hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
振動物体への着氷予測に関する数値シミュレータの開発

過冷却大気中を振動する物体表面への着氷形状を数値流体力学の手法により予測するシミュレータの開発を行った.これまで着氷研究では主にLagrange的モデルが用いられてきたが,このシミュレータを構成する解析コードとしては混相流の2流体モデルに基づくEuler的アプローチの適用を試みた.これは振動物体まわりの着氷予測を考えると後者の方法がより簡単であると考えたためである.過冷却大気のモデルとして2流体Saffman方程式を用いるが,その際の主流としてNavier-Stokes方程式による粘性流とポテンシャル流を扱うことができる.このシミュレータによる解析結果から以下の点が明らかになった.(1)振動円柱表面の局所衝突効率の予測任意の並進運動をする循環をもった円柱まわりのポテンシャル流れを主流とするSaffman方程式を解くことで,pitchingあるいはheaving運動する円柱まわりの局所衝突効率を求めることができた.また,計算結果を可視化することで,振動円柱まわりで非定常に変化する水滴粒子の密度場を捉えることができた.(2)粘性流を主流とする円柱の着氷形状予測標準的な条件下(Re=10^4,St=10)でのシミュレーションにより円柱への粗氷形状の予測を行った.Euler的アプローチでは局所衝突効率を評価する際の粒子相の流速と着氷の成長方向に選択の任意性がある.これらの組み合わせによってそれぞれに特徴的な着氷形状が再現されることを確認した.粗氷の形成過程で最も重要な因子は局所衝突効率を考えられるので,このことはLagrange的アプローチに比べてEuler的アプローチの方が自由度の高いモデルであるといえる.(3)Saffman方程式による密度場ポテンシャル流れに基づいて物体の淀み点近傍での密度場をStokes数の関数として解析的に求めることができた.これはMichaelの結果(1968)を一般化した結果である.過冷却大気中を振動する物体表面への着氷形状を数値流体力学の手法により予測するシミュレータの開発を行った.これまで着氷研究では主にLagrange的モデルが用いられてきたが,このシミュレータを構成する解析コードとしては混相流の2流体モデルに基づくEuler的アプローチの適用を試みた.これは振動物体まわりの着氷予測を考えると後者の方法がより簡単であると考えたためである.過冷却大気のモデルとして2流体Saffman方程式を用いるが,その際の主流としてNavier-Stokes方程式による粘性流とポテンシャル流を扱うことができる.このシミュレータによる解析結果から以下の点が明らかになった.(1)振動円柱表面の局所衝突効率の予測任意の並進運動をする循環をもった円柱まわりのポテンシャル流れを主流とするSaffman方程式を解くことで,pitchingあるいはheaving運動する円柱まわりの局所衝突効率を求めることができた.また,計算結果を可視化することで,振動円柱まわりで非定常に変化する水滴粒子の密度場を捉えることができた.(2)粘性流を主流とする円柱の着氷形状予測標準的な条件下(Re=10^4,St=10)でのシミュレーションにより円柱への粗氷形状の予測を行った.Euler的アプローチでは局所衝突効率を評価する際の粒子相の流速と着氷の成長方向に選択の任意性がある.これらの組み合わせによってそれぞれに特徴的な着氷形状が再現されることを確認した.粗氷の形成過程で最も重要な因子は局所衝突効率を考えられるので,このことはLagrange的アプローチに比べてEuler的アプローチの方が自由度の高いモデルであるといえる.(3)Saffman方程式による密度場ポテンシャル流れに基づいて物体の淀み点近傍での密度場をStokes数の関数として解析的に求めることができた.これはMichaelの結果(1968)を一般化した結果である.過冷却大気中を運動する物体への着氷予測を行うための数値シミュレータの開発を行った.大気温度が氷点下10°C以下の比較的低温では過冷却状態の水滴が物体表面で瞬間的に凍りつくいわゆる粗氷が形成される.粗氷の形成過程では,物体表面に流入する過冷却水滴の質量流束(局所衝突効率)が重要な因子となる.今年度は,2流体モデルに基づいた静止および振動する円柱まわりの粒子流の数値計算コードを開発し,数値シミュレータに実装した.問題の特徴として(1)粒子衝突は主に物体の上流側表面,(2)過冷却大気では粒子流から気流への運動量輸送が小,(3)計算量の減少,を考慮して主流はポテンシャル流を用いた.特に,任意の運動をする循環をもった円柱のポテンシャル流れを考えることで,pitchingおよびheaving運動をする円柱まわりの粒子流シミュレーションを可能にした.静止円柱に対しては,Stokes数が小さい場合に発生する粒子を含まない表面層の形成および高Stokes数領域で生じる後流の形成がすでに理論的に予測されていたが,今回の計算でこれらを確認した.また,広範囲のStokes数に対して淀み点近傍での粒子密度を求めた結果,1次元モデルによる衝突限界値(St=1/16)でピークをもつ分布となることがわかった.なお,この結果に対しては淀み点流れを用いた理論的な解析が可能であると考えている.振動円柱に対してはストークス数を固定(St=0.5)し,無次元周波数が粒子の流れ場および局所衝突効率の時間平均にどのように影響するかを調べた.その結果,無次元周波数が小さい場合はheaving運動よりpitching運動の方が影響が強くなり,無次元周波数が大きくなると,逆にheaving運動の影響が強くなることなどが明かになった.今後,計算結果を動画化することで現象の非定常性についても明かにしたい.

通常,着氷のシミュレーションには水滴粒子の軌道を運動方程式によって予測する方法が主であったが,今回開発するシミュレータでは混相流体の1モデルである2流体モデルを採用する.これによって振動物体や非定常性の強い現象の予測が可能になる.昨年度の成果として,2流体モデルによる基礎方程式系の数値計算に関して注意が必要であることを示した.実際,大気の流れに対応する主流として振動する円柱周りのポテンシャル流れや非圧縮性粘性流れを用いた場合,あるパラメータ領域で計算が破綻する可能性がある.このような背景から,主流に淀み点流れを仮定した簡単なモデルを考え,2流体方程式系の理論的解析を試みた.その結果,粒子衝突の閾値よりも小さいStokes数領域では主流に相似な粒子軌道が存在し,粒子密度ηに対して以下の解が得られた.淀み点近傍η(1/|x|)^<αγ>,剥離点(後方淀み点)近傍η|x|^<αγ>.ここで,αは正の定数,τはStokes数である.なお,この解は球の淀み点に対して得られた解(Michael, D. H., J. Fluid Mech., 31(1968))を含む一般的な解である.一方,閾値よりも大きいStokes数域についてはStokes数の逆べきの形で級数解を求めた結果,粒子密度について以下の解を得た.これらの結果から,物体の淀み点近傍における2流体モデルの粒子密度についてStokes数の広い範囲での特徴が明らかになった.特に,粒子衝突の閾値付近で粒子密度が急激に大きくなることが示されたが,これはすでに得られている数値解と一致する.また,この結果から数値解では物体表面の粒子密度を過小に評価していることも明らかになった.この点は着氷量の予測に重要な役割を果たす局所衝突効率の評価に大きな影響をもつため,2流体方程式系における物体表面の境界条件について再検討する必要がある.物体表面への着氷形状の予測に対して,混相流における2流体モデルに基づくEuler的アプローチの適用を試みた.過冷却大気のモデルとして2流体Saffman方程式を用いて円柱まわりの流れのシミュレーションを行なった.また,局所衝突効率から表面への着氷形状の予測シミュレーションも行なった.Navier-Stokes方程式の解を主流とするSaffman方程式の性質に関する詳細はいまだ不明の部分が多いため,円柱まわりの流れに対していくつかの計算を行なった.その結果,粒子衝突の閾値より大きいStokes数の場合,粒子相の円柱への全体衝突効率はNavier-Stokes方程式の結果がポテンシャル流れの結果より小さくなった.これは,粘性境界層による粒子相の減速効果によると考えられる.一方,閾値よりも小さいStokes数に対する結果から,ポテンシャル流れに対して予想された表面に沿う無粒子層の形成が確認された.Reynolds数10000およびStokes数10の条件下で円柱への着氷シミュレーションを行なった.
量子宇宙とワームホール

(1)(2+1)次元量子重力1-1空間が2次元トーラスのときに、宇宙の歴史は、モデュライ空間の測地線であう力されることが示された。量子化として、WDW方程式をたてるときに、モデュラー不変性を課すと、演算子の順番がほぼきまり、波動関数は量子カオスに出てくるマース関数になる。1-2宇宙項が負であるモデルにおいて、トンネル効果により宇宙のトポロジーが変化することを半古典近似のはんいで示した。宇宙の波動関数を半古典的に求めると、3次元双曲空間の特徴による効果のため、モデュライ空間のおける局在化が示された。さらに、粒子を空間の欠陥と記述すると、トポロジー変化に伴って粒子が対生成されることも示した。トンネル効果のあとの宇宙の歴史を記述するうまい時間座標をみいだした。(2)コンパクトな一様宇宙(3+1)次元量子重力の研究にすすむ準備として、コンパクトな一様宇宙のトポロジーと力学的自由度(トポロジーについてはH^3をのぞく)の完全分類をおこなった。(3)ベビー宇宙コールマン等によるベビー宇宙論が、カルツァクライン型の空間のコンパクト化にどう効くかしらべて、むしろそれをさまたげるという結果を得た。細谷は,大学院生等と協力して,量子重力の2+1次元モデルを研究し,特に宇宙のトポロジ-変化の数学的モデルを具体的に構成することができた。この研究は,数年前にホ-キングとコ-ルマンによって提唱され注目された,ワ-ムホ-ルによる宇宙項ゼロの理論における問題点を,可解な低次元時空モデルにおいて明らかにしようという意図ではじめられた。ここでわかった事は,2+1次元時空におけるトポロジ-変化は,数学的にみても多様で,その全ぼうを知るために未だやる事がたくさんある豊かな分野であるという事であった。このれで,量子重力におけるトポロジ-変化について,その可能性と重要性についての議論はあったが,具体的な例は発見されていなかった。東工大のグル-プは,2+1次元アインシュタイン重力理論を双曲幾何を用いて,種数あるいは連結成分の数の変化する過程(トンネル過程)の遷移振中を準古典近似で求めた。以上が主要な成果であるが,他にも2+1次元重力における質点の運動,ト-ラス宇宙における超空間の構造の解明,共形因子の扱いについても成果を発表していて,すでに出版されている。大桑は,逆に4次元より高い次元の時空にホ-キング・コ-ルマンの機構を摘用した。ワ-ムホ-ルによる次元コンパクト化への影響を調べた。特に,内部空間として,S^3とS^2×S^1のどちらかが実現しやすいかを比べた。結果として,ふつうに採用されているS^3の方が確率的に有利であることがわかった。(2+1)次元アインシュタイン重力モデルにおいて、宇宙定数が負の時に、空間のトポロジ-が変化するプロセスを準古典近似のはんいで、実際に構成してみせた。さらに、遷移振巾も計算した。それによれば、双曲体積が大きなものは、指数関数的に抑制される。この結果を、点粒子がある場合にも拡張した。そこでは、点粒子は空間の欠陥として記述され、質量は欠損角に比例する。これらの成果は、各々専間誌に発表されているが、さらにそれらをまとめたレビュ-を書いて読みやすいものにした。次に、ゲ-ジ場のある場合にも同様の構成ができることが示された。この場合には、宇宙項は正またはゼロでもよい。以上の研究から、次の数学的間題が重要であることが明らかになってきた。すなわち、空間=宇宙の形状(モデュライ)として、最も可能性のあるものは、宇宙の波動関数の値を最大にするものと考えられるが、それは必ずしも双曲体積最小のものではない。むしろ、双曲体積の集積的分布を与えるようなモデュライが、宇宙の波動関数を圧倒的に大きくすることが予想される。この研究の次の段階として、(3+1)次元に進むことが考えられるが、とりあえず、等質空間モデル(ビアンキ宇宙)のコンパクトな場合の解析へ応用をはかっている。

(1) (2+1)次元量子重力空間が2次元トーラスのときに,宇宙の歴史は,モデュライ空間の測地線で表わされることが示された。量子化して,WDW方程式をたてるときに,モデュラー不変性を課すと,演算子の順番がほぼ決まり,波動関数は量子カオスに出てくるマース関数になる。宇宙項が負であるモデルにおいて,トンネル効果により宇宙のトポロジーが変化することを半古典近似の範囲で示した。宇宙の波動関数を半古典的に求めると,3次元双曲空間の特徴による効果のため,モデュライ空間における局在化が示された。更に,粒子を空間の欠陥と記述すると,トポロジー変化に伴って粒子が対生成されることも示した。トンネル効果のあとの宇宙の歴史を記述するうまい時間座標を見出した。(2)コンパクトな一様宇宙(3+1)次元量子重力の研究に進む準備として,コンパクトな一様宇宙のトポロジーと力学的自由度(トポロジーについてはH^3を除く)の完全分類を行った。(3)ベビー宇宙コールマン等によるベビー宇宙論が,カルツァクライン型の空間のコンパクト化にどう効くか調べて,むしろそれを妨げるという結果を得た。
イトマキヒトデ卵減数分裂再開時における細胞内pH上昇の制御機構とその意義

本研究ではこれまでに、1、ヒトデ卵母細胞は卵巣内において第一減数分裂中期で停止すること、2、この停止はNa^+/H^+ exchanger(NHE)の働きによる細胞内pH(pHi)上昇によって解除されること、を明らかにしてきた。そこで本研究では、ヒトデ卵における第一減数分裂中期での停止機構及びその解除に関わるpHi上昇の制御機構を明らかにすることを目的とした。クローニングしたイトマキヒトデNHE(sfNHE)遺伝子配列をもとに作製した抗sfNHE抗体を用いてウエスタンブロッティングを行なった結果、卵母細胞内で内在性のsfNHEが検出された。次に、放卵時のpHi上昇機構を明らかにすることを試みた。放卵時、卵母細胞内ではMAPKが活性化している。またNHEはリン酸化されて活性化されるとの報告がある。そこで、MAPKによるsfNHEのリン酸化及び活性化を検討した。その結果、MosのインジェクションによりpHiは上昇し、さらに放卵時に卵母細胞をMAPK阻害剤で処理すると、pHi上昇は抑制された。また、放射性ATPを用いた実験により、放卵時の無細胞系ではsfNHEがリン酸化されること、そのリン酸化はMAPK阻害剤処理によって減少することが明らかになった。これらの結果から、放卵時のsfNHE活性化にはMAPKが関与することが強く示唆された。さらに、卵巣内で中期停止した卵母細胞のpHiが低く保たれる理由としては、二酸化炭素の影響によって卵巣内pHが低く保たれるために、pHiが低く保たれる可能性が示唆された。多くの動物においては、第一または第二減数分裂の中期で細胞周期が再停止することが知られている。停止した細胞周期は受精の刺激によって再び駆動する。しかしながら、現在までイトマキヒトデ卵においては、減数分裂再開後の細胞周期の再停止はないと考えられていた。とこるが本研究により、ヒトデ卵における第一減数分裂中期での停止の存在及びその機構が明らかになった。本研究では、イトマキヒトデ放卵時の第一極体放出のタイミング、放卵前後での細胞周期、及び卵巣内外での卵母細胞の細胞内pH (pHi)を調べた。その結果、卵巣内では卵母細胞のpHiが低く保たれるために、卵核胞崩壊は起こるが極体放出は抑制されており、第一減数分裂中期での細胞周期の再停止が起こっているこどが明らかになった。放卵後、Na^+/H^+ exchangerの働きによってpHiが上昇し、第一減数分裂中期での停止が解除される。さらに、卵巣内で卵母細胞のpHiが低く保たれる機構の解明を試みた。まず、卵巣内液のpHを測定したところ、体腔液のpHよりも有意に低いことが分かった。ヒトデ体腔に卵成熟誘起ホルモン1-methyladenine (1-MA)を注射し減数分裂を再開させると、卵巣内液のpHはさらに減少した。この状況をin vitroで再現するために、低pH海水中で卵母細胞を1-MAで処理し、減数分裂を再開させた後、海水のpHをさうに低くした。すると、卵核胞崩壊は起こったが極体は放出されず、第一減数分裂中期で停止した。この卵母細胞を正常海水中に入れると、細胞周期は後期へと移行し極体が放出された。また、低pH海水中では、卵母細胞のpHiが低く保たれていた。とれらの結果から、卵巣内液のpHが低いことが、卵巣内の卵母細胞のpHiを低く保つ一つの要因となっていることが示唆された。私はこれまでに、1、ヒトデ卵母細胞は卵巣内において第一減数分裂中期で停止すること、2、この停止はNa^+/H^+ exchanger(NHE)の働きによる細胞内pH(pHi)上昇によって解除されること、を明らかにしてきた。本研究では、ヒトデ卵における第一減数分裂中期での停止機構、及びその解除に関わるpHi上昇の制御機構を明らかにするため、まずヒトデNHE遺伝子全長のクローニングを試みた。RT-PCR法を用いて遺伝子断片を増幅し、得られた配列をもとに、ヒトデcDNAライブラリーから目的の配列を含んだプラスミドをスクリーニングし、さらに5'-RACE法を行った結果、ヒトデNHE遺伝子全長の配列取得に成功した。次に、NHE C末のリン酸化及び他の分子との相互作用がNHE活性化に関与することを確かめるため、得られた遺伝子配列をもとに大腸菌を用いてリコンビナントNHE(C末)を作成し、卵母細胞にマイクロインジェクションし、内在性NHEと競合阻害させた。その結果、1-methyladenine(1-MA)によるpHi上昇を阻害した。このことから、ヒトデNHEが減数分裂再開時のpHi上昇に関与することが、強く示唆された。現在、さらなるNHE活性制御機構解明のため、抗NHE抗体を作製中である。また、AktによるNHEリン酸化及び活性化の可能性を調べるため、AktのPDK1基質部位のペプチド配列を卵母細胞にマイクロインジェクションし、内在性のAktと競合阻害させた。その結果、1-MAによるpHi上昇が阻害されたので、Aktの関与が示唆された。さらに,MosのインジェクションによってもpHiが上昇したことから、放卵時のpHi上昇にはMAPKが関与することも示唆された。

本研究ではこれまでに、1、ヒトデ卵母細胞は卵巣内において第一減数分裂中期で停止すること、2、この停止はNa^+/H^+ exchanger(NHE)の働きによる細胞内pH(pHi)上昇によって解除されること、を明らかにしてきた。そこで本研究では、ヒトデ卵における第一減数分裂中期での停止機構及びその解除に関わるpHi上昇の制御機構を明らかにすることを目的とした。クローニングしたイトマキヒトデNHE(sfNHE)遺伝子配列をもとに作製した抗sfNHE抗体を用いてウエスタンブロッティングを行なった結果、卵母細胞内で内在性のsfNHEが検出された。次に、放卵時のpHi上昇機構を明らかにすることを試みた。放卵時、卵母細胞内ではMAPKが活性化している。またNHEはリン酸化されて活性化されるとの報告がある。そこで、MAPKによるsfNHEのリン酸化及び活性化を検討した。その結果、MosのインジェクションによりpHiは上昇し、さらに放卵時に卵母細胞をMAPK阻害剤で処理すると、pHi上昇は抑制された。また、放射性ATPを用いた実験により、放卵時の無細胞系ではsfNHEがリン酸化されること、そのリン酸化はMAPK阻害剤処理によって減少することが明らかになった。これらの結果から、放卵時のsfNHE活性化にはMAPKが関与することが強く示唆された。さらに、卵巣内で中期停止した卵母細胞のpHiが低く保たれる理由としては、二酸化炭素の影響によって卵巣内pHが低く保たれるために、pHiが低く保たれる可能性が示唆された。
近赤外線輝線の直線偏光分光観測に基づく若い恒星状天体の質量降着・放出現象の解 明

若い恒星状天体(前主系列星)の赤外線輝線の直線偏光スペクトルの測定に向けて、波長較正用の比較用輝線光源とその自動導入用リニアステージ、消偏光補正用ワイヤーグリッドそれぞれについて、かなた望遠鏡可視赤外線同時カメラHONIRへの導入を進めた。光源としては、可視光から近赤外線までの広い波長域で十分な数の輝線を得るため、Hg/ArランプとXeランプを選定した。また、リニアステージについては、装置上部の光入射光路に光源を挿入するために十分な稼働幅をもつものを選定した。加えて、消偏光効果の較正に必要なデータを取得するために、可視光から近赤外線にわたって消光比5000:1を有する超広帯域ワイヤーグリッド偏光フィルターを選定した。当初予定では、高分散偏光分光用グリズムと焦点スリットマスクの製作・装置への装着も行うことを想定していた。しかし、観測装置HONIRの定常運用の都合上、今年度は装置運用を止めて素子導入を行う時間が十分確保できなかったため、これらは本研究後の課題として残した。一方で、観測装置HONIRの運用において致命的となる、内部フィルターホイールの真空冷却モーターの故障が発生した。そのため、装置の真空冷却容器を開封してモーターの交換作業を行ない、装置の正常復旧を果たした。前主系列星の近赤外線偏光分光観測の実施も計画したが、HONIR装置の光学系の素子配置が偏光分光観測において十分な性能が果たせない(検出器上でスリット像が十分にシャープな像を結ばない)状態で固定されており、それを修正する時間が確保できなかった。よって、過去に取得した同種天体の偏光分光観測データの解析に専念した。現在、研究成果の解析結果と論文とりまとめを進めている。本課題終了後となるが、2019年度中を目処とした査読論文投稿を目指している。観測装置HONIRによってこれまでに取得された近赤外線偏光分光観測データの解析を進め、偏光分光データ解析の精度向上に繋がる適切な解析手法の開発を行った。また、解析を効率化するための、パイプライン解析ソフトウェア(honirred)の開発製作を行った。一方で、既に搭載されている偏光分光観測機能を用いて、従来から継続している若い恒星状天体の長期モニター観測を実施し、さらなる解析手法・精度向上の材料となるデータを取得した。HONIR装置は、基本的な観測機能が長期的に安定稼働するようになり、広島大学内外の多くの研究者によって定常的に広く使用されるようになっている。それに合わせて、使用者が適切な観測計画を立案し、円滑に装置を操作して取得したデータ解析を実施するために、装置の重要な情報をWeb上にとりまとめて公表するなど、装置の基本情報の公開に努めた。さらに、国内研究会において装置の偏光分光機能の現状について報告を行い、国内の天文学関係者に向けて共同研究観測による装置利用が可能であることを周知し、共同研究の発展の可能性を高めるべく努めた。当初計画では、若い恒星状天体の輝線の近赤外線高分散偏光分光観測を遂行するために必要な近赤外線用グリズム2点および専用スリットマスクの詳細仕様の決定と購入、および、適切な輝線比較光源の選定・購入を実施する予定であった。しかし、研究代表者の体調不良のため実施することができなかった。また、国内外の研究会に参加しての成果発表や情報収集も、同様にほとんど実施することができず、年度末の数度にとどまった。観測データについては、共同研究者に依頼して、観測装置HONIRの偏光観測性能評価に関わる較正観測データの取得や、突発的に明るくなった若い恒星状天体の長期モニター観測を実施し、豊富な観測データを取得した。また、それらのデータを用い、偏光分光データ解析の精度向上に繋がる適切な解析手法の開発と、解析を効率化するためのパイプライン解析ソフトウェア(honirred)の開発製作を行った。前年度に引き続き、観測装置HONIRによってこれまでに取得された近赤外線偏光分光観測データの解析を進め、装置の性能評価と偏光分光データ解析の精度向上に繋がる適切な解析手法の開発を行った。一方で、既に搭載されている偏光観測機能を用いて、従来から継続している若い恒星状天体の長期モニター観測や較正用天体の観測を実施し、本課題で実施する予定の高分散偏光分光観測に向けた予備調査ともなるデータを取得した。HONIR装置のこれまで搭載した機能に関する基本的な性能評価が一段落したところであるので、装置の主要機能や性能評価の結果などについて情報を取りまとめ、装置利用者に向けた文書整備を進めた。また、これらについては、査読論文にて出版すべく執筆作業を進めた。本研究でかなた望遠鏡HONIRへ導入を予定している高分散偏光分光機能は、他の望遠鏡・装置の観測計画と連携して用いることで、新しい観測研究の世界が開ける可能性がある。その調査のために、他の機関・研究グループで進めている天文学観測研究の現状について、研究会への参加を通じて情報収集を行った。本年度は、課題としている観測研究に必要な近赤外線用グリズム2点および専用スリットマスクの設計と購入、および、適切な輝線比較光源の選定・購入を実施する予定であった。しかし、研究代表者の健康上の理由による長期間の研究活動からの離脱によって、実施することができなかった。同じ理由にて、国内外の研究会に参加しての成果発表や情報収集も、同様にほとんど実施することができず、年度末の数度にとどまった。

HONIRの現状の偏光観測性能評価に関わる較正観測データの取得や、突発的に明るくなった若い恒星状天体の長期モニター観測データについては、共同研究者にデータ取得を依頼することで実施した。観測装置HONIRによってすでに得られている近赤外線偏光分光観測データの解析を進め、現時点での装置の性能評価、および、分解能を高めた場合の偏光分光観測の精度向上に繋がる適切な解析手法の開発を行った。また、同じく偏光観測を行う装置として、埼玉大学SaCRA望遠鏡用三色同時撮像偏光装置MuSaSHIの開発への助言とその装置の性能評価に参加し、本課題の成否にも直結する、偏光装置の精度向上に関わる観測実験と性能評価を行った。本研究の目標と進捗については、国内研究会にて報告を行った。また、研究会等に参加して課題進捗に関わる情報収集を行った。なお、進捗状況でも述べる通り、平成29年度前半までは、申請者の健康上の理由等により十分な課題推進が行えなかった。その後の半年間の期間が限られる中で、上記の本課題に関わる活動を行った。本課題は当初平成29年度が最終年度であったが、課題の完了には不十分であったため、課題延長を申請し、平成30年度までの延長が認められた。平成28年度までは、研究代表者の健康上の理由による長期間の研究活動からの離脱によって、課題をほとんど推進することができなかった。一方、平成29年度からは研究活動を再開したが、前半(4ー9月)は健康上の負担をかけない程度での研究活動に留めたことと、異動した所属機関のプロジェクトの研究分野が本課題の内容とやや離れており十分な活動が行えなかった。同年度10月から課題の研究分野に近い研究活動を行う現所属機関に異動し、ようやく本格的に本課題に取り組む体制を整えることができた。その後は課題の準備を進めたが、期間が短く全体の大きな進捗には至らなかった。当初計画では平成29年度が課題最終年度であったが、計画が遅れているため、平成30年度までの課題延長を申請し認められた。若い恒星状天体(前主系列星)の赤外線輝線の直線偏光スペクトルの測定に向けて、波長較正用の比較用輝線光源とその自動導入用リニアステージ、消偏光補正用ワイヤーグリッドそれぞれについて、かなた望遠鏡可視赤外線同時カメラHONIRへの導入を進めた。光源としては、可視光から近赤外線までの広い波長域で十分な数の輝線を得るため、Hg/ArランプとXeランプを選定した。また、リニアステージについては、装置上部の光入射光路に光源を挿入するために十分な稼働幅をもつものを選定した。加えて、消偏光効果の較正に必要なデータを取得するために、可視光から近赤外線にわたって消光比5000:1を有する超広帯域ワイヤーグリッド偏光フィルターを選定した。当初予定では、高分散偏光分光用グリズムと焦点スリットマスクの製作・装置への装着も行うことを想定していた。しかし、観測装置HONIRの定常運用の都合上、今年度は装置運用を止めて素子導入を行う時間が十分確保できなかったため、これらは本研究後の課題として残した。一方で、観測装置HONIRの運用において致命的となる、内部フィルターホイールの真空冷却モーターの故障が発生した。そのため、装置の真空冷却容器を開封してモーターの交換作業を行ない、装置の正常復旧を果たした。
血栓性素因の分子生物学的解析とその臨床応用

本研究班は、重点領域研究・血栓性素因の分子生物的解析とその臨床応用の研究総括班として、本研究領域の推進を主要目的とする。本年度は昨年度と同様に次の如き活動を行い所期の目的の多くを達成することが出来た。1.班会通の開催。計画研究班に公募班員を加えて、各班員の研究成果の発表と討論に行い、班としての研究協力態勢の推進を行った。2.公開シンポジウムの開催。研究班員の中から興味ある研究成果をあげているもの10名をえらび、公開シンポジウムとして研究成果の発表を行った。外部から150名以上の参加を得て盛大かつ活発なシンポジウムを行うことを出来た。3.班員が相互にお互いの研究内容を知り研究協力の実があげられる様、班員全員の19889年度の業績の抄録集を作成し、全班員に配布した。4.血液凝固線溶調節因子の分子生物学的研究の課題とする研究班では、線溶制御因子アルファ2プラスミンインヒビター欠損症の分子生物学的研究を昨年度に引続いて行った。その結果、産生された変異蛋白の細胞移送と分泌の障害が欠損症の成因であることが判明した。5.VIIIーvon Willebrand因子(vWF)、IX因子の分子生物学的研究を課題とする研究班では、異常IX因子Nagoyaでアルギニン180がトリプトファンで置換されていることを見出した。またvWFの血小板GPIbに結合する部位がモノクロナル抗体を用いて決定された。6.血液凝固の分子機構の研究を課題とする研究班では、VII、IX、プロテインZ中のEGF様ドメイン中に新しい糖鎖を発見しその構造を決定した。7.血小板膜の構造と機能を課題とする研究班では、血小板膜糖蛋白GPIbの機能ドメインを各種合成ペプチドを用いた機能抑制実験より同定した。また、モノクロナル抗体を用いてGPIIIaの血小板凝集における意義を明らかにした。8.血管内皮の研究班では、主として血管内皮上での線溶系の調節機序について研究を進めた。1.班会通の開催。
ハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式の数値解析とその展開

非線形放物型偏微分方程式及び線形確率偏微分方程式に対するメッシュフリー選点法の厳密な収束と,適用に有用な基底関数のクラスとグリッドについて研究を行った.その結果,これらの方程式が全空間で定義されている場合に,収束が厳密に保証される動径基底関数のクラスとグリッド構造及び補間点数の取り方を明らかにした.また,これらのことを数値実験においても確認した.以上の成果により,多次元の有限期間確率制御問題及び拡散過程のフィルタリング問題に対し,相対的に高速で計算可能かつ厳密に収束が保証される数値解法の開発に成功したことになる.ハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式を含む一般の非線形放物型偏微分方程式に対し、メッシュフリー補間法による数値解法の開発・研究を行った。既存研究では、線形の場合や1階のハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式の場合に数値解法を導出し、数値的にのみ収束を確認していたが、本研究では、より一般の場合に適用可能なメッシュフリー補間法を導出し、数学的に厳密に収束を証明した。より詳細には、方程式が非線形放物型方程式の場合には解の滑らかさが期待できないこともあり、厳密な収束証明が試みられることもなかったが、本研究は一般の非線形放物型偏微分方程式に対するゲーム論的接近に着目し、非線形項の近似的なsup-inf表現を求めることにより、粘性解の枠組みでの証明を実現したものである。以上の成果を一編の論文としてまとめ、現在学術雑誌に投稿中である。本研究で示した定理は、非線形放物型偏微分方程式に対するメッシュフリー補間法の収束を証明した初めてのものであり、この文脈における数学的基礎を与えるものと位置づけられる。このことにより、ファイナンスにおける最適化問題やロボット等の確率制御問題に対してメッシュフリー補間法を用いることの数学的妥当性が担保されることになる。また、本研究の成果により、これらの応用分野においてメッシュフリー補間法の使用が喚起され、この手法が持つ実装の容易さや高次元問題への適用のしやすさ等の利点を活かした実際的な研究開発の促進が期待できる。本年度は、確率制御理論に現れる非線形偏微分方程式のDirichlet問題と線形確率偏微分方程式に対する基底関数近似法の研究に取り組み、後者について準補間関数による近似法を開発した。特に、連続時間非線形フィルタリングに現れるZakai方程式にこの準補間法を適用し数値的に収束を示した。また、厳密な誤差評価を行い、短い時間区間においては提案近似法が理論的にも収束することを証明した。より詳細には、理論的誤差解析については昨年度開発した粘性解概念による技術が適用できないため、従来から知られているソボレフ空間における確率偏微分方程式の理論を用い、時間と空間の離散化誤差評価を行った。端的に述べれば、全体の誤差は厳密解の時間離散化誤差と各時間ステップにおける厳密解の準補間近似誤差の累積によって表されることを証明した。本年度研究成果を米国産業・応用数学会の会議において発表した。連続時間非線形フィルタリングにおける既存数値計算法は実装が難しいものがほとんどだが、本年度研究実績により、実装が容易で計算時間も短い近似法が提供されることになり、ファイナンスや工学上の実際的な問題解決のための有効な道具となることが期待できる。研究実施計画では、平成27年度に非線形偏微分方程式のDirichlet問題に対する基底関数近似法の研究、平成28年度に確率偏微分方程式に対する基底関数近似法の研究を実施予定であったが、前者の収束証明は予想以上に困難で、別の近似法の開発も視野に、本年度実施研究と平行して進め来年度に成果が出せればと考えている。研究実施計画では、平成27年度に非線形偏微分方程式のDirichlet問題に対する基底関数近似法の研究、平成28年度に確率偏微分方程式に対する基底関数近似法の研究を実施予定であり、「研究実績の概要」で述べたように順序が逆になったが、当該年度の研究計画は着実に遂行されたため、本研究課題の進捗は順調と判断する。本年度は、非線形放物型偏微分方程式及び線形確率偏微分方程式に対するメッシュ・フリー選点法の適用に有用な基底関数のクラスとグリッドについて、数値的・理論的両方の観点から研究を行った。この目的のため、動径基底関数による補間理論について研究を進め、連続関数の空間でみた場合の補間関数の作用素ノルムが誤差評価において重要な役割を果たすことを明らかにした。このノルムは多項式補間理論におけるルベーグ定数の類似物であり、この場合と同様に、補間点数を大きくするとき当該作用素ノルムは発散することが知られている。これに対して本研究では、補間領域を無限に大きくするときには、補間関数のクラスとグリッド構造及び補間点数を適当にとることにより、当該作用素ノルムが有界に押さえられることを厳密に証明した。この結果により、全空間で定義されている放物型偏微分方程式と線形確率微分方程式に対し、収束が厳密に保証される動径基底関数のクラスとグリッド構造及び補間点数の取り方を明らかにした。また、これらのことを数値実験においても確認した。メッシュ・フリー選点法の実装の容易さ、計算負荷の低さ、多次元問題への適用可能性については既知であり、それに加えて以上の成果により、多次元の有限期間確率制御問題及び拡散過程のフィルタリング問題に対し、相対的に高速で計算可能かつ厳密に収束が保証される数値解法の開発に成功したことになる。これらの成果を現在2編の論文として取り纏め中である。非線形放物型偏微分方程式及び線形確率偏微分方程式に対するメッシュフリー選点法の厳密な収束と,適用に有用な基底関数のクラスとグリッドについて研究を行った.

その結果,これらの方程式が全空間で定義されている場合に,収束が厳密に保証される動径基底関数のクラスとグリッド構造及び補間点数の取り方を明らかにした.また,これらのことを数値実験においても確認した.以上の成果により,多次元の有限期間確率制御問題及び拡散過程のフィルタリング問題に対し,相対的に高速で計算可能かつ厳密に収束が保証される数値解法の開発に成功したことになる.交付申請書において、本年度は非線形放物型偏微分方程式に対して、申請者の提案する数値解法の収束証明を目的としていた。「研究実績の概要」で述べたように、本年度の研究ではこの収束証明を実現しており、目的を十分達成したと評価できる。本年度は確率偏微分方程式の全空間における近似のため準補間法を採用したが、今後は有界領域でのみ適用可能なメッシュフリー法の開発と収束証明を行う。必要であれば有界領域に制限した場合の確率偏微分方程式の理論的整備も行いたい。さらに、当初平成27年度計画に記載していた非線形偏微分方程式のDirichlet問題に対するメッシュフリー法の研究を進め、平成28年度に成果を出す予定である。確率制御理論本年度の成果により、決定論的な偏微分方程式(PDE)に対するメッシュフリー法の収束証明のための技術が確立されたといえる。今後は、この技術を応用して、楕円型のハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式や擬変分不等式など、確率制御問題に付随する非線形PDEに対してメッシュフリー法を適用し、収束証明を試みる。また、フィルタリング問題において現れるZakai方程式などの確率偏微分方程式(SPDE)に対してもメッシュフリー法を適用する。SPDEについてはメッシュフリー法の先行研究が無く、適用・収束証明ともに初めての試みとなる。決定論的PDEとは異なり、SPDEについては粘性解の概念が十分整備されてはいないので、まずは、ソボレフ空間の理論と解の滑らかさを利用して収束証明のための研究を進める。
弦理論における摂動的及び非摂動的性質の研究

弦理論の非摂動的ダイナミクスを解析することを目的として、構成的理論と目されているIIB型行列模型の解析を行った。具体的には西村と杉野により、初めてIIB型行列模型に適用された「改良された平均場近似(Improved mean field approximation)」を深く考察し、「改良されたテーラー展開(Improved Taylon expausion)」なるより一般的な体系を得た。この体系は単なる関数列にも適用可能な強力なものであることを論文の中で例を通して示した。本年度執筆した2編の論文により、IIB型行列模型にはローレンツ対称性So(10)を自発的に破るメカニズムが内包されており、実際にダイナミクスを解析することで、4次元の時空が他の次元よりも好まれ、コンパクト化がダイナミクスの結果であることを示した。
複製開始蛋白DnaAのATP結合阻害を指標とした新規細菌感染症治療薬の開発

黄色ブドウ球菌は、ヒトの日和見感染症の原因菌である。研究者代表者らは、黄色ブドウ球菌のDNA複製開始蛋白DnaAを標的とした抗菌剤開発を指向し、DnaA蛋白の生化学的解析に着手した。大腸菌DnaA蛋白の研究からDnaA蛋白のATP結合型は複製開始活性型で、ADP型は不活性型であることが分かっている。精製した黄色ブドウ球菌DnaA蛋白は、ATP、ADPに対しKd値としてそれぞれ1nM、5nMと高い親和性を示した。DnaA蛋白のADP型からATP型への再活性化は膜の酸性リン脂質によって行われ、この機構は大腸菌群の増殖に必須であるとされる。そこで黄色ブドウ球菌から生体膜を調整し、DnaA蛋白のADP結合に対する効果を検討した。その結果、黄色ブドウ球菌においても酸性リン脂質によってDnaA蛋白からADPが遊離し、DnaA蛋白を再活性化することが示唆された。さらにこの再活性化は、黄色ブドウ球菌に存在する塩基性リン脂質のリジルフォスファチジルグリセロールによって阻害されることが分かった。このことは塩基性リン脂質がDnaA蛋白の再活性化の負の制御因子であることを示唆している。従って膜の塩基性化によってDnaA蛋白の活性化を阻害し細菌の増殖を阻害するという、新しい観点からの抗菌機構が考えられた。dnaA遺伝子変異株はDnaA蛋白を標的とした薬剤の探索に有用であると考えられる。そこで黄色ブドウ球菌のdnaA変異株を得る目的で、黄色ブドウ球菌のDNA複製の高温感受性変異株を得た。dnaA変異株は未だ得られていないが、DNA複製に必須なpolC, dnaEの変異株を得た。これにより黄色ブドウ球菌において二つのDNAポリメラーゼIIIが複製伸長過程に機能していることが示唆された。また抗菌剤スクリーニングのための動物実験モデルとしてカイコへの病原性細菌感染系を構築した。本研究は、大腸菌のDnaA蛋白質のATP結合活性を阻害する物質を探索し、新規細菌感染治療薬の開発を目指すものである。本研究においてはまず、大腸菌DnaA蛋白質の大量調製法の確立を行った。すでにこれまで確立されている精製法では、ATP結合活性が高いDnaA蛋白質を再現性よく精製することは、技術的に困難であった。DnaA蛋白質の精製にあたっては、これまで、大腸菌を用いて、多量生産させることがおこなわれてきた。本研究において、大腸菌にとって、大腸菌DnaA蛋白質の多量発現が有害であることが明らかとなった。そこで本研究においては、発現ベクター、及びDnaA蛋白質の誘導条件の改良を試みた。その結果、ATP結合活性の高いDnaA蛋白質を得ることができた。しかしながら、DnaA蛋白質1分子あたりに結合する最大ATP分子数は、0.5分子以下であった。この結果は、最終精製標品にATP結合活性をもたないDnaA分子が多数混入していることを意味している。この点は、DnaA蛋白質と相互作用する阻害剤の開発に必要な、X線結晶解析やNMR等の物理化学的解析を困難にするものであり、今後の充分な検討が必要である。さらに本研究では、インジゴ誘導体を作成し、DnaA蛋白質のATP結合化成を阻害する物質を見出した。しかしながら、得られた候補化合物はいずれも大腸菌の増殖を阻害することはできず、抗菌活性を示すものは得られていない。原因として考えられるのは、候補化合物の細胞質膜の透過性が低い可能性である。

試験管内での阻害活性を有することは、抗菌剤の必要条件ではあるが、むしろ膜透過性に着目して開発に臨む必要があることを本研究の結果は示している。黄色ブドウ球菌は、ヒトの日和見感染症の原因菌である。研究者代表者らは、黄色ブドウ球菌のDNA複製開始蛋白DnaAを標的とした抗菌剤開発を指向し、DnaA蛋白の生化学的解析に着手した。大腸菌DnaA蛋白の研究からDnaA蛋白のATP結合型は複製開始活性型で、ADP型は不活性型であることが分かっている。精製した黄色ブドウ球菌DnaA蛋白は、ATP、ADPに対しKd値としてそれぞれ1nM、5nMと高い親和性を示した。DnaA蛋白のADP型からATP型への再活性化は膜の酸性リン脂質によって行われ、この機構は大腸菌の増殖に必須であるとされる。そこで黄色ブドウ球菌から生体膜を調製し、DnaA蛋白のADP結合に対する効果を検討した。その結果、黄色ブドウ球菌においても酸性リン脂質によってDnaA蛋白からADPが遊離し、DnaA蛋白を再活性化することが示唆された。さらにこの再活性化は、黄色ブドウ球菌に存在する塩基性リン脂質のリジルフォスファチジルグリセロールによって阻害されることが分かった。このことは塩基性リン脂質がDnaA蛋白の再活性化の負の制御因子であることを示唆している。従って膜の塩基性化によってDnaA蛋白の活性化を阻害し細菌の増殖を阻害するという、新しい観点からの抗菌機構が考えられた。dnaA遺伝子変異株はDnaA蛋白を標的とした薬剤の探索に有用であると考えられる。そこで黄色ブドウ球菌のdnaA変異株を得る目的で、黄色ブドウ球菌のDNA複製の高温感受性変異株を得た。dnaA変異株は未だ得られていないが、DNA複製に必須なpolC、dnaEの変異株を得た。これにより黄色ブドウ球菌において二つのDNAポリメラーゼIIIが複製伸長過程に機能していることが示唆された。また抗菌剤スクリーニングのための動物実験モデルとしてカイコへの病原性細菌感染系を構築した。
生化学反応シミュレーションを用いた分子ネットワークの解析

細胞の運動や収縮、あるいは神経のシナプス可塑性など、一連の生命現象は、生化学反応ネットワークにより制御されている。しかし、その分子ネットワークは非線形を含んだシステムであり、細分化する実験的手法のみでは全体の挙動を把握することはできない。本研究では、コンピュータシミュレーションモデルとそれを検証する実験的手法を密接にフィードバックさせながら、1)細胞の収縮を制御するミオシン軽鎖のリン酸化の分子ネットワークと、2)シナプス可塑性の一つである小脳のLTD(10ng-term depression)の定量的記述を行った。1)ミオシン軽鎖のリン酸化についてはシミュレーションモデルと実験を用いて解析した。血管内皮細胞において、トロンビンによるミオシン軽鎖のリン酸化は、初期相と継続相からなる。しかし、シミュレーションでは、初期相は再現できたものの、継続相は再現できなかった。.このことから継続相に必要な未知の経路の存在が示唆され、シミュレーションによりRho-kinaseの下流に存在することを予測した。実験により、その基質であるミオシンボスファターゼのリン酸化を検討し、予想を実証するとともにHysteresisを有することを明らかにした。2)小脳のLTDについてはスパイクタイミングに依存したCa^<2+>上昇機構のモデルを作成した。その結果、プルキンエ細胞におけるCa^<2+>上昇は、IP_3受容体を介した再生サイクルCa^<2+>-induced Ca^<2+>release(CICR)が本体であること、平行線維(PF)刺激からIP_3産生までの時間遅れが、PFと登上線維(CF)のタイミングの時間窓を決定していることを明らかにした。さらに、このCa^<2+>上昇モデルと小脳LTDの生化学反応モデルを統合したモデルを作成し、小脳LTDは自身が刺激入力に対する可塑性応答のダイナミックレンジをセルフチューニングしている可能性を明らかにした。学習・記憶の分子基盤である神経のシナプス可塑性や、細胞の運動や収縮などの一連の生命現象は、生化学反応ネツトワークにより制御されている。そこで、本研究では、コンピュータシミュレーションモデルとそれを検証する実験的手法を併用して、1)シナプス可塑性の一つである小脳のLTD長期抑圧(LTD ; long-term depression)と2)細胞の収縮を制御するミオシン軽鎖のリン酸化を制御する分子ネットワークの定量的記述を行った。小脳のLTDについてはスパイクタイミングに依存したCa^<2+>上昇機構のシミュレーションモデルを作成した。その結果、小脳プルキンエ細胞におけるCa^<2+>上昇は、IP_3受容体を介した再生サイクルCa^<2+>-induced Ca^<2+>release(CICR)が本体であることが定量的に明らかとなった。また、PF刺激により産生されるIP_3に依存して、CICRの閾値が低下する。すなわち、IP_3はCICRのゲートとして機能する。ここに、CF刺激によりCa^<2+>が流入するとCICRがトリガーされてCa^<2+>が劇的に上昇することが明らかとなった。また、PF刺激からIP_3産生までの時間遅れが、PFとCFのタイミングの時間窓を決定していることも明らかとなった。さらに、今まで一つのメカニズムでは説明できないと考えられてきたさまざまな小脳のLTDの実験結果を統一的に説明できることを明らかにした。一方、細胞の収縮を制御するミオシン軽鎖のリン酸化を制御する分子ネットワークについてはシミュレーションモデルと実験の両方を用いて解析した。ミオシン軽鎖のリン酸化は、刺激後5分をピークとする一過性の初期相と、その後60分以上続く継続相からなる。しかし、シミュレーションでは、ミオシン軽鎖リン酸化の初期相は再現できたものの、継続相については再現できなかった。

一方、ミオシン軽鎖リン酸化の上流に存在するRhoとCa^<2+>の上昇については、実験、シミュレーションともに初期相のみであった。このことから、ミオシン軽鎖リン酸化の継続相に必要な経路は、RhoあるいはCa^<2+>の下流に存在すると考えられる。次に、シミュレーションにより継続相に必要な未知の経路は、Rho-kinaseの下流に存在することが強く示唆された。この予想をミオシンホスファターゼの抗リン酸化抗体を用いて検討したところ、予想と同じく継続していることが明らかとなった。細胞の運動や収縮、あるいは学習・記憶の分子基盤である神経のシナプス可塑性などの一連の生命現象は、生化学反応ネットワークにより制御されている。しかし、その分子ネットワークは非線形を含んだシステムであり、細分化する実験的手法のみでは全体の挙動を把握することはできない。本研究では、コンピュータシミュレーションモデルとそれを検証する実験的手法を密接にフィードバックさせながら、1)細胞の収縮を制御するミオシン軽鎖のリン酸化を制御する分子ネットワークと、2)シナプス可塑性の一つである小脳のLTD長期抑圧(LTD ; long-term depression)の定量的記述を行った。1)細胞の収縮を制御するミオシン軽鎖のリン酸化を制御する分子ネットワークについてはシミュレーションモデルと実験の両方を用いて解析した。ミオシン軽鎖のリン酸化は、刺激後5分をピークとする一過性の初期相と、その後60分以上続く継続相からなる。しかし、シミュレーションでは、ミオシン軽鎖リン酸化の初期相は再現できたものの、継続相については再現できなかった。さらに、この継続相はHysteresisを伴う現象であった。したがって、Rho-kinaseの下流に未知のポジティブフィードバックが存在していることが強く示唆された。2)小脳のLTDについてはスパイクタイミングに依存したCa^<2+>上昇機構のシミュレーションモデルを作成した。その結果、小脳プルキンエ細胞におけるCa^<2+>上昇は、IP_3受容体を介した再生サイクルCa^<2+>-induced Ca^<2+> release(CICR)が本体であることが定量的に明らかとなった。
点変異たんぱく質と低分子ツールを用いる細胞内信号伝達未踏領域への挑戦

14-3-3タンパク質はリン酸化タンパク質を捕捉することで細胞内信号伝達を制御している。本研究は、ヒト14-3-3の7種のアイソフォームの機能を点変異体と低分子ツールを用いることで解明することを目的とした。野生型14-3-3にはζアイソフォームを用い、そのLys120に対する数種の点変異体を取得した。点変異体のモデルペプチド会合能はいずれの場合も野生型より大きく減弱したが、ジテルペン配糖体・フシコクシン(FC)の誘導体の添加によって一部その会合能の回復が見られた。よって、点変異体とFC誘導体を用いた表現型解析は14-3-3アイソフォームの機能解析に有用な手法となり得る。14-3-3タンパク質は、クライアントであるリン酸化タンパク質を捕捉することで様々な細胞内信号伝達を調節するアダプタータンパク質である。ヒトの14-3-3には7種のアイソフォームがあるが、未だそれらの存在意義や特異的機能の詳細は明確ではない。本研究は、14-3-3点変異体と低分子ツールを用いることで、アイソフォームの機能を解明することを目的とした。具体的には、野生型よりクライアント捕捉能に劣る14-3-3点変異体と、点変異体とクライアントの会合のみを選択的に安定化できる低分子化合物を用い、それらが与える表現型解析を研究戦略とした。ジテルペン配糖体・フシコクシン(FC)やコチレニン(CN)は、14-3-3とクライアントの会合状態を安定化するが、CN型のヒドロキシ基をアミノ基に置き換えたamino-FCは、こうした安定化能を示さない。その要因は、14-3-3のFC/CN会合サイト近傍に存在するLys残基とFCアミノ基との静電反撥であると考えられた。そこで、このLysを点変異させた14-3-3を取得し、クライアントモデルペプチド(FAM-KRSH-pS-X-COOHおよびFAM-KRSH-pS-XP-COOH)との会合体形成能とamino-FCおよびその誘導体による会合能回復を蛍光偏光解消法によって評価した。野生型14-3-3にはζアイソフォームを用い、そのLys120をGln, Glu, Met, Alaとした点変異体を取得した。点変異体のモデルペプチド会合能は、いずれの場合も野生型より著しく減弱した。期待したamino-FC誘導体での会合能の回復も見られたが、その程度は十分ではなかった。ただ、amino-FCのurea型誘導体を用いると、野生型と同一のX残基選択性が確認でき、より有効な誘導体を創出できれば、アイソフォーム解析に適用可能な手法になり得ると考えられる。化学生物学