hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サーフェイスプラズモンを利用した光ナノ構造の構造トポロジー最適化

近年,トポロジー最適化を中心とした構造最適化は,機械構造物などの弾性変形場だけではなく,熱,流体,音など他の物理問題を対象とした設計問題に適用されつつある.特に,電磁場伝搬問題やナノテクノロジーへの適用は世界的にも極めて注目を浴びているが,グレースケールなどの数値不安定性や,材料の取り扱い方法などの未だに多くの未解決な研究課題があり,一部の設計問題以外には方法論の構築には至っていない.本研究では,この未解決な問題を本質的に解決可能な新しい構造最適化の方法論を構築した.すなわち,近年,ナノテクノロジーあるいは光工学の分野で注目を浴びているサーフェスプラズモンを利用した新しい光デバイスの構造設計の方法論を構築することを目的に,第一に,数値不安定性を本質的に解決可能な,反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化の方法論を構築した.次に,この方法論を,フォトニック結晶を用いた光デバイスの構造設計に適用するとともに,その他の代表的な電磁気デバイスである,IPMモータの構造設計に適用した.その結果,以下の成果を得ることができた.(1)サーフェスプラズモンを生成する光デバイス構造を創成可能な構造最適化の方法として,反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化の方法論を新しく構築した.この方法論により,従来までの重要課題であった数値不安定性の問題を本質的に解決可能となり,工学的に意味のある最適構造が得られるようになった、(2)反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化に基づき,サーフェスプラズモンを生成する光デバイス構造の設計への展開可能性を検討するため,フォトニック結晶を用いた光デバイスの構造設計に適用し,その適用可能性を明確化した.(2)反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化の方法論を,他の設計問題への適用事例として,モータ設計へ展開し,高性能なIPM設計を可能とすることができた.トポロジー最適化の方法を電磁波伝搬問題への拡張を行うための準備段階として,静的な電磁場に関する構造設計問題に対するトポロジー最適化法の構築を行った.受入研究者のグループは開発してきた,構造問題を対象とした新しいレベルセット法に基づくトポロジー最適化の方法と,電磁場解析法との統合化を図った.構造設計の対象は電気モーターとした.近年,自動車会社では,電気自動車の開発が本格化しており,エネルギー効率のよりよい高性能なモーターの開発が必須となっている.そこで,モーターの構造設計に対応したトポロジー最適化法を開発した.世界的な研究者の動向をみると,すでに従来のトポロジー最適化を用いた類似研究は行われている.しかしながら,その方法では,最適解として得られた構造にグレースケールと呼ばれる領域を含むことが大きな問題となっている.これに対して,受入研究者らが開発してきた,レベルセット法を用いた新しい構造最適化法を用いれば,物体の境界が明確に表現できるため,グレースケールを全く含まない最適設計解を得ることが可能である.そこで、この方法をモーターのような電磁場の構造最適化問題に拡張した.そのために,モーター設計のための設計要件を整理し,評価関数を定式化し、さらにその評価関数に対する最適化アルゴリズムを構築した.開発プラットフォームソフトウエアには,受入研究者のグループが現有するマルチフィジックス解析ソフトウエアCOMSOLを用いた.さらに,開発した方法を,電磁波伝搬問題に拡張するための問題点を整理し,このような問題に対すして本手法を拡張するための方法を検討した.サーフェイスプラズモンを対象とした最適化の基礎的研究のため,反応拡散方程式に基づく更新則を利用したトポロジー最適化法を,埋込式磁石同期モータ(IPMモーター)の設計に応用するための研究を行った.反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化では,レベルセット関数により物体の境界を表現し,反応拡散方程式と呼ばれる偏微分方程式により,そのレベルセット関数を更新することで最適な構造を得る方法であり,明瞭な境界をもつ最適構造を安定的に求めることができる.モータの効率を向上させるためには,モータの固定子に設置される永久磁石と回転子に設置される永久磁石の相互作用による効率の低減を避ける必要がある.そのような相互作用によるトルクを低減するために,2つの方法でモータ構造の最適化を試行した.1つ目の方法は相互作用トルクそのものを最小化する定式化,2つ目の方法は,磁気エネルギー変動の最小化である.それぞれの目的関数について,感度解析を行い,最適化アルゴリズムの構築を行い,両者の方法を比較した.これらの方法のどちらでも,明瞭な境界を持った最適構造が得られることができた.しかしながら,これらのうち,磁気エネルギー変動を最小化する方法では,磁気エネルギーを減少させたとしても必ずしも相互作用トルクが減少するとは限らないことが判明した.これにより,相互作用トルクを直接最小化する方法の方が,より安定的に相互作用トルクを最小化しやすいことがわかった.近年,トポロジー最適化を中心とした構造最適化は,機械構造物などの弾性変形場だけではなく,熱,流体,音など他の物理問題を対象とした設計問題に適用されつつある.

特に,電磁場伝搬問題やナノテクノロジーへの適用は世界的にも極めて注目を浴びているが,グレースケールなどの数値不安定性や,材料の取り扱い方法などの未だに多くの未解決な研究課題があり,一部の設計問題以外には方法論の構築には至っていない.本研究では,この未解決な問題を本質的に解決可能な新しい構造最適化の方法論を構築した.すなわち,近年,ナノテクノロジーあるいは光工学の分野で注目を浴びているサーフェスプラズモンを利用した新しい光デバイスの構造設計の方法論を構築することを目的に,第一に,数値不安定性を本質的に解決可能な,反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化の方法論を構築した.次に,この方法論を,フォトニック結晶を用いた光デバイスの構造設計に適用するとともに,その他の代表的な電磁気デバイスである,IPMモータの構造設計に適用した.その結果,以下の成果を得ることができた.(1)サーフェスプラズモンを生成する光デバイス構造を創成可能な構造最適化の方法として,反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化の方法論を新しく構築した.この方法論により,従来までの重要課題であった数値不安定性の問題を本質的に解決可能となり,工学的に意味のある最適構造が得られるようになった、(2)反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化に基づき,サーフェスプラズモンを生成する光デバイス構造の設計への展開可能性を検討するため,フォトニック結晶を用いた光デバイスの構造設計に適用し,その適用可能性を明確化した.(2)反応拡散方程式に基づくトポロジー最適化の方法論を,他の設計問題への適用事例として,モータ設計へ展開し,高性能なIPM設計を可能とすることができた.
イメージング質量分析法を用いた多発性硬化症の超早期バイオマーカー探索

神経難病の多発性硬化症(Multiple Sclerosis; MS)およびその類縁疾患の視神経脊髄炎(Neuromyelitis Optica; NMO)は、中枢神経系の炎症性自己免疫疾患で、鑑別が難しく治療方針に苦慮するのが現状である。超早期のMS病態を反映する分子を特定するため、新しい質量分析法であるImaging Mass Spectrometry(IMS)法を用いて実験的自己免疫性脳脊髄炎モデル(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis: EAE)を解析してきた。その結果、症状のあらわれる以前からEAEマウス神経組織において発現の認められるタンパク質を特定した。この分子群は、健常マウス脳においては認められないことからEAE病巣の進行と深く関わっており、多発性硬化症のバイオマーカー候補と考えられる。これらの分子群の中から、先行研究によるデータから候補タンパク質を見いだし、さらに抗体を用いて免疫組織学的解析をおこなったところ、脳脊髄組織内に異所性に認められた免疫細胞群と一致して症状の発症する前から慢性期にかけて局在することが判明した。このタンパク質の特異的阻害剤を用いた治療戦略を考案した。本タンパク質の特異的阻害剤を2日に1回、EAEマウスに経口投与することによって明らかな予防効果が得られた。また、EAEマウスの症状がでてから特異的阻害剤を2日に1回、経口投与を始めることにより明らかな治療効果を得た。両者において、健常マウスへの投与例も含め明らかな副作用症状は認めなかった。本研究で目的とする超早期のEAEマウス神経組織において発現の認められるタンパク質をイメージング質量分析法を用いて特定した。この分子群は、多発性硬化症のバイオマーカー候補と考えられ、免疫組織学的解析似ても確証が得られた。さらに診断バイオマーカーとしての役割だけでなく、このタンパク質の特異的阻害剤を用いた治療戦略により明らかな治療効果を得た。このことは、両者において、健常マウスへの投与例も含め明らかな副作用症状は認めなかった。この発見は、これまでの多発性硬化症治療に一石を投じる結果となり、新たな治療標的をイメージング質量分析を発端に発見したことになる。今回発見したバイオマーカーがヒト疾患においても同様に機能するかどうか検証するためヒト臨床研究へと発展させる。また、動物実験においては、さらにイメージング質量分析法や免疫組織化学の方法を組み合わせて、治療標的分子の体内での発現の機序などを解析を行う。当初の予定見込みより大幅に研究成果の進展が得られたため、動物作製や薬剤投与、並びに病理標本作製、質量分析、論文作成等への出費が生じたため。
抗生物質エナシロキシン類の合成研究

私の研究テーマは新規抗生物質Enacyloxin IIaの合成研究である。Enacyloxin IIaはFrateuria sp.W-315株より単離された直鎖のポリエン系抗生物質であり、グラム陰性及び陽性両細菌に対して幅広い抗菌スペクトルを有する。作用機序は、細菌のタンパク質伸長因子EF-Tuに結合することで、その伸長阻害作用を示すことが分かっている。特に、私は本化合物に着目した。幅広く用いられているポリエン系抗生物質は、マクロラクトンに代表される様に環状構造を有しており、汎用性が高い反面多剤耐性菌を産み出し易いという特徴がある。それに引き換え、Enacyloxin IIaは鎖状構造であるために、昨今問題となっている院内感染の原因である多剤耐性菌に対する有効な新規薬剤候補化合物であると考えた。そこで、私は構造活性相関研究及び生物活性試験を視野に入れた効率的な全合成研究に着手することにした。合成におけるポイントは3つある。1つはフラグメンテーションである。シクロヘキサン部位と23炭素から成る直鎖部位で構成される本化合物を4つの部位、シクロヘキサン部位、C1'-C8'部位、C9'-C15'部位、C16'-C23'部位に分割しそれぞれ調製して、集約的にカップリングすることで効率的に合成できると考えた。現在、必要な部位全てを調製し、直鎖部位の構築に必要なカップリング方法の確立に成功した。2つ目はキラルプール法である。本化合物が有する多くの立体化学をキラルなビルディングブロックより構築することで高い純度でEnacyloxin IIaを合成しようと考えた。3つ目はダイアニオン法である。C9'-C15'部位とC16'-C23'部位のカップリングに新たなアルドール構築法であるβ-OCC反応を考案し、立体特異的に反応させることに成功した。本反応によって、アルドール構造がよく見られる抗生物質の合成法に多様性をもたらし、今まで合成困難だった化合物の合成に導けるものと期待している。26年度が最終年度であるため、記入しない。Enacyloxin IIaはFrateuria sp. W-315株より単離された直鎖のポリエン系抗生物質であり、グラム陰性及び陽性両細菌に対して幅広い抗菌スペクトルを有する。

シクロヘキサン部位と23炭素から成る直鎖部位で構成される本化合物を4つの部位、シクロヘキサン部位、C1'-C8'部位、C9'-C15'部位、C16'-C23'部位に分割しそれぞれ調製して、集約的にカップリングすることで効率的に合成できると考えた。現在、必要な部位全てを調製し、直鎖部位の構築に必要なカップリング方法の確立に成功した。2つ目はキラルプール法である。本化合物が有する多くの立体化学をキラルなビルディングブロックより構築することで高い純度でEnacyloxin IIaを合成しようと考えた。3つ目はダイアニオン法である。C9'-C15'部位とC16'-C23'部位のカップリングに新たなアルドール構築法であるβ-OCC反応を考案し、立体特異的に反応させることに成功した。本反応によって、アルドール構造がよく見られる抗生物質の合成法に多様性をもたらし、今まで合成困難だった化合物の合成に導けるものと期待している。26年度が最終年度であるため、記入しない。現段階で、全合成に必要な部位の調製の全てに成功した。また、新手法β-OCC反応及びHWE反応を用いることで直鎖部位の構築法を確立している。そのため、研究目標の一つである全合成に肉薄しているといえるから、おおむね順調に進展しているといえる。今後は、まずCP-C8'部位、C9-C15'部位、C16'-C23'部位に対してカップリング及び官能基変換を経て、鎖状部位を完成させることが目標である。続いてシクロヘキサン部位との選択的なアシル化によって全合成を目指している。また、随時アナログに必要な部位を合成し有効なカップリング法を検討していく予定である。
ビスフェノールAが引き起こす神経細胞の形態変化を起点とした生体機能への影響評価

ビスフェノールA(BPA)に代表される内分泌攪乱物質(環境ホルモン)による汚染は特に生殖細胞や組織に作用する内在性ホルモンの機能を阻害し、結果として個体に異常を引き起こすことが知られている。しかし、商品の包装や食器などの製品に多用されており、生体へのリスク評価が急務である。本研究では、生殖組織ではなく、BPAが蓄積しやすく脂質含量が多い脳神経系に着目した研究を行った。研究では、モデル神経細胞PC12細胞やラット培養神経細胞に対しBPAを添加し、その後の細胞の形態的変化と細胞内の遺伝子発現の変化を解析した。その結果、PC12細胞に対し、BPAを添加すると、神経突起伸長作用が現れることが分かった。その際、細胞体が細長く形態変化することも分かった。また、ラット培養大脳皮質神経細胞に対するBPAの作用解析では、BPA無添加群と比較して有意な軸索の伸長の抑制が観察された。この時の細胞内では、ヒストンH3のリシン残基のアセチル化の上昇を伴い、ニューロンマーカーのNeuroD1の発現が上昇していることが明らかになった。以上から、BPAの作用は、ヒストンH3の修飾を介したエピジェネティックな遺伝子発現の変化により発生初期段階における分化は進行させるが、脳神経細胞の軸索の伸長度が低下した結果、神経細胞の発達に重大な影響を与えることが示唆された。本研究課題では、ビスフェノールA(BPA)が真核生物の神経系に対する影響を評価するために分子・細胞・個体レベルでの解析を行うことを目的としている。本年度は、分子・細胞レベルでの解析を実施した。その結果、細胞死を引き起こすBPA濃度以下でPC12細胞を培養した際、神経突起の伸長作用があることを見出した。PC12細胞では、60 μM添加24時間後で双極化した2本の神経突起を有する細胞に形態変化することが分かった。その分子機構は、転写因子であるNur77が関与していることが明らかになった。そして、初代培養大脳皮質神経細胞に於いては、100 μMで有意な双極化見られなかったが、PC12細胞と同様に双極化した神経突起の伸長を伴う形態変化が観察された。興味深いことに、神経突起の枝分かれの数や1細胞あたりの神経突起の本数は、100 μMのBPAの添加で有意な減少が観察された。さらに、神経突起の中でも興奮伝播を担う軸索に着目し、BPA添加後の長さを免疫染色後に測定した。その結果、神経突起全体では有意な増加が観察されたのに対し、BPAを処理した細胞の軸索の伸長は抑制されていることが分かった。初年度として予定していた細胞生物学的な解析については、神経栄養因子群(NGFやBDNFなど)やフォルスコリン(fsk)による神経突起伸長作用との比較とエピジェネティックな分子機構の解析を除いてほぼ終了しているため。本年度は、伸長した突起がどの突起に分類され、それがどの様に変化するのかを解析した。その結果、BPA添加後48時間と72時間後に細胞を固定し、成熟神経細胞の樹状突起や軸索を免疫染色後にそれぞれの長さを測定した結果、神経突起全体では有意な伸長作用の増加が観察されたのに対し、軸索の伸長は抑制されていることが分かった)。これらの結果は、BPAが胎児期における神経細胞が有する軸索の形成過程が途中段階で止まってしまい、正しくシナプス結合を形成できなくなることが予測される。逆に、発生のかなり初期の段階では、段階の神経細胞に運命決定された後にも樹状突起の神経突起の伸長を促進し、正しくシナプス結合が形成されずに活動電位のコントロールが出来なくなることも予測される。計画していた免疫染色による神経細胞における発達(発生過程)への影響評価に関するデータを得ることが出来た。遺伝子産物Nur77は、NGFによって発現上昇することが知られている転写因子である。BPAでも同様に、Nur77の発現上昇作用を介した分子機構を見出した。今後は、ヒストン中の特定リシン残基のアセチル化やメチル化(モノ、ジ、トリのいずれか)の関与を特異的に反応する抗体を用いたwestern blottingによって証明を行う。

それに加え、バイサルファイト処理後のシーケンシングによりnur77遺伝子上流のDNAのメチル化と脱メチル化による発現制御の有無も解析する。また、BPAはエストロゲン受容体ファミリーであるERR-αに結合し、遺伝子を発現することを見出しているが、再現性が悪いため、さらに幾度かの発現確認を実施する。この実験は、PC12細胞と大脳皮質神経細胞の2種の細胞を用いて行う。軸索の伸長を制御する遺伝子発現制御の分子機構を明らかにすることや、電気生理学的な実験により軸細の機能に関する評価もデータ化する。購入した物品が予定していた金額よりも安価となったため、端数が生じ、次年度で使用することとした。経時的に劣化する試薬を用いた実験を計画していた。しかし、他の実験の時期に合わせ、次年度に実施する事が適切であると総合判断したためその措置が必要となった。今年度は、加えて軸索の伸長を制御する遺伝子発現制御の分子機構を明らかにすることや、電気生理学的な実験を予定していることから特異的抗体や細胞培養に必要な試薬の購入に多くの予算を費やすことを計画している。平成28年度に繰り越した額を含め、予算は、今年度に予定している分子生物学的解析と個体による解析を実施するため、それらに必要な試薬、プラスチック製品、ガラス製品の購入に充てる。
ニュートリノ質量行列と統一模型

超弦理論からの統一模型に基づき、クォークとレプトンの質量と混合、ゲージ結合の統一、陽子の長寿命などを包括的に記述できる統一模型のゲージ対称性とフレーバー対称性を検討し、フレーバー対称性としてZ_<18>xZ_<19>xD_4を持つSU(6)xSU(2)_R模型が有望であることを示した。フレーバー対称性は、局所的対称性であることが要請されることから、量子アノーマリー条件を満足する必要がある。この条件は、模型に対し極めて強い制約を与える。クオークとレプトンの特徴を包括的に記述し、かつ量子アノーマリー条件を満たすフレーバー対称性を探求し、その解としてZ_<18>xZ_<19>xD_4を得た。この解は、ニュートリノの大混合角解を与えるものであり、小混合角解はないことも分かった。SU(6)xSU(2)_R模型において繰り込み可能な湯川相互作用は、唯一つのカイラル超場自身の3点相互作用だけとなる。この湯川結合はO(1)であるから大きな量子補正効果を生ずる。同時に、この湯川結合は、color tripletヒッグス粒子を非常に重くし、陽子の長寿命をも保証している。繰り込み群方程式を解き、さらに、スカラー・ポテンシャルの最小値問題を解いて、ゲージ対称性は2つの高いスケールで自発的に段階的に破れ、標準模型ゲージ群に繋がっていくことを示した。フレーバー対称性は、クオークとレプトンの質量と混合だけでなく、弦のスケールと電弱スケールとの間にある全ての粒子のスペクトルをも支配する。これらの粒子スペクトルを調べ、ゲージ結合定数の繰り込み群方程式を2ループレベルまで求めて、ゲージ結合定数の振る舞いを詳しく分析した。その結果、低エネルギーにおける実験値に矛盾なく繋がるゲージ結合定数の統一解は、ケーラー・クラスのモジュライ場と相互作用する反世代の物質場のスペクトルを調整することによって得られることを示した。こうして、弦のスケールにおける弦模型から電弱スケールにおける標準模型が導出される道筋を解明した。クオークとレプトンの質量と混合行列には著しい特徴がある。いずれも世代順に質量が十倍から数百倍も重くなっているが、質量比はアップ側・クオークが最も大きく、ダウン側・クオークと荷電レプトンは相対的に小さい。混合行列もクオークは非対角要素が小さいのに対し、レプトンでは大きい。このような特徴の違いは、統一理論と整合しないように見えるが、超弦理論を基礎にした統一理論では、登場する物質場の構造から混合が世代間を超えて起き、これらの特徴はむしろ自然に説明できることを本研究計画において明確にした。具体的には、SU(6)×SU(2)Rゲージ対称性と離散的なフレーバー対称性を持つ統一模型を採用する。まず、アップ側・クオークは、フレーバー対称性の直接的な結果として世代間の階層的質量が得られる。ダウン側・クオークでは、標準模型ゲージ対称性の下では同じ量子数を持つ別の物質場との混合が起こり、その結果、アップ側・クオークとは異なる階層的質量が導かれる。さらに、この混合によって質量行列の対角化に違いが生じ、これがCKM混合行列を導く。ダウン側における物質場同士の混合の強さは、フレーバー電荷で決まり、これを調節することで、実験値をほぼ再現できる事を示した。レプトンにおいても、別の物質場との混合が起こる。これに加えて、この模型の中性物質場には、中性物質場に特有のマジョラナ質量行列が登場するため、シーソー機構が起こり、中性場同士の新たな混合も生じる。これがMNS混合行列となり、第2-第3世代混合は大きく、第1-第2世代間は大混合角解と小混合角解の両方の解があることを示した。超弦理論からの統一模型に基づいて、クオーク・レプトンの質量と混合行列にある特徴的パターンの説明を試み、統一模型の探求を行なった。具体的には、多くの統一模型にとっての困難とされるTriplet-Doublet Splitting問題をゲージ群の既約表現の違いにより自然に解決できるものとして代表者らが提唱しているSU(6)×SU(2)_R模型を採用し、これにコンパクト空間の対称的構造から来ると期待される巡回群のフレーバー対称性を導入した。この模型では、ゲージ対称性の破れに伴ってFroggatt-Nielsen機構が働き、クオーク・レプトンの質量の階層構造は、アップ側クオークが最も大きく、ダウン側クオークと荷電レプトンは相対的に小さいという実験事実と共に、混合行列はクオークでは非対角要素が小さいのに対し、レプトンでは大きくなることも自然に説明できることを明らかにした。この特徴は、非常に高いエネルギーにおいて、クオークやレプトンが標準模型には登場しない別の物質場と状態混合を起こすことによって導かれるものであり、この混合の割合はフレーバー電荷によって制御されることを示した。さらに、弦の非摂動的動力学の結果として、離散的振れを持ったコンパクト空間の非可換幾何学に起因する新しいタイプのフレーバー対称性が現れる可能性を指摘し、具体的に、この新しいタイプのフレーバー対称性として、2面体群を導入した。この非可換フレーバー対称性の結果、右巻きマジョラナ・ニュートリノの質量スケールがプランク・スケールと電弱スケールの幾何平均にほぼ等しくなっているとの新しい考え方を提唱すると共に、ニュートリノ振動の大混合角解と小混合角解の場合についての実験的特徴を説明できることを示した。クオーク・レプトンの質量と世代混合には其々に特徴的なパターンがある。

重力を含めた統一理論としての超弦理論に基づけば、これらの特徴は、余次元コンパクト空間の構造に起因するフレーバー対称性によって説明される必要がある。具体的に、SU(6)^*SU(2)R模型にフレーバー対称性として巡回群とR-parityの拡張になっている2項2面体群を適用し、クオーク・レプトンの質量と世代混合、colored Higgs粒子の質量、ミュー項のスケール、それに右巻きニュートリノの質量のスケールを統一的に説明できる解を求めた。この場合、フレーバー対称性は、アノマリー条件を満さなくてはならない。これは、大域的対称性は量子重力効果によってプランク・スケール付近で破れることから、フレーバー対称性は局所ゲージ対称性のunbroken部分群である必要があるためである。このアノマリー条件は模型に対して強い制限を与え、この解の存在は単純ではない。我々は、このアノマリー条件を詳しく検討し、LMA-MSW解の場合にのみ上記の性質を統一的に説明できる解を見出した。得られた解は、弦のスケールにおける模型の基本枠組みを与えている。このLMA-MSW解の中間のエネルギー領域における粒子スペクトル構造と量子補正効果を繰り込み群を用いて検討し、この解を電弱スケールにおける物理に結び付けていく必要がある。まず、プランク・スケール付近におけるゲージ対称性SU(6)^*SU(2)Rの有効理論には、colored Higgs粒子に大きな質量を与える大きな湯川結合が存在し、この大きな湯川結合からの量子補正によってプランク・スケールの直ぐ下のスケールで大きなゲージ対称性がSU(4)^*SU(2)L^*SU(2)Rに自発的に破れ、さらに、これが引き金となってプランク・スケールの凡そ10分の1のエネルギー・スケールで標準模型ゲージ群に自発的に破れるパラメーター領域があることを示した。超弦理論からの統一模型に基づき、クォークとレプトンの質量と混合、ゲージ結合の統一、陽子の長寿命などを包括的に記述できる統一模型のゲージ対称性とフレーバー対称性を検討し、フレーバー対称性としてZ_<18>xZ_<19>xD_4を持つSU(6)xSU(2)_R模型が有望であることを示した。フレーバー対称性は、局所的対称性であることが要請されることから、量子アノーマリー条件を満足する必要がある。この条件は、模型に対し極めて強い制約を与える。クオークとレプトンの特徴を包括的に記述し、かつ量子アノーマリー条件を満たすフレーバー対称性を探求し、その解としてZ_<18>xZ_<19>xD_4を得た。この解は、ニュートリノの大混合角解を与えるものであり、小混合角解はないことも分かった。SU(6)xSU(2)_R模型において繰り込み可能な湯川相互作用は、唯一つのカイラル超場自身の3点相互作用だけとなる。この湯川結合はO(1)であるから大きな量子補正効果を生ずる。同時に、この湯川結合は、color tripletヒッグス粒子を非常に重くし、陽子の長寿命をも保証している。
アルツハイマーモデルマウスでの高感度C-13グルコースMR脳内代謝マップの研究

アルツハイマー病を脳内グルコース代謝の側面から解析するために、週齢18カ月のAPP/PS1マウスに13Cグルコースを投与し、高感度測定法の、1H検出13Cスペクトロスコピックイメージングを用いて、そこから生成されるGlu/Glnの脳内代謝画像の測定を試みた。APP/PS1マウス、wild typeマウスともに、グルコース投与2時間後に脳のGlu/Glnの信号はピークに達し、その後漸減した。しかし、脳周辺の脂肪の天然存在13C信号が大きく、脳信号の検出の妨げになるとともに、実験ごとのばらつきも大きく両群の差を認めるには至らなかった。またAPP/PS1マウスに特有の脳内の信号も認められなかった。従来の実験ではマウス脳内に検出される13Cグルコース代謝産物の分布をみることが目的であったが、今回の研究課題を達成するためには、アルツハイマーモデルマウスとワイルドタイプ(正常)マウスとの間の生成代謝産物の違い、生成時間経過の違い、分布の違いなどについて高い時間分解能で、比較検討する必要があり、そのためにさらなる検出感度向上と検出の安定性、信頼性の向上を実現する必要がある。信号検出のためのRFコイルについては、これまでは、特注の送信用1H容積コイル(高いB1均一性を実現)と受信用1H表面コイル(高い静磁場均一性を実現)に自作の送信用13Cコイルを組み合わせて、多量子遷移MR法による高感度の1H検出13C MRスペクトロスコピック画像法を行ってきた。しかし、自作の送信用13Cコイルでは原理的にもB1均一性に限界があり、ケーブルの取り回しで感度が変わることも問題であった。そこで今年度、第一にコイルの改良を行うこととした。13Cコイルは送信のみであるため、現在の送信用1H容積コイルの筐体に、同じく容積コイルをして組み込みを行った。また、7T MR装置に関しては別予算で平成26年3月に信号検出系のアップグレードが完了し、更なる検出精度の向上が期待された。一方、パルスプログラムにおいては、眼窩部分の脂肪の信号混入を抑制する領域抑制パルスを追加するとともに安定した1Hの180度パルスを出せるようコンポジットパルスを利用するなどの改良を行った。またMatlabを用いるデータ処理プログラムも信号部分を有効に抽出できるよう改良した。こうしたソフト・ハードの改良によりワイルドタイプマウスを用いて測定条件設定を行い、腹腔内に投与した13Cグルコースから生成される脳内のグルタミン酸・グルタミンンのマッピングを実現した。今年度は前年度に改良したハードウェア、ソフトウェアを利用して、アルツハイマーモデルであるAPPマウスを用いて、hemizygoteとwild typeの脳内グルコース代謝の比較検討に着手した。hemizygoteのマウスは月齢18か月を過ぎるころには、脳内に著明なアミロイド沈着が起こることが確認されているため、hemizygote、wild typeともに月齢18から24か月のマウスを一晩絶食として実験に使用した。マウスはイソフルランにて全身麻酔を行い、仰臥位で固定し、13Cグルコース投与前の水平断面の1H-MR画像(25mmx25mm)と同じサイズの断面での13Cグルコース代謝画像データ収集を行った後腹腔内に留置したポリエチレンチューブから体重1kgあたり1.5gの13Cグルコースを15%水溶液として磁石外から投与し、1回23.5分間での13Cグルコース代謝画像データの収集を投与3時間後まで連続的に行った。最後に再度投与前と同一条件で1H-MR画像を撮像しマウスの頭部の位置にずれがないことを確認した。マウスは高齢であるため脳底部や腹腔内に腫瘍を認めて実験に適さないものも存在したため、hemizygote、wild type各7匹のデータを解析して比較した。眼窩部分のSaturation Pulseにより同部分の脂肪に天然に存在する13Cの信号は抑制されたが、耳介周囲や頭蓋周辺の骨格筋に由来する脂肪からの信号が脳由来の信号よりはるかに強く認められ、画像として脳由来の信号を評価することは極めて困難であった。そこで脳に相当する領域部分のみのスペクトルを抽出する試みを行った。両群ともに脳由来の13Cグルタミン酸・グルタミンの信号は2時間頃まで増加し、118分から141分に収集されるデータがピークとなりその後漸減した。しかしその信号レベルは実験ごとにばらつきが大きく、2群間に明らかな差異は認められず、またAPPマウスに特異的な代謝物の信号も検出できなかった。ハード面・ソフト面の双方からのアプローチにより、多量子遷移MR法による1H検出13C MRスペクトロスコピック画像法の高感度化を実現し、ワイルドタイプ(正常)マウスを用いて測定のための条件設定もおこなった。

磁気共鳴医学これまでにワイルドタイプのマウスを用いて測定条件はほぼ確定したので今後はアルツハイマーモデルマウスを用いてワイルドタイプのマウスとの比較を行う。特に、13Cグルコースの脳への取り込み、生成される代謝物の違いとその生成速度、各々の代謝物の脳内分布に差がないかなどの視点に立って両者を比較する。もし両者の間に何らかの差が見られれば、それをより明瞭に示すことができるよう、撮像プロトコール、グルコース投与プロトコールなどの見直しを行う。また、実験後の動物の脳の顕微鏡標本を作製し、βアミロイドの沈着部位と代謝マップの対比を行う。ある程度の結果が出れば、より週齢の短い若いマウスでも実験を行い、どの時点からこうした代謝変化が現れるのかについても検討する。当初は、既に他の予算で導入済の現有の1H容積コイルを温存して、このプロジェクト専用に新たに送信用の1H,13C二重同調容積コイルを購入する予定であったが、それには予算が不足するため、現有の1H容積コイルを改造して、その筐体に13Cのコイルエレメントを埋め込んだ。そのため当初計画より支出が抑えられた。この費用は物品費でなくその他の項目から支出されている。成果をあげて複数の国際学会での発表をしたいと計画しており、そのための予算に充当することを考えている。
土壌細菌・高等動物における有機ヒ素還元・分解の分子機構研究

有機ヒ素は諸外国で農業利用されているが、細菌によって毒性の高い無機ヒ素へと分解されるため、使用継続による環境汚染拡大が懸念されている。有機ヒ素代謝は高等動物でも報告されているが、細菌・動物いずれにおいても、その分子機構についてはほとんど分かっていない。そこで本研究では、有機ヒ素分解に関連する新規遺伝子の同定を試みた。新規遺伝子の同定には至らなかったが、細菌による一部の有機ヒ素分解経路において、新たな反応ステップの存在を明らかにした。また、代表者が以前発見していた有機ヒ素分解酵素について生化学・構造生物学的解析を行った結果、そのユニークな酵素反応機構の詳細を分子レベルで明らかにすることができた。低毒性5価有機ヒ素は、諸外国で農業利用されているが、環境中で毒性・発癌性のより高い無機ヒ素へと分解されることが知られており、使用継続による環境汚染拡大が懸念されている。代表者らは、これら5価有機ヒ素分解が、異なる土壌細菌種による還元と無機化の二段階反応ステップからなる新規経路を通して行われることを発見、加えて、無機化ステップについては原因遺伝子の同定にも成功し、その分解分子機構の一端を明らかにしている。一方で、新規経路における無機ヒ素以上に毒性・発癌性の高い3価有機ヒ素が生じる還元ステップを筆頭に、有機ヒ素分解の分子機構理解はほとんど進んでいない。有機ヒ素使用が環境に及ぼす影響をより正確に把握するためには、その分解分子機構の理解が不可欠である。本研究では、有機ヒ素還元菌や有機ヒ素分解活性を持つ環境サンプルを用いて、関連遺伝子の更なる同定とコードタンパク質の機能解析を行い、有機ヒ素分解の分子機構のより詳細の解明を目指す。有機ヒ素還元については高等動物でも報告があるが、その分子機構については不明な部分が多いため、マウスやヒト培養細胞を用いた解析等の予備研究も並行して行い、高等動物における有機ヒ素代謝についても関連因子の探索を試みる。平成27年度は、土壌細菌の有機ヒ素還元・分解に関わる遺伝子群の同定を目標に研究を行った。いずれの目的遺伝子についても、採用した選別法がうまく機能せず、目的遺伝子の同定には至っていない。現在、より早い目的遺伝子の同定を目指し、各選別法の改良に取り組むと供に、他の代替手法についても並行して検討を進めている状況である。高等動物の有機ヒ素還元機構については、ヒト培養細胞やマウスに対して有機ヒ素を曝露、還元活性を持つ細胞・器官の探索を行ったが、活性の検出にはまだ至っていない。こちらについても解析法の改良等を推進し、活性を持つ細胞・器官の早期同定を目指す。1.土壌細菌による有機ヒ素還元・分解の分子機構解明:H27年度の目標は、目的遺伝子群の同定であったが、いずれの目的遺伝子についても、採用した選別法がうまく機能しなかったため、目的遺伝子を同定することが出来なかった。2.高等動物の有機ヒ素還元の分子機構解明:H27年度の目標は、目的活性を持つ細胞(ヒト)や器官・組織(マウス)を同定することであったが、活性の検出に至っていない。土壌細菌に比べ活性が大変低い、還元された有機ヒ素が細胞内タンパク質に強固に結合して細胞外に放出されない、等の理由が考えられた。代表者らは、これら5価有機ヒ素分解が、異なる土壌細菌種による還元と無機化の二段階反応ステップからなる新規経路を通して行われることを発見、加えて、無機化ステップについては原因遺伝子の同定にも成功し、その分解分子機構の一端を明らかにしてきた。一方で、新規経路における還元ステップを筆頭に、有機ヒ素分解の分子機構理解はほとんど進んでいない。また、有機ヒ素還元については高等動物でも報告があるが、その分子機構については不明な部分が多い。有機ヒ素が環境や人体に及ぼす影響をより正確に把握するためには、その分解分子機構の理解が不可欠である。そこで、本研究では、土壌細菌・高等動物における有機ヒ素分解の分子機構の詳細解明を目指し、関連遺伝子の同定を試みた。残念ながら新規遺伝子の同定には至らなかったものの、土壌細菌によって5価芳香族ヒ素が還元される際、対象化合物が特定の官能基を有する場合、ヒ素部分の還元が起こる前にその官能基部位の還元がまず起こることが分かり、一部の有機ヒ素化合物に対しては、より複雑な分解経路を経ることが明らかとなった。今後の展望として、有機ヒ素還元酵素と共に、その原因遺伝子の同定が望まれる。また、代表者らが以前同定していた有機ヒ素分解酵素ArsIについて、結晶化に成功、その構造解析を通して、本酵素が所属ファミリーに共通に見られる活性中心及び立体構造を有する一方で、他のメンバーには見られない大変特徴的なフレキシブルループ構造をその基質結合部位に持つことが分かり、そのユニークな酵素反応のメカニズムの詳細を分子レベルで明らかにすることができた。

また、代表者が以前発見していた有機ヒ素分解酵素について生化学・構造生物学的解析を行った結果、そのユニークな酵素反応機構の詳細を分子レベルで明らかにすることができた。1.土壌細菌による有機ヒ素還元・分解の分子機構解明:前年度採用した各遺伝子選別法については、問題点を明らかにし、うまく機能するように改良を加えていく。同時に、他の代替手法についても並行して検討を進めていくことで、より早い目的遺伝子の同定を目指す。2.高等動物の有機ヒ素還元の分子機構解明:還元活性を持つ細胞・器官の同定を最優先に、活性の検出法の改良等を推進する。活性が確認され次第、逆遺伝学的手法による原因遺伝子の同定を試みる。いずれの計画においても、目的遺伝子が同定され次第、順次クローニングを行い、各遺伝子を発現した大腸菌を用いてin vivoにおける活性を確認する。また精製タンパク質を用いてin vitro活性についても解析、対症タンパク質の特徴・特性を明らかにしていく。28年度が最終年度であるため、記入しない。環境微生物学28年度が最終年度であるため、記入しない。
低速電子エピタキシャル成長膜の磁気量子サイズ効果の研究

1.超高真空チャンバーの製作と蒸着源の製作これまで使用してきたチャンバーは到達真空度が1×10^<-9>Torrとあまりよい真空度を得られなかったため、本実験を行うにあたり新たにチャンバーを製作し、2×10^<-10>Torrの超高真空を得た。同時にこれまで使用していたEガンにかえて、小型の蒸着源も製作した。この蒸着源でFe、Auの蒸着に対して、蒸着速度約0.1Å/秒で安定した製膜が可能であることを確認した。2.低速電子線用の電子銃の製作20eV以下の低速の電子を平行性よく試料に照射するための電子銃を設計製作し、レンズパラメータの決定を行うと同時にその性能評価をファラデーカップを用いて行った。3eV以上で透過効率がほぼ一定の電子銃の製作に成功したことが確かめられた。3.量子サイズ効果の測定MgO上にバッファー層をはさんでFe (001)面をエピタキシャル成長させ、その上にAu (001)面を成長させ、Au膜のいろいろな厚さに対して電子線の吸収率を電子線の運動エネルギーを変えながら測定しているが、顕著な量子サイズ効果は今の所示されていない。原因について現在検討中である。
対中国輸出統制委員会(ChincoM)の展開に関する研究

平成13年度から開始した標記研究課題を達成するため、第一次資料と第二次資料の収集と分析を進めるとともに、研究成果の一部としてかつて発表した論文の補強・修正を行う一方、研究課題と深くかかわる現代の国際輸出統制問題と中国の関与に関して論文の執筆を行った。しかしながら、標記研究課題に関する収集資料は膨大にのぼり、また研究対象となるCHINCOMの活動期間が長期に及ぶため、資料を完壁に収集するに至らなかった。特にCHINCOMが消滅した1957年にまで遡って検証するには、関係者の残した日記・手記などの第一次資料の収集やヒアリングが不可欠と思われるが、日中貿易関係者や政府において輸出統制にあたった関係者のほとんどが他界した現在、これらの資料の収集には難渋を極めている。これらの資料の収集は、研究期間が終了した現在も継続して実施している。平成13年度は初年度に当たるため、資料収集とヒアリング調査に重点を置き、執筆のための前段階作業として収集資料の整理とデータ・ベース化作業に力を集中した。資料収集は対中国輸出統制委員会(CHINKOM)の活動、CHINCOM内部における多国間協調と対立の実相を裏づける原資料の検索・複写を行うためにアメリカ国立公文書館での作業を行うとともに、朝鮮戦争で頂点に達した東アジアにおける冷戦をアメリカとともに戦った韓国が経済封じ込め戦略にどのように組み込まれ、どのような役割を果たしたかについて、韓国の専門家を中心にヒアリング調査を行った。またCHINCOM体制に深く組み込まれた日本の政府、産業界が対中国輸出統制の強化にどのような認識をもって臨んだか、という問題意識から、平成13年度は関西・九州の産業界の認識に絞って資料収集とヒアリング調査を試みた。平成13年度の調査・研究を通じて得られたひとつの問題意識は、次のようなものである。「CHINCOM体制は冷戦時代におけるアメリカの中国封じ込めの重要な挺子となったが、当時の中国の軍事能力に対するアメリカの認識と現在のアメリカの新たな中国封じ込め認識の芽生えとの間に連続性があるとすれば、その根拠を何に求めればよいのか。」このような問題認識に立って、平成13年度の研究成果の一環として、現代の国際輸出規制政策の根底にも流れ続けている「地技学(geo-science and technology)」思考の概念を開発し、英語論文を公表した。この概念は、CHINCOMを通じた対中国経済冷戦の戦略にも適用可能な普遍性をもった概念として来年度以降の研究・調査を行っていく際の基礎的鍵概念にしていく予定である。平成14年度は前年度の調査・研究作業を継続することに主眼を置くとともに、これまでの研究成果を踏まえながら、内外での研究発表を行ってきた。調査・研究作業は平成14年3月に朝鮮戦争の戦場となった韓国での聞き取り調査を学会関係者、経済人、ジャーナリストOBから行った。次いで、7月から8月にかけてロンドンのPublic Record Officeにおいて1952年の日本の対共産圏輸出統制委員会(COCOM)加盟をめぐる英国政府の対応と極東COCOMの新設を強硬に主張するアメリカとの対立に関する興味深いドキユメントの発掘、また極東COCOM新設問題をめぐる米英対立の妥協の結果として成立した対中国輸出統制委員会(CHINCOM)内部での統制リスト作成や例外輸出問題をめぐって戦わされた米国と英国および他の加盟国との対立・妥協外交に関するドキュメントの調査を行った。同様にパリでも外務省と国立図書館に所蔵されているCHINCOM関連文書や研究文献の調査にあたったが、英国Public Record Officeに所蔵されているドキュメントほど、まとまった形で存在していないことが判明した。ドキュメントの総量は膨大な数にのぼり、来年度も引き続き調査と複写作業を継続しなければならない状況である。国内でも日中貿易にCHINCOM規制による影響の大きさについて、聞き取り調査などを行った。なお、この研究の成果の一部を重点領域研究(A)「冷戦史の再検討」の研究発表において(平成15年2月8日)『経済冷戦のグローバル化と経済冷戦の地域化をめぐる同盟政治の展開』と題して報告を行った。平成14年度に引き続き標題に関する調査・研究・分析を行なった。調査すべき第一次資料は膨大な量にのぼり、国内およびイギリスを中心とする外国でのドキュメント検索と複写に多くの時間を割いた。すべての第一次資料と第二次資料を解析して研究成果を達成するには、日時を要するが、既存の研究成果を補強するテンタティブな試みを実現できた。また、当該研究テーマと深く関係する近年の大量破壊兵器および高度通常兵器の移転規制に係わる国際的・国内的動向についても研究成果を出すことができた。

特に日本の防衛調達に関する史的展開についての研究成果は、当該研究テーマを追求する上でアメリカの日本防衛能力の強化政策が対中国封じ込め戦略にどのように関係していたかを示しており、間接的成果として今後の研究に重要な刺激を与えてくれた。2004年度は標記研究の最終年度にあたり、前年度までの研究成果を踏まえて資料の最終的な収集作業と分析を並行させる形で行った。この作業と同時並行的に関係者からのヒアリングも実施した。CHINCOMの果たした役割を1957年に死産消滅した当時にまで遡って検証する作業は、直接関係した当事者のほとんどが他界した現在、多くの困難に直面せざるを得なかった。資料(史料を含む)の真偽、とくに第二次資料の歴史的価値を判定することが難しく、分析にあたってもこの点に最大限の注意を払わざるを得なかった。また、CHINCOMの全貌を解明するに当たってはCHINCOM関係の膨大な量の第一次資料の収集に多くの時間を割かれ、また関連する二次文献の収集・分析にも精力を注がねばならず、最終年度を執筆に当てるという初期の計画が予定通りに進捗しなかったことを認めざるをえない。許される範囲内で前記の諸困難を克服して、執筆作業を完成させたい。
転写終結因子Rhoの環状6量体型RNA/DNAヘリカーゼとしての作用機序

大腸菌転写終結因子Rhoは単一のサブユニットからなる環状6量体の構造を持ち,ATPの加水分解のエネルギーを利用しながら新生RNA鎖を鋳型DNAから解離させるヘリカーゼとしての機能を果たす.本研究では、Rhoがアミノ酸配列上F1ATPaseと相同であることに着目し,両者の間の構造機能連関をさらに掘り下げるべく解析を進めた.具体的には、6量体の空間配置および立体構造の解明に焦点を絞り以下の結果を得た。1.先に我々は、化学架橋剤によるクロスリンク解析を通じて、Rho6量体は基本的に6回転対称構造に分類されるが、厳密には各サブユニットのコンフォメーションが交互に少しずつ異なる偽3回転対称配置をとっていることを示した.今回、クロスリンクの位置をヒドロキシラミン分解法によりマップしたところ、全てのサブユニット間境界において切断点の151番残基よりもN末端側のリジン残基から、C末端側のリジン残基へと架橋されていることが分かった.他方、F1-ATPaseに倣ってRho6量体の立体構造モデルを構築したところ、N末端側のLys123とC末端側のLys224あるいはLys249とが、隣接サブユニット間で相互にクロスリンク可能な位置に在ることが示唆され、偽3回転対称モデルの妥当性が裏付けられた.2.並行的に、X線結晶解析によりRhoの精密な立体構造を決定する試みを三木邦夫博士のグループ(京大理・化)と共同して進めた.Rhoは結晶性が劣るため当初試行は困難を極めたが、動的光散乱法を利用して会合体が単分散性を採り易い溶媒条件を探索した結果、かなりの改善が見られ解像度約10Åまでの回折像を得ることがでた.さらに、ATPアナログあるいはオリゴDNAなどのリガンドを添加することによっても単分散性が向上することが判明したため、これらを含む共結晶の作成を試みつつある.大腸菌転写終結因子Rhoは単一のサブユニットからなる環状6量体の構造を持ち,ATPの加水分解のエネルギーを利用しながら新生RNA鎖を鋳型DNAから解離させるヘリカーゼとしての機能を果たす.本研究では、Rhoがアミノ酸配列上F1ATPaseと相同であることに着目し,両者の間の構造機能連関をさらに掘り下げるべく解析を進めた.具体的には、6量体の空間配置および立体構造の解明に焦点を絞り以下の結果を得た。1.先に我々は、化学架橋剤によるクロスリンク解析を通じて、Rho6量体は基本的に6回転対称構造に分類されるが、厳密には各サブユニットのコンフォメーションが交互に少しずつ異なる偽3回転対称配置をとっていることを示した.今回、クロスリンクの位置をヒドロキシラミン分解法によりマップしたところ、全てのサブユニット間境界において切断点の151番残基よりもN末端側のリジン残基から、C末端側のリジン残基へと架橋されていることが分かった.他方、F1-ATPaseに倣ってRho6量体の立体構造モデルを構築したところ、N末端側のLys123とC末端側のLys224あるいはLys249とが、隣接サブユニット間で相互にクロスリンク可能な位置に在ることが示唆され、偽3回転対称モデルの妥当性が裏付けられた.2.並行的に、X線結晶解析によりRhoの精密な立体構造を決定する試みを三木邦夫博士のグループ(京大理・化)と共同して進めた.Rhoは結晶性が劣るため当初試行は困難を極めたが、動的光散乱法を利用して会合体が単分散性を採り易い溶媒条件を探索した結果、かなりの改善が見られ解像度約10Åまでの回折像を得ることがでた.さらに、ATPアナログあるいはオリゴDNAなどのリガンドを添加することによっても単分散性が向上することが判明したため、これらを含む共結晶の作成を試みつつある.大腸菌転写終結因子Rhoは単一のサブユニットからなる環状6量体の構造を持ち,ATPの加水分解のエネルギーを利用しながら新生RNA鎖を鋳型DNAから解離させるヘリカーゼとしての機能を果たす.本研究では、Rhoがアミノ酸配列上F_1-ATPaseと相同であることに着目し、両者の間の構造的・機能的関連をさらに掘り下げるべく解析を進めた.我々のこれまでの研究により、Rho6量体は基本的には6回転対称構造に分類されるが、より厳密には3回転対称に近く、各サブユニットが交互に少しずつ異なるコンフォメーション・機能状態をとりながら配置していることが示唆されている.そこで、今回は、3回転対称構造を裏付けるより直接的な証拠を得るために、化学架橋剤によるクロスリンクパターンの詳細な解析を行った.Rhoポリペプチドはヒドロキシラミン処理により151-152番残基間の一ケ所で特異的に2分割されることが分かっていることを利用して、架橋産物をヒドロキシラミン分解した後SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動にかけて分析した.その結果、どのサブユニット間境界においても切断点よりN末端側のリジン残基から、C末端側のリジン残基へとクロスリンクが架っており、N末端側どうしあるいはC末端側どうしでのクロスリンクは皆無であることが分かった.他方、F1-ATPaseの結晶構造に基づいてRho6量体の立体構造をモデル化してみると、Lys123が隣接サブユニットのLys224およびLys249に対して数Å内外の距離に位置しており、これらの残基間でクロスリンクが可能であることが示唆された.それ以外には架橋可能とおもわれる部位は見当たらなかった.

従って、Lys123->Lys224とLys123->Lys249という2通りのクロスリンクが交互に起こっているものと推測され、3回転対称モデルを支持する結果となった.大腸菌転写終結因子Rhoは単一のサブユニットからなる環状6量体の構造を持ち,ATPの加水分解のエネルギーを利用しながら新生RNA鎖を鋳型DNAから解離させるヘリカーゼとしての機能を果たす.本研究では、Rhoが一次構造上F1-ATPaseと相同であることに着目し,両者の間の構造的・機能的関連をさらに掘り下げるべく解析を進めた.我々はこれまでの研究により、Rho6量体は王冠部のRNA結合ドメインでRNA鎖の5'末端領域にまず結合し,ついで後続のRNA鎖を中央孔に通してATPaseドメインとの動的相互作用により手繰り寄せるという新しいモデルを提唱した.このRNA相互作用がRhoタンパク上のどの構造領域で起こり、それがATP加水分解過程と如何に共役しているかを理解するための最も重要な基盤として、x線結晶解析によりRhoの立体構造を決定する試みを三木邦夫博士グループ(京大理・化学)と共同して進めた.Rhoの結晶性が予想外に悪いために、解析は難航しており、現在の所、解像度約10Åまでの回折像しか求まっていない.引き続き、より完全な結晶を得るべく努力中である.そこで、補完的なアプローチとして、我々が先に求めたRhoの電顕再構成像と、既知のF1-ATPaseの立体構造とを拠り所として、コンピュータによるRhoの立体構造モデル化を行った.このモデルに、当グループおよび他グループにより同定されている多数のアミノ酸変異を当てはめて、それらの機能的・構造的影響を評価した.その結果、変異が同定された残基中でATPaseドメインから中央孔に突き出したPループ及びそれに隣接するQループ上に位置するアミノ酸群がRNAを受容するのに好適と思われる一つながりの領域を形成していることが予測された.このRNA接触面がATPase反応と共役して振幅することによりRNA鎖の移送がもたらされる可能性が示唆された.