hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
樹木年輪の幅・酸素・炭素および窒素安定同位体比を用いた生態系総合環境変動解析

年輪の酸素・窒素同位体比分析ラインを立ち上げ、モンゴル国北部の森林帯を対象地域とし、年輪幅と年輪炭素・窒素・酸素同位体比を測定した。炭素及び酸素同位体比は、似た傾向を示し、乾燥が進むほど高い値を示した。森林内と草原境界を比較し、近年の年輪では、草原境界のカラマツ年輪は高い窒素含量となった。年輪窒素同位体比の変動は、5年ごとの値として分析し、気温や降水量と明瞭な関係は見られなかった。森林内と草原境界それぞれで異なる変動を示し、生態系の窒素動態の変動を表している可能性が高い。草原境界のカラマツは、乾燥により成長が制限されるのではなく、日射・窒素循環の速さにより成長が維持されていると考えられる。1.年輪酸素同位体比と窒素同位体比の分析ラインの立ち上げ(1)酸素同位体比:北大で現有する極めて安定性が高い質量分析計(MAT253)を利用し、リファレンスガスを流さず、既知の同位体比をもつセルロースをリファレンスとし、COを使用しない酸素同位体比の分析方法を立ち上げた。(2)窒素同位体比:木材を燃焼させて大量に発生するCO2を吸収剤で吸収させ、窒素をフィンガートラップ(小さな体積のU字管)に捕集して濃縮する方法をたちあげた。2.年輪幅と同位体比クロノロジーの作成(1)モンゴル北西部(フクスブル湖周辺)2点、北東部(ヘンティ山脈)3点、ウランバートルの南東に1点を追加し、年輪幅クロノロジーを作成した。枯死木のサンプルを採取を計画していたが、残念ながら見つけることはできなかった。また、葉および土壌も年輪と同時に採取し、酸素同位体比の基礎となる土壌、枝、葉の水同位体比測定用サンプリングを行った。(2)中国内蒙古は、ロペスがハルビン(中国)を訪問し、北東農業大学のZhang氏と打ち合わせ、現地を視察した。3.年輪幅測定と同位体比の測定(1)年輪幅は北大、鳴門教育大、山形大で計測する。各サイト20本以上のコアを用いて年代と標準年輪曲線を決定し、年輪幅指数(標準化した年輪幅)を求めた。(2)炭素・酸素同位体比測定には、各サイトで典型的なインデックスを示すコア46本を選定し、現在、北大において炭素同位体比の分析を進めつつある。(1)年輪コアサンプリングと土壌水分データ回収:モンゴルウランバートル南東部のサイトおよびモンゴル立公園において追加的なサンプリングとデータ回収を行った。また、カラマツの光合成特性を実測するとともに、年輪解析に向けて炭素アロケーションを調べるためのトレーサー実験木の回収を行った。また、中国内蒙古自治区北東部の興安嶺においても追加的なサンプリングを実施した。(2)年輪幅計測と同位体比測定:セルロースを抽出したものとしないものを比較し、セルロースの抽出の必要性を検討した。生材とセルロース酸素同位体比の間には高い相関が見られた。一方で、年輪炭素同位体比は1本の木の個体内の同位体比のばらつきは小さいが、酸素には比較的大きなばらつきが見られ、酸素同位体比に関しては最終的にどのように平均値を求めるか、引き続き検討が必要であることがわかった。年輪幅の計測が終了したものから、1サイト4本の樹木を選択し、炭素同位体比の分析を進め、分析はほぼ終了した。(3)年輪幅と同位体比クロノロジーの解析:全球気象グリッドデータ、気象台データ、および現地で観測した土壌水分データと比較し、年輪幅と炭素同位体比の詳細な解析を進めた。また、1個体について終了した酸素同位体比(約50年分)のデータについても炭素同位体比および気象データと比較を行った。炭素同位体比については、トレーサー実験の解析を進め、光合成で炭素が固定されてから蓄積過程を経て年輪が形成されるまでのタイムラグを考慮にいれた解析を進めた。酸素同位体比の分析はほぼルーチン分析が可能となり、分析を進めている。炭素と年輪幅は解析を進め、カラマツの生理学的状態とアロケーションを考慮に入れた解析を進めている。モンゴル国北部・中国内蒙古の森林帯を対象地域とし、年輪幅と年輪炭素・窒素・酸素同位体比から、樹木生長の規定要因、水分環境および生態系の窒素同位体の過去100年間の変化を総合的に解析することを目的として、本年度は以下のことを実施した。ウランバートル近郊のサイトに設置した土壌水分計からデータを回収し、測器を回収した。また、追加的なサンプリングを実施した。年輪幅計測と同位体比測定:酸素同位体比は、昨年度、1つの樹木個体の年輪酸素同位体比が年輪コアごとにばらつくことがわかり、今年度はそのばらつきについて検討を行った。その結果、セルロースの抽出を確実に行うことによってばらつきを低減できることが明らかとなった。また、窒素同位体比については、次年度の分析に向けて、効率化をはかるため、分析ラインの改良を検討した。年輪幅と同位体比クロノロジーの解析に向けて、トレーサー実験による炭素アロケーションの解析を進めた。夏の前半・後半とも、その年に固定した炭素はその年の年輪形成に使用されることが明らかとなった。

一方で、夏後半に固定した炭素は翌年の年輪形成にも同程度使用されており、年輪炭素同位体比の解析においてその年の状況だけではなく前年夏後半の状況も反映している。年輪同位体比解析はこの点にも留意し進めることとする。その他、モンゴルホスタイ国立公園の環境変動について調査を行なった。また、中国大興案嶺の年輪について分析を実施した。カラマツ窒素同位体比については、モンゴルではカラマツの葉の同位体比が、森林内の樹木と草原境界付近の樹木で大きな差があり、この差は有機物の分解様式の違いによることが明らかとなった。過去の森林土壌の窒素循環の指標として利用できる可能性を示している。酸素同位体比は、セルロース抽出を確実に行うことにより、ばらつきが低減できることもわかり、ルーチン分析を行うだけとなった。窒素同位体比についても、モンゴルのカラマツ窒素の変動要因を解明し、その成果をまとめた。年輪の酸素・窒素同位体比の測定方法を確立した。酸素同位体比は、セルロースの抽出によりばらつきを抑えられることがわかった。精度をあげるため、セルロースを抽出した上で分析を行うこととした。また窒素同位体比は、木材中の少量の窒素を分析するため、大量の炭素から窒素を濃縮するのにモレキュラーシーブを用いた手法を作成した。今回の分析では流動性窒素の値を乗り除いたものとそのままのものを比較し、明瞭な変化がなかったことから、そのままの年輪の分析を行った。また、サンプルから放出される水分も多いため、Nafionチューブ(パーマピュアドライアー)を用いたラインを作成した。窒素同位体比は、約5年分をまとめて分析した。モンゴルカラマツの年輪窒素量は、外側(近年の年輪)に高い窒素濃度がでており、森林内(北向き森林)と草原(南向き斜面)では、草原内に高い窒素濃度が観測された。また、葉と年輪の窒素同位体比を比較すると、完全には一致はしないが、窒素同位体比は森林内では低く、草原境界では高い傾向が見られた。年輪窒素同位体比の分析は、1960年以降の60年分の年輪を5年分ずつにわけて、分析を行なった。5年ごとの分析では、気温や降水量、PDSIとは明瞭な関係は見られなかった。しかしながら、森林内と草原の年輪は、それぞれ異なるばらつきを示し、長期の土壌水分や栄養塩などの違いを反映している可能性がある。今回の分析では、森林内と草原のそれぞれ2個体ずつを分析したが、土壌窒素同位体比の空間的変化を考え、より多くの値を分析する必要がある。年輪の酸素・窒素同位体比分析ラインを立ち上げ、モンゴル国北部の森林帯を対象地域とし、年輪幅と年輪炭素・窒素・酸素同位体比を測定した。炭素及び酸素同位体比は、似た傾向を示し、乾燥が進むほど高い値を示した。森林内と草原境界を比較し、近年の年輪では、草原境界のカラマツ年輪は高い窒素含量となった。年輪窒素同位体比の変動は、5年ごとの値として分析し、気温や降水量と明瞭な関係は見られなかった。森林内と草原境界それぞれで異なる変動を示し、生態系の窒素動態の変動を表している可能性が高い。草原境界のカラマツは、乾燥により成長が制限されるのではなく、日射・窒素循環の速さにより成長が維持されていると考えられる。酸素同位体比の分析ラインの立ち上げ、サンプリング、年輪幅計測など、予定していた実施項目はほぼ予定とおりに進んだ。年輪幅データは、偽年輪や消失輪が存在するため、予想通り、年輪の年代決定に時間を要したが、サンプル数を増やすことにより、偽年輪や消失輪の可能性のある年代に予想がつくようになり、現在までに年代はほぼ決まったと考えている。枯死木は予想通り見つからず、今後も継続して探すこととする。
「有機塩基／キラルルイス酸」協奏的二成分触媒系による次世代分子変換反応の開発

有機塩基による基質の活性化とキラルルイス酸による立体制御を組み合わせた協奏的二成分触媒系による反応開発を目的とする本研究では、キラルアート型錯体の形成を設計戦略として主に2種の触媒系について開発を検討した。1)「有機塩基/キラルリン酸塩」協奏的二成分触媒系では主にアルカリ土類金属ならびに希土類金属塩(イッテルビウム塩)を中心金属とするビナフトール由来のリン酸塩を有機塩基と組み合わせたアート型錯体の探索。2)「有機塩基/キラルSchiff塩基金属塩」協奏的二成分触媒系では、主にアルカリ金属を中心金属とするキラルSchiff塩基との塩を有機塩基と組み合わせたアート型錯体の探索。環境への負荷軽減を目的とした有機変換反応の高効率化と高選択性を実現する上で、機能性を高めた新規触媒の設計開発は益々重要となってきている。金属錯体と有機分子の融合によるアプローチは、現代の有機合成反応に求められている高効率・高選択的合成に応える一つの方法論として近年、注目されるようになってきた。申請者らはその可能性に逸早く着目し、「金属錯体/キラルブレンステッド酸」二成分触媒系による不斉合成反応の開発を積極的に展開してきた。本申請研究では、二成分触媒系の方法論を有機塩基触媒へと発展させ、「有機塩基/キラルルイス酸」協奏的二成分触媒系による超効率的分子変換反応の開発を行う。本研究は、有機塩基による基質の活性化とキラルルイス酸による立体制御という協奏的な効果により、従来の有機塩基触媒反応を凌駕する高効率・高選択的触媒系を構築し、次世代分子変換と呼ぶに相応しい触媒反応系の開拓を目的とする。有機塩基とキラルルイス酸を相乗的に組み合わせた協奏的二成分触媒系による反応開発を目的とする本申請研究では、キラルアート型錯体の形成を触媒反応系の設計戦略として開発研究を進める。主に下記の2種類の不斉配位子について計画している。1「有機塩基/キラルリン酸塩」協奏的二成分触媒系によるアート型錯体を鍵中間体とする高度分子変換反応の開発では、主にアルカリ土類金属ならびに希土類金属塩(イッテルビウム塩)を中心金属とするビナフトール由来のリン酸塩を有機塩基と組み合わせ二成分触媒系を探索。2「有機塩基/キラルSchiff塩基金属塩」協奏的二成分触媒系によるアート型錯体を鍵触媒とする高度分子変換反応の開発では、主にアルカリ金属を中心金属とするキラルSchiff塩基との塩を有機塩基と組み合わせ二成分触媒系を探索。

有機塩基とキラルルイス酸を相乗的に組み合わせた協奏的二成分触媒系による反応開発を目的とする本申請研究では、キラルアート型錯体の形成を触媒反応系の設計戦略として開発研究を進め、主に下記の2種類の不斉配位子について検討した。1「有機塩基/キラルリン酸塩」協奏的二成分触媒系によるアート型錯体を鍵中間体とする高度分子変換反応の開発では、主にアルカリ土類金属ならびに希土類金属塩(イッテルビウム塩)を中心金属とするビナフトール由来のリン酸塩を有機塩基と組み合わせ二成分触媒系を探索。2「有機塩基/キラルSchiff塩基金属塩」協奏的二成分触媒系によるアート型錯体を鍵触媒とする高度分子変換反応の開発では、主にアルカリ金属を中心金属とするキラルSchiff塩基との塩を有機塩基と組み合わせ二成分触媒系を探索。有機塩基による基質の活性化とキラルルイス酸による立体制御を組み合わせた協奏的二成分触媒系による反応開発を目的とする本研究では、キラルアート型錯体の形成を設計戦略として主に2種の触媒系について開発を検討した。1)「有機塩基/キラルリン酸塩」協奏的二成分触媒系では主にアルカリ土類金属ならびに希土類金属塩(イッテルビウム塩)を中心金属とするビナフトール由来のリン酸塩を有機塩基と組み合わせたアート型錯体の探索。2)「有機塩基/キラルSchiff塩基金属塩」協奏的二成分触媒系では、主にアルカリ金属を中心金属とするキラルSchiff塩基との塩を有機塩基と組み合わせたアート型錯体の探索。キラルアート型錯体の形成を触媒反応系の設計戦略とする本申請研究のうち、平成26年度は、1「有機塩基/キラルリン酸塩」協奏的二成分触媒系によるアート型錯体を鍵中間体とする高度分子変換反応の開発では、主にアルカリ土類金属ならびに希土類金属塩(イッテルビウム塩)を中心金属とするビナフトール由来のリン酸塩を有機塩基と組み合わせ二成分触媒系を探索し、次世代分子変換反応の開拓を目指した。キラルリン酸は多彩な分子変換反応の優れたキラルブレンステッド酸触媒として機能することが明らかとなっているが、対応する金属塩も不斉触媒反応に多用されており、キラルリン酸同様、キラル共役塩基による効果的な不斉反応場が期待される。この際、反応に適した中心金属を選択することで、触媒活性と立体化学制御の双方を十分コントロールすることが可能と考えられる。一方、アニオン種の発生に有機塩基を用いることで、触媒量の塩基による反応促進が期待できる。中心金属としては、配位交換活性な性質が強く求められることからアルカリ土類金属ならびに希土類金属を中心に検討した結果、イッテルビウム塩をまた、有機塩基としてはトリエチルアミンなどの代表的な有機アミンを用いることで、収率良く、まずまずのエナンチオ選択性で生成物が得られることを明らかにした。収率良く生成物を得ることに成功したが、エナンチオ選択性の向上には至っていないため、やや遅れていると判断される。有機化学引き続き有機塩基/キラルリン酸塩、二成分触媒系を継続して検討するが、一方で、より高度な制御を実現するため、研究計画2「キラルSchiff塩基を不斉配位子とするルイス酸触媒を用いた協奏的二成分触媒系の開発」を併行して実施する。制御された不斉反応場の構築には、求核剤ならびに求電子剤と触媒との相互作用を同一分子上で行い、かつ、それぞれの反応基質と相互作用する位置を特定しておく必要がある。
細胞内情報伝達系と細胞増殖の制御機構

最近の私共や他の研究室の解析により、ras p21が細胞増殖因子のトランスデュ-サ-として働き、rafキナ-ゼを介して情報を伝達している可能性がある。本年度はras p21とrafキナ-ゼの活性化機構と作用点に焦点を当てて解析を行い、以下の結果を得た。私共はすでにras p21類似低分子量GTP結合蛋白質であるsmg p21のGDP/GTP交換反応を促進する蛋白質、smg GDSを精製してそのcDNAをクロ-ニングしている。ras p21のGDP/GTP交換反応を制御する蛋白質は現在まで同定されていなかったが、本年度、私共はsmg GDSがsmg p21のみならず、Kiーras p21にも同様に作用することを明らかにした。また、smg GDSの作用にこれらの低分子量GTP結合蛋白質の翻訳後修飾が不可欠であることも明らかにした。さらに、NIH/3T3細胞においてsmg GDSがKiーras p21と共同してcーfos遺伝子の発現を促進すると共に、細胞を形質転換させることを明らかにした。また、人癌におけるsmg GDS遺伝子の変異を検索するために、ヒトsmg GDSのcDNAをクロ-ニングした。一方、smg p21はras p21のエフェクタ-領域と同じアミノ酸配列を有しており、ras p21の作用に拮抗するか同様の作用を示すと推定されている。私共はsmg p21がPDGF、Cキナ-ゼやras p21によるcーfos遺伝子の発現を抑制するが、Aキナ-ゼやrafキナ-ゼによるcーfos遺伝子の発現を抑制しないことを明らかにした。本年度の私共の研究成果から、ras p21のGDP/GTP交換反応を調節する蛋白質の性状が明らかとなったと共に、PDGF受容体とCキナ-ゼの下流にras p21が存在し、さらにその下流にrafキナ-ゼが存在することがほぼ確実になった。以上の成積を得たことにより本年度の研究計画はほぼ達成することができた。
大規模非構造型秘密情報のためのアウトソース型プライバシ保護データマイニング基盤

大規模データを扱うアウトソース型プライバシ保護データマイニングにおいては、計算過程の秘密を保護する秘密計算と、計算結果からの入力データの推測を防ぐ差分プライバシ等の統計的プライバシの保証の二つが必要である。この研究では、様々な統計やデータマイニングのタスクにおいて、秘密計算と統計的プライバシーを保証する基礎研究を行った。具体的には、秘密計算についてはベクトル・行列積、積集合サイズ、統計的検定の秘密計算などを開発した。統計的プライバシーについては外れ値検出の差分プライバシーや出力の区間化による安全性保証などの研究を行った。今年度は,秘匿情報検索(PIR)の大規模化及び高速化の手法を提案した.通常PIRは取得対象の値が1bitであることを想定する.しかしより大きいサイズの情報をPIRの問題設定において扱うことができれば、より現実的な応用が視野に入る。そこで本稿では数十キロバイト程度のデータが数百数万件程度含まれるデータベースを想定し、現実的な時間で元情報の近似情報をPIRで取得する手法の提案を行った.提案法では、既存のバイナリ情報を対象としたPIRを要素技術とし、行列分解を利用した情報圧縮を用いて、効率的な近似的PIRを実現する。行列分解とは任意の行列をランク1行列の積の和で表現し、少ない数の行列で大規模行列を効率よく近似する行列を求める手法である.一般に暗号プロトコルは情報が整数であることを前提とするが、行列分解で得られる近似行列は、要素が整数であることを保証しないため、扱いが難しい.提案法では、行列の各要素を整数で近似する整数行列分解を利用し、これとPIRを組み合わせた大規模近似秘匿情報検索プロトコルを提案した.提案手法は行列分解の性質により(1)通信量・計算時間と取得情報の近似精度のトレードオフをrankに応じて連続的に制御可能である(2)複数クエリの一括問い合わせに対する効率的な応答が可能である、など特にマルチメディア情報において実用的な性質を持つ.提案法の有効性と計算効率性は、画像ファイルを用いた計算機実験により評価した.本課題では,情報提供者が秘密情報を保持し,情報利用者が,秘密の解析条件/クエリを保持する時に,両者がこれを互いに秘密にしたまま,情報利用者の要求に基づきデータ解析を行い,結果を実用的な時間で応答する計算基盤を構築することを目的としている.H25年度では,プライバシ保護ロジスティック回帰の問題に取り組んだ.ロジスティック回帰は医療や社会科学等の分野で最も広く使用されている統計的手法の一つである.プライバシを保護しつつ,ロジスティック回帰を実現するには,準同型性暗号とよばれる,データを暗号化したまま加算や乗算が可能な暗号系を用いて,ロジスティック回帰を計算できることが望ましい.しかしながら,ロジスティック回帰の導出は,加算や乗算によって評価できないシグモイド関数評価を含むことから,単純には準同型性暗号上では動作しない.H25年度では,この点について以下の二つの研究を行った.(1)シグモイド関数を多項式で近似し,かつ確率的最急降下法を用いて,プライバシを保護しつつ,ロジスティック回帰を実現する手法を構築した.(2)整数を引数にとる準同形性暗号を用いて,ロジスティックシグモイド関数などの連続値入力を取る超越関数を評価するための手法を開発した.ベンチマークデータを用いて提案したアルゴリズムを実装したところ,学習されたモデルは,プライバシを保護しないロジスティック回帰とほぼ同等のモデルを学習することに成功しており,解の質という面では問題はなかったが,連続値入力を取る超越関数を評価するための手法の計算コストが高いことが判明した.今後,このテーマについては計算時間の高速化を行う予定である.本課題では、情報提供者が秘密情報を保持し、情報利用者が秘密の解析条件、クエリを保持する際に、両者がこれを互いに秘密にしたままで、情報利用者の要求に基づきデータ解析を行い、実用的な時間で応答する計算基盤を構築することを目的としている。H26年度の成果は(1)準同型暗号を用いたデータ解析のための基礎的演算の秘密計算と、(2)差分プライバシーに基づくデータ解析の出力プライバシの保護であった。(1)では、加法的準同型暗号を用いたID空間の大きい集合の積集合プロトコルと、somewhat準同型暗号を用いた、行列の乗算の完全なアウトソース型秘密計算である。前者は、独立に構築されたデータベースの名寄せの秘密計算アルゴリズムへの応用、後者は行列積で記述されるを含むデータ解析全般を含む。(2)はデータベース問い合わせに基づく外れ値検出における差分プライバシの実現と、クラウドセンシングによって取得したデータからの経験損失最小化と、そのモデル学習における差分プライバシーの実現である。H25年度作成のH26年度研究計画に記載した秘密計算によるロジスティック回帰は、研究の進捗はあったものの、外部発表には至らなかった。H27年度の成果は(1)準同型暗号を用いた統計解析の秘密計算と、(2)差分プライバシーに基づく外れ値検出のプライバシ保護、(3)レコドリンケージにおけるプライバシポリシーの強制、であった。(1)では、計算をクラウドサーバに委託する際にデータプライバシを保護しつつ統計分析における予測モデリングを実現する方法を構築した.具体的には,クラウドサーバにアップロードするデータを準同型暗号と呼ばれる暗号方式を利用して暗号化することで,データ通信中やクラウドでの演算中において,データプライバシの保護を実現した.(2)では、外れ値の個数を検出するクエリに対して差分プライバシを保証する方法を提案した.

差分プライバシを保証するために大域敏感度によるラプラスメカニズムが一般的に用いられる.しかしながら,外れ値検出にこの一般的なメカニズムを用いると出力結果の有用性を下げてしまう.この問題を克服するために,大域敏感度の代わりに平滑敏感度を用いる手法を理論的に示し,差分プライバシを満たしつつ高い有用性を持つ出力結果を得る方法を提案した.(3)では、個人が主体的にデータベース間の任意の2データベース間のレコードリンケージの可否についてプライバシポリシを定め,個人が望まないレコードリンケージは実行できないような準同型暗号に基づく暗号プロトコルを提案した.具体的には, Nデータベース中の任意の2データベース間の連携の拒否を指定するホワイトリスト方式と,同様に任意の2データベース間の連携を拒否するブラックリスト方式の二通りのプライバシポリシを定式化し,そのようなポリシに従うレコードリンケージの制御を実現する暗号プロトコルの正しさとセキュリティを示した.(1)の準同型暗号を用いた統計解析は研究自体は順調に進捗しているが、論文が投稿中であり、未だacceptがでていないため、引き続き査読の対応を行う。(2)の外れ値は国際会議に採択され、これまで指数時間かかっていたアルゴリズムを多項式時間に改善することに成功したため、その成果を原著論文投稿に向けてまとめている最中であり、今年度中の採択を目指す。(3)は国内学会で発表を行い、一定の評価を得たため、ブラッシュアップを行い、国際会議投稿準備中であり、今年度中の採択を目指す。H28年度はH27年度の研究を拡張し、以下の研究を実施した。(1)個人情報を個別に集積した複数のデータベースに対して同一人物のレコードを連結するレコードリンケージにおいて、個人が主体的にデータベース間の任意の2データベース間のレコードリンケージの可否についてプライバシポリシを定め,個人が望まないレコードリンケージは実行できないような準同型暗号に基づく暗号プロトコルを提案した.H27年度の成果を拡張し、完全準同型暗号を用いることで、大規模なデータベースにおけるレコードリンケージの効率性を改善した。(2)データ提供者が完全準同型暗号により暗号化したデータを用いて統計計算を実行するためのアルゴリズムを開発した。ひとつの暗号文に複数の値をパッキングすることで、大規模行列を単一の暗号文で表現し、さらに暗号化された行列同士の演算を可能にすることで、様々な統計計算の秘密計算を実現した。(3)秘密情報を入力値として、何らかの関数評価の結果を出力値として提供するときに出力値から入力値を推定される可能性がある.この研究では,線形回帰モデルにおいて出力値から入力が推定されるリスクを定式化し、さらにこのリスクを抑えつつ有用性を保つような出力を与えるメカニズムを提案した。大規模データを扱うアウトソース型プライバシ保護データマイニングにおいては、計算過程の秘密を保護する秘密計算と、計算結果からの入力データの推測を防ぐ差分プライバシ等の統計的プライバシの保証の二つが必要である。この研究では、様々な統計やデータマイニングのタスクにおいて、秘密計算と統計的プライバシーを保証する基礎研究を行った。具体的には、秘密計算についてはベクトル・行列積、積集合サイズ、統計的検定の秘密計算などを開発した。
博物館・科学館の魅力を増す星空ライブの常設

学校教育のみならず社会教育のツールとしてもその有用性を実証するため、星座カメラi-CANネットワークを改善した。改善点は、新規2サイトへの設置(ハワイおよびスペイン)、配信映像の高画質化であり、いつでも美しい星空を提供することができるようになった。これを科学館・博物館、さらに学校の教室で活用し、子どもから大人まで興味・関心をもたせられること、それにより宇宙天文に対する理解が深まることを実証した。これまで学校教育現場で実績を挙げてきた星座カメラi-CANの社会教育現場への展間を行った。科学技術館(東京都千代田区)、大阪市立科学館(大阪市)、熊本博物館(熊本市)と連携し、星座カメラからのライブ映像を各館で展示する端末の開発と手法の研究を行った。教室では一定の年齢を対象に授業を行えばよいのに対して、これら施設への来館者は幅広い年齢とさまざまな知識レベルや興味を抱いているという点で、学校現場とは異なる手法が求められる。今年度は、科学技術館JAXA情報ライブラりにおける実演、釧路市こども遊学館イベントへの参加、大阪市立科学館「友の会」における実演などを通じ、展示端末・手法への要求を明らかにした。またフロリグi-CAN、ハワイi-CANおよび熊本i-CANのメインテナンス、ガーナ・インターネット天文台のメインテナンスを実施し、いつでもどこからでも星空を見ることができる環境整備につとめた。熊本博物館(研究協力者:原秀夫学芸員)、大阪市立科学館(研究協力者:渡部義弥学芸員)において、星座カメラのライブ映像常設公開を行った。常設用インターフェイスは、インターネット上で公開しているものと異なり、機能は絞った(学校現場におけるほどの柔軟性は要求されない)ものの、安全・確実に簡単に操作できるものへと改良している。また、入手できる大型の液晶ディスプレイは「横長」のフォーマットであるため、レイアウトもそれに合わせて変更した。2009年は世界天文年であり、熊本博物館におけるオープニングイベントではプラネタリウムと星座カメラのライブ星空の「組合せ投影」を行った。投影が終了すると、プラネタリウム前のロビーが星座カメラ常設公開スペースなので、来館者自らが星座カメラを動かしての星空散歩を楽しむことができる。新しい連携の形を作ることができた。博物館・科学館で公開するために、星座カメラからの映像配信をJPEG画像形式に変更したことは、学校現場での活用にもさらに大きな利点をもたらした(映像保存がしやすいなど)。2008年12月にスペインのグラナダに8台目の星座カメラ設置を完了したことと合わせ、社会教育と学校教育の両方で非常に利用価値の高いシステムが完成した。
反応集積化に基づく海産マクロリド天然物の実践的全合成

海洋天然物の中には多置換ピラン構造を含む複雑なマクロリド化合物が数多く存在し、その多くが非常に強力な細胞毒性を示すことから、新たな抗がん剤開発のリード構造として期待される。これら海産マクロリド天然物の実践的全合成を実現するためには、反応集積化を利用した合成戦略による合成ルートの短工程化・高効率化が重要である。本研究では、同一時空間反応集積化を活用したテトラヒドロピラン環の効率的合成法の開発と実践的な天然物全合成への展開を目的とした。本年度は、選択的な抗ガン作用を示す海産マクロリド天然物イグジグオリドの構造単純化類縁体の合成を行った。昨年度、交差メタセシス反応と分子内oxa-Michael反応を連続的に行う同一時空間反応集積化による2,6-シス置換テトラヒドロピラン環合成法に、時間集積化による還元的エーテル化を組み合わせることにより、メチレンビステトラヒドロピラン骨格の高立体選択的なワンポット合成を達成し、イグジグオリドの天然型鏡像体の世界初の全合成を達成した。本合成戦略を活用して、天然物のC15,C18位メチル基のない構造単純化類縁体、およびそのC9,C13位に関するジアステレオマーの合成研究を進めた。Hoveyda-Grubbs第二世代触媒を用いた交差メタセシス反応によるヒドロキシエノンの合成と続く分子内oxa-Michael反応を連続的に行う同一時空間反応集積化により、2,6-シス置換テトラヒドロピラン環の高効率的合成法を開発した。本反応を活用してジアリールヘプタノイド天然物(±)-セントロロビンの短段階全合成を達成した。また、同一時空間反応集積化によるピラン環合成法に、時間集積化による還元的エーテル化を組み合わせることにより、メチレンビステトラヒドロピラン骨格の立体選択的なワンポット合成を実現し、海産マクロリド天然物(-)-イグジグオリドの天然型鏡像体の最初の全合成を達成した。さらに、(-)-イグジグオリドが数種のヒト肺がん細胞に対して顕著な抗がん作用を示すことを初めて明らかとした。
角膜内皮特異的分化マーカーの同定とそれに基づくヒトES細胞から角膜内皮細胞の創出

個体内のほぼ全ての中脳神経堤由来組織にGFPを発現するノックインマウスを作成し、中脳神経堤細胞から角膜内皮前駆細胞にいたる各段階の分子マーカー同定を試みた.その分子マーカーを指標にin vitroでマウス胚性幹細胞(ES細胞)から中脳神経堤細胞角膜内皮細胞への分化誘導研究を行った.さらにはヒトES細胞を用いた角膜内皮細胞分化誘導研究への応用も行った.本研究はヒトES細胞を用いた角膜内皮細胞移植ソース作成に寄与する研究であったと考える.個体内のほぼ全ての中脳神経堤由来組織にGFPを発現するノックインマウスを作成し、中脳神経堤細胞から角膜内皮前駆細胞にいたる各段階の分子マーカー同定を試みた.その分子マーカーを指標にin vitroでマウス胚性幹細胞(ES細胞)から中脳神経堤細胞角膜内皮細胞への分化誘導研究を行った.さらにはヒトES細胞を用いた角膜内皮細胞分化誘導研究への応用も行った.本研究はヒトES細胞を用いた角膜内皮細胞移植ソース作成に寄与する研究であったと考える.研究代表者は昨年度までに角膜内皮前駆細胞と考えられる中脳領域の神経堤細胞にごく早期に発現している転写因子の活性をGPPの活性に置き換えたノックインES細胞を作成していた.今年度はこのノックインES細胞からキメラマウスを作成することに成功した.作成したキメラマウスの胎生8.5日胚で中脳神経堤細胞特異的にGPPの発現を認め,ノックインES細胞が角膜内皮前駆細胞である中脳神経堤細胞を特異的にマーキング出来ていることを確認できた.また,個体内のほぼ全ての中脳神経堤由来組織にGFPを発現するノックインマウスの作成にも成功した.このノックインマウスを用いた角膜内皮細胞およびその前駆細胞に発現している分子マーカーの同定に関しては,個体結生の段階毎の角膜内皮前駆細胞を収集しRNA抽出, cDNA作成を行った.また平成21年度に実施予定であったマウスES細胞から角膜内皮細胞への分化誘導系の最適化を行った.本年度はその中でも特にマウスES細胞から中脳領域神経堤細胞への分化誘導系の効率化を試み良好な結果を得ている.以上をまとめると,本年度に研究代表者は角膜内皮特異的分化マーカーの同定に必要な材料の樹立および調整に成功するとともに,ヒトES細胞から角膜内皮細胞のin vitroでの創出の礎となるマウスES細胞から中脳領域神経堤細胞のin vitroでの分化誘導条件の最適化も行い,本研究課題の達成に向け大きく前身したと考えている.研究代表者は昨年度までに角膜内皮前駆細胞と考えられる中脳領域の神経堤細胞にごく早期に発現している転写因子の活性をGFPの活性に置き換えそのたノックインマウス胚性幹細胞(ES細胞)及びノックインマウスES細胞からキメラマウスを作成することに成功した.本年度は個体内のほぼ全ての中脳神経堤由来組織にGFPを発現するノックインマウスを活用し、マウス個体発生の段階毎の角膜内皮前駆細胞から作成したcDNAを用いて、角膜内皮細胞およびその前駆細胞に発現している分子マーカーを試みた.そこで得た角膜内皮細胞分化の分子マーカーを指標に研究代表者が開発した無血清かつフィーダー細胞に依存しない分化誘導系(Proc Natl Acad USA. 2006 ; 103 : 9554-9)を用いてin vitroでマウスES細胞から中脳神経堤細胞角膜内皮細胞への分化誘導研究を行った.さらにはノックインマウス由来cDNAから得た分子マーカーのヒトへの相同性を検証した上で、ヒトES細胞を用いた角膜内皮細胞分化誘導研究への応用も行った.以上をまとめると,本研究課題において研究代表者は角膜内皮特異的分化マーカーの同定を試み、ヒトES細胞から角膜内皮細胞のin vitroでの創出への応用研究を行った.角膜内皮細胞の発生過程の解明及び角膜内皮細胞移植治療のためのヒトES細胞を用いた細胞移植ソース作成に寄与する研究であったと考える.
脳に特異的な膜抗原gp34とHTLVーI感染

ヒトレトロウイルス(HTLVーI)は生体に感染して成人T細胞白血病(ATL)ならびにHTLVーI関連脊髄症(HAM)を引き起こす。ATL発症はHTLVーIの転写活性化因子p40^<tax>による宿主細胞遺伝子の発現の変調と深く係わっていると考えられている。しかし、HAMにおいてはその発症の分子基盤はほとんど不明である。我々はp40^<tax>により活性化される新たな細胞側分子(膜糖蛋白gp34)を同定し、遺伝子のクロ-ニングに成功した。gp34発現はHTLVーI感染リンパ球系細胞株において認められるが、正常リンパ球や種々のHTLVーI非感染細胞株においては認められなかった。しかし、グリオブラスト-マ、ニュ-ロブラスト-マの株化細胞の中にHTLVーIの感染にかかわりなくgp34を発現している細胞株が認められた。そこで、正常組織でのgp34発現を検索するとともに、HTLVーI感染HAM患者のgp34の発現調節機構を解析した。種々の株化細胞のgp34の発現を調べたところ、グリオマ由来Hs683,A172ニュ-ロブラスト-マ由来SKーNーSH、肺線維芽細胞株W238に発現が認められた。さらに感度よくgp34を検出するため、PCR法にて検索した。ランダムプライマ-でcDNAを合成し、これを鋳型としてgp34特異的なプライマ-の組み合わせを用いPCRを行った。その結果、調べた肺、腎臓、脾臓、肝臓、脳、精巣のうち、肺と精巣でgp34の発現が認められた。gp34遺伝子の発現調節領域をクロ-ニングし、そのp40^<tax>に対する反応領域を検索した。p40^<tax>に対する反応性は、RNA開始点から54塩基上流の40塩基対の領域にみられた。その中には、κB因子結合配列に似た2つの配列があり、その中の一つはp40^<tax>に反応した。この領域にはNFーκB様因子が結合し得ることも確認した。このように、gp34はκB結合配列をもつが、p40^<tax>以外のκB結合配列活性化刺激ではこの遺伝子は活性化されず、上記領域より上流に転写を抑制している領域があるものと思われる。
パ-キンソン病モデルラットに対する副腎髄質移植に関する研究

パ-キンソン病の治療の一手段として,脳・神経細胞の移植が有効である。しかし,どのような機序で機能回復が起こるのか,また,移植細胞は宿主中枢神経内に解剖学的にも機能的にも取り込まれるのか,といった問題は未解決である。そこで,本年は以下の実験を行い,移植が有効であることを明らかにした。1.ラット片側黒質を薬物破壊し,モデル動物を作成した。術後一ケ月,アポモルフィン,またはアンフェタミンを腹腔内投与し,回転運動を誘導させ,モデル動物とした。1314日胎仔中脳細胞の移植は本モデル動物の回転運動を完全に抑制し,その効果は少なくとも二年以上有効でほぼ完寛したといえる。2.移植片と神経成長因子の同時投与では移植の効果が高まることから,これらの移植が重要な役割を果たすことが示唆された。どの因子が有効であるかを解明するため,既知の因子より次の三種の因子,インシュリン様成長因子I(IGFーI),神経成長因子(NGF),線維芽細胞成長因子(FGF)に焦点を当てて解析を行った。IGFーIはパラクラインの作用機序で作用し損傷の修復と関連することを示した。NGFとFGFは神経線維の回復やシナプス形成の促進に働くことが明かとなった。この作用は抗体によって抑制されることも確認した。胎仔細胞の移植が有効なことの理由として単に神経伝達物質を産生する神経細胞の移入だけにとどまらず,ある種の因子(例えば各種神経成長調節因子)がホスト側の神経細胞に働き,この細胞の増殖・分化を引き起こし,従来有していなかった機能が賦与され,長期・永続的に病状回復が可能になったと考えることができる。なお,この因子は各種ホルモンペプチンもその候補になると考えられ,今後の解明が待たれる。片側黒質に6-ハイドロキシドパミンを投与して、パーキンソン病モデルラットを作成した。モデル動物が作成されたか否かは、ドパミンアゴニストであるアポモルフィンや、ドパミン検出促進物質であるアンコェタミンを投与し、障害の反射側又は同側への回転運動がおこるか否かで判定した。この成功率は75%前後であった。このモデル動物の線条体内のドパミン及びその代謝物を、脳内微小透析法を用いて測定したところ、障害側ではほとんど検出不可能であったが健側では正常値であった。次に自己副腎髄質を提出し、四分割し、ブロックのまま線条体に移植したところ、回転行動に改善がみられたが、作用は持続せず、一カ月後にはもとの状態に復した。一方、胎児中脳黒質細胞を移植したラトは回転運動の改善がみられ、その硬化は長く持続している。この差を組織学的に検討すると副腎髄質由来の細胞片の移植では、そのほとんどがグリアにとりかこまれており、脂肪組織化していた。一方、黒質細胞移植片は首位の細胞とシナプス様の結合を行い、また微小透析法でもドパミンとその代謝物濃度も改善されていた。では何故このような差異が生じたのかを現在検討中であるが、神経細胞の静着、シナプス形成、増殖に関与するタンパク質性の因子等の存在が予想される。これらの因子を分離・精製する目的で蛋白質・ペプチドを通過させる血漿交換用ホローフィバーを用いて、新しいプローブを開発し、脳内微小透析法を行い、数種類のタンパク質を検出する一方、既に定量法が確立しているソマトメジンCの脳組織液中の濃度を測定し各部位によってその含量が異なることを明らかにした。次年度はらさにこれらの蛋白性因子についても解析を行なう予定である。パ-キンソン病の治療の一手段として、脳・神経細胞り移植が有効である。

しかし、どのような機序で機能回復が起こるのか、また、移植細胞は宿主中枢神経内に解剖学的にも機能的にも取り込まれるのか、といった問題は未解決である。そこで、本年は以下の実験を行い、移植が有効であることを明らかにした。(1)6-ハイドロキシドパミンをラット片側黒質内に投与し、モデル動物を作成した。術後一ヶ月、アポモルフィン、またはアンフェタミンを腹腔内投与し、回転運動を誘導させ、モデル動物とした。(2)浸透圧式ミニポンプを用いたドパミンのみの投与では、充分な回転運動の改善はみられなかったことから、移植片が必要であることが判明した。(3)移植片と神経成長因子の同時投与では、移植の効果を高めることから、これらの因子が重要な役割を果たしていることが示唆された。このうち、IGF-I(インシュリン様成長因子-I)に注目して研究を行い、この因子は、オ-トライリンスはパラクインとして働き、自己もしくは周辺の神経細胞の成長や可塑性に関与していると考えられた。(4)チロシン水酸化酵素の活性は移植前後で大きな改善がみられないため、ドパミン系の神経伝達物質のみでは、移植片の有効性は説明できない。胎児中脳細胞の移植が有効であり、未知の因子が分泌され、線条体の再生・成長等に関与していると考えられた。そこで、脳内微少透析法を用いて、これらの部位の透析を行い、タンパク質性因子の関与について現在実験を進めている。パ-キンソン病の治療の一手段として,脳・神経細胞の移植が有効である。しかし,どのような機序で機能回復が起こるのか,また,移植細胞は宿主中枢神経内に解剖学的にも機能的にも取り込まれるのか,といった問題は未解決である。そこで,本年は以下の実験を行い,移植が有効であることを明らかにした。1.ラット片側黒質を薬物破壊し,モデル動物を作成した。術後一ケ月,アポモルフィン,またはアンフェタミンを腹腔内投与し,回転運動を誘導させ,モデル動物とした。1314日胎仔中脳細胞の移植は本モデル動物の回転運動を完全に抑制し,その効果は少なくとも二年以上有効でほぼ完寛したといえる。2.移植片と神経成長因子の同時投与では移植の効果が高まることから,これらの移植が重要な役割を果たすことが示唆された。どの因子が有効であるかを解明するため,既知の因子より次の三種の因子,インシュリン様成長因子I(IGFーI),神経成長因子(NGF),線維芽細胞成長因子(FGF)に焦点を当てて解析を行った。IGFーIはパラクラインの作用機序で作用し損傷の修復と関連することを示した。NGFとFGFは神経線維の回復やシナプス形成の促進に働くことが明かとなった。この作用は抗体によって抑制されることも確認した。胎仔細胞の移植が有効なことの理由として単に神経伝達物質を産生する神経細胞の移入だけにとどまらず,ある種の因子(例えば各種神経成長調節因子)がホスト制の神経細胞に働き,この細胞の増殖・分化を引き起こし,従来有していなかった機能が賦与され,長期・永続的に病状回復が可能になったと考えることができる。なお,この因子は各種ホルモンペプチドもその候補になると考えられ,今後の解明が待たれる。
産業集積の再編と大都市圏政策の再構築に関する研究-大阪府南部地域の事例から-

大阪府南部の泉州地域を主な対象として繊維産業の集積拡大と衰退の過程を考察した。そして、この産業集積を今後の大都市圏政策の中にどのように位置づけるべきかを検討した。泉州地域の繊維産業は、明治以降の日本の経済成長と政府の政策、そして大都市圏の再編という歴史的経路の中で成長し、縮小した。現在のこの産業は大都市圏政策よりもむしろ、中小企業政策の枠組みから支援してゆくべきだろう。本研究は、主に大阪府南部の泉州地域を主な研究対象としている。まず、日本の地域政策と大都市圏政策を再検討した上で、繊維産業の複合的な集積地であった泉州地域がどのように変化してきたかを検討する。この研究のために、次の3つの研究課題を設定した。つまり、1)国の地域政策と大都市圏政策の推移の把握、2)京阪神大都市圏(大阪圏)の産業と大都市圏政策の分析、3)泉州地域の商工業に関する調査と研究である。平成22年度は、5月と12月に研究会を開催して、23年3月に共同の現地調査を行った。第1回研究集会では、経済地理学や経済学で議論されてきた産業集積論に関する討議を行い、第2回研究会では、国による地域政策と大都市圏政策について研究計画書で分担した担当者が報告し、検討した。また、3月の共同調査では、泉州の主要な産業地域の現況を把握するために、2つの工業組合について聞き取り調査を行った。工業組合に対する調査などの結果、泉州を代表する小幅の綿織物業やタオル工業は、中国などのアジアの発展途上国からの安価な製品の輸入拡大に対抗して新製品を開発し、さらに新たな生産および販売システムを構築するなどの事業を実施していることが分かった。泉州の繊維産業は、生産規模は縮小しているけれども、製品の付加価値を高めつつ事業と企業の存続を図っている。国による地域政策と大都市圏政策の中では、工業振興の役割は低下している。しかし、府県、ことに大阪府レベルの工業振興策は、継続していることが分かった。平成23年度は、3年計画の内の2年目に当たる。本年度の主な研究目的は、京阪神大都市圏(大阪圏)の産業再編と大都市圏政策の分析を行うこと、さらに大阪府南部(泉州地域)の工業に関する実態調査であった。大阪圏の産業再編と政策については、以下のような諸点を確認することが出来た。すなわち、大阪圏では工業と商業の2産業部門の再編が続き、近年では大阪湾ベイエリアの工業再編が進展した。また大都市圏中心都市の再開発が進展して、ことに大阪市梅田地区のJR大阪駅とその周辺の貨物ターミナルエリアの変化が続いた。国の大都市圏政策は1990年代に大きく再編された。そして国の地域産業政策の一環として推進されてきた産業クラスター計画が関西圏内でも推進されてきた。クラスター計画は、地域再編に大きな影響力を持った。また当該地域に独自な行政上の動きとして、関西広域連合の動向を検討した。関西広域連合は、奈良県が不参加などの制約はあるが、関西の政令指定都市と府県を含む広域の行政組織として成長している。2011年8月と9月に泉州地域の工業に関する現地調査を行い、複数の工業組合に聞き取り調査を行った。8月には泉佐野にある大阪南部織物工業協同組合を訪問し、9月には泉大津市の日本毛布工業組合を訪問した。これらの産地では、1990年代以降になって海外からの競合製品の輸入が拡大すると、生産規模は縮小してきた。しかし市場構造の再編傾向に対応して、新製品の開発や独自の流通メカニズムの構築などのさまざまの努力を行ってきた実態を把握することが出来た。また、泉州沖に開港した関西国際空港は、泉州の繊維産業には多少の影響はあったけれども、大きなプラスの効果はなかったことも明らかになった。今年度は、この研究の最終年度であり、大阪府南部の泉州地域を主な対象として繊維産業の集積拡大と衰退の過程を考察した。現在のこの産業は大都市圏政策よりもむしろ、中小企業政策の枠組みから支援してゆくべきだろうという結論を得た。また泉州の紡績工業、毛布工業、綿工業、タオル工業などに関する報告書を作成し、研究協力者大場茂明のホームページに公表した。大阪圏の産業再編と国や府県などの政策の進展状況についておおむね調査することができた。また、昨年度に続き、今年度も泉州地域の関連工業組合等に対する聞き取り調査や市街地状況の調査などについても実施することができた。研究会も予定通り開催することが出来た。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、本研究の最終年度である。研究計画にしたがって、国の地域政策や大都市圏政策を総合的に把握し、さらに京阪神大都市圏の産業動向も再編についても総合的に検討する。そして、大阪府や大阪府南部地域の都市の産業振興策を詳細に検討することによって、これらを総合的に検討する。

また、大阪府南部地域の繊維産業を中心とする産業集積の形成と最大化の実態を明らかにし、その後の衰退動向も把握する。これらの検討を通して、産業集積の再編と大都市圏政策について検討したい。24年度が最終年度であるため、記入しない。
硫化水素合成酵素の内因性調節因子の探索

硫化水素は有毒ガスとして認識されているが、哺乳動物の体内にも存在しており、近年、低濃度では抗酸化作用や抗炎症作用を示すことが報告されている。そのため硫化水素濃度の増加と減少はいずれも生体内機能に悪影響を及ぼす可能性がある。今年度は脊髄における硫化水素合成酵素の発現調節メカニズムについて検討した。ラット脊髄では硫化水素合成酵素のひとつであるcystathionine β-synthase(CBS)がアストロサイトに発現していた。しかし新生ラット脊髄からアストロサイトを培養したところ、ニューロン数の減少に伴ってCBS発現が低下した。一方、胎児ラット脊髄を用いてニューロン・アストロサイトの混合培養系を作製したところ、CBS発現は培養日数に応じて増加した。また新生ラットから分離したアストロサイトに胎児のニューロンを直接播種すると、減少したアストロサイトのCBS発現が回復することもわかった。さらに膜透過型cAMPの添加によっても培養アストロサイトのCBS発現の回復が認められた。CBSの発現レベルと一致して、アストロサイトのみの培養系ではCBSによる硫化水素産生量は低かったが、ニューロン・アストロサイト混合培養系、または膜透過型cAMPを処置したアストロサイトではCBSによる顕著な硫化水素産生が認められた。以上より、脊髄ではニューロンがアストロサイトのCBS発現と硫化水素産生を調節することが明らかとなった。アストロサイト内のcAMPがその調節を媒介している可能性がある。これらの知見は、ニューロン・アストロサイト間の相互作用不全が生体内の適正な硫化水素濃度維持の破綻につながることを示唆するものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。有毒ガスとして知られている硫化水素(H_2S)は、哺乳動物の体内においてもアミノ酸のシステインから酵素によって産生され、近年では神経系においても生理・病態反応に関与することが示唆されている。しかし現在、神経系におけるH_2S産生メカニズムはほとんどわかっていない。これまでに非神経系の組織・細胞では4つの酵素CSE(cystathionine γ-lyase)、CBS(cystathionine β-synthase)、AST(aspartate aminotransferase)、MPST(mercaptopyruvate sulfurtransferase)による3種類の経路(CSE、CBS、AST-MPST)を介してH_2Sが産生されることが報告されている。そこで本研究ではまず神経モデル細胞であるPC12細胞を用い、いずれの経路が神経系のH_2S産生に寄与しているかについて検討した。酵素の発現量をウエスタンブロット法により調べたところ、CBS、ASTおよびMPSTの発現が認められた。またメチレンブルー法によるH_2S産生量測定に基づき酵素活性を測定したところ、AST・MPST活性のみが顕著に認められた。さらにPC12細胞のH_2S産生はASTの主要基質であるアスパラギン酸、ASTの阻害剤であるAOAAおよびMPSTのRNA干渉によっても減少した。これらのことから神経モデル細胞であるPC12細胞ではASTとMPSTが主要なH_2S産生酵素であることが示唆された。またPCI2細胞のH2S産生量は還元剤濃度依存性に増加し、弱アルカリ性で最大を示した。そのため神経系細胞では細胞内環境の変化などによりAST・MPST活性が変化し、H_2S産生に重要な役割を果たしていることが考えられる。硫化水素(H_2S)は哺乳動物の体内で酵素によって産生され、近年では生理的に機能する気体状伝達物質であることが示唆されている。一方、末梢では炎症や痛覚過敏とも関連付けられており、知覚神経のH_2S産生異常が炎症・疼痛疾患の原因であることも考えられる。昨年度、神経モデルの株化細胞であるPC12細胞では3種類のH_2S産生経路のうちcysteine aminotransferase (CAT)とmercaptopyruvatesulfurtransferase (MPST)による連続的な酵素反応によりH_2Sが生じること、またこの反応がシステインとα-ケトグルタル酸存在下でのみ機能することを示した。本年度は、ラットから摘出した知覚神経のH_2S産生経路の特定を試みた。知覚神経ではシステインとα-ケトグルタル酸存在下でのみ顕著なH_2S産生を認め、CATとMPSTの発現が認められたことから、知覚神経もCATとMPSTを介してH_2Sを産生することが明らかとなった。さらに免疫蛍光法により、PC12細胞と知覚神経ではこれらの酵素が主にミトコンドリアに存在することがわかった。CATとMPSTによるH_2S産生活性のpH依存性を調べたところ、細胞質の生理的pHである中性付近では活性は低かったが、ミトコンドリアの生理的pHである弱アルカリ性付近では、肝臓のcystathionineγ-lyase (CSE)および脳のcystathionine β-synthase (CBS)によるH_2S産生活性と同程度であり、pH9.0付近で最大となった。またCATとMPSTによるH_2S産生活性は還元剤濃度の影響を受けることも示した。以上から、知覚神経やその他の末梢神経ではCSEやCBSに代わり、CATとMPSTがH_2S産生酵素として機能し、このH_2S産生がミトコンドリアの内部環度変化に影響を受けることが示唆される。

今年度は脊髄における硫化水素合成酵素の発現調節メカニズムについて検討した。ラット脊髄では硫化水素合成酵素のひとつであるcystathionine β-synthase(CBS)がアストロサイトに発現していた。しかし新生ラット脊髄からアストロサイトを培養したところ、ニューロン数の減少に伴ってCBS発現が低下した。一方、胎児ラット脊髄を用いてニューロン・アストロサイトの混合培養系を作製したところ、CBS発現は培養日数に応じて増加した。また新生ラットから分離したアストロサイトに胎児のニューロンを直接播種すると、減少したアストロサイトのCBS発現が回復することもわかった。さらに膜透過型cAMPの添加によっても培養アストロサイトのCBS発現の回復が認められた。CBSの発現レベルと一致して、アストロサイトのみの培養系ではCBSによる硫化水素産生量は低かったが、ニューロン・アストロサイト混合培養系、または膜透過型cAMPを処置したアストロサイトではCBSによる顕著な硫化水素産生が認められた。以上より、脊髄ではニューロンがアストロサイトのCBS発現と硫化水素産生を調節することが明らかとなった。アストロサイト内のcAMPがその調節を媒介している可能性がある。これらの知見は、ニューロン・アストロサイト間の相互作用不全が生体内の適正な硫化水素濃度維持の破綻につながることを示唆するものである。26年度が最終年度であるため、記入しない。現在までに神経細胞では他の細胞・組織とは異なる経路により硫化水素(H_2S)が生じることを明らかにした。そのため、関連する2つの酵素の活性変化をもたらす物質が神経系のH_2S産生を調節する内因性因子である可能性が考えられる。また本年度は内因性因子の探索に必要な実験系の確立も行った。知覚神経ではミトコンドリアに存在する酵素を介して硫化水素が生じること、さらにこれらの酵素活性がpHなどの影響を受けることを示した。この成果は知覚神経の硫化水素産生がミトコンドリア内の代謝変化に応じて増減することを示唆するものであり、産生メカニズム解明に寄与する重要な知見である。現在用いているH_2S測定法は細胞破砕により抽出した蛋白を用いたものであり、生きた細胞でのリアルタイム測定には不向きである。そのため蛍光色素を用いたライブセル・イメージングを行い、より生理的条件下でのH_2S測定も実施する予定である。これまでは細胞から抽出した蛋白質を用いて実験を行ってきたが、生きた細胞内のリアルタイムでの硫化水素測定は仮説の証明に重要なアプローチであると考える。そのため硫化水素またはその重合体であるポリスルフィドに選択的な蛍光色素を用いたイメージングを実施する予定である。また中枢では末梢と異なる酵素により硫化水素が生じるため、中枢レベルでの硫化水素産生メカニズムについても検討を行う。