hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シンクロトロン放射による細胞内システムの動的構造解析

またミオシン頭部のPDM化学修飾により赤道反射強度の減少と143A^^°子午線反射の増大が観測された。更に筋肉に正弦波的長さの変化を与えたときのミオシン頭部の運動をモデル計算で説明できた。生体膜関係では、まずリン脂質膜で出現するリップ構造の周期の温度依存性を明らかにし、その理論的考察を行なった。また生きたホタルイカ視細胞から得たX線回折像をモデル計算およびパタ-ソン関数で解析した。紫膜では光プロトンポンプ作用に重要なM中間体の構造を明らかにした。大小規模の研究打ち合せ会を6回行い、以上の研究を綿密にかつ総合的に進めた。最近シンクロトロン放射中の強力X線を利用した回析・散乱実験が急速に進展し、結晶中での酵素反応を高時間分解能で解析する研究が始まり、また筋収縮の分子的機構や膜蛋白機能の解明への動的構造解析が出来るようになった。本総合研究はシンクロトロン放射の利用者を中心に種々の蛋白質や生体中の超分子構造の動的構造解析について現在の問題点を明らかにし、この分野の研究を促進することを目的とした。本年度は巨大分子用ワイセンベルグカメラとイメイジングプレ-トを持つ巨大分子結晶構造解析システムを開発しAIDSウイルスが増殖するときに必要な逆転写酵素の結晶を解析し、性能が世界の他の設備より優っていることを確認した。また全自動迅速X線回折計を開発し、テトラゾ-ル・ミオグロビンや茸レクチンで性能評価した。さらにゾ-ンプレ-トを用いた結像型軟X線顕微鏡を開発し、赤血球などの生体物質を観察しその有効性を確認した。蛋白質の結晶解析では、免疫グロブリンのFvフラグメント・古細菌フェレドキシン・硫酸還元菌のチトクロムC_3、C_<553>・ヒドロゲナ-ゼ・高分子チトクロムなどの構造を解析した。X線吸収スペクトル法で、酸化型チトクロムP450と過酸化酵化酵素やミオグロビンと比較したところ、鉄と配位子との結合の性質の差異が分かった。時分割X線小角散乱によりATP合成酵素のα^3β^3複合体がATPを加水分解してαβに解離する過程を追跡し、反応過程を解析した。また紫膜は光反応中に結晶構造の乱れが起こらないことが分かった。癌遺伝子産物rasp21のGTP・GDP交換反応に伴う構造変化を変異体も含めて解析し、その機能発現の機構を考察した。筋肉については収縮中の細いフィラメント構造変化及びアクチン・ミオンシン系の微細構造変化を解析した。またミオシン頭部の化学修飾の影響を調べた。光照射に伴うイカの視細胞微絨毛の構造変化を解析し、昨年よりより精密なモデルが出来た。
デスモイド型線維腫症PDCによる治療薬の網羅的評価・解析

Patient-Derived Cell(PDC)の作成を行った。デスモイド型線維腫症で特徴的なCTNNB1遺伝子の点変異について、まず変異型毎の機能的な相違の評価に重点を置いた。主な変異型であるT41A変異型、S45F変異型および変異型のない腫瘍よりそれぞれ腫瘍細胞を分離し細胞培養を行った。それぞれ培養状態での増殖能に大きな相違はみられなかった。遺伝子変異は分離前の腫瘍検体および分離後の培養細胞よりそれぞれDNAを抽出しサンガー法にて遺伝子解析を行い、遺伝子変異型が一致することを確認した。悪性腫瘍細胞でみられるような不死化はしておらず、継代により徐々に老化がみられることから実験では515継代目の細胞を使用することとした。基礎的な評価として、蛍光免疫染色にてβ-cateninの局在を評価するとS45F変異細胞は他の変異株と比較し核内移行を強く認めた。同様の所見は臨床検体においても認め、S45F変異型腫瘍は他の変異型と比較し有意にβ-cateninの核内移行が強いことを見出し報告した。(Hum Pathol. 84:155-163.2019)また基本的な薬剤による抑制効果を確認するため、Wnt/βカテニンシグナルの阻害剤であるIWR-1、quercetinを用いて有意な増殖抑制効果があることを確認した。また臨床的に使用しているメロキシカム投与も行ったが、変異型により抑制効果が異なりS45F変異細胞は増殖抑制効果が少ないことが示された。稀な疾患であるためPatient-Derived Cell(PDC)としての細胞分離症例の蓄積が十分に進んでいない。また腫瘍細胞が実験操作で障害を受けやすく、細胞分離や継代で損失が多く実験のための細胞確保に難渋している。公的な細胞バンクにない腫瘍でありPatient-Derived Cell(PDC)をいかに集積するかが問題であり今後の課題である。しかし本研究課題を進めるうえでの基本的なツールであり、遺伝子の異常の機能的な意義、新しい薬の薬効の分子背景など臨床検体からは得られないデータを得られるものと考えており、特に遺伝子変異型毎に一定数のPDCを確保することを目標としている。今後引き続き症例蓄積を進めていく予定である。
悪性神経鞘腫の遺伝子変異に関する研究

神経線維腫症1(以下NF1とする)にはいくつかの悪性腫瘍が合併することが知られており、中でも悪性神経鞘腫(以下MPNSTとする)の合併はNF1患者の予後を大きく左右するものでしばしば問題となる。現在多くの悪性腫瘍において、その悪性化への過程に腫瘍抑制遺伝子"p53遺伝子"の変異の関与していることが知られている。モデルマウスの知見やヒトでの報告例にも、NF1に合併したMPNSTに53遺伝子変異が関係していることを示唆したものがある。そこで、今年度は、実際にNF1患者に生じたMPNSTにp53遺伝子の変異が関与しているか否かを検討した。<方法と結果>NF1患者でMPNSTを合併している8症例の腫瘍の凍結組織を対象とした。腫瘍組織からDNAを抽出し、PCRで増幅した後、p53遺伝子のエクソン211に対して、SSCP法とdirect-sequence法を施行し、変異の有無を検討した。さらに、p53の免疫組織化学も併せて行った。その結果は、8症例すべてにおいてp53遺伝子のエクソン2から11領域での変異は認められなかった。また、免疫組織染色では、抗ヒト野生型p53遺伝子産物モノクロナール抗体"DO-7"により腫瘍組織の核の一部に染色をみた。これは、DO-7を用いた過去の報告例で、MPNSTの方が、神経線維腫に比べてp53のoverexpressionを示す細胞が多いということの裏付けにはならなかった。<結論>我々の結果からはNF1に伴うMPNSTでのp53遺伝子に変異が生じている可能性は低く、他の機序も考えるべきと思われた。末梢悪性神経鞘腫症(以下MPNSTと略す)の遺伝子変異に関する研究として,神経線維腫症1(以下NF1と略す)合併患者と,NF1の合併のない患者の両者で,第17番染色体上のNF1の遺伝子領域内の変異解析の比較検討を計画した.過去にわれわれはNF1非合併例5例,NF1合併例1例において変異解析を施行し,NF1非合併5例中1例にエクソン4bで変異を認めた.今回は新たにNF1合併患者2例に対して行っている.遺伝子の変異解析はNF1領域の全エクソン(エクソン1エクソン49,合計60エクソン)に対して施行した.対象患者は2例とも過去に悪性末梢神経鞘腫を合併し,外科的に切除術を施行後である.患者の末梢血からDNAを抽出し検体とした.全エクソンに対してイントロンベースのUp,Rpプライマーを作成し,各々のエクソンに対し抽出したDNAをテンプレートとし,PCR法で増幅後,SSCP法による電気泳動を行って,ゲル上にバリアント認めた場合はDNAのシークエンスをし,変異の確認をする.また今回は,患者が既に腫瘍を切断済みであったため腫瘍部の検索は施行していないが,今後は末梢血,腫瘍部,正常組織部,神経線維腫部の各々からもDNAを抽出して変異の有無を比較検討する予定である.<結果>現在までエクソン3,4,5,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.1,49.2,49.3に関して検索済みであるが,特にここまででは変異は検出されていない.神経線維腫症1(以下NF1とする)にはいくつかの悪性腫瘍が合併することが知られており、中でも悪性神経鞘腫(以下MPNSTとする)の合併はNF1患者の予後を大きく左右するものでしばしば問題となる。
新発見の多価ホルモン受容体の構造と機能及び生理学的意義

ホルモン結合ドメイン(HBD)を4個有するフグのカルシトニン受容体の解析を継続し,(1)強いリガンド結合能を有するのは第4番目のホルモン結合ドメインHBD4であるが,第1から3番目のドメインも受容体が細胞膜表面に輸送されるためには不可欠であることが分かった。特にHBD13を削った変異体ではまったく細胞表面に輸送されなくなることが,細胞表面に発現している膜タンパク質を検出するビオチン化実験によって明らかになった。(2)魚類のカルシトニンはヒトのカルシトニン受容体に結合するが,ヒトのカルシトニンはフグの受容体に結合しないことを見いだした。ホルモン結合ドメインの保存配列が魚類と哺乳類では一部違っており,それに対応すると推定されるリガンド側のアミノ酸配列も電荷的にプラスとマイナスが逆になっていることが分かった。(3)肝臓ではホルモン結合ドメインを1つも持たない特殊なスプライスアイソフォームが高発現していることを見つけ,さらにこの分子が細胞中でdominant negative体として働いてcAMPの合成を阻害することを見い出した。カルシトニンは古くは魚類で最初に見出されたペプチドホルモンであるが,魚類における受容体の報告は本論文が初めてとなる。また肝臓におけるdominant negative体の存在はペプチドホルモンのシグナル伝達の新たな制御の概念を提唱するものであり,今後の研究の発展が期待される。(4)関連の研究として,核を有する魚類の赤血球ではペプチドホルモン受容体を発現しており,リガンドに応答してcAMP等の細胞内応答をしているという興味深い事実を見つけた。1.私たちがフグのデータベースを解析して見つけたホルモン結合領域を4個も備えたカルシトニン受容体について分子生物学的な解析をおこなった。クローニングしたCTRを単独ないしはRAMPとともに培養細胞に発現させ受容体活性を測定した。その結果CTR単独ではカルシトニン受容体として,またRAMPとの組合せによりCGRPやアミリンの受容体として機能することを見出した。また4つある結合ドメインの活性をdeletion mutantsを作製して調べ,第4のドメインが強い活性を有することを明らかにした。2.同じファミリーに属するアドレノメデュリン(AM)受容体ファミリーは膜7回貫通型受容体(CLR, calcitonin receptor-like receptor)と膜1回貫通型補助因子(RAMP)が複合体を作ってはじめて機能する。分子認識の観点から興味深いCLRとRAMPの相互作用と機能を明らかにするために,フグのデータベースを活用して,3種のCLRと5種のRAMPをクローニングし,抗体を作製した。抗体染色により組織局在を明らかにするとともに,すべての組み合わせ(3×5=15とおり)について,哺乳類培養細胞で発現させ,(1)細胞膜表面へのターゲッティング,(2)リガンドであるAM1,AM2,AM5に対する結合特性,及び(3)cAMP応答能を調べることにより,どの組み合わせがどの組織のどの細胞で働き,どのような生理作用を発揮しているかを明らかにした。
金属の配位機能を活用するイミノ基の高立体選択的変換反応の開

本研究ではL-トレオニンから短工程で誘導したβ-アミノアルコールとBH_3・THFとから調製したオキサザボロリジンを触媒として用いることにより1,2-ジイミン類を高エナンチオ及びジアステレオ選択的に1段階で対応する高い光学純度の1,2-ジアミンへと還元することを見いだした。このオキサザボロリジン-BH_3・THF錯体による還元反応は極めて触媒効率良く進行し、わずか0.5mo1%のキラル源であるアミノアルコールの存在下、収率90%、chiral:meso=95:5のジアステレオ選択比で99%eeの(R,R)-体のジアミンが得られた。さらにアミノアルコールを100mol%用いたときは(R,R)-体のみを光学的にほぼ純粋な形で得ることができた。ここで得られるジアミンは保護基を除去することにより、良好な収率で光学的に純粋な(R,R)-1,2-ジフェニルエチレンジアミンへと変換することができた。また1,2-イミノケトン類のカルボニル基のみを高い収率及び光学純度でβ-イミノアルコールヘと還元し、得られたモノ還元体はキレーションあるいはノンキレーション遷移状態を経るイミノ基の還元剤を適切に選択することによりsyn-およびanti-1,2-アミノアルコールに選択的に変換することができることを見いだした。このオキサザボロリジン-BH_3・THF錯体による還元反応はメソイミドの非対称化反応にも極めて有用であり、0.5当量オキサザボロリジン存在下、2.0当量のBH_3・THF錯体を化学量論的還元剤として用いることにより光学純度98%eeで非対称化生成物を得ることができた。このようにして得られた生成物は適切に官能基変換することにより(+)-ビオチンの前駆体である(+)-デオキシビオチンの合成に応用することができた。
借地方式による住宅供給の法的問題

この研究課題を実施するために、不動産法、登記法、土地法、借地借家法などに関するわが国の文献および諸外国における文献を蒐集した。また、文献の蒐募と平行して、各地区における「借地方式による住宅供給」の実態および問題点を把握するために、聞き取り調査を行った。聞き取り調査や資料分析の結果、定期借地権に関する事業者側のメリットとして、(1)高地価の土地が低コストで利用可能、(2)これまで地主が売却・賃貸しなかった土地が利用可能、(3)低価格の供給による購買意欲喚起がある。また、土地所有権・借地権者側のメリットとしては、(1)一定期間後に必ず戻ってくる。(2)更地として返還される、などがある。これに対して、定期借地権制度の問題点も明らかになった。事業者側の不安要因としては、(1)期限到来時の返還、(2)地主・借地権者の交代・相続、(3)賃料スライド、(4)税制などがあり、土地所有権・借地権者側の不安要因としては、(1)期限到来時の土地の返還、(2)期限到来時の建物の取り壊し、(3)資産としての価値、(4)地代の値上げ、(5)転売・転貸・中途解約などがある。本研究では、定期借地権制度創設による上記メリットと不安要因を比較検討した結果、事業者や地主側のメリットが大きく、定期借地権者は従来の借地権制度より不利益な地位にあることを基本的認識として、予防法学的見地から一定の対策が必要であるとの結論に達した。このような意味から、上記不安要因は、法的に極めて重要な問題を含んでいる。これに対して、建設省は平成七年四月「定期借地権設定契約書(案)」を公表した。本研究では、この建設省の「定期借地権設定契約書(案)」を中心に、上記の問題に関する対応が十分であるかどうかを検討し、十分でない点については、現行制度の改正も含めて一定の提案を行おうとするものである。
波長走査レーザと2光波混合を用いる純光学的処理による3次元断層画像生成と応用計測

時間周期T_Rで反復的に光波長を直線状に走査した場合、フォトリフラクティブ(PR)結晶内に生じる干渉縞強度が周波数f_0で時間的に変化するため、形成される屈折率格子の変調度はT_Rf_0を変数とするsinc関数で与えられことを導き、2光波混合のゲインを求める式を明らかにした。次に、半導体レーザの波長走査に加え、ポンプ光の位相を直線状に変調することによって、物体光とポンプ光の光路差Lすなわち物体面の反射位置に応じて上記の周波数f_0の値が異なり、周波数f_0が零となる光路差Lに対して、2光波混合によるポンプ光の回折光が最大強度となることを理論的および実験的に明らかにした。次に、波長走査幅が数nmと大きい場合、PR結晶内で周波数f_0の値が異なり、結晶内のある領域だけに屈折率格子が形成されることを理論的および実験的に明らかにした。更に、測定物体が粗面物体の場合について、波長走査幅B_λと回折光強度I_Dの関係を理論的および実験的に詳しく解析した。この場合は、形成された有限の大きさを持ち、かつ空間的に振幅分布を持つ屈折率格子を、無限の大きさを持ち格子周期の異なる多くの屈折率格子の集まりとみなすことによって、波長走査幅B_λに対する回折光強度I_Dをより正確に解析を行った。3次元断層画像生成のための結像光学系としては、PR結晶内に物体の光場を結像し、結晶内の物体像をポンプ光の回折光によって再び結像することが最適であることを確認した。以上の結果に基づき3次元断層画像生成装置を構築し、複数の塩化ビニール板に描かれたパターン画像を測定対象とし、奥行き方向分解能が向上した断層画像を検出した。1.波長走査半導体レーザ光に対する2光波混合の特性時間周期T_Rで反復的に光波長を直線状に走査した場合、フォトリフラクティブ(PR)結晶内に生じる干渉縞強度が周波数f_0で時間的に変化するため、形成される屈折率格子の変調度はT_Rf_0を変数とするsinc関数で与えられことを導き、2光波混合のゲインを求める式を明らかにした。2.2光波混合による距離情報の検出特性半導体レーザの波長走査に加え、ポンプ光の位相を直線状に変調することによって、物体光とポンプ光の光路差Lすなわち物体面の反射位置に応じて上記の周波数f_0の値が異なり、周波数f_0が零となる光路差Lに対して、2光波混合によるポンプ光の回折光が最大強度となることを理論的および実験的に明らかにした。更に、波長走査幅が数nmと大きい場合、PR結晶内で周波数f_0の値が異なり、結晶内のある領域だけに屈折率格子が形成されることを実験的に確認した。3.2光波混合による光画像増幅光学系3次元断層画像生成のための結像光学系としては、PR結晶内に物体の光場を結像し、結晶内の物体像をポンプ光の回折光によって再び結像することが最適であることを確認した。4.3次元断層画像生成装置の構築以上の結果に基づき3次元断層画像生成装置を構築し、厚さ0.1mmの塩化ビニール板の両面に描かれた簡単なパターン画像を検出した。5.今後の研究計画波長走査幅が大きい場合の2光波混合ゲインの理論解析を行い、断層画像の奥行き方向分解能の向上を図り、より複雑な物体への応用を試みる。2光波混合のゲインgを用いて、干渉縞が静止している付近に形成される屈折率格子によってポンプ光から得られる回折光強度I_Dについて数値解析を行なった。回折光強度I_Dは、ゲインgが1以上となる範囲でゲインgを積分した値とした。

物体光とポンプ光のビーム幅1.3mm、波長可変半導体レーザ(TLD)の中心波長λ_0=650nm、PR結晶の屈折率n=2.4、物体光とポンプ光の交差角θ=6°、物体光とポンプ光の強度比m=300であった。これらの条件で、波長走査幅B_λ=2.4nmのとき、屈折率格子が形成される範囲dは8.0μm、格子周期は1.3μmとなった。測定物体をミラーとし、PR結晶の面から出射する回折光をレンズで結像し、その像強度分布をCCDカメラで検出することによって、屈折率格子ができる位置および回折光強度IDを観察した。ポンプ光の位相変調およびTLDの波長走査がある場合、波長走査幅B_λに応じて、屈折率格子のできる位置が移動することが確認された。また、屈折率格子のできる位置に応じて回折光強度I_Dが変化した。これらの実験結果は理論解析結果とほぼ一致した。測定物体が粗面物体の場合について、波長走査幅B_λと回折光強度I_Dの関係を理論的および実験的に詳しく解析した。この場合は、形成された有限の大きさを持ち、かつ空間的に振幅分布を持つ屈折率格子を、無限の大きさを持ち格子周期の異なる多くの屈折率格子の集まりとみなすことによって、波長走査幅B_λに対する回折光強度I_Dをより正確に解析を行った。その結果、複数の塩化ビニール板に描かれたパターン画像を測定対象とし、奥行き方向分解能が向上した断層画像を検出した。
移動体通信マイクロストリップアンテナの設計・開発支援ツールの開発

本研究は移動体通信用各種マイクロストリップアンテナの開発に重要な道具の一つとなる設計・開発支援ツールを開発していくという継続的な研究課題の一部である.本研究でこれまでに得られた主な成果をまとめると次のとおりである.1.誘電体基板部および接地導体部がパッチ導体部に比べ非常に大きいという構成のマイクロストリップ構造の場合,これまでの数値解析法(モーメント法,有限要素法,FD-TD法)では理論段階で近似を導入しなければ放射界も含めた解析ができなかったが,本研究では界の放射モード展開とFD-TD法を併用する新しい解法を完成させ,基板域が大きく拡がるマイクロストリップ構造の電磁界問題を放射界も含めて厳密解析することを可能にした.2.円形や円筒形を主形状とする構造に対する電磁波・アンテナ問題を円柱座標FD-TD法に基づいて高精度解析する一般的アルゴリズムを完成させた.この課程で吸収境界条件として,Berengerの論理を初めて円筒座標で実現させるとともに,実際の同軸線路給電構造をほぼそのまま計算モデルに取り込むFD-TD解析用アルゴリズムを完成させた.また、広角指向特性GPSマイクロストリップアンテナの放射特性解析への本アルゴリズムの適用を通してその有効性を検証した.この成果は電子情報通信学会論文誌(B-II)に投稿ずみである.本研究の第一の目標は,円形と円筒形が主形状であるアンテナに対してその放射特性を効率良く解析できるFD-TDアルゴリズムを完成させること,そして衛星通信用の広角特性円偏波アンテナとして提案されている導体スカート付き高誘電率基板円形パッチアンテナの放射特性をこのアルゴリズムを適用して解析することである.この目標に関してはその最も重要な基本プロセスと考えている計算領域内の界解析アルゴリズムと計算領域外周へのBerenger吸収環境付与アルゴリズムが昨年中にほぼ完成しており,残っていた課題,すなわちガウシアンパルス波励振に対する応答界解析とFFTを用いたアンテナ入力インピーダンス周波数特性解析のアルゴリズム完成という課題についても,平成7年度購入のワークステーション等による数値シミュレーションの繰り返し実行により当初の予定どおり順調に進み,現在ほぼ完成に近い段階に達している.これらの成果は本年5月開催予定の電子情報通信学会アンテナ伝搬研究会および本年9月開催予定の国際会議ISAP′96に発表予定である.本研究ではもう一つの課題として,筆者の独創になる界の放射モード展開の方法をFD-TD法に組み込む新しい解析アルゴリズムの開発という課題にも取り組んでいる。この方法はアンテナ部分と給電回路部分を一体として設計しようとする最近の流れにマッチした解析法であるだけでなく,これまで厳密な検討がほとんど不可能であったMMICの近接素子間結合の検討も可能とする新しい解析法である.この方法に関する一連の実用アルゴリズムについてもほぼ完成しており,現在マイクロストリップ線路の典型的不連続的である直角曲がり部を対象としてこのアルゴリズムによる伝搬モードの透過,反射,界の放射等の解析を進めており,数値データを蓄積中である.これらの成果については本年5月開催予定の電子情報通信学会マイクロ波研究会および本年8月9月開催予定の国際会議(URSI Genaral Assembly)で報告の予定である.本研究は移動体通信用各種マイクロストリップアンテナの開発に重要な道具の一つとなる設計・開発支援ツールを開発していくという継続的な研究課題の一部である.本研究でこれまでに得られた主な成果をまとめると次のとおりである.1.誘電体基板部および接地導体部がパッチ導体部に比べ非常に大きいという構成のマイクロストリップ構造の場合,これまでの数値解析法(モーメント法,有限要素法,FD-TD法)では理論段階で近似を導入しなければ放射界も含めた解析ができなかったが,本研究では界の放射モード展開とFD-TD法を併用する新しい解法を完成させ,基板域が大きく拡がるマイクロストリップ構造の電磁界問題を放射界も含めて厳密解析することを可能にした.2.円形や円筒形を主形状とする構造に対する電磁波・アンテナ問題を円柱座標FD-TD法に基づいて高精度解析する一般的アルゴリズムを完成させた.この課程で吸収境界条件として,Berengerの論理を初めて円筒座標で実現させるとともに,実際の同軸線路給電構造をほぼそのまま計算モデルに取り込むFD-TD解析用アルゴリズムを完成させた.また、広角指向特性GPSマイクロストリップアンテナの放射特性解析への本アルゴリズムの適用を通してその有効性を検証した.この成果は電子情報通信学会論文誌(B-II)に投稿ずみである.本研究は移動体通信用各種マイクロストリップアンテナの開発に重要な道具の一つとなる設計・開発支援ツールを開発していくという継続的な研究課題の一部である.本研究でこれまでに得られた主な成果をまとめると次のとおりである.1.誘電体基板部および接地導体部がパッチ導体部に比べ非常に大きいという構成のマイクロストリップ構造の場合,これまでの数値解析法(モーメント法,有限要素法,FD-TD法)では理論段階で近似を導入しなければ放射界も含めた解析ができなかったが,本研究では界の放射モード展開とFD-TD法を併用する新しい解法を完成させ,基板域が大きく拡がるマイクロストリップ構造の電磁界問題を放射界も含めて厳密解析することを可能にした.2.円形や円筒形を主形状とする構造に対する電磁波・アンテナ問題を円柱座標FD-TD法に基づいて高精度解析する一般的アルゴリズムを完成させた.この課程で吸収境界条件として,Berengerの論理を初めて円筒座標で実現させるとともに,実際の同軸線路給電構造をほぼそのまま計算モデルに取り込むFD-TD解析用アルゴリズムを完成させた.また,広角指向特性GPSマイクロストリップアンテナの放射特性解析への本アルゴリズムの適用を通してその有効性を検証した.この成果は電子情報通信学会論文誌(B-II)に投稿ずみである.
オセアニア環礁社会を支えるタロイモ栽培の天水田景観と気象災害のジオアーケオロジー

本研究の目的は、オセアニアの環礁社会を支える天水田の構築・放棄・修復・再利用にかかわる動態を気象災害との関連において解明することである。そのために、考古学と地球科学の手法を用いて、北部クック諸島プカプカ環礁で現地調査を継続している。プカプカは3つの州島からなる環礁で、北角の州島ワレが主要な居住空間となっている。州島ワレの内奥には、低い畔で仕切られたタロイモ耕地が連なる。こうした耕地は、外洋側ストームリッジやラグーン側浜堤の内側の低湿地が整備された大型天水田である。このタイプの天水田とは別に、すり鉢状に掘削された小型天水田が点在する。2018年8月調査では、小型天水田の周りを取り囲む廃土堤のトレンチ発掘を実施し、廃土の中に暗色の砂礫層を複数枚確認し、年代測定用の炭化材を採取できた。年代測定の結果、小型天水田の掘削がおよそ600年前に始まり、比較的短期間で廃土が積み上げられたことが明らかとなった。少なくとも、現在みる小型天水田の景観が500ー600年間大きく変わっていないことになる。これは、1995年に実施した大型天水田の廃土堤発掘の所見とは異なる結果であった。そこでは、天水田の掘削・廃土の積上げが600年前以降に複数回行われてきていた。差異の要因の1つとしてサイクロン被害を想定している。植付け面積が広い大型天水田は平常時には効率が良いが、低湿地を転用した耕地であるためサイクロン時に高潮・高波が侵入しやすい。塩害を受けると土壌の除去や再掘削が必要だった可能性がある。これに対して小型天水田は掘削土量や労働投下に比して得られる耕地面積は小さいが、もともと海抜3mほどの砂堤に個々に分離して掘り込まれており、周囲は5m前後の廃土堤で囲われている。サイクロンの高波・高潮が浸入しづらく、また塩水飛沫に対しても耐性をもつ。気象災害に対するレジリエンスとして効果的な景観要素と評価できる。初年度(2017)のプカプカ環礁調査では、面積140haの州島ワレに大小合わせて80基/区画以上、総面積8.5haにもなる天水田群を確認し、周囲に積上げられた廃土の堤が縦横に伸びる景観をGPS測量と高精細衛星画像で記録したが、発掘調査にまでは至らなかった。しかし2年目の本年度(2018)には、現地アイランドカウンシル(島会)の承諾をえて、すり鉢状の小型天水田を取り囲む廃土堤発掘を実施できた。リモートオセアニアの環礁州島では波浪による堆積作用しかないため、過去の文化層は現在の人間活動によって撹乱を受けやすい。この状況のなかで、天水田の廃土堤は過去の生活面をパックしている数少ない発掘候補地である。1m×5mの発掘トレンチを最大深度3mまで掘り下げたところ、複数枚の旧地表面を確認できただけでなく、良好な年代測定試料を採取することにも成功し、これによって天水田掘削の歴史的プロセスが解明できた。また、研究分担者とともにサンゴ礁原を巡検することによって、メガブロックを10個以上確認できた。サイクロンの波浪で礁斜面から剥がされ、礁原上に打ち上げられたサンゴブロックである。複数のメガブロックから採取した試料を、種同定後に年代測定する予定である。それによって、先史期のサイクロンの襲来時期を特定できる可能性が高い。さらに小規模ユニット発掘も実施し、20地点近くで堆積物サンプルを採取した。堆積物の粒度分析や年代測定を進めており、環礁州島の地形形成プロセスについても2019年度内に明らかにする予定である。プカプカ環礁は西ポリネシアや東ミクロネシアと東ポリネシアのあいだに位置するため、先史期の移住史研究でも注目される島である。東ミクロネシアの環礁社会であるマーシャル諸島では初期居住期が2000cal.yBPに遡り、天水田耕地の掘削も1800cal.yBPには始まっていたことが分かっている。そこで、プカプカ環礁の州島ワレの地形形成史と、州島中央に分布する天水田掘削の開始期の所見をもとに、本年度(2019)8月の現地調査では、1000cal.yBPを超える初期居住期の文化層を州島東側に探索する予定である。州島ワレの調査が順調に進めば、来年度(2020)以降は、プカプカ環礁を構成する残りの2州島について、地形形成や気象災害と人間活動の関係史の解明を目的としたジオアーケオロジー発掘調査を実施する。これらの情報を総合し、代表者・分担者が過去に実施した他の環礁との比較研究を進めるとともに、日本オセアニア学会、日本文化人類学会、日本サンゴ礁学会等で成果発表する。本研究の目的は、オセアニアの環礁社会を支える天水田の構築・放棄・修復・再利用にかかわる動態(景観史)を気象災害との関連において解明することである。調査地の北部クック諸島プカプカ環礁は、クック諸島の首府が置かれるラロトンガ島から直線距離で1100kmほど北に位置する離島で、2005年2月末にサイクロン・パーシーの直撃を受けた島である。2017年度は8月に2週間にわたって現地調査し、天水田の空間分布や水質、利用/放棄の状況を観察した。

また、プカプカ環礁の社会組織とサイクロン・パーシー後の復興プロセスの把握、天水田の利用・管理とかかわる墓域の分布調査を実施した。サイクロン・パーシーは最大瞬間風速118mに達した大型サイクロンで、プカプカ環礁に甚大な被害を与えた。離島ゆえに緊急援助物資の輸送にも困難を極めたが、ほとんどの家屋がトタン屋根を吹き飛ばされたために雨水を集められず、1ヶ月もしないうちに飲料水不足が深刻化したという。しかし、それ以上に長期にわたった問題は、高潮が海岸線を超えて天水田に侵入したため、環礁州島の地下水レンズが十分に淡水化するのにおよそ1年を要したことだった。2017年8月時点では、被災からすでに12年が経過しているにもかかわらず、タロイモやミズズイキ類の植付けには天水田全面積8.5haの半分程度しか利用されておらず、耕作放棄地にはアカバナ科キダチキンバイが群生していた。水田表層水の塩分濃度は十分に低く、根茎類栽培への問題は認められなかった。おそらくは、被災後に島民人口が減少したことと関係すると考えられる。いずれにしても、気象災害に対するこうした脆弱性を踏まえると、島外からの緊急援助が期待できなかった先史期の復興過程を解明することは、地球温暖化による気象災害連鎖の渦中にある環礁社会のレジリエンス(回復戦略)策定という現在的課題にも役立つと期待できる。2017年3月にクック諸島の首府、ラロトンガ島にて事前調査を実施した。特に、南太平洋大学ラロトンガ校ならびにラロトンガ在住プカプカ島民コミュニティにて研究調査の目的についてプレゼンテーションを行い、現地社会との良好な関係を築くことができた。本研究プロジェクト開始後にクック諸島政府から5年間の調査研究許可を順調に取得し、2017年度は、7月31日ー8月23日に正味3週間の日程で現地調査を実施した。調査期間の内訳は、プカプカ環礁の調査に2週間、ラロトンガ島での情報収集に1週間である。2017年度のプカプカ環礁調査は天水田の現状把握を中心に進めた。プカプカ環礁を構成する3州島のうち主島ワレ(Wale)では、簡易GPSを用いて天水田の空間分布を記録するとともに、簡易塩分濃度計を用いて表層水の水質を記録した。また、プカプカ環礁の社会組織とサイクロン・パーシー後の復興プロセスに関わる情報を収集するとともに、天水田の利用・管理とかかわる墓域(po)の空間分布を簡易GPSで記録した。天水田の分布調査では、面積140haの州島ワレに大小合わせて80基/区画以上、総面積8.5haにもなる天水田が存在し、周囲に積上げられた廃土の堤が縦横に伸びていることを確認できた。ただし、タロイモあるいはミズズイキ類が植え付けられている天水田は総面積の半分程度であった。州島ワレの集落はラグーン側にあり、その後背地はモトゥ(motu)と呼ばれる資源保護区(共有地)となっている。その資源保護区に、放棄天水田が未だに多いことを確認した。調査後は、2018年度以降の現地調査のための基礎資料を構築するため、各天水田のGPSデータをポリゴン化し、プカプカ環礁の高精細衛星画像と関連付けてGISを作成した。また、第35回日本オセアニア学会研究大会(沖縄海洋博公園)にて、2018年度調査の概要と成果を発表した。本研究の目的は、オセアニアの環礁社会を支える天水田の構築・放棄・修復・再利用にかかわる動態を気象災害との関連において解明することである。そのために、考古学と地球科学の手法を用いて、北部クック諸島プカプカ環礁で現地調査を継続している。プカプカは3つの州島からなる環礁で、北角の州島ワレが主要な居住空間となっている。
減数分裂制御因子Mei2-meiRNAコンプレックスの機能解析

分裂酵母において、Pat1キナーゼが不活性化されると、細胞は無条件で増殖を止め減数分裂が誘導されることから、Pat1は減数分裂誘導を阻害するプロテインキナーゼと考えられていた。今回、減数分裂開始に不可欠なRNA結合タンパク質Mei2が、Pat1プロテインキナーゼにより直接リン酸化されることを明らかにした。さらに、Pat1による2カ所のリン酸化部位にアラニン変異を導入してリン酸化を受けなくしたMei2は、Pat1キナーゼの活性のいかんに関わらず、それだけで細胞周期をG1期に停止させ、減数分裂を誘導する活性をもつことが判明した。このことは、Mei2の機能発現が体細胞分裂から減数分裂へのスイッチの必要十分条件になっていることを意味する。一方、Mei2は減数分裂前DNA合成の開始に加え、減数第一分裂の誘導にも必須の機能をもち、特に後者の機能にはmeiRNAがカップルして働くことが明らかになっている。今回、減数分裂過程を誘導した細胞を再び増殖培地に戻す(return to growth)実験により、減数分裂へのコミットメントが、減数分裂前DNA合成および減数分裂組換えを経た後にMei2-meiRNAの複合体に依存して確立されることを明らかにした。以上の解析から、Mei2は減数分裂過程の開始および維持に必須の機能をもつことが確立された。GFP標識ペプチドを融合させたMei2タンパク質の細胞内の局在を調べた結果、体細胞分裂期にはMei2はおもに細胞質に存在し、減数分裂前期(Mei2-meiRNAコンプレックスの作用期)には核内の明確な一点に局在することが示された。今までに知られているRNA結合タンパク質でこのような細胞内局在を示す例はなく、Mei2-meiRNAコンプレックスは既存の概念を越えた新しい分子機能をもつRNAタンパク質複合体と考えられる。
第一原理計算による不安定核・宇宙核反応の研究

原子核は核力によって束縛する、多数の核子(陽子、中性子の総称)からなる量子力学的多体系である。本研究では核子系のダイナミクスを精密に記述し、未知の原子核の予言や宇宙核物理で必要な反応率の信頼のおける評価を目指した。実施された3年間で研究は大きく進展し、その成果は14編の原著論文及び総説、13件の国内外学会における招待講演によって成された。特に精密波動関数を用いた原子核構造、反応研究に大きな進展があり、原子核における殻的・分子的状態の統一的記述や、不安定原子核の励起応答、実験の困難なニュートリノー原子核反応等を非経験的に記述することに成功した。第一原理計算による未知の原子核の予言、宇宙核物理で必要な反応率の信頼のおける評価を行いたい。多くの核子を含んだ系を非経験的に記述する理論を確立し、それを応用するのが本研究の目的である。今まで数体系に限られていた核力からの精密計算の適用範囲を拡張し、未知の不安定核や実験困難な宇宙核物理領域に必要な物理量に対して信頼のおける評価を行う。本年度は相互作用の変換の準備計算と、同時に厳密波動関数による応用研究を行った。特に応用面に関しては4編の原著論文を発表し、2編の論文を投稿中である。また、イタリアで行われた国際原子核物理に関する会議(INPC2013)に参加し、口頭発表及びポスター発表を行った。また、イスラエルにて行われた軽い原子核の非弾性反応に関する研究会、葉山にて行われたニュートリノー原子核反応についての研究会においてそれぞれ招待講演を行い、特に原子核と宇宙核物理への応用について参加者と議論した。最も大きな業績は、酸素16の第一励起状態に関する12C+n+n+p+p 5体厳密波動関数による構造研究である。第一励起状態は12C+αのクラスター状態が発達していると考えられていて、炭素12の第一励起状態(3αクラスター状態)が星の中で重要な寄与を成すように、微視的理解が必要とされてきた。しかしながら完全な微視的計算は現状の大規模計算をもってしても不可能である。本研究ではαクラスターを仮定せずに、αクラスター状態の発現を確認した。他の計算の問題点を指摘し、この問題の解決に向けて重要な知見を得ることができた。また、宇宙核物理に関連する課題として、系統的な構造計算と反応理論に基づいた解析を実行し、中性子星の性質に関係する原子核のスキン厚の測定法を提案した。成果は論文1編にまとめられ、ドイツGSI研究所で行われた弱束縛中性子原子核の研究会の招待講演にてなされた。多くの核子を含んだ系を非経験的に記述する理論の確立、応用するのが本研究計画の2本柱である。本年度は多体計算を効率的に行うため相互作用の変換に関する研究を進め、実際の3体計算への適用を行うと同時に、精密波動関数の応用研究を行った。特に応用面に関しては関連の理論計算について3編の原著論文を発表した。また、4月にオーストラリア・アドレード市近郊にて行われたアジアパシフィック少数体物理国際会議及び、5月に横浜にて行われた原子核クラスターに関する国際会議にて招待講演を行った。最も大きな業績は、模型を仮定しない6体計算によるヘリウム6原子核の励起構造に関する研究である。ヘリウム6原子核はヘリウム4原子核を芯として周りに2つの中性子が大きく拡がって分布するハロー構造を持つと考えられていて、ソフトモードと呼ばれる芯核と2価中性子間の振動の存在が予想されている。通常ヘリウム4の芯を仮定した3体計算での記述が行われているが、本研究では模型を仮定しない6体計算の立場から電気双極子励起機構を研究し、低励起状態は価中性子の励起が主のソフトモードであることを明らかにした。研究成果は原著論文として査読付き英文雑誌に出版され、京都で行われた国際分子型研究会における招待講演として成された。また、精密波動関数を用いたニュートリノー原子核反応断面積について研究は進行し、その中間成果は3月に早稲田大学にて行われた日本物理学会年次大会の一般講演として成された。多くの核子を含んだ系を非経験的に記述する理論の確立、応用が本研究計画の2本柱である。今まで数体系に限られていた核力からの精密計算の適用範囲を拡張し、未知の不安定核や実験困難な宇宙核物理領域に必要な物理量に対して信頼のおける評価を行うことが目標である。最終年度は相互作用の変換に関する研究を進め、関連の論文を1編発表した。ユニタリ変換による有効相互作用は、核力の持つ高運動量成分の繰り込みを可能とし、多体計算を実行する上で有用である。しかし同時に多体の演算子を誘起してしまい、使いやすい低運動量有効相互作用ほどそれら多体項の寄与が大きくなる。本論文では精密な多体波動関数を用い、そのような多体相関の運動量分布への影響を議論した。原子核内の核子対運動量は多体相関の情報を全て含み、誘起された多体項の効果が無視できないが、2核子対の全運動量が0の場合の相対運動量分布はほぼ2核子相関にのみに依り、それは有効相互作用の変換パラメータに依存しないことを示した。

主な成果発表として5月にアメリカ合衆国シカゴにて行われた少数体物理国際会議における口頭発表、7月に香港にて行われた陽子中性子相関についての国際会合にて招待講演を行った。また原子核の応答関数を記述する新しい手法の開発を行い、数核子系の光吸収断面積を記述することに成功した。それらの成果は国内外学会にて発表が行われ、現在論文にまとめているところである。3年間で研究は大きく進展し、それらの成果発表は14編の原著論文、13件の国内外学会における招待講演によってなされた。特に精密波動関数を用いた原子核構造、反応研究に大きな進展があり、原子核の殻的・分子的状態の統一的記述や実験の困難なニュートリノ反応等を非経験的に記述することに成功した。新たな課題も見つかり、これらの成果を基としてさらなる研究の発展が期待される。原子核は核力によって束縛する、多数の核子(陽子、中性子の総称)からなる量子力学的多体系である。本研究では核子系のダイナミクスを精密に記述し、未知の原子核の予言や宇宙核物理で必要な反応率の信頼のおける評価を目指した。実施された3年間で研究は大きく進展し、その成果は14編の原著論文及び総説、13件の国内外学会における招待講演によって成された。特に精密波動関数を用いた原子核構造、反応研究に大きな進展があり、原子核における殻的・分子的状態の統一的記述や、不安定原子核の励起応答、実験の困難なニュートリノー原子核反応等を非経験的に記述することに成功した。相互作用の変換に関してはまだ具体的成果として表れていないが、昨年度では相似変換に関する性質やどのように解を求めるべきかの方策を実際の3体計算によって確かめることができた。研究業績概要で述べたように、もう一つの柱である厳密波動関数の応用面で、3編の論文を発表するなど予想以上の成果が得られている。これらのことを考慮して、計画は概ね順調に進行しているとした。原子核理論最終年度は相互作用の変換に関して少数体系についてのテスト計算などを進め、論文執筆まで行うことを目標としている。量子力学的3ー4体系に対して応用し、この方法の有効性を調べ、更に重い核への適用について検討していく。本年度同様、応用研究についても並行して進めていくつもりで、特にニュートリノ原子核反応について論文としてまとめることを目標としている。研究成果発表の場として、国内学会2回、5月にアメリカ・シカゴにて行われる少数体物理国際会議、7月に香港にて行われる陽子中性子相関についての国際会合への参加を予定している。相互作用の変換に関してはまだ目に見える形で成果が表れていないが、昨年度では相似変換に関する性質やどのように解を求めるべきかの方策を定めることができた。研究業績概要で述べたように、もう一つの柱である厳密波動関数の応用面で、数編の論文を発表しており、投稿中論文の1編については次年度の計画を前倒しして行ったものである。少額のため次年度へ繰越とした。次年度は相互作用の変換と、少数体系についてのテスト計算などの計算を進め、論文執筆まで行うことを目標としている。具体的にはTranscorrelated法から導かれる有効ハミルトニアンを評価するため、3体演算子の行列要素を計算するサブルーチンを作成、実装する。その後結果が分かっている量子力学的3ー4体系に対して応用し、この方法の有効性を調べる。
水素結合および金属配位結合により対合する人工塩基対を用いたＤＮＡ鎖交換反応の開発

本研究は、(1)天然核酸塩基と水素結合型塩基対を形成し、かつ、金属イオン存在下では配位結合により対合して金属錯体型非天然塩基対を形成する「ヤヌス型人工核酸塩基」の創製、および(2)「水素結合型天然塩基対」と「金属錯体型人工塩基対」との間の可逆な変換に基づくDNAの鎖交換反応の開発を目的としている。今年度は主に5-ヒドロキシウラシル(UOH)塩基を用い、金属錯体形成を駆動力としたDNA鎖交換反応の最適化を検討した。初年度にUOH塩基を中央に導入したDNA鎖を用いた鎖交換反応を行ったが、反応の効率化を目指し、UOHを末端に導入することとした。3個のUOHを末端に導入した互いに相補的なDNA鎖1および2、およびUOHの代わりにAを含むDNA鎖3を用いて、Gd(III)イオンを外部刺激とした鎖交換反応を試みた。DNA鎖1および二重鎖2・3の等量混合物に3当量のGd(III)イオンを加えると、UOH-Gd(III)-UOH金属錯体型塩基対の形成により、二重鎖1・2への鎖交換が等温下(25 °C) 4時間で約70%進行した。さらにEDTAを添加してGd(III)イオンを除去したところ、二重鎖1・2から二重鎖2・3への逆向きの鎖交換反応が進行した。また、Gd(III)イオンとEDTAとを繰り返し加えることで、可逆な鎖交換を連続して誘起することにも成功した。研究期間を通し、(1) UOH塩基や5-ヒドロキシウラシル(caU)塩基が、水素結合型塩基対(UOH-AおよびcaU-A)に加え、金属錯体型塩基対(UOH-Gd(III)-UOHおよびcaU-Cu(II)-caU)を形成することを見出し、金属錯体形成によりDNA二重鎖の熱的安定性を制御できることを示した。さらに、(2) UOH塩基を導入したDNA鎖を用いて、金属イオンの添加・除去をトリガーとした可逆なDNA鎖交換反応を実現した。本研究では、(1)天然核酸塩基と水素結合を介したワトソン-クリック型塩基対を形成し、かつ、金属イオン存在下では配位結合により対合して金属錯体型非天然塩基対を形成する「ヤヌス型人工核酸塩基」の創製、および(2)「水素結合型天然塩基対」と「金属錯体型人工塩基対」と間の可逆な変換に基づくDNAの鎖交換反応の開発を目的としている。本年度は、チミンの5位メチル基を水酸基に置換した5-ヒドロキシウラシル(UOH)に着目し、金属錯体形成に基づくDNA鎖交換反応を検討した。UOH塩基はアデニン(A)塩基と水素結合型塩基対UOH-Aを形成する一方で、Gd(III)イオン等の金属イオン存在下で金属錯体型塩基対UOH-Gd(III)-UOHを形成する。そこで中央に3個のUOH塩基を含む互いに相補的なDNA鎖(1U, 2U)、およびUOHの代わりにAを含むDNA鎖(2A)を用いて、Gd(III)イオンの添加によるDNA鎖交換反応の追跡を行った。3本のDNA鎖(1U, 2U, 2A)を混合・アニーリングしたところ、金属イオン非存在下ではUOH-A塩基対を含む二重鎖1U・2Aが選択的に形成した。一方、3当量のGd(III)イオン存在下では、約40%が二重鎖1U・2Uを組むことが分かった。これはUOH-Gd(III)-UOH塩基対の形成によるものと考えられる。同様に、中央に4個のUOHを含むDNA鎖(3U, 4U)、およびAを含むDNA鎖(4A)を用いたところ、Gd(III)イオンの添加により最大で約80%の効率で二重鎖3U・4Uを形成することを見出した。さらに、30°Cの等温条件で二重鎖形成を評価したところ、Gd(III)イオンの添加後約20時間で鎖交換反応が約80%進行することを見出した。さらにキレート剤であるEDTAによりGd(III)イオンを取り除くことで、逆反応が進むことも確認した。水素結合型天然塩基対と金属錯体型人工塩基対との間の可逆な変換に基づくDNA鎖交換反応の実現を目指し、本年度は5-ヒドロキシウラシル(UOH)塩基を導入したDNA鎖を用いて検討を行い、以下の結果を得た。(1)融解温度測定およびポリアクリルアミドゲル電気泳動による二重鎖形成評価から、金属イオン非存在下ではUOH-A塩基対を含む二重鎖が選択的に形成し、Gd(III)イオン存在下ではUOH-Gd(III)-UOH塩基対を含む二重鎖形成が誘起されることを見出した。(2)等温条件下においても、Gd(III)の添加による鎖交換反応が進行することを見出した。(3)キレート試薬であるEDTAを加えてGd(III)を除去することで、逆向きの鎖交換反応が進むことを確かめた。以上のように、UOH-A塩基対とUOH-Gd(III)-UOH塩基対の変換により、DNA鎖交換反応を誘起できることを見出した。等温下での鎖交換反応には時間がかかるなどの課題はあるが、金属イオンを外部刺激とする鎖交換反応の進行が見られ、おおむね順調に進展していると判断する。

本研究は、(1)天然核酸塩基と水素結合を介したワトソン-クリック型塩基対を形成し、かつ、金属イオン存在下では配位結合により対合して金属錯体型非天然塩基対を形成する「ヤヌス型人工核酸塩基」の創製、および(2)「水素結合型天然塩基対」と「金属錯体型人工塩基対」との間の可逆な変換に基づくDNAの鎖交換反応の開発を目的としている。今年度は新たな「ヤヌス型人工核酸塩基」として、チミンの5位メチル基をカルボキシ基に置換した5-カルボキシウラシル(caU)を選択し、その塩基対形成能の評価を行った。その結果、caU塩基はアデニン(A)塩基と水素結合型塩基対caU-Aを形成する一方で、Cu(II)イオンやGd(III)イオン等の金属イオン存在下では金属錯体型塩基対caU-M-caU (M = Cu(II), Gd(III)など)を形成することを見出した。さらに、caU塩基を含むDNA二重鎖の熱的安定性について、以下の知見を得た。(1) 3対のcaU-caU塩基対を導入したDNA二重鎖は、3当量のCu(II)イオンの添加により、融解温度が約30度上昇した。CDスペクトルを用いた滴定実験、および質量分析測定から、3対の金属錯体型塩基対(caU-Cu(II)-caU)が定量的に形成したためと考えられる。また、Gd(III)イオンでも、同様の二重鎖安定化が見られた。(2) 3対の水素結合型caU-A塩基対を導入したDNA二重鎖は、3当量のCu(II)イオンもしくはGd(III)イオンの添加により、融解温度が約26度下がることがわかった。以上より、caU塩基を導入したDNA二重鎖の熱的安定性が、金属イオンにより制御できることが示された。この結果は、caU塩基が金属配位をトリガーとしたDNA鎖交換反応に適した「ヤヌス型人工核酸塩基」であることを示すものである。水素結合型天然塩基対と金属錯体型人工塩基対との間の可逆な変換に基づくDNA鎖交換反応の実現を目指し、本年度は主に新規「ヤヌス型人工核酸塩基」の設計・合成を進めた。種々の5位修飾ピリミジンヌクレオシドを合成し、金属錯体形成挙動を評価したところ、5-カルボキシウラシル(caU)がCu(II)イオン等を介した金属錯体型塩基対形成に適していることがわかった。そこで、5-カルボキシウラシル(caU)塩基を導入したDNA鎖を合成し、DNA二重鎖内でのcaUの塩基対形成を評価した。その結果、caU塩基がCu(II)イオンやGd(III)イオンを介した金属錯体型塩基対(caU-Cu(II)/Gd(III)-caU)を形成することがわかった。さらに、金属イオンの添加により、caU塩基を導入したDNA二重鎖の熱的安定性を制御できることも示された。以上のように、新たにデザインした「ヤヌス型人工核酸塩基」である5-カルボキシウラシル(caU)が、水素結合型塩基対caU-A塩基対および金属錯体型塩基対caU-Cu(II)/Gd(III)-caUを形成することを見出した。先に開発した5-ヒドロキシウラシル(UOH)塩基と合わせて、金属イオンを外部刺激とするDNA鎖交換反応への応用が可能であり、おおむね順調に進展していると判断する。本研究は、(1)天然核酸塩基と水素結合型塩基対を形成し、かつ、金属イオン存在下では配位結合により対合して金属錯体型非天然塩基対を形成する「ヤヌス型人工核酸塩基」の創製、および(2)「水素結合型天然塩基対」と「金属錯体型人工塩基対」との間の可逆な変換に基づくDNAの鎖交換反応の開発を目的としている。今年度は主に5-ヒドロキシウラシル(UOH)塩基を用い、金属錯体形成を駆動力としたDNA鎖交換反応の最適化を検討した。初年度にUOH塩基を中央に導入したDNA鎖を用いた鎖交換反応を行ったが、反応の効率化を目指し、UOHを末端に導入することとした。