hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
組織時計の統合:覚醒個体における時計遺伝子発現のin vivo分子イメージング

本研究は、in vivoで、無麻酔・無拘束動物から時計遺伝子発現リズムを計測し、視交叉上核(SCN)に局在する哺乳類の中枢時計の行動リズム制御メカニズムを明らかにすることを目的として行った。時計遺伝子Per1プロモータ支配下に発光酵素ルシフェラーゼを発現するPer1-lucマウスを用い、自発行動量と光ファイバーによるSCNの時計遺伝子発現を同時計系を構築し、1分毎の連続測定を行った。その結果、SCN、嗅球いずれからも、安定したPer1-lucのフリーランリズムが計測された。さらに、光同調や位相反応を示すことから、内因性振動を反映していることが確認できた。本研究は、時計遺伝子発現リズムを、in vivoで、リアルタイムに連続測定することにより、視交叉上核の主時計による組織時計の統合メカニズムを明らかにすることを目的として行われた。生物発光レポーター導入技術は、数日から数週間の長期間に渡る遺伝子発現の連続リアルタイム測定を可能とし、生物時計機構の研究を大いに進展させた。しかし、哺乳類においては、発光測定は未だに培養組織におけるリズム測定に限られており、個体内での機能解析には、機器開発を含め多くの障害が存在する。そこで、時計遺伝子Per1プロモータ支配下に発光蛋白ルシフェラーゼを発現するPer1-lucトランスジェニックマウスの視交叉上核から、無麻酔・無拘束で長期に渡り時計遺伝子発現パターンを光ファイバーにより計測するシステムの開発を行った。19年度には、微量発光計測機器と測定技術を完成させ、基礎データを測定する予定であったが、ファイバー測光機器の性能が当初目標を下回り改良に時間を要した。このため、生理的レベルの基礎データ収集を20年度に繰越して行った。その結果、これまでの培養視交叉上核の発光リズム結果とほぼ一致した位相のリズムを示した、本システムは覚醒個体に加えた刺激に対する遺伝子レベルでの反応を無麻酔・無拘束で観察可能なシステムであることが明らかとなった。そこで、20年度には、個体に加えた環境刺激への反応を光ファイバーによる測光により長期に渡り計測した。その結果、30日以上の連続遺伝子発現計測が可能となり、中枢時計内にも、行動リズムと同様の移行期をもつ細胞群を発見した。本研究は、生体深部からin vivoで時計遺伝子発現リズムを、リアルタイムに連続測定するシステムを構築し、これを用いて視交叉上核(SCN)に局在する哺乳類の中枢時計が環境変化に応じてリズム変位を示し、さらに全身の組織時計を統合するメカニズムを明らかにすることを目的として行った。ルシフェラーゼレポーター遺伝子の導入により時計遺伝子発現を長期計測する技術革新は、生物時計研究を大いに進展させた。しかし、哺乳類では、遺伝子発現計測は未だに培養組織に限られ、情報の感受からリズム出力までを維持した個体の生理機能解析には、機器開発を含め多くの障害が存在する。そこで、初年度に開発した光ファイバーによる発光計測系を用い、これまで不可能であった、個体への光照射をはじめとする環境刺激に対する遺伝子応答の計測を、無拘束覚醒マウスで行った。動物は、時計遺伝子Per1活性を発光にてモニタリング可能なPer1-lucトランスジェニックマウスを用い、光ファイバーをSCN直上に固定して発光を連続計測した。その結果、SCNのPer1発現リズムには明瞭なサーカディアンリズムが確認され、そのリズムには部位により行動リズムとほぼ同様の移行期を示す部位のあることが明らかとなった。また、嗅球からの発光リズムにも明瞭サーカディアンリズムが確認された。本研究結果は、日長に応じたリズム位相調節が、視交叉上核内の細胞によりそれぞれ異なることを示唆した研究代表者らの2007年の結果を支持するものであり、中枢時計内には異なる位相をもつ複数の振動細胞ネットワークがあり、移行期をもつ中枢時計内振動細胞群が行動リズムを支配していることを強く示唆することが分かった。
ゲーム木の高速探索と求解法

ゲーム木の高速探索ならびに求解のための新しいアルゴリズムをいくつか開発し,詰将棋を解くプログラムに応用した.プログラムT1とT2に実現した新しい技法の主なものは次のとおりである.1.探索木の各節点における先読みを動的に調整する方法.2.一種の学習による候補手生成順序の動的な変更法.3.乱数とハッシュ法を利用した同一(および類似)局面再現の判定法.4.下降型の解探索によるある型の解を厳密に求める求解法.そのほか,詰将棋の問題特有の高速技法をいくつか考案した.このような技法を応用して開発した詰将棋プログラムは次のような特徴をもつ.1.人間のエキスパートの能力に匹敵するはじめてのプログラムである.2.短篇問題はすべて解くことができ,そのうち大部分のものについて人間より速く解く.ほかのどのプログラムより圧倒的に速い.3.従来コンピュータで解けなかった中篇問題もある程度解ける.4.実用的な余詰検査プログラムに応用するとともに,歴史的な作品の中に余詰のある問題を数多く発見した.本研究のT1により詰将棋システム作成の技術水準は著しく向上した.その後改良版T2と伊藤琢巳(NTT)のItoが開発され,この2つが現在最も進んだシステムとされる.これらは互いに得意な問題領域をもち相補的な解答能力をもつ.なお,T2などの詰将棋システムは既に次のものなどいくつかの記事で解説されている.1.野下,詰将棋プログラムの最近の進歩,詰棋めいと,14(1993),77-80.2.小谷,松原,大沢,情報処理最前線:コンピュータは人間に勝てるか,情報処理,34,3(1993),274-285.ゲーム木の高速探索ならびに求解のための新しいアルゴリズムをいくつか開発し,詰将棋を解くプログラムに応用した.プログラムT1とT2に実現した新しい技法の主なものは次のとおりである.1.探索木の各節点における先読みを動的に調整する方法.2.一種の学習による候補手生成順序の動的な変更法.3.乱数とハッシュ法を利用した同一(および類似)局面再現の判定法.4.下降型の解探索によるある型の解を厳密に求める求解法.そのほか,詰将棋の問題特有の高速技法をいくつか考案した.このような技法を応用して開発した詰将棋プログラムは次のような特徴をもつ.1.人間のエキスパートの能力に匹敵するはじめてのプログラムである.2.短篇問題はすべて解くことができ,そのうち大部分のものについて人間より速く解く.ほかのどのプログラムより圧倒的に速い.3.従来コンピュータで解けなかった中篇問題もある程度解ける.4.実用的な余詰検査プログラムに応用するとともに,歴史的な作品の中に余詰のある問題を数多く発見した.本研究のT1により詰将棋システム作成の技術水準は著しく向上した.その後改良版T2と伊藤琢巳(NTT)のItoが開発され,この2つが現在最も進んだシステムとされる.これらは互いに得意な問題領域をもち相補的な解答能力をもつ.なお,T2などの詰将棋システムは既に次のものなどいくつかの記事で解説されている.1.野下,詰将棋プログラムの最近の進歩,詰棋めいと,14(1993),77-80.2.小谷,松原,大沢,情報処理最前線:コンピュータは人間に勝てるか,情報処理,34,3(1993),274-285.
オリゴペプチドを検出する化学センサーチップの開発

化学センサーは目的化合物を前処理なしに簡便に検出,定量できる分析法として急速に重要性が増している.本研究は,多成分の有機分子を一挙にセンシングできるセンサーチップを開発するのが目的である.まずスライドガラスに蛍光物質を化学的に結合させる条件の検討を行った.種々検討した結果,石英ガラス上をアミノプロピルシリル基で修飾した表面に,蛍光発色団を有するカルボン酸誘導体を共有結合させることに成功した.続いて種々の蛍光剤をガラス表面に縮合させて蛍光スペクトルを測定したところ,蛍光発色団の種類によって安定性が大きく異なり,ダンシル基はガラス表面上でも蛍光強度が強く,励起光に対しても安定であることがわかった.次に蛍光発色団をダンシル基に固定し,手始めとしてガラス表面上で金属イオンを認識するセンサーを目指した.ナトリウムイオンの基質結合部位としてアミノエチル酢酸アミドユニットをもち,その先にダンシル基とその蛍光を消光するニトロフェニル基をもつカリックスアレーン誘導体を,既知のジベンジルカリックスアレーンから13段階で合成した.ガラス表面にこの基質を結合させる前に,液相でナトリウムトリフラートの添加でスペクトルがどう変化するか調べた.しかし結果は予期に反してナトリウムイオンを添加しても蛍光スペクトルがほとんど変化しなかった.イオンのセンシングが成功しなかった理由はダンシル基-ニトロフェニル基のペアに問題があると考えられる.upper rimを基質結合部位とするペプチドカリックスアレーンライブラリーの構築も検討した.このライブラリーメンバーからは溶液中でエンケファリン誘導体に応答する化学センサーを見つけることができたので,現在ガラス表面への固定を検討している.今後は適切な消光剤を探るべく,種々のカリックスアレーン誘導体を合成していく予定である.化学センサーは目的化合物を前処理なしに簡便に検出,定量できる分析法として急速に重要性が増している.本研究は,多成分の有機分子を一挙にセンシングできるセンサーチップを開発するのが目的である.まずスライドガラスに蛍光物質を化学的に結合させる条件の検討を行った.種々検討した結果,石英ガラス上をアミノプロピルシリル基で修飾した表面に,蛍光発色団を有するカルボン酸誘導体を共有結合させることに成功した.続いて種々の蛍光剤をガラス表面に縮合させて蛍光スペクトルを測定したところ,蛍光発色団の種類によって安定性が大きく異なり,ダンシル基はガラス表面上でも蛍光強度が強く,励起光に対しても安定であることがわかった.次に蛍光発色団をダンシル基に固定し,手始めとしてガラス表面上で金属イオンを認識するセンサーを目指した.ナトリウムイオンの基質結合部位としてアミノエチル酢酸アミドユニットをもち,その先にダンシル基とその蛍光を消光するニトロフェニル基をもつカリックスアレーン誘導体を,既知のジベンジルカリックスアレーンから13段階で合成した.ガラス表面にこの基質を結合させる前に,液相でナトリウムトリフラートの添加でスペクトルがどう変化するか調べた.しかし結果は予期に反してナトリウムイオンを添加しても蛍光スペクトルがほとんど変化しなかった.イオンのセンシングが成功しなかった理由はダンシル基-ニトロフェニル基のペアに問題があると考えられる.upper rimを基質結合部位とするペプチドカリックスアレーンライブラリーの構築も検討した.このライブラリーメンバーからは溶液中でエンケファリン誘導体に応答する化学センサーを見つけることができたので,現在ガラス表面への固定を検討している.今後は適切な消光剤を探るべく,種々のカリックスアレーン誘導体を合成していく予定である.化学センサーは目的化合物を前処理なしに簡便に検出,定量できる分析法として急速に重要性が増している.しかし,目的化合物の結合部位の設計が難しい有機分子を対象としたセンサーの開発は非常に限られているのが現状である.これを踏まえ,多成分の有機分子を一挙にセンシングできるセンサーチップを開発するのが本研究の目的である.今年度はまず,スライドガラスに蛍光物質を化学的に結合させる条件の検討を行った.種々検討した結果,石英ガラス上をアミノプロピルシリル基で修飾した表面に,蛍光発色団(ローダミン)を有するカルボン酸誘導体を共有結合させることに成功した.このガラス表面の蛍光スペクトルはマルチチャンネル検出器で測定することができた.続いてカリックスアレーンのlowrrimをオリゴペプチドで修飾し,そのN末端に蛍光発色団としてピレニル酪酸を縮合させたものを,先の方法でスライドガラス上に共有結合させた.スライドガラス上の蛍光スペクトルを測定したが,スペクトルの再現性に問題が生じた.ピレニル基の光に対する安定性が問題と思われる.溶液中に比べ,ガラスに固定したセンサーは拡散運動できず,同一分子が長時間光に暴露されるため,安定な蛍光発色団の選定が非常に重要であると考えている.現在,蛍光発色回として適当なものを選定しているところである。upper rimを基質結合部位とするペプチドカリックスアレーンライブラリーの構築も検討した.この中から溶液中でエンケファリン誘導体に応答する化学センサーを見つけることができた.このもののガラス上への固定に関しても現在検討しているところである.化学センサーは目的化合物を前処理なしに簡便に検出,定量できる分析法として急速に重要性が増している.しかし,目的化合物の結合部位の設計が難しい有機分子を対象としたセンサーの開発は非常に限られているのが現状である.これを踏まえ,多成分の有機分子を一挙にセンシングできるセンサーチップを開発するのが本研究の目的である.昨年度までの研究で基質をガラス表面に結合する条件は確立できたが,蛍光発色団であるピレニル基は励起光に対する安定性が悪いことが明らかとなった.今年度はまず蛍光発色団をダンシル基に変えて実験を行った.

その結果,ダンシル基を蛍光発色団とした基質はガラス表面上でも蛍光強度が強く,励起光に対しても安定であることがわかった.次に蛍光発色団をダンシル基に固定し,手始めとしてガラス表面上で金属イオンを認識するセンサーを目指した.ナトリウムイオンの基質結合部位としてアミノエチル酢酸アミドユニットをもち,その先にダンシル基とその蛍光を消光するニトロフェニル基をもつカリックスアレーン誘導体を,既知のジベンジルカリックスアレーンから13段階で合成した.ガラス表面にこの基質を結合させる前に,液相でナトリウムトリフラートの添加でスペクトルがどう変化するか調べた.しかし結果は予期に反してナトリウムイオンを添加しても蛍光スペクトルがほとんど変化しなかった.イオンのセンシングが成功しなかった理由はダンシル基-ニトロフェニル基のペアに問題があると考えられる.今後は適切な消光剤を探るべく,種々の置換基を導入した誘導体を合成していく予定である.
金/酸化鉄複合ナノ粒子の生体分子結合特性の評価

「金/酸化鉄磁性複合ナノ粒子」は、金部位がAu-S結合を介して生体分子と汎用的に結合でき、またナノサイズの金に由来する高い比表面積を利用できることから、従来品と比較して高性能かつ簡便に利用できる磁気ビーズとして期待される。複合粒子表面にDNAやタンパク質を結合させて用いる場合、酸化鉄表面への非特異吸着の抑制だけではなく、生体分子が結合していない金表面への非特異吸着も考慮する必要がある。ブロッキング処理を施すことにより、金部位への非特異吸着を抑制できる可能性がある。複合粒子の合成に用いる保護剤高分子として、タンパク質の吸着を抑制するとの報告のあるPVA、PEG、PVP、PMMAを用いた粒子合成を行なった。これらの高分子を用いても微小な金粒子が担持する合成条件を得た。得られた粒子が高いAu-S結合活性を保持していることも確認している。この粒子にSH基修飾したプローブDNAを固定化でき、さらに標的DNA/RNAを選択的に分離できることを確認した。また、一部の条件でプローブDNAが剥離するという現象が見られたが、合成に用いる高分子種を変化させることで抑制できることを見出した。この複合ナノ粒子に抗体を混合し、さらにブロッキング処理を施す事で、粒子表面に抗体を感作できることを確認した。ブロッキング剤として、BSAが好適であることを見出した。この粒子表面の抗体が、標的抗原を認識することも確認できた。以上より、「金/酸化鉄磁性複合ナノ粒子」をバイオ分野で用いるための好適な生体分子結合方法を見出すことができた。放射線の線量率、出発原料の濃度比、ポリマー種、をパラメータとして、」金/酸化鉄複合ナノ粒子の構造の制御を試みた。高線量率が得られる加速器電子線を放射線源として用いる事で、水溶液中において極めて高濃度の還元種が生成し、結果として金粒子を微小化できることを見いだした。また、出発原料中の金イオン濃度、ポリマー濃度を適宜制御することでも、金粒子を微小化できることを確認した。酸化鉄表面に担持する金粒子数は、出発原料中の酸化鉄濃度と金イオン濃度の比率を変えることで制御できた。保護材として用いるポリマー種として、従来用いてきたポリビニルアルコール(PVA)とは別に、ポリエチレングリコール(PEG)を用いた複合粒子合成に成功した。PEGは放射線照射により架橋・分解反応を起こしやすい為、保護材としての適用が困難であった。詳細な検討により、高分子量・高線量率下という合成条件において、PVAを用いた場合とほぼ同等の性能の複合粒子の合成に成功した。アミノ酸の吸着特性の評価では、含硫アミノ酸であるシスチン・メチオニンの吸着量が、複合粒子中の金表面積に比例して増大することを確認した。また、保護材としてPEGを用いた複合粒子でも、含硫アミノ酸を選択的に結合する性能を維持していることを確認した。一部を^<14>Cに置換したメチオニンを用いて、メチオニンの金への吸着様式の解明を試みた。メチル基側もしくはカルボキシル基側に^<14>Cを置換した2種類のメチオニンを用いて、複合粒子への吸着試験を行った。その結果、メチオニンは分子内のC-S-C結合を維持した状態で複合粒子と結合していることが分かった。この結果より、タンパク質末端のメチオニン部位を介して複合ナノ粒子への結合が有効であることが示唆された。
フラビン酵素の光電荷分離過程に伴う立体構造変化

本研究では時間分解EPR法(TREPR)を用いて、野生型Xenopus laevis CRY-DASHに異なる温度で生成する二つの電荷分離状態を観測した。得られた信号の帰属を行うため、末端トリプトファンであるW324をフェニルアラニンに置換した変異体と、W377をフェニルアラニンに置換した変異体のTREPR測定を行った。測定結果より、温度240 KではW324とFADの電荷分離状態(FAD- W400 W377 W324+)が、温度120 KではW377とFADの電荷分離状態(FAD- W400W377+W324)が生成していることが分かった。各電荷分離状態について、スピン緩和と電荷再結合の影響を受けた量子コヒーレンスや量子分布および、マイクロ波による電子スピンの横方向磁化の時間発展を、一重項(S)および3つの三重項(T)スピン関数を基底とする回転座標系の確率Liouville方程式で解析した。(FAD- W400W377+W324)の電荷分離においては、交換相互作用(J)の値が時間変化とともに減少する様子が観測された。これは、ラジカル間の電子軌道の重なりがこの時間領域で徐々に減少するように分子がわずかな構造変化を起こすことを示している。このような低温領域におけるアミノ酸残基の再配向運動は室温領域では高速化されることが期待される。このため室温領域で観測されたFAD- W400 W377 W324+の生成には、前駆状態FAD-W400W377+W324におけるW377+の再配向運動が高速な電荷解離に重要な役割を果たすものと結論付けた。また、各電荷分離状態のシミュレーションパラメータを用いて電子スピン分極イメージング図を作成し立体構造解析を行った。インタースピンベクトル(d)の向きや、超微細相互作用の異方性を画像に反映することでTREPR測定から分子配向を含めた電荷分離構造の詳細を得ることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、部位特異的変異導入法と多周波時間分解電子スピン共鳴法および、時間分解赤外分光法を組み合わせ、フラビン酵素の初期電子移動過程に伴う補酵素およびアミノ酸残基の立体的な位置と分子配向の変化を観測する。さらに各光電荷分離状態の電子的相互作用の値を特定し、長距離電荷分離に対しアミノ酸残基の水素結合や配位結合が電子伝達機能にどのように関わるのかを具体的に示すことにより、タンパク質反応の分子論的機能の詳細を明らかにする。初年度は、アフリカツメガエル由来のクリプトクロム(Xenopus laevis CRY-DASH)天然型について、光照射によって得られる時間分解電子スピン共鳴スペクトルに対する温度効果を観測した。300 mM NaCl, 0.1 M Tris HCl, pH8.0, 30% (v/v)glycerolに溶解させたXenopus laevis CRY-DASHをFreeze-pump-thaw cycleによって冷却脱気しTREPR測定に用いた。測定温度を120 Kと273 Kとし、励起光源はナノ秒OPO laser (波長450 nm)を用いた。120 Kでは、磁場範囲の広い領域にE/A/E/Aのパターンを示すEPR信号が得られた。一方、三段階目までの電荷分離過程が報告されている273 Kの測定温度では、E/Aパターンを示す幅の狭い信号が得られ、既報のデータと一致した。以上より、低温領域で得られたスペクトルは、双極子間相互作用が高温の系よりも増大したスピン相関ラジカル対として解釈することができるため、三段階目である長距離電荷分離状態の前駆体である二段階目の近距離電荷分離による信号であると結論した。スピン相関ラジカル対モデルおよび電子スピン分極移動モデルによるスペクトル解析を行い、天然型試料に生成する近距離および長距離電荷分離状態の交換相互作用を特徴づけた。天然型試料において、120 Kの低温条件では、二段階目の電荷分離状態のみが観測されたと結論したが、まだ確証がない。この検証のため変異体の計測が必要である。しかし、この近距離電荷分離状態に対するスペクトル解析によって、交換相互作用の値を約2mTと決定することができた。この値および立体配置を用い、高温領域で観測されたスペクトルについての解析が今後において有用となるためおおむね順調に進展していると言える。本研究では、光入力による動物の地磁気感受性や植物の向光性のシグナル伝達を起こすタンパク質複合体(クリプトクロム、青色受容タンパク質)を研究対象とし、酵素内部の電子、プロトンの移動によって起こるアミノ酸残基の立体構造変化を原子スケールで捉える。部位特異的変異導入法と多周波時間分解電子スピン共鳴法および、時間分解赤外分光法を駆使し、フラビン酵素の初期電子移動過程に伴う補酵素およびアミノ酸残基の立体的な位置と分子配向を決定する。さらに光電荷分離状態の電子的相互作用の値を特定し、長距離電荷分離に対してアミノ酸残基の水素結合や配位結合が電子伝達機能にどのように関わるのかについて分子論的機構を解明する。300 mM NaCl, 0.1 M Tris HCl, pH 8.0, 30% (v/v)glycerolに溶解させたXenopus laevis CRY-DASHの天然型をアルゴンガスで脱気後サンプルチューブに封入し時間分解電子スピン共鳴測定に用いた。

測定温度を240 Kとし、励起光源はナノ秒OPO laser (波長450 nm)を用いた。得られたスペクトル線形について、双極子間相互作用(d)など種々の異方性を考慮した一重項前駆体のスピン相関ラジカル対モデルによる再現を行った。さらにこの解析より特定の外部磁場強度において、電子スピン分極を外部磁場の各方向に対してマッピングする画像を取得し電荷分離構造の詳細を特徴づけた。さらに変異体試料についても時間分解電子スピン共鳴測定を進め、近距離電荷分離状態における電子的相互作用の大きさを特徴づけることができた。測定温度を240 Kとした高温領域においては、小堀らが新たに開発した電子スピン分極イメージング法を用いることにより、長距離電荷分離状態の立体配置の詳細が世界で初めて明らかとなっている。得られた立体構造は、X線構造解析法で示された構造との差異が見られており電荷分離反応後に特定のトリプトファン残基の構造変化が起きたことを示唆している。このため当初予定よりも大きく進展していると評価することができる。本研究では時間分解EPR法(TREPR)を用いて、野生型Xenopus laevis CRY-DASHに異なる温度で生成する二つの電荷分離状態を観測した。得られた信号の帰属を行うため、末端トリプトファンであるW324をフェニルアラニンに置換した変異体と、W377をフェニルアラニンに置換した変異体のTREPR測定を行った。測定結果より、温度240 KではW324とFADの電荷分離状態(FAD- W400 W377 W324+)が、温度120 KではW377とFADの電荷分離状態(FAD- W400W377+W324)が生成していることが分かった。各電荷分離状態について、スピン緩和と電荷再結合の影響を受けた量子コヒーレンスや量子分布および、マイクロ波による電子スピンの横方向磁化の時間発展を、一重項(S)および3つの三重項(T)スピン関数を基底とする回転座標系の確率Liouville方程式で解析した。(FAD- W400W377+W324)の電荷分離においては、交換相互作用(J)の値が時間変化とともに減少する様子が観測された。これは、ラジカル間の電子軌道の重なりがこの時間領域で徐々に減少するように分子がわずかな構造変化を起こすことを示している。このような低温領域におけるアミノ酸残基の再配向運動は室温領域では高速化されることが期待される。このため室温領域で観測されたFAD- W400 W377 W324+の生成には、前駆状態FAD-W400W377+W324におけるW377+の再配向運動が高速な電荷解離に重要な役割を果たすものと結論付けた。また、各電荷分離状態のシミュレーションパラメータを用いて電子スピン分極イメージング図を作成し立体構造解析を行った。インタースピンベクトル(d)の向きや、超微細相互作用の異方性を画像に反映することでTREPR測定から分子配向を含めた電荷分離構造の詳細を得ることができた。新規のOPOレーザーシステムを平成28年度末に導入したため、今後は、さらに高精度な時間分解電子スピン共鳴計測が可能になった。偏光励起法を組あわせることにより、初期電荷分離状態(FAD- W400W377+W324)および、長距離電荷分離状態(FAD- W400W377W324+)の立体構造解析を進める。
細胞内反応場の実効的分子数の少数性と状態・機能最適化の統計力学的研究

細部内において、分子の少数性や実効的自由度の少数化を引き起こす可能性のある要因の一つに、空間の区画化がある。そこで本年度の一つ目の研究課題として、区画化された各空間の性質、特に空間サイズが生体高分子系の挙動に如何なる影響を及ぼすのか、数理的に考察した。今回はまず、転写等の影響で活発に運動する領域とサイレンスされた領域をもつ染色体等をイメージした、運動性の異なる領域を持つ1本の高分子を考え、それが球状の容器に閉じ込められた状況で示す挙動を考察した。その結果、まず球状容器内で強い運動性を示す領域とそれ以外の領域が相分離し、またその領域分布の内外の関係が容器サイズに依存して逆転することを見出した。そしてこれが、分子が紐状である事に起因するゴム弾性、及び運動性の異なる事によって生じる領域間での圧力差、という2種類のエントロピー力の競合によって生じる事、その逆転が空間のスケールと内包された分子内の領域スケールの関係の大小関係の変化に起因する事を見出した。また本研究領域では理論研究班の役割として、実験データの解析によるより多様で有益な情報の抽出がある。それに関連して、ブルガタ症候群の陽性患者、陰性患者、及び健常者の心電図データの解析を行い、症状分類可能性を考察した。そして、心電図データの平均及び標準偏差の組み合わせで定義する幾つかの指標を提案し、その指標に基づく散布図から、健常者と罹患者の区別が可能になる事、及び心電図時系列のクラスター解析により、健常者に見られる特徴的な変動と罹患者に見られる特徴的な変動の存在を見出した。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、生体膜中・膜上など、空間的制約が強い2次元的な場や、細胞内小器官やその膜領域、及び小器官間領域といった多様な形状の狭い空間等といった、典型的な細胞内環境において進行する細胞内生化学反応過程を、特にこのような空間的特徴ゆえに顕著となる分子の排除体積の影響と、それによる「実効的分子数」変化の影響に注目しつつ、非線形動力学的、及び統計力学的な視点より理論的に考察することである。今年度はまず、GPCRシグナル伝達系の上流過程のような、典型的な2次元的空間である細胞膜上で起こる生化学反応過程について、受容体、Gタンパク、ターゲットタンパクからなる、分子の排除体積を考慮したシグナル伝達カスケード系の理想化モデルの構築と、そのモデルのコンピューターシミュレーション及び理論解析を行った。その結果、膜上における分子混合いの効果により、シグナル伝達効率が分子密度に対し増減を繰り返す、非線形性の強い複雑な依存性を示す事、またこの依存性が、反応過程と排除体積効果によって自発的に生じる、受容体を中心とし、内側から受容体→Gタンパク→ターゲットタンパク、とターゲット状に分布する、分子のパターン形成に起因している事等を見出した(M. Fujii, H. Nishimori, and A. Awazu, (2013))。また、小胞等の狭い空間中における酵素反応に対する、基質や酵素の形状・変形の影響を考察する為の理想的な分子動力学モデルを構築し、マクロ反応系と微小空間での反応系の特性に顕著な違いが現れる事を見出した。本研究では、生体膜上や小胞内など空間的制約が強い空間で進行する細胞内生化学反応過程における、分子の排除体積の影響と、それによる「実効的分子数」変化を明らかにしていく。そのような目的に対して、現在までに、細胞膜上で進行する生化学過程における分子の排除体積の影響を、シグナル伝達系も出るを用いて考察し、そのその空間的制約とそれ故に現れる空間パターン形成と機能性について、新たな知見を得ており、この成果は論文として間もなく出版される予定である(M. Fijii, H. Nishimori, and A. Awazu PLos One 2013)。

また小胞内部のような狭い空間において進行する酵素反応に対する、分子の形状による排除体積効果と、形状の変化のし易さによる排除体積効果の変化を考察する為の理想化した分子動力学モデルを構築し、そのシミュレーションと解析に取りかかっており、学会等で議論できる程度の新しい知見を得つつある。この他に、DNA配列に少しの変異が入る事で、局所的な数個のヌクレオソームポジションが少しずれ、もしくはヌクレオソーム個数が減る事で、その配列の持つ力学的揺らぎが大きく変化し、それがインスレーター活性等のDNA非コード領域の機能性の変調を引き起こす可能性がある事等を見出しつつある。これも3次元空間中で1次元的なDNAを介して数個のヌクレオソームが相互作用するという、空間的制約を受けた典型的な生体内反応場系であり、それ故に現れる非自明な挙動を、本解析により見出す事ができている。本研究では、細胞内で進行する生化学反応過程における分子の排除体積の影響と、それによる「実効的分子数」変化を明らかにしていくために、細胞膜内・膜上など、脂質不均一性による空間的制約を受けた2次元場での反応、ゴルジ体・小胞体など体積や形状が様々に変化する微小空間内の反応、及び核内のDNAの形状変化による遺伝子制御ような立体障害の下で進行する生化学過程、等を例題とし研究を進めている。今後は以下の課題について考察を進める。膜上・膜内等の2次元場での反応については、これまで解析を進めて来たシグナル伝達系モデルを、特にシグナル伝達に対するフィードバックとしての膜上・膜周辺環境の変化も考慮に入れたモデルに拡張する。そしてその結果として形成される分子分布の時空パターンと、その機能性との関連について考察をすすめる。ゴルジ体・小胞体等様々に体積・形状を変化させる微小空間内での反応については、内部の反応によるフィードバクとして、内部の分子物性及び膜の形状と物性の変化を取り入れたモデルを導入し、小胞の形態変化と内部の分子形状や分布の変化に着目し、極性や軸、枝上構造の自発的形成の可能性とその特性、機能性を考察していく。また核内DNAのような、3次元空間中における1次元的な構造物故に生じる、内部の部分構造間の立体障害が、遺伝子発現制御に及ぼす影響について、更なる解析を進める。更に別の1次元的な構造物で、11カ所のリン酸化サイトを持つDNA結合型天然変成タンパク質である、FACTの機能性についても、同様の解析を進め、立体障害故に現れる実効的少数自由度性の影響を浮き彫りにしていく。25年度が最終年度であるため、記入しない。
ヨーロッパにおけるコスモポリタニズムとナショナリズム

ヨーロッパ文化論大講座の各メンバーのこれまでの専門研究分野での成果を生かしつつ、それらを有機的に結びつけ、新たな方向で1つのまとまった成果を目指すのが、今回の研究目的であった。具体的には、1.ヨーロッパの1719世紀を主な対象とし、多地域を股にかけて活躍した知識人の著作や、当時の旅行記・メモワール、さらに国際的な動向と多少とも影響関係を持った雑誌・新聞など共時的・通時的に幅広く文献・資料を収集し、その整理・検討を行なった。2.月1回の研究会を開き、研究分担者全員がヨーロッパのコスモポリタニズムとナショナリズムに関する研究を発表し、活発な討論を行なった。3.講演・研究会を開催し外部の研究者との意見交換を行なった。(東京都立大学教授高山宏氏、学習院大学助教授有川治男氏)4.研究会の発表内容もしくはそれに関連する論文を分担者各自が執筆し、その他の活動の詳細な記録と合わせて報告書(冊子体)を作成した。東西冷戦状態の構図が崩れ、ヨーロッパでもEU統合の現実化と同時にナショナリズム(民族主義、国家主義、あるいは同一宗教主義)の傾向も激化している。この現実を睨みながら今回我々が注目したのは、フランス革命から7月・2月革命期を中心とした、ヨーロッパにおいて「国家」の概念が台頭し国境線が何度も引きなおされた時期とその周辺である。それは先進地域による覇権主義と後進地域におけるナショナリズムの昂揚、亡命貴族や知識人達の文化交流や摩擦、18世紀頃からの旅行ブームとも関連したコスモポリタニズムによっても特徴づけられる。古代から現代までのヨーロッパを考える上でもこの時期を詳細に研究しておくことは意義深かった。この分野での従来の細分化された専門領域別研究や言語圈別の文献検討にとどまらず、全体の俯瞰や中心をはずれた地域・視点の全体との関わりも追求することを意識した。また従来全く無視されてきたこれらの時代・地域における女性の活動にも焦点を当てた。言語面でも、英語・ドイツ語・フランス語・ロシア語・ラテン語・ギリシャ語の専門的知識を有する者が集まった。「コスモポリタニズム」「ナショナリズム」の概念自体の多義性やそれらのヨーロッパにおける特殊性に関して、多角的な視点から考察し、共同研究をおこなったことでマクロ・ミクロ両視点からのヨーロッパ像が少しでも見えてきたと思う。ヨーロッパの1719世紀を中心に、共時的・通時的に幅広い資料収集・研究を行い、最終的には現代にまで至るヨーロッパのコスモポリタニズムとナショナリズムの共存と葛藤の意味を検討する。平成6年度の実績は次のようなものである。1.データ・ベース作成のためのパソコン3台、ヨーロッパ人による旅行記・メモワ-関係図書、ヨーロッパの文化・芸術関係図書(英語圏・ドイツ語圏・フランス語圏および国内での出版物)を購入し、これらの資料の検討・整理を始めた。2.次のテーマで研究発表とそれに関する活発な討論が行なわれた。15EA04:平成6年9月「世紀末ウィーン文化とコスモポリタニズム」(内田)10月「イギリス国家主義のプロパガンダーマウ・メディアとしての文学・演劇・パジェットリ」(小柴)12月「ルソーにおけるコスモポリタニズムとバトリオティズム」(宮ヶ谷)

平成7年3月「ロマン主義時代のコスモポリタンたち-19世紀ヨーロッパにおける〈旅〉と〈旅行記〉の変容」(岩本)東京都立大学教授高山宏氏による講演・研究会を行なった。平成6年11月11日「18-19世紀のヨーロッパ人の趣味」これまでの専門研究分野での研究を生かしながら本テーマに沿った研究・発表を行なうことで、各メンバーの視野の広がりが見えてきた。テーマに含まれる「コスモポリタニズム」「ナショナリズム」の概念自体に多義性があり、当初予想していた以上に深く大きな問題であると、研究の必要性を改めて確認している。1.ヨーロッパのコスモポリタニズム・ナショナリズムに関する文献、1719世紀のコスモポリタンに関する文献を購入し、これらの資料の検討・整理を行った。2.次のテーマで研究発表とそれに関する活発な討論が行なわれた。平成7年4月「フランス革命とナポレオン時代におけるドイツ思想の転回」(藤野)5月「平和主義者としてのヴァージニア・ウルフ」(鵜飼)6月「ホモセクシュアル英国人と地中海」(石塚)9月「世紀転換期プラハにおけるナショナリズム」(石光)10月「ドイツ最初のコスモポリタン、ゲオルク・フォルスター」(平野)11月「イギリス文化に見るノスタルジアの系譜」(笹江)平成8年1月「ニコロ・パガニ-ニ-さまよえる柩」(三木原)2月「母性主義フェミニズムとナショナリズム」(光末)3.学習院大学助教授有川治男氏による講演・研究会を行なった。平成7年10月21日「ロマン派絵画におけるナショナリズムとコスモポリタニズム」「ナショナリズム」「コスモポリタニズム」とは何か、それらのヨーロッパにおける特殊性は何かという問題を常に念頭におきながら、具体的かつ深い考察を伴う研究・発表がなされた。特定の文化圏に限定されがちだった各分担者の視野と思考が深まり、また活発な意見交換を通してマクロ・ミクロ両視点からのヨーロッパ像が見えてきた。1.平成6年、7年度からの研究会を継続し、研究分担者全員がヨーロッパのコスモポリタニズム・ナショナリズムに関連した研究発表を終えた。テーマは次のようなもので、それに関する活発な討論もおこなわれた。平成8年4月「ヘロドトスにあらわれた帰属意識と亡命の思想」(橋本)5月「バイロンの『ナポレオンに寄せるオード』とその周辺」(柏木)7月「イギリスのナショナリズム-『想像の共同体』を手がかりに」(加藤)2.文献整理と研究活動をふまえて、全体的な総括を行なった。3.研究会の発表内容もしくはそれに関連する論文を分担者各自が執筆した。これらの論文の記載も含めた報告書(冊子体)を作成した。(責任者:小野編集委員:小柴、藤野、岩本)各メンバーの専門分野での研究を生かしながら、「ナショナリズム」「コスモポリタニズム」とは何か、それらのヨーロッパにおける特殊性は何かという問題を考えることで、具体的かつ深い考察を伴う研究・発表ができた。また特定の文化圏に限定されがちだった従来の傾向を抜け出て、広い視野で横断的に多様な文化を考察する試みもかなり意識的になされた。
滑走艇の波浪中船体運動特性に関する実験的研究

まず,滑走艇模型による超高速航走時(1.0<Fn<5.0)正面規則波中での運動計測を行い,空中への跳躍運動も含めたその運動特性について調査するとともに,理論的アプローチとして,線形ストリップ法,非線形ストリップ法,一部流体力に実験計測値を併用した非線形ストリップ法による運動計算を行い,これら計算法の適用性について検討した.その結果,実験において,船体が水面から跳躍しない運動,一波毎に規則的に水面から跳躍する運動,不規則に跳躍する運動の3種類の運動が計測された.船体運動は,波高が高くなるもしくは速度が速くなるに従い,跳躍しない運動,跳躍運動,不規則的な跳躍運動へと移行すること,前進速度,波高が同じ状態であっても波周期が小さい領域では跳躍運動は生じず不規則な運動となることがわかった.また,波浪中航走時の時間平均姿勢は,平水中航走姿勢よりも,浮上し,船首上げとなることがわかった.理論的アプローチとして,非線形ストリップ法を基に高速艇特有の現象を考慮した流体力の修正をほどこした波浪中非線形船体運動計算法を構築し,実用上十分な精度で波浪中の運動を推定できることを示した.また,船尾部がトランサムスタン形状の半滑走艇型高速カーフェリーを対象として,波浪中の運動性能およびトリムタブによる波浪中運動の制御に関する研究を行った.その結果,トリムタブは速度の自乗に比例する大きな揚力を発生させるため,高速カーフェリー等の高速船舶の縦揺れ軽減にきわめて有効であることがわかった.また,船体運動の計測値から,波浪強制力を推定し,その値とトリムタブの発生する力との大小によって,PIDゲイン最適化制御と波浪強制力打ち消し制御を自動的に選択するシステムを構築するとともに,提案した制御システムは,規則波だけでなく,不規則波に対しても有効に作用することを,本研究で構築した波浪中非線形船体運動計算によって確かめた.滑走艇模型による超高速航走時(1.0<Fn<5.0)正面規則波中での運動計測を行い,空中への跳躍運動も含めたその運動特性について調査するとともに,理論的アプローチとして,線形ストリップ法,非線形ストリップ法,一部流体力に実験計測値を併用した非線形ストリップ法による運動計算を行い,これら計算法の適用性について検討した.実験において,船体が水面から跳躍しない運動,一波毎に規則的に水面から跳躍する運動,不規則に跳躍する運動の3種類の運動が計測された.船体運動は,波高が高くなるもしくは速度が速くなるに従い,跳躍しない運動,跳躍運動,不規則的な跳躍運動へと移行すること,前進速度,波高が同じ状態であっても波周期が小さい領域では跳躍運動は生じず不規則な運動となることがわかった.また,波浪中航走時の時間平均姿勢は,平水中航走姿勢よりも,浮上し,船首上げとなることがわかった.理論的アプローチとして,非線形ストリップ法を基に,高速艇特有の現象を考慮した流体力の修正をほどこすことで,実用上十分な精度で波浪中の運動を推定できることを明らかにした.まず,滑走艇模型による超高速航走時(1.0<Fn<5.0)正面規則波中での運動計測を行い,空中への跳躍運動も含めたその運動特性について調査するとともに,理論的アプローチとして,線形ストリップ法,非線形ストリップ法,一部流体力に実験計測値を併用した非線形ストリップ法による運動計算を行い,これら計算法の適用性について検討した.その結果,実験において,船体が水面から跳躍しない運動,一波毎に規則的に水面から跳躍する運動,不規則に跳躍する運動の3種類の運動が計測された.船体運動は,波高が高くなるもしくは速度が速くなるに従い,跳躍しない運動,跳躍運動,不規則的な跳躍運動へと移行すること,前進速度,波高が同じ状態であっても波周期が小さい領域では跳躍運動は生じず不規則な運動となることがわかった.また,波浪中航走時の時間平均姿勢は,平水中航走姿勢よりも,浮上し,船首上げとなることがわかった.理論的アプローチとして,非線形ストリップ法を基に高速艇特有の現象を考慮した流体力の修正をほどこした波浪中非線形船体運動計算法を構築し,実用上十分な精度で波浪中の運動を推定できることを示した.また,船尾部がトランサムスタン形状の半滑走艇型高速カーフェリーを対象として,波浪中の運動性能およびトリムタブによる波浪中運動の制御に関する研究を行った.その結果,トリムタブは速度の自乗に比例する大きな揚力を発生させるため,高速カーフェリー等の高速船舶の縦揺れ軽減にきわめて有効であることがわかった.また,船体運動の計測値から,波浪強制力を推定し,その値とトリムタブの発生する力との大小によって,PIDゲイン最適化制御と波浪強制力打ち消し制御を自動的に選択するシステムを構築するとともに,提案した制御システムは,規則波だけでなく,不規則波に対しても有効に作用することを,本研究で構築した波浪中非線形船体運動計算によって確かめた.
実践を基盤にした教師による体育カリキュラム開発の方法に関する研究

本研究ではカリキュラムの自己創出性という観点から、実践を基盤にした教師による体育カリキュラム開発の方法を理論的実践的に明らかにすることを目的とした。その結果、教師による協同的な体育カリキュラム開発の方法に関わって、(1)カリキュラム開発方針の共有の原則、(2)学習指導要領の体育教授学的検討と実践化の原則、(3)固有の体育教授学的コンセプトに立脚した目標・内容編成の原則、(4)三つのレベルのカリキュラム評価とそのフィードバックの原則、(5)カリキュラムの正当化に向けての合意形成の原則、(6)教師による体育カリキュラム開発の波及効果の原則という6つ原則が明らかにされた。本年度(平成20年度)の中心テーマは、(1)カリキュラムの階層システムの中でのカリキュラム開発方法の概念モデルの構成、(2)ドイツにおけるスポーツカリキュラム開発及びアセスメント論の検討であった。(1)の研究テーマについては、学位請求論文:「体育科教育における実践を基盤にした教師によるカリキュラム開発の方法に関する研究」(広島大学大学院教育学研究科、論文博士(教育学)、2008年11月)においてまとめた。とりわけ、この論文の中で、3つのレベルの体育カリキュラム開発(制度レベル、学校レベル、教科論レベル)がそれぞれ固有の対象をもちつつも,「開発・創造」-「設計・編成」-「調整・評価」という機能的サイクルの中で相互に関係し合って,教師による体育カリキュラム開発が展開されていくことを示し、実践を基盤にした教師による体育カリキュラム開発方法のモデルを提示した。さらに、教師による協同的な体育カリキュラム開発の方法に関わって,6つ原則=(1)カリキュラム開発方針の共有の原則、(2)学習指導要領の体育教授学的検討と実践化の原則、(3)固有の体育教授学的コンセプトに立脚した目標・内容編成の原則、(4)三つのレベルのカリキュラム評価とそのフィードバックの原則、(5)カリキュラムの正当化に向けての合意形成の原則、(6)教師による体育カリキュラム開発の波及効果の原則が明らかにされた。(2)の研究テーマに関わっては、ドイツにおける近年の教師によるスポーツ指導要領評価の研究を整理・検討する中から,教師によるスポーツ指導要領評価のあり方やその方法について考察した。その結果,まず第1に,教師が自分自身の学校条件や実践との関係でスポーツ指導要領をどのように評価し,その評価をスポーツ指導要領開発にどのように活かしていくのかという立場に立った指導要領評価の必要性が指摘された。第2に,スポーツ指導要領開発作業のプロセスで,指導要領の作成・執行側が教師の声を調査して多様な批判的意見を取り上げ,教師の評価を活かすシステムを構築しようとしている点が明らかにされた。第3に,教師によるスポーツ指導要領評価の方法・内容に関わって,調査すべき8領域の内容が明らかにされた。本研究ではカリキュラムの自己創出性という観点から,実践を基盤にした教師による体育カリキュラム開発の方法を理論的実践的に明らかにするとともに,体育教師のカリキュラムデザイン能力の形成に寄与する知見を得ることを目的とした。とりわけ本年度(平成21年度)は,カリキュラム開発の方法を仮説的に設計するために,(1)カリキュラムの自己創出サイクルを意識した典型的な体育カリキュラム開発の事例を実践者と共同して分析・検討する。とりわけ教材カリキュラム開発に注目して考察した。(2)さらに、ドイツにおける学校スポーツカリキュラム開発と"BwegteSchule"(運動に着目する学校)の関連について、文献・資料及び現地調査から考察した。(1)器械運動実践研究で全国的に注目されている山内基広氏(埼玉県小学校)が氏の30余年に及ぶ実践研究から引き出した器械運動教材の総合カリキュラム(器械運動クロスカリキュラム)を検討した。.器械運動クロスカリキュラムは、小学校6年間の限られた授業時間の中で、マット運動、鉄棒運動、跳び箱運動教材を個別に扱わないで、各教材の技術系統をベースに置きながら、学習(集団)の発展像を視野に入れつつ、3つの教材を有機的にクロスさせてトータルに器械運動を学習させようと考案されたカリキュラムである。その器械運動クロスカリキュラムの特徴を検討した上で、器械運動クラスカリキュラムの可能性と課題について論じた。器械運動領域が目指す目標を設定し、各種目教材(マット、鉄棒、とび箱)の技術系統を縦軸に置き、それを串刺す(クロスする)横軸に学習内容を置き、子どもの学習発展段階に応じて重点教材を組み立てて系統化していくことが器械運動クロスカリキュラム編成の論理となる。教材クロスカリキュラムは、技術学的発想から生み出されるものではなく、個別種目教材の技術学習を重視しつつも、教科内容研究に基づく授業実践論を基盤に作られるカリキュラムであると言える。山内の器械運動クロスカリキュラムは、その内容や課題、教材間のつながりについては技術学的視点からは検討の余地を多く残しでいるし(冬大会、平田報告参照)、文化内容の学習の欠落といった問題もあるにせよ、今後の教材クロスカリキュラム研究にとって意味ある、そして可能性のあるモデル提起であった。(2)ここでは、Bewegte Schuleが主張された背景、Bewegte Schuleが学校スポーツカリキュラム開発に与える影響と課題について考察した。

Bewegte Schuleが主張された背景には、(1)学校スポーツへの教育学的観点が強調されたこと、(2)学校スポーツの現状から派生する学校スポーツの多様な意味づけ傾向、(3)学校スポーツの学校生活(学校プログラム)への組み込みの意識化、(4)学校スポーツの「正当化」や説明責任が意識される中で、カリキュラム開発において学習対象が「スポーツ」から「運動、プレイ、スポーツ」へと拡大したことがあげられる。Bewegte Schuleの主張や活発な論議は、学校スポーツカリキュラム開発に刺激を与える効果を持っていたと考えられる。平成22年度は,(1)小学校・中学校で実際に展開されている体育カリキュラムを分析し、体育カリキュラム開発に有効な方法を解明すること、(2)体育教師のカリキュラムデザイン能力の形成に必要な情報を抽出することであった。(1)については、2009年度から2010年度にかけてに中学校の体育カリキュラム開発モデル(石原一則と小山吉明の体育カリキュラム開発)を分析し、教師による体育カリキュラム開発方法に有効な視点を抽出した。それは、(1)目標像を描く背景に明確な教授学的コンセプトがあること、(2)子どもの生活課題・発達課題の把握からカリキュラム開発の戦略を練っていること、(3)3年間の目標→各学年のテーマ→年間計画→単元計画へと具現化する手続きをとること、(4)大単元授業でのカリキュラムづくり、(5)体育理論と体育実技を両輪としたカリキュラム開発である。小学校の体育カリキュラム分析は課題として残った。(2)については、体育教師としての専門性という視点で考察した。カリキュラムを構想し開発する力が今日教師の専門力量としてきわめて重要になっている。なぜならば、実践を基盤にした教師による体育カリキュラム開発は、体育は何を教える教科なのかという教科のディシプリンや目的・価値の確認、子どもの生活課題・発達課題の把握、教材づくりや指導過程、学習集団の組織化、授業マネージメントの点検、制度や学校体育条件の分析等を総合して展開する教師固有の重要な教授行為だからである。教師が体育カリキュラム開発を行う際に、その専門性を発揮する重要な点として、(1)年間計画づくりにおいて子どもたちが最初に出会う最初の授業単元、(2)重点教材や重点内容の措定、(3)教師が専門家として育ち合う「同僚性(collegiality)」を校内に築くことが明らかにされた。さらに、協働的専門性としてのカリキュラム開発という視点の重要性も明らかにされた。
超微小空間における中心小体構造の自己組織化原理の解明

中心小体はタンパク質の複合体から形成される非膜系の細胞小器官であり、動物細胞における中心体や繊毛・鞭毛の形成に必要とされます。中心小体を核として形成された中心体は、微小管形成中心として細胞分裂や細胞内極性の形成に重要な働きをしています。中心小体の複製はDNAと同様に一細胞周期に一度だけ起こり、母中心小体の隣に一つだけ娘中心小体が形成されます。中心小体の消失や過剰な複製は、小頭症や癌の悪性化などヒト疾患の原因の一つとされており、適切な細胞の機能を保証するために中心小体の複製は厳格に制御されなければなりません。しかしながら、中心小体のコピー数を制御する基本原理は未解明のままでした。本研究では、今年度Polo like kinase 4(Plk4)の自己組織化特性が中心小体のコピー数を制御することを解明しました。Plk4は中心小体の複製に必須のキナーゼであることが知られていましたが、Plk4がどのように中心小体のコピー数を制御しているのかは明らかになっていませんでした。本研究によりPlk4は自身の天然変性領域を介して自己凝集し、液-液相分離を起こす特性をもつことが明らかになりました。さらにPlk4は自己リン酸化によって自己凝集体の物性を制御することがわかりました。このPlk4の特異的な物性により、新たに形成される中心小体の形成起点が一箇所に限定されることを明らかにしました。さらに、Plk4の過剰な自己凝集は中心小体の過剰な複製を誘導し、細胞分裂の異常を引き起こしました。本研究成果は癌の悪性化などの疾患の原因解明に役立つと期待されます。研究実績の概要に記載した内容を踏まえて、中心小体の形成機構や複製開始時においてコピー数が一つに制限される分子メカニズムに関して非常に理解が進んだ。この過程を今後分子レベルで理論化する上で、本年度の研究成果は基盤になるものであり、当初想定していた以上の進展が見られたと考えている。今年度の結果をベースに超解像顕微鏡観察やシミュレーション等併用し、中心小体複製の理論化を推進する。また、構造学的な解析、cryo-EM等を導入し中心小体形成過程の前駆体の構造を明らかにしていく。これらを共同研究者、連携研究者と協力しながら精力的に遂行する。1)最新型超解像顕微鏡を利用した超微小空間における中心小体構築過程の観察ヒト中心小体構成因子がどのように段階的に複合体を形成することで基底部であるカートホイール構造が構築され、伸長していくのかを免疫染色、最新型超解像顕微鏡(Gated-STED顕微鏡;解像度30 nm)を用いて詳細に記述した。特に、カートホイール構造の構成因子として重要であるPlk4/STIL/HsSAS-6に着目し、時系列に沿って、微小空間における詳細な局在をマッピングした。その結果、細胞周期依存的に、新たに構築されるカートホイール構造や中心小体前駆体の形成過程を可視化することに成功している。さらには、カートホイール構造形成から、中心小体の伸長過程において、いくつかの構成因子群が関与していることを超解像顕微鏡観察とAIDデグロン法を用いることで明らかにした。HsSAS-6高次複合体が他構成因子とどのように相互作用することでカートホイール構造の形成を開始できるのか、HsSAS-6リコンビナント蛋白質を用いたin vitro再構成系を用いて検討を行った。複合体形成の効率化を図るために、脂質一重膜上において蛋白質を二次元上で分子間結合を促進させるLipid-Monolayer法を用いた。また、電子顕微鏡画像を用いたイメージプロセッシングによるHsSAS-6を含む複合体の3次元構造モデルの確立を行い、カートホイール構造との比較を行った。その結果、HsSAS-6はin vitroでカートホイール構造に類似した9回対称性を有した高次複合体を形成することを見出した。研究実績の概要1)と2)の結果をベースに、ヒト培養細胞におけるカートホイール構造の形成過程(超解像レベル)と分子機構、中心小体複製における構造的機能に関する論文を現在とりまとめ、投稿直前まで進んでいる。その他の研究計画に関しても順調に進展している。