hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視床下部摂食代謝中枢におけるN6-メチルアデノシンの制御と役割

また、同時に行ったRNA発現の網羅的解析により、N6-メチルアデノシン修飾の脱メチル化は直接的にはRNA発現にはほとんど影響していないが、間接的にRNA発現に変化を与えていることを示唆する結果が得られた。また、これらの網羅的解析により見出されたそのカテゴリーと一致した細胞構造の変化が、FTO欠損マウスにおいても起こっていることも確認できた。N6-メチルアデノシン(m6A)修飾の脱メチル化酵素であるFTOタンパクの、視床下部摂食代謝中枢における役割を調べている。昨年度までの研究により、摂食代謝中枢の特定のニューロン群に存在するFTOが、体重の調節に重要な働きをしていることをコンディショナルFto欠損マウスを用いて明らかにした。また、FTOは、そのニューロン群において、特に、特定のカテゴリーに属する遺伝子のpre-mRNAのm6A修飾を脱メチル化していることを、m6A免疫沈降とそれに続く次世代シーケンサー解析(m6A-seq)により明らかにした。今年度は、FTOによるpre-mRNAのm6A脱メチル化が、直接的には、如何なる変化につながるかを検討した。m6A修飾は、一般的に、選択的スプライシングや、翻訳効率、RNAの安定性などのRNAが関わる様々な現象に影響することが知られている。昨年度に行った網羅的なFTO標的の解析結果によると、選択的スプライシングに関わる遺伝子群がFTOの有力な標的になっている。また、FTOは、視床下部においては、特に、エクソンやイントロン領域のm6A修飾を脱メチル化をしていた。これらのことから、視床下部においては、FTOによるm6Aの脱メチル化が選択的スプライシングに影響していることが疑われた。そこでFTOの標的遺伝子の選択的スプライシングについて調べたところ、FTOが特に大きく脱メチル化する複数のm6A修飾領域の近傍にスプライシングバリアントが存在しており、さらに、エクソン・スキッピングやエクソン・インクルージョンがFTO欠損マウスにおいて変化していることが見いだされた。したがって、視床下部のFTOによるm6Aの脱メチル化の少なくとも一部は、選択的スプライシングに影響していることが明らかとなった。FTOによるm6A修飾の脱メチル化が引き起こす、直接作用の少なくとも一部が、選択的スプライシングへの影響であることを明らかにできたため、順調に進展していると考えている。また、内的要因(ホルモンなど)や外的要因(食事の栄養素バランスなど)による、FTOの発現レベルやm6A修飾パターンへの影響についても検討を行っており、一部、興味深い結果が出てきている。今後、視床下部摂食代謝中枢におけるN6-メチルアデノシン修飾制御の詳細とその生理学的意味を明らかにしていきたい。具体的には、N6-メチルアデノシン修飾がFTOや関連する制御因子により如何に調節され、それが如何なる生理現象につながっているか明らかにしていきたい。また、どのような内的要因(ホルモンなど)や外的要因(食事の栄養素バランスなど)の影響を受けているかについても明らかにしていきたい。
小脳失調マウスの遺伝子治療における開始時期に伴う治療効果と神経可塑性の検討

小脳脊髄変性症1型(SCA1)と関連が指摘されているRORαの突然変異ミュータントである小脳失調マウス、staggererマウスを用いて、遺伝子治療の開始時期に伴う治療効果の検討を行った。生後1、2、3週齢のstaggererマウスに野生型のRORαをレンチウイルスを用いて発現させたところ、生後2週齢以降では、形態、行動レベルのいずれも回復は見ることができなかったものの、1週齢では、行動レベルまで大きな回復効果を示した。ウイルスベクターを用いた小脳への遺伝子治療は、遺伝性小脳変性症への治療法として期待されている。しかし、遺伝子治療による小脳の障害回復の可能な時期については、ほとんどわかっていない。本研究では先天性小脳失調マウスを用いて回復可能な時期を明らかにすることで、将来の小脳変性症の遺伝子治療における基礎的データを得ることを目的とする。先天性小脳失調マウスstaggerer(スタゲラー)は、遺伝性脊髄小脳変性疾患1型に関連する転写因子Retinoid-related Orphan Receptor α(RORα)の変異により小脳プルキンエ細胞における特定の遺伝子発現異常と、それに起因したプルキンエ細胞をはじめとした小脳の発達障害が見られ、運動失調を示す。申請者は、スタゲラーマウスのプルキンエ細胞に野生型RORαを生後1,2,3週齢から発現させ、発現時期により障害回復に違いが生じるかを検討した。MSCVプロモーターにより野生型RORαを発現させるレンチウイルスベクターを生後1,2,3週齢のスタゲラーマウスの小脳に注入し、3週間後に運動テスト、電気生理、免疫組織染色による解析を行った。生後1週齢で注入した群は、運動障害と細胞の形態、シナプス応答が、対照群とくらべ有意に回復していた。このことから1週齢の小脳は、運動、細胞レベルで回復可能であることが示された。しかし2、3週齢群では回復は見られず、またRORαがプルキンエ細胞よりも小脳白質で多く発現し、RORαのプルキンエ細胞特異的な発現が低下していた。このことは、レンチウイルスを用いた実験系では、2週齢以降のスタゲラーマウスにおける障害回復が困難であることを示唆している。そこで申請者は、プルキンエ細胞への特異性や組み込み遺伝子の発現性が高い、アデノ随伴ウイルスにて実験を行うことを考え、すでに予備実験にて良好な結果を得ている。先天性小脳失調マウスstaggerer(スタゲラー)は、遺伝性脊髄小脳変性疾患1型に関連する転写因子Retinoid-related Orphan Receptorα(RORα)の変異により小脳プルキンエ細胞における特定の遺伝子発現異常と、それに起因したプルキンエ細胞をはじめとした小脳の発達障害が見られ、運動失調を示す。まず、プルキンエ細胞に野生型RORαを発現させるツールとしてAAV、レンチウイルスベクター、プロモーターをMSCV及びL7で検討したところ、MSCVプロモーターで野生型RORαを発現させるレンチウイルスベクターが、この実験にもっとも適当であることが判明した。そこで上記のレンチウイルスベクターを生後1,2,3週齢のスタゲラーマウスの小脳に注入し、3週間後に運動テスト、電気生理、免疫組織染色による解析を行った。しかし2、3週齢群では運動の回復は見られず、また2週齢ではプルキンエ細胞形態、機能の部分的な回復が見られるものの、3週齢ではまったく回復していなかった。以上の結果から野生型RORαによるレスキューは、生後1週齢の小脳までは、運動、細胞レベルで回復可能であることが示された。
多発性硬化症におけるILー17産生性T細胞の病原性および治療標的に関する研究

多発性硬化症(MS)は,T細胞が介在する、自己免疫性脱髄疾患であると考えられている。近年インターロイキン17(IL-17)を産生するT細胞(Th17細胞)が、種々の自己免疫疾患動物モデルの病原性細胞であると報告されている。しかし、MS病態へのTh17細胞の関与については、いまだ詳細は不明である。本研究の目的は,MSのTh17細胞の抗原特異性および病巣への浸潤を解析し、MS病態への関与を明らかにすることにある。我々は最近ヒト末梢血リンパ球のケモカイン受容体発現パターンを解析し、Th17細胞がケモカイン受容体CCR2陽性CCR5陰性であることを報告した(W.Sato et al.J Immunol.2007 178:7525-9)。ヒトTh17細胞の移動における、CCR2の重要性を調べるため、ヒト末梢血リンパ球のCCR2受容体リガンドCCL2に対する走化性実験を行なった。その結果、ヒト末梢血をCCL2へ引き寄せられた分画とそうでない分画に分離し、サイトカイン産生能を測定したところ、前者が有意に高いIL-17産生を示し、Th17細胞がCCL2へ走化性を示すことが分かった。さらに、MS患者と非MS神経疾患患者の2群より、末梢血および髄液を採取し、T細胞上のケモカイン受容体発現パターンを解析した。その結果、末梢血リンパ球においては、ケモカイン受容体発現パターンにこれら2群間に差は認められなかったが、髄液細胞においては、MS患者においてのみ、CCR2陽性細胞の頻度の増加が認められた。したがって、MS病巣への浸潤に、CCR2受容体とCCL2が関与していることを示唆する。以上より、髄液細胞のケモカイン受容体解析は、MS病態へのTh17細胞関与の解明に繋がる可能性があると考えられる。我々は最近ヒト末梢血リンパ球のケモカイン受容体発現パターンを解析し、Th17細胞がケモカイン受容体CCR2陽性CCR5陰性であることを報告した(W. Sato et al. J Immunol. 2007 178 : 7525-9)。MS患者と非炎症性神経疾患患者の2群より、末梢血および髄液を採取し、T細胞上のケモカイン受容体発現パターンを解析した。その結果、末梢血リンパ球においては、ケモカイン受容体発現パターンにこれら2群間に差は認められなかったが、髄液細胞においては、MS患者においてのみ、CCR2陽性CCR5陽性細胞の頻度の増加が認められた。この細胞は、Th17細胞と異なり、IFN-γとIL-17両方の産生能を有することが分かった。さらに、血液脳関門の破壊などに関与すると考えられている、メタロプロテイナーゼ9の発現が、他のメモリーT細胞分画と比較して、有意に高いことが判明した(論文投稿中)。以上より、MS増悪時に髄液で増加するCCR2陽性CCR5陽性T細胞は潜在的な血液脳関門破壊能を有し、MS病態において重要な役割を果たしていると考えられる。多発性硬化症(MS)は髄鞘抗原を標的とする自己免疫性脱髄性疾患であると考えられている。近年インターロイキン17(IL-17)を産生するT細胞が、種々の自己免疫疾患動物モデルの病原性細胞であると報告されている。しかし、MS病態への関与については、いまだ詳細は不明である。本研究の目的は,MSのIL-17産生性T細胞の抗原特異性および病巣への浸潤を解析し、MS病態への関与を明らかにすることにある。

再発MS患者と炎症性および非炎症性神経疾患患者の3群より末梢血および髄液を採取し、ケモカイン受容体発現パターンを用いて、末梢血に比べ髄液での頻度が増加しているサブセットを探索した。その結果、MS患者においてのみ、CCR2陽性CCR5陽性細胞の頻度の増加が認められた。MS再発時の末梢血よりCCR2陽性CCR5陽性細胞とそれ以外のT細胞を分離し、それぞれ髄鞘蛋白あるいは無関係な蛋白存在下で培養すると、CCR2陽性CCR5陽性細胞は髄鞘蛋白特異的なIFN-γおよびIL-17産生を示した。特にCCR2陽性CCR5陽性細胞によるIFN-γの産生量は、それ以外のT細胞の産生量に比べ有意に高いことが分かった。また、血液脳関門の破壊などに関与すると考えられている、メタロプロテイナーゼ9の発現が、他のT細胞分画と比較して、有意に高いことが判明した(論文投稿中)。以上より、MS増悪時に髄液で増加するCCR2陽性CCR5陽性T細胞は、IFN-γおよびIL-17産生性髄鞘抗原特異的T細胞を含み、潜在的な血液脳関門破壊能を有し、MS病態において重要な役割を果たしていると考えられる。
コンピュータコーパスを利用した英語の史的統語論研究

コンピュータコーパスを利用した言語研究の中心が現代英語となっている中で、歴史言語学へのコーパスの利用を主な目的として研究を進めた。古英語・中英語・初期近代英語の文献の抜粋を扱ったHelsinki Corpus、古英語から現代英語に至る聖書を集めたThe Bible in Enghshを主要なコーパスとして利用し、中英語期の否定構文の発達を中心に分析した。また、否定構文の中に特徴的に見られる現象、特に非断定形のanyの発達にも焦点をあて、中英語後期の多重否定の衰退とanyの発達との関係を探った。この結果、anyの発達はこれまでの研究で指摘されているよりも若干早いことがわかった。1350-1420年あたりに急激に頻度が高くなり、平叙文・条件文・疑問文に比べて否定文におけるanyの発達が著しいことも明らかになった。さらにコーパスの利用にあたっては、方言や文体の問題も考慮し、多重否定の衰退を社会言語学的な観点からも調査した。特に文体とanyの間の関連性が高く、散文におけるanyの発達が韻文よりも進んでいることが明らかになった。方言については、北部において多重否定の衰退が早い点がはっきりしたものの、anyの発達と方言の関連性を明らかにすることはできなかった。
埋設型インフラと低密市街地の対話型再編計画に関する研究

本研究では、市街地の低密化とは、人口減少に起因する空間における不確実性の1つの現れ方であるという観点に基づき、人口減少に起因する不確実性によって発生している問題をその他老朽化等のマネジメント上直面する不確実性から切り分けて分析の対象とした。特にその不確実性の発生元である利用者と、その不確実性の負担先がどのような状態にあるのか、さらにそのマネジメント方針として、不確実性の発生元に負担先を求めるメカニズムがいかに実現可能であるかという視点で、需要と供給の対話型再編に向けた基礎研究を行った。具体的には、受益者が明確で外部性の影響を考慮する必要が小さい水道事業を対象とし、工業用水および別荘地水道の運営実態について事例研究を行った。その結果、工業用水では責任水量制に則って需要の変動にかかわらず当初契約通りの料金支払いを厳密に履行する制度と、減量負担金によりユーザー間で自己責任の転嫁が生じることを防止しているメカニズムが明らかとなった。また別荘地水道では別荘利用者という需要がまばらな供給先に対して、基本水量を高めに設定したり、契約廃止と再契約時の加入金および契約再開料の支払いを定めたりすることで、水インフラをいつでも使用できる状態に維持するというだけでかかるコストを回収していることが確認できた。また、利用しない土地に対して、現行制度では周辺への外部不経済が大きく、当の原因をつくっている土地所有者が問題の構造から除外されている。本研究で検証したメカニズムは、料金制度やペナルティとしての金額の大小ではなく、いかに不確実性の発生源がその不確実性に起因するコストに自覚的になるかという点が重要である。再編計画上このメカニズムが発効するためには、不確実性の発生源と負担先に乖離があることについて広く理解を醸成し、各主体がメカニズムに従う動機を強める必要があるという示唆が本研究から得られたと考える。28年度が最終年度であるため、記入しない。埋設型インフラのサービス提供対価として傾斜料金設定を行うことの実現可能性を具体的に検討するべく、事例研究と制度レビューに集中して取り組んだ。まず近代水道が整備される前の水供給の在り方を明らかにするため、井戸利用が盛んであった和歌山市加太の生活実態調査を行った。また現行の特徴的な事業者の事例研究として1.群馬県長野原町上下水道課、2.静岡県大室水道事業を選定した。1は、別荘地と通常の市街地について個別の水道事業を行っており、財政上も区別していることが特徴的である。別荘地水道料金は基本水量・料金が国内最高値の料金設定であるが、同町特有の市街地開発経緯から住民等に広く受容されていることが明らかとなった。2は民間の水道事業者としては国内最大級であり、定住者の多い別荘地という点で低密市街地を抱える公営水道事業者とより共通点の多い事業者と言えることが明らかとなった。この両者に共通するのが、水道を利用しない休止期間や利用量が0立米の月の場合も、休止料、再開手数料、契約廃止後の新規契約時の加入金、高く設定された基本料などを設定している点である。これらは顧客の解約や休止に対するディスインセンティブとなっており、結果的に安定した契約者数や収入の確保につながっていることが明らかとなった。この手数料の価格により、顧客の所有する空き家・空き地の今後の開発予定に見当がつくため、インフラ維持管理における「対話的情報」となる可能性を見出した。また、法制度に関して判例レビューを行った結果、水道法の目的に「清浄・豊富・低廉」な水の供給が掲げられており、都市整備のような空間的・物理的インフラの整備よりも、水の質・量・値段の向上が目的であるため、水道法第十五条の給水義務を事業者が免れるには相応の「やむを得ない事情」が問われることが論点として明らかとなった。今後は、市街地の低密化がそれに該当するかを見当する。当初計画では理論モデルの構築を主な成果として予定していたが、フィールドワークを進める中で、理論的な正しさよりも、現場での慣習や法体系上のジレンマ等を丁寧にレビューしていく必要性を強く感じたため、方針を転換した。この方針転換により「埋設型インフラの対話型再編」と掲げたものに近い取り組みを行っている事業者を効率的に選定することができ、2つの現行事業者へのインタビューおよび現地調査を行うことができた。2つの事業者は、本研究の背景・目的に理解を示したため、財政情報や日常的な維持管理の取り組み、資料に残っていない歴史的経緯など、事例研究として充分な材料と協力体制が得られたといえる。また、法体系のレビューでは、水道法、地方自治法(公共施設関連)、給水判例などを調査対象とし、広範なレビューを行うことができた。都市計画行政上、下水道は都市計画対象ではあるが、水道は水道法のもと公営企業の所管官庁である総務省の下にあり、これまで都市計画分野では研究対象として深く分析されてこなかった。よって、本研究でこれらに着目できたことが1つの大きな成果につながると考えられる。

具体的には、受益者が明確で外部性の影響を考慮する必要が小さい水道事業を対象とし、工業用水および別荘地水道の運営実態について事例研究を行った。その結果、工業用水では責任水量制に則って需要の変動にかかわらず当初契約通りの料金支払いを厳密に履行する制度と、減量負担金によりユーザー間で自己責任の転嫁が生じることを防止しているメカニズムが明らかとなった。また別荘地水道では別荘利用者という需要がまばらな供給先に対して、基本水量を高めに設定したり、契約廃止と再契約時の加入金および契約再開料の支払いを定めたりすることで、水インフラをいつでも使用できる状態に維持するというだけでかかるコストを回収していることが確認できた。また、利用しない土地に対して、現行制度では周辺への外部不経済が大きく、当の原因をつくっている土地所有者が問題の構造から除外されている。本研究で検証したメカニズムは、料金制度やペナルティとしての金額の大小ではなく、いかに不確実性の発生源がその不確実性に起因するコストに自覚的になるかという点が重要である。再編計画上このメカニズムが発効するためには、不確実性の発生源と負担先に乖離があることについて広く理解を醸成し、各主体がメカニズムに従う動機を強める必要があるという示唆が本研究から得られたと考える。当初研究計画では、1)インフラ供給の効率性を判定する最小地区単位の検討と、非効率地域である低密市街地の分布実態解明2)低密市街地における傾斜料金設定の検討、及び、海外事例やゲーム理論に基づくインフラ削減と世帯の住み替え推進制度の提案3)供給対象世帯がゼロになるまでインフラ供給を継続するという従来型方針を今後も採用した場合と、上記2)で提案する対話型再編施策を採用した場合との費用および空間変化の比較を行うことで対話的なインフラ削減の理論モデルをとしていたが、現行のインフラ事業者へのインタビュー等により、慣習や制度上の問題からライフラインとなっている埋設型インフラの空間的な縮小等は、いくら合理的であっても取り組み難いことが明らかとなった。そのため、本研究の前提として行う予定であった事例研究・法制度レビュー等に研究の中心を移し、すでに現実に行われている事例から、現行法上も実施可能な取組や料金体系を詳らかにしていく方針に転換した。これにより、平成28年度では、国内の事例研究に引き続き取り組みながら、当初計画において予定していた理論モデルの構築よりも、国内外の事例や法制度・判例のレビューに重点を置くこととする。28年度が最終年度であるため、記入しない。
電析磁性金属人工格子の作製及びその構造と特性

1.目的「金属人工格子」は,異種の金属を原子層単位で交互に積層した人工的多層膜であり,平衡状態では存在し得ない新物質である。通常分子線エピタキシ-・スパッタリング等の物理気相成長法により作製され,新機能材料の創製・新物質探索を目指して研究開発が世界的にも急速に進展している。特に,磁性体分野においては垂直磁気異方性や巨大磁気抵抗効果等応用に結び付く新しい現象が見いだされ,最近の大きな話題となっている。本研究は,常温常圧で行える液相からの金属相形成法である「電析」による磁性人工格子の作製を目指すものである。2.方法・結果および考察本年度は,特に,垂直磁化Co/Pt,巨大磁気抵抗Co/Cu人工格子の電析による作製を主要な研究目標にした。反射電子顕微鏡観察による解析結果を基に,電析Co,Pt,Cu/Pt(111)超薄膜・2層膜の結晶成長機構に関して検討し,原子層単位での積層構造制御の基礎データを得た。電位制御条件下においてCo/Pt,Co/Cu多層膜を作製し,断面透過電子顕微鏡観察,X線回折ならびにオージェ・光電子分光法により組成周期・積層界面構造を評価した。作製された多層膜は厳密には組成変調合金膜ではあるが,人工周期構造がほぼ全体に均一に存在し,その構造は電析条件(特に電位)に依存した。また,その磁気特性は積層構造に依存し,Co/Cu(111)テクスチュア多層構造においては反強磁性層間結合の振動性ならびに18%以上の“巨大"磁気抵抗値(室温)が観測された。人工格子の高品質化を目指し検討すべきまだ多くの課題が残されているが,電析条件を厳密に制御することにより従来の気相成長法に劣らないあるいはむしろより特異な構造・機能を有した新物質に成り得るものであると考えられる。
リー代数を用いた非断熱量子制御の研究

中原は量子ゲートの高精度実装を研究した.また,BECにおけるベリー位相を用いた渦糸の作成を,大見とともに非断熱量子制御の方法で研究し,より効率の高い渦の生成を提唱した.さらに,高い効率を利用して十数回にわたりベリー位相を刻印する渦糸ポンプを研究した.丸山はアクセスが制限された状況下での量子制御の研究を行った.NicChormaicは,ナノ光ファイバーを用いて原子をトラップし,量子干渉,数個の光子のスイッチング,牽引ビームの実験を行った.Buschは非自明な幾何学配置におけるBECの相分離,回転超流体,1原子の任意の空間的重ね合わせ状態の非断熱生成,断熱通過の非線形物理系への適用を研究した.平成26度は,7月に上海大学でワークショップ"Shortcuts to Adiabaticity 2014"を共同開催し,1月に沖縄科学技術大学院大学でミニシンポジウム"Quantum Control of Light and Matter"を共同開催し,研究代表者,分担者,研究協力者が一堂に会し,現在の研究テーマについて討論を行った.その結果,様々な共同研究が現れた.代表者中原は上海で、協力者増田と冷却原子のBECにおける渦糸のトポロジカル生成において、生成過程でトラップから非断熱遷移により焼失する原子を,RiceやBerryによって開発されたCounter-diabatic場を用いて抑制する方法を議論した.その後沖縄で具体的な計算の議論を行った.最初の提案では,2つの閉じ込め磁場が必要であったが,その後協力者のGungordu(現在Nebraska大学研究員)との議論で,適当な座標変換を行えば,一つの閉じ込め磁場で同様の非断熱量子制御が可能であることを見出した.それにより,実証実験がはるかに現実的となった.この研究には分担者大見も参加している.分担者NicChormaicはナノ光ファイバー付近に原子をトラップする実験を行っている.それにより,誘電性の表面が原子に与える効果を研究した.これらの研究は原子とナノ光ファイバーを用いた量子ネットワーク構築に本質的である.その結果は投稿中である(arXiv:1502.01123).Buschは非自明な幾何学的配置における,多成分BECの相分離を研究した.丸山は多体量子系へのアクセスが限定された状況下で,系に関する予備知識なしにそのハミルトニアンなどのダイナミクスを決定するものの特定を見出した.それにより誘起されるヒルベルト空間の構造についても知見を得,観測可能なダイナミクスについての同値類や,制御(不)可能空間について数学的特徴付けを行った.中原はBECにおけるトポロジカル渦生成において,counter-diabatic磁場による非断熱制御を研究し,通常の渦生成に伴う原子のロスを大幅に減らすことに成功した.特に系の固有時間程度で渦を生成したときの残留原子数は,通常の制御に比べほぼ20倍の原子が残留することを示した.この結果のモノポール,スカーミオン,渦ポンプへの応用を研究した.渦ポンプは,トポロジカル渦生成を数回繰り返し高い巻き数の単一渦を生成するものであるが,本研究の成果と光プラグを併用すれば,3,4回のポンプが実行できることを数値的に確認した.2016年2月にWorkshop on Quantum Controlを開催し,分担者や他の科研費の研究者,海外の研究者と議論を行った.丸山は高次元Hilbert空間内の状態に作用する演算子を,制御対象となる部分系との関連で特徴づける研究を行った.直接制御可能な空間Sと,それと強く相互作用する系Eを考え,S上の制御を記述する演算子,S+E上の全系ハミルトニアンから構成される代数構造を解析し,Hilbert空間に自明でない構造が必然的に生まれることを明らかにし,S系が2次元の場合と3次元以上の場合で決定的な違いがあることを見出した.NicChormaicは冷却Rb原子雲に埋め込まれた光ナノファイバーを用いて,AT分離やEITなどの量子干渉の実験を行った.EITを用いて原子による完全に光学的なスイッチングを数個の光子レベルで実証した.2016年3月に「量子技術のためのRydberg原子」シンポジウムを開催した.Buschは回転超流体と1粒子制御を研究した.前者ではキック下でAbrikosov格子に密度超格子が現れることを示した.非自明な幾何学下で2成分凝縮体の相分離の量子相転移を通して角運動量の振る舞いを記述し,この相転移は超流動と固体的な回転の転移をもたらすことを示した.後者では,光格子の中にp波状態を生成する方法と,1原子の任意の空間的重ね合わせ状態を非断熱的に生成する方法を研究した.平成26年度に開始した「BECにおけるトポロジカル渦糸の非断熱的生成」の研究は完成して論文として出版された.研究協力者の大見,Chen,増田, Gungorduも共著者である.平成27年度はその発展として,BECにおける渦ポンプの実現,スカーミオン,モノポールの生成に本研究を応用する研究を開始し,いくつかの成果を得られた.これらの成果のいくつかは論文としてまとめる予定であり,順調に研究が進んでいるといえる.当初はより数学的な研究を目指したが,BECにおけるトポロジカル励起で当初予期しなかった発展があり,平成27年度は研究の軸足がこちらに移った.とくに数値計算が得意なフィンランドのBECグループとの共同研究が始まり,今後も何回かフィンランドを訪問し,研究を進めるめどがついた.

2016年2月には,小規模のワークショップを開催し,分担者,丸山,Buschと他の研究者らに,それぞれの最近の研究を発表してもらい,今後の共同研究の可能性を探った.他の研究として,一般の混合状態をアンシラに使った量子誤り訂正符号の研究を始めたが,いまだケース・スタディの段階で,一般的な解析は研究中である.また,代数学者と球デザインの量子情報への応用に関する共同研究を始めたが,まだオリジナルな研究成果はあがっていない.中原は非断熱量子制御を用いたspinor BECにおける渦糸のトポロジカルな生成をさらに発展させ,渦糸位相の刷り込みを複数回繰り返し,巨大な巻き数をもつ渦を生成する研究を行った.従来のシナリオでは,刷り込みの過程で原子が失われるが,非断熱量子制御を用いれば,原子の消失を大きく抑制でき,刷り込みを多数回できることを示した.また,光トラップを用いることにより,従来の磁気トラップを用いた方法で使われていたweak field seeking stateをstrong field seeking stateで置き換えることが可能となり,磁場はスピンの制御のみに使われる.そのために,従来必要であった電流の大きさを2桁程度下げることが可能となり,提案が実験的に可能となった.丸山は多体量子系への人為的アクセスが大きく制限された条件下での量子制御を調べた.制限アクセスの下でのハミルトニアンの集合は,エルミート作用素を要素とするジョルダン代数をなすことを見出し,ジョルダン代数の理論を応用することで,前年度までの結果をさらに精緻化することに成功した.現実の量子制御も多体系の部分自由度へのアクセスにより実行されるため,ここで得られた結果は一般論の構築に役立つ.Buschは,角運動量の生成を1粒子から多粒子の場合に拡張する基礎研究を行った.そのためにJordi Mompart教授のグループと共同研究を行い,BECにおける空間的な断熱通過の最適条件を決定した.それにより,非線形領域で最適パラメタ領域を解析的に決定することに成功した.これは断熱手法を非線形物理系に適用する最初のステップである.NicChormaicは光学ナノファイバーにおけるモード間干渉を用いた冷却原子の牽引ビームを開発した.また,光学ナノファイバーにおいて,カイラル光効果を生じる高次のモード伝播の完全な理論解析を行った.中原は量子ゲートの高精度実装を研究した.また,BECにおけるベリー位相を用いた渦糸の作成を,大見とともに非断熱量子制御の方法で研究し,より効率の高い渦の生成を提唱した.さらに,高い効率を利用して十数回にわたりベリー位相を刻印する渦糸ポンプを研究した.丸山はアクセスが制限された状況下での量子制御の研究を行った.NicChormaicは,ナノ光ファイバーを用いて原子をトラップし,量子干渉,数個の光子のスイッチング,牽引ビームの実験を行った.Buschは非自明な幾何学配置におけるBECの相分離,回転超流体,1原子の任意の空間的重ね合わせ状態の非断熱生成,断熱通過の非線形物理系への適用を研究した.当初の計画では平成26年度は全員が集まるワークショップを1回行う予定であったが,上海大学と沖縄科学技術大学院大学の協力を得て,2回行うことができた.ワークショップには,当科研費のメンバーだけでなく,関連領域の研究者も招聘し,いくつかの共同研究が始まった.
軟骨細胞の増殖におけるインテグリンと細胞外基質の相互作用の解析

軟骨基質には多種類の細胞外基質が存在し、軟骨細胞の増殖および分化を調節していると考えられている。我々は軟骨細胞の増殖がβ1インテグリンに依存することを示唆する知見を得ていた。本研究は、どの細胞外基質が、どのαサブユニットと会合したβ1インテグリンを介して軟骨細胞の増殖を調節しているかを明らかにすることを目的としてなされた。ウサギ成長軟骨細胞はI型,II型コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン、ヴィトロネクチンなどの種々の細胞外基質に接着する能力を保持し、フィブロネクチンとの接着はα5β1インテグリンおよびRGD配列に依存していたが、コラーゲンとの接着は非依存性であった。いずれの細胞外基質上で軟骨細胞を培養しても、培養を継続するにしたがい、その細胞接着および細胞伸展はフィブロネクチンおよびα5β1インテグリンに依存するようになった。軟寒天培養系を用いて軟骨細胞の増殖に関与しているインテグリン、細胞外基質を検討したところ、細胞増殖はフィブロネクチンとα5β1インテグリンとの相互作用を阻害する抗α5β1インテグリン抗体(BIIG2)およびRGDペプチドの添加により阻害された。一方、α5β1インテグリンとフィブロネクチンのアフィニティーを強める特種な抗体(U1α、Dev.Biol.,169,261-272,1995)の添加は軟骨細胞増殖を促進した。また、ウサギ肋軟骨・骨移行部の成長板の増殖軟骨層に、α5インテグリンサブユニットおよびフィブロネクチンが局在していた。上記の結果は軟骨細胞の増殖にはα5β1を介する細胞外基質、おそらくフィブロネクチンからのシグナルが必須であることを示すものである。さらに、成長軟骨細胞の増殖の調節にα5β1インテグリンが関与していることが示唆された。1.鶏胚あるいはウサギ軟骨細胞を軟寒天中で培養し、FGFを添加することによりコロニー形成を誘導し、そのコロニーにおいてどのような細胞外基質が蓄積しているかを免疫組織学的に検索した。軟骨細胞周囲にはフィブロネクチン、II型コラーゲンおよびアグリカンが分布していたが、X型コラーゲンおよびビトロネクチンの蓄積は観察されなかった。2.抗フィブロネクチン抗体、抗アグリカン抗体、抗X型コラーゲン抗体および抗ビトロネクチン抗体は、FGFにより誘導されるコロニー形成を阻害しなかった。3.α5β1とフィブロネクチンあるいはαvβ3とビトロネクチンとの結合を阻害するGRGDSペプチドを軟骨細胞軟寒天培養系に添加するとp、FGFにより誘導されるコロニー形成が阻害された。一方、不活性のGRGESペプチドはコロニー形成を阻害しなかった。4.α5β1とフィブロネクチンとの結合を強める抗体U1α(Dev.Biol.in press)は、FGFにより誘導される鶏胚軟骨細胞のコロニー形成を促進した。上記の結果は軟骨細胞の増殖にα5β1インテグリンを介する細胞外基質のシグナルが必要であることを示唆するものである。どの細胞外基質が細胞増殖に関与しているかは未定である。現在、α5β1とフィブロネクチンとの結合を阻害する抗体を用いて、軟骨細胞の増殖においてα5β1とフィブロネクチンとの相互作用がどのように関与しているかを詳細に検討している。

ウサギ成長軟骨細胞はI型、II型コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン、ヴィトロネクチンなどの種々の細胞外基質に接着する能力を保持し、フィブロネクチンとの接着はα5β1インテグリンおよびRGD配列に依存していたが、コラーゲンとの接着は非依存性であった。いずれの細胞外基質上で軟骨細胞を培養しても、培養を継続するにしたがい、その細胞接着および細胞伸展はフィブロネクチンおよびα5β1インテグリンに依存するようになった。軟寒天培養系を用いて軟骨細胞の増殖に関与しているインテグリン、細胞外基質を検討したところ、細胞増殖はフィブロネクチンとα5β1インテグリンとの相互作用を阻害する抗α5β1インテグリン抗体(BIIG2)およびRGDペプチドの添加により阻害された。一方、α5β1インテグリンとフィブロネクチンのアフィニティーを強める特種な抗体(U1α、Dev.Biol.,169,261-272,1995)の添加は軟骨細胞増殖を促進した。また、ウサギ肋軟骨・骨移行部の成長板の増殖軟骨層に、α6インテグリンサブユニットおよびフィブロネクチンが局在していた。上記の結果は軟骨細胞の増殖にはα5β1を介する細胞外基質、おそらくフィブロネクチンからのシグナルが必須であることを示すものである。さらに、成長軟骨細胞の増殖の調節にα5β1インテグリンが関与していることが示唆された。
社会的排除層の自立支援に取り組む日本型社会的企業モデル構築に関する実証的研究

社会的に排除された人びとの自立支援に取り組む労働統合的社会的企業の実践が、わが国において展開するための条件および可能性について検討することが本研究の目的である。とりわけ、長らく社会から断絶されていた人びとの関係性の回復や働く意味の再発見といった包括的なキャリア形成/協同的エンパワメントといった観点から、主に若者、ホームレス、障がい者雇用の領域で支援活動を展開する社会的企業を取り上げ、それらの実践が地域的自立支援システムの構築に果す役割と可能性について実証的に明らかにすることをめざした。H22年度の中心的な研究内容は、社会的企業の全国的動向把握にむけた組織調査である。具体的には、協同組合運動を基盤としたワーカーズ・コレクティブと労働者協同組合の調査を実施した。前者は、障がい者および社会的引きこもり支援を行っている首都圏の実践、後者は若者自立支援事業に取り組んでいる実践へのヒアリングを通して、就労困難者の就労(参加)実態に即した労働統合機能の類型化を試みた。これらの成果の一部は、日本協同組合学会シンポジウムおよび日本社会教育学会で報告し、その一部をまとめた論考を日本協同組合学会誌に投稿した(現在、査読中)。また、研究協力機関である協同総合研究所と共同で、労働者協同組合組合員意識アンケート調査分析にも着手し、その成果は、協同総合研究所報『協同の発見』に発表予定である。現場スタッフとの継続的な検討会は、アンケート方法や質問項目を見直す場にもなっており、実践的・包括的な全体像把握に向けた知的ストックを共有・開発する試みとして位置づけることができる。社会的企業の実践には、東日本大震災によって壊滅的打撃を受けた東北地方をはじめ、深刻化する国内経済・雇用問題に対して地域住民が主体的・協同的にとりくむ地域再生・振興だけでなく、一部の専門家・知識人にリードされてきた既存の「知識基盤社会」から脱却し、地域住民の学習と対話に基盤をおいた(地域)社会形成の可能性が内包されている。そこで働くスタッフ・労働者に限定しない地域的協同性に基づいた社会的企業モデルの開発を通して、その今日的位置と役割を検討する作業はこれまで以上に重要になってくるものと思われる。H23年度は、わが国の社会的企業の典型である労働者協同組合(労協)を主たる調査対象に、(1)組合員意識アンケート分析、(2)社会的排除層の自立支援現場のヒアリング調査を実施した。これらの調査を通して、協同エンパワメントに向けた正統的周辺参加型アプローチを社会的企業論に適用する際の課題と可能性を明らかにしようと試みた。前者に関しては、実務者との共同検討作業を通して、労協での働き方の今日的特徴および課題を摘出することができた。その分析結果は協同総合研究所報『協同の発見』に、労協の歴史的展開過程および今日的特徴を検討した論稿は日本協同組合学会誌に、それぞれ掲載された。後者に関しては、正統的周辺参加論(レイブ/ウェンガー)の社会的企業論への適用にむけた検討を、若者自立支援実践を題材に試みた。研究成果は、若者自立支援にかかわる諸論稿として発表するとともに、国内の関連学会・研究会および国際学会等(韓国・イタリア)で報告した。上記の考察を通して、多様性を享受しあえる柔軟な働き方の実現に向けた実践的枠組み再構築の重要性を確認することができた。望むものは誰もが働くことのできる労働環境の形成は重要な課題ではあるが、その実現を同質性・均質性を前提とした雇用ではなく、多様性を前提とした柔軟な働き方を通して追求することが課題の中核部分に位置することが明確になった。このことは、完全雇用から完全従事社会への転換を実質化するうえでも重要な視点であると考えられる。また、ヒアリング調査からは、若者自立支援・就労支援後の生活・就労に大きな困難性を抱えている当事者および支援者の存在が大きくクローズアップされることとなった。社会的排除層の自立支援と働き方の見直しに人間発達の視点を織り込んだ社会的企業モデルの開発は、自立支援政策が制度疲労を起こしつつある今日的状況においてますます重要な検討領域になっていくものと思われる。平成25年度は、社会的排除問題の解決に取り組む国内の先進的社会的企業の調査を実施した。調査の焦点は、自立支援(就労相談、職業訓練等)後の移行問題への対応である。近年のアクティベーション型自立支援政策の導入により、就労を明確に意識した自立支援が大勢を占める中、多くの社会的企業は制度的支援後の就労先の確保という問題に直面している。生活困窮者・孤立者支援に取り組む社会的企業を「相談・訓練型」、「継続就労型」、「混合型」の3つのカテゴリーに分類した本研究では、自前で中間的就労や継続就労の場の創出に取り組んでいる「継続就労型」「混合型」の社会的企業調査をもとに、その実態と課題の解明を試みた。それらの調査・検討を通して、本研究では、自立のプロセスが当事者の働き方のみならず、支援者等を含めたともに働く関係性やコミュニティとの関係性をも共時的に変化させるエンパワメントプロセスとして把握する枠組みの構築に取り組んだ。

社会的排除問題に取り組む社会的企業の労働支援のあり方および媒介的コミュニティの構築にむけた支援者機能の検討は日本社会教育学会報告および著書「社会的企業のコミュニティ媒介機能」として、狭義の自己実現を超えた「労働の場のエンパワメント」を可能とする実践理論の中核概念として本研究が位置付けている「協同労働」の今日的到達点と課題については著書「「協同労働」実践の今日的到達点と展望」および和歌山で障害者の包括的生活・就労支援を展開している麦の郷の実践に注目した論考(報告書)等を通して発表した。また、最終年度の総括として研究者・実践家共同の振り返りの試みとして「埼玉におけるワーカーズ運動の地域的展開と協同労働の展望ー地域でともに生きる、ともに働く」(コーププラザ浦和:2014年2月8日)を主催した。H24年度は、多様な言説が乱立する「社会的企業」がわが国において受容されてきた背景および現状をふまえて、その実践が社会的排除問題克服の真の担い手として展開するための可能性および課題について検討した。具体的には、第1に、おもに若者および障害者支援にとりくむ労働統合的社会的企業の調査を通して、当事者の協同的主体化を可能とする条件の解明を試みた。ワーカーズコープを事例とした若者自立塾の実践分析と関係者(スタッフ、当事者)との共同振り返り作業の成果は、藤井・原田・大高編著[2013]、大高[2013]、石井他[2013]など、障害者の労働支援現場における関係者(支援者・当事者双方)の労働観の変容過程については国内外の関連学会で報告した。第2に、生活困窮者支援に取り組む国内の先進的社会的企業を1移行支援型(訓練型)、2継続就労型、3混合型の3つのカテゴリーに分類して実施したヒアリング調査をもとに、就労支援に取り組む社会的企業の今日的特徴・傾向把握に努めた。なかでも、移行支援型の多くが、自らの役割を「つなぎの就労の場の提供」とは位置づけていなかった点が特徴的である。よって、多くの社会的企業が実質的に混合型に移行している。第3に、上記の移行支援型から混合型への転換は、自立支援後の就労のあり方を問い直す契機となっており、結果として、雇用に至るまでの能力形成だけでなく、「雇用そのもの」にエンパワメントの契機を見いだす視点の重要性を浮かび上がらせている。これらのテーマに関する試論的考察は、社会教育学会年報および報告書として近刊予定である。なお、その他に、社会的企業の代表的形態のひとつである協同組合の国民認知度にかかわるアンケート調査、社会的企業にかかわる諸制度の整備が進む韓国調査等にも取り組んだ。当初の年度計画である社会的企業(労働者協同組合)組合員意識調査および若者自立支援の取り組みを題材にした正統的周辺参加論アプローチの検討に加え、日本型社会的企業モデルの相対化を念頭に置いた東アジアの社会的企業研究の動向についても一定程度の知見を得、また研究者ネットワークを形成することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の年度計画である若者自立支援事業の実践分析および関係者との共同振り返り作業は完了した。また、協同組合の系譜につらなる日本型社会的企業のマッピング作業も概ね終了した。
脳の発達環境におけるシナプス外シグナルとセンシング機構の普遍性とダイバシティ

1. shRNA法を用いたCl-トランスポーターknock-downによるモーダルシフト: [熊田、森島]マウスnkcclのsiRNAを作製し、single-cell real-time PCR法でsiRNAの効果を判定した。子宮内電気穿孔法で胎仔の新生神経細胞に選択的に導入することで、NKCC1減少による[Cl^-]_iの低下をパッチクランプ法で解析できる。また電気穿孔法で遺伝子導入して移動細胞にKCC2を強制発現させた。[Cl^-]_iの低下を認めなかったが、リン酸化阻害剤の投与によりE_<GABA>は過分極側へシフトした。すなわち、KCC2の強発現とリン酸化阻害により[Cl^-]_iのモーダルシフトを誘導し、細胞移動の変化を解析する系ができた。2.タウリン受容体のセンシングモデュールとしてのダイバシティとモーダルシフト: [福田、森島]マウスの胎生期から生後にかけて、タウリン応答を仲介する受容体はGABA_A受容体であった。胎生期ではタウリンとタウリン輸送体は一致した分布で、脳室帯や基底核原基に存在せず、辺縁帯とサブプレート/中間帯に特に多く、皮質板がこれについで多かった。生後に両者とも減少傾向を示し、4週では殆ど認められなくなった。一方で胎生期のGABA細胞は基底核原基を始め、辺縁帯と脳室下帯に集積し、ついで皮質板に多かったが、タウリンと対照的にサブプレート/中間帯で少ない分布を示した。細胞外GABAの空間分布はGABA細胞の分布と良く一致していた。3.タウリンのストレス応答の検討: [福田]妊娠したGAD67-EGFPノックインマウスの+/+母体より+/-母体で顕著にコルチコステロンが上昇していたので、+/+母体を拘束ストレスの実験に供した。胎仔脳(+/-)への影響ではHPLC法にてGABA含有量やタウリン含有量に減少傾向があったが有意差はなかった。しかし、細胞外GABAがストレス胎仔で上昇している可能性があった。1.胎仔脳内タウリン欠乏モデルの作成[福田、森島]:D-システインスルフィン酸をマウスの妊娠13-15日に24時間毎に母体に腹腔内投与してタウリンの合成を阻害したところ、HPLC法で測定した細胞外タウリン濃度は約50%減少していた。パッチクランプ記録ではtaurine transporter阻害剤のGESによりトニックカレントは増大した。細胞外GABAが殆ど無いGAD67-GFP knock-inマウスホモ接合体でも細胞外タウリンによるGABA_A受容体を介するトニックカレントが記録され、これはtaurine欠乏モデルでは消失していた。2.タウリンの放出および取り込みメカニズムの検討[福田、森島]:免疫組織化学法で検討したtaurineとtaurine transporterの胎仔脳の分布は類似していた。すなわち、脳室帯を除く大脳皮質全体に多くみられ、特に辺縁帯と脳室下帯に集積していた。しかし、生後1週間で両者とも大脳皮質から消失した。また、GESで胎仔脳スライスを還流すると細胞外taurine濃度が約50%増加した。すなわち母体由来taurineが皮質層構造形成に重要な部位にtransporterにより取り込まれる可能性を示唆している。taurine抗体による免疫電顕では、E17マウスの脳室下帯ではシナプス構造ははっきりせず、taurineは細胞体や線維に存在していた。一方、P0ラットの辺縁帯ではシナプス構造は認めたが、taurineは小胞には局在していなかった。3.KCC2強制発現インビボモデルによる内因性のKCC2機能抑制因子の同定[熊田、福田]インビボ電気穿孔法でKCC2を強制発現させた細胞からCl^-濃度を調節したホールセルパッチクランプで[Cl^-]_i変化を測定し、リン酸化阻害剤および脱リン酸化阻害剤をスライスに投与して[Cl^-]_i変化を測定したところ、生後1週は過剰発現したKCC2がリン酸化の影響で機能抑制されていた。

一方で胎生期のGABA細胞は基底核原基を始め、辺縁帯と脳室下帯に集積し、ついで皮質板に多かったが、タウリンと対照的にサブプレート/中間帯で少ない分布を示した。細胞外GABAの空間分布はGABA細胞の分布と良く一致していた。3.タウリンのストレス応答の検討: [福田]妊娠したGAD67-EGFPノックインマウスの+/+母体より+/-母体で顕著にコルチコステロンが上昇していたので、+/+母体を拘束ストレスの実験に供した。胎仔脳(+/-)への影響ではHPLC法にてGABA含有量やタウリン含有量に減少傾向があったが有意差はなかった。しかし、細胞外GABAがストレス胎仔で上昇している可能性があった。
大規模・複雑なハイブリッドシステムのための区間制約プログラミング技術

連続・離散ハイブリッドシステム(以下HSとする)のための制約プログラミング技術を開発することを目標に、下記の4項目を実施した。(a)HSモデリングツールであるMATLAB/Simulinkのためのテストケース自動生成手法を検討した。とくに大規模複雑なSimulinkモデルに対する有用なテストケースを得るための手法として、静的解析法とモンテカルロ法を連携した手法に取り組んだ。静的解析法として、区間制約ソルバーを用いる方法と、SMTソルバーを用いる方法を検討し、非線形制約に帰着されるモデルや中規模のモデルへ適用するための実装・実験を実施した。(b)HSモデリング言語・ツールAcumenに関し、統計的モデル検査機能の追加と、形式的な意味論に基づく再実装を行なった。前者ではAcumenツールを用いた軽量な検証技術を提案し、Acumen上でモデリング、仕様記述、検証、結果の解析を実施する複数例を示した。後者では同ツール実装の高信頼化技術を開発した。(c)制約プログラミング技術の高信頼実装のためのプログラム検証技術に取り組んだ。高信頼数値計算のための区間演算コード(四則演算や累乗)と、制約式に基づくモデル検査アルゴリズムを定理証明支援系やSMTソルバーを用いて検証した。最新の証明器を利用した高信頼実装の例を蓄積した。(d)制約付き最適化問題の探索に基づくソルバーのための大規模並列化技術を開発した。PCクラスタ上で負荷分散と暫定最適解の分散とを両立させるための技術を検討した。木構造に基づくベンチマーク問題について性能評価実験を行ない、784コア使用時に429-824倍の速度向上を達成した。当初の計画に従い、「研究実績の概要」に記載の4項目について研究を進めた。(a)大規模複雑なMATLAB/Simulinkモデルの解析が可能な制約プログラミング技術、(b)統計的にハイブリッドシステムの振る舞いを解析する手法、(c)区間演算やモデル検索器のためのプログラム検証、(d)探索に基づく最適化問題の並列求解処理のそれぞれに関して成果を得ることができたため、おおむね順調に進展している。計画に従い、ハイブリッドシステムのための制約プログラミング技術開発を進める。(a-b)より大規模なSimulinkモデルに対して適用するための開発・実験を行う。そのためには基本的な線形制約の求解を高速に実施することが重要となる。線形制約ソルバーを別途開発し、提案手法へ組み込むことを検討する。(c)区間演算と探索を組み合わせたプログラムや、多様かつ実用的なモデル検査アルゴリズムの検証を実施する。(d)数値制約付き最適化問題を区間解析に基づき求解するソルバーの並列化を実施する。(理由)当初計画していた(海外での)国際会議発表を行なわなかったため。(使用計画)研究成果の国際会議発表を行う。また、海外での車載システム研究開発に関して調査を行う。
極限酵素触媒の人工構築

極限微生物に由来する酵素がどのようにして極限環境に適応しているかについては,ほとんど明らかにされていない.アルカリ性条件下において高活性を示す好アルカリ性バシラス属細菌41M-1株に由来するキシラナーゼを例にとり,その触媒機構やアルカリ性への適応機構を分子レベルで明らかにすることを目的として,遺伝子クローニングとタンパク質工学検討を行った.(1)キシラナーゼ遺伝子のクローニングと解析41M-1株染色体よりキシラナーゼ遺伝子をクローニングし,塩基配列決定を行った.本遺伝子には27アミノ酸のリーダー配列と327アミノ酸の成熟型酵素がコードされていた.他のキシラナーゼとのアミノ酸配列比較から,本酵素のN末端側2/3の領域は触媒ドメインと考えられた.その下流には,リンカー配列を介して,約100アミノ酸の機能未知領域がC末端側に伸びていた.(2)触媒活性に関与するアミノ酸残基の特定部位特異的変異により触媒ドメインにアミノ酸置換を導入した各種変異型酵素を調製し,野生型酵素との活性比較を行った.その結果,本酵素においては2つのGlu残基が触媒残基として機能していることが推察された.また,いくつかのTrpおよびTyr残基の活性への関与も示された.(3)C末端機能未知領域の解析部位特異的変異の手法を用い,本酵素のC末端側に存在するポリペプチド領域の欠失を行った.C末端欠失型酵素および野生型酵素の性質比較から,C末端領域は本酵素の触媒活性発現に必須ではなく,多糖への結合に関与していることが示唆された.極限微生物に由来する酵素がどのようにして極限環境に適応しているかについては,ほとんど明らかにされていない.アルカリ性条件下において高活性を示す好アルカリ性バシラス属細菌41M-1株に由来するキシラナーゼを例にとり,その触媒機構やアルカリ性への適応機構を分子レベルで明らかにすることを目的として,遺伝子クローニングとタンパク質工学検討を行った.(1)キシラナーゼ遺伝子のクローニングと解析41M-1株染色体よりキシラナーゼ遺伝子をクローニングし,塩基配列決定を行った.本遺伝子には27アミノ酸のリーダー配列と327アミノ酸の成熟型酵素がコードされていた.他のキシラナーゼとのアミノ酸配列比較から,本酵素のN末端側2/3の領域は触媒ドメインと考えられた.その下流には,リンカー配列を介して,約100アミノ酸の機能未知領域がC末端側に伸びていた.(2)触媒活性に関与するアミノ酸残基の特定部位特異的変異により触媒ドメインにアミノ酸置換を導入した各種変異型酵素を調製し,野生型酵素との活性比較を行った.その結果,本酵素においては2つのGlu残基が触媒残基として機能していることが推察された.また,いくつかのTrpおよびTyr残基の活性への関与も示された.(3)C末端機能未知領域の解析部位特異的変異の手法を用い,本酵素のC末端側に存在するポリペプチド領域の欠失を行った.C末端欠失型酵素および野生型酵素の性質比較から,C末端領域は本酵素の触媒活性発現に必須ではなく,多糖への結合に関与していることが示唆された.