hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
集学的な機能ゲノミクスによる希少MODYの成因探索

本年度はMODY16遺伝子に変異を有さない発端者2名について全ゲノムシークエンスを実施し、3,614,4703,663,511の点変異を検出した。また、構造変異として、2632のCNV、1,4882,907の大規模挿入、3,5534,939の大規模欠失を検出した。RNA-seqのデータから遺伝子発現との関連が得られ、十分な実験データの根拠を持つ転写調節因子結合領域の多型・変異は39,433ヶ所認められており、全ゲノムシークエンスから得られた多型・変異のうち、約8割が転写調節因子結合領域に位置していた。また、エンハンサー領域の機能異常に起因する疾患要因として既報のMODY16遺伝子発現を制御する可能性も高いため、既知MODY遺伝子におけるTAD領域を精査したところ、MODY 2, 3とそれ以外で異なり多様性が認められた。また、レギュローム以外の分子遺伝学のマルチ戦略の統合により細胞骨格分子であるMYO5Aを有力な新規MODY候補遺伝子として同定し報告した。一方、超高感度質量分析器に代表者が同定した世界初の2型糖尿病感受性遺伝子カルパイン10(CAPN10)を供して解析し、微小管結合蛋白(MAP1B)が標的基質であることを見出した。CAPN10欠失マウスを用いた解析の結果、CAPN10の発現の低下によりMAP1Bの切断が障害され、微小管機能とアクチン再構築の障害が起こり、インスリン分泌顆粒の細胞内輸送の異常が生じることを見出し報告した。興味深いことに、MAP1Bと先のMODY研究で獲得したMYO5Aは細胞骨格における重要なパートナーであり、インスリン分泌において協調している可能性を見出した。MODY特異的エンハンサー異常をより正確に補足するためには、RNA-seqによるMODY患者それぞれの遺伝子発現と全ゲノムシークエンスからの網羅的多型・変異情報およびHi-Cデータを合わせた統合解析が今後必要であると考えられるが、研究開始から2年度内に少なくとも1種類の新規MODY遺伝子をネットワーク単位で獲得することを目標としていたため、1年度で細胞骨格に関連するMODY候補遺伝子MYO5Aを獲得できたことは評価できる。インスリン分泌不全という臨床像が類似する未知MODYの原因遺伝子も、「膵島機能ネットワーク」で既知MODYメジャー遺伝子1-6に近い位置にあると推察できる。そこで、今後ISHで検出された膵島の高発現遺伝子やCGH解析や4C法により獲得された候補遺伝子も連関アルゴリズム解析に供する。そして、6種類の既知MODY分子から直近の候補遺伝子から順にMODY症例で検討することが、原因遺伝子同定への最短アプローチと考えている。同時に、今年度は、膵島由来の培養細胞系やモデル動物を用い、コード蛋白のインスリン分泌における生理的役割を解析する。更に、罹患症例の臨床データの検討と家系調査により、臨床診断に有用である特徴的な病態の探索を進める。そして、6種類の既知

MODY分子から直近の候補遺伝子から順にMODY症例で検討することが、原因遺伝子同定への最短アプローチと考えている。同時に、今年度は、膵島由来の培養細胞系やモデル動物を用い、コード蛋白のインスリン分泌における生理的役割を解析する。更に、罹患症例の臨床データの検討と家系調査により、臨床診断に有用である特徴的な病態の探索を進める。
サッカーの一歩助走キックにおける調整能力の特徴

本研究の目的は,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴を明らかにすることである.ボール速度の検討については“主観的努力度"を,また,正確性の検討については“ボール分布"を用いて実験を行った.その結果,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴として,正確性はボール速度に影響を受けることが明らかとなり(キックパフォーマンスは65%が最も高い),また,ボール速度は,ボールインパクトまでの過程で蹴り動作を変化させることで調整していることが明らかとなった.サッカーのプレー中,十分な助走距離を確保することができずキック動作を行わなければならない場面は多々ある.そのような状況においても,自分が意図した速度で狙った位置に正確にボールを蹴ることが求められる.これまでに通常助走でのキック動作の研究を行い,ボール速度の検討については“主観的努力度"を,また,正確性の検討については“ボール分布"を用いた実験を行うことによって,それぞれの特徴を明らかにしている.一歩助走でのキック動作は,通常のキック動作とは異なることが報告されていることからも,ボール速度と正確性における検討を行う必要性がある.そこで本研究の目的は,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴を明らかにすることである.2つの研究計画を立て,下記に示した順に実験を行う.研究I:サッカーの一歩助走キックにおける異なる速度が正確性に与える影響について,通常助走キックと比較して明らかにする(ボール分布を用いる)研究II:サッカーの一歩助走キックにおけるキック動作とボール速度との関係について,通常助走キックと比較して明らかにする(主観的努力度を用いる)現在,研究Iの測定を行った.被検者は大学サッカー選手10名とした.被検者は前方11mに置かれたサッカーゴールの中央に向かって,インステップキックでボールを蹴った.最大ボール速度に対する50%,75%および100%の努力度で行う条件と正確性を重視した努力度で行う条件の4条件を通常助走キック,一歩助走キックのそれぞれで行った.その際,スピードガン,ハイスピードカメラを用いてボール速度,ボール分布を計測した.その結果,最大ボール速度において一歩助走キックは通常助走キックに比べて有意に低い値を示した(p<0.05).しかし,ゴール中央からボールの中心までの距離において,全ての条件で一歩助走キックと通常助走キックで大きな違いは認められなかった.研究I:サッカーの一歩助走キックにおける異なる速度が正確性に与える影響について,通常助走キックと比較して明らかにする(ボール分布を用いる)については,平成27年度に学会発表を行う予定であったが,学会締切までに測定を終えることができず発表を行うことができなかった.研究Iについては,日本体育学会第67回大会で発表をすることが決まっているので,この遅れに関しては特に問題ない.本研究の目的は,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴を明らかにすることである.サッカーのプレー中,十分な助走距離を確保することができずキック動作を行わなければならない場面は多々ある.そのような状況においても,自分が意図した速度で狙った位置に正確にボールを蹴ることが求められる.これまでに通常助走でのキック動作の研究を行い,ボール速度の検討については“主観的努力度"を,また,正確性の検討については“ボール分布"を用いた実験を行うことによって,それぞれの特徴を明らかにしている.一歩助走でのキック動作は,通常のキック動作とは異なることが報告されていることからも,ボール速度と正確性における検討を行う必要性がある.そこで2つの計画を立てた.(研究I)サッカーの一歩助走キックにおける異なる速度が正確性に与える影響(研究II)サッカーの一歩助走キックにおけるキック動作とボール速度との関係研究Iの主な結果として,目標物に向かってボールを蹴った際,一歩助走条件は通常助走条件に比べて上下方向の誤差が大きいことが明らかとなっている.また,ボール速度と正確性から算出したキックパフォーマンス指標においては,通常助走条件と一歩助走条件では差は認められなかった.本研究は,日本体育学会第67回大会で学会発表し,トレーニング科学に投稿予定である.研究IIについては,測定が終了し,日本体育学会第68回大会で学会発表する.研究Iについては,学会発表を行ったが,まだ論文投稿ができていない.研究IIについては平成28年度に測定を行い,学会発表をする予定であったが,測定を行う本学のスポーツパフォーマンス研究棟が台風の影響で損傷し,測定を行うことができなかった.そのため,事業期間延長承認申請書を提出し,平成29年度に学会発表を行い,その後論文投稿する予定である.本研究の目的は,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴を明らかにすることである.サッカーのプレー中,十分な助走距離を確保することができずキック動作を行わなければならない場面は多々ある.そのような状況においても,自分が意図した速度で狙った位置に正確にボールを蹴ることが求められる.研究代表者はこれまでに通常助走でのキック動作の研究を行い,ボール速度の検討については“主観的努力度"を,また,正確性の検討については“ボール分布"を用いた実験を行うことによって,それぞれの特徴を明らかにしている.一歩助走でのキック動作は,通常のキック動作とは異なることが報告されていることからも,ボール速度と正確性における検討を行う必要性がある.

一歩助走キックにおいて,正確性の検討を行ったところ,ボール速度によって正確性に影響が出ることが明らかとなり,キックパフォーマンス(速度÷正確性)は努力度65%で最も高くなることが明らかとなった.また,通常助走キックで正確性が高い選手は,一歩助走キックでも正確性が高いことが明らかとなった.一歩助走キックにおいて,主観的努力度60%100%の5段階(10%毎)で被検者にボールを蹴り分けさせたところ,ストライド距離,身体重心速度,蹴り脚関節角度等を変化させることでボール速度を調整していることが明らかとなった.また,ボールキック時のキックフォームについてはどの努力度でも同じであることも明らかとなった.以上のことから,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴として,正確性はボール速度に影響を受けることが明らかとなり(キックパフォーマンスは65%が最も高い),また,ボール速度は,ボールインパクトまでの過程で蹴り動作を変化させることで調整していることが明らかとなった.本研究の目的は,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴を明らかにすることである.ボール速度の検討については“主観的努力度"を,また,正確性の検討については“ボール分布"を用いて実験を行った.その結果,サッカーにおける一歩助走キックの調整能力の特徴として,正確性はボール速度に影響を受けることが明らかとなり(キックパフォーマンスは65%が最も高い),また,ボール速度は,ボールインパクトまでの過程で蹴り動作を変化させることで調整していることが明らかとなった.研究Iについては,日本体育学会第67回大会で発表をし,その後論文投稿まで行う予定である.研究IIについては,6月7月の間に測定を行い,日本トレーニング科学会大会で発表を行う予定である.学会発表後,研究IIについても論文投稿を行う予定である.研究Iについてはトレーニング科学に投稿する予定である.研究IIについては,測定は終了し,データをまとめて日本体育学会第68回大会で学会発表する.その後,論文を投稿する予定である.スポーツバイオメカニクス平成27年度に学会発表(旅費),論文投稿(校正費・投稿料)を行う予定であったが,測定を行う時期が遅れたため,年度内にすることができなかった.測定は年度内に終了したので,平成28年度に学会発表,論文投稿を行う.平成28年度に学会発表(旅費),論文投稿(校正費・投稿料)を行う予定であったが,測定を行う本学のスポーツパフォーマンス研究棟が台風の影響で損傷し,測定が延期になってしまい,年度内に行うことができなかったため,次年度使用額が生じた.現在測定は終了し,平成29年度に学会発表,論文投稿を行う.平成28年度に学会発表に伴う旅費,論文投稿に伴う校正費,投稿料に使用する.平成29年度に学会発表に伴う旅費,論文投稿に伴う校正費,投稿料に使用する.
栄養感知システムmTORシグナルの分子基盤の解明と分子栄養学への展開

mTORシグナルの栄養代謝における役割を生体で解析するため、mTORC1シグナル特異的阻害剤であるラバマイシンを腹腔内投与したC57BL6マウスモデルを用いて解析を行ったところ、非投与群に比べて体重血糖、遊離脂肪酸や脂肪重量などには有意な差は認めなかったが絶食後の血中ケトン値がラバマイシン投与群で有意に高値を示していることを前年度見出したそこで次に肥満、2型糖尿病モデルであるKK-Ayマウスに同様の解析を行った。その結果やはりラバマイシン処理群で血中ケトン体の産生が有意に増加していた。また投与群で体重増加が有意に抑えられていたにもかかわらず、随時血糖値の上昇、肝・脂肪重量の低下が見られ、またインスリン負荷試験にてインスリン感受性の低下が見られた。一方、mTORヘテロノックアウトマウスを用いて同様の解析を行ったが、ヘテロ欠損はlittermateの野生型と比べても、絶食後のケトン体や遊離脂肪酸の産生および脂肪や肝重量に有意な差を認めなかった。以上のラバマイシンを用いたマウスモデルの解析から、mTORC1シグナルは、飢餓時におけるケトン体産生に対して抑制的に働いている一方、mTORC1経路の抑制は、末梢でのインスリン感受性と膵β細胞の代償性肥大化を抑制することで、耐糖能の悪化をきたすことが明らかとなった。mTORC1は生体において、糖・エネルギー代謝において重要な役割を担っており、分子栄養学的な観点から重要な標的分子であることが明らかとなった。mTORシグナルの栄養代謝における役割を生体で解析するため、mTORC1シグナル特異的阻害剤であるラパマイシンを腹腔内投与したC57BL/6マウスモデルを用いて解析を行った。栄養代謝パラメーターとして、体重、血糖、血中ケトン、遊離脂肪酸などを測定し、さらに肝臓や脂肪重量の変化なども比較した。その結果、C57BL/6マウスにラパマイシンを投与すると、非投与群に比べて体重、血糖、遊離脂肪酸や脂肪重量などには有意な差は認めなかったが、絶食後の血中ケトン値がラパマイシン投与群で有意に高値を示していた。一方、腸管粘膜の成長・維持に、経口摂取されたアミノ酸が重要であることが臨床的に知られていることに着目し、mTORシグナルの腸管粘膜維持機構についても同時に解析を行った。絶食の上、ブドウ糖溶液のみ投与したマウスとブドウ糖にアミノ酸を加えた溶液を投与したマウスを作成し、処理後に小腸を端離し、腸管粘膜の厚さおよび面積を定量的に測定した。更にmTORC1シグナル活性化マーカーとして、リボゾームS6蛋白リン酸化特異抗体を用い腸管粘膜を免疫染色すると同時に、ウエスタンブロットにてS6蛋白のリン酸化を半定量的に比較した。その結果、ブドウ糖単独投与に比べてアミノ酸混合液経口投与群において、有意に腸管粘膜の萎縮が抑制され、同時に腸管粘膜のmTORC1シグナルが有意に活性化されていた。しかしラパマイシンの腹腔内投与にて、腸管におけるアミノ酸によるmTORC1の活性化は強く抑制され、同時に腸管粘膜の成長・維持も強く阻害されていた。以上のラパマイシンを用いたマウスモデルの解析から、mTORC1シグナルは、飢餓時におけるケトン体産生に対して抑制的に働いている一方、腸管においてはアミノ酸による粘膜維持に必須の役割を担っていることが明らかとなった。mTORCシグナルの栄養代謝における役割について、マウスモデルを用いてほぼ順調に解析が進んでいるが、分子メカニズムの解明について、候補蛋白の発現ベクターの作成などが当初の予定よりやや遅れているため。マウスモデルを用いた解析においては、引き続きKK-AyマウスやmTORノックアウトマウスを用いてさらに発展させる予定である。分子メカニズムの解析に関しては、候補分子を絞り込み、発現ベクターやノックダウン系を作成し、解析を進めていく予定である。研究計画に従って引き続き研究を遂行していく予定であり、次年度使用金額(B-A)が10,000円生じたが、次年度の物品費に組み込み、次年度の研究費として合わせて使用していく予定である。
ソフトウェアの発展を可能にする等価変換に基づくシステム構築法の研究

ソフトウェア発展とは、ソフトウェアがその仕様の変更や仕様環境の変化に対応して、その機能や構造を変化、発展させ、それらの変更や変化を許容できることであり、仕様とプログラムの関係を適切に捉える理論を構築することが非常に重要である。本研究では、第一に、等価変換パラダイムに基づいて、仕様とプログラムの新しい関係を提案した。すなわち、(1)仕様を等価変換して、(計算に向いた)新しい仕様を得る。(2)その仕様を等価変換するルール群と制御記述を得る。ルール群と制御記述の組がプログラムである。本研究では、この枠組のもとで、(a)新しいデータ構造を導入するための理論を与えた。また、(b)仕様から等価変換するルールを生成する基礎理論を作り実験システムを構築した。(a)はいままであまり研究されていないタイプの変換である。しかし、効率的なプログラムを作成する上で、データ構造の改善は非常に重要な役割をはたす。データ構造の改善のできない枠組では、多くの現実の問題に関して、十分効率的に解くプログラムをつくることが困難である。(b)は、パターンで指定されたアトムに対して適用可能な等価変換ルールを仕様から生成する。これは、従来のunfold/fold変換を用いたプログラム変換の技術を包含する。本研究は、効率的なプログラムを構築するための汎用の枠組を与えるとともに、ソフトウェア発展の理論の基礎を与えると期待される。
解析関数空間とその上の作用素の研究

本研究課題は,複素平面上の単位円板における解析関数空間を定義域とする線形作用素が持つ関数解析的性質を,その定義域に属する解析関数の持つ関数論的性質で特徴付けることを目的とする.得られた知見について,各課題にしたがって以下まとめる.[1]大野のLipschitz空間上の荷重合成作用素の研究の拡張に端を発したBloch-type空間上の間題は,K.Stroethoff(米Montana大学),R.Zhao(米Toledo大学)らとその有界性,compact性の特徴付けを完全に行い,論文として発行した.[2]J.S.Choa(韓Sung Kyun Kwan大学)と合成作用素と乗法作用素の積の有界性,compact性の特徴づけをHardy空間とBergman空間の場合で同時に示し,論文として発行した.[3]新潟大学理学部の泉池敬司との共同研究「有界解析関数空間上の荷重合成作用素の位相構造」において豊富な結果を得た.これは先駈けとなった大野の「荷重」のない「合成作用素」の場合の拡張であるが,まず荷重合成作用素の差のcompactness, weak compactness, complete continuityの同値性が確認された.そして,位相構造については,荷重にあたる関数が絶対値1をとる集合による場合分けにより考察した.得られた結果は泉池敬司,新潟大学理学部の細川卓也との共著論文として投稿し,受理された.大野の結果は関数環の研究者によって拡張されているが,この場合も新たな問題を提起するものと思われる.[4]有界調和関数空間上のHankel-type作用素のcompact性,完全連続性も泉池教授との共同研究によって明らかにし,論文として投稿し受理された.この研究はDunford-Pettis性質,tight環,Bourgain環に関係するなど重要な応用面を多く持っている.[5]大野の研究「有界解析関数空間上の合成作用素の位相構造」について,新潟大学理学部の細川卓也よりBloch空間への拡張が提起され,氏と共に研究を試み,合成作用素の差のcompactnessを完全に特徴付けた.その特徴付けがSchwartz-Pick型の不等式が道具になったことから,いろいろな話題との関係が予想される.論文として投稿した.本研究課題は,複素平面上の単位円板における解析関数空間を定義域とする線形作用素が持つ関数解析的性質を,その定義域に属する解析関数の持つ関数論的性質で特徴付けることを目的とする.得られた知見について,各課題にしたがって以下まとめる.[1]大野のLipschitz空間上の荷重合成作用素の研究の拡張に端を発したBloch-type空間上の間題は,K.Stroethoff(米Montana大学),R.Zhao(米Toledo大学)らとその有界性,compact性の特徴付けを完全に行い,論文として発行した.[2]J.S.Choa(韓Sung Kyun Kwan大学)と合成作用素と乗法作用素の積の有界性,compact性の特徴づけをHardy空間とBergman空間の場合で同時に示し,論文として発行した.[3]新潟大学理学部の泉池敬司との共同研究「有界解析関数空間上の荷重合成作用素の位相構造」において豊富な結果を得た.これは先駈けとなった大野の「荷重」のない「合成作用素」の場合の拡張であるが,まず荷重合成作用素の差のcompactness, weak compactness, complete continuityの同値性が確認された.そして,位相構造については,荷重にあたる関数が絶対値1をとる集合による場合分けにより考察した.得られた結果は泉池敬司,新潟大学理学部の細川卓也との共著論文として投稿し,受理された.大野の結果は関数環の研究者によって拡張されているが,この場合も新たな問題を提起するものと思われる.[4]有界調和関数空間上のHankel-type作用素のcompact性,完全連続性も泉池教授との共同研究によって明らかにし,論文として投稿し受理された.この研究はDunford-Pettis性質,tight環,Bourgain環に関係するなど重要な応用面を多く持っている.[5]大野の研究「有界解析関数空間上の合成作用素の位相構造」について,新潟大学理学部の細川卓也よりBloch空間への拡張が提起され,氏と共に研究を試み,合成作用素の差のcompactnessを完全に特徴付けた.その特徴付けがSchwartz-Pick型の不等式が道具になったことから,いろいろな話題との関係が予想される.論文として投稿した.本研究課題は複素平面の単位円板における解析関数空間上の線形作用素の関数解析的性質をその定義域である解析関数の持つ性質で特徴付けることを目的とする.本年度の研究実施計画にしたがって得られた知見について,以下まとめる.1.K.Slroelhoff(米Montana大学),R.Zhao(米Toledo大学)らと引き続き行ったsmallBloch空間上における合成作用素の有界性などの特徴付けは,古典的なZygmundクラスの関与する結果を得た.この結果を2003年12月京都大学でJ.H.Shapiro(米Michigan state大学)を招いて開催された「Topics on holomorphic spaces and composition operators」において口頭発表したところ,同様の問題が韓国数学者によっても研究中であることがわかった.

得られた結果が豊富なため,取りあえず同じタイプのsmall Bloch空間間の場合を現在論文化している.異なる空間間の場合はその後まとめる予定とした.2.J.S.Choa(韓Sung Kyun Kwan大学)とBloch空間からHardy空間への荷重合成作用素も引き続き行ない,氏が7月に新潟大学を訪問した際にも検討を行ったが,まだ解決にいたらない.また,その際改めてHardy空間間の荷重合成作用素の関数論的特徴付けも提起された.3.(a)新潟大学理学部の泉池敬司との共同研究「有界解析関数空間上の荷重合成作用素の位相構造」において豊富な結果を得た.これは先駈けとなった大野の「荷重」のない「合成作用素」の場合の拡張であるが,まず荷重合成作用素の差のcompactness, weak compactness, complete continuityの同値性が確認された.そして,位相構造については荷重(乗法作用素)のために,予想できなかった挙動が確認された.大野の結果は関数環の研究者によって拡張されているが,この場合も新たな問題を提起するものと思われる.(b)泉池,Choaと共に「有界調和関数空間上の荷重合成作用素」についても研究を行い,Poisson積分を利用して乗法作用素を定義するという新しい方法によって荷重合成作用素を定義し,その有界性,compactnessを特徴付けることを開始した.この定義は積が定義できない調和関数において,新たなる研究の将来を持つことが予想される.(c)大野の研究「有界解析関数空間上の合成作用素の位相構造」について新潟大学理学部の細川卓也よりBloch空間への拡張が提起され,氏と共に研究を試み,合成作用素の差のcompactnessを完全に特徴付けた.その特徴付けがSchwartz-Pick型の不等式が道具になったことから,いろいろな話題との関係が予想される.この結果は12月京都大学で開催された上述の研究集会において口頭発表された.位相構造については,次年度への課題となった.1.新潟大学理学部の泉池敬司との共同研究「有界解析関数空間上の荷重合成作用素の位相構造」において豊富な結果を得た.これは先駈けとなった大野の「荷重」のない「合成作用素」の場合の拡張であるが,まず荷重合成作用素の差のcompactness, weak compactness, complete continuityの同値性が確認された.そして,位相構造については,荷重にあたる関数が絶対値1をとる集合による場合分けにより考察した,得られた結果は泉池敬司,新潟大学理学部の細川卓也との共著論文として投稿し,受理された.大野の結果は関数環の研究者によって拡張されているが,この場合も新たな問題を提起するものと思われる.2.有界調和関数空間上のHankel-type作用素のcompact性,完全連続性も泉池教授との共同研究によって明らかにし,論文として投稿し受理された.この研究はDunford-Pettis性質,tight環,Bourgain環に関係するなど重要な応用面を多く持っている.引き続き,Hardy, Bergman空間の場合についても研究を開始した.
マレーシアにおける定住した狩猟採集民が現代的社会問題を克服するための実証的研究

本研究は、マレーシアにおける定住した狩猟採集民が現代的社会問題を克服するための方策を検討することを目的とする。彼らは、20世紀初頭まで、森林産物の狩猟や採集をもとにした生活をしてきたが、現金経済が浸透し、賃金労働や都市での居住が可能となる現在、様々な問題を抱えている。分配が容易なアルコー過剰摂取、学校教育への不適合、遠方の民族集団との婚姻によるアイデンティティの揺らぎである。本研究では、彼らが抱える問題を、彼ら自身がどのように認識し、どのような解決を望んでいるのかを実証的に研究していく。
偏光制御硬Ｘ線光電子分光による強相関フェルミ面形成に関与する軌道観測手法の開発

固体の性質の鍵となる電子がどのようなエネルギーや運動量にあるかを直接知ることができる光電子分光を硬X線領域で、かつ用いるX線の偏光を変えて行う研究技術開発を行った。その結果、表面ではなく固体内部において性質の鍵となる電子がどのような軌道から構成されているかを実験的に知ることが可能になった。偏光制御には2枚のダイアモンド単結晶を本研究で導入した。また、より短期間で多くの情報が得られるように新たな集光技術も導入し、光のスポットサイズ25μmを達成し光電子強度は約6倍にまで上昇した。さらには、これらの手法を電子間のクーロン反発が無視できない強相関物質に適用して電子構造の解明に成功した。本研究課題では、H24年度は完全水平/垂直直線偏光切替えを目指した偏光度向上を行った。まず従来は垂直直線偏光に変換する際、100%垂直成分の光を得ることは難しく高くても93%程度の垂直偏光成分をもつ硬X線励起光だったものが、エネルギー分解能向上によって97%にまで上昇し、100%により近づいた。さらには集光系を改良し、硬X線光電子分光の際に試料上でのスポットサイズを25μm×25μmと従来よりも1桁小さくすることに成功した。これにより光電子強度も1桁近く増大した。YbCu2Ge2の偏光制御硬X線光電子分光を行い、フェルミ準位近傍の軌道分解別電子構造を解明した。Yb 4f成分はフェルミ準位近くに分布するものの実効的な混成が非常に強いため近藤ピークはフェルミ準位から0.1eV離れた占有側に立ち、フェルミ準位での4f部分状態密度は高くないことが分かった。さらにはこの系は従来言われていたYb2+系ではなく、強く価数揺動した状態にあることが分かった。YbRh2Si2については、主として内殻光電子分光から電子状態を解明した。300 Kにおいてはこの物質のYb価数は2.95+程度と従来他の実験から報告されていた値と矛盾しないものの、温度降下に伴って価数は減少し14 Kにおいては価数が2.9以下となり、発見当初想定されていたYb3+系ではなく明らかにこの系も価数揺動物質であることが判明した。この結果は、より低温で観測されるYbRh2Si2の量子臨界現象が価数ゆらぎに起因していることを示唆する。H25年度において、本研究課題で当初目標の一つに掲げていた2枚の偏光移相子使用による光電子分光用高輝度硬X線の高効率偏光変換を達成した。昨年度まで1枚の偏光移相子による水平ー垂直直線偏光切り替えでは透過率が最大で35%、切替え後の直線偏光度PLは最も良くて-0.94 (-1が最も良い)だったものが2枚使用により透過率50%かつ直線偏光度PL= -0.96を達成した。これにより殆ど多くの偏光制御硬X線光電子スペクトル測定において僅かに残っていた水平直線成分による寄与を差し引く必要がなくなり、より精密な実験が遂行可能になった。以上のような技術開発の後、直線偏光硬X線光電子分光を価電子帯スペクトルのみならず強相関内殻スペクトルにも適用したところ、予想もしない結果を得た。YbCu2Si2は元々電子・磁気状態の異方性の強いことが知られていたが、この単結晶に対してYb 3d内殻光電子分光を行ったところ、終状態多重項分裂で複数のピーク構造が生じるYb3+成分の内殻スペクトルに顕著な線二色性が観測された。これはYb 4fホールの対称性が結晶場分裂によって球対称からズレていることが原因であるが、多重項を全て取り入れた上で結晶場分裂を考慮したイオンモデルによってスペクトル解析を行うことで4fホールの波動関数がかなりの精度で決定できることが判明した。この線二色性は偏光の変化だけではなく光電子放出角度を変えた測定を行うと線二色性が変化し、従来の吸収分光では理論的に不可能だった同じ磁気量子数に属する異なる軌道をも判別できることが分かり、本課題で開発した実験手法が中性子散乱や帯磁率から推測する基底状態対称性決定以上に正確で相補的な新たな手段となることが分かった。本研究課題では、H23年度はダイアモンド移相子2枚を導入し完全水平/垂直直線偏光高輝度硬X線励起による光電子分光及びフェルミオロジーへの足がかりを得た。また、偏光制御硬X線光電子分光をいくつかの強相関電子系物質に適用し、軌道分解的に電子構造を明らかにすることに成功した。

マルチフェロイック系CuFe1-xNixO2は少量(x=0.02)のNi置換で電気伝導度が3桁程度上昇するが、いかなる偏光配置での測定でもフェルミ準位におけるスペクトルカットオフは見られず金属ではないことが分かった。一方でCuFeO2の硬X線励起価電子帯光電子スペクトルは極めて大きな偏光依存性=線二色性を示し、Cu 3d, Fe 3d及びFe 3s, Cu 4s電子構造を同定した。ここでNi置換によって最も顕著に電子構造が変化するのは3d軌道成分ではなくCu 4s軌道成分であり、しかもこれらが最もフェルミ準位近くに分布することが判明した。4s軌道成分はO 2p軌道と強く混成することを考えると、いわばこれらの系は電荷移動型でありNi置換によって少量のキャリアはO 2p軌道及びそれと強く混成した4s軌道に入ることが分かった。Cu 2p内殻光電子分光を測定したところ、Cu価数は1+、つまり3d10電子配置でありCu 3d軌道は閉殻(これは価電子帯光電子スペクトル形状とも矛盾しない)であることから磁性を担うのはFe 3d電子となることを確認した。これらのことからあたかもこの系では電気伝導と磁性が独立したかのように振る舞うことが分かった。H24年度には本研究課題で目的達成の為に必要な偏光制御硬X線微小集光を達成し、偏光度も上昇した上でいくつかの強相関電子系に対して意味のある実験結果を集積しつつあることからも概ね順調に進展している、と判断できる。ダイアモンド移相子2枚を導入し、並行して偏光制御硬X線励起価電子帯光電子分光測定にも成功しており、本実験手法を新たなフェルミオロジー手法へと展開していく足がかりがH23年度中に得られており、この点で概ね順調に進展しているといえる。また、非球面ミラー導入もH23年度中になされ、H24年度には本研究課題で目的達成の為に必要な偏光制御硬X線励起光電子分光の高分解能測定メドがついたことからもおおむね順調に進展している、と判断できる。今後は偏光度をより高めると共に、高分解能測定に着手する。本課題期間中にチャンネルカットを回折性能のよい状態に改造できたため、強度と分解能を両立した測定が期待できる。これらの実験は高輝度かつ偏光特性に優れたシンクロトロン放射光利用が不可欠であるため、従来より本研究組織が実験遂行しているSPring-8 BL19LXUで引き続き進めて行く。また、偏光制御硬X線光電子分光の高分解能測定を強相関電子系に対して行い、本実験手法を本当に実用にたる新たなフェルミオロジー手法として展開する。今後は導入したダイアモンド移相子による完全水平/垂直直線偏光制御技術を確立し、加えて硬X線用非球面ミラーも導入する。これらにより偏光制御硬X線光電子分光における弱点であった光子密度の減少を克服し、強度の点から困難であった偏光制御光電子分光の高分解能測定が可能になる。これらの検証の為に、YbCu2Ge2, CeCu2Ge2, LaCu2Ge2の3種類に対して本実験を適用していく。これまでCeCu2Ge2とLaCu2Ge2の価電子状態は両者見分けが困難な程度に相互に類似していたが、それが軌道分解測定をしても同様かどうかを探る。さらには電子・ホールという意味で対照的なYbCu2Ge2に対しても測定を行い、いわゆる電子ホール対称性が電子状態に対して適用できるのかどうかを検証する。
連想計算の代数に基づく並列連想計算方式の研究

本研究の目的は、膨大な情報に基づく連想過程に計算的な基礎づけを与え、「連想の情報学」の基盤となる情報処理技術を提供することである。申請者らが開発中の「連想計算エンジンGETA(Generic Engine for Transposable Association)」が高速実行する連想計算の数学的構造を「連想計算の代数」として定式化し、その代数構造に基づくプログラム変換により汎用性の高い並列連想計算方式を提案する。提案方式はGETAを用いてPCクラスタ上に実装し、その実用上の有効性を検証する。平成14年度は、主に次の研究を行った。●GETAでサポートされている各種類似性計量による連想計算を一般化し、連想計算の代数モデルを構築する。インデックス行列の基本操作を抽象化し、代数的なデータ構造としてモデル化し、GETAで高速処理可能な類似性計量の数学的特徴について考察した。●連想計算の代数モデルに基づき、計算的に等価な並列連想計算方式をいくつか定式化した。各並列方式がどのような類似性計量の連想計算に適用可能かについて検討した。特に、インデックス・データの均一な分割により、各計算ノードでの計算に逐次処理と同一の類似性計量を使用する場合を中心に検討した。●GETAのサポートする基本ライブラリを利用して、昨年度導入したPCクラスタ(16CPU規模)上に、上記で検討した並列連想計算方式を実装し、各種類似性計量に関する連想計算の性能比較を行った。
枯草菌と大腸菌におけるトランス・トランスレーションの標的タンパク質の解析

まず、トランストランスレーション産物を特異的に検出、単離するシステムを開発した。この方法を用いて枯草菌のtmRNAが仲介するトランストランスレーションの標的タンパク質のいくつかを同定した。それらの中にはストレス応答遺伝子産物(PerR)、カタボライト抑制を受ける遺伝子産物(TreP)など興味深いものが含まれていた。CcpAが介在するカタボライト抑制にトランストランスレーションが関与する可能性が示唆され、新たな生理的機能が明らかになりつつある。TreP-非分解型タグペプチド融合タンパク質は、いくつかのプロテアーゼで消化した後、それらのC末端断片をニッケルカラムを用いて精製し、MALDI TOF MASSを用いてアミノ酸配列を解析し、TrePのどの部分からタグペプチドに置き換わっているのかを明らかにした。また、全体として高温のときほど、トランストランスレーションが盛んに起こっていることが明らかになった。一方、大腸菌のトランストランスレーションの標的タンパク質についてもそのいくつかを明らかにすることができた。現在トランストランスレーション反応産物の詳しい解析を行っており、それを通して、いつ、どのようなときに、何のためにトランストランスレーションが起こるのかという点を明らかにしていきたい。
ＬＣＧＴを使った背景重力波探査にむけて

背景重力波そのものに対しては、インフレーション起源の背景重力波から引き出せる情報の検討を行うとともに、ライン重力波の相関解析による検出可能性を調べた。また、これと平行して、背景重力波の発生源となりうる連星系等の進化も解析した。特に、階層的な三体系に注目して、ある種の共鳴状態を通過する際の軌道パラメーターの振る舞いを解析的な枠組みで調べた。連星中性子星に関しては、古在機構による高離心率状態の実現可能性を明らかにすることに成功した。本年度は前景重力波源として潜在的に重要な楕円軌道のコンパクト連星に注目して研究を進めた。具体的には、連星の進化、放出する重力波、そして方向決定精度等データ解析に関連する事項の検討を行った。まず形成および進化に関しては、天体力学的な効果として広く知られている古在機構の影響を調べた。これまで古在機構と重力波放射の関連においては、主に永年摂動論が用いられてきた。これは軌道の位相については平均化して離心率や軌道傾斜角などのパラメータの長期進化を追うという手法で、比較的簡単に数値計算を行うことができる。これに対して研究代表者はポストニュートニアン効果を取り入れた直接的な3体計算のコードを作り、数値計算を実行した。そして従来予想された進化と大きく異なった振る舞いがみられることを発見した。そして、この差異の原因を理論的に説明することに成功した。これは、離心率が1に近い状況では、永年摂動論の前提となっている軌道の平均化が妥当性を欠くことによるものである。次に実際の地上干渉計のネットワークで離心率の大きな連星が検出できた場合の天文学的な意義を指摘した。円軌道連星と比べて離心率を持つ連星が放出する重力波は、合体前の比較的早い時期に干渉計に検出されうる。したがって、合体時にその天球上の方向をよい精度で決定できる可能性がある。この指摘は連星中性子星の合体とそれに付随する電磁波現象を観測的に調べる上で大きな意味を持つものである。重力波のデータ解析におけるパラメータ推定値の誤差の見積もりにはフィッシャー解析が多用されてきた。この手法はパラメータの真の値の周りの線形解析ととらえる事ができて、SN比が1より十分に大きい場合に、その妥当性が保証される。本年度はパラメータ空間上で最尤値の持つ幾何学的特性(極値や鞍点)に注目する解析的手法を展開し、背景重力波の相関解析を想定して、必要な定式化を行った。得られた結果は低SN比でも有用である。また、LCGTを含む地上干渉計のネットワークに対して推定パラメータの誤差分布を具体的に評価した。鞍点の分布関数を利用して、複数の極大値が存在する確率等も評価した。一方、階層的な軌道を持つ3体系において、相対論的効果による内側の近点移動の周波数と、外側の軌道周期が等しくなる場合、比較的強い軌道共鳴状態が実現されることがこれまでの私の研究により指摘されていた。本年度はこの共鳴状態に対して系の本質的な自由度を抜き出し、離心率に対して摂動展開をすることにより、対応する一次元系のハミルトニアンを導出することに成功した。これにより、捕獲確率、共鳴点通過時の離心率のギャップ等が解析的に予言できるようになった。さらに、ポストニュートニアン法による直接3体計算を多数実行して、上記の解析的予言を実際に検証した。解析的予言は離新率が0.5程度以下の場合、数値計算とよい一致を示すことが確かめられ、この特異な階層的軌道共鳴の進化が実質的に解明されたといえる。本年度は前景重力波源としてコンパクト連星の研究、および初期宇宙起源の背景重力波探査法の研究を進めた。これら二つの研究概要を以下に順に述べる。まず前者に関しては重力波干渉計が観測する連星合体率の推定、軌道傾斜核の分布等データ解析に関連する基礎的事項の検討を行った。これらを見積もる際には、波源の天球上の方向、および軌道角運動量の向きに対して計4つの角度を取り扱う必要がある。これは数値計算上のコストが高く、従来はモンテカルロ法などによって取り扱われることが多かった。今回私は、重力波の偏光状態がこれらの評価においてどのような役割を果たしているかを吟味することによって、有効な摂動展開を新たに導出することに成功した。これにより、連星検出率等が非常に簡単な単純な2重積分により精度良く評価することが可能になった。私が作った摂動的評価法は幅広い応用が可能であり、重力波データ解析において今後も役に立つことが期待できる。次に後者の初期宇宙起源の背景重力波について報告する。今年の前半には、CMB偏光観測プロジェクトBICEP2の報告をうけて、CMB観測と将来の重力波直接観測双方を組み合わせることにより、インフレーションポテンシャルの情報にどのように迫ることが出来るかを数値的に検討した。また、今年の後半には電磁波スペクトルのライン観測の歴史を検討したうえで、背景重力波のライン探査法を主としてデータ解析の立場から分析を行い、相関解析におけるデータの平均法が非常に重要になることを指摘した。本年度は重力波の初検出イベントGW150914を受けたブラックホール連星の研究、および初期宇宙起源の背景重力波探査法の研究を進めた。2015年9月14日、LIGO干渉計2台が強い重力波信号GW150914を検出した。データ解析の結果、約36太陽質量と約29太陽質量の2つのブラックホールが合体したことが確認された。

これは初の重力波直接検出という歴史的快挙であるとともに、連星ブラックホールが存在することを示す初の観測であった。一方、確認されたブラックホールの質量は事前に想定されていたものと比べてかなり重く、このようなブラックホール連星の形成過程について新たな関心も引き起こされている。現在のところ、有力と考えられている形成シナリオは二つある。一つはブラックホールのもとになった大質量星が連星として誕生し、進化したというもの、もう一つは高密度の星団中で力学的な過程を経て大質量ブラックホール連星が形成されたとするものである。私は低周波領域でブラックホール連星を観測することにより、これらのシナリオを区別できる可能性のあることを指摘した。具体的には計画中のeLISAを取り上げ、どのような周波数帯で、どの程度の連星が検出できるか?どの程度の残留離心率を計測できるか?といった基本的な側面を明らかにした。前また、今年の前半には背景重力波のライン探査法の可能性をデータ解析面から検討した。その結果、従来の背景重力波探査法では、ライン重力波を取り逃がす可能性があること、そしてどのような解析法が有効であるかを明らかにした。背景重力波そのものに対しては、インフレーション起源の背景重力波から引き出せる情報の検討を行うとともに、ライン重力波の相関解析による検出可能性を調べた。また、これと平行して、背景重力波の発生源となりうる連星系等の進化も解析した。特に、階層的な三体系に注目して、ある種の共鳴状態を通過する際の軌道パラメーターの振る舞いを解析的な枠組みで調べた。連星中性子星に関しては、古在機構による高離心率状態の実現可能性を明らかにすることに成功した。前景重力波源の進化に関して当初計画していた摂動的解析法を新たに完成させ、様々な干渉計ネットワークに関して合体率の評価を行った。それをさらに発展させて軌道傾斜角の分布関数の評価を行うなどの成果をあげていると言える。しかし、昨年度はBICEP2の報告による重力波研究者間に生じた大きな混乱があり、初期宇宙起源の重力波の検出法の研究に関しては大幅な遅れが生じてしまった。重力波2014年の冬にはBICEP2の報告が誤りであることがほぼ確定して、研究上の混乱はほぼ終息し、関連する研究の緊急性がなくなり、外的な研究環境も安定している。本研究計画は当初の予定より一年弱遅れたものの、2015年一月以降順調に遂行している。前景重力波源の進化に関して当初計画していた数値計算コードをほぼ予定通りに完成させ、多くのモデルパラメータについて、軌道進化計算を実行している。そして、従来見過ごされていた現象を発見するなど一定の成果をあげていると言える。しかし、次世代の重力波干渉計および電磁波対応天体観測に関連したデータ解析側面の研究は共同研究者との調整に時間を取られたためにやや遅れている。LCGTを含んだ地上干渉計ネットワークによる相関解析に対して当初の計画通りの研究が実行された。さらに、関連する重力波源の共鳴現象に対して強力なHamiltonianアプローチの枠組みに系を対応させることにも成功した。昨年度はBICEP2コラボレーションが原始重力波起源のCMB偏光の観測結果を発表した。
LC-DFT (長距離補正密度汎関数法）の確立

当初の研究計画通り、スピンフリップ長距離補正(LC)時間依存密度汎関数法(TDDFT)により、2次元周期拡張系のナノグラフェンの励起状態計算を行なった。本方法では、LCで長距離交換、スピンフリップ法で2電子励起電子相関を取り込む。1次元周期系で多参照理論なみの高精度励起状態計算が可能であることを確認済みである。計算の結果、LCが励起エネルギーのみならず最安定構造も大きく改善するのに対し、スピンフリップ法はあまり効かないことが分かった。また、系が大きくなると軌道エネルギーのずれが大きくなり、結果的にバンドギャップの過大評価が大きくなることも分かった。また、触媒反応の計算に向け、触媒反応を取り扱えないフロンティア軌道論に代わり、あらゆる反応に適用できる反応軌道エネルギー論にもとづく高精度軌道解析のための「反応軌道エネルギーダイアグラム」の作成法を開発した。その結果、従来のフロンティア軌道論の主要研究対象であるDiels-Alder反応の軌道論ダイアグラムの間違いを明らかにし、正しい軌道ダイアグラムを提案することができた。42種類の基本的反応を検証した結果、70%以上の反応が占有反応性軌道の電子移動によって駆動されていることも分かった。さらに、LC-DFTの応用計算として燃料電池のNafion膜などプロトン交換膜の劣化機構解明とその対策法の問題に取り組み、過酸化水素によるNafion膜の直接的な劣化機構を初めて明らかにし、その対策として炭化水素膜に導入されるトリフェニルホスフィン酸化物による過酸化水素の分解機構も解明することができた。昨年度は、これまで開発してきた最高精度の時間依存密度汎関数法(TDDFT)であるスピンフリップ長距離補正(LC)TDDFTによって2次元拡張系であるナノグラフェンの励起状態計算を行なうことにより、固体結晶の構造やバンド計算における長距離交換の重要性を確証することができた。これは、本研究課題であるLC-DFTによる周期系や大規模系の反応や光化学反応の研究への重要な第一歩となった。また、これまで開発してきた反応軌道エネルギー論にもとづく、きわめて適用性と信頼性の高い軌道論ダイアグラムである反応軌道エネルギーダイアグラムを開発することにより、LC-DFTによる大規模系の化学反応の軌道論解析に道筋をつけるとともに、光化学反応の軌道論解析につなげられる理論を構築することができた。この成果は、これまで不可能であった触媒反応や溶液反応など大規模系反応の軌道論解析を可能にする成果であり、本研究課題の達成に密接に関係している。さらに、過酸化水素による燃料電池のプロトン交換膜の劣化やそれを抑制するトリフェニルホスフィン酸化物の反応機構をLC-DFTによって明らかにすることができた。これは、研究計画にあるLC-DFTの特徴を活かした大規模系の応用計算の1つの成果となった。昨年度に引き続き、平面波基底周期境界条件つきLC-TDDFT計算プログラムの開発とその高速化に取り組む。光化学反応のほとんどは電子移動励起に先駆されるが、電子移動励起を取り扱えるTDDFTはLC-TDDFT以外にない。しかし、平面波基底周期境界条件DFTでは、LCを導入した例はきわめてまれにしかなく、TDDFTでは知りうる限り存在していない。この問題を解決するため、当初計画通り、周期境界条件LC-TDDFTプログラムの開発に取り組む。また、TDDFT励起状態計算への多電子励起効果の取り込みのため、スピンフリップ法のTDDFTプログラムへの導入も考えている。スピンフリップ法の周期境界条件つきTDDFT計算への導入も、知りうる限りこれまで例がない。その有効性に対する検証も行なう予定である。さらに、本年度から、密度行列繰り込み群(DMRG)法にもとづく多配置DFTの開発も再開する予定である。DMRG多参照理論の開発者である名古屋大学の柳井毅教授と理論開発のための本格的な議論を開始し、共同研究でDMRG多配置DFTの理論開発に取り組む。応用計算としては、金属クラスタの励起状態計算を考えている。金属クラスタの励起が重要な役割を果たす例として表面増強ラマンスペクトルがあるが、いかにしてラマン強度が増強されるかは明らかになっていない。LC-TDDFTによる光機能解明の第一歩として、銀クラスタによるラマン強度の増強機構を解明する。

さらに、LC-DFTの応用計算として燃料電池のNafion膜などプロトン交換膜の劣化機構解明とその対策法の問題に取り組み、過酸化水素によるNafion膜の直接的な劣化機構を初めて明らかにし、その対策として炭化水素膜に導入されるトリフェニルホスフィン酸化物による過酸化水素の分解機構も解明することができた。昨年度は、これまで開発してきた最高精度の時間依存密度汎関数法(TDDFT)であるスピンフリップ長距離補正(LC)TDDFTによって2次元拡張系であるナノグラフェンの励起状態計算を行なうことにより、固体結晶の構造やバンド計算における長距離交換の重要性を確証することができた。これは、本研究課題であるLC-DFTによる周期系や大規模系の反応や光化学反応の研究への重要な第一歩となった。また、これまで開発してきた反応軌道エネルギー論にもとづく、きわめて適用性と信頼性の高い軌道論ダイアグラムである反応軌道エネルギーダイアグラムを開発することにより、LC-DFTによる大規模系の化学反応の軌道論解析に道筋をつけるとともに、光化学反応の軌道論解析につなげられる理論を構築することができた。この成果は、これまで不可能であった触媒反応や溶液反応など大規模系反応の軌道論解析を可能にする成果であり、本研究課題の達成に密接に関係している。さらに、過酸化水素による燃料電池のプロトン交換膜の劣化やそれを抑制するトリフェニルホスフィン酸化物の反応機構をLC-DFTによって明らかにすることができた。これは、研究計画にあるLC-DFTの特徴を活かした大規模系の応用計算の1つの成果となった。昨年度に引き続き、平面波基底周期境界条件つきLC-TDDFT計算プログラムの開発とその高速化に取り組む。光化学反応のほとんどは電子移動励起に先駆されるが、電子移動励起を取り扱えるTDDFTはLC-TDDFT以外にない。しかし、平面波基底周期境界条件DFTでは、LCを導入した例はきわめてまれにしかなく、TDDFTでは知りうる限り存在していない。この問題を解決するため、当初計画通り、周期境界条件LC-TDDFTプログラムの開発に取り組む。また、TDDFT励起状態計算への多電子励起効果の取り込みのため、スピンフリップ法のTDDFTプログラムへの導入も考えている。スピンフリップ法の周期境界条件つきTDDFT計算への導入も、知りうる限りこれまで例がない。その有効性に対する検証も行なう予定である。さらに、本年度から、密度行列繰り込み群(DMRG)法にもとづく多配置DFTの開発も再開する予定である。DMRG多参照理論の開発者である名古屋大学の柳井毅教授と理論開発のための本格的な議論を開始し、共同研究でDMRG多配置DFTの理論開発に取り組む。応用計算としては、金属クラスタの励起状態計算を考えている。金属クラスタの励起が重要な役割を果たす例として表面増強ラマンスペクトルがあるが、いかにしてラマン強度が増強されるかは明らかになっていない。LC-TDDFTによる光機能解明の第一歩として、銀クラスタによるラマン強度の増強機構を解明する。
遺伝性高チロジン血症における肝細胞特異的遺伝子発現異常の機序の解明(Hpd-遺伝子を導入したアルビノ致死マウス(Fah-)の解析)

これまで本研究者は(1)遺伝性高チロジン血症1型原因遺伝子のクローン化、(2)本疾患での遺伝子変異の解明、(3)本疾患で二次的に障害される4-ヒドロキシフェニルピルビン酸酸化酵素(HPD)の遺伝子構造の解明を達成した。さらに(4)高チロジン血症マウスにおける遺伝子異常の同定と、その異常がチロジン代謝に与える影響について明かにした。今年度の研究では(1)遺伝性高チロジン血症3型モデルマウスに対する組み換えアデノウイルスを用いた遺伝子治療実験(2)遺伝性高チロジン血症1型モデルマウスの作成と、その肝細胞障害機序について検討した。まず、ヒトHPDを発現する組み換えアデノウイルスをHpd欠損マウスに投与した。この組み換えウイルスにはCAGプロモーターを用いた。その結果、肝臓特異的にヒトHPDの発現が達成された。同時に、血中チロジン値は速やかに低下し、投与後12時間では正常レベルに達した。その効果は、約34週間持続した。しかし、1度ウイルスを投与したマウスに、同じ組み換えウイルスを再投与したところ、血中チロジン値の低下は観察されなかった。ヒトHPDmRNAの発現は肝臓以外では確認できなかった。またヒトこれらの検討の結果、本研究者が作成した組み換えウイルスはHpd欠損マウスの高チロジン血症を正常化したが、その効果は、一過性で、また再投与には反応しないことが判明した。一方、CAGプロモーターは肝細胞における遺伝子発現には適していることも明かになった。次にHPD欠損マウスとアルビノ致死マウスを交配し、Hpd/Fahの2重欠損マウスを作成した。このマウスは生存する遺伝性高チロジン血症1型のモデルマウスとして利用できる。このマウスに上述の組み換えアデノウイルスを投与し、肝細胞内でヒトHPDを発現したところ、肝細胞障害が出現した。これは本来のFAH欠損による肝細胞障害と考えられた。