hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クォーク模型による現実的バリオン間相互作用とその少数多体系への応用

京都・新潟グループによって開発されたクォーク模型バリオン間相互作用を用いてストレンジネスを含む軽い原子核の少数多体計算やG-行列理論に基づく有効相互作用の導出を行い、核子やハイペロンと原子核との間の相互作用を微視的に解明した。これらを、新しい実験データと比較検討することにより、より正確なハイペロン・核子相互作用やハイペロン・ハイペロン相互作用の理解が得られた。これらは、次の世代のクォーク模型バリオン間相互作用を作成する上で貴重な情報となる。本研究は、現実的クォーク模型バリオン間相互作用であるfss2やFSSを用いて軽いΛハイパー核のFaddeev計算やBrueckner理論に基づく詳細なG-行列計算を行い、ハイパー核やハイペロン・核子相互作用の新しい実験データとの比較検討を通じて、より正確なハイペロン・核子相互作用やハイペロン・ハイペロン相互作用の理解を得ることを目的とする。今年度の成果として、まず任意の8重項バリオンB_8=N,Λ,Σ,三についてFSSとfss2を用いた対称核物質における完全なG-行列計算が可能になった。更に、今回新しく開発したfoldingの手法を用いてB_8α,B_8(3N)間のBorn kernelが計算され、Lippmann-Schwinger formalismとWigner transformの方法を併用して、fss2やFSSの予見するこれらの相互作用が詳しく調べられた。この方法では、G-行列の取扱いで重要なstarting-energy依存性と2バリオン間の重心運動量を正しく扱うことが可能である。これによりAハイパー核では、LS力を含めて従来のFaddeev計算によるFSSとfss2のΛN相互作用の特徴を再現すると同時に、Σα相互作用の強い斥力やΞα相互作用の弱い引力的特徴を明かにした。同様な手法を用いて、クォーク模型G-行列相互作用を用いたnα.RGMを行い、S-波とP-波の位相差は非常に良く再現されることが示された。このことは、G-行列で処理した現実的クォーク模型バリオン間相互作用は適当な中心力とスピン・軌道力を与えていることを示している。今年度は、エネルギー依存性を除去した二体共鳴群模型によるクラスター間相互作用の定式化を用いて三体クラスターFaddeev fomalismとG-matrix fomalismの改良を行い、これまでの全ての結果を再検討した。この方法では、共鳴群模型の規格化積分核を道いて相互作用積分核を再度規格化し直し、エネルギー依存性を除いた二体クラスター非局所微視的相互作用を作成する。これにより、これまで問題であった9Beのoverbinding problemや3α基底状態がcompactになり過ぎるという問題点を克服出来る。三体クラスター系での結果は、一般にこれまでより少し小さい引力を与える。クォーク模型バリオン間相互作用を用いたtritonやhypertritonの再計算でも結合エネルギーが多少減少する。また、G-行列計算では核子やΛ-ハイペロンの一粒子ポテンシャルはこれまでの結果と殆ど変らないが、ΣやΞの一粒子ポテンシャルはかなり斥力的になる。しかし、B8=Λ、Σ、ΞとしてB8α系やB8(3N)系では、ポテンシャルの短距離部分が一般により斥力的になるだけで、中間領域や遠距離領域では殆んど変らない。これは規格化積分核による再規格化の効果が相互作用の短距離部分に主に寄与ためであると考えられる。本研究の目的は現実的クォーク模型バリオン間相互作用であるfss2,FSSを用いて軽いΛハイパー核等のFaddeev計算やBrueckner理論に基づく詳細なG-行列計算を行い、ハイパー核やハイペロン・核子相互作用の新しい実験データとの比較検討を通じて、より正確なハイペロン・核子相互作用やハイペロン・ハイペロン相互作用の理解を得ることである。今年度は、これまでのクォーク模型バリオン間相互作用のG-行列を用いたバリオン八重項,Λ,Σ,Ξハイペロンとα粒子や三核子系との間のポテンシャルの計算を、ハイペロン^<12>C(O^+)とハイペロン^<16>O系にまで拡張し、芯核がp-殻核になった場合の変化を考察した。現在、特に注目を集めているΞポテンシャルに関しては、核表面付近に2-3MeVの引力を有し、内側では振動する振舞いを持つことを明らかにした。

このことはBrueckner Hartree-Fock波動函数と局所密度近似を用いた更に重い系(^<28>Si,^<40>Ca,^<56>Fe,^<90>Zr等)でも、また独立の計算方法によって得られ、更にJ-PARCでの実験の開始に先立ってΣ^-ハイペロンやΞ^-ハイペロンの作るクーロン原子準位のエネルギーシフトと崩壊幅が計算された。また、現実的クォーク模型バリオン間相互作用の確率的変分法への応用をめざして、fss2の近似であるガウス型非局所ポテンシャルを作成した。これを用いて、クォーク模型NN相互作用とその重陽子波動函数を用いたnd散乱の共鳴群模型による解析を行い、実験データの再現のためには重陽子のdistortionやbreakupの効果を完全に含むFaddeev formalismによる散乱問題の取り扱いが必須であることが明らかになった。
ＡＢＣＡ１によるＨＤＬ産生機構の解明－１分子イメージングによる解析

ABCA1によるHDL産生機構をさらに詳しく解析するなかで、我々は他の複数のABCタンパク質についてもTIRF顕微鏡観察を行った。その中のひとつ、弾性線維性仮性黄色腫の原因遺伝子産物であるABCC6は、細胞膜、細胞内ベシクルに加えて、細胞膜が細胞内部に鋭く陥入した管状膜構造体上に局在することを見出した。ABCタンパク質のこのような陥入膜構造上への局在性についての報告はない。現在、ABCC6が管状膜構造体に局在することの生理的意義の解明を目指して研究を展開している。平成30年度には、ABCC6の局在する管状膜構造体は、内在性BARドメインタンパク質PACSIN-2や低分子量Gタンパク質Rab8と一部共局在したことから、tubular recycling endosomeと呼ばれる膜構造と一部オーバーラップするものであることを明らかにした。また、この管状膜構造体はアクチン線維に沿って走っており、低張液処理により細胞膜張力を上昇させると破壊された。ABCA1はこの陥入構造体上に局在せず、同じABCタンパク質ファミリーのメンバーであっても、細胞膜陥入構造体に局在するものとしないものがあることが示唆された。今後、陥入管状膜構造体が形成される条件、されない条件を探り、両者で細胞外への基質排出量に差が出るかどうかを検討してゆく予定である。ABCA1によるHDL産生機構にはいまだ不明な点が多いが、平成30年度は、ABCA1のみならず、他のABCタンパク質ABCC6へと研究を発展させた。ABCC6は弾性線維性仮性黄色腫の原因タンパク質として臨床的にも重要である。ABCC6が細胞膜陥入管状構造上に局在するという新たな発見は、ABCA1と複数のABCタンパク質を比較するなかで得られた予期しない結果であったが、我々は、このような細胞膜陥入構造は細胞膜の表面積を増やしてABCC6による基質の輸送効率を上げているのではないかという仮説をたてて解析を進めている。TIRF顕微鏡を用いた1分子イメージングによって、ABCC6分子の細胞膜上での挙動を観察したところ、細胞膜平面上での1分子イメージングは、すでに実績のあるABCA1と同様に実施することができた。一方、陥入膜構造上での1分子レベルでの解析は困難であったが、線状のシグナルが伸張してゆくような様子を観察した。以上、ABCC6についての予期しない新たな展開も含め、研究はおおむね順調に進展していると評価した。ABCC6の局在する細胞膜陥入管状構造が形成される条件、されない条件を探り、両者で細胞外への基質ATPの排出量に差があるかどうかを検討する。また、生細胞において、管状構造が伸張あるいは退縮してゆく過程を、BARドメインタンパク質やアクチンなどとの挙動とともに、共焦点蛍光顕微鏡やTIRF顕微鏡を用いて詳しく解析する。さらに、コレラトキシンやフィリピンなど各種脂質プローブを用いて、陥入膜構造の脂質分布についても解析を進める予定である。以上の計画推進により、ABCC6が細胞膜陥入管状構造体へ局在することの生理的意義を明らかにすることを目指す。ABCA1は、善玉コレステロールとして知られるHDL産生に必須の膜タンパク質である。我々はすでに、約70 %のABCA1分子がダイマーを形成して細胞膜上で静止すること、脂質受容体であるapoA-Iへ脂質を受け渡してHDLを産生するとABCA1ダイマーがモノマーに解離して拡散することを報告している。しかし、このダイマー化の生理的意義は不明であり、ABCA1によるHDL産生機構には未解明な点が多い。平成29年度には、ABCA1以外のABCAサブファミリータンパク質に注目して解析を行った。すべてのABCAサブファミリータンパク質は特徴的なC末端領域をもち、この領域内のいくつかのモチーフはABCA1の機能に重要であることが報告されているが、詳細は不明である。そこで、ABCA1のC末端領域を、他のABCAサブファミリータンパク質11種類のC末端領域とそれぞれ入れ替えたキメラタンパク質を作成した。これらキメラタンパク質のapoA-I依存的なコレステロール排出活性を調べたところ、ABCA2, ABCA3, ABCA4, ABCA12, ABCA13とのキメラタンパク質が活性を保持していた。また、全反射照明蛍光(TIRF)顕微鏡を用いた1分子イメージングによって、キメラタンパク質の細胞膜上での動態を解析したところ、ABCA4やABCA13とのキメラタンパク質は野生型ABCA1と同様に静止傾向を示した。以上の結果より、いくつかのABCAサブファミリータンパク質のC末端領域はABCA1のそれを代替できることが分かった。さらに、他の複数のABCタンパク質をTIRF顕微鏡により観察した中で、細胞膜が細胞内部に鋭く陥入した管状膜構造体上に局在するABCタンパク質が存在することを新たに見出した。今後は、ABCタンパク質がこの管状膜構造体へ局在する生理的意義を明らかにする予定である。ABCA1によるHDL産生機構にはいまだ不明な点が多いが、平成29年度は、ABCA1のC末端領域に注目して解析を進めた。ABCA1の機能に重要であると示唆されているC末端領域を、他のABCAサブファミリータンパク質11種類のC末端領域とそれぞれ入れ替えたキメラタンパク質を作成し、そのコレステロール排出能、1分子イメージングによる細胞膜上での拡散性を評価し、ABCAサブファミリータンパク質のC末端領域についての新たな知見を得た。また、他の複数のABCタンパク質についても1分子イメージングを行った途上で、当初予期していなかった新たな現象が観察された。

すなわち、従来は細胞膜や細胞内ベシクル膜上に観察されることの多いABCタンパク質が、細胞膜が細胞内部に鋭く陥入した管状膜構造体上に局在することを見出した。この管状膜構造体は、アクチン線維に沿って走っていた。現在までに、このようなABCタンパク質の細胞内局在性の報告はない。同一細胞内であっても、ABCタンパク質の種類によって、管状膜構造体に局在するものとしないものとに分かれたことから、輸送基質や機能の違いによって細胞膜の陥入部位への局在を制御する機構が存在することが示唆された。この特徴的な膜構造へのABCタンパク質の局在性と機能との関係に興味を持ち、解析を始めている。以上の新たな展開も含め、研究はおおむね順調に進展していると評価した。ABCA1によるHDL産生機構をさらに詳しく解析するなかで、我々は他の複数のABCタンパク質についてもTIRF顕微鏡観察を行った。その中のひとつ、弾性線維性仮性黄色腫の原因遺伝子産物であるABCC6は、細胞膜、細胞内ベシクルに加えて、細胞膜が細胞内部に鋭く陥入した管状膜構造体上に局在することを見出した。ABCタンパク質のこのような陥入膜構造上への局在性についての報告はない。現在、ABCC6が管状膜構造体に局在することの生理的意義の解明を目指して研究を展開している。平成30年度には、ABCC6の局在する管状膜構造体は、内在性BARドメインタンパク質PACSIN-2や低分子量Gタンパク質Rab8と一部共局在したことから、tubular recycling endosomeと呼ばれる膜構造と一部オーバーラップするものであることを明らかにした。また、この管状膜構造体はアクチン線維に沿って走っており、低張液処理により細胞膜張力を上昇させると破壊された。ABCA1はこの陥入構造体上に局在せず、同じABCタンパク質ファミリーのメンバーであっても、細胞膜陥入構造体に局在するものとしないものがあることが示唆された。今後、陥入管状膜構造体が形成される条件、されない条件を探り、両者で細胞外への基質排出量に差が出るかどうかを検討してゆく予定である。ABCA1によるHDL産生機構にはいまだ不明な点が多いが、平成30年度は、ABCA1のみならず、他のABCタンパク質ABCC6へと研究を発展させた。ABCC6は弾性線維性仮性黄色腫の原因タンパク質として臨床的にも重要である。ABCC6が細胞膜陥入管状構造上に局在するという新たな発見は、ABCA1と複数のABCタンパク質を比較するなかで得られた予期しない結果であったが、我々は、このような細胞膜陥入構造は細胞膜の表面積を増やしてABCC6による基質の輸送効率を上げているのではないかという仮説をたてて解析を進めている。TIRF顕微鏡を用いた1分子イメージングによって、ABCC6分子の細胞膜上での挙動を観察したところ、細胞膜平面上での1分子イメージングは、すでに実績のあるABCA1と同様に実施することができた。一方、陥入膜構造上での1分子レベルでの解析は困難であったが、線状のシグナルが伸張してゆくような様子を観察した。以上、ABCC6についての予期しない新たな展開も含め、研究はおおむね順調に進展していると評価した。
液晶場における分子不斉認識・層間フラストレイションによる相構造形成

屈曲型液晶、ジキラル化合物液晶の系で多くの成果を得た。(1)屈曲型液晶の強誘電相出現に対する偶奇効果:キラル末端鎖を持つ屈曲型が強誘電性を示すことから、末端鎖長を変化させ、相系列を研究した。その結果、鎖長変化に伴う強誘電、反強誘電性の偶奇効果を確認した。また、強誘電性を発現する分子であっても、さらに長い鎖長を持ち、反強誘電性を発現するアキラル屈曲型分子と混合すると、反強誘電性が誘起された。このことから隣接層間の末端鎖相互作用の重要性が示唆された。(2)屈曲型液晶添加によるブルー相の発現:ブルー相は高いキラリティを有する系で、等方相とコレステリック相の間に現われる欠陥によって安定化した、3次元液晶相である。本研究ではブルー相を示さないコレステリック液晶にアキラルな屈曲型分子を添加することにより、広い温度範囲にわたってブルー相を誘起することに成功した。キラリティ、および、弾性定数の観点から誘起ブルー相の起源を議論した。(3)ジキラル化合物におけるリエントラント相:ある種のジキラル化合物はスメクチックブルー相、キラルキュービック相、異方性を持つ3次元相など多くの3次元相を持ち興味深い。本研究ではさらに、この液晶が2つあるいは3つのスメクチックC^*相を示すことを見出した。これらは大きなチルト角を持ち、誘電応答、円二色性などに多くの特徴を有する。これらの実験結果をもとに、相の構造を議論した。次の3つの液晶系について成果が得られた。(1)バナナ型液晶:強誘電性を示すキラルバナナ型液晶を発見し、その分子配列構造を偏光顕微鏡観察、誘電率測定、SHG測定などから明らかにした。また、この強誘電性キラルバナナ型液晶と反強誘電性アキラルバナナ型液晶の混合系の相図を作製し、分子配列構造に及ぼす末端鎖の効果を考察した。また、もともとキラルで、らせん構造を持つ液晶である、コレステリック液晶、キラルスメクチック液晶をホストにし、アキラルバナナ型分子の添加を行い、興味ある現象を発見した。すなわち、アキラル分子の添加にも係わらず、ホスト液晶のらせんピッチは短くなった。このことはアキラル分子がキラルな場において一方のねじれたコンフォメーションをとり、これがホストのらせんのねじれ力を増加させると考えられる。(2)ジキラル化合物:ジキラル化合物のS,Rキラル部が共存するときに出現する光学的に等方的な液晶相の構造解析をX線マイクロビームを用いた回折実験から明らかにした。また、この液晶の等方液体相とスメクチックC^*相の間に層構造周期を持つ新規なブルー相を発見した。(3)V字反転液晶:界面でのスイッチングを調べるために全反射エリプソメトリー測定を行った。この結果、層が界面付近でねじれ、分子のねじれ(ツイスト構造)を解消し、一様に近い配向をとっていることが明らかになった。これが、電場無印加時の黒レベル、高コントラストに寄与していると考察した。また、層圧縮弾性率を測定し、V字反転を示す相では層が柔らかいことを確認した。本研究で構築したコノスコープ像精密解析システムを用い、いくつかの強誘電、反強誘電性液晶の副次相のコノスコープ観察を行った。コノスコープ像から見かけのチルト角、2軸性を定量決定し、電場印加によるらせん変形の挙動を解析した。この結果、次のような成果が得られた。(1)MHPOBCのSmC^*相において、らせんが完全に解けるまでの過程を初めて観測することに成功した。これによると、らせんが完全にとけるよりかなり小さな電場で2軸性が最大になる。(2)その他の2種類の強誘電性液晶で、らせんのとけはじめにはいったん負の2軸性を示すことを見いだした。強誘電性液晶分子の自発分極と電場との相互作用を考慮し、らせんの変形を計算し、その状態でのコノスコープ像をシミュレートした。現在の所、このような強誘電的な相互作用のみでは得られた実験結果を再現できていない。一方、選択反射測定によって電場印加によるらせん構造変化をモニターした。ステップワイズな電場印加により、らせんはそのピッチを長くする。しかし、ある一定電場以上ではもとのらせんと同じピッチが観測される。これは誘電異方性応答によるピッチを変えないらせんの絞り上げの効果であると結論した。特殊な形状故に形成される新しい液晶相であるバナナ型液晶と分子不斉認識によると思われる新しい相を形成するジキラル化合物に大きな進展があった。(1)バナナ型液晶(1):コレステリック液晶にアキラルバナナ型分子を添加することによってコレステリック液晶のピッチが短くなる現象を見いだした。通常、キラルな系にアキラル分子を導入するとツイスティングパワーは減少する(ピッチは長くなる)が、得られた結果は全く逆の傾向を示す。この現象を、アキラルバナナ型分子がキラルな環境におかれることにより、一つの構造不斉が選択され、それが、系のキラリティを増加させるものと解釈した。(2)バナナ型液晶(2):強誘電相を示すバナナ型液晶のSHG測定を行い、非線形感受率を決定した。

これにより、バナナ型液晶がこれまで液晶で知られているもっとも大きな非線形感受率を示すこと、対角成分に比較して非対角成分が大きいことが分かった。また、分子が非常に高い配向性を持っていることと仮定して求めた超分子分極率成分はハイパーレーリー散乱によって求めた超分子分極率と良い一致を示した。(3)バナナ型液晶(3):バナナ型液晶のB4相においてポッケルス効果の測定を行った。解析により、この試料におけるポッケルス効果は通常の電場誘起複屈折変化ではなく、エレクトロジャイレーション効果、すなわち、電場誘起旋光度変化であることを明らかにした。また、ポッケルス定数はニオブ酸リチウムに匹敵するものであった。(4)ジキラル化合物:X線回折、円偏光二色性、熱測定などから、2つの3次元秩序を持つ相の存在を確認した。高温側の3次元相はスメクチックブルー相で2例目であること、また、低温側の3次元相ははじめてのキラルキュービック相であることが分かった。屈曲型液晶、ジキラル化合物液晶の系で多くの成果を得た。(1)屈曲型液晶の強誘電相出現に対する偶奇効果:キラル末端鎖を持つ屈曲型が強誘電性を示すことから、末端鎖長を変化させ、相系列を研究した。その結果、鎖長変化に伴う強誘電、反強誘電性の偶奇効果を確認した。また、強誘電性を発現する分子であっても、さらに長い鎖長を持ち、反強誘電性を発現するアキラル屈曲型分子と混合すると、反強誘電性が誘起された。このことから隣接層間の末端鎖相互作用の重要性が示唆された。(2)屈曲型液晶添加によるブルー相の発現:ブルー相は高いキラリティを有する系で、等方相とコレステリック相の間に現われる欠陥によって安定化した、3次元液晶相である。本研究ではブルー相を示さないコレステリック液晶にアキラルな屈曲型分子を添加することにより、広い温度範囲にわたってブルー相を誘起することに成功した。キラリティ、および、弾性定数の観点から誘起ブルー相の起源を議論した。(3)ジキラル化合物におけるリエントラント相:ある種のジキラル化合物はスメクチックブルー相、キラルキュービック相、異方性を持つ3次元相など多くの3次元相を持ち興味深い。本研究ではさらに、この液晶が2つあるいは3つのスメクチックC^*相を示すことを見出した。これらは大きなチルト角を持ち、誘電応答、円二色性などに多くの特徴を有する。これらの実験結果をもとに、相の構造を議論した。
人工現実感技術を応用した臨場感通信システムの開発

本研究では、既に開発済みのあらかじめ撮影された全周囲の映像を仮想空間中に再構築するシステムに、さらに臨場感を持たせることを目的とした。昨年度までのシステムでは、ある一点からの頭部の回転による見回し動作については完全にサポートされているのみであった。これに対し、さらに並進運動に伴う動眼視差に対応することが、より高い臨場感の生成に対して重要であることが指摘された。そこで、本年度では、空間位置センサをもったカメラによって撮影された様々な視点からの位置情報付きの画像データを利用することにより、観測者の動きに対応した任意の視点からの画像を合成することを試みた。3次元空間内のすべての観測者の視点移動に伴なった画像データすべてを用意するには、膨大な量の画像を計画的に撮影する必要があり現実的ではないため、撮影された位置情報付き画像データを一旦データベースに蓄積し、観測者の視点移動に応じて、蓄積された画像を編集した。複数の実画像のデータを合成には、画像処理の分野で活発に利用されているブレンディング、モ-フィング等を利用することにより、少ない蓄積画像から実画像を利用してウォークスルーが可能な仮想空間を生成することが可能となった。これにより、観測者の並進運動に伴った仮想空間の構築をすることができるようになり、臨場感を向上させることに成功した。本研究では、既に開発済みの仮想空間をバッファとして用いた臨場感通信システムに、より高度の臨場感を表現することを試みた。これまでのシステムは、頭部搭載型ディスプレイを用いた臨場感通信システムであり、その特徴は、遠方の全周囲の映像を仮想空間中に再構成したことにある。これにより、通信系の時間遅れに関わらず、広視野の映像を時間遅れなく見回すことを可能としている。しかし、提示される映像は平面的なものであり、観察者の可能な動作は、中心から周囲を見回すという動作のみであった。そこで、臨場感を向上させることを目的とし、奥行き感を表現することを試みた。人間が奥行き感を得るための手がかりとしては、両眼視差および運動視差がある。本研究では遠景に対してはるかに有効である運動視差に着目した。観察者の動きにともなった映像をすべて用意するのは、非常に多くの画像を必要とし現実的ではないため、本研究では、2次元の映像と、カメラから周囲の物体までの距離情報とを融合することを考えた。2次元映像から距離情報を得る研究はコンピュータ・ビジョンの分野において活発である。本研究でもこの分野の研究成果である、スリットカメラを回転させることにより全周囲の距離情報を得る、という方法を用いている。この距離情報に基づいた3次元モデルを仮想空間中に構成し、この3次元モデルに2次元の映像をマッピングすることにより、疑似的な3次元世界を生成した。これにより、観察者の並進運動にともなった視差、つまり運動視差を表現し、臨場感を向上させることに成功した。
餅の煮溶け性と澱粉特性との相関解明

雑煮、鍋料理等において餅を煮る際、餅が溶けて小さくなり、汁を濁らせる「煮溶け」という現象が起こるが、その要因は不明である。そこで本研究では、1.餅の煮溶け性を数値化して評価する手法の開発、2.餅の煮溶け性におけるモチ米品種とその主成分である澱粉の理化学的性質との相関解明、3.餅成形後の保存期間及び保存温度が煮溶け性に及ぼす影響と澱粉の理化学的性質との関連解明を目的とした。(1)餅の煮溶け性の数値化の検討餅の煮溶けの問題としては、1餅が小さくなる、2汁が濁る、3汁の粘度が増す、の3点が挙げられる。餅が小さくなる点については、餅の煮溶け前後の重量変化を調べることで再現性良く評価できた。汁が濁る点については、汁の濁度を分光光度計にて測定する評価法を確立した。汁の粘度については、オストワルド型毛細管粘度計での粘度測定で評価できた。また、餅を加熱することにより汁に溶出する糖の定量方法としては、フェノール・硫酸法が適当であることを示した。(2)餅の煮溶け性と澱粉の理化学的性質との相関解明(独)農研機構の各地域農業研究センター及び作物研究所で栽培されたモチ米と、市販品のヒヨクモチとの計30試料米から澱粉を抽出し、その特性を明らかにした。また、(1)で示した3つの手法により餅の煮溶け性を評価し、澱粉の理化学的性質との関係性を検討したところ、餅の煮溶け性と澱粉の理化学的特性との間に明確な相関関係はないことが明らかとなった。(3)餅成形後の保存期間及び保存温度が煮溶け性に及ぼす影響餅成形後、冷蔵庫もしくは冷凍庫で3日ないし7日間保存した餅の煮溶け性を評価したところ、餅重量の測定により、冷蔵よりも冷凍した餅の方が煮溶けにくいことが明らかとなった。保存期間が煮溶け性に及ぼす影響については、有意差は見られなかった。汁の濁度及び粘度については、保存期間及び保存温度の影響は認められなかった。雑煮、鍋料理等の調理において餅を煮る際、餅が溶けて小さくなり、汁を濁らせる現象「煮溶け」があるが、その詳細は不明である。そこで本研究では、餅の煮溶け性について、1.数値化して評価する手法の開発、2.モチ米品種とその主成分である澱粉の理化学的特性との相関解明、3.餅成形後の保存期間及び保存温度が及ぼす影響と澱粉の理化学的特性との関連解明を目的とする。1.餅の煮溶け性の数値化餅の煮溶けでは、(1)餅が小さくなる、(2)汁が濁る、(3)汁の粘度が増す、の3点が問題である。餅が小さくなる現象は餅の煮溶け前後の重量変化、汁が濁る現象は分光光度計による汁の濁度測定、汁の粘度増加は、オストワルド型毛細管粘度計による粘度測定で、それぞれ数値化し、評価可能とした。また、餅から汁に溶出する糖類の評価手法としては、フェノール・硫酸法による全糖量定量が妥当であることを示した。2.モチ米澱粉の特性(独)農研機構の各地域農業研究センター及び作物研究所で栽培されたモチ米29試料米と、国内作付量が最も高いヒヨクモチ(市販品)との計30試料米から澱粉を抽出し、その特性を明らかにした。ヨウ素吸収曲線及び中圧ゲル濾過分析の結果、いずれの試料米もアミロースを含まないことを確認した。アミロペクチンの短鎖画分/長鎖画分比率は1.9 3.1に分布したが、殆どの試料米は平均値の2.5付近の値を示した。陰イオン交換クロマトグラフィー、平均鎖長、β-アミラーゼ分解限度、DSCの各測定の結果、アミロペクチン側鎖長分布には、多少の差異がある試料もあったが、多くの試料において大差は認められなかった。また、RVAによる熱糊化時の粘性挙動測定の結果、老化の指標と考えられるセットバック値に大差は無かったが、粘度上昇開始温度については、アミロペクチン側鎖長が長い程、高くなる傾向が見られた。

(2)餅の煮溶け性と澱粉の理化学的性質との相関解明(独)農研機構の各地域農業研究センター及び作物研究所で栽培されたモチ米と、市販品のヒヨクモチとの計30試料米から澱粉を抽出し、その特性を明らかにした。また、(1)で示した3つの手法により餅の煮溶け性を評価し、澱粉の理化学的性質との関係性を検討したところ、餅の煮溶け性と澱粉の理化学的特性との間に明確な相関関係はないことが明らかとなった。(3)餅成形後の保存期間及び保存温度が煮溶け性に及ぼす影響餅成形後、冷蔵庫もしくは冷凍庫で3日ないし7日間保存した餅の煮溶け性を評価したところ、餅重量の測定により、冷蔵よりも冷凍した餅の方が煮溶けにくいことが明らかとなった。保存期間が煮溶け性に及ぼす影響については、有意差は見られなかった。汁の濁度及び粘度については、保存期間及び保存温度の影響は認められなかった。平成25年度は、1.餅の煮溶け性を数値化して評価する手法の開発及び2.餅の煮溶け性におけるモチ米品種とその主成分である澱粉の理化学的特性との相関解明に着手した。餅の煮溶け性を数値化して評価する手法の開発については、ほぼ完了した。食味低下を招く煮溶けの問題点(1)餅が小さくなる、(2)汁が濁る、(3)汁の粘度が増す、の3点について数値化手法を検討したところ、餅が小さくなる現象は餅の煮溶け前後の重量変化、汁が濁る現象は分光光度計による汁の濁度測定、汁の粘度増加は、オストワルド型毛細管粘度計による粘度測定で、それぞれ数値化し、評価可能とした。また、餅から汁に溶出する糖類の評価手法としては、フェノール・硫酸法による全糖量定量が妥当であることを示した。以上より、上記4手法を活用して餅の煮溶け性を数値化して評価することが可能となった。餅の煮溶け性におけるモチ米品種とその主成分である澱粉の理化学的特性との相関解明については、計画通り、一部完了した。煮溶け性の要因解明の糸口として期待されるモチ米澱粉の理化学的特性解明については、平成24年産モチ米30品種全てから澱粉を精製し、7項目(1ヨウ素吸収曲線、2中圧ゲル濾過法による澱粉の単位鎖長分布測定、3HPAEC-PAD法によるアミロペクチン短鎖領域における側鎖長分布、4平均鎖長、5β-アミラーゼ分解限度、6示差走査型熱量計(DSC)による澱粉の糊化温度及び糊化熱量、7RVAによる熱糊化時の粘性挙動)の理化学的特性を明らかにした。また、平成24年産モチ米30品種の餅の煮溶け性の評価は、上記確立した4手法を用いて引き続き進行中である。以上の理由から、現在までの達成度を、おおむね順調に進展していると評価した。米澱粉の特性は、品種のみならずイネの登熟温度によっても影響を受けるため、平成24年産米のみならず25年産米についても継続して澱粉の理化学的特性解明及び餅の煮溶け性評価を行う必要がある。そこで、平成26年度は、平成25年度と同様に餅の煮溶け性におけるモチ米品種とモチ米澱粉の理化学的特性との相関解明を行う。すなわち、平成25年に(独)農研機構の各地域農業研究センター及び作物研究所で栽培されたモチ米及び国産作付量が最も高いヒヨクモチ(市販品)から澱粉を精製し、その理化学的特性を明らかにする。更に、平成25年度に開発したモチの煮溶け性を数値化して評価する手法を用いて、平成24年及び25年産モチ米の煮溶け評価を行う。更に、時間的余裕が得られるようであれば、餅成形後の保存期間及び保存温度が煮溶け性に及ぼす影響と澱粉の理化学的特性との関連解明にも着手する。モチ米澱粉の理化学的特性の一つであるHPAEC-PAD法によるアミロペクチン短鎖領域における側鎖長分布解析に使用する予定であった当研究室所有のDIONEXクロマトグラフィーが使用不能となったことから、急遽、同後継機種を所有する(独)農研機構食品総合研究所にて解析を行うこととなった。そのため、当初の予定には無かった出張旅費が必要となったため、消耗品費およびその他の経費を最小限に抑えたことが原因と考えられる。
ストラクチャードASICの短TAT設計に関する研究

最先端のLSIでは設計費用の高騰化や設計時間の長期化が深刻となっている。本研究ではこれらの問題を解決するために、設計費用の中のレチクル費用、設計時間、製造TATの短縮、の3点を改善するマスタースライス方式のストラクチャードASIC(Gate Array/embedded array)に着目した。初年度にストラクチャードASIC用の設計フローを構築し、二年目に本設計フローを用いて東大VDEC提供の0.18umテクノロジノードを利用してLSIを試作した。試作LSIは一発動作し、本研究で構築した設計フローの有益さを確認した。90nmや65nmなどのLSIのテクノロジノードの微細化に伴い,設計費用の高騰化や設計時間の長期化が深刻となっている。これらの問題を解決するために,レチクル費用を1/3以下に削減し設計時間と製造TATを短縮する,マスタースライス方式のストラクチャードASIC(Gate Array/embedded array)に着目する。マスタースライスは「品種毎に配線層の一部のみ可変層とし,複数品種共通で残りの配線層とバルク層を共通化」する工夫で製造TATと製造コスト(レチクル費用)を削減する方式である。本研究では,1)配線層数(レチクル)削減の最適化,2)タイミングクロージャ容易な配置、配線手法,3)IPマクロの最適な配置方法,4)シグナルインテグリティ(電圧降下対策,クロストーク対策)の容易化,などの確立を目的とするマスタースライス方式の新しいアーキテクチャを明らかにし,定量的に評価を行う。1年目では,0.18umテクノロジノードのスタンダードセルベースのフロントエンドとバックエンドの設計環境の構築が完了した。具体的には,東京大学VDEC提供の業界標準ツールである,a)論理合成ツール(デザインコンパイラ等),b)STA(静的タイミング解析)(Prime Time等),c)自動配置配線ツール(SoC Encounter等),d)回路シミュレーター(HSPICE等),e)ライブラリキャラクタライザー(Signal Storm等),などの各種設計ツールの立ち上げが完了し,実設計環境が整った。90nmや65nmなどのLSIのテクノロジノードの微細化に伴い、設計費用の高騰化や設計時間の長期化が深刻となっている。これらの問題を解決するために、レチクル費用を1/3以下に削減し設計時間と製造TATを短縮する、マスタースライス方式のストラクチャードASIC(Gate Array/embedded array)に着目する。マスタースライスは「品種毎に配線層の一部のみ可変層とし、複数品種共通で残りの配線層とバルク層を共通化」する工夫で製造TATと製造コスト(レチクル費用)を削減する方式である。H20年度は、Cadence社First EncounterベースにストラクチャードASIC用に設計フローを構築しなおした。物理検証がパスできる品質を目指し、スタンダードセル、I/Oセル、RAMマクロ等の配置制御を工夫し、マクロ配置や信号配線、電源配線の自動配線をクリアした。本設計フローを東大VDEC提供のロームCMOS0.18μmの実設計に適用し、SSOノイズ測定用の2.5mm角のTEGを試作した。本TEGはSSOノイズを測定するため、出力I/Oの同時スイッチング割合を調整可能な構成とした。TEGの1辺から取り出せる最大32本I/Oに対して、電源I/O(VDD, VDE, VSS)の配置、出力I/Oの駆動能力や本数等のパラメータを振り分け、SSOノイズに強い・弱い構成にした。東西の各辺に駆動能力が異なる最大20本のAggressor(出力I/O)を配置し、東西の中央に1本のVictim(入力I/O)を設け、Victimの遅延量を測定できる構成をとった。2009年2月末のTEG納品後、3月に測定用治具、電源回路を製作し、基本的なSSOノイズの発生とVictimの影響波形(3MHzの方形波)の2点が確認でき、構築した設計フローの有益さを確認した。
ルビジウムの必須性ならびにミネラル相互作用に関する研究

ルビジウムには、酵母やTetrahymena pyriformis等の単細胞生物に対する増殖促進作用のあることが報告されている。更にシュワルツは、ルビジウムが高等動物における必須元素である可能性を指摘している。ルビジウムの摂取不足が生体に与える影響を検討するため、ルビジウム無添加飼料とルビジウム添加飼料にてラットを飼育し、組織中ミネラル濃度並びに血漿生化学パラメーターを測定した。なお、添加したルビジウムの濃度は市販固形飼料に通常含まれる濃度に合わせた。ルビジウム添加飼料を摂取したラットと比較してルビジウム無添加飼料を摂取したラットには以下に示す差が認められた。1)組織中ルビジウム濃度は、いずれの組織においても低値をとった。2)ミネラル栄養状態としては、組織中カリウム濃度が、血漿、腎臓、脛骨中で高値、精巣で低値、リン濃度が、心臓および脾臓において低値カルシウム濃度が、脾臓で低値、マグネシウム濃度が、脛骨において高値をとった。鉄濃度は筋肉中で上昇した。亜鉛濃度は血漿および腎臓中で低下した。銅濃度は心臓、腎臓、脾臓中で低下したが、腎臓中では上昇した。3)ルビジウムの不足に伴うカリウム濃度の変化は、いずれの組織においても増加の方向であり、ルビジウム-カリウム相互置換仮説に一見従っているように見える。しかしながら、モル濃度で比較すると、ルビジウム不足に伴う組織中ルビジウム減少量がカリウム増加量に占める割合は、血漿では0.8%、腎臓では1.2%<、脛骨では0.6%であり、相互置換仮説によってルビジウム不足に伴うカリウムの増加を説明することはできない。従って、カリウム濃度の変化は、むしろルビジウム摂取不足に伴うカリウム分布のアンバランスを反映していると考えられる。4)血漿中尿素窒素濃度の上昇を認めた。以上の結果よりルビジウムが必須元素である可能性が示唆された。
心臓および腎臓における微少透析用ファイバー型プローブの開発

腎臓や心臓等の実質臓器に用いる微小透析用プローブを開発、試作し、その透析効率および実験への応用の検討を行なった。本プローブの透析膜として外径220μm、内径190μmのキュプロファンファイバー(分子量cut off point 5,500)を選び、有効透析長を15mm(イヌ用)、10mm(ウサギ用)となるよう接続チューブを両端に挿入した。本ブロープの透析効率は、市販のブロープの510倍高率であるため、10μl/min(イヌ)、5μl/min(ウサギ)の速度で灌流出来るため、短時間のサンプル採取が可能となった。実験:麻酔イヌおよびウサギの腎被膜除去後、プローブを腎の長軸方向に刺入し、510μl/minの流速で灌流した。1)腎虚血時には、腎間質中のアデノシンは3倍に、ヒポキサンチンは100倍増加した。アデノシン代謝酵素を用いた実験から、腎細胞で産出されたアデノシンは主としてadenosine deaminareにより分解され、adenosine kinaseによるrephosphorylationの割合は少ないと結論した。2)イルエピネフリン(NE)やアンジオテンシンII(AngII)の腎血管収縮作用は、アデノシンAl受容体拮抗薬前処置により減弱することから、NEやAngIIの腎動脈注入は、腎でのアデノシン産生を刺激するかどうかの検討を行なった。NE、AngII注入による腎虚血が腎でのアデノシン産生を増加させ、アデノシンの腎血管収縮作用がNE、AngIIのそれらに加わっているものと考えられる。3)ウサギ腎において、循環調節に重要な役割を持つ一酸化窒素(N0)およびNOの2ndメセンジャーであるdGMPの動態を検討した。吸収麻酔薬であるハロタンを吸入(12%)させると、腎血流量の低下と共に腎間質中のNO.cGMPの有意な低下が観察された。しかし、ハロタン吸収下にニトロプルサイドを投与してもcGMPが増加することから、ハロタンはNO合成、遊離段階に作用するものと結論した。以上のように、本プロープの心臓への応用は成功出来なかったが、腎臓に於ては非常に有用で腎内で産生される活性物質の動態を知り得る有用な手段と考える。市販の微少透析用プローブを直ちに腎臓、心臓等の実質臓器に用いるには多くの問題がある,そこで1)組織損傷を押さえるために、プローブの直径を市販のプローブの1/3以下にする。2)透析灌流液の流速を高め、速い反応を観察出来るようにする。そのため透析効率を上昇させる。3)拍動や呼吸性移動による組織障害を減らす。以上の目的に合致したファイバー型プローブを作製し、本プローブの有効性をin vitroおよびin vivoの系で検討を行った。1)in vitroの実験:透析膜は外径220μm、内径190μmのキュプロファンファイバー(分子量cut off point 5,500)を選び、有効透析長を15mmとなるよう接続チューブを両端に挿入した。本プローブの透析効率は、市販のプローブの510倍高率であるため、10μ1/minの速度で灌流出来るため、短時間のサンプル採取が可能となった。2)in vivo実験:麻酔イヌおよびウサギの腎被膜除去後、プローブを腎の長軸方向に刺入し、210μ1/minの流速で灌流した。腎虚血時には、腎間質中のアデノシンは3倍に、ヒポキサンチンは100倍増加した。そこで、アデノシン動態をより正確につかむため、adenosine deaminase阻害剤(EHNA)、adenosine kinase阻害剤(iodotubercidine)の注入実験を行った。Iodotubercidine処置下でアデノシンは5倍程度の増加のとどまったが、EHNAで6070倍の増加が認められた。このことから、腎細胞で産出されたアデノシンは主としてadenosine deaminareにより分解され、adenosine kinaseによるrephosphorylationの割合は少ないものと考えられる。また、ウサギ腎において、循環調節に重要な役割を持つ一酸化窒素(NO)およびNOの2ndメディエタ-であるcGMPの動態も検討した。腎間質中でNOとcGMPは連動した動きを示すことから、本プローブを用いることにより、腎循環調節におけるNOの役割を解明出来るものと考える。しかし、本年度では腎臓のみで実験データを得ることが出来た。もう一つの目的である心臓への応用は本年度の実績をもとに平成8年度に行う予定である。

アデノシン代謝酵素を用いた実験から、腎細胞で産出されたアデノシンは主としてadenosine deaminareにより分解され、adenosine kinaseによるrephosphorylationの割合は少ないと結論した。2)イルエピネフリン(NE)やアンジオテンシンII(AngII)の腎血管収縮作用は、アデノシンAl受容体拮抗薬前処置により減弱することから、NEやAngIIの腎動脈注入は、腎でのアデノシン産生を刺激するかどうかの検討を行なった。NE、AngII注入による腎虚血が腎でのアデノシン産生を増加させ、アデノシンの腎血管収縮作用がNE、AngIIのそれらに加わっているものと考えられる。3)ウサギ腎において、循環調節に重要な役割を持つ一酸化窒素(N0)およびNOの2ndメセンジャーであるdGMPの動態を検討した。吸収麻酔薬であるハロタンを吸入(12%)させると、腎血流量の低下と共に腎間質中のNO.cGMPの有意な低下が観察された。しかし、ハロタン吸収下にニトロプルサイドを投与してもcGMPが増加することから、ハロタンはNO合成、遊離段階に作用するものと結論した。以上のように、本プロープの心臓への応用は成功出来なかったが、腎臓に於ては非常に有用で腎内で産生される活性物質の動態を知り得る有用な手段と考える。腎臓や心臓等の実質臓器に用いる微小透析用プローブを開発、試作し、その透析効率および実験への応用の検討を行なった。本プローブの透析膜として外径220μm、内径190μmのキュプロファンファイバー(分子量cut off point 5,500)を選び、有効透析長を15mm(イヌ用)、10mm(ウサギ用)となるよう接続チューブを両端に挿入した。本プローブの透析効率は、市販のプローブの510倍高率であるため、10μl/min(イヌ)、5μl/min(ウサギ)の速度で灌流することが出来、短時間のサンプル採取が可能となった。in vivo実験:麻酔イヌおよびウサギの腎被膜除去後、プローブを腎の長軸方向に刺入し、510μl/minの流速で灌流した。1)腎虚血時には、EHNA、iodotubercidineの注入実験を行なった。iodotubercidine(adenosine kinase阻害剤)処置下でアデノシンは5倍程度の増加にとどまったが、EHNA(adenosine deaminase阻害剤)で6070倍の増加が認められた。このことから、腎細胞で産出されたアデノシンは主としてadenosine deaminareにより分解され、adenosine kinaseによるrephosphorylationの割合は少ないものと考えられる。2)イルエピネフリン(NE)やアンジオテンシンII(AngII)の腎血管収縮作用は、アデノシンAl受容体拮抗薬前処置により減弱する。NE、AngIIで腎血流量を50%程度低下させると、腎間質中のアデノシン濃度は著明に増加する。これらから、NE、AngII注入による腎虚血が腎でのアデノシン産生を増加させ、アデノシンの腎血管収縮作用がNE、AngIIのそれらに加わったものと考えられる。3)ウサギ腎において、腎間質中でのNO(NO2/NO3として測定)とcGMPは連動して動いた。吸収麻酔薬であるハロタンを吸入(12%)させると、腎血流量の低下と共に腎間質中のNO、cGMPの有意な低下が観察された。
アシルクロマート錯体を用いた有機合成反応の開発

既に前年度までの研究において、アシルクロマート錯体がパラジウム触媒に対する良いアシル供与体となることを見出し、ハロゲン化アリル、アリルエステル類、ヨウ化アレーン類などとのクロスカップリング反応によって様々なケトン類の新たな合成法を報告してきた。また臭化プロパルギルとの反応ではフラン類が高収率で得られることも見出している。今年度の研究においては、このフラン類の生成反応に重点をおき、反応の一般性、および反応機構の解明について検討を行った。その結果、本反応は臭化プロパルギルのみならず、プロパルギルトシラートなどのプロパルギルエステル類でも同様に進行し、高い一般性を有していることがわかった。その結果、様々な多置換フラン類を一段階で合成することが可能となった。また、臭化プロパルギルとプロパルギルエステル類では用いるパラジウム触媒の配位子効果が異なり、両者の反応における律速段階が異なることが示唆された。本反応の反応機構を詳細に検討したところ、はじめにアシルクロマートと2価パラジウム種との間でアシル交換反応が進行し、アシルパラジウム種とクロムの配位不飽和種が生成する。続いてアシルパラジウム種とプロパルギルエステル類とのカップリング反応によってアレニルケトンが生成するが、これに系中に存在するクロムの配位不飽和種が反応し、フランへの環化反応を誘起していることがわかった。このように、アシルクロマート錯体は、アシル供与体としてだけではなく、同時に生成する配位不飽和種により環化反応を誘起するという、二重の役割を果たしており、今後このような性質を利用した新たな反応設計が期待される。アシルクロマート錯体は、アルキルリチウムとCr(CO)6との反応などで得られ、安定な錯体であり、Fischer型カルベン錯体やカルビン錯体の前駆体などに古くから用いられてきた。しかし、アシルクロマート錯体自身のアシル金属種としての反応性は乏しく、ニッケルや鉄などの他のアシル金属種と比べ、アシルアニオン等価体としてはほとんど用いられていなかった。今回、我々はこのアシルクロマート錯体をアシル金属種として用いるために、アルキルクロマート錯体を前駆体として用いる方法を開発することができた。従来、アシルクロマート錯体をアシル金属種としてオレフィン類やアセチレン類と反応させるには、熱や光により配位不飽和種を生成させることが必要であった。しかも反応するオレフィン類としてはアクリル酸メチルなどの反応性の高い基質に限られていた。しかしながら、アルキルクロマート錯体を出発物質とすると、アルキル基のカルボニルへの移動の際、同様な配位不飽和種が生成することになる。このようなアルキルクロマート錯体からのアシルクロマート錯体への変換反応は低温で進行しうることが知られており、このことを利用すれば穏やかな条件でアシルクロマート錯体のオレフィンへの反応が進行するのではないかと期待される。アリルオキシカルベン錯体を出発物質とし、この錯体へのアルキルリチウムの付加反応により生成するアルキルクロマート錯体の反応を試みた。その結果予期したようなアルキル基のカルボニルへの移動と同時に分子内のオレフィンの挿入反応が進行し、環状ケトンが高収率で得られることがわかった。
酵母小胞体の多重チトクロームP450の構造-機能相関と遺伝子発現制御の総合的解析

n-アルカンを単一の炭素源として生育できる一群の酵母が知られている。ジカルボン酸の工業的生産に利用されているCandida maltosaや一倍体で性的生活環の知られているYarrowia Iipolyticaもそのような酵母である。これら酵母では、n-アルカンを培地に加えると、新たに複数の初発酸化酵素チトクロ-ムP450Alkなどの酵素が誘導合成され、またn-アルカンの代謝が進行する小胞体やパーオキシソーム構造が蓄積してくることを既に見出した。本研究では、ジカルボン酸の生産などのバイオテクノロジーの更なる発展のため、また細胞の構造や機能の調節機構を解析するモデル系としてこれら酵母に焦点を当て、以下のような課題に関して研究を行った。1.n-アルカンにより誘導合成される複数のチトクロームP450Alk遺伝子の単離と構造の機能解析(C.maltosa)=第1章4.n-アルカンにより誘導される小胞体構造の発達に関する分子機構の解析(C.maltosa)=第4章5.一倍体酵母Y.lipolyticaを用いたチトクロームP450Alk遺伝子に関する解析=第5章6.関連研究=第6章n-アルカンを単一の炭素源として生育できる一群の酵母が知られている。1.n-アルカンにより誘導合成される複数のチトクロームP450Alk遺伝子の単離と構造の機能解析(C.maltosa)=第1章4.n-アルカンにより誘導される小胞体構造の発達に関する分子機構の解析(C.maltosa)=第4章5.一倍体酵母Y.lipolyticaを用いたチトクロームP450Alk遺伝子に関する解析=第5章6.関連研究=第6章1.酵母Candida maltosaが有する8種のP450(ALK18)のうち,n-alkaneによって誘導される主要4つのP450の機能について,遺伝子破壊を行って検討した。1)これら4つの遺伝子全てを破壊した株はn-alkane資化能を失った。この結果,P450がn-alkane資化に必須であることが明らかとなると共に,n-alkaneで生育できない遺伝子破壊株の構築に成功した。この株は,来年度以降のin vivo組換え実験に利用できる。2)さらに,これら4つのうち,いずれか(一つあるいは複数)を破壊した株の生育特性,それらの株に対するプラスミドによる相補性,いずれかのみを大量発現させた株の特長,などについて検討した結果,n-alkaneに水酸基を添加する機能としてはお互いにoverlapしているが,4つのうち1つの基質特異性は明らかに他の3つとは異なることが明らかになった。2.一方,β-galactosidaseをレポーター遺伝子としてそれぞれのP450遺伝子のプロモーター中のシスエレメントの同定を行った。1)ALK5のn-alkane誘導に関与するシスエレメントとして,約120bpの配列(ARR5)を同定した。2)ALK2のn-alkane,およびペルオキシソーム増殖剤による誘導に関与するシスエレメントとして,CGGを含むリピート配列の関与を明らかにした。3.さらに,Candida maltosaのin vitro転写系を構築し,n-alkaneによる誘導に関与する細胞内因子の解析を行った。その結果,ARR5結合蛋白質は,常に細胞内(核内)に存在し,主要なものは26-kDaであること,DNAへの結合に亜鉛イオンが重要であること,基本転写因子と会合していることが明らかになった。我々が既に取得したCandida maltosaからの8種のチトクロームP450遺伝子の基質特異性の解析を引き続き行った。既にALK1,2,3,5については終了したので、ALK7,8の高発現と基質の解析を行った。ALK7,8をC.maltosa由来のGALプロモーターに連結し、ガラクトース培地中でALK7又はALK8のみが高生産されるような条件で培養した。これらの菌体からミクロソーム画分を調製し、常法に従ってP450の量を測定し、更に^<14>C標識の基質(ヘキサデカン、ラウリン酸、パルミチン酸)を用いて代謝能を測定した。その結果配列に高い相同性のあるこれら2種のP450はこれら3種の基質のうちラウリン酸のみを酸化できるという特徴的な基質特異性を示した。即ちALK7とALK8は短鎖脂肪酸の水酸化酵素であることがわかった。これは、これら酵素がアルカンの分解の初発酸化には関与せず、後の反応に働くことを意味する。このことは両酵素のアルカンによる誘導程度が低く、また、これらだけではアルカン生育が不可能であるという事実とよく一致する。なお、同一実験条件でのALK4、ALK6の蓄積量が低く、これらの基質特異性の解析はできなかった。

以上、これまでに解析した6種のP450について、それらの基質特異性と一次構造から作った系統樹との間に興味ある関連性を見出した。即ち、一次構造的にはALK1-ALK2=ALK3-ALK5-ALK7=ALK8と4つのグループにこの順で相同性が高く、一方、基質としてはこの順にアルカンを好み、後になるに従って脂肪酸を好むという傾向がはっきりと見られた。今後基質特異性を決定している領域を絞り込む研究を続ける予定である。我々は既に,Candida maltosaにおいて宿主・ベクター系,遺伝子破壊系を確立し,n-アルカンの初発酸化に関与する8種類のチトクロームP450遺伝子(P450ALKs)を単離している。C.maltosaにおいては,n-アルカンやその誘導体を単一炭素源として培養した場合,これらのP450ALKsの強い転写誘導がみられる。このことは,細胞内に取り込まれたn-アルカンのような非常に疎水性度の高い物質のシグナルが未知の細胞内因子によって核内の遺伝情報へと伝達されていることを意味する。本年度は,C.maltosaにおいてn-アルカンやその他の疎水性物質によるP450ALKsの転写誘導機構を明らかにし,それを一つのモデルとして真核生物の疎水性物質による応答機構を考察することを目的とした。ALK2プロモーターの欠失解析によりn-アルカン及びクロフィブレートによる転写誘導にプロモーター上の複数の領域が関与することを示した。またプロモーター上に見られたオレイン酸応答配列の相同配列(GCCモチーフ)に部位指定変異導入したところ,転写誘導活性の有意な低下が認められ,そのモチーフの転写誘導における重要性が示された。ALK3プロモーター上のn-アルカン及びクロフィブレートによる転写誘導に必須な87bpからなるUAS領域のうち,3コピーのダイレクトリピート構造を含む配列についてゲル移動度シフトアッセイにより配列特異的に結合する因子の存在を示した。また,ALK1プロモーターにおいてn-アルカンによる転写誘導に関与する領域であることが示されている,ARE1,ARE2,ARE3の各エレメントに対しゲル移動度シフトアッセイを行い,これらの配列に特異的に結合する因子の存在を示すと同時に,それらの配列を用いた競合実験から各配列に結合している因子がそれぞれの配列に特異的な別種の蛋白質によるものであることを示唆した。この他,Yarrowia lipolyticaのP450ALKsの単離構造解析なども行い,3年間の成果を取りまとめた。