて免疫染色を行うと生後7日・生後14日・生後21日のいずれにおいても空胞を形成した近位尿細管上皮細胞全てはCHOP陽性であり、並行してTUNEL染色も行うと上述の細胞はほぼ全てTUNEL陽性すなわちアポトーシス陽性であった。すなわち皮質のほとんどの近位尿細管上皮細胞は小胞体ストレスによるアポトーシスを起こしていた。しかし極めて興味深いことに、抗AQP1抗体を用いた免疫染色を行ったところ、皮質の深部に存在する近位尿細管は上記のアポトーシスを免れて生き残り、生後21日には活発に細胞増殖し嚢胞を形成していた。この細胞増殖は我々が以前より見出していたmTOR依存性のものであり、rapamycin投与により著明に抑制された。以上からAQP11ノックアウトマウスの嚢胞腎形成においてはアポトーシスと細胞増殖の両方に異常が生じているものの、その場所と時期はいずれも異なることが判明し、これは今までの嚢胞腎動物モデルでは見出せなかった非常に重要な知見と考えられた。尚、これらのことは現在投稿準備中である。
グルタチオンによるレドックス制御と活性酸素および活性窒素種の役割

活性酸素は、老化や癌をはじめとする様々な疾患に関わっていることはよく知られている。過剰に産生された活性酸素は生体にとって有害で、様々な障害をおこすことがよく知られている。しかし近年、生体は微量ではあるが積極的に活性酸素や活性窒素種を生合成し、増殖因子をはじめとした様々な細胞外ならびに細胞内の情報伝達因子としても利用していることが明らかになってきている。本研究計画では国内外の第一線の研究者を組織して活性酸素の生成とその消去に関わる酵素系のコシトロールやこうしたレドックスシグナルがどのようにして伝わり遺伝子の転写制御に関わるか、そしてその結果もたらされる細胞の分化、増殖、死の機構などを明らかにした。具体的には以下の事項について明らかにした。1)グルタチオンペルオキシダーゼが還元糖やジカルボニル化合物によって不活性化されるメカニズム2)ペルオキシレドキシンファミリーの生理的役割の解明:新しい細胞外の抗酸化作用を示す物質としてペルオキシレドキシンIVの精製クローニングならびに生理的役割3)活性酸素代謝の面で重要な働きを行うフェロキシダーゼ活性を持つセルロプラスミンと殺菌に重要なミエロペルオキシダーゼとの結合と相互作用4)活性酸素による細胞表面glycocalyx修飾を介した細胞接着亢進メカニズム5)グルタチオン、ならびにグルタチオンペルオキシダーゼ、γ-GCSの各酵素の酸化ストレスに対する防御作用の生理的役割の解析6)酸化ストレスによって誘導される細胞保護因子であるヘパリン結合性EGF様増殖因子の誘導経路とメカニズムおよびアポトーシス耐性のメカニズムまた本研究グループが中心となうて活性酸素ならびに活性窒素、グルタチオンなどについての英文実験マニュアルの出版も行った。今年度は、Gutteridge教授との共同研究によって、肝炎肝癌自然発症ラット(LECラット)における遊離の鉄ならびに銅の測定を同教授の開発したプレオマイシンなどを用いる方法を指導を受けて行った。その結果、肝炎発症時に遊離鉄、遊離鋼が増加していることを見い出し、これら遷移金属によるフェントン反応によって生ずるヒドロキシルラジカルが肝炎発症に関与するメカニズムを示し、酸化ストレスによる肝炎発症の可能性を示唆した。また遊離の鉄がアコニターゼの鉄-硫黄錯体を活性化することも報告している。また同教授とは国内外の活性酸素研究の第一線で活躍する研究者を集めて、実験法のテキストの企画し、現在出版準備中である。Deutsch教授、Jain研究員との共同研究も行った。Deutsch教授には、活性酸素が新規の蛋白合成なしに腫瘍細胞や白血球の血管内皮細胞に対する細胞接着に変化を与える研究に関して指導を受け、現在投稿中である。またJain研究員とは細胞内情報伝達機構についての成果を挙げ、一部はシンポジウムで発表を行っており、今後論文投稿予定である。他にも活性酸素が一酸化窒素合成酵素をスフィンゴミエリナーゼを介して誘導すること、活性酸素を消去するMn-スーパーオキシドジスムターゼのミトコンドリアへの細胞内輸送メカニズム、一酸化窒素と糖化反応によるアボトーシス誘導のメカニズムを明らかにするなど、生体反応のレドックス制御の重要性を示唆することができた。また、代表的な抗酸化酵素であるスーパーオキシドジスムターゼの家族性筋萎縮性側索硬化症患者における局在を明らかにしたり、大腸炎モデルラットにおけるグルタチオンペルオキシダーゼのNOによる不活性化を示すなど、レドックス制御の破綻が疾病に結びつく可能性も報告した。本年度は以下の内容について本研究グループで研究を行い、成果を挙げている。主要な成果については国際誌に公表すると共に、国際フリーラジカル学会などで発表した。1)活性酸素代謝の面で重要な働きを行うフェロキシダーゼ活性を持つセルロプラスミンについてGutteridge教授と共同研究を行い、セルロプラスミンの持つペルオキシダーゼ活性を持つこと、その活性はグルタチオン依存性であること、その必要とするッグルタチオン濃度は肺において生理的で、セルロプラスミンは肺において重要な抗酸化物質であることを明らかにし、国際誌に発表した。

2)新たな蛋白質合成を阻害した状態で血管内皮細胞に対して活性酸素処理(過酸化水素、キサンチン+キサンチンオキシダーゼ、一酸化窒素)を行うと、好中球や癌細胞の血管内皮細胞に対する細胞接着が亢進することを明らかにし、活性酸素の新たな生理的や役割を提唱した。3)ペルオキシレドキシンファミリーのクローニングを行い、新しい細胞外の抗酸化作用を示す物質としてペルオキシレドキシンIVの特性について検討を行い、血管内皮細胞表面への結合、遊離メカニズムを明らかにした。4)チオレドキシン/チオレドキシンレダクターゼ系はグルタチオン系と並んで重要な抗酸化系であるが、チオレドキシンレダクターゼのセレノシステイン残基の活性発現への重要性と挿入メカニズムについて明らかにした。5)スーパーオキシドジスムターゼやグルタチオンレダクターゼなどの抗酸化酵素が活性酸素種や活性窒素種によって発現が抑制されることを明らかにした。また各種婦人科腫瘍疾患においてNO合成酵素の発現を検討し、その発現と病態の相関を明らかにした。また、本研究グループが中心となって進めてきた実験法のテキストも校正が終了し近日中に出版予定である。活性酸素は、老化や癌をはじめとする様々な疾患に関わっていることはよく知られている。過剰に産生された活性酸素は生体にとって有害で、様々な障害をおこすことがよく知られている。しかし近年、生体は微量ではあるが積極的に活性酸素や活性窒素種を生合成し、増殖因子をはじめとした様々な細胞外ならびに細胞内の情報伝達因子としても利用していることが明らかになってきている。本研究計画では国内外の第一線の研究者を組織して活性酸素の生成とその消去に関わる酵素系のコントロールやこうしたレドックスシグナルがどのようにして伝わり遺伝子の転写制御に関わるか、そしてその結果もたらされる細胞の分化、増殖、死の機構などを明らかにした。具体的には以下の事項について明らかにした。1)グルタチオンペルオキシダーゼが還元糖やジカルボニル化合物によって不活性化されるメカニズム2)ペルオキシレドキシンファミリーの生理的役割の解明:新しい細胞外の抗酸化作用を示す物質としてペルオキシレドキシンIVの精製クローニングならびに生理的役割3)活性酸素代謝の面で重要な働きを行うフェロキシダーゼ活性を持つセルロプラスミンと殺菌に重要なミエロペルオキシダーゼとの結合と相互作用4)活性酸素による細胞表面glycocalyx修飾を介した細胞接着亢進メカニズム5)グルタチオン、ならびにグルタチオンペルオキシダーゼ、γ-GCSの各酵素の酸化ストレスに対する防御作用の生理的役割の解析6)酸化ストレスによって誘導される細胞保護因子であるヘパリン結合性EGF様増殖因子の誘導経路とメカニズムおよびアポトーシス耐性のメカニズムまた本研究グループが中心となって活性酸素ならびに活性窒素、グルタチオンなどについての英文実験マニュアルの出版も行った。
小さな標数の有限体上の離散対数問題の困難性に関する考察

新たな公開鍵暗号方式の一つであるペアリング暗号では、従来の公開鍵暗号では実現困難であったIDベース暗号などの利便性の高い暗号プロトコルが構成可能である。一方、新たな方式であるため、RSA暗号などの既存の公開鍵暗号と比較して安全性解析は進んでいない。本研究では、ペアリング暗号の安全性に関わる計算問題の一つであるGF(3^6n)上の離散対数問題の計算困難性の解析を行うために、この計算問題の漸近的に最高速なアルゴリズムである関数体箭法について、詳細な計算量解析や実装実験による実計算時間の見積もりを行う。本年度では、ペアリング暗号の実装で利用されるパラメータの一つであるn=97について、GF(3^6・97)上の離散対数問題の計算を行うことによりペアリング暗号の解読を行い、さらに大きなパラメータ(n=163,193など)における解読計算量の見積もりを行った。結果、パラメータn=97においては、Core 2 Quad,XeonなどのCPU 252コアを利用して148.2日の計算により解読に成功した。この解読計算量は、Xeon CPUにおいて2^62.9クロックサイクル程度の計算量に相当する。また、この結果からn=163では2^78.3クロックサイクル、n=193では2^82.0クロックサイクル、n=313では2^100.2クロックサイクル、n=509では2^121.5クロックサイクル程度の計算量が必要であると見積もることができ、n=193が現状安全であるとされている80ビットセキュリティを有すると評価できることを示した。ペアリング暗号はIDベース暗号などの利便性の高い暗号プロトコルが実現可能であることから,新たな公開鍵暗号方式として近年注目を集めている,ペアリング暗号の安全性に関連する計算問題の一つとしてGF(3^6n)上の離散対数問題があり,ベアリング暗号の安全性解析や安全なパラメータ選択を行う上で,この問題の困難性解析が必要となる.本研究では,GF(3^6n)上の離散対数問題を解く漸近的に最高速なアルゴリズムである関数体節法を実装し,計算実験による困難性解析を行う.関数体篩法は多項式選択,関係探索,線形代数,特定元の離散対数計算の4ステップからなり,特に計算量が多いステップが関係探索と線形代数の2ステップである.実装に際し,free relationやGalois actionといった計算高速化に寄与する数学的構造を利用することで,関係探索は8倍,線形代数は36倍の高速化に成功した.96CPUコアを有するサーバ群を利用した計算実験を行い,GF(3^6・71)(676ビット)上の離散対数問題の計算に成功した.この研究成果について,国際暗号学会IACR主催の公開鍵暗号に関する国際会議であるPKC2010に採録され,2010年5月に口頭発表を行った.新たな公開鍵暗号方式の一つであるペアリング暗号では、従来の公開鍵暗号では実現困難であったIDベース暗号などの利便性の高い暗号プロトコルが構成可能である。本研究では、ペアリング暗号の安全性に関わる計算問題の一つであるGF(3^6n)上の離散対数問題の計算困難性の解析を行うために、この計算問題の漸近的に最高速なアルゴリズムである関数体篩法について、詳細な計算量解析や実装実験による実計算時間の見積もりを行う。本年度は、ペアリング暗号の実装で頻繁に利用されるパラメータn=97について、すなわちGF(3^6・97)上の離散対数問題について、その計算を目標とし、関数体篩法のパラメータの最適化と計算量解析、およびパラメータに特化した高速実装を行った。詳細な計算量解析により、従来の計算量見積もりである2^71を大きく下回る2^53の計算量で計算できることを示した。また、高速な篩アルゴリズムや効率的なデータ格納方法の考案、SIMD実装などの高速化手法の利用、計算量解析で利用した最適パラメータに特化した実装を行い、計算実験による見積もりの結果、252CPUコアを利用して148日でGF(3^6・97)上の離散対数問題が計算できることが分かった。これにより、今まで利用されていたパラメータn=97は実際には安全ではないことが示された。

また、この結果からn=163では2^78.3クロックサイクル、n=193では2^82.0クロックサイクル、n=313では2^100.2クロックサイクル、n=509では2^121.5クロックサイクル程度の計算量が必要であると見積もることができ、n=193が現状安全であるとされている80ビットセキュリティを有すると評価できることを示した。計算量解析や高速実装により、GF(3^6・97)上の離散対数問題が148日(252CPUコア使用時)で計算可能であることを示すことができたため、当初の目標であった「GF(3^6・97)上の離散対数問題の計算可能性の考察」は達成できたと考えている。GF(3^6・97)上の離散対数問題を実際に計算し、パラメータn=97では完全解読が可能であることを示す。そして、その計算の際に利用したCPU時間、メモリ量、通信量などの情報を基にさらに大きなnでの安全性解析を行う。
骨格パターンを決める軟骨形成誘導を制御する分子群の網羅的機能解析

前駆軟骨細胞株ATDC5の未分化期(day2)、成熟軟骨細胞期(day21)、肥大化・石灰化軟骨細胞期(day42)のLongSAGE(Serial Analysis of Gene Expression)libraryを構築した。未分化期と成熟軟骨期においては、71Kのデータセットで1,868種類(p<0.05)、成熟軟骨期と肥大化・石灰化期においては、67Kのデータセットで1070種類のtranscripts(p<0.05)が分化段階特異的に発現していることが明らかになった。これらのtranscriptsには、細胞外基質、転写因子、細胞骨格関連分子、細胞内分子、分泌因子、受容体などが含まれ、その大部分は軟骨分化過程での役割が未知のものであった。これらの中から、分化段階特異的に発現している遺伝子を複数選別し、in situ hybridizationによって発現局在の解析を行った。しかしながら、細胞外基質のように発現レベルが非常に高い遺伝子の発現を検出することは容易であったが、転写因子、分泌因子では発現検出が困難なものが多く含まれていた。そこで、軟骨での発現は、マウス肋軟骨あるいはマウス肋軟骨培養細胞から抽出したtotalRNAを用いてその発現を解析することにした。その結果、成熟軟骨期のATDC5細胞で発現している遺伝子のほとんどは、軟骨組織や培養軟骨細胞で発現していることが確認された。また、ATDC5細胞にエレクトロポレーションによって遺伝子を導入し、遺伝子の機能を効率よくスクリーニングする系の確立に成功した。一方、in vivoのスクリーニング系としては、ニワトリ肢芽にRCASベクターをエレクトロポレーションによって直接導入することにより、軟骨形成や血管網を含む周囲組織との相互作用を解析するシステムを確立することに成功した。3つの異なる軟骨分化段階のLongSAGE libraryから得られたそれぞれ5万タグの情報を解析した。その結果、軟骨分化関連遺伝子を網羅する為に、タグ数を少なくとも12万程度追加する必要があるという結論に達した。そこで、更にシーケンスを行ない、未分化期のlibraryからは71,646(21,503種類)、成熟軟骨期のlibraryからは90,309(26,463種類)、肥大化・石灰化期のlibraryからは67,884(21,908種類)のタグを得た。肥大化・石灰化期のlibraryと比較する為に、成熟軟骨期のlibraryから67,660(21,709種類)のdatasetを作成した。2つのlibraryを比較すると、1070種類のtranscripts(p<0.05)が分化段階特異的に発現していた。未分化期のlibraryと比較する為に、成熟軟骨期のlibraryから71,449(22,543種類)のdatasetを作成し、1,868種類(p<0.05)のtranscriptsが分化段階特異的に発現していることを同定した。これらのtranscriptsには、細胞外基質、転写因子、細胞骨格関連分子、細胞内分子、分泌因子、受容体などが含まれており、その大部分は軟骨分化過程での役割は未知のものであった。SAGEmapに該当する情報が存在しない156種類のタグに関しては、genome databaseを用いて解析を進めるべき遺伝子を検討している。分化段階特異的に発現する50遺伝子を選別し、Northern blot解析を行なったところ、84%がlibraryと同様の発現プロファイルを示した。これらの中から比較的高いレベルで発現している10種類の遺伝子を選別し、in situ hybridizationによって、軟骨性骨原基での発現部位を解析した。

未分化期と成熟軟骨期においては、71Kのデータセットで1,868種類(P<0.05)、成熟軟骨期と肥大化・石灰化期においては、67Kのデータセットで1070種類のtranscripts(p<0,05)が分化段階特異的に発現していることが明らかになっている。これらのtranscriptsには、細胞外基質、転写因子、細胞骨格関連分子、細胞内分子、分泌因子、受容体などが含まれており、その大部分は軟骨分化過程での役割は未知のものであった。本年度は、まず、分化段階特異的に発現している遺伝子を複数選別し、in situ hybridizationによってマウス胚発生過程における発現局在の解析を切片を用いて行った。しかしながら、細胞外基質のように発現レベルが非常に高い遺伝子の発現を検出することは容易であったが、転写因子、分泌因子では発現検出が困難なものが多く含まれていた。そこで、軟骨での発現は、マウス肋軟骨あるはマウス肋軟骨培養細胞から抽出したtotal RNAを用いてその発現を解析することにした。その結果、成熟軟骨期のATDC5での発現している遺伝子のほとんどは、軟骨組織や培養軟骨細胞で発現していることが確認された。また、ATDC5細胞にエレクトロポレーションによって遺伝子を導入し、遺伝子の機能を効率よくスクリーニングする系の確立に成功した。現在、発現ベクターを構築し、遺伝子を導入することによって、軟骨分化に及ぼす影響を検討している。一方、in vivoのスクリーニング系としては、ニワトリ肢芽にRCASベクターをエレクトロポレーションによって直接導入することにより、軟骨形成や血管網を含む周囲組織との相互作用を解析するシステムを確立することに成功した。
12,13世紀北中部イタリアにおけるカタリ派異端と教会、都市の諸関係

本研究計画は12世紀末から13世紀にかけての北中部イタリアにおけるカタリ派、都市コムーネ、教会の諸関係を、この地域の独自の政治的社会的環境の中で研究し、ラングドック地方のケースとの比較を通じて、カタリ派異端の形と意味の多様性、およびそれに対する態度、政策の地域的偏差の重要性を明らかにしようとした。この報告書では3年間の期間でなされた、以上の計画のための基礎作業の成果の一部を3つの章に分けて提示した。第1章では、異端審問を権力過程の問題として考察する上での方法論的な諸問題を考察した。主として、Tアサドの研究に導かれながら、異端統制のための制度的メカニズムである異端審問の権力作用を具体的な歴史的コンテクストで分析する上での理論的な枠組みを素描した。とくに、異端審問が「告白」の制度の出現と密接な関係に立つことを踏まえて、フーコー的な権力論による理解が目指された。第2章では、ラングドックの異端審問に関する研究を踏まえて、同時代のヨーロッパにおける権力技術の発展の一部として異端審問の成立を理解した。異端と教会(異端審問)の関係は、地域社会の複雑な権力関係の網の目の中に置いて初めて、理解可能である。第3章では、Cランシングによるオルヴィエトのカタリ派に関するミクロな研究を紹介しながら、北中部イタリア都市におけるカタリ派の問題を、コムーネという特定の権力空間のなかでおきた「聖なるものと権威との関係」をめぐる論争という視点から考察した。現段階ではなお史料研究にもとづく研究成果には至らなかったが、少なくとも以上の作業にょって異端を具体的な権力関係の相において解釈し直すための枠組みを確立することはできた。北中部イタリアにおけるカタリ派異端に対する教皇と諸都市(コムーネおよび司教)の態度と行動の研究のために、今年度は研究史の検討、資料収集を中心に、基礎的な作業を進めた。その結果、1213世紀における北・中部イタリア諸都市を舞台とした異端の広範な展開と、それに対する対応についておよそ以下の見通しがえられた。(1)13世紀以前の北・中部イタリア諸都市には異端の訴追に対する一貫した態度は認められず、むしろ教皇の異端政策と立法の受容を妨げる諸要因が存在した。この結果、カタリ派を初めとする諸異端が多かれ少なかれ自由に展開する空間が生じた。(2)この困難の一部は教皇、皇帝とコムーネの間の錯綜した諸関係という。この地域に固有の政治・社会的状況から理解される。しかし、協会の異端立法は13世紀前半の間に徐々にコムーネの都市条例に採用され、異端は重大な犯罪として位置づけられていく。(3)この過程は都市によって様々であって容易に一般化されないが、とくに2つの要因がその実現に作用したように思われる。教皇による介入、そして1233年のいわゆる「アレルヤ」運動以降に本格化する托鉢修道士による民衆教化の新しい局面が、それである。以上の認識を南フランス(ラングドック地方)におけるパターン(対異端十字軍と異端審問)と比較すると、教皇の果した役割の大きさ、民衆に対する説教活動の意義という点が北・中部イタリアの特殊性として際立っていることが明らかとなった。本年度は民衆レヴェルでの異端問題に対する態度や行動についてのリサーチを進め、支配者レヴェルでの異端問題とは異なった位相を明らかにすることに努めた。しかし、研究の過程で異端と都市、教会の関係をこの位相で明らかにするためには、より早期の段階、11、12世紀の「グレゴリウス改革」の時代の民衆宗教運動、異端問題を具体的に検討する必要が生じた。この点については、すでに一定の研究成果を発表しているが、最近の研究の深化、史料研究の範囲の拡大をつうじて、次の諸点の認識を深めた。(1)前グレゴリウス改革期の異端について。

とくに、12世紀以降の異端運動と社会の関係を考察する上で鍵となる民衆の終末論的心性を中心に検討。「紀元千年の恐怖再考」としてその成果の一部を発表した。(2)グレゴリウス改革期の北・中部イタリアで展開した民衆宗教運動、いわゆるパタリア運動と都市の関係。(3)12世紀前半のローマを舞台にしたアルノルド・ダ・ブレッシアの活動。したがって、当初に考えていた13世紀中葉のアレルヤ運動の研究等は主要な文献を渉猟することにとどまり、本年の準備を踏まえて次年度でさらに遂行することになる。最終年度にあたる本年度は研究課題をより広く異端研究上の展望に位置づけることをめざし、少なくとも今後の実証的な研究の方向性と理論的な基盤を確立するために、次の二つの問題点について研究を深化させた。まず第一に、中世における異端概念の諸側面とその発展を第四ラテラノ公会議(1215年)までフォローし、ラングドックやイタリアの異端審問官が前提としていた異端概念のあり方を検討した。とくに、17世紀に確立された今日のカトリックの異端概念とは異なって、規律的な側面が強調され、「不服従の異端」ともいうべきものが支配的であったことが明らかにされた。第二に、イタリアの異端審問研究は理論的、方法論的に著しく立ち遅れていることから、ここ十年ほどで新しい視点と方法論から研究が進んでいるラングドック地域の研究成果の摂取・検討に努めた。James B.Givenによる異端審問官の権力テクノロジー研究、John H.Arnoldによる「告白制度」としての異端審問に関する研究が、とくに有益であった。上記の異端概念研究とつき合わせ、フーコー的な権力論の観点から課題にアプローチする手がかりが得られたととが、最大の成果であった。最後に、後半には課題研究の計画にあった13世紀のイタリア都市、オルヴィエトについて個別的事例研究を進め、カタリ派異端とイタリアの都市コムーネ、教会との関係についての今後の研究を準備した。以上の成果の一端を「研究成果報告書」にまとめる。
地震トランポリン効果を考慮した土砂災害リスク評価に関する研究

2008年四川省で発生した大地震(M8)は、観測史上例のない大規模土砂災害が誘発され、崩壊土石が移動距離1000m以上の大規模崩壊が数多く発生し、甚大な被害をもたらした。一方、平成13年実施された「土砂災害防止法」では、土砂災害警戒区域は、急傾斜地の下端から最大50m以内、地滑り区域下端から最大250mの範囲内の区域と定められ、土砂災害対策計画がそれに基づいて作成されていた。地震による土砂災害は対応されていないことが明らかであり、大地震による土砂災害リスクの予測と評価が非常に重要である。本研究では、地震による崩壊土石の遠距離移動メカニズムに関する理論根拠の構築や、崩壊土石の遠距離移動時に地震波動特性、地質特性、地形特性の解明、高度な数値シミュレーション技術の開発による斜面災害リスクの評価手法の確立等を目指す。そのために、受入研究者が「多重加速モデル」という新しいモデルを提案し、振動台モデル実験と数値シミュレーションを行い、高速・遠距離移動現象の解明に関する研究を行ってきた。その研究成果に基づき、崩壊土石の遠距離移動に必要な初期速度の発生メカニズムに関する破壊理論や地震波による動摩擦の低減メカニズムを考慮した新数値シミュレーション手法を確立するために、外国人特別研究員と以下の共同研究を行った。1)受入研究者が提案した「多重加速モデル」と候補者が提案した非線形破壊モデルを組み合わせて、崩壊土石の遠距離移動メカニズムに関する理論を構築した。2)受け入れ研究者が開発した不連続変形法DDAに候補者が提案した多点接触ばねモデルを取り入れて、地震による崩壊土石の大きな初期速度・低運動摩擦の発生機構と改良数値シミュレーション技術を確立した。3)地震による崩壊土石の遠距離運動メカニズムの解明結果に基づき、崩壊土石の高速・遠距離移動に必要な地震動や地盤条件を特定した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。日本で実施された「土砂災害防止法」では、土砂災害警戒区域は、急傾斜地の下端から最大50 m以内、地滑り区域下端から最大250mの範囲内の区域と定められ、すべての土砂災害対策計画がそれに基づいて作成されていた。しかし、大地震による崩壊土砂は高速・遠距離移動の特徴があり、1000m以上の距離を移動した大規模な土砂災害が国内外多く報告された。したがって、大地震による土砂災害リスクをアセスメントすることが重要である。そのために、本研究では、地震による崩壊土石の遠距離移動メカニズムに関する理論根拠を構築し、模型実験を行い、崩壊土石の遠距離移動時に地震波動特性、地質特性、地形特性を把握する。また、高度な数値シミュレーション技術を開発し、判明されている活断層によるM7以上の潜在直下型地震を対象に、斜面災害リスクをリスクアセスメントし、新しい危険斜面警戒区域のハザードマップの作成を目指す。H28年度では、受入研究者が提案した「多重加速モデル」と外国人特別研究員が提案した「非線形破壊モデル」を組み合わせて、大地震による崩壊土石の遠距離移動に必要な初期速度の発生メカニズムに関する破壊理論や地震波による動摩擦の低減メカニズムに関する理論を構築した。また、ベロシティパルス效果を有した800の断層付近の地震記録を含め、世界範囲の断層周辺の地震記録を収集し、データベースを作成している。また、ピーク地面地震加速度PGAとピーク地面速度PGVを用い、地震による地すべりの永久変位予測モデルを構築した。予測モデルを用いれば近断層地震動のインパルス特性の影響を考慮した土砂災害ハザードマップを作成することができる計画の研究内容は全て実施しており、研究成果が得られた。特に、ベロシティパルス效果を有した800の断層付近の地震記録を含め、世界範囲の断層周辺の地震記録を収集し、データベースを作成したことや、ピーク地面地震加速度PGAとピーク地面速度PGVを用い、地震による地すべりの永久変位予測モデルを構築したことは計画内容より成果が挙げられた。H29年度,地震による極端運動におけるトランポリン説を検証するために、振動台実験を行った。また、外国人特別研究員が開発した拡張DDAなどの破壊解析プログラムに「多重加速モデル」を入れ込み、地震による崩壊土石の大きな初期速度・低運動摩擦の発生条件を解明した。さらに、ダイナミックブロック解析法と不連続変形解析法を用いて、崩壊土石の遠距離移動における数値シミュレーション技術を開発した。また、新しいパルス性地震動識別方法を提案し、パルス性地震動データベースを更新した、実際載荷方法をもとにする永久変位の計算方法を提案し、計算精度を向上した。地震のパルス特性を考慮した地すべり永久変位予測モデルを構築したことより、新しい土砂災害警戒区域のハザードマップの作成に基盤を築いた。計画の研究内容は全て行った、研究成果が得られた。

2008年四川省で発生した大地震(M8)は、観測史上例のない大規模土砂災害が誘発され、崩壊土石が移動距離1000m以上の大規模崩壊が数多く発生し、甚大な被害をもたらした。一方、平成13年実施された「土砂災害防止法」では、土砂災害警戒区域は、急傾斜地の下端から最大50m以内、地滑り区域下端から最大250mの範囲内の区域と定められ、土砂災害対策計画がそれに基づいて作成されていた。地震による土砂災害は対応されていないことが明らかであり、大地震による土砂災害リスクの予測と評価が非常に重要である。本研究では、地震による崩壊土石の遠距離移動メカニズムに関する理論根拠の構築や、崩壊土石の遠距離移動時に地震波動特性、地質特性、地形特性の解明、高度な数値シミュレーション技術の開発による斜面災害リスクの評価手法の確立等を目指す。そのために、受入研究者が「多重加速モデル」という新しいモデルを提案し、振動台モデル実験と数値シミュレーションを行い、高速・遠距離移動現象の解明に関する研究を行ってきた。その研究成果に基づき、崩壊土石の遠距離移動に必要な初期速度の発生メカニズムに関する破壊理論や地震波による動摩擦の低減メカニズムを考慮した新数値シミュレーション手法を確立するために、外国人特別研究員と以下の共同研究を行った。1)受入研究者が提案した「多重加速モデル」と候補者が提案した非線形破壊モデルを組み合わせて、崩壊土石の遠距離移動メカニズムに関する理論を構築した。2)受け入れ研究者が開発した不連続変形法DDAに候補者が提案した多点接触ばねモデルを取り入れて、地震による崩壊土石の大きな初期速度・低運動摩擦の発生機構と改良数値シミュレーション技術を確立した。3)地震による崩壊土石の遠距離運動メカニズムの解明結果に基づき、崩壊土石の高速・遠距離移動に必要な地震動や地盤条件を特定した。H28年度に引き続き、地震による極端運動におけるトランポリン説を検証するために、数値シミュレーションあるいは振動台実験を行う。トランポリン現象の発生条件、地盤の反発係数、地盤振動による物体へエネルギーの供給効率を明らかにするために、地盤条件、物体の材質、モデルの形状、地震の振動数条件と振幅条件を変化した一連の実験を行う。特に、地震の振動数条件は1、2、4、6、8、10、12Hzを用い、振幅条件は400Gal , 800Gal、1200Galを用いる。また、外国人特別研究員候補者が開発した拡張DDAなどの破壊解析プログラムに「多重加速モデル」を取り入れ、地震による崩壊土石の大きな初期速度・低運動摩擦の発生条件を解明する。さらに、ダイナミックブロック解析法と不連続変形解析法を用いて、崩壊土石の遠距離移動における数値シミュレーション技術を開発する。さらに、ダイナミックブロック解析法と不連続変形解析法を用いて、崩壊土石の遠距離移動における数値シミュレーション技術を確立する。斜面の地盤特性、不連続面特性、豪雨や地震等の外力を考慮し、斜面の大変形や崩壊土石の剛体運動(並行、回転)などを解析することが可能とする。
ケイ素多重結合を活用した炭素π電子系化合物の構築

本研究では、高周期不飽和三員環化合物と末端または内部アセチレンとの反応による環状化合物の生成機構の解明を行い、ケイ素多重結合化合物を活用した新規炭素π電子系の構築法を検討した。1.骨格の飽和原子上に^tBu_2MeSiCH_2基を導入したシクロトリシレン及びシクロトリゲルメンを新規に合成した。これらの不飽和三員環ケイ素化合物や不飽和三員環ゲルマニウム化合物は内部アセチレンである3-ヘキシンまたは4-オクチンと無触媒下で反応し、^tBu_2MeSiCH_2基の転位を伴ったトリシラシクロペンタジエン及びトリゲルマシクロペンタジエンが生成することを見出した。これらの化合物はシクロペンタジエンの骨格炭素原子3個を高周期元素に置き換えた新しいタイプのπ電子系高周期シクロペンタジエンである。2.合成したトリシラシクロペンタジエンに対し、2当量のKC_8を用いた還元反応後、LiBrによる対カチオン交換反応を行う事で、骨格にケイ素原子を3つ有するケイ素-炭素混合型6π電子系芳香族化合物リチウムトリシラシクロペンタジエニドを暗赤色の結晶として合成する事に成功した。NMRスペクトル及びX線結晶構造解析による分子構造から、リチウムトリシラシクロペンタジエニドは溶液中及び結晶状態ともに五員環部においてπ電子が非局在化した6π電子系芳香族化合物であり、Liイオンは五員環アニオン部に対してη^5型で配位していることを明らかにした。この溶液に2当量の12-crown-4エーテルを作用させると、置換基の転位を伴い、リチウムフリーな初めての環状ジシレニドが生成することを見出した。本年度に得られた研究成果は、含高周期元素π電子系の新規構築法としてのみならず、骨格元素や高周期元素二重結合周りの環境を変化させることでアセチレンとの反応を制御できることを明らかにした。不飽和三員環ケイ素化合物シクロトリシレンのケイ素骨格上に4個の^tBu_2MeSi基を有する新規有機ケイ素化合物を合成した。この不飽和三員環ケイ素化合物は末端アセチレンと室温下、無触媒下で容易に[2+2]環化付加反応を起こし、アセチレンが二分子付加したビシクロ体を定量的に生成する事を明らかにした。本反応は、金属触媒を利用した炭素多重結合間の環化付加反応と本質的に異なり、新規なケイ素-炭素結合の構築を示したものである。2.骨格の飽和原子上に一つだけ^tBu_2MeSiCH_2基を導入したシクロトリシレン及びシクロトリゲルメンを新規に合成した。
AEによるシロアリ被害検出器の開発

アコ-スティック・エミッション(AE)の測定技法を用い、シロアリの摂食活動に伴う木材の微小破壊によるAEを検出し、木造家屋等におけるシロアリの被害を非破壊的に検出するポ-タブル型のシロアリ探知器を開発した。本年度は小型のAE信号処理装置、事象計数用インタ-フェイスボ-ド、ノ-ト型パソコン等からなる計測系を構成して、シロアリ検出器の基本的な仕様を検討した。さらにこれをもとに、より装置の小型化を含めて、計測デ-タの種類、デ-タの処理・記録方法等に関して装置の改良を行いその性能を検討した。さらに試作した装置を用いて以下のようなシロアリ検出のための基礎的実験を行った。(1)シロアリ食害活動によるAEの特性を検討した。小試験片内、小数シロアリの食害活動によるAEの検出の可能性、職蟻・兵蟻の構成比率とAE発生率との関係、AE発生率の時間変化と摂食活動の周期性との関係、光・振動等の刺激や気温変化とAE発生率との関係、樹種やシロアリの種類とAEとの関係、食害の経過とAEの発生数との関係、一次元位置標定の手法の加害部位探索への適用、屋外杭状試験体内のシロアリ食害の検出の試み(2)実際の木造家屋部材への適用上の問題点の検討実大寸法のシロアリ食害材でのAE検出の可能性、実際の加害家屋におけるAE検出実験、環境雑音の検討。(3)最適センサ・測定系の設計共振周波数の異なるAEセンサを用いてのAE検出実験、シ-ト状センサ、センサの部材への取付方法の検討、実大材でのAE波の伝搬特性の検討、センサの部材への取付方法の検討。今後AEのシロアリ食害検出への適用性をさらに検討した上でセンサ・計測系の最適化を計る予定である。
脳の仕組みに基づくWikipediaとWebを組み合わせた知識獲得に関する研究

本研究では,人の脳の仕組みを模倣したアプローチにより,この世界に存在するあらゆる事物や概念(事物を抽象化し共通の意味をまとめたもの)に関する知識をWikipediaやWebのデータから抽出することを目的としている.これまでWikipediaやWebのデータから多種多様な事物の間の関係を獲得する研究が行われてきたが,アプリケーションにおいて得られた知識を活用する際,ある事物に関する知識をシステムが持っていなければ,システムはその事物に関する応答を行うことができないという問題があった.そこで,人の脳が未知のものを推測するときに行っている方法を模倣し,概念レベルで関係の学習を行うことにより,ある事物に関する知識を持っていなくても,汎化された概念レベルで意味の推測が可能となる.具体的には,Wikipeaiaを基盤知識とし,WebのテキストからWikipediaの記事(事物)を検出した後,WordNetと呼ばれる辞書を用いて記事を概念に変換することで,概念レベルでの関係を学習する.これは,事物の共通する性質を表した概念を介して世界の構造を学習するという,我々が日常的に行っている学習方法を模倣することにより実現している.また,関係の出現確率に基づき,統計的な手法を用いてスコア付けを行うことで,単純な出現頻度では抽出できないような,人にとってより典型的であると考えられる概念間の関係を優先的に抽出できる.未知のものを推測する能力を,決められた命令しか実行できないコンピュータに持たせることは困難な課題である.本研究では,ドメイン非依存で様々な概念間の関係を,Wikipediaを基盤知識としてWebから大規模に抽出している.得られた概念間の関係は1億以上とこれまでにない規模であり,精度に関しても8割後半から9割程度と高い水準を達成している.これらの知識は,コンピュータが未知の事物あるいはそれを含むテキストの意味を推測するための重要な知識となる.本研究では,人の脳の仕組みを模倣したアプローチにより,この世界に存在するあらゆる事物や概念(事物を抽象化し共通の意味をまとめたもの)に関する知識をWikipediaやWebのデータから抽出することを目的としている.これまでWikipediaやWebのデータから多種多様な事物の間の関係を獲得する研究が行われてきたが,アプリケーションにおいて得られた知識を活用する際,ある事物に関する知識をシステムが持っていなければ,システムはその事物に関する応答を行うことができないという問題があった.そこで,人の脳が未知のものを推測するときに行っている方法を模倣し,概念レベルで関係の学習を行うことにより,ある事物に関する知識を持っていなくても,汎化された概念レベルで意味の推測が可能となる.具体的には,Wikipeaiaを基盤知識とし,WebのテキストからWikipediaの記事(事物)を検出した後,WordNetと呼ばれる辞書を用いて記事を概念に変換することで,概念レベルでの関係を学習する.これは,事物の共通する性質を表した概念を介して世界の構造を学習するという,我々が日常的に行っている学習方法を模倣することにより実現している.また,関係の出現確率に基づき,統計的な手法を用いてスコア付けを行うことで,単純な出現頻度では抽出できないような,人にとってより典型的であると考えられる概念間の関係を優先的に抽出できる.未知のものを推測する能力を,決められた命令しか実行できないコンピュータに持たせることは困難な課題である.本研究では,ドメイン非依存で様々な概念間の関係を,Wikipediaを基盤知識としてWebから大規模に抽出している.得られた概念間の関係は1億以上とこれまでにない規模であり,精度に関しても8割後半から9割程度と高い水準を達成している.これらの知識は,コンピュータが未知の事物あるいはそれを含むテキストの意味を推測するための重要な知識となる.