hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血管平滑筋の形質変換における電位依存性カルシウムチャネルの役割

合成型血管平滑筋細胞(VSMC)の増殖亢進は絶え間ない細胞周期の回転により支えられている。G1期からS期への移行およびM期ではCa2+流入が不可欠である。細胞周期調節と関連するCa2+チャネルの特定を試みた。ニフェジピン処理によりVSMCの増殖が濃度依存性に抑制された。高濃度KCl溶液(90 mM)に暴露すると細胞増殖は抑制された。Ca2+チャネルβサブユニットのみを強制発現すると核内に局在し、細胞内カルシウムの動態に関与する35種類の遺伝子発現を上昇させた。これらの結果から、Ca2+の細胞内流入経路の違いとβサブユニットにより、VSMCの細胞増殖が調節される可能性が示唆された。電位依存性Ca2+チャネル(CaV1.2およびCaV3.2)を介する血管平滑筋細胞内へのCa2+流入の細胞周期調節との関連を調べるために、CaV1.2チャネルブロッカーであるニフェジピン存在下における細胞増殖への効果を調べた。その結果、培養血管平滑筋細胞A7r5の細胞増殖は、ニフェジピン濃度依存性に抑制された。すなわち、CaV1.2を介したCa2+の細胞内流入は、細胞増殖に不可欠であることが示唆された。しかしながら、高濃度のKCI溶液(90mM)に細胞を暴露し、膜電位を強制的に脱分極させた場合は細胞増殖は抑制された。これらの結果から、Ca2+の細胞内流入経路の違いにより、細胞増殖調節反応が異なる可能性が示唆された。分子生物学的に細胞増殖を正に調節するチャネルを同定するために、siRNA target finderツールを使用してCaV1.2およびCaV3.2に対する特異的siRNA配列を検索し、pSilencerプラスミドベクターのBam HIおよびHind III制限酵素部位に挿入し作製中である。さらに、培養血管平滑筋細胞A7r5の形質変換の評価を行うために、ミオシン重鎖アイソフォームSM1、SM2およびSMembのmRNA発現量をリアルタイムPCRで、タンパク発現量をウエスタンブロット法にて検討中である。ヒト血管平滑筋細胞CaV1-2およびCaV3.2を標的とするsiRNAを作製した。また、カルシウムチャネル以外のカルシウム流入経路となるTRPV2を標的とするsiRNAを作製した。さらに、CaV1.2のサブユニットであるCACNB3に対するsiRNAも作製した。現在、各siRNAの効果を培養ヒト血管平滑筋細胞を用いて効果を調べている。細胞周期進行には細胞外からのCa2+流入が不可欠である。血管平滑筋の形質変換誘導、すなわち細胞周期進行を決定するうえで電位依存性Ca2+チャネルを介するCa2+流入が重要である。また、Ca2+流入量の時間的空間的変化を決定するのはCa2+チャネルのスプライスバリアントの種類とその発現割合であると予想される。平成23年度では、1)電位依存性Ca2+チャネル(CaV1.2およびCaV3.2)を介する血管平滑筋細胞内へのCa2+流入の細胞周期調節との関連、2)形質変換に伴うスプライスバリアントの発現様式の変化を調べることを目的とした。2)収縮型および合成型の培養血管平滑筋細胞は現在進行中である。3)各培養血管平滑筋細胞よりRNAを抽出し、CaV1.2/CaV3.2の特異的3'UTR配列を含むオリゴdTプライマーによりcDNAライブラリーを作製中である。4)形質変換に伴う血管平滑筋CaV1.2/CaV3.2のスプライスバリアント発現変化は上記1)から3)の完成後に検討を行う。研究の目的細胞周期進行には細胞外からのCa2+流入が不可欠である。平成24年度では、PDGFまたはbound thrombinにより誘導された合成型VSMCおよび収縮型VSMCを用いて、各形質で発現する電位依存性Ca2+チャネル(CaV1.2およびCaV3.2)の種類と割合を決定し、形質変換に伴うスプライシング調節の有無について検討することを目的とした。研究結果1)収縮型および合成型の培養血管平滑筋細胞の誘導条件を決定。2)各種Ca2+チャネルに対するsiRNAを作製した。培養血管平滑筋細胞へのsiRNA効果が不充分であるため再度作製が必要であり、形質変換評価の規準を見直している。3)各培養血管平滑筋細胞よりRNAを抽出し、CaV1.2/CaV3.2の特異的3'UTR

配列を含むオリゴdTプライマーによりcDNAライブラリーを作製中である。4)電位依存性カルシウムチャネル電流測定の条件決定。細胞周期進行には細胞外からのCa2+流入が不可欠である。血管平滑筋の形質変換誘導、すなわち細胞周期進行を決定するうえで電位依存性Ca2+チャネルを介するCa2+流入が重要である。また、Ca2+流入量の時間的空間的変化を決定するのはCa2+チャネルのスプライスバリアントの種類とその発現割合であると予想される。平成25年度では、1血管平滑筋の形質変換における電位依存性Ca2+チャネルの役割、2形質変換に伴うスプライスバリアントの発現様式の変化、3各バリアントの電気生理学的特徴およびプロテインキナーゼによる調節作用の有無を検証することを目的とした。結果:1血管平滑筋の形質変換における電位依存性Ca2+チャネルのβサブユニットの関与を調べるために、テトラサイクリン刺激によるβサブユニット遺伝子発現誘導可能なFlp-in-T-REx293細胞(ヒト胎児由来腎臓上皮細胞)を樹立した。テトラサイクリン不含の牛胎児血清下で継代培養を3回繰り返した後、テトラサイクリン添加と無添加の細胞を24時間培養した。Western blot法にてβサブユニット蛋白の発現の有無を確認できた発現OFF状態の細胞と発現ON状態の細胞より全RNAを抽出し、マイクロアレイを用いて遺伝子発現解析を行った。その結果、細胞内カルシウムの動態に関与する35種類の遺伝子発現が著明に上昇していた。一方でドパミンβハイドロキシラーゼ遺伝子の著明な減少がみられた。2収縮型および合成型の血管平滑筋細胞よりRNAを抽出し、CaV1.2/CaV3.2の特異的3'UTR配列を含むオリゴdTプライマーによりcDNAライブラリープラスミドを用いて作製を試みたが解析に使用できるライブラリーの作成に至らなかった。3バリアントcDNAの作成が出来ず、チャネル発現細胞を用いた電気生理学的なカルシウム電流の測定が出来なかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。生理学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初予定していたラット株化培養血管平滑筋細胞(A7r5)のみでは本研究課題の証明には不充分であるのが判明したのでマウス及びラット初代培養血管平滑筋細胞の確立とヒト正常血管平滑筋細胞の培養が不可欠となった。マウス及びラットの初代培養細胞確立のための実験条件(至的培地の選定、血管片の静置日数)の決定と血管平滑筋細胞以外の細胞成分(線維芽細胞、血管内皮細胞)の除去による細胞純化に多くの日数を費やしたので当初の予定より遅延が生じている。各種カルシウムチャネルに対して設計したsiRNAの効果が不充分であるため再度作製が必要であり、現在siRNAを新たに追加作製し培養血管平滑筋細胞を用いて遺伝子発現抑制効果を測定し至適siRNAの作製に努めている。また形質変換評価をこれまでミオシン重鎖アイソフォーム発現の相違により行っていたが、収縮型と合成型の判定が困難のばあいもあるため形質変換の判定方法を見直す必要がある。研究を推進する方策として、以下の4つの事項を課題として取り組む。1)各種培養血管平滑筋細胞を確立するための実験条件を決定し、実験に使用する培養血管平滑筋細胞を確立する。
チロシンホスファターゼSHP-2の生理機能に関する研究

私共は、SH2ドメインを有しているPTPase、SHP-2を発見し、SHP-2が、様々な増殖因子によるRasの活性化に重要な役割を果たしていることを見い出した。さらに、最近、私共は、SHP-2の脱チロシンリン酸化基質蛋白質、SHPS-1の遺伝子クローニングに成功した。SHPS-1は、免疫グロブリンスーパーファミリーに属する受容体型蛋白質である。また、SHPS-1は、インスリン等の増殖因子刺激のみならず、インテグリンを介した細胞接着やリゾホスファチジン酸刺激依存性にチロシンリン酸化を受ける。一方、SHPS-1が細胞接着によってもチロシンリン酸化を受けることから、最近、SHP-2が細胞の接着や運動にも関与している可能性も出てきた。そこで、本研究計画においては、さらにSHP-2の生理機能の解析を、細胞接着と細胞運動を中心に行い、以下の結果を得た。(1)SHP-2は、上皮系細胞であるMDCK細胞において低分子量G蛋白質Rhoの活性制御に関与し、増殖因子による細胞運動を制御することを明らかにした。また、この作用にはGDP/GTP交換促進蛋白質であるVav2が関わることを示した。(2)SHP-2は、培養繊維芽細胞においても、増殖因子による細胞運動を制御し、複数の蛋白質のチロシンリン酸化を制御している可能性を示した。(3)SHP-2は、増殖因子によるJunキナーゼの活性化にも関与している可能性を示した。このように、私共は、本年度の研究予定をほぼ達成することができた。
Cu添加FeSi系熱電素子材料の開発と精密鋳造法による燃焼型モジュールの試作

微量のCuとMuを添加した徐冷凝固Fe_2Si_5,基合金における共析変態のTTTダイアグラムを1173Kと873Kの間で求めることが出来た。そのダイアグラムの形状はCuの添加の有無に関わらずC型で表せることが分かった。2元合金における鼻の温度は1023K付近で、Cuを添加することによって50Kだけ上昇した。Cu添加はダイアダラムを著しく短時間側にシフトさせた。Cu添加合金における共析変態の開始時刻は鼻の温度で、Cu無添加のものの比べて240倍程度速くなった。共析変態で生じたSiの形状は無添加の場合の層状からCuを添加することにより粒状へと変化した。FeSi_2合金でも包析変態はCu添加によって促進された。これらの結果はSiの存在がβ化に対しては余り重要でないことを示唆している。ジョンソン・メール・アブラミの式によるβ相のkineticな解析によってCu添加は成長のメカニズムを変えるのではなく成長のkineticを変えると考えられた。Si分散粒子の大きさは1023K以下の温度での熱処理によって極めて微細になることが分かった。Fe_2Si_51Mn0.2Cu(p型)およびFe_2Si_51Co0.2Cu(n型)合金を長さ30mm、外径4mmのパイプ状に鋳造し、10-73Kで30min熱処理した後、都市ガスを流し、先端で燃焼させたところ、温度差約350Kで起電力約220mVを定常的に得ることが出来た。Fe_2Si_5基合金にCuを0.2at%添加した場合、Cu無添加に比べてベータ化が著しく促進されることを見いだした。通常の凝固鋳造条件ではCuは0.2at%でもα相に完全に固溶することはなく、一部はCu-Si系の相として晶出した。通常の方法で凝固した材料を800°Cで60秒間熱処理すると、α相はほぼ、100%(β+Si)相へと共析変態したが、Cu無添加の場合には10^4秒の熱処理で完了し、150倍以上β化を短縮できることが明らかとなった。また、Mnを1at%ドープした場合、β化は遅れ、Cu添加の場合、800°Cで約400秒で完了したが、無添加では3×10^4秒で完了し、この場合でも75倍程度早いことがわかった。また、β化の速度は熱処理温度に極めて敏感であり、CU添加の有無に関わらず、TTT曲線はC型になった。これらの変態挙動をジョンソン・メールの式で解析した。TTT曲線ではCu添加の場合でも、900°Cでは約10^4秒の熱処理でもβ化は起こらなかった。また、600°Cの熱処理ではCuを添加した場合には約1時間でβ化が終了したがCu無添加の場合には100時間以上かかることがわかった。600°Cのような低音熱処理では共析Siは極めて微細に分散し、これによるフォノン散乱効果による熱伝導率の低下が期待され、この点について今後調べる予定である。本合金系を急速凝固させた場合には、徐冷の場合と異なり、α相単相とはならず、大過冷凝固により初晶αと(α+ε)共晶組織が形成され、β化が促進されることが分かった。Fe_2Si_5基合金にCuを0.2at%添加した場合、Cu無添加に比べβ化が著しく促進されることを見いだした。通常の凝固鋳造条件ではCuは0.2at%の添加によって、P型ドーパントであるMnを1at%添加した場合に,800Kで約2分でβ化が完了し、無添加の場合の約6時間に比べて大幅に短縮した。更に600°Cでも約3時間で完了し、無添加の場合の10日以上に比べて、遥かに短時間でβ化が終了した。

この特徴を更に活かした鋳造で熱電モジュールを作成する場合に懸念される分散Si粒子の熱電特性に及ぼす影響について熱電能、熱起電力および熱伝導率を測定した。その結果、通常のSi粒子は電気抵抗を上昇させ、熱電特性として不利になるが熱伝導率は微細に析出したSi粒子によるフォノン散乱効果で、低下し、熱電特性を向上させた。Si粒子を絶縁体と見なしても、粒子分散材料の電気抵抗を推定するMaxwellの式によって推定すると、Si粒子の体積率から上昇は1.45倍が上限であり、一方、フォノン散乱による熱伝導率の低下は2倍以上になるので、性能指数はβ+Si2相組織で、Si粒子の形態と大きさを制御することにより向上することが分かった。また、鋳造時の割れを防止するためには微量のAU添加が効果的であることが明らかになってきた。また、パイプ状のモジュールを作成し、燃焼ガスを流し、先端で着火燃焼させる方法により、安定して熱起電力を取り出せることが可能であった。以上得られた結果から、Cuを微量添加したFe_2Si_5組成合金を新たな熱電材料としても性能の劣化は殆んどなく、本研究によって燃焼型モジュールの作成の見通しは高まったと言えよう。
「産業公害」と社会運動:日本と台湾の比較から中国を見通す

本研究は、戦後の日本における経済発展に伴って直面してきた各種の「産業公害」とこの問題に対応した社会運動の歴史・現状を改めて調査・検討しつつ、その後における台湾および中国での経済発展に伴う同種の「産業公害」をめぐる問題とこれに対応する社会運動の歴史・現状との比較研究を進め、それをもとにして、21世紀におけるアジア(とくに東アジア)地域での環境保全とそのための環境協力のあり方に係わる実践的な課題を明らかにしようとするものであった。そこでは、日本、台湾、中国での「産業公害」をめぐる社会運動にみられる理念、手法、主体(担い手)におけるそれぞれの特徴と他方での共通性を明らかにし、今後における相互協力への東アジア的なネットワーク化の可能性やその条件について検討することをねらいとした。そして、この目的に沿って、平成13年度では、日本と台湾での「産業公害」と社会運動の歴史・現状についての予備的な文献調査と現地調査(現地ヒヤリング調査)を実施し、第2年度においては、さらにより本格的に、日本と台湾、そして中国における同種の「産業公害」をめぐる問題の文献調査と現地調査(ヒヤリング調査)を中心にした研究を進めた。その際、研究代表者である寺西が1990年代初頭以降、地道に推進してきた「アジア環境白書」作成の国際的共同研究プロジェクトを通じて構築してきた台湾および中国サイドにおける研究者や関係者との人的ネットワークを最大限に活用しての文献と資料の集収、現地調査と関係者へのヒヤリング調査などを実施した。とくに平成14年度の秋には、台湾の高雄市で開催された「第6回アジア・太平洋NGO環境会議」の機会を利用し、そこに参加してきたアジア各国・各地域の関係者へのヒヤリング調査を集中的に実施したことによって、多くの新しい知見を得ることが可能となった。
非同期分岐プロセッサ：人工神経系と人工感覚器の開発のための基盤技術

本研究では,神経細胞が呈する様々な非線形応答とその背後に潜む分岐現象を再現するための小面積な非同期分岐プロセッサを開発した.また,神経回路の学習機能において重要な役割を果たしているスパインの非線形応答特性を再現するための小面積な非同期分岐プロセッサを開発した.さらに,内耳の蝸牛にある基底膜が呈する様々な非線形応答とその背後に潜む分岐現象を再現するための小面積な非同期分岐プロセッサを開発した.神経系や内耳の蝸牛は,入力の変化に伴って様々な分岐現象を呈することが知られている.それらの分岐現象には,標準形と呼ばれる,ある意味においてミニマムな微分・差分方程式が存在する.すなわち,「神経系や内耳の非線形現象とそれらに由来する機能をVLSI上に再現するためには,神経系や内耳が呈する様々な分岐現象の標準形を適切に電子回路として再現することが重要」である.一方,研究代表者らのグループではこれまにで「非同期分岐プロセッサ」と呼ばれる非線形ベクトル場の効率的なVLSIへの実装手法を構築してきたが,これまでに非同期分岐プロセッサによる分岐の標準形の系統的な実装手法は構築されていない.そこで平成27年度は以下のようなテーマに取り組み研究実績を得た.1、内耳は複雑な非線形音声信号処理を行っているが,その仕組みの一部は,超臨界Andronov-Hopf分岐と呼ばれる分岐現象を用いて説明できる.そこで本研究では,超臨界Andronov-Hopf分岐の標準形の非同期分岐プロセッサへの系統的な実装方を構築した.また,そのような非同期分岐プロセッサ型内耳モデルによって哺乳類の内耳の特性を再現するためのパラメータ設定方法を提案した.2、神経細胞は複雑な非線形信号・情報処理を行っているが,その仕組みの一部は,Saddle-Node分岐やAndronov-Hopf分岐などの分岐現象を用いて説明できる.そこで本研究では,それらの分岐現象を矛盾無く再現できる神経細胞の膜電位モデルを構築し,またそのネットワークの効率的な実装方法を示した.当初の予定通り,非同期分岐プロセッサによる分岐現象の標準形の効率的な実装方法を構築しつつあるため.脳などの神経系や蝸牛などの感覚器は非線形システムであり,入力の変化に伴ってシステムの振る舞いが定性的に変化する場合が多い.そのような現象の変化は非線形システムの分岐現象として捉えることが出来る.そのような分岐現象には,標準形と呼ばれる,ある意味においてミニマムな動作方程式が存在する.すなわち,「神経系や感覚器の非線形現象とそれらに由来する機能をVLSI上に再現するためには,神経系や感覚器が呈する様々な種類の分岐現象の標準形を適切に電子回路として再現することが重要」である.一方,私たちの研究グループではこれまでに「非同期分岐プロセッサ」と呼ばれる非線形ベクトル場の効率的なVLSIへの実装方を構築してきた.そこで平成28年度は,以下のようなテーマに取り組み,研究実績を得た.1,27年度には,特定の種の内耳の非線形応答特性を再現するための非同期分岐プロセッサの構成法を提案した.これに対して28年度は,複数の種の内耳の非線形応答特性を再現するために非同期分岐プロセッサの構成法の一般化に取り組み,計算機実験と実機実験の両方において,非同期分岐プロセッサが複数の種の内耳の非線形応答特性を再現できることを示した.2,27年度には,神経細胞の細胞体の膜電位の非線形ベクトル場を効率よく再現するための非同期分岐プロセッサの構成法を提案した.これに対して28年度は,樹状突起の動作を効率よく再現するための非同期分岐プロセッサの構成法を提案し,樹状突起を用いた神経細胞の学習機能を非同期分岐プロセッサを用いて実装した.当初の予定通り,非同期分岐プロセッサの構成法の一般化の可能性が示せたため.脳などの神経系や蝸牛などの感覚器は非線形システムであり,入力の変化に伴ってシステムの振る舞いが定性的に変化する場合が多い.そのような現象の変化は非線形システムの分岐現象として捉えることが出来る.そのような分岐現象には,標準形と呼ばれる,ある意味においてミニマムな動作方程式が存在する.すなわち,「神経系や感覚器の非線形現象とそれらに由来する機能をVLSI上に再現するためには,神経系や感覚器が呈する様々な種類の分岐現象の標準形を適切に電子回路として再現することが重要」である.一方,私たちの研究グループではこれまでに「非同期分岐プロセッサ」と呼ばれる非線形ベクトル場の効率的なVLSIへの実装方を構築してきた.平成29年度は,以下のようなテーマに取り組み,研究実績を得た.(1) 27年度には,特定の種の内耳の非線形応答特性を再現するための非同期分岐プロセッサの構成法を提案した.28年度は,複数の種の内耳の非線形応答特性を再現するために非同期分岐プロセッサの構成法の一般化に取り組み,計算機実験によって非同期分岐プロセッサが複数の種の内耳の非線形応答特性を再現できることを示した.これに対して29年度は,提案内耳モデルの効率的な実装法の開発に取り組んた.(2) 27年度には,神経細胞の細胞体の膜電位の非線形ベクトル場を効率よく再現するための非同期分岐プロセッサの構成法を提案した.28年度は,樹状突起の動作を効率よく再現するための非同期分岐プロセッサの構成法を提案し,樹状突起を用いた神経細胞の学習機能を非同期分岐プロセッサを用いて実装した.これに対して29年度は,提案学習モデルの効率的な実装法の開発に取り組んた.

本研究では,神経細胞が呈する様々な非線形応答とその背後に潜む分岐現象を再現するための小面積な非同期分岐プロセッサを開発した.また,神経回路の学習機能において重要な役割を果たしているスパインの非線形応答特性を再現するための小面積な非同期分岐プロセッサを開発した.さらに,内耳の蝸牛にある基底膜が呈する様々な非線形応答とその背後に潜む分岐現象を再現するための小面積な非同期分岐プロセッサを開発した.平成27年度の研究テーマは,非同期分岐プロセッサを用いた分岐現象の標準形の効率的な実装手法であったが,今後はその内容を基礎にして発展的なテーマにも取り組む.例えば以下のテーマに取り組む.(1)神経細胞の膜電位が呈する非線形現象の再現に特化した非同期分岐プロセッサの開発手法の構築.(2)内耳の蝸牛が呈する非線形現象の再現に特化した非同期分岐プロセッサの開発手法の構築.28年度までに非同期分岐プロセッサの構成法の一般化に取り組み,成果を得た.そこで29年度は,非同期分岐プロセッサの応用に特に注目し,複雑な学習が可能な神経細胞ネットワークの非同期分岐プロセッサによる実装などに取り組む.非線形回路理論当初27年度に購入を予定していた実験用機器について,メーカーが廉価版の新機種の販売を開始したためにそれを購入し,そのため次年度使用額が生じた.実機実験用の機器について,新型機種の発売などによって購入価格が予定額を下回ったため.28年度の成果発表のために参加する国際会議の参加費が,当初予想していた額よりも高額になる見通しであるため,次年度使用額は国際会議参加費として使用する予定である.29年度に参加予定の国際会議の宿泊費や渡航費が,当初の予定よりも高額になる見通しであるため,繰越金を活用する.
現代アメリカにおける学校統治と学校責任の調査実証研究

この研究プロジェクトは、アメリカ合衆国の現地調査を踏まえて、実証的に学校改革の日米比較を行う目的で組織された。研究仮説として、学校改革の二つの類型を設定した。第1のタイプとして学校参加・内在的責任型、第2のタイプとして教育市場・外在的責任型である。特筆すべき研究成果は、1990年以降、日本では学校参加と外在的責任をミックスした第3の改革類型が、大きな潮流になってきたことを認識できたことである。もちろん、仮説で提起した二つの類型の改革も、規制改革の推進とその批判という枠組みの中で、教員組合をはじめとする民間や政党、そして政府系審議会において、政策や運動として推進された。しかし、主なる制度化は、2001年の学校評議員制度から2004年の学校運営協議会制度への展開であり、これはまさに第3の類型の現実化である。3つの類型をアメリカの制度改革に即していうと、第1類型の典型はシカゴ学校改革であり、第2の類型はチャータースクールと教育バウチャー制度である。ところで、連邦や州によるアカウンタビリティ政策の中で、第1類型であるシカゴ改革にも外在的責任の要素が付加され、日本の第3類型に類似してきている。そうした中で、学業達成などの成果を上げるためにも、学校内部のソーシャル・キャピタル、特に信頼という資産が不可欠であることが明らかにされた。また、チャータースクールについては、日本ではその肯定と否定に2分されているが、事例分析を通じて類型化をおこない、また、教育バウチャーについてもクリーブランドの事例を取り上げて、教育法的検討を加えたことは、従来の研究の空白を埋めるものである。以上の成果は、第2年度の中間報告書と第3(最終)年度の最終報告書という形で、公表されている。3年研究の初年度である平成14年度は、研究組織の確立、文献調査を中心とする先行研究の整理、アメリカ現地の予備調査の3つの柱をたてて共同研究を実施した。このうち前2者については、研究会合宿と研究会を実施して、報告、議論、計画決定をおこなった。合宿は4月の第1回は東京・法政大学、11月の第2回は神奈川県・箱根で実施し、第1回は主として研究組織の確立と3年計画の見通しを議論し決定した。また、そこでは、共同研究を著作として公表するために、各自の分担について相互に報告しあった。第2回では、ゲストに東京大学大学院教授・小川正人氏を迎え、日本の教育改革の現状を報告していただき、教育改革の日米比較をテーマに参加者とディスカッションがなされた。加えて、2003年1月には上越教育大学助教授・荻原克男を報告者に迎え、教育政策の日米比較をテーマに研究会を開催した。文献調査、とくに先行研究の整理では、共同研究者と研究協力者が個別に進めるとともに、研究代表者が一括して図書の購入や整理を行った。例えば、チャータースクール、SBM(学校を基礎とした経営)、学校選択などをキーワードとしたアメリカのドクター論文の収集、および各州教育法のデータベース(CD)の整備に努めた。アメリカ現地の予備調査については、研究協力者をふくめ3名が、個別に調査計画に基づき実施した。調査地点は、ミネソタ州、ウイスコンシン州、ミシガン州、マサチューセッツ州、それにフロリダ州に及んでいる。調査内容としては、チャータースクールと教育財政が主な対象である。こうした調査結果は、研究会合宿で報告されるとともに、個別論文として公表されている。例えば、高野良一「小さなチャータースクールの現実と可能性」(『法政大学文学部紀要』48号)、同「アップル教授への質問:小さなチャータースクールの可能性」(日本教育行政学会2002年度研究大会公開シンポジウム資料)などである。また、研究協力者などとともに、日本教育学会2002年度研究集会(福岡教育大学)で、ラウンドテーブルも開催した(「チャータースクールの多様性と可能性」)。

このほか、共同研究者は、個別に学会発表や論文公表を旺盛に行っている。以上の研究活動を通じて、本基盤研究のテーマである「学校統治と学校責任」の分析の到達点は、日米において教育の公共性と市場化が焦点となっていること、しかも両者は背反するものでなくその接合させる試みも存在すること、しかし支配的な動向としては市場化の側面が強まりつつあることなどが確認され、これらのさらなる検証が次年度の調査課題として引き継がれた。3年計画の第2年度にあたり、第1年度と同じく、アメリカへの実態調査、日本における文献調査と調査資料の検討、これらを持ち寄り成果を相互検討する合宿研究会の開催を行った。また、各自が学会報告などを行った(例:研究代表者の高野良一は日本教育学会大会・平成15年8月においてチャータースクールをテーマとしたラウンドテーブルを主宰・報告した)。こうした中で、中間報告書として『現代アメリカにおける学校統治と学校責任の調査実証研究』(平成16年3月刊)を作成した。同報告書は10本の論文から構成され、研究代表者と研究分担者6人、研究協力者4人が寄稿した。内容構成からいえば、学校統治の2つのタイプである学校参加型の代表事例であるシカゴ改革を扱った論文が2本。教育市場型である学校選択やチャータースクールを扱ったものが2本である。また、統治や責任で不可欠な分野である学校財政・財務を扱った論文が2本、統治の教育法的側面を究明した解題的研究が2本、それに統治と責任を媒介する経営のリーダーシップ(校長論)を扱った論文と、学校とその他の外部機関の組織的連携を論じたものが各1本である。これらを通じて、日本においても学校統治と学校責任において理論的・現実的問題となっている主題に考察を加えた。教育のソーシャル・キャピタル(社会関係資本)、学校協議会、学校選択、アカウンタビリティ、学校財務基準、校長のリーダーシップ、学校と地域機関のパートナーシップが、こうした主題群である。最終年度には、これらをふくめてより総合的に研究テーマに迫りたいと考えている。3年計画の最終年度にあたり、補足的なアメリカ実態調査を行うとともに、研究会の全体会を2回開催し、各自の研究報告とこれに基づく討論を行い、その上で最終報告書を刊行した。最終報告書では、学校ガバナンス(統治)については、学校参加型の事例が取り上げられ、最近注目されるソーシャル・キャピタル(社会関係資本)と統治との関係に分析は及んでいる。また、教育市場(学校選択)型では、チャータースクールについて事例分析を増やし実態の多面性を明らかにするとともに、教育バウチャー制度について教育法学的見地から事例分析を行った。加えて、教育財政から学校の統治と責任を考察するために、適切性という原理の考察をはじめ、教育予算や具体的な教育プログラムの分析にまで視野を広げて考察した。さらに、教員評価と教育と福祉の連携という今日的テーマにも考察を加え、前者については学校責任との関係を、後者については教育専門職と他の専門職との責任(職責)の連携が問題にされた。研究成果は最終報告書のみならず、論文発表と学会発表においても公表された。
鎖骨頭蓋異形成症の口腔顎顔面骨格異常の病態解明に向けた矯正的歯の移動に関する研究

Cbfa1+/-鎖骨頭蓋異形成症モデルマウスにおける実験的歯の移動交配により獲得された3週齢のマウスから、テールを採取しDNAを抽出した。ノックアウトしたDNAに対し相補的なプライマーを用いてPCRを行った。PCR産物を1%アガロースゲルで電気泳動し、hetero typeに特異的なバンドを確認することにより、獲得されたマウスの遺伝子型をhetero typeとwild typeに確定した。得られたCbfa1ヘテロマウス及びワイルドタイプのマウスの上顎切歯に、0.012インチのニッケルチタンワイヤーを装着し。上顎第一臼歯を口蓋側に移動した。移動開始から2、6、12時間、1、2、3、4、5、7、14日後に、マウスをパラホルムアルデヒドにて灌流固定し、上顎骨を摘出した。20%EDTAにて脱灰の後、パラフィン包埋し、厚さ7μmの矢状断または水平断薄切切片を作成した。また、移動の前後にシリコンタイプ印象材を用いて上顎骨の印象を採得し、得られた模型から歯の移動量を測定した。ヘマトキシリン-エオジン染色、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ染色を行い、光学顕微鏡にて歯の移動の様式と歯周組織における骨のリモデリングの様相を組織学的に観察した。さらに、Connective tissuegrothfactor、osteopontin、osteocalcin, collagen type IなどのRNAプローブを用いてin situ hybridizationを行い、これら因子のmRNAの発現部位を光学顕微鏡にて観察し、またこれらの発現様相を経時的に解析した。また、ワイルドタイプとヘテロタイプの発現様相の相違を観察した。・Cbfa1+/-鎖骨頭蓋異形成症モデルマウスにおける実験的歯の移動方法の確立予備実験としてヘルシンキ大学より譲り受けたCbfa1+/-ノックアウトマウスを用いてワルド法による実験的歯の移動を行った.エーテル麻酔下で上顎右側第一臼歯と第二臼歯の間にエラスティックを挿入し,1,3,5日後にパラホルムアルデヒドにて灌流固定し,上顎骨を摘出した。20%EDTAにて脱灰し、パラフィン包埋後に厚さ7μmの薄切切片を作成した.Hematoxylin-Eosin染色、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ染色を行い、光学顕微鏡にて歯の移動の様式と歯周組織における細胞の発現を組織学的に観察した。さらに、CTGF、osteopontin、osteocalcinのRNAプローブを用いたin situ hybridizationを行い、発現部位を検鏡し経時的変化を解析した.また,Cbfa1+/-ノックアウトマウスを、NMRIマウスと交配させ40匹のマウスを獲得した。4週齢のマウスより採取したテールからDNAを抽出し、ノックアウトしたDNAに対し相補的なプライマーを用いてPCRを行った。PCR産物を1%アガロースゲルで電気泳動し、hetero typeに特異的なバンドを確認した.Geno Typingの結果、18匹(オス9匹、メス9匹)のhetero type、22匹(オス13匹、メス9匹)のwild typeのマウスが得られた。今後、18匹のhetero typeを親として、実験に使用するCbfa1+/-ノックアウトマウスを獲得していく予定である。
イガグリ構造を利用した酸化消光フリーのシリコン発光材料の開発

イガグリ状のシリコンマイクロ粒子の長時間光る材料としての可能性を検討した。紫外線の連続照射で、酸化消光により発光強度が徐々に下がるが、速い消光と遅い消光の2種類があることを突き止めた。また、イガグリ粒子一個一個の発光特性を測定し、粒子毎に発光特性にバラツキがあることを確認した。長く光る粒子の構造を把握し、適切なイガグリ構造を作製すれば、酸化消光が遅い発光粒子を作製できる目処が立った。加えて、粒子内部ではSi{111}面に平行な転位(dislocation)が多数形成され、放射状の結晶粒界となっていることを明らかにした。粒界構造を制御すれば多様なイガグリ形状の粒子が得られる。フッ化水素酸と硝酸の混合比や濃度を変え、シリコン(Si)マイクロ粒子のイガグリ構造の制御を行った。イガグリ構造は、Siマイクロ粒子内部の放射状に発達した結晶粒界(欠陥)に添って、優先的にエッチングが進むために生じる。酸濃度が高いと、エッチングの速度が速く、イガグリ構造が十分に発達しないまま、マイクロ粒子の粒径自体が小さくなる。このため、初年度は、イガグリ構造を積極的に制御するための、適切な酸濃度や、酸液量を明らかにすることに注力をした。エッチング液の温度制御も組み合わせた結果、エッチング液濃度や液量、エッチングに要する時間でイガグリ構造を制御できる目処が立った。エッチング後のイガグリ粒子の発光特性を、蛍光顕微鏡で観察した。粒子一個一個で発光の色が異なること、更には、一個の粒子であっても、粒子表面全てが光るわけではなく、発光部位が存在すること、発光部位毎に発光強度も異なること、を明らかにした。よく光る粒子と余り光らない粒子とのイガグリ形状の差を電子顕微鏡を併用して観察を進めている。また、イガグリ粒子の発光特性に対する周辺ガス種(特に、酸素)の影響を検討するための、観察用の真空チャンバーを独自に作製し、真空下や酸素分圧が制御された環境で、イガグリ粒子の発光特性を観察できる実験環境を整えた。細かいイガグリ構造と、粗いイガグリ構造とでは、酸素による酸化消光に対する応答が大きく異なることが期待される。この点について、チャンバーを用いて、次年度に引き続き検討を行う。当初の計画通り、イガグリ構造を制御するためのエッチング条件は確立済みである。また、イガグリ粒子の発光特性の観察環境も、既に整え、個々の粒子毎の発光特性の違いも明らかに出来ている。研究計画に記載のある、直径10 micron程度の粒子毎の発光スペクトル測定を成功させるにはもう一工夫必要であるが、総じて研究計画の通りにすすんでいる。昨年度に作製をした観察用サンプルチャンバーを使用して、真空環境下や窒素雰囲気、大気など様々な環境下でイガグリ粒子の発光挙動を観察した。消光の原因である酸素の分圧が一定であるにもかかわらず、雰囲気の全圧が高い場合には消光が著しく、減圧下では、消光の程度が小さかった。当初の目論み通り、気体中の酸素分子の平均自由行程の長さと、イガグリ粒子の溝間隔の相対的な関係で、消光現象を制御出来る可能性を示す結果であると考えている。この成果を、学会で発表した。イガグリ状粒子を多量に作製し、窒素吸着による表面積の測定を行った。イガグリ粒子は10マイクロメートルほどの直径であるが、表面積は100 m2/g程度と大きく、7 nm程度のナノ細孔を多数有する構造であることが分かった。このイガグリ粒子を意図的に粉砕し、イガグリ構造をなくした場合や、励起光の波長を変えた際の発光挙動についても検討を行い、データをまとめている段階である。また、そもそものマイクロ粒子の内部結晶構造を、透過型電子顕微鏡を用いて断面観察し、粒子中心部に72°ずつ回転をしたシリコン単結晶群が「核」として存在することを突き止めた。加えて、中心部から放射状に発達した結晶粒界が、主にSi{111}面に添って起こる転位(dislocation)であることを明らかにした。亜鉛融液内に溶け込んだケイ素が過飽和となってシリコン結晶化が起こるため、放射状の特徴的な結晶構造が形成されたと考えている。この結晶粒界に添って優先的にエッチングが起こるため、イガグリ状の特異な粒子形状に変化する。この成果は、CrystEngComm誌に掲載受理された。気相反応でのシリコン結晶の生成に関連して、結晶化が起こる際の「結晶化熱」が結晶成長・温度に与える影響は重要である。結晶化による温度上昇を数理モデルを用いて定量的に評価し、成果の一部を学会発表した。初年度に確立した、エッチング法、観察チャンバーを利用して、発光材料として長時間に渡って機能を維持できるイガグリ粒子の構造を明らかにする。

光学顕微鏡で、基板上に載せたイガグリ粒子の発光特性を観察した後、同じ基板上のサンプルを電子顕微鏡で観察して、イガグリ形状と、発光特性の相関を明らかにする。化学工学予算申請の段階では、マルチチャンネル分光光度計の購入(150万円)を予定していたが、同等の分光器を別途確保できる見通しが立った。このため、購入を取りやめ、その購入予定金額と同程度が余剰金となった。次年度分として請求した助成金(80万円)と合わせると、直接経費は約220万円である。イガグリ粒子の構造評価を電子顕微鏡だけでなく、窒素などのガス吸着法による定量的な粒子表面積測定も予定している。この測定には、一定量以上のイガグリ粒子が必要であるため、イガグリ粒子の原料であるSiマイクロ粒子を大量に合成することとした。この粒子合成用に反応器をもう一台作製し、関連するガス配管や、石英製治具などの作製・購入を予定している。このほか、試薬等の消耗品、学会での成果発表(旅費)、英文校正費として、使用する計画である。
衛星間通信を活用した編隊飛行衛星群による宇宙電磁環境の高度連携多点計測法

編隊飛行(フォーメーションフライト)する小型衛星群に搭載する高度連携多点電磁環境計測器に関する基礎研究を行なった。主な成果は以下のとおりである。開発した高度連携観測シミュレータに、時間変動する磁気圏プラズマモデルを与え、個々の衛星が領域判定誤りを起こした場合にも良好に連携観測できる最適観測モード決定アルゴリズムを提案した。また電磁波測定器の小型・高速化のため、波形圧縮などの機上信号処理をFPGA化した。さらに波動の伝搬方向推定結果の妥当性の定量的評価法や波動の伝搬特性を利用したプラズマ中のイオン組成比の推定法など、宇宙プラズマ環境の推定に必要な基礎技術を開発した。地球近傍の宇宙プラズマ環境を、編隊飛行する小型衛星群によって連携して同時多点観測を行うために必要な技術と、科学衛星で得られた電磁波計測データを用いた宇宙プラズマの空間構造の推定法について研究を進めた。初年度は、以下に示す検討を進め、それぞれ良好な成果を得た。(1)小型衛星に搭載する際に必須となる電磁波受信器の小型化・高性能化を行うために、従来の衛星搭載用CPUでは実時間処理が不可能な信号処理の一部をFPGA化するための検討を行った。設計を終えた帯域分割などのモジュールは、市販のFPGA評価ボード上で動作検証を行い、良好な動作を確認した。さらに今後、模擬信号を入力した試験を効率的に行うために、電磁波受信器のデジタル処理部を模擬した専用FPGAボードの回路設計を行った。(2)複数PCで構成した既開発の連携観測シミュレータを拡張し、時間変動する磁気圏空間中を編隊飛行衛星群が飛翔するケースを想定した計算機実験を行い、最適観測モードの決定アルゴリズムについて、複数の方法を数値的に比較・評価を行った。(3)プラズマ波の偏波・伝搬ベクトル推定に必要なパラメータを機上処理で導出する方法の実現性を検討するとともに、得られたパラメータから、プラズマ中のイオン組成比などの物理量を導出する方法について検討を行った。(4)あけぼの・かぐやなどの科学衛星で得られたプラズマ波の波形や位相特性から、地球ならびに月近傍で観測される波動の発生・伝搬特性を明らかにするとともに、波動の特性から得られるプラズマ環境を明らかにし、電磁波計測をもちいた宇宙プラズマ環境計測の有効性を実証した。地球近傍の宇宙プラズマ環境を高機能計測する手段として、編隊飛行する小型衛星群が衛星間通信を駆使して相互に連携して同時多点観測を行うために必要な技術と、科学衛星で得られた電磁波計測データを用いた宇宙プラズマの空間構造とそのダイナミクスの解明をテーマに研究を実施した。今年度は、下記の項目について重点的に検討し、それぞれ良好な成果を得た。(1)小型衛星に搭載する際に必須となる電磁波受信器の小型化・高性能化を行うために、従来はCPU上のソフトウェアで実現していた波動信号処理ならびに地上伝送用データ生成処理について、よりコンパクトなソフトウェア受信器で実現可能となるよう、プログラマブル論理素子(FPGA)上での高速信号処理法について検討した。この検討を行うために、昨年度設計を行った電磁波受信器のデジタル処理部を模擬した専用FPGAボードを製作し、同基板上への模擬信号の入出力など、基本動作の検証を行った。(2)複数PCで構成した既開発の連携観測シミュレータを拡張し、磁気圏の空間構造が時間変動するケースや、個々の衛星が領域判定の誤りを起こすケースなど、現実的な運用状態を仮定したモデルでの最適観測モードの決定アルゴリズムの考案と定量的な評価を行った。(3)あけぼの・かぐやなどの科学衛星で得られたプラズマ波の波形や位相特性から、地球ならびに月近傍で観測される波動の発生・伝搬特性の解析を行った。特に、地球磁気赤道域付近で放射線帯粒子の消失に多大な影響を与えるとされる電磁イオンサイクロトロン波(EMIC)の空間分布や伝搬特性を明らかにしたほか、月周辺プラズマ中における広帯域静電波とプラズマ粒子の相関など、プラズマ波動の特性が太陽・地球系プラズマ物理の解明に貢献した。宇宙プラズマ環境の高機能計測を実現するために、複数の小型衛星が相互連携して同時多点観測を行うために必要な技術と、電磁波計測データを用いて宇宙プラズマの空間構造やダイナミクスを解明する信号処理技術をテーマに研究を実施した。1小型衛星への測器搭載に必須である電磁波受信器の小型化・高性能化のために、従来はCPU上でソフト的に行っていた波動信号処理と地上伝送用データ生成部を、プログラマブル論理素子(FPGA)上で高速処理する方法について検討した。本検討は、本研究課題で昨年度までに製作した専用FPGAボードを利用した。その結果、波形のサブバンド圧縮処理部の汎用モジュール化に成功し、VLF帯の波形においては十分リアルタイム処理が可能であることを実証した。2内部磁気圏を飛翔する2基の編隊衛星であるVan Allen Probesの波動観測データを用いて、同時多点観測データから地球プラズマ圏の時間空間変動を独立して推定する方法を検討した。さらに、内部磁気圏中の電磁イオンサイクロトロン波(EMIC)の空間分布や伝搬特性を利用することで、種々のイオンの空間分布や組成比を推定する方法について提案した。3あけぼの・かぐやなどの科学衛星で得たプラズマ波の波形や位相特性から、地球ならびに月近傍で観測される波動の発生・伝搬特性の解析を行い、雷起源電波の伝搬特性とそこから得られるVLF波の電離層・プラズマ圏内の伝搬特性とその季節・ローカルタイム依存性、月ミニ磁気圏やウェイク構造の推定など、プラズマ波の伝搬特性から太陽・地球系プラズマ環境の推定における電磁波計測データの有効性を示した。

複数の小型衛星を用いてELF/VLF帯の電磁波(プラズマ波)を同時多点計測することで、宇宙プラズマ環境のグローバルな空間構造やダイナミクスを解明する技術を開発するために、衛星搭載用電磁波受信機の小型・高性能化、得られたデータから波動の到来方向や伝搬通路上の媒質情報を得るための研究を実施した。最終年度は、下記の項目について重点的に検討し、それぞれ良好な成果を得た。1小型衛星による波動観測を実現するには、電磁波受信器の小型化・高性能化が不可欠である。そこで、従来はCPU上のソフトウェアで行っていた波動信号処理と地上伝送用データ生成部を、プログラマブル論理素子(FPGA)上に実装し、高速処理と小型化を実現した。最終年度は、本研究課題で製作した専用FPGAボードに、リアルタイムFFTとスペクトルマトリクス生成モジュールを実装し、動作検証・評価を行った。スペクトルマトリクスは、波動の到来方向推定に必須のパラメータで、本取組みによりFPGAでスペクトルマトリクスが実観測時間内で生成可能であることを実証した。2波動分布関数法は、スペクトルマトリクスを用いて、複数の波動が同時到来する場合でも、個々の波動の到来方向を推定できる解法である。我々は昨年度までに、ノイズに頑健で到来波源の広がりや波源数が推定可能な改良型の求解法を考案済みであるが、実機で利用するには、機上で生成するスペクトルマトリクスが十分な測定精度を持っているかを評価する必要があった。今年度はこの問題について検討を行い、推定解の確率分布から統計量を計算し、それを解の妥当性の客観的な判断指標に用いる方法を考案した。3あけぼの衛星やVan Allen Probes衛星など既存の科学衛星で測定したELF/VLF帯の雷起源ホイスラ波の伝搬特性を利用し、プラズマ圏内の種々のイオン組成の空間分布や時間変動を推定する方法を考案した。編隊飛行(フォーメーションフライト)する小型衛星群に搭載する高度連携多点電磁環境計測器に関する基礎研究を行なった。主な成果は以下のとおりである。開発した高度連携観測シミュレータに、時間変動する磁気圏プラズマモデルを与え、個々の衛星が領域判定誤りを起こした場合にも良好に連携観測できる最適観測モード決定アルゴリズムを提案した。また電磁波測定器の小型・高速化のため、波形圧縮などの機上信号処理をFPGA化した。さらに波動の伝搬方向推定結果の妥当性の定量的評価法や波動の伝搬特性を利用したプラズマ中のイオン組成比の推定法など、宇宙プラズマ環境の推定に必要な基礎技術を開発した。電磁波受信器を小型化しつつ高性能化を実現する上で必須技術であるデジタル信号処理部のFPGA化が順調に進んでおり、すでにVLF帯観測信号の波形圧縮についてはリアルタイム処理が可能なレベルに達している。さらに、将来の複数同時多点観測を視野に、既存衛星の観測データからプラズマ環境の時空間変動の独立解析や、波動の伝搬特性からプラズマ密度やイオン組成等を逆推定する成果が多数得られている。以上より、本研究は順調に進捗していると判断した。
細菌の核様体構造を介した転写制御機構の解析

大腸菌核様体タンパク質HU, IHF, H-NS, Fisのゲノム上の結合領域を詳細に解析した結果、HU, H-NSに関しては特定の結合配列を見いだせなかった一方、IHFとFisは、3000カ所以上の領域で、配列特異的にゲノムDNAと相互作用していることが明らかになった。同時に、遺伝学的、生化学的な解析によって、個々の核様体タンパク質は独立してゲノムDNAと結合するが、それぞれの結合が他の核様体タンパク質の機能に影響することが示唆された。今年度は、HUおよびH-NSの、浸透圧および温度を変化させた培養条件における結合プロファイルをGeF-seqを用いて、詳細に解析する計画であったが、HUおよびH-NSの結合プロファイルの決定に際し、通常のGeF-seq法のプロトコルを改変する必要が生じたため、その解析プロトコルの開発が中心となった。具体的には、ライブラリー作成時に、ゲノム断片のサイズによる精製工程を省き、シーケンシングを行った後、DNA断片のサイズを考慮した解析を行うことにした。その結果、H-NSの結合プロファイルが、個々の細胞内で、ダイナミックに変化している可能性が示唆された。今後、改良型GeF-seq法を確立し、確立した方法を用い、外界ストレスに応答した、H-NSおよびHUのダイナミックな結合プロファイルの変化を解析する予定である。同時に、本年度は、HUのホモログであるIHFおよび、H-NSと協調的に機能することが知られているFisに対するGeF-seq解析を進めた結果、FisとIHFは、他の核様体タンパク質と相互作用し、転写あるいは核様体構造を制御指定可能性があることが示唆された。これまでの解析から、H-NSは、複数のH-NSホモログと相互作用し、その相互作用に依存して、多量体を作ることが示されていることから、これらの相互作用は、H-NSのダイナミックな結合プロファイルの制御にも関連している可能性が高いと考えられた。これらの結果を元に、核様体間の相互作用を介した核様体構造の変化に関しても解析を進める予定である。また、GeF-seq解析手法の改良に伴い、GeF-seq解析プログラムおよびデータの解釈手法の改良を進めている。前年度までの解析の結果、大腸菌の核様体構造を介したストレス制御には、HU、H-NSに加え、IHFおよびFisが、関与している可能性が高まった。そこで、本年度は、HUの相同タンパク質である、IHFも解析対象に含め解析を行ってきた。大腸菌のHU/IHF破壊株の核様体が、温度ストレスにより、どのような影響を受けるかを解析したところ、核様体構造が明らかに変化し、破壊により細胞形態および生育にも大きな影響が出ることが分かった。この様な変化は、HUおよびIHFの単独欠失では、見いだせないことから、HUおよびIHFの機能は、相互に補完しあうことが予想された。また、GeF-seqによる、大腸菌ゲノム上の核様体タンパク質の、詳細なマッピングから、H-NSとIHFが近接して結合している領域がゲノム上に多数存在することが明らかになった。この結果は、IHFとH-NSの間に何らかの機能相関があることを示していると考えている。そこで、IHF欠損株を用いてH-NSの結合プロファイルをGeF-seqにより観察したが、結合プロファイルには大きな変化はなかった。これは、1)HUの補完的な役割によるもの、2)H-NSの結合プロファイルに大きな変化はないが、その立体構造や、ゲノム領域間の相互作用に変化が出ている、ためではないかと考えられた。これまでの結果を総合し、HU/IHFは、ゲノムの超らせん構造、らせん構造を維持し、核様体構造を介したストレス応答が円滑に進むことを助けていることを想定し、さらなる解析を実施している。今年度は、GeF-seqおよびトランスクリプトーム解析を用いて、HU/IHFの機能解析を通して核様体構造のストレス応答における役割を明らかにしていく予定である。今年度は、IHFの関与も考慮し、HU/IHF欠損株を用いて解析を進めることで、HU/IHFが、大腸菌の核様体の機能維持に予想以上に大きな役割を担っていることを示唆できた。GeF-seqによる詳細な核様体タンパク質の結合地図を作成したところ、大腸菌ゲノムのかなりの部分は、HU/IHFおよびH-NSと結合しており、加えて、IHFとH-NSが、同時に結合している領域が複数ゲノム上に存在することが明らかになった。この結果を元に、IHF欠損株で、H-NSの結合プロファイルを観察したが、その結合プロファイルは変化していなかった。これらは、H-NSホモログ欠損株でも観察された現象であり、結合プロファイル自体は変化していないが、核様体の立体構造の変化を介して、転写制御には影響している可能性が考えられた。また、IHFの機能をHUが代替することで影響が抑えられている可能性も示唆された。これらの結果から、HU/IHFは、ゲノムの超らせん構造、らせん構造を維持し、核様体構造を介したストレス応答が円滑に進むことを助けていると予想し、解析を進めている。本研究は、研究立案段階では、HUおよびH-NSによる核様体構造の制御を介した転写ストレス応答を通して、核様体構造に依存した転写制御機構の解析を行うことを計画していた。

しかしながら、HUの機能解析実施中に、HU/IHFの2重欠損株が温度感受性を示すことが判明し、大腸菌の核様体構造を介したストレス制御の解明に向けて、H-NS、HUに加え、他の主要核様体タンパク質であるIHFおよびFisを含めた核様体タンパク質群の機能解析が核様体構造を介した転写制御機構の理解に重要と考えられた。この結果を受けて、最終年度では、HU, H-NSに加え、IHF、FisのGeF-seq解析の結果から、IHF/Fisのゲノム上の全結合部位を詳細に決定することを試みた。その結果、IHFおよびFisは、その結合強度の違いに関わらず、ゲノム上の、3000-7000カ所におよぶ領域に、配列依存的に結合していることが示された。IHF, Fisの結合領域は、遺伝子コード領域に比べ、遺伝子間領域に豊富であるが、これは、遺伝子間領域のAT含量が高く、ATを豊富に含むIHF, Fisの認識配列が出現しやすいためだと考えられた。AFM解析により、HU, H-NSおよびIHFの結合様式を解析したところ、それぞれのタンパク質が、ゲノムDNAとの異なる結合様式を持つことが明らかになった。H-NSがAT含量の高い外来性ゲノム領域に、HUが遺伝子コード領域に結合することに加え、IHFおよびFisの結合配列および結合様式が、他の核様体タンパク質とは基本的には重ならないことが明らかになったことから、個々の核様体タンパク質は、細胞内において独立してゲノムDNAに結合し、ゲノム全体の構造、機能を制御していることが示された。大腸菌核様体タンパク質HU, IHF, H-NS, Fisのゲノム上の結合領域を詳細に解析した結果、HU, H-NSに関しては特定の結合配列を見いだせなかった一方、IHFとFisは、3000カ所以上の領域で、配列特異的にゲノムDNAと相互作用していることが明らかになった。同時に、遺伝学的、生化学的な解析によって、個々の核様体タンパク質は独立してゲノムDNAと結合するが、それぞれの結合が他の核様体タンパク質の機能に影響することが示唆された。本年度は、GeF-seqに用いて、外界ストレス応答によるH-NSおよびHUの結合プロファイルの変化、および、その変化に伴う転写制御を解析する予定であった。しかしながら、GeF-seqにより得られたH-NSおよびHUの結合プロファイルが、ライブラリーの調整方法により予想以上に変化することが明らかになったため、その情報を含めて結合プロファイルを解析する手法を開発する必要が生じ、その結果、H-NSのダイナミックな結合プロファイルの解析には成功したものの、外界の刺激に応答した結合の変化を解析できなかった。一方で、今後は構築した方法を用いて、ダイナミックな結合プロファイルの解析を行う体制が確立できたことから、やや遅れていると判断した。今年度決定した核様体タンパク質の詳細な結合地図は、出来るだけ早い時点で公開できるよう努力する。また、HU/IHF欠損株における、他のDNA結合タンパク質の機能についても解析をする必要が出てきたと考えている。一方で、HU/IHF欠損株が予想以上に大きな表現型を示すことから、GeF-seqを用いた解析に困難が発生する可能性がある。また、HU/IHFの欠損では、H-NS等の核様体タンパク質の結合プロファイルは、表面上、影響を受けない可能性も出てきたことから、今年度は、引き続きGeF-seq解析を継続して実施するとともに、それを補完する解析手法である、トランスクリプトーム解析も精力的に進め、HU/IHFのゲノム機能に与える影響を明らかにする。