hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
宿主ユビキチンシステムを負に制御する細菌エフェクタータンパク質の解析

病原細菌が宿主ユビキチン系を操作して感染に有利な状況を作り出す仕組みについての分子基盤を確立するため、研究代表者らが見出した病原細菌レジオネラがエフェクタータンパク質として持つ5つの脱ユビキチン化酵素(DUB)候補タンパク質についての解析を進めてきた。前年度までにそのうちの1つのタンパク質LotAについて、2つの独立した酵素活性部位を持つ類まれなDUBであることをin vitro反応系及び感染細胞内で確認し、LotAが細胞内でレジオネラを内包する液胞上のユビキチンを除去する作用があることを見出した。さらに、他のレジオネラE3ユビキチンリガーゼとの機能的なリンクの上に細菌の細胞内増殖に寄与していることを明らかにした。上記の結果を受け、本年度はこのタンパク質の持つ2つの酵素活性残基の役割分担の意義について調べるため、ユビチキン鎖結合様式に基づく反応の違いについて感染条件下での解析を行った。また、残る4つのDUB候補タンパク質についても解析を進め、そのうちの1つのタンパク質Xが特定のユビキチン鎖結合様式に対して切断活性を持つことを明らかにした。真核細胞内発現系、及びXの野生型及び活性変異型を発現するレジオネラを細胞に感染させることで、タンパク質Xが切断する宿主細胞内ユビキチン修飾タンパク質の同定にも成功した。これらの結果から、レジオネラエフェクタータンパク質Xはレジオネラが細胞内増殖を果たす上で重要な役割を持つ増殖ニッチとしての液胞の構築のための小胞輸送の制御に関わることが明らかとなった(投稿準備中)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。病原細菌が宿主ユビキチンシステムを模擬して感染に有利な細胞内反応を引き起こす仕組みは、宿主ユビキチンシステムに対する正と負両面からの細菌による働きかけで成り立つと考えられる。近年の研究から、ユビキチンシステムを駆動するE3ユビキチンリガーゼとしての活性を持つタンパク質が様々な病原細菌がコードするエフェクタータンパク質の中に存在すること、またその詳細な機能が明らかにされつつある。一方で、ユビキチンシステムを負に制御する主要な酵素である脱ユビキチン化酵素(Deuniquitinase; DUB)については細菌タンパク質の中にまだほとんど見つかっていない。本研究課題では、極めて多彩なエフェクターレパートリーを持ち、重篤な肺炎を引き起こす病原細菌であるレジオネラからDUBを見つけ出すこと、そしてその機能や宿主感染における役割を明らかにすることを目的として研究を行っている。本年度は、ゲノム解析からすでに申請者らが見出していた5つのDUB候補タンパク質の中から、感染において重要な役割を果たすと考えられた一つのタンパク質LotAについて解析を行った。まず、大腸菌発現系を使ってLotAタンパク質精製を行った。精製したタンパク質と様々な結合様式を持つユビキチン鎖を用いたin virtoの反応を試みた結果、LotAがDUBとしての酵素活性を持つことが証明された。LotAを真核細胞に異所発現させた結果、細胞内のポリユビキチンレベルが大きく減弱することが確認された。レジオネラを宿主細胞に感染させたところ、細胞内でレジオネラを内包する液胞の周りにLotAが集積し、LotAの酵素活性依存的にユビキチンが液胞から除去されることがわかった。これらの結果から、LotAが細菌液胞上のユビキチンを除去する活性を持つことが明らかとなった。DUB候補タンパク質の中で最も重要な働きをすると考えられた一つのタンパク質が、実際にDUBとしての活性を持つことを実験的に証明することができた。また、感染細胞内で細菌を内包する液胞上のユビキチンは宿主の免疫機構のターゲットとなるため細菌にとっての不利益と考えられるが、そのユビキチンを除去する活性を、見出したDUBが持つことが示された。この結果は、細菌による宿主感染機構を説明する上で、宿主ユビキチンシステムへの操作が非常に重要であることを示す一例として、本研究が位置付けられることを意味する。初年度の成果としては、計画以上の進展であったと考える。病原細菌は宿主ユビキチンシステムを模擬して感染に有利な状況を作り出すために、ユビキチンシステムに対して正と負の両面から働きかけると考えられる。本研究課題では、重篤な肺炎を引き起こす病原細菌であるレジオネラを用い、その多彩なエフェクタータンパク質レパートリーの中から、脱ユビキチン化酵素(Deubiquitinase; DUB)を見つけ出し、その機能や宿主感染における役割を明らかにすることを目的として研究を行っている。これまでの研究で、申請者らがゲノム解析から見出していたDUB候補と考えられる5つのタンパク質のうち、LotAと名付けたタンパク質について解析を行った。平成28年度にin vitroでの酵素反応によりLotAのDUBとしての酵素活性を証明し、レジオネラ感染において形成される細菌内包液胞に集積するユビキチンレベルがLotA依存的に除去されることを見出した。これらの結果を受け、本年度には感染におけるLotAの役割を明らかにするため、感染細胞内でのレジオネラ増殖への影響について詳細な解析を行った。その結果、LotAはDUBとしての酵素活性によりレジオネラ液胞上に存在するポリユビキチン鎖を切断することで、レジオネラの細胞内増殖に寄与していることを見出した。さらにこの役割は、レジオネラの持つ他のユビキチン修飾酵素群との機能的なリンクの上に確立されていることを見出した。これらの結果をまとめ、Cellular Microbiologyに論文を投稿し、受理された。

病原細菌の持つ多彩なユビキチンシステムへの関与は近年広く解析されてきているが、細菌の持つ脱ユビキチン化酵素を特定し、感染における役割を明らかにした研究報告はまだ数例に留まっている。その中で、一つのDUBをレジオネラエフェクターの中から見出し、ユビキチン除去の機構により、細菌が感染に有利な状況を作り出す仕組みを明らかにした意義は大きいと考える。研究課題実施期間に論文の完成までを短期間に達成し、レベルの高い専門誌による受理に至ったことは計画以上の進展であったと考える。病原細菌が宿主ユビキチン系を操作して感染に有利な状況を作り出す仕組みについての分子基盤を確立するため、研究代表者らが見出した病原細菌レジオネラがエフェクタータンパク質として持つ5つの脱ユビキチン化酵素(DUB)候補タンパク質についての解析を進めてきた。前年度までにそのうちの1つのタンパク質LotAについて、2つの独立した酵素活性部位を持つ類まれなDUBであることをin vitro反応系及び感染細胞内で確認し、LotAが細胞内でレジオネラを内包する液胞上のユビキチンを除去する作用があることを見出した。さらに、他のレジオネラE3ユビキチンリガーゼとの機能的なリンクの上に細菌の細胞内増殖に寄与していることを明らかにした。上記の結果を受け、本年度はこのタンパク質の持つ2つの酵素活性残基の役割分担の意義について調べるため、ユビチキン鎖結合様式に基づく反応の違いについて感染条件下での解析を行った。また、残る4つのDUB候補タンパク質についても解析を進め、そのうちの1つのタンパク質Xが特定のユビキチン鎖結合様式に対して切断活性を持つことを明らかにした。真核細胞内発現系、及びXの野生型及び活性変異型を発現するレジオネラを細胞に感染させることで、タンパク質Xが切断する宿主細胞内ユビキチン修飾タンパク質の同定にも成功した。これらの結果から、レジオネラエフェクタータンパク質Xはレジオネラが細胞内増殖を果たす上で重要な役割を持つ増殖ニッチとしての液胞の構築のための小胞輸送の制御に関わることが明らかとなった(投稿準備中)。見出されたDUBタンパク質の機能をさらに詳細に調べるため、各種変異体の樹立、in vitroの酵素活性解析を行う他、レジオネラ感染における意義をさらに詳しく調べるため感染細胞内でのレジオネラ増殖への影響を詳細に解析する。また、液胞上への局在から考えられる脂質結合のメカニズムについての解析を行うことを計画している。また他のDUB候補タンパク質についても、大腸菌発現系の構築とタンパク質精製、機能解析を進める。これらのタンパク質については感染細胞内で特定のユビキチン化されたタンパク質がターゲットとなることが想定されるため、相互作用タンパク質の探索を進めてゆきたい。具体的には、真核細胞での発現系を構築し、プルダウン法で結合タンパク質を同定するか、または酵母ツーハイブリッド系による探索を試みる。相互作用タンパク質が同定されれば、ノックアウト系を導入するなどして該当タンパク質の細菌感染における働き、およびそのタンパク質に対するレジオネラDUBの果たす役割を解析する予定である。
神経細胞のインスリン抵抗性：改善因子・増悪因子の同定とその作用機序の解明

神経におけるインスリン抵抗性が、認知症やアルツハイマー病に関与することが明らかとなり、神経のインスリンシグナルが、新たな治療標的として注目されている。本研究では、神経保護作用が報告されている薬物(ニコチン、エストラジオール、クルクミンなど)が、インスリンシグナルを増強させる一方、神経毒性が報告されている薬物(免疫抑制薬、アルコールなど)では、シグナルの減弱が見られることを見出し、その細胞内機序を明らかにした。さらに、海馬ニューロンで合成されるインスリンは、分泌小胞に蓄えられ分泌刺激によって分泌されること、インスリン前駆体タンパク質の発現量が、アミロイドβにより減少することが明らかになった。神経のインスリン受容体シグナルが、神経新生や神経機能の維持・修復、学習・記憶に重要な役割を果たすこと、アルツハイマー病などの神経変性疾患において脳におけるインスリン抵抗性が起こっていることが明らかになってきた。本研究では、臨床で用いられている様々な薬物や生理活性物質、食事中に含まれている成分などが、神経系のインスリン受容体シグナルに及ぼす影響について解析を行い、1-2の研究成果を得た。さらに、神経におけるインスリンの生合成、分泌のメカニズムについて、3の研究成果を得た。1.神経保護作用が報告されている薬物や生理活性物質(ニコチン、エストラジオール、クルクミン、ドコサヘキサエン酸、レスヴェラトロールなど)は、インスリン受容体の下流のシグナル分子であるIRS-1/IRS-2の発現増加を介してインスリン受容体シグナルを増強させた。2.アルコールは、インスリンのインスリン受容体への結合を阻害することにより、インスリンシグナルを減弱させた。3.培養海馬ニューロンにおけるインスリンの生合成とAβ1-42の及ぼす影響をpH感受性蛋白pHluorin(pH 7.4:細胞外でGFP発光、pH 5.0:分泌小胞内で消光)付加インスリンの発現系を用いて分泌動向を可視化検討した結果、(1)海馬ニューロンで合成されるインスリンは、分泌小胞に取り込まれ、脱分極後の細胞内カルシウム濃度上昇に伴って細胞外に分泌されること、(2)プロインスリンの発現が、Aβ1-42によるGSK-3βの活性変動を介して変動することが明らかとなった。3.培養海馬ニューロンにおけるインスリンの生合成と分泌機構、ならびにそれraに対するAβ1-42の及ぼす影響についてpHluorin(pH7.4:細胞外でGFP発光、pH5.0:分泌小胞内で消光)付加インスリンの発現系を用いて可視化検討した結果、(1)海馬ニューロンで合成されるインスリンは、分泌小胞に取り込まれ、脱分極後の細胞内カルシウム濃度上昇に伴って細胞外に分泌されること、(2)インスリンの前駆体タンパク質であるプロインスリンの発現が、Aβ1-42によるGlycogensynthase kinase-3βの活性変動を介して変動することが明らかとなった。神経系のインスリン受容体シグナルが、神経新生や神経機能の維持・修復、学習・記憶に重要な役割を果たしていること、アルツハイマー病などの神経変性疾患において、脳におけるインスリン抵抗性が生じていることが明らかになってきた。本研究では、臨床で用いられている様々な治療薬や生理活性物質、食事中に含まれる成分などが、神経系のインスリン受容体シグナル分子群の発現や機能にどのような影響を与えているか解析を行い、以下の研究成果を得た。1.神経保護作用が報告されている薬物や生理活性物質(ニコチン、エストラジオール、クルクミン、ドコサヘキサエン酸、レスヴェラトロールなど)は、インスリン受容体の下流のシグナル分子であるInsulin receptorsubstrate (IRS)-1/IRS-2の発現増加を介してインスリン受容体シグナルを増強させた。2.エタノールは、インスリンのインスリン受容体への結合を阻害することにより、インスリンシグナルを減弱させるが、エタノールの代謝産物では変化は見られなかった。3.マウス培養海馬ニューロンにおけるインスリンの生合成と分泌機構

ならびに、それらに対するアミロイドβ1-42の及ぼす影響について、pHluorin [pH7.4(細胞外の環境を反映)で発光、pH5.0(分泌小胞内の環境を反映)で消光)]付加インスリンの発現系を用いて、可視化検討した結果、(1)海馬ニューロンで合成されるインスリンは、分泌小胞に蓄えられ、脱分極後の細胞内カルシウム濃度上昇に伴って細胞外に分泌されること(2)インスリンの前駆体タンパク質であるプロインスリンの発現量が、アミロイドβ1-42によるGlycogen synthase kinase-3βの活性変動を介して変動することが明らかになった神経におけるインスリン抵抗性が、認知症やアルツハイマー病に関与することが明らかとなり、神経のインスリンシグナルが、新たな治療標的として注目されている。本研究では、神経保護作用が報告されている薬物(ニコチン、エストラジオール、クルクミンなど)が、インスリンシグナルを増強させる一方、神経毒性が報告されている薬物(免疫抑制薬、アルコールなど)では、シグナルの減弱が見られることを見出し、その細胞内機序を明らかにした。さらに、海馬ニューロンで合成されるインスリンは、分泌小胞に蓄えられ分泌刺激によって分泌されること、インスリン前駆体タンパク質の発現量が、アミロイドβにより減少することが明らかになった。神経系におけるインスリン受容体シグナルの変動解析については、十分なスクリーニングと解析を行えた。さらに、海馬神経細胞におけるインスリンの生合成/分泌のメカニズムを明らかにし、アルツハイマー病における誘発因子と考えられているβアミロイドの影響についても明らかにした。これらの成果は、今後、脳内のインスリン抵抗性の解明に大きく寄与しうる。薬理学神経科学これまでは神経系のインスリン受容体シグナルに焦点をあてて解析を行ってきたが、今回の研究の流れの中で、脳内におけるインスリンの生合成/分泌のメカニズムが明らかになってきた。今後は、インスリンの生合成/分泌のメカニズムに影響を与える細胞内外の因子について、解析を行い、脳内インスリン抵抗性の病態生理の解明につなげたい。これまでの神経系におけるインスリン受容体シグナルの変動解析に加えて、新たに海馬神経細胞におけるインスリンの生合成/分泌のメカニズムを明らかにし、アルツハイマー病における誘発因子と考えられているβアミロイドの影響についても明らかにした。各年度3報の論文発表と国際/国内学会におけるシンポジウム発表を目標としているが、今年度は、著書"Mood Disorder"に総説を、国際学会シンポジウム発表(2回)により、成果発表を行うことができた。原著報告が遅れているため、やや遅れているの評価とした。原著報告は、目標に到達しなかったが、インスリン抵抗性の誘発因子、改善因子の候補物質について、順調に解析がすすんでおり、今後の展開が期待される。
外生菌根菌と樹木との共生培養系によるバイオレメディエーション

昨年度に引き続き、サンドイッチ共生培養系の更なる確立と、外生菌根菌による有機塩素化合物の分解を試みた。外生菌根菌(ウラムラサキ)と植物(アカマツ)とのサンドイッチ共生培養系に、炭素源として菌のみの純粋培養系ではほとんど利用されない糖を添加すると、植物の根の近傍に特異的に菌が生長した。さらに、ハルティッヒネットとマントルをもつ、特異的に分岐した形状をもつ外生菌根と、分岐は見られないが菌糸が表皮細胞間隙に侵入した根が顕微鏡観察により観察され、宿主植物に依存した共生系が確立されたことがわかった。まず、クロロ安息香酸の外生菌根菌の純粋培養系による分解を試みた。しかし、菌糸の生長が阻害された。一方、木材腐朽菌によるいくつかの有機塩素化合物の分解に重要なはたらきをしているシュウ酸の、外生菌根菌による培地への蓄積は木材腐朽菌の1/100程度であった。さらに、シュウ酸生合成系酵素(オキザロアセターゼ、グリオキシル酸デヒドロゲナーゼ)活性も大変低かった。現在、クロロ安息香酸が分解されたかどうか、培地より分解生成物を抽出し、GC-MSによる分析を行っている。本研究では、まず植物との共生系を実験室的に作成しやすい外生菌根菌を選択し、共生系の機構を検討しながらその菌における有機塩素化合物の分解を試みる方法論を取った。従って、共生系におけるこれら有機塩素化合物の分解は引き続いて検討する。しかし、バイオレメディエーションに集中するのであれば、多くの外生菌根菌による純粋培養系でのバイオレメディエーションをまず検討し、あわせて、共生系の作成が可能かどうか検討すべきであった。当所の目的は部分的にしか達成されなかったが、本研究の一部に関しては、日本菌学会第45回大会で発表する。外生菌根菌を用いたバイオレメディエーションを検討する為、サンドイッチ共生培養系の確立を試みた。まず、寒天培地上に置いた濾紙に菌体を接種し、所定条件で培養し、これを共生培養系の接種源とした。供試菌としてハツタケ[Lactarius hatsudake]、をはじめとする数種の外生菌根菌を用いた。まず、宿主植物(アカマツ[Pinus densiflora])の種を寒天培地上発芽させ、実生を無菌的に調整した。そして、別の寒天培地上にセロファンを敷き、その上に調整した実生を置いた。さらに、濾紙に蔓延した菌糸を実生の根の部分に接するように被せ、所定条件下で培養し、根の形態変化を観察した。3週間の培養によりハツタケを含む2種の外生菌根菌において菌根形成が見られ、顕微鏡観察により外生菌根の特徴とされるMantle及びHartig netが確認された。しかし、非共生的に培養した実生に比べて、全ての供試菌による共生系では根の伸長が抑制された。申請者は、別途バーミキュライトを培地に用いた場合には、実生の生育が促進されることを観察している。従って、現在、共生系における最適な培地組成に関し更に検討中である。しかしながら、予備実験として、本共生培養系を用いて有機塩素化合物の分解を試みる予定である。
ニューロンの生死を決定づけるカチオンチャネルの機能に関する研究

難治性中枢神経変性疾患では、神経細胞の変性およびアストロサイトの異常活性化が起こることがよく知られているが、その詳細には不明な点が多く残されている。本研究ではこれら細胞種に発現するカチオンチャネルに焦点を当て検討した結果、TRPM2およびTRPV1が脳虚血傷害様の刺激により惹起される神経細胞死を媒介することを明らかにした。さらに脳出血由来因子thrombinにより惹起されるアストロサイト異常活性化にTRPC3が重要な役割を果たすことが明らかになり、これらのチャネルの治療標的としての有用性が示唆された。Transient Receptor Potential vanilloid subtype 1(TRPV1)はカプサイシンをはじめとするバニロイドやプロトンおよび熱により活性化するCa2+透過性の高い非選択的カチオンチャネルである。これまでに感覚神経においては侵害性刺激を媒介することなどが明らかになっており、非常に研究がすすんでいるものの、広く分布が確認されている中枢神経系における機能に関しては未だ不明な点が多く残されている。そこで本研究では、初代培養大脳皮質ニューロンを用いて中枢神経系におけるTRPVlの神経細胞死における役割について検討した。培養10-12日目の大脳皮質ニューロンに対して免疫染色を行ったところほぼ全ての細胞においてTRPV1の発現が確認された。ウエスタンブロット法によりTRPV1タンパクと想定される約100kDaのバンドが検出され、その発現量は経口的に増加した。TRPV1活性化薬であるcapsaicin (1-10μM)の適用により細胞内Ca2+濃度の上昇が観察され、その上昇はTRPV1の選択的アンタゴニストであるcapsazepine(10μM)によりほぼ完全に抑制された。さらに、大脳皮質ニューロンにcapsaicin(1-30μM)を24時間処置すると神経細胞死が惹起された。また、2時間のcapsaicin(10-300μM)処置後、24時間維持することにより遅延性神経細胞死が観察された。Capsaicinによるこれらの神経細胞死はcapsazepine(10μM)およびTRPV1阻害作用を有するruthenium red(30μM)によって有意に抑制された。以上の結果から、大脳皮質ニューロンにおいてTRPV1が機能的に発現しており、その過剰な活性化により神経細胞死が誘導されることが示された。平成19年度は、まず初めに中枢神経系を構成するグリア細胞の一種であるアストロサイトの細胞内Ca2+動態変化およびTRPチャネルの遺伝子変動について検討を行った。脳内出血時に漏出する血液凝固因子であるthrombinを初代培養アストロサイトに適用すると、突起を持つ星状形態から、突起を持たない扁平形態への変化が誘導され、また特異的かつ顕著なTRPC3の発現上昇が観察された。このTRPC3発現増加は転写因子NF-κB阻害薬の適用により抑制され、Ca2+シグナリングおよびTRPC3自身の活性にも依存していることが明らかとなった。TRPC3に対するsiRNAを導入したノックダウン細胞ではthrombin誘発形態変化が阻害され、同濃度のthrombinを72時間処置した際に観察される細胞増殖作用はCa2+動態阻害薬によって有意に抑制された。アストロサイト活性化の指標であるS100βの発現上昇はCa2+動態阻害薬およびTRPC3ノックダウンにより消失した。以上の結果は、脳内出血などの病態時にみられる異常形態や異常増殖を伴うアストログリオーシスに、TRPC3を介したCa2+シグナリングが寄与していること、およびアストロサイトの病態の進行にTRPC3がフィードフォワードな自己発現制御を伴いながら関与していることを強く示唆するものである。次に前年度in vitro実験系を用いて脳虚血関連事象における神経細胞死を媒介することが示されたTRPV1の脳虚血傷害における関与を明らかにすべく、in vivo実験系における検討を行った。TRPV1阻害薬であるcapsazepineは、ラットおよびマウス中大脳動脈一過性閉塞モデルにおける神経学的症状のスコアおよび梗塞巣の形成を顕著に抑制した。またTRPV1+/-マウスにおいても野生型と比較して梗塞巣の形成が有意に抑制され、これらの結果を踏まえるとTRPV1が脳虚血傷害の発生過程において中心的な役割を担っていることが強く示唆される。今年度はTRPM2ノックアウトマウスを用いて炎症性疼痛および神経障害性疼痛および一般行動におけるTRPM2の役割について検討を行った。TRPM2ノックアウトマウスでは正常状態において機械的非侵害刺激、熱性侵害刺激に対する応答が減弱しており、坐骨神経部分結紮による神経障害性疼痛も抑制されていた。また、カラゲニン誘発炎症性疼痛モデルにおける機械的アロディニア、熱性痛覚過敏、さらに浮腫形成が抑制され、カラゲニン投与後の炎症部位において、マクロファージの活性化、好中球の浸潤が抑制され、IL-1β、TNF-α前駆体の産生も抑制されていた。

以上のことから、TRPM2は正常時の刺激受容応答に関与し、マクロファージや好中球などの免疫細胞の活性化を介して炎症性疼痛や神経障害性疼痛に関与していることが示唆された。一般的な生理学的パラメータはKO、野生型マウス間に違いはみられなかった。ロータロッド試験法における落下潜時は両遺伝子型マウス間に違いはみられなかった。両遺伝子型高架式十字迷路試験法におけるオープンアームでの滞在時間、侵入回数は両遺伝子型マウス間に違いはみられかったものの、クローズドアームへの侵入回数は野生型に比べKOマウスで有意な増加がみられたことから、KOマウスにおいて探索様行動活性が上昇していることが示唆された。強制水泳試験法における無動作到達時間、総無動作時間は両遺伝子型マウス間において有意な差はみられなかったものの、前者の延長、後者の短縮の傾向がみられたことから、KOマウスにおいてうつ様行動が減弱していることが示唆された。Resident-intruder試験法における総攻撃時間、攻撃頻度は野生型に比べKOマウスで有意な延長及び増加がみられたことから、KOマウスにおいて攻撃性が上昇していることが示唆された。以上の結果よりTRPM2遺伝子欠損により、探索様行動の上昇、うつ様行動の減弱、攻撃性の上昇が起こることが示唆された。
非可換調和解析による隠れ手順抽出

非可換調和解析による隠れ手順抽出への道程として、非可換群を定義域とする信号の重要な特徴をそのフーリエ展開から抽出する手法を次の通り示した。(1)二面体群上の信号の周波数領域での取り扱いを計算量の少ない、畳み込み演算で行う手法。(2)3次元回転群上の関数の滑らかな成分が特定周波数成分に集中することを利用し、離散的なメッシュ上で定義された信号をより細かいメッシュ上の関数に変換する際の補間法。(3)n個の対象の順列(置換)のなす群上の関数の特徴抽出として、その関数が1,2,...,nという対象のラベルを貼り換えたときにどれだけの影響を受けるかを定量化する手法。非可換調和解析による隠れ手順抽出への道程として、非可換群を定義域とする信号の重要な特徴をそのフーリエ展開から抽出する手法についていくつかの結果を得ている。2011年度の研究ではまず、最も容易な非可換群のひとつである二面体群に着目し、その周波数領域での取り扱いを計算量の嵩む定義通りのフーリエ展開を回避し、畳み込みによるフィルタ演算で行い得ることを発表している。関連し、対象は非可換群ではないものの、ある種の論理関数の関数形の例題による学習に、低域フーリエ係数が有効な情報となり得ることを明らかにし発表している。2012年度の研究は、二面体群よりも非可換性の強い群へ展開している。3次元空間内の剛体の運動と密接に関連する3次元回転群SO(3)を取り上げ、その上の関数の「なめらかに変動する成分」が、フーリエ展開に相当するWigner D関数展開の特定添字成分に集中することを実験を通じて明らかにし、その応用としてSO(3)上の離散的なメッシュ上で定義された信号をより細かいメッシュ上の関数に変換する際の、補間法を提案している。さらに、n個の対象の順列(置換)のなすn次対称群上の関数の特徴抽出として、その関数が1, 2, ..., nという対象のラベルを貼り換えたときにどれだけの影響を受けるかを定量化する、ラベル依存尺度を提案している;この尺度は、完全にラベルに依存しない(ラベルのつけ方について対称的な)関数が、指標と呼ばれる特別な関数の線形結合で表され、指標成分への関数の正射影の長さはフーリエ基底の直交性によって実験積算値から推定できることに基づいている。また、例題による関数学習手法の範としてランダムハッシュ法の拡張を研究、かならずしも群構造ではない代数を用いた手順整理手法としてMax-Plus代数によるクリティカルチェイン法の拡張を研究、それぞれ成果発表している。非可換群上の隠れ手順ないし未知関数の効率的な学習を、調和解析(フーリエ解析)をツールとして実現するという道のりの最初の目標として、最も構造が簡単である非可換群の一種である二面体群を時間域とする未知信号に対してその主要フーリエ係数推定値を少ないサンプルから確率的に算出する「疎フーリエ表現アルゴリズム」の実現を選び、そのために必要な手続きについて研究してきている。既存の非可換調和解析のアルゴリズムの研究(例えば高速フーリエ変換アルゴリズム)は信号全点のサンプル値を得られることを前提としている一方で、既存の可換加群上の疎フーリエ表現アルゴリズムでは時間域における少ない個数のサンプルから演算する「フィルタ処理」を行い、主要周波数と対応フーリエ係数推定値を導出している。そこで発表[二面体群上の周波数の二分探索について]および[二面体群上のフィルタ処理について]においては、二面体群における信号の周波数特性<これは可換加群の場合と異なり2次正方行列に値をとる>が、時間域処理によってどのように変化させられるかの考察を行い、実際に既存の可換加群上でよく知られた「低域通過フィルタ」および「帯域通過フィルタ」の二面体群での類似物の一構成法を与えている。より具体的には、対称フィルタ係数の場合において、通常の可換加群上の場合のフィルタの構成が二面体群上の場合に自然に延長されることを示している。これは、疎フーリエ表現アルゴリズムの根本処理である「周波数領域上での主要周波数の二分探索」の実現に基本的な道具を与えたということになる。この結果は、理論的解析および研究補助者の支援のもとでのパソコン上での数値解析によって導出された。23年度は何らかの非可換群上で,少い例題によるフーリエ係数学習は可能か?その手法は?という問題に基本的な目途をつけること目標としていた。研究計画のうちの第一項目:"1.肯定側アプローチ:易しい非可換群(二面体群)への既存アルゴリズム拡張の試み

最も可換群に似た非可換群として二面体群を考え、既存の可換群に対する疎フーリエ表現アルゴリズムの動作正当性についての証明を詳細に解析し,証明の段階段階における必要条件を緩め,定義を抽象化し,より見通しの良い正当性証明を作る.これにより,非可換牲の及ぼす影響を見極め,二面体群に対応できる条件を求め,それを充足するべく試みる"については「研究実績の概要」で述べたように「フィルタ処理」という根本処理について一定の目途をつけた。しかしながら、「主要周波数の特定のための周波数領域2分探索」の実現のためには、フィルタ処理後の信号の「エネルギー」をサンプリングにより推定する手法の導出がなお必要である。現在のところこの手法について、数値実験的には利用可能だと予想されるものを得ているが、正当性の証明が確立されていない。この確立をまず行う必要がある。また、その手法は二面体群の特殊性にかなり依存しているため、今後、二面体群で得た知見を他の非可換群に延長していくには今少し見通しのよい方法を模索すべきである。一方、平成24年の1月に京都で行われたSYMPOSIUM ON DISCRETEALGORITHMS国際会議(SODA 2012)で、可換加群上の疎フーリエ表現に対して従来と全く違うアプローチが発表された。従って、非可換群上の疎フーリエ表現の実現を目指すにあたっては、この動きにも注意を払いつつアプローチを再考する必要が出てきた。「現在までの達成度」で述べた通り、最初の課題である最も易しい非可換群である二面体群上の疎フーリエ表現アルゴリズムの構成については、フィルタ処理の実現により肯定的な目途が立っているが、まだ未完である。具体的には、フィルタ後の信号のエネルギーの推定手法が未成である。そこで、まずこの部分を理論的・実装的に確立することを目指す。その上で、最近に出てきた可換加群上の新アプローチを参照しつつ、前述の手法の二面体群の特殊事情に依存している部分をできるだけ一般的なものにすることを試みる。例えば、近年に現れた各種の「データストリームに対するハッシュ法」、あるいは「Max-Plus代数」の直接的ないしは間接的な応用を検討する。これらによって、二面体群よりも非可換性の強いなんらかの群(例えば3次元回転群)への拡張を試みる。「隠れ手順の抽出」を一般的に行うには、n次対称群のような非常に非可換性の強い群上の信号の少数個のサンプルから信号の特徴を抽出する必要がある。これを肯定的または否定的に解決することが本来の研究目標であるが、前述の通り、まだ易しい群での決着を見ていないため、まずはその決着を優先することとする。「フィルタ後信号のエネルギー推定手法」の確立のため、また、「データストリームに対するハッシュ法の応用」の検討のため、購入済みパソコンを利用して、研究補助者を雇用して数値実験を行う。ハッシュ法、非可換調和解析、Max-Plus代数に関する文献調査のため書籍を購入する。成果発表のため、旅費、学会参加費および論文投稿料を使用する。
2010年以降における国際的再生資源貿易の構造変化に関する研究

本研究の目的は、2010年以降の国際的な再生資源貿易の変化とその背景の分析であり、国連の貿易統計、工業統計および関係各国の現地統計を使って貿易構造を変化させた要因を分析した。2010年以降の世界の再生資源貿易の特徴は,世界最大の再生資源輸入国である中国が輸入を減少させたことである。その背景には、中国国内の再生資源蓄積量が拡大し、リサイクル制度も整備されてきたことがある。さらに、中国は、2017年に、今後、海外ゴミの輸入禁止と固形廃棄物の輸入管理制を強化することを発表した。中国の輸入抑制は世界の再生資源貿易の変化を通じて各国のリサイクル体制に大きな影響を与えることを明らかにした。研究初年度である今年度は、国際的な再生資源リサイクルの中長期的な変動を分析するために必要な資料・データを収集し、研究に着手した。国連のU.N.,Comtradeを利用して再生資源の輸出入データを抽出・整理し、輸出入数量の変動や貿易相手国・地域別の特徴を分析した。その結果、2000年代以降,中国などの新興国経済の急成長による資源需要の高まりによって再生資源の世界貿易が急拡大してきたが、2010年代以降には伸びが鈍化していること,そして,その背景には中国経済の成長鈍化と素材産業における過剰生産能力の影響が大きいことが明らかになった。次に、2000年代以降における再生資源の主要輸出入国の工業生産構造の特徴とその変化をUNIDO, Industrial Statisticsや主要国の現地統計を使って整理した。その成果は、学会で発表した。さらに,鉄・非鉄金属の再生資源貿易の構造変化の背景として大きな影響を与えている中国鉄鋼産業の過剰生産能力の現状とそれが世界(特に東南アジア)鉄鋼業に与えている影響については,タイとマレーシアの金属リサイクル企業や現地に進出している日系鉄鋼メーカーを訪問してヒアリングや意見交換を行った。その成果は,「2000年代以降の東アジア諸国・地域における鉄鋼生産の拡大と貿易構造」として論文にまとめた。あわせて,再生資源貿易とその背景にある各国・地域の工業生産構造に関する国内外の先行研究を収集した。U.N.,ComtradeやUNIDO, Industrial Statistics,中国工業統計およびSEAISIなどが発行した鉄鋼関連統計の収集と整理を行い,研究データの基盤整備を行うとともに成果を公表した。また,東南アジア諸国の鉄・非鉄リサイクル産業の動向を把握するために現地企業への訪問調査を行った。2000年代以降における再生資源貿易の伸び鈍化や減少は最大の輸入国である中国の輸入減少が背景にあることから,中国経済における各種素材需給についての調査を行った。そして,中国鉄鋼産業の過剰生産を背景とした鋼材輸出は周辺各国のリサイクル状況に影響を与えつつあるためベトナム,インドネシアおよび中国の鉄鋼需給について現地日系鉄鋼関連メーカーを訪問してヒアリングや意見交換を行った。その成果は,昨年度の調査の成果と合わせて「ASEANの鉄鋼需給構造分析」として論文にまとめた。さらに,中国における鉄スクラップ産業の状況を「中国廃鋼鉄応用協会「廃鋼鉄産業“十三五"発展計画」をめぐって」として論文にまとめた。中国が国内の過剰生産を背景に輸出している鋼材は周辺各国の鉄スクラップの代替品として需要され,そのことは周辺各国の鉄スクラップ回収業や電炉企業に悪影響を与えていることを分析し成果を公表した。研究最終年度である本年度は、これまでに整理してきたU.N. Comtradeの再生資源輸出入統計に新たなデータを補充して経年変化を補足した。そして,UNIDO,Industrial Statisticsや主要国の現地統計を使って貿易構造の変化を生み出す背景について研究を進めた。さらに中国での資料調査を行い、それらの研究成果を「世界の再生資源貿易の構造変化」、および「中国の「海外ゴミの輸入禁止と固形廃棄物の輸入管理制度改革の実施計画」をめぐって」としてまとめた。「世界の再生資源貿易の構造変化」では、世界の再生資源貿易は,世界最大の再生資源輸入国である中国の輸入が2010年以降減少に転じたことを背景に、世界の再生資源の貿易構造が大きく変化しており、中国の再生資源輸入減少の背景を分析した。中国の再生資源輸入の減少は,中国経済の発展による必然的な変化であり,国際的な再生資源循環が今後も中国の再生資源輸入を前提に持続するかどうかは再考する必要がある。さらに,研究成果の取りまとめている最中の2017年夏に、中国が「海外ごみの輸入禁止と固形廃棄物の輸入管理制度改革の実施計画」を発表し,再生資源輸入政策を大きく転換させた。そこで「中国の「海外ゴミの輸入禁止と固形廃棄物の輸入管理制度改革の実施計画」をめぐって」において、中国の再生資源輸入政策の概要とその影響を分析した。中国の固形廃棄物の輸入は深刻な環境汚染や健康被害をもたしているが、今後,中国が「計画」策定を迫られる事態を招いた廃棄物密輸を抑止し,違法で環境破壊的なリサイクルを是正する取り組みと同時に,輸出国側でも不正輸出を防ぐことができるされる仕組みづくりが必要であり,国際的な協力の中で実現する努力が求められていることを指摘した。

さらに、中国は、2017年に、今後、海外ゴミの輸入禁止と固形廃棄物の輸入管理制を強化することを発表した。中国の輸入抑制は世界の再生資源貿易の変化を通じて各国のリサイクル体制に大きな影響を与えることを明らかにした。引き続き,再生資源貿易およびその背景となる各国・地域の工業生産構造に関わる統計データを整理するとともに関連資料を収集分析し,世界の再生資源貿易の構造変化の要因について分析する。さらに,現地調査によって内容を深め,加えて分析内容を検証する。引き続き,再生資源貿易およびその背景となる各国・地域の工業生産構造に関わる統計データの整理を進めるが,UNIDO, Industrial Statisticsの産業分類がバージョンアップしたため過去の産業分類との継続性を図る作業が必要になった。この作業を進めるとともに,国際リサイクル貿易に関わる現地調査によって内容を深め,研究成果を取りまとめたい。国際貿易論購入を予定していた統計資料の最新版の発売が遅れたため,年度内に予算消化ができなかった。統計資料の最新版の購入などによって予算管理をしっかりを行う。
中国隋唐時代における禁軍軍事システムと王朝政治の変遷に関する総合的研究

<研究目的>本研究は、唐代を通じて、禁軍、特に北衙軍事システムがどのように発達・機能し、王朝政治と関わり合っていたかを解明することを目的とする。唐代の北衙禁軍とは、唐代前期を通じて繰り返される宮廷政変との関わりの中で現出する騎馬軍団である。本年度は、騎馬軍団たる前期北衙禁軍へ、馬がどのように供給されていたのかという点に着目し、以下の二点、(1)北衙の発展と閑厩馬の運営の関係性、(2)閑厩への馬の供給方法、のようにテーマを設定し、それぞれについて分析を深化させた。<研究方法>唐一代を通じて騎馬を主力とした北衙には、閑厩から軍馬が支給された。ところが、唐が王朝所有の馬を監牧(官営牧場)と閑厩(皇帝牧場)とで管理したことは知られるものの、従来の研究はいずれも監牧の役割を重視し、閑厩については副次的な関心しか払ってこなかったために、閑厩の全容はほとんど明らかではない。そこで、上記(1)の課題については、唐前半期の閑厩の様相の変化と閑厩馬の運用について、北衙と閑厩の連動に焦点をあて、この関係が北衙の歴史的展開にいかに作用したのかを考察した。一方で、上記(2)の課題については、王朝にとって最も重要なのは、いかにして良馬を中央に吸い上げるかということなのであり、閑厩馬の多くは地方から中央への「上納」によって確保されるという点に注目し、この上納システムを中心に馬の管理のありかたを分析した。<研究成果>前年度までに検討を重ねてきた唐代前期の北衙の発展過程と、宮廷政変との相関についての考察は、「唐代前期における北衙禁軍の展開と宮廷政変」と題する論考として発表した。また、「唐前半期の馬政と閑厩」という論題で研究報告を行い、基本的な問題を整理したうえで、検討課題を上記(1)(2)のように分割し、上記(1)については「唐前半期の閑厩体制と北衙禁軍」と題する論考を発表し、上記(2)についても「唐前半期における厩馬と馬印一馬の中央上納システム-」と題した論考を投稿中である。〈研究目的〉本研究は、唐代約300年間を通じて、禁軍、特に北衙軍事システムがどのように発達・機能し、王朝政治と関わり合っていたかを解明することを目的とする。唐王朝における禁軍の構造を明らかにし、それら禁軍の歴史的位置づけを確定することは、唐王朝の「帝国的支配体制」の全容の把握に直結する重要な課題である。本年度は特に、唐代前期(七世紀初め八世紀半ば)における北衙禁軍の形成過程と宮廷クーデターとの相関に焦点を当て、二者の連関性が当該期の政治運営にいかなる影響を及ぼしたのかという点を考察した。本年度の補助金は主に、上記の研究を遂行するための文献の購入費にあてられた。〈研究方法〉唐代前期の北衙禁軍をめぐる研究は未だ体系化されておらず、今日においてもなお、基礎的な実証研究から問い直し、その上でその総体的な姿を浮かび上がらせなくてはならない。そこでまず、在来史料の再検討によって北衙の成立と展開を史料的に整理した。次に、そこから得られた仮説に整合的な解釈を下し、さらに、石刻史料からの情報を援用した新たな知見を組み合わせて枠組みを補完した。とりわけ石刻史料の活用は、先行研究を凌ぐ具体性を持って北衙の実態に迫りうる有効な手段である。なお、この研究を遂行するにあたって、補助金を用いて、唐代北衙に関する文献(石刻史料集等を含む)を多数購入した。〈研究成果〉これまでに蓄積してきた唐代前期の北衙禁軍に関する考察のうち(設定したテーマは、A:前期北衙禁軍の構造と実態、B:前期北衙禁軍の拡大と宮廷政変の相関性、C:宮廷政変をめぐる北衙の動向、である)「財団法人史学会」にて【テーマB】を中心とする学会発表を行い、『史観』に【テーマC】を主眼に据えた論文を発表した。唐王朝における禁軍の構造を明らかにし、それら禁軍の歴史的位置づけを確定することは、唐の「帝国的支配体制」の全容の把握に直結する重要な課題である。中でも本年度は、前期北衙から後期北衙への移行とその変質に焦点を当て、(1)唐代後期禁軍の成立とその実態、(2)北衙の発展と馬政との関係、のそれぞれについて分析を深化させた。本年度の補助金は主として、上記の研究を遂行するための文献及びPCの購入費にあてられた。<研究方法>軍制という観点から見た場合、玄宗朝(在位713756)は北衙にとって制度の過渡期にあたる。そこでまず、上記(1)の課題については、玄宗との密接な関係性を背景に隆盛を誇った「左右龍武軍」を取り上げ、石刻史料・在来史料の双方に数量的分析を加えながら、彼らを軸に唐代後期の北衙の変容を追いかけた。その一方で、多数の騎馬兵を擁する北衙は、豊:富な馬の供給、とりわけ彼らが騎乗したと考えられる「閑厩馬」の変動に大きく影響を受けながら発展したものと思われる。

そこで、上記(2)の課題については、馬政関連の官職(殿中監・閑厩使)と北衙の将官が、ある程度の重なりを持って史料に現れる点に注目し、墓誌史料に基礎的検討を加えた。なお、この研究を遂行するにあたって、補助金を用いて、唐代北衙・馬政に関する文献(墓誌史料集等を含む)を購入した。<研究成果>上記(1)の課題については、「唐・左右龍武軍の盛衰-唐元功臣とその後の禁軍-」と題する論考を発表した。上記(2)の課題については、飛龍使・飛龍厩との関わりをも視野に入れて論文を現在執筆中である。<研究目的>本研究は、唐代を通じて、禁軍、特に北衙軍事システムがどのように発達・機能し、王朝政治と関わり合っていたかを解明することを目的とする。唐代の北衙禁軍とは、唐代前期を通じて繰り返される宮廷政変との関わりの中で現出する騎馬軍団である。本年度は、騎馬軍団たる前期北衙禁軍へ、馬がどのように供給されていたのかという点に着目し、以下の二点、(1)北衙の発展と閑厩馬の運営の関係性、(2)閑厩への馬の供給方法、のようにテーマを設定し、それぞれについて分析を深化させた。<研究方法>唐一代を通じて騎馬を主力とした北衙には、閑厩から軍馬が支給された。ところが、唐が王朝所有の馬を監牧(官営牧場)と閑厩(皇帝牧場)とで管理したことは知られるものの、従来の研究はいずれも監牧の役割を重視し、閑厩については副次的な関心しか払ってこなかったために、閑厩の全容はほとんど明らかではない。そこで、上記(1)の課題については、唐前半期の閑厩の様相の変化と閑厩馬の運用について、北衙と閑厩の連動に焦点をあて、この関係が北衙の歴史的展開にいかに作用したのかを考察した。一方で、上記(2)の課題については、王朝にとって最も重要なのは、いかにして良馬を中央に吸い上げるかということなのであり、閑厩馬の多くは地方から中央への「上納」によって確保されるという点に注目し、この上納システムを中心に馬の管理のありかたを分析した。<研究成果>前年度までに検討を重ねてきた唐代前期の北衙の発展過程と、宮廷政変との相関についての考察は、「唐代前期における北衙禁軍の展開と宮廷政変」と題する論考として発表した。また、「唐前半期の馬政と閑厩」という論題で研究報告を行い、基本的な問題を整理したうえで、検討課題を上記(1)(2)のように分割し、上記(1)については「唐前半期の閑厩体制と北衙禁軍」と題する論考を発表し、上記(2)についても「唐前半期における厩馬と馬印一馬の中央上納システム-」と題した論考を投稿中である。本年度の研究実施計画に掲げた項目のうち、(1)唐代前期北衙禁軍の構造に関する研究の深化((A)左右龍武軍と唐元功臣)と(2)唐代後期北衙禁軍の変質に関する研究の深化(特に神策軍以外の後期北衙禁軍の様相)については、『史滴』論文「唐・左右龍武軍の盛衰-唐元功臣とその後の禁軍-」にて検討した。また、(1)-(B)阿史那忠碑と同墓誌の比定による確定については、現在投稿中の論文「唐代前期における北衙禁軍の展開と宮廷政変」でその一部を検討している。神策軍、あるいは(1)-(C)南衙将軍北衙検校職と「蕃将」との連関性については、研究のさらなる深化と総合的分析が必要とされるために、本年度中に論考を発表するには至らなかったが、北衙体制の実態に迫るテーマとして、新たに北衙における馬の運用に着目するに至った点も含めて、研究はおおむね順調に進展しているといってよい。本研究の今後の推進方策としては、以下のテーマに沿って研究を進める予定である。1.唐代後期北衙禁軍の変質の解明:唐代後期に北衙としての中心的な役割を担う北衙神策軍について、その実態を把握し前期北衙と比較する。また、宙官が牛耳る神策軍が宮廷政治や地方軍事に及ぼした影響を考察する。
好熱性PCB分解菌の分解関与遺伝子・酵素の解析

ビフェニルで生育したJF8株の無細胞抽出液からメタ開裂物質加水分解酵素を電気泳動的に精製しN-末端アミノ酸配列を決定したが、塩基配列から推定したものと40残基が完全に一致し、クローニングしたbphD遺伝子が分解に関与しているものと考えられた。メタ解裂酵素(BphC)が好熱菌のもの由来を反映して熱に非常に安定であったが、メタ解裂物質加水分解酵素(BphD>も熱に対して非常に安定であった。基質特異性はBphCが多くのカテコール誘導体を基質にしたのに対し、BphDは2,3-ジヒドロキシビフェニルのメタ解裂物質に特異的であった。さらに、メタ解裂酵素BphCが活性中心にFeでなくMnを持っていたことは興味深いが、さらにBphDは、従来報告されている常温菌の酵素とKm値等異なる点が多かった。好熱性PCB分解菌Bacillus sp.JF8株のbphC遺伝子を既にクローニングしているが、この上流域にbphA,bphB及びbphD遺伝子が存在することが明かとなり塩基配列を決定を行った。その結果、bphD,bphA1,bphA2,bphB,bphCの順にORFが見い出された。BphDのアミノ酸配列の相同性は従来報告のある常温菌のものに比べて最大36%程度と低く進化的に離れていることが明かとなった。BphA1は30%前後、BphA2は40%前後であった。これに対しBphBは50%程度の相同性があり常温菌のものと近いことがわかった。bphA1遺伝子の上流にはLysRタイプファミリーに属する制御遺伝子と考えられるORFが見い出され、現在解析中である。メタ解裂酵素(BphC)が好熱菌のもの由来を反映して熱に非常に安定であったが、メタ解裂物質加水分解酵素(BphD)も熱に対して非常に安定であった。さらに、メタ解裂酵素BphCと同様に、従来報告されている常温菌の酵素とKm値等異なる点が多かった。メタ解裂酵素(BphC)が好熟菌のもの由来を反映して熱に非常に安定であったが、メタ解裂物質加水分解酵素(BphD)も熱に対して非常に安定であった。
ＤＮＡの精密分子認識能を用いた論理演算システム

PCRにおけるプライマーの添加を化学的な入力信号に,鋳型DNAの増幅反応の有無を出力信号に見立てたDNAに基づく論理演算システムの構築に取り組んだ.鋳型DNA内の増幅領域には緑色蛍光蛋白質(GFP)の遺伝子をコードさせておくことにより,無細胞蛋白質合成系を用いて翻訳反応を行わせた結果を蛍光で確認することができる構成とした.プライマーおよび鋳型DNA内のプライマー会合領域の配列を適切に設計し,さらにプライマーと相補的に会合する一本鎖DNAを組み合わせることによって,種々のタイプの論理演算を可能とした.分子間相互作用に基づく論理演算システムを開発するために,構成要素として生体高分子化合物を用いたシステムの可能性を探ることが本研究課題の目的である.汎用的な遺伝子増幅反応として用いられているポリメラーゼ連鎖反応(PCR)において,2種類のプライマーを化学的な入力信号に,増幅産物の生成を出力信号ととらえて,両者の関連性にバリエーションを持たせる試みに取り組み続けている.研究開始から初期の段階までに,基本的な論理演算パターンであるAND,OR,NOTの構成には成功しており,続いて,万能演算ゲートとも呼ばれるNAND型演算の実現に取り組んだ.この論理判断を分子レベルで達成するためには,入力信号がゼロの際にデフォルトでDNA増幅反応が進行するが,2種類の入力が揃った場合に限ってこの進行が停止する仕組みを構成する必要があった.そこで,コードする翻訳領域は同一配列だが,その前後に配置されるプライマー会合領域の配列の異なる2種類の鋳型DNA分子を当分子数共存させる構成とすることにより,NAND型演算の問題解決を行った.今年度は基礎的検討までが完了している論理演算パターンに関して,増幅効率の最適化と,バックグラウンドノイズの低減を達成した.本研究課題の目的は,分子間相互作用に基づく論理演算システムを開発するために,生体高分子化合物を構成要素とする分子システム構築の可能性を探ることがである.研究開始年度以降一貫して,ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)において,2種類のプライマーDNAを化学的な入力信号に,増幅産物DNAの生成を出力信号ととらえて,両者の関連性をバリエーション展開する試みを続けている.すでにAND,OR,NOTといった基本的な論理演算パターンの構成には成功しており,その成果を踏まえて,万能演算ゲートとも呼ばれるNAND型演算の実現に取り組んだ.ここでは,入力信号がゼロの際にデフォルトでDNA増幅反応が進行するが,2種類の入力が揃った場合に限ってこの進行が停止する仕組みを構成した.ここでは,テンプレートDNAがコードする翻訳領域は同一配列だが,その前後に配置されるプライマーDNA会合領域の配列の異なる2種類のテンプレートDNA分子を当分子数共存させる構成を導入した.この構成は成功したが,反応特異性と増幅効率に不十分な点があり,これを解決するために研究課題全体においてプライマーDNAのアニーリング配列を見直すことが必要となった.そこで今年度は新しくデザインしたアニーリング配列を導入したテンプレートDNAおよびプライマーDNAを用いてPCRを行った際の反応特異性と増幅効率改善について,重点的に検討を加え,問題解決を図った.本研究においては,生体高分子を構成要素とする論理演算システムの開発を目標としている.具体的には2種類のプライマーを化学的な入力信号に,ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によるDNA増幅反応を出力信号ととらえて,両者の関連性にバリエーションを持たせる試みである.増幅信号のレポーターとして,無細胞蛋白質合成系による緑色蛍光蛋白質(GFP)発現を用いることにより,緑色蛍光の有無を出力のオンとオフに対応させる構成とする.これまでの検討から基本的な論理演算パターンであるAND,OR,NOTの構成には成功しており,本年度の研究目標は複合的な論理演算パターンの実現に設定した.具体的には万能演算ゲートとも呼ばれるNAND型演算の実現を目標とした.ここでは入力信号がゼロの際にデフォルトでDNA増幅反応が進行するが,2種類の入力が揃った場合に限ってこの進行が停止する仕組みを構成する必要があった.そこで,真核生物の二倍体染色体システムからヒントを得て課題解決をはかった.具体的には,コードする翻訳領域は同一配列だが,その前後に配置されるプライマー会合領域の配列の異なる2種類の鋳型DNA分子を当物質量共存させる構成を検討した.鋳型DNA分子およびプライマー分子のデザインを種々こころみた結果,目標としていた,デフォルトで正の出力を示すDNA増幅反応が,2種類のプライマーDNAの同時入力によって初めて停止する論理演算分子システムの開発に成功した.本研究課題の目的は,分子間相互作用に基づく論理演算システムを開発するために,生体高分子化合物を構成要素とする分子システム構築の可能性を探ることである.研究開始年度以降,一貫してポリメラーゼ連鎖反応(PCR)において,2種類のプライマーDNAを化学的な入力信号に,増幅産物DNAの生成を出力信号ととらえて,両者の関連性をバリエーション展開する試みを続けている.すでにAND,OR,NOTといった基本的な論理演算パターンの構成には成功しており,その成果を踏まえて,万能演算ゲートとも呼ばれるNAND型演算も実現できた.ここでは入力信号がゼロの際にデフォルトでDNA増幅反応が進行するが,2種類の入力が揃った場合に限ってこの進行が停止する仕組みを開発した,ここでは,鋳型となるDNAがコードする翻訳領域は共通だが,その前後に配置されるプライマーDNA会合領域配列の異なる2種類の鋳型DNA分子を等分子数共存させる戦略を選んだ.この構成自体は妥当なものであったが,反応特異性と増幅効率に不十分な点が残されており,これを解決するために研究課題全体において鋳型DNAとプライマーDNAとの会合配列構造を見直した.数段階に渡る配列最適化を経て,論理演算バリエーション展開が可能となる配列候補の絞り出しに成功している.