hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
モジュールの組み合わせによるタンパク質設計法の開発

モジュールを単位とした新しいタンパク質の設計法を実用化するための技術を確立する事をめざした。目標は(1)天然のタンパク質からモジュール単位の削除を行い、安定な立体構造をもつミニタンパク質を設計、それを作成して構造解析を行うこと、(2)親タンパク質の機能を保持したミニタンパク質の設計、作成、構造と機能の測定である。2年間で以下の実績が得られた。1)基本構造の設計と安定性の評価:モジュールを削除したM1欠失バルナーゼとM2欠失バルナーゼが目的に合うことを見出した。ミニ版安定化の実現に必要なアミノ酸置換の位置と置換後のアミノ酸種類を選定した。分子動力学計算と自由エネルギー変化の計算により、ミニバルナーゼの構造安定性を評価した。2)ミニタンパク質の化学合成:北條らによって独自に開発されたタンパク質合成法を用い、アミノ酸配列をセグメントに分割し、固相法により合成した。この際、末端カルボキシル基をチオエステル基に置き換えた。ラベルしたアミノ酸は手動で、それ以外のアミノ酸は自動合成機にて縮合した。3)ミニバルナーゼの構造と活性の測定:ラベルしたアミノ酸のケミカルシフトからM2欠失バルナーゼが安定な3次構造を形成している事が判明した。また、M1欠失バルナーゼはモジュールM1と複合体を形成し、RNA分解活性をもつことが分かった。以上、ミニタンパク質デザインのための構造安定化技術と合成法を確立することができた。今後、ミニバルナーゼの3次構造をNMR法により決定し、バルナーゼの立体構造との違いを明白にする。構造安定化に加えて活性をもつミニバルナーゼをデザインする技術を開発する事が今後の課題である。目標は、天然のタンパク質からモジュール単位の削除を行い、最小のモジュール構成で安定な立体構造をもつミニタンパク質を設計、それを作成して構造解析を行うことである。本研究は2年間で終了する計画である。本年度は初年度であるが、以下の実績が得られた。1)基本構造の設計:モジュールの疎水性相互作用に基づいて、モジュールM2を削除したM2欠失バルナーゼのモジュール構成が目的に合うことを見出した。2)アミノ酸置換:ミニタンパク質の表面露出度の解析から、ミニ版安定化の実現に必要なアミノ酸置換の位置(2ヵ所)と置換後のアミノ酸種類を選定した。3)構造安定性の評価:分子動力学計算により、設計したミニバルナーゼの力学的安定性を評価した。さらに、表面露出度を用いた自由エネルギー変化の計算により、熱力学的な安定性を評価した。4)ミニタンパク質の化学合成:北條らによって独自に開発されたタンパク質合成法を用いて、ミニバルナーゼを合成した。アミノ酸配列を3つのセグメントに分割し、固相法により合成した。この際、末端カルボキシル基をチオエステル基に置き換えて合成した。得られたセグメントに必要な保護基を導入した後、C末端から順次セグメント同士を縮合した。セグメント縮合終了後、脱保護、精製を行い目的とするミニバルナーゼを調整した。ミニバルナーゼの設計と合成が終了し、溶液中での構造決定及び、構造・熱安定性の解析を行う準備が整ったので、次年度にこれらを完成する予定である。

分子動力学計算と自由エネルギー変化の計算により、ミニバルナーゼの構造安定性を評価した。2)ミニタンパク質の化学合成:北絛らによって独自に開発されたタンパク質合成法を用い、アミノ酸配列をセグメントに分割し、固相法により合成した。この際、末端カルボキシル基をチオエステル基に置き換えた。ラベルしたアミノ酸は手動で、それ以外のアミノ酸は自動合成機にて縮合した。3)ミニバルナーゼの構造と活性の測定:ラベルしたアミノ酸のケミカルシフトからM2欠失バルナーゼが安定な3次構造を形成している事が判明した。また、M1欠失バルナーゼはモジュールM1と複合体を形成し、RNA分解活性をもつことが分かった。以上、ミニタンパク質デザインのための構造安定化技術と合成法を確立することができた。今後、ミニバルナーゼの3次構造をNMR法により決定し、バルナーゼの立体構造との違いを明白にする。構造安定化に加えて活性をもつミニバルナーゼをデザインする技術を開発する事が今後の課題である。
自己の経験と他者の行動の観察に基づく行動選択の脳内機構

昨年度に引き続き、2頭のニホンザルが対面してボタンの選択を行う行動課題をトレーニングし、十分トレーニングされた後のサルに対して、この課題遂行中の前頭葉内側部(主に前補足運動野pre-SMAと帯状皮質運動野吻側部rostral cingulate motor area)の神経細胞活動を記録した。前頭葉内側部は、自己の運動の企画と実行に関与するといわれているが、自己の行動選択時に活動する細胞(self typeと名づけた)が存在するだけでなく、自己の行動選択時および他者の行動選択を観察する際の両方において活動する神経細胞(mirror type)が認められた。また、他者の行動選択の観察時に特異的に活動する神経細胞(partner type)も認められた。Partner type neuronのように、他者の行動の観察時に特異的に活動する神経細胞の存在が明らかになったのは、本研究が初めてである。また、mirror neuron様の活動を示す神経細胞がサルのこの部位で認められたのも、初めてのことである。この結果をCurrent Biology誌に発表した(Curr Biol. 2011 Feb 8;21(3):249-53)。また、前頭葉内側部は、外部環境に適応的に行動を切り替えたり、エラーを検出したりすることに関与しているといわれている。本研究では、2頭のサルから、行動の切り替え(スイッチ)や、他者の選択エラー観察時に特異的に反応する神経細胞活動を記録した。この内容は、11月に北米神経科学会で発表した。これらの結果により、前頭葉内側部が、他者の行動を観察しそこから得られる情報を利用して適応的な行動選択を行うという、社会生活において重要な機能に関与していることが示唆される。社会生活を送るうえでは、他個体と接することが不可欠で、この際脳は相手の行動や意図を処理する必要がある。ミラーニューロンシステムは、相手の行動を自分が行動するときの回路を使って処理することで、他者の行動理解において大きな働きをしていると考えられている。しかし、自分の行動と相手の行動を分けて処理するシステムも存在するはずであり、私達はその脳内機構につき研究を行っている。2頭のニホンザルがテーブルをはさんで向かい合い、報酬を得るためにボタンを選択して押すというタスクをトレーニングし、その際の前頭葉内側面の神経細胞の活動を3頭のサルから記録した。具体的には、pre-SMA、SMA、rostral cingulate motor areaを含む領域の計1077個の神経細胞の活動を記録した。同時にサルの眼球運動および右前肢と体幹の筋電図も記録した。前頭葉内側面には、自己の運動(右前肢によるボタン押し)に関連して活動する神経細胞だけでなく、自己の運動および他者の運動の観察の両者に関連して活動する神経細胞(すなわち、ミラーニューロンに似た特性を持つもの)、さらには他者の行動の観察のみに関連して活動するという非常に興味深い特性を持つ神経細胞が存在した。これらの3タイプの神経細胞は、この領域内では混在するように存在していた。3頭のうち1頭は、自己の選択エラーの後は正せるが、相手の選択エラーの後は正しいボタンを選択できず、他者の行動の処理に欠陥があると考えられたが、このサルには相手の行動の観察時に活動する神経細胞がほとんど見られなかった。前頭葉内側面のこれらの神経細胞は、自己の行動および他者の行動の処理に関与していることが示唆された。
リゾフォスファチジルコリンによる内膜依存性過分極反応の抑制機構の研究

血管内膜(内皮細胞)からは弛緩因子としてPGI2,Nitric Oxide(NO)が産生されるが最近冠動脈に第3の新しい弛緩因子が存在することが明らかになってきた。現在まで、上記二つの物質の研究は大動脈を材料にすすめられてきた。事実、大動脈の弛緩の殆どはNOによると考えられているが冠動脈ではこれらの生理活性物質に対する生合成阻害剤であるindomethacinとN-omega-nitro-L-arginineの投与によっても大部分の弛緩活性は残る。そしてこの弛緩活性は血管平滑筋細胞膜の過分極を伴うことから内膜由来過分極因子(EDHF)と呼ばれる未知の因子によると考えられている。この因子はpotassium channel blockerであるtetrabutylammonium,high KC1で阻害を受けることから内因性のpotassium channel openerと考えられている。これまでに粥状硬化の重要な因子であるLDLがこの因子による冠血管の弛緩反応を抑制することを明らかにした。本年度の研究では抑制機構を豚冠動脈を用いたperfusion-superfusion systenによりLPCは内皮細胞でのEDHF産生を抑制しているのかあるいはLPCは冠動脈平滑筋でのEDHFが作用するのを阻害しているかを明らかにしようと考えた。豚冠血管の内膜を有する物をEDHFのdonor arteryとして用い内膜を除去したものをEDHFの効果を評価するために下に設置しforce transducerをかいして張力を測定した。LPCは上の血管から投与した場合は下の血管の弛緩反応を抑制したが上と下の間からLPCを投与した時は弛緩反応を抑制しなかった。このことから、LPCはEDHFの産生段階で抑制していることが明らかになった。
オントロジーとモデル駆動型アーキテクチャの統合

本研究では,オントロジー構築支援ツールを開発し,そのツールとモデル駆動型アーキテクチャ(MDA)を統合して,UMLダイヤグラム設計からプログラムコード開発までソフトウェア工程全般をオントロジーで支援できる可能性について検討した.オントロジー構築支援ツールについては,計算機可読型辞書(MRD)を利用した概念階層構築支援モジュール,専門テキストを利用した概念定義構築支援モジュール,オントロジー視覚化モジュール,概念定義洗練モジュール,OWL言語変換モジュールという5つのモジュールから成るツールを開発した.また,英語概念辞書WordNetを日本語概念辞書EDRに置き換え,多義性解消,複合語自動処理を自動化し,さらに,EDRに記述されている動詞の定義から,subjectがプロパティの定義域,objectがプロパティの値域に相当することを利用して,プロパティの定義域と値域を定義する支援機能を実現した.最終的に,ロケット運用整備ドキュメントからロケット運用オントロジーを構築し,そのオントロジーを利用した検索実験で,オントロジーを利用しない検索と比較して検索精度が向上した.一方,オントロジーとUMLモデリングについては,Webアプリケーションの入出力ポート群をクラスに対応付けた初期クラスダイヤグラムを洗練する方法論,また,クラスダイヤグラムの開発の中流において,実装上問題となるパターンを類型化し,各類型に対してMDAツールの振る舞いを分析し,その結果を一部クラスダイヤグラムの洗練に還元できる可能性などを示した.さらに,汎用オントロジーと領域オントロジーを事前に準備し,ユースケース中の名詞と領域オントロジーとの記号照合,あるいは汎用オントロジーの概念階層を利用した意味照合を実行する事により,概念・データプロパティ・オブジェクトプロパティを分析クラス図のクラス・属性・関連に割り当てる事により,分析クラス図の作成を支援できることを考察した。まず,オントロジーに関しては,計算機可読型辞書(MRD)を利用した概念階層構築支援部と専門テキストを利用した概念定義構築支援部から成る,領域オントロジー構築支援環境を実装し評価した.特に,概念定義構築支援においては,ワードスペースと概念階層を利用した相関ルールに基づき,専門テキスト内の共起性を分析し,また,構文解析を使って主部述部間の関連の強い概念対を抽出することにより,概念仕様のテンプレートを構築するシステムを開発した.さらに,オントロジー構築がセマンティックウェブ普及の鍵になると言われていることから,オントロジー記述言語OWLの文法で構築されたオントロジーを出力する機構も実装した.次に,オントロジーとUMLについては,Webアプリケーションの入出力ポート群をクラスに対応付けた初期クラスダイヤグラムをLatticeにより表現し,共通親ノードから4レベル以内までで抽出されるサブLatticeを新規クラス候補としながら,クラスダイヤグラムを洗練する方法論,および,Latticeをオントロジー概念階層と対応づけることによりクラスダイヤグラムを改善する方法論を考察した.最後に,UMLとモデル駆動アーキテクチャ(MDA)については,クラスダイヤグラムの開発の中流において,実装上問題となるパターンを類型化し,各類型に対してMDAツールの振る舞いを分析し,その結果を一部クラスダイヤグラムの洗練に還元できる可能性を示した.また,MDAは,ステートチャート図のような動的なダイヤグラムとの関連が深いことを示した.まず,領域オントロジー構築支援ツールDODDLEの機能を強化するために,オントロジー視覚化モジュール,概念定義支援モジュール,OWL言語変換モジュールという3つのモジュールを新たに開発した.第1モジュールは,概念インスタンス間の関係を記述するRDFと概念クラス自身を記述するRDFSの間で双方向にリフレクティブに編集可能なエディターである.第2モジュールは,係り受け処理と単語の共起性処理を融合した機構であり,単なる共起性処理より効率よく概念が定義できることが確認された.第3モジュールは,構築された概念定義をオントロジー記述言語OWLに変換する機構である.以上の機能を実装したDODDLE-OWLを国際統一売買法の英語テキスト文(約10000単語)から法律オントロジーを構築する実験に利用した結果,先行システムと比較して,法律オントロジーを効率よく構築できることが確認された.

次に,一般的な概念を体系化した汎用オントロジーと領域固有の概念を体系化した領域オントロジーを事前に準備し,ユースケース中の名詞と領域オントロジーとの記号照合,あるいは汎用オントロジーの概念階層を利用した意味照合を実行する事により,概念・データプロパティ・オブジェクトプロパティを分析クラス図のクラス・属性・関連に割り当てる事により,分析クラス図の作成を支援することを考察した.在庫管理と販売管理をケーススタディとして実施した結果,領域内の実体に関するクラス,およびクラス問の関連が作成され,分析クラス図作成の初期コストを低減できた.また,提案手法を通して作成された分析クラス図と専門家が作成した分析クラス図を比較した結果,システム入出力属性やトランザクション明細に関する情報の付加,クラス間の多重度の決定,実体以外に関するクラスの検討などは,依然人手に委ねられるべきであり,分析クラス図作成性において,システムが支援可能な部分と人手で行うべき部分が明確になった.領域オントロジー構築支援ツールDODDLEの機能を強化するために,主として,日本語概念を処理する機能を強化した.まず,英語概念辞書WordNetを日本語概念辞書EDRに置き換え,その置換に伴って発生した,多義性解消問題等を解決した.その後,日本語複合語概念の取り扱いについて,ある語尾を含む複合語をその語尾の下位概念とする事,および,語頭語中に含まれる概念群を上位概念に置換する事を自動化し,多くの複合語を含む日本語領域概念の体系化に利用できることを確認した.さらに,EDRに記述されている動詞の定義から,subjectがプロパティの定義域,objectがプロパティの値域に相当することを利用して,プロパティの定義域と値域を定義する支援機能を実現した.以上の機能を実装した日本語DODDLE-OWLを利用して,ロケット運用整備ドキュメント(約23000単語)からロケット運用オントロジーを構築し,そのオントロジーを利用した検索実験で,オントロジーを利用しない検索と比較して良好な結果が得られた.さらに,日本語DODDLE-OWLを利用して,販売管理に関する日本語テキストから販売管理オントロジーを構築し,そこで記述されたプロパティの定義域と値域を利用して,関連するクラスのペア情報を抽出し,分析クラス図を半自動的に作成するとともに,抽象的な概念間にはられる関係パターンを分析クラス図の洗練に利用する機能を実現した.ケーススタディとして,クリーニング業務のシステム開発事例に適用した結果,人手により作成した分析クラス図と比較して良好な結果が得られた.
脱分化脂肪細胞(DFAT)を用いた高齢者難治性皮膚潰瘍の治療法の開発

高齢者の難治性皮膚潰瘍に対する脱分化脂肪細胞(以下、DFAT)を用いた治療法の検討を行った。1.同種DFATによる検討:高齢者の治療において、緊急時など同種細胞による治療も選択肢の一つとなり得る。そこで、SD系ラットの背部に乱走型皮弁を挙上し、GFP陽性のWistar系ラットより調整したDFATを注入し組織学的検討を行った。DFAT投与により皮弁の生着域が拡大し、GFP陽性細胞とその周囲に新生血管を多数認めた。2.糖尿病ラットを用いた検討:高齢者の難治性皮膚潰瘍において最も治療に難渋することの多い糖尿病性潰瘍に関する検討を行った。2型糖尿病を有するSD系ラットであるSDTFattyラットの背部皮弁を用いて同様に検討した。生着域は、対照群が34 .5±9.2%、健常ラット由来のDFAT投与群が48.9±10.8%であった。健常なSD系ラットにSDTFattyラット由来のDFAT投与したところ、生着域は45.7±8.2%であった。健常のSD系ラットの対照群(53.8±6.4%)と比較し糖尿病ラットの対照群では、生着域が縮小していた。また健常なラット由来のDFATの投与により、糖尿病ラットにおいても血流不全組織の救済効果が得られていた。3.9ヶ月齢のラットを用いた検討:これまでの検討は、主に7週齢の若齢ラットを利用した。そこで、9ヶ月齢のSD系ラットを用いて同様に検討した。生着域は、対照群が56.2±10.6%、7週齢のSD系ラット由来のDFAT投与群が63.6±3.9%、9ヶ月齢ラット由来のDFAT投与群が54.7±8.8%、7週齢由来のWistar系ラット由来のDFAT投与群が61.3±10.2%であった。若齢ラット由来のDFATで生着域拡大効果が得られていた。DFATは、高齢や基礎疾患を有する血流不全に起因する難治性皮膚潰瘍に一定の治療効果を持つことが示唆された。本課題では、社会的な問題となっている高齢者の難治性皮膚潰瘍に対する新しい治療法の開発が目的である。成熟脂肪細胞から得られる脱分化脂肪細胞(以下、DFAT)を種々の動物実験の創傷モデルにおいて投与実験を行いその有効性を検討する。平成28年度は、実施予定の動物実験のプロトコールの作成および各種委員会での実験計画の審査をおこなった。Wistar系ラットからのDFATの調整およびラットへの投与実験を計画した。これらの実験プロトコールを日本大学動物実験委員会での審査ならびに承認を受けた。さらに、DFATの投与によるメカニズム解明のためGreen Fluorescent Protein(以下、GFP)陽性Wisatr系ラットからのDFAT調整と投与実験を計画し、日本大学動物実験委員会ならびに日本大学遺伝子組換え実験委員会での審査ならびに承認を受けた。これらの承認を受け、ナショナルバイオリソースプロジェクトからのGFP陽性Wistar系ラット(W-Tg(CAG-GFP)184Ys)の入手の手続きを進めている。平成29年度から動物実験に着手する予定である。さらに、平成29年度以降に行う糖尿病ラットの創傷の実験プロトコールについて検討した。当初は、背部の全層皮膚欠損創モデルでの実験を計画していたが、同モデルでは治療効果の判定が困難であると判断した。そのため、糖尿病ラットでの背部の乱走型皮弁モデルにおける実験を行うこととした。その他に、下肢の阻血モデルならびに褥瘡モデルでの動物実験を予定している。また、これらの実験プロトコール作成のため学会・研究会への出席を行った。採択の決定が10月となり、全体の進行ならびに達成が遅れた。各委員会での審査および承認、実験プロトコールの策定に時間を要した。本研究では、高齢者を代表とする全身状態不良患者におけるDFATによる治療の有効性を検討することである。そのため、同種細胞による治療効果についても検討する予定である。GFP陽性Wistar系ラットからのDFATの調製と投与実験のため、前述のとおり動物実験委員会ならびに遺伝子組み換え実験委員会での審査と承認に時間を要した。また、実験プロトコールについて、当初は糖尿病ラットにおける皮膚欠損創モデルでのDFATの投与による実験から着手する予定であった。しかしながら、結果の評価が困難と判断して、プロトコールの再検討を行った。皮膚欠損創モデルの代替として、ラット背部の乱走型皮弁モデルを用いることとした。われわれは、本モデルを用いた実験の経験を有し結果の評価も容易であることから、今後の実験の進行は円滑であると考える。高齢者の難治性皮膚潰瘍に対する脱分化脂肪細胞(以下、DFAT)を用いた治療法の検討を行っている。1.同種DFATによる血流不全組織に対する治療効果の検討細胞治療を用いた高齢者の治療において、全身状態の不良などの悪条件から細胞の供給源となる組織の採取が困難なケースも想定される。その場合に、同種細胞による治療も選択肢の一つとなり得る。そこで、Wistar系ラットから調整した同種のDFATを、SD系ラットの血流不全組織へと投与する実験を継続し、その組織学的検討を行った。SD系ラットの背部に一定の壊死範囲を生じる乱走型皮弁を挙上し、GFP陽性のWistar系ラットより調整したDFATを注入し組織学的検討を行った。

DFAT投与により皮弁の生着域が拡大し、GFP陽性細胞とその周囲にisolectin B4陽性の新生血管を多数認めた。DFATによる血管新生作用により、生着域が拡大したことが示唆された。2.自家DFATによる糖尿病ラットの血流不全組織に対する治療効果の検討高齢者の難治性皮膚潰瘍において最も治療に難渋することの多い糖尿病性潰瘍に関する検討を行った。前出のラットの背部皮弁のモデルを利用し検討を行った。2型糖尿病を有するSD系ラットであるSDTFattyラットを実験に使用した。SDTFattyラットの背部の皮弁に健常なSD系ラットから調整したDFATを投与した。皮弁の生着域は、対照群が34 .5±9.2%、DFAT投与群が48.9±10.8%であった。健常のSD系ラットの対照群(53.8±6.4%)と比較し糖尿病ラットの対照群では、生着域が縮小していた。またDFATの投与により、糖尿病ラットにおいても血流不全組織の救済効果が得られることが分かった。これらの研究結果について、穀菜学会で発表を行った。平成28年度に計画した実験を概ね予定通り平成29年度に施行することができた。同種DFATによる血流不全組織に対する治療効果の検討を行った。GFP陽性のWistar系ラットより調整したDFATを注入し組織学的検討を行った。DFAT投与により皮弁の生着域が拡大し、GFP陽性細胞である投与したDFATとその周囲に新生血管を多数認めた。同種のDFATにより新生血管が増加し、生着域が拡大したことが示唆された。また、糖尿病性潰瘍に関する実験として糖尿病ラットの血流不全組織に対する治療効果の検討も行った。2型糖尿病を有するSD系ラットであるSDTFattyラットを実験に使用し、SDTFattyラットの背部の皮弁に健常なSD系ラットから調整したDFATを投与した。健常のSD系ラットの対照群と比較し、糖尿病ラットの対照群では生着域が縮小しており、糖尿病による血流障害が示された。また、DFATの投与により、糖尿病ラットにおいても生着域が拡大しており、血流不全組織の救済効果が得られることが分かった。高齢者の難治性皮膚潰瘍に対する脱分化脂肪細胞(以下、DFAT)を用いた治療法の検討を行った。1.同種DFATによる検討:高齢者の治療において、緊急時など同種細胞による治療も選択肢の一つとなり得る。そこで、SD系ラットの背部に乱走型皮弁を挙上し、GFP陽性のWistar系ラットより調整したDFATを注入し組織学的検討を行った。DFAT投与により皮弁の生着域が拡大し、GFP陽性細胞とその周囲に新生血管を多数認めた。2.糖尿病ラットを用いた検討:高齢者の難治性皮膚潰瘍において最も治療に難渋することの多い糖尿病性潰瘍に関する検討を行った。2型糖尿病を有するSD系ラットであるSDTFattyラットの背部皮弁を用いて同様に検討した。生着域は、対照群が34 .5±9.2%、健常ラット由来のDFAT投与群が48.9±10.8%であった。健常なSD系ラットにSDTFattyラット由来のDFAT投与したところ、生着域は45.7±8.2%であった。
妊娠中にみられる睡眠構築の変化の解析とその機序の解明

1、目的妊娠中にみられる睡眠構築の変化の詳細な解析とその機序を解明すること。2、方法SD系ラットに脳波、筋電図、脳温記録用の電極とプローベを慢性的に埋め込み、温度、湿度を一定とし、明暗条件を明期12時間、暗期12時間とした人工気象室内の実験ケージで、自由行動下で脳波、筋電図、脳温を連続的に記録できる実験モデルを作成した。この実験モデルを用いて以下の実験をおこなった。(1)妊娠雌ラットの妊娠全経過の睡眠データを連続的に記録し、妊娠中に見られる睡眠構築の変化を詳細に解析した。(2)雄ラットの第3脳室内にカニューレを挿入しPregnenolone-sulfateを0.5μg/10μl/hの速度で明期に6時間連続脳室内投与をおこない、睡眠に及ぼす影響を検討した。3、結果(1)徐波睡眠は、頻回な覚醒により分断されたものの総量としては妊娠中有意な変化を認めなかった。逆説睡眠量は、妊娠中期以降漸減し、その傾向は分娩まで続いた。脳温は、妊娠中期以降低下し、分娩後速やかに初期のレベルに回復した。これらの変化に昼夜差は認めなかった。(2) Pregnenolone-sulfateの投与により、逆説睡眠は18.4%減少した。徐波睡眠には有意な変化を認めなかった。4、結論妊娠経過に伴いダイナミックに変化している睡眠構築の内容が明らかとなった。これらの変化は、妊娠終了とともに速やかに回復し、妊娠中の睡眠調節の特異性が示唆された。GABAレセプターに作用すると考えられているPregnenolone-sulfateの脳室内投与が、妊娠中の睡眠構築の変化に類似した変化を起こすことが明らかになったことにより、妊娠中に脳内で増加すると考えられているこの中枢性ホルモンの妊娠中の生理的意義の一つが示唆された。
光電子分光による非磁性金属表面上の磁性原子の電子状態研究

近藤効果や高温超伝導をはじめとして、固体物性における不純物ドープ、不純物置換の役割はしばしば決定的に重要である。申請者は、固体表面を不純物系の電子状態解明に積極的に役立てるという視点に立ち、Fe/Cu(111)の光電子分光結果の報文を発表し、さらにNi/Cu(111)およびTiO_<2-y>/TiO_2(110)系の光電子分光実験を行った。Ni/Cu(111)においては、低温での蒸着により表面adatom系を作成し、さらに室温での蒸着によりNiを表面第一層に埋め込んだ二次元合金系を作成した。貴金属表面上の遷移金属原子は、理想的なアンダーソン不純物として、孤立原子とバルク中に埋め込まれた不純物との中間的な性質を持つと期待される。電子状態の観点からは、バルク中でもほとんど孤立原子的な性質を保つ希土類化合物中の4f状態との関連が予想されてきた。我々は、Ni adatomの3dピークがフェルミ準位のごく近傍に現れる様子を観察し、遷移金属adatomの3d状態がバルクのYb化合物の4f状態に定量的に近いことを明らかにした。このNiの3dピークは、Ni原子をCuの表面第一層に埋め込むと、不純物-母体間の相互作用の増大に伴なって、大きくフェルミ準位から離れる方向に移動した。一方、TiO_2は広いギャップを持つ絶縁体であり、Tiの電子配置はd^0であるが、酸素欠損の導入によりd^1状態が現れる。したがって、TiO_<2-y>/TiO_2(110)系においては、表面層だけに束縛された二次元d電子系を作成することができる。酸素欠損量を少しずつ増加させると、フェルミ準位近傍の広いギャップ内にピーク状のTi 3dスペクトルが現れた。ピークの強度の増加とともに、ピークの幅も増加し、二次元ランダム格子ハバードモデルにおいて、移動積分tが増加する様子が実験的に明らかになった。貴金属表面上に微量蒸着された遷移金属原子の電子状態を観察するため、Cu(111)表面上にFeおよびNiを蒸着し、紫外線およびX線光電子分光測定を行った。X線光電子分光により元素固有の内殻シグナルを観測することができるので、作成した試料についてその場で蒸着量を同定することができる。蒸着量が少ない場合、光電子スペクトルはCu(111)上の孤立したFe, Ni原子の電子状態を主にとらえられると考えられる。Fe/Cu(111)では、微量蒸着系においてフェルミ準位近傍に狭いピークが現れた。これは、孤立原子的な電子状態を保ったFeの3d電子がCu(111)基板の伝導電子と弱く相互作用した結果を反映していると解釈できる。この結果は、近年注目を集めている走査型トンネル分光の実験結果(ホストの伝導電子状態に鋭い凹みがあわられる)と相補的なものである。一方、Ni/Cu(111)は、蒸着を低温で行った場合はNiは孤立した状態が支配的であるが、室温で蒸着すると表面第一層が合金化することが知られている。フェルミ準位近傍の光電子スペクトルを測定すると、CuNi表面二次元合金に比べ、孤立Niでは3dピーク位置が大きくフェルミ準位側にシフトしていることがわかった。これは、不純物-ホスト間の相互作用が、不純物が基板表面第一層に埋めこまれるかどうかで大きく変化することに由来すると考えられ、一不純物の電子状態の次元依存性を明瞭に示した例と言える。
発散磁場配位中ダブルレイヤーイオン加速の制御と大出力化

本研究では,磁気ノズル型の発散磁場配位環境下で生成した高密度高周波プラズマ中で自発的に形成されるダブルレイヤー構造に関連する粒子ダイナミクスの解明,および付随して生じるイオン加速現象の電気推進機への応用の可能性を検証した.永久磁石プラズマ源の開発と改良を行い,大口径イオンビーム励起に成功した.更に,無電極ヘリコンプラズマ源で得られる推力の計測を世界に先駆けて行った.本研究では,磁気ノズル型の発散磁場配位環境下で生成した高密度高周波プラズマ中で自発的に形成されるダブルレイヤー構造に関連する粒子ダイナミクスの解明,および付随して生じるイオン加速現象の電気推進機への応用の可能性を検証した.永久磁石プラズマ源の開発と改良を行い,大口径イオンビーム励起に成功した.更に,無電極ヘリコンプラズマ源で得られる推力の計測を世界に先駆けて行った.初年度は発散磁場配位中高周波プラズマ中の電子エネルギー分布制御によるダブルレイヤーおよびイオン加速エネルギーの制御を原理的に実証することを目的として,電子銃を用いて高エネルギー電子を生成し,プラズマ電位構造やイオン加速エネルギーの精密計測を行った.その結果,高エネルギー電子が存在する条件では,磁場強度の増加に伴いダブルレイヤー電位降下の増加が起こることが実験的に明らかになり,付随してイオンビームエネルギーも増加することを明らかにした.また理論的な解析では,下流域はマクスウェル分布を仮定した粒子バランスにより電子温度を定式化し,ダブルレイヤー上流域は非マクスウェル電子エネルギー分布関数を粒子バランス方程式に導入することで,そのモデル化に成功した.一方で,プラズマ源の低消費電力化を目的としたダブルレイヤーイオン加速対応の永久磁石利用発散プラズマ源の大口径化,高密度化,イオンビーム発散の物理機構等に関して実験的研究を行った.その結果,これまでは直径6.5cmであった当該プラズマ源を直径14cmにまで拡大し,永久磁石配置を最適化することでダブルレイヤー形成と直径14cmのイオンビーム励起に成功した.更に高周波電力を3kW程度まで増強することで,最大密度3×10^<12>cm^<-3>の高密度プラズマの生成に成功した.また,動作ガス圧を上昇させた場合にはイオンビームが発散することを観測し,それがプラズマ電位構造が半球状へと変化することに起因していることを明らかにした.更には,オーストラリア国立大学のスペースシミュレーションチャンバーに直径6.5cmの永久磁石利用発散プラズマ源を設置し推力計測系の立ち上げを行い,推力の直接計測を行うことに成功した.ここでは高周波電力900W(実効電力600-700W)において最大4.5mNの推力を得ることに成功した.前年度に引き続き,永久磁石利用プラズマ源の大口径化に関する実験的研究と粒子バランス方程式とパワーバランス方程式を用いた解析を行った.大口径化して得られるプラズマの各種パラメータは,上記バランス方程式にプラズマ空間分布の効果を取り入れることでよく説明できることを明らかにした.また永久磁石を用いて形成する磁場配位を最適化することで,10^<13>cm^<-3>程度の高密度プラズマ生成に成功した.電子加熱によるダブルレイヤー制御法の確立を目指して,現有の直径60cmの真空容器に設置したプラズマ源にスロットアンテナを設置し,500MHz帯高周波電力を投入することで,電子サイクロトロン共鳴条件を満足する条件下では安定にアルゴンプラズマを生成できることを明らかにした.また電磁誘導電子加熱を目的として,広範な範囲で周波数制御を実現するために,パワーMOS-FETを用いたフルブリッジ方式インバーター回路の制作を行った.現時点では出力電力は100W以下となっているが,高周波ループアンテナに50-300kHz帯の高周波電力を投入し,安定なプラズマ生成を実現できることを明らかにした.さらに,オーストラリア国立大学所有の比較的小型のスペースシミュレーションチャンバーに設置したヘリコンプラズマスラスターの推力計測を行い,その発生機構の一部は,電子圧力による力と電子反磁性電流によるローレンツ力によって説明できることを明らかにした.また,岩手大学所有の直径60cmの真空容器内部に,比較的強磁場の発生が可能なプラズマ源を設計・制作・設置して,その推力計測を行ったところ,10mN程度の値を得ることに成功した.またここで計測した推力から電気推進機の性能指標である比推力を求めると,約2500-3000secの値が得られることが明らかになった.最終年度である平成24年度は,前年度まで確立したプラズマ生成,イオン加速を無電極で実現可能なヘリコンプラズマ源を推力計測装置に接続し,ヘリコンプラズマスラスターによって得られる推力の直接計測を行った.その結果,当初の測定では最大2.5mNであったが,研究終了時にはパラメータサーベイおよびプラズマ源の改良・調整を行うことで,最大10mN程度の推力が得られることが明らかになった.また推力の発生機構解明につながる研究へと展開するために,プラズマパラメータの詳細計測および磁気ノズルによって得られる推力とプラズマ生成部のモーメントの独立計測を行ったところ,プラズマ生成部の電子圧力が無電流ダブルレイヤーを介してイオンのダイナミックモーメントへと変換されていることを示し,さらに電子反磁性ドリフト電流と半径方向磁場に起因するローレンツ力によって磁気ノズル部において推力が増加している可能性を実験的・理論的に示すことに成功した.また広範なパラメータ領域でヘリコンプラズマスラスターに関する実験を行うために,寄生放電の抑制が可能な高周波アンテナの開発を行い,プラズマ源が容器内部に入った状態においても安定したプラズマ生成に成功した.一方で永久磁石を用いた磁気ノズル搭載型ヘリコンプラズマスラスターの設計・制作を行い,ソレノイドコイルを用いたスラスターと同等もしくはそれ以上の性能が得られる可能性を示した.今回の一連の研究で推力の計測結果から見積もった比推力が,最大で25003000秒程度になることが明らかになった.

この値は他の電気推進方式に比べて,無電極であるという利点を考慮すると遜色ない値であると考えられるが,今後の性能改善が重要な課題である.研究の目的の一つである電子加熱によるダブルレイヤー制御,および永久磁石利用プラズマ源の大出力化に関しては,前者は今年度500MHz電子サイクロトロン共鳴によるプラズマ生成を観測し,また後者に関しては着実に大出力化が進んでいる.24年度が最終年度であるため、記入しない。当該課題の最終年度では,電子サイクロトロン共鳴加熱によるダブルレイヤー制御と推力への効果に関しての実験を進めると同時に,ヘリコンプラズマの流速や回転速度などの計測法を導入することで,推力発生機構の詳細とモデリングの実現につながる基礎データの収集を目指す.また,これまでの実験で観測されてきたイオンと電子のエネルギー分布関数に関するデータをベースとして,ダブルレイヤー形成機構に関する理論的な考察を行う.これらのデータを基礎として,将来的には高効率のヘリコンプラズマスラスターの開発へと展開する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
目標眼圧の再評価と新しい視野解析プログラム及びインプラント手術の可能性について

我々は正常眼圧緑内障の多い本邦に於いて、緑内障治療の指針となる目標眼圧値を検出した。視野進行判定プログラムを用い、トレンド解析とイベント解析を比較した。また、新しい乳頭解析プログラム開発の可能性を示した。二プラジロールが、神経保護作用を有することを証明した。さらに、従来の術式と比較し、より定量性のある新しい手術治療の可能性としてのEx-press implantや、難治性緑内障に対する新しい術式であるインプラント手術の可能性について多義に亘り研究し報告した。結膜瘢痕例や、数回の線維柱帯切除術失敗例などの難治性緑内障に対する治療手段として、日本では毛様体破壊術が行われるが、眼球勢などの重大な合併症があり、視力良好例では行いにくいのが現状である。そこで、難治性緑内障に対する治療として、インプラント装置Ahmed Glaucoma Valve(以下AGV)を用い、従来型のポリプロピレン製AGV(以下P-AGV)とシリコン製の新しいAGV(以下S・AGV)の手術成績を前向きに比較検討し、世界で最初に報告した。S-AGV群で、術後眼圧下降、手術成功率、合併症の発生率において良好な結果が得られた。本研究結果により、インプラント手術の難治性緑内障治療に対する有効性を示すとともに、インプラント素材が、手術成績に影響を与えることを臨床的に証明した(英文雑誌掲載)。現在主流の緑内障手術法である線維柱帯切除術は、房水の流量が不定であり、術後早期の低眼圧等の合併症が起きやすく、その定量性に問題があるといわれている。これに対し、定量性のある濾過手術を確立するため、ステンレス製のtubeを強膜下(Ex-press)に埋め込み一定量の濾過量を得ることができる新しい手術法を試み、従来と同程度の眼圧下降を得ながら有意な合併症の削減を得られる可能性を報告した(英文雑誌掲載)。眼圧上昇が緑内障の病態を悪化させる危険因子であることは古くから知られていたことであるが、特に正常眼圧緑内障(NTG)の多い日本人にとっては、進行抑制のためにどの程度の眼圧下降が必要であるかについては不明な点が多い。そこで、150人のNTG患者の手術予後について新しい視野プログラムを用いて解析し、進行性のNTGに対しては眼圧値の30%下降、あるいは10mmHg程度に維持することが最も長期予後を改善させることを明らかにし、具体的な目標眼圧値を明確にした(本研究はH18日本緑内障学会で発表済み)。眼圧上昇が緑内障の病態を悪化させる危険因子であることは古くから知られていたことであるが,特に正常眼圧緑内障(NTG)の多い日本人にとっては,進行抑制のためにどの程度の眼圧下降が必要であるかについては不明な点が多い。そこで,150人のNTG患者の手術予後について新しい視野プログラムを用いて解析し,進行性のNTGに対しては眼圧値の30%下降,あるいは10mmHg程度に維持することが最も長期予後を改善させることを明らかにし,具体的な目標眼圧値を明確にした(本研究は日本緑内障学会で発表済み,英文雑誌に投稿中)。一方眼圧の高いタイプの狭義の原発開放隅角緑内障(POAG)200人でも,同様の解析を行い,目標眼圧の検出を行った。病期初期では,眼圧の30%以上の下降あるいは,最高眼圧19mmHg未満,平均眼圧14mmHg,病期中期及び後期では,30%以上の眼圧下降並びに,最高眼圧14mmHg,平均眼圧12mmHg程度が,多くの日本人の緑内障性視野進行を抑制しうる目標眼圧と判明し,今後の治療指針を示した(本研究は臨床眼科学会で発表済み)。難治性網膜剥離治療のために使用されたシリコンオイルによる続発緑内障に対して,インプラント装置Ahmed Glaucoma Valveを用い治療し,手術成績を前向きに検討した。術後眼圧下降,手術成功率において良好な結果が得られた。本研究結果により,シリコンオイル眼の難治性緑内障治療に対するインプラント手術有効性を証明した(米国眼科学会にて発表,英文雑誌掲載予定)。緑内障は形態学的な異常と機能的な異常(視野異常)をその診断の根拠とするが,機能障害出現時点では既に多くの神経線維が障害されている。そこで,機能障害出現以前の極早期に緑内障性の形態学的な変化を捉える試みとして3次元眼底カメラを用いた緑内障早期検出プログラムの作成を試みた(緑内障学会発表,日眼会誌掲載)。硝子体術後のシリコンオイル挿入眼に伴う緑内障は難知性で、現在日本で広く行われている緑内障手術である線維柱帯切除術が無効な例が多く治療に苦慮する。重症な網膜疾患を有するためシリコンオイルを温存したままインプラント手術を行った多数例と、シリコンオイルの存在しない難知性緑内障の多数症例に対して行ったインプラント手術成績を比較し検討した。

両者とも、以前まで行われていた治療法と比較し良好な成績を得ることができたが、多変量解析からシリコンオイルの存在自体が予後不良であることを検出し論文にて報告した。緑内障は不可逆的な視神経萎縮を引き起こすため、将来にわたる有効な視機能保持のためには早期発見、早期治療が望まれる。我々は、新しい視神経解析プログラムを開発する目的で、ステレオ撮影した視神経乳頭写真から得られた視神経乳頭陥凹をコンピュータ解析し、従来用いられているHRT(Heidelberg Retina Tomograph)と比較しな。その結果、両者は同程度の検出能力を示した。我々は、これを論文にて報告し、有効で新しい乳頭解析プログラム開発の可能性を示した。現在科学的に検証されている緑内障治療は、眼圧下降のみである。そのため、治療に際し、目標眼圧を設定し、点眼薬や手術による眼圧下降を行う。しかしながら、緑内障の本体は視神経萎縮であり、視神経に直接保護的に働く薬物の開発が望まれる。我々は、マウスの視神経挫滅モデルを用い、緑内障治療薬の一つであるニプラジロールが、神経保護作用を有するか否か実験を行った。この結果、ニプラジロール投与群は、対照群と比較し有意に網膜神経節細胞の生存が多く、神経保護作用を有することを証明し論文で報告した。
イオンチャネル活動と細胞内情報伝達共役機構に関する研究

(1)気管平滑筋のCa^<2+>依存性Cl^-電流-Neurokinin Aは、気管平滑筋細胞において脱分極を来すが、これは、一過性のCl^-電流の活性化とともに、それに続くK^+電流の抑制によるが(Pflugers Archiv 1995 in press)、さらにこの活性化機構につき検討するとともに、このCl^-電流は、電位依存性L型Ca^<2+>電流の活性化による細胞内Ca^<2+>の上昇により活性化されることが判明した。またこのCa^<2+>依存性Cl^-電流の活性化にも細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>放出も一部関与していると思われた。さらに、モルモット気管平滑筋細胞のIP_<3->感受性及びCICR感受性Ca^<2+>貯蔵部位は、overlapがあると思われた。現在、このCa^<2+>依存性Cl^-チャネルの同定を単一チャネル記録により検討している。(3)17β-estradiolの心筋、血管平滑筋のイオン電流に対する作用近年、estrogen補充療法が。心血管系の死亡率を有意に低下されることが報告されて以来、estrogenの心血管系に対する作用につき注目されている。そこで、心筋及び血管平滑筋の膜電流に対するestrogenの効果につき検討した。17β-estradiolは、心筋及び平滑筋の電位依存性L型Ca^<2+>電流を抑制し、心臓においては抗不整脈効果を有し、血管においては、tonusの調節に役割を演じていると考えられた。一方、Vasopressin,endothelinによるCa^<2+>透過性陽イオンチャネルにたいしては、抑制効果を認めず、Ca^<2+>チャネルに対する抑制効果は特異的であった。(4)ヒト胃癌細胞(JR-1)におけるアセチルコリン(ACh)によるカルシウム依存性カリウムチャネルの活性化-AChによるこの活性化には、細胞内カルシウム貯蔵部位からのカルシウム放出と伴に、細胞外よりのカルシウムの流入が関与し、その活性化は、IP_3-induced Ca releaseの阻害薬であるヘバリン及びIP_3受容体抗体で阻害されることよりIP_3の関与が示唆された(J.Gen.Physiol102:667-692,1993)以上、イオンチャネル活動と細胞内情報伝達共役機構に関して検討を行ったが、今後も継続する必要があると思われる。(1)気管平滑筋の膜電流系に及ぼすタヒキニンの効果-タヒキニン(Neurokinin A)は気管平滑筋細胞に対して脱分極を来すが、これは、一過性のCl^-電流の活性化とともに、それに続くK^+電流の抑制によることが判明した。また、このCl^-電流の活性化には、カルシウムストアからのカルシウム放出によることまた、その機序として百日毒素非感受性G蛋白質を介するIP3系の関与が示唆された。(Am.J.Physiol submitted)(2)ヒト

胃癌細胞(JR-1)におけるアセチルコリン(ACh)によるカルシウム依存性カリウムチャネルの活性化-AChによるこの活性化には、細胞内カルシウム貯蔵部位からのカルシウム放出とともに、細胞外よりのカルシウム流入が関与し、その活性化は、IP3-induced Ca releaseの阻害薬であるヘパリン、およびIP3受容体抗体で阻害されることよりIP3の関与が示唆された。(J.Gen.Physiol 102:667-692.1993)(3)血管平滑筋細胞の受容体刺激によるカルシウム透過性非選択性陽イオンチャネルの活性化-A7γ5においてvasopressinendothelinは、カルシウム依存性カリウムチャネルの活性化とともに、非選択性陽イオンチャネルを活性化するが、前者は、IP3による細胞内カルシウム貯蔵部位よりのカルシウム放出が関与し、後者は異なった機序が関与していると考えられた。又この陽イオンチャネルは、Ca^<2+>も通過し、La^<3+>,Cd^<2+>,Mg^<2+>などイオンによりブロックされるが、nifedipineなどのCa^<2+>拮抗薬では抑制されないことが判明した。以上、イオンチャネル活動と細胞内情報伝達共役機構に関して検討を行なった。(1)気管平滑筋のCa^<2+>依存性Cl^-電流-Neurokinin Aは、気管平滑筋細胞において脱分極を来すが、これは、一過性のCl^-電流の活性化とともに、それに続くK^+電流の抑制によるが(Pflugers Archiv 1995 in press)、さらにこの活性化機構につき検討するとともに、このCl^-電流は、電位依存性L型Ca^<2+>電流の活性化による細胞内Ca^<2+>の上昇により活性化されることが判明した。又、このCa^<2+>依存性Cl^-電流の活性化にも細胞内Ca^<2+>貯蔵部位からのCa^<2+>放出も一部関与していると思われた。さらに、モルモット気管平滑筋細胞のIP_3-感受性及びCICR感受性Ca^<2+>貯蔵部位は、overlapがあると思われた。現在、このCa^<2+>依存性Cl^-チャネルの同定を単一チャネル記録により検討している。(3)17β-estradiolの心筋、血管平滑筋のイオン電流に対する作用近年、estrogen補充療法が、心血管系の死亡率を有意に低下されることが報告されて以来、estrogenの心血管系に対する作用につき注目されている。そこで、心筋及び血管平滑筋の膜電流に対するestrogenの効果につき検討した。17β-estradiolは、心筋及び平滑筋の電位依存性L型Ca^<2+>電流を抑制し、心臓においては抗不整脈効果を有し、血管においては、tonusの調節に役割を演じていると考えられた。一方、Vasopressin.endothelinによるCa^<2+>透過性陽イオンチャネルに対しては、抑制効果を認めず、Ca^<2+>チャネルに対する抑制効果は特異的であった。
複雑系光学分割現象(優先富化)の一般性の拡張に関する研究

本年度は、単独では優先富化現象を示すことのできない中性と塩基性のアミノ酸について、それらの各種有機酸との共結晶を合成し、優先富化現象を示すものを探索した。この際、これまで優先富化現象を示す化合物のラセミ体の結晶の空間群がP-1に限られていたことを念頭に置き、ケンブリッジ結晶構造データベース(CSD)を用いて化合物検索を行い、候補化合物をリストアップした。ついで、それぞれの候補共結晶について、(1)再結晶溶媒の選択、(2)ラセミ体と純鏡像体の溶媒にたいする溶解度の比較、(3)結晶化の際の多形転移の有無、(4)準安定結晶や安定結晶の結晶構造解析、を順次行い、優先富化現象を示すための3つの必須条件[1.純鏡像体がラセミ体よりも溶媒にたいする溶解度が高い。2.結晶化の際に準安定結晶相から安定結晶相への溶媒アシスト型多形転移が起こる。3.ラセミ体の結晶構造が、ホモキラルな一次元鎖構造とヘテロキラルな一次元二量体鎖構造を含む。]を、すべて満足する共結晶を選定し、優先富化実験を行った。その結果、これまで「ラセミ化合物」に分類されていた、(i)ラセミ体のシステインとシュウ酸の1:1共結晶と(ii)ラセミ体のヒスチジンとフマル酸の1:1共結晶が、新たに優先富化現象を示すことを発見した。ついで、析出結晶の結晶構造解析を行い、それぞれの場合の優先富化現象のメカニズムを提唱した。以上のように、本研究により、従来「ラセミ化合物」に分類されていたラセミ結晶の場合でも、上記の3条件を満たせば、高い確率で優先富化現象が発現することを証明することができた。この研究により培われた方法論は、今後、医薬品などのキラル化合物のラセミ体の光学分割に適用できると確信している。平成21年度の研究は、当初の研究実施計画どおりに進行し、予想以上の大きな成果が得られた。これまで優先富化現象を示す化合物の条件として、(1)純鏡像体がラセミ体よりも溶媒にたいする溶解度が高いこと、(2)結晶化の際に準安定結晶相から安定結晶相への溶媒アシスト型多形転移が起こること、(3)ラセミ体の結晶構造が、ホモキラルな一次元鎖構造とヘテロキラルな一次元二量体鎖構造を含み、空間群がP-1の「ラセミ混晶」であること、が判明している。そこで、ケンブリッジ結晶構造データベース(CSD)を用いて、上記(3)の条件を満たすラセミ体のアミノ酸やアミノ酸・有機酸共結晶の結晶構造について検索を行ったところ、候補化合物が約20件ほど挙がった。そこで、これらの化合物について優先富化実験を行ったところ、これまでにロイシン、アラニン、ヒスチヂン、およびフェニルアラニン・フマル酸共結晶の4種類の化合物が優先富化現象を示すことが判明した。さらに、これら4種類の化合物について上記の(1)と(2)の条件が満たされていることを確認した。以上の結果により、上記の3条件が優先富化現象発現のための必要条件であることを再確認した。同時に、今回優先富化現象を示した4種類の化合物は、いずれも高い共融点を示す「ラセミ化合物」に分類されるため、これまで「ラセミ混晶」に特徴的な現象と考えていた優先富化現象の適用範囲が広がることが明らかとなった。今後、さらに上記3条件を満たし、優先富化現象を示すラセミ結晶の探索を継続していく所存である。
キバハリアリ類における染色体進化と種分化

本学術調査は、研究代表者今井が提唱した真核生物の染色体進化に関する新学説「最小作用説」(Imai et al., 1986)の実験的検証を行うため、オーストラリア産の最も原始的なアリ類の一種で染色体的に著しく分化した(2n=2-84)キバハリアリ(Myrmecia)を用いて、分子遺伝学、細胞遺伝学および系統分類学の諸側面から学術的に調査研究し、染色体進化のメカニズム、法則性、生物学的意味等の解明を目的としている。キバハリアリはオーストラリア大陸東部山岳地帯を中心に南西部丘陵地帯まで広範囲に生息している。本調査ではできるだけ多くの種の染色体を調査するため、調査地域を南北に分割し、平成6-7年度の2ケ年に渡って調査を行った。平成6年度は11月17日から12月21日までの約一ケ月間、キャンベラを拠点にその周辺、タスマニア、及びエスペランサの南部諸地域を調査した。染色体数が2n=2から2n=76まで変異する17種26コロニーのキバハリアリについて、核グラフ法による核型進化解析の他に、リボソームDNA(rDNA)、テロメア、およびミトコンドリアの分子遺伝学的調査を行った結果、次の4点が明らかになった。(1)キバハリアリ類は全体としてセントロメエア開裂により染色体数を増加する方向(2n=2→76)に進化している。(2)rDNA保有染色体の数が染色体数の増加(2n=2→76)と共に増加する(2→19)現象、即ち「rDNAのゲノム内拡散現象」が発見された。(3)アリ類のテロメアがほ乳類のTTAGGG型とは異なるTTAGG型で、染色体の形や大きさを問わず染色体の両末端のみを被覆し、セントロメア、ヘテロクロマチン部位及び介在部に存在しないことがわかった。(4)ミトコンドリアの塩基配列に基づいた分子系統学的解析の結果が、核型分析から得られた系統関係と整合した。(1)は最小作用説により導かれる核型進化の方向性(セントロメア開裂による染色体数の増加)とよく一致している。また、(2)のrDNAのゲノム内拡散現象が、セントロメア開裂を主要因とした不可逆的変化であることが明らかになった。さらに(3)は、セントロメア開裂で裸出した染色体末端がテロメラーゼにより新しいテロメアが合成され(テロメア新生)被覆される可能性を強く示唆しており、最小作用説は分子レベルでの強力な実験的論拠を得たことになる。これら平成6年度の調査結果は、平成7年に詳細な解析が行われ、解析結果は3編の論文にまとめ学術雑誌に発表または投稿中である(研究業績参照)。平成7年度は、平成7年12月10日より平成8年1月10日にかけて、オーストラリア東部山岳地帯を北端の熱帯圏に位置するケアンズから温帯の首都キャンベラまで走行総距離6千kmを縦走しながらキバハリアリ類の採集調査を行った。その結果、20種43コロニーのキバハリアリ類について染色体標本作成と分類学的データを得ることができた。本学術調査と過去20年間に蓄積された核型データを合わせると、合計50種のキバハリアリの染色体が観察されたことになる。現在これらの核型分析を精力的に行っており、最終的には核グラフ法を用いて核型進化の全体的傾向を詳細に解析し、形態分類から導かれたキバハリアリ類の系統進化と比較考察する予定である。さらにこれらの染色体調査と平行して、平成6年度に得られたアリrDNAのプロープpMc.r2をさらに精製してノンコーディング部位を削りpMc.r2SB0.5プローブを得ることに成功し、これを用いてアリ28SrDNAの全塩基配列(5480塩基)を決定することに成功した。これをアリ類の基準系として、他のアリ類との類縁関係を分子レベルで比較することが可能になった。以上、本学術調査により、最小作用説はより強固な実験的論拠を得ることができた。