hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
NMRを用いたエイコサノイド代謝関連膜タンパク質群の動的構造解析

脂質に由来する生理活性物質であるエイコサノイドの代謝に関与する3個の膜タンパク質(FLAP, LTC4S, mPGES1)について、酵母を用いたリコンビナントタンパク質の発現・精製・疑似膜環境への再構成手法を確立した。得られたリコンビナントタンパク質について、NMR等の物理化学的手法を用いた性状解析・相互作用解析を行い、FLAPについては、阻害剤結合に伴い構造変化が誘起されることを見出した。本研究においては、膜タンパク質を脂質二重膜中に封入した状態でNMR解析を行う手法など、他の膜タンパク質研究に対しても応用可能な技術も開発した。エイコサノイドの代謝・輸送に関与し、抗アレルギー疾患薬の標的分子と考えられている4回膜貫通型タンパク質FLAPについて、NMRを用いた高次構造解析・相互作用解析に向けた試料調製方法の検討を行った。これまでに構築していた大腸菌を用いたリコンビナントタンパク質発現系に加えて、酵母Pichia pastorisを用いた発現系を構築した。酵母の培養条件、膜中に発現したFLAPの可溶化条件、および構造解析に適したFLAP可溶化条件のそれぞれについて最適化を行った結果、酵母の膜画分から、1 L培養当たり約27 mgの精製FLAPを得ることに成功した。この収量は、大腸菌の膜画分から得られる収量の約50倍であった。次に、得られたFLAPについて物理化学的性状解析を行い、LMPGミセル中においてFLAPが、主にαへリックスを形成していること、三量体を形成していること、直径約6 nmの分散した均一な球状粒子として存在していることを明らかにした。さらに、FLAPの膜貫通領域に存在する残基の構造情報を抽出することを目的として、メチオニン残基のメチル基に13Cを導入したサンプルを調製し、NMRスペクトルの測定を行った。その結果、大腸菌により発現したFLAPについては、測定開始の3時間後に、TMH4上に存在するM125由来シグナルの広幅化が観測された。一方、酵母により発現したFLAPについては、12時間経過してもスペクトル変化が観測されず、LMPGミセル中において、酵母により発現させたFLAPが、大腸菌により発現させたFLAPと比較して安定性が高いことが示された。酵母膜を構成する特徴的な脂質(ステロール類など)がFLAPを安定化し、FLAPに結合した状態で、界面活性剤により可溶化された可能性があると考えている。リコンビナントFLAPが天然に近い状態で存在すると考えられる脂質二重膜中においてNMRを用いた構造解析、相互作用解析を行うことを目的として、Nanolipoprotein particle(NLPまたはナノディスク)中にFLAPを再構成するための条件検討を行った。この結果、POPC/POPG混合脂質を用いて調製したNLP中にFLAPを再構成することに成功した。次に、NLP中に可溶化したFLAP(以下FLAP/NLP)について、サイズ排除クロマトグラフィーによる5-lipoxygenase (5-LO)との相互作用解析を行った。しかし、相互作用形成に伴うFLAP/NLPおよび5-LOの溶出位置の変化は観測されなかった。解析対象の5-LOとして、これまでに結晶構造が報告されている安定化変異体を用いたが、この変異体において、脂質膜との相互作用形成に重要であると考えられている疎水性残基が親水性残基に置換されていることが、相互作用が観測されなかった要因の一つと考えられる。一方、FLAP/NLPと阻害剤との相互作用解析を行うため、メチオニン及びイソロイシンのメチル基に選択的に安定同位体標識(13C)を導入したFLAPを調製し、NLPに再構成した状態でNMRスペクトルを測定した。この結果、FLAPに由来すると考えられるシグナルが観測された。次に、FLAP/NLPに対して阻害剤であるMK-591を添加して、NMRスペクトルの変化を解析した。この結果、メチオニンに由来すると考えられるシグナルについて、MK-591添加に伴う強度減少が観測され、脂質二重膜中におけるFLAPとMK-591の結合が示唆された。NLP(ナノディスク)技術を応用することにより、FLAPを脂質二重膜中に可溶化した状態で、水溶性粒子として取り扱うことが可能となった。この結果、界面活性剤を全く含まない条件において、水溶性タンパク質である5-LOとの相互作用解析を行うことが可能となった。しかし、NLPはNMRによる観測対象粒子としてはサイズが大きく、感度が高いメチル基を標的とした解析を行った場合でも、全ての残基に由来するシグナルを観測することができなかった。本年度は、FLAPと5-lipoxygenase (5-LO)、およびFLAPとその阻害薬であるMK-591との相互作用解析を行った。FLAP-5-LOの相互作用解析を行うために、まず野生型5-LOの発現・精製方法の探索を行った。精製した5-LOを、FLAPを含むナノリポプロテイン粒子(FLAP-NLP)と混合し、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)により分析した結果、FLAP-NLPの溶出フラクションに5-LOが含まれており、5-LOがFLAP-NLPと結合することが示された。しかし、野生型5-LOは、脂質に対する結合活性も有しており、5-LOとFLAPとの特異的な相互作用を検出するためには、今後NMR等を用いた解析が必要であると考えられる。

一方、FLAPとMK-591との相互作用解析を行うため、重水素標識とMetとIleのメチル基選択的13C標識を施したFLAPを調製し、重水素化DDMミセルに可溶化した状態で精製した。精製したFLAPに対してMK-591を添加し、NMRスペクトルを測定した結果、FLAP結合状態のMK-591のtert-butyl基に由来すると考えられるシグナルが検出され、FLAPがDDMミセル中においてMK-591結合活性を有していることが示された。さらに、MK-591結合に伴うFLAP由来シグナルの変化を解析した結果、5個以上のシグナルについて、化学シフト変化が観測された。化学シフト変化が観測された残基のうちMet89は、X線結晶構造において、MK-591から10Å以上離れた位置に存在することから、MK-591の結合に伴い、FLAPに構造変化が誘起された可能性が示唆された。このような構造変化が、膜から5-LOへのアラキドン酸の輸送に重要な役割を果たす可能性が考えられる。脂質に由来する生理活性物質であるエイコサノイドの代謝に関与する3個の膜タンパク質(FLAP, LTC4S, mPGES1)について、酵母を用いたリコンビナントタンパク質の発現・精製・疑似膜環境への再構成手法を確立した。得られたリコンビナントタンパク質について、NMR等の物理化学的手法を用いた性状解析・相互作用解析を行い、FLAPについては、阻害剤結合に伴い構造変化が誘起されることを見出した。本研究においては、膜タンパク質を脂質二重膜中に封入した状態でNMR解析を行う手法など、他の膜タンパク質研究に対しても応用可能な技術も開発した。これまでに構築していた大腸菌発現系を用いて調製したFLAPは、収量および安定性が低かったため、数日間の実験時間を要する主鎖アミド基の帰属・緩和解析を進めることができなかった。しかし、酵母を用いたFLAP発現系の構築、メチル基選択的標識サンプルの調製プロトコールの確立により、サンプル調製の負担が軽減され、今後より高感度なメチル基を観測対象とした解析を行うことが可能となった。1、5-LOの安定化変異を野生型に戻したReversed mutantを調製し、FLAPとの相互作用解析を行う。構造生物学1、リコンビナントFLAPの安定性を向上させるためのサンプル調製条件の検討を行う。第一に、FLAPを可溶化するための擬似膜環境について検討を行う。これまでの解析に用いてきた界面活性剤(LMPG)以外の界面活性剤中でのNMR解析、およびナノディスク等を用いた、脂質二重膜中でのNMR解析について検討を行う。2、FLAPと、FLAP阻害剤であるMK-591およびナチュラルリガンドであるアラキドン酸との相互作用解析を行い、FLAPのリガンド結合活性について検討を行う。これまでの解析において、MK-591添加によるFLAPのNMRスペクトルの変化は観測されているが、変化量が小さく、またスペクトル変化から予想される親和性が、これまでに報告されている値と比較して低い。この理由として、FLAPが不活性化している可能性と、MK-591が界面活性剤ミセル中のFLAPにデリバリーされていない可能性が考えられる。したがって、項目1と平行してFLAPとMK-591との相互作用解析を進め、リガンド結合活性を有するFLAPサンプルの調製条件を探索する。3、数日間安定なサンプル条件が見出された場合には、当初の計画通り、主鎖アミド基を観測対象とした帰属・緩和解析を進める。
ダイズ共生窒素固定系に関わる遺伝因子解明に向けた根粒菌多様性の比較ゲノム研究

ダイズ根粒菌ゲノムと共生形質・共生効率の関連性に関する情報を得ることを目的とし、ダイズ根粒菌4菌株について遺伝子構成の多様性に関する基盤情報と研究リソースを整備した。基盤情報に基づき、ゲノム構造、特に外来性DNA挿入因子に着目した比較をおこない、異系統間での挿入因子の塩基配列レベルでの高度な一致と、因子の多様性の存在を示した。1.ダイズ根粒菌Bradyrhizobium属バクテリアについて、制限酵素切断パターンによりゲノムサイズを調査した。最終的にゲノム解析の対象としたものは4菌株であり、断片合計長(ゲノムサイズ)は以下のとおりであった。B.japonicum USDA6 : 9.2Mb ; B.japonicumUSDA122 : 8.9Mb ; B.japonicum T9 : 9.3Mb ; B.elkaniiUSDA61 : 8.3Mb。USDA61にはプラスミドが存在することもわかった。2.B.japonicum USDA6のゲノム解析を進めている。全ゲノムDNAをRoche-454 GS FLXを用いて、655,199配列データ(ゲノムの約30倍重複)を取得した。さらにBACライブラリ、コスミドライブラリを構築し、サンガー法により合計4683クローンの両末端配列情報を得た。これらの配列情報のアセンブルをおこなった結果、ほぼゲノムの全領域をカバーできる145のコンティグ配列情報が得られ、合計9.2Mbをドラフトゲノム配列とした。3.既報のダイズ根粒菌B.japonicum USDA110とのゲノム比較により、USDA6の共生アイランド領域を同定した。USDA6ゲノムではUSDA110と同様に、共生アイランドがバリンtRNA遺伝子に接して配置され、共生アイランドの片方の端が失われていた。また、塩基配列レベルでの比較では、USDA6の共生アイランド領域はUSDA110のものと極めて類似していた。つまり、USDA6-USDA110間で、外来性である共生アイランド上の共生関連遺伝子を比較すると、ゲノムのバックボーン部分のハウスキーピング遺伝子と比べ、より類似している。したがって、USDA110とUSDA6では遺伝的系統は異なる根粒菌株であるが、同じもしくはきわめて類似の共生アイランドが挿入された進化的背景が予想される。1.Bradyrhizobium japonicum USDA6株の全ゲノム塩基配列を解読した。USDA6のゲノムは、サイズが9207kb、GC含量が63.7%であり、B.japonicum USDA110とよく似たゲノム構成である。USDA6とUSDA110の共生アイランドを比較すると、InDelは存在するものの、塩基配列レベルでほぼ同一であることがわかった。この塩基一致率は、ゲノムの基幹部分が90%程度であることに比べて極めて高い。つまり、これは近い共通祖先の共生アイランドが系統の異なるBradyrhizobium属細菌へ水平伝播した痕跡であり,その導入が両者の高い共生窒素固定能の背景となったことを示している。USDA6ゲノム配列からは、tRNA遺伝子が48種類53個予測された。tRNA遺伝子配列断片の検出により、53のうち15遺伝子の隣接領域にゲノムアイランドの痕跡が予測された。検出されたゲノムアイランドは、共生アイランド内部のものを除き、USDA110とは塩基配列レベルで全て異なる種類であった。trnk-CUUは、USDA6、USDA110いずれにおいてもゲノムアイランド挿入のホットスポットであり、USDA110では3種類、USDA6では4種類の挿入が認められた。2.3菌株の根粒菌B.japonicum USDA122,B.ponicum T9, B.elkanii USDA61のゲノム解読を進めている。全ゲノムDNAから次世代シークエンサーを用いて、データを取得した。さらにBAC、コスミドライブラリを構築し、それぞれ4806クローンについて両末端配列を得た。これら配列データのアセンブルの結果、USDA122、T9ではコンティグがlscaffold、USDA61では主染色体とプラスミドの2scaffoldsに収束している。解読完了したBradyrhizobium japonicum USDA6株ゲノムの情報解析、及びB.japonicum USDA110とのゲノム構造比較を行った。その成果について論文投稿し、受理された。USDA6のゲノムは、9207384 bpの長さであり、USDA110株ゲノムと比べて1.1%大きい。両者のゲノムをblastnで比較し、dotplotすると、アライメント構成は両者間に共直線性があるうえ、複製開始点を含む大きな逆位が存在することがわかった。ゲノム上には、塩基配列レベルで同一な領域が、共生アイランドに加えて、もう1箇所存在しており、insertion sequenceの局在も類似することから、これら3領域は1つの巨大なゲノムアイランドに由来することが推測された。また、USDA110の特徴として、取り込み型ヒドロゲナーゼ遺伝子群がゲノムアイランドとして挿入されていること、脱窒に関連するnos遺伝子群もゲノムアイランド様領域に見つかることを示していた。

これらの因子は、USDA6ゲノムに挿入されていない。これはUSDA6の生理的特性と一致する。B.elkanii USDA61では、プラスミドの配列を決定し、情報解析をおこなった。プラスミドは101809 bpの長さであり、109遺伝子が予測された。COGによる機能分類では、特に組換えに関する遺伝子群の数が多く、全体の20%を占めていた。これは共生領域と共通の特徴と言えるが、共生窒素固定に必須の遺伝子はプラスミドには見つからない。しかしながら、複数のcytochrome P450、エフェクターのホモログがコードされていることから、宿主範囲と共生窒素固定効率への関与が予想された。一方で染色体上には、trnE遺伝子に隣接する648kbの低GC%領域が、共生アイランドに対応することを明らかにした。Bradyrhizobium japonicum USDA6株の15ゲノムアイランド上の遺伝子構成についてUSDA110株との比較検討を行なった。USDA6ゲノムアイランドには二成分制御系のセンサータンパク質が多くコードされており、より多様な環境への適応に関連した機能をもたらす可能性を示唆した。これらの検討成果はRhizoBaseのUSDA6ゲノムデータベースに反映させた。NBRPからUSDA6ゲノムクローンライブラリの配布を開始した。Bradyrhizobium elkanii USDA61株の全ゲノム解読を行った。USDA61ゲノムは、101809 bpのプラスミドと9548186 bpの染色体からなる。タンパク質遺伝子は9346予測された。共生窒素固定関連遺伝子は共生アイランド上に存在する。USDA61共生アイランドはB. japonicumのものと塩基配列一致度が低く、tRNA-Gln遺伝子に隣接していた。これはB.japonicumとB.elkaniiの共生アイランドが系統的に別グループに属することを示す。B. japonicum USDA122株、T9株ドラフトゲノム構造の比較解析をおこなった。T9株ゲノムのサイズは9.5Mbであり、19のゲノムアイランドの挿入に加え、932 kbの共生アイランドがみつかった。ゲノムアイランドのうち7は新規タイプである。T9とUSDA6とのゲノム比較では、2株のゲノム基本骨格が似ていた。
神経組織での低分子量分子シャペロンのストレス応答と生理的意義

1 αBクリスタリンのSer-59のリン酸化を認識し、immunofluorescenceに応用できる抗体を作製した。この抗体を用いてU373MGヒトグリオーマ細胞およびHeLa細胞を染色すると、分裂期の細胞の中心体・中央体が特異的に染色された。Ser-45のリン酸化型は分裂期細胞のおもに細胞質に存在することから、αBクリスタリンのリン酸化は細胞分裂に何らかの役割を果たしていることが示唆される。2 2症例のアレキサンダー病患者脳と4症例のアルツハイマー患者脳およびage-matchした加齢対照脳について、αBクリスタリンおよびhsp27のレベルとαBクリスタリンのリン酸化状態を、ウェスタンブロット法にて解析して以下の結果を得た。(1)アレキサンダー病脳ではαBクリスタリンとhsp27が、脳抽出液の不溶性分画に多量検出された。(2)リン酸化αBクリスタリンも不溶性分画に存在し、とくにSer-59のリン酸化型が多かった。ついでSer-45のリン酸化も検出されたがSer-19のリン酸化型はわずかであった。(3)このαBクリスタリンのリン酸化状態は髄液中でも検出されるαBクリスタリンにも反映されていた。(4)アルツハイマー病脳および対照加齢脳でも、量的には少ないが、不溶性分画でαBクリスタリンおよびhsp27が検出され、また、おもにSer-59のリン酸化クリスタリンが沈着していた。3アレキサンダー病脳切片の免疫組織化学的染色では、αBクリスタリン、hsp27およびSer-59のリン酸化型はRosenthal fiber中に検出された。一方、アルツハイマー病脳および加齢脳ではαBクリスタリンとhsp27が、同じように、おもにミエリン線維で検出され、これらの分子シャペロンの脳での沈着は、神経系の加齢変化の一つと考えられた。
金属錯体－半導体ハイブリッド光触媒の構造解明：量子収率と耐久性の向上をめざして

2核錯体と半導体微粒子で構成されるハイブリッド人工合成光触媒の精密モデル表面を、半導体単結晶基板を用いて作製する。吸着2核錯体の構造、励起電子移動、安定性を分子スケールで解析して、高い量子収率と安定性を実現する2核錯体及び半導体表面の構造を特定する。結果に基づいて2核錯体の構造(官能基の選択、錯体間の結合の変更など)と半導体表面の構造を調整し、高量子収率のハイブリッド光触媒を作製する。
血管平滑筋の細胞内弾性タンパク質

骨格筋では、高分子量タンパク質として分子量約300万のコネクチンおよび約75万のネブリンが知られているが、平滑筋においては骨格筋のネブリン以上の高分子量タンパク質は存在しないとされていた。しかし、ニワトリの大動脈平滑筋、砂のう平滑筋および心筋における高分子量タンパク質の存在をSDSゲル電気泳動により調べた結果、骨格筋のネブリンよりやや大きい、分子量90万程のバンドが存在することが確かめられた。この90万のバンドはコネクチンに対する各種のモノクローナル抗体、およびネブリンに対するポリクローナル抗体でイムノブロットをおこなっても全く反応がみられないことから、コネクチンやネブリンとは異なる新しいタンパク質である可能性が考えられた。そこで、この90万タンパク質の性質を調べるために、90万タンパク質に対して作製したポリクローナル抗体との反応性と、90万という分子量の指標としてウシ大動脈平滑筋およびニワトリ砂のう平滑筋より90万タンパク質の精製をおこなった。平滑筋から調製した筋原線維を1mM炭酸水素ナトリウム溶液で洗った後、0.1Mリン酸ナトリウム(pH6.6)で抽出したところ、フィラミンと共に90万タンパク質が抽出された。これをDEAEトヨパールカラム、ハイドロキシルアパタイトカラムにかけることで精製することができた。この溶出画分を電子顕微鏡を用いてロータリーシャドウイング法により観察した結果、骨格筋の弾性タンパク質コネクチンより短いものの、直径23nm、長さ300nmほどのコネクチンと良く似た、非常に細長い分子像が観察された。1.90万タンパク質抗体の作製ウシ大動脈のSDS全抽出物を電気泳動し、90万のバンドを切り出して抗体を作成したが、抗体価の高いものが得られなかった。そこで、ニワトリ砂のう平滑筋の90万バンドを切り出してポリクローナル抗体を作成した。この抗体はニワトリ砂のうおよびニワトリ大動脈の90万タンパク質に反応したので、精製の際の指標とすることができた。しかし、ウシ大動脈には反応しなかった。現在、ニトロセルロース膜による抗体の精製をおこない、平滑筋細胞内の局在を観察している最中である。2.90万タンパク質の精製ウシ大動脈を用い90万タンパク質の精製をおこなった。0.1Mリン酸ナトリウム(pH7.0)で抽出され、DEAE Toyopearlカラムで30100mMの濃度勾配溶出により部分精製し、純度はおよそ60%になった。ただしSDS-PAGEでは近接した2本のバンド(900Kと860K)が認められた。90万タンパク質はSDS全抽出物900Kのバンドと同じ位置を示したが、反応する抗体がないため90万タンパク質である証拠が得られなかった。この結果をもとに、抗体が反応するニワトリ砂のう平滑筋を材料として90万タンパク質を精製し純度80%のものを得た。SDS-PAGEではウシ大動脈の時と同様に2本のバンド(900Kと860K)が認められ、両方のバンドともウエスタンブロットで抗体と反応した。ロータリーシャドウイング法により分子の形態を電子顕微鏡下で観察したところ、350nm程の細長い分子が観察された。

そこで、この90万タンパク質の性質を調べるために、90万タンパク質に対して作製したポリクローナル抗体との反応性と、90万という分子量を指標としてウシ大動脈平滑筋およびニワトリ砂のう平滑筋より90万タンパク質の精製をおこなった。平滑筋から調製した筋原線維を1mM炭酸水素ナトリウム溶液で洗った後、0.1Mリン酸ナトリウム(pH6.6)で抽出したところ、フィラミンと主に90万タンパク質が抽出された。これをDEAEトヨパールカラム、ハイドロキシルアパタイトカラムにかけることで精製する事ができた。この溶出画分を電子顕微鏡を用いてロータリーシャドウイング法により観察した結果、骨格筋の弾性タンパク質コネクチンより短いものの、直径23nm、長さ300nmほどのコネクチンと良く似た、非常に細長い分子像が観察された。
経験の表現による子どもの自己の構成過程に関する理論的・実践的研究

幼児期・児童期の子どもたちが,日常的な会話や学校での教育実践の中で「過去の経験を表現する」活動が,子どもの自己の発達において持つ意味を理論的に明確化し,"presentational self"(観察者にとって固有の意味を持つような,相互作用における自他の布置から明確化する自己)の概念を提案した。また,その結果をふまえ,日記指導,作文(綴方)やスピーチといった小学校の教育実践を意義づけ,従来の「語られた情報量」から自己の育ちを考えるアプローチと異なる分析を試みた。(1)日常の相互作用と子どもの自己の発達の関連に関する理論的検討これまで研究代表者が行ってきた研究(おもか幼児期の母子の会話に関する研究)の成果をもとに,会話をはじめとした日常の相互作用において明らかになる「子どもの自己」に関して, "presentational selfとして概念化したものを,海外の2学会・国内1学会において発表した。その後,そこで得られた意見をもとに理論の展開をはかり,これまでに執筆してきた理論的論文の内容を精緻化した。さらに,平成21年度の刊行を目指して準備中の,子どもの生活する文脈(学校および家庭)をテーマとした国際的な文化心理学論文集に寄稿する形で,上記の発表内容を含む,会話と自己をめぐる英文論文をまとめた。なお,この論文のまとめや論文集の編集,理論的な考察のため,これまで継続的に助言を受けてきたJaan Valsiner教授(アメリカ・クラーク大学)を訪問し,共同的な考察・編集作業を行うとともにセミナーで研究発表を行い,同教授およびクラーク大の教授より助言を得た。(2)「作文やスピーチを通した自己の表現」に関する実践的研究生活綴方の教育実践に関する資料(特に,いわゆる「北方性教育運動」の中で行われた実践に関する教育史関係の資料)を収集するとともに,現在の生活科教育などにおける「自己」への着目についても検討し,こうした実践や教科で目標とされている内容と,研究代表者がこれまで行ってきた研究内容の接続について考察した。この結果については次年度以降論文としてまとめることを予定している。(1)日常の相互作用と子どもの自己の発達の関連に関する理論的検討会話をはじめとする日常の相互作用において明らかになる「子どもの自己」に関する理論的論文をまとめ,英文誌に投稿し現在審査中である。また,その内容の一部は国内1学会で報告した。その過程で,これまで継続的に助言を受けてきたJaan Valsiner教授(アメリカ・クラーク大学)を訪問し,理論的論文の改稿方針や今後の研究の方向性について助言を受けた。共著の一部として子どものことばと自己をめぐる理論的論考を執筆した(平成22年4月発刊)。なお,本年度刊行を目指していた,子どもの生活文脈(学校及び家庭)をテーマとした国際的な文化心理学論文集の編集作業を継続して行ったが,昨今の経済状況の影響およびイタリアの共同編著者の作業の遅れ等により,平成22年度出版の計画へと改められた。(2)「作文やスピーチを通した自己の表現」に関する実践的研究昨年度実施した資料収集の結果をまとめ,心理学における「自己の育ち」への関心と,学校での作文(綴方)やスピーチ活動とのつながりを指摘する論文を執筆した(印刷中)。また,小学校で行われた日記指導の結果およびスピーチの内容について,縦断的に記録された資料を入手し,分析を行った。その結果から,定型的な形式を用いた子どもの表現にみられる変化から,「子どもの自己」を考察する視点を定めた。この結果を22年度に論文化する予定である。(1)日常の相互作用と子どもの自己の発達に関する理論的検討会話をはじめとする日常の相互作用において明らかになる「子どもの自己」に関する理論的考察を行った上で"presentational self"(観察者にとって固有の意味を持つ,相互作用における自他の布置から明確化する自己)の概念としてまとめ,審査・改稿の上,発達心理学の理論誌(Human Development誌)に掲載された。また,この"presentational self"の発達的側面に関し,海外の学会で報告を行った。さらに,これらの発表をふまえて今後の理論的展開について検討するため,これまで継続的に助言を受けてきたJaan Valsiner教授(アメリカ・クラーク大学)を訪問し,助言を受けるとともに,今後執筆する理論的論文の準備を行った。なお,本年度刊行予定であった,子どもの生活文脈(学校及び家庭)をテーマとした国際的な文化心理学論文集は,刊行に向けた最終段階にある。(2)「作文やスピーチを通した自己の表現」に関する実践的研究昨年度行った,心理学における「自己の育ち」への関心と,学校での作文(綴方)やスピーチ活動とのつながりを指摘する考察について,論文を公刊するとともに学会発表を行った。

また,現職教員である大学院生と共同しつつ,小学校で行われた日記指導の結果や,小学校でのスピーチ活動の記録を検討し,上記の"presentational self"の考え方,および「ゆらぎ」と「位相」から発達を捉える理論的考察(氏家,1996)を参考にしながら,量的指標には還元できない自己の発達の様相について考察した。
光電子励起過程の計算アルゴリズムの開発

本研究の目指す目標は光電子分光計算を従来のマフィンティンポテンシャルによるKKR法の計算からより精密なものに変えて、角度分解光電子分光のスペクトルの計算と実験との一致をより良くすることにあった。最終的には光電子分光プログラムの計算アルゴリズム全体を根本的にKKRから新しいセルフコンシステントな計算に置き換えることが必要ではあるが、本研究では今年度でできる範囲として、計算アルゴリズムの全体はいじらずに、個々の原子に対応したマフィンティンポテンシャルのみを別のセルフコンシステントな計算から切り出してきて入力データとして使うという方法を採った。光電子分光は必ず光電子を表面から飛び出させるために、電子状態、原子構造なども必ず表面を取り入れた計算にしておかないといけないが、ポテンシャルをつくるためのセルフコンシステントな計算法としては、まず、フルポテンシャルLMTO(FP-LMTO)で周期スラブ模型で計算した。これにはFP-LMTOを開発したベルリンのFritz-Haber研究所の協力も得、強磁性ニッケルの(100),(110),(111)という三つの代表的な清浄表面について9から11層のスラブ計算でセルフコンシステントなポテンシャルとそのときの表面第1層と第2層の原子位置緩和を求めた。これらを入力データに用いた計算はそれまでのニッケルの角度分解光電子分光計算を格段に改善し、この方法でかなり光電子スペクトルを改善できることを示すとともに、従来単純なバンド計算の破綻といわれていた実験との不一致を少なくとも半分くらいまでには縮めた。此の成果の一部はすでに発表済みで、現在最終的論文をPhysical Review誌に投稿中である。現在、同様の方法を今度はLAPW法を用いて銅の表面のセルフコンシステントなポテンシャルを広島大学の小口助教授の協力で計算中である。
高精度全球土壌水分分布の再解析と降水予測へのインパクト数値実験

数週間以上の時間スケールを持つ地球大気環境の変動は、その下部境界条件である海洋の海面水温や陸上の土壌水分や積雪の影響を強く受けていることが明らかにされつつあり、それに密接に関わっているグローバルな土壌水分情報を知る重要性が高まってきた。そこで、観測外力を与え続けて、時間積分することによって全地球陸面の土壌水分を推定するという国際共同研究プロジェクト(Global Soil Wetness Project ; GSWP)が数年前に行なわれた。そこで本研究ではその応用及び発展として、次のような研究を行なった。まず、GSWPや人工衛星データによって得られたグローバルな土壌水分分布を大気大循環モデルの初期値あるいは境界条件として与えて季節降水予測に関する数値実験を行い、気候値やfree runの場合に比べて降水予測精度がさらにどの程度向上するかを明らかにした。その結果、降雨シミュレーションの改善のためには、表層だけでなく深層までの土壌水分のプロファイルまたは全土壌水分量が必要であることが示唆され、その変換アルゴリズムの開発に成功した。また変換アルゴリズムを用いた季節降水予測結果を検証した結果、一部陸上において予測精度が向上し得ることを確認した。また、GSWPへの入力としての全球降水量分布を補正した。特に高緯度における降雪補足率は一般に補正が必要であると認識されているが、個別の計測に対する各種手法を収集整理し、それを基に全球データへ適用可能なアルゴリズムを開発することによって、補正を実施した。その結果として水収支が一部改善され得ることが示唆された。同時にグローバルな土壌水分情報や、そのシミュレーションの過程で算定されるグローバルな水文量は、まさに今世紀における人類生存の鍵の一つである水資源の算定に他ならないことが認識されるに至り、GSWPにより算定された地表面流出量とそれより計算される河川流出量を用いて、水資源研究を行なった。その結果、黄河・インダス・アメリカ西部など現在社会的水問題が顕在化しつつある地域の水危機が、グローバルデータセットおよびシミュレーション結果から地球上の地理的分布として導出可能であることを明らかにした。・高精度外力の整備GSWP(Global Soil Wetness Project)-1の時点よりも精度が高い降水量データとして、世界降水量気候値センター(GPCC)によるものとNASAを中心として作成されたCMAPによるものとの2種類を揃えた。GSWP-1では高緯度の流出量にマイナスのバイアスが見られたが、その大きな要因として、高緯度の降雪量計測に与える風の影響をどのように補正するかという問題が挙げられたため、本研究では、適切な風補正を行った降水量データも同時に作成した。これら降水量データのみならず、放射、風速、気温等のすべての外力を陸面共通情報基盤形式(ALMA形式)に変換し、世界の陸面水文研究界へ向けてインターネット上での公開を開始した。またその際に得られた知見をもとに、ALMA形式そのもののさらなる改良へと繋がる提言を行った。また、人工衛星データから土壌水分と積雪量を抽出するアルゴリズムを改良し、陸面数値モデルによる土壌水分・積雪量と比較可能な衛星起源土壌水分・積雪データセットの構築を開始した。・全球エネルギー・水収支算定情報基盤の構築上記のように整備された外力グローバルデータと陸面植生水文モデルを、データベースとユーザインターフェースを用いて組み合わせることにより、容易にグローバルなエネルギー・水収支算定数値実験を可能にするシステムの開発を行いつつある。1次元の数値実験に関しては、インターネットを通じてパラメータ感度実験を行い、結果を容易に可視化するシステムを開発した。現在は、2次元版の開発を鋭意進めている。・降水予測へのインパクト数値実験本研究の最終目的の一つは、陸面植生モデルを用いた数値実験によって得られた全球土壌水分が気候モデルによる降水予測にどの程度インパクトがあるか調べることである。本年度は、まず、衛星データをもとに算定された土壌水分を用いて降水予測がどの程度改善されるかについて研究をすすめた。その際、衛星データは地表の非常に浅い(数センチメートル)場所の情報しか持っていないが、陸面植生水文モデルによる結果を利用したアルゴリズムを開発し表層の土壌水分量から深層の土壌水分をも推定することによって、降水予測が非常に改善されることが明らかにされた。

同時にグローバルな土壌水分情報や、そのシミュレーションの過程で算定されるグローバルな水文量は、まさに今世紀における人類生存の鍵の一つである水資源の算定に他ならないことが認識されるに至り、GSWPにより算定された地表面流出量とそれより計算される河川流出量を用いて、水資源研究を行なった。その結果、黄河・インダス・アメリカ西部など現在社会的水問題が顕在化しつつある地域の水危機が、グローバルデータセットおよびシミュレーション結果から地球上の地理的分布として導出可能であることを明らかにした。数週間以上の時間スケールを持つ地球大気環境の変動は、その下部境界条件である海洋の海面水温や陸上の土壌水分や積雪の影響を強く受けていることが明らかにされつつあり、それに密接に関わっているグローバルな土壌水分情報を知る重要性が高まってきた。そこで、観測外力を与え続けて、時間積分することによって全地球陸面の土壌水分を推定するという国際共同研究プロジェクト(Global Soil Wetness Project ; GSWP)が数年前に行なわれた。そこで本研究ではその応用及び発展として、次のような研究を行なった。まず、GSWPや人工衛星データによって得られたグローバルな土壌水分分布を大気大循環モデルの初期値あるいは境界条件として与えて季節降水予測に関する数値実験を行い、気候値やfree runの場合に比べて降水予測精度がさらにどの程度向上するかを明らかにした。その結果、降雨シミュレーションの改善のためには、表層だけでなく深層までの土壌水分のプロファイルまたは全土壌水分量が必要であることが示唆され、その変換アルゴリズムの開発に成功した。また変換アルゴリズムを用いた季節降水予測結果を検証した結果、一部陸上において予測精度が向上し得ることを確認した。また、GSWPへの入力としての全球降水量分布を補正した。特に高緯度における降雪補足率は一般に補正が必要であると認識されているが、個別の計測に対する各種手法を収集整理し、それを基に全球データへ適用可能なアルゴリズムを開発することによって、補正を実施した。その結果として水収支が一部改善され得ることが示唆された。同時に、グローバルな土壌水分情報や、そのシミュレーションの過程で算定されるグローバルな水文量は、まさに今世紀における人類生存の鍵の一つである水資源の算定に他ならないことが認識されるに至り、GSWPにより算定された地表面流出量とそれより計算される河川流出量を用いて、水資源研究を行なった。
ソフトマター複合系としての細胞力学の数理モデル

1.生体高分子溶液の粘弾性の数値解析とスケーリング理論細胞骨格をはじめとする生体高分子ネットワークの力学的性質、特に静的弾性率の濃度依存性および高分子の剛直性への依存性を明らかにするため、からみあった高分子の溶液系の分子シミュレーションを行なった。からみあいのトポロジーを決定するいわゆる原始経路を数値的、統計的に解析することによって、剛直性の小さい人工高分子から、剛直性の大きい生体高分子まで広い範囲にわたる高分子系のゴム弾性率を決定し、既存の実験結果とのよい一致を見た。さらに、スケーリング理論により任意の剛直性を持つ(等方的な)高分子ネットワークの弾性率の一般的な表式を導出することに成功した。2.水中微生物の持つ回転モーターの集団ダイナミクスのモデル化と数値解析バクテリアやゾウリムシの泳動器官である鞭毛や繊毛など細胞膜に埋め込まれた回転モーターの、流体を介した相互作用を解析した。回転モーターのモデルとして、平坦な細胞膜から一定の高さで一定のトルクを受けて回転する剛体を考え、回転モーターの集団の非線形動力学を数値的に解析した。その結果、回転モーターが周囲の流体に及ぼすアクティブカの角度によって、大域的同期(方向秩序化)、らせん波、パルスドメインなど多様な同期パターンが生じることを見い出した。これは、長距離相互作用を持つ結合振動子系の新たな具体例を提供するものである。細胞膜骨格や細胞外基質を構成する生体高分子のからみ合ったネットワークの粘弾性特性のモデル化の端緒として、剛直性を持つ線状高分子の粗視化分子動力学シミュレーション(仏エコールノルマルシュペリウールリヨン校、RalfEveraers氏らとの共同研究)を行なった。平衡状態における高分子バネの両端点を固定した後、自然長をゼロにすることで鎖の長さを最小化し、からみ合いの古典的理論でいうところの原始経路に対応するものを可視化した。高分子の剛直性や濃度をさまざまに変えて原始経路のトポロジーを解析することにより、次のことが明らかになった。(1)十分よくからみあった高分子系のプラトー弾性率は、持続長およびモノマー数密度と組み合わせて無次元化することで単一のスケーリング曲線を描く。(2)このスケーリング曲線は、かたい高分子(実験的にはf-アクチン、fd-ファージなどの生体高分子)と、やわらかい高分子(実験的にはポリダイエニン、ポリオレフィン、ポリアクリレートなどの合成高分子)を記述する2つのべき乗則と、その間のクロスオーバーからなる。(3)かたい高分子もやわらかい高分子も、その原始経路をかたい高分子系とみなして従来の粘弾性理論を適用することによって、そのプラトー弾性率を統一的に記述することができ、その結果はシミュレーションで得られたスケーリング曲線および既存の実験結果とよく一致する。これらの結果は、さまざまなかたさや濃度を持つ生体高分子系の力学特性を統一的に理解する可能性を開くものと考えられる(論文はN. Uchida, G. Grest&R. Everaers, Nature Materialsに投稿中)。
脳インスリン抵抗性による認知障害の防止に向けたリピッドホスファターゼの意義の解明

インスリン抵抗性が2型糖尿病に伴うアルツハイマー型認知障害を引き起こす機序は不明である。インスリン作用を負に調節するリピッドホスファターゼSHIP2は、2型糖尿病モデルdb/dbや加齢マウスの脳で発現上昇することを見出した。SHIP2過剰発現マウスでは、脳内インスリンシグナルの減弱と神経細胞死の増大を認め、本マウスとdb/dbマウスは記憶学習能の低下を呈した。SHIP2阻害剤の脳室内投与はこれらの異常を効果的に改善したことから、新たな認知障害の治療薬としての開発が期待される。2型糖尿病患者では、血管障害とは独立して認知機能障害(アルツハイマー病)の発症リスクの増大が認められる。また、脳でのインスリン抵抗性は、tauの過剰リン酸化や神経細胞死を亢進することでアルツハイマー病の発症に関与することが報告されている。5'-リピッドホスファターゼSH2-containing inositol 5'-phosphatase 2 (SHIP2)は、末梢のインスリン標的細胞において、インスリン作用を負に調節する分子として同定した。SHIP2が脳内に発現することや、2型糖尿病モデルマウスdb/dbの大脳皮質では、SHIP2発現が増加することを見出したため、本研究では、糖尿病において脳機能障害が生じる機序を解明するため、SHIP2過剰発現(Tg)マウスを用い、神経細胞でのシグナル伝達、脳保護機能および記憶・学習能力を検討した。Tgマウスの海馬および大脳皮質や、Tgマウスより単離した初代培養小脳顆粒細胞では、インスリンまたはIGF-1刺激によるAktおよびGSK3βのリン酸化の亢進が減少していた。SHIP2の変異抑制体を発現した小脳顆粒細胞では、インスリンによるAktやGSK3βのリン酸化亢進を認めた。また、小脳顆粒細胞でのSHIP2過剰発現が、インスリンとIGF-1による神経保護作用に与える影響をMTT assay法で検討した結果、インスリンおよびIGF-1の作用はTgマウス由来の小脳顆粒細胞で著明に低下していた。さらに、12-15ヶ月齢のTgマウスの大脳皮質では、TUNEL法により検出されたアポトーシス陽性細胞数の顕著な増加を認め、Tgマウスの記憶・学習能力を評価するモリス水迷路の成績が低下していた。以上より、脳神経細胞においてSHIP2の過剰は、インスリン/IGF-1シグナルを負に調節し、細胞死および記憶障害を誘発することから、SHIP2の阻害は耐糖能の改善と脳神経保護作用を有した新しい創薬ターゲットとなる可能性が期待される。2型糖尿病患者では、血管障害とは独立して、インスリン抵抗性を基盤とした認知機能障害のリスクの増大が認められる。脳でのインスリン抵抗性は、tauの過剰リン酸化や神経細胞死を亢進することでアルツハイマー病の発症に関与すると報告されている。そこで、糖尿病により引き起こされる脳機能異常のメカニズムを解明するため、インスリン標的組織でのインスリンの代謝シグナルを負に制御するリピッドホスファターゼSH2-Containing Inositol 5'-Phosphatase 2(SHIP2)がインスリンの神経保護効果および記憶・学習能力に及ぼす影響を検討した。糖尿病モデルマウスdb/dbや加齢マウスの大脳皮質ではSHIP2発現が亢進していた。SHIP2を過剰発現するマウス(SHIP2-Tg)を作製し、脳室内にインスリン投与したところ、大脳皮質と海馬でのAktのリン酸化はSHIP2-Tgマウスでは減弱しており、大脳皮質でのTUNEL法により検出されたアポトーシス陽性細胞数は、野生型マウスに比べ増加していた。また、モリス水迷路試験による海馬依存性の空間記憶と、新奇物体認知試験による大脳皮質依存性の記憶・学習能力は、SHIP2-Tgマウスで低下していた。さらに、これらの変化に関連するシナプス伝達の長期増強現象は、SHIP2-Tgマウスで低下しており、SHIP2阻害剤の脳室内投与により効果的な改善を認めた。以上より、脳神経細胞におけるSHIP2の過剰はインスリンシグナルを障害し、細胞死および記憶障害を誘発することが示された。したがって、SHIP2の阻害は末梢での耐糖能異常の改善に加え、中枢でのインスリン抵抗性疾患の重要な創薬ターゲットであることが示唆された。[目的]2型糖尿病がアルツハイマー型認知障害のリスクを増大させることが近年報告されており、その機序に脳インスリン抵抗性が関与することが示唆されているが、精細は不明な点が多い。リピッドホスファターゼSHIP2は、インスリン標的組織においてインスリンシグナルを負に調節する因子である。2型糖尿病モデルマウスdb/dbの脳でSHIP2の発現増加を認めたことから、本研究では、脳神経系のSHIP2が記憶・学習や認知機能に及ぼす影響とその阻害効果を検討した。[方法]

SHIP2過剰発現マウス(SHIP2-Tg)の記憶・学習行動をモリス水迷路試験により検討した。また、db/dbマウスの海馬スライスを作製し、CA1領域におけるシナプス伝達の長期増強(LTP)に対するSHIP2阻害剤AS1949490の影響を電気生理学的に検討した。さらに、SHIP2阻害剤の脳室内投与がdb/dbマウスの空間記憶行動に及ぼす影響を検討した。また、培養小脳顆粒細胞および大脳皮質細胞をSHIP2阻害剤で処置し、Aktのリン酸化をウエスタンブロット法により、脳由来神経栄養因子BDNFのmRNA発現量をqPCR法により検討した。[結果]SHIP2-Tgはモリス水迷路試験において記憶・学習能の異常を呈した。脳内でSHIP2の発現増加を認めたdb/dbマウスでは、海馬でのLTPの著明な障害を認めたが、SHIP2阻害剤の処置により回復した。さらに、db/dbマウスでの空間記憶行動の障害もSHIP2阻害剤の脳室内投与により改善した。SHIP2阻害剤の効果発現機序として、培養小脳顆粒細胞でのAktのリン酸化を認めた。さらに、大脳皮質細胞におけるBDNF mRNAの発現が、SHIP2阻害剤の投与により顕著に増加した。[結論]脳神経細胞におけるSHIP2の過剰はインスリンシグナルを障害し、認知機能障害を惹起することが示された。また、2型糖尿病により引き起こされるシナプス可塑性および記憶・学習の障害はSHIP2阻害剤により改善した。以上より、糖尿病に伴う認知機能障害の改善に向けた新たな治療戦略として、SHIP2の阻害が効果的なことが示唆された。
酸化アルブミン制御による肝発癌抑制効果の検討

アルブミンは酸化還元状態から「還元型アルブミン」と「酸化型アルブミン」に分類され、抗酸化作用のない酸化型アルブミンの増加は肝発がんに関与すると考えられる。本研究の目的は、1)肝がんの発症母地である肝硬変におけるアルブミンの酸化還元状態、および2)臨床応用が可能な酸化アルブミンの還元法を開発することである。1) 79名の慢性肝疾患患者を対象に血中酸化アルブミンを測定したところ、Child-Pugh分類の進行にともない酸化アルブミンの割合が上昇した(慢性肝炎28.3±1.1%, Child-Pugh A 33.5±1.2%, Child-Pugh B and C 37.8±1.3%)。また、酸化アルブミンはMELD(model for end-stage liver disease)scoreとの間に有意な正の相関を認めた(R^2=0.336, P<0.001)。2)抗酸化剤(システイン)を含有するグリチルリチン酸製剤を酸化アルブミンに添加することにより、有意に還元型アルブミンが増加した(27.7±0.18% vs. 78.7±0.36%; P<0.01)。また、経時的な検討では、グリチルリチン酸製剤添加15分後に還元型アルブミンは有意に増加した。本研究により、慢性肝疾患の病期進展にともない酸化型アルブミンが増加することが明らかとなった。また、我々は、グリチルリチン酸製剤による酸化型アルブミンの還元法を開発した。本邦の肝細胞癌の主な原因であるC型肝炎ウイルス(HCV)は様々な機序で酸化ストレスを増加させ、細胞内シグナル伝達を活性化することで肝発癌を引き起こす。このため、生体内最大の抗酸化物質であるアルブミンは肝発癌に深く関与していると考えられる。アルブミンは酸化還元状態から、N末端から34番目のSH基がフリーの状態で存在する「還元型アルブミン」と、SH基にシステインやグルタチオンが結合した「酸化型アルブミン」とに分類される。抗酸化作用のない酸化型アルブミンの増加は様々な慢性疾患の病期進展に関与することが報告されているが、酸化型アルブミンと肝癌発症との関連については未だ明らかではない。そこで、今年度、我々は、肝発癌と酸化型アルブミンの関連について臨床的検討を行った。インフォームドコンセントの得られた慢性肝疾患を対象に、診療のため採取した血液の残血清を用い、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)にて酸化型アルブミンを測定した。肝癌患者と非肝癌患者の間に酸化型アルブミンの有意な差は認められなかったが、酸化型アルブミンは慢性肝疾患の重症度の指標であるChil-Pugh分類および慢性肝障害予後予測因子であるMELD(model for end-stage liver disease)scoreとの間に有意な正の相関を認めた。さらに、酸化型アルブミンは肝硬変患者の身体所見である浮腫・腹水の合併および体組成測定機器によって測定した体水分貯留(細胞外液量/体水分量)との間にも有意な正の相関を認めた。本研究結果より、酸化型アルブミンは肝細胞癌の発症母地である肝硬変の病期進展とともに増加することが明らかとなった。肝細胞癌において、酸化ストレスによる細胞内シグナル伝達の活性化が認められており、生体内最大の抗酸化物質であるアルブミンは肝発癌に深く関与していると考えられる。昨年度、我々は、肝細胞癌の発症母地である肝硬変の病期進展とともに酸化アルブミンが有意に増加する事を明らかにした。酸化型アルブミンは体内で抗酸化作用を有する還元型アルブミンに可逆的に変化しうる事が報告されているが、その機序は明らかでない。

そこで、今年度、我々は抗酸化剤(システイン)の酸化アルブミンに及ぼす影響を検討した。本研究に同意の得られた健常人(n=20)を対象とし、採取した血液を用いて以下の2種類のサンプルを作製した。(1)血液に安定化剤を混合し、37°Cで24時間温置。(2)血液に安定化剤と1mmol/mLのL-システインを混合し、37°Cで24時間温置。2種類の検体の還元型アルブミンの割合を、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定した。解析の結果、システインを添加していない(1)のサンプルでは、酸化アルブミンの割合は約25%であった。一方、システインを添加した(2)のサンプルでは、還元型アルブミンの割合は100%に上昇していた。本研究により、酸化型アルブミンはシステイン添加により、還元型アルブミンに可逆的に変化しうる事が明らかとなった。酸化ストレスは肝発癌に対し促進的に作用することから、強力な抗酸化物質である還元型アルブミンは肝発癌に抑制的に働くと考えられる。昨年度、我々は、ヒト酸化型アルブミンにシステインを添加することで、還元型/酸化型アルブミン比が上昇することを明らかにした。今年度は、アルブミン製剤還元化の臨床応用を目標に、システインを含有するグリチルリチン酸製剤のヒト酸化アルブミンに対する還元能を評価した。4つの異なるアルブミン製剤(62.5mg)に対し、グリチルリチン酸製剤(200μL)を添加した。15分間の反応後、すべてのアルブミン製剤において還元型アルブミンの割合は有意に増加した(製剤A27.7±0.2%vs78.7±0.4%,製剤B39.6±0.8%vs83.6±0.3%,製剤C40.2±0.5%vs80.5±0.3%,製剤D35.7±1.0%vs71.4±0.3%,P<0.01)。アルブミン還元化の経時的変化を検討したところ、還元型アルブミンの割合は添加後15分をピークに上昇し、その後は徐々に減少した(前27.7±0.2%;10分73.7±0.3%;15分78.7±0.4%;60分73.8±0.4%;480分37.6±0.2%)。また、グリチルリチン酸の容量とアルブミン還元化の関連を検討したところ、グリチルリチン酸200μL群は、50μL群および100μL群と比較し、還元型アルブミンの割合が高値であった(反応時間15分,50μL群60.8±0.1%;100μL群69.9±0.1%;200μL群78.7±0.4%)。本研究により、グリチルリチン酸製剤は、ヒト酸化アルブミンを短時間で容量依存性に還元することが明らかとなった。本手法は、簡易にヒトアルブミンを還元化しうることから臨床応用が可能と考えられた。
固有値と固有空間の新奇なホロノミー

固有値や固有空間の新奇な量子ホロノミー(全のアンホロノミーとも呼ばれる)とは、量子系の固有値や固有空間が、パラメータに対して多価性を帯びる現象のことである。本研究課題では、既存の新奇な量子ホロノミーの一般論を進展させると同時に、多自由度系あるいは多体問題での新しい例題を得た。現在でも新奇な量子ホロノミーは純理論的な研究課題であるが、実験的な研究との距離を縮めることができた。本研究の目的は、新奇なホロノミーの物理学における意義を明らかにすることであるが、本年度の成果として以下を得た。(1)Aharonov-Bohmの輪における非断熱的なアンホロノミー:一次元の輪の上の拘束された荷電粒子のエネルギースペクトルは、輪を貫く磁束に対して周期性を持つことは良く知られている。しかし、固有空間は磁揚のゲージに強く依存するため、スペクトルの周期性と新奇な量子ホロノミーとの関係は不明であった。これに対して、固有値と固有空間のアンホロノミー達の対応におけるゲージ依存性を丁寧に解析することで、Aharonov-Bohmの輪に内在する新奇な量子ホロノミーの存在を疑義の無いものにした。同時に、この系は、非断熱的な設定での新奇な量子ホロノミーの最初の例でもある。(2)多qubit系での例の構築と解析:新奇な量子ホロノミーを示す系として、階数1の摂動を受ける量子写像が知られていた。その中でも特別なクラスの量子写像では、系を"因数分解"し、多qubit上の量子回路として実装できることを示した。さらに、既存の量子写像に還元されないような、新奇な量子ホロノミーを示す量子回路を構成した。この結果は、多体系での新奇な量子ホロノミーの研究の第一歩である。1.固有空間のアンホロノミーでは、(擬)固有エネルギーに縮退が無い場合であっても、パラメーター空間中の閉経路における断熱的な時間発展が複数の定常状態同志を交換させる。閉経路の前後での定常状態間の重なり積分は、この現象を記述する一つの方法を与え、ホロノミー行列と呼ばれる。これまで、ホロノミー行列のゲージ共変な表式が知られていたが、これは、Wilczek-Zeeのホロノミーと同様に、必ずしも観測可能量を特定するものでは無い。これに対して、適切なゲージを見いだすことで、ホロノミー行列の標準形を求め、そこに内在するゲージ不変量を明らかにした。また、量子回路の空間における閉経路の分類を通じて、これらのゲージ不変量と、Kitagawaら(2010)の導入した周期外力系のトポロジカル整数との比較を行なった。2.量子写像と量子回路は新奇な量子ホロノミーを持つ系の例題として重要である。一方、これらの系は離散時間中で時間発展する。このため、対応する断熱定理の証明は、通常の連続時間のものとは異なるはずである。これまで、A. Dranov, J. Kellendonk and R. Seilerによる証明[J. Math. Phys. 39(1998)1340]が知られていたが、より簡素な証明を与えた。3.新奇な量子ホロノミー(固有値・固有空間のアンホロノミー)を持つ量子写像の必要条件として、Miyamoto-Tanaka(2007)の条件に加え、Kitagawaらのトポロジカル整数(上述)についての条件が見いだされた。この二つの条件は十分条件では無いが、新しい模型の探索がより容易になった。1.量子回路を階層的に接合した模型について、位相および固有空間のゲージ不変量を調べた。非対角幾何学位相については単純な結果を得た。一方で、この模型のパラメーターが一般的な値を取る場合、置換行列を求めるには、subset-sumと呼ばれるNP完全問題の解が必要であることを示した。この意味で、複雑なanholonomyを持つ例題を得たことになる。2.既存の、新奇な量子ホロノミーを示す量子写像は階数1の摂動を何らかの意味で必要とする。このため、ヒルベルト空間の次元を変える毎に、模型を交換する必要がある。この意味で、新奇な量子ホロノミーの量子古典対応を論じることは困難であった。