hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CTA大口径望遠鏡アクティブ・ミラー制御（AMC）システムの開発

CTA計画のLSTは20GeVの閾値を持つガンマ線観測装置である。198枚の六角形分割鏡から構成され,AMCシステムにより常時能動的に方向制御される。構成する個々の分割鏡はアクチュエータ,CMOSカメラ,レーザにより光軸の向きを補正する。ここ3年をかけてAMCシステムを開発してきた結果,光軸の向きを2秒角の高性能で制御する事を達成した。この値は当初の目標である14秒角を大きく上回る性能である。更に,198枚の分割鏡を同時に制御するための拡張AMCのアルゴリズムを,全ての鏡を十枚程に分ける方法を採ることにより開発した。鏡とAMCシステムはラパルマに建設中のLST第1号機に組み込む予定である。日本はCTA-Japanを組織し,ドイツマックスプランク物理学研究所を中心とするヨーロッパのCTAグループと共同で23m大口径望遠鏡(LST)プロトタイプを建設し,CTA建設への第一歩を踏み出す開発研究を進めている。特にCTA-Japanでは大口径望遠鏡の分割鏡の製作も担当しており,観測時の現象を記録する精度を高める為に個々の分割鏡を全て最適な状態にする為の制御を能動的に行うアクティブ・ミラー制御システム(AMC)の開発を行うことを目的とする。実施計画を次のように設定した。Linux PCによりアクティブ・ミラー制御システム(AMC)を開発し,耐久性をも含めた総合的に評価できるロバストなシステムの基礎を構築する。アクチュエータはZurich大学から1セットあたり850Euro(約10万円)の価格で購入できるめどがついたので,大口径望遠鏡を構成する約200枚の分割鏡の光軸方向を補正するアクティブ・ミラー制御に必要なアクチュエータの一部として複数セットを購入し,制御システムの開発を行う。即ち,(1) PCによるアクチュエータの制御部分の開発研究を優先して行い,速やかなAMCシステムの年度内の構築を目指す(2) IRレーザビームを用いた光軸の歪みによるずれの補正を行う技術開発を高い優先順位で年度内の構築を目指すことを平成25年度の開発と位置づけてR&Dを行って来た。1については各分割鏡の方向制御を行うための独立した固定点,一軸自由と二軸自由のアクチュエータのセットでのLinux PC,XBee無線制御モジュールによるC言語を用いたRS-232Cプロトコルでのコマンド制御に関する知見を蓄積しつつあり,2についてはIRレーザ並びにCMOSカメラを付加したシステムを構築しながら,1との連関動作の試験動作を含めてハードウェア及びソフトウェアを開発中である。日本はCTA-Japanを組織し,MPI研究所を中心とする欧州のCTAグループと共同で23m大口径望遠鏡(LST)の開発を担当し,CTA建設に向けて研究を進めている。CTA-Japanでは大口径望遠鏡に用いる分割鏡の製作も担当しており,天体からのガンマ線観測時の記録精度を高めるため分割鏡の方向制御を能動的に行うアクティブミラー制御(AMC)システムのR&Dを精力的に行ってきている。LSTに用いられる約200枚にも及ぶ数量の分割鏡を統合的に制御するシステムの技術及び運用法開発を行い,Linux PCシステム,無線LANモジュール,アクチュエータ群を用いたAMCシステムの開発・構築と平行して耐久性をも含めたロバストなシステムの試験も行ってきている。具体的には,振動試験,加重付加を掛けてアクチュエータの伸縮を繰り返しさせる試験,対天候試験,対粉塵試験等である。その為に,複数台の分割鏡にアクチュエータを取り付けて実際の環境に近い条件で作動させることを目指し,近畿大学,東大宇宙線研究所,ドイツMPIにそれぞれ開発用プロトタイプシステムを製作,設置した。平成27年度迄にLST用プロトタイプアクチュエータの開発をZurich大学を中心として行い,(1)MST用アクチュエータを用いた動作試験,(2)LST用プロトタイプアクチュエータの開発と製作,(3)LST用プロトタイプアクチュエータを分割鏡に取り付けた動作試験,(4)AMCシステムの基礎となるプログラムR&D,(5)AMCシステムに自動制御を行う為のCMOSカメラの導入と統合環境のR&D,(6)AMCシステム構築の為のIRレーザ導入R&D(現時点では赤色レーザで試験)などのR&Dをして来た。現時点でこれらは未だ多くの解決せねばならない問題が山積しており,今後ともLST用AMCシステムの開発を継続して行う予定である。日本はCTA-Japanを組織し,MPI Munich研究所を中心とする欧州のCTAグループと共同で23m大口径望遠鏡(LST)の開発を担当し,CTA建設に向けた研究を進めている。CTA-JapanではLSTに用いる分割鏡の開発と製作しており,天体からのガンマ線観測時の記録に於ける精度を高めるために分割鏡の方向制御を能動的に行うアクティブミラー制御(AMC)システムのR&Dを精力的に行ってきている。AMCと密接な関係があるCTA大口径望遠鏡分割鏡の製作に関して,平成27年度迄の開発研究状況は以下の様である。軽量2m2サイズの分割鏡の開発は近畿大,茨城大,甲南大,宇宙線研,三光精衡で行っている。大口径望遠鏡1機には2m2サイズの六角形(対辺1.5m)の分割鏡が約200枚必要となり,焦点距離28m,曲率半径56mで結像精度0.03°(15mm)の高精度が要求される。60mm厚のアルミハニカムを2枚の3mm厚のガラスシートではさみサンドイッチ構造で製作する。

既に2m2鏡の製作徐々に進んでおり良好で均一な形状の製品化が行われている。LST用高精度制御AMCシステムは,平成27年度までの開発状況は,MPIに於いてLSTの1/8スケールの構造体に4枚の分割鏡を取り付け,鏡をアクチュエータで高精度制御するAMC試験を実施してきた。同時に,対天候試験もデータロガーを取り付けることにより,約1年半にわたり安定性を確認した。現在,東大東大宇宙線研と近畿大学に於いて試験用分割鏡にアクチュエータを取り付けたAMCシステムの開発が行い,補正を2回行うことで,分割鏡の方向制御に対する要求精度14秒角を上回る平均2秒角を達成した。今後行う長期試験に対する基礎を確立したと同時に2016年度に建設されるLa Palmaでの第1号機に於いて200枚の分割鏡の制御試験の構築を目指す。CTA計画のLSTは20GeVの閾値を持つガンマ線観測装置である。198枚の六角形分割鏡から構成され,AMCシステムにより常時能動的に方向制御される。構成する個々の分割鏡はアクチュエータ,CMOSカメラ,レーザにより光軸の向きを補正する。ここ3年をかけてAMCシステムを開発してきた結果,光軸の向きを2秒角の高性能で制御する事を達成した。この値は当初の目標である14秒角を大きく上回る性能である。更に,198枚の分割鏡を同時に制御するための拡張AMCのアルゴリズムを,全ての鏡を十枚程に分ける方法を採ることにより開発した。鏡とAMCシステムはラパルマに建設中のLST第1号機に組み込む予定である。平成26年度迄にLST用プロトタイプアクチュエータの開発をZurich大学を中心として行い,以下のようなR&Dを開始している。(1)MST用アクチュエータを用いた動作試験,(2)LST用プロトタイプアクチュエータの開発と製作,(3)LST用プロトタイプアクチュエータを分割鏡に取り付けた動作試験,(4)AMCシステムの基礎となるプログラムR&D,(5)AMCシステムに自動制御を行う為のCMOSカメラの導入と統合環境のR&D,(6)AMCシステム構築の為のIRレーザ導入R&D(現時点では赤色レーザで試験)然し乍ら,これらのR&Dの進捗状況は,2016年にLST第1号機が建設される迄に全ての課題を開発せねばならないため,今後とも更なるAMCシステムの開発を継続して行う必要がある。27年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙粒子線実験物理学上に記載したように,LST用プロトタイプアクチュエータの開発をZurich大学を中心として行い,近畿大学,東大宇宙線研究所,ドイツMPIにそれぞれ開発用プロトタイプシステムを製作したので,複数台の分割鏡を実際の環境に近い条件で連動させるためのハードウェアとソフトウェアの最適化を目指す。天体からのガンマ線観測時の記録精度を高めるため,分割鏡の方向制御を能動的に行うAMCシステムには既存の制御法を基に,新たな原理の導入も視野に入れた制御技術の開発が求められるので,精力的な研究開発を継続する予定である。
次世代レーザ干渉計型重力波検出器の低周波における極限感度の追求

現在、国立天文台三鷹キャンパスで、干渉計型重力波検出器TAMA300の開発が進められている。TAMA300は重力波に対する感度を着実に向上してきている。しかし、現実的な頻度で重力波を検出するためには、低周波における感度の向上が不可欠である。それは、興味のある重力波源が低周波に集中しているから、またそのような重力波源が豊富にあるからである。研究代表者は、次世代TAMA300をはじめとする将来の重力波検出器の低周波における極限感度の達成のための研究を行っている。現世代の干渉計において感度や検出頻度を制限するのは、鏡の熱雑音である。研究代表者は、東京大学地下で開発した短基線長干渉計により、これを世界で始めて世界の重力波検出器に先駆けて測定した。この結果は物理にとっても重要なものであり、昨年Phys.Rev.Lett.誌に掲載された。さらに、この装置を用いて、アメリカの大型干渉計型重力波検出器グループLIGOとの協力の下、サファイア基材を用いた干渉計を構築し、その熱雑音を世界で最も広い帯域で測定した。この熱雑音は熱弾性損失に由来する雑音であり、理論的な予言が行われていたものである。この測定を受けて、次世代LIGOはサファイアを採用しないことが内定した。また、低周波に特化し、振り子の熱雑音を測定するための装置を製作した。この研究のため、究極の超低周波重力波検出器であるスペース重力波検出器を計画しているNASAと協力を行い、準備を進めた。振り子の熱雑音の低減のための超低機械損失溶融石英ファイバの製造装置を作成、低周波での安定なセンサの光源となるヨウ素安定化レーザシステムを構築、初期試験用の低周波振り子を製作した。スペース重力波実験と地上実験の間のこの協力により、低周波における重力波の観測という目標に向かって技術や情報の交換も行われた。この結果は物理にとっても重要なものであり、Phys.Rev.Lett.誌に掲載された。この装置はさらに低周波での測定を行うために、改良を行っている。改良が終了すれば、低周波から高周波まで原理的雑音で感度が制限される、世界で唯一のプロトタイプ干渉計となるはずである。また、低周波に特化し、、振り子の熱雑音を測定するための装置を製作している。この研究のため、究極の超低周波重力波検出器であるスペース重力波検出器を計画している、NASA Goddard Space Flight Centerと協力を行い、準備を進めている。振り子の熱雑音の低減のための超低機械損失溶融石英ファイバの製造装置、低周波での安定なセンサの光源となるヨウ素安定化レーザ、初期試験用の低周波振り子などを製作中である。スペース重力波実験と地上実験の間のこの協力により、低周波における重力波の観測という目標に向かって技術や情報の交換が行われている。
マイクロ流体工学による人工細胞システムの時空間制御

近年,細胞サイズの小胞に遺伝子発現系を内包した人工細胞の研究が盛んに行われているが,ダイナミックな現象を取り出すまでには至っていない.本研究では,微小流体を自在に制御できるマイクロ流体工学を駆使し,人工細胞に物質・エネルギー的な非平衡性を与えることで,人工細胞内でのダイナミックな反応と人工細胞の自律運動を実現するための基礎技術の開発に成功した.本研究の成果により,今後,動的な人工細胞構築の発展が進むと考えられる.近年,細胞サイズの小胞に遺伝子発現系を内包した人工細胞の研究が盛んに行われているが,ダイナミックな現象を取り出すまでには至っていない.本研究では,微小流体を自在に制御できるマイクロ流体工学を駆使し,人工細胞に物質・エネルギー的な非平衡性を与えることで,人工細胞内でのダイナミックな反応と人工細胞の自律運動を実現するための基礎技術の開発に成功した.本研究の成果により,今後,動的な人工細胞構築の発展が進むと考えられる.当研究課題では,マイクロメートルサイズの生体分子膜の小胞にDNAやタンパク質を含む機能性分子を内包・付与して構築する「人工細胞」の研究を発展させ,生命システムの構成的理解や工学的応用に貢献することを目的とし,マイクロ流体技術を利用した非平衡人工細胞の構築と制御を行った.従来のシステムでは,人工細胞は孤立した状態で,非平衡なエネルギーの流れがなく,ダイナミックな現象を取り出すまでには至っていないため,微小流体を自在に制御できるマイクロ流体工学を駆使し,人工細胞に物質・エネルギー的な非平衡性を与え,時間的かつ空間的にダイナミックな自律的な運動が実現できる「動的人工細胞システム」を実現するための基礎技術開発を行った.まずは,マイクロ流体技術による,細胞サイズの小胞(マイクロ油中水滴,マイクロハイドロゲル粒子)の作製手法を確立した.本年度は,特に,マイクロハイドロゲル粒子をベースにした人工細胞システムの構築において大きな進展があった.マイクロ油中水滴ベースの系と比較し,マイクロハイドロゲル粒子ベースの系は,ゲルに強度があるため,空間的に制御しやすいことを利用し,異方性のある(非対称性のある)構造を付与したシステムを実現することに成功した.これにより,マイクロハイドロゲル粒子にエネルギー発生の反応を組み込むことで,回転や直進運動などの複雑な自律運動を実現するための目処が立った.まずは基本的なシステムとして球形に異方性を付与した粒子に加水分解反応を部分的に付与することに成功し,物体の自律運動を観察することができた.当研究課題では,マイクロメートルサイズの生体分子膜の小胞にDNAやタンパク質を含む機能性分子を内包・付与して構築する「人工細胞」の研究を発展させ,生命システムの構成的理解や工学的応用に貢献することを目的とし,マイクロ流体技術を利用した非平衡人工細胞の構築と制御を行った.マイクロ流体技術による,細胞サイズの小胞(マイクロ油中水滴,マイクロハイドロゲル粒子)の作製手法を確立した.このマイクロ油中水滴内では,タンパク質合成反応や振動性のある非線形化学反応の実現ができた.また,マイクロハイドロゲル粒子には,非対称異方性のある複雑構造を付与し,様々な形状のもの(たとえば,回転方向に非対称性のあるプロペラ型構造など)を生成することができるようになった.マランゴニ流および拡散流という非平衡な流れの性質をうまく利用することで,この構造形成に成功しており,従来に無い新規な手法として重要である.この非対称構造により,マイクロハイドロゲル粒子にエネルギー発生の触媒反応を組み込んで,並進的な運動や回転的な運動を発生させることができた.マイクロ粒子単体でも自律運動をするが,複数存在した場合,立体的な障害による相互作用をしながら運動する様子も確認ができ,相互作用による集団運動の実現に目処が立った.さらに,粒子状のものだけでなく,らせん構造を取るようなマイクロゲルファイバーの構築にも成功した.らせんのピッチの制御もできることが確認された.鞭毛のような構造を持っているため,らせん軸周りの回転運動を発生させることで,方向性のある運動が取り出せると考えられる.研究計画書に記載した通り,細胞サイズの人工細胞(マイクロ油中水滴型,マイクロハイドロゲル型)の作製と制御に成功し,特に,マイクロハイドロゲル型の人工細胞に関しては,形状制御や大量生産が可能な仕組の開発にも成功した.これらを利用すれば,研究計画書にある通り,研究機関内に研究が実施できると考えられる.25年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画書に記載した通り,細胞サイズの人工細胞の動的な機能の付与を中心に行い,研究計画を遂行する.特に,自律運動の実現と制御が可能な技術の開発を成功させる.25年度が最終年度であるため、記入しない。今年度に,予定以上に進展の大きかったマイクロハイドロゲル型の人工細胞の制御を,次年度にさらに大きく進めるため,制御装置と試薬等消耗品費を集中的に投資する計画である.25年度が最終年度であるため、記入しない。
自己免疫性血友病13の分子病態；抗FXIII自己抗体の解析と発生機序の解明

1.自己抗体の性状:15症例中10例はAa型のみ、1例はB型のみ、4例は両方の型の抗体を持っており、Ab型は検出されなかった。組換えF13-Aタンパク質をAa型14症例の血漿存在下でプロテアーゼ消化して生成ペプチド量を比較し、エピトープマッピングしたところ、自己抗体が切断部位近傍に結合するためトロンビンによる活性化が抑制されることが示唆された。2.自己抗体生成の背景:Aa型6症例、Ab型2症例のF13A遺伝子の全エクソーム塩基配列を解析し、多型が抗原性の違いの原因になる可能性を指摘した。免疫応答関連遺伝子CTLA-4やHLAクラスIIの多型についても解析したが、一定の傾向は認められなかった。1.AH13症例の抗FXIII抗体の性状解析:日本人後天性出血性血友病XIII/13症例から同定された抗XIII因子(FXIII)自己抗体(FXIIIインヒビター)は、免疫化学的性質と阻害特性から、三種類(Aa, Ab, B型)に分類された。Aa型インヒビターはFXIIIの酵素部位であるAサブユニット(FXIII-A)に結合して、トロンビンによる活性化ペプチドの切断を阻害し、フィブリン分子間の架橋を著しく遅延させることを明らかにした。また、Aa型インヒビターはBサブユニットとの異種四量体形成を阻害し、さらに、FXIII異種四量体のFXIII-Bと入れ替わってFXIII-Aと複合体を形成することを見出した。Ab型インヒビターは活性型FXIII-Aもしくは活性化中間体に結合して、トランスグルタミナーゼ活性を阻害することを明らかにした。FXIII-Bに結合するB型自己抗体のうち、1例においてFXIII-A活性化ペプチドの切断およびフィブリン架橋反応の弱い阻害を認めた。2.抗体のエピトープマッピング(マウスモノクローナル抗体の解析):症例検体は貴重なので、まず作製済みのマウス抗ヒト第XIII因子Aサブユニット(F13A)モノクローナル抗体のエピトープ解析を行い、方法論の確立を行った。Protein G-Sepharoseと結合させたモノクローナル抗体とF13Aを結合後、Lys-C、トリプシンなどの切断酵素でF13Aを切断してProtein G-Sepharoseに結合した画分と結合しなかった画分を、それぞれ質量分析装置を用いて解析した(切断法)。また同時に、全体の75%をカバーする38種の合成ペプチドへの結合能を用いたELISA法でも認識部位の検討を行った(結合法と結合阻害法)。その結果、β-サンドウィッチおよびバレル1の領域を認識していることが示唆された。1.AH13症例の自己抗体のエピトープマッピング;昨年度にマウスモノクローナル抗体を用いて開発した方法で、実際に健常人あるいは抗FXIII-A自己抗体を含むAa型の血漿14検体を解析した。液体クロマトグラフィー質量分析法を用いて同定した36ペプチドは、複数の検体に共通しているので、ユニバーサルエピトープの存在が示唆された。Ab型の血漿検体3例とB型の血漿検体についても同様な方法で現在解析中である。38種類の合成FXIII-Aペプチドを用いてAa型血漿検体8例、Ab型血漿検体1例についてエピトープ解析を行ったところ、5ペプチドを複数の検体が認識していることが判明した。2.抗FXIII自己抗体を生成する根本的な原因の追究と抗原性の検討;F13遺伝子の多型性/変異を同定するために、次世代シーケンサーを用いてAH13症例8例のゲノムDNAを解析した。F13A遺伝子を解析したところ、8検体中6検体でアミノ酸レベルでの変異が検出された。F13B遺伝子を解析したところ、変異は第2寿司ドメインに集中していた。3.酵素触媒作用を持つ抗体や自然抗体の検索;AH13症例や健常者に、FXIIIを分解する酵素活性を持つ自己抗体や自然抗FXIII抗体が存在する可能性を追究したが、該当する性状を持つ抗体は発見されなかった。4.AH13の分子病態の基盤となる抗体の性状解析;今年度までに得られたAH13症例33名の検体を生化学的、免疫学的に詳細に解析して、血栓止血学領域のトップジャーナルに論文発表した。更に、B型抗体を持つ症例におけるF13活性低下の原因を追究する過程で、F13-BがF13-Aのフィブリンへの結合を促進し、その後のγ-二量体形成によってF13-Bがフィブリンから放出されるという、新しい機能と機序を発見した。1.抗F13自己抗体の性状:1)自己抗体のタイピング;新たに4例に抗F13-A自己抗体を検出した。その内2例では抗F13-B自己抗体が同時に検出された。論文未発表の15例では、10例はAa型のみ、1例はB型のみ、4例は両方のタイプの抗体を持っていることが判明した。Ab型は少ないものと推測される。2)Aa型自己抗体のエピトープマッピング;組換えFXIII-Aタンパク質をプロテアーゼ消化して50ペプチドを同定した。次にAa型14例、あるいは健常人血漿の存在下でプロテアーゼ消化後に生成される上述の50ペプチド量を比較し、健常人血漿存在下に比べて0.5未満になるペプチドを同定した。

各症例の血漿存在下で217ペプチドの減少が認められ、7症例以上で減少が認められたペプチドは5種類であった。2種類はコアドメイン由来のペプチドで、1種類がバレル1、2種類はバレル2由来であった。バレル1、2由来のペプチドはFXIII-Bと結合する合成ペプチドの近傍に存在しており、自己抗体が結合することによりFXIII-Bとの結合が阻害されると同時に、トロンビンの接近を妨害して活性化が抑制されることが示唆された。2.抗FXIII自己抗体を生成する遺伝的背景:1)FXIIIの多型性;Aa型6症例、Ab型2症例の全エクソームシークエンスを解析した。F13A遺伝子は各症例02箇所(計4箇所)多型が認められた。データベースに登録されている健常者内頻度はいずれも0.060.31と非常に低かったので、これらの多型が抗原性の違いの原因になっている可能性がある。また、バレル1か2に変異が認められた5症例はいずれもAa型の症例であった。一方、F13B遺伝子は全例アジア人種に共通なR95H多型であった。2)免疫応答関連遺伝子の多型性;CTLA-4のT17A多型解析を行ったところ、1症例はホモ接合性でT、2症例がホモ接合性でA、5症例がヘテロ接合性で、特に頻度は高くなかった。HLAクラスII遺伝子のDRB1とDQB1についても解析したが、一定の傾向は認められなかった。1.自己抗体の性状:15症例中10例はAa型のみ、1例はB型のみ、4例は両方の型の抗体を持っており、Ab型は検出されなかった。組換えF13-Aタンパク質をAa型14症例の血漿存在下でプロテアーゼ消化して生成ペプチド量を比較し、エピトープマッピングしたところ、自己抗体が切断部位近傍に結合するためトロンビンによる活性化が抑制されることが示唆された。2.自己抗体生成の背景:Aa型6症例、Ab型2症例のF13A遺伝子の全エクソーム塩基配列を解析し、多型が抗原性の違いの原因になる可能性を指摘した。免疫応答関連遺伝子CTLA-4やHLAクラスIIの多型についても解析したが、一定の傾向は認められなかった。1.平成27年度の研究で実施する計画であった、抗F13自己抗体産生の遺伝的背景の解析のための全ゲノム塩基配列決定実験を繰り上げて、先ずAH13症例8名において開始し、免疫応答関連遺伝子の多型性を解析中である。2.平成27年度の研究で実施する計画であった抗F13自己抗体のIgGサブクラスを、これまでに診断して検体が利用できる症例33名において繰り上げて解析し、免疫抑制療法抵抗性=難治性との関連の解析を開始している。3.F13-Bの新しい機能と機序を発見し、B型抗体による阻害が13活性低下の原因の一つであることを世界で初めて明らかにした。4.AH13症例に発生した抗体はオリゴクローナルで少なくとも数種類の抗体の混合状態であり、中和型抗体と非中和型のクリアランス亢進型抗体が存在することを世界で初めて明らかにしたので、次年度の新しい研究テーマとすることができた。血液内科学2.FXIII KOマウスにおける抗FXIII抗体の性状解析:症例に発生した抗体はオリゴクローナルで少なくとも数種類の抗体の混合状態であり、中和型抗体と非中和型のクリアランス亢進型抗体が存在する。そこで、我々が保有する3種類の抗F13-Aモノクローナル抗体と7種類の抗F13-Bモノクローナル抗体のそれぞれを、予めFXIII濃縮製剤と混合加温して免疫複合体を作製して、FXIII-AKO
体罰論議を通してみた〈教育言説〉の歴史的変容に関する社会的研究

1.本研究では、昭和戦前・戦中期、昭和30年前後、現在の三時点をとって、それぞれ新聞および教育関係の雑誌における体罰事件の報道を、さまざまな発言者や寄稿者の属性を区別しながら検討するという方法で、言説空間の構造変容の実証的な分析を試みた。現在の体罰問題に関して、現職教員からの聞き取り調査を行なった。2.本研究によって明らかになってきたのは、体罰に関する法的な枠組みと、教師や親・マスコミ等の議論の焦点との間に大きなズレが存在し続けているということである。体罰事件をめぐる言説の構造は、昭和戦前・戦中期、昭和30年前後、現在の三時点で全く異なった様相を示していた。しかし、刑事的な事件というよりも、〈教育問題〉とみなして妥当な解決策や望ましい方向が論じられていたという点で、基本的には共通性を持っていた。それぞれの時期の新聞記事や雑誌記事が、体罰を肯定する立場のものはもちろんのこと、体罰を否定する立場のものも含めて、事件を〈教育に固有の問題性を持った事象〉という描き方をしていたからである。3.しかしながら、本研究では、とりあげた三時点のそれぞれの言説構造の特徴を明確化するには至らなかった。というのも、三時点の言説構造の差異は、それぞれの時期の、親や教師が持つ規範意識や教育に関する前理論的な仮説--子ども観や教育観、教師の役割に関するイメージ等--を反映しており、それらについて未解明な点が多いからである。この点についての検討を進め、言説空間の背後に存在する自明化された諸前提を抽出・整理することで、体罰言説の変容が意味するものを明らかにすることが、今後の課題である。
離散群の非等長的作用の剛性と非線形スペクトルギャップ

昨年度、ボルツァ曲面とよばれる種数2の閉リーマン面上のある特異計量(リーマン面の構造と両立するもの)が面積一定という条件下でラプラシアンの第1固有値を最大化するという成果(ジャコブソン-レビティン-ナディラシュヴィリ-ニガム-ポルテロヴィッチ予想の肯定的解決)を論文にまとめてジャーナルに投稿したが、昨年度から今年度にかけてレフェリーの要求に対応して論文の修正に努め、無事出版にこぎつけることができた。また、今年度は、最大化計量が(高次元)球面への第1固有関数による極小はめこみから誘導される計量として与えられることをふまえて、球面内の種数2以上の極小閉曲面の構成について考察を進めた。具体的には、3次元球面の場合のローソン等によるプラトー問題の解を折り返して極小閉曲面を得るという手法が高次元の場合に適用可能であるという前提で、この構成に使える高次元多面体の可能性について検討した。また、非線形スペクトルギャップと関連して、我々が考察していた有限グラフの線形スペクトルギャップの最大化問題とユークリッド空間への最適埋め込みの問題が半正値計画問題として互いに双対の関係にあることが証明できた。昨年度から考察していた位相的にフラーレンと同型なグラフ上の重みを、線形スペクトルギャップを最大化するように定める問題についても解決をみた。この研究は五明工氏(名古屋大学大学院多元数理科学研究科博士後期課程3年)との共同研究である。有限グラフの線形スペクトルギャップの最大化問題とユークリッド空間への最適埋め込みの問題が半正値計画問題として互いに双対の関係にあることが証明できた。また、昨年度から考察していた位相的にフラーレンと同型なグラフ上の重みを、線形スペクトルギャップを最大化するように定める問題についても解決をみた。さらに、線形スペクトルギャップの最大化問題の連続モデルと捉えられる問題への成果をまとめた論文について、レフェリーの要求に対応して出版にこぎつけることができた。今後は、有限グラフの線形スペクトルギャップの最大化問題とユークリッド空間への最適埋め込みの問題が半正値計画問題として互いに双対の関係にあるという成果の、非線形スペクトルギャップの研究への応用を目指す。また、連続モデルの研究、とくに第1固有値を最大化する計量の候補を与える極小閉曲面の構成に取り組む。さらに、離散群のヒルベルト空間へのアフィン等長作用に関して同変な離散群からヒルベルト空間への離散的調和写像の存在定理を強化する方向での研究を推進するとともに、ヒルベルト空間をバナッハ空間に置き換えて非等長的作用に関する固定点定理を一般化する方向でも考察を進める。今年度はこの成果を論文にまとめてジャーナルに投稿した。また、種数3以上の場合の考察を開始した。最大化計量は(高次元)球面への第1固有関数による極小はめこみから誘導される計量として与えられることが知られているので、球面内の極小閉曲面の構成について準備的考察を行っているところである。具体的には、3次元球面の場合のLawson, Karcher-Pincall-Sterlingによるプラトー問題の解を折り返して極小閉曲面を得るという手法が高次元の場合に適用可能であるかについて検討した。まずは、プラトー問題の解の存在が問題であり、これについて考察を進めている。また、非線形スペクトルギャップと関連して、位相的にフラーレンと同型なグラフ上の重みを、線形スペクトルギャップを最大化するように定める問題について考察を行った。双対問題として、グラフのユークリッド空間への最適埋め込みの問題が現れるが、これと合わせて考えることにより、問題の簡約化を得るところまで進めた。この研究は近藤剛史氏(鹿児島大学理工学部)、五明工氏(名古屋大学大学院多元数理科学研究科博士後期課程2年)との共同研究である。離散群のヒルベルト空間へのアフィン等長作用に対して、それに関して同変な離散群からヒルベルト空間への離散的調和写像の存在定理を強化する方向で研究を進めたが、はかばかしい成果は得られなかった。一方、有限グラフの線形スペクトルギャップを最大化する問題について考察して解決への見通しを得るとともに、その連続モデルと捉えられる問題について顕著な成果を得、論文の執筆・投稿まで終えることができた。

有限グラフの線形スペクトルギャップの最大化問題とユークリッド空間への最適埋め込みの問題が半正値計画問題として互いに双対の関係にあることが証明できた。また、昨年度から考察していた位相的にフラーレンと同型なグラフ上の重みを、線形スペクトルギャップを最大化するように定める問題についても解決をみた。さらに、線形スペクトルギャップの最大化問題の連続モデルと捉えられる問題への成果をまとめた論文について、レフェリーの要求に対応して出版にこぎつけることができた。今後は、有限グラフの線形スペクトルギャップを最大化する問題を解決し、その非線形スペクトルギャップの研究への応用を目指すとともに、連続モデルの研究、とくに第1固有値を最大化する計量の候補を与える極小閉曲面の構成に取り組む。また、離散群のヒルベルト空間へのアフィン等長作用に関して同変な離散群からヒルベルト空間への離散的調和写像の存在定理を強化する方向での研究を推進するとともに、ヒルベルト空間をバナッハ空間に置き換えて非等長的作用に関する固定点定理を一般化する方向でも考察を進める。今後は、有限グラフの線形スペクトルギャップの最大化問題とユークリッド空間への最適埋め込みの問題が半正値計画問題として互いに双対の関係にあるという成果の、非線形スペクトルギャップの研究への応用を目指す。また、連続モデルの研究、とくに第1固有値を最大化する計量の候補を与える極小閉曲面の構成に取り組む。さらに、離散群のヒルベルト空間へのアフィン等長作用に関して同変な離散群からヒルベルト空間への離散的調和写像の存在定理を強化する方向での研究を推進するとともに、ヒルベルト空間をバナッハ空間に置き換えて非等長的作用に関する固定点定理を一般化する方向でも考察を進める。
グリーン関数法に基づいた局在電磁場制御に関する研究

金や銀などの貴金属ナノ粒子に適当な波長の光を照射すると,表面プラズモン励起が生じて,電場を回折限界よりも遙かに小さい領域に局在化させることが可能となる.貴金属ナノ粒子を層状に周期配置した系でも,各層の表面近傍に指数関数的に局在した電場が生じるが,用いる金属の種類,格子形状,格子定数,及び粒子サイズ等の制御によって,この表面電場はコントロール可能である.これらの系では、粒子サイズが対象となる電磁波の波長よりもかなり小さいので,粒子を周波数依存性を持つ短距離散乱体として扱え,グリーン関数の正則化により粒子サイズ依存性を理論に取り込める.それを踏まえ,我々はこのナノ粒子系の配置最適化問題,特に電場増強の観点からの共鳴幅(複素エネルギーの虚部)の制御を追究した.金属ナノ粒子を層状に周期配置した系に対しては,複数のパラメータを最適化する必要があるため,理論的定式化はシンプルかつ堅固なものであることが要求される.よって,電子状態計算におけるKKR法に基づく大高のアプローチに,低速電子回折法におけるKambeの手法を組み込み,計算の高速性と信頼度の高さの両立を追究した.我々の計算結果には,複素エネルギー固有値の虚部の絶対値が小さく縦成分を主体とするモードが,p偏光の光を入射した際の局在増強電場の主成分であることが明示されている.金や銀などの貴金属ナノ粒子に適当な波長の光を照射すると,表面プラズモン励起が生じて,電場を回折限界よりも遙かに小さい領域に局在化させることが可能となる.貴金属ナノ粒子を層状に周期配置した系でも,各層の表面近傍に指数関数的に局在した電場が生じるが,用いる金属の種類,格子形状,格子定数,及び粒子サイズ等の制御によって,この表面電場はコントロール可能である.これらの系では、粒子サイズが対象となる電磁波の波長よりもかなり小さいので,粒子を周波数依存性を持つ短距離散乱体として扱え,グリーン関数の正則化により粒子サイズ依存性を理論に取り込める.それを踏まえ,我々はこのナノ粒子系の配置最適化問題,特に電場増強の観点からの共鳴幅(複素エネルギーの虚部)を明らかにする理論を追究した.金属ナノ粒子を層状に周期配置した系に対しては,複数のパラメータを最適化する必要があるため,理論的定式化はシンプルかつ堅固なものであることが要求される.よって,電子状態計算におけるKKR法に基づく大高のアプローチに,低速電子回折法におけるKambeの手法を組み込み,計算の高速性と信頼度の高さの両立を追究した.その際には,多重散乱効果を取り込めるT行列を導入し,それを一粒子,単層,多層系という各階層に対して求めた.これにより,共鳴体の集団における相乗効果を適切に評価しつつ,かつ数値的安定性を保ちながら,ナノ粒子の配置を最適化することが可能となった.数値計算の際には,次元の小さい複素行列を操作することのみが要求され,入射電場とナノ粒子系との偏光依存結合係数も,単純な行列演算のみによって求めることが可能となった.金や銀などの貴金属ナノ粒子に適当な波長の光を照射すると,表面プラズモン励起が生じて,電場を回折限界よりも遙かに小さい領域に局在化させることが可能となる.貴金属ナノ粒子を層状に周期配置した系でも,各層の表面近傍に指数関数的に局在した電場が生じるが,用いる金属の種類,格子形状,格子定数,及び粒子サイズ等の制御によって,この表面電場はコントロール可能である.これらの系では、粒子サイズが対象となる電磁波の波長よりもかなり小さいので,粒子を周波数依存性を持つ短距離散乱体として扱え,グリーン関数の正則化により粒子サイズ依存性を理論に取り込める.それを踏まえ,我々はこのナノ粒子系の配置最適化問題,特に電場増強の観点からの共鳴幅(複素エネルギーの虚部)の制御を追究した.金属ナノ粒子を層状に周期配置した系に対しては,複数のパラメータを最適化する必要があるため,理論的定式化はシンプルかつ堅固なものであることが要求される.よって,電子状態計算におけるKKR法に基づく大高のアプローチに,低速電子回折法におけるKambeの手法を組み込み,計算の高速性と信頼度の高さの両立を追究した.我々の計算結果には,複素エネルギー固有値の虚部の絶対値が小さく縦成分を主体とするモードが,p偏光の光を入射した際の局在増強電場の主成分であることが明示されている.
B型肝炎ウイルスの抗ウイルス剤に対する薬剤耐性獲得機構の解明についての研究

B型肝炎ウイルス(HBV)感染者は150万人以上存在すると推定されており、慢性肝炎、肝硬変、肝癌の主要原因のひとつとなっている。日本ではほぼすべての症例が幼小児期からの持続感染であるため、抗ウイルス剤を投与してもウイルスの抑制は可能であるが、完全排除は不可能であるのが実態である。したがってラミブジンなどの抗ウイルス剤の使用は長期にわたることになり、必然的に薬剤耐性化変異が出現することが最大の問題となる。そこで本研究ではまずラミブジンを2年以上投与された67例について、その背景因子とラミブジン治療効果および耐性株出現との関連について検討した。治療有効性と関連する有意な因子としては、治療前のALT値が200IU/L以上であること、そしてHBe抗原が陰性であることが多変量解析で示されたが、年齢、ウイルス量、Pre-C領域の変異、Core promoter領域の変異には影響されなかった。一方、薬剤耐性化の因子としては、年齢、ALT値、ウイルス量、Pre-C領域の変異、Core promoter領域の変異などには有意な関連はみられず、HBV genotype Cであることが唯一薬剤耐性化に有意に関連していた。つまり、HBV genotype C型のウイルスにおいては、過去の報告でも予後が不良で、セロコンバージョンしにくく、治療の反応性も低いといわれているが、今回の検討では薬剤耐性化変異の出現頻度も高いことが示された。さらに、ラミブジン以降、最近新しく認可されたアデフォビル、エンテカビルなどの核酸アナログ製剤も使われるようになり、薬剤の選択の幅が広がったが、これらの薬剤でもウイルスの逆転写酵素のそれぞれ異なった部位に特異的な変異が起きることが示された。さらに、これらの薬剤に対する耐性変異とウイルス側のHBV genotypeの違いが、その変異の入りやすさとどのような関連があるかを、今後検討を進めていく予定である。したがってラミブジンなどの抗ウイルス剤の使用は長期にわたることになり、必然的に薬剤耐性化変異が出現することが最大の問題点となっている。このことは、HBV genotype C型ウイルスの特異的な遺伝子配列が耐性変異を誘発しやすくしているのか、あるいはC型のウイルスの増殖効率が他のタイプに比べ非常に高いため、変異の出現する頻度が高まったためかは今後の検討を要する点である。次年度はさらにこの点についての検討をすすめる予定である。B型肝炎ウイルス(HBV)

感染者は150万人以上存在すると推定されており、慢性肝炎、肝硬変、肝癌の主要原因のひとつとなっている。日本ではほぼすべての症例が幼小児期からの持続感染であるため、抗ウイルス剤を投与してもウイルスの抑制は可能であるが、完全排除は不可能であるのが実態である。したがってラミブジンなどの抗ウイルス剤の使用は長期にわたることになり、必然的に薬剤耐性化変異が出現することが最大の問題となる。そこで本研究ではまずラミブジンを2年以上投与された67例について、その背景因子とラミブジン治療効果および耐性株出現との関連について検討した。治療有効性と関連する有意な因子としては、治療前のALT値が200IU/L以上であること、そしてHBe抗原が陰性であることが多変量解析で示されたが、年齢、ウイルス量、Pre-C領域の変異、Core promoter領域の変異には影響されなかった。一方、薬剤耐性化の因子としては、年齢、ALT値、ウイルス量、Pre-C領域の変異、Core promoter領域の変異などには有意な関連はみられず、HBV genotypeCであることが唯一薬剤耐性化に有意に関連していた。つまり、HBV genotypeC型のウイルスにおいては、過去の報告でも予後が不良で、セロコンバージョンしにくく、治療の反応性も低いといわれているが、今回の検討では薬剤耐性化変異の出現頻度も高いことが示された。さらに、ラミブジン以降、最近新しく認可されたアデフォビル、エンテカビルなどの核酸アナログ製剤も使われるようになり、薬剤の選択の幅が広がったが、これらの薬剤でもウイルスの逆転写酵素のそれぞれ異なった部位に特異的な変異が起きることが示された。さらに、これらの薬剤に対する耐性変異とウイルス側のHBV genotypeの違いが、その変異の入りやすさとどのような関連があるかを、今後検討を進めていく予定である。
N体計算による大質量ブラックホール形成過程の研究

SMBH周りの恒星系の分布は系が緩和していれば、密度分布はBahcall-Wolf cuspと呼ばれる-1.75乗の冪を持つと考えられ(Bahcall & Wolf 1976)。これは、恒星系の二体緩和によって運ばれるエネルギー流束が半径によらず一定の場合に実現される構造として理解出来る。しかし、近年、ケプラーポテンシャル場中では、二体緩和以外にResonant Relaxation(RR)と呼ばれる星同士の永年摂動による緩和過程がある事が分かってきた(Rauch & Tremaine 1999)。特にScalar Resonant Relaxation(SRR)と呼ばれる過程は星の軌道傾斜角と軌道離心率を緩和させる。二体緩和とSRRでは緩和の時間スケールが異なり、特にSMBHの近くでは、SRRの時間スケールは二体緩和の時間スケールよりも短くなる。その為、SMBH周りの星の密度分布さらにSMBHへの星の降着率も二体緩和による見積もりと大きく異なる可能性がある。しかし、SMBHの近くでは相対論的歳差運動の効果により、星の軌道は完全には閉じないので、SRRが弱くなるとも考えられる。そこで、本研究では銀河中心にSMBHを置いたN体シミュレーションを行いSMBH回りで銀河構造がどの様に変化するか、SMBHへどの程度の星が降着するかを調べた。その結果、少なくとも銀河中のSMBH回りでは相対論的歳差運動によって、ほとんどSRRが効かず、銀河の構造やSMBHへの降着率は共に、二体緩和によって支配されている事が分かった。また、近年、球状星団中に中間質量ブラックホール(IMBH)が発見されたという報告が幾つかなされている。IMBHの形成、成長過程の一つとして、星の降着は重要と考えられるので、IMBH周りでの恒星系の密度分布や降着率についても調べた。その結果、SMBHの場合と異なり、降着率が二体緩和による見積もりより、数倍高くなる事、中心部の構造も僅かに、Bahcall-Wolf cuspより浅くなる事が分かっだ。これは、IMBH周りでは、SMBHの場合に比べて、星の潮汐破壊半径付近での相対論的効果が弱くなるため、SRRが効率的に働く為である。超巨大ブラックホール(SMBH)を持つ銀河同士が衝突合体した場合、SMBHは力学的摩擦により銀河中心へ沈みSMBH連星を形成する。この連星が重力波放出により合体する事が可能ならば、銀河の合体によってSMBHは成長する事が出来、現在観測的に知られている銀河質量とSMBH質量の比例関係は説明される。従来の研究では、等質量のSMBH連星で円軌道に近い軌道から始めた場合には円軌道に近いまま進化し、宇宙年齢以内に連星は合体出来ない事が分かっていた(ラストパーセック問題)。しかし、近年、質量比がある程度以上大きいとSMBH連星の離心率が大きくなり、非常に短い時間スケールで連星が合体することが分かってきた。しかし、どのようなメカニズムで離心率が大きくなるかは明らかでなかった。本研究では、N体シミュレーションを用いて、SMBH連星と周りの星の相互作用を詳細に調べた結果、以下のような2段階のメカニズムが働き連星の離心率を上昇させる事が分かった。まず、連星の質量比が大きい場合、銀河中心部のポテンシャルは重いSMBHが作るケプラーポテンシャルに軽いSMBHが作る摂動ポテンシャルが合わさった形になる。この時、連星の軌道が完全な円軌道でなければ、摂動ポテンシャルは3軸不等となる。この為、周りの星の軌道角運動は保存しなくなり、連星系に対して順行軌道・逆行軌道の間を遷移するものが現れる。これらの一部は特に軽いほうのSMBHと相互作用して系から脱出する。相互作用の散乱断面積が順行軌道のほうが大きいために平均すると脱出する星は連星系から角運動量を奪い、連星の離心率は上昇する事が分かった。銀河の合体成長はマイナーマージャーによるものが支配的である事が知られており、多くのSMBH連星はある程度の質量比を持つと考えられる。そのような連星は非常に短いタイムスケールで合体出来るので銀河の合体により、SMBHは成長出来ることが示せた。このメカニズムは30年近く議論されてきたラストパーセック問題に対する一つの解答であるSMBH周りの恒星系の分布は系が緩和していれば、密度分布はBahcall-Wolf cuspと呼ばれる-1.75乗の冪を持つと考えられ(Bahcall & Wolf 1976)。

その結果、少なくとも銀河中のSMBH回りでは相対論的歳差運動によって、ほとんどSRRが効かず、銀河の構造やSMBHへの降着率は共に、二体緩和によって支配されている事が分かった。また、近年、球状星団中に中間質量ブラックホール(IMBH)が発見されたという報告が幾つかなされている。IMBHの形成、成長過程の一つとして、星の降着は重要と考えられるので、IMBH周りでの恒星系の密度分布や降着率についても調べた。その結果、SMBHの場合と異なり、降着率が二体緩和による見積もりより、数倍高くなる事、中心部の構造も僅かに、Bahcall-Wolf cuspより浅くなる事が分かっだ。これは、IMBH周りでは、SMBHの場合に比べて、星の潮汐破壊半径付近での相対論的効果が弱くなるため、SRRが効率的に働く為である。
分化、脱分化時の細胞におけるレトロトランスポゾン因子の役割

多能性状態に特異的な非翻訳RNA(ncRNA)を同定すべく、特に核・レトロトランスポゾン由来の転写物に着目し、幹細胞の非翻訳トランスクリプトームを包括的にプロファイルした。LTR由来転写物がヒト・マウス幹細胞の核トランスクリプトームの複雑さに重要な役割を果たし、多能性と関連していることを証明。幹細胞の活性プロモーターの包括的プロファイルに加え、未解明だった哺乳類幹細胞内でのレトロトランスポゾン由来転写物の役割を明らかにした。方法:第一に高度ハイスループット・トランスクリプトミクス技術を用い、核・細胞質内のポリアデニル化RNA・非ポリアデニル化RNAの分析に基づき、代表的なヒト・マウス幹細胞の非翻訳トランスクリプトームを大規模プロファイルした。幹細胞とiPS細胞を含むマウスとヒトの多能性細胞株11株を使用。第二段階では第一段階で同定した幹細胞に特異的な新規ncRNAが多能性の遺伝子制御に直接及ぼす影響をテストすべく、150組の候補について機能喪失・機能獲得実験を行った。予定期間内にトランスクリプトミクス・データを作成。バイオインフォマティクス分析も完了。分化細胞よりも幹細胞で活発なプロモーターの分析から、核トランスクリプトームが従来知られていた以上に複雑であることが判明。特にマウスとヒトのデータセットで同定された幹細胞内で発現上昇している全CAGEクラスターのうち、それぞれ46%(8,873)と30%(3,043)は幹細胞に特異的な新規転写物の可能性がある。これらのRNAは主に核内にあり、mRNAより発現レベルが低く、比較的短い。その上、偶然よりも高い頻度で特定のレトロトランスポゾン因子に由来している。機能喪失実験からのデータは、iPS細胞内でBGLII、RLTR9E、RLTR17マウス因子からのLTR関連転写物がノックダウンされている場合、既知の幹細胞性マーカー遺伝子Nanogの発現が大幅に影響を受けることを示唆。上記の結果は、多能性の制御における、これらの転写物の明確な役割を示している。結論:幹細胞の包括的トランスクリプトーム・プロファイルから、核の複雑性が予想以上に高いことが判明。その大半がタンパク質をコードしないレトロトランスポゾン関連転写物からなり、一部は制御領域の産物であった。本研究は多能性維持の制御におけるレトロトランスポゾン因子の主要な役割を解明。我々の知る限り、他の細胞経路について、反復因子が遺伝子制御にこれほど大きく貢献していることを証明した例はない。2010年11月にJSPSフェローとしてOSCに参加してから、「細胞多分化の遺伝子調節における非コードRNAとレトロトランスポゾン因子の関係性の研究」と題したプロジェクトに直接従事している。プロジェクトの目的としては、非コードRNA(ncRNA)とレトロトランスポゾン因子(REs)の役割を位置づけることであり、胚性幹(ES)細胞、人工多能性幹(iPS)細胞およびマウス胚性幹(MEF)細胞の初代発生における包括的なncRNAとREs発現解析(目的1)、特異的なncRNAとREsのノックダウン発現解析(目的2)最終目標としては幹細胞の多分化と細胞分化過程におけるncRNAとREsの役割を評価することである(目的3)。Es細胞、MEF細胞および2つのクローンからなるiPS細胞のcAGEライブラリーは既にシーケンスされ、解析されている(目的1)。これらの解析とFANTOM-5データのマウス組織資料から、幹細胞に特異的な新規の転写が73個選択された。多分化における幹細胞に特異的なncRNAとREsの役割を評価するために、siRNAを用いたノックダウン網羅解析は、多分化状態でのみGFPを発現する多分化Nanog-GFP-IRE-Puroマウス細胞のGFP発現消失を読み出すことによって行う。この網羅解析に先がけて、それぞれの新規因子に対するまたは現在CAGEシグナルの個々の確認に使用されているqPCRプライマーをデザインした。96ウェルプレートでのマウスiPS(Nanog-GFP-IRE-Puro)への一時的なsiRNA導入は、事実と一致し再現性のある陽性または陰性のコントロールsiRNAを用いて最適化された。2010年度中に行われたこれらの実験は、JSPSからの外部資金を使用した。2011年度はトランスクリプトミクス・データ作成に重点的に取り組んだ。マウスとヒト由来の胚性幹細胞と人工多能性幹細胞の12株の細胞とコントロールとして6個の分化した細胞から、細胞核、細胞質、クロマチン結合性RNA断片を準備。細胞核と細胞質のサンプルはそれぞれCAGE、CAGEスキャン、sRNA配列解析によって解析した。現在行っているトランスクリプトミクス解析は、幹細胞に特異的な発現パターンを持つ核内非コードRNAとレトロトランスポゾン因子(RE)転写産物の特定を目的としている。その後、インビトロでノックダウン網羅解析を行い、これらのncRNAの多分化調節の意味を体系的に確認する。この最初のトランスクリプトミクス研究と並行して、ロバストなインビトロ機能喪失スクリーニングアッセイの確立を目的とした試験的なsiRNA網羅解析も行ってきた。Nanogプロモーター制御下でGFPを発現するマウスのiPs細胞株をモデルに選択。これらの細胞内では分化の際にGFP発現が喪失する。既存のCAGEデータから候補となる22個のncRNAを選び、そのためのsiRNAを設計し、一時的に導入。

導入から48時間後に3つの幹細胞性マーカーの相対発現量をqPCRによって測定、大容量自動蛍光イメージング装置(Cellomics ArrayScan、Thermo Scientific)でGFPの強度をモニターし、これらの細胞の多分化状態に対するsiRNA摂動の影響を分析した。この試験的網羅解析の結果、テストした22個の候補の大多数を効果的にノックダウンできたことから、非コード転写候補因子を摂動させるsiRNAの選択が正しかったことを確認。また、これによって、幹細胞性マーカーのためのqPCRを読み出しとして使いながら、このアッセイの再現性をテストすることができた。少数の候補を網羅解析するだけで、ノックダウンによってNanogまたはSox2のどちらかの発現が減少する4つのncRNAを特定できたことは注目に値する。多能性状態に特異的な非翻訳RNA(ncRNA)を同定すべく、特に核・レトロトランスポゾン由来の転写物に着目し、幹細胞の非翻訳トランスクリプトームを包括的にプロファイルした。LTR由来転写物がヒト・マウス幹細胞の核トランスクリプトームの複雑さに重要な役割を果たし、多能性と関連していることを証明。幹細胞の活性プロモーターの包括的プロファイルに加え、未解明だった哺乳類幹細胞内でのレトロトランスポゾン由来転写物の役割を明らかにした。方法:第一に高度ハイスループット・トランスクリプトミクス技術を用い、核・細胞質内のポリアデニル化RNA・非ポリアデニル化RNAの分析に基づき、代表的なヒト・マウス幹細胞の非翻訳トランスクリプトームを大規模プロファイルした。幹細胞とiPS細胞を含むマウスとヒトの多能性細胞株11株を使用。第二段階では第一段階で同定した幹細胞に特異的な新規ncRNAが多能性の遺伝子制御に直接及ぼす影響をテストすべく、150組の候補について機能喪失・機能獲得実験を行った。予定期間内にトランスクリプトミクス・データを作成。バイオインフォマティクス分析も完了。分化細胞よりも幹細胞で活発なプロモーターの分析から、核トランスクリプトームが従来知られていた以上に複雑であることが判明。特にマウスとヒトのデータセットで同定された幹細胞内で発現上昇している全CAGEクラスターのうち、それぞれ46%(8,873)と30%(3,043)は幹細胞に特異的な新規転写物の可能性がある。これらのRNAは主に核内にあり、mRNAより発現レベルが低く、比較的短い。その上、偶然よりも高い頻度で特定のレトロトランスポゾン因子に由来している。機能喪失実験からのデータは、iPS細胞内でBGLII、RLTR9E、RLTR17マウス因子からのLTR関連転写物がノックダウンされている場合、既知の幹細胞性マーカー遺伝子Nanogの発現が大幅に影響を受けることを示唆。上記の結果は、多能性の制御における、これらの転写物の明確な役割を示している。結論:幹細胞の包括的トランスクリプトーム・プロファイルから、核の複雑性が予想以上に高いことが判明。その大半がタンパク質をコードしないレトロトランスポゾン関連転写物からなり、一部は制御領域の産物であった。本研究は多能性維持の制御におけるレトロトランスポゾン因子の主要な役割を解明。