hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
筋萎縮関連ユビキチンリガーゼ Cbl-b のリン酸化による構造変化と機能調節

リン酸化によるCbl-bのユビキチンリガーゼ活性の調節機構の構造的基盤を解明するために、まず、リン酸化状態を模倣したCbl-b39-465Y363E変異体の大量調製系を確立し、結晶化に適した高純度の蛋白質試料を得た。さらに、この試料を用いて結晶化条件の探索を行った。しかし、2012年1月にHuangらのグループから同じファミリー蛋白質であるc-Cblのリン酸化状態の結晶構造が報告されてしまった。そこで、当初の研究計画を変更し、Cbl-bと基質であるリン酸化状態のIRS-1との結合に着目した研究を行った。リン酸化状態のIRS-1を模倣したペプチドとCbl-bの基質認識ドメインであるTKBドメインとの複合体結晶構造解析を行い、その結合様式の詳細を明らかにした。"unloading(負荷軽減)"による筋萎縮の原因蛋白質であるCbl-bは、ユビキチン-プロテアソーム依存性の蛋白質分解経路において、ユビキチンを基質に付加する反応を触媒するユビキチンリガーゼ(E3)として働き、筋芽細胞の重要な増殖シグナル分子IRS-1の分解を促進する。本研究では、Cbl-bのE3活性に必須であるY363のリン酸化に着目し、リン酸化によるCbl-bのユビキチンリガーゼ活性の調節機構の構造的基盤を解明することを研究の目的として行った。前年度までに、リン酸化状態を模倣したCbl-b Y363E(39-465)変異体の大量調製系の確立・結晶化条件の探索を行ったが、年度末に、海外のグループから、c-Cblのリン酸化状態の結晶構造が報告され、リン酸化に伴う構造変化及び活性発現機構が明らかにされた。c-CblとCbl-bのアミノ酸配列上の相同性から、Cbl-bにおいても同様の現象が起こっていることが予想された。そこで、当初の研究計画を変更し、今年度は、Cbl-bと基質であるリン酸化状態のIRS-1との結合に着目し、基質認識機構を明らかにすることを試みた。はじめに、IRS-1のリン酸化サイトを模倣したとCbl-bの基質認識ドメインであるTKBドメインとの複合体結晶構造決定を行った。その結果、このペプチドがリン酸化チロシンを中心に、TKBドメインの塩基性アミノ酸に富むポケットと結合していることがわかった。また、既に報告されているTKBドメインとリン酸化チロシン含有ペプチドの複合体構造と比較した結果、このペプチドとCbl-b TKBドメインの間のみ見られる特異的な相互作用を見出した。"unloading(負荷軽減)"による筋萎縮の原因蛋白質であるCbl-bは、ユビキチン-プロテアソーム依存性の蛋白質分解経路において、ユビキチンを基質に付加する反応を触媒するユビキチンリガーゼ(E3)として働き、筋芽細胞の重要な増殖シグナル分子であるIRS-1の分解を促進する。Cbl-bのE3活性には、363番目のチロシンリン酸化が必須である。このリン酸化に伴うCbl-bの構造変化は、E3活性の発現に重要な役割を果すことが期待されるが、その詳細なメカニズムは明らかになっていない。そこで、本研究では、Cbl-bを対象とした構造生物学的研究を通じて、リン酸化によるCbl-bのユビキチンリガーゼ活性の調節機構の構造的基盤を解明することを目的とした。平成23年度は、まず、恒常的にユビキチンリガーゼ活性を持つ、リン酸化状態を模倣したCbl-b Y363E変異体(39-465:基質認識に関与するTKBドメインから触媒ドメインまでの領域)の大量発現・精製系の確立及び結晶化条件の探索を行った。大腸菌内でGST-SUMOとの融合タンパク質としてCbl-b Y363E(39-465)を発現させ、単離することにより、結晶化に必要な高純度タンパク質を十分量精製することができた。結晶化条件の探索では、0.2M Ammonium phosphate dibasic/20% PEG3350の条件にて、比較的良好な結晶が得られた。この結晶を用いてX線回折実験を行ったが、現在までのところ、良好なX線回折データは得られていない。抗ユビキチン化ペプチドCblinや基質アナログであるリン酸化ペプチドとの共結晶化も試みたが、改善されなかった。平成23年度は、Cbl-b Y363E(39-465)変異体の大量調製系の確立と結晶化条件の探索を行う計画であった。前者の結晶化に必要な純度と量を得るための大量調製系の確立に関しては、比較的早く達成することができた。

一方、後者の結晶化条件の探索に関しては、0.2M Ammonium phosphate dibasic/20% PEG3350の条件にて結晶が得られたが、その後のX線回折実験では、良好なX線回折データは得られなかった。抗ユビキチン化ペプチドCblinや他の基質アナログとの共結晶化の検討も行ったが改善されなかった。上記のように、平成23年度までに構造解析可能なX線回折データが得られなかったため、「やや遅れている。」と判断した。平成23年度は、Cbl-bのチロシンリン酸化による構造変化を調べるために、リン酸化状態を模倣したCbl-b Y363E(39-465)変異体の結晶化のための大量調製系の確立及び結晶化条件の探索を行った。結晶化スクリーニング実験を試みた結果、市販のキットで良好な結晶を得ることができた。その後、この結晶のX線回折実験を行ったが、良好なX線回折データを得ることができなかった。また、ごく最近になって、海外のグループから同じファミリータンパク質であるc-Cblのリン酸化状態の結晶構造が報告され、リン酸化に伴う構造変化及び活性発現機構が明らかにされた。c-CblとCbl-bのアミノ酸の配列上の相同性から、Cbl-bもc-Cblと同様の現象がおこっていることが予想される。したがって、当初の研究計画を変更する必要性が生じた。今後は、Cbl-bと基質であるチロシンリン酸化状態のIRS-1の結合に着目し、その相互作用様式を明らかにしていく予定である。研究の進行の遅れや研究計画の変更に伴い、前年度に引き続き平成24年度も、X線構造解析のための結晶化条件の探索を行う予定である。また、前年度では、よい結晶が得られなかったことに伴い、放射光施設での測定回数が予定よりも少なかったため、出張費、消耗品、測定にかかる費用等(650,899円)が繰越になった。この繰越金は、次年度の放射光施設での測定にかかる費用として使用する予定である。次年度の研究費は、標的タンパク質の結晶化を行うために必要となる大腸菌培養用試薬及びタンパク質精製用試薬類及び結晶化用試薬類の購入に使用する。また、解析する手段としては、X線回折法に加え、NMR(核磁気共鳴)法も用いることより、試料を標識するための安定同位体も購入する予定である。
新しい鉄系形状記憶合金(Fe-Ni-Co-Ti系合金)の開発に関する研究

1.Fe-Ni-Co-Ti合金は合金組成およびオースエージ条件を調整することにより熱ヒステリシス(Af-Ms)が大きく異なる(数10数100K)thin plateマルテンサイト(M)が生成する。Thin plate Mが生成すると、熱ヒステリシスの大小にかかわらずいずれの場合も完全な形状記憶効果が現れる。例えば、Fe-33Ni-10Co-4Ti合金(973K、18Ks時効)はMs、Afが室温以下にある熱弾性Mとなり、液体窒素中で変形後室温までの加熱途中で完全に形状が回復する。一方、Fe-31Ni-10Co-3Ti合金(873K、3.6Ks時効)はMs〓200K、As〓350K、Af〓500Kと熱ヒステリシスの大きいthin plate Mが生成する。この試料をMs近傍の温度で変形するとその後Af以上へ加熱すると完全に形状が回復する。さらに、一度液体窒素中に冷却しほとんどM組織にした試片を室温で変形を与え、その後Af以上に加熱すると85%という大きな形状回復を示した。このように、本合金系はMの熱ヒステリシスの大きさを変化させることにより、低温から高温までの広範な温度範囲で形状記憶効果を示すという特徴を有する。2.Fe-Ni-Co-Ti合金に微量のBの添加またはTiの一部をAlで置換することにより、オースエージ後のオーステナイトの室温延性が改善される。これはBおよびAl添加により延性低下の原因であるγ粒界上の〓相析出が抑制されるためである。3.Ms、Afが室温以下にある熱弾性マルテンサイトに繰返し変態をおこさせると、Msはわずかに低下するが、Afは大きく上昇し熱ヒステリシスが大きくなる。その結果、室温でもMが一部残留するようになり形状回復率は100%から約60%と低下する。それゆえ、本合金系では繰返し熱サイクルによる形状記憶能の安定性は良くない。種々の組成のFe-(2933%)Ni-(515%)Co-(25%)Ti合金およびこれらに微量のB(0.04%まで)またはAl(1.5%まで)を添加した合金を真空溶解により作製した。これらを種々の条件でオースエージ処理を施した後、硬さ測定,電気抵抗による変態点(Ms,As,Af点)測定,光顕および透過電顕による組織観察,曲げ変形による形状記憶率測定などを行った。得られた主な結果は次のとおりである。1.Fe-Ni-Co-Ti合金ではオースエージ処理によりオーステナイト(γ)中に微細なγ ́-【Ni_3】Ti相が整合析出すると同時にγ粒界にη相(【Ni_3】Ti)が不連続析出する。このη相析出のため延性が低下するのが本形状記憶合金の材質上の大きな欠点であった。しかしBやAlを添加するとη相の析出が大きく抑制されることが明らかになった。その結果、BやAl添加が本合金系の延性改善のための有効な方策となり得る事が判明した。2.合金組成が変化すると、種々の大きさの熱ヒステリシスをもつ薄い板状マルテンサイトが生成することが明らかになった。

例えばFe-33%Ni-10%Co-3.5%Ti-1.5%Al(973K,3.67.2ks時効材)ではMs〓150K,As〓120K,Af〓200Kであり、いわゆる熱弾性マルテンサイトが得られるのに対し、Fe-31%Ni-10%Co-3%Ti(873K,3.6ks時効材)ではMs〓200K,As〓350K,Af〓500Kと熱ヒステリシスが大きい。しかし熱ヒステリシスの大小にかかわらずいずれの合金でも、Ms点直上もしくはMs点以下の温度で変形後Af点以上の温度に加熱すると完全な形状記憶効果を示すことが確認された。従来の形状記憶合金のすべては熱ヒステリシスの小さい熱弾性型マルテンサイトに由来していたが、本合金では合金組成およびオースエージ条件を適当に選択することにより、生成するマルテンサイトの熱ヒステリシスを広範に変化させることが可能であるという知見が得られ、広範な温度範囲での形状記憶効果の応用が可能であることが合った。1.FeーNiーCoーTi合金は合金組成およびオースエージ条件を調整することにより、熱ヒステリシス(AfーMs)が大きく異なる(数10数100K)thin plateマルテンサイト(M)が生成する。Thin plate Mが生成すると、熱ヒステリシスの大小にかかわらずいずれの場合も完全な形状記憶効果が現れる。例えば、Feー33Niー10Coー4Ti合金(973K、18ks時効)はMs、Afが室温以下にある熱弾性Mとなり、液体窒素中で変形後室温までの加熱途中で完全に形状が回復する。一方、Feー31Niー10Coー3Ti合金(873K、3.6ks時効)はMs〓200K、As〓350K、Af〓500Kと熱ヒステリシスの大きいthin plate Mが生成する。この試料をMa近傍の温度で変形するとその後Af以上へ加熱すると完全に形状が回復する。さらに、一度液体窒素中に冷却しほとんどM組織にした試片を室温で変形を与え、その後Af以上に加熱すると85%という大きな形状回復を示した。このように本合金系はMの熱ヒステリシスの大きさを変化させることにより、低温から高温までの広範な温度範囲で形状記憶効果を示すという特徴を有する。2.FeーNiーCoーTi合金に微量のBの添加またはTiの一部をAlで置換することにより、オースエージ後のオーステナイトの室温延性が改善される。これは、BおよびAl添加により延性低下の原因であるγ粒界上のζ相析出が抑制されるためである。3.Ms、Afが室温以下にある熱弾性マルテンサイトに繰返し変態をおこさせると、Msはわずかに低下するが、Afは大きく上昇し熱ヒステリシスが大きくなる。その結果、室温でもMが一部残留するようになり形状回復率は100%から約60%と低下する。それゆえ、本合金系では繰返し熱サイクルによる形状記憶能の安定性は良くない。
選択的スプライシング因子を単離するための新しい発現クローニング方法の研究

本研究課題の下に以下の知見が得られた。1)選択的スプライシング感受性GFP発現ベクターの構築と細胞内への導入:カルシトニン/CGRP遺伝子の選択的スプライシングアッセイ系を構築するため、ゲノムDNAの一部をGFP発現ベクターに組み込んだ。神経細胞ではGFPが発現するのに対し、非神経細胞ではGFPが発現していなければ、神経細胞特異的なスプライシング因子のクローニングに利用できると目論んでいたが、予想に反し、GFPは細胞の種類に関係なく発現していた。ここで使ったようなミニ遺伝子ではin vivoの選択的スプライシングを模倣することが難しいことの結論を得た。2)GFPによるリン酸化モニター系の構築:GFP発色団(chromophore)の様々な変異体で互いに異なる蛍光スペクトルを有する2種のGFPを用いて、Fluoresoence Resonance Energy Transfer(FRET)の変化を測定することにより、細胞内での転写因子CREB活性化をリアルタイムでかつ定量的に観察することに成功した。3)選択的スプライシング因子とそのリン酸化酵素SRPKの機能:RNAi法により線虫においてSRPKは発生および生殖巣形成に関与することが示唆された。4)選択的スプライシング因子SF2に結合するリン酸化酵素の検索:SRタンパクリン酸化酵素SRPK1,SRPK2とsplicing factorであるSF2が結合しており、その結合によりSF2/ASFの細胞内局在が制御されているのではないかということが示唆された。5)アルギニンメチル化酵素の基質と調節因子のクローニング:RNA processingの段階においても、さまざまな蛋白修飾反応がRNA結合蛋白群の様々な活性を調節していると予想される。アルギニンメチル化酵素PRMT1の基質タンパクを、我々が独自に考案した発現クローニング法により基質タンパクを検索してみると、大半はRGGドメインを持つRNA結合タンパク様のクローンであった。独自に考案した"Pull Down Kinase Assay"により、HeLa細胞抽出液中にSF2/ASFに結合する蛋白リン酸化酵素活性が存在することが判明したので、このリン酸化酵素をHeLa細胞よりGST-SF2アフィニテイークロマトグラフィーにより精製した。GST-SF2アフィニテイーカラムより高塩で溶出されたSF2リン酸化活性の位置に一致して、95kDa蛋白が銀染色main bandして認められた。ウエスタンブロットにより、この95kDa蛋白が何者であるのか検討したちところ、SRPK1に対するモノクロナール抗体が,この95kDa蛋白に交叉することを見出した。大腸菌で発現させたSRPK1とSRPK2を用いて、GST-SF2 Pull-Down Kinase Assayを行うと、両酵素ともSF2/ASFに結合してリン酸化活性を示した。実際に細胞内でもSF2/ASFとSRPKが複合体を形成していることを、共沈実験で確かめている。このSF2/SRPK複合体の形成にはRSドメインが必須で、RSドメインのリン酸化状態により両者間の親和性が異なる。さらに面白いことには、CREB/CBP複合体形成とは逆に、リン酸化されていないSF2/ASFとSRPKは複合体を形成するが、リン酸化されたSF2/ASFとSRPKはもはや結合しなかった。これだけなら、単に、酵素と基質が結合したて、酵素反応が終わると解離するだけだとも理解できる。SRPKなどSR蛋内をリン酸化する酵素を過剰発現させた細胞内で、核内speckle様構造が崩壊しSF2/ASFは核外に移行する現象が観察されていた。ところが、ATP結合部位を点突然変異により改変してリン酸化活性を喪失させたSRPK2〓をHela細胞内で発現させたところ、驚いたことに、核内でspeckled patternを示したいたSF2/ASFは核外に移行した。

この現象から、SF2/ASFの核外移行は、本稿で述べてきたSF2/ASFとSRPKの複合体形成によるためではないかと考え、SRPK1のSF2結合部位欠損ミュータントSPVK1〓〓を作製し、同様にHela絢胞内で発現させると、SF2/ASFは核内にとどまりspeckled patternを示した。マウスゲノムからカルシトニンexon3-4-5を含むDNA断片(以下cal-exon3-4-5)をPCRにより増幅した。得られたDNA断片をpEGFP-N1のEcoRIサイトに挿入しサブクローニングした。プラスミドDNAをHindIII-NotIで切断し得られたcal-exon3-4-5-EGFP fragmentをpRC/RSVに挿入し、RSVプロモーター制御下でcal-exon3-4-5-EGFPを発現する哺乳類細菌発現ベクターを構築した。構築したベクターをRat2細胞に導入しmRNAを抽出した。センスプライマーをカルシトニンexon3の領域で、アンチセンスプライマーをexon4と5の領域でそれぞれ設計し、得られたmRNAでRT-PCRを行った。その結果、exon3-4に相当する長さのDNA断片が得られ、シーケンスしたところカルシトニンのexon3-4のDNA断片であることが確認できた。このことから非神経細胞内でexon5を含まないスプライシングが起こっていると考えられる。今後、このベクターを神経細胞に導入し、神経細胞内ではexon4を含まずexon5を含むスプライシングが起こることを確認する予定である。Exon5を含むスプライシングが起こればその下流に繋いだEGFPも発現し、長波長光照射下でGFPの蛍光が検出されるはずである。このことが確認されたならば、ベクターを細胞内に導入しG418にてselectionを行い、sable cell lineを確立する予定である。
高齢者の活動・参加を促進するリハビリテーション・プログラムの構築

本研究の目的は、従来のリハビリテーション医療で行われている筋力増強訓練や関節可動域訓練、起居動作訓練など身体機能に焦点を当てたリハビリテーション・プログラムを再考し、高齢者の活動・参加を促すための新しいリハビリテーション・プログラムを開発し、普及させる事が目的である。私たちは、高齢者の日常活動パターンを客観的に把握し、活動低下因子を多角的に捉え(Phase1)、高齢者の活動・参加に対してマイナスに作用する因子を解消するための対策を検討、リハビリテーション・プログラムを開発し(Phase2)、開発リハビリテーション・プログラムの有用性について検討、本プログラムを普及させる(Phase3)ための研究プロジェクトを立案した。このプロジェクトをADA(activate daily activity)project(日常活動活性化プロジェクト)と命名しており、研究期間内にPhase2まで行う予定である。2018年度は、Phase1の研究計画をより具体化するため、1高齢者施設(有料老人ホーム、デイサービス施設)や在宅高齢者宅に赴き、高齢者の実際の日常活動や生活様子などの調査を行い、Phase1研究の効率的な施行についての検討。2活動性を客観的に測定できる多メモリー加速度計測装置付き万歩計・ライフコーダの購入と共に、予備的に高齢者に装着していただき、活動測定の可否、装着方法、装着時間、装着期間などについての検討。体力測定の実施の可否などについての検討。3過去に行われた加速度計測装置を用いた研究の文献収集や文献的研究。関連学会に参加し、高齢者にたいするリハビリテーション・プログラムについての他施設研究者との意見交換。などの予備的な研究を行うと共に、本研究実施に向けて、高齢者施設などへの訪問高齢者に対しての研究参加への協力、参加募集を行っている。当初、2019年3月には、phase1本研究が開始される予定であったが、参加希望者の募集、応募状況や高齢者施設などへの本研究についての説明時間の不足などがあり、本研究開始が23ヶ月程度の遅れが生じている。本研究の実施は1年1年6ヶ月を予定しており、やや遅れていると判断した。現在、高齢者施設への協力や本研究参加の希望者を随時行っている。具体的には、本研究に同意された施設入所・利用の高齢者や在宅の高齢者に対して、多メモリー加速度計測装置付き万歩計(ライフコーダGS)を腰の部位に最低1ヶ月間装着し、活動指数(運動強度×時間(分))を計測し、被験者の背景{同居家族、罹患疾患・合併症と通院状況、要介護度、利用介護サービス、日常生活の様子、FAI(Frenchay Activities Index)}及び体力測定{身長・体重測定、握力、5m最速歩行時間、Timed up & go、立ち上がりテスト、開眼片足立ち時間}を行う。高齢者の日常での活動量を計測し、疾患や外傷の罹患歴、身体的機能・能力や生活様式・周辺環境などの各因子の関与について明らかにする。また、その結果を踏まえて、Phase2高齢者の活動・参加に対してマイナスに作用する因子を解消するための対策を検討し、リハビリテーション・プログラムを開発する予定である。現在、随時、本研究参加の希望者を募集しており、随時研究を遂行していく予定である。高齢者を対象とするため、1多メモリー加速度計測装置付き万歩計(ライフコーダGS)の装着ができない、2装着を忘れてしまう、3体力測定などの実施困難などが予想される。1については装着がしやすいように、専用のベルトを使うなどの工夫を行う。2についてはご家族や施設介助者・援助者にご協力を頂き忘れることがないようにする。また、研究の参加については自主的な希望のため、目標人数に達しない場合がある。その場合、研究可能であった人数での解析を行う可能性がある。

本研究の実施は1年1年6ヶ月を予定しており、やや遅れていると判断した。現在、高齢者施設への協力や本研究参加の希望者を随時行っている。具体的には、本研究に同意された施設入所・利用の高齢者や在宅の高齢者に対して、多メモリー加速度計測装置付き万歩計(ライフコーダGS)を腰の部位に最低1ヶ月間装着し、活動指数(運動強度×時間(分))を計測し、被験者の背景{同居家族、罹患疾患・合併症と通院状況、要介護度、利用介護サービス、日常生活の様子、FAI(Frenchay Activities Index)}及び体力測定{身長・体重測定、握力、5m最速歩行時間、Timed up & go、立ち上がりテスト、開眼片足立ち時間}を行う。高齢者の日常での活動量を計測し、疾患や外傷の罹患歴、身体的機能・能力や生活様式・周辺環境などの各因子の関与について明らかにする。また、その結果を踏まえて、Phase2高齢者の活動・参加に対してマイナスに作用する因子を解消するための対策を検討し、リハビリテーション・プログラムを開発する予定である。現在、随時、本研究参加の希望者を募集しており、随時研究を遂行していく予定である。高齢者を対象とするため、1多メモリー加速度計測装置付き万歩計(ライフコーダGS)の装着ができない、2装着を忘れてしまう、3体力測定などの実施困難などが予想される。1については装着がしやすいように、専用のベルトを使うなどの工夫を行う。2についてはご家族や施設介助者・援助者にご協力を頂き忘れることがないようにする。また、研究の参加については自主的な希望のため、目標人数に達しない場合がある。その場合、研究可能であった人数での解析を行う可能性がある。2019年度、本研究(Phase1;「高齢者の日常活動パターンを客観的に把握し、活動低下因子を多角的に捉えるための研究」;具体的には、本研究に同意された施設入所・利用高齢者や在宅高齢者に対して、多メモリー加速度計測装置付き万歩計(ライフコーダGS)を腰の部位に1ヶ月間程度装着し、活動指数(運動強度×時間(分))を計測し、被験者の背景:同居家族、罹患疾患・合併症と通院状況、要介護度、利用介護サービス、日常生活の様子、FAI(Frenchay Activities Index)及び体力測定(身長・体重測定、握力、5m最速歩行時間、Timed up & go、立ち上がりテスト、開眼片足立ち時間)を行い、高齢者の日常での活動量と疾患や外傷の罹患歴、身体的機能・能力や生活様式・周辺環境などの各因子の関与についての関係性について明らかにする研究計画である。この研究を2019年度に実施する為に、1体力測定に使用する握力計、ストップウォッチ、立ち上がり測定の台などの物品購入(10万円以下)、また、研究遂行に当たっての謝金(10万円以下)などを充填するために、次年度使用額(B-A)が必要である。
遺伝子発現情報と遺伝子摂動による表現型変化の関連性の解析

網羅的な遺伝子発現情報が解析可能となり、細胞育種への応用が試みられている。しかし、どのような発現変化を示す遺伝子を破壊や過剰発現すれば表現型を変化させることができるのかは明らかでない。そこで、本研究では、遺伝子発現情報にもとづく細胞育種法の開発に向け、全ての遺伝子について遺伝子発現と遺伝子破壊や過剰発現による表現型の変化の関連性を解析した。まず、全ての遺伝子について1遺伝子を破壊した遺伝子破壊株コレクションを用い、エタノール環境下で培養し、比増殖速度を測定することで、遺伝子破壊による表現型の変化の情報を取得した。親株の比増殖速度と比較し、遺伝子破壊がエタノール環境下における増殖速度の低下を引き起こす遺伝子を抽出した。抽出した遺伝子の機能を解析した結果、ペルオキシソームがエタノール環境下での増殖に影響を与える機能であることを発見した。次に、エタノール耐性の異なる2種類の酵母のエタノール環境下における遺伝子発現情報を用い、遺伝子発現情報と破壊による表現型変化の関連性を解析した。その結果、エタノール環境下で遺伝子発現量が増加する遺伝子は、破壊してもエタノール環境下での増殖に影響を与える傾向が低いことや、エタノール耐性能の異なる酵母においてエタノール環境下で互いに異なる発現変化を示す遺伝子の破壊がエタノール環境下での増殖を低下させる傾向が高いことが示唆された。さらに1遺伝子破壊株と1遺伝子過剰発現株を非ストレス環境下で培養し、破壊や過剰発現が増殖速度の低下や増加を引き起こす遺伝子を抽出した。それらの遺伝子と親株における遺伝子発現量の関連性について解析したところ、遺伝子発現量が高い遺伝子の破壊は増殖速度の低下を引き起こす傾向が高いことが示唆された。以上より、遺伝子発現情報と細胞の表現型に関連する遺伝子の関連性について基礎的な知見を得ることができた。
単結晶酸化バナジウム超薄膜における超高速プロトニクスデバイスの創製

電子相転移物質である酸化バナジウム(VO2)高品質エピタキシャル超薄膜において、プロトンドーピングにより数10マイクロメートル以上の長距離にわたって急激な抵抗上昇を伴う絶縁体化現象を見出した。この超薄膜と独自の酸化物ナノ構造化技術を用い、省電力で非常に巨大な電気物性および光学特性を制御しうる【酸化物プロトニクス】デバイスを創製する。
免疫法による木材細胞壁リグニン中の縮合型及び非縮合型結合の選択的標識

リグニン中の芳香核上で炭素-炭素結合によって結合した縮台型結合は、様々な分解反応に対して抵抗性を示すため、従来の化学分析法ではその存在が過小評価されていると考えられる。そこで、縮合型結合を持つモデル化合物としてデヒドロジバニリンを選択し、バニリンからベルオキシダーゼ、過酸化水素水を用いて合成し、酢酸で精製した。現在その構造解析と、タンパク質との結合反応の条件について検討中である。今後、デヒドロジバニリン-タンパク質複合体をマウスに感作し、抗体を調製する予定である。一方、免疫電顕法では、標識の分布からリグニン中の結合様式の局在を観察できるが、同じ試料で全リグニンの分布も合わせて考察する必要がある。そこで、免疫電顕法に用いる同じ試料から超薄切片を作製し、フッ化水素酸で処理して多糖類を除去し、細胞壁中の全リグニンの分布を可視化する方法を検討し、その最適な反応条件を調べた。この方法により、これまであまり調べられてこなかった広葉樹木繊維細胞壁におけるリグニン堆積過程を観察し、針葉樹仮道管壁と異なる新たな知見を得た。すなわち、針葉樹仮道管では木化は壁肥厚完了後に細胞間層側から内こう側へ順に堆積していくのに対し、広葉樹木繊維では、木化は壁肥厚中に壁内にほぼ均一に堆積する段階と、壁肥厚完了後に壁内に堆積していく段階の2段階で進行することが明らかになった。同じ試料から連続的に作製した超薄切片について、上記の抗体を用いて免疫電顕観察を行うことにより、細胞壁の木化に関して新たな知見が得られることが期待される。
人工筋を目標とした積層フィルム静電アクチュエ-タの開発

本研究は,薄いフィルム状の静電アクチュエ-タを積層化することにより,筋肉と類似の機能を有する,高力密度で柔軟なアクチュエ-タを開発することを目的とする.静電人工筋は,新たに考案した誘導電荷形静電フィルムアクチュエ-タから構成される.フィルムアクチュエ-タは,多数の帯状電極を有する固定子と,低抗体層を持つ移動子の,2枚のフィルムからなる.本研究では,フィルムアクチュエ-タの,材料・設計・製作・制御等の要素技術を高度化し,実用的な人工筋を開発することを目指す.平成2年度,3年度の2ヶ年の研究のよって,以下の成果が得られた.1.静電人工筋肉の構成要素となる,誘導電荷形フィルムアクチュエ-タを試作した.電極ピッチ420μmおよび100μmのアクチュエ-タを製作し,動作を確認した.2.数値電界計算のより,誘導電荷形アクチュエ-タの特性を調べた。固定子電極と移動子低抗体の距離は,電極ピッチ1/5が最適であることが明らかとなった。3.電極ピッチ420μmおよび100μmのフィルムアクチュエ-タを用いて,2種の積層形アクチュエ-タを試作した.電極ピッチの細かい,100μmのアクチュエ-タの方が高性が得られた.重量当たり力密度35N/kg,パワ-密度1W/kgの性能が得られた.力密度は,従来形の電磁式リニアモ-タに匹敵する.4.フィルムアクチュエ-タの駆動分解能を向上させる,微小ステップ駆動法を開発した.従来の方法では,駆動分解能は電極ピッチに等しかったが,微小ステップ駆動により,電極ピッチの1/40以下の分解能で駆動することが可能となった.本研究は,薄いフィルム状の静電アクチュエ-タを積層化することにより,筋肉と類似の機能を有する,高力密度で柔軟なアクチュエ-タを開発することを目的とする.静電人工筋は,新たに考案した誘導電荷形静電フィルムアクチュエ-タから構成される.フィルムアクチュエ-タは,多数の帯状電極を有する固定子と,低抗体層を持つ移動子の,2枚のフィルムからなる.本研究では,フィルムアクチュエ-タの,材料・設計・製作・制御等の要素技術を高度化し,実用的な人工筋を開発することを目指す.平成2年度,3年度の2ヶ年の研究のよって,以下の成果が得られた.1.静電人工筋肉の構成要素となる,誘導電荷形フィルムアクチュエ-タを試作した.電極ピッチ420μmおよび100μmのアクチュエ-タを製作し,動作を確認した.2.数値電界計算のより,誘導電荷形アクチュエ-タの特性を調べた。3.電極ピッチ420μmおよび100μmのフィルムアクチュエ-タを用いて,2種の積層形アクチュエ-タを試作した.電極ピッチの細かい,100μmのアクチュエ-タの方が高性が得られた.重量当たり力密度35N/kg,パワ-密度1W/kgの性能が得られた.力密度は,従来形の電磁式リニアモ-タに匹敵する.4.フィルムアクチュエ-タの駆動分解能を向上させる,微小ステップ駆動法を開発した.従来の方法では,駆動分解能は電極ピッチに等しかったが,微小ステップ駆動により,電極ピッチの1/40以下の分解能で駆動することが可能となった.本研究は,薄いフィルム状の静電アクチュエ-タを積層化することにより,筋肉と類似の機能を有する,高力密度で柔軟なアクチュエ-タを開発することを目的とする.このような人工筋の構成要素として,多数の帯状電極を有する固定子と,抵抗体層を持つ移動子の2枚のフィルムからなる,新しい方式の静電アクチュエ-タを考案した.このフィルムアクチュエ-タに関する材料・設計・製作・制御等の要素技術を高度化して高性能のアクチュエ-タを開発し,それを多数積層することにより,kgfオ-ダの力を発生する人工筋を実現することが本研究の目標である.平成2年度に於いては,以下の研究成果が得られた.1.数値計算によりフィルムアクチュエ-タの発生力を求めた.その結果,固定子電極と移動子の抵抗体間のギャップを電極ピッチの約1/4に設定するのが最適であることが明かとなった.これは実験でも確認された.2.移動子フィルムの抵抗率は,ある範囲内にある必要がある.各種のフィルムを試作し,その抵抗率を測定した.適当な導電材料を塗布することで,フィルムに適切な抵抗率を付与できることが確認された.3.電極ピッチ0.4mmおよび0.1mmのアクチュエ-タの駆動実験を行った.最大動作速度はそれぞれ20cm/s,10cm/s程度であった.発生力は,両モデルとも一層で10gf以上であった.4.ガラス基板上に50μm及び20μmピッチの電極を製作し,駆動実験を行った.その結果,前者は動作したが,後者は絶縁耐圧が不十分で動作しなかった.ただし,静電力の発生は確認した.平成3年度に於いては,より詳しい動作解析を行い,設計および制御法を改善する.また,積層アクチュエ-タを試作し,kgfオ-ダの力を得る予定である.

本研究は,薄いフィルム状の静電アクチュエ-タを積層化することにより,筋肉と類似の機能を有する,高力密度で柔軟なアクチュエ-タを開発することを目的とする.静電人工筋は,多数の帯状電極を有する固定子と,抵抗体層を持つ移動子の、2枚のフィルムからなる,新たに考案した方式の静電アクチュエ-タから構成される.本研究では,フィルムアクチュエ-タの,材料・設計・製作・制御等の要素技術を高度化し,実用的な人工筋を開発することを目指す.平成3年度においては,以下の研究成果が得られた.1.フィルムアクチュエ-タでは,フィルムを移動時に瞬間的に浮上させることで摩擦を減らしている.光ファイバセンサを用いて,跳躍運動を測定した.浮上量は1μm以下であった.固定子・移動子間に,ガラス微粒子を挿入すると跳躍量が増え,摩擦が減少した.これは,固定子・移動子間の空気の存在が跳躍運動に影響を与えていることを示唆している.2.フィルムアクチュエ-タの駆動分解能を向上させる,マイクロステップ駆動法を開発した.従来の方法では,駆動分子能は電極ピッチに等しかったが,マイクロステップ駆動により,電極ピッチの1/40以下の分解能で駆動することが可能となった。3.電極ピッチ100μmのフィルムエクチュエ-タを5枚用いた積層形アクチュエ-タを試作した.駆動電圧±290Vで70gfの力が得られた.力密度は35N/kgである.これは自重の3.5倍に相当し,従来の電磁式リニアモ-タに匹敵する.
赤外１０フェムト秒パルス列による強相関電子系の電子－フォノンコヒーレント制御

赤外12 fs(2.5サイクル)および7 fs(1.5サイクル, CEP安定化)の極超短パルスを開発し、有機伝導体(BEDT-TTF錯体)を主要な対象として、光誘起相転移の初期過程を調べた。電荷秩序の融解が、電子のコヒーレント振動によって開始する様子や、ダイマーモット絶縁体が、励起状態と分子内、分子間振動の相互作用を介して金属へと転移にする様子を明らかにした。また、>10 MV/cmに及ぶ瞬時強電場により、金属から電荷秩序への転移に初めて成功した。また、分子内と分子間自由度を考慮した理論解析により、連続電場、パルス電場による強電場効果として電荷の局在や相互作用反転が起きる条件を詳細に検討した。i)CEP安定化パルス(フルコヒーレント極超短パルス光)の発生;本研究において必要不可欠な1-2サイクルcarrier-envelope phase(CEP)安定化したパルス(フルコヒーレント極超短パルス光)発生のために、新規レーザーの導入とそれを用いた超広帯域スペクトル発生を行った。Kr封入中空ファイバーによる自己位相変調効果により1-2μm領域において、フーリエ限界が、1.5サイクル(7fs)に匹敵する広帯域スペクトルを発生し、その分散特性を明らかにした。次年度は、この分散特性に従ってチャープミラーを設計し、実験に用いるフルコヒーレント極超短パルスの発生とポンププローブ実験へと展開させる。ii)赤外12fsパルスによる10fsコヒーレントダイナミクスの開拓;従来開発を行ってきた、赤外12fsパルスの圧縮機構を、形状可変鏡からチャープミラーへと改良することによりビームの時間プロファイルを格段に向上させ、様々な物質計における10fsコヒーレント電子、格子ダイナミクスを測定することが可能になった。これまでに行ってきた、有機伝導体における電荷秩序絶縁体やダイマーモット絶縁体の電子的な秩序の光融解に加え、ダイマーモット相中に電荷秩序/強誘電クラスターを光で生成するなど新たなタイプの光誘起相転移の初期過程においても電子の超高速振動が重要な役割を果たしていることを示した。また、ペロブスカイト型コバルト酸化物の光モット転移においても、周期20fs程度の超高速振動を初めて見出した。iii)理論;モット絶縁相にある擬2次元有機導体を光照射により金属にする場合、キャリア導入による方法と相互作用を弱める方法がある。有効相互作用は二量体内の分子間軌道重なりによって変化する。時間依存シュレディンガー方程式の数値解によれば、相互作用の弱まり方は吸収光子密度に比例するが、その比例係数は励起エネルギーにほとんど依存しない。しかしキャリアはダイマー間電荷移動励起でのみ導入される。つまり励起エネルギーに敏感なキャリア導入が瞬時に起きることと、相互作用は遅く変調することで、光励起エネルギーに依存した相転移経路が実現することを理論的に再現した。1 1.5サイクル赤外7 fsパルスの発生;前年度までに進めてきた、1-2サイクルcarrier-envelope phase(CEP)安定化したパルスの開発に成功した。前年度までにパラメトリック増幅器によって発生した自己安定化したCEP制御アイドラ光を種光とし、中空ファイバー技術によって超広帯域(1-2.3μm)スペクトルを得ていたが、これをフーリエ限界である1.5サイクル(7 fs)にまで圧縮した。このパルスは、試料表面において、10 MV/cm以上にも及ぶ瞬時強電場を実現することができる。2 1.5サイクル赤外7 fsパルスによる電子・格子コヒーレントダイナミクスの駆動と観測;上記の1.5サイクル7 fs赤外パルスを用いた電子・格子コヒーレンスの駆動と観測実験を開始した。一次元の有機伝導体(TMTTF)2AsF6において、金属相を光励起した後、約50 fsの時間を要して周期18 fs(0.25 eV)の電子振動が立ち上がる様子を観測した。この結果は励起によって高周波の電子分極が生成された後、より低エネルギーの相関電子のコヒーレンスが自発的に形成されることを意味している。弱相関の半導体においても同様の状況で測定を行い、電子コヒーレンスの自己形成が強相関系特有のものであることを検証した。3理論;光励起の中心周波数より大きなエネルギーが電荷移動に伴って加わるような、大きな電場振幅をもつ光励起を連続波で起こすと、場合によって動的局在が起こることが知られていた。似た現象がパルス波でも起きることをEt2Me2Sb[Pd(dmit)2]2の光誘起電荷秩序融解過程で示した。

これらの機構を解析することで、局在を起こすのは、連続波の場合は分子二量体の間の電荷移動を変調することで、パルスの場合は分子二量体内の電子遷移を制御することで、起きることを理論的に示した。1)CEP安定化パルス(フルコヒーレント極超短パルス光)の発生;23年度までに導入を完了した、新規レーザーとパラメトリック増幅器と、アイドラ光を種光とするガスチェンバー中の中空ファイバーを用い、ファイバー用のガスチャンバーのガスの種類(Ar,Kr)やガス圧を調整して、スペクトルの帯域やスペクトル形状を整形し、1-2.3μm領域において、フーリエ限界1.5サイクル(7 fs)の超広帯域スペクトルを発生し、その分散特性を明らかにした。さらに形状可変鏡を用いたパルス圧縮機を自作し、10fs以下までの圧縮を行った。ii)赤外12 fsパルスによる10 fsコヒーレントダイナミクスの探索;従来開発を行ってきた、赤外12 fsパルス(3サイクルパルス)を用いて、様々な物質系における10 fsコヒーレント電子、格子ダイナミクスの探索を行っている。前年度より、有機伝導体における電荷秩序絶縁体やダイマーモット絶縁体の電子的な秩序の光融解や再構築に加え、遷移金属酸化物(層状鉄酸化物、ペロブスカイト型コバルト酸化物)における光磁気転移の探索を開始し、1光子あたり1000サイトにも及ぶ高効率な光スピン転移や、励起光の偏光に依存した強磁性ー反強磁性転移を発見した。iii)理論;過渡的な分子の価数を予測するときに、分子の価数に敏感な電子励起を観測するのと、分子振動の振動数を測定するのとでは、平衡状態で得られた経験則を使う限り、異なる結果を導いてしまう。超高速変化の初期過程では断熱ポテンシャルに沿って運動は起こらず、電子状態と振動状態の個別の情報と相関の解析が重要である。この観点からEt2Me2Sb[Pd(dmit)2]2の光誘起電荷秩序融解ダイナミクスを計算し、断熱近似による描像とはかけ離れた量子的時間発展が明らかになった。1、コヒーレント物質制御のための光源開発;前年度までに進めてきたパルスの波形整形、キャリアエンベロープ(CEP)位相制御の高精度化を行った。パルス幅6 fs(1.3サイクル)、キャリアエンベロープ位相の精度rms=220mradを達成した。また、高強度化により試料表面上における瞬時電場強度60 MV/cmの印加が可能になった。2、コヒーレント瞬時強電場による電子の局在化;前年までに開発を行ったCEP安定化7 fs(1.5サイクル)パルスを用いて、二次元有機伝導体の金属相を励起し、瞬時電場強度10 MV/cmの印加により、金属から電荷秩序絶縁体への変化を起こすことに成功した。また、この現象を、高周波振動電場による移動積分の減少である"動的局在"によって説明した。動的局在は、30年以上前に提案された理論であるが、実験的に観測されたのは世界で初めてのことである。(Ishikawa et al., Nature commun. 2014)。数多くの研究がなされてきた電荷秩序の光融解に対し、電荷の凍結、秩序化はその逆過程であり、光誘起相転移の研究に新たな可能性を拓いたと言える。3、理論:大きな電場振幅をもつ光の場合、パルス励起でも動的局在に似た電荷移動抑制現象が起きることが前年度にわかっていたが、本年度は前年度に扱った模型を簡素化して、厳密対角化でも扱える1次元電子フォノン系を使って系統的に理論計算を行った。
エンドセリン-1による心血管顎顔面のパターン形成機構の新たな展開

以前より我々は、頭部顔面の形態形成において、鰓弓上皮からのET-1シグナルが神経堤細胞のETA受容体(ETAR)を介して作用すること重要である事を示してきた。この経路は下流のホメオティック遺伝子Dlx5/6を制御し、鰓弓の背腹軸パターン形成を担っている。すなわち、第一鰓弓は発生中期に背側・腹側とも上顎パターンに決定付けられているが、第一鰓弓腹側にのみET-1-ETAR-Dlx5/6シグナルが作用することで、下顎パターンに変換することを明らかにした。そこで、ETAR遺伝子座に変異lox配列を導入することによりCre依存性に遺伝子可変マウスの作成を試み、系統的遺伝子ノックインを可能にした。ETAR-変異lox配列導入ノックアウトマウスは、ET-1ノックアウトマウスや既報のETARノックアウトマウスとほぼ同様の表現型を示していることが確認できた。このマウスを用いて、ETARプロモーター下にLacZ遺伝子をノックインした。これにより、鰓弓および心大血管形成に関与するET-1シグナルの標的細胞がより詳細に可視化でき、心血管形成過程の追跡、他の細胞群との相互関係の解析が可能となった。さらに、ETAR, ETBR, ET-1, Dlx5/6, Gq11,等の遺伝子ノックインが同時進行中であり、これらにより、ETA受容体ETB受容体の個体発生における役割の互換性や、ET-1が異所性に第一鰓弓背側に発現することで上顎が下顎化するか、さらに、鰓弓・心血管形成に直接関与している下流シグナルは何であるか等が明らかになると期待される。これまで我々はエンドセリン-1(ET-1)シグナルが頭部心臓神経堤細胞に作用して心大血管や顎顔面の形態形成に関与することを明らかにしてきたが、ET-1が形態形成決定因子として位置づけられるかどうかを証明するためにエンドセリンA受容体(ETAR)遺伝子ノックインマウスと遺伝子互換マウスを作製している。ETAR遺伝子exon2の5'非翻訳領域より3'側に変異型lox配列を挿入したコンストラクトを作成し、これによって相同組み換えES細胞を複数ライン得、現在germline transmissionを確認した。さらに、これらのES細胞を用いて遺伝子互換による機能解析が可能かどうかを検討するため、変異型lox配列-ETARcDNAを含むプラスミドをCre発現アデノウィルスベクターとともに相同組み換えES細胞に導入した。このマウスにより、ETAR遺伝子欠損による表現型がETAR cDNAによってレスキューできることを確認する。また、本来ET-1のシグナルが作用しない上顎弓のETAR陽性細胞にET-1を作用させることにより、下顎の形質を誘導できるか検討するため、Cre蛋自により変異型lox配列-ET-1 cDNAを含むプラスミドを上記の相同組み換えES細胞に導入している。これにより上顎弓領域など広い領域の神経堤細胞にET-1が作用するマウスが期待でき、その表現型の範囲と特徴を形態と遺伝子発現の両面から解析することにより、ET-1が形態形成決定因子として機能しているのか、ET-1シグナルに対する形態誘導のコンピテンスはどのように決定されているのかを検討する。さらに、ET-1の下流遺伝子と考えられる、dHAND、Dlx5、DLx6、活性化Gq等のノックイン用コンストラクトを作製したが、これらの遺伝子互換マウスを作製することにより、ET-1の細胞内シグナルが明らかになることが期待できる。前年度までに、頭部顔面の形態形成において、鰓弓上皮からのET-1シグナルが神経堤細胞のETA受容体(ETAR)を介してホメオティック遺伝子Dlx5/6を制御し、鰓弓の背腹軸パターン形成を担っていることを示した。本年度は、ETAR遺伝子座に変異lox配列を導入することによりCre依存性に遺伝子変換が可能なマウスのgermline transmittionに成功したため、系統的遺伝子ノックインが可能になった。ETAR-変異lox配列導入ノックアウト

マウスでは、ET-1ノックアウトマウスや既報のETARノックアウトマウスとほぼ同様の表現型を示していることが確認できた。このマウスを用いて、LacZ遺伝子と置換したことにより、鰓弓および心大血管形成に関与するET-1シグナルの標的細胞がwhole mount in situ hybridizationより詳細に可視化できた。これにより、ET-1/ETAR細胞内シグナル伝達に関わる遺伝子の導入によるETAR(+)神経堤幹細胞動態の変化を解析する。例えば,あるシグナル分子のドミナントネガティブ型を導入することでET-1遺伝子欠損マウスと同様の表現型が現れた場合,そのシグナル分子が関与する経路がET-1の作用に重要であることが示唆される。これにより、ET-1/ETAR細胞内シグナル伝達に関わる遺伝子のノックインが進み、ET-1/ETARによって活性化される細胞内シグナル経路のうち,どの経路が分化や形態形成に重要かを個体レベルで証明することが可能になった。また、ET-1遺伝子と置換することにより、ET-1シグナルが神経堤細胞のETA受容体を介して鰓弓の背腹軸パターン形成を担っていることを積極的に証明出来ることが期待できる。
動力学的に形成された量子絡み合いの統計的普遍性の広がりとその応用

量子絡み合いは、2つ部分系の状態間に現れる量子系固有の相関である。2つの系の状態間に量子絡み合いがなくとも、その系の間に相互作用があれば動力学的時間発展によって量子絡み合いが形成される。量子絡み合いはSchmidt分解で表され、Schmidt固有値で絡み合いの性質が示される。そこで、まず、ランダム行列の最大Schmidt固有値に注目し、その分布関数を解析的に導出した。それを基準とするランダム性の指標を導入し、動力学的に形成された量子絡み合いの統計分布から、量子絡み合いを形成する動力学が、十分に発達したカオスであるのか、弱いカオスのであるか、または可積分であるのか判定可能であることを示した。我々の先行研究により、十分に発達したカオス動力学を持つ系では、時間発展する状態に形成される量子絡み合いが完全にランダムな統計的普遍性を獲得することが示された。ここで着目している統計的性質は、時間発展する一つの状態を一定時間間隔ごとにサンプリングすることによって得られる量子状態の標本におけるものである。本研究の目的は、この先行研究を進め、強いカオスでない場合、つまり、弱い量子カオス系や可積分系などにも、動力学的に形成された量子絡み合いの統計的性質に普遍性が成立するかどうかを明らかにすることである。さらに、この統計的普遍性の存在を手掛かりに、量子状態の制御法を構築し、また、統計力学の基礎付けを行おうとするものである。平成26年度の研究実施計画では、(1)強いカオス系において、2つの部分系のHilbert空間の次元が異なる場合に拡大して解析を行うこと。(2)弱いカオス系・可積分系においても同様な統計的普遍性が成立しているかを明らかにすること。としていた。実際には、平成27年度の実施が計画されていた以下のテーマを先行しておこなうこととなった。我々は、最新の論文で、最大Schmidt固有値が、量子絡み合いを形成した動力学の特徴のなごりを検出するために極めて敏感な指標となりうる可能性を指摘した。これを確認する準備として、固定跡複素ランダム行列の最大Schmidt固有値の分布関数の解析を行い、解析的な関数形(多項式)を導出することに成功した。現在、これを、量子カオス系で実測した最大Schmidt固有値の分布関数と比較する解析を行っている。我々の先行研究により、十分に発達したカオス動力学を持つ系では、時間発展する状態に形成される量子絡み合いが完全にランダムな統計的普遍性を獲得することが明らかにされた。本研究の目的は、この先行研究の対象となっていた強いカオスのみならず、弱い量子カオス系や可積分系などにも、動力学的に形成された量子絡み合いの統計的性質に普遍性が成立するかどうかを調べることにある。さらに、これらの統計的普遍性の存在を手掛かりに、量子状態の制御法を提案し、また、統計力学の基礎付けを行おうとするものである。としていた。実際には、平成26年度から平成27にかけては、平成27年度に実施が計画されていた以下のテーマを先行して行うこととなった。我々は、最新の論文で、最大Schmidt固有値が、量子絡み合いを形成させている動力学の特徴のなごりを検出するために極めて敏感な指標となりうる可能性を指摘した。これを確認するため、固定跡複素ランダム行列の最大Schmidt固有値の分布関数の解析的な関数形(多項式)を導出することに成功し、これを完全にランダムさをもった状態のSchmidt固有値の統計性とし、これを基準とした、量子カオス系で実測した最大Schmidt固有値の分布関数と比較する解析を行っている。本研究の目的の一つは、十分に強いカオスによって形成された量子絡み合いで見つかった統計的普遍性がどこまで広がっているのかを明らかにすることである。我々の先行研究は、弱いカオス系からカオス性を強めていくと、選択した表示によらない量子絡み合いの指標であるSchmidt固有値の一体分布関数がランダム行列のそれに近づいていくことを示している。さらに詳細な解析により、Schmidt固有値の一体分布関数のずれは最大のSchmidt固有値において有意に大きいことも示されている。その結果は、系のカオス性が強まるに従いSchmidt固有値がランダムな統計性を獲得していくものの、最大のSchmidt固有値に、力学由来であることの痕跡を残しているという描像を与える。そうだとすれば、十分強いカオス性を有する範囲では、理想的なランダム行列からのずれとの比較には、Schmidt固有値の一体分布関数より最大のSchmidt固有値の分布に注目するのが直接的である。そこで、われわれは、ランダム行列のSchmidt固有値の一体分布関数の解析的関数形を求めた方法を拡張して、最大固有値の分布関数を解析的に導出しようと試みたところ、これに成功した。その成果は論文発表準備中である。さらに、その結果を受け、ランダム行列の最大固有値の分布関数と強いカオス系により形成されたからみあった状態のSchmidt固有値の最大値の分布の比較を行っている。