hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗マラリア薬の開発を志向したマラリア原虫由来加水分解酵素の基質認識機構の解明

チアデノシル-_L-ホモシステインヒドロラーゼ(SAHH)は,S-アデノシル-_L-ホモシステイン(SAH)をホモシステイン(Hcy)とアデノシン(Ado)に加水分解する酵素である.我々は,抗マラリア薬の開発に役立てるため,熱帯熱マラリア原虫Plasmodium falciparum由来SAHH(PfSAHH)のX線結晶構造解析を開始し,反応生成物であるAdoとの複合体の立体構造解析に成功した.しかし,Ado結合サイトのみを競合する既存のヌクレオシド型阻害剤は結合強度に問題がある.従って,PfSAHHに対し強力かつ種選択的新規抗マラリア薬を開発するためには,Hcy結合サイトを同定し,嵩高い阻害剤をデザインすることが必須である.そこで我々は,不活性型置換体(PfSAHH(inac))とSAHとの複合体の結晶構造の解明によりHcy結合部位を同定し,嵩高い阻害剤のデザインを目指すこととした.野生型PfSAHHの場合と同様の条件下でPfSAHH(inac)を精製し,基質SAHあるいは反応生成物Ado存在下でPfSAHH(inac)の結晶を得ることに成功した.高エネ研(つくば市)PF-AR NW12のシンクロトロン放射光を用い2.8Å分解能までの回折強度データを収集し,構造精密化を行った。PfSAHH(inac)のサブユニットの構造は,ヒトSAHH及びラットSAHHの阻害剤複合体やPfSAHH/Ado複合体と類似のclosed formであった.PfSAHH(inac)/SAH複合体におけるAdo部位の結合サイトは,PfSAHH/Ado複合体の場合と同様にドメイン間クレフトの奥であった.電子密度図から,SAHのAdo部分に比べHcy部分の自由度が高いことが示唆された.今回得られた知見に基づき,新たな置換体PfSAHHの機能解析や新規阻害剤のデザイン及び合成が進行中である.S-アデノシル-L-ホモシステインヒドロラーゼ(SAHH)は,生体内メチル化反応の副産物として生じるS-アデノシル-L-ホモシステイン(SAH)をホモシステイン(Hcy)とアデノシン(Ado)に加水分解する酵素である.SAHHの阻害剤の一種であるネプラノシンAが,マラリア原虫の増殖を阻害するという報告がなされて以来,マラリアに対する化学療法剤の標的として,マラリア原虫由来SAHHが脚光を浴びてきた.しかし,SAHHは宿主でも重要な生理機能を担っているため,本酵素を標的とする抗マラリア薬には高い選択阻害能が要求される.我々は,種選択的阻害剤を開発するため,熱帯熱マラリア原虫Plasmodium falciparum由来SAHH(PfSAHH)のX線結晶構造解析を開始し,組換え型PfSAHHと反応生成物であるAdoとの複合体の立体構造解析に成功した.その結果,ヒトSAHHとPfSAHHのAdo結合部位の構造比較により,ヌクレオシド型阻害剤の種選択性向上の手掛かりを得た.しかし,Ado結合サイトを競合する既存のヌクレオシド型阻害剤はHcy結合サイトに空間が残されているため,結合強度に問題がある.従って,PfSAHHに対し強力かつ種選択的新規抗マラリア薬を開発するためには,Hcy結合サイトを同定し,より嵩高い阻害剤をデザインすることが必須である.そこで我々は,不活性型置換体(PfSAHH(inac))とSAHとの複合体の結晶構造の解明によりHcy結合部位を同定し,嵩高い阻害剤のデザインを目指すこととした.野生型PfSAHHの場合と同様に,金属アフィニティークロマトグラフィー,ゲルろ過クロマトグラフィーの2段階でPfSAHH(inac)を精製し,基質SAHあるいは反応生成物Ado存在下でPfSAHH(inac)の結晶を得ることに成功した.チアデノシル-_L-ホモシステインヒドロラーゼ(SAHH)は,S-アデノシル-_L-ホモシステイン(SAH)をホモシステイン(Hcy)とアデノシン(Ado)に加水分解する酵素である.我々は,抗マラリア薬の開発に役立てるため,熱帯熱マラリア原虫Plasmodium falciparum由来SAHH(PfSAHH)のX線結晶構造解析を開始し,反応生成物であるAdoとの複合体の立体構造解析に成功した.しかし,Ado結合サイトのみを競合する既存のヌクレオシド型阻害剤は結合強度に問題がある.従って,PfSAHHに対し強力かつ種選択的新規抗マラリア薬を開発するためには,Hcy結合サイトを同定し,嵩高い阻害剤をデザインすることが必須である.そこで我々は,不活性型置換体(PfSAHH(inac))とSAHとの複合体の結晶構造の解明によりHcy結合部位を同定し,嵩高い阻害剤のデザインを目指すこととした.野生型PfSAHHの場合と同様の条件下でPfSAHH(inac)を精製し,基質SAHあるいは反応生成物Ado存在下でPfSAHH(inac)の結晶を得ることに成功した.高エネ研(つくば市)PF-AR NW12のシンクロトロン放射光を用い2.8Å分解能までの回折強度データを収集し,構造精密化を行った。PfSAHH(inac)のサブユニットの構造は,ヒトSAHH及びラットSAHHの阻害剤複合体やPfSAHH/Ado複合体と類似のclosed formであった.PfSAHH(inac)/SAH複合体におけるAdo部位の結合サイトは,PfSAHH/Ado複合体の場合と同様にドメイン間クレフトの奥であった.

電子密度図から,SAHのAdo部分に比べHcy部分の自由度が高いことが示唆された.今回得られた知見に基づき,新たな置換体PfSAHHの機能解析や新規阻害剤のデザイン及び合成が進行中である.
ＴＬＲ３シグナルを介したＥＢウイルス陽性胃がん発生機構の解明

EBウイルス(EBV)感染胃がんから、EBER (EBV-encoded small RNA)が細胞外に放出され、ウイルスRNAセンサーであるtoll-like receptor 3 (TLR3)からのシグナル伝達を活性化、それがEBV陽性胃がん細胞の増殖の促進、発がんに寄与していることを示した。さらに膜蛋白質LMP2A (latent membrane protein2A)がEBV感染上皮細胞においてanoikis抵抗性を誘導し、上皮細胞の悪性化に寄与していることも明らかにした。EBウイルス(EBV)が胃上皮細胞に感染すると、EBVのnon-coding RNAであるEBERによりIGF1の発現が誘導され、感染細胞の増殖が促進される。本研究は、EBERによるIGF1の発現誘導機構の解明を通じ、EBVによる胃がんの発生のメカニズムを明らかにすることを目的とし行っている。これまで我々は、EBERがウイルスRNA認識分子であるRIG-Iを活性化、I型インターフェロンやサイトカインの産生を誘導することを明らかにした。その後の研究で、EBERと類似構造をもったアデノウイルスRNA(VA)もRIG-I活性化能を持つことを明らかにした。また我々は、EBERがEBウイルス感染細胞より細胞外に放出され、それがTLR3を介したシグナル伝達を惹起することを見出し、このEBERによるTLR3シグナルの活性化は伝染性単核症や慢性活動性EBV感染症、EBV関連血球貪食症候群の発症に寄与している可能性があることを明らかにした。一方、EBERはEBV感染胃がん細胞からも放出され、それがTLR3シグナルの恒常的な活性化を誘導していること、そしてこのTLR3シグナルの活性化がEBERによるIGF-1産生誘導に関与しているということがわかった。さらにその後の解析で、EBERによるTLR3シグナルの活性化がEBV感染胃がん細胞の増殖を促進していることが明らかとなり、TLR3シグナル活性化がEBV陽性胃がんの発生に寄与していることを示唆する結果が得られ、そのメカニズムに関する研究により、EBV感染胃がん細胞から放出されるエクソソームにEBERが含まれていることが明らかとなった。さらにEBERはEBV感染胃がん細胞からも放出され、それがTLR3シグナルの恒常的な活性化を誘導していること、そしてこのTLR3シグナルの活性化がEBERによるIGF-1産生誘導に関与しているということがわかった。さらにその後の解析で、EBV感染胃がん細胞から放出されるエクソソームにEBERが含まれていること、このエクソソームの取り込みにより惹起されるシグナル伝達が細胞増殖を促進していることが明らかになった。一方我々は、EBVが上皮細胞に感染すると、足場消失に伴い誘導されるアポトーシス(anoikis)に対する抵抗性が賦与されることを見出した。さらにこのメカニズムに関して、EBVの膜蛋白質LMP2Aが惹起する細胞内シグナル伝達によるERKの活性化がanoikis誘導因子であるBimを抑制することによっておこっているということを明らかにした。

さらにその後の研究で、EBV関連血球貪食症候群の動物モデルにおいてもEBERが末梢血中に検出されることが明らかとなり、EBERによる自然免疫シグナル活性化の病態形成への寄与を示唆するものと考えられた。一方、EBERはEBV感染胃がん細胞からも放出され、それがTLR3シグナルの恒常的な活性化を誘導していること、そしてこのTLR3シグナルの活性化がEBERによるIGF-1産生誘導に関与しているということがわかった。さらにその後の解析で、EBERによるTLR3シグナルの活性化がEBV感染胃がん細胞の増殖を促進していることが明らかとなり、TLR3シグナル活性化がEBV陽性胃がんの発生に寄与していることを示唆する結果が得られることとなった。本研究の目的のひとつである、EBV陽性胃がん細胞において、細胞から放出されたEBERによるTLR3シクナル活性化か起こっているかどうか、それがIGF1誘導に関与しているかどうかについて、現在までの研究で、EBV陽性胃がん細胞から培養上清中へのEBERの放出の有無の確認とその定量はなされ、また、EBERによるTLR3シグナル活性化がIFNやサイトカイン、IGF-1の産生を誘導することを明らかにしたのに続き、その後EBV陽性胃がん細胞のTLR3をノックダウンすることによりIGF1の産生が低下することがわかった。一方EBERの細胞外への放出機構に関しては、前年度までの研究で、EBERがその細胞内結合蛋白質に依存して胃がん細胞より放出されていることを示す結果が得られていたが、さらにその後の解析で、EBERがEBV感染胃がん細胞から分泌されるエクソソーム依存的に放出されていることを明らかにした。以上の状況から、本研究の目的の達成度は概ね計画通りであると考えられる。本研究の目的は、EBV陽性胃がん細胞において、細胞から放出されたEBERによるTLR3シグナル活性化が起こっているかどうか、それがIGF1誘導に関与しているかどうかなどをまず明らかにすることであるが、現在までの研究で、EBV陽性胃がん細胞から培養上清中へのEBERの放出の有無の確認とその定量はなされている。また、EBERが胃がん細胞のTLR3シグナルを誘導するかどうかについても詳細な解析を行い、EBERによるTLR3シグナル活性化がIFNやサイトカインの産生を誘導すること、さらに胃がん細胞の増殖因子であるIGF1の産生も誘導することを示す結果を得ている。一方EBERの細胞外への放出機構に関して、現在までにEBERがその細胞内結合蛋白質に依存して胃がん細胞より放出されていることを示す結果が得られている。EEBERによるTLR3シグナル活性化をTLR3ノックダウンによって抑制するとEBV陽性胃がん細胞からのIGF1産生が抑制されるという知見をもとに、TLR3シグナルの抑制によりEBV陽性胃がん細胞の増殖が抑制されるかとどうかについての解析を行う。さらにEBERによるTLR3活性化によってなぜIGF1産生の誘導がおこるのかについて、そのメカニズムを解析し、EBV陽性胃がん細胞の増殖促進との関わりについて検証する。
ペンタメチルシクロペンタジエニル基を配位子とする9族金属超分子錯体の合成と機能

[Cp^*MCl_2]_21(M=Rh, Ir)とジイソシアニドとの反応により生成する2核錯体を基準化合物として、これにAg(OTf)で処理すると塩素架橋した4核錯体が、また2座配位子存在下ではそれらの配位子を含む4核錯体が生成する。これらの超分子錯体は配位子によりその空孔が4x12Aの大きさにまで制御することができる。2座配位ホスフィンや3座配位ホスフィンと1との反応から単核および2核錯体が得られる。これらをもとに異なる錯体を反応させることによりホモあるいは異核多核錯体の合成をおこなった。その結果ルテニウムやパラジウム、白金を含むロジウムやイリジウムペンタメチルシクロペンタジエニル錯体を単離した。また、ジチアンやトリチアンを配位子とした多核錯体も合成した。ペンタメチルシクロペンタジエニル基を持つロジウムおよびイリジウム錯体,[Cp^*MCl2]2(M=Rh,Ir)と1,4-ジイソシアノベンゼンとの反応は2核錯体,[Cp^*MCl_2]_2(CNC_6R_4NC)1を与えた。1をAg(CF_3SO_3)で処理すると塩素架橋した4核錯体,[{Cp_2M_2Cl(μ-Cl)}_2(CNC_6R_4NC)_2](CF_3SO_3)_42を与えた。同じような2核錯体,[Cp^*MCl_2]_2(μ-pyrazine)3および4核錯体,[{Cp_2M_2Cl(μ-Cl)}_2(pyrazine)_2](CF_3SO_3)_44はpyrazineとの反応においてもえられた。1b(M=Ir,R=Me)や3a(M=Rh,R=Me)のX-線構造解析によりそれらの構造は確認された。2b(M=Ir)にpyrazineを反応させると塩素架橋が開裂して,新しい4核錯体,[{Cp_2Ir_2Cl}_2(pyrazine)_2(CNC_6R_4NC)_2](CF_3SO_3)_45b(R=Me)が得られた。錯体のIr....Irの距離は縦,約7Å,横,約11Åの長方形で,イソシアニドのベンゼン環およびpyrazin環は4個のIrを含む面に対してほぼ直角になつている。同じ錯体は1bとpyrazineをAg(CF_3SO_3)存在下に反応させることにより直接合成することができる。(1)ペンタメチルシクロペンタジエニル基を持つロジウムおよびイリジウム錯体あるいはアレンルテニウム錯体と分子内にアゾ基をもつ4-イソシアノアゾベンゼン(a)あるいは4,4'-ジイソシアノアゾベンゼン(b)との反応を試みた。aとの反応は[Cp^*MCl_2(CNC_6H_4N=NC_6H_5)](M=Rh,Ir)あるいは[(arene)RuCl_2(CNC_6H_4N=NC_6H_5)]を、またbとの反応は2核錯体、[(Cp^*MCl_2)_2(CNC_6H_4N=NC_6H_4NC)]あるいは[{(arene)RuCl_2}_2(CNC_6H_4N=NC_6H_4NC)]を与えた。これらの錯体はX-結晶解析からトランス構造を有することがわかった。単核および2核錯体の光化学反応を試みたところ、ルテニウム錯体では配位子の解離が起こり、分解した。ロジウムやイリジウム錯体ではトランスからシスヘの異性化反応が観察された。しかしシス/トランスの割合は小さい。2核錯体をAg(0Tf)で処理すると、Cl-架橋した4核錯体[(Cp^*MCl_2)_4(CNC_6H_4N=NC_6H_4C)_2]が得られた。(2)1,8-ビス[(ジフェニルホスフィノメチル)]

ナフタレン(1,8-dpmn)とイソシアニド配位子を含むパラジウムあるいは白金2核錯体、[M_2(RNC)_6](PF_6)_2との反応において、白金錯体では1,8-dpmnが1ないし2個置換された錯体が生成するが、パラジウム錯体では1分子の1,8-dpmnが置換された錯体が得られるが、2分子の1,8-dpmnが置換された錯体は得られず、パラジウムーパラジウム結合が開裂し、単核錯体が生成した。白金の金属-金属結合の強さを示している。同じような現象は他の2核錯体においても観察されている。単核錯体はFreeのリン原子を持つので、他の金属錯体と容易に反応して種種の4核錯体が生成した。
蛇紋岩の削剥過程と地形

蛇紋岩で構成される山地(以下,蛇紋岩山地と略称)は,一般にそれに隣接する非蛇紋岩山地に比べて,(1)相対高度が高く,(2)谷密度が著しく低く,(3)尾根が丸く,山地斜面が緩傾斜であり,(4)浅い滑り面をもつ地すべりが多い,といった特異な削剥地形を示す.蛇紋岩山地の,そのような特異な削剥地形の成因を解明するために,以下の研究をした.北海道敏音知周辺,北上山地宮守地域,京都府大江山を中心に,自然露頭および大規模な砕石場において,現地岩石物性試験(弾性波速度,貫入硬度,シュミットロックハンマー反発度,浸透能,節理密度),室内での新鮮岩および風化物質の岩石物性試験(圧縮・圧裂引張・剪断強度,密度,間隙率,間隙径分布,P波・S波速度,定水位透水係数)ならびに鉱物分析を行った.蛇紋岩の節理密度は,深部では節理の多い部分と少ない部分が複雑に混在しているが,地表に近いほど節理密度が大きくなる.また,日本の主要な蛇紋岩山地についての地形計測によると,蛇紋岩山地の平均高度は蛇紋岩体の面積が約10km^2より大きい場合には周囲の非蛇紋岩山地より高いが,それより小さい場合には逆に低い,ことが判明した.このような蛇紋岩山地の削剥地形の特徴は,蛇紋岩の特異な岩石物性を反映した,次のような削剥過程に起因すると考えた.蛇紋岩の強大な残留応力が削剥に伴う除荷作用によって解放されるために,蛇紋岩が膨張して,引っ張り割れ目が増加して節理密度が増加し,蛇紋岩は葉片状さらに塊状に破砕する.そのため,葉片状,塊状,礫状の蛇紋岩は高透水性を示すので,地表水が浸透しやすくなり,谷は浅く,谷密度が低くなる.一方,風化すると,蛇紋岩は吸水膨張するので,表層部に浅い地すべりを発生しやすくなるので,斜面は緩傾斜になる.その削剥過程における雪達磨効果のために,大規模な蛇紋岩体ほど高い山地を形成している.蛇紋岩で構成される山地(以下,蛇紋岩山地と略称)は,一般にそれに隣接する非蛇紋岩山地に比べて,(1)相対高度が高く,(2)谷密度が著しく低く,(3)尾根が丸く,山地斜面が緩傾斜であり,(4)浅い滑り面をもつ地すべりが多い,といった特異な削剥地形を示す.蛇紋岩山地の,そのような特異な削剥地形の成因を解明するために,以下の研究をした.北海道敏音知周辺,北上山地宮守地域,京都府大江山を中心に,自然露頭および大規模な砕石場において,現地岩石物性試験(弾性波速度,貫入硬度,シュミットロックハンマー反発度,浸透能,節理密度),室内での新鮮岩および風化物質の岩石物性試験(圧縮・圧裂引張・剪断強度,密度,間隙率,間隙径分布,P波・S波速度,定水位透水係数)ならびに鉱物分析を行った.蛇紋岩の節理密度は,深部では節理の多い部分と少ない部分が複雑に混在しているが,地表に近いほど節理密度が大きくなる.また,日本の主要な蛇紋岩山地についての地形計測によると,蛇紋岩山地の平均高度は蛇紋岩体の面積が約10km^2より大きい場合には周囲の非蛇紋岩山地より高いが,それより小さい場合には逆に低い,ことが判明した.このような蛇紋岩山地の削剥地形の特徴は,蛇紋岩の特異な岩石物性を反映した,次のような削剥過程に起因すると考えた.蛇紋岩の強大な残留応力が削剥に伴う除荷作用によって解放されるために,蛇紋岩が膨張して,引っ張り割れ目が増加して節理密度が増加し,蛇紋岩は葉片状さらに塊状に破砕する.そのため,葉片状,塊状,礫状の蛇紋岩は高透水性を示すので,地表水が浸透しやすくなり,谷は浅く,谷密度が低くなる.一方,風化すると,蛇紋岩は吸水膨張するので,表層部に浅い地すべりを発生しやすくなるので,斜面は緩傾斜になる.その削剥過程における雪達磨効果のために,大規模な蛇紋岩体ほど高い山地を形成している.蛇紋岩の岩石物性・風化特性・水文特性と蛇紋岩分布地の削剥過程および地形との相互関係を解明することを目的とする,本研究の初年度(平成12年度)の研究実績は以下のように要約される.1)野外調査を北海道敏音知周辺(神威古潭帯)および兵庫県宮津市周辺(大江山)の2地域で行ない,(1)蛇紋岩および隣接する非蛇紋岩に関する岩盤物性測定(弾性波速度,貫入硬度,シュミットロックハンマー反発度,浸透能),(2)風化帯の分帯,(3)河川流出観測,河川水のpH・電気伝導度の測定,湧出水の採水,(4)植物群落調査を行った.2)室内では,蛇紋岩および隣接する非蛇紋岩から採取した岩塊について,新鮮岩および風化物質の物理的・力学的性質(圧縮・圧裂引張・剪断強度,密度,間隙率,間隙径分布,P波・S波速度,定水位透水係数)を試験した.3)野外および室内での岩盤・岩石物性試験によると,蛇紋岩の新鮮岩は硬岩で著しく低い透水係数を示すが,その風化岩は軟岩であり,著しく高い透水係数を示す.

4)地形解析によって,蛇紋岩山地がそれに隣接する非蛇紋岩山地に比べて,(1)相対高度が高く,(2)谷密度が著しく低く,(3)山地斜面が緩傾斜であり,(4)北海道では地すベりの発生方位が南向斜面に非対称的に多いことを解明した.5)蛇紋岩の特異な削剥地形は,蛇紋岩体には表層に厚い風化帯(しばしば20m以上)が発達し,その高透水性のために谷密度が低くなり,凍結融解などで南向斜面に多発する地すベり移動体によって谷が埋積されることなどに起因すると解される.6)水文特性と植物群落については,次年度以降のデータを加えて解析することにした.蛇紋岩の岩石物性・風化特性・水文特性と蛇紋岩分布地の削剥過程および地形との相互関係を解明することを目的とする本研究の第2年度(平成13年度)の研究実績は以下のように要約される.1)野外調査を新潟県青海町,長野県白馬村,愛知県新城市,京都府宮津市,兵庫県関宮町・大屋町の5地域で行ない,(1)蛇紋岩および隣接する非蛇紋岩に関する岩盤物性測定(弾性波速度,貫入硬度,シュミットロックハンマー反発度,浸透能),(2)風化帯の分帯,(3)植物群落調査を行った.2)室内では,蛇紋岩および隣接する非蛇紋岩から採取した岩塊について,新鮮岩および風化物質の物理的・力学的性質(圧縮・圧裂引張・剪断強度,密度,間隙率,間隙径分布,P波・S波速度,定水位透水係数)を試験した.3)京都府宮津市普甲峠南西方の大規模な砕石場では,蛇紋岩の風化状態が良く観察されたので,風化帯を4分帯し,その分帯ごとに,現地で上記の岩盤物性試験を行い,室内岩石試験用の岩塊を採取した.4)地形解析によって,蛇紋岩山地がそれに隣接する非蛇紋岩山地に比べて,(1)相対高度が高く,(2)谷密度が著しく低く,(3)山地斜面が緩傾斜であり,(4)北海道では地すべりの発生方位が南向斜面に非対称的に多いことが,昨年度の調査結果と同様に,再確認された.5)このような蛇紋岩の特異な削剥地形は,蛇紋岩体には表層に厚い風化帯(しばしば20m以上)が発達し,その高透水性のために谷密度が低くなり,凍結融解などで南向き斜面に多発する地すべり移動体によって谷が埋積されることなどに起因すると解される.岩手県宮守地域,三河大野および京都府大江山の3地区の大規模(比高5090m)な蛇紋岩砕石場において,野外観察により蛇紋岩を土壌,礫状蛇紋岩,塊状蛇紋岩,葉片状蛇紋岩および新鮮蛇紋岩に風化分帯した.また,旧地表から土壌,風化蛇紋岩をへて新鮮蛇紋岩までを対象に,野外で岩石物性(シュミットロックハンマー反発度,縦波速度,山中式貫入硬度,浸透能)を測定した.各砕石場の風化帯ごとに採取した試料について室内で岩石物性(圧縮強度,圧裂引張強度,非整形供試体点載荷強度,縦波速度,横波速度,定水位透水係数,間隙径分布,スレーキング特性)を測定した.その結果,蛇紋岩は礫状蛇紋岩に至る浅所まで強度低下が小さく,硬岩の性質を示すが,土壌になると強度が急激に低下し,一方,透水性は土壌から葉片状蛇紋岩に至るまで高透水性を示し,新鮮岩では不連続的に低透水性を示すことが分かった.間隙径分布とスレーキング特性からみると,新鮮な蛇紋岩は間隙容量が少なく,ほとんど吸水膨張せず,スレーキングしないことが分かった.野外観察と地形計測によると,蛇紋岩山地は,周囲の非蛇紋岩山地に比べて,斜面が緩傾斜で,谷密度が低く,浅い地すべりが多く,山地平均高度は蛇紋岩体面積が約10km^2より大きい場合には高いが,それより小さい場合には逆に低い,ことが判明した.このような蛇紋岩山地の削剥地形の特徴は次のような削剥過程に起因すると推論される.蛇紋岩の強大な残留応力が削剥に伴う除荷作用によって解放されるために,蛇紋岩が膨張して,引っ張り割れ目が増加し,蛇紋岩は葉片状さらに塊状に破砕する.そのため,葉片状,塊状,礫状の蛇紋岩は高透水性を示すので,地表水が浸透しやすくなり,谷は浅く,谷密度が低くなる.一方,風化すると,蛇紋岩は吸水膨張するので,表層部に浅い地すべりを発生しやすくなるので,斜面は緩傾斜になる.岩手県宮守村の大規模(比高:約90m)な蛇紋岩
真核生物の非転写・翻訳型概日振動体の解明に向けた新規の時計遺伝子の探索

本研究では、原核生物型の時計を見出せる可能性を含めて、一般に概日研究で用いられている遺伝子発現の生物発光レポーターをあえて用いず、花弁運動の概日リズムを指標として新規の時計遺伝子の同定を目論んだ。花弁運動突然変異体3つの概日時計遺伝子の発現をリアルタイムPCRで明らかにした。これらのいずれもが、時計遺伝子群(CCA1, LHY1, TOC1)の発現異常を示した。さらに、これらの変異が既存のフィードバック異常とはことなる点も明らかとなった。1つの変異体については、野生型との交配による変異マッピングを行い、染色体マーカーの間にあることが判明した。次世代シーケンス解析で候補塩基置換部位を検出した。(花弁運動突然変異体の一つycu1の原因遺伝子の遺伝的マッピング)アルバイトの雇用による生育条件の改善により、健全な植物体をそろえることができるようになった。そのため、交配実験によるF1およびF2世代の栽培ができるようになった。その結果、ycu1の変異がメンデル遺伝学の様式にのっとった劣性の単一対立遺伝子によることがあきらかとなった。分子マーカによると第3染色体上に存在することが分かった。(次世代シーケンスによるycu1ゲノムの配列解読と解析)次世代シーケンス解読をおこなった。ゲノム上にマップされたリード数が十分である領域とそうでない領域があることを確認した。現在上述のマッピング領域に遺伝子数がいくつあるか、変異と認められる遺伝子がいくつあるか、そのコードタンパク質について解析中である。(ycu1の概日リズムの異常)花のみならず芽生えでもいくつかの時計遺伝子の概日リズムに異常が確認された。こうした異常はこれまでの時計変異pcl1/lux, prr-d975とは異なる。本研究成果で最も興味深い点は、花弁運動変異が、芽生えよりも花で強い影響が現れることがわかったことである。すなわち、このことは、これまでの概日研究において、動植物で広く認められつつある、「すべての細胞で概日時計が働いていること」に関する結果である。さまざまな器官を構成する細胞はそれぞれ特異な遺伝子が発現しており、近傍の遺伝子はエピゲノム的に発現が左右されざるを得ないだろう。概日時計遺伝子についてもそれが当てはまると考えている。投稿論文として準備中の知見だが、芽生えという発生上基本となる構造で生まれた概日時計が、花という生殖器官でも少なくとも4つの遺伝子についてはほぼ同じ概日機能が保持されている。その後、そのためには、おそらく発生進化上新規の転写因子がそれらを強める必要があったと考えられるような結果を得た。そこで以下に述べる結果によって、概日研究の謎である、多細胞における概日時計の発生をエピゲノムの文脈で提案できるだろう。研究開始時点において3つの花弁運動突然変異体が得られていた。また、それらの花において、概日時計遺伝子発現リズムが異常であることを詳細に理解することができた。具体的には、4つの最重要時計遺伝子(CCA1など)の発現が、顕著な抑制を見せることがわかった。花弁運動が停止するのは、概日時計遺伝子のリズムの欠損であることが示唆された。次に問題となるのは、これらの変異が既知の芽生えの概日リズム変異とどのような関係にあるのかを明らかにすることである。そこで、ycu変異体の芽生えの遺伝子発現リズムを調べたところ、発現リズムの強さが、影響をあまり受けないものと、すこし受けているもの、そして、顕著なものに分類できた。さらにこれら相互の相補試験によって、別の遺伝子座にあることが判明した。そのひとつはメンデル遺伝にしたがう劣勢対立遺伝子であることがわかった。3つの変異体のうち、ひとつに研究資源を集中させて、原因遺伝子のマッピングをおこない、第3染色体の短腕にあることを確かめることができた。すくなくとも単一遺伝子の変異で劣勢であることがわかった。この領域に既知の時計遺伝子は、ひとつあるが、遺伝距離的、および表現型が異なるため別の遺伝子だとかんがえられる。次世代シーケンスによって変異部位を多数確認した。さらに、それらのうちコードタンパク質の質的、量的に影響するものが20個程度あることが解析の結果わかった。TAIRのT-DNA挿入株を入手し、その花弁運動を調べている。これらと平行してファインマッピングを実施中である。この表現型が、概日時計と発生を結びつけるものであることが示唆されつつあるため、植物発生のエピゲノム研究者との共同研究を考えている。前年度は、花弁運動突然変異体3つの変異がそれぞれ異なる遺伝子座にあること、概日時計遺伝子群(CCA1, LHY1, TOC1)では、それらの発現がいずれも有意に減少していることを遺伝学会や植物生理学会において報告した。また、それら以外の概日リズムに異常が生じているかについて、発生段階としては初期の芽生えの運動リズムを解析した。興味深いことに、それらの芽生えの子葉の就眠運動の概日リズムがきわめて減弱したものが見つかっただけでなく、野生型との差がみられないものが見つかった。これらは、概日時計が発生の影響を受けにくくするための核内機構の存在を暗示するとすれば、これまでの概日機構のとらえ方に一石を投じることになろう。最終年度にあたる平成28年度には、そのうちの一つの変異体のゲノム解析を中心に研究を実施した。3つの突然変異体のゲノムシーケンスを決定した。さらにPCR法を利用した遺伝学的分子マッピング解析によって、一つの変異体の塩基変異部位をラフマッピングできた。この領域を2つの変異体間で比較したところ、いくつかの塩基置換を認めることができた。

これらの塩基置換のいずれかが変異の原因であると考えられるので、それらにT-DNA挿入された形質転換体系統を複数、種子バンクから取り寄せた。それらの花弁運動を解析したところ、運動が野生型にくらべて有意に減弱していることを確認した。今後は、過剰発現株の作成、T-DNA挿入株と変異株の遺伝子相補解析、野生型原因遺伝子の発現解析を行う。成果報告においては、平成29年に、花弁運動突然変異体の発見について原著論文として科学雑誌投稿を行う。また、変異遺伝子の発現産物の生化学的、細胞生物学的解析を引き続き実施する。それ以外の変異体2つについても変異遺伝子マッピングをおこない、原因遺伝子の特定をおこなう。本研究では、原核生物型の時計を見出せる可能性を含めて、一般に概日研究で用いられている遺伝子発現の生物発光レポーターをあえて用いず、花弁運動の概日リズムを指標として新規の時計遺伝子の同定を目論んだ。花弁運動突然変異体3つの概日時計遺伝子の発現をリアルタイムPCRで明らかにした。これらのいずれもが、時計遺伝子群(CCA1, LHY1, TOC1)の発現異常を示した。さらに、これらの変異が既存のフィードバック異常とはことなる点も明らかとなった。1つの変異体については、野生型との交配による変異マッピングを行い、染色体マーカーの間にあることが判明した。次世代シーケンス解析で候補塩基置換部位を検出した。実験計画どおり、交配実験にめどが立った。すなわちycu1の変異は、野生型との交配後も世代で確実に観察されることが確かめられた。そのため労力と時間をかけることで、研究期間中にycu1原因遺伝子にたどり着くことが現実的となった。また、次世代シーケンス技術を導入し、そのycu1ゲノムの現状を感覚的には8割程度把握することができた。どの程度までマッピングによって絞り込むか、何個の候補遺伝子のT-DNA挿入ライン植物体を調べるかという地点に立つことができた。第3染色体には既知の時計遺伝子としてpcl1がみつかっているが、これとは場所がことなるため、おそらく新規の遺伝子が見つかるだろう。変異体としてそのほかに二つのラインがあるがそれらとの関連は実験結果を解析するうえでマンパワーが不足している。ファインマッピング原因遺伝子の同定のため、交雑集団F2を20ー30株を使ってファインマッピングをおこなう。次世代シーケンスの結果、ycu1ゲノムにはSNPとして利用できそうな変異が当該ゲノム領域にあることがわかったので、Co-0との交雑だけでなく、Ler-0との交雑集団でもファインマッピングしてみる。過剰発現株変異の原因遺伝子候補が特定できたら定法にしたがい過剰発現株を作成して花弁運動と概日リズムを測定する。TAIR T-DNA挿入株定法に従い、当該遺伝子のT-DNA挿入株をとりよせ、花弁運動を確認する。生物発光レポーター株の作出概日リズムの詳細な変異を調べるために生物発光レポーターを作成して、周期、持続性をしらべる。
新規G2 checkpoint阻害剤habiterpenolの全合成及び創薬研究

現在、ガン細胞選択的に作用する抗ガン剤の標的として、DNA修復機構のG2 checkpointが注目を浴びており、北里大学においてその特異的阻害剤である新規天然物habiterpenol(1)が発見された。そこで1の効率的な全合成経路を確立し、全合成経路を応用した構造活性相関研究を通じて、より優れたG2 checkpoint選択的阻害剤を開発することを目的として全合成研究に着手した。当初の合成計画通りに研究は進まなかったが、改良を続けた結果、1の全合成完了の一歩手前の重要中間体の合成まで達成することができた。全世界におけるガンによる年間死者数は年々増加すると予測されており、副作用が少なく、低用量で効果を示すガン細胞選択的な新しいタイプの分子標的治療薬の開発が望まれている。そのような中、ガン細胞選択的に作用する抗ガン剤の標的として、DNA修復機構のG2 checkpointが注目を浴びており、北里大学においてその特異的阻害剤である新規天然物habiterpenolが発見された。申請者は、今後の創薬研究を進めるためにも新規誘導体の合成に対応可能な応用性の高い、habiterpenolの全合成経路の確立を目指し研究に着手している。現在、申請者が考えた合成計画に従い、合成研究を進めており、鍵反応が期待どおり進行することまでを確認している。おおむね計画どおり進んでおり、今後も全合成の完了に向けて鋭意努力を続けていく。現在、申請者が考えた合成計画に従い合成研究を進めており、鍵反応が期待どおり進行し、全合成の完了まであと一歩のところまで来ている。今後も全合成の完了に向けて鋭意努力を続けて行く。当初の予定内に全合成を完了することができていないため。ただし、全合成完了に向けた最終局面に来ていることは確かである。そのような中、ガン細胞選択的に作用する抗ガン剤の標的として、DNA修復機構のG2 checkpointが注目を浴びており、北里大学においてその特異的阻害剤である新規天然物habiterpenol (1)が発見された。今後の創薬研究を進めるためにも新規誘導体の合成に対応可能な応用性の高い、1の全合成経路の確立を目指した。その結果、市販の(3aR)-(+)-sclareolideより種々官能基変換を経て、重要中間体の一つであるアルデヒド2を合成し、もう一つの重要中間体であるインデン骨格を有するヨージド3を酵素を用いた非対称化反応を経て不斉合成した。次いで、2と3をカップリング後、酸化して得られたケトン中間体4より、当初の計画通り、ルイス酸を用いた分子内マイケル付加反応を試みたが、反応は進行して環化生成物を与えるものの、予想に反し、1箇所立体化学が異なる5が主生成物となることが判明した。そこで、反応機構を推察し、鍵反応を分還元的ラジカル環化反応へと変更し、基質も2をエポキシアルデヒド6へと変換した。先と同様に、6と3をカップリング後、酸化して得られたケトン中間体7より、サマリウムヨージドを用いた還元的ラジカル環化反応を行ったところ、今度は所望の立体配置を有する環化生成物8を高収率で得ることに成功した。全ての炭素骨格および立体化学を構築できたため、その後残りの化学変換を試み、1の全合成の達成を試みたが、最後のBC環の核間にあるヒドロキシメチル基の脱酸素化反応だけがどうしても達成できなかった。結果、期間中に全合成を達成することができなかったが、若干合成経路を変更し、1の全合成達成に向けて研究を継続していく予定である。初年度中に全合成を完了することはできなかったが、鍵反応が期待どおり進行することを確認し、全合成もほぼ終盤まできていることから、当初の計画どおり、今年度(2年目)中に全合成経路の確立を完了したいと考えている。昨年度は薬学会の主催校となり運営準備に大幅に時間をとられてしまったことが大きな原因であり、今年度は時間が確保できるため、担当学生も増員し、本プロジェクト完了に向けて研究に邁進して行く。有機合成引き続き、申請者が考えた合成計画に従い全合成研究を進めて行く予定である。

達成後、まずは不明であったhabiterpenolの絶対立体配置を明らかにし、更に本合成経路を応用して大量合成を行い、いまだ実施できていない種々の詳細な生理活性試験や毒性試験に供する予定である。上記の研究が終了後、habiterpenolの構造活性相関研究を進める。合成中間体、並びに構造簡素化体や立体化学を欠如した新規誘導体を種々合成していく予定である。現在のところ、計画どおりに研究が進んでいるため、新たな推進方策を実施する予定はない。次年度使用額(「次年度使用額(B-A)」>0)が生じた理由は、初年度合成研究を進めるにあたり、新しい試みをすることが多かったため、合成スケールが小さかった、すなわち消耗品である試薬や溶媒の使用量が予定より少なくて済んだためである。初年度にある程度合成経路が確立できたので、2年目は合成スケールが大きくなる、すなわち消耗品である試薬や溶媒の使用量が増える予定である。そのため、翌年度(2年目)分として請求した助成金と合わせた使用していく予定である。
民家の再生に学ぶ環境共生の住まいづくりと生活文化の伝承に関する研究

近年、民家の再生は、良好な住環境形成および地球環境保全の観点から注目を集めている。本研究は歴史や気候風土の中で育まれてきた地域の住まいづくりの伝統や生活文化を再評価するため、民家再生の全体像を入居者の立場から明らかにしたものである。わが国における民家再生の実態は実に多様である。本研究では山梨県を含む全国の再生民家居住者を対象としたアンケート調査と民家再生を手がけた設計事務所・工務店へのヒアリング調査を実施し、民家再生の動機・プロセス、情報収集活動、設計・工事内容、民家再生の評価、再生前後の住まい方の変容等を把握した。これより以下の点が明らかとなった。1.長年住み慣れてきた住宅や地域に対する愛着、伝統へのこだわりが民家再生のきっかけとなっている。2.民家再生に関する情報は雑誌やテレビなどのメディアから入手しているが、建築家の説得による場合も多い。3.民家再生は、現代の技術をもって古い住宅の問題点を解消しつつ、現代のライフスタイルやニーズにあった魅力的な住空間を提案している。4.住宅建設の工業化・標準化が進む中で、民家再生の現代的意義は自然環境と調和した住まいづくりの方法や知恵を見直し、生活文化として伝承していくことにある。5.民家再生に対する施主の満足度は高いが、施主と建築家の間で民家再生に対する考え方のコンセンサスが得られない場合にはトラブルになりやすい。6.民家再生の建設コストを抑制するための助成制度の充実や民家再生に関する情報のネットワーク化が今後の課題である。7.地域に根ざした住まいづくりのためには学校教育における住教育の充実が重要である。本研究では教材として民家再生のペーパークラフトを試作するとともに、民家を活用した授業実践例を紹介した。8.今後は再生前後の住まい方の詳細分析や、地域に根ざした住まいづくりに対する自治体の取り組みについての調査が必要である.近年、民家の再生は、良好な住環境形成および地球環境保全の観点から注目を集めている。8.今後は再生前後の住まい方の詳細分析や、地域に根ざした住まいづくりに対する自治体の取り組みについての調査が必要である.本研究は、全国の異なる気候風土や生活様式の発展とともに育まれてきた地域の住まいづくりの伝統や生活文化を再評価するため、古民家再生の事例調査・分析を通じて自然環境と調和した民家の居住空間の特性や住まい方の実態を明らかにすることを目的としている。今年度の主な研究実績は以下の通りである。1.雑誌・書籍・論文・インターネットのWWW等より、北海道、高知、福岡、広島、兵庫、福島、大分、石川、山梨県など全国各地の民家再生・保存・活用に関する多様な取り組みを調査し、データベースを作成した。2.民家再生に取り組んでいる団体(日本民家再生リサイクル協会や山口県建築士会など)や民間事業者を対象に聞き取り調査を行い、活動状況や民家再生の問題点・課題等を把握した。3.全国における民家ストックを把握するため、平成10年住宅・土地統計調査の都道府県別建築時期別住宅数から民家のストック量を概算した。4.山梨県における民家の地域分布や構造・間取りの特徴等を把握するため、県内市町村の郷土史や建築学会論文等から過去の民家調査事例を収集するとともに、住宅地図や地形図等を用いて集落分布の空間特性を検討した。5.住宅マスタープランを策定した全国の自治体を対象に住宅マスタープラン本報告書を収集し、地域の住文化継承や民家活用システムなど地域に根ざした住宅施策の取り組みについて調査した。6.以上の検討結果を踏まえ、来年度は民家再生に取り組む事業者、再生民家居住者、自治体の3者を対象にアンケート調査を実施することとし、そのための調査内容の予備的検討を行った。本研究は、気候風土や生活様式の発展とともに育まれてきた地域の住まいづくりの伝統や生活文化を再評価するため「民家再生」を取り上げ、主として再生民家居住者に対するアンケート調査から自然環境と調和した民家の住空間特性や住まい方の実態を明らかにすることを目的としている。本年度の主な研究実績は以下の通りである。1.昨年度に引き続き、雑誌・書籍・WWW等を使って全国の民家再生事例を収集した。

2.各地で民家再生に取り組んでいる建築家および工務店を対象に現地調査を行った(山形、群馬、高知、熊本、大分)。住文化の視点から民家再生を捉え、居住者の声を聞きながら地域に根ざした民家再生のあり方を追求していることを明らかにした。3.全国の再生民家居住者238世帯を対象にアンケート調査を行い、民家再生に至るプロセス、情報収集・設計・工事内容、民家再生の評価、再生前後の住まい方の変容等を把握した。民家再生は工事費用の調達・合意形成、業者選びなど多くの課題を持つものの、住まいや住生活のあり方、住文化について問い直すきっかけとなっていること、建築主と業者のパートナーシップによって地域の実情にあわせた多様な民家再生がありうることを明らかにした。4.山梨県芦川村および早川町の茅葺き民家集落を調査し、屋敷構えや民家の構造・材料、屋根形式の地域的特徴を明らかにした。5.学校教育における地域性をいかした住教育プログラムへの活用を目的として、石和町の再生民家・杉原家をモデルにペーパークラフトを作成した。6.2年間の研究成果を取りまとめた研究成果報告書を作成した。
コンクリート構造物におけるメンテナンスシステムの構築に関する研究

本研究課題は,持続的な発展を目指す社会においてコンクリート構造物に要求されるメンテナンスシステムの構築を目的としたものである。本申請課題において得られた主な結果は以下の通りである。(1)コンクリート構造物の安全性能,使用性能を中心とする耐久性能の回復を目的とした「失敗のない補修・補強材料あるいは工法」の選定方法を示した。とりわけコンクリート構造物の安全性能は鉄筋の腐食問題に帰着することが多く,鉄筋の保護機能をあわせもつコンクリート自身の耐久性を十分なものとすることが重要である。したがって,腐食を発生,進展させないような補修材料について材料耐久性試験や数値シミュレーション結果をもとに提案した。(2)劣化および複合劣化がコンクリート構造物の構成材料の性能に与える影響について、コンクリート強度、鋼材強度、付着性能の経時変化を定式化する手法を提案した。また、これらを用いて部材あるいは構造物の耐荷性能低下を予測する手法を示した。一方、コンクリート構造物の供用性評価に係る非破壊試験方法を整理し、その特徴を考察してコンクリート表面の劣化現象を説明できる評価値を設定した。(3)コンクリート構造物の維持管理の水準が設計,施工に与える影響を考慮して,構造物の総合計画の段階で維持管理を考慮すべきであることを示した。また,世界的な規準類の流れを考慮して,性能照査を含む性能規定型のメンテナンスシステムとし,性能として安全性能,使用性能,第3者影響度に関する性能,美観・景観,耐久性能の5つを中心とすることとした。これらの性能について,時間軸を考慮した照査とすることを提案した。(4)性能照査型の設計体系の中での維持管理計画と、そのシステム構築の方向性を確立した。また、総合的な構造物のメンテナンスシステムとして、単独あるいは複合劣化現象全般にわたり適用可能な補修・補強ガイドラインを示した。平成15年度においては,1.コンクリート構造物の各種劣化現象のモデル化,2.補修・補強材料の性能評価,3.維持管理のフレームワークの構築,を目指した。1.各種の劣化要因がコンクリート構造物の諸性能に与える影響について整理および検討した。その結果,構造材料性能,例えば,コンクリートおよび鉄筋の機械的性質,付着性能などについて,その経時変化を定式化する手法を提案し,性能の推定方法を示した。これらの結果より,今後の更なる検討において精度を向上させなければならないものの,劣化を受けるコンクリート構造物の安全性能あるいは使用性能の低下をおおむね推定することが可能となった。2.コンクリート構造物の安全性能,使用性能を中心とする耐久性能の回復を目的とした「失敗のない補修・補強材料あるいは工法」の選定方法を示した。したがって,腐食を発生あるいは進展させないような補修材料について材料耐久性試験や数値シミュレーション結果をもとに提案した。また,これらの効果は実環境で確認することが望ましく,劣化した実橋脚から取り出した桁部材を用いた各種補修工法の評価を行うための暴露実験を実施した。なお,本試験は現在も継続して調査・分析している。3.コンクリート構造物の維持管理の水準が設計,施工に与える影響を考慮して,構造物の総合計画の段階で維持管理を考慮すべきであることを示した。

本研究課題は、コンクリート構造物のあるべきシナリオのもとで、その性能を有効に発揮させるための「維持管理システム」の構築を目的とした。本年度の検討で得られた主な結果は以下の通りである。(1)各劣化現象の単独劣化のメカニズム、複合劣化のメカニズム、複合劣化の相関図、複合様式の分類と現象把握レベルおよび予測劣化について明らかにした。これら相関図や複合様式の分類より、個々の劣化メカニズムとしては複合する可能性があっても、実現象として確認されていないことや、個々の劣化速度がそれぞれの機構により異なるために、複合劣化として生じ得る可能性が小さいこともあることがわかった。(2)複合劣化の点検の種類や方法は、劣化進行予測モデルの組合せによって変わるため、点検結果と劣化限界状態の関係が明らかとなる点検方法と劣化進行モデルの構築を必要とすることを示した。(3)劣化および複合劣化がコンクリート構造物の構成材料の性能に与える影響について、コンクリート強度、鋼材強度、付着性能の経時変化を定式化する手法を提案した。また、これらを用いて部材あるいは構造物の耐荷性能低下を予測する手法を示した。一方、コンクリート構造物の供用性評価に係る非破壊試験方法を整理し、その特徴を考察してコンクリート表面の劣化現象を説明できる評価値を設定した。(4)単独および複合した要因により損傷を受けたコンクリート構造物の補修・補強に対して、補修工法および材料の選定の考え方を示し、その妥当性をケーススタディによって評価した。(5)性能評価(照査)型の設計体系の中での維持管理計画と、そのシステム構築の方向性を確立した。また、総合的なコンクリート構造物のメンテナンスシステムとして、単独あるいは複合劣化現象全般にわたり適用可能な補修・補強ガイドラインを示した。
レーザー場におけるメゾスコピック系の非線形ダイナミクス

非平衡開放系の物理を理解することは、宇宙から生物にいたるまで、さまざまなスケールの物理を考える際に重要な課題である。そこで、われわれはマイクロメートルミリメートルのスケールの定常的な非平衡開放条件を集光レーザー場を用いて形成することを目的として研究を進めてきた。すなわち、集光レーザーによって物体をトラップしながら、光子としてのエネルギー注入による非平衡開放条件下で引き起こされる動的な非線形現象についての実験をデザインし、非平衡開放系に関する実験モデル系の確立、理論的基盤の構築を目指した。その結果、次に示すような重要な成果を得ることができた。・定常的な集光レーザー場中における高分子・脂質チューブの周期的構造変化・レーザーにより誘起されるマイクロメートルスケールの相分離現象・レーザーエネルギー注入による液滴の振動・消滅リズム・レーザー照射位置の制御による液滴の自発的運動の制御また、レーザーによる非平衡系での現象と対比させて考えるため、化学エネルギーの勾配により駆動される自発運動についても研究を行い、次の成果をあげた。・界面活性剤水溶液中における油滴のガラス基板上自発的運動・水-アルコール系におけるアルコール液滴の自発的運動・BZ反応液滴の自発的運動これらは光エネルギー・化学エネルギーを注入源とする非平衡開放場であると捉えることにより、非線形微分方程式で記述可能であることを示した。このような定式化により、実験系の制御やデザインができるようになってきている。理論的考察を通じて、非平衡開放条件下、自発的にリズムやパターンの生成する現象についての、新奇なシナリオを構築することに成功した。本年度は、レーザ場上での、液滴の形成(nucleation)と成長(growth)についての研究に大きな進展が見られた。過飽和蒸気の条件下、塩化アンモニウムをアンモニアと塩酸の蒸気で生成させることにより、それを核とした微小液滴の生成実験を行った。その結果、5mWのレーザ出力のもと、6μm程度の液滴の光トラップに成功した。注入した光エネルギーにたいする、トラップ効率Qをもとめたところ、Q=0.46の値が得られた。これまでに報告されている、光トラップ実験での、Qの最大値は0.08であり、今回の実験では、それを一桁上回るトラップ効率が実現できたわけである。このような高いトラップ効率をなしえたのは、1)対物100倍のレンズを使うなど、光学系を工夫したこと、および、2)液滴が臨界サイズまで成長できる実験条件の設定に成功したことが挙げられる。さらに特筆される成果として、光駆動型のミクロモータの実験がある。ラセンの形状をした物体にミクロビーズを粘着させ、そのビーズに焦点をあて、光トラップしたところ、光圧に駆動されて、光軸周りの回転運動がされることを、実験でしめした。重要なこととして、同じ形状の物体でありながら、粘着したビーズの位置に依存して、回転方向が反転することを示したことがある。非接触の光駆動ミクロモータのモデルとして興味深い結果であるといえよう。また、長鎖DNAを折りたたんでコンパクトにしたものは、、レーザの光軸上に直線的に配向することを見出した。無修飾の高分子を、このように容易に並べることが可能であることを示したものとして、重要な結果であるといえる。レーザーによって物体をトラップした上で非平衡開放場を構築し、様々な非線形ダイナミクスを発現させることを目的として研究を行っている。本年度に得られた成果は以下の通りである。(1)水-有機物質混合溶液中に集光レーザーを照射することによって、焦点においてのみ、ミクロスケールの相分離挙動が誘起することを示した。この系においては、相分離の生じるレーザー出力に閾値が存在し、分離後の有機物質をトラップして搬送させることなども可能である。

(2)密閉した微小空間中において、集光したレーザーを気水界面に照射して水相を局所的に加熱することで、揮発した水蒸気が固体基板上に凝集して微小液滴を形成・成長し、元のバルク水相に接触するとバルク相に吸収されることを繰り返す振動挙動を見出した。これは、ミクロスケールで観察される一種の蒸気エンジンであり、定常的なレーザー照射によって発現する非線形振動現象の一つである。(3)集光したレーザー光線を焦点面上において高速走査することにより、微小ポリスチレンビーズの運動を、その走査軌道上に拘束することができる。この手法によって、ビーズの一次元非対称ポテンシャル場上の拡散運動を解析した結果、方向性のないエネルギー入力によって、方向性のある運動を取り出せることや、また、そのような非平衡状態においてEinsteinの関係が著しく破れていることなどを実験的に見出した。(4)気相中で微小液滴をレーザーによってトラップした。この時のトラップ効率を従来行われている系と比較すると、一桁大きくなることを示した。気相中で液滴を保持できることから、従来の浮遊技術とは異なる方法で無容器化学反応系の構築が可能となることを示す結果である。(5)細胞モデルとしてのリン脂質小胞(リポソーム)内に、レーザーでトラップしたDNA分子を導入することが可能であることを示した。これは、新しい遺伝子導入技術の開発に繋がるものである。非平衡開放系の物理を理解することは、宇宙から生物にいたるまで、さまざまなスケールの物理を考える際に重要な課題である。そこで、われわれはマイクロメートルミリメートルのスケールの定常的な非平衡開放条件を集光レーザー場を用いて形成することを目的として研究を進めてきた。すなわち、集光レーザーによって物体をトラップしながら、光子としてのエネルギー注入による非平衡開放条件下で引き起こされる動的な非線形現象についての実験をデザインし、非平衡開放系に関する実験モデル系の確立、理論的基盤の構築を目指した。その結果、次に示すような重要な成果を得ることができた。1,集光レーザー場中における高分子の周期的構造変化2,集光レーザー場を時間的に変化させることによるダイナミクスの観察3,レーザーにより誘起されるマイクロメートルスケールの相分離現象の制御4,レーザーエネルギー注入による液滴の自発的運動これらの結果は、集光レーザーをエネルギー注入源とする非平衡開放場であると捉えることにより説明でき、微分方程式に書き下ろすことが可能である。このような定式化により、実験系の制御やデザインができるようになってきている。理論的考察を通じて、リズムやパターンが創出されるには、ある少数のモードにのみエネルギーが注入され、そのエネルギーが散逸する際に、非線形特性が有効に絡むことが必要であることを明らかにした。このように、さらに研究を飛躍させるための基盤的な研究成果を得ることができた。生命体をはじめ、原子・分子から星雲の形成にいたるまで、様々な階層において、非線形・非平衡現象は極めて一般的な事象である。