hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
出芽酵母を用いたオートファジーの分子機構解析

オートファジーはオートファゴソーム(以下AP)と呼ばれる,脂質二重層の二重膜により区画化されたオルガネラを介して,タンパク質やオルガネラを非選択的に液胞に輸送する細胞内分解システムである.最近になって,タンパク質やオルガネラがAPに選択的に取り込まれることが細胞の機能維持に重要であることが分かってきた.報告者はこれまで積荷にAPへの選択性を付与する分子機構の解析を進めてきた.その結果, APの積荷タンパク質としてよく知られているアミノペプチダーゼI(以下Ape1)がAtg19を介してAPに積み込まれることを明らかにした.本年度はApe1と同様, APに選択的に取り込まれることが知られているα-マンノシダーゼ(以下Ams1)の選択的輸送機構の解析を進めた.面白いことに, Ams1はApe1と異なりatg19破壊株でも正常にAPに取り込まれた.そこでAtg19のホモログであるYo1083wに注目した. yo1083w破壊株ではAms1の輸送は正常だったが, atg19との二重破壊株ではその輸送は停止した. Ams1の輸送に関しては, Atg19とYo1083wが共に受容タンパク質として機能しているらしい.Atg19とYo1083wはオートファゴソームに積み込まれるべきタンパク質やオルガネラを決定するタンパク質である.TAPタグを用いてAtg19やYo1083wを精製し,オートファジーの標的タンパク質の解析を進めている.オートファジーはオートファゴソーム(以下AP)と呼ばれる,脂質二重層の二重膜により区画化されたオルガネラを介して,タンパク質やオルガネラを非選択的に液胞に輸送する細胞内分解システムである.最近になって,タンパク質やオルガネラがAPに選択的に取り込まれることが細胞の機能維持に重要であることが分かってきた.申請者はこれまで積荷にAPへの選択性を付与する分子機構の解析を進めてきた.その結果,APの積荷タンパク質としてよく知られているアミノペプチダーゼI(以下Ape1)がAtg19を介してAPに積み込まれることを明らかにした.本年度はApelと同様,APに選択的に取り込まれることが知られているα-マンノシダーゼ(以下Ams1)の選択的輸送機構の解析を進めた.面白いことに,Ams1はApe1と異なりatg19破壊株でも正常にAPに取り込まれた.そこでAtg19のホモログであるYo1083wに注目した.yo1083w破壊株ではAms1の輸送は正常だったが,atg19との二重破壊株ではその輸送は停止した.Ams1の輸送に関しては,Atg19とYo1083wが共に受容タンパク質として機能しているらしい.また,選択的オルガネラ分解の系として知られるペルオキシソームの分解を調べると,Ams1の場合と同様に,Atg19とYol083wのどちらかが存在すれば選択的なペルオキシソーム分解の進行が可能であることが明らかとなった.現在Atg19とYol083wがペルオキシソームを認識する分子機構を解析中である.オートファジーはオートファゴソーム(以下AP)と呼ばれる,脂質二重層の二重膜により区画化されたオルガネラを介して,タンパク質やオルガネラを非選択的に液胞に輸送する細胞内分解システムである.最近になって,タンパク質やオルガネラがAPに選択的に取り込まれることが細胞の機能維持に重要であることが分かってきた.報告者はこれまで積荷にAPへの選択性を付与する分子機構の解析を進めてきた.その結果, APの積荷タンパク質としてよく知られているアミノペプチダーゼI(以下Ape1)がAtg19を介してAPに積み込まれることを明らかにした.本年度はApe1と同様, APに選択的に取り込まれることが知られているα-マンノシダーゼ(以下Ams1)の選択的輸送機構の解析を進めた.面白いことに, Ams1はApe1と異なりatg19破壊株でも正常にAPに取り込まれた.そこでAtg19のホモログであるYo1083wに注目した. yo1083w破壊株ではAms1の輸送は正常だったが, atg19との二重破壊株ではその輸送は停止した. Ams1の輸送に関しては, Atg19とYo1083wが共に受容タンパク質として機能しているらしい.Atg19とYo1083wはオートファゴソームに積み込まれるべきタンパク質やオルガネラを決定するタンパク質である.TAPタグを用いてAtg19やYo1083wを精製し,オートファジーの標的タンパク質の解析を進めている.
神経細胞・細胞骨格の分子細胞生物学的研究

I)神経細胞の形態形成における細胞骨格の機能(1)主要な微小管関連蛋白MAP2及びMAP1Bの機能の解明。MAP1B遺伝子欠失マウスを作成し,その脳の組織構築,神経細胞の微細構造,他の細胞骨格蛋白の発現量の解析を行った。MAP1B欠失マウスは運動性の低下,体重減少がみられ,特に視神経の発達が遅延していた。MAP1Bが軸索伸長時に重要な役割を果たしている事が示唆された。現在MAP2gene targeting用コンストラクトを作成中である。II)神経細胞の物質輸送における細胞骨格の機能(1)モーター分子kinesinのモーター領域と微小管との複合体の三次元微細構造の解析。kinesinの頭部モーター領域をE.coliで精製,微小管と結合させた後,急速凍結,極低温透過型電顕で観察し、三次元の再構成を行い,その微細構造を明らかにした。(2)新しいモーター分子KIF1A,KIF2,KIF3Bの分子細胞生物学的解析を行った。KIF1Aは単頭順行性モーター(1.5μm/sec)でシナプス小胞の前駆体を運ぶモーターであり,KIF2はホモダイマー順行性モーター(0.4μm/sec)で幼若な神経細胞に多く発現され,シナプス小胞前駆体とは異なる膜小器官を運ぶモーター分子である。KIF3BはKIF3Aとヘテロダイマーを形成し,KAP3と命名した結合蛋白をその尾部に結合させ,順行性(0.4μm/sec)にシナプス小胞前駆体とは異なる膜小器官を輸送するモーター分子である。(3)kinesinモーター分子のモーター領域に点突然変異を導入しその機能を解析したところ,ライソゾームのゴルジ装置よりの拡散が障害されkinesinがこの機能を担っている事が分かった。2〕物質輸送(1)神経軸索内の物質輸送の新しいモーター分子を分子生物学的手法を用いて探索し、従来同定されていたキネシンと脳ダイニン以外の5種類の新しいモーター分子を同定し、その内4種類のcDNAクローニングと一次構造の決定を行い。in situ hybridization法によりこの5類種がすべて一つの神経細胞に発現されている事を明らかにした。(2)神経軸索内のニューロフィラメントの動態と遅い軸索輸送の機構について、ニューロフィラメントL蛋白にfluorescein標識し、培養神経細胞に微量注入その後のレーザー光によりphotobleach recovery法で解析した。その結果ニューロフィラメントは軸索内でターンオーバーするdynamicな構造で、その輸送はpalymerの形でなくsmalloligomerとして動いている事が強く示唆された。3〕シナプス領域での伝達物質の放出及び小胞膜のrecyclingの機構シナプス小胞のrecyclingの過程で重要な機能が予想されるdynamin(100KD)α大量精製法を確立し、これが微小管により活性化されるGTPase活性を有し、免疫細胞化学により順行性に運ばれる膜小器官に結合してシナプス結末に運ばれる事を示した。1)神経細胞の形態形成と細胞骨格(1)本年はinvivoでの主要なMAPsの機能を解析するため、まずTauの遺伝子欠失マウスをHomologous Recombination法で作りその解析を行なった。面白いことに中枢神経系に大きな組織学上の異常は認められなかったがTauを多く発現する小脳顆粒細胞軸索などの細い径の軸索では微小管の数が減少し微小管間の架橋構造が減少し、軸索内の微小管Organizationと安定性に大きな変化がある事が判明した。また面白いことにMAP1Aの合成が代償性に上昇している事も分かった。この結果から軸索伸長に対するTauの機能は、MAP2CとRedundantであるかMAP1Aにより代償されたと考えられ、MAPsの形態形成上での機能は多種類のMAPにより2重、3重に保証されている事が推測される。(2)軸索内及び樹状突起内では、微小管とニュ-ロフィラメントが平行に配列し、その間に架橋構造が発達している。この微小管とニュ-ロフィラメントの相関は、軸索及び樹状突起形成の重要なcore構造を作る基盤となっている。今回私達は再構成系を中心とした解析により、微小管とニュ-ロフィラメントがニュ-ロフィラメントH蛋白(NF-H)のC末Tail部分により架橋されており、この架橋がNF-H C末のTauキナ-ゼによるリン酸化ではずれ、脱リン酸化により形成される事を示す結果を得、リン酸化が微小管とニュ-ロフィラメントの相関に重要な機能を果たしている事を示した。2)物質輸送(1)神経軸索内では、ミトコンドリア、シナプス小胞の前駆体、軸索形質膜の前駆体、エンドゾ-ム、多胞体等の機能の異なった小器官が順行性および逆行性に異なった速度で送られている。また遅い輸送ではおもに細胞骨格蛋白が送られているが、このモ-タ-は全く分かっていない。この複雑であるが実によく統制された物質輸送は神経細胞の形態形成および機能発現にとり基本的に重要である。その機構を明らかにするため、私達は既知のキネシンと脳ダイニン以外の新しいモ-タ-分子があると考えそれらを分子生物学的に探索し、KIF1A,KIF1B,KIF2,KIF3A,KIF3B,KIF4,KIF5の新しい7種類の微小管に結合し、しかもATPase活性のあるモ-タ-分子の候補の遺伝子のクロ-ニングと一次構造の決定を行なった。

今年度はこのうち特に、KIF3A,KIF3BとKIF4の解析を行い、バキュロウイルス、Sf9細胞系を用いたin vitroでの蛋白精製、Motilityのassay、抗体産生およびそれを用いた免疫細胞化学、結紮する事により順行性、逆行性の輸送を止めた軸索の免疫染色などによりKIF3AとKIF3Bがヘテロダイマ-を作りキネシン以外の新しい順行性の膜輸送のためのモ-タ-分子(0.6μm/sec)として、働くこと、またKIF4が幼若な神経特異に膜小器官の(Growth cone内の膜小器官等)を輸送する順行性の速度の遅い(0.2μm/sec)モ-タ-分子である事を明かにした。(2)逆行性モ-タ-分子の候補である脳ダイニン重鎖510KDの遺伝子のクロ-ニングと一次構造の決定(4644アミノ酸)を行なった。分子の中央部にATP結合部位が4つあり、ベン毛ダイニンとの構造比較により中央部とC末に微小管結合領域とATPase活性部位があり、N末が膜小器官に結合する部位であることが示唆された。(3)微小管関連蛋白は、神経細胞の形態形成にかかわりモ-タ-分子は、微小管上を滑って物質を輸送する。この二種の異なった分子の微小管との結合部位の相関を解析した。MAP2、Tauおよびdeletion mutant cDNAによりin vitroで作ったそれらの微小管結合ドメインとキネシン、脳ダイニンの微小管との結合の競合実験を行なったところ、このモ-タ-分子とMAPsが微小管上での結合部位を競合している事が分かり、モ-タ-分子は、MAPs結合部位を巧妙にすり抜けて物質輸送を行なっている事が示唆された。1)神経細胞の形態形成における細胞骨格の機能。(1)Tau遺伝子欠失マウスの分子細胞生物学的研究を行い、Tauか細い軸索の微小管の安定化とorganizationに重要な役割をはたしている事を明らかにした。(2)神経細胞の極性の基礎となるMAPsの局在化機構を、標識'付MAP2,およびTan cDNA又そのキメラやdeletion mutant cDNAの初代培養神経細胞への形質導入により解析し、MAP2の軸索内移行の阻害と微小管の結合性の違いによる軸索、及び樹状突起への局在化の機構がある事を明らかにした。2)神経細胞内の物質輸送における細胞骨格の機能。(1)新しい微小管結合性モーター分子群KIFsの内、K1F1A,KIFIB,KIF2,KIF3A,KIF4の分子細胞生物学的解析を行った。その結果、KIFIAはモノマーで順行性にシナプス小胞の前駆体を1.2μm/secの最も速い速度で運ぶモーターであり、KIFIBはやはりモノマ一で順行性にミトコンドリアを0.5μm/secの速度で運び、KIF3AはKIF3Bとへテロダイマーを形成し、0.4μm/secでシナプス小胞の前駆体でないおそらく形質膜の前駆体を順行性に運ぶモーターである事か分かった。又、KIF2とKIF4はその発現が発達段階により制御されるモーター分子で、K1F2は中央にモーター領域のあるホモダイマーで幼若な神経細胞でシナプス小胞の前駆体ではない膜小器官を順行性に運び、KIF4は頭部と尾部よりなる120nm長のホモダイマーでKIF2より幼若な時期に発現され、神経成長端に存在する小胞を0.2μm/secで順行性に運ぶモーターである事か判明した。
超越整関数の複素力学系と特異値の研究

諸澤と谷口は二つの特異値を持つ特異有限型の整関数の力学系を考察した。そして、それらのパラメータ空間の双曲成分を考察した。諸澤は特に実係数の複素誤差関数について研究した。双曲型有理関数の場合にはもし完全不変成分を持たなければ、ふたつのファトウ成分の境界が共通の曲線を含むことはあり得ないが、複素誤差関数の場合にはあり得ることを示した。多項式の力学系では遊走領域もBaker領域もけして現れないが、超越整関数のそれでは、それらが存在することもある。一方、超越整関数は常に適当な多項式列の広義一様収束極限となる。そこで、遊走領域とBaker領域を持つある超越整関数に広義一様収束する適当な多項式列を考えて、そのファトウ集合列のカラテオドリー収束とジュリア集合のハウスドルフ収束を示した。谷口は構造有限型の超越整関数の力学系の考察を続け、それらの被覆構造や力学系的構造について研究した。そして、一般の整関数について新しい種類の変形空間を定義し、そのような変形空間について構造有限型の超越整関数の場合に完備性や安定性について結果を得た。さらに、構造有限型の超越整関数のジュリア集合のハウスドルフ次元が常に2であることを示した。さらに非退化なn連結な平面領域に関するベルの問題を肯定的に解決した。藤解は多項式と有理式の値域から限定される函数族の有限性に関して研究した。ある種の値分布で確定される函数の族を具体的に与えたが、これらが整数係数を持つことによりp進体上の例となるという知見を得た。木坂は構造有限な超越整関数のジュリア集合の位相的な性質をray tailを構成することによって調べた。また,2重連結な遊走領域や一般にn重連結な遊走領域を持つ超越整関数を擬等角手術を用いて構成した。諸澤はドイツ、キール大学のベルグワイラーと半双曲的超越整関数を定義し、次の結果を得て論文として発表した。(1)半双曲的超越整関数は極限関数が有限となる遊走領域を持たない。(2)ある条件のもとで半双曲的超越整関数のジュリア集合は局所連結となる。これは半双曲的超越整関数は特異値を無限個持つ場合でも力学系として良い性質を持つことを示している。また谷口と複素誤差関数の力学系について研究した。これは特異値の数がふたつの超越整関数であり、特異値がただひとつである指数関数に次いで超越整関数の力学系の研究において基本的なものと考えられる。特に実係数の複素誤差関数のパラメータ空間を考察しいくつかの結果を得て論文を準備中である。新関は集合列の収束を集合算の対称差で定式化できることを示し、次いでこの性質を用いて測度が連続となるための十分条件を従来知られている条件よりも弱い形で定式化できることを例を作って示した。谷口は構造有限型の超越整関数の力学系を調べた。これは∫P(z)exp(Q(z))dz(PとQは多項式)とかける超越整関数である。特異値の数は常に有限個である。これらの関数の力学系の組み合わせ幾何学的な記述に成功した。藤解はFermat typeの函数方程式を満たす有理型函数、整函数、有理函数、多項式の存在とその値分布について研究し、新たな知見を得た。また、有理函数の一意性に関する結果を示し、non-Archimedeanな超越有理型函数に関する結果との類似性について研究した。木坂は超越整関数で,そのファトウ成分が2重連結な遊走領域を持つような例を擬等角手術を用いて構成した。

更に同様の手法により、在意の自然数nに対してn重連結な遊走領域をもつ超越整関数の例も構成した。諸澤はベーカー領域と遊走領域を持つある超越整関数に対して適当な広義一様収束する多項式列のジュリア集合とファトウ集合の列がハウスドルフ収束とカラテオドリ収束することを示した。また谷口と複素誤差関数の力学系について研究した。これは特異値の数がふたつの超越整関数であり、特異値がただひとつである指数関数に次いで超越整関数の力学系の研究において基本的なものと考えられる。特に実係数の複素誤差関数について考察をすすめた。完全不変成分を持たない双曲型有理関数の力学系ではおこりえない、ふたつのファトウ成分の境界が共通の曲線を含むことが複素誤差関数ではありえることを示した。新関は誤差項のついた台形公式を用いてスターリングの公式の簡潔な証明を与えた。加藤は双曲的な反復写像系のアトラクタを記号力学系を用いて表現することにより,その力学的構造を明らかにすることを研究した。谷口は構造有限型の超越整関数の力学系の考察を続けた。これは∫P(z)exp(Q(z))dz(PとQは多項式)とかける超越整関数である。特異値の数は常に有限個である。構造有限型の超越整関数のジュリア集合のハウスドルフ次元が常に2であることを示した。また非退化なn連結な平面領域に関するベルの問題を肯定的に解決した。藤解は多項式と有理式の値域から限定される函数族の有限性に関して研究した。ある種の値分布で確定される函数の族を具体的に与えたが、これらが整数係数を持つことによりp進体上の例となるという知見を得た。木坂は構造有限な超越整関数のジュリア集合の位相的な性質を調べた。また,2重連結な遊走領域や一般にn重連結な遊走領域を持つ超越整関数を擬等角手術を用いて構成した。
理論計算によるシリコン表面超微細構造の物性探索

本研究では、固体表面の原子サイズ人工超微細構造の物性を理論計算によって予測し、興味深い構造の設計に役立つ知見を得ることを目指して研究を行い、次の成果を得た。(1)水素終端シリコン表面上の吸着原子細線の電子状態:既に砒素吸着した原子細線上にアルカリ原子をさらに吸着させることによって強磁性が発現する事を見出しているが、アルカリ原子の代わりに砒素原子を吸着させても強磁性が発現し得る事を新たに見出した。(2)水素終端シリコン表面上の吸着ガリウム原子のポテンシャルエネルギ-面の計算:モノハイドライド表面上においては吸着ガリウム原子拡散のエネルギ-障壁が小さく、室温において吸着原子が自由に動きうることを示したが、ダイハイドライド部分ではエネルギ-障壁が高いことを新たに見出した。この結果は、100K程度においてガリウム原子が1次元的に閉じ込められて棒状に観察されるSTM像をよく説明できることがわかった。(3)第一原理電子状態計算プログラムの並列化:計算の効率的な遂行のために、既開発の電子状態計算プログラム(超ソフト擬ポテンシャル法を利用)を並列計算向けに改良した。改良したコードを用いた試行計算の結果、ノ-ド数の増加とともに計算時間が短縮されることを確認できた。(4)種々の計算方法による計算結果信頼性の検討:単純な原子細線以外の、より複雑な人工構造について検討するためには、計算コストが低くかつ信頼性の高い方法が有用である。このために、上記(3)と並行して方法論の検討を行った。原子軌道ベ-スの方法論では、半経験的方法、および最小基底系による電子状態計算は構造最適化まで含めた表面人工超微細構造系研究には信頼性が不十分であることが明らかになった。本研究では、固体表面上原子サイズ人工超微細構造の物性を理論計算によって予測し、興味深い構造を設計する指針を得ることを目指しているが、本年度は予備検討の結果次の成果を得た。1.水素終端シリコン表面上原子サイズ細線の電子状態・物性の原子種依存性:昨年度までの段階で、水素終端シリコン表面から水素原子列を除去し、そこにガリウム原子を吸着させた細線の電子状態計算がほぼ終わっており、同様のアルミニウム及び砒素細線の電子状態計算に着手していた。本年度はこれらを補完する計算を行い、この3種の細線について、原子種による電子状態と物性の変化を検討した。吸着原子は砒素細線では2量体を形成して安定する傾向が非常に強く、ガリウム、アルミニウムの順でその傾向が弱くなることが明らかになった。さらに、電子状態についてもこの順序に対応する系統的変化が見出された。すなわち、砒素細線ではフェルミ準位近傍にごく平坦な表面状態バンドが出現し、この表面バンドの平坦度はガリウム、アルミニウムの順で低下していく。また、砒素細線では、バンドの占有電子数をドーピング等の方法で制御することによって強磁性発現の可能性が高いことが明らかになった。2.半経験的分子軌道法計算の信頼性の検討:多数の人工超微細構造について理論計算するためには第一原理計算と半経験的方法の併用が望ましい。そこで、水素終端シリコン表面上の水素欠損と欠損周辺での吸着原子の振る舞いを第一原理的・半経験的な種々の方法を用いて計算し、半経験的方法の信頼性を検討した。半経験的計算の信頼性は分子の場合に比べ低くなることがわかったが、半経験的分子軌道法の一種であるAM1法では、安定構造や吸着原子のポテンシャルエネルギー面について定性的に正しい結果が得られることがわかった。
自動車メーカーとディーラーの継続的関係に関する理論的・実証的研究

トヨタ、日産、マツダの各系列ディーラーについてヒアリング調査を行った結果、メーカーとディーラーの関係について以下のことがわかった。1。自動車を一台でも多く販売することがメーカーとディーラーの共通の利益と思われがちだが、実際は多くの相反する点がある。(1)メーカーはシェア拡大のために販売台数を第一に考えるが、ディーラーは利益がもっとも重要である。(2)メーカーからの各種のインセンティブはこの溝をうめようとするものだが、その出し方によってはディーラーの販売政策を歪める。(3)溝が大きくなると、ディーラーの副業への傾斜という形をとった離反を招く。2。景気変動がディーラーの経営を圧迫するのは、販管費、特に人件費が固定的なためである。(1)このため人件費や販売拠点投資などの固定費をいかに削減するか、または効率性を高めるかが問題となる。(2)また同時に中古車販売や板金工場の併設といった経営の多角化が重要となる。(3)不況はメーカーも同時に襲うため、メーカーのディーラー支援の程度はメーカーの体力差によるメーカー系列間の相違が顕著になってきている。(3)とはいえリスク負担としてのメーカーの支援はディーラー経営の上で大きい。上でみたように、メーカーとディーラーの継続的関係において、メーカーによるディーラーのリスク吸収を基本とした上でのディーラーの多角化や両者の経営インセンティブの相違は、理論モデルの作成に重要な示唆を与えるが、まだ最終的なモデルは完成していない。データについては、自販連発行「自動車ディーラー経営状況調査報告書」は、関西では最近のものしか入手できない。自販連本部か国会図書館で閲覧するために時間がかかり、データベース化はまだ途中の段階である。ただ、上記のヒアリング調査の過程で、ディーラーでさえ他社の動向を知るためには、この報告書に依らざるをえないことがわかり、この作業が重要であることが確認できた。1。2。
分布定数システムの制御における有限次元条件の研究

本研究課題の目的は状態空間が無限次元となる分布定数システムに対して,そのH無限大制御器の存在条件,および補償器の計算方法を有限のランク条件に帰着させることにある.この課題は系の無限次元性を考慮するとき,一見不可能な問題と見えるが,実は最適化条件に入る重み関数を有理関数にとることにより,その有限性を利用して有限次元のランク条件が得られることが知られている.この理論はskew-Toeplitz理論と呼ばれ,1990年代以降多くの進展を見てきたが,混合感度問題を含む2ブロック以上の問題は解を得るための前処理手続きが複雑で実用性の高くない恨みがあった.今回,これを一般的な枠組みで解決し,複雑な前処理を経ることなく有限ランク条件に帰着し得ることを明らかにした.また擬有理型と呼ばれる特定のクラスに対しては,プラントの正準分解さえも計算することなしにランク条件に帰着させえることをも示した.さらに,一般的な問題として,任意のインナ関数をプラントの無限次元部分として含む2ブロック問題に対する解も得られている.この結果はむだ時間系を含む一般なものであり,2本のリカッチ方程式を解くことにより,ランク条件に帰着させ得ることが示されている.この成果はIEEEのTransactions on Automatic Control誌に採録が決定したところである.さらに擬有理型のクラスにおいて,伝達関数の既約分解条件を得ることに成功した.またこの条件を用いてこのクラスにおけるビヘイビアの可制御性の特徴づけを得た.本研究課題の目的は状態空間が無限次元となる分布定数システムに対して,そのH無限大制御器の存在条件,および補償器の計算方法を有限のランク条件に帰着させることにある.この課題は系の無限次元性を考慮するとき,一見不可能な問題と見えるが,実は最適化条件に入る重み関数を有理関数にとることにより,その有限性を利用して有限次元のランク条件が得られることが知られている.この理論はskew-Toeplitz理論と呼ばれ,1990年代以降多くの進展を見てきたが,混合感度問題を含む2ブロック以上の問題は解を得るための前処理手続きが複雑で実用性の高くない恨みがあった.今回,これを一般的な枠組みで解決し,複雑な前処理を経ることなく有限ランク条件に帰着し得ることを明らかにした.また擬有理型と呼ばれる特定のクラスに対しては,プラントの正準分解さえも計算することなしにランク条件に帰着させえることをも示した.さらに,一般的な問題として,任意のインナ関数をプラントの無限次元部分としてフクムブロック問題に対する解も得られている.この結果はむだ時間系を含む一般なものであり,2本のリカッチ方程式を解くことにより,ランク条件に帰着させ得ることが示されている.この成果は近く投稿されるよていである.今後はこの結果の一般化Smith補償器によるパラメトリゼーション,プラント性能限界との関係,また補償器設計のソフトウェア開発に取り組む予定である.本研究課題の目的は状態空間が無限次元となる分布定数システムに対して,そのH無限大制御器の存在条件,および補償器の計算方法を有限のランク条件に帰着させることにある.この課題は系の無限次元性を考慮するとき,一見不可能な問題と見えるが,実は最適化条件に入る重み関数を有理関数にとることにより,その有限性を利用して有限次元のランク条件が得られることが知られている.この理論はskew-Toeplitz理論と呼ばれ,1990年代以降多くの進展を見てきたが,混合感度問題を含む2ブロック以上の問題は解を得るための前処理手続きが複雑で実用性の高くない恨みがあった.今回,これを一般的な枠組みで解決し,複雑な前処理を経ることなく有限ランク条件に帰着し得ることを明らかにした.また擬有理型と呼ばれる特定のクラスに対しては,プラントの正準分解さえも計算することなしにランク条件に帰着させえることをも示した.さらに,一般的な問題として,任意のインナ関数をプラントの無限次元部分として含む2ブロック問題に対する解も得られている.この結果はむだ時間系を含む一般なものであり,2本のリカッチ方程式を解くことにより,ランク条件に帰着させ得ることが示されている.この成果はIEEEのTransactions on Automatic Control誌に採録が決定したところである.さらに擬有理型のクラスにおいて,伝達関数の既約分解条件を得ることに成功した.今後はこの結果の一般化Smith補償器によるパラメトリゼーション,プラント性能限界との関係,また補償器設計のソフトウェア開発に取り組む予定である.本研究課題の目的は状態空間が無限次元となる分布定数システムに対して,そのH無限大制御器の存在条件,および補償器の計算方法を有限のランク条件に帰着させることにある.この課題は系の無限次元性を考慮するとき,一見不可能な問題と見えるが,実は最適化条件に入る重み関数を有理関数にとることにより,その有限性を利用して有限次元のランク条件が得られることが知られている.この理論はskew-Toeplitz理論と呼ばれ,1990年代以降多くの進展を見てきたが,混合感度問題を含む2ブロック以上の問題は解を得るための前処理手続きが複雑で実用性の高くない恨みがあった.今回,これを一般的な枠組みで解決し,複雑な前処理を経ることなく有限ランク条件に帰着し得ることを明らかにした.また擬有理型と呼ばれる特定のクラスに対しては,プラントの正準分解さえも計算することなしにランク条件に帰着させえることをも示した.さらに,一般的な問題として,任意のインナ関数をプラントの無限次元部分として含む2ブロック問題に対する解も得られている.

この結果はむだ時間系を含む一般なものであり,2本のリカッチ方程式を解くことにより,ランク条件に帰着させ得ることが示されている.この成果はIEEEのTransactions on Automatic Control誌に採録が決定したところである.さらに擬有理型のクラスにおいて,伝達関数の既約分解条件を得ることに成功した.またこの条件を用いてこのクラスにおけるビヘイビアの可制御性の特徴づけを得た.
大規模分子系のab initio分子軌道プログラムの開発

本研究では、1000原子に至る大規模分子系の電子状態、分子構造などを十分な精度を持って、しかも、高速に決定することのできるようなab initio分子軌道法のプログラムの開発を目的とした。このような大規模系の分子軌道プログラムを開発する際には、計算手法・計算アルゴリズムにおける新たな方法の創出とそれを計算機上で実現する段階における新たな技術の創出の双方が必要である。計算手法・計算アルゴリズムにおける新たな方法の創出の観点では、特に、1.新しいab initio分子軌道理論、特に、多参照を基礎とした摂動論の開発、2.相対論的効果を含む分子理論の開発、3.密度汎関数理論における交換・相関汎関数の開発、について集中的に研究を行った。局在化軌道を用いたMRMP法、CASCI参照のMRMP法、多配置SCFの新たな方法QCAS-SCF法、QCAS-SCF参照の摂動論QCAS-QDPTの開発、RESC法、3次のDouglas-Kroll法、Dirac-Hartree-Fock,Dirac-Kohn-Sham法の高速スキーム、相対論的モデル・ポテンシャル、パラメータ・フリー交換汎関数、One-parameter-progressive相関汎関数の開発、などの成果を挙げることができた。また、計算機上で実現する段階における新たな技術の創出の観点では、高速積分法を基礎とした分子積分プログラムSphericaの開発からはじまり、Hartree-Fock法、Kohn-Sham法、および、上に述べたDirac-Hartree-Fock,Dirac-Kohn-Sham法の高速計算スキームをもとに、そのプログラムを完成させることができた。これらのプログラムは、単に従来の計算法をコードしたものではなく、分子積分にまでさかのぼって計算の最適スキームを探索した結果得られた新たな技術によるものである。本研究では大規模分子系の電子状態、分子構造などを十分な精度を持って、しかも、高速に決定することのできるようなab initio分子軌道法の理論開発、及び、アルゴリズム・プログラムの開発を目的としている。本年度は、大規模系の電子状態を求める手法として、(1)密度汎関数理論における新しい方法の開発、(2)新しい相対論的分子軌道理論の開発、また、分子構造を求める手法として、(3)多配置摂動論のエネルギー微分法の開発、などを主に行った。密度汎関数理論では、本年度は、基礎となる汎関数の開発に取り組み、単純かつ物理的に正当な相関汎関数であるOne-parameter Progressive(OP)相関汎関数を見出した。この汎関数は、半経験的パラメータを1つしか含まず単純な形をしているにもかかわらず、相関汎関数が満たすべき全ての物理的境界条件を満足する。数値的検証のために、比較的小さい数十種類の分子系に適用した結果、従来、大規模系に適用されることの多かった2次摂動法と比較して、数倍の精度で分子構造や分子物性を算出すること示した。相対論的分子軌道法については、4成分のDirac方程式を明白に解くことなく電子状態を求めることができる相対論的近似法であるRelativisiticScheme by Eliminating Small Components(RESC)法と呼ぶ新しい方法を開発した。金原子、銀原子など重原子を含む分子系に適用し、基底状態に限らず励起状態の計算に対しても、効率的で高精度の理論であることを示した。さらに、これらOP相関汎関数とRESC法を結合することにより、重原子を含む大規模系に適用し得る密度汎関数理論とプログラムを開発することに成功した。また、多配置摂動論のエネルギー微分法については、本年度は、アルゴリズム・プログラム開発に重点を置き、予備的計算までを行った。これは、多配置型の摂動論においては最初の例である。本研究では大規模分子系の電子状態、分子構造などを十分な精度で、しかも高速に計算するab initio分子軌道法の理論開発、およびアルゴリズム、ソフトウエアの開発を目的としている。

本年度は(1)新しい分子理論、ソフトウエアの開発、(2)相対論的分子理論の開発、(3)大規模分子計算に向けた密度汎関数理論とソフトウエアの開発、に重点をおいて研究を推進してきた。大規模分子にも適用できるab initio分子軌道理論として、多配置摂動論(MRMP,MC-QDPT)などの開発を行い、分子の励起スペクトル、化学反応等に適用してきた。多配置摂動論は少ない計算コストで精度よく分子の電子状態を記述することができる方法として現在では確立した手法となっている。メゾスコピック系を実際に取り扱うには、i)基底関数による物理量演算子の表現である多量の分子積分の高速計算、ii)メゾスコピック系の多数ある分子軌道の効率よい決定、iii)孤立分子だけなく、溶液中の電子状態、反応の理論的記述に必要な溶媒効果の取り込み、表面における分子の電子状態、反応の記述を可能にするバルクの効果の取り込み、表面における分子の電子状態、反応の記述を可能にするバルクの効果の取り込み、など数多くの解決すべき問題が残されている。これらの問題を新たな電子状態の手法、アルゴリズム、およびプログラムを開発してきた。特に高速積分プログラムパッケージSPHERICAを開発し、Direct (Semi-Direct)SCFプログラムを完成させた。また、SPHERICAをもとに密度汎関数法のプログラムも完成させた。重い原子を含む系を研究する際には相対論的効果が重要になってくる。われわれはDirac方程式の持つsmall成分を理論的に消去することにより、RESC法と呼ぶ新しい相対論的電子状態理論を開発した。RESC法は変分的に安定で、高次の相対論的効果を取り込むことができる。また、容易に既存の非相対論的電子状態プログラムに組み込むことができ、どんな電子状態理論に対しても相対論的効果を考慮することが可能である。RESC法を高度な電子相関理論と組み合わせることによって、基底状態に限らず、重い原子を含む系の励起状態の計算に対しても適用可能である。RESC法のAnalytic Gradient法の理論開発、プログラム開発もすでに終えている。本研究では大規模分子系の電子状態、分子構造などを十分な精度で、しかも高速に計算するab initio分子軌道法の理論開発、およびアルゴリズム、ソフトウエアの開発を目的としている。本年度は、以下の成果を得た。大規模分子系の非経験的分子計算を困難にしている最大の要因は、原子の数の4乗に比例し、複雑な解析的処理を要する分子積分の計算である。この問題に対し、既存のあらゆる分子積分の算法のうち計算量が最小であると知られている石田による随伴座標展開法を利用した高速分子積分のプログラムSPHERICAを開発した。
時計遺伝子のリズム位相制御機構

クローニングしたmPER3はmPERl,mPER2よりやや小さく、1115アミノ酸からなる蛋白質であった。ショウジョウバエdPerの特徴とされる、蛋白質相互の結合に関与するPASドメイン(PAS-A,PAS-Bからなる)は、mPER1,mPER2と同様よく保存されていた。また、ショウジョウバエ時計遺伝子dPerを細胞質にとどめ、核内移行を抑制するcytoplasmic localization domain(CLD)構造が保存されていることも、大きな特徴である。mPER3には他のmIPER1,mPER2に認められないnuclear localizationsignal(NLS)がある。視交叉上核においては、明暗条件下、恒常暗条件下でも24時間リズムを示す。そのリズムは、CT4-8にかけて高く、mPERl,mPER2と同様、「昼時計」型であるが、nPERl,mPER2と異なり、夜にもかなり発現しており、昼夜での振幅は小さい。我々は、哺乳類のmPERの発現にもtimeless遺伝子が重要かどうかを検索するため、mTIMのクローニングを行った。mTIMは1197アミノ酸からなる蛋白質で、dTIMと4つのドメインで相同性が高かったが、全く異なる配列が、挿入されていた。mTIMとdTIMの分子構造を比較すると、確かにmTIM分子はPERとの結合領域のうちPAS-Aと結合する部分は保存されているが、PAS-B/CLDと結合する部分には新たなアミノ酸の挿入があり、dTIM分子が細胞質内にいてPER/TIMの核移行を妨げる重要な性質であるdTIMのCLDはほとんどmTIMでは保存されていない。このことは、mTIMの3カ所のNLSに引きずられ、mTIMは通常の核蛋白として、核の中に直ぐ入ってしまい、TIMが哺乳類では核移行のregulation stepを司る役割を失っている事を示唆している。
多様な路面性状に対する２足歩行ロボットの適応歩行に関する研究

多様な路面性状に対する2足歩行ロボットの適応歩行を実現するため,実環境化に存在する様々な路面の特性を調査し,剛体路面および軟弱路面など路面が再現できるように路面の特徴パラメータを決め,モデル化を行った。バネとダンパを用いてX, Y, Z軸とRoll, Pitch, Yaw回転軸の3次元路面立体モデルを構築して,これらのパラメータを測定する路面性状測定装置を開発した。路面のモデルを用いて,路面の変形に応じて足首角を修正する手法で凹凸の硬い路面だけではなく,35mmのスポンジでの歩行に成功し,また床半力を調節する手法で密度22±2kg/m3の極めて柔らかい50mmのスポンジでの歩行に成功した。多様な路面性状に対する2足歩行ロボットの適応歩行を実現するため、まずは実環境下に存在する多様な路面に対して様々な路面の特性を調査した。制御に利用可能な工学的な路面のモデルがないため、剛体路面および軟弱路面など実環境下に存在する全路面が再現できるように路面の特徴パラメーターを決め、モデル化を行った。その際に、様々な路面が持つ細かい部分は排除し、共通的に持つ特性である弾性・粘性・塑性、この3つに分類した。一般に、物質の粘弾性を扱うレオロジー分野では、粘弾性を複数持つ力学モデルとしてばねとダンパがよく用いられる。そこで、ばねとダンパを組み合わせたモデルを構築した。圧縮力と圧縮量および速度を分かると各係数が計算できると考えた。ばねとダンパを並列に配置したモデルは塑性を表現できないため、ダンパをもう一層重ねる形で再現できるようにした。X、Y、Z軸とRoll、Pitch、Yaw回転軸に対してもを考慮し、最終的に3次元の路面立体モデルを構築した。また、考案した路面の力学モデルを検証や軟弱路面における適応歩行制御に導入する際に必要であるパラメーターを測定するための路面性状測定装置を開発した。2足歩行ロボットの足部にある6軸力覚センサを中心にX、Y方向に各々2等分し、計4つのセンサを装着した。ロボットが歩行する際に足が受ける力を基に目標耐荷重を800[N]と設定した。Z軸方向に力が加える時、回転モーメントを防ぐために、リニアブッシュやガイドラインを作った。足型センサにA/D変換回路基盤を付着し、データを転送する際のノイズの影響を小さくした。路面性状測定装置は全長800[mm]X580[mm]X720[mm]、重量200[kg]である。考案した路面のモデルを用いて、脚接地面における路面の変形に応じて変形した足首の姿勢角を修正する手法で高さ35[mm]のスポンジでの歩行に成功した。測定装置のセンサ機構は2足歩行ロボットの足部にも装着可能な汎用の足型力センサである。これまで模擬した多様な路面における人間の歩行運動をモーションキャプチャシステムから得られたデータを解析し,足首を修正する新たな制御を開発した結果,高さ100[mm],密度150±30[kg/m3]のウレタンスポンジ上での歩行に成功した。また、考案した路面のモデルを用いて新たに開発した床反力を調節する手法で,高さ50[mm],密度22±2[kg/m3]の極めて柔らかいウレタンスポンジ上での安定した歩行に成功した。ロボット工学本研究の課題である『多様な路面性状に対する2足歩行ロボットの適応歩行に関する研究』を実現するため、2足歩行ロボットの適応制御に利用可能な工学的な路面のモデルがないことから、まずは実環境下に存在する多様な路面に対して様々な路面の特性を調査を行った。剛体路面および軟弱路面など

実環境下に存在する全路面が再現できるように路面の特徴パラメーターを決め、モデル化を行った。様々な路面が共通的に持つ特性である弾性・粘性・塑性を用いて路面のモデルを考案し、そのパラメーターを再現するためにばねとダンパを組み合わせたモデルを構築した。また、ダンパモデルに下にばねとダンパを並列に配置し、2層のモデルで塑性も再現できるようにした。X、Y、Z軸とRoll、Pitch、Yaw回転軸に対してもを考慮し、最終的に3次元の路面立体モデルを構築した。また、考案した路面の力学モデルを検証や軟弱路面における適応歩行制御に導入する際に必要であるパラメーターを測定するための路面性状測定装置を開発した。2足歩行ロボットの足部にある6軸力覚センサを中心に4分割にし、各々ばねセンサと赤外線センサを組み合わせたセンサを装着した。2足歩行ロボットが常に歩行する際に受ける床反力を基に目標耐荷重を設定した。開発した路面性状測定装置を用いて、考案した路面のモデルの妥当性の検証実験を行った。その結果、路面測定装置の足型センサ4つの合計値と6軸力覚センサの値がかなり近いことを確認した。圧縮実験より、速度による反力の明確な変化が確認され、粘性に対しても有効性が検証できた。軟弱路面に対する適応歩行を実現するため、脚接地面における路面の変形に応じて変形した足首の姿勢角を修正する手法で変形量が少ないほぼ硬い高さ35[mm]のスポンジでの歩行に成功した。これまでに脚接地面における路面の変形に応じて変形した足首の姿勢角を修正する手法で高さ35[mm]のスポンジでの歩行に成功したが、現状の制御では変形量が大きい路面では補償しきれない。そこで、今後は軟弱路面における人の歩行運動について計測・分析を行う。モーションキャプチャシステムと床反力計を用いて人の歩行動作を計測する。スポンジや人工芝など確保しやすい軟弱路面上における直線運動の他、旋回運動や障害物回避など様々な動作の計測を行い、軟弱路面で歩く際に体がどんな姿勢をするのか、また、脚は路面に対してどう適応するのかなど、人の動作を分析しつつ、ロボットの姿勢も比較し、対策を構築する。そして、分析した軟弱路面における人の歩行戦略を2足歩行ロボットに実装し、検証実験を行い、開発した制御手法の有効性を確認する。屋内での軟弱路面における適応歩行に成功すれば、ロボットを屋外に持って行き、実際の多様な路面における歩行実験を行う。考案した路面のモデルと開発した路面適応制御の有効性を確認する。しかし、屋内での軟弱路面における歩行が実現できなかった場合、ロボットの挙動と人の運動の分析結果を再比較し、人の歩行動作のモデルに修正を加え、軟弱路面に対する適応歩行を実現する。今年度は製作や実験装置の購入より、軟弱路面における2足歩行ロボットの適応歩行の実現の第一歩として、研究の仮説を立って、それを検証するなど、理論的に側面で研究を進めてきた。また、路面性状測定装置は既存にあったものに対してハードウェアの改良を行うより、装置の概念原理を見直し、路面性状測定装置の制御方法を改良した。そのため、当初計画していた使用額より少なくなった。次年度からは今年度構築したシステムを基に軟弱路面における2足歩行ロボットの適応歩行を実現するため、軟弱路面での人の歩行運動の計測・解析を行う計画である。
量子ドットを用いたスピン操作のための材料系および機能探索

本研究では、束縛された電子スピンを対象として、そのコヒーレント操作を行うための材料系を伝統的な半導体にとどまらずカーボンナノチューブなどの新材料にまで広げ、制御すべき単一スピンを生成するための基礎物性を調べることを行った。束縛電子系としては、カーボンナノチューブ量子ドットとガリウムヒ素系2次元電子ガス内に形成したアンチドットを強磁場下においた系を対象とした。その結果、前者のカーボンナノチューブ量子ドットが単一スピンを生成するために大変よい性質を持っていることを明らかにした。1本の単層カーボンナノチューブ上に電流を流すためのソース・ドレイン金属を蒸着すると、電極間のカーボンナノチューブ全体が量子ドットとして振る舞う。この量子ドットは、カーボンナノチューブの超微細な直径のゆえに、1次元箱型ポテンシャルに閉じこめられた人工原子として振る舞うことを、極低温での単電子輸送現象を測定することにより示した。すなわち、極低温でカーボンナノチューブ量子ドットのクーロン振動の振動周期に、4電子周期と2電子周期が現れる。これらのことは、閉じこめ準位により人工原子が形成されており、電子数が多いにもかかわらず、電子殻構造が観測されたことは重要である。このことは、電子殻に電子を1個入れた場合にはく単一スピンの生成、すなわちスピン型の量子ビットの生成が可能であることを示している。この状態で、磁場を印可するとエネルギーがゼーマン分裂することが明瞭に見られた。その状態でマイクロ波からミリ波の電磁波を照射し、単一スピンのコヒーレントな操作を試みたが成功しなかった。ただし、単一スピンのエネルギー緩和時間は1マイクロ秒以上あることがわかった。また、電子殻に電子を2個入れた状態では、相互作用する2電子系の量子状態であるスピン1重項状態とスピン3重項状態をエネルギースペクトル測定で直接観測することに成功した。本研究では、量子ドット中にクーロンブロッケード効果を利用して単一の電子スピンを発生させ、それを制御することを目的としている。そのための量子ドット材料として、従来の半導体材料に加えてカーボンナノチューブやフラーレンを検討する。これは、半導体材料では、スピン操作の基本となるg因子が多体効果を受けて複雑な振る舞いをするため、デバイスプロセス技術は確立されている反面、このような使いにくさがあり、材料探索は重要な課題である。そこで、最近我々が研究を行っているカーボンナノチューブ量子ドットをスピン操作の対象とすることを検討している。スピン操作には、スピンの発生(入力)、スピンの操作(演算)そしてスピンの読み出し(出力)からなる。カーボンナノチューブ量子ドットに限らずこれらに関してはまだほとんど研究が行われていない。そこで、スピン操作は磁気共鳴やスピン歳差運動を利用することになるが、スピン発生に関して2つの手法を検討した。1つ目は、外部静磁場を印可しておき基底状態が利用できる。2つ目は、外部静磁場を用いないもので、スピン偏極電子を持つ磁性体電極から量子ドットヘスピンを注入することになる。スピンの読み出しにはスピンバルブ効果を利用することになるだろう。本年度は、これらの基本的な概念を検討し、カーボンナノチューブを利用してどのように実際に実験を進めてゆくかを検討した。カーボンナノチューブ量子ドットの形成の最大の課題は、トンネル障壁を以下に制御性よくさくせいすることである。そこで、イオンビームを局所的に照射する方法を検討し、従来よりも再現性よく量子ドットを作製できる見通しを得た。本研究では、量子ドットを用いた単一スピンの制御を行うことを目的としている。その際、スピンを操作することに関して材料的な観点から研究を行っている。

これまで伝統的な化合物半導体と新しい材料であるカーボンナノチューブなどを用いて量子ドットを形成しスピン操作の可能性を探索しているが、今年度はカーボンナノチューブ量子ドットで単一スピンの発生を確認することができた。カーボンナノチューブの量子ドットとしてのクーロンブロッケード特性を測定すると、単電子トランジスタのオーソドックスモデルで説明される振動間隔が一定なクーロン振動に対して、振動間隔自身が大小を繰り返す振動を観測した。これは、電子数の偶奇性効果と呼ばれ、閉じこめによる離散準位間隔が帯電エネルギーに対して無視できないほど大きなカーボンナノチューブに特有のパラメータの関係により初めて可能となる。すなわち、電子数が奇数の時に次の電子が入るときには帯電エネルギーだけのエネルギーですむが、電子数が偶数の時に次の電子が入るときには、同じ軌道はすでに埋められているのでその軌道には入ることができず、一つ上の軌道準位に入らなければならない。このために帯電エネルギーに離散準位間隔を加えたエネルギーが必要となる。このことは、多電子を含むドットであるにもかかわらず、あたかも自由電子のように電子が下の準位から詰まっていることに相当し、このために電子数が奇数個の時にはスピン1/2が発生していることになる。このことを利用すれば、多電子を含む量子ドットにおいても容易に単一スピンを発生することができることを示すことができた。本研究では、量子ドット構造を対象としてスピンのコヒーレント操作へ向けた研究を、その機能性およびそれに適した材料系の観点から研究を行った。スピン操作をする系として、強磁場中のGaAs/AlGaAsアンチドットの束縛されたエッジ状態とカーボンナノチューブ量子ドットに閉じこめられた単一電子スピンを具体的な研究対象とした。アンチドットはGaAs/AlGaAs2次元電子ガスを有する基板に化学エッチングを用いてサブミクロン程度の穴をあけることにより形成した。アンチドットに束縛したエッジ状態が形成できていることは、磁場中での量子ホール効果の測定において、プラトー間の遷移領域に抵抗の周期的な振動が観測されたことにより確認することができた。エッジ状態は完全にスピン偏極していることから、本結果はスピン量子ビットへの展開が可能であることを示している。また、カーボンナノチューブを量子ドットとして用いることを考えた。カーボンナノチューブはリソグラフィーでは実現が困難な微細構造を持つことから、量子効果が高温で発現する可能性がある。また、半導体量子ドットと比べて、電子問相互作用エネルギーとゼロ次元離散化準位間隔、1電子帯電エネルギーの大小関係に特徴がある。1本の単層カーボンナノチューブの単電子輸送特性を調べ、スピン操作に有効である2電子殻構造の観測に成功した。このことは、電子数が奇数の時に単一スピン状態が発生できていることを示す。また、これに磁場を印可することにより、1電子量子化準位がゼーマン分裂することを観測し、そのg因子が磁場によらず2という値をとることを明らかにした。
新しい脳血流マッピング法とニューラルネットワークによる占拠性病変の予後予測

新規に開発したMRIによる造影なしの脳血流マッピング法を改良し、またその活用として腫瘍や血管奇形といった脳の占拠性病変の治療に役立つバイオマーカーを開発する。従来の検査と比べMRIは身体への侵襲がないため、それだけで予後予測や病態のモニタリングを行えることが望ましい。同時に健常者でデータを取りやすいことから、機械学習による探索的アプローチで、今後進展が期待される個別化医療への応用を目指す。
多重配位モード籠形分子の開発とアロステリックな配位挙動の展開

本研究では、クリプタンド(籠型分子)の新しい配位様式を提案し、アロステリック分子システムとして機能する上で要請される分子構造とその動作メカニズムを明らかにする事を目的とした。6個のピロールと3個の芳香環からなる3次元構造を持つクリプタンド型ポルフィリノイドの誘導体を多数合成し、ゲスト分子の多重配位挙動について明らかにした。ピリジン3個および2個を含むクリプタンドは3個および2個のカルボン酸が配位し、ジクロルメタン中での滴定実験により理想的な正のアロステリック効果を観測した。アセトニトリル中ではアロステリック効果は見られず、1個および2個のカルボン酸が配位した中間体に関する知見を得ることができた。ピロールβ位に異なるアルキル置換基を有する3種のクリプタンド分子を用いてアルコールのアロステリックな配位挙動を明らかにした。温度可変NMR実験により、ピリジン側のピロールβ位に嵩高いイソブチルを有するクリプタンドの高いバインディング能が明らかになった。安定性に優れたジシアノ置換クリプタンドの合成にも成功したので、クリプタンド型ポルフィリノイドの機能開発の進展が期待できる。3つのジピリルピリジン鎖からなるクリプタンド型ポルフィリノイド(1)に対するカルボン酸の配位挙動について、詳細な知見を得ることを目的として、ジピリルピリジン鎖とジピリルベンゼンが1:2および2:1の混合型クリプタンドの合成を達成した。前者(2)は1個のトリフルオロ酢酸(TFA)を捕捉し、アセトニトリル:ジクロルメタン9:1混合溶媒中で456nmに1:1錯体由来の吸収帯を示した。このUV-vis滴定から会合定数はlogK=4.97±0.04と算出した。同じ混合溶媒系での(1)とTFAのバインディング実験では段階的なスペクトル変化がみられ、460nm,440nmに中間体の吸収極大が観測され、最終的に338nm,311nmに吸収帯を有する1:3錯体が生成した。今後、2:1混合型クリプタンド(3)の配位挙動についても実験を行い、ジクロルメタン中での(1)のアロステリックな配位挙動の全貌を明らかにする予定である。一方、(1)はジクロルメタン中で(R)-(-)-マンデル酸の添加により、480nmに正のCDシグナルを示すが、このCD強度はマンデル酸の光学純度とは直線関係になく、そのプロットは上方(CD強度の高い方向)にふくらんだ曲線となることを見いだした。即ち、不斉増幅現象が起きていることになる。ジクロルメタン中で(1)にL-(+)-0,0'-ジベンゾイル酒石酸を添加すると480nmに強い負のCDシグナルが現れたが、マンデル酸で見られたような不斉増幅現象は認められなかった。0,0'-ジベンゾイル酒石酸ラセミ混合物と(1)との錯体NMRスペクトルでは3種類のジアステレオマーが観測されたが、マンデル酸のラセミ混合物と(1)との錯体のNMRは(R)-(-)-マンデル酸と(1)との錯体のNMRと全く同一で1種類の錯体のみが観測された。多重配位と不斉増幅現象の関係について、溶媒効果や配位能の異なるクリプタンドを用いた研究についても行う予定である。ジピリルピリジン鎖を3つ含むクリプタンド分子は人工レセプターとしての展開が期待される。既に、アルコールとカルボン酸が3つ配位した錯体のX線結晶構造を明らかにしている。このクリプタンドはカルボン酸に対してアロステリックな配位挙動を示すことを既に明らかにしているが、配位力が弱いアルコールの配位挙動は水との競争が障害となることもあり明らかではなかった。アルコールとクリプタンドの等モル混合物の温度可変NMRを測定し、低温ではリガンドフリーのクリプタンドとリガンド3つのクリプタンドが2;1の比で存在することを見いだした。この結果からアルコールの配位に際してもアロステリック効果が働いていることを明らかにした。一方、このクリプタンド分子による塩化物イオンの捕捉実験も行い、人工レセプターとしての機能開発を行った。従来からよく知られているカリックス