hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サステイナブルな物質生産を目指したプレニル基転移酵素の構造・機能解析

プレニル基転移酵素(PT)によって修飾された天然化合物は母骨格化合物にはない強力な生物活性を示すものがある。PTのうち、インドールへプレニル基を修飾可能なプレニル基転移酵素(IPT)は、非天然化合物の生合成研究や結晶構造解析が進められているものの、IPTによる効率的な物質生産へは応用できていない。そこで、本研究では、IPTの中でもこれまで構造解析がされておらず、またその機能についても詳細が不明であった新規IPTの立体構造や基質・酵素反応生成物を同定する。さらに、既知IPTと比較することで基質特異性を発揮する構造要素を解明し、効率的に有益物質を生産可能な変異型IPTの創出を目指す。本目的を達成するために、平成29年度までの問題点であった精製試料の不安定性を解消するため、平成30年度では、タンパク質の安定性を向上させるためのコンストラクトの作成と試料調製法を確立した。さらに、この確立した調製方法を用いて、IPTの基質特異性の解析をLC-MSを用いて実施した。タグの種類やTEVプロテアーゼ等による精製後のタグ切断、HisタグをN末端からC末端へと付け替えることで、タンパク質の凝集を抑えることに成功し、4°Cで数日安定な試料を調整することに成功した。さらに、安定な試料を用いてIPTの基質特異性をLC-MSを用いて確認した。昨年度までは、試料の安定性に問題があったために反応生成物の生成量は非常に微量であったが、安定な資料を用いた結果、昨年までに確認できていたインドールを基質とした反応生成物以外にも、トリプタミンのインドール環に対しても、本IPTはファルネシル基を付加できIPTであることを明らかにし、現在は、いくつかのTrp含有ポリペプチドに対する活性測定を行っている。プレニル基転移酵素(PT)によって修飾された天然化合物は強力な生物活性を獲得することがある。PTのうち、多様な基質を触媒可能なインドールPT(IPT)は、非天然化合物の生合成研究と結晶構造解析が進められているが、IPTによる効率的な有益物質の生産へは応用できていない。そこで、本研究は、IPTの中でも基質特異性の異なるいくつかのIPTの立体構造・酵素反応の相違点を明らかにし、IPTの普遍的な基質認識機構と、基質特異性を発揮する構造的特徴を解明することで効率的に有益物質を生産可能な変異型IPTの創出を目指す。本目的を達成するために、平成28年度は、複数のIPTの同定、大腸菌発現系の構築、精製法の確立と結晶化を行った。その結果、次世代ゲノムシーケンサーやデータベースより5種類のIPT候補遺伝子を得ることに成功した。これらの候補遺伝子はN末端HisタグまたはC末端Hisタグ融合タンパク質として発現可能な大腸菌発現用プラスミドのpQE80LまたはpET22bへ組み込み、発現用大腸菌株へ形質転換した。その結果、4種類の候補遺伝子からHisタグ融合IPTを調製することに成功した。得られた各IPTはIPTの濃度、結晶化温度や結晶化条件を変えて条件検討を行い結晶化を試みた。その結果、2種類のIPTより初期結晶が得られたが、現在のところ、4オングストローム程度の分解能を示す結晶しか得られていない。より高分解能なデータを取得できる良質な結晶を調製するために結晶化条件を再検討している。本年度の達成目標は、少なくとも1種類の新規IPTの構造決定、および、新規IPTのプレニル基転移反応解析であった。以下に、2項目に分け、それぞれの事項に対する達成度を自己評価した。1.立体構造解析において、2種類の新規IPTの初期結晶を得ることができた。しかし、各結晶の分解能は4オングストローム未満であり、酵素反応機構の詳細な理解に必要な分解能は達成できていない。現在、高分解能結晶の取得に向けて条件検討を行っており、目標より進捗はやや遅れていると評価した。2.新規IPTの基質特異性の解析のために、酵素反応条件、HPLCの分離条件の検討を行い、これらの反応・分析条件はおおよそ決定できた。しかし、結晶構造解析に向けた試料調製および結晶化に注力したため、目標である反応生成物の解析等は実施できておらず、目標より進捗はやや遅れていると評価した。本目的を達成するために、平成29年度では、前年度に放線菌より同定した新規IPTの基質特異性や結晶構造解析に向けた結晶化を行った。既に平成28年度においてIPTの初期結晶を得ていた。しかし、精製条件を変更しただけでは高分解能結晶を得ることができなかったため、平成29年度はN末端HisタグからC末端HisタグやN末端GSTタグへの変更とタグを切断可能な酵素認識サイトの付加を試みた。

しかし、タグの変更により不溶化や発現量の低下が見られ、IPTのNまたはC末端の数残基を欠損させたN末端Hisタグ欠損体を調製と結晶化を進めている。一方、IPTの酵素反応解析では、基質と予想されるインドールとファルネシル二リン酸を用いた酵素反応条件を検討した。その結果、20°C、pH 8.0条件下で最も効率よく生成物が産生された。さらに、IPTの基質特異性を確認するために、複数の基質候補化合物を用いて酵素反応を試験した。現在まで、L-Trpやトリプタミンなどのインドール環を持つ化合物に対して本IPTはファルネシル基を付加できず、当初の推測どおり本IPTが基質特異性IPTである可能性を示す結果を得ることに成功している。本年5月に現在の所属へ異動し、また、研究室の立ち上げに関わったため、当初予定していた計画よりも実際の進捗状況は遅れ気味である。各種実験機器の導入や研究環境の整備、遺伝子組換え申請等が受理され、現在は研究室の立ち上げがほぼ終了し、概ね実験は軌道に乗り始め、H29年度に完了予定だったIPTの酵素反応解析は当初予定に近い進捗状況まで遅れを取り戻す事ができている。プレニル基転移酵素(PT)によって修飾された天然化合物は母骨格化合物にはない強力な生物活性を示すものがある。PTのうち、インドールへプレニル基を修飾可能なプレニル基転移酵素(IPT)は、非天然化合物の生合成研究や結晶構造解析が進められているものの、IPTによる効率的な物質生産へは応用できていない。そこで、本研究では、IPTの中でもこれまで構造解析がされておらず、またその機能についても詳細が不明であった新規IPTの立体構造や基質・酵素反応生成物を同定する。さらに、既知IPTと比較することで基質特異性を発揮する構造要素を解明し、効率的に有益物質を生産可能な変異型IPTの創出を目指す。本目的を達成するために、平成29年度までの問題点であった精製試料の不安定性を解消するため、平成30年度では、タンパク質の安定性を向上させるためのコンストラクトの作成と試料調製法を確立した。さらに、この確立した調製方法を用いて、IPTの基質特異性の解析をLC-MSを用いて実施した。タグの種類やTEVプロテアーゼ等による精製後のタグ切断、HisタグをN末端からC末端へと付け替えることで、タンパク質の凝集を抑えることに成功し、4°Cで数日安定な試料を調整することに成功した。さらに、安定な試料を用いてIPTの基質特異性をLC-MSを用いて確認した。昨年度までは、試料の安定性に問題があったために反応生成物の生成量は非常に微量であったが、安定な資料を用いた結果、昨年までに確認できていたインドールを基質とした反応生成物以外にも、トリプタミンのインドール環に対しても、本IPTはファルネシル基を付加できIPTであることを明らかにし、現在は、いくつかのTrp含有ポリペプチドに対する活性測定を行っている。平成28年度の実施状況を踏まえ、平成29年度は以下の通り研究を推進する方策を取る。1.高分解能結晶を調製する目的で、4種類のHisタグ融合IPTについて、タグの切断や、タグ結合部位を変更することでより良質な結晶を調製する。この結晶を用いてIPTのX線結晶構造および、IPT-基質複合体結晶構造を決定する。2.条件検討済みの精製条件を用いて、in vitro酵素反応で得られた酵素反応生成物を単離精製し、化学構造の決定を進める。
自己抗原クリプティクエピトープを中心とした全身性エリテマトーデス病因の解明

全身性エリテマトーデス(Systemic lupus erythematosus、SLE)は自己抗体の産生などの免疫学的異常を特徴とする慢性全身性疾患である。その病因に関わる因子のひとつとしてT細胞の異常な感作が挙げられる。自己抗原に対するT細胞の反応が観察されたり、マウスでは自己抗原のクリプティックなエピトープが自己反応性T細胞の活性化に関与しているなどの報告がある。これまで、我々は患者において末梢血中にオリゴクローナルなT細胞の増殖があることを報告しているが、これらのT細胞の対応抗原は明らかでない。本研究ではクリプティックなエピトープも含め、SLE急性増悪時に集積するT細胞のエピトープ(抗原ペプチド)を同定するために1個のT細胞からT細胞受容体のα鎖およびβ鎖遺伝子をクローニングする方法を開発した。これにより、患者体内に実際に集積しているT細胞のT細胞受容体が容易に再構築されると考えられる。また、それをプローブとしてペプチドライブラリーをスクリーニングすれば抗原ペプチドの同定が可能となる。そのためにMHCクラスIとともに抗原ペプチドがファージ上に発現されたライブラリーの作成をめざし、まず、実際にMHCクラスI分子遺伝子をβ2-マイクログロブリン遺伝子に接続し、一本鎖蛋白としてファージ上に発現されうることを確認した。現在、1個のT細胞からクローニングしたT細胞受容体の再構築と実際に使用可能なライブラリーを構築を行っている。本研究はヒト自己免疫疾患のプロトタイプとされる全身性エリテマトーデス(SLE)の病因解明のため、自己抗原のクリプティクエピトープに対する活性化T細胞が存在するか否かおよび自己抗原クリプティクエピトープ反応性T細胞が実際に生体内でクローナルに増殖しているか否かを検討する。最近、我々はTCRβ鎖遺伝子の配列解析から、SLE患者末梢血中にはオリゴクローナルなT細胞の増殖があることを見いだしたので(Int.Immunol.)、対象自己抗原を52kD蛋白やカルレティクリンなどのSS-A関連蛋白に絞らす、上記SLE患者の生体内で増殖しているT細胞の認識する抗原全般について検討することとした。そのために、今年度行った増殖T細胞クローンの解析ではSLEの急性増悪の前後で増殖T細胞のクロノタイプが変わってしまうこと(論文作成中)、および急性増悪時にはCD4陽性T細胞のクローナルな増殖が著しいこと(論文作成中)を発見した。この急性増悪時に出現するT細胞の対応抗原を広く検索する目的で、当該T細胞のTCRを再構築を目指した。具体的には単一細胞からT細胞受容体遺伝子を増幅する方法を確立した。現在、この方法を用い、当該T細胞のT細胞受容体を蛋白レベルで再構築することを試みている。来年度はこれを用いて対応自己抗原を同定し、クリプティクエピトープに対する反応性を含め、自己抗原T細胞エピトープを検討する予定である。これまで全身性エリテマトーデスの免疫学的異常に関わる因子のひとつとしてT細胞の異常な感作が報告されている。また、自己抗原に対するT細胞の反応が観察されたり、マウスでは自己抗原のクリプティックなエピトープが自己反応性T細胞の活性化に関与しているなどの報告がある。本研究ではクリプティックなエピトープも含め、全身性エリテマトーデス急性増悪時に集積するT細胞のエピトープ(抗原ペプチド)を同定するために1個のT細胞からT細胞受容体のα鎖およびβ鎖遺伝子をクローニングする方法を開発した。また、MHCクラスIとともに抗原ペプチドがファージ上に発現されたライブラリーの作成をめざし、まず、実際にMHCクラスI分子遺伝子をβ2-マイクログロブリン遺伝子に接続し、一本鎖蛋白としてファージ上に発現されうることを確認した。
生物分子モーターの構造・機能の1分子動態解析研究

1)ミオシンVのプロセッシブ運動:ひよこ脳より抽出精製したミオシンVのカルモジュリンを蛍光標識した牛脳カルモジュリンと部分置換する方法により、個々のミオシンVを蛍光顕微鏡で可視化することに成功した。アクチンフィラメントを機能を損なわずにガラス基板に固定する方法を開発した。これらに基づき、アクチンフィラメント上を個々のミオシンVが長距離アクチンから解離せずに滑り運動すること、すなわち高度にプロセッシブであることの直接的な証明を世界で初めて与えた。Run Length、1分子滑り速度のイオン強度依存性、最大ATPase活性を決定した。1分子滑り速度は最大1um/sec、最大ATPase活性は2.5/secであった。これらの値より、1ATPの分解で平均400nm滑ることを示唆した。レーザートラップ法ですでに観察されているステップサイズが40nm程度であることから、1ATPの加水分解で10ステップ滑ることになる。極めてルースな化学・力学カップリングであることが示唆された。このカップリングの直接的な証明は今後の大きな課題である。2)ミオシンIIの力学特性とATPase反応との定量的関係:筋肉のミオシンIIによって起こされるアクチンフィラメントの滑り運動の速度、力発生の大きさがATPase反応のキネティクスとがどのように関係しているかは、1950年代からの大きなテーマの一つである。それ故、これは多くの研究者によって研究されてきたが、はっきりした答えが見出せないまま半世紀が経った。この重要問題を解決すべく、滑り運動速度、発生張力を様々な条件で測定し、また、対応するATPase活性を測定した。膨大なデータを集積し、また滑り運動の現象論的なモデルを構築し、その結果、極めて美しく単純な定量的な関係を見出すことに成功した。この関係は我々のデータばかりでなく、過去に世界のいくつかの研究室で発表されたデータをも包括的に説明した。筋肉研究の歴史に残る研究成果と自負している。
ロドコッカス・エクイの病原性プラスミドがコードする蛋白の感染と免疫における役割

これまでの研究成果を要約すると、(1)本菌には強毒株(マウスLD_<50>=10^6)と無毒株(LD_<50>>10^8)が存在する、(2)強毒株は菌体表層に15-17kDa抗原を発現する、(3)強毒株は15-17kDa抗原遺伝子をコードした病原性プラスミドを保有する、(4)強毒株は仔馬に本症を再現するが、病原性プラスミドの脱落により弱毒化する、(5)自然感染仔馬の病変部からは強毒株のみが分離される、(6)病原性プラスミドはDNA分子が類似した85kbと90kbの2種類が存在する、(7)これら毒力マーカーを用いた疫学調査から本症発生牧場の馬飼育環境は強毒株に汚染されている、(8)毒力関連抗原遺伝子の塩基配列が決定され、強毒株の迅速同定法としてPCR法が開発された、(9)仔馬の実験感染モデルを確立し、強毒株の最小感染量を10^4と決定した。さらに15-17kDa抗原は、(10)菌体表層に発現し、(11)培養温度と、(12)培養pHに発現調節され、(13)マクロファージ内で抗原が発現され、(14)免疫組織学的手法で感染仔馬もこの抗原を宿主体内で認識すること、などを明らかにした。さらに、(15)マウス感染モデルにおいても病原性プラスミドが感染に必要不可欠な病原因子であること、(16)強毒株の生菌免疫(致死量以下)は再感染(致死量の数倍)に対して感染防御するが、強毒株死菌及び弱毒株生菌免疫は強毒株の攻撃を防御しない、(17)胸腺欠損ヌードマウスでは少量の強毒株が持続的に感染し、免疫血清を移入しても強毒株の増殖は阻めないが、免疫脾臓細胞の移入は強毒株を体内から排除する、(18)強毒株感染マウスの主要臓器(肝臓、脾臓、肺)からの菌の排除にはIFN-γとTNF-αが動員される、(19)一方、弱毒株感染マウスのクリアランスにはこれらのサイトカイン応答を必要としない、(20)抗IFN-γ及びTNF-αモノクローナル抗体を投与したマウスでは致死量以下の強毒株でも感染が増悪・致死すること、などを細菌学、免疫学並びに病理学的手法を用いて明らかにした。これまでに私達はR.equiの強毒株には菌体表層に15-17kDa抗原が発現し、この遺伝子がプラスミド上に存在する事を明らかにした。この15-17kDa抗原遺伝子をプラスミドからクローニングし、塩基配列を決定し、さらに強毒株の迅速同定法としてこの遺伝子をターゲットにしたのPCR法も開発した。この抗原の機能を解析する目的で、マウス実験モデルを用いて15-17kDa抗原が感染防御に働くか否かを検討した。

まずKSCN抽出により15-17kDa抗原を部分精製し、これをマウスに頻回免疫し、感染防御試験を行った。15-17kDa抗原免疫マウスでは抗体価の上昇を確認後、強毒株を攻撃したが完全な感染防御は成立しなかった。しかし、免疫マウスで臓器中菌数の有意な増加抑制効果が認められた。次に、マクロファージ内での強毒株の15-17kDa抗原が発現するか否かを検討した。実験感染マウスおよび自然感染子馬の病変部の病理組織切片を15-17kDa抗原に対するモノクローナル抗体を用いた酵素抗体法で染色したところ、マクロファージ内の全ての菌で15-17kDa抗原を発現していることが明らかとなった。これは、15-17kDa抗原が生体内で発現する事を初めて直接証明したものである。15-17kDa抗原遺伝子のR.equi弱毒株への導入は、これまでジーンパルサーを用いた電気穿孔法で試みてきたが、全て失敗した。これは本菌菌体が厚い莱膜に被われ、グラム陽性菌の堅い細胞壁などの複数の障碍と、ベクターの不適切などが考えられ、今後も更にベクター等を変え検討を加えていきたい。子馬に重篤な化膿性肺炎を引き起こすロドコッカス・エクイ(Rhodococcus equi)強毒株は85kb或いは90kbの病原性プラスミドを保有し、菌体表層には15-17kDa抗原を発現する。本菌は細胞内寄生菌であり、病原性プラスミド保有株はマウス(LD_<50>=10^<60>)に致死毒性を示すがプラスミド脱落株は毒力が完全に消失する。これまでに私たちはマウスを用いた感染モデルで本菌の感染防御には細胞性免疫が重要である成績を得てきた。そこで、平成7年度はサイトカインから見た強毒株と弱毒株の感染防御応答に関する研究を計画し、以下の様な実験を行い成績を得た。強毒株ATCC33701株とそのプラスミド脱落株P-を用い、5-6週齡のddYマウスに約10^6の菌を静脈内投与した。経時的に主要臓器を採材し、生菌数とELISA法によりIFN-γ、TNF-α、IL-4及びIL-10を測定した。また、抗サイトカインmAb投与試験も行った。成績は以下の通りである。(1)強毒株の臓器中菌数は菌接種1日目に一過性の減少後4日目まで増加し、7日目以降減少した。(2)一方、弱毒株の臓器中菌数は感染直後から減少し、7日目には全ての臓器からクリアランスされた。(3)IFN-γは強毒株感染マウスの肝臓、脾臓、肺、血清中に検出され、臓器中菌数が最高となった4日目に何れもピークを迎えた。(4)TNF-αの誘導も臓器中菌数の動態と一致した。(5)弱毒株感染マウスではIFN-γは検出限界以下であったが、TNF-αは脾臓で感染直後に最も多く産生され、以後減少した。(6)IL-4及びIL-10の産生は何れのマウスも検出限界以下であった。(7)致死量以下の強毒株で攻撃した抗IFN-γ抗体投与マウスでは生存率80%、抗TNF-α抗体投与マウスでは生存率が33%となった。一方、弱毒株攻撃では無処置対照と比較して臓器中菌数の増加も認められなかった。マウス感染モデルでは強毒株の感染により誘導されたIFN-γとTNF-αが感染防御因子として中心的役割を果たすことが明らかとなった。子馬に重篤な化膿性肺炎を引き起こすロドコツカス・エクイ(Rhodococcus equi)強毒株は85kb或いは90kbの病原性プラスミドを保有し、菌体表層に15-17kDa抗原を発現する。これまでに私たちはマウスを用いた感染モデルで本菌の感染防御には細胞性免疫が重要であり、特にIFN-γとTNF-α等のサイトカインの重要性が明らかにされた。そこで、今回、(1)致死量感染させた場合の内在性サイトカインの動態、(2)生菌免疫マウスでの強毒株攻撃時の臓器からの菌排除およびサイトカイン産生、(3)サイトカイン産生細胞の一つであるT細胞マーカー(CD4,CD
遍歴多極子と多極子超伝導体

これまでの一連の研究から、第一原理計算に基づいて低エネルギー有効模型を構築し、その多極子相関関数の半定量的な評価から、URu2Si2、CeCu2Si2、UPt3などの重い電子系物質においては遍歴多極子が重要な役割をする可能性を指摘したが、前年度はそのような多極子の概念を超伝導の秩序変数に一般化し、多軌道超伝導体の群論的な分類からスピン1重項と3重項を一般化した多極子ペアの可能性について考察した。その結果、多軌道系超伝導体では、一電子軌道のもつ波動関数の対称性が超伝導ペアの対称性に影響し、これまで考えられてきた以上に多彩なギャップ構造を取りうることを示した。例えば、ノンシンモルフィックな磁気構造と共存する超伝導では必然的にブリルアンゾーン境界において超伝導ギャップがゼロとなるノード構造が出現したり、電子軌道の異方性を反映した異方的s波超伝導が出現したりし得ることが特徴的である。今年度は、これら超伝導多極子ペアの研究の発展として、局所的なペアリング状態から異方的超伝導が出現しうる可能性の具体例として、f^2結晶場基底状態がそのままボーズ凝縮するような可能性について研究した。加えて、BiS2層状超伝導体において観測されたギャップ異方性を引力機構から説明できる可能性についても検討し、さらに、その可能性をより具体的に研究する上で必要となる電子格子相互作用の軌道依存性や波数依存性の第一原理的な評価に取り組んだ。これらの研究成果は当該分野の今後の発展を支える基盤を与えるものと考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。超伝導体のギャップ構造が結晶の持つ点群によって分類されることはよく知られている。このようなギャップ構造の分類学はこれまでによく研究されているが,最近の多軌道系超伝導の理論の発展から,新たに軌道ベースの分類学が注目を集めるようになった。そこで,我々はいくつかの代表的な空間群に対して,多軌道系超伝導体のギャップ構造がどのように分類されうるかについて,スピン軌道相互作用も考慮して,群論に基づいた研究を行った。その結果,多軌道系超伝導体において,これまでの分類学では見逃されてきた,以下のような重要な点を発見することができた:1.六方晶系超伝導体におけるΓ9軌道の超伝導ペアでは,容易に縦ノードが出現しうること。2.電子格子相互作用による引力系BCS超伝導でも,多軌道系では異方的超伝導と成りうること。3.ペアを作る電子軌道の対称性を反映して,対称性には守られないが不可避のギャップノード,あるいは,ギャップ異方性が自然に出現すること。4.さらに,UPd2Al3のようなノンシンモルフィックな反強磁性体中の超伝導では,ブリルアンゾーン境界に水平ノードを生じ,通常の等方ギャップをもつBCS超伝導が出現できない場合もあること。5. UCoGeのようなノンシンモルフィックな強磁性超伝導体では,ブリルアンゾーン境界か,Γ点を含む面のどちらかに水平ノードを生じるため,フェルミ面の構造を考慮すると,必ずラインノードをもつと考えられること。空間群による多軌道系超伝導体の分類学が,当初考えていたような,これまでの分類学の見直しに留まらず,これまでの研究で見逃されてきたような新奇なギャップ構造の可能性を示唆し,さらに,次年度に繋がる発展を促したため。前年度の研究から,多軌道系超伝導のギャップ構造が思った以上に多彩で,これまでの研究では見逃されてきたような風変わりなギャップ構造を取りうることが示された。結果はかなり一般的であり,これまで電子格子相互作用による通常のBCS超伝導として分類されてきた超伝導体をもう一度見直す必要がある。

今後は,多軌道系超伝導体,特に,ノンシンモルフィックな空間群に属する物質の超伝導について,第一原理計算に基づいて,これまで見逃されてきた超伝導をより定量的に調べる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
アンダーソン転移の数値的研究

本研究では不規則性によつて生ずる電気伝導度の消失というアンダーソン転移を数値的に調べた。ここでは反復法による局在長の計算を行い、これと有限サイズスケーリング法を組み合わせて、局在長の発散の臨界指数を決定した。モデルとしては3次元のrandom phase model(物理的には磁場がランダムな系に対応する)を用いてた。この系は従来のスカラーポテンシャルによる局在とは異なる、ベクトルポテンシャルによる局在を示す大変興味深い系である。転移点付近での局在長の発散の様子から局在長の臨界指数の値を1.1程度と評価した。これとの比較のため、ベクトルポテンシャルとスカラーポテンシャル双方が乱れている系での計算を行い、この系は従来の磁場が0のときのアンダーソン模型の示す1.4程度の臨界指数を示すことを明らかにした。これらよりrandom phase modelが新しいユニヴァーサリティクラスに属しているのではないかと推測した。また、本研究では不規則電子系の量子順位統計を調べた。不規則ハミルトニアンが示す、準位間反撥は古くは1950年代から知られている。本研究では局在状態と非局在状態では準位間反撥のサイズ依存性がことなるという視点に立って、臨界指数が決定できることを示し、新しい数値計算結果の解析方法を見いだした。この方法を具体的には強磁場中の2次元電子系に対して適用して、従来の方法から得られた臨界指数の値を再現した。他の膜型に対してこの方法が同じように有効かどうかは現在確認中である。
酸化物ヘテロ接合界面におけるショットキー障壁高さ変調メカニズムの解明と制御

ペロブスカイト型酸化物を用いた酸化物デバイスは、従来の半導体デバイスでは得られなかった特有の新規機能が発現する。そのような酸化物デバイス開発において、ショットキー接合界面の空乏層内部のポテンシャル分布を詳細に決定することは非常に意義深い。そこで本研究では、ショットキー障壁高さ変調を引き起こす「界面ダイポール」の有無に起因した界面電子状態を明らかにするため、極性不連続に着目した酸化物ヘテロ接合の空乏層内部のポテンシャル分布を、放射光光電子分光測定を用いて詳細に調べた。その結果、以下のような知見を得た。1.界面ダイポールの有無に伴う空乏層内部のポテンシャル分布について調べるため、無極性/無極性酸化物SrRuO3/Nb:SrTiO3および極性/無極性酸化物La0.6Sr0.4MnO3(LSMO)/Nb:SrTiO3ヘテロ接合について、放射光光電子分光測定を行った。その結果、極性不連続を有するLSMO/Nb:STOでは、界面近傍に急峻なポテンシャル変調層が存在することがわかった。2.極性不連続に伴う、急峻な界面ポテンシャル変調層制御のため、終端面構造を制御したLSMO/Nb:STOヘテロ接合について、放射光光電子分光測定を行った。その結果、La0.6Sr0.40/TiO2層から構成される界面では急峻な界面ポテンシャル変調層が存在するのに対し、MnO2/SrO層から構成される界面では、そのようなポテンシャル変調層が消失することがわかった。以上の結果より、つまり、従来は考慮されていなかった界面構造が、接合特性に重要な役割を果たしていることを実験的に示したものである。本研究より得られた知見は、酸化物ヘテロ接合デバイス開発において、界面構造制御によりデバイス特性のコントロールが可能であるといった非常に重要な設計指針を与えるものである。そのような酸化物デバイス開発において、ショットキー障壁高さの制御は非常に意義深い。そこで本研究では、ショットキー障壁高さ変調を引き起こす界面ダイポール起源解明を目的として、「電荷不連続」と「格子不整合」の制御を行ったLa_<1-x>Sr_xMnO_3/Nb doped SrTiO_3(LSMO/Nb:STO)ヘテロ接合について、その場放射光光電子分光測定による研究を行った。1.終端面制御による電荷小連続順序の制御LSMO(x=0.4)/TiO_2終端化Nb:STOヘテロ接合では、界面ダイポールによるショットキー障壁高さの増大が見られたのに対し、SrOを一層挿入することにより極性を反転させたLSMO(x=0.4)/SrO終端化Nb:STOヘテロ接合では、ショットキー障壁高さが低下することを明らかにした。界面ダイポールは電荷不連続と格子不整合を共に有する組成において形成され、特にLSMO(x=0.4)において極大値を取ることを明らかにした。一方、格子不整合が非常に小さいLSMO(x=0.1)、および電荷不連続を持たないLSMO(x=1.0)(SrMnO_3)においては界面ダイポールが形成されないことを見出した。以上の結果より、界面ダイポールは、「電荷不連続」と「格子不整合」が協奏的に寄与することにより形成されたものと結論づけられる。つまり、従来は考慮されていなかった界面構造が、接合特性に重要な役割を果たしていることを実験的に示したものである。本研究より得られた知見は、酸化物ヘテロ接合デバイス開発において、界面構造制御により望みのショットキー障壁高さを得られる、といった非常に重要な設計指針を与えるものである。

本研究より得られた知見は、酸化物ヘテロ接合デバイス開発において、界面構造制御によりデバイス特性のコントロールが可能であるといった非常に重要な設計指針を与えるものである。
アミノ酸代謝酵素（LAO）が脳内アミノ酸濃度と記憶・学習に与える影響

生命の源であるアミノ酸は、体の中で様々な生理活性物質として働いています。本研究ではアミノ酸を代謝する酵素であるLAOが脳の記憶を司る部位である海馬で発現することを確認しました。また、LAOを持たないマウスと正常のマウスを比較したところ、LAOを持たないマウスは記憶と学習脳が弱い結果が得られました。今後、LAOが制御するアミノ酸を詳しく調べることで、脳機能を高める因子が見つかるかもしれません。本研究の目的は、これまでミルク中の抗菌物質として知られていたアミノ酸代謝酵素L型アミノ酸オキシダーゼ(LAO)の新しい機能、海馬における記憶と学習効果を明らかにすることである。今年度の成果は以下の通りである。<LAOノックアウトマウスの行動解析評価>海馬依存性の記憶と学習テストの一つである受動的回避試験において、LAOノックアウトマウスは野生型マウスに比べ、学習および長期記憶成績が有意に悪い結果が得られた。しかしながら、空間学習を評価するモリス式水迷路においては、ノックアウトマウスの方が野生型マウスに比べ成績が良い傾向が得られている。一方、活動量や情動性を評価するオープンフィールド試験、不安行動を評価する高架式十字迷路において、両マウスの成績に差は認められなかった。<養母交換および仮親処置による行動解析評価>LAOノックアウトマウスに認められる記憶と学習能の変化が、母マウスのミルクLAOに起因するかどうかを検討するため養母交換をおこなった結果、受動的回避試験については母マウスのミルクに関係なく、仔マウスのLAO遺伝子型によって成績が変化することが明らかとなった。一方、モリス式水迷路については、母マウスのミルクの違いにより成績結果に影響が認められた。<マウス脳内LAO発現解析>脳内の各部位におけるLAO遺伝子発現を確認するため、嗅球、大脳皮質、海馬、小脳からRNAを回収しリアルタイムPCRを行った結果、微量ながら海馬においてLAO mRNAの発現が確認された。<マウスミルク中メタボローム解析>野生型マウスおよびLAOノックアウトマウスのミルクを用い、アミノ酸や有機酸など400成分についてメタボローム解析を行った結果、主成分分析により明らかに差が認められ、特にフェニルアラニン、タウリン、ケトグルタル酸などの含有量が異なることが明らかとなった。本研究は、アミノ酸代謝酵素の一つであるL型アミノ酸オキシダーゼ(LAO)の海馬における記憶と学習に対する影響を明らかにすることであり、以下に2年間の研究成果について報告する。<LAOノックアウトマウスの行動解析評価>海馬依存性の記憶と学習テストの一つである受動的回避試験、およびモリス式水迷路において、LAOノックアウトマウスは野生型マウスに比べ、学習成立および長期記憶成績が有意に悪い結果が得られた。一方、活動量や情動性を評価するオープンフィールド試験、不安行動を評価する高架式十字迷路において、両マウスの成績に優位な差は認めらなかった。<養母交換による行動解析評価>LAOノックアウトマウスに認められる記憶と学習能の変化が、母マウスのミルク中LAOが仔マウスの脳発育に影響を与えた結果かどうかを検討するため、養母交換をおこなった結果、受動的回避試験については母マウスのミルクに関係なく、仔マウスのLAO遺伝子型によって成績が変化することが明らかとなった。また、脳海馬においてLAOタンパクが存在することを確認した。興味深いことに、モリス式十字迷路については、母マウスのミルクの違いにより成績結果に影響が認められた。<マウスミルクおよび海馬中メタボローム解析>野生型マウスおよびLAOノックアウトマウスのミルクおよび海馬抽出物を用い、アミノ酸や有機酸など400成分についてメタボローム解析を行った結果、主成分分析により明らかに差が認められ、特にフェニルアラニン、タウリン、ケトグルタル酸などの含有量がミルクと海馬内ともに異なることが明らかとなった。以上の結果から、LAOノックアウトに認められる記憶と学習の変化は、海馬に発現するLAOが局所的にアミノ酸代謝を行い脳機能に関与することと、ミルク中に含まれるLAOが代謝するアミノ酸が子の脳発達に影響を及ぼす2通りの可能性が示唆された。現在の進捗は順調に進展していると言える。受動的回避試験、オープンフィールド試験、高架式十字迷路試験、さらに今年度の備品により購入したモリス式水迷路試験といった一連の行動解析が順調に実施され、LAOノックアウトマウスは明らかに記憶と学習能に変化が生じていることが明らかとなった。また、養母交換や仮親処置後の行動解析試験も前倒しで開始しており、LAOノックアウトマウスの行動様式における全体像が見えつつある。受動的回避試験においては仔マウスのLAO発現遺伝型が、モリス式水迷路においては母マウスのLAO遺伝型によるミルクの違いが関与するといった新しい発見が得られた。すなわち、同じ記憶と学習試験でも、そのモチベーションの違いによりLAOが関与する脳機能も関与の仕方も異なることが示唆された。

事実、LAOはミルクの成分を大きく変化させており、また、ミルク中のみならず微量ではあるが海馬の局所において発現が認められることが今年度の研究結果により明らかとなり、生体内におけるLAOの役割は多岐にわたる可能性が考えられる。今年度に実施しなかった「マウス脳内メタボローム解析」については、既にサンプリングは済んでおり、進捗の遅れに影響は無い。より有益なデータとするため海馬サンプルだけでなく、同個体の血液サンプルも併せて解析を行う予定である。生理学基本的には前年度に引き続き解析を行う。養母交換および仮親処置後の行動解析を完了させ、LAOノックアウトマウスの行動様式における全体像を把握する。記憶と学習を制御する海馬について、BrdUの取り込みや神経細胞マーカの染色といった組織学的検査や脳機能を司る遺伝子群について解析を行う。マウスの海馬内と血中メタボローム解析を早急に行い、これまでの結果(LAOノックアウトマウスの海馬にて、グリシンとGABA濃度が低下している)に加え、海馬内、または血液中で変化するアミノ酸および有機酸代謝物のリストアップを行う。その上で、マウスに対する静脈内、または海馬内直接投与実験を行い、記憶と学習試験に与える効果の検証を開始する。一方、ミルクのメタボローム解析の結果より、LAOにより含有量が大きく異なるアミノ酸や有機酸代謝産物が明らかとなった。これらの因子が、哺乳期における仔マウスの脳発育に重要な役割をもつことが推察されることから、同様にマウスに対する投与実験を行う。また、新しい研究計画として、ミルク中成分が脳発育に効果を示すかの検討をin vitroでも検討を行いたい。マウスのニューロン、またはグリア細胞の分離培養を行い、各成分が軸索の伸長やスパイン形成の促進など神経発達の指標について解析を行いたい。今年度、実施予定であった脳内のメタボローム解析を次年度に延期したため、その消耗品等分の助成金の繰越を希望いたします。次年度は、主に実験動物品、遺伝子解析試薬、メタボローム解析試薬などの消耗品費を中心に、旅費として京都大学での研究打ち合わせを2回、国内研究発表1回、その他として論文投稿費の使用を予定している。
カエルのアルドステロン合成酵素の構造と機能

哺乳動物においては,アルドステロンは腎臓におけるNa^+の再吸収能を高め,またK^+の尿中への排泄を増加させることによって血持している。その生合成と分泌は副腎皮質において行われ,レニンア-アンジオテンシン,心房性ナトリウム利尿ペプチドやACTHによって調節される。一方カエルなどの両生類においては,アルドステロンはNa^+の皮膚からの流出を防ぎ体液のイオン平衡を保つのに必須のホルモンであり,腎臓表面にある中腎組織で生合成される。われわれは先にウシのアルドステロン合成酵素の本体がP450(11β)であることを明らかにした。つまりウシではP450(11β)がデオキシコルチコステロンのコルチコステロンへの変換を触媒するばかりでなく,コルチコステロンのアルドステロンへの変換も触媒する。われわれはさらにラットではP450(11β)に2亜型があり,1つは11-水酸化酵素(コルチコステロン合成を触媒する)であり,他方がアルドステロン合成酵素(デオキシコルチコステロンから直接アルドステロンを合成する)であることも明らかにした。本研究においては,高いアルドステロン合成活性を持つカエルの中腎組織からウシP450(11β)cDNAをプローブに用いてカエルのアルドステロン合成酵素をクローニングしてその性質を調べた。その結果,カエルのP450(11β)前駆体は517個のアミノ酸からなるタンパク質で,ミトコンドリアに輸送されるときに約45個のアミノ酸からなるエクステンションペプチドが切り離される。成熟酵素のアミノ酸配列はラットのP450(11β)あるいはP450(11β,aldo)とおよそ50%の相同性を持つ。この酵素はウシと同様に単一の酵素分子がデオキシコルチコステロンからアルドステロンまでの変換活性をもつことなどがわかった。1.食用カエルの中腎組織のcDNAライブラリ-を作成し、ウシP450(11β)をプロ-ブに用いてプラ-クハイブルダイゼ-ション法でスクリ-ニングした。その結果、5個のポジティブクロ-ンが得られた。これらのクロ-ンのDNA塩基配列の決定を現在行っている。ウシ、ラット、ヒトのP450(11β)cDNAの塩基配列との類似性から、5個のクロ-ンはすべてP450(11β)をコ-ドしていることが予想された。2.完全長のcDNAを持つと思われるクロ-ンを発現ベクタ-に組み込み、このものを培養COS細胞にエレクトロポ-レイション法で導入して発現させるため、現在予備実験を行っている。3.ラットのP450(11β)とP450(11β,aldo)の各cDNAについて、制限酵素により切断ーライゲ-ション法によって、キメラcDNAを作成した。このものをCOS細胞中で発現させて、11、18、19水酸化活性とアルドステロン合成活性を担うタンパク示の領域の向定を行った。その結果、NH_2末端から約3分の2付近にあるオゾル(人名)の領域およびP450camのIーヘリックスに相当する領域が、酵素活性の特異性を決定するのに重要であることが分かった。目的:カエルでは、哺乳動物の副腎に相当する臓器は中腎組織である。カエルの中腎組織のミトコンドリアにおけるアルドステロン合成活性はウシなどと比較して高いことが知られている。カエルのアルドステロン合成酵素の性質を調べ、哺乳動物のそれ(P450(11β)あるいはP450(11β,aldo))と比較する目的で、本酵素のクローニングを行った。

結果:20,000個のファージをスクリーニングして21個のポジティブクローンを得た。このうち、比較的に長いクローン、1.9,1.9,1.7kbの独立したクローンを各々シークエンスしたところ、5'-noncoding領域の長さ、poly A tail、poly A tail開始直前の塩基配列が少し異なるだけで3種とも同じ塩基配列を持っていた。最長のクローンは全長1,919b、openreading frameは190-174bで517アミノ酸をコードしていた。約45個のアミノ酸からなるエクステンションペプチドを含む。成熟酵素部分の相同性はラットのP450(11β)およびP450(11β,aldo)と比較して約47%および51%であった。活性の発現を調べたところ、デオキシコルチコステロンを基質として、コルチコステロン、18-ヒドロキシデオキシコルチコステロン、18-ヒドロキシコルチコステロン、アルドステロンの生成を認めた。以上の結果はカエルでは単一の酵素がデオキシコルチコステロンからアルドステロンまでの全ての反応を触媒することを示している。
ゼオライトのCore-Shell構造化による省エネルギー型CO2吸着剤の開発（国際共同研究強化）

Core-shell構造化MFI型ゼオライトにPtを微量担持し、C6炭化水素の水素異性化反応の生成物選択性に対するcore-shell構造化の効果を検討した。コアのみにPtを担持したPt/ZSM-5,core-shell構造化後にPtを担持したPt/silicalite/ZSM-5それぞれを調製し、n-ヘキサンおよび2,2-ジメチルブタンの水素異性化反応を実施した。Pt/ZSM-5を用いたn-ヘキサンの異性化では、生成物の大部分はモノアルキル体であり、転化率38%における異性化選択性は98.7%を示した。これに対し、Pt/silicalite/ZSM-5では、転化率33%において異性化選択性は98.7%であり、core-shell構造化の影響は認められなかった。一方、2,2-ジメチルブタンを原料としたところ、Pt/ZSM-5では転化率37.7において異性化選択性は5.6であったのに対し、Pt/silicalite/ZSM-5では同反応条件において転化率は0.1%であり、2,2-ジメチルブタンはほとんど反応しない結果となった。つまり、Pt/ZSM-5では付加価値の高いジアルキル体はクラッキングが選択的であるのに対し、core-shell構造化によってそれが著しく抑制可能であること、さらに、ノルマル体の異性化において、core-shell構造化はその生成物選択性にはほとんど影響しないと言える。内定年度:2015ゼオライトのミクロ構造制御手法の一つとして、アルミノシリケートの外表面に純シリカゼオライトを被覆したCore-shell構造化ゼオライトの合成を進めた。MFI型ゼオライトのCore-shell構造化は、MFI型アルミノシリケート(ZSM-5)にフッ化物法を用いて純シリカMFI型ゼオライト(silicalite-1)を被覆することで実施した。ZSM-5のSi/Alはおよそ34であったが、Core-shell構造化後のSi/Alはおよそ55まで低下した。また、SEM観察より、Core-shell構造化後の結晶はZSM-5が二次成長した形態を示していたことから、ZSM-5外表面にsilicalite-1が被覆されていると判断した。次に、触媒および吸着剤として優れた性能が期待されているCHA型ゼオライトのCore-shell構造化を試みた。CoreとなるCHA型アルミノシリケートおよび、それへの純シリカCHA型ゼオライトの被覆はともにフッ化物法を用いて実施した。Core-shell構造化の際、Core結晶と合成ゲルの質量比が小さい条件では、Core結晶よりも微小なCHA型の結晶が多数生成しており、Coreの二次成長のみでなく、合成ゲル中においても核生成が起きていることがわかった。Core結晶と合成ゲルの質量比を大きくしていくことで、微小なCHA型の生成量は低下したことから、Core結晶を選択的に二次成長させるには、Coreと合成ゲルの質量比が大きく影響することがわかった。MFI型およびCHA型ゼオライトのCore-shell構造化手法を確立し、国際共同研究に必要な試料の準備を完了した。1.MFI型ゼオライトのCore-shell構造化が吸着性能におよぼす影響MFI型ゼオライトのCore-shell構造化が分離特性におよぼす影響について評価した。MFI型アルミノシリケート(ZSM-5)の外表面を純シリカMFI型ゼオライト(silicalite-1)で被覆することで、ジアルキルパラフィンの吸着が大きく阻害される一方、直鎖状およびモノアルキル体の吸着にはほとんど影響しないことがわかった。これは、MFI細孔径と同程度の分子サイズの分子に対する分子ふるい能が向上していることを示唆している。そこで、MFI型ゼオライトのCore-shell構造化がキシレン異性体の分離におよぼす影響について検討した。キシレン異性体分離においても、Core-shell構造化することで、o-およびm-キシレンの吸着を大きく阻害する一方、分子サイズの小さなp-キシレンの吸着にはほとんど影響していない結果が得られ、Core-shell構造化はMFI型ゼオライトのキシレン吸着におけるp-キシレン選択性を向上させることを明らかにした。CHA型ゼオライトはバイオブタノール分離に有用であることがわかっている。そこで、CHA型ゼオライトのCore-shell構造化がバイオブタノール分離性能におよぼす影響について評価した。ブタノール発酵における共存物質、アセトン、エタノールおよび水と1-ブタノールの混合系による破過曲線測定の結果、Core-shell構造化することで、1-ブタノールの吸着が大幅に阻害される一方、エタノールの吸着量はほとんど変化しておらず、エタノール選択性が大きく向上することを明らかにした。本研究では、ゼオライトのCore-shell構造化がゼオライトの持つ吸着特性におよぼす影響を評価することを目的とした。これまでの検討で、MFI型ゼオライトではCore-shell構造化によりキシレン吸着におけるp-キシレン選択性が向上する結果、これまでに明らかとなっている触媒反応における高いp-キシレン選択性は、外表面酸点の不活性化のみではなく、分子ふるい能の向上も寄与していることを明らかにした。また、CHA型ゼオライトのCore-shell構造化にも取り組み、Core-shell構造化CHA型ゼオライトの吸着性能が通常のCHA型ゼオライトと異なることを確認した。いずれのゼオライトにおいても、Core-shell構造化による効果は、ゼオライトの有する細孔径と同等の分子径を有する分子に対する分子ふるい能の向上であり、Core-shell構造化の影響は、ゼオライトの結晶構造を問わないことを示差している。

このことは、ゼオライトの機能性向上に向けた本手法の普遍性を示すものであり、新規ゼオライト触媒、吸着剤の開発に極めて有用な知見であると言える。Core-shell構造化MFI型ゼオライトにPtを微量担持し、C6炭化水素の水素異性化反応の生成物選択性に対するcore-shell構造化の効果を検討した。コアのみにPtを担持したPt/ZSM-5,core-shell構造化後にPtを担持したPt/silicalite/ZSM-5それぞれを調製し、n-ヘキサンおよび2,2-ジメチルブタンの水素異性化反応を実施した。Pt/ZSM-5を用いたn-ヘキサンの異性化では、生成物の大部分はモノアルキル体であり、転化率38%における異性化選択性は98.7%を示した。これに対し、Pt/silicalite/ZSM-5では、転化率33%において異性化選択性は98.7%であり、core-shell構造化の影響は認められなかった。一方、2,2-ジメチルブタンを原料としたところ、Pt/ZSM-5では転化率37.7において異性化選択性は5.6であったのに対し、Pt/silicalite/ZSM-5では同反応条件において転化率は0.1%であり、2,2-ジメチルブタンはほとんど反応しない結果となった。つまり、Pt/ZSM-5では付加価値の高いジアルキル体はクラッキングが選択的であるのに対し、core-shell構造化によってそれが著しく抑制可能であること、さらに、ノルマル体の異性化において、core-shell構造化はその生成物選択性にはほとんど影響しないと言える。Core-shell構造化MFI型およびCHA型ゼオライトの吸着特性を吸着等温線、パルスクロマトグラムなど複数の手法により評価し、Core-shell構造化がゼオライトの吸着特性および細孔内の分子拡散に及ぼす影響を明らかにする。Core-shell構造化MFI型ゼオライトは、直鎖上およびモノアルキルパラフィンに比べ、ジアルキル体の吸着阻害効果が高く、分子ふるい能が向上する結果が得られている。本知見を元に、Core-shell構造化MFI型ゼオライトの触媒反応への応用を進める。具体的には炭化水素の異性化反応へ用いることとし、Core-shell構造化が生成物選択性へおよぼす影響を評価する。
サイレンサー結合蛋白質の機能制御機構

胎盤型グルタチオン-S-トランスフェラーゼ遺伝子(GST-P)は、ラット肝化学発癌過程で特異的に発現するが、正常肝ではその発現はほとんど観察されない。そこで、その発現制御機構について研究し、転写を負に制御するサイレンサーの存在を明らかにしてきた。本研究においては、このサイレンサーに結合する蛋白質の機能を解析することにより、遺伝子を負に制御する機構を明らかにすることを目的とし以下のことを明らかにした。1。サイレンサー部位には少なくとも三種の蛋白質(SF-A,B,C,Silencer Factor)が数箇所に結合することが明らかとなった。このうち、クローニングしたSF-Bは、転写活性化遺伝子であるC/EBPβ(=NF-IL6=LAP/LIP)と同一と思われた。C/EBPはファミリーを形成し、同一のエレメントに複数の蛋白質が結合する。そこで、これらの影響を検討したところ、SF-B結合部位にはC/EBPα,C/EBPδ,DBPの効果は小さくC/EBPβの効果が最も顕著であった。C/EBPβは機能の相反する二種の蛋白質LAP(活性化因子)とLIP(不活性化因子)より成るが、GST-Pサイレンサーにおいては特にLIPの果たす役割が大きかった。LIPの機能ドメインを解析したところ転写不活性化ドメインと思われる部位が見いだされた。LIPはこれまで転写活性化ドメインを欠き転写活性化因子と競合するだけと考えられてきたが、より積極的な作用をしていると推察された。これらの実験で用いた培養細胞は、主に本年度納入した炭酸ガス培養装置を使用した。2。SF-Aについては、ほぼ精製を終了した。興味あることにα-フェトプロテイン、ホメオボックス、甲状腺刺激ホルモン等のプロモーターに、その結合配列がみいだされた。これらの結果はSF-Aが種々の遺伝子に働く一般的な転写抑制遺伝子であることを強く示唆しておりこれらとの関連性は今後の課題である。1。2。
頚部前屈姿勢保持に伴う瞬目への影響の運動経験による差異と神経系トレーニング効果

本研究では、(1)自発性瞬目の出現数の頚部前屈保持に伴う変化の運動経験による差異、(2)頚部前屈保持を伴う眼球運動反応トレーニング後の、眼球運動反応時間および自発性瞬目数の頚部前屈保持による変化、および(3)自発性瞬目及び随意性瞬目時の運動関連脳電位への頚部前屈保持による影響について検討した。検討の結果、以下のような知見を得た。(1)頚部前屈保持を伴う自発性瞬目数の減少は、高速ボール追従群でのみみられた。(2)頚部前屈を伴う眼球運動反応トレーニングを行うと、反応時間短縮効果がみられるようになったが、自発性瞬目数の減少効果はみられなかった。(3)随意性瞬目時のみ運動関連脳電位がみられ、その電位の立ち上がり先行時間は頚部前屈を保持すると短くなり、その電位のピークは大きくなった。本研究では、頚部前屈保持に伴う眼球運動反応時間短縮および自発性瞬目数減少の運動経験による差異について検討した。被験者は、スポーツクラブに在籍したことのない対照群30名と卓球、野球あるいはテニスのいずれかのクラブに4年以上在籍したことのある高速ボール追従群30名からなる。頚部前屈角0度にて下顎部を支持台に置いた座位姿勢(安静頚部姿勢)と、下顎部を支持台に置かずに頚部前屈角20度を保持した座位姿勢(頚部前屈姿勢)にて、(1)2点交互に点灯する視標を注視する眼球運動反応課題および(2)中心点を注視する課題を行った。いずれの課題もそれぞれ30秒間、5回ずつ測定した。眼球運動反応時間は、視標の移動開始に対する眼球運動の反応開始までの遅延時間とした。1試行ごとに分析を行った。自発瞬目数は、150秒間(30秒間×5回)で生じた垂直眼球運動の数をもとに1分間値を算出した。対照群では、安静頚部姿勢および頚部前屈姿勢の条件間で眼球運動反応時間に有意差がみられなかった。一方、高速ボール追従群では、反応時間は、頚部前屈姿勢が安静頚部姿勢に比べて有意に短かった。対照群では、安静頚部姿勢および頚部前屈姿勢の条件間で自発性瞬目数に有意差がみられなかった。一方、高速ボール追従群では、瞬目数は、頚部前屈姿勢が安静頚部姿勢に比べて有意に少なかった。高速ボール追従群では、頚部前屈を保持すると脳賦活作用が生じ、それが眼球運動の反応開始の機能を向上させるとともに、視覚情報の空白をもたらす自発性瞬目を抑制させるものと推察された。スポーツクラブにこれまで在籍したことがなく、頚部前屈保持に伴う眼球運動反応時間短縮が認められない被験者を対象として、安静頚部姿勢もしくは頚部前屈保持姿勢にて眼球運動反応トレーニングを行った。そのトレーニング前後で、頚部前屈姿勢保持時の眼球運動反応時間および自発性瞬目数の変化を比較した。被験者は、頚部前屈角度を20度に保持した姿勢にて眼球運動反応トレーニングを行う群(頚部前屈群)10名、安静頚部姿勢にてそのトレーニングを行う群(安静姿勢群)10名、およびコントロール群10名からなる。眼球運動反応トレーニングは、24秒の時間間隔で左右交互に点灯する視標に対して衝動性眼球運動にて素早く注視するというものである。そのトレーニングは、1日につき1分間を10回ずつ、14日間行った。コントロール群は、トレーニング前後、および安静と頚部前屈の条件間で反応時間に有意差が認められなかった。両トレーニング群とも、トレーニング後、安静時のサッケード反応時間が有意に短くなった。その短縮値は、安静姿勢群では9.6±9.1ms、頚部前屈群では、13.2±12.5msであった。さらに、頚部前屈群でのみ、トレーニング後、頚部前屈保持に伴う有意な反応時間短縮が認められた。その短縮値は8.7±6.0msであった。一方、自発性瞬目数は、いずれの群においても、トレーニング前後、および安静と頚部前屈の条件間で有意差が認められなかった。頚部前屈を伴う眼球運動反応トレーニングを行うと、これまでに報告されてきた眼球運動トレーニング効果に加えて、頚部前屈保持短縮効果が認められるようになることが示唆された。この短縮効果と自発性