hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
湿潤地帯における補給型畑地灌漑の成熟化に関する研究

以上の様に、各研究分担者の個々の研究課題は分析されつつあるが、まだ定置観測に供する予定であった多点式自記テンシオメータの製作に手間どり本年度はデータは得られていないが、自記計の定成及び観測圃場の整備のメドもついたので、62年度の観測は充実したものになると思われる。なお、昭和61年度の研究業績は中間報告書として公表される。昭和62年度は, 6月20日(土)に東京大学農学部農業工学科会議室において,研究打ち合わせ会を開催し,各研究分担者の前年度研究報告の後に討論された各々の研究計画に沿って,各研究分担者個別の研究が遂行された.弘前大学の長谷部・萩原らは,各々,果樹地帯における水利用の実態分析と「水田と組合わされた樹園地の水需要」について分析を進め,樹園地においては,潅漑効果の定性的な有効性を示した.又,筑波大学の鈴木は,ファームポンドの多目的利用性に関して検討を行った.特にファームポンドを利用して,水源からパイプ系内に混入した藻類(アオコ等)を除去する手法を提案し,室内実験により検討した.茨城大学の軽部・中石・安富らは,関東ローム畑地の土壌水分収支について,昨年につづいて検討を加えた.今年度は茨城大学農学部付属農場に観測区を設け,それを植生区,裸地区に区分し,両区内にテンシオメータを埋設し,その他,蒸発計,雨量計,地下水位測定管を設置し, 7月上旬から9月上旬にかけて土壌水分収支を観測した.その結果として, (1)植生区での水分消費量は裸地区のそれより多い.(2)1mm程度のわずかな降雨でも土壌分消費を節約する効果がある.(3)乾燥が進むと土壌下層からの上方移動が増加することを明らかにした.千葉大学の矢橋は,昨年度に引き続いて保水剤の添加による畑地土壌の吸水特性についても管上昇高の面から検討し,土柱の毛管上昇高を左右する因子は土壌の粒度組成及び間隙特性であることを明らかにした.又,明治大学の江崎と東京農業大学の駒村らは,畑地用水の時間的変動パターンの模式図化とファームポンド容量規模について検討し,確率論的にファームポンド容量の規模を決定する手法を提案した.なお,昭和62年度の研究業績は中間報告書として公表される.東北地方の畑地灌漑は、実施面積の一位は福島県で、その60%は樹園地である。山形県・福島県では樹園地で防除に利用している。青森県の普通畑では、屏風山の砂質土の開拓地で、飛砂防止の散水を実施している。農家はメロン・ダイコン・キュウリ・トマト・イチゴについては、補給灌漑の効果を認めているが、果樹灌漑の補給灌漑の効果は認めていない。ただし、南東北ではモモ・ナシに活用している。果樹のスプリンクラー防除は進んでいるが、唯一の例外はリンゴである。しかし、通常の防除での用水源として活用されている。また、農作業機械・野菜の洗浄に利用されている。先進畑地灌漑地域において、各地区とも水利用パターンは栽培作物とその変化に対応している。使用水量が増加すると、ファームポンド・ポンプ等の施設客量の制限があるため、使用水量の少ない時間帯へやや移行している。ハウスが増加すると使用水量は増加する。ハウス率が4050%になると、計画日消費水量3mmやファームポンド客量1ha当たり20m^3では厳しい。ファームポンドの第三の機能として水質浄化がある。湖沼・貯水池に発生するアオコが灌漑水中に混入すると作物に障害がある。霞ヶ浦の調査によると、アオコがポンプにより加圧されパイプラインへ導水されると一部が沈降する。このアオコの生死が問題になるので、水圧のアオコへの影響を実験した。
ウイルス複製蛋白質を標的にしたHPVゲノム排除方法の開発

ヒトパピローマウイルスのゲノム複製には、ウイルスDNAヘリカーゼであるE1タンパク質が必要である。本研究は、細胞内でのE1分解機構の解析を行い、E1が自身のATPase活性に依存する形で分解されること、さらにポリユビキチン化を受けてプロテアソーム系で分解されることを明らかにした。また細胞内E1レベルに対する各種阻害剤の効果を調べたところ、ポリADPリボースポリメラーゼの阻害剤XAV939の処理によりE1レベルが上昇した。XAV939の標的を探索した結果、ポリADPリボースポリメラーゼ1がE1の機能を負に制御することが示唆された。ヒトパピローマウイルス(HPV)の持続感染は子宮頸癌の原因であるが、HPV感染を排除する治療薬はいまだ存在しない。本研究は、ウイルス複製機構を標的とした新たなHPV排除方法の開発を目的とする。HPVゲノム複製にはHPVのDNAヘリカーゼであるE1の機能が必須であることから、ヒト293細胞を用いてE1発現量の調節機構について解析を行い、これまでにE1が自身のATPase活性に依存する形で分解を受けることを見出した。細胞をプロテアソーム阻害剤であるMG-132で処理するとE1の発現量が上昇し、ポリユビキチン化されたE1が検出されるようになることから、ユビキチン・プロテアソーム系にてE1が分解されることが示された。さらにE1の発現により、ユビキチン化された細胞内蛋白質の全体量が低下すること、またE1により細胞内のプロテアソーム活性自体が上昇することが明らかになった。これらの結果は、E1が自身のATPase活性によって細胞内ユビキチン・プロテアソーム系の活性化を誘導し、細胞内環境を大幅に変化させることを示している。ウイルスゲノム複製機構を標的とした新たなHPV排除方法を開発するために、HPVゲノム複製に必要なウイルスDNAヘリカーゼE1の細胞内レベル制御機構の解明を進めた。これまでに、E1が自身のATPase活性に依存してポリユビキチン化を受け、プロテアソームを介して分解されることを見出しており、今年度はE1分解に関わる細胞ユビキチンリガーゼの探索を行った。C33A細胞を用いたHPV DNA複製アッセイ系を用いて、384種類の細胞ユビキチンリガーゼを含む発現プラスミドライブラリーをスクリーニングした結果、複製レベルを低下させる細胞タンパク質としてFBXW5が見出された。一方で、293細胞でFBXW5をノックダウンしても、E1レベルに変化は見られなかった。またFBXW5はcullin RING E3ユビキチンリガーゼの構成タンパク質として働くことから、cullinのNEDD8化阻害剤MLN4924の効果を293細胞で検討したところ、E1レベルに大きな変化は認められなかった。これらの結果から、FBXW5はE1レベルを下げる以外のメカニズムで、HPV複製を負に制御していると考えられた。また細胞内E1レベルへの各種阻害剤の効果を調べる中で、ポリADPリボースポリメラーゼであるタンキレースの阻害剤XAV939の処理により、293細胞でのE1レベルが上昇することが分かった。タンキレースまたは他のポリADPリボースポリメラーゼがHPV複製を負に制御することが示唆された。当初の計画通り、ハイスループットのHPV DNA複製アッセイ系を用いた細胞ユビキチンリガーゼのスクリーニングが完了した。しかしこれまでにE1のユビキチン化に関わる細胞ユビキチンリガーゼは同定できていない。その原因として、多くの素過程からなるHPV DNA複製の値を、E1レベルの指標にしているためと考えられた。一方で、タンキレース阻害剤XAV939の処理により細胞内E1レベルが上昇するという新たな知見が得られたことから、E1レベルの調節機構解明のための糸口になることが期待される。これまでに細胞内E1レベルへの各種阻害剤の効果を調べる中で、ポリADPリボースポリメラーゼであるタンキレース(TNKS1/2)の阻害剤XAV939の処理により、293細胞でのE1レベルが上昇することを見出している。そこでその作用点を明らかにするために、XAV939の標的タンパク質であるTNKS1/2もしくはPARP1をsiRNAノックダウンして、E1レベルに対するXAV939の効果を検討した。その結果、TNKS1/2ノックダウンではXAV939の効果に変化は認められなかった。一方、PARP1のノックダウンにより、E1上昇効果が部分的に抑えられることが分かり、XAV939の作用点としてPARP1が示唆された。PARP1が細胞内E1レベルを負に制御している可能性が考えられる。これまでに、E1レベルを変化させる細胞ユビキチンリガーゼのスクリーニングの結果、RNF146の強制発現によりE1レベルが著しく上昇することを見出しており、RNF146がユビキチン化を介して分解を引き起こす標的タンパク質としてPARP1が知られていることからも、PARP1がE1レベルの制御に関わっていることが支持された。さらにXAV939のE1上昇効果は、ATPase活性を失ったE1変異体(K483A)では認められなかったことから、E1のATPase活性によって誘起されるユビキチン・プロテアソーム系が、XAV939の作用に関わっていることが分かった。

また293細胞でHA-TR-TUBEタンパク質を共発現させ、ポリユビキチン化されたE1を高感度に検出する実験系を用いて、確かにE1がポリユビキチン化されることを明らかにした。当初の計画通り、細胞内E1レベルの制御に関わるいくつかの細胞タンパク質を見出すことが出来た。一方、その作用メカニズムの詳細はまだ明らかに出来ていない。ウイルスゲノム複製機構を標的とした新たなHPV排除方法を開発するために、HPVゲノム複製に必要なウイルスDNAヘリカーゼE1の細胞内レベル制御機構の解明を進めた。これまでにE1が自身のATPase活性に依存して、ユビキチン・プロテアソーム系で分解されることを明らかにしている。また、E1レベルを変化させる細胞ユビキチンリガーゼのスクリーニングの結果、RNF146がE1レベルを著しく上昇させることを見出している。今年度は、分解に必要なE1の分子内ドメインについて解析を進めた。E1はN末端制御ドメイン(ND)、DNA結合ドメイン(DBD)、多量体形成ドメイン(OD)、ヘリカーゼドメイン(HD)から構成されている。FLAGタグをN末端に買った付与したHPV16 E1のC末端からの欠失変異体(HDを削った1-439、OD+HDを削った1-359、DBD+OD+HDを削った1-184)の発現プラスミドを作成し、293細胞に導入したところ、これらの欠失変異体はATPase活性を持たないため、細胞内で分解を受けなかった。そこで同時に発現させるHPV18 E1によって、これらの欠失変異体が分解されるかを、抗FLAG抗体によるウェスタンブロットによって検討したところ、三つの欠失変異体は同じように分解を受けた。従って、ND内にE1分解に必要なアミノ酸配列が存在することが示された。一方で、HDだけを含むN末端からのE1欠失変異体は細胞内での発現レベルが低く、HPV18 E1によって分解されたことから、HD内にもE1分解に関わるアミノ酸配列があると考えられた。ヒトパピローマウイルスのゲノム複製には、ウイルスDNAヘリカーゼであるE1タンパク質が必要である。本研究は、細胞内でのE1分解機構の解析を行い、E1が自身のATPase活性に依存する形で分解されること、さらにポリユビキチン化を受けてプロテアソーム系で分解されることを明らかにした。また細胞内E1レベルに対する各種阻害剤の効果を調べたところ、ポリADPリボースポリメラーゼの阻害剤XAV939の処理によりE1レベルが上昇した。XAV939の標的を探索した結果、ポリADPリボースポリメラーゼ1がE1の機能を負に制御することが示唆された。E1の分解機構について、詳細なメカニズムが明らかになりつつある。特にE1の様々なアミノ酸変異体を用いた解析により、E1のATPase活性およびHPV DNA複製活性がE1自身の分解を誘導することが示されており、過剰量のE1は細胞増殖に対して負に働くことから、ウイルス複製蛋白質による新たなnegative feedback機構と考えられる。またE1のdeletion mutantを用いた解析により、E1の分解に必要なアミノ酸領域を同定している。
平安初期政治の構造と展開

本研究は、平安初期における政治とくに政策の変化を検討する中で、律令国家体制の転換を究明するという視角から、時代の転換点と考えられる9世紀中葉の政治社会構造について分析するとともに、その時期の基本史料である『続日本後紀』について研究を実施した。研究内容は大きく二つに大別でき、一つは、錯簡・讒入がはげしく本文の校訂さえ不十分な『続日本後紀』の史料学的研究であり、他の一つは『続日本後紀』が対象とする承和から嘉祥年間における政治社会の実像をとらえようとした研究である。前者に関しては、『続日本後紀』の写本を、国立国会図書館・国立公文書館(内閣文庫)・宮内庁書陵部・國學院大學附属図書館などで採訪し、とりわけ善本とされる國學院大學附属図書館所蔵の高柳光壽博士旧蔵本を国史大系本と校合できたことは学問的に有意義であった。同写本の本文は全面的に公開されていないので、近い将来活字化したいと考えている。また従来検討されることの少なかった国会図書館所蔵本の中に、書写年代を比較的早い時期に設定できる可能性のある真如本ともいうべき写本を確認できたのも大きな成果であった。後者に関しては、特に地域社会に中央政府の政策・意志がどのようにして浸透し、かつ矛盾を生み出すのかという視点のもとに、佐渡・出雲両国の事例について検討した。佐渡国に関しては、『続日本後紀』その他の史料をもとに、承和初年における国司権力の強化とそれに伴って惹起される地域社会の分裂を、現地調査を通して明らかにした。これは当該期の編年的研究の成果によるものであり、その内容は学界誌『日本歴史』に投稿中である。出雲国に関しては、緊張する新羅との外交関係の中で、地域社会に過度の防衛負担がかけられたこと、とりわけ東北地方から強制移住させられた「俘囚」への負担増大と「俘囚」反乱の経緯について検討した。
フランス古典演劇のレパートリー化プロジェクト

本研究は、17、18世紀のフランス古典演劇を日本演劇(劇団や演劇部)のレパートリーとして導入・定着させるためにはなにが必要か、なにがその導入・定着を妨げる要因となりうるかを解明するとともに、必要なものを提供し、また必要な環境を整えることで「フランス古典演劇のレパートリー化プロジェクト」を構築することを目指している。この3年間で「プロジェクト」の障害となりうる諸問題を調査・研究し成果を得たが、研究成果の概要は主に次の通りである。○18世紀フランスの喜劇作家マリヴォーの喜劇『コロニー』(La Colonie)、『恋のサプライズ2』(La Seconde surprise de l'amour)の"現代語"翻訳台本を制作し、インターネット上に掲載した。○現代の演劇実践に適応した新たな古典劇翻訳メソッドを構築した。○勉強会やワークショップを通して、日本の演劇人や高校・大学生を対象に"現代語訳"フランス古典劇の普及活動を行った。○フランス古典演劇の現状を調査・研究し、「プロジェクト」構築の参考となる成果を得た。1マリヴォー『コロニー』翻訳をホームページに掲載。現在マリヴォー『恋のサプライズ2』を翻訳中(一部ホームページ掲載)。これは(1)フランス古典劇の現代日本語台本を提供することでフランス古典劇のレパートリー化を目指すものであると同時に、(2)外国古典劇の現代演劇への再生を可能にするための「翻訳システム」の開発を目指すものである。2パリにおける演劇実践の現状を調査した。マリヴォー、チェーホフ、ドストエフスキーなど、古典演劇や外国文学が、どのような形(演出、上演法など)で現代の観客に提供されているかを調査研究し、またそうすることで、いわゆる「消費しにくい」演劇の「マーケッティング」方法の開発も目指す。3フランス国立図書館のイナテックに所蔵されている古典劇のアーカイブを見ることによって、現代における古典の演出方法等に関する調査研究をした。今回は例えば、ストレーレル(演出家)によるマリヴォー喜劇『奴隷の島』を見ることができた。これはマリヴォー劇のコメディア・デ・ラルテ的地平を大きく開いた演出であり、日本におけるマリヴォー上演にもおおいに参考になるものである。4論文「エリック・ロメールとマリヴォー演劇」を発表した。これは、現代風俗をあつかった映画(いわゆる時代劇ではないもの)の中で、フランス古典演劇がどのように「今日化」されているかについて考察したもので、直接的には映画に関するものだが、舞台上演にも大きくかかわる問題をあつかっている。5大学の授業を通じ、ワークショップやリーディング形式を用いたマリヴォー劇の学校授業への導入方法に関する様々な試みをおこない、興味深い成果を得た。これは高校の授業や演劇部活動などにも応用できるものである。この成果を論文「演劇を体験する-マリヴォー喜劇『恋のサプライズ2』に触れてみる」としてまとめた(これは23年度出版)。1フランス古典喜劇マリヴォー『恋のサプライズ2』第1幕の現代日本語翻訳をインターネット上に掲載。間もなく第2幕翻訳を終了、掲載予定。2古典劇の現代語翻訳のメソッドに関する講義を、大学院の授業で行った。3これまで翻訳した台本をベースに、大学の授業においてリーディング形式のワークショップを行った。2012年度には、学生によるリーディング公演の実現を目指している。4高校生対象のワークショップを2度行い、青少年対象の古典劇ワークショップの可能性と問題点を探った。5演出家、脚本家、俳優など多様な演劇人とともに「マリヴォー研究会」を5度にわたって開催した。これは、リーディングやディスカッションを通じて古典喜劇をその実践につなげようとする活動。今回は『恋のサプライズ2』第1幕を用いた。6フランス国立図書館所蔵の古典劇映像資料を通して、現代における古典劇の演出等に関する調査研究を行った。とりわけ、アントワーヌ・ヴィテーズ(演出家)によるマリヴォー劇『愛の勝利』(イタリア語上演)を見ることができたのは、今後の日本におけるマリヴォー劇上演を考える上で大きな成果であった。7パリにおける演劇実践の現状を調査した。チェーホフ、イプセン、ゴルドーニなどの翻訳上演や、またドイツ、パレスティナなど外国人劇団による字幕付き外国語上演を見ることで、いわゆるエンターテインメントではない演劇がどのようにして広く観客に受け入れられるかについて調査研究ができた。また、オペラの字幕付き上演が、現代演劇(演出)の優れた創造の場になっている現状を調査分析することができた。8ヨーロッパの演劇・演出の実践について、インターネット上で紹介(ブログ)。演劇のグローバルな視野を提供した。9大学・高校の授業への古典劇ワークショップの導入方法などを「演劇を体験する--マリヴォー喜劇

『恋のサプライズ2』に触れてみる」としてまとめた。1フランス古典喜劇マリヴォー『恋のサプライズ2』全訳を完成した。2『恋のサプライズ2』全訳をインターネット・ホームページ上に掲載した。3『恋のサプライズ2』の翻訳を通じ、フランス古典劇の日本語現代語訳のメソッドをほぼ確立することができた。この翻訳メソッドの特徴は:テクストの意味内容を“訳す"だけではなく、音のリズムや音の流れ、韻律、テンポ、間(ま)、テクスト内の“息遣い"なども含め、テクストのトータルな“身体"を日本語という外国語テクストのうちに再構築するためのメソッド(翻訳『恋のサプライズ2』は本メソッドの具体的な応用例となっている)。4 3の翻訳メソッドの17世紀フランス韻文古典劇への応用について研究を開始した。5フランス国立図書館所蔵の古典劇映像資料の分析を通じ、現代における古典劇のレパートリー化に関する大きな研究成果を得た。とりわけ、ガリン・ストイエフ演出によるマリヴォー『愛と偶然の戯れ』は、フランス古典劇の“現代化"および外国人(演出家)によるフランス古典劇上演という二つのレベルで重要な研究資料を提供してくれた。6パリにおける演劇実践の現状を調査した。とりわけ、外国人演出家によるフランス古典劇(ラシーヌ他)上演、カナダなどフランス以外のフランス語圏演劇のフランスでの受容などについて、調査研究ができた。7日本におけるフランス関連の演劇上演についてブログ上に記事を発表し、日本の一般的小劇場演劇のあり方に対する“違う視点"、“別な選択"を紹介した。8多様な演劇人と「古典翻訳劇上演およびそのレパートリー化」の意義についてディスカッションを行った(ただし、実際の公演には至らなかった)。8『恋のサプライズ2』翻訳をベースにしたリーディング形式のワークショップを、大学の通年授業でおこなった(2013年度には、授業をベースにしたリーディング公演を行う予定)。平成23年度の科研費申請書に研究実施計画として記載したもののうち、「これまで翻訳した台本を印刷物の形にする」ことと、『恋のサプライズ2』の翻訳を完成すること、については実現できていないが、それ以外については順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。基本的には平成23年度よりの継続プログラムによって研究は推進される。したがって、おおむね順調に進展していくものと予想される。「11.現在までの達成度」の「理由欄」にいくつかの「遅れ」を挙げたが、そのうち、『恋のサプライズ2』翻訳については、ワークショップによる実践を通して、翻訳を修正しつつその形をつくりあげていくという方向性であるため、この遅れはむしろ「ポジティブな遅れ」と考えられる。
P.gingivalisの熱ショックによるプロテアーゼの影響について

本研究は、P.gingivaisに熱ショックを与え、collagenase、plasmin、dipeptidyle aminopeptidase(DAP)の活性の変化を調べた。その結果、30、37°Cでの各培養条件で+10°Cの熱ショックを与えた場合において、いずれのプロテアーゼにおいても高い活性上昇が認められた(DAP IIの場合、3050%の活性上昇)。熱ショックタイムにおいては、1時間よりも2時間、4時間の方が活性の上昇は高かった。また、log期、stationary期の各細胞成長過程におけるヒートショックによる有意差は認められなかった。また、今回精製したDAP IV、DAP IIを8Mグアニジン塩酸塩で変性を行った結果、DAP IVは、酵素の失活変性をうけずらく、DAP IIの方は十分な失活変性を示した。この変性したDAP IIの自発的再生は約10%の再生であり、BSA添加で再生収率の改善は認められなかった。これに対し、熱ショック由来のGroE(GroEL、GroES)を作用させ、酵素活性の変化をみたところ、ATP共在下で5倍モル量で約45%、15倍モル量添加で約85%にまで再生収率の上昇が認められた。また、GroELの存在の有無では、非存在下が45%の再生収率の低下が認められた。以上の結果より、熱ショックによりある特定のプロテアーゼが影響され、この活性上昇が、HSPの分子シャペロン的役割により酵素の再構築がなされているのではないかと考えられる。これらのことから、口腔疾患の炎症、特に急性炎症時に伴う発熱などのストレスによる熱ショックが酵素活性の上昇をもたらし、それがさらに炎症の進行、増幅に関与するものと思われる。
多数決論理にもとづく単電子集積デバイスの研究

多数決論理はブール代数と異なる原理でディジタル関数を処理する方法である。ブール代数の基本演算(ANDやOR)の代わりに、多数決論理では多数決定の原理にもとづいてディジタル関数の演算を行う。多数決論理の処理過程はブール代数よりも巧妙なものであり、そのため多数決論理を使うとブール代数よりも少ない素子数で複雑な演算処理を実現することができる。本研究では、この多数決論理を単電子回路で構成することによる論理システム構築を考えた。単電子回路では、入力が1と0の中間状態であっても(CMOSと異なり)貫通電流が生じないゲート回路をつくることができる。この特長を用いることで、極低消費電力の多数決集積システムを構成することができる。本研究では、はじめにトンネル接合を組み合わせた多数決論理デバイスを提案した。理論解析により、適切なパラメータ範囲で所望動作が得られることを示した。次いで、この単位デバイスを複数組み合わせたディジタル論理サブシステムを設計し、その動作をシミュレーション解析した。その結果、加算器・比較器・パリティ発生器などの基本的なサブシステムの動作が可能なことを示した。以上によって、多数決論理にもとづ<単電子ディジタル集積回路の構築可能性を明らかにした。多数決論理はしきい論理の一つであり、複雑な論理をプール代数よりも簡単な構成で実現できる。本研究では単電子回路による多数決ゲートの構成法を提案した。この多数決ゲートでは、キャパシタアレイで入力総和をとり、単電子インバータでしきい動作を行う。CMOS回路を用いた多数決ゲートよりも回路規模が小さい。理論解析により、ゲート回路を構成するためのパラメータ設計方針を明らかとした。次に複数のゲート回路を組合せて加算器やパリテイ発生器などのサブシステムを設計し、その動作をシミュレーションで確認した。以上により、単電子回路で多数決ゲートとサブシステムを構成することの見通しを得た。続いて、熱雑音による誤動作の見積りを行った。単電子回路では熱雑音による不要な電子トンネルが発生し、これが出力反転を引き起こして誤動作を生じる。そこで、出力の論理値を一定期間の平均で判定する動作方法を提案した。その方法を用いると温度1Kまでは正確な論理動作が可能となることを示した。多数決論理の処理過程はブール代数よりも巧妙なものであり、そのため多数決論理を使うとプール代数よりも少ない素子数で複雑な演算処理を実現することができる。以上によって、多数決論理にもとづく単電子ディジタル集積回路の構築可能性を明らかにした。
細胞時計による生死決定とがん化の研究

1)発癌の日内変動の実験DEN(diethylnitrosamine, N-Nitrosodiethylamine)は代謝活性化が必要である発癌剤であるが、飲水投与ではマウスでもラットでも肝に発がんさせることができる。一回投与による発がん実験では、DENでもマウスでは10日齢時(肝細胞の増殖が旺盛)または部分肝切除術後に投与する。肝切除後、体内時計の朝の時刻と夜の時刻に、DEN(5mg,10mg,20mg)を一回投与し、時間特異的な発癌率を検索する。現在、半年以上肝がんまたは腺腫ができるまで経過観察中。また、より半減期が短く(3時間)、direct carcinogen(代謝されなくてもそれ自体が発がん物質)で、DNAにメチル化をもたらす発癌剤であるN-methyl-N-nitrosourea(MNU)の1回投与でも、発癌作用を確認中である。2)アポトーシスのビジュアル化と時計による制御機構の解明アポトーシスイニシエーターカスパーゼであるカスパーゼ9を活性化するApaf-1のプロモーターを利用する。P53で誘導されるApaf-1はシトクロムCとATPをリガンドとする細胞内デスレセプターとも考えられる。このApaf-1プロモーターにルシフェラーゼをつけたトランスジェニックマウスを作成し、その発現を確認した。3)時計遺伝子改変マウスの副腎の細胞動態の観察副腎皮質細胞は、束状層浅層殻生まれ網状層深層で死ぬことを確認した。リポフスチンは老化の指標としてよく用いられるが、実際、12ヶ月以上のマウス副腎皮質網状層の細胞は大量のリポフスチンを含むものが多い。時計遺伝子改変マウスでは、この分布が崩れ、リポフスチンが増大していた。
バイクリスタル合成法による局在量子構造の材料設計と高機能化

スーパーコンピューターを用いた理論計算によって、酸化マグネシウムの接合結晶界面で形成される安定原子構造、電子状態を、様々な元素の組み合わせや結晶の接合面方位、接合角、終端原子面の極性、結晶並進対称性など、パラメーターを変えてシミュレーションしました。クリスタル結晶界面では、上下の結晶の格子のミスマッチを補正するために、導入されたミスフィット転位の配列が形成されることが考えられます。スーパーコンピューターによるシミュレーションでは、3種類の転位芯構造が安定であることがわかりました。また、それぞれにバルクには無い特徴的な電子状態も所有していることもわかりました。量子細線や量子ドットなどの低次元量子構造は、バルクとは完全に異なる物性を所有することから古くから注目されている。我々は半導体や絶縁体などの結晶内部に導電性量子細線を形成させる媒体として、結晶の線欠陥、すなわち「転位」に注目する。転位は、結晶中の原子配列が不連続になった線欠陥であり、その周囲に生じる弾性ひずみ場においては、ひずみ緩和のためにしばしば溶質元素の偏析が起こる(コットレル効果)。また、弾性ひずみ場では、溶質元素の拡散速度が完全結晶領域と比べて速くなる(パイプ拡散)ことが知られている。このような転位特有の性質を利用して、添加元素を転位に沿って拡散させて転位芯近傍に偏析させることができれば、溶質元素を1次元的に配列した量子細線構造を創出することが期待される。絶縁体結晶内部に量子細線を形成させる媒体として、転位を提案した。転位を1次元的に配列させる条件を最適化した。転位導入法は、バイクリスタル法を用いた。酸化マグネシウム(MgO)のΣ5(310)[001]対称傾角粒界をモデル系として、球面収差補正走査透過型電子顕微鏡(STEM)を駆使して、結晶粒界近傍における形成される微細構造を原子レベルで観察及した。高角環状暗視野(HAADF)像と原子分解EELSマッピングより、極微量の不純物であるカルシウム(Ca)原子とチタン(Ti)原子が同時に結晶粒界に偏析し、原子スケールで規則配列した自然には存在しない三次元構造(超構造)を形成していることが観察された。セラミックス粒界における極微量の残留不純物が、規則的な超構造を自己組織化し、物性に大きく影響することがわかった。このような自己組織化メカニズムを積極的に活用することで、量子細線の自己形成や、原子レベルでの不純物制御によるセラミックス材料の高性能化、特異な電気・磁気特性の機能創生が期待されるだけでなく、量産面などのエンジニアリングの観点でも応用が可能である。理論的には、有機化合物中に金属鎖を形成させると、高温でも超伝導を示す系や、半導体や絶縁体内に1次元の金属伝導パスを形成させると、超伝導が出現する可能性が指摘されている。転位は、結晶中の原子配列が不連続になった線欠陥であり、その周囲に生じる弾性ひずみ場においては、ひずみ緩和のためにしばしば溶質元素の偏析が起こる。転位を利用した意図的な溶質元素の1次元的配列、ならびにそれに伴う材料の特性変化を成功させた報告は、これまでのところ皆無に近い。転位における偏析現象の解析が小ささゆえに困難であり、溶質元素偏析の有無が確認できなかったためであると考えられる。最先端の収差補正透過走査型電子顕微鏡(STEM)では、0.1nmを超える空間分解能をも所有する。また、技術革新とともに高角環状暗視野像法(HAADF)を利用できるようになり、原理的に極めて原子直視性が高い、さらに組成識別能に優れた像を得ることができる。また、STEMと電子エネルギー損失分光法(EELS)を組み合わせることによって、原子スケールでの材料組成マッピングや化学結合状態が分析可能になってきている。本研究では、転位を導入する母材として、絶縁体の高純度(99.9%)酸化マグネシウム(MgO)単結晶を用いた。高密度な転位配列の導入法として、高温接合技術で形成されるバイクリスタル(図3)の粒界を利用した。格子のミスマッチを補償するために周期的に生じる転位や歪んだ構造ユニットを配列させることを試みる。理論計算によって、安定な粒界が形成すると予測されるΣ5(310)[001]

対応格子粒界や小傾角粒界を用いる(図4)こととし、同じ結晶の等価な低指数面を1°18.4°ほど傾けて切断し、鏡面加工・洗浄後、高温(1500°C10時間)で接合した。またMgOのΣ5(310)[001]対応方位関係から僅かに1.6度ほど傾角させたNear-Σ粒界も用いて比較した。さらに、接合時の熱処理によって、同時に不純物元素を転位に沿ってパイプ拡散させ、不純物元素の量子細線を形成させることも考慮した。界面の断面をTEM/STEM観察するために薄片化を行った。MgOバイクリスタル粒界界面の微細構造解析には、TEMおよびSTEMを用いて行った。断面観察用試料はアルゴンイオンスパッタ法により作製した。汎用TEM(加速電圧:200kV)を用いて低倍観察、高分解能(HRTEM)観察および制限視野電子回折図形(SAED)解析により界面の微細構造や結晶方位関係について詳細に観察を行った。接合角度について、SAEDパターン解析及びHRTEM像解析により評価した。26年度が最終年度であるため、記入しない。工学26年度が最終年度であるため、記入しない。絶縁体結晶内部に量子細線を形成させる媒体として、転位を提案した。転位を1次元的に配列させる条件を最適化した。転位導入法は、(1)高温圧縮変形法、(2)バイクリスタル法、(3)配向薄膜粒界を予定していた。しかしながら、(1)高温圧縮変形法による転位導入は困難を極めたため、中止している。現在、(2)のバイクリスタル法を用いて成功した。引き続き、成功しているバイクリスタル法をさらに活用して導電性細線の配列を試みる。様々な小傾角粒界や安定なΣ粒界が形成すると予測される接合結晶方位関係を用いる。直線的な転位配列が形成されているか、汎用透過型電子顕微鏡の暗視野像で評価する。研究実施概要として、バイクリスタル法を用いて絶縁体結晶内部に転位及び金属偏析を利用した量子細線を形成させる。添加機能金属元素については第一原理的な理論計算によって予測する。また、転位導入にはバイクリスタル法(バルクや薄膜)や高温変形法(バルク)を用いる。最終的に、量子細線の電流輸送特性や局所原子構造、電子状態を計測し、局在量子細線の物性の本質を解明する。転位を直立させるような方向で、約10μmまで機械研磨された後、イオンミリング処理によってさらに薄片化を行い、転位が貫通している状態で、試料表面に金属を蒸着する。Ar雰囲気下での熱処理で金属を転位に沿ってパイプ拡散させ、導電性量子細線を形成させる。第一原理計算に基づく、電子状態計算、電子輸送特性のシミュレーションにより、導電性量子細線の電流輸送機構の本質を解明する。計算の中で金属を変更して物性の改善を予測する。次年度に主な経費として使用するものは、実験のための経費、成果報告の旅費、論文投稿料に分けられる。引き続き、多くの方位で高温拡散接合に挑戦するため、単結晶ブロック(計1,000千円)が必要である。その他、高純度金属(計650千円)や国際会議での成果報告のための渡航費(300千円)、論文投稿料(100千円)などを計上す
マグニチュードホモロジーの基礎理論の確立から応用へ

距離空間のマグニチュードは「実質的な点の数」を数学的に定式化した概念で、数理生物学における種の多様性を測る概念として、実質的に同じものが定式化されているなど、応用上も重要な概念である。最近導入されたマグニチュードホモロジーは、マグニチュードの背後にある幾何学的・代数的な構造をとらえた画期的な概念である。本研究では、マグニチュードホモロジーの精密化である「相対マグニチュードホモロジー」を導入することで、マグニチュードの理論の基礎づけから応用を目指した研究を行う。
非天然型アミノ酸及びそれらを含むペプチド類の高効率的合成法の開発とその応用

ピリドキサールモデル化合物を用いる非天然型アミノ酸及びそれらを含むペプチド類の高効率的合成法の確立を目的として、1)アミノ酸のα位アルキル化反応および2)セリン水酸基の置換反応(β-置換反応)についてアミノ酸エステル及びペプチドレベルでの検討を行い、以下の成果を得た。1)キラルなイオノホア側鎖を有するピリドキサール誘導体、あるいはアンサ型構造とイオノホア側鎖を有するピリドキサール誘導体を用いることにより、アミノ酸エステル類の不斉α-アルキル化反応が進行し、光学活性α,α-ジアルキルアミノ酸エステルが高立体選択的に得られることを見出した。本反応の立体選択性は系内の金属イオンの種類に依存し、イオノホア側鎖と金属イオンとのキレーションが立体選択性発現において非常に重要であることが明らかとなった。また本反応はペプチドのN末端位においても位置特異的に進行し、ペプチドの位置及び立体選択的なアルキル化による、非天然型ペプチドの直接的合成法になることを明らかにした。2)分子内にイオノホア側鎖に加えて、イミダゾール残基やメチルチオ基を有するピリドキサールモデル化合物を合成し、セリン誘導体のβ-置換反応に適応したところ、リチウムイオン存在下でメルカプタン類との置換反応が触媒的に進行し、各種S-置換システイン誘導体が高収率で得られることを見出した。またリチウムイオン、亜鉛イオンの共存下、ニトロ酢酸エステルのような炭素求核体にによる置換反応も進行することが明らかとなった。さらにメルカプタン類による置換反応は、N末端にセリン残基を有するペプチド類においても進行し、N末端セリン残基を触媒的かつ直接的に各種S-置換システイン残基に変換できることを見出した。今後、不斉反応へと展開して行くため、現在新たに光学活性シクロファン型構造を有するピリドキサール誘導体の合成を行っている。ピリドキサールモデル化合物を用いる非天然型アミノ酸及びそれらを含むペプチド類の高効率的合成法の確立を目的として研究を行い、本年度は1)アミノ酸レベルでの新しい非天然型アミノ酸合成反応としてセリン誘導体を出発原料とするβ-置換反応について、2)ペプチドレベルでの反応としてペプチドの直接的なN末端選択的、かつ立体選択的なα位アルキル化反応の2点について重点的に検討を加え以下のような結果を得た。1)セリン誘導体の硫黄及び炭素求核体を用いる触媒的β-置換反応ピリドキサールモデル化合物として、3位にリチウム配位能を有するエトキシエトキシ基以外に5位にイミダゾール側鎖を導入した化合物を触媒量用いることにより、各種チオール類とのβ-置換反応が高収率で進行するという、新しいシステイン誘導体の効率的合成法を見出した。さらに2位に亜鉛と配位可能なメチルチオメチル基を導入した複合配位能力を有するモデル化合物を触媒量用い、リチウムイオン及び亜鉛イオン存在下で反応を行うことにより、ニトロ酢酸エステルのような炭素求核体とのβ-置換反応が進行し、触媒的炭素-炭素結合形成反応となることを見出した。2)ペプチド類のN末端選択的かつ立体選択的α位アルキル化反応不斉補助基としてアンサ型構造を合わせ持つピリドキサールモデル化合物を用い、ペプチドN末端アミノ基とイミン形成後、アルキル化反応を行うことにより、N末端選択的かつ立体選択的に反応が進行することを見出した。これにより個々の非天然型アミノ酸を合成することなく、直接ペプチドを位置選択的に修飾することにより非天然型アミノ酸を含むペプチドが立体選択的に得られる経路を確立した。またこの時リチウムイオンの有無により立体選択性が逆転し、同一の不斉源から2種の異性体をそれぞれ作り分けられることも明らかとなった。

ピリドキサールモデル化合物を用いる非天然型アミノ酸及びそれらを含むペプチド類の高効率的合成法の確立を目的として研究を行い、本年度は1) N末端にセリン誘導体を有するペプチドをN末端S-置換システイン含有ペプチドに変換するβ-置換反応について、2)ペプチドのN末端選択的かつ立体選択的なα位アルキル化反応における隣接アミノ酸の側鎖置換基の大きさ及び立体化学が反応の立体選択性におよぼす影響について重点的に検討を加え、以下のような結果を得た。1) N末端にセリン誘導体を有するペプチドの触媒的β-置換反応ピリドキサールモデル化合物として、3位にリチウム配位能を有するエトキシエトキシ基及び5位にイミダゾール側鎖を導入したモデル化合物を触媒量用いることにより、N末端にセリン誘導体を有するペプチドと各種チオール類とのβ-置換反応が高収率で進行し、その結果、ペプチドの直接修飾反応によりN末端に各種S-アルキル置換システインを含むペプチドに変換することに成功した。2)ペプチド類のN末端選択的かつ立体選択的α位アルキル化反応昨年見いだした不斉補助基としてアンサ型構造を持つピリドキサールモデル化合物を用いるペプチドN末端選択的α位アルキル化反応に関して、N末端にアラニン、C末端側に各種中性アミノ酸からなるジペプチドを用いてその立体選択性について検討を行った。その結果、本反応の立体選択性は金属イオンの存在の有無に関わらず、C末端側アミノ酸の立体化学及びその側鎖置換基の大きさにほとんど影響を受けず、ピリドキサールモデル化合物の不斉だけによって誘導されることが明らかとなり、一般的なペプチドの立体選択的修飾反応と成り得ることが示唆された。ピリドキサールモデル化合物を用いる非天然型アミノ酸及びそれらを含むペプチド類の高効率的合成法の確立を目的として研究を行い、本年度はまず、これまでに合成し、不斉αアルキル化反応に有効であった、キラルなピリドキサールモデル化合物を用いるセリン誘導体の不斉β-置換反応について検討を行った。しかしながらこれまでのキラルなイオノホア側鎖を有するピリドキサール誘導体、あるいはアンサ型架橋構造を有するピリドキサール誘導体を触媒として用いた場合、セリン誘導体とメルカプタン類のβ-置換反応による各種S-置換システイン類の合成においては満足いく立体選択性を得ることはできなかった。そこで新たなピリドキサールモデル化合物として、更に確実な面選択性を期待してシクロファン型構造を有するピリドキサールモデル化合物の設計を行った。シクロファン型構造としては、ピリドキサールの2位および5位で架橋したベンゼノファン、アントラセノファン、およびピリドキサール2分子で架橋構造を有するピリジノファン構造を有する誘導体を選択し、ピリドキシンを出発原料としてこれら化合物の合成に着手した。その結果、新たな誘導体それぞれのラセミ体の合成に成功し、ラセミ体のベンゼノファン誘導体を用いてβ置換反応を検討したところ、反応そのものは触媒的に進行することが明らかとなった。今後、これらシクロファン型化合物は、光学分割を行い、β置換反応を含めたピリドキサールの関与する反応の不斉反応への適応を行う予定である。
抗腫瘍作用を示すアミノ酸抱合高分子ナノ構造体の創製

必須アミノ酸とn-ブチルシアクリレートを用いて、新規アミノ酸結合ナノアクリルポリマー粒子を69種類合成した。本ナノ粒子は、ヒトT細胞リンパ腫、B細胞リンパ腫、大腸癌、膵臓癌、肝臓癌に対して、濃度・時間依存性の抗腫瘍効果を示した。強い抗腫瘍活性を示したナノポリマー結合アミノ酸は、概ねGly, Asp, Asn, Hisである。本ナノ粒子は、カスパーゼ8の活性化に続いてカスパーゼ3が活性化され、DNA切断によってアポトーシス様の細胞死が誘導された。ヌードマウス移植抗腫瘍実験において、腫瘍塊形成を顕著に抑制した。生分解性の本ナノ粒子は、がんの治療およびがんの予防にも期待が持てる。グリシンを始め必須アミノ酸22種類を用いて、静脈瘤治療や外科的用瞬間縫合剤として臨床に用いられているn-Butylcyanoacrylate医薬品を重合原料としたアミノ酸抱合ナノ粒子を69種類合成した。各アミノ酸抱合ナノ粒子の抗腫瘍活性をMTTアッセイ法によってスクリーニングした。本ナノ粒子は、血液系ガン細胞株のヒトT細胞リンパ腫、B細胞リンパ腫、また上皮系ガン細胞株の大腸癌、膵臓癌、肝臓癌に対して濃度・時間依存性の抗腫瘍効果を示し、その強さは既存の抗ガン剤と同レベルであり各抱合されたアミノ酸の種類に依存することが判明した。その中でも、グリシン抱合ナノ粒子は細胞株に依らず強い抗腫瘍効果を示した、一方Arg抱合ナノ粒子の腫瘍作用はほとんど観られなかった。この抗腫瘍効果は、アミノ酸を使わない所謂空ナノ粒子と遊離のアミノ酸をただ単に混合した条件では全く認められず、アミノ酸を抱合したナノ粒子に特異な抗腫瘍作用であることが判明した。ナノ粒子は細胞に取り込まれないので、細胞内残留性がなく、マウスを用いた安全性試験に於いて全く問題がなかった。アミノ酸抱合ナノ粒子は悪性細胞の細胞膜との結合によって抗腫瘍作用を現し、Gly抱合ナノ粒子のTリンパ腫に対する障害性はヒト正常HUVEC細胞への障害性と比べて約100倍も強く、アミノ酸抱合ナノ粒子は各悪性腫瘍へのテーラーメイド治療薬として期待が持てる。糖の水酸基と高い親和性を有するアミノ酸結合アクリレートナノポリマー粒子を69種類合成し、培養ヒトT細胞リンパ腫、B細胞リンパ腫、また上皮系ガン細胞株の大腸癌、膵臓癌、肝臓癌のがん細胞株を用いてMTT-assayによって抗腫瘍効果をスクリーニングした。その抗腫瘍効果は、結合されたアミノ酸の種類を変えることによって濃度および時間依存性に調整でき、各癌腫に対して強い抗腫瘍活性を示したナノ粒子結合のアミノ酸は概ねGly,Asp,Asn,Hisであることを見いだした。本ナノ粒子は癌細胞と接合し、デスリガンドレセプターを介してイニシエーターカスパーゼ8の活性化からエフェクターカスパーゼ3を活性化し、DNA切断によってアポトーシス様の細胞死を誘導してガン細胞を障害する。ヌードマウスを用いたがん移植抗腫瘍効果の検討に於いて、がんの腫瘍形成を本ナノ粒子が顕著に抑制し、その抗腫瘍効果においてはがんの治療およびがんの予防効果にも期待が持てることが判明した。本研究はナノ構造体の接合がもたらす細胞機能のモジュレーションであり、化学療法耐性な再発ガンの治療と転移再発予防が可能となるばかりか、副作用の強い抗ガン剤を用いない抗腫瘍手段のパイオニアから、難治性がんの細胞治療を可能とするナノ医療の開発研究へ礎石となる。
自己駆動粒子の集団に現れるリズム現象

本研究課題は、物理化学的な機構で自発的に運動する自己駆動粒子の集団に現れる運動モードの分岐現象を対象としている。水面を自発的に運動するしょうのう粒は、有限領域に複数浮かべた時、個数に応じて連続運動から振動運動に運動モードが変化する現象が認められている。この特徴的な集団運動の機構解明を目指して、実験と数理の両面からアプローチした。すでに先行研究において、連続運動と振動運動の分岐が粒子数をパラメータとして起こること、および臨界粒子数が粒の大きさに反比例することを明らかにしている。本研究では、理論的アプローチとの親和性を意識し、粒子数を固定して水相の大きさを連続的に変化させることで、数密度を制御する実験系を設計した。ここでは簡単のために粒子数を1に固定して、粒子サイズと水相サイズを分岐パラメータとした相図を作成した。その結果、小さい粒子では連続運動から停止への分岐のみが認められ、大きな粒子で連続運動から振動運動、そして停止という運動モードの分岐が観察された。このとき、振動運動の領域は粒が大きいほど広いことが明らかになった。従来のしょうのう粒の数理モデルは、粒の運動方程式としょうのう濃度場の反応拡散方程式から成っていた。ところが、このモデルでは振動運動を説明することは困難であった。そこで本研究では、数密度の効果を明確にするために、水面の極近傍のバルク層のしょうのう濃度を新たに加え、3変数系の数理モデルを構築した。さらに、従来定数としていたしょうのうの溶け出し速度を、粒の運動速度に依存するようにした。その結果、実験で観測された連続運動、振動運動、停止の3つの運動モードが現れる相図をうまく再現することに成功した。これらの数理的アプローチの結果、集団振動運動は水相の平均しょうのう濃度と粒の運動速度が相互作用することで起こるホップ分岐であることが明らかになった。本研究課題では、自己駆動粒子の集団に現れるリズム現象の解明を目指している。研究開始までに、樟脳粒と呼ばれる水面を滑走する粒子を狭い領域に多数浮かべると、自発的な振動現象(動いたり止まったりを繰り返す現象)が認められていた。本年度は、この現象の発現条件を詳しく調べる実験を行った。具体的には、粒の個数と水面の大きさを変数として、運動様相に関する相図を作成した。その結果、連続運動と振動運動の間の臨界個数は水相の大きさに概ね比例することが示された。このことは、粒の運動性を決める表面張力にある臨界値があり、それを下回ると、粒が停止することを示している。過去の当該研究室の成果と比較することで、その臨界値を概算したところ、樟脳飽和水溶液の表面張力と概ね一致した。これにより、残る課題は停止した粒が再び動き出す機構を解明することとなった。上記の実験の過程で、単一の樟脳粒でも、狭い水相では振動運動が現れることを見出した。そこで、水相のサイズを連続的に変化させられるシステムを構築し、詳しく調べた。多粒子系では非周期的な振動であったが、単一粒子では周期的な振動が認められた。このことから、機構解明に向けて、これまでと方向を転換し、単一粒子で周期振動が現れるメカニズムの解明に焦点を絞ることとした。これに成功すれば、多体系は単一粒子のグローバルカップリング系としてとらえることが可能である。理論的な解析に関しては、従来の樟脳粒の運動の数理モデルに、水相の樟脳濃度場の時間変化を加えた連立微分方程式系の構築を試みている。単一粒子の周期振動に絞ることができたため、適切な縮約を行うことで、2変数系の連立微分方程式系に落とし込めるものと期待している。研究開始当初は、キーとなる物理パラメータがわからなかったために、初年度は手当たり次第に関係する物理パラメータを振って、相図を作成することを計画していた。実際に実験を行ったところ、水相の大きさをパラメータにした実験結果から、振動運動の「停止」が水相の表面張力で決められていることを示すことができた。それに加えて、単一粒子で周期振動が現れることを示すことができた。これにより、個数、つまりは粒子間相互作用は振動運動を生じるための必要条件ではないことが明らかにできたので、より実験を単純化することができた。また、この結果によって、当初、2年目以降に予定していた数理モデルの構築に向けて、明確な指針を与えることができた。つまり、単一粒子の周期振動をモデルで示せばよいことになった。当初、モデル作成に当たって、粒子間相互作用がどのように行われているのか(表面張力を介しているのか、流体相互作用なのかなど)が不明確であったため、それらを明らかにすることから始めなければならなかったが、今年度の実験結果から、これらを考えることなく、メカニズム解明に進むことができる。以上のことから、当初の計画よりもより明確な形で最終目標に向かうことができるようになっており、初年度の研究はおおむね順調に進展していると評価できる。前年度の成果として、単一粒子系において、水相の面積を分岐パラメータとすることで、連続運動、振動運動、停止が認められることを明らかにした。今年度は、これを元にして新たな分岐パラメータである水相表面積を連続的に変化させるシステムを構築し、より明確に分岐点を求めることに成功した。また、しょうのう粒の直径をもう一つの分岐パラメータとして選択し、しょうのう粒と水相の直径を軸とした相図を実験的に作成した。

その結果、粒の直径が小さいほど、振動運動が現れる水相の表面積領域が狭くなり、粒が2 mm以下の時には振動運動は現れず、連続運動から停止への分岐が認められた。さらに、これらの分岐現象を説明するためにしょうのう粒からの供給速度が粒の運動速度に依存して速くなる事を実験的に明らかにした。これらの実験観察を説明するために、新しい数理モデルの構築を行った。従来は、しょうのうの表面濃度のダイナミクスを記述した反応拡散方程式と粒の運動方程式の2変数モデルであった。今回、これを拡張し、表面直下のバルク濃度を記述した反応拡散方程式を加えて、3変数系の偏微分方程式を構築した。さらに、分岐現象の本質的な機構を明らかにするために、表面濃度に対して、緩和速度が十分に速いと仮定して断熱消去した。このように2変数系に縮約した上で、バルク濃度に対して空間平均を考えることで、2変数常微分系を構築した。この新たに提案した2変数常微分方程式を、実験条件に対応したパラメータを用いて数値計算した結果、水相の大きさに依存して連続運動、振動運動、停止の分岐が現れることを明らかにした。さらに、解析的に線形安定性解析を行なった結果、実験とよく対応した相図を得ることができた。以上の実験的、理論的な結果から、振動運動が起こる機構やしょうのう粒運動の分岐現象の機構を明らかにすることに成功した。当初の計画通り、初年度に明らかにした支配的な分岐パラメータを使って、しょうのう運動の相図を作成し、それを説明する数理モデルの構築に成功した。具体的には、水相の表面積と粒の直径が分岐パラメータとなり、それらを変えることで連続運動から振動運動、停止と分岐が起こる様子を確認した。また、粒の直径が小さいときには振動運動が見られないことを明らかにした。これは当初の想定にはないことであったが、今回構築した2変数常微分系の数理モデルを用いることで、小さい粒で振動運動が現れないことについても説明された。また、数理モデル構築に当たって仮定した、しょうのうの供給速度と粒の運動速度の関係についても実験的に裏付けることができた。このように、当初予定していた通り、実験における分岐パラメータを絞り込み、相図を作成することに成功した。また、それらを元にして、数理的に現象を再現・説明することにも成功した。以上の成果から、概ね、申請時の予定通りに、順調に進展しているものと判断した。本研究課題は、物理化学的な機構で自発的に運動する自己駆動粒子の集団に現れる運動モードの分岐現象を対象としている。水面を自発的に運動するしょうのう粒は、有限領域に複数浮かべた時、個数に応じて連続運動から振動運動に運動モードが変化する現象が認められている。この特徴的な集団運動の機構解明を目指して、実験と数理の両面からアプローチした。すでに先行研究において、連続運動と振動運動の分岐が粒子数をパラメータとして起こること、および臨界粒子数が粒の大きさに反比例することを明らかにしている。本研究では、理論的アプローチとの親和性を意識し、粒子数を固定して水相の大きさを連続的に変化させることで、数密度を制御する実験系を設計した。ここでは簡単のために粒子数を1に固定して、粒子サイズと水相サイズを分岐パラメータとした相図を作成した。
TRPA1チャネルのカフェインに対する応答の質的種間差異に基づく活性化機構の解明

先に、マウスとヒトのTRPA1チャネルが、カフェイン投与に対し、それぞれ活性化と抑制という真逆の応答を示すことを見いだした。TRPA1チャネルの活性化機構の解明の第一歩として、質的種間差異の構造基盤の同定を試みた。大きな領域をswapした分子キメラの解析から開始し、予想に反し、N末端細胞内領域が鍵を握ることを、まず明らかにした。さらに、より細かい分子キメラを多数作成し、応答の性質を決定する重要な部位がアミノ酸残基の230番目と254番目の間にあることを最終的に明らかにした。今年度、この領域にあるマウスとヒトで異なる14個のアミノ酸残基の網羅的変異体を、二重変異体も含めて作成し、それらの機能解析を行った。その結果、マウスTRPA1のMet268のみをヒトTRPA1のアミノ酸残基であるProに置き換えた一アミノ酸点変異体Met268Proでは、カフェインが抑制作用を示すようになることを観察した。一方、ヒトTRPA1に逆の変異を導入したPro267Met変異体では、抑制応答の活性化応答への転換は見られなかった。これらの実験結果から、まず、Met268が、カフェインによるマウスTRPA1の活性化応答に寄与する重要な構造基盤であることが確定した。また、抑制作用と活性化作用が同じ構造基盤に基づく単純な逆現象というわけではなく、例えば、カフェインによる抑制現象は、マウスとヒトのTRPA1で共通に見られるものであり、マウスでは、Met268を介した活性化現象が、抑制現象を上回って起きているということが想定された。マウス254/255ヒト等のキメラで観察された、活性化と抑制を含む2相性の応答は、この仮説を支持するものである。大きな領域をswapした分子キメラの解析から開始し、予想に反し、膜貫通領域やC末端細胞内領域ではなく、N末端細胞内領域が鍵を握ることを、まず明らかにした。さらに、段階を追ってより細かい分子キメラを多数作成し、応答の性質を決定する重要な部位がアミノ酸残基の230番目と254番目の間にあることを最終的に明らかにした。すなわち、マウスTRPA1のこの領域のみをヒトTRPA1のものと置き換えると、カフェインが抑制作用を示すようになることを観察した。一方、ヒトTRPA1のこの領域をマウスTRPA1のものと置き換えたキメラでは、カフェインによる活性化作用は見られなかった。また、いくつかのキメラでは、活性化と抑制の両方を含む2相性の応答を示した。このことは、抑制作用と活性化作用が同じ構造基盤に基づく単純な逆現象というわけではなく、関与する構造基盤には共通部分の他に、共通しない部分もあり、活性化にはさらなる要因があることを示唆するものと考えられた。現在、一アミノ酸残基レベルでの同定を目指して、この領域にあるマウスとヒトで異なる14個のアミノ酸残基の網羅的変異体を、二重変異体も含めて作成し、それらの機能解析を進めている。