hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水チェレンコフ中性子検出器によるXENONnT実験での暗黒物質直接探索の高感度化

暗黒物質(DM)の正体の解明は現代の物理学における最重要課題の一つである。有効質量約4tの液体キセノン検出器を用いたXENONnT実験は世界最高感度でのDM探索を行う。この実験ではDMによるキセノン原子核の反跳現象を探索するが、検出器内部の放射性不純物起因の中性子でも同様の現象が起こるため、中性子を同定する中性子検出器がDMの証拠を掴む鍵を握る。本研究ではスーパーカミオカンデで培われた中性子検出技術の初の転用例として、中性子検出器の建設や較正作業、安定な運転を行い、中性子による事象の80%以上を排除する。これで感度を一桁向上し、DMー核子散乱断面積2x10-48cm2の探索感度で発見を目指す。イタリアで準備が進められている暗黒物質探索実験であるXENONnT検出器において外側を覆う水チェレンコフ検出器にガドリニウムを投入することにより検出器部材に由来する微量な放射性元素からの中性子バックグラウンドを同定して取り除く。これにより中性子バックグラウンドの80%削減を目指す。暗黒物質の探索は現代宇宙論、素粒子論の最重要課題の一つとして挙げられ、それを発見することの学術的意味は計り知れない。本研究はその暗黒物質探索の一翼を担うイタリア(グランサッソー)での実験において中性子バックグラウンドを減らすために日本のスーパーカミオカンデグループが開発した独自技術を応用するというもので、検出限界の大幅な向上が期待される。
ナイキストレート広域電波観測及び突発的電波現象のアラートシステム開発

本研究では広域掃天観測を繰り返し行い、電波強度のモニターと電波アトラスの作成を行った。観測により、強度変動を示す電波源を複数個検出した。データ解析過程の構築を行い、突発信号の信頼性を明確化する方法や強度変動の評価法が確立された。観測により取得される時系列の干渉縞データは独自の形態をしており、解析方法の確立が課題であった。解析過程の構築により、解析結果の信頼度と即応性について向上を遂げた。アトラスは、強度変動を評価するためのテンプレートデータとして用いられる。アトラスには約680個の強い干渉縞が含まれており、先行研究において導入されたFFTプロセッサの性能を十分に示す結果である。早稲田大学那須観測所の20m鏡8機を用いて、掃天観測とデータ解析システムの開発を行った。データ取得後からアラートとして発令するまでの過程を構築した。1) Radio Frequency Interference (RFI)の除去2)SNR変換3)テンプレートデータベース(2011年度作成)との比較解析、フリンジの形状解析4)フリンジの信頼度解析(Aoki, et al. 2012)を行う。現状、1)と4)は自動化が達成されていないため、人の手を介する必要性がある。2011年度の問題点として残っていた3)の段階での閾値はやや低めの設定とし、4)で信号の信頼度を解析することとした。2012年度の研究過程で当初の計画にはなかった1)を加えた。2011年冬頃から観測データにこれまで見られなかった強いRFIが混信するようになった。2012年春頃には終日にわたり断続的に混信する状況が続いた。電波環境調査の結果、移動基地局による周波数漏れが原因である可能性が高いと明らかになった。RFIの傾向として方角特性は得られなかったが、時間特性は夜間や休日に減少する。観測周波数に漏れこみが発生するとデータ上には数秒から数分の幅をもったスパイク状の信号として現れる。受信システムでは周波数フィルターを二重にすることや中心周波数を1420MHzから1415MHzにシフトすることで対応を試みた。一定の改善はみられたもののデータ上には引き続きRFIが現れた。解析システムではRFI成分を除去するためのソフトフェアの開発を行った。天体のフリンジが含まれている場合でもそれを上回る強度のRFIが混信していると、RFIと認識され除去されることが問題点であるがテンプレートデータとの比較が可能となった。また、法的な面からも観測環境確保のため周波数保護指定の申請を試た。本研究は、早稲田大学那須観測所における広域掃天観測により高銀緯に位置する突発的な電波現象を検出し、その情報を外部発信することを目的としている。本年度は2012年度までに構築した解析手法を用いて、観測データの解析を行った。観測データは、那須観測所の20m鏡8機を4組の2素子干渉計として使用し、掃天観測を行った約170日間のデータである。20m境の観測領域である赤緯32 - 42度を0.5度間隔で観測した。掃天観測を行うため、1日24時間で1つの赤緯を全て観測することが可能であるが、昼間は太陽の影響を受ける。従って、観測時期を約半年ずらし、同じ赤緯を少なくても2度観測する必要性がある。これらの観測から観測領域におけるテンプレートデータ(積分データによる)の準備が整った。テンプレートデータには、信号対雑音比が9以上で検出された電波源由来のフリンジが約680個含まれていた(銀河面は除く)。NVSSカタログにおいて500mJy以上の電波源が位置する領域では、87%からフリンジが検出された。この結果は、2010年に20m境観測システムに導入されたFFTプロセッサの性能を生の観測結果から示した。先の検出率は、FFTプロセッサ導入前の1000mJy以上の検出率と同等である。本研究のターゲットである突発現象と共に、定常的な電波源の強度変動についても広域観測の強みを生かせる観測結果である。定常的な電波源の精密な強度評価は、2013年度に新たに確立された(Tanaka et al. 2013)。本研究では、2011年度冬から発生した外部由来の人工電波の混信対策やデータ上でのクリーンアルゴリズムが未完であり、全ての解析過程を自動化することが問題点として残った。しかし、解析過程の確立、突発信号の信頼性を明確化する方法や強度変動の評価法が確立されたことにより、解析の信頼度と即応性について向上を遂げた。

栃木県那須塩原市にある早稲田大学那須パルサー観測20mφ8機での広域観測により、突発的な電波現象を探索し、即時性を持って情報公開をできるシステムを開発することを目的として電波観測、速報を出すソフトウェアの開発に取り組んだ。即時性を持って外部へ情報公開することにより追観測が適い、那須観測所では捉えることのできない多周波数や高分解能による情報を得ることが可能となる。今年度は東日本大震災の影響を受け、4月中は観測が困難であったが5月より定常的に観測を再開させるように普及作業を行った。即時性を持って突発現象を発見するためには、取得したデータと比較するためのテンプレートが重要である。3つのテンプレートで検証した。1つ目は過去に観測したデータを基に作成した。2つ目はVery Large Array (VLA)によって同じ周波数で観測された詳細なカタログを基にシミュレーションデータを作成した(Tanaka et al. in press)。3つ目は各観測区間の最初の1日目のデータを基に作成した。各方法によって得られるフリンジデータを短時間フーリエ変換によって信号対雑音比に変換しテンプレートとした。検証の結果、1つ目、3つ目の生のデータを基に作成したテンプレートが有用な候補として残り、観測赤緯の0.5度毎となる20本のテンプレートデータを作成した。これらのテンプレートと観測データの相関等をとるソフトウェアを開発した。速報を出すための閾値を検証中である。さらに、テンプレートに含まれる約6000個の電波源の座標、強度、タイプ(電波源、銀河、クエーサー等)、赤方偏移、spectral energy distribution (SED)の情報を調べ、統計的に分類を行った。赤方偏移とSEDには相関があり、星の進化論的な展開にも発展が望める結果を得た。2012年度は20m鏡8機を4組の2素子干渉計として約80日間の掃天観測を行った。研究実績の概要に示したようにRFIの影響により、観測時間=有効なデータ取得時間を実現することは適わなかった。夜間や休日のデータを中心に解析を行った。突発現象の検出には至らなかったが3C 84等の強度変動を確認した。また、データ取得後からアラートとして発令するまでの解析システムを構築した。RFIの急速な増加は不測の事態であった。解析過程でRFIを除去するソフトウェアを開発し、テンプレートデータベースとの比較が可能になるよう対応した。このソフトウェアでは天体フリンジを崩すような強いRFIが混信するとフリンジとRFIの分離が適わず、天体情報も除去されてしまう。また、現時点でRFIの詳細な規則性を見出すことが適っていないため、除去をする際には人の手を介する必要性がある。従って、当初の計画に比べ速報の発信までにかかる時間が長くなる。開発したソフトウェアはこれらの問題点を含んでいる。しかしながら、信頼性の高いフリンジを検出することが重要であるため本研究の目的を満たすと考える。不測の事態により当初の計画にはなかった解析過程を挿入したが、解析システムの構築は達成された。計画通りに観測赤緯0.5度毎のテンプレートが完成し、観測データとテンプレートの相関をとるソフトウェアが開発された。RFI対策として、データの安定性が保てない場合にはその一部を棄却する必要性が生じたため、観測時間=有効なデータではなくなったため、より長時間の掃天観測が必要である。
眼内増殖性疾患における分子メカニズムの解明およびコハク酸の役割

本研究では、虚血や高血圧環境での眼内構成組織における、より詳細な血管新生のメカニズムの解明ならびに今後の治療への発展を目標とする。網膜の血流はLaser speckle flowgraphyで測定し、網膜光凝固を行うことでVEGFを減少させると、有意に眼底血流が減少し、網膜新生血管の活動性も改善するという結果だった。その血流減少量を測定することによって、効果的な網膜光凝固を定量化できる可能性が示唆された。今後コハク酸の眼底血流への関与を検討する必要がある。現在血管内皮増殖因子(vascular endothelial growth factor:VEGF)を標的とした抗VEGF療法が、眼内血管新生に対し臨床応用されているが、効果不十分な症例も多くまだ確立された治療とはいいがたい。一方、網膜血管新生へのコハク酸の関与を示唆する論文が報告され、それを受け増殖糖尿病網膜症の硝子体中でコハク酸濃度が増加していることや、高血圧モデルで細胞内コハク酸濃度が増加していることを報告してきた。本研究では、虚血や高血圧環境でのより詳細な血管新生のメカニズムの解明を行い、細胞レベルの検討として,ミュラーグリアにおける細胞生存シグナルと細胞死シグナル等を検討する。実際の糖尿病等の病態では、このVEGFの発現に関しては網膜だけでなく毛様体も重要な働きを行っている。そこでも毛様体を誘導しコハク酸の発現を調べる必要があり、検証を行った。またVEGFが網膜血流にどのような影響を及ぼし、一方コハク酸と網膜血流の関係についても検証を進める。毛様体の誘導は行っており、VEGFと網膜血流の関係については房水のVEGFが関係していることを示してきた。コハク酸との関係については現在のところ発現状態については検討中である。一方コハク酸と血流の関係については検証を進めている。しかし限界も指摘されてきており、抗VEGF治療では治療の効果が減弱してきたり、あまり効果が見込めない症例も存在することがわかってきた。そのためVEGF以外の新たな治療対象の展開が期待される。我々はコハク酸が網膜血管新生に関与するという論文の報告を参考に増殖糖尿病網膜症の硝子体中のコハク酸濃度を測定した。その結果重症度に応じてコハク酸が増加していることを検証した。このコハク酸の関与はVEGFと独立である可能性も示唆した。さらに細胞を進展する実験系から高血圧モデルでは細胞内のコハク酸濃度が増加していることを見出した。これを受けコハク酸が眼科領域における血管新生疾患において治療の対象となるかどうかを検討する価値があると考えられた。現在抗VEGF薬は糖尿病網膜症、加齢黄斑変性、網膜静脈閉塞症などの血管新生疾患の治療に広く使用されている。しかしながらその限界も指摘されてきており、VEGF以外の治療対象の展開が期待される。この対象の中ではPlGFが有望視され、抗VEGF効果に加え抗PlGF効果の加わった治験も開始されたがうまくいっていないのが実情である。そんな中、上述のごとく、網膜血管新生へのコハク酸の関与を示す論文が報告され、それを受けて増殖糖尿病網膜症の硝子体中でコハク酸濃度が増加していることや、高血圧モデルで細胞内コハク酸濃度が増加していることを報告してきた。しかし糖尿病での血管新生では、網膜だけでなく毛様体での血管新生も重要であり、その実験系としてiPS細胞からの毛様体の誘導を行った。iPS細胞からの眼胞を切り出しその最周辺部を観察したところ、アクアポリンを産生している部分があり、この部分は水を輸送していることが確認され、毛様体に当たることを確認した。現在この誘導毛様体に低酸素負荷や高血圧のモデルである細胞の進展実験を行っている。血管内皮増殖因子(VEGF)を標的とした抗VEGF療法が、眼内血管新生に対し臨床応用されているが、効果不十分な症例も多く、いまだ確立された治療とはいいがたい。2008年に網膜血管新生へのコハク酸の関与を示唆する論文が報告され、それを受け、我々は増殖糖尿病網膜症の硝子体中でコハク酸濃度が増加していることや、さらにCa依存性に細胞内コハク酸濃度が増加していることを報告した。そこで本研究では、虚血や高血圧環境での眼内構成組織における、より詳細な血管新生のメカニズムの解明ならびに今後の治療への発展を目標とした。高血圧による血管進展が虚血を悪化させる方向に働くことが考えられ、網膜血管内皮、周皮細胞の低酸素・伸展刺激における細胞内外のVEGF、コハク酸の動態を確認した。また一方で眼内の血管病変においては網膜・脈絡膜の血流動態をLaser speckle flowgraphyで測定することができ、VEGFやコハク酸を測定し、血流動態との関係を調べた。手術時に採取した硝子体、前房水、血液中のコハク酸濃度は、増殖糖尿病網膜症では、対照より有意に高く、また硝子体>前房水>血液となっており、血液中からの流入は否定的であった。高血圧を模した血管内皮進展では、虚血時と同様に伸展刺激時においても、細胞内さらには硝子体中のコハク酸濃度は増加し、VEGFとも共同して眼内環境の悪化を引き起こしていると考えられた。

一方、網膜の血流であるが、Laser speckle flowgraphyで測定すると、網膜光凝固を行うことでVEGFを減少させると、有意に眼底血流が減少し、網膜新生血管の活動性も改善するという結果だった。その血流減少量を測定することによって、効果的な網膜光凝固を定量化できる可能性が示唆された。今後コハク酸の眼底血流への関与を検討する必要がある。本研究では、虚血や高血圧環境での眼内構成組織における、より詳細な血管新生のメカニズムの解明ならびに今後の治療への発展を目標とする。網膜の血流はLaser speckle flowgraphyで測定し、網膜光凝固を行うことでVEGFを減少させると、有意に眼底血流が減少し、網膜新生血管の活動性も改善するという結果だった。コハク酸の毛様体での発現状況について検討する。これにより糖尿病等で眼圧が上昇することがある原因の解明につながる。またコハク酸と網膜血流の関係を調べることで、網膜における循環障害での血管新生におけるコハク酸の関与を知ることができる。また網膜を組織培養し、低酸素・機械的進展の負荷によりこの条件下でのコハク酸の関与を検討できる。糖尿病網膜症は失明する危険性のある重要な疾患であるが、その失明にも様々な場合が考えられる。1つには虚血が挙げられる。この虚血網膜からのVEGFが血管新生の原因となり、出血が助長されそれが線維化を起こし失明に至る。このために抗VEGF治療が行われるが、虚血そのものを防げるわけではない。この虚血を防ぐ方策が必要になる。虚血には高血圧が関与することが考えられ、そのため細胞の進展実験を行い、高血圧のモデルを作ることででてくるサイトカインを調べ、各々が虚血とどう関係するか検討する。もう一つは血管新生が原因となる緑内障である。これには毛様体機能が大いに関係し、抗VEGF治療を積極的に推進する必要がある。その一方で緑内障後に艇が夏をきたす場合があり、毛様体機能をiPS細胞で補う必要があり、誘導した毛様体をこのために使用することも検討中である。また網膜剥離では直接のVEGFの関与はないが、網膜血流の低下が術後視機能に影響する可能性が指摘されている。網膜剥離についても視機能を調VEGFの関与を調べる予定である。眼科学計画的使用を心掛けたが、少額予算が残となった。次年度の消耗品で使用する。
発達過程ミクログリアを制御するヒポキサンチン応答の解析

ミクログリアは中枢神経系における免疫担当細胞である。近年ミクログリアは、発達過程の神経回路構築にも重要であることが報告されている。ミクログリアは発達過程で時間依存的な形態の変化や領域依存的な形態的特徴が観察されているが、ミクログリアの形態を制御する因子についてはあまり知られていない。本研究ではミクログリアの形態を変化させる候補因子としてヒポキサンチンによって発現誘導されるFat3という因子を見出した。本研究課題では、(1) Fat3遺伝子欠損によるミクログリア形態への影響と(2)Fat3標的分子の探索と解析、(3)ヒポキサンチンがFat3の発現を誘導する機構の解明を目的としている。(1)の結果として、H30年度にFat3遺伝子欠損マウスを樹立し、ミクログリアの形態やミクログリア関連遺伝子の発現に変動するという結果を得ることができた。興味深いことに、Fat3はミクログリアにおいて生後の発達段階で週齢依存的に発現量が変動していくことから、週齢と形態の変化に着目して解析を行っている。(2)では、Fat3の標的分子を他の細胞膜上や細胞外マトリックスから探索するために、Fat3欠損マウスのミクログリアを神経細胞やアストロサイトを共培養実験系によって解析を行う予定である。現在、より純度の高いグリアの初代培養系を立ち上げている。また、Fat3のC末端に蛍光タンパク質を遺伝子導入したマウスを作出中であり、このマウスを用いてFat3の結合タンパクを質量分析によって検出する予定である。(3)の検証については、Fat3欠損マウスを用いて脳内ヒポキサンチンの挙動をin vivoで検証するため、スライスカルチャーによるイメージングの実験系を立ち上げている。(1) Fat3遺伝子欠損によるミクログリア形態への影響については、おおむね順調に進展している。ミクログリアの形態はFat3欠損マウスで予想どうり変化がみられ、ミクログリア関連遺伝子の発現プロファイルもmRNAの定量を行ったところ変化が見られた。今後、このFat3欠損マウスにおける神経回路の形成について評価し、個体への機能や発達への影響を観察していく予定である。(2)Fat3標的分子の探索と解析ではFat3を認識する抗体を作成したものの、組織での発現量が高くなく、抗体価を評価できなかった。そこで、マウスにFat3のC末端に蛍光タンパクを挿入することにした。現在マウスは作製中である。(3)ヒポキサンチンがFat3の発現を誘導する機構の解明については、ビブラトームを用いたin vivoによるスライスカルチャーの系を立ち上げているところである。Fat3遺伝子欠損によるミクログリアの形態や機能への影響は、Fat3欠損マウスを用いた解析を続けていく。今後の推進方策として、Fat3の欠損によってどのような機能的異常が引き起こされるのかをFat3の下流因子などを踏まえて解析していく予定である。同時に細胞外での結合についても解析を進め、時期や領域特異的な活性の必要性についても明らかにしていく。

(3)ヒポキサンチンがFat3の発現を誘導する機構の解明については、ビブラトームを用いたin vivoによるスライスカルチャーの系を立ち上げているところである。Fat3遺伝子欠損によるミクログリアの形態や機能への影響は、Fat3欠損マウスを用いた解析を続けていく。今後の推進方策として、Fat3の欠損によってどのような機能的異常が引き起こされるのかをFat3の下流因子などを踏まえて解析していく予定である。同時に細胞外での結合についても解析を進め、時期や領域特異的な活性の必要性についても明らかにしていく。
有質量な可積分場の理論の表現論的構造

有質量な可積分場の理論において重要な差分方程式である有理型量子Knizhnik-Zamolodchikov方程式を主な対象として研究し、その特殊解や整合的な微分方程式を、二重アフィンヘッケ代数の表現論を用いて構成した。また、関連する問題として、リーマン・ゼータ関数の特殊値の拡張である多重ゼータ値のq類似について、特殊関数論的な観点から考察し、それが満たす二次関係式などを証明した。今年度の研究では、有理型量子Knizhnik-Zamolodchikov方程式(有理型qKZ方程式)の特殊解の構成を行った(筧三郎、西澤道知、斎藤義久各氏との共同研究)。この方程式は、可積分な量子スピン鎖であるXXX模型の相関関数や、SU(N)不変Thirring模型の形状因子が満たすべき方程式として知られているものである。以前の研究で、非対称マクドナルド多項式を用いてqKZ方程式の特殊解を構成することに成功したが、この手法を有理型qKZ方程式の場合に適用することで、ある可換な差分作用素の組に対する固有値問題の解を見つければ、有理型qKZ方程式の解を構成できることが分かる。我々は、この固有値問題が、有理型qKZ方程式のパラメータ(レベル)がある特定の値のときにのみ非自明な多項式解を持ち、その解はshifted非対称ジャック多項式と呼ばれる多変数の特殊多項式で与えられることを証明した。この証明の鍵となるのはKnopによるinversion formulaである。これは、非対称Jack多項式とshifted非対称ジャック多項式を結びつける公式である。これを退化アフィン2重ヘッケ代数の表現論の枠組みで捉え直し、Dunklによるsingular polynomialsの空間の記述を利用することで、我々の結果が自然に得られる。以上のようにして得られる有理型qKZ方程式の特殊解は、Di FrancescoとZinn-Justinが構成した0(1)ループ模型の基底状態(の有理退化極限)を含む。この中には、代数群の幾何学に関係するジョセフ多項式のある種の変形が現われることが知られており、我々の結果は、それがアフィン2重ヘッケ代数の表現論の枠組みで捉えられることを示唆している。今年度の研究では、境界つき有理型量子Knizhnik-Zamolodchikov方程式(境界つき有理型qKZ方程式)について考察し、それと整合的で可換な微分作用素の組を構成することに成功した。Felder, Markov, Tarasov, Varchenkoらによって(境界のない)KZ方程式および有理型qKZ方程式と整合的な微分・差分作用素が構成されている。今年度の研究では、van Meer, Stokmanによるbispectral qKZ方程式の構成を手掛りにすることで、境界つきの場合に以下のようにして同様の作用素が得られた。bisectral qKZ方程式は、2重アフィンヘッケ代数を用いて構成される。この方程式を、対応するルート系が(C_n^∨,C_n)型の場合に書き下し、さらに三角型の退化を行うことで、境界つき有理型qKZ方程式、およびそれと整合的な微分方程式が得られる。しかし、このようにして得られた方程式系は、解が値を取る空間が制限されたものであり、量子可積分系の観点からは十分一般的なものとは言えない。そこで、bispectral qKZ方程式の三角型退化を、非自明な修正項を追加することによって拡張し、結果として有理型qKZ方程式と整合的な微分作用素を構成することができた。この結果により、境界つき有理型qKZ方程式の解空間が、方程式のパラメータにどのように依存するのかを整合的な微分方程式を用いて(たとえば幾何学的な議論により)考察できるのではないかと期待している。境界のない場合には、(q)KZ方程式およびそれと整合的な作用素の間のが(gl_n, gl_k)双対性の枠組みのなかで明らかになっている。今回得られた境界つきの整合的な作用素たちに対しても、表現論的な背景があるものと期待され、それを調べることは興味深い問題であろう。今年度の研究では、多重ゼータ値のq類似が満たす2次関係式を構成した。Knizhnik-Zamolodchikov方程式(KZ方程式)は、可積分な場の理論である共形場理論において重要な微分方程式である。KZ方程式の係数には、理論の対称性を記述するリー代数のCasimir元が現れるが、これを非可換な形式元に置き換えたものを形式的KZ方程式と呼ぶ。形式的KZ方程式について、確定特異点のまわりにおける解の接続問題を考えると、多重ゼータ値が現れる。このように、多重ゼータ値は可積分系に関連する興味深い数学的対象であると考えられる。量子可積分系との関連においても次の結果が得られている。Boos-Korepin-Nishiyamaa-Shiroishiは、XXX模型のemptiness formation probabilityと呼ばれる相関関数に対して、多重ゼータ値を使った明示的な公式を与えた。

有質量な可積分模型との関係においては、Zhaoによって定義された多重ゼータ関数のq類似が考察すべき対象であると期待できる(この関数はKaneko-Kurokawa-Wakayamaが定義したリーマン・ゼータ関数のq類似を多重化したものである)。今年度の研究では、川島関係式と呼ばれる多重ゼータ値の2次関係式の族を、q類似の場合に拡張することに成功した。川島関係式は、特別な場合として線形の関係式を与える。この線形部分は、巡回和公式・大野関係式・一般導分関係式と呼ばれる関係式を真に含む。したがって、川島関係式はかなり広いクラスのものであると言える。今回の研究で得られた川島関係式のq類似も線形部分を含むが、この部分は多重ゼータ値に対するものとまったく同じである。よって、巡回和公式などの関係式はq類似の場合にもそのまま成り立つことが分かる。
光分解リンカーを用いる膜蛋白質調製システムの開発

化学合成タンパク質の単離精製に有用な光分解リンカーをデザイン・合成し、疎水性かつ会合性の膜タンパク質の調整システムを開発した。本方法により1回膜貫通型タンパク質の部分膜ペプチド、および2回幕貫通型タンパク質を量的に純度よく調製することができた。膜タンパク質研究の大きなボトルネックの一つは試料調製の困難さにあり、構造と機能を損なうことなく量的にサンプルを調製することは重要な課題である.本研究は化学合成の立場から膜タンパク質の効率的調製方法の確立と目的としている。本年度は以下の研究を行った。まず、ニトロベンジル型の光分解リンカーの化学合成をおこなった。開発したリンカーはFmocペプチド固縮合成法で利用できる化学的安定性-トリフルオロ酢酸とピペリジンに対する安定性-を有することを確認した。また、トリプトファンやシステイン、メチオニン含有モデルペプチドを用い光切断反応の最適化を行った。その結果、365nmの光を用いる反応においては、反応溶媒が反応効率に大きく影響すること、切断されるリンカー断片を補足する為に添加するチオール類は一般に有効であるが、切断反応抑制という悪影響のを持つ化合物もあることが判明した。各ペプチドごとに至適条件は異なり、汎用性の高い光切断条件をを見いだすべく条件の探索を行っている。続いて、膜タンパク質GPCRの膜貫通部位を含むペプチドの調製に取り組んだ。従来法では精製の困難なサンプルに、リンカーを介しペンタアルギニンを導入した。その結果、各種溶媒に対する溶解性が向上し、かつ精製で問題となる非特異的な会合体形成が阻害され、逆相HPLCで効率よく単離することができた。来年度は膜タンパク質調製方法としてより実用性の高いものとすべく、リン脂質膜存在下での光反応に取り組む予定である。膜タンパク質の化学的調製方法の開発を目指して以下の研究を行った。1)光分解リンカーのデザインと合成:初年度に開発したニトロベンジル型リンカーに加え、新たにクマリン骨格を持つリンカーを調製した。2)光分解リンカーの光切断反応の条件検討:有機溶媒中およびリン脂質膜にタンパク質を埋めた状態でリンカーを効率よく切断する条件の検討を行なった。その結果、スカベンジャーとして添加するチオール類などの満たすべき要因を明らかにすることができた。3)光分解リンカーを用いた膜貫通ペプチドの精製:ハンドリングの困難な疎水性かつ会合性の膜タンパク質の調製を実際に行った。化学合成タンパク質のN-末端に光分解リンカーを介しペンタアルギニンを導入することにより、サンプルの会合性の抑制と溶解性の向上を図った。誘導体化した膜タンパク質は逆相HPLCで効率よく精製することが可能で、一回膜貫通型のグリコフォリンおよびホスホランバンの膜貫通部位、GPCRの各種膜貫通部分ペプチド、二回膜貫通型のヒトFIFo ATPaseのサプユニットc (hSubc)の単離に成功した。その後、タグとリンカーを光切断し、目的タンパク質を調製することができた。得られたhSubcは溶液NMRによる構造解析に供した。本方法により、構造解析用の多回膜タンパク質を固相合成法により調製することが可能となり、該当分野の発展に寄与するものと考えられる。4)高次構造複合体の形成:生体膜中で8量体程度のリング構造を形成するhSubcの機能構造複合体を完全変性した化学合成ペプチドから組み上げることに取り組んだ。本実験ではニトロベンジル型リンカーの先にポリアルギニンおよびヒスチジンタグを導入し、光切断前後での複合体構造を原子間力顕微鏡により評価した。現在のところアミロイド様の線維構造が観測され、目的とする機能構造は確認されていない。2)および3)の結果をもとにタグのデザインを改良し、再度構造確認に取りかかっている。
膜リン脂質の非対称性がメンブレントラフィックに果たす役割

真核細胞の細胞形質膜において、それを構成するリン脂質は二重層の表裏で全く異なる分布を取っていることが知られている。この現象をリン脂質の非対称性と呼び、これまで実験的な証拠は提示されていないが、生体膜一般に見られる現象であると考えられている。しかしながら、リン脂質の非対称性が細胞の生命活動においてどのような意義を持つのかはほとんどわかっていない。私たちのグループは、これまでに出芽酵母において膜蛋白質Cdc50を同定し、Cdc50がリン脂質を二層間で移動させるリン脂質トランスロケースと複合体を形成してリン脂質の非対称性の制御に深く関与していることを明らかにした。Cdc50はその相同性のある蛋白質が広く真核生物に存在することから、出芽酵母を用いた解析が広く真核細胞に応用できると考えている。そこで、cdc50ファミリー変異株を用いて、リン脂質の非対称性の制御がメンブレントラフィックにおいて果たす役割を明らかにすることを目標に本研究を開始し、昨年度までに、リン脂質トランスロケース活性が初期エンドソーム-後期ゴルジ体を介するendocyticなリサイクリング経路において重要な役割を果たしていることを示唆する結果を得た。本年度はさらに解析を進め、以下に示す結果を得た。1)endocyticなリサイクリングに必要な蛋白質であり、低分子量G蛋白質Ypt31/32のエフェクターとして働くRcy1の機能欠損によるリサイクリング不能を、初期エンドソームに存在すると考えられるCdc50-Drs2トランスロケースの過剰発現で抑圧できることを見出した。2)Rcy1とCdc50-Drs2トランスロケースは細胞内で相互作用していることを明らかにした。これらのことから、Cdc50-Drs2トランスロケースはRcy1と密接に関連して、Ypt31/32の制御下においてendocyticリサイクリングの初期エンドソーム-後期ゴルジ体間で機能を果たしていることが示唆された。ほとんどの真核細胞の細胞形質膜において、それを構成するリン脂質は二重層の表裏で全く異なる分布を取っていることが知られている。私たちのグループは、これまでに出芽酵母において、膜蛋白質Cdc50を同定し、Cdc50がリン脂質を二層間で移動させるアミノリン脂質トランスロケースと複合体を形成してリン脂質の非対称性の制御に深く関与していることを明らかにした。そこで、cdc50ファミリー変異株を用いて、リン脂質の非対称性の制御がメンブレントラフィックにおいて果たす役割を明らかにすることを目標に、本研究を行い、本年度は以下に示す結果を得た。1)出芽酵母のCdc50ファミリー蛋白質である3つの因子の三重変異株(cdc50-ts lem3 crf1)は増殖不能となる。この増殖不能を過剰発現で抑圧する遺伝子としてRabファミリーに属するYPT31とYPT32を得た。2)電子顕微鏡観察を行ったところ、cdc50-ts lem3 crf1細胞内には正常細胞には見られない異常な膜構造物が蓄積していた。3)分泌蛋白質インベルターゼのパルス-チェイス実験から、cdc50-ts lem3 crf1細胞でエキソサイトーシスは正常に起こっていることが明らかとなった。4)cdc50-ts lem3 crf1細胞内で、エンドサイトーシスの初期段階およびその後の液胞への輸送経路は正常であったが、初期エンドソーム-後期ゴルジ体を介して再び細胞形質膜に向かうリサイクリング経路には異常が生じていた。以上のことからリン脂質の非対称性の制御が、初期エンドソーム-後期ゴルジ体を解するリサイクリング経路において重要な役割を果たしていることが示唆された。

2)Rcy1とCdc50-Drs2トランスロケースは細胞内で相互作用していることを明らかにした。これらのことから、Cdc50-Drs2トランスロケースはRcy1と密接に関連して、Ypt31/32の制御下においてendocyticリサイクリングの初期エンドソーム-後期ゴルジ体間で機能を果たしていることが示唆された。
高機能小天体探査システムのための粉体-高速噴射ガス連成挙動の解明

近年の小天体着陸探査においては,より自由に動き,より高度な科学成果が得られる探査システムが求められる.探査機の動力源として,また科学分析を目的とした試料採取のために小天体表面で高速噴射ガスを用いることが効果的だが,小天体表面は砂礫で覆われており,かつ未知の環境であるため,安全なシステム設計・運用のために粉体-噴射ガス連成挙動の理解が重要となる.本研究では,高速噴射ガスに吹き上げられる粉体挙動の解明のため,噴射ガスによる粉体吹き上げ実験を行い,その結果との照合により数値シミュレーション手法を確立し,その解析により連成挙動を包括的に理解することを目指す.近年の小天体着陸探査においては,より自由に動き,より高度な科学成果が得られる探査システムが求められる.探査機の動力源として,また科学分析を目的とした試料採取のために小天体表面で高速噴射ガスを用いることが効果的だが,小天体表面は砂礫で覆われており,かつ未知の環境であるため,安全なシステム設計・運用のために粉体-噴射ガス連成挙動の理解が重要となる.本研究では,高速噴射ガスに吹き上げられる粉体挙動の解明のため,噴射ガスによる粉体吹き上げ実験を行い,その結果との照合により数値シミュレーション手法を確立し,その解析により連成挙動を包括的に理解することを目指す.
高圧雰囲気中における石炭の急速加熱による燃焼およびガス化特性の迅速測定

本研究は,褐炭などの低品位炭の産業利用の上で課題となっている自然発火性や燃焼・ガス化反応特性をガスレーザーによる急速加熱によって明らかにすることを目的として実施した。高圧雰囲気中で石炭試料をレーザーにより急速加熱するための小型測定装置を開発し,低品位炭の急速加熱に対する発熱特性やガス化特性を実験的に調べた。とくに,一連の条件を変化させた実験結果から,0.61.6MPaの圧力条件で石炭1g当りH2が約250ml,CH4が約65mlおよびCOが約3200mlそれぞれ生成されることを明らかにした。さらに,CMG-STARSによる数値シミュレーションを実施し,実験結果を概ね再現できることを示した。本研究の実施者らが、過去に製作したガスレーザーを用いた耐圧1.6MPaの石炭の急速加熱実験装置のプロトタイプを改良し、新たに耐圧3.0MPaの耐圧セルの設計・製作を実施した。とくに、レーザー光のパワーを従来の5Wから10Wに増加させ、かつ耐圧を3.0MPaまで上昇させるため、光学フィルターにおける放熱特性を改善した窓部の改良を行い、レーザー照射による熱応力の軽減を図った。また、加熱セルの可視化性を高め、かつ耐圧性(耐圧3.0MPa)と破損時の安全性を確保するため、高透視性の材料を新たに利用し、耐圧可視化セルを改良した。これらの製作した小型実験装置における石炭試料の加熱に関わる予備試験を実施し、可視化性などについての調整を行い、最終的に本改良実験装置が適切に石炭試料の急速ガス化試験に適用できることを確認した。バンドン工科大学と遼寧工程技術大学の協力を得て、低品位炭のサンプル試料を入手し、試料の成分分析を実施するとともに、石炭水分の保持方法などについての予備試験を実施し、実験装置の全体システムの構築を検討した。平成27年度の研究成果として、開発した実験装置および入手した石炭サンプルを用いて加熱実験を実施し、ガス分析装置およびデータ収録装置を含めた実験システム全体の運用性を確認しながら、3種類の水分調整を施した石炭試料について測定した結果、初期水分量が多い場合において水素ガス生成が乾燥した試料よりも多く発生することが明らかになった。平成27年度においては、研究計画として予定した3MPa耐圧の石炭急速加熱・ガス化実験装置とその測定システムを構築できたことから、おおむね順調に進展していると判断した。本研究は,埋蔵量が豊富な褐炭などの低品位炭を利用する上で課題となっている自然発火や反応熱およびガス生成特性を明らかにすることを目的として実施した。一般的なTG-DTA等を用いた分析には長期の測定時間を要するため,本研究では石炭の発熱特性やガス化特性を高圧雰囲気中において急速加熱によって測定する室内用の小型測定装置を開発し,短期間に低品位炭の特性を特定するシステムを構築した。研究実施内容としては,高圧を受けながらレーザー光を透過させ,内部に設置した石炭試料を加熱する特殊光学フィルターを組み込んで新たに開発した容積160ml,耐圧2.1MPaの可視化圧力セルおよび中国産の低品位炭試料を用いて高圧・高濃度CO2雰囲気下でのレーザー光照射による急速加熱実験を実施し,残存試料とセル内のガス分析を行った。このとき,レーザー光を透過しつつ耐圧性能を有する光学フィルターを組込んだ構造によって,2.5MPaまでの高圧雰囲気中での石炭試料の急速加熱に成功している。また,O2ガス量を1.5mmol (33.6ml-std)に固定した場合,およびO2のモル分率を0.033(O2濃度3.3%)に固定した2種類の条件を設定し,レーザー光による2分間の石炭試料の加熱に対する酸化反応とガス化特性に関する一連の実験を行った。0.6MPaまでの圧力範囲では,H2,COおよびCH4の累計ガス生成量についての検討を行った。また,0.61.6MPaの圧力条件では,石炭1gあたりH2が約250ml,CH4が約65mlおよびCOが約3200mlのガスがそれぞれ生成されることを明らかにした。さらに,石炭の酸化およびガス化反応を10の化学反応式としてまとめ,CMG-STARSによる数値シミュレーションを実施した結果,実験結果を概ね再現できることに成功し,地下ガス化等の数値シミュレーション予測の基盤を構築できた。平成28年度においては、開発した実験装置と測定システムを用いて、高濃度CO2ガス雰囲気において、酸素濃度を制御した実験を実施する。実験におけるセル雰囲気は、大気圧下で一定量の空気を注入した後に、外部のCO2ボンベからセル内にCO2を圧入する手順を採用する。CO2圧入によって雰囲気中の酸素濃度は反比例的に低下するが、空気または酸素分圧(モル数)を一定とした条件で実験を実施する。

さらに、実際の石炭試料の急速加熱によるガス化反応特性の実験結果のヒストリマッチングを実施し、石炭の燃焼反応に関わる数値モデルの構築を実施する予定である。資源開発生産工学
不妊女性の心の不調を探る：多嚢胞性卵巣症候群に関与する心理神経内分泌動態の解明

多嚢胞性卵巣症候群(PCOS)は、排卵障害を来す主要な不妊原因である。PCOS女性では、月経異常や性ホルモン分泌異常に加えて、うつや不安、自尊感情の低下など深刻な心理症状も高い頻度で発症することが報告されている。本研究では、多彩な臨床症状を呈するPCOSを、心身相関の指標となる自律神経活動を基軸とした多因子性病態モデルとしてとらえ、心理・神経・内分泌要因の相互関係を探求することにより、そのメカニズムを探究することを試みた。また、次世代の生産と育成を担う性成熟期女性を対象に、月経周期に伴う心身不調と自律神経活動動態を測定し、月経周期の規則性・不規則性がもたらす健康障害についても検討を加えた。多嚢胞性卵巣症候群(PCOS)は、排卵障害を来す主要な不妊原因であり、生殖医療現場において頻繁に遭遇する疾患である。また、PCOS女性では、月経異常や性ホルモン分泌異常に加えて、うつや不安、自尊感情の低下など深刻な心理症状も高い頻度で発症することが報告されているが、PCOSの詳細なメカニズムと心の関与については未だ明らかにされていない。本研究では、多彩な臨床症状を呈するPCOSを、心身相関の指標となる自律神経活動を基軸とした多因子性病態モデルとしてとらえ、心理・神経・内分泌要因の相互関係を探求することを目的としている。平成26年度は、「PCOS・不妊症予備軍としての月経異常を有する女性の心の不調を探る」をテーマとする基礎研究を実施した。対象者は175名(1820歳)。平成26年911月から平成27年35月まで、月経開始と終了をメールにて連絡するように依頼した。また、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、妊娠・分娩歴、睡眠時間、運動経験、病歴、服薬、ストレス状態についても調査した。日本産科婦人科学会の正常月経の定義(月経周期2538日・変動が6日以内・出血期間が37日)を基に、対象者175名を次のように分類した。1正常月経群48名(48名中19名は出血期間が8日以上、18名は周期変動が7日以上認められた周期を有する。)2頻発月経群40名(調査期間の月経周期は全て38日以内だが、24日以下の月経周期が認められた。)3希発月経群37名(調査期間の月経周期は全て25日以上だが、39日以上の月経周期が認められた。)4不整周期群16名(24日以下及び39日以上の月経周期が混在。)5疾患群10名(何らかの疾患を有し治療中。)6連絡が無いもの24名。現在、14群の女性を対象に、月経周期の規則性、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、生活習慣、ストレス状態との関連について比較検討をしている。平成27年度は、平成26年度に引き続き「PCOS・不妊症予備軍としての月経異常を有する女性の心の不調を探る」をテーマとする基礎研究を実施した。対象者は242名(1824歳)。月経周期の規則性、初経の時期、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、妊娠・分娩歴、睡眠時間、運動経験、病歴、服薬、ストレス状態についても調査した。日本産科婦人科学会の正常月経の定義(月経周期2538日・変動が6日以内・出血期間が37日)を基に、対象者242名を5グループ(1正常月経群、2頻発月経群、3希発月経群、4不整周期群、5疾患群)に分類した。現在、14群の女性を対象に、月経周期の規則性、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、初経の時期、生活習慣、ストレス状態との関連について比較検討をしている。また、14群を対象に、自宅にて2ヵ月間、基礎体温、起床時間、就寝時間、身体的・精神的症状の有無と程度を記録してもらった。さらに、各被験者には卵胞期と黄体期に実験室に来室してもらい、心電図を25分間測定し、唾液を採取した。その後、次の5種類の心理テスト(Beck Depression Inventory、State-Trait Anxiety Inventory、Profile of Mood States、General Self-Efficacy Scale、Rosenberg自尊感情尺度)に回答してもらった。自律神経活動は、心拍変動解析及び唾液クロモグラニンA、唾液アミラーゼにより評価した。現在、これらのデータを解析しており、月経周期の規則性と心理神経内分泌動態との関連について検討している。非PCOS群の女性を対象に、月経周期性、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、初経の時期、生活習慣、ストレス状態との関連について検討した後、自律神経活動動態を測定しているが、研究参加を希望する女性が、平成26年度より67名増え、総計242名に上り、月経周期に応じたデータ収集の際、被験者のスケジュール調整に予想以上の時間を要した。そのため、非PCOS群のデータ収集及び解析が遅れており、PCOS群を対象とした文献研究と基礎研究の進捗状況にも影響を及ぼしている。平成28年度は、平成27年度に引き続き「PCOS・不妊症予備軍としての月経異常を有する女性の心の不調を探る」をテーマとする研究を実施した。

日本産科婦人科学会の正常月経の定義(月経周期2538日・変動が6日以内・出血期間が37日)を基に、対象者242名を5グループ(1正常月経群、2頻発月経群、3希発月経群、4不整周期群、5疾患群)に分類した。現在、14群の女性を対象に、月経周期の規則性、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、初経の時期、生活習慣、ストレス状態との関連について比較検討をしている。また、14群を対象に、自宅にて2ヵ月間、基礎体温、起床時間、就寝時間、身体的・精神的症状の有無と程度を記録してもらった。さらに、各被験者には卵胞期と黄体期に実験室に来室してもらい、心電図を25分間測定し、唾液を採取した。その後、次の5種類の心理テスト(Beck Depression Inventory、State-Trait Anxiety Inventory、Profile of Mood States、General Self-Efficacy Scale、Rosenberg自尊感情尺度)に回答してもらった。自律神経活動は、心拍変動解析及び唾液クロモグラニンA、唾液アミラーゼにより評価した。現在、これらのデータを解析しており、月経周期の規則性と心理神経内分泌動態との関連について検討している。非PCOS群の女性を対象に、月経周期性、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、初経の時期、生活習慣、ストレス状態との関連について検討した後、心電図を測定している。自律神経活動は、得られた心電図から、心拍変動周波数・時間領域解析を用いて自律神経活動動態を評価している。研究参加を希望する女性が、200名を超えており、月経周期に応じたデータ収集の際、被験者のスケジュール調整に予想以上の時間を要した。そのため、非PCOS群のデータ収集及び解析が遅れており、PCOS群を対象とした文献研究とbio-psycho-socialデータの収集にも影響を及ぼしている。平成29年度は、「PCOS・不妊症予備軍としての月経異常を有する女性の心の不調を探る」をテーマとする研究を実施した。研究参加者はPCOS患者を含む266名であった。月経周期の規則性、初経の時期、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、妊娠・分娩歴、睡眠時間、運動経験、病歴、服薬、ストレス状態について調査した。また、日本産科婦人科学会の正常月経の定義(月経周期2538日・変動が6日以内・出血期間が37日)を基に、5グループ(1正常月経群、2頻発月経群、3希発月経群、4不整周期群、5疾患群)に分類し、現在、14群の女性を対象に、月経周期の規則性、月経中と月経前の不快症状の種類と程度、初経の時期、生活習慣、ストレス状態との関連について比較検討をしている。加えて、自宅にて2ヵ月間、基礎体温、起床時間、就寝時間、身体的・精神的症状の有無と程度を記録してもらった。多嚢胞性卵巣症候群(PCOS)は、排卵障害を来す主要な不妊原因である。
日本語音声における韻律的特徴の総合的研究ー国語教育における音声教育の方策に関する研究ー

本年度は、研究課題達成のための第一次とも言うべき研究・調査を行なった。1.平成元年7月1・2日「国語科教育の充実を求めてー音声言語の指導を核としてー」(日本国語教育学会第14回関西集会・於大阪教育大学教育学部附属平野小学校)の主題のもとに、研究授業・研究発表・シンポジウム・講演をおこない、その成果の一部は「月刊国語教育研究」(日本国語教育学部編)10月号に掲載された。なおこの詳しい報告集は、Dー2班の平成元年度上半期成果報告書として平成2年1月8日に発行した。2.平成元年9月21日東京班研究発表ー「音読の分析に用いられる用語」(高橋俊三)、「国語科における演劇的学習の意義と指導法の研究」(川島五郎)、「演劇指導におけるノンバ-バルな分野の方法論の確立について」(小林志郎)、「日本語の音節に関する指導について」(石塚雄康)、平成元年10月19日東京班研究発表ー「教員養成大学における演劇学習プロジェクト・演劇教育の一つのphaseー総合芸術教育の研究とその生涯教育への応用・ドラマ教育の領域とその可能性」(小林志郎)、「イントネ-ションの意味を規定する」(高橋俊三)、「日本語の音節に関する指導について」(石塚雄康)、平成元年11月10日東京班研究発表以下略。3.平成元年度下半期の成果報告書(D2班・E6班合同)として『音読・朗読指導の実践』を発行した。「国語音声指導概要(シラバス)」(宮地裕)、「言葉の合唱ー富山県大島町立大島小学校六年生の群読ー」(中西一弘)、「音声指導の教材と指導法ー『おおきなかぶ』の場合ー」(余郷裕次)、「発声法の指導について」(石塚雄康)、「東海大学付属望星高等学校における『演劇』の授業について」(内木文英)、「戦後話しことば教育文献リスト」(高橋利光)他の研究成果を掲載した。
顎骨の老化防止に関わるIGF-I作用の解明

ペプチド性成長因子の1つであるIGF-Iは骨芽細胞や骨細胞の分化・増殖を促進し、骨形成や骨細胞のアポトーシス抑制に関与する。顎骨の成長発育および老化抑制に対するIGF-Iの影響を明らかにすることを目的に、IGF-I投与による顎骨の形態および組織変化を検討した。さらにIGF-I投与中止後の変化についても検討した。実験動物は、10週齢ウイスター系ラット雄24匹である。IGF-I製剤を背部皮下組織より4週間持続投与し、高IGF-I血症ラット(12匹)を作製した。コントロール群(12匹)には、生理食塩水を4週間持続投与した。投与中止直後(各群6匹ずつ)および投与中止後さらに4週間飼育後(各群6匹ずつ)に、上下顎歯列弓の印象採取を行った後に屠殺し、下顎頭を摘出した。上下顎歯列弓の模型を作製し、歯列弓の大きさを測定した。下顎頭に関しては、組織切片を用いて軟骨細胞層の厚さ、骨基質面積比、骨芽細胞数、破骨細胞数を計測した。以下にこれまでの研究成果を示す。ラットへのIGF-Iの持続投与により、1.下顎骨歯列弓は上顎骨歯列弓に比較して大きくなった。2.下顎頭の軟骨細胞層が肥厚し、骨基質面積比が増加した。3.下顎頭の骨芽細胞数は増加したが、破骨細胞に変化はみられなかった。1.上下顎骨歯列弓の形態的不調和は改善しなかった。2.下顎頭の軟骨細胞層の肥厚および骨基質面積比の増加は消失した。3.下顎頭の骨芽細胞数の増加も消失した。ペプチド性成長因子の1つであるInsulin-like growth factor I(以下IGF-I)は骨芽細胞や骨細胞の分化・増殖を促進し、骨形成や骨細胞のアポトーシス抑制に関与する。IGF-I製剤を背部皮下組織より浸透圧ミニポンプを用いて4週間持続投与し、高IGF-I血症ラット(12匹)を作製した。コントロール群(12匹)には、同様の方法にて生理食塩水を4週間持続投与した。投与中止直後(各群6匹ずつ)および投与中止後さらに4週間飼育後(各群6匹ずつ)に、上下顎歯列弓の印象採取を行った後にラットを屠殺し、下顎頭を摘出した。上下顎歯列弓の模型を作製し、歯列弓長径、歯列弓幅径、歯列弓角度を測定した。下顎頭に関しては、ヘマトキシレン-エオジン染色切片を作製した。1.下顎骨は上顎骨に比較して歯列弓が大きくなった。2.下顎頭の軟骨細胞層が肥厚した。3.下顎頭の骨基質面積比が増加した。1.下顎歯列弓の形態的不調和は改善しなかった。2.顎頭の軟骨細胞層の肥厚は消失した。3.下顎頭の骨基質面積比の増加も消失した。
変異微小管を用いたキネシンの運動解析

研究成果の概要:変異微小管を用いてキネシンの1分子運動解析、力学測定、ATPase酵素活性測定を行うことにより、役割の異なる微小管上の2箇所の相互作用部位を同定した。これら微小管上の相互作用部位とキネシンとの相互作用はそれぞれ、キネシンのATPaseを活性化するためのスイッチ、キネシンを微小管上に留めておくためのフックとしての役割を果たしているようである。本研究では、出芽酵母発現系を用いてチューブリン変異解析を行うことにより、微小管上のキネシン相互作用部位を同定し、その相互作用とキネシンの運動特性との関係を理解することを目的としている。キネシンは、ATPの加水分解に伴って微小管との弱/強結合状態を交互に繰り返しながら運動しているが、それぞれの結合状態における微小管上の相互作用部位は同定されておらず、また、それぞれの結合状態がキネシンの運動の中でどのような役割を果たしているかは推測の域を脱していない。本年度はまず、キネシンとの相互作用に重要なアミノ酸を同定するため、微小管表面に存在する荷電アミノ酸にアラニン変異を導入し、その効果を解析した。これらのアラニン変異チューブリンを酵母細胞内で単独発現させたところ、8種類の変異株は致死となり、4種類の変異株は生育の遅延を示した。この結果は、これらのアミノ酸が微小管機能に重要であることを示している。そこで、これらの変異に着目し、微小管を精製後、双頭キネシンの1分子運動解析を行った。その結果、α-チューブリン・ヘリックス11-12ループに存在する3つの荷電アミノ酸、およびα-チューブリン・ヘリックス12に存在する荷電アミノ酸の置換変異体ではキネシンの運動性が顕著に低下した。次に、この運動性の低下がキネシンATPaseサイクルのどの状態の変化に由来するものかを調べるため、加水分解されないATP類似体、AMP-PNP存在下(強結合状態)とADP存在下(弱結合状態)でのキネシン破断力を測定した。その結果、これらの変異微小管では両状態における破断力が減少しており、結合が不安定になっていることが明らかになった。微小管はキネシンのADP解離速度を促進し、結果としてキネシンのATPase加水分解活性を数百数千倍にまで増加させることが知られている(Microtubule-activated ATPase)。この事実は、キネシン-微小管相互作用の情報がキネシンのATP加水分解サイトへと伝達されていることを示しており、その構造的基盤を理解することはキネシンの運動メカニズムを理解する上で重要であると考えられる。本年度は、昨年度に同定した微小管上のキネシン相互作用部位6アミノ酸の変異が、キネシンのATPase酵素活性にどのように影響しているかを調べることにした。しかし、これまでの発現・精製方法では精製できる微小管が微量で酵素活性測定が困難であったため、まずは精製方法の検討を行った。その結果、従来の方法よりも数十倍の精製微小管を得ることが可能となった。そこで、この方法を用いて変異微小管を精製後、Microtubule-activated ATPaseがどのように変化しているかを測定した。その結果、これらの変異微小管では野生型に比べて最大酵素反応速度が2050%にまで減少していることが明らかになった。この結果は、これらのアミノ酸とキネシンとの相互作用が、ATP加水分解サイトへの情報伝達における最初のスイッチとなっている可能性を示唆している。