hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転写制御タンパク質機能ドメインの大量発現および高次構造解析

本研究では外界シグナルに応じて遺伝子の発現調節をおこなう転写制御タンパク質機能の特徴ある機能ドメインの構造解析をめざすと同時に新たな情報伝達因子の探索、機能解析を通じて遺伝子発現制御の機構を解明することを目的とする。1 BTEBのDNA結合ドメインの高次構造解析薬物代謝酵素CP1A1遺伝子の構成的転写調節配列BTEに結合するBTEBのDNA結合ドメインはC2H2型Zn-フィンガーモチーフとそのN端に隣接する塩基性領域も含む。このドメインの13-C、15-N二重ラベル体を大量調製し稲垣冬彦教授(北大)のご幸力でNMRスペクトルを解析し、精密化を行った。さらにDNA複複合体形成を確認しその至適化をおこなった。2共発現法によるPASドメイン二量体の大量発現CYP1A1遺伝子の誘導的転写調節配列XRE配列には受容体型転写因子AhRとArntのヘテロ二量体が結合する。両者のDNA結合ドメインにはbHLHとPASモチーフがある。PAS領域は大腸菌で発現させると大部分が不溶性タンパク質のなるのでAhRとArntを大腸菌で共発現させたところタンパク質の溶解性は格段に向上し強いXRE配列結合活性をもつヘテロ二量体が生成した。この二量体をAhR-Arnt-XRE三成分複合体とし大量精製する方法を確立した。またヘテロ二量体のDNA(XRE配列)結合体の解離定数を10nMと決定した。(発表準備中)。3薬物代謝酵素CYP1A2の発現調節CYP1A2の発現はCYP1A1と同様にAhR/Arntヘテロ二量体が必要であるが遺伝子の発現調節領域に直接結合する因子は未知であった。マウス肝臓からこの因子を精製し、LBP-1と同定した。また、LBP-1とAhR、Arntとの協調によるCYPIA2の発現調節モデルを明らかにした。(発表準備中)4低酸素シグナルにおよぼすNOの役割低酸素状態における血管新生やがん組織の増殖に関わるHIFの成分HIF1-αはbHLH-PASドメインを持つ転写因子である。HIF1-αのPro(564)をO2依存的に水酸化するProlyl HydroxylaseはNO(Nitric oxide)によって低酸素状態でも酵活性が上昇しHIF1-αの活性化を抑えることを見いだした(発表準備中)本研究では外界シグナルに応じて遺伝子の発現調節をおこなう転写制御タンパク質機能の特徴ある機能ドメインの構造解析をめざすと同時に新たな情報伝達因子の探索、機能解析を通じて遺伝子発現制御の機構を解明することを目的とする。(発表準備中)。HIF1-αのPro(564)をO2依存的に水酸化するProlyl HydroxylaseはNO(Nitric oxide)によって低酸素状態でも酵活性が上昇しHIF1-αの活性化を抑えることを見いだした(発表準備中)
学校教育との連携による地域密着型博物館活動の展開

博物館や動物園が学校教育と連携して、地域の教育の質の向上に貢献し、同時に子供たちが博物館や動物園に親しみを抱くことができるような仕組み作りを目指し、特に理科の生物分野を中心に、標本を活用した教材開発、学習プログラムの開発・実践、および博物館員と学校教員との人的ネットワークの構築に取り組んだ。連携の事例は人的ネットワークを介して地元を中心に広がり、博物館資料を用いた授業は子供たちに好影響を与えることができた。子供たちの理科離れが指摘されるようになって久しい。自然史系博物館,科学館などの社会教育施設の活用は,子供たちの興味・関心を引き出し,状況の打開に寄与することができる。一方,博物館にとっても,地域の学校と連携し,理科教育の向上に助力することは,子供たちの来館の増加,活性化につながると考えられる。本研究は,自然史系博物館と地域の学校とが連携し,児童・生徒に本物の標本等に触れるという博物館体験をさせることで理科学習への意欲を高め,博物館に親しみを感じさせるような,地域密着型の博物館活動のあり方を模索し,検証しようとするものである。初年度である平成20年度は、既存の資料を活用して学校と連携した教育プログラムの実践事例を蓄積しつつ、来年度以降に向けた標本、資料の整備をおこなった。学校と連携したプログラムでは、愛知県犬山市内の2つの中学校と特に密に連携し、2年生の理科と3年生の選択科目において、教員と協力してプログラム作りと実践をおこなった。2校のうち1校では、さらに校区の小学校3校にも連携を広げることができた。これらの連携事例については各種学会、研究会において研究発表をおこない、博物館関係者、教育関係者らから意見、助言を求め、プログラムの改善に役立てた。これらの実践を通して浮かび上がった課題を参考に、プログラム改善の方策を探り、標本や資料の整備をおこなった。特に、児童・生徒に扱わせるには危険のあるホルマリン液浸標本について、一部臓器の樹脂包埋標本とニホンザル新生児の樹脂含浸標本を作成した。これらの標本は次年度以降のプログラムにおいて活用する。一方,地域の学校と連携し,理科教育の向上に助力することは,博物館にとっても子供たちの来館が増加し,活性化につながると考えられる。また,平成22年度より施行される新学習指導要領でも,学校教育において博物館等の社会施設を活用するよう明記されている。本研究は,以上のような背景のもと,自然史系博物館と地域の学校とが連携し,児童・生徒に本物の標本等に触れるという博物館体験をさせることで理科学習への意欲を高め,博物館に親しみを感じさせるような,地域密着型の博物館活動のあり方を模索し,検証しようとするものである。平成21年度は,前年度に開発したプログラムや教材をさらに発展させるべく,事例の蓄積に重点を置いた。特に新規の事例としては,新学習指導要領に基づいて,小学校4年生の理科で骨と筋肉の学習の単元の実験授業を行い,この事例をもとに代表的な霊長類数種について手足の長さを比較できるレプリカ標本の教材開発を行った。さらに,これまでに蓄積してきた事例を紹介し,学校教員や博物館職員等が役立てられるよう,小学校,中学校,高等学校それぞれにおいて実践した代表的な事例を紹介した事例集を作成した。また,3月下旬には,教員を対象とした研修会を開催し,学校教育における博物館活用を促進するための啓発活動を行った。ところが、博物館と学校の連携(博学連携)は、その重要性が喧伝される割には、あまり一般化しているとはいえない状況にある。特に動物園は、博学連携において他の博物館、科学館等に後れを取っていた。本研究では、以上のような背景のもと、博物館、特に動物園と地域の学校とが連携し、児童・生徒に本物の標本等に触れるという博物館体験をさせることで理科学習への意欲を高め、博物館に親しみを感じさせるような、地域密着型の博物館活動のあり方を模索してきた。平成20年度、21年度と、近隣の学校教員の協力を得ながら、教材、学習プログラムの開発を行い、実践事例の蓄積を進めてきた。その過程で効果の測定を試み、プログラムの改善に努めた。また、事例を広く紹介し、人的ネットワークを構築して、博学連携の輪を広げるべく、教員を対象倒した研修会を開催し、事例集も作成した。最終年度である平成22年度は、学校教員の様々なニーズに対応できるようにプログラムの拡充を行い、新規の連携を開拓し、これまでの成果の応用を図った。また、事例や成果を広く公開し、博学連携に関心をもつ人の参考となるよう、日本モンキーセンターにおける博学連携への取り組みを紹介するWebページを作成した。
SLPIにおける転写調節機構の分子生物学的解析

肺組織に存在するタンパク分解酵素阻害であるSLPIは様々な肺疾患に関与する可能性がある。その機能を解明するために、SLPI結合タンパク質の候補であるTaxREB107に関して、SLPIとの結合を確認し、さらに新規SLPI結合タンパク質を検索した。しかし実験結果において、SLPIとTaxREB107との結合は証明されず、また新規SLPI結合タンパク質も同定できなかった。SLPIの転写調節機構に解明を目的に、すでにSLPI同定蛋白質の候補として同定したTaxREB107について結合の確認実験をin vitroで行った。方法はBlot overlay assay法を用いた。まずGST融合TaxREB107を発現させた大腸菌を培養し、その細胞溶解物の蛋白質をSDS-PAGEにより分離、PVDF膜に転写する。次にMBP融合SLPIを大腸菌に発現、精製して前述のPVDF膜にバッファー中で結合させる。そして結合の有無を抗MBP抗体で確認した。しかしこの方法ではSLPIとTaxREB107の結合は証明できなかった。同時にSLPI抗体の作成を行った。GST融合SLPI蛋白を大腸菌に発現、精製して、ウサギに免疫して抗体を作成した。免疫後6週間の時点で血清抗体価は上昇したが、GST抗体の可能性もあり、GST蛋白質による抗GST抗体除去を行い、除去後の血清を抗SLPI抗体として得た。ウェスタンブロット法によりその抗体の特異性と抗体価を検証した。ウサギ血清は、免疫に用いたGST融合SLPI蛋白質、ヒスチジン融合ヒトSLPI蛋白質は認識するものの、もともと発現しているマウス肺溶解物を用いたウェスタンブロット法ではSLPIを認識できなかった。血清の希釈倍率、ウェスタンブロット法に用いる蛋白質量を増量しても、結果は同様であった。入手可能な抗SLPI抗体も高い希釈倍率のみで使用可能であり、今回の結果はSLPI蛋白質の抗原性に関係している可能性がある。前年までにSLPI結合タンパク質の候補として同定していたTaxREB107については、Blot overlay assay法を用いてもタンパク質の結合が確認できなかった。また抗SLPI抗体の作成も実験に使用できる抗体を作成できなかった。よって当該年度は新たな方法で再度SLPI結合タンパク質の検索を試みた。まずGST融合SLPIタンパク質を大腸菌に発現させ精製した。次にマウスから肺を取りだし、ホモジナイズしてマウス肺タンパク質抽出物を得た。このマウス肺タンパク質抽出物と、GST融合SLPIタンパク質をバッファー内でインキュベーションし、SLPIと結合するタンパク質をGST融合SLPIタンパク質に結合させる。その後グルタチオンセファロースを用いて、SLPIと結合タンパク質候補との複合体を精製し、そのタンパク質をSDS-PAGEにより分離し、SLPI結合タンパク質の同定を試みた。SDS-PAGE後にCBB染色でタンパク質を可視化したが、SLPI結合タンパク質の候補となるタンパク質のバンドは検出されなかった。このことは当初はTaxREB107はSLPI結合タンパク質の候補であったが、アフィニティー精製法では非特異的に結合していた可能性が高く、またこれらの実験結果から、肺組織においてSLPI結合タンパク質は、極めて少数、少量のみ存在するか、またはアフィニティー精製法、Pulldown法では検出できない可能性がある。
カードベース暗号の発展

カードベース暗号とは,トランプカードのような物理的なカード組を用いて,秘密計算等の暗号機能を実現するものである。本研究の主要な成果は,様々な効率的なカードベース暗号プロトコルを構築したこと,プロトコルに必要なカード枚数の下界を与えたこと,いくつかのシャッフルの実装方法を提案したこと,カードベース暗号を教育へ応用したこと等であり,これらを通してカードベース暗号の研究分野の発展を牽引した。カードベース暗号とは,トランプカードのような物理的なカード組を用いて,安全な計算を身近で手軽に実現するものであり,本研究では,既存の成果をさらに学理的に進展させ,安全な計算を効率的に実現する汎用的手法や本質的限界を解明するとともに,人間フレンドリーな分かり易いプロトコルの開発を追及している。また,カードベース暗号が一般市民にも理解が容易であるという特徴を活かし,誰でも心の底から「安全を実感」できる暗号技術の研究開発へ,知見を応用することを目指している。当該年度は,まず3変数関数の安全な計算に取り組んだ。すなわち,これまで対称な3変数関数は高々6枚のカードで計算できることが知られているのに対して,本研究では,対称関数に限定せず,すべての3変数関数が6枚以内のカードで計算できることを証明した。この成果はIEICE Trans. Fundamentalsに掲載されることが決定している。また,4変数以上のすべての関数に対応した汎用的なプロトコル構築法をAND-EXOR表現を用いることにより確立し,どんな関数であっても高々6枚の追加カードがあれば安全な計算を実現できることを示すとともに,対称関数に限定した場合には高々2枚の追加カードで十分であることを証明した。これらの成果は国際会議TAMC 2015において公表することが決定している。さらに,よりアプリケーションを指向し,不動点を持たない置換の生成という問題に取り組み,既存のプロトコルの大幅な効率化に成功した。この成果は国際会議UCNC 2015にて公表することが決定している。その他,回転カードや市販トランプカードを使った新しいカードベース暗号の開発に取り組んだ。当該年度は,まず前年度に得られていた成果について,任意の3変数関数を計算するカードベースプロトコルをIEICE Trans. Fundamentals誌に掲載し,4変数以上のすべての関数に対応した汎用的なプロトコル構成法を国際会議TAMC 2015において公表し,不動点を持たない置換を生成する効率的なプロトコルを国際会議UCNC 2015にて公表した。次に,近年注目されている「変則的なシャッフル」の本質的な限界を探るべくそれを用いた新しいカードベース暗号を考案し,既存プロトコルより優れたAND計算やコピープロトコルを構成するとともに,変則シャッフルの具体的な実現方法も与え,その成果を国際会議TPNC 2015において公表した。また,偏光板カードを用いたプロトコルを国際会議IWSEC 2015,回転カードを用いたプロトコルをProvSec 2015においてそれぞれ公表している。さらに,カードベース暗号に適したカード組を実際に作成し,オープンキャンパスや高校での出前授業において開発したプロトコルを一般市民の方々に試してもらい,カードベース暗号の普及・発展に努めている。加えて,電子情報通信学会Fundamentals Review誌から依頼を受け,「カード組を用いた秘密計算」という解説記事を掲載している。交付申請書に記載した研究目的、すなわちカードベース暗号の発展について、当初の計画通りに進めることができたと判断されるため。カードベース暗号とは,トランプカードのような物理的なカード組を用いて,秘密計算を身近で手軽に実現するものであり,本研究では,既存の成果をさらに学理的に進展させ,秘密計算を効率的に実現する汎用的手法や本質的限界を解明するとともに,人間フレンドリーな分かり易いプロトコルの開発を追及している。最終年度は,まず多入力のAND秘密計算を実現する効率的なプロトコルを開発し,その成果をTheoretical Computer Science誌に掲載した。次に,市販トランプカードを用いた秘密計算に関する成果を国際会議CANS 2016において公表し,ランダム二等分割カットの実装法について国際会議TPNC 2016において公表し,2ビット出力関数を秘密計算するためのカード枚数に関する必要十分条件を国際会議Mycrypt 2016にて公表した。また,前年度に引き続き,偏光板カードを用いたプロトコルに関して研究を進め成果をIEICE Trans. Fundamentals誌に掲載し,変則的なシャッフルについての新たな成果を国際会議AsiaPKC 2016等において公表した。更に,カードベース暗号の計算モデルに関するサーベイと汎用的な枠組みの確立を与える招待論文をIEICE Trans. Fundamentals誌に掲載している。加えて,東北大学全学教育科目・基礎ゼミにおいて「カード組を用いた暗号プロトコル」というテーマで授業を行い,人間フレンドリーな研究成果の教育への応用も意欲的に進めている。研究期間全体を通じて,積極的な成果の公表や,解説論文・招待論文の執筆等により,カードベース暗号の分野に参入する研究者がここ数年間で急増しており,暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS)においてカードプロトコルのセッションが組まれる等,研究課題名「カードベース暗号の発展」の通り,分野の発展を牽引した。

本研究の主要な成果は,様々な効率的なカードベース暗号プロトコルを構築したこと,プロトコルに必要なカード枚数の下界を与えたこと,いくつかのシャッフルの実装方法を提案したこと,カードベース暗号を教育へ応用したこと等であり,これらを通してカードベース暗号の研究分野の発展を牽引した。交付申請書に記載した研究目的、すなわちカードベース暗号の発展について、当初の計画通りに進めることができたと判断されるため。本年度の成果を踏まえつつ、当初の計画に従い、本研究を推進していく。暗号系本年度の成果を踏まえつつ、当初の計画に従い、本研究を推進していく。次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。平成28年度請求額とあわせ、次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である。平成27年度請求額とあわせ、次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である。
強磁場NMR超伝導磁石開発のための大電流高温超伝導線材磁場印加角度依存性評価

本研究の目的は,超強磁場NMR超伝導磁石設計のためのデータ蓄積のために,高温超伝導線材の臨界電流の磁場印加角度依存性を低温・強磁場中で測定評価する装置を開発することである。一般的な回転プローブでは垂直ボアを有するソレノイド磁石中に試料を水平方向に設置し,回転軸が水平方向であるが、ソレノイド磁石は入手しやすいという利点がある一方、空間的な制約から,回転機構が複雑になり,電流端子間および電圧端子間距離が短くなるという欠点がある。本研究では、スプリット型(磁場方向が水平方向)磁石中でプローブ(垂直方向)全体を回転させる。この場合、試料は垂直方向に設置され、空間的制約が緩和される。回転機構は温度可変インサート(VTI)内ヘリウムガスのリークが無いように真空対応の回転ステージとし,5相ステッピングモータにより角度制御可能とする。平成30年度は測定技術開発と並行してプローブの製作を行う予定であったが、平成29年度に発生したVTIの真空断熱槽おけるヘリウム極微量漏れに起因する真空劣化が復旧せず、平成30年度も修理作業を複数回行い、真空劣化修理に時間を取られたため、計画が遅れた。そこで、並行して、測定プログラムの開発を進め、超伝導磁石運転、プローブ回転、試料線材への電流供給をPC制御するプログラムを製作した。真空劣化については対策が完了し、試運転によって温度可変運転も可能であることを確認するとともに、温度サイクルにも問題ないことを確認した。スプリット型磁石中でプローブ全体を回転させるプローブについては設計はほぼ完了しており、細かな部品調達、組み立ての段階である。しかし、平成29年度にVTIの真空断熱槽においてヘリウム極微量漏れに起因する真空劣化が発生し、修理作業を数回行ったものの復旧せず、平成30年度も引き続き真空劣化修理に時間を取られたこと、同時に参画しているNEDO事業およびJST事業の実施に時間を取られ、結果として遅れてしまった。真空劣化については解決の目処がたったため、補助を延長して頂いた平成31年度(令和元年度)にプローブ組み立て、試運転を行って装置を完成させる。液体ヘリウムの不足や価格高騰が懸念されるが、可能な限り自己資金で賄う予定である。本研究の目的は,超強磁場NMR超伝導磁石設計のためのデータ蓄積のために,高温超伝導線材の臨海電流の磁場印加角度依存性を低温・強磁場中で測定評価する装置を開発することである。平成28年度は,物質・材料研究機構(NIMS)に既設の5 T(テスラ)超伝導スプリット磁石とVTI(温度可変インサート)と組み合わせるプローブの設計検討を行った。一般的な回転プローブでは垂直ボアを有するソレノイド磁石中に試料を水平方向に設置し,回転軸が水平方向となる。この場合,ソレノイド磁石は強磁場磁石が比較的入手しやすいという利点がある一方で,空間的な制約から,回転機構が複雑になること,電流端子および電圧端子間距離が短くなるという欠点がある。本研究では,スプリット型(磁場方向が水平方向)磁石中でプローブ(垂直方向)全体を回転させる。この方式では,試料は垂直方向となり,空間的制約が緩和される。回転機構はVTI内ヘリウムガスのリークが無いように真空対応の回転ステージとし,5相ステッピングモータにより角度制御可能とした。また,大電流通電用の電源としてKeysight製875A電源を用いることとした。この電源はGPIBによるリモート制御に対応しており,平成30年度に予定している自動化にも対応可能と判断したためと,スイッチング電源でありながらインダクタンス負荷に対応可能である点で将来的な拡張性があると判断したためである。また,プローブの熱設計を行い,室温からの電流導入部分にはヘリウムガス冷却が可能な銅パイプを用いること,高温側から低音側への熱伝導を抑制するために高温超伝導線を用いた電流リードを用いることで検討を行った。研究実施者が平成28年8月から平成29年7月まで出向のために研究時間が極端に抑制されたことが最大の理由である。このためにプローブの設計が終了せず,部品購入に至らなかった。また,5T超伝導スプリット磁石が長期間使用されていなかったために調整に手間取ったことも理由としてあげられる。平成28年度に行った設計検討(一般的な回転プローブでは垂直ボアを有するソレノイド磁石中に試料を水平方向に設置し,回転軸が水平方向となる。回転機構はVTI内ヘリウムガスのリークが無いように真空対応の回転ステージとし,5相ステッピングモータにより角度制御可能とする。)に基づき、平成29年度は詳細設計および、既設の大口径ソレノイド型超伝導マグネット内における実験的予備検討を行った。実験的予備検討においては、高温超伝導線材臨界電流の磁場印加角度依存性を線材面に垂直および平行の2方向のみに限定して測定技術開発を行った。ヘリウムガスの温度制御および流量制御、高効率冷却のためのプローブ設計、計測時のノイズ低減等、知見を蓄積した。

しかし、VTI(温度可変インサート)の不具合(真空断熱槽へのヘリウム極微量漏れに起因する真空劣化)が発生し、そのために研究が計画通り遂行できていない。修理作業を行ったものの復旧しておらず、いまだ原因究明に時間を要している。研究実施者が平成28年8月から平成29年7月まで出向で不在だったために研究時間が極端に抑制されていただけでなく、研究実績概要に記した通り、VTI(温度可変インサート)の不具合(真空断熱槽へのヘリウム極微量漏れに起因する真空劣化)が発生し、そのために研究が計画通り遂行できていない。本研究の目的は,超強磁場NMR超伝導磁石設計のためのデータ蓄積のために,高温超伝導線材の臨界電流の磁場印加角度依存性を低温・強磁場中で測定評価する装置を開発することである。一般的な回転プローブでは垂直ボアを有するソレノイド磁石中に試料を水平方向に設置し,回転軸が水平方向であるが、ソレノイド磁石は入手しやすいという利点がある一方、空間的な制約から,回転機構が複雑になり,電流端子間および電圧端子間距離が短くなるという欠点がある。本研究では、スプリット型(磁場方向が水平方向)磁石中でプローブ(垂直方向)全体を回転させる。この場合、試料は垂直方向に設置され、空間的制約が緩和される。回転機構は温度可変インサート(VTI)内ヘリウムガスのリークが無いように真空対応の回転ステージとし,5相ステッピングモータにより角度制御可能とする。平成30年度は測定技術開発と並行してプローブの製作を行う予定であったが、平成29年度に発生したVTIの真空断熱槽おけるヘリウム極微量漏れに起因する真空劣化が復旧せず、平成30年度も修理作業を複数回行い、真空劣化修理に時間を取られたため、計画が遅れた。そこで、並行して、測定プログラムの開発を進め、超伝導磁石運転、プローブ回転、試料線材への電流供給をPC制御するプログラムを製作した。真空劣化については対策が完了し、試運転によって温度可変運転も可能であることを確認するとともに、温度サイクルにも問題ないことを確認した。スプリット型磁石中でプローブ全体を回転させるプローブについては設計はほぼ完了しており、細かな部品調達、組み立ての段階である。しかし、平成29年度にVTIの真空断熱槽においてヘリウム極微量漏れに起因する真空劣化が発生し、修理作業を数回行ったものの復旧せず、平成30年度も引き続き真空劣化修理に時間を取られたこと、同時に参画しているNEDO事業およびJST事業の実施に時間を取られ、結果として遅れてしまった。5T超伝導スプリット磁石の健全性は確認されているため,早々に立ち上げ動作確認試験を行うと同時に,プローブの制作仕様を決定し,部品の発注に取り掛かる。並行して測定プログラム開発にも取り掛かる。平成29年度中に試運転までを行う計画である。VTI不具合が解消されない場合、既設の共用設備等を用いて研究を実施することも視野に入れる。プローブ製作に早々に着手し、年度内前半には最初の試運転を行う計画である。
リピート構造をもつ酸素が糖鎖上を解離せずに移動するメカニズム

口腔連鎖球菌Streptococcus Sobrinus由来α-1,3 glucosyltransferase(GTF)はデキストラン鎖上にスクロースのグルコースをα-1,3結合で転移し,多数の分岐鎖を伸ばし歯垢成分の不溶性のα-1,3グルカンを合成する.その動的メカニズムの解明が本研究の目的である.昨年度までの酵素反応速度論的研究により,デキストランとGTFは酵素反応中に解離しないことを示唆する結果が得られている.今年度の研究では,酵素の反応性生物を分析することにより解離しないことを示す直接的な証拠が得られた.更にその解離しない酵素がどのようにデキストラン鎖上を移動するのかについて解析を行った.1.酵素反応生成物の解析から推測される酵素のデキストラン鎖上での動態.GTFがデキストラン鎖上を解離しないで分岐鎖を伸ばすならば,反応溶液中の少ない割合の分子のみが高分子量になり,他の多くの割合の分子は低分子量であると考えられる.そこで生成物の分子量に関する情報を得るために,種々の呈色反応,高速液体クロマトグラフィー,薄層クロマトグラフィーを駆使して生成物の分析を行った.その結果,約12割程度の分子が高分子生成物となるが,他の89割の分子は低分子量であり,GTFがデキストランから解離せずに分岐鎖を伸長させていることが示された.2.酵素のデキストラン鎖上での動態の直接観察.GTFがデキストラン鎖から解離せずにどのように移動できるのかについて調べるために,共焦点レーザー顕微鏡を用いたFRAP(Fluorescence Recovery After Photobleaching)により,GTF分子のデキストラン上での動態を観察・解析している.現在,レーザーによるPhotobleachingを有効におこなうことの出来るカバーガラス上のデキストラン基盤の試作を行っている.口腔連鎖球菌Streptococcus Sobrinus由来α-1,3 glucosy ltransferase(GTF)はデキストラン鎖上に蔗糖のグルコースをα-1,3結合で転移し、多数の分岐鎖を伸ばし歯垢成分の不溶性のα-1,3グルカンを合成する。その動的メカニズムの解明が本研究の目的である.1.酵素反応速度論GTFは酵素反応中にデキストラン鎖から解離しないのかを分子活性とデキストランヘの親和性から調べた.分子活性(20S^<-1>)とGTFのデキストランヘの結合定数(10^<-8>M)を比較すると,デキストランとGTFは酵素反応中に解離しないと考えられる.2.生成分岐デキストランの分子量測定システムの構築GTFがデキストランから解離せずに分岐鎖を形成していれば、反応初期には酵素分子数分のデキストラン分子のみが高分子量となるが、結合解離を繰り返しながら分岐鎖を形成すれば全デキストラン分子の分子量が一様に増加する。これを調べるためにGTF反応生成物である多糖の分子量変化測定のための高速液体クロマトグラフィーシステムを構築した.GTFの多糖生成物は難水溶性であるため,カラムと溶媒条件の検討が必要であった.また,糖の定量とクロマトデータの精密解析にはそれぞれ示差屈折計とクロマトデータ処理装置を用いた.今後,このシステムを用いてGTF反応生成物の分子量増加の時間経過を調べる予定である.3.リピート回数の異なる欠損変異体の作製以前の研究よりデキストラン結合部位のリピート回数と親和性に相関があるとわかっている.リピート構造が"解離をせずに移動すること"にどのような寄与をしているのかを調べる目的でリピート回数の異なる欠損変異体の作製を行っている.リピート回数を少なくした5種の欠損変異体(1から5回リピートを持つGTF)の発現プラスミドの構築を行い,そのうち2つは精製酵素を得た.口腔連鎖球菌Streptococcus Sobrinus由来α-1,3 glucosyltransferase(GTF)はデキストラン鎖上にスクロースのグルコースをα-1,3結合で転移し,多数の分岐鎖を伸ばし歯垢成分の不溶性のα-1,3グルカンを合成する.その動的メカニズムの解明が本研究の目的である.昨年度までの酵素反応速度論的研究により,デキストランとGTFは酵素反応中に解離しないことを示唆する結果が得られている.今年度の研究では,酵素の反応性生物を分析することにより解離しないことを示す直接的な証拠が得られた.更にその解離しない酵素がどのようにデキストラン鎖上を移動するのかについて解析を行った.1.酵素反応生成物の解析から推測される酵素のデキストラン鎖上での動態.GTFがデキストラン鎖上を解離しないで分岐鎖を伸ばすならば,反応溶液中の少ない割合の分子のみが高分子量になり,他の多くの割合の分子は低分子量であると考えられる.そこで生成物の分子量に関する情報を得るために,種々の呈色反応,高速液体クロマトグラフィー,薄層クロマトグラフィーを駆使して生成物の分析を行った.その結果,約12割程度の分子が高分子生成物となるが,他の89割の分子は低分子量であり,GTFがデキストランから解離せずに分岐鎖を伸長させていることが示された.2.酵素のデキストラン鎖上での動態の直接観察.GTFがデキストラン鎖から解離せずにどのように移動できるのかについて調べるために,共焦点レーザー顕微鏡を用いたFRAP(Fluorescence Recovery After Photobleaching)により,GTF分子のデキストラン上での動態を観察・解析している.
腸管好酸球の恒常性維持と破綻における役割

好酸球はアレルギーや喘息といった病態形成に深く関与していることが知られている細胞群である。しかし、これらの細胞群が消化管で果たしている役割については不明のままである。本研究では、炎症性腸疾患の発症において、好酸球が果たす役割について解析した。その結果、好酸球は、侵入した微生物の排除において一定の役割は果たすものの、炎症細胞ではなく、炎症性腸疾患の発症には深く関与していないことが示唆された。消化管に局在する好酸球に着目し、粘膜面での恒常性維持に果たす役割に注目して解析を進めた。消化管に局在する好酸球はケモカインレセプターCCR3を発現しており、CCR3欠損マウスでは、その局在が優位に低下していた。従って、消化管における好酸球はCCR3とそのリガンドであるCCL11によって制御されていることが明らかとなった。次に、炎症性腸疾患の病態形成における好酸球の役割を検討した。野生型マウスにデキストラン硫酸塩を飲ませて腸炎を誘発するモデルを用いて大腸炎症部位を解析したところ、好酸球を含め、好中球・単球・マクロファージといった細胞集団が主に消化管炎症部位に浸潤していることを明らかにした。しかし、CCR3欠損マウスに腸炎を誘導しても、その発症程度は野生型のマウスと大きな差は認められなかった。この原因を検討するため、炎症部位に浸潤してきた細胞群のTNF産生能を細胞内サイトカイン検出法を用いて検討した。その結果、主たるTNF産生細胞は好酸球ではなく、単球およびマクロファージであった。浸潤してきた好酸球は、定常状態の好酸球と比較して、MBPといった抗菌活性のある物質のmRNAの発現レベルは増加していた。これらのことから、消化管の好酸球は、侵入してきた腸内細菌の排除に一定の役割は果たしているものの、その細胞そのものが炎症細胞である可能性は低く、腸炎の発症に深く関与する細胞群ではないと推察された。実際、単球・マクロファージは発現しているケモカインレセプターCCR2の欠損マウスでは、腸炎の軽減が観察された。これらのことから、今後は、単球・マクロファージに着目して解析を進める予定である。消化管に局在している好酸球に着目し、粘膜面の恒常性維持において果たす役割について検討を進めている。好酸球にはケモカインレセプターCCR3が特異的に発現しており、そのレセプターを介して粘膜面への浸潤を制御していることが知られている。まず、我々はCCR3のアンタゴニストを分与して頂き、それらをマウスに投与することによって、消化管に浸潤してくる好酸球の浸潤を抑制できるかを検討した。それらのアンタゴニストは喘息モデルにおいて、気管支粘膜面への好酸球の浸潤を抑制できることが知られているが、定常状態の消化管への浸潤は抑制できなかった。よって我々はこのケモカインレセプターの欠損マウスを購入し、解析することとした。CCR3欠損マウスの消化管に好酸球が局在が少ないことをフローサイトメーターで確認した。しかし、購入可能であったマウスは、腸疾患のモデルとしては若干適さないBalb/cという遺伝的背景をもつマウスであったため、より適した遺伝的背景をもつC57BL/6に戻し交配している。次に、炎症疾患における好酸球の役割を検討するため、潰瘍性大腸炎もモデルとして知られているデキストラン硫酸塩(DSS)をマウスに投与するモデルを用いて解析した。その結果、炎症部位である消化管には、多量の好酸球、好中球および単球が浸潤してきていることが明らかになった。更には、これらの浸潤は、腸内細菌の存在に依存していることが、抗生物質で腸内細菌を除去したマウスの解析から明らかとなった。最後に、好酸球がどのように腸内細菌を認識するのかを検討するため、好酸球上に発現しているTLRについて検討した。グラム陽性菌を認識することが知られているTLR2およびグラム陰性菌を認識することが知られているTLR4ともに発現が認められなかった。よって、好酸球はTLRを介さず腸内細菌を認識していると推察された。研究室を移転したことに伴い、その期間中の研究遂行に支障があった。また、CCR3欠損マウスの戻し交配により、このマウスを用いた炎症性腸疾患における好酸球の解析は遅れを伴っている。しかし、24年度に計画していた好酸球による腸内細菌認識機構を先行させて解析している。よって、トータルの研究計画はやや遅れているものの、挽回が可能な範囲と考えられる。CCR3欠損マウスの戻し交配はほぼ終了しているので、これらのマウスにDSSを投与して、体重減少および組織学的所見を評価することにより、消化管粘膜面に局在する好酸球が炎症性腸疾患において果たしている役割について検討する。また、炎症性サイトカインを定量することにより、好酸球がどの程度、炎症疾患に関与しているかを検討する。23年度の結果から、好酸球の浸潤は腸内細菌の存在に依存していることが明らかになった。

本年度は、浸潤してきた好酸球の機能が、腸内細菌の存在下と非存在下でどのように違うのかについて検討する。このため、あらかじめ抗生物質で処理しておいたマウスにDSS腸炎を誘導し、大腸粘膜固有層よりセルソーターを用いて好酸球を精製する。その後、RNAを抽出し、炎症サイトカイン、脂質メディエーターおよびMBPの発現を定量PCRにより定量する。最後に、好酸球における腸内細菌認識機構について検討する。昨年度の結果から、好酸球の細菌認識機構はTLRに依存しないことが示唆された。よって本年度は好酸球の貪食機能を中心に解析をおこなう。以上の研究計画を遂行することにより、炎症性腸疾患における好酸球の役割を明らかとし、新規の治療法の開発を目指す。既述のように、研究室移転に伴い一定期間、研究遂行に支障があったため、931千円の次年度使用額が発生した。24年度研究計画では、消耗品としてマウス代に1100千円を使用する。次に消化管の免疫細胞の分離およびその機能解析のために必要な試薬(抗体)に431千円、試薬(遺伝子発現の測定)に300千円をそれぞれ使用する。また、全ての実験を遂行するうえで必要となる培地および培養機器(チューブやチップ類)に700千円使用する予定である。
宿主赤血球の膜分子から見るバベシア原虫固有の寄生戦略の解明

バベシア原虫固有の寄生戦略を解読するために以下の主な研究成果を得た。1)赤血球膜酵素の一部が原虫膜周囲にも局在する。2)バベシア原虫のスペリカルボディ抗原は、感染赤血球内に分泌される。3)バベシア原虫のマイクロネーム抗原は宿主の赤血球膜に吸着する。4)バベシア原虫の表面抗原は赤血球の骨格分子であるアクチンと相互作用する。5)バベシア原虫の赤血球侵入時には独特な滑走運動(Gliding motility)を示す。6)バベシア原虫は宿主の制御性T細胞を利用して宿主免疫から回避する。7)原虫リガンドと赤血球膜受容体との間の分子相互作用を阻害するとバベシア原虫の赤血球侵入が阻害される。本研究の目的は、バベシア原虫はたとえ赤血球外に脱出した後も宿主赤血球膜を常に纏っており、巧みに宿主免疫から回避していると言う原虫固有の生物学的特性を足がかりに、宿主赤血球膜の再構築を引き起こすバベシア原虫固有の寄生戦略を解読することである。平成22年度は、各種赤血球膜分子に対する特異抗体を用いた免疫組織学的研究を行うことで、宿主赤血球膜分子を纏うバベシア原虫の赤内型増殖に関する概観を把握することにあった。1)赤血球膜分子に対する特異抗体の作製を試みた結果、赤血球膜の主要構造蛋白質であるAnkyrinを認識する特異抗体の作製に成功した。2)上記抗体に加えて既存の赤血球膜分子に対する特異抗体を用いてバベシア原虫の培養物に対する共焦点レーザー顕微鏡解析を行った結果、赤血球膜分子であるBand 3、Spectrin、Ankyrin、及びGlycophorin Cはバベシア原虫の周囲に検出されなかったが、赤血球膜に局在する宿主由来Na,K-ATPaseは赤血球内に寄生した内部原虫や赤血球外に脱出した外部原虫の原虫膜周囲に陽性反応を示すことが観察された。3)バベシア原虫のSphericalbodyproteinは感染赤血球内に分泌されることが判明し、赤血球膜骨格の再構築に関わっている可能性が示唆された。4)マウス感染モデル系を用いた解析の結果、バベシア原虫は制御性T細胞を利用して免疫から回避していることが判明した。赤血球外へ脱出したバベシア原虫は赤血球膜由来のシアル酸や脂質に加えて、Na,K-ATPaseをも纏っていることが判明した。纏うための膜骨格の再構築に原虫由来分泌蛋白質が関与している可能性が高いと思われる。また、バベシア原虫が宿主赤血球膜分子を纏うことで、制御性T細胞を利用した免疫回避を成立させていることも想定された。平成23年度は、原虫はどのようにして膜分子を修飾し、纏うための膜骨格の再構築を成し得るのか?や膜分子を修飾したり相互作用する原虫側の分子はなにか?を把握するための分子生物学的研究を行った。1)バベシア原虫のSphericalbodyproteinは、他のアピコンプレックス原虫にはないバベシア原虫固有の蛋白質で、赤内型ステージのメロゾイト内で発現していることが明らかとなった。また、Sphericalbody proteinは免疫原性が高く、診断用抗原としても活用できることが判明した。原虫側の分子として興味深い新規抗原を発見した。2)そのSphericalbody proteinは41kDaのバベシア原虫抗原で、メロゾイト内のSpherical bodyと呼ばれる細胞内小器官で合成され、赤血球寄生後期には感染赤血球内に原虫から分泌され、さらには赤血球脱出期に培養上清に放出されることが判明した。その局在動態から赤血球膜骨格の再構築に関わっている可能性が示唆された。3)赤血球凝集の阻害効果があることが知られている(-)-Epigallocatechin-3-gallate(EGCG)はバベシア原虫の増殖を極めて効果的に阻害することが判明した。原虫分子と赤血球膜とのなんらかの分子相互作用が存在している可能性が示唆された。また、EGCGはバベシア症に対する新規治療薬に成りうることも判明した。本研究の目的は、宿主赤血球膜の再構築を引き起こすバベシア原虫固有の寄生戦略を解読することである。

平成24年度では、以下の事象を明らかにした。1)バベシアの膜蛋白質(EMA-2)は赤血球内で増殖する際に赤血球の骨格分子actinと相互作用している。2)バベシアの感染に伴って宿主のTNF-αの産生が誘導され、その結果として肝臓のcytochrome P450の発現と活性が著しく低下する。3)バベシアのGPI膜蛋白質(MSA-1、MSA-2b、MSA-2c)は野外株で高度に遺伝子多型を示す。4)バベシアの排除エフェクターとして宿主のマクロファージが重要な役割を担っている。5)蛍光蛋白質を永続的に発現する組換えバベシアの作製に成功し、赤血球への侵入時には、独特な滑走運動(Gliding motility)を示すことが明らかになった。6)バベシアの貫通膜蛋白質(AMA-1)の遺伝子の単離に成功した。またバベシアの分泌蛋白質ロプトリーは免疫原性が高く、原虫側の機能的分子の候補となった。7)Sphericalbody proteinはメロゾイト内のSpherical bodyと呼ばれる細胞内小器官で合成され、赤血球寄生後期には感染赤血球内に分泌され、さらには赤血球脱出期に培養上清に放出される。8)バベシアの赤血球内増殖の複製、転写、翻訳等を担っている原虫小器官アピコプラストを標的とした薬剤(ciprofloxacin、thiostrepton、rifampin)やバベシアの遺伝子制御を担っているhistone deacetylase活性を標的としたapicidineがバベシアの増殖を著しく阻害することを明らかにした。9)バベシアの膜輸送や複合体形成に関与していると考えられるシャペロン分子(HSP-70)の発現と局在解析を行った。10)バベシアの感染血清中には、赤血球のcatalase活性を阻害し、赤血球膜を溶解させる因子が存在していることを見いだした。1)バベシア原虫側の分子として興味深い新規の抗原(Spherical body protein)を発見したこと、2)そのSphericalbody proteinはメロゾイトから感染赤血球内に分泌されることから赤血球膜骨格の再構築に関わっている可能性が示唆されたこと、3)赤血球凝集の阻害効果があるインヒビターはバベシア原虫の増殖を極めて効果的に阻害すること、4)バベシア症の診断法や治療薬の開発に向けた新たなシーズを得ることができたこと、5)それらの成果を学術論文として発表できたこと等、当初の計画を着実に遂行することができ、かつ成果を得ることに成功した。本研究課題は順調に進展している。25年度が最終年度であるため、記入しない。今後も本研究では、宿主赤血球膜分子を特異的に認識できる抗体やレクチン、さらには原虫の完全長cDNAデータベースやそのライブラリーを用意/活用して、以下の残された疑問項目を順次解決していく。1)赤血球外へ脱出したバベシア原虫は赤血球膜因子を纏っているが、それ以外にどのような赤血球膜分子を纏っているのか?2)原虫はそれら膜分子を、原虫の侵入時、侵入後の内在期、あるいは赤血球からの脱出時のどこでどのようにして纏うのか?3)原虫はどのようにして膜分子を修飾し、纏うための膜骨格の再構築を成し得るのか?4)バベシア原虫が赤血球膜を纏う生物学意義はなにか?5)膜分子を修飾したり、相互作用する原虫側の分子はなにか?特にSphericalbody proteinの役割は?6)膜を纏うことを不可能とする、あるいはその固有な寄生戦略を標的とした治療薬・予防薬の開発に向けたシーズはないか?
沿岸生態系における浄化機能とその活用に関する研究

1.有機物と栄養塩類の流入負荷量の算定:瀬戸内海では、昭和57年と62年の各灘別のCOD、N、Pの排出と流入負荷量を求めた。62年全域の流入負荷量は、COD 994t/日、N 495t/日、P 52.4t/日であった。その内訳はCODとNでは、生活系が33%、工業系が41%、Pではその逆であった。東京湾では、昭和63年の流入負荷量は、COD 340t/日、N254t/日、P27.7t/日であり、各項目とも生活系が5070%を占めている。2.水・底質モデルを用いた有機物と栄養塩類の挙動解析:大阪湾を中心にした各灘別の底質からのN,Pの溶出速度、および表層水と底層水のCODの季節変化をシミュレ-トした。このモデルにおいて水域を2層とし、底層を10層に分割しても底層の2層分割と殆ど変わらなかった。また、底質からの溶出に緩衝効果を与えることにより、秋季の表層水のCOD変化がよく再現できた。3.栄養塩類の適正レベルとその管理に関する研究:瀬戸内海の漁獲量を可食タンパクのN,P量に換算した。水揚げ回収率はN,P流入負荷量の68%程度でり、N,P流入負荷量と漁獲量には正の相関があった。また漁獲金額との間には最適な負荷量があった。4.沿岸生態系モデルに関する研究:山口県大海湾の埋立てに伴うアサリの漁獲量変化を生態モデルにより解析した。また、阿知須干拓池に発生したボラの大量へい死機構を生態モデルによって解析した。5.沿岸生態環境の評価に関する研究:沿岸生態環境のアメニテイ評価のため博多湾を中心にアンケ-ト調査を行い、住民のニ-ズを解析た。全体として環境保全型の沿岸利用の要望が強かった。6.自浄作用と生物処理:生活排水の簡易処理として流量調整機能有する小型合併処理浄化槽の開発研究を行った。
トマス・パーシーのバラッド編集にみる口承文学復興の意図とナショナリズムの表明

英国18世紀のバラッド編集(特にトマス・パーシーの『英国古謡拾遺集』)と同時期のシェイクスピア作品編集との関係性を学問的編集という観点から考察してきた。18世紀の半ばに、シェイクスピア編集において、ルイス・セオボルドが支持する「原著者の意図を重視する方針」が、アレクサンダー・ポープらの「美的方針」にとってかわり、編集者や読者ではなく、原著者の意図を重じようとする傾向が起こりはじめ、その傾向はフレッドソン・バウアーやウォルター・グレッグといった20世紀の新書誌学派にまで及ぶ大きな潮流を形成している。パーシーも、この編集上の変化に対応して、「美的方針」から「原著者の意図を重視する方針」へと態度を変えて、『拾遺集』を編集しなおしている。このことに関しては、「先駆者からの降格-Reliques1794年版の出版の背景」という題目で2003年5月に行われた日本英文学会の研究発表で披露した。この編集上の変化は、パーシーが『拾遺集』に収めるべきバラッドに修正を加えたこととも関係する。この修正は、一見すると原著者を無視しているように思えるが、実はバラッドの原著者の意図を復興する目的でなされたものなのである。パーシーは「美的方針」からはなれて「原著者を重視する方針」に基づく学問的編集を行い、上記の学問的編集の系譜を自らも受け継ぎ、その発展にバラッド編集の面で貢献したのである。以上の内容がまとめられた論文が、「原著者の追跡-トマス・パーシーの編集方針」というタイトルの下、学会誌『イギリス・ロマン派研究』第28号(2004年)の1-13ページに掲載される予定である。全部で五版を重ねたトマス・パーシー(1729-1811)の編んだバラッド集『英国古謡拾遺集』とその種本であるフォリオ写本を比較照合してわかったのは、第一版から第三版まではフォリオ版に忠実に基づいておらず、それに対して第四版からはフォリオ写本により忠実に編集されている。この傾向は、フォリオ写本から『拾遺集』に移された過半数のバラッドに関して当てはまる。なぜこのように第四版でフォリオ版を忠実に復興しているのか。その理由が口承文学の復興の意図と関わりがあるのかどうかをこの一年間考察してきた。考察の結果わかったのは、上記の編集方針の変化が、文字として印刷するためには、口承文芸を洗練したものにして世に出すべきという芸術家的なものの考え方から、洗練されていなくても口承文芸をそのまま忠実に再現しようという学者的嗜好への変化に合致するということである。この研究成果は、元ケンブリッジ大学英文科図書館員ジリアン・ロジャーズ博士の協力を得て、パーシー関係の貴重な資料を調査したことに由来するものである。パーシー研究の第一人者である、英国ブリストル大学英文科シニアレクチャラー、ニック・ブルーム氏に相談した結果、ハーバード大学・ホートンライブラリーにある、パーシーの手書きの文書の資料の調査は不要になった。この研究成果は2003年5月に開催される日本英文学会(成蹊大学)の研究発表で披露することが決定している。これからの研究課題は、学者的な嗜好への変化を裏付ける時代背景編集方針の時代的基準、当時のオーセンティシティの問題等に焦点が当てられることになるであろう。九州地区では自分の研究に近い研究をしている学者たちが研究会を開いており、本年度はここで二回小規模な発表をして意見交換を行った。さらに10月には日本カレドニア学会全国大会上記研究課題に関わる発表を行った。
光ピンセットを用いて神経細胞の膜蛋白分子を捕捉する研究

光ピンセットとは光の放射圧を用いて1mumあるいはそれ以下の微粒子を捕まえ操作する新しい光学技術である。光を用いるため非接触であること、またレーザー光を用いるため微小領域に集光することによって、目的の粒子にのみ力を作用されることができる。本研究ではラット海馬培養神経細胞の神経成長円錐の膜蛋白分子に、直系1540nm(ナノメートル、10億分の1メートル)の金粒子を付着させ、その相対的位置変化をビデオ強化型高倍率微分干渉顕微鏡により約10nmの位置精度で計測した。本研究はこのナノメートル測定技術の土台の上で、光ピンセットを用いて金粒子を捕捉し、金粒子の付着した単一蛋白分子を細胞膜上で操作を試みた。また膜蛋白分子の運動を制限している分子メカニズムについても検討を加えた。中枢神経海馬は、学習や記憶に関わるとされ脳の中の重要な部位である。生後13日の動物の脳切片から微小ナイフにより切り出された海馬を酵素処理し神経細胞を単離し培養した。現有の7000倍の高倍率微分干渉顕微鏡で観察すると、3時間から24時間培養された神経細胞の神経突起には成長円錐が形成されることが確認できた。神経成長円錐に金コロイド粒子(直系40nm)を灌流投与し、高倍率微分干渉顕微鏡による神経成長円錐の映像をビデオ画像強調すると金コロイド粒子が膜表面に付着している様子が観察され、膜蛋白分子が金コロイド粒子で標識された事を確認できる。標識用金コロイド粒子が膜表面にコンカナバリンAを結合し、膜蛋白分子を特定することができた。高倍率微分干渉顕微鏡の細胞照明用の光路(落射光路)にレーザー光を導入し金粒子に集光すると、光ピンセットとして作用し金粒子を捕捉できることを確認できた。捕捉状態では、粒子は約直径100nmの円周内にとどまりレーザー光照射を止めると、ランダムな自由運動(ブラウン運動)を開始した。しかし全く自由なブラウン運動ではなく差し渡し数百ナノメータの微小な束縛域の存在を示唆するような運動であった。光ピンセットの捕捉点を細胞膜上で移動させると、金粒子も膜上を移動し、人為的に膜蛋白分子の移動が可能であることが判明した。この研究は生体機能高分子の1分子レベルでの操作技術および膜分子間に働く力の直接的測定法の開発と発展に寄与するものと考える。
多核種・多次元NMR分光法による水を含むマントル鉱物の構造解明

本研究では水を含む重要なマントル鉱物並びに関連化合物の構造(水の含有量・存在状態、カチオン(Si,Al,Mg等)配置の秩序性、欠陥構造など)を高度な多核種・多次元固体NMR分光法により解明した。また複数の新しい高圧相を発見し、その結晶構造を決定した。これらの情報は地球内部鉱物の物性並びに地球のダイナミックス・進化をモデリングするために必要不可欠な基礎データとなる。本研究の目的はマントルの重要な含水及び本来は無水ケイ酸塩鉱物の構造を高度な多核種・多次元固体NMR分光法により解明することにより、地球内部鉱物の物性並びに地球のダイナミックス・進化をモデリングするために必要な定量的基礎データを提供することである。個々の鉱物中の水の含有量・存在状態及びカチオン(Si,Al,Mg等)配置の秩序性、欠陥構造を解読し、高圧鉱物の結晶化学的特徴及びそれらを支配する原子間相互作用の全体像を明らかにする。本研究では水を含む高圧マントル鉱物の構造解明という目標に向かって、この一年間で大きく前進した。具体的な成果は以下の通りである。(3)含水ケイ酸塩メルトの構造解明。多核種・多次元NMR測定法の開発と平行に、これまで進めてきたアルミノケイ酸塩メルトにおける水の溶解機構に関しても、新たな知見を得た。これらの成果は(2007)Solid-State NMR及びXue and Kanzaki(2008)Geochim.Cosmochim.Actaで公表した。1.多核種・多次元NMR測定法の確立。本研究課題の一つの特徴は高度なNMR測定法により最大限に鉱物の局所構造を引き出すことである。それに関連して、(1)前年度末に導入した三重共鳴NMRプローブを用いて、^1H-X間だけでなく、X-Y間の二重共鳴測定(X,Yは共に^1H,^19F以外の核種)も少量な試料において実現した。(2)特にケイ酸塩相中の水の解明に役立つ^1H-^29Si間二重共鳴について、従来よりも感度の良い^1H-^29Si-^1HCPMAS測定に成功した。2.含水相のNMRデータベースの構築。多数の含水結晶相(高圧・低圧相)について高速NMRプローブを用いて測定し、^1H NMRのデータベースを構築した。それにより、^1H NMRの化学シフトと水素結合距離の相関を正確に決定し、構造未知の物質の水素結合距離をより正確に予測できるようになった。1.高分解能プロトンNMR測定法の更なる発展。高速1H MASNHRと二次元1H CRAMPS-MAS NMRを使い分けて、多くの含水鉱物及び無機化合物のプロトンの局所構造を解明した。それを基に1H NMRのデータベースを構築し、1H化学シフトと水素結合距離の相関を正確に決定し、構造未知の物質の水素結合距離をより正確に予測できるようにした。また、1H MAS NMRと1H-29Siや1H-27A1二重共鳴測定により、含水ケイ酸塩急冷メルト(ガラス)の構造(含水種)を定量的に解明した。更に,準熱力学モデリングにより、広範囲組成の構造予想を可能にした。これらの成果はJ Am Ceram Socのfeaturearticle及びGeochim. Cosmochim. Actaに掲載した。2. NMRcrystallography法の樹立:高分解能NMRと粉末X線回折法の組み合わせによる構造決定法を確立し、新しい相の構造決定を可能にした。また、これまで溶液NMR分野で威力を発揮してきたJ結合を利用した高度な多次元固体NMR測定法を確立し、複雑な構造を有する物質においても豊富な原子間つながり情報を引き出せるようになった。3.高圧含水及び無水鉱物の構造解明。上記の測定法進歩に伴い、複数の高圧鉱物の構造解析に成功した。topaz-OHの新しい高圧相IIの結晶構造を決定した。従来のtopaz-OH Iについても温度・圧力の上昇に伴い、nonstoichiometryと構造欠陥が生じることが分かった。これらはAm Mineralに投稿した。高圧CAS相を無水及び含水条件下で合成し、水の含有量及びSi, A1の配位数と配置の秩序性を明らかにした。成果の一部はAm Mineralに掲載した。AIPO4の3つの新しい高圧相を発見し、それらの結晶構造を決定した。成果の一部は日本鉱物科学会年会で発表した。本年度は研究課題の最終年度であり、「マントルの重要な水を含むケイ酸塩鉱物等の構造を高度な多核種・多次元固体NMR分光法により解明する」という研究目的標に向けて、これまで積み上げてきた研究の総仕上げに取りかかった。得られた情報は地球内部鉱物の物性並びに地球のダイナミックス・進化をモデリングするために必要不可欠な定量的基礎データとなる。代表的な成果は下記の通りである。1.高度なNMR測定法・解析法の更なる発展。