hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バキュロウイルスによる宿主昆虫行動制御メカニズムの解明

病原体の中には、感染により宿主の行動を変化させるものが多く存在するが、病原体による宿主行動操作の分子メカニズムはほとんど解明されていない。バキュロウイルスは主にチョウ目昆虫の幼虫に感染する昆虫ウイルスで、感染幼虫は感染末期に異常な徘徊行動(Enhanced Locomotory Activity: ELA)を起こすことが古くから知られている。本研究は、バキュロウイルスの一種であるBmNPVとその宿主昆虫であるカイコを用いて、ウイルスによる宿主昆虫行動操作メカニズムの全容を明らかにすることを目的としている。これまでに、BmNPVのarif-1遺伝子を欠損すると全身感染効率が低下し、結果として脳におけるウイルス感染が遅延することでELAが惹起されなくなる可能性が示唆されている。そこで、H26年度はarif-1の詳細な機能解析を行った。GFP融合タンパク質を用いた細胞内局在解析の結果、ARIF-1は細胞膜局在し、C末端側が切断されて細胞質中に放出されることが示唆された。arif-1に関する研究成果の一部は論文化し、Journal of General Virology誌に発表した。またBmNPVの変異株を用いた行動スクリーニングの結果、Bm5遺伝子に導入した変異もELAの惹起に影響することを見出した。更なる詳細な解析の結果、BM5は核内の核膜近傍に局在し、ウイルス粒子の産生や感染後期におけるウイルス遺伝子発現制御に関与することが明らかになった。本研究ではまた、ELAの実行因子を同定するため、ELA惹起時に脳で発現量が変動する宿主遺伝子を探索した。RNA-seq解析やその後の詳細な発現解析の結果、ELAの最中に発現量が上昇する遺伝子を2個、ELA惹起直前から発現量が低下する遺伝子を9個見出した。しかしながら、各遺伝子を神経細胞特異的に発現させても感染幼虫のELAに影響は見られなかったことから、これらの発現変動遺伝子とELAの因果関係の解明には更なる詳細な解析が必要である。26年度が最終年度であるため、記入しない。病原体の中には、感染により宿主の行動を変化させるものが多く存在するが、病原体による宿主行動操作の分子メカニズムが解明された例はほとんどない。バキュロウイルスは、主にチョウ目昆虫の幼虫に感染する昆虫ウイルスで、感染幼虫は感染末期に異常な徘徊行動を起こすことが古くから知られている。平成24年度は、当初の研究計画から順番を変更し、まずウイルス感染幼虫の脳を用いたRNA-seqを行った。得られたデータから徘徊行動中にのみ脳で発現量が変化する宿主遺伝子をピックアップし、リアルタイムPCRによる発現の確認を行った。その結果、徘徊行動中のカイコ幼虫の脳において、T3up1と仮称した宿主遺伝子の発現量が約90倍に上昇することを見いだした。また、T3up1は摂食期のカイコ幼虫の脳ではあまり発現していないが、吐糸期(蝋化する場所を探して徘徊する時期)のカイコ幼虫の中枢神経系において発現が上昇することが明らかになった。この結果から、T3up1は徘徊行動の惹起に関与する遺伝子であることが示唆された。また、中枢神経系特異的プロモーターの開発にむけて、キイロショウジョウバエで神経細胞特異的発現プロモーターとして利用されている遺伝子のカイコホモログのプロモーター領域を調査したが、残念ながら神経細胞特異的な発現は認められなかった。さらに、徘徊行動の惹起による神経活動の変化を調査するため、電気生理実験の設備を構築し、腹部運動ニューロンの活動電位を測定した。その結果、徘徊行動中のカイコ幼虫では非感染の場合に比べ、活動電位の頻度が上昇する傾向にあった。バキュロウイルスは、主にチョウ目昆虫の幼虫に感染する昆虫ウイルスで、感染幼虫は感染末期に異常な俳徊行動を起こすことが古くから知られている。平成25年度は、脳において俳徊行動中に宿主遺伝子T3up1の発現量が上昇することが俳徊行動に必要であるか調査するため、神経細胞特異的にT3up1を過剰発現あるいはノックダウンさせ、俳徊行動への影響を調査したが、T3up1は俳徊行動には関与しないことを示唆する結果が得られた。一方で、neuropeptide-like proprecursor 4C (np1p4C)遺伝子の発現量が俳徊行動中の脳で顕著に減少していることが明らかになったため、現在、np1p4Cについて詳細な機能解析を進めている。また、平成25年度は、俳徊行動が消失する変異ウイルスpolh-proDについて、俳徊行動消失の原因遺伝子の同定とその機能解析を行った。RNA-seqデータを活用してpolh-proDの全ゲノム配列を調査した結果、polh-proDではactin rearrangement inducing factor-1遺伝子(arif-1)にフレームシフト変異が生じていた。そこで、arif-1変異株を作製して感染実験を行ったところ、arif-1変異株では幼虫感染においてウイルスの感染が遅延し、特に脳での遅延が顕著であった。

つまり、arif-1はウイルスの全身感染効率を上昇させる遺伝子であり、その働きによって脳への感染拡大がスムーズに行われることが明らかになった。病原体の中には、感染により宿主の行動を変化させるものが多く存在するが、病原体による宿主行動操作の分子メカニズムはほとんど解明されていない。バキュロウイルスは主にチョウ目昆虫の幼虫に感染する昆虫ウイルスで、感染幼虫は感染末期に異常な徘徊行動(Enhanced Locomotory Activity: ELA)を起こすことが古くから知られている。本研究は、バキュロウイルスの一種であるBmNPVとその宿主昆虫であるカイコを用いて、ウイルスによる宿主昆虫行動操作メカニズムの全容を明らかにすることを目的としている。これまでに、BmNPVのarif-1遺伝子を欠損すると全身感染効率が低下し、結果として脳におけるウイルス感染が遅延することでELAが惹起されなくなる可能性が示唆されている。そこで、H26年度はarif-1の詳細な機能解析を行った。GFP融合タンパク質を用いた細胞内局在解析の結果、ARIF-1は細胞膜局在し、C末端側が切断されて細胞質中に放出されることが示唆された。arif-1に関する研究成果の一部は論文化し、Journal of General Virology誌に発表した。またBmNPVの変異株を用いた行動スクリーニングの結果、Bm5遺伝子に導入した変異もELAの惹起に影響することを見出した。更なる詳細な解析の結果、BM5は核内の核膜近傍に局在し、ウイルス粒子の産生や感染後期におけるウイルス遺伝子発現制御に関与することが明らかになった。本研究ではまた、ELAの実行因子を同定するため、ELA惹起時に脳で発現量が変動する宿主遺伝子を探索した。RNA-seq解析やその後の詳細な発現解析の結果、ELAの最中に発現量が上昇する遺伝子を2個、ELA惹起直前から発現量が低下する遺伝子を9個見出した。しかしながら、各遺伝子を神経細胞特異的に発現させても感染幼虫のELAに影響は見られなかったことから、これらの発現変動遺伝子とELAの因果関係の解明には更なる詳細な解析が必要である。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の予定を変更してRNA-seqを先に行ったことにより、ウイルス感染脳における宿主遺伝子の発現変化について多くの情報を得ることができた。しかしながら、バイオインフォマティクス初学者であるため、RNA-seqデータの解析方法の習得に予想より多くの時間を要しているのが現状である。また、中枢神経特異的プロモーターの開発を目指していたが、調査した2つのプロモーターが両方共良い結果を得られなかったことも遅れの原因となっている。これまで謎であったpolh-proDの俳徊行動消失の原因遺伝子を特定し、新規の俳徊行動関速遺伝子arif-1を見出したことは大きな進展である。
枯草菌一般ストレス応答における情報伝達機構の解明

微生物は外界の急激な変化に応答する分子機構を有している。枯草菌では栄養飢餓や環境変化などの情報は転写因子σ^Bに伝達され、200以上の遺伝子が発現し、ストレスの排除とダメージの修復に至る。本研究は栄養飢餓応答に関わる脱リン酸化酵素RsbPのPASドメインと脱リン酸化ドメインの構造をX線結晶解析より明らかにした。本年度はマンガンイオン要求性PPMホスファターゼRsbPに焦点を当て研究を進めた。RsbPはホスファターゼドメイン(PPMドメイン)のN末端側に、PASドメインとcoiled-coilドメイン(CCドメイン)を有するマルチドメイン蛋白質である。各ドメインの機能や分子内情報伝達の仕組みに迫るため、PASドメインを欠損させたコンストラクト、PPMドメインのみのコンストラクトを新たに調製した。PPMドメインについては大量発現系を構築し、精製方法・溶液条件・結晶化条件を検討した。その結果、塩を沈殿剤とする条件で結晶が得られた。大型放射光施設SPring-8にて回折データ収集を行ったところ、分解能は2.2A、空間群はP42_12、格子定数はa=b=104.0A,c=51.3Aで非対称単位中に1分子含まれていることが分かった。現在、分子置換法による構造決定を試みている。一方、RsbP全長蛋白質については、予備的な実験から容易に凝集を起こすことが分かっていたため、動的光散乱測定による溶液条件の改善を試みた。その結果、緩衝液に含まれる塩濃度を下げることで凝集を避けられることが分かった。それを踏まえ結晶化を行ったところ、3×3×30μm程度の針状結晶が得られた。このような微小な結晶から回折像を効果的に収集するためには、結晶以外の散乱体からのバックグラウンドノイズを可能な限り低減させる必要がある。そこで新たに微小結晶をマウントするための器具の開発も行った。また結晶構造解析によるアプローチに加え、本年度はX線小角散乱測定を実施した。予備的な実験結果から、溶液状態ではダイマーを形成していることが推測された。枯草菌ストレス応答蛋白質RsbPについて下記のような結果を得た。(1)これまでの研究でRsbPを高純度に精製し結晶化条件を検討することで、針状結晶が得られていた。この針状結晶に高輝度・高集光放射光を照射し回折像を撮影したところ、低分解能の領域に蛋白質由来の回折斑点が確認できた。しかし格子定数、空間群の決定には至らなかった。(2)針状結晶などの微小な結晶から回折像を撮影し構造解析可能な回折データを得るためには、X線照射時に結晶以外から発生する散乱ノイズを出来るだけ低減させる必要がある。そこで昨年度から微小結晶をマウントする器具の開発に取り組んでいる。本年度は本器具の有用性の確認を行った。約10μm角のリゾチーム結晶を本マウント器具に適応したところ、従来のループマウント法にて測定したものに匹敵する回折データが収集できた。ループに由来する散乱ノイズを低減できることも確認した。(3)RsbPの脱リン酸化ドメインについて、分子置換法により分解能2.3Åにて構造決定した。RsbPはMnイオン要求PPM脱リン酸化酵素であり、活性中心には内在性の配位子である4つのアスパラギン酸が存在するものの、明らかにした構造にはMnイオンが配位していなかった。これは脱リン酸化ドメインを切り出して結晶化させたことによるアーティファクトの可能性があるものの、ストレスシグナルの認識に伴いMnイオンを配位させるように構造変化し活性化するという仕組みも考えられた。そのため切り出す脱リン酸化ドメインの長さを変えたコンストラクトを幾つか新たに作成し、高純度精製まで行った。今後、結晶化条件の検討を進め、構造を明らかにし、脱リン酸化ドメイン活性化の機構について解明を進める。
ES細胞から神経冠細胞を分化誘導する培養系の確立

ES細胞は受精後3.5日卵の内部細胞塊に由来する分化全能性を保持した細胞である。我々は色素細胞の試験管内分化のモデル系としてES細胞から色素細胞を誘導する培養系を開発した。未分化ES細胞を骨髄由来のストロマ細胞と共培養すると、デキサメタソン存在下で多数の色素細胞が出現した。この培養はc-Kitやエンドセリン3に依存することから、皮膚の色素細胞であると結論された。さらに、体軸後方化因子であるレチノイン酸の添加により色素細胞がさらに増加した。培養初期にこの培養で誘導された細胞をソートし培養したところ、色素細胞コロニー形成能を持つ未分化な前駆細胞が存在すること、その出現頻度はエンドセリン3やレチノイン酸添加により増加することがわかった。このことは、この培養系で色素細胞の唯一の祖先である神経冠細胞が誘導されていることを示唆している。胚における神経冠細胞の表面マーカーである低親和性NGF受容体抗体を利用したES細胞由来の神経冠細胞そのものの精製には成功しなかったが、この培養系から神経冠細胞を精製可能なマーカーを検索し、神経冠細胞をES細胞から誘導し、精製する研究を展開したい。研究の過程で、色素細胞が分化できないc-Kit遺伝子を破壊したES細胞細胞にエンドセリン3を添加することにより色素細胞が出現することがわかり、生体では色素細胞の分化に必要不可欠なc-Kitシグナルがエンドセリン3で代替可能なことが示された。我々の分化誘導系ではES細胞は3週間ほどで色素細胞へ分化する。この過程が、生体内のように神経冠細胞経由で進行することを証明するために、培養開始後に回収した細胞を一個ずつ再培養することを試みたが、神経堤細胞の頻度が少なく証明できなかった。現在、セルソーターを導入中であり、神経堤細胞のマーカーを用いて濃縮することにより再度証明することを計画している。神経冠細胞の分化因子(転写調節因子)のES細胞への強制発現系については、現在鋭意構築中である。生体内での色素細胞増殖分化因子の機能については、エンドセリン3(ET3)を全身の皮膚に強制発現させたトランスジェニックマウスの解析により新知見が得られた。ET3は色素細胞の増殖・分化因子であり、このマウスは皮膚でももちろん色素細胞の過剰な増殖が見られたが、心臓や胸腺にも色素細胞が多く観察された。これらの色素細胞は神経冠細胞のリニエージマーカーを発現していたので、頭部から移動してきた神経冠細胞の一部が色素細胞へ分化すると結論された。単離した野生型マウスの胸腺をET3存在下で培養しても色素細胞が分化した。このことは、神経冠細胞の運命決定にET3が重要な働きをしていることを示していること、未分化な神経冠細胞が移動後の組織・臓器においても維持されていることを示す。S細胞から試験管内で色素細胞を誘導できる培養系を開発し、色素細胞の分化の初期過程の解析を行った。誘導される色素細胞はc-kitシグナル、Endothelin-3シグナルに依存することから表皮色素細胞と同様に神経堤細胞を経て分化したものであると示唆された。そこで胚の後方化に重要な役割を持つレチノイン酸を培養初期に加えたところ、色素細胞の出現効率が劇的に増加した。このことはレチノイン酸による後方化で体幹神経堤細胞が効率よく誘導され、それを経由して色素細胞が分化していると考えられた。また、培養細胞を経日的にセルソーターで1000ずつソーティングして再培養することにより、分化系譜の初期段階に生じている色素細胞前駆細胞(メラノブラスト)がどの段階で生じているかを解析した。培養6-13日まで検討したところ、10日目以降に色素細胞のコロニーが優位に出現した。このことは培養10日目以降でメラノブラストが発生し、維持されていることを示唆している。出現した色素細胞コロニーを比較したところ10日目のコロニーには大きなものが多数観察され、増殖能に富んだ非常に未熟なメラノブラストが発生していることも示唆された。また、いくつかのコロニーからは色素細胞とグリア細胞が同時に誘導され、神経堤細胞の存在が示唆された。
銀河における暗黒物質構造の解明

本研究では、現在の宇宙構造形成理論の標準理論である冷たい暗黒物質理論において、その予測する暗黒物質サブハローが銀河周辺領域においてどのような状態で存在し、さらに銀河形態の形成とどのように関連しているのかを、理論と観測の両面から総合的に解明することを主眼とした。そこで、暗黒物質サブハローが銀河円盤の動力学構造に与える影響を詳しく研究するとともに、重カレンズ現象に基づくサブハローの研究を行った。まず、詳細な数値実験に基づいて、暗黒物質サブハローによってどのように銀河円盤が厚くなるか、そして、現在観測される薄い円盤を維持するためには、サブハローの分布にどのような制限が付くかを考察した。さらに研究を進めて、いわゆる厚い円盤構造の起源との関連を調べ、観測される厚い円盤構造がサブハローとの力学相互作用による可能性がはじめて明らかになった。また、すばる望遠鏡によって相互フラックス比の異常を示す4重クエーサーの観測を遂行し、手前のレンズ銀河における暗黒物質サブハローの分布に関して新たな知見を得た。さらに、本研究チームの組織により、銀河スケールにおける暗黒物質(冷たい暗黒物質、ブラックホール)の存在形態を導く新しい方法論の確立、現有の観測装置に基づく暗黒物質の探査の実施とその解析方法の確立、暗黒物質の存在形態に関する理論的理解の確立、の3本柱を基にして、銀河における暗黒物質の存在形態を解明するための研究を進めた。そして、暗黒物質と銀河形成と進化と関係について新しい知見を獲得することができた。これらの研究成果は6編の論文掲載紙に発表し、さらに2編の論文が投稿済みとなっている。本研究では、暗黒物質サブハローが銀河周辺領域においてどのような状態で存在し、さらに銀河形態の形成とどのように関連しているのかを、理論と観測の両面から総合的に解明することを主眼とした。暗黒物質サブハローはその周囲に及ぼす重力レンズ現象を通じて存在形態を導出することができる。本研究では、重力レンズ現象に基づく新しい方法、すなわち4重クエーサーの相互フラックス比の異常が手前の銀河の暗黒物質サブハローによるものであることに基づいて、すばる望遠鏡による観測を遂行して新たな知見を得た。また、始原天体起源のブラックホールなどを発見する方法において、現有の観測装置に留まらず、現在議論されている将来の大望遠鏡を用いた方法に多くの可能性があることを指摘した。一方、こういった新しい手法の開発と具体的な理論的解析の実践、さらに実際の観測データの解析方法の構築、といった多くの重要な事項が手付かずの状態であり、宇宙や銀河スケールにおいて重要な暗黒物質の解明に向けて早急に検討する必要性があった。そこで、本研究チームの組織により、銀河スケールにおける暗黒物質(冷たい暗黒物質、ブラックホール)の存在形態を導く新しい方法論の確立、現有の観測装置に基づく暗黒物質の探査の実施とその解析方法の確立、暗黒物質の存在形態に関する理論的理解の確立、の3本柱を基にして、銀河における暗黒物質の存在形態を解明するための研究を進めた。さらに、暗黒物質と銀河形成と進化と関係について新しい知見を獲得することができた。これらの研究成果は、4つの論文掲載紙に発表した。本研究では、現在の宇宙構造形成理論の標準理論である冷たい暗黒物質理論において、その予測する暗黒物質サブハローが銀河周辺領域においてどのような状態で存在し、さらに銀河形態の形成とどのように関連しているのかを、理論と観測の両面から総合的に解明することを主眼としている。本年度は、暗黒物質サブハローが銀河円盤の動力学構造に与える影響を詳しく研究するとともに、昨年度行った重力レンズ現象に基づくサブハローの研究を引き続き行った。また、すばる望遠鏡によって相互フラックス比の異常を示す4重クエーサーの観測を引き続き遂行し、手前のレンズ銀河における暗黒物質サブハローの分布に関して新たな知見を得た。

さらに、昨年度に引き続き、本研究チームの組織により、銀河スケールにおける暗黒物質(冷たい暗黒物質、ブラックホール)の存在形態を導く新しい方法論の確立、現有の観測装置に基づく暗黒物質の探査の実施とその解析方法の確立、暗黒物質の存在形態に関する理論的理解の確立、の3本柱を基にして、銀河における暗黒物質の存在形態を解明するための研究を進めた。そして、暗黒物質と銀河形成と進化と関係について新しい知見を獲得することができた。これらの研究成果は2編の論文掲載紙に発表し、さらに2編の論文が投稿済みとなっている。
高分子鎖の並進および回転拡散の関係

本研究の目的は,高分子鎖の並進拡散係数Dと回転拡散(緩和時間t)を比較し,0次及び1次モードの関係を実験的に解明することである。この目的のため,昨年度はバルク状態のポリイソプレンについて,強制レーリー散乱法によりDを測定し,誘電緩和法によりtを測定した。また誘電測定により二乗平均末端間距離も同時に測定した。これらの結果から無次元量Dt/〈r^2〉を求め理論と比較した。本年度は昨年に引き続いて,D,t,〈r^2〉の測定をさらに広い分子量にわたって行った。その結果,ポリイソプレンのDは,分子量Mが1万から4万までの範囲ではM^<-2.8>に比例したが,さらに高い分子量域では分子量依存性が弱くなり管模型の予言するM^<-2.0>に近づく傾向が見られた。しかしM^<-2.0>に漸近するかどうかは確認できなかった。一方,低分子量ポリイソプレンにラベルした高分子量ポリイソプレンを少量混合した系では分子量によらずRouse理論の予言するM^<-1.0>によく一致した。またDt/〈r^2〉の値はRouse理論の予言する1/3π^2に一致した。逆に高分子量(M=20万)のポリイソプレンをマトリックスとしてDを測定するとM^<-2.5>に比例し,管模型とは一致しないことがわかった。その他の挙動は昨年度の報告とほぼ同じであった。次に準希薄溶液での挙動を調べるため,誘電的に不活性なポリブタジエンの準希薄溶液に少量のポリイソプレンをプローブとして加えた系について誘電測定を行ない,t及び〈r^2〉を決定した。ポリブタジエンの極限粘度と濃度を[η],Cとするとt及び〈r^2〉はC[η]の普遍関数なることがわかった。またポリイソプレンとポリブタジエンのブレンド系についても誘電測定を行なったが,Dについては目下測定の準備中である。高分子鎖の並進運動と回転拡散は最も遅いモードであり、理論的にはそれぞれO次および1次のモードに対応する。本研究では、ポリイソプレンについて強制レーリー散乱法により並進拡散係数Dを測定し、誘電測定により分子全体の回転緩和時間τを測定した。また誘電緩和強度より二乗平均末端間距離〈r^2〉を計算し、τD/〈r^2〉の値を決定した。試料のポリイソプレンはアニオン重合法で合成し、末端をメチルアゾベンゼンでラベルした。強制レーリー散乱の測定は、アルゴンレーザーの488nmの光で書き込みを行い、ヘリウムネオンレーザー光の散乱を用いて行った。誘電測定は20Hzから100kHzの範囲で行った。単分散ポリイソプレンのDは分子量MのM^<-2.8>に比例し、管模型の予言するM^<-2.0>により強い分子量依存性を示した。ラベルしたポリイソプレンを低分子量のポリイソプレンに混合して,いわゆるトレーサー拡散係数Dtrを測定したところ,DtrはM^<-1>に比例し、Rouse理論とよく一致した。次に全く同一の条件で誘電測定を行ったところ,単分散系ではτはM^<3.8>に比例し,低分子量マトリルクス中ではM^<2.0>に比例した。管模型理論はταM^<3.0>を予言するが,τの分子量依存性はDの場合と同様に理論より強い。

以上より,Dおよびτは非からみ合い系では,理論とよく合うが,からみ合い系では理論に合わないことが確められた。さらにこれらのデーターからDτ/〈r^2〉を求めた。この量はRouse理論管模型理論共に1/3π^2となると予言する。実験値は非からみ合い系ではほぼこの予想と一致したが,単分散系では,Dτ/〈r^2〉は分子量と共に減少し,1/3π^2より後1桁小さい値となった。この挙動はGraessleyの修正理論でも説明できないことが明らかとなった。ポリイソプレン(PI)のバルク状態およびポリブタジエン(PB)とのブレンド系について、重心拡散係数(並進拡散)Dを散乱レーリー散乱法で測定し、回転拡散係数は誘電的ノーマルモード過程の測定で得られる末端間ベクトルの回転緩和時間τから求めた。D、τおよび、二乗平均末端間距離〈r^2〉のあいだに成り立つ、無次元量Dτ/〈r^2〉を求め、理論と比較したところ、非からみ合状態では、Rouse理論とよく一致した。しかし、からみ合い状態では1/(3π^2)(1/30)より小さい値が得られ、分子量とともに減少した。この結果は現在もっとも正しいと考えられているGraessleyの管再構成模型でも説明できない。次に、高分子鎖の化学構造がDおよびτにどのような影響を与えるかを調べるため、PIおよびポリ(ε-カプロラクトン)(PCL)について誘電的ノーマルモード過程の測定を行ない、両者を比較したが、誘電的ノーマルモード過程の挙動は全く等しく化学構造の影響はないことがわかった。さらにPIについては、種々の分子量のポリブタジエン(PB)および溶媒(へプタン)との3成分系について測定を行い、希薄溶液から準希薄およびバルクまで組成を変化させτおよび<r^2>に対するからみ合い効果を調べた。PBの濃度C、PIおよびPBの極限粘度[η]_1および[η]_Bとすると、τがC[η]_1およびC[η]_Bの普遍関数として表されることがわかった。一定のC[η]_BでτのPI分子量依存性を調べると、PIの高分子域でZimm理論に合う領域がみとめられた。また<r^2>はC[η]_Bの増加とともに減少し、ブロブモデルに基づいたスケーリング理論が近似的に妥当であることがわかった。
マルチスケールモデリングによる多結晶金属の材料設計に関する研究

本年度は,結晶粒の特性,幾何構造,結晶粒径などのミクロスケールの情報から多結晶金属のマクロな強度特性または延性のような変形特性を評価するためのマルチスケールモデリング手法を整備し,基礎的な検討を実施した.そして,適用例として実験的に知られているミクロスケールの情報とマクロ材料特性の関係を数値解析によって再現し,手法の有用性を示した.多結晶金属のマクロな引張強度および延性を評価するために,マクロ剛性の低下の原因である結晶粒の損傷を構成モデルとして考慮した.この構成モデルとあわせて,それを用いた有限要素解析を行うための数値解析アルゴリズムを提案した.提案手法を用いて,結晶粒の局所的な損傷がマクロ剛性の低下を誘起していることを数値解析によって示した.また,非均質変形の卓越する多結晶スケールの数値解析に関して精度検証とマクロ強度を評価するために必要なメッシュ分割数の検討を行った.この結果,標準的な低次の有限要素を適用した場合,有限要素モデルでいかに詳細な離散化したとしても金属塑性特有の等体積変形を精度良く表現することができないため,マクロ引張強度を低く評価してしまい,この等体積変形を精度良く近似するための有限要素技術の導入が必須であるという知見を得た.昨年度の成果である結晶粒径のモデル化と上記のマルチスケールモデリングを用いて,マクロ降伏強度および引張強度に対する結晶粒径依存性を評価した.その結果,Hallp-Petchの関係として知られる降伏強度や引張強度における結晶粒径依存性だけでなく,材料開発でしばしば問題となる高強度化による延性の低下を数値解析ではじめて再現することに成功した.マルチスケールモデリングによる多結晶金属の材料評価において,必要となる数値解析手法の開発を行った.特に,マルチスケール解析は計算コストが膨大となるため,計算手法の効率化および計算コストを抜本的に回避するための2つの提案を行った.ひとつは,結晶塑性論に基づく構成モデルの定式化を新たに行った.これは既往の定式化を洗練することで非線形計算を効率的に実施することを狙ったものである.提案手法と既往の手法による計算結果を比較したところ,良好なパフォーマンスを示すことが確認できた.もうひとつは,マルチスケールモデリングの支配方程式である均質化法によって誘導された非線形2変数問題をその解析アルゴリズムに基づき変数ごとに,すなわち,ミクロおよびマクロスケールに分ける解法の提案である.この解法はミクロおよびマクロスケールの境界値問題を連成効果を保持しながら別々に解くことが可能となるため,並列計算による大規模計算を実施せずともPCで現実的な計算コストでのマルチスケール解析が可能となる.本解法の検証も実施し,その適用性を確認した上で,適用時の注意点を示した.また,上記の計算手法を用いて多結晶金属の材料設計を行う際に必要となる材料評価に関する検討を進めている.特に,多結晶金属の結晶粒径依存性を評価するためのモデル化の検討として,既往の研究で提案されているモデルの問題点を指摘すると共に,本研究でのモデル化指針を決めるために,既往の研究を2つに分類し,両者を数値解析によって比較した.どちらのモデルも0.2%オフセット強度において,一般的に結晶粒径とマクロ強度の関係として成り立つHall-Petchの関係が再現可能であることを確認した.本年度は,結晶粒の特性,幾何構造,結晶粒径などのミクロスケールの情報から多結晶金属のマクロな強度特性または延性のような変形特性を評価するためのマルチスケールモデリング手法を整備し,基礎的な検討を実施した.そして,適用例として実験的に知られているミクロスケールの情報とマクロ材料特性の関係を数値解析によって再現し,手法の有用性を示した.多結晶金属のマクロな引張強度および延性を評価するために,マクロ剛性の低下の原因である結晶粒の損傷を構成モデルとして考慮した.この構成モデルとあわせて,それを用いた有限要素解析を行うための数値解析アルゴリズムを提案した.提案手法を用いて,結晶粒の局所的な損傷がマクロ剛性の低下を誘起していることを数値解析によって示した.また,非均質変形の卓越する多結晶スケールの数値解析に関して精度検証とマクロ強度を評価するために必要なメッシュ分割数の検討を行った.この結果,標準的な低次の有限要素を適用した場合,有限要素モデルでいかに詳細な離散化したとしても金属塑性特有の等体積変形を精度良く表現することができないため,マクロ引張強度を低く評価してしまい,この等体積変形を精度良く近似するための有限要素技術の導入が必須であるという知見を得た.昨年度の成果である結晶粒径のモデル化と上記のマルチスケールモデリングを用いて,マクロ降伏強度および引張強度に対する結晶粒径依存性を評価した.その結果,Hallp-Petchの関係として知られる降伏強度や引張強度における結晶粒径依存性だけでなく,材料開発でしばしば問題となる高強度化による延性の低下を数値解析ではじめて再現することに成功した.
免疫系におけるMAPキナーゼ抑制機構の生理機能

MAPキナーゼ(MAPK)のp38は、自然免疫、獲得免疫の両面で重要な制御分子とされるが、個体レベルの免疫制御機能は明らかでない。我々は、チロシン脱リン酸化酵素のLC-PTPが、p38のCD領域に結合することを初めて明らかにした。さらに、p38のCD領域にsem型の点突然変異を導入したノックインマウスを作成し、その解析を行った。sem型p38のノックインマウスは生存可能で、T、Bリンパ球画分には著変を認めず、Tリンパ球を抗CD3抗体で活性化した際の細胞増殖やIL-2産生にも大きな影響を認めなかった。一方、LPSに対する応答性は大きく低下していた。マウス腹腔にLPSを投与し、野生型マウスが全例死亡する条件下で、sem型p38マウスの半数が生存した。sem型p38マウスでは、LPSによるTNF-αの産生がほぼ完全に消失しており、これがLPS抵抗性の原因と考えられた。sem型p38マウスにおける細胞内シグナル異常を検討したところ、sem型p38は、基質であるMAPKAP2と結合せず、これを活性化できないことが判明した。MAPKAP2ノックアウトマウスでTNF-α産生が見られなくなると報告されており、これがTNF-α産生低下の原因であることが明らかになった。p38ノックアウトマウスは胎生致死と報告されているが、sem型p38のノックインマウスはLPS低応答性を示すが生存可能である。この結果は、p38の下流にMAPKAP2など、より炎症制御に特異的な分子標的が存在すること示すものと言える。p38やERKなどのMAPキナーゼ(MAPK)は、自然免疫、獲得免疫の両面で重要な制御分子とされる。MAPKは、リン酸化で活性化される一方脱リン酸化で不活性化される。我々は、MAPKのCD領域にsevenmaker型の点突然変異を導入すると、MAPKと脱リン酸化酵素の結合性に影響を及ぼすこと見出した。そこで、免疫制御におけるMAPKの意義とその脱リン酸化制御の重要性を明らかにする目的で、sevenmaker型MAPKのノックインマウスを作製しその解析を行った。作成したsem型p38αのノックインマウスは、ホモ、ヘテロマウスとも生存可能で妊孕性も保持していた。ホモマウスは低体重で、約半数の個体が生後に突然死した。ホモ、ヘテロマウスとも胸腺、脾臓、リンパ節のT、Bリンパ球画分には著変を認めず、Tリンパ球をCD3抗体で活性化した際の細胞増殖とIL-2産生にも大きな影響を認めなかった。一方、エンドトキシンショックに対する応答性には大きな差異を認めた。マウス腹腔にLPS投与し、野生型マウスが投与後10時間以内に全例死亡する条件下で、ホモマウスの半数が生存した。次に、エンドトキシンショックに対する抵抗性のメカニズムを検討する目的で血中の各種炎症性サイトカインレベルを検討した。野生型マウスのLPS投与で見られるTNF-αの上昇がホモマウスではほぼ完全に消失していた。他にIL-6、IFN-γ、IL-1βの産生低下が見られたが、IL-12産生には影響を認めなかった。TNF-αはLPSによる肝障害の主要因子であり、その低下がホモマウスのLPS抵抗性の原因と考えられる。以上の結果を踏まえ次年度はsem型p38αにおける細胞内シグナルの変化を検討するとともに、本年度新たに作製したsem型ERK2ノックインマウスの解析を行う。
生活廃棄物(廃ガラスビン・下水汚泥スラグ)のコンクリート用材料としての有効利用

廃ガラスビン粉末を細骨材として用いた材齢5年のコンクリートについて強度試験を行った。ガラス粉末を混入したコンクリートは,ポゾラン反応による長期強度の増加が期待できることから,材齢1年から5年の強度増加率が高くなったと考えられる。特に,廃ガラスビン粉末の置換率が10%の時,強度増加率が最も大きくなった。しかし,静弾性係数は材齢1年と比較して低下し,材齢91日とほぼ同程度となった。下水汚泥スラグ粗骨材は,砕石と比較してすり減り減量と破砕値が大きく,粗骨材自体の強度は小さい。また,吸水率はJIS規格値を満たしているが,砕石と比較して非常に大きい。フレッシュコンクリートにおいて,化学混和剤使用量が同一の場合,下水汚泥スラグ粗骨材置換率の増加に伴い,スランプおよび空気量が増加する傾向にあり,コンクリート強度は低下した。コンクリートの乾燥収縮は,下水汚泥スラグ粗骨材使用による影響は少ないが,コンクリートの耐凍害性は低下する傾向にあった。200万回圧縮疲労強度は,普通コンクリートと比較して若干低下し,コンクリート疲労強度式中でK=10とすれば,生存確率95%以上を満足することが明らかとなった。下水汚泥スラグ細骨材の物理試験の結果,本実験で用いた下水汚泥スラグ細骨材は,JIS規格値を満足するものであった。下水汚泥スラグ細骨材を用いたコンクリートの凝結始発および終結時間は,置換率100%を除き置換率の増加に伴って早くなり,ブリーディング量は増加する傾向にあった。コンクリートの各種強度は,置換率100%と0%が同程度であり,置換率の減少に伴い低下した。凍結融解試験結果より,耐久性指数はスラグ置換率の増加および水セメント比に拘わらずほぼ同程度であった。300サイクル修了時点での質量減少率は,置換率0%(質量減少率0.1%)と100%は同程度となったが,置換率2575%では58倍となった。しかし,静弾性係数は材齢1年と比較して低下し材齢91日とほぼ同程度となった。下水汚泥スラグ粗骨材は,砕石と比較してすり減り減量と破砕値が大きく粗骨材自体の強度は小さい。また,吸水率はJIS規格値を満たしているが砕石と比較して非常に大きい。フレッシュコンクリートにおいて,化学混和剤使用量が同一の場合,下水汚泥スラグ粗骨材置換率の増加に伴いスランプおよび空気量が増加する傾向にあり,コンクリート強度は低下した。コンクリートの乾燥収縮は下水汚泥スラグ粗骨材使用による影響は少ないが,コンクリートの耐凍害性は低下する傾向にあった。200万回圧縮疲労強度は,普通コンクリートと比較して若干低下し,コンクリート疲労強度式中でK=10とすれば生存確率95%以上を満足することがわかった。

下水汚泥スラグ細骨材を用いたコンクリートの凝結始発および終結時間は,置換率100%を除き置換率の増加に伴って早くなり,ブリーディング量は増加する傾向にあった。コンクリートの各種強度は,置換率100%と0%が同程度であり,置換率の減少に伴い減少した。凍結融解試験結果より,耐久性指数はスラグ置換率の増加に関わらずほぼ同程度であった。300サイクル終了時点での質量減少率は,置換率0%(質量減少率0.1%)と100%は同程度となったが,置換率2575%では58倍となった。廃ガラスビン粉末を細骨材として用いた材齢5年のコンクリートについて強度試験を行った。ガラス粉末を混入したコンクリートは,ポゾラン反応による長期強度の増加が期待できることから,材齢1年から5年の強度増加率が高くなったと考えられる。特に,廃ガラスビン粉末の置換率が10%の時,強度増加率が最も大きくなった。しかし,静弾性係数は材齢1年と比較して低下し,材齢91日とほぼ同程度となった。下水汚泥スラグ粗骨材は,砕石と比較してすり減り減量と破砕値が大きく,粗骨材自体の強度は小さい。また,吸水率はJIS規格値を満たしているが,砕石と比較して非常に大きい。フレッシュコンクリートにおいて,化学混和剤使用量が同一の場合,下水汚泥スラグ粗骨材置換率の増加に伴い,スランプおよび空気量が増加する傾向にあり,コンクリート強度は低下した。コンクリートの乾燥収縮は,下水汚泥スラグ粗骨材使用による影響は少ないが,コンクリートの耐凍害性は低下する傾向にあった。200万回圧縮疲労強度は,普通コンクリートと比較して若干低下し,コンクリート疲労強度式中でK=10とすれば,生存確率95%以上を満足することが明らかとなった。下水汚泥スラグ細骨材の物理試験の結果,本実験で用いた下水汚泥スラグ細骨材は,JIS規格値を満足するものであった。コンクリートの各種強度は,置換率100%と0%が同程度であり,置換率の減少に伴い低下した。凍結融解試験結果より,耐久性指数はスラグ置換率の増加および水セメント比に拘わらずほぼ同程度であった。300サイクル修了時点での質量減少率は,置換率0%(質量減少率0.1%)と100%は同程度となったが,置換率2575%では58倍となった。
赤外線遮断特性を持つ薄膜形メタマテリアルの研究

遮断特性を持つ薄膜型メタマテリアルについて検討を行っている.これは誘電体基板上に2次元的に配置された平行導体ストリップで構成されている.まずマイクロ波領域で遮断特性の高性能化を検討する.新しい形のストリップにより入射波の偏波方向に依存しない特性の構造を実現する.波の入射角度依存性も改善する.3枚のストリップの形状を調節して遮断周波数の広帯域化を行う.リソグラフィー技術を用いることによって赤外領域に遮断特性を持つメタマテリアルを作製評価し,ストリップ構造を反映した透過特性を得る.遮断特性を持つ薄膜型メタマテリアルについて検討を行っている.これは誘電体基板上に2次元的に配置された平行導体ストリップで構成されている.まずマイクロ波領域で遮断特性の高性能化を検討する.新しい形のストリップにより入射波の偏波方向に依存しない特性の構造を実現する.波の入射角度依存性も改善する.3枚のストリップの形状を調節して遮断周波数の広帯域化を行う.リソグラフィー技術を用いることによって赤外領域に遮断特性を持つメタマテリアルを作製評価し,ストリップ構造を反映した透過特性を得る.平面型メタマテリアルの特性をマイクロ波領域で検討し,媒質を構成する粒子を含む単位セル構造や粒子の形状について新しく考案し,入射波の偏波方向に依存せずに遮断特性を示すメタマテリアルを実現した.まず誘電体基板の表裏面に金属ストリップを並べた帯域阻止特性をもつ板状媒質についてその動作原理を明らかにした.基板の表面に縦方向に並んだ長方形の金属ストリップは,ストリップに平行な電界に対して金属ストリップの持つインダクタンスとストリップ間のキャパシタンスにより電気的共振が起こる.またストリップに垂直な磁界に対して表裏の金属ストリップ間で磁気的共振が起こる.二つの共振モードを持つ媒質の等価的誘電率及び透磁率を調べると,誘電率あるいは透磁率が負となるシングルネガティブ領域が出来ており,このため媒質内は非伝搬になると解釈できる.この人工媒質の偏波依存性を取り除くためには,金属ストリップが軸対称な形である必要がある.x軸に平行なストリップをx軸方向に並べ,加えてy軸に平行なストリップをy軸方向に並べて媒質を構城した.この媒質は,x軸方向,y軸方向,さらにはこれらの軸に対して45度の傾きを持つ方向に偏波した平面波を遮断する特性を持つ.透過波が18%の比帯域において20dB以上減衰する特性が得られた.次に軸対称な十字型の金属ストリップをx軸方向及びy軸方向に並べた媒質を提案した.この媒質は粒子幅に関して自由度が高く,またインピーダンスが低いため,大きな減衰が得られる.その遮断特性は22%の比帯域で,減衰量は30dB以上である.さらに基板の誘電率を下げることで遮断周波数の外側に通過域を持つ人工媒質を示した.基板の誘電率を下げて通過域を作っているため,減衰量が下がるが,それでも十字型ストリップを用いているため,偏波依存性がなく16%の比帯域で20dB以上の減衰が得られている.以上の構造の遮断特性を持つ人工媒質を設計,試作しその特性を確認した.21年度の研究で提案したマテリアル構造ではTM波を入射させたとき,等価的誘電率に大きく影響を及ぼず粒子の共振周波数が,入射角度により変化することが分かった.このため遮断特性が波の入射角度により変わってしまうので,その原因と安定化を検討した.この共振は媒質の構成粒子である金属ストリップのインダクタンスと粒子間のキャパシタンスによって起こる.TM波が入射したとき,各ストリップに入射する電磁波は位相が異なり,ストリップ間に発生する電気力線の数はこの位相差に依存する.このためキャパシタンスの大きさが変化し共振周波数が変わることになる.これを防ぐためにストリップ間に細い金属パターンを追加しキャパシタンスの値を安定化させる構造と,逆にストリップ間のキャパシタンスは下げて基板の厚みを変えることで共振周波数を調節する二種類の案を試し,どちらも効果のあることをシミュレーションにより確認した.赤外領域での媒質作成については,基板について予備実験を行いBaF2とCaF2を比較した結果,BaF2には劈開性に加え潮解性があることから,今回,CaF2を選択した.薄膜については,基板と同じCaF2をスパッタ法により成膜し,走査型電子顕微鏡による表面観察および透過率の測定を行った.その結果,特に粒界はみられず,90%の透過率を得た.下層金属パターンの形成は電子線描画装置による直接描画により,赤外領域に阻止帯域(中心波長:7μm)をもつ平行導体型粒子構造の作製を行い,所望のパターンを得た.次にCaF2スパッタ後にレジストを塗布し,下層金属パターンをマスクとしたアライメントフリーな作製を試みた,その結果,パターン作製には成功したものの,下層金属パターンの段差のため,レジストパターンは下層金属パターンに比べかなり太くなっており,作製が困難であった.そこで、下層金属膜の厚さを変えて作製を試みたが,改善はみられなかった.今後は,目合わせマークを用いた電子線描画法による重ね合わせ露光を試みる予定である.媒質表面に周期的に並んだ金属ストリップの幅方向に平行な磁界成分を持つTM波が入射したとき、並んだ金属ストリップによる等価誘電率に影響する共振モードの周波数が入射角度に依存して変化する問題があったが、金属ストリップ間に磁界と平行な方向に金属細線を入れることで周波数の変化が抑えられることをマイクロ波領域で試作、測定して確認した。これにより入射角度により阻止特性周波数が変わってしまう問題が解決され、安定した阻止特性が得られる。

また昨年までは単位素子を向かい合った金属ストリップ2枚で構成していたが、3枚のストリップで構成することで共振モードの数が一個増えて特性の改善が期待出来る。実際に計算したところ、波を入射させたときに現れる共振電磁界分布は固有モードの電磁界分布から形が崩れており予想していた特性とは異なるものであったが、ストリップの形を変形し単位素子中にできるインダクタンスやキャパシタンスの大きさを調整して、3種類の共振モードの周波数を適切に配置して阻止帯域を設計できるようになった。これにより昨年度に得られた特性より減衰量は20dB増加し、あるいは2倍の阻止帯域の実現が可能となり、高性能な阻止特性が得られることを示した。赤外領域では,遮断特性を明らかにするためにサイズの異なる単層パターンを作製し、シミュレーションとの比較を行った。その結果、シミュレーションに比べかなりブロードではあるが構造パラメータを反映した遮断特性を得た。各構造におけるピーク位置は、シミュレーション結果とほぼ一致した。また、重ね合わせ露光法による平行導体粒子構造の作製に成功し、これまで行ってきた裏面露光法に比べ、良好なパターン形状を得た。
染色体工学を用いたセントロメアを中心とするゲノム構築原理の解明

ゲノム配列が解読された後は、ゲノムそのものが構築される原理を解明することが重要である。本研究では複雑なゲノム構築原理の内、ゲノム分配機構に焦点を当て染色体工学的な手法を用いて、高等動物セントロメアの形成機構の解明を目指す。本年度は、これまでの研究の継続性を重視してニワトリB細胞由来のDT40細胞を用いてCENP-A、Nuf2、Hec1を対象に条件的ノックアウト細胞の作成と表現型の解析を行った。以下に結果を述べる。1)Nuf2およびNuf2と相互作用するセントロメアタンパク質Hec1のノックアウト株を作成した。両ノックアウト細胞株の表現系解析から、いずれの株も約450分の細胞分裂遅延を起こした後死滅することが分かった。その際、CENP-A,-C,-Hなどのインナーセントロメアタンパク質の局在に変化は見られなかった。一方CENP-HやCENP-Iのノックアウト株においてNuf2やHec1の量が減少していた。また、Hec1は細胞周期チェックポイントタンパク質であるMad2と結合していることが分かった。さらにFRAP解析の結果、Nuf2複合体はセントロソームにおいてダイナミックな挙動をして、セントロメアでは、安定した構造をとることを明らかにした。2)CENP-Aのノックアウト細胞でBubR1というチェックポイントタンパク質の局在が失われた。CENP-Aのノックアウト株では、最初に紡錘体チェックポイント機構の活性化が起きて、細胞周期がM期で遅延した後、分裂後期に入って行くことから、CENP-Aはチェックポイントの「活性化」より「維持」に影響を与えると結論した。3)ヒト染色体由来の人工染色体を保持するDT40細胞を対象にして、RNAiマシーナリーに関与するDicer遺伝子の条件的ノックアウト細胞を樹立した。Dicerの発現が失われた細胞で、ヒト人工染色体のセントロメア領域からのRNA転写が確認できた。セントロメア形成に関わるDicerの影響を現在解析している。以下に結果を述べる。
超対称非可換ゲージ理論におけるスカラー物質場と自発的対称性の破れ

本年度に実施を計画した研究のひとつは一般化されたチャーン・サイモン理論の性質の解明であった。これに関しては、まず昨年度までの研究で偶数次元の場合の量子化に成功していたので、本年度は奇数次元の場合の量子化についての研究を行った。その結果、基本的な代数構造の共通性により、奇数次元の場合でも無限階質量殻上既約の性質に応じた量子化できることが分かり、スカラー場の凝縮が一般化されたチャーン・サイモン理論の量子論的性質を大きく左右することも確認してきた。また、スカラー場の凝縮の有無が理論の位相的性質を変えるという事情は、特殊な形での正則性条件の破れと関係するという他に例を見ない構造となっていることが明らかになった。この点に留意して理論の量子論的性質を解明することは今後の研究課題となる。本年度にもうひとつ計画した研究は、SU(N)及びSO(N)の超対称ゲージ理論について大局的対称性とゲージ対称性の真空中での実現においてスカラー場の果たす役割を明らかにすることであったが、残念ながらこれに関しては投稿論文にまとめる形での研究成果を得ることはできなかった。しかし、この研究を遂行する中で、超対称ゲージ理論を低エネルギー有効理論として包含する超弦の場の理論の観点から超対称ゲージ理論の性質を解析する可能性についての知見を得た。今後はこの知見を生かし、超弦の場の理論の観点から超対称ゲージ理論の性質についての研究をすすめたい。今年度は一般化されたチャーン・サイモン(GCS)理論の量子化についての研究成果をあげた。チャーン・サイモン(CS)理論は3次元でのみ定義され、ゲージ場だけを含むのに対して、GCS理論はその代数的性質を保ったままスカラー場、反対称テンソル場、フェルミオン場を加え、一般次元で定式化できるように拡張されたものである。この理論はポアンカレ超対称性ではないが、ゲージ対称性を拡張した極めて大きな超対称性を有しており、4元数形式を用いることにより通常のCS理論の代数構造が明白に表される。GCS理論は特定のゲージ代数を選ぶことにより、古典的には2次元ないし4次元において位相的重力理論と結び付けられているが、その際にはスカラ一場の凝縮の有無が重要な鍵となっている。そこで、量子論的な性質を調べることに興味が持たれるが、理論が提唱された当初より量子化は容易な問題ではないことが知られていた。今回明らかにした点の第一はこの理論はスカラー場の存在が鍵となって無限階質量殻上既約という極めて特殊な性質を持つことである。そこで、バタリン、ビルコフィスキー、フラトキンらによる質量殻上既約な理論に対する量子化手法を利用して量子化を行った。その際には正則性条件の破れという別の問題もあったが、自然な拡張を行うとうまく量子化できることを明らかにし、分配関数が位相的性質を持つことも示した。また、量子化に際しても4元数形式が代数構造の簡単化に大きく寄与することもわかり、4元数がゲージ理論の中で形式以上の意味を持ちうるかどうか興味が持たれる。これまでにスカラ一場の凝縮が量子論的にも特殊な役割を果たすことが見えてきているが、今後は位相的重力理論との関係も含め、より具体的な量子論的性質の解明を目指したい。
シダDNAiの機構解明と応用

シダに特徴的な、世代を超えて有効なDNA断片による遺伝子サイレンシング(DNAi)効果はヒストンの脱アセチル化によって起こり、脱アセチル化阻害剤によって遺伝子機能が回復することから、DNAiはヒストンの脱アセチル化によって誘導され、次世代に伝わることが示めされた。またDNAiの普遍性を証明するために、シロイヌナズナの葉緑体運動に必須なKACのシダの相同遺伝子のDNAiを行った結果、葉緑体は細胞膜から離脱し、凝集を示した。この結果から、DNAiの有効性が他の遺伝子でも示された。高等植物では、RNA干渉(RNAi)とよばれる遺伝子サイレンシング技術が遺伝子機能解析に広く利用されている。我々は、ホウライシダに機能を調べたい遺伝子のDNA断片を細胞内に導入すると、RNAi同様に目的遺伝子の発現抑制により遺伝子サイレンシングを起こすことを発見し、この現象をDNA干渉(DNAi)と名付けた(Kawai-Toyooka et al.2004)。赤色光で誘導される葉緑体光定位運動や光屈性に関わる光受容体の遺伝子NEO1の場合はDNAi効果が次世代まで引き継がれるが、これはDNAi効果が目的遺伝子DNAのメチル化による可能性を昨年度の実験で示した。RNAiではヒストン修飾もDNAのメチル化同様、遺伝子サイレンシングには重要な役割を果たしている。そこで、本年度は、昨年同様NEO1遺伝子を用いて、DNAiにおけるヒストン修飾をChromatin Immunoprecipitation (ChIP)-PCR法で調べた。その結果、DNAiによりサイレンシングされたシダでは、NEO1遺伝子付近のヒストンH3サブユニットの9番目のリジンが脱アセチル化しており、DNAのメチル化と同様にヒストンの修飾も次世代に引き継がれていた。さらにヒストンの脱アセチル化阻害剤をサイレンシングされたシダに添加するとNEO1の遺伝子発現は回復し、DNAiの効果が打ち消された。したがって、DNAiによる遺伝子サイレンシング効果はピストンの脱アセチル化によって引き起こされ、次世代に伝わっていることが示された。RNA干渉(RNAi)による逆遺伝学的な遺伝子機能の解析は、ゲノム配列やEST情報を効果的に利用する重要な技術である。ホウライシダではDNA断片による遺伝子のサイレンジンク、DNA干渉(DNAi)が可能であることを我々は発見した。赤色光で誘導される葉緑体光定位運動や光屈性に関わる光受容体の遺伝子NEO1の場合は遺伝子のサイレンジンクでは例外的にDNAi効果が次世代まで引き継がれる。昨年度の実験の結果、DNAiにより世代を超えてサイレンシングされたNEO1遺伝子では、NEO1遺伝子付近のヒストンH3サブユニットの9番目のリジンの脱アセチル化と、DNAのメチル化が起こっていることが分り、DNAiによるサイレンシング効果はヒストンの脱アセチル化によって引き起こされ、次世代に伝わっていることが示された。今年度はNEO1 promoter部分でもDNAのメチル化か起こっていることが明らかになった。さらにDNAiの応用範囲を広げるため、シダ植物では系統的に初期段階にあるカニクサにおいて、葉緑体逃避運動の光受容体遺伝子PHOT2、精子形成に関与するCENTRINおよびジベレリン受容体GAI各遺伝子のDNAiによるサイレンシング効果を調べた。その結果、葉緑体逃避運動および造精器の形成抑制が見られ、カニクサにおいてもDNAiが効率良く作用することが明らかになった。シダの世代を回すには年月を要するため、これらの遺伝子が世代を超えてサイレンシング効果が維持されるかは今後の課題である。