hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
活性発見後３７年間分子実体不明のホスファチジルコリン特異的ホスホリパーゼＣの同定

II型糖尿病患者の骨格筋でのジアシルグリセロール(DG)キナーゼδ(DGKδ)の発現低下は本症増悪化の重要な決定因子である.そこで,本研究ではDGKδの関わる脂質代謝を解明するために,DGKδにDGを供給する上流経路の解明を目的とした.2018年度は主に下記の3つの成果が得られた.1. DGKδはDG産生酵素の一種であるスフィンゴミエリン合成酵素(SMS)関連タンパク質(SMSr)と相互作用することを示した.2. DGKδとSMSrの相互作用は,主に両者が有するオリゴマー形成モジュールのsterile αmotif (SAM) domain同士のヘテロオリゴマー形成によるものである.3. DGKδとSMSrの機能的な連関を調べたところ,相互作用を介してDGKδとSMSrが機能的に連関して,SMSrはDGKδによるPA産生を制御していることが強く示唆された.上記の結果から,SMSrはDGKδの上流経路として機能することが示唆された.また,本研究の遂行の過程で,以前我々が報告した液体クロマトグラフィー/質量分析法(LC/MS)を測定基盤とする生理活性脂質DG定量法の感度および分離条件を改良するために,液体クロマトグラフィー/タンデム質量分析法(LC-MS/MS)を測定基盤とする新たな測定条件を構築した.本法は以前報告した定量法と比較して,1. DGの検出を阻害する生体膜主要成分ホスファチジルコリンとDGの分離度(R)が7.2倍優れ(4.82対0.67), 2. DGの検出下限は54倍優れ(11 fmol対600 fmol), 3.特定化学物質に指定されているクロロホルムの使用量の25%の削減に成功した.以上より,本法の開発はDGの検出感度の改善のみならず,グリーンケミストリーの観点からも新規性と進歩性を有する測定法であると考えられる.我々は,DGKδの上流経路の候補としてホスファチジルコリン特異的ホスホリパーゼC (PC-PLC)を報告していたが,本研究では新たにSMSrがDGKδの上流経路として機能することを発見した.また,我々はDGKδのSAM domainはホモオリゴマーを形成し,DGKδの細胞内局在を調整することを報告していたが,他のタンパク質のSAM domainと相互作用するという報告は今までになかった.さらに,今年度は以前開発した生理活性脂質のDG定量法の改良も完了ている.したがって,今年度は上述の新たな成果が得られ,新たなDG定量法の確立によって,本研究の研究基盤は整った.以上より,当初計画と比較してもおおむね順調に進展していると判断した.本研究の当初計画として,DGKδの上流経路の候補である,活性発見後37年間分子実体不明のホスファチジルコリン特異的ホスホリパーゼCの同定を計画していた.しかし,興味深いことに,新たなDGKδの上流の候補としてSMSrを同定した.そこで,当初計画を修正し,次年度は下記の実験を実施することで研究を推進する予定である.1. SMSrがPC-PLC活性を有する可能性も含めて,SMSrの酵素学的性質について検討する.具体的にはヒトSMSrを精製し,in vitroでPC-PLC活性があるのか否かを,開発したDG定量法を用いて検証する.2. SMSrとDGKδの機能的な関連性をより詳細に検討していく.具体的にはSMSrとDGKδの複合体形成が両者の酵素活性に影響するのか否かを,精製したSMSrとDGKδを用いてin vitroでDGKおよびSMSr活性を測定することで検証する.また,細胞レベルにおいての影響の評価として,重水素標識したパルミチン酸を用いてSMSrとDGKδを過剰発現させた細胞中の脂質代謝を調べることを計画している.3. SAM domainの複合体の形成について詳細に調べることを計画している.具体的には精製したSMSrとDGKδのSAM domainをin vitroで複合体を形成させ,Blue Native PAGEやゲルろ過クロマトグラフィーなどで複合体の推定分子量を計算することで,SMSrとDGKδのSAM domainのヘテロオリゴマーの化学量論比を調べる.II型糖尿病患者の骨格筋でのジアシルグリセロール(DG)キナーゼδ(DGKδ)の発現低下は本症増悪化の重要な決定因子である.そこで,本研究ではDGKδの関わる脂質代謝を解明するために,DGKδにDGを供給する上流経路の解明を目的とした.2018年度は主に下記の3つの成果が得られた.1. DGKδはDG産生酵素の一種であるスフィンゴミエリン合成酵素(SMS)関連タンパク質(SMSr)と相互作用することを示した.2. DGKδとSMSrの相互作用は,主に両者が有するオリゴマー形成モジュールのsterile αmotif (SAM) domain同士のヘテロオリゴマー形成によるものである.3. DGKδとSMSrの機能的な連関を調べたところ,相互作用を介してDGKδとSMSrが機能的に連関して,SMSrはDGKδによるPA産生を制御していることが強く示唆された.上記の結果から,SMSrはDGKδの上流経路として機能することが示唆された.また,本研究の遂行の過程で,以前我々が報告した液体クロマトグラフィー/質量分析法(LC/MS)を測定基盤とする生理

活性脂質DG定量法の感度および分離条件を改良するために,液体クロマトグラフィー/タンデム質量分析法(LC-MS/MS)を測定基盤とする新たな測定条件を構築した.本法は以前報告した定量法と比較して,1. DGの検出を阻害する生体膜主要成分ホスファチジルコリンとDGの分離度(R)が7.2倍優れ(4.82対0.67), 2. DGの検出下限は54倍優れ(11 fmol対600 fmol), 3.特定化学物質に指定されているクロロホルムの使用量の25%の削減に成功した.以上より,本法の開発はDGの検出感度の改善のみならず,グリーンケミストリーの観点からも新規性と進歩性を有する測定法であると考えられる.我々は,DGKδの上流経路の候補としてホスファチジルコリン特異的ホスホリパーゼC (PC-PLC)を報告していたが,本研究では新たにSMSrがDGKδの上流経路として機能することを発見した.また,我々はDGKδのSAM domainはホモオリゴマーを形成し,DGKδの細胞内局在を調整することを報告していたが,他のタンパク質のSAM domainと相互作用するという報告は今までになかった.さらに,今年度は以前開発した生理活性脂質のDG定量法の改良も完了ている.したがって,今年度は上述の新たな成果が得られ,新たなDG定量法の確立によって,本研究の研究基盤は整った.以上より,当初計画と比較してもおおむね順調に進展していると判断した.本研究の当初計画として,DGKδの上流経路の候補である,活性発見後37年間分子実体不明のホスファチジルコリン特異的ホスホリパーゼCの同定を計画していた.しかし,興味深いことに,新たなDGKδの上流の候補としてSMSrを同定した.そこで,当初計画を修正し,次年度は下記の実験を実施することで研究を推進する予定である.1. SMSrがPC-PLC活性を有する可能性も含めて,SMSrの酵素学的性質について検討する.具体的にはヒトSMSrを精製し,in vitroでPC-PLC活性があるのか否かを,開発したDG定量法を用いて検証する.2. SMSrとDGKδの機能的な関連性をより詳細に検討していく.具体的にはSMSrとDGKδの複合体形成が両者の酵素活性に影響するのか否かを,精製したSMSrとDGKδを用いてin vitroでDGKおよびSMSr活性を測定することで検証する.また,細胞レベルにおいての影響の評価として,重水素標識したパルミチン酸を用いてSMSrとDGKδを過剰発現させた細胞中の脂質代謝を調べることを計画している.3. SAM domainの複合体の形成について詳細に調べることを計画している.具体的には精製したSMSrとDGKδのSAM domainをin vitroで複合体を形成させ,Blue Native PAGEやゲルろ過クロマトグラフィーなどで複合体の推定分子量を計算することで,SMSrとDGKδのSAM domainのヘテロオリゴマーの化学量論比を調べる.
原子論的ウェットサイエンスで挑む水素終端化シリコン原子層シートの革新的創製

表面と裏面を水素(H)原子で終端化したシリコン(Si)の非常に薄い薄膜(シート)は、次世代の電子デバイスに用いられる可能性がある新しい材料です。本研究では、複数の固液界面プロセスを巧みに操った、他に例を見ない独自の湿式プロセスによりSi結晶層を加工することを目論みます。そして最終的には、横幅が任意の設定値を持つH終端化Si原子層シートを創出することを目指しています。本研究が進めば、高性能トランジスタから高効率太陽電池、新しい発光デバイスに至る、未来の広範なエレクトロニクス分野に貢献すると期待されます。
特定の糖タンパク質視覚化を目指した蛍光プローブの開発と検出法の確立

糖鎖修飾はタンパク質の主要な翻訳後修飾のひとつであり、様々な疾患で糖鎖構造の変化がタンパク質の機能変異を引き起こしている例が報告されている。しかし、糖鎖の機能解析は難しく、糖鎖構造の差異が特定のタンパク質の機能に及ぼす影響や病態との因果関係を明らかにすることは既存の方法では困難であるために、多くの分子機構は依然として不明である。そこで簡便かつ特異性の高い糖タンパク質イメージングツールを開発し、糖鎖が生体に及ぼす影響を生細胞において明らかにすることを目的とし、研究を行った。開発した手法は、目的のタンパク質に融合させた蛍光物質と、糖鎖に結合させた蛍光物質観でFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)を観察することで、特定の糖タンパク質における糖鎖付加状態の差異を明らかにするものである。本年度は、昨年度に引き続き、生細胞での特定の糖鎖をもつ標的タンパク質の細胞内動態解析を行った。HeLa細胞に、GFPを融合させたグルコーストランスポーターGLUT4を発現させ、シアル酸にタグを導入後、インスリンで刺激をしてGLUT4-GFPを細胞膜に集積させた。Alexa555で標識した生細胞用のクリックプローブを反応させた後、インスリンを除くことでエンドサイトーシスをスタートさせ、共焦点レーザー顕微鏡で観察した。細胞膜非透過性の消光剤を用い、生細胞の表面の糖鎖を標識したラベル化剤が細胞内に入らないことを確認、観察されたFRETシグナルがGLUT4-GFPのエンドサイトーシスに因ることを示した。またシアル酸だけでなくフコース修飾された標的タンパク質の可視化にも成功した。(抄録なし)糖鎖関連遺伝子のノックアウトマウスなど遺伝子改変動物では、個体が致死性を示すなど様々な病態が見られる。その原因は、細胞膜上の受容体などの特定の糖タンパク質上の微細な糖鎖構造の違いによることが明らかになってきた。すなわち、従来のように糖鎖構造を細胞全体で見るだけでなく、特定のタンパク質上の特定の糖鎖構造を解析する必要性が高まっている。特定糖タンパク質上の特定の糖鎖修飾を可視化するために、FRET(蛍光共鳴エネルギー移動)法を用いた方法での視覚化を試みた。最初のモデル系として、N結合型糖鎖を一か所のみ提示しているタンパク質(グルコーストランスポーターGLUT4)で検討を行った。シアル酸やフコースなど、特定の糖鎖を蛍光ラベルするための「タグ付糖」はアジド基を有するアジド糖を使用した。標的のタンパク質はGFPを用いてラベル化し、糖鎖の蛍光標識に関しては、GFPとFRETを起こすような蛍光物質を選択した。まずは固定細胞において糖鎖依存的なFRETシグナルの検出を検討した結果、FRETドナーであるGFPが細胞内・FRETアクセプターである蛍光ラベル糖が細胞外と、細胞膜を挟んでいるにも関わらず、FRETシグナルを観察することに成功した。また、糖鎖欠損変異体を用いることにより、得られたシグナルが糖鎖構造特異的であることが示された。さらに、生細胞でも使用可能な、蛍光クリックプローブを合成し、生細胞におけるFRET観察にも着手した。その際、モデルタンパク質として用いたGLUT4が糖鎖構造依存的にインスリン応答経路に運ばれることを発見した。糖鎖の微細な構造がタンパク質の機能や輸送に大きく影響することを示す好例を自ら示すこととなった。近年、特定の糖タンパク質上の糖鎖構造がタンパク質の物理化学的、あるいは生理的性質に影響を与える例の報告が増えてきている。特に病態の変化に伴う糖鎖構造の変化と、それによって引き起こされる動態や安定性の変化は数多く報告されている。しかし、現在そのような糖鎖依存的な動態を可視化する技術が存在しないために、多くの分子機構は依然として明らかになっていない。本年度は、生細胞での特定糖タンパク質上の特定の糖鎖修飾の可視化と、ライブセルイメージングを行った。Alexa555で標識した生細胞用のクリックプローブを反応させた後、インスリンを除くことでエンドサイトーシスをスタートさせた。インキュベーター付の共焦点レーザー顕微鏡を用いてタイムラプス観察したところ、生細胞でも特定の糖鎖構造をもつ標的の糖タンパク質を可視化できることが示せた。さらに、GLUT4の細胞内取り込みのキネティクス解析を行うために、細胞表層を観察できる全反射照明蛍光顕微鏡(total internal reflection fluorescence microscopy : TIRF)を用いた実験も行い、糖鎖構造によって取り込み速度が異なる可能性があることを示唆するデータを得ることができた。

そこで簡便かつ特異性の高い糖タンパク質イメージングツールを開発し、糖鎖が生体に及ぼす影響を生細胞において明らかにすることを目的とし、研究を行った。開発した手法は、目的のタンパク質に融合させた蛍光物質と、糖鎖に結合させた蛍光物質観でFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)を観察することで、特定の糖タンパク質における糖鎖付加状態の差異を明らかにするものである。本年度は、昨年度に引き続き、生細胞での特定の糖鎖をもつ標的タンパク質の細胞内動態解析を行った。HeLa細胞に、GFPを融合させたグルコーストランスポーターGLUT4を発現させ、シアル酸にタグを導入後、インスリンで刺激をしてGLUT4-GFPを細胞膜に集積させた。Alexa555で標識した生細胞用のクリックプローブを反応させた後、インスリンを除くことでエンドサイトーシスをスタートさせ、共焦点レーザー顕微鏡で観察した。細胞膜非透過性の消光剤を用い、生細胞の表面の糖鎖を標識したラベル化剤が細胞内に入らないことを確認、観察されたFRETシグナルがGLUT4-GFPのエンドサイトーシスに因ることを示した。またシアル酸だけでなくフコース修飾された標的タンパク質の可視化にも成功した。標的タンパク質のうち特定糖鎖を持つフォーム(glycoform)を顕微鏡下で観察する技術基盤はすでに確立されつつある。固定細胞での条件検討から一歩進み、すでに生細胞を用いたイメージングにも着手、特定の糖鎖をもつ標的タンパク質の細胞内動態解析達成の手応えをつかんでいる。本研究によって、糖鎖構造の違いによって引き起こされる特定タンパク質の細胞内動態のイメージング解析をする技術基盤の基礎が確立した。さらに、これまで報告のない、脂質二重膜を介したFRETを検出することに成功した。引き続き、生細胞での特定の糖鎖をもつ標的タンパク質の細胞内動態解析を行う。モデルタンパク質GLUT4のインシュリン応答において、各時間におけるGFP(GLUT4分子全体)とFRET(特定の糖鎖構造をもつ分子種)の比を測定し、その取り込み速度に違いがあるかを検証する。実際に糖鎖構造によって違う挙動を示すこと(特定の修飾を受けた分子種はエンドサイトーシスが速い/抑制される、レクチン等外部因子との相互作用の差異など)を明らかにする。通常よく用いられる共焦点レーザー顕微鏡だけでなく、TIRF(全反射照明蛍光顕微鏡)を用いたイメージングにも挑戦し、詳細なキネティクス解析を試みる。その際、生細胞の表面の糖鎖を標識したラベル化剤が細胞内に入らないことを、消光剤を用いて確認する。さらに、FRET検出におけるタンパク質のラベル化技術や、FRET検出に最も適したタンパク質の蛍光標識の部位について、さらなる検討を行う。GLUT4をモデル基質としてタグを細胞外ドメインに導入し、インスリン応答による細胞内局在変化を指標にタンパク質の機能を損なわないタグを選択する。
シカ食害による河畔林植生の衰退が渓流生魚類の餌資源利用様式に及ぼす影響

日本のみならず世界的な問題となっているシカの過採食による植生の衰退が渓流生態系に及ぼす影響について調査研究を行った。シカ食害区と排除区における渓流内食物網構造を把握するために付着藻類、底生動物、魚類の採取・分析を行った。さらに、魚類の餌資源の質・量を渓流への落下物・流下物、魚類の胃内容を採取することで評価した。これらの調査結果より、餌資源供給の観点からシカによる河畔林植生衰退の影響が魚類へと波及する可能性が示唆された。シカ密度の増加による植生被害は、全国各地での問題であるだけでなく諸外国でも同様に多数報告されている。日本国内では今後もシカ食害の影響が続く見込みが大きく、植生への直接的影響だけでなく、陸上の昆虫類、さらには水域生態系への間接的影響も懸念される。このようなシカ食害の間接的影響の解明は、シカに関する野生動物管理について重要な根拠を提示するものであり、推進する必要性が高い.本研究では、シカ食害と河川生魚類との関係に注目して以下のような研究を実施した。シカ食害の影響を受けて河畔域の植生が衰退した調査河川と、シカを排除してから8年が経過し、河畔植生が夏期に繁茂する調査河川において河畔植生調査、落下昆虫相・水生昆虫相調査を行うとともに、魚類の胃内容物を採取した。さらに、炭素・窒素安定同位体比分析などに供する粒状有機物、付着藻類、水生昆虫、魚類サンプルを各調査河川から得た。いずれの調査も積雪期を除く期間内に4回実施し、概ね計画通りに遂行することができた。得られたサンプルは、各種今後の分析手法に応じて、冷凍保存、乾燥保存、エタノール保存、ホルマリン固定などの処置をそれぞれ施した。これらのサンプルは、シカ食害による河畔植生衰退が、河川への落下昆虫量、陸から川への土砂流出量の変化を通して、どのように付着藻類や水生昆虫などの水生生物、さらには食物網上位種の魚類に影響を及ぼすのかを明らかにする重要な手がかりとなる。当該年度に得られたサンプルによって、魚類を含めた河川生態系にシカが及ぼす影響について、より明確な知見が得られることが今後期待できる。なお、当該年度では、本研究に関する成果の一部として総説1件、論文1件を発表した。シカ食害による下層植生の衰退が日本各地で大きな問題となっている。山地渓流域においてはシカによる河畔林植生の衰退が著しく、本来河畔林が河川生態系に果たしている機能が過剰なシカの採食圧によって改変されていることが懸念される。本研究では、京都大学芦生研究林におけるシカによる河畔林の衰退が、渓流魚類の餌資源利用の観点からどのような影響を及ぼしているのかを調査してきた。調査地では、シカを集水域全体から排除したシカ排除区と、シカが侵入可能なシカ食害区それぞれに流れる渓流を対象としてサンプル採取を実施した。まず、河畔林群落構造の改変によって渓流へ供給される種子や昆虫類の量的・質的な変化が生じることを検証するために、河川への落下物についてはパントラップ、流下物についてはドリフトネットを用いて季節ごとに採取した。さらに渓流底生動物の定量採取、魚類胃内容物および筋肉組織の採取、魚類の潜在的な餌資源サンプルの採取も並行して行った。得られたサンプルは、同定および炭素・窒素安定同位体比分析のための処理を施し、順次データ化を進めている。以上のデータを駆使することで、シカ食害区とシカ排除区の渓流に生息する魚類が採餌している餌資源内容を胃内容の直接観察だけでなく、安定同位体比から推定される各種餌資源の貢献度と組み合わせて理解することが可能となる。これにより、シカ食害が間接的に水域生態系に及ぼしている影響を魚類群集から把握し、野生動物管理に必要となる根拠を提示することが今後期待できる。河川生態学実地調査やサンプル処理について当初計画に沿って概ね達成することができたため。サンプルの処理を進めるとともに、データ整理を行い、専門家との意見交換や先行研究のレビューを通じて成果のとりまとめを行う。
計算困難な問題を利用した公開鍵暗号アルゴリズムの設計とその解析

現在利用されている公開鍵暗号方式が近い将来解読されても,解読に耐えうる暗号系を設計し,インターネットの安全性が確保できることを目指した。計算量や通信効率に関して効率の良い新たな公開鍵方式を設計し,現在の公開鍵暗号方式が適用困難な非接触型ICカードなど,制限された環境にも暗号技術を適用することを目標とした。主な成果は次のとおりである。(1)効率の良い計算アルゴリズムの知られていない組み合わせ問題に関して,平均計算量と最悪計算量と違いを調べ,公開鍵暗号の構築および暗号の強度評価を調査した。(2)楕円暗号とその拡張である超楕円暗号の設計と実装評価を行った。(3)安全性の証明が理論的に可能な公開鍵方式の設計において、いつくかのあたらな手法を開発し、既存の方式に対する優位性を論じた。また、数論アルゴリズムに関する国内研究会の発足や暗号国際会議の開催に積極的に貢献し、この分野の研究の活性化に努めた。岡本がプログラム委員長となりアジア暗号学国際会議(ASIACRYPT2000)を12月に京都で開催した。参加者250名とASIACRYPTでは過去最大となった。櫻井はプログラム委員として協力した。世界各国から、著名な暗号研究者が集まり、本研究プロジェクトに関わる研究に関する有益な議論が行なえた。最短ベクトル計算問題を利用した公開鍵暗号の設計と安全性とに関する研究状況をサーベイし、実用的な公開鍵暗号系設計のために必要な理論が何であるかを検討した。特に1.格子問題に対する近似アルゴリズムとNP困難性を尺度とする計算複雑性2.計算困難な問題のランダム生成に関するAjitaiの理論3.格子に基づく公開鍵暗号の設計・性質と改良4. LLLアルゴリズムを用いた格子暗号の解読と解読状況に解する最近の結果を調査した。さらに、格子問題と離散対数問題あるいは整数素因数分解問題との計算論的関係も研究されており、格子問題が、既存の公開鍵安全性とも関係していることが注目される。また、LLLアルゴリズムは、暗号の解読に応用されることがほとんどである。しかし、最近、Buhler-Koblitzは、LLLアルゴリズムを安全な超楕円曲線暗号の設計に利用している。研究では、Buhler-Koblitzの方法を用いて、有効な超楕円曲線暗号のパラメータを導出し、実装を行なった。分散鍵生成に始まり分散復号/署名を行う際に生じる技術的問題点を解決する二つの方式を提案した.一つは従来の技術[FMY98,FGMY97]に基づく方式で,鍵生成と秘密分散共有時に問題点を解決する処理を埋め込む方法である.もう一つはSimmonsが示したRSA暗号の誤用を問題解決の糸口として応用する方式である.同方式の主なアルゴリズムは我々が文献[MS99]で提案しており,本稿ではその処理に改良を加えた方式を示し,更に強固性を兼ね備えた方式を提案した.前者では,復号/署名処理時の計算コストが小さいため,最終的に平文/署名文を算出する側が計算処理能力の小さい装置しか持たない環境に適している.一方,後者では鍵生成時の計算コストを復号/署名処理時に移し変え,各シェア保持者の負荷を削減することができる.本稿での提案方式の比較は,分散暗号プロトコルの実行時のコストを考慮した独自の評価基準に基づいている.・格子上の最短ベクトル問題と,これを利用した暗号系とに関する最新の研究状況をサーベイした。特に強力な暗号解析技術として、LLLアルゴリズムが改良されていることを再認識し、実用的な公開鍵暗号系設計のために必要な理論を検討した。・研究分担者である岡本がプログラム長となり、アジア暗号国際会議(ASIACRYPT2000)を12月に京都国際会議上で開催した。参加者は150名ほどであり、暗号理論に関する研究者が世界から集まり、最先端の研究発表、特に本研究プロジェクトに関わる重要な発表が行なわれた。櫻井も、プログラム委員として、論文選定に協力した。
還元型酵素からの電子受容体としてのブルー銅タンパク質および金属錯体の検討

メチロトローフの一種であるMethylobacterium Jから、メチルアミン脱水素酵素(MADH)と、2種類のアズリン(Az-MJ1,Az-MJ2)を単離精製た。そして、これらのアズリンと、Alcaligenes sp.のアズリン(Az-As)、Achromobacter cycloclastesのシュウドアズリン(pAz-Ac)、Methylobacterium extorquens AM1のアミシアニン(Am-Me)を、上記のMADHからの電子受容体として用いた。基質により還元されたMADHからの電子受容反応速度は、pH7においてアズリン類のサイクリックボルタンメトリー法から求めた。すなわち、基質であるメチルアミンの存在下、MADHの溶液に上記のブルー銅タンパク質を加えると青色は消失するが、サイクリックボルタンメトリーにより触媒電流値を求め、それよりMADHからブルー銅タンパク質への電子移動速度定数を得た。速度定数は、Az-As>Am-Me>Az-MJ1>Az-MJ2の順に小さくなることが明らかとなった。また、pAz-Acは活性を示さなかった。これらのブルー銅とMADHとの相互作用については、ブルー銅タンパク質では、銅に配位しかつタンパクの外側に一部露出したヒスチジンを取り囲む疎水性アミノ酸群が重要な役割を演じているものと推定された。これらの実験は、電子受容体のサイクリックボルタンメトリーからその分子間電子移動速度定数を求めることが可能であることを示したが、逆に電子供与体のサイクリックボルタンメトリーからも分子間の電子移動速度定数を求めることができることを明らかにした。後者の例として、還元型シュウドアズリンからの亜硝酸還元酵素への電子移動速度定数の測定がある。本研究では、両者のケースにおいて速度論的パラメータを電気化学的に求められることを実証した。本研究では,メチロトローフバクテリアから得られるメチルアミン脱水素酵素とブルー銅タンパク質の単離,精製と,それらの間の電子移動反応を検討することを目的としているが,初年度は,それらのタンパク質の単離,精製に成功した。次年度は,それらの電子移動を検討する計画である。これらの研究の比較として,脱窒菌Achromobacter cycloclastes IAM1013から得られるシュウドアズリン(ブルー銅タンパク質の一種)と銅型亜硝酸還元酵素(シュウドアズリンから電子を受け取り,亜硝酸イオンを一酸化窒素に還元)間の電子移動を調らべた。これは,シュウドアズリンのサイクリックボルタモグラムにおいて,亜硝酸還元酵素と基質の存在により現われる触媒電流の大きさから酵素の活性を見積もるもので,還元型シュウドアズリンから亜硝酸還元酵素への電子移動速度を求めることができた(研究発表Chem,Letl.)。この2つのタンパク質間電子移動反応を電気化学的に観測する手法は,他の酵素系に十分応用できることが明らかになった。また,本年度はやはり脱窒菌の一種であるハイホミクロビウムからの亜硝酸還元酵素も単離,精製することができた。この酵素は上記のAchromotacterからのものと同様,タイプI銅とII銅の2種類の銅を含んでいるが,タイプI銅の分光学的性質は,今まで報告されているものと大きく異なる新らしいものであった(研究発表Inorg.Chim.Acta印刷中)。メチロトローフの一種であるMethylobacterium Jから、2種類のアズリン(Az-MJ1,Az-MJ2)を単離精製し、同時にメチルアミン脱水素酵素(MADH)を得た。そして、これらのアズリンと、Alcaligenes sp.のアズリン(Az-As)、Achromobacter cycloclastesのシュウドアズリン(pAz-Ac)、Methylobacterium extorquens AM1のアミシアニン(Am-Me)を、Methylobacterium JのMADHからの電子受容体として用いた。

基質により還元されたMADHからの電子受容反応速度は、pH7において3極を用いたアズリン類のサイクリックボルタンメトリー法から求めた。すなわち、基質であるメチルアミンの存在下、MADHの溶液に上記のブルー銅タンパク質を加えると青色は消失するが、サイクリックボルタンメトリーにより触媒電流値を求め、それよりMADHからブルー銅タンパク質への電子移動速度定数を得た。速度定数は、Az-As>Am-Me>Az-MJ1>Az-MJ2の順に小さくなることが明らかとなった。また、pAz-Acは活性を示さなかった。MADHの酸化還元電位は、約+100mV(NHE)と報告されているので、いずれのブルー銅タンパク質(+248-321mV)も受容体となり得るが、必ずしも電位差が大きいものが反応的に有利とは限らないことがわかった。これらのブルー銅とMADHとの相互作用については、既にX線構造解析が行なわれているParacoccusからのMADHとアミシアニンの複合体から考えて、銅に配位し、かつタンパクの外側に一部露出したヒスチジンを取り囲む疎水性アミノ酸群が重要な役割を演じているものと推定される。
ムツロゴウ・トビハゼ類の適応放散酸と系統進化に関する研究

本年度はインドネシアの1地域(スマトラ島東岸のブンカリス)マレーシアの2地域(ペナン島とクアラルンプル近郊)の計3個所で調査した。これらの3地域で計6属10種の生息を確認した。何れの地域でも、生息場の環境を観測するとともに干潟上での行動を観察し、行動の一部をVTRに収録しするとともに、標本の採集を行った。以下に2ヶ年に亘って行った調査で得られた成果を述べる。等電点電気泳動像の比較及びアイソザイム分析の結果、属レベルの比較では、タビラクチはかなり異なる、ムツゴロウ属の3種とトビハゼ属・オオトビハゼ属(仮称)はそれぞれ互いに近いと推察された。同属内の異種間のレベルで見ると、ムツゴロウ属の3種は何れも遺伝的に近かった。トビハゼ属については日本産のものを含め3種を解析したが、そのうちの1種が他の2種とは遺伝的に異なっていることが分かった。後述の核型分析でも、染色体数がかなり異なるものがあったことを考えあわせると、トビハゼ属は1系統ではなくて複数の系統があるのか、あるいは適応放散の程度が大きいグループであろうと考えられる。トカゲハゼについては、沖縄産、スマトラ東岸産、マレーシア・ペナン島産の3者について分析したが、沖縄産のものの遺伝距離が一般に地方群レベルの差違とされている違いよりも大きかった。沖縄産の本種には、東南アジアとの地理的距離から予測される差違よりも大きな差違が生じていると推察される。Pseudapocryptes属についてはスマトラ東岸産とペナン島産との2群を比較した。アイソザイム分析によると、両者にはかなりの遺伝的距離がある。形態的にも多少異なるし、干潟上の行動も微妙に違うので、地理的に近く、かつよく似た環境に生息しているが、それぞれ別種であると考えるべきであろう。しかし、ペナン島産のものはその形態からP.lanceolatusと同定できるが、スマトラ東岸産のものは同属の他の1種、P.borneensisの形態に合致しない。後者は今までにマレー半島東岸からのみ知られおり、スマトラ島東岸にはペナン島と同じ前者が生息するとされている。本属はジャワ島東岸からインド半島東岸にかけての狭い地域に2種が分布するが、この狭い地域のよく似た干潟環境で如何に分化したのか興味深い。核型分析は3属6種について行った。ムツゴロウ属の3種の染色体数は何れも2n=46であったが、核型は3種それぞれ異なった。トビハゼ属(Periophthalmus)の2種、日本産のトビハゼと、東南アジア産のP.chrysospilosを比べると、前者は2n=46、後者は同56であった。今回核型を分析した6種の中では空気呼吸に最も適応していない(すなわち、ムツゴロウ・トビハゼ類が一つの先祖型から進化したと考えたときの先祖型にもっとも近い)と考えられるタビラクチの染色体数が2n=42であったことと、日本のトビハゼはトビハゼ属の分布の周縁域に生息していることを考えあわせると、P.chrysospilosは同属の中では新しい種であろうと推測される。表皮の構造については6属10種を調べたが、干潟上で長時間体を露出させて活動する種類では、表皮に毛細血管が密に発達しているが、主に水中にいる種類ではそれは発達していない。また、表皮の乳頭状突起や粘液腺の発達にも属間または種間の違いが認められ、干潟上での生活への適応の度合いと皮膚の構造に明瞭な平行現象が認められた。空気呼吸生理については、体が大きく実験の実施しやすかったPeriophthalmod onschlosseriについて主に解析した。呼吸生理についての実験室での分析に平行して、生息孔の海水とガスについて野外調査を試みた。その結果、生息孔中の海水はほとんど無酸素状態であることと、生息孔の中には空気とほぼ同じ組成のガスが蓄積されていることとが分かった。本種以外の種では生息孔の出口で口腔に空気をためて生息孔内に運んでいるらしい行動が観察されていることを考えると、本種の生息孔に蓄えられている、組成が空気に近いガスは同種によって生息孔外から運び込まれたものと推察されるし、このような習性はムツゴロウ・トビハゼ類に共通するものであろうとみられる。

後述の核型分析でも、染色体数がかなり異なるものがあったことを考えあわせると、トビハゼ属は1系統ではなくて複数の系統があるのか、あるいは適応放散の程度が大きいグループであろうと考えられる。トカゲハゼについては、沖縄産、スマトラ東岸産、マレーシア・ペナン島産の3者について分析したが、沖縄産のものの遺伝距離が一般に地方群レベルの差違とされている違いよりも大きかった。沖縄産の本種には、東南アジアとの地理的距離から予測される差違よりも大きな差違が生じていると推察される。Pseudapocryptes属についてはスマトラ東岸産とペナン島産との2群を比較した。アイソザイム分析によると、両者にはかなりの遺伝的距離がある。形態的にも多少異なるし、干潟上の行動も微妙に違うので、地理的に近く、かつよく似た環境に生息しているが、それぞれ別種であると考えるべきであろう。しかし、ペナン島産のものはその形態からP.lanceolatusと同定できるが、スマトラ東岸産のものは同属の他の1種、P.borneensisの形態に合致しない。後者は今までにマレー半島東岸からのみ知られおり、スマトラ島東岸にはペナン島と同じ前者が生息するとされている。本属はジャワ島東岸からインド半島東岸にかけての狭い地域に2種が分布するが、この狭い地域のよく似た干潟環境で如何に分化したのか興味深い。核型分析は3属6種について行った。ムツゴロウ属の3種の染色体数は何れも2n=46であったが、核型は3種それぞれ異なった。トビハゼ属(Periophthalmus)の2種、日本産のトビハゼと、東南アジア産のP.chrysospilosを比べると、前者は2n=46、後者は同56であった。今回核型を分析した6種の中では空気呼吸に最も適応していない(すなわち、ムツゴロウ・トビハゼ類が一つの先祖型から進化したと考えたときの先祖型にもっとも近い)と考えられるタビラクチの染色体数が2n=42であったことと、日本のトビハゼはトビハゼ属の分布の周縁域に生息していることを考えあわせると、P.chrysospilosは同属の中では新しい種であろうと推測される。表皮の構造については6属10種を調べたが、干潟上で長時間体を露出させて活動する種類では、表皮に毛細血管が密に発達しているが、主に水中にいる種類ではそれは発達していない。また、表皮の乳頭状突起や粘液腺の発達にも属間または種間の違いが認められ、干潟上での生活への適応の度合いと皮膚の構造に明瞭な平行現象が認められた。空気呼吸生理については、体が大きく実験の実施しやすかったPeriophthalmod onschlosseriについて主に解析した。呼吸生理についての実験室での分析に平行して、生息孔の海水とガスについて野外調査を試みた。その結果、生息孔中の海水はほとんど無酸素状態であることと、生息孔の中には空気とほぼ同じ組成のガスが蓄積されていることとが分かった。本種以外の種では生息孔の出口で口腔に空気をためて生息孔内に運んでいるらしい行動が観察されていることを考えると、本種の生息孔に蓄えられている、組成が空気に近いガスは同種によって生息孔外から運び込まれたものと推察されるし、このような習性はムツゴロウ・トビハゼ類に共通するものであろうとみられる。本年度はインドネシアの2地域(スマトラ島東岸のブンカリスとジャワ島北岸のセマラン)マレーシアの1地域(ペナン島)の計3個所で調査した。これらの3地域で計5属8種の生息を確認した。何れの地域でも、生息場の環境を観測するとともに干潟上での行動を観察し、行動の一部をVTRに収録しするとともに、標本の採集を行った。表皮の構造・核型・生化学的分析(等電点電気泳動像とアイソザイム)については現在までに一応の解析を終わった。
抗腫瘍性抗生物質ケダルシジンクロモフォアの全合成と生物活性発現機構の解明

エンジイン系抗腫瘍性抗生物質は、その新規かつ強力な活性から、抗ガン剤としての可能性が注目されており、さらなる研究が望まれている。ケダルシジンクロモフォアと構造的類似の多いC-1027クロモフォアは、高度に歪んだ9員環エンジイン骨格を始めとする種々の官能基を有する複雑な天然物であり、未だ全合成は達成されていない。C-1027クロモフォアの全合成を達成すれば、ケダルシジンクロモフォアの合成に応用できる。また両天然物の構造活性相関研究を行うことで、詳細な活性発現機構の解明が期待できる。C-1027クロモフォアの全合成に向け、我々は1,2-ジオール誘導体のヨウ化サマリウムによる還元的オレフィン化法を開発した。私はまず、本手法を用いた9員環エンジインの構築により、ビシクロトリエンジイン構造の効率的な合成法を確立した。次に、マクロライドを有する基質へ本トリエンジイン構築法を適用した。既知のマクロライドから6工程で10,11位オレフィン化と保護基の変換を行い、C4-p-トリフルオロメチルベンゾイルオキシ-C5-メシレートを合成した。この1,2-ジオール誘導体を重THF中ヨウ化サマリウムで処理すると、還元反応は速やかに進行し、マクロライドを有するトリエンジイン構造の合成に初めて成功した。ベンゾオキサジン部、アミノ糖部を除くC-1027クロモフォアのコア骨格を構築できた。この化合物は半減期が16-24分と、非常に不安定であった。次にアグリコン合成に向け、ベンゾオキサジン部を導入してアグリコン前駆体とした。ヨウ化サマリウムで処理したところ、アグリコン保護体を低収率かつ原料との混合物ながら得ることに成功した。クロモプロテイン系抗生物質であるケダルシジンは、強力な抗腫瘍性と、特異な活性発現機構から注目を集めている。活性本体のクロモフォアは、9員環エンジイン、アンサマクロライド、2種の2-デオキシ糖など複雑な構造を有する、チャレンジングな全合成標的である。また、その不安定さから、構造活性相関研究のための誘導体化には、化学合成が唯一の手段である。ケダルシジンクロモフォアの全合成に向けて、当研究室は既に、アトロプ異性を制御したマクロライド合成と9員環ジインの構築、L-マイカロースのα選択的グリコシル化を達成している。私は、残る課題である、L-ケダロサミンのα選択的グリコシル化を検討した。以前、当研究室で、チオ糖やフッ化糖を用いたL-ケダロサミンのグリコシル化が検討されたが、満足のいく結果は得られていなかった。そこで私は、反応性の高いイミデート法を利用した。イミデートは不安定であったが、固相担持のDBUを塩基として用いることによって精製を省略でき、ヘミアセタールから簡便にイミデートを調製する手法を確立した。本法は不安定な糖のイミデート化に有用である。調整したイミデートを用いて、種々のモデル化合物のグリコシル化を検討したところ、温和な条件下、高いα選択性を示した。続いて、マクロライドを有する、多官能基化されたアクセプターのグリコシル化を検討した。低温では反応が進行しなかったが、40°Cで、イミデートを25等量、活性化剤としてBF_3・OEt_2を用いると、38%の収率で望みのα-グリコシドを得ることに成功した。L-ケダロサミンのグリコシル化法を開発したことで、各フラグメントの連結法は全て確立した。現在、全合成に向け、アグリコンの構築を検討中である。ケダルシジンクロモフォアと構造的類似の多いC-1027クロモフォアは、高度に歪んだ9員環エポキシエンジイン骨格を始めとする種々の官能基を有する複雑な天然物であり、未だ全合成は達成されていない。C-1027クロモフォアの全合成を達成できれば、ケダルシジンクロモフォアの合成に応用でき、詳細な活性発現機構の解明が期待できる。C-1027クロモフォアの全合成に向け、当研究室ではエポキシドのオレフィン化によるトリエンジインコア部の構築に成功している。マクロライドを有する9員環ジインを合成し、ジオールからのエポキシド構築を種々検討した。しかし、マクロライドがあることで9員環が歪み、エポキシドを構築できないことが分かった。そこで新たに、ジオールをメシル化し、還元して一挙にオレフィン化する手法を開発した。モデル化合物の9員環ジインジメシレートを臭化サマリウムで処理すると、速やかに還元的オレフィン化が進行し、エンジインを観測することに成功した。エンジインは半減期が12分と、非常に不安定であった。本法の全合成への適用を目指し、マクロライドを有する9員環ジインジメシレートを合成した。臭化サマリウムで処理すると、芳香環化体を得ることができ、本手法の有効性が確認できた。しかし、ジメシル体はシクロペンタジエン部構築の反応条件で分解した。シクロペンタジエン部構築後のジメシル化は、基質が分解するのみだった。メシル基を有する基質は不安定であることが分かったので、メシルよりも安定で、被還元能の高い脱離基を検討した。

その結果、ベンゾイルが適当であることが分かった。エンジイン系抗腫瘍性抗生物質は、その新規かつ強力な活性から、抗ガン剤としての可能性が注目されており、さらなる研究が望まれている。ケダルシジンクロモフォアと構造的類似の多いC-1027クロモフォアは、高度に歪んだ9員環エンジイン骨格を始めとする種々の官能基を有する複雑な天然物であり、未だ全合成は達成されていない。C-1027クロモフォアの全合成を達成すれば、ケダルシジンクロモフォアの合成に応用できる。また両天然物の構造活性相関研究を行うことで、詳細な活性発現機構の解明が期待できる。C-1027クロモフォアの全合成に向け、我々は1,2-ジオール誘導体のヨウ化サマリウムによる還元的オレフィン化法を開発した。私はまず、本手法を用いた9員環エンジインの構築により、ビシクロトリエンジイン構造の効率的な合成法を確立した。次に、マクロライドを有する基質へ本トリエンジイン構築法を適用した。既知のマクロライドから6工程で10,11位オレフィン化と保護基の変換を行い、C4-p-トリフルオロメチルベンゾイルオキシ-C5-メシレートを合成した。この1,2-ジオール誘導体を重THF中ヨウ化サマリウムで処理すると、還元反応は速やかに進行し、マクロライドを有するトリエンジイン構造の合成に初めて成功した。ベンゾオキサジン部、アミノ糖部を除くC-1027クロモフォアのコア骨格を構築できた。この化合物は半減期が16-24分と、非常に不安定であった。次にアグリコン合成に向け、ベンゾオキサジン部を導入してアグリコン前駆体とした。ヨウ化サマリウムで処理したところ、アグリコン保護体を低収率かつ原料との混合物ながら得ることに成功した。
系統発生学的に分岐点にあるワニを用いた歯周組織の分化・再生に関わる因子の同定

多生歯性であるCaiman crocodilusは槽生性で、機能歯は歯槽に丁植しており、それぞれの機能歯は通常23代の後続歯胚を伴っている。それらの後続歯胚は歯堤と結合橋で連結した状態で機能歯の舌側に位置している。歯胚は発育するにつれて唇側に移動し、やがて結合橋も切れて順次機能歯と交換する状態を認めた。歯の交換が常時行われているワニでは、歯堤がいわゆる堤状(帯状)をなす状態も、また口腔上皮から個々に歯堤が歯胚に向かって雨垂れ式に陥入する状態も認められない。ワニの歯堤は上、下顎とも近遠心的に走行する一本の索状をなすもので、最後方機能歯の遠心部に至ってはじめて口腔上皮と連続していることが再確認された。したがって、これらの索状歯堤は槽間中隔を貫き、個々の歯槽内深部に位置する歯胚を芋蔓式に繋いでいる極めて他に類をみない特殊な形態をした歯堤であることが分かった。また、両側の歯堤は正中部において連続する状態も確認出来た。その様な所見をもとに今回はさらに多生歯性における歯堤と口腔上皮との連続性の意義を形態学的に解明する研究の一端として、口腔上皮と歯堤が連続する最後方機能歯の遠心部において両者の連続性を絶つ本格的実験を試みた。その結果、術後約2週の標本で上皮と歯堤の連続性が絶たれたことを再確認出来たが、今回の観察期間内における歯胚の発育状態に関しては、対照側のものと差が認められなかったため、現在さらに長期にわたる観察を続行中である。したがって、離断後における歯胚並びに周囲組織の変化に関する形態学的、免疫組織化学的ならびにin Situハイブリダイゼーションによる検索は今後に残された課題である。ワニを用いて歯周組織の分化と再生に関わる因子の同定に肺する研究を遂行するにあたって、まず15年度(初年度)はin vivoにおいて歯胚の再生モデルの作製を試みた。ワニ(メガネカイマン)上顎ならびに下顎歯列の中間部に5歯分に相当する欠損部を作製し、そこに位置する機能歯、後続歯胚および歯堤を完全に除去し、その後の経過を観察した。術後一ヶ月で手術創は瘢痕状に治癒していた。軟エックス線撮影後、この部の顎骨ならびに周囲軟組織を一塊として摘出し、10%ホルマリン・アルコールにて固定した後、通法にしたがって脱灰(ギ酸)連続パラフィン切片を作製し、ヘマトキシリン・エオジン染色を施して光学顕微鏡を用いて観察を行った。その結果、軟エックス線では除去部においては歯胚に相当すると思われる不透過像は認められなかったが、連続切片による観察では、除去部に再生した口腔粘膜上皮直下の結合組織内に歯胚様の構造物を認めることができた。この構造物は口腔粘膜上皮から基底膜を伴って陥入している短い歯堤様の上皮性細胞索に連続し、通常の歯胚にみられるような歯乳頭、象牙芽細胞、象牙質、エナメル器の一部などに類似した組織を有していた。以上のことから、この歯胚様の構造物の出現は、欠損部に生じた口腔上皮に連続する歯堤の発生と初期胚の再生を意味するものであると考えられ、ワニを用いて歯周組織の分化・再生を明らかにすることを目的とした実験モデルの構築を可能性するための基礎データを得ることがてきた。ワニを用いた歯周組織の分化と再生に関わる因子の同定に関する研究を遂行するにあたり、平成16年度は、ワニ歯胚の分化を観察するための実験系を確立する研究を試みた。ワニ(メガネカイマン)の口腔内より採取した歯胚の遺伝子発現のパターンを観察するため、既にクローニングされたワニアメロジェニン遺伝子をプローブとしてin situハイブリダイゼーションを行った。麻酔下において周囲の歯周組織と一塊として摘出した機能歯ならびに歯胚を、5%パラホルムアルデヒドにて固定後、通法にしたがいRNase freeの条件下で脱灰(10%EDTA)パラフィン連続切片を作成し、in situハイブリダイゼーションを行った。ワニの鐘状期歯胚において内エナメル上皮は、エナメル質形成の程度に伴い、増殖期、組織分化期、エナメル質基質形成期、エナメル質成熟期に分けられるが、組織分化期以前のステージにおいて硬組織形成やアメロジェニンの遺伝子発現はほとんど認められない。組織分化期よりエナメル質基質形成期の境界では、象牙質の基質形成が認められるが、同遺伝子の発現をほとんど認めない。しかし、基質形成期の中ほどでは非常に強く同遺伝子の発現がみられる。また、エナメル質成熟期の大部分の内エナメル上皮には基質形成期ほどの同遺伝子の発現は認められない。以上より、ワニアメロジェニンの遺伝子発現は、ワニエナメル芽細胞の透過電子顕微鏡的微細構造の観察から得られた形態学的なエナメル芽細胞の分化程度と相関を示していることが確認された。

ワニの歯堤は上、下顎とも近遠心的に走行する一本の索状をなすもので、最後方機能歯の遠心部に至ってはじめて口腔上皮と連続していることが再確認された。したがって、これらの索状歯堤は槽間中隔を貫き、個々の歯槽内深部に位置する歯胚を芋蔓式に繋いでいる極めて他に類をみない特殊な形態をした歯堤であることが分かった。また、両側の歯堤は正中部において連続する状態も確認出来た。その様な所見をもとに今回はさらに多生歯性における歯堤と口腔上皮との連続性の意義を形態学的に解明する研究の一端として、口腔上皮と歯堤が連続する最後方機能歯の遠心部において両者の連続性を絶つ本格的実験を試みた。その結果、術後約2週の標本で上皮と歯堤の連続性が絶たれたことを再確認出来たが、今回の観察期間内における歯胚の発育状態に関しては、対照側のものと差が認められなかったため、現在さらに長期にわたる観察を続行中である。したがって、離断後における歯胚並びに周囲組織の変化に関する形態学的、免疫組織化学的ならびにin Situハイブリダイゼーションによる検索は今後に残された課題である。
血管内での気泡群の力学の構築

血管内での超音波照射時の気泡群の振動特性を解明するために,単一気泡またはN個の気泡群の振動と,バネー質量系でモデル化した弾性管壁の運動とを連成した三次元境界要素法による解析手法を提案し,系の特性方程式を導出した.様々な気泡配置の下での系の固有振動数と振動モードを調査し,管壁質量,管長,気泡配置が気泡群の共振振動数に及ぼす影響を明らかにした.また,定在音場および加圧した圧力場において同一の音響性リポソーム(ALs)の挙動を高速度ビデオカメラで観測した.その結果,ALs表面に37次の表面振動モードが観測され,表面振動がパラメータ励振の機構で起こっていること等が示された.血管内での単一球形気泡の力学モデルを完成させるとともに,二個の球形気泡の力学モデルへと拡張した.気泡の力学モデルと管壁とを連成した三次元境界要素法を用いた固有値解析手法を構築し,弾性管内での気泡の線形振動特性を解析した.まず,支配方程式を線形化することにより,単一ならびに二個の気泡と弾性管を連成した特性方程式を導出し,気泡の共振周波数について調査した.その結果,単一気泡の共振周波数は,管壁の質量が十分に重い時には,管長が長くなるにつれて単調に減少するが,管壁の質量が軽い時には,管長が長くなってもあまり変化しないことが示された.また,管壁の質量が重い時には,気泡初期位置が管壁に近づくにつれて共振周波数は低下するが,逆に管壁の質量が軽い時には,気泡初期位置が管壁に近づくにつれて共振周波数は上昇すること,そのため,共振振動数がほとんど初期位置に依存しない管壁質量が存在することが明らかとなった.さらに,二個の気泡に関して,二個の気泡が同位相で振動するモードと逆位相で振動するモードが得られた.二個の気泡が同位相で振動する際,管壁も気泡と同位相で振動すること,また,二個の気泡が逆位相で振動する場合には,管壁の振動は左半分と右半分とで位相が反転し,管壁はそれぞれの側にある気泡と同位相で振動することが示された.また,気泡変形と並進移動を考慮した三次元境界要素法を用いて,弾性管内での二個の気泡の自由振動を解析した結果,上述の気泡モデルを用いた線形理論により得られた固有振動数は,本直接数値計算結果と良く一致することが確認された.さらに,定在音場および加圧した圧力場において同一の音響性リポソーム(ALs)を観測した結果,ALs表面に36次の表面振動がパラメータ励振の機構で起こっていること,脂質膜の効果により,表面張力が低下している可能性が示された.血管内での単一球形気泡の力学モデルを完成させるとともに,二個の球形気泡の力学モデルへの拡張に成功した.そして,気泡の力学モデルと管壁とを連成した三次元境界要素法を用いた固有値解析手法を確立し,弾性管内での気泡の線形振動特性を解析した.本理論解析結果と数値計算結果とを比較したところ,両者は良好に一致したことから,本解析の妥当性が示された.さらに,実際に血管内に注入する音響性リポソーム(脂質膜で覆われたマイクロバブル)の振動特性を実験的に調査し,特徴的な表面振動の発生が確認された.以上の成果により,研究は概ね順調に進展していると考えられる.血管内での超音波照射時の気泡群の振動特性を解明するために,N個の気泡の体積振動と,バネー質量系でモデル化した弾性管壁の運動とを連成した三次元境界要素法による解析手法を提案し,系の特性方程式を導出した.その特別な場合として,様々な配置の下での二個の気泡の共振周波数と振動モードを調査した.その結果,二個の気泡が同位相で振動するモードと逆位相で振動するモードが得られた.前者では,管壁も気泡と同位相で振動すること,後者では,管壁振動は左半分と右半分とで位相が反転し,管壁はそれぞれの側にある気泡と同位相で振動することが示された.また,管壁の単位面積当たりの質量が各振動モードに及ぼす影響を調査した結果,二個の気泡が同位相で振動する際の共振周波数は,管壁の質量が増加するにつれて単調に減少するが,二個の気泡が逆位相で振動する際の共振周波数は,管壁の質量に依らずほぼ一定値を取ることが明らかとなった.また,共振周波数が気泡と管壁との距離にほとんど依存しない管壁質量の条件があることが示された.110kHzの定在音場および加圧した圧力場において同一の音響性リポソーム(ALs)の挙動を高速度ビデオカメラで観測し,以下の知見を得た.(1)実験容器内を加圧した際,ALsの表面にBucklingが観測され,ALs表面の脂質膜の存在が保証された.(2) 110kHzの定在音場において,ALs表面に37次の表面振動モードが観測され,表面振動がパラメータ励振の機構で起こっていることがわかった.(3)各振動モードが観測されたALsの表面張力を見積もった結果,脂質膜の効果を気泡表面の表面張力の低下として物理的に解釈できる可能性が示された.