hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物のストレス応答性受容体型キナーゼのシグナル伝達機構の解析

細胞膜は様々な外部環境因子感受の場である。乾燥・塩および低温などの水分ストレスに対する植物の耐性機構に関与する、細胞膜局在性の水分ストレス応答性受容体型キナーゼについて研究を行った。水分ストレス応答に重要な植物ホルモンであるアブシジン酸(ABA)誘導性シロイヌナズナ受容体型キナーゼRPK1を過剰発現する形質転換植物体は、ABAによる根の伸長抑制,気孔閉鎖等に対し高感受性を示し,さらに乾燥ストレスに対し強い耐性を示した。マイクロアレイ解析の結果, RPK1過剰発現体では,水分ストレス応答性遺伝子および活性酸素(ROS)応答性遺伝子の発現が上昇していた。さらに,RPK1過剰発現体はROS消去系酵素活性が上昇しており、活性酸素ストレスに対する耐性を示した。以上の結果はRPK1の高発現により、水分ストレスだけでなく、活性酸素ストレス耐性に関与するシグナル伝達経路が増強されたことを示唆している。また、RPK1のホモログ遺伝子であるRPK2は葯や花粉の分化発達に重要な因子であることが示され、マイクロアレイ解析の結果、様々な代謝経路やシグナル伝達制御因子の転写を制御することが明らかになった。以上のことから受容体型キナーゼRPK1およびRPK2はストレスシグナル伝達に関わる因子であるだけでなく、植物の生長分化を制御する重要な因子であることが示唆された。これまで乾燥・塩および低温などの水分ストレスに対する植物の耐性機構を解明する為に、申請者らは細胞膜局在性の水分ストレス応答性受容体型キナーゼに着目し解析した。水分ストレス及びその応答に重要な植物ホルモンであるアブシジン酸(ABA)に誘導性を示す、シロイヌナズナ受容体型キナーゼRPK1は種子休眠、根の伸長成長、気孔閉鎖、遺伝子発現の調節等、様々なABA応答反応の制御を行うこと、およびRPK1が細胞膜上で機能する受容体タンパク質でるため、細胞膜でのABAシグナル伝達に重要な役割がもつことが示唆された。さらに、RPK1高発現体が水分ストレス耐性を示すことが明らかになった。一方で、RPK1のホモログ遺伝子であるRPK2は、欠失変異体が葯の形態異常による不稔性を示し、葯組織の分化同調性が欠如した。マイクロアレイ解析より多くの細胞壁形成関連酵素、糖および脂質代謝関連酵素およびストレスシグナル伝達関連因子遺伝子群の発現が抑制されることが明らかになった。さらにRPK2は側芽の分化発達に抑制的に働く可能性が示唆された。Rpk1rpk2二重変異体は胚生致死を示し、これらの受容体が胚の発達分化において細胞死を制御し、活性酸素種(ROS)の制御が関わることが示唆された。以上のことから、受容体型キナーゼRPK1およびRPK2はストレスシグナル伝達に関わる因子であるだけでなく、植物の生長分化を制御する重要な因子であることが示唆された。RPK1およびRPK2に結合する水分ストレスおよび分化生長を制御する新規のペプチドホルモン等によるシグナル伝達経路が存在することが考えられる。水分ストレス及びその応答に重要な植物ホルモンであるアブシジン酸(ABA)に誘導性を示す、シロイヌナズナ受容体型キナーゼReceptor-like Protein Kinasel,RPKlは,膜局在性の受容体型キナーゼであり、我々は欠失変異体rpkl-1,rpkl-2が,植物の水ストレス応答に重要な植物ホルモンであるアブシジン酸(ABA)に対し非感受性を示すことを明らかにした。RPKlは種子休眠、根の伸長成長、気孔閉鎖、一遺伝子発現の調節等、様々なABA応答反応の制御を行うこと、およびRPKlが細胞膜上で機能する受容体タンパク質でるため、細胞膜でのABAシグナル伝達に重要な役割がもつことが示唆された。シロイヌナズナのRPKlの高発現がシロイヌナズナに与える影響を解析するために,CaMv35Sプロモーター制御下でRPKlを過剰発現する形質転換植物体を作製した。

得られた植物体はABAによる根の伸長抑制、気孔閉鎖等に対しABA高感受性を示した。また,RPKl過剰発現植物体は乾燥ストレスに対し耐性を示すことが明らかになった。さらに、マイクロアレイ解析の結果,RPKl過剰発現体では,水分ストレス応答性遺伝子および活性酸素(ROS)生成系遺伝子の発現が誘導されており、ROS消去系酵素活性が上昇していた。RPKl過剰発現体は活性酸素ストレスに対する耐性を示した。以上の結果はRPKlの高発現により、水分ストレスだけでなく活性酸素ストレス耐性に関与するシグナル伝達経路が増強されたことを示唆している。RPKl-GFPの局在性の解析の結果,RPKlは通常の生育条件下では細胞膜に局在し,高浸透圧下では細胞膜および未知の顆粒状の細胞内小器官に局在がみられた。RPKlの局在する細胞膜の動態が浸透圧条件下で変動することにより、RPKlの機能が制御されることが示唆された。
ワインバーグ・サラム模型におけるスファレロン励起

弱電磁相互作用を記述するワインバーグ・サラム模型によると、バリオン数とレプトン数保存則を破る遷移が原理的に起こり得る。しかし、この遷移の起きる確率は、地上の如何なる現象によっても測定できない程小さい。ところが、宇宙進化の過程で、弱い相互作用に特徴的なスケールが凝縮し始めた時に、この遷移は、バリオンをレプトンに変換したり、逆の変換を起こす形で実現し、重要な効果を生じたと推定されている。この効果は、宇宙のバリオン数の非対称性の起源を説明しようとする問題に深いつながりをもっている。バリオン数とレプトン数の和を緩和させる遷移は、スファレロンと呼ばれる不安定状態を経由して起きる。本研究の目的は、Phys.Rev.誌の二つの論文に発表した、スファレロンに関するわれわれの計算を推進することである。同時に、スファレロン過程と整合する宇宙のバリオン数の起源を解明することも目指している。本研究は、平成2年度から4年度までの間科学研究費を交付されたが、この間に得た主な成果は次の如くである。1.一般化されたLevinson定理を証明した。4)これによって、スファレロンの周りの場の揺らぎの離散的固有モードの数を知ることができ、ヒッグス粒子のいろいろな質量値に対してスファレロンの自由エネルギーを求める計算が、見通しの良いものになる。また、スファレロン解を与える方程式に起きる分岐現象を研究するときにも役立つ筈である。2.スファレロン過程とレプトン数を破る過程とが共謀して宇宙のバリオン数を零にしてしまう可能性を分析した結果、マヨナラ・ニュートリノの質量に対する制限を幾つか得た。2)、5)これらの制限は、標準模型の次にくると期待される素粒子模型7)と宇宙のバリオン数の起源についてのシナリオの両方に貴重なヒントを与える。以上の他に、スファレロン過程に伴ってフェルミオンのエネルギー準位が変動する様子を具体的に示したこと1)、スファレロンに似た配位を用いてボゾン星の構造を記述したこと3)、超対称性大統一理論に基づいた、宇宙のバリオンの起源についてシナリオを提案したこと6)、を本研究の成果として挙げることかできる。1.AkibaーYanagidaは、Physical Review誌に発表したAkibaーKikuchiーYanagidaの論文に基づいて、スファレロンの周りのエントロピ-の計算をする仕事を継続している。また、Levinsonの定理をつかって、スファレロンの周りの不安定な振動モ-ドの数を調べる方法を考案し、数値計算をおこなっている。2.AkibaーKikuchiーYanagidaは、スファレロン効果によってバリオン数が緩和する現象を分析し、Prog.Theor.Phys.の論文として発表した。その後RabiーMottolaが非平衡統計力学の線形応答理論をこの現象に応用したので、彼らの理論と我々の理論の間の関係を明らかにするため研究を進めている。3.FukugitaーYanagidaは、ある種のマヨラナ型相互作用の存在とスファレロン効果とが、宇宙にバリオン数の非対称性が存在する事実と矛盾しないことを要請すると、中性微子の質量の上限が得られることを示した。Physical Review誌に発表。

4.Akibaは、(1+3)次元量子場の自由度を(1+1)次元量子力学の自由度に制限する近似で、スファレロン効果と束縛条件つきトンネル効果との関係を分析し、モレキュ-ル型研究会「Sphaleronと宇宙のバリオン数」(京大、基研、1990年7月)で報告した。1.Akibaは,一般化したLevinsonの定理の証明を最終的にまとめた.これはスファレロンの周りの,離散スペクトルに属する場の揺らぎのモ-ドを確認するのに有効である.実際,それを|H|=0チャネル(H≡L+S+T)に応用した結果,スファレロンを不安定にするモ-ドと束縛状態(あるいは、励起状態)がそれぞれ一個ずつ存在することを確認できた.前者は既発表のAkibaーKikuchiーYanagidaの論文で求められていたが後者は今回始めて確認された.論文の投稿を準備中.2.今後のスファレロン遷移確率の計算を(1)上記定理を用いて、|H|=0以外のチャネルのスペクトル構造も調べる.(2)スファレロンの自由エネルギ-の対する連続スペクトルの寄与を計算するための新しい公式(未発表)を導いたが、それを基づく数値計算を行う.のステップで進める計画である.3.Yanagidaは,最近標準模型を越える理論として有望視されている超対称SU(5)理論におけるヒッグス場の性質を詳しく調べた.そして,それらのヒッグス場がバリオン数非保存に関与する可能性について調べている.4.Futamaseは,スファレロン解に類似する解析的構造をもつ,球対称重力場内での非可換ゲ-ジ場の解を研究し,それに基づいてボゾン星の可能性を調べた.結果は都立大で開かれた「重力波」研究会で報告した.1.秋葉は,スファレロンの周りの場の揺らぎについての研究を継続した.特に,離散スペクトルに属する揺らぎの固有モードの数を特定するのに有効な一般化化されたLevinson定理を導き,また,それを応用して興味ある結果を得た.研究成果はProg.Theor.Phys.誌に発表した(黒岩,柿崎と共著).また,国際シンポジウムISQM-TOKYO'92や日本物理学会1992年秋の分科会で発表した.3.柳田は,宇宙のバリオン数非対称性とスファレロン効果とから生じるニュートリノ質量に対する制限について,研究を継続した.特に,一般には強い制限が付くにも拘らず,17kev程度の比較的大きい質量をもつニュートリノが存在し得る可能性を指摘した.研究成果をPhys.Lett.B誌に発表した(G.Gelminiと共著).また,同様な観点からextennded gauge模型を分析し,模型の問題点を明らかにした(W.Buchmullerと共同研究,プレプリントDESY 92-172,Dec.1992).柳田は,また,超対称GUT模型に基づいて宇宙のバリオン数非対称性の起源を説明することを試みた(村山,鈴木,横山と共同研究,プレプリントTU-423,Nov.1992).
カスケード型環化反応を基盤とした多環式化合物の効率的合成法の開発とその応用

ワンポットで多段階の反応が準行する「カスケード型反応」は,省資源化へとつながるため,次世代の「環境調和型分子変換プロセスの開発」という観点からも注目されており,現在精力的に研究が行われている分野である.本研究課題の目的は,遷移金属触媒によって進行する反応を組み合わせ,多環式化合物の合成にも適用でき得る「カスケード型反応」の開発及びその応用研究である.本年度は特に,地球温暖化の抑制という観点からも興味深い,「二酸化炭素の固定化」を伴う環化-カルボキシル化反応の開発に焦点を当て研究を行ったところ,ニッケル触媒を用いると,エニンのアルケン上に電子求引性基を持たせた基質において環化-カルボキシル化反応が効率よく進行することを見出した.この環化-カルボキシル化反応は幅広い応用性を有し,pyrrolizidine, indolizidine,及びquinolizidine骨格の構築にも適用可能であった.更に,本環化-カルボキシル化反応を利用し,インドールアルカロイドの一種である(-)-corynantheidineの全合成にも成功した.自然界では植物のみが二酸化炭素を光合成によって消費しており,人類を含む他のすべての動物は呼吸により二酸化炭素を産出している.特に人類は,その社会活動・経済活動によってもより多くの二酸化炭素を産出しており,地球温暖化の抑制のためには二酸化炭素を消費するプロセスの確立が重要である.本研究では,ニッケル触媒を用いることにより二酸化炭素を消費しつつ有用な化合物の合成に成功したことになり,地球温暖化対策の第一ステップとしても意義深いと考える.申請者らはこれまでの研究において,Rh(I)錯体によるヒドロアシル化反応-環化異性化反応を組み合わせたカスケード型環化反応を開発し,本カスケード型反応を鍵工程とした天然物(±)-Epiglobulolの全合成にも成功している.しかし,本カスケード型環化反応が進行する基質は現在までのところ一例のみであり,基質一般性に関する知見が全く得られていない.そこで本年度は,様々な基質を用いた環化反応を検討し,環サイズの異なる多環式化合物の合成にも適用可能であるか検討した.その結果,6員環を組み込んだ基質においても本カスケード型環化反応は進行し,Guanacastepene類に見られる5-7-6の3環性骨格の構築にも適用可能であることが分かった.また,この反応系においては基質の側鎖の立体化学が重要であることも明らかとした.すなわち,6員環に接続しているアルデヒド部位とテトラエン部位がcisの関係である場合,反応は立体選択的に進行し,5-7-6の3環性化合物が得られるのに対し,transの関係にある場合は1段階目のヒドロアシル化の反応の際の化学選択性が低下し7員環ではなく5員環が生成され,その結果2段階目の環化異性化反応が進行せずに5-6の2環性化合物が生成してしまうことが明らかとなった.また,cisの関係にある基質も系内でtransに異性化し,収率の低下を招いていることが示唆された.そこで,cisの基質に対し異性化を防ぐ目的でMS4Aを添加して反応を行ったところ収率良く5-7-6の3環性化合物が得られることが分かった.Guanacastepene類は抗MRSA,抗VRSA,及び抗インフルエンザ活性を持つことが知られている天然物の一群であり,今後本カスケード型環化反応を用いたGuanacastepene類の全合成研究にも取り組んでいく予定である.ワンポットで多段階の反応が準行する「カスケード型反応」は,省資源化へとつながるため,次世代の「環境調和型分子変換プロセスの開発」という観点からも注目されており,現在精力的に研究が行われている分野である.本研究課題の目的は,遷移金属触媒によって進行する反応を組み合わせ,多環式化合物の合成にも適用でき得る「カスケード型反応」の開発及びその応用研究である.本年度は特に,地球温暖化の抑制という観点からも興味深い,「二酸化炭素の固定化」を伴う環化-カルボキシル化反応の開発に焦点を当て研究を行ったところ,ニッケル触媒を用いると,エニンのアルケン上に電子求引性基を持たせた基質において環化-カルボキシル化反応が効率よく進行することを見出した.この環化-カルボキシル化反応は幅広い応用性を有し,pyrrolizidine, indolizidine,及びquinolizidine骨格の構築にも適用可能であった.更に,本環化-カルボキシル化反応を利用し,インドールアルカロイドの一種である(-)-corynantheidineの全合成にも成功した.自然界では植物のみが二酸化炭素を光合成によって消費しており,人類を含む他のすべての動物は呼吸により二酸化炭素を産出している.特に人類は,その社会活動・経済活動によってもより多くの二酸化炭素を産出しており,地球温暖化の抑制のためには二酸化炭素を消費するプロセスの確立が重要である.本研究では,ニッケル触媒を用いることにより二酸化炭素を消費しつつ有用な化合物の合成に成功したことになり,地球温暖化対策の第一ステップとしても意義深いと考える.
光磁気ディスクに収納した医療画像情報の職域健康管理への実用性に関する研究

1.じん肺画像のCRTモニタ上での読影実験じん肺の有所見者39名の画像データベース(平成6年度作成)に基づいて読影実験を行った。実験はランダムに取り出したフィルム1枚づつを診断した場合と個人のフィルムを経年的に診断した場合をモニタ上で比較した。これについては後に述べる読影機器やソフトウェアが十分であれば診断精度には大きな変化が認められないことを確認した。2.CRTモニタでの読影における画像表示機能の検討CRTモニタ上で画像を読影する際にどのような機能が必要か検討した。複数ウィンドウ表示、複数画像のアニメーション表示、ガンマ値の変更、反転などを検討した。その結果総合的にアニメーション表示よりは高速の複数画像表示が実用的であった。また、ガンマ値の変更はリアルタイムに変化を確認できる必要があった。反転はガンマ機能がよければそれほど有用性はないことがわかった。3.画像データベースの利用を補助する画像印刷システムの開発画像データベースを実用的に運用することを検討した際常に問題となるのは画像の確認がスピーディに行えないことであった。また、複数スタッフで大量の画像情報を扱うためには単一メディアを共用するような運用では実用上問題のあることがわかった。その対策として、一度データベース化した画像を必要な基本情報とともに縮小印刷して画像のカタログを作成し、メディアと対応させて利用することでこの問題を克服できることがわかった。4.産業保健現場で利用可能なじん肺画像データベース及び読影システムの提案今回の研究により元画像の品質が保証されていれば、パソコンでも十分に画像診断が行えることがわかった。ただし、今回開発した画像の縮小印刷のような運用上の工夫が必要で、これらと組み合わせることで産業保健の現場でも実用可能な総合システムが運用可能である。本年度の計画目標である各項目において以下のような進展をみた。1.じん肺画像データベースの作成(八幡)対象はじん肺職場に従事する作業者のうちから30名を抜き出し、既設の画像入力用システムでデジタル化してIS&Cに保管した。次いで、バックグラウンドの違いやノイズを処理して撮影条件による差を自動的に補正した。その際に長期間に渡るフィルムを対象としたためにフィルム一枚一枚がフィルム材質や撮影条件が異なっていた。そのため画像処理条件と共にIS&Cに記録した。ついで、パソコン(AppleMacintosh)で解析に必要な健診データや職歴データなどを合わせて入力し、じん肺症例データベースを作成した。この際情報入力の高速化のためにインターフェイスユニットを本予算より購入した。2.読影用コンピューターシステムデザイン(八幡、津田)読影システムとしてパソコン(Apple Macintosh)を用いることとした。これは一つにはユーザーインターフェイスがよいことと画像処理用のソフトウェアが充実していたからである。また、画像利用を光磁気ディスク以外でも可能にするためのプリンタとしてカラープリンタを用いた。これによりコンピューターを利用せずに画像データベースを概観できるようになった。3.至適画像条件の調整(東、津田、織田、八幡)まず、IS&C利用ソフトとして研究用IS&Cシステムを用い、これでIS&Cからパソコン用のフォーマットに変換してPhotoshopなどの画像処理ソフトで至極条件を検討した。その結果画面表示用とプリンタ出力用ののガンマ補正を始めとする画像利用のための画像処理方法を開発した。4.小規模の読影比較実験(東、津田、舟谷)以上環境を整備した後に従来のフィルムによる診断とCRTによる診断の比較検討を行ない、ROC解析を行なった。その結果未処理の画像の比較では診断精度はやや劣るものの、画像処理を加えて見やすくした画像の診断精度はほぼ同等であった。ただし、この画像処理手法の選択にやや手間取るため、処理手法の自動化及び選択が必要である事がわかった。平成6年及び7年の当研究において本年度得られた研究成果について報告する。

1.じん肺画像のCRTモニタ上での読影実験じん肺の有所見者39名の画像データベース(平成6年度作成)に基づいて読影実験を行った。実験はランダムに取り出したフィルム1枚づつを診断した場合と個人のフィルムを経年的に診断した場合をモニタ上で比較した。これについては後で述べる読影機器やソフトウェアが十分であれば診断精度には大きな変化が認められないことを確認した。2.CRTモニタでの読影における画像表示機能の検討CRTモニタ上で画像を読影する際にどのような機能が必要か検討した。複数ウィンドウ表示、複数画像のアニメーション表示、ガンマ値の変更、反転などを検討した。その結果総合的にアニメーション表示よりは高速の複数画像表示が実用的であった。また、ガンマ値の変更はリアルタイムに変化を確認できる必要があった。反転はガンマ機能がよければそれほど有用性はないことがわかった。3.画像データベースの利用を補助する画像印刷システムの開発画像データベースを実用的に運用することを検討した際常に問題となるのは画像の確認がスピーディに行えないことであった。また、複数スタッフで大量の画像情報を扱うためには単一メディアを共用するような運用では実用上問題のあることがわかった。その対策として、一度データベース化した画像を必要な基本情報とともに縮小印刷して画像のカタログを作成し、メディアと対応させて利用することでこの問題を克服できることがわかった。4.産業保健現場で利用可能なじん肺画像データベース及び読影システムの提案今回の研究により元画像の品質が保証されていれば、パソコンでも十分に画像診断が行えることがわかった。ただし、今回開発した画像の縮小印刷のような運用上の工夫が必要で、これらと組み合わせることで産業保健の現場でも実用可能な総合システムが運用可能である。
低周波交流磁場に対するゾウリムシの環境応答-膜チャネルの共鳴メカニズム-

前年度までの研究により,ゾウリムシは多様な環境要因に対し,敏感な応答を示すことが明らかになってきた.特に,複数のゾウリムシが相互作用することによる,ゾウリムシ間の相互作用の解明が,外来の環境刺激への応答性を解析する上で,必要不可欠であることが分かった.そこで私たちは,細長いチューブ状のリングの中にゾウリムシを入れ,その行動を解析した.この環境は,一次元的な周期境界条件下でのゾウリムシの行動解析を可能とするものである.この設定により,ゾウリムシは,ある一定の臨界密度以上になると,外来の刺激無しでも自発的に集合を始めることが明らかになった.ゾウリムシが密集している領域では,ゾウリムシは典型的な集団的運動を示すことが分かった.私たちは,ゾウリムシの速度分布や遊泳方向の転換頻度を調べることにより,ゾウリムシの転換頻度の制御がゾウリムシの密集状態を安定させること,及び速度の加速が密集の不安定性の引き金になることを明らかにした.これら2つの競合する効果が,集団的運動の自発的ダイナミックスを説明するために有用と思われる.私たちは,遊泳する細胞の集団的運動に内在するメカニズムを明らかにするために,確率論的モデルを提案した。生活環境レベルの(非電離)電磁場が多細胞生物の細胞活動に影響を与えていることは確立された知見である.細胞レベルの知見と生物個体への影響の乖離を埋めるため,単細胞生物であるゾウリムシはストレス影響を個体の行動として示す点でモデル生物として最適である.現在,磁場のゾウリムシへの影響を調べるための,実験装置開発と予備実験を行っている.予備実験では,曝露装置を曝露用とコントロール用に2つ組み、その環境でリアルタイムの画像解析が出来るように顕微鏡をセットアップしている.この装置では、35mmφディッシュを磁場中に置くことができ、円筒形コイル中央付近では、内部の磁場強さをコイルに流れる電流値から計算可能であり、そのメリットを最大限に生かすために我々の装置ではディッシュがコイルの中央付近に位置するようにしてある。また、温度はディッシュにできるだけ近い部分で計測できるように熱電対を用い,外部で定期的に温度計測できる。現在,ゾウリムシに対する磁場曝露装置と画像解析プログラムが完成し,磁場ストレスの生体影響に関する予備実験を行っている.様々なパラメーターの中で,もっとも安定して再現性よくデータが取れる条件を,試行錯誤しながら探っているところである.また,磁場の生体影響に関する各種,最新文献のレビューを行い,その結果は研究発表欄にある解説論文で発表をしている.これらの知見も,今後のゾウリムシ研究で活かす予定である.ゾウリムシをはじめとする指標生物一般の環境応答を定量的に記述するためには、環境応答としての個体行動の変化を、客観的な指標で記述する必要がある。そこで,昨年度開発したデジタル画像処理技術を用いた画像解析プログラムを用いて、ゾウリムシの行動を詳細に調べた.特に、低周波交流磁場に対する応答の予備実験として、ゾウリムシの集団行動の効果を調べた。すなわち、ゾウリムシの個体密度、及びその密度変化と、ゾウリムシの遊泳速度分布、平均速度、方向転換の頻度を調べ始めた。現在、多様な条件下で、統計的に意味のあるデータをとり続けているところである。これらのデータは、低周波交流磁場に対するゾウリムシの環境応答を記述する際の基礎データとなる。一方、環境電磁場の生体への影響をリスク論的に議論するためには、日常生活環境中における電磁場曝露強度を明らかにしておく必要がある。そこで、携帯電話から発生する高周波電磁波(マイクロ波)の受動被曝強度を、実験およびコンピュータを用いた数値実験により明らかにした。この結果は、日常生活環境中における受動被曝強度が、旧来想定されてきたものより何桁も高いレベルに達しうること、および、反射効果によって、ホットスポットと呼ばれる局所的に高い強度領域が生じうることを示した。マイクロ波は、生活環境中電磁場のバックグラウンドとして、in vivoのゾウリムシ実験の際も影響を与えているものであり、ゾウリムシの低周波交流磁場実験を行う際にも、基礎データとなる。
超臨界CO_2中における遷移金属錯体分子のダイナミクスのNMR法による研究

まず初年度に、自作の^<129>Xe NMR用の高圧高分解能NMRプローブに改良を加え,超臨界CO_2(臨界温度31.0°C,臨界圧72.9atm)の条件で使用できる温度可変(-70+150°C)のin situ固体高圧(200気圧)高分解能NMRプローブを設計・製作した.プローブの性能を確認するためにBruker MSL-200NMR装置を使用し,ミクロポアーやメソポアーをもつ多孔質触媒中の超臨界Xe(T_c=289.8K, P_c=5.8MPa, ρ_c=1.15gcm^<-3>)のNMR測定を行った.この実験法は吸着力が弱い系にも適用できるので、種々のポリマー中の自由体積(ミクロ細孔)の大きさを^<129>Xe NMRにより決定した。これらの細孔径は陽電子消滅法から求められた値とよい相関があることがわかった。次に、典型的なメソ細孔物質FSM-16の細孔径dが1.9,2.7,4.1nmの試料について^<129>Xe化学シフトの圧力依存性を測定した。d=1.9nmの場合、約2MPaから細孔壁と強く相互作用する成分と比較的自由に動ける成分がはっきり分離して観測された。d=4.1nmの場合は、バルクに類似した挙動で、単一の成分しか観測されない。d=2.7nmの場合には中間的な挙動を示し、臨界現象が起こるためにはこの程度の空間が必要であることが示唆された。また細孔内外の交換速度を^<129>Xeの二次元交換NMRで調べた。さらに、試料の形状や水分が吸着挙動に与える影響を定量的に調べるために、細孔径1.0nmのモレキュラーシーブ13Xおよび細孔径0.5nmの5Aの試料について、Xeの臨界点付近での吸着挙動を調べ、両者の吸着特性を比較検討した。1.当研究室自作の^<129>Xe NMR用の温度可変(-40+80°C)のin situ固体高圧(50気圧)高分解能NMRプローブに改良を加え,超臨界CO_2(臨界温度31.0°C,臨界圧72.9atm)の条件で使用できる温度可変(-70+150°C)のin situ固体高圧(200気圧)高分解機能NMRプローブを設計・製作した.プローブヘッドの断熱シールにはガラス製のデュワーを用いた.ジルコニア製の耐圧セルとCu-Be合金のフランジとの接続のo-リングはインジューム線を使用した.この高圧NMRプローブについて『大阪大学低温センターだより』で報告し,論文をJ.Magn.Reson.に投稿準備中である.2.Bruker MSL-200NMR装置を使用し,ミクロポアーやメソポアーをもつ多孔質触媒中の超臨界Xe(T_c=289.8 K,P_c=5.8 MPa,ρ_c=1.15g cm^<-3>)のNMR測定を行った。まず細孔径2.7nmのFSM-16の^<129>Xe NMRをP=0-10MPa,T=291-323Kの範囲で測定した.各温度において、Xeガスおよび吸着されたXeに対応する2本の共鳴線が観測された。

291Kの場合,Xeガスの化学シフトは,低圧では密度にほぼ比例して緩やかに変化するが、臨界圧力近傍では急激な密度の上昇に伴い,低磁場側へ大きくシフトする.細孔内のXeの化学シフトはXeガスとは異なり,圧力依存性が弱く緩やかな増加を示す.メソ細孔内の実効圧力よりも高いと考えられる.吸着Xeの線形は,臨界圧以下の約2MPaから非常に複雑な圧力依存性を示すことがわかった。323Kの場合,Xeガスおよび吸着Xeの化学シフトは共に,圧力依存性が弱く緩やかな増加を示す.これは,高温で密度が減少するに伴って主としてXeどうしの相互作用が減少することを示唆している。1.本研究課題で製作したin situ固体高圧(200気圧)高分解能NMRプローブを用いて、種々のポリマー中の自由体積(ミクロ細孔)の大きさを^<129>Xe NMRにより決定した。これらの細孔径は陽電子消滅法から求められた値とよい相関があることがわかった。以上の結果をまとめて2編の論文を発表した。(次ページ参照)2.上で述べたように、^<129>Xe NMRは、ミクロ細孔物質の細孔構造や吸着特性を調べるための有力な手段である。しかし、これまでメソ細孔物質に適用した例はほとんどなく、特に超臨界流体下での研究はない。本研究では、Xeの超臨界流体領域におけるメソ細孔内Xeの動的挙動の細孔径依存性と臨界現象の有無を調べるために、典型的なメソ細孔物質FSM-16の細孔径dが1.9,2.7,4.1nmの試料について^<129>Xe化学シフト(δ)の圧力依存性を測定した。また細孔内外の交換速度を調べるために^<129>Xeの二次元交換NMRを測定した。細孔内Xeの化学シフトは細孔の大きさによって特異的な振舞を示す。d=1.9nmの場合、細孔内のXeの化学シフトは低圧領域で圧力依存性が強くなっており、大きく低磁場側ヘシフトする。吸着力が強いゼオライトなどのミクロ細孔物質ではこれと似た傾向が見られる。約2MPaから線幅が徐々にブロードになり、shoulderが現れる。この線形は二つのローレンツ型の成分の重ね合わせと考えることができる。圧力が高くなるにつれて、細孔壁と強く相互作用する成分と比較的自由に動ける成分がはっきり分離して観測されるからである。d=4.1nmの場合は、バルクに類似した挙動で、単一の成分しか観測されない。d=2.7nmの場合には中間的な挙動を示し、臨界現象が起こるためにはこの程度の空間が必要であることが示唆された。この結果をまとめて、現在投稿論文を準備中である。モレキュラーシーブは典型的なゼオライトで、ミクロ細孔を有する。今回、細孔径1.0nmのモレキュラーシーブ13Xおよび細孔径0.5nmの5Aの粉末脱水試料に吸着されたXeの臨界点付近での吸着挙動を、本研究課題で製作したin situ固体高圧(200気圧)高分解能NMRプローブを用いて調べ、両者の吸着特性を比較検討した。モレキュラーシーブ13Xの脱水粉末試料に吸着されたXeの129Xe NMRではfree Xe gasおよび吸着されたXeに対応する共鳴線がそれぞれ高磁場側と低磁場側に観測され、特徴的な化学シフトの圧力依存性を示す。5A試料の場合、吸着されたXeに由来するピークの化学シフトの圧力依存性から、Langmuir型の均一な吸着が起こっていると考えられる。一方、13X試料の場合は、圧力依存性はLangmuir型ではうまく記述できなかった。freeXe gasのピークは、両方の試料とも6MPa付近で低磁場にシフトする度合いが強くなるが、これはXeの臨界圧が6MPa付近であることに起因する。つぎに、13Xの場合、低圧側では見られなかった新たなブロードなピークが4MPa付近から現れた。このピークは、圧力が高くなるにつれて高磁場側にシフトし、Xeの臨界点付近からは、低磁場側にシフトした。また線形は高圧になるにつれてシャープになった。この現象は、細孔の内外のXeの交換スピードが速くなり、4MPaくらいからその交換ピークが観測されるためであると考えられる。
ニューロコンピューティングによる鉱物処理プロセスのオンライン制御

学習能力を有する関数としての観点によりニューラルネットワーク(ANN)によるプロセス制御の可能性を探るために、(1)ANN演算に適したプログラミング言語環境、(2)ANNの学習方法、(3)ANNによるプロセス特性の掌握法、(4)ANNによるプロセス制御法についての検討をおこなった。(1)については、大量データの処理が可能で、高速な配列演算子が用意されたプログラミング言語の開発に成功した。(2)については、数値演算に適するように階層型ANNの計算式を統合・整理することができた。同時にANNのパラメータや学習方法のオプションを検討し、逐次モーメント法がANNの学習にとって効果的であることを見いだした。(3)については、プロセスの動特性を直接学習する試みと、プロセスの特性値を推論するANNの開発をおこなった。前者は、必ずしも安定解に到達し得ず、今後の研究課題となった。後者で、は観測ノイズによる攪乱を除いてほぼ良好な成果が得られた。(4)については、既存の制御器の特性を学習する方法と、プロセスの逆モデルを利用する方法について研究した。前者は、制御特性の向上のための有効な打開策が得られなかった。後者では、適当な参照モデルを用意することによって最適制御ができることが分かった。以上の成果により、ニューロコンピューティングによる鉱物処理プロセスのオンライン制御を実現するための手法と知識が得られた。近年の計算機のハ-ドウェア面についての急激な進歩に伴い、新たなソフトウェア技術が萌芽を始めている。ファジイ制御やエキスパ-トシステムなどはごく最近になってその実用性が認められるようになった。さらに、ニュ-ラルネットワ-クの理論が現実的になったのもここ数年のことである。一方、鉱物処理プロセスのように複雑な系の制御はこれまでの制御技術では容易ではなく、部分的な制御や現場の経験と勘によるマニュアル調整程度の処理しかおこなわれていなかった。この状態は、資源が豊潤な環境にあってはある程度容認されるものであったが、低品位または難処理資源を対象にしなければならない今後の資源処理プロセスにとっては、計算機による総合的なプロセス制御が必要不可欠なものとなってくる。そこで、ニュ-ラルネットワ-クを中心として制御技法による鉱物処理のプロセスのオンライン制御の研究を試みている。本年の研究では、如何にすればニュ-ラルネットワ-クに最適なプロセス制御方法を学習させられるかを検討した。特に、マニュアルによる教育ではなく、プロセス応答から自動的に学習をおこなうシステムを実現するためのネットワ-ク構造についての検討をおこなった。その結果、プロセス制御を実現する技術を除々に確立されつつある。近年の急速なコンピュ-タの普及などの要因により、鉱物処理プロセスでのコンピュ-タ制御の充実が妥当性をもつようになってきた。しかしながら選鉱工場のプロセスは複雑であり、コンピュ-タ制御を導入することは必ずしも容易ではない。そこで、コンピュ-タ制御を現場に導入するために学習機能を持つ制御機構の開発研究が緊急の課題であると考えられる。本研究では、複合化されたプロセスで構成されている選鉱工場にニュ-ラルネットワ-クによる学習機能を持つ制御機構を導入するための理論と技法についての研究を進めている。昨年度までの研究ではパ-ソナルコンピ-タ上に構築されたニュ-ラルネットワ-クが適切な学習環境を与えられることにより制御能力を獲得し得ることが確認された。本年度の研究では、制御状態の評価量に基づいて制御機構としてのニュ-ラルネットワ-クに適切な教師信号を与えるための機構について検討した。制御状態の課価量それ自体は制御の質の是非の基準ではあるが、制御器の修正方向を示すものではない。従来、ニュ-ラルネットワ-クに対して正しいあるいは適切であると考えられる(この場合には制御動作)信号を与えることで学習をさせてきた。ところが多くの制御ではこのように理想的な教師信号を得ることは不可能である。そこで状態評価量と前回の修正量との組み合わせによって次回の修正量を決定する手法を考えた。現在、この手段で逐次的にニュ-ラルネットワ-クの学習を進行させることに成功しているが、学習速度に問題が残っている。本年度はニューラルネットワーク(ANN)によるプロセス制御の可能性を探る研究をおこなった。

この研究で(1)ANNによるプロセス特性の掌握法、(2)ANNによるプロセス制御法、についての検討をおこなった。(1)については、プロセスの動特性を直接学習する試みと、プロセスの特性値を推論できるような複合化させたANNを開発する研究とをおこなった。前者に関しては必ずしも安定解に到達し得ないことが明かとなり、新たなANNの構成法についての研究・開発が必要である。後者についてはある程度の成果を納めることができたが、観測ノイズによる誤認についての対策を検討すべきことが分かった。(2)については、既存の制御器の特性を学習することによりプロセス制御をする方法と、プロセスの逆モデルによって制御を実現する方法について研究した。前者については、既存の制御器よりも優れた制御特性を取得するための方策に腐心したが、十分な学習特性を得るに至らなかった。後者については、適当な参照モデルが用意されれば適切な制御に成功することが分かった。以上の成果により、ニューロコンピューティングによる鉱物処理プロセスのオンライン制御を実現するための手法と知識が得られた。
地域SNSプロジェクトの類型化と分析・評価

地域SNSの理論的検討等により、地域で多様な小集団がゆるやかに連携する構造が、持続的な活動の活性化には望ましいこと、狭域での自治活動と、そこに参加するサブエリートの役割が住民参加促進の鍵であることを明らかにした。また国内の地域SNSを5類型化しそれぞれの特徴をまとめ、運営者・参加者へのアンケート調査等で実態を明らかにした。成果の一部は、総務省『情報通信白書平成22年度』で紹介された。また先進事例等をウェブサイトで紹介した。1.ガバナンス論における地域SNSの理論的位置づけの整理とモデル化地域SNS(Social Networking Service)が志向する多主体連携による地域社会のガバナンス論と、電子行政のオープンガバメント論の関係を整理した。日本の文脈では、政府が情報公開等を進めるだけでなく、公開された情報を活用し新たに公共を担う企業や社会組織の活動の活性化が求められる。またLin(2002)らの議論のように、ソーシャルメディアは社会関係資本形成や官民協働の場として機能すると考えられる。地域SNS、Twitter、Facebookが地域の政治関係者にも活用され始めている状況の把握や、住民が選挙以外の方法で地域社会の運営に参加する取組み(静岡県掛川市やデンマーク等)についての訪問・文献調査も行った。2.具体的な活性化手法と運用上の工夫の収集・事例集化と因果関係の分析現地訪問調査や地域SNSへの参加によって収集した、優れた地域活性化手法やSNS運用上の工夫、それらの因果関係分析等の情報を、地域SNS研究会のウェブサイト、SNS、合宿、地域SNS全国フォーラム等を通じて各地の運営者等に紹介した。また全ての地域情報をSNS内部に留めず、様々なツールを組合せ、目的に応じて広域に発信したり別のコミュニティに届けたりするという観点から、地域SNSとTwitterやFacebook等、大手サービスとの連携のあり方について各地の取組みを調査した。地域SNS研究会の情報発信でも実験的なサイト間連携を開始した。3.地域SNSの多様性を反映した類型と評価指標の改良筆者が作成した地域SNSの5類型(「対象地域の広さ」と「紐帯の強弱への志向」による分類)に基づき、運営目的や運営方針、機能、利用状況データ等についてのアンケートを、45kカ所の地域SNS運営者と748人のユーザーに行い、全国の地域SNSの運営状況を俯瞰的に把握した。その結果の一部は総務省との共同研究として2010年版「情報通信白書」に掲載されている。詳細な分析とそれを踏まえた活動評価指標の検討は次年度に引き続き行い、論文化する。SNS型ネットコミュニティを地方自治や地域活性化、ソーシャルキャピタル醸成などに活用する「地域SNS」について、文献調査、現地訪問調査、アンケート調査等により、理論的検討や類型化、モデル化、評価指標の検討を進めた。2005年の地域SNS誕生期から各地の運営者や研究者と築いてきた協力関係を活かし、事象の全体像を捉えた研究となった。1.ガバナンス論における地域SNSの理論的位置づけの整理「ネットワークによるガバナンス」論(Goldsmith and Eggers, 2004))や(R.Putnam, 1993)らの社会関係資本の議論等を元に地域SNSを考察し、地域で多様な市民団体・サークル等がゆるやかに連携する構造が、それらの持続的活性化にとって望ましいことが示唆された。またこのような活動への住民の参加促進については、静岡県掛川市の市民総代会地区集会やデンマーク・コペンハーゲン市のローカル委員会のような挟域の自治活動と、そこに参加するサブエリート「エブリデイ・メーカー」(Bang, 2004)の役割が鍵であると整理した。2.具体的な活性化手法と運用上の工夫の収集・事例集化と因果関係の分析イベント開催や新たなソーシャルメディアとの連携・役割分担の方法など、地域SNSを具体的に地域社会で役に立たせるための様々な手法や、コミュニティを持続可能なものにするための運用上の工夫等について事例を収集しウェブサイト等を通じて公開した。3.地域SNSの多様性を反映した類型と評価(指標)地域SNSを「対象地域の広さ」と「紐帯の強弱への志向」により5類型化し、各類型の運営目的や方針、機能等の特徴をまとめた。また運営者・参加者へのアンケート調査を行い、そのデータ等をもとに地域SNSの基本的な姿を明らかにした。また、この調査を総務省との共同研究により拡張した。成果は総務省『情報通信白書平成22年度』のp55-p62で紹介された。
乳幼児突然死における脂質代謝異常に関する研究

本研究は、(1)カルニチンの欠損による脂質代謝異常に着目し、その分子生物学的成果を用いて乳幼児の突然死における脳細胞や心筋細胞のミトコンドリアの変異・酸化ストレス・アポトーシスの意義を解明すること(2)若年層における乳幼児突然死症候群に関する意識調査により、今後の医療情報伝達のあり方について考察することを目的としてデザインされたものである。当該研究期間において,新たに得られた知見は以下の通りである.1)総カルニチン及び遊離カルニチンの酵素法による定量法及びLC-MS/MSによるスクリーニング法を確立した.2)カルニチンの生体内での合成過程における微量栄養素の影響について検討した結果,従来,脂質代謝とは無縁であると考えられていた水溶性ビタミンであるビタミンCが重要な役割を果たしていることが明らかとなった.[投稿中]3)カルニチン擬似物質の有機合成により,カルニチンの生合成能を阻害し,人工的にカルニチン欠損状態を作り出す条件を確立した.更にその応用として,培養細胞への当該物質の導入過程において生じるストレス及びその結果としてのアポトーシスについて評価した.[投稿中]4)幼児突然死症候群(SIDS)の若年世代における認知度について調査し,日本国内のみならずヨーロッパ・オセアニア諸国からもデータを回収して比較することにより,情報受容者の属性をも考慮に入れた今後の医療情報伝達のあり方について検討した.[投稿中]本研究は、(1)カルニチンの欠損による脂質代謝異常に着目し、その分子生物学的成果を用いて乳幼児の突然死における脳細胞や心筋細胞のミトコンドリアの変異・酸化ストレス・アポトーシスの意義を解明すること(2)若年層における乳幼児突然死症候群に関する意識調査により、今後の医療情報伝達のあり方について考察することを目的としてデザインされたものである。本年度は、今後の基盤となるカルニチンの測定法、電子顕微鏡および光学顕微鏡による組織標本の作成と形態の観察、実験動物の臓器からの初代培養法の確立と改変、乳幼児突然死症候群に関する若年層における意識調査、脂質代謝に関わる種々の物質及び酸化ストレスについて動物実験による研究を行った。研究論文の発表については、裏面に記載の通りである。その他の学会発表について以下に示す。2003年10月日本の若者における乳幼児突然死症候群(SIDS)の認知度について--第1報2003年10月日本の若者における乳幼児突然死症候群(SIDS)の認知度について--第2報以上第62回日本公衆衛生学会総会2003年11月ODSラットにおけるビタミンC欠乏の影響以上第50回目本法医学会近畿地方会2004年2月日本の若者における乳幼児突然死症候群(SIDS)の認知度について--第3報以上第10回日本SIDS学会来年度は、上記の成果の取りまとめを行い研究論文とすること、今年度確立した手法を用いて、乳幼児突然死における酸化ストレスの意義について体系的に検討する予定である。本年度は、人工的カルニチン生合成阻害物質の有機化学合成法の確立とその応用として、培養細胞への当該物質の導入過程において生じるストレス及びその結果としてのアポトーシスについての評価を中心に、乳幼児突然死症候群に関する若年層における意識調査の実施地域を拡大し、ヨーロッパ、オセアニア諸国からのデータを回収した。2004年6月骨吸収および骨形成過程におけるビタミンC欠乏の影響以上第88回日本法医学会総会2004年3月若年層における乳幼児突然死症候群(SIDS)の認知度について-日本とチェコ共和国における調査結果より--以上第11回日本SIDS学会
RNAエピジェネティックスと高次生命現象

本研究ではRNA修飾が関与する生命現象を明らかにするとともに、RNA修飾病の発症機構を解明することを目的とする。ヒトのミトコンドリアは変則的な遺伝暗号を用いており、通常はIleをコードするAUAコドンがMetに暗号変化している。ミトコンドリアtRNAMetのアンチコドンには5-ホルミルシチジン(f5C)が存在し、この修飾によって、tRNAMetがAUGコドンのみならずAUAコドンもMetに解読することが可能になる。昨年度私たちは、代謝ラベルを用いた実験により、ホルミル基がメチル化とそれに続く酸化反応で形成されることを明らかにし、その最初の反応を担うメチル化酵素NSUN3を同定した(Nakano et al., NatureChem Biol, 2016)。今年度は、水酸化と酸化反応を担う酵素ALKBH1を同定した。ALKBH1のノックアウト細胞の解析から、f5Cはミトコンドリアの機能に必須であることが示された(Kawarada et al., 2017)動物のミトコンドリアの翻訳系においては,しばしば普遍暗号から逸脱した変則暗号が用いられる。ウニやヒトデなど棘皮動物のミトコンドリアにおいては,通常はLysを指定するAAAコドンがAsnを指定するよう暗号変化している。私たちはキタムラサキウニのミトコンドリアからtRNALysを単離精製しRNA-MSにより解析したところ,アンチコドンの3'側の隣接部位に新規の修飾塩基であるヒドロキシ-N6-スレオニルカルバモイルアデノシン(ht6A)を見い出した。リボソームのAサイトにおけるtRNAのコドン認識能を評価したところ,この修飾塩基はAAAコドンへの結合能を抑制する役割のあることが判明した。以上の結果から,棘皮動物のミトコンドリアにおいてtRNALysが新たな修飾塩基を獲得することによりAAAコドンの暗号変化に寄与したと考えられた。RNA修飾の解析と生合成機構の研究に関しては、予想以上の成果が得られたと自己評価している。ミトコンドリアtRNAMetのf5C修飾の生合成機構が明らかになった成果(Nakano et al., 2016, Kawarada et al., 2017)は学術的価値が高い。代謝ラベルを用いた実験により、ホルミル基がメチル化と酸化反応で形成されることが明らかとなり、NSUN3およびALKBH1の発見につなげられたことは、本プロジェクトの特筆すべき成果であると言える。特にf5C修飾を欠損させると、ミトコンドリアの翻訳異常と機能低下が生じたという知見は、f5C修飾の生理学的な意義を初めて明らかにした成果である。私たちの論文がpublishされた後、半年の間に複数のグループから立て続けに関連論文がpublishされたこともこの分野の関心の高さと波及効果を実感している。また、動物のミトコンドリアの変則暗号の獲得に、新規のtRNA修飾であるht6Aが関わっているという発見(Nagao et al., 2017)は学術的価値が高い。特に短期間の間に化学構造の同定と機能解析を成し遂げられたのは、これまでに培ってきた当研究室の解析技術と経験によるものが大きい。これまでに得られた成果をさらに発展させるとともに、新規RNA修飾構造の同定やRNA修飾酵素の探索に集中してプロジェクトを推進する。特に、外部環境の変化や細胞内メタボライトの濃度により、変動するRNA修飾についての解析に取り組む予定である。N4アセチルシチジン(ac4C)は真核生物、バクテリア、アーキアのすべての生物のrRNAやtRNAに見られるRNA修飾であり、リボソームの生合成や遺伝暗号の正確な解読に寄与することが知られている。私たちはバクテリアtRNAにac4Cを導入するTmcAを発見し、ac4C形成にはアセチルCoAとATPを基質にすることなどを見出している(EMBO J. 2008)。今年度、私たちは、18S rRNAの1773位にac4Cが存在することを見出した。またTmcAの酵母ホモログであるKRE33が、この位置のac4C修飾酵素であることを明らかにし、RRA1と命名した。RRA1は必須遺伝子であり、温度感受性変異株の解析から、RRA1はrRNA前駆体のプロセシングおよび40Sサブユニットの成熟に必須であることを明らかにした。また組換えRRA1を用い、アセチルCoAとATP存在下で、ac4C1773を再構成することに成功した。さらに、RRA1は核内アセチルCoAの濃度を感知することで18S rRNAのプロセシングを制御する可能性を示した(JBC, 2014a, JBC誌のBEST of 2014を受賞)。さらに、RRA1のヒトホモログであるNAT10が18S rRNAの1842位にac4Cを導入することを示し、NAT10はrRNAのプロセシングおよび40Sサブユニットの生合成に重要な役割を担っていることを明らかにした(JBCb, 2014)。バクテリアリボソームの生合成において、数あるrRNA修飾のうち、RlmEによる23S rRNA上のたった一か所のメチル化修飾(Um2552)が、45S前駆体から50Sサブユニットへの成熟を促進する役割があることを示した(Arai et al., 2015)。

これまで、非酵素的なリボソーム粒子のアッセンブリーについてはたくさんの研究がなされてきたが、この成果は、アッセンブリー因子の酵素活性によってリボソーム生合成の一部を再現した初めての知見であり、この分野の進展に大きなインパクトを与えた。また、このメチル化の修飾率が変化することで、リボソームの生合成が調節されるという非常に興味深い知見を得ている。この成果はこれまでにstaticでstableと考えられていたRNA修飾が、細胞内のメタボライト濃度を感知してダイナミックに変化することで、様々な生命現象に関わるという全く新しい概念を提唱するものである。tRNAのアンチコドンには多様な修飾が存在し、遺伝暗号の解読に重要な役割を担っている。私たちは、バクテリアtRNAのアンチコドンに存在する5-メトキシカルボニルメトキシウリジン(mcmo5U)の末端メチル化酵素CmoMを同定し、生育相依存的なメチル化修飾の変動を見出した。またこの過程で、新規の修飾塩基である5-methoxycarbonylmethoxy-2'-O-methyl-uridine (mcmo5Um)を発見した。これらの成果はNucleic Acids Research誌に掲載され、上位12%の論文に与えられるBreakthrough Articleに選定された(Sakai et al., NucleicAcids Res, 2016)。RNA修飾の解析と生合成機構の研究に関しては、予想以上の成果が得られたと自己評価している。リボソーム50Sサブユニットの後期アッセンブリー過程において、RlmEによる23S rRNAのたった一か所のメチル化修飾(Um2552)が45S前駆体から50Sサブユニットへの成熟を促進する役割があることを示した(Arai et al., 2015)。これまでに非酵素的なリボソーム粒子のアッセンブリーは多くの研究がなされてきたが、この成果は、アッセンブリー因子の酵素活性によってリボソーム生合成の一部を再現した初めての知見であり、この分野の進展に大きなインパクトを与えた。また、様々な生育条件で細胞内AdoMet濃度が変化した際に、このメチル化が変動することで、リボソームの生合成が調節されるという非常に興味深い知見を得ている。この成果はrRNA修飾が、細胞内のメタボライト濃度を感知してダイナミックに変化することを示唆し、エピトランスクリプトーム研究に全く新しい概念を提唱するものである。本研究ではRNA修飾が関与する生命現象を明らかにするとともに、RNA修飾病の発症機構を解明することを目的とする。私たちは、RNA-MSを駆使した解析により、pre-tRNAの5'末端にメチル化グアノシンキャップ構造が付加されていることを発見した。この現象を“pre-tRNA capping"と命名した。一般にキャップ構造はRNAポリメラーゼIIの転写と共役して導入されることが知られているが、tRNAはRNAポリメラーゼIIIの転写産物であり、この発見は、これまでの常識を覆す知見となった。遺伝学的な解析から、このキャップ構造は、pre-tRNAを5'エキソヌクレアーゼによる分解から保護している役割があることが明らかとなった(Ohira and Suzuki, Nature Chem Biol, 2016)。