hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物アスコルビン酸の新しい機能-フェレドキシンへの直接的電子供与の発見

植物葉緑体には高濃度(20-50mM)のアスコルビン酸(ビタミンC)が還元型(AsA)で存在している。植物におけるアスコルビン酸は二つの機能、活性酸素種を消去する抗酸化作用と細胞の分裂や伸長を調節する働きが知られていた。本研究では、第三の機能としてAsAが二つの窒素代謝反応(亜硝酸を還元しアンモニアを生成する亜硝酸還元酵素(NiR)反応とグルタミン(Gln)から2-オキソグルタル酸(2-OG)にアミド基を転移しグルタミン酸(Glu)を生成するグルタミン酸合成酵素(GOGAT))への電子供与体になるとの仮説をたて実験的検証を行った。本年度はGOGAT反応について検証した。葉緑体ストロマによるGOGOAT反応では、AsAおよびフェレドキシン(Fd)の添加により、GlnからGluの生成が促進された。フランス農学研究院(INRA)において、合成されたGOGAT,Fd,フェレドキシンーNADP^+-還元酵素(FNR)を用いて種々条件で実験をおこなった。最も重要な結果は、20mMAsA-Fd-GOGAT系のGlu生成量は、0.14mMNADPH-FNR-Fd-GOGAT系と同等量であった。Glu生成では、Glnから2-OGへのアミドの転移とGlnから脱アミド(アンモニアとGluの生成)が考えられた。そこで[^<15>N-amide]-標識Glnを用いたGOGAT反応で生成するGluの起源を検証した。NADPH供給量に応じてGlnアミドの2-OGへの転移があったが、NADPHが不足したり、アスコルビン酸のみの存在ではアンモニアの生成と非^<15>N標識Gluの生成があり、脱アミド反応が進行することが判明した。本研究では、第三の機能としてAsAが二つの窒素代謝反応(グルタミン(Gln)から2-オキソグルタル酸(2-OG)にアミド基を転移しグルタミン酸(Glu)を生成するグルタミン酸合成酵素(GOGAT)と亜硝酸を還元しアンモニアを生成する亜硝酸還元酵素(NiR)反応)への電子供与体になるとの仮説をたて実験的検証を行った。合成されたNiR、Fd、フェレドキシン-NADP^+-還元酵素(FNR)のタンパク質を用いてNADPH-FNR-Fd-NiR系の反応をおこなうと、NADPHが2mM以上の時、AsAの添加によって15N標識亜硝酸から15N-アンモニアの生成が促進された。AsA-Fd(葉型Fdまたは根型Fd)-NiR系による亜硝酸のアンモニアへの還元は低い活性であり、この系への葉抽出液やストロマの添加効果は認められなかった。平成19年度に繰越して、フランス農学研究院(INRA)において、GOGAT,Fd,FNRを用いて種々条件で実験をおこなった。最も重要な結果は、20mMAsA-Fd-GOGAT系のGlu生成量は、0.14mMNADPH-FNR-Fd-GOGAT系の約1/2であった。次年度は[15N-amide]-標識Glnを用いてGOGAT反応で生成するGluの起源を決定する。また硝酸代謝やアスコルビン酸合成のミュータント植物の葉切片を用いて15NO_2-,[15N-amide]-GlnからGlu生成を検出する。

NADPH供給量に応じてGlnアミドの2-OGへの転移があったが、NADPHが不足したり、アスコルビン酸のみの存在ではアンモニアの生成と非^<15>N標識Gluの生成があり、脱アミド反応が進行することが判明した。
超小型翼列風洞の開発とMEMSターボ機械要素の空気力学性能設計法への応用

MEMSターボ機械の翼列を通過する圧縮性流体の力学的挙動の解明と翼列の空気力学設計手法の確立に向けて、MEMS翼列風洞チップの設計試作と実験を実施した.風洞入口全圧と出口排圧の比率を変化させながら、臨界圧力前後でのMEMS反動タービン翼列における全圧損失係数、翼面上マッハ数分布、翼負荷係数等の翼列基本性能パラメータを決定した.結論として、MEMSタービン翼列の全圧損失係数が大型の航空エンジン翼列に比べて1桁程度上昇する知見が得られた.MEMSターボ機械の翼列を通過する圧縮性流体の力学的挙動の解明と翼列の空気力学設計手法の確立に向けて、MEMS翼列風洞チップの設計試作と実験を実施した.風洞入口全圧と出口排圧の比率を変化させながら、臨界圧力前後でのMEMS反動タービン翼列における全圧損失係数、翼面上マッハ数分布、翼負荷係数等の翼列基本性能パラメータを決定した.結論として、MEMSタービン翼列の全圧損失係数が大型の航空エンジン翼列に比べて1桁程度上昇する知見が得られた.超小型ガスタービンエンジン翼列を通過する高速気体の力学的挙動の解明と超小型翼列の空気力学設計法の確立に向けて、本年度は超小型翼列風洞チップの気体力学・構造力学設計を実施した.超小型翼列風洞チップの設計では、実際の航空エンジン用タービン翼列の1/20スケールモデルの翼列について、タービン翼列スロート部でチョークし、翼列出口基準の等エントロピーマッハ数が亜音速から遷音速領域まで変化可能な能力を有するラバル形状(収縮・拡大流路)型の空気力学流路を設計した.気体力学に基づく予備設計として、1次元の非粘性圧縮性気体の基礎方程式や既存の数値流体解析ソフトにより、風洞入口の全圧と全温、風洞出口静圧、タービンスロート部の面積、風洞出口面積など風洞設計に必要な基本パラメータの値を決定した.ラバル形状の風洞は、風洞入口と出口の圧力とスロート出口と風洞出口の面積比に依存して、スロート部後流で亜音速と超音速の流れの分岐が生じる.本設計では遷音速流れを実現するために超音速の流れの分岐に適合する熱力学状態量を設定した.ただし、マイクロ領域特有の高速気体である遷音速・低レイノルズ数領域の気体の挙動は現時点で十分解明されていないため、1次元非粘性圧縮性気体や既存の数値流体解析の適用が有効であることも保障されない.予備設計に基づく超小型翼列風洞チップの試作と評価は最終年度まで、満足する解が得られるまで継続的に繰り返すことにした.風洞形状の決定後は、翼列入口と出口の全圧と静圧との計測位置、翼圧力面・負圧面上の静圧の計測位置を決定した,これにより、翼列における全圧損失係数、翼面上マッハ数分布(静圧分布)、翼負荷係数等の翼列基本性能パラメータを実験的に決定する準備が整った.超小型ガスタービンエンジン翼列を通過する高速気体の力学的挙動の解明と超小型翼列の空気力学設計法の確立に向けて、本年度は超小型翼列風洞チップの気体力学・構造力学設計と具体的試作を実施した.超小型翼列風洞チップは、実際の航空エンジン用タービン翼列の1/20スケールモデルの翼列について、タービン翼列スロート部でチョークし、翼列出口基準の等エントロピーマッハ数が亜音速から遷音速領域まで変化可能な能力を有するラバル形状(収縮・拡大流路)型の空気力学流路を有する.構造設計の結果を受けて、深堀ドライエッチングや陽極接合などのシリコンバルクマイクロマシニングプロセスによる風洞チップの試作を完了した.風洞チップには、翼列入口と出口の全圧と静圧、翼圧力面・負圧面上の静圧の計測が可能な超微小圧力孔を収束イオンビームにより加工した.これにより、翼列における全圧損失係数、翼面上マッハ数分布(静圧分布)、翼負荷係数等の翼列基本性能パラメータを実験的に決定する準備が整った.また予備実験として、翼列よりも構造と試作が簡易なスロート幅100μmの超小型ラバルノズルを設計試作し、マイクロシュリーレン装置により遷音速から超音速領域における流れの可視化実験を実施した.ノズル入口全圧と出口排圧の比率を変化させながら、臨界圧力前後での垂直衝撃波や膨張波の発生の様子を観測した.これにより、本研究における超小型翼列風洞チップの設計概念の妥当性と有効性を確認した.超小型のMEMSターボ機械の翼列を通過する高速圧縮性流体の力学的挙動の解明とMEMS翼列の空気力学設計手法の確立に向けて、MEMS翼列風洞チップの気体力学・構造力学設計、MEMS加工による試作・実験を実施した,MEM翼には、実際の航空エンジン用反動タービン翼列の1/20スケールモデルを採用し、翼弦長さは2mmである.風洞性能はMEMタービン翼列スロート部でチョークし、平均レイノルズ数が約5000である.また、翼列出口静圧基準の等エントロピーマッハ数が亜音速から遷音速領域まで変化可能な能力を有するラバル形状(収縮・拡大流路)の空気力学流路を有する.構造設計の結果を受けて、深堀ドライエッチングや陽極接合などのシリコンバルクマイクロマシニングプロセスによる風洞の試作を完了した.MEMS翼列風洞チップでは、翼列入口と出口の全圧と静圧、翼圧力面・負圧面上の静圧の計測のために、直径2μmの超微小圧力孔を収束イオンビームにより加工した,これにより、翼列における全圧損失係数、翼面上マッハ数分布(静圧分布)、翼負荷係数等の翼列基本性能パラメータを決定することができる.

さらに、マイクロシュリーレン装置により遷音速から超音速領域におけるMEMタービン翼列の流れの可視化を実施した.風洞入口全圧と出口排圧の比率を変化させながら、臨界圧力前後での翼列スロート部の衝撃波や膨張波の発生の様子を観測した.結論として、翼列の全圧損失が大型の航空エンジンに比べて1桁程度上昇する新しい知見が得られた.
負曲率群と三次元多様体

三次元多様体の研究は,Thurstonによりhyperbolic geometryの手法が導入されたことにより近年飛躍的な発展をとげつつある。さらに最近Gromorによりhyperbolic groupの概念が導入され,その研究が組合せ群論もふくめた多様体の基本群の研究を活気づけている。そこで負曲率群の多面的な研究を行ない,それにより三次元多様体の基本群の構造をより明らかなものとし,三次元多様体の新しい研究方法を開発することを目標として研究をおこなった。まず研究代表者自身は,群のHNN分解に注目し,あたえられた群のHNN分解の共役類のなす集合の上に距離関数を導入し,その性質を考察した。群のHNN分解は三次元多様体内の非圧縮曲面によって基本群に関して自然に生づるもので重要である。これをさらに結び目群のHNN分解の場合に結び目のSeitert膜との関係においてその幾何的な対応について考察をおこなった。
自然環境の基盤的構造を活性化するニュータウン再生モデルの構築

本研究は、建て替えや再開発を必要としている我が国の集合住宅地を対象として、その造成期における地形や水系、植生等の保全と活用に対する計画的配慮のあり方を具体的に検証し、そこに認められる自然環境構造のポテンシャルを明らかにするとともに、それらを基盤としたニュータウンの再開発や集合住宅団地の建て替えなど、現代的な空間更新のための具体的なモデルを構築するための諸条件を明らかにした。平成18年度は、主として千里ニュータウンを対象として、1960年代の開発当時に立案された多数の計画案がどのようなプロセスをへて最終的な実施案に至ったか、その過程において、自然環境の基盤を形成している要素がどのように扱われ、どのように計画に反映されているか、さらには、その結果として現在の環境にどのように継承されているかを明らかにした。以下の5点がその成果である。(1)原地形の図上復元:開発事業が始まる直前の千里ニュータウンのエリアに存在していた地形を、1/3.000地形図をもとに図上で復元する作業を通じて、自然環境の最も基盤的な構造とその特徴を把握し、データベース化した。(2)水系の推定的復元:図上復元された地形と原地形図から得られる情報をもとに水系のシステムを推定的に復元し、自然環境の基盤的構造の中に水系を軸とした空間領域の単位を設定した。(3)植生の推定的復元:図上復元された原地形をベースとしつつ、開発前に撮影された空中写真ならびに植生調査の資料データから、植生の相観とその単位性を確認した。(4)開発計画案の時系列的な追跡:千里ニュータウンの事業計画立案にあたって作成された数次にわたる計画案を、当時の報告書ならびに計画図から追跡し、その変遷と背景に存在した諸条件を明らかにした。開発計画案における自然環境の基盤的要素の取り扱い:上記(1)(3)の成果に(4)を重ねあわせることによって、自然環境基盤の単位と開発の単位の関係を明らかにするとともに、数次にわたる開発計画案が目標とした住宅市街地の空間像の中に、地形、水系、植生のシステムがどのように反映されていたのかを確認した。(1)地区・住区レベルにおける地形的特質の抽出千里ニュータウンでは全域から3地区程度を抽出し、開発時に作成された造成図等の情報をもとに、粗造成時点における自然地形の扱いに関する考え方と土量の処理方法、具体的なランドフォーメーションの形態を検討した。さらにその中から3つの住区ないしは団地を選定し、住棟の建設ならびに屋外空間の整備の時点で準備された実施設計図の情報をもとに、精造成時点における地形の扱いに関する考え方とランドスケープの形態を検討した。一方、多摩ニュータウンでは同様の作業過程に加えて、「自然地形案」の理念が継承され、それらが部分的に実現されたとされる住区を対象とした検討をすすめ、両者の比較を行った。(2)地区・住区レベルにおける水系的特質の抽出千里ニュータウン、多摩ニュータウンともに、抽出された開発当初の地形的特質をベースとして、その上における人為的な水系のシステムを抽出し、それらと原地形における水系システムとの関係を検討した。地区レベルでは、広域的な河川の水系と雨水流出を調整するシステムの関係について、住区・団地レベルでは、雨水の排水システムとランドフォーメーションの関係について、それぞれ当時の計画図等を情報源として詳細に検討した。(3)周辺における未造成地・未利用地の現況把握ケーススタディの対象とした地区・住区の周辺において、緑地等として未造成となっている土地ならびに粗造成の後に未使用となっている土地を抽出し、自然環境の基盤構造のうえでの、地区・住区とのより広域的な関係を検討した。(1)自然環境の構造に基づく千里ニュータウン公園緑地系統再編の方向性今年度の前半は、千里ニュータウンを対象として、自然環境構造の特徴から分類された公園タイプのうち2タイプに含まれる3つの近隣公園を事例に土地造成との関連を把握した。その結果、(1)NTスケールでは尾根・谷にあわせた造成計画と開発時期による違い、(2)住区スケールでは住区全体に広範囲に広がる切盛造成と、造成前後で標高が変わらない造成の「基準面」にみられる住区ごとの特徴、(3)公園スケールでは周囲の道路・宅造造成の公園への影響が明らかになった。(2)初期公団住宅の団地に内在する自然環境の構造とその発現形態後半では、鶴舞団地(奈良市)の開発過程を地形の取り扱いに注目して検討し、その結果、鶴舞団地における造成計画の特徴としては、以下のことが明らかになった。(1)既存地形の特性を読み込み、それを資源として生かすといった計画の発想が見られ、なかでも切り盛りの変化点でもある谷頭部の地形の特性を効率的に活用することが試みられていたと考えられる。このエリアを「造成工事用通路→団地内アプローチ道路」として活用していたことや、このエリアにコミュニティー施設や運動公園などが機能的かつ効率的に造成計画の合理性を追求するように配置されたことが確認できた。(2)造成法面と、しての地形の高低差“地形の歪み"の解消方法にいくつかのパターンが確認でき、地形の高低差を微調整するための斜面及び構造物といった、きめ細やかな宅盤レベルの処理手法が特徴的であることを確認できた。
沖縄で繁殖するコアジサシの渡りルートの解明

コアジサシは国際自然保護連合(IUCN)のレッドリストで危急種(VU)に指定されている種である。渡り鳥であるため、本種の保護には国内の繁殖地だけでなく、越冬地や中継地の保全も必要である。ジオロケーター(時間と明暗の記録を定期的に記録することで緯度経度を推定する装置)による調査結果から、東日本で繁殖するコアジサシは東南アジアからオーストラリア南東部にかけて越冬していることが分かっている。一方、台湾で繁殖している個体はオーストラリア北西部で越冬していることが分かっている。そこで台湾に近い沖縄で繁殖している個体はどちらで越冬しているのか、2種のバイオロギング(ジオロケーターとGPS)を使って越冬場所と移動ルートの解明を試みた。ジオロケーター・GPS共に、コアジサシを再捕獲して回収しないとデータを得ることはできない。現在までにデータが得られたのはジオロケーターの1つ分だけである。平成30年は営巣地へネズミのが侵入し卵を捕食したためコロニーが崩壊してしまい、GPS等を装着したコアジサシを見つけることができなかった。沖縄での調査と並行して、データ数の少ない台湾と、台湾に近い中国南東部でもGPSを装着したが、どちらも回収できなかった。沖縄で唯一回収できたジーロケーターからは、予想に反し、東日本で繁殖する個体と同様にオーストラリア東部で越冬しているという結果が得られた。ただし、1個体だけのデータであるので、サンプル数を増やす必要性が考えられる。繁殖地・越冬地が異なれば遺伝的にも異なってくると考えられるため、バイオロギングの調査と並行して、DNAの調査も実施した。この結果、沖縄の繁殖個体群は東日本の繁殖個体群と異なる傾向が見られた。渡りの経路と遺伝子が必ずしもリンクしていない可能性が示唆された。今後GPSのデータと遺伝情報を蓄積し、東日本・沖縄・台湾・中国の個体群の関係性を検討していきたい。研究の対象種であるコアジサシの繁殖シーズンは5月8月までであり、この時期にのみ野外での調査活動が可能である。しかし、本助成が追加採択であったため、平成27年度の繁殖シーズンに間に合うようにGPSを購入することができなかった。予備実験として、沖縄・泡瀬の埋立地で繁殖個体4羽にジオロケーター(経過時間と光センサーだけを内蔵し、日の出・日の入りの時刻から凡その緯度・経度を算出する小型の装置)を装着した。ジオロケーター内に保存されたデータを回収するため、平成28年度の繁殖シーズンに再捕獲を試みる。ジオロケーターは脚に装着したが、GPSはアンテナがあるため脚に装着することができない。一般的にはランドセルのように背負わせることが多いが、長距離を移動する鳥では筋肉の増減が激しいため、装置が抜け落ちたり行動に支障を及ぼしたりする可能性が指摘されている。そこで、腰の部分にはかせるタイプの装着方法を試みた。また、GPSの固定に使用する紐の材質や太さの選定・作業手順の確認を実施した。この他、将来的に遺伝情報と渡りの関係を調べるために、捕獲時に翼下静脈から血液を採取する練習を他の種類の鳥を使って行った。沖縄での調査と並行して、台湾・中国でも平成27年度調査を行う予定であったが、沖縄と同様に採択時期が遅かったために実施できていない。現在、沖縄・台湾・中国での調査に向けて、捕獲許可・立入り許可等の申請手続きを行っている(沖縄:内閣府・環境省・山階鳥類研究所、台湾:台湾バンディングセンター・台湾大学、中国:中国バンディングセンター・広東省林業庁)。台湾・中国での調査に関しては、現地の研究者と打合せを行っており、台湾での調査に関しては順調に進行している。一方、中国での調査に関しては、発信機使用許可に難航している。前述のように、本研究が追加採択であったため、昨年度の繁殖シーズンの調査時期を逸してしまったため。研究の対象種であるコアジサシの繁殖シーズンは5月までであり、この時期にのみ野外での調査活動が可能である。しかし、本助成が追加採択であったため、平成27年度の繁殖シーズンに間に合うようにGPSを購入することができず、当初の計画より1年遅れている。GPSにはアンテナがついていてコアジサシの短い脚に装着することができないので、腰にハーネスで取り付ける技術の確立と習得に努めた。具体的には、GPSが抜け落ちることを防ぐため、ハーネスの素材や太さの検討をした。また、鳥への負担軽減のため、はく製やサイズの似ているヒヨドリを使って作業手順の検証および習熟のための練習を行った。平成28年度は、内閣府の許可をいただき沖縄・泡瀬の埋立地に立ち入ることができた。そこで16羽の成鳥にGPSを装着することができた。台湾での調査は、台湾での許可申請が間に合わず、平成28年度には実施することができなかったが、調査予定地を視察し、平成29年度から台湾大学の研究者と共同研究することを確認することができた。また、共同でコアジサシ調査・保護のためのワークショップを実施することができた。中国・孫文大学の研究者とも共同研究を進めているが、中国での調査は一つ一つに申請が必要でなかなか進んでいない。現在、コアジサシの営巣している自然保護区の立ち入り許可まではおりているが、私たちは中国で鳥に直接触れることはできない。中国の研究者も腰に着けるハーネスの装着技術は持っていないので、事前に日本で研修してから中国で実践することで確認している。

概要で示したように、追加採択であったため、初年度はコアジサシの繁殖時期がすでに過ぎてしまっていて調査を実施することができなかった。そのため、沖縄での繁殖個体については予定より1年遅れて、平成28年度にGPSの装着を行い、平成29年度に再捕獲を試みる予定である。台湾での共同調査については、現地大学との同意に時間がかかり、さらに1年遅れの平成29年度にGPSを装着予定である。中国での共同調査については、GPSの機械がイギリス製である等の問題により、中国当局から研究の許可が下りず、平成28年度に実施できなかった。平成29年度はこれらの問題が幾つか解決されたので、GPSを装着予定である。ジオロケーター(時間と光の明暗の記録から緯度経度を推定する装置)を使った調査により、東日本で繁殖するコアジサシは東南アジアからオーストラリア南東部の地域で越冬しており、台湾で繁殖するコアジサシはオーストラリア北西部で越冬していることが明らかになっている。そこで、台湾に近い沖縄で繁殖しているコアジサシはどちらで越冬しているのかを、近年開発された小型GPSを使ってより詳細な場所とルートの特定を試みる。オーストラリア北西部に移動しているようであれば、東日本で繁殖するコアジサシとは異なる個体群の可能性があり、保護対策にも影響を及ぼす可能性があるからである。平成28年と29年に内閣府の許可を得て沖縄県沖縄市泡瀬の人工島に立ち入り、そこで営巣しているコアジサシを罠(ボーネット)で16羽捕獲した。体重・翼長等の測定、血液の採取、足環の装着後、GPSを取り付けた。GPSの重さは1gであり、体重が概ね50gのコアジサシの2%にあたる。これは日本鳥学会が示している鳥に負担をかけるとされる体重の4%以内である。GPSにはアンテナがついていてコアジサシの短い脚に装着できないため、腰にハーネスで取り付けた。この技術の確立と修得のため、剥製や体サイズの似ているヒヨドリを使って練習を行った。残念ながら、平成28年に装着したGPSを平成29年に回収することはできなかった。同様の調査は、平成29年に台湾の宜蘭と中国の海豊でも実施した。海外では日本人は鳥を直接捕獲することができないため、台湾では共同研究している台湾大学の袁教授のスタッフが実施した。また、中国では中山大学のLiu准教授のスタッフ他との共同調査で実施した。実施に先立ち、それぞれのスタッフには、ボーネットの扱い方とGPSの装着方法の研修を行ってもらい、それぞれ10羽のコアジサシにGPAを装着した。今年は各地域でなるべく多くのGPSの回収を試みる。研究の対象種であるコアジサシの繁殖シーズンは5月から7月である。しかし本助成が追加採択であったため、平成27年の繁殖シーズンに間に合うようにGPSを購入することができず、全体的に当初の計画より1年遅れている。また、台湾での共同調査については、現地大学との調査方法に関わる細部の合意に時間がかかり、さらに1年計画より遅れている。中国との共同調査については、研究者レベルでは合意ができていたものの、GPS装置がイギリス製であったために中国当局より持ち込みの許可が下りず、予定より1年遅れた。コアジサシは国際自然保護連合(IUCN)のレッドリストで危急種(VU)に指定されている種である。
子どもの深い科学概念構築を志向した理科授業デザイン支援に関する研究

本研究の目的は、子どもがより深く科学概念を理解し、汎用的に活用できる知識を獲得する為の理科授業デザインの視点を導出することであり、以下の段階で進める。「理科授業デザインシート開発準備」の段階:授業分析から、授業デザインの視点を抽出。子どもの素朴な考えと科学的な考えの特定及び評価法について検討し、子どもの概念変容を促進する教師の活動に関する知見を収集する。これらを理科授業デザインシート(以下,シートと記す)に結実させる。「実践的検討」の段階:シートを使った授業構想と実践を行い、データを収集。分析と同時にシートを改良する。シートを教員養成及び現職教員の育成研修等に活用して有効性を評価する。
生体高分子に対する分子インプリントポリマーの新規調製法の開発と応用

表面修飾法および逆ミセル法による親水性粒子径単分散分子インプリントポリマーの新規調製法の開発およびその水溶性化合物(生体高分子および低分子)に対する応用を検討した。しかし、前者での調製は、不可能であったので、後者による分子インプリントポリマーの調製を検討した。シラスポーラスガラスを疎水性化し、乳化媒体とした。また、多孔質連続体膜として,水溶性高分子共存下,アルコキシシランの加水分解-重縮合反応によって作製した多孔質シリカ膜を疎水性化し、乳化媒体とした。まず、グリセリンジメタクリレートーアクリルアミド-メタノール-水溶液に、テンプレート分子としてオキシトシンを加えた溶液を分散相とした逆ミセル系エマルジョンを、シラスポーラスガラスを疎水性化した膜および多孔質シリカ膜を疎水性した膜を用いて膜乳化によって作製した。さらに、得られたエマルジョンのゲル化を、加熱処理によって行った。いずれの疎水性膜を用いても親水性均一性粒子の調製が可能であった。しかし、シリカ膜乳化のほうが,シラスポーラスガラス膜乳化より均一性の高い微粒子が得られた。一方、認識能をテンプレート分子を用いないで調製したノンインプリントポリマーと比較したところ、水系でオキシトシンを認識できる親水性粒子径単分散分子インプリントポリマーの調製が可能であることがわかった。今後、より安定なポリマー微粒子調製の検討並びに粒子の量産化への検討を行うとともに、本法を生体高分子であるタンパク質あるいは核酸の分子認識に適用する予定である。本年度は、表面修飾法および逆ミセル法による粒子径単分散分子インプリントポリマーの調製を検討した。しかし、前者による調製はできなかったので、後者による水溶性化合物(生体高分子および低分子)に対する分子インプリントポリマーの調製を検討した。シラスポーラスガラスあるいはシリカロッド膜を疎水性化し、それらを乳化媒体とし、グリセリンジメタクリレート(GDMA)-メタノール(MeOH)-水系溶液を分散相とした逆ミセルを形成させ、親水性粒子径均一ポリマー粒子の調製を検討した。まず、GDMA-MeOH-水系溶液を分散相とした逆ミセル系エマルジョンを、シリカ膜乳化によって作製した。さらに、得られたエマルジョンのゲル化を、加熱処理、UV処理等によって検討した。その結果、逆ミセル系エマルジョン並びに得られたエマルジョンの加熱処理による粒子のゲル化が確認された。さらに、加熱処理の際のエマルジョンの安定性に寄与する因子並びにゲル化速度の促進に寄与する因子を検討し、現時点での最適条件を得た。今後、1)エマルジョンの均一性向上、2)加熱によるゲル化の最適化、3)紫外線照射によるゲル化の最適化を行う予定である。また、GDMA-MeOH-水系溶液を分散相とした逆ミセル系エマルジョンの調製過程で、モデルペプチドを鋳型分子として添加し、分子インプリント効果が得られることを確認した。現在、最適な機能性モノマーを検索し、効率のよいインプリント効果が発現する調製方法の確立を検討中である。本年度は、昨年度に引き続き逆ミセル法による、水溶性化合物(生体高分子および低分子)に対する親水性粒子径単分散分子インプリントポリマーの調製を検討した。前年度に引き続きシラスポーラスガラスを疎水性化し、乳化媒体とした。また、本年度は、多孔質連続体膜として,水溶性高分子共存下,アルコキシシランの加水分解-重縮合反応によって作製した多孔質シリカ膜を疎水性化し、乳化媒体とした。

いずれの疎水性膜を用いても親水性均一性粒子の調製が可能であった。しかし、シリカ膜乳化のほうが,シラスポーラスガラス膜乳化より均一性の高い微粒子が得られた。一方、認識能をテンプレート分子を用いないで調製したノンインプリントポリマーと比較したところ、水系で、オキシトシンを認識できる親水性粒子径単分散分子インプリントポリマーの調製が可能であることがわかった。今後、より安定なポリマー微粒子調製の検討並びに粒子の量産化への検討を行うとともに、本法を生体高分子であるタンパク質あるいは核酸の分子認識に適用する予定である。
無限対称性の代数解析

この5年間の表現論に関連した研究の成果として大きなものが3点挙げられる。第一は、確定特異点型ホロノミーD-加群のリーマン・ヒルベルト対応を不確定特異点型ホロノミーD-加群に拡張したこと(A. D'Agnoloとの共同研究)、第二は、余次元3予想の肯定的解決(K. Vilonenとの共同研究)、第三は、円分箙ヘッケ代数を用いた量子群の表現の圏化である(S-J. Kangとの共同研究)。表現論は、対称性を研究する数学の分野であるが、これを代数・幾何等を用いて研究した。特に次の研究をおこなった。1.クイアリー超代数の結晶基底を構成し、それの組み合わせ論的記述を行った。これまで知られていた結晶基底は、パラメータが絶対零度の場合の基底であったが、これを部分空間と弱めることにより、クイアリー超代数の結晶基底が存在することが証明できた。又、これが標準ヤング盤の類似をもちいて組み合わせ論的に記述できることをしめした。(D.Grantcharov,Ji-Hye Jung,Seok-Jin Kang,Myungho Kimとの共同研究。)2.永年予想であった「余次元3予想」を肯定的に解決した。ホロノミック系の台はラグランジュ多様体であるが、ホロノミック系が余次元2の部分集合を除いたところで決まってしまうことは、超局所解析の研究当初から知られていた。余次元3の部分集合を除いたところでホロノミック系が与えられれば、全体に拡張できるだろうというのが、余次元3予想で、これは1970年代から予想されていた。これを解析的な方法をもちいて解決した。これは、将来、表現論にも応用されると期待される。(K.Vilonenとの共同研究)3.結晶基底は純組み合わせ論的であるが、この幾何的な類似は、幾何的結晶基底としてKazhdan,Berensteinによって提唱され、有限次元半単純群のばあいはこの構成方法も与えられた。しかし、アフィンの場合は、個別に知られた例もあったが一般的な構成方法は知られていなかった。これに対し、アフィン量子群の有限次元基本表現から出発する一般的な構成を与えた。(尾角正人、中島俊樹との共同研究)表現論は対称性を研究する数学の一分野である。近年、古典的な群、リー環では取り扱えなかった対称性を、量子群、ヘッケ環、二重ヘッケ環等の対称性を記述する新しい言葉により、その研究の領域が拡大している。又、その対象も、個々の事象を扱うことから、その事象全体を総合的に見る圏化の方向も盛になりつつある。これらの表現論における新しい方向をさらに進めて、代数・幾何等を総合的に用いた研究を行った。特に、Khovanov-LaudaとRouquierにより量子群を圏化するために導入された箙ヘッケ環の研究を重点的におこなった。1.箙ヘッケ環をもちいて量子群の半分が圏化されることは、Khovanov-Lauda、Rouquier等によりこの代数導入当初から知られていた。箙ヘッケ環の商である円分箙ヘッケ環をもちいれば量子群の既約表現が圏化されるであろうと予想されていた。しかし、これに関与する関手の完全性の証明ができなかったため、この問題は未解決であった。研究代表者は、量子群に現れるある等式を圏化することにより新しい見方を導入して、この証明に成功した。2.Andrea D'Agnoloと共同でシンプレクティック多様体の量子化を研究した。シンプレクティック多様体上には自然な量子化が存在することはD'Agnolo-Schapiraにより知られていた。これは単純な環ではなく、多様体上の環の圏となるが、この自然な構成を与えた。表現論は対称性を研究する数学の一分野である。古典的には、群、リー環などをもちいて対称性が研究されてきたが、近年それらでは扱えなかった対称性を量子群、ヘッケ環、二重ヘッケ環等の新しい言葉の発達により取り扱えるようになり、その研究の領域が拡大している。又、将来、表現論のみならず他分野にも応用の見込まれる、不確定特異点型ホロノミック系に対するリーマン・ヒルベルト対応を帰納層の概念を用いることにより、定式化することに成功した。さらに具体的には次のような成果があがった。1.古典的には、対称群の表現と一般線形群の表現はWeyl-Schur双対性として知られている。そのアフィン量子群への一般化は、Chari-Presseleyによってなされている。Seok-Jin Kang, Myungho Kimとともに、それを極限近くまで一般化することに成功した(量子Weyl-Schur双対性)。

また、Hernandez-Leclercによる、アフィン量子群の有限次元表現のテンソル圏をもちいた量子群の圏化を、量子Weyl-Schur双対性を用いて説明することができる。2.確定特異点型ホロノミック系と偏屈層の1-1対応は、研究代表者によって、1970年に知られている。それを、不確定特異点型ホロノミック系の場合に拡張することは、長い間の懸案であった。不確定特異点型ホロノミック系に対する、リーマン・ヒルベルト対応を帰納層の概念を用いて定式化することに、研究代表者は、Andrea D'Agnoloとの共同研究で成功した。表現論は対称性を研究する数学の一分野である。古典的には、群、リー環などをもちいて対称性を研究してきたが、近年、それらでは扱えなかった対称性が量子群、ヘッケ環、二重ヘッケ環等の新しい言葉の発達により扱えるようになり、その研究の領域が拡大している。又、個々の事象を扱うことから、その事象全体を総合的に見る「圏化」の方向からの研究も盛になりつつある。これらの表現論における新しい方向をさらに進めて、代数・幾何等を総合的に用いた研究を行った。又、将来、表現論のみならず他分野にも応用の見込まれる、不確定特異点型ホロノミック系に対するリーマン・ヒルベルト対応を帰納層の概念を用いることにより、定式化することに成功した。さらに具体的には次のような成果があがった。1.箙ヘッケ環をもちいて量子群の半分が圏化されることは、Khovanov-Lauda、Rouquier等によりlこの代数導入当初から知られていた。箙ヘッケ環の商である円分箙ヘッケ環をもちいれば量子群の既約表現が圏化されるであろうと予想されていた。しかし、これに関与する関手の完全性の証明ができなかったため、この問題は未解決であった。研究代表者は、量子群に現れるある等式を圏化することにより新しい見方を導入して、この証明に成功した。(Seok-Jin Kangとの共同研究)2.不確定特異点型ホロノミック系に対する、リーマン・ヒルベルト対応を帰納層の概念を用いることにより、定式化することに成功した。1次元の場合は証明に至った(Andrea D'Agnoloとの共同研究)3.箙ヘッケ環はパラメーターを持ち、それが特別な場合は、その既約表現は量子群の大域基底に対応することがしられていた。このパラメータが一般の場合も同様の結果が成り立つことをしめした。古典的な群、リー環などを用いた対称性の研究から、量子群、ヘッケ環等の新しい言葉を用いたそれまで扱えなかった対称性の研究へと、その研究の領域が拡大している。又、将来、表現論のみならず他分野にも応用の見込まれる、ホロノミー系と帰納層の拡張問題を解決した。また不確定特異点型ホロノミック系に対するリーマン・ヒルベルト対応を帰納層の概念を用いることにより、定式化することに成功した。1.箙超代数は、研究者が先に導入したものであるが、これを用いて、量子群の超圏化を行うことに成功した。2.ホロノミー加群の台はラグランジュ多様体であるが、超局所的には、ホロノミー加群間の射は余次元2の部分集合の外で決まってしまう。これの延長として、ラグランジュ多様体の余次元3の部分集合の外で定義されたホロノミー加群は常に拡張できると予想されていた。
新規テレケリクスの自己組織化に基づく環状構造高分子郡の高効率合成

本研究は、疎水性高分子の末端基として導入した適度な歪みを有する環状オニウム塩のユニークな諸特性を生かし、従来、一般的かつ効率的な合成手法の未開拓であった環状構造を含む高分子群の新規合成反応システムの開発を目的に行われた。ポリテトラヒドロフラン(PTHF)を主鎖成分として、末端にN置換一メチルおよびフェニルピロリジニウム(5員環アンモニウム)塩、あるいはN置換一ジフェニルメチルアゼチジニウム(4員環アンモニウム)塩を導入した。カルボン酸アニオンとの反応を検討したところ、4員環アンモニウム塩では、イオン対を形成すると同時に開環反応が進行することがわかり、効率的かつ簡便な分岐高分子の合成へと展開することができた。一方、5員環アンモニウム塩では、室温で安定にカルボン酸アニオンとイオン対を形成し、60100°C程度の加熱処理により、開環反応が進行することがわかった。特にN置換一フェニルピロリジニウム塩は適度な反応性を有し、求核性の低いカルボン酸アニオンとの反応においても定量的な開環反応が進行することがわかった。そこでPTHFの両末端にN置換一フェニルピロリジニウム塩を導入したテレケリクスとテレフタル酸アニオン等の2官能カルボン酸アニオンの反応を検討した結果、対アニオン交換反応によって得られたイオン集合体をTHF等の有機溶媒に希釈して加熱処理を行うことで、選択的かつ効率的に環状高分子が得られることがわかった。高効率での環状高分子の生成は、有機溶媒希釈下でテレケリクスによるイオン集合体がイオン対を保った状態での最小単位数の集合形態を選択的に形成することと一致し、この原理を利用してより広範な環状高分子群の効率的合成を行った。すなわち、4および6官能カルボン酸アニオンとの反応を行い、今までほとんど報告例のない環状構造を2ないし3有する複環状高分子を選択的に合成できることを見出した。
狩野晴川院養信筆「法隆寺什物図」の研究

狩野晴川院養信は、模本制作に力を傾けた江戸時代後期の幕府御用絵師である。本研究では、養信の模写活動の全容を探るべく、まずは比較的規模が大きい作例として「法隆寺什物図」を取り上げ、その基礎的な調査研究を行った。調査は資料の撮影、計測、細部の観察などを主とし、これをもとに原本となった宝物や模写者の特定、模写方法の考察、資料内の全墨書の翻刻などを行った。さらに先行研究や、養信自筆の「公用日記」から模写者の情報をまとめ、制作の背景を考察した。近年注目が高まっている江戸末期の幕府御用絵師・狩野養信は、古画・古絵巻の模本制作に積極的に取り組み、数多くの模本を残したと知られている。一方、作例は少ないものの、寺社宝物の模本も確認されており、中でも東京国立博物館の所蔵する「高野山学侶宝蔵古器及楽装束図」六巻と「法隆寺什物図」十一巻は、まとまった規模を呈する貴重な作例と言える。本研究では後者の基礎的な調査研究をする。それにより、既に報告書の刊行にまで至っている前者と合わせることで、養信とその一派による寺社宝物模写の概要をまず明らかにできるだろう。資料としてはもちろん、美術作品としても優れた本作品を詳細な調査・研究の上で紹介すれば、養信個人の作家研究や、養信を当主とする幕末の木挽町狩野家研究をはじめ、歴史と美術にまたがる幅広い分野に資すると見込まれる。21年度は「法隆寺什物図」を研究するための基礎データを収集する第一歩として、「法隆寺什物図」および「高野山学侶宝蔵古器及楽装束図」全巻の写真撮影と、「法隆寺什物図」中に見られる墨書を翻刻するのに必要な部分の写真撮影を行った。また、「法隆寺什物図」全巻の調査をし、法量の計測や宝物の特定を行うと同時に、技法(彩色・白描、あるいは拓本など)や描法に注目しながら細部の観察を進めた。そして以上を基に、次年度に予定している具体的な考察へ向けて、一覧表の作成ならびに墨書翻刻を行った。一覧表とは、調査で得た情報、すなわち描かれた宝物名、各宝物が何点の図で構成されているのか、担当した模者名、現存する法隆寺宝物の有無などを整理したものであり、墨書翻刻は、宝物の名前や担当画家、模写年月日、その他の注記を対象としている。両作業ともほぼ終了した。22年度は、これらの成果を大いに活用しつつ、研究を進めることができると考える。江戸時代後期の幕府御用絵師・狩野晴川院養信は、宝物の模写活動に積極的に取り組んだ人物である。これまでの研究で、養信が制作した古画・古絵巻の模本に関しては明らかにされているが、絵画以外の古器物等に関しては未だ全容が知られておらず、研究推進が望まれる課題である。東京国立博物館は養信筆のものも含む木挽町狩野家伝来模本類を所蔵しており、そのうち養信と弟子たちによる「高野山学侶宝藏古器及楽装束図」については調査報告書が刊行されているため、本研究では、これと同程度に比較的規模が大きい作例として「法隆寺什物図」を取り上げ、その基礎的な調査研究を行った。昨年度、予定していた「法隆寺什物図」の調査とデジタル撮影を終えるとともに、周辺作品を調査し検討する必要性を感じたため、本年度は方針をやや修正し、東京国立博物館が所蔵する木挽町狩野伝来模本類のうち本研究に関わる作品を別に選定し、「高野山学侶宝蔵古器及楽装束図」をはじめとする37点をデジタル撮影した。また、養信自筆の「公用日記」について、法隆寺什物の模写に関する記事を探し、該当部分を翻刻した。昨年整備した「模写宝物一覧表」と「墨書翻刻」については点検の上で手直しをし、論文に付して発表するために適した状態にした。以上の成果は、模写方法や模写者に関する考察とともに調査報告としてまとめ、2011年4月発行の『MUSEUM』631号(東京国立博物館)に発表した。本研究はより広い視野を持つ、養信の宝物模本制作に関する研究を推進するための第一歩であり、今後もこの成果を生かしつつ、引き続きこれらの研究に取り組んでいきたい。
子宮内膜症の発生におけるマトリックス分解酵素とサイトカインファミリーの役割

子宮内膜症の発生における細胞外マトリックス分解酵素MMPとその制御因子TIMPの役割およびサイトカインによる制御機構の解明を目的として研究をスタートさせた。子宮内膜症患者腹水中のMMP-1は増加しており、TIMP-1濃度は低いことが報告されている。したがって平成14年度の研究では、まず最初に、腹腔内MMP-1とTIMP-1濃度を測定した。しかしながら、内膜症患者と非内膜症患者の間で有意な差を見出せなかった。子宮内膜症合併不妊症患者の腹水中には高濃度のTNFαおよびIL-8が存在すること、TNFαはIL-8遺伝子と蛋白発現を促進し、IL-8は子宮内膜症間質細胞の増殖を促進することを明らかにしてきた。TNFαは転写因子NF-κBを活性化することにより作用を発揮することが知られている。本研究では、TNFαによる内膜症間質細胞のIL-8産生誘導におけるNF-κBの関与について検討した。GnRHアゴニスト(GnRHa)非投与症例では、TNFα(0.1ng/ml)の添加は内膜症間質細胞のIL-8遺伝子と蛋白発現を増加させ、リン酸化IκBの発現ならびにNF-κBの活性化を誘導した。E2(10^<-7>M)の併用添加は、TNFαによるIL-8遺伝子と蛋白発現、リン酸化IκBの発現およびNF-κBの活性化を促進した。NF-κB阻害剤であるTPCKはTNFαのIL-8遺伝子と蛋白発現の誘導を阻害した。一方、GnRHa投与症例では、TNFα添加によるIL-8産生とリン酸化IκBの発現誘導はみられなかった。以上より、TNFαはNF-κBを活性化することで子宮内膜症細胞のIL-8遺伝子発現と蛋白産生を誘導することを明らかにした。今回、TNFαおよびE2のIL-8産生誘導効果はGnRHa非投与症例において観察され、GnRHa治療後の子宮内膜症細胞ではIL-8産生誘導がおこらないことを初めて見出した。したがって、GnRHa治療は内膜症細胞のサイトカイン産生を抑制して本症の増殖・進展を阻止することが示唆された子宮内膜症の発生における細胞外マトリックス分解酵素MMPとその制御因子TIMPの役割およびサイトカインによる制御機構の解明を目的として研究をスタートさせた。したがって、GnRHa治療は内膜症細胞のサイトカイン産生を抑制して本症の増殖・進展を阻止することが示唆された子宮内膜症患者の腹水中には高濃度のTumor necrosis factorα(TNFα)およびInterleukin-8(IL-8)が存在すること、TNFαはIL-8遺伝子と蛋白発現を誘導し、IL-8は子宮内膜症間質細胞の増殖を促進することを明らかにしてきた。患者の同意のもと、腹腔鏡手術時に採取した卵巣チョコレート嚢胞壁から内膜症間質細胞をOsteenらの方法を用いて分離培養した。TNFα(0.1ng/ml)添加後の培養間質細胞におけるIL-8遺伝子および蛋白発現をNorthern blottingとELISAで、リン酸化IκBの発現をWestern blottingで、NF-κBの活性化をElectrophoretic mobility shift assayにて検索した。NF-κB阻害剤であるTPCK添加がIL-8遺伝子と蛋白発現に及ぼす影響についても検討した。

TNFαの添加は内膜症間質細胞のIL-8遺伝子と蛋白発現を増加させ、リン酸化IκBの発現ならびにNF-κBの活性化を誘導した。TPCKはTNFαのIL-8遺伝子と蛋白発現の誘導を阻害した。したがって、TNFαはNF-κBを活性化することで子宮内膜症細胞のIL-8遺伝子発現と蛋白産生を誘導することが明らかとなった。子宮内膜症の発生と進展はエストロゲンによって促される。現在、内膜症治療にはGnRHアゴニスト(GnRHa)が使用されるが、GnRHaは下垂体でのゴナドトロピン産生を抑制し、卵巣におけるエストロゲン産生を低下させる結果、内膜症病変の縮小と疼痛症状の改善をもたらす。したがって、平成15年度研究では、内膜症間質細胞へのエストロゲンの添加はTNFαによって誘導されるNF-κBの活性化を増強し、IL-8産生を促進するか否か、GnRHa治療は内膜症細胞のサイトカイン産生を抑制するか否かについて検討した。患者の同意のもと、腹腔鏡手術時に採取した卵巣チョコレート嚢胞壁から内膜症間質細胞をOsteenらの方法を用いて分離培養した。TNFα(0.1ng/ml)添加後の培養間質細胞におけるIL-8遺伝子および蛋白発現をNorthern blottingとELISAで、リン酸化IκBの発現をWestern blottingで、NF-κBの活性化をElectrophoretic mobility shift assayにて検索した。GnRHa非投与症例では、TNFαの添加は内膜症間質細胞のIL-8遺伝子と蛋白発現を増加させ、リン酸化IκBの発現およびNF-κBの活性化を誘導した。E2(10^<-7>M)の併用添加は、TNFαによるIL-8遺伝子と蛋白発現、リン酸化IκBの発現およびNF-κBの活性化を促進した。一方、GnRHa投与症例では、TNFα添加によるIL-8産生とリン酸化IκBの発現誘導はみられなかった。TNFαおよびE2のIL-8産生誘導効果はGnRHa非投与症例において観察され、GnRHa治療後の子宮内膜症細胞ではIL-8産生誘導がおこらないことを初めて見出した。したがって、GnRHa治療は内膜症細胞のサイトカイン産生を抑制して本症の増殖・進展を阻止することが示唆された。本研究成績から、子宮内膜症細胞でのサイトカイン産生に重要な役割を果たす転写因子NF-κBを標的とした本症治療の可能性が示唆された。
異なる重力環境が前庭系に及ぼす影響―DNAチップ(マイクロアレイ)による解析

近年宇宙開発事業は急速な進歩を遂げており、近い将来人類が宇宙の微小重力環境下により長く曝露される可能性が多くなることが予想される。そのため微小重力を含む異なる環境下で起こりうる身体の変化を予測することは、今後の宇宙活動を進める上で非常に重要であると思われる。今回異なる重力環境に暴露された際にいかなる遺伝子の発現が促進あるいは抑制を受けているかに関して検討を行った。ラットに過重力(2G)を48時間負荷し、前庭系(末梢前庭系、脳幹、小脳)でいかなる遺伝子発現が変化するかについて、それぞれmRNAを抽出し、短時間に多くの遺伝子発現の変化を捉えることができるDNAチップ(マイクロアレイ)を用いて解析した。その結果、過重力負荷を受けた末梢前庭において、遺伝子発現比が3倍以上に増加する20の遺伝子、1/3以下となる2つの遺伝子が明らかとなった。脳幹においては、遺伝子発現比が3倍以上に増加する19の遺伝子、1/3以下となる12の遺伝子が、また小脳においては、遺伝子発現比が3倍以上に増加する15の遺伝子、1/3以下となる22の遺伝子それぞれ明らかとなった。現在これら遺伝子についてそれぞれreal-time PCR法により定量解析を行い、確認しているところである。また、DNAチップ(マイクロアレイ)と同様に短時間に多くの遺伝子発現の変化を捉えることができるDifferential display法による解析も並行して行い、末梢前庭においては細胞骨格蛋白であるMicrotubule associated protein(MAP1A)のmRNAがup-regulationされることを明らかにして発表した。今後これらの物質が実際に末梢前庭のどの細胞においてどのように働いて新しい環境へ適応しようとしているのかなどについて深く検討を進め、前庭系全体としてどのような遺伝子発現の変化が起こっているのかについて更に解析していく予定である。その結果、過重力負荷を受けた末梢前庭において、遺伝子発現比が2倍以上に増加する7つの遺伝子、1/2以下となる1つの遺伝子が明らかとなった。現在これら遺伝子についてそれぞれreal-time PCR法により定量解析を行っているところである。今後これらの物質が実際に末梢前庭のどの細胞においてどのように働いて新しい環境へ適応しようとしているのかなどについてin situ hybridization法などを用いて検討していく予定である。同様に脳幹や小脳についても解析を進め、前庭系全体としてどのような遺伝子発現の変化が起こっているのかについても検討予定である。また今回明らかとなった遺伝子発現の変化は、平成14年度スペースシャトルに搭載予定である微小重力環境に暴露されたラット末梢前庭を用いた解析の重要な基礎データとなりうると思われる。
量子力学的多体系の安定性と熱力学極限の研究

本研究課題の目的は、原子や分子モデルに代表される量子力学の多体問題を数学的に解析することにあった。今年度は多電子系の近似理論であるミュラー汎関数の分子理論について研究を行なった。ミュラー汎関数は密度行列汎関数理論と呼ばれる近似理論のモデルの一つである。密度行列汎関数理論は密度汎関数理論の一般化であり、ミュラー汎関数はある意味でハートリー・フォック理論の一般化になっている。原子核が静止しているとみるボルン・オッペンハイマー近似を用いるとき、ミュラー分子が安定とは、原子核の位置についてエネルギーの最小化を行い、それが達成される状態(密度行列)が存在することをいう。この条件のもとでミュラー理論における分子の安定性について考察し、その必要十分条件を示した。これは物理的には、分子を形成する場合のほうがそうでない場合よりもエネルギーが低いこと、あるいは分子からある一群を引き離すにはエネルギーが必要なことを条件としており、物理的に期待される条件であった。また、ミュラー分子が存在するとき、粒子数が原子核の総電荷(陽子数)に比べて十分大きくならないことを示した。特に、原子核の総電荷が十分大きいとき、無視できる程度の陽イオンしか存在しないことを示した。さらに、分子の安定性は系のサイズに関連すると予想されるが、ミュラー分子でもっとも近い原子核同士の距離について考察し、これがトマス・フェルミ原子の半径よりも十分大きくなることを示した。多電子系の分子理論についての厳密な結果を得られ、論文も掲載されたため。これまでと同様に数学を用いて量子物理学のモデルの解析を行う。特に方針の変更はない。
フィトクロムの構造と機能解明のための有機合成化学的アプローチ

植物内に存在する光受容色素蛋白質フィトクロムは,生理学的に不活性で赤色光吸収型のPrと生理学的に活性で遠赤色光吸収型のPfrとの間で可逆的に相互変換する光分子スイッチ機能を有する。この「赤・遠赤色光可逆的反応」は,植物の発生や成長・分化などの様々な過程に広く関係し,環境の光情報を植物に伝える重要な役割を果たしており,植物が生きて行くために欠くことのできない調節作用の一つである。本研究では,発色団の構造と再構成フィトクロムの機能との間の相関など,この分野を飛躍的に発展させるために,これまで合成が困難とされてきたビリン系発色団の効率的合成法及び立体化学を固定した誘導体の新合成法の確立など,フィトクロムの構造と機能の解明に関する有機合成化学的アプローチを推進し,次のような研究成果を挙げることができた。1.アグロバクテリオフィトクロムAgp1のアポ蛋白質に対する発色団ビリベルジン(BV)の共有結合部位を解明するために,種々のBV誘導体を合成し,再構成実験によりA環3位のビニル基で結合していることを明らかにした。2.AB環及びCD環部位の立体配置及び配座をそれぞれ固定した可能な4種のBV誘導体を全て合成し,Agp1及びAgp2のアポ蛋白質と再構成させて得られる人工フィトクロムと天然型フィトクロムのスペクトル的ならびに生化学的比較研究により,Pr型発色団の15位の立体化学はZ-anti, Pfr型はE-antiであり,Pr型の5位の立体化学はZ-synであることを世界で初めて直接的に解明した。3.15位をZ-antiで固定した発色団とアポ蛋白質を再構成させて得られるホロ蛋白質の良質な単結晶を得ることに成功し,X線構造解析を目指して大きく前進した。4.分子量12万の植物フィトクロム蛋白質を高純度で単離精製するために,修飾型発色団を担体に結合させたアフィニティークロマトグラフィーの実現に向けて大きく前進した。5.バクテリオフィトクロムAgp1の光異性化の詳細な反応機構とシグナル伝達機構の解明を目指して,AB環及びCD環部分の立体化学を二重に固定したBV発色団の合成を可能にした。6.光学活性な発色団を合成するために,これまで本プロジェクトとは独立に開発してきた酒石酸エステルを不斉源として活用する高効率・高選択的なエナンチオ選択的反応を開発するとともに,「シン効果」に関する重要な知見を得た。植物中に存在する光受容色素蛋白質フィトクロムは,いわゆる「赤・遠赤色光可逆的反応」により,植物の発生や生長,分化等の様々な光形態形成を制御しており,発色団として開環状テトラピロール化合物の一種であるフィトクロモビリン(PΦB)を有している。これまでアポ蛋白質と再構成可能な発色団の合成は極めて困難であったことから,発色団の構造と機能の関係を探究することは不可能であった。