hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規ユビキチンリガーゼによる小胞体のタンパク質分解機構

私たちはこれまで、アルツハイマー病発症に関わるAβの前駆体タンパク質APPが、ERADに関与するユビキチンリガーゼHRD1の基質となることを明らかにした。また、ERADに関与すると予測される新規のユビキチンリガーゼをバイオインフォマティクス的手法で51種同定し、8種の遺伝子をクローニングした。昨年度、私たちはその中からAPPのユビキチン化と分解に関与するユビキチンリガーゼとしてRNF19BおよびRNF19Bと相同性が高いユビキチンリガーゼにDorfin(RNF19A)を見出した。興味深いことに、RNF19BとDorfinはHRD1と同様にAPPの分解に関与するものの、HRD1とは異なり、Aβの産生機構に関与することが判明した。そこで、RNF19BとDorfinが、Aβの産生におけるいずれのステップに関与するか検討したところ、γ-セクレターゼによるAPPのC末端断片(CTF)の切断に関与することが明らかとなった。また、γ-セクレターゼは、APP-CTF以外にも細胞分化に必要なNotchの切断に関わることが知られている。そこでさらに、RNF19BとDorfinのNotch切断への関与を検討したところ、Notchの切断には影響しないことが証明された。これらの結果より、RNF19BとDorfinは、γ-セクレターゼによるAPP特異的なプロセシングに関与することが示された。したがって、RNF19BやDorfinもしくはその関連分子をターゲットとした薬物は、これまで副作用が問題となっているγ-セクレターゼ阻害薬とは異なり、Notchに影響しないAβ産生抑制薬として、新しい作用機序に基づくアルツハイマー病治療薬となる可能性が考えられる。私たちはこれまで、アルツハイマー病発症に関わるAβの前駆体タンパク質APPがERADに関与するユビキチンリガーゼHRD1の基質となることを明らかにした。今回私たちは、その中からAPPのユビキチン化と分解に関与するユビキチンリガーゼとしてRNF19B (FLJ90005)を見出した。興味深いことに、RNF19の発現抑制はAPPの蓄積が認められるものの、HRD1とは逆にAβの産生量が低下することから、HRD1と異なる機構でAPPの代謝に関与する可能性が示唆された。また、RNF19Bと相同性が高いユビキチンリガーゼにDorfin (RNF19A)があるが、DorfinもRNF19Bと同様の結果となったことから、同じ機構でAPPの代謝に関与していると考えられる。この結果より、RNF19BやDorfinの阻害薬は、Aβ産生抑制薬として、新しい作用機序に基づくアルツハイマー病治療薬となる可能性が期待される。今後は、それらのユビキチンリガーゼの基質を同定し、APPの代謝機構について明らかにしたい。また、新規ユビキチンリガーゼについてその脳内局在を検討したところ、そのほとんどが神経細胞に発現しており、グリア細胞には発現していないことが明らかとなった。この結果から、ERADが神経細胞の機能に重要であることが示唆される。さらに、新規ユビキチンリガーゼについて小胞体ストレス抑制作用を検討したところ、RNF185 (FLJ38628)、RNFT1 (LOC51136)、RNF145 (FLJ31951)が小胞体ストレスによる神経細胞死を抑制することが明らかとなった。この結果から、これらのユビキチンリガーゼはERADに関与し、HRD1と同様に小胞体に蓄積した変性タンパク質を分解除去できることが示された。
消化器腫瘍の悪性化に関与するSkp2の標的遺伝子の同定と解析

癌研究の成果により癌の診断や治療法は明らかな進歩をとげているが、高転移癌を始めとする悪性度の高い癌の形成のメカニズムは依然として不明である。その解明のためには予後の結果と種々の因子・遺伝子の変化の相関の意味付けは非常に重要であると考えられるが、現在のところ主として行われているアプローチは臨床病理学的解析に留まっており、今後は更に分子の機能にまで踏み込んだ研究が必要である。我々は予後不良とp27/Skp2経路の異常の関係に注目し、p27/Skp2経路に異常を持ったモデル癌細胞を用いた解析によってより直接的にこの経路の破綻がもたらす形質の変化を証明できると考え、p27/Skp2経路に変異を導入された癌細胞や実験動物を材料にして、予後に影響する発現変動因子を同定するためにマイクロアレイ解析などによる網羅的探索・検証を行った。その結果、Skp2の新たな標的遺伝子と考えられる興味深い候補分子群を同定することができた。このうち、増殖抑制因子Tob1に注目しSkp2との分子生物学的関係を検討した。Tob1はGO-G1停止を誘導する増殖抑制タンパクであり、サイクリンD1のプロモーター活性を負に制御している。また、Tob1欠損マウスでの腫瘍発生やヒト癌腫での発現減少から腫瘍抑制因子であることが示唆されている。我々の実験結果から、Skp2とTob1は互いに特異的な結合サイトを有し、Skp2はTob1のユビチキン化を介したタンパク分解を促進するユビキチンリガーゼであることが判明した(Cancer Res.2006)。癌研究の成果により癌の診断や治療法は明らかな進歩をとげているが、高転移癌を始めとする悪性度の高い癌の形成メカニズムは依然として不明である。この解明のためには予後の結果と種々の因子・遺伝子の変化の相関の意味付けは非常に重要であると考えられるが、現在のところ主として行われているアプローチは臨床病理学的解析に留まっており、今後は更に分子の機能にまで踏み込んだ研究が必要である。我々は予後不良とp27/Skp2経路の異常の関係に注目し、p27/Skp2経路に異常を持ったモデル癌細胞を用いた解析によって直接的にこの経路の破綻がもたらす形質の変化を証明できると期待している。これまでに、p27/Skp2経路に変異を導入された癌細胞や実験動物を材料にして、予後に影響する発現変動因子を同定するためにマイクロアレイ解析などによる網羅的探索・検証を行ってきた。すでに、Skp2とその標的候補の分子生物学的関与について実験を進行中である。これまでに、Skp2はこの分子との間で特異的な結合サイトを有することが判明し、ユビキチンによる分子修飾を調整していることが証明できている。現在、この修飾により標的候補にどのような生化学的変化が生じるかについて実験・検討を進めているところである。
学校施設複合化の地域における価値の定量化－開かれた学校に向けて－

1年目・2年目は、文献調査により全国の学校施設や総合体育館等の施設整備状況・運営状況等に関する関連データを収集する。また、国内外の先進事例の情報収集、現地訪問によるインタビュー調査を実施し、想定している費用・便益とデータの適正性について検討を行う。3年目・4年目は、1・2年目同様の国内外の先進事例の情報収集を引き続き行い、現地訪問によるインタビュー調査を実施する。また、収集したデータを補完するため、国内の地方公共団体を対象にアンケート調査を行う。これらの調査により収集したデータを整理・統合して、費用便益分析を行い、学校施設の複合化により生じる効果を金銭価値により明らかにする。
イノシトールリン脂質解析技術の開発

細胞膜リン脂質の一種であるイノシトールリン脂質(PIPs)はシグナリング脂質として様々な細胞生理応答に関与する。近年、質量分析法を用いた解析方法が開発され、アシル基を含むPIPs解析が可能となってきた。しかしながら現法では、同一の質量となる3種のPIP1アイソマーや、3種のPIP2アイソマーを見分けることができない。本研究では、これらのPIPsアイソマーを検出可能とする新規のPIPs解析技術の開発を行った。イノシトールリン脂質(PIPs)は、グリセロールにイノシトール環と2つのアシル基が結合した構造を有する。これまでの研究では、極性基であるイノシトール環のリン酸化状態により7種類に分類し、各々のPIPsはシグナリング分子として機能することがこれまでの研究から明らかにされている。一方アシル基については、技術的な問題から解析が進んでいない。本研究では、新規のPIPs測定技術の開発と、PIPsアシル基組成を人為的に制御可能な細胞の作出を目指す。本年度は、まず、標準品のPIP1(PI(3)P、PI(4)P、PI(5)P)、PIP2(PI(3,4)P2、PI(4,5)P2、PI(3,5)P2)アイソマーを識別する方法の開発に取り組んだ。極性の違いで分離できる順相カラム、酸性の物性をもつ分子を分離できるアニオン交換カラム、光学異性体の分離に用いられるキラルカラムを用いて検討したところ、PIP1に関しては一種類のアイソマーを、PIP2に関しては三種類のPIP2アイソマーを分離・検出する条件を見出すことに成功した。今後は残り二種のPIP1アイソマーを識別する方法を見出すとともに、細胞由来のPIPsアイソマーの識別にも応用可能であるか否か検討する。本年度はさらに、薬剤誘導性に3種類のアシル転移酵素を発現する安定発現細胞株を作製した。今後これらの細胞におけるPIPs分子種の変動について解析を進める。これまでの研究では、極性基であるイノシトール環のリン酸化状態により7種類に分類し、各々のPIPsはシグナリング分子として機能することが明らかにされている。昨年度において開発した、三種のPIP2アイソマー(PI(3,4)P2、PI(4,5)P2、PI(3,5)P2)を識別する方法は、反復分析により、標準品を用いた場合でも溶出時間のずれが生じる、あるいはピーク分離が不十分になるなど、測定が不安定であることが判明した。培養細胞における内在のPIP2アイソマー(アシル基を異にする複数の分子種が存在し、標準品を用いた解析より複雑になる)を見分けるには、測定系の不安定さは致命的である。そこで本年度は再度、PIP2アイソマーを安定して検出できる測定系の開発に取り組んだ。解析に使用する質量分析装置やカラムの種類から見直し、種々の分離条件や検出条件を比較検討した。現在、標準品のPIP2アイソマーを用いた場合ではあるが、安定して三種のPIP2アイソマーを識別できる条件を見出しつつある。今後は、細胞由来の脂質やマウス臓器由来の脂質に応用可能か否かについて解析を進める。PIP1アイソマーやPIP2アイソマーを識別する測定系の構築には時間を要すると想定していたが、少なくとも標準品のPIP2アイソマーを、安定的に識別可能な測定系の構築は完了しつつあり、順調に進展している。これまでの研究では、極性基であるイノシトール環のリン酸化状態により、PIPsは7種類に分類され、各々のPIPsはシグナリング分子として機能することが明らかにされている。近年、質量分析法を用いた解析方法が開発され、アシル基を含むPIPsの定量解析が可能となり、それらの機能が着目されてきている。しかしながら、この方法では、同一の質量となる3種のPIP1アイソマー(PI(3,4)P2、PI(4,5)P2、PI(3,5)P2)や3種のPIP2アイソマー(PI(3)P、PI(4)P、PI(5)P)を見分けることができない。現在のところ、これらのアイソマーを分離・解析する方法としては、脱アシル化したサンプルを用いた高速液体クロマトグラフによる解析のみであり、アシル基を保持したままでPIPsアイソマーを検出できる手法はこれまでのところ開発されていない。本研究では、アシル基を保持したままのPIPsアイソマーを検出できる、新規のPIPs測定技術の開発を目指す。

本年度は昨年度に引き続き、PIP2アイソマー(PI(3,4)P2、PI(4,5)P2、PI(3,5)P2)を見分ける測定系の構築を行った。解析に使用する質量分析装置やカラムの種類を見直し、種々の分離条件や検出条件を比較検討した。その結果、標準品のPIP2アイソマーを安定して識別可能な測定系の構築がほぼ完了した。現在、PIP1アイソマーを分離できる測定系の構築も完了しつつある。標準品を用いた解析ではあるが、3種のPIP2アイソマーを識別する方法を確立しつつあり、当初の計画通り進んでいる。内在性のPIP2のアイソマーを検出可能か否か解析する。また、PIP1のアイソマーを識別する方法の確立を目指す。さらに、アシル転移酵素安定発現株を用いてPIPsの分子種変動を解析するとともに、細胞応答との関連について解析する。脂質生化学PIP1のアイソマーを識別する方法の確立を目指す。また、本年度で作製したアシル転移酵素安定発現株を用いてPIPsの分子種変動を解析するとともに、細胞応答との関連について解析する。
自立共生型地方都市へのリ・デザインシステムとマネィジメントシステムの研究

本研究は、分権化社会において、分散低密度という特質を持つ北海道の地方都市域を対象に、自立型社会の形成と自然共生、環境融合の地域像とその再編の手法とシステム、ならびに21世紀型の環境融合型都市像を探ることで、自立共生型地方都市の再生・再編についての計画的な指針と実現システムについての検討を行うことを目的とし、以下の検討を行った。1.分権化社会における、地方都市に対する計画支援システムと広域圏都市計画2.自立共生型地方都市における目標像形成と計画立案システムについて、特に地域性を考慮した地域環境形成の枠組み、ランドプランニングを視点にした目標像形成と計画立案システム3.市町村都市計画マスタープランについて、目標像の共有化と実現化を担保する計画システム4.地方都市域の郊外地域から田園地域にいたる周縁部について、共有しうる目標像、住環境形成に対するガイドライン5.中心市街地のリデザインの方向性と目標像、及び計画策定システム6.都市空間レベルの空間構成原理について、近代の変容過程の把握とオープンスペースの構造化7.地区空間レベルの空間構成について、特にグリッド都心空間における空間形成ガイドラインの枠組本研究は、分権化社会において、分散低密度という特質を持つ北海道の地方都市域を対象に、自立型社会の形成と自然共生、環境融合の地域像とその再編の手法とシステム、ならびに21世紀型の環境融合型都市像を探ることで、自立共生型地方都市の再生・再編についての計画的な指針と実現システムについての検討を行うことを目的とし、以下の検討を行った。1.分権化社会における、地方都市に対する計画支援システムと広域圏都市計画2.自立共生型地方都市における目標像形成と計画立案システムについて、特に地域性を考慮した地域環境形成の枠組み、ランドプランニングを視点にした目標像形成と計画立案システム3.市町村都市計画マスタープランについて、目標像の共有化と実現化を担保する計画システム4.地方都市域の郊外地域から田園地域にいたる周縁部について、共有しうる目標像、住環境形成に対するガイドライン5.中心市街地のリデザインの方向性と目標像、及び計画策定システム6.都市空間レベルの空間構成原理について、近代の変容過程の把握とオープンスペースの構造化7.地区空間レベルの空間構成について、特にグリッド都心空間における空間形成ガイドラインの枠組北海道諸都市を対象として、(1)都市周縁部の土地利用実態と計画の方向性、(2)近隣住区の概念に基づいて整備・形成された住宅地の住環境を成熟社会に対応した維持計画の視点と内容、(3)これら住宅地を支える地域生活拠点の再編プログラム、の3点から論考をすすめ、自立共生型地方都市のリデザイン・システムについて以下の考えを提案することが出来た。I)都市周縁部の課題は環境問題や経済活動など行政域を越えて取り組むべき内容が多く、広域で共有しうる総合指針、Planning Policy Guidanceを設けることが必要である。II)サスティナブルディベロプメントに基づいた計画が地方都市周縁部に必要である。III)空間性(地域生活拠点における、多様な施設の集合により形成される外部空間の質)・機能性(施設機能の充実と施設環境の質)・ネットワーク性(施設間歩行空間ネットワークの充実とアクセシビリティ)が地域生活拠点再編計画の基本枠組みとなること。IV)近隣住区により整備形成された住環境を成熟社会に対応した内容に変容させる住環境維持計画において、非物的計画要素の内容として、コミュニティ組織が自ら取り組むべき活動が重要となるため、地域の課題を包括的に扱うコミュニティの自主的な活動内容も計画事項とすること。本研究は、分権化社会において低分散密度という地方都市域を対象としており、本年度は、自立共生型社会の形成と環境共生、環境融合の地域像とその再編の枠組み、システム、手法を検討・提案している。その概要を下記に示す。1.分権社会での地方都市への計画支援システムの必要性とその内容、加え広域圏都市計画の意味と役割についての検討と提案。2.地方都市再生の目標像の共有過程における環境再生の枠組み、ランドプランニングを視点にした共生型の計画目標像とコミュニティ・デザインの2元システムの検討と提案。3.市町村都市計画マスタープランの意味と役割、並びに目標像の共有化と実現化を担保するシステムの検討と提案。4.地方都市の郊外地域から農村地域にいたる周縁部の計画目標像、環境再生のガイドラインの検討と提案。5.既成市街地と中心市街地のリ・デザインの方向性と目標像、再編プログラム、計画策定プロセスの検討と提案。6.リ・デザインに求められる都市空間の構成原理について、近代過程による均質化過程から自立共生過程における持続性と多様化過程におけるオープンスペースの再構造化についての検討と提案。7.地区計画、とくにグリッド都市における空間構成ガイドラインの枠組みの検討と提案。8.リ・デザイン・システムの実現に向けた計画および事業のマネイジメント・システムについての検討と提案。
荷電制御による原子操作

本研究は、種々の電子励起効果のうちで、イオン化による荷電状態変化の効果に焦点を絞り、これによる欠陥の生成、局所構造変化、分解、移動など原子移動の機構を実験的・理論的に解明し、それを利用して原子移動を制御することを目的とし、Si, SiO_2,Ge, GaAs, GaN系結晶やデバイス構造中の点欠陥、転位、水素関連欠陥を対象として研究を行い、以下のような知見を得た。1.Si中水素炭素複合欠陥の電子準位の応力依存性を測定し、欠陥の圧電定数を決定した。炭素近傍での水素の局所移動の活性化エネルギーと前置因子に対する水素の同位元素効果と荷電効果を明らかにし、その機構を欠陥電子状態のLCAOモデルを用いて研究した。2.Si中の水素一白金複合欠陥の対称性と欠陥構造を決定した。白金近傍での水素の局所移動に対する荷電効果を研究し、その効果が炭素近傍での運動とは全く逆であることを明らかにした。3.Si中の水素と点欠陥,不純物との複合欠陥を光吸収法により同定し、その性質を研究した。4.SiGe層の上に成長したErドープSiエピ膜中でErに関連した中心の発光スペクトルを観測し、その発光強度がSiエピ膜中に内在する引っ張り応力によって増強することを明らかにした。5.Si, Ge, GaAs中、Si_<1-x>Ge_x/Siヘテロエピ膜中の転位運動に対する水素の影響を検討した結果、水素が転位の電子状態に影響し、それが運動促進効果の原因となることを明らかにした。6.SiO_2中の欠陥の電子状態と構造に対するNドープの効果を理論的に研究した。7.GaN中の水素-マグネシウム・ペアーの安定性が高温での水素プラズマ処理により高くなることを見出した。8.DRAMの漏れ電流に関係する欠陥を電気的検出磁気共鳴(EDMR)法により研究した。本研究は、種々の電子励起効果のうちで、イオン化による荷電状態変化の効果に焦点を絞り、これによる欠陥の生成、局所構造変化、分解、移動など原子移動の機構を実験的・理論的に解明し、それを利用して原子移動を制御することにより原子操作を行うことを目的とし、Si, SiO_2, GaAs, GaN系結晶やデバイス構造中の点欠陥、転位、水素関連欠陥を対象として研究を行い、以下のような知見を得た。1.Si中の水素-炭素ペア-の構造と電子状態との関連、ペア-の安定性に対する荷電状態の効果,一軸性応力によるペア-電子状態の変化と水素の応力誘起移動に対する荷電状態効果を明らかにした。その結果,炭素周辺での水素の局所運動を電子励起により制御できることを示した。2.Si中の自己格子間原子と水素との複合欠陥を固定し、その安定性に対する電子励起効果を検討した。3.Si中のmulti-vacancyの安定構造と水素デコレ-ション効果を明らかにし、荷電状態の影響を研究した。4.Siエピ膜中でErに関連した新規な発光中心を見出した。5.Siのpn接合中の欠陥を固定した。6.Si, GaAs中、Si_<1-x>Ge_x/Siヘテロエピ膜中の転位運動に対する水素の影響を研究し、運動促進効果が発現するための条件を見出した。7.SiO_2中の酸素空孔の双安定性を見出し、それが荷電状態に依存することを明らかにした。8.GaAs中で水素パシベ-ションにより電気的に不活性化したドナ-の光誘起再活性化過程を研究した。9.GaN中の水素-アクセプタ・ペア-の高安定性と電子励起による安定性低下を見出した。本研究は、種々の電子励起効果のうちで、イオン化による荷電状態変化の効果に焦点を絞り、これによる欠陥の生成、局所構造変化、分解、移動など原子移動の機構を実験的・理論的に解明し、それを利用して原子移動を制御することを目的とし、Si,SiO_2,Ge,GaAs,GaN系結晶やデバイス構造中の点欠陥、転位、水素関連欠陥を対象として研究を行い、以下のような知見を得た。1.Si中の水素-炭素ペア-に関して、一軸性応力によるペア-電子準位の変化を測定し、欠陥構造との関連を明らかにした。炭素近傍での水素の応力誘起移動の活性化エネルギーに対して水素の荷電状態が大きく影響することを明らかにした。2.Si中の水素と原子空孔との複合欠陥を光吸収法により同定し、空孔の形成エネルギーを決定した。3.Si中の鉄-アクセプタ対の光照射下における再結合促進反応の活性化エネルギーが、光を照射しない場合の約1/10に減少することを見出した。また、その値がアクセプタの種類に依存することを明らかにした。4.Siエピ膜中でErに関連した中心の発光スペクトルを観測し、その発光強度が最大となる成膜条件,熱処理条件を明らかにした。5.Siのpn接合中の欠陥を電気的検出磁気共鳴(EDMR)法により検出し、その欠陥を同定した。6.Si,Ge,GaAs中、Si_<1-x>Ge_x/Siヘテロエピ膜中の転位運動に対する水素の影響を系統的に研究し、運動促進効果が発現するための熱処理条件、水素プラズマ照射条件を明らかにした。7.SiO_2中の水素終端された酸素空孔の安定性が電子励起により大きく低下することを理論的に明らかにした。

8.GaAs中で、水素パシベーションにより電気的に不活性化したドナーの再活性化エネルギーが、電子励起により著しく低下することを理論的に明らかにした。9.GaN中の水素-マグネシウム・ペア-の安定性が紫外線照射により低下することを見出した。本研究は、種々の電子励起効果のうちで、イオン化による荷電状態変化の効果に焦点を絞り、これによる欠陥の生成、局所構造変化、分解、移動など原子移動の機構を実験的・理論的に解明し、それを利用して原子移動を制御することを目的とし、Si, SiO_2,Ge, GaAs, GaN系結晶やデバイス構造中の点欠陥、転位、水素関連欠陥を対象として研究を行い、以下のような知見を得た。1.Si中水素炭素複合欠陥の電子準位の応力依存性を測定し、欠陥の圧電定数を決定した。炭素近傍での水素の局所移動の活性化エネルギーと前置因子に対する水素の同位元素効果と荷電効果を明らかにし、その機構を欠陥電子状態のLCAOモデルを用いて研究した。2.Si中の水素一白金複合欠陥の対称性と欠陥構造を決定した。白金近傍での水素の局所移動に対する荷電効果を研究し、その効果が炭素近傍での運動とは全く逆であることを明らかにした。3.Si中の水素と点欠陥,不純物との複合欠陥を光吸収法により同定し、その性質を研究した。4.SiGe層の上に成長したErドープSiエピ膜中でErに関連した中心の発光スペクトルを観測し、その発光強度がSiエピ膜中に内在する引っ張り応力によって増強することを明らかにした。5.Si, Ge, GaAs中、Si_<1-x>Ge_x/Siヘテロエピ膜中の転位運動に対する水素の影響を検討した結果、水素が転位の電子状態に影響し、それが運動促進効果の原因となることを明らかにした。6.SiO_2中の欠陥の電子状態と構造に対するNドープの効果を理論的に研究した。7.GaN中の水素-マグネシウム・ペアーの安定性が高温での水素プラズマ処理により高くなることを見出した。8.DRAMの漏れ電流に関係する欠陥を電気的検出磁気共鳴(EDMR)法により研究した。
マウスRad51およびDmc1遺伝子による組換え修復機構の研究

遺伝子相同組換えは、有糸分裂においては遺伝情報の正確な伝達、また減数分裂においては遺伝的に多様な配偶子を生みだすという生物にとって、重要な機能を担っていると考えられる。我々は、大腸菌および酵母においてDNA修復、相同組換えに関与するRecAおよびRad51遺伝子のホモローグをヒトおよびマウスからクローニングした。この遺伝子のコードするタンパクは、(1)精原細胞や精原細胞、(2)卵胞上皮および成熟前の卵母細胞、(3)胸腺未分化T化細胞、(4)脾臓胚中心、(5)小腸陰窩、(6)子宮内膜上皮のような細胞分裂の盛んな細胞で発現していることが明らかとなった。さらに、細胞周期での発現を検討した結果、G1後期から転写上昇がみられ、S,G2期でも存在した。また、九大の續らとの共同研究により、マウス相同組換え遺伝子Rad51をターゲットした結果、ホモ(Rad51^<-1->)のノックアウトマウスは初期発生の段階で致死となることが明らかとなった。酵母においてはRAD51遺伝子は増殖に必須でないことから、哺乳動物では、Rad51遺伝子が組換え修復の他に細胞増殖にとって重要な機能を担っていると考えられる。さらに、我々は相同組換え頻度が高い減数分裂期に特異的に発現するRecA様遺伝子、マウスDmc1遺伝子を単離した。現在、マウスDmc1遺伝子のノックアウトを行っており、germ line chimeraからヘテロマウス、さらにヘテロマウス同士の交配により、ホモマウスを作製中である。このようなマウスにおける、組換えと減数分裂の進行、染色体の異常、遺伝的組換えの有無などを解析し、相同組換え遺伝子の役割を明らかにする予定である。
超伝導空洞を用いた簡易な大出力ミリ波パルス源の開発

超伝導空洞の時定数が【10^(-2)】秒程度と長いことを利用して、マイクロ波エネルギーを貯蔵しこれを短時間に放出する原理にもとづく簡易で汎用のミリ波パルス源を2年間で開発することを目的とした。第1年度である60年度には、必要な装置すなわちニオブ空洞、ミリ波自動周波数安定化回路、FRPクライオスタット等の設計・製作および調整を行った。またマイクロ波取り出し用の小型放電管(半径5mm)は気圧2050Torrの気体ヘリウムを封じ切った。ニオブ空洞は内径22mm、長さ111mmで共振周波数設計値24.5GHzに対し【TE_(0,1,17)】円筒モードのオーバーモード空洞となっている。最終年度の61年度には、ニオブ空洞の常温における周波数特性をまず精しく測定した。比較のため同じ形状の真ちゅう空洞を製作し、比較測定を行って空洞のパラメータを算出した。出来上ったニオブ空洞の周波数特性を広範囲に行ったところ、23.77GHz、内部Q値2×【10^3】であった。発振器と空洞が【TE_(0.1)】モードと最も強く結合する配置の入出力アンテナを用いているのでこれが【TE_(0,1,17)】モードであると推定した。内部Q値は常温では低いので、電界研磨法により内面の表面粗さを0.1μm以下に抑えることを行った。電界研磨には濃硫酸と弗酸を85:10とした液体中で、上下フランジおよび円筒部を別々に陽極を設け、60mA/【cm^2】の電流密度で各々約4時間、通電と撹拌をくり返し鏡面仕上げを行った。その後、クリーンルーム内で速やかに組立てて、リークテストおよびベーキングを行ない、内部気圧を3×【10^(-8)】Torrまで排気した。これにより、ニオブ空洞を液体ヘリウムにより温度4.2Kに冷却した場合、Q値が約【10^8】程度に上昇すると考えられる。現在この状態で、放電アンテナに、電圧20KV,電流2000A,時間幅1USeCのパルス電力の放電を行なわせ、所期の【10^4】倍のパルス電力利得を得るべく最終試験を行っている。第1年度である60年度には、以下の作業を行なった。当初の計画のうち、いくつかの点で変更を余儀なくされたが大体の年次計画を達成した。(1)内径29cm,高さ90cmの小型FRP製クライオスタットを製作した。これに必要な液体ヘリウム容器を購入した。(2)空洞は当初の計画を変更し、材料はニオブとし、円簡型【TE_(0,1,17)】モードの空洞(内径44mm,長さ111mm)を設計・製作した。空洞には、マイクロ波入力結合機構と、出力回路として放電スイッチ部分の回路を製作した。この空洞は61年2月現在機械工作を終った段階で、近く内面の表面処理および真空排気を行う予定である。(3)出力アンテナとなる放電管を設計・製作した。また、これにパルス放電を行わせるためのコンデンサ放電回路(充電電圧±5kV)を自作した。放電のテストを行った。(4)マイクロ波周波数としては、最終的に24.5GHzに決めた。

発振器には当初、米国製のフェーズロック発振器を使用する予定であったが、事情により購入が不可能となり、代りに岡谷電機製の反射形クライストロンを購入し、電源回路および自動周波数安定化回路を自作した。試運転を行い満足な結果を得た。(5)空洞に最大エネルギーを蓄積する方法として、冷却部分に可動機構を有しない入力結合機構の可能性を検討し、理論的解析を行なった。その結果、この方法は原理的には可能であるが、実際に入手可能なEHチューナを用いた場合、広範囲な調節が望めないことがわかった。従って実験に使用することは断念し、冷却部分にベローズ機構を設けることとした。超伝導空洞の時定数が【10^(-2)】秒程度と長いことを利用して、マイクロ波エネルギーを貯蔵しこれを短時間に放出する原理にもとづく簡易で汎用のミリ波パルス源を2年間で開発することを目的とした。第1年度である60年度には、必要な装置すなわちニオブ空洞、ミリ波自動周波数安定化回路、FRPクライオスタット等の設計・製作および調整を行った。またマイクロ波取り出し用の小型放電管(半径5mm)は気圧2050Torrの気体ヘリウムを封じ切った。ニオブ空洞は内径22mm、長さ111mmで共振周波数設計値24.5GHzに対し【TE_(0,1,17)】円筒モードのオーバーモード空洞となっている。最終年度の61年度には、ニオブ空洞の常温における周波数特性をまず精しく測定した。比較のため同じ形状の真ちゅう空洞を製作し、比較測定を行って空洞のパラメータを算出した。出来上ったニオブ空洞の周波数特性を広範囲に行ったところ、23.77GHz、内部Q値2×【10^3】であった。発振器と空洞が【TE_(0.1)】モードと最も強く結合する配置の入出力アンテナを用いているのでこれが【TE_(0,1,17)】モードであると推定した。内部Q値は常温では低いので、電界研磨法により内面の表面粗さを0.1μm以下に抑えることを行った。電界研磨には濃硫酸と弗酸を85:10とした液体中で、上下フランジおよび円筒部を別々に陽極を設け、60mA/【cm^2】の電流密度で各々約4時間、通電と撹拌をくり返し鏡面仕上げを行った。その後、クリーンルーム内で速やかに組立てて、リークテストおよびベーキングを行ない、内部気圧を3×【10^(-8)】Torrまで排気した。これにより、ニオブ空洞を液体ヘリウムにより温度4.2Kに冷却した場合、Q値が約【10^8】程度に上昇すると考えられる。現在この状態で、放電アンテナに、電圧20KV、電流2000A、時間幅1μsecパルス電力の放電を行なわせ、所期の【10^4】倍のパルス電力利得を得るべく最終試験を行っている。
クライオ電子顕微鏡法によるセルロース合成酵素の立体構造解析

1.本研究課題の目的は、セルロース合成酵素の機能をその構造から明らかにすることにある。電子顕微鏡による単粒子構造解析を目指して、酢酸菌からセルロース合成酵素の単離精製実験を既報に従い行ってきたが、成功していない。そこで異種発現系の構築を目指してセルロース合成酵素オペロンのクローニングを行うべく、プライマー設計まで行った。また合成酵素の単離を生化学的に追跡する手段がないため、ポリクロ抗体の作製を外注にて行っている。セルロース合成酵素(BcsA遺伝子産物)そのものに加えて、同一オペロンに存在するBcsC遺伝子産物の追跡を開始すべく、これに対する抗体も作製依頼中である。2.セルロースも含めて多糖分子の合成酵素を考える際に、糖転移反応に関する酵素学的な視点は大きく取り上げられてきたが、ミクロフィブリルなどの高次構造を形成する機構の具体的な認識が乏しいという問題点を、多糖の合成例の比較から指摘した(第6回理研シンポジウム「高分子結晶の構造と機能」において発表)。3.二次元結晶化によるタンパク構造解析は、膜タンパクの構造解析として非常に有用であることが示されつつある。しかしX線結晶解析用の三次元結晶と対照的に、二次元結晶作製の方法論は確立されたものではない。将来的にセルロース合成酵素の高分解能解析のためには必須であろう二次元結晶解析を見据え、あるバクテリア由来の膜タンパク質を用いて二次元結晶化の方法論の確立を目指して実験を開始した。現在まで、脂質二重層内に再構成された構造物をコンスタントに得られるようになったが、まだ結晶性が弱く解析に値するものは得られていない。それでも精製・結晶化の間に静電作用を抑える戦略が重要であることが分かりつつある。1本研究課題の目的は、セルロース合成酵素の機能をその構造から明らかにすることにある。この機能に関して、一つの大きな矛盾がこの5年ほど問題となってきた。すなわち、セルロースの生合成時、どちらの分子末端(還元末端・非還元末端)で伸長反応が行われるのかという二者択一問題において、現在まで両方の可能性が示されている。この問題の解決にあたり、セルロース合成酵素と同じ糖転移酵素ファミリー2(ファミリーGT-2)に属するキチン合成酵素やヒアルロン酸合成酵素との比較は重要であろう。そこでキチン合成の方向性を明らかにするため、電子回折による結晶学的解析と還元末端可視化法を組み合わせた実験を行った。その結果、キチン分子鎖の還元末端は合成酵素から外側を向いて吐出されていることをin situで明示した。つまりキチンの生合成時、その伸長反応は分子鎖の非還元末端で起こると結論付けた。既報の生化学的データとSpsAタンパク(GT-2糖転移酵素の一つ)の触媒部位の原子レベル構造を考えると本結論はより適当なものであり、これらの考察に基づき「セルロース合成酵素をはじめとするGT-2酵素は、分子鎖の非還元末端側への糖転移反応を触媒する」という結論を示した。本結果は、セルロース及びキチン合成酵素、あるいは他のGT-2糖転移酵素の構造モデルを機能の観点から考察する際、重要なヒントとなるであろう。2電子顕微鏡による単粒子構造解析を目指して、酢酸菌からセルロース合成酵素を単離することを試みた。現在まで好ましい結果は出ていないが、界面活性剤のスクリーニングなどの生化学的実験を引き続き行う予定である。昨年度の研究実績として「セルロース合成酵素をはじめとするGT-2酵素は、分子鎖の非還元末端側への糖転移反応を触媒する」という結論を示したが、さらに考察と実験を進め、キチンの生合成におけるプライマー分子(最初の転移反応へ糖を的確に供するためにその糖に結合している分子)の存在を予測した。直接的な証拠を得るには至っていないが、セルロース生合成においてプライマー分子が存在することが示されていることから、今後詳しく調査するに値する考察である。本研究の昨年度の成果も含めたこれらのデータは、英文誌(Biochemical Journal)に掲載された。2電子顕微鏡による単粒子構造解析を目指して、酢酸菌からセルロース合成酵素の単離精製実験を行っている。同時に合成酵素の単離を生化学的に追跡するために、外注にてポリクロ抗体の作製を行い、これをチェックしている。既報の文献通りに生化学実験を行っているが、現在まで合成酵素の単離に成功していない。3二次元結晶化によるタンパク構造解析は、膜タンパクの構造解析として非常に有用であることが示されつつある。

2.セルロースも含めて多糖分子の合成酵素を考える際に、糖転移反応に関する酵素学的な視点は大きく取り上げられてきたが、ミクロフィブリルなどの高次構造を形成する機構の具体的な認識が乏しいという問題点を、多糖の合成例の比較から指摘した(第6回理研シンポジウム「高分子結晶の構造と機能」において発表)。3.二次元結晶化によるタンパク構造解析は、膜タンパクの構造解析として非常に有用であることが示されつつある。しかしX線結晶解析用の三次元結晶と対照的に、二次元結晶作製の方法論は確立されたものではない。将来的にセルロース合成酵素の高分解能解析のためには必須であろう二次元結晶解析を見据え、あるバクテリア由来の膜タンパク質を用いて二次元結晶化の方法論の確立を目指して実験を開始した。現在まで、脂質二重層内に再構成された構造物をコンスタントに得られるようになったが、まだ結晶性が弱く解析に値するものは得られていない。それでも精製・結晶化の間に静電作用を抑える戦略が重要であることが分かりつつある。
原子核中に生成されたベクター中間子の吸収過程の解明

原子核中に生成されたベクター中間子が、周囲の複数の核子との相互作用を通して吸収される過程を実験的に研究し、原子核中での中間子の性質を明らかにする事を目指し、高エネルギーガンマ線を原子核標的に照射し、標的から放出される荷電粒子を測定するための検出器システムを開発した。検出器としてシリコンストリップ検出器を用いるものとし、本研究では主にシリコンストリップ検出器の信号を効率良く収集するためのデータ収集回路システムの開発と改良を行った。本研究では,高エネルギーガンマ線ビームを照射した標的から放出される複数の陽子を精度良く測定するための,シリコンストリップ検出器を中心とした検出器系を構築し,原子核中に生成されたベクター中間子が周囲の核物質に吸収される過程の観測を目指している.今年度は当初シリコンストリップ検出器本体の製作を予定しており,詳細な設計について検討したところ,研究計画時に予定していた検出器構成では製作費用が想定を上回る事,また,シリコンストリップセンサーに直結する信号読み出し用回路系の製作方法や配置方法についてさらに工夫とテストが必要な事が明らかになった.そのため,今年度は当初の予定通りにシリコンストリップ検出器を製作するまでに至らず,今年度は予算の範囲内で目的とする物理的成果を達成するための実験の再検討及び検出器の再検討を行った.結果として,当初使用を予定していた両面シリコンストリップ検出器を片面シリコンストリップ検出器に置き換える事,この検出器が測定可能な角度の範囲を再検討することにより,当初の目的とする物理的成果を達成することが可能であるとの見通しが得られた.この再検討,再設計の結果に基づき,翌年度以降検出器の製作を行い実験を行う予定である.検出器系の開発としては,検出器の信号を処理し記録するデータ収集システムの開発に着手した.既存のテスト用検出器とデータ収集回路をベースに性能の評価を行い.本実験に向けてデータ収集回路上での波形処理やデータ選別によるデータ収集速度および効率の向上を目指す予定である.本研究では、高エネルギーガンマ線によって原子核中に生成された中間子が、周囲の複数の核子、特に、検出が比較的容易な複数の陽子に吸収される反応の観測を目指している。標的とした原子核標的から放出されると予想される荷電粒子を高精度で測定するシステムを、シリコンストリップ検出器を用いて構築し、大立体角検出器と組み合わせて実験を行う計画である。今年度は、シリコンストリップ検出器の製作に向けた検討の中で、実験環境中での荷電粒子及びエックス線バックグラウンドが検出器の動作に与える影響、シリコンストリップ検出器からのデータ読み出し速度の二点の懸念事項が生じシリコンストリップ検出器本体の設計にも影響する可能性があったため、バックグラウンドの測定による影響評価と、信号読み出し系の回路開発を優先して行った。バックグラウンドの評価では、本研究を実施するSPring-8レーザー電子光IIビームラインに於いて、荷電粒子バックグラウンドの計数率と、その位置依存性を測定した。その結果、シリコンストリップ検出器を動作させる上で考慮すべきバックグラウンドはビームライン上流(実験室上流)で生成されていることが分かり、バックグラウンド粒子による影響を少なくするための検出器本体の設計及び、信号読み出し回路に求められる条件を決定することが出来た。バックグラウンドの評価及び本検出器を含む実験全体から要求されるデータ収集回路の性能を満たすため、データ収集回路の改良を行った。具体的には、シリコンストリップ検出器から読みだされる多数の波高データから、必要な情報だけを取り出す処理を読み出し回路の論理回路上に実装し、実際に収集するデータ量を圧縮する方法を実現した。又、この処理によって検出器の性能が損なわれていないことを、実際にテスト用検出器を用いたビームテストを行い確認した。当初の研究計画では、本年度中にシリコンストリップ検出器本体の製作を完了し、実験を行う予定であったが、実際には実現できなかった。その点で、残念ながら本研究の進捗状況としては遅れていると言わざるを得ない。遅延の主な理由は、実験環境でのバックグラウンドの影響の評価と、データ読み出し回路の性能が検出器本体の設計に影響すると考えられたため、それらの研究・開発を優先させた結果、検出器本体の設計、製作スケジュールに遅れが生じたためである。今年度の研究・開発により検出器製作上の懸念事項はほぼ解決したと思われるので、来年度は検出器の製作を完了させ、実験を実施し当初の目標としていた成果を上げられるよう努力したい。本研究では、高エネルギーガンマ線によって原子核中に中間子を生成し、その中間子が周囲の核子との相互作用によって吸収される過程の観測を目指している。この反応では、中間子からエネルギーを受け取った複数の核子が標的核から放出されると予想されることから、標的から放出される荷電粒子を高精度で検出するシリコンストリップ検出器を製作し、既存の大立体角検出器と組み合わせて実験を行う計画である。既存の実験装置と組み合わせるためには、本検出器が既存の実験に悪影響を与えない様、十分に高速なデータ読み出し性能を有する必要がある。本年度は主にプロトタイプ検出器と既存のデータ読み出し回路を用いてデータ読み出し性能の評価と性能向上を目指した開発を行った。現在開発している検出器システムでは、シリコンストリップ検出器の信号を検出器に隣接した信号処理用大規模集積回路(VLSI)チップで処理し、VLSIチップから送られて来た信号をデータ読み出し回路で読み取って必要な情報をネットワーク経由で実験全体のデータ収集システムへ送る構成となっている。この中で、データ読み出し回路とそれを制御するコンピューターとの間のデータ転送速度が当初の想定よりも遅く、検出器システム全体のデータ読み出し性能として、実験に要求される性能を達成出来なかった。

本年度の開発により、データ読み出し回路からのデータ転送方法を大幅に改良する方法の指針が得られたので、次年度早期にデータ読み出し回路を含めた検出器の製作を実現したい。当初の計画では、本年度中にシリコンストリップ検出器を用いた高性能検出器の開発を終えて実験を行い、研究課題を完了する予定であったが、計画通りに検出器を製作することができなかった。本検出器は既存のLEPS2実験装置に追加する形で実験を行う計画であるが、そのために要求されるデータ読み出しの性能が達成でず、計画通りに検出器システムを構築できなかった。主にプロトタイプ検出器と既存のデータ収集回路を用いてデータ読み出しシステムの性能向上を目指した開発を行ってきたが、その開発に想定以上の時間を要したのが主な理由である。これまでの開発により改良の方針は得られたと考えているので、来年度は早期に装置を完成させ、成果を上げられるよう努めたい。本研究は、高エネルギーガンマ線を原子核標的に照射して原子核中にベクター中間子を生成し、その中間子が周囲の核子との相互作用によって原子核に吸収され、結果として核子が放出される反応の測定を測定し、中間子と核子の相互作用や原子核中での中間子の性質の変化について調べることを目指すものである。中間子が原子核中で複数の核子との相互作用を通して吸収される過程は理論的なモデルでは考慮されているものの実験に基づいた詳細な議論は少なく、この様な測定によって定量的な議論を進めることが出来れば、中間子と核子の相互作用の理解を深めることにつながるものと期待できる。本研究課題ではこの測定を行うため、SPring-8レーザー電子光IIビームラインにおいて既存のLEPS2検出器にシリコンストリップ検出器を用いた荷電粒子の飛跡検出器を追加し、標的から複数の核子が放出される反応の測定精度を向上させることを目指し、主に検出器のデータを処理、収集するシステムの開発を行った。LEPS2検出器と連携してデータを収集するためには、シリコンストリップ検出器からの信号を読み出し回路上で早い段階で解析して必要な情報を抽出し、最終的に収集するデータの量をできるだけ小さくすることが求められる。最終年度である今年度は、データ処理、データ転送システムの開発とプロトタイプ検出器を用いた性能評価を行い実験に向けた準備を整えた。またLEPS2検出器と連携してデータ収集するためのトリガー回路、トリガー回路用の信号を作るための荷電粒子検出器を開発した。原子核中に生成されたベクター中間子が、周囲の複数の核子との相互作用を通して吸収される過程を実験的に研究し、原子核中での中間子の性質を明らかにする事を目指し、高エネルギーガンマ線を原子核標的に照射し、標的から放出される荷電粒子を測定するための検出器システムを開発した。検出器としてシリコンストリップ検出器を用いるものとし、本研究では主にシリコンストリップ検出器の信号を効率良く収集するためのデータ収集回路システムの開発と改良を行った。
軌道の存在確率密度をもつ力学系の大域挙動に関する研究

本研究では,互いに異なる周期軌道の組に対して,一方の軌道の近くから他方の軌道の近くに移動する別の軌道がある,という局所的な条件から,次の大域的な力学系の性質(a)と(b)を導く:(a)すべての軌道の存在確率密度が決まるならば,この存在確率密度は一意的に決まる.(b)有限時間での軌道の存在確率密度と,無限に時間が経過した軌道の存在確率密度との差は,エントロピーとポテンシャルという2つの値を用いて具体的に表示できる.更に,次の結果(c)を導く:(c)稠密な軌道をもつ可微分力学系が,摂動を加えてもその性質を失わないならば,性質(a)と(b)を満たす.本研究では,互いに異なる周期軌道の組に対して,一方の軌道の近くから他方の軌道の近くに移動する別の軌道がある,という局所的な条件から,次の大域的な力学系の性質(a)と(b)を導く:(a)すべての軌道の存在確率密度が決まるならば,この存在確率密度は一意的に決まる.(b)有限時間での軌道の存在確率密度と,無限に時間が経過した軌道の存在確率密度との差は,エントロピーとポテンシャルという2つの値を用いて具体的に表示できる.更に,次の結果(c)を導く:(c)稠密な軌道をもつ可微分力学系が,摂動を加えてもその性質を失わないならば,性質(a)と(b)を満たす.
一般化された注入のある凝集系における定常的べき分布

まず、注入のある凝集系の1次元、及び、平均場の場合において、定常解の安定性と緩和の様子を理論的に解析した。定常状態において実現するべき分布のべきの指数が注入の型に依存することは、すでに得られていたが、緩和の場合には、単にべきの指数に留まらず関数型までが注入の型に依存することがわかった。また、定常分布であるべき分布は大変安定であり、いかなる初期値から出発してもべき分布に収束することが証明できた。さらに、注入の大きさ分布である場合や、空間的にフラクタル的に注入する場合も考察し、べき分布の指数は連続的に変化しうることがわかった。次に、2次元、3次元のシミュレ-ションを試みた。1次元系の場合と同じように、注入が絶えずある場合には、粒子の質量の分布はベキ分布に従うことが確かめられた。ベキの指数は平均場の値に近いが、それが平均場の値と一致するのかどうかについては、シミュレ-ションによって明確にすることはできなかった。指数の精度を上げるには、計算機の容量を現在の100倍程度上げる必要があることがわかった。これまでに得られた注入のある凝集系の統計的な性質に関する知識を応用するため、ランダムな表面の問題への適用を考えた。例として、地形の雨の侵食による形成過程を考えた。その結果、降った雨が凝集し、川となって地形を侵食するプロセスが、凝集系と似た性質を持つことがわかった。例えば、川の流量の分布はべき分布に漸近することが確認された。どちらの系でも、合流、あるいは合体という非可逆なプロセスがフラクタル的な統計性を実現させるのに大きな役割をになっていることがわかった。まず、注入のある凝集系の1次元及び、平均場の場合において、定常解の安定性と緩和の様子を理論的に解析した。定常状能において実現するべき分布のべきの指数が注入の型依存することは、すでに得られていたが、緩和の場合には、単にべきの指数にとどまらず、関数型までが注入の型に依存することがわかった。すなわち、平均が0でない注入の場合には拡張指数型(exp(ーt^a)、a≧2)ですばやく緩和し、平均が0となる注入の場合にはべき型(t^<-b>,O<b<1)でゆっくりと緩和する。このような緩和の関数型は、定常解からのずれが十分小さい時に成立するのであるが、一般的にいかなる初期状態から出発しても必ずべき分布の定常態に収束することが明らかにできた。また、注入の大きさがべき分布になっている場合や、空間的に一様に注入するのではなく、フラクタル的に注入する場合に関しても解析した。その結果、定常分布のべきの指数が連続的に変化することがわかった。さらに、数値シミュレ-ションで避けることのできない有限サイズ効果を見積る方法についても検討した。システムサイズが有限の場合にはそのサイズで決まる臨界時刻Tcが存在し、Tc以前では指数を大きめに見積りやすく、Tc以後では小さめに見積りやすくなることがわかった。つまり、Tcの前と後での指数の間に真の値が存在することになり、シミュレ-ションの結果から高い精度で指数を見積ることが可能になることと期待される。本年度の研究計画で予定していた、2次元、3次元空間でのシミュレ-ションは、パ-ソナルコンピュ-タの納入が著しく遅れたため(平成2年12月下旬)、未だに準備的な段階までにしか到達していない。まず、2次元、3次元のシミュレ-ションを試みた。

ベキの指数は平客場の値に近いが、それが平均場の値と一致するのかどうかについては、シミュレ-ションによって明確にすることはできなかった。指数の精度を上げるには、計算機の容量を現在の100倍程度上げる必要があることがわかった。次に、計画どうり、ランダムな表面の問題への応用を開始した。例として地形の雨の侵食による形成過程を考えた。それは、次のようなモデルである。雨が絶えず一様に降るような面を考え、その面上では水は局所的により低い所に向かって流れていくものとする。水の流れに比例するような大きさで地面が侵食されるものとして、地形を時間発展させていく。窪地状になった部分には水が貯まり、池になり、いずれはどこかの淵から溢れ出るものとする。このようなプロセスを3角格子上でシミュレ-トした結果、次のようなことがわかった。初期にわずかに与えられたランダムな凸凹が侵食によって増幅され、川が形成される。川のパタ-ンは池以外では安定であり、池は有限時間のうちに全て解消される。すなわち、川のパタ-ンは、有限時間のうちに凍り付いたように不変になる。不変になった時点での川のパタ-ンは、フラクタル性を持っており、次元はおよそ、1.6である。また、川の流域の大きさや流量の分布はベキ分布に従うこともわかった。これらのことから、注入のある凝集系と同じように、地形は、雨の侵食によって自動的に臨界的な状態に収束する性質を持つことが明らかになった。地形の問題において川の流量を粒子系の質量と対比することにより、両系において合流、あるいは合体という非可逆なプロセスがフラクタル性を実現させるのに大きな役割をになっていることがわかった。