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Polar符号の発展とその復号法設計による有限符号長の復号誤り率の改善と性能解析

Arikanにより提案されたpolar符号は,通信の信頼性のために提案された誤り訂正符号の一つである.今後,新たな中核の一つをなすと期待される符号である.本研究では,polar符号の研究を主に次の3点について行った.A)polar符号の有限長での性能解析と性能改善を目指して,対象通信路容量と復号誤りの信頼性関数の関係に関する解析.B) polar符号の符号構成法の改良に関して,離散通信路に対する量子化アルゴリズムに関する改良と高速化.C) q元polar符号に関する多段分極に関する性能解析.Erdal Arikanが提案したPolar符号の更なる発展として,q元l行l列の行列に基づくPolar符号の改良に関して,主に次の2点について研究を行った.[A]q元Polar符号の有限符号長での改善と性能解析を目指して,対称通信路容量と復号誤りの信頼性関数に関する研究.[B]離散無記憶通信路の出力に対する量子化アルゴリムに関する研究.Polar符号の更なる発展に関する研究として,主に次の3点について研究を行った.[A]Polar符号の有限符号長での改善と性能解析を目指して,対称通信路容量と復号誤りの信頼性関数に関する研究.[B]離散無記憶通信路の出力に対する量子化アルゴリズムに関する研究.[C]q元Polar符号の逐次復号法に関する研究.Erdal Arikanが提案したPolar符号の更なる発展として,本研究目的では次の3点を研究課題として述べている.[A]Polar符号の有限符号長での改善と性能解析を目指して,対称通信路容量と復号誤りの信頼性関数に関する研究.[B]離散無記憶通信路の出力に対する量子化アルゴリズムに関する研究.[C]q元Polar符号の逐次復号法に関する研究.現在のところ,[A]に関しては,q元対称通信路容量が等しい離散無記憶通信路のクラスにおいて復号誤りに関するGallagerの信頼性関数が最も良くなる通信路を明確にすることができ,2016IEEE International Symposium on Information Theoryにおいて発表予定である.[B]に関しては,既に発表を行っており,投稿論文として今後まとめる予定である.[C]に関しては,法qの演算に基づくPolar変換の解析が容易なq元入力離散無記憶通信路を提案しており,今後,この通信路に対するPolar符号の符号構成法と復号化について研究を行う予定である.polar符号の発展に関する研究として,主に次の3点について研究を行った.[A]Polar符号の有限符号長での改善と性能解析を目指して,対称通信路容量と復号誤りの信頼性関数に関する研究.[B]離散無記憶通信路の出力に対する量子化アルゴリズムに関する研究.[C]q元polar符号の逐次除去復号法に関する研究.[C]に関して次の発表などがある.[4] "q元入力一般化消失通信路の多段分極によるPolar符号の構成と符号化および復号化,"信学技報, vol. 116, no. 206, IT2016-36.Arikanにより提案されたpolar符号は,通信の信頼性のために提案された誤り訂正符号の一つである.今後,新たな中核の一つをなすと期待される符号である.本研究では,polar符号の研究を主に次の3点について行った.A)polar符号の有限長での性能解析と性能改善を目指して,対象通信路容量と復号誤りの信頼性関数の関係に関する解析.B) polar符号の符号構成法の改良に関して,離散通信路に対する量子化アルゴリズムに関する改良と高速化.C) q元polar符号に関する多段分極に関する性能解析.Erdal Arikanが提案したPolar符号の更なる発展として,本研究目的で次の3点を改良点として述べている.[A]q元Polar符号の有限符号長での改善と性能解析を目指して,対称通信路容量と復号誤りの信頼性関数に関する研究.[B]離散無記憶通信路の出力に対する量子化アルゴリムに関する研究.[C]Polar符号の逐次復号法の改良に関する研究.現在のところ,[A]に関しては,対称通信路容量が等しい離散無記憶通信路のクラスにおいて復号誤りに関するGallagerの信頼性関数が最も良くなる通信路を明確にする研究が進行中であり,2015 IEEE International Symposium on Information Theoryにおいて発表予定である.[B]に関しても一般化や高速化に関して提案をしており,2014 International Symposium on Information Theory and its Applicationsにおいて発表を行った.これに対して,[C]に関する復号化の改良については今後の課題として残っている.今後の研究計画については,Erdal Arikanが提案したPolar符号の更なる発展として,本研究目的で述べた3点の研究を推進する予定である.特に,[A]q元Polar符号の有限符号長での改善と性能解析を目指して,対称通信路容量と復号誤りの信頼性関数に関する研究と[C] q元Polar符号の構成と逐次符号化法の改良に関する研究を重視する.情報理論今後の研究の計画については,Erdal Arikanが提案したPolar符号の更なる発展として,本研究目的で述べた3点の研究を推進する予定である.これらを適切に組み合わせて,q元l行l列の行列に基づくPolar符号の有限符号長での改善と性能解析を目指す.
思考・推論の神経相関に関する理論的研究

思考・推論と記憶の相違点は以下のようであろう。連想記憶が文脈依存であるのに対し思考は文脈自由であり、思考とは関係の発見、計算、矛盾した状況からの飛躍、すなわちアブダクションに近いものと考えられる。純粋思考と純粋記憶が干渉する部分がカテゴリー形成である。推論過程の力学系による表現のモデルを構成した。そのモデルのニューラルネットワーク表現は、不動点型になる。得られた不動点型ニューラルネットのシミュレーションの結果は、さまざまな部分同期間のカオス的遍歴になることがわかった。このカオス的遍歴的な挙動は推論の推移を表現していると考えられる。次に種々の推論の分類を行った。三段論法的な推論実験を猿に行わせる為に、第一段階としてカテゴリー形成の実験を行う事にした。思考と推論過程とニューロダイナミックスの関係に関するカオス・フラクタルを基礎とする複雑系理論モデルの可能なもののひとつを作った。エピソード記憶形成は思考の原型であり、その様態を研究することで,思考・推論過程の神経機能が解明されうる。思考の動物実験として、カテゴリー弁別の学習を行わせることが重要な問題となると結論付けた。われわれは思考の神経相関を求めたいので、より簡単なタスクを考案した。異なる種類のパターン群を複数用意し、特定の二群の間の連想をマカクサルに学習させてそれらの連想が合成されるかどうかをまず確認した。課題実行中のマカクサルの行動と前頭連合野からの脳内記録を同時に計測し、報酬に駆動された複数回の連想の合成と逆向きの連想が起こっていることを示唆する神経活動を得た。推論過程を力学系に変換する基礎理論の構築を行なった。特に今年度は、推論の中でも演釋推論についての変換理論を構築した。このような推論は最も広い範囲で定式化すれば、カテゴリーからカテゴリーへのファンクターとしてとらえられる。最も単純を場合として、集合から集合への写像を考えた、典型的な推論である三段論法は、写像の合成と考えられる。この観点から、推論を結論を前提にひき戻す反復操作を許すことで力学系として定式化できることが分った。このようにしておくと推論過程をニューラルネットで表現することが可能になる。ここで得られた結果を、認知実験タスクに応用し、実験が何を示し得るかの理論を構築することを考えた。ある種の実験を完全に分析することが可能なところまで理論を発展させたいと考えている。脳の高次機能、特に思考推論の過程をニューロン及びニューロンアセンブリーのレベルで解明することを目的に思考推論に関する理論モデルの提唱と推論実験タスクの提案を行うという方向で研究を行った。思考推論過程を記憶特に連想記憶から分離できるかどうかは、思考推論の実験が成功するかどうかの鍵を握っている。そこで、連想記憶から切り離された純粋な思考が存在するか、思考から切り離された純粋な記憶が存在するか、に関していくつかの考察を加えた。コンピュータにおいては、思考推論に相当する部分が演算装置すなわちCPUであり、それとメモリーは完全に独立である。人の場合には通常はこれらが密接に相互作用して機能しているため、切り離す事が困難である。しかし一方、これらを切り離さなければ純粋に思考を取り出したとは言えず、思考の脳内過程のメカニズムは、曖昧なまま残る。さまざまな考察によって、連想記憶が文脈依存であるのに対し思考は文脈自由であり、思考とは関係の発見、計算、矛盾した状況からの飛躍、すなわちアブダクションに近いものと考えられる。純粋思考と純粋記憶が干渉する部分がカテゴリー形成であり、そこには扁桃体が関与していると考えられる。従って、純粋思考を取り出すためには辺縁系からの入力を遮断した形での推論実験を行う必要があると考えている。そして、推論過程の力学系による表現のモデルを構成した。

このカオス的遍歴的な挙動は推論の推移を表現していると考えられる。次に種々の推論の分類を行った。三段論法的な推論実験を猿に行わせる為に、第一段階としてカテゴリー形成の実験を行う事にし、今年度は実験が少なくとも人では可能である事を確認した。思考と推論過程とニューロダイナミックスの関係に関するカオス・フラクタルを基礎とする複雑系理論モデルの可能なもののひとつを作った。思考とダイナミック記憶の分離・非分離は非常に難しいが、不可能ではないことは現行のデジタルコンピューターを見れば明らかである。ただし、脳がそのように分離しているという保証はないが、われわれの力学系モデル研究は次の点を明らかにした。エピソード記憶形成は思考の原型であり、その様態を研究することで,思考・推論過程の神経機能が解明される。われわれは、海馬CA3,CA1の結合モデルを作ることによって、CA3のカオス的遍歴が生成する事象の連鎖の想起における時系列の履歴がCA1のカントール集合の階層性にコードされることを示した。CA1でカテゴリーが形成される。CA1のLTPはカテゴリー同一性に関する学習である。ただし、このことが意味を持ってデコードされるためには扁桃体からの入力が必要であろうことが想像される。これが思考の生成につながっていくと考えられる。とくに推論はこのようなカテゴリー形成が基盤となって行われると考えられる。そこで、思考の動物実験として、カテゴリー弁別の学習を行わせることが重要な問題となると結論付けた。われわれは思考の神経相関を求めたいので、より簡単なタスクを考案した。異なる種類のパターン群を複数用意し、特定の二群の間の連想をマカクサルに学習させてそれらの連想が合成されるかどうかをまず確認した。課題実行中のマカクサルの行動と前頭連合野からの脳内記録を同時に計測し、報酬に駆動された複数回の連想の合成と逆向きの連想が起こっていることを示唆する神経活動を得た。
イギリス帝国下における自然・環境保護政策の比較研究

英領植民地における野生動物保護政策、とりわけ国立公園設立のプロセスの比較検討を1930年代に焦点をおいておこなった。その結果、英領アフリカにおける国立公園形成においては英本国の保護団体の影響力が行使され、それが現地社会の著しい軋轢をもたらしたこと、これに対して、英領アジア(とくにマラヤ)においては現地社会との媒介を果たすローカルな保護団体の存在が、保護政策をスムーズなものとしたことなどが明らかとなった。H21年度は初年度であったので、1)英領マラヤ(海峡植民地、連合州)、インド、セイロン島等の有力な保護団体についての調査2) SPFEの国際的ネットワークの形成についての調査3)マラヤ在住のSPFEの有力メンバーであり、ジョージ5世国立公園設立を本国政府に執拗に働きかけ、成立後、初代ゲーム管理官に任命されたTheodore Hubback関係の史料の収集、分析を、主にクアラルンプルの国立文書館を中心におこなった。ことに、3)のTheodore Hubbackは英本国と英領アジア植民地の野生動物保護のネットワークの中心的人物であることは従来の研究でも言及されてきたのだが、その具体的足取り、人脈は不明な点が多かった。彼について、まとまった資料を発掘し、また、ジョージ5世国立公園設立時についての数多くの資料を入手しえたのが、H21年度の研究の最大の成果であった。本年度は、Society for the Preservation of Fauna of Empire(ロンドンに拠点をおく野生動物保護団体。以下、SPFEと略記)の国際的ネットワークの形成について、おもに国内の大学での調査をおこない、昨年度クアラルンプルの諸文書館などで収集した資料との総合化をおこなった。また、その一部のデータ・ベース化作業を複数の研究協力者の協力をえておこなった。具体的には1)初期のメンバーの足跡と、そのネットワークについて東京大学および明治大学等の付属図書館で資料を収集し、とりわけ、創始者、E.バクストン関係の資料、この団体と植民地省との1910年代の協力関係についてもあわせて分析した。2)第一次世界大戦後の会員の諸活動について資料を収集した。とりわけ、この時期の有力なメンバーのひとりであるJ-S.スティーブンスン・ハミルトン関係の資料の収集をおこない、かれが築き上げた植民地をまたがる交流関係、人脈についても分析した。3)1930年代のイギリス領マラヤでおこなわれた野生動物の状況についての調査委員会の活動、その国立公園形成への働きかけについて、中心メンバーの一人であるT.ババクの足跡を中心に追い、その活動とSPFEとの関係を人間関係のネットワークという観点から分析した。本研究は、イギリス帝国を基盤として築き上げられた野生動物・自然保護の国際的ネットワークの全体像に迫り、現代のglobal environnmentalismの歴史的起源の一つを明らかにしようとするものである。そのために、アジア各地に及んだ自然保護団体の人的ネットワークの実態を明らかにし、さらにはアフリカとアジアの経験の比較検討をおこなうことを目的としている。23年度においては英領マラヤに焦点を絞った研究をおこなった。1)英領マラヤ(海峡植民地、連合州)の経済、社会構造、統治システムに関する基礎文献、史料の分析、情報の蓄積をおこなった。2)パハンにおける主要産業であったゴム・プランテーションおよびゴム産業協会(国立公園設営に対する最大の反対勢力)に関する史料の分析をおこなった。3)ジョージ5世王国立公園の設立時の、英本国植民地省と連合州統監、知事、諸圧力団体などの書簡等の史料の分析をおこなった。4)ロンドンに拠点をおく野生動物保護団体(Society for the Preservation of Fauna of Empire)の国際的ネットワークの形成、とりわけ、英領マラヤ、インドなどの関連団体についての機関誌等の史料分析をおこなった。これらの研究を通じて、ジョージ5世王国立公園形成にいたるプロセスが明らかになってきたと同時に、この政策立案過程に上記の関連団体がどのようにコミットしたのかも明らかとなった。本研究は、イギリス帝国を基盤として築き上げられた野生動物・自然保護の国際的ネットワークの全体像に迫り、現代のglobal environmentalismの歴史的起源の一つを明らかにしようとするものである。平成23年度末までに、Society for the Preservation of Fauna of Empire(ロンドンに拠点をおく野生動物保護団体。以下、SPFEと略記)の国際的ネットワークの形成、とりわけ英領マラヤ、インドなどの関連団体について、その人員構成、活動実態の究明が進められ、マレー連合州パハンにジョージ5世国立公園が形成される経緯についての研究が進められた。

この二点を踏まえて、最終年である本年度では、この国立公園とほぼ同じ頃に着手されたタンガニーカのセレンゲティ保護区の国立公園化計画との比較検討、さらにはこの二つのプロセスの中で、新たな保護主義イデオロギー・政策が登場してくるのだが、これがいかなる力学の作用の末に生じたのかを、さらには、これと関係して生じたSPFEを中心とする自然保護主義陣営の構成メンバーの変化、人的ネットワークの拡大、拡散についてもあわせて明らかにしようとした具体的には、セレンゲティ国立公園化について、National Archives植民地省関連文書に膨大な史料があり分析し、マレー連合州の事例との比較検討をおこなった。さらに、第二次大戦後にSPFEがFauna and Flora Internationalに装いを変え、現在の国際自然保護団体の形成に及ぼした影響力について考察した。なお、収集した膨大な史料は今後の研究の発展のためにデータ・ベース化した。初年度の21年度で、マレーシアでの史料収集が順調に進んだこと、また22年度の国内図書館等での史料収集も予定どおりすすんだことで、23年度は収集した史料の分類、データベース化を中心とした作業を順調に進めることができた。ただ、マレーシアでの保護政策の展開に対する抵抗運動についての研究も進める予定であったが、現地住民の反応について、一部の圧力団体の史料しか入手できず、この点が予定通りに進んでいない。24年度が最終年度であるため、記入しない。英領マラヤ、インドにおける1920年代から30年代の保護政策の実態がこれまでの研究から明らかになってきたので、今後は英領アフリカ、とりわけタンガニーカ植民地における保護政策との比較研究と、1930年代以降の保護政策進展の中で生じた保護主義のイデオロギーそのものの転換、それに伴う野生動物保護団体の国際的ネットワークの変容、そしてこれらが第二次世界大戦以降の、国際的な野生動物保護保護団体の形成にいかなる影響を及ぼしていくことになったかなどを明らかにしていきたい。
動物ミトコンドリアにおける遺伝暗号成立基盤の解明

動物ミトコンドリアでは通常の普遍暗号とは異なる変則暗号を用いていることが知られている。棘皮動物であるウニのミトコンドリアでは、通常LysをコードするAAAコドンがAsnに、通常ストップコドンであるUGAがTrpに、通常ArgのコドンであるAGR(R=A, G)がSerにそれぞれ変化している。これらの変則暗号の成立基盤を解明するために、ミトコンドリアtRNAを単離精製し、質量分析法を用いてアンチコドンの修飾を調べた。キタムラサキウニの卵巣より抽出したtotal RNAを陰イオン交換カラムで粗精製した後に、往復循環クロマトグラフィー法で7種類のミトコンドリアtRNAを精製した。得られたtRNAを各種RNaseで消化した後、キャピラリー液体クロマトグラフィー質量分析法で解析を行った。tRNA^<Asn>はアンチコドン2字目にpseudouridine(Ψ)が見つかり、この修飾がAAAコドンをAsnに解読するしくみであると考えられた。tRNA^<Ser>のアンチコドン1字目から7-methylguanosine(m^7G)が見出され、この修飾がAGRコドンをSerに解読することを可能にすると考えられる。tRNA^<Trp>のアンチコドン1字目から5-taurinomethyl-2-thiouridine(τm^5s^2U)が見つかり、UGAコドンがTrpに解読する機構が明らかとなった。さらに、tRNA^<Lys>から新規の修飾体が見出されたので、現在、その化学構造の同定を行っている。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究はすべての動物門に属する各動物のミトコンドリアについてコドンとそれを解読するtRNAのアンチコドンを網羅的に解析することにより、動物ミトコンドリアの遺伝暗号の解読メカニズムを解明し、遺伝暗号システムの成立原理を探究することを目的とする。動物ミトコンドリアでは大部分の動物門において現在までに6種類の非普遍暗号(UGA,AUA,AAA,AGA,AGG,UAA)が発見されているが、UAAを除く5種類については、それらを解読するtRNAアンチコドンが特定の動物で解析され、アンチコドン1字目または2字目に存在する修飾塩基がコドン解読に決定的な役割を持つことが、主として本研究代表者のグループにより解明された。前年度までにすでに、ヒト、ウシ(哺乳動物)とマボヤ(尾索動物)のミトコンドリアtRNAの解析を行い、非普遍コドンに対応するtRNAのアンチコドンの1字目(ウォブル塩基)に修飾塩基(5-タウリノメチル(2-チオ)ウリジン(τm5(s2)U)、5-ホルミルシチジン(f5C)を同定した。平成24年度にはヤリイカ(軟体動物)のミトコンドリアtRNAを解析し、Trp.tRNAのウォブル位にτm5U、Leu.tRNA(UUR)、Lys.tRNA(AAR)のウォブル位にτm5s2U、Ser.tRNA(AGN)のウォブル位に7-メチルグアノシン(m7G)を発見した。驚くべきことにMet.tRNA(AUR)のウォブル位には未修飾のCの存在が明らかになり、これがコドン3字目の塩基をプリンに限定することが分かった。これまでの知見を総合すると、τm5(s2)Uやf5Cや未修飾Cはコドン3字目のプリン(AとG)塩基と対合し、m7はコドン3字目のどの塩基とも対合することが推定される。更にウォブル位の他の未修飾塩基UとAは4コドンと対合し、GはU,C,Aで終わる3コドンと対合することがすでに明らかになっている。これらの知見から、普遍暗号が成立する以前の初期遺伝暗号においては、修飾塩基を生成する酵素類がまだ存在していなかったと考えられるから、未修飾のtRNAだけで翻訳システムが成立していたと推定され、ウォブル位にそれぞれU,C,A,GをもつtRNAがどのようにコドンを解読して遺伝暗号表を作り上げていったかの経路を推定できるものと考えられる。本研究はすべての動物門の各動物のミトコンドリアtRNAについて、各コドンを解読するtRNAのアンチコドンを網羅的に解析することにより、動物ミトコンドリアの解読メカニズムを解明し、遺伝暗号システムの成立基盤を探求することを目的とする。動物ミトコンドリアでは大部分の動物門において現在までに6種類の非普遍暗号(UGA,AUA,AAA,AGA,AGG,UAA)が発見されているが、UAAを除く5種類についてはそれらを解読するtRNAアンチコドンが特定の動物種で解析され、アンチコドン1字目(ウォブル位)または2字目に存在する修飾塩基がコドン解読に決定的な役割を持つことが、主として本研究代表者のグループにより解明された。前年度までにすでに、ヒト、ウシ(哺乳動物)、マボヤ(尾索動物)とヤリイカ(軟体動物)のミトコンドリアtRNAの解析を行い、非普遍コドンに対応するtRNAのアンチコドンウォブル位に修飾塩基、5-タウリノメチル(2-チオ)ウリジン(tm5(s2)U)、5-ホルミルシチジン(f5C)、7-メチルグアノシン(m7G)を同定した。tm5(s2)Uとf5Cは3字目がAまたはGのコドンを限定して解読し、m7GはU,C,A,Gで終わる4種類すべてのコドンに対合することが判明した。

未修飾のCをウォブル位にもつMet用のtRNAは、37位が未修飾の場合はAUGだけしか読まないのに対し、そこがt6Aで修飾されているとAUGだけでなくAUAもMetに翻訳することが解明された。ウォブル位の他の未修飾塩基UとAは4コドンと対合し、GはU,C,Aで終わる3コドンと対合することがすでに明らかになっている。これらの知見から、普遍暗号成立以前の初期遺伝暗号においては、塩基修飾システムは存在しなかったと考えられるため、ウォブル位にそれぞれU,C,A,Gをもつ未修飾のtRNAがどのようにコドンを解読し遺伝暗号表を成立させたかの機構が推定できると思われる。本研究は全ての動物門に対応する代表的な動物種について、ミトコンドリアの非普遍暗号を含む代表的なコドンとそれを解読するtRNAのアンチコドンを網羅的に解析し、コドンーアンチコドン対応表を作成することにより、動物ミトコンドリアにおける遺伝暗号の解読メカニズムを解明し、遺伝暗号システムの成立基盤を探求することを目的とする。これまでに尾索動物(マボヤ)、軟体動物(ヤリイカ)、棘皮動物(キタムラサキウニ)の暗号変化に関係するミトコンドリアtRNAの修飾塩基を含む塩基配列の解析を終了した。得られたtRNAの構造解析の結果とコドンとの対応関係を検討し、以下の法則性があることが判明した。(1)Family box(4塩基が同一のコドン)の場合、それらは1種類のU34ーtRNA(アンチコドン1字目(34位)にUを持つtRNA)で読まれるのに対し、(2)2:2に読み分ける場合(コドン・ボックス上段の2つのNNUとNNCコドンと下段の2つのNNAtoNNGコドンがそれぞれ別々の1種類のtRNAで読まれる場合)、UUUとNNCコドンはG34-tRNAで読まれ、NNAとNNGコドンはU34-tRNAで読まれる(G34やU34が修飾されると読み分けがさらに厳密になる)、例外的にAUAとAUGコドンはf5C34-tRNAで読まれる。(3)3:1に読み分ける場合、上3つのNNU,NNC,NNAコドンはG34-tRNAで読まれ、残りのNNGコドンはC34-tRNAで読まれる。以上の結果から、生命の起源で原始遺伝暗号から普遍暗号へと進化する中間の初期遺伝暗号を推定することが原理的に可能になった。本年度は棘皮動物(キヒトデ)の解析を集中的に行った。棘皮動物の非普遍暗号とそれに関係する暗号は以下の通りーTrpUGA(普遍暗号:stop),SerAGA,AGG(普遍:stop),AsnAAA(普遍:lys),MetAUA(普遍:Met)。故に,以上4種類のtRNAとLys,Metの2種類のtRNAのアンチコドンを解析した。tRNA-Trpはアンチコドン1字目に5-タウリノメチルウリジンを持ち,これがAとの対合を強めUGA-tRNA-trpの対合を可能にしていることが分かった。tRNA-Serはすでにヒトデでの解析通り,アンチコドン1字目に7-メチルグアノシンを持っていた。これがコドン3字目のU,CのみならずA,Gとの対合を可能にしている。tRNA-Asnのアンチコドンは2字目にプソイドウリジンを持ち,これがコドン2字目のUとの対合を強めるためAUAをMetでなくIleと読んでいる。同様な理由からtRNA-IleとAUAの対合も説明できる(詳しい解析は目下進行中)。
カドミウムによる動脈硬化発症・進展を促すデルマタン硫酸糖鎖伸長メカニズムの解明

カドミウムは我々が日常生活で非意図的に曝露する重金属であり,動脈硬化症の危険因子である。動脈硬化の進展過程では,血管内皮細胞下層においてLDLコレステロールの蓄積と酸化が生じるが,血管壁に過剰に蓄積したデルマタン硫酸糖鎖はこれらの変化を促進する。これまでに,内皮細胞から分泌されるデルマタン硫酸糖鎖がカドミウムにより増加することが報告されており,この現象がデルマタン硫酸糖鎖の伸長に基づくことを示唆する結果を得ている。本研究では,内皮細胞におけるデルマタン硫酸糖鎖伸長酵素に着目し,その発現と活性にカドミウムが及ぼす影響を解析する。
死亡時画像診断(Ai)を活用した歯科個人識別法（IDOL法）の実装

本研究のIDOL法は、生前の歯科パノラマX線画像と、死後のCT画像を用いた個人識別法で、AI(人工知能)を使用した自動画像描出を活用し、個人の座標データを用いて、算出する研究である。本法は、多くの対照資料の中から同一人と思われる候補者を全体の数%にまで絞り込むことができ、また、1対1での照合率も算定できる。本法の実装により、身元確認作業の人件費が削減でき、国際社会で運用可能な汎用性と再現性のある個人識別法を標準化することが可能となる。具体的には、大規模災害時、又は平時の行方不明者捜索を対象とする。将来、Jaw Fingerprintingという新しい概念の一歩となることが期待できる。
Ｖ１のアクチン重合依存的なドパミン生合成酵素発現増強機構のパーキンソン病治療応用

本研究では申請者が明らかにしたV-1のドパミン(DA)生合成酵素群の遺伝子発現における生理機能発現機序について検討を行いパーキンソン病治療応用を目的とした。その結果V-1の生理機能発現には相互作用因子であるCPとの複合体形成、およびV-1アミノ酸残基44番が必須であることを明らかにした。またV-1はRhoA/Rac1/mDiaを協調的に活性化することでアクチン重合を促進しMAL/SRFシグナルを増強した。さらにV-1依存的に発現増強されるDA作動性マーカー群のプロモーター領域においてSRF応答配列の同定に成功し、これらのV-1機能発現機序がマウス生体レベルでも機能していることを明らかにした。本年度はV-1遺伝子によるチロシン水酸化酵素(TH)、芳香族アミノ酸脱炭酸酵素(AADC)、核内受容体Nurr1の統合的発現制御カスケードを培養細胞系およびマウスレベルで明らかにした。これは新たなパーキンソン病(PD)治療応用にむけた分子基礎確立および安全性の検証において重要な意義がある。ドパミン(DA)生合成モデル細胞であるPC12D細胞および黒質DA作動性ニューロン初代培養系(DAニューロン)を用い、V-1 siRNAによる内在性V-1ノックダウン、V-1発現plasmidまたはV-1発現レンチウイルスを用いたV-1過剰発現による上記DA作動性マーカーの発現レベル変化および発現制御機構を解析した結果、V-1はRhoA活性を上昇させ、LIMキナーゼとcofilinのリン酸化レベル上昇によるアクチン重合を促進し、MAL/SRF依存的な転写活性が増強された。さらにChIP解析の結果TH、AADCおよびNurr1がSRFの標的遺伝子であることが新たに明らかとなり、各遺伝子におけるプロモーター領域内のSRF結合部位(CArG box)の同定に成功した。また上記遺伝子におけるSRF結合量はV-1過剰発現により増大しノックダウンにより減少した。これらのV-1カスケードがin vivoにおいても同様に制御されているかを検討するためC57BL6マウスにV-1発現レンチウイルスの脳内投与を行った結果、細胞培養系と同様にLIMKおよびcofilinのリン酸化レベル上昇が認められ、TH、AADC、Nurr1およびVMAT2発現レベルの上昇が観察されが、マウスの異常行動は認められなかった。さらに細胞培養系におけるMPTP処置PDモデルDAニューロン変性は、V-1過剰発現により神経突起後退および上記各種DA作動性マーカーの発現レベル低下を軽減することができたことから、V-1遺伝子がMAL/SRF系の活性化により各種DA作動性マーカーを発現増強し、in vivoレベルにおいても安全性が検証されPD治療応用が可能であることが示された。本研究は、申請者が明らかにしたV-1タンパク質によるドーパミン(DA)生合成酵素のアクチン重合依存的な新規発現制御機構に着目し、その生理機能発現機序およびパーキンソン病治療応用に向けた有効性を検討した。分子生物学的検討の結果、V-1がRhoA/Rac1/mDiaを協調的に活性化しアクチン重合促進を介してSRF依存的転写活性を増強する分子機序を見出した。また同生理機能発現にはV-1の44番アミノ酸残基が重要であり同残基を介したV-1とアクチン結合タンパク質(CP)との結合が必須であることを見出した。さらにV-1依存的SRFシグナル経路がDA生合成酵素群であるチロシン水酸化酵素(TH)芳香族アミノ酸脱炭酸酵素(AADC)およびNurr1の遺伝子発現を制御することを見出した。次に生体レベルにおけるV-1の生理機能発現機序を明らかにするため、野生型または変異型V-1発現レンチウイルスベクターをC57BL6マウスに脳内投与し、RhoA依存的経路の活性変化およびDA生合成酵素群の発現レベル変化を検討した。野生型V-1発現によりLIMK/cofilinリン酸化レベルが上昇しTH/AADC/Nurr1の発現レベルおよびDA生合成レベルが増大したが、変異型V-1発現ではそれらが減弱したことから、V-1が生体レベルにおいてもDA作動性ネットワークの機能増強維持に重要であることを見出した。本研究結果よりV-1/CP複合体によるRho/Rac/mDia-MAL/SRFの賦活化を介したDA生合成酵素群の統合的発現増強およびDA生合成増強機構が明らかとなり、また生体レベルにおいてもDA生合成酵素群の発現増強維持においてV-1が重要であることが示された。今後はV-1依存的DA作動性制御ネットワークの高次機能解析を行い、より高効率なDA生合成酵素群の増強機構をパーキンソン病へ適応できるよう研究を実施する予定である。神経科学・応用薬理学本年度は、パーキンソン病(PD)新規治療法の臨床応用を目的とするうえで、ドパミン(DA)生合成酵素群であるチロシン水酸化酵素(TH)

および芳香族アミノ酸脱炭酸酵素(AADC)とDA作動性マーカーである核内受容体Nurr1のV-1依存的新規統合的発現制御メカニズムを明らかにし、V-1遺伝子導入の安全性を検証することを目的とした。このことは、PD遺伝子治療において今日複数のDA生合成酵素遺伝子群を導入する必要性があるが、単一遺伝子により簡便かつ安全に遺伝子治療応用が可能であることを示す。DA生合成モデル細胞であるPC12D細胞、黒質DA作動性ニューロン初代培養系(DAニューロン)、およびin vivoにおいて、V-1による上記各種DA作動性マーカーの発現制御メカニズムを解析した結果、V-1がRhoAを活性化してLIMK/cofilinのリン酸化レベルが上昇し、アクチン重合が促進された結果MAL/SRF依存的シグナル経路が増強され、SRF標的遺伝子であるTH、AADCおよびNurr1の発現レベルが統合的かつ協調的に増大することが明らかとなった。このメカニズムはアクチン重合促進とPDにおいて減少し運動疾患の原因となるDAの生合成酵素群の発現増強をともなう、抗神経変性および抗伝達物質レベル低減作用をもつ、既知のCRE依存的な発現制御機構とは異なるユニークな新規メカニズムであり、細胞レベルからin vivoレベルで生理的に機能していることが本研究で新たに明らかにすることができた。さらにMPTP処置細胞において上記DA作動性マーカー群の発現レベル低下を回復し、神経突起消失を軽減させ抗神経変性作用を示したことから、MPTP誘発性PDモデルにおいてV-1遺伝子治療の有用性を明らかにすることができた。これらの結果からV-1遺伝子によるDA作動性マーカーの統合的発現制御機構のPD治療応用における有効性および安全性を示すことができた点において、当初の計画どおりの成果が得られたと考えられる。26年度は本研究の最終目的であるV-1遺伝子治療の有効性と安全性を検証するため、まずV-1ノックアウトおよびMPTP処置によるドパミン(DA)量低下に連関するパーキンソン病(PD)様臨床学的症状を、HPLCおよび行動解析により詳細に検討し、V-1遺伝子治療開始のタイミングを精査する。具体的には、免疫組織化学的解析により細胞骨格の脱重合および神経変性が観察され始めてからPDの臨床学的特徴発症までのタイムコースを精査し、さらにDAレベル低下とPD様症状発症との時間的連関を検討する。また初年度で見出したV-1のアクチン重合促進、およびDA生合成酵素の統合的時空間的発現制御機構を応用し、PDモデルマウスへのV-1遺伝子導入による神経再生とDA生合成酵素発現量の回復を検証する。さらにFloxed-V1ノックアウトおよびMPTP処置によるDA作動性神経の変性・アクチン脱重合とDA生合成量変化の時空間的相関性を解析して治療開始のタイミングを精査し、本申請の最終目標である新規PD治療法の最終検討として、MPTP投与PDモデルマウスを用いたV-1遺伝子治療の臨床学的有効性、および安全性を検証する。具体的には、MPTP投与マウス無治療群とV-
平面型周波数分散性移相器構成法の研究

我々は,移動通信用周波数共用基地局で問題となる,低い周波数帯での指向性拡大に起因する干渉の低減を目的として,CRLH伝送線路を基地局アンテナの移相器に適用し,低い周波数帯の指向性をより傾けることができる構成を提案している.本研究は,移相器の小形・低損失化を目的として,CRLH伝送線路の単位セルの位相可変量を従来の倍にできる移相器の実現を目的としてきた.本研究期間では,位相可変量を拡大するため,線路に直列に挿入された容量を変化させる従来の構造に加え,線路に並列に接続しているインダクタンスも同時に変化させる構造を新たに提案した.またこの伝送線路を等価回路で表現し,位相可変量を従来の2倍にしつつ,整合特性のキーパラメータであるブロッホインピーダンスの変動を小さくできる等価回路パラメータを明らかにした.さらに,この等価回路パラメータを具現化する実際の構造を有限要素法解析により検討した.実際の構造設計を行うにあたり,有限要素法の解析結果から等価回路の容量成分とインダクタンス成分を独立に表現する手法を考案し,等価回路解析と具体構造の対応を可能とした.平成29年度までに有限要素法による解析で得られた構造は,等価回路設計結果と一部矛盾が生じていた.そこで平成30年度は,まずこの原因について検討した結果,有限要素法解析で得られた構造に対応する等価回路の素子パラメータの一部に誤りがあることが判明した.そこで単位セル構造の再検討を実施した結果,所望の位相可変特性を実現可能な構造を見出すことができた.またブロッホインピーダンス(実部)に基づく整合特性を確認したところ,整合インピーダンスを35Ω程度とすることで,位相可変範囲でほぼ整合を実現できる見通しを得た.今後の展開として,筆者らが既に報告した要求位相変動条件を満足するように5セル結合した構造での性能の確認を行うとともに,試作評価を実施する.平成28年度は,従来代表者らが実現した移相器(以後既存移相器)を基にした拡張検討を効率的に行うため,まず既存移相器に用いたCRLH伝送線路の単位セル構造を,下記文献[1]に述べた手法によって非対称T形等価回路で表現した.既存移相器は,直列キャパシタンスのみを変化させる構成であったが,更なる移相量拡大を行うため,直列キャパシタンス以外の回路パラメータを合わせて変化する構成を検討した.非対称T形等価回路では未知数が9つ存在するが,損失項は特性に大きな影響を与えていないこと,対称構造としても回路特性に大きな影響がないことを確認し,無損失対称T形等価回路に変形することでパラメータを4つまで絞り込んだ.4つの等価回路パラメータのうち2つを変化させる構成では,左手系パラメータである直列キャパシタンスおよび並列インダクタンスを組み合わせて変化させる構成が,最も移相量を大きくできることを明らかにした.また既存移相器構造を基に,移相量を変化させつつ整合特性(ブロッホインピーダンス:50Ω付近)を満足できる直列キャパシタンスおよび並列インダクタンスの可変領域を明らかにした.等価回路より明確化した回路パラメータを実現可能な具体的な単位セル構造を有限要素法に基づいた電磁界シミュレータ(HFSS)を用いて検討し,直列キャパシタンスは既存移相器と同様にインターディジタルキャパシタ上部に配置した誘電体パッチを移動させ,かつ誘電体基板上に形成したスタブ線路間を短絡する線路を可動とする構造とすることで,上記の直列キャパシタンスおよび並列インダクタンスに必要な可動範囲を満足可能な単位セル構造を明らかにした.[1]坂本旭,長敬三,道下尚文,大島一郎,2015信学総全大,B-1-101, (2015)平成28年度の目標であった移相量を拡大する単位セルの構造の明確化をほぼ完了した.平成29年度は,まず平成28年度に明確化した単位セルを縦続に接続した構成について,有限要素法を用いた解析検討を行った.セルの結合数は,代表者らが以前文献[1]で報告した結果を用い,1.5GHz2GHzを共用する代表的なセル構成でシステム容量を改善可能な位相差を実現する構成として,単位セルを5セルを縦続した構成について検討した.ブロッホインピーダンスは一般に実部の特性で評価するが,実際に移相器として構成する場合,入力インピーダンスの虚部も考慮する必要がある.本検討では,単位セルを5セル結合して構成した移相器の入出力部に整合回路を接続することにより,本移相器の前後に接続される50Ω伝送線路へ整合する構成について検討した.本移相器では,誘電体パッチおよびスタブ線路を短絡する線路を可変構造とすることにより位相を調整するが,誘電体パッチおよび短絡線路を変化すると,移相器の入力インピーダンス特性も変化する.そこで誘電体パッチおよび短絡線路を変化させた状態の入力インピーダンスを有限要素法(HFSS)により計算し,計算されたインピーダンスに対する整合回路を,等価回路により検討した.検討の結果,本移相器の位相可変範囲すべてにおいて,検討周波数帯で整合を実現可能な等価回路を見出すことができなかった.そのため現在,単位セルのブロッホインピーダンス特性を再調整し,縦続接続して構成した移相器の入出力インピーダンスを所望の位相可変範囲および周波数帯において伝送線路に整合でき,かつ所望の位相特性を実現できる構成を再検討している.[1]馬籠達也,長敬三,道下尚文,山田吉英,電子情報通信学会技術研究報告,AP2014

-5, pp.25-30, 2014.上述のとおり,縦続接続した影響によるインピーダンスの変動が予想より大きく,平成29年度までに完了予定であった入力インピーダンス特性および位相特性の両方を満たす縦続構成可能な単位セルの具体的構造の明確化,およびその等価回路表現について完了できていない状況である.我々は,移動通信用周波数共用基地局で問題となる,低い周波数帯での指向性拡大に起因する干渉の低減を目的として,CRLH伝送線路を基地局アンテナの移相器に適用し,低い周波数帯の指向性をより傾けることができる構成を提案している.本研究は,移相器の小形・低損失化を目的として,CRLH伝送線路の単位セルの位相可変量を従来の倍にできる移相器の実現を目的としてきた.本研究期間では,位相可変量を拡大するため,線路に直列に挿入された容量を変化させる従来の構造に加え,線路に並列に接続しているインダクタンスも同時に変化させる構造を新たに提案した.またこの伝送線路を等価回路で表現し,位相可変量を従来の2倍にしつつ,整合特性のキーパラメータであるブロッホインピーダンスの変動を小さくできる等価回路パラメータを明らかにした.さらに,この等価回路パラメータを具現化する実際の構造を有限要素法解析により検討した.実際の構造設計を行うにあたり,有限要素法の解析結果から等価回路の容量成分とインダクタンス成分を独立に表現する手法を考案し,等価回路解析と具体構造の対応を可能とした.平成29年度までに有限要素法による解析で得られた構造は,等価回路設計結果と一部矛盾が生じていた.そこで平成30年度は,まずこの原因について検討した結果,有限要素法解析で得られた構造に対応する等価回路の素子パラメータの一部に誤りがあることが判明した.そこで単位セル構造の再検討を実施した結果,所望の位相可変特性を実現可能な構造を見出すことができた.またブロッホインピーダンス(実部)に基づく整合特性を確認したところ,整合インピーダンスを35Ω程度とすることで,位相可変範囲でほぼ整合を実現できる見通しを得た.今後の展開として,筆者らが既に報告した要求位相変動条件を満足するように5セル結合した構造での性能の確認を行うとともに,試作評価を実施する.平成29年度は,当初計画通り,平成28年度に明らかにした単位セル構成の縦続構成の検討を実施する.縦続構成にすることによるセル間結合の影響を明らかにするとともに,セル間結合を考慮した実現構成の明確化を行う.構造の明確化にあたっては,実用化を視野に入れ,製造も考慮した移相器の具体的構成法や位相の可動機構などの検討を実施する.さらにセル間結合を等価回路解析で考慮する手法の検討を行う.平成30年度は,本研究の重点化を行い,引き続き平成29年度中に完了予定であった入力インピーダンス特性および位相特性の両方を満たす具体的構造の明確化について検討し,上半期中に試作構造の設計を完了する.下半期では,試作評価を実施し,解析評価の妥当性を確認する.また当初の平成30年度計画通り,設計手法の確立に向け,CRLH位相器を構成する各構造パラメータと等価回路パラメータの関係を明確化し,一般化した設計法の確立を行う.研究発表の出張予定を一部変更したため残高が生じた.(理由)研究の遅延により,研究発表計画の取りやめが生じたため.(使用計画)平成29年度の残予算は平成30年度の移相器製作用の消耗品費にて支出する予定である.
現代日本における「コミュニティ・アーカイブ」の実践と理論に関する往還的研究

申請者は、「コミュニティ・アーカイブ」とも総称される、市民参加型のアーカイブ実践が世界的に萌芽している状況に注目し、その動向を動態的に捉えるためのメディア・デザイン的な研究に取り組んできた。平成27年度は、とりわけ「エリシテーション」とよばれる視聴覚資料の視聴をとおしたインタビュー調査方法と、参加型アーカイブのデザイニングの接点を、以下の2つのアプローチから探究した。1)エリシテーションの理論的精緻化:海外・国内の文化人類学、社会学におけるエリシテーションと呼ばれる調査方法の理論と実践、およびその応用に関する文献の調査を行った。また、それと並行して、コミュニティ・アーカイブの国内外の実態を把握するための文献調査を行った。そして、図書館や公文書館が牽引してきた従来のアーカイブ構築と、今日のコミュニティ・アーカイブと呼ばれる市民参加型のメディア実践を、「情報」や「知識」の生産・受容の有り様から捉え直した分析と考察を行い、その成果を書籍、および国内の学会やシンポジウム等で発表した。2)エリシテーションのデザイニング:昭和14年頃に撮影された16ミリフィルムのデジタル化(ハイビジョン)、および、撮影の被写体となった高等女学校生へのエリシテーションを計5回実施した。想起や語りといった情報を効果的に取得するためのツール作成、質問項目の設定、音声・映像記録機材の適性など、調査の目的とその方法の精緻化をすすめた。なお、エリシテーションの実施に際しては、岐阜県立大垣北高等学校、NPO法人記録と表現とメディアのための組織、情報科学芸術大学院大学教員、その他多くの関係者に多大なる協力を得た。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、「コミュニティ・アーカイブ」とも総称される、ICT技術を伴った市民参加型のアーカイブ実践が国内各地で萌芽している。本研究の目的は、従来のアーカイブ構築とは異なる担い手が推進するこれらのメディア・プラクシスが、社会と技術との関わり合いにどのような変容をもたらすのかを明らかにすることである。また、それぞれの取り組みの固有性を阻害しない、汎用性のあるアーカイブのモデルを構築することである。平成26年度は、以下の3つのアプローチから研究を進めた。1)国内外の市民参加型アーカイブに関する動向調査:市井の人々による記録のアーカイブ活動を展開するNPO法人記録と表現とメディアのための組織を対象とした参与観察や、関係者へのインタビュー調査を行った。また、海外の事例について、文献調査をとおして把握し、市民参加型アーカイブの動向を理解することに務めた。2)ローカル・ナレッジの生成と活用に資するICTを用いたアーカイブの構築:「エリシテーション」という文化人類学の調査法と、インターネットにおけるデータベース技術を組み合わせた、汎用性の高いアーカイブ・モデルの構築の可能性を検討した。なお、これについては、須之内元洋氏、杉本達應氏(ともに札幌市立大学)の協力、NPO法人記録と表現とメディアのための組織からの映像提供を受けた。3)アーカイブ実践をとおした公共圏の再構築:ICTを用いたアーカイブと、その運用をとおして生成される「知識」や「記憶」との関係に注目し、資料の内的属性とされる著作権などの法的制度とは別のかたちで映像資料が共有される方法を、文献精読をとおして検討した。近年の日本における「コミュニティ・アーカイブ」の実体を把握すべく、当初の実施計画よりも精力的に参与観察やインタビュー調査を押し進め、多くのデータを取得することができた。また、アウトリーチ活動によって本研究への理解や認知をひろく促進することができた。27年度は学会発表や論文投稿を積極的に行う見通しであり、今年度に得られたデータや成果の蓄積をもとに、その知見をひろく提示することをめざす。なお、申請者はアーカイブ事業を進めるNPOの事業を参与観察しているが、昭和14年頃に撮影された「勤労奉仕」の記録映像(16ミリフィルム)を岐阜県大垣市内から発見したことについては、予想をはるかに上回る成果であった。

映像そのものの資料的価値もさることながら、映像を用いた社会調査の実施(戦争体験者へのエリシテーション)についてもかなり期待でき、戦後70周年の節目にふさわしい成果を挙げたい。27年度が最終年度であるため、記入しない。平成26年度、および27年度の参与観察やインタビュー調査、文献調査によって得られたデータや成果の蓄積をもとに、学会発表や雑誌論文として積極的にその知見を提示する。とりわけ、大垣市内で発見された昭和14年頃の「勤労奉仕」の記録映像(16ミリフィルム)については、近隣の高等学校や大学、及び地域住民に協力を得ながら、戦争経験者に対する「エリシテーション」とインターネット上でのデータベースを組み合わせたアーカイブのモデルケースを設計・実施し、その成果を学会発表や雑誌論文にて発表する予定である。目下、平成27年度の実施計画として、その具体的な内容を関係者と検討中である。
ボロノイ法による星風降着流の数値流体シミュレーション

宇宙気体現象を研究するために数値流体力学のさまざまな手法が開発されている。それは主としてオイラー法にもとずく差分法とラグランジュ法にもとずく粒子法に分類できる。天体物理学で多用される粒子法としてはSPH法がある。本研究では、それとは別の粒子法の可能性を求める研究を行った。それをボロノイ・ラグランジュ法となずけた。このアイデアは松田が1985年に提唱したものである。まず2次元以下の場合に限定した。n個の点をばらまき、そのボロノイ分割を求めるプログラムを作成した。ボロノイ分割のアルゴリズムにはさまざまあるが、ここでは逐次添加法を採用した。この場合、計算時間は普通はnの1.5乗に比例するとされている。しかし工夫の結果、計算時間は粒子数nに比例することができた。このことは粒子数が増大しても計算時間があまり増大しないということであり、計算上有利である。SPH法においても近接粒子を求めなければならないが、単純な手法では計算時間はnの2乗に比例する。ツリー法などを用いるとそれがnlognに比例する。ワークステーションによるわれわれの実測では、粒子数が5000点の場合、計算時間は10秒以下であった。これはSPH法と十分に対抗できることを示している。実際の2次元の数値流体力学プログラムは現在作成中である。しかし1次元の場合、衝撃波管問題を解き、良好な結果を得ている。
微生物酵素によるL-リジンから高付価値物質の生産

微生物酵素によるL-リジンから高付加価値のある含窒素複素環化合物の大量合成法の開発を最終目標とし,L-リジンのアミノ基を選択的に脱アミノする脱アミノ酵素生産菌を分離し,同菌由来の酵素の精製と特性解析をした.L-リジンを唯一の窒素源とする培地にて分離した菌株の中から同培地にて良好な生育を示しかつL-リジン脱アミノ酵素生産量の高いK-70-1株を選抜した,本菌の形態的および生化学的性質,16SrRNAの塩基配列の解析からK70-1株をPseudomonas属であると同定した.K70-1株の生産するL-リジン脱アミノ酵素を精製した.2.6%の収率で72倍に精製でき,比活性は63U/mgであった.本酵素の分子量はゲル濾過法にて77,000,SDS-PAGEにて78,000であった.本酵素のpHおよび熱安定性について検討したところ,pH7.5において最も安定で,60°Cで10分間約100%の活性を維持した.至適pHは7.0であった.酵素反応生産物をUV, TLC, GC-MSにて同定した.σ-アミノベンズアルデヒドにてジヒドロキナゾリニウム複合体とし,UV分析したところ,450nmに極大吸収を示した.これは,既報の論文のΔ^1-ピペリデイン2-カルボン酸(P2C)複合体由来の極大吸収波長と一致した.TLCの移動度およびGC-MSのフラグメンテーションパターンはオーセンティックなP2Cと一致した.本酵素反応における酸素消費量とP2Cの生成量について調べた.30分間反応で0.18mMの酸素を消費し,0.13mMのP2Cを生成した.1molのL-リジンが1molの酸素の消費を伴って2-位のアミノ基が遊離し,2-オキソ-6-アミノカプロン酸となり非酵素的な環状化によりP2Cが生成したと結論した.K70-1株の生産する脱アミノ酵素はL-リジン2-モノオキシゲナーゼであった.本研究では、『微生物酵素によるL-リジンから高付加価値のある含窒素複素環化合物の大量合成法の開発』を目的とする。平成15年度目標は、「L-リジンの6位のアミノ基を特異的に脱アミノする酵素生産菌の分離と同酵素の特性解析」とし研究を進めた。炭素源として0.5% (w/v)D-グルコース、窒素源として0.23% (w/v)L-リジン塩酸塩を含む培地(GL培地)にて関西一円から採取した土壌より良好な生育を示す菌株350株を分離した。分離菌はL-リジンを唯一の窒素源としてGL培地で生育するため、脱アミノ酵素生産菌といえる。そこで、得られた分離菌からNADHおよびアミノ基受容体を酵素反応に必要としないL-リジン脱アミノ酵素生産株の選抜を試みた。GL培地にて培養して得た菌体から無細胞抽出液を調製し、同粗酵素液とL-リジンのみで酵素反応した。L-リジンの6位のアミノ基が特異的に脱アミノされるとΔ^1・ピペリデイン6-カルボン酸が蓄積する。そこで同酵素反応生産物はo-アミノベンズアルデヒドを用いた比色法によりその蓄積量を定量した。その結果、350株の中から顕著な活性を示す菌株8株を得た。続いて、GL培地に種々の天然培養基を添加し、同酵素の生産性の向上を試みたところ、Strain2-5-2a_1は1%ポリペプトンを含むGL培地において菌体1g当たりの総活性および比活性が無添加培地で培養した際と比較して向上した。また、酵素活性に与えるpHの影響を検討したところ、炭酸ナトリウム緩衝液(pH10。0)が最も高い活性を示した。現在、本酵素の精製条件の検討を行っている。本研究では、『微生物酵素によるL-リジンから高付加価値のある含窒素複素環化合物の大量合成法の開発』を目的とする。平成16年度は、「土壌より分離したL-リジン脱アミノ酵素生産菌より2位または6位のアミノ基を特異的に脱アミノする酵素生産菌の選抜と脱アミノ酵素系の解析」とし研究を進めた。平成15年度までに土壌より分離したL-リジン脱アミノ酵素生産菌(350株)について脱アミノ酵素系の解析を進めて、目的にかなう酵素系を生産すると思われる8株を選抜した。より高い脱アミノ酵素活性を示す酵素生産菌を選抜することを目的として引き続き土壌からより目的にかなう菌株の分離を行なった。新たに170株をGL培地(炭素源として0.5%(w/v)D-グルコース、窒素源として0.23%(w/v)L-リジン塩酸塩を含む培地(pH6.8))にて分離した。これらの分離菌もまたL-リジンを唯一の窒素源とするGL培地で良好に生育したことから、脱アミノ酵素生産菌といえる。分離株(170株)の脱アミノ酵素を解析するためにそれぞれGL液体培地にて培養した。さらに、得られた菌体の無細胞抽出液中のL-リジン脱アミノ酵素活性を測定し、NADHおよびアミノ基受容体を酵素反応に必要としないL-リジン脱アミノ酵素生産株の選抜を試みた。L-リジンの2位または6位のアミノ基が特異的に脱アミノされるとピペリデインカルボン酸が蓄積する。