hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アルツハイマー病の早期診断を目的とした放射性神経機能診断薬の開発

これまでに、アセチルコリントランスポーター(VAChT)に対して高い親和性を持つベサミコールが、シグマ受容体にも高い親和性を持つことが報告されていることから、ベサミコールを基本骨格とする新規シグマ受容体リガンドを見つける研究を行うことにした。今年度は種々のベサミコール誘導体を合成し、インビトロ実験(薬物阻害実験等)により、シグマ受容体にのみ高い親和性を持つベサミコール誘導体の開発を目指した。その結果、ベサミコール誘導体の(+)の光学活性体で、ベサミコール誘導体のフェニルピペリジン部分のパラ位にヨウ素を導入した化合物がVAChTに対して、低親和性を示すとともに、シグマ受容体に対して、高い親和性を示すことがわかった。そこで、次に、^<125>I-標識化を検討するため、^<125>I-標識化のための前駆体となりうるトリブチルスズ体であるP-トリブチルスズベサミコールの合成を検討した。その結果、出発原料であるフェニルピペリジンから6行程で、通算収率15.1%で合成できた。これらの結果から、比放射能の放射性ヨウ素標識(+)-P-iodovesamicolの合成が可能となり、in vivo応用に向けて可能性が出てきた。我々は、前年度までに、アセチルコリントランスポーター(VAChT)に対して高い親和性を持つベサミコールが、シグマ受容体にも高い親和性を持つことが報告されていることから、ベサミコールを基本骨格とする新規シグマ受容体リガンドを見つける研究を行い、これまでに、パラ位にヨウ素を導入した光学活性体のベサミコールである(+) -P-iodovesamicol[(+)-pIV]がシグマ受容体リガンドとして優れた性質を有することをインビトロ実験により見いだした。そこで今年度は、(+) -p-iodovesamicol[(+)-pIV]の放射性ヨウ素標識化の検討並びにラットを用いたインビボ実験により、シグマ受容体マッピング剤としての可能性について検討した。実験はまず、放射性ヨウ素標識化の検討についてトリブチルスズ法で行った結果、放射化学的収率81.1%、放射化学的純度99%以上で標識することができた。また従来法である固相交換反応による標識化も行った。次に、標識した(+) -[^<125>I]pIVをラットに投与し、摘出法及びオートラジオグラム法により脳内分布を調べるとともに、ハロペリドールやペンタゾシンのようなシグマリガンドを前投与したインビボ薬物阻害実験を行った。その結果、(+) -[^<125>I]pIVはシグマ受容体が多く分布している海馬、扁桃核群、皮質等に特徴的な集積が観察された。また、シグマリガンドの前投与により、(+) -[^<125>I]pIVの海馬、扁桃核群、皮質等の集積が減少したことから、ラット生体脳での(+) -[^<125>I]pIVの脳内分布はシグマ受容体の分布に反映したものであるとわかった。以上のことから放射性ヨウ素標識(+)-pIVがシグマ受容体マッピング剤としての有用であることが示唆された。尚、交換法とトリブチルスズ法による(+) -[^<125>I]pIVの脳内集積率に違いが見られることから、今後、この点について検討していきたい。昨年度までに、我々はアセチルコリントランスポーター(VAChT)に対して高い親和性を持つベサミコールがインビトロ実験において、シグマ-1(σ-1)受容体に高い親和性(Ki=1.3nM)と高い選択性(σ-1/σ-2=0.06)を有し。
B_4およびSiO混合黒鉛による水素リテンションの抑制

核融合実験装置のプラズマ対向壁材料への水素リテンション量およびその脱離過程を調べることは、プラズマ閉じ込め特性を向上するうえで重要な課題となっている。本研究では、プラズマ中の酸素不純物をゲッタリングする材料として開発されているB_4C(B_4C転化材)、および最近水素リテンション量が少ないと報告されているSiC(SiC転化材)に対する水素リテンション量およびその脱離特性を同一条件下で測定し、黒鉛と比較検討することを目的とした。1.5keVの水素イオンを各試料に5x10^<18>H/cm^2照射した後、1000°Cまで昇温し試料から脱離する水素量からリテンション量を評価した。水素リテンション量は、黒鉛(等方性黒鉛)で6.7x10^<17>H/cm^2であった。B_4C転化材のリテンション量は黒鉛の約1.5倍多かった。しかし、リテンション量が半減する温度は600°Cで黒鉛よりも200°C低かった。これは材料中でB-H結合している水素が低温(350°C)で脱離することによるものであり、炉のベ-キング温度を考えると黒鉛よりもベ-キングによってリテンション量を低下させることができることがわかった。このB-H結合の水素リテンション量は全リテンション量のほぼ25%であった。SiC転化材の水素リテンション量は黒鉛とほぼ同程度で、半減する温度はB_4C転化材とほぼ同じであった。この時のSi-H結合による水素リテンション量は全リテンション量のほぼ70%で、脱離する温度はB_4C転化材よりも高かった(600°C)。核融合炉では材料中に保持された水素を除去する方法として、ヘリウムによる放電洗浄の方法が行われている。本研究では一度材料中に保持された水素がヘリウムイオンによってどの程度たたきだされ除去されるかを調べた。試料間のヘリウムイオンの水素除去効果を比較すると、B_4C転化材が最も効果が大きく、全リテンション量の50%が除去された。これらの結果から、水素リテンション量およびそのベ-キング温度での除去効果およびヘリウムイオンによる除去効果を総合的に考えると、これら炭素系材料ではB_4C転化材が最も優れている。
「総合的な学習の時間」のための新評価モデルの提案と実証-探究者としての子ども形成

研究課題のもとに、我々は実践に基づく経験的方法を中心として研究してきた。研究成果として得られた知見は、次の通りである。(1)総合学習の求める人間像は、「探究する子ども」であり、問題解決能力、自己調整能力及び社会的能力の総合した能力よりなる。これに基づいて、その学力の構造を示した。(2)我が国の小・中・高の学校の総合学習の評価がどのように行われているか、その実態を分析し、総合学習の評価の課題を明らかにした。(3)総合学習における博学連携の「スーツケース総合学習教材」の開発と試行の実践から、教師の教材構造の豊かな理解が子どもの評価と指導に重要である、と指摘できた。(4)総合学習では、批判的思考力の育成が大切である。この批判的思考力を分析して、それを評価するテストを開発し、試行した。(5)総合学習の目指す問題解決と社会適応力と向上心の評価尺度による新評価モデルを基にして、評価シートを開発して実践に適用した。子どもたちの時系列変化を見ると、おおむね上昇する傾向を示し、そのモデルが子どもの学習にプラスの影響を与えることが明らかにできた。(6)総合学習としての野外体験活動(登山と自然体験)を実施して、その評価観点と評価項目を作成し、これによって子どもたちに調査して、良好な結果を得た。(7)「授業リフレクション」の方法を総合学習の実践に適用し、子どもの内面の変容過程とその心理的脈略を解明することができた。(8)総合学習の展開過程中の教師の評価と指導との関連の特質を実践記録を採って実証的に考察し、教師の教育的信念の重要性などを示した。研究課題のもとに、今年度は研究の発表と討論を6回、また学校の総合学習の参観と話し合いを1回実施した。その研究内容は次の通りである。第1は、総合学習の実践校(小学校-82校、中学校-45校、高校-14校)の事例報告を対象にして、総合学習の評価の実態を分析した。その結果、子どもの自己評価が多いことなどの特質を明らかにし、評価システムとそのモデルの開発が重要な課題であることを確認した。第2は、総合学習の理想とする「探究する子ども」像を明らかにした。「探究する子ども」は、課題に挑戦して解決できる、学習活動を自己調整できる、そして社会的能力を発揮できる子どもである。この子ども像に基づいて、総合学習の求める学力の能力構造のモデルを作成した。探究に必要な知識と理解、調べて発表する方法と技能、探究に挑戦する意欲と態度を立てて、これらの中心に思考力を置いて構造化を図った。第3は、総合学習の評価モデルの構築に取り組んだ。これはマクロとミクロの2類型である。一方のマクロのモデルは、目指す学力の能力構造に基づく評価モデルである。これは理論的に検討して作成し、次年度に実証して、その有効性と課題を追求する予定である。他方のミクロのモデルは、総合学習の指導過程における動的な評価を解明するものである。子どもの内面の評価に直結する指導の働きについて、その背後に働いている教師の子ども観や教育的信条の関連性を究明する予定である。第4は、総合学習の展開を実証的に分析して、教師の評価観を自覚する手法の開発である。総合学習の長期的な単元展開のなかで子どもの認識と子どもの学習の深まりを捉え、教師の指導の振り返り、評価のあり方の反省を促進するものである。この手法を開発して、次年度に実証してその有効性を吟味する予定である。本研究は2年目に入り、全体的には研究の発表と討論を3回実施し、前年度に開発した総合学習の評価のモデルを実証することを中心に進めてきた。その主な研究内容は次の通りである。

第1は、総合学習のめざす問題解決力と社会適応力と向上心の3評価尺度に基づく新評価モデルを基にして、教師による評価と子どもの相互評価と子どもの自己評価の3種のシートを開発し、これを総合学習の実践に適用した。3評価尺度に基づく3評価シートの記録に基づいて、個々の子どもの時系列変化の分析を試みた。その結果、おおむね上昇する傾向を示し、そのモデルが子どもたちにプラスの影響を与えることが示された。第2は、総合学習としての野外体験活動を実施し、これを評価するためにその観点とこれに基づく評価項目を作成した。これを実際に用いて評価し、おおむね良好の結果が得られた。また、その総合学習の目標と計画と実施と反省の評価観点も作成した。第3は、総合学習の展開過程を「授業リフレクション」の方法を用いて記録に採り、教師の感じたことと考えたことの記録を含めて、授業リフレクションを実施した。これを基に総合学習の展開における子どもの変容の過程を評価することができた。第4に、総合学習の展開過程中の教師の評価と指導との関連について、総合学習の活動の記録をとって、これを基にして刺激再生法を用いて教師の内面を考察し、その関連の特質を明らかにした。これに基づいて、「評価・指導モデル」を開発することができた。最後に、われわれの研究成果をまとめる作業を行った。
蛋白質高次構造のDNA シグナル認識における役割

蛋白質による特異的なDNA認識機構を解明するために原がん遺伝子産物のMybのDNA結合ドメイン,酵母のリン酸代謝系の転写因子PHO4のDNA結合ドメイン,複製終結点結合蛋白質Tus,チミンダイマー除去修復酵素T4エンドヌクレアーゼV,インターフェロンに応答する転写因子IRF-2と各々の特異的なDNAとの複合体の立体構造をNMRやX線で解析した。DNAの塩基配列を認識する蛋白質においてはヘリックスがDNAの大きな溝に配置して,ワトソンクリック型水素結合を壊すことなくヘリックスからアミノ酸が突き出て塩基配列を主に水素結合で認識していた。しかし傷ついたDNAを認識するときにはDNA二重らせんのワトソンクリック型水素結合を壊して認識していた。これは蛋白質による正常なDNAの塩基配列の認識と異常なDNAの認識の違いによるだろう。塩基配列特異的に結合する蛋白質はDNAと結合していないフリーの時には蛋白質中にフレキシブルな領域があり,DNAと特異的に結合するとフレキシブルな領域が固定化され特定の構造を取る例もNMRによる動的構造の解析で判った。さらにホリデー接合を認識する酵素RuvC,大腸菌核様体形成に関与するH-NSのDNA結合ドメイン,大腸菌RNAポリメラーゼαのC末ドメイン,大腸菌プリン生合成のリプレッサーPurRのDNA結合ドメイン,大腸菌の浸透圧応答転写因子OmpRのDNA結合ドメイン,大腸菌リン酸レギュロン制御転写因子PhoBのDNA結合ドメイン,ヒロのテロメア結合タンパク質TRF1のDNA結合ドメイン,ヒトの基本転写因子TF-IIEβのN末ドメインの立体構造をNMRやX線で解析し,特異的なDNAとの結合様式を議論した。本研究班は、重点研究「情報認識蛋白質」の中の「蛋白質高次構造のDNAシグナル認識における役割」を担当した。本班は特に、転写因子を中心としてそのDNA認識機構を蛋白質とDNAの複合体の立体構造に基づいて解明することを目指した。その中の一つとして、核内がん原遺伝子産物のMyb蛋白質のDNA結合ドメインと特異的なDNAとの複合体のNMRによる立体構造解析がある。MybのDNA結合ドメインは3個のリピート構造をもち、各々N末から順番にR1、R2、R3と呼ばれている。各リピートは52アミノ酸残基からなる。最小のDNA結合ドメインであるR2R3と特異的なDNAとの複合体の構造解析の結果、複合体中でR2もR3も3本のヘリックスをもち、各々の3番目のヘリックスがDNAの大きな溝に入り込んで塩基を認識する認識ヘリックスとして働いていた。各認識ヘリックスはDNA上でお互いに密に相互作用していて協調的に認識していた。このような認識機構は初めてである。特異的な塩基配列であるAACxGの最初のA、3番目のCの相手のG、5番目のGを各々183番のアスパラギン(R3)、182番のリジン(R3)、128番のリジン(R2)が水素結合により認識していた。そのほかに、DNAの燐酸骨格と特異的に結合しているアミノ酸残基も同定できた。NMRによる構造解析の結果、R1はDNAとは特異的な認識には関与していないことが判った。Myb以外にも、湾曲DNAを認識するHNS、プリンリプレッサーPurRの各DNA結合ドメインに関してもNMRによる構造解析が進行した。また、組替えのときのホリデ-接合を認識するRuvCに関してもX線により結晶構造解析が成功した。以上のように、本研究班では蛋白質による特異的DNAの分子認識機構の解明が進行した。本研究班は「蛋白質高次構造のDNAシグナル認識における役割」を担当し、次のような成果を上げることができた。

(1)Myb蛋白質のDNA結合ドメインと特異的なDNAとの複合体の立体構造をNMRで解析し、非常に重要な塩基配列の認識が2つのヘリックスから突き出たアミノ酸側鎖による特異的な水素結合であることを確認した。またフリーの状態の立体構造と比較して、蛋白側の構造変化を同定し、その構造変化に疎水的なコアの中のギャップが重要で、このギャップを埋めたミュータントでは熱安定性は増加し動的構造も固くなるのにDNA結合能は低下しプロモーター活性も低下することを確認した。(2)チミンダイマーを認識し除去修復するT4エンドヌクレアーゼVとチミンダイマーを含むDNAとの複合体のX線による立体構造解析から、チミンダイマーの塩基対の相手のアデニンが二重らせんからフリップアウトして外側に突き出て蛋白質と相互作用をし、二重らせんの隙間に触媒に関与するアミノ酸側鎖が入り込んでいることが判った。(3)プリンリプレッサーに関しては、DNAフリーの状態の立体構造をNMRにより解析し、X線により解析されていたDNA複合体との構造と比較した結果、特異的なDNA結合に誘導されて新たにヘリックスが形成され認識に関与していることが判った。(4)大腸菌核様体形成に関与するH-NSのDNA結合ドメインのフリーの状態の立体構造を決定しDNA結合機構について考察した。(5)大腸菌RNAポリメラーゼαのC末ドメインの立体構造をNMRで解析し、DNA結合部位や転写因子結合部位を立体構造の上でマップする事ができた。本研究班は「蛋白質高次構造のDNAシグナル認識における役割」を担当し、次のような成果を上げることができた。(1)Myb蛋白質のDNA結合ドメインのダイナミクスをNMRにより解析した結果、3個のリピート構造R1,R2,R3のうち、1番熱的に不安定なR2がマイクロ秒からミリ秒の程度で主鎖のコンホメーションが揺らいでいた。R2の疎水的なコアの内部に存在するギャップを埋めるようにミュータントを作製したらミュータントではR2は熱的に安定化しコンホメーションの揺らぎも抑えられたが特異的なDNA結合能と転写活性化能は低下した。R2に存在していた疎水性コアのギャップはDNAに結合するときのR2のコンホメーション変化のために必要であることがわかった。(2)大腸菌のリン酸転移情報伝達因子に関与するArcBのC末ドメインの立体構造をX線結晶によって解析した。全体として腎臓の形をしており6本のαヘリックスから成りその内4本はヘリックスバンドルを形成していた。(3)DNAの複製の終結に関与するタンパク質Tusと終結点のDNAのTerとの複合体の立体構造をX線結晶によって解析した。解析の結果なぜ複製が特異的なDNAで終結するのかの分子機構が議論できた。(4)大腸菌の2成分系制御系で有名な浸透圧応答調節因子OmpRのDNA結合ドメインの立体構造をX線結晶によって解析した。DNA結合モチーフとしてターンが非常に長いヘリックス・ターン・ヘリックス変異体モチーフであることがわかった。(5)Mybタンパク質が転写のコアクチベータであるCBPと結合することがわかった。(1)蛋白質による特異的なDNA認識:蛋白質による特異的なDNA認識機構を解明するために原がん遺伝子産物のMybのDNA結合ドメイン、酵母のリン酸代謝系の転写因子PHO4のDNA結合ドメイン、複製終結点結合蛋白質Tus、チミンダイマー除去修復
歯周病の免疫療法に関する研究

歯周病は日本人の中高年の9割以上が罹患し、歯牙喪失の第一原因であるとともに、全身疾患との深い関連性が報告される疾患である。子の歯周病は歯肉縁下プラーク細菌を原因とする感染症であり、その予防のための免疫療法の確立が望まれている。本研究では、現時点での歯周病に対するワクチンの開発に関する知見を集約するとともに、今後さらに研究を邁進すべき検討事項を討議した。班会議において、まず第一に解決されなければならない問題として、ワクチン作成の対象とする抗原の選定が議案としてあげられた。歯周病に対するワクチンの作成に関しては、単一の細菌によって惹起こされる感染症とは異なった概念が必要であるとの認識に基づき、いかなる細菌のどの抗原に対するワクチンを作成するのが有効であるのかが討議された。その結果、細菌の定着に関与する因子であるP.gingivalisやF.nucleatumの共凝集因子や、宿主防御作用からの回避に関与することが示唆されているA.actiomycetemcomitansの血清型特異多糖などが候補に挙げられた。次に、ワクチンに用いるペプチド抗原の設計に関する最新の情報が提供され、マルチアグレトープ型T細胞に関して、P.gingivalis定着因子に対する中和抗体としてヒト型のsingle chain variable fragment抗体の作成例が紹介され実用化の可能性が示された。また、能動免疫に関して投与経路に関する検討が行われ、経粘膜免疫である経口免疫法や経鼻免疫法による口腔内へのIgA抗体誘導の有効性が討議された。さらに、今後の研究の効率化のために、各研究機関で共通の研究成果が得られる歯周病の動物モデルの開発の必要性が議論された。
精密化された岩澤理論とゼータ関数

従来の岩澤理論では、岩澤主予想という、数論的対象物へのGalois群の作用の特性多項式とp進L関数との関係、が主テーマであったが、数論的対象物と解析的対象物との間にはもっと深い関係があることが証明できた。また、Gauss和型のEuler系の理論、Gauss和型のKolyvagin系の理論を構成し、Galoisコホモロジーの中にゼータ関数の値と関係するよい元の系列が存在することを証明した。岩澤理論の中心となっているのは岩澤主予想とよばれる関係である(古典的なイデアル類群に関する場合には証明されている)。この関係は、円分Z_{p}拡大のGalois群の群環上の加群として、岩澤加群の0次Fittingイデアルがp進L関数で生成される、と記述することもできるので、もっと一般のGalois群上で考えたり、高次のFittingイデアルを考えることにより、岩澤理論の精密化を行いたいと考える。今年度に得られた主な結果は以下の通りである。1.総実代数体k上のCM体Kで、K/kがAbel拡大であるものを考える。Kのイデアル類群Cl_{K}をZ[Gal(K/k)]加群と見て、0次のFittingイデアルF_{0}を考える。Stickelberger元θ_{K/k}に対し、θ_{K/k}に1の冪根の零化域を掛けたものは整であり、Cl_{K}を消すことが予想されている。そこで、Stickelberger元とFittingイデアルとの関係が重要な問題になるが、整なθ_{K/k}であって、F_{0}に入らないようなK/kが存在することを証明した。K/kの具体的な数値例も与えることができる。このことは、Fittingイデアルに対する新しい知見であり、精密化の予想についての重要な方向性を与えるものと思われる。2.有理数体上に定義された楕円曲線Eに対し、その数論的性質とzeta関数との関係の典型例は、L関数のs=1での値が消えることとEのMordell Weil群が位数無限になることとが同値である、という予想であろう。私たちは、EのMordell Weil群が位数無限になることと同値になるであろうp進L関数についての新しい関係(通常のp進BSD予想とは異なるもの)を見つけ、それを部分的に証明した。またMordell Weil階数が1のときは、この関係を数値的に計算することにより、組織的、p進的に有理点を見つけることができることを示した。このような方法はStark単数との類似を考えると、大変興味深いものであると考える。この関係は、円分Z_{p}拡大のGalois群の群環上の加群として、岩澤加群の0次Fittingイデアルがp進L関数で生成される、と記述することもできるので、もっと一般のGalois群上で考えたり、高次のFittingイデアルを考えることにより、岩澤理論の精密化を行おうとしている。まず、Stickelberger元はいつでも0次Fittingイデアルに入るか、という自然な問題が浮かぶが、このことに関して、その反例を見つけることができた。理論的に、さまざまな反例を構成した。また、具体的な数値例としては、実2次体を基礎体として、その6次のアーベル拡大で、その反例を構成した。われわれは、このような反例は有理数体上には存在しないだろうと考えているので、奇素数成分から作られる反例としては、これが最小の次数を持つものであろうと思われる。次に、今までRubinやMazurが考えていたKolyvagin系とは異なる、新しい型のKolyvagiil系が存在することを証明し、その理論を構成した。これらの元の系列は、Brumerの予想(とその類似)から自然に構成されるEuler系を使って構成するのだが、このEuler系がRubinの言葉で、有限なものなので、RubinやMazurのKolyvagin系の一般論からは構成できない。われわれは、非常に繊細な議論を用いて、これらの元の系列を構成した。われわれの構成した新しいKolyvagin系は、ゼータ関数の値と結びつく非常に美しい性質を持っている。ガロアコホモロジーの中に存在するこれらの新しい元の系列を詳しく調べることはきわめて重要なことであると思われる。また、これらの新しいKolyvagin系を使うことにより、ガロアコホモロジーの中にセルマー群の関係式を与える元の系列を構成することができた。これらを用いて、セルマー群の関係式を解析していくことができる。岩澤理論の中核をなすのは、いわゆる岩澤主予想と呼ばれる関係である。すなわち、イデアル類群などの数論的に非常に重要な群へのGalois群の作用から決まる特性多項式が、p進L関数というゼータ関数のp進解析的な対象と一致する、というものである。

MazurとWilesにより古典的岩澤主予想は解決されたが、われわれの研究では、イデアル類群やSelmer群などのGalois群の作用をこめた加群の構造を、岩澤主予想よりもずっと詳しい精密な形で、ゼータ関数もしくはp進ゼータ関数から取り出せる、ということを示した。具体的には、特性イデアルだけでなく、擬同型類をp進ゼータ関数で決定できる。もっと詳しく、高次Fittingイデアルも決定できることを、正確に証明した。また、このとき、Galois cohomologyの中に従来のEuler系やKolyvagin系とは異なる非常に良い性質を持つ元の系列が存在することがわかった。この元の系列は、加群の構造と直接的に結びつき、具体的なさまざまな問題とかかわるので、これらの詳しい研究は非常に重要であると考えている。岩澤理論の中核をなすのは、いわゆる岩澤主予想と呼ばれる関係である。すなわち、イデアル類群などの数論的に非常に重要な群へのGalois群の作用から決まる特性多項式が、p進L関数というゼータ関数のp進解析的な対象と一致する、というものである。MazurとWilesにより古典的岩澤主予想は解決されたが、われわれの研究では、イデアル類群やSelmer群などのGalois群の作用をこめた加群の構造を、その特性イデアルだけでなく、高次Fittingイデアルもp進ゼータ関数から決定できることを証明した。さらに、一般の虚Abe1体のイデアル類群のマイナスパートをGalois加群と見たときの、0次Fitting idealを、部分体や拡大体のStickelberger元を使って、完全に決定することに成功した。これは以前のわれわれの論文で予想として提示したものの証明を与えたことにもなっている。
進化リアクターの構築とそれを用いた酵素の進化工学的改良

競争的共存が起こる簡単化した系を用いて、タンパク質分子に対して変異と選択を繰り返すと、それをコードしている塩基配列や機能は変化することができるのだろうか。このことをE.coli内の1遺伝子であるグルタミン合成酵素遺伝子に対して変異と選択を繰り返す実験室内進化系を構築することによって観察した。そして、その遺伝子に対する分子系統樹を作成し、塩基配列および分子機能の変化過程を観察した。また、どの配列をもったものが全体の何割を占めるのかという情報から、集団構造の変化を示した。その結果、グルタミン合成酵素をコードする塩基配列と活性は集団内に2種類以上の異なった配列、違った活性を保持しながら変化し、多様化していくことが観察された。集団構造の変化から、それぞれの配列を持つ菌体の増殖速度は、集団がどういった配列を持ったもので構成されているかによって変化することが示された。さらに、実験室内進化系では、その時々の株を-80°Cで保存することが可能である。そのため、一度実験室内進化系で消失した株をその後の変異と選択との繰り返しで残った集団と競争実験することが可能である。そこで、実験室内進化系の途中段階で消失した変異体と後の世代の集団と競争させた結果、実験室内進化系の途中で消失した株は、後の世代の集団と安定して共存した。このことは、個々の菌体が持つ増殖能が培養に用いた培地、温度等の外部環境によって決まっているのではなく、集団構造に依存して変化することをより強く示している。本研究では、E.coli内のグルタミン合成酵素に変異と選択をかけるサイクルを繰り返す実験室内進化系において、その酵素が多様性を保ちながら変化することが観察された。本年度は、まずin vivo型進化リアクター構築のための基礎的データを得るために、グルタミン合成酵素遺伝子にランダム変異を導入し、変異型酵素遺伝子のライブラリーを作製した。作製したライブラリーからランダムに選んだ281個の変異型酵素の活性を測定し、その分布の形を明らかにするとともに、野生型酵素(GLS-W)よりも高い活性を示す変異型酵素(GLS-H)と低い活性を示す変異型酵素(GLS-L)を一つずつ選んだ。3種類の酵素を精製し、その性質を調べたところ、GLS-HはKcatが増大しており、GLS-LはKmが増大していることが.わかった。変異型酵素遺伝子の塩基配列より、GLS-HではTyr-397がHisに、GLS-LでAla-35がValにPro-94がLeuに変異していることがわかった。Tyr-397は、本酵素がアデニリル化される部位であることは興味深い。一方、in vitro型進化リアクターの基本ユニットである自己複製系を構築するために、Thermus thermophilusのDNA合成酵素遺伝子をin vitroタンパク質合成系で翻訳し、得られた酵素を用いて元の遺伝子をPCR法で複製する条件を確立した。そして、第1世代の遺伝子から出発し、この自己複製サイクルを3回まわして第4世代の遺伝子を得ることに成功した。本年度は、in vivo型進化リアクターの選抜システムの構築のために、まず、前年度取得した、野生型酵素よりも高い活性を示す変異型酵素(GLS-H)と低い活性を示す変異型酵素(GLS-L)および野生型酵素(GLS-W)の遺伝子をそれぞれ導入した宿主菌株(H株、L株、W株)を作製した。そして、H,L,W株の2株ずつの組み合わせについて混合連続培養を行ったところ、競争の結果どちらか一方が選抜されてくる場合もあるが、それよりはむしろ、2株とも安定に共存する場合が一般的であることがわかった。このことは適応度の地形が、単一菌株のみが存在する場合と競争者が存在する場合とで異なるということを示している。これは、菌株間の相互作用に由来するものであろうが、進化の機構の解明およびそれを応用する上で非常に重要な知見である。

一方、前年度構築したDNA合成酵素の自己複製糸と、PCRによるランダム変異の導入とを組み合わせたin vitro型進化リアクターを、10世代まで安定に運転できた。そして、そのときのDNA合成酵素の進化の過程を、そのアミノ酸配列と活性の両面から追跡し、自己複製速度に関するさんるい淘汰圧が十分かかっていることを確認した。前年度作製した野生型酵素よりも高い活性を示す変異型酵素(GLS-H)と低い活性を示す変異型酵素(GLS-L)および野生型酵素(GLS-W)の遺伝子をそれぞれ導入した菌株(H株,L株,W株)の2株ずつの組合せについて混合連続培養を行ったところ、どちらか一方の株か選択される場合より、2株が安定に共存する場合の方が多かった。このような共存は、2株の間の性質が近い程おこりにくいはずなので、遺伝子レベルでどこまで近くすれば共存しなくなるかを調べるために、遺伝子の非翻訳領域に4塩基挿入した変異株を作製した。変異を導入した領域は、アミノ酸に翻訳される領域でも他の遺伝子発現に影響する領域でもないので、野生株と変異株とは遺伝子レベルで限りなく近い関係にあると考えられる。この両株の混合連続培養を前年度と同様な方法で行ったところ、2株が共存した定常状態が観察された。また、その共存状態は初期混合比によらず一定であり、安定な共存状態であった。このことは、競争者の性質がいかに近くても、共存状態をとりうることがあることを示している。これは、競争者間の相互作用に由来するものであろうが、進化の機構の解明およびその応用の上で非常に重要な知見である。競争的共存が起こる簡単化した系を用いて、タンパク質分子に対して変異と選択を繰り返すと、それをコードしている塩基配列や機能は変化することができるのだろうか。このことをE.coli内の1遺伝子であるグルタミン合成酵素遺伝子に対して変異と選択を繰り返す実験室内進化系を構築することによって観察した。そして、その遺伝子に対する分子系統樹を作成し、塩基配列および分子機能の変化過程を観察した。また、どの配列をもったものが全体の何割を占めるのかという情報から、集団構造の変化を示した。その結果、グルタミン合成酵素をコードする塩基配列と活性は集団内に2種類以上の異なった配列、違った活性を保持しながら変化し、多様化していくことが観察された。集団構造の変化から、それぞれの配列を持つ菌体の増殖速度は、集団がどういった配列を持ったもので構成されているかによって変化することが示された。さらに、実験室内進化系では、その時々の株を-80°Cで保存することが可能である。そのため、一度実験室内進化系で消失した株をその後の変異と選択との繰り返しで残った集団と競争実験することが可能である。そこで、実験室内進化系の途中段階で消失した変異体と後の世代の集団と競争させた結果、実験室内進化系の途中で消失した株は、後の世代の集団と安定して共存した。このことは、個々の菌体が持つ増殖能が培養に用いた培地、温度等の外部環境によって決まっているのではなく、集団構造に依存して変化することをより強く示している。
心奇形患児の脳機能障害を回避する選択的脳灌流法の開発と成人への応用

大動脈に奇形がある子供の心臓手術では、人工心肺を使用し選択的脳灌流法と呼ばれる特殊な方法で脳に血液を送る。私たちは簡便な選択的脳灌流法をラットで開発し、チアノーゼのある子供に適した灌流法を見出すために、酸素濃度の低い環境で飼育した若齢ラットを用いて選択的脳灌流の実験を行った。脳の神経細胞の障害は、早期の変化を捉える特殊な顕微鏡検査で調べた。低酸素下で飼育した若齢ラットは正常ラットに比較し脳障害が強く、チアノーゼの子供の選択的脳灌流には一層の注意と工夫が必要である。当該年度に行ったのは、「人工心肺を使用する心臓大血管手術が肺高血圧と低酸素血症を特徴とする重症心奇形を持つ乳幼児の脳機能に与える障害」を究明するために、低酸素による肺高血圧幼若ラット作成の飼育環境作りと選択的脳灌流実験装置の整備のみである。実験成果に結び付く動物実験は実施しなかった。平成26年度に実験計画書(No.H26M-26)を策定し実験環境を整備し、予備実験を行った。これを受けて平成27年度に至りようやく成獣ラットによる脳灌流の本実験を開始し、肺高血圧幼若ラットの選択的脳灌流を目指し以下の項目を実施した。【1】実験計画書の変更(No.H27M-30(平成27年6月4日医学研究科承認)):平成26年に策定した脳灌流モデル(No.H26M-26)では成果が期待できない可能性が高く、椎骨動脈の焼灼処置を追加した実験計画書を大学の倫理規定に基づき新規に作成し、承認された。【2】椎骨動脈処置の脳虚血モデルの確立:椎骨動脈を前日に焼灼する手技、特に頭位固定と椎骨動脈焼灼の術野を露出する手技確立に難渋した。麻酔や体位の工夫により椎骨動脈処置が安定して行えるようになった。【3】脳灌流実験を実施:椎骨動脈を前処置した成獣ラットを用い選択的脳灌流の実験を行い、血行動態などのデータも併せて収集した。【4】脳の病理学的検討:本実験(対象と灌流)の成獣ラットの脳を固定し、病理標本を作成して、成獣ラットの脳病変について検討した。【5】肺高血圧幼若ラットの実験環境整備:幼若ラットの実験は実施できなかった。成獣の選択的脳灌流実験で脱血に難渋したことを受け、幼若ラットの小さな個体でも円滑に脱血できるように規定に従い実験計画書の変更を申請し、平成28年3月31日に承認された。幼若ラットの実験の環境が更に整った。研究目的は「肺高血圧幼若ラットにおける選択的脳灌流による脳障害の解析」だが、肺高血圧幼若ラットの選択的脳灌流実験が平成27年度に至っても十分実施できていないため、実験の達成度を「遅れている」と判断した。実施できなかった主たる理由は以下の4点である。【1】実験成果を上げるために椎骨動脈の処理操作を追加し、実験計画を見直した。これに伴い新たな実験計画書(No.H27M-30)を策定し承認が得られるまで実験ができなかった。【2】椎骨動脈を焼灼処置する手技習得に難渋し、手技安定に工夫と時間を要した。【3】成熟ラットの選択的脳灌流実験手技は幼若ラットへの適応が予想以上に困難であった。特に脱血の安定化に課題があり、実験計画書(No.H27M-30)の若干の変更が必要となった。【4】臨床も担当する実験予定者が本人都合により2名退職し、病院の診療業務(手術など)が更に増え、実験時間の確保が困難となった。実験が断続的となり新たな実験技術の習得に難渋した。また本研究を支援する生理学教室の担当者との実験日程の調整にもやや難渋し、実験日や時間に制約があった。平成27年度に椎骨動脈の焼灼処置を追加し策定した実験計画書(No.H27M-30)を、幼若ラットでも実験成果が得られやすい計画書に変更し、これに基づき椎骨動脈を焼灼処置した幼若ラットの選択的脳灌流実験を下記項目について行った。【1】実験計画書の変更(No.H27M-30):幼若ラットに適した脱血方法を追記し、大学の動物実験に関する倫理規定に従い申請した。平成28年4月19日に変更承認の報告を受け幼若ラットの実験を開始した。【2】椎骨動脈焼灼処置ラットの脳内循環動態の計測:選択的脳灌流の灌流量(030ml/Kg/min)と脳内動脈圧の関係を計測した。椎骨動脈を処置すると灌流時の脳内動脈圧は未処置群に比較し1215mmHg低下した。【3】幼若ラットの選択的脳灌流実験:幼若ラットで選択的脳灌流(10ml/Kg/min, 8090ml/100g脳/min)を行い、早期脳障害を病理組織学的に検討した。幼若ラットは成獣に比較し早期脳障害が軽微であった。【4】肺高血圧幼若ラットモデルの作成:4週齢ラットを10%酸素濃度の環境下で10日間育成し、肺動脈圧を測定して当該モデルの作成を確認した。

【5】肺高血圧幼若ラットの選択的脳灌流実験:当該ラットで選択的脳灌流(10ml/Kg/min, 8090ml/100g脳/min)を行い、早期脳障害を病理組織学的に検討した。肺高血圧幼若ラットは非肺高血圧群に比較し早期脳障害が高度であった。【6】研究成果の発表:1)平成29年2月日本心臓血管外科学会総会(一般演題)、2)平成29年4月日本外科学会総会(一般演題)、3)平成29年7月日本小児循環器学会総会(シンポジウム)。ただし、2)、3)は年度内に決定。大動脈に奇形がある子供の心臓手術では、人工心肺を使用し選択的脳灌流法と呼ばれる特殊な方法で脳に血液を送る。私たちは簡便な選択的脳灌流法をラットで開発し、チアノーゼのある子供に適した灌流法を見出すために、酸素濃度の低い環境で飼育した若齢ラットを用いて選択的脳灌流の実験を行った。脳の神経細胞の障害は、早期の変化を捉える特殊な顕微鏡検査で調べた。低酸素下で飼育した若齢ラットは正常ラットに比較し脳障害が強く、チアノーゼの子供の選択的脳灌流には一層の注意と工夫が必要である。(1)実験時間の確保:平成28年4月より臨床業務を担当する教室の外科医が1名増員した。実験担当者の臨床業務を極力削減し、実験と研究の時間を確保できる体制とする。また要請に応じて実施していた実験責任者の外勤を完全になくし、定期的な実験時間が不測の手術などを除けば確保できる状況となった。(2)肺高血圧幼若ラットの作成:低酸素環境による肺高血圧モデル作成の環境は既に整っている。この環境でラットを飼育し肺高血圧発症を確認する。(3)幼若ラットの手術手技の確立と実施:本実験の最終目標であり、科研費補助期間延長を申請した。幼若ラットでの椎骨動脈処置の実験精度を高め、成果の期待できる椎骨動脈離断を図った脳虚血実験を行う。小さな個体で安定した脱血を確保するため、実験計画書の変更も承認されている。(4)脳組織標本の作製:本研究を支援する当大学生理学教室の脳標本作製技術はほぼ完成している。本研究を支援する生理学教室の担当者との日程調整を行い、実験と脳標本作製を円滑に進める。心臓血管外科学実験計画は大幅に遅れ、極めて不本意なものとなっている。遅れの主たる原因は、1)実験担当者の臨床業務が多忙となり計画的に実験時間を確保できなかったこと、2)以前に選択的脳灌流モデルで実験していた教員の勤務先が変更となり引き継ぎが円滑に行われなかったこと、3)低酸素による肺高血圧幼若ラット作成の飼育環境装置に不備が多く整備に手間取ったこと、である。肺高血圧幼若ラットの実験が本研究の目的であるが、これに関する実験が実施されず、予算執行ができず次年度使用額が発生した。実験の遅れにより次年度使用額が発生したが、主たる遅れの原因は次の4点である。【1】新たな実験計画書(No.H27M-30)を策定し承認まで実験ができなかった。【2】椎骨動脈を焼灼処置の手技安定に工夫と時間を要した。【3】成熟ラットの選択的脳灌流実験手技は幼若ラットへの適応が予想以上に困難で、実験計画書(No.H27M-30)の若干の変更が必要となった。【4】実験予定者が2名退職し、生理学教室の担当者との実験日程の調整が困難で、実験日や時間に制約があった。肺高血圧幼若ラットの育成と脳灌流実験の実施に使用する。実験を可能とするため以下の対策を立てている。1本実験の最終目標である幼若ラットの手術手技の確立と実施のため、科研費補助期間延長を申請した。2教室員増員と外勤停止により実験時間の確保する、3既に整備した低酸素環境による幼若ラット肺高血圧モデル作成の環境を点検し、当該ラットを育成する、4脳組織標本の作製のため試薬などを購入する。平成25年度と平成26年度に主たる実験を行う計画としていたので、両年度に予定していた実験計画を遂行する。実験環境が整備されてきているので、実験曜日を具体的に決め(現状では月、火、土曜日を想定)、実験に取り組む。
擬似自然集団群の育成による野生コムギ遺伝資源の保全とその持続的・発展的利用

コムギは、約1万年前にトルコ南部で栽培化された。祖先野生種はその自生地の多様な環境に適応・進化しており、集団内・集団間で非常に高い多様性をもつことがわかってきた。この多様性は、地球環境の変化に対応した作物改良の素材としても不可欠である。しかし、栽培化起源地であるトルコ・シリア国境の野生コムギ集団は人為的破壊によって消失の危機にある。本研究では、栽培化起源地の野生コムギ集団を持続的・発展的に利用するため、つぎの3項目を実施することを目指している。1)自然集団から任意抽出した擬似自然集団の育成、2)葉緑体DNA分析による自然集団の遺伝的多様性の解明、3)葉緑体DNAのハプロタイプ比較による栽培化に寄与した野生コムギ集団の特定。これまでの現地調査から、「栽培化起源地」における野生コムギの自然集団の地理的分布は不連続であり、大きくEast1、West1、West2の3地域に分かれていることが判明している。また、多くの場合、これらの地域では2倍性の野生種と4倍性の野生種が混生していることが多いことも判明している。H29年秋に予定通り上記の1)に挙げた疑似自然集団育成を開始した。これまでの共同研究によって上記の地域の自然集団で採集し共同研究先であるチュクロワ大学に保存中の採集サンプルから現地の地理的条件なども考慮し、2倍性野生種と4倍性野生種のそれぞれ約20集団を選んだ。これらの集団ごとに複数の小穂を無作為にとりだし、それぞれから1個体ずつ育成することによって各自然集団の遺伝的多様性を反映させたコレクション(疑似自然集団とよぶ)を作出することを目標に準備を行った。平成29年の秋に、チュクロワ大学に保存中のサンプルから19の野生2倍性コムギ集団と18の野生4倍性コムギの集団からそれぞれ2050の小穂をランダムに取り出し、小穂ごとに1粒の穎果を選んで識別番号をつけた。ろ紙を引いたプラスティックシャーレにあらかじめ識別番号をつけた頴果を播種し、発芽した頴果をプラスチックポットに仮植えした。チュクロワ大学における共同研究者に依頼し、これらの植物を12月にチュクロワ大学構内の実験圃場に定植した。定植された植物は2倍体種で554個体、4倍性種で408個体(総数962個体)あり、これらの系統を平成30年4月から5月にかけて現地で自家受粉させ、6月にその種子を収穫した。一部の個体で収穫できなかったものを除き、ほぼすべての個体から次世代の種子を得ることができ順調な進捗状況であるが、現地の圃場の状況により、これらの植物についてDNA抽出のための葉組織のサンプリングができなかった。この点で、当初の計画から若干の遅れが生じているが、今年度育成中のサンプルについて葉組織のサンプリングができたので、これらからDNAを抽出しリカバーする予定である。平成30年度に播種した221個体の野生4倍性コムギのサンプルについてH31年の春に自殖を行って次世代を得る。これらは疑似自然集団のサンプルとして摂氏4度の冷蔵庫で保管する。これと平行してこれらの植物の遺伝的多様性をさぐるための第一歩として、系統化を開始した野生コムギについてDNA解析のための準備を行う。そのため、以下の要領で進める。<擬似自然集団群の育成>1)自殖による採種:圃場に定植した個体について開花前に1個体あたり2穂ずつ選びグラシン紙袋をかけて自殖させる。登熟後、個体ごとにわけて収穫し温室で乾燥させ脱穀・着粒調査を行う。また本年(令和元年)の秋に新たに野生4倍性コムギの5集団を選定して次世代の播種を行う。<DNA解析のための準備>1) DNA抽出のための葉組織の採取:圃場に定植した個体が第10葉を展開するころに各個体から0.5グラムの葉組織を採取し凍結保存する。2)種の同定:トルコ南部には、野生二粒系コムギと野生チモフェービ系コムギがともに分布し、両者は穂の形態では区別できないため、葉面の毛の形態で両者を識別し、野生チモフェービ系コムギは解析から除く。今年度は、予定通り上記の1)に挙げた疑似自然集団育成を開始した。

報告者らは平成29年の9月と10月にトルコに渡航し、これまでの共同研究によって上記の地域の自然集団で採集し共同研究先であるチュクロワ大学に保存中の採集サンプルから現地の地理的条件なども考慮し、2倍性野生種と4倍性野生種のそれぞれ約20集団を選んだ。これらの集団ごとに複数の小穂を無作為にとりだし、それぞれから1個体ずつ育成することを目標に準備を行った。また、本研究による国際共同研究の概要および集団内の遺伝的多様性の予備調査の結果について国際学会で報告した。報告者らは、平成29年の9月と10月にチュクロワ大学に滞在し、播種のための種子の準備と播種をそれぞれ実施した。19の野生2倍性コムギ集団と18の野生4倍性コムギの集団からそれぞれ2050の小穂をランダムに取り出し、小穂ごとに1粒の穎果を選んで識別番号をつけた。ろ紙を敷いたプラスティックシャーレにあらかじめ識別番号をつけた頴果を播種し、発芽した頴果をプラスチックポットに仮植えした。チュクロワ大学における共同研究者に依頼し、これらの植物を12月にチュクロワ大学構内の実験圃場に定植した。定植された植物は2倍体種で554個体、4倍性種で407個体(総数951個体)あり、平成30年4月初旬の時点で、特に大きな問題なく成育中であるとの報告をうけている。以上から、本研究の当初の計画通りに進捗している。コムギは、約1万年前にトルコ南部で栽培化された。祖先野生種はその自生地の多様な環境に適応・進化しており、集団内・集団間で非常に高い多様性をもつことがわかってきた。この多様性は、地球環境の変化に対応した作物改良の素材としても不可欠である。しかし、栽培化起源地であるトルコ・シリア国境の野生コムギ集団は人為的破壊によって消失の危機にある。本研究では、栽培化起源地の野生コムギ集団を持続的・発展的に利用するため、つぎの3項目を実施することを目指している。1)自然集団から任意抽出した擬似自然集団の育成、2)葉緑体DNA分析による自然集団の遺伝的多様性の解明、3)葉緑体DNAのハプロタイプ比較による栽培化に寄与した野生コムギ集団の特定。これまでの現地調査から、「栽培化起源地」における野生コムギの自然集団の地理的分布は不連続であり、大きくEast1、West1、West2の3地域に分かれていることが判明している。また、多くの場合、これらの地域では2倍性の野生種と4倍性の野生種が混生していることが多いことも判明している。H29年秋に予定通り上記の1)に挙げた疑似自然集団育成を開始した。これまでの共同研究によって上記の地域の自然集団で採集し共同研究先であるチュクロワ大学に保存中の採集サンプルから現地の地理的条件なども考慮し、2倍性野生種と4倍性野生種のそれぞれ約20集団を選んだ。これらの集団ごとに複数の小穂を無作為にとりだし、それぞれから1個体ずつ育成することによって各自然集団の遺伝的多様性を反映させたコレクション(疑似自然集団とよぶ)を作出することを目標に準備を行った。平成29年の秋に、チュクロワ大学に保存中のサンプルから19の野生2倍性コムギ集団と18の野生4倍性コムギの集団からそれぞれ2050の小穂をランダムに取り出し、小穂ごとに1粒の穎果を選んで識別番号をつけた。ろ紙を引いたプラスティックシャーレにあらかじめ識別番号をつけた頴果を播種し、発芽した頴果をプラスチックポットに仮植えした。
量子揺動が強い系の新しい秩序形態と変動する外場に対する応答

本研究において格子系の空間的構造を反映した量子効果による新しい磁性状態として、S=1反強磁性ハイゼンベルグ模型(ハルデーン系)にS=1/2の不純物をドープした際に生じる局所磁気構造、S=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型(量子スピン流体)において局所的に相互作用の大きさを変えた場合に生じる磁気構造、さらにボンド交替S=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型(ダイマー系)においてボンド交替の欠陥のまわりに生じる磁気構造の性質について量子モンテカルロ法を用いて研究した。また、従来困難であった磁場中での量子モンテカルロ法に関するアルゴリズムの開発を行った。さらに、遍歴電子系でのクーロン相互作用による強磁性発生機構に関してこれまでに我々が発見した高密度電子状態での強磁性発生を広い範囲の格子で調べ、その物理的起源を明らかにした。ダイナミックスに関しては量子相関が非常に強い系での電子スピン共鳴の吸収線に関する直接計算法を開発し、双極子相互作用、異方性、ジャロチンスキー・守谷相互作用のついて、実験の幾何学的構造(格子の配位と静磁場、振動磁場の方向)と吸収線の関係(ダイナミカルシフト)を明らかにした。また、Mn_<12>,Fe_8,V_<15>など微小磁性体体でのヒステリシス現象における量子ダイナミックスを非断熱遷移の立場から研究し、特に、極低温での見かけ上の非断熱遷移、熱励起がある場合のパリティ効果、熱の流入のある場合の量子フェーン現象など、散逸環境中での非断熱遷移の特徴を詳しく研究した。量子効果が強い系での新しい物性を探求するため、量子効果に由来する種々の現象の研究を進めた来た。以下に、それぞれに関して具体的に行った研究の概要を記す。量子系では絶対零度での不確定性原理による揺動が残り、古典系とは異なる無秩序相の存在が知られているが、そのような現象をもたらす量子揺動は系の不均一さと相乗効果を発揮して新しい特徴を持つ状態を生じさせる。このような効果の典型例として、非磁性原子で希釈した2次元反強磁性ハイセンベルグ模型(スピン1/2)の基底状態でのグリフィス相の特徴を量子モンテカルロ法で研究した。準安定状態の緩和が熱的な励起ではなく、量子揺動のために起こることがいろいろな低温での観測で明らかになってきている。これらの現象を解析するための理論的定式化を行ってきた。特に、純粋に量子力学的な現象として非断熱遷移による現象の特徴を明らかにした。特に、外場を時間的に掃引したときの時間の変化や、交流外場のもとでの干渉現象などにおける特徴を周期ごとの時間発展演算子(フロケ演算子)の固有値問題として研究し、磁性体や伝導系に応用した。さらに、格子との相互作用の効果を調べるためボゾン系と結合した場合の非断熱遷移の性質も詳しく調べ、通常エネルギー準位の幅といわれるものの意味についての具体的機構を考察した。また、量子揺動が大きな系での電子スピン共鳴の吸収曲線に関する新しい方法を開発し、共鳴磁場の温度変化の空間的な構造依存性を明らかにするとともに、これまで困難であった吸収の線幅を双極子相互作用から第一原埋的に求めることができた。最近興味を集めている様々な量子スピン相における特徴も明らかにしようとしている。本研究において格子系の空間的構造を反映した量子効果による新しい磁性状態として、S=1反強磁性ハイゼンベルグ模型(ハイデーン系)にS=1/2の不純物をドープした際に生じる局所磁気構造、S=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型(量子スピン流体)において局所的に相互作用の大きさを変えた場合に生じる磁気構造、さらにボンド交替S=1/2反強磁性ハイゼンベルグ模型(ダイマー系)においてボンド交替の欠陥のまわりに生じる磁気構造の性質について量子モンテカルロ法を用いて研究した。

さらに、遍歴電子系でのクーロン相互作用による強磁性発生機構に関してこれまでに我々が発見した高密度電子状態での強磁性発生を広い範囲の格子で調べ、その物理的起源を明らかにした。ダイナミックスに関しては量子相関が非常に強い系での電子スピン共鳴の吸収線に関する直接計算法を開発し、双極子相互作用、異方性、ジャロチンスキー・守谷相互作用のついて、実験の幾何学的構造(格子の配位と静磁場、振動磁場の方向)と吸収線の関係(ダイナミカルシフト)を明らかにした。また、Mn_<12>,Fe_8,V_<15>など微小磁性体体でのヒステリシス現象における量子ダイナミックスを非断熱遷移の立場から研究し、特に、極低温での見かけ上の非断熱遷移、熱励起がある場合のパリティ効果、熱の流入のある場合の量子フェーン現象など、散逸環境中での非断熱遷移の特徴を詳しく研究した。