hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不均一系パラジウム触媒を用いた芳香族炭素－塩素結合活性化反応の開発

パラジウムに対するリガンド効果を期待して、N,N-ジメチルアミノ基が装備された、入手容易なポリスチレン系陰イオン交換樹脂を担体とするパラジウム触媒(7% Pd/WA30)を開発した。7% Pd/WA30には期待通りのリガンド作用があることを明らかとするとともに、反応性が低い芳香族塩素化合物を用いた鈴木ー宮浦反応の効率的手法を確立した。ヘテロ原子による触媒毒のため反応抑制が危惧されるヘテロ芳香族塩素化合物も問題なく適用することができる。反応液からはパラジウムの溶出は観測されておらず、金属の生成物への混入はなく、医薬品開発に直結するプロセス化学への本手法の適用が期待される。反応性が低い芳香族塩素化合物の不均一系鈴木ー宮浦反応の開発を目指し、配位子としての作用が期待されるジメチルアミノ基を分子内にもつ三菱化学製ポリスチレン系陰イオン交換樹脂DIAION WA30(以下WA30)を担体とするパラジウム触媒の調製法を検討した。その結果、室温でWA30を酢酸パラジウムの酢酸エチル溶液に浸し、パラジウムイオンをWA30に吸着した後に、水中室温でヒドラジン処理することで、黒色の5% Pd/WA30を調製した。また、酢酸エチルの代わりに還元作用をもつメタノールを溶媒とすることで、「吸着工程」と「還元工程」をワンポットに簡略化できるものと期待したが、吸着前にパラジウムが一部還元されたため、この方法は断念した。5% Pd/WA30の走査透過電子顕微鏡(STEM)像からパラジウム粒子径は約320 nmであり、X線光電子分光(XPS)から2価パラジウムと0価パラジウムが混合していることが明らかとなった。4ークロロアセトフェノンとフェニルボロン酸の反応について、塩基、溶媒、反応温度を詳細に調べた結果、5% Pd/WA30を触媒(5 mol%)として2当量の炭酸セシウムとともにN,N-ジメチルアセタミド(DMA)中80°Cで6時間撹拌することで対応する4ーアセチルビフェニルが定量的に得られた。この反応は芳香族塩素化合物の置換基の電子的性質に影響せず効率的に進行した。すなわち、アセチル基以外のエトキシカルボニル基やニトロ基などの電子求引性基あるいはメトキシ基やメチル基などの電子供与性基を芳香環にもつクロロベンゼン誘導体を本法に適用することができる。また、5% Pd/WA30は、フェニルボロン酸に加えて、様々な官能基をもつアリールボロン酸と芳香族塩素化合物とのカップリングを効果的に触媒することを明らかとした。予定通りに、第三級アミノ基をもつイオン交換樹脂担持型パラジウム触媒(5% Pd/WA30)の調製方法を確立し、機器分析により触媒中のパラジウム種の酸化数と粒子径を明確にした。また、本触媒を用いることで、芳香族塩素化合物の鈴木ー宮浦反応が効率良く進行することが明らかとなり、基質一般性を示すことができ、本研究は順調に進展している。平成27年度に確立した条件、すなわちジメチルアミノ基を分子内にもつポリスチレン系陰イオン交換樹脂DIAION WA30(以下WA30)を担体とするパラジウム触媒Pd/WA30 (5 mol%)を用いて、2当量の炭酸セシウムとともにN,N-ジメチルアセタミド(DMA)中80°Cで撹拌する条件を、ヘテロ芳香族塩素化合物である4-クロロピリジンとフェニルボロン酸との反応に適用したところ、目的とする4-フェニルピリジンが定量的に得られた。本条件は3-クロロピリジンや様々なアリールボロン酸のクロスカップリングにも適用可能であり、ヘテロビアリール合成にも成功した。一方、2-クロロピリジンのフェニル化は、触媒量と炭酸セシウムを増量しても、効率的に進行しなかったが(30%)、溶媒と塩基をそれぞれ2-プロパノールとリン酸カリウム(2当量)に変更することで、カップリング成績体の収率は56%に改善された。この条件を用いると、2-クロロピリジンのみならず2-クロロキノリンと様々なアリールボロン酸のカップリングが効率よく進行する。4'-クロロアセトフェノンとフェニルボロン酸との反応において、反応後に触媒をろ去することで得たろ液から、パラジウムは全く検出されなかった(誘導結合プラズマ発光分析)。しかし、回収した触媒の活性は低く、再利用は困難であった。また、反応途中で反応液を熱時ろ過し触媒を除去した後、ろ液を再度加熱したところ、反応の進行が確認された。これらの結果は、本反応における触媒の活性種は溶出したパラジウム種であり、反応終了後にWA30に再度吸着されることを示唆している。各種機器分析により、元来触媒表面に局在していたパラジウム種が反応後に内部まで高分散していることが明らかとなっており、触媒活性の低下は、反応過程における触媒の構造上の変化に起因するものと考察した。当初期待したとおり、Pd/WA30の適用範囲をヘテロ芳香族塩素化合物の鈴木ー宮浦反応に拡大することができた。また、触媒から反応液中にパラジウム種は溶出するが、反応後に再度吸着されることを明らかにした。触媒の再利用は困難ではあるが、その理由も触媒構造の変化に基づくものと明確にしており、有機合成に使用可能な反応を開発することができた。

鈴木ー宮浦反応に代表される、パラジウム(Pd)触媒を用いた有機ハロゲン化合物と有機求核試薬とのクロスカップリング反応は、医薬品中間体をはじめとする機能性材料の合成に使用されている。特に芳香族塩素化合物は他のハロゲン化合物と比較して安価に入手容易であるために、芳香環導入試薬として使用が望まれる。しかし、塩素の脱離性が低いため高活性触媒や配位子の開発研究が進められている。本申請研究では、配位子としての作用が期待されるジメチルアミノ基を官能基とする陰イオン交換樹脂[三菱ケミカル、DIAION WA30(以下WA30)]を担体とする固定化Pd触媒(Pd/WA30)を開発し、それを用いた芳香族塩素化合物の効率的鈴木ー宮浦反応を確立した。Pd/WA30は、WA30を酢酸パラジウムの酢酸エチル溶液に浸し、パラジウムイオンをWA30に吸着した後に、水中室温でヒドラジン処理することで調製した。Pd/WA30は、N,N-ジメチルアセタミド(DMA)中炭酸セシウム存在下、様々な芳香族塩素化合物とアリールボロン酸とのカップリング反応を効率よく触媒した。本反応は2-、3-および4-クロロピリジンや2-クロロキノリンなどのヘテロ芳香族塩素化合物のアリール化にも適用可能である。なお、ジメチルアミノ基を持たない、WA30と同様のポリスチレン系ポリマー担持型触媒では芳香族塩素化合物のクロスカップリングは効率よく進行しない。反応後に回収したPd/WA30の活性は低く再利用はできなかったが、反応液中に溶出Pd種は検出されなかったことから、生成物へのPdの混入は問題とならない。芳香族塩素を用いた鈴木ー宮浦反応をフロー条件に適用することは困難であったが、芳香族ヨウ素のフロー式溝呂木ーHeck反応の開発に成功した。本反応ではクリーンな熱エネルギー源であるマイクロ波を熱源とすることに特徴がある。パラジウムに対するリガンド効果を期待して、N,N-ジメチルアミノ基が装備された、入手容易なポリスチレン系陰イオン交換樹脂を担体とするパラジウム触媒(7% Pd/WA30)を開発した。7% Pd/WA30には期待通りのリガンド作用があることを明らかとするとともに、反応性が低い芳香族塩素化合物を用いた鈴木ー宮浦反応の効率的手法を確立した。ヘテロ原子による触媒毒のため反応抑制が危惧されるヘテロ芳香族塩素化合物も問題なく適用することができる。反応液からはパラジウムの溶出は観測されておらず、金属の生成物への混入はなく、医薬品開発に直結するプロセス化学への本手法の適用が期待される。平成27年度に確立した反応条件に基づいて、ヘテロ芳香族塩素化合物を基質として、アリールボロン酸との反応を検討する。これまでに、4ークロロピリジンのフェニル化反応は効率良く進行することが分かっており、基質適用性の拡大を目指す。続いて、触媒の回収・再利用を検討する。触媒の回収・再利用は環境負荷低減とコスト削減の観点から実用的適用に直結するため、重要である。さらに、5% Pd/WA30から反応液中へのパラジウム溶出の有無を確認する。反応後に触媒をろ去することで得られるろ液中のパラジウム濃度を原子吸光測定あるいは誘導結合プラズマ発光分析(ICP-AES)により定量する。パラジウムが検出されない場合には、生成物からのパラジウム残渣の除去操作が不要であるため、本クロスカップリング反応の、医薬品や機能性物質合成の最終あるいはそれに近い段階での適用に期待が持たれる。また、反応過程で溶出したパラジウムがWA30に再吸着されることで、パラジウムがろ液中に検出されない場合もあるものと考えられる。
カクレキリシタンの信仰変容と土着化に関する調査研究

日本におけるキリスト教の受容の変容日本におけるキリスト教の土着化の問題を考えるさい、カクレキリシタン信仰の現在の姿は、大きな示唆に富むものであるということができよう。宗教における土着化は、ある新たな宗教が、いかに民衆の実生活のなかにとけこみ、それらの人々の思想・行動に影響を与えたかという観点によって論じることができよう。すなわち日本人の基層信仰に対して、どれほど浸透することができたのかということである。日本におけるキリスト教の土着化の試みは、多神教的世界観を持ち、きわめてシャマニスティックな宗教土壌に、絶対的な一神教がはたして根をおろしうるかどうかという、きわめて興味深い実験であったと見ることができる。この実験は日本のみならず、朝鮮、中国、フィリピンといったアジア諸国、あるいは中南米諸国などにおいても同様に試みられたものであった。実験の結果は、いかなる地域においても、正統(純粋)なキリスト教の土着化は不成功におわったといえよう。日本における外来宗教の受容は神道、仏教、儒教といったものとの習合した形でしかなく、根底から基層信仰に変革をもたらすものではなかった。日本人の基層信仰とキリスト教の習合のありかたの端的な姿が、現在も長崎県において継承され続けているカクレキリシタンの信仰に示されている。しかし、長期にわたる弾圧と指導者の欠落によって、現在におけるカクレキリシタンの信仰は、キリスト教の日本における土着化の1形態というよりは、日本人の基層信仰のなかに完全に埋没したものであるといえよう。辺境の地に住む民衆によって形成されてきたカクレキリシタン信仰は、図らずも日本人の基層信仰の特色を一層明瞭に浮き彫りにしているのである。
糖鎖異常による先天性筋ジストロフイーの分子生物学的病態解析

糖鎖異常と筋ジストロフィー、神経細胞移動障害の関係を明らかにするために、これまで福山型筋ジストロフィー(FCMD)原因遺伝子産物フクチンとmuscle-eye-brain病(MEB)原因遺伝子産物POMGnT1の機能を解析してきた。フクチンの糖鎖修飾酵素としての活性を見出すため、フクチン強制発現細胞、あるいはECMD患者の細胞を用い、マンノース転移活性、GlcNAc転移活性、ガラクトース転移活性を測定した。FCMD患者の線維芽細胞において、ガラクトース転移活性が健常コントロールと比較し、若干低下していることがわかった。患者サンプルを増やしてこの活性低下の意義を追求する必要がある。一方で、糖基質およびターゲットとなるタンパク質を明らかにするため、2次元電気泳動システムとBiacoreを用いた測定系を立ち上げた。POMGnT1遺伝子のマウスの相同遺伝子を単離した。フクチン遺伝子のキメラマウスについては、作成が完了し、病態解析を行った。一方でコンディショナルノックアウトマウスの作成に向け、ターゲティングベクターを構築した。現在ES細胞に導入し、スクリーニング中である。国内、海外から福山型筋ジス、muscle-eye-brain病、Walker-Warburg症候群の症例を広く集め、POMGnT1遺伝子の変異の有無を検索した。いくつかの新たな変異を見出し、変異の種類と症状の関係、特に水頭症との緩い関係が見出された。GalT-I、GalT-II各糖転移酵素遺伝子の変異の有無を検索したが、現在のところ見出されていない。
新規分泌性ホスホリパーゼA2(III型)の欠損が引き起こす脂質代謝異常と病態

本研究においてsPLA2-IIIは、精巣上体起始部から頭部の管腔上皮細胞に強く発現し、Pla2g3-/-マウスは精子成熟および生殖難を示した。sPLA2-IIIの欠損により引き起こされる生殖異常は、精巣上体における精子の膜リン脂質の再構成障害に起因することがわかった。また、sPLA2-IIIは白色脂肪組織の間質細胞である前脂肪細胞に発現し、高脂肪食負荷したPla2g3-/-マウスは、肥満、脂肪肝、高血糖、高脂血症、インスリン抵抗性の改善が認められた。Pla2g3-/-マウスでは脂肪組織及び肝臓において脂肪分化、脂肪合成、炎症マーカー関連遺伝子の発現が減少し、脂肪組織のLPCが減少していた。1)精子機能:sPLA2-IIIノックアウト(III-KO)マウスの精巣上体尾部より得た精子は、数は正常であったが、WTマウスの精子と比べて運動性が著しく低下していた。このためKO精子は卵子の透明体を通過する推進力が弱く、受精率が顕著に低下することが判明した。また、KO精子ではWT精子と比べてATP量やチロシンリン酸化が顕著に減少しており、鞭毛軸索微小管の対照リング構造が損なわれていた。そしてこれらの異常は、精巣ではなく、III-KO精子が精巣上体を通過する間に生じていた。精巣で作られた精子細胞は機能的に未成熟であり、精巣上体を通過する際に成熟して運動性を獲得する。この際に、精子の膜リン脂質に脂肪酸の劇的なリモデリングが起こり、オレイン酸、アラキドン酸などの不飽和脂肪酸からドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸などの超高度不飽和脂肪酸に置き換わる。質量分析の結果からIII-KOマウスの精巣上体では、この精子の成熟に伴う膜リン脂質の脂肪酸リモデリングが大きく損なわれており、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸の少ない異常精子となっていることが判明した。したがって、sPLA_2-IIIは精巣上体の管腔上皮細胞から分泌されて内腔を通過する精子の膜リン脂質の脂肪酸リモデリングを制御しており、この代謝系の破綻が精子成熟不全を導くものと結論した。2)メタボリックシンドローム:高脂肪食負荷したIII-KOマウスは、体重および内臓脂肪サイズの減少、脂肪肝の抑制、血中レプチン、グルコース、総コレステロール、LPC濃度の低下、インスリン抵抗性の改善が認められた。III-KOマウスでは脂肪組織のLPCが減少するとともにマクロファージの炎症マーカーが減少していた。血漿リポタンパク質の粒子径の測定を行った結果、III-KOマウスでは悪玉小径LDLが減少していることがわかった。このことから本酵素の欠損がメタボリックシンドロームを改善することを見出した。1)メタボリックシンドローム:高脂肪食負荷したsPLA_2-III欠損マウスは、体重および内臓脂肪サイズの減少、脂肪肝の抑制、血中レプチン、グルコース、総コレステロール、LPC濃度の低下、インスリン抵抗性の改善が認められた。sPLA_2-III欠損マウスでは脂肪組織のLPCが減少するとともにマクロファージの炎症マーカーが減少していた。血漿リポタンパク質の粒子径の測定を行った結果、sPLA_2-III欠損マウスでは悪玉小径LDLが減少していることがわかった。さらにsPLA_2-IIIの脂肪組織における発現部位を特定するために、特異抗体を用いた免疫組織化学染色を行ったところ、sPLA_2-IIIは脂肪組織の間質部の一部の細胞に強い陽性所見が観察された。さらに脂肪組織を脂肪細胞と間質(Stromal vascular fraction : SVF)に分画し、sPLA_2-IIIの発現を定量的PCRで調べた。その結果、sPLA_2-IIIはSVFに高発現しており、脂肪細胞にはほとんど発現していないことが確認された。このうちsPLA_2-IIIがどの細胞に発現しているか調べるために、各細胞のマーカー遺伝子の発現を定量的PCRで調べた結果、前脂肪細胞のマーカーであるPref-1の発現パターンがsPLA_2-IIIの発現パターンと一致していた。このことからsPLA_2-IIIは脂肪細胞の間質に存在し、前脂肪細胞が発現細胞のひとつであると考えられた。さらにsPLA_2-III欠損マウスでは摂食量が減少すること、sPLA_2-IIIは摂食中枢である視床下部に強く発現していること、マウスを一晩絶食させるとsPLA_2-IIIの脳内発現が増加することがわかった。このことからsPLA_2-IIIが中枢においても脂質栄養状態の制御に関与している可能性が考えられた。

2)動脈硬化:動脈硬化モデルマウスであるLDL受容体(LDLR)欠損マウスを用いてsPLA_2-III/LDLRダブル欠損マウスを作成した。今後このマウスに高コレステロール負荷を施した時の動脈硬化の進展について、対照マウス(LDLR欠損マウス)と比較検討する予定である。
低消費電力携帯機器用電力源とその集積化電源回路の研究

本研究は、消費電力が10数mW以下の低消費電力携帯機器向けの、振動、熱、光その他電磁波等の自然エネルギーあるいは人為的エネルギー源を発電に利用し、その電力で携帯機器の電力を賄うために必要な新しい電力源と電源回路技術とを開発することを目的とした。始めに、乾電池の代わりとなる新たな電力源の検討を行った。具体的には、人間の歩行動作による振動をムービングコイルによって発電させるメカニカル方式による自己発電方式と安価で構造が非常に簡単な果実による化学式電池の2種類について測定を行った。メカニカル方式による自己発電方式では、固定式多ターンコイルとムービング磁石による発電方式でピークで数百mVの起電力が得られた。しかし、ムービングコイルの共振周波数と一致するバネが使用できなかったために定常発電には至らなかった。一方、化学式電池では定常的に0.94Vの起電力が得られた。一種類の電力源だけでは電気エネルギーをまかなうには十分ではなく、複数の電力源を組み合わせる必要がある。次に、これら得られた電気エネルギーを回路に供給するために十分な電圧までレギュレートする必要があるため、低電圧動作DC-DCコンバータの1次検討を行った。DC-DCコンバータの動作に必要となるクロック生成回路(PLL)を設計し、集積回路を試作した。その結果、安定動作をするクロック生成用PLLを実現できた。また、この集積回路の設計を通して集積回路設計技術の確立が達成できた。
分子シミュレーションによる生体超分子複合体の構造機能相関の理論的研究

生体超分子複合体の構造-機能相関を理論的に明らかにするために分子シミュレーションを実行し、生体超分子複合体の機能発現機構の解明を目指し、分子軌道法や分子動力学法を用いて(i)チトクロムc酸化酵素のプロトン輸送機構、(ii)モノアミン酸化酵素Aの基質の取り込み機構を調べた。シトクロムc酸化酵素は酸素の還元と共役してプロトン輸送を行う。近年、高分解能X線結晶構造解析から示唆されている新しいプロトン輸送経路(H経路)で、プロトン輸送を制御していると考えられるヘムaの酸化還元における電子構造変化を密度汎関数法により調べたところ、ヘム鉄の酸化還元がヘムの周辺部位、特にformyl基やプロピオン酸基の電荷に影響を与えていることが明らかとなった。formyl基はH経路を形成するArg38と水素結合をしていることから、その酸化還元変化がArg38のプロトン親和性を介してプロトン輸送制御に関わっていると考え、ヘムaの電子構造変化(酸化型と還元型ヘムaの構造の違い、酸化還元反応、プロピオン酸基のプロトン状態の変化)がArg38のプロトン親和性にいかなる影響を与えるのかを調べた結果、酸化状態、プロピオン酸のプロトン化状態でArg38のプロトン親和性を大きく減少させることがわかった。また、モノアミン酸化酵素Aの基質取り込み機構を明らかにするため、脂質膜をあらわに取り扱った系とヘッド部分だけの系の双方に対して25nsの分子動力学シミュレーションを複数回行った。シミュレーションの結果を主成分解析したところ、膜分子の系では低振動数のモードに基質の取り込みに関わるドメイン運動を確認することができ、基質の入る経路および反応生成物の出る経路を同定した。一方ヘッド部分だけの系ではそのようなドメイン運動が見られず、基質の取り込みには酵素と脂質膜との相互作用が重要であることを明らかにした。今年度は、ウシチトクロムc酸化酵素のヘムaのヘムや光合成反応中心のスペシャルペアのバクテリオクロロフィルといった生体超分子複合体でよく見られる補因子の電子構造がタンパク質の構成する静電場によりどのような影響を受けるのかを量子化学計算を用いて調べた。1.ウシチトクロムc酸化酵素のプロトン輪送機構ウシチトクロムc酸化酵素のヘムaの酸化還元変化がプロトン移動とどのように関わっているかを明らかにするためヘムaの電子構造を量子化学計算により調べた。その結果、鉄イオンの酸化還元状態の変化により、ポルフィリン環平面でのπ共役に加えてプロピオン酸基のC-C結合のo^*軌道が共役することで、ヘムのホルミル基およびプロピオン酸基Aの電荷変化を誘起することが判明した。また、タンパク質の静電場を取り込むことで、プロピオン酸基Aの電荷変化がより大きくなることが明らかとなった。2.光合成反応中心の初期電荷分離過程の機構Rb. sphaeroides由来の反応中心に対して理論計算を用いて非対称性の原因およびタンパク舞の影響を調べたところ、スペシャルペア自身の構造、特に側鎖のうちのメチルエステル基(Mes)とフィチル基(Phyt)のカルボニルの配向の差、に由来する電子非対称性があること、タンパク質環境はその非対称性を増強する効果があることが判明した。この結果の一般性を検証するため、Mes,Phyt基の配向の違いについて他のタイプ2RCのX線結晶構造14個について調査した。その結果、配向の差はその他の種でも共通であった。また構造アラインメントにより4種の反応中心とMes、Phyt基近傍のアミノ酸の構造はよく一致した.さらに18種のタイプ2反応中心の配列アラインメントから、Mes、Phyt基周囲のアミノ酸は少数の例外を除き物理化学的性質が同じアミノ酸で保存されていることが確認された。
ヘルペスウイルスゲノムの複製転写調節機構と宿主細胞機能の利用

ウイルス増殖と宿主細胞との相互関係の研究をさらに発展させるため、本研究ではヘルペスウイルス潜伏感染から産生感染への切替え、ウイルス増殖(複製と転写)の場の構造について、EBウイルスを中心に研究を進めた。(1)EBV潜伏感染からウイルス産生感染への切替えの分子機構: EBウイルスの潜伏感染からウイルス産生感染への再活性化に注目し、この中でBZLF1のSUMO化修飾について解析した。BZLF1はウイルスの初期遺伝子の転写を活性化することでウイルスの再活性化を強力に促進する。我々はレポーターアッセイにより、K12R変異を導入したSUMO化されないBZLF1は、野生型のBZLF1よりも有為に強い転写活性能をもつことを見いだした。また、BZLF1のSUMOは、SENPとよばれる脱SUMO化酵素によって脱修飾された。SENPを強制発現させると、BZLF1の転写活性化能が増強した。SUMO化されていないBZLF1はCBPと強く相互作用し、HDACとの結合はほとんどみられなかったのに対し、SUMO化されたBZLF1はCBPと相互作用しなくなり、HDAC7と相互作用するようになった。以上からBZLF1はSUMO化されることによりその転写活性が抑制されるということが明らかになった。(2)ウイルス複製工場(RC)の構造解析: EBV感染細胞では溶解感染を誘導すると、Replication Compartment(RC)と呼ばれる核の局在した部位でウイルスゲノムの複製・転写が起きる。今回、我々はRC内のどこでウイルスゲノムの複製が行われ、その後どこに移動するのか等RC内のマッピングを行った。共焦点顕微鏡で得られた画像を元に3次元構築を行った結果、RCには、BMRF1-richな構造物(core)が存在することを明らかにした。また、EBVゲノムの標識を行った結果、新しく合成された直後のEBVゲノムはcoreの外側にも存在するが、その後時間の経過とともにcore内部に移動することがわかった。さらに、我々は以前RCには、Homologous Recombinational Repair(HRR)およびMismatch repair(MMR)に関与する蛋白質がリクルートされることを示したが(Kudoh et al J.Virol.2009, Daikoku et al J.Bio Chem.2006)、HRRはcoreの外側に、MMRはcoreの内部に存在することがわかった。ウイルスゲノム複製と相同組み換えは同時に起こり、その後複製中間体はcore内部に移動し、そこでMMRがミスマッチ部位のサーチングを行っていると考えている。Epstein-Barr virus (EBV) BMRF1蛋白質は溶解感染細胞中で大量に発現し、溶解感染時のウイルスゲノム合成に必須の蛋白質である。ポリメラーゼ付随蛋白質としてウイルスDNAポリメラーゼのDNA合成伸長反応の促進を担っているほか、dsDNA結合活性を持ち、複製されたウイルスゲノムを保護していると考えられている。我々は理化学研究所と東北大学工学部と共同でBMRF1蛋白質(1-314aa)の結晶解析を行い、BMRF1蛋白質は水溶液中では主に2量体(tail-to-tail C-クランプ構造)を、一部が4量体(リング構造)をとり、その内側は正電荷を帯びていることがわかった。又、構造解析から推測した内側の電荷を変えた点変異蛋白質(K29E,K99E,R256E,R87E,K19E)と2量体形成を阻害した点変異蛋白質(C95E)、BALF5蛋白質結合部位の点変異蛋白質(H141F)を用いて、dsDNA結合能とポリメラーゼprocessivity能を調べ、内側が正電荷を帯びた2量体でdsDNAと結合していること、ポリメラーゼprocessivity能には単量体で活性を持ち、必ずしもDNA結合能を必要としないことを明らかにした。我々はBMRF1蛋白質の新たな機能として一本鎖DNA結合蛋白質をコードするBALF2遺伝子の転写を促進することを見いだし,その分子機構を解析した。BALF2蛋白質はBZLF1及びBRLF1転写因子によって発現が誘導され、溶解感染初期に大量に発現する。我々はBALF2遺伝子上流域(-358 to +10)をルシフェラーゼ発現プラスミド(pGL4.10)に組み込んだレポータージーンを作成した。BMRF1蛋白質はBZLF1蛋白質の存在下で、BALF2プロモーターの転写を促進した。ルシフェラーゼアッセイ及びEMSAによって2つのBZLF1認識部位(ZREs)が存在する事を明らかにした(-133 to -114,-80 to-57)。また、BZLF1蛋白質がZREsに結合することでBALF2遺伝子の発現が誘導されること、BMRF1蛋白質はBZLF1蛋白質を介してさらに発現を促進していることが示唆された。また、2量体形成を阻害した点変異蛋白質(C95E)はBALF2転写促進能もBZLF1蛋白質結合能も保持していた。以上の結果から、単量体BMRF1蛋白質はポリメラーゼ付随蛋白質として機能しているだけでなく、BZLF1転写因子のコファクターとしてBALF2蛋白質の発現を促進していることが示唆された。

(1)EBV潜伏感染からウイルス産生感染への切替えの分子機構: EBウイルスの潜伏感染からウイルス産生感染への再活性化に注目し、この中でBZLF1のSUMO化修飾について解析した。BZLF1はウイルスの初期遺伝子の転写を活性化することでウイルスの再活性化を強力に促進する。我々はレポーターアッセイにより、K12R変異を導入したSUMO化されないBZLF1は、野生型のBZLF1よりも有為に強い転写活性能をもつことを見いだした。また、BZLF1のSUMOは、SENPとよばれる脱SUMO化酵素によって脱修飾された。SENPを強制発現させると、BZLF1の転写活性化能が増強した。SUMO化されていないBZLF1はCBPと強く相互作用し、HDACとの結合はほとんどみられなかったのに対し、SUMO化されたBZLF1はCBPと相互作用しなくなり、HDAC7と相互作用するようになった。以上からBZLF1はSUMO化されることによりその転写活性が抑制されるということが明らかになった。(2)ウイルス複製工場(RC)の構造解析: EBV感染細胞では溶解感染を誘導すると、Replication Compartment(RC)と呼ばれる核の局在した部位でウイルスゲノムの複製・転写が起きる。今回、我々はRC内のどこでウイルスゲノムの複製が行われ、その後どこに移動するのか等RC内のマッピングを行った。共焦点顕微鏡で得られた画像を元に3次元構築を行った結果、RCには、BMRF1-richな構造物(core)が存在することを明らかにした。また、EBVゲノムの標識を行った結果、新しく合成された直後のEBVゲノムはcoreの外側にも存在するが、その後時間の経過とともにcore内部に移動することがわかった。さらに、我々は以前RCには、Homologous Recombinational Repair(HRR)およびMismatch repair(MMR)に関与する蛋白質がリクルートされることを示したが(Kudoh et al J.Virol.2009, Daikoku et al J.Bio Chem.2006)、HRRはcoreの外側に、MMRはcoreの内部に存在することがわかった。ウイルスゲノム複製と相同組み換えは同時に起こり、その後複製中間体はcore内部に移動し、そこでMMRがミスマッチ部位のサーチングを行っていると考えている。
生体分子・金属錯体と半導体ナノ粒子間の階層的電子伝達を介した複合型光触媒系構築

半導体ナノ粒子(QD)は、高い発光量子収率と可変な酸化還元特性をもち、その特性が表面物性によりチューニング可能なために多分野への応用が期待される材料である。本課題研究では、QDからタンパク質内の酸化還元中心への光電子移動が高効率に進行するQDータンパク質の複合体の構築、さらに、この複合体を用いて光照射によるタンパク質の機能発現に取り組んだ。昨年度は、CdTe QD表面に固定化したシクロデキストリンとミオグロビン(Mb)に導入したアダマンチル基の超分子相互作用を利用し、QDとMbの複合化方法の確立を行った。本年度は、さらに電子移動反応効率の向上をめざし、電子メディエーター部位としてのフェロセニル基を導入した人工ヘム分子をアポMbに挿入し、フェロセニル基を有するMb(Mb-Fc)を調製した。Mb-FcとQDとの超分子複合体形成について検討し、効率的な電子移動が進行する反応系の構築条件を探索した。あわせて、CdTe QDと組み合わせて用いる人工生体触媒の調製に取り組んだ。バレル構造を有するニトロバインディン(NB)をタンパク質骨格として選択し、酸化還元可能な種々の金属テルピリジン錯体、および金属フェナントロリン錯体の導入を検討した。マレイミド基を導入したテルピリジン配位子およびフェナントロリン配位子を、システイン残基を導入したNBと結合し、続く金属イオンの添加により金属錯体の形成を行った。NBに導入したテルピリジン配位子はCu(II)イオン、Co(II)イオンおよびZn(II)イオンを、フェナントロリン配位子はCu(II)イオンを結合可能であることが確認された。得られた複合体は、アザカルコンとシクロペンタジエンのDiels-Alder反応を触媒することが判明し、タンパク質に結合した銅テルピリジン錯体では、結合していない錯体と比較して触媒回転数とエンド選択性の向上が確認された。27年度が最終年度であるため、記入しない。半導体ナノ粒子(QD)は、発光量子収率の高さや可変な酸化還元特性、表面物性により多分野への応用が期待される材料である。QDとタンパク質を用いた光触媒系において、より高い触媒活性を実現するためには、補因子への選択的な電子移動系の構築が望まれる。そこで、高効率の光電子移動反応によるタンパク質の機能発現が可能な系を構築するために、補因子をQDの近傍に配置したタンパク質の超分子的複合化方法の確立を行った。アダマンチル基を有するヘムをアポミオグロビンに挿入することでアダマンタン部位を有するミオグロビン(ADM-Mb)を調製した。チオール化シクロデキストリン(CD-SH)で保護されたCdTe QD(CD-CdTe)を合成した。光照射実験により、ADM-MbはnMbに比べ、電子移動反応速度定数が13倍に向上することが明らかとなり、超分子複合体の形成が電子移動反応に有効であることが示された。本研究内容はChemistryLetters誌に採録された。本研究では剛直なバレル構造を有するニトロバインディン(NB)をタンパク質骨格として選択し、種々の金属錯体導入による人工生体触媒の調製を試みた。配位子にマレイミド基を有するイリジウム錯体を2種合成し、システイン残基とマレイミド基のカップリング反応により複合化を行った。また、異なるリンカー長のマレイミド基を有する3種のテルピリジン配位子および2種のフェナントロリン配位子を合成し、NBと複合化した。複合体の形成はMALDI-TOF MS、CDスペクトル測定、紫外可視吸収測定により確認された。現在、触媒反応の活性・選択性について検証中である。シクロデキストリンで表面修飾したCdTe半導体ナノ粒子(QD)とアダマンチル基を導入したミオグロビンを利用した超分子複合体の創成により、超分子複合体の形成に伴うCdTe QDからミオグロビンへの電子移動反応速度の向上を達成した。本研究成果はChemistryLetters誌に採録された。また、当初の計画通り、フェロセニル基を電子メディエーター部位として導入した人工ヘムの合成に着手している。さらに、CdTe QDと組み合わせて用いる人工生体触媒の調製に取り組んだ。ニトロバインディン(NB)をタンパク質骨格として有する人工生体触媒を、酸化還元可能な種々の金属錯体を導入することにより調製した。現在、テルピリジン配位子とフェナントロリン配位子について、配位可能な金属種を調査しており、少なくとも銅イオンを結合可能であることが判明している。これらの人工生体触媒を利用した触媒反応の検討を進めている以上のように、本研究課題の実施によってQDからヘムタンパク質への効率的な光電子移動反応と、様々な金属錯体を内包する人工生体触媒の構築が可能となった。これらの研究成果をもとに1報の論文を報告しており、本研究課題はおおむね順調に進展したと判断した。

半導体ナノ粒子(QD)は、高い発光量子収率と可変な酸化還元特性をもち、その特性が表面物性によりチューニング可能なために多分野への応用が期待される材料である。本課題研究では、QDからタンパク質内の酸化還元中心への光電子移動が高効率に進行するQDータンパク質の複合体の構築、さらに、この複合体を用いて光照射によるタンパク質の機能発現に取り組んだ。昨年度は、CdTe QD表面に固定化したシクロデキストリンとミオグロビン(Mb)に導入したアダマンチル基の超分子相互作用を利用し、QDとMbの複合化方法の確立を行った。本年度は、さらに電子移動反応効率の向上をめざし、電子メディエーター部位としてのフェロセニル基を導入した人工ヘム分子をアポMbに挿入し、フェロセニル基を有するMb(Mb-Fc)を調製した。Mb-FcとQDとの超分子複合体形成について検討し、効率的な電子移動が進行する反応系の構築条件を探索した。あわせて、CdTe QDと組み合わせて用いる人工生体触媒の調製に取り組んだ。バレル構造を有するニトロバインディン(NB)をタンパク質骨格として選択し、酸化還元可能な種々の金属テルピリジン錯体、および金属フェナントロリン錯体の導入を検討した。マレイミド基を導入したテルピリジン配位子およびフェナントロリン配位子を、システイン残基を導入したNBと結合し、続く金属イオンの添加により金属錯体の形成を行った。NBに導入したテルピリジン配位子はCu(II)イオン、Co(II)イオンおよびZn(II)イオンを、フェナントロリン配位子はCu(II)イオンを結合可能であることが確認された。得られた複合体は、アザカルコンとシクロペンタジエンのDiels-Alder反応を触媒することが判明し、タンパク質に結合した銅テルピリジン錯体では、結合していない錯体と比較して触媒回転数とエンド選択性の向上が確認された。本研究課題の実施によって、効率的な光電子移動反応を実現する、CdTe半導体ナノ粒子(QD)とミオグロビンの超分子複合体調製に成功した。今後はメディエーター部位としてフェロセニル基を導入したミオグロビンを調製し、シクロデキストリン修飾したCdTe QDと組み合わせることで、電子移動反応効率を大幅に向上した超分子複合体形成が期待される。また、西洋わさびペルオキシダーゼに同様のフェロセニル基修飾ヘム分子を導入し、CdTe QDとの複合化を実施することで、効率的な電子移動反応により酸素と反応してヒドロキシルラジカルを発生する光酸化反応触媒系の構築に発展できる。ニトロバインディン(NB)に金属テルピリジン錯体およびフェナントロリン錯体を導入した人工生体触媒についても、CdTe QDと組み合わせて利用することにより、光電子移動反応を利用した触媒系構築への応用が考えられる。具体的には、Mn、Feテルピリジン錯体を用いた酸化反応、Ptテルピリジン錯体を用いた水素発生反応、Irフェナントロリン錯体を用いた水素添加反応への展開が期待される。タンパク質骨格への変異導入によって、金属錯体周辺の構造を最適化することで反応速度向上や立体選択的反応への展開が可能となる。また、これらの人工生体触媒に関しても、合成化学的にメディエーター部位を導入することで電子移動反応効率化を見込むことができる。人工生体触媒と組み合わせるQDの組成を、CdTeからCdSe、CdSに変更することで、酸化還元準位の最適化に基づく触媒能の向上が期待できる。
非定常操作下における触媒反応

自動車排ガス触媒の基礎研究は時間によって条件が変化しない定常条件下で行われることが多い.しかし,実際の自動車触媒の条件は走行条件によって大きく変化する.また,排ガス浄化反応の単位反応であるNO-CO反応やCO-O_2反応は周期的濃度変動条件下で定常条件下よりも高い転化率を示すことがあり,変動操作効果と呼ばれている.本研究では,昨年度報告した担持白金触媒上でのNO-CO反応の変動操作実験およびシミュレーションを発展させ,触媒粒子内の拡散の効果について調べた.触媒は粉末触媒,Egg-shell触媒(外層担持型),Egg-white触媒(内層担持型)の3種を用いた.実験は固定床流通型反応装置を用い,時間平均のNO転化率をNOxメーターを用いて測定した.結果として,変動周期に対する活性の極大の位置がEgg-shellでは変動周期の短いところで見られ,Egg-whiteでは変動周期の長い方にシフトした.このことは,含浸深さが浅いにも関わらず拡散の影響が拡散の時定数からの予測よりもかなり大きいということを意味している.実際に吸着,反応が起こった場合のシミュレーションを簡略化されたモデルを用いて行ったところ,実験と同様の結果が得られた.定常条件下では拡散・反応・吸着・脱離の全ての現象を線形的に表すことができ,拡散の影響を拡散の時定数から説明することが可能であるが,変動条件下では粒子内拡散の影響が単に拡散の影響だけとしてではなく,吸着・脱離や反応と非線形的に結合されて現れるために,単純な予測が不可能である.そこで変動操作シュミレーション時における触媒表面吸着種の時間変化を観察したところ,自己被毒的吸着種(この場合はCO)がある程度脱離して,空きサイトを生じるのに必要な時間と極大値を示す周期とに相関があること,またこの脱離の緩和時間はわずかな拡散の変化によって大きく影響されることがわかった.自動車排ガス触媒の基礎研究は時間によって条件が変化しない定常条件下で行われることが多い.しかし,実際の自動車触媒の条件は走行条件によって大きく変化する.また,排ガス浄化反応の単位反応であるNO-CO反応やCO-O_2反応は周期的濃度変動条件下で定常条件下よりも高い転化率を示すことがあり,変動操作効果と呼ばれている.本研究では,昨年度報告した担持白金触媒上でのNO-CO反応の変動操作実験およびシミュレーションを発展させ,触媒粒子内の拡散の効果について調べた.触媒は粉末触媒,Egg-shell触媒(外層担持型),Egg-white触媒(内層担持型)の3種を用いた.実験は固定床流通型反応装置を用い,時間平均のNO転化率をNOxメーターを用いて測定した.結果として,変動周期に対する活性の極大の位置がEgg-shellでは変動周期の短いところで見られ,Egg-whiteでは変動周期の長い方にシフトした.このことは,含浸深さが浅いにも関わらず拡散の影響が拡散の時定数からの予測よりもかなり大きいということを意味している.実際に吸着,反応が起こった場合のシミュレーションを簡略化されたモデルを用いて行ったところ,実験と同様の結果が得られた.定常条件下では拡散・反応・吸着・脱離の全ての現象を線形的に表すことができ,拡散の影響を拡散の時定数から説明することが可能であるが,変動条件下では粒子内拡散の影響が単に拡散の影響だけとしてではなく,吸着・脱離や反応と非線形的に結合されて現れるために,単純な予測が不可能である.そこで変動操作シュミレーション時における触媒表面吸着種の時間変化を観察したところ,自己被毒的吸着種(この場合はCO)がある程度脱離して,空きサイトを生じるのに必要な時間と極大値を示す周期とに相関があること,またこの脱離の緩和時間はわずかな拡散の変化によって大きく影響されることがわかった.
高放射率な光メタ表面を核心要素とする超高感度・高安定分子検出システムの開発

本研究では、独自に考案、実証した光放射率の高いメタ表面を活用して、超高感度かつ再現性の高い蛍光センシングシステムの開発を行っている。前年度までに特異的(対象選択的)にバイオマーカー分子をメタ表面上に固定して、高感度な蛍光センシングができることを実験的に確認した。平成30年度は、実施計画に沿って、バイオマーカー分子の高感度蛍光センシングをさらに進めるために、メタ表面上にマイクロ流路の導入を行った。これにより、試薬の流量を定量的に制御できるようになったことに加えて、マイクロリットル程度の微量の試薬であっても、メタ表面上に流し、ターゲット分子の固定を行うことが可能になった。従来の滴下方式と比べて、3桁以上固定効率が良くなり、蛍光センシングシステムとしての一層の高感度化を実現した。今後、抗体や癌マーカー分子の蛍光センシングを進めて、系統的なデータを取りまとめて、特許出願や論文投稿などを通じて、成果の発信を行っていく。これまでに見出していた金属表面をもつメタ表面に加えて、誘電体のみからなるメタ表面に優れた蛍光強度増強性能があることを新たに見出した。誘電体メタ表面にこのような特性があることは予見されておらず、新しい発見に至った。誘電体メタ表面は、金などの金属材料を含まないため、作製工程が簡素化され、結果として低コスト化につながる実用的な利点をもつ。なお、本研究課題に関連して、平成30年度内に論文発表5件、招待講演2件(いずれも登壇)を行った。メタ表面を活用した新しい蛍光センシングシステムの開発は、マイクロ流路の導入などにより、必要な要素を補完しながら、全体として着実に進んでいる。さらに、今年度においては、誘電体メタ表面の優れた蛍光増強性能の発見もあり、システムの要素技術に関する新発見があった点を当初想定にはなかった新たな進展であると考えている。これまでの研究を通じて、特異的なバイオ分子の固定法に関する選択肢への理解が進んできた。よりよい固定法、条件を検証しながら、検出システムとしての高感度化を一層進めて、既存の方法を大きく上回る性能実証に努めていく方針である。また、誘電体メタ表面に関しても、マイクロ流路によるバイオマーカー分子の固定、蛍光検出を行い、その性能を実験的に検証して、バイオセンシング用メタ表面基板の有用な選択肢を増やしていく方針である。独自に考案した光放射率の高いメタ表面上において、蛍光分子自体を超高感度かつ高再現性をもって検出できることは、これまでに実証してきた。今年度は蛍光ラベルを付けたバイオマーカー分子を特異的(対象選択的)にメタ表面上に固定化することにより、高感度かつ高再現性のある蛍光センシングを実証することを目的として研究を実施した。その結果として、1 ng/ml程度の低濃度なバイオマーカー分子をメタ表面上で蛍光検出できることが分かった。観測された蛍光信号は励起光のスポット依存性が少なく、高再現性を保った形で高感度に検出できることが分かった。これは今回の研究において核心要素とするメタ表面の特長であり、センシング対象がバイオマーカー分子であっても蛍光分子と同様に再現性良く検出できることを示している。従来から報告されているプラズモン共鳴をもつ蛍光センシング基板においては、高感度な検出ができている場合であっても再現性が低く、実用化に結び付かない状況にあった。今回の結果は、高再現性を担保することにより、近い将来における実用化に結び付くことを支持していると考えている。実験を進めるにつれて、センシング対象とするバイオマーカー分子の固定法に改良の余地があることが分かってきた。これは表面プラズモン共鳴法を著しく進展させた2000年前後の固定法の改良と同様の方法を取ることによって解決されると見込まれる。今後、速やかに固定法の改良を進めることによって、超高感度かつ高再現性のバイオマーカー分子の蛍光検出の実証につなげる計画である。初年度に主要な課題として計画していた蛍光ラベルを付けたバイオマーカー分子の高感度検出を達成できた。今回の研究では、実験的な証明を特に重視していることから、実験的なエビデンスを得られたことは実質的な進展と考えている。なお、本研究課題に関連して、本年度内に論文発表3件、招待講演3件(内登壇2件)を行った。

誘電体メタ表面は、金などの金属材料を含まないため、作製工程が簡素化され、結果として低コスト化につながる実用的な利点をもつ。なお、本研究課題に関連して、平成30年度内に論文発表5件、招待講演2件(いずれも登壇)を行った。メタ表面を活用した新しい蛍光センシングシステムの開発は、マイクロ流路の導入などにより、必要な要素を補完しながら、全体として着実に進んでいる。さらに、今年度においては、誘電体メタ表面の優れた蛍光増強性能の発見もあり、システムの要素技術に関する新発見があった点を当初想定にはなかった新たな進展であると考えている。初年度の実験を通して、センシング対象とするバイオマーカー分子の固定法に改良の余地があることが分かってきた。この課題と類似の問題は表面プラズモン共鳴法においても過去にあったが、2000年前後にマイクロ流路を導入した固定法の改良によって同様の方法を取ることによって著しく改善され、解決される。今後、同様の工夫を速やかに取り入れることによって固定法の改良を進め、超高感度かつ高再現性のバイオマーカー分子の蛍光検出の実証につなげる方針である。これまでの研究を通じて、特異的なバイオ分子の固定法に関する選択肢への理解が進んできた。よりよい固定法、条件を検証しながら、検出システムとしての高感度化を一層進めて、既存の方法を大きく上回る性能実証に努めていく方針である。また、誘電体メタ表面に関しても、マイクロ流路によるバイオマーカー分子の固定、蛍光検出を行い、その性能を実験的に検証して、バイオセンシング用メタ表面基板の有用な選択肢を増やしていく方針である。
マウス初期歯胚におけるレチノイン酸の分布

実施計画は、In situ hybridization法を用いてマウス歯胚初期形成時の各種レチノイドレセプター(RAR-alpha,betaおよびgamma)の分布を明らかにし、レチノイン酸の分布と歯胚の初期発生との関連を明らかにすることにあった。マウス胚(11.514.5日齢)を取り出し、固定、脱水後、パラフィン包埋を行い、5mum厚の連続切片を作製した。さらに各日齢についてヘマトキシリン・エオジン染色を施し、歯胚の形成段階を確認した。プラスミドの組み込まれていた各レチノイドレセプターのDNA断片を制限酵素を用いて切断し、RNAポリメラーゼを用いてアンチセンスRNAプローブを調整した。得られたRNAプローブを長さが約150塩基となるようにアルカリ加水分解した後、ジゴキシゲニンにて標識した。脱パラフィン後、前処置を施した切片上にて、RNAプローブを用いてハイブリダイゼーションさせた。洗浄後、抗体反応と酵素的染色を行い、得られたシグナルを観察した。その結果、特異的なシグナルであることの同定が非常に難しく、レチノイドレセプターの分布と歯胚の形成との関連を明確にするには、ハイブリダイゼーションの工程についてさらに検討を加える必要性があると判断した。組織切片上でハイブリダイゼーションを行いRNAを検出する手法は、形態学的研究を行うにあたってきわめて有効な方法である。本年度の研究により、RNAプローブを用いたIn situ hybridization法の一連の工程を習得することができた。補助金によって購入した試薬、実験器具は、形態学の手法に加えて分子生物学的な手法を導入するために必要不可欠だった。今後、手法を再検討しマウス初期歯胚におけるレチノイドレセプターの分布を明確にするとともに、超微細構造との関連についても検索を進めていきたいと考えている。
相対論的重イオン衝突実験で実現可能な相転移の動的過程及びシグナルの研究

相対論的重イオン衝突実験で高温のハドロン物質が生成されると、クォーク・グルオンプラズマ生成の可能性とともにカイラル対称性の回復も期待される。カイラル対称性が一旦回復した後、再び対称性の自発的破れを起こすと、相転移の秩序変数であるカイラル凝縮体はその値を時間と共に零から有限値へと変えて行き、最終的にある値に落ち着き、相転移が完了すると考えられる。カイラル凝縮体が通常の真空の値に直接向かわず、一時的に別のアイソスピン方向に成長する、いわゆるDCCのdomain生成に関して、O(4)線形シグマ模型を用い、申請者が開発した「スクイーズ状態を用いた時間依存変分法」により分析し、モード間相関とアイソスピン間相関の重要性について明確にし、DCCは実現するという結論を導いた。さらにDCCのdomain生成についての実験的シグナルとして放出パイオン数についての研究を行い、時間とともに放出されるパイオン数をこのモデルの範囲内ではあるが与えた。以上の研究成果を現在論文として投稿中である。さらに、これらの研究のための基礎理論であるQCDにできるだけ密着した有効モデルでQCDの相構造を理解するための一助として、QCD-like理論と呼ばれるモデルを用いて、有限温度・有限バリオン密度双方を考慮してカイラル相転移に関係するカイラル相構造を調べる研究を行った。特に有効ポテンシァルを与える新しい方法を提案し、相転移の次数が明瞭にわかる扱いを構築した。これらの研究成果は論文としてまとめられている。相対論的重イオン衝突実験で実現されると期待されているカイラル対称性の回復の後、対称性が再び自発的に破れる際の相転移の動的過程を理解するために、O(4)線形シグマ模型に基づき、研究代表者が開発した「スクイーズ状態を用いた時間依存変分法」により理論的な研究を行った。この方法では量子効果が取り込まれており、また従来の研究では考慮されていなかったモード間相関も自然に取り込まれている。カイラル凝縮体に並進対称性を仮定しないカイラル相転移の動的過程を調べることにより、量子効果を取り入れたカイラル相転移の研究で、初めて異方カイラル凝縮体(DCC)のドメイン構造の形成が行われることが数値計算により示された。このとき、スクイーズ状態で自然に記述されているモード間相関を考慮しない計算では、パイ方向の空間相関があまり発達せずにDCCのドメイン構造が形成されず、DCC生成にはモード間相関が決定的に重要な役割を果たしていることが明らかになった。また、アイソスピン間相関を取り入れた理論形式に拡張することは、スクイーズ状態による方法では容易であり、数値計算によると、より一層DCCのドメイン構造の形成に有利であるという様相が得られている。さらに、相転移の終了間際にも空間相関が成長し、ドメイン構造が形成されていく様相が見られている。このメカニズムとしてはパラメトリック共鳴が考えられている。スクイーズ状態による相転移の記述ではDCCドメイン形成とともに量子メソン場の振幅の増大が顕著に見られることも研究代表者により明らかにされているが、量子メソン場に関しては、パラメトリック共鳴と強制振動による共鳴のメカニズムの両者によって引き起こされていることを明確にしつつあり、DCCドメイン形成のメカニズムとの関連について研究を続行中である。この方法では従来の研究では考慮されてこなかった量子効果が適切に取り込まれており、量子場の中でのカイラル相転移の秩序変数の時間発展を追うことにより、カイラル相転移の動的過程を扱うことが可能である。カイラル相転移の終段階では、カイラル相転移の秩序変数であるカイラル凝縮体が、その本来の真空値の周りを振動することが期待されるが、その際に秩序変数の周りの量子揺らぎとしての量子メソン場の振幅が増大することを、重イオン衝突後の衝突領域の空間膨張のある・なしの双方の場合において数値的に明らかにした。量子メソン場、特に低運動量のパイオン場に増幅が見られたが、そのメカニズムとしてはパラメトリック共鳴と強制振動による共鳴の双方が関与することを明らかにし、メソン場の不安定領域を明確にした。メソン場の増幅はメソンの放出につながると期待されるので、放出メソンの運動量分布の研究を実行することにより動的カイラル相転移が起きているかどうかのシグナルになると期待される。また、相補的であるが基礎的な研究として、フェルミオン多体系を直接スクイーズ状態で扱い、時間発展を記述する方法を、非相対論的多体系ではあるが構築し、量子効果が果たす役割を分析した。

さらにDCCのdomain生成についての実験的シグナルとして放出パイオン数についての研究を行い、時間とともに放出されるパイオン数をこのモデルの範囲内ではあるが与えた。以上の研究成果を現在論文として投稿中である。さらに、これらの研究のための基礎理論であるQCDにできるだけ密着した有効モデルでQCDの相構造を理解するための一助として、QCD-like理論と呼ばれるモデルを用いて、有限温度・有限バリオン密度双方を考慮してカイラル相転移に関係するカイラル相構造を調べる研究を行った。特に有効ポテンシァルを与える新しい方法を提案し、相転移の次数が明瞭にわかる扱いを構築した。これらの研究成果は論文としてまとめられている。
深宇宙からの可視光近赤外線観測でねらう宇宙背景放射の直接検出

我々の銀河系の外から飛来する光の足し合わせである可視光および近赤外線の宇宙背景放射を測定するためには、その手前にある黄道光を高い精度で除去する必要がある。木星軌道付近の深宇宙では黄道光が大幅に減少することが見込まれるため、惑星探査機に搭載する観測装置による宇宙背景放射の観測は極めて有用である。そこで本研究では、その観測装置を設計し、試作機を製作する。宇宙背景放射の観測に適した観測方法を決定し、望遠鏡を含む光学系全体の設計を行う。また、機械的かつ熱的に観測要求を満たす支持構造を設計し、これらの試作を行う。製作した試作機に対して光学試験と振動試験を行い、深宇宙で観測が実施できることを実証する。