hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウス腹腔マクロファージのP. gingivalis LPSレセプターの解析

歯周病原細菌と考えられているPorphyromonas gingivalisのLPSは、LPS不応答性C3H/HeJマウスに対して活性を示すことが報告されている。今回、P. gingivalis LPSからリピドAをLPSを1%酢酸で100°C、2時間処理後クロロホルム/メタノール(1:1)により抽出し、PCP混液に溶解回収し、イオンクロマトグラフィーおよびSephadexLH-20を用いて精製した。P. gingivalisのリピドAは、LPS不応答性C3H/HeJマウスの脾細胞に対して明らかなマイトゲン活性を示した。また、LPS応答性C3H/HeNマウスおよびLPS不応答性C3H/HeJマウスのチオグリコレート刺激腹腔マクロファージを、10、1、0.1μg/ml濃度のP. gingivalis LPS、リピドA、およびSalmonella typhimuriumリピドAで刺激した培養上清中のIL-1、IL-6およびTNF量を測定して検討した結果、本リピドAは、LPS応答性C3H/HeNマウス腹腔マクロファージから、S. typhimuriumリピドAと同程度のIL-1、IL-6およびTNF-α産生を誘導した。さらに、C3H/HeJマウスに対するサイトカイン産生誘導能はC3H/HeNマウスの場合と比較しても低いものの、明らかにIL-6およびTNF-α産生を誘導した。また、FITC結合抗体を用いてP. gingivalisおよびS. typhimuriumとマウス細胞との結合性をフローサイトメーターにより解析した結果、P. gingivalisLPSは、LPS応答性C3H/HeNマウスの胸線細胞、脾臓細胞、ならびに腹腔マクロファージに対して、濃度依存的に結合スすることが確認された。この結合強度は、LPS不応答性C3H/HeJマウス細胞に対しても同様の結果であった。LPSレセプターとしては、細胞膜表面のCD14分子が考えられているが、マウスCD14に対する抗体が発売されたので、この抗体を使用して、LPS応答性C3H/HeNマウスおよびLPS不応答性C3H/HeJマウスの腹腔をマクロファージ上のLPSレセプター分子が同一のものであるかを今後検討する予定である。
トランスナショナル・エデュケーションに関する総合的国際研究

本研究においてはトランスナショナル教育(TNE)の世界的動向、発展のメカニズム、そして直面する課題について、総合的な国際比較の観点から分析を行った。TNEとは、教育の成果を認定する機関が所在する国とは異なる国で学習者が受ける教育プログラムである。その結果TNEは国家や提供機関によって、その展開への積極性、提供形態、質保証のシステムにおいて大きな相違が見られることがわかった。結論として、日本の高等教育はこの分野において大きく出遅れているが、そのことは、長期的な高等教育戦略の観点からみて、必ずしも高等教育の国際競争における敗北や、システムの国際化の否定を意味するものではないことが明らかになった。初年度は各分担国・地域におけるトランスナショナル・エデュケーションの実施状況、形態、利用規模、財政環境、法整備、留学概念の変容などについて、担当国・地域の教育関連省庁、大学、研究機関専門家、地方教育当局・委員会等、学校管理者、教員、学生・保護者、民間セクター、国際機関担当者などに対して、インタビュー、質問紙、現地学校視察・授業観察などを行い、そのデータを分析・解析した。海外調査としてはアメリカ×2回(山田・鳥井)、中国・台湾(南部)、オーストラリア×2回(杉本和・杉本均)、タイ(森下)、マレーシア×2回(杉村・杉本)、インドネシア(中矢)、カタール・アラブ首長国連邦(杉本)、エジプト(日下部)への調査を行った。2008年9月に京都大学において研究分担者、連携研究者、研究協力者を集めた打ち合わせ研究会を開催し、トランスナショナル・エデュケーションに関する専門家を招いて講演会を催した。各国において進展するトランスナショナル・エデュケーションの実態とともに、その定義、類似概念との違いなどについて議論し、その事業としてのマーケティング条件やその需要についての検討、国際的なサービス貿易概念からの見解、高等教育の質保証の観点から議論を行った。その結果、国際学位はアジア・中近東諸国の学生がアメリカ、英国、オーストラリアなどの英語圏大学の学位を安価に取得する手段として人気があり、いくつかの中継拠点も形成されていること。これらの学位の質は授与国、連携機関国の法律によって二重に保証されているが、必ず時も本国大学学位と等価値ではないこと。日本においてその展開は有利な環境にないが、部分的な参入可能性はあることなどが確認された。第2年度(平成21年度)は各分担国・地域におけるトランスナショナル・エデュケーション(以下TE)の実態と動向についての基本情報の収集をひきつづき行うとともに、現地調査に力点を移し、TEのプロバイダー、教育省、大学研究者、教員などに対して、面談、インタビュー、質問紙調査、法令分析などを行った。海外調査としてはアメリカ(山田・鳥井)、イギリス(秦)、ラオス(森下)、マレーシア(杉本・楠山)、香港(杉本・南部)、韓国(石川・杉本)インドネシア(中矢)、オーストラリア(竹腰)エジプト(日下部)などの調査を行い、マレーシアからは専門家を招へいした(杉村)。2009年9月に京都大学において研究分担者・連携研究者・研究協力者を集めた打ち合わせ会議を行い、東南アジア地域における高等教育地域協力ネットワークについて特別講演としてJICAの梅宮氏を招いた。そのなかで各国・地域においてTEに積極的な大学と消極的な大学の属性についての分析が行われ、また国や地域においても一部TEに関心の薄い国々や、進展の難しい国々が報告され、その背景や言語的・文化的特徴などについての分析が行われた。本科研研究の中間報告として、各国・地域でTEに関連して重要な法令、報告、論文、資料および、現地調査の中間報告、インタビュー調査の記録をまとめた研究成果報告書(中間報告)(冊子体全153ページ)を編纂して関係各位に郵送した。本共同研究により、高等教育における世界的傾向としてのトランスナショナル・エデュケーション(教育の成果を認定する機関が所在する国とは異なる国で学習者が受ける高等教育)の最新の動向が各国において明らかになった。イギリスでは2008年には調査された135機関のうち65.2%が同プログラムを提供しており、そのうちの43.6%がアジアで、28.3%がヨーロッパで実施されていた。一方アメリカは外国分校方式に力を入れており、2009年に世界中に設立されていた外国大学の分校は162校のうち78校(48%)はアメリカの大学の分校であった。またこれらプログラムの展開形態についても情報が寄せられた。すなわち、国境を越えるプログラムの形態としては、フランチャイズ方式、トゥイニング形式、ダブル/ジョイント学位、単位互換協力、通信・遠隔教育などが多く、教育機関進出では、海外分校型、学習センター・サテライト型、提携校ネットワーク型などに多くが分類された。また各国各地域のトップ伝統的においてはこの形態の国際プログラムへの進出はあまり積極的ではなく、二番手以降の国際的威信の高い大学などにおいて盛んであることが分かった。これらのプログラム成功のマーケティング環境としては、(1)高等教育需要が高いこと、(2)教育収益率(学位の価値)が大きいこと、

(3)国内の高等教育が未発達であるか選択肢が不足していること、(4)渡航先国と自国の教育・生活コストの差が大きいこと、そして、(5)渡航先国の言語環境(特に英語)が自国に似ていること、などの要件が明らかにされた。科研による事業としては、年2回の打ち合わせ会議の開催と、2010年6月の日本比較教育学会(神戸大学)での課題研究IIを本科研のメンバーによって企画・実施した。また同学会の機関誌である『比較教育学研究』第43号において、特集「国境を越える高等教育プログラム」の6編の特集論文を科研の参加メンバーによって執筆した。また本年度において最終成果報告書『トランスナショナル・エデュケーションに関する総合的国際研究』(全228頁)を刊行し、さらにこの報告書の商業出版について、出版社と交渉中である。
省エネルギー形電気油圧サーボ系の研究

1.定容量形ポンプの回転数制御特性定容量形油圧ポンプである歯車ポンプを、インバータにより回転数制御された三相誘導電動機で駆動し、可変吐出量の油圧源を構成した。この油圧源の電気パワーから流体パワーへの変換効率については実験した結果、インバータ周波数30Hzから80Hz(回転数900から2400rpm)においては、インバータを設値しない商用電源(50Hz)駆動時と比べて同等の効率を示し、30Hz以下の低速域では効率が低下することがわかった。また電動機のインバータ駆動は電気油圧サーボ系に比べて速応性に欠け、速いサーボ系の立ち上がりの過渡状態において消費油量に比べて供給油量が不足するので、この不足分を補うため、吐出側に設けたエネルギー蓄積用のアキュムレータが有効であることが確かめられた。2.省エネルギー形電気・油圧サーボ系の動特性上記1.の油圧源を用い慣性負荷を位置決めする電気油圧サーボ系を試作して、サーボ系への入力情報に応じて油圧源の電動機を回転数制御した。油圧源の制御方法としては設定圧との圧力偏差を油圧源にフィードバックする圧力フィードバック制御とマイコンを利用してサーボ系の入力からあらかじめ油圧源の運転パターンを計算するプログラム制御について行った。サーボ系への簡単な負荷パターンについて運転特性を検討した結果、本システムはサーボ系に応じたパワーを供給するため、従来のリリーフ弁を用いた電動機一定回転による油圧源と比べて、供給電力においておよそ55%の省エネルギー効果が期待できることが確かめられた。また電気的な制御のみでコンパクトな油圧源を実現するため、電動機側の状態量である電流や電力から油圧源の供給圧を算定する方法について検討し、これらの状態量でシステムの圧力を予測できることが明らかとなった。
質的研究における主観的テクスト解釈の問題を解決するための言語論的研究

質的研究での主観的なテクスト解釈の問題点について、構造構成主義、ウィトゲンシュタインの言語に関する論考、科学的言語学であるソシュールの一般言語学およびチョムスキーによる普遍文法に基づき検討した。医療関係者、看護関係者及び哲学者等からテクスト解釈の問題点について情報収集し、心脳構造の言語システムの仮説的モデルを考察した。その結果、テクスト解釈の一般的方法をある程度は定式化できることが示唆された。さらに、ヴィエルジュビツカによる言語の概念的原子要素を用いたテクスト解釈、脳科学からのアプローチ、クワインの科学的な言語哲学の理路が、今後のテクスト解釈の科学的研究上で有用ではないかと考えられた。質的研究で最も重要であるが、科学的な議論が全くなされていないテクスト解釈における主観的解釈の問題について、テクスト解釈が勝手に「主観的に」行えるわけではないことを、哲学的論考や科学的言語学の成果をもとに、これまで考察してきた。主観的なテクスト解釈の理論的背景、とくにテクスト解釈と心脳構造における言語システムの関係について、科学的言語学に基づくテクスト解釈の方法論的な検討をした。科学的言語学については、Saussureの一般言語学、そして言語学に演繹的方法を初めて導入したChomskyによる普遍文法、生成文法に関する文献検討を行い、また仮想的なコンピュータシステムに基づいて、人工知能でのテクスト解釈の問題を考察し、現実の質的研究におけるテクスト解釈の問題と対比した。これらの結果をもとにして、心脳構造における言語システムの仮説的モデルを考案したが、このときテクスト解釈に関しては、町田健(2011)による言語構造基礎論に基づく文構造の構成要素を考慮した。さらに、Anna Wierzbicka (1996)による自然意味論メタ言語の視点を導入することで、言語の概念的原子要素を用いたテクスト解釈の新たな方法論を提唱することの可能性を検討した。日本国内においては、招待講演や他大学でのFD研修等でこれらの成果を報告し、看護専門家や医療関係者から有用な意見聴取を行うことができた。研究成果の一部については、ホームページ上に公表している。質的研究で最も重要であるが、ほとんど議論されてきていないテクスト解釈における主観的解釈の問題が、実はそれほど勝手にテクスト解釈が「主観的に」行えるわけではないことを、これまでの哲学的論考や言語論の成果をもとに考察した。すなわち、これまでのテクスト解釈の理論的背景を再検討し、テクスト解釈と言語システムのラフな仮説的モデルを検討した。まず、言語システムに関しては、Saussureの一般言語学、およびChomskyによる普遍文法、生成文法に関する書籍類を中心に文献検討を行った。これらの結果をもとにして、心脳構造における言語システムの仮説的モデルを考案したが、このときテクスト解釈に関しては、竹田青嗣(2001)の提唱する『会話の信憑構造』を参考とし、またWittgensteinの著作(論理哲学論考など)の中から言語に関する箇所を中心に検討した。これらをもとにして、言語解釈に関する仮説的なモデルを構築した。量的研究におけるコンピュータによる統計学による解析方法と、質的研究における心脳システムでのテクスト解釈プロセスに着目し、両者での相違点と類似点を明確にすることにより、テクスト解釈の科学的なモデル構築への検討が可能となった。さらに、言語構造論や自然意味論メタ言語を導入することで、テクスト解釈の新たな地平も明らかとなった。この研究結果を、カナダのモントリオールで開催された18th Qualitative Health Research Conferenceにおいて口頭発表(30分、審査有)を行い、諸外国の専門家から意見聴取を行うことができた。また、日本国内においても同様な発表を行い、看護専門家や医療関係者から今後の研究に有用な意見聴取ができた。質的研究で最も重要であるテクスト解釈の科学的理解のために、構造構成主義の理路に基づき、テクストの主観的解釈の問題について、L. Wittgensteinの言語に関する論考から考察を開始した。その後、科学的言語学であるF. Saussureの一般言語学、言語学に演繹的方法を初めて導入したN. Chomskyによる普遍文法、生成文法に関する文献的検討を行い、国際学会で報告してきた。国内学会や国際学会における報告時には、多くの医療関係者、看護関係者及び哲学者などの専門家からテクスト解釈の問題点について情報を収集した。これらの結果をもとにして、心脳構造における言語システムの仮説的モデルを考察した。このときテクスト解釈に関しては、町田健(2011、言語構造基礎論、勁草書房)による言語構造基礎論に基づく文構造の構成要素を考慮することで、グラウンデッド・セオリー・アプローチでのプロパティとディメンションの発見が容易になり、ある程度の定式化が可能ではないかと考えられた。

異なる言語であっても、いくつかの中核となる言葉は共通であり還元不可能であるというA. Wierzbickaによる自然意味論メタ言語の視点を導入することで、言語の概念的原子要素を用いたテクスト解釈の新たな方法論の可能性が考えられた。テクスト解釈の方法論に関する科学的研究の推進には、今後は脳科学の領域からのアプローチが重要である点も明らかに思われた。また、あまり日本の看護分野では紹介されていないのだが、米国の数学者であり哲学者でもあるW. Quineの言語哲学の研究成果が、今後のテクスト解釈の科学的研究上で有用ではないかと考えられた。研究成果の一部については、ホームページ上に公表している。看護学研究法テクスト解釈においても、科学的言語学であるChomskyによる生成文法モデルを心脳構造に仮定することにより、主観的解釈といわれるものが同一言語に共通する解釈系からなり、そのためにそれほど勝手な解釈はできないことを考察することができた。新たに言語構造論や自然意味論メタ言語(概念的原子要素)の考えを導入し、さらに現代の脳科学の成果を考慮することにより、テクスト解釈の新規な方法の提示が可能であるものと考えられた。これは、質的研究のテクスト解釈に、さらに科学的でより一般性の高い方法を提供できる可能性を示唆するものであるといえよう。テクスト解釈においても、科学的理論である演繹的なモデルを心脳構造に仮定することにより、主観的解釈が同一言語に共通する解釈系からなり、そのためにそれほど勝手な解釈ではないことを考察することができた。さらに、新たに言語構造論や自然意味論メタ言語の考えを導入することにより、テクスト解釈の新規な方法の提示が可能であると考えられた。これは、質的研究のテクスト解釈に、科学的でより一般性のある方法を提示できる可能性を示唆するものである。これまでの研究を継続して行い、質的研究におけるテクスト解釈と心脳構造の言語システムの科学的モデルを洗練し、構築を試みる。さらに、テクスト解釈と言語構造に関する文献検討を行い、心脳構造でのテクスト解釈モデルの構築を目指す。科学的言語論や脳科学から見たグラウンデッド・セオリー・アプローチにおけるテクスト解釈の方法論を再解釈し、新たなテクスト解釈の方法を提唱したい。これらの方法については、カナダのアルバータやヴィトリアで開催される国際会議で専門家からの情報収集、また意見聴取を行い、さらに他の看護学、社会学、心理学などの質的研究の専門家、および哲学者などからも意見を収集する予定である。他の国内外の学会においても情報収集を行い、テクスト解釈の新たな方法論を洗練する。得られた研究成果はホームページ上で公表する。これまでの研究を継続して行い、質的研究におけるテクスト解釈と心脳構造の言語システムのモデル構築を洗練する。とくに、テクスト解釈と言語構造に関する文献検討を行い、心脳構造でのテクスト解釈モデルの構築を目指す。さらに、グラウンデッド・セオリー・アプローチにおけるテクスト解釈方法を言語構造理論から再解釈し、新たなシステマティックなテクスト解釈方法を提案する。
揺らぎの作用を利用した複数ロボットの協調作業のための行動計画

本研究では、「八方塞がり状態では、思いもかけない行動が行き詰まりを打破するのに役立つ」とういう人間社会では一般的に信じられているものを、ロボットの行動選択にとりいれた方式について検討した。我々はこれまで、環境からの情報を視覚により収集する複数の自律的ロボットが、共通の目的を達成しようと動き回わる状況を想定し、環境状態に応じて適切な行動を学習を用いて獲得する方法を検討してきた。単独ロボットの場合と異り、ロボットが複数になることにより、ロボット同士の衝突回避行動、デットロック回避行動、複数のロボット間の利害が対立した場合の競合解消行動、が必要となる。これらの行動をすべて考慮にいれて人間がロボットの行動計画を立てようとすると、行動決定のアルゴリズムが大変複雑になり、実行も効率的ではない。環境からの情報により、これらの行動をロボットが学習を用いて自動的に獲得できれば、人間がプログラムを書く手間が省けて大変有意義である。しかしながら、学習により行動獲得を行う方式では、複数ロボットが獲得する協調行動の効率性とデツトロックの発生率は正の相関関係にあり、大きな問題となっている。その問題の解決をために、行動決定に揺らぎの導入を考えた。すなわち、行動選択の確率分布を「飢蛾」状態の強弱に応じて変化させ、飢餓状態にないときは一意に行動が決定され、飢餓状態になればなるほと行動選択がランダムに近ずく機構を導入した。シミュレーション実験の結果、ロボットの(飢餓)状態の程度に依存して揺らぎの大きさを適切に定める方法の有効性を確認し、普遍的な手法として展開できる見通しを得た。
ケテンアセタール型活性アシル化剤を用いるアルコール類の効率的な酵素的光学分割

近年、ビニルエステルを用いる酵素触媒下のアルコールの光学分割反応が不斉合成に広く利用されているが、副生成物のアセトアルデヒドによる酵素の不活性化や、アシル基部分を変えたビニルエステルの合成に問題があった。我々は、カルボン酸からケテンアセタール型アシル化剤[H_2C=C(OEt)OCOR](1)の簡便な合成法を確立し[JCS1,1993]、1を酵素反応に初めて用いて、従来法以上に高い反応性と光学分割効率を示し、かつ、副生成物による酵素の失活も無い極めて有効な方法を見出した[Tet.Lett.,1996]。本研究では、1を用いる新しい酵素的光学分割法の実用化と、従来法ではできなかった新しい不斉合成法の開発を目的とした。以下に本研究で得た成果を記す。1.我々の新手法を種々の2級アルコールの光学分割に適用し、本法の汎用性を実証した。また、1の調製とアルコールの光学分割を連続して行うone-pot法を開発し、単離困難なアシル基を有する1にも適用できることを明らかにした。2.プロキラル2,2-二置換-1,3-プロパンジオールの酵素触媒非対称化は、従来法では、生成物のアシル基転位によるラセミ化のために殆ど成功例が無かったが、我々は、ベンゾイル基を有する1a(R=Ph)を用いてこの問題点を解決し、不斉四級炭素の新合成法を見出した。本法を応用して、抗腫瘍活性フレデリカマイシンAの不斉四級炭素の構築に成功し、現在、不斉全合成研究が順調に進行中である。3.対応するカルボン酸から用時調製した1-ethoxyvinyl methyl fumarate(1b)を(2-フリル)カルビノール類及びリパーゼと共に室温付近で撹拌すると、光学分割に続いて、導入されたアシル基の分子内Diels-Alder反応が進行し、トリシクロ体が最高99%ee以上の光学純度で得られる新しいタンデム不斉合成法を開発した。更に、リパーゼがDiels-Alder反応のエナンチオおよびジアステレオ選択性を向上させることを初めて見出した。近年、リパーゼとアシル化剤を用いるアルコール類の光学分割に、反応活性が高いビニルエステルがアシル化剤として最も良く用いられているが、反応によって副生するアセトアルデヒドが酵素を不活性化する問題があった。我々は、最近、カルボン酸からケテンアセタール型アシル化剤[HC=C(OEt)OCOR](1)の簡便な合成法を確立し、1を酵素反応に用いると、高い反応性と光学分割効率を示し、かつ副生成物の酢酸エチルは、酵素の不活性化を起こさず上記の問題店を解決できる極めて有効な方法を見いだした。本研究では、1の実用性をさらに明らかにする目的で、これまでほとんど成功例の無い2,2-二置換プロキラルジオールの不斉非対称化を1を用いて検討した。まずエトキシビニルアセタート(1:R=CH_3)を用い、酵素としてAmano Ak,Ay,PS,PPL,PLE,A-6,TOYOBOLIPを用いてスクリーニングを行い、Amano Akが最も優れている事を見いだした。次に、生成物の光学純度に及ぼすアシル基の効果について調べ、立体的に嵩高いアシル基が優れていることを明らかにした。

一方、プロキラルジオールの不斉アシル化反応においては、アシル基転位によるラセミ化反応の進行により光学純度が低下することが、問題となっているが、芳香族アシル基を用いるとラセミ化が抑えられることを明らかにし、従来酵素的光学分割において全く用いられたことのない芳香族アシル基を持つ1(R=Ph)が、2,2-二置換プロキラルジオールの優れたアシル化剤となることを明らかにした。さらに、本手法を用い、抗腫瘍性抗生物質であるフレデリカマイシンAのDE環モデル化合物の不斉4級炭素の効率的な構築に成功した。近年、リパーゼとビニルエステルを用いるアルコールの光学分割反応が広く利用されているが、副生成物のアセトアルデヒドが酵素を不活性化したり、また、アシル基部分を変えたビニルエステル類の調製が困難であるなどの問題があった。我々は昨年度までの研究で、カルボン酸からケテンアセタール型のアシル化剤[H_2C=C(OEt)OCOR](1)の簡便な合成法を確立し、1を酵素反応に用いて、従来法以上に高い反応性と光学分割率を示し、かつ、副生成物による酵素の失活も起こさない極めて有効な方法を見出した。更に、これまで殆ど成功例の無かった2,2-二置換-1,3-プロパンジオールの非対称化による不斉四級炭素の合成法を見出した。本年度は、後者の不斉四級炭素構築法の一般化と展開を図ると共に、構造修飾された1を用いて、アルコールの酵素的光学分割と導入されたアシル基の化学反応がタンデムに進行する、全く新しい不斉合成法を開発した。すなわち、マロン酸モノメチルからほぼ定量的に調製した1-ethoxyvinyl methyl malonateをそのまま(2-furyl)carbinol類及びリパーゼLIP(Toyobo)と共にアセント中室温付近で攪拌すると、光学分割に続いて、導入されたアシル基が分子内のフラン環とDiels-Alder反応を起こし7-oxabicyclo[2.2.1]heptene類が高い光学純度で得られることを見出した。本法は、カルボン酸とアルコール原料に、one-potで、最高99%以上の環化生成物を高収率で与える極めて効率的な新しい不斉合成法である。更に本研究で、リパーゼがDiels-Aider反応にも影響を及ぼし、エナンチオおよびジアステレオ選択性を向上させることを初めて見出した。これは、酵素がペリ環状反応に関与する例としても極めて稀であり、現在、この現象を更に検討中である。
光合成色素蛋白超分子複合体のコヒーレント制御

紅色光合成細菌における代表的な光合成色素であるカロテノイドとバクテリオクロロフィルを中心に,電子状態と振動状態のダイナミクスを,実験と理論の両面から系統的に解明する手法を構築した.光合成初期過程を理解する上で必須となる電子状態を明らかにした.コヒーレントな振動状態を人為的に生成・制御する手法を開発した.本研究は,これまで申請者が行ってきた研究結果に基づき,光合成研究の分野で見落とされてきた電子系,及び分子系の持つ「コヒーレンス」に着目し,光合成細菌の光合成系において達成されている高効率エネルギーの起源を明らかにし,更にはエネルギー伝達効率を人為的に制御する技術の確立を目指すものである。そのために,以下4つの研究項目を計画段階で設定した。(1) β-カロテンホモログ体を測定対象とし,申請者自らが開発したサブ20フェムト秒極短光パルスシステムを用い,縮退四光波信号を中心としたコヒーレント信号を観測する。また,カロテノイドが捕獲した光エネルギーの伝達先であるクロロフィルに対しても,コヒーレント光応答を調べる。(2)測定対象を,精密有機合成により作製した天然には存在しない共役鎖長の異なるカロテノイドに拡張し,同様の測定を繰り返し,コヒーレンスとカロテノイドの共役鎖長の関係を明らかにする。(3)光合成細菌から単離精製したLH2,及びLH1-RCコア複合体,さらには光合成膜へと測定対象を段階的に拡張し,カロテノイドが持つ長い位相緩和時間を反映し,バクテリオクロロフィルへコヒーレントにエネルギーが高効率に伝播していく様子を観測する。(4)コヒーレント制御の手法により,カロテノイドの特定の分子振動モードのみを選択的に生成し,クロロフィルへのエネルギー伝達効率が人為的に制御可能であることを実証する。紅色光合成細菌における代表的な光合成色素であるカロテノイドとバクテリオクロロフィルを中心に,電子状態と振動状態のダイナミクスを,実験と理論の両面から系統的に解明する手法を構築した.光合成初期過程を理解する上で必須となる電子状態を明らかにした.コヒーレントな振動状態を人為的に生成・制御する手法を開発した.光合成細菌の光合成系は,自然が創造した超高速(100フェムト秒以下)かつ高効率(100%)な光エネルギー変換機構を達成するための本質的な条件を満たすバイオナノデバイスである.その機構を解明することは太陽光エネルギーの有効利用という観点から眺めた場合,次世代のクリーンエネルギー変換器の基盤技術となり得る.光合成初期過程の機能発現には,LH2,LH1と呼ばれる2種類のアンテナ色素蛋白複合体と光反応中心複合体(RC)の合計3種類の色素蛋白超分子複合体が関係している.色素蛋白超分子複合体において非常に興味深い点は,エネルギーの散逸を最小限に抑えた状態で,効率良く,LH2,及びLH1からRCへ太陽光エネルギーを到達させることである.このような高効率のエネルギー伝達効率を達成している物質は,非常に類希な存在であり,その機構を明らかにすることは,新しい物理学概念の形成に繋がると考えられる.本研究は,これまで申請者が行ってきた研究結果に基づき,光合成研究の分野で見落とされてきた電子系,及び分子系の持つ「コヒーレンス」に着目し,光合成細菌の光合成系において達成されている高効率エネルギーの起源を明らかにし,更にはエネルギー伝達効率を人為的に制御する技術の確立を目指す.H18年度は,アンテナ色素蛋白複合体において緑色領域の光捕集を行うカロテノイドに着目し,そのコヒーレント光学応答を実験,および理論の両面から研究を行った.試料としては,代表的カロテノイドであるβ-カロテンを採用した.励起光源には当該研究グループで開発した10フェムト秒非同軸光パラメトリック増幅(NOPA)システムを用い,誘導フォトンエコー,及びトランジエントグレーティング信号を中心とした縮退四光波信号を観測し,分子系のコヒーレント信号の観測に成功した.ラマン信号測定の結果を踏まえ,Brownian oscillator modelによりスペクトル密度を求め,そこから,線形吸収スペクトル,誘導フォトンエコー信号,及びトランジエントグレーティング信号を数値計算により求めた.実験と理論計算の一致は非常に良好であった.このことは,カロテノイドでこれまでよく知られた三準位系に二光子準位を加えた四準位系を採用することが,光合成の初期過程を正しく理解する上で大切であることを意味している.また,カロテノイドのコヒーレント振動の寿命は1psであり,これはカロテノイドから励起エネルギーの受領先であるクロロフィルのエネルギー移動時間よりも十分に長いことが分かった.この事は,カロテノイドからクロロフィルへの高効率エネルギー移動の本質を与えていると考えている.光合成細菌の光合成系は、自然が創造した超高速(100フェムト秒以下)かつ高効率(100%)な光エネルギー変換機構を達成するための本質的な条件を満たすバイオナノデバイスである。その機構を解明することは太陽光エネルギーの有効利用という観点から眺めた場合、次世代のクリーンエネルギー変換器の基盤技術となり得る。本研究は、これまで申請者が行ってきた研究結果に基づき、光合成研究の分野で見落とされてきた電子系、及び分子系の持つ「コヒーレンス」に着目し、光合成細菌の光合成系において達成されている高効率エネルギーの起源を明らかにし、更にはエネルギー伝達効率を人為的に制御する技術の確立を目指す。前年度に引き続きH19年度は、アンテナ色素蛋白複合体において緑色領域の光捕集を行うカロテノイドに着目し、そのコヒーレント光学応答を調べた。試料としては、代表的カロテノイドであるβ-カロテンを採用した。トロント大学との共同研究により過渡回折格子信号に強い励起波長依存性があることを見出した。

実験で得られた結果は、励起パルス形状を適切に評価することにより上手く再現できることを理論的に示した。また、興味深い点は、測定結果を説明するためには、一重項励起状態間に、新たな中間状態を導入する必要があることを明らかになったことである。これまで、カロテノイドの中間状態に関しては世界中で多くの議論がなされてきたが、明瞭な実験結果として現れた最初の例と考えられる。またH19年度は、カロテノイドが捕獲した光エネルギーの伝達先であるクロロフィルに対しても、コヒーレント光応答信号の検出に成功した。クロロフィル分子において、逆過渡回折格子信号が過渡回折格子信号と同程度の強度で現れることが見出された。溶媒効果を取り入れることにより、実験で得られた光学応答を計算により再現できることを示した。光合成細菌の光合成系は,自然が創造した超高速(100フェムト秒以下)かつ高効率(100%)な光エネルギー変換機構を達成するための本質的な条件を満たすバイオナノデバイスである.その機構を解明することは太陽光エネルギーの有効利用という点から鑑みると,次世代のクリーンエネルギー変換器の基盤技術となることが期待される.本研究は,これまで申請者が行ってきた研究結果に基づき,光合成研究の分野で見落とされてきた電子系,及び分子系の持つ「コヒーレンス」に着目し,光合成細菌の光合成系において達成されている高効率エネルギーの起源を明らかにし,更にはエネルギー伝達効率を人為的に制御する技術の確立を目指す.前年度に引き続きH20年度は,アンテナ色素蛋白複合体において緑色領域の光捕集を行うカロテノイドに着目し,そのコヒーレント光学応答を調べた.試料としては,代表的カロテノイドであるβ-カロテンを採用した,H20年度に得られた結果の中で特に注目すべき点として,サブ20フェムト秒光源を用いた過渡的なコヒーレント信号(誘導フォトンエコー信号)に,断熱ポテンシャルに大きな非調和性があらわれることを見出したことを挙げることができる.同様の現象は,紅色光合成細菌の光捕集アンテナLH2においても観測することができた.このことは,これまで広く行われてきた定常吸収測定や,100フェムト秒領域で観測されてきた過渡的な状態と,まさに太陽光が入射した瞬間の分子の状態は大きく異なることを示している.これまでの常識を大きく修正する必要があるため,現在慎重に解析を行っている.また今回実験に用いた手法は,光合成系のコヒーレント制御に直接繋がるものであり,現在さらに詳細な実験を行っている.光合成細菌の光合成系は,超高速(100フェムト秒以下)かつ高効率(100%)な光エネルギー変換機構を有するバイオナノデバイスである.太陽光エネルギーの有効利用という点から鑑みると,その機構を解明することは次世代のクリーンエネルギー変換器の基盤技術となることが期待される.前年度の研究において,サブ20フェムト秒光源を用いた過渡的な誘導フォトンエコー(SPE)信号に,コヒーレント分子振動の結合モードが顕著に表れるという非常に興味深い現象を見出した.
対向型多指ハプティックデバイスによる高精度力覚提示法の研究

本研究は,対向型多指ハプティックデバイスによる高精度力覚提示法の確立を目的に,デバイスの最適構成法,アームと触覚指の冗長自由度系の分散型協調制御法,複数指と柔軟物体との接触で生じる接触力と変形の計算効率のよい多指触覚レンダリング法の課題を研究した.(1)5本指の対向型ハプティックデバイスの最適設計:5本指の対向型ハプティックデバイスとして,操作空間が広く,摩擦が少ないハプティックハンドと軽量でスマートなアームを開発した.人間の指先運動に追従できるようにハプティックハンドの操作空間の最大化の視点から,5本触覚指の最適配置とアームの最適構成を明らかにした.(2)操作者に不安を与えない冗長多自由度力制御法:操作者の少しの指先の動きで,アームが大きく動くことのない人間に不安を与えない冗長多自由度力制御法を研究開発した.(3)柔軟物体の多指触覚レンダリング:複数の接触点での接触力を計算し,その接触力にもとづき柔軟物体の移動や変形の計算し,コンピュータグラフィックス(CG)で表示する多指触覚レンダリングのための,有限要素法をべースとした効率的計算法を開発した.(4)仮想空間での物体把持における摩擦モーメントの提示:仮想空間で物体を把持したときに,リアルな物体操作感を生み出すために物体と指先で生じる摩擦モーメントの計算アルゴリズムと摩擦モーメント提示のデバイスを研究開発した.(5)医学教育用触診訓練システムの応用:本デバイスを用いた乳癌の触診訓練システムを試作し,医学教育への適用の可能性を示し,今後手指腹部への力覚提示が課題であることが明らかとなった.本検証にあたっては,岐阜大学医学部の研究者に触診訓練評価を協力して戴いた.本研究は,対向型多指ハプティックデバイスによる高精度力覚提示法の確立を目的に,デバイスの最適構成法,アームと触覚指の冗長自由度系の分散型協調制御法,複数指と柔軟物体との接触で生じる接触力と変形の計算効率のよい多指触覚レンダリング法の課題を研究した.(1)5本指の対向型ハプティックデバイスの最適設計:5本指の対向型ハプティックデバイスとして,操作空間が広く,摩擦が少ないハプティックハンドと軽量でスマートなアームを開発した.人間の指先運動に追従できるようにハプティックハンドの操作空間の最大化の視点から,5本触覚指の最適配置とアームの最適構成を明らかにした.(2)操作者に不安を与えない冗長多自由度力制御法:操作者の少しの指先の動きで,アームが大きく動くことのない人間に不安を与えない冗長多自由度力制御法を研究開発した.(3)柔軟物体の多指触覚レンダリング:複数の接触点での接触力を計算し,その接触力にもとづき柔軟物体の移動や変形の計算し,コンピュータグラフィックス(CG)で表示する多指触覚レンダリングのための,有限要素法をべースとした効率的計算法を開発した.(4)仮想空間での物体把持における摩擦モーメントの提示:仮想空間で物体を把持したときに,リアルな物体操作感を生み出すために物体と指先で生じる摩擦モーメントの計算アルゴリズムと摩擦モーメント提示のデバイスを研究開発した.(5)医学教育用触診訓練システムの応用:本デバイスを用いた乳癌の触診訓練システムを試作し,医学教育への適用の可能性を示し,今後手指腹部への力覚提示が課題であることが明らかとなった.本検証にあたっては,岐阜大学医学部の研究者に触診訓練評価を協力して戴いた.本研究は,対向型多指ハプティックデバイスによる高精度力覚提示法の確立を目的に,デバイスの最適構成法,アームと触覚指の冗長自由度系の分散型協調制御法,複数指と柔軟物体との接触で生じる接触力と変形の計算効率のよい多指触覚レンダリング法,遠隔の複数のハプティックデバイス間で物体の硬さや変形を共有する力覚通信制御を研究し,併せて,仮想空間において多指で物体を把持・操作するときの物体操作感の心理学評価実験を行いその有効性を検証することを目的としている.平成16年度は次の4つの課題を研究した.(1)5本指の対向型ハプティックデバイスの最適設計5本指の対向型ハプティックデバイスとして,操作空間が広く,摩擦が少ないハプティックハンドと軽量でスマートなアームを試作した.人間の指先運動に追従できるようにハプティックハンドの操作空間の最大化の視点から,5本触覚指の最適配置とアームの最適構成を研究した.(2)冗長自由度系の分散型協調制御操作者に不安感を与えない,アームと触覚指が協調して高精度な力覚提示を可能とする冗長自由度系の分散型協調制御を研究した.(3)指と物体との接触点判定アルゴリズム複数の指と任意形状の対象物体との接触点を計算効率よく求める接触点判定アルゴリズムを開発した.(4)柔軟物体の多指触覚レンダリング複数の接触点での接触力を計算し,その接触力にもとづき柔軟物体の移動や変形の計算し,コンピュータグラフィックス(CG)で表示する多指触覚レンダリングのための,有限要素法をベースとした効率的計算法を開発した.

本研究は,対向型多指ハプティックデバイスによる高精度力覚提示法の確立を目的に,デバイスの最適構成法,アームと触覚指の冗長自由度系の分散型協調制御法,複数指と柔軟物体との接触で生じる接触力と変形の計算効率のよい多指触覚レンダリング法,遠隔の複数のハプティックデバイス間で物体の硬さや変形を共有する力覚通信制御を研究し,併せて,仮想空間において多指で物体を把持・操作するときの物体操作感の心理学評価実験を行いその有効性を検証することを目的として,平成17年度は次の4つの課題を研究した.(1)5本指の対向型ハプティックデバイスの最適設計5本指の対向型ハプティックデバイスとして,操作空間が広く,摩擦が少ないハプティックハンドと軽量でスマートなアームを試作した.人間の指先運動に追従できるようにハプティックハンドの操作空間の最大化の視点から,5本触覚指の最適配置とアームの最適構成を研究した.(2)冗長自由度系の分散型協調制御操作者に不安感を与えない,アームと触覚指が協調して高精度な力覚提示を可能とする冗長自由度系の分散型協調制御を研究した.(3)指と物体との接触点判定アルゴリズム複数の指と任意形状の対象物体との接触点を計算効率よく求める接触点判定アルゴリズムを開発した.(4)柔軟物体の多指触覚レンダリング複数の接触点での接触力を計算し,その接触力にもとづき柔軟物体の移動や変形の計算し,コンピュータグラフィックス(CG)で表示する多指触覚レンダリングのための,有限要素法をベースとした効率的計算法を開発した.本研究は,対向型多指ハプティックデバイスによる高精度力覚提示法の確立を目的に,デバイスの最適構成法,アームと触覚指の冗長自由度系の分散型協調制御法,複数指と柔軟物体との接触で生じる接触力と変形の計算効率のよい多指触覚レンダリング法,遠隔の複数のハプティックデバイス間で物体の硬さや変形を共有する力覚通信制御を研究し,併せて,仮想空間において多指で物体を把持・操作するときの物体操作感の心理学評価実験を行いその有効性を検証することを目的として,平成18年度は次の5つの課題を研究した.(1)仮想空間での物体把持における摩擦モーメントの提示:仮想空間で物体を把持したときに,リアルな物体操作感を生み出すために物体と指先で生じる摩擦モーメントの計算アルゴリズムと摩擦モーメント提示のデバイスを研究開発した。(2)操作者に不寒を与えない冗長多自由度力制御法:操作者の少しの指先の動きで,アームが大きく動くことのない人間に不安を与えない冗長多自由度力制御法を研究開発した.(3)複数台ハプティックデバイスによる硬さや変形を共有する力覚通信制御:多指ハプティックデバイスを用いて,遠隔で複数の学習者を対象に触診訓練を行うことを想定した遠隔力覚通信制御の基礎的検討を実施した.(4)複数の道具を用いた訓練システムの構築:医療では,はさみ,ピンセット,注射器,内視鏡など複数の道具の取り扱い訓練を必要とする.こうした訓練に適した構成について研究し,複数のデバイスが装着できる手法を考案し!その有効性を確認した.(5)医学教育用触診訓練システムの応用:本デバイスを用いた乳癌の触診訓練システムを試作し,医学教育への適用の可能性を示し,今後手指腹部への力覚提示が課題であることが明らかとなった.本検証にあたっては,岐阜大学医学部の研究者に触診訓練評価を協力して戴いた.
新規単遺伝子変異マウスモデルを用いた内側型側頭葉てんかんの病態解析

てんかんとは意識消失や意図しない体のけいれんする通常短時間の発作が繰り返しおこる病気である。脳内の発作焦点にある一部の神経細胞が突然異常放電することで発作はおこることが分かっているがこの異常放電の成立条件について何も知られていない。海馬を焦点とする側頭葉てんかんは成人で最多のてんかん原因である。我々はGirdin遺伝子を破壊して、電撃や薬剤等の誘発を全く加えず2年近い生涯必ず全般化発作をおこし続ける側頭葉てんかんマウスを開発し特許化した。同遺伝子が破壊されたヒトも必ず重度のてんかんをおこすことも発見した。この遺伝子の働きから異常放電成立条件を考察し普遍的なてんかんを説明する新モデルを提案した。側頭葉てんかんは海馬を起源とするてんかんで発作中夢うつつに行動する自動症が特徴である。この側頭葉てんかんは成人の難治性てんかんで最多の原因であり、また、暴走事故の原因の大部部分を占めるため根治治療には社会的な要請がある。それにもかかわらず側頭葉てんかんの治療法は侵襲の大きい脳外科治療以外に有効性の高い治療法が存在しない。それは疾患成立機序がまだ全く理解されていないからである。申請者は偶然あるノックアウトマウスが1匹の例外もなく1)海馬硬化(海馬が硬くなる)2)海馬のほかに損傷がない3)海馬起源といえる自発的なてんかんがあるという、従来より求められていた条件をおそらく世界で初めて満たす「側頭葉てんかんモデルマウス」であることを発見した。その後の2年以上の長期間ビデオ観察の結果、このマウスは離乳後2才前後まで普通のマウスと同じように生き、その生涯ほぼ毎日5回から25回の大発作(筋肉の強直とピクピクが順にあらわれる、いわゆるひきつけ)をおこすことが分かった。大発作には常に転倒を伴い、30秒前後続く。ヒトの側頭葉てんかんと同じように睡眠中に発生する大発作がほとんどであった。海馬硬化は海馬全体を覆い尽くし生まれて半年で両側の海馬の構造が全く分からなくなる。このマウス遺伝子に相当するヒト遺伝子に変異が入った患者もイギリスで発見され、やはり生後直後からはげしいてんかんをおこした。この症例の報告の論文には申請者も貢献し、筆頭著者と同等貢献著者となり専門誌BRAINに掲載された。てんかん大発作は薬剤効果を試す対象にもなる。そこで申請者はこのマウスを特許化し国内特許が認められ、国際特許を出願した。現在ヨーロッパの創薬メーカーとライセンス契約の最終段階である。申請者はてんかん大発作の原理について独自の考えを持っており、今後の研究でそれを証明し未来の治療法開発につなげる予定である。側頭葉てんかんは海馬とその周辺を焦点とするてんかんの一種で薬剤で治らない成人のてんかんの最多の原因を占める。側頭葉てんかん患者では発作中夢うつつに行動する自動症が特徴である。この自動症がてんかん患者の運転する車の暴走、店のレジをお金を支払わず通過する事故などを引き起こす。薬剤で治らないため外科的に海馬を切除する治療が行われているが後遺症もあり、また完治しないことも多い。このように治療法開発が進んでいない最大の原因は適切な動物モデルが無かったことである。薬剤や電撃でマウスをてんかんにするキンドリングという方法は古くから知られているが、作成中にマウスが死んだり海馬以外に障害をおこしたり、反対にてんかんが長続きしなかったりして薬剤を試すには様々な問題があった。我々の研究室で偶然発見したマウスは離乳後全個体が例外なく海馬を起源としたてんかんを頻繁におこし特徴的な病理所見である海馬硬化や歯状回顆粒層分散を左右両側の海馬におこす、さらに海馬以外に障害がなく理想的な側頭葉てんかんモデルと分かった。このマウスを何ヶ月もビデオモニタリングして発作が全般化した大発作だけをカウントすることで臨床ですでに使われている側頭葉てんかんの既知の治療薬がこのマウスにおいても有効であることが確かめられた。マウスとモニタリングを含むシステムは国内特許出願(特願2014ー210085号)し、企業1社と秘密保持契約を完了。外国出願のため2015年4月15日JST外国出願支援制度に申請完了。執筆論文は関連遺伝子のリン酸化抗体の性能検定を扱ったもので、2015年3月11日学術誌Biochemical and Biophysical ResearchCommunicationsに掲載された。現在も発作と深い関係があった睡眠解析で筑波大学と、新たに同定されたヒト遺伝子変異でケンブリッジと共同研究を行っている。側頭葉てんかんの単遺伝子変異によるモデルは2015年になってもまだ研究の世界でも知られていない。

国内特許も拒絶理由が解消し、2015年3月19日に意見書と手続き補正書が完了するなど受理に非常に近い段階まで来ており、学内では海外特許申請の手続きに入った。企業との秘密保持契約や技術移転作業が順調であることもこのマウスの非常に高い科学的価値と商業価値を表している。実際、このマウスを用いて8週間に及ぶ薬剤投与実験を成功させた。現在は新規候補薬をモデルマウス4匹に投与してこれを1台のカメラでモニタリングするというさらに効率のよいシステムで候補薬の有効性を判定している。またこれとは別にこの遺伝子の小腸における役割を明らかにし上級雑誌に執筆を終えたところ。本遺伝子が消化管の吸収上皮微絨毛にも存在していることが明らかになり、この機能欠損がノックアウトマウスの栄養障害と関連させられる可能性は、いずれてんかんの原理解明に役立つと思われる。実際小腸微絨毛の機能障害と側頭葉てんかんと遺伝的に関連が過去に報告されている。以上課題は概ね順調に進展している。側頭葉てんかんは、海馬とその周辺を焦点とするてんかんの一種で、発作中夢うつつに行動する自動症が特徴である。一部の人は夢うつつのまま車を運転する暴走事故を起こし、また一部の人は異常な色覚体験や精神体験により芸術を生み出す。どちらも辺縁系過剰活動という側頭葉てんかんの特性をよく表している。名画「星月夜」を描いた画家フィンセント・ファン・ゴッホ(1853-1890)も典型的な側頭葉てんかん患者であり絵画の独創性だけでなく衝動的行動でも有名だった。側頭葉てんかん患者の脳には特徴的な病理所見が見られる。1つは歯状回顆粒層の整列が乱れる「歯状回顆粒層分散」、もう1つは海馬を中心としてグリア細胞の増生と突起の腫大化がおこりCA1が著しく萎縮するのに海馬支脚は保たれる「海馬硬化」である。側頭葉てんかんの治療は外科的な海馬切除以外に有効なものがない。治療を困難とする理由は側頭葉てんかんがどうしておこるのかほとんど分かっていないことと、適切な動物モデルがなかったことである。我々の研究室で細胞骨格アクチンを研究する途上で偶然側頭葉てんかんを忠実に模倣するマウスを得た。このマウスは衝動的な行動、典型的な歯状回分散と海馬硬化を呈し、脳波計では海馬を起源としたてんかん波をおこす。このマウスは将来側頭葉てんかんの機序解明のヒントとなり、しかも治療法を実際試すことができるモデルになる可能性が高い。今年度は主にマウスのてんかん発作が必ず100%の個体におこることを連続ビデオモニターで確認する作業を開始した。これまで100日におよぶ24時間連続撮影ですべてのマウスが側頭葉てんかんの最重症発作である「大発作」を毎日数回コンスタントにおこし、しかも発作がすべて睡眠中におこり食事中には決して起きないことを確認した。理化学研究所と共同でヒト側頭葉てんかん患者のゲノム解析も行い患者特異的な変異を一つ発見した。側頭葉てんかんの単遺伝子変異によるモデルマウスは2014年現在になってもまだ当研究室以外にはないと思われる。てんかんの浸透率が100%であることを画像で残すために市販の新世代防犯カメラの暗視機能や動体検知機能を用いて大発作回数を完全に記録することに成功した。大発作は他の低いレベルのてんかん発作に比べて客観性が最も高く、また数を数えることが可能だからである。
青色光に依存した気孔開口を仲介するプロテインキナーゼの同定と機能的特徴づけ

青色光に応答した気孔開口は、気孔孔辺細胞において光受容体であるフォトトロピンがプロトンポンプを活性化し、続いてカリウムイオンの取り込みを促進することにより誘導される。ところが、詳細なシグナル伝達は未解明である。本研究では、フォトトロピンと物理的に相互作用するプロテインキナーゼとしてCIPK23を同定し、気孔開口における機能解析を行った。その結果、CIPK23はプロトンポンプではなく、カリウムイオンチャネルの活性化を仲介することにより気孔開口を誘導することを明らかにした。植物の表皮に無数に存在する気孔は、青色光に応答して開口し、植物と大気間のガス交換を促進して光合成を支える重要な役割をもつ。青色光受容体フォトトロピンは、気孔孔辺細胞においてシグナル伝達を誘導し、細胞膜H+-ATPaseを介したカリウムの能動輸送を駆動して気孔を開口させる。この応答には、H+-ATPaseとカリウムチャネルの両方の活性化が必要であるが、青色光がどのようにしてこれらのイオン輸送体を活性化するのか、その分子メカニズムは完全には解明されていない。申請者はこれまでに、フォトトロピンの相互作用因子として同定した二つのプロテインキナーゼ(キナーゼAとキナーゼB)が気孔開口を仲介することを見出した。本研究では、これらのプロテインキナーゼが気孔開口に必要なイオン輸送体の活性化にどのように関与するのか明確にし、気孔開口シグナル伝達をより分子レベルで理解することを目的とする。本年度は、特にキナーゼAについて遺伝学を用いた機能解析を進め、キナーゼAが光条件下の気孔開口を正に調節する新たなシグナル伝達因子であることを証明した。また、キナーゼAは確かに植物細胞内でフォトトロピンと相互作用することを明らかにした。さらに、単離孔辺細胞を用いた生理・生化学的解析により、キナーゼAがH+-ATPaseの活性化とは別の経路で、青色光下でカリウムチャネルを活性化するシグナル伝達を仲介することを見出した。これらの結果から、気孔開口に貢献する新たなシグナル伝達経路の存在を明らかにし、キナーゼAの気孔開口メカニズムにおける機能をある程度明らかにすることができた。キナーゼBについては、主に薬理学的な解析を進め、キナーゼBの阻害剤が気孔開口を抑制すること、H+-ATPaseのリン酸化と活性化を抑制することを見出した。キナーゼBはキナーゼAとは異なる作用点において気孔開口を仲介すると予想される結果を得た。本研究で機能解析の対象とする二つのプロテインキナーゼAとBに関して、キナーゼAについては目的の研究を終え、学術雑誌への論文投稿を進めている段階まで来ている。従って、当初の計画通りに進んでいると判断した。植物の表皮に存在する気孔は、一対の孔辺細胞により構成され、青色光に応答して開口し、植物と大気間のガス交換を調節する。青色光受容体フォトトロピンは、孔辺細胞において細胞膜H+-ATPaseを活性化し、細胞膜を介した電気化学ポテンシャル勾配を形成してカリウムチャネルによるカリウムの取込みを駆動して気孔を開口させる。ところが、青色光がどのようにこれらのイオン輸送体を活性化するのか、分子メカニズムは完全には明らかになっていない。申請者はこれまでに、フォトトロピンの相互作用因子として二つのプロテインキナーゼ(キナーゼAとキナーゼB)を同定し、これらが青色光に応答した気孔開口に必要であることを見出した。本研究では、これらのプロテインキナーゼが既知の気孔開口のシグナル伝達にどのように関与するのか、H+-ATPaseとカリウムチャネルと関係性に着目して分子レベルで明らかにすることを目的とする。昨年度の結果をふまえ、本年度は、キナーゼAがフォトトロピンと細胞内で相互作用し、H+-ATPaseの活性化経路ではなく、カリウムチャネルを活性化するシグナル伝達経路を仲介して気孔開口を正に調節することを見出し、学術雑誌に投稿した。現在、審査により追加実験を言い渡され、既知の気孔開口調節因子との相互作用と機能面での関係性をさらに調べている。キナーゼBについては、単離孔辺細胞を用いた薬理学的・遺伝学的な解析を進めた。キナーゼBはフォトトロピンとH+-ATPaseの両方と細胞内で相互作用を示し、キナーゼBがH+-ATPaseを直接リン酸化して活性化する可能性を見出した。現在、in vitroでキナーゼBがH+-ATPaseを直接リン酸化することを確認する実験を進めている。本研究の目的である気孔開口を仲介するプロテインキナーゼの分子同定は終え、あとは学術雑誌に掲載されるための詰めの段階まで来ている。植物の表皮に存在する気孔は、一対の孔辺細胞により構成され、青色光に応答して開口する。気孔開口は、光合成の基質である二酸化炭素の取込口をして機能し、植物と大気間のガス交換を調節する。青色光受容体フォトトロピンは、孔辺細胞においてシグナル伝達を誘導し、細胞膜H+-ATPaseを、続いて内向き整流性カリウムチャネルを活性化して細胞内にカリウムイオンを蓄積させて気孔を開口させる。ところが、どのようにして青色光がこれらのイオン輸送体を活性化するのか、その分子メカニズムは完全には明らかになっていなかった。申請者はこれまでに、フォトトロピンと物理的に相互作用する二つのプロテインキナーゼ(キナーゼAとキナーゼB)を同定し、これらが青色光に応答した気孔開口に必要であることを見出した。