hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規な銅シャペロンの探索・機能解析と応用

銅シャペロンと推定されるタンパク質と相同性のあるORF遺伝子AmDDを含むcDNAが単離した.AmDDのアミノ酸配列解析により,54-110位および136-178位の2ヶ所にheavy metal associated domainの保存配列とよく一致する領域が存在することが分かった.これらを踏まえて,AmDDがCuの取り込みを補助し,AmAS1の活性化に関与するのではないかと推定した.pESC Yeast Epitope Tagging vectorを用いて,AmAS1とAmDDを共発現するプラスミドを構築した.AmDDまたはAmAS1の一方のみを含むプラスミド(pESC-DD,pESC-ASfull,pESC-ASΔN,pESC-ASΔC,pESC-ASΔNC)で形質転換した酵母をコントロールとして,共発現プラスミド(pESC-DD-ASfull,pESC-DD-ASΔN,pESC-DD-ASΔC,pESC-DD-ASΔNC)で形質転換した酵母の破砕液を粗酵素として,酵素アッセイを行った.しかし,コントロールと比較して反応生成物の顕著なピークを検出することはできなかった.粗酵素液の添加量および反応時間を増やしても,同様の結果が得られた.抗AmAS抗体を用いたウェスタンブロット発現解析を行った結果,発現タンパクの推定分子量(AmAS1 full;64kDa,AmAS1ΔN;57kDa,AmAS1ΔC;47kDa,AmAS1ΔNC;41kDa)と一致した単一のバンドを検出することができ,目的のタンパク質が発現していることが確認できた(Data Not Shown).ただし,SDS-PAGEで分析した後,クマシー染色を行ったところ,コントロールと比較して顕著なバンドの差は見られなかった.植物PPOの微生物における異種発現系はいまだ報告例がない.これまでに本酵素遺伝子の大腸菌および酵母による異種発現系の構築を試みたがaureusidin synthase活性は検出されなかった.一般にPPOは銅を活性因子とすることが分かっており,AmAS1も原子吸光分析により銅酵素であることが確認されており,他のPPOと同様に銅を活性因子とすることが示唆される.たとえば,銅酵素であるスーパーオキンドディスムターゼ(SOD)では,SODへの銅の取り込みを促すSOD特異的なCuシャペロンの存在が明らかになっている.したがって,本酵素も,キンギョソウ花弁細胞中で,同様な機能を持つ分子の補助により活性型銅酵素となるのではないかと推定した.そこで,キンギョソウ花弁から調製したcDNAライブラリーにつき,ディファレンシャルディスプレイ法により黄色花弁に特異的に発現しているcDNAを探索した.その結果,銅シャペロンと推定されるタンパク質と相同性のあるORF遺伝子AmDDを含むcDNAが単離された.AmDDのアミノ酸配列解析により,54-110位および136-178位の2ヶ所にheavy metal associated domainの保存配列とよく一致する領域が存在することが分かった.これらを踏まえて,AmDDがCuの取り込みを補助し,AmAS1の活性化に関与するのではな禁かと推定した.次いでpESC Yeast Epitope Tagging vectorを用いて,AmAS1と銅シャペロン遺伝子と推定されたAmDDを共発現するプラスミドを構築した.AmAS1の活性化へのプロセシングの影響も考慮して,AmAS1の全長(AmAS1 full)だけでなく,N末端プロペプチドを欠失したも(AmAsS1ΔN),C末端プロペプチドを欠失したもの(AmAS1Δ),N末端およびC末肺プロペプチドを欠失したもの(AmAS1ΔNC)の4つのパターンとAmDDとを共発現させ,酵素活性を調べている.銅シャペロンと推定されるタンパク質と相同性のあるORF遺伝子AmDDを含むcDNAが単離した.AmDDのアミノ酸配列解析により,54-110位および136-178位の2ヶ所にheavy metal associated domainの保存配列とよく一致する領域が存在することが分かった.これらを踏まえて,AmDDがCuの取り込みを補助し,AmAS1の活性化に関与するのではないかと推定した.pESC Yeast Epitope Tagging vectorを用いて,AmAS1とAmDDを共発現するプラスミドを構築した.AmDDまたはAmAS1の一方のみを含むプラスミド(pESC-DD,pESC-ASfull,pESC-ASΔN,pESC-ASΔC,pESC-ASΔNC)で形質転換した酵母をコントロールとして,共発現プラスミド(pESC-DD-ASfull,pESC-DD-ASΔN,pESC-DD-ASΔC,pESC-DD-ASΔNC)で形質転換した酵母の破砕液を粗酵素として,酵素アッセイを行った.しかし,コントロールと比較して反応生成物の顕著なピークを検出することはできなかった.粗酵素液の添加量および反応時間を増やしても,同様の結果が得られた.抗AmAS抗体を用いたウェスタンブロット発現解析を行った結果,発現タンパクの推定分子量(AmAS1 full;64kDa,AmAS1ΔN;57kDa,AmAS1ΔC;47kDa,AmAS1ΔNC;41kDa)と一致した単一のバンドを検出することができ,目的のタンパク質が発現していることが確認できた(Data Not Shown).ただし,SDS-PAGEで分析した後,クマシー染色を行ったところ,コントロールと比較して顕著なバンドの差は見られなかった.
リコンビナント近交系ラットの開発と利用

がんを始めその発症に複数の遺伝子が関与するとされる多因子疾患の遺伝解析と責任遺伝子座のマッピングに有力な武器となるリコンビナント近交系(RI)をラットで樹立した。LEXFの独立した系11系とその亜系13系並びに新たにFXLEの15系統を追加樹立し、その結果独立した26系と13系の亜系からなるRI系がセットとして出来上がり生産・供給に備えている。このRI系統の系統間分布表(SDP : Strain Distribution Pattern)も新たに完成し、遺伝子解析で生活習慣病関連遺伝子解明への大きな貢献が期待できる。この系を用いてのプロピルニトロソウレア誘発T-リンパ腫発生関連遺伝子座のマッピングの他に、高脂肪食摂取による高コレステロール血症発生関連遺伝子、ストレプトゾトシン誘発糖尿病、腎癌発生、血中中性脂肪増加症関連遺伝子、メチルニトロソウレア誘発乳癌関連遺伝子、Dietylstilbesterol誘発下垂体腫瘍発生および睾丸発育関連遺伝子、放射線感受性を支配する遺伝子の検討等が現在進行中である。その他味覚を司どる遺伝子、行動を規定する遺伝子のパイロット的研究が行われている。このプロジェクトの終了と共に、このRI系統の維持として動物繁殖研究所に於ける生体の状態での系統維持、及び理化学研究所のバイオリソースセンターと実験動物中央研究所に於ける胚凍結系統保存が進行中である。1.複数遺伝子の関連する多因子疾患の遺伝子解析と責任遺伝子座のマッピングに有力な武器となるリコンビナント近交系(RI系)LEXF23系統を樹立し、現在28-36代まで近交系化し、生産・供給に備えている。またRI各系の生理的基礎データーを検検討中である(志佐)。2.他の分野の研究者への供給としては免疫学的分野で米国ダラスのK.F.Lindahl、独、ハノーバーのH.J.HedrichにRI各系のDNAを分与し、前者はその成果をImmunogenetics 48;420(1998)に発表した。また心理学的分野で、つくば大、牧野順四郎、米国ペンシルバニア州立大D.A.BlizardらからRl系の分与希望があり、まず数系統の供給を始めている(志佐)。4.系統保存のため各RI系統の受精卵凍結を始め、一部凍結卵から個体への戻しを検討中(加藤)。5.プロピルニトロソウレア(PNU)誘発ラット.Tリンパ腫の発生に関する複数の遺伝子の検索をこのRI系統を用いて行い、Tリンパ腫の発生率、その潜伏期間を定量的パラメーターとして、QTL統計解析を行った。その結果4つの座位がTリンパ腫の発生率に、3つの座位が潜伏期の長さに寄与していることが示唆された。更に戻し交配実験結果から,上記の座位のうちから第5,7,10番染色体上にTリンパ腫への病型決定に与る量的形質遺伝子がマップ出来た(志佐、日合)。1、複数遺伝子の関連する多因子疾患の遺伝子解析と責任遺伝子座のマッピングに有力な武器となるリコンビナント近交系(RI)LEXF23系統を樹立し、現在35-40代まで近交系化し、生産・供給に備えている。またRI系の生理的基礎データ-を検討しているが今年は親の系であるLE系の3年生存の自然発生腫瘍の検討を行った(志佐)。2、他分野の研究者との共同研究の進行状況としてはがん関係では岡山大・岡田教授の腎癌および国立がんセ・牛島部長の胃癌について検討中である。また米国ペンシルバニア州立大のDr,D.A.Blizardの味覚の遺伝子分析、筑波大・牧野順四郎教授との行動遺伝学の研究が始まった。二者共両親系統に顕著な差がみられている。更に現在高コレステロール飼料での高コレステロール血症発生関連遺伝子の検索も行われている。3、ラットマイクロサテライトDNAマーカーの増加に伴い、RI各系の系統間分布表SDP(Strain Distribution Pattern)の拡充(志佐、日合)。4、系統保存のため各RI系統の受精卵凍結を引き続き行っている(加藤)。

5、プロピルニトロソウレア(PNU)誘発リンパ腫の発生に関与する複数の遺伝子をこのRI系をもちいて検索し、更に戻し交配実験結果から、T-リンパ腫の発生に於いてT-リンパ腫の病型決定に与る遺伝子が第5、7、10番染色体上にマップされ、発生にいたる期間決定に与る遺伝子が染色体第1、5、16番上にマップ出来た。1.その発症に複数の遺伝子が関与するとされる多因子疾患の遺伝解析と責任遺伝子座のマッピングに有力な武器となるラッ卜・リコンビナント近交系(RI)LEXFの独立した系11系とその亜系15系を樹立し、それらの系統間分布表(SDP:Strain Distribution Pattern)を作成し、生産・供給に備えている。更に新たにFXLE RI系の15系統を追加樹立中;現在16-18代の兄妹交配を経て13年度中に樹立予定。その結果独立した26系からなるRI系がセットとして出来上がり、これを遺伝子解析に用いることにより、疾患関連遺伝子解析への大きな貢献が期待できる(志佐)。2.他分野の研究者への供給については、前年度の継続として、米国ペンシルバニア州立大のDr.D.A.Blizardの味覚を司る遺伝子の分析と、筑波大・牧野順四郎教授の行動遺伝学の研究に供給している。更にこのRI系を用いての生活習慣病関連遺伝子解析の可能性として、プロピルニトロソウレア(PNU)誘発T-リンパ腫発生関連遺伝子座のマッピング(Brit.J.Cancer,1999)に続いて次の様な疾患について検討を行った。その主なものは高脂肪食摂取による高コレステロール血症発生関連遺伝子、ストレプトゾトシン誘発糖尿病、腎癌発生、血中中性脂肪増加症関連遺伝子、メチルニトロソウレア誘発乳癌関連遺伝子、DES;dietylstilbesterol誘発下垂体腫瘍関連遺伝子、放射線感受性を支配する遺伝子等の検討である(志佐、日合)。3.ラットマイクロサテライトDNAマーカーの増加に伴い、RI各系のSDP表の拡充(志佐、日合、加藤)。4.系統保存のための各RI系統の受精卵凍結保存を引き続き行っている(加藤)。1.ガンを始めその発症に複数の遺伝子が関与するとされる多因子疾患の遺伝解析と責任遺伝子座のマッピングに有力な武器となるリコンビナント近交系(RI)をラットで樹立した。LEXFの独立した系11系とその亜系15系並びに今年度にFXLEの15系統を追加樹立し、その結果独立した26系からなるRI系がセットとして出来上がり生産、供給に備えている。このRI系統の系統間分布表(SDP : Strain Distribution Pattern)も新たに完成し、遺伝子解析に用いることにより、疾患関連遺伝子解析への大きな貢献が期待できる(志佐、加藤)。2.更にこの系を用いての生活習慣病関連遺伝子解析の可能性として、プロピルニトロソウレア(PNU)誘発T-リンパ腫発生関連遺伝子座のマッピング、高脂肪食摂取による高コレステロール血症発生関連遺伝子、ストレプトゾトシン誘発糖尿病、腎癌発生、血中中性脂肪増加症関連遺伝子、メチルニトロソウレア誘発乳癌関連遺伝子、DES ; dietylstilbesterol誘発下垂体腫瘍および睾丸発育関連遺子、放射線感受性を支配する遺伝子の検討等が現在進行中である(志佐、日合他)。その他味覚を司どる遺伝子、行動を規定する遺伝子の研究が行われている。
ストライガ低感受性ソルガムの抵抗性・耐性機構の解明

ソルガムとイネのストライガ感受性機構の解明に取り組んだ。ライゾトロンによるストライガ感受性の評価は、ポット試験、圃場試験の評価結果と良い一致を示すことが判明した。ABAに対する感受性の違いがストライガの養水分収奪を支えていることは確認できたが、ストライガが宿主にABAを輸送することで自らの生存を有利にしていることは検証できなかった。そのため、宿主の耐性にABA代謝不活性化能力が関与しているという仮説の検証には至らなかった。宿主のストライガ抵抗性は、土壌のストライガ密度やストライガ種子の来歴に影響されることが判明した。これらは、安定したストライガ抵抗性品種を選抜する過程で、重要な知見となる。イネ科作物を宿主とする根寄生植物ストライガは、アフリカにおける農業生産を阻害する最大の生物的要因となっている。本研究では、宿主植物のストライガ低感受性を、抵抗性と耐性に識別して解析する。平成23年度は、日本ではライゾトロン法により、スーダンではポット栽培試験を行い、ストライガに対するソルガムとイネの感受性を評価した。ライゾトロン法により評価した結果、イネ52品種とソルガム13品種に対するストライガの寄生率は、それぞれ160%および2050%であった。ライゾトロン法で最大のストライガ寄生率を示したイネ品種NERICA18は、ポット試験(ストライガ種子16mg/土壌9kg)でも5.8個体と最大のストライガ出芽個体数を示し、両評価法で高いストライガ感受性が確認された。一方、NERICA5は、ライゾトロン法での寄生率が2.7%、ポット試験での出芽個体数が0.5個体と、高い抵抗性を示した。興味深い知見として、寄生したストライガが高頻度で枯死するイネ品種を見出した。ソルガムについては、現地で感受性と認識されている品種Dabarと抵抗性と認識されている品種Haqiqaのストライガ応答をポット試験で比較した。その結果、1ポット当たりのストライガ出芽個体数は土壌に混入するストライガ種子密度が低い条件(8mg/9kg)では、Dabarで15.8、Haqiqaで0.5個体と両品種間に有意な差異が認められたが、高い条件(16mg/9kg)では有意な差異は認められなかった。このことは、ライゾトロン法で品種間でのストライガ寄生率の差異がイネに比べて小さいという結果とも矛盾しない。また、寄生関係にあるDabarとストライガの葉の内生ABA濃度は、土壌水分条件に関わらず、ストライガで約8倍も高いことを見出した。ストライガはソルガムに比べて土壌乾燥による気孔開度の低下が小さいという知見と併せて考えると、ストライガは葉内の内生ABA濃度が高くなる条件下でも気孔開度を高く保ち、これによりソルガムからの同化産物の転流を維持していると考えられる。ポット栽培した寄生関係にあるソルガムとストライガに13CO2処理を行い、土壌乾燥の程度が同化産物の分配に及ぼす影響を調査した結果、ソルガムからストライガへ転流された13Cは土壌水分条件に関わらずほぼ一定であった。したがって、土壌乾燥条件下でソルガムは光合成速度が低下するのに加えてストライガへの同化産物の転流が維持されるために、ストライガの寄生による被害が深刻化すると考えられた。さらに、ストライガはソルガムに比べて内生アブシジン酸(ABA)濃度が約10倍も高かったにもかかわらず、土壌乾燥および外生ABA処理に対して気孔コンダクタンスおよび蒸散速度の低下が小さかった。したがって、気孔応答の鈍さがストライガの宿主からの養水分収奪に関わっていると考えられた。前年度までに選抜したストライガ抵抗性イネ品種NERICA5とSATREPS1の根系に、ソルガム由来(ソルガムに寄生したストライガから採取した)、感受性イネ品種群由来、SATREPS1由来、ミレット由来のストライガ種子を接種した。由来の異なるストライガ種子のSATREPS1に対する寄生率はそれぞれ6.2、11.0、15.7、27.1%と大きく変動した。同様に、NERICA5に対しても、由来の異なるストライガの寄生率は3.327.3%と変動した。このことから、抵抗性品種の選抜にあたっては様々な生態型のストライガを評価すること、および品種導入の際には圃場の作付履歴を考慮することの重要性が示された。スーダンでストライガ(Striga hermonthica)および感受性のソルガム品種Dabarをポットで栽培し、寄生関係にある両植物のアブシジン酸(ABA)および土壌水分に対する応答を調査した。土壌乾燥処理と同様に、ABAの葉面散布処理に対してもストライガはソルガムに比べて気孔開度、気孔コンダクタンスおよび蒸散速度の低下が小さいことが確認された。

また、出芽前および出芽後いずれのストライガ個体でも、湿潤条件、乾燥条件によらず、ABA濃度は宿主植物ソルガムに比べて約10倍高いことが判明した。イネについては、前年度に行ったライゾトロンでの評価において、ストライガ抵抗性が高く、寄生したストライガを高頻度で枯死させたSATREPS1、この品種と同等の高いストライガ抵抗性を示したNERICA5とNERICA13、ストライガ感受性と判断されたNERICA4とNERICA18に、対照品種として日本晴を加えた計6品種のイネを用いてポット試験を行った。ストライガ種子16 mgを土壌9kgに混入した条件では、ポットあたりのストライガ出現数は、それぞれの品種で0, 0.5, 2.5, 6.7, 13.0および4.7に達した。ストライガを混入したポットでの各品種の穂重は、ストライガを混入していないポットに対して、それぞれ120, 85, 106, 25, 44および45%であった。以上の結果から、SATREPS1とNERICA5は、ライゾトロンまたはポットを用いた二つの調査において、安定したストライガ抵抗性を示した。NERICA13は、この2品種と比較するとストライガに寄生されやすかったが、寄生による穂重の低下が認められなかったことから、ストライガ耐性品種である可能性が示唆された。NERICA4とNERICA18の高いストライガ感受性もライゾトロンおよびポット内で確認された。ライゾトロン法とポット試験の結果が大きくは矛盾しないことが確認でき、ストライガ感受性を評価する簡便な方法としてライゾトロン法が有効であることを見出した。ライゾトロン法およびポット試験の結果に基づき、高いストライガ抵抗性を示すイネおよびソルガム品種を見出し、今後の抵抗性解析に好適な材料を確定した。さらに、次年度以降に備えてソルガムからストライガへの転流を解析する実験の基盤を整えた。25年度が最終年度であるため、記入しない。ストライガの被害を受けている代表的な作物であるソルガムの、寄生抵抗性、耐性、感受性の解析を目指して計画を立案した。材料は日本で収集できる品種に加えてスーダンの研究者から現地で感受性が異なると評価されている品種を譲り受けた。ストライガが接触する以前の抵抗性と考えられる発芽刺激物質の生産性には顕著な品種間差が見出されたが、ライゾトロンで評価した結果、寄生応答に関する品種間差は小さかった。一方、ストライガの寄生を受けることから我が国の食糧生産にとっても被害が危惧されるイネについて評価した結果、発芽刺激物質生産はいずれの品種もソルガムに比べて僅かであったが、寄生感受性には著しい差が見出された。そのため、ソルガムはストライガとの物質授受の解析に用い、感受性の解析にはイネを用いている。このうち、NERICA13の耐性については確認が必要なものの、SATREPS1とNERICA5の抵抗性、NERICA4とNERICA18の感受性はライゾトロンおよびポットで確認された。これらを材料に、ストライガ耐性、抵抗性、感受性機構の解析を進めている。ライゾトン法では発芽したストライガ種子を宿主根系に接種するため、いわゆるpost-attachmentの抵抗性の評価をしている。一方ポット試験では、各宿主作物品種の根からのストライガ種子発芽刺激物質の分泌量の違い(pre-attachmentの抵抗性)も、最終的なストライガ出芽個体数に影響を与える。
エナンチオ選択的ラジカル反応による不斉四級炭素の触媒的構築

エナンチオ選択的ラジカル反応による不斉四級炭素構築に関して検討を行い、以下の結果を得た。まず、キラルなアルミニウム[(R)-bis triphenylsilylBINOLアルミニウム-エーテル錯体]を用いたα-ヨード-α-メトキシメチルジヒドロクマリンの触媒的アリル反応により得られる不斉四級炭素を有する生成物の絶対配置を、化学的方法によりR体と決定した。また、本反応における外部配位子効果を調べた結果、炭酸ジメチル存在下においては、0.1等量のアルミニウム錯体でも目的とするアリル体を高い不斉収率で与えることが判った。キラル亜鉛錯体を触媒としたときは、塩化メチレン溶媒とトルエン溶媒では、生成物の絶対配置が逆転することがわかった。一方、β-メチルシンナモイル誘導体へのイソプロピルラジカルの共役付加反応に、アリル化反応で有効性の認められたキラルルイス酸を適用したところ、ラジカル付加体の生成には至らなかった。付加反応による不斉四級炭素形成が困難であるのは、反応点における立体障害が反映しているものと考え、四級炭素形成の反応性を三級炭素形成のそれと比較するために、β位に置換基を有さないシンナモイル誘導体へのラジカル共役付加反応について検討した。その結果、キラルビスオキサゾリン-亜鉛錯体を用いたシンナモイル誘導体へのラジカル共役付加反応は容易に進行することが認められた。また、この反応では、NH基を有するアキラルなオキサゾリジノンの添加が不斉収率を劇的に向上させるという先例のない知見を得ることができた。アリル化反応による不斉四級炭素形成およびシンナモイル誘導体への共役付加反応に有効であったキラルビスオキサゾリン-亜鉛錯体をプロトンNMRにて精査し、その錯体構造がNH基を有するアキラルなオキサゾリジノンの添加により変化することを明らかにした。不斉四級炭素をエナンチオ選択的ラジカル反応によって触媒的に構築する手法を開発することを目的とした。ヨードジヒドロクマリン類のエナンチオ選択的アリル化反応について、その生成物の絶対配置決定、およびカルボニル化合物を添加剤とした四級炭素構築について検討した。また、キラル亜鉛錯体を触媒とした四級炭素構築について検討した。1不斉反応で得られた不斉四級炭素を有する生成物の絶対配置を別途合成により決定した。(R)-bistriphenylsilylBINOLアルミニウム-エーテル錯体を触媒としたときに得られた生成物3-allyl-3-methoxylmethyl-dihydrocoumarinの絶対配置はR体であることが分かった。2添加剤として、種々のカルボニル化合物を用いて、それらが不斉誘起に与える影響について検討したところ、炭酸ジメチルに著しい効果が認められた。炭酸ジメチル存在下においては、0.1等量の(R)-bistriphenylsilylBINOLアルミニウム錯体でも目的とするアリル体が74-80%eeで得られることが判った。3他のキラル配位子、ルイス酸の組み合わせとして、キラルビスオキサゾリン-亜鉛錯体を用いた不斉四級炭素構築について検討した。塩化メチレン溶媒、トルエン溶媒では、生生物の絶対配置が逆転し、不斉誘起の方向が用いた溶媒に依存することがわかった。また、(Ph_3Si)_2BINOL-アルミニウム錯体存在下にヨードジヒドロクマリンのアリル化反応を行なったところ、不斉三級炭素を有するアリル体が55%eeで得られた。四級炭素形成における不斉誘起の機構との関係も含めて、現在、検討している。

アリル化以外のエナンチオ選択的ラジカル反応によって不斉四級炭素を触媒的に構築する手法を開発することを念頭におき、付加反応について検討した。1β-トメチルシンナモイル誘導体へのイソプロピルラジカルの共役付加反応に、アリル化反応で有効性の認められた(R)-bistriphenylsilylBINOLアルミニウム-エーテル錯体をキラルルイス酸として適用したところ、ラジカル付加体は生成せず期待した四級炭素形成には至らなかった。また、キラルビスオキサゾリン-亜鉛錯体をキラルルイス酸として用いても反応は進行しなかった。他の種々キラルルイス酸も検討したが、四級炭素の形成を促進するには至らず、アリル化反応における四級炭素構築と共役付加反応におけるそれとには、大きな反応性の違いがあることが判明した。2アルキルラジカル付加反応による不斉四級炭素形成が困難であるのは、反応点における立体障害が反映しているものと考えた。そこで、この仮定を検証し、四級炭素形成の反応性を三級炭素形成のそれと比較するために、β位に置換基を有さないシンナモイル誘導体へのラジカル共役付加反応について検討した。その結果、四級炭素形成とは対照的に、キラルビスオキサゾリン-亜鉛錯体を用いるとシンナモイル誘導体へのラジカル共役付加反応が容易に進行することが認められた。従って、ラジカル付加反応においては、反応点の立体的要因が反応性に大きく依存することが判明した。また、この反応では、NH基を有するアキラルなオキサゾリジノンの添加が不斉収率を劇的に向上させることが認められ、先例のない新たな知見を得ることができた。3アリル化反応による不斉四級炭素形成およびシンナモイル誘導体への共役付加反応に有効であったキラルビスオキサゾリン-亜鉛錯体をプロトンNMRにて精査したところ、NH基を有するアキラルなオキサゾリジノンの添加により錯体構造が変化することを明らかにした。
混合原子価を持つ強磁性絶縁体ペロブスカイト型Eu酸化物の電気・磁気特性

EuTi1-xAlxO3(0 =< x =< 1)の試料作成および磁化測定を行い、その詳細な磁気相図を完成させた。x = 0の基底状態は反強磁性絶縁体である。Alの置換量xの増加にともない、Eu2+はEu3+に酸化され、強磁性成分が誘起される。x = 0.10では基底状態は強磁性絶縁体に転移し、強磁性相関はx = 0.25近傍で最も強くなる。この強磁性相の発現にはEu2+/Eu3+の混合原子価が重要な役割を果たしていると考えられる。x >= 0.5では、xの増加にともない強磁性転移温度はゼロに向かって減少する。この結果は、強磁性量子臨界点の存在を示唆している。EuTiO3は磁気的性質と誘電的性質が強く結合した物質であるため、基礎・応用の観点から注目されている。申請者は最近の研究で、EuTiO3のTiの10%程度をAl、Gaで置換することで(組成式:EuTi1-xAlxO3, EuTi1-xGaxO3 (以下ETAO、ETGO))、基底状態が反強磁性絶縁体からEu2+、Eu3+の混合原子価状態を持つ強磁性絶縁体に転移することを明らかにした。この強磁性絶縁体相は巨大電気磁気効果の発現に重要な役割を果たす可能性がある。また、Euの混合原子価は電気・磁気特性に興味深い効果を及ぼすことが期待される。しかし、通常の固相反応法ではAl、Gaの置換量がx = 0.1程度までのETAO、ETGO試料しか作成できなかったため、これらの系の詳細な電気・磁気特性については不明である。本研究の課題は、x > 0.1の組成を持つETAO、ETGO試料を作成し、その電気・磁気特性を明らかにすることである。平成26年度の研究成果は以下の通りである。1、管状炉を利用した固相反応法とアーク炉を組み合わせることで、0.1 =< x =< 0.75の組成を持つETAO試料の作成に成功した。2、ETAO試料の磁気的性質を調べることで、その概略的な磁気相図を作成した。xが0.10から増加すると強磁性転移温度TCは上昇し、x = 0.25付近で最も高くなる。キュリーワイス温度や磁化曲線の振る舞いも、x = 0.25付近で強磁性的相関が最も強くなることを示している。x >0.25では、xの増加に伴い強磁性相関は弱くなっていく。これは、Al3+置換により非磁性のEu3+が増加していくためである。以上の研究成果は、平成27年度以降の目標であるEuの混合原子価が生み出す新しい電気・磁気特性の探索やETAOが示す特異な強磁性絶縁相の起源解明の第一ステップであるという点で非常に重要である。また、上智大学と共同で浮遊帯域溶融(FZ)法によるETAOの単結晶試料の育成も試みた。その結果、ETAOの単結晶試料は得られたが、その組成の制御はまだ完全にはできていない。ペロブスカイト型酸化物EuTiO3(以下ETO)は磁気的性質と電気的性質が強く結合した物質で、基礎的観点からだけでなく応用の観点からも近年注目されている。本研究の目的は、“Tiサイトの化学置換(置換に用いる元素はAl、Ga)を利用したETOの電気的・磁気的性質の制御"である。研究計画では、平成27年度以降はEuTi1-xAlxO3(以下ETAO)、EuTi1-xGaxO3(以下ETGO)の単結晶試料を用いた電気・磁気特性の測定を中心に行う予定であった。しかし、高ドープのETGO試料(x > 0.1の組成)は作成できなかったため、平成27年度はETAOの単結晶育成および電気・磁気特性の研究を中心に行った。その結果、以下の成果が得られた。ETAO単結晶(x = 0.25, x = 0.50)の電気・磁気特性の測定の結果、置換量xが増加するに従い、誘電率および磁気誘電効果が抑えられることがわかった。また、自発電気分極の存在を示唆する結果は得られなかった。しかし、これらの結果は質の高くない単結晶試料から得たものである。ETAOの電気・磁気特性を正確に評価するためには、良質な単結晶試料が必要である。良質な単結晶試料育成およびこれを用いた電気・磁気特性の測定は平成28年度以降の課題である。ETAO多結晶試料の磁化測定を行い、より詳細な(平成26年度に作成したものと比較して)磁気相図を完成させた。この磁気相図はETOの電気・磁気物性の制御に関して重要な知見を与えるものと考えられる。また、0.75 < x < 1の組成域に、量子臨界点の存在を示唆する結果が得られた。この量子臨界点近傍を詳しく調べることで、新奇の強相関電子物性の発見などが期待される。0.2 =< x =< 0.5の組成域において、新規の磁気相の存在を示唆する磁化の特異な振る舞いを観測した。この現象については現在、研究を進めている。研究目的の一つであるETAOの磁気相図の作成に関しては順調であり、現段階において磁気相図はほとんど完成している。ETAOの電気・磁気特性の測定に関しては、やや遅れが見られている。

上述のようにETAOの電気・磁気特性のおおよその傾向はわかった。しかし、測定に用いたのは質がそれほど高くない単結晶試料であるため、ETAOの電気・磁気特性の詳細はまだ明らかではない。精密な電気・磁気特性の測定には良質の単結晶試料が必要不可欠である。しかし、ETAOの単結晶の育成(フローティングゾーン(FZ)炉を使用)は非常に困難であり、現在のところ良質の単結晶試料はまだ得られていない。その原因は、単結晶の育成中にAlが蒸発しやすく、組成の制御が非常に難しいからである。また、単結晶の育成中に組成がずれていくため、育成にあまり時間をかけられないことも原因の一つである。平成27年度は以下の方法でETAO単結晶試料の育成を試みた。(1)FZ炉で育成した単結晶試料の組成分析を行う(組成分析には東邦大学の電子プローブマイクロアナライザー装置を使用)。(2)組成分析の結果をもとに、試料の仕込み組成(育成前の組成)を調整する。(3)1-2の手順を目的の組成を持つETAO単結晶が得られるまで繰り返す。この方法である程度までは単結晶試料の組成を制御することができるようになったが、良質といえるレベルの単結晶試料は得ることができなかった。良質な単結晶試料を得るには、仕込み組成の調整だけでなく、単結晶の育成条件(育成雰囲気、育成速度など)についても今後検討する必要があると考えられる。本研究の目的は、Eu2+/Eu3+の混合原子価を持つEuTi1-xAlxO3(以下ETAO)の試料作成およびその電気・磁気測定を行い、混合原子価が電気・磁気特性に与える効果を調べることである。固相反応法とアーク炉溶解法を用いることで、組成範囲0 = < x =< 1のETAOの多結晶試料の作成に成功した。しかし、ETAOの単結晶試料の育成にはだいぶ手間取り、研究期間の終了間近でようやく育成の目途が付いた。そのため、当初予定していたETAOの電気・磁気特性の測定を研究期間内に行うことはできなかった。ETAOの多結晶試料の磁化測定を行い、その詳細な磁気相図を完成させた(現在論文投稿中)。x = 0(EuTiO3)の基底状態は反強磁性絶縁体であるが、Al3+を置換することで、Eu2+はEu3+に酸化され、それと同時に強磁性成分が誘起される。x = 0.10においては基底状態は強磁性絶縁体である。置換量xの増加に伴い強磁性相関はさらに強められ、x = 0.25近傍で最も強くなる。この強磁性相の発現にはEu2+/Eu3+の混合原子価が重要な役割を果たしていると考えられるが、その詳細な発現機構についてはまだ不明である。x = 0.5以上の高ドープ域では、xの増加に伴い強磁性転移温度TCはゼロに向かって減少する。この結果は、高ドープ域に強磁性量子臨界点が存在する可能性を示唆している。強磁性絶縁体相は巨大電気磁気効果の発現の重要な鍵であるので、本研究結果はEuTiO3およびこれに関連した物質の電気・磁気特性の制御に重要な知見を与えると考えられる。最近の研究で、ETAOはEu2+/Eu3+混合原子価の電荷ダイナミクスと関係していると考えられる特異な磁化の振る舞いを示すことを見出した。この特異な磁化の振る舞いに関する研究をさらに進めていくことで、新奇な電気・磁気特性の発見が期待される。EuTi1-xAlxO3(0 =< x =< 1)の試料作成および磁化測定を行い、その詳細な磁気相図を完成させた。x = 0の基底状態は反強磁性絶縁体である。Alの置換量xの増加にともない、Eu2+はEu3+に酸化され、強磁性成分が誘起される。x = 0.10では基底状態は強磁性絶縁体に転移し、強磁性相関はx = 0.25近傍で最も強くなる。
確率分割による個人ゲノム漏洩におけるリスク評価と秘匿の方法の確立

個人ゲノムが漏洩し,保有者が特定されると,個人情報が漏洩します.統計科学において議論されてきた個票開示リスクと相似の問題で,標本一意の秘匿済み個人ゲノムが母集団一意になる確率を抑える方法が必要です.基礎となる統計モデルは確率分割です.本研究では,これらのリスク評価と秘匿の方法の確立を目的としました.統計モデルの検討として,ゲノム上の相関を考慮したモデルの数値計算の手法を提案し,交換可能な確率分割の一般的なクラスであるGibbs分割について,漸近的な性質を調べました.また,個人ゲノムの取得と利用に関わる方々との意見交換を行いながら,漏洩リスクの評価と秘匿の方法を検討しました.個人ゲノムが漏洩し,保有者が特定されると,個人情報が漏洩します.統計科学において議論されてきた個票開示リスクと相似の問題で,標本一意の秘匿済み個人ゲノムが母集団一意になる確率を抑える方法が必要です.基礎となる統計モデルは確率分割です.本研究では,これらのリスク評価と秘匿の方法の確立を目的としました.統計モデルの検討として,ゲノム上の相関を考慮したモデルの数値計算の手法を提案し,交換可能な確率分割の一般的なクラスであるGibbs分割について,漸近的な性質を調べました.また,個人ゲノムの取得と利用に関わる方々との意見交換を行いながら,漏洩リスクの評価と秘匿の方法を検討しました.個人ゲノムが漏洩し,保有者が特定されると,個人情報が漏洩します.リスクの評価法はありませんが,その有用性から,将来的に問題になる喫緊の課題です.個票開示リスクと相似で,個人ゲノムの情報をどのように秘匿処理すれば標本一意の秘匿済み個人ゲノムが母集団一意になる確率を抑えられるかが問題です.代表者は,ゲノムデータに現われる確率分割の研究に携わってきました-本研究は,その成果を応用し,個人ゲノム決定における情報科学の指導的役割を果たしてきた分担者と共に,リスク評価と秘匿の方法を確立することを目的としています.一年目は,個人ゲノムデータの実態を理解するための準備として,標本を適切に表現する確率分割の理論的検討を行いました,その結果として,2件の成果が得られ,1件については論文が掲載され,もう1件については,学会や研究集会で合計4件の発表を行い,直近に論文を投稿する予定です.1件目は,ゲノムの多様性の位置ごとの間の相関構造を考慮した確率分割についての検討ですが,J.Appl.Probab.50:256-271に掲載されました,確率分割をある種の拡散過程の定常分布からの標本抽出として導出できますが,ここでは,相関構造を表現した拡散過程の双対をなす標本が従う格子上の確率過程について考察しました.その意義はいろいろありますが,この論文では,確率分割に相当するモーメントの数値計算を,拡散過程をシミュレートするのではなく,シミュレートの容易な双対な過程のMCMCによる抽出により行うことを提案しました.2件目は,確率分割として最も標準的なPitman分割について,その漸近的な挙動を調べました.Pitman分割は2母数Poisson-Dirichlet分布からの標本抽出ですので,標本サイズのオーダーでの分布として漸近的に2母数Poisson-Dirichlet分布に従うことは明らかです.この論文では,解析的組み合わせ論の技術を用いて,それより小さいオーダーでの漸近的な挙動も含めて調べました.ゲノムを決定するために必要なコストは急速に下がっています.将来的に多くの個人ゲノムが決定,保持されると考えられますが,個人ゲノムは知られることを望まない個人情報を大量にもちますので,個人ゲノムが漏洩し,保有者が特定されると,それらの個人情報が漏洩することになります.このようなリスクは認識されていますが,評価法がないまま自体が推移しています.統計科学において議論されてきた相似の問題に個票開示リスクがあります.個人ゲノムは母集団にほぼ一つですから,個人ゲノムの情報をどのように秘匿処理すれば標本から個人を特定されるリスクを抑えられるかが問題になります.基礎になる統計モデルは確率分割です.本研究は,個人ゲノムの情報を利用するために保持することによる漏洩のリスク評価と秘匿の方法を確立することを目的としています.本年度までに,標本を適切に表現する確率分割の理論的検討と漏洩リスクの評価を進めました.基礎となる理論の検討については,arXivに論文を公開し,国際会議"Asymptotic Statistics and Related Topics"と統計関連連合大会で発表しました.漏洩リスクの評価に関連しては,分子生物学会年会において講演し,同様の内容を書籍「生命のビッグデータ利用の最前線」CMC出版に執筆しました.ライフサイエンスデータベースの構築者と利用者向けの技術勉強会バイオハッカソンに参加し,個人ゲノムデータ利用の目的について日本人の個人ゲノム公開のルール策定を担当するグループと意見交換しました.また,代表者の所属機関で講演会「ゲノム多様性データの利用」を開催しました.ゲノムを決定するために必要なコストは急速に下がっています.将来的に多くの個人ゲノムが決定,保持されると考えられますが,個人ゲノムは知られることを望まない個人情報を大量にもちますので,個人ゲノムが漏洩し,保有者が特定されると,それらの個人情報が漏洩することになります.このようなリスクは認識されていますが,評価法がないまま推移しています.統計科学において議論されてきた相似の問題に個票開示リスクがあります.

個人ゲノムは母集団にほぼ一つですから,個人ゲノムの情報をどのように秘匿処理すれば標本から個人を特定されるリスクを抑えられるかが問題になります.基礎になる統計モデルは確率分割です.本研究は,個人ゲノムの情報を利用するために保持することによる漏洩のリスク評価と秘匿の方法を確立することを目的としています.平成26年度は,確率分割をもちいた統計的推測の理論的検討と漏洩リスクの評価を進めました.基礎となる理論の検討については,arXivに公開している論文を手直しして投稿するとともに,その内容を国際会議"Stochastic Processes and their Applications"で発表し,関連して,いくつかの研究集会などでお話しました.漏洩リスクの評価に関しては,分割が得られた時の母数の推定をソフトウェアに実装し,実際のデータの解析に着手しました.26年度が最終年度であるため、記入しない。統計科学26年度が最終年度であるため、記入しない。理論的検討に関しては,論文を1編出版し,もう1編を近く査読付き雑誌に投稿する予定ですので,おおむね順調と思いますが,まだデータ解析に着手していませんので,総合するとやや遅れていると思います.本研究は1確率分割の理論的検討,2漏洩リスクの評価,3漏洩リスクを制御する方法の確立という三つの課題からなります.3年計画の2年目の現時点で半分ほどが完了した状況ですので,成果は得られていますが,計画全体に対する達成度としてはやや遅れています.理由として,個人ゲノムデータを公開,保持するためには有用性を保持しながらも漏洩したときのリスクを抑える方法を検討する必要がありますが,有用性はデータ利用の目的に応じて違うために,問題の定式化が簡単でない,ということがあげられます.個人ゲノムデータの利用は多岐にわたりますから,様々な領域,立場で個人ゲノムデータに関わる方々と情報交換を行い,問題の定式化を検討しています.26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度は理論的検討を重点的に行ったために,データ解析に関する進捗がありませんでした.平成25年度は個人ゲノムデータの実態の把握し,データ解析を進める予定ですが,その対応策として,分担者を1名追加するとともに,博士研究員2名にご協力を頂くことにしました.個人ゲノムは母集団にほぼ一つですから,個人ゲノムの情報に秘匿処理を施す必要があります.個人ゲノムデータを公開,保持するためには,有用性を保持しながらも漏洩したときのリスクを抑える必要がありますが,データ利用の目的に応じてデータ公開法は違います.そのような認識に立ち,上記の学会,技術勉強会,講演会などにおいて,様々な領域,立場で個人ゲノムデータにかかわる方々と情報交換を行い,問題の定式化を検討してきました.最終年度である本年度は,代表者,分担者,雇用予定の研究員が連携し,次の課題を進めることを計画しています.2漏洩リスクの評価:ユーザが任意に定める公開法についてのリスクを評価する支援ツールの開発.3漏洩リスクを制御する方法の確立:2の漏洩リスクの評価ツールを基盤として,領域を限定,再符号化,撹乱などの秘匿処理を施すための支援ツールの開発.
微生物型ロドプシンタンパク質を用いた植物における膜電位操作系の開発

本研究は、微生物型ロドプシンの光駆動イオン輸送能を利用し、植物の細胞膜電位を光で制御する系を確立することを目的としている。平成30年度は、光依存的な膜電位制御に適した微生物型ロドプシン分子の選抜を目的として、昨年度に構築したシロイヌナズナ培養細胞T87株への一過的遺伝子導入・タンパク質発現系を用いて6種類の微生物型ロドプシンタンパク質を一過的に発現させ、膜電位蛍光指示薬DiBAC4(3)を用いた光依存的膜電位変化を検出した。各微生物型ロドプシンは蛍光タンパク質venusをC末端に融合した融合タンパク質として発現させ、細胞内での発現部位が可視化できるようにした。C末端側に融合させたVenusの蛍光によりタンパク質局在を検出した結果、外向きナトリウムポンプKR2、カチオンチャネルGtCCR4、アニオンチャネルGtACR1で原形質膜への局在が確認された。また、膜電位指示薬DiBAC4(3)を用いて、530nmの光照射に伴う膜電位変化を検出したところ、KR2およびGtCCR4で、光依存的な膜電位の変化が観測された。さらに、電気生理測定を用いた膜電位制御の詳細や、光合成活性等の細胞の生理特性に及ぼす影響を評価する目的で、アグロバクテリウム法を用いて微生物型ロドプシンを恒常的に発現するT87細胞の形質転換体作製を行い、GtCCR4を除く5種の微生物型ロドプシン分子について形質転換体の取得に成功した。現在、パッチクランプ法の適用など、膜電位制御の詳細を測定するための方法について検討を行っている。昨年度に構築したT87細胞の一過的発現系を用いて、少なくとも2種の微生物型ロドプシン分子で光依存的な膜電位発現制御が可能であることを示すことができた。また、アグロバクテリウム法を用いて恒常的に微生物型ロドプシンを発現する形質転換体を取得できたことで、作製した膜電位制御系が実際に細胞の生理活性を制御できるかどうかを詳細に評価することができるようになった。本年度に作製した恒常的発現系について電気生理学的手法を適用し、光依存的な膜電位制御の詳細な特性を調べる。また、初年度に本課題で購入した酸素電極を用いて全細胞での光化学系IIの活性測定・アミノ酸組成の分析などと行い、作製した膜電位制御系で細胞の生理学的特性が変化するかどうかについての議論を深める。一方で、細胞内での発現場所に関しては、細胞内に凝集してしまう分子も見られているため、引き続き膜電位制御に有効な微生物型ロドプシン分子の選抜を行うとともに。細胞内局在を改善するための遺伝子コンストラクトを構築する。計画初年度の平成29年度は、主に植物培養細胞系の構築を行った。微生物型ロドプシン遺伝子を導入する植物培養細胞として、Arabidopsis thaliana由来T87株の培養系を新しく導入し、安定して継代できる培養系を構築した。また、遺伝子の一過的導入を確認するためのコントロールとして、CaMV 35SプロモーターでEGFPの発現誘導を行うベクターを作製し、T87株への一過的遺伝子導入を確認した。しかし、現在のところ形質転換効率が1割程度と低いため、膜電位制御分子のスクリーニングの効率を上げるため、遺伝子導入方法の再検討を行っている。今後膜電位制御に用いる微生物型ロドプシン分子として、外向きプロトンポンプ、外向きナトリウムポンプ、内向きクロライドポンプ、カチオンチャネル、アニオンチャネルを考えてきたが、我々はこれまで報告されてきた分子とは構造上の特性が異なる新規カチオンチャネルGtCCR4を海洋性クリプト藻Guillardia thetaから単離した。この分子のイオン輸送や光反応に関する特性を解析した結果をBiophysics and Physicobiology誌に報告した(第二著者)。GtCCR4は、動物細胞でのイオン輸送測定結果から、イオン輸送能や光による不活性化の点で、これまで最も広く用いられているクラミドモナス由来チャネルロドプシンChR2よりも光遺伝学に有用であることが示されている。さらに、GtCCR4は極大吸収波長が536nmで、植物の内生光受容体の極大吸収波長と重複しない。この事は、本研究での植物細胞の膜電位制御においてもGtCCR4は重要な候補分子であることを示す。植物培養細胞の培養系を立ち上げ、蛍光タンパク質を用いた一過的タンパク質発現についても確認することができた。当初考えていた膜電位制御分子のスクリーニング法は、膜電位指示薬を用いて、蛍光変化を検出する方法であるため、この方法を適用するには、なるべく目的タンパク質の導入効率を上げる必要がある。しかし、現状では導入したタンパク質発現の効率は、1割程度にとどまっており、このままでは膜電位変化の検出は困難であると考えられる。一方で、我々は海洋性藻類から新たな光依存カチオンチャネルを発見した。我々のグループは、この分子が膜電位制御に非常に有用な性質を持っていることを動物細胞の系では既に確認しており、植物細胞に適用するにあたっても非常に有望な分子であると考えられる。

平成30年度は、光依存的な膜電位制御に適した微生物型ロドプシン分子の選抜を目的として、昨年度に構築したシロイヌナズナ培養細胞T87株への一過的遺伝子導入・タンパク質発現系を用いて6種類の微生物型ロドプシンタンパク質を一過的に発現させ、膜電位蛍光指示薬DiBAC4(3)を用いた光依存的膜電位変化を検出した。各微生物型ロドプシンは蛍光タンパク質venusをC末端に融合した融合タンパク質として発現させ、細胞内での発現部位が可視化できるようにした。C末端側に融合させたVenusの蛍光によりタンパク質局在を検出した結果、外向きナトリウムポンプKR2、カチオンチャネルGtCCR4、アニオンチャネルGtACR1で原形質膜への局在が確認された。また、膜電位指示薬DiBAC4(3)を用いて、530nmの光照射に伴う膜電位変化を検出したところ、KR2およびGtCCR4で、光依存的な膜電位の変化が観測された。さらに、電気生理測定を用いた膜電位制御の詳細や、光合成活性等の細胞の生理特性に及ぼす影響を評価する目的で、アグロバクテリウム法を用いて微生物型ロドプシンを恒常的に発現するT87細胞の形質転換体作製を行い、GtCCR4を除く5種の微生物型ロドプシン分子について形質転換体の取得に成功した。現在、パッチクランプ法の適用など、膜電位制御の詳細を測定するための方法について検討を行っている。昨年度に構築したT87細胞の一過的発現系を用いて、少なくとも2種の微生物型ロドプシン分子で光依存的な膜電位発現制御が可能であることを示すことができた。また、アグロバクテリウム法を用いて恒常的に微生物型ロドプシンを発現する形質転換体を取得できたことで、作製した膜電位制御系が実際に細胞の生理活性を制御できるかどうかを詳細に評価することができるようになった。低い遺伝子導入効率に関する問題を解決するため、今後、一過的発現の条件検討、およびアグロバクテリウム法を用いた遺伝子導入について検討する。植物細胞の膜電位制御に用いる微生物型ロドプシンの候補遺伝子は既に入手済みであるので、35Sプロモーターによりタンパク質を発現させ、膜電位を制御できる候補遺伝子のスクリーニングを行う。膜発現については蛍光顕微鏡観察、膜電位変化に関しては膜電位指示薬を用いて行う。有望な分子については、パッチクランプ法を用いて膜電位制御の詳細についても解析を行う。本年度に作製した恒常的発現系について電気生理学的手法を適用し、光依存的な膜電位制御の詳細な特性を調べる。また、初年度に本課題で購入した酸素電極を用いて全細胞での光化学系IIの活性測定・アミノ酸組成の分析などと行い、作製した膜電位制御系で細胞の生理学的特性が変化するかどうかについての議論を深める。一方で、細胞内での発現場所に関しては、細胞内に凝集してしまう分子も見られているため、引き続き膜電位制御に有効な微生物型ロドプシン分子の選抜を行うとともに。細胞内局在を改善するための遺伝子コンストラクトを構築する。旅費の使用額が予定より少なかったため、差額が生じた。本年度の物品費は主に消耗品費に使う予定である。また、カナダで開かれる国際学会への参加を予定しているため、学会参加費として使用する。学会参加のための旅費としての使用を予定していたが、参加した2度の国際学会においていずれも旅費に対する補助が得られたため、差額が生じた。差額については、主に消耗品費と学会参加費に使用する予定である。
動的な電子状態理論による電子・スピン移動反応の研究

多電子系における電子・スピン移動反応を解析するために,時間依存変分原理に基づいた動的な電子理論の構築を行なった。本申請課題研究では永らく静的な量子化学(定常状態変分理論)に蓄積されて来た波動関数(変分試行関数)構成のアイデアとノウハウを、動的な量子化学(時間依存変分理論)に拡張し、多電子移動反応に於いて有効な理論的手法の確立を目的としている。特に、種々の化学・物理的環境下での多電子波動関数の時間発展を計算可能にするため、我々は等式拘束条件下での時間依存変分理論を開発してきた。本課題ではさらにそれを拡張し、一般的な物理量期待値の不等式拘束条件下での時間依存変分理論を構築した。すなわち、不等号が成立する部分関数空間を第I相、等号が成立する部分関数空間を第II相と定義する。全時間領域での作用は、各部分空間での作用の直和で定義される。さらに変分の可動端条件を加味して多電子トラジェクトリをWeierstrass-Erdmann接続条件で接続し、全時間領域に対する停留作用原理を定式化した。これによりエネルギーと運動量の連続性を保持した。また、電子移動反応における多電子トラジェクトリ計算の初期多電子波束としてUHF波動関数がしばしば採用される。本研究では、この電子移動過程において主要な役割を果たすUHF波動関数における不対電子軌道の簡易同定法を開発した。すなわち、経験的にはα-HOMOが不対電子軌道になる場合が多いが、NH2ラヂカル分子ではβ-LUMOが不対電子軌道として同定されることが判っている。本研究では以上の事柄を凍結軌道近似により解析的に研究した。その結果、擬2重縮退系における3電子占有2重項状態においてはβ-LUMOが不対電子軌道として同定され、1電子占有2重項状態においてはα-HOMOが不対電子軌道として同定されることを一般的に示した。また、実際のab initio計算でもこれらのことを例証した。さらに、初期多電子波束の不対電子軌道に関わるKoopmans定理の変分的意義を多電子系にも拡張できることを証明した。多電子系における電子・スピン移動反応を解析するために、時間依存変分原理に基づいた動的な電子理論の構築を行なった。全時間領域での作用は直和で定義される。さらに変分の稼動端条件を加味して多電子トランジェクトリをWeierstrass-Erdmann接続条件で接続し、全時間領域に対する停留作用原理を定式化した。また、電子移動反応における多電子トラジェクトリ計算の初期波束としてUHF波動関数がしばしば採用される。

本研究では、この電子移動過程において主要な役割を果たすUHF波動関数における不対電子軌道の簡易同定法を開発した。すなわち、経験的にはα-HOMOが不対電子軌道になる場合が多いが、NH2ラヂカル分子ではβ-LUMOが不対電子軌道として同定されることが判っている。本研究では以上の事柄を凍結軌道近似により解析的に研究した。その結果、擬2重縮退系における3電子占有2重項状態においてはβ-LUMOが不対電子軌道として同定され、1電子占有2重項状態においてはα-HOMOが不対電子軌道として同定されることを一般的に示した。また、実際のab initio計算でもこれらのことを例証した。多電子系における電子・スピン移動反応を解析するために,時間依存変分原理に基づいた動的な電子理論の構築を行なった。本申請課題研究では永らく静的な量子化学(定常状態変分理論)に蓄積されて来た波動関数(変分試行関数)構成のアイデアとノウハウを、動的な量子化学(時間依存変分理論)に拡張し、多電子移動反応に於いて有効な理論的手法の確立を目的としている。特に、種々の化学・物理的環境下での多電子波動関数の時間発展を計算可能にするため、我々は等式拘束条件下での時間依存変分理論を開発してきた。本課題ではさらにそれを拡張し、一般的な物理量期待値の不等式拘束条件下での時間依存変分理論を構築した。すなわち、不等号が成立する部分関数空間を第I相、等号が成立する部分関数空間を第II相と定義する。全時間領域での作用は、各部分空間での作用の直和で定義される。さらに変分の可動端条件を加味して多電子トラジェクトリをWeierstrass-Erdmann接続条件で接続し、全時間領域に対する停留作用原理を定式化した。これによりエネルギーと運動量の連続性を保持した。また、電子移動反応における多電子トラジェクトリ計算の初期多電子波束としてUHF波動関数がしばしば採用される。さらに、初期多電子波束の不対電子軌道に関わるKoopmans定理の変分的意義を多電子系にも拡張できることを証明した。