hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
暗黒物質検出のための低温シンチレータの開発

まず、ドープしてない純粋のヨウ化セシウム(CsI)が、液体窒素温度では大変効率のよいシンチレータとして作動することが確認された。つぎに、モリブデン酸鉛の単結晶を冷却して実験を行った。この結果、100K以下ではやはりシンチレータとして使えることが新たに見いだされた。この物質は二重ベータ崩壊核であるモリブデン-100を含んでいるためシンチレータとして使えることがわかったことで二重ベータ崩壊実験の新しい展望をきりひらく可能性がある。われわれはこの結晶の有用性を評価するために、実際に短期の二重ベータ崩壊実験を行ったが、その結果比較的簡単に半減期の下限として8.9×10^<17>年を得ることができた。しかし、実験の感度は結晶中に含まれる放射性の鉛-210が出すバックグラウンド放射線によって制限されていることも明らかになったので、この不純物を減らす対策が必要である。また、モリブデン酸鉛とよく似た物質であるタングステン酸鉛も同様に100K以下の温度でシンチレータとなることがわかった。無機結晶(大きさφ20mm×10mmまたは20mm×20mm×20mm)を、液体窒素温度まで冷却する装置を製作した。この装置では石英ライトガイドを使用して常温部にある石英窓の光電子増倍管に光を導いた。まず、ド-プしてない純粋のCsIに^<60>Coなどのγ線を照射して測定を行った。この測定により、実際に液体窒素温度では単位入射エネルギ-当りの発生光電子数はNaI(Tl)の常温に置ける値のほぼ2倍であることを確認した。次に、二重ベ-タ崩壊用のモリブデン化合物としてPbMoO_4の結晶を用いて同じ測定を行った。この結果、常温では全くシンチレ-ション光を発しないにもかかわらず温度を下げるにしたがってシンチレ-ション光の増加が顕著にみられ、絶対温度100K以下では、光電子増倍管で得られる光電子数が常温におけるNaI(TI)の16%にも達することが明らかになった。またこの温度では、シンチレ-ション光の減衰時定数が長くなり、11μsecになった。このことからこの物質が二重ベ-タ崩壊実験に非常に有用であることが示された。この結果は論文にまとめられ専門学術雑誌に投稿中である。この物質の発するシンチレ-ション光の波長は光電子増倍管の感度のピ-クよりも長いと考えられるので、現在シリコンフォトダイオ-ドを用いてさらに多くの光電子を得、エネルギ-分解能を向上させることを試みている。次に暗黒物質検出のためのフツ化物結晶を各種試みた。その結果今までのところ、液体窒素温度ではシンチレ-ション光が顕著に増加する物は見いだされていない。今後ひき続き他の物質を試みると共に液体ヘリウムを用いてもっと低温での特性を調べる予定である。モリブデン酸鉛(PbmoO_4)の単結晶を絶対温度100K以下まで冷却するとシンチレータとして有効となる事が前年度までの研究で明らかになっている。この物質を用いて二重ベータ崩壊の予備実験を行った。一方、このモリブデン酸鉛による放射線エネルギーのスペクトル測定で、α線によると思われるバックグラウンドピークが現れた。これは、結晶中に含まれる^<210>Pbの放射性崩壊によるものと解釈されている。鉛中の^<210>Pbの含有量は鉛鉱石の産地によって大きな違いがあることがわかっているので、鉱石の起源の異なる別のモリブデン酸鉛の結晶を用いて測定を繰り返してみた。この結果、α線のピークの強さは1/30となった。また、理由は今の所不明だがエネルギー分解能も多少改善された。二重ベータ崩壊の予備実験は、この新しい方の結晶を用いて、地上で装置の周囲を鉛の遮蔽体で簡単に囲んで測定を行った。その結果、ニュートリノの出ない二重ベータ崩壊の半減期の下限値として、8.9×10^<17>年(信頼度90%)を得た。この値は、前述の鉛中の放射性不純物からのバックグラウンドによってほとんど制限されており、1/30に減少したと言っても、この実験のためにはまだまだ多すぎると言える。

その後、モリブデン酸鉛と化学組成の似ている物質、タングステン酸鉛(PbWO_4)も、100K程度迄冷却してやるとでシンチレータとしての性質を示すことがわかった。それ以外のフッ化物結晶についても各種試みたが、常温でシンチレータであることが知られているもの以外では、液体窒素温度までの低温でシンチレータとなるものはまだ見出せない。
量子色力学と原子核の模型

原子核は長い間、核子からなる系とされ、それらの間に現象論的な強い相互作用を仮定することによって理解されてきた。一方、強い相互作用の基本的な理論は量子色力学である。本研究計画では、従来の原子核の模型と量子色力学との関連を探ることを目的とした。従来の原子核模型で仮定された核子間の相互作用は、中間子交換に依るものと考えられている。そこで量子色力学への第一歩として、中間子の自由度を陽に取り入れ、原子核を核子と種々の中間子からなる相対論的多体系とする模型(QHD)の有用性を明らかにした。核子も中間子も素粒子とするQHDに対して、核子を3個のクォークからなるものとし、クォーク間に中間子交換を仮定する模型が提唱された(QMC)。QMCは原子核の性質をよく説明し、QHDで仮定された核子一中間子間の核子密度依存性を自然に導いた。QHDやQMCにとって、ロレンツ・スカラーポテンシャルの存在が必然的である。それは複雑な多体効果によるものなのか、或いはσ一中間子が存在し、それによるポテンシャルと考えるべきなのかは大きな問題である。QCDの有効理論に基づいてσ一中間子の存在、核物質中での質量の変化などが詳しく調べられ、実験的検証の可能性が指摘された。また、QCDの有効理論に従い、他の種々の中間子の質量の計算、バリオン間相互作用、中間子一ハイペロン相互作用、核子の構造自身の研究もなされ、その有用性を示すと共に、QCDのクォークの閉じ込めとカイラル対称性の自発的破れの研究も精力的に行なわれた。今年度は追加採択であったために、計画の実施は11月以降となったが、短期間にも関わらず、ほぼ目的を達成することが出来た。この計画の目的は原子核物理とハドロン物理の研究者が協力して、従来の原子核模型と量子色力学との関係を探ることにある。今年度は短期間であったことを考慮し、分担者を中心とした小さなグループの中でそれぞれの研究課題について研究を進めることにした。研究グループは大きく分けて三つある。従来原子核は、核子間に核力を仮定し、非相対論的量子力学に基づいて理解されてきたが、一つのグループは原子核を核子と中間子からなる相対論的多体系として記述する試みを行なった。更に、核子をクォークから成るとし、クォーク間に中間子を交換させる模型の検討もなされ、現象論的に原子核を良く記述することが示された。二つ目のグループは量子色力学の有効理論を用い、ハドロンの構造やバリオン間相互作用の研究、更には有効理論によるパイ中間子光生成反応における低エネルギー定理の再現と破れについての研究などがなされ、既に論文として発表された。三つ目のグループは前に二つのグループの接点をハドロン多体系の高エネルギー現象や高温高密度核物質の解析に求めようとするものである。これらのグループは特に、量子色力学における和則を用い、種々の中間子の質量が核物質の密度によって変化することを予言した。このことは一番目のグループの現象論的な模型によっても予言されており、実験的に確かめられれば従来の模型と量子色力学を結ぶ糸口となることが期待されている。来年度はこれらのグループの成果を持ち寄り、相互の関係を深く議論する予定である。

そこで量子色力学への第一歩として、中間子の自由度を陽に取り入れ、原子核を核子と種々の中間子からなる相対論的多体系とする模型(QHD)の有用性を明らかにした。核子も中間子も素粒子とするQHDに対して、核子を3個のクォークからなるものとし、クォーク間に中間子交換を仮定する模型が提唱された(QMC)。QMCは原子核の性質をよく説明し、QHDで仮定された核子-中間子間の核子密度依存性を自然に導いた。QHDやQMCにとって、ロレンツ・スカラーポテンシャルの存在が必然的である。それは複雑な多体効果によるものなのか、或いはσ-中間子が存在し、それによるポテンシャルと考えるべきなのかは大きな問題である。QCDの有効理論に基づいてσ-中間子の存在、核物質中での質量の変化などが詳しく調べられ、実験的検証の可能性が指摘された。また、QCDの有効理論に従い、他の種々の中間子の質量の計算、バリオン間相互作用、中間子-ハイペロン相互作用、核子の構造自身の研究もなされ、その有用性を示すと共に、QCDのクォークの閉じ込めとカイラル対称性の自発的破れの研究も精力的に行なわれた。
RAC1光スイッチによるアクチン重合・分岐の急速凍結クライオ電子線トモグラフィー

近年のクライオ電子線トモグラフィの技術の進展により細胞内のアクチン線維のネットワークの三次元観察が可能となってきている。葉状仮足は、Rhoファミリー低分子量Gタンパク質であるRac1により形成される枝分かれしたアクチンに富むシート状の突起であり、細胞運動や細胞分裂、癌の浸潤転移などにおいて機能するため、その先端のアクチン重合部位の構造を明らかにすることは細胞生物学的にも病理学的にも非常に重要である。本研究は光遺伝学の技術を用いて、青色光によって活性かするRAC1光スイッチによって葉状仮足形成を促し、急速凍結した細胞試料をクライオ電子線トモグラフィに供することで、葉状仮足形成におけるアクチンネットワークの経時変化を明らかにすることを目的としている。初年度の研究により我々は2つの技術の融合、すなわち光遺伝学で細胞内分子を活性化した細胞をクライオ電子線トモグラフィで観察することに成功した。急速凍結には急速浸漬装置EM GP2 (Leica)を用い、クライオ電子顕微鏡は大阪大学微細構造解析プラットフォームのハイエンドクライオ電子顕微鏡Titan Krios (FEI)を利用し、-60°60°程度の連続傾斜像を取得した。連続傾斜像からの三次元再構築はIMOD/ETomo(フリーソフト)を用いて行なった。幸い葉状仮足は非常に薄い構造のため、細胞の中で最も高い解像度を得ることができた。この結果、アクチンの1本1本の線維が見られるレベルの葉状仮足観察が可能になってきている。上記のように青色光でRac1を活性化した細胞の葉状仮足におけるアクチン線維をクライオ電子線トモグラフィで観察することができたため。さらによい凍結試料を作製し、現時点での(位相板のない状態での)クライオ電子顕微鏡の限界を見極め、その画像でどれだけ短いアクチン線維を同定できるかを検討する。アクチンとArp2/3複合体をどこまで同定できるかについては、さらなる解析の工夫が必要と思われる。当初計上していた共焦点顕微鏡用レーザーランプ交換費用(オリンパス・FV1200用部品170万円)はタイムラプス撮影の使用時間に応じて消耗するため、初年度に交換が必要と見込んでいた。しかし現時点で平均寿命時間を大幅に超えているが、まだ問題なく使用できているため次年度に交換を行うこととした。当初より消費税や納入価格が上がることを想定し、次年度使用額は全額レーザーランプ交換費用に充てる計画である。
心ファブリー病の遺伝子治療に関する研究

心ファブリー病の遺伝子治療の開発の基礎的研究として適切な標的細胞の選択とベクターの遺伝子導入効率のin vitroでの検討が必要である。まず標的細胞として骨髄細胞、心筋細胞、血管内皮細胞、繊維芽細胞、腎上皮細胞を検討している。遺伝子導入のベクターとして、レトロウイルス、アデノウイルス、AAV(adeno-associated virus)を検討中である。ベクターに正常αガラクトシダーゼ遺伝子を組み込み、標的細胞に感染させた後に、培養増殖させる。その後、遺伝子導入効率を評価し、効率の良いベクターを標的細胞ごとに決定する。効率の良いベクターと標的細胞の組み合わせを確立したのち、次に標的細胞でのαガラクトシダーゼ酵素発現を定量評価する。この遺伝子治療の基礎的研究の進行と同時に、心ファブリー病症例をなるべく多数例蓄積して、遺伝子解析を行い遺伝子異常の型を明らかにする必要がある。そこで、現在まで心ファブリー病の症例の集積と遺伝子解析を進めており、現在までに9種類の遺伝子異常が見出された。9種類とも点変異であり、遺伝子治療のよい対象となりうる。遺伝子異常を明らかにすることにより、αガラクトシダーゼ活性が正常値を示す女性ファブリー病の診断が可能になる。そこで、心ファブリー病の症例の集積と遺伝子解析を進めており、現在までに7種類の遺伝子異常が見出された。7種類とも点変異であり、遺伝子治療のよい対象となりうる。まず、標的細胞として胃髄細胞、心筋細胞、血管内皮細胞、繊維芽細胞、賢上皮細胞を検討している。そこで、心ファブリー病の症例の集積と遺伝子解析を進めており、現在までに9種類の遺伝子異常が見出された。
波動システム理論に基づく高度システムエネルギ変換

本研究は、人間の行動空間を微細領域へと拡張するための高精度マクロマイクロスケール変換を伴う力触覚伝送技術について取り扱っている。微細領域における制御では、力覚伝送に必要不可欠である位置・力制御を高精度に達成する必要があり,それらを阻害する機械共振現象やセンサ・DA変換等に含まれるむだ時間を積極的に補償しなければならない。本研究では機械共振系を波動方程式によりモデル化することで高次振動補償器を設計することに加え、センサ等に含まれるむだ時間に関しても同様にむだ時間要素を用いた補償を行う。波動方程式によりモデル化された機械共振系は反射波を除去することで振動が抑制されるため、反射波を波動システムから除去する手法である反射波除去を本研究では中心技術としている。反射波除去は構造内にむだ時間を含んだ無限次元補償器であるため、実遅延の補償との統合も容易に実装可能である。本年度は、波動システムにおける力制御系およびバイラテラル制御系の構築法を明らかにした。力制御系においては反射波除去に加え、波動システムの先端に印加される外乱に対しロバストな制御となるよう波動オブザーバによる外乱除去法を示した。波動オブザーバによる外乱補償はむだ時間要素という無限次元要素を有しているため、従来の集中定数系の外乱補償と比較するとロバスト安定性の観点で優れている。また、バイラテラル制御においては、反射波除去を機械共振系に適用することで、機械共振系のバイラテラル制御問題は通信遅延系のバイラテラル制御問題へと変換可能であることを明らかにした。加えて、位置・力制御系に干渉が生じないモード座標変換について検討を行った。座標変換においてもむだ時間要素を適切に活用することでモード空間における位置・力制御の非干渉化が可能であることを確認した。以上の研究で得られた知見は2件の国際学会として成果へと結実することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。近年、音声や画像といった聴覚・視覚情報に加え、触覚情報の伝達を行うといった試みがなされている。感覚情報の伝送によって操作者は遠隔地の情報を知覚できるため、これらの技術により人間の行動空間が拡張されるといえる。さらに触覚情報の伝送においては触覚情報のスケーリングが可能であり、人間の行動範囲を微細空間へと拡張するマクロマイクロスケール変換を伴う感覚伝送の研究が行われている。しかし、微小領域において高精度にモーションコントロールを達成するためには、センサ遅れ等のむだ時間や機械共振による振動現象によって制御帯域や精度が制限されてしまう。したがってこれらの振動抑制を行うことが必要不可欠である。本研究では微細領域において高精度制御を達成するために、研究代表者らが従来研究にて提案した波動システムの振動抑制制御理論の深化を行った。具体的には従来研究において機械共振系を波動方程式でモデル化したことと同様に、入出力にセンサ遅れ等を含むむだ時間系に対して時空間が考慮されている波動方程式を用いた等価変換を行った。その結果、むだ時間系においても機械共振系と同様の構造である位置入力システムと波動伝播システムで構成されることを導出し、さらに振動発生の原因は反射波であることを示した。そして反射波を取り除くため、むだ時間系における反射波推定器とフィードフォワード補償器を用いた反射波除去手法を提案した。この研究成果はむだ時間系と機械共振系が等価性を持っことを示しており、理論が一般化されたという点で非常に意義は高い。また、この等価性を用いむだ時間系に共振系の振動抑制手法である等価弾性力フィードバックを導入した振動抑制制御を行い、スミス補償等のむだ時間補償と比較して外乱に対するロバスト性が高い制御を提案した。以上のように本年度は微細領域における感覚伝送の基盤技術に関して研究を行い、実験により有効性を確認した。近年、マスタ・スレーブ型ロボットを用いて触覚情報のリアルタイム伝送・再現を行うといった試みがなされている。触覚情報の伝送において位置・力情報を増幅することで、人間の行動範囲を微細空間へと拡張するマクロマイクロスケール変換を伴う感覚伝送の研究が行われている。しかしながら、マクロマイクロスケール変換を伴う感覚伝送においては、モーションコントロールの基本である位置・力制御の高精度化が要求されるため、機械共振やむだ時間により生じる振動に関して十分考慮する必要がある。本研究では微細領域において高精度制御を達成するために、機械共振・むだ時間系を波動方程式によりモデル化し、制御対象に含まれる反射波を除去することで振動抑制を達成する。本年度は主に波動システムの制御理論の深化および波動システムのロバスト化に関する検討を行った。まず、機械共振とむだ時間が混在するシステムにおいて反射波の推定の高精度化および反射波の補償法に関して明らかにした。提案手法において負荷位置の取得を前提としていたが、モータ位置の取得のみで振動抑制が可能な制御を開発し、提案する反射波除去に基づく波動システムの振動抑制制御の適用可能範囲を拡張した。また、時間・空間分解能により十分反射波補償の帯域が得られない状況についても解析を行い、反射は除去のノミナル値を修正する等の解決策を示した。一方、波動システムのロバスト化に関しては、波動システムにおけるパラメータ変動の影響を抑制するため、波動モデルに基づく負荷側外乱オブザーバと推定外乱に基づくパラメータ変動の補償法を明らかにした。また、提案する負荷外乱オブザーバは、二慣性共振系における負荷外乱オブザーバを無限次元系へと拡張したものであることを明らかにし、負荷外乱オブザーバによる補償の一般化がなされた。

これらの研究成果はIEEEが主催する国際会議において発表を行った。本研究は、人間の行動空間を微細領域へと拡張するための高精度マクロマイクロスケール変換を伴う力触覚伝送技術について取り扱っている。微細領域における制御では、力覚伝送に必要不可欠である位置・力制御を高精度に達成する必要があり,それらを阻害する機械共振現象やセンサ・DA変換等に含まれるむだ時間を積極的に補償しなければならない。本研究では機械共振系を波動方程式によりモデル化することで高次振動補償器を設計することに加え、センサ等に含まれるむだ時間に関しても同様にむだ時間要素を用いた補償を行う。波動方程式によりモデル化された機械共振系は反射波を除去することで振動が抑制されるため、反射波を波動システムから除去する手法である反射波除去を本研究では中心技術としている。反射波除去は構造内にむだ時間を含んだ無限次元補償器であるため、実遅延の補償との統合も容易に実装可能である。本年度は、波動システムにおける力制御系およびバイラテラル制御系の構築法を明らかにした。力制御系においては反射波除去に加え、波動システムの先端に印加される外乱に対しロバストな制御となるよう波動オブザーバによる外乱除去法を示した。波動オブザーバによる外乱補償はむだ時間要素という無限次元要素を有しているため、従来の集中定数系の外乱補償と比較するとロバスト安定性の観点で優れている。また、バイラテラル制御においては、反射波除去を機械共振系に適用することで、機械共振系のバイラテラル制御問題は通信遅延系のバイラテラル制御問題へと変換可能であることを明らかにした。加えて、位置・力制御系に干渉が生じないモード座標変換について検討を行った。座標変換においてもむだ時間要素を適切に活用することでモード空間における位置・力制御の非干渉化が可能であることを確認した。以上の研究で得られた知見は2件の国際学会として成果へと結実することができた。本年度における研究では機械共振・むだ時間統合システムの振動抑制制御、センサ分解能やサンプリング周波数による反射波除去の劣化に関する補償、波動モデルに基づく負荷外乱オブザーバの創成を達成することができた。特に、提案する負荷外乱オブザーバは従来の二慣性共振系における負荷外乱オブザーバを無限次元系である波動系へと拡張したものであり、振動抑制制御分野の深化に貢献できたと考えられ、当初の計画以上に進展しているといえる。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究においては、反射波除去による振動抑制理論の深化が行われたが、バイラテラル制御に組み込んだ際のモード空間における干渉等は十分考慮されているといえない。したがって、次年度は反射波除去の補償の帯域、モード空間における位置・力制御の干渉、各制御パラメータの影響などを総合的に考慮した微細領域における高精度感覚伝送制御のシステムデザイン論の創成に取り組む予定である。
ドリコールリン酸、bFGFにより誘導される視神経細胞細胞死での情報伝達経路の解析

これまでの研究で、ドリコールリン酸が神経網膜細胞、グリオーマ細胞及び白血病細胞U937の細胞死を促進することを明らかにした。しかしながら、現象を押さえただけで、ドリコールリン酸がどのように細胞死の情報を与え、伝達されるのかは全く不明であった。本研究ではヒト単球系白血病細胞・U937細胞を用いてドリコールリン酸によるアポートシス(細胞死)誘導がドリコールリン酸のミトコンドリア呼吸系酵素複合体の阻害によって引き起こされていることを明らかにした。1)FACSによる解析からドリコールリン酸による細胞死誘導の際にミトコンドリアの膜電位の変化が観察された。これはドリコールリン酸がミトコンドリアの電子伝達系に作用している可能性を示す。2)鎖長の異なるドリコールリン酸、ドリコール類似体を用いて構造特異性を検証した。細胞死にはある程度のドリコールリン酸の鎖長、即ちイソプレン単位で7単位(炭素数で35)以上の長さとリン酸化されていることが必要であることが明らかとなった。3)電子伝達が行われているミトコンドリアの呼吸鎖酵素複合体への影響を検証するために、単離したミトコンドリアを用いて複合体IV対するドリコールリン酸の効果を調べた。ドリコールリン酸は複合体I、II、IIIに強い阻害を示すことを見いだした。呼吸鎖のステップをバイパスする試薬を用いるとドリコールリン酸によるアポートシス誘導が抑制されることも同時に明らかとなった。ドリコールリン酸によるアポートシス誘導には呼吸鎖の阻害に起因するミトコンドリアの異常が重要な役割を果たしていることが強く示唆される。これらのことから今回の実験ではドリコールリン酸はミトコンドリア呼吸系を標的とし結果的にチトクロームcの遊離を誘導し、アポートシスを進めていることが明らかとなった。bFGFのアポートシス誘導については現在検討中である。しかしながら、現象を押さえただけで、ドリコールリン酸がどのように細胞死の情報を与え、それが核まで伝えられ、結果として細胞死が発現するのか、自身が細胞内に取り込まれ作用するのかについても全く不明である。本年度は細胞表面から細胞内部の情報伝達経路を明らかにする事を中心課題とした。結果は次の通りである。1) U937ではP53の遺伝子に欠損があることがDNA配列の解析から明らかになった。このことはドリコールリン酸による細胞死の誘導にはP53は直接には関わっていない事を示すと考えられる。2) FACSによる解析からドリコールリン酸による細胞死誘導の際にミトコンドリアの膜電位の変化が観察された。現在、呼吸系の各酵素についてドリコールリン酸の効果について詳しい解析を行っている。3)鎖長の異なるドリコールリン酸、ドリコール類似体を用いて構造特異性を検証した。しかしながら、現象を押さえただけで、ドリコールリン酸がどのように細胞死の情報を与え、それが核まで伝えられ、結果として細胞死が発現するのか、自身が細胞内に取り込まれ作用するのかについても全く不明であった。本研究では1)ドリコールリン酸の細胞内標的を調べること。

2)ドリコールリン酸によるアポートシス誘導の詳しい機構の解析を中心に実験を行い、以下の事を明らかにした。1) FACSによる解析からドリコールリン酸による細胞死誘導の際にミトコンドリアの膜電位の変化が観察された。これはドリコールリン酸がミトコンドリアの電子伝達系に作用している可能性を示すものである。2)電子伝達が行われているミトコンドリアの呼吸鎖酵素複合体へのドリコールリン酸の影響を検証するために、単離したミトコンドリアを用いて複合体IV対するドリコールリン酸の効果を調べた。ドリコールリン酸は複合体I、II、IIIに強い阻害を示すことを見いだした。呼吸鎖のステップをバイパスする試薬を用いるとドリコールリン酸によるアポートシス誘導が抑制されることも同時に明らかとなった。ドリコールリン酸によるアポートシス誘導には呼吸鎖の阻害に起因するミトコンドリアの異常が重要な役割を果たしていることが推測される。更にドリコールリン酸が単離したミトコンドリアからのチトクロームcの遊離を起こさせることも明らかにした。3)ドリコールリン酸によるアポートシス誘導に際して活性酸素の上昇が認められる。現在この活性酸素の役割につてはわからない。これらのことから今回の実験ではドリコールリン酸はミトコンドリア呼吸系を標的とし結果的にチトクロームcの遊離を誘導しアポートシスを進めていることが明らかとなった。
患児と保護者がもつ小児看護領域での男性看護師の必要性とその役割認識に関する研究

目的:小児看護領域での患児にとっての男性看護師の必要性と男性・女性看護師での役割の違いを明らかにする。対象と方法:本研究への協力が得られた施設に入院中の患児に半構成的面接を実施し、逐語録を作成し内容を分析しコテゴリーに分けた。倫理的配慮:調査対象となる患児とその保護者に書面および口頭で研究内容を説明し研究協力の同意を得た。結果および考察:対象は慢性疾患で入院中の患児5名。内訳は男児3名,女児2名で年齢は15歳18歳であった。男性看護師との関わり経験として、4名は現在関わりがあり1名は過去に関わりがあった。【入院中の患児にとっての必要性】対象者5名とも男性看護師が必要であると考えていた。男児自身はもとより女児も男児にとっては必要であると考えており、特に男児にとって男性看護師の存在が求められていた。【遊びの中での必要性と役割の違い】体を使う遊びやスポーツの場面で男性看護師を求めていたが、これらの関わりを女性看護師にはほとんど求めていなかった。【相談相手・話し相手としての必要性と役割の違い】日常会話においては、男児・女児ともさほど看護師の性差に関係なく会話をするが、悩みや将来のことなどを相談する時は同性である看護師の方が自分の気持ちを理解し、共感してくれると考えており、同性の看護師の存在を求めていた。【羞恥心を伴う場面での必要性と役割の違い】入浴介助や陰部に関する治療・処置場面では患児は異性の看護師との関わりを極端に嫌がり同性の看護師の存在を強く求めていた。【モデルとしての必要性と役割の違い】特に男児において男性看護師の考えや経験、日常生活の様子について情報収集し自己の将来の参考としていた。【性役割発達での必要性と役割の違い】性に関する内容の話を男児は男性看護師には積極的にしており、男児の性役割の発達にとって重要な存在となっていると考える。目的:小児看護領域での患児・保護者にとっての男性看護師の必要性とその役割を明らかにする。対象と方法:対象は本調査への協力が得られた小児専門病院および小児科を有する病院に入院中または入院経験のある外来通院中の患児の父親と母親。方法は、選択式・一部記述式の構成質問紙を用いての郵送調査法。調査期間は2003年9月15日から同年11月30日。分析は各質問毎の有効回答でSPSSを使用しMann-whitneyのU検定を実施した。結果および考察:有効回答117名(95.9%)。内訳父親35名、母親82名であった。I.子どもへの看護について:子どもの看護において男性看護師が必要であると「思う・やや思う」と回答した父親・母親(以下保護者とする)は55.6%、両性で関わる必要があると「思う・やや思う」と回答した保護者は59.8%であった。また、この2項目について女児を持つ保護者よりも男児を持つ保護者で有意に高率を示し、さらに、以前に子どもが男性看護師と関わりのある場合は関わりがない場合に比べ有意に高率となった。男性・女性看護師で役割の違いがあると思っている保護者は40%程度ではあるが、男性看護師に望む役割や実際に担っていた役割で肯定的に捉えていたものの多くが患児に対しての「父親や兄的存在の役割」「同性としての役割」「体力のいる遊びやケアの実施」などであった。II.保護者への関わりについて:父親への関わりにおいて男性看護師が必要であると「思う・やや思う」と回答した父親は63.6%、母親は74.1%、両性で関わる必要性があると「思う・やや思う」と回答した父親は66.7%であった。母親への関わりにおいて、この2項目で父親・母親ともに40%代であった。また、役割の違いについては父親・母親とも約半数が特にないと考えているが、求める役割として父親では「同性としての相談相手や勇気づけ」、母親では「男性としての意見提供」などであった。【相談相手・話し相手としての必要性と役割の違い】

日常会話においては、男児・女児ともさほど看護師の性差に関係なく会話をするが、悩みや将来のことなどを相談する時は同性である看護師の方が自分の気持ちを理解し、共感してくれると考えており、同性の看護師の存在を求めていた。【羞恥心を伴う場面での必要性と役割の違い】入浴介助や陰部に関する治療・処置場面では患児は異性の看護師との関わりを極端に嫌がり同性の看護師の存在を強く求めていた。【モデルとしての必要性と役割の違い】特に男児において男性看護師の考えや経験、日常生活の様子について情報収集し自己の将来の参考としていた。【性役割発達での必要性と役割の違い】性に関する内容の話を男児は男性看護師には積極的にしており、男児の性役割の発達にとって重要な存在となっていると考える。
韓国の自由貿易協定をめぐる国内政治-社会経済政策と外交安保政策の交錯

本研究は、韓国のFTA政策が「グローバリズムの対応する社会経済政策」と「東アジア地域秩序形成をめざす外交・安全保障政策」の2つの政策の方向性の変化によって規定されることを提示したうえで、(1)FTA積極推進への転換、(2)韓日FTA重視への転換、(3)韓日FTA優先から韓米FTA優先への転換などのケースにおける政策過程を分析し、それぞれのFTA政策転換の要因を、上記政策における方向性の変化から明らかにした。本研究の目的は、韓国のFTAをめぐる国内政治に焦点をあて、社会経済システムの変化、および対外戦略変化の過程を明らかにすることである。研究初年度の本年度は、政府など各種機関、新聞報道、国会審議録、先行研究などのFTA関連する一次・二次資料の収集・整理を中心に行い、以下のような成果を得た。第一に、歴代政権のFTA政策の展開を整理した。その結果、FTA政策の変化は、「グローバリズムに対応する社会経済政策」および「外交・安全保障政策」という政策の方向性の変化によって説明できることが明らかになった。その成果を、金大中政権期のFTA推進開始と盧武鉉政権の韓米FTA推進という2つの転機に焦点をあて、論文にまとめた(2009年5月ごろ出版予定)。第二に、韓チリFTAと韓米FTAの批准過程に焦点をあて、FTAをめぐる国内対立を検討した。前者は、韓国初のFTAで批准が難航し、後者も、2007年の妥結後、批准が難航している。研究の結果、韓チリFTA批准をめぐる政治と帰結が、その後のFTAをめぐる国内政治の方向性を規定した部分や、その批准をめぐる対立が同時期の韓日FTA交渉での韓国側の姿勢に影響を与えた部分などが明らかになった。また、2008年の米国産牛肉輸入反対運動と韓米FTA反対運動が必ずしも直結していないことから、この2つの運動が同じ範疇のものとして捉えられていない理由を検討することで、韓米FTAをめぐる議論の位相を再確認した。しかし、作業はまだ進行中で、次年度の研究に継続して発展させていく。本研究は、FTA政策を社会経済政策と外交・安全保障政策という2つの側面をもつ政策として捉え、FTA政策過程の分析を通じて、2つの政策の方向性をめぐる国内政治を総体的に解明している。韓国政治のみならず、グローバリズムに対応する政治の比較、東アジア国際関係という分野においても意義をもつ研究である。本研究の目的は、韓国のFTAをめぐる国内政治に焦点をあて、社会経済システム変化と対外戦略推移の過程を明らかにすることである。今年度は、まず、韓国のFTAに関する一次・二次資料を検討して、FTA政策の対外政策側面と国内政策側面を明確にすると同時に、政策転換の要因を検討する研究を進め、成果の一部を論文にまとめた。「韓国におけるFTA戦略の変遷-多国間主義の推進と挫折」では、政府の戦略転換に焦点をあて、金大中政権下でFTA推進が開始された理由、および、日韓FTAを重視した盧武鉱政権が重点を移して韓米FTA締結に至った理由を、グローバリゼーションに対応する社会経済政策という側面と、東アジアにおける秩序構築のための外交安保政策という側面から解明した。特に、後者に関しては、金大中政権で開始された多国間主義的な新秩序構築の試みが挫折して二国間同盟重視へ回帰する過程を、在韓米軍再編問題とも関連づけて論じた。他方、政府の構造改革への労働団体や農民団体の対応を中心に、FTAによる社会経済システムの変化をめぐる国内政治についての研究を進めた。市場原理を優先する政策に対する労働団体・農民団体の対応は一枚岩ではなく、FTAへの諸団体の対応やFTAをめぐる対立は、民主化後の韓国政治の文脈に位置づける必要が明らかになった。この成果の一部は、労働運動を分析した論文に反映されている。以上のように、本年度は、地域秩序構築という対外政策と新たな社会経済システムの構築という国内政策の2つの側面をもつFTA政策を、いくつかのレベルで分析し論考としてまとめた。これらの成果は、韓国政治の実証分析であると同時に、グローバリゼーションへの対応の比較研究や地域秩序構築という分野の研究にも寄与するものである。次年度は研究を発展させ、これまでの個別の分析を統合し、より総合的な分析を試みたい。本研究の目的は、韓国のFTAをめぐる国内政治に焦点をあて、社会経済システムと対外戦略の変化の過程を明らかにすることである。昨年度までの研究で、韓国政府が日韓FTAから韓米FTAに重点を移し、後者の締結に至った過程を明らかにしたが、今年度は、その際に実証が不十分だった点を中心に研究を進める計画であった。そこでは「地域協力による秩序構築から米韓二国間同盟重視に回帰」した外交安保戦略の変化の実証にも重点をおいていたが、関係資料へのアクセスが困難だったため、途中から、国会審議に集約された政策過程に研究の重点を移した。

本研究では、民主化後にグローバル化が進展する下で、経済政策および外交安保政策の変化がFTA戦略の変化を規定していると分析視角を設定したが、その部分を実証的に検証するため、金大中政権から李明博政権までの時期を中心に、経済政策および外交安保政策の国会審議を中心に検討した。その際、何がアジェンダとして設定され、対立軸がどのように変化しているかに焦点をあて、国会における対立は社会勢力からのどのような要求を背景としているのかを分析し、グローバル化への対応や対外政策の方向性をめぐる対立が、FTAをめぐる政治対立として顕在化していることの実証を試みた。FTAが、「地域秩序構築という対外政策」と「新たな社会経済システムの構築という国内政策」の手段として位置づけられていることを検証し、それぞれの側面が強く働く条件を検討したのである。今年度の成果はまだ論文にまとめていないが、本研究は、韓国のFTA政策を対外政策的な側面と国内政策的な側面から総体的に捉え、その変遷過程を明らかにしたもので、転換期にある韓国の対外政策および社会経済政策の選択をも明らかにする意義をもつ。韓国政治の実証分析であると同時に、グローバリゼーションへの対応の比較研究や地域秩序構築という分野の研究にも寄与するものである。
環境化学物質に対する生体応答にマイクロRNAは関与するか?

miRNAは生体の持つ多くの機能に関与する重要な遺伝子発現調節因子であると考えられている。しかしながら、化学物質が引き起こす生体応答にmiRNAが関与するかどうか不明であった。そこで、環境中に存在する汚染化学物質であるダイオキシンが、miRNAによる遺伝子発現調節機能を撹乱するかを検証した。環境汚染化学物質であるダイオキシンを曝露されたマウス肝臓で、量の変動するmiRNAとしてmiR-101aとmiR-122を発見した。miR101aの標的であるCOX-2は、阻害剤実験から、ダイオキシン曝露による肝障害に重要な役割を果すことが明らかとなった。これらの実験事実から、環境汚染化学物質であるダイオキシンがmiRNAを介した遺伝子発現調節異常を介して肝障害という毒性現象を引き起こすことが示された。環境化学物質に対する生体反応は「転写因子による遺伝子発現制御を介した反応」というパラダイムが実験的証拠に基づいて提示され、支配的な概念となっている。一方、マイクロRNA(miRNA)が発見されて以来、miRNA群が転写因子群と並んで遺伝子発現制御を担う重要な因子であることが明らかにされてきたが、環境化学物質による生体反応に対しては、miRNAが及ぼす影響の研究は未だほとんど手つかずの状況である。そこで、マウスを用いてダイオキシンの曝露実験を行い、下記の結果を得た。1.環境汚染化学物質であるダイオキシンを曝露されたマウス肝臓で、量の変動するmiRNAを複数発見した。2.これら変動するmiRNAの1つmiR101aに関して、標的遺伝子PTGS2の発現上昇を発見した。3.PTGS2発現上昇によるものと推定される肝炎発症が起こることを発見した。これらの実験事実は、環境汚染化学物質であるダイオキシンがmiRNAを介した遺伝子発現調節異常を引き起こすことを明らかにした重要な発見である。研究題目にかかげた「環境化学物質に対する生体応答にマイクロRNAは関与するか?」という問いについて、本研究により明確な答えを得た。1.環境汚染化学物質であるダイオキシンを曝露されたマウス肝臓で、量の変動するmiRNAとしてmiR-101aとmiR-122を発見した。2.miR101aとmiR-122は曝露後異なる日数で量が変動した。3.miR101aの標的であるPTGS2, cFos, EZH2のタンパク質量が減少していた。4.ダイオキシン曝露による肝障害がPTGS2に起因することを、阻害剤実験で明らかにした。これらの実験事実は、環境汚染化学物質であるダイオキシンがmiRNAを介した遺伝子発現調節異常を介して肝障害という毒性現象を引き起こすことを明らかにした重要な発見である。
神経障害性疼痛にケタミンが効く機序の解明

神経障害性疼痛の治療において少量のケタミン投与でも効果が見られることの機序について、神経障害性疼痛モデルラットを作製し電気生理学的手法を用いて検討した。脊髄スライス標本からのwhole-cell patch clamp記録では、坐骨神経損傷ラットでは正常ラットとは異なり、後根刺激により誘起される興奮性シナプス後電流(EPSC)はほとんどが多シナプス性であった。また、この多シナプス性EPSCはケタミンにより抑制された。生体標本を用いた検討でも同様の結果が得られ、神経障害性疼痛ではシナプス応答においてNMDA受容体の関与が増大していることが明らかになった。当該年度は、invivo-patch clump法により正常成熟ラット腰部脊髄後角細胞第二層からの電気生理学的記録を行った。週令6週の成熟ラットをウレタン腹腔内投与下に腰部脊柱の椎弓切除を施行して、ラット後肢の感覚受容野に一致する腰部の脊髄後角第二層細胞からin-vivoでのputchclump記録記録を行った。記録細胞の膜電位を-70mVに固定すると、記録細胞からは自発性に興奮性シナプス後電流(EPSC)が記録された。ラット後肢刺激は、筆による触刺激とpinchによる痛み刺激を行った。両刺激ともに記録細胞からは刺激を行っている間、EPSCの頻度・振幅ともに著明に増加した。このEPSCはCNQXの灌流投与にてほぼ完全に抑制された。当該年度の実験では抑制性シナプス後電流(IPSC)については記録ができなかった(記録が不安定となるため)。以上より、ラット脊髄後角細胞第二層にはラット後肢の触刺激・痛み刺激が入力され、刺激によるEPSCが誘起されることが確認できた。このEPSCは主にAMPA受容体が関与して生じていることも確認された。最終年度である25年度は、神経障害性疼痛モデルラットとして坐骨神経損傷モデルを作製し、腰部脊髄後角第II層細胞からのin vivo patch clamp法による電気生理学的記録を行った。坐骨神経損傷モデルラットの後肢をpinch刺激して誘発される興奮性シナプス後電流(EPSC: excitatory postsynaptic current)は、正常ラットで誘起されるEPSCと比べ振幅、頻度ともに増加していた。観察されたEPSCはケタミン少量投与で有意に抑制された。手術側肢と対側肢でのEPSCの抑制度を比較すると、手術側肢のpinch刺激により誘起されるEPSCはケタミン80μgの静脈投与により約30%まで抑制されたのに対して、対側肢のpinch刺激により誘発されるEPSCはケタミン80μgではほとんど抑制されず、240μgの投与でも50%に抑制されたにとどまった。つまり、損傷を受けた神経からの入力に対する後角細胞の反応にはNMDA受容体の関与する可塑的な変化が生じていることが推察された。平成23年度、24年度は、坐骨神経損傷モデルラットの脊髄後角で後根刺激により得られる脊髄後角第II層細胞のシナプス応答が正常ラットとは異なっていること、この異常なシナプス伝達にNMDA受容体の関与が増大していることを明らかにした。さらに25年度は、神経障害を受けた肢からの入力に対する脊髄後角第II層細胞の神経応答に、NMDA受容体の関与する可塑性変化が存在することを明らかにした点で意義があると考えられた。神経障害性疼痛にケタミン少量投与が劇的な効果を示す機序を明らかにするために、神経障害性疼痛モデルラット脊髄スライスを用いた電気生理学的実験を行った。今年度は、吸入麻酔下に脛骨神経と総腓骨神経を結紮し遠位端で切断した坐骨神経部分損傷モデルラットを作製し、その後根付き横断脊髄スライス標本の後角II層ニューロンからパッチクランプ記録を行った。スライス標本の後根を電気刺激すると、記録細胞には刺激誘起の興奮性シナプス後電流(e-EPSC)が観察された。刺激強度によって非侵害情報を伝えるAβ線維と侵害情報を伝えるAδ、C線維を刺激し分けたところ、神経障害性疼痛モデルラットではAδ線維を介して誘起される多シナプス性応答がほとんどの記録細胞で観察され、発現率は正常ラットより有意に増加していた。このことは、神経障害性モデルラット脊髄において、可塑性変化が生じたことを示す重要な所見であると考える。さらに、このAδ線維誘起の多シナプス性EPSC波形はケタミン投与およびNMDA受容体阻害薬APV投与により振幅・面積ともに可逆的に抑制された。正常ラット脊髄におけるAδ線維誘起の多シナプス性EPSC波形でもケタミンおよびAPV投与により振幅・面積ともに抑制されたが、抑制率は神経障害性ラット脊髄で有意に高かった。つまり、神経障害性モデルラット脊髄後角では痛覚伝達においてNMDA受容体がより大きく関与していることが示された。

25年度にはinvivo patchclumpによるモデルラットの腰部脊髄後角細胞からの記録を予定しているが、記録が安定しない、ラットへの刺激強度の安定化などの問題が残っており、検討中である。これらの問題が残っているとデータの信用度が落ちるため、早期の解決を要する。23年度は当初予定の神経障害性モデルラット作製、パッチクランプ記録、正常ラットとの比較検討について概ね予定通り達成できたと考えるが、それと並行して24年度に向けて準備していたin vivoパッチクランプ記録のための記録装置のセットアップが難航しており、今後の遅れが予想される。これまで、スライス標本での脊髄後角第二層細胞からの記録では、神経障害性モデルラットでAδ線維を介して誘起される多シナプス応答がほとんどの記録細胞で観察されるなど、正常ラットの脊髄細胞とは異なる可塑性変化が生じていたこと、その可塑性変化にNMDA受容体が関与していることが明らかになった。今後は、invivo patchclump法を用いて、このNMDAの関与する可塑性変化がin-vivo標本でも観察されるのかどうかを明らかにし、下降性抑制系の保たれた状態でケタミンを投与した際の効果と作用機序についても明らかにしていく予定である。神経障害性疼痛モデルラットでは、脊髄後角II層ニューロンでのシナプス応答が正常ラットとは異なり、NMDA受容体の関与が増大していることが明らかとなった。今後は、in vivo脊髄標本を用いて、下降性抑制系が保たれた状態で、触刺激や痛み刺激を与えた場合の脊髄後角ニューロンでのシナプス応答と、ケタミンの静脈投与が脊髄後角ニューロンでのシナプス応答に与える影響について、正常ラットと神経障害性モデルラットで比較・検討する。次年度には、invivo標本の生体機能評価(主に内臓虚血の有無)をみるための機械(消化管pH測定装置:30万円)の購入を予定している。標本の鮮度を保つために必要と考えている。また、実験動物・薬剤の購入、学会参加に使用する予定である。23年度にpCLAMPの買い替えを予定していたが、in vivoパッチクランプ記録に必要な機材のいくつかが調子が悪く買い替えが必要である可能性がでてきたため、24年度に繰り越してそれらの機材を購入することを検討している。マイクロマニピュレーターやパッチクランプ用増幅器(AxonInstruments, Axopatch200)などが候補に挙がっている。
金属ダイマー骨格を用いた一次元金属の新規合成とその電子構造の解明

ハロゲン架橋一次元錯体と部分酸化型金属一次元錯体の探索と合成法の確立を行った。まず、Ni_2(CH_3CS_2)_4とNi_2(C_2H_5CS_2)_4を合成し、種々のアンモニウム塩のカウンターアニオンと組み合わせて有機溶媒に溶解させ、溶液としたものに定電流を流して電気化学的にニッケルの酸化を行った。その結果、原料のニッケル錯体としてNi_2(CH_3CS_2)_4を用い、カウンターアニオンとして(C_4H_9)_4NBF_4、(C_4H_9)_4NPF_6、(C_4H_9)_4NClO_4を用いたものについて黒色の粉末が得られた。この試料について粉末X線回折測定を行った結果、結晶性の物質であることが確認された。次に、Ni_2(CH_3CS_2)_4に対して有機溶媒中でI_2を拡散させてニッケルを化学的に酸化させることによってハロゲン架橋一次元錯体Ni_2(CH_3CS_2)_4Iを合成した。I_2拡散時の温度を精密に制御して合成を行った結果、拡散時の温度を22°C以下に保つと単斜晶系のNi_2(CH_3CS_2)_4Iが得られ、23°C以上に保つと三斜晶系のNi_2(CH_3CS_2)_4Iが合成されることが分かった。両者のNi_2(CH_3CS_2)_4Iについて磁化率測定を行うと単斜晶系のNi_2(CH_3CS_2)_4Iは反強磁性的挙動を示し、三斜晶系のNi_2(CH_3CS_2)_4Iは微量ながら室温で強磁性成分の存在を示した。単斜晶系のNi_2(CH_3CS_2)_4Iについては08GPaの超高圧下で直流電気伝導度の温度依存性を測定した。その結果、単斜晶系のNi_2(CH_3CS_2)_4Iは0.5GPaにおいてニッケルの電価状態の変化によると見られる相転移を示した。温度依存性は全温度領域において半導体であり、その活性化エネルギーは2GPaにおいて183meV、8GPaにおいて95meVと計算され、高圧力によって電子が移動しやすくなっていることが確認された。
一分子観察による植物のプロトンポンプＶ－ＡＴＰａｓｅの細胞内ｐＨ恒常性維持機構

動植物の細胞内pHは、原形質膜および細胞内酸性オルガネラ膜に存在するプロトンポンプATPaseによって精密に制御される。本研究では、液胞型V-ATPase複合体の構成分子(サブユニット)がその作動性に関わる機構を分子レベルで明らかにした。まず一分子観察法を用いて回転解析を行い、世界で初めて真核生物のV-ATPaseの回転速度を解明した。また、動植物のEサブユニットに共通のアミノ酸配列が、V-ATPaseの温度依存的触媒活性に関わる事を発見した。細胞質内pHの制御は生物のホメオスタシスにとって鍵となる。液胞型(Vacuolar-type) V型プロトンポンプATPaseは、酵母から動植物の細胞内オルガネラ膜上に普遍的に局在する複合体蛋白質で、ATPエネルギーを用いて回転し、細胞質内の水素イオン(プロトン)をオルガネラ膜内に汲み入れて細胞内pHを一定に保つ。しかしながら、V型プロトンポンプATPaseがいつどのように駆動するかについては、全く解っていない。本研究では、複合体の構成分子(サブユニット)がその作動性に関わる機構を分子レベルで明らかにする。具体的には、酵母液胞膜上に植物のV型プロトンポンプATPaseサブユニットを再構築し、そのATPase酵素活性を解析する。また、暗視野レーザー顕微鏡による一分子観察でその回転触媒における作動性を解析する。平成24年度は、大きさの異なるプローブの粘性抵抗に対する回転速度をそれぞれに観察し、これらの結果からトルク(回転軸の力)を算出した。また、このプロトンポンプATPaseの平均総回転数は、基質濃度依存的に増加することも確かめた。基質の減少に伴う回転数の減少の際、確率的な回転のゆらぎが生じることも確かめた。これらを発表するべく、現在、学術論文にまとめている。(岡本&中西准教授の共同研究)さらに、遺伝学的にかけ合わせにより、酵母のV型プロトンポンプATPaseサブユニットを欠損し、相同組み換えによってHIS-TAGをcサブユニットに持つ株を作成して、遺伝子導入によりそれぞれのサブユニットの機能を観察できる系を作成した。動植物の細胞内pHは、原形質膜および細胞内酸性オルガネラ膜に存在するプロトンポンプによって精密に制御される。本研究では、V-ATPase複合体の構成分子(サブユニット)がその作動性に関わる機構を分子レベルで明らかにした。V-ATPaseのATP触媒エネルギーと回転運動の共役は、触媒活性を持つサブユニットの構造変化により、膜内在のプロトン輸送ドラムに結合した中心軸サブユニットが回転することで成り立つ。coiled-coil構造によりヘテロ2量体を形成するEとGサブユニットは、ATP触媒活性サブユニットを外側から3カ所で支えており、その弾性が触媒部位に構造的なゆるみを与えることでATP触媒エネルギーと回転運動の効率的な共役を支えている。酵母のV-ATPaseでは、グルコース饑餓条件下において、ATP触媒活性部位とプロトン輸送部位が解離しエネルギー共役機能が失われ、プロトン輸送が停止する。我々は、まず、V-ATPaseの細胞外グルコース濃度依存的な触媒活性が、Eサブユニットに依存する事を明らかにした。また、EサブユニットのN末端E44のアミノ酸側鎖による構造的柔らかさが、グルコース依存的V-ATPaseの活性制御に寄与する事を発見した。V-ATPase機能のうち、特にグルコース依存性は動植物共通に重要な機構であり、このようなメカニズムの解明は、分野を越えて大きな波及効果をもたらすであろう。さらに、動植物のEサブユニットに特異的なアミノ酸配列に、V-ATPaseの温度依存的な解離会合を制御するエレメントを発見し、これらのアミノ酸が温度センターとして働く可能性を見いだした。また、V-ATPaseの反応速度及び熱力学的解析を行い、回転に確率的なゆらぎが起こる原因を詳しく検討した。この結果、世界で初めて、真核生物のV-ATPaseの回転速度が解明した。平成23年度は、酵母のV型プロトンポンプATPaseの回転素過程を、粘性抵抗が限りなく小さいプローブを用いて詳しく観察・解析した。反応速度及び熱力学的解析から、回転に確率的なゆらぎが起こる原因を詳しく検討した。

この結果、世界で初めて、真核生物のV型プロトンポンプATPaseの回転速度が解明し、これを学術論文にまとめている。(二井教授、中西准教授との共同研究)植物のV型プロトンポンプATPaseのサブユニットを単離し、それぞれのサブユニットを酵母の液胞膜上で再構築できることを確かめた。(岡本)平成24年度は、V型プロトンポンプATPaseの回転の一分子観察の系を用いて、回転触媒機構の解析を行った。粘性抵抗の小さなプローブを用いて、真核生物のV型プロトンポンプATPaseの回転ステップ、速度のゆらぎを解明した。これらのことから、真核生物である酵母のV型プロトンポンプATPaseの回転触媒機構は、今まで報告された好熱菌のものとは全く異なることがわかった。現在、国際科学学術誌に投稿するべく、結果をまとめている。さらに、酵母のV型プロトンポンプATPaseにおいて、EサブユニットのN-末から44番目のグルタミン酸が、その触媒活性に特に重要な役割を担うことを発見し、平成24年度6月の国際学会(FASEB: Transport ATPase meeting.)および12月の生体エネルギー研究会にて発表し、また国際科学学術誌に投稿した(Submitted to and reviewed by PNAS)。さらに、回転触媒機構について、および、V-ATPaseの温度依存的な制御機構についても研究を進め、これらの結果について日本薬学会第133大会において発表し、研究論文をまとめている。平成23年度は、まず、植物のV-ATPaseサブユニットを全てクローニングした。また、今まで、バクテリアのF型プロトンポンプATPaseに用いられてきた回転の一分子観察の系から、新たにV型の解析系を作り、当該年度はその回転速度の解析を行った。粘性抵抗の小さなプローブを用いて、回転速度を求めることに成功し、さらに、世界で初めて、真核生物のV型プロトンポンプATPaseの回転ステップ、速度のゆらぎを解明した。このことから、V型プロトンポンプATPaseの回転機構は、今まで報告された回転触媒酵素とは全く異なることがわかった。現在、国際的に著名な学術科学誌に投稿するべく、結果をまとめている。さらに、酵母のV型プロトンポンプATPaseにおいて、EサブユニットのN-末から44番目のグルタミン酸が、酵素の回転触媒活性に特に重要な役割を担うこと、このグルタミン酸がグルコース依存的な酵素の会合制御に重要であることを発見し、これを平成23年度9月の日本生化学会年会、12月の生体エネルギー研究会、および平成24年度6月の国際学会(FASEB: Transport ATPase meeting.)にて発表し、また科学学術誌に投稿すべく論文をまとめている。25年度1)V型ATPaseの回転機構とエネルギー共役機構の解明遺伝子操作によって酵母に、他種のV型ATPaseサブユニットを導入し、その回転機構を解析する。また、EサブユニットのE44に変異を入れたV型ATPaseを用いて、この変異が回転触媒活性にどのように寄与しているのかを詳細に解析する。