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ジル・ドゥルーズにおけるシステムの思想

そこでこれらの問題系を、いったんまずは切り離して考えるという視座に基づき、問題となるドゥルーズの著作を読解した結果、1960年代後半のドゥルーズが、「何を以て構造主義と認めるか」に代表されるように、「構造主義」読解を通じて自身の「構造」概念を練り上げてゆく一方で、『差異と反復』や『意味の論理学』という二つの主著においては、哲学/数学/文学/精神分析といった領域においてなされるドゥルーズ独自の読解を基に練り上げられた「構造」概念によって、今度は逆に「構造主義」を基礎づけようとしている、ということが明らかになった。さらに、以下の二つのことが判明した。まずはドゥルーズの構造主義読解が、近年のフランスにおける構造主義研究においてとりわけ重要視されていること。ついで、『アンチ・オイディプス』における「器官なき身体ー機械」や『ミル・プラトー』における「リゾーム」と「アレンジメント」といったドゥルーズ=ガタリの著作における主要概念が、「反構造主義としてのシステムの思想」を示すものであること。以上の三つの研究成果を総合することで、ドゥルーズが構造主義をいわば「潜り抜ける」ことによって、彼独自のシステムの思想を練り上げるに至った、ということが明らかになった。今年度の研究を通じて、ドゥルーズにおけるシステムの思想の具体的内実およびその射程を考えるうえで、極めて重要な二つの事柄が明らかになった。第一に、1960年代後半のドゥルーズ哲学においてはいわば、「構造主義から構造へ」と「構造から構造主義へ」という二つの運動ないし方向が存在するということ。とりわけこれまでの研究で見逃されてきた「構造から構造主義へ」という視点を導入することは、『差異と反復』や『意味の論理学』におけるシステムの思想の具体的内実を明らかにするうえで、重要な基盤となるだろう。第二に、ドゥルーズが構造主義を潜り抜けることによって、すなわち構造主義の受容/発展/離反を通じて、それぞれの時期に固有のシステムの思想を練り上げているということ。この点と関連して今年度はさらに、2000年代以降のフランスにおける構造主義の再評価と読み直しの運動において、ドゥルーズの構造主義読解が極めて重要な位置を占めているということも明らかになった。構造主義との詳細な比較を行うことによって、ドゥルーズにおけるシステムの思想の持つ射程をより詳細な形で明らかにすることが出来ると期待される。研究発表等は行わなかったものの、二次文献の収集と読解に注力しつつ、構造主義との比較・対照という観点から、ドゥルーズにおけるシステムの思想の持つ重要性を明らかにすることが出来たという点で、研究はおおむね順調に進展していると言える。これまでの3年間を研究員は、「ジル・ドゥルーズにおけるシステムの思想」の具体的な内実およびその現代における射程を、ドゥルーズと構造主義の関わりという観点から明らかにする、という研究課題に取り組むことに費やしてきた。採用最終年度となる今年度は、上記の研究課題の発展/完成に努めると共に、とりわけ研究成果を国内外へと発信することに注力した。主な研究成果は、以下の二つに大別される。第一に研究員は、採用1年目から取り組んできた、1960年代後半のドゥルーズによる構造主義読解について、それを網羅的な仕方で検討する作業を一通り達成した。具体的にはドゥルーズが、構造主義の二つの主要な概念である「象徴的なもの」と「意味」を鋳直すことによって、彼に独自な「構造」の概念を練り上げるに至った、ということが明らかになった。以上の研究成果に基づき、パリ第8大学のカンタン・ミュール講師による講義
超弦理論が宇宙とブラックホールの量子論に与える示唆

超弦理論によると、我々の宇宙は「永久インフレーション」におけるバブルの生成によってできたと考えられる。そのような宇宙に関する非摂動的定式化を構成した。また、永久インフレーションに様々な相が存在する事を示し、我々の宇宙の性質は相に応じて異なる事を指摘した。さらに、宇宙背景輻射の温度揺らぎの新しい生成メカニズムを提案した。超弦理論によると、ブラックホールは行列の量子力学により記述されると考えられている。その行列模型の相関関数を解析的および数値的手法で求めた。超弦理論は、重力の量子化を実現しうる唯一の理論であることから、物理学の根本理論の有力な候補だと考えられている。当研究では、これまでの超弦理論の発展を踏まえて、(1)超弦理論が示唆する宇宙像の解明、(2)ブラックホールにおける情報の問題への超弦理論からの解答、の2点を目標とする。超弦理論において、我々の宇宙のような加速膨張する(正の宇宙項を持った)宇宙をどのように扱えばよいかはこれまで分かっていなかったが、近年、超弦理論には正の宇宙項を持った解が多数存在し、それらの解は準安定であり、量子的トンネル効果により、より低い宇宙項を持った宇宙に崩壊する、という「超弦理論のランドスケープ」と呼ばれる描像が明らかになり始めた。これまでの研究は、低エネルギー有効理論に依っていたという点で不完全であったため、私は、ランドスケープの理論的基礎付けを目指し、トンネル効果によって生成された宇宙を記述する非摂動的定式化の研究を行った。本年度は、2006年に提案した2次元共形場理論による定式化を精密化した。特に、宇宙における時間発展と2次元理論の繰りこみ群変換との関係を明らかにした。また、トンネル効果という宇宙の起源が観測に与える影響に関する研究を進めた。また、並行して、超弦理論のひとつの非摂動的定式化として知られているマトリックス理論(行列の量子力学)を研究した。この理論の強結合ダイナミクスを理解することは、ブラックホールの微視的(量子的)性質の解明につながると考えられている。本年度、モンテカルロ法による数値的解析により相関関数を求め、以前、ゲージ重力対応によって予言した特殊な冪則に従う相関関数が高い精度で再現されることを確かめた。量子重力の理論である超弦理論は、超高エネルギー(プランクスケール)の物理を記述する枠組であると期待されている。また、高エネルギーだけでなく、低エネルギーの物理にも重要な示唆を与えると考えられる。例えば、我々の宇宙がなぜ平坦かという問題には宇宙初期の量子重力が関わっており、また、ブラックホールに物体を落とした時にその情報が失われるか外部に戻ってくるかどうかという問題の解決には、ホライゾン近くの高エネルギー物理の理解が必要になる。当研究の目標は、(1)超弦理論が示唆する宇宙像の解明、(2)ブラックホールの情報問題への超弦理論からのアプローチ、の2点である。(1)に関して、近年、超弦理論には正の宇宙項を持った解(加速膨張宇宙)が多数存在することが明らかになり始めている。それらの解は準安定で、量子的トンネル効果により、より低い宇宙項を持った宇宙のバブルを生成する事により崩壊する。重力理論においては、準安定な真空は、バブルが無数に生成されるにも関わらず、膨張しているため存在し続ける、という「永久インフレーション」が起こる。私は、バブルの生成率に応じて、永久インフレーションに3種の相が存在する事を示した。これらの相は、バブルが準安定な真空の中でパーコレートする仕方によって分類される(Shenker教授、Susskind教授との共同研究)。また、超弦理論に存在する多数の場の量子効果を調べ、それらが宇宙背景輻射の温度揺らぎに重要な寄与をもたらす事を示した(羽原由修氏、川合光教授、二宮正夫教授との共同研究;論文投稿中)。(2)に関して、ブラックホールを記述する理論と考えられているマトリックス理論(行列の量子力学)を研究した。この理論の強結合極限における相関関数を、モンテカルロ・シミュレーションとゲージ重力対応の両面から調べ、中間状態の分布などを考察した(花田政範氏、西村淳准教授、米谷民明教授との共同研究;論文準備中)。1.宇宙初期の加速膨張期(インフレーション)において、宇宙背景輻射の温度揺らぎが生成される新しいメカニズムを提案した。これは、通常考えられているスカラー場(インフラトン)の準古典的揺らぎによるメカニズムとは異なり、超弦理論に存在する多数の場の純粋に量子的な効果に基づくものである。宇宙背景輻射の観測から超弦理論のパラメーターを決定する可能性を探った。(羽原由修氏(岡山光量子科学研究所)、川合光氏(京都大学)、二宮正夫氏(岡山光量子科学研究所)との共同研究。)2.M理論(超弦理論の強結合極限)の非摂動的定式化として提案されているBFSS(Banks-Fischler-Shenker-Susskind)

行列模型の相関関数の研究を行った。この理論は、ブラックホールのダイナミクスの解明の上で重要であるが、強結合での振る舞いは複雑であまり理解されていない。以前の研究で、ゲージ/重力対応(行列模型と超弦理論の等価性)に基づく方法により相関関数を求め、特定の演算子の相関関数は冪則(冪は自由場の冪とは異なる分数)に従う事などを発見していたが、今回、モンテカルロ・シミュレーションによる数値的解析により、その結果を高い精度で確認した。(花田政範氏(KEK)、西村淳氏(KEK)、米谷民明氏(放送大学)との共同研究。)3.前年度から行っている、「超弦理論のランドスケープ」に基づく宇宙論の研究を続けた。超弦理論は、我々の宇宙はより大きい宇宙項を持った宇宙からのバブルの生成によって出来たことを示唆している。バブルの生成で出来た宇宙を記述する非摂動的定式化、「永久インフレーション」の相構造、宇宙背景輻射の揺らぎの特徴、に関する研究を行った。(これまでの研究成果と進行中の研究に関して、国内外の学会、研究会で講演した。)
密度行列繰り込み群法による強相関電子系の緩和ダイナミクスの研究

遷移金属酸化物などの強相関電子系で近年観測されている様々な光誘起相転移現象は,物質の新たな光機能性として注目されている.この分野の基礎学理を確立し,有用な理論的コンセプトを提示することが求められている.本研究では,強相関電子系のスピン・電荷・軌道・フォノンの各量子自由度が,光照射後の非平衡状態でどのように結合・分離し,相転移現象に寄与するのかを幾つかの例を基にミクロなレベルから明らかにした.遷移金属酸化物などの強相関電子系で近年観測されている様々な光誘起相転移現象は,物質の新たな光機能性として注目されている.この分野の基礎学理を確立し,有用な理論的コンセプトを提示することが求められている.本研究では,強相関電子系のスピン・電荷・軌道・フォノンの各量子自由度が,光照射後の非平衡状態でどのように結合・分離し,相転移現象に寄与するのかを幾つかの例を基にミクロなレベルから明らかにした.本研究課題は,強相関電子系の光励起状態・非平衡状態・光誘起相転移の解明という学術的・基礎的問題意識に立脚して,次世代強相関オプトエレクトロニクスの一端を担うものである.交付申請書では,以下の三点を研究の主眼に置いている:(1)一次元モット絶縁体における超高速緩和過程の解明(2)多軌道系における光誘起スピンダイナミクスと角運動量保存則(3)擬二次元系における時間発展DMRG法の開発本年度は,(2)に関連した研究成果が論文として公表され,そのうち一つは米国物理学誌Physical Review Letterに掲載された.この研究では,磁性と伝導性に関して異なる電子相が拮抗するペロブスカイト型マンガン酸化物の光応答が明らかにされ,特に,反強磁性絶縁相へのパルス光励起直後で起こるスピン・電荷自由度の強い結合が,その後の緩和過程で分離する傾向が詳細に研究された.この研究から,ポンプ・プローブ分光が,平衡状態での実験にない情報を含んでいることが見出された.またマンガン系の結果を受けて,スピン状態自由度のあるコバルト系の理論研究も進展中である.これにより,マンガン系・銅酸化物等の無機物と,スピン状態転移のある有機のスピンクロスオーバー錯体とを包括的に結びつける方法論・概念が見出される可能性がある.(1)に関しては,半導体と強相関電子系における電荷・フォノン結合の本質的違いが見出され,それが緩和ダイナミクスヘ大きく影響することが明らかとなった.強相関効果と緩和過程を精密に取り扱って超高速緩和の起源を明らかにした研究はこれまでになく,現在論文を執筆中であり,次年度詳細な研究に発展させる予定である.また(3)に関しては,DMRG深く関連した方法論であるテンソル積変分法を開発中である.日本物理学誌に依頼され,テンソル積変分法の最近の話題に関する解説記事を執筆した.遷移金属酸化物や有機物などの強相関電子系において,ピコ秒スケールの多様な超高速光学応答が実験的に観測されていることに触発され,新規光デバイスなどを念頭に置きつつも,その背景となる電子状態を密度行列繰り込み群(DMRG)による大規模数値計算により詳細に解析することが本研究の目的である.平成22年度特に取り組んだ研究項目及び成果として論文が公表された研究項目としては,1.光照射によるスピン状態転移の研究,2.量子エンタングルメント理論に基づいたDMRGの高次元化を念頭に置いた新手法の開発,3,二次元強相関電子系の光照射に関するドミノ効果の研究,が挙げられる.項目1に関しては,多軌道強相関模型において光誘起後の過渡スペクトルを計算することにより,スピン状態転移に特徴的なピーク構造が現れることを見出し,論文として公表した.光による磁性の高速制御は興味を持たれている分野であり,これに関する知見が得られたことは意義があると考えられる.項目2に関しては,過去の研究成果を踏まえて解説記事を日本物理学会誌に寄稿した.その後,エンタングルメントの理論に基づいたテンソル積変分の理論は,素粒子の超弦理論におけるAdS/CFT対応や画像処理など他分野との深い繋がりがあることを発見し,それらの知見も総合してDMRGの高次元化と光物性への応用の具体的方向性が見えてきた.その研究を現在進行中である.項目3に関しては,光照射で二次元電荷秩序状態から金属へ相変化を起こす際の励起密度を調べた.項目2の成果を生かした大規模計算を行う前の予備計算であるが,相境界から離れた系への励起は相転移効率を著しく弱めることが分かった.光制御可能な条件の理解に必要な結果と考えられる.本研究の目的は,遷移金属酸化物等の強相関電子系における光励起状態の非平衡緩和ダイナミクスを,密度行列繰り込み群法(Density Matrix Renormalization Group,DMRG)を応用した大規模数値計算によって詳細に調べることである.研究成果は強相関エレクトロニクスのための基礎学理の構築に加えて,強相関電子系における非平衡統計力学の発展にも寄与する.具体的な研究項目は,(1)一次元モット絶縁体における超高速緩和過程の解明,(2)多軌道系における光誘起スピンダイナミクスと角運動量保存則,(3)擬二次元系における時間発展DMRG法の開発,である.本年は最終年度ということもあり,(1)から(3)の全ての課題に対して論文という形で研究成果を得た.

先ず(1)の一次元モット絶縁体の光誘起現象に関しては,量子化されたフォノンと結合する強相関電子系の光励起状態及びその緩和の初期過程を明らかにした.緩和過程では,比較的電子格子相互作用が小さい場合においても,基底状態に比べて非常に多くのフォノンがかなり早い時間スケールで励起され,緩和のエネルギー散逸に寄与することが分かった一次元相互作用系では一般に低エネルギー領域でスピンと電荷の集団励起が分離するが,高エネルギー領域では必ずしもそれが保障されない.今回の計算では,非常に強励起状態においてもスピン電荷分離の描像が成り立ち,緩和の源は強相関系のスピン励起ではなくフォノンであることが明らかとなった.半導体との大きな違いは,強相関系は基底状態において電子格子相互作用の影響が大きいが励起状態ではむしろ逆で,キャリアがポーラロン化せずにフォノンが緩和バスとして有効に働くことである.(2)の光誘起スピン状態自由度転移に関しては,低スピン・バンド絶縁体への光照射が,高スピン状態と光誘起ホールの束縛状態を作ることを見出した.この結果は最新のコバルト酸化物に対する実験結果をよく説明し,米国Physical Review Letter誌に論文が掲載された.(3)の方法論的展開については,量子エンタングルメントや時空の幾何学構造の制御を念頭に置いた波動関数の構成法が確立した.具体的な光物性への応用には手が届かなかったが.これは興味ある今後の課題である.
日本沿岸域における板鰓類の資源開発に関する基礎的研究

遠洋性のクロトガリザメを南西太平洋で練習船鶴洋丸の旋網実習で本年も多数漁獲し、雌雄の性的成熟体長・生殖分娩の時期・妊娠尾数などを明らかにし,年齢成長を知るため、現在、脊椎骨研摩標本作製中(水江)。サメ類乳酸脱水素酵素の遺伝的特性を知る目的でラブカの3つのアイソザイムを単離し、速度論的解析をした。ネズミザメ・アオザメ・ヨシキリザメ等の同酵素のアイソザイム分布を調べ、単離を試みた(村松)。本年度はウシエイ・カラスエイ・ナヌカザメ・トラザメ・などの6種類について、それらの核型を明らかにすることが出来た。これらの結果は87年発行の魚類学雑誌に投稿準備中である(井田)。ガンギエイ類の食性はその遊泳力に影響され、小型魚のときは、かなり雑食性を示すが、大型になるにつれ魚食性が顕著になる。胃内容量は体重の平均12%,最大3-4%であった(竹村)。最適化技法により、板鰓類の適応戦略を模索した。卵数とサイズの進化,性比の包括適応度,成長と死亡の戦略,棲み場所と採餌の適応単位を題材として、仮説と知見を比較検討した(松宮)。エドアブラザメ,ラブカなど6種のサメについて、筋肉・肝臓の重金属(Hg,Zn,Fe,Cu)濃度を検討した。何れも従来のサメ類の分析値の範囲にあった(清水)。生態を異にする各種板鰓類の網膜および松果体の微細構造と感光色素などを調べ、いづれの結果も環境水中の光分布と大きな相関が得られた(丹羽)。板鰓類の歯の形態と組織構造について、食性および系統との関係を検討した。また、日本のペルム紀から第四紀の板鰓類の歯と皮歯の化石を、現生種との比較により研究した(後藤)。銚子沖および松生場,小笠原諸島周辺ならびにハンコック海山から採集した板鰓類の標本を比較検討したところ、それらの形態に地理的変異が存在することが明らかとなった(谷内)。プランクトン食性のウバザメの脳はミツクリザメおよびラブカと同様に深海性であることを示唆する形態を示し,ウバザメと食性が同じであるジンベエザメの脳には、強大な遊泳力の反映がみられる(佐藤)。
金融機関のガバナンス改革と地域経済の持続可能性に関するミクロ計量分析

本研究課題は少子高齢化・人口減少といった国内地域経済が直面する根本的かつ構造的な課題が深刻化するなかで,「地域金融機関の機能強化によって地域経済の持続可能性を確保するために,協同組織形態をとる信金・信組を含めた地域金融機関のガバナンス構造はいかにあるべきか」という問いの答えを,役員兼任のあり方や役員構成の多様性といった新たな観点から地域金融機関の取締役会・理事会の実効性を評価することによって明らかにしようとするものである。
RNAエディティングによるDNAゲノム情報の変換-葉緑体ゲノムでの網羅的解析

葉緑体はその発生プログラムにより原色素体(種子)からエチオプラスト(芽生え)、葉緑体(葉)、クロモプラスト(果実)などへと形態的・機能的に大きく変化する。高等植物の葉緑体ゲノムからの転写産物は、RNAエディティング(C→U)によりDNAの一次情報が一部変換するため、ゲノム情報の正確な解読にはRNAエディティングの網羅的知見が必須である。そこで最も研究の進んでいる、タバコ葉緑体を用いて以下の解析を進めている。1)RNAエディティング部位の網羅的同定組織的なRNAエディティング部位の探索のため、タンパク質コード領域とそれ以外の転写領域を調べる必要がある。新たにrps2 mRNAに部位を発見した。ついで、エンドウ葉緑体でも調査を開始し、8ケ所の部位を同定した。2)RNAエディティングのシス配列とトランス因子の同定タバコ単離葉緑体より開発したin vitro RNAエディティング系を用いて、タバコ葉緑体psbE mRNAとpetB mRNAのシス配列を同定し、合わせて両者のトランス因子の同定も行った。
強相関電子系におけるスピン・軌道の量子臨界揺らぎ

低スピン系(S=1)で初めて、低温まで正確に3角格子の対称性を保つ、擬2次元系NiGa2S4を発見した。まず、高純度多結晶の育成法を確立した。この多結晶体を用いた磁気・熱測定により、80Kの磁気相間を持つにもかかわらず、0.35Kまで磁気秩序が抑えられたこと、また、10K以下で非従来型のスピン状態が実現していることを見出した。また、中性子実験により、スピンの持つ短距離相間の構造を明らかにした。比熱は低温で温度2乗則を示し、低温でのコヒーレンス長は200nmものマクロな距離になり、新しい量子臨界的状態を形成している可能性がある。局在スピンを持つパイロクロア型酸化物磁性体は、数多く知られているが、これまで報告されていたものすべてが比較的高い温度で磁気転移を示す。特に金属でありながら局在スピンが低温まで秩序を示さないというものは皆無であった。我々は、Pr2Ir2O7がその初めての例であり、低温で量子臨界的スピン液体的に振る舞うことを、最近育成に成功した単結晶での研究により見出した。さらに、RKKY相互作用による磁気秩序が幾何学的フラストレーションにより押さえられたことで、酸化物で初めての近藤効果が見られた。Ca2-xSrxRuO4は軌道の秩序により、様々な基底状態をとる多重バンド型モット転移系である。モット転移近傍の重い電子状態での量子メタ磁性転移近傍での電子構造の変化を、電気抵抗・ホール係数の精密測定からプローブし、角度依存型磁気抵抗効果等の興味深い量子伝導現象を見出した。重い電子フェルミ液体のフェルミ面の形状を反映したc軸方向の磁気抵抗の面内方位依存性が、低磁場の2回対称から擬4回対称へと変化する。一次元的バンド(dyz,zx)が支配的な反強磁性状態から2次元的なバンド(dxy)による強磁性に、数テスラの磁場によりスイッチングが起こったと考えられる。我々の開発したCa_<2-x>Sr_xRuO_4は、軌道の秩序によりさまざまな基底状態をとる多重バンド型モット転移系の典型例である。この系のモット絶縁体領域の抵抗、磁性、比熱の精密測定を行った。その結果を理論的に解析することにより、一般に乱れたモット絶縁体内のホッピング伝導は、電子間のクーロン反発のエネルギースケール、すなわち、0.1eVから1eVというスケールの障壁を越えて行われるということを明からにした。これは、従来型の半導体の1meVから10meVのそれとは、大きさが数桁異なる。この正しいエネルギースケールの導入により、乱れのあるモット絶縁体の抵抗の温度依存性はR=R_0exp(T_0/T)^<0.5>で表されることを示した。一方、パイロクロア格子上の局在モーメントがつくる幾何学的にフラストレートした磁性について、近年、盛んに研究が進んでいる。そのなかでも低温まで磁気秩序を示さない遍歴磁性体の数少ない系の一つが我々の開発したPr_2Ir_2O_7である。我々はパイロクロア型酸化Pr_2Ir_2O_7の単結晶育成に初めて成功し、物性研究所、榊原研究室と共同でFaraday法により低温磁化を測定した。まず、磁化の異方性の測定から、この系のfモーメントはイジング異方性を持ち、10K以下では、およそ、2.3μ_Bのスピンが約1.5Kのエネルギースケールの反強磁性相関を持って揺らいでいることがわかった。さらに、低温直流磁化測定の結果、100mKまでfモーメントは局在したまま、磁気秩序を示さないことが示された。これらのことを考え合わせると、モーメントが各四面体でall-in, all-outの相関を持ったスピン液体状態が実現していること可能性が強い。また、低温での磁気抵抗の結果は、f電子とIrの5dの遍歴電子に比較的大きなカップリングがあることを示している。

モット転移近傍の重い電子状態での量子メタ磁性転移近傍での電子構造の変化を、電気抵抗・ホール係数の精密測定からプローブし、角度依存型磁気抵抗効果等の興味深い量子伝導現象を見出した。重い電子フェルミ液体のフェルミ面の形状を反映したc軸方向の磁気抵抗の面内方位依存性が、低磁場の2回対称から擬4回対称へと変化する。一次元的バンド(dyz,zx)が支配的な反強磁性状態から2次元的なバンド(dxy)による強磁性に、数テスラの磁場によりスイッチングが起こったと考えられる。
車載カメラを用いた交通信号の認識と運転支援システムの開発

車載ステレオカメラおよびノート型パーソナルコンピュータを用い、自動車に搭載できる信号映像取得システムを構築した。色飽和に対応するため、色情報と明度情報の双方を活用することにより信号灯候補画素を高精度に検出する手法を開発した。さらに視差を利用することで実際の信号機の大きさと矛盾がないような信号機領域を取得する方法を開発した。本研究課題では、車載カメラで取得した動画を対象として画像中の信号機を高速・高精度に検出し、点灯している色を認識するシステムを開発することを具体的な目的としている。本年度は実験システムの構築および代数的テンプレートマッチングを用いた交通信号の検出法の基礎的検討を行なった。1.実験システムの構築車載カメラおよびノート型パーソナルコンピュータを用い、自動車に搭載できる実験システムを構築した。当初は単眼カメラを想定していたが、将来の拡張のためにステレオカメラを用い、視差のある画像を取得できるシステムとした。そして、視差から奥行きを求めることで、取得した画像から実際の信号機の大きさと矛盾がないような信号機領域を取得する方法を検討した。2.代数的テンプレートマッチング法を用いた信号機検出手法の開発車載カメラで取得した静止画を対象とし、申請者らが提案している代数的テンプレートマッチング法を用いて信号機の領域を検出する手法を開発した。この代数的テンプレートマッチングは、単純な形状の物体を高速・高精度に検出することを最も得意とする。この性質を用い、点灯している信号表示部の円形部分を高速に抽出する。その際信号機の構造を考慮することで高精度な検出を実現する。そして、実際に取得した画像を用いて信号機の検出および点灯している色を認識する実験を行ない、提案手法によって一定の精度と速度で検出と認識が可能であることを確認した。本年度はまず、前年度に構築したカメラおよびノート型パーソナルコンピュータを用いた実験システムを用い、自動車に搭載して実際の道路環境のデータを取得した。ステレオカメラを用い、視差のある動画像を取得することで、さまざまな実験を可能としている。そしてこれを用いて道路環境及び信号を認識するためのさまざまな検討を行った。信号機の検出手法としては、前年度検討した代数的テンプレートマッチング法を用いた手法のほか、色情報を活用する方法を検討した。多様な信号データを収集し、点灯している信号の色のデータベースを作成し、信号機らしい色の領域を抽出する方法を検討した。その際に視差を用い、検出された領域の大きさを規格で決まっている実際の信号機の大きさと比較することでより高精度に信号機の領域を検出する手法を開発した。加えて、撮影条件によっては色飽和が生じて本来の信号機の色とは異なる色となっている場合にも対応できるよう、アルゴリズムを改良した。本年度は信号機自体の検出に加え、道路の路面を正確に抽出することで、道路環境を把握し、信号機の高精度検出に応用する手法についても検討した。路面の色及びテクスチャを用い、人工ニューラルネットワークを用いて路面を検出する手法を開発した。これを先に述べた信号機の検出アルゴリズムと組み合わせることで、より高精度な認識が可能になると考えられる。本年度はこれまでに検討してきた様々なアルゴリズムを統合し、実際の環境において精度良く信号機を認識システムを構築することに注力した。実際に様々な環境で信号機を撮影すると、色飽和が生じて本来の信号機の色とは異なる色となる場合が多い。これに対応するため、色情報に加え明度情報により信号灯候補画素を検出する手法を提案した。中心部分が色飽和し色情報を失った信号灯でも、周囲に色情報が失われていない画素があれば、その画素の色情報により信号灯候補として検出する。この手法を、これまで検討してきたステレオカメラを用いて実際の信号機の大きさを利用して信号機を検出する手法と組み合わせ、精度よく検出と認識ができる手法を提案した。さまざまな画像を用いて検出実験を行った結果、適合率0.97、再現率0.71の精度が得られた。また、この時の平均処理時間は1フレームあたり100msec程度であり、実用的な処理時間であることも確認した。一方で、前年度に引き続き、路面の色及びテクスチャを用い、人工ニューラルネットワークを用いて路面を検出する手法についても検討を行った。路面を正確に検出し、提案した信号機の検出アルゴリズムと組み合わせることで、より高精度な認識が可能になると考えている。実験システムの構築が終了し、データ取得およびアルゴリズム開発・評価が順調に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。信号検出の精度がまだ低いため、今後はさらに精度を上げるためのアルゴリズムの改良を行なう。さらに、運転支援のための方策について検討し、システムに組み込む。これらの結果を国内外の学会で発表する。
金属イオンをモレキュラーグルーとする分子集合体のたんぱく質表面認識

本研究では、種々の官能基を導入した低分子配位子モジュールを有機化学的に合成し、遷移金属イオンをモレキュラーグルーとして用いてこれらを集積し、モジュール集合体すなわち金属錯体によるたんぱく質表面認識と機能制御を検討することを目的とした。平成18年度には、適切な官能基を側鎖に導入したルテニウムトリスビピリジン錯体が、正電荷を帯びたキモトリプシンの表面にマイクロオーダーの解離定数で強く結合し、その酵素活性を阻害することを明らかにした。平成19年度には、混合錯体ライブラリの構築とスクリーニングを行うことで、非対称かつ光学活性なたんぱく質の表面認識に要請される構造条件を、簡便に読み出す手法を確立することを重点目標として研究を進めた。金属イオンをルテニウムから、配位子交換速度の速いFe(II)に変え、4,4'位に種々のアミノ酸を導入した2,2'-ビピリジンを化学合成し、このうち2種類の配位子をそれぞれ1:1の混合比で鉄イオンと混合したトリス緩衝液を調整した。これらの錯体混合液に対し、キモトリプシンおよびトロンビンの阻害活性を、色素含有基質を用いた分光学的手法により評価したところ、正電荷を帯びたキモトリプシンの場合は100%グルタミン酸含有ビピリジンから構成される錯体がもっとも活性が高かったが、pI=7付近のトロンビンでは、リシン100%の場合よりもグルタミン酸とリシンの組み合わせが有意に高い阻害活性を示した。グルタミン酸100%錯体は活性を示さなかったことから、グルタミン酸:リシン=2:1もしくは1:2の非対称トリスビピリジン錯体がトロンビンに対する強い阻害活性を持つことを示している。このことは、たんぱく質表面に対する受容体として、非対称錯体が有用であることを示唆しており、たんぱく質表面指向型阻害剤のリードとして有効であることを明らかにすることができた。本研究では、標的たんぱく質表面と相補的に相互作用する官能基を有機合成化学的に導入した低分子モジュールを、遷移金属イオンをモレキュラーグルーとして集積し、モジュール集合体によるたんぱく質表面部位特異的認識とたんぱく質機能の制御を行う手法の確立を目的としている。本年度は代表的セリンプロテアーゼのキモトリプシンを標的たんぱく質に定め、モジュール集合系には確実な誘導体合成と構造解析が可能と考えられたルテニウムビピリジン錯体を合成し、錯体による酵素活性ポケット周辺の塩基性アミノ酸残基クラスターの認識とそれに基づく酵素活性阻害能を熱力学的・速度論的解析によって検討した。2,2'-ビピリジンの4,4'位に種々のアミノ酸類を導入した配位子から合成したルテニウム錯体とキモトリプシンとの解離定数を蛍光滴定で測定したところ、4,4'位に導入した官能基に違いにより結合定数が顕著に変化した。4,4'位にアミノ酸を直接導入した比較的小さな錯体ではほとんど結合能を示さなかったが、4,4'位にイソフタル酸をスペーサーとして介してフェニルアラニンを縮合したデンドリマー様錯体ではキモトリプシンの滴下に従って顕著な蛍光強度の増大が認められ、Kdは9μM程度であった。またカルボキシル基に代わり、アミノ基を側鎖にもつリシンを導入した錯体はキモトリプシンに結合しないことが分かった。これらの結果から、たんぱく質外部表面との結合には錯体中に相補的静電相互作用を有するほかに、一定の疎水性部位を含むことが重要であることが示唆された。また、キモトリプシンの酵素活性阻害機構を速度論的に解析し、フェニルアラニン含有錯体では混合阻害、グルタミン酸含有錯体では競争的阻害機構であることが示され、阻害剤の疎水性が大きい場合には部位非特異的結合に基づくたんぱく構造変化に基づく活性阻害が起こることが示唆された。

本研究では、種々の官能基を導入した低分子配位子モジュールを有機化学的に合成し、遷移金属イオンをモレキュラーグルーとして用いてこれらを集積し、モジュール集合体すなわち金属錯体によるたんぱく質表面認識と機能制御を検討することを目的としている。昨年度までに適切な官能基を側鎖に導入したルテニウムトリスビピリジン錯体が、正電荷を帯びたキモトリプシンの表面にマイクロオーダーの解離定数で強く結合し、その酵素活性を阻害することを明らかにした。そこで本年度は、混合錯体ライブラリの構築とスクリーニングを行うことで、非対称かつ光学活性なたんぱく質の表面認識に要請される構造条件を、簡便に読み出す手法を確立することを重点目標として研究を遂行した。まず金属イオンをルテニウムから、配位子交換速度の速いFe(II)に変え、4,4'位にグルタミン酸、フェニルアラニン、もしくはリシン等を導入した2,2'-ビピリジシを合成し、このうち2種類の配位子をそれぞれ1:1の混合比で鉄イオンと混合したトリス緩衝液を各種用意した。これらの錯体混合液に対し、キモトリプシンおよびトロンビンの阻害活性を、色素含有基質を用いた分光学的手法により評価したところ、正電荷を帯びたキモトリプシンの場合は100%グルタミン酸含有ビピリジンから構成される錯体がもっとも活性が高かったが、pI=7付近のトロンビンでは、リシン100%の場合よりもグルタミン酸とリシンの組み合わせが有意に高い阻害活性を示した。グルタミン酸100%錯体は活性を示さなかったことから、グルタミン酸:リシン=2:1もしくは1:2の非対称トリスビピリジン錯体がトロンビンに対する強い阻害活性を持つことを示している。このことは、たんぱく質表面に対する受容体として、非対称錯体が有用であることを示唆していると考えられる。現在HPLCを用いたデコンボリューションを検討中である。
外界ストレスに応答して細胞周期の進行を制御する分子機構の解析

分裂酵母のeso1^+遺伝子(eso1^+)は、ストレスに応答した増殖制御に重要な役割を果たすspt1^+の標的候補の一つとして見いだされた。昨年度報告したように、Eso1蛋白質(Eso1p)はS期のDNA複製フォークに局在し、合成された姉妹染色分体をその場で繋ぎとめる役割、および鋳型DNA上のチミン二量体が複製を阻害した際にはDNAポリメラーゼ_η活性を用いて障害を乗り越える役割を担うと考えられており、遺伝情報の正確な複製・伝達過程において極めて重要な因子である。今年度はEso1pの機能をより深く理解するために、温度感受性eso1変異株の多コピー抑圧遺伝子として単離したemc1^+(交付申請書のabs1^+から名称変更)の機能解析を進めた。Emc1pは姉妹染色分体を繋ぐ「糊」の役割を果たすコヒーシン複合体と共沈し、染色体上においても共局在した。またemc1遺伝子破壊株では姉妹染色分体接着が非常に不安定になることから、Emc1pはコヒーシン複合体とともに姉妹染色分体の接着を安定に維持するために働くことが示された。一方、eso1^+の欠損により引き起こされる姉妹染色分体接着不能の表現型が、emc1^+を同時に破壊すると完全に抑圧された。このことはEso1pが機能しないと姉妹染色分体の接着はEmc1pにより阻害されることを意味している。以上の結果から、姉妹染色分体接着はジッパーのような機構で制御されているのではないかと考えている。すなわち「ジッパーの爪(コヒーシン複合体)には突起(Emc1p)が付いていて、金具(Eso1p)の作用により突起が噛み合って結合を安定に保つ。一方、金具が無いと突起が邪魔をしてジッパーが閉まらない。」という考え方である。後者の生物学的意義についてはまだ明らかではないが、染色分体の接着が姉妹間でのみ成立することを保証する機構ではないかと想定している(論文投稿中)。分裂酵母のspt1^+遺伝子は外界ストレスに応答した増殖制御に重要な役割を果たす。今年度はSpt1と強い遺伝学相互作用が見いだされたEso1の機能解析を行った。細胞周期においてS期に複製された姉妹染色分体はM期中期まで接着したまま保持される。この機構は未成熟な染色体分配を抑制してゲノムの安定性を保障するとともに、DNA損傷の修復や減数分裂期の遺伝子組み換えにも重要な役割を果たしている。新規細胞周期変異株として単離したeso1変異株はS期で姉妹染色分体を接着することができず、その結果M期で核の不均等分配や分断などの異常を生じて致死となる。Eso1の機能はS期における姉妹染色分体接着の成立には必須であるがG2-M期における接着の維持には必要でないことから、接着を直接つかさどる因子ではなく、その機能を制御する因子であると考えられる。興味深いことに、eso1^+遺伝子はDNAポリメラーゼηと出芽酵母Eco1/Ctf7の分裂酵母ホモログが融合したタンパク質をコードしていた。姉妹染色分体接着の制御にはEco1/Ctf7相同領域が必要かつ十分な機能を有しており、eso1変異株における点突然変異もこの領域内に生じていた。一方、DNAポリメラーゼη相同領域を欠失させた株は姉妹染色分体接着は正常であるにも関わらず、紫外線に対して強い感受性を示すようになった。今回得られた解析結果より、Eso1はおそらくDNA複製複合体の一員として機能しており、新たに合成された姉妹染色体をその場で直ちに繋ぎとめると同時に、鋳型DNA上の障害によって複製フォークの進行が阻害された時にはDNAポリメラーゼη活性(鋳型DNA上のピリミジン二量体を乗り越えて複製を進める活性)を用いて傷害をバイパスさせるという、S期における極めて重要な二役を担う因子であると考えられる。(投稿中)分裂酵母のeso1^+遺伝子(eso1^+)は、ストレスに応答した増殖制御に重要な役割を果たすspt1^+の標的候補の一つとして見いだされた。

すなわち「ジッパーの爪(コヒーシン複合体)には突起(Emc1p)が付いていて、金具(Eso1p)の作用により突起が噛み合って結合を安定に保つ。一方、金具が無いと突起が邪魔をしてジッパーが閉まらない。」という考え方である。後者の生物学的意義についてはまだ明らかではないが、染色分体の接着が姉妹間でのみ成立することを保証する機構ではないかと想定している(論文投稿中)。
侵襲性カンジダ症原因菌の強酸（胃酸）耐性メカニズムの解明

侵襲性カンジダ症の原因菌Candida glabrataは、強酸(pH2)耐性であり、胃を通過して腸管に常在し病原性を発揮する。しかしC. glabrataにおける強酸耐性機構の分子メカニズムは全く分かっていない。申請者はこれまでに、独自のC. glabrata遺伝子欠損株を用いたスクリーニングにより、転写制御因子RIM101が強酸耐性機構に必須であることを新たに見出した。本研究では、さらにRIM101の上流および下流で機能する因子を網羅的解析により同定し、強酸耐性機構の全貌を明らかにするとともに、強酸耐性機構の病原性への関与を評価する。RIM101経路はこれまでに、パン酵母やC. albicansにおいてアルカリへの耐性に関わる経路として研究が行われてきたが、今回申請者はC. glabrataにおいて、初めてRIM101経路がアルカリ耐性に加えて強酸耐性に関わることを明らかにした。パン酵母やC. albicansで報告されていない新規の構成因子が存在する可能性も示している。C. glabrataにおける強酸耐性の研究は本申請研究が初めてであり、他菌種においてもRIM101経路が酸耐性に関わる報告は例がなく、C. glabrata以外の感染症研究にも大いに影響を与えることが予想される。本年は「上流:RIM101を制御する強酸耐性遺伝子の特定」について研究を行い、結果を得た。約3000株の欠損株を異なるpHで培養し、pH2においてWTに比べて生育の遅延した株を、スクリーニングした。前年度のRNAseqの結果と併せて解析を行い、RIM101遺伝子を上流で制御する遺伝子群の候補を得た。RIM101の上流遺伝子について、OD測定を行い、パン酵母とは一部異なる経路をとることが予測された。しかし、これらの遺伝子の破壊により実際にRIM101の限定分解が起こらなくなることを証明するために、HAタグをつけたRIM101を組み込んだ株の作成が必要であるが、この株の作成に失敗しており、現在検討中である。今年度中にHAタグ-RIM101の株を作成し、ウエスタンブロッティングによりRIM101を制御する上流遺伝子の特定をおこなう。また、これまで行っていない新規センサータンパクの検討も行う予定である。申請者はこれまでに、独自のC. glabrata遺伝子欠損株ライブラリー(5,000株)を用いたスクリーニングにより、転写制御因子RIM101が強酸耐性機構に必須であることを新たに見出した。本年は「下流:RIM101が制御する強酸耐性遺伝子の特定」について研究を行い、結果を得た。Wild type株およびRIM101遺伝子欠損株を異なるpH条件で培養し、次世代シークエンサーを用いてmRNA発現動態を比較解析した(RNA-seq)。強酸条件下において欠損株で発現せず、wild type株でのみ発現する遺伝子を酸耐性関与遺伝子群として以降の解析に用いる。細胞壁合成酵素、イオンチャネル・トランスポーターなどが検出された。RIM101の上流遺伝子について、OD測定を行い、パン酵母とは一部異なる経路をとることが世予測された。

パン酵母やC. albicansで報告されていない新規の構成因子が存在する可能性も示している。C. glabrataにおける強酸耐性の研究は本申請研究が初めてであり、他菌種においてもRIM101経路が酸耐性に関わる報告は例がなく、C. glabrata以外の感染症研究にも大いに影響を与えることが予想される。本年は「上流:RIM101を制御する強酸耐性遺伝子の特定」について研究を行い、結果を得た。約3000株の欠損株を異なるpHで培養し、pH2においてWTに比べて生育の遅延した株を、スクリーニングした。前年度のRNAseqの結果と併せて解析を行い、RIM101遺伝子を上流で制御する遺伝子群の候補を得た。RIM101の上流遺伝子について、OD測定を行い、パン酵母とは一部異なる経路をとることが予測された。しかし、これらの遺伝子の破壊により実際にRIM101の限定分解が起こらなくなることを証明するために、HAタグをつけたRIM101を組み込んだ株の作成が必要であるが、この株の作成に失敗しており、現在検討中である。今年度中にHAタグ-RIM101の株を作成し、ウエスタンブロッティングによりRIM101を制御する上流遺伝子の特定をおこなう。また、これまで行っていない新規センサータンパクの検討も行う予定である。研究の遅延により、予定していた実験が出来なかったため。次年度は本年度分の遅延した研究に加え、予定していた研究も進めていく予定である。
習い事を通じたカリブ海文化の演出と消費

第一に、昨年度に引き続き、カリブ海地域を訪れる観光客に提供される参加型ワークショップ等において現地の音楽とダンスがどのように表象されているかについて、先行の研究文献を渉猟し、かつ、実際にバルバドス国への渡航で収集した民族誌的資料にもとづいて、考察を行なった。その結果、カリブ海の音楽とダンスに関して殊更強調される「官能的」「陶酔的」といった性質は、ホスト側とゲスト側との間に厳然と存在する政治的経済的不均衡を隠蔽する方向に働いている、ということが明らかになった。第二に、カリブ海文化の日本における演出と消費に関しては、特にレゲエ・ダンスの実践者たちに焦点を当てて考察を行なった。またその際、日本への伝播ということではレゲエ文化に先行する、ラテン・ダンスやヒップホップ文化の例を、有意義な参照先とした。その結果次のことが明らかになった。日本でのレゲエ・ダンスの実践者たちは、「本場」、つまり文化的真正性を保証する場所としてのジャマイカへの権威づけを行ないつつ、その「本場」とはまた別の真正性を表現しうるものとして自分たちのダンスを捉えている。ただし後者の真正性はその意味が多層化されており、日本というナショナルな真正性、ジェンダー的な真正性、さらには、個々の実践者の「その人らしさ」という意味での真正性などがある。日本国内で演出・消費されているカリブ海地域起源の民族文化のうち、クラスやワークショップなどのいわゆる「習い事」の形式を取っていることが多いのは、東カリブ海英語圏で盛んなスティールパン音楽、ジャマイカのレゲエ音楽に付随したダンス、キューバやプエルト・リコのサルサ音楽に付随したダンス、さらにジャマイカのジャーク・チキン料理などである。これらに対応する形で、カリブ海諸国の観光産業においては、こうした文化を日本や欧米からの観光客にやはりワークショップ形式で実体験させるというやり方が、定着している。レゲエ・ダンス、サルサ・ダンスについて特記すれば、日本においてこれらはダンス一般の中でそれぞれ固有のジャンルとして認知されつつあり、ダンス専門雑誌においても一定の紙面が割かれている。また、それらを実践するのは男性より女性の割合が高い。異文化の演出・消費を通じ、当事者たちの自文化観と異文化観はどのように構成されるあるいは変容するか、という問題について、日本のレゲエ文化(ここでは音楽とダンスを含む)を例に現段階で指摘できる傾向を挙げる。第1に、世界で起きていることについて同時代のジャマイカのレゲエ文化と同様の問題意識を抱きつつ、それを日本社会というローカルな文脈に当てはめていこうという傾向。特にジェンダーやセクシュアリティの問題の前景化は、日本のレゲエ・ファンによっても内側からリアルに「生きられた」ものになっている。第2にどちらかといえば男性のファンの間で顕著な、「日本らしさ」への誇り。「日本のレゲエ」はジャマイカのそれの模倣でなくてすでに自律した統一体である、とする語りは一般的なものになりつつある。第3に、上記の2つとしばしば矛盾しつつ混在している傾向として、レゲエ文化を特定の地域や国とは無関係の世界的な若者文化として消費する傾向がある。
中性子結晶解析による構造揺らぎを含めたＤＮＡの水和構造の解明

DNAの水和構造を揺らぎを含めて明らかにするために、中性子解析を中心としたDNAの結晶学的研究を行った。Z-DNA d(CGCGCG)について、(1)完全重水素化DNAの作成、(2)中性子実験に必要な大型単結晶の作成を行い、パルス中性子を利用してTOF型回折計で中性子回折像を測定した。測定の結果1.6-18オングストローム分解能の回折斑点を得ることに成功した。解析プロトコルについても、別サンプルを使用して構築を行うことができた。また、相補的な解析として、放射光を用いたZ-DNAの高塩状態と低塩状態の構造解析を行い、特異なイオンと水和の構造を発見した。本研究の目的は、DNAの水和構造について揺らぎを含む詳細な立体構造の解析を中性子回折により実現することである。実験手順は(1)高品質試料の作成、(2)中性子実験、(3)構造解析の三つのパートから成り立っており、平成23年度では(1)と(2)について、中性実験に有利な重水素化DNAの作成と最新中性子回折計を用いた予備実験を行った。平成24年度はこれを発展させて、(2)と(3)について軽水型Z-DNAの中性子回折実験とZ-DNAの特殊な水和、金属和状態の構造解析を行った。以下、詳細を記す。(2) DNAの中性子回折実験今回の研究では、DNAの溶媒として重水と軽水の二種類を用いて中性子データを収集して、重水素と軽水素の間の中性子散乱長の差から水素原子の位置を決定することを目標の一つにしている。Z-DNAについては重水結晶の中性子データを既に収集してるため、軽水結晶のデータを収集すれば水素原子の決定が可能となる。昨年度は、大型のZ-DNA軽水結晶を作成に成功し、この結晶を用いて中性子回折実験を行った。回折斑点は最高で1.85オングストローム分解能まで達し、本サイズで中性子データの収集が可能であるが確かめられた。しかしながら、結晶にヒビが入っていたため、中性子データの収集はより高品質な結晶を再作成した後に行うことになった。(3) DNAの構造解析中性子解析は行わなかったが、その前段階であるX線解析からDNAと金属イオンとの間の相互作用について新しい知見を得ることができた。前例が殆どない高塩型Z-DNAの解析から、水分子だけでなくイオンを含めた解析を行いDNAのイオン和についての新しいモデルを構築した。また逆に極低塩型Z-DNAについては初のX線結晶解析に成功し、新しいタイプの構造揺らぎを発見した。これらは,中性子実験のサンプルとして採用する予定である。DNAには単一の立体構造をとっておらず、空間的かつ時間的な構造の揺らぎが存在している。この構造揺らぎはDNAが構造的、機能的な多様性を持つために必要不可欠な特性であり、遺伝や発現などDNAの関わる生命現象を明らかにするためには、この構造揺らぎのメカニズムを明らかにしなければならない。しかしながら、DNAの構造揺らぎにはDNAを取り囲んでいる水分子を始めとした溶媒分子が複雑に関係しており、構造揺らぎをDNA単体でなくDNA周辺の水和層を含んだ複合的な解析が求められる。本研究では、中性子解析を主眼にして、水和構造を含めたDNAの構造揺らぎを明らかにすることを目的にした。本研究は3つパートから校正されている。(1)高品質な実験試料の作成、(2)中性子実験と、(3)立体構造解析である。以下その結果を列挙する。(1)高品質な実験試料の作成:DNAの重水素化は合成の手順は昨年度に確認したが、本年度で結晶化に必要な大量合成と精製までは至らなかった。一方、中性子解析に必要な大型結晶の作成は成功した。(2)中性子実験:昨年度、室温でのH2O結晶について予備測定を行い、本年度は結晶の加工や測定温度を変更しての中性子実験を予定していた。J-PARCの中性子回折計iBIXの実験が予約されていたが、J-PARCのビームタイムが短縮されたために、実験が26年度にシフトしてしまい実験は実施できなかった。そこで、昨年度の実験データを用いて画像解析処理を試み、中性子回折像の特性などの検討を行った。(3)立体構造解析: D2O-H2Oコントラストの解析については、蛋白質結晶を用いた中性子データを用いて解析アルゴリズムの構築を進めた。DNAの結晶構造については、中性子実験を予定している結晶のX線データを解析することにより、水分子とリンクしたDNAの構造揺らぎを明らかにすることに成功した。本研究の目的は、DNAの水和構造中の水素原子を中性子解析により決定して、構造揺らぎまでも含んだ詳細なDNAの水和状態を明らかにすることである。本研究では新規要素として、高品質試料の作成、新型中性子回折計の利用と新しい中性子解析法を設定している。

平成23年度は、実施計画である高品質DNA結晶の作成に必要なDNA合成とDNA結晶の作成を行った。さらに、新型中性子回折計の実験を別試料を用いて行い、本研究に必要な中性子解析法検討を行った。[(1)DNAの合成]高品質試料の原料となる重水素化DNAの作成を目的として、DNA合成酵素を用いたDNA合成を行った。実験では、DNA合成中に起こる不必要なDNA合成エラーを防ぐために、制限酵素切断箇所を1箇所だけ含み、合成配列がグアニンとシトシンしか存在しない、特殊なDNAプライマーを設計した。これに加えてグアニン、シトシンの合成効率が良いDNA酵素を用いた。その結果、8M尿素ポリアクリルアミド電気泳動により、DNA合成の成功を確認した。[(2)DNAの結晶化]DNAの結晶化では、計画段階でX線データを得ていたDNAの立体構造を決定し、新しいZ-DNAの化学構造を発見した。そこではマグネシウムイオンやカルシウムイオンがZ-DNAと特異な相互作用をしており、DNAを用いたナノテクノロジーへの新たな知見が期待できる。中性子実験用の結晶は現在作成中である。[(3)新型中性子回折計の実験]本研究ではJ-PARCに建設されたTOF型中性子回折計の利用を次年度以降予定している。J-PARCは東日本大震災により暫く停止したため、震災前に測定した生体分子(ヘモグロビン)の中性子測定結果を用いてデータ解析を行った。その結果、本研究に必要な中性子実験の手順を構築することができた。24年度の目標は、高品質試料の(1)重水素化DNAの大量合成、(2)大型DNA結晶の作成と(3)DNAの中性子実験であった。(1)では重水素化DNAの大量合成には至らなかったが、(2)については1立方mmの大型DNA結晶の作成に成功し、(3)のDNAの中性子実験を行うことが出来た。中性子実験ではZ-DNAの軽水型結晶についてJ-PARCの新型中性子TOF回折計を利用することにより、1.85オングストローム分解能の中性子回折斑点まで確認することが出来た。また、中性子解析の前段階であるX線解析により、Z-DNA構造研究における課題の一つである高塩状態および低塩状態の金属イオン及び水分子の酸素原子部分の原子位置を決定して、Z-DNA構造について新知見を得ることに成功している。重水素化DNAの大量合成に至らなかった点はマイナス要因。大型結晶の作成に成功した点と副次的にX線解析から新知見が得られた点はプラス要因。中性子実験で中性子データ収集の直前まで達成できたことは概ね予定通り。以上を総合的に判断して、24年度は研究目的の達成に向けておおむね順調に進展していると結論できる。本研究目的は中性子解析によるDNAの水和構造の解明であり、23年度の研究計画は中性子実験に用いるDNAの合成と結晶化であった。手順の確立が遅れたためにDNAの量産化には至らなかったが、従来の合成法を改良した効率の良いDNA合成を実現できた。一方、大量合成の原料となるヌクレオチドの緑藻からの抽出は、ヌクレオチドが安価で入手可能となったため、原料入手のリスクは解決した。