hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胚発生de novoメチル化におけるDNMT3作用機序と標的調節

当初の計画では、細胞株作製時に、タンパク質発現解析およびDNAメチル化解析のサンプルを同時に採取する予定であった。しかし、多数の細胞株のサンプル解析を着実におこなうため、細胞凍結をはさんで、タンパク質サンプルとDNAサンプルを2段階にわけて採取・解析する方法に変更した。そのため、細胞株の作製・選別により長い期間を要した。DNAメチル化酵素Dnmt3ファミリーは、ゲノムDNAにあらたなメチル化修飾を形成する過程、de novoDNAメチル化の中心的な制御因子である。本研究は、マウスES細胞を実験系とし、Dnmt3ファミリー間の相互作用に着目してde novo DNAメチル化の作用機序を明らかにすることを目的とする。本年度は、昨年度に引き続き、DNAメチル化酵素多重変異ES細胞に、野生型あるいは酵素活性を欠損させたDnmt3関連タンパク質(Dnmt3a/Dnmt3b/Dnmt3l)を組み合わせて発現するレスキュー細胞株を作製し、これら細胞株の遺伝子・反復配列におけるゲノムDNAメチル化状態を解析した。Dnmt3関連タンパク質は互いにホモあるいはヘテロ4量体を形成することによって、酵素活性非依存的に、複合体を形成する他のDnmt3の酵素活性を調節する「アクセサリー機能」をもつことが知られている。本実験系が、各Dnmt3ファミリーのアクセサリー機能の違いを評価する系として動作しうることを示す結果が得られている。一方、解析の過程で、樹立してきたES細胞株について、一部のDnmt3関連タンパク質の機能欠損が不完全であることが判明し、得られた結果から明確な結論を導きにくい問題点も明らかになった。そのため、Dnmt3関連タンパク質の機能を完全に欠損した細胞株を作製するなど実験系の修正を行っている。平行して、Dnmt3関連タンパク質を組み合わせて発現するES細胞の性質を短期間で検証できるようにするため、複数の外来発現遺伝子が導入された細胞を株化せずに分離・選択できる発現ベクターを構築、これらがES細胞で動作することを確認した。Dnmt3関連タンパク質群によるDNAメチル化修飾のゲノム分布解析の条件検討のため、主要なDnmt3関連タンパク質の機能を欠損させた多重変異細胞を用いて解析したところ、当初の予想に反し、関連タンパク質のひとつDnmt3lの機能が部分的に残存することが判明した。このため、Dnmt3l遺伝子除去方法を見直し、改変した多重変異ES細胞を作製するなど、実験系を一部修正する必要が生じた。DNAメチル化酵素Dnmt3ファミリー分子(Dnmt3a, Dnmt3b, Dnmt3L)は、ゲノムDNAの未修飾領域に新たにメチル基を導入する「de novoメチル化」を担う。本研究は、マウスES細胞を用いて、de novoメチル化調節における各Dnmt3ファミリー分子の機能的な違いをあきらかにすることを目的とした。この目的のため、遺伝子ターゲティングによって主要な内因性Dnmt3遺伝子を欠損させたマウスES細胞(Dnmt3a-/-Dnmt3b-/-Dnmt3L-/-)を作製し、各Dnmt3遺伝子を再び導入する実験系を構築した。
サブミリ波帯スペクトロスコピック・イメージングに関する基礎的検討

サブミリ波帯は電磁波スペクトラムにおいて電波と光の中間に位置し、その研究開発状況は電波及び光の領域と比較して格段に遅れているのが現状である。サブミリ波は現在、電波天文学、分子分光学、地球環境計測等の分野に応用されているが、これらの分野においてサブミリ波が用いられる最大の理由は、サブミリ波帯電磁波のフォトンエネルギーが各種分子の回転準位間のエネルギーに極めてよく対応していることが挙げられる。以上の応用分野においては、スペクトル情報の抽出のみに重点がおかれているが、位置情報も含めてスペクトル情報を取得し画像化することが可能であれば、測定対象分子の分布濃度あるいはその分布濃度状況の時間変化に関する有益な情報を得ることができると考えられる。このようにスペクトル情報を画像化する手法はスペクトロスコピック・イメージングと称されている。本研究ではサブミリ波帯スペクトロスコピック・イメージングシステムの構築を目的とし、研究を行った。主要な成果は以下の通りである。・測定システムに関して。白色光源として高圧水銀灯、サブミリ波帯分光器としてマーチン・パピレット型分光器、検出器として液体ヘリウム冷却InSb検出器を用いる分光システムを製作し、大気中の水蒸気による吸収スペクトルの観測を行った。本測定結果より、植物あるいは生体組織といった水の吸収が極めて支配的である物体を測定対象とした場合でも十分信号/雑音比の良い測定が可能であることを明らかにした。・上記フーリエ分光法の他に、時間分光も可能とすることを目的に、分光用光源であるサブミリ波帯可変幅パルスの発生に関する検討を行ない、その発生に成功した。本発生装置は光照射半導体基板2枚を用い、連続サブミリ波から任意の幅を持つパルスを切り出すシステムである。現在までに波長214μmにおいて最短半値幅5nsecのパルスが得られている。
I cell病の病態解明−発現ベクターを用いた病因遺伝子のクローニング−

I cell病患者由来の培養皮膚線維芽細胞にピレン化合物を基質として加え、紫外線で選択する方法を用いてI cell病の原因遺伝子であるGlcNAc-1-P TF cDNAを発現クローニングすることを目的とした。1、選択条件の決定-紫外線照射の条件の決定正常およびI cell病患者の皮膚線維芽細胞に、Nピレン-ドデカノイルスフィンゴミエリン(P10-Spm)をアポリポプロテインE(1-1.5μg/nmol P10-Spm)と混合してリポソーム化し、培養細胞に取り込ませた。(1)12時間後に回収、脂質抽出後、TLCにてピレンセラミド、ピレンスフィンゴミエリンに分離、P10-Spmの分解率を検討した。(2)366nmの紫外線を照射し、I cell病患者の皮膚線維芽細胞のみが死滅する条件を決定した。2、ヒト肝pcD2cDNAライブラリー導入後の紫外線による選択ヒト肝pcD2cDNAライブラリー3μgをLipofectAMINE(GibcoBRL)15μgを用いて、I cell病患者皮膚線維芽細胞に導入した。48時間後に、上記方法にてリポソーム化したP10-Spm 20nmolを培養液中に加えた。24時間後に紫外線照射した後、培養を継続、生存コロニーを選択した。結果1、正常細胞では約80%のP10-Spmが分解、'I cell病患者細胞では分解は約7%であった。2、366nmの紫外線照射は、2本の15Wのランプ(長波長UV : 320-380nm(peak366nm))を用い、7mW/cm^2、15分間の照射にて、I cell病患者細胞はほぼ100%死滅、正常細胞の約60%が生存した。3、ヒト肝pcD2cDNAライブラリー導入後、紫外線選択にて選択されたクローンの培養液中のリソソーム酵素活性を測定することで目的の遺伝子の導入を確認中である。
化合物探索から単離したサリチル酸アゴニストを用いた植物免疫ホルモンの受容機構解明

サリチル酸(SA)は植物免疫応答を司るホルモンだがその作用機序は不明である。本研究ではSAアナログであるImprimatinC1を利用したSA受容機構解明を目指した。ImprimatinC1は生体内での代謝を受け4-chlorobenzoic acidとして作用することがわかった。また、ImprimatinC1はSAの多面的機能のうち防御遺伝子発現誘導能のみを模倣した。ImparimatinC1非感受性シロイヌナズナ変異体を探索し、恒常的に防御応答を活性化する3変異体を同定した。これらはSA受容体に変異を持つ可能性が考えられた。代表者は高等植物の免疫応答を活性化する薬剤を探索する為の独自のアッセイ系を確立し、市販の化合物ライブラリーの大規模スクリーニングから植物免疫活性化剤を複数の獲得することに成功している。そしてそれらの一つであるCB_6は植物免疫応答を司るホルモンの一つであるサリチル酸のアナログとして作用することを明らかにした。サリチル酸は農業における重要形質である耐病性を制御する重要因子であるものの、その受容やシグナル伝達のメカニズムには不明な点が多く残されている。種々のホルモン作用の解明にはその働きの一部を模倣する薬剤が貢献してきたという事実を鑑み、本研究ではCB_6の標的同定を通じてサリチル酸機能の解明を目指す。具体的にはCB_6を架橋した光反応性ビオチン化プローブを作製し、シロイヌナズナ抽出タンパク質からCB_6に結合する分子を精製することによって標的タンパク質を単離同定する方法を計画した。当初CB_6のアミノ基を使ってビオチン化する予定だったが、その工程がうまく進まなかった。検討の結果、CB_6は水と反応して分解し、その産物がサリチル酸アナログ活性を持つことを明らかにした。そこで分解産物の様々な類縁体を調製し、その構造活性相関解析を行った。その結果、活性をそこなわない形でビオチン化することが可能な分子を見出すことができた。現在この分子を使ったビオチン化プローブの合成を進めている。またCB_6に非感受性を示すシロイヌナズナ変異体の探索を平行して進め、14個の候補株を得ることに成功した。これまで、それらのうち3変異体について解析を進めている。これらのうち2つの変異体は恒常的に防御応答を活性化しており、一つではNPR1依存的および非依存的経路の両方が活性化されており、一つではNPR1依存的経路のみが活性化されていた。また残る1変異体はCB_6に過剰に応答してNPR1依存的経路を活性化することがわかった。現在変異点の同定に向けた戻し交配を進めている。本研究では、独自開発した薬剤探索系から単離された植物免疫活性剤の一つで、植物免疫応答を司るホルモンの一つであるサリチル酸のアナログとして作用するCB_6(ImprimatinC1と改名)を利用したサリチル酸受容分子の同定を目的とした。ImprimatinC1を架橋した光反応性ビオチン化プローブを作製し、シロイヌナズナ抽出タンパク質からの薬剤結合タンパク質の精製を計画したが、ImprimatinC1をビオチン化する工程がうまく進まなかった。これはImprimatinC1の遊離アミノ基の反応性が低いことに依るものであった。また、ImprimatinC1の類縁体の構造活性相関解析から、ImprimatinC1は生体内での代謝を受けて生じた4-chlorobenzoic acid (4-CBA)が活性本体として機能していることを明らかにした。これらの結果は、生化学的アプローチが機能しないことを示していた為、遺伝学的手法に切り替えた。ImparimatinC1に非感受性を示すシロイヌナズナEMS変異体の探索を進め、14個の候補株を得ることに成功した。これらのうち3変異体は恒常的に防御応答を活性化していることを見出した。遺伝子発現解析の結果、これらの3変異体はNPR1依存的経路が活性化されており、そのうち1つはNPR1非依存的経路も活性化されていた。戻し交配世代からの変異個体の選抜を終え、次世代シークエンサーによる変異点同定を進めている。ImprimatinC1はサリチル酸合成を正にフィードバック制御する活性、及びジャスモン酸シグナル伝達に対する拮抗阻害活性がなかった。つまり、サリチル酸が持つ多面的機能のうち防御遺伝子発現誘導能のみを模倣することがわかった。また、これらの薬剤は防御遺伝子発現に関してサリチル酸のパーシャルアゴニストとして作用することが明らかとなり、サリチル酸受容分子同定のツールとしての有用性が確かめられた。今回、ImprimatinC1は4-CBAのプロドラッグであることが明らかとなったが、その化学構造は農薬等の生理活性物質の持続性をコントロールする為のプロドラッグ化に応用できる可能性がある。
Si基板上に形成したTi-Ni系形状記憶合金薄膜の界面特性評価に関する研究

Si(100)基板に厚さ1μmのTi-50at.%Ni薄膜をスパッタリング法で合成した.薄膜合成時の基板温度を523K以上とすることで,結晶化した薄膜を後熱処理することなく得ることができた.収束イオンビーム加工装置を用いて基板-薄膜界面観察用試料を作製し,透過電子顕微鏡(TEM)観察した.結晶化したTi-Ni薄膜の明視野像では,直径約200nmの柱状晶が観察され,室温で得られた制限視野電子回折図形の解析から,B19'マルテンサイトであることが明らかになった.さらに,Si(100)で作製したカンチレバー上にスパッタリング法で厚さ約1μmのNiMnGa強磁性膜を合成し,バイモルフ型アクチュエータを試作した.基板を加熱せずに室温で成膜した場合は結晶化度の低いほぼ非晶質の膜が形成されていたが,873K以上で適当時間熱処理すると完全に結晶化していた.また,基板温度を623Kあるいはそれ以上に保持したまま成膜した場合は,直径約200nmの柱状結晶の膜が形成されていた.結晶化したNiMnGa膜は強磁性であり良好な形状記憶合金特性を示した.膜のTEM観察及びX線回折試験結果から,L2_1オーステナイト相から斜方晶マルテンサイトへ変態することを示唆する結果が得られた.カンチレバーを加熱冷却することで測定できるカンチレバーの変位量,Damping特性等も評価した結果,室温で成膜後熱処理したカンチレバーの温度-変位特性は,後熱処理温度に依存しており,熱処理温度が高いほど変位量も大きくなることが明らかになった.これらの調査結果から,マルテンサイト変態と逆変態を伴いながら大きな変位が得られたのは,基板温度658Kで成膜したもの,及び室温で成膜後873Kの後熱処理したものであること等が明らかとなり,膜合成法に関する多くの知見を得ることができた.Si(100)基板に厚さ1μmのTi-50at.%Ni薄膜をスパッタリング法で合成した.薄膜合成時の基板温度を523K以上とすることで,結晶化した薄膜を後熱処理することなく得ることができた.収束イオンビーム加工装置を用いて基板-薄膜界面観察用試料を作製し,透過電子顕微鏡(TEM)観察した.結晶化したTi-Ni薄膜の明視野像では,直径約200nmの柱状晶が観察され,室温で得られた制限視野電子回折図形の解析から,B19'マルテンサイトであることが明らかになった.さらに,Si(100)で作製したカンチレバー上にスパッタリング法で厚さ約1μmのNiMnGa強磁性膜を合成し,バイモルフ型アクチュエータを試作した.基板を加熱せずに室温で成膜した場合は結晶化度の低いほぼ非晶質の膜が形成されていたが,873K以上で適当時間熱処理すると完全に結晶化していた.また,基板温度を623Kあるいはそれ以上に保持したまま成膜した場合は,直径約200nmの柱状結晶の膜が形成されていた.結晶化したNiMnGa膜は強磁性であり良好な形状記憶合金特性を示した.膜のTEM観察及びX線回折試験結果から,L2_1オーステナイト相から斜方晶マルテンサイトへ変態することを示唆する結果が得られた.カンチレバーを加熱冷却することで測定できるカンチレバーの変位量,Damping特性等も評価した結果,室温で成膜後熱処理したカンチレバーの温度-変位特性は,後熱処理温度に依存しており,熱処理温度が高いほど変位量も大きくなることが明らかになった.これらの調査結果から,マルテンサイト変態と逆変態を伴いながら大きな変位が得られたのは,基板温度658Kで成膜したもの,及び室温で成膜後873Kの後熱処理したものであること等が明らかとなり,膜合成法に関する多くの知見を得ることができた.厚さ100μmのSi基板にスパッタリング法で厚さ1μmのTi-50at.%Ni薄膜を合成し,観察試料を得た.薄膜合成時の基板温度を523K以上とすることで,結晶化した薄膜を後熱処理することなく得ることができた.今年度は,特に膜表面及び膜-基板界面の高分解能SEM観察,膜-基板界面のTEM観察を中心として研究を実施した.基板上に合成されたTi-Ni膜の結晶粒は基板より柱状に成長しており,その寸法は基板温度が高くなるほど大きくなる傾向にあった.結晶粒の最大寸法は基板温度が658Kの場合に得られ,直径約200nm,長さ約600nmであった.また,スパッタリング法で形成されやすいといわれている不純物やピンホール等の欠陥は,SEM観察では認められなかった.収束イオビーム加工(FIB)装置を用いて基板-薄膜界面をTEM観察するための試料を作製した.基板-薄膜界面の観察には高分解能透過電子顕微鏡を用いた.基板とTi-Ni薄膜界面にはSiO_2(厚さ約50nmの)と思われる中間層が存在していたが,組成分析及び構造解析をするにいたらなかった.Ti-Ni薄膜の明視野像では隣接する結晶粒の粒界を明確に識別することは困難であったので,結晶粒の成長する方位が比較的そろっていると予測される.また制限視野電子回折(SAED)図形を解析したところ,室温ではB19'マルテンサイトで,合成時の基板温度が結晶構造に影響を与えることはなかった.1.機械的繰り返し負荷に対する形状

記憶素子の耐久性評価形状記憶合金に共通する間題は,機械的負荷あるいは加熱・冷却の繰り返しによる形状記憶機能の劣化(いわゆる記憶ボケ)である.そこで油圧サーボ式疲労試験機(既設・恒温槽付き,SVF-200/25-CPU, JTトーシ)で作成した形状記憶素子に繰り返し曲げ負荷を与え,疲労過程の内部微視組織の変化をTEMで観察し,申請者らがこれまで明らかにしてきた形状記憶合金バルク材の疲労破壊機構とを比較・検討しながら提案した形状記憶素子の破壊のメカニズムを明らかにした.2.傾斜組成膜の合成と金属組織学的評価TiNi合金の形状記憶特性は合金中のNi濃度や第三元素(例えばCu)の添加に強く影響される事が知られている.TiNi膜のNi濃度を基板側から連続的に変化させる事で,これまでに無い特性を有する形状記憶合金薄膜ができることが予想される.そこで,スパッタリング装置内にTi-50at.%Ni,純Ti及び純Niの三ターゲット材を配置し,成膜条件を制御して傾斜組成膜(目標組成:4951at.%Ni)をSi上に合成し,これら試料の隙記憶特性,内部組織構造観察,基板-膜界面構造の観察等の実験結果から傾斜組成膜の形状記憶特性発現機構について検討・考察を加えた.併せて,Cu等の第三元素添加の影響についても同様の検討を行い,作製した形状記憶素子の基本特性を明らかにした.半導体用Si(100)で作製したカンチレバー上にDCスパッタリング法でNiMnGaを成膜(膜厚約1μm)し,バイモルフ型アクチュエータを試作した.ターゲットにはNi_<50>MnxGa_<(50-x)>(x=2530)を用いたが,膜の組成はターゲット組成よりもGa量が若干減少していた.室温での膜-基板界面の組織観察は,高分解能走査電子顕微鏡(Hitachi S-4200)と透過電子顕微鏡(JEOL4000FX,加速電圧300kV)で行った.基板を加熱せずに室温で成膜した場合は結晶化度の低いほぼ非晶質の膜が形成されていたが,873K以上で適当時間熱処理すると完全に結晶化した.基板温度を623Kあるいはそれ以上に保持したまま成膜した場合は,直径約200nmの柱状結晶の膜が形成されていた.結晶化したNiMnGa膜は強磁性であり良好な形状記憶合金特性を示した.膜の透過電子顕微鏡像と制限視野電子回折図形及びX線回折試験結果から,L2_1オーステナイト相から斜方晶マルチンサイトへ変態することを示唆する結果が得られた.カンチレバーを加熱冷却することで測定できるカンチレバーの変位量,Damping特性等の熱・機械特性も評価した.室温で成膜後熱処理したカンチレバーの温度-変位特性は,後熱処理温度に依存しており,熱処理温度が高いほど変位量も大きくなった.これらの調査結果から,マルチンサイト変態と逆変態を伴いながら大きな変位が得られたのは,基板温度658Kで成膜したもの,及び室温で成膜後873Kの後熱処理したものであった.
淡水湖沼への海水侵入が水質および物質循環に及ぼす影響の検討

淡水湖沼として管理されていた鳥取県湖山池は海水導入により期待通りヒシ・アオコが消滅したが,水質や生物の種類・量に大きな変化が発生した.本研究では,淡水域に海水が浸入した場合の水質形成,生物量への影響因子を把握することを目標に研究を行っている.本年度は,開発してきた数値モデルの条件や構成を組み替えて,鳥取県湖山池および鳥取県東郷池における海水侵入を模擬的に計算するための数値モデルを開発し海水侵入時の水質,植物プランクトン相の数値計算を行った.池内の塩分濃度の上昇,および,それにともなう植物プランクトン相の変遷等についてまずまずの精度で再現できるモデルを作成することができた.また,過年度の鳥取県湖山池の植物プランクトン,動物プランクトンの調査データをもとに,海水侵入前後でプランクトン相に大きな変化があったことを整理により明らかにした.また,ほぼ淡水に近い汽水湖沼である鳥取県水尻池,および,感潮河川より底泥を採取し,人工海水を用いて,塩分濃度が海水と同等(等倍)1/128倍(ほぼ水尻池採泥時とほぼ同程度)となるように調整し,温度等を変更し海水侵入を模擬した溶出試験の再現試験を行ったところ,pH,DO(溶存酸素)濃度等には塩分濃度による差は見られなかったが,NH4-N(アンモニア態窒素),PO4-P(リン酸態リン)ともに塩分濃度が高いほど溶出量が大きくなるという結果が得られた.特に,海水と等倍濃度に調整した試験区では,他の試験区よりも高い溶出量が再確認された.実験装置の故障,不具合等によるものである.海水侵入による在来の大型水生生物の枯死や植物プランクトン相の切り替わりを模擬するために,これらの沈降物や分解物が供給されることを想定し,塩分濃度の上昇,利用可能な炭素成分の増加,栄養塩濃度の増加を同時に与えた条件での実験を行う予定である.特に本年度実施できなかった条件を重点的に試験を行っていく.また,メカニズムの把握を深めるために極端な事象(高塩分や高栄養塩,高有機物濃度)について実験を行い,事象の把握とモデルの改良につとめる.モデルについては,開発したモデルを用いて,各種の栄養段階の水域条件において,海水侵入事象およびその制御を条件として与えた数値実験を行い,プランクトン間の相互関係や物質循環にどのような変化を生じるかを分析する予定である.淡水湖沼として管理されていた鳥取県湖山池は海水導入により期待通りヒシ・アオコが消滅したが,水質や生物の種類・量に大きな変化が発生した.本研究では,淡水湖に海水が浸入した場合の水質形成,生物量への影響因子を把握することを目標に,実験室環境において海水侵入模擬試験を行う.本年度は淡水に近い汽水湖沼である鳥取県水尻池より底泥を採取し,海水侵入を模擬した溶出試験を行った.採取した底泥に対し,リン,おおび,窒素の濃度を水尻池の水質濃度に調整した模擬湖水を人工海水を用いて,塩分濃度が海水と同等(等倍),1/2倍,1/4倍,1/8倍,1/16倍,1/128倍(ほぼ水尻池採泥時とほぼ同程度)となるように調整し,20°C,暗所,好気的環境において3日間の溶出試験を繰り返し行ったところ,pH,DO(溶存酸素)濃度等には塩分濃度による差は見られなかったが,NH4-N(アンモニア態窒素),PO4-P(リン酸態リン)ともに塩分濃度が高いほど溶出量が大きくなるという結果が得られた.特に,海水と等倍濃度に調整した試験区では,他の試験区よりも高い溶出量が確認された.淡水湖沼に海水が浸入する際には,密度差により海水が底層を這うように侵入してくるとともに塩分躍層をつくり長時間底泥と高塩分濃度の海水が接することになることが想定されるため,本実験の成果を踏まえて海水侵入時の水質および物質循環への影響を検討することが重要となる可能性が示唆された.概ね当初の計画通りに進展している.淡水湖沼として管理されていた鳥取県湖山池は海水導入により期待通りヒシ・アオコが消滅したが,水質や生物の種類・量に大きな変化が発生した.本研究では,淡水域に海水が浸入した場合の水質形成,生物量への影響因子を把握することを目標に研究を行っている.本年度は,開発してきた数値モデルの条件や構成を組み替えて,鳥取県湖山池および鳥取県東郷池における海水侵入を模擬的に計算するための数値モデルを開発し海水侵入時の水質,植物プランクトン相の数値計算を行った.池内の塩分濃度の上昇,および,それにともなう植物プランクトン相の変遷等についてまずまずの精度で再現できるモデルを作成することができた.また,過年度の鳥取県湖山池の植物プランクトン,動物プランクトンの調査データをもとに,海水侵入前後でプランクトン相に大きな変化があったことを整理により明らかにした.また,ほぼ淡水に近い汽水湖沼である鳥取県水尻池,および,感潮河川より底泥を採取し,人工海水を用いて,塩分濃度が海水と同等(等倍)1/128倍(ほぼ水尻池採泥時とほぼ同程度)となるように調整し,温度等を変更し海水侵入を模擬した溶出試験の再現試験を行ったところ,pH,DO(溶存酸素)濃度等には塩分濃度による差は見られなかったが,NH4-N(アンモニア態窒素),PO4-P(リン酸態リン)ともに塩分濃度が高いほど溶出量が大きくなるという結果が得られた.

特に,海水と等倍濃度に調整した試験区では,他の試験区よりも高い溶出量が再確認された.実験装置の故障,不具合等によるものである.計画に沿って推進していく.引き続き海水侵入時のメカニズム把握のための実験を行う.過年度と同様の実験を行い,培養チューブまたは培養フラスコ内の微生物現存量を測定・解析する.これに加えて,中長期的には,海水侵入により在来の大型水生生物の枯死や植物プランクトン相の切り替わりが観察されてきたため,これらの沈降物や分解物が供給されることを想定した実験を行う予定である.また,塩分濃度の上昇,利用可能な炭素成分の増加,栄養塩濃度の増加を同時に与えた条件で室内実験を行い,結果から交互作用の確認と槽内生物量の挙動,物質循環,水質形成への影響を把握する.また,室内実験の結果を用いてモデル構築と検証を行う.申請者が開発してきたモデルを海水侵入室内実験の条件や構成のモデルに組み替えて,実験槽内生物量の挙動と水質,物質循環を検証する.室内実験の結果を再現できるようにモデルの改良と再計算を行い,海水侵入を再現できるモデルを開発する.海水侵入による在来の大型水生生物の枯死や植物プランクトン相の切り替わりを模擬するために,これらの沈降物や分解物が供給されることを想定し,塩分濃度の上昇,利用可能な炭素成分の増加,栄養塩濃度の増加を同時に与えた条件での実験を行う予定である.特に本年度実施できなかった条件を重点的に試験を行っていく.また,メカニズムの把握を深めるために極端な事象(高塩分や高栄養塩,高有機物濃度)について実験を行い,事象の把握とモデルの改良につとめる.モデルについては,開発したモデルを用いて,各種の栄養段階の水域条件において,海水侵入事象およびその制御を条件として与えた数値実験を行い,プランクトン間の相互関係や物質循環にどのような変化を生じるかを分析する予定である.実験装置の検討および実験・分析手順の検討に想定をしていたよりも日数を要したためである.各種の手順を確定でき次第,装置および水質センサーを増設し,技術補佐員を雇用し繰り返し実験作業を行う予定であったが,その部分がずれ込んだためである.一方で,本年度としては当初予定していなかった高塩分濃度での試験を実施しデータを得ることができたので,全体としての進捗には遅れは生じていない.実験・分析手順の検討を終えることができたものについて,今後,条件を変更しつつ繰り返し実験を行う予定であるので,次年度使用については当初計画のとおり装置および水質センサーを増設することと,技術補佐員を雇用することに使用する予定である.途中実験装置が故障したことなどもあり,想定をしていたよりも実験装置および分析手順の検討に日数を要した.そのために繰り返しの実験作業を補助する技術補佐員の雇用を後ろ倒しにしたためである.次年度は本年度予定していた実験,分析のうち本年度中に実施できなかった部分を実施するために技術補佐員を雇用することに使用する予定である.
逆相関法および相互相関法による高次視覚機構の研究

当研究室が開発した複数領野の多数の視覚野細胞からの同時記録に適合性の高い計測手法を用い、視覚領野内での神経細胞間の結合と中高次の領野への視覚情報の受け渡しの機構を基本手法の様々な適用により解明することを目的として研究を行った。従来の実験手法に加え、単眼・両眼無相関ダイナミックノイズ刺激と高速提示されるグレーティング刺激を活用することにより、下記の成果があった。1. 3次元両眼受容野:複雑型細胞の反応特性は下位の細胞からの入力がどのように統合された結果なのかを明らかにした。2.高次元受容野として見た周辺抑制特性:古典的受容野と周辺抑制領域は一体として高次受容野を形成していると考えられるべきで、その全体の機能が視覚刺激に含まれる高次特徴を方位に基づき表現しているという新たな考えの妥当性を示した。3.逆相関法による方位交差抑制:方位の異なる2つの正弦波刺激を重畳した刺激を速い頻度でフラッシュ提示し、逆相関法により方位交差抑制のダイナミクスを明らかにした。4.脳梁による両半視野継ぎ合わせメカニズムの研究:脳梁結合が伝達している情報の詳細の研究を実施した。5.変換領域逆相関法(TDRC)による曲率選択性を求める新解析法を初期視覚野細胞に適用しその有用性を実証した。6.初期視覚野細胞の発火信頼性:V1細胞発火の再現性及び信頼性を調べた単純型と複雑型ではこの発火信頼性に大きな違いが見られた。7.高次視覚野細胞が行っている情報処理の考え方を画像処理一般に応用し、曲率を含む画像特徴抽出法を開発し、特許として出願した。(特願2009-245255)従来、受容野周辺抑制は古典的受容野(CRF)の反応を修飾するといった表現がよく用いられてきた。しかし、私たちは、CRFと周辺抑制領域は一体として高次受容野を形成していると考えられるべきで、その全体の機能が視覚刺激に含まれる高次特徴を方位に基づき表現しているという新たな考えを提唱する。振幅変調サイン波刺激を用いたユニークな解析法により、V1細胞のこうした高次受容野の精密計測を初めて可能にした。新計測法により得られた多くのV1細胞の高次受容野データから、これらの細胞集団によりテクスチャーの境界やコントラストの空間変化に関する高次特徴を方位と空間周波数に基づいて表現することが十分可能であることを示した。また、方位交差抑制は多くの初期視覚野細胞が持つ非線形反応の一つである。最適方位からかなり離れた方位の刺激は細胞を興奮させる事はできないが、別の興奮性の刺激に対する反応を減弱させる。この抑圧効果を方位交差抑制と呼ぶ。方位の異なる2つの正弦波刺激を重畳した視覚刺激とコントロール刺激を速い頻度でフラッシュ提示し、得られた反応を逆相関法により様々な時間遅れについて解析した。これにより方位交差抑制のダイナミクスを明らかにした。さらに、両眼を同時に無相関ダイナミックランダムドットパターンにより刺激することにより、奥行きを含む3次元空間における初期視覚野細胞の受容野を逆相関法を局所的に応用した新手法により、ほぼ完全な形で計測する事に初めて成功した。複数のサブユニットにより、3次元受容野全体が構成されていることが明らかになった。(特願2009-245255)
高齢者におけるバランス調整力(平衡機能に及ぼす体力、運動習慣の影響)

本研究は、高齢者のバランス調整力低下の防止策を講ずる基礎資料を得ることを目的に、一般在宅高齢者とスポーツ教室参加の60歳以上の高齢者を対象として、運動習慣(短期・長期)が、片足立ちや重心動揺(平衡性)およびその他の体力要素に及ぼす影響を検討し、また過去の転倒経験との関連について検討した。高齢者向けの健康体操、太極拳、球技、ダンス、エアロビクス等の運動を週1回、約1時間程度、8週間行っている者(短期)と、同様なベースで半年から3年に亘り運動を継続している者(長期)を対象に測定を行った。1.運動習慣の長期効果:(1)年齢階級別体力は全て加齢変化を示すが、これらの値は一般在宅高齢者よりも全項目で高値を示した。(2)運動種目別体力は、男女とも閉眼片足立ちと垂直跳びに種目群差がみられ、女性の場合、閉眼片足立ちは太極拳とダンスで、垂直跳びは球技とダンスで高値を示した。(3)片足立ちと他の体力要素との関連では、両片足立ちは女性の場合すべての体力要素と有意な相関を示した。(4)重心動揺距離は、男性のみ閉眼でr=0.707(P<0.01)、開眼でr=0.820(P<0.001)の有意な加齢変化を認めた。(5)太極拳の経験年数と閉眼重心動揺距離との関連では、女性において有意な減少(r=0.762、P<0.01)を認めた。(6)過去1年間の転倒経験に関しては、体力要素との関連はほとんど認められないが、女性において太極拳経験年数や総括動時間で有意な減少を示した。2.短期効果:(1)年齢階級別で閉眼片足立ち、体前屈、垂直跳び、握力に有意な差を認めた。(2)参加前後の体力を比較すると、修了時にわずかな向上がみられ、ステッピングと息こらえでは有意な差を認めた。これらのことから、高齢者での平衡機能維持のためには、下肢を中心に全ての体力要素を適度に使う運動が望ましく、太極拳やダンスのような運動様式の長期継続がより効果的であることが示唆された。
マウスの始原生殖細胞の増殖と分化を制御するter遺伝子の機能解析

マウスの突然変異遺伝子ter(teratoma)は、雌雄の生殖細胞を欠損させ、129/Sv-ter系統においては、始原生殖細胞に起源する精巣性テラトーマを高率に発症させるが(Noguchi and Noguchi,1985)、ter遺伝子を他の系統に導入したterコンジェニック系統では、生殖細胞を欠いた矮小生殖巣を形成させる。報告者等はこれらのマウスを用いて、ter遺伝子座は第18番染色体のGrl-1遺伝子座の極近傍に位置すること、各ter遺伝子型を、Grl-1のミニサテライトDNAのPCR多型で判定できること(Sakurai,et al,1994)を明らかにした。そこで、この方法でコンジェニック系統の胎仔のter/ter、ter/+及び+/+型を判定し、ter遺伝子の機能を明らかにするために、ter/ter胎仔精巣で見られる生殖細胞欠損は、1。始原生殖細胞の出現期から起きるのか、2。生殖細胞と生殖巣体細胞のアポートシス(プログラムされた細胞死)に依るのか、3。生殖細胞あるいは、精巣体細胞のいずれに起因するのかを、免疫組織化学的及び発生工学的に解析し、次の成果を得た。1。ter遺伝子は、始原生殖細胞の出現期(7.5日胚)には影響しないが、移動および増殖の開始時期(8.0日胚)からその欠損を引き起こした(印刷中)。2。胎仔精巣において、モノクローナル抗体4C9染色で生殖細胞を識別し、TUNEL染色でアポトーシス核を検出した結果、ter/ter精巣の生殖細胞にアポトーシスによる細胞死が起き、その後、一部の体細胞にもアポトーシスがおきることが示された。3。ter/+及び+/+型胎仔精巣の生殖細胞を同遺伝子型或いは、ter/ter型体細胞と組み合わせた再構成精巣を作った結果、後者の組み合わせの場合、生殖細胞は分裂周期の特定の時期に死滅した。従って、ter遺伝子は少なくとも体細胞に作用し、その結果、生殖細胞の増殖及び生存に障害を及ぼすことが判明した。1。2。3。
末梢性顔面神経麻痺の重症化における膜結合型プロスタグランジンE合成酵素(mPGES-1)の関与の解析

末梢性顔面神経麻痺の重症化には効果的な治療法が確立されていない。本研究は、生理活性脂質プロスタグランジン(PG)E2とその最終合成酵素である膜結合型PGE合成酵素(mPGES-1)に着目し、本疾患に対し新たな治療法の基盤の確立を目指した。マウス顔面神経麻痺モデルを中心に解析した結果、麻痺後の顔面神経の再生過程にPGE2とmPGES-1の寄与が明らかになった。本研究によりPGE2の阻害が、末梢性顔面神経麻痺の新たな治療法として有用である可能性が示唆された。末梢性顔面神経麻痺の重症化には効果的な治療法が確立されておらず、その詳細な分子メカニズムも明らかになっていない。申請者は、本疾患の重症化への生理活性脂質プロスタグランジン(PG)E2とPGE2の最終合成酵素である膜結合型PGE合成酵素(mPGES-1)の寄与に着目し、新たな顔面神経麻痺の治療法の基盤の確立を目指した。平成23年度の検討では、マウス顔面神経麻痺モデルを樹立、解析し、神経損傷部位において麻痺の回復に伴ってPGE2が顕著に産生されること、また、その産生には合成酵素であるCOX-2とmPGES-1が寄与していることを明らかにした。平成24年度の検討では、顔面神経麻痺の回復過程におけるmPGES-1由来のPGE2の寄与について、阻害剤(NSAIDs)を用いた詳細な解析を実施した。常法に従い顔面神経麻痺を発症させたBalb/c系マウス(57週齢)に対し、NSAIDs投与群としてインドメタシン5 mg/kgまたは0.5 mg/kgを術前及び継続投与し、麻痺の回復過程を対照群と比較検討したところ、インドメタシン投与群は、対照群と比較して、麻痺の回復が濃度依存的に亢進する傾向が認められた。次に、インドメタシン投与により神経の回復に伴って発現変動する遺伝子群を、対照群と比較検討した結果、インドメタシン投与群では、対照群と比較して、神経栄養因子BDNFとNT3の発現亢進が認められた。以上より、顔面神経麻痺の回復過程において、神経炎症に起因するmPGES-1由来のPGE2産生をNSAIDs投与により抑制することで、BDNFまたはNT3の産生が増大し、顔面神経麻痺の回復が亢進する可能性が示唆された。今後、mPGES-1を標的分子とした顔面神経麻痺の新たな治療戦略が、ステロイド療法より副作用の少ない、より有用な治療法となることが期待される。末梢性顔面神経麻痺の重症化は顔面神経内での炎症による神経障害の悪化が示唆されているが、その詳細な分子メカニズムは明らかになっていない。申請者は、本疾患の重症化に生理活性脂質のプロスタグランジン(PG)E2とPGE2の最終合成酵素である膜結合型PGE合成酵素(mPGES-1)の寄与に着目し、新たな顔面神経麻痺の治療法の基盤の確立を目指している。平成23年度はマウス顔面神経麻痺モデルの樹立と性状解析及びmPGES-1遺伝子欠損(KO)マウスを用いた解析を実施した。(1)マウス顔面神経麻痺の発症と回復過程に関わるPGES分子種の同定の結果Balb/c系マウスの右側頭骨外顔面神経本幹を圧迫挫滅し顔面神経麻痺を発症させ、麻痺側の臨床スコアと鼻周辺の弛緩面積を指標にして麻痺の回復過程を対照群と比較検討した。その結果、圧迫挫滅処理群の右顔面片麻痺は術後3日目より回復傾向を示し、術後14日目には完全な回復を認めた。また施術後3, 7, 14日目でPGE2とPGF2αの有意な産生亢進が観察され、その産生変動は麻痺の回復過程と相関した。さらに圧迫挫滅した神経組織中ではCOX-2及びmPGES-1 mRNAの発現亢進が認められ、その他の関連酵素の発現変動はみられなかった。(2) mPGES-1 KOマウスを用いた顔面神経麻痺モデルの解析(解析中)mPGES-1欠損時の顔面神経麻痺の回復過程の解析については、現在、解析途中。平成23年度の解析において、マウス顔面神経麻痺モデルの樹立に成功し、麻痺の回復過程の神経組織中でPGE2とPGF2αの産生が亢進することを明らかにした。さらにこれらPGsの合成にCOX-2とmPGES-1が寄与する可能性が示唆された。この結果は顔面神経麻痺の回復過程にPGE2とPGF2αの寄与を示唆する初めての知見であり、本研究において非常に重要な研究成果であった。本研究プロジェクトの目的を達成するための研究計画において、平成23年度は、(1)側頭骨外顔面神経の圧迫挫滅法によるマウス顔面神経麻痺モデルの樹立と性状解析、さらに(2) mPGES-1遺伝子改変マウスを用いた検討、を計画していた。

本年度の研究の結果、マウス顔面神経麻痺モデルの樹立に成功し、麻痺の回復過程にPGE2とPGF2αの寄与を示唆する重要な知見を得たことが大きな進展であった。一方、遺伝子改変マウスを用いた検討においては、実験に使用する固体の確保が計画通りに進まず、実験結果の再現性の検証まで至らなかった。以上の理由をふまえ、本年度の到達度を2と自己評価した。平成24年度の研究推進方策は、研究計画調書の予定に大きな変更はなく、樹立したマウス顔面神経麻痺モデルも用いて、マイクロアレイを用いたディファレンシャル・ディスプレイの実施とmPGES-1 siRNA投与による顔面神経麻痺の抑制効果の検討を中心に実施する。平成24年度の研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での課題は以下の2点で、(1)平成23年度から継続して実施中である遺伝子改変マウスを用いた検討の追加と、(2)迅速な臨床応用を目指した方策として、既存の抗炎鎮痛薬の投与による顔面神経麻痺の治療効果への影響の検討を追加する。以上の推進方策により、顔面神経麻痺の新たな治療法の基盤の確立を目指す。平成24年度の研究推進方策のうち、樹立したマウス顔面神経麻痺モデルも用いてマイクロアレイを用いたディファレンシャル・ディスプレイの実施とmPGES-1 siRNA投与による顔面神経麻痺の抑制効果の検討、さらに研究成果の迅速な臨床応用を目指して追加した方策である、既存の抗炎鎮痛薬の投与による顔面神経麻痺の治療効果への影響の検討、以上3つの研究方策に係る研究費は、当初の研究計画調書に申請した請求額内で実施する。また、平成23年度から継続して実施中である遺伝子改変マウスを用いた検討に係る研究費については、継続課題であることもふまえ、平成23年度より繰り越した研究費で実施しする。
昼夜逆転の睡眠を示す乳児と養育者の観察サテライトシステムの実装

今回、乳児の睡眠・覚醒状態を視覚的に観察し、その特徴を明らかにするために、客観的にデータを収集し、分析することができるソフトウェアの開発を推進した。このシステムは、これまで行っていたビデオソムノグラフィを用いた観察・分析方法をベースに、乳児の体動に注目して行った。平成16年度は、システムの開発に取り組み、ソフトウェアがほぼ完成した。そして、器械は、これまでのタイムラプスビデオ・モニター・カメラから、デジタルカメラとコンピュータに変換し、軽量化とデジタルデータの取得を可能にした。平成17年度は、ソフトウェアの信頼性の検証のために、すでに分析の終了したビデオデータを読み込んで、本ソフトウェアで分析した結果と比較しようと試みた。しかし、アナログのビデオデータは画像が粗く、精緻な分析が困難であったため、分析を断念した。よって、ビデオデータをデジタル化し、レガシーマイグレーションに留まった。この時、画像データ保存のために、必要となる大容量LAN接続ハードディスクを整えた。平成18年度は、ソフトウェアの信頼性の検討をするために、同時に、アクチウォッチを併用し、乳児のデータを収集した。生後1か月の乳児9人のデータを分析すると、児の直接の動き以外でモーション・デテクションが作動していたのは、平均録画時間9.3時間のうち、平均6.0%であった。アクチウォッチとの信頼性は、スピアマンの相関において関連が認められた。システムの開発においては、全期間を通して、国内外の睡眠学会等に参加し、発表を通して、睡眠研究者からのコメントを得た。また、海外共同研究者であるDr.Andersと試行し、システムの洗練を重ねた。今後、自動分析の手法や、音声データやバイタルデータ(呼吸)も情報として追加するかなどが、検討課題として明らかになった。出生率の減少や家族形態の変化に伴って、新生児に関わる機会が減ってきている。出生後の乳児期の子どもは未知の世界であり、その睡眠や授乳などの生理的なリズムに振り回され、多くの母親は育児困難感を感じ、一過性の抑うつ状態(マタニティ・ブルーズ)に陥りやすくなるという事実がある。このソフトウェアの開発は、これまで行っていたビデオソムノグラフィを用いた観察・分析方法をベースに、乳児の体動に注目しておこなった。ソフトウェアの開発に当たっては、人の動作の監視システムにおいて手法や精度に実績のある業者とのコラボレーションをとりながらおこなった。8月に試作Ver.1を作成した後、海外共同研究者であるDr.Andersにアドバイスを受け、より精密で分析しやすいソフトウェアにするための視点を得た。試作の洗練を重ねる過程で、10月に第17回ヨーロッパ睡眠学会に参加し、各国から集まった子どもの睡眠研究者たちと意見交換をし、翌2月にオレゴン・ヘルスサイエンス大学を訪れ、子どもの発達・リハビリテーションセンター長や睡眠研究者たちと意見交換し、試作Ver.2、Ver.3と作成していった。2月には再度、Dr.Andersと詳細な部分の検討をおこない、ソフトウェアはほぼ完成した。データの分析にあたり、当初の予定通り、これまで得られたビデオソムノグラフィのアナログデータを読み込んでデジタルデータに変換し、今回開発したソフトウェアでの分析を試みたが、画像が粗く、精緻な分析が困難であったため、分析を断念した。次年度は、実際の乳児の睡眠・覚醒データを家庭訪問によって収集し、分析を試み、データを基にしたソフトウェアの洗練度を増し、完成予定である。そしてデータを集積する。出生早期の乳児における生理的なリズムは、多くの場合には不規則で、養育者に育児困難をもたらす要因となる場合もある。

また、乳児の生理的な体動や呼吸運動は、睡眠中にみられる乳幼児突然死症候群(SIDS)などの乳児期に発生する疾患と何らかの関連も示唆される。昨年に引続き、今年度も、乳児の睡眠・覚醒のstateを視覚的に観察し、データを録画・分析することができるソフトウェアの開発を行った。ソフトウェアの開発は、昨年までの段階では画像のコンピュータへの取り込み、取り込んだデータの分析まで可能で、試作Ver.1.3まで進めていた。さらに進めて、6月の日本睡眠学会に参加し睡眠研究者の意見に耳を傾けるとともに、8月には海外共同研究者であるDr. Andersを訪れ、試作の洗練を重ねた。Dr. Andersは、試作のソフトウェアを実際、使用しており、具体的な検討ができた。現在、試作Ver.1.42である。さらに、翌3月には小児睡眠学会に参加し、研究者の有用なコンサルテーションを受けた。ソフトウェアの信頼性の検討をするために、本ソフトウェアを使用して録画すると同時に、アクチウォッチ(体動のレベルとその頻度に対応した信号を発生するアクセロメータを備え、アクティビティをカウント、記録する機械)を併用し、生後1か月の乳児3例のデータを収集した。今後、対象数を増やして信頼性の検証を行う予定である。また、ビデオのレガシー・マイグレーションも行った。さらに、今年度の新たな試みとして、従来の画像分析に加え、音声の分析に着手した。乳児の声の情報は、睡眠・覚醒レベルを判断するのに重要な要素である。ソフトウェアの開発に当たっては、これまでのソフトウェアに追加する機能として考案していたが、うまく合致しなかった。今後、検討の必要がある。システムとしては、次年度に向けたデータ収集を想定して、大容量に耐え、簡便にデータの保存(バックアップ)やリカバリができるようにテラステーションを配し、整えた。これまでの生後1か月における子どもの睡眠覚醒状態については、ビデオ分析による日米の研究者の観察から(一致率κ=0.76-0.94)、添い寝の状況の中で、日本の子どもの方が動睡眠(REM睡眠)が多く(72.3%:65.9%)、夜間の覚醒回数も有意に多かったという結果(8.1回:4.1回)が得られている。これを踏まえ、今回は生後2週目と1か月における母児同室下における子どもの睡眠覚醒状態の経過を記録しようと試みた。この記録にあたっては、これまでの録画・分析手法では、データ収集の量と質に限界があることから、情報収集の手法をデジタルカメラとコンピュータを用いた機器、およびアクチウォッチ(体動検出器)を使用することとした。デジタルカメラによる録画、および分析は、今回開発したソフトウェア「観察サテライトシステム(ソフトウェア)」を用いた。その結果、今回開発したソフトウェアは、子どもの動きを感知して動いた時間をカウントするシステムであるため、母親あるいは養育者が画面上に映り動けば動きとしてカウントされる。その部分を差し引いたあと、アクチウォッチとの信頼性は、スピアマンの相関において関連が認められた。
DNA系列が持つ制約の特徴量の計算とその符号構成への応用

本研究では、DNA計算のために必要な系列の制約の容量の計算と、符号化について研究した。まず、文脈自由文法の形式で記述されるDNA系列の制約の容量を求めた。次に、分子プログラムが字句解析可能であるための制約の容量を、情報理論および記号力学系的な手法で求めた。これによって、符号の構成のための指針を得た。DNA系列の制約を表現するための文法規則は,当初想定していたよりも多くのバリエーションがあることがわかり,昨年度はその調査と情報理論的な特徴の計算を行った.DNA計算のモデルの一つとして,Hairpin構造をしたDNA系列を利用するものがある.このでモデルではひとつの系列の中に相補的な系列を組込み,それらをアニーリングすることによって,様々な計算の状態を表現する.こうした状態を表現する系列の集合は,相補的な部分系列を持たなければならない.そうした条件を満す系列の集合のエントロピーを求める方法を示し,実際に計算した.DNA系列に情報を符号化し,それらを連接して一本のDNA系列を構成するときには,計算結果として得られた系列から,情報が唯一に取り出せる必要がある.それは,Watson-Crickペアを考慮した,コンマフリー符号と考えることができる.その制約を,情報理論的な立場から調べた.これらの成果は,情報理論研究会で発表する予定である.DNA計算のためのDNA系列に関する理論を,情報理論的なアプローチで構築することを試みている.DNA計算で使用される系列は,計算の化学的プロセスがうまく進み,論理的な計算が意図した通りに行われるように,いくつかの制約を満たすことが要請される.本研究では,計算論的言語理論の立場から述べられていた,こうした制約に関する結果を情報理論的な立場から捉えなおし,結果を拡張した.これによって,情報理論的な解析方法がこの分野でも有用であることを示した.具体的には,prefix-free制約とsuffix free制約について,情報理論的,より正確には記号力学系的な方法で容量を与えた.また,outfix-free制約とIntercode制約についても,同様に拡張を行った.DNA系列に含まれるGとCの割合を一定に保つことは,安定な科学的反応を得るために重要である.この制約が,入力制約を持つ通信路のための符号理論と密接な関係を持っていることを示した.この結果は,実際の符号もしくはDNA系列の集合を設計するとにも役立つと期待できる.DNA系列を計算に使用するためには、計算の各ステップが適切に進行するように、使用する系列に制限を課す必要がある。この制約が強すぎると、DNA計算のために利用可能な系列の数が少なくなってしまい、DNA計算の特徴である超並列計算が達成されなくなってしまう。そこで、DNA計算のための制約の豊富さを示す量を計算することが必要になる。これは情報理論で現れる、入力制約を持つ通信路の誤りなし通信路容量に対応する。計算機科学的な方法によってこの問題に取り組んだ論文があったが、本研究では情報理論的ないし記号力学系的な手法を援用して、この問題に取り組みこれまでと同様の結果と、さらに理論を拡張することができることを示した。より具体的には、以下の通りである。DNA系列はG,C,A,Tの四つの記号から成る系列とみなすことができる。その中に含まれるGとCの割合はDNA計算のための化学反応を生じさせるための温度に関係していると言われている。そこでGとCを一定の割合だけ含む系列を生成することが重要な問題となる。本研究では、この符号構成の問題に、入力制約を持つ通信路のための符号構成法が役立つことを示した。二つ目の主結果は、データの符号化のための制約の容量に関するものである。DNA計算においては、データは長いDNA系列に符号化される。DNAの反応がどのような組み合わせで生じたとしても、いつでもデータが適切に読み取れるようにすることが重要である。このように、DNA系列が「字句解析」できるようにするために、いくつかの制約が考えられている。そのうちのoutfix-free制約とintercode制約に対してその通信路容量を記号力学系的な方法で計算した。
分子内疎水性空間を利用した包接型触媒の分子設計

1.「タコ」型および「かご」型シクロファンの包接特性。テトラアザ〔3.3.3.3〕パラシクロファンに柔軟性のある炭化水素鎖を8本導入した「タコ」型シクロファン及び同じパラシクロファン骨格にふたをかぶせた「かご」型シクロファンを合成した。「タコ」型シクロファンの分子内疎水性空間は柔軟性に富むところから、種々の疎水性ゲスト分子を「induced-fit」機構で包接することが可能であり、正荷電をもつ場合には非イオン性及びアニオン性のゲスト分子を強く取りこみ、その結合定数は【10^5】-【10^6】【mol^(-1)】【dm^3】という大きな値を示した。いずれの型のシクロファンもゲスト分子に対して脱溶媒和された包接部位を提供するとともに、取りこみに伴なってゲスト分子の運動性は著しく抑制されることが確認された。2.「タコ」型シクロファンを用いたビタミン【B_(12)】依存性酵素モデルの構成。天然のビタミン【B_(12)】と同様な物理化学的挙動を示す疎水性ビタミン【B_(12)】を用いて、これを「タコ」型シクロファンに包接させてホロ酵素モデルを構成し、その反応挙動について検討した。ブロモメチルメチルマロン酸ジエチルあるいはブロモメチルマロン酸ジメチルを疎水性ビタミン【B_(12)】と反応させて生成するアルキル錯体を「タコ」型シクロファンに取りこませ、嫌気性条件下、暗所にて反応を行い、生成物をガスクロマトグラフ法により分離定量した。均一溶媒中の反応では生成物はほとんどが基質の還元生成物のみであるのに対し、「タコ」型シクロファン中では異性化反応の進行が顕著に認められた。この反応では、コバルト一炭素結合の熱的開裂はホモリティックに起るところから、ホスト分子が提供する疎水性空間は生成するラジカル対中間体を構造的な「かご効果」により安定化し、異性化反応を促進するものといえる。特異的シクロファンを用いることにより、ここにメチルマロニル-CoAムターゼのモデル系を開発することができた。