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曲面を用いたトポロジーの研究とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K14190
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 幾何学
研究機関山口大学

研究代表者

石原 海  山口大学, 教育学部, 准教授 (40634762)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワードDNAトポロジー / 結び目 / 絡み目 / バンド手術 / 交差交換 / ファイバー絡み目 / 結び目解消トンネル / ファイバー結び目 / GOF-knots / 絡み目解消経路 / 低次元トポロジー
研究成果の概要

本研究では,DNAのトポロジーを変える酵素の作用の解明などに応用するために,3次元多様体及び結び目のトポロジーの研究,特に曲面を用いたトポロジーの研究を行い,主に次に挙げる成果を得た。複製DNAの絡み目解消に関して,タイプIIトポイソメラーゼの反復作用によるものと部位特異的組換えの反復作用によるものそれぞれについて特徴づけを与えた。従来の研究よりも弱めた仮定のもとで,比較的単純な基質からの絡み目解消の経路をすべて決定した。また,一般の場合は最初の絡み目解消から得られる生成物をすべて決定し,さらにその作用がトポロジーの観点で唯一つであることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

DNAのトポロジーを変える酵素の作用のモデルとして有理タングル手術を用いて研究した。中でもバンド手術や交差交換といった最も単純な有理タングル手術の決定問題は一般に非常に難しい。この問題の解決が前進したことが本研究の意義と言える。また,応用面では分子生物学的現象の数学的な意味づけやトポロジーによる証明が与えられたことに意義がある。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] University of California Davis(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Oxford University(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] California State University, Fullerton(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Neighborhood equivalence for multibranched surfaces in 3-manifolds2019

    • 著者名/発表者名
      Ishihara Kai、Koda Yuya、Ozawa Makoto、Shimokawa Koya
    • 雑誌名

      Topology and its Applications

      巻: 257 ページ: 11-21

    • DOI

      10.1016/j.topol.2019.02.005

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterising knotting properties of polymers in nanochannels2018

    • 著者名/発表者名
      N. R. Beaton, J. W. Eng, K. Ishihara, K. Shimokawa, C. E. Soteros
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 14 号: 28 ページ: 5775-5785

    • DOI

      10.1039/c8sm00734a

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Enzyme action for topological entanglement in DNA and knot theory2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ishihara
    • 雑誌名

      Reactive and Functional Polymers

      巻: 132 ページ: 74-80

    • DOI

      10.1016/j.reactfunctpolym.2018.09.006

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bounds for minimum step number of knots confined to tubes in the simple cubic lattice2017

    • 著者名/発表者名
      Ishihara, Kai; Pouokam, Maxime; Suzuki, Atsumi; Scharein, Robert; Vazquez, Mariel; Arsuaga, Javier; Shimokawa, Koya
    • 雑誌名

      Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical

      巻: 50 号: 21 ページ: 1-28

    • DOI

      10.1088/1751-8121/aa6a4f

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pathways of DNA unlinking: A story of stepwise simplification2017

    • 著者名/発表者名
      Stolz Robert、Yoshida Masaaki、Brasher Reuben、Flanner Michelle、Ishihara Kai、Sherratt David J.、Shimokawa Koya、Vazquez Mariel
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 12420-12420

    • DOI

      10.1038/s41598-017-12172-2

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Topological characterization of unlinking pathways2020

    • 著者名/発表者名
      石原 海
    • 学会等名
      Friday Seminar on Knot Theory
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] トンネル数1 のファイバー絡み目の構成法について2020

    • 著者名/発表者名
      石原 海
    • 学会等名
      琉球結び目セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Types of Multicyclic Graphs2019

    • 著者名/発表者名
      Kai Ishihara
    • 学会等名
      Polymers meet Topology
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] First steps of unlinking pathways2019

    • 著者名/発表者名
      Kai Ishihara
    • 学会等名
      The Topology of Nucleic Acids: Research at the Interface of Low-Dimensional Topology, Polymer Physics and Molecular Biology
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complete classification of generalized crossing changes between GOF-knots2017

    • 著者名/発表者名
      石原 海
    • 学会等名
      広島大学トポロジー幾何セミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Enzyme action for topological entanglement in DNA and knot theory2017

    • 著者名/発表者名
      石原海
    • 学会等名
      Knots and Polymers: Aspects of topological entanglement in DNA, proteins and graph-shaped polymers
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complete classification of generalized crossing changes between GOF-knots2017

    • 著者名/発表者名
      石原海
    • 学会等名
      東北結び目セミナー2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] Topology of Polymers2019

    • 著者名/発表者名
      Koya Shimokawa, Kai Ishihara, Yasuyuki Tezuka
    • 総ページ数
      81
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9784431568889
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-21  

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