hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物の高次機能を制御する葉緑体型緊縮応答の分子メカニズム

緊縮応答はもともと細菌で発見、研究されてきた栄養環境応答システムであるが、近年緊縮応答に関連した遺伝子が高等植物のゲノムに保存されていることがわかってきた。本研究では、この植物型の緊縮応答が植物の示す様々な高次機能をどのように制御するかのかに関して研究を行った。モデル植物シロイヌナズナを用いて緊縮応答関連遺伝子の一つを過剰にもしくは任意に発現を誘導するシロイヌナズナを複数ライン単離することに成功した。今後これら組換え植物体の詳細な解析を行うことで、葉緑体で機能する緊縮応答の生理的役割を明らかにできると期待される。緊縮応答はもともと細菌で発見/研究されてきた環境応答機構であるが、近年真核生物からも見いだされ、生物普遍的な生体システムであることがわかってきた。植物において緊縮応答は葉緑体で行われるイベントと考えられているが、その具体的な生理機能は明らかとなっていない。本研究では、モデル植物シロイヌナズナを用いて葉緑体型緊縮応答の生理的役割を明らかにすることを目標に研究を進めている。緊縮応答の中核を担う分子はグアノシン4リン酸(ppGpp)である。ppGppは遺伝子発現や代謝酵素等に作用し、様々な生理機能を正または負に制御すると考えられる。シロイヌナズナのゲノムには、4つのppGpp合成/分解酵素(RSH1, RSH2, RSH3, CRSH)が保存されている。現在までに、1)4つのRSHタンパク質は全て葉緑体に少なくとも局在すること、2)RSH2, RSH3, CRSHは大腸菌内でppGpp合成活性を有すること、3)RSH2, RSH3は葉緑体の膜各分に、CRSHは葉緑体の可溶性各分に存在する、ことがわかっている。現在までに、4つのRSHそれぞれの過剰発現やノックアウト/ノックダウン体の作成を進め、いくつかの表現型が観察されている。しかしながら、見られる表現型がppGppの細胞内存在量の上昇によるものなのか、それとも現象によるものなのかが明らかではない。しかし植物細胞におけるppGppの存在量はきわめて微量で、その定量が困難であった。そこで本年度は、LC/MS/MSを用いたppGppの高感度定量法の確立をめざした。緊縮応答はもともと細菌で発見、研究されてきた環境応答システムである。約半世紀前に発見され、その後の研究により、細菌に普遍的に保存された生育にほぼ必須の環境適応機構であることがわかってきている。この環境応答を担う分子が、特殊な核酸分子グアノシン4リン酸で、細菌が飢餓条件にさらされたような一時的に生育をストップさせる時に、その細胞内量が上昇する。ppGppはRNA合成酵素、翻訳因子、様々な代謝酵素に作用することでその活性を変化させることがわかっている。近年緊縮応答に関連した遺伝子が高等植物のゲノムに保存されていることがわかってきた。具体的には、シロイヌナズナに保存されている4つのppGpp合成酵素のいくつかを過剰に発現したシロイヌナズナの単離を進めた。また今年度は、それら組換え植物体の詳細な表現型解析を行うべく、昨年度に引き続きppGpp定量系の構築を進めた。その結果、4つのppGpp合成酵素の一つCRSHを過剰かつ任意の時期に発現を誘導できるラインの取得に成功した。また同様に、任意の時期にCRSHの発現をノックダウンできるラインの取得にも成功した。今後これらの得られたラインの解析を進めれば、植物における緊縮応答の生理機能を明らかにできると期待される。一方、ppGppの定量系に関しては、植物サンプル特有の細胞壁成分等からのppGpp分子の分画条件が未だ不完全で、確実な定量性を持たせたppGpp解析は行うことができていない。今後、植物由来のppGpp定量を行うことのできる実験系の構築を更に押し進め、得られた組換え体の解析を行うことができれば、植物型緊縮応答の生理的役割を明らかにできると期待される。植物において緊縮応答は葉緑体で行われるイベントと考えられるが、その具体的な生理機能は明らかとなっていない。本研究では、モデル植物シロイヌナズナを用いて、葉緑体型緊縮応答の役割を明らかにすることを目標に研究を進めている。緊縮応答の中核をなす分子は、セカンドメッセンジャーとして機能する特殊な核酸分子ppGppで、大腸菌においてはRelA、SpoTと名付けられた2つの酵素により、その内在量がコントロールされている。近年植物からRelA/SpoTと相同性のある遺伝子が見つかり、それらはRSHと呼ばれている。

シロイヌナズナには、RSH1, RSH2, RSH3, CRSHの4つのRSH遺伝子がある。今年度はその中でも特にCRSHに焦点を絞り、研究を進めた。1)CRSHの発現を任意に誘導できる系の確立を進めた。具体的には、任意の時期にCRSHの発現を行うことのできるデキサメタゾン誘導プロモータ下流にCRSHのcDNAをつなぎ、その組換え遺伝子をアグロバクテリウムをもちいた系により野生型シロイヌナズナに導入した。何度かの継代を経て、導入遺伝子をホモに持つラインの確立に成功した。2)CRSHの発現を任意に抑制できる系の確立を進めた。具体的には、任意の時期にCRSHのノックダウンを行うことのできるデキサメタゾン誘導プロモータ下流にCRSH遺伝子人口amiRNAをつなぎ、その組換え遺伝子をアグロバクテリウムをもちいた系により野生型シロイヌナズナに導入した。LC/MS/MSを用いたppGpp定量法の確立を進めたが、当該機器が導入されたばかりということもあり、機器自体のセットアップに予想を超える時間を要した。また植物体からのppGppの抽出法の検討にも予想以上に時間を要した。目的の組換え植物体の作成が順調に進んでいる。機器のセットアップとカラムの検討がほぼ終了した。セットアップに時間がかかったため、カラムの購入が遅れた。そのため24年度に発生した残額の大部分は、25年度にそのカラムの購入に充て、ppGpp単体の分離を行うことで、定量の高感度化を目指す。また植物体からのppGpp抽出法の検討をさらに進め、最終的に、様々な環境で生育させた植物体内のppGpp量の変動を調べる。今年度作成した組換えシロイヌナズナを用いて、CRSHの機能強化またはノックダウンによりどのような表現型が引き起こされるのかを精査する。同時にCRSHの機能強化またはノックダウンにより、代謝産物およびホルモン量にどのような影響が出るのかをメタボロミクスおよびホルモノーム的アプローチで解析を行う。50万円ほどの研究経費があるが、そのほとんどをLC/MS/MS用のカラム、溶媒、バイアル等の消耗品にあてる。23年度に抗体の作成を計画していたが、抗原の調整が送れ、24年度にずれ込むことになった。そのため23年度に残額が生じた。しかしその残額分は24年度に使用する見込み。それを見込んで、試薬/制限酵素/修飾酵素/ガラス器具といった消耗品の購入に138万円、日本植物生理学会等での成果報告の旅費に10万円、その他の経費に20万円必要となる見込み。
ポリオールプロセスを用いた多目的用均一粒径ナノ粒子合成技術の確立

本研究における具体的な研究開発要素は、ポリオールプロセスにおけるナノ粒子の化学合成プロセスの機構解明とそれに基づくナノ粒子の組成・構造の精密制御プロセスの確立し、様々な目的にあったナノ粒子の材料設計ならびに単分散ナノ粒子の製造を行うものである。その目的の達成を目指して次の項目について研究を行った。1.ポリオールプロセスの反応機構解明-X線吸収微細構造測定および紫外可視光吸収分光法を用い、コバルト粒子生成系を対象として本プロセスの反応機構解明を試みた。2.反応速度の促進-ポリオールプロセスの反応速度の促進あるいは制御が得られる精製物質の物性、たとえば粒子サイズ、結晶構造などの制御に必要不可欠である。したがって、反応速度に影響及ぼす因子であるポリオール類意、金属塩類、反応促進剤などの有効性について検討した。ポリオール類の還元力の評価において分子軌道法および電気化学手法を用いた評価し、有効性を実験的に確認した。また、金属塩類や反応促進剤についても実験的な検討を行った。3.金属及び合金ナノ粒子の合成-ポリオールプロセスを用いた合成においてはじめて純粋なFe及びFeCoナノ粒子の合成に成功した。また、導電性ナノ粒子合成においても銀および銅ナノ粒子の合成やそれらの酸化安定性に優れた被覆膜形成技術の開発に成功した。4.金属および合金応用技術開発-20nm以下のFeCo合金微粒子の合成に成功しそれら高周波特性を評価しFeCo微粒子はGHz帯での周波数応答を示し、電磁波吸収体用材料としてのポテンシャルを確認した。また、電極触媒としてのFePt微粒子の活性評価について-本プロセスにより作成したFePt微粒子の燃料電池用アノード触媒としの活性評価を行った結果、Ptと比較して高い耐CO被覆性が確認され、アノード触媒材料としての有用性が示された。本年度は、ナノ粒子の粒径・構造を変化させる最大の因子である各種ポリオールの還元力の定量化を目的とし研究を行ってきた。まず、各種ポリオールの分子量、構造異性体などの還元力の違いを酸化電位計測により評価することを試みた。しかし、測定上での課題が多く信頼性のあるデータは得ることができなかった。一方でポリオールの還元力を金属およびポリオール間の還元反応を基に分子軌道法計算手法を用いて評価し、実験結果と比較検討を行いそれぞれの合成に最適なポリオール種の選定を行い粒子合成を開始した。次に、各反応段階において還元剤であるポリオールの変質について核磁気共鳴分析法を用いてモニターすると共に金属生成物の状態を近赤外分光法を用いて分析し、各過程における反応進行の詳細を明確化することを試みている。また、ポリオールプロセス一連の過程の中で、(a)金属イオンの溶解、(b)前駆体の生成・溶解過程がその鍵を握ると考えられる。それらの過程に添加剤が及ぼす効果のメカニズム解明ならびに対象とする金属類それぞれに最適な添加剤の選定について研究を行っている。その研究の一環として、ポリオール中での金属塩が溶存状態やそれらの還元反応に添加剤の一種である水酸化イオンが与える影響を紫外線-可視分光光度法用いての特定を試みている。そこで、添加剤として水酸化イオンが触媒的働きをすることが確認できたが、錯体の特定などの重要課題が残っている。さらに、ポリオールプロセスのメカニズムの解明をすると同時に今までの経験を生かして多機能ナノ粒子の設計および合成を試みた。その結果、世界で始めてポリオールプロセスを用いて組成、形状、サイズを自由に制御できるFeCoの合成に成功した。その材料・技術の特許は申請中である。また、そこで得られた粒子のナノ構造体を原子間力顕微鏡を用いて評価している。

本年度は、ポリオールプロセスを用いた金属および合金ナノ粒子の合成反応における、ポリオールおよび金属塩の変化を、近赤外線分光法、X線回折解析、走査型顕微鏡、透過型顕微鏡を用いモニターし、ナノ粒子反応過程の詳細な検討を試みた。その結果、コバルト金属塩を用いた一連の実験において、溶媒中でのコバルト錯体変化、中間生成物であるアルコキシドの構造解析等、還元反応の進行過程の解明に成功した。更に、反応初期段階の理解を深めるため、分子軌道法に基づいた理論的計算手法を行い、錯体種に依存した反応性の評価を行った。このような結果を総合的に評価することで、様々な金属および合金ナノ粒子のデザイン・シンセシスを行うために必要な知見を得た。現在は更に理解を深めるため、各過程で生成する中間生成物の微小構造解析を行っている。新規非水溶液系プロセスを用いて、貴金属、遷移金属単分散ナノ粒子の合成を試みた。実際には、溶媒中での錯体安定度計算、粒子合成実験、粒子の分散・凝集の制御、自己組織化を行った。その結果、本研究課題のターゲットの1つである、10nm程度の白金ナノ粒子の合成に成功した。得られた知見を基に、低温での鉄白金合金ナノ粒子の合成を行った。その結果は、'ISHR and ICSTR'国際会議にて発表し、ポスター賞を獲得した。また、ポリオールプロセスを用いた鉄コバルト合金ナノ粒子の合成に成功した。得られた鉄コバルト合金ナノ粒子を対象として、その結晶格子中における各元素配列のorder/disorder状態、粒子内部の元素分布の均一性を評価するため、Spring-8 BL15XUを利用した粉末X線解析、X線小角散乱実験を行った。FeのX線原子散乱因子における異常分散効果を利用することで、通常の実験では観測不可能なFeCo超格子結晶構造形成の有無の判定、粒子内部でのFe元素分布の均一性を評価した。組成が等しいas-synthesized試料と、異なる温度条件で熱処理を行った試料に対して粉末X線解析を行い、組成の異なる試料に対して小角散乱測定を行った。その結果、as-synthesized試料はdisordered-bcc(A2)構造であり、熱処理に伴うordered-bcc(B2)構造への転移を確認した。また、as-synthesized試料の粒子内部でのFeおよびCo元素分布は均一であることが判明した。今後更なる機能性粒子の合成を試みる。今年度は以下の6要素に関する研究を実施した。1.ポリオールプロセスの反応機構解明について-X線吸収微細構造測定および紫外可視光吸収分光法を用い、本プロセスの反応機構解明を試みた。コバルト粒子生成系を対象とし溶媒中での金属錯体構造変化、アルコキシドの生成等を確認した。また電気化学的手法、および分子軌道計算によるポリオール種の還元力評価を行った。これらの手法により得られた結果は粒子の合成実験を通して得られていた知見と同様の傾向を示しており、この手法の有効性を確認できた。2.遷移金属ナノ粒子の合成について-導電性材料への応用を目指し、銅ナノ粒子の合成及び酸化防止技術の開発を行った。
高等植物の生殖過程を利用したオルガネラ育種の分子・細胞学的基礎

研究計画の順に従って研究を進めた。花粉内の色素体核DNAの観察と定量は、従来用いてきたDNAに特異的に結合する蛍光色素4'-6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)による染色と超高分解能蛍光顕微鏡法及びVIMシステムによる蛍光定量を用いて行った。これにより次のような結果が得られた。1.85種の植物を調べた結果、5科11種において新たに両性遺伝型植物を発見した。2.これらの植物の精細胞質における色素体核の数及びそのDNAのコピ-数を調べた。その結果、何れの植物も従来観察されたテンジクアオイよりも色素体核の数及びコピ-数の少ないものであった。3.これまで使用してきたおしつぶし法では、胚珠が破壊されたり周辺組織が折り重なって、卵細胞が観察されなくなってしまい、卵細胞の発達過程や受精過程における色素体核DNAの挙動を解析することができなかった。そこで、切片で解析しなければならなくなった。しかしパラフィン切片では厚過ぎて、色素体核DNAの挙動を調べることが出来なかった。薄い切片で調べるために、従来からあるエポキシ、アラルダイド樹脂など電子顕微鏡用の包理剤で調べたが、切片の樹脂そのものがUVの励起光で蛍光を発して色素体核の観察は困難であった。しかし水溶性のメタクリ系の樹脂で僅かに観察された。この方法を更に改良することによって役に立つ技術となろう。4.カルシュウム要求性のDNA分解酵素ヌクレア-ゼCの活性を母性遺伝型(イネ、タバコ、ユリなど)と両性遺伝型植物(モンテンジクアオイ、シャコバサボテン)の各発達段階にわたった調べた結果、前者は後者に比べて約10倍高い活性を示した。このことから、母性遺伝の機構として、花粉第一分裂後に起こる色素体核DNAのヌクレア-ゼによる選択的分解が重要と考えられる。
高繰り返しＸ線レーザーの開発と応用研究

超短パルスレーザーと物質の相互作用による高温高密度プラズマをレーザー媒質として用いることで、波長数十nmの領域でピコ秒程度の超短パルスかつコヒーレントな軟X線ビームの生成が可能であり、高空間・高時間分解計測用のプローブ光源や超微細構造加工用のドライバーとして基礎研究から産業応用を目指した開発が行われている。本研究では産業応用への展開を目指し、プラズマを励起するための高繰り返し・高出力・高機能レーザーを開発することで、これまでにないシングルショットによる計測が可能な10Hz高繰り返し高コヒーレント軟X線レーザーやX線光源を開発し、そのX線レーザーを用いたナノスケール微細加工やナノスケール計測に関しての応用展開を目指す。平成29年度は、前年度に高出力化・高機能化を実施したTi:Sapphireレーザーやプリパルス生成用YAGレーザーを用いて10Hz繰り返しX線レーザー発生実験を行った。モリブデンをターゲットとした波長18.9nmのX線レーザーに関して発振最適化実験を行い、国内で初めて斜入射励起方式により10Hz繰り返しX線レーザーの発振実験に成功した。また、応用研究としてコヒーレントX線自由電子レーザーを用いたアブレーション実験を行い、SiやSiN等のSi系材料のアブレーションについて実験を行い、アブレーション閾値近傍でのナノ微細構造の生成やアブレーション閾値の評価を実施し、国際共同研究によるシミュレーションによるアブレーション閾値との評価を行い、シミュレーションで評価されるアブレーション閾値と実験による閾値が非常に近いということが確認できた。29年度が最終年度であるため、記入しない。超短パルスレーザーと物質との相互作用による高温高密度プラズマをレーザー媒質として用いることで、波長数十nmの領域でピコ秒程度の超短パルスかつコヒーレントな軟X線ビームの生成が可能であり、高空間・高時間分解計測用のプローブ光源や超微細構造加工用のドライバーとして基礎研究から産業応用を目指した開発が行われている。本研究では、産業応用への展開を目指し、プラズマを励起するための高繰返し・高出力・高機能レーザーを開発することで、これまでにないシングルショットによる計測が可能な10Hz高繰返し高コヒーレントX線レーザーやX線光源を開発し、そのX線レーザーを用いたナノスケール微細加工やナノスケール計測に関しての応用展開を目指す。平成28年度は高機能Ti:Sapphireレーザーを開発及び、高繰り返しX線レーザー生成のためのプラズマ生成基礎実験を行った。量研機構のTi:sapphierレーザーの増幅器システムを0.5Jから最大1.7Jまでの高出力化を行い、圧縮語のレーザーのパルスエネルギーを0.8J程度まで増加させることができた。このレーザーシステムを用いてX線レーザー発生のための数百ピコ秒のプリパルス及び数ピコ秒のメインパルスの生成を行った。また、シード光として用いることが可能な高次高調波パルス生成実験も実施した。これらを用いて高繰り返しX線レーザー生成のための照射光学系および高繰り返しターゲット装置の整備を行い、モリブデンターゲットを用いた波長18.9nmの軟X線レーザーの生成実験を開始した。当初の予定通り、初年度におけるレーザーの整備とX線レーザー発生に関する実験を開始している。応用研究に関しては、コヒーレントX線を用いた計測や加工などのいくつかの実験を行い、開発を実施しているX線レーザーを用いた応用研究に関して予備実験を実施することができた。当初の予定通り、波長13.9nmまでのX線レーザーの開発を継続する。波長13.9nmまでのX線レーザーの発生が可能になり次第、各種材料を用いたX線レーザー加工もしくは、X線レーザー照射効果に関する応用実験も実施し、X線レーザーの開発とともに応用研究も推進していく。
外食・買い物場面での家族の相互作用に関する生態心理学的研究

初年度(平成14年度)は、外食場面での子ども連れの家族の関わりを調査するため、ファミリーレストランに協力をお願いし、MD、ミキサーなどの機器を用いたデータ収集を行った。また、付近の幼稚園、保育園において、保護者を対象に、外食の頻度や訪れる場所、家族の着席位置などを調べた。子どもが1人の家族では、子の年齢に関係なく母親の隣に子が着席することが多いのに対し、子どもが2人であると、はじめは、年少の子が母親の隣、年長の子が父親の隣という棲み分けが成立し、のちに年少の子の食事に手がかからなくなってはじめて、そうした棲み分けが消失することが明らかになった。次の年(平成15年度)は、買い物場面について、観察ならびに質問紙調査によるデータ収集を行った。まず、幼稚園、保育園の園児の保護者に質問紙を配り、買い物に出かける時間帯や一緒に行く相手、カート等の道具の使用状況などを調べた。子どもが多いほど、買い物に出かける頻度は減り、いっぽうで、子どもの人数に関係なく、子どものいない時間帯(たとえば、子どもが幼稚園等にいる時間)が買い物の時間になっていることがわかった。カートの使用は、子どもの動きを拘束するという面では効果的だが、同時に親の動きを制限することも明らかになった。子どもが2人だと、いっぽうの子をカートに乗せ、他方と手をつなぎ、さらに買うべきものをカートに乗せるといった状況もあり、こうした不便が、買い物に出かける時間帯に影響していることも示唆された。食料品売り場での観察データでは、ICレコーダーを使用し、子ども連れの家族がカートやカゴをどのように持ち出していくかを調べた。父親、母親がそれぞれに状況を判断しながら、「子どもをカートに乗せる」、「手をつなぐ」、「カゴを取り出す」などを行っていることが確かめられた。以上の2場面についての調査にくわえ、駅構内での子ども連れの家族の観察も実施した。付近のファミリーレストラン等に研究の目的や手続きを説明し,本研究への協力を呼びかけた。またいっぽうで,研究への参加者を募るために,保健所でおこなわれる3ヵ月検診,1歳6ヵ月検診を受診した方に質問紙を配布し,基本的な情報を得たのちに,観察調査への参加を呼びかけた。同様に,付近の幼稚園,保育園にも協力を依頼し,園児の保護者にむけて同じ手続きで調査への参加を呼びかけた。最終的には,500家族あまりの方に参加を呼びかけたのだが,うち研究に参加することに了承いただいたのは約30家族であった。現在,これらの方々のお宅に家庭訪問をおこない,改めて,研究の概要を説明し日程を調整のうえ,観察データの収集に入ったところである。観察記録については,データがいまだ十分でなく解析もわずかしか終えていないが,質問紙調査の結果については解析がかなりすすんでおり,本年3月におこなわれる日本発達心理学会にて結果を報告する予定である。かいつまんで結果を述べると,子どもをつれて外食をする頻度は,子どもの人数と反比例の関係にあること,また子どもが2人以上いる場合には,食事をする場所がかなり限られることがわかった。また,自由記述により子ども連れの外食で何に困るかを尋ねたところ,「騒ぐ」,「大声を出す」といった子どもの行動に触れる者が多かったのと同時に,店の設備やメニューに言及されたものも多く,これらが子連れでの外食のしにくさを生むという構造が明らかになった。現在も収集中の観察データとこれらの質問紙データとを照合する作業をこれからおこなう予定である。昨年度のレストラン場面に引き続き、本年度は、子どもづれでの買い物の場面に焦点をしぼり、調査を進めた。まず、幼稚園児をもつ親の協力により、買い物に出かける頻度や時間帯、売り場での子どもとのかかわり(カートの利用、手をつなぐかどうかetc)について、約300家族のデータを集めた。その結果、子どもが幼稚園にいる時間帯を利用して買い物に出かけるケースが比較的多いことや、子どもの数が多くなるほど、生協のような宅配システムを利用するケースが増えることが明らかになった。カートに子どもを乗せるなどすることは、子どもの動きを制限し、余計な手間がかからないという意味では親に快適な買い物環境を提供していたが、いっぽうで混雑状況によっては、通路のスペースを大幅に使うことで別の買い物客に迷惑をかけることにもなり、かえって不便であることも明らかになった。実際に買い物をしている親子についての行動観察もおこなった。手をつなぐなどして、子どもの動きを拘束しても、子どもはお菓子売り場やおもちゃコーナーへ行ってしまおうとする場合も多く、子どもを連れての買い物は親にとってたいへんな負担であろうことが推察された。しかしいっぽうで、お菓子売り場のような場所は、そこへ子どもをつなぎとめておく役割を果たしており、そのことが、親の買い物を円滑にしている点も見逃せないものと思われた。子どもが2人である場合には、連れだって勝手にいろいろなところを走り回ることが多く、親にはいっそう負担が強いことが推測された。

子どもが1人の家族では、子の年齢に関係なく母親の隣に子が着席することが多いのに対し、子どもが2人であると、はじめは、年少の子が母親の隣、年長の子が父親の隣という棲み分けが成立し、のちに年少の子の食事に手がかからなくなってはじめて、そうした棲み分けが消失することが明らかになった。次の年(平成15年度)は、買い物場面について、観察ならびに質問紙調査によるデータ収集を行った。まず、幼稚園、保育園の園児の保護者に質問紙を配り、買い物に出かける時間帯や一緒に行く相手、カート等の道具の使用状況などを調べた。子どもが多いほど、買い物に出かける頻度は減り、いっぽうで、子どもの人数に関係なく、子どものいない時間帯(たとえば、子どもが幼稚園等にいる時間)が買い物の時間になっていることがわかった。カートの使用は、子どもの動きを拘束するという面では効果的だが、同時に親の動きを制限することも明らかになった。子どもが2人だと、いっぽうの子をカートに乗せ、他方と手をつなぎ、さらに買うべきものをカートに乗せるといった状況もあり、こうした不便が、買い物に出かける時間帯に影響していることも示唆された。食料品売り場での観察データでは、ICレコーダーを使用し、子ども連れの家族がカートやカゴをどのように持ち出していくかを調べた。父親、母親がそれぞれに状況を判断しながら、「子どもをカートに乗せる」、「手をつなぐ」、「カゴを取り出す」などを行っていることが確かめられた。以上の2場面についての調査にくわえ、駅構内での子ども連れの家族の観察も実施した。
地盤-構造物系の地震時挙動のシミュレーションにおける地震前の初期応力状態の重要性

兵庫県南部地震を経験した地盤-構造物系のいくつかを選んで地震前の応力状態,地震時の挙動,地震後の経時変化を解析し,現場から採取した不撹乱試料の力学試験と比較することにより解析の妥当性を検討した.地震時の挙動解析の中で地震前の地盤と構造物の応力状態が大きく効いてくることに注目し,研究代表者らの独創による構成モデル土/水連成解析手法を用い解析を行った.地盤の初期応力の影響度が明らかになるにつれ,従来個別に解析してきた静的解析と動的解析との関係を検討することができた.兵庫県南部地震を経験した地盤-構造物系のいくつかを選んで地震前の応力状態,地震時の挙動,地震後の経時変化を解析し,現場から採取した不撹乱試料の力学試験と比較することにより解析の妥当性を検討した.地震時の挙動解析の中で地震前の地盤と構造物の応力状態が大きく効いてくることに注目し,研究代表者らの独創による構成モデル土/水連成解析手法を用い解析を行った.地盤の初期応力の影響度が明らかになるにつれ,従来個別に解析してきた静的解析と動的解析との関係を検討することができた.阪神大震災を経験した地盤・構造物系の変形シミュレーションを実施した.現場は六甲アイランドに位置し,六甲アイランド埋め立てによって,基礎地盤は,地震時には,圧密途中であった.この不均一な応力状態が地盤・構造物系の動的応答特性に,非常に影響を与えることがわかった.地盤・構造物系の動的応答解析には,それまでの準静的な変形・応力履歴の評価が重要であることになる.軟弱な粘土地盤は,地震波の伝搬に対して,免震効果を発揮することが知られている.この免震効果が,それまでに準静的に進行してきた圧密に強く左右されることが判明した.これを前段階として,地盤・構造物系の上下部一体構造の最適設計手法を検討した.軟弱地盤上での,準静的な圧密履歴による不等沈下のみならず,圧密途上の軟弱地盤を伝搬してくる地震荷重に対する検討を加えた.さらに,解析対象現場において,地震後に,ボーリングを実施し,一連の原位置試験,室内試験を実施した.地震前と地震後での地盤の性状変化をしることにより,静的な圧密履歴による影響と地震動による影響を個別に検討できる.軟弱粘土地盤の動的応答特性の把握の重要性がクローズアップされてきた.本年度は現場から採取した不撹乱試料の力学試験と解析結果とを比較し、解析の妥当性を検討した。そのために、原位置での有効応力状態を(できるだけ)保存するための特殊な工夫を施した原位置有効応力保存装置(太田他1981)を三軸試験装置に取り付けることにより、原位置における土の有効応力状態の計測を試みた。兵庫県南部地震を経験した地盤の解析では土質試験により得られたデータを元に,研究代表者らの独創による土/水連成解析プログラムを行った.解析結果から地震前,後の地盤-構造物の応力状態の検討を行った.
テラヘルツ高強度場物理を基盤とした非線形フォトエレクトロニクスの新展開

研究代表者田中は、遷移金属カルコゲナイド単層結晶の高次サイドバンド発生において、円偏光励起だけでなく直線偏光励起においても、動的対称性の概念を用いて偏光選択則が説明できることを明らかにした。いくつかの金属状態の固体においても高次高調波発生の計測を行い、非摂動論的振る舞いを確認するとともに、金属状態共通の特性が存在することを見出した。また、研究分担者柳と協力して、フェルミレベルを調整した(6,5)単層カーボンナノチューブにおいて、高次高調波発生の実験を行い、フェルミレベル依存性を明らかにした。さらにZnSe結晶において、高次高調波発生が非摂動論的振る舞いを示す領域でのコヒーレントフォノン生成の研究を行った。その結果、コヒーレントフォノン生成の効率は高強度領域で飽和の傾向を示すことがわかった。研究分担者柳は、系統的に電子構造を改変した単層カーボンナノチューブおよびフェルミレベルを調整した(6,5)単層カーボンナノチューブにおいて、高次高調波発生と電子構造との関係、またフェルミレベル依存性を明らかにした。また、配列した金属型単層カーボンナノチューブ、およびラテラルへテロ構造を形成した二次元カルコゲナイド系における高次高調波発生についての基礎的知見を得た。研究分担者片山は2017年度に構築した超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)装置を改良し、可動式のテラヘルツ用レンズを導入することによって、STM探針へと赤外光、及びテラヘルツ光の照射を可能とした。また、層状物質の一つである相変化材料Ge2Sb2Te5において表面状態を観測するための条件を検討し、原子分解能の像を得ることに成功した。これらと並行してグラフェンにおける超高速の電子=電子散乱過程を解明するための実験を行い、初期緩和が10 fs以内でDirac電子状態の法線方向に起こることを見出した。予定通り遷移金属カルコゲナイドの高次高調波発生の研究を進め、角度依存性や励起強度依存性、偏光依存性から発生メカニズムに関わる重要な知見をえた。金属的性質をもつ材料に共通に見出される系統性を見出すとともに、高次サイドバンド生成の偏光選択則が動的対称性によって説明できることを示せたのは大きな進展である。それに加え、分担者との協力で、電場誘起トランジスタ構造をもつデバイス構造においてキャリア数を変えた時の高調波発生効率の次数依存性を得ることに成功したことは特筆に値する成果である。以上から、当初の計画以上に研究が進行していると判断する。研究代表者(田中)は、キャリアエンべロープ位相(CEP)光源と10 fs以下の超短パルス光源を持いた極端非線形光学の実験を推進する。特に、ナノ構造や1次元異方性をもつ材料、CDWなどの秩序をもつ材料における高次高調波発生の実験を行う。また、分担者(柳)と協力して、キャリア密度を広範囲に変化させた時の極端非線形光学過程の振る舞いを明らかにする。引き続き、温度依存性、楕円偏光度依存性、CEP依存性の研究を進め、高次高調波発生に対する緩和の効果や偏光選択則に関する知見を得る。分担者(柳)は、2018年度までに一次元電子系である単層カーボンナノチューブを用いて、高次高調波発生のキャリア注入依存性を解き明かすことに成功した。極端非線形光学領域をゲーティングにより制御できることを突き止めた。今年度は、その成果に基づいて、二次元電子系の金属的性質を持つグラフェンや半導体的性質を持つ遷移金属ダイカルコゲナイドを対象に、固体ゲートを用いた高次高調波発生のゲート依存性の解明を行う。また、単層カーボンナノチューブ配列膜や、遷移金属カルコゲナイド系のヘテロ構造における高次高調波発生と構造・電子構造との関係解明の研究を進める。分担者(片山)は、2018年度までに構築した、超高真空のテラヘルツSTM装置を用いて、金属ポイントコンタクトにおける光・テラヘルツ波誘起の極端非線型現象の解明を目指した実験を行う。そのために、Ge2Sb2Te5やグラフェンをはじめとした層状物質のナノスケール、超高速分光を行い、光・テラヘルツ波による電子や構造のダイナミクスをナノスケールから解明する。更に高次高調波とナノスケールダイナミクスの関連を調べるために中赤外パルス励起の共同研究実験の検討を進める。

また、配列した金属型単層カーボンナノチューブ、およびラテラルへテロ構造を形成した二次元カルコゲナイド系における高次高調波発生についての基礎的知見を得た。研究分担者片山は2017年度に構築した超高真空走査トンネル顕微鏡(STM)装置を改良し、可動式のテラヘルツ用レンズを導入することによって、STM探針へと赤外光、及びテラヘルツ光の照射を可能とした。また、層状物質の一つである相変化材料Ge2Sb2Te5において表面状態を観測するための条件を検討し、原子分解能の像を得ることに成功した。これらと並行してグラフェンにおける超高速の電子=電子散乱過程を解明するための実験を行い、初期緩和が10 fs以内でDirac電子状態の法線方向に起こることを見出した。予定通り遷移金属カルコゲナイドの高次高調波発生の研究を進め、角度依存性や励起強度依存性、偏光依存性から発生メカニズムに関わる重要な知見をえた。金属的性質をもつ材料に共通に見出される系統性を見出すとともに、高次サイドバンド生成の偏光選択則が動的対称性によって説明できることを示せたのは大きな進展である。それに加え、分担者との協力で、電場誘起トランジスタ構造をもつデバイス構造においてキャリア数を変えた時の高調波発生効率の次数依存性を得ることに成功したことは特筆に値する成果である。以上から、当初の計画以上に研究が進行していると判断する。研究代表者田中は5ミクロンのフェムト秒パルスによる直線偏光励起により、グラフェン、MoS2、MoSe2、WS2、WSe2、において可視域の高次高調波を観測した。MoS2などの遷移金属ダイカルコゲナイドにおいては、偶数次の高調波がファンホーブ特異点に由来する吸収帯(Cバンド)で共鳴的に増大することを見出した。この結果は、Cバンド近傍の高調波の起源としてバンド内分極が大きな寄与をしていることを意味している。また、MoS2において、高次高調波が発生しない円偏光励起下でも、バンドギャップ近傍の近赤外線パルス光を同時に照射することによって、高効率に高次サイドバンドが発生することを示した。このサイドバンド発生に関する偏光依存性を詳細に調べた。その結果、次数に応じた特異な偏光選択則を見出した。また、次年度以降の実験に備え、既存光源の波長可変領域の拡大を行い、4ミクロンから14ミクロンで波長可変な測定系を構築した。研究分担者柳は系統的に電子構造を改変した単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の精製を行い、研究代表者と高次高調波発生の実験を行った。金属型SWCNTからの高次高調波発生は検出できなかったが、バンドギャップが大きくなるに従い高次高調波発生の効率が良くなることを世界ではじめて見出した。また、ゲート印加した状況でのテラヘルツ高次高調波発生の予備実験を開始した。研究分担者片山は金属ポイントコンタクトにおける電場増強効果を用い、低電場強度でも非線形効果を発現させるために、走査型トンネル顕微鏡(STM)に超高真空下でテラヘルツパルスを照射する系を構築した。大気中ではSTMが不安定となり、ノイズが大きくなっていたが、超高真空下におくことにより、ナノ領域におけるトンネル分光を高安定に行うことができるようになった。また、並行してグラフェンにおける運動量緩和時間を測定することに成功した。研究代表者は予定通り遷移金属カルコゲナイドの高次高調波発生の研究を進め、物質系に共通に見出される増強効果から発生メカニズムに関わる重要な知見を得た。
水晶体被曝を可視化する医療用ウェアラブル防護デバイスの開発

放射線医療従事者の業務は、一般撮影(X線ポータブル撮影含む)・CT (Computed Tomography)・IVR (Interventional Radiology)・核医学検査・放射線治療など多岐にわたる。ICRP新勧告、厚生労働省通知等がされている背景からも、水晶体被曝防護対策およびその教育は最重要課題と言える。ゆえにあらゆる医療従事者に水晶体防護策を施行するためには水晶体被曝を可視化して放射線防護教育することが今後の法改正に向けて必要であるが水晶体防護と教育を併せ持つ医療用デバイスが存在しない。本研究では水晶体被曝を可視化できる医療用ウェアラブル型水晶体防護メガネの開発を試みる。
神経幹細胞の運命転換における核クロマチン「グーバルな」状態変化の意義

発生過程において、多分化能を持つ組織幹細胞が特定の形質のみを示す細胞へと分化する過程は、特定の遺伝子群の発現カスケードとして捉えられ、解析されてきた。しかし最近我々は、神経幹細胞の分化過程においてこのような「ローカルな」遺伝子座の制御に加えて、核ゲノム全体で起こる「グローバルな」クロマチン状態の変化が存在していることを示唆する結果を得た。すなわち、神経系前駆細胞がニューロン分化し成熟するときに、クロマチンが核全体で「ゆるく」なるという驚くべき結果である。今回観察された変化はたかだかゲノムの5%を占めるに過ぎない遺伝子コード領域の変化だけでは説明できない。さらに成熟に伴いクロマチン状態をゆるくする候補分子を得ており、そのノックダウンでニューロンの成熟が著しく阻害されるという予備的結果を得ている。従ってクロマチン状態がゆるくなることが、ニューロン成熟のトリガーになっている可能性が考えられた。また、ニューロン成熟に伴って「ゆるく」なるクロマチン領域を調べ、リピート配列のひとつmajor satelliteを含む事、またニューロン成熟に伴ってmajor satelliteの転写が上昇する事、を見いだした。Major satellite領域の転写はこれまで細胞周期に伴って起こる事が知られていたが、postmitoticな細胞におけるmajor satelliteの役割はこれまで知られていなかったので、ニューロン成熟との関わりは興味深い。神経幹細胞はニューロンへと運命決定しても、すぐにはニューロンとしての形質を発現せず、まず適切な場所へと移動してから成熟する。ニューロンが成熟する際には、軸索・樹状突起形成、膜電位の分極など、様々な形質が一斉に現れる。細胞の形質発現は、遺伝子の転写によって引き起こされることがよく知られているが、遺伝子の転写を制御するメカニズムの1つにクロマチン状態の制御がある。クロマチンがあまり凝集していない「ゆるい」状態にある部位の遺伝子は、転写因子などが接近しやすいために転写が活性化している。これまで、こういったクロマチン状態の変化はそれぞれの遺伝子座ごとに「ローカルに」変化していると考えられてきた。しかし、ニューロンの成熟のように様々な形質が一斉に発現するメカニズムがローカルな遺伝子座の変化のみで説明されうるのか、あるいは他にも何らかのメカニズムがあるのかは明らかになっていなかった。我々は、ニューロンの成熟過程においてクロマチン状態がどのように変化しているかを調べるためにクロマチン分画実験を行った。すると、ある塩濃度の溶液やDNase処理によって遊離するヒストンの量がニューロンの成熟に伴って上昇することがわかった。また、FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching)実験によりクロマチン分子の移動度を調べたところ、ニューロンの成熟に伴って移動しやすくなっていることがわかった。これらの結果は、ニューロンの成熟に伴ってクロマチン状態が核全体、ゲノム全体で「グローバルに」ゆるくなったことを示唆している神経幹細胞はニューロンへと運命決定しても、すぐにはニューロンとしての形質を発現せず、まず適切な場所へと移動してから成熟する。また、FRAP(Fluorescence Recovery After Photobleaching)実験によりクロマチン分子の移動度を調べたところ、ニューロンの成熟に伴って移動しやすくなっていることがわかった。これらの結果は、ニューロンの成熟に伴ってクロマチン状態が核全体、ゲノム全体で「グローバルに」

ゆるくなったことを示唆している。さらに、クロマチンリモデリング因子が核全体でクロマチン状態がゆるくなるために必要であること、またニューロンの成熟に必要であることを見出した。そして、リンカーヒストンH1の変異体を用いて核全体でのクロマチン状態を人工的にかたくしたところ、ニューロンの成熟が妨げられることがわかった。これらの結果は、核全体でグローバルなクロマチン状態がゆるくなることがニューロンの成熟において重要な役割を果たしていることを示唆している。神経幹細胞はニューロンへと運命決定しても、すぐにはニューロンとしての形質を発現せず、まず必要な場所へと移動してから成熟する。ニューロンが成熟する際には、軸索・樹状突起形成、膜電位の分極、神経伝達物質受容体やシナプス関連分子の転写発現など、ニューロンに特異的な様々な形質が一斉に現れる。しかしながら、このような劇的な変化が一斉に起こる際、何が引き金になっているかについてはほとんどわかっていなかった。そこで、マウス胎児大脳新皮質から採取したin vitro初代培養系の神経幹細胞を用いて、クロマチン状態の変化を検討した。生化学的なクロマチン分画実験を行ったところ、ニューロン成熟に伴って塩やDNaseによりピストンが遊離しやすなることがわかった。さらにFluorescence Recovery After Photobleaching(FRAP)実験により、成熟に伴ってクロマチン分子の移動度が速くなることがわかった。いずれの結果も、ニューロンが成熟する過程でグローバルなクロマチン状態がゆるくなることを示唆していると考えられる。では、このようなニューロンにおけるグローバルなクロマチン状態を変化させる分子は何だろうか?クロマチン状態を制御する様々な分子の発現を逆転写PCR法にて調べたところ、クロマチンリモデリング関連因子の1つBrmの発現がニューロンの成熟に伴って上昇することを見いだした。さらに、BrmをRNA干渉法でノックダウンしたところ、クロマチン状態がゆるくなるのが阻害されるとともにニューロンの成熟に重要な神経伝達物質受容体やシナプスでの開口放出に関する分子の発現の上昇が抑制されることがわかった。これらのことは、Brmが成熟過程に伴うグローバルなクロマチン状態の変化に重要であることを示している。以上より、グローバルなクロマチン状態の変化がニューロンの成熟に寄与している可能性が示唆された。
3テスラ臨床MRI装置を用いた磁化率効果による子宮内膜症の描出能の検討

MRI装置は磁場強度が高くなると磁化率効果への感度の上昇により出血性病変をより鋭敏に描出できる可能性がある。本研究ではこの点に着目し子宮内膜症のMRI診断における3テスラ装置の有用性について検討した。内膜症性嚢胞の特異的なMR所見であるshadillg(T2強調像における信号低下)が3テスラ装置でより鋭敏に観察されることが判明し、磁化率強調画像による嚢胞壁へのヘモジデリン沈着の検出とともに診断精度の向上に寄与することが示唆された。MRI装置は磁場強度が高くなると信号雑音比の高い精緻な画像が得られ、また磁化率効果への感度の上昇により出血性病変をより鋭敏に描出できる可能性がある。本研究ではこの点に着目し、内膜症性嚢胞のMRI診断における3テスラ装置の有用性について検討した。現有する臨床用MRI装置(GE社製・1.5テスラ装置および3テスラ装置)を用い、撮像シークエンスの条件を揃えて内膜症性嚢胞の臨床例において十分なインフォームド・コンセントを得た上で1.5テスラおよび3テスラ装置で同日に連続して撮像を行い、画像所見の対比検討を行った。その結果として、内膜症性嚢胞の特異的なMR所見であるshading (T2強調像における信号低下)が3テスラ装置でより鋭敏に観察されることが判明した。この内容について国際磁気共鳴医学会(ISMRM2007, Berlin)にて発表を行い、Journal of Computer Assisted Tomographyに原著論文として採択された。また、磁化率強調画像(Susceptibility-weighted imaging)による内膜症性嚢胞壁へのヘモジデリン沈着の検出が診断に寄与する可能性についても知見が得られ、併せて国際磁気共鳴医学会にて発表を行った。また、妊娠に伴う内膜症性嚢胞の脱落膜化のMR診断における拡散強調像(Diffusion-weighted imaging)の有用性についても同じく国際磁気共鳴医学会にて発表を行い、Journalof Computer Assisted Tomographyに原著論文として採択された。同内容については、日本磁気共鳴医学界大会にて展示発表を行い、大会長賞を受賞した。また、北米放射線学会(RSNA2007, Chicago)にて教育展示として発表を行った。上記の内容を含んだ3テスラ装置の婦人科領域への応用について、JSAWIシンポジウムにおいて教育講演を行った。前年度の成果の一部として、磁化率強調画像(Susceptibility-weighted imaging : SWI)による内膜症性嚢胞壁へのヘモジデリン沈着の検出が診断に寄与する可能性について国際磁気共鳴医学会(ISMRM 2007, Berlin)にて発表を行ったが、同内容についてAm J Roentgenol誌に原著論文として採択された。今年度は内膜症性嚢胞のみならず、腺筋症や他部位の内膜症についてもSWIの有用性について知見を得て、北米放射線学会(RSNA 2008, Chicago)および欧州放射線学会(ECR2009, Wien)、日本磁気共鳴医学界大会にて発表を行った。発表の概要として、腺筋症や卵巣以外の部位に発生した内膜症については、従来のシークエンスでは診断が困難なことがあったが、SWIにて繰り返す出血の既往を反映したヘモジデリン沈着を検出することにより診断精度の向上が認められた。上記の内容を含んだ3テスラ装置の婦人科領域への応用について、3T MRUI研究会において教育講演を行った。
シナプスの機能的・形態的リモデリング機構の探索

本研究では、新たなCREB制御キナーゼを単離するとともに、CREBの標的遺伝子の一つが神経活動依存的前初期遺伝子Arcであることを示し、その転写制御機構について画期的な知見を得た。また、周産期の脳発達にて活性化されるCaMKI経路の神経回路形成、特に樹状突起・軸索伸展における意義について明らかにした。さらに、PSDやプレシナプスの情報伝達蛋白複合体を形成するPSD-95, RIM1, Shankについて、アクチン動態制御との連関を含め、新たな制御機構を解明した。これらの解析を行うために、シナプス形成・形態変化の可視化や操作の手法の開発にも成功した。研究代表者らは、これまで、長期可塑性の分子機構を解明する目的で、シグナル伝達モジュールとして、1)CaMK-CREB経路、2)神経アクチン細胞骨格再編成機構の2つに着目し、関与するシグナル伝達分子を同定し、次々と機能解析を行ってきた。本研究では、CaMKファミリーによるCREB転写の全貌とその回路形成・再編成における生物学的意義を明らかにするとともに、神経アクチン細胞骨格再編成によるシナプス形成へのシグナル伝達機構を解明しようとするものである。本年度の研究により、以下のことが明らかとなった。3)アクチン線維によって束ねられている興奮性シナプス機能分子複合体の分子的実体を明らかにする過程で、PSD-95の3つのPDZモチーフがsynGAPの定量的かつ相加的な結合能を介して、PSDにおける分子集積とスパイン形態成熟の両者を制御していることを明らかにした(Nonaka et al., J.Neurosci.,2006)。4)「分子脳」の星野幹雄班員と共同で、小脳形成に必須な転写因子PTFlaの性状を解析した(Hoshino et al., Neuron,2005)。本研究では、i)CaMKファミリーによるCREB転写制御機構を介したシナプス機能調節とともに、ii)神経アクチン細胞骨格再編成によるシナプスリモデリングに至る機構の解明を目指している.本年度の研究により、以下のことが明らかとなった.1)新たなCaMK類似キナーゼ3種を同定し、それがCREB転写を抑制的に制御する機構を明らかにした(Ohmae et al., J.Biol.Chem. 2006).本成果の一部は、「分子脳」の喜田聡班員との共同である.また、CaMKIV-CREB経路の意義を解析する過程で、東京医科歯科大学高柳広教授との共同にて、同経路が破骨細胞制御に寄与していることを発見した(Sato et al. Nature Med. 2006).2)CaMKIアイソフォームであるCLICK-III/CaMKIgammaが発生初期に大脳皮質に発現し、大脳皮質初代培養系において、RNAiにより樹状突起形成・伸展の抑制が生じること、さらにこの表現型がRNAi-resistantな全長cDNAでrescueされるが、脂質修飾欠損変異体でrescueできないことを見出した.また、本キナーゼが活動依存的樹状突起伸展に寄与することをも見出した(Takemoto-Kimura et al.改訂中).本成果の一部は、「分子脳」の星野幹雄班員との共同である.3)「神経回路機能」の岡部繁男班友との共同で、アクチン線維によって束ねられている興奮性シナプス機能分子複合体の行い、種々の分子スキャフォルドの動態を解析した(Kuriu et al. J.Neurosci., 2006).本研究では、i)CaMKファミリーによるCREB転写制御機構を介したシナプス機能調節とともに、ii)神経アクチン細胞骨格再編成によるシナプスリモデリングに至る機構の解明を目指している。本年度の研究により、以下のことが明らかどなった。2.CLICK-III/CaMKIgammaが2重脂質(イソプレニル化とパルミトイル化)により樹状突起に豊富な脂質ラフトに移行することが可能なため、BDNF依存的なアクチン再編成を介した樹状突起伸展を引き起こすという作用を解明した(Takemoto-Kimura, et. al.Neuron 2007)。本成果の一部は、「分子脳」の三品昌美班員、星野幹雄班員との共同である。本研究では、CaMキナーゼファミリーによるCREB転写制御機構を介したシナプス機能調節とともに、神経アクチン細胞骨格再編成によるシナプスリモデリングに至る機構の解明を目指している。1.本年度の研究により、以下のことが明らかとなった。1.前年度にCREB転写を負に制御する活性を有し、微小管とも結合していることが明らかになったDCLK2/CLICK-IIの生物学的意義をDCLK2ノックアウトマウスにて解析し始めた。DCLK2発現の高い脳部位(嗅球および海馬)では、同KOマウスに大きな脳構造上の異常は認められなかったが、現在行動解析を実行中である。

さらに、CREB活性を調節するシナプス活動の種類を探索していく過程で、前初期遺伝子Arcのプローモータにおける神経活動応答性エレメントSAREを世界に先駆けて発見した。このエレメントは、100Hz, 1s刺激x10回で10時間にわたり、持続的に転写活性化されることを見出した(Kawashima, et al. PNAS 2009)。さらにSARE配列の生理的意義を解明すべく、マウス遺伝学的実験にも着手した。2.プルキンエ細胞の活動の下流で、電位依存性カルシウムチャンネル依存的に、ShanklのPSD局在が制御されており、この際、アクチン重合の維持が必要であることが明らかとなった。3. CaMKK-CaMKIカスケードの神経突起形成・伸展に対する影響を明らかにする過程で、CaMKIgamma/CLICK-IIIが樹状突起伸展を支配するのに対して、異なるCaMKIアイソフォームが軸索伸展を別個に独立して制御することを見出した。本研究では、CaMキナーゼファミリーによるCREB転写制御機構を介したシナプス機能調節とともに、神経アクチン細胞骨格再編成によるシナプスリモデリングに至る機構の解明を目指している。本年度の研究により、次のことが明らかとなった。まずタンパク合成依存的なLTP後期相にCREB経路やこれに依存した新規mRNA転写が不可欠であることをRichard Morrisらとの共同研究で解明した。さらに、CREB活性を調節するシナプス活動応答性転写調節エレメントSAREの神経活動依存性について明らかにし、SAREを含むArc全長プロモーター断片が、可塑的な回路に属する細胞のマーカーとして有望であることを見いだしつつある。加えて、SAREにおけるCREB依存的転写制御に関わるマスター制御因子の存在を明らかにした。またCREB転写の制御因子候補であるDCLK1/CLICK-IとDCLK2/CLICK-IIの両遺伝子を欠損したマウスを作出し、その飼育解析を開始した。一方、CaMKK-CaMKIαカスケードの神経突起形成・伸展に対する影響を明らかにする過程で、脳発達初期におけるCaMKK-CaMKIαカスケードのアクチン骨格制御作用が、GABA依存的に引き起こされることを解明した。これにより、大脳皮質両半球間の交連線維の軸索終末の伸展やシナプス形成に寄与する外部シグナル依存的カルシウムシグナリングの存在が明確に示された。