hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
等温滴定熱量測定法によるATP/ADP変換反応の熱力学的解析

ATPは生物共通の「エネルギー通貨」といわれ、ATPが加水分解する際の自由エネルギーの減少を利用して、通常は自発的には進行しない合成や能動移動などの生化学反応を可能としている。ATPの加水分解に伴う自由エネルギーの減少は、そのエンタルピーの減少に起因しているが、この変化の分子論的な機構はまだ解明されていない。また、pH・金属イオン濃度・温度などの条件に依存して、それらは大きく変化するが、まだ限られた溶媒条件でしか評価されていない。本研究では、昨年度に引き続き、等温滴定型熱量測定(ITC)を用い、イオン化エンタルピーの異なる多種類の緩衝液を利用することで、緩衝液によるエンタルピーを正確に補正し、水中でのATPの加水分解エンタルピーと、そのpH依存性およびマグネシウムイオン濃度依存性を実測する手法を確立した。その結果、ATPと金属イオンの結合に伴うエンタルピーについては、従来の実験値の修正が必要であり、今後さらに詳細な実験を行う必要があることが明らかになった。また、これらの方法では、幅広い温度でエンタルピー変化の温度依存性を正確に評価することは困難であり、反応前後の物質の熱容量とその温度依存性とを直接測定することが必要であることがわかった。ATPは生物共通の「エネルギー通貨」といわれ、加水分解時の自由エネルギー変化が、数多くの生化学反応に用いられている。しかし、その自由エネルギーを生み出す分子論的な機構はまだ解明されておらず、また、pH・温度・溶媒組成などによって自由エネルギーは大きく変化するため、実際の生化学反応でATPの加水分解の自由エネルギーがどれだけであるかについても不明な場合が多い。本研究では、本年度は、等温滴定型熱量測定(ITC)を用いて、様々な溶媒条件において、ATPの加水分解エンタルピーと、加水分解に伴う水素イオンの出入りを実測できることを示した。すなわち、イオン化エンタルピーの異なる4種類の緩衝液中でアクトミオシンによるATPの加水分解エンタルピーを実測し、これらの値と緩衝液のイオン化エンタルピーとの直線関係から、緩衝液のイオン化エンタルピーを補正した加水分解エンタルピーと水素イオン解離数を決めた。緩衝液のイオン化エンタルピーも同じ溶媒条件下でITCを用いて実測可能であり、文献データのない様々な溶媒条件での反応エンタルピーの測定を可能とした。また、ITCにより、アクトミオシンの加水分解反応の時間経過を測定し、反応が大きく2段階で進行すること、後半の反応は、単純なミカエリス・メンテン式に従うことを明らかにした。アクトミオシンを用いたADPと無機リン酸からATPへの逆反応の可能性を検討した結果、混入した酵素によると考えられるADPの加水分解反応が観測され、この反応を観測するためにはより適した酵素系を用いるなど、他の評価系を検討する必要があることがわかった。
ウエルシュ菌溶菌酵素の種特異性機構の解明と応用研究

溶菌酵素は、細胞壁を分解し細菌を殺す酵素であり、一般的に触媒ドメインと結合ドメインからなる。また、溶菌酵素には種特異性があり、その特異性は結合ドメインに大きく依存していると考えられている。これまでに、ウエルシュ菌特異的溶菌酵素Psmの種特異性や構造を明らかにしてきたが、その種特異性のメカニズムに関しては不明のままである。本研究は、他のウエルシュ菌特異的溶菌酵素の構造を明らかにし種特異性のメカニズムを明らかにするものである。本年は、ウエルシュ菌のゲノムに存在するCPE1138遺伝子産物の種特異性、ドメイン構造さらには触媒ドメインの構造と触媒メカニズムを明らかにした。CPE1138は、アミノ酸配列よりアミダーゼ活性を持つN末端ドメインと結合に関与するC末端ドメインからなると予想された。そこで、各種欠損変異体を構築し、溶菌活性と結合活性を測定した結果、溶菌活性には1-146番目のアミノ酸、結合には164-305番目のアミノ酸が必要であることがわかった。なお、結合ドメインは、他のタンパク質と相同性を示さないため新規の結合ドメインであることが考えられた。さらに、溶菌酵素の至適条件は、pH6-8,0.2-0.8M NaCl,45°Cであり、Mn,Mg,Ca,EDTAの影響は受けなかったが、Znによって溶菌活性が低下することがわかった。また、種特異性を調べた結果、ウエルシュ菌にのみ溶菌活性を示すことがわかった。一方、CPE1138のN末端ドメインの構造を2.0Åの分解能で決定することに成功した。さらに、変異体の解析により、51番目のTryが酸触媒となってペプチド結合を切断するという反応メカニズムを明らかにした。一方、ウエルシュ菌の溶菌酵素Acpにおいて、フィブロネクチン結合タンパク質の一つであるGAPDHを結合することにより感染への足場となっているのではないかという新機能を発見することができた。ウエルシュ菌のCPE1138遺伝子をクローニングし、発現および精製系を構築した。さらに、精製されたCPE1138を用いた生化学的解析によりその至適条件や種特異性異性(ウエルシュ菌に特異的に作用する種特異性の高い溶菌酵素であること)を明らかにした。さらに、CPE1138のドメイン構造を明らかにし、N末端ドメインの構造を2.0Åの分解能で決定した。また、変異体を用いた解析によりその反応メカニズムを明らかにした。一方、ウエルシュ菌の他の溶菌酵素Acpに関して感染の足場になるという溶菌酵素Acpの新たな機能を発見することができたことは大きな進展であった。上記の結果から本研究がおおむね順調に進展していると考えられる。なお、Acpに関する新しい機能の発見は、本研究課題の目的とは直接は関係していないのでおおむね順調に進展していると判断した。溶菌酵素CPE1138の全体構造及び結合ドメインの構造を明らかにすることを第一の目的とする。CPE1138は、精製後濃縮段階においてアグリゲーションを起こしていると考えられるため結晶化が困難である。一方、表面の疎水性アミノ酸からなるクラスターを変異により破壊することにより溶解度が変化することが知られている。そこでCPE1138の疎水性アミノ酸を親水性アミノ酸に置換した変異体を作成し、溶解度の向上を行い結晶化スクリーニングを行う。また、溶解度の高い既存のドメイン(GSTやTF)等との融合タンパク質の構築も行い結晶化スクリーニングを行う。一方、ウエルシュ菌特異的溶菌酵素であるPsmやCPE1138の結合基質の探索を行う。具体的な方法は、ウエルシュ菌細胞壁をPsm、CPE1138、Acpで分解し、HPLCで分画しをGST融合結合ドメインと抗GST抗体を用いて結合活性があるフラクションを検出する。さらに、得られたフラクションを用いてTOF-Massにより結合基質の構造決定をする。得られた結合基質の構造データを用いてin silicoで結合モデルの構築を行う。また、結合モデルのデータより、結合ドメインの各種変異体を構築し、結合活性を測定して、結合モデルの妥当性を検証する。さらに、溶菌酵素と結合基質の共結晶のスクリーニングも平行して行う。

さらに、溶菌酵素の至適条件は、pH6-8,0.2-0.8M NaCl,45°Cであり、Mn,Mg,Ca,EDTAの影響は受けなかったが、Znによって溶菌活性が低下することがわかった。また、種特異性を調べた結果、ウエルシュ菌にのみ溶菌活性を示すことがわかった。一方、CPE1138のN末端ドメインの構造を2.0Åの分解能で決定することに成功した。さらに、変異体の解析により、51番目のTryが酸触媒となってペプチド結合を切断するという反応メカニズムを明らかにした。一方、ウエルシュ菌の溶菌酵素Acpにおいて、フィブロネクチン結合タンパク質の一つであるGAPDHを結合することにより感染への足場となっているのではないかという新機能を発見することができた。ウエルシュ菌のCPE1138遺伝子をクローニングし、発現および精製系を構築した。さらに、精製されたCPE1138を用いた生化学的解析によりその至適条件や種特異性異性(ウエルシュ菌に特異的に作用する種特異性の高い溶菌酵素であること)を明らかにした。さらに、CPE1138のドメイン構造を明らかにし、N末端ドメインの構造を2.0Åの分解能で決定した。また、変異体を用いた解析によりその反応メカニズムを明らかにした。一方、ウエルシュ菌の他の溶菌酵素Acpに関して感染の足場になるという溶菌酵素Acpの新たな機能を発見することができたことは大きな進展であった。上記の結果から本研究がおおむね順調に進展していると考えられる。なお、Acpに関する新しい機能の発見は、本研究課題の目的とは直接は関係していないのでおおむね順調に進展していると判断した。溶菌酵素CPE1138の全体構造及び結合ドメインの構造を明らかにすることを第一の目的とする。CPE1138は、精製後濃縮段階においてアグリゲーションを起こしていると考えられるため結晶化が困難である。一方、表面の疎水性アミノ酸からなるクラスターを変異により破壊することにより溶解度が変化することが知られている。そこでCPE1138の疎水性アミノ酸を親水性アミノ酸に置換した変異体を作成し、溶解度の向上を行い結晶化スクリーニングを行う。また、溶解度の高い既存のドメイン(GSTやTF)等との融合タンパク質の構築も行い結晶化スクリーニングを行う。一方、ウエルシュ菌特異的溶菌酵素であるPsmやCPE1138の結合基質の探索を行う。具体的な方法は、ウエルシュ菌細胞壁をPsm、CPE1138、Acpで分解し、HPLCで分画しをGST融合結合ドメインと抗GST抗体を用いて結合活性があるフラクションを検出する。さらに、得られたフラクションを用いてTOF-Massにより結合基質の構造決定をする。得られた結合基質の構造データを用いてin silicoで結合モデルの構築を行う。また、結合モデルのデータより、結合ドメインの各種変異体を構築し、結合活性を測定して、結合モデルの妥当性を検証する。さらに、溶菌酵素と結合基質の共結晶のスクリーニングも平行して行う。3月の人件費の詳細が未定であったため若干の次年度使用額が生じた。試薬等の物品費として使用する。
臍帯血を使ったジルベール症の遺伝子解析とモデル動物による小脳発育障害機構の解明

ビリルビン代謝関連遺伝子であるBRUGTについて人疾患の遺伝子解析とモデル動物を使った脳発育障害との関わりの両面から機能を解析した。BRUGTの関わる遺伝疾患の内、Crigler-Najjar Type IとType IIについてはすでに明らかにしたので、遺伝様式の定かでないGilbert's症について臍帯血等を使って解析した。遺伝子構成と新生児期の高ビリルビン血症を比較しつつ解析例数を増やした。その結果、エクソン内突然変異とBRUGT調節領域の突然変異が重なった場合に高ビリルビン血症となる確立が高いことが示された。しかし、発現様式は複雑で未だ不明な原因で高ビリルビン血症となる例もあり、論文発表に至らなかった。ラット小脳発育については糖タンパク質に重点を置いて解析した。巨大糖鎖を持つneurocanやneuroglycan Cがそれぞれ顆粒細胞軸索およびプルキンエ細胞樹状突起の細胞表面に出現することを見い出し、傷を付けた脳において損傷部近くのアストロサイトが一時的に幼若型neurocanを合成することを見い出した。さらに、中枢神経発生にb-cateninが重要な機能を果たしていることを確かめ、b-cateninと関わりのあるamphoterinについて解析した。amphoterinはオリゴ糖が結合することで核内での挙動が変わった。オリゴ糖の結合していないamphoterinは可溶化した状態で核内および細胞質内にあるが、オリゴ糖が結合するとレクチン様反応により核内巨大分子と結合して不溶化する事をたしかめた。また、オリゴ糖が結合したamphoterinはビリルビンとの親和性が高いことを見い出した。愛知医科大学産婦人科浅井医師の協力を得て臍帯血を入手することができ、直ちにDNAを分離し冷凍貯蔵した。添付されたデータと照合し、血中ビリルビン値が上昇した子供について第1次検討対象とした。エクソン部分と調節領域の塩基配列を検討したところ、様々な突然変異の組み合わせが出現し、統一的な結論は得られなかった。この結果の一部をふまえてCrigler-Najjar Type I、Type II、Gilberts syndromeの遺伝子解析結果を遺伝子治療開発研究ハンドブックに紹介した。Gunnラットでは、小脳のビリルビン感受期は生後7日であり、プルキンエ細胞がビリルビン標的細胞と推測されている。小脳発育障害機構を解析するために、生後7日前後に存在状態が変化する物質に注目した。その候補の一つが脳特異的糖タンパク質Neuroglycan C(NGC)である。NGCはEGF like domainを持ち、細胞内にはリン酸化サイトがあり、情報伝達機能を担っている可能性がある。また、NGCはプルキンエ細胞で発現し、小脳発育に伴った変化が見られる。生後7日ラット小脳のNGCは糖鎖を持ち、主としてプルキンエ細胞体に分布する。生後10日以降糖鎖を持つNGCは減少して、成獣では糖鎖を持つNGCは存在しなくなる。成獣ラット小脳のNGCは主として樹状突起の主幹に存在するhypolemmal cisternaに分布する。新生仔期のプルキンエ細胞体、成獣の樹状突起主幹は共に登上繊維とシナプス形成する場所である。これらのことから、プルキンエ細胞の分化や機能維持にNGCが深く関与していることが推測された。共同研究によりNGCの遺伝子解析も進み、genomic DNAの構造、3種類のisoformの存在、染色体上での位置が確定された。これらの結果はJ.Bio1.Chem.に掲載された。ビリルビン代謝関連遺伝子であるBRUGTについて、人疾患の遺伝子解析とモデル動物を使った脳発育障害との関わりの両面から機能を解析している。

BRUGTの関わる疾患の内、Crigler-Najjar Type IおよびType IIについてはすでに明らかにしてきたが、Gilbert's症はまだ遺伝様式が不明瞭であった。そこで、Gilbert's症患者に的を絞ってBRUGT遺伝子解析を進めてきた。患者の持つBRUGT遺伝子を増幅して塩基配列を読み取り、突然変異部分を解析した。その結果、調節領域のTATAボックス内とエクソン内と2つの突然変異が関与していること、それぞれの部分に突然変異をヘテロに持つことが症状発現に欠かせないことが明らかとなった。男性と女性では発現に必要な条件が異なることを示唆する結果が得られているので、さらに例数を増してから発表する予定である。ビリルビン性小脳発育障害はBRUGT遺伝子に突然変異を持つラット(SDGR)に顕著である我々はビリルビン性発育障害の臨界期である生後7日前後のSDGR小脳で存在量が大きく変化するタンパク質や遺伝子について解析を進めてきたその過程で本年はMIHやβ-cateninnなどの発生関連因子に関わりを持った。Amphoterinは生後7日前後の小脳でmRNA量、タンパク質量共に最大となる。その時期のamphoterinはオリゴ糖の結合した状態で核内に存在することがあきらかとなり、ビリルビンとの関連を検討中である。ビリルビン代謝関連遺伝子であるBRUGTについて人疾患の遺伝子解析とモデル動物を使った脳発育障害との関わりの両面から機能を解析した。BRUGTの関わる遺伝疾患の内、Crigler-Najjar Type IとType IIについてはすでにあきらかにしたので、遺伝様式の定かでないGilberts症について臍帯血等を使って解析した。遺伝子構成と新生児期の高ビリルビン血症を比較しつつ解析例数を増した。その結果、エクソン内突然変異とBRUGT調整領域の突然変異が重なった場合に高ビリルビン血症となる確立が高いことが示された。しかし、発現様式は複雑で未だ不明な原因で高ビリルビン血症となる例もあり、論文発表に至らなかった。ラット小脳発育については糖タンパク質に重点を置いて解析した。巨大糖鎖を持つneurocanやneuroglycan Cがそれぞれ顆粒細胞軸索およびプルキンエ細胞樹状突起の細胞表面に出現することを見出だし、傷を付けた脳において損傷部近くのアストロサイトが一時的に幼若型neurocanを合成することを見い出した。さらに、中枢神経発生にb-cateninが重要な機能を果たしていることを確かめ、b-cateninと関わりのあるamphorteinについて解析した。amphoterinはオリゴ糖が結合する事で核内での挙動が変わった。オリゴ糖の結合していないamphoterinは可溶化した状態で核内および細胞質内にあるが、オリゴ糖が結合するとレクチン様反応により核内巨大分子と結合して不溶化することを確かめた。
原子レベルの精密構造を基盤としたアルキニル銀ナノクラスターの反応開発

金属ナノ粒子は、高活性金属触媒として注目されているが、錯体触媒のような原子レベルでの精密構造情報が少ない。一方、金属ナノ粒子のうち、配位子により特定の構造の金属粒子が安定化されたものは、特別に"金属ナノクラスター"と呼ばれる。このような"金属ナノクラスター"では、結晶構造解析が可能であり、結晶構造解析により原子レベルでの精密構造を明らかにできる。本研究では、金属ナノクラスターの活性点の構造と反応性との関連を明らかにすることを目的とする。金属ナノクラスターは金を用いて広範に研究されているが、同族の銀のクラスターの例は、かなり少ない。そこで、金属としては銀を選び、保護配位子として多様な反応に関与する末端アルキンをとりあげ、1)アルキニル基が保護配位子となった金属ナノクラスターの合成と単結晶構造解析により、精緻な構造情報を得ること、2)アルキンの変換反応を金属ナノクラスター触媒で実現し、アルキンの金属粒子への配位形式と反応性の相関を解明する。申請者は、[Ag(C≡CR)]nの懸濁液にNaBH4を添加し、Ag(I)の一部をAg(0)に還元することで不溶性の[Ag(C≡CR)]nを瞬時に可溶化できるという画期的な手法を見出している。そこで、これを原料としてアルキニル銀ナノクラスター合成した。クラスターの構造を制御するために、ハロゲンイオンを核としたクラスターをターゲットとした。ハロゲンイオンは、通常はAgXとして沈殿してしまうが、NEt3とCH2Cl2を系中で徐々に反応させてCl-を発生させるという新しい手法を利用して、Ph3を立体的な保護配位子としたAg18Clクラスターを新たに合成した。さらにPPh3をリン2座配位子のPh2PCH2PPh2に置き換えると、溶液中における錯体の安定性が格段に向上することを見出した。新たなクラスターの合成については、超原子効果と平面型錯体配位子を保護配位子とした手法において、新たなクラスターが低収率ながら得られることが結晶構造解析によって明らかとなった。今後合成法の確立を目指す。クラスターの反応性に関しては、溶液中のクラスターの安定性が想定した以上に低く、当初予定したアジドとアルキンの環化反応が低収率となってしまった。しかしながら、溶液中のクラスターの安定化を図る方法の手掛かりが得られているので、当初の目標としていた研究の遂行には大きな支障はない。銅と銀が1:3のユニットが、安定な平面状構造を取ることを見出したので、この大きなユニットを安定化ユニットとしてクラスターを保護させる。Ag13ユニットが4枚の安定化ユニットで取り囲まれたクラスターを構造解析できているので、反応条件を精査することで収率の向上を図り、新たな錯体保護ユニットとしての有用性を明らかにする。クラスターの反応に関しては、反定化配位として用いているリン配位子を多座配位子化し、溶液中でも解離しにくい安定なクラスターへ改良する。得られたクラスターを用いて、環化反応の収率向上を目指す。クラスター上のアルキニルユニットと、添加した末端アルキンとの交換反応がかなり速い反応速度で進行することが見つかったので、クラスター表面における基質交換反応として非常に興味深い。アルキンの反応開発にとって重要な要素であるので、交換反応機構も含めて明らかにする。

クラスターの反応性に関しては、溶液中のクラスターの安定性が想定した以上に低く、当初予定したアジドとアルキンの環化反応が低収率となってしまった。しかしながら、溶液中のクラスターの安定化を図る方法の手掛かりが得られているので、当初の目標としていた研究の遂行には大きな支障はない。銅と銀が1:3のユニットが、安定な平面状構造を取ることを見出したので、この大きなユニットを安定化ユニットとしてクラスターを保護させる。Ag13ユニットが4枚の安定化ユニットで取り囲まれたクラスターを構造解析できているので、反応条件を精査することで収率の向上を図り、新たな錯体保護ユニットとしての有用性を明らかにする。クラスターの反応に関しては、反定化配位として用いているリン配位子を多座配位子化し、溶液中でも解離しにくい安定なクラスターへ改良する。得られたクラスターを用いて、環化反応の収率向上を目指す。クラスター上のアルキニルユニットと、添加した末端アルキンとの交換反応がかなり速い反応速度で進行することが見つかったので、クラスター表面における基質交換反応として非常に興味深い。アルキンの反応開発にとって重要な要素であるので、交換反応機構も含めて明らかにする。
氷の高速衝突と衝撃波実験による高速雪崩、アイス・ブラストおよび氷天体衝突の研究

氷の高速衝突や衝撃波に対する動的性質については、技術的困難のためこれまで詳しい研究があまり行われなかったが、本研究では、氷が主体的に関与する次の3つの現象に関してそれぞれの物理メカニズムの解明、相互の関連およびその応用のための基礎研究を進めた。第1の現象は冬期豪雪地域で発生する高速雪崩である。高速雪崩の発生予測、防御対策のためには、氷および雪の高速衝突過程における物理メカニズムの解明が不可欠である。第2の現象は工学的問題で、アイスブラストおよび浮遊氷微粒子中の高速物体あるいは衝撃波の通過の問題であり、第3の現象は太陽系原子惑星形成時における氷微惑星衝突の現象と、氷天体・惑星衝突の現象である。3年度にわたり、2種類のターゲット(A:氷粒子集合体、すなわち雪ブロック、B:浮遊氷粒子)についての3種類の衝突実験で進められた。1.軽ガス銃による氷弾丸衝突の方法については、北大低温科学研究所の大型低温実験室に設備されている一段式軽ガス銃を用いてターゲットAとターゲットBの実験を行った。種々の厚さの雪試料に氷弾丸を衝突させる実験条件は、温度-15°C、衝突速度100-700m/s、雪試料の厚さ0.3-4cm、密度330kg/であった。衝突直後の試料後面粒子速度が、衝突点からの距離および角度とともに減少するという結果が再確認された。またこれらの解析を進めることにより、雪試料中の粒子速度の2次元分布図が得られた。2.衝撃波管による方法は、室蘭工業大学で稼働中の衝撃波管を用いるために冷却ユニットを設置し、内部に氷微粒子を安定に生成する条件を測定し、衝撃波実験を開始した。特に、四角柱、三角柱を通過する氷微粒子の運動を調べる流れの可視化実験では、粒子の存在しない、いわゆる空白域と渦の挙動が明らかになった。また、低温科学研究所温室における衝撃波実験も行われ氷衝突時の写真が撮られた。3.スキージャンプ台による自由滑走の方法に関しては、札幌市内のスキージャンプ台において、本実験が実施された。雪ブロックが高速で運動するときの破壊と滑走の様子、および障害物との衝突の際の発生圧力が測定された。氷の高速衝突や衝撃波に対する動的性質については、技術的困難のためこれまで詳しい研究がほとんど行われなかったが、本研究では、氷が主体的に関与する次の3つの現象を取り上げ、それぞれの物理メカニズムの解明、相互の関連およびその応用のための基礎データを得ることを目的とする。第1の現象は冬季豪雪地域で発生する高速雪崩である。第2の現象は工学的問題で、アイスブラストおよび浮遊氷微粒子中の高速物体あるいは衝撃波の通過の問題であり、第3の現象は太陽系原始惑星形成時における氷微惑星衝突の現象と、氷天体・惑星衝突の現象である。研究は、2種類のターゲット(A:氷粒子集合体、すなわち雪ブロック、B:浮遊氷粒子)についての3種類の衝突実験で進められた。(1)軽ガス銃による氷弾丸衝突の方法については、北大低温科学研究所の大型低温実験室に設置されている一段式軽ガス銃を用いてターゲットAとターゲットBの実験を行った。

種々の厚さの雪試料に氷弾丸を衝突させる実験条件は、温度-15°C、衝突速度100-700m/s、雪試料の厚さ0.3-4cm、密度330kg/m^3であった。衝突直後の試料後面粒子速度は、衝突点からの距離および角度とともに減少した。これらの解析を進めることにより、雪試料中の粒子速度の2次元分布図が得られた。(2)衝撃波管による方法は、室蘭工業大学で稼働中の衝撃波管を用いるために冷却ユニットの設置が終わった。現在内部に氷微粒子を安定に生成する条件を測定中である。(3)スキージャンプ台による自由滑走の方法に関しては、札幌市内のスキージャンプ台の選定が終わり、本実験に使用可能な冬期(3月)の予備実験のための準備を進めた。氷の高速衝突や衝撃波に対する動的性質については、技術的困難のためこれまで詳しい研究があまり行われなかったが、本研究では、氷が主体的に関与する次の3つの現象に関してそれぞれの物理メカニズムの解明、相互の関連およびその応用のための基礎研究を進めた。第1の現象は冬季豪雪地域で発生する高速雪崩である。高速雪崩の発生予測、防御対策のためには、氷および雪の高速衝突過程における物理メカニズムの解明が不可欠である。第2の現象は工学的問題で、アイスブラストおよび浮遊氷微粒子中の高速物体あるいは衝撃波の通過の問題であり、第3の現象は太陽系原始惑星形成時における氷微惑星衝突の現象と、氷天井・惑星衝突の現象である。本年度の研究は、2種類のターゲット(A :氷粒子集合体、すなわち雪ブロック、B :浮遊氷粒子)についての3種類の衝突実験で進められた。(1)軽ガス銃による氷弾丸衝突の方法については、北大低温科学研究所の大型低温実験室に設置されている一段式軽ガス銃を用いてターゲットAとターゲットBの実験を行った。衝突直後の試料後面粒子速度が、衝突点からの距離および角度とともに減少するという結果が再確認された。またこれらの解析を進めることにより、雪試料中の粒子速度の2次元分布図が得られた。(2)衝撃波管による方法は、室蘭工業大学で稼動中の衝撃波管を用いるために冷却ユニットの設置が終了したので、内部に氷微粒子を安定に生成する条件を測定し、衝撃波実験を開始した。特に、四角柱、三角柱を通過する氷微粒子の運動を調べる流れの可視化実験では、粒子の存在しない、いわゆる空白域と渦の挙動が明らかになった。(3)スキージャンプ台による自由滑走の方法に関しては、札幌市内のスキージャンプ台の選定が終わり、本実験が冬期(3月)に実施された。データの数はまだ少ないが、雪ブロックが高速で運動する時の破壊と滑走の様子、および障害物との衝突の際の発生圧力が測定された。
初めて見い出された南極域の巨大海洋渦の実態解明

南極大陸のまわりの海は、冬になると海氷で広く覆われてしまう。その中にあって、本研究対象域だけが氷量の極端に少ない状況を毎年繰り返していることが最近の衛星情報によって明らかになった。その原因を探り、広大な海域において展開されているであろう大規模な大気・海洋物理過程の実態を解明することが本研究を始めたそもそもの動機である。研究対象域が位置する南緯65°付近は、もともと低気圧のたまり場になっており、海洋表面では発散・湧昇が起こり易く、古くからオキアミなどの水産資源の宝庫として知られてはいた。しかし、南極大陸のまわりを取り囲むこの発散・湧昇域は、冬季に海氷で覆われてしまうことなどで観測が困難なこともあって、未だに海洋構造ですらわかっていなかった。本研究では水産庁「開洋丸」や日本南極地域観測隊の砕氷艦「しらせ」など日本の船舶によって得られた海洋観測データを解析し、南極発散線の海洋構造について以下のように明らかにした。(1)南極発散線は、長径500km規模の南北につぶれた形の低気圧性渦が東西に数個並んだ渦列から構成されている。(2)渦は周極深層水の外洋からの湧昇と沿岸域で海氷生成によってもたらされる低温の高密度水の沈降との重ね合わせによって形成・維持されている。(3)渦列は、ほぼ同じ場所に毎年存在している。(4)特定の渦形成域を定めているのは、沿岸の大陸棚から北向きに延びて存在するridgeにある。(5)渦や南極周極流の蛇行を介して沿岸域と外洋との南北海水交換がなされている。(6)渦列や蛇行を構成しているのは約2,0003,000km規模の大きな低気圧性循環である。渦や蛇行を含む全体の大きな循環を通して、熱や塩の東西や南国の循環、さらには湧昇、沈降を含む深層循環がなされている。海氷発散やポリニヤ形成も南極発散線域における海洋循環場での大気-海氷-海洋相互作用の一部物理過程と位置づけられる。本研究を始めた直接の動機は、冬季南極大陸を取り巻くように広く分布する海氷域の中で、本研究対象域だけが極端に氷量の少ない状況が毎年繰返されていることに注目し、その原因と広大な海域で生じているはずの大規模な大気・海洋現象とを探ることであった。この南緯65°附近は、一年中南極大陸を取り囲むように低気圧場が帯状に維持されているために、海洋表面では発散・湧昇域が生じ、古くから“Antarctic Divergence"と呼ばれ、オキアミなど水産資源の豊漁場として知られていた。しかし、観測デ-タが極端に少ない事から、海洋構造はほとんど不明であった。最近、日本南極地域観測隊の帰路ル-トが本研究海域を通過するように改まったため、初めて得られた海洋観測デ-タを解析した結果、巨大渦の存在が明らかとなった。その後の調査で、本研究海域周辺における海洋観測は、日本をはじめソビエト、フランスなどによって、わずかながらなされており、それらすべてを解析した結果、概略ではあるが以下のような海洋構造が浮かび上がってきた。南緯65°附近は、深層からの湧昇によって維持された大小さまざまな渦が列をなして連なっており、それらをつなぐ蛇行した東向きの流れが南極大陸を取り囲んでいる。

また、水温・塩分・溶存酸素量の分布から、沿岸と外洋との熱・物質交換がそれら渦や蛇行流を介して大規模に起っていることをうかがわせている。また、本研究海域は、高温高塩分水の湧昇によって、大気に熱を供給しつつ、高密度の南極底層水を形成している可能性が極めて高い事もあり、世界の海洋深層大循環、極域における大気ー海氷ー海洋ー大陸氷床相互作用研究に極めて本質的な問題を包含した重要な海域であることが明らかとなった。現在越冬が終り帰路中の大島(研究分担者)がより詳細な観測を実施してくる予定であり、それらの解析を含めて、巨大渦の実態を明らかにしていきたい。南緯65゚付近を、南極大陸を取り囲むように“Antarctic Divergence"と呼ばれる発散域が分布していることは古くから知られている。そこでは、Ekman transportによる発散にともない高温・高塩の深層水の湧昇が起っており、オキアミの豊漁場としても知られている。従来から海洋生態学的興味が南極発散域の研究テーマの中心であったが、本研究によって、発散域における大気ー海氷ー海洋相互作用が、南半球の気候システムの中で重要であることが示唆された。本研究で以下のことが明らかになった。南極大陸沿岸近くでは低気圧活動が盛んなため、発散・湧昇域が出現し、帯状に南極大陸を取り囲む。そこでは、湧昇によって、深層の熱と塩が表層まで運ばれるとともに、沿岸の低温水の沈降によって、低気圧性海洋渦が生成し、維持される。同時に、表層高塩分水の存在は、秋から冬にかけての大気冷却にともなうdeep convectionを生み結果的に上向きの熱・塩供給が一層促進される。この表層への熱輸送によって、海氷のcoveringが抑制され、ポリニヤを形成し、維持されるので、そこでは大気ー海洋間の活発な熱・物質交換が行なわれる。このように、南極発散域では、水平方向の沿岸ー外洋間だけでなく、鉛直方向の大気ー海洋深層間の熱・物質交換が盛んに起っているところであり、それに直接介在しているのが、列をなして並んで存在している海洋渦である。世界の3大洋である太平洋、大西洋、インド洋は、南大洋を介して相互に交流し合っている。また、深層水の源流域の1つであることなどから、南大洋が世界の海洋大循環において重要な役割を果していることは明らかである。巨大な氷の塊である南極大陸を極側にもち、それをぐるりと取り囲み、世界の3大洋と直接交流をもつ南大洋、しかもそこは冬には海氷で広く覆われてしまう。今後はこれらの相互作用が最も顕著に表現されているはずの南極発散域における物理過程の理解をめざす。
代数体の類体塔に関する非可換岩澤理論の研究

当研究課題の主目標は、代数体の類体塔のGalois群を岩澤理論的な対象として捉え、その非可換構造を数論的情報によって具体的に記述することである.特に今年度の計画は、円分Z_p拡大体のp-類体塔のGalois群を、絡み目群などの位相幾何学的対称との類似性に基づいて調査することであった.まずその方向性への見識を深めた前年度からの共同研究を継続し、その成果としてp-類体の岩澤理論的振る舞いとして代表的な岩澤類数公式の、有理ホモロジー3次元球面内の絡み目の巡回分岐被覆に対する類似物を一般化し、学会および海外のセミナーにおいて発表した.またそこでの考察をふまえ、前年度で考察した虚2次体の円分Z_2拡大体の2-類体塔のGalois群が3次元Poincare pro-2群であることを再確認し、3次元多様体の基本群との類似性を関連資料の収集・購読を通して比較考察した.さらに、その円分Z_2拡大の部分拡大体全ての2-類体塔のGalois群の構造と岩澤理論的振る舞いを(計算機による2進L関数の零点の近似計算によって)具体的に記述した成果とともに、国内外の研究集会とセミナーにおいて研究発表を行った.これらの活動を通して、一般的に(特に非総実部分は)どのような構造を持つと期待されるべきか、という問いに対する新たな見識を得たが、同時に総実部分の構造を記述することの重要性を再認識するに至り、実2次体の円分Z_2拡大体の2-類体塔を、計算機による数値実験を通して考察した.この成果として、そのGalois群がmetacyclic有限群となる新たな具体例を豊富に発見し、その非可換構造への数論的情報の影響を把握した.以上の成果は、不産物としてGreenberg予想を新たな拡張、および2進L関数の零点の具体的記述に繋がる新たな現象の発見なども誘導しており、当研究課題の目標として一応の満足のいく結果であると思われる.当研究課題の主目標は、代数体の類体塔のGalois群を岩澤理論的な対象として捉えることにより、その非可換構造を数論的情報によって具体的に記述することである.特に今年度の目標は、円分Z_p拡大体のp-類体塔のGalois群の構造を調査することに適した良い幾何学的Galois表現を模索することであった.そのためにGalois表現や保型形式の岩澤理論に関わる国内外の研究集会や勉強会への参加および豊富な計算データや資料の収集を行い、それらを基にして以下の成果を得た.1.円分Z_2拡大体の2-類体塔のGalois群がmetacyclic群となる「全ての」虚2次体に対して、その構造を実2次体の岩澤不変量を用いて完全に記述した.2.円分Z_2拡大体の2-類体塔のGalois群がnonmetacyclic metabelian群となる虚2次体の無限族を発見し、その非可換構造および非可換なGalois作用を2進L関数の零点を用いて完全に記述した.ここで得られた円分Z_2拡大体の2-類体塔のGalois群は、Galois表現を模索するに足る充分な構造の記述がなされていると考えられる.また並行して、3次元位相幾何学と整数論(絡み目の巡回分岐被覆と代数体のZ_p拡大)との類似に関する共同研究を続けてきた.円分Z_p拡大体のp-類体塔のGalois群には絡み目補空間の基本群のある部分商が類似物として対応し、この幾何学的対象との類似を考察することが、そのGalois群の構造を調査することに適しているという考えに至った.良い幾何学的Galois表現の模索は更に続けることになるが、その見識が目標としていたGalois表現に代わって得られた新たな知見である.上記1と2の研究成果および共同研究の内容は当年度1月および3月に行われた研究集会において口頭発表した.当研究課題の主目標は、代数体の類体塔のGalois群を岩澤理論的な対象として捉え、その非可換構造を数論的情報によって具体的に記述することである.特に今年度の計画は、円分Z_p拡大体のp-類体塔のGalois群を、絡み目群などの位相幾何学的対称との類似性に基づいて調査することであった.まずその方向性への見識を深めた前年度からの共同研究を継続し、その成果としてp-類体の岩澤理論的振る舞いとして代表的な岩澤類数公式の、有理ホモロジー3次元球面内の絡み目の巡回分岐被覆に対する類似物を一般化し、学会および海外のセミナーにおいて発表した.またそこでの考察をふまえ、前年度で考察した虚2次体の円分Z_2拡大体の2-類体塔のGalois群が3次元Poincare pro-2群であることを再確認し、3次元多様体の基本群との類似性を関連資料の収集・購読を通して比較考察した.さらに、その円分Z_2拡大の部分拡大体全ての2-類体塔のGalois群の構造と岩澤理論的振る舞いを(計算機による2進L関数の零点の近似計算によって)具体的に記述した成果とともに、国内外の研究集会とセミナーにおいて研究発表を行った.これらの活動を通して、一般的に(特に非総実部分は)どのような構造を持つと期待されるべきか、という問いに対する新たな見識を得たが、同時に総実部分の構造を記述することの重要性を再認識するに至り、実2次体の円分Z_2拡大体の2-類体塔を、計算機による数値実験を通して考察した.

この成果として、そのGalois群がmetacyclic有限群となる新たな具体例を豊富に発見し、その非可換構造への数論的情報の影響を把握した.以上の成果は、不産物としてGreenberg予想を新たな拡張、および2進L関数の零点の具体的記述に繋がる新たな現象の発見なども誘導しており、当研究課題の目標として一応の満足のいく結果であると思われる.
アスパラギン酸プロテアーゼの分子認識に基づく難病治療薬のデザインと開発研究

我々は基質遷移状態概念に基づいて,アスパラギン酸プロテアーゼに属するHIVプロテアーゼ阻害剤のデザインと合成を行い,理想的な遷移状態ミミックとして独創的なヒドロキシメチルカルボニル(HMC)イソステアを見いだし,さらに低分子化にも成功した.これらの低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,次世代抗HIV薬として期待されている.HIVプロテアーゼ阻害剤は画期的な成果を挙げたが,大量投与が必要であること,また副作用および耐性克服など解決すべき問題点が山積みである.そこでプロテアーゼと阻害剤との相互作用解析に基づいて理想的な遷移状態ミミックであるHMCイソステアを含むジペプチド型HIVプロテアーゼ阻害剤をデザインすることにより,組織移行性の高い低用量抗HIV薬の開発をめざした.さらに,ジペプチド型低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,既存薬耐性ウイルスに効力を示しており,変異のパターンも異なっていることから耐性と副作用の問題点克服の可能性があり,変異酵素と阻害剤の分子認識解析に基づいてデザインを行い,また水溶性プロドラッグ化も行った.このようなアスパラギン酸プロテアーゼにおける有用な阻害剤設計の方法論を,マラリア原虫増殖に重要な役割を果たすプラスメプシン類,アルツハイマー病に関与が示唆されているアミロイドβ-ペプチドの生成を調節するβ-セクレターゼ,成人T細胞白血病HTLV-1プロテアーゼに応用し,有用な阻害剤をデザイン・合成した。これらの化合物は難治性疾患の治療薬の開発に有用であると期待されている。我々は基質遷移状態概念に基づいて,アスパラギン酸プロテアーゼに属するHIVプロテアーゼ阻害剤のデザインと合成を行い,理想的な遷移状態ミミックとして独創的なヒドロキシメチルカルボニル(HMC)イソステアを見いだし,さらに低分子化にも成功した.これらの低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,次世代抗HIV薬として期待されている.HIVプロテアーゼ阻害剤は画期的な成果を挙げたが,大量投与が必要であること,また副作用および耐性克服など解決すべき問題点が山積みである.そこでプロテアーゼと阻害剤との相互作用解析に基づいて理想的な遷移状態ミミックであるHMCイソステアを含むジペプチド型HIVプロテアーゼ阻害剤をデザインすることにより,組織移行性の高い低用量抗HIV薬の開発をめざした.さらに,ジペプチド型低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,既存薬耐性ウイルスに効力を示しており,変異のパターンも異なっていることから耐性と副作用の問題点克服の可能性があり,変異酵素と阻害剤の分子認識解析に基づいてデザインを行い,また水溶性プロドラッグ化も行った.このようなアスパラギン酸プロテアーゼにおける有用な阻害剤設計の方法論を,マラリア原虫増殖に重要な役割を果たすプラスメプシン類,アルツハイマー病に関与が示唆されているアミロイドβ-ペプチドの生成を調節するβ-セクレターゼに応用した.プラスメプシン阻害剤として、適応型阻害剤のKNI-10006を、β-セクレターゼ阻害剤として、用量依存的に高い活性を示すKMI-358およびKMI-370を合成した。我々は基質遷移状態概念に基づいて,アスパラギン酸プロテアーゼに属するHIVプロテアーゼ阻害剤のデザインと合成を行い,理想的な遷移状態ミミックとして独創的なヒドロキシメチルカルボニル(HMC)イソステアを見いだし,さらに低分子化にも成功した.これらの低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,次世代抗HIV薬として期待されている.HIVプロテアーゼ阻害剤は画期的な成果を挙げたが,大量投与が必要であること,また副作用および耐性克服など解決すべき問題点が山積みである.そこでプロテアーゼと阻害剤との相互作用解析に基づいてHMCイソステアを含むジペプチド型HIVプロテアーゼ阻害剤をデザインすることにより,組織移行性の高い低用量抗HIV薬の開発をめざした.さらに,ジペプチド型低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,既存薬耐性ウイルスに効力を示しており,変異のパターンも異なっていることから耐性と副作用の問題点克服の可能性があり,変異酵素と阻害剤の分子認識解析に基づいてデザインを進めた.また,コンフォメーション及び熱力学の観点から,耐性克服可能な第2世代のHIVプロテアーゼ阻害剤KNI-764の解析を進めた.

このようなアスパラギン酸プロテアーゼにおける有用な阻害剤設計の方法論を,マラリア原虫増殖に重要な役割を果たすプラスメプシンII,アルツハイマー病に関与が示唆されているアミロイドβ-ペプチドの生成を調節するβ-セクレターゼ(BACE),成人T細胞白血病発症に重要なHTLV-1プロテアーゼに応用して,マラリア,アルツハイマー病,白血病のような難病克服を目指した治療薬のデザインと合成研究を進めた.プラスメプシンII阻害剤として,KNI-10006,BACE阻害剤としてKMI-420とKMI-429,HTLV-1プロテアーゼ阻害剤としてKNI-10162を得ることができ,治療薬開発の可能性を示した.我々は基質遷移状態概念に基づいて,アスパラギン酸プロテアーゼに属するHIVプロテアーゼ阻害剤のデザインと合成を行い,理想的な遷移状態ミミックとして独創的なヒドロキシメチルカルボニル(HMC)イソステアを見いだし,さらに低分子化にも成功した.これらの低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,次世代抗HIV薬として期待されている.HIVプロテアーゼ阻害剤は画期的な成果を挙げたが,大量投与が必要であること,また副作用および耐性克服など解決すべき問題点が山積みである.そこでプロテアーゼと阻害剤との相互作用解析に基づいて理想的な遷移状態ミミックであるHMCイソステアを含むジペプチド型HIVプロテアーゼ阻害剤をデザインすることにより,組織移行性の高い低用量抗HIV薬の開発をめざした.さらに,ジペプチド型低分子HIVプロテアーゼ阻害剤は,既存薬耐性ウイルスに効力を示しており,変異のパターンも異なっていることから耐性と副作用の問題点克服の可能性があり,変異酵素と阻害剤の分子認識解析に基づいてデザインを行い,また水溶性プロドラッグ化も行った.このようなアスパラギン酸プロテアーゼにおける有用な阻害剤設計の方法論を,マラリア原虫増殖に重要な役割を果たすプラスメプシン類,アルツハイマー病に関与が示唆されているアミロイドβ-ペプチドの生成を調節するβ-セクレターゼ,成人T細胞白血病HTLV-1プロテアーゼに応用した.β-セクレターゼ阻害剤として、マウスの脳でアミロイドβペプチド産生を抑制する活性を示すKMI-429を合成した。HTLV-1プロテアーゼ阻害剤としてKNI-10220を合成した.
トキソプラズマ原虫病原性抑制因子の研究

トキソプラズマTgDPA分子と病原性の関連性を解読するために以下の主な研究成果を得た。1)TgDPA過剰発現株の作製に成功した。2)TgDPA分子の結晶構造を決定し、進化の過程で酵素活性を失っていることを示唆した。3)TgDPAの有無により病原性が変動することを示した。4)乳酸脱水素酵素遺伝子(LDH1)の欠失により、TgDPA発現誘導が阻害された。5)TgDPAは原虫の増殖・分化には影響を与えなかった。6)TgDPA分子はシスト形成時の遺伝子発現の変動に関与していた。7)TgDPA関連遺伝子であるTgDERAとの二重ノックアウト株の作製に成功した。宿主の生存はトキソプラズマ原虫の生存にとって必須であり、通常、原虫の増殖は、宿主免疫系によって抑制され、原虫はシストを形成し、脳内あるいは筋肉内に維持され慢性化する。しかしながら、原虫自身がその生存戦略のために病原性をコントロールしているという証拠はまだない。申請者らは慢性感染ステージ特異的に発現するTgDPA分子がマウスへの病原性を抑制的に制御している可能性を見出した。本研究は、TgDPA分子と病原性との関わりを検討し、TgDPAの病原性抑制のメカニズムを明らかにすることを目的としている。本年度は遺伝子破壊株の病原性の確認を中心に行なった。DPA遺伝子破壊株の病原性は野生株に比較し高い傾向にあり、感染後11日目以降に、生存率の差が顕著になった。そこで感染後10日目の各臓器の虫体量を測定したところDPA遺伝子破壊株において高く、TgDPAが虫体の播種性あるいは臓器内での増殖に影響を与えている可能性が示唆された。急性期におけるマウス腹腔内でのトキソプラズマTgDPA遺伝子発現量は、計測を行った感染5日後まででは変化は認められなかった。このことは、感染初期においてはTgDPA分子が病原性抑制に積極的に関与していないことを示唆している。一方で、in vitro培養系における虫体の増殖能および宿主細胞への侵入効率は、DPA遺伝子破壊株と野生株との間に差は認められなかった。またTgDPA蛋白はTgADF蛋白を介したアクチンの脱重合に関与していると考えられることから、タキゾイト・ブラディゾイト両ステージにおける原虫の動きを解析したが、今のところ顕著な違いは認められていない。本年度はTgDPA強制発現株を樹立しDPAノックアウト株および野生株との病原性の比較を行なった。TgDPA強制発現株の病原性は野生株に比較し低い傾向にあり、DPAノックアウト株の病原性が高くなることと合わせて、TgDPA分子が何らかのメカニズムにより、病原性を抑制しているものと考えられた。しかしながら、感染マウスにおけるサイトカイン量には顕著な差異は認められなかった。そこで野生株、DPAノックアウト株およびTgDPA強制発現株についてin vitro培養系で増殖した急性型虫体からRNAを調製し、RNAseq法による網羅的な発現解析を行った。発現の違いが認められた上位約100遺伝子のうち、10%はシスト形成にともない発現が変動することで知られている遺伝子であり、25%はデータベース上で慢性期虫体に多く発現していることを示唆していた。一方で、病原性因子として知られている遺伝子に関しては、発現の顕著な違いは認められなかった。以上のことから、TgDPA分子がシスト形成時の遺伝子発現の変動に関与しており、発現パターンが急性期および慢性期虫体のそれにシフトすることが病原性に影響している可能性が示唆された。本年度はTgDPA強制発現株、TgDPAノックアウト株および野生株についてRNAseq法による網羅的な発現解析を行った結果をもとに、たんぱく質発現の解析を試みている。RNA発現の違いが認められた上位約10遺伝子のうち、シスト形成にともない発現が変動することで知られている5遺伝子を選択し、組み換えタンパクをマウスに免疫することにより抗体を作製した。現在、得られた抗体を用いてTgDPA強制発現株、TgDPAノックアウト株および野生株におけるタンパク発現の解析を行なっている。

以上のことから、TgDPA分子がシスト形成時の遺伝子発現の変動に関与していること、また発現パターンが急性期および慢性期虫体のそれにシフトすることが病原性に影響している可能性を示唆している。本年度は、昨年度行なったRNAseq法による網羅的な発現解析の結果をもとに、数種類の遺伝子を選択し、組み換えタンパクを用いて抗体を作製した。さらにそれら抗体を用いたウエスタンブロットおよび蛍光抗体法によるタンパク発現の変動を解析している。現在までのところ、TgDPA分子がシスト形成過程における発現の動態に関与していることを示唆しているが、原虫の遺伝子発現パターンをどのようなメカニズムで変動させているのか、またこの発現変動が病原性にどのように影響を与えているかが不明であるため、若干の遅れを生じている。宿主の生存はトキソプラズマ原虫の生存にとって必須であり、通常、原虫の増殖は、宿主免疫系によって抑制され、原虫はシストを形成し、脳内あるいは筋肉内に維持され慢性化する。しかしながら、原虫自身がその生存戦略のために病原性をコントロールしているという証拠はまだない。申請者らは慢性感染ステージ特異的に発現するTgDPA分子がマウスへの病原性を抑制的に制御している可能性を見出した。本研究は、TgDPA分子と病原性との関わりを検討し、TgDPAの病原性抑制のメカニズムを明らかにすることを目的としている。TgDPAによる病原性抑制は、当初予想していたほど顕著ではなかったものの、マウス感染実験において再現性が確かめられた。本年度はTgDPA遺伝子の有無による病原性の差異がより明確に認められることを期待して、TgDPAの相同遺伝子(paralog)であるTgDERAノックアウト株およびTgDPA/TgDERA二重ノックアウト株を作製した。TgDERAはTgDPAに対し53%のアミノ酸配列相同性を有し、TgDPAと類似の機能を有すると予想される。また、トキソプラズマゲノム上にその他の相同遺伝子は存在しない。これらノックアウト株は野生株やTgDPAノックアウト株と同等の増殖性を示したことから、両遺伝子が担う機能は原虫の生存及び増殖には関わっていないことが明らかになった。慢性期虫体への分化を誘導した後蛍光抗体法を用いてシスト関連たんぱく質発現の解析を試みたところ、上記すべてのノックアウト株において野生株と同様にシスト壁形成が認められたことから、これら分子はシスト形成能には影響は与えていないと考えられた。現在、これらノックアウト株の表現型を解析しており、今後マウスを用いた感染実験により病原性の確認をする予定である。トキソプラズマTgDPA分子と病原性の関連性を解読するために以下の主な研究成果を得た。1)TgDPA過剰発現株の作製に成功した。2)TgDPA分子の結晶構造を決定し、進化の過程で酵素活性を失っていることを示唆した。3)TgDPAの有無により病原性が変動することを示した。4)乳酸脱水素酵素遺伝子(LDH1)の欠失により、TgDPA発現誘導が阻害された。5)TgDPAは原虫の増殖・分化には影響を与えなかった。6)TgDPA分子はシスト形成時の遺伝子発現の変動に関与していた。7)TgDPA関連遺伝子であるTgDERAとの二重ノックアウト株の作製に成功した。本年度は研究計画に従ってTgDPA強制発現株の樹立を行ない、マウスモデルでの病原性を確認した。DPAノックアウト株の病原性が上昇しTgDPA
１原子スケールの熱流情報に基づく，界面熱輸送状態の根源的解明

本研究では,1原子スケールの局所空間で熱流を検出する解析技術の確立を行い,1原子スケールで検出された熱流が界面熱輸送状態に及ぼす影響の解明を行うことを目的とする.まず,1原子スケールの局所空間における熱流(局所熱流)を確立した解析技術に基づき算出する.そして,液体と固体の界面において,固体表面原子の配置や種類,液体分子種,熱力学的条件(温度勾配)の変更等を行うことにより,種々の条件下における局所熱流の特性を界面領域において特定する.そして,局所熱流の特性が巨視的な界面熱輸送に及ぼす影響を定量的に評価する.本研究では,1原子スケールの局所空間で熱流を検出する解析技術の確立を行い,1原子スケールで検出された熱流が界面熱輸送状態に及ぼす影響の解明を行うことを目的とする.まず,1原子スケールの局所空間における熱流(局所熱流)を確立した解析技術に基づき算出する.そして,液体と固体の界面において,固体表面原子の配置や種類,液体分子種,熱力学的条件(温度勾配)の変更等を行うことにより,種々の条件下における局所熱流の特性を界面領域において特定する.そして,局所熱流の特性が巨視的な界面熱輸送に及ぼす影響を定量的に評価する.