hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性関節リウマチにおける自己抗体の産生と病因的意義の研究

RA患者滑膜から得られたB細胞をEBウイルスでトランスホームし、IgM-RF産生クローンを得た。IgG-FCとのみ反応するmonoreactive RFが、他のssDNAやコラゲンIIと反応するpolyreactiveRFより、より多く得られた。monoreactiveIgM-RFのIgGFC結合力はpolyreactiveIgM-RFより強く、C4結合能も高かった。RA滑膜B細胞クローンから得られたIgA-RF産生細胞のRNAから得られたVH域のcDNA解析でVHのgermline DD66と87%のhomologyが認められ、VHcDNAのCDR1と2域に体細胞突然変異が多く認められた。RA患者滑液中にはマイコバクテリウムHSP65KDaに対するIgG,IgM,IgA抗体が血清中より、より高値で認められた。RA患者滑液単核球には末血単核球よりマイコバクテリウムHSP65KDaに対して3Hサイミジン取り込みでみられるより強い反応が認められた。この反応性と単核球中のHLA-DR^+γδ^+T細胞比率との間に相関が認められたことから、γδ^+T細胞がHSP65に対して強い反応を示すことが推測された。RA患者血清にはヒトHSP60と反応する抗体が証明され、RA滑膜から得られたcDNAのクローンから得られたヒトHSP60のエピトープは他種HSPとhomologyの高い部位のほかに、他のいくつかの部位にも存在することが認められた。RA患者血清は他の膠原病患者血清に比しいくつかのエピトープと反応することが多く、しかも、epitopeが経時的に拡散するのが認められた。EBウイルスでトランスフォームした慢性関節リウマチ(RA)患者B細胞はIgG-Fcとのみ反応する抗体を産生するラインの場合と抗インスリンや抗テタヌストキソイド、抗コラゲンタイプII抗体をも産生するラインになる場合とが認められた。両群での補体結合能を抗C4抗体を用いて検査すると、IgG-Fcとのみ反応するmonoreactive抗体がより高い補体結合能を示した。RA患者の血清および滑液からSephadex G-200とProtein G-Sepharose 4Bを用いたアフィニティーカラムを用いてIgM-リウマトイド因子(RF)を精製し、ヒトミエローマ血清から得られたヒトIgGサブクラスIgG_1,IgG_2,IgG_3,IgGとの反応をみると、血清IgM-RFはIgGにほとんど反応しなかったが滑液IgM-RFはIgGとも反応することが認められた。さらに、IgG-RFのIgGとの反応における補体結合能をみると、IgGと反応した滑液中IgM-RFがIgM単位当り最も強いC4結合能を示した。RA患者の血清と滑液につきマイコバクテリウムhsp65KDに対する抗体をELISAで測定すると、IgG,IgA,IgMのすべてで滑液中の抗体力価の高値が認められた。さらに、マイコバクテリウムhsp65KDに対するリンパ球の反応をみると、滑液リンパ球の反応が末梢血リンパ球の反応より高値の例がみられ、このような症例は発症5年以内に多く認められた。また、マイコバクテリウムhsp65KDに対するリンパ球の反応性はリンパ球中におけるHLA-DR^+gammadelta^+T細胞の比率と相関した。以上の成績から、慢性関節リウマチの関節局所では、補体活性化能をもつリウマトイド因子が産生され、活性化された補体成分による好中球の遊走や血管の透過性が亢進し、関節病変が進行すると考えられた。また、関節炎局所では外来性ないし自己のhspに対するリンパ球反応の亢進が認められ、hspと共通抗原性をもつ軟骨の破壊が起こる可能性も考えられた。

IgG-Fcとのみ反応するmonoreactiveRFが、他のssDNAやコラゲンIIと反応するpolyreactiveRFより、より多く得られた。monoreactive IgM-RFのIgGFc結合力はpolyreactive IgM-RFより強く、C4結合能も高かった。RA滑膜B細胞クローンから得られたIgA-RF産生細胞のRNAから得られたVH域のcDNA解析でVHのgermline DD66と87%のhomologyが認められ、VHcDNAのCDR1と2域に体細胞突然変異が多く認められた。RA患者滑液中にはマイコバクテリウムHSP65KDaに対するIgG,IgM,IgA抗体が血清中より、より高値で認められた。RA患者滑液単核球には末血単核球よりマイコバクテリウムHSP65KDaに対して3Hサイミジン取り込みでみられるより強い反応が認められた。この反応性と単核球中のHLA-DR^+γδ^+T細胞比率との間に相関が認められたことから、γδ^+T細胞がHSP65に対して強い反応を示すことが推測された。RA患者血清にはヒトHSP60と反応する抗体が証明され、RA滑膜から得られたcDNAのクローンから得られたヒトHSP60のエピトープは他種HSPとhomologyの高い部位のほかに、他のいくつかの部位にも存在することが認められた。RA患者血清は他の膠原病患者血清に比しいくつかのエピトープと反応することが多く、しかも、epitopeが経時的に拡散するのが認められた。
微分方程式と数値解析の研究

Schro^^̈dinger作用素の一般固有値問題(ー△+q_1(x)+q_2(x))u(x)=λu(x)をR^nの無限遠の近傍で考える。境界条件は置かない。ポテンシアルq_1,q_2が適当な条件を満たしλ>0のとき、L^2ー固有関数uが存在しないことはよく知られている。このことはuの無限遠での挙動(漸近挙動)を調べることによって得られる。q_1を実数値関数で微分可能、q_2を複素数値関数でその微分を用いないという考えのもとで適当な条件を置いたとき、uの漸近挙動はq_1の無限遠での挙動に主として依存し、q_2の影響はそれに比して第2次的である。しかしq_2はuの漸近挙動に僅かではあるが影響を与えることが、山田修宜(立命館大学)との共同研究でわかった。特にq_1が無限遠で臨界的増大度(q_1<0、かつq_1=O(r^2))をもつときはq_2の無限遠での挙動が、uがL^2に属するかどうかに多大な影響を与えることがわかった。研究費補助金は主として1関連部門の研究集会等への参加2関連部門の研究者との研究連絡・研究打ち合わせに用いられた。またその一部はコンピュ-タ関連の消耗品購入に当てられた。境界条件は置かない。
ＳＡＴＢ１による自己免疫疾患発症抑制機構の解明

免疫は外来抗原を排除するが、自分自身を攻撃しない、いわゆる免疫寛容が健康時には保たれている。しかし、免疫寛容が破綻する場合があり、その際には自己免疫疾患が発症する。本研究では、染色体構造調節機能を有する核タンパク、Special AT-rich binding protein-1 (SATB1)遺伝子欠損マウスに自己免疫疾患の発症することを見出した。これは、SATB1遺伝子欠損により胸腺内における自己反応性T細胞を排除するメカニズム、ネガティブセレクションが障害されることが一因であると示唆された。以上より、SATB1は免疫寛容成立に必須であることが明らかとなった。我々はこれまでに、染色体構造を調節する因子として遺伝子発現制御をグローバルに行う核タンパク、Special AT-rich sequence binding protein-1(SATB1)欠損マウスに自己免疫疾患が発症することを見出した。これはSATB1がT細胞の免疫寛容成立に不可欠な遺伝子群の発現調節を行っていることを示唆している。この知見を踏まえ、本研究ではSATB1遺伝子欠損により、なぜ免疫寛容の破綻が生じるのかを検討した。Vav-Cre-SATB1<f1/f1>マウスのナイーブT細胞からのTh17細胞および誘導性制御性T細胞(iTreg)の誘導がコントロールに比べて低下していた。しかしSATB1の発現はTh17細胞、iTreg細胞で特別に高くはなかった。SATB1の発現はT細胞レセプター(TCR)刺激により亢進する事が示唆されたので、T細胞分化段階でのSATB1mRNA発現を調べると、骨髄中の造血幹細胞の成熟度が上がるに伴い高まっていた。胸腺内でもCD4^-CD8^-ダブルネガティブ(DN)からダブルポジティブ(DP)細胞期へと胸腺細胞の分化成熟に伴い高まっていた。さらにCD4^+またはCD8^+シングルポジティブ(SP)細胞期では、SATB1mRNAの発現は低下し、末梢T細胞ではDN1と同程度まで低下した。次にナイーブT細胞を抗CD3、CD28抗体で刺激しSATB1mRNA発現を調べると、刺激後30分から発現が亢進し、1時間から3時間後にピークに達した後24時間では刺激前のレベルになった。これはSATB1がc-fos等と共にTCR刺激後早期に発現誘導が見られるearly responsive geneの1つである事を示唆している。自己免疫疾患を発症するVav-Cre=SATB1^<fl/f1>マウスでは、自己反応性T細胞の活性化を抑制するとされている、胸腺内で分化するnTregの機能に異常は認められなかった。また、予備的な検討から、このマウスはネガティブセレクションに異常が認められた。従ってこのマウスの自己免疫疾患は末梢での自己反応性T細胞の増加とiTregの分化異常により引き起こされている可能性が示唆された。本年度は、血球細胞系またはT細胞特異的にSATB1の発現を欠損するマウス(vav-Cre-SATB1, lck-Cre-SATB1)と、雄マウスのH-Y抗原特異的T細胞レセプター(TCR)を発現するH-Yトランスジェニック(Tg)マウスまたは、MHCクラスII拘束性ニワトリ卵白アルブミン(OVA)ペプチド特異的TCRを発現するOT-II Tgマウスと胸腺上皮細胞にOVA抗原を発現するRIP-mOVAのダブルトランスジェニックマウスを用いた検討により、SATB1欠損による胸腺内ネガティブセレクション不全の可能性を示唆する結果が得られた。また骨髄移植の実験より、SATB1欠損による胸腺内ネガティブセレクション不全は、胸腺細胞内在性の要因による可能性を示唆する結果が得られた。これまでの検討より、vav-Cre-SATB1マウス、lck-Cre-SATB1マウスでは、胸腺内ポジティブセレクションの異常は明らかであることから、SATB1欠損による全身性自己免疫疾患発症には、中心性免疫寛容が重要な働きをしていることが示唆された。また、vav-Cre-SATB1マウス、lck-Cre-SATB1マウスを用いた実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)モデルの検討では、我々の予測に反してvav-Cre-SATB1マウス、lck-Cre-SATB1マウスでは、EAEの発症が認められなかった。この結果から、全身性に発症する自己免疫疾患と臓器特異的に発症する自己免疫疾患では、それぞれ異なる免疫寛容系の破綻に起因する可能性が示唆された。本研究では、T細胞特異的に発現する核蛋白質Special AT-rich sequence binding protein-1 (SATB1)欠損により、なぜ免疫寛容の破綻が生じるのかを、血球系細胞、またはT細胞特異的にSATB1遺伝子を欠損するコンディショナルノックアウトマウス(SATB1 cKO)を用いて解析を行った。SATB1

cKOマウス胸腺では、ポジティブセレクション、ネガティブセレクション共に障害が認められた。その原因を探るために、野生型、SATB1 cKOマウス胸腺から単離したCD4CD8ダブルポジティブ(DP)細胞の遺伝子発現解析を行った。その結果、SATB1 cKOマウス由来DP細胞では、ポジティブセレクションに重要な働きをするThemisの発現低下が認められた。したがって、Themis発現低下がSATB1 cKOマウス胸腺におけるポジティブセレクション障害の一因である可能性が示唆された。さらにSATB1cKOマウス胸腺におけるネガティブセレクション障害が、胸腺内の微小環境に起因するものかを調べるために、SATB1 cKOマウスをニワトリ卵白アルブミン(OVA)ペプチド特異的T細胞レセプタートランスジェニックマウス(OT-II)とOVAを胸腺上皮細胞上に発現するRIP-mOVAマウスとかけ合わせた。得られた仔マウスを解析した結果、SATB1 cKOマウスでは胸腺上皮細胞上にOVAが発現していた場合でも、OT-IIT細胞のネガティブセレクションは障害されていた。従ってSATB1 cKOマウス胸腺におけるネガティブセレクションの障害は胸腺内の微小環境によるものではなく、かつ正常な中心性免疫寛容の成立にはSATB1が必要であることが示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。免疫学26年度が最終年度であるため、記入しない。交付申請時には、平成24年度の実験計画において、中心性免疫寛容成立におけるSATB1の機能解明と末梢性免疫寛容成立におけるSATB1の機能解明の2項目の達成を計画した。末梢性免疫寛容成立におけるSATB1の機能解明については、おおむね順調に結果が得られた。しかし前者の、中心性免疫寛容成立におけるSATB1の機能解明については、マウスの交配の都合により、必要なマウス個体数が得られずネガティブセレクション異常についての解析が遅れた。本年度の研究計画では、1,ポジティブセレクション不全を主因とするネガティブセレクション不全の可能性の検討、2,lck-Cre-SATB1マウスにおける自己免疫疾患発症抑制の試み、3,実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)モデルによるSATB1欠損T細胞の機能解明、という3つの実施計画を立てた。1については、研究実績の概要に記したとおり、SATB1欠損による全身性自己免疫疾患発症には、中心性免疫寛容が重要な働きをしていることが示唆される結果が得られている。2については、制御性T細胞(Treg)の機能解析をin vitroで行った。その結果、vav-Cre-SATB1マウス、lck-Cre-SATB1マウスのTreg細胞は、野生型マウスのTreg細胞機能と有意な差は認められなかった。しかし、マウスのTreg細胞のin vivoへの移入はまだ行えておらず、in vivoでの機能解析は平成26年度に持ち越すこととなった。
複雑非線形系制御の実用化を目指したハミルトン・ヤコビ方程式の研究

非線形制御理論における基本方程式であるハミルトン・ヤコビ方程式について,基礎的な解析を行った.まず,ハミルトン・ヤコビ方程式の解析を線形制御理論のリッカチ方程式のそれと対比させながら,解析を行う枠組みとして,シンプレクティック幾何学がもっとも適切であることがわかった.シンプレクティック幾何学の枠組みで定式化された1階偏微分方程式の理論を用いれば,リッカチ方程式の代表的解法である有本・ポッター法(固有値分解法)が自然にハミルトン・ヤコビ方程式に拡張できることを証明した.ハミルトン・ヤコビ方程式を1階の偏微分方程式として解くと,必ずしも制御理論で望むような解が得られるとは限らない.これは,ハミルトン・ヤコビ方程式が複数の解を持つからで,この中から,非線形制御理論で有用な解を得るためには,より深く方程式の構造を探らなければならない.これをシンプレクティック変換の母関数の理論を用いて行った.すなわち,ある解が得られたとき,その情報を用いて他の解をすべて導くようなハミルトン・ヤコビ方程式の隠れた構造を明らかにした.これをリッカチ方程式に当てはめると,ある解が一つあるとき,それを用いて特殊なリヤプノフ方程式を構成し,それを解くことで他のすべての解を構成する固有ベクトル(第一積分)が得ることができることになる.こうして,ハミルトン・ヤコビ方程式を安定化解と関係のある構造と反安定化解と関係のある構造に,二つに分けることに成功した.上記の研究成果は,米国応用数学会(SIAM)の論文集に掲載された.また,2002年のIEEE Conference on Decision and Controlへも招待され,本研究成果を発表した.非線形制御理論における基本方程式であるハミルトン・ヤコビ方程式について,基礎的な解析を行った.まず,ハミルトン・ヤコビ方程式の解析を線形制御理論のリッカチ方程式のそれと対比させながら,解析を行う枠組みとして,シンプレクティック幾何学がもっとも適切であることがわかった.シンプレクティック幾何学の枠組みで定式化された1階偏微分方程式の理論を用いれば,リッカチ方程式の代表的解法である有本・ポッター法(固有値分解法)が自然にハミルトン・ヤコビ方程式に拡張できることを証明した.ハミルトン・ヤコビ方程式を1階の偏微分方程式として解くと,必ずしも制御理論で望むような解が得られるとは限らない.これは,ハミルトン・ヤコビ方程式が複数の解を持つからで,この中から,非線形制御理論で有用な解を得るためには,より深く方程式の構造を探らなければならない.これをシンプレクティック変換の母関数の理論を用いて行った.すなわち,ある解が得られたとき,その情報を用いて他の解をすべて導くようなハミルトン・ヤコビ方程式の隠れた構造を明らかにした.これをリッカチ方程式に当てはめると,ある解が一つあるとき,それを用いて特殊なリヤプノフ方程式を構成し,それを解くことで他のすべての解を構成する固有ベクトル(第一積分)が得ることができることになる.こうして,ハミルトン・ヤコビ方程式を安定化解と関係のある構造と反安定化解と関係のある構造に,二つに分けることに成功した.上記の研究成果は,米国応用数学会(SIAM)の論文集に掲載された.また,2002年のIEEE Conference on Decision and Controlへも招待され,本研究成果を発表した.非線形制御理論における基本方程式であるハミルトン・ヤコビ方程式について,基礎的な解析を行った.まず,ハミルトン・ヤコビ方程式の解析を線形制御理論のリッカチ方程式のそれと対比させながら行う枠組みとして,シンプレクティック幾何学がもっとも適切であることを示した.シンプレクティック幾何学の枠組みで定式化された1階偏微分方程式の理論を用いれば,リッカチ方程式の代表的解法である有本・ポッター法(固有値分解法)が自然にハミルトン・ヤコビ方程式に拡張できることを証明した.ハミルトン・ヤコビ方程式を1階の偏微分方程式として解くと,必ずしも制御理論で望むような解が得られるとは限らない.これは,ハミルトン・ヤコビ方程式が複数の解を持つからで,この中から,非線形制御理論で有用な解を得るためには,より深く方程式の構造を探らなければならない.これをシンプレクティック変換の母関数の理論を用いて行った.すなわち,ある解が得られたとき,その情報を用いて他の解をすべて導くようなハミルトン・ヤコビ方程式の隠れた構造を明らかにした.これをリッカチ方程式に当てはめると,ある解が一つあるとき,それを用いて特殊なリヤプノフ方程式を構成し,それを解くことで他のすべての解を構成する固有ベクトル(第一積分)が得ることができることになる.こうして,ハミルトン・ヤコビ方程式を安定化解と関係のある構造と反安定化解と関係のある構造に,二つに分けることに成功した.上記の研究成果は,米国応用数学会(SIAM)の論文集に掲載されることが決定している.非線形制御理論における基本方程式であるハミルトン・ヤコビ方程式について,基礎的な解析を行った.まず,ハミルトン・ヤコビ方程式の解析を線形制御理論のリッカチ方程式のそれと対比させながら,解析を行う枠組みとして,シンプレクティック幾何学がもっとも適切であることがわかった.シンプレクティック幾何学の枠組みで定式化された1階偏微分方程式の理論を用いれば,リッカチ方程式の代表的解法である有本・ポッター法(固有値分解法)が自然にハミルトン・ヤコビ方程式に拡張できることを証明した.ハミルトン・ヤコビ方程式を1階の偏微分方程式として解くと,必ずしも制御理論で望むような解が得られるとは限らない.

これは,ハミルトン・ヤコビ方程式が複数の解を持つからで,この中から,非線形制御理論で有用な解を得るためには,より深く方程式の構造を探らなければならない.これをシンプレクティック変換の母関数の理論を用いて行った.すなわち,ある解が得られたとき,その情報を用いて他の解をすべて導くようなハミルトン・ヤコビ方程式の隠れた構造を明らかにした.これをリッカチ方程式に当てはめると,ある解が一つあるとき,それを用いて特殊なリヤプノフ方程式を構成し,それを解くことで他のすべての解を構成する固有ベクトル(第一積分)が得ることができることになる.こうして,ハミルトン・ヤコビ方程式を安定化解と関係のある構造と反安定化解と関係のある構造に,二つに分けることに成功した.
熱帯域の大気海洋相互作用現象とユーラシアの降雪の関係の解明

インド洋熱帯域のダイポールモード現象(IOD)が、チベット高原における初冬の積雪面積に影響を与えるメカニズムをUTCM大気海洋結合モデル(The University of Tokyo Coupled General Circulation Model)での再現性を調べた。UTCMを300年間積分し、最後の280年間のうち、エルニーニョを伴わない正のIODの見られた30年を分析した。初冬について詳細を見てみると、正のIODの東の極にある負の海面水温偏差が観測値よりも大きく、また西へ向かって東経60度まで広がっている。このため、非断熱冷却(加熱)アノマリーが観測より西へシフトしている。それゆえ、この熱帯におけるダイポール非断熱加熱アノマリーへの松野-ギル・パターンにおけるバロクリニックな大気応答もまた、観測よりも西ヘシフトしている。つまり、観測では対流圏下層にある時計回りの(反時計回りの)アノマリーはアラビア半島(ベンガル湾)にあるのに対し、UTCMの結果では、北アフリカ(アラビア海)に見られる。UTCMでは、初冬の偏西風(ジェット気流)の赤道方向への後退が観測よりも少なく。そのため、基本場のバロトロピック成分が北アフリカとアラビア海では東風となっている。このように、ダイポールの非断熱加熱への大気応答は熱帯へと限定されており、中高緯度へのテレコネクションが見られない。結果として、観測でみられるロスビー波のアラビア半島から極向きの伝播やその結果生じる北インドにおけるバロトロピックな低気圧性偏差はUTCMでは見られず、それゆえ、この偏差によってチベット高原へ水蒸気の供給が増加し、チベット高原での降雪が増加するという現象も見られなかった。研究代表者は、前年度までの研究で、再解析データと衛星観測データを用いて、エルニーニョ/南方振動現象よりも、インド洋熱帯域のダイポールモード現象が、チベット高原における初冬の積雪面積に影響を与えることを示唆した。今年度は、そのメカニズムの詳細を3つの手法によって調べた。1.松野-Gillモデルにより、ダイポールモード現象に伴う西側の正の非断熱加熱偏差が、赤道から少し離れた場所の上空に高気圧性偏差を形成することが明らかになった。特に、非断熱加熱偏差の北西側にできる高気圧性偏差は、アラビア半島上空に形成される。アラビア半島上空に見られる高気圧性偏差は、観測データと整合的であった。2.11-12月の基本場を用いて、ロスビー波のレイ・トレーシングを行ったところ、アラビア半島上空を波源とする定在ロスビー波は、チベット高原の上空では、低気圧生偏差となることが明らかになった。3.大気大循環モデルを用いたアンサンブル実験を行った。具体的には、海面水温の月平均気候値で駆動した場合とインド洋熱帯域のみダイポールモード現象に伴う海面水温偏差を与えた海面水温で駆動した場合の比較を行った。その結果、ダイポールモード現象の西側の極で正の降水偏差が生じ、これによって、アラビア半島上空に高気圧性偏差が形成されていた。また、ここがロスビー波の波源となり、チベット高原の上空250hPaでは、低気圧生偏差が形成された。この低気圧生偏差により、インド洋からの湿った空気がチベット高原で収束するようになることも明らかになった。そして、この水蒸気フラックスの収束が、チベット高原における初冬の降雪を増大させていることがわかった。
ハロゲン結合の物理化学的描像の解明と超分子化学への応用

共有結合に与るハロゲン原子(Cl,Br,I)の原子内電子分布の異方性に由来し,原子上の電気四重極子により表現できるような,近距離で働く指向性の強い分子間相互作用は,分子集合体の化学に新しい展開をもたらす可能性がある。特に,分子内の他の置換基によって,ハロゲン結合の形成されやすさが大幅に変化する点について,十分な物理化学的考察を行うことは,超分子化学等へ応用するにあたって,重要なファクターである。平成20年度においては,平成19年度までに行った計算を発展させ,生理活性を持ったタンパク質と,それに対する阻害剤として作用するハロゲン化芳香族分子の会合体を念頭に置いたモデル分子系を対象に,理論計算を行った。ハロゲン結合の形成が,ペプチド主鎖の構造とペプチドの振動モードに,どのような効果を及ぼすかについて,検討した。その結果,ペプチド基のアミドIモードに対するハロゲン結合形成の効果は,水素結合形成の効果と大きく異なり,疎水的環境に対応することが示唆された。また,ハロゲン結合による人工的な超分子形成の一例として,ハロゲン化芳香族分子が3分子会合してハロゲン原子が三角形状に配置する系についても,理論計算による検討を行った。トリヨードベンゼン3量体などでは,このような三角形状構造は安定ではないが,的確な置換基導入により,三角形状構造が安定となるという結果などが得られ,大きな置換基効果が示唆された。共有結合に与るClおよびBr原子の原子内電子分布の異方性に由来し,原子上の電気四重極子により表現できるような,近距離で働く指向性の強い分子間相互作用は,分子集合体の化学に新しい展開をもたらす可能性がある。そこで本研究では,超分子化学への応用の基礎となるような,ベンゼン環等をもつハロゲン化有機分子を対象として,環に結合する置換基や環内のヘテロ原子が,ClおよびBr原子周辺の分子間静電相互作用とClおよびBr原子の原子内電子分布など電子構造に,どのように影響を及ぼすかについて,理論的に検討した。具体的には,C_6H_5-X, F-C_6H_4-X, C_5H_4N-Xの各々(X=Cl, Br)およびO_2N-C_6H_4-Br(C_6H_5-X以外は,置換基どうし,または置換基とヘテロ原子の位置関係としてo, m, pの3種類)を対象としてab initio MO計算を行い,分子周辺に形成される静電ポテンシャルをよく再現するような原子上電荷および四重極子を自作プログラムによるフィティングにより求め,置換基等の種類および位置関係との関係を検討した。その結果,四重極子に由来するC-X結合延長上の外向きの電場が,電子求引性の強い置換基等の存在により,一層顕在化することが分かった。このことは,適切な分子設計による超分子の構成が可能であることを示唆する。平成19年度においては,平成18年度に行った計算を補完するために,C_6H_5-I, F-C_6H_4-I, C_5H_4N-I,O_2N-C_6H_4-X(X=Br,I), NC-C_6H_4-X(X=Cl, Br, I)(C_6H_5_I以外は,置換基どうし,または置換基とヘテロ原子の位置関係としてo, m, pの3種類),およびB_3N_3H_5-X(X=Cl, Br, I)(XがB,Nに結合する計2種類)を対象として,環に結合する置換基や環内のヘテロ原子が,ハロゲン原子周辺の分子間静電相互作用とハロゲン原子の原子内電子分布など電子構造に,どのように影響を及ぼすかについて,理論的に検討した。その結果,ハロゲン原子上の電気四重極子モーメントが,ハロゲン原子とそれに直接的に共有結合する炭素原子の電荷の和と良く相関することが,明らかとなった。このことを基に,ハロゲン原子付近に生成される静電場が,分子内の電子構造によってどのように制御されているかについて,考察した。

その結果,ペプチド基のアミドIモードに対するハロゲン結合形成の効果は,水素結合形成の効果と大きく異なり,疎水的環境に対応することが示唆された。また,ハロゲン結合による人工的な超分子形成の一例として,ハロゲン化芳香族分子が3分子会合してハロゲン原子が三角形状に配置する系についても,理論計算による検討を行った。トリヨードベンゼン3量体などでは,このような三角形状構造は安定ではないが,的確な置換基導入により,三角形状構造が安定となるという結果などが得られ,大きな置換基効果が示唆された。
空気力学史における計測の問題

空気力学研究の主要実験装置である風洞における計測の問題を歴史的に分析した。特に、1910年代における英独の科学者の風洞測定の信頼性に関する分析、1920-30年代における風洞と飛行試験による境界層の振る舞いをめぐる研究を取り上げた。平成21年度には、本研究の成果の一部を、九州大学で開催された日本科学史学会ならびにブダペストで開催された国際科学史学会において発表した。科学史学会では「実験装置をめぐる歴史研究」と題するシンポジウムを企画し、企画者自身の講演として「計測装置としての風洞と寸法効果論争」と題して発表した。講演発表については『科学史研究』にシンポジウムの報告として掲載された。講演原稿はさらに加筆補正し出版予定の著作の1章として準備しているところである。国際科学史学会においてはほぼ同じ内容について「Controversy over the Reliability of Wind Tunnels in Early British Aeronautical Research」と題して講演発表した。ブダペストでの学会出席後、パリの国立図書館ならびに航空博物館を訪問し、そこでフランスの航空工学者であるAlbert Toussaintの博士論文、彼が所属していた航空工学研究所の報告書ならびに同研究所の歴史に関する文献を閲覧し、コピーを収集した。ドイツの事情に関しては、Michael Eckert氏のThe Dawn of Fluid Dynamicsを主として参照し、1900年代、10年代のドイツ・ゲッチンゲン大学における風洞計測に関する理論的実験的検討について調査した。日本における航空工学の歴史については、安全基準の制定に関して東京帝大航空研究所(東大先端研)所蔵の文献を参照し、米国技術者の招聘講演とその後の海軍の強度基準の策定に関して調査を進めた。この調査成果の一部を東京大学大学院総合文化研究科で開催された技術哲学のシンポジウムで発表した。また谷一郎の境界層の研究と層流翼の開発のための準備的な作業となった、海外文献の抄録作成のプロセスについて、『航空学会誌』に掲載される抄録とともに、先端研に所蔵される航空研究所時代の図書室が発刊した週報を参照し、その活動と動向を調査した。平成22年度の研究成果は主として次の4項目である。(1)谷一郎の境界層の研究ならびに層流翼の開発に関して、谷の未公刊の資料を閲覧することで歴史的分析を深めることができた。谷の未公刊資料については、谷家に谷自身が製本した「論文集」2巻と「雑文集」1巻が保存され、日本大学に谷が寄贈した書籍、ノート、抜き刷り等の文献が所蔵されている。これらを参照することにより、とりわけ谷の層流翼の発明過程に関してより精密に知ることができるようになった。また科学史学会の発表においては、『日本航空学会誌』に掲載された海外文献紹介の作業(抄録委員会活動)に着目し、谷の層流翼発明以前の境界層の研究過程を追った。これらの成果は出版準備中の著作の1章にまとめられる予定である。(2)谷一郎の層流翼ならびに境界層の研究の背景として、1930年代の境界層の研究に関してイギリスとアメリカの空気力学研究者の研究活動を追った。それにより、アメリカにおける層流翼の発明のきっかけとなったB.M.ジョーンズの研究がG.I.テイラーの乱流の統計的研究の成果を起源としていること、しかしその成果の技術的意義が一般には公表されず、当時テイラーの元に滞在していた日本の空気力学研究者友近晋に伝わらなかっただろうことを把握することができた。(3)1910年代の風洞実験の信頼性に関する論争に関して、イギリスで補足的調査を進めるとともに、その研究成果を英文論文をまとめた。(4)1930年代の飛行機の高速化を基礎づけた強度の規準設定の歴史経緯について、アメリカ人技術者の訪日が一つの鍵になっていることを見出し、その成果を4S国際会議で発表した。平成23年度は、平成21、22年度の調査を踏まえて、さらに日本・イギリス・アメリカにおける風洞計測に関連する歴史研究を進めるとともに、航空工学史に関する著作の準備を進めた。また7月と3月に流体力学の研究集会において空気力学の歴史に関して正体講演を行った。本年度において、年度末近くになり戦前の航空研究所の史料が見つかったが、その一部は新設の低乱流風洞に関するものであり、谷一郎の層流翼開発とも深い関わりをもつものである。また国会図書館等に所蔵されている井上匡四郎文書に含まれる技術院の審議会議事録には軍の支援を受けた「戦時研究」に関する資料があり、谷が関わった戦時研究制度の全貌も掴むことができた。イギリスの航空研究委員会の議事録・技術報告史料については、インターネット上で請求することが可能になっており、そのような請求を行い、イギリスへ渡航せずに史料を入手した。著作は『空気力学と航空の時代:国家的研究開発体制の創始と内実』と題して東京大学出版会から6月頃に出版する予定で、すでに入稿済みである。内容は、英航空諮問委員会(航空研究委員会)の研究活動を軸にして、空気力学の理論的実験的研究を追いつつ、その航空技術との関連を論じていくものである。本論7章のうち風洞についてはほぼすべての章で関わるが、特に寸法効果論争を論じる章で風洞実験の信頼性について論じる。
新規ドコサヘキサエン酸生合成機構の全容解明

ドコサヘキサエン酸生産性海洋真核微生物であるラビリンチュラ類の新規単離株は,アスタキサンチンなどの抗酸化性カロテノイドも顕著量蓄積することから,機能性脂質の工業生産株あるいは飼料用途として有望である。本微生物群のドコサヘキサエン酸生合成経路は他の真核生物のそれとは異なり,脂肪酸合成酵素やポリケタイド生合成酵素と相同的な幾つかの酵素が関与する新規経路として注目されている。しかし,生化学的あるいは遺伝学的に完全には実証されておらず,利用法の開発は進んでいない。本研究では,同経路に関わる酵素群の完全同定による全容解明とその利用法の確立をめざしている。昨年度は,ラビリンチュラ類に適用な可能な形質転換系を初めて構築し,遺伝子導入及び破壊などによる遺伝学的解析を可能とした。そこで本年度は,関与が推定される各酵素遺伝子を破壊することにより機能解析を行うことにした。ドコサヘキサエン酸生合成に関わると思われる遺伝子の一部を両端にもつ導入用ベクターを構築し,ラビリンチュラ類シゾキトリウム属株に導入したところ,同ベクターがゲノム上に組み込まれているにもかかわらず,ドコサヘキサエン酸生産能や栄養要求性などには変化が認められなかった。このことは,当該遺伝子が複数コピー存在するか,サルベージ経路があるなどの可能性を示唆している。今後,この形質転換株を詳細に解析することにより,ドコサヘキサエン酸生合成機構について調べていく予定である。ドコサヘキサエン酸(DHA)生産性海洋真核微生物であるラビリンチュラ類の新規単離株は,アスタキサンチンなどの抗酸化性カロテノイドも顕著量蓄積することから,機能性脂質の工業生産株あるいは飼料用途として有望である。本微生物群のDHA生合成経路は他の真核生物のそれとは異なり,脂肪酸合成酵素やポリケタイド生合成酵素と相同的な幾つかの酵素が関与する新規経路として注目されている。本年度は,関与が推定される各酵素遺伝子を破壊あるいは改変することにより機能解析を行う手段を整備するため,ラビリンチュラ類において未開発であった形質転換系を構築した。すなわち,単離株が感受性を示す薬剤を探索,検討した上で,耐性遺伝子を含むベクターを構築し,これをエレクトロポレーション法でラビリンチュラ細胞に導入したところ,薬剤耐性が数百倍向上した形質転換株が再現良く得られた。導入した遺伝子は染色体DNAとの相同組換えによって安定に保持されており,選択圧をかけない状態で継代培養を行っても欠落することはなかった。このことは,遺伝子破壊系が確立されたことをも意味しており,今後,これを利用した遺伝学的手法にもとづいて各種解析を行い,新規経路の全容解明とその利用法の確立をめざす。
微生物系の集団運動に及ぼす近接流体力学的相互作用の効果

本研究プロジェクトにおいて、モデルアクティブ系の集団運動に及ぼす近接流体力学的相互作用の効果について研究を行い、以下の事柄を明らかにした:アクティブ粒子間の流体力学的相互作用は、粒子サイズ程度の距離に近接すると、自己推進性そのものに強く影響を及ぼす。特に、流体力学的相互作用による自己トラップ効果により、過渡的な巨大構造形成が低密度領域で促進される。関連して、コロイド分散系のゲル化における流体力学的相互作用の役割や高密度ガラス形成液体の非線形レオロジーについて研究を行った。自己推進性を有する代表的なアクティブマターである微生物系では、詳細釣り合いの破れという生体の能動性に根差した本質的な非平衡性により、従来の平衡系では見出しえない多様な集団運動や秩序構造が発現しうることが近年の実験的研究により明らかにされてきた。アクティブマター研究は未だ勃興期にあり、真に新しいパラダイムがありうるかという根源的な疑問に対する解答は現段階において判然としない。しかしながら、構成要素そのものが能動性を有するアクティブマターの新奇性は、ソフトマター物理の一研究分野という枠組みを超えて、非平衡物理や生物物理などの学際領域に展開する新しい学問分野を創出しうる可能性を十分に持つ。このような系で、流体力学的相互作用はその動的特性を理解する上で重要であることが期待されてきたが、その長距離性、多体性、非定常性といった本質的な困難さは数値計算によるアプローチすら困難にしてきた。申請者は、近年発展したハイブリッドシミュレーション法のひとつ(FPD法)を用いることで、流体力学的相互作用に起因する困難を克服し、泳動メカニズムの基本的特性を備えたミニマルモデルの系統的な数値実験を通じて、集団運動におよぼす多体の流体効果を検討した:流体力学的相互作用がある場合、アクティブ粒子は相互に影響し合い、自己推進性そのものが強く影響を受ける。特に、(多くのバクテリアで見られる)双極子的な自己推進力を備えたアクティブ粒子系では、流体力学的相互作用による自己トラップにより、引力的なポテンシャル相互作用のない場合でも、過渡的な巨大構造形成が促進されうる。このような流体効果を反映したアクティブ粒子のモビリティは密度や泳動メカニズムに強く依存することも併せて示した。初年度に引き続き、泳動メカニズムの基本的特性を備えたミニマルモデルの系統的な数値実験を行った。物性研に新規導入されたスーパーコンピュータ上で作動する計算コードを開発し、動作確認を行った。現在、集団運動におよぼす多体の流体効果を検討している。特にレオロジー問題における、自己推進性と流体自由度の動的結合効果をについて調査を行っている。この微生物系(アクティブマター)の問題とは別に、種々の粒子分散系における流体力学的相互作用の役割について研究を行った。(i)コロイド分散系のゲル化に与える流体力学的相互作用の効果について、スーパーコンピュータを用いた大規模シミュレーションと実験との比較検討を行った(英・ブリストル大、Paddy Royall氏他との共同研究、既発表)。これにより、凝集初期における流体効果による(ゲル構造形成の核となる)異方的構造の形成促進を定量的に明らかにした。(ii)非ブラウン粒子分散系の粒子抵抗に与える流体効果について、主に数値的に研究を行っている。溶媒を考慮する場合に(溶媒が無い場合と比較して)抵抗係数の異常な増大を見出した。これについては、現在、論文執筆中である。初年度(26年度)は既存のモデルやアプローチにとらわれない研究を展開し、十分な成果を得ることができたと考えるが、27年度はその他の研究課題(特にガラスの輸送異常に関する分子動力学計算による研究)について多くの時間を割いたため、本研究課題の進展はやや遅れている。現在は、初年度に導入したミニマルモデルの数値計算コードを各所のスーパーコンピュータや並列計算機に実装することが完了し、特にレオロジー問題について検討している。この系が示す新奇な効果をいくつか確認しており、系統的な考察の上、早期の研究発表・論文公開を目指したい。よりスピード感を持った取り組みを心掛けたいと考えている。前年度までに引き続き、泳動メカニズムの基本特性を備えた微生物モデルを用いて、(流体力学的相互作用を適切に取り入れた)ハイブリッドシミュレーション法による数値研究を継続的に行った。特に、アクティブマター系特有のレオロジー特性を調査する目的で、剪断流下での並列シミュレーションコードの実装を行い、現在も研究を行っている。この微生物系の問題と並行して、種々のコロイド・液体系におけるダイナミクスの問題を取り扱った。特に以下の2点を列記する。(i)非ブラウン懸濁液における流体力学的相互作用の役割について、主に数値的に研究を行った:溶媒を考慮する場合に(溶媒が無い場合と比較して)抵抗係数が劇的に増大し、その発散挙動は実効的に、より低密度側にシフトすることを見出した。これは(非圧縮性)溶媒の介在に伴い、協同性が増幅すること、力の伝搬構造の形成促進がもたらされることから理解することができる。(ii)種々のガラス形成物質における流体輸送異常やレオロジーに関する研究を行った。前者(流体輸送異常)については、密度揺らぎの緩和ダイナミクスがstrong液体とfragile液体の場合に、それぞれ、非保存的、保存的に振る舞うことを見出し、両者の本質的な差異を明らかにした。後者(レオロジー)については、特にfragile液体のshear-thinning現象について、剪断流下における有効密度の減少という視点から理論モデルを構成し、これが数値シミュレーション結果をよく説明することを示した。

本研究プロジェクトにおいて、モデルアクティブ系の集団運動に及ぼす近接流体力学的相互作用の効果について研究を行い、以下の事柄を明らかにした:アクティブ粒子間の流体力学的相互作用は、粒子サイズ程度の距離に近接すると、自己推進性そのものに強く影響を及ぼす。特に、流体力学的相互作用による自己トラップ効果により、過渡的な巨大構造形成が低密度領域で促進される。関連して、コロイド分散系のゲル化における流体力学的相互作用の役割や高密度ガラス形成液体の非線形レオロジーについて研究を行った。初年度は既存のモデルやアプローチにとらわれない研究を展開し、十分な成果を得ることができた(Physical Review E誌に掲載済み)。導入したミニマルモデルと、それを実装したシミュレーション手法は汎用的であり、今後の展開についても様々な方向性が期待できる。実際、この系における多彩な効果を既に確認しており、系統的な考察の上、27年度内の研究発表・論文公開を目指す。多少スピード感を持った取り組みを心掛けたいと考えている。26,27年度に引き続き数値計算主体の研究によりアクティブ粒子系にみられる動的効果の解明を目指す。(i)バクテリアなどのアクティブ粒子系の輸送物性は通常のコロイド粒子系に見られない異常な振る舞いを示すことが知られている。特にレオロジー挙動は構成要素自体の剪断場に対する非線形応答に加えて、流体力学的相互作用が規定する協同運動と剪断場の時間スケールの競合により複雑な非平衡流体効果を発現させる可能性がある。初年度で考案したシミュレーションモデルを剪断場下で適切に動作するように拡張することで、この問題に取り組む。(ii)微生物の運動の数理モデルは、これまで多くの研究者によって提案されている。なかでも、球状粒子表面で(スリップ)速度を与え、自己推進性を生じさせる「squirmer」と呼ばれるモデルは、解析的なアプローチのみならず、Stokes動力学や各種メソスコピックシミュレーション法によって、広く議論されてきた。しかしながら、実際の微生物では自己推進「力」の発生に、自己推進「速度」が付随するのであり、また、現実の微生物の持つ異方的でより複雑な形状はその運動性能に大きく影響する。平均粒子間距離が十分に大きい希薄系では、相互作用はこのような自己推進メカニズムの違いの詳細に大きく依存しないことが期待できるが、粒子間距離がこれらの構成要素のサイズに比肩しうるような準希薄濃厚系では、本質的な違いが出現する可能性がある。これについて、系統的な数値計算により検討する。ソフトマター、複雑流体バクテリア等の多くの微生物系は流体中に分散して存在しており、流体力学的相互作用は、微生物系の輸送・レオロジー特性を支配する重要な要因となりうることが従来から認識されてきた。この流体力学的相互作用が関与するアクティブマター研究として、以下の様な内容を考えている:(i)微生物の集団運動を理解する物理研究の難しさは、流体力学的相互作用そのものに由来する困難さだけでなはない。
多変数Freund分布理論による計画降雨波形の合理的決定法と実用化

計画降雨波形の決定問題に対し,多変数Freund分布理論を応用し,いわゆる一山型降雨波形にとどまらず二山型等の多峰計画降雨波形の確率評価法について以下の成果を得た.1)降雨群の生起確率評価: 100mm以上のまとまった降雨を対象とし,降雨データを3時間程度で移動平均し,極大値がいくつかある場合は,これを一つの極大値,すなわち1(山型)降雨に分割する.分割前の降雨を1降雨群とぶ.この1降雨群の降雨数については負の二項分布が良く適合した.2)降雨継続時間と降雨量の確率評価:2変数Freund分布の周辺分布と1変数Gamma分布とは互いに変換が可能であることを明らかにし,この関係を用いて,それぞれの分布の長所を利用する.すなわち,まず, 1降雨の継続時間と降雨量の同時確率分布を2変数Freund分布で表現し,それぞれの周辺分布を得る.得られた周辺分布を(1変数)Gamma分布変換し,さらにその"たたみ込み"により1降雨群の総継続時間,総降雨量の周辺分布(たたみ込まれたGamma分布)を得る.これらの周辺分布を満足する2変数Freund分布のパラメータ同定を行い, 1降雨群についての二変数同時確率分布を得る.3)降雨継続時間と降雨量の条件下における降雨波形の評価: 1降雨の継続時間と降雨量の同時確率分布は既に2変数Freund分布で定式化されている.したがって,継続時間と降雨量が生起した下で,既に筆者により得られている"条件付確率降雨波形"を用いれば, 1降雨のピーク時間雨量と時間分布が確率的に決まる.したがって, 1降雨群,すなわち多峰型降雨波形の確率評価が可能となる.計画降雨波形の決定問題に対し,多変数Freund分布理論を応用し,いわゆる一山型降雨波形にとどまらず二山型等の多峰計画降雨波形の確率評価法について以下の成果を得た.1)降雨群の生起確率評価: 100mm以上のまとまった降雨を対象とし,降雨データを3時間程度で移動平均し,極大値がいくつかある場合は,これを一つの極大値,すなわち1(山型)降雨に分割する.分割前の降雨を1降雨群とぶ.この1降雨群の降雨数については負の二項分布が良く適合した.2)降雨継続時間と降雨量の確率評価:2変数Freund分布の周辺分布と1変数Gamma分布とは互いに変換が可能であることを明らかにし,この関係を用いて,それぞれの分布の長所を利用する.すなわち,まず, 1降雨の継続時間と降雨量の同時確率分布を2変数Freund分布で表現し,それぞれの周辺分布を得る.得られた周辺分布を(1変数)Gamma分布変換し,さらにその"たたみ込み"により1降雨群の総継続時間,総降雨量の周辺分布(たたみ込まれたGamma分布)を得る.これらの周辺分布を満足する2変数Freund分布のパラメータ同定を行い, 1降雨群についての二変数同時確率分布を得る.3)降雨継続時間と降雨量の条件下における降雨波形の評価: 1降雨の継続時間と降雨量の同時確率分布は既に2変数Freund分布で定式化されている.したがって,継続時間と降雨量が生起した下で,既に筆者により得られている"条件付確率降雨波形"を用いれば, 1降雨のピーク時間雨量と時間分布が確率的に決まる.したがって, 1降雨群,すなわち多峰型降雨波形の確率評価が可能となる.
過酸化脂質によるグルタチオンペルオキシダーゼの合成促進作用の解析

In vitro系におけるグルタチオンペルオキシダーゼ(GSH-PO)の翻訳合成系を作製し、これを用いて過酸化脂質(t-buthylhydroperoxide)および過酸化水素の翻訳レベルでのGSH-PO合成におよぼす効果を検討した。まず、当施設において既にクローニングされているグルタチオンペルオキシダーゼ(GSH-PO)cDNAを用い、T3 RNAポリメラーゼによるin vitro転写反応によりGSH-POのsenseおよびantisense RNA(ネガティブコントロール用)を大量に合成した。次に、合成したRNAと[^3H]-leucineをin vitro蛋白翻訳系に加え、GSH-PO蛋白の合成を行った。翻訳反応終了後、抗ラットGSH-PO抗体を用い、免疫沈降法によりラジオアイソトープ(RI)ラベルのGSH-POを回収し、その放射活性を測定した。その結果、GSH-PO sense RNAを用いた翻訳反応では、RIラベルのGSH-PO蛋白が得られ、また、ネガティブコントロールであるantisense RNAを用いた翻訳系では反応産物は観察されず、in vitroにおけるGSH-POの翻訳系を確立することができた。こうして作製したin vitro GSH-PO合成系にt-buthylhydroperoxideおよび過酸化水素を加え、その際のde nobo合成されたGSH-POの放射線量を何も加えていないコントロールと比較した。その結果、t-buthylhydroperoxideを加えた系では、低濃度(0-500nmoles/ml)では、合成されたGSH-POの量に変化は認められず、高濃度(1000nmoles/ml)では、阻害効果が見られた。一方、過酸化水素を加えた系では、濃度10nmoles/mlにおいて薬46%合成促進が認められた。以上の結果より、過酸化水素などの基質によるGSH-POの翻訳レベルにおける合成調節の可能性が示唆された。
両生類のミトコンドリアDNAに関する分子進化学的研究

平成13年度には、無尾両生類アカガエル科のトノサマガエルを用いてミトコンドリアDNAの全塩基配列を決定し、本種では4つのtRNA遺伝子の配置が他の脊椎動物のものと異なっていることを報告した。平成14年度には、アオガエル科のカジカガエルのミトコンドリアDNAの全塩基配列を決定し、本種にはトノサマガエルと同様に4つのtRNA遺伝子の配置変化に加えて、ND5遺伝子の転座が固有に起きていることを報告した。さらに平成15年度には、これらのミトコンドリアDNAの遺伝子配置の変化が無尾両生類の進化のどの段階で生じたのかを明らかにするため、アカガエル科から2種、アオガエル科から9種、さらに両科のどちらに近縁か議論のあるマダガスカルガエル科の2種を用いて、上記tRNA遺伝子とND5遺伝子周辺の部分塩基配列を決定した。その結果、アカガエル科では、4つのtRNA遺伝子の配置は同科のトノサマガエルと同じであること、アオガエル科の多くは、トノサマガエルと同じtRNA遺伝子の配置に加え、カジカガエルと同じND5遺伝子の配置を持つことが明らかになった。本研究の結果から、4つのtRNA遺伝子の配置変化は、アカガエル科とアオガエル科の共通の祖先で生じ、ND5遺伝子の転座は、アオガエル科の祖先で生じたと推定された。またマダガスカルガエル科のND5遺伝子の位置はアオガエル科と同じであったことから、本科はアオガエル科に近縁であることが示唆された。さらに本研究では、いくつかのタクサにおける分化の程度を遺伝子レベルで解析し、種分化及び系統進化の過程を解明するうえで有効な指標となる遺伝子を検索するため、アメリカ、ヨーロッパ、アジアのヒキガエル類を用いて、cytb、tRNA、16SrRNA、12SrRNAの4つのミトコンドリア遺伝子の部分塩基配列を決定した。その結果、各遺伝子とも塩基置換率は集団間、亜種間、種間の順で大きくなること、ヒキガエルの系統解析には、それらのうち、塩基置換速度が比較的速く、多くの系統情報が得られるcytb遺伝子を用いるのが、最も適当であることなどが分った。細胞質ゲノムであるミトコンドリアDNAは、遺伝子構成の単純さと実験的操作の容易さから、近年分子生物学的にも分子進化学的にも注目されている。無脊椎動物のいくつかの動物群では遺伝子配置に大きな変化が報告されているが、脊椎動物では遺伝子配置は極めてよく保存されている。両生類においては、これまでにアフリカツメガエルとアシナシイモリの僅かに2種で全ゲノムの塩基配列が決定されているが、ゲノム全体に亘る遺伝子配置の変化に関する報告は全くない。本年度の研究目的は、両生類の無尾目アカガエル科の代表的な種であるトノサマガエルを用いて、ミトコンドリアDNAの全塩基配列と遺伝子配置を決定し、これを既に遺伝子配置が報告されている2種の両生類や他の脊椎動物のものと比較することにより、両生類におけるミトコンドリアDNAの遺伝子配置の変化の全貌を明らかにすることである。本年度の実験では、トノサマガエルのミトコンドリアDNAの全長約18.8kbpをEco RIで切断してできる3つのフラグメント(8.8kbp、5.6kbp、4.4kbp)について、pUC19をベクターとしてクローニングを行い、得られた各クローンから作成したディレーションミュータントを用いて、シークエンシングを行った。