hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
適応予見機能を持つロボットに関する研究

平成4年度から5年度にかけての本研究において前年度における研究が主としてサーボ系構成法についての検討を進めたのに対して、最終年度においてはその成果を基にして新しい予見制御系構成法とサーボ系の時間目標値設計の問題を検討した。(1)面積評価予見制御に関する研究(2)ロボットマニピュレータの軌道計画に関する研究(3)ロボット制御におけるファジィ推論とニューラルネットワークの適用に関する研究いずれの問題においても経路の未来情報をいかに適切に利用するかが大きなポイントである。従来の予見制御が位置誤差を評価するものであったが、サーボ系の遅れが大きい場合には位置誤差の評価のみを行なったのでは充分な性能を得ることができない。そこで面積誤差という概念を導入し位置誤差と共に適切な重みをもって評価する方法を提案した。また前年度までに検討されたサーボ系の時間目標値を決定するための計画問題が重要である。すなわち、予見制御系との融合を意識した軌道計画等の問題解決が必要である。本研究で明快となったことはサーボ系構成と軌道計画が独立して行なわれるのではなく、それぞれのサブシステム間の干渉を充分考慮してそれぞれのサブシステムを設計すべきことである。以上の研究により前年度におけるサーボ系構造法(予見機能を含む)と今年度における軌道計画問題へのアプローチを検討し、トータルシステムとしてのロボット制御システムの構成についての大きな進歩がはかられた。制御系にとっての目標値信号や外乱信号の未来情報を利用することによって制御系の性能を向上させることが出来、このような機能をもつものを予見制御と呼んでいる。最適レギュレータ理論に基づき、エラーシステムと呼ばれる拡大系を用いた系統的な予見制御系構成法は我々によって開発され、その性質の解明やいくつかの応用などについては本研究期間に単行本として発刊された。ロボットにおいては上のような未来情報は得られる場合が極めて多い。ロボットマニピュレータであれば手先が追従すべき経路は予め与えられるし、移動ロボットにおいても前方の道路状況は予め知ることが可能である。従ってロボットにおける未来情報の利用、すなわ予見制御の利用は大いに意義のあることである。一方でこの予見制御を実現するためにはロボットのパラメータを正しく知る事が必要であり、この値に基づて予見動作が決定されるものである点が実用上問題である。これまでの理論ではこれらに対する実用的な対策がなかったので、本研究はこれをポイントにおいている。すなわちパラメータの変動に伴なう適応機能をもった予見制御系の構成についての研究が行なわれている。本年度の成果は一般化予測制御(Generalized Predictive Control,GPC)と呼ばれるある程度の適応機能をもつ制御法と最適予見サーボ系との関係について検討を進め、両者の特長と問題点を明確とした。これにより最適予見サーボ系へ適応機能を付加するための基本的なアプローチにきっかけをつけることが出来た。障害物回避においてもロボット前方の状況を的確に利用することは極めて有効であることからその問題も現在検討中である。未来情報を利用することによる制御性能の向上が期待され、その制御方法を予見制御と呼んでいる。ロボットの制御においてはロボットが追従すべき経路が予め決められていることが多いので、ロボット分野へ予見制御を適用することはその追従性能を向上させるための重要なポイントに一つである。しかしこれまでの予見制御理論では予見動作はフィードフォワード補償の形でフィードバック制御系に付加されるため、制御対象のパラメータ変動に対応することが難しい。そこで、何らかの方法でこのパラメータ変動に対処しようとしたのが本研究であり次の点について検討した。(1)非線形制御対象に対する予見制御系構成法の確立(2)予見制御系に適応機能の付加(3)ロボットマニピュレータにおける軌道計画に関する研究(4)ロボットにおける学習機能の適用に関する研究本研究においては次のような成果を得た。[1]非線形制御対象に対する一般的な制御方法としてかねてより「ディジタル加速度制御法」を提案していた。当初加速度情報を必要としていたのであるが、今回新しい考え方を導入することによって加速度情報を必要とせずに同じ性能を得ることができる。その上で、これに予見動作を付加する一般的方法を確立した。

非線形制御対象を線形近似するということは、複雑なパラメータ変動を伴う線形制御対象を扱うことに相当するとも言えるのでこれによりある程度の適応機能が与えられたと考えられる。[2]パラメータ変動に適応的に対処するためにファジィとニューラルネットワークの利用についての検討を進め、その有効性をロボットへの応用で確かめた。
パラメトリック励起されたマグノンのカオス

強磁性体中にパラメトリック励起されたマグノン系に発生する量子カオスの特性を研究する目的で,マイクロ波素子が光学アイソレーターなど応用面でも注目を集め,多角的に磁性研究がなされているところのYIG(イットリウム鉄ガーネット)にカオスを発生させ,その特性を定量的に研究した.カオスを発生させる方法にはパラメトリック励起法の一つである平行励起法を採用した.この方法では磁気モーメントに平行方向にマイクロ波磁場を加えることによって,周波数が励起マイクロ波の半分で波数が+kと-kのマグノン対が励起される.測定は温度4.2K,励起マイクロ波周波数は8.9GHzで,静磁場とマイクロ波磁場の両方を磁化容易軸である〔111〕軸方向にかけて行った.加えるマイクロ波電力を次第に大きくして行き,その値がマグノン緩和時間で決まるあるしきい値を越えると,その時励起しているマグノンのみが雪崩現象的に急激に増大し,他の波数を持ったマグノンは熱平衡状態のままと言う現象が起こる.励起をさらに大きくし続けると,そのマグノン数はやがて規則的な時間変化を始め,次いで不規則振動となりカオスが発生する.実験で得られた時系列データをコンピュータで解析して,ストレンジアトラクタの位相空間における性質を詳しく調べ,薄いシート状になっている軌道面が位相空間内を周回する間に,引き伸ばされ次いで折り畳まれると言う操作が,無限回繰り返されると言うことが明らかになった.この事実によりストレンジアトラクターのフラクタル性が確証された.またそのフラクタル次元は相関積分の方法によって2.0と求められた.カオスの本質はそのフラクタル性にある.ストレンジアトラクタは多重フラクタル構造をしていることが最近明らかになってきたが,それを定量的に明らかにする方法の一つであるf(α)スペクトルを決めることが今後の課題になると考えられる.強磁性体中にパラメトリック励起されたマグノン系に発生する量子カオスの特性を研究する目的で,マイクロ波素子が光学アイソレーターなど応用面でも注目を集め,多角的に磁性研究がなされているところのYIG(イットリウム鉄ガーネット)にカオスを発生させ,その特性を定量的に研究した.カオスを発生させる方法にはパラメトリック励起法の一つである平行励起法を採用した.この方法では磁気モーメントに平行方向にマイクロ波磁場を加えることによって,周波数が励起マイクロ波の半分で波数が+kと-kのマグノン対が励起される.測定は温度4.2K,励起マイクロ波周波数は8.9GHzで,静磁場とマイクロ波磁場の両方を磁化容易軸である〔111〕軸方向にかけて行った.加えるマイクロ波電力を次第に大きくして行き,その値がマグノン緩和時間で決まるあるしきい値を越えると,その時励起しているマグノンのみが雪崩現象的に急激に増大し,他の波数を持ったマグノンは熱平衡状態のままと言う現象が起こる.励起をさらに大きくし続けると,そのマグノン数はやがて規則的な時間変化を始め,次いで不規則振動となりカオスが発生する.実験で得られた時系列データをコンピュータで解析して,ストレンジアトラクタの位相空間における性質を詳しく調べ,薄いシート状になっている軌道面が位相空間内を周回する間に,引き伸ばされ次いで折り畳まれると言う操作が,無限回繰り返されると言うことが明らかになった.この事実によりストレンジアトラクターのフラクタル性が確証された.またそのフラクタル次元は相関積分の方法によって2.0と求められた.カオスの本質はそのフラクタル性にある.ストレンジアトラクタは多重フラクタル構造をしていることが最近明らかになってきたが,それを定量的に明らかにする方法の一つであるf(α)スペクトルを決めることが今後の課題になると考えられる.
モノクローナル抗体を用いた有用魚介類幼生の識別

重要水産資源生物であるズワイガニの資源量は減少の一途を辿っているため、資源管理が行われている。その管理のためには親ガニのみならず、幼生の管理・調査も必要である。しかし、本幼生はベニズワイ幼生と酷似するため、これらの識別は非常に困難である。本研究では、特異抗体を用いた免疫学的手法を用いて、両者を識別することを目的として研究を行ない、以下の結果を得た。1)マウスをズワイガニ幼生で免疫することにより、本幼生を特異的に識別するポリクロナル抗体を作製した。この抗体を用いて、本幼生を特異的に識別する免疫組織染色法の諸条件を検討した。その結果、4%ブロックエースを用いた幼生表面のプロッキング処理、0.05%Tween20を添加した洗浄液による幼生の洗浄、そして0.32‰NiCl_2を添加したDAB発色液を用いることにより、ズワイ幼生とベニズワイ幼生を区別することを可能にした。2)ポリクローナル抗体よりも品質の安定したモノクローナル抗体を作製するために、本幼生を免疫原としてマウスの皮下に投与し、十分に免疫した後、その脾臓細胞とミエローマを融合させることによりハイブリドーマを作製した。ハイブリドーマの生産するモノクローナル抗体はズワイガニ幼生にのみ反応を示したが、ベニズワイガニの幼生には反応しなかった。したがって、作製したモノクローナル抗体を用いた免疫組織染色法は、ズワイガニ幼生の資源量の把握・推定に大きく貢献する可応性の高いことが考えられた。重要水産資源生物の一つとして挙げられるズワイガニは、成熟個体の資源量を把握・推定することが極めて困難である。それは、ズワイガニの卵および幼生が浮遊性のため、初期生態の把握が極めて困難であること、資源価値のより低いベニズワイガニ幼生と形態および生息域が類似しているため、正確な資源量の推定が困難であることが挙げられる。本研究ではこれらの問題を解決するため、ズワイガニ幼生に特異的に反応するポリクローナル抗体およびモノクローナル抗体を作製し、その抗体を用いて新たな識別法を確立することを目指している。本年度は重要水産資源生物であるズワイガニ幼生を特異的に識別するポリクローナル抗体を作製し、その抗体を利用してズワイガニ幼生とベニズワイガニ幼生の識別法を確立することを目的とした。ズワイガニ幼生を特異的に識別するポリクローナル抗体はその幼生を抗原で、マウスを十分に免疫(皮下投与)した後、心臓採血を行うことにより作製した。その抗体を用いて、ズワイガニ幼生およびベニズワイガニ幼生の識別を免疫組織染色法で行ったが、以下に示す2つの問題が生じた。1.カニ幼生自体が褐色のため、DAB基質とペルオキシダーゼを用いる従来法では識別が困難である(陽性反応の場合も褐色に発色)。2.カニ幼生が破損しやすいため、染色液がカニ幼生体内に入り込み、非特異反応が起こる。これらの問題点のうち、1.についてはDAB基質溶液にニッケルを添加することで、陽性反応の場合にはカニ幼生が青魚に染色されるように改良した。また、2.については、ブロッキング溶液を馬正常血清からブロックエースに変更し、ブロッキング操作を室温、20分という条件から4°C、一晩という条件に変えることで解決した。以上のように実験条件を改良することにより、ズワイガニ幼生の識別法を確立し、しかも特異的なポリクローナル抗体をも作製する事に成功した。なお、モノクローナル抗体については、現在作製中である。重要水産資源生物であるズワイガニは,乱獲等の原因によって資源量が減少の一途を辿っており,現在,ズワイガニの資源量の回復に向けた試みやズワイガニの資源管理が実施されている。

この資源管理の一環として,ズワイガニ幼生の生態を明らかにし,本生物の生物学的知見をより蓄積するための調査が行われているが,ズワイガニ幼生と,資源価値のより低いベニズワイガニ幼生の形態が酷似し,さらに生息域が重複しているため,正確な資源量の推定が困難である。従って,本研究ではズワイガニ幼生を正確に識別することを目的として,ズワイガニ幼生に特異的に反応する抗体を作製し,その抗体を用いた識別法の確立を行なった。平成12年度は,ズワイガニ幼生を特異的に識別するポリクローナル抗体を作製し,その抗体を利用したズワイガニ幼生の識別法を確立することを目的とした。その結果,免疫染色法を行なう際,4%ブロックエースを用いたブロッキング処理,Tween20を添加したPBSによる洗浄,そしてニッケルを添加したDAB基質溶液を用いることによって,ズワイガニ幼生とベニズワイガニ幼生を区別することが可能であった。以上のように反応条件を改良することで,ズワイガニ幼生の識別法が確立できたので,本年度(平成13年度)は,ズワイガニ幼生を特異的に識別するモノクローナル抗体の作製を目的として研究を行った。ズワイガニ幼生を免疫原としてマウスの皮下に投与し,十分に免疫した後,常法に従ってハイブリドーマを作製する事に成功した。このハイブリドーマが産生するモノクローナル抗体はズワイガニ幼生に陽性反応を示し,一方で,ベニズワイガニ幼生に対しては反応を示さなかった。従って,モノクローナル抗体を用いることによってズワイガニ幼生を特異的に識別することが可能であり,本抗体を用いた免疫染色法がズワイガニ幼生の資源量の把握・推定に大きく貢献するものと考えられる。
新規チャネル結合化合物の合成と結合部位の同定

渦鞭毛藻が生産する単環性エーテル化合物ブレビサミドの効率的改良合成を達成した。合成した化合物を用いて、ブレビサミドの生物活性試験を行い、ブレビサミドがマウスに対する致死毒性を示さないが、マウスリンパ腫細胞に対して弱い毒性を示すことを明らかとした。ブレビサミドの構造活性相関解明を目指して合成研究を行い、ヒドロキシ基の還元された類縁体合成に成功した。また、立体配置不明であった新規ポリ環状エーテル化合物ブレビシンのBC-DE環部のモデル合成を行い、ブレビシンの完全構造決定を行った。さらに、ブレビシンの全合成を行い、鈴木-宮浦クロスカップリング反応を鍵反応として用いて、全合成に成功した。3環性エーテルABC環部を、鈴木-宮浦クロスカップリング反応を用いて収束的に合成し、ABC環部とEF環部をアルドール縮合により連結後閉環し、6環性ポリ環状エーテル骨格を構築した。最後に、予め合成したジエノール側鎖とエーテル環構造を鈴木-宮浦クロスカップリング反応により連結し、ブレビシン全合成を達成した。ブレビシンの全合成は、世界に先駆けて成功した。ブレビシンは、赤潮毒ブレベトキシンのナトリウムチャネルに対する結合を阻害することが明らかとなっている。さらに、ブレビシン全合成の過程で、シリルエーテル系保護基の化学選択的脱保護反応を見出した。この反応は、有機合成における重要なステップであるヒドロキシ基の脱保護反応を効率化する重要な知見であった。赤潮渦鞭毛藻Kareniabrevisから単離構造決定された、新規単環性エーテルアミド化合物ブレビサミドの全合成に世界に先駆けて成功した。ブレビサミドの6員環エーテル部は、2-ブテン-1,4-ジオールからオゾン酸化、クロチルホウ素化反応、ラクトン化を経て合成した。末端アミドは、クルチウス転位反応によりアミノ基を導入した後、アセチル化反応を行った。側鎖ジエナールフラグメントは、同様に2-ブテン-1,4-ジオールより合成した。合成したエーテル環部とヨードジエナールは、鈴木-宮浦クロスカップリング反応により連結した。脱保護後、アリルアルコールを選択的にアルデヒドへと酸化し、ブレビサミドの全合成を達成した。合成したブレビサミドの旋光度は、天然物の旋光度と同一の符号を示し、未決定であったブレビサミドの絶対立体配置の決定に成功した。ブレビサミドは、前例の無いエーテル環アミド化合物であるため、その生合成過程にも興味が持たれたため、生合成機構解明を目指して、推定鎖状生合成前駆体の合成を試みた。側鎖フラグメントの改良合成を行った。メタクリル酸メチルより6工程でメチルケトンを合成し、メチルケトンに対してHorner-Waddsworth-Emmons反応を行い。不飽和エステルを合成した。E体をDIBAL還元してブロモジエノールフラグメントを得た。1,3-プロパンジオールより誘導した鎖状フラグメントと鈴木-宮浦クロスカップリング反応により連結後、脱保護、酸化により鎖状オレフィン前駆体の合成に成功した。本化合物は、これまで、未解明であった渦鞭毛藻由来梯子状ポリエーテル化合物生合成機構解明に向けた重要な化合物になることが期待された。環状エーテル化合物ブレビサミドの全合成に成功した。ブレビサミドは、赤潮渦鞭毛藻が生産する化合物であるが、200Lの培養藻体から0.2mgしか単離できない微量成分であるため、その毒性等に関する生物活性解明は困難であった。ブレビサミドの生物活性解明に向けた安定供給を目指して合成研究を行なった。ブレビサミドのこれまでに前例のないアミノエーテル構造は、6員環ラクトンからカップリング反応と転位反応を用いたアミノ基導入反応により合成した。アミノエーテル部とジエノール側鎖を鈴木一宮浦クロスカップリング反応により連結し、ブレビサミドの全合成を達成した。

ブレビサミドのアミノエーテル構造を確認するために、アミドを先にエーテル環に導入したため、カップリング反応で収率の低下を招いたが、改良合成法により収率の大幅な向上を行い、試料供給を可能とした。ナトリウムチャネルに結合する6環性ポリ環状エーテル化合物ブレビシンの構造解明を目指して合成研究を行なった。3個のエーテル環が梯子状に連結したABC環部は、オレフィンメタセシス反応によりA環を構築し、7員エーテル環との鈴木一宮浦クロスカップリング反応を用いた収束的合成法を開発した。米国ノースカロライナ大ウィルミントン校の研究者と共同研究を行い、天然のブレビシン、ブレビサミドを用いて新Mosher法により絶対配置を決定した。この結果、推定していた相対立体配置が正しいことを確認した。絶対立体配置の決定は、化合物の合成研究、作用解明研究において必須の知見であり、ブレビシンの合成研究や、ブレビシンとナトリウムチャネルとの相互作用の解明に有用である。渦鞭毛藻が生産する単環性エーテル化合物ブレビサミドの効率的改良合成を達成した。合成した化合物を用いて、ブレビサミドの生物活性試験を行い、ブレビサミドがマウスに対する致死毒性を示さないが、マウスリンパ腫細胞に対して弱い毒性を示すことを明らかとした。ブレビサミドの構造活性相関解明を目指して、合成研究を行い、ヒドロキシ基の還元された類縁体合成に成功した。また、立体配置不明であった新規ポリ環状エーテル化合物ブレビシンのBC-DE環部のモデル合成を行い、ブレビシンの完全構造決定を行った。さらに、ブレビシンの全合成を行い、鈴木一宮浦クロスカップリング反応を鍵反応として用いて、全合成に成功した。3環性エーテルABC環部を、鈴木一宮浦クロスカップリング反応を用いて収束的に合成し、ABC環部とEF環部をアルドール縮合により連結後閉環し、6環性ポリ環状エーテル骨格を構築した。最後に、予め合成したジエノール側鎖とエーテル環構造を鈴木一宮浦クロスカップリング反応により連結し、ブレビシン全合成を達成した。ブレビシンの全合成は、世界に先駆けて成功したものである。ブレビシンは、赤潮毒ブレベトキシンのナトリウムチャネルに対する結合を阻害することが明らかとなっている。今後、ナトリウムチャネルを介した神経伝達機構の解明やブレベトキシンによる赤潮の被害軽減に繋がる研究成果である。さらに、ブレビシン全合成の過程で、シリルエーテル系保護基の化学選択的脱保護反応を見出した。この反応は、有機合成における重要なステップであるヒドロキシ基の脱保護反応を効率化する重要な知見である。
家族的責任をともなう労働者の実質的男女平等に関する研究-男女共生社会の形成-

研究者は、家政学領域から労働者の実質的男女平等の実現を研究しており、本年度は(1)学会発表、(2)投稿論文、(3)文献収集、(4)インタビュー調査の活動を行なった。(1)では、国際家政学会に於いて、労働者の実質的男女平等に向けたモデルを、生活経営の視点から発表した(長嶋俊介鹿児島大学多島圏研究センター教授との共同発表)。国内学会では、そのモデルの実現化に必要な社会設計を自立・共同・共生の視点から発表した。(2)では、労働者の男女平等を家族的責任の実践から検討するため、父親の育児休業の取得意識に影響を与える要因を考察した。その結果、父親の無償労働に対する価値づけが、取得意識に影響を与えていることが分かった(補足=(1)についての論文は投稿中)。(3)では、日本企業の家族支援の先行研究をまとめた。今後、企業の家族支援には、家族手当のような経済的支援だけではなく、従業員の子育て時間の確保が必須である。(4)では、仕事と家庭の両立に配慮した企業の在職者・離職者に聞取り調査を行なった。その結果、調査対象となった企業では、女性労働者に対して出産後の復職先を配慮しているものの、短時間制度が認められていないことや、子どものために休むならば非正規雇用への転換をうながされる雰囲気が見られた。子どもをもつ労働者の労働条件が改善されるために、更なる調査が必要である。
1番染色体短腕36領域の大腸癌抑制遺伝子の単離と機能解析

DNAおよび染色体分析から大腸癌では1番染色体短腕で欠失、染色体転座などがみられることから癌抑制遺伝子の存在が強く示唆される。そこで、1番染色体上の癌抑制遺伝子を単離するために、正常1番染色体短腕34-36領域の移入により癌形質の抑制された大腸癌細胞と、36領域一部が脱落し癌形質が再発現されたリバータント細胞のcDNAとの間でサブトラクションを行い、cDNAライブラリーを作製した。移入細胞でのみ強く発現しているクローンを選別するために、1番染色体移入細胞とリバータント細胞のpoly(A)RNAからのcDNAプローブを作製し、cDNAライブラリーをスクリーニングした。さらにノーザンブロット分析により移入細胞でのみ発現していることを確認したクローンのインサートのシークエンスを行いホモロジー検索をしたところ、既知遺伝子との類似性は見い出されなかった。そこで、得られたクローンのインサートをプローブとして大腸癌、正常粘膜での発現を調べたところ正常粘膜でのみ強く発現していることが分かった。さらに、組織間での発現を調べた結果、小腸、大腸で強く発現していた。現在、得られたクローンをプローブとして、正常粘膜cDNAライブラリーをスクリーニングし完全長cDNAを得ることを試みている。
高出力短波長レーザ用光学素子の性能向上

本研究は,短波長すなわち紫外のレーザに使用できる高精度,高透過率もしくは高反射率,高レーザ耐力,高信頼性を有する光学素子を提供し,高出力エキシマ・レーザおよびレーザ核融合の開発を側面より強力に支援することを目的とする.高出力レーザの現状での最大の問題点は,レーザ照射による光学素子の損傷である.レーザ損傷のしきい値が高くなれば,高出力レーザの開発が容易になると共に,装置全体を小型化し,高信頼化できる.このしきい値は,材料,表面粗さ,表面層の状態に依存する.そこで本年は,短波長レーザ用光学材料の現状と将来の要望について調査した.まず研究材料として合成石英を取り上げ,原料ガスが異なる4種類の合成石英の内部および表面に波長1.06μmのガラスレーザおよびそれをKDP結晶により3倍高調波とした0.35μmの紫外レーザを集光させて照射し,レーザ損傷のしきい値の違いを測定した.その結果,本実験の範囲では,原料ガスの違いによる微量不純物元素の影響が認められなかった.紫外光照射における蛍光特性は材料により異なるため,より短波長側での実験を継続する必要性が認められた.超精密平面研磨盤の移設に伴い,クリーン・ルームを新設し,合成石英をフロート・ポリシングした結果,表面粗さ1〓rmsが各種測定法で得られた.1〓程度の表面粗さを測る各種方法・装置の性能の比較を行なった.紫外用反射鏡材料として有望視されるSiCについては,単結晶を入手して研磨したが,現状では材料中の欠陥が多く,微小寸法ての超鏡面しか得られなかった.本研究は,短波長すなわち紫外のレーザに使用できる高精度,高透過率もしくは高反射率,高レーザ耐力,高信頼性を有する光学素子を提供し,高出力エキシマ・レーザおよびレーザ核融合の開発を側面より強力に支援することを目的とする.高出力レーザの現状での最大の問題点は,レーザ照射による光学素子の損傷である.レーザ損傷のしきい値が高くなれば,高出力レーザの開発が容易になると共に,装置全体を小型化し,高信頼化できる.このしきい値は,材料,表面粗さ,表面層の状態に依存する.そこで本年は,短波長レーザ用光学材料の現状と将来の要望について調査した.まず研究材料として合成石英を取り上げ,原料ガスが異なる4種類の合成石英の内部および表面に波長1.06μmのガラスレーザおよびそれをKDP結晶により3倍高調波とした0.35μmの紫外レーザを集光させて照射し,レーザ損傷のしきい値の違いを測定した.その結果,本実験の範囲では,原料ガスの違いによる微量不純物元素の影響が認められなかった.紫外光照射における蛍光特性は材料により異なるため,より短波長側での実験を継続する必要性が認められた.超精密平面研磨盤の移設に伴い,クリーン・ルームを新設し,合成石英をフロート・ポリシングした結果,表面粗さ1〓rmsが各種測定法で得られた.1〓程度の表面粗さを測る各種方法・装置の性能の比較を行なった.紫外用反射鏡材料として有望視されるSiCについては,単結晶を入手して研磨したが,現状では材料中の欠陥が多く,微小寸法ての超鏡面しか得られなかった.
分子育種技術を基盤にしたグリシニン機能的サブユニットの効率的集積

本研究はダイズ種子貯蔵タンパク質遺伝子の栄養条件に応答した発現調節機構の解明を通じて、機能性分子の効率的蓄積に寄与することが目的である。本研究者らはダイズ未熟種子in vitro培養系にメチオニンを加えるとグリシニンの集積量が増加することを見いだした。ダイズ種子貯蔵タンパク質のもう一つの主要成分であるβ-コングリシニンのうちβサブユニットはメチオニンを添加しイオウ栄養を豊富にすることによって蓄積量が減少する。逆にダイズをイオウ欠乏条件で育てると、比較的イオウ含量の高いグリシニンの蓄積量が減りβ-コングリシニンβサブユニットの蓄積量が増えることが知られている。このようにダイズはイオウ栄養条件に応じて種子貯蔵タンパク質の組成を変化させイオウを効率よく蓄積する適応機構を持っていると考えられる。この様なイオウ栄養に応じ種子貯蔵タンパク質集積を変化させる現象は他の植物でも知られている。本研究ではまずイオウ栄養に応答したダイズ種子貯蔵タンパク質の発現制御系が異種植物であるペチュニアにも存在することを遺伝子導入、形質転換植物を用いて明らかにした。このことはイオウ栄養に応答した遺伝子発現制御機構が高等植物間で共通であることを示している。βサブユニット遺伝子プロモータ領域がシロイヌナズナにおいてもイオウ栄養に対して応答を示したことから転写レベルでの制御が重要であることを明らかにした。さらにプロモータの5′欠失変異体8個を作製しGUS遺伝子に連結しシロイヌナズナに導入し得られた形質転換体について導入遺伝子についてホモと思われる株を選抜した。遊離メチオニンを野生株の約50倍蓄積するシロイヌナズナ変異株mtol-1にトランスジェニックシロイヌナズナの花粉を掛けあわせ得られた種子のGUS活性を測定し、メチオニン処理に対する個々の欠失変異プロモータの応答を調べたところ、転写開始点から442塩基上流を含むプロモータがメチオニン応答に必須であることが明らかとなった。また、イオウ欠乏条件での水耕栽培より、転写開始点から307塩基が発現誘導に十分であることを明らかにした。また、ダイズ子葉中に存在する4つのDNA結合因子のうちSoybean Embryo Factor4の活性がメチオニン処理により低下することが明らかとなった。SEF4結合配列は転写開始点から442塩基を含む断片に存在し、メチオニンによる発現制御に関与していることが示唆された。
絶滅危惧種水生昆虫の遺伝的多様性の評価に基づく再導入・系統保存策の確立

絶滅危惧種シャープゲンゴロウモドキについて個体を損傷させない非殺傷型DNA抽出法の開発を試みた。非殺傷型DNA抽出法は脱皮殻に付着する組織よる全遺伝子抽出法であり、理論的には個体への損傷が全く起こらないため絶滅危惧昆虫の遺伝子解析においては最も必要とされる研究手法である。従来の実験手法では脱皮殻に付着する組織が少なく(DNAの収量が少ないため)体表に不着したと考えられるツリガネムシなどの他の生物の遺伝子の混入が検出され開発が難航した。シャープゲンゴロウモドキの集団遺伝構造を明らかにするために、(個体間の関係を特定するのに有効な)核DNA遺伝子マーカー(マイクロサテライトマーカー)を開発した。平成27年度に許可を得て採捕した幼虫より全遺伝子を抽出し、ギガシークエンサーを使って約100万から180万の塩基配列を読み込んだ。この塩基配列を解析し136対のマイクロサテライトマーカー候補領域を選定、分子生物学的実験解析の結果27対のマイクロサテライトマーカーを開発に成功した。今回新たに開発できたマイクロサテライトマーカーは地域の個体群内の遺伝的多様性の把握や地域個体群の連続性や独自性の解析に極めて重要なものである。これらの分析結果使い、現存する集団の遺伝的多様性や集団内の遺伝子構成を集団遺伝学的解析ソフトを使って解析した。止水域に生息する絶滅危惧種ミサキツノトビケラの生息状況を調査しその形態を幼虫・蛹・成虫を記載した。絶滅危惧種オオナガレトビケラについて生息域全域からサンプルを収集し形態・遺伝子の解析をすすめた。従来日本産は1種とされていたが複数の種が含まることが明らかとなった。東アジア産のムラサキトビケラ科の昆虫の形態・遺伝子解析を含めた研究を行い、長らく不明種だった種を再発見した。幼虫の脱皮殻を使った非殺傷型のDNA抽出法に多くの時間を使ったが、幼虫の脱皮殻の状態が安定せず、成功率が約1割と困難に直面した。サンガー式シークエンサーを使った通常の遺伝子解析では不可能に近い可能性がある。ギガシークエンサーを使った新たな実験系を考える必要があると考えている。シークエンサーの故障により外注でのマイクロサテライト解析を行った。機械が変わったためピーク値の補正が必要になりデータの確認作業を多くの時間を裂かざるをえなかった。千葉県産のシャープゲンゴロウモドキの生息状況が極めて深刻な個体数密度の減少状態にあり追加サンプルの補充が見込めない現状にある。系統飼育個体の野外再導入計画に向けた提言ができるよう解析をすすめる。またこれまでのマイクロサテライトマーカーの解析や集団遺伝学的な解析結果を論文にまとめたい。非常に興味深い結果がが出つつある、オオナガレトビケラ、ムラサキトビケラ、ヒゲナガカワトビケラ、琉球列島島嶼のトビケラについても解析をすすめ保全遺伝的、分子系統地理学的解析を行いたい。まもなく実験・解析に関して結果が出る予定なので、執筆を開始したい。共同研究者との足並みを揃えて年度内の投稿を目指している。1)個体を損傷させない非殺傷型DNA抽出法の開発。しかし緩衝液による洗浄と幼虫の飼育環境の改善を並行することにより実現可能な水準まで到達した。2)集団遺伝構造を明らかにするために、(個体間の関係を特定するのに有効な)核DNA遺伝子マーカー(マイクロサテライトマーカー)を開発した。平成27年度に許可を得て採捕した終令幼虫より全遺伝子を抽出し、ギガシークエンサーを使って約100万から180万の塩基配列を読み込んだ。3)平野の止水域に生息する絶滅危惧種ミサキツノトビケラの生息状況を調査しその形態を幼虫・蛹・成虫を記載した。4)オオナガレトビケラについて生息域全域からサンプルを収集し形態・遺伝子の解析をすすめた。従来日本産は1種とされていたが複数の種が含まれることが明らかとなった。シークエンサーの故障により一部サンプルの解析に遅延が生じたが、おおむね順調に進展しているといえる。

平成27年度に許可を得て採捕した幼虫より全遺伝子を抽出し、ギガシークエンサーを使って約100万から180万の塩基配列を読み込んだ。この塩基配列を解析し136対のマイクロサテライトマーカー候補領域を選定、分子生物学的実験解析の結果27対のマイクロサテライトマーカーを開発に成功した。今回新たに開発できたマイクロサテライトマーカーは地域の個体群内の遺伝的多様性の把握や地域個体群の連続性や独自性の解析に極めて重要なものである。これらの分析結果使い、現存する集団の遺伝的多様性や集団内の遺伝子構成を集団遺伝学的解析ソフトを使って解析した。止水域に生息する絶滅危惧種ミサキツノトビケラの生息状況を調査しその形態を幼虫・蛹・成虫を記載した。絶滅危惧種オオナガレトビケラについて生息域全域からサンプルを収集し形態・遺伝子の解析をすすめた。従来日本産は1種とされていたが複数の種が含まることが明らかとなった。東アジア産のムラサキトビケラ科の昆虫の形態・遺伝子解析を含めた研究を行い、長らく不明種だった種を再発見した。幼虫の脱皮殻を使った非殺傷型のDNA抽出法に多くの時間を使ったが、幼虫の脱皮殻の状態が安定せず、成功率が約1割と困難に直面した。サンガー式シークエンサーを使った通常の遺伝子解析では不可能に近い可能性がある。ギガシークエンサーを使った新たな実験系を考える必要があると考えている。シークエンサーの故障により外注でのマイクロサテライト解析を行った。機械が変わったためピーク値の補正が必要になりデータの確認作業を多くの時間を裂かざるをえなかった。千葉県産のシャープゲンゴロウモドキの生息状況が極めて深刻な個体数密度の減少状態にあり追加サンプルの補充が見込めない現状にある。石川県のシャープゲンゴロウモドキ個体群と千葉県のシャープゲンゴロウモドキ個体群をマイクロサテライトマーカーによって集団遺伝学的に比較検討する。継続して地域個体群間の遺伝的接続性と保全単位の解明を分子生物学的方法で行なう。これらの結果を統合し遺伝的多様性を増強・維持しつつ、地域個体群としての遺伝的独自性が失われない系統保存計画の理論的根拠を構築する研究を行う。マイクロサテライトマーカーや集団遺伝解析の結果については平成28年度中の論文化を目指している。シャープゲンゴロウモドキ以外の絶滅危惧水生昆虫についても遺伝子解析を進める。系統飼育個体の野外再導入計画に向けた提言ができるよう解析をすすめる。またこれまでのマイクロサテライトマーカーの解析や集団遺伝学的な解析結果を論文にまとめたい。非常に興味深い結果がが出つつある、オオナガレトビケラ、ムラサキトビケラ、ヒゲナガカワトビケラ、琉球列島島嶼のトビケラについても解析をすすめ保全遺伝的、分子系統地理学的解析を行いたい。平成27年度は、室内で行う分子実験に多大な時間が必要で十分な野外調査ができなかった。実験・解析の結果を待たずして主論文の執筆ができない。論文投稿にかかる投稿料・英文校閲経費などの支出が必要なため。平成28年度は論文のとりまとめと並行して野外における調査も実施し、絶滅危惧種の実体解明を含めて行う。まもなく実験・解析に関して結果が出る予定なので、執筆を開始したい。
脱分化から茎葉再分化への分子カスケード（国際共同研究強化）

研究代表者はこれまでの研究から、植物の脱分化・再分化のマスター転写因子の遺伝子発現が種々のストレスによって上昇し、細胞のリプログラミングを誘発していることを明らかにしている。また、これらの因子は、通常の発生・分化の段階では、ヒストン修飾を介したクロマチン制御によって遺伝子発現抑制を受けていることを明らかにしている。種々のストレスがヒストン修飾の変化を誘導し、クロマチン構造を変化させて脱分化関連転写因子の発現を促進する。ストレス誘導性の転写因子によってクロマチン構造が変化し、種々の脱分化関連因子の発現が促進する、という2つの仮説が立てられる。植物においてストレス誘導性の分化全能性・多能性発揮時にどのようなエピゲノム変化が起こるのか。本研究では、ストレス誘導、特に傷害ストレス時や脱分化関連転写因子の誘導時におけるクロマチン構造の変化を経時的かつゲノムワイドに捉えた。前年度までには、国内外の共同研究により、傷害ストレスにおいて、どの種のヒストン修飾変化が起きるのか捉えることができた。当該年度では脱分化関連転写因子の誘導時における、ゲノム上の開いたクロマチン領域に関するデータを得ることができた。リプログラミングを引き起こす転写因子を単独で発現させた時にも傷害ストレス時と同じ修飾変化が引き起こされるか、について現在さらなる研究を進めている。酵母ツーハイブリッド法などから、着目している転写因子がヒストン修飾因子と結合する可能性を見出している。内定年度:2015研究代表者はこれまでの研究から、植物の脱分化・再分化のマスター転写因子の遺伝子発現が種々のストレスによって上昇し、細胞のリプログラミングを誘発していることを明らかにしている。これらの知見や国内外の関連研究の動向からも、1.種々のストレスがヒストン修飾の変化を誘導し、クロマチン構造を変化させて脱分化関連転写因子の発現を促進する。また、2.ストレス誘導性の転写因子によってクロマチン構造が変化し、種々の脱分化関連因子の発現が促進する、という2つの仮説が立てられる。本研究では、研究代表者がこれまで培ってきた実験系や材料を最大限利用し、ストレス誘導時や脱分化関連転写因子の誘導時におけるクロマチン構造の変化を経時的かつゲノムワイドに捉える。当該年度においては、1.傷害ストレス処理をした植物組織、2.ストレス誘導性の転写因子の発現を誘導した植物組織を用いて、誘導処理前後のクロマチン状態を比較する実験を行った。現在、シークエンス解析の結果を処理しているところである。また、ストレス誘導性の転写因子のGFP融合タンパク質を発現する植物体を用いて、熱ストレス処理条件におけるChIP-seq解析の準備をしている。種々のストレスによるヒストン修飾の経時的な変化については、現在データ解析を進めている。細胞リプログラム因子の誘導によるクロマチン変化に関しては、下流遺伝子発現レベルを指標にし、解析に用いる植物体の最適条件を得ており、おおむね計画通りに進んでいる。植物は様々な外部環境刺激に対して柔軟に形を変えるが、このような外部ストレスによる応答にもクロマチンの構造変化による遺伝子発現調節が関わっていることが近年明らかとなってきた。植物細胞の分化可塑性をより深く理解するためには、様々な刺激に対してエピゲノムがどのように変化し、ゲノム上のどの遺伝子領域が転写制御を受けやすくなるのか、または受けにくくなるのかをゲノムワイドに理解することが重要である。当該年度では国内外の共同研究により、傷害ストレスにおいて、どの種のヒストン修飾変化が起きるのか捉えることができた。傷害ストレスによってリプログラミングを引き起こす転写因子によってもこの修飾変化が引き起こされるか、またその際実際クロマチン構造変化がどのように起こるのか、現在さらなる研究を進めている。傷害ストレスによるヒストン修飾の経時変化をとらえることができたが、クロマチン構造変化をとらえるための実験がやや難航しているため。

植物においてストレス誘導性の分化全能性・多能性発揮時にどのようなエピゲノム変化が起こるのか。本研究では、ストレス誘導、特に傷害ストレス時や脱分化関連転写因子の誘導時におけるクロマチン構造の変化を経時的かつゲノムワイドに捉えた。前年度までには、国内外の共同研究により、傷害ストレスにおいて、どの種のヒストン修飾変化が起きるのか捉えることができた。当該年度では脱分化関連転写因子の誘導時における、ゲノム上の開いたクロマチン領域に関するデータを得ることができた。リプログラミングを引き起こす転写因子を単独で発現させた時にも傷害ストレス時と同じ修飾変化が引き起こされるか、について現在さらなる研究を進めている。酵母ツーハイブリッド法などから、着目している転写因子がヒストン修飾因子と結合する可能性を見出している。組織を丸ごと用いる解析を行うため、リプログラミング因子が作用する細胞が少ない場合クリアな結果がでないことも予想される。細胞レベルでの解析が行えるような実験材料の準備も行っていく。傷害ストレスによってリプログラミングを引き起こす転写因子の発現によって、どのようなヒストン修飾変化がおきるのか捉える。また、クロマチンオープン状態を検出できる蛍光タンパク質等を用いて、ストレス処理後および注目する転写因子の発現後における変化を可視化することに取り組んでいく。
硅素―ジルコニウム結合を持つ有機金属錯体の有機合成への利用

我々はこれまで金属ー金属結合を持つ化合物の結合間の反応性に興味を持ちその有機合成への利用を目的として研究を続けてきた。昨年ケイ素ージルコニウム結合の反応性に興味を持ち、研究を行ったところ極めて興味あることに、ジルコニウムーシレン錯体が形成していることがわかった。本年はその利用を考え、ジルコニウムーシレン錯体とジアリールアルキンから導かれるシラジルコナシクロペンテンの反応性について検討を加えた。まずtBuNCとの反応を試みEt_2O-HCIで後処理をさせたところイミノジルコニウム錯体が収率良く得られた。この構造はX線によって決定された。又その生成過程を^1H NMRによって追跡したところイミノシラジルコナシクロヘキセンの生成を確認することが出来た。一方イソニトルと等電子構造を持つ一酸化炭素を挿入させたところ予想外に転位を伴いシリスメチルケトン体が得られた。この結果は中間に生成するジルコニウム錯体に対して窒素又は酸素が強く配位するものと思われるが、酸素の強い配位力が転位をひき起こしたものと考えている。又シラジルコナシクロペンテンにCuCI_2を用いトランスメタル化を試み二個のアリル基が導入できることがわかった。この化合物に対してオレフィンメタセシスを試みケイ素を含む8員環化合物を合成することが出来た。
制ガン性有機金錯体と核酸塩基との特異的相互作用

われわれはこれまで三級ホスフィンを配位子とする金錯体の制ガン活性に注目し、いくつかのトリアリールホスフィンの金錯体を合成し核酸塩基との反応について検討してきた。本研究では錯体の水溶性向上を目的とし、トリヒドロキシメチルホスフィンを配位子とした金錯体の合成および核酸塩基との相互作用について検討した。クロロ(トリヒドロキシメチルホスフィン)金錯体はクロロ(シクロオクテン)金錯体とトリヒドロキシメチルホスフィンの反応から得た。この錯体は硝酸銀の存在下でグアノシン、アデノシンおよびシチジンと反応し、これらが一分子金に配位した新しい錯体ニトラト(核酸塩基)(トリヒドロキシメチルホスフィン)金を与えることが分かった。また、金に配位した核酸塩基は遊離の核酸塩基と速く交換していることがNMRから明らかとなった。反応の平衡定数から金に対する核酸塩基の配位力はシチジン>グアノシン>アデノシンの順であることが分かった。これらの三級ホスフィン金錯体への核酸塩基の配位においては、エントロピーとエンタルピーの間に強い補償効果があることが分かった。さらに、これらの水溶性金錯体はP388に対して若干の制ガン活性があることが分かった。
部分因子環と位相的量子場の理論

作用素環論と,共形場理論,量子3次元トポロジーなどとの関連のうち,本年度は,quantum doubleとの関連,およびorbifold constructionの関数解析的側面について研究を行った.Drinfel′dの創始した,quantum doubleと呼ばれる構成法は,量子群の理論において基本的なものである.これは,Hopf algebraに対して適用されるが,Ocneanuは,彼が1987年に導入した,asymptotic inclusionという構成が,(有限次元Hopf algebraの拡張である)paragroupniに対するquantum double constructionと見なせるということを主張した.彼は例によって論文を書かなかったので,この主張の正確な意味と証明について,彼の講演に基づいてEvansと共同研究し,その成果を論文とした.3次元位相的量子場の理論との関連もそこに書かれている.次に,私とEvansが創始したsubfactor理論におけるorbifold constructionに現れるflatnessのobstructionについて研究した.これについては,最初私の1990年の代数的研究があり,その後Xuによって,共形場理論における共形次元との関連がわかっていた.私は,今度これを作用素環論における伝統的な超積の方法と組み合せ,Jonesが1980年に導入したκ不変量の相対比との関係を明らかにした.すなわち,最も典型的なWenzl seriesと呼ばれるsubfactorの場合orbifold constructionにおけるflatnessのobstructionが消えることと,もとのsubfactorno相対κ不変量が消えることが同値になるのである.これには,私が1992年に導入した相対Connes不変量χを用いる.さらに,相対Jones不変量κの一般論も研究した.作用素環論と,共形場理論,量子3次元トポロジーなどとの関連のうち,本年度は,quantum doubleとの関連,およびorbifold constructionの関数解析的側面について研究を行った.Drinfel′dの創始した,quantum doubleと呼ばれる構成法は,量子群の理論において基本的なものである.これは,Hopf algebraに対して適用されるが,Ocneanuは,彼が1987年に導入した,asymptotic inclusionという構成が,(有限次元Hopf algebraの拡張である)paragroupniに対するquantum double constructionと見なせるということを主張した.彼は例によって論文を書かなかったので,この主張の正確な意味と証明について,彼の講演に基づいてEvansと共同研究し,その成果を論文とした.3次元位相的量子場の理論との関連もそこに書かれている.次に,私とEvansが創始したsubfactor理論におけるorbifold constructionに現れるflatnessのobstructionについて研究した.これについては,最初私の1990年の代数的研究があり,その後Xuによって,共形場理論における共形次元との関連がわかっていた.私は,今度これを作用素環論における伝統的な超積の方法と組み合せ,Jonesが1980年に導入したκ不変量の相対比との関係を明らかにした.すなわち,最も典型的なWenzl seriesと呼ばれるsubfactorの場合orbifold constructionにおけるflatnessのobstructionが消えることと,もとのsubfactorno相対κ不変量が消えることが同値になるのである.これには,私が1992年に導入した相対Connes不変量χを用いる.さらに,相対Jones不変量κの一般論も研究した.
ヒストンのメチル化依存的インプリント遺伝子の発現制御による体細胞核移植法の改善

体細胞核移植で作出したクローン動物は胎盤異常を示すことが知られている。クローン動物の胎盤異常が発生する機序の解明は、クローン動物の作出効率の上昇や、胎盤形成の制御機構の理解にもつながる重要な課題である。近年、ヒストンのメチル化修飾依存的に、父側アレル特異的に発現するインプリント遺伝子が報告された。クローンマウス胚においてこれらの遺伝子は、両側アレル性の異常発現を示す。このことから、クローンの「胎盤異常」と「ヒストンのメチル化依存的なインプリント遺伝子の発現異常」との関連が疑われる。本研究は両者の関係を明らかにすることを目的に、ゲノム編集技術や核移植技術を用いて行われる。
人工変異体を用いたヘモグロビン生理機能の分化の研究

種々の動物ヘモグロビン(Hb)では,それぞれの棲息環境に応じて,酸素運搬機能の分化が起こっている。本研究では,部位特異的変異導入法に基づく蛋白質工学の技術を用いて,成人Hbの人工変異体を合成し,他種の動物のHbの生理機能を模擬する実験を行った。まず,血液中の炭酸水素イオンHCO_3^-には特異的に応答するが,分子状CO_2や2,3-diphosphoglycerate(DPG)には応答しないワニ類のHbの機能を模擬するため,ワニのβ鎖のアミノ酸残基の中で,HCO_3^-結合に関与すると考えらている残基を取り入れ,また,ヒトのβ鎖でDPG結合に関与する残基を他の残基に置換するように,ヒトのβ鎖の1,2,90,94,135,143,144番目の残基の1部または全部を置換した3種類の変異体を合成した。これらの変異Hbの酸素平衡曲線を種々の溶液条件下で測定し,解析した結果,DPGの効果がほとんど消滅した点ではワニHbの機能を模擬したことになるが,HCO_3^-の効果はむしろヒトHbのそれより減少した。これらの実験に加えて,天然のワニ(CaimanとNileワニ)の酸素平衡曲線を,変異体のと共通の溶液条件下で測定して,比較の対象とした。次に,赤血球内にDPGなどの酸素親和性調節因子がないのに,本質的に低い酸素親和性をもち,DPGに応答しないウシHbの特性を模擬するため,β鎖の2番目のHisをPheに置換したHbおよび,1番目のValを欠失し,2番目のHisをMetに置換したHbを合成した。それらのDPG効果は期待通り減少したが,酸素親和性は低くならずに,むしろやや上昇した。以上の結果は,従来Perutzらによって提唱されたワニHbのHCO_3^-応答性やウシHbの低酸素親和性の原因となるアミノ酸残基の相違のみでは不十分で,他の残基も考慮に入れなければならないことを示している。本研究では,英国のMRC分子生物学研究所の長井潔博士のグループの協力を得た。種々の動物のヘモグロビンでは、それぞれの棲息環境に応じて、酸素運搬機能の分化が起こっている。本研究では、部位特異的変異導入法に基づく蛋分質工学の技術を用いて、成人ヘモグロビンの人工変異体を合成し、他種の動物のヘモグロビンの生理機能を再現する実験を行った。今年度は、炭酸水素イオンHCO_3^-に特異的に反応するが、2,3ーdiphosphoglycerate(DPG)には反応しないワニ類ヘモグロビンの機能を模擬する研究を行った。X線結晶解析による構造のデ-タに基づいて、Perutz et al.は、HCO_3^-やDPGの反応に関係するアミノ酸残基として、ワニ・ヘモグロビンのβ鎖のSerー1、Gluー94、Alaー143、Gluー144を候補に挙げているので、ヒト・ヘモグロビンのβ鎖に、Valー1→Ser、Aspー94→Glu、Hisー143→Ala、Lysー144→Gluというアミノ酸置換を導入した変異ヘモグロビンを大腸菌中で合成した。

これらのヘモグロビンの酸素平衡曲線を、5%CO_2(20mM HCO_3^-)存在下と非存在下において測定したところ、HCO_3^-の酸素親和性に対する効果は、正常なヒト・ヘモグロビンで効果に比べて特に増強されたという結果は得られなかった。来年度は、大腸菌中で合成したワニ・ヘモグロビンのβ鎖とヒト・ヘモグロビンのα鎖とから、混成ヘモグロビンを作成し、それの酸素結合に対するHCO_3^-の効果を更に詳細に検討する。また、DPGがなくても低い酸素親和性を示す反芻目のヘモグロビンの機能を模擬するため、ヒト・ヘモグロビンのHisー2βをMetまたはLeuに置換した変異ヘモグロビンを合成して、それの機能を天然のウシ・ヘモグロビンの機能と比較することを予定している。本研究では、英国のMRC分子生物学研究所の長井潔氏のグル-プの協力をえた。種々の動物でみられる、棲息環境に応じたヘモグロビン(Hb)機能の分化を、成人Hbの人工変異体を用いて模擬する実験を行った。人工変異体は、遺伝子組換えによる部位特異的変異導入法により、特定のアミノ酸置換をコードするグロビン遺伝子を大腸菌中で発現させることによって合成した。前年度に引き続き、炭酸水素イオンHCO^3には特異的に応答するが、2,3-diphosphoglycerate(DPG)には応答しないワニ類Hbの機能を模擬するため、ワニのβ鎖のアミノ酸残基の中で、HCO^3結合に関与すると考えられている残基を取り入れ、また、ヒトのβ鎖でDPG結合に関与する残基を他の残基に置換するように、ヒトのβ鎖の1、2、90、94、135、143、144番目の残基の1部または全部を置換した変異体3種類を合成した。これらの変異Hbの酸素平衡曲線を種々の溶液条件下で測定し、解析した結果、DPGの効果がほとんど消減した点ではワニHbの機能を模擬したことになるが、HCO^3の効果はむしろヒトHbのそれより減少した。これらの実験に加えて、天然のワニ(CaimanとNileワニ)の酸素平衡曲線を、変異体のと共通の溶液条件下で測定して、比較の対象とした。次に、赤血球内にDPGなどの酸素親和性調節因子がないのに、本質的に低い酸素親和性をもち、DPGに応答しないウシHbの特性を模擬するため、Perutz & Imai(1980)の仮説に基づいて、β鎖の2番目のHisをPheに置換したHbおよび、1番目のValを欠失し、2番目のHisをMetに置換したHbを合成した。それらのDPG効果は期待通り減少したが、酸素親和性は低くならずに、むしろやや上昇した。以上の結果は、従来Perutzらによって提唱されたワニHbのHCO^3応答性やウシHbの低酸素親和性の原因となるアミノ酸残基の相違のみでは不十分で、他の残基も考慮に入れなければならないことを示している。
二元合金表面における触媒活性の制御に関する研究

飛行時間型電子励起脱離法(TOF-ESD)は、表面水素の感度が非常に高く短時間測定が可能である(23秒)ことから、触媒反応のその場観察に有効であるが、TOF-ESDでは表面水素の被覆率を知ることができない。本研究では、同一超高真空槽内でTOF-ESDの検出器以外に低速入射イオンを用いた飛行時間型弾性反跳粒子検出法(TOF-ERDA)を組み込んだ。TOF-ERDAは表面の水素被覆率を実質測定可能な手法である。これより、TOF-ESDで表面水素の吸着状態を、TOF-ERDAで表面水素の被覆率をその場観察可能である。TOF-ESD、TOF-ERDAによる表面水素測定を触媒表面へ応用する前段階として、シリコン(001)表面への水素吸着の研究を行った。まず、清浄化されたSi(001)表面の経時変化観察を行ったところ、電子励起脱離(ESD)水素正イオン(H^+)が増加することを見出した。さらにH^+イオンと同じ増加率で酸素正イオン(O^+)も増加した。これより、表面では経時変化と共に水(H_2O)が吸着し、H_2Oの成分であるH^+、O^+がESDで観察されると結論した。さらに、Si(001)表面に水が吸着後、原子状水素を表面へ照射するとESDのH^+、O^+イオンが減少して観察された。一方で、TOF-ERDAでは水素被覆率が原子状水素照射前後で増加して観察された。これらのことから、表面に存在していた水素は原子状水素により表面で置換され、表面ではダイハイドライド相が形成され、また、ESDの単位水素被覆率当たりのH^+収量はH_2O表面ではダイハイドライド表面の約4倍と異なることを結論した。さらに、モノハイドライド相とダイハイドライド相からのESDの単位水素被覆率当たりのH^+収量についても測定を行い、ESDの単位水素被覆率当たりのH^+収量はモノハイドライド表面ではダイハイドライド表面の0.7倍と低いことを明らかにした。