hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CaMKIIのシナプス構造可塑性を制御する細胞骨格系のゲートとしての役割

本プロジェクトでは、CaMKIIβのアクチン結合ドメインに於ける18の新しいリン酸化部位を同定した。それらはサブユニット間でリン酸化され、それらのリン酸化反応はスパインへの局在およびCaMKIIβのFアクチン結束において重要である。生化学的方法により、CaMKIIβを介したFアクチン結束がFアクチンを安定させ、アクチンとその制御タンパク質間の相互作用だけでなくアクチンに対するそれらの活動をも抑制することを示した。それは、CaMKIIβの非リン酸化型変異体がケージドグルタミン酸のケージ解除により引き起こされるスパインの拡大、およびラットの海馬スライスを用いた電気生理学的方法で測定されたLTPの両方を抑えるin vivoとの関連性がある。シナプス可塑性が起こっている間、CaMKIIbetaのアクチン結合ドメインにおける燐酸化の役割を明らかにすることを目指して、この1年間で下記のような実験を行い、結果を得た。1.燐酸化の特性評価質量分析結果を基に、セリン331と371に対する燐酸化特異抗体を生成し、以下のことを見出した。1)アクチン結合ドメインの燐酸化反応は既知の燐酸化反応部位Thr287と比べゆっくり起き、キナーゼ反応開始から2、3分で始まる。2)このドメインの燐酸化反応はinter-subunit mannerを起こす:あるサブユニットは隣接したサブユニットを燐酸化する。3)セリン331の燐酸化はセリン371よりカルシウム濃度に良く反応する。2.燐酸化がFアクチン束化とsynaptic targetingに与える影響1)CaMKIIbetaはアクチン束化活性があるが、活性化されると、この活性を失う。: Ca/calmodulinまたはアクチン結合ドメインの燐酸化模倣変種との活性化でCaMKIIbetaは束化活動をしなくなる。2)アクチン結合ドメインの燐酸化は束化活動を決定する。:燐酸化防止変種の活性化は束化活動への影響がない。3)アクチン結合ドメインのSubregion1はアクチン束化活動に最も重要である。4)アクチン結合と束化活動はCaMKIIbetaのsynaptic targetingに作用する。:燐酸化模倣変種のSpine localizationは野生型または燐酸化防止変種より低い。3.アクチンのCaMKIIbetaによる束化はアクチンレギュレーターの活動を抑制する。1)CaMKIIbetaはコフィリンとゲルゾリンがF-アクチンとそれらの切断活動ヘアクセスするのを抑制する。2)CaMKIIbetaはコフィリンによるアクチンの核生成を抑制する。本研究課題の目的は、シナプス可塑性におけるCaMKIIβのアクチン結合ドメインのリン酸化の役割を解明することである。2011年度では当該リン酸化のin vitroにおける確認などを行った後に、以下のように実験を行い結果が得られた。1.CaMKIIβのアクチン結合ドメインのリン酸化は、スパインにおいて自身のターンオーバーを制御しているスライスカルチャーにおいてphoto-activatable GFPを融合したCaMKIIβのターンオーバーを調べた。偽リン酸化体はターンオーバーが早かったのに対して、リン酸化されないAla体では遅くなっていた。このことから、CaMKIIβのアクチンへの結合はスパインへの局在に重要であることが示唆された。2.LTP刺激条件下ではリン酸化の影響が小さいスパインの拡大後にCaMKIIβのターンオーバーを調べたところ、WTとAla体では同様のターンオーバーを示した。このことはLTP条件下ではアクチン以外の因子によりCaMKIIβのターンオーバーが制御されていることを示唆している。3.Ala体はスパインの構造的・機能的LTPの双方を阻害する1)Glutamate uncagingにより構造的LTPを誘導した際に、Ala体を発現している神経細胞ではスパインの拡大が抑制された。2)電気生理学的に機能的LTPを誘導した際に、Ala体を発現している神経細胞では電位変化が小さかった。
空中浮遊微生物(真菌、黄色ブドウ球菌)による好酸球性副鼻腔炎の発症とその病態解明

本研究で、副鼻腔粘膜(鼻茸)局所における総・特異的IgEの産生亢進は、好酸球性鼻副鼻腔炎(ECRS)において認め、それらは有意に局所ECP量と相関しており(真菌>ダニ>SE)、好酸球炎症を誘導している可能性が示唆された。また真菌アルテルナリアが分泌するアスパルテートプロテアーゼはヒト気道上皮細胞に対しPAR-2を介して刺激し、細胞内カルシウムの上昇およびサイトカイン産生を誘導することを明らかにした。さらにECRSの上皮および局所浸潤した好酸球ではPAR-2の発現が上昇していることを明らかにした。鼻茸中のIgE抗体産生と好酸球炎症について以下の知見を得た。1.慢性副鼻腔炎において、局所ECP量は末梢血中好酸球数と相関(r_s=0.661, p<0.001)していた。つまり末梢血中好酸球数は鼻副鼻腔粘膜への好酸球浸潤の推測因子となりえると考えられた。2.好酸球性副鼻腔炎(ECRS),アレルギー性真菌性鼻副鼻腔炎(AFRS)の末梢血中好酸球数と局所ECP量とも、normal,非好酸球性鼻副鼻腔炎(NECRS)と比較し有意に高値を示していた。血清総IgE値は、AFRSにいて他の3群と比較して有意に高値を示していた。ECRSの血清総IgE値は、normal, NECRSとは有意な差は認められなかった。一方局所総IgE量は、AFRS, ECRSの順に高値を示し、他の2群と比較してそれぞれ有意差が認められた。AFRS, ECRSとも局所に好酸球炎症が誘導された病態であるが、AFRSは血清中と局所両方でIgE量が高値を示していたが、ECRSにおいては局所にのみIgE量の有意な上昇が認められた。つまり局所賛成されたIgEが好酸球炎症誘導に関与している可能性が示唆された。3.鼻副鼻腔粘膜局所の好酸球炎症(局所ECP量)に浮遊中吸入アレルゲン特異的IgEが関与しているかその相関を比較検討した。全症例での検討で、鼻茸中総IgE量・特異的IgE量(真菌、SEs、ダニ)は有意に鼻茸中ECP量と相関していたが、血清中総/特異的IgE値は相関していなかった。特にAFRSでは局所IgE量とECP量は強い相関を示した。以上のことより、副鼻腔粘膜局所における真菌,黄色ブドウ球菌エンテロトキシン,ダニ特異的IgEおよび総IgEの産生亢進は、AFRSのみならずECRSにおいても認め、好酸球炎症を誘導している可能性が示唆された。[背景]慢性副鼻腔炎の発症メカニズムあるいは少なくとも増悪因子として真菌が関与していることが示唆されている.また我々は真菌Alternariaがヒト分離好酸球に対して活性化および脱顆粒を直接誘導することを証明し,さらにAlternariaが分泌するAspartate proteaseがこの自然免疫反応の起因物質であること,好酸球表面に発現するProtease-Activated Receptor-2(PAR-2)を介してこれら免疫反応が惹起されていることを明らかにした.今回我々は真菌Alternariaに対する気道上皮細胞のサイトカイン・ケモカイン産生および細胞内カルシウムシグナルについて検討した.[方法]気道上皮細胞は、ATCCよりBEAS-2BおよびCalu-3を購入し使用した.刺激には真菌Alternaria cultureextract(Greer Lab, USA)を使用しGM-CSF,IL-5,IL-6,IL-8,eotaxin,eotaxin-2産生および細胞内カルシウム濃度([Ca2+]i)の変化について検討した.[結果]Alternariaは、有意にGM-CSF,IL-6,IL-8を産生し,同時に[Ca2+]iの上昇を誘導した.これらの反応はPAR-2のアンタゴニストであるLSIGKVおよびAspartate proteaseのインヒビターであるPepstatin-A,ATBIなどにより有意な抑制効果を認めた.[結論]Alternariaが分泌するAspartate proteaseがPAR-2を介してヒト気道上皮細胞に対しGM-CSF,IL-6,IL-8産生を誘導し,好酸球炎症を増悪させる一因を担っている可能性が示唆された.Aspartate proteaseあるいはPAR-2をtargetとした新たな治療戦略の可能性が示唆された.糖鎖分解酵素であるxylanaseは喘息発症との関連が示唆され、とくにパン工場で働く労働者に喘息が多く発症することからBaker's asthmaと呼ばれている。しかしxylanaseが免疫担当細胞を活性化するメカニズムは不明であった。我々はヒト分離好酸球に対し、微生物由来のxylanaseが活性化および脱顆粒をPAR-2を介して直接誘導すること明らかにした。

喘息をはじめとするアレルギー疾患の発症や増悪に、微生物由来xylanaseに対する好酸球の自然免疫反応が関与している可能性が示唆された。鼻茸や鼻副鼻腔粘膜に著明に活性好酸球が浸潤した副鼻腔炎は好酸球性副鼻腔炎と呼ばれその易再発性と喘息の難治化因子として注目されている。空中浮遊微生物である真菌および黄色ブドウ球菌由来エンテロトキシン(SE)がこれらの病態に関与している可能性が示唆されているが、どれだけimpactを与えているか不明であった。非好酸球性鼻副鼻腔炎、好酸球性鼻副鼻腔炎(ECRS)、アレルギー性真菌性副鼻腔炎(AFRS)、正常コントロールに対し、血清および局所粘膜(鼻茸、副鼻腔粘膜)中の総IgE値、真菌類(5種),黄色ブドウ球菌エンテロトキシン(SE), HD,ダニ,スギ,ブタクサに対する特異的IgE値を計測し、局所ECP量との相関関係を検討した。また免疫組織学的にIgE陽性細胞の局在を検討した。副鼻腔粘膜(鼻茸)局所における総・特異的IgEの産生亢進は、AFRSのみならずECRSにおいても認め、それらは有意に局所ECP量と相関しており(真菌>ダニ>SE)、好酸球炎症を誘導している可能性が示唆された。IgE陽性細胞の多くは形質細胞と肥満細胞であった。難治性喘息に合併した好酸球性副鼻腔炎に対し抗IgE療法が有効との報告もあり、これら臨床報告を裏付ける結果と考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。仮説「空中浮遊微生物由来抗原(真菌由来抗原、黄色ブドウ球菌由来スーパー抗原)は好酸球性副鼻腔炎の発症・病態に関与し、好酸球炎症の誘導に寄与する」これらの仮説を明らかにするべく本研究を遂行する。慢性鼻副鼻腔炎鼻茸中の真菌および黄色ブドウ球菌由来エンテロトキシン特異的IgE抗体の役割について研究をすすめる。ほぼ研究結果は出ており、統計学的解析を行い結果の考察を行う。これらの内容を国際学会に発表し、アレルギー関連の英文誌に投稿する予定である。
計算物質科学の基盤となる超大規模系のための高速解法

物質デザインコンピューティクスに現れる様々な超大規模系の数理的諸特徴を研究すると同時に,最新の計算機を高度に駆使することが可能な高速解法の総合的開発を目的し,大規模線形方程式の数値解法(Shifted COCR法,the Look-Back GMRES(m)法など)および大規模固有値問題の数値解法(Arnoldi(M,W,G)法,SS法の拡張)の開発を行った.これらは解法によっては高並列化が可能であることや物理問題に特化した解法であることから当初の目的を達成したといえる.物質デザインコンピューティクスに現れる様々な超大規模系の数理的諸特徴を研究すると同時に,最新の計算機を高度に駆使することが可能な高速解法の総合的開発を目的し,大規模線形方程式の数値解法(Shifted COCR法,the Look-Back GMRES(m)法など)および大規模固有値問題の数値解法(Arnoldi(M,W,G)法,SS法の拡張)の開発を行った.これらは解法によっては高並列化が可能であることや物理問題に特化した解法であることから当初の目的を達成したといえる.本研究では、物質デザインコンピューティクスに現れる様々な超大規模系の数理的諸特徴を研究すると同時に、最新の計算機を高度に駆使するための高速解法に対して総合的開発を行うことを目的とする。本研究の目標としては、解きにくい問題を簡単に、計算時間のかかる問題を高速に、計算精度の不十分な問題を高精度に解けるようにすることである。1.線形方程式に帰着される物質デザインコンピューティクスの現状について調査した。2.新型前処理手法の研究を行った。3.高性能クラスタからなる並列システムを構築し、その上での前処理の並列技術を研究した。4.物質計算の諸問題に対して、最適化のモデル構築に取り込んだ。5.固有値問題の実用的なニーズに対して、特化した解法を開発した。本研究で開発を行っている高速解法は、実問題に対する数値実験の結果、その有効性が確認された。総合的開発の成果としては、我々は、専門家と利用者のインタラクションを計るため、様々なサービスを提供する計算サーバを構築し始めている。我が国に今現在そのようなシステムが存在しない現状に対して、我々はウェブサーバの構築を通して、専門家と利用者の双方にとって使いやすいインターフェスを有するものを目指す。本研究では、物質デザインコンピューティクスに現れる様々な超大規模系の数理的諸特徴を研究すると同時に、最新の計算機を高度に駆使するための高速解法に対して総合的開発を行うことを目的とする。1.線形固有値問題と非線形固有値問題に帰着される物質デザインコンピューティクスの応用問題の現状について調査した。2.新型前処理手法の研究を継続し,その深化を目指した。6.固有値問題の直接法としてのQR法に対して、並列技術を向上させた。7.一般化固有値問題の反復法としてのArnold法を拡張させて、計算時間を短縮する可能性を実証した。本研究では,物質デザインコンピューティクスに現れる様々な超大規模系の数理的諸特徴を研究すると同時に,最新の計算機を高度に駆使するための高速解法に対して総合的開発を行うことを目的とする。1.線形固有値問題と非線形固有値問題に帰着される物質デザインコンピューティクスの応用問題の現状をまとめた。2.規模と構造と代数性質の観点から分類を行った線形方程式の係数行列対して、高速アルゴリズムを提案した。3.新型前処理手法の研究を継続し,物性計算の問題に対してその深化をはかった。4.高性能クラスタからなる並列システムを拡張し,その上での固有値計算の並列技術を開発した。5.物質計算の諸問題に対して,最適化のモデル構築を試みた。6.固有値問題の実用的なニーズ(中間固有値)に対して,特化した解法を開発した。これらの成果を国内外の同分野の研究者に紹介し,学術交流を通してその位置づけ・意義を明確にするため,学術論文誌に投稿するとともに,国内学術会議(日本応用数理学会,情報処理学会,応用物理学会)と国外学術会議(欧米の数理学会,HPC学会,East Asia SIAM学会)にて出席し,発表を行った。本研究で開発を行っている高速解法は,実問題(星班)に対する数値実験の結果,その有効性が確認された。1.線形固有値問題と非線形固有値問題に帰着される物質デザインコンピューティクスの応用問題の現状をまとめ、分類を試みた。2.規模と構造と代数性質の観点から分類を行った線形方程式の係数行列対して、いくつかの高速アルゴリズムを提案した。

3.新型前処理手法の研究を継続し,物性計算の問題に対して、その深化をはかりつつ、または構造解析の問題にも適用した。4.高性能クラスタからなる並列システム上、固有値計算の並列技術を開発し、数十万規模の固有値問題の高速計算を成功させた。5.固有値問題の実用的なニーズ(中間固有値)に対して,特化した解法を開発し、大規模問題に適用した。6.固有値問題の直接法においては、自動チューニング技術や並列解法も進展があった。これらの成果を国内外の同分野の研究者に紹介し,学術交流を通してその位置づけ・意義を明確にするため,学術論文誌に投稿するとともに,国内学術会議(日本応用数理学会,情報処理学会,応用物理学会)と国外学術会議(欧米の数理学会,HPC学会,East Asia SIAM学会)にて出席し,発表を行った。本研究で開発を行っている高速解法は、実問題に対する数値実験の結果より、その有効性が確認された。本研究では、物質デザインコンピューティクスに現れる様々な超大規模系の数理的諸特徴を研究すると同時に、最新の計算機を高度に駆使するための高速解法に対して総合的開発を行うことを目的とする。1.線形固有値問題と非線形固有値問題に帰着される物質デザインコンピューティクスの応用問題の現状について調査した。2.線形方程式の係数行列対して規模と構造と代数性質の観点から分類を継続研究した。3.新型前処理手法の研究を継続し,その深化をはかった。4.高性能クラスタからなる並列システムを拡張し,その上での前処理の並列技術を開発した。5.物質計算の諸問題に対して,最適化のモデル構築を試みた。6.固有値問題の実用的なニーズに対して,特化した解法を開発した。これらの成果を国内外の同分野の研究者に紹介し,学術交流を通してその位置づけ・意義を明確にするため,学術論文誌に投稿するとともに,国内学術会議(日本応用数理学会,情報処理学会,応用物理学会)と国外学術会議(欧米の数理学会,HPC学会,East Asia SIAM学会)にて出席し,発表を行った.本研究で開発を行っている高速解法は、実問題に対する数値実験の結果、その有効性が確認された。総合的開発の成果としては、我々は、専門家と利用者のインタラクションを計るため、様々なサービスを提供する計算サーバの構築を一段落にした。我が国に今現在そのようなシステムが存在しない現状に対して、我々はウェブサーバの構築を通して、専門家と利用者の双方にとって使いやすいインターフェスを有するものを目指す。メイン目標の線形固有値問題および非線形固有値問題の数値解法開発において、計画通りの成果が上げられていた。また、並列システムの構築も、計算サーバの構築も初期段階を通過し、各種の実際問題に対してシミュレーションを行い始めた。26年度が最終年度であるため、記入しない。過去3年間は領域内の渡邊班と星班との連携をはかってきて、共同でそれぞれの系の数理的特徴を研究してきた。その連携の中から重点的に研究した中間固有値問題に対する数理的な研究及びそれに特化した高速アルゴリズムにおいて、研究成果が出始めた。
聴覚障害者の胃レントゲン検査時のコミュニケーション支援システムの開発と評価

【目的】聴覚障害者の胃レントゲン検査時のコミュニケーション障害による諸問題を把握し、コミュニケーション支援システムを開発・評価する。【対象と方法】1.課題を把握するための滋賀県在住聴覚障害者を対象とした質問紙調査。2.従来のコミュニケーション支援方法により生じる課題を把握するための、胃レントゲン検査の所要時間、放射線累積照射時間、被曝線量および主観的評価等に関する実地調査。3.日本語手話翻訳システムを用いたコミュニケーション支援システムの設計と評価。【結果と考察】1.回答者の約80%が胃レントゲン検査受診経験があった。「技師らが直接受診者の体を動かして指示」「筆談や手話・身振り」といった検査時のコミュニケーション方法が「役に立つ」と評価したのは約半数であり、同検査における意志疎通の困難さが明らかになった。2.検査所要時間および放射線累積照射時間は、聴覚障害者の方が健聴者より長かった。技師の被曝線量は、受診者が聴覚障害者と健聴者の場合で差はなかったが、聴覚障害者に対しては位置決めのため頻回に透視しており被曝量が増える危険性が懸念された。主観的評価では、聴覚障害者は検査時の意志疎通を良く評価していても、技師は若干の困難さを感じていた。3.聴覚障害者の評価によると、今回開発した改良後アニメーションは、すでに開発していたアニメーションと比べ理解度が向上したが、手話通訳者の手話と比べると及ばなかった。実際の胃レントゲン検査の状況で改良後アニメーションを評価させたところ、平均正答率は70%であったが、一部の指示文では全く理解されないものもあり、手話アニメーシヨン自体の問題が明らかになった。手話アニメーションのわかりやすさを向上させるためには、アニメーションモデルの表現力向上、自然でわかりやすい表現の導入、手話アニメーションの指示に胃レントゲン検査におげる状況を付加すること等が考えられた。1)聴覚障害者の胃部レントゲン検査受診に関する疫学調査滋賀県在住の聴覚障害者の協力を得て、質問紙法および面接法にて疫学調査を行った。その結果、筆談の量的および質的不十分さなど、病院関係者との意思疎通の困難さが明らかになった。また、胃部レントゲン検査に関しては、指示伝達のため放射線技師自身がプロテクタをつけて撮影室に入り操作することが多いという現状が明らかになった。2)胃部レントゲン検査時の所要時間と被曝線量の測定札幌市内の民間病院の協力を得て、希望するろうあ者に胃ガン検診を実施した。放射線技師は、指示伝達する上で、合図や筆談だけでは対応しきれず、全例でプロテクタを装着した上で撮影室内で操作していた。受診者側の主観評価は良好であったが、技師側には「もう少し体位を調整したかったが意志疎通が困難なので断念した」という場合があった。ろうあ者へスムースに伝達でき、遠隔操作が可能なコミュニケーション支援システムの必要性が示された。3)胃部レントゲン検査を対象とした手話日本語間機械翻訳システムの構築聴覚障害者の胃部レントゲン検査受診時に、技師の指示を手話アニメーションで提示した場合の効果を検討することを目的とし、手話通訳者の動作を参考に改良した手話アニメーションの分かりやすさ等について評価実験を行った。その結果、手話アニメーションの指示文では分かりやすさならびに表情の自然さについて、手話通訳者の手話ほどの評価は得られなかったが、正答率はこれまでに我々が生成した手話アニメーションよりも高かった。また、手話通訳者の手話に近づけることが困難であった指示文の評価は低かった。

以上から、胃部レントゲン検査の指示における手話アニメーションは、実際に使用される手話表現が適しており、手話通訳者の手話と完全に同様な手話アニメーションによる指示を作れば高い評価を得られる可能性があると考えられた。(1)聴覚障害者の胃部レントゲン検査に関する疫学調査滋賀県在住の聴覚障害者を対象に平成12年度実施に実施した調査結果の解析を行った。その結果、中途失聴者とろう者では日常生活で最も使用するコミュニケーション方法が補聴器や手話とそれぞれことなっているのに、医療機関では筆談・口話を使用することが多くコミュニケーション上の様々な問題を生じていることが判明した。また、胃レントゲン検査未受診者の33%がコミュニケーションがとりにくいことを理由にあげていた。(2)胃部レントゲン検査時の所要時間及び被曝線量の測定平成12年度実施の測定結果の解析及び健常者を対象とした所要時間及び被曝線量の測定を行った。その結果、聴障者と健聴者では検査所要時間は27分に対して19分、透視時間は4分17秒に対して3分1秒、技師被曝線量は2.2μSvに対して0.7μSvであった。被験者被曝線量は、聴障者が57.6μSvに対して健聴者は156.2μSvと健聴者の方が高くなっていたが、これは聴障者には指示ができないため斜位での食道造影撮影が除かれたためであり、コミュニケーション障害が検査精度の差に及ぶことが明らかとなった。(3)胃部レントゲン検査を対象とした手話日本語翻訳システムの構築前年度評価実験結果を踏まえた改良型手話アニメーションを用いて、試用評価を行った。その結果、一部の文章の正答率は90%まで上昇したが、文章全体の正答率は67%に止まり、なお一層自然な動きをアニメーションが獲得する必要性が判明した。また、被験者の意見よりコップ等の実像を交えた画像に改良することや、半透明か片眼表示のFMDの使用が今後の課題と考えられた。
グローバリゼーションにおける生産と社会

本研究は、日本経営工学会、日本オペレーションズ・リサーチ学会、日本品質管理学会を中心とする経営工学関連学会によって重点領域研究を実施するための準備研究として行ったものである。15名の研究分担者によって5回の全体会議を開き、重点領域研究の目標、領域の範囲を検討するとともに、各計画研究の詳細に関しては、各班で会合を開き、密接な連絡のもとに検討を行った。研究項目として、以下の6項目を中心に行うことが定められた。A研究開発システムの国際的一元化にする研究B生産・物流システムの国際的一元化に関する研究C国際的情報処理システムに関する研究D環境マネジメントに関する研究E社会システムの品質に関する研究F経営工学的方法論に関する研究組織経営の変革を促す要素は戦争原理と技術革新及び外部圧力である。しかし、経営の基礎の多くは従来その組織に保有されている文化、習慣で構成されている。これらは歴史的に互いに拮抗するものとなることが少なくない。グローバリゼーションの問題は歴史的のみならず、空間的に文化、習慣の違いが一つの経営体の中で存在するところにある。ここでの問題を多くの視点から発掘し、それらが生みだされてきた歴史的経過を明らかにして、課題の解決を目指して研究を行う。
トポロジカルガラス

今年度は、スケールの異なる運動モードについて実験を行い、トポロジカルガラスに特有の現象とバルク液体にも現れる現象を対照し、"ガラス転移"に普遍的なメカニズムを理解する。I.ガラス化が起こらない状態申請者が発見したトポロジカルガラス状態は、モノマー・ダイマー混合系の614%という極めて狭い濃度範囲でしか実現されない。このことは、トポロジカルガラス状態が実現される機構に、ダイマーとモノマーの濃度が極めて重要な役割を担っていることを証明している。そこで、ガラス化が起こる領域と起こらない領域に分けて、精密な濃度依存性の測定を行い、各階層における運動モードがダイマー濃度によってどのよう1に変化するかを観測した。II.高分子安定化状態での測定高分子安定化スメクティックブルー相の高分子安定化状態では、メゾスケールの配向揺らぎは、より大きなスケールでのフォトニック構造変調モードとは結合せず、安定化状態でのダイナミクスは熱力学的に安定なオリジナルの相とほとんど変わらないことが明らかとなった。従って、コレステリックブルー相の高分子安定化状態同様、高分子安定化過冷却状態では、ガラス転移点近傍のスローダイナミクスはみられない。III.トポロジカルガラス状態のダイナミクストポロジカルガラス状態では、通常の液体のガラス転移点近傍と同様に、ある種の自由度に強いスローダイナミクスが現れることがわかった。しかしながら、X線回折測定のようなミクロなプローブで観測すると、液体のガラス化とは異なり分子の運動性は全く凍結していないことがわかった。IIの高分子安定化状態と比較すると、この特殊なガラス化現象は、まず欠陥の存在により層のトポロジカルな再配置が凍結され、欠陥を通して各ドメイン内の自由度が弾性的に広い空間に相関を広げて行くためと理解できた。トポロジカルガラス状態における、スケールの異なるこの系を特徴付ける4つの内部自由度の運動モード、(1)分子並進拡散、(2)層状構造の周期、(3)分子配向(らせん)、(4)多層共連結構造の特徴的長さに着目して、各スケールの運動とトポロジカルガラス状態との関係を明らかにした。I.凍結モード((3)、(4))の空間・時間スペクトルの測定A.動的光散乱法(モード(3)(4))動的光散乱法では高温側で、高周波側に(3)のモードが、低周波側に(4)のモードが存在し互いに独立に運動している。トポロジカルガラス転移点近傍で、2つのモードは互いに結合し始め緩和時間が広がっている。本年度は、この結合の様子をさらに詳細に測定した。結果を現在解析中である。B.粘弾性測定(モード(4))過冷却相とガラス相を見分けるため、高感度低周波粘弾性装置を用いて、トポロジカルガラス状態の力学的性質を測定した。II.凍結されないモード((1)、(2))の測定C.X線測定(モード(2))降温過程で過冷却状態にある場合も、昇温過程で低温側のスメクティック液晶相となっている場合でも、層状構造の周期は可逆的に変化する。つまり層状構造の周期はトポロジカルなガラス状態においても自由に変化することができ、常に熱平衡に保たれている。本年度はダイマー濃度依存性、冷却速度依存性を詳細に測定した。D.蛍光退色回復法(モード(1))バルクの液体のガラス化では、結晶化に伴う分子の並進拡散運動が凍結してガラス化が起こる。しかしながら、本研究におけるトポロジカルガラスでは低温側は液晶相であり、結晶化温度はさらに4050°Cも低温側にあるので、トポロジカルガラス転移点以下においても分子の並進運動が凍結する起源はない。そこで、分子の並進拡散運動の状態を蛍光退色回復法の装置を構築し、4つ目の運動モードとして観測できるようにした。

IIの高分子安定化状態と比較すると、この特殊なガラス化現象は、まず欠陥の存在により層のトポロジカルな再配置が凍結され、欠陥を通して各ドメイン内の自由度が弾性的に広い空間に相関を広げて行くためと理解できた。
交通需要管理施策の評価方法に関する研究

本研究は、交通需要管理の評価方法に関する本格的な共同研究の提案を目指した企画調査研究であり、関連研究データベースの作成、ならびに研究組織づくり(当研究テーマに関する研究ニーズと研究分担者の発掘)を目的として活動した。具体的には、研究分担者の関連研究情報の整理から始めて、研究ニーズに関するE-Mailアンケートを実施し、7月22日には交通需要管理に関するワークショップを東京大学で開催し、建設省の交通需要管理マニュアルについて学習するとともに、40名強の参加者にアンケートを実施した。11月3日には、土木計画学研究発表会の場で、「TDM(交通需要管理)の現状と課題」と題するスペシャルセッションを主催し、70名程度の土木系研究者と関連研究の必要性や検討すべき課題に関して活発な意見交換を行った。特に、研究分担者の山中は英国からの帰国直後ということから、英国における最新動向についての報告を追加的に行った。これらの成果は、平成9年度科学研究費「交通需要管理手法を活用した交通計画の立案・評価・実施手法に関する研究(代表者:原田昇)」の申請内容に反映した。研究組織は、企画研究の期間中に共通テーマを確認した研究者を追加する形で16名へと倍増し、主要研究テーマとして、(1)道具箱の充実-魅力的なTDM施策の構築、(2)より効果的なパッケージ(道具セット)構築のための分析手法の開発、(3)実現可能性の向上手法-TDM施策に関する合意形成手法の構築、を設定し、前段にBest Practicesの収集整理、結論部分に、TDM施策導入の標準プロセスとそこで用いる分析手法をワンセットとして提案で締めくくる研究提案を作成した。また、外部研究者との情報交換の場として、土木計画学ワンディセミナーの開催を予定している。
マクロファージのNO合成酵素及びサイトカイン遺伝子の発現調節性寄生虫因子の研究

マウスに経口感染させたマンソン裂頭条虫擬充尾虫の頭節には多くの腹腔マクロファージが付着するが、組織寄生が可能である。我々は擬充尾虫がマクロファージの一酸化窒素合成酵素(iNOS)の遺伝子発現をin vitroで直接抑制することを見いだし、そのより詳細な宿主・寄生虫関係を解明するため以下の実験を行った。マウス腹腔マクロファージにLPS(100ng/ml)と同時に5隻のマンソン裂頭条虫擬充尾虫を添加した場合,6時間後のIP-10とJEchemokineの発現抑制比率はそれぞれ51.3%,44.9%であった。また,マクロファージの培養液中に擬充尾虫のみ加えて1-6時間培養した後にLPSを添加し3時間後の遺伝子発現をみると,擬充尾虫との前培養の時間が長いほどIP-10とJEの遺伝子発現の抑制比率は高く、6時間の前培養ではそれぞれ87%、63%であった.一方,TNF-αは46%の抑制が認められた.Northern Blot分析すると、マクロファージのiNOSの遺伝子発現は擬充尾虫の培養上清(ES)の24時間の前添加によって顕著に抑制され、抑制比率は82.6%で、このnitriteの産生は86.8%抑制された.このように,擬充尾虫はiNOSだけでなくchemokineやTNF-αの遺伝子発現も抑制することが明らかになった。ESを24時間前添加したマクロファージでは、ES除去後の培養時間が24、48、72時間と長くなるほどIFN-γとLPSによる遺伝子発現の抑制効果の減弱が認められたが、72時間後においても、positive controlに対して、顕著な抑制効果が持続していた。擬充尾虫の培養上清を5μg/ml濃度とごく微量添加するのみでマクロファージの遺伝子発現を抑制する効果が認められ、LPSなどの刺激を受けるまでの時間が長いほど抑制効果が顕著で、この抑制効果は72時間以上継続することから、擬充尾虫由来の抑制因子はin vivoでも機能してると推察された。マウスの腹腔マクロファージをマイソン裂頭条虫擬充尾虫とin vitroでco-cultureし,lFN-γやLPSを添加すると擬充尾虫を加えていないマクロファージに比較し,一酸化窒素合成酸素(iNOS)の遺伝子発現の抑制が認められた.そこで,この擬充尾虫がマクロファージのchemokine(IP-10,KC,JE/MCP-1)やTNF-αの遺伝子発現に及ぼす影響についてNorthern Blot分析によって検討した.1×10^γのマウス腹腔マクロファージを10mlのDMEMで培養し,LPS(100ng/mI)と同時に5隻の擬充尾虫を添加した場合,3時間後のlP-10とJEの発現抑制比率はそれぞれ38.1%,16.8%で,6時間後は51.3%,44.9%とより顕著に抑制された.また,マクロファージの培養液中に擬充尾虫のみ加えて1-6時間培養した後にLPSを添加すると,擬充尾虫とのco-cultureの時間が長いほどlP-10とJEの遺伝子発現の抑制比率は高かった.また,TNF-αはIP-10やJEと類似に抑制も認められた.このように,擬充尾虫はiNOSだけでなくchemokineやTNF-αの遺伝子発現も抑制することが明らかになった.

次に,マウス腹腔マクロファージをlFN-γとLPS刺激する前に擬充尾虫の分泌・排泄物質(ES)を添加し,マクロファージの遺伝子発現に及ぼす影響について検討した.iNOSmRNAの発現はES添加後のpre-incubation時間が長いほど抑制が顕著で,24時間では抑制比率は82.6%であり,nitriteの産生は86.8%抑制された.また,JEもiNOSと同様の抑制傾向を示した.ESを24時間作用させたマクロファージでは,ES除去72時間後でもnitriteの産正は80%以上抑制されていた.さらに,24時間マクロファージに作用させたESを含む培養液を新たなマクロファージに作用させると,nitrite産生の抑制効果はかなり維持されていた.これらの結果から,この抑制因子は非常に安定な物質であり,in vivoでも十分機能することが推察された.マウスに経口感染させたマンソン裂頭条虫擬充尾虫の頭節には多くの腹腔マクロファージが付着するが、組織寄生が可能である。我々は擬充尾虫がマクロファージの一酸化窒素合成酵素(iNOS)の遺伝子発現をin vitroで直接抑制することを見いだし、そのより詳細な宿主・寄生虫関係を解明するため以下の実験を行った。マウス腹腔マクロファージにLPS(100ng/ml)と同時に5隻のマンソン裂頭条虫擬充尾虫を添加した場合,6時間後のIP-10とJE chemokineの発現抑制比率はそれぞれ51.3%,44.9%であった。また,マクロファージの培養液中に擬充尾虫のみ加えて1-6時間培養した後にLPSを添加し3時間後の遺伝子発現をみると,擬充尾虫との前培養の時間が長いほどIP-10とJEの遺伝子発現の抑制比率は高く、6時間の前培養ではそれぞれ87%、63%であった.一方,TNF-αは46%の抑制が認められた.Northern Blot分析すると、マクロファージのiNOSの遺伝子発現は擬充尾虫の培養上清(ES)の24時間の前添加によって顕著に抑制され、抑制比率は82.6%で、このnitriteの産生は86.8%抑制された.このように,擬充尾虫はiNOSだけでなくchemokineやTNF-αの遺伝子発現も抑制することが明らかになった。ESを24時間前添加したマクロファージでは、ES除去後の培養時間が24、48、72時間と長くなるほどIFN-γとLPSによる遺伝子発現の抑制効果の減弱が認められたが、72時間後においても、positive controlに対して、顕著な抑制効果が持続していた。擬充尾虫の培養上清を5μg/ml濃度とごく微量添加するのみでマクロファージの遺伝子発現を抑制する効果が認められ、LPSなどの刺激を受けるまでの時間が長いほど抑制効果が顕著で、この抑制効果は72時間以上継続することから、擬充尾虫由来の抑制因子はin vivoでも機能してると推察された。
蛍光性ナノダイヤモンドによる細胞内温度計測及び局所加熱プローブの開発とその応用

本課題の目的は温度がどのように生命現象と関係しているのかを明らかにすることにあり、そのために据えた具体的な問題は、「細胞内の温度分布、および、細胞内のどの部位・オルガネラが温度を感知する役割を担うのかを明らかにする」ことである。平成30年度は以下の5つの課題を達成した。1温度計測を可能にする光検出磁気共鳴顕微鏡(ODMR)顕微鏡に温度コントロールシステムを導入し、サンプルステージの温度を0.1°Cの精密さで制御することに成功した。2蛍光性ナノダイヤモンド(FND)が外環境(3M NaCl、pH1-13の水溶液中、グリセロール中、ポリエチレンイミン分子の表面吸着、エタノール中)に影響を受けずに温度のみを精密に計測できるプローブであることを実験的に証明した。ポリマー型・タンパク質型・蛍光低分子型温度計と並び細胞計測に有用であり、頑強性に優れた温度計となることを示した。3細胞内に取り込ませたナノダイヤモンドにより、細胞内の絶対温度を計測する簡便な方法を確立した。4蛍光性ナノダイヤモンド表面に金ナノロッドを吸着させることで、金ナノロッド(GNR)から発せられるナノスケールの発熱をFNDでモニタリングできるハイブリッド材料の創出に成功した。5FNDは粒子間でサイズ・形状が大きくばらつき、これがODMR信号にばらつきを生み正確な計測を妨げる。本研究では化学エッチングにより球形かつ均一な粒子系を有するFNDの調整に成功した。今後は開発したFND、FND-GNRハイブリッドを用いて細胞計測を進める予定である。平成30年度は1光検出磁気共鳴顕微鏡への温度コントロールシステムの導入、2FNDの温度計測能が、塩強度、pH、粘性、他の分子との相互作用に影響されず、温度のみを正確に検出できることの実験的証明、3FNDの表面にGNRを結合し、GNRの発熱をFNDで検出するプローブの開発を主に行った。1に関して、顕微鏡にレンズヒーター、ステージヒーター、フードを取り付けサンプルの温度を熱電対で検出するシステムを構築、その結果、サンプルの温度を0.1°Cの精密さでコントロールすることに成功した。2に関して、1で確立したシステムを利用することで、3M NaCl、pH1-13の水溶液中、グリセロール中、ポリエチレンイミン分子の表面吸着、エタノール中、いずれの条件であってもFNDの温度計測能は影響を受けないことを実験的に世界で初めて証明した。これら2つの結果に加え、細胞内に導入したFNDの絶対温度を計測するプロトコルを確立、これらの成果はBiophysics and Physicobiology誌に掲載されたことより、当初の計画以上の成果が得られたと考えている。3に関して、FNDとGNRを静電的に吸着させることによってFND-GNRを調整し、レーザー照射によりGNRがどの程度発熱するかを、FNDでモニタリングする実験を行った。その結果、10mWのレーザー照射で10°C程度の温度上昇が見られた。このような温度上昇はGNRを表面に有さないFNDからは確認されなかった。本研究によって得られた分子プローブは生体応用するにあたり十分な発熱能を有していた。総合し当初の計画以上の成果が得られたものと考えている。平成31年度は、開発した蛍光性ナノダイヤモンド(FND)、および金ナノロッドとのハイブリッド(FND-GNR)を用いて細胞計測を進める予定である。まずは細胞内で産生される熱の可視化に関する研究に着手する。細胞は、生体内でエネルギーを消費し熱生産を行うことが知られている褐色脂肪細胞を用いる。本研究では、オルガネラ近傍の温度変化マップを作成することによって、細胞内の時空間的な温度分布のゆらぎを可視化する。エンドサイトーシスによって標的細胞に取り込まれたFNDーGNRに対して、外部から800nmの赤外光を照射することによって、プローブに熱を発生させ、エンドソームからの脱出を図る。その後、ミトコンドリア、核へのターゲティングを行う。これはHPG表面に存在するOH基をミトコンドリア移行シグナル、もしくは核移行シグナルで機能化することによって達成する。局在はミトコンドリア、核をそれぞれ別の蛍光試薬で染色し、共焦点顕微鏡を用い共局在を確認することによって行う。その後、細胞内の複数のミトコンドリア、及び核それぞれに対し近傍の温度が時空間的にどのように変化するのかをFNDの磁気共鳴信号から明らかにする。更に、細胞培養液中に存在するグルコース濃度を変化させる事や、ATP合成阻害剤を加える事により、細胞機能に関連する熱生産に関与する化学反応の同定を行う。同時に、本研究では、原田博士が開発した温度計測ポリマープローブ(Sakaguchi et al., Biotechnology, 2015)との比較実験を行うことで、既存のプローブとの差異、有用性についても評価を行う。

ポリマー型・タンパク質型・蛍光低分子型温度計と並び細胞計測に有用であり、頑強性に優れた温度計となることを示した。3細胞内に取り込ませたナノダイヤモンドにより、細胞内の絶対温度を計測する簡便な方法を確立した。4蛍光性ナノダイヤモンド表面に金ナノロッドを吸着させることで、金ナノロッド(GNR)から発せられるナノスケールの発熱をFNDでモニタリングできるハイブリッド材料の創出に成功した。5FNDは粒子間でサイズ・形状が大きくばらつき、これがODMR信号にばらつきを生み正確な計測を妨げる。本研究では化学エッチングにより球形かつ均一な粒子系を有するFNDの調整に成功した。今後は開発したFND、FND-GNRハイブリッドを用いて細胞計測を進める予定である。平成30年度は1光検出磁気共鳴顕微鏡への温度コントロールシステムの導入、2FNDの温度計測能が、塩強度、pH、粘性、他の分子との相互作用に影響されず、温度のみを正確に検出できることの実験的証明、3FNDの表面にGNRを結合し、GNRの発熱をFNDで検出するプローブの開発を主に行った。1に関して、顕微鏡にレンズヒーター、ステージヒーター、フードを取り付けサンプルの温度を熱電対で検出するシステムを構築、その結果、サンプルの温度を0.1°Cの精密さでコントロールすることに成功した。2に関して、1で確立したシステムを利用することで、3M NaCl、pH1-13の水溶液中、グリセロール中、ポリエチレンイミン分子の表面吸着、エタノール中、いずれの条件であってもFNDの温度計測能は影響を受けないことを実験的に世界で初めて証明した。これら2つの結果に加え、細胞内に導入したFNDの絶対温度を計測するプロトコルを確立、これらの成果はBiophysics and Physicobiology誌に掲載されたことより、当初の計画以上の成果が得られたと考えている。3に関して、FNDとGNRを静電的に吸着させることによってFND-GNRを調整し、レーザー照射によりGNRがどの程度発熱するかを、FNDでモニタリングする実験を行った。その結果、10mWのレーザー照射で10°C程度の温度上昇が見られた。このような温度上昇はGNRを表面に有さないFNDからは確認されなかった。本研究によって得られた分子プローブは生体応用するにあたり十分な発熱能を有していた。総合し当初の計画以上の成果が得られたものと考えている。平成31年度は、開発した蛍光性ナノダイヤモンド(FND)、および金ナノロッドとのハイブリッド(FND-GNR)を用いて細胞計測を進める予定である。まずは細胞内で産生される熱の可視化に関する研究に着手する。細胞は、生体内でエネルギーを消費し熱生産を行うことが知られている褐色脂肪細胞を用いる。本研究では、オルガネラ近傍の温度変化マップを作成することによって、細胞内の時空間的な温度分布のゆらぎを可視化する。エンドサイトーシスによって標的細胞に取り込まれたFNDーGNRに対して、外部から800nmの赤外光を照射することによって、プローブに熱を発生させ、エンドソームからの脱出を図る。その後、ミトコンドリア、核へのターゲティングを行う。
地域環境における有機臭素系ダイオキシン類縁化合物の動態とリスク評価に関する研究

本研究では,石川県の犀川流域を対象地域として選定し,大気・土壌・水および生物等の各種環境媒体のダイオキシン類縁有機臭素化合物の他,(塩素化)ダイオキシン類やダイオキシン類縁有機臭素化合物生成の原因とされる臭素系難燃剤について総合調査行うのが目的あった。ダイオキシン類および有機臭素化合物の一括分析手法について,実試料を用いた予備調査によって最終的な調整を行った。ダイオキシン類・ダイオキシン類縁有機臭素化合物の分析では,GC/MS(ガスクロマトグラフィー/質量分析)による一括分析への拡張を行った。臭素系難燃剤の分析では,LC/MS(液体クロマトグラフィー/質量分析法)を用いた分析の簡易化を行った。河川水などの比較的,清浄な試料については,溶媒抽出法,カラムクロマトグラーフィおよびゲル浸透クロマトグラフィーなどを組み合わせた抽出・濃縮・精製方法とODSカラムを用いたLC/MS法を組み合わせた分析方法が完成し,臭素系難燃剤であるテトラブロモビスフェノールA,ビスフェノールA,テトラクロロビスフェノールA,ビスフェノールA,ビスフェノールB,ビスフェノールF,ビスフェノールSの計6種のビスフェノール類の一斉分析が可能となった。しかしながら,水環境底質や土壌中からの抽出およびクリーンアップに関しては完成することができなかった。また,水の塩素消毒により塩素化ダイオキシン類が生成していることは古くから知られているが,近年,下水を臭素により消毒する方法が試みられている。そこで,水の臭素消毒における有機臭素化合物の生成についても検討を行った。下水中のハロゲンイオン濃度が反応に関与することが示唆された。以上をまとめると,研究の最終目標は達成できなかったが,目標達成に必要な分析方法の開発や関連物質の生成プロセスに関する知見が一部明らかになった。本研究では,石川県の犀川流域を対象地域として選定し,大気・土壌・水および生物等の各種環境媒体の総合調査を行うのが目的である。ここで,ダイオキシン類縁有機臭素化合物の他,(塩素化)ダイオキシン類やダイオキシン類縁有機臭素化合物生成の原因とされる臭素系難燃剤についても同時に調査を実施する予定であった。本年度は,まず,過去の研究経過で検討してきたダイオキシン類および有機臭素化合物の一括分析手法について,実試料を用いた予備調査によって最終的な調整を行った。ダイオキシン類・ダイオキシン類縁有機臭素化合物の分析では,GC/MS(ガスクロマトグラフィー/質量分析)による一括分析への拡張を,また,臭素系難燃剤の分析では,LC/MS(液体クロマトグラフィー/質量分析法)を用いた分析の簡易化の開発を試みた。次に,本年度は,主に対象地域の土壌を試料として採取し,ダイオキシン類・ダイオキシン類縁有機臭素化合物および臭素系難燃剤の分析を行った。分析は,完全には完了しなかったが,前処理までは完了しており,次年度に測定を完了させられる予定である。また,年度後半よりダイオキシン類縁有機臭素化合物および臭素系難燃剤の健康リスク評価モデルの構築を開始した。そこで,下水の臭素消毒における有機臭素化合物の生成についても検討を開始した。本年度は,昨年度に引き続き,ダイオキシン類および有機臭素化合物の一括分析手法について,実試料を用いた予備調査によって最終的な調整を行った。また,臭素系難燃剤の分析では,LC/MS(液体クロマトグラフィー/質量分析法)を用いた分析の簡易化の完成をみた。次に,本年度は,主に対象地域の河川底泥を試料として採取し,ダイオキシン類・ダイオキシン類縁有機臭素化合物および臭素系難燃剤の分析を行った。分析は,完全には完了しなかったが,前処理までは完了しており,最終年度に測定を完了させられる予定である。また,ダイオキシン類縁有機臭素化合物および臭素系難燃剤の健康リスク評価モデルの構築を昨年度に引き続き検討した。また,近年,下水を臭素により消毒する方法が試みられている。水の塩素消毒により塩素化ダイオキシン類が生成していることは古くから知られているが,下水の臭素消毒における有機臭素化合物の生成についてはあまり検討例がなかった。そこで,下水の臭素消毒における有機臭素化合物の生成について検討を行い,塩素消毒や臭素・塩素併用消毒との比較を行った。

ダイオキシン類・ダイオキシン類縁有機臭素化合物の分析では,GC/MS(ガスクロマトグラフィー/質量分析)による一括分析への拡張を行った。臭素系難燃剤の分析では,LC/MS(液体クロマトグラフィー/質量分析法)を用いた分析の簡易化を行った。河川水などの比較的,清浄な試料については,溶媒抽出法,カラムクロマトグラーフィおよびゲル浸透クロマトグラフィーなどを組み合わせた抽出・濃縮・精製方法とODSカラムを用いたLC/MS法を組み合わせた分析方法が完成し,臭素系難燃剤であるテトラブロモビスフェノールA,ビスフェノールA,テトラクロロビスフェノールA,ビスフェノールA,ビスフェノールB,ビスフェノールF,ビスフェノールSの計6種のビスフェノール類の一斉分析が可能となった。しかしながら,水環境底質や土壌中からの抽出およびクリーンアップに関しては完成することができなかった。また,水の塩素消毒により塩素化ダイオキシン類が生成していることは古くから知られているが,近年,下水を臭素により消毒する方法が試みられている。そこで,水の臭素消毒における有機臭素化合物の生成についても検討を行った。下水中のハロゲンイオン濃度が反応に関与することが示唆された。以上をまとめると,研究の最終目標は達成できなかったが,目標達成に必要な分析方法の開発や関連物質の生成プロセスに関する知見が一部明らかになった。
微生物モデルによる動物型細胞質分裂の分子機構解明とその応用

細胞分裂は生命の本質に関わる現象であり、その分子機構解明は、生物学の重要な課題の一つであるとともに、制ガン剤の開発など応用面においても重要である。本研究では、細胞分裂過程のうち細胞質分裂に焦点を絞り、その分子機構解析を行った。細胞質分裂の分子機構は、動物・微生物の細胞と植物細胞で大きく異なるが、本研究は、そのうちヒトなど高等動物の細胞を含む動物型の細胞質分裂を対象とし、細胞壁を持たず高等動物細胞と酷似した様式・機構により分裂する真核微生物、細胞性粘菌の単細胞アメーバをモデルとして行ってきた研究代表者のこれまでの研究の延長上にある。具体的に、研究代表者らが細胞質分裂に関わることを見出したIQGAP様タンパク質GAPA、新規タンパク質D411-2p等の細胞性粘菌のタンパク質分子について、その生理機能、生化学的機能、物理的及び遺伝学的相互作用を、特に細胞骨格との関わりを中心に、細胞骨格を通じて細胞質分裂と関連する他の細胞運動現象への関与も含めて解析することを目的とした。実際には、他の分子も解析したが、早い段階で興味深い結果が出たD411-2pに集中して解析を行った。その結果、第一に、D411-2pが、細胞質分裂同様アクチン細胞骨格の再構築により進行するエンドサイトーシスである貪食作用とマクロピノサイトーシスにも関わることを遺伝子破壊株を用いた解析から明らかにした。第二に、これら二現象でそれぞれ一時的に形成されるFアクチンに富んだ突起であるファゴシティックカップとクラウンにD411-2pが局在することをGFP融合タンパク質を用いて明らかにした。第三に、D411-2pが、やはりアクチン細胞骨格が重要な役割を果たすcAMP走化性運動(細胞遊走)にも関わることを変異株の遊走速度解析から明らかにした。第四に、D411-2pとアクチン系細胞骨格との相互作用を生化学的に明らかにした。第五に、D411-2pの部分断片を用い、Fアクチンとの相互作用及び遺伝的相補性に必要な領域をそれぞれ明らかにした。本研究では、細胞分裂過程のうち細胞質分裂に焦点を絞って分子機構解析を行っている。細胞質分裂の分子機構は、動物・微生物の細胞と植物細胞で大きく異なっているが、ヒトなど高等動物の細胞を含む動物型の細胞質分裂の分子機構を、細胞壁を持たず高等動物細胞と酷似した様式・機構により分裂する真核微生物、細胞性粘菌の単細胞アメーバをモデルとして解明している。具体的には、研究代表者らが細胞質分裂に関わることを既に見出しているIQGAP様タンパク質GAPA、新規タンパク質D411-2p等数種の細胞性粘菌のタンパク質分子について、その生理機能、生化学的機能、物理的及び遺伝学的相互作用をそれぞれのタンパク質の研究の進捗状況に応じて解析している。本年度の主要な成果は、第一に、GFP-GAPAを高発現する細胞の粗抽出液からGFP抗体を用いてGAPAと共沈するタンパク質を見いだし、peptide mass fingerprinting (PMF)により候補分子を絞り込んだこと、第二に、D411-2pと細胞骨格との相互作用を生化学的に証明したことである。

第一の成果については、次年度でその候補タンパク質との相互作用を生化学的手法と酵母two-hybrid法を用いて直接解析することで、第二の成果については、次年度でGFP-D411-2pを細胞性粘菌細胞から精製し、D411-2pの細胞骨格に対する作用をより詳細に明らかにすることで、よりその成果を発展させる予定である。細胞分裂は生命の本質に関わる現象であり、その分子機構解明は、生物学の重要な課題の一つであるとともに、制ガン剤の開発など応用面においても重要である。本研究では、細胞分裂過程のうち細胞質分裂に焦点を絞って分子機構解析を行っている。細胞質分裂の分子機構は、動物・微生物の細胞と植物細胞で大きく異なっているが、ヒトなど高等動物の細胞を含む動物型の細胞質分裂の分子機構を、細胞壁を持たず高等動物細胞と酷似した様式・機構により分裂する真核微生物、細胞性粘菌の単細胞アメーバをモデルとして解明している。具体的には、研究代表者らが細胞質分裂に関わることを既に見出しているIQGAP様タンパク質GAPA、新規タンパク質D411-2p等数種の細胞性粘菌のタンパク質分子について、その生理機能、生化学的機能、物理的及び遺伝学的相互作用を、特に細胞骨格との関わりを中心に、細胞骨格を通じて細胞質分裂と関連する他の細胞運動現象への関与も含めて解析している。本年度は、初年度に研究の進展が大きかったD411-2pの解析を重点的に行った。主要な成果としては、第一に、D411-2pが、細胞質分裂同様にアクチン細胞骨格の動態制御により進行する貪食作用とマクロピノサイトーシスにも関わることを遺伝子破壊株を用いた解析から、第二に、この二つの現象でそれぞれ一時的に形成される突起であるファゴシティックカップ及びクラウンの先端のF-アクチン豊富な部分にそれぞれ局在することをGFP融合タンパク質を用いた解析から明らかにした。第三に、このタンパク質が、やはりアクチン細胞骨格が重要な役割を果たすcAMP走化性運動(細胞遊走)にも関わることを変異株の遊走速度解析から明らかにした。第四に、D411-2pのアミノ酸配列上Fアクチンとの相互作用及び遺伝子相補性に必要な最小領域をそれぞれ明らかにした。