hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
西アジアにおける現生人類の拡散ルート―新仮説の検証―

私たちの計画研究では、私たち自身であるホモ・サピエンスがアフリカを発ちユーラシアに拡散していく際の重要拠点の一つとなったザグロス山脈において、実際のフィールド調査に基づいてその拡散問題を考えることを研究テーマとしました。フィールドとしてはザグロス南東部のアルサンジャン地区およびザグロス北西部のスレマニ地区で調査を実施しました。前者ではタンゲ・シカン洞窟において中期旧石器時代から後期旧石器時代の文化層を発掘し、南ザグロスでのホモ・サピエンスの拡散とその進展に関する新たな証拠を得ることができました。後者では、ホモ・サピエンスがザグロス北西部に拡散以降の、特に新石器化についての資料を得ました。本計画研究では、人類史上の最初の大きな転換点となった現生人類(ホモ・サピエンス)のアフリカからの拡散というテーマについて、現生人類が出アフリカ後に最初に到達した西アジアに焦点を定め、最近提唱され始めている東アフリカからアラビア半島先端経由で南イランに上陸したとする新ルートとその後の現生人類の東西への拡散という課題の検証を目指しています。そのために本計画研究では、1970年代に日本の調査隊によって発見され、2011年より本計画研究の代表者が調査を一部再開したイラン南部アルセンジャン地区に所在する中期旧石器時代(10万年3万年前)以降の遺跡の本格的な現地調査(発掘・詳細踏査・測量・環境調査など)を実施し、10万年前以降の南イランでの人類そのものの在り方を具体的に復元し、現生人類の拡散問題に解答を見出していきます。平成25年度には、平成24年度に引き続きアルセンジャン地区の先史時代遺跡調査を4月5月に実施しましたが、イラン政府との話し合いで、平成25年度の現地調査は、旧石器時代以降のタペ型遺跡の踏査を中心に行うこととなりました。旧石器時代に関しては、これまでのA5-3(タング・シカン)洞窟の発掘調査で出土した遺物の整理研究を中心に実施しています。石器研究の結果、A5-3洞窟が中期旧石器時代後期旧石器時代の長期にわたる文化層を有していることが確実となりました。動物骨および土壌サンプルに基づく14C年代測定と光ルミネッセンス年代測定の分析も行われ、同洞窟の中期旧石器時代層の中層は少なくとも51000年50000年前に遡ること、後期旧石器時代の始まりは紀元前34000年前後まで遡ることなどが判明しています。9月には北東イランにおいて1970年代に東京教育大学が実施し、イラン国立博物館に所蔵されているタペ・サンギ・チャハマック出土の遺物の整理研究も実施しています。平成24年、25年に南イラン・アルサンジャン地区において考古学的調査を実施し、イラン側ザグロス山脈域の中期旧石器時代とそれ以降の様相をかなり明らかにすることができました。特に本格的に発掘調査を実施したタンゲ・シカン洞窟では、中期旧石器時代の水飲み場遺構や炉址を発見するとともに、多数の石器、動物骨が出土しました。平成26年度には、これら出土遺物の調査研究および詳細年代測定などを実施し、出土石器の系統関係から、アラビア半島の中期旧石器時代との関連およびザグロス山脈域の中期旧石器時代・後期旧石器時代との関連を調べ、どこから南イランのザグロス地域に人類が拡散してきたかを追跡しています。また、光ルミネッセンス法および詳細炭素年代測定法を用いて旧石器時代中期及び後期の年代測定に取り組んでいます。平成26年度からは、比較研究としてイラク側ザグロスの特にイラク・クルディスタン地域において先史時代遺跡調査を開始しました。この調査の目的は、旧石器時代中期以降、人類がザグロス山脈を北上してどのように拡散したのか、そしてその後どのように生活形態を発展させていったのかについて知見を得ることにあります。イラク・クルディスタン地域での現地調査では、夏季にスレイマニ州ペシュダール平原所在のカラート・サイド・アハマダン遺跡の発掘調査および遺跡周辺の古環境調査を実施しています。秋季から冬季にかけて、日本に持ち帰りが許された年代測定資料や植物遺存体等の研究をおこなっており、英文の第1次調査概要報告を出版しています。遺跡発掘調査では予想以上の量の遺物が出土したためさらなる遺物整理を平成27年3月に企画しましたが、政治情勢の変化で実施できず、一部の整理研究を翌年に持ち越しています。この調査により、ザグロス山脈域に現生人類が拡散した後に新石器化を生じさせてきたプロセスの解明に繋がるものと期待されます。南イラン・アルサンジャン地区の調査研究については、タンゲ・シカン洞窟調査で出土した資料の整理と研究を進め、その成果をいくつかの国際研究集会と概要報告書などで発表してきました。石器研究においては、中期旧石器時代及び後期旧石器時代のタンゲ・シカン洞窟出土石器の系統を比較研究し、アラビア半島や東アフリカおよびザグロス山脈域、レヴァント地域の同時代の石器との比較を進めています。水飲み場遺構から採取された土壌の研究では、そこに淡水の珪藻類が検出されたことから飲み水として使用されていた蓋然性が高まっています。また土壌中にはかなりの量の火山灰が含まれており、その帰属が注目されます。遺物の中には磨製道具類がいくつか出土しており、水飲み場遺構などと並んで先進的な人間活動の痕跡が指摘できる可能性があります。やや後の後期旧石器時代層から出土した石器の研究では、ザグロス・バラドスティアンとの密接な関連が指摘でき、石器群のローカル性が高まっているようです。比較研究として平成26年度に開始したイラク側ザグロス地域

クルディスタンにおける先史時代遺跡調査では、旧石器時代以降の遺跡の踏査と、新石器時代遺跡の発掘調査を実施し、イラク側ザグロス地域への現生人類の進出以降、どのような文化発展が生じていたのかについて研究を進めています。長期にわたり調査が実施できなかったイラク・クルディスタン地域における考古学研究が再開できるようになったのは画期的です。実際に発掘調査を行ったカラート・サイド・アハマダン遺跡では先土器新石器時代の文化層が発見され、14C年代測定を行ったところ、紀元前8千年紀半ばまで遡る文化層と確認でき、既に英文概報を出版しました。イラク・クルディスタン地域での新石器化を研究するための重要な資料になると期待されます。平成26年度末に実施する予定であった出土遺物の整理研究は、翌年度5月に実施しました。平成24年、25年に南イラン・アルサンジャン地区において考古学的調査を実施し、イラン側ザグロス山脈域の中期旧石器時代とそれ以降の様相をかなり明らかにすることができました。特に本格的に発掘調査を実施したタンゲ・シカン洞窟では、中期旧石器時代の水飲み場や炉址を発見するとともに、多数の石器、動物骨が出土しました。平成26年以降の石器系統の研究から、中期旧石器時代下層ではルヴァロア石刃石核・求心的石核・ルヴァロア技法主体など、アラビア半島の中期旧石器インダストリーとの共通点がある一方で、同上層ではサイドスクレイパー、ムステリアンポイントなどザグロス地域の中期旧石器インダストリーとの共通点が強いことなどが判明してきました。上層の後期旧石器時代では、ザグロスの後期旧石器インダストリーの典型が認められることも判明してきました。また詳細年代測定では、タンゲ・シカン洞窟中期旧石器時代層の始まりは50000年以上遡ること、中期旧石器時代から後期旧石器時代の移り変わりは40000年ー38000年頃になる可能性が高いことが判明してきています。平成26年度からは、比較研究としてザグロスの特にイラク・クルディスタン地域において先史時代遺跡調査を開始し、27年度もそれを継続しています。この調査の目的は、旧石器時代以降、人類がザグロス山脈を北上してどのように拡散したのか、そしてその後どのように生活形態を発展させていったのかについて知見を得ることにあります。平成27年度は夏季にスレイマニ州ペシュダール平原所在のカラート・サイド・アハマダン遺跡の発掘調査を昨年度に引き続いてで行い、また周辺では旧石器時代以降の古環境の復元を目指した研究も継続しています。発掘調査では主に、新石器時代以降の集落史が検出され、ザグロスに現生人類が拡散した後に新石器化を生じさせたプロセスの解明に繋がるものと期待されます。南イラン・アルサンジャン地区の調査研究については、平成24年度、25年度に実施したタンゲ・シカン洞窟調査で出土した資料の整理と研究を進め、その成果をこれまでにいくつかの国際研究集会と概要報告書などで発表してきました。石器研究においては、本洞窟遺跡での居住の最初期には、ルヴァロア石刃石核・求心的石核・ルヴァロア技法など、アフリカ東部やアラビア半島の初期中期旧石器時代インダストリーとの共通点が見られますが、後者の最大の特徴である両面石核がタンゲ・シカンでは発見されないため、両者には時間差があった可能性が想定されます。
球技の指導能力の構造ーハンドボール指導の事例分析を中心にー

本研究の目的は,球技の典型教材とみなされるハンドボールの授業における指導の実践例を取り上げながら,球技を教える指導者にとって必要となる能力の成り立ちを,発生論的運動学の立場から厳密に明らかにすることである.その結果は次の通りである.優秀な指導者は,子どもの運動の創発を促す促発能力をもっている.さらに,適切なゲーム情況を設定しながら球技を系統的に指導するいかなる場合でも,個々の運動発生に共感的に関わっていく態度は指導者にとって欠かせない.促発能力の中核にはこの態度がなければならない.本研究の目的は,球技の典型教材と考えられるハンドボールの指導実践例の分析を中心に,球技の指導能力の構造について,発生論的運動学の立場から次のような手順で厳密に明らかにすることであった.すなわち,(1)金子氏が確立した発生論的運動学における基本概念を体系的に明らかにしながら,分析の枠組みを検討する.(2)特に球技(ボール運動を含む)の典型教材としてハンドボールを取り上げ,その授業実践現場で成果をあげている優秀な指導者の実践例を調査・収集する.(3)指導者が指導能力を発揮している場面の事例を共同的に抽出し,分析・考察する.その結果,25年度の研究の成果として,以下の二点をあげることができる.(1)指導能力とは,発生論的運動学では指導者の促発能力のことであり,その概念について体系的に明らかにしながら,分析の枠組みを検討することができた.すなわち,球技の促発能力は,ゲームや練習場面において共同的な観察能力,交信能力,および代行能力を循環的に発揮させながら,それらの能力から得られた感覚データを統合させた上で,その感覚を子どもたちという集団に適切に戻すために処方能力を駆使するというように,四つの能力が構造的に把握されることが重要である.また,処方能力は,個々の運動練習だけでなく基礎ゲームや予備ゲームの教材づくりに明瞭に反映されていると考えられる.(2)ハンドボールに関する実践研究・報告等を調べ,体育授業の実践現場で成果をあげている幾人かの指導者の実践例を調査することができた.すなわち,これまでの優れたハンドボール授業の実践例を整理すると,特に成果をあげている中・高学年の予備ゲームの教材づくりでは,正規のゲームをほぼそのままの形で生かすことができるというハンドボールに独自な構造的特性をとらえる能力に支えられていると考えられる.本研究の目的は,球技の典型教材と見なされるハンドボールの指導実践例の分析を通じて,球技の指導能力の成り立ち(構造)について,発生論的運動学の立場から厳密に明らかにしようとするものであった.すなわち,(1)金子氏が確立した発生論的運動学における指導に関わる基本概念を明らかにしながら,分析の枠組みを検討する.(2)特に球技(ボール運動を含む)の中で戦術学習に向いているとされるハンドボールを取り上げ,その授業実践の現場で成果をあげている優秀な指導者の実践例を調査・収集する.(3)指導者が指導能力を発揮している実践場面を共同的に抽出し,分析・考察する.平成26年度の研究の主要課題は(2)に当たり,その成果として,ハンドボールを指導する者が自らの身体知を発揮していると解釈できる実践場面を有する事例を5例収集することができた.すなわち,公開研に向けた5年生の授業では目標ゲームの教材づくりについて,全県の研究会に向けた3年生の授業では「捕る」運動の指導について,研究仲間の4年生の授業では予備ゲームから目標ゲームに至るまでの系統的指導について、卒業生の5年生の授業では基礎ゲームから予備ゲームに至るまでの系統的指導について,そして全国優勝させた経歴のある指導者の5年生の授業ではジャンプシュートの指導と目標ゲームの教材づくりについての実践例である.いずれも処方能力(道しるべの設定,運動感覚の呈示などの能力)を中心に発揮していると解釈できる具体的な場面を有した事例であり,ビデオ撮影と記述によって把握し収集したものである.それらは現段階で重要な資料となっている.

本研究では,球技の典型教材とみなされるハンドボールの授業を中心とした指導実践例の分析を通じて,球技を教える指導者に必要な能力の構造について,発生論的運動学の立場から厳密に明らかにしようとした.具体的には,(1)発生論的運動学における指導に関する基本概念を明らかにしながら,事例分析の枠組みを検討.(2)特にボール運動やゲームの中で,戦術学習に適しているというハンドボールを取り上げ,その授業現場で成果をあげている優秀な指導者の実践例を調査・収集.(3)指導者が指導能力を発揮しているとみられる実践場面を共同的に抽出し,分析・考察しようとした.最終年度の平成27年度は,前年度に積み残した課題(2)の一部と課題(3)を実施した.特に最終年度は,インタビューの機会を設けながら,6つの事例を共同的に分析した結果,優秀な指導者は促発能力をもっており,その能力を次のように発揮していることが明らかになった.すなわち,ハンドボールを上手に教えている指導者は,基礎ゲームから目標ゲームへと学習者を導く過程において,意味のあるゲームを選んだり創造したりすることができる.さらにそのような指導者は,指導過程の中で,ゲーム情況に応じて発生する個々の運動感覚やそれらの関係性を感じ取りながら,改善するべき運動問題を見抜いたり聞き出したりして,その解決に向けて,学習者がやろうとする動きかたに合うような動ける感じを誘い出すことができる.研究期間全体を通じて,球技教材の系統的な指導過程において,促発指導者が,観察,交信,代行の諸能力の絡み合い構造に基づいて処方能力を発揮する場合,指導者にはゲームの全体性を全身で感じ取り,適切な情況設定をしながら,個々の運動発生に共感的に関わっていくという態度が必要であり,そのような態度が各能力の関連系の中核にあることを明らかにした.本研究の目的は,球技の典型教材とみなされるハンドボールの授業における指導の実践例を取り上げながら,球技を教える指導者にとって必要となる能力の成り立ちを,発生論的運動学の立場から厳密に明らかにすることである.その結果は次の通りである.優秀な指導者は,子どもの運動の創発を促す促発能力をもっている.さらに,適切なゲーム情況を設定しながら球技を系統的に指導するいかなる場合でも,個々の運動発生に共感的に関わっていく態度は指導者にとって欠かせない.促発能力の中核にはこの態度がなければならない.県内外のハンドボールの授業実践で成果をあげている優秀な指導者の実践例を収集するために出張し,まとまった授業実践例をビデオ撮影と記述によって記録することを通して,特に指導者が運動発生に関わって基礎ゲームから目標ゲームに至るまでの教材をいかに系統的に呈示するかといった道しるべを設定できる能力などの重要性を見出すことができた,しかし,インタビューという実践によって,さらに指導者の身体知に探りを入れていく必要があり,この点の資料収集が不十分と考えられる.スポーツ運動学引き続き,事例研究の方法論を深めながら,優秀な指導者の授業実践現場に足を運び,多角的なビデオ撮影と記述はもとよりインタビューなどによる実践に寄り添った資料収集の機会を計画的に増やす.さらにそこから得られた指導能力を発揮している実践場面に関するデータを指導能力の構造要因に照らして,共同的に分析・検討しながら考察を深めていく必要がある.特に研究の対象として,引き続き県内外の小学校を中心とした優れた授業実践例に限定していく.(1)発生論的運動学は,旧東ドイツのマイネルが確立したモルフォロギー的運動学を,金子がキネステーゼ理論を中核としてさらに発展させたものであり,その基本概念について,2002年以降に刊行された金子の主要な著書の解釈を通じて体系的に明らかにした.とりわけ指導能力は指導者の促発能力としてとらえられ,その構造を分析するための枠組みを検討することができた.しかし,海外出張より持ち帰ったマイネル生誕100周年記念科学シンポジウム(1998)開催期前後に刊行された重要文献については未整理なものがある.(2)ハンドボール授業の指導実践例は,様々な雑誌や学術誌にも散見されるが,特に(公財)日本ハンドボール協会が17年前より取り組んできた授業実践・研究の報告を中心とする「ハンドボール研究」に詳しく紹介されており,実践現場で成果をあげている優秀な指導者の実践事例を幾つか見出すことができた.したがって,分析対象をある程度絞り込むことができる状況にある.今年度は,ビデオ撮影とインタビューによる実践事例収集のための出張の機会が当初の予定よりも少なかったため,旅費等を次年度に使用する必要が出てきた.本研究課題の今後の推進方策として,未整理な文献の解釈と事例研究の方法論をさらに慎重に検討しながら,分析対象とする指導実践例を具体的な形で収集することである.したがって,大学生の研究協力による多角的なビデオ撮影と優れた指導者に対するインタビューを計画的に行う必要がある.
興奮性シナプス分子機構に関わる高親和性リガンドの分子設計

グルタミン酸レセプターとトランスポーターに係わる神経機能研究が活発に取り組まれている。本研究ではグルタミン酸の配座制御制御分子の開発を出発点として、レセプターやトランスポーター蛋白に対して高い選択性をもつ分子プローブの開発を目指している。H9,10年度は、(1)興奮性アミノ酸リガンドとしてグルタミン酸のα-位の回転によるコンフォーマの制御を目的と種々のα-置換グルタミン酸類縁体や(2)トランスポート阻害活性リガンドとしてβ-ベンジルオキシアスパラギン酸等の開発を行った。H11年度は、(1)強酸性、芳香族性、金属錯体形成田能など複合機能をもつスクアリン酸をカルボン酸等価体としたスクアリン酸含有グルタミン酸の合成、(2)ビシクロ[4.1.0]ヘプタン骨格をもつα、β、γ-位の3点固定型グルタミン酸の合成研究、(3)光学活性β-ベンジルオキシアスバラギン酸の合成と光親和性ラベル体への誘導、(4)合成物質の受容体結合実験やトランスポート阻害実験など詳細にわたる薬理学実験を行った。本研究を通じて、種々の配座制御グルタミン酸を用いた活性相関研究によりグルタミン酸レセプターの立体配座要請の精密化に優れたトランスポート阻害物質の開発ができた。また、本研究の起点となったCCGやDCGは神経科学研究に広く用いられており、なかでもトリチウムラベル化DCGが市販品として入手できるようになる模様である。β-ベンジルオキシアスパラギン酸もトランスポート機構解明のための重要なツールとして世界中に配布され、これも近日中に市販される見込みである。神経機能の多様性を発現制御する鍵は、受容体結合はもちろんのこと、それらを配置する神経シナプス部位にある。近年、シナプス前膜にもシナプス機構を調節する受容体の存在が明らかにされるとともに、グルタミン酸の再吸収・不活性化に関わるトランスポート蛋白の研究も進みつつある。これらの蛋白に対する標的分子はやはりグルタミン酸であり、選択的なリガンドの開発が機能研究を推進するうえで急務である。本年度は、グルタミン酸の立体配座を制御したリガンドの開発に基づく興奮性シナプスの分子機構の理解を目標として、以下の研究を行ったので報告する。まず、グルタミン酸のアルファ位の回転による微細なコンフォマ-を制御したリガンドとして、4員環あるいは6員環をもつグルタミン酸類縁体やアルファ位に置換基を導入したアルファ位の回転制御分子の合成を試みた。環状化合物については、光、熱あるいはエノレートを経由した環化付加反応を用いることにより合成できた。一方、アルファ位に置換基を導入した類縁体には独自に開発した不斉転写型ストレッカー合成の適用を考えた。その結果、イミン中間体へのルイス酸触媒/メチルグリニア試薬により、光学活性アルファ・メチルグルタミン酸が合成できた。受容体との結合実験の結果、いくつかの類縁体に弱い結合活性が認められ、今後CCG類との構造の関連から新たな分子の設計に取り組む予定である。トランスポート機構に関して、新たにベータ・ベンジルオキシアスパラギン酸を開発した。種々の薬理学的試験の結果、この化合物が強力なトランスポート阻害活性に示すことがわかり、トランスポート機構解明のための極めて優秀なツールとして注目を集めている。本研究者らはグルタミン酸のコンフォメーション制御分子の開発を出発点として、レセプターやトランスポーター蛋白に対して高い選択性をもつ分子プローブの開発を行っている。前年度はグルタミン酸のα-位の回転によるコンフォマーの制御を目的としたα-置換リガンドやβ-ベンジルオキシアスパラギン酸が合成できた。

本年度は、(1)合成リガンドの受容体結合実験やトランスポート阻害活性試験、(2)α-位とβ-位に5員環や6員環を導入したグルタミン酸類縁体の合成と受容体結合実験、(3)代謝調節型レセプターアゴニストの開発、および(4)トランスポート機構に関するβ-ベンジルオキシアスパラギン酸の構造活性相関研究に取り組んだ。(1)と(3)ではグルタミン酸のβ、γ-位に多重結合をもつ類縁体が新たに合成でき、一連の化合物の薬理学試験を行った。そのうちトランス型二重結合体が(3)の研究目的である代謝調節型レセプター(mGluR2)の選択的なアゴニストであることがわかった。既知のmGluR2アゴニストとの構造の比較から、本レセプターの立体配座要請に重要な知見が加えられた。(2)は1-アミノ-2-ヒドロキシシクロペンタン-およびシクロヘキサンカルボン酸から出発して、両エナンチオマーが立体選択的にそれぞれ合成できた。これらの活性は現在検討している。(4)β-ベンジルオキシアスパラギン酸のすべてのエンンチオマーとジアステレオマーとして、4種のスレオ体とエリスロ体がそれぞれ合成できた。ツメガエル卵母細胞上に発現させたトランスポート蛋白(EAAT-13)を用いたトランスポート阻害実験を行った。いずれの化合物も阻害活性を示した。なかでもL-スレオ体がEAAT蛋白に対して最も強い阻害活性を示したことから、阻害活性にはL-スレオの立体配置が重要であることがわかった。グルタミン酸レセプターとトランスポーターに係わる神経機能研究が活発に取り組まれている。本研究ではグルタミン酸の配座制御制御分子の開発を出発点として、レセプターやトランスポーター蛋白に対して高い選択性をもつ分子プローブの開発を目指している。H9,10年度は、(1)興奮性アミノ酸リガンドとしてグルタミン酸のα-位の回転によるコンフォマーの制御を目的とした種々のα-置換グルタミン酸類縁体や(2)トランスポート阻害活性リガンドとしてβ-ベンジルオキシアスパラギン酸等の開発を行った。本年度は、(1)強酸性、芳香族性、金属錯体形成能など複合機能をもつスクアリン酸をカルボン酸等価体としたスクアリン酸含有グルタミン酸の合成、(2)ビシクロ[4.1.0]ヘプタン骨格をもつα、β、γ-位の3点固定型グルタミン酸の合成研究、(3)光学活性β-ベンジルオキシアスパラギン酸の合成と光親和性ラベル体への誘導、(4)合成物質の受容体結合実験やトランスポート阻害実険など詳細にわたる薬理学実験を行った。本研究を通じて、種々の配座制御グルタミン酸を用いた活性相関所究によリグルタミン酸レセプターの立体配座要請の精密化や優れたトランスポート阻害物質の開発ができた。また、本研究の起点となったCCGやDCGは神経科学研究に広く用いられており、なかでもトリチウムラベル化DCGが市販品として入手できるようになる模様である。β-ベンジルオキシアスパラギン酸もトランスポート機構解明のための重要なツールとして世界中に配布され、これも近日中に市販される見込みである。
モノクローナル抗体に遷移金属錯体を導入した新規ハイブリッド触媒の創製

遷移金属錯体とモノクローナル抗体との複合体を用いることで、従来の有機金属錯体では実現できなかった立体特異的な触媒反応制御を目指した。これまでにビナフチル化合物(BN)のR体(BN (R))、S体(BN (S))または両者のラセミ体(BN (rac))をマウスに免疫して、BN (R)に特異的に結合するモノクローナル抗体と、BN (S)に特異的なモノクローナル抗体をそれぞれ単離することに成功している。これらの抗BN抗体は、ビナフチル骨格を有するリン酸系有機分子触媒や1,1-ビ-2-ナフトールの軸不斉も認識することがわかった。抗BN抗体は1,1-ビ-イソキノリン(BIQ)を配位子とする種々の金属錯体にも結合した。抗BN抗体とBIQを配位子とする銅錯体(BIQ-Cu)の存在下、フリーデル・クラフツアルキル化反応を行った。BIQ-Cu単独ではラセミ体の生成物が得られたのに対し、抗体R44E1存在下では88%のエナンチオ過剰率で反応が進行した。抗体とBIQ-Cuとの解離定数並びにターンオーバー数に基づいて系中に存在する遊離のBIQ-Cuの寄与を除外すると、本抗体ー金属錯体複合体は99%以上の極めて高いエナンチオ選択性で反応を触媒していることがわかった。ビナフチル化合物に結合しないモノクローナル抗体やアルブミンタンパク質存在下ではこのような選択性は見られなかった。モノクローナル抗体が形成する特異なタンパク質空間に金属錯体を取り込むことにより、不斉が誘起されたと考えられる。抗体を用いた人工金属酵素では初めてのC-C結合形成反応であり、抗BN抗体との超分子形成によりBIQ-Cuを不斉触媒として利用した初めての例でもある。軸不斉認識抗体を第二配位圏として利用することにより、金属錯体のみの系よりも収率が向上し、不斉が誘起できる触媒反応を実現することに成功した。モノクローナル抗体を第二配位圏として利用することにより、金属錯体のみの系よりも収率が向上し、不斉が誘起できる触媒反応を実現することに成功したことは特筆すべきことであり、この知見をもとに今後の研究方針がさらに明確になったため。本年度の研究成果から、モノクローナル抗体が銅錯体に結合することにより、フリーデル・クラフツアルキル化反応が立体選択的に進行することがわかった。この結果は、抗体が銅錯体に結合することによって形成される空間がキラル環境として機能しているのか、抗体が銅錯体の配位子に結合することにより金属錯体に不斉が誘起されて触媒反応が起こったのか、明確に区別すべきと考えた。今後、銅錯体に直接結合するモノクローナル抗体を作製することにより、第二配位圏としての抗体の役割を明確にする。生体関連分子と合成高分子をハイブリッド化させた触媒材料の創製、並びに遷移金属錯体を特異的に結合するタンパク質としてモノクローナル抗体の作製を行った。ヘムタンパク質は、遷移金属錯体であるヘムが補因子としてタンパク質の活性部位に取り込まれることにより、初めて酸素運搬、酵素、電子伝達などの機能を発現する。ヘム酵素HRPから補因子を抜き出したapoHRPと、補因子である鉄ポルフィリン(FePor)をそれぞれ導入したポリアクリルアミドゲルを合成した。これらのゲルが互いに接着することで触媒機能が発現する新しいシステムを構築することに成功した。apoHRPゲルとFePorゲルを4°Cで接触させたところ、ゲルが接着した。apoHRPゲルとFePorゲル存在下、HRPの基質(ここではABTS)の酸化反応を観察した。接着した2種ゲルの界面から反応生成物に由来する色が広がってくることが確認できた。その反応速度は、apoHRP及びFePorのゲルへの導入量および2種ゲル間の接触面積に比例することがわかった。apoHRPゲルとFePorゲルを接着させるとABTSの酸化反応が加速され、2種ゲルを離すと反応が進行しなくなった。2種類のゲルの接着ー解離によって触媒反応を制御できることがわかった。各種クロスカップリング反応などの有用な反応の触媒として利用されている遷移金属錯体を取り込むモノクローナル抗体を作製し、得られた抗体と遷移金属錯体との複合体の機能について検討した。本抗体はロジウム錯体だけでなく、同様のホスフィン配位子を有するパラジウム錯体に対しても結合することがわかった。この抗体とパラジウム錯体存在下、常温の水系溶媒におけるアリル位アミノ化反応について検討を行った。HPLCによる分析の結果、立体選択的に反応が進行することがわかった。本研究では遷移金属錯体に「直接」結合するタンパク質を活用して、遷移金属錯体が引き起こす触媒反応に基質選択性や立体特異性を付与することを目的としている。本年度はこの遷移金属錯体に結合するタンパク質として天然酵素から補因子を抜き取ったアポタンパク質と、テーラーメイドで作製したモノクローナル抗体を用いた。アポタンパク質と補因子を利用したシステムでは、高分子ヒドロゲルにこれらの成分を固定することで巨視的に触媒反応をコントロールすることに成功した。モノクローナル抗体の研究では、ロジウム錯体のみならずパラジウム錯体にも結合するモノクローナル抗体を得ることができた。その抗体を用いることで反応が立体選択的に進むことがわかった。したがって、本研究における最初のマイルストーンは確実にクリアできていると判断できるため。医薬品の製造などにおいて不斉合成や光学分割は重要な技術である。

一方の光学異性体を特異的に認識する結合素子として作製された抗体は、特異的な光学分割剤や不斉触媒としての利用が期待される。本研究では、ビナフトール誘導体(BN)の2種の光学異性体であるBN(R)、BN(S)に特異的に結合するモノクローナル抗体をそれぞれ作製した。BN(R)を特異的に結合するモノクローナル抗体(R44E1)とBNのラセミ体を混合し、限外濾過膜を介した遠心分離操作を行うだけで、BN(S)が高い光学純度で瞬時に得られるシステムを構築することに成功した。同様に、BN(S)を特異的に結合するモノクローナル抗体(S1E11)を用いるとBN(R)が精製できた。また、昨年度に引き続き、パラジウム錯体を特異的に結合することができるモノクローナル抗体を作製した。パラジウム錯体をキャリアタンパク質に結合させて免疫用抗原を合成し、同一ロットの抗原を複数回免疫すると、免疫応答が低下した。水中でパラジウム錯体のNMRシグナルを追跡した結果、1週間程度でパラジウム錯体が配位子交換を起こし、抗原決定基の構造が変化していることが示唆された。そこで、この免疫用抗原を免疫する直前に再合成して使用すると、順調に抗体価が上昇することがわかった。これまでパラジウム錯体に対して直接モノクローナル抗体を作製することは困難であったため、ロジウム錯体を免疫して得られたモノクローナル抗体が同様の配位子を有するパラジウム錯体に結合する特性を利用して機能性触媒を作製してきたが、今回の研究により直接的にパラジウム錯体認識抗体を得ることに成功した。遷移金属錯体に結合するモノクローナル抗体、並びに不斉触媒に使用される配位子のキラルを識別するモノクローナル抗体の作製に成功している。これから順次、遷移金属錯体が関与する触媒反応をモニターし、抗体存在下、非存在下での生成物を解析・比較することにより、明確に抗体タンパク質が遷移金属錯体に結合することによって誘起される反応場の影響を評価することが可能になると考えられる。本新学術領域の他の研究グループとの共同研究もスタートした。「研究実績の概要」には記載していない内容として、A02班松永先生との共同研究において、キラル認識タンパク質作製による新たな第二配位圏創成の研究について、既に松永先生よりスピロジカルボン酸の光学異性体を送付いただき、当研究グループにおいてスピロ化合物のキラルを識別できるモノクローナル抗体を得ている。A03班荘司先生との共同研究では、タンパク質ー補因子複合体であるP450 Spαのサンプルを合成高分子に導入することでゲル中で触媒反応が進むことを確認した。これらの共同研究は平成28年度内、並びに平成29年度初めの学会等で成果発表をする段階にある。本年度までに下記の3項目の成果が得られた。(1)水系で不安定な遷移金属錯体に直接結合可能なモノクローナル抗体を作製することに成功した。単座配位子を有するパラジウム錯体に結合するモノクローナル抗体を新たに2種得た。作製したIgG抗体、並びに以前に作製したIgM抗体(ロジウム錯体を免疫して得られたモノクローナル抗体)とパラジウム錯体との各複合体を触媒として用い、アリル位アミノ化反応を行った。当該アリルアミノ化反応はパラジウム錯体のみではe.e.が0%であるのに対して、あるIgM抗体存在下では立体選択的に反応が進行した。
高感度カルシウムプローブを用いた習慣学習の神経回路メカニズムの研究

ゼブラフィッシュの神経回路機能を光計測・光操作できるようにする目的で、高性能な蛍光カルシウムプローブ(改良型G-CaMP)等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成を行った。知覚入力に伴って活性化されるゼブラフィッシュ脳内領域においてより定量性の高い細胞内カルシウムイメージングを実施するため、改良型緑色カルシウムプローブG-CaMPと赤色蛍光タンパク質を発現させたトランスジェニック体を用いた実験系を確立した。本研究では、ゼブラフィッシュを用いて、餌(ゾウリムシ)の捕食行動の獲得(習慣学習)に至る細胞レベルでの神経回路メカニズムの解明を行う。習慣学習には大脳皮質ー基底核神経回路が関与することが哺乳類を用いた研究により明らかにされたが、細胞レベルでの学習機構にはまだ不明な点が多い。我々は単一シナプス活動を検出できる高感度な蛍光Ca2+プローブG-CaMPを開発し、これまでにゼブラフィッシュ稚魚の神経活動をin vivoで可視化することに成功している。本研究はこれを発展させ、ゼブラフィッシュが捕食行動を獲得する過程での神経活動を可視化により解析し、習慣学習の神経回路メカニズムを細胞レベルで解明することを目的としている。26年度は、習慣学習に至る細胞レベルでの神経回路機能を光計測・光操作できるようにする目的で、G-CaMP等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成を進めた。次に、ゼブラフィッシュ稚魚に視覚提示を行い、ゼブラフィッシュ稚魚が提示物体に対して視線を移動させる行動を解析した。さらに、視覚提示の経験回数の増加に伴うゼブラフィッシュ稚魚の行動の上達を検討した。一方、研究代表者らが以前に開発した高感度な緑色Ca2+プローブであるG-CaMP7を用いて、脳の単一神経細胞の活動を報酬と関連付けることにより、動物が自発的にその単一神経細胞の活動を増大させることができることを示した。27年度は、習慣学習に至る細胞レベルでの神経回路機能を光計測・光操作できるようにする目的で、G-CaMP等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成を継続した。さらに、視覚提示の経験回数の増加に伴うゼブラフィッシュ稚魚の行動の上達に関する検討を進めた。一方、研究代表者らが以前に開発した緑色Ca2+プローブG-CaMP7をさらに高感度化させたプローブであるG-CaMP7aを用いて、ゼブラフィッシュ脳の単一神経細胞レベルで細胞活動が学習と相関して上昇することを見出した。G-CaMP等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成やゼブラフィッシュの行動解析、細胞活動解析がおおむね順調に進んでいるため。我々は単一シナプス活動を検出できる高感度な蛍光Ca2+プローブGーCaMPを開発し、これまでにゼブラフィッシュ稚魚の神経活動をin vivoで可視化することに成功している。28年度は、習慣学習に至る細胞レベルでの神経回路機能を光計測・光操作できるようにする目的で、GーCaMP等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成を継続した。次に、ゼブラフィッシュ稚魚に視覚提示を行い、ゼブラフィッシュ稚魚が提示物体に対して視線を移動させる行動の解析を進めた。また、視覚提示の経験回数の増加に伴うゼブラフィッシュ稚魚の行動の上達に関する検討を進めた。一方、研究代表者らが以前に開発した緑色Ca2+プローブGーCaMP7を発現させたゼブラフィッシュトランスジェニック体を用いて、知覚入力に伴って特異的に活性化されるゼブラフィッシュ脳内における領域を見出した。GーCaMP等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成やゼブラフィッシュの行動解析、細胞活動解析がおおむね順調に進んでいるため。

本研究はこれを発展させ、ゼブラフィッシュが捕食行動を獲得する過程での神経活動を可視化により解析し、習慣学習の神経回路メカニズムを細胞レベルで解明することを目的としている。29年度は、習慣学習に至る細胞レベルでの神経回路機能を光計測・光操作できるようにする目的で、GーCaMP等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成を継続した。そして、ゼブラフィッシュ稚魚に視覚提示を行い、ゼブラフィッシュ稚魚が提示物体に対して視線を移動させる行動の解析を進めた。また、視覚提示の経験回数の増加に伴うゼブラフィッシュ稚魚の行動の上達に関する検討を進めた。知覚入力に伴って活性化されるゼブラフィッシュ脳内領域においてより定量性の高い細胞内Ca2+イメージングを実施するため、改良型の緑色Ca2+プローブGーCaMPと赤色蛍光タンパク質を発現させたゼブラフィッシュトランスジェニック体を用いた解析を進めた。ゼブラフィッシュの神経回路機能を光計測・光操作できるようにする目的で、高性能な蛍光カルシウムプローブ(改良型G-CaMP)等を発現する各種ゼブラフィッシュトランスジェニック体の作成を行った。知覚入力に伴って活性化されるゼブラフィッシュ脳内領域においてより定量性の高い細胞内カルシウムイメージングを実施するため、改良型緑色カルシウムプローブG-CaMPと赤色蛍光タンパク質を発現させたトランスジェニック体を用いた実験系を確立した。今後も継続して神経回路機能を光計測・光操作できるトランスジェニック体を作成し、捕食行動の獲得(習慣学習)に至る過程での神経活動を解析し、習慣学習の神経回路メカニズムを細胞レベルで解明していく。最終年度は、ゼブラフィッシュトランスジェニック体を用いたこれまでの研究成果に基づき、習慣学習の神経回路メカニズムを細胞レベルで解析する。29年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学今後も継続して神経回路機能を光計測・光操作できるトランスジェニック体を作成し、捕食行動の獲得(習慣学習)に至る過程での神経活動を解析し、習慣学習の神経回路メカニズムを細胞レベルで解明していく。当該年度までの研究進捗状況から次年度以降に多くの消耗品費が必要になると判断したため。当初購入を予定していた対物ピエゾが当該年度は研究機関内で利用できる状況となったことからその購入を保留したため、また、これまでの予算執行状況から次年度にはさらに多くの消耗品費が必要になると判断したため。主として、行動実験、光学測定、光遺伝学、破壊・薬剤実験、分子遺伝学で必要となる消耗品費に充てることを計画している。
植物細胞におけるNa^+利用機構とNa^+環境認識機構の解析

地球上に普遍的かつ多量に存在するNa^+はその必要性が動物と植物で大きく異なっている。これまで、Na^+の必須性が明らかでないことから、植物細胞におけるNa^+の働きや、Na^+環境の認識/維持機構についての研究はほとんど存在しない。多くの植物では、過剰のNa^+の存在が、塩害として成長に阻害的に働くことが強調されてきた。本研究では、これまでの実験事実を基に、植物細胞がNa^+を必要とするのはどのような条件か、Na^+を必要とするのはどのような機構か、Na^+環境の認識はどのように行われているか、Na^+濃度の調節はどのように行われているかを、生体膜輸送機構を中心に、細胞・分子レベルで明らかにすることを目指した。本基盤研究では、我々が世界に先駆けて見出したシャジクモのNa^+/Pi輸送系について、その輸送機構を明らかにし、さらに誘導条件を解析することで、駆動イオンであるNa^+の存在が、輸送機構の発現に必須であることを見出した。また、オオムギをK^+欠乏においた時に、Na^+がK^+に代わって果たしうる役割を、組織、細胞、オルガネラレベルで解析し、K^+欠乏下ではNa^+が各細胞の液胞に蓄積されることが成長維持に重要なことを明らかにした。最後に、塩性植物のマングローブ細胞が塩ストレス下で、細胞質Na^+濃度調節を行う生理・分子機構の解析を進め、液胞膜と細胞膜のNa^+/H^+アンチポーターの分子構造を明らかにし、細胞内Na^+濃度がその活性とリンクして変動することを明らかにした。また、細胞膜でNa^+/H^+アンチポーターを駆動するH^+-ポンプ遺伝子の解析を進めた。マングローブ細胞におけるNa^+の液胞への蓄積が、これまで予想されていた単なる膜輸送系だけでなく、液胞小胞との融合を介した機構が働くことを世界で初めて見出した。本研究では、これまでの実験事実を基に、植物細胞がNa^+を必要とするのはどのような条件か、Na^+を必要とするのはどのような機構か、Na^+環境の認識はどのように行われているか、Na^+濃度の調節はどのように行われているかを、生体膜輸送機構を中心に、細胞・分子レベルで明らかにすることを目指している。本年度は、主にマングローブ培養細胞を材料に、外界Na^+濃度の違いに反応する、細胞膜と液胞膜輸送系の活性変動と分子構造の検討を行った。細胞膜、液胞膜のいずれにおいても、Na^+の輸送には、H^<+->ポンプとそれによって形成されたH^+の電気化学ポテンシャル勾配を利用して駆動されるNa^+/H^+アンチポーターが働いていることが明らかとなった。いずれの輸送系も外部Na^+濃度の上昇に伴い活性化されるが、その活性化の時間経過が細胞膜、液胞膜で異なることから、細胞におけるNa^+認識機構とその後の情報伝達系が複数存在することが示唆された。

また、細胞膜・液胞膜いずれのNa^+/H^+アンチポーターも遺伝子レベルで解析をすすめることができるようになっている。さらに、このようなNa^+外部環境の認識が、実際の生育環境でどのように機能しているかを検討し、組織毎にことなる反応系が誘導されること、およびその誘導系解析に我々の培養細胞が利用できることが明らかとなった。本研究で明らかになったNa^+輸送系の活性調節と分子構造については、成果の公表を見合わせる(理由書参照)。地球上に普遍的かつ多量に存在するNa^+はその必要性が動物と植物で大きく異なっている。これまで、Na^+の必要性が明らかでないことから、植物細胞におけるNa^+の働きや、Na^+環境の認識/維持機構についての研究はほとんど存在しない。多くの植物では、過剰のNa^+の存在が、塩害として成長に阻害的に働くことが強調されてきた。本研究では、これまでの実験事実を基に、植物細胞がNa^+を必要とするのはどのような条件か、Na^+を必要とするのはどのような機構か、Na^+環境の認識はどのように行われているか、Na^+濃度の調節はどのように行われているかを、生体膜輸送機構を中心に、細胞・分子レベルで明らかにすることを目指している。本年度は、まずマングローブ培養細胞を材料に、外界Na^+濃度の違いによる細胞膜H^+-ポンプの活性変動の測定と生化学的解析を進めた。Na^+濃度の上昇とともに細胞膜H^+-ポンプの活性とタンパク質量の増加が見出された。このマングローブ細胞膜H^+-ポンプは、その阻害剤反応性が通常と異なることが見出されたため、現在その分子構造の解析を進めている。オオムギを用いて、K^+欠乏下での生育におけるNa^+の役割を検討した。Na^+の存在はK^+欠乏による生育阻害を生育初期のある時期まで回避させることができる。この際のK^+とNa^+の細胞間、細胞内分布を単離細胞と単離オルガネラを用いて検討した。K^+欠乏の下で植物体に吸収されたNa^+は液胞に集中し、残存のK^+が細胞質に集められて生物活性を維持するという役割分担が証明された。現在、このNa^+とK^+の、細胞内での分配機構の検討を始めている。これまで、Na^+の必須性が明らかでないことから、植物細胞におけるNa^+の働きや、Na^+環境の認識/維持機構についての研究はほとんど存在しない。本年度は、マングローブ培養細胞を材料に、外界Na^+濃度の上昇に際して細胞内のNa^+濃度の調節に働く、液胞膜と細胞膜のNa^+/H^+アンチポーターの分子構造を明らかにし、細胞内Na^+濃度がその活性とリンクして変動することを明らかにした。また、細胞膜でNa^+/H^+アンチポーターを駆動するH^+-ポンプ遺伝子の解析を進めた。
脂質代謝調節因子アディポカインによる軟骨代謝調節機構の検討

初年度の研究の結果、以下の成果を得ることが出来た。1)アディポネクチンおよびレジスチンの発現に関する基礎検討ヒトおよびマウスの各組織臓器および各種培養細胞のcDNAパネルを用いて発現パターンを解析した。アディポネクチン、レジスチンおよびその受容体の発現を軟骨細胞および軟骨細胞を含む気管組織で確認した。またマウス変形性膝関節症モデルにおいても変性に伴いそれらの発現が増強することを確認した。2)生理的条件下でのアディポネクチンおよびレジスチン遺伝子欠損マウスの軟骨組織解析アディポネクチンおよびレジスチン遺伝子欠損マウスのin vivoでの解析を行う。具体的には、これら遺伝子欠損マウスおよび各々の同胞野生型マウス(WT)において、継時的な身体計測およびAlizarin red/Alcian blue骨格2重染色を行い、骨格、成長の評価を行った。いずれにおいても同胞野生型と比べ明らかな成長障害はなく、骨格形成においても明らかな遅延は認めなった。組織学的解析においても同様の結果を得た。3)病的条件下でのアディポネクチンおよびレジスチン遺伝子欠損マウスの軟骨組織解析各遺伝子欠損マウスの膝関節を外科的に処理し不安定性を生じさせた変形性関節症モデルを作成し、軟骨変性の程度を同胞野生型マウスと比較した。術後4週、8週、12週での経時的な変化を放射線学的、組織学的に解析したところ、野生型では継時的にOAが著明に進行したが、アディポネクチン、レジスチンの各遺伝子欠損マウスにおいてはOAの進行が野生型と比べ遅延している傾向が確認され、軟骨変性の指標であるMMP3,13、アグリカンネオエピトープなどの発現量の低下を認めた。
常温・常圧下の氷を用いたガス貯蔵材料の創製

本研究では、様々なガス分子の貯蔵材料としてガスハイドレートを利用するために、複数のゲスト分子を含む各種クラスレートハイドレートの形成と相安定の熱力学的条件を求めた。原子レベルの理論的扱いを行うシミュレーション手法を開発し、ガスハイドレート相が存在可能な広範囲の温度、圧力領域における各種ハイドレートの結晶構造、力学特性、熱力学特性を予測した。ゲスト分子によるハイドレート結晶のホスト構造への影響を格子力学計算により求め、ハイドレート相中のガス成分量を増やす設計指針を得た。ガスクラスレートハイドレートが示す自己保存効果の起源についても知見を得ることができた。本研究ではスーパーコンピューティングシステムを用いたシミュレーションにより、各種ガスクラスレートハイドレート相が存在可能な温度、圧力領域を予測し、エネルギー資源への利用と温室効果ガス削減に貢献することを目的にしている。本研究の基盤となる物性は、高精度第一原理計算プログラム(独自開発を進めている全電子混合基底法第一原理計算プログラムTOhoku Mixed-Basis Orbitals ab initio program“TOMBO")により得られるゲストーホスト間相互作用である。この計算結果を用いて、広い圧力・温度領域での熱力学的性質と二酸化炭素密度を正確に算定し、二酸化炭素ハイドレートのp-T相図を作成した。このシミュレーションで得られた相図を実験データと比較し、計算手法、精度の検証を行い、プログラム開発へフィードバックさせた。さらに、複数のゲスト成分を含むクラスレートハイドレート相の形成、安定性の熱力学的条件を決定し、温室効果ガスの貯蔵用媒体としてのガスハイドレートの可能性を検証した。すなわち、広範囲の圧力ー温度領域にわたり、異なる構造を持つ各種の氷、ハイドレートの構造、力学、熱力学的性質算定のために、独自開発した原子スケールレベルの理論モデルによるシミュレーション計算を行った。温室効果ガスクラスレートハイドレートの自己保存効果の有無とその起源についても検証した。提案している計算モデルにより得られた結果は、クラスレートハイドレートをベースとする材料の温室効果ガス貯蔵への応用化、実用化に寄与出来る重要な情報である。本研究では各種ハイドレート相が存在可能な温度、圧力領域をシミュレーションで予測し、エネルギー資源の確保と温室効果ガス削減に貢献することを目的にしている。本研究の基盤となる物性は、高精度第一原理計算プログラム(研究代表者グループが独自開発を進めている全電子混合基底法第一原理計算プログラムTOhoku Mixed-Basis Orbitals ab initio program“TOMBO")により得られるゲストーホスト間相互作用である。このシミュレーションで得られた相図は実験データと比較し、計算手法、精度の検証を行い、プログラム開発へフィードバックさせた。さらに、複雑なゲスト成分のクラスレートハイドレートの形成、安定性の熱力学的条件を決定し、温室効果ガス(GHG)の貯蔵用媒体としてのガスハイドレートの可能性を検証した。すなわち、広範囲の圧力ー温度領域にわたり、異なる構造を持つ各種の氷、ハイドレートの構造、力学、熱力学的性質算定のために、我々独自開発した原子レベルに基づく理論モデルによるシミュレーション計算を行った。温室効果ガスクラスレートハイドレートの自己保存効果が利用可能なのかも同時に検証を続けている。提案している計算アプローチにより得られた結果は、クラスレートハイドレート基の温室効果ガス貯蔵材料の実用化に寄与出来る重要な情報である。本研究では、独自開発の格子力学と熱力学計算手法をハイドレート相に適用し、物理的・化学的性質を正確に求め、広い圧力・温度領域でのハイドレート、氷、水の相変化の境界線を決定した。さらに高性能安定化促進剤の探索、自己保存効果の起源解明を経て、ハイドレートをベースとする二酸化炭素貯留技術のための基盤を構築した。本研究で開発する計算手法は既知のハイドレート構造の二酸化炭素貯蔵能のみでなく、実験研究では報告されていない未知のハイドレート構造の物性値も求めることができる。新規安定化促進剤の提案により、ハイドレートをベースとする所望の貯蔵能を持つ二酸化炭素貯留材料の実現に向けた研究基盤を確立する。研究代表者グループが独自開発している全電子混合基底法第一原理計算プログラムTOMBOを用いてハイドレート結晶内のゲストーゲスト、ゲストーホスト間に働く相互作用を正確に算定する。この計算結果を利用した格子力学計算、熱力学計算を組み合わせた計算手法を確立し、各種ガスハイドレート相が安定に存在できる温度・圧力範囲を明らかにする。40万円コンピューター端末(20万円×2台)40万円外国旅費ACCMS-740万円消耗品バックアップ用ハードディスク3万円×5台プリンタートナー3万円×5個カラー印刷用紙1万円×10箱次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成25年度請求額と合わせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。
ナトリウムを介した骨格筋特異的カルパインp94によるシグナル伝達について

昨年度までにin vitroにおいてp94がNa^+濃度依存的に自己消化活性を引き起こすこと,ならびに培養骨格筋細胞に存在する内因性のp94が薬剤刺激においてNa^+により活性化することを示した。しかし,p94の標的分子を検出,その標的分子の酵素学的な切断箇所,その標的分子およびp94の自己消化断片の生理学的な機能を明らかにすることまでには至っていなかった。本年度はp94の酵素学的な標的分子の検出に重点を置き研究を進めた。マウス骨格筋組織あるいは培養マウス骨格筋細胞を試料とし,p94特異的に認識する抗体を用いて免疫沈降を行い,沈降してきたタンパク質複合体をNano-Liquid-Chromatographyにて展開後に,質量分析計で解析し,タンパク質複合体に含まれる分子を網羅的に同定し,その中からp94の基質候補分子の探索を行った。質量分析計で解析した結果,タンパク質複合体の中からp94が見出されたことから,この系が機能することは確認できた。免疫沈降複合体からおよそ30個の分子を同定した。その中の約半分がミトコンドリアあるいは細胞膜由来の分子であり,約30%が細胞質内に存在する酵素および細胞骨格を構成する分子であった。残りが機能未知のタンパク質であった。この結果,p94はミトコンドリア,細胞膜といった膜系においてタンパク質複合体を構成し存在することが示唆された。質量分析計で解析した結果,スコアが高い分子から順番に目的とする分子のcDNAを得た後に,発現ベクターを作成し,COS7細胞にp94と強制発現させることで酵素学的な基質の可能性を検討した。現在まで6つの分子を試したものの,p94の酵素学的な基質となる分子は見出せてはいない。さらなる分子において基質の可能性を探る必要がある。本研究の目的はNa^+により活性調節を受けた骨格筋特異的カルパインp94の骨格筋細胞内部での生理学的な意義を明らかにすることである。昨年度は(1)初代骨格筋細胞におけるp94のNa^+による活性化について、および(2)p94の基質となる標的分子の探索および同定に関して重点的に研究を行った。(1)に関してはマウス骨格筋細胞を用いてp94がNa^+により活性化を受けるかどうかを検討した。培養骨格筋細胞にNa^+チャネルイオノファー(monensin)あるいはNa^+ポンプの阻害剤(ouabain)を用い、筋細胞内のNa^+濃度を上昇させると、薬剤濃度依存的に全長のp94が消失し、50-60kDa付近にp94の自己消化断片を検出することができた。一方、p94の酵素活性能を持たないノックインマウス由来の筋細胞においては薬剤濃度に関わらず、p94の自己消化断片は検出されず、全長のp94のみが検出できた。これらの結果は培養骨格筋細胞において、細胞膜を通過してきたNa^+によってp94は活性化し、自己消化断片を生じること示している。(2)に関しては、活性化したp94により切断される分子を探索するために、薬剤処理を行った培養骨格筋細胞試料とコントロールの試料を二次元電気泳動に供し、p94の活性化前後における変動する電気泳動スポットを解析した。その結果、p94活性化前後において増減するタンパク質のスポットはいくつか確認できた。これらのスポットを回収してin gel digestionを行った後、MALDI-TOF/TOF質量分析装置を用いてスポットに含まれるタンパク質の同定を行ったが、スポット中に含まれるタンパク質の量が非常に微量であるため同定するまでには至っていない。今後はタンパク質同定のための技術的な手技の向上ならびに二次元電気泳動以外の方法を用いた解析方法の検討が必要である。