hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨芽細胞における交感神経系を介した時計遺伝子発現に関する分子薬理学的研究

概日リズムの中枢である視床下部の視交叉上核から、末梢臓器の末梢時計に中枢情報を伝達する交感神経および副腎系の役割を検討するため、交感神経の活動亢進が骨芽細胞における時計遺伝子の発振や骨芽細胞の活動に与える影響を調査した。その結果、培養ヒト骨芽細胞SaM-1において、イソプレナリン、デキサメタゾンが時計遺伝子の発振を誘導すると共に、I型コラーゲンやアルカリホスファターゼの発振をも誘導する事を見いだした。さらに、12時間の明暗サイクル維持したマウスにおける骨の時計遺伝子、骨代謝関連遺伝子の解析において、骨代謝の概日リズムを示唆した。本研究結果より、骨代謝における概日リズムの時計情報伝達における交感神経活動の意義を分子レベルで明らとした。骨代謝が交感神経によって制御されている可能性が最近注目されている。一方、組織学的研究は骨代謝に概日リズムが存在することを古くから示している。交感神経およびコルチゾールも概日リズムを持つことから、骨代謝の概日リズムにおいて交感神経およびグルココルチコイドによる時計遺伝子発現制御との関連が示唆される。本研究の目的として、アドレナリン受容体およびグルココルチコイド受容体への薬理学的な刺激による時計遺伝子の発振と概日リズムの誘導を調べ、骨芽細胞におけるアドレナリン作動薬およびグルココルチコイドによる時計遺伝子発現機序と生理機能への関与を検討する。本年度は、マウス骨芽細胞としてMC3T3-E1細胞を用い、アドレナリン(αおよびβ-アドレナリン受容体刺激)、フェニレフリン(α-アドレナリン受容体刺激)、イソプレナリン(β-アドレナリン受容体刺激)を2時間刺激後、RNAを4時間毎に48時間まで回収し、リアルタイムRT-PCR法により、時計遺伝子であるperiod1,2,3およびBmal1, clockのmRNA発現量を比較した。結果として、アドレナリン投与において最初の2時間でperiod1の一過性の上昇、遅れてBmal1の上昇、20時間後のperiod1,2,3の再上昇という時計遺伝子の発振が認められた。しかしclockのmRNA量の変化はみられなかった。その他の薬物についても、同様の結果が得られた。さらにperiodの発現誘導に重要と言われているCREBのリン酸化による活性を調べたところ、αおよびβ-アドレナリン受容体刺激ともに活性化の増大がみられた。以上の結果から、交感神経は、骨芽細胞においてCREBを介して時計遺伝子発現を制御していることが示唆された。現在、グルココルチコイドにおいても同様に検討中である。今後、骨代謝にかかわる遺伝子の発現との関わりを調べており、時計遺伝子と骨代謝の関連を明らかにしていく予定である。骨代謝が交感神経系により制御されている可能性をin vivoおよびin vitroの実験により示しているが、骨代謝における概日リズムの存在は組織学的研究により古くから示されている。近年、概日時計の中枢が視床下部の視交叉上核に存在し、この中枢時間情報が末梢臓器の末梢時計に交感神経系および副腎を介して伝達されることが示唆されている。本年度では、アドレナリン受容体およびグルココルチコイド受容体への薬理学的な刺激によるヒト骨芽細胞における時計遺伝子の発振の軽時的変動を解析した。すなわち、イソプレナリン(1μM)、デキサメタゾン(1μM)あるいは50%血清にて2時間処理したSaM-1細胞におけるhPER1,hPER2,hPER3,hBMAL1,hCLOCKの発現をReal-Time PCR法にて2-4時間毎に32時間まで測定した。その結果、イソプレナリン、デキサメタゾン、50%血清はいずれも、hPER1の処理2時間後における急激な上昇と20-24時間後の上昇、hBMAL1の12-16時間後の上昇が確認された。50%血清はhPER2の処理2時間後に上昇を認めたが、イソプレナリン、デキサメタゾンはこの上昇を示さず、処理20-24時間後における上昇のみを示した。hPER1のデキサメタゾン処理による上昇とイソプレナリンおよび50%血清の上昇には2-4時間のタイムラグが認められた。また、これの処理はhCLOCKの変動を示さなかった。以上の結果より、ヒト骨芽細胞のβ-受容体とグルココルチコイド受容体活動が時計遺伝子の振幅に関与していることを示している。骨代謝は概日リズムを形成しているが、交感神経により制御されている事も知られている。概日時計の中枢は視床下部の視交叉上核に存在し、この中枢時間情報が末梢臓器の末梢時計に交感神経系および副腎を介して伝達されることが示されている。

本年度は、アドレナリン受容体およびグルココルチコイド受容体への薬理学的な刺激による時計遺伝子と骨代謝関連遺伝子の発振の経時的変動を解析した。ヒト骨芽細胞(SaM-1)において、イソプレナリン(1μM)、デキサメタゾン(0.1μM)の処理は時計遺伝子を発振し、hPER1は処理2時間後における急激な上昇と20-24時間後の上昇、hBMAL1は12-16時間後の上昇を示した。両者の発振には僅かなズレが観られ、hPER1の上昇には2-4時間のタイムラグがみられた。このイソプレナリンやデキサメタゾンの処理は、時計遺伝子の発振と同様に、骨関連遺伝子のType1 collagenやALPを発振した。発振された位相のピークは相反していた。また、SaM-1と同様に、ヒト骨肉腫由来骨の芽細胞様細胞(MG-63)においてもイソプレナリン、デキサメタゾンの処理により時計遺伝子の発振がみられ、腫瘍細胞でも時計遺伝子が正常に制御されていた。In vivoにおいて骨代謝の概日リズムを明らかにするため、12時間の明暗サイクルで維持したマウスにおける骨の時計遺伝子、骨代謝関連遺伝子を解析したところ、骨組織における時計遺伝子(PER1, BMAL)および骨関連遺伝子(NFAT, Cathepsin K, Type1 collagen, Runx2)の発現にリズミカルな発振が認められた。現在、これらの発振が交感神経を持続的に亢進させたマウスおよび交感神経や感覚神経を除去したマウスで検討している。本研究により、骨代謝における概日リズム制御に神経系の役割を分子レベルで示唆したが、今後、時計遺伝子と骨代謝関連遺伝子や細胞増殖に関わる肝細胞増殖因子等の成長因子の遺伝子発現との関わりを解明したい。
第2言語としての日本語のテンス・アスペクト習得に関する基礎研究

今年度は以下の2つの研究を行った。<研究I>成人日本語学習者のテンス・アスペクトの習得に関する縦断研究1.九州大学に在籍する留学生の中から、日本滞在歴1カ月以内で、母国での日本語学習歴が3カ月以内の日本語学習者の中から、今後2年以上九大に在籍する予定の中国語話者1名、韓国語話者1名を選び、調査への協力を依頼した。2.10日に1度の間隔で、毎回およそ1時間のインタビューを行い、発話データの収集を行った。(インタビュー内容は被験者の許可をとった上ですべて録音・録画した)3.データはすべて文字化をした。<研究II>学習者の母語や学習環境の違いがテンス・アスペクトの習得に与える影響に関する研究1.九州大学留学生センターで実施している初級日本語クラスの学習者全員に「10年前の私、今の私、10年後の私」というタイトルで作文を書かせてデータの収集をした。2.同様のデータを2人の研究協力者を通じて、中国国内の大学と韓国国内の大学でも収集した。3.収集したデータを研究Iと同様にすべて文字化を行った。※二つの調査を通じて収集したデータは、ほぼ全てコンピューターへの入力作業は終了し、現在は調査結果の分析に入っている。今後はまず、前回の研究で立てた仮説を検証し、その上で(1)横断データで観察された発達順序が縦断研究でも同様に観察されるのか、また(2)学習者の母語や学習環境の違いは発達順序に影響を与えるのか、という2点について検証を行う予定である。
古代語名詞句の意味と統語現象との関係についての記述的研究

本研究では古代語の名詞句を意味と統語現象の観点から記述した。平安時代の文学作品を資料とした。そこから古代語の名詞句の用例を抽出して分析を行い、以下の点を明らかにした。(1)名詞句「使ふ人」は、形態的緊密性において語、節との連続性をもつ。(2)「む」を含む準体句は条件節(「未然形+ば」)と連続性をもつ。その節は文脈に依存して条件文を形成する。(3)「形容詞+こと」タイプの名詞句は受諾表現で用いられる。名詞句の運用面に注目する必要がある。今年度の研究実績の概要について報告する。今年度は研究期間の1年目であり、研究環境をすみやかに整備するとともに、1)理論面、2)実証面の基礎的、準備的作業に重点を置いた。以下、具体的に説明していく。1)理論面古代語の名詞句を扱う上で基礎論となるのは、句という言語単位がどのように位置づけられるかである。しかしながら、古代語において理論的検討はなされていないのが現状である。そこで、日英語対照研究で提示された「形態的緊密性」テストを古代語に適用する実験を行った。古代語名詞句「使ふ人」を対象として、語と句の連続性を捉える方法を考案した。その成果は、福井大学言語文化学会における研究発表、愛媛大学国語国文学会における招待講演で公開している。2)実証面古代語名詞句の基礎データを構築すべく、『伊勢物語』を資料として、パイロット調査を実施した。『伊勢物語』における「人名詞句」(人を表す名詞句)をすべて抽出し、それらと述語との対応関係、指示詞との照応、意味の特定性の観点から、分析を行った。また、データを吟味する上で必要となる本文研究の成果の理解に努めた。また、国立国語研究所のプロジェクトへの参画を通して、本研究は、古典語コーパスの開発についても有用であることがわかった。以上が研究実績の概要である。本研究の目的は、古代語名詞句の意味と統語現象との関係について記述分析することである。本研究の研究期間は4年間であり、平成23年度は2年目にあたる。前年度の研究成果を受けて、下記のような研究を行い、成果を得た。まず、古代語名詞句の理論面の理解を深めるべく、数回の文献調査を行い、著書、論文等の情報を収集した。対象を古代語に限定せず、現代語の名詞句についても文献を収集した。さらに、やはり年数回の研究打ち合わせ会議を開催し、古代語名詞句の理論的問題について情報交換をおこなった。文法史の研究者だけでなく、古典文学の研究者との教示を得て、文化史的な側面からの理解も深めることができた。さらには、国立国語研究所の「通時コーパスプロジェクト」との連携によって、データ作成の効率化を図ることが可能となった。この点は、次年度以降の研究にとって大きな推進力となるはずである。上記の検討を通して明らかになった課題として、「古代語の名詞句を言語単位のどこに位置づけるか」がある。従来の研究では、語と句と節との境界線についてはきわめて曖昧であり、その根本的な検討は手つかずのまま現在に至っている感がある。本研究にとって、この問題を避けて通ることはできないので、そのための事例研究を行った。それを論文として、「古代語名詞句と語・節との関係-形態的緊密性の観点から」というタイトルで発表した。これが本年度、公表した研究成果である。その他、国立国語研究所でのワークショップの招待発表においても本研究の一部に言及した。本年度の研究を総括すれば、理論面に重点をおいて成果を得たといえよう。一方、実証面たるデータ作成については、まだ構築の途上にあり、平成24年度においてさらなるデータの拡大に努めていく必要がある。以上が、研究実績の概要である。今年度は研究期間の最終年度であり、これまでの研究成果をふまえて、理論的、実証的に平安時代語の名詞句についての記述をおこなった。理論面においては、資料調査(文献調査)、文法史、中古文学の研究者との情報交換によって、名詞句の使用条件に重点をおいて観察、分析を行った。とりわけ、文タイプの観点が重要である。近代語において、言文一致の問題が話題になることが多いが、平安時代語においても、「話し言葉」と「書き言葉」の問題はポイントとなる。具体的には、会話文、地の文、心内文といった違いのなかで、名詞句がどのような振る舞いをするかが問題となる。この点については、文学研究者との意見交換によって理解を深め、問題点を明らかにした。その成果は、共著『徹底討論言文一致』(仮題)として今年中に刊行予定である。

実証面においては、平安期の主要な古典文学作品を資料として、「形容詞+こと」タイプの名詞句の用例を収集し、分析をおこなった。用例の検索には、国立国語研究所のオンラインコーパスを活用した。その成果は、国立国語研究所から刊行される「日本語史とコーパス」論集において発表予定である(投稿済み)。このタイプの名詞句が受諾表現で用いられる実態を記述するとともに、歴史コーパスの開発・実践においても意義が認められると思われる。なお、これまでの研究期間における成果は、研究成果報告書として印刷し、全国の研究者に配布しているところである。本研究の目的は、古代語名詞句の意味と統語現象との関係について記述分析することである。本研究の研究期間は4年間であり、平成24年度は3年目にあたる。この年度では、前年度までの研究の進展を受けて、下記のような研究を行なった。まず、古代語名詞句の理論面の理解を深めるべく、国立国会図書館(本館、関西館)で文献調査を行い、著書、研究論文、博士学位論文の情報を収集した。さらに、年数回の研究打ち合わせ会議を行い、情報交換を行うとともに自身の研究成果を発表した。文法史の研究者だけでなく、古典文学研究者、近代文学研究者とも情報交換を行った。研究成果の一部は、文法史研究会、国立国語研究所主催の配慮表現のシンポジウム、同研究所とオックスフォード大学上代コーパスプロジェクト(代表:フレレスビック教授)との共同開催のコーパス研究会で発表し、多くの有益な意見を得ることができた。また、7月から、同研究所の共同研究プロジェクト「日本列島と周辺諸言語の類型論的・比較歴史的研究」(代表:ホイットマン教授)のメンバーに加えてもらい、名詞句を他言語と比較しながら見ていく類型論的な視点を導入すること可能となった。本年度の研究を総括すると、「理論面の理解を深め、調査データを拡張した」ということになろう。具体的には、名詞句の言語単位における位置づけを押さえた上で、個々の名詞句の記述を進めてきたことになる。とりわけ、「形容詞+コト」「動詞+ヒト」タイプの名詞句については、日本語歴史コーパスの充実とともに、データ構築が進められたといえる。次年度には、さらなるデータ拡張を行い、研究報告書として完成させる予定である。以上が本年度の研究実績の概要である。理論面については、かなり進展が見られた。また、データ作成の技術的な面については、コーパスの活用によって、効率化の見通しが得られている。実際のデータ作成については、公務多忙等により、研究の時間が確保しがたいことから、予定よりやや遅れている。総合的にはおおむね順調といえる。25年度が最終年度であるため、記入しない。身内の介護、大学の業務多忙により十分な研究時間を確保することができなかったため。今後は、国立国語研究所との連携をより強化し、コーパス検索システムの活用によって、データ作成のスピードアップにつとめていきたい。研究計画の変更の必要性はなく、遂行上の問題点も現在は特に存在しない。昨年末に国立国語研究所の日本語歴史コーパス「中納言」が完成し、公開された。オンラインコーパスの活用によって、データ作成が容易になり、進捗が改善すると思われる。
無機-有機傾斜組成複合工学マトリックスの設計と創製

本研究では、シラノール[Si(OH)_4]とオルガノシラノール[R_2Si(OH)_2]との脱水縮合(ゾル・ゲル法)により作製したORMOSIL(Organically Modified Silicate)複合体に希土類錯体を導入した薄膜を作製し、その無機成分と有機成分との組成の傾斜化を行い、屈折率と成膜性を原子・分子レベルで制御し、機能性光学薄膜としての可能性を明らかにすることを目的とした。具体的には、石英ガラス基板上にユウロピウムフェナントロリン錯体ORMOSIL複合体を0.3μm塗布することで、基板と薄膜との屈折率の差を利用した導波路を作製し、これらの単結晶シリコン太陽電池用集光体としての可能性を検討した。得られた研究成果は以下の通りである。1.希土類錯体ORMOSIL複合体薄膜は、テトラエトキシシラン(TEOS)に対して、所定量のジメトキシジメチルシラン(DEDMS)あるいはジエトキシジフェニルシラン(DEDPS)、イソプロピルアルコール、水、ジアセトンアルコール(DDA)、および触媒として若干量の塩酸を加えることで合成でき、シリケート成分とオルガノシリケート成分との組成を広範囲に変化させることで、希土類錯体に基づく蛍光強度とマトリックスそれ自身に基づく屈折率が系統的に変化することが明らかとなった。2.上記の希土類錯体ORMOSIL薄膜(屈折率n=1.4)を石英ガラス板(屈折率n=1.45)上に塗布することで、臨界角15゚前後の導波路を形成できることが明らかとなった。3.上記の導波路のうち、ユウロピウムフェナントロリン錯体を分散したORMOSIL複合体薄膜を石英ガラス基板上に塗布したものは、この蛍光体薄膜が太陽光中の紫外部の光を単結晶シリコン太陽電池の光-電変換に有効な可視光に効率良く変換でき、これにより太陽電池の短絡電流がおよそ10%増大すことがわかった。
レーザによるガラスのナノ局所構造制御と光子伝達型フォトニック回路の創製

これまでに、ナノ結晶化を呈するガラス系において、紫外レーザー光照射により2次光非線形性を有するナノサイズの結晶/粒子が生成されることを初めて明らかにし、さらにそれらナノ結晶/粒子を極めて簡便・低コストな方法により、ナノ結晶子の緻密化・均一化や規則周期的に1次元/2次元配列構造として形成する新しいレーザプロセス法を開発してきた。このナノ結晶粒子の緻密および規則構造を、光触媒用の比表面積増大やランダムレーザーの形成、さらにはナノ粒子間における近接場光の伝搬を基本原理として、信号を伝達する光子伝達型の光回路として利用することが可能となる。KNbO_3-TeO_2という、熱処理によりナノ結晶化を示し、かつ結晶化により本来は結晶に固有の高機能性(2次光非線形性)を発現するガラス系を選択し、波長308nmを有するXeC1エキシマレーザにより局所加熱処理を実施し、次の成果を得た。1.パルスレーザの照射パルス数の増大に伴い、ナノ粒子の直径は漸増し、およそ30J/cm^2以上のエネルギーにおいて直径が飽和する変化傾向を見出した。2.基板に対して加熱補助を施すことにより、レーザ照射による加熱をより安定に実施することが可能となり、基板加熱のない場合に比べて、ナノ粒子直径のばらつき(偏差)を約1/5に低減することが出来た。ナノフォトニクス回路を実現する、新しい均一ナノ粒子形成法として実用的な手法の開発に成功した。さらに特筆すべき成果として、酸化チタンを選択的に形成するナノ結晶化ガラスの開発に成功した点を挙げることができる。我々が偶然見出した新しいガラス系においては、熱処理条件によって酸化チタン(ルチルおよびアナターゼ)のみが選択的に結晶化されることを発見した。この酸化チタンは、粒径約10nm程度のナノ結晶子としてガラス中に分布していることが電子顕微鏡観察によって確認され、酸化チタン・ナノ結晶化ガラスの開発に世界で初めて成功した。レーザ照射による局所加熱効果を利用し、ナノ結晶化を呈するガラス材料を用いてナノ結晶粒子の規則化構造創製に挑んでいる。本年度は、KNbO_3-TeO_2という、熱処理によりナノ結晶化を示し、かつ結晶化により本来は結晶に固有の高機能性(2次光非線形性)を発現するガラス系を選択し、波長308nmを有するXeClエキシマレーザにより局所加熱処理を実施した。以下に主要な成果を記す。1パルスレーザの照射パルス数の増大に伴い、ナノ粒子の直径は漸増し、およそ30J/cm^2以上のエネルギーにおいて直径が飽和する変化傾向を見出した。またその時、単位面積あたりのナノ粒子数は対照的に漸減する変化傾向を示すことが分かった。これら2つのパラメータについて、ナノ粒子による表面積占有率を考慮すると、直径の飽和値は、すなわち占有率が限りなく100%に近づくことにより決定されると考えられる。次に、パルス発振周波数を1Hzから10Hzへ増大させたところ、初期のナノ粒子直径は小さくなり、かつ飽和値も低減した。この事実は、周波数の増大により結晶核の数が増大し、成長に伴い直径の飽和直が低減するという現象を示唆している。つまりパルスレーザによる結晶化は、通常の均一熱処理による結晶化とはその核形成と結晶成長のメカニズムが大きく異なり、温度の周期的な変化、いわゆるON-OFF繰り返し加熱により、核形成がより支配的に起こる結晶化挙動を誘起していると結論付けられる。レーザ加熱によるナノ結晶粒子形成の機構について、その一端を初めて明らかにした。2基板に対して加熱補助を施すことにより、レーザ照射による加熱をより安定に実施することが可能となり、基板加熱のない場合に比べて、ナノ粒子直径のばらつき(偏差)を約1/5に低減することが出来た。

ナノフォトニクス回路を実現する、新しい均一ナノ粒子形成法として実用的な手法の開発に成功した。レーザ照射による局所的な集光加熱効果を利用し、ナノ結晶化や配向結晶化を呈するガラス材料を用いて結晶粒子の規則化構造創製に挑んでいる。本年度は、種々の組成を持ち、結晶化により本来は結晶に固有の高機能性(2次光非線形性)を発現するガラス系を選択し、波長308nmを有するXe Clエキシマレーザにより局所加熱処理による均一粒径制御およびファイバ形態による結晶化ガラスファイバの創製と配向結晶化構造の実現に成功した。以下に主要な成果を記す。1.紫外レーザ照射による集光加熱において、ガラス系によっては、レーザのパルス幅により結晶化に至る充分な温度まで加熱できない可能性がある。そこで、基板に対して加熱補助を施すことにより、レーザ照射による加熱をより安定に実施することが可能となり、基板加熱のない場合に比べて、ナノ粒子直径のばらつき(偏差)を低減し、なおかつ従来は結晶化を確認できなかったガラス系においても、透過型電子顕微鏡観察において結晶相を実証することに成功した。2.結晶化ガラスを用いて光ファイバを作製することにより、ベースはガラスでありながら結晶機能を併せ持つファイバ型デバイスが可能となる。光ファイバにおいては、その透明性が優先的な特性であるため、光波長に比して充分に小さいナノ結晶子を有するガラス系を用いて、ファイバの作製と熱処理によるナノ結晶化を実施した。作製されたナノ結晶化光ファイバの波長1.55μmにおける伝搬損失を定量的に評価し、約0.15dB/cmであることを初めて明らかにした。この値は、従来光スイッチなどアクティブ光デバイスとして提案されている、ニオブ酸リチウム結晶を用いた拡散型光導波路の伝搬損失約0.1dB/cmとほぼ同等の値であり、結晶化ガラス光ファイバが高機能素子として極めて実用性の高い新規デバイス開発であることを示した。これまでに、ナノ結晶化を呈するガラス系において、紫外レーザー光照射により2次光非線形性を有するナノサイズの結晶/粒子が生成されることを初めて明らかにし、さらにそれらナノ結晶/粒子を極めて簡便・低コストな方法により、ナノ結晶子の緻密化・均一化や規則周期的に1次元/2次元配列構造として形成する新しいレーザプロセス法を開発してきた。このナノ結晶粒子の緻密および規則構造を、光触媒用の比表面積増大やランダムレーザーの形成、さらにはナノ粒子間における近接場光の伝搬を基本原理として、信号を伝達する光子伝達型の光回路として利用することが可能となる。平成19年度における特筆すべき成果として、酸化チタンを選択的に形成するナノ結晶化ガラスの開発に成功した点を第一に挙げることができる。ガラスに含まれる酸化チタンは、酸化チタンが核となり各種の結晶相を生成させる核形成剤となることが従来の常識であった。我々が偶然見出した新しいガラス系においては、熱処理条件によって酸化チタン(ルチルおよびアナターゼ)のみが選択的に結晶化されることを発見した。この酸化チタンは、粒径約10nm程度のナノ結晶子としてガラス中に分布していることが電子顕微鏡観察によって確認され、酸化チタン・ナノ結晶化ガラスの開発に世界で初めて成功した。
「ビオガーデン」における資源循環型土壌の物理的評価に関する研究

本年度は,土壌中における微生物の挙動を透水との関係に着目して調べ,得られた成果を公表した.自然界において,土壌微生物は分解者としての役割を担い生態系を維持してきた.現在,バイオレメディエーション等,この土壌微生物のもつ機能を積極的に利用する取り組みが盛んである.土壌微生物の土中における移動は,主に団粒の崩壊や有機物の分解,鉱物の風化等をきっかけとし,透水によって生じると考えられる.こうした土壌微生物の移動過程の理解は,土壌微生物を利用する際のシステム管理と改善に不可欠である.そこで本研究では本年度,多孔質体中における透水に伴う細菌の移動と細菌の多孔質体への目詰まりについて調べる実験を行った.オタワ砂を詰め除菌水で飽和させた円筒型カラムに,細菌分散溶液を一定フラックスで流し,流出溶液の細菌濃度の時間変化を測定した(直接計数法).また,試料内の圧力分布の測定を行った(ノート型PC).透水終了後,カラム内に残った細菌の垂直分布を測定した.細菌は,鉱物油分解用微生物製剤から分離して用いた(ホモジナイザー).実験の結果,透水による砂中の細菌の移動と目詰まりには,試料の粒度分布や溶質,透水のフラックスが影響することがわかった.今後は,異なる水分状態や細菌の種類による違いを検討する必要がある.本年度は、ウッドチップから作った堆肥の分解過程と土壌の物理的性質との関係を明らかにすることを目的に調査と実験を行った。三重県立四日市農芸高校内のビオガーデンにおいて、1.土壌の物理的・化学的性質、2.土壌水とビオガーデン内の池の水質調査(COD, DO, EC, pH,温度,アンモニア態窒素濃度,硝酸態窒素濃度)、3.土壌動物の観察を行った。4.樹木の剪定枝葉から作った堆肥を埋設し(ガラス繊維ろ紙法)、堆肥の全炭素量と全窒素量の変化を測定(乾式燃焼法)して分解の経過を明らかにした。5.堆肥をビオガーデンから採取した土壌と混合し、恒温恒湿槽内で培養して堆肥の分解過程を明らかにした。6.三重大学内の圃場にも同じ堆肥を施用し、上記と同様の調査を行った。以上の調査については、次年度も継続して行う予定である。これらの成果は、今後ビオガーデンにおける、ウッドチップ堆肥に含まれる有機物の循環過程を明らかにすることに利用できる。また、7.有機物分解の担い手である土壌微生物の活性と圧力条件との関係を調べるための実験を行った。基質を添加した団粒を各圧力条件下で培養した結果、団粒中の全炭素量は大気圧条件下よりも減圧条件下で多く減少した。これは、土壌微生物の活性が土壌水の化学ポテンシャルに影響されることを示すと考えられる。今年度の成果については、既に学会において発表予定である。次年度は、四日市農芸高校のビオガーデンをモデルとしてビオガーデンにおける有機物資源の循環システムについての調査を進める一方、土壌微生物の活性と土壌水の化学ポテンシャルの関係をより明らかなものとするための実験を行う予定である。本年度は,土壌微生物の活動と土壌水のエネルギー状態の関係を調べるための実験を行い,得られた成果を論文および学会発表において公表した.土壌微生物は土壌における有機物分解の担い手であり,地球上の物質循環の過程に深く関係している.近年の持続的循環型農業への関心の高まりを背景に有機性資材の施用が増加しており,土壌中における土壌微生物の活動と土壌の物理的性質との関係をより明らかにすることが求められている.本研究では本年度,土壌の水分含量・気相と液相の比・基質濃度が等しい土壌試料を用いて,異なるゲージ圧で培養した土壌のT-C減少量を測定した.減圧によって,土壌微生物の活動に関わる土壌水のエネルギー状態を制御できると考えられる.その結果,相対C減少量はゲージ圧が-200kPaの範囲では減圧に伴って増加し,-60-20kPaでは減圧に伴って減少した.これは,減圧によって土壌水のエネルギー状態と酸素量が変化したことが土壌微生物の活動に影響したためと考えられる.また,相対C減少量のゲージ圧依存性は,団粒を粉砕した試料よりも団粒試料を用いた場合に強いことが示された.これは,団粒内の土壌微生物の分布状態によって減圧の影響が異なったことによると思われる.次年度は,減圧による酸素量の減少が相対減少量に与える影響を明らかにし,土壌微生物生物の活動と土壌水のエネルギー状態の関係をより詳細に調べる予定である.また,新しいエネルギー資源として注目され実用化が目指されているメタンハイドレートについて,土中資源の有効利用の視点からその形成機構を明らかにするために,ガラス粉体中のTHFクラスレートハイドレートの凍上現象を観察する実験を行った。本年度は,土壌中における微生物の挙動を透水との関係に着目して調べ,得られた成果を公表した.自然界において,土壌微生物は分解者としての役割を担い生態系を維持してきた.現在,バイオレメディエーション等,この土壌微生物のもつ機能を積極的に利用する取り組みが盛んである.土壌微生物の土中における移動は,主に団粒の崩壊や有機物の分解,鉱物の風化等をきっかけとし,透水によって生じると考えられる.こうした土壌微生物の移動過程の理解は,土壌微生物を利用する際のシステム管理と改善に不可欠である.そこで本研究では本年度,多孔質体中における透水に伴う細菌の移動と細菌の多孔質体への目詰まりについて調べる実験を行った.

オタワ砂を詰め除菌水で飽和させた円筒型カラムに,細菌分散溶液を一定フラックスで流し,流出溶液の細菌濃度の時間変化を測定した(直接計数法).また,試料内の圧力分布の測定を行った(ノート型PC).透水終了後,カラム内に残った細菌の垂直分布を測定した.細菌は,鉱物油分解用微生物製剤から分離して用いた(ホモジナイザー).実験の結果,透水による砂中の細菌の移動と目詰まりには,試料の粒度分布や溶質,透水のフラックスが影響することがわかった.今後は,異なる水分状態や細菌の種類による違いを検討する必要がある.
口腔癌における癌関連遺伝子異常についての研究

対象は、Spraque-Dawley系雌雄ラット、5週齢70匹を用いた。発癌剤は、0.001%濃度の4NQOを用い、飲料水として自由に飲水させた。4NQO投与群のラットは経時的に、舌に白斑を示し、その後軽度に肥厚し、その中に舌背を中心に、白斑性病変、乳頭状増殖、および漬瘍性病変が出現した。これらの病態を示すラットを屠殺後、凍結させ、各病変部のDNAの抽出を行い、P53、Ha-ras、Ki-ras遺伝子の異常について、PCR-SSCP法により解析した。その結果、正常ラットではP53、Ha-ras、Ki-rasとも遺伝子異常を示さなかった。これに対して、白斑病変や紅班病変ではP53、Ki-rasには異常が認められなかったものの、Ha-rasに異常を認めた。一方、扁平上皮癌ではKi-rasに遺伝子異常は認められなかったのに対し、P53、Hi-rasの2つに変異を認めた。これら変異を認めた症例において、腫瘍の大きさ、ならびに組織学的悪性度(1987年Anneroth)との関連について検討を加えたところ、腫瘍径との間には相関は認められなかった。核異型度の程度ならびに浸潤様式とは関連がみられ、程度が進むにつれてP53の変異頻度が増加する結果となった。本実験系の発癌過程における以上の結果より、正常組織が癌に至る悪性化の過程で、P53、Ha-ras遺伝子の変異が重要な役割を果たしている可能性が示唆された。対象は生検より得られた舌扁平上皮癌5例で、対照として正常口腔粘膜3例を用いた。方法は上記生検材料より得られた新鮮凍結組織からDNAの抽出をおこない、P53癌抑制遺伝子のエクソン49までの領域においてPCR-SSCPをおこない、変異の有無について検討をおこなった。その結果、扁平上皮癌では5例中2例(40.0%)に、P53癌抑制遺伝子の異常が認められた。臨床進行度(UICC,1987)との関連についてみると、TNおよびStage分類との間には相関は認められなかった。組織学的悪性度(Anneroth,1987およびWHO)との関連についても検討を加えたところ、低分化型、核異型の強いもの、さらに浸潤様式の高度の腫瘍ほど変異頻度が増加する傾向であった。次に、P53癌抑制遺伝子の変異を認めた2例についてdirect-Sequencingによって塩基配列を決定したところ、変異のタイプはすべて点突然変異であった。正常組織においてはいずれもP53癌抑制遺伝子の変異は認められなかった。以上よりP53癌抑制遺伝子は口腔扁平上皮癌においても、その発生および発育に関与していることが示唆され、また組織学的悪性度や予後の指標としても有用であることが窺われた。われわれはRAS,c-MYC等の癌核内遺伝子についても現在、同様の方法にて検討をおこなっている。さらに、実験的口腔癌における多段階発癌のメカニズムを解明するために、DNBA誘発ハムスター頬嚢粘膜扁平上皮癌の発癌過程におけるP53癌抑制遺伝子やRAS,c-MYC等の核内癌遺伝子など複数の遺伝子異常を経時的に検討する目的で、現在予備実験中である。対象は、Sreque-Dawley系雌雄ラット、5週齢70匹を用いた。4NQO投与群のラットは経時的に、口蓋に白斑を示し、その後軽度に肥厚し、その中に臼歯部粘膜を中心に、紅斑性病変、白斑性病変、乳頭状増殖、および潰瘍性病変が出現した。これらの病態を示すラットを屠殺後、凍結させ、各病変部のDNAの抽出を行い、P53、P16、c-H-ras、c-K-ras遺伝子の異常について、PCR-SSCP法および直接塩基配列法により解析した。

その結果、正常ラットではP53、P16、C-H-ros.c-K-rasとも遺伝子異常を示さなかった。これに対して、白斑病変や紅斑病変では、P53、P16、C-K-rasには異常が認められなかったものの、c-H-rasに異常を認めた。一方、扁平上皮癌ではc-K-rasに遺伝子異常は認められなかったのに対し、P53、P16、c-H-rasの3つに変異を認めた。これらの変異を認めた症例において、臨床進行度、ならびに組織学的悪性度(1987年Anneroth')との関連について検討を加えたところ、腫瘍径との間には相関は認められなかった。核異型度の程度ならびに浸潤様式とは関連がみられ、程度が進むにつれてP53、P16の変異頻度が増加する結果となった。本実験系の発癌過程における以上の結果より、正常組織が癌に至る悪性化の過程で、P53、P16、c-H-ras遺伝子の変異が重要な役割を果している可能性が示唆された。
遺伝暗号の可変性

重点領域研究「遺伝暗号」の可変性は(1)遺伝子暗号の過去から現在にいたる変化、暗号の変化(アミノ酸指定の変化、種特異的コドン使用パターン)の範囲、要因を明かにすること、(2)遺伝暗号解読における新しいWobbleの法則を確立すること、及び(3)tRNAおよびtRNA遺伝子の多様な生物学的役割を解明することを主な目的として、本年度発足した。これは、これまで部分的にしか交流のなかったこの分野の研究者を集め、この課題の研究体制を早急に整備し、世界的にも傑出した分子生物学の一分野を日本で確立する意味で重要な研究組織となったと考える。研究組織は、総括班(班長:大沢省三)、第1班「遺伝暗号の多様性」(班長:渡辺公綱)、第2班「遺伝暗号解読のメカニズム」(班長:横山茂之)、第3班「コドン選択」(班長:池村淑道)、第4班「RNAの新しい機能」(班長:岡田典弘)からなる、総括班は、これらの班を統括し、研究の進展をスムーズ旦つ有機的に進行させるため、次の事項を行った。(1)第1回合同班会議(1989年8月29ー30日)、筑波(2)第1回総括班会議(3)公開シンポジウム「遺伝暗号の可変性」(1990年1月29日)、東京、Yale大学のDieter Soll博士を招き、多数の聴衆を集め、盛会であった。
東西分裂期モンゴルの基礎的研究

当該研究において中心的な史料となるのは、モンゴル語史料と漢語史料である。モンゴル語史料としては主なものに『アルタン・ハーン伝』、『エルデニイン・トプチ』、著者不明の『アルタン・トプチ』、ロプサンダンザンの『アルタン・トプチ』等があるが、それらをコンピュータに入力してデータベース化した。漢語史料については数が多いので一つ一つ列挙することはできないが、最も中心的な史料となる『皇明実録』、『万暦武功録』等をモンゴル語史料と同様にコンピュータに入力してデータベース化した。このようにデータベース化した史料をもとにして、ダヤン・ハーンが非ボルジギン系の有力な勢力をどのように支配下に入れていったか、ダヤン・ハーンの東モンゴル統一の実態、アルタン・ハーンがダヤン・ハーンによる支配をどのように受け継いでいったのか等の問題、またダヤン・ハーン、アルタン・ハーンの時代にモンゴルに現われた社会集団、政治体の実態・性質について、他民族への遠征、婚姻関係、明朝との関係などの面から考察した。その結果、ダヤン・ハーンが非ボルジギン系の有力な勢力を支配下に入れていく過程では、婚姻関係が重要な役割を果たしていること、また東モンゴル統一の後もこの婚姻関係は重要な意味を持っており、同じ非ボルジギン系の先祖を持つ者の間には特別の協力関係が見られること、ダヤン・ハーン一族と多くの婚姻関係を結び、アルタン・ハーンもその血を引いていると見られるホサイ・タブナンは、当時東モンゴルで1、2を争う有力者であったが、彼が東モンゴルで実権を握った頃から東モンゴルの政策、少なくとも対明政策が変化していること等が明らかになった。
文化を扱う国際機構の課題―東アジアから見るユネスコ遺産事業

本研究の目的は、ユネスコの遺産事業を東アジア国際政治の文脈の中に位置づける作業をとおして、文化を扱う国際機構が直面する課題を明らかにすることである。とくにユネスコの「世界の記憶」をめぐって起こった東アジアにおける論争をとりあげ、遺産の政治問題化の解明を試みるものである。4年計画の2年目にあたる本年度においては、ユネスコ「世界の記憶」アジア太平洋会議にオブザーバーとして参加し、ユネスコ関係者や専門家集団などから有益な情報を収集することができた。そのうえで、これまでの研究成果の一部を論文としてまとめ、それをもとに、関連する分野の研究者・実務家と直接交流をもつことに主眼を置いた。この作業は順調に進み、結果的に、「英国学派」における多元主義と連帯主義という国際社会に関する二つの見方に基づく大きな理論的枠組みを土台にしてユネスコの「世界の記憶」の課題について考察した論文1本、遺産のもつソフトパワーという概念を発展させた論文1本を、共に査読付きで英語の国際学術雑誌において公刊した。また、ユネスコの遺産プログラムが東アジアの国際政治問題の舞台となった問題について「存在不安」の概念を援用した試論を発展させ、その成果の一部をイギリス、チェコ、中国、タイの国際学会において発表した。こうした機会は、遺産や国際関係論を専門に研究する人々とのネットワークを広げるうえで有用であり、遺産学、記憶学、国際関係論などの異なる専門分野を架橋するための手がかりを得るのに役立った。日本国内においても、国際会議や国際安全保障学会の研究会で報告するなどして、研究成果を日本語で公表した。ユネスコの遺産プログラムにおける政治問題化の事例分析と理論的側面における考察の両方の作業を行い、統合的な形で研究成果の一部を公開できたため。引き続き、調査を進めながら執筆活動に従事する。とくに今年度は、遺産をめぐる東アジアの政治について、「存在不安」の理論的枠組みから研究を進める予定である。また、ユネスコの「世界の記憶」プログラムに関しての英語著書の執筆準備に入る。研究成果は適宜、国際共同研究における国際会議や学会において報告をすることで、この研究をさらに発展させるための知見を得る予定である。本研究は、ユネスコの遺産事業を東アジア国際政治の文脈の中に位置づけることで、文化を扱う国際機構が直面する課題を明らかにするとともに、東アジアにおける遺産事業の政治問題化の解明を試みるものである。本年度は、ユネスコの遺産事業に関する学説の整理・分析を行うとともに、東アジア諸国における歴史認識とそれに関連する文書や文化財などの「世界の遺産」化への取り組みについて理解を深めた。具体的には、国内では日本外務省においてユネスコ遺産事業に関する聞き取り調査を行い、海外現地調査としては、シンガポールと韓国を訪問した、研究者や実務家との対話を通して、ユネスコの「世界の記憶」一覧に向けた取り組みや、歴史認識問題の取り扱い方について情報・意見を収集した。また、シンガポール国立博物館で開催された歴史認識問題と遺産に関する国際共同研究会に出席し、遺産をめぐる外交・政治問題に詳しい遺産学の研究者と意見交換をした。韓国でも同様に、現地有識者やユネスコ「世界の記憶」のアジア太平洋事務局員との対話を通して、韓国から見たユネスコ、ユネスコからに見た東アジアについての見識を得ることができ、非常に有意義であった。。研究成果としては、上記に示したシンガポールで開催された国際共同研究会で、シンガポールの共同研究者と本研究に関連する日本占領期の記憶に関する報告を行い、その成果が共著の形で出版された。また、韓国でもシンクタンクにおける単独セミナーという形で研究の中間報告を行った。当初の計画どおり、ユネスコの遺産事業についての聞き取り調査や文献調査を行った結果、ユネスコ側の論理、および、第二次世界大戦に関係する歴史的文書や歴史的な場所を人類共通の遺産としてユネスコの認定獲得を試みる東アジア諸国政府、および、市民団体の論理についての理解が深められた。また、国際関係論の規範分析の手法を用いて、ユネスコ遺産事業について分析したものを紀要論文として出版した。さらに、本研究に関連する歴史の記憶についての研究を海外の研究者と行い、早い段階で研究成果を報告・出版できたこと、また、平成30年度に開催される国内および海外の学会で発表する機会を得たことが、計画以上に本研究が進展していると考える理由である。

ユネスコの遺産プログラムにおける政治問題化の事例分析と理論的側面における考察の両方の作業を行い、統合的な形で研究成果の一部を公開できたため。英語および日本語論文の出版に向けて、引き続き、調査を進めながら執筆活動に従事する。研究成果は国内外の学会において報告をすることで、この研究をさらに発展させるための知見を得る予定である。引き続き、調査を進めながら執筆活動に従事する。とくに今年度は、遺産をめぐる東アジアの政治について、「存在不安」の理論的枠組みから研究を進める予定である。また、ユネスコの「世界の記憶」プログラムに関しての英語著書の執筆準備に入る。研究成果は適宜、国際共同研究における国際会議や学会において報告をすることで、この研究をさらに発展させるための知見を得る予定である。パリのユネスコ事務局に訪問する予定を取りやめたのは、アジア太平洋のユネスコ事務局の関係者と遺産事業について詳しく話す機会を得ることができ、現地調査をする必要性が低くなったためである。今後も事業の動向を見ながら訪問の可能性について探る予定である。また、シンガポールと韓国では、報告の機会を得るだけではなく、多くの研究者(中国人研究者を含む)や実務家と意見交換をする機会を得たため、中国への訪問を取りやめた。平成30年度においては、中国で開催される学会などを利用して、聞き取り調査等を行いたいと考えている。購入したい図書の多くが本年度において紙媒体で発刊されず、また、英語論文の校正やデータ収集にかかる人件費が当初予定していたよりも多く必要とされなかったことが理由である。今後、余剰分は主に関連文献の購入にあてる。
抗体分子の人工設計を目指す抗原抗体相互作用の精密解析

抗体分子の抗原に対する認識能の特徴は高い特異性と親和性にあり、その機構解明は蛋白質の分子設計を行う上で、多くの有益な知見を与える。研究代表者らは、抗原抗体双方に変異を導入し相互作用を解析できる系を構築した。この系を基に、遺伝子工学による部位特異的アミノ酸置換並びに滴定型熱量測定により抗原抗体反応の詳細な解析を行ってきた。本研究では、抗体分子の自在な設計を目指し、以下の二つの観点から研究を推進した。(1) HyHEL10が弱い認識能を示すシチメンチョウリゾチームに対して、前年度において進化分子工学的手法により選択された変異体の認識能を詳細に解析した。可変領域断片(Fv)並びにペプチドリンカーを用いて一本鎖化した一本鎖抗体(scFv)を大腸菌の分泌発現系を用いて調製し、表面プラスモン共鳴並びに熱力学的に解析した。親和性の向上と特異性の向上は、解離速度定数の大幅な減少に由来していたが、熱力学的には二つの方向性(エンタルピー駆動型、エントロピー駆動型)に分かれていた。一本鎖抗体については野生型が単量体で構成されるのに対し、変異体が二量体と単量体の混合物であることが分かり、このことは可変領域間の相互作用に変化を及ぼしていることを示し、この相互作用の変化が特異性親和性の改良をもたらしていることが示唆された。(2)部位特異的変異導入を施した抗体Fv断片と抗原の複合体について、結晶構造解析を行った。野生型Fvについては、Fabと異なる分子機構で、抗原を認識している可能性が示唆された。塩橋に関与するアミノ酸残基に変異を導入した抗体(32A,96A)と抗原の複合体については、変異導入の効果が、構造変化による場合(32A)と水分子の導入による場合(96A)が観察された。抗体分子の抗原に対する認識能の特徴は高い特異性と親和性にあり、その機構解明は蛋白質の分子設計を行う上で多くの有益な知見を与える。申請者らは、抗原抗体双方に変異を導入し相互作用を解析できる系を構築し、この系を元に、遺伝子工学による部位特異的アミノ酸置換法ならびに滴定型熱量測定により抗原抗体反応の詳細な解析を行ってきた。本研究では、抗体分子の自在な設計を目指し、以下の二つの観点から、研究を遂行した。(1)進化工学的手法による抗体分子の機能変換:申請者らがニワトリリゾチーム(HEL)とそのモノクローナル抗体HyHEL10の相互作用に着目し、遺伝子工学による部位特異的アミノ酸置換ならびに滴定型熱量測定により、抗原抗体反応の詳細な解析を行ってきた。抗体の抗原認識領域に着目し、PCR法を用いて、無作為変異を導入した。遺伝子産物をファージ表面に提示し、申請者らが開発したオープンサンドウィッチ法により、野生型が殆ど認識できないヒトリゾチーム、弱い結合能しか持たないシチメンチョウリゾチームに対する高い特異性、親和性を有する変異体を選択した。前者は二つのCDR、後者は一つのCDRへの変異導入によって、その機能変換が可能となった。(2)抗原抗体反応における水素結合の役割:HyHEL10の軽鎖Asn31, Asn32, Gln53, Tyr96、重鎖Ser31, Tyr33, Tyr50に着目し、変異導入を行い、熱量測定により相互作用を解析したところ、抗原の主鎖との水素結合形成に関与する残基の寄与が非常に大きく、抗原側鎖との水素結合が、申請者らが見出した、塩橋の役割と全く同じ傾向を示すことが明らかになった。
アロステリック制御を実現するタンパク構造の設計原理

アロステリック制御に不可欠な、構造変化を介した情報伝達を実現する設計原理を明らかにすることを目指し、引き続き、解析的アプローチと構成的アプローチとの両面から研究を展開した。解析的アプローチとしては、解析を含めた自動化で生じた困難への対策として、前年度に引き続き、対象とするリガンドを絞って検討を進めた。多くのタンパクに共通するリガンド(例えばATP/ADPやヘムなど)に注目して、その結合部位との間の構造変化の伝播過程の比較を行っている。これに加えて、改良型の弾性ネットワークモデル(具体的にはアミノ酸の違いや残基間距離をパラメタとして取り込んだモデル)を用いることにより、変異の影響などを含めた解析にも取り組んだ。しかし、その過程で、これらの改良型モデルに関する先行研究の問題点を明らかにするような結果が得られた。そこで、これまでに進めたシミュレーション自動化を活かし、この問題に関して体系的な検証をあわせて進めた。構成的アプローチでは、進化的最適化の過程に注目することにより、アロステリック制御を可能とする構造がどのような過程を経て生成するかの検討を進めた。構造の変異が力学的特性・伝達特性に及ぼす影響について、基準振動解析と動力学シミュレーションの双方を用いて、詳細な解析を進めている。研究成果を広く発信するため、これら2つのアプローチに関連する以前の研究から本研究の成果までを取りまとめ、各々1報の総説論文として出版した。上述した改良型モデル化手法の問題点についても、現在、論文執筆中である。研究分担者が復帰し、本来の体制に戻った。構成的アプローチによる研究については、当初計画以上に進展している。解析的アプローチによる研究については、前年度より方針転換を図り、やや遅れが残っているものの、副産物として従来の改良型モデルが持つ問題点など新たな知見も得られている。全体としては概ね想定通りの進捗である。次年度が最終年度となるため、特に解析的アプローチによる研究に注力する。自動化の困難に対して、データベースの活用や対象リガンドの絞り込みによる対策を行ってきたが、他のモデル化・シミュレーション手法の併用も始めている。今後もこの方向で研究を進める。あわせて、改良型モデル化手法自体の問題点の検証にも引き続き取り組む。アロステリック制御に不可欠な、構造変化を介した情報伝達を実現する設計原理を明らかにすることを目指し、解析的アプローチと構成的アプローチとの両面から研究を展開した。解析的アプローチからは、本研究開始前に開発した、分子内での構造変化の伝播を粗視化モデルを用いて評価する手法(本年度初頭に論文出版済)を、実際のアロステリックタンパクに展開した。シミュレーションそのものは半自動化できており、また計算量も比較的小さいため、様々な分子で無差別にシミュレーションを行うことはできている。半面、現時点での問題点として、アロステリック制御に関わる部位の設定が手作業に頼っており、作業が遅れ気味であることが挙げられる。これについては、他の複数の公開データベースを用いて、引き続き自動化の方策を探っている。並行して、多数のリガンド結合部位の間でアロステリック制御を示すなど、特徴あるタンパク(酵素)分子について、構造歪み伝播の時系列(順序関係)を含めた検討を個別に進めている。構成的アプローチでは、本研究開始前の予備実験で、2つの離れた部位間で構造変化を伝える(一方を閉じるともう一方も閉じる)ような弾性ネットワークモデルを進化的最適化により生成することに成功していた。本年度はこれを進め、応答様式の異なるネットワークモデルを生成することに成功し、構造や力学特性と応答との関係に踏み込んだ。通常の基準振動解析を用いた手法では評価しにくい、構造変化の時系列(順序関係)について、特に構造歪みの伝播する過程を可視化して議論を進めた。さらに、構造を部分的に破壊することにより、変異に対する頑健性の評価を行い、現実のタンパク分子と同様に、特定の箇所への局所的な変異により情報伝達が途絶する場合があることを示した。ここまでの成果をまとめ、論文1編を投稿・プレプリント公開した。構成的アプローチによる研究については、すでに、当初の想定より内容を加えた形で論文投稿に至るなど、当初計画以上に進展している。一方で、解析的アプローチによる研究については、対象分子・部位決定のデータベースを用いた自動化にまだ困難があり、手作業に頼っていることもあって、やや遅れ気味である。全体としてはほぼ計画通りの進展となっている。アロステリック制御に不可欠な、構造変化を介した情報伝達を実現する設計原理を明らかにすることを目指し、初年度に引き続いて、解析的アプローチと構成的アプローチとの両面から研究を展開した。解析的アプローチとしては、分子内での構造変化伝播を粗視化弾性ネットワークモデルを用いて評価する手法について、実際のアロステリックタンパクへの展開を進めている。前年度の段階でシミュレーションそのものは半自動化できており、無差別なシミュレーションは可能であるが、解析を含めた自動化(特にアロステリック制御に関わる部位を自動的に抽出してシミュレーション条件を設定する手法の開発)で生じた困難に対し、いったん対象とするリガンドを絞るなどして対策を試みている。構成的アプローチでは、前年度の段階で、遠隔部位間で構造変化を伝える弾性ネットワークを進化的に生成し、その構造や力学特性と応答との関係についての解析を進めていた。今年度は、構造変化の伝播する経路や、変異(構造への摂動)に対する頑健性についてさらに考察を加え、成果を論文として出版した。さらに、アロステリック制御を可能とする構造がどのような過程を経て生成するかを考察すべく、進化的最適化において、構造の変異が力学的特性・伝達特性に及ぼす影響について、詳細な解析を進めている。

実際のアロステリックタンパク質との比較のため、前記した網羅的解析のアプローチのほか、いくつかの個別のタンパクで、伝達機構のシミュレーションによる解析を進めた。分子モーターF1-ATPaseについて、順序性のある動作に不可欠なアロステリック情報伝達経路を、全原子分子動力学計算を併用して解析し、成果を論文として公表した。また、複数の機能ドメインを持つ酵素(特に基質側も複数の結合部位を持つ場合、例:Pin1 PPIase)について、天然変性領域を含む場合などに対応してモデルを拡張しつつ解析を進めている。年度当初、研究代表者・分担者の異動等の影響で、研究が一時停止することがあったが、その影響からはほぼ脱しつつある。構成的アプローチによる研究については、当初計画以上に進展しており、これまでの成果を論文として公表した。一方で、解析的アプローチによる研究については、解析の自動化による困難から方針転換を図ったが、遅れが残っている。全体としては概ね想定した程度の進捗である。アロステリック制御に不可欠な、構造変化を介した情報伝達を実現する設計原理を明らかにすることを目指し、引き続き、解析的アプローチと構成的アプローチとの両面から研究を展開した。解析的アプローチとしては、解析を含めた自動化で生じた困難への対策として、前年度に引き続き、対象とするリガンドを絞って検討を進めた。多くのタンパクに共通するリガンド(例えばATP/ADPやヘムなど)に注目して、その結合部位との間の構造変化の伝播過程の比較を行っている。これに加えて、改良型の弾性ネットワークモデル(具体的にはアミノ酸の違いや残基間距離をパラメタとして取り込んだモデル)を用いることにより、変異の影響などを含めた解析にも取り組んだ。しかし、その過程で、これらの改良型モデルに関する先行研究の問題点を明らかにするような結果が得られた。そこで、これまでに進めたシミュレーション自動化を活かし、この問題に関して体系的な検証をあわせて進めた。構成的アプローチでは、進化的最適化の過程に注目することにより、アロステリック制御を可能とする構造がどのような過程を経て生成するかの検討を進めた。構造の変異が力学的特性・伝達特性に及ぼす影響について、基準振動解析と動力学シミュレーションの双方を用いて、詳細な解析を進めている。研究成果を広く発信するため、これら2つのアプローチに関連する以前の研究から本研究の成果までを取りまとめ、各々1報の総説論文として出版した。上述した改良型モデル化手法の問題点についても、現在、論文執筆中である。研究分担者が復帰し、本来の体制に戻った。構成的アプローチによる研究については、当初計画以上に進展している。解析的アプローチによる研究については、前年度より方針転換を図り、やや遅れが残っているものの、副産物として従来の改良型モデルが持つ問題点など新たな知見も得られている。