hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高次神経機能におけるカルモデュリンキナーゼIVの遺伝子欠損マウスを用いた機能解析

その結果、CaMキナーゼIIIは、大脳皮質などにおいて生後1週までに一過性に発現の増強が観察され、本酵素が神経発達過程のシナプス形成などに関与している可能性が示唆された。(3)CaMキナーゼIV遺伝子欠損マウスを用いて行動解析CaMキナーゼIVは、これまでの我々の発現解析より、脊髄後角および後角神経節に発現していることが知られている。本酵素の侵害刺激に対する機能を明確にするために、遺伝子欠損マウスを用いて、侵害刺激応答に対する行動解析を施行した。その結果、hot plate test, tail flick test, formalin testなどで侵害刺激に対する応答の明らかな減弱が観察された。機序の解明のさらなる検討が必要である。以上、申請した実験計画に従い、CaMキナーゼIVの神経細胞における生理的意義の解明のために着実に研究を展開し成果をあげている。
複雑な地物情報の評価を可能とする新しい氾濫流解析モデルと氾濫被害軽減に関する研究

本研究では,洪水流や氾濫流の挙動を知ることのできる信頼性,実用性の高い洪水氾濫解析法の構築のために,解析データ整備が容易なデカルト座標系を用いて市街地の複雑な地物情報を評価できる氾濫流解析法を開発した.非定常大型水理実験により詳細な水位,流体力時系列データを取得し,本解析モデルの妥当性を検証した.また,精度の高い解析データの取得,整備方法と本解析モデルの現地への適用性が検討された.本研究では,洪水流や氾濫流の挙動を知ることのできる信頼性,実用性の高い洪水氾濫解析法の構築のために,解析データ整備が容易なデカルト座標系を用いて市街地の複雑な地物情報を評価できる氾濫流解析法を開発した.非定常大型水理実験により詳細な水位,流体力時系列データを取得し,本解析モデルの妥当性を検証した.また,精度の高い解析データの取得,整備方法と本解析モデルの現地への適用性が検討された.近年の一連の水災害を受けて,ハード対策とソフト対策の連携をより一層強め,被害の最小化を図ることが望まれている.このためには,よ.り信頼性,実用性の高い洪水氾濫解析法が求められている.氾濫域内の地形情報,幹線道路網,建物群などの複雑な地物情報の評価法は氾濫解析の主要な課題である.境界適合座標系を用いた氾濫解析モデルでは建物群や道路網に合わせて計算格子を生成することが要求されるため,従来のデカル座標系モデルに比べて計算データの整備の負荷が格段に大きい課題がある.本研究では,全ての物理量は各格子の平均値の値で離散化されるこれまでの一般的な数値解析法の考え方から発想を変えた新しいデカルト座標系の河川流と氾濫流の連成解法を開発することを目的としている.破堤氾濫流の挙動を明らかにするために,非定常氾濫実験を行い,以下のことを明らかにした.・大型破堤氾濫流水路を製作し,非定常流を二次元的に捉える事ができる精度の高い水位時系列データを得た.・氾濫部の初期水深によって破堤氾濫水の伝達速度や段波通過後の水位の変動特性が大きく異なることを実験により示し,提案した解析法によりこれらが良好に再現されることを示した.・破堤部に家屋が配置される条件において,実験結果と計算結果を比較し,計算結果は常射流混在場に建物などの障害物が存在する場においても,時空間的に信頼できることを示した.また,洪水流解析の精度は河川の断面形状の測量精度に依存するが,水面下の河床高を計測することは困難であるため,構築した二次元解析法とレーザ測量結果を用いた水面下の河床高の推定法を提案した.我が国では,今後気候変動による水災害の危険性の増加が科学的に説明されつつあり,ハード対策とソフト対策の連携をより一層強め,水災害の被害を最小化する減災体制を構築することが喫緊の課題である.このためには,洪水流や氾濫流の挙動を知ることのできる信頼性,実用性の高い洪水氾濫解析法が必要である.本研究では,新しいデカルト座標系の河川流と氾濫流の連成解法を開発し,詳細な非定常水理実験と比較し,解析モデルを検証する.家屋群の新しい抵抗評価法を構築し,流体力実験結果と比較し検討することを目的としている.また,氾濫流・洪水流解析データの取得に近年用いられるようになってきたレーザ測量データの活用手法を検討する.本研究の主要な研究成果は以下の通りである.1分力計を取り付けた流体力計測模型を上方から吊るす方法により,大型破堤氾濫流水路の任意の箇所の建物模型に作用する流体力を高精度で計測できることを示した.建物模型に作用する流体力は,非定常流においても,建物周辺の静水圧差から求める静水圧モデルでほぼ評価できることを示した.2建物群を個別に評価する場合,構築した数値解析モデルによって流体力時系列は概ね再現されることを示した.建物群を群として評価する場合,氾濫解析によく用いられる抗力係数モデルでは,破堤氾濫流の挙動を表すことができない.本研究で新たに提案した建物占有率補正法では,建物群内の流体力の変動やフロント速度を概ね再現できることを示した.3地上レーザ測量データの特徴を明らかにし,取得データの自動フィルタリング手法を提案した.また,それを用いた流れの解析を行い,レーザ測量データの有効性を示した.
ヒメツリガネゴケにおけるアラビノガラクタンタンパク質遺伝子郡の機能解析

本研究では、アラビノガラクタンタンパク質(AGP)として知られる細胞表層に局在する糖タンパク質の機能解析を目的としている。AGPはニンジンの不定胚形成や仮導管分化の制御因子として知られ、高等植物における発生・分化において様々な機能を果たしていることが示されているが、その分子機能は不明なままである。コケ植物であるヒメツリガネゴケは、サイズが小さく、培養が容易であり、細胞分化や形態形成といった細胞レベルの変化を直接観察できる。さらに近年、相同組換えによる遺伝子ターゲティングを用いた解析が可能な唯一の植物として注目を浴びている。本研究では、ヒメツリガネゴケにおけるAGP遺伝子群の機能解析を通じ、その植物における役割を明らかにすることを目的としている。βGlcYを用いたヒメツリガネゴケAGPの精製を行い、そのアミノ酸配列を同定した。その配列を用いてヒメツリガネゴケESTデータベースを再検索した結果、新たなAGP遺伝子群を同定し、PpAGP2およびPpAGP6と命名した。このうちPpAGP6は銅結合モチーフを有しており、今まで報告されている植物由来のAGP遺伝子には無いタイプの遺伝子であることが明らかとなった。得られたPpAGP遺伝子群の配列からプライマーを作製し、Roche社のLight Cyclerを用いた定量的RT-PCR解析から、PpAGP遺伝子群の発現プロファイルの解析を行った。その結果、接着ドメインとして知られているファシクリンドメインを有するPpFLA2が、オーキシンやアブシジン酸という植物ホルモンによりその発現が制御されていることが明らかとなった。この結果は、PpFLA2がヒメツリガネゴケの成長や分化、あるいはストレス応答に関与していることを示唆している。アラビノガラクタンタンパク質(AGP)は植物の細胞膜あるいは細胞壁に蓄積する糖タンパク質であり、植物の成長・発達あるいは環境ストレス応答に関与していることが明らかになりつつあるが、未だその作用機作は不明である。我々は現在までの共同研究において、岡崎基礎生物学研究所・長谷部光泰教授の協力を得て、同教授が構築したヒメツリガネゴケ完全長cDNAデータベースから、AGPをコードする遺伝子6種(PpAGP1,PpAGP2,PpAGP3,PpAGP4,PpFLA1,PpFLA2)を同定した。さらに、AGPに特異的に結合するヤリブ試薬を用いて精製したタンパク質のアミノ酸配列情報と一致するタンパク質をコードする遺伝子を新たに同定し、PpAGP5と命名した。PpAGP5は生化学的に同定されたAGPのアミノ酸配列と一致することから、ヒメツリガネゴケにおいて主要に存在するAGPをコードしていると考えられる。今後、この遺伝子をノックアウトしたヒメツリガネゴケを作出・解析することで、P.PAGP5の機能が明らかになると考えられる。また、ABA処理をしたヒメツリガネゴケから調製したRNAを用いたマイクロアレー解析から、ABAで誘導される新たなAGP遺伝子(ppFLA3)を同定した。このAGP遺伝子は動物の接着因子に見られるファシクリンドメインを有しており、シロイヌナズナではこのタイプのAGPが耐遠征に関与していることが示されており、このタンパク質をコードする遺伝子はABAにより誘導される。従って、ヒメツリガネゴケにおいてもPpFLA3がストレス耐性に関与していることが考えられるため、現在この遺伝子をノックアウトした形質転換体の作出を試みており、そのストレス耐性の変化を解析して行く予定である。さらに、AGPに特異的に結合するヤリブ試薬を用いて精製したタンパク質のアミノ酸配列情報と一致し、ヒメツリガネゴケにおいて主要に存在するAGPタンパク質をコードするPpAGP5、およびABAで誘導されるPpFLA3をクローニングした。Loche社のリアルタイムPCR機を用いて、これら遺伝子群のホルモン(アブシジン酸、サイトカイニン、オーキシン)およびヤリブ試薬に対する発現応答を解析した。ヤリブ試薬はAGPに特異的に結合することが知られており、AGPの働きを阻害すると考えられている。その結果、PpFLA1は全てのホルモンとヤリブ試薬処理により発現が2倍以上に上昇することが明らかとなった。このことから、PpFLA1は様々な機能を持つことが推察された。また、PpAGP1はヤリブ試薬によりその発現が4倍上昇した。ヤリブ試薬処理によりヒメツリガネゴケの先端成長が抑制されることから、PpAGP1と原糸体頂端細胞の伸長に何らかの関連があると考えられた。現在、これら遺伝子のノックアウト体作出のためのコンストラクトを完成させ、形質転換を行っている。

コケ植物であるヒメツリガネゴケは、サイズが小さく、培養が容易であり、細胞分化や形態形成といった細胞レベルの変化を直接観察できる。さらに近年、相同組換えによる遺伝子ターゲティングを用いた解析が可能な唯一の植物として注目を浴びている。本研究では、ヒメツリガネゴケにおけるAGP遺伝子群の機能解析を通じ、その植物における役割を明らかにすることを目的としている。βGlcYを用いたヒメツリガネゴケAGPの精製を行い、そのアミノ酸配列を同定した。その配列を用いてヒメツリガネゴケESTデータベースを再検索した結果、新たなAGP遺伝子群を同定し、PpAGP2およびPpAGP6と命名した。このうちPpAGP6は銅結合モチーフを有しており、今まで報告されている植物由来のAGP遺伝子には無いタイプの遺伝子であることが明らかとなった。得られたPpAGP遺伝子群の配列からプライマーを作製し、Roche社のLight Cyclerを用いた定量的RT-PCR解析から、PpAGP遺伝子群の発現プロファイルの解析を行った。その結果、接着ドメインとして知られているファシクリンドメインを有するPpFLA2が、オーキシンやアブシジン酸という植物ホルモンによりその発現が制御されていることが明らかとなった。この結果は、PpFLA2がヒメツリガネゴケの成長や分化、あるいはストレス応答に関与していることを示唆している。
保型表現・L関数の研究

GL(2)の保型表現の3つ組から定義されるいわゆるtripe L-functionはP. B. Garrettによる積分表示の発見(1985)により、その研究の道が開かれた。筆者が学位論文で決定したtripe L-functionの極の位置をを用いて保型形式の持ち上げの存在を示すにはtripe L-functionのgamma因子を計算する必要がある。この計算については次のような結果を得て現在論文を執筆中である。(1)zeta積分の最大公約数として定義されたgamma因子はLanglands予想によって予言されていたものと極の位置が完全に一致している。(2)特に不分岐な主系列表現の3つ組、あるいは離散系列表現の3つ組に対応する場合にはLanglands予想によって予言されていたgamma因子はzata積分として表される。(2)において離散系列表現の1つの重みが他の2つの重みより大き場合にはgamma因子の形が異なることが予想されていたがこれを肯定的に解決した。一方、古典群上のEisenstein級数を詳しく研究するには、いわゆるtheta関数との関連を調べることが不可欠である。具体的には、Eisenstein級数の特殊値あるいは留数をtheta関数によって表示するSiegel-Weil型の公式を示すことが重要である。これについては、特殊な場合にEisenstein級数の留数をtheta関数で表すSiegel-Weil型の公式を証明した論文が雑誌に掲載されることが決まっている。さらに一般的な場合にこの公式を拡張することは将来の課題である。その際筆者が計算したEisenstein級数のFourier-Jacobi係数の公式は有用であると思われる。
新しい分離操作の開発による化学プロセスの高効率化

広義の化学工業におけるエネルギー消費は極めて多大であり、その中でも、分離工程での消費割合高いことが知られている。ここでは、エネルキー節減を目的として、◎分離操作の省略あるいは変更による新素材製造プロセスの確立、◎極限状態あるいは生体機能などを利用した新分離操作法の構築、◎従来法の改良による各種新分離装置の開発、を目指した研究を行い、以下の成果を得た。(1)希土元素の超臨界水への溶解度を測定すると共に、その温度及び圧力依存性を定量化し、溶解度を推定するための熱力学モデルを構築した。(2)Ca還元拡散法により、希土酸化物とニッケル微粒子とから、機能性粉末合金Ni_5Rmを直接製造する省エネルギープロセスを開発した。(3)超臨界CO_2、C_2H_4、C_2H_6、CHF_3流体に対するインドール関連物質の溶解度を測定し、その相挙動を明らかにした。(4)ペプチド免疫法について検討し、アフィニティクロマト用担体を作る場合の一般的な指針を得ることに成功した。(5)タンパク質の分離と濃縮を、同時に且つ効率的に行うことのできる連続式電気泳動装置の試作に成功した。(6)製錬残渣中からGa、Inを回収する含浸液膜プロセスを構築して、既存のイオン交換プロセスとの比較により、本法の優位性を立証した。(7)高圧下で固ー液分離も可能な圧力晶析装置を試作し、その最適操作条件を明らかにした。(8)自己熱交換型省エネルギー蒸留塔を開発すると共に、数個の蒸留塔を組み合せた分離システムの、最適設計手法を確立した。(9)固体電解質として安定化ジルコニア、燃料としてメタンを用い、発電と同時に化学原料ともなる一酸化炭素を生産する、燃料電池システムを構築した。
唾液の分泌機構(cGMPの係わりについて)

昨年度、ラット耳下腺に心房性利尿ナトリウムペプチド(ANP)受容体が存在し、ANP刺激により細胞内cGMP濃度が上昇する事を明らかにした。今年度は、引き続き耳下腺に於けるANPのforskolinやβ-agonistに対する影響とその機構、およびANPによって生成されるcGMPの役割について検討した。1)ANP,nitroprusside(NP),hydroxylamine(HA)は、forskolinの存在の有無に係わらずcGMP濃度を上昇させた。他方、ANPはforskolinによるcAMP濃度の上昇を抑制したが、NPやHAにはこの抑制作用は認められなかった。また、forskolinやdi-Bu-cAMP、isoproterenolによるamylase分泌はANPにより抑制されたが、NPやHAでは変化がなかった。これらの結果、耳下腺におけるANPによるcAMP濃度減少やamylase分泌抑制に、細胞内のcGMPの直接的な関与はないと推定された。2)forskolinやisoproterenolによって誘導されるcAMP濃度上昇やamylase分泌はANPによって抑制されるが、この抑制は耳下腺細胞および耳下腺細胞膜をpertussis toxin(PT)で処理することによって抑制された。耳下腺腺房細胞をPT処理するとGiタンパク質がribosylationを受けることより、ANPのcAMPおよびamylase分泌抑制はANP clearance受容体を介したGiタンパク質のアデニル酸シクラーゼ活性の抑制によると推定された。4)cGMPの耳下腺細胞内ホスホジエステラーゼ(PDE)に対する影響を調べることを目的とし、まず耳下腺に存在するPDEの分離同定を行った。PDE特異的抑制剤に対する感受性や分子量測定によって耳下腺細胞内に、タイプI,II,III,およびIV cAMP-specific PDEが存在することを明らかにした。唾液腺に於けるcGMPの役割を調べる事を目的として,本物質の合成酵素である膜結合型guanylyl cyclase(G cyclase)の存在と唾液腺のANP受容体遺伝子の発現,およびANP刺激による唾液腺細胞内cGMPの濃度,およびamylase分泌の変化を調べ,以下の結果を得た。2)ラット耳下腺及び顎下腺細胞膜画分と^<125>I+ANPとの結合は,タンパク質量に比例して増加しプラトーに達した。ANPによる結合阻害実験から,IC_<50>値は,耳下腺5×10^<-9>M,顎下腺10^<-9>Mであった。この結果から,唾液腺にANP受容体タンパク質が存在する事を確認した。3)ラット耳下腺の腺房細胞を用いて、ANP及びcarbachol刺激による細胞内cGMP,cAMPの濃度変化を調べた。Carbachol(10^<-5> M)による濃度変化は,コントロールに比較し5%上昇したにすぎなかったが,ANP(10^<-7> M)の場合にはコントロールの2倍を超える上昇が認められた。ANPはcAMPの濃度変化に対してはほとんど影響を与えなかったが,forskolinによるadeny late cyclaseの活性化を抑制することが明かになった。4)ANPは単独で,またforskolinで促進された耳下腺からのamylase分泌を抑制することが明かになった。耳下腺に於けるcGMPの役割を調べる事を目的として、ラット耳下腺ANP受容体遺伝子の発現、およびANP刺激によるcGMP、cAMP濃度変化およびamylase分泌に与える影響を調べ、以下の結果を得た。1)ラット耳下腺及び顎下線細胞膜画分と^<125>I-ANPとの結合は、タンパク質量に比例して増加しプラトーに達した。ANPによる結合阻害実験から、IC_<50>値は、耳下腺5×10^<-9>M,顎下腺10^<-9>

Mであった。唾液腺にANP受容体タンパク質が存在する事を確認した。2)ラット耳下腺の腺房細胞をANP(10^<-7>M)で刺激するとコントロールの2倍を超えるcGMPの上昇が認められた。また、ANPはcAMPの濃度変化に対してはほとんど影響を与えなかったが,forskolinによるadenylate cyclaseの活性化やamylase分泌を抑制することが明らかとなった。3)ANP,nitroprusside(NP),hydroxylamine(HA)は、forskolinの存在の有無に係わらずcGMP濃度を上昇させた。他方、ANPはforskolinによるcAMP濃度の上昇を抑制したが、NPやHAにはこの抑制作用は認められなかった。また、forskolinやdi-Bu-cAMP、isoproterenolによるamylase分泌はANPにより抑制されたが、NPやHAでは変化がなかった。これらの結果、耳下腺におけるANPによるcAMP濃度減少やamylase分泌抑制に、細胞内のcGMPの直接的な関与はないと推定された。4)forskolinやisoproterenolによって誘導されるcAMP濃度上昇やamylase分泌はANPによって抑制されるが、この抑制は耳下腺細胞および耳下腺細胞膜をpertussis toxin(PT)で処理することによって抑制された。耳下腺腺房細胞をPT処理するとGiタンパク質がribosylationを受けることにより、ANPのcAMPおよびamylase分泌抑制はANP clearance受容体を介したGiタンパク質によるアデニル酸シクラーゼ活性の抑制に基づくと推定された。6)耳下腺細胞内ホスホジエステラーゼ(PDE)の分離同定を行い、PDE特異的抑制剤に対する感受性や分子量測定によって、タイプI,II,III,およびIV cAMP-specific PDEが存在することを明らかにした。
完全WKB法に拠る微分方程式の構造解析

1.高階パンルヴェ方程式の解の構造定理パンルヴェ階層(P_j)(J=1,II-1,II-2)に属する方程式に対し、その0-パラメタ解は第1種変わり点の近くに於いて古典的なI型パンルヴェ方程式の解に変換されることを示した。(河合・竹井:Proc.Japan Acad.,80A(2004)で速報)この結果により、高階パンルヴェ方程式の構造論を完全WKB解析的手法を用いて展開することが可能になったと判断し、パンルヴェゆかりの地Toulouseに因んで"Toulouse Project"なる研究計画を公表した。(河合・竹井:数理解析研究所講究録1397(2004))2.完全最急降下法の提唱と応用1.高階パンルヴェ方程式の解の構造定理パンルヴェ階層(P_j)(J=1,II-1,II-2)に属する方程式に対し、その0-パラメタ解は第1種変わり点の近くに於いて古典的なI型パンルヴェ方程式の解に変換されることを示した。(河合・竹井:数理解析研究所講究録1397(2004))2.完全最急降下法の提唱と応用研究実績は以下のとおり.1.無限個の相を持つWKB解を許容するような微分方程式の構造の研究。[AKKT2](以下文献略号に就ては11項参照)に於てはそのような作用素の代表例としてその表象の各斉次部分が各々整函数となるようなもの(WKB型微分作用素と呼ぶ)を考え、そのWKB解析の局所理論に就き(1)WKB解の構成には量子化接触変換を採用し、併せて(2)そのような作用素の局所標準型を超局所微分作用素に対するある除法定理を示すことにより、いずれも決定的な結果を得た。又、そのような作用素の大域的研究に就ては[AKKT1]に於て計算機実験を用いていくつかの具体的作用素に対しそのStokes図形の記述を行い、仮想的変わり点及び新しいStokes曲線の概念が、通常の(WKB解に有限個の相しか許さない)微分作用素のWKB解析の場合と同様に有効であることを確認した。現在、さらにこれ等の結果を、より一般化した作用素の族、即ち大きなパラメタを持つ超局所微分作用素の族、に拡張することを試みている。2.我々のグループの開発した完全最急降下法を用いることによりStokes図形の大域的様相の微妙な問題(例えば通常の、或いは、新しい、Stokes曲線上でWKB解にStokes現象の起こらない部分の決定)に就て具体的研究を行った。([AKoT],[KoT])3.Landau-Zener型の非断熱遷移確率の計算([AKT1])。これは青木・河合・竹井が以前に非断熱遷移の問題を念頭に調べた方程式(Asian J. Math. 2(1998))の構造が今一つすっきりしていなかったことに不満を感じて大きなパラメタの入れ方が物理的な現象をよりよく現わすと思われるものを用いた所、単純変わり点でなく二重変わり点が現われ、その為に議論が却ってすっきりした、と云う不思議な結果である。数学の研究に於て物理学的背景に眼を配ることの重要性をつくづく感じさせられた。又、この計算の途中で、当該作用素に関しては仮想的変わり点の具体的計算法を与えることが出来たので、現在陪特性グラフなる概念を導入してそのグラフ論的整備を急いでいる。1°WKB型擬微分作用素の完全WKB解析を、超局所解析の手法を援用して、展開し、さらに具体的な例(プラズマ物理学に現われる物)についてその特性方程式の構造を調べた。計算機実験に拠り得た予想を最終的には解析的に証明できたのだがその結果は意外なものであった:物理学者が解析の困難な点として困っていた点は単純変わり点の集積点である。(2003年6月パリ(仏)での国際会議で発表;青木・河合・小池・竹井、RIMS Preprint 1429(2003))。2°数理解析系院生西川が高階パンルヴェ方程式のストークス図形に関して発見した、所謂"西川現象"は問題となる線型方程式が2階になることを用いると理論的にその存在を予知できたはずであることを発見し、このobservationを出発点に仮想的変わり点の観点から西川現象の解析的研究を進めている。(2003年9月ツールーズ(仏)での国際会議で発表;河合・小池・西川・竹井、RIMS Preprint 1443(2004))。3°高階パンルヴェ方程式の内、少くとも(P_I)型及び(P_<II-1>)型に就ては関連する線型方程式が2階であることを用いて少くとも第1種変わり点の近傍では、0-パラメタ解は通常の1型パンルヴェ函数に変換できることを証明。(現在発表準備中(河合・竹井))これは2階の任意のパンルヴェ方程式の0_-パラメタ解に対する対応する定理(河合・竹井に拠る)を無限個の対象を含むパンルヴェ階層に拡張した画期的な結果と思われる。

第2種の変わり点の近傍での0_-パラメタ解及び第1種の変わり点の近傍での2_-パラメタ解に就ても、その構造はかなりはっきりと見えてきた感じである。1.高階パンルヴェ方程式の構造論パンルヴェ階層(P_J)(J=I,II-1,II-2)に属する各方程式に対し,その0-パラメタ解は第1種変わり点の近くに於いて古典的なI型パンルヴェ方程式の解に変換されることを示した。(河合-竹井:Proc.Japan Acad.,80A(2004)に速報発表)この結果により,高階パンルヴェ方程式の構造論を,完全WKB解析的手法を用いて展開することが可能になったと判断し,"Toulouse Project"として我々の今後の研究計画のスケッチを公表した。(数理解析研究所講究録1397(2004))2.仮想的変わり点とストークス曲線の分岐同じ"高階パンルヴェ方程式"であっても野海-山田系は解析的には(P_J)とかなり扱いが異なる。(最終的には,すべて"局所的には同型"となると期待はしているが,現状ではこのように言わざるを得ない。)例えば,数理解析系院生佐々木俊介が,最も簡単な野海・山田系,即ち,IV型パンルヴェ方程式の対称形式,に対し,その背景にあるLax対のストークス図形に於いて見出した極めて興味深い事実"パラメタtがパンルヴェ方程式のストークス曲線上に在るにも拘らずLax対のストークス図形の退化が見られない"はその最も顕著な一例である。これに対するmost far-reachingな解釈は"仮想的変わり点と(通常の)変わり点がストークス曲線の分岐が起きた状態で入れ替わることによる"であることを明らかにし,さらに,野海・山田系の解のインスタントン展開の相函数の記述には,そのようにして通常の変わり点とは入れ替わった仮想的変わり点が関わることも証明した。(青木・河合・佐々木・首藤・竹井:J.Phys.Aに近刊予定。)
宇宙環境中での一次相転移ダイナミックスと電弱バリオン生成

宇宙初期現象の解明は、ミクロ素粒子物理学とマクロ宇宙物理学をつなぐ重要な課題として近年、いくつかの画期的な進歩が報告されており、いまや新たな境界分野が形成されつつある。本代表者は、このパラダイム形成の初期から、宇宙の物質・反物質不均衡の起源に関する提案を行い、この分野の進歩に深く関わってきた。ミクロ物理学と宇宙との関わりは、当初の予想を超えて広がりをみせ、上記の宇宙物質創成の起源に加えて、暗黒物質の起源、インフレーション宇宙の提唱など、宇宙物理の根幹に触れる問題を解決しつつある。本研究はこのような状況を踏まえて、困難と思われてきた電弱理論におけるバリオン非対称性発生を再考慮すべく、宇宙の一次相転移のダイナミクスの解明を目指した。宇宙環境中での一次相転移は、トンネル効果が宇宙の環境中でどのように起こるのか、量子系の振る舞いとともに、バリアークロスの現象が環境との相互作用でどのように増幅されるかが焦点になる。第1原理から出発して、簡単な1次元量子系に結合した無限次元宇宙環境系との相互作用問題を、解明した。具体的には、熱平衡状態にある環境と相互作用のある、小さな自由度の系の挙動、特にこの系が1次元のポテンシャルで記述され、かつトンネル効果を引き起こしうる準安定状態にあるとき、トンネル現象が環境との相互作用により、どのように引き起こされるか、を実時間形式(Feynmann-Vernonの汎関数法)を用いて、量子力学の第1原理と矛盾しない定式化により調べた。その結果、バリアークロス現象が環境からのエネルギー流入によって促進される機構を明らかにした。電弱バリオン生成に関して得られる結果はまだ明らかでないが、その解明に向けた基礎的考えは整理されたと思われる。1.宇宙初期における電弱相転移が一次になることを想定して、宇宙環境中で起こる一次相転移を一次元量子力学系のトンネル現象として解釈し、その時間的発展を解析した。トンネル効果を引き起こすポテンシャルが準安定相において2次項以外の非線形効果を含むことから非線形共鳴効果が存在する。準安定相におかれた粒子が、環境からのエネルギーを得て非線形共鳴を起しえることにより、トンネル効果、従って一次相転移が促進される機構を同定した。2.今年度は、largeN極限において様々なチェックがなされて来たAdS/CFT対応、及び、ホログラフィー的繰り込み群において、その1/N補正について確率過程量子化とのアナロジーやフォッカー・プランク方程式を用いて議論し、その結果は秋の日本物理学会に於いて発表した。3.ランダムネスに空間的相関が存在する場合のランダム1次元系のAnderson転移について、特に1次元random mass fermion系を数値的手法を用いて調べた。1次相転移による、電弱バリオン生成の新しい機構を求めて、宇宙の熱環境中での1次相転移のダイナミックスを解明することを始めた。まず、基本的なことを第1原理から解明するために、宇宙の相転移に密接に関係する問題である、1次元量子系の無限自由度熱環境におけるトンネル現象を研究した。実時間形式を用いて、熱環境の自由度に相当する部分を汎関数積分する手法を採用し、トンネル系が準安定状態にある期間に適用して、半古典近似で環境積分を実行した。この結果得られる、影響汎関数(正確にはそのウィグナー変換)と量子力学のバリアー透過率を組み合わせて、熱環境中での1自由度系のトンネル確率を求めた。興味ある結果として、準安定状態で環境からエネルギーをもらって励起が起こり、トンネル確率が増大することを発見した。詳細な数値計算により、この効果は量子トンネル系と環境との結合の強さ、すなわち摩擦等の散逸の大きさと関連することを確認し、結合がある程度弱い場合に効果が大きいことを定量的に明らかにした。これは、準安定状態での非線形共鳴であり、線形近似では、パラメータ共鳴現象であると解釈できる。

また、励起的トンネル効果をより詳しく解析して、一次相転移が早い時間スケールで完了する可能性を定量的に明らかにした。この成果は、現在投稿準備中で近々発表予定の詳細な論文に記述される。熱平衡状態にある環境と相互作用のある、小さな自由度の系の挙動、特にその時間変化を本年度の研究課題とした。特に、この系が1次元のポテンシャルで記述され、かつトンネル効果を引き起こしうる準安定状態にあるとき、トンネル現象が環境との相互作用により、どのように引き起こされるか、を実時間形式(Feynmam-Vernonの汎関数法)を用いて、量子力学の第1原理と矛盾しない定式化により調べた。特に、準安定状態のエネルギーが低い初期状態から出発するとき、1次元量子系のよく知られた結果では指数因子によりトンネル確率が小さい。しかし、熱環境との相互作用により、1次元系が高いエネルギー状態に励起されてから、トンネル現象が起こることにより、トンネル確率が増大する機構を見いだした。さらに、時間変化に関して、相互作用の強さに逆比例する早い時間スケールで1次元系のトンネル現象が起こることを確かめた。このような増幅は有限時間のうちに起こるが、無限時間経過後の確率変化率はユークリッド法に基づく、準平衡系のよく知られた計算結果に近づく。従って、この有限時間効果はユークリッド法では予測できない効果である。以上の効果をEnviroment-driven Excited Tunnelingと呼ぶことを提案するともに、この効果が宇宙の相転移に与える影響を調べた。通例、2次の相転移は、空間的に一様なヒッグスポテンシャル(正確には、一部の環境効果を取り入れた自由エネルギーであり、ヒッグス場はオーダーパラメータの役割を果たす)が宇宙環境温度の低下による局所ミニマムの変化とともに起こるが、そのときの相転移の起こる時間スケールはハッブルの宇宙時間程度である。しかし、上記効果によるトンネル現象はより早いプロセスであることを具体的に確かめた。この効果の重要な応用は、電弱バリオン生成であり、特にバリオン生成がどの程度促進されるのかが興味ある課題であり、現在調べ始めている。宇宙初期現象の解明は、ミクロ素粒子物理学とマクロ宇宙物理学をつなぐ重要な課題として近年、いくつかの画期的な進歩が報告されており、いまや新たな境界分野が形成されつつある。本代表者は、このパラダイム形成の初期から、宇宙の物質・反物質不均衡の起源に関する提案を行い、この分野の進歩に深く関わってきた。ミクロ物理学と宇宙との関わりは、当初の予想を超えて広がりをみせ、上記の宇宙物質創成の起源に加えて、暗黒物質の起源、インフレーション宇宙の提唱など、宇宙物理の根幹に触れる問題を解決しつつある。本研究はこのような状況を踏まえて、困難と思われてきた電弱理論におけるバリオン非対称性発生を再考慮すべく、宇宙の一次相転移のダイナミクスの解明を目指した。宇宙環境中での一次相転移は、トンネル効果が宇宙の環境中でどのように起こるのか、量子系の振る舞いとともに、バリアークロスの現象が環境との相互作用でどのように増幅されるかが焦点になる。第1原理から出発して、簡単な1次元量子系に結合した無限次元宇宙環境系との相互作用問題を、解明した。
環境応答に伴う植物カタラーゼのペルオキシゾームヘの輸送調節機構の解明

カタラーゼは、真核生物に共通して存在するペルオキシゾームに大量に集積する酵素である。しかし、その遺伝子発現の調節機構や、ペルオキシゾームへの輸送機構についてはほとんどわかっていない。本研究では、カタラーゼのペルオキシゾームへの輸送機構を明らかにすることを目的とした。これまでの研究で、カボチャカタラーゼのペルオキシゾームへの輸送シグナルについて調べた結果、多くのペルオキシゾームタンパク質が持つC末端(PTS1)、またはN末端(PTS2)の輸送シグナルとは異なるカタラーゼに特異的な輸送シグナルが存在することが示唆された。すなわち、C末端から上流の-13から-11位のアミノ酸QKLが、内部PTS1様配列としてペルオキシゾームへの輸送に必要なシグナルである可能性が示された。本研究では、カボチャカタラーゼで輸送シグナルとして示唆されたQKL配列が、生物種が違っても機能するのかどうかを調べるために、シロイヌナズナを用いてカタラーゼのペルオキシゾームへの輸送シグナルについて調べた。その結果、カボチャカタラーゼと同様に、シロイヌナズナにおけるアミノ酸配列QKLが内部PTS1様配列として機能していることが示された。しかし、QKLのみでは輸送されず、QKLのN末端側のアミノ酸配列も輸送に必要であることが示唆された。一方、シロイヌナズナカタラーゼのヘム結合部位変異体を作成し、GFP融合タンパク質の細胞内局在を観察したところ、細胞質に蛍光が観察され、ペルオキシゾームへの輸送が阻害された。シロイヌナズナにおいて、カタラーゼのペルオキシゾーム輸送にはヘムとの結合が必要なことが示唆された。ペルオキシゾームは真核生物に共通して存在する細胞内小器官である。カタラーゼは、両ペルオキシゾームに大量に集積する酵素であるにもかかわらず、その遺伝子発現の調節機構や、ペルオキシゾームへの輸送機構についてはほとんどわかっていない。本研究では、まず、カタラーゼのペルオヤシソームへの輸送とペルオキシゾーム形成因子(ペルオキシン)との関係を明らかにし、カタテーゼのペルオキシゾームへの輸送機構を明らかにすることを目的とした。これまでの研究で、カボチャのカタラーゼ(Cat1)のペルオキシゾームペの輸送シグナルについて調べた結果、多ぐのペルオキシソームタンパク質が持つとされているC末端(PTS1)、また、N末端の輸送シグナル(PTS2)とは異なる、カタラーゼに特異的な輸送シグナルが存在することが示唆された。すなわち、C末端側から上流の-13 - -11位のアミノ酸QKLが、内部PTS1様配列として、ペルオキシゾームへの輸送に必要なシグナでである可能性が示された。本年度は、シロイヌナズナ変異株を用いて、PTS1レセプターであるペルオキシンPex5pがカタラーゼの輸送に関わっているかどうかを調べた。また、Pex5pの下流でPTS1およびPTS2タンパク質の輸送に必要とされるペルオキジンPex13p、Pex12p、Pexl0pもカタラーゼの輸送に関わっているかどうかを調べた。RNAiによるPex5p発現抑制株を用いて、RFP-Catl融合タンパク質の細胞内局在を観察した。その結果、Pex5pの発現を抑制するとカタラーゼのペルオキシソームへの輸送は阻害され、Pex5pがカタラーゼの輸送に関与している可能性が示された。また、Pex5pの下流でPTS1およびPTS2輸送に必要とされているPex13p、Pexl2p、Pexl0pの発現抑制株や変異株を用いた解析により、これちのペルオキシンもカタラーゼの輸送に必要であることが示唆された。
ペア型レセプターを介した免疫制御機構の解明

ペア型レセプターの抑制化型レセプターは通常、HLAなどの自己抗原を認識し、自己を攻撃しないように制御している。ところがこのシステムを利用して、持続感染性ウイルスや熱帯熱マラリア原虫は宿主の免疫応答を逃れていることがわかってきた。この抑制化型レセプターを利用した免疫逃避機構はガンの免疫逃避機構としても報告されている。多くのペア型レセプターは単球、マクロファージや樹状細胞といった細胞に発現している。そこで、それらの細胞に発現しているレセプターがどういった分子とどのようなメカニズムで作用して免疫担当細胞の免疫応答を制御しているのかを解明する。2018年度は、単球や単球から誘導した樹状細胞を用いて、それらに発現しているレセプターと結合する病原微生物由来のタンパク質やその他分子との相互作用によって、細胞表面タンパク質の発現量の違いやサイトカイン産生に違いが出るかを検証中である。異動により所属が変更となり、全く新しい場所で実験材料、実験系を一から立ち上げなければならず、予想以上に手間取ったため、少々遅れている。近年の報告から、抑制化型レセプターは病原体やがん細胞の免疫逃避機構に限らず、感染症や癌以外の疾患にも関わっていることが考えられる。今後は立ち上がりつつある実験系を活かして、様々な抑制化型レセプターと様々な疾患との相互作用について解析していく。そのために必要な病原微生物由来のタンパク質の作製、病原分子と結合する抑制化型レセプターのスクリーニング、またモデルマウスを用いた解析を行う。理由:所属の変更により実験系の立ち上げ、実験材料の調整等に予想以上に時間を要したため、当初の予定通りに進まなかった。使用計画:2018年度の助成金も含め、2019年度の助成金も試薬、培養液等の購入に充てペア型抑制化型レセプターと病原分子との相互作用を解析するという当初の研究計画を遂行する。
肝細胞癌における肝移植治療後の予後因子としての遺伝子メチル化の研究

本研究は肝移植治療を受けた肝細胞癌症例の再発予測因子としての遺伝子プロモーターメチル化の意義を検討することを目的とする。対象は京都大学医学部附属病院肝胆膵移植外科で肝移植手術を受けた症例であり、平成21年4月現在47例の肝細胞癌症例から腫瘍部および非腫瘍部の凍結保存検体を取得している(倫理委員会承認番号G-135)。また、これらの組織からDNAを抽出し、22の常染色体およびX染色体を網羅する400のマイクロサテライトマーカー(Linkage Mapping Set ver 2.5,Applied Biosystems社製)を用いて26症例の肝細胞癌について染色体異常を検出した。さらにヒトゲノム上の10,000SNPに対応するオリゴヌクレオチドを搭載したマイクロアレイ(GeneChip^<[○!R]> Human Mapping 10K Array,Affymetrix社製)を用いて18症例の肝細胞癌について染色体異常を検出した。この結果従来より肝細胞癌で高頻度に異常が報告されている染色体異常(以下染色体短腕をp,長腕をq,染色体重複を+,欠失を-とする)-1p,+1q,-4q,-8p,+8q,-13q,-16q,-17pなどが高頻度に認められた。また肝細胞癌に高頻度に異常が報告されている遺伝子変異としてがん抑制遺伝子TP53のエクソン5,6,7,8について直接シークエンス法を用いて遺伝子変異を検出した。これらのゲノム異常は本研究の主要解析項目である遺伝子プロモーター領域のメチル化の情報と統合して最終的に予後予測に用いる予定である。プロモーターアレイを用いた網羅的解析を行うために上記サンプルについてsonciatorを用いてDNAを200-700bpに断片化し、抗5-メチルシトシンポリクローナル抗体(Megabase Research Products,Lincoln,NE,USA)を用いて免疫沈降を行いメチル化CpGを含むDNA断片を回収した。また、COBRA法を用いたプロモーターメチル化の検出のため、APC,GSTP1,CDKN2A,HIC1,CACNA1G,RUNX3,SOCS1について実験系を確立した。今後はまずCOBRA法を用いてメチル化DNAの回収率の検討を行い、免疫沈降方の最適化が確立した後に、25,500のヒト遺伝子プロモーターをカバーする460万のプローブを搭載したGeneChip^<[○!R]>Human Promoter 1.OR ArrayをAffymetrix社のプロトコールに従って行う予定である。生体肝移植は肝細胞癌に対する根治療法の一つであるが、一部の症例においては肝外に転移再発することがある。本研究では肝細胞癌のエピゲノム異常、すなわちがん関連遺伝子(特にがん抑制遺伝子)のプロモーター領域のメチル化による不活化がこのような転移再発のリスク因子であるかどうかを検討する。京都大学医学部附属病院肝胆膵移植外科においてインフォームドコンセントが得られ生体肝移植を受けた症例を対象として、病理部に提出された検体より癌部・非癌部の肝組織を採取し解析に用いた。平成21年3月末までに目標症例数である50例から検体を取得し、Protenase K.フェノール・クロロホルム法を用いてDNAを抽出した。遺伝子プロモーターのメチル化の検出にはCombined Bisulfite Ristriction Assay (COBRA)法を用いた。すなわちbisulfite処理によりDNA領域のメチル基が付加されていないCpGジヌクレオチドのシトシンをウラシルに変換し、PCR法で増幅したのちこれらのメチル化の有無に依存する配列を認識する制限酵素を用いて切断し、アガロースゲル電気泳動を行い定量解析を行った。これまでにAPC, CDKN2A(pl6INK4A), RASSF1A, GSTP1, HICl, RUNX3について47例の検体を用いて解析を行い、メチル化(定量解析で20%以上)が認められた症例の割合はそれぞれ、84%、42%、86%、64%、50%、16%であった。残りの3例についても同様の解析を行い、RIZ1, CACNA1G, SOCS1などについても解析予定である。また、本年3月宋現在6例の転移再発が確認されている。今後更に1年間の観察期間で転移再発の有無を確認し、上記遺伝子プロモーターメチル化の有無と転移再発の相関についてログランク検定により検討を行う予定である。平成21年3月末までに目標症例数である50例から検体を取得し、Protenase K・フェノール・クロロホルム法を用いてDNAを抽出した。
GCP症候群の相同疾患マウスにおける多指症/無嗅脳症の発症メカニズム

遺伝性多指症/無嗅脳症マウス(Pdn/Pdn)の責任遺伝子がGli3であることが判明してきた。Gli3遺伝子は、マウス染色体13A2,-3にある。この領域は、ヒトの7番染色体短腕の相同領域である。ヒト染色体7p13には、Greig cephalopolysyndactyly syndrome(GCPS)がマップされている。ヒトの遺伝性疾患Greig cephalopolysyndactyly syndrome(GCPS)の責任遺伝子がGLI3であることが知られている。Gli3およびGLI3遺伝子は高いホモロジーを持ち、Pdn/PdnマウスとGCPSは、よく似た表現型を示すことからも、相同疾患と考えられる。表現型に類似性があり、責任遺伝子にホモロジーがあり、染色体上の位置も相同部位にある相同疾患動物を使って、その表現型の発症メカニズムを調べ、その結果をヒトの遺伝性先天異常の発症メカニズムに外挿する。これが、これからの先天異常学のストラテジーと考えている。本研究では、Pdn/Pdnマウスにおける無嗅脳症の発症メカニズムについて調べた。嗅球は終脳先端が突出して大脳皮質から分化する。その嗅球の誘導には嗅神経線維が終脳先端に接着・浸入することがトリガーになっていると考えてきた。Pdn/Pdnでは、嗅神経線雑が終脳に接着・浸入しない。このことが、嗅球欠損の原因と考えてきた。今年度は、嗅球の僧帽細胞特異抗体である抗OCAM(olfactory cell adhesion molecule)抗体を使って、嗅球が欠損するPdn/Pdnマウスの胎生期を調べた。その結果、胎生13日には抗OCAM(+)の細胞群が終脳先端に認められた。その後、その抗OCAM(+)の細胞群は2極化し、背側のものは副嗅球原基、腹側のものは嗅球原基と考えられた。この結果から、嗅神経線維が終脳に浸入しなくても、嗅球原基は終脳先端に形成されることが明らかになった。しかしながら、.嗅球の正常な形態である終脳からの突出や嗅球の層構造形成は認められなかった。また、胎生末期には、腹側のOCAM(+)の細胞群が衰退していることから、嗅球原基は退行変性していると思われた。以上のことから、嗅球の形態形成には2段階あって、嗅神経線維が終脳に接着・浸入しなくても、嗅球原基は終脳先端で分化する。次に、正常な嗅球の突出した形態や層構造の形成には嗅神経線維が終脳に接着・浸入することが必要であると考えられた。Gli3遺伝子は、マウス染色体No.13A2-3にある。

この領域は、ヒトの7番染色体短腕と相同領域である。ヒト染色体No.7p13には、Greig cephalopolysyndactyly syndrome(GCPS)がマップされていて、その責任遺伝子はGLI3である。GCP3は鼻根部が広く、両眼の間隔が広く、額の張り出した特異的顔貌を持ち、大頭症(水頭症)、手足の多合脂症も示す。Gli3およびGLI3遺伝子は高いホモロジーを持ち、DNAレベルで69%、アミノ酸レベルで82%一致している。両者は、よく似た表現型を示すことから、相同疾患と考えられる。この事から、今まで調べてきたPdn/Pdnマウスの発症メカニズムを、ヒトのGCPS患者の発症メカニズムに外挿できるのではないかと考えた。そこで、多脂症や無嗅脳症の発症の出発点に、どのようにGli3遺伝子が関わっているかを調べることを本研究の主目的とした。Pdn/Pdnマウスにおける無嗅脳症発症の出発点は、胎生12日に嗅神経線維が終脳に接着しないことにあることが、従来からの研究で明らかになってきた。正常マウス胚では、嗅神経線維は頭部間充識の中を通って胎生12日に終脳の吻腹側に接着する。この線維の接着と浸入が終脳から嗅球を誘導するらしいことを解ってきた。このことを詳細に解析するために、lipophilicな蛍光色素のDiIを胎仔の鼻腔に注入し、嗅神経線維の中枢への遡上を調べ、正常マウスでは、胎生12日に嗅神経線維が終脳に接着し、13日以降には嗅球原基に線維が浸入し、嗅球の嗅神経層を形成している像を認めた。一方、Pdn/Pdnでは嗅神経線維が浸入せず、髄膜内に線維の塊を形成していた。また、嗅神経線維は頭部間充識の中を終脳に向かって遡上するが、正常マウス胎仔では、その間充識細胞にGli3遺伝子が強く発現してたが、Pdn/Pdnでは発現が弱いかネガティブであったことをin situ hybridization法で明かにした。遺伝性多指症/無嗅脳症マウス(Pdn/Pdn)の責任遺伝子がGli3であることが判明してきた。Gli3遺伝子は、マウス染色体13A2-3にある。この領域は、ヒトの7番染色体短腕の相同領域である。ヒト染色体7p13には、Greig cephalopolysyndactyly syndrome(GCPS)がマップされていて、その責任遺伝子はGLI3である。GCPSは特異的顔貌、大頭症、手足の多合指症を示す。Gli3およびGLI3遺伝子は高いホモロジーを持ち、Pdn/PdnマウスとGCPSは、よく似た表現型を示すことから、相同疾患と考えられる。この事から、Pdn/Pdnマウスの発生異常の発症メカニズムを、ヒトのGCPS患者の発症メカニズムに外挿できるのではないかと考えた。本年度は、Pdn/Pdnマウスが母乳を飲まず、生後間もなく死亡することについて調べた。マウス新生仔が母親の乳頭を見つけ吸啜する行動は、whisker(髭)による触覚か嗅覚によると考えられる。出生直後のPdn/Pdnマウスにマイクロピペットでミルクを飲ませると、吸啜行動が認められ、胃内にミルクの存在を認めた。また、排便も認められたことから、消化器系の異常で母乳を飲まないのではないことが示唆された。それで、Pdn/Pdnは母親の乳頭を探すことができず、母乳を飲めないのではないかと想定した。whiskerは、三叉神経支配である。今回、Pdn/Pdnにおける三叉神経の発生異常を抗neurofilament抗体による免疫組織化学的方法によって調べた。
真核系無細胞翻訳システムを利用したｓｈｕｎｔｉｎｇ基盤人工リボスイッチの開発

リボスイッチは、分子結合部位(アプタマー)および遺伝子発現制御部位から成っており、前者と対応分子の結合が後者の構造変化を誘起する仕組みで、分子に応答した遺伝子発現制御を実現する。天然リボスイッチのアプタマーは代謝産物に結合するものに限定されるが、任意分子に結合する人工アプタマーは別途獲得できるため、その人工アプタマーを適切に用いれば、任意分子に応答する人工リボスイッチが構築できると考えられる。実際に、これまでに多くの原核系人工リボスイッチ(特に翻訳制御型)が報告されてきた。一方、真核系においては、その翻訳システムの特徴のため、翻訳制御型ONリボスイッチの構築は困難であった。そこで本研究では、特殊な真核系リボソーム進入機構である『shunting』を利用した、真核系人工ONリボスイッチの構築を試みた。まず初めに、真核系無細胞翻訳システム(コムギ胚芽抽出液)中でshunting機構を詳細に調査し、その情報をもとに、mRNAへの人工アプタマーの挿入位置および方法を決定した。次に、モデルとしてテオフィリンアプタマーを使用し、テオフィリン依存的にshuntingおよび下流遺伝子の発現が促進される「shuntingリボスイッチ」を開発した。このshuntingリボスイッチは、スイッチング時にRNA2本鎖の組換えを伴わず、エネルギーロスが軽減できるため、高い翻訳スイッチング効率を示した。また、2本鎖組換えが必要ないので、設計が簡便であるという利点もある。実際、アプタマーの配列情報だけでshuntingリボスイッチが構築できるように「合理的設計法」も確立した。今後は、合成生物学における種々の応用が期待される。また、上記研究以外にも、他班の研究者と連携して、原核系人工リボスイッチを活用し、ラン藻の概日リズムを人工的に操作することに成功した。25年度が最終年度であるため、記入しない。『特定の分子が存在する時にのみ、特定の遺伝子の発現が抑制あるいは促進されるシステム』を任意の分子に対して合理的に構築することができれば、合成生物学の基盤技術として有力なツールとなりうる。このようなシステムのモデルとしては、近年原核生物で発見された分子応答性遺伝子発現制御RNA『リボスイッチ』が有力候補としてあげられる。リボスイッチは、分子結合部位(アプタマー)および遺伝子発現制御部位から成っているが、任意分子に結合する人工アプタマーはin vitroselection法により獲得できるため、その人工アプタマーを用いれば、任意分子に応答する人工リボスイッチが構築できると考えられる。しかし、真核系においては、リボソームがmRNAの5'末端から進入するという翻訳システムの特徴のため、アプタマー基盤の促進型(ON)リボスイッチの人工構築は困難であった。そこで、本研究では、5'末端依存翻訳における内部リボソーム進入機構である『shunting』を利用することによって、真核系で働く人工ONリボスイッチの合理的構築を目指すことにした。shunting機構を利用してリボスイッチを構築するためには、高効率でshuntingを引き起こす必要がある。そこで、比較的効率の良いshuntingが確認されているカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)のmRNAを、より高効率になるよう最適化することから始めた。具体的には、CaMVのmRNA配列からshuntingに必要な部位を抽出し、さらに部分的な配列の改変を行うことによって、野生型の約2.5倍のshuntingを引き起こす配列を獲得した。さらに、shuntingに必要な部位のうち、アプタマーに置き換えるのに最適な部分を調査し、実際にテオフィリンアプタマーを導入したところ、テオフィリン依存性の「真核系人工ONリボスイッチ」が得られた。

当初の1年目の目標は、「比較的効率の良いshuntingが確認されているカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)のmRNAを、より高効率になるよう最適化する」ことであったが、その目標を超えて、さらに人工リボスイッチのプロトタイプ調製まで達成したため。上記のテオフィリン依存性リボスイッチのプロトタイプを合理的に最適化し、その過程で確立した設計戦略を他のアプタマー/リガンドペアでも試すことによって、汎用的な人工リボスイッチ設計法を導出する。25年度が最終年度であるため、記入しない。