hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
急性・慢性腎障害後の腎線維化に対するMicroRNA-21を用いた新規治療薬開発

急性・慢性腎障害後に腎線維化が進行すると腎臓機能が徐々に廃絶し末期腎不全に陥る。そのため、線維化を阻止する新規治療薬の開発が望まれている。私達は、腎障害の発症・進展過程におけるmiR-21の役割とその新規治療薬としての可能性を明らかにするために、急性腎不全や慢性腎炎の動物モデル、miR-21ノックアウトマウスやmiR-21刺激薬や阻害薬を用い、腎線維化におけるmiR-21の役割や新規治療薬としての可能性について検討する。
地震波減衰からみた地震発生層変化のモデル化

九州地方の地震波減衰構造の推定および地震発生層との関係解明に関わる研究を行った。地震波減衰には、非弾性による内部減衰とランダムな不均質性による散乱減衰とがあり、いずれも媒質の物性を特徴づけるパラメタで両者を分離推定することが重要であるが、これまで3次元構造を推定することは困難であった。今年度は、地震波散乱減衰・地震波内部減衰の3次元構造を推定する手法を新たに開発した。この手法は、S波とそのコーダ波のMSエンベロープを輻射伝達理論の近似解析解[Paasschens, 1997]によりフィッティッティングし、散乱減衰・内部減衰を各エンベロープについて測定し、それらをモンテカルロシミュレーション[Yoshimoto,2000]によって計算した空間重みに応じて対象領域に配置されたブロックに配分し、散乱減衰・内部減衰の3次元構造をマッピングする。本研究で開発した手法を九州地方の地殻に適用し、深さ15 kmまで、高い空間分解能(ブロックサイズは水平方向10 km、鉛直方向5 km)で3次元構造を推定した。その結果、以下のことが明らかになった。(1)火山地域および活断層帯では散乱減衰・内部減衰ともに大きい。(2)散乱減衰・内部減衰の大きい地域では、地震発生層下限深度が浅い。(3)散乱減衰の強度は深さとともに減衰するが、内部減衰の強度は深さにあまり依存しない(これは本研究により初めて明らかになった特徴である)。以上の結果を2018年度地球惑星科学連合大会でポスター発表した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。地震波減衰構造推定の計算コードの開発を行った。地震波減衰には散乱減衰と内部減衰の2種類がある。散乱減衰は地球内部における地震波速度などの不均質によって地震波エネルギーが散乱される現象であり、内部減衰は地球内部の非弾性によって、地震波エネルギーが摩擦などにより熱エネルギーに転化する現象である。地殻においては両者を分離して推定することが重要である。そこで本研究では、地震波の散乱減衰と内部減衰とを分離推定するMultiple Lapse Time Window (MLTW)法を使用した。解析では、S波の到着時刻から15sのタイムウィンドウを3つ切り出し、各タイムウインドウ内の地震波形のエンベロープからエネルギーを計算する。そしてエネルギーの距離変化を、一様構造を仮定した近似解析解(Paasschens, 1997)と比較し、散乱減衰と内部減衰を推定する。計算プログラム内では、観測値と計算値のフィッティングに非線形最小二乗法であるLevenberg-Marquard法を使用した。また、解析には、1-2Hz, 2-4Hz, 4-8Hz, 8-16Hz, 16-32Hzの周波数帯を使用する。解析に使用する地震波形データの収集を行った。当初、マグニチュード1から3.5までの地震を解析に使用する予定であった。しかし、予備的解析により、データのS/Nが当初の予想より低いことが判明した。これは、研究対象地域の地殻の減衰が既存の研究で報告されているよりもはるかに強いことを示唆している。このため、マグニチュードの閾値を4に変更し、波形データの追加収集した。このために、計画を2ヶ月間延長した。平成27年度分で平成28年度に繰り越した課題については完了した。地震波減衰構造推定のプログラムの開発を行い、九州地方の地殻の2次元地震波減衰構造の推定を行った。この手法は、MLTW法にもとづいており、散乱減衰と内部減衰を分離して推定した。データとして、九州大学地震火山観測研究センターの震源カタログおよび波形データを使用した。解析に用いた期間は、1995年から2015年までの20年間分で、空間分解能は10-20 kmである。その結果、テクトニクスと対応した空間分布を得た。具体的には、活火山および一部の活断層周辺で、散乱減衰および内部減衰ともに高減衰領域である。また、次元地震波減衰構造と地震発生層下限深度との関係について検討した。その結果、地震発生層下限深度の浅い領域において散乱減衰および内部減衰ともに大きい、また、その傾向は活火山周辺域でより顕著である、という結果を得た。4月に2016年熊本地震が発生した。当初の見込み以上のデータが蓄積された。また、震源域における3次元元地震波速度構造の推定を行った。手法として、double-difference tomography法を使用した。解析には熊本地震震源域周囲の50 kmの地震(1996年1月から2016年6月まで、m > 2.5、深さ< 30 km)を使用した。解析対象領域は、本震の震源周辺25 km、グリッド間隔は対象領域中央で水平方向に5 km、深さ方向に2.5 kmとした。その結果、解析対象領域内において、主要な二つの地震の震源や余震の震源は、P波S波ともに高速度領域に位置していることが明らかになった。またこの高速度領域は、震源域では周囲と比較してより深部まで達していることがわかった。なお、チェッカーボード解像度テストにより、熊本地震震源域において深さ約15 kmまでの3次元地震波速度構造が回復された。1月から3月まで3ヶ月研究を中断したが、計画を前もって進めるなどして概ね予定していた研究計画を遂行することができた。これまでに、九州地方における地殻の二次元地震波減衰(散乱減衰・内部減衰)構造を10 kmの空間分解能で推定した。

その結果、テクトニクスと対応する空間変化が得られた。火山地域および一部の活断層帯では散乱減衰・内部減衰ともに大きいことが明らかになった。また、地震発生層下限深度[Matsumoto et al., 2016]との比較により、以下のような関係が明らかになった。(1)地震発生層下限深度が浅いほど散乱減衰・内部減衰ともに大きい。(2)活火山周辺ではより散乱減衰が卓越し、活断層周辺ではより内部減衰が卓越する。2016年熊本地震の震源断層である布田川・日奈久断層帯もこのような領域に属している。これらの結果は2017年地球惑星科学連合大会にてポスター発表した。また、2016年熊本地震震源域の3次元地震波速度構造の推定を行い、(1)震源域は九州の平均的な速度構造と比較して相対的に高速度かつ低Vp/Vsである、(2)震源域の地震発生層の地震波速度はVp=6.0 km/sかつVs=3.5 km/s、(3)本震滑りの大きかった領域は地震発生層とその上部の表層であり阿蘇周辺の低速度領域で本震滑りが停止した、など重要な知見が得られた。これらの結果をまとめて日本地震学会2017年秋季大会で発表した。また、国際誌(Geophys. Res. Lett. )に投稿し、掲載された。以上のとおり、ほぼ当初の予定どおり研究を遂行した。ほぼ当初の予定どおり、九州地方における減衰構造と地震発生層の関係を明らかにした。九州地方の地震波減衰構造の推定および地震発生層との関係解明に関わる研究を行った。地震波減衰には、非弾性による内部減衰とランダムな不均質性による散乱減衰とがあり、いずれも媒質の物性を特徴づけるパラメタで両者を分離推定することが重要であるが、これまで3次元構造を推定することは困難であった。今年度は、地震波散乱減衰・地震波内部減衰の3次元構造を推定する手法を新たに開発した。この手法は、S波とそのコーダ波のMSエンベロープを輻射伝達理論の近似解析解[Paasschens, 1997]によりフィッティッティングし、散乱減衰・内部減衰を各エンベロープについて測定し、それらをモンテカルロシミュレーション[Yoshimoto,2000]によって計算した空間重みに応じて対象領域に配置されたブロックに配分し、散乱減衰・内部減衰の3次元構造をマッピングする。本研究で開発した手法を九州地方の地殻に適用し、深さ15 kmまで、高い空間分解能(ブロックサイズは水平方向10 km、鉛直方向5 km)で3次元構造を推定した。その結果、以下のことが明らかになった。(1)火山地域および活断層帯では散乱減衰・内部減衰ともに大きい。(2)散乱減衰・内部減衰の大きい地域では、地震発生層下限深度が浅い。(3)散乱減衰の強度は深さとともに減衰するが、内部減衰の強度は深さにあまり依存しない(これは本研究により初めて明らかになった特徴である)。以上の結果を2018年度地球惑星科学連合大会でポスター発表した。今後は、地震波減衰構造の推定を行い、その結果を用いて温度・流体量の分布の推定を行う。地震波減衰と地震波速度から温度と流体量を推定する定式化を行う。
コフィリンホスファターゼSlingshotの活性化のシグナル伝達機構と細胞運動における役割

コフィリンはアクチン線維の脱重合・切断因子としてアクチン細胞骨格の再構築を制御する重要な役割を担っており、コフィリンの活性制御機構の解明は細胞運動、細胞分裂などアクチン骨格の再構築の関与する多くの細胞活動の制御機構を理解するうえで必須である。コフィリンは、LIMキナーゼによってリン酸化、不活性化され、Slingshotによって脱リン酸化、活性化される。私達は、カルシウムシグナルの下流でカルシニューリンの活性化を介してSlingshotが活性化されることを報告した。本年度は、カルシウムイオノフォアA23187の濃度依存的なCaMキナーゼIIとカルシニューリンの活性化について検討した。高濃度のA23187刺激では、CaMキナーゼIIの一過的な活性上昇と、それに伴うLIMキナーゼの活性化とSlingshotの活性阻害が認められ、コフィリンのリン酸化レベルの上昇がみられた。刺激10分後にはCaMキナーゼIIの活性は低下し、LIMキナーゼの活性低下とコフィリンのリン酸化レベルの低下が認められた。一方、低濃度のA23187刺激では、10分後のCaMキナーゼIIの活性の低下はみられなかった。カルシニューリンはCaMキナーゼIIの活性を抑制し、Slingshotを活性化するので、CaMキナーゼIIとカルシニューリンの活性のバランスの変化が、LIMキナーゼとSlingshotの活性を変化させ、コフィリンのリン酸化レベルを時空間的に制御していることが示唆された。アクチンフィラメントの脱重合・切断活性を持つコフィリンは、アクチン細胞骨格の再構築を制御することにより、細胞の運動や形態変化に重要な役割を果たしている。コフィリンはLIMキナーゼ(LIMK)によりリン酸化されることで不活性化し、ホスファターゼであるSlingshot(SSH)によって脱リン酸化され再活性化する。これまでの研究により、コフィリンは細胞内Ca^<2+>濃度を上昇させる細胞外刺激に応答して脱燐酸化と再活性化を引き起こすことが報告されている。しかし、Ca^<2+>によって誘発されたコフィリンの脱燐酸化のシグナル伝達機構については不明な点が多く残されている。本研究では、Ca^<2+>によって誘発されたコフィリンの脱燐酸化におけるプロテインホスファターゼSlingshot(SSH)ファミリーのメンバーであるSlingshot-1L(SSH1L)の役割を調べた。まず、培養細胞においてカルシウムイオノフォアであるA23187及び生理的な細胞内Ca^<2+>濃度を上昇させるアゴニストであるATP、ヒスタミンがSSH1Lの活性化及びコフィリンの脱燐酸化を誘発することを示した。また、A23187かヒスタミンにより誘発されたSSH1Lの活性化及びコフィリンの脱燐酸化はカルシニューリンの特異的な阻害剤又は不活性型カルシニューリンによって阻害された。これらの結果は、カルシニューリンはCa^<2+>シグナルによるSSH1Lの活性化及びコフィリンの脱燐酸化を媒介していることを示唆するものである。さらに、RNA干渉(RNAi)の手法を用いたSSH1Lタンパク質発現抑制により、A23187またはカルシニューリンによるコフィリンの脱燐酸化が抑制された。また、vitroで、SSH1Lのコフィリンホスファターゼ活性はカルシニューリンの添加によって上昇した。これらの結果は、SSH1LがCa^<2+>シグナルによって誘発されたコフィリンの脱燐酸化における重要な役割を担っていること、そして、カルシニューリンはSSH1Lの上流において、SSH1Lの活性を制御していることを示唆している。コフィリンはアクチン脱重合因子としてアクチン線維のターンオーバーを促進し、ラメリポデイアの形成や細胞遊走に重要な役割を担っている。コフィリンはLIMキナーゼ(LIMK)によりリン酸化、不活性化し、Slingshot(SSH)によって脱リン酸化、再活性化される。本研究において、私たちは,Ca^<2+>シグナルの下流では、calcineurin(Cn)の活性化を介してSSH1Lが脱リン酸化、活性化され、コフィリンの脱リン酸化が誘導されることを解明した。さらに、Ca^<2+>シグナルによるアクチン細胞骨格の再構築におけるCn/CaMK IIによるSSH1L/LIMK1の活性制御機構を解析した。MCF7細胞においてカルシウムイオノホアの刺激によりSSH1Lは細胞膜突出部分に局在することを示した。Ca^<2+>刺激によりコフィリンのリン酸化レベルが低下するが、LIMK1を高発現することによって、コフィリンのリン酸化レベルの低下が抑制された。また、Ca^<2+>刺激によりCaMK IIの活性もLIMK1のThr508リン酸化も一過的に上昇することを見出した。さらに、in vitroアッセイの結果、活性化CaMK IIはLIMK1をリン酸化、活性化し、SSH1Lをリン酸化、不活性化した。以上の結果から、CaMK IIはCa^<2+>の刺激の初期応答において、LIMK1の活性化とSSH1Lの不活性化に関与していることが示唆された。一方、共発現実験及び阻害剤実験から、活性化CnはCaMK IIを脱リン酸化、不活性することが示唆された。以上の結果から、Ca^<2+>シグナルの下流では、まずCaMK IIによるLIMK1の活性化が優先的に起こり、その後、CnによるCaMK IIの阻害とSSH1Lの活性化が優勢になると考えられる。CaMK II/CnはスイッチとしてCa^<2+>

シグナルの下流でのコフィリンの経時的な活性制御に関与している可能性が示唆された。コフィリンはアクチン線維の脱重合・切断因子としてアクチン細胞骨格の再構築を制御する重要な役割を担っており、コフィリンの活性制御機構の解明は細胞運動、細胞分裂などアクチン骨格の再構築の関与する多くの細胞活動の制御機構を理解するうえで必須である。コフィリンは、LIMキナーゼによってリン酸化、不活性化され、Slingshotによって脱リン酸化、活性化される。私達は、カルシウムシグナルの下流でカルシニューリンの活性化を介してSlingshotが活性化されることを報告した。本年度は、カルシウムイオノフォアA23187の濃度依存的なCaMキナーゼIIとカルシニューリンの活性化について検討した。高濃度のA23187刺激では、CaMキナーゼIIの一過的な活性上昇と、それに伴うLIMキナーゼの活性化とSlingshotの活性阻害が認められ、コフィリンのリン酸化レベルの上昇がみられた。刺激10分後にはCaMキナーゼIIの活性は低下し、LIMキナーゼの活性低下とコフィリンのリン酸化レベルの低下が認められた。一方、低濃度のA23187刺激では、10分後のCaMキナーゼIIの活性の低下はみられなかった。カルシニューリンはCaMキナーゼIIの活性を抑制し、Slingshotを活性化するので、CaMキナーゼIIとカルシニューリンの活性のバランスの変化が、LIMキナーゼとSlingshotの活性を変化させ、コフィリンのリン酸化レベルを時空間的に制御していることが示唆された。
分子動力学法、並びに中性子回折法による、アルカリイオン伝導に関する研究

ガラス中にアルカリイオンを二種類含ませると、アルカリイオンを一種類しか含まない場合に比べてアルカリイオンの移動度が極端に小さくなる。この様に、二種類のアルカリイオンを含むガラスが加成性から大きく外れた物性を示すが、その原因に関して一般的に受け入れられている理論はない。本研究は、コンピュータシミュレーションの一手法である分子動力学法と、中性子回折を中心としたガラスの構造解析の二つの方向からガラス中のアルカリイオンの挙動を探るとともに混合アルカリ効果のメカニズムを調べた。そ結果、混合アルカリガラス中でLi-0の結合距離分布は、別のアルカリ(Liより大きなイオン半径を持つ)の導入に従って変化することが判明した。すなわち、混合アルカリガラスに於いて、より小さいサイズのアルカリイオンと酸素の距離は単一アルカリガラスと比較して縮小し、より大きなイオンの場合は大きくなる傾向があった。このようなアルカリ-酸素間の距離の変化は、エネルギー的に安定な方向に作用している原因の一つであろうと考えられる。今回のMDシミュレーションにおいて、内部エネルギーを見積もったところ、すべての混合アルカリガラスに関して、加成性による値より小さい値が求まった。この値は、以前に溶解熱法により求められている、混合アルカリガラスのエンタルピの加成性からのずれの報告値とよい一致を示した。この様に、アルカリ-酸素距離の変化に起因していると推察される、混合アルカリガラス中のエネルギーの安定化が、「混合アルカリ効果」、すなわちガラス中に2種類以上のアルカリが存在することによるアルカリイオンのモビリティの著しい減少の原因の一つであろうと考えられる。
日本中世における寺社権力の支配構造

1.2004年9月に刊行された勝俣鎭夫編『寺院・検断・徳政-戦国時代の寺院史料を読む-』(山川出版社)にて、論文「戦国期北野社の闕所」を発表した。中世に展開した領主検断は、主として領内で住民が犯罪を犯した場合に、その住民の家を領主が焼く、もしくは壊すという形態(=「闕所」)をとっている。そして戦国期の北野社も、家屋を破却していたことがすでに先行研究で指摘されている。ただし北野社の場合、検断得分の分配にあたっては、家そのものではなく解体した家材の売却代金が折半されたこと、闕所屋の焼却処分の例は一例もないこと、その原因が検断得分である闕所屋に対する北野社側の固執と、廃物・廃材を商品として流通させる室町京都という北野社の立地条件にあった可能性のあること、などの点も指摘されている。しかしその一方、北野社が破却すら行なわず闕所屋を売却している事例や、家屋売買一般に際し家屋を「壊す」ことを強く規制していた事実も存在する。そこで本稿では、特に闕所における家屋(建造物)の<売却>行為に注目することにより、戦国期北野社の闕所の特質について検討した。その結果、北野社における闕所屋処分の基本的形態は、検封ののち壊さずに売却するというものであり、闕所屋の売却が検断の場において破却にかわりうる意味を持ったこと、具体的には土地所有関係を一新することにより穢れを祓う意味を持ったことなどを明らかにした。そして単なる売却処分としての闕所屋処分が成り立った背景に「百姓」の家屋所有権・自専権の拡大や「家主」・「家持」層の台頭という問題のあったことなどを指摘した。2.北野社の神人について調査をし、それらの成果を東京大学の近世史研究会にて報告した。3.大津市埋蔵文化財センターの協力を得て比叡山で2度ほどフィールドワークを行った。4.この他、中世都市・流通史懇話会、身分的周縁研究会などの全国規模の研究会に参加した。1、2003年8月22・23日に東京女子大学で行われた夏季特別講座「中世の京都へ-生活・信仰・寺社-」で、「家屋と領主権-北野天満宮領を中心に-」と題する講演を行った。社会人及び学生を前に、戦国期京都の北野社がどのような領主支配を展開したのかを、検断権の行使という側面から説明した。中世に展開した領主検断は、主として領内で住民が犯罪を犯した場合に、その住民の家を領主が焼く、もしくは壊すという形態をとった。それは従来の研究で明らかにされているように、当時の人々の中に、犯罪は穢れであり、その穢れを祓う必要があるとの観念が働いていたためである。ただし北野社領の場合、家を焼いた事例はみられず、家を壊してその結果できた木材を売る、或いは家を壊さずに建売するという形態をとっている。そこで戦国期の都市部の寺社領においては、家屋を保存し、家の間口別に賦課する屋地子の収入を安定化させようとする領主側の経済利益優先主義が、次第に検断のあり方を変質させてゆくのではないかという私見を述べた。なおこの講演の内容をさらに深化させ、「戦国期北野社の闕所」と題する論文を先ごろ執筆した。2、上記の講演準備を契機として、北野社及び旧社領域の現地調査を8回ほど行った。その過程で、中世の史料に散見される北野社「西京神人」の末裔のお宅が現在も数件ほど存在していることを知り、「神人」宅の聞き取り調査及び所蔵資料の調査を行った。また活字史料である『北野天満宮史料』及び『北野社家日記』の中から、「西京神人」に関する記事を抽出し、整理した。今後「西京神人」の歴史について、論文を執筆する予定である。3、この他、愛知・真清田神社や宮城・松島瑞巌寺など各地の寺社の現地調査や資料調査などを行った。

その結果、北野社における闕所屋処分の基本的形態は、検封ののち壊さずに売却するというものであり、闕所屋の売却が検断の場において破却にかわりうる意味を持ったこと、具体的には土地所有関係を一新することにより穢れを祓う意味を持ったことなどを明らかにした。そして単なる売却処分としての闕所屋処分が成り立った背景に「百姓」の家屋所有権・自専権の拡大や「家主」・「家持」層の台頭という問題のあったことなどを指摘した。2.北野社の神人について調査をし、それらの成果を東京大学の近世史研究会にて報告した。3.大津市埋蔵文化財センターの協力を得て比叡山で2度ほどフィールドワークを行った。4.この他、中世都市・流通史懇話会、身分的周縁研究会などの全国規模の研究会に参加した。
アトピー性皮膚炎のダニ抗原誘発皮疹におけるサイトカイン産生の経時的解析

アトピー性皮膚炎の発症機序を明らかにするために、重症アトピー性皮膚炎患者のダニ抗原誘発皮疹における経時的な組織学的変化およびRT-PCRによるサイトカインの解析を行い、すでに昨年度までに組織学的には顕著な好産球浸潤を示し、IL-4、IL-5などのTh2タイプのサイトカインの皮膚病変内における増加が関与していることを示した。本年度はさらにJL-1beta、IL-2、IL-3、IL-6、IL-7、IL-8、IL-12などその他のサイトカインおよびRANTESなどのケモカインに対応したプライマーを設計し、ダニ抗原誘発皮疹における経時的解析を行い、さらにハプテンによる接触性皮膚炎、薬疹、乾癬などの皮膚生検標本と比較検討した。その結果IL-6の貼付12時間以降の増加、およびIL-7の無疹部における弱い発現と貼付後2時間から24時間までの速やかかつ顕著な増加が検出された。アトピー性皮膚炎の皮膚局所におけるこれらのサイトカインの発現は以前に報告がない。IL-6はIL-4と協働的にダニ抗原特異的IgE抗体産生の増加に、IL-7は皮膚浸潤リンパ球の増殖に関与している可能性がある。さらにハプテンによる接触性皮膚炎や薬疹など他皮膚炎においてもIL-7の発原が認められ、皮膚における炎症とIL-7との関連が示唆された。抗IL-7およびIL-7受容体抗体を用いた免疫組織化学染色では表皮がIL-7を発現し、基底膜に沈着し、浸潤リンパ球がIL-7受容体を発現している所見が観察された。さらにダニ抗原を除去した後放置した皮疹では好酸球は消失するが好酸球由来の顆粒蛋白は残存し浸潤細胞はリンパ球が主体となり、アトピー性皮膚炎の慢性皮疹との類似性が示唆された。この過程でJL-12が関与している可能性を考え解析を行ったが、有意の発現増加は認められなかった。
小胞体ストレス感知システムとその情報伝達機構の解析

真核生物に保存されている小胞体ストレスセンサーIRE1のストレス感知機構を分子レベルで解析するために、酵母Ire1の小胞体内腔部分の種々の変異体を作製しその生理機能を詳細に解析した。平成18年度に、Ire1の活性化にはストレスによるBiPの解離による2量体化と、その後のN末側の立体構造の変化が必要であることを明らかとしたが、Ire1のストレスに応じた挙動の蛍光抗体を用いた観察、免疫電顕、各種変異型Ire1を用いたレポーターアッセイ、Ire1小胞体内腔領域の組換えタンパク質を用いた生化学的な解析から、酵母Ire1の活性化は2ステップにより制御されていることを明らかにした。ステップ1では、ストレス刺激により小胞体シャペロンBiPがIre1から解離することによるオリゴマー形成(クラスタリング)、ステップ2はストレスにより生じた変性タンパク質がオリゴマー化したIre1と相互作用し初めて活性化するというものである。また新規DnaJB12タンパク質の生理機能の解析を行った。このDnaJB12タンパク質は小胞体膜上の2型膜タンパク質として発現しており、J領域をサイトゾル側に向け、嚢胞性線維症に関与する塩素イオンチャネル(CFTR)の小胞体におけるフォールディングに関与している。CFTRは正常なタンパク質としても小胞体関連分解により分解を受けやすいタンパク質であるが、DnaJB12の過剰発現は分解を促進し、このタンパク質のノックダウンを行うと分解レベルを抑えることが明らかとなった。DnaJB12はサイトゾルのHsc70と協力し、膜タンパク質の小胞体品質管理に重要な役割をになっていることが示唆された。1 UPR (unfolded protein response)は小胞体ストレスにより小胞体内に高次構造異常な蛋白質が蓄積したときに、小胞体シャペロンの遺伝子群を転写レベルで誘導し小胞体シャペロンの発現を高め細胞の恒常性を保つためのストレス応答の1つである。出芽酵母ではUPRに必要な因子として、構造異常蛋白質の蓄積を感知するIRE1、その下流の転写因子のHAC1が同定されている。今回我々はIRE1とHAC1のそれぞれが、小胞体からの輸送小胞形成に関与する温度感受性変異株のマルチコピーサプレッサーになっていることを見出した。このことは、UPRと小胞体からの輸送小胞形成の間に密接な関係があることを示唆している(Higashio, et al.)。2小胞体ストレスセンサーIRE1は、小胞体シャペロンBiPにより負に制御されているという仮説が我々や他のグループにより提案されているが、今回我々はBiPの変異株を利用することにより、その仮説が正しいことを直接的に示すことに成功した。BiPはN末側のATP結合領域とC末側の基質認識領域とに分けられる。BiPの変異によりIRE1と結合できない細胞は、小胞体ストレスに関わらずUPRは活性化し、逆にBiPの変異によりIRE1と結合したまま解離できない変異株は、ストレスに関わらず、UPRの活性化は認められなかった(Kimata, et al.)。また植物のIRE1のクローニングを行い、その基本的な生理機能が、酵母や動物と同様に保存されていることがわかった(Okushima, et al.)。3小胞体の新規シャペロンJPDIを単離し、その生理機能について検討した。JPDIはN末側にJドメイン、C末側にチオレドキシンモチーフを有する新規小胞体シャペロンで、そのJドメインはBiPと相互作用しそのATPase活性を高めることができる(Hosoda, et al.)。in vivoでの生理機能に関しては今後の検討が必要である。1小胞体ストレスセンサーIRE1は、小胞体シャペロンBiPにより負に制御されていることを、BiPの温度感受性変異株を用いることにより明らかにした。

BiPの変異によりIRE1と結合できない細胞は、小胞体ストレスに関わらずUPRは活性化し、逆にBiPの変異によりIRE1と結合したまま解離できない変異株は、ストレスに関わらず、UPRの活性化は認められなかった(Kimata, et al.)。2哺乳動物の小胞体ストレスをin vivoで検知することができるレポーター遺伝子を構築し、ERAI(ER stress-activated indicator)と名付けた。このERAIシステムは小胞体ストレスに呼応してIRE1が活性化されるとXBP1 mRNAがスプライシングを受けることを利用したもので、XBP1にGFP遺伝子をつないである。XBP1がスプライシングを受けると下流のGFPのORFと読み枠が一致し、GFPが翻訳されるため小胞体ストレス応答が活性化している細胞は、励起光を照射すると緑色の蛍光を発する。この遺伝子を用いてトランスジェニックマウスを作製したところ、期待通り小胞体ストレスの活性化している組織は蛍光を発することが明らかとなった(ERAIマウスと命名)。ERAIマウスを利用することにより、個体レベルで、どのような時にどのような場所で小胞体ストレスが起きるのかを容易に検知することが可能となった。また膵臓や筋肉は成熟度や成長に伴って生理的に小胞体ストレスを受けるという新知見を得た(Iwawaki et al.)。小胞体ストレスセンサーIre1のストレス感知機構を明らかにする目的で、酵母Ire1小胞体内腔ドメイン約500アミノ酸をN末から10アミノ酸残基ごとに欠失した50種類の変異型Ire1を作製し、そのセンサー機能をレポーター検定、抗Ire1抗体によるBiPの共免疫沈降実験、免疫沈降による2量体形成検定、などの方法により詳細に調べた。この結果、Ire1の小胞体内腔領域は、N末から領域IからVまでの5つの領域に分けられ、領域II-IVのコア領域が小胞体ストレス感知にとり非常に重要な役割を担っていることが明らかとなった。この領域はストレスを感知し、領域Vに結合している小胞体シャペロンBiPを積極的に解離し、2量体形成を促進するために必要な領域であった。小胞体シャペロンBiPは膜貫通領域に近い領域Vに特異的に結合し、小胞体ストレスを感知するとBiPはこの領域から解離する。驚いたことに、領域Vを欠失した変異型Ire1も野生型同様の小胞体ストレス感知能を持っていた。しかし領域Vを欠失した変異型Ire1をもつ酵母は、アルコールや高温など小胞体ストレス以外の刺激に対しても野生型に比べ高感度に反応してしまうことがわかった。このことから、Ire1はIre1自身がストレスを感知しBiPを解離させる能力をもつこと、またBiPが結合することにより、他のストレスに過剰反応しないようになること、すなわちIre1は、小胞体ストレス特異的なアジャスターとして機能していることが示唆された。1小胞体膜上のストレスセンサーIre1のストレス感知の機構を酵母Ire1を用いて解析した。Ire1はI型膜タンパク質で、N末端側は小胞体内腔にあり変性タンパク質の蓄積を感知し2量体化して活性化する。
岩石・鉱物の変形微細組織の解析に基づく造構運動像の解明

本研究の目的は、研究代表者と研究分担者及び数多くの研究協力者が、長年の研究を通して構築して来た日本のテクトニック・コラ-ジの形成過程の造構運動像を、巨視的ー顕微鏡的ー電子顕微鏡的スケ-ルの構造特性、変形史と変成史の関係の解析による変形時相の変化に伴なう温度・圧力条件の変化の決定に基づく変成帯のP-T-Dpathsに関する情報、変成鉱物の年代測定によるDの項の絶対年代値への読みかえによるP-T-t-Dpathの決定などにより、造構運動像のより妥当なモデルを確立することにあった。飛騨帯においては宇奈月帯で研究を進め、特に宇奈月地域の宇奈月帯において変形史を確立し、中生代前期火成活動史の造構論的位置づけを明確にし、火成活動に伴なう運動像の解明に成果をあげることができた。鳥帽子山スラストは基底花崗岩マイロナイト形成年代の決定から230Maとされた。このスラスト後約20Maして花崗岩活動が始まるが、活動は広域的破砕帯の形成とともに起こり、約180Maの花崗岩貫入の最終時相は東方へのフェルゲンツを示す剪断運動によって伴なわれ、飛騨帯のナップ化が進行したことが明らかにされた。領家帯においては古期花崗岩貫入時の運動像と貫入値良く後の巨大マイロナイト帯の形成を伴なう運動の運動像とこの期間における岩石・鉱物(特に石英・カリ長石)の変形様式が解析され、領家帯のナップ的運動と岩石破砕(シュ-ドタキライト様岩の形成)鉱物の破砕(アルトラマイロナイトの形成)鉱物の塑性変形の様式が決定された。日高帯ではグラニュライト帯を対象として変形史を確立し、P-T条件の変化の中で岩石の変形様式の変化と活動した火成岩類の型が決定され、はじめ破砕現象の進行する中で沈み込む海嶺に由来するマグマの貫入があり、ついで上昇する過程でカルクアルカリ岩の貫入があったことが明らかにされた。三波川帯においては特に四国中央部においてP-T-t-D pathが決定された。本研究の目的は,日本のテクトニックコラージの形成過程の造構運動像を透過電顕を用いた造岩鉱物の変形機構の解析を基礎として再検討し,力学的により妥当な造構モデルを構築することにあるが,地質体は複雑な変形史を示すために,まず各変形時相の変形構造のみを刻印したと考えられる岩石試料の選定が第1の作業となり,本年度の主要な課題であった.これには厳密な変形史解析がなされていることが必須条件であり,三波理帯,三郡ー中国帯,飛騨ー飛騨外縁帯において注意深く進められ成果をあげることができた.温度圧力条件は造岩鉱物の変形機構を支配する重要な因子であるため,各変形時相の温度圧力条件の推定のための基礎資料を得るため造岩鉱物のEPMAによる分析が進められた.特に角閃石黒雲母白雲母斜長石カリ長石ざくろ石薫青石を中心として行われた.領家帯における黒雲母薫青石の組成分析は主要変成作用の条件の推定に有意な情報をもたらした.三波川帯における角閃石ざくろ石の成長史と変形史の対応についてもきわめい有意な情報を得ることができ,各変形時相の温度と圧力条件の推定が大きく進展した.

透過電顕による組織解析は,石英カリ長石斜長石を対象として行なうことを決定し,各変形時相におけるこれら鉱物の変形特性の光学顕微鏡(Uーstage)による解析が進められた.この解析は各変成帯の変成岩類のもつ特徴的な変形構造である層面片理の形成過程の理解に飛躍的な進展をもたらした.単純な構造にみえる層面片理が単一の変形作用によって形成されたものではなく,多時相にわたる多様な変形作用と静的な条件での回復ー再結晶作用を伴なう変成鉱物の塑性変形,動的再結晶作用などによって形成された複雑な構造内容をもつものであることが明らかにされた.このような研究はまた飛騨帯の宇奈月帯において花崗岩マイロナイトの組織の理解に飛躍的展開をもたらした.電子顕微鏡は日本電子kk製JEMー2000ESが購入された.本研究の目的は日本のテクトニックコラージの形成過程の造構運動像を地質構造・岩石構造からの情報に加えて、透過電顕を用いた造岩鉱物の変形機構の解析を基礎として再検討し力学的により妥当な造構モデルを構築することにあるが、地質体は複雑な変形史を示すためにまず各変形時相の変形構造のみを刻印したと考えられる岩石試料の選定が第1の作業となり、昨年度にひきつづき本年度の主要な課題であった。これには厳密な変形史解析がなされていることが必須条件であり、三波川帯、三郡ー中国帯、飛騨外縁帯において注意深く進められ特に三波川帯において重要な成果をあげることができた。鉱物の変形機構は、温度圧力条件によって徴妙に変化する。このため三波川帯において、各変形時相の温度圧力条件の推定のための基礎資料を得るため造岩鉱物のEPMAによる分析が精力的に進められた。特に角閃石ざくろ石を中心として行われた。三波川帯におけるざくろ石の化学組成から左力構造の解析が進められた。また角閃石の成長史と変形史の対応についてもきわめて有意な情報を得ることができ、各変形時相の温度と圧力条件の推定が大きく進展した。この解析は、三波川帯の付加過程を明らかにすることになり、三波川帯が4つの付加体を含む地質体であることが明らかにされた。透過電顕による組織解析に先だってUーstageによって石英・斜長石の格子配列の特性が解析され、変形条件についての多くの情報を得ている。斜長石ファブリックからはその成長条件についても重要な情報が得られた。片理形成は広域変成帯の最も重要な変形機構であるが、その形成にかかわる変形特性が石英ファブリックの解析を通して検討された。薄膜作製機の購入によって解析の進められた透過電顕の示す転位構造はきわめて複雑な内容をもち、解析はきわめて困難であることが明らかになったが、順次解析を進めているところである。本研究の目的は、研究代表者と研究分担者及び数多くの研究協力者が、長年の研究を通して構築して来た日本のテクトニック・コラ-ジの形成過程の造構運動像を、巨視的ー顕微鏡的ー電子顕微鏡的スケ-ルの構造特性、変形史と変成史の関係の解析による変形時相の変化に伴なう温度・圧力条件の変化の決定に基づく変成帯のP-T-Dpathsに関する情報、変成鉱物の年代測定によりDの項の絶対年代値への読みかえによるP-T-t-Dpathの決定などにより、造構運動像のより妥当なモデルを確立することにあった。飛騨帯においては宇奈月帯で研究を進め、特に宇奈月地域の宇奈月帯において変形史を確立し、中生代前期火成活動史の造構論的位置づけを明確にし、火成活動に伴なう運動像の解明に成果をあげることができた。鳥帽子山スラストは基底花崗岩マイロナイト形成年代の決定から230Maとされた。このスラスト後約20Maして花崗岩活動が始まるが、活動は広域的破砕帯の形成とともに起こり、約180Maの花崗岩貫入の最終時相は東方へのフェルゲンツを示す剪断運動によって伴なわれ、飛騨帯のナップ化が進行したことが明らかにされた。
アスパラギン酸プロテアーゼ活性中心をターゲットとしてデザインされた阻害剤の開発

我々は,アスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤の合成研究を行なってきており,高血圧において重要な役割を果たすレニンの阻害剤,エイズの原因ウイルスであるHIVプロテアーゼの阻害剤などの合成を行ない,酵素と阻害剤の結合に必要な最小阻害活性部位の探索や高い酵素阻害活性を持つ化合物(KNI-272)の合成に成功した.この成功は,酵素反応のメカニズムに着目して,酵素・基質複合体および酵素・阻害剤複合体のコンフォメーションを解析し,酵素分子活性中心の基質遷移状態のコンフォメーションを固定したミミックをデザインするという新しく論理的な方法を用いたことによるところが大きい.X線結晶構造解析,NMR構造解析ならびに分子モデリングにより,KNI-272中のヒドロキシメチルカルボニルアイソステアは活性中心アルパラギン酸と,基質遷移状態と同様の様式で相互作用していることがわかった.すなわち,ヒドロキシ基はAsp125のカルボキシルアニオンと水素結合しており,カルボニル基はプロトン化されたAsp25と水素結合している.このことは,ヒドロキシメチルカルボニルアイソステアが理想的な遷移状態ミミックであることを示唆している.また,KNI-272の溶液中でのコンフォメーションが複合体中でのコンフォメーションとほとんど同じであることは,溶液中ですでに生物活性コンフォメーションに固定されていることを示唆しており,このプレオ-ガナイゼーションがKNI-272の高活性に寄与していると考えられる.さらに,阻害剤の体内動態をより良いものにするために,構造変換及びさらなる低分子化合物の合成を進めた結果,HIVプロテアーゼ阻害活性を持つジペプチドKNI-413とKNI-549を見いだした.我々は,アスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤の合成研究を行なってきており,高血圧において重要な役割を果たすレニンの阻害剤,エイズの原因ウイルスであるHIVプロテアーゼの阻害剤などの合成を行ない,酵素と阻害剤の結合に必要な最小阻害活性部位の探索や高い酵素阻害活性を持つ化合物(KNI-272)の合成に成功した.この成功は,酵素反応のメカニズムに着目して,酵素・基質複合体および酵素・阻害剤複合体のコンフォメーションを解析し,酵素分子活性中心の基質遷移状態のコンフォメーションを固定したミミックをデザインするという新しく論理的な方法を用いたことによるところが大きい.X線結晶構造解析,NMR構造解析ならびに分子モデリングにより,KNI-272中のヒドロキシメチルカルボニルアイソステアは活性中心アルパラギン酸と,基質遷移状態と同様の様式で相互作用していることがわかった.すなわち,ヒドロキシ基はAsp125のカルボキシルアニオンと水素結合しており,カルボニル基はプロトン化されたAsp25と水素結合している.このことは,ヒドロキシメチルカルボニルアイソステアが理想的な遷移状態ミミックであることを示唆している.また,KNI-272の溶液中でのコンフォメーションが複合体中でのコンフォメーションとほとんど同じであることは,溶液中ですでに生物活性コンフォメーションに固定されていることを示唆しており,このプレオ-ガナイゼーションがKNI-272の高活性に寄与していると考えられる.さらに,阻害剤の体内動態をより良いものにするために,構造変換及びさらなる低分子化合物の合成を進めた結果,HIVプロテアーゼ阻害活性を持つジペプチドKNI-413とKNI-549を見いだした.
カナダ北極域におけるオーロラの高時間分解能光学観測

本研究では、カナダ北極域を中心とした多地点のオーロラ帯において、既存の高感度全天カメラによる定常観測(時間分解能:分)に加えて、30分の1秒の高時間分解能でオーロラの変動を観測する全天カメラを運用し、これらのデータをTHEMIS衛星などの人工衛星データと比較することにより、サブストームに伴うオーロラの微細構造の発達特性や、極冠域の電離圏構造を明らかにした。平成17年度から、カナダ北極域のレゾリュートベイ(磁気緯度83度)及びアサバスカ(磁気緯度62度)に、特定の発光輝線をフィルターを通して観測する高感度分光全天カメラを設置し、極冠域及びサブオーロラ帯におけるオーロラと夜間大気光の定常観測を、2分の時間分解能で継続している。本研究では、上記の高感度分光観測に加えて、1/30秒の高時間分解能でオーロラの変動を観測することのできる全天カメラをカナダの2カ所で運用することにより、サブストームに伴うオーロラの微細構造を高時間分解能で観測し、その伝搬速度や、太陽風電場の侵入に対する応答を明らかにすることを目的とする。1.平成19年度前半に、THEMIS衛星用に展開された20カ所のオーロラ観測システムを管理しているカナダ・カルガリー大学のDonovan博士及び米国・カリフォルニア大学のMende博士と、キャンペーン観測の打ち合わせをメールで行い、Fort SmithとGillamの2点で観測を行うことに決定した。2.これらの2点の所有者はカナダ宇宙科学研究所(CSA)であり、実質の管理をカルガリー大学が行っている。CSAと研究代表者が所属する名古屋大学太陽地球環境研究所の間でこれらの観測点の使用のための合意書を平成19年12月に締結した。3.本研究で使用する高時間分解能の全天カメラは、すでにSTEP期間中に名古屋大学で保有されているものである。これらの機器からのビデオレートのデータをディジタル処理して取り込むために、ビデオボードを内蔵したPC又はハードディスクビデオレコーダーを購入。全体のシステム2式構築した。4.平成20年1月2-16日に、カナダのFort Smith、Gillamに合計5名の日本側研究者、大学院生が、カルガリー大学の現地サポートを得て滞在し、THEMIS衛星との衛星-地上同時観測キャンペーン観測を行った。さらに平成20年3月初旬にも、Fort Smithにおいて1名の日本側研究者が滞在し、追加キャンペーンを行った。6.キャンペーン観測の情報をホームページや国内外の学会で公開し、共同研究を促進した。2009年1月に、マグマ性二酸化炭素の蓄積によりガス噴出災害の再発が懸念されていたニオス湖およびマヌーン湖(カメルーン)の地球化学的調査を実施した。湖水のCO2濃度の深度分析を明らかにするために、両湖において深度別採水を行った。過去の調査結果を加えて、ガス抜きによって溶存CO2がどの程度除去されたかを検討した。その結果、マヌーン湖ではCO_2のガス抜き事業が順調に進行している。2009年1月にはガス抜き開始以前の溶存CO2量の約88%が除去されたことが分かった。つまり、ガス抜きほぼ終了に近づきつつある。一方、ニオス湖では未だに最大溶存CO_2量の約30%しか除去されておらず、今なお多量の溶存CO_2が残存していることが判明した。特に2007年12月と2009年1月の間のガス抜きの進捗がはかばかしくない。ニオス湖では安全化に向けて、さらなるガス抜きが必要である。これらの結果は学術雑誌に論文として公表した。また、ニオス湖の北岸を構成する天然ダムの形成年代について研究を進めてきた。これに関する研究成果を学術雑誌に論文として投稿し、印刷されている。1.平成20年1-3月及び平成21年2-3月に、カナダのFort Smith、Gillamで30Hzのサンプル間隔で画像取得ができる高時間分解能のカメラを用いてキャンペーン観測を行い、平成21年度はこのデータ解析を行った。これらの結果から、オーロラサブストームの開始時におけるオーロラの微細構造を、2次元フーリエ変換を用いて解析し、5秒程度の時間内に小さい構造が大きい構造に発展していく様相を明らかにした。また、パッチ構造を持つオーロラの中に見られる不安定構造を新たに見出し、その結果を詳細に解析した。さらに、パルセィティングオーロラとTHEMIS衛星との同時観測データを解析し、パルセィティングオーロラのソースとなる磁気圏での粒子や波動の構造を明らかにした。3.この2カ所の全天カメラのデータから、大気光中に見られる極冠域パッチ構造や中規模伝搬性電離圏擾乱の動態を明らかにした。4.さらに高時間分解能の110Hzのサンプル間隔で画像を取得することができるEMCCDカメラを別途予算で開発し、平成22年1-3月に、アラスカ・フェアバンクスにおいて、オーロラのテスト観測を行った。5.これらのキャンペーン・定常観測の情報をホームページや国内外の学会で公開し、共同研究を促進した。

1.カナダ極冠域のレゾリュートベイ、サブオーロラ帯のアサバスカで平成17年から開始している高感度分光全天カメラ(2カ所)、プロトンフォトメータ(アサバスカ)、誘導磁力計(アサバスカ)による自動観測は、平成22年度も継続した。2.平成21年度に引き続き、平成20-21年に行ったカナダでのオーロラのキャンペーン観測のデータや、上記の2カ所での定常観測のデータ解析を行った。これらの解析から、(1)極冠域パッチ構造のドリフト運動の特性、(2)磁気圏対流が弱まった際の極冠域パッチ構造の消滅過程、(3)極冠域アークの動きの統計的な特性、磁気嵐に伴う極冠域の舌状プラズマ構造の発達、(4)サブストーム開始直後に見られた周期的なブラックオーロラの構造とその磁気圏でのレイリー・テイラー不安定との関係、(5)高空間・高時間分解能観測によるサブストーム開始時のオーロラの波状構造の詳細、(6)高緯度に見られる中規模伝搬性電離圏擾乱の特性とその磁気圏擾乱に伴う電場変動との関係、(7)Pc1帯地磁気脈動の偏波の周波数依存性、などを明らかにした。3.高時間分解能の110Hzのサンプル間隔で画像を取得することができるEMCCDカメラを別途予算で開発し、平成22年10月平成23年3月にアラスカ・フェアバンクスに設置して、オーロラの高時間・高空間分解能観測を行った。4.これらのキャンペーン・定常観測の情報をホームページや国内外の学会で公開し、共同研究を促進した。
コーンおよびベリー位相の理論に基づく変分モンテカルロ法を用いたモット転移の研究

電子相関による導体-絶縁体転移(モット転移)の幾つかの性質を、多体変分理論に基づく数値計算により調べた。長年不可能であった伝導性の指標であるドゥルーデ重みの計算を、コーンの方法に位相因子を導入することで理論的な解決に至った。この方法を局所カレントのある状態に適用し、交替磁束状態の安定性についての理論的矛盾を解決した。モット絶縁体の局在長についてベリー位相の理論に基づく計算を行い、この方法でモット転移点の決定が可能であることを示した。また、ドープされたモット絶縁体においてパンドくりこみ効果の計算を行い、反強磁性状態が著しく安定化することを示した。銅酸化物、有機κ-ET塩などの超伝導体や冷却原子気体などの広範な系で、モット転移やモット絶縁体周辺の系を司る「モットの物理」について、科学的興味の他、応用の観点から、最近実験的研究が大きく進展している。一方で、「モットの物理」の理論的研究は多体問題の難しさが障碍となって、依然定性的範囲に留まっている。モット転移を金属絶縁体転移としてユニバーサルかつ定量的に扱う方法として、(i)ベリー位相理論や(ii)コーンの方法が特に有望であるが、強相関系の困難さから、これまでの研究例はごく限られていた。本研究では、局所的多体因子を厳密に処理できるためモデルパラメーター全領域で精度良い定量的計算が可能であり、また変分原理に立脚する意味で信頼性が高い変分モンテカルロ法をこれら二つの理論に適用し、「モットの物理」の本質と、その様々な重要な側面を明らかにするのが目的である。昨(初)年度は、(i)、(ii)の理論的枠組みを、最も単純でかつ実際の系のモデルとしても有用である二次元正方格子上のハバード模型において定式化し、それに合わせて必要最小限の基礎的な波動関数を設定して、変分モンテカルロ法を用いた計算により、エネルギーや秩序変数などの基礎的な物理量を計算した。(i)の主な結果として、絶縁体側から金属絶縁体を考える上で有用な局在長λを計算する方法を定式化し実行した。λはモット転移点Uc/tで発散的異常を示し、ベリー位相理論に変分を援用して、モット転移を正しく記述できることを示した。(ii)の主な結果として、ハーフフィリングでDrude(超流動)重みの計算を行った。その際に波動関数に周囲の電子配置に依存した位相因子を導入することが重要である。通常のノーマル(常磁性)状態とd-波超伝導状態のドゥルーデ重みの計算から、正しくモット転移を記述できることを見出した。エネルギーバンドが半分詰まった電子系では、電子間斥力の増大に伴って金属-絶縁体(モット)転移が起こる。理論的には動的平均場法や多体変分法などにより研究されているが、そのメカニズムを完全に理解するには、さらに努力が必要である。本研究ではモット転移点を定量的に決定する指標として、ドゥルーデ重みDと局在長ξについての多体変分法に基づく計算法を確立し、それによりモット転移機構およびこれにドープされた場合に起こる超伝導や局所環電流、磁性などの秩序相出現の起源を明らかにすることが主目的である。多体変分関数による期待値を厳密に得るため、計算には変分モンテカルロ法を用いる。初年度には絶縁性の指標となるξをハバード模型に対して様々な状態で計算し、多体変分法でモット転移の指標として有用であることを示した。逆に伝導性の指標であるDの計算(絶縁体ではD=0)を本年度は行った。コーンによれば、Dは基底状態の物理量のみで計算できるが、通常モット転移を記述する波動関数を用いた場合、モット絶縁体の領域でもD>0となって、モット転移が正しく記述できない。そこでコーンの定式化と使われていた波動関数を精査した所、モット絶縁体の伝導性を正しく示すには、波動関数に局所電子配置に依存した位相因子が不可欠であることを突き止め、新たに適切な因子を導入した。その結果、幾つかの別の物理量から決定されたモット転移点と正確に一致する相互作用強度U/tでDが消失し、モット転移がDによっても正しく記述できることが解った。これにより20年来の難問が解決した。その後ここで導入した位相因子が、「モットの物理」が重要になる強相関域でカレントを運ぶ波動関数には必須であることが一般的に判り、現在それを銅酸化物の擬ギャップの成因の重要な候補である局所環電流状態に適用した研究を主に進めている。冷却原子気体や銅酸化物および有機伝導体など、様々なの系で起こるモット転移とその周辺での物理(モット物理)に、科学的また応用的見地から最近大きな注目が集まっている。モット物理を定量的に扱う有力な方法である変分モンテカルロ法を用いて、今年度得られた主な結果は以下の通りである。(1)第2年度までに得たドゥルーデ重みDによるモット転移の記述の研究について、様々な点から検討を行い論文として上梓した。初めて多体変分法によるDの記述に成功し、その機構の概要を明らかにしたため、論文誌JPSJの編集者選定論文に選ばれた。(2)銅酸化物で擬ギャップ状態の2つの候補である交替磁束と格子の並進対称性を破らない局所環電流秩序の安定性を調べるため、後者が要求するd-p模型に遡って両者の性質を調べた。主な結果として模型の変数空間の主要部分では前者は常磁性状態より安定な領域が存在するが、後者は常に不安定であるという結果を得た。

(3)光学格子上で実現されるであろう、磁束θを通したハバード模型(θ= 0:通常のハバード模型;θ=π/4:所謂π-磁束)が注目されている。この模型でt'=0の時の基底状態を、反強磁性と交替磁束が共存する状態を用いて調べた。主な結果として、θ= 0の場合には交替磁束秩序は反強磁性秩序によって駆逐され、両者の共存状態は実現しないことが判った。(4)超伝導、正常(常磁性)および反強磁性の各状態に対し、相関によるバンドくりこみ効果を導入した波動関数を用いて、強相関ハバード(t-t'-U)模型のt'-δ(ドープ率)空間での基底状態相図を再構築した。その結果、反強磁性状態が広く低ドープ域を占め、t'/t <-0.05の領域では超伝導と共存しないことが判った。フェルミ面の類似性から、交替磁束と超伝導両秩序も共存しないことが強く示唆される。昨年度までの実績と今年度「研究実績の概要」に記した研究により、研究計画に記載したことはほぼ全て実行された。ただ、最終年度に発展的課題として取り組んだ上記(2)の交替磁束状態とそれに関連する局所環電流状態のd-p模型における計算と、(3)の磁束ハバード模型の問題に関する計算については、論文にまとめるための若干の補足計算が必要で、現在それに注力して研究を行っている。また第2年度に得たハバード模型における交替磁束状態の論文と(4)の問題に関する論文の上梓が遅れたため、研究期間の1年延長を申請した。モット転移は冷却原子気体や銅酸化物、有機伝導体など様々な系で起き、その周辺の物理(モット物理)に、科学的また応用的見地から最近大きな注目が集まっている。モット物理を定量的に扱う有力な方法である変分モンテカルロ法を用いて計画に沿って研究を行った。課題申請時の計画は概ね平成27年度までに達成されたが、研究の成果の取りまとめと論文の上梓のため予算の一部を次年度に繰り越した。平成28年度の主な実績を以下にまとめる。(1)モット物理が本質である銅酸化物の基底状態について、これまで実行されなかった相関によるバンドくりこみ効果を導入し、超伝導、正常(常磁性)および反強磁性の各状態に対し、強相関ハバード(t-t'-U)模型のt'-δ(ドープ率)空間での基底状態相図を再構築した。その結果、反強磁性状態が広く低ドープ域を占め、t'/t <-0.05の領域では超伝導と共存せず、t'/t0の領域では超伝導が反強磁性と共存する形で現れるが、相分離に対する不安定正から超伝導は実現しないことが判った。実際には超伝導が現れるので、得られた理論的結果については、さらに今後の研究課題として残された。(2)銅酸化物で擬ギャップ状態の成因の候補である交替磁束状態の安定性を調べるため、ハバード模型に対して計算を行った。この計算ではドゥルーデ重みの研究で見出された局所電子配置に依存する位相因子の導入が必須であった。結果として交替磁束秩序は銅酸化物の擬ギャップを表す状態として適する性質を多く持っているという結論を得た。(3)光学格子上で実現され得る交替磁束θを通したハバード模型(θ= 0:通常のハバード模型;θ=π/4:所謂π-磁束)の低エネルギー状態を、反強磁性と交替磁束が混合している状態を用いて調べた。θ= 0の場合、対角ホッピング項を変化させると両秩序の共存状態が変化することが判った。