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制御性B細胞におけるIL-10産生機構の解明

B細胞亜集団である制御性B細胞はIL-10産生を介して強い抗炎症機能を持つが、IL-10産生機構のその全貌は不明であった。申請者は、IL-10レポーターマウスを用いて、IgM+形質細胞がIL-10の主な産生源であることを見出した。また、B細胞におけるIl10の発現は形質細胞分化の必須分子であるBlimp1と強く相関し、遺伝子導入実験からBlimp1がIl10の発現を誘導することを明らかにした。また、IL-10産生性形質細胞は、B細胞が抗原刺激を受けた際にIgG+形質細胞へ分化する過程および抗原特異的IgGの産生をサポートする機能を持つことが示唆された。申請者らのグループは、過去にマウス脂肪組織に従来の制御性B細胞とは異なる表現系を持つユニークなIL-10産生B細胞集団が存在することを見出した。そこで申請者は、この細胞を用いてB細胞においてIL-10産生を誘導するmaster regulatorを同定することおよび制御性B細胞の分化過程を解明することを目的とした。また、この制御性B細胞は脂肪組織に特異的に存在することから、肥満とそれに伴う慢性炎症に対する効果を検証することを目的とした。これまで、IL-10の産生は細胞を固定して抗体染色しなければならなかったため、申請者はまずIL-10産生細胞を生きた状態で解析するためにIL-10の産生を蛍光タンパク質Venusで追跡することのできるIL-10 Venus (IL10V)レポーターマウスを研究施設に導入し、解析を行った。その結果、定常状態の脂肪組織のB細胞においてVenusの発現は確認できなかった。グループの研究成果では、PCRやELISAを用いた脂肪組織のB細胞におけるIL-10の発現・産生は確認されているので、申請者が用いたIL10Vマウスの特性として脂肪組織ではIL-10の発現とVenusの発現に相違があり検出できなかった可能性が考えられる。一方、IL10Vマウスの解析の結果、申請者は骨髄と脾臓に顕著にVenusの発現が高い新規のB細胞集団を見出した。よって次年度以降はこの新規のB細胞について解析を進める予定である。申請者らのグループは、過去にマウス脂肪組織に従来の制御性B細胞とは異なる表現型を持つユニークなIL-10産生性B細胞集団が存在し、脂肪の慢性炎症を抑制していることを見出した(Nishimura et al. Cell Metabol. 2013)。申請者は、このIL-10産生性B細胞を用いてB細胞におけるIL-10産生機構を解明するためにIl10発現を誘導するmaster regulatorを同定すること、および制御性B細胞の分化機構を解明することを目的とした。申請者はまずIL-10産生細胞を生きた状態で解析するためにIl10発現をVenusタンパク質で追跡できるIL-10Venus(IL10V)マウスを研究施設に導入し解析を行った。その結果、定常状態の脂肪組織におけるB細胞においてVenusの発現は確認できなかった。一方、IL10マウス野解析の結果、申請者は骨髄と脾臓で顕著にVenusの発現が高い新規のB細胞集団を見出した。平成25年度は、この細胞の表現型を解析したところVenus発現細胞はB220loIgM+CD138+の形質細胞であることがわかった。次に、骨髄と脾臓におけるVenus陽性細胞とnaive B細胞とでマイクロアレイによる遺伝子発現解析を行った結果、Venus陽性細胞はnaive B細胞と比較してIl10以外にIl13の発現が顕著に高いことを見出した。平成26年度は、以上の結果を元にB細胞から産生されるIL-13の機能を特定するために、特異的Il10またはIl13欠損マウスを作製しコントロールマウスとともに自己免疫性実験的脳脊髄炎を誘導した。その結果、B細胞特異的Il10マウスと同様にIl13マウスにおいてもコントロールと比較して顕著に症状が悪化したことから、B細胞由来のIL-13はIL-10と同様に自己免疫疾患を抑制していることが示唆された。申請者らのグループは、過去にマウス脂肪組織内に従来の制御性B細胞とは異なる表現型を持つIL-10産生性B細胞集団が存在し、脂肪の慢性炎症を抑制していることを見出した(Nishimura et al. Cell Metabol. 2013)。申請者は、このIL-10産生B細胞を用いてB細胞におけるIL-10産生機構を解明するためにIl10発現を誘導するmaster regulatorを同定すること、および制御性B細胞の分化機構を解明することを目的として研究を始めた。申請者は、IL-10Venusレポーターマウスを導入し、解析を行った結果、脂肪組織B細胞においてVenusの発現は確認できなかった。この理由には、本解析で用いたレポーターコンストラクトが脂肪組織では機能しなかったことが考えられる。一方、申請者は平成25年度の成果としてIL-10Venusレポーターマウスの脾臓と骨髄においてIgM+ B220lo CD138hiの形質細胞様の細胞が主要にIL-10産生を担うことを見出した。この新たなILー10

産生細胞は、細胞表面にIgMを発現する一方で高いIgM分泌能を有しており、その他の細胞表面抗原の発現やマイクロアレイによる遺伝子発現解析からplasmablastsと形質細胞の両方の性質を持つことが明らかになった。平成26年度の成果としては、申請者はILー10産生B細胞がIgMを発現したまま形質細胞分化することに着目し、免疫グロブリンクラススイッチを誘導するシグナルがB細胞におけるILー10産生を抑制することを見出し、さらに形質細胞分化に関与するBlimpー1がIl10発現を制御することを見出した。また、平成27年度は、IL-10産生性形質細胞が抗原刺激を受けた際にクラススイッチを経て生成される形質細胞の生成および抗体産生をサポートする役割を持つことを見出した。研究計画の3年目である平成27年度は、制御性B細胞が産生するILー10の慢性炎症に対する効果の検証として(1)疾患モデルマウスにおける制御性B細胞を用いた治療モデル、(2)ヒトB細胞を用いたILー10産生の誘導と機能解析を行うことを目標に掲げていた。研究を進める中で、申請者は脾臓と骨髄に存在するIgM+B220loCD138hi細胞が主要にILー10を産生することが明らかになったため、この細胞に注目し解析することでB細胞におけるILー10産生機構を解明することに目標を変更し、平成26年度までに免疫グロブリンクラススイッチを誘導するシグナルがB細胞におけるILー10産生を抑制することおよび形質細胞分化に関与するBlimpー1がIl10を制御することを見出した。そこで平成27年度は、脾臓および骨髄におけるIgM+B220loCD138hi細胞が産生するIL-10の機能と役割を明らかにするためにB細胞欠損マウスに野生型またはILー10欠損B細胞を移入し、抗原刺激後の形質細胞分化および抗体産生能を比較した。その結果、IL-10欠損B細胞を移入したマウスは野生型B細胞を移入したマウスと比較してクラススイッチを経た形質細胞であるIgG+CD138+細胞の割合および抗原特異的IgGの濃度が低いことが明らかになった。以上の結果は、生体が抗原刺激を受けた際に、IgM+B220loCD138hi細胞はクラススイッチを経ずに先に分化し、クラススイッチを経て後から分化するIgG型の形質細胞の生成およびその抗体産生をサポートしている可能性が示唆された。以上の結果についてを現在論文執筆中である。申請者らのグループは、過去にマウス脂肪組織に従来の制御性B細胞とは異なる表現型を持つユニークなIL-10産生性B細胞集団が存在し、脂肪の慢性炎症を抑制していることを見出した(Nishimura et al. Cell Metabol. 2013)。申請者は、このIL-10産生性B細胞を用いてB細胞におけるIL-10産生機構を解明するためにIl10発現を誘導するmaster regulatorを同定すること、および制御性B細胞の分化機構を解明することを目的とした。申請者がIL-10Venus(IL10V)レポーターマウスを解析した結果、定常状態の脂肪組織におけるB細胞においてVenusの発現は確認できなかった。一方、IL10マウス野解析の結果、申請者は骨髄と脾臓で顕著にVenusの発現が高い新規のB細胞集団を見出した。
膀胱の感染防御機構減弱モデルによる感染発症の研究

膀胱を過伸展すると、膀胱上皮の膨化や脱落が最低一日継続して観察された。この事は、健常な上皮が失われるという感染防御機構の重大な破綻であり、露出した中間細胞に細菌が容易に付着し感染発症へと導かれると推察した。細菌をラット膀胱腔内に注入し12時間後の変化を観察すると、MS,MR各線毛保有細菌ともに表層細胞に付着し、MS線毛保有細菌では集落形成も観察された。当初推察した露出した中間細胞への付着は認めず、また、膨化した表層細胞に付着しやすい傾向も認めなかった。この事は、細菌付着の観点から、膀胱過伸展後見られる上皮の膨化や脱落、中間細胞の露出などの変化と易感染性との関わりが薄いことを示唆しており、細菌に対するバリヤ-と考えられているより表層の粘液層の変化との関わりが重要となると推察された。膀胱粘液層の存在は、粘液に対する抗体を用いて上皮にstabilizeし電子顕微鏡で観察している報告をみるのみである。我々は粘液層の存在をより簡単な方法でin vivoに近い状態で捉えるべく検討したところ、電顕標本を作製する過程で膀胱を固定後に一定時間乾燥することによって、従来報告されている粘液層と類似した一枚の連続した構造物を形態学的に観察する方法を見いだした。この構造物は0.1N HCL処理後12時間では認められないが、24時間では比較的よく保たれており、比較的早期に修復すると考えられた。組織学的にはPAS,hepar an sulfate陽性で、Hematoxylin and Eosin,chondr oitin sulfate,dermatan sulfate陰性であった。膀胱過伸展後の変化を6時間まで観察したが、粘液層は壊れずに上皮を覆っており、過伸展後も存在することがわかった。この事から過伸展後の易感染性は、上皮や粘液層等の細菌付着部の変化よりも残尿を生じるような排尿機能障害の関与が大きいと考えられた。細菌を膀胱腔内に注入し12時間後の変化を観察すると、MS、MR各線毛保有細胞菌共に上皮に付着し、また多核白血球の遊走が見られ、さらにMS線毛保有細菌では集落形成も観察された。しかし、MS、MR各線毛保有細菌いずれも主に表層細胞へ付着しており、当初推察した露出した中間細胞への付着は殆ど認めなかった。また、膨化した表層細胞に付着し易い傾向も認めなかった。この事は、膀胱過伸展後見られる上皮の膨化、脱落や中間細胞の露出等の変化と易感染性との関わりが薄い事を示唆しており、より表層の粘液層等との関わりが問題となると考えられた。以上の知見より、膀胱の最表層を被う粘液層は、感染防御として重要な役割を担うことが予想された。粘液層の存在は主にRABBITで証明されているが、RATでは粘液に対する抗体等を使用した複雑な手技を用いて、電子顕微鏡で観察している文献を散見するのみである。我々は、走査型電子顕微鏡を用いて形態学的に研究を進めてきたが,文献で報告される粘液層の存在は確認できなかった。

粘液層の存在をよりin vivoに近い状態で捉える為に、単純な手技で観察すべくRAT膀胱の固定、染色法を様々な条件で検討中である。膀胱を過伸展すると、膀胱上皮の膨化や脱落が最低一日継続して観察された。この事は、健常な上皮が失われるという感染防御機構の重大な破綻であり、露出した中間細胞に細菌が容易に付着し感染発症へと導かれると推察した。細菌をラット膀胱腔内に注入し12時間後の変化を観察すると、MS、MR各線毛保有細菌ともに上皮に付着し、また多核白血球の遊走が見られ、さらにMS線毛保有細菌では集落形成も観察された。しかし、MS、MR各線毛保有細菌いずれも主に表層細胞に付着しており、当初推察した露出した中間細胞への付着はあまり認めなかった。また、膨化した表層細胞に付着しやすい傾向も認めなかった。この事は、膀胱過伸展後見られる上皮の膨化や脱落、中間細胞の露出などの変化と易感染性との関わりが薄いことを示唆しており、より表層の粘液層との関わりが問題となると考えられた。以上の知見から、膀胱の最表層を覆う粘液層は感染防御として重要な役割を担うことが予想される。膀胱粘液層の存在はラットでは粘液にたいする抗体を用いて複雑な手技で電子顕微鏡で観察している文献を散見するのみである。我々は粘液層の存在をよりin vivoに近い状態で捉えるべく検討したところ、膀胱固定後一定時間の乾燥過程を加えることによって従来報告されている粘液層と類似した一枚のシート状の構造物を形態学的に観察する方法を見いだした。この構造物は0.2N HCLで破壊し尽くされ上皮の変化も高度であったが、0.1N HCLあるいは生食処理では比較的よく保たれていた。組織化学的にはPAS、heparan sulfate陽性であったが、Hematoxylin and Eosin、chondroitin sulfate、dermatan sulfate陰性であった。更に細菌との関りについて検討中である。
IL-10・IL-4によるヒト単球機能抑制と抗炎症効果に対する分子生物学的検討

(1)マウス単球系細胞株におけるヒトIL-4レセプター遺伝子を安定変異株の樹立IL-4作用の種特異性を利用して、マウス単球細胞株にヒトIL-4レセプター遺伝子を導入して安定変異株を作成した。この様な株化細胞では、ヒトIL-4がマウスIL-4と同程度にプロスタノイド、窒素酸化物(NO)、炎症性サイトカインの産生を抑制した。一方、抗IL-2レセプターγ鎖(Cγ)抗体ではヒトIL-4の作用阻害効果は弱く、IL-4レセプターの構成要素と考えられるCγ鎖の役割は、動物種あるいは細胞種において相違のある可能性が示唆された。(論文準備中)(2)Mφの組織特異的なIL-10に対する反応性IL-10のNO産生に対する作用が、マウス腹腔のRMφとTGMφでは全く逆の反応性を示した。NO産生には内因性に産生されるTNF-αの重要性が指摘されていたが、RMφではIL-10が直接的にNO産生すると考えられた。また、調べた単球系細胞株6種類は、すべてRMφと同じIL-10に対する反応性を示した。以上から、IL-10に対する反応性は単球系細胞の分化段階・組織特異性によって規定されていると考えられた。(論文投稿中)(3)IL-4/IL-10によるJAK/STAT系の活性化の検討IL-4/IL-10のヒト単球系細胞内でのシグナル伝達系のなかでJAK/STATの系を検討した結果、シクロオキシゲナーゼ遺伝子プロモーター領域に存在する(GAS)モチーフに対して、リポポリサッカライド(LPS)によってSTAT5が活性化されること、その活性化に際してLPSによって誘導されるGM-CSF産生が関与していることを明らかにした。(論文投稿中)全く異なったタイプのIL-4およびIL-10のレセプターから、共通の抗炎症効果を生じるシグナル伝達機構の解析を目的として研究を行った。2)両サイトカインともにシクロキシゲナーゼ(COX)活性をCOX2遺伝子を選択的に抑制することで抑制していることが明らかになった(新納らBlood,1995)3)好中球のプロスタノイド産生抑制もCOX2遺伝子の選択的抑制であることが判明した(新納ら投稿中)4)マウスの常在型腹腔マクロファージの酸化窒素(NO)産生に大しては両サイトカインが異なる作用を示した.(根元ら投稿中)5)また、IL-4レセプターを介してシグナル伝達機構の解明に際して、commonγ鎖に欠損したXSCID患者のB細胞を用いた検討から、IL-4からのJAK-STAT系のリン酸化/活性化にはcommorγ鎖が必要であることを明らかにした。(出原らJBC,1995)6)単球におけるIL-4のシグナル伝達解明を目標としているが、マウス単球細胞株にヒトIL-4レセプター遺伝子を導入して安定変異株を作成した。安定変異株では、ヒトIL-4の存在下でNOやTNF-α産生が有意に抑制された。(根本ら投稿中)今後,細胞内タンパクにリン酸化を指標の一つにして、この系を発展されていく予定である。(論文投稿中)(1)マウス単球系細胞殊におけるヒトIL-4レセプター遺伝子を安定変異株の樹立IL-4作用の種特異性を利用して、マウス単球細胞株にヒトIL-4レセプター遺伝子を導入して安定変異株を作成した。

この様な株化細胞では、ヒトIL-4がマウスIL-4と同程度にプロスタノイド、窒素酸化物(NO)、炎症性サイトカインの産生を抑制した。一方、抗IL-2レセプターγ鎖(Cγ)抗体ではヒトIL-4の作用阻害効果は弱く、IL-4レセプターの構成要素と考えられるCγ鎖の役割は、動物種あるいは細胞種において相違のある可能性が示唆された。(論文準備中)(2)Mφの組織特異的なIL-10に対する反応性IL-10のNO産生に対する作用が、マウス腹腔のRMφとTGMφでは全く逆の反応性を示した。NO産生には内因性に産生されるTNF-αの重要性が指摘されていたが、RMφではIL-10が直接的にNO産生すると考えられた。また、調べた単球系細胞株6種類は、すべてRMφと同じIL-10に対する反応性を示した。以上から、IL-10に対する反応性は単球系細胞の分化段楷・組織待異性によって規定されていると考えられた。(論文投稿中)(3)IL-4/IL-10によるJAK/STAT系の活性化の検討IL-4/IL-10のヒト単球系細胞内でのシグナル伝達系のなかでJAK/STATの系を検討した結果、シクロオキシゲナーゼ遺伝子プロモーター領域に存在する(GAS)モチーフに対して、リポポリサッカライド(LPS)によってSTAT5が活性化されること、その活性化に際してLPSによって誘導されるGM-CSF産生が関与していることを明らかにした。(論文投稿中)
景観形成の美学的・価値論的戦略ならびに基準形成のための基礎的調査研究

間主観性の美学が、景観、特に都市景観の種々相を視界に入れながら、追求されるべきである。この調査研究によって、私たちは近代美学のパラダイム・シフトを促すことができる。私たちはこのシフトを、「私の」美学から「私たちの」美学へ図式的に要約することができる。また無関心の美学から関心性の美学へと言い直すこともできる。研究は3部門から成り立つ。1)原理論的研究。空間構成の問題、身体の有する内発的なキネーシス感覚をもとにした空間把握の現象学的研究。造形の論理としてのフォルムの問題。「よい景観」という価値の構造を研究する。2)ミュトロジカル研究。原理と応用を媒介するミュトロジカルな世界の解明。本研究では、空間のミュトロジーとして、水が景観形成の中でどのようなミュートスを形成してきたが、時間のミュートスとして、歩くという活動がいかなるミュートスをつむぎだしてきたか、を考察する。従来の景観論、風景論はこの分野が未開拓である。金田は今後この分野を開拓を軸に景観形成を考えてゆきたいと考えている。3)臨床学的研究金田は、臨床学のロケーションを広島市の中心地紙屋町地区と東広島市酒蔵通りに限定。ポーランドの諸都市や日本国内の諸都市への視察を参考にした。きわめて具体的な問題解決が求められており、金田は指導的な発言をしてきた。特に、紙屋町は2001年にオープンする。また東広島市西条駅前は、駅と大学通りとの間の整備がすすんで、同年に両者がはじめてつながる。この方面についての基本的考え方を提出した。1)原理論的研究。景観形成の基礎的要件をピックアップするため、本年度の調査地--(中都市を中心とする)盛岡市、金沢市、花巻市、東野市、堺市、徳島市、下関市、大分市、別府市、鹿児島市及び東広島市。海外では、ポーランドのグダニスク、ワルシャワ、クラクフ。盛岡市、金沢市、大分市、鹿児島市、徳島市は県庁所在地であり、いずれも周辺地域に対して求心的役割を果たしており、定住人口以上の都市的機能を有していた。とくに金沢市と鹿児島市は、観光旅行客を多くかかえ、そための設備、都市景観作りに努力していた。漆芸、陶芸、金箔等の伝統的地場産業を育てていた。堺市は政令指定都市規模の都市でありながら、隣接する大阪市に引きずられ、都市的整備はずいぶん遅れている。景観形成の観点からのポジティヴな主張は見出せなかった。下関市は海港都市として明治以降も大きく栄えたが、現在はこの歴史を充分に生かし切れていない。東野市は民話の里としての性格を打ち出し、花巻市は宮沢賢治の郷里であり、温泉地であることを前面に押し出していた。1)中小都市では都市の理念、性格を明確にして成功している。人口が50万人以上になると、都市生活の整備に追われて、理念が見えなくなる傾向がある。これはワルシャワ、グダニスク、クラクフを視察しても言えることであった。2)都市景観には時間表現が必要である。歴史的伝統、季節、気象、1日の朝昼晩の変化。一つの時間の中に別の時間を予知させなければならない。一過性のイヴェントでは、客は2度訪れることがないであろう。3)都市景観には細部が必要である。細部は視覚だけでなく、そこに身をよせて触れることによってとらえるもの。4)私が委員長となり、東広島市酒蔵通活性化、西条駅中心市街地活性化のための答申を建議し、東広島市景観作成基本計画をまとめた。5)次年度はこれらの調査結果を整理して、指標にまとめる予定である。A.基本的視座景観形成という場面を設定して、間主観的美学の可能性を追求する。ここには近世美学のパラダイムの転換を促す課題が含まれている。

1)単独立観的monosubjektiv文化としての近世美学には、その美的体験にはどこまでも「私の」という単数型人称性が貼りついていた。未来の美学では「私たちの」という複数型一人称が主語となる。間主観的美意識としての景観の構造の解明。2)近世美学の特徴は無関心性あるいは静観性。未来の美学ではふたたび「よくある」というモラル的**と融合して、関心あるいは参加が基本的姿勢となる。B.原理論的研究空間・時間形成に関する現象学的、美学的研究をおしすすめる。1)空間構成に関する現象学的研究2)フォルムの基本的構造に関する研究3)価値に関する研究以上は学会誌で報告した。C.臨床心理学的研究広島市、東広島市の景観形成、環境形成に焦点を当て、日本国内では、盛岡、金沢、花巻、東野、堺、徳島、下関、大分、別府、鹿児島の各都市を、海外ではポーランドのグダンスク、ワルシャワ、クラクフの3市を視察調査した。基本的要件として、人口、行政、経済、自然、交通、文化、モラルをあげた。
ガンマ線バーストの輻射メカニズムを説き明かすための偏光度検出器の開発

ガンマ線バーストのエネルギー輻射メカニズムを解明するためには、ガンマ線の偏光度観測が必須である。そのため、高精度のガンマ線バースト偏光度検出器の開発をアメリカ側と行ってきた。今年度は2種類のシンチレーターとMulti Pixel Photon Counter(MPPC)という新しい光デバイスを使ったミニコンプトンカメラを製作して、その基礎性能を調べると同時にMPPCの放射線耐性を調べた。我々が製作したミニコンプトンカメラは2層構造になっており、第一層は1cmキューブのプラスチックシンチレーター4つとその周りを囲む8つのCsI(Tl)シンチレーター(1cmキューブ)でできている。また2層目はプラスチックシンチレーターの真下に4つのCsI(Tl)シンチレーターを置いている。それぞれのシンチレーターには6mm角のMPPCが取り付けられており、全てのシンチレーターから信号を読み出せるようになっている。そしてこの検出器の上方からプラスチックシンチレーターに60keVのガンマ線を照射し、コンプトン散乱のイベントを取得した。その結果、プラスチックシンチレーターのエネルギーデポジットを使って、どちらの方向からガンマ線が来たのか粗く知ることができることが分かった。またプラスチックシンチレーターとCsI(Tl)のコインシデンスを使えば、バックグランドを大きく落とせることが分かった。もう一つ行った実験はMPPCの放射線耐性に関する実験である。MPPCは今まで宇宙で使用された実績がほとんど無いため、宇宙放射線でどの程度性能が劣化するのか調べておく必要がある。そのため、放射線医学総合研究所でプロトンの照射実験を行った。その結果、宇宙空間で数年使用した場合、MPPCのダークカレントが数千倍になることが分かった。そしてアニーリングなどの方法を駆使してもダークカレントはほとんど減らない事が分かった。その結果MPPCを使った衛星搭載用のコンプトンカメラの実用化は難しいことが分かった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。我々はガンマ線バースト(GRB)の輻射メカニズムを解明するために、大面積のGRB偏光度検出器を開発し、GRBの統計的な偏光観測を実現しようとしている。そのため、平成27年度には以下の事を行った。1)検出器に使われる部品として一番振動衝撃に弱いものはマルチアノード光電子増倍管(MAPMT)である。そのため、Falcon9というロケットに搭載して検出器を打ち上げた際に加わる振動衝撃をMAPMTに加え、試験した。結果として適切なショックアブゾーバーを使えば振動衝撃試験をクリアすることができた。2)まず検出器の4分の1サイズのブレッドボードモデル(BBM)を製作した。さらにその性能を偏光ビームを使って調べるため、KEKに持ち込み、80keVと60keVの偏光ビームを照射した。本実験ではBBMの様々な箇所に偏光ビームを照射して実験を行ったが、あらゆる場所で偏光を測定できる事が実際に確かめられた。特に実験で得られた偏光解析能力とシミュレーションで得られた偏光解析能力が一致している事が分かり、検出器が設計通りに動作している事が分かった。さらに検出効率も同時に調べたところ、ほぼシミュレーション通りの結果が得られたが、一部でシミュレーションと違った結果も得られている。これはMAPMTの性能にばらつきがあったためだと考えられるが、より詳細なデータ解析を行っている。3)平成27年の8月にNASA/MSFCと山形大学の間でGRB偏光度検出器の開発に対する正式な研究協力が開始された。これを基に、日本から郡司と2名のスタッフそして大学院生がNASA/MSFCを短期間に訪れてディスカッション及び実験を行い、逆にNASA/MSFCからポスドクがビーム実験に参加するために日本に訪れた。この研究協力をベースに国際宇宙ステーションにGRB偏光度検出器を搭載するためのプロポーザルをNASA本部に平成28年12月に出す予定である。当初予定していた実験をほぼ行う事ができ、次のエンジニアリングモデルの製作に進む準備もできている。さらにNASA/MSFCと山形大学で正式な研究協定が結べたため、研究を大きく前進させる準備ができた。我々はガンマ線バースト(GRB)のエメルギー輻射メカニズムを解明するために、高感度のGRB偏光度検出器を開発し、精度の良い偏光観測を実現しようとしている。そのため、平成28年度には以下の事を行った。1)検出器の4分の1サイズのブレッドボードボードモデルを使って行われた偏光ビーム実験のデータを詳細に解析した。その結果、偏光ビームの偏光度を検出器で取得できることが分かった。しかし検出器に使われているアバランシフォトダイオード(APD)のノイズが大きい事やエネルギーレンジが最適化されていない事が判明し、当初の予定より低エネルギーレンジ側で感度が不足している事が分かった。そのため、新たにAPDプリアンプを設計し、30keV程度からノイズと分離して読み出せる事を確認した。またエネルギーレンジも最適化した。そしてエンジニアリングモデルのための回路系とデータ収集形の設計を行い、実際に回路とデータ収集形を製作した。そして、その回路とデータ収集形の基礎動作を確認した。2)検出器の中で使われる光電子増倍管の消費電力を下げるために、ブリーダー抵抗を10倍にあげたブリーダーを新たに製作した。なおこの改良で高レート時にゲインが不安定にならないことを確認した。3)検出器の中で振動に最も弱いのは光電子増倍管である。

そのためブレッドボードモデルの3分の1サイズの検出器で振動試験を行った。その結果、光電子増倍管が破損しない事を確認し、さらにゲイン変化も数パーセント以内に収まることを確認した。現在2つの方向性で研究が進められている。一つは我々が開発した検出器をGAP IIと呼ばれるガンマ線バースト偏光度検出器に応用するためのプロジェクトである。我々は散乱体であるプラスチックシンチレーターとマルチアノード光電子増倍管の部分を担当する予定である。これに関しては本年度に行った実験で、ほぼ基礎的なテストは終了した。後はエンジニアリングモデルとして組み上げて、正常に動作することを確認する段階に入った。もう一つは国際宇宙ステーションに大型のガンマ線バースト偏光度検出器を搭載するLEAP計画というもので、アメリカとの国際共同プロジェクトである。これは2016年度アメリカ側はプロポーザルを提出し、日本側はJAXAにワーキンググループを作るところまで進んだ。そして2017年の1月に小規模計画というプロポーザルをJAXAに提出した。我々はガンマ線バースト(GRB)のエネルギー輻射メカニズムを解明するために、高感度のGRB偏光度検出器を開発し、精度の良い偏光観測を実現しようとしている。そのためニューハンプシャー大学やNASA/MSFCと共同で国際宇宙ステーション(ISS)に大面積のガンマ線バースト偏光度検出器を搭載するLEAP計画を推進している。2016年の12月にアメリカ側でNASAのヘッドクオーターから募集があったMission of Opportunity(MO)にプロポーザルを提出していたが、残念ながら2017年夏に不採択が決まった。また日本側で2017年1月にJAXAに応募していた小規模計画のプロポーザルもほぼ同時期に同様に採択されなかった。しかしながら物理に関しては高い評価を受けていたため、グループ内で話し合い再チャレンジすることとなったが、2024年以降はISSの運用は不透明である。そのため小型衛星に搭載できるように検出器の再設計と基礎実験を開始した。その一環として光電子増倍管の代わりにMPPCという新しいデバイスが使用可能かを調べるため、プラスチックシンチレーター1つとそれを囲む4枚のCsI(Tl)でできた小さな偏光計を製作した。そして、プラスチックシンチレーターに60keVのガンマ線を照射し、CsI(Tl)で散乱ガンマ線を検出するという実験を行った。従来MPPCはノイズレートが高いため、プラスチックシンチレーターで起こった低エネルギーデポジットをノイズと分離することはできないと考えられていたが、温度をー20度に冷やし、さらにCsI(Tl)とのコインシデンスのテクニックを使うとノイズに埋もれる事無く、1.5keV程度のエネルギーデポジットがプラスチックシンチレーターから読み出せることが実証できた。そしてこの成果を2018年のISRD国際会議で発表し、現在論文を投稿中である。一つは前述したLEAPプロジェクトである。
C-4植物における光合成・窒素同化系酵素遺伝子の窒素による発現制御

(1)硝酸塩で選択的に誘導される硝酸環元酵素(NR),プラスチド型グルタミン合成酵素(GS2)およびフェレドキシン依存型グルタミン酸合成酵素(Fd-GOGAT)の各遺伝子の転写はいずれも一過性であり、C4型フォスフォエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(C4-PEPC)遺伝子の転写に先行する。(2)窒素により誘導されるC4-PEPCやカルボニックアンヒドラーゼ(CA)のmRNA蓄積にはサイトカイニンとグルタミンが必須であり、正のシグナルである。このうちサイトカイニンはこれらの遺伝子の転写を誘導するのに対し、グルタミンはそれらの転写産物(mRNA)の蓄積を正に制御することが明らかになった。(3)C4-PEPCの遺伝子発現においてサイトカイニンに依存する転写には新規に合成されるタンパク質の存在が不可欠であることを明らかにした。また、グルタミンを正のシグナルとするC4-PEPCmRNAの蓄積にはプロテインキナーゼ/プロテインフォスファターゼが関与することが明らかになった。(4)硝酸塩で選択的に誘導されるNR、GS2およびFd-GOGATのmRNAの蓄積にサイトカイニンはまったく影響を与えない。また、グルタミンはC4-PEPmRNAの蓄積には正のシグナルであるのに対しNRmRNAの蓄積には負のシグナルとして機能することを明らかにした。また、NRとGS2の硝酸塩によって誘導されるmRNAの蓄積にはプロテインフォスファターゼが関与することが強く示唆された。さらに、これらの窒素同化系遺伝子のmRNA蓄積には、C4-PEPCの遺伝子発現において必要である新規のタンパク質の関与はないことを明らかにした。(5)NAD-ME型C4植物キビの光合成炭素同化系酵素であるアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ遺伝子の塩基配列構造を決定した。また、葉肉細胞のサイトソルに局在するアイソザイム遺伝子は窒素によって選択的に制御されることがそのmRNAおよびタンパク質のレベルで明らかとなった。(6)C4-PEPC、CAおよびピルビン酸・リン酸ジキナーゼ遺伝子(PPDK)発現にはサイトカイニンとグルタミンを正のシグナルとして検知し、転写と転写後の段階で制御されることが明らかになった。一方、窒素同化系酵素の遺伝子発現においては少なくともNR、GS2の遺伝子は硝酸塩により選択的な正の制御を受けるが、その発現の検知機構は上記の炭素同化系酵素となることが強く示唆された。(1)低硝酸塩濃度(0.8mM)で生育した窒素ストレスのトウモロコシの完全展開葉を切取り、その成熟中の光合成細胞を分析の対象としてC4光合成の炭酸固定経路酸素ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(PEPC)とカルボニックアンヒドラーゼ(CA)の窒素依存の遺伝子発現調節について以下の研究成果を得た。窒素源とサイトカイニンの共存下で窒素ストレスにある切取り葉においてPEPCとCAのmRNAは誘導される。この系にグルタミン合成酵素の特異的阻害剤であるメチオニンスルフォキシミン(MSX)を添加し、この酵素の触媒機能を停止させると窒素に依存するPEPCとCAのmRNA蓄積は阻害される。

それに対し、MSXで処理した切取り葉にサイトカイニン存在下でグルタミン合成酵素の反応産物であるグルタミンを添加するとこれらのC4光合成酵素遺伝子のmRNA蓄積は誘導される。しかし、このグルタミンのはたらきは他のアミノ酸では代替できない。これらの事実からトウモロコシにおいて窒素に依存したPEPCとCAの発現を制御するエフェクターガグルタミンまたはその代謝産物であるとの結論を得た。また、この遺伝子発現におけるグルタミンとサイトカイニンの役割を検討すべく、上記の切取り葉から単離した葉肉細胞由来の核を用いてrun-on実験による転写活性を解析した。その結果、窒素ストレスの切取り葉にグルタミン単独添加してもPEPCとCA遺伝子の転写における伸長反応は進行しないが、サイトカイニンは単独で加えてもこの伸長反応を促進し得ることが明らかになった。(2)トウモロコシの根ではこの組織に特異的に存在するサイトソル型グリタミン合成酵素(GSr)が硝酸塩ならびにアンモニウム塩によって選択的に制御されることをタンパク質レベルで明かにした。(1)硝酸塩で選択的に誘導される硝酸還元酵素(NR),プラスチド型グルタミン合成酵素(GS2)およびフェレドキシン依存型グルタミン酸合成酵素(Fd-GOGAT)の各遺伝子の転写はいずれも一過性であり、C4型フォスフォエノールピルビン酸カルボキシラーゼ(C4-PEPC)遺伝子の転写に先行する。(2)窒素により誘導されるC4-PEPCやカルボニックアンヒドラーゼ(CA)のmRNA蓄積にはサイトカイニンとグルタミンが必須であり、正のシグナルである。このうちサイトカイニンはこれらの遺伝子の転写を誘導するのに対し、グルタミンはそれらの転写産物(mRNA)の蓄積を正に制御することが明らかになった。(3)C4-PEPCの遺伝子発現においてサイトカイニンに依存する転写には新規に合成されるタンパク質の存在が不可欠であることを明らかにした。また、グルタミンを正のシグナルとするC4-PEPCmRNAの蓄積にはプロテインキナーゼ/プロテインフォスファターゼが関与することが明らかになった。(4)硝酸塩で選択的に誘導されるNR、GS2およびFd-GOGATのmRNAの蓄積にサイトカイニンはまったく影響を与えない。また、グルタミンはC4-PEPCmRNAの蓄積には正のシグナルであるのに対しNRmRNAの蓄積には負のシグナルとして機能することを明らかにした。また、NRとGS2の硝酸塩によって誘導されるmRNAの蓄積にはプロテインフォスファターゼが関与することが強く示唆された。さらに、これらの窒素同化系遺伝子のmRNA蓄積には、C4-PEPCの遺伝子発現において必要である新規のタンパク質の関与はないことを明らかにした。(5)NAD-ME型C4植物キビの光合成炭素同化系酵素であるアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ遺伝子の塩基配列構造を決定した。また、葉肉細胞のサイトソルに局在するアイソザイム遺伝子は窒素によって選択的に制御されることがそのmRNAおよびタンパク質のレベルで明らかとなった。
群れにおける身体性と内部ゆらぎによるその運動的機能における研究

川魚の一種であるアユの群れの行動を画像解析により分析する方法を確立した.群れの中の個体は,群れ全体の情報を知り得ないのにもかかわらず,うまく統制のとれた集団的運動をなぜ実現するのかを様々な尺度を通じて明らかにした.大きな成果としてあげられるのは,全体の情報に対しての個々の振る舞いが,スケールに依存しない振る舞いを示すことを明らかにしたことである.さらに,それらの結果は,我々が新しく提案したモデルと矛盾なく接続できることを明らかにした.各個体が,不完全な情報をもとに自らの行為を決定することが,局所的であるにも関わらず社会的=集団的な意味を帯びるということを実験・理論的に明らかにしたのである.川魚の一種であるアユの群れの行動を画像解析により分析する方法を確立した.群れの中の個体は,群れ全体の情報を知り得ないのにもかかわらず,うまく統制のとれた集団的運動をなぜ実現するのかを様々な尺度を通じて明らかにした.大きな成果としてあげられるのは,全体の情報に対しての個々の振る舞いが,スケールに依存しない振る舞いを示すことを明らかにしたことである.さらに,それらの結果は,我々が新しく提案したモデルと矛盾なく接続できることを明らかにした.各個体が,不完全な情報をもとに自らの行為を決定することが,局所的であるにも関わらず社会的=集団的な意味を帯びるということを実験・理論的に明らかにしたのである.昨年度は、主に局所的な振る舞いと大域的な振る舞いを繋ぐダイナミクスを明らかにするため,実験室に3m×3mの巨大な水槽を作り,淡水魚であるアユの群れを観察し,個体数における集団的な振る舞いを記録し,データ解析を行なった.その結果,以下に述べるような二つの事が明らかになった.一つは,群れの中で各個体は,常になんらかの形で全体量(平均速度・向き、重心)にアクセスしており,その振る舞いをそれらの量を参照しつつ振る舞いを自発的に変化させていることが明らかになった.もう一つは,魚の群れは,外敵がいないとき,トーラス構造と直進構造をつねに自発的にスイッチングしている事が明らかになった.この事実は群れにおいて,探索と搾取のジレンマを自発的に解消していく戦略を取っていることを示唆している.ひこの結果の一部は,既に,国内学会等で発表されており,とくに,第14回計測自動制御システムインテグレーション部門において,優秀講演賞を受賞している.また,魚の群れの観察を通して,行為の記号化とその解釈と使用のレベルの違いが如何に集団的な創発行動に貢献するかを明らかにするモデルを構築した.これは行為者は,自分の行為を一義的に指定する事ができないことが,結果的に,探索や縄張りまたは集団認知すら可能にするという事を主張するものであった.これの研究についても,第27回人工知能学会において口頭発表され,proceedingsは速報論文として採択されている.この論文はすでに,出版されている.最後に,我々は上に述べたような,自らの行為を一義的に指定できないという事を,その原因が,行為の根拠が宙づりになっているものと指摘し,その本質を選択公理に求めたモデルと理論を与えた.この研究についても,国際学会である19thAROBにて口頭発表され,proceedingsは推薦論文に選ばれていて,今年度中に出版予定である.川魚の一種であるアユの群れの行動を画像解析により分析する方法を確立した.群れの中の個体は,群れ全体の情報を知り得ないのにもかかわらず,うまく統制のとれた集団的運動をなぜ実現するのかを様々な尺度を通じて明らかにした.大きな成果としてあげられるのは,全体の情報に対しての個々の振る舞いが,スケールに依存しない振る舞いを示すことを明らかにしたことである.具体的に言うと,鮎の運動が重心参照系に対してレヴィウォークをしめすことや,平均の向き速度に対する各個体の切り替えが時間解像度によらない振る舞いを見せることである.これらの結果の一部は,すでにIFの高い国際雑誌で発表されており,さらに,国内の学会等でも高い評価を受けている.さらに,それらの結果は,我々が新しく提案したモデルと矛盾なく接続できることを明らかにした.このモデルは各個体が,自らの周辺個体を個物としてみるか,それとも集団としてみるかを,個体のおかれている状況に応じて自らの振る舞いを切り替える.我々の提案する本モデルは,すでに,他の一般的な群れの現象の解析結果に一致しており,今回の結果は,我々の提案するモデルがこれまで発見されてきた結果を説明するだけでなく,未知の現象をも説明する能力を有していることを意味している.つまり,不完全な情報をもとに自らの行為を決定することが,局所的であるにも関わらず社会的=集団的な意味を帯びるということを実験・理論的に明らかにしたのである.26年度が最終年度であるため、記入しない。非線形科学26年度が最終年度であるため、記入しない。群れの研究は,初年度であるにも関わらず,大規模な実験設備の設置と大量個体による群れの形成をうまくデータに落とす事に成功し,すでに上記に述べたような結果も得ており,予想以上の結果を得られたと言える.その評価は,例えば,計測自動制御学会における優秀講演賞からも分かるように,発表を聴いていた研究者の反応もよかった.

また,群れについての論文も共同研究も含めて2件受理されており,一定の国際的な評価を得ていると言える.また,実験を通した観察から実装された二つのモデル(縄張り生成モデルと選択公理を用いた同一性モデル)は,研究計画にはなかったにも関わらず,多くの国内国際学会で発表され,これもまた,2つとも速報論文や推薦論文に選ばれるなど,高い評価を得ていることがわかる.以上のことから,初年度は当初の計画以上の結果が得られたこととなり,その評価も国内国際論文や講演賞などから明らかなものとなったといえる.今年度も引き続き群れの実験とデータの理論的解析を行なって行く.一つは,昨年度得られた結果をまとめた論文を執筆し,国内外に精力的に発表して行くことである.これについては,すでに進行中である.さらにもう一つは,さらなる実験を行ない,アユの群れの集団的行動のダイナミクスをよりくわしく調べて行く.具体的には,より正確に個体をトラッキングできるように,実験環境を整備し,より大きな個体数の群れの運動を記録し,小規模な群れと大規模な群れを繋ぐような相互作用=ダイナミクスを明らかにする事である.このような群れのための,実験装置は国内外においても,非常にまれであることから,さらなる事実が明らかになることが期待される.また,上記のような実験に加えて,これまでとは異なる新しい群れのモデルが必要である.最近の研究では,これまで考えられてきたような,相手の向きと同じにするというモデルでは,説明できない事例が数多く存在している.「研究実績」欄で書いたような,トーラス構造と直進構造の自発的切り替えなどはその代表的例である.以上の事から,今年度は従来のモデルとは,他のモデルの可能性を実験事実と照らし合わせつつ模索していく予定である.
ユ-ザインタ-フェイスの設計に関する認知科学的研究

本年度はワ-クステ-ションを用いて、ユ-ザインタ-フェイスを設計するための実験環境を構築した。具体的には以下の成果が得られた。1.スプレッドシ-トを導入した制的論理プログラミング環境制約論理プログラミング言語では、制約処理の順序が導出される解に対して影響を与えないため、スプレッドシ-ト型の対話型問題解決支援システムとの親和性がよい。従来までのスプレッドシ-トでは、手続き的に記述された規則に方向性があるため、双方向計算を可能にするには大量の計算規則を記述しなければならない。これに対して本研究では、制約論理プログラミング言語を用いたスプレッジシ-トの設計を行った。また、論理を人間と計算機のインタラクション言語として位置づけたIncremental Queryの開発、さらには制約に対して矛盾が生じる場合に対応するために、制約階層の概念を導入した。本研究により、スプレッドシ-トの持つ優れたユ-ザインタ-フェイスと制約論理プログラミングにおける制約の宣言的記述という性質を融合し、対話型のプログラミング環境を実現した。2.制約概念に基づくユ-ザインタ-フェイスの設計本研究で検討したアプロ-チの特徴は、グラフィック構成要素として把握できる様々なもの(オブジュクト)の間の関係を宣言的に記述することによって幾可的情報の変更といったインス-フェイス設計プロセスにおける負担を軽減することである。こうした考えに基づきながら、論理プログラミングに代数的制約とオブジェクト表現を組み入れた制約論理プログラミング言語を用いて、オブジェクト間の幾何的関係を宣言的にプログラミングする枠組みを示した。そして、論理的記述によるグラフィックインタ-フェイス設計方法とその有効性を明らかにした。
網膜視機能他覚的モニタリングに向けた網膜電位図の時空間応答特性の解析

本研究はiPS細胞移植による色覚機能再生過程を検証するための視機能の他覚的モニタリング法の確立に向けて、まずはコイ・キンギョ網膜の光応答分布を明らかにすることを目的とした。我々は臨床眼科で用いられている多局所網膜電位図計測システム(VERIS)をコイ網膜光応答計測実験系に組み込み、その実験系を用いたコイmfERGの計測技術を確立し、コイ眼盃標本における網膜光応答の空間分布を明らかにした。将来、iPS細胞由来の網膜視細胞や網膜組織の移植によって、組織の再生だけでなく視機能に必要な固有の神経結合が正しく再構築され、色変換などの色覚機能が正常に再生されるかは未知である。本研究はiPS細胞移植による色覚機能再生過程を検証するための視機能の他覚的モニタリング法の開発を目指しており、まずは動物やヒトの網膜における色覚機能を理解・解釈するための基礎研究を実施する。臨床的には多局所網膜電位図(mfERG)により、非侵襲に局所網膜光応答の空間分布が導出され、視野異常の診断に用いられている。より詳細な網膜視機能を解析するため、本年度は色覚を有し、眼球を摘出して実験できるコイの網膜から、各種網膜細胞の光応答電位の総和(集合電位)である網膜電位図(ERG)を記録するための実験系を構築し、コイ眼盃標本における多局所網膜電位図の空間分布を明らかにした。本研究により、より詳細な局所光応答の空間分布を魚類網膜から記録することができるようになり、コイ網膜特有の光応答の時空間分布が初めて明らかになった。ヒトは3色型色覚を有しており、赤、緑、青の錐体視細胞の三原色信号は視覚初期段階で反対色信号に変換される。また、コイ・キンギョも同様の基本的かつ原理的な色覚機能を有する。我々は臨床眼科で用いられている多局所網膜電位図(mfERG)計測システム:VERISをコイ網膜光応答計測実験系に組み込み、その実験系を用いたコイmfERGの計測技術を確立し、コイ眼盃標本における網膜光応答の空間分布を明らかにした。これまでの実験により、その分布はヒトでは網膜中央に位置する中心窩をピークとした空間分布を持つが、コイ網膜は腹側から耳側にかけて高い応答を示し、ヒトとコイにおける光応答の空間分布に違いがあることを明らかにした。すなわち、コイ網膜の腹側から耳側にかけての領域はヒトの中心窩に相当し、両眼前部上方の水面に浮かぶバグなどの捕獲に適した構造になっていることが考えられる。また、電気生理グループの協力の下、ガラス微小電極を用いてキンギョ網膜水平細胞から17波長による光応答計測実験を実施し、網膜外網状層の色情報変換機構の数理モデルを構築し、シミュレーション解析のための基礎を築いた。当初は網膜光応答空間分布を明らかにするために極微小マルチ電極を用いた研究を進めてきたが、上述した多局所網膜電位図を用いた新しい計測法が良い結果をもたらした。本研究で確立した計測技術は網膜視機能評価の分野での貢献が期待できる。当初の計画どおりに半導体・MEMS技術を用いた刺入型神経電極アレイを用いて、コイ網膜光応答の多チャンネル計測実験を進める一方で、臨床眼科で主に用いられている多局所網膜電位図(mfERG)システムを実験系に組み込んだ。本研究により、コイ網膜光応答の時空間分布を多局所網膜電位図(mfERG)を用いて取得することができ、当初目標を概ね達成できた。神経情報計測平成26年度の成果を発展させ、色光刺激・色背景光を用いた色光下のコイ多局所網膜電位図を取得し、コイ網膜色覚機能の色空間特性を明らかにする。上記の実験結果を基に、電気生理チームと連携して、コイ網膜外網状層の色変換機構に関する数理モデルを構築し、コイ多局所網膜電位図をイオン電流応答レベルで理解・解釈する。実験が効率良く進んだ結果、消耗品の支出が減り、また当初、研究発表計画していた国際会議(国内)に運営スタッフとして参加することになり、国際会議主催者側負担となったため、旅費の支出が予定より少額となった。平成26年度の研究によって、今まで未知であったコイ特有の網膜光応答分布が明らかになった。より詳細な色覚機能の解析のため、電気生理実験(細胞内計測)も並列して可能な実験システムへと拡張する。そのための光学系および観察・撮影システム構築に必要な物品を購入する外、実験に関連する消耗品を購入する。また研究成果発表・学会発表での討議に重点をおき、国内外の学会に積極的に発表し、オープンアクセス論文への投稿を検討する。
T4ファージ尾繊維および小尾繊維とリポ多糖との相互作用

本研究ではLPSの構造のどの部分がファージとの相互作用に重要であるかを調べるために、LPS糖鎖の長さの異なる3株の変異株を含む5株の大腸菌を取り上げ、各株からそれぞれLPSを単離した。2株の野生株はD21(Kl2由来)とB株である。ほとんどの遺伝学的研究はK12株を用いて行われているが、ファージの研究では主としてB株が用いられている。LPSは脂質の部分で会合しやすく、単離したLPSは通常大きな会合体を形成している。精密な物理化学的測定を行うためには、均一な分子量のLPSまたは糖鎖部分を得ることが必要なので、1%酢酸による比較的穏和な酸処理によって多糖の部分を切り離して用いた。LPSを1%酢酸で100°C、90分処理して糖鎖部分を切り離した後、凝集したリピドAを遠心で取り除いてから、ゲルろ過(Sephadex G50)によって各オリゴ糖を得た。次に、これらの糖鎖部分の糖組成を、強アルカリ条件でのイオン交換クロマトグラフィーにより分析した。大腸菌BとD21-e7の糖鎖はGlc,Hep,KDO、D21株ではそれに加えてGalとGlcNAcが検出された。他方、D21-flはHep,KDO、YA2l-6株ではKDOのみにより構成されていることが確認された。これらの異なる糖鎖構造のLPSを持つ大腸菌株、またそこから単離したLPSについて、T4ファージの感染効率、失活率、小尾繊維との結合を調べ、相互に比較した。その結果、その結果、感染にはグルコース及びヘプトース残基が重要でおることが確認されたが、gpl2はある程度KDOにも親和性があることが認められた。
天然ゴムの生合成機構及びその特異物性の解明のための構造解析

1.菌類のチチタケ及びキチチタケから乾燥菌体にあたりそれぞれ2.6%及び0.13%の低分子量のシスポリイソプレンを単離した。125MHzNMRによる解析から、チチタケのポリイソプレンはジメチルアリル末端、トランスイソプレン単位2個、シスイソプレン単位約260個、不飽和脂肪酸エステル末端の配列構造をもつことが明かとなった。重合度はGPC測定による値の約300とも一致した。キチチタケのポリイソプレンは、トランス単位2個とシスイソプレン単位約160個から成り、同一の配列構造を持つことが分かった。この構造から、これらのポリイソプレンはトランス、トランス-ファルネシルピロリン酸からイソペンテニルピロリン酸のシス付加によって生長し、末端のエステル化によって停止する生合成機構であることが明かとなった。2.天然ゴムの分岐または架橋の原因になると推定されている天然ゴム中のエポキシ基とアミノ酸との反応を^<13>Cエンリッチしたグリシンとの反応によって調べた。ラテックスとグリシンの反応物のC-13NMRには予想されるシグナルが認められなかった。この結果は^<14>Cトレーサー測定によるものと一致せず、更にモデル化合物による確認実験を行なうことにした。3.トランスポリイソプレン及びシスポリイソプレンを-70°Cまたは-20°Cで結晶化し、これをオゾン分解することによってイソプレン単位1013個に選択切断できることを見出した。この手法により、結晶化しない分岐部分や末端基を効率よく分離できることがわかった。天然ゴムについて分岐度と非イソプレン単位の量との関係を求める基礎技術が完成した。1.グッタペルカ,バラタ,チクルの樹脂から精製したトランスポリイソプレンを分別沈澱法により分子量分別し,低分子量画分についてGPCーLALLS(低角度レーザー光散乱計)法による分子量測定及び^<13>CーNMR測定を行った.これらは全て同一の主鎖及び末端構造を持つことが明らかとなった.又,ラテックスから得られるポリイソプレンは,末端基が化学修飾を受けて別の構造になり易いことが解った.シスポリイソプレンの場合,両末端のほとんどが修飾されており,トランスポリイソプレンでもW末端が部分的に修飾されていた.2.GPC-LALLS法により分岐度を求める際に必要となる直鎖ポリマーの粘度式を得るために, Li系市販合成ポリイソプレンCariflex-305を分別沈澱法により分子量分別した.現在,各画分について溶液粘度測定及び膜浸透圧計による分子量測定を行なっている.来年度は,粘度式を決定し,それを用いて各種試料の分岐度を求める予定である.3.NMRによる末端及び分岐構造の定量と, GPC-LALLS又は膜浸透圧計による分子量測定を組み合せることによってポリマー鎖当りの分岐数を求める方法についても検討した.末端基モデルとなるイソプレンオリゴマーを合成し,その^<13>C-NMRスペクトルから末端基シグナルを帰属した.現在,分岐構造からのシグナルの同定を進めている.1.菌類のチチタケ及びキチチタケから乾燥菌体にあたりそれぞれ2.6%及び0.13%の低分子量のシスポリイソプレンを単離した。