hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゴンドワナ分布裸子植物ナンヨウマキ属(Agathis)の系統進化学的研究

Araucariaceaeナンヨウスギ科はAgathis(ナンヨウマキ属)、Araucaria(ナンヨウスギ属)、Wollemiaの3属約33種から構成される裸子植物である.Agathisは白亜紀以降に南半球のみに出現し、約15種の現生種が、オーストラリア、ニュージーランド、ニューカレドニア、フィジ-、ニューギニア、のほかセレベス、ボルネオなどの東南アジアに分布する.化石は南半球(南米を含む)だけに分布することから、その遠距離隔離された分布パターンはゴンドワナ要素として古くから関心を集めてきた.本研究ではAgathisのほぼ全種10種とAraucaria全種(19種)、合計29種を対象にして、葉緑体DNA上のrbcL遺伝子の塩基配列を決定して系統解析を行った.その結果以下の事項が明らかになった.1.AraucariaとAgathisは各々単系統群となる.2.Agathis内部の系統は、ニューカレドニア固有種、東南アジアニューギニア分布種、フィジ-オーストラリア分布種の多分岐となった.3.ニューカレドニア固有種4種は単系統である.各種は形態的に十分な差異を呈するが、種間での塩基配列の相同性は100%に近い非常に高い数値であった.4.Araucariaではsect.Intermediaとsect.Araucariaから成るクレードが最初に分岐する.これらの節は化石が第三紀以降に出現することから、現生のAraucariaは第三紀(北半球での絶滅の後)に南半球で分化を起こし、ゴンドワナ大陸の分断に伴って分布域を広げたものである可能性がある。5.Araucariaの現生種19種のうち13種を占めるニューカレドニア固有種は単系統である.各種は形態的に大きな差異を呈するが、種間の塩基配列の相同性は100%に近い非常に高い数値であった.ニューカレドニアおけるAraucariaは、Agathisと同様に、単一/少数祖先種に由来しており、島内部で急速な適応放散を遂げる種分化を起こしたものと推測される.以上の研究成果は1997年1月にチリ共和国バルディビアにて開催された南半球の動植物学に関する国際シンポジウム「The 2nd Southern Connection Congress」にて発表し、現在投稿の準備中である.Araucariaceaeナンヨウスギ科はAgathis(ナンヨウマキ属)、Araucaria(ナンヨウスギ属)、Wollemiaの3属約33種から構成される裸子植物である.Agathisは白亜紀以降に南半球のみに出現し、約15種の現生種が、オーストラリア、ニュージーランド、ニューカレドニア、フィジ-、ニューギニア、のほかセレベス、ボルネオなどの東南アジアに分布する.化石は南半球(南米を含む)だけに分布することから、その遠距離隔離された分布パターンはゴンドワナ要素として古くから関心を集めてきた.本研究ではAgathisのほぼ全種10種とAraucaria全種(19種)、合計29種を対象にして、葉緑体DNA上のrbcL遺伝子の塩基配列を決定して系統解析を行った.その結果以下の事項が明らかになった.1.AraucariaとAgathisは各々単系統群となる.2.Agathis内部の系統は、ニューカレドニア固有種、東南アジアニューギニア分布種、フィジ-オーストラリア分布種の多分岐となった.3.ニューカレドニア固有種4種は単系統である.各種は形態的に十分な差異を呈するが、種間での塩基配列の相同性は100%に近い非常に高い数値であった.4.Araucariaではsect.Intermediaとsect.Araucariaから成るクレードが最初に分岐する.これらの節は化石が第三紀以降に出現することから、現生のAraucariaは第三紀(北半球での絶滅の後)に南半球で分化を起こし、ゴンドワナ大陸の分断に伴って分布域を広げたものである可能性がある。5.Araucariaの現生種19種のうち13種を占めるニューカレドニア固有種は単系統である.各種は形態的に大きな差異を呈するが、種間の塩基配列の相同性は100%に近い非常に高い数値であった.ニューカレドニアおけるAraucariaは、Agathisと同様に、単一/少数祖先種に由来しており、島内部で急速な適応放散を遂げる種分化を起こしたものと推測される.以上の研究成果は1997年1月にチリ共和国バルディビアにて開催された南半球の動植物学に関する国際シンポジウム「The 2nd Southern Connection Congress」にて発表し、現在投稿の準備中である.
ヒト正常組織での変異シグネチャー解析実現による個人別発がん要因特定

発がん要因と関連した変異の特徴(シグネチャー)は、要因の同定やがんの予防・治療の研究に重要である。本研究では、非がん組織の突然変異を測定し、各個人の組織における変異シグネチャーを解明する。そのために申請者が以前に開発した超低頻度の突然変異を測定する方法に分子バーコードを付与することで更に高精度化する。そして本方法を用いてヒト食道がん患者の非がん組織に蓄積した突然変異を測定し、各変異シグネチャーの存在率を計算する。各変異シグネチャーの存在率から組織に蓄積した変異における喫煙、飲酒、加齢などの各種食道発がん要因の強さを個人別に推定し、発がん要因曝露量と実際の変異との関係を明らかにする。
人間の感覚を考慮した適応信号処理

信号処理装置の設計には誤差の2乗を最小化する方法が広く用いられるが.出力を受け取る人間の感覚は刺激の非整数次べき乗に比例する.そこで,本研究では,誤差の非整数べき乗を最小とするLMP適応アルゴリズムを用いて音声・画像・動画像の雑音除去を行った.音声に関しては,58名の被験者による主観評価実験を行い,べき乗数が1.4や1.6の場合がべき乗数2の場合よりも評価結果が高いことを示した.平成25年度は,音声の雑音除去に関する主観評価実験,および画像・動画像の雑音除去アルゴリズムの改良を行った.音声の雑音除去に関する主観評価実験としては,以前に行った主観評価実験と比較して被験者数および実験条件を大幅に拡張した実験を行った.被験者数は以前の10名に対し今回は58名,使用したべき乗数パラメータは前回の2種類(1.4と2.0)に対し今回は5種類(1.2.1.4,1.6,1.8,2.0)である.実験結果は全体としては前回の結果を裏付けるものであり,べき乗数が1.4付近で主観評価が良好となる結果を確認できた.なお,予定では,LMPアルゴリズムだけでなくRLpNアルゴリズムを用いた実験も行う予定であったが,時間の関係で平成26年度に行うこととした.画像および動画像の雑音除去については,2次元化および3次元化したLMPアルゴリズムについて,可変べき乗数アルゴリズムの改良を行い良好な結果を得た.当初は主観評価実験も行う予定であったが,時間の関係で平成26年度に行うこととした.画像については,局所分散の大きさをしきい値を用いて判別する,きわめて単純なアルゴリズムが良好な結果を示すことを確認した.単一のしきい値で多くの画像に対し良好な結果を得ることができ,しきい値の設定はクリティカルではないが,しきい値の自動設定アルゴリズムの開発は今後の課題である.動画像については,動画像のフレームごとの性質の変化に対応するため,複数の局所分散の中央値の変化を用いてべき乗数を可変とするアルゴリズムを提案した.提案したアルゴリズムは多くの動画像について良好な結果を示したが,比較的小さな物体が高速で移動するような動画(滝の動画など)に対して性能が劣化することが分かっており,その改善は今後の課題である.信号処理装置の設計には誤差の2乗を最小化する方法が広く用いられるが.出力を受け取る人間の感覚は刺激の非整数次べき乗に比例する.そこで,本研究では,誤差の非整数べき乗を最小とするLMP適応アルゴリズムを用いて音声・画像・動画像の雑音除去を行った.音声に関しては,58名の被験者による主観評価実験を行い,べき乗数が1.4や1.6の場合がべき乗数2の場合よりも評価結果が高いことを示した.1防音室とスピーカを用いた主観評価実験を行う2 LMPアルゴリズムをサブバンド化し,より人間の聴覚特性に近い評価関数を用いた雑音除去を行うという二つの課題を実行する予定であった.しかし,最近,LMPアルゴリズムよりも高速に収束するRLpN(Recursive Least p-Norm)アルゴリズムが提案されたため,予定を変更してRLpNアルゴリズムによる雑音除去の研究を先行させることとした.主観評価実験については,平成25年度に行うこととし,平成24年度は小型防音室の設置のみを行った.LMPアルゴリズムによる音声の雑音除去では,アルゴリズムの収束が遅いため音声開始時に雑音が次第に減少する様子が人間に知覚できてしまう.これに対し,RLpNアルゴリズムによる音声の雑音除去を行った結果では,雑音減少の速度は予想通り高速であり,人間には知覚できなかった.ただし,LMPアルゴリズムの場合にはほとんど発生しなかったミュージカルノイズがRLpNアルゴリズムでは発生し,処理結果全体の評価としては必ずしもRLpNアルゴリズムがLMPアルゴリズムより優れているとは言えない結果であった.RLpNアルゴリズムは収束は高速であるが信号の非定常性に対する追従特性は必ずしも高くないので,それによってミュージカルノイズが発生している可能性があり,今後の検討が必要である.本研究は,人間の感覚を考慮した適応信号処理の開発を目的としており,平成24年度に音声の雑音除去アルゴリズムの検討,平成25年度に音声の雑音除去の主観評価実験と画像・動画像の雑音除去アルゴリズムの検討を行った.平成26年度は,画像・動画像の雑音除去に関する主観評価実験を行い,また音声用アルゴリズムの改良を試みた.動画像については,可変パラメータ形LMP(最小p乗平均)適応アルゴリズムを用いた雑音除去の主観評価実験を行った.実験結果から,極端に動きの大きな動画像を除いて,雑音付加動画像に対し雑音除去動画像は有意に評価が改善されており,雑音除去の効果が確認できた.一方,被験者数が比較的少数であり評価値の信頼区間がかなり広いため,使用した2つの可変パラメータアルゴリズムの間の優劣については明確な結論を導き出せなかった.画像についても,同様の主観評価実験を行った.静止画像の場合は雑音除去によるエッジの平滑化が評価に及ぼす影響が大きいため,雑音付加画像と雑音除去画像の評価値に大きな差は出なかった.アルゴリズム間の比較では,いくつかの画像において新しい可変パラメータアルゴリズムの方が良い評価値を示したが,明確な結論を得るためにはさらに被験者数を増やす必要がある.音声の雑音除去アルゴリズムの改良としては,LMPよりも収束の早いRLpN(逐次最小p乗)適応アルゴリズム,および性質の異なる2つのRLpN適応フィルタを組み合わせるCAC RLpN適応アルゴリズムの使用を検討した.CAC RLpNアルゴリズムの方が単純なRLpN

アルゴリズムよりも優れた結果を示すと予想していたが,2つの適応フィルタの切り替え時に耳障りなアーチファクトが生じるため,必ずしもCAC RLpNアルゴリズムの方が優れているという結果にはならなかった.信号処理音声の雑音除去実験については,LMPアルゴリズムを用いた主観評価実験が終了し,平成26年度にRLpNアルゴリズムによる主観評価実験を行う予定であり,ほぼ予定通りと考える.平成26年度終了までに目的を達成できる予定である.画像・動画像の雑音除去については,LPMアルゴリズムにおける可変べき乗数アルゴリズムの改良を優先して行ったため,RLpNアルゴリズムの検討と主観評価実験の実施が若干遅れている.しかし,平成26年度中にはほぼ目標を達成できるものと考えている.研究成果の公表については遅れが生じているため,平成26年度中にできる限り成果の発表等を行う予定である.当初の計画を変更し主観評価実験よりも適応アルゴリズムの改良を先行させたため,主観評価実験については実施が遅れている.アルゴリズムの改良については,LMPアルゴリズムとRLpNアルゴリズムの比較を行った結果,それぞれのアルゴリズムの特徴が明らかになり,今後のアルゴリズムの改良の指針が得られたと言える.特に,収束速度の向上が単純に雑音除去結果に反映しないことが分かったため,今後はLMPアルゴリズムの高速化(可変ステップサイズなど)とRLpNアルゴリズムの追従特性の改良(スライディングウィンドウなど)の両面からアルゴリズムの改良を進める必要があることが分かった.音声の雑音除去については,平成25年度に行ったLMPアルゴリズムによる主観評価実験結果の学会発表を行う.また引き続き,RLpNアルゴリズムを用いた主観評価実験を防音室を用いて行う.RLpNアルゴリズムについては,単一のRLpNアルゴリズムではあまり良好な音声が得られないことが分かっており,異なるパラメータを持つ複数のRLpNアルゴリズムを組み合わせる方法を検討する予定である.画像・動画像については,平成25年度に開発した可変べき乗数を用いたLMPアルゴリズムを用いて雑音除去を行い,主観評価実験を実施する.また,RLpNアルゴリズムを用いた雑音除去アルゴリズムについても検討し,可能であれば主観評価実験も行う.平成25年度の前半は,音声の雑音除去に関して防音室を用いた主観評価実験を行う.使用するアルゴリズムとしてはLMPの他にRLpNも用いることとし,必要に応じてアルゴリズムの改良およびサブバンド化を行う.平成25年度後半には,2次元化したLMPアルゴリズムおよびRLpNアルゴリズムを用いて画像の雑音除去の検討を行う.その際,べき乗数を動的に可変するアルゴリズムを検討すると共に主観評価実験も実施する.平成26年度には,画像の雑音除去アルゴリズムの改良,特に可変べき乗数アルゴリズムの改良を行うと共に,映像(動画像)への拡張を試みる.次年度使用額が生じた理由は,主観評価実験における実験協力者への謝金の支出方法を変更したこと,および旅費の支出が少なかったためである.謝金については,主観評価実験の実施時期が年度末となり科学研究費補助金からの支出が会計手続き上難しくなったため,急遽,研究担当者の学内予算からの支出に切り替えた.また,旅費の支出が少なかったのは,研究成果の公表が遅れているためである.
段階的超分子形成を利用したDNA四重鎖の構造制御

昨年度までに、イミダゾール部位をカチオン化することによって水溶化させたカルバゾール誘導体(Im^+)_2Czと二本鎖DNAとして広く用いられるCalf Thymus(ct-)DNAとの複合化を見出している。形成する複合体について吸収、CDスペクトル測定を始めとした各種分光分析により検討を行い、DNAと(Im^+)_2Czとで形成する複合体の予想構造及び形成メカニズムを明らかにした。本年度は、形成する二種類の複合体についてNMR測定や質量分析を行い、形成する構造についての考察を行った。また、エチルカルバゾールの3,6位から三重結合を介してイミダゾリウムを連結させている(Im^+)_2Czをモデル分子として、参照化合物を合成し、それぞれ(ct-)DNAとの相互作用について検討を行った。参照化合物としては、エチル基より長いアルキル基である(S)-2メチルブチル基を導入した、カチオン性キラルカルバゾール誘導体[c-(IM^+)_2Cz]および、イミダゾリウム導入位置をカルバゾールの2,7位に変更した[2,7-(Im^+)_2Cz]を参照化合物として合成した。これらふたつの参照化合物においては(Im^+)_2Czと同様に、DNAの濃度変化に応答した二段階の構造体形成が確認された。以上の結果から、(Im^+)_2Czのような、高い水溶性を持たず、カルバゾール骨格とイミダゾリウムを三重結合で連結する構造をもつカチオン性分子は、DNAと二段階で構造体を形成することが示された。一方で、(Im^+)_2CzはDNA四重鎖とは一段階で複合体を形成し、DNA二重鎖の場合とは異なり、単一の結合状態を有することが分かった。このことから(Im^+)_2Czは複合体形成の様式の違い(一段階及び二段階)によって、二重鎖と四重鎖を区別して識別することの出来る全く新しいプローブとして機能することがわかった。本年度は、イミダゾール部位をカチオン化することによって水溶化させたカルバゾール誘導体(Im^+)_2Czを合成した。この(Im^+)_2Czと一般的な二本鎖DNAとして広く用いられるCalf Thymus(ct-)DNAとの相互作用について、吸収、CDスペクトル測定を始めとした各種分光分析により検討を行い、DNAと(Im^+)_2Czとが相互作用することで形成する複合体の構造及び形成メカニズムを明らかにした。以下に具体的な研究実施状況を報告する。(Im^+)_2CzのTrisbuffer水溶液にct-DNA水溶液を添加すると、ct-DNAの濃度変化に応答した2段階のスペクトル変化が各種分光分析において観測された。ct-DNA滴定に応じて2つの等吸収点が見出され、段階的に2種の複合体が形成されることが示された。吸収スペクトルの変化から、ct-DNAが低濃度と高濃度の条件下で(Im^+)_2Cz 1分子とct-DNA塩基対とがそれぞれ1:1(Binding State I)及び1:5(Binding State II)の組成比で複合体を構築することが分かった。二段階目の反応における平衡定数を算出することでエネルギー差(ΔG)を見積もったところ、Binding State IとIIとが互いにエネルギー差の小さいフラットなポテンシャルエネルギー曲面に存在することがわかった。このことが、ct-DNAの濃度変化に応答した可逆な複合体切り替えを可能にしていると考察される。さらにこれら複合体形成によって発現する機能について評価するため、それぞれのBinding Stateに対するDNA分解酵素(DNase I)の活性を比較した。その結果、Binding State Iに対してDNase Iはほとんど酵素活性を示さないが(OFF)、一方でBinding State IIに対してはDNAに対する活性とほぼ同等の活性を示した(ON).このことから(Im^+)_2CzがDNAと複合体を形成することで分解酵素の活性を切り替える分子として機能することがわかった。今後は、DNA四重鎖と(Im^+)_2Czとの相互作用について、同様の測定および解析を行うことで明らかにする予定である。

以上の結果から、(Im^+)_2Czのような、高い水溶性を持たず、カルバゾール骨格とイミダゾリウムを三重結合で連結する構造をもつカチオン性分子は、DNAと二段階で構造体を形成することが示された。一方で、(Im^+)_2CzはDNA四重鎖とは一段階で複合体を形成し、DNA二重鎖の場合とは異なり、単一の結合状態を有することが分かった。このことから(Im^+)_2Czは複合体形成の様式の違い(一段階及び二段階)によって、二重鎖と四重鎖を区別して識別することの出来る全く新しいプローブとして機能することがわかった。本年度は最初に水溶性新規分子の合成に取り組みました。実験計画上では親水基を導入することで水溶化を実現する予定でしたが、より簡単かつ高収率で合成できる方法に変更して目的を達成しました。次に、本来の研究目標であるDNA四重鎖の構造制御を行うための予備実験として、二本鎖DNAのモデルとして一般的に使われる天然由来のDNAを用いた検討を行いました。今回合成した水溶性分子とDNAとの相互作用を吸収、CD、蛍光スペクトルなどの各種分光分析により確認したところ、予想通りDNAと有機分子の濃度比に応答した二段階の複合体形成が観測されました。これら複合体の形成について、物理化学の観点からさらに詳細な検討を行い、段階的複合体形成のメカニズムを解明することに成功しました。二本鎖DNAで確立した実験手法や実験結果を参考にし、新規に合成に成功した水溶性カルバゾール誘導体をDNA四重鎖へと導入することを試みる予定です。さらにDNA四重鎖とカルバゾール誘導体の複合体形成だけでなく、複合体形成が四重鎖に及ぼすDNA四重鎖安定性などの物性変化の評価にも取り組む予定です。
人体汚染の長期的および広域的変動

1.長期的変動日本各地の縄文、弥生、古墳、鎌倉、室町・江戸時代の遺跡から発堀された古人骨について元素分析を行なった。方法論上の問題として骨の部位による変動、前処理の方法による差異、骨の土壌による汚染の影響と洗浄効果等について検討し、それらの結果をふまえて助骨中元素濃度の時代による変動、地域差、出土状況の異なる遺跡の種類による変動等について解析を行なった。江戸時代の骨は有機物の残存量が大きく、それに伴い骨の主要な成分であるカルシウム、リン濃度は低値を示した。一方、この時代の骨は、土壌汚染を受けていない遺跡から出土したものでも鉛濃度が高く、江戸時代に生活環境の鉛による汚染が進行した可能性の大きいことが示唆された。更に、現代人骨については、鉛濃度は江戸時代に比べむしろ低値であることが示された。2.広域的変動南米各地において集団居住する日本人の毛髪中微量元素濃度が地域により異なることが明らかとなり、その変動要因について、食生活との関連、利用している水や土壌の影響等について分析を行なった。尿中濃度についても地域による変動が認められたが、毛髪でみられた地域差とは必ずしも一致しなかった。また、パプアニューギニアより収集した食物、毛髪中微量元素濃度を測定し、工業的汚染源のない地域におけるこれら諸元素の変動の要因について解析を進めた。汚染元素のひとつである水銀濃度は魚類次いで爬虫類で高く、魚の摂取量の多い地域で水銀摂取量推定値は最も高かった。この推定値と毛髪中水銀濃度との関連について検討した。一方、国内においては、過去にカドミウムやメチル水銀の汚染のあった地域の住民の健康調査を行ない、現在におけるこれら汚染の影響について検討を行なった。また住民より収集した生体試料中微量元素濃度についてのデータを集積した。
代数的手法に基づく並列計算システムの仕様記述・検証の基礎的研究

並列計算システムの形式性,記述性,理解性,簡潔性に優れた仕様記述ならびに検証のための体系の基礎を確立することを目的に,本年度は, (1)MilnerのCCSの拡張とそれに基づくHoareのモニタの動作記述,並びに,(2)項書き換え系の代数的意味論に関する研究を行い,所期の目的を達成した.(1)については,動作体と呼ばれる計算単位が,互いに同期して通信しながら計算を進める並列計算のモデルであるMilnerのCCSモデルに拡張を施し,それを用いてHoareのモニタの動作の記述を行い,(a)排他制御と同期メカニズムの明示的記述のできることを示すと共に(b)並列計算システムにおけるデータの概念を明確にすることができた.これらの成果は,並行プログラムにおけるデータ型の仕様記述言語の設計に応用できる.(2)については,無あいまい線形項書き換え系を抽象計算機械として捉え, Scott的な枠組みでその代数的意味論を与え,その諸性質を明らかにして,抽象データ型の代数的仕様記述法へのその寄与を明らかにした.すなわち,無限大に対する項書き換えを考え,無限木に対する近似正規形を与え,これを用いて必ずしも停止するとは限らない書き換えの極限を定式化することによって,項書き換え系の意味は,無限木の集合の上の巾等な連続写像として与えた.更に,この意味論を代数的な観点から検討し,次のような結果を示した.まず,この写像から導かれる無限木の集合上の同値関係が,代入と両立するような合同関係であることを示し,この結果を用いて,この合同関係から定まる商代数はADJの提案した連続代数になっていること,および,この同値関係が妥当であるようなすべての連続代数からなるクラスに対する自由代数になっていることを明らかにした.これらの諸結果は,代数的仕様記述法の基礎を与えるものである.並列計算システムの形式性,記述性,理解性,簡潔性に優れた仕様記述ならびに検証のための体系の基礎を確立することを目的に,本年度は, (1)MilnerのCCSの拡張とそれに基づくHoareのモニタの動作記述,並びに,(2)項書き換え系の代数的意味論に関する研究を行い,所期の目的を達成した.(1)については,動作体と呼ばれる計算単位が,互いに同期して通信しながら計算を進める並列計算のモデルであるMilnerのCCSモデルに拡張を施し,それを用いてHoareのモニタの動作の記述を行い,(a)排他制御と同期メカニズムの明示的記述のできることを示すと共に(b)並列計算システムにおけるデータの概念を明確にすることができた.これらの成果は,並行プログラムにおけるデータ型の仕様記述言語の設計に応用できる.(2)については,無あいまい線形項書き換え系を抽象計算機械として捉え, Scott的な枠組みでその代数的意味論を与え,その諸性質を明らかにして,抽象データ型の代数的仕様記述法へのその寄与を明らかにした.すなわち,無限大に対する項書き換えを考え,無限木に対する近似正規形を与え,これを用いて必ずしも停止するとは限らない書き換えの極限を定式化することによって,項書き換え系の意味は,無限木の集合の上の巾等な連続写像として与えた.更に,この意味論を代数的な観点から検討し,次のような結果を示した.まず,この写像から導かれる無限木の集合上の同値関係が,代入と両立するような合同関係であることを示し,この結果を用いて,この合同関係から定まる商代数はADJの提案した連続代数になっていること,および,この同値関係が妥当であるようなすべての連続代数からなるクラスに対する自由代数になっていることを明らかにした.これらの諸結果は,代数的仕様記述法の基礎を与えるものである.
癌原物質の活性化を行うヒト肝スルホトランスフェラーゼの構造と遺伝的多型の解析

N-ヒドロキシアセチルアミノフルオレンの活性化を触媒するスルホトランスフェラーゼのcDNAをラット肝ライブラリーより単離し、その一次構造を決定した。その結果従来の酵素とは約50%程度の相同性を示すのみであり、新規遺伝子サブファミリーに属する酵素(STICI)であることがわかった。このcDNAをCOS-1細胞に発現してN-ヒドロキシアセチルアミノフルオレンの活性化能を既に単離した他分子種の活性と比較したところ新規酵素は少なくとも70倍以上の高い活性化能を持つことが明らかとなった。このcDNAから予想されるスルホトランスフェラーゼのN-末端付近のアミノ酸配列は我々が雄性ラットの肝より分離精製したHAST1の2ペプチド断片の配列と完全に一致した。HAST1について我々はその発現が成長ホルモンによって行なわれていることを明らかにしており、本cDNAの単離によって分子レベルでの発現調節の研究が可能となった。次に本酵素cDNAをプローブとしてヒト肝cDNAライブラリーを検索した。3個のヒトcDNAライブラリーからヒト相同クローンの単離を試みたが陽性クローンの数は少なかった。現在ゲノムライブラリーを検索しており数個の陽性クローンを得ている。これら実験と平行してラットST1A1cDNAに相同性を示すヒト肝スルホトランスフェラーゼのcDNAクローニングを行い、2種の互いに高い相同性を示すcDNAを単離した。これらcDNAはそれぞれ新規ST1A2およびST1A3をコードすることが明らかとなった。両分子種は290個のアミノ酸から構成され、12ヵ所に違いが認められた。ヒト遺伝子を解析した結果両分子種は互いに近接して存在することがわかった。遺伝子配列とcDNA配列に数個の違いがあり、遺伝的多型との関連につき現在更に詳細な検討を行っている。
二次元ナノシートの階層的集積構造に基づく電荷移動の制御とその応用

平成30年度は、2段階再凝集プロセス法により異種ナノシートの複合化を行った。この方法では、ナノシートの再凝集を起こすのに必要なプロトン濃度の閾値が酸化チタンナノシートと硫化モリブデンナノシートとで異なる点に着目し、厚みが10-15ナノメートルの酸化チタンナノシート再積層体に厚み1ナノメートル以下のモノレイヤーの硫化モリブデンナノシートが吸着した複合材料を作製することができた。硫化モリブデンナノシートは水素生成反応の活性サイトを豊富に持ち、また酸化チタンの電子アクセプターとして働くため、酸化チタン光触媒の効率的な助触媒として機能することが期待できる。作製した複合材料は実際に、単独の酸化チタンナノシート再積層体や硫化モリブデンナノシートを吸着させた酸化チタンナノ粒子よりも高い水素生成光触媒活性を持つことがわかった。当該研究課題ではこれまでに、還元型酸化グラフェンとのヘテロ接合により酸化チタンナノシート上で光生成する電子・正孔対を空間的に分離することにより再結合を抑制し、光誘起親水化活性を向上できることを見出した。また、酸化マンガンナノシートと還元型酸化グラフェンを原子層レベルで交互にヘテロ積層した複合材料を開発し、電極抵抗の低減やレドックスサイクルの安定化により蓄電デバイスの高容量化と長寿命化を達成できた。このように、研究期間全体を通した成果として、異なる種類の二次元ナノシートを階層的に集積させた構造を構築することでその界面におけるナノシート間の効率的な電荷移動に基づくさまざまな特性の向上を達成できた。平成28年度は、異種ナノシートとのヘテロ接合により光電荷分離効率が向上するか、また、分離した電荷を反応に利用できるかについて、酸化チタンナノシートの光誘起超親水化特性に着目して検討を行った。超親水性の発現には光生成した正孔が重要な役割を担っており、酸化チタンナノシートの励起電子を別のナノシートに移動させることにより正孔をより効率的に利用できると期待される。そこで、電子アクセプターとして働く還元型酸化グラフェンとのヘテロ構造膜を作製し、光誘起超親水化反応におけるヘテロ接合の効果について調べた。まず、層状化合物を単層剥離して得た各種ナノシートの分散液を用いて、レイヤーバイレイヤー法により基板上にナノシート単層膜やヘテロ構造膜を作製した。次に、得られたヘテロ構造膜の光誘起親水化特性について検討した。還元型酸化グラフェン単層膜の上に酸化チタンナノシート単層膜を積層したヘテロ構造膜は、酸化チタンナノシート単層膜よりも2.8倍高い親水化活性を示すことがわかった。これは、酸化チタンナノシートの励起電子が還元型酸化グラフェンに移動するために正孔との再結合が抑制され、親水化を誘起する正孔をより効率的に利用できたためと考えられる。一方、窒素雰囲気下で同様の検討を行うと親水化活性は著しく低下し、還元型酸化グラフェンとの接合による活性の向上は得られないことがわかった。これらのことから、ヘテロ接合による活性の向上は、酸化チタンナノシートから空気中の酸素への電子移動プロセスが還元型酸化グラフェンを介して促進されることに起因すると結論づけられた。以上のことから、異なる電子構造を持つナノシートのヘテロ接合により光電荷分離効率が向上することが明らかとなり、高効率な光触媒や太陽電池、発光デバイスなどへの応用が期待できる。酸化チタンナノシートに還元型酸化グラフェンをヘテロ接合させることにより、酸化チタンナノシートの光誘起親水化活性が2.8倍に向上することを見出した。これは、酸化チタンナノシートの励起電子が還元型酸化グラフェンに移動することにより正孔との再結合を抑制し、正孔を効率的に親水化反応に利用できたためと考えられる。本研究の当初の目的である、異種ナノシートとのヘテロ接合による光電荷分離効率の向上や分離した電荷の光誘起親水化反応への利用を実現でき、また、これらの成果をJ. Phys. Chem. C誌で発表することができた。平成29年度は、レドックス活性なナノシートに着目し、異種元素のドーピングや異種ナノシートとのヘテロ積層がナノシートの電気化学特性に与える影響について調べた。レドックス活性なナノシートの一つである酸化マンガンナノシートのマンガンを一部コバルトに置換したナノシートを合成し、その電気化学特性について検討した。コバルトをドープした層状マンガン酸化物を出発物質として用い、プロトン交換後、水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液中で振とうすることにより、単層に剥離したナノシート分散液を得た。コバルトのドープ量に応じてレドックス電位がシフトし、光学特性から見積もられる電子準位のシフトと一致することがわかった。また、レドックスサイクルに対するナノシートの安定性がコバルトのドープにより向上することを見いだした。一方、酸化マンガンナノシートと還元型酸化グラフェンが交互に積層した複合材料を開発し、蓄電デバイスの高容量化と長寿命化を達成した。複合材料を負極活物質として作製したコインセルは、カーボンを負極とする従来のリチウムイオン電池に比べて2倍以上の負荷容量が得られた。また、レドックスサイクルあたりの容量減少は0.004-0.008%であり、既知の材料の中で最も長いサイクル寿命であった。還元型酸化グラフェンとの複合化により電極の抵抗が低下したことや、酸化マンガンナノシートが還元型酸化グラフェンとの積層により空間的に隔離されレドックスサイクルが安定化したことが特性向上に寄与したと考えられる。

以上のことから、ナノシートへの異種元素のドープや異種ナノシートとのヘテロ積層により、レドックス反応に対するナノシート材料の安定性が向上することが明らかとなり、蓄電デバイスやエレクトロクロミックデバイスなどへの応用が期待できることがわかった。一年目は、酸化チタンナノシートに還元型酸化グラフェンをヘテロ接合させることにより、酸化チタンナノシートの光誘起親水化活性が向上することを見出した。これは、酸化チタンナノシートの励起電子が還元型酸化グラフェンに移動することにより正孔との再結合を抑制し、正孔を効率的に親水化反応に利用できたためと考えられる。異種ナノシートとのヘテロ接合により光電荷分離効率が向上し、分離した電荷の光誘起親水化反応への効率的な利用を実現できた。これらの成果はJ. Phys. Chem. C誌で発表することができた。二年目は、酸化マンガンナノシートを還元型酸化グラフェンと原子層レベルで交互にヘテロ積層した複合材料を開発した。複合化により、電極抵抗の低減やレドックスサイクルの安定化が得られ、蓄電デバイスの高容量化と長寿命化を達成できた。これらの成果はACS Nano誌で発表することができた。異種ナノシートのヘテロ積層により、当初の目的である光電荷分離効率の向上のみならず、蓄電デバイスとしての特性向上も達成することができた。平成30年度は、2段階再凝集プロセス法により異種ナノシートの複合化を行った。この方法では、ナノシートの再凝集を起こすのに必要なプロトン濃度の閾値が酸化チタンナノシートと硫化モリブデンナノシートとで異なる点に着目し、厚みが10-15ナノメートルの酸化チタンナノシート再積層体に厚み1ナノメートル以下のモノレイヤーの硫化モリブデンナノシートが吸着した複合材料を作製することができた。硫化モリブデンナノシートは水素生成反応の活性サイトを豊富に持ち、また酸化チタンの電子アクセプターとして働くため、酸化チタン光触媒の効率的な助触媒として機能することが期待できる。作製した複合材料は実際に、単独の酸化チタンナノシート再積層体や硫化モリブデンナノシートを吸着させた酸化チタンナノ粒子よりも高い水素生成光触媒活性を持つことがわかった。当該研究課題ではこれまでに、還元型酸化グラフェンとのヘテロ接合により酸化チタンナノシート上で光生成する電子・正孔対を空間的に分離することにより再結合を抑制し、光誘起親水化活性を向上できることを見出した。また、酸化マンガンナノシートと還元型酸化グラフェンを原子層レベルで交互にヘテロ積層した複合材料を開発し、電極抵抗の低減やレドックスサイクルの安定化により蓄電デバイスの高容量化と長寿命化を達成できた。このように、研究期間全体を通した成果として、異なる種類の二次元ナノシートを階層的に集積させた構造を構築することでその界面におけるナノシート間の効率的な電荷移動に基づくさまざまな特性の向上を達成できた。還元型酸化グラフェンとのヘテロ接合による酸化チタンナノシートの光誘起親水化特性の向上は、酸化チタンナノシートの励起電子が(1)還元型酸化グラフェンに移動し、(2)還元型酸化グラフェン中を拡散し、(3)最終的に空気中の酸素に捕捉される、という三つのプロセスを経ることにより再結合が抑制され、光電荷分離効率が向上したことによると考えられる。今後は、この三つのプロセスのうち、どのプロセスが光電荷分離効率の向上に最も大きく寄与するのかについて調べる。
マクロファージ由来泡沫細胞の形成阻止:新規抗動脈硬化薬開発への応用

北里グループでは、マクロファージ泡沫化に深く関与するアシルCoAコレステロールアシル転移酵素(ACAT)を標的として1万株以上の微生物由来試料に探索研究を行った。その結果、いづれもカビ代謝産物としてパーパクチン、シクロデプシペプチド、グリソプレニン、ピリピロペン及びテルペンドールの新しい骨格を有する化合物を発見できた。特に、ピリピロペンのACAT阻害活性はnMレベルであり、現在まで知られる天然由来ACAT阻害剤の中で最も強力であった。その化学構造からコレステロールと拮抗すると予想される。ハムスターを用いた腸管からのコレステロール吸収阻害活性も認められたことから、他のin vivo系でも評価しその有効性を確認していきたい。さらにこれら阻害剤をリード化合物としてより初力の強い誘導体合成への発展も期待される。東大グループでは、マウス腹腔マクロファージを人工リポソームで培養することにより泡沫化を惹起させる評価系を開発し、その泡沫化がリソール系抗真菌剤(ケトコナゾール、エコナゾール等)及びある種のステロール誘導体により特異的に阻害される事を見い出した。特に、ステロール骨格のC-17或いは20位にケト基を持つステロイドが、取り込んだコレステロールのリゾソームから小胞体への輸送を特異的に阻害する事実を見い出した。さらに、これらステロイド系阻害剤の作用が可逆的であることがわかり、コレステロールのリソソームからの輸送系を選択的に調べる評価系も作製する事に成功した。この系を用いることによりコレステロールのリソソームからの輸送には、リソソーム内の低pHが必須である事が明らかになった。ステロイド系阻害剤は、恐らくリソソーム膜に存在するプロトン濃度勾配を利用したコレステロール輸送システムに作用するものと考えられた。北里グル-プでは、マクロファ-ジ泡沫化に関与するとされる一酵素アシルCoA:コレステロ-ルアシル転移酵素(ACAT)を標的とし、微生物代謝産物中よりその阻害剤の探索研究を実施した。その結果、一糸状菌<Penicillium>___ーsp.の培養液中よりパ-パクチンと命名した新規ACAT阻害剤を発見した。その構造解析を行うと同時に約10種の誘導体を調製し、J774細胞や東大グル-プで開発したマクロファ-ジ泡沫化系を用いて、細胞レベルにおいてもコレステロ-ルエステルの蓄積を抑制することを確認した。また、毒性とACAT阻害活性に関する構造活性相関を示すこともできた。現在、さらに優れた阻害剤を求めて探索中である。一方、東大グル-プではマクロファ-ジ泡沫化における細胞内でのコレステロ-ル輸送機構の解明に着手し、興味ある新しい知見を蓄積しつつある。先ず、この輸送機構はコレステロ-ルの構造、特にその側鎖構造の認識が重要な役割を果たしており、ある種のアゾ-ル系抗真菌剤がこの輸送過程を特異的に阻害することを見い出した。この結果は、今までに報告されているステロ-ルキャリアタンパク質とは異なるタンパク質の存在を示唆するものである。更に最近、ある種のコレステロ-ル酸化誘導体が、コレステロ-ル輸送過程を強力かつ特異的に阻害することを明らかにした。この低分子化合物は、化学的に“不活性"であることから、コレステロ-ル輸送に直接競合して阻害している可能性が予想される。そこで現在、この化合物の放射標識体を入手しその細胞内動態の追跡と未知輸送タンパク質の同定をすすめている。また、このような輸送タンパク質の解析は、マクロファ-ジ泡沫化阻害のさらに新しい標的として、天然物からの探索研究への応用にもつながるものと期待される。北里グル-プは、引き続きマクロファ-ジ泡沫化に関与する酵素アシルCoAコレステロ-ルアシル転移酵素(ACAT)を標的とした阻害剤の探索研究を行なった。

今回新たに、カビ代謝産物中よりエニアチン群及びボ-ベリシンなどシクロデプシペプチド系抗生物質がACAT阻害活性を有することを見い出し、新しいエニアチン成分も発見した。これら化合物を細胞系を用いて評価したところ、ボ-ベリシンのACAT阻害作用が最も強くしかも選択性に優れていることが判明し、この作用は既に知られているイオノフォア-活性に由来する抗菌活性とは相関しないと考えている。また、他のカビ代謝産物中よりグリソプレニンと命名した新規化合物群も発見しACAT阻害活性及びその構造について解析している。東大グル-プでは、前年度に引き続きマクロファ-ジ泡沫化機構について解析を続けている。これまでの研究により、抗真菌剤として用いられているケトコナゾ-ル等のアゾ-ル系化合物により泡沫化が阻害されること及びこの阻害機構がリソゾ-ムから小胞体へのコレステロ-ルの輸送過程に働いていることなどを明らかにしてきた。この機構を更に解析した結果、ケトコナゾ-ル存在下において、外からマクロファ-ジ内に取り込まれたコレステロ-ルは、恐らく酸化型コレステロ-ルへと一部が変換され、この物質がコレステロ-ルのエステル化を阻害していることが明らかになった。現在、この物質の構造を解析中である。更に、予想されるコレステロ-ル酸化体を合成したところ、これらもコレステロ-ルエステルの生成阻害活性を示すことが判明した。これら化合物の標的を探し出す目的で、放射標識したコレステロ-ル酸化体の光親和性化合物を合成し、その結合物を探索中である。北里グループでは、マクロファージ泡沫化に関与するアシルCoAコレステロールアシル転移酵素(ACAT)の阻害剤としてカビ代謝産物中より、パーパクチン、シクロデプシペプチド、グリソプレニン、ピリピロペン及ビFO-2546など新しい骨格を有する化合物を発見できた。特に、ピリピロペンのACAT阻害活性はnMレベルであり、現在まで知られる天然由来ACAT阻害剤の中で最も強力であった。その構造は、コレステロールと類似しておりコレステロールと拮抗すると予想している。さらにハムスターを用いた腸管からのコレステロール吸収阻害活性も認められたことから、他のin vivo系でも評価すべきと考えている。また、ピリピロペンをリード化合物とした誘導体合成への発展も期待される。一方、東大グループは、これまでの研究からマクロファージの泡沫化がアゾール系抗真菌剤(ケトコナゾール、エコナゾール等)、およびある種のステロール誘導体により特異的に阻害される事を見いだした。特に、ステロール骨格のC17位あるいはC21位にケト基を持つステロイドが、取り込んだコレステロールのリソゾームから小胞体への輸送を特異的に阻害する事実を見いだした。さらにこれらステロイド系阻害剤の作用が可逆的であることがわかり、コレステロールのリソゾームからの輸送系を選択的に調べるアッセイ系を作製する事に成功した。この系を用いることにより、コレステロールのリソゾームからの輸送には、リソゾーム内の低pHが必須であることが明らかとなった。ステロイド系阻害剤は、恐らくリソゾーム膜に存在するプロトンの濃度勾配を利用したコレステロール輸送システムに作用するものと考えられた。
うず流量計による管内非定常流れの流量計測に関する基礎的研究

比較的小口径用のうず流量計は、閉塞効果の強い円管内の流れの中にうず放出体を置く構造となっている。従って、本研究では、うず流量計の測定精度の向上のために、うず放出体を円柱と単純化し、円柱表面に働く非定常圧力分布と円柱下流の非定常速度場を測定した。更に、この測定結果から円柱に働く非定常流体力(揚力)と放出されるうずの構造の特徴を明らかにした。実験で用いた円柱と円管の直径比β(絞り比)は、0.204から0.510までの4種類であり、詳細な測定は、市販のうず流量計を想定して、β=0.306の流れに対してなされた。得られた主な結果は次の通りである。(1)円管の閉塞効果により円柱上非定常圧力は、β=0.306のとき最大振幅となる。一方、β=0.510では圧力の変動はきわめて小さく、明確なうずが放出されていない。(2)円柱上の非定常圧力分布は、はく離点近傍で最大となる。この圧力分布形状は、円柱スパン中央部の約半スパンにわたって同一の形状をしており、二次元的な分布となっている。しかし、円管壁近傍では急速に減少する。(3)一方、円柱に働く局所非定常揚力の大きさは、スパン中心から円管壁にかけて漸減し、圧力分布よりも強い三次元性を示している。局所揚力の位相は円柱スパン方向に全く変化しない。(4)円柱下流に放出されるうずは、通常のカルマンのうず列とは異なり、円管の閉塞効果により交互に向きを変えたうずが直線上に配列される構造を示す。また、うずの円柱スパン方向の長さは約半スパンであり、円柱上非定常圧力分布の結果と一致している。(5)局所非定常揚力の大きさは、流れのレイノルズ数Reにより大きく変化し、Re【!】【10^4】で最大値0.78を示す。
ミジンコの形態形成遺伝子の機能と分子進化

1)ミジンコHox遺伝子の発現時期および領域の特定研究代表者がクローン化したミジンコのUbx/Abd-Aタンパク質に保存されている配列を認識するモノクローナル抗体を用いて、ミジンコ全胚に対する免疫染色を行った。その結果、これらの遺伝子産物は形態がよく似た第2、第3、第4胸脚で発現をしているが、形態の全く異なった第1および第5胸脚では全く発現が見られなかった。ミジンコと同じ甲殻類に属するブラインシュリンプでは、胸脚の形態はほぼ同じであり、Ubx/Abd-Aタンパク質はこれら全ての胸脚で一様に発現することがこれまでに明らかになっているが、研究代表者が得た結果と比較すると、ミジンコの胸脚の形態の違いは、異なったHox遺伝子が発現することにより決定されている可能性が示唆された。2)ミジンコの形質転換系の開発ミジンコ由来のレトロポゾンの5'-LTR中にプロモーター活性があるかどうかを確認するために、大腸菌由来のベータ・ガラクトシダーゼをレポーター遺伝子に用いたプラスミドを構築した。現在ミジンコ胚由来の培養細胞株の樹立を試みており、細胞株を樹立でき次第プロモーター活性の有無を確認する予定である。3)ミジンコHox遺伝子ををコードする染色体DNAのクローンミジンコ染色体DNAライブラリーからAntp遺伝子をコードするクローンの単離に成功した。現在塩基配列の決定中である。ミジンコを材料として、甲殻類の形態の多様性と形態形成遺伝子の分子進化の関係を明らかにするために以下の解析を行った。1.形態形成遺伝子、特にHox遺伝子群の構造、構成、機能的特徴の解析既にクローン化していたHox遺伝子cDNA断片をプローブとしてオオミジンコcDNAライブラリーを検索し、新たに3種類のcDNA(Ubx,Scr,abd-Aのホモログ)を単離して塩基配列を決定した。Ubx,abd-Aに共通に保存されたアミノ酸配列を認識するモノクローナル抗体を用いて、ミジンコ全胚に対する免疫染色を行ったところ、ミジンコUbx/abd-Aは、第2、第3胸肢で強く、第4胸肢ではやや弱く発現するが、第1および第5胸肢ではまったく発現していなかった。また、ショウジョウバエにおいてUbxによってその発現が抑えられていることが知られている別のファミリーの形態形成遺伝子であるdll遺伝子のミジンコ・ホモログのcDNAもクローン化し塩基配列を決定中である。現在は、これらの形態形成遺伝子の一部をプローブとし、ミジンコ全胚に対するin situ hybridizationにより、それらの遺伝子の発現時期および発現領域の解析を行いつつある。2.化学物質によって引き起こされる形態形成異常の検出系の開発ミジンコ胚のin vitro発生系を用いて、化学物質により誘起される形態形成異常の効率的な検出系を開発した。
ブレーン重力のダイナミクス

1)DGPブレーンワールドは宇宙項なしに加速膨張宇宙を実現するモデルとして注目されている。しかし、この加速膨張解には運動項の符号が通常と逆のゴーストが存在し、量子力学的に不安定で現実的なモデルではないとされている。しかし、このモデルは通常の5次元EH作用に4次元ブレーン上のEH作用を加えたもので、病的な振る舞いの原因は考えにくい。そこで、モデルに修正を加えてゴーストを消去する試みをおこなった。まず、ゴーストがスピン2の小さな質量を持った重力子に起因するので、2枚目のブレーンをバルク中に導入して質量を大きくしゴーストを消去することを試みた。予想通り重力子の質量は大きくなったが、ゴーストが重力子からブレーンのゆらぎのモードへと移行することがわかった。されに、異なるモデルの修正も試みたが、ゴーストが消えることはなかった。2)ブレーンに局在したブラックホールがホーキング輻射によって反跳を受けブレーンから離脱する可能性ついて、場の理論的なドメインウォールでブレーンをモデル化し背景ブラックホール時空中で場の方程式を解く近似で数値シミュレーションをおこなった。結果、ブレーンの一部がちぎれてブラックホールに吸収されるが、基本的にブラックホールはブレーンからすり抜け、その際にブレーンがブラックホールから切り放される様子を明らかにすることに成功した。さらに、断熱近似で考察し、衝突速度が十分に遅い場合でも、余剰次元が1の場合には常に離脱が起こること、また、2以上の場合には臨界速度が存在することを明らかにし、ブラックホールの蒸発のプロセスを議論した。(1)ブレーンワールドにおける宇宙論的摂動論の定式化と具体的な評価。特に種となる量子揺らぎの初期条件を高次元時空における適当な真空に選んだ場合にどのような揺らぎのスペクトルになるかを数値的に調べた。その結果、スローロールインフレーションでは、乱暴な4次元の有効理論による記述が実は非常に良い近似を与えることが明らかになった。しかし、何故、そのような乱暴な近似が良い精度で正しい答えを与えるのかについては今後の研究課題である。(2)ガウスボンネ重力におけるブラックストリング解ブレーンワールドのモデルをガウスボンネ重力へ拡張すると、kmスケールで重力が変更を受けるようなモデルが原理的には可能になる。重力波干渉計がターゲットとする重力波の波長とこのクロスオーバーのスケールが符合しているので、このモデルにおけるブラックホールを調べることでモデルに制限を与えることができる可能性がある。そのような観点でブラックホール解を構成し、その性質を調べた。DeSitter時空中でmassless scalar場の量子論を考えると、de Sitter不変な真空が病的な振る舞いをすることが知られている。この病的な振る舞いはdeSitter不変でない真空を選ぶことで回避できるが、長時間経つと揺らぎが発散するという性質は避けられない。詳しいことは説明する余裕がないが、この性質がブレーンワールドになった場合にはより深刻ではないかと考えられる理由がある。そこで、簡単なモデルを用いてde Sitterブレーンワールドでmassless scalarが現れる場合の2点関数の振る舞いについて調べた。その結果、通常の別の真空を選ぶという処方では病的な振る舞いを回避することができないことがわかった。特に種となる量子揺らぎの初期条件を高次元時空における真空に選んだ場合に、どのような揺らぎのスペクトルになるかを数値的に調べた。その結果、スローロールインフレーションでは、4次元の有効理論による記述が実は非常に良い近似を与えるのにたいして、インフレーション後の発展はそれとは大きく異なることをしめした。特に、初期条件として量子論的に正しいカルザクラインモードの量子ゆらぎをきちんと取り入れた取り扱いをしなくても、10%程度の精度での評価が可能であることを明らかにした。(2)ブレーン上で生成されたブラックホールのブレーンからの離脱現象ブレーン重力では基本となる重力のエネルギースケールが低くなりえる。このような場合に加速器で到達可能なエネルギー領域でのブラックホール生成が可能であると指摘されている。こうして生成されたブラックホールはホーキング輻射によりプランク分布のエネルギースペクトルを持つ粒子放出をして蒸発すると考えられている。しかしながら、我々はブラックホールがホーキング輻射の反眺によりブレーンからすり抜けることが可能であることを明らかにした。このブラックホールのブレーンからの離脱がおこるとホーキング輻射が突然止まるということがおこり、離脱が起きたかどうかは観測的に決定することができる。また、そのときのブラックホールの温度がブレーンの張力と結びつくことを明らかにした。(3)ゴーストを含まない加速膨張するブレーンモデルの構成DGPブレーンワールドモデルは宇宙項によらない加速膨張解をもつがゴーストを含む。加速膨張解を持つという性質を変えずに、このゴーストを消すようなモデルの変更をおこなうことが可能であるかを調べた。

予想通り重力子の質量は大きくなったが、ゴーストが重力子からブレーンのゆらぎのモードへと移行することがわかった。されに、異なるモデルの修正も試みたが、ゴーストが消えることはなかった。2)ブレーンに局在したブラックホールがホーキング輻射によって反跳を受けブレーンから離脱する可能性ついて、場の理論的なドメインウォールでブレーンをモデル化し背景ブラックホール時空中で場の方程式を解く近似で数値シミュレーションをおこなった。結果、ブレーンの一部がちぎれてブラックホールに吸収されるが、基本的にブラックホールはブレーンからすり抜け、その際にブレーンがブラックホールから切り放される様子を明らかにすることに成功した。さらに、断熱近似で考察し、衝突速度が十分に遅い場合でも、余剰次元が1の場合には常に離脱が起こること、また、2以上の場合には臨界速度が存在することを明らかにし、ブラックホールの蒸発のプロセスを議論した。
高血糖曝露により生じる胎児の左右軸形態異常に関する分子機構の解明

ストレプトゾトシンを腹腔内投与することにより糖尿病を誘発した母体から得られた胎児に発生遅延、頭部・体節形成異常が観察された。また母体の血糖値と心臓の左右形態異常の頻度、側板中胚葉でのPitx2の発現パターンの間に相関性が見られた。一方、マウスのlate head fold期の胚を高濃度のグルコース添加条件で全胚培養を行ったところ、コントロール培地と比較して高グルコース培地では多くの胚で左右非対称性が崩壊していた。これらの個体では側板中胚葉におけるNodalとPitx2の発現の左右非対称性がランダマイズしていることを明らかにした。また左右軸決定の初期ステップである原始結節のクラウン細胞でのNodal、Cerl2の発現が、高グルコース培地で培養した胚では低下しており、この要因がノードにおける活性型NOTCH(NICD)の減弱によることを見出した。またWnt3aのシス解析で特定した2ヶ所の原条エンハンサーの一つにCRISPR/Cas9で変異を導入したマウスを作出し、8.5日胚の原条におけるWnt3aの発現の低下を確認した。ストレプトゾトシンで誘発した糖尿病母体に給餌制限を行い、心臓形態の異常、側板中胚葉でのPitx2の発現パターンを詳細に検討しているが、餌のロット毎に栄養成分が大きく異なり、安定した実験結果が得られない。レチノイン酸シグナルを反映するレポーターマウスの作出を行なったが、供与されたプラスミドベクターとその配列情報に誤りがあり、未だレポーターマウスが得られておらず、作出を継続している。餌の各ロットの栄養成分を解析して、マウスへの給餌コントロールを行うとともに、全胚培養で培地にレチノイン酸を添加して胚の左右軸異常への影響を確認する。レチノイン酸シグナルレポーターマウスを作出し、ストレプトゾトシン投与により糖尿病を誘発して胚のレチノイン酸シグナルの変動を観察する。初年度は当研究室で既に保有している機械で解析することが可能であったため、新たな機材を購入せずに実験を遂行した。また予算の多くを占める予定の動物購入費に関しても、初年度については当研究室で飼育しているマウスを用いた解析が多かったため、初年度の予算は次年度に持ちこすこととなった。