hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ロスビー波の砕波と飽和による地衡風乱流理論の構築

大気大循環の波数空間におけるエネルギースペクトルは波数の-3乗に従う。その理論的根拠としては2次元乱流の慣性小領域理論が一般的であり、教科書にも記述されている。ところが、我々が開発した3Dノーマルモードエネルギー論によると、地衡風乱流のエネルギースペクトルの中央にエネルギー源があることが判明し、その領域にエネルギー源がないことを前提とした慣性小領域理論が正しくないことが示唆された。そこで、本研究では、大気大循環における地衡風乱流スペクトルの説明として、これまでの2次元乱流の慣性小領域理論に代えて、新たに、ロスビー波の砕波と飽和による地衡風乱流理論を提唱し、その根拠を観測データから実証することを目的とした。この理論によると、エネルギースペクトルはE=mc 2となることが示されている。平成30年度は、筑波大学でこれまでに開発した順圧Sモデルを用いて、ロスビー波の増幅と砕波・飽和に至る過程の数値実験を行った。具体的には、3次元スペクトルモデルを基本場を用いて線形化したシステムの傾圧不安定問題を解き、最も増幅率の大きいチャーネイモードを選択的に増幅させ、その増幅がE=mc 2で制限されるエネルギーの飽和点に達するときに、線形論に従う指数関数的な増幅が止まり飽和に達することを、傾圧不安定波の純粋培養実験により確認した。ただし、ロスビー波の飽和と砕波は異なる現象であり、砕波するためには非線形効果によるノイズレベルのエネルギーも飽和スペクトルまで増幅する必要があることを時系列解析として明らかにした。この研究成果は査読付き国際誌に論文として投稿し、現在査読中である。もし受理されれば投稿料が発生するので、そのための財源は次年度に繰り越すよう手続きを行っている。大気大循環の3Dノーマルモード(基準振動)計算において、鉛直構造関数の数値解は理論解と異なる構造となることがあり、高次のモードは地上付近で小振幅であるべきところ、大振幅となってしまうという問題がある。数値解が理論解とほぼ同じになるような計算スキームの提示が求められていることから、本研究では初めにこの問題に取り組むために、方程式の特異点を変数変換で取り除くという方法で数値解法を組み直し、鉛直構造関数の直交性を保持した解法を新たに開発した。この方法で、解析解と十分に近い数値解が得られたが、教訓として分かった知見は、方程式系が特異点を持つような場合には、その近似を求める数値計算法では、全く異なる解を算出してしまう事がある、という事である。この問題は、境界値問題に限らず、初期値問題においても発生し得ることである。方程式系が0固有値を持ち、その点が方程式系の特異点のような振る舞いをする場合には、時間積分を行う数値解そのものが、解の安定性の観点からは不安定な解となる。大気大循環におけるこのケースの典型例として、北極振動解が考えられる。流体の非線形モデルを基本場で線形化すると、基本場によっては固有値ゼロの北極振動解が発生する。我々はこれを北極振動の特異固有解理論と呼んでいるが、固有値が0となるモデルの時間発展では、北極振動が正と負の指数でカオス的に増幅する事がある。同じことが、特異Sturm-Liouvilleタイプの常微分方程式の数値解法で具現化できたと考える。平成30年度は、鉛直構造方程式の数値解にみられる問題点を理解したうえで、3Dノーマルモードエネルギー論を再構築し、大気の順圧成分で方程式を閉じた順圧Sモデルを構築し、パラメタライズされた傾圧不安定によるロスビー波の増幅と飽和・砕波の数値実験を行った。得られた研究成果は査読付きの英文国際誌に投稿し、現在、査読中である。特異点を持つ鉛直構造方程式の問題と比較すると、水平構造方程式(Laplace潮汐方程式)は、解法は困難であるものの、解の存在と唯一性、安定性は示されているので、丹念に計算することで安定した解(Hough関数という)が得られる。大気を鉛直方向に平均した順圧浅水系モデルは、Hough関数を基底に用いることで、水平2次元のスペクトルモデルとして有用である。本研究では、筑波大学で開発した順圧Sモデルによる傾圧不安定波の純粋培養実験を行い、初期値問題として傾圧不安定で増幅するロスビー波が、臨界振幅で飽和に達する過程を丹念に調査する。波が有限振幅になると、非線形項の増大により他の波数の波が増幅し、波が砕波に至ることで、E=mc 2の飽和スペクトルが得られる、という検証実験を行った。平成30年度は、最も増幅率の大きい東西波数6の傾圧不安定のみを増幅させる実験を行い、我々が提唱するロスビー波の飽和理論による地衡風乱流の理論的説明が妥当であることを実証した。ただし、エネルギースペクトルに注目すると、エネルギー源の領域はこの飽和理論に従うものの、エネルギー源のないメソ擾乱のエネルギーレベルが低いという実験結果になった。これは与えられたエネルギーは2次元乱流の特性により大きいスケールの波に輸送され、より小さいスケールには輸送されないという特徴による。ことから、広域のスペクトル領域でのエネルギー供給を考えることが次のステップである。傾圧不安定が卓越する総観規模擾乱だけでなく、メソ擾乱も増幅させるような物理過程の導入が必要である。これら一連の実験により、E=mc 2の飽和スペクトルが、観測されるような地衡風乱流スペクトルの説明となるかを検証する予定である。

その理論的根拠としては2次元乱流の慣性小領域理論が一般的であり、教科書にも記述されている。ところが、我々が開発した3Dノーマルモードエネルギー論によると、地衡風乱流のエネルギースペクトルの中央にエネルギー源があることが判明し、その領域にエネルギー源がないことを前提とした慣性小領域理論が正しくないことが示唆された。そこで、本研究では、大気大循環における地衡風乱流スペクトルの説明として、これまでの2次元乱流の慣性小領域理論に代えて、新たに、ロスビー波の砕波と飽和による地衡風乱流理論を提唱し、その根拠を観測データから実証することを目的とした。この理論によると、エネルギースペクトルはE=mc 2となることが示されている。平成29年度は、鉛直構造関数の数値解に対する問題点について検証実験を行った。鉛直構造関数は気圧0の大気上端が特異点となる特異Sturm-Liouvilleタイプの常微分方程式になるため、解の存在、唯一性が大気上端の境界条件次第で変化し、たとえ唯一の解の存在が証明されても、それを安定に計算することは困難を極めることが分かってきた。そこで、大気上端をε>0として特異点を外し、中間圏界面付近を大気上端として境界条件を与え、解析解を求めた。それを差分法とGalerkin法(スペクトル法)の2通りの数値解法で計算し、解析解と比較したところ、高次のモードの数値解は解析解と明らかに異なるものとなった。そこで、大気上端を有限とした場合の解析解について、特異点を持たない常微分方程式に変形してから、差分法とGalerkin法で数値解を求めたところ、安定した解を求めることができた。この事から、特異点を持つ境界値問題としての固有解は、数値的に計算する際には、充分な計算結果の検証が必要になることを明らかにした。大気大循環の3Dノーマルモード(基準振動)計算において、鉛直構造関数の数値解は理論解と異なる構造となることがあり、高次のモードは地上付近で小振幅であるべきところ、大振幅となってしまうという問題がある。数値解が理論解とほぼ同じになるような計算スキームの提示が求められていることから、本研究では初めにこの問題に取り組むために、方程式の特異点を変数変換で取り除くという方法で数値解法を組み直し、鉛直構造関数の直交性を保持した解法を新たに開発した。この方法で、解析解と十分に近い数値解が得られたが、教訓として分かった知見は、方程式系が特異点を持つような場合には、その近似を求める数値計算法では、全く異なる解を算出してしまう事がある、という事である。この問題は、境界値問題に限らず、初期値問題においても発生し得ることである。方程式系が0固有値を持ち、その点が方程式系の特異点のような振る舞いをする場合には、時間積分を行う数値解そのものが、解の安定性の観点からは不安定な解となる。大気大循環におけるこのケースの典型例として、北極振動解が考えられる。流体の非線形モデルを基本場で線形化すると、基本場によっては固有値ゼロの北極振動解が発生する。我々はこれを北極振動の特異固有解理論と呼んでいるが、固有値が0となるモデルの時間発展では、北極振動が正と負の指数でカオス的に増幅する事がある。同じことが、特異Sturm-Liouvilleタイプの常微分方程式の数値解法で具現化できたと考える。
規範の厳格さが自由選択の感覚とWell-beingに及ぼす影響に関する検討

本研究の目的は,日本人のWell-being(幸福度)の低さをもたらしている要因を明らかにすることである。その際,日本社会における過度な規範・ルールの厳しさが人々の自由を抑制しているという観点から検討を行う。具体的には,世界価値観調査協会によって公開されているデータを用いた国単位での分析,及び日米を含む東洋と西洋の社会人を対象とした国際比較調査研究を行う。一定程度の規範の厳しさは社会秩序をもたらすものの,行き過ぎた制約は個々人の自由を過剰に抑制するため,結果的に日本人のWell-beingの低さにつながっていると提案することを目指している。
保育者養成のための遊び／ドラマ／演劇連続体によるアクティブラーニング型授業開発

平成30年度は平成29年度に開発した「保育者養成のための遊び/ドラマ/演劇連続体によるアクティブラーニング型授業プログラム」Vir.2を実施し、Vir.3を開発した。日本乳幼児教育学会個人発表(小林)でヴァージニア・G・コウスティのドラマと遊びの関係性を明らかにすることとにより本研究の「遊び/ドラマ/演劇連続体」の理論構築を進めた。自主シンポジウム(小林・椛島・木村・花輪)で3大学のプログラムを実施し、各大学に応じたプログラムが必要であることを指摘できた。また、音楽大学の場合、音楽的要素を豊富に取り入れることにより学生に参加の意欲を高められることを明らかにした。日本演劇学会パネル発表(小林・中島)で乳幼児のための演劇の特徴と学校における演劇の必要について討議した。日本教育心理学会自主シンポジウム(小林・石黒他)で遊びと演劇と創造性の関係性について学際的に討議した。プログラム開発のための情報収集のためにスウェーデンとフィンランドで開催された人形劇のフェスティバルを調査し、最新の人形劇の専門知識と技術を得ることができた。ボローニャで開催されている「乳幼児期のための演劇と文化国際フェスティバル」でイタリアの保育者向けの「遊び/ドラマ/演劇連続体」の考えに基づくワークショップを実施し、日本で開発したプログラムと教材が、イタリアでも受け入れらえる可能性を明らかにすることができた。フェスティバルで最新の乳幼児のための演劇の調査を行い最新の専門知識と情報を取集した。スウェーデンから乳幼児のための演劇に関する研究者であるレベッカ・ブリンチ博士を招聘し、最新の乳幼児のための演劇研究について基調講演を東京都市大学夢加キャンパスで国際フォーラムで開催し、日本の研究者と専門家と一般に向けに研究成果の一部を示すことができ、この分野の社会への普及に貢献できた。質問紙を作成し来年度実施予定である。平成30年度に「保育者のための遊び/ドラマ/演劇連続体にアクティブラーニング型授業プログラム」Vir.2を実施し、修正を加えてVir.3を開発した。本研究の途中経過を日本乳幼児教育学会研究大会の個人発表「保育者養成のための遊び/ドラマ/演劇連続体によるアクティブラーニング型授業開発(2)ー遊びとドラマと演劇の関係性に着目してー」(小林)においてヴァージニア・G・コウスティの連続体の考え方を検討した。自主シンポジウム(小林・椛島・木村・花輪)で3大学のプログラムの実践を検討し、各大学の状況に合わせてプログラムを応用する必要性を明らかにした。日本教育心理学会第60回総会の自主シンポジウム「アートは学校を変えるかーアートによる学校的学習観再構築の可能性を問うー」(石黒・小林・岡田他)において乳幼児のための演劇と遊びと創造性の関係性について指摘した(小林)。日本演劇学会研究集会のパネル「劇場は『学校』になるべきか」(小林・中島他)において、乳幼児のための演劇フェスティバルにおける劇場の役割と教育的意義について発表した(小林)。小林は『東京都市大学人間科学部紀要』第10巻の「欧米のドラマ教育の考察(10)ーヴァージニア・G・コウスティの『遊び/ドラマ/演劇連続体』の検討ー」において、遊びとドラマと演劇に「トランスフォメーション」という見立てと変身が共通して存在することを明らかにし、本研究の「遊び/ドラマ/演劇連続体」の理論構築を進めることができた。スウェーデンの人形劇調査(小林・椛島他)とフィンランドの人形劇調査(小林)で最新の人形劇の特徴と、フェスティバルが専門家と研究者のプラットフォームになっている情報を収集した。ボローニャの「乳幼児期のための演劇と文化国際フェスティバル」で最新の情報収集し、WSでイタリア人にも応用可能であると確信した。学生向けアンケートを作成できた。平成30年度に開発した「保育者のための遊び/ドラマ/演劇連続体にアクティブラーニング型授業プログラム」Vir.3を実践し、振り返りを行い、修正する。また、スウェーデンの演出家によるアクティブラーニング型授業を保育者養成校での学生を対象にワークショップを実施し、新たなドラマ/演劇的手法をプログラムに反映させる。これらを通して、最終版プログラムを作成し、報告書に掲載する(小林・椛島・花輪・木村・中島)。保育者養成校の学生を対象にした仮説プログラムVir.3体験前と後でコミュニケーション能力と表現力に関する質問紙調査を実施し、統計的に考察し結論を報告書に掲載し、結果と考察を最終版プログラムに反映させる。本研究の研究成果にかかわるシンポジウムを開催し、国内から専門家を基調講演者として招聘して東京都市大学夢キャンパスで開催する(小林・程田・椛島・木村・花輪・中島・早坂)。日本演劇学会分科会「演劇と教育研究会」と共催し、演劇的手法をアクティブ・ラーニングとして教員養成に導入することに関する研究シンポジウムを開催する(小林・中島・椛島・木村・花輪)。日本保育学会、日本乳幼児教育学会、日本演劇学会等の研究大会で本研究の成果を発表する(小林・椛島・木村・花輪)。紀要等に研究成果を投稿する(小林)。フィンランドのSAMPO劇場の子どものための国際人形劇フェスティバルを調査し、最新の人形劇の手法と、子どものためのアートセンターのプログラムを「遊び/ドラマ/演劇連続体」の視点から調査する(小林・椛島・木村・中島)。ボローニャとベルギーの子どものためのフェスティバルで最新の乳幼児のための演劇の情報を収集し、プログラムに反映させる(小林)。オーストラリアのウーロンゴン大学等の幼児期プログラムを調査しプログラムに反映させる(小林)。本研究成果を報告書にまとめ保育者養成校等に配布する(小林他)。仮説

「保育者養成のための遊び/ドラマ/演劇連続体によるアクティブラーニング型授業プログラム」Vir.1を実施し、日本乳幼児教育学会の個人発表(小林)と自主シンポジウム(小林・椛島・木村・花輪)においてそれまでの研究成果を発表した。前者において、ヴァージニア・G・コウスティの「遊び/ドラマ/演劇連続体」の考え方を明らかにした。後者において、学生がアクティブラーニングを経験するときにまず「聞く」ということが重要であることを指摘した。さらに、小林は「聞く」ことに着目した演劇的手法を用いたアクティビティをデモンストレーションした。これらと平成29年度の演劇手法とアクティブラーニングを用いた授業実践に基づき、仮説「保育者養成のための遊び/ドラマ/演劇連続体によるアクティブラーニング型授業プログラム」Vir.2を開発した。プログラムを開発するためにイタリアのボローニャで開催された「乳幼児期のための演劇と文化国際フェスティバル」の調査を実施し、最新の乳幼児のための演劇の情報を取集した。さらに、乳幼児のための演劇作品についての討議し、乳幼児のための演劇の特徴が、演劇作品と子どもの遊びが融合していることを明らかにした。さらに、イタリアの保育者を対象にした遊び/ドラマ/演劇連続体の考えに基づきながら演劇的手法を用いたアクティブ・ラーニング型のワークショップを小林・椛島・花輪が実施し、好評を得た。その結果、来年度もワークショップを実施するように依頼された。日本だけでなくイタリアでも共通のプログラムと教材を使用することも可能であることが明らかになった。オーストラリアのウーロンゴン大学教育学部附属Early Yearsにある探索型子ども博物館であるディスカバリー・スペースを調査し、ごっこ遊びを通して学ぶ重要性と「遊び/ドラマ/演劇連続体」の考え方が共通していることを明らかにした。平成29年度に「保育者養成のための遊び/ドラマ/演劇連続体によるアクティブラーニング型授業プログラム」Vir.1を実践し、修正を加えて、「保育者養成のための遊び/ドラマ/演劇連続体によるアクティブラーニング型授業プログラム」Vir.2を開発することができた。さらに、この研究の途中経過を日本乳幼児教育学会において個人発表(小林)と自主シンポジウムにおいて研究の成果を示すことができた。また、文京学院大学人間学部紀要に「演劇手法を活用したアクティブ・ラーニングの可能性ー保育者養成における授業事例を中心にー」(小林・椛島・木村・花輪)が掲載され、研究成果を示すことができた。イタリアのボローニャの「第14回乳幼児期のための演劇と文化国際フェスティバル」において、イタリアの保育者を対象にした「遊び/ドラマ/演劇連続体」の考えに基づく演劇的手法を導入したアクティブ・ラーニング型のワークショップを実施し、研究成果を示すことができ、次年度へ継続することができた。
環化付加反応を触媒する酵素と基質のリデザインによる非天然型機能性分子の創製

不斉中心に富んだ複雑な骨格は天然物の最たる特徴であり、その立体配置は生物活性と密接に関係している。天然物の生合成経路における不斉中心の立体制御メカニズムを解明し、自在に操ることが出来れば、非天然型骨格を有する新規機能性分子の創製が可能となる。本研究課題では、立体選択的[4+2]環化付加反応を触媒するデカリン合成酵素Fsa2が関与する生合成経路を対象に、酵素のX線結晶構造解析、計算化学に基づく直鎖状ポリエン基質の設計と生合成、改変生合成経路による新規デカリン誘導体創製の3つの課題に取り組み、「すべての不斉点を制御し、狙った立体配置のデカリン化合物を生合成的に作り分ける」の実現に挑戦する。
インドネシアにおける人獣共通原虫病の疫学調査と社会実装可能な診断方法の開発

本研究ではインドネシアにおける人獣共通原虫病の疫学調査と社会実装可能な診断方法の開発を目的とした。インドネシアのスラウェシ島とジャワ島を調査地域とし、トキソプラズマやクリプトスポリジウムなどの原虫感染症の疫学調査により、当該地域における潜在的な感染リスクが明らかにされた。特にトキソプラズマのヒトの感染リスクは1020歳で極めて高く、食肉や環境中からの感染が危惧された。実際、当該地域のウシやブタからはトキソプラズマ感染が確認された。また、疫学調査に利用できるクリプトスポリジウムの簡易迅速診断法を開発した。本研究期間中に共同研究を通じた人材育成を行うため、セミナー及び技術講習会を開催した。平成26年度は下記3項目について実施した。【1.スラウェシ島北部における原虫感染症調査の協力体制の構築】2014年5月23日5月29日に調査研究拠点のサムトランギ大学へ訪問し、同大学医学部TUDA JOSEF博士、Mongan Arthur医師と研究打合せを実施し、同大医学部学生に対する寄生虫学研究の技術指導、及びヒトサンプルを用いた調査に合意した。2015年2月5日12日の訪問ではトキソプラズマ検査キットを導入し、同大学及びMongan Arthur医師のクリニックにて技術指導を行った。また、同大学動物科学部Sri Adiani博士との動物サンプルを対象にした原虫感染の調査に関する研究打ち合わせを行い、帯広畜産大学原虫病研究センターとサムトランギ大学動物科学部の間で学術交流協定を締結した。【2.インドネシア全土における原虫感染症調査の協力体制の構築と事前調査】スラウェシ島北部の調査結果の特異性を検証するために、インドネシア全土を対象にした家畜の原虫感染状況の調査を想定し、2015年3月7日15日にジャカルタ東部にあるスバン家畜疾病診断センターを訪問した。そこでは、血清学診断による原虫病の予備調査を実施し、現地職員にセミナーとワークショップを行った。【3.トキソプラズマ、クリプトスポリジウム感染検出用簡易迅速診断法の開発】トキソプラズマの血清診断用抗原を探索するために、原虫遺伝子40種をクローニングした。これら遺伝子は哺乳動物細胞へ導入してタンパク質を発現させ、抗原性の確認に使用する。クリプトスポリジウムの抗原検出系を開発するために、オーシスト壁の構成タンパク質gp15の組換えタンパク質を作製し、マウスおよびウサギに免疫することで特異抗体を作製した。これら抗体はイムノクロマトの材料として使用する。また、クリプトスポリジウムの遺伝子検査系を構築し、今後のインドネシアでの調査に応用できる可能性が示された。平成27年度は主に下記2項目について実施した。1.スラウェシ島北部における原虫感染症調査の協力体制の構築2015年6月22日6月24日に調査研究拠点のサムラトランギ大学へ訪問し、同大学医学部にてセミナー「Molecular Medical Science Collaboration 2015」を開催し、学生と大学スタッフとの学術交流を図り、本プロジェクトの説明を行った。2015年10月19日23日の訪問では、帯広畜産大学原虫病研究センターとサムラトランギ大学医学部間の研究学術交流協定(MOU)を締結し、原虫感染症調査に関する部局間の協力体制を確認した。また、TUDA JOSEF博士の研究室にトキソプラズマおよびクリプトスポリジウム検査キットを導入し、技術指導を行った。2016年1月25日30日の訪問では、TUDA JOSEF博士の研究室にて、検査キットの使用に関するフォローアップを実施した。また、同大学動物科学部Sri Adiani博士(前年度に学術交流協定を締結済み)から提供を受けたブタ血清サンプルにて、トキソプラズマ抗体調査を実施し、データのフィードバックを行った。2.トキソプラズマ、クリプトスポリジウム感染検出用簡易迅速診断法の開発トキソプラズマの血清診断用抗原を探索するために、原虫遺伝子40種をクローニングし、診断用抗原のスクリーニングを実施した。解析した遺伝子から4つの候補を選択できたため、現在組換えタンパク質の作製と診断用抗原としての有効性を評価している。またクリプトスポリジウムの診断用抗原を探索するために、4種類の組換えタンパク質を作製し、診断用抗原としての有効性を評価した。そのうちの1種、オーシスト壁の構成タンパク質gp15については、血清診断用抗原としての有用性が示された。現在、本抗原を用いて抗体検出用および抗原検出用のイムノクロマトテストの作製を進めている。上記の簡易診断方法が構築されれば、今後のインドネシアでの調査に応用できる可能性が示された。平成27年度に計画した下記3項目についての進捗状況を以下に示す。1.スラウェシ島北部におけるヒトおよび家畜のトキソプラズマ、クリプトスポリジウム感染状況の把握:カウンターパートの研究室に検査キットの導入および技術指導も完了し、原虫感染率のデータ取得を開始している。またトキソプラズマ、クリプトスポリジウム感染検出用簡易迅速診断法の開発に向けて、トキソプラズマ診断用抗原のスクリーニング系の構築と候補抗原の同定、クリプトスポリジウム診断用抗原の作製が完了した。2.インドネシア全土における家畜のトキソプラズマ、クリプトスポリジウム感染状況の把握:インドネシアの家畜疾病診断センターとの協力体制を構築できたため、インドネシア全土を対象にした家畜原虫病の調査の事前準備を進めている(現在、学術協定の締結にむけた書類を提出済み)。家畜疾病診断センターとの共同研究の成果については、平成27年度に論文2報を発表した。

3.現地スタッフを対象にした寄生虫学に関する一般教育と診断に関する技術移転講習会の開催:これまでに、調査研究拠点のサムラトランギ大学医学および動物科学部と学術交流協定を締結しており、技術導入と現地スタッフを対象にした寄生虫病に関する教育を継続的に実施した。以上より、当初の計画通りおおむね順調に進展していると判断した。平成28年度は主に下記3項目について実施した。【スラウェシ島北部におけるトキソプラズマ感染調査】サムラトランギ大学医学部TUDA JOSEF博士との共同研究、および同大学動物科学部Sri Adiani博士との共同研究により得られたスラウェシ島北部の疫学調査の結果をまとめ、論文として発表した。ヒト血清サンプル(856検体)の58.5%がトキソプラズマ陽性であった。感染要因を解析したところ、男性と女性間での陽性率に差は認められなかった。09歳では感染率が10%以下であったが、10歳以上から感染率が40%以上に増加していた。従って感染率の増加には環境因子の関与が示唆された。感染源として食肉に着目し、ブタとウシの感染率を調査したところ、それぞれ2.3%と14.9%であった。以上の結果は、本地域の別のトキソプラズマ感染要因を特定する必要があることを示している。本結果については、2016年7月11日にTUDA JOSEF博士と日本で協議を行い、今後も共同研究を継続することを確認している。【インドネシア全土を対象にした家畜寄生虫感染症の調査】インドネシア家畜疾病診断センターと協力して家畜寄生虫感染症の横断的調査を実施した。ジャワ島西部のウシバベシア感染の調査結果については論文として報告した。ウシ血清サンプル(991検体)のうち、バベシア・ボビス陽性率が28%、バベシア・ビゲミナ陽性率が27%であった。今回の結果は、本地域のウシの経済的損失を抑えるためにウシバベシア感染の対策の必要性を示している。また、インドネシア産肝蛭の分子系統解析を行った。【クリプトスポリジウム感染検出用簡易迅速診断法の開発】クリプトスポリジウム特異抗体検出に適した抗原2種を同定し特異抗体検出用イムノクロマトの作製を実施した。本イムノクロマトは自然感染牛の検出にも適応できることが明らかとなり、今後論文化を進める。本研究ではインドネシアにおける人獣共通原虫病の疫学調査と社会実装可能な診断方法の開発を目的とした。インドネシアのスラウェシ島とジャワ島を調査地域とし、トキソプラズマやクリプトスポリジウムなどの原虫感染症の疫学調査により、当該地域における潜在的な感染リスクが明らかにされた。特にトキソプラズマのヒトの感染リスクは1020歳で極めて高く、食肉や環境中からの感染が危惧された。実際、当該地域のウシやブタからはトキソプラズマ感染が確認された。また、疫学調査に利用できるクリプトスポリジウムの簡易迅速診断法を開発した。本研究期間中に共同研究を通じた人材育成を行うため、セミナー及び技術講習会を開催した。平成26年度の当初予定として、下記2項目がある。
集光性色素アンテナタンパクLHCII複合体の構造と機能

好熱性ラン色細菌Thermosynechococcus vulcanus由来光化学系II複合体(PSII)の二量体をホスホリパーゼ処理することにより、リン脂質が特異的に分解され、それに伴いQ_AからQ_Bへの電子伝達が阻害された。しかし、同処理を施したPSIIでもリン脂質が2-3分子結合しており、酸素発生活性の阻害率が40%程度にとどまったことから、リン脂質が同PSIIに強く結合していることが示唆された(論文投稿中)。また、リパーゼ処理によりMGDGが約60%分解され、PSIIあたり5分子残存することになるが、酸素発生活性はわずか16%阻害されただけであった。これらの結果からMGDGやリン脂質などの脂質分子が同PSIIに強く結合することにより、好熱性ラン色細菌PSIIの高い熱安定性に寄与していることが示唆された。そこでより不安定な高等植物のホウレン草からPSII二量体を精製し、同様な処理を行なったところ、ボスホリパーゼ処理によりリン脂質が、また、リパーゼ処理によりMGDGがほぼ完全に分解され、それらに伴い酸素発生活性がいずれも未処理の20%程度に低下したことが分かった。これらの処理によるPSII電子伝達反応への阻害部位を、酸素電極、DCIPの光還元活性、蛍光収率などの各種手法を用いて調べた結果、いずれの場合も水分解反応のみならず、還元側(電子受容タイ側)も阻害されたことが分かった。しかし、いずれの処理もPSIIのタンパク質組成に影響を与えなかった。これらの結果から、リン脂質またはMDGDの完全な分解により、PSIIの立体構造が維持できなくなり、それによりPSIIの全体活性が低下したことが示された(論文投稿準備中)。集光性アンテナタンパク質(LHCII)は光化学系II複合体(PSII)の外側に結合し、太陽光エネルギーを吸収してPSII反応中心に伝達する役割を持っている。本研究の本来の目的はLCHIIの構造をX線結晶構造解析法により解明し、LHCIIによる光エネルギーの吸収とPSII反応中心への伝達の機構を分子レベルで解明することである。しかし、ホウレン草由来LHCIIの結晶構造が2004年にLiuらによって報告され(Liu et al.Nature,2004,428,287-292)、LHCIIによる光エネルギーの吸収機構が詳細に解明された。このため、LHCIIからPSIIへのエネルギー伝達機構の解明が大きな課題となるが、PSIIの結晶構造が充分高い分解能で解析されていないためLHCIIからPSIIへのエネルギー伝達機構の解明ができないのが現状である。そこで本研究では、PSIIの構造をより高分解能で解析するための結晶化条件の探索を行った。本年度では好熱性ラン色細菌Thermosynechococcusvulcanus由来PSIIにおける各種脂質の役割を調べた。すでにチラコイド膜に比べ、精製PSIIにおいてDGDG, MGDG, SQDGの相対含量は低下するが、PGの相対含量は著しく増加することが脂質の分析から分かったので、精製PSIIをリパーゼやホスホリパーゼ処理し、酸素発生活性への影響を調べた。その結果、リパーゼは酸素発生活性をわずか(10%程度)に低下させるが、ホスホリパーゼは活性を40%低下させることが分かった。リパーゼとホスホリパーゼ処理のいずれにおいてもPSIIのサブユニット組成は変化しなかったので、ホスホリパーゼ処理による酸素発生活性の低下はPSIIに結合しているリン脂質が分解されたためと考えられる。これらの結果からPSIIの構造と活性維持にリン脂質が重要な役割を持っていることが示され、良質なPSIIの結晶作製にリン脂質の添加が有効かもしれないことが示唆された。今後はPSII電子伝達反応におけるリン脂質の機能部位を各種活性測定法により特定する予定である。集光性アンテナタンパク質(LHCII)の結晶構造は2004年Liuらによって報告されたが(Liu et al.Nature,2004,428,287-292)、光化学系II(PSII)の構造が充分高い分解能で解明されていないため、LHCIIからPSIIへのエネルギー伝達機構の詳細はまだ分かっていない。本研究では、PSIIの構造と機能を完全に解明するため、PSII複合体に含まれる脂質分子に着目し、その役割を分析した。昨年度において好熱性ラン色細菌Thermosynechococcusvulcanusより高度に精製したPSIIコア複合体をリパーゼとホスホリパーゼで処理した結果、ホスホリパーゼがリパーゼよりPSIIの酸素発生活性を大きく低下させたことを見出した。本年度においては、それぞれの処理によるPSIIの活性阻害の部位を、DPC存在下におけるDCIPの光還元活性、酸素発生に対するDCMUの阻害率、及びPSII由来蛍光収率の測定から、ホスホリパーゼ処理はPSIIのQ_B結合部位を破壊することにより、Q_AからQ_Bへの電子伝達を阻害し、酸素発生を低下させたという結論を得た。一方、リパーゼ処理による活性の低下は小さく、その影響はPSIIの特定の電子伝達部位によるものではなく、おそらくPSIIの構造変化によるものであろうと推測された。さらにPSIIに含まれる脂質の量を分析した結果、ホスホリパーゼ処理はリン脂質を特異的に分解したが、リパーゼ処理はMGDGのみを特異的に分解した。これらの結果から、リン脂質はPSIIのQ_B結合部位の構造維持に重要な役割を持っているが、MGDGはPSIIの全体構造の保持に何らかの役割を持っているという結論に至った。

好熱性ラン色細菌Thermosynechococcus vulcanus由来光化学系II複合体(PSII)の二量体をホスホリパーゼ処理することにより、リン脂質が特異的に分解され、それに伴いQ_AからQ_Bへの電子伝達が阻害された。しかし、同処理を施したPSIIでもリン脂質が2-3分子結合しており、酸素発生活性の阻害率が40%程度にとどまったことから、リン脂質が同PSIIに強く結合していることが示唆された(論文投稿中)。また、リパーゼ処理によりMGDGが約60%分解され、PSIIあたり5分子残存することになるが、酸素発生活性はわずか16%阻害されただけであった。これらの結果からMGDGやリン脂質などの脂質分子が同PSIIに強く結合することにより、好熱性ラン色細菌PSIIの高い熱安定性に寄与していることが示唆された。そこでより不安定な高等植物のホウレン草からPSII二量体を精製し、同様な処理を行なったところ、ボスホリパーゼ処理によりリン脂質が、また、リパーゼ処理によりMGDGがほぼ完全に分解され、それらに伴い酸素発生活性がいずれも未処理の20%程度に低下したことが分かった。これらの処理によるPSII電子伝達反応への阻害部位を、酸素電極、DCIPの光還元活性、蛍光収率などの各種手法を用いて調べた結果、いずれの場合も水分解反応のみならず、還元側(電子受容タイ側)も阻害されたことが分かった。しかし、いずれの処理もPSIIのタンパク質組成に影響を与えなかった。これらの結果から、リン脂質またはMDGDの完全な分解により、PSIIの立体構造が維持できなくなり、それによりPSIIの全体活性が低下したことが示された(論文投稿準備中)。
芳香環二原子酸素添加酵素のコンポーネント間相互作用の解明

昨年度に回折データを取得したOxy:生成物複合体のについて2.30オングストローム分解能で構造を決定した。この構造の中で生成物は、これまで基質を固定するのに重要だと考えられてきたPhe275だけでなく、Phe329の芳香環とも相互作用を行っていることが明らかになった。CARDOはbiphenylに対しても高い活性を示すことが知られていたが、biphenyl型の物質に対しては生成物と同様に固定していると考えられる。過去の研究から、Phe329はCARDOの酸化活性に大きな影響を与える残基であることが分かっており、今回は構造の面からその理由の一端を説明することが出来た。還元型Fdについては、結晶化溶液中の溶存酸素が原因で結晶化時に酸化していると推定されたため、今年度は脱酸素剤と長期保存することで溶存酸素を減らすことを試みた。その結果、結晶の形がこれまでと異なる結晶を取得し、顕微分光を用いて結晶の吸光スペクトルを調べたところ還元型を示したため、この結晶を用いて回折データを取得し、分解能1.79オングストロームで構造を解明した。現在解析中であるが、酸化型Fdと比較すると電子伝達中心である[2Fe-2S]クラスター周辺の主鎖構造が2か所変化し、水素結合ネットワークが変化していた。酸化還元状態に依存した構造変化や複合体形成に有利に働く構造変化だと考えられる。他のROのコンポーネント間相互作用と比較する研究では、昨年度までにCDOのOxyのアミノ酸置換体16種の発現用ベクターを作成していたため、今年度はタンパク質を用いてコンポーネント間電子伝達速度についてのデータを取得したが、野生型のOxyと比較して活性が上昇するものと下降するものが見られた。また結合部位として予想される2か所のどちらでも同様な傾向が見られたため、結合部位の決定には至っておらず、測定法の改良を行っている。28年度が最終年度であるため、記入しない。Oxy:生成物複合体の構造解明を目指し、carbazoleを挿入した還元型Oxyの結晶に対して酸素暴露や過酸化水素によって酸化処理を行い、顕微分光により酸化型であることを確認した結晶から構造を取得したが、明確な生成物の電子密度を確認することが出来なかった。結晶の酸化が困難だったため、酸化型Oxyの結晶に対して生成物類縁体である2,2',3-trihydroxybiphenyl (THBP)を挿入したところ、Oxy:THBPの構造を取得できた。現在この構造の精密化を行っている。還元型Fdの構造解析に関しては結晶化溶液の脱酸素を効率的に進めるため、脱酸素処理した粉末から結晶化溶液を調製し結晶を作製したが、還元状態を維持出来ていなかった。ITCを用いた解析では、バッファーの組成、バッファー交換の方法など実験系の検討を行った後、Oxy、Fdの酸化還元状態を制御してITCを行った。Oxyは還元されるとFdとの親和性が低下すること、Fdの還元により吸熱反応が発熱反応に変化することが分かった。より正確なデータを取得するため、今後もデータ取得を行う。ROのコンポーネント間相互作用を解明するため、CDOのOxy:Fd複合体の結晶化スクリーニングを行い高分解能の結晶を得たが、Fdを含まないOxyのみの構造であった。またFd単体の結晶化スクリーニングも行ったが構造は得られていない。Fd結合部位を生化学的手法により決定するため、Oxyのアミノ酸置換体16種の発現用ベクターを作成し、全てのタンパク質の発現を確認した後、CDスペクトル測定によって主鎖構造に変化がないことを確かめ、コンポーネント間電子伝達速度について一連のデータを取得した。今後は繰り返し実験を行うことでより正確なデータを取得する。Oxy:生成物複合体の結晶構造解析に関しては当初の計画とは異なる方法だがOxy:生成物複合体の構造を取得できており、概ね予定通りに進行している。今後も還元型Oxyの結晶の酸化方法について検討していく。還元型Fdに関しては2年がかりで構造決定を行うことも考えられたため、進捗状況としてはさほど狂いは生じていない。しかし計画段階で予定していた手法でも酸化還元状態を維持できていなかった為、原因を探っていく必要がある。現在使っている沈殿剤は非常に粘性が高く、脱酸素が難しいと判断した場合は他の結晶化条件を探っていくことも必要と考えられる。酸化還元状態を制御したITCに関しては実験系の構築が完了しており、実験を繰り返し行う必要があるが、概ね予定通りに進行している。CDOの結晶構造解析に関しては二年中の結晶化を目指しているため、こちらも予定からの大きな遅れはない。Fd単体及びOxy:Fd複合体での結晶化条件のスクリーニングについて今後も続けていく。Fdはこれまでに結晶が得られていないため、バッファーや濃度に関してもう一度検討を行う。生化学的解析についてはアミノ酸置換体の作成が完了し、発現させたタンパク質に主鎖構造の変化がないことを確認しているため、今後データの連数を増やしていく。

過去の研究から、Phe329はCARDOの酸化活性に大きな影響を与える残基であることが分かっており、今回は構造の面からその理由の一端を説明することが出来た。還元型Fdについては、結晶化溶液中の溶存酸素が原因で結晶化時に酸化していると推定されたため、今年度は脱酸素剤と長期保存することで溶存酸素を減らすことを試みた。その結果、結晶の形がこれまでと異なる結晶を取得し、顕微分光を用いて結晶の吸光スペクトルを調べたところ還元型を示したため、この結晶を用いて回折データを取得し、分解能1.79オングストロームで構造を解明した。現在解析中であるが、酸化型Fdと比較すると電子伝達中心である[2Fe-2S]クラスター周辺の主鎖構造が2か所変化し、水素結合ネットワークが変化していた。酸化還元状態に依存した構造変化や複合体形成に有利に働く構造変化だと考えられる。他のROのコンポーネント間相互作用と比較する研究では、昨年度までにCDOのOxyのアミノ酸置換体16種の発現用ベクターを作成していたため、今年度はタンパク質を用いてコンポーネント間電子伝達速度についてのデータを取得したが、野生型のOxyと比較して活性が上昇するものと下降するものが見られた。また結合部位として予想される2か所のどちらでも同様な傾向が見られたため、結合部位の決定には至っておらず、測定法の改良を行っている。得られたOxy:生成物複合体の構造を既知の基質複合体の構造と比較し、基質と生成物の結合に関わるアミノ酸残基の違いを調べる。見つかったアミノ酸に関してはアミノ酸置換を行い、基質変換能やITCによって活性比較を行い、その残基の機能の特定を行う。還元型Fdに関しては、還元状態が酸化状態に変わるタイミングを探っていく。具体的には還元型Fd溶液での顕微分光データを取得し、操作の違いによる酸化還元状態の違いを確かめる。また酸化が結晶化溶液に由来する場合は粘性が低い条件での結晶化を試みる。酸化還元状態依存的なITCに関しては構築した実験系に従って実験を繰り返す。CDOの複合体の結晶化に関してはこれまでと同様に結晶化条件のスクリーニングを進める。OxyとFdを混合した条件での結晶が得られない場合、クロスリンクなど別手法を導入して結晶化を進める。活性測定に関しては繰り返し測定を行っていく。28年度が最終年度であるため、記入しない。
リンゴ斑点落葉病菌のAM毒素生合成遺伝子クラスターの起源を探る

リンゴ斑点落葉病菌(Alternaria alternata apple pathotype)は、宿主特異的AM毒素を生産し、毒素感受性のリンゴ品種に斑点性病害を引き起こす。先に、本菌の12個のAM毒素生合成遺伝子(AMT)のうち7個が、Mycosphaerella属菌からの水平移動によって成立したことを示す結果を得た。本研究では、コムギ葉枯病菌(M. graminicola)の相同遺伝子領域が第2次代謝遺伝子クラスターであること、この領域の遺伝子群がコムギへの感染時に発現すること、本菌が人工培養時に毒性物質を生産することを見出し、葉枯病菌がAM毒素と構造類似の毒素を生産にすることを示唆した。申請者らは、リンゴ斑点落葉病菌(Alternaria alternata apple pathotype)の宿主特異的AM毒素の生合成遺伝子(AMT)クラスターを同定するとともに、12個のAMT遺伝子のうち57個の相同遺伝子が、系統学的に離れたMycosphaerella属菌のゲノム中にクラスターとして存在することを見出した。本研究では、コムギ葉枯病菌(M. graminicola)を用いて、リンゴ斑点落葉病菌の病原性進化をもたらした起源遺伝子群の機能を探ることを目的とする。今年度は、主に以下の研究を実施した。リンゴ斑点落葉病菌とコムギ葉枯病菌の相同遺伝子の機能を比較するために、リンゴ菌のAMT破壊株のコムギ葉枯病菌相同遺伝子(MgAMT遺伝子)による変異相補を試みた。MgAMT遺伝子のプロモーターでは、リンゴ斑点落葉病菌で発現しない可能性が考えられた。そこで、約1.0 kbのプロモーター配列と約0.5 kbのターミネーター配列を含む各AMT遺伝子をクローン化し、そのエクソン・イントロン領域をMgAMTに置き換えた変異相補ベクターを作製した。リンゴ斑点落葉病菌のAMT4、AMT5またはAMT6破壊株にそれぞれの相補ベクターを導入したところ、AMT5とAMT6の破壊株ではAM毒素生産性が回復したが、AMT4破壊株では回復しなかった。コムギ葉枯病菌のMgAMT領域を含む約90 kbのゲノム領域の構造を解析し、7個のMgAMT遺伝子を含め第2次代謝に関連する可能性がある13個の遺伝子がコードされていることを見出した。接種後経日的に採取したコムギ葉からRNAを抽出し、この領域にコードされる25個の遺伝子の発現をRT-PCRによって検出した。その結果、病徴が出現していない感染初期から、二次代謝関連遺伝子群が発現していることが明らかとなった。リンゴ斑点落葉病菌のAMT変異株のコムギ葉枯病菌のMgAMTによる変異相補実験によって、AMT5とMgAMT4、AMT6とMgAMT6が同じ機能を、AMT4とMgAMT4が異なる機能を持つことが示された。AMT5とAMT6はアミノ酸修飾酵素を、AMT4はペプチド合成の最終段階を触媒する酵素をそれぞれコードしている。以上の結果は、コムギ葉枯病菌のMgAMT領域がAM毒素と化学構造が類似したペプチド第2次代謝産物の生合成に関与することを示唆した。コムギ葉枯病菌のMgAMT領域を含む約90 kb領域には、25個の推定遺伝子がコードされている。それらのデータベース相同性解析によって、7個のMgAMT遺伝子を含む13個が第2次代謝に関与すると推定した。この領域の遺伝子のコムギ感染時における発現をRT-PCRによって検出したところ、病徴が出現していない感染初期から二次代謝関連遺伝子群が転写され、病徴発現に伴って転写レベルが増加する傾向が認められた。以上の結果は、MgAMT領域によって生合成されるペプチド第2次代謝産物が植物感染に関与することを示唆した。以上のように、今年度は、リンゴ斑点落葉病菌とコムギ葉枯病菌の相同遺伝子の機能比較、コムギ葉枯病菌のMgAMT領域の植物感染時における遺伝子発現解析について、当初予定した研究をほぼ実施することができ、研究は順調に進展している。申請者らは、リンゴ斑点落葉病菌(Alternaria alternata apple pathotype)の宿主特異的AM毒素の生合成遺伝子(AMT遺伝子)クラスターを同定するとともに、12個のAMT遺伝子のうち57個の相同遺伝子が、系統学的に離れたMycosphaerella属菌のゲノム中にクラスターとして存在することを見出した。昨年度、コムギ葉枯病菌のAMT相同遺伝子(MgAMT)を含む約90 kbのゲノム領域から7個のMgAMTを含む13個の第2次代謝関連遺伝子を見出し、この領域がAM毒素と構造が類似した代謝産物の生合成遺伝子クラスターであることが示唆された。そこで本年度は、コムギ葉枯病菌を各種培地で培養し、培養液のコムギ葉とリンゴ葉に対する毒性を検定した。その結果、培地、培養条件によって活性に差があるものの、本菌の培養液がコムギ葉、さらにリンゴ葉に壊死を引き起こし、培養時に毒素を生産する可能性を見出した。リンゴ斑点落葉病菌とコムギ葉枯病菌の相同遺伝子の機能を比較するために、リンゴ斑点落葉病菌のAMT破壊株のコムギ葉枯病菌のMgAMT遺伝子による変異相補を試みた。

MgAMT遺伝子のプロモーターでは、リンゴ斑点落葉病菌で発現しない可能性が考えられた。そこで、約1.0 kbのプロモーター配列と約0.5 kbのターミネーター配列を含む各AMT遺伝子をクローン化し、そのエクソン・イントロン領域をMgAMTに置き換えた変異相補ベクターを作製した。リンゴ斑点落葉病菌のAMT10破壊株を作出し、MgAMT10相補ベクターを導入したところ、AM毒素生産性が回復した。リンゴ斑点落葉病菌(Alternaria alternata apple pathotype)は、宿主特異的AM毒素を生産し、毒素感受性のリンゴ品種に斑点性病害を引き起こす。先に、本菌の12個のAM毒素生合成遺伝子(AMT)のうち7個が、Mycosphaerella属菌からの水平移動によって成立したことを示す結果を得た。本研究では、コムギ葉枯病菌(M. graminicola)の相同遺伝子領域が第2次代謝遺伝子クラスターであること、この領域の遺伝子群がコムギへの感染時に発現すること、本菌が人工培養時に毒性物質を生産することを見出し、葉枯病菌がAM毒素と構造類似の毒素を生産にすることを示唆した。前年度に引き続き、リンゴ斑点落葉病菌のAMT破壊株のコムギ葉枯病菌相同遺伝子による変異相補実験によって、両菌の相同遺伝子の機能(酵素活性)を比較評価する。コムギ葉枯病菌のMgAMT領域の機能を解析するために、MgAMT破壊株を作出する。予想産物であるペプチドの合成を完全に抑制するために、非リボソーム型ペプチド合成酵素遺伝子MgAMT1と構成アミノ酸生合成酵素遺伝子MgAMT6をターゲットとする。葉枯病菌は、培地上での成育が非常に遅く、扱いにくい菌ではあるが、アグロバクテリウムを用いた形質転換系が報告されている。バイナリーベクターを用いて、各遺伝子の置換型遺伝子破壊ベクターを作製し、アグロバクテリウムを用いて葉枯病菌に導入し、遺伝子破壊株を作出する。遺伝子破壊株のコムギに対する病原性、各種培地での成育、胞子形成、酵母用細胞形成などを検定し、MgAMT領域によって生合成されるペプチド第2次代謝産物の病原性における機能について検証する。MgAMT領域に存在する遺伝子の各種培地での発現レベルをqRT-PCRによって調査し、同調的に高発現する培地を選抜する。選抜した培地で野生株、MgAMT破壊株を培養し、多波長検出HPLC解析とLC-MS解析によって培養液中の代謝産物を比較、MgAMT産物候補の探索を試みる。以上の研究結果を総合的に検討することによって、AM毒素生産性の獲得によるリンゴ斑点落葉病菌の病原性進化をもたらした、Mycosphaerella属菌の起源遺伝子群の機能を探る。植物病理学
神経前駆細胞の細胞周期進行と娘細胞運命決定の時間関係をスライス培養下に探査する

胎生13-14日マウス大脳皮質原基をモデルシステムとして,細胞周期進行と細胞運命決定と細胞運動のリンクに関する以下のような知見を得た.大脳皮質原基(大脳壁と称され,0.2-0.3mmの厚さを有する)の神経前駆細胞は,原基の内面(脳室面)から外面(脳膜面)までつながって細長い形をしている.脳室面ではお互いにアドヘレンスジャンクションによって連結されており,ちょうどえのき茸あるいはカイワレ大根のような状態で「壁」の支柱としての形態をとっている.前駆細胞の核はDNA合成中には脳室面から離れた場所にある.80%程度の前駆細胞は細胞周期のG2期に核を脳室面に送り,そこでM期を迎える.一方,残りの20%程度の前駆細胞は,DNA合成をする位置よりもさらに深部(脳膜側)においてM期を迎え,分裂する.この,「深部での分裂」は,ほとんどがニューロン2つを作る分裂であり,「脳室面での分裂」がニューロンと前駆細胞を1つずつ,あるいは前駆細胞を2つ作るような分裂であるのとは対照的である.この「ニューロン作り専門的な深部での分裂」にあたって,前駆細胞は,脳室面に保有していたアドヘレンスジャンクションを消失し,あたかも根を抜くようにして「深部」へと移動する.本研究は,bHLH型転写因子であるNeurogepin2タンパクが,一部の前駆細胞において細胞周期のG1期をピークとする発現を示すことと,こうした「深部に向かう」形態変化に対して重要な働きをしていることを突き止めた(Development 131,3133-3145,2004;JNeurosci Res 78,784-795,2004).神経前駆細胞は脳・脊髄や網膜の原基すなわち神経上皮のなかで脳室面と脳膜面を突起で結ぶ双極型をしており,自身の細胞周期進行の間に核および細胞体を移動させることが知られている.多くの前駆細胞が脳室面でM期を,そして脳室面から数十マイクロメートル深部においてS期を迎える(細胞周期依存的昇降がエレベーター運動と称される).ところが大脳皮質の原基では,ニューロン産生が活発な発生ステージにおいて,脳室面での分裂に加えて深部での前駆細胞分裂が全体の起こる.従来はこの非脳室面分裂がいかなる意味を持つのか謎であった.宮田はスライス培養法を用いて,まず非脳室面分裂細胞がニューロン2個をつくることを見いだした.そしてこのニューロンづくり専門化が細胞周期のS期までに進むこととそれに対応してS期の終わりからG2期にかけて脳室側の突起を虚脱させるという不可逆的な形態変化が起こることを観察した.つまり,非脳室面分裂を行う前駆細胞は脳膜側方向への移動だけを一方通行的に行う,さらに,このニューロンづくり専門化と脳室面離脱にbHLH型転写因子のNeurogenin2が関与していることをウイルスを用いた機能実験により突きとめた.以上の結果から,大脳皮質原基の前駆細胞が(1)自身の細胞周期の進行,(2)細胞運動および分裂位置の決定,そして(3)いかなる娘細胞をつくるのか(細胞運命決定)という3つの事象を巧妙にリンクさせてステージごとに組織が求める細胞産生のスケジュールを達成していることが明らかになった.胎生13-14日マウス大脳皮質原基をモデルシステムとして,細胞周期進行と細胞運命決定と細胞運動のリンクに関する以下のような知見を得た.大脳皮質原基(大脳壁と称され,0.2-0.3mmの厚さを有する)の神経前駆細胞は,原基の内面(脳室面)から外面(脳膜面)までつながって細長い形をしている.脳室面ではお互いにアドヘレンスジャンクションによって連結されており,ちょうどえのき茸あるいはカイワレ大根のような状態で「壁」の支柱としての形態をとっている.前駆細胞の核はDNA合成中には脳室面から離れた場所にある.80%程度の前駆細胞は細胞周期のG2期に核を脳室面に送り,そこでM期を迎える.一方,残りの20%程度の前駆細胞は,DNA合成をする位置よりもさらに深部(脳膜側)においてM期を迎え,分裂する.この,「深部での分裂」は,ほとんどがニューロン2つを作る分裂であり,「脳室面での分裂」がニューロンと前駆細胞を1つずつ,あるいは前駆細胞を2つ作るような分裂であるのとは対照的である.この「ニューロン作り専門的な深部での分裂」にあたって,前駆細胞は,脳室面に保有していたアドヘレンスジャンクションを消失し,あたかも根を抜くようにして「深部」へと移動する.本研究は,bHLH型転写因子であるNeurogepin2タンパクが,一部の前駆細胞において細胞周期のG1期をピークとする発現を示すことと,こうした「深部に向かう」形態変化に対して重要な働きをしていることを突き止めた(Development 131,3133-3145,2004;JNeurosci Res 78,784-795,2004).