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宇宙ビッグデータのニュートリノ、暗黒エネルギー研究への応用と理論的基礎研究

偏移に対する宇宙の大規模構造による弱い重力レンズ効果の研究から、ニュートリノ質量、および暗黒エネルギーへの有意な制限が得られることを示すことができ、論文に投稿中であること。およびこの方法を温かい暗黒物質モデルに適用できることが判明したこと。さらにこれまで観測していた20個程度の近傍銀河団の弱い重力レンズ解析がほぼ完成したことなどから、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。超新星の見かけの明るさの確率分布形状のより詳細な性質の利用、および違った赤方偏移の間での分布関数の相関などより多くの情報を利用することを考えて、ニュートリノ質量、暗黒エネルギーのより厳しい制限を得ることに努める。またどのような観測をすればどの程度の制限が得られるかを予測することで新たな観測提案を行いたい。現在の方法を、超新星の明るさと赤方偏移に対する温かい暗黒物質に基づく宇宙の大規模構造理論による弱い重力レンズ効果に適用することで、温かい暗黒物質に対する質量の制限が得られるかを検討する。近傍銀河団の暗黒物質分布に対して、従来と違った方法の弱い重力レンズ解析法を適用して、より精度の高い暗黒物質分布を求め、理論的予想と比較検討を行う。平成29年度は理論的進展に努力を注いだため予定していた外国出張ができなかった。そのため予定していた外国出張は平成30年度に行う。予定していた国内出張を日程の都合上、キャンセルした。この出張は平成31年度に行う予定である。
機能界面の電気化学的形成と高効率電池

○粒径を揃えた硫化カドミウムナノ粒子を用いて量子サイズ効果を有する光電極を作製する方法として、ラングミュア・プロジェット法の適用が有用であることを明らかにした。電気化学エピタキシャル法によって作製した量子サイズ効果を有する硫化カドミウム超薄膜の光電気化学特性は硫化亜鉛超薄膜をバリアーに用いる超格子を作製し、そのユニット数を増すことによって高められることを明らかにした。(米山)○すでに明らかにしている電析法による高飽和磁束密度Bsを有するCoNiFe軟磁性薄膜の作製において、電析浴に有機系添加剤を用いて磁性薄膜中に炭素を共析させると高Bs (=1.9T)で高比抵抗(=90μΩcm)の薄膜が作製できることを見いだした。(逢坂)○2.5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール(DMcT)を含む溶液と銅イオンを含む溶液に交互に浸漬することによりこれらが積み重なった構造を有する金電極を集電体に用いて作成したDMcTとポリアニリンの複合正極は、合成したDMcT銅錯体を金電極に塗布した電極に比べて格段に優れた放電容量と充放電サイクル特性が得られ、電極界面構造の制御の重要性が明らかになった。(小山)○孔が長距離にわたって規則配列する高規則性陽極酸化ポーラスアルミナは、陽極酸化に伴い細孔欠陥部が自動的に捕らわれることによって生成することを見出した。また、孔開始点の配列を人工的に制御することで、四角および三角状の孔を有するポーラスアルミナが作製できることを明らかにした。(益田)○すでに見出していた白金と鉄、ルテニウムなどとの合金が示す高い一酸化炭素被毒耐性を有する高活性な燃料電池アノード触媒活性の成因を解明した。すなわち触媒表面は数原子層の白金で覆われ、そこに一酸化炭素が表面を容易に移動できるように弱く吸着するために一酸化炭素の表面被覆率が大きくならず、水素酸化に対する白金の高い触媒活性が維持される。(渡辺)1.電池反応の制御:2,5ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール(DMcT)とポリアニリンの複合体に銅イオンを添加して、DMcT-銅錯体を形成させると、リチウム二次電池正極活物質としての充放電速度およびサイクル安定性が向上することを見出し、この理由を解明した。スパッタリングで作製した白金鉄系合金薄膜は、100ppmの一酸化炭素を含む水素の酸化に際して、一酸化炭素に被毒されることなしに電極触媒活性を維持することを見出した。また、この材料で鉄の含有量が約40%のものは、酸素還元の電極触媒としても大きい活性を示すことが分かった。2.高機能界面の電気化学形成:電析法を用いて高飽和磁束密度、高抵抗軟磁性膜の作製を試みた。硫黄を膜中に含有する添加剤を用いて飽和磁束密度1.7テスラ-、比抵抗51マイクロオームセンチの軟磁性膜の作製に成功した。さらに硫黄を含有する添加剤を用いずに、飽和磁束密度2.0-2.1テスラ-の軟磁性膜の作成も可能となった。3.電気化学ナノファブリケーションによる新規な界面の作製:ヘキサデカンチオールとメルカプトプロピオン酸の混合メタノール溶液に金電極を浸漬して作製した混合自己集合膜から、メルカプトプロピオン酸のみを電気化学還元脱離させてマイクロ電極を作製した。また、アルキル鎖の短いプロパンチオール自己集合膜で被覆した金電極に銅の単原子層の電析を行うことができること、および銅の電析によってプロパンチオールの還元脱離に対する安定性が非常に向上することを見出した。プレスパタ-ニングによってアルミニウム表面にテクスチャー処理を施してから自己規制化条件下で陽極酸化を行うことによって細孔のサイズと配列がきわめて整ったポーラスアルミナの作製に成功した。また、高規則ポーラスアルミナをマスクに用いて高精度に配列した金のドットアレイの作製にも成功した。(1)電気化学反応を利用する高機能界面及び材料の創製SとCdの交互アンダーポテンシャル析出によって作製したCdS超薄膜のバンドギャップを積層数の関数として求めた(米山).有機添加物を用いないで、メッキ浴組成をfccとbcc構造を与える境界組成に制御して作製したCoNiFe薄膜によって磁気記録へッドコア材料として望まれる飽和磁束密度(B_s=2.0-2.1)を有し、保持力が小さく(H_c<2Oe)、かつ低磁歪(l_s=+27x10^<-6>)の軟磁性薄膜を実現した(逢坂).アルカンチオールの自己集合膜で被覆した金電極上へ銀のアンダーポテンシャル析出が金基体に吸着しているチオール分子を取り上げその間に割って入るような形で起こり、析出した銀に移動したチオール分子は還元脱離が起こり難くなることが明らかになった.(米山).(2)種々のナノ構造加工技術を用いる新規な界面の創製とその特徴単分散CdSナノ粒子を金電極基板に化学結合を用いて固定することによって量子サイズ効果を示す光電極の作製に成功した(米山).約10μm^2の領域で周期500nm、細孔経400nmの六方細密配列のポーラスアルミナ作製技術を確立した,また、ポーラスアルミナを鋳型に用いてNiシリンダーアレイの作製するとともに、2段階転写プロセスにより、光透過性のNiホールアレイと水素吸蔵により膨張するPdホールアレイの作製に成功した(益田).(3)電池反応における化学変化の原子スケールにおける解明と制御

2,5-ジメルカプ卜1,3,4-チアジアゾール(DMcT)とポリアニリン(PAn)複合膜が銅集電体電極で急速充放電が可能になる理由を解明した(小山).Pt-Fe、Pt-Ni系固溶合金が水素の電気化学酸化に際してC○被毒による活性低下を受けない理由を明らかにした.また、電極の電子状態が吸着COの酸化に及ぼす影響を明らかにした(渡辺).○粒径を揃えた硫化カドミウムナノ粒子を用いて量子サイズ効果を有する光電極を作製する方法として、ラングミュア・プロジェット法の適用が有用であることを明らかにした。電気化学エピタキシャル法によって作製した量子サイズ効果を有する硫化カドミウム超薄膜の光電気化学特性は硫化亜鉛超薄膜をバリアーに用いる超格子を作製し、そのユニット数を増すことによって高められることを明らかにした。(米山)○すでに明らかにしている電析法による高飽和磁束密度Bsを有するCoNiFe軟磁性薄膜の作製において、電析浴に有機系添加剤を用いて磁性薄膜中に炭素を共析させると高Bs (=1.9T)で高比抵抗(=90μΩcm)の薄膜が作製できることを見いだした。(逢坂)○2.5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール(DMcT)を含む溶液と銅イオンを含む溶液に交互に浸漬することによりこれらが積み重なった構造を有する金電極を集電体に用いて作成したDMcTとポリアニリンの複合正極は、合成したDMcT銅錯体を金電極に塗布した電極に比べて格段に優れた放電容量と充放電サイクル特性が得られ、電極界面構造の制御の重要性が明らかになった。(小山)○孔が長距離にわたって規則配列する高規則性陽極酸化ポーラスアルミナは、陽極酸化に伴い細孔欠陥部が自動的に捕らわれることによって生成することを見出した。また、孔開始点の配列を人工的に制御することで、四角および三角状の孔を有するポーラスアルミナが作製できることを明らかにした。(益田)○すでに見出していた白金と鉄、ルテニウムなどとの合金が示す高い一酸化炭素被毒耐性を有する高活性な燃料電池アノード触媒活性の成因を解明した。すなわち触媒表面は数原子層の白金で覆われ、そこに一酸化炭素が表面を容易に移動できるように弱く吸着するために一酸化炭素の表面被覆率が大きくならず、水素酸化に対する白金の高い触媒活性が維持される。(渡辺)
光子相関分光法による液晶粘弾性定数測定システムの試作

液晶の配向弾性および粘性定数を光子相関分光法により簡便かつ精確に測定すべく前年度に構築したシステムの改良およびこれら材料定数を実際に決定する手順の確立を下記のとおり試みた.すなわち,(1)フォトマルを冷却できるようにしてN/S比を著しく改善し,また5mWHe-Neレ-ザ-を光学ベンチに固定して光軸調整を容易にした.さらに,光子相関分光用デ-タ取り込み時間内の入射光強度をモニタし,フィ-ドバックできるようにした.(2)このシステムを用いて,すでに最も詳しく測定されている5CB(ペンチルシアノビフェニル)の粘弾性定数比を再検討した.(3)その結果,モ-ド2の解析法に基本的な誤り(見落とし)を見出した.すなわち,強度測定の迷光などによる困難を回避するために,スペクトル巾Γ_2のみから材料定数を決定しようと,少なくとも2つの独立な散乱ジオメトリ-でΓ_2を測定し,Γ_2を材料定数比K_3/K_2およびaとの関数として交点を求めてきた.ところが,モ-ド2の特徴として,1点ではなく2点で交わることを解析的に証明できていった.5CBの解析が見かけ上うまくいっていたのは,2点が非常に近接していたからである.(4)したがって,強度測定を行なう必要があり,そのために入射光強度のモニタ-,フィ-ドバックが可能になったシステムで実験を継続中である.(5)しかも,Γ_2のK_3/K_2依存性が方位角ゼロ近傍では顕著でなく,Γ_2を0.1%程度の精度で測定しなければならない.すでに1%の精度はほぼ達成されているが,1桁向上させるべく努力している.(6)強誘電性液晶や反強誘電液晶に関しては,ソフトモ-ド,ゴ-ルドスト-ンモ-ドが測定できるようになり,デ-タを集積中である.以上のように,システムは構築することができたが,当初の目的である材料定数を決定する手順の確立,マニュアルの作製には,さらに1年程度時間をかけたい.ネマティック液晶はワ-プロやパソコンあるいはテレビ等のディスプレイとしてすでに実用されている.強誘電性スメクティック液晶は高速スイッチングを利用したディスプレイあるいは空間変調素子として広い応用が期待されている.いずれの液晶においても重要な材料定数は配向弾性および粘性定数である.これらの材料定数を光子相関分光法により測定すべく予備実験を行なってきたが,今年度科研費(試験B)により簡便かつ精確に測定できるシステムをほぼ構築した.すなわち(1)SPー169アルゴンイオンレ-ザ-励起のTiサファイヤレ-ザ-を作動させ,700nm1μm領域で波長可変の散乱実験が行なえるようにした.(2)パルスモ-タ-付回転ステ-ジ(KSAー120PM)を用いて,散乱面に平行な入射光軸まわりの試料回転を自動化した.(3)32ビットパソコンPC9801RA(MPU80386)導入し,ソフトコリレ-タ-で自己相関関数を求め,フィッティングにより粘弾性定数を決定する時間を著しく短縮した.(4)ネマティック液晶における粘弾性定数の決定手順を詳細に検討して,広がり,捩れ,曲がり変形に対する粘弾性定数K/ηは問題なく求められることを確認し,K_3/K_2,K_1/K_2に関しては検討中である.来年度の課題は,フォトマルを冷却してN/S比を改善し,強度測定とスペクトル巾測定とを併用し,K_3/K_2,K_1/K_2などを簡便かつ精確に測定できるようにすることである.また,標準的な試料について系統的なデ-タの集積を試みることである.液晶の配向弾性および粘性定数を光子相関分光法により簡便かつ精確に測定すべく前年度に構築したシステムの改良およびこれら材料定数を実際に決定する手順の確立を下記のとおり試みた.すなわち,(1)フォトマルを冷却できるようにしてN/S比を著しく改善し,また5mWHe-Neレ-ザ-を光学ベンチに固定して光軸調整を容易にした.さらに,光子相関分光用デ-タ取り込み時間内の入射光強度をモニタし,フィ-ドバックできるようにした.(2)このシステムを用いて,すでに最も詳しく測定されている5CB(ペンチルシアノビフェニル)の粘弾性定数比を再検討した.(3)その結果,モ-ド2の解析法に基本的な誤り(見落とし)を見出した.すなわち,強度測定の迷光などによる困難を回避するために,スペクトル巾Γ_2のみから材料定数を決定しようと,少なくとも2つの独立な散乱ジオメトリ-でΓ_2を測定し,Γ_2を材料定数比K_3/K_2およびaとの関数として交点を求めてきた.ところが,モ-ド2の特徴として,1点ではなく2点で交わることを解析的に証明できていった.5CBの解析が見かけ上うまくいっていたのは,2点が非常に近接していたからである.(4)したがって,強度測定を行なう必要があり,そのために入射光強度のモニタ-,フィ-ドバックが可能になったシステムで実験を継続中である.(5)しかも,Γ_2のK_3/K_2依存性が方位角ゼロ近傍では顕著でなく,Γ_2を0.1%程度の精度で測定しなければならない.すでに1%の精度はほぼ達成されているが,1桁向上させるべく努力している.

(6)強誘電性液晶や反強誘電液晶に関しては,ソフトモ-ド,ゴ-ルドスト-ンモ-ドが測定できるようになり,デ-タを集積中である.以上のように,システムは構築することができたが,当初の目的である材料定数を決定する手順の確立,マニュアルの作製には,さらに1年程度時間をかけたい.
可視化・ディジタル画像処理による三次元流れ場解析システムの開発

複数トレーサの流跡写真にディジタル画像処理の技術を適用し流れ場の自動解析を図る場合には,流れ方向を自動的に知るための工夫,重なり合う流跡・流脈を除去あるいは分離するための工夫や異なる画面における同一粒子の対応づけを行なうための工夫が特に重要である.この研究ではこれらの問題点に対処するため,電気的に同期させた3台のカメラを用いて流跡の始点・終点を判別する方法(始点・終点・流跡独立撮影法),および光源に工夫を加え1台のカメラによって流跡の始点・終点に濃度差を与える方法(始点強調撮影法)を提案し,そのアルゴリズムを考案・構成した.次に流跡の輪郭の形状を表わす指数を導入し,この形状指数の評価によって流跡同士の重なり合いの有無を識別し,重なり合う流跡情報の除外分離を行なうプログラムを開発した.続いて,トレーサ粒子の流跡を利用することによって,あるいは運動軌跡を予測することによって粒子の対応づけを実行するアルゴリズムを実現した.さらに,このプログラムを発展させTVカメラの利用によってオンライン処理機能を,ステレオ写真法の併用によって三次元処理機能をもたせることに成功した.これらの成果を統合し,得られた速度ベクトルから流線,速度分布,うず度分布などの流体力学的諸量へ変換するプログラムを付加し,流れの可視化画像(流跡写真情報)から流れ場の定量的解析が自動的に行なえる全体プログラムを構成した.このシステムのもつ特徴は(1)非定常・三次元流れ場に適用することができること, (2)処理が自動化されており無人計測が可能であること, (3)1画面に約400500個という多数のトレーサ粒子が含まれている画像を処理できること, (4)順流・逆流が混在する流れ場であっても人間の判断なしに処理できること, (5)重なりあう流跡を除去あるいは区別できること, (6)得られる速度情報を数値処理し様々の流体量として表示することが可能であることである.複数トレーサの流跡写真にディジタル画像処理の技術を適用し流れ場の自動解析を図る場合には,流れ方向を自動的に知るための工夫,重なり合う流跡・流脈を除去あるいは分離するための工夫や異なる画面における同一粒子の対応づけを行なうための工夫が特に重要である.この研究ではこれらの問題点に対処するため,電気的に同期させた3台のカメラを用いて流跡の始点・終点を判別する方法(始点・終点・流跡独立撮影法),および光源に工夫を加え1台のカメラによって流跡の始点・終点に濃度差を与える方法(始点強調撮影法)を提案し,そのアルゴリズムを考案・構成した.次に流跡の輪郭の形状を表わす指数を導入し,この形状指数の評価によって流跡同士の重なり合いの有無を識別し,重なり合う流跡情報の除外分離を行なうプログラムを開発した.続いて,トレーサ粒子の流跡を利用することによって,あるいは運動軌跡を予測することによって粒子の対応づけを実行するアルゴリズムを実現した.さらに,このプログラムを発展させTVカメラの利用によってオンライン処理機能を,ステレオ写真法の併用によって三次元処理機能をもたせることに成功した.これらの成果を統合し,得られた速度ベクトルから流線,速度分布,うず度分布などの流体力学的諸量へ変換するプログラムを付加し,流れの可視化画像(流跡写真情報)から流れ場の定量的解析が自動的に行なえる全体プログラムを構成した.このシステムのもつ特徴は(1)非定常・三次元流れ場に適用することができること, (2)処理が自動化されており無人計測が可能であること, (3)1画面に約400500個という多数のトレーサ粒子が含まれている画像を処理できること, (4)順流・逆流が混在する流れ場であっても人間の判断なしに処理できること, (5)重なりあう流跡を除去あるいは区別できること, (6)得られる速度情報を数値処理し様々の流体量として表示することが可能であることである.複数トレーサの流跡写真,懸濁法による流跡,流脈写真にディジタル画像処理の技術を適用し流れ場の自動解析を図る場合には流れ方向を自動的に知るための工夫と重なり合う流跡・流脈を除去あるいは分離するための工夫が必要となる。そのため前者については電気的に同期させた2台のカメラを用いて流跡の始点・終点を判別する方法、および光源・フィルタに工夫を加え1台のカメラによって流跡の始点・終点に濃度差を与える方法を提案し、そのアルゴリズムを構成した。後者については流跡の輪郭の形状を表わす指数を導入し、この形状指数の評価によって流跡同士の重なり合いの有無を識別し、重なり合う流跡情報の除外分離を行なうプログラムを開発した。これらの成果を統合し、速度ベクトルから流線,速度分布,うず度分布などの流体力学的諸量への変換プログラムを付加し、流れの可視化画像(流跡写真情報)から流れ場の定量的解析が自動的に行なえる全体システムを構成した。このシステムのもつ特徴は、(1)1画面に約400500個という多数のトレーサ粒子が含まれている画像を処理できること、(2)逆流を含めて流れの方向をも人間の判断なしに求めることが可能であること、(3)重なりあう流跡・流脈を除去あるいは区別できること、(4)得られる速度情報を数値処理し様々の流体量として表示することが可能であることである。さらにこのシステムを非定常三次元流れ場の解析に展開した。即ち、トレーサ粒子の運動を二方向から撮影する、いわゆるステレオ写真法によって得られる二枚の流跡写真から自動的に各個の粒子の速度ベクトルを得るプログラムを開発した。

また、流れ場の撮影に2台のTVカメラを利用することによって三次元流れ場のオンライン自動解析が可能となり、タンク型高速炉の炉容器模型内の非定常流れ、空調環境下の気流の定量計測に適用し実用性を確認した。
酸化物電極容量結合型放電による高効率高密度プラズマ生成とその展開

酸化マグネシウムのような酸化物の電極は、プラズマディスプレイの放電部の低電圧駆動やその電極保護膜等に用いられているように、電極からの2次電子放出係数が通常の金属に比べて、数十倍高いと報告されている。一方、容量結合型高周波放電は無電極放電が可能であるので、必ずしも電極からの2次電子放出を必要とせず、高周波電極シースによるフェルミ加速によって加速された電子による衝突電離作用(α作用)のみで放電維持が可能である。この放電は、簡便なプラズマ発生方式であるが、プラズマ密度が低いことが課題として残されている。本研究では、この放電の維持機構であるα作用に高効率な2次電子放出作用を組み合わせることで、プラズマ密度の高密度化を図ることを目的としている。平成16年度では、平成15年度の研究成果を踏まえて、高効率高密度容量結合型プラズマが得られた酸化マグネシウムとチタン酸ストロンチウム電極を用いて、プロセス用プラズマ源や光源への展開に関する基礎的な実験を進めた。次の様な研究結果が得られた。プラズマスパッタリングにおいて、一般的には、アルゴンガスを用いた場合、高いスパッタ率を得られることが知られている。しかし、酸化マグネシウムやチタン酸ストロンチウム電極を容量結合型プラズマスパッタリング源に用いる場合、ネオンガスを導入ガスに用いた方がアルゴンガスに比べて、1桁以上のプラズマ密度が得られ、電離効率向上のみならず、スパッタ率の向上が期待されることが明らかとなった。更に、ネオンガスを用いた場合、アルゴンガスに比べて、発光強度が1桁以上高くなることがわかった。即ち、光源への展開が期待できる成果が得られた。平成15年度では、酸化マグネシウム以外の酸化物を用いて、容量結合型放電特性に与える酸化物電極材質の影響を検討した。酸化物電極には、比誘電率を広範囲に変化させるために、酸化銅、酸化マグネシウム、二酸化チタン、チタン酸ストロンチウムを用いた。放電開始電圧を測定した結果、酸化マグネシウムとチタン酸バリウムの2種類の電極が、他の材質より低下することが分かった。また、放電後のプラズマ密度をラングミュアプローブのイオン飽和電流から見積もった結果、酸化マグネシウムとチタン酸バリウムにおいて、高周波電圧を増加したとき、1桁以上の密度上昇し、10^<10>cm^<-3>を越える高密度が観測された。その他の電極では、緩やかな増加のみで、桁の変化は見られなかった。チタン酸ストロンチウムについては、2次電子放出係数が高いという報告例がないが、本研究で用いた方法において、その証拠となる結果が得られた。
区分的に滑らかな境界をもつ領域における非定常ナヴィエ・ストークス方程式の数理解析

コップの中の液体やテーブルの上の水滴の運動を具体的な例とした,ナヴィエ・ストークス方程式に対する自由表面問題を研究した。平面の扇形領域において線形化方程式を扱い,一様収束する級数解を構成した。これにより,ヘルダー空間あるいはソボレフ・スロボデツキ空間における解の精密な評価が可能になった。さらに,半空間におけるナヴィエ・ストークス方程式を考察し、運動エネルギーの時間減衰に対する下からの評価を確立した。特に、下からの評価を導出可能な初期値の特徴づけに成功した。1.扇型領域において、非定常ナビエ・ストークスを線形化したストークス方程式を扱い、その速度ベクトルを具体的に熱方程式の解とポアソン方程式の解の和として書き下し、解の滑らかさが中心角の大きさによってどのように変わるかを調べた。前年度の熱方程式に続いて、ポアソン方程式についても研究目的に必要な解の表示式を得ることができた。2.流体力学における基礎方程式である非圧縮性ナビエ・ストークス方程式について、解の運動エネルギーの時間大域的挙動を解析した。境界や外力からエネルギーの注入がない状態では、ナビエ・ストークス流のエネルギーは減衰して消滅することが知られている。特に、エネルギー減衰の減衰オーダーや漸近形状の考察は、流体の運動やエネルギー散逸の構造を解析する上で重要である。本研究では、境界条件がナビエ・ストークス流に及ぼす影響を明らかにするため、半空間でのナビエ・ストークス流を対象に、エネルギー減衰や漸近展開について考察を行うことを目標としている。その為にまずは全空間でのナビエ・ストークス方流に対して漸近展開を行った。これについては、初期値に一次多項式のモーメント有界条件を仮定すれば、解の漸近形状がガウス関数の一階導関数を用いて求められることが知られている。しかしながら、モーメント有界性条件は、初期値の空間遠方での挙動を制限するものである。そこで、代替的な条件として、初期値の構造に着目することで、一次多項式のモーメント有界性条件を仮定することなく、ルベーグ可積分性のみで、解の一次漸近展開を導出し、その主要項をガウス関数の一階導関数を用いて明示的に特徴付ることに成功した。1.扇型領域において,非定常ナビエ・ストークス方程式を線形化したストークス方程式の初期値境界値問題を扱い,その速度ベクトルを熱方程式の解とポアソン方程式の解の和として具体的に書き下すことによって,解の滑らかさが中心角の大きさによってどのように変わるのかを調べることを目的として計算を進めた。熱方程式については,解の滑らかさと中心角の大きさの関係がわかる具体的な解の表示式を得ることができ,これによって,最小限の重みを付けた関数空間(例えば,ヘルダー空間)において解の精密な評価を導くことおよび初期条件と境界条件の間の両立性の条件を最小限にすることが可能になることが期待される。引き続きポアソン方程式について同様の考察を進めている。2.半空間上のナビエ・ストークス方程式に対するエネルギー減衰に対する下からの評価(lower bound)についての研究を行った。ナビエ・ストークス流は,線形ストークス流と非線形項による流れとに2つに分解されるが,エネルギー減衰が非常に遅い場合には,線形ストークス流が支配的になることが知られている。そこで,半空間の場合には,鵜飼氏により得られた解公式を駆使することで,線形ストークス流の減衰を詳細に解析し,下からの評価を導出した。特に,線形ストークス流は与えられた初期値により制御することができ,本研究では,エネルギーの下からの減衰評価を与えるような初期値の特徴づけに成功したことが特色である。1.全空間における非定常ナビエ・ストークス方程式の解の長時間挙動を解析した。特に解の運動エネルギーの時間多項式減衰に関する研究では、初期値に対し1次モーメント有限や空間遠方での各点減衰などの制限下で、盛んに研究がなされてきた。また、解の漸近展開を導出することは、その漸近形状の解明のみならず、運動エネルギーの減衰オーダーを調べる上でも重要である。特に初期値に対して、空間遠方での厳しい各点減衰を要求すれば、高次の漸近展開が可能であることが知られている。加えて、初期値に対し、ある種の対称性を要求すれば、非線形項の影響が無視できない状況下での速いエネルギー減衰を導出することが可能であることも知られている。今年度は、これらの高次漸近展開および速いエネルギー減衰を、初期値において、既存の条件よりも弱い条件でも導出し得ることを明らかにした。特に初期値のクラスとして重み付きハーディ空間を用いることで、従来初期値に課されていた、有界性や各点減衰を取り除くことができたことが特色である。以上の結果は現在出版準備中である。数物系科学1.熱方程式に対する初期値境界値問題とポアソン方程式に対するノイマン問題において、具体的な解の表示式が得られたことは前進であるが、関数空間の設定にもう一段の工夫が必要である。

2.解の漸近形状の研究において、その漸近展開を求めることは重要である。特に、初期値の構造が主要項の決定に反映されることが明らかにされた。1.扇型領域における熱方程式の初期値境界値問題について,解の滑らかさと中心角の大きさの関係がわかる具体的な解の表示式を得ることができたことは大きな前進であった。しかしながら,ポアソン方程式についての同様の計算において,熱方程式の場合と異なる工夫が必要になり,予定より若干時間がかかってしまっている。2.半空間でのナビエ・ストークス方程式のエネルギー減衰の下からの評価については,これまであまり知られていなかったが,初期値の周波数成分の分布の形状により減衰評価を導いたことは意義深い。しかしながら,2次元の場合については本結果を直ちに適用することができず,より詳細な解析が必要であり,今後の課題である。1.解の滑らかさと中心角の大きさの関係をより精密に分析できる関数空間の決定を目指す。2.解の一次漸近展開について、初期値の条件の一般化を考察する。特に空間遠方での制約条件を緩和することを目指す。全空間の場合の解析で得られた知見をもとに半空間におけるナビエ・ストークス流の漸近展開を行い、その漸近形状の決定を目指す。1.現在進行中のポアソン方程式についての計算を仕上げて,扇型領域における線形ストークス方程式の初期値境界値問題の解の滑らかさと中心角の大きさの関係がわかる具体的な解の表示式を得ることを目標に計算を進める。2.半空間でのナビエ・ストークス方程式のエネルギー減衰の下からの評価について,減衰が遅い場合については,初期値による特徴づけが可能であるが,速い減衰の場合には初期値の性質による下からの評価はほとんど知られていない。これらの課題に対し,解の漸近展開等を用い,解析を行う。購入予定だった書籍が絶版等により入手できなかったため。最新の研究成果の情報収集や成果発表のために旅費として450,000円計上する。また,書籍購入等物品費に101,170円計上する。非線形偏微分方程式の最新の研究成果を情報収集するための関連する研究集会への参加と研究者の招聘および学会での成果発表のために,旅費として450,000円を計上する。また,解析学関連書籍購入のために64,365円を計上する。
空間変調を用いて、与干渉成分を抑制し、かつ周波数利用効率の高いの無線通信の実現

本研究は、1)個々の送信機が簡素である、2)低速、低遅延な通信が要求される、3)従来の通信と比べて非常に多くの数の機器が同時に通信を行う、という条件下において、いかに効率的な通信を行うのかを検討した。詳細は以下である。(1)全二重通信を実装し、それらの利点、欠点を実験的に示した。(2)空間変調を用いて、超多端末マルチプルアクセス技術を構築した。(3)空間変調を用いた全二重通信の発展として、複数の端末が協力する協力通信技術を構築し、その協調通信プロトコルを設計した。(4)アンプ効率を考慮した空間変調として、空間変調を一般化空間変調へと拡張し誤り訂正符号と統合的に設計し、電力利用効率を改善した。本研究は、ワイヤレスM2Mセンサークラウド技術実現のための下位レイヤ技術の高度化を行う。具体的には、1)個々の送信機が簡素である、2)低速、低遅延な通信が要求される、3)従来の通信と比べて非常に多くの数の機器が同時に通信を行う、という条件下において、いかに効率的な通信を行うのかを検討する。具体的には、空間変調技術(SM)をベースに簡素な機器構成で、a)与干渉を抑制しつつ、周波数利用効率の高い通信を実現する方法、b)空間変調の特徴を活かし、全二重通信を実現する方法、c)実装による検証、かつ実装からのフィードバックによる改良、d)アンプの利用効率を高めるため、従来の位相・振幅にさらに空間領域を考慮した統合的な設計、を行う。【研究の実施内容(実績)と状況】空間変調技術(SM)をベースに簡素な機器構成で、a)与干渉を抑制しつつ、周波数利用効率の高い通信を実現する方法、b)空間変調の特徴を活かし、全二重通信を実現する方法、c)実装による検証、かつ実装からのフィードバックによる改良、d)アンプの利用効率を高めるため、従来の位相・振幅にさらに空間領域を考慮した統合的な設計、26年度から3ヶ年で実施している。その中で特に平成26年度では、大きく以下の研究を行った。1)USRPを用いた全二重通信の実装、2)空間変調を用いた協力通信における協力通信プロトコルの理論的アプローチによる最適化、3)アンプ効率と空間変調の特徴を活かす誤り訂正符号化との統合的な設計、を行った。具体的には、1)個々の送信機が簡素である、2)低速、低遅延な通信が要求される、3)従来の通信と比べて非常に多くの数の機器が同時に通信を行う、という条件下において、いかに効率的に通信を行うのかを検討する。具体的には、空間変調(SM)をベースに簡素な機器構成で、a)与干渉を抑制しつつ、周波数利用効率の高い通信を実現する方法、b)空間変調の特徴を活かし、全二重通信を実現する方法、c)実装による検証、かつ実装からフィードバックによる改良、d)アンプの利用効率を高めるため、従来の位相・振幅にさらに空間領域を考慮した統合的な設計、を行う。【研究の実施内容(実績)と状況】空間変調技術をベースに簡素な機器構成で、上記の内容を行っている。平成26年度から開始した本研究では、主に、課題a)とb)、d)の理論的実証、c)に関しては、USRPを用いた実装、評価を行った。さらに要求条件3)に対応した空間変調を基にした効率的なマルチプルアクセス方法の提案に関しても行った。最終年度は、c)をより改良して協力通信へ拡張、実装による評価から理論へのフィードバック、理論構築を図る。27年度では、1)サーキュレータを用いて全二重通信の実装、2)空間変調を用いて、効率的にマルチプルアクセスを実現する方式の提案と評価、3)空間変調を用いた協力通信において送信レート、協力プロトコルの最適化、を主に行った。2)の内容に関しては、当初の予定にはなかったが、研究が予定より進んだため、成果が出た。特に、空間変調の特徴を活かし、全二重通信の実装、および理論的検証を行った。詳細は以下である。(1)全二重の実装に関しては、アナログ領域自己干渉キャンセラとして、アンテナ干渉除去、バラン回路を用いた干渉除去、サーキュレータを用いた干渉抑圧に関して実装し、それらの利点、欠点を実験的に示した。さらにそれらの特徴を理論へフィードバックした。(2)空間変調を用いて、IoTやM2Mへの応用を目的とした超多端末マルチプルアクセス技術を構築し、高い効果が得られた。(3)空間変調を用いた全二重通信の発展系として、複数の端末が協力する協力通信技術を構築し、その協調通信プロトコルの最適化、および理論的特性評価を行い、その有効性を示した。(4)アンプ効率を考慮した空間変調として、空間変調を一般化空間変調へと拡張し、さらに非二元の位相振幅変調と組み合わせた。さらに、信号の冗長度を誤り訂正符号に用いて、信号と誤り訂正符号とを統合的に設計したことで、電力利用効率を改善した。成果などは、当初の計画以上に得られることができた。

概ね順調と評価した理由は、28年度が最終年度であったが、成果の論文誌への投稿に少し時間がかかり、結果として29年度の4月に2件の論文採用となり、年度を跨いだためである。本研究は、1)個々の送信機が簡素である、2)低速、低遅延な通信が要求される、3)従来の通信と比べて非常に多くの数の機器が同時に通信を行う、という条件下において、いかに効率的な通信を行うのかを検討した。特に、空間変調の特徴を活かし、全二重通信の実装、および理論的検証を行った。詳細は以下である。(1)全二重の実装に関しては、アナログ領域自己干渉キャンセラとして、アンテナ干渉除去、バラン回路を用いた干渉除去、サーキュレータを用いた干渉抑圧に関して実装し、それらの利点、欠点を実験的に示した。さらにそれらの特徴を理論へフィードバックした。(2)空間変調を用いて、IoTやM2Mへの応用を目的とした超多端末マルチプルアクセス技術を構築し、高い効果が得られた。(3)空間変調を用いた全二重通信の発展系として、複数の端末が協力する協力通信技術を構築し、その協調通信プロトコルの最適化、および理論的特性評価を行い、その有効性を示した。(4)アンプ効率を考慮した空間変調として、空間変調を一般化空間変調へと拡張し、さらに非二元の位相振幅変調と組み合わせた。さらに、信号の冗長度を誤り訂正符号に用いて、信号と誤り訂正符号とを統合的に設計したことで、電力利用効率を改善した。1年延長した理由が論文誌の発行年度が最終年度中に終わらなかったためであり、研究の成果を2件論文に掲載することができた。研究期間を1年延長した理由は論文誌掲載が研究期間を過ぎたためその経費捻出のため延長し、無事に2件の成果を論文誌で発行できた。詳細は以下である。(1)全二重通信を実装し、それらの利点、欠点を実験的に示した。(2)空間変調を用いて、超多端末マルチプルアクセス技術を構築した。(3)空間変調を用いた全二重通信の発展として、複数の端末が協力する協力通信技術を構築し、その協調通信プロトコルを設計した。(4)アンプ効率を考慮した空間変調として、空間変調を一般化空間変調へと拡張し誤り訂正符号と統合的に設計し、電力利用効率を改善した。26年度では、1)USRPを用いた全二重通信の実装、2)空間変調を用いた協力通信における協力通信プロトコルの理論的アプローチによる最適化、3)アンプ効率と空間変調の特徴を活かす誤り訂正符号化の設計、を行った。以上より、当初の計画通り順調に進捗している。最終年度では、現状までの成果を用いて統合的な設計を行う。具体的には、1)実装から理論へのフィードバックと理論構築、2)実装に基づく協力通信設計、を行う。空間変調の実装には、超高速スイッチングするためのデバイスが必要である。さらに無線通信で実装する場合には、送信フィルタの設計が必要不可欠であり、空間変調との統合的な設計を引き続き検討する。無線通信27年度以降では、1)多数の端末が簡素な構成を保ちつつ同時通信を行うためマルチプルアクセス技術の構築、2)空間変調をベースとした協力通信の送信レートを考慮した設計、3)USPRを用いた他の全二重通信実現手法の試作、評価、検討、さらに理論へのフィードバックを重点的に研究する予定である。今年度の実験機材の購入を次年度に回したため。
染色体転座生成を導く二つのDNA二本鎖切断シグナル間の相互干渉の証明

染色体転座メカニズムの解明を目的とし、LacO-I-SceI-TetO細胞株を樹立して新規転座アッセイ系の構築を試みたが、技術的な問題点により、最終的に作製はできなかった。一方で重粒子線ではX線照射に比べ高い頻度で染色体転座が引き起こされる点に注目し、重粒子線照射後の転座発生メカニズムの解析を試みた。染色体領域とDSB部位をそれぞれFISHと蛍光抗体法により可視化して解析し、重粒子線照射細胞では複数の染色体にまたがった形状の特徴的なDNA損傷形態が観察されることを明らかにした。この特徴的DNA損傷では、染色体転座の初期段階であるDNA末端の削りこみがおこっていることが示された。染色体転座は最も重篤なゲノム不安定化の一つであるが、その作用機序は未だ多くが不明である。転座は異なる染色体上に生じた二つのDNA二本鎖切断(DSB)が連結することにより生じる。転座の過程は、1)DSB末端の削り込み、2)二つのDSB末端の探索と会合、3)連結、からなる。本研究では染色体転座研究の中でも最も未解明な「DSB末端の探索と会合」に着目する。申請者は核内における広大な空間から二つのDSBが引き合い会合するためには、DSB近傍における損傷シグナルに伴った能動的クロマチン変動が必要であるという仮説を立てた。本研究では仮説証明のため、部位特異的DSBを導入した新規転座アッセイ系を開発し、DSB近傍損傷シグナル及びクロマチン構造を人為的に操作することで、二つのDSB間の相互干渉が転座に及ぼす影響を明らかにする。以上の結果から、初年度の目標であるアッセイ系の確立はほぼ達成できたと考えられる。よって、本研究課題の現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると思われる。染色体転座は最も重篤なゲノム不安定化の一つであるが、その作用機序はいまだ多くが不明である。本年度ではまず、既に樹立したLacO-IーSceI-TetO細胞株を用い、転座発生頻度の測定を検出する系の確立を試みた。4OHT(タモキシフェン誘導体)によって発現誘導可能なI-SceIベクターを上記細胞株に導入し、4OHTを培地に添加することでLacOとTetO間に特異的にDSBを作成した後にリアルタイムPCRを用いて転座頻度の測定を行った。しかし、LacO-I-SceI-TetO配列は多数のリピート配列を有しているため、リアルタイムPCRによる定量的な解析を行うことが困難であった。そこで現在は、I-SceIとリピート配列の間に500bpのスペーサーを挿入したベクターを作成している。また、I-SceIでの切断効率が低かったため、切断部位を別の制限酵素であるI-PpoIに変更したベクターも作成している。一方で、主に蛍光顕微鏡を用いた解析も並行して行い、長崎大学・山内基弘博士及び群馬大学・柴田淳史博士らとの共同研究により、mCherry-53BP1を発現するヒト正常繊維芽細胞(BJ hTERT)では放射線誘発53BP1がペアリングすることを見出した。当該年度では、まず染色体転座効率を測定する系の確立を目標とした。既に樹立した転座アッセイ用のLacO-IーSceI-TetO細胞株を用い、4OHTによるI-SceIの発現誘導によりDSBを作成した。4OHT添加72時間後にDNAを回収し、LacO-TetO間をまたぐプライマーを用いたリアルタイムPCRにより転座効率の測定を試みた。しかし、リアルタイムPCRによる定量的な解析を行うことは技術的に困難であることが明らかとなった。そこで、主に顕微鏡を用いた解析を行うこととした。長崎大学・山内基弘博士及び群馬大学・柴田淳史博士らとの共同研究により、mCherry-53BP1を発現するヒト正常繊維芽細胞(BJ hTERT)では放射線誘発53BP1がペアリングすることを見出した。ペアリングは必ずしも転座を反映しないが、転座が起こるための十分条件だと考えられる。そのため、fociのペアリングをタイムラプス蛍光顕微鏡により計測することで転座頻度の測定が可能と考えられた。また、さらなる解析を行う目的で、53BP1の各ドメインに対して変異体の作成を行った。以上の結果から、当該年度の目標は当初やや遅れを生じたものの、最終的にほぼ達成できたと考えられる。よって、本研究課題の現在までの進捗状況は、おおむね順調に進展していると判断した。

転座は異なる染色体上に生じた二つのDNA二本鎖切断(DSB)が連結することにより生じる。本研究では部位特異的DSBを導入した新規転座アッセイ系を開発し、DSB近傍損傷シグナル及びクロマチン構造を人為的に操作することで二つのDSB間の相互干渉が転座に及ぼす影響を明らかにすることを最終的な目標とした。新規転座アッセイ系作製のため、まずLacO-I-SceI-TetO細胞株を樹立した。4OHTの倍地添加による特異的DSB生成を確認後、リアルタイムPCRによる転座頻度の測定を試みたが、様々な条件検討の結果、LacO-I-SceI-TetO配列は多数のリピート配列を有していることからリアルタイムPCRによる定量的な解析は困難であることが明らかとなった。そこで、主に蛍光顕微鏡を用いた解析も平行して行い、長崎大学・山内基弘博士及び群馬大学・柴田淳史博士らとの共同研究により、mCherry-53BP1を発現するヒト正常繊維芽細胞(BJ hTERT)では放射線誘発53BP1がペアリングすることを見出した。一方で、重粒子線ではX線照射に比べて染色体転座が高い頻度で引き起こされることが以前より知られていたため、重粒子線照射後の転座発生メカニズムの解析を試みた。重粒子線照射細胞の染色体領域とDSB部位をそれぞれFISHと蛍光抗体法により可視化して解析を行ったところ、重粒子線照射細胞では、複数の染色体にまたがった形状の特徴的なDNA損傷形態が観察されることが明らかになった。さらに解析を行い、複数の染色体にまたがる形のDNA損傷の中に、染色体転座の初期段階であるDNA末端の削りこみを検出することができた。染色体転座メカニズムの解明を目的とし、LacO-I-SceI-TetO細胞株を樹立して新規転座アッセイ系の構築を試みたが、技術的な問題点により、最終的に作製はできなかった。一方で重粒子線ではX線照射に比べ高い頻度で染色体転座が引き起こされる点に注目し、重粒子線照射後の転座発生メカニズムの解析を試みた。染色体領域とDSB部位をそれぞれFISHと蛍光抗体法により可視化して解析し、重粒子線照射細胞では複数の染色体にまたがった形状の特徴的なDNA損傷形態が観察されることを明らかにした。この特徴的DNA損傷では、染色体転座の初期段階であるDNA末端の削りこみがおこっていることが示された。昨年度に樹立した転座アッセイ用の細胞株を用い、4OHTによりI-SceIを発現誘導し、72時間後にDNAを回収しLacO-TetO間をまたぐプライマーを用いたリアルタイムPCRにより転座効率を確認する。本研究では外来性LacRまたはTetR-53BP1を発現させるため、内在性53BP1のDSB部位への集積を抑制しなければならない。そのため53BP1のDSB部位への集積を最も効果的に抑制することができるRNF8を一過性にノックダウンする。RNF8による内在性53BP1が消失することを確認したうえで、外来性LacR-53BP1及びTetR-53BP1を発現させDSB部位への集積を開講免疫染色により確認する。RNF8が53BP1のDSB部位への集積以外の役割を担っている可能性も想定し、内在性53BP1をノックダウンし、siRNA耐性LacR-53BP1及びTetR-53BP1を用いた実験系も進行させる。本年度は以上の実験系を確立を第一目標とする。その後、LacR-53BP1及びTetR-53BP1の発現の有無で転座頻度をリアルタイムPCRにより測定し、53BP1のDSB部位への集積が染色体転座の効率に影響を与えているかどうかを確認する。
腎尿細管管腔における利尿ペプチドの活性制御機構の解明

主要な循環型利尿ホルモンはANPとBNPであり、特にBNPは心不全などの病態時に心臓における産生・分泌の亢進することが知られている。従来、ペプチドホルモンに対する腎尿細管管腔側の機能は、酵素的分解とアミノ酸再吸収によるエネルギー回収であると考えられてきた。しかし、利尿ペプチドアナログ間で受容体レベルでの活性と利尿効果に必ずしも対応が認められないことが知られ、これら知見は腎尿細管管腔におけるペプチドの不活化がその生理作用を制御していることを強く示唆している。本研究では、ペプチド分解酵素阻害剤の作用機構解明を目的に、ANPとBNPの体循環および腎尿細管管腔における活性制御機構の解明を図った。1)正常および心不全モデルラットを用い、利尿ペプチドの体内動態および利尿効果の速度論的解析を行った。その結果、生理的レベルのANPの体循環における動態は主にクリアランス受容体により制御を受け、高濃度領域においてはペプチド分解酵素が関与していること、またBNPの体内半減期がANPに比べ極めて長いこと、さらに腎尿細管管腔における酵素的分解がANPの不活化に関与していることを明らかにした。2)尿細管の構造(極性)・機能的特徴を保持している培養腎上皮細胞LLC-PK_1を多孔性フィルター上に単層培養し,ANP・BNPの活性をcGMP産生を指標に評価した。その結果、利尿ペプチドに対する生物活性受容体が尿細管上皮細胞の血管側のみならず管腔側にも存在することを明らかにした。また、BNPの管腔側膜酵素による不活化はANPに比べ少ないことが認められ、この事より尿細管管腔膜に存在する受容体は、病態時においてBNPの受容体として機能すること、またペプチド分解酵素阻害剤投与時におけるANPの利尿作用に関与することが示唆された。
学際的創薬化学研究：合成と活性評価について

本研究は、薬用植物抽出エキス(多成分からなる混合物)を基質とした合成反応を開発するとともに、それを用いて新規天然物様化合物を一挙に合成し、新規創薬シーズを創製することを目的とする。また、酵素阻害剤の酵素活性部位特異性を評価するための新規分析法としてのジメチルスルホキシド(DMSO)摂動法を開発することを目的とする。昨年度に引き続き、本年度は、薬用植物抽出エキスを基質とした分子変換により得られた四置換炭素含有新規ヒダントイン類(非天然型アミノ酸等価体)のアルドースレダクターゼ阻害活性を評価した。次いで、阻害活性を示したものについて、DMSO摂動法を用いて酵素活性部位特異性を評価した。その結果、評価した新規阻害剤はいずれも酵素活性部位に対して非特異的な阻害様式を示すことが明らかとなった。これまでに、DMSO摂動法は、種々の加水分解酵素(αーキモトリプシン、βーラクタマーゼ、ヒアルロニダーゼ)を用いた評価系に適用可能であるとの知見を得ていたが、本年度の研究により、DMSO摂動法は、酸化還元酵素アルドースレダクターゼ阻害剤の酵素活性部位特異性の評価にも利用可能であることを明らかとすることができた。現在は、DMSO摂動法を核内受容体とリガンドの分子間相互作用解析研究へと応用するとともに、分子動力学計算を用いてDMSO摂動条件下における酵素タンパク質の動的構造解析研究を進めているところである。多成分系を基質とした分子変換の開発研究については、Ugi多成分連結反応を利用したハイブリッド型天然物様化合物の一挙創製研究に取り組んでいる。DMSO摂動法の開発研究については、酵素とその阻害剤を用いた例証研究は概ね完了し、核内受容体とそのリガンドを用いた評価系への拡張を進めている段階である。当初の計画以上に進展している。平成31年度は、当初の研究計画通りに進める予定である。当初の研究計画に加えて、DMSO摂動法の開発研究については、核内受容体とリガンドの分子間相互作用解析研究、および分子動力学計算を用いてDMSO摂動条件下における酵素タンパク質の動的構造解析研究を進める予定である。1.多成分系を基質とした分子変換本研究は,薬用植物抽出エキスを基質とした合成反応により,新規天然物様化合物を一挙に創製し,新規創薬シーズを創出することを目的とする.本年度は,薬用植物「ガジュツ」「ボタンピ」「ショウキョウ」の酢酸エチル抽出エキスを基質としたBucherer-Bergs反応により得られた新規ヒダントイン類のアルドースレダクターゼ阻害活性を評価した.その結果,中程度の阻害活性(67-295 μM)を有する新規アルドースレダクターゼ阻害剤を創出することができた.現在,阻害活性発現機構を以下の方法により評価中である.2.DMSO摂動効果を利用した分子間相互作用解析研究研究代表者はこれまでに,DMSO摂動条件下のヒアルロニダーゼ阻害活性評価系において,DMSO濃度依存的な阻害活性の低下により,酵素活性部位に対して非特異的な阻害剤を見極めることができる新規分子間相互作用解析法を開発した.本年度は,本手法の一般性と適応範囲を検証した.Frequent hittersを含む構造的に多様な18種類の評価化合物を選定し,DMSO摂動条件下,β-lactamase (Enterobacter cloacae及びBacillus cereus 569/H9由来)並びにα-chymotrypsinに対する阻害作用を評価した.一例として,quercetinはβ-lactamaseに対して阻害作用を示したが,DMSO摂動条件下で阻害活性が低下し,活性部位非特異的な阻害剤としての挙動を示した.一方,基質類似の阻害剤はDMSO摂動条件下でも一定の阻害作用を示し,活性部位特異的な阻害剤の挙動であった.また本評価系で鍵となる失活状態にないnon-productiveな酵素の存在を,蛍光,円二色性(CD),赤外(IR)の各種分光分析法を用いて示し,本手法の概念を立証することができた.多成分系を基質とした合成反応による新規創薬シーズの創製研究については,得られた新規天然物様化合物の薬理活性評価を行い,新規アルドースレダクターゼ阻害剤を創出することができた.一方で,Ugi反応等の反応系への応用については,モデル基質を用いて反応条件の最適化を行っているところである.DMSO摂動効果を利用した新規分子間相互作用解析法の開発研究については,酵素とその阻害剤を用いた例証研究により,本手法の一般性を立証することができた.また,各種分光分析法を用いて,本評価系で鍵となるnon-productiveな酵素種の存在を示すこともでき,当初の計画以上に進展している.本研究は、薬用植物抽出エキス(多成分からなる混合物)を基質とした合成反応を開発するとともに、それを用いて新規天然物様化合物を一挙に合成し、新規創薬シーズを創製することを目的とする。

これまでに、DMSO摂動法は、種々の加水分解酵素(αーキモトリプシン、βーラクタマーゼ、ヒアルロニダーゼ)を用いた評価系に適用可能であるとの知見を得ていたが、本年度の研究により、DMSO摂動法は、酸化還元酵素アルドースレダクターゼ阻害剤の酵素活性部位特異性の評価にも利用可能であることを明らかとすることができた。現在は、DMSO摂動法を核内受容体とリガンドの分子間相互作用解析研究へと応用するとともに、分子動力学計算を用いてDMSO摂動条件下における酵素タンパク質の動的構造解析研究を進めているところである。多成分系を基質とした分子変換の開発研究については、Ugi多成分連結反応を利用したハイブリッド型天然物様化合物の一挙創製研究に取り組んでいる。DMSO摂動法の開発研究については、酵素とその阻害剤を用いた例証研究は概ね完了し、核内受容体とそのリガンドを用いた評価系への拡張を進めている段階である。当初の計画以上に進展している。平成30年度は,当初の研究計画通りに進める予定である.当初の計画に加えて,DMSO摂動効果を用いた分子間相互作用解析研究については,受容体とそれに作用する有機化合物の分子間相互作用解析研究,および分子動力学計算を用いたDMSO摂動条件下におけるタンパク質の立体構造変化の予測研究を展開する予定である.平成31年度は、当初の研究計画通りに進める予定である。当初の研究計画に加えて、DMSO摂動法の開発研究については、核内受容体とリガンドの分子間相互作用解析研究、および分子動力学計算を用いてDMSO摂動条件下における酵素タンパク質の動的構造解析研究を進める予定である。平成30年度は,当初の計画通り研究を進めることが出来た.一部については,当初の計画以上の進展があった.主として物品費に次年度使用額が発生したが,これは酵素阻害活性評価系のプロトコールを見直したことと,評価系のスケールを小さくしたことにより,より効率的にスクリーニングを実施することが出来たためである.次年度使用額については,DMSO摂動効果を利用した分子間相互作用解析研究の発展的研究課題として,核内受容体とそのリガンドの分子間相互作用解析研究,並びに分子動力学計算実施のための物品購入費として使用する.平成31年度は計画通りに予算を執行することができたが、平成30年度からの繰越相当分の次年度使用額が発生した。次年度使用額については、DMSO摂動法の発展的研究課題としての、核内受容体とそのリガンドの分子間相互作用解析研究、並びに分子動力学計算実施のための物品購入費として使用する。