hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
雌性生殖管原基のCxxc5が制御する雄性生殖管の形態形成機構

中腎管(将来の精巣上体、精管、精嚢)と中腎傍管(将来の卵管、子宮、膣)は、胎生期に雌雄同様に形成される。その後、雄では中腎管が分化して中腎傍管が消失し、雌では中腎傍管が分化して中腎管が消失する。我々は、CXXC5が中腎管と中腎傍管で強く発現し、中腎傍管で特異的にCxxc5を欠損させた雄マウスが不妊になることを発見した。本研究では、中腎傍管特異的Cxxc5欠損雄マウスの雄性生殖管の形態形成異常と不妊の分子機構を解明することで、雄性生殖管形成に対する雌性生殖管の協調的な発生機構を明らかにする。本研究の成果は、ヒトで男性不妊をもたらす中腎傍管嚢胞の発症機序の解明に寄与する可能性がある。
異教共存・融合のローカル・メカニズムに関する人類学的研究:エチオピアの事例

一般的には対立的に捉えられ、学術的にも別個に研究されてきたキリスト教とイスラームであるが、本研究は、これら二大宗教が古来根付いていたエチオピアにおいては、共存・融合の実態がみられることに着目し、<異教共存>という新たな研究領野を切り拓くことを目指したものである。毎年度エチオピア東部を中心に平均2回の現地調査を実施した結果、北東部ウォロ出身の改宗ムスリム女性の聖者モーミナを崇敬の対象とする「ファラカサ・カルト」が全国にネットワーク状の拡がりをもってみられ、この地域カルトに異教共存・融合の特徴がみられることがわかった。そして、異教共存・融合という特徴が、19世紀末から20世紀初めにかけてエチオピア帝国が領土を拡張し正教会を正統原理として国家統一を図る動乱の時代を生き抜いたムスリム聖者モーミナの人生史に由来することも明らかにした。今年度は、エチオピア西部および東部のムスリム・オロモ社会で現地調査を実施した。平成18年8月9月、南山大学大学院人間文化研究科文化人類学専攻の院生2名(松波康男・家田愛子)とともに、エチオピア西部ムスリム・オロモが居住する地域(オロミア州西ウォッレガ地方およびベニシャングール・グムズ州)において現地調査を実施した。ここには、ティジャーニー教団の導師アルファキー・アフマド・ウマル(1953年没)を崇敬の対象とする集団が生活をしており、私たちは結婚・出産、参詣儀礼、および霊媒師の3つの側面から、異教共存・融合の実態について調査を実施した。院生2名は、この調査をもとに修士論文を執筆し、本学大学院に提出した。またその後、研究代表者は、10月下旬11月上旬の約3週間、エチオピア南東部(オロミア州)アルシ地方のムスリム女性聖者モーミナの墓廟で行われている参詣儀礼において参与観察を行った。参詣儀礼にはキリスト教徒もムスリムも参加し、その多くが精霊憑依による病気に悩む者か、あるいは霊媒師として既に活動している人々であった。その後、モーミナの出身地であるエチオピア北東部(アムハラ州)ウォロ地方の著名なムスリム聖者バッジ・ブシュラの墓廟を訪れ、その功績や同墓廟への参詣儀礼の実態についてインタビューを行った。それによると、今日いわゆるワハビーヤ(イスラーム復興主義者)がその影響力を拡大させる中で聖者廟参詣儀礼に参加するムスリムは減少傾向にあるが、改宗が頻繁に起きるこの地方ではキリスト教徒が参詣儀礼を支える上で重要な役割を果たしていることがわかった。本年度は、89月および10月末11月末の2回にわたりエチオピア東部(北東部ウォロ、東部ハラル、南東部アルシ)にみられるムスリム女性聖者モーミナの歴史に関して聞き取り調査を実施するとともに、モーミナがその足跡を残した聖地を一つ一つ歩いて確かめ、そこに今でも受け継がれているハレイブ儀礼や参詣の儀礼について現地調査を実施した。キリスト教からの改宗者であるモーミナについては、その著名さとは裏腹にその人生や功績についてこれまで断片的にしか知られていなかった。研究代表者は、モーミナの子孫から直接、モーミナの人生について聞き取りを行うとともに、参詣儀礼の撮影を行う許可を得ることができた。その結果、参詣儀礼にみられる異教共存の側面が、異教共存を実践しているモーミナの人生そのものと密接に関係していることが明らかになった。モーミナが始めたことで知られるハレイブ儀礼や参詣の儀礼にも異教共存が色濃く表徴されていることがわかった。この参詣儀礼については、映像人類学を学んでいる南山大学大学院研究生松波康男氏を同行し、ビデオ撮影を行った。またこれまで研究代表者がエチオピア西部で行ってきたティジャーニー導師アルファキー・アフマド・ウマルをめぐる民衆カルトについて、7月にトロンハイムで開催された第16回国際エチオピア学会で口頭発表した。同様に、この民衆カルトの一局面である参詣儀礼について松波康男氏が制作した民族誌映画が同学会のフィールム・フォーラムで上映されるとともに、それについて口頭発表を実施した。本年度は、9月に3週間エチオピアを訪れ、エチオピア暦パグメ月の5日間に開催される儀礼を参与観察するために南東部のアルシ地方の聖地ファラカサを訪れた。ムスリム女性聖者モーミナの墓廟があるファラカサでは、エチオピア正教会が定める年間祭礼が則っている太陽暦のエチオピア暦と、ムスリムの年間祭礼が定められる太陰暦のヒジュラ暦の双方に従って祭礼が行われているところに特徴がある。本年度は、例年祭礼が行われるパグメ月(9月6日から10日)が、ヒジュラ暦のラマダン月と重なったこともあり、独特の盛り上がりをみせていた。研究代表者は、本学大学院の院生(山森哲史)を同行させ、儀礼の過程を参与観察するとともに、聖者モーミナの子孫と交流を深め、アムハラ語で書かれたその人生史のコピーを入手することができた。
施設栽培における電気分解水を利用した殺菌防除

施設栽培における殺菌・病害防除への電気分解水の利用に関する基礎研究として、主に、電気分解強酸性水(以後、単に強酸性水)噴霧による作物病害防除の実証試験(防除実証試験)、および強酸性水による作物病害防除の効果因子策定のためのpHおよびECC(遊離形有効塩素濃度)調節水噴霧試験(効果因子試験)を行った。防除実証試験には、NaCl希薄水溶液を電気分解して得た強酸性水を用いた。強酸性水のpHは2.8、ECCは32ppm、ORP(酸化還元電位)は1120mVであった。3あるいは4日ごとに強酸性水をキュウリ株に噴霧した。うどんこ病発病率は、噴霧11日目(試験最終日)には、1および2l噴霧区において対照(無噴霧)区より有意に小さくなった。4l噴霧区の発病率は、井水噴霧区および対照区より有意に小さかった。べと病発病率は、噴霧25日目(試験最終日)まで、いずれの強酸性水噴霧区においてもほぼ0%であり、同日の井水噴霧区および対照区より有意に小さかった。またその発病は、井水区より10日以上、対照区より7日以上抑えられた。他方、強酸性水噴霧区では、噴霧15日目以降、葉焼けに類似した生理障害が発生し、その率は、噴霧25日目にはおよそ50%に達した。これらの結果より、強酸性水噴霧は、作物病害防除に対して効果のあることが示された。しかしながら、強酸性水噴霧は同時に生理障害を引き起こすことから、その発生を抑制するための技術の確立が必要である。効果因子試験には、pHおよびECCをそれぞれ独立に調節した水溶液を用いた。トマト株に3あるいは4日ごとにそれらを噴霧した。その結果、うどんこ病に対しては、低pH(2.7以下)とECC(20-50ppm)のいずれも発病抑制効果因子であること、および両因子間に交互作用(相乗効果)のあることが示された。また、1300mV程度以下のORPは、発病抑制効果因子ではないことが示された。他方、灰色かび病に対しては、いづれの調節水噴霧においても効果は認められなかった。pH2.7以下またはECC20ppm以上の調節水の噴霧により、生理障害の発生が認められた。これらのことから、強酸性水による作物病害防除の効果は、低pHとECCの相互作用によるものであると推察できること、またそれらの因子効果の有無は病原菌の種によっても異なることが示された。

施設栽培における殺菌・病害防除への電気分解水の利用に関する基礎研究として、主に、電気分解強酸性水(以後、単に強酸性水)噴霧による作物病害防除の実証試験(防除実証試験)、および強酸性水による作物病害防除の効果因子策定のためのpHおよびECC(遊離形有効塩素濃度)調節水噴霧試験(効果因子試験)を行った。防除実証試験には、NaCl希薄水溶液を電子分解して得た強酸性水を用いた。強酸性水のpHは2.8、ECCは32ppm、ORP(酸化還元電位)は1120mVであった。3あるいは4日ごとに強酸性水をキュウリ株に噴霧した。うどんこ病発病率は、噴霧11日目(試験最終日)には、1および2l噴霧区において対照(無噴霧)区より有意に小さくなった。4l噴霧区の発病率は、井水噴霧区および対照区より有意に小さかった。べと病発病率は、噴霧25日目(試験最終日)まで、いずれの強酸性水噴霧区においてもほぼ0%であり、同日の井水噴霧区および対照区より有意に小さかった。またその発病は、井水区より10以上、対照区より7日以上に抑えられた。他方、強酸性水噴霧区では、噴霧15日目以降、葉焼けに類似した生理傷害が発生し、その率は、噴霧25日目二はおよそ50%に達した。これらの結果より、強酸性水噴霧は、作物病害防除に対して効果のあることが示された。しかしながら、強酸性水噴霧は同時に生理障害を引き起こすことから、その発生を抑制するための技術の確率が必要である。効果因子試験には、pHおよびECCをそれぞれ独立に調節した水溶液を用いた。トマト株に3あるいは4日ごとにそれらを噴霧した。その結果、うどんこ病に対しては、低pH(2.7以下)とECC(20-50ppm)のいずれも発病抑制効果因子であること、および両因子間に交互作用(相乗効果)のあることが示された。また、1300mV程度以下のORPは、発病抑制効果因子ではないことが示された。他方、灰色かび病に対しては、いづれの調節水噴霧においても効果は認められなかった。pH2.7以下またはECC20ppm以上の調節水の噴霧害により、生理傷害の発生が認められた。これらのことから、強酸性水による作物病防除の効果は、低pHとECCの交互作用によるものであると推察できること、またそれらの因子効果の有無は病原菌の種によっても異なることが示された。
脳血管性認知症の睡眠障害による神経－アストロサイト連関機構への影響

本研究は脳血管性認知症(VaD)に併発する睡眠障害を適切に治療することで認知機能障害の亢進を抑制するか、またこの作用機序に神経保護や神経新生などのアストロサイト是正機能が関与するか検討する事を目的としている。本年度は1VaDモデルラットの空間記憶障害に対する睡眠促進薬の改善効果、2睡眠促進薬による空間記憶障害改善の作用機序を検討項目とした。VaDモデルラットは10分間の全脳虚血を2回行って作製した。脳虚血後8日目にモリスの水迷路課題を用いて空間記憶の評価を行った結果、顕著な空間記憶障害を示した。これに対してベンソジアゼピン系薬物のdiazepam 20mg/kgおよびオレキシン拮抗薬のBelsomra 90mg/kg、セロトニン5-HT 2a/2c受容体作用薬のtrazodone 40mg/kgを脳虚血後7日間の経口投与を行ったところ、diazepam投与群はVaDモデルラットの空間記憶障害を抑制する傾向を示した。またこの改善効果の機序を調べるために、脳海馬切片を作製してHematoxylin-Eosin染色を行った。VaDモデルラットはSham群と比べてCA1領域で顕著な神経細胞体の脱落が観察された。これに対して、diazepam投与群では特に空間記憶障害を改善した個体で、CA1領域の神経細胞脱落を抑制を示した。またBelsomra投与群においても、空間記憶障害を改善した個体において海馬CA1神経細胞脱落の抑制が観察された。従って、睡眠薬の中でもdiazepamがVaDモデルラットの海馬神経細胞脱落を抑制し、空間記憶障害を改善傾向を示すことが明らかとなった。また他の作用機序のBelsomraにおいてもVaDラット神経細胞脱落を抑制する個体例があった事から、VaD患者の睡眠量や質を向上させることが、神経細胞の保護や記憶障害進行の抑制に重要である可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は脳血管性認知症(VaD)に併発する睡眠障害を適切に治療することで認知機能障害の亢進を抑制するか、またこの作用機序に神経新生などのアストロサイト是正機能が関与し得るか検討する事を目的としている。本年度は1VaDモデルラットの空間記憶障害に対する睡眠促進薬の改善効果、2アストロサイト阻害剤による空間記憶障害改善への抑制効果を検討項目とした。脳虚血後7日目に8方向放射状迷路を用いて空間記憶の評価を行った結果、顕著な空間記憶障害を示した。これに対してセロトニン5-HT 2a/2c受容体作用薬であるtrazodoneを脳虚血後7日間の経口投与を行ったところ、抑制傾向は認められたものの、顕著な改善効果を示さなかった。また本VaDモデルラットの睡眠障害に対するtrazodoneの効果を簡易的に検討するために、赤外線センサーを用いた24時間の自発運動量測定を行った。その結果VaDモデルラットは顕著な自発運動量の増加を示した事に対して、trazodoneの投与により改善傾向を示した。このことからtrazodoneの投与はVaDモデルラットの睡眠障害を改善するが、空間記憶障害を改善しないことが示唆された。しかしながら、今回空間記憶の評価は施行1時間前に薬物投与を行ったため、睡眠薬による催眠作用により適切な空間記憶機能の評価が行えなかった可能性がある。従って、今後の検討では7日間投与後翌日に空間記憶の評価を行う事とする。また非ベンゾジアゼピン系やメラトニンMT1/2受容体作用薬の評価は十分な動物例数が少なく検討中である。同様に2のVaDモデルラットの空間記憶障害に有効な睡眠薬に対するアストロサイト阻害剤の抑制検討については、1の結果から有効な睡眠薬の検出されていないため未検討である。早急に実験計画を立て直して遂行する。1記憶獲得動物数の不足空間記憶の評価には8方向放射状迷路を用いているため、記憶獲得トレーニングを行い、記憶獲得した個体にVaDモデルの手術を施している。しかしながら、記憶獲得には最低2カ月の期間を要し、使用動物の例数の獲得が限られるため、今回の報告までに十分な実験例数が得られなかった。2睡眠薬の入手困難当初予定していた睡眠薬であるオレキシン拮抗薬(suvorexant)の試薬入手が特許の関係のため、購入が不可能であった。そのため現段階でオレキシン拮抗薬を用いた検討を行うことが出来なかった。

これに対してベンソジアゼピン系薬物のdiazepam 20mg/kgおよびオレキシン拮抗薬のBelsomra 90mg/kg、セロトニン5-HT 2a/2c受容体作用薬のtrazodone 40mg/kgを脳虚血後7日間の経口投与を行ったところ、diazepam投与群はVaDモデルラットの空間記憶障害を抑制する傾向を示した。またこの改善効果の機序を調べるために、脳海馬切片を作製してHematoxylin-Eosin染色を行った。VaDモデルラットはSham群と比べてCA1領域で顕著な神経細胞体の脱落が観察された。これに対して、diazepam投与群では特に空間記憶障害を改善した個体で、CA1領域の神経細胞脱落を抑制を示した。またBelsomra投与群においても、空間記憶障害を改善した個体において海馬CA1神経細胞脱落の抑制が観察された。従って、睡眠薬の中でもdiazepamがVaDモデルラットの海馬神経細胞脱落を抑制し、空間記憶障害を改善傾向を示すことが明らかとなった。また他の作用機序のBelsomraにおいてもVaDラット神経細胞脱落を抑制する個体例があった事から、VaD患者の睡眠量や質を向上させることが、神経細胞の保護や記憶障害進行の抑制に重要である可能性が示唆された。1記憶獲得動物数の不足記憶獲得動物の例数を増やすためトレーニング個体数を増やす。また一定期間獲得をしなかった個体は組織染色学的検討に使用し、実験の効率化を図る。これによる実験効率の改善がみられない場合は、より短期間で検討可能であるモリスの水迷路課題での検討を試みる。2睡眠薬の入手困難他の入手可能なオレキシン拮抗薬にalmorexantやTCS-1102があり、これらを検討予定とする。なお、これらの試薬は非常に高価な試薬であるため、経口投与ではなく脳室内投与により検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
マメ科モデル植物のアクティベーションタギングによる転写・成分解析

マメ科モデル植物ミヤコグサ(Lotus japonicus)を用いて再分化方法,抗生物質による選択条件を詳細に検討し,高効率で信頼性の高い形質転換法を開発した.マメ科植物固有機能の分子機構を明らかにするために,この条件を用いてタギング用ベクターを導入した形質転換体を作製した.このベクターのT-DNAには,強力なエンハンサー配列3コピーを含むプロモーターに加え,開始コドン,スプライス供与配列,スプライス受容配列が含まれている.このためT-DNAが遺伝子間領域,または遺伝子内の非翻訳領域・エクソン・イントロンのいずれに挿入されても,近傍の遺伝子あるいはエクソンの一部または全部が共生的に発現され,効率よく変異を誘導することが期待された.形質転換当代(T_0)のタギングラインにミヤコグサ根粒菌Nesorhizobium loti Tono株を接種後,成熟した植物体の根粒着生や地上部の形態を観察し,変異体のスクリーニングを行った.約3,500個体のスクリーニングから地上部・根・根粒などの形態が変化した45の優性変異体候補を単離した.ゲノムサザン解析によってT-DNAの挿入数を確認したところ,任意に選んだ44ラインの内,37ライン(84%)に1コピーのT-DNAが挿入されていた.TAIL-PCR法によってT-DNA近傍塩基配列を単離し,その配列と対応するゲノムクローンの検索を行い,T-DNA近傍遺伝子を予測した.近傍遺伝子の転写物量をRT-PCRで解析し野生型と比較したところ,11ラインのT1個体中4ラインで転写物が増加した.このことから,本ベクターによりミヤコグサに遺伝子アクティベーション効果を引き起こされ,その性質が後代に遺伝することが確認された.マメ科モデル植物ミヤコグサ(Lotus japonicus)を用いて再分化方法,抗生物質による選択条件を詳細に検討し,高効率で信頼性の高い形質転換法を開発した.マメ科植物固有機能の分子機構を明らかにするために,この条件を用いてタギング用ベクターを導入した形質転換体を作製した.このベクターのT-DNAには,強力なエンハンサー配列3コピーを含むプロモーターに加え,開始コドン,スプライス供与配列,スプライス受容配列が含まれている.このためT-DNAが遺伝子間領域,または遺伝子内の非翻訳領域・エクソン・イントロンのいずれに挿入されても,近傍の遺伝子あるいはエクソンの一部または全部が共生的に発現され,効率よく変異を誘導することが期待された.形質転換当代(T_0)のタギングラインにミヤコグサ根粒菌Nesorhizobium loti Tono株を接種後,成熟した植物体の根粒着生や地上部の形態を観察し,変異体のスクリーニングを行った.約3,500個体のスクリーニングから地上部・根・根粒などの形態が変化した45の優性変異体候補を単離した.ゲノムサザン解析によってT-DNAの挿入数を確認したところ,任意に選んだ44ラインの内,37ライン(84%)に1コピーのT-DNAが挿入されていた.TAIL-PCR法によってT-DNA近傍塩基配列を単離し,その配列と対応するゲノムクローンの検索を行い,T-DNA近傍遺伝子を予測した.近傍遺伝子の転写物量をRT-PCRで解析し野生型と比較したところ,11ラインのT1個体中4ラインで転写物が増加した.このことから,本ベクターによりミヤコグサに遺伝子アクティベーション効果を引き起こされ,その性質が後代に遺伝することが確認された.シュート再生条件や形質転換体の選抜条件を根本的に見直し,簡便かつ信頼性の高いミヤコグサの形質転換法を確立した。これを利用してアクティベーションタグラインを作製した。アクティベーションタギングは、構成的エンハンサーエレメントを植物ゲノム中にランダムに挿入することで、エンハンサー近傍の遺伝子の転写活性化による機能獲得型突然変異体を作製する方法である。3コピーのCaMV35Sエンハンサーを持つタギング用ベクターpEKB35SEXTraをAgrobacterium tumefaciens EHA101株を用いて、ミヤコグサの標準系統であるB-129 Gifuに導入した。縦切りにしてアグロバクテリウムを感染させた胚軸切片をジェネティシン選抜の下で培養し、再分化したシュートを発根誘導後、馴化した。馴化した植物体は鉢上げ時にミヤコグサ根粒菌Mesorhizobium loti Tono株を接種し、開花・結実期または鉢上げ後3ヶ月以上経過した後に植物体全体の形態や根粒着生を観察し、変異体のスクリーニングを行った。1つの再分化外植片からおよそ3本のシュートを切り出し、これまでに約1300のタグラインを作製した。約850ラインについてスクリーニングを行った結果、根粒菌との共生、形態などが変化した約20個体の変異体候補を単離した。36ラインについてT-DNAの挿入コピー数をゲノムサザン解析により確認したところ、1コピーの挿入が80%以上であった。昨年度までに確立したミヤコグサ(Lotus japonicus)の形質転換法をさらに検討し,胚軸の切断法を従来の縦切りから輪切りにすることでさらに省力化を実現した.また,シュート伸長培地の採用と発根培地の改良により所用期間を約1ヶ月短縮し,胚軸感染から最短5ヶ月で鉢上げさせることを可能にした.この方法を利用して昨年度に引き続きアクティベーションタグラインの作製を続行した.Agrobacterium tumefaciens EHA101株を用いて、3コピーのCaMV35Sエンハンサーを持つタギング用ベクターpEKB35S

EXTraをミヤコグサの標準系統であるB-129 Gifuに導入した.本年度新たに約1,700ラインを作製し,形態や根粒着生の観察により約1,500ラインをスクリーニングした.現在までに,累積で約3,000系統のタグラインを作製し約2,300系統をスクリーニングしている.その中で形質に変化の見られた変異体候補は約120個体にのぼる.今後それらの後代を用いてT-DNAとの連鎖を確認する予定である。各変異体候補のT-DNA隣接領域をTAIL-PCRを用いて単離し塩基配列を解析した.これまでに,アントシアニン高蓄積変異体など4系統の変異体のT-DNA挿入部位の遺伝子構造を明らかにした.昨年度の引き続き,任意に選んだタグラインを用いてゲノムサザン法によりT-DNAコピー数を解析し,合計44ライン中36ラインがシングルコピーの形質転換体であることが明らかとなった.マメ科植物固有機能の分子機構を明らかにするために,マメ科モデル植物ミヤコグサ(Lotus japonicus)を用いて再分化方法,抗生物質による選択条件を詳細に検討し,高効率で信頼性の高い形質転換法を開発した.さらに,この条件を用いて,強力な植物遺伝子プロモーターのエンハンサー配列をランダムに導入した形質転換体を約3,500作製した.形質転換当代(T_0)のタギングラインにミヤコグサ根粒菌Mesorhizobium Ioti Tono株を接種後,成熟した植物体の根粒着生や地上部の形態を観察し,変異体のスクリーニングを行った.単離した変異体候補は,ゲノムサザン解析によってT-DNAの挿入数を確認し,TAIL-PCR法によってT-DNA近傍塩基配列を単離した.そして,その配列と対応するゲノムクローンの検索を行い,T-DNA近傍遺伝子を予測した.さらに,候補遺伝子を絞り込むためにRT-PCRによる発現解析を行った.形態や根粒菌との共生などが変化した数種類の変異体候補を単離した.主根肥大と根粒数減少の変異形質を示すラインについては,T-DNA近傍遺伝子を野生型に導入し,原因遺伝子の同定を目指している,現在,順調に形質転換植物体を取得している.また,新たに単離した数種類の変異体候補についてT-DNA近傍領域を解析した.全体の根が太くなる形質を示すラインでは,T-DNAから約600bpの位置に根粒特異的に発現している遺伝子が存在していた.アントシアニン高蓄積ラインについては,T_1世代で2コピーもしくは1コピーのT-DNAの挿入を確認した.今後,T-DNA近傍遺伝子の発現解析や候補遺伝子を導入したシロイヌナズナとミヤコグサの形質転換植物体および毛状根を用いて機能同定を進める.
脳内カンナビノイド系が変化するメカニズムの解明

ストレスとカンナビノイドの関係、およびそれらの脳機能における役割を調べるため、培養細胞を用いた電気生理および生化学実験、マウスを用いた行動実験、ヒトを対象とした選択課題を行い、以下の結果を得た。1グルココルチコイドは、ニューロンの興奮性を上昇させ、カンナビノイド受容体発現量を低下させる。2内因性カンナビノイド2-AGにはニューロンの興奮性を上昇させる作用がある。3カンナビノイド受容体欠損マウスでは大脳基底核依存性学習が障害されている。4気分障害患者では大脳基底核が関与する選択課題の遂行に変化がみられる。以上の結果はストレスによる脳機能変化にカンナビノイド系が関与するという仮説と矛盾しない。本年度は、以下の3つの実験を平行して行った。実験Aおよび実験Bは前年度の研究をさらに発展させたものである。一方、実験Cは前年度に予定されていたができなかったもので、本年度に新たに開始したものである。実験A:培養海馬ニューロンを用いて、前年度の研究により明らかとなった「内在性カンナビノイド2-AGのCB1受容体を介さない効果」のメカニズムの解明を試みた。その結果、2-AGは(1)CB1およびCB2受容体を介さずにニューロンの興奮性を上昇させること、(2)1μMより有効であること、(3)2-AG分解酵素を阻害すると効果が弱まる傾向がみられること、(4)静止膜電位や活動電位の閾値および振幅に影響を及ぼさないこと、が明らかとなった。実験B:前年度の研究により確立した条件を用いて、確率的行動選択課題の成績をうつ病患者と健常者とで比較した。その結果、健常者に比べ、うつ病患者ではNoGo学習(嫌な結果が得られた場合、その行動を行わないようにする学習)が弱い傾向がみられた。実験C:海馬の培養細胞(ニューロンとグリアの両方を含む)のCB1受容体のmRNA量をRT-PCR法で調べたところ、グリア細胞にもかなりの量のCB1受容体が発現されていることがわかった。そこで、CB1受容体を多く発現していることがすでにわかっているグリア由来の培養株細胞であるU87細胞を用いて実験を行うこととした。CB1受容体発現量に影響をおよぼす因子を探索したところ、発現を減らす培養条件を見つけたため、現在詳しい解析を進めている。本年度は以下の3つの実験を並行して行った。<実験A>前年度に引き続き、培養海馬ニューロンを用い、内因性カンナビノイド2-AGのCB1カンナビノイド受容体を介さない効果のメカニズムの解明を試みた。その結果、2-AGの効果は2-AGの分解酵素MGLの阻害剤により抑制されることが明らかとなった。しかし、2-AGの分解産物であるアラキドン酸を細胞外より投与しても2-AGの効果は再現できなかった。<実験B>前年度に引き続き、グリア由来の培養株細胞であるU87細胞を用い、CB1受容体発現量に影響を及ぼす因子を探索したところ、低酸素条件によりCB1受容体発現量が低下することが判明した。<実験C>培養海馬ニューロンを用い、ストレスホルモンの影響を調べたところ、グルココルチコイドの1ー2日処理はニューロンの興奮性を上昇させることが明らかとなった。研究期間全体を通じて明らかとなったことは以下の4つである。(1)カンナビノイド系とニューロン活動はお互いに複雑に影響を及ぼしあっている。内因性カンナビノイドはニューロン活動により生成・放出されるが、放出された内因性カンナビノイドはCB1受容体を介してシナプス活動を抑制し、一方、その代謝産物は逆にシナプス活動を促進させる。(2)ストレスホルモンはニューロンの興奮性に影響を及ぼす。(3)CB1受容体発現量は酸素濃度の影響を受ける。(4)CB1受容体が多く発現している大脳基底核の働きに依存している確率的行動選択課題の結果は健常者とうつ病患者の間で差がみられる。本研究では、培養細胞レベルから人の行動レベルまでの広い範囲で同時進行的に解析を行ったため、結果は断片的となってしまった。今後はさらに研究を発展させ、個々の結果を統合し「ストレスが如何に神経活動やカンナビノイド系に影響を及ぼしヒトの行動に影響をおよぼすのか」の仮説を立て検証を行う必要がある。本年度は、カンナビノイド受容体アゴニストの長期投与により神経活動がどのような影響を受けるのかを調べた。神経活動は長期的にみるとほぼ一定となるように調節・維持されている。カンナビノイドはシナプス伝達を抑制するため一時的には神経活動を抑制するが、活動を一定にさせる仕組みにより興奮性が上昇する可能性が考えられる。そこで、まずこの可能性について検討した。また、それと平行して、カンナビノイド依存性の課題の開発を試みた。

神経活動を抑制する薬剤であるテトロドキシンを培養海馬ニューロンに1-2日間投与すると、薬剤除去後にニューロンの興奮性が著しく上昇していることが観察され、長期的変化を調べる本実験方法の妥当性が確認された。そこで次に、カンナビノイド受容体アゴニストWIN55,212-2を1-2日間投与し、興奮性の変化を調べたところ、予想通りに興奮性が上昇することが確かめられた。よって、カンナビノイド受容体の活性化は短期的には神経活動を低下させるが、長期的にはニューロンの興奮性を上昇させると考えられる。また、内在性カンナビノイドである2-アラキドノイルグリセロール(2-AG)の効果を調べたところ、2-AGにはカンナビノイド受容体を介さない成分が含まれていることが示唆された。さらに、確率的行動選択課題について、再現性の高い値を得るための条件を確立した。カンナビノイドは神経活動に依存して生成・放出され、それがさらに神経活動に影響をおよぼすという短期的なフィードバック・ループの存在はすでに報告されている。本研究はこのフィードバックがより長期的なスケールにおいても働いていることを示唆するものである。カンナビノイド系に作用する薬剤を治療薬として用いる場合には、このようなフィードバック機構を理解する必要があり、その意味において本研究は臨床的にも意義あるものである。当初の計画では「神経活動の変化」が「CB1受容体発現量」にどのような影響をおよぼすのかを調べる予定であったが、この両者がお互いに影響をおよぼし合うことがわかり、前年度に両者の関係を明らかにする実験を行った。その過程で、「内在性カンナビノイド2-AGはCB1受容体を介さずに神経活動を高める」という現象を発見した。本年度はこの現象のメカニズムの解明を試み、いくつかのことを明らかにした。よって、予定通りではなかったが、研究は着実に進展している。また、当初の計画にはなかったが、行動選択に深く関わる大脳基底核にカンナビノイド受容体が多く存在することより、行動選択にカンナビノイドが関与する可能性は高いと考え、前年度に人を対象とした行動選択課題についての実験を始めた。本年度の研究により、健常者とうつ病患者では行動選択に違いが見られることが明らかとなり、「ストレスはカンナビノイド系を変化させ行動選択に影響をおよぼす」という作業仮説と矛盾しない結果が得られた。以上より、ある部分に関しては「3.やや遅れている」ものの、「1.当初の計画以上に進展している」部分も多く、総合評価として「2.おおむね順調に進展している」と判断した。当初の計画では、「カンナビノイドアゴニスト投与」や「神経活動の変化」がCB1受容体発現量にどのような影響をおよぼすのかを調べる予定であった。しかし、この両者がお互いに影響をおよぼし合うことがわかり、両者の関係をまず明らかにすることにした。この結果は、今後の研究計画にも影響をおよぼす重要なものであり、したがって、研究は進展していると言える。とは言え、予定通りではなかったため、この点においては「3.やや遅れている」と判断される。一方、当初の計画にはなかったが、カンナビノイド依存性の課題の開発を試みることにした。行動選択に深く関わる大脳基底核にはカンナビノイド受容体が高濃度に存在している。
高性能化学センサシステムによる化学計測

本研究は、昭和61年度より63年度迄3年間、特定研究として採択され、高度情報化社会に適合するよう、新しい機能のセンサ材料、新検出法を組み合わせた高性能化学センサにより化学情報を迅速に得る手段を確立し、同時に理、工、農、医、薬の各分野の研究者が協力し、組織的な研究を行うことにより、それらの分野のニーズに応えるシステムを研究開発してきたが、ほぼ目的を達成した。また、最終年度である平成元年度はその研究成果のとりまとめを行った。本研究課題の達成のため、本研究においては、総括班のほかに、第1班:高機能センサ素子材料研究班、第2班:高性能化学センサシステムの新検出方式研究班、第3班:高性能イオン、ガスセンサ開発研究班、第4班:高感度バイオセンサ開発研究班、第5班:知能システム化研究班の5班構成とした。班員は合計69名であった。本研究の成果は、別添成果報告書にあるように極めて充実したものであり、特に分析化学者、物理化学者、合成化学者、生物化学者、分光学者など各種の専門領域からのよりすぐった専門家間の交流により、化学センサの領域において、基礎および応用両面に関し、世界に誇り得る多大の成果をあげることができた。最終年度は、その業績を英文および邦文による研究成果報告書(英文338頁、邦文312頁)にまとめるべく、その編集を行った後、印刷、出版し、各大学図書館をはじめ各方面へ配布した。また、特定研究期間中、毎年3回の全体会議、2回の公開シンポジウムを開催し、研究成果の公開、討論、連絡を行った。さらに、昭和63年度に1回、平成元年度に2回、国際シンポジウムを開催し、研究成果のうち特に成果が上がったものの講演発表および関連外国人研究者の招待講演ならびに討論を行い、国際的交流をはかった。本研究は、過去3年間、特定研究として採択され、高度情報化社会に適合するよう、新しい機能のセンサ材料、新検出法を組み合わせた高性能化学センサにより化学情報を迅速に得る手段を確立し、同時に理、工、農、医、薬の各分野の研究者が協力し、組織的な研究を行うことによりそれらの分野のニーズに応えるシステムを研究開発してきたが、ほぼ目的を達成した。そこで、本年度はその研究成果のとりまとめを行った。まず、本年度研究分担者すなわち過去3年間の班長もしくは総括班員であった者の会議を開催し、成果報告書の編集およびとりまとめの国際シンポジウムの開催の準備を行った。これに従って、公募研究者を含めた全研究班員から3年間にわたる全研究成果の報告書の提出を求め、英文および邦文による研究成果報告書(英文338頁、邦文312頁)を編集、印刷し、単行本の形で出版し各方面へ配布した。その送付先は、各大学図書館をはじめ、該当学会、希望する内外の研究者にわたり、約350件を数えた。次に、上記研究報告書の刊行と時期を合わせ、9月22日、学士会館本館において研究成果のうち特に成果が上がり、社会的にインパクトの強いもの2件を選び、当該研究者による講演発表を国際シンポジウムとして開催し、同時に、本特定研究に関する研究活動を活発に行っているProf.L.B.Wingards,Jr.およびProf.F.Schellerに招待講演を依頼し、あわせて討論を行った。さらに、12月18日より22日の間ハワイにおいて開催された環太平洋国際化学会議において、化学センサ、バイオセンサシンポジウムを企画し、特定研究班員を中心とした成果発表を行い、外国人研究者との討論を通じて国際交流をはかった。
運動が引き起こす骨格筋線維の増殖について

骨格筋線維数は生後まもなく決定され、それ以後は変化しないとする線維数固定説が長い間受け入れられてきた.筋線維数は数千,数万単位であることから,線維数計数の信頼性を高めるために,同一ラット筋について硝酸処理法とパラフィン法の2つの方法を適用した.その結果,筋線維数は運動により確かに増加することが判明したが,本研究では増加した線維の由来を明らかにするために,離乳直後の雌ラットを用いて,自発運動を長期間行わせ,筋を肥大させた.実験で用いた筋は走行が単一な縫工筋とし,筋の近位から遠位に分け、各部位の横断面に現れた線維数を計数し,縦断面の線維形態を調べるとともに,各部位のDNAを定量した.えられた結果は次のとおりである.対照群,運動群ともに筋線維数は,近位部から増加し,中央部においてピークに達した後減少し,遠位部では再び,近位部の線維数に戻った.運動による変化は近位部ではなかったが,中央部において,線維数の有意な増加があった.各部位における筋線維面積を画像解析システムにより計測すると,筋中央部の面積は運動により変化しなかったが,近位部および遠位部では運動により面積が有意に増加した.中央部の筋DNA量は他の部位より増加しており,筋中央部の線維数の増加が生化学的に支持された,筋中央部の線維形態を縦断面より調べると,筋の全長を走ることなく途中に終わるtepreing fiberが頻発することが確認された.以上より縫工筋は自発運動により,肥大を起こすが,運動による筋線維形態変化は部位で異なり,近位部および遠位部では線維の太さが増大することにより,また中央部では筋線維数の増加によることが明らかにされた.この筋中央部における線維数の増加はtapering fiberの出現が一因となることが明らかにされた.骨格筋線維数は生後まもなく決定され、それ以後は変化しないとする線維数固定説が長い間受け入れられてきた.筋線維数は数千,数万単位であることから,線維数計数の信頼性を高めるために,同一ラット筋について硝酸処理法とパラフィン法の2つの方法を適用した.その結果,筋線維数は運動により確かに増加することが判明したが,本研究では増加した線維の由来を明らかにするために,離乳直後の雌ラットを用いて,自発運動を長期間行わせ,筋を肥大させた.実験で用いた筋は走行が単一な縫工筋とし,筋の近位から遠位に分け、各部位の横断面に現れた線維数を計数し,縦断面の線維形態を調べるとともに,各部位のDNAを定量した.えられた結果は次のとおりである.対照群,運動群ともに筋線維数は,近位部から増加し,中央部においてピークに達した後減少し,遠位部では再び,近位部の線維数に戻った.運動による変化は近位部ではなかったが,中央部において,線維数の有意な増加があった.各部位における筋線維面積を画像解析システムにより計測すると,筋中央部の面積は運動により変化しなかったが,近位部および遠位部では運動により面積が有意に増加した.中央部の筋DNA量は他の部位より増加しており,筋中央部の線維数の増加が生化学的に支持された,筋中央部の線維形態を縦断面より調べると,筋の全長を走ることなく途中に終わるtepreing fiberが頻発することが確認された.以上より縫工筋は自発運動により,肥大を起こすが,運動による筋線維形態変化は部位で異なり,近位部および遠位部では線維の太さが増大することにより,また中央部では筋線維数の増加によることが明らかにされた.この筋中央部における線維数の増加はtapering fiberの出現が一因となることが明らかにされた.適度な運動負荷は骨格筋の肥大を引き起こす.従来,筋の肥大は形態学的には筋線維が太くなることによって説明されてきた.なぜならば筋線維数は生誕後まもなく決定され,それ以降変化しないと信じられてきたからである.線維数増加の有無については激しい論争が展開されてきたにもかかわらず,線維数が数千万単位という数であるがための計数誤差については何ら議論されたことはない.本研究では正確な線維数の計数が1つの目的でもあったのでまず線維の走行が単純な縫工筋をサンプルとして選んだ.細長い縫工筋を起始部より終末部にかけて3-5mmずつのブロックとして,各部位における総線維数を計数した.計数方法は硝酸処理して実体顕微鏡下で計数する方法とパラフィン切片を作製し染色後,システム生物顕微鏡(平成7年度科研費購入,オリンパス社製,BX-50)下で写真をとり,横断面の線維数を求める方法の2つを同時に実施した.実験では離乳直後の雌ラットを用いて,自然自発回転ケージ内で長期間自然運動を行わせたが,運動量は平均10km/dayにも達した.縫工筋重量は自然運動を行わせても著名に増加し,筋肥大が起こった.対照群と運動群の縫工筋線維数の計数が硝酸処理法とパラフィン法により実施されたが,対照筋ではいずれの方法でもほぼ同一の結果がえられた.しかし,運動筋においてはパラフィン法で計数された線維数の方が硝酸法のそれを5-10%ほど上回った.その増加は特に筋腹中央部で極細線維が出現することによるが,この極細線維は硝酸処理法では検出されなかった.

パラフィン法でえられた総線維数の計数により,筋線維数は運動により増加するが,その増加は筋腹中央部で現れ,増加した線維は極細線維を多く含むことが明らかにされた.骨格筋線維は生後まもなく決定され,それ以後は変化しないとする線維数固定説が長い間受け入れられてきた.筋線維数は数千,数万単位であることから,筋線維数固定説の根拠である線維数計数の信頼性をまず検討した.計数の信頼性を高めるために,同一ラット筋について硝酸処理法とパラフィン法の2つの方法を適用し,線維数は運動により確かに増加することが判明した.本研究では増加した線維の由来を明らかにするために,離乳直後の雌ラットを用いて,自発運動を長期間行わせ,筋を肥大させた.実験で用いた筋は走行が単一な縫工筋とし,筋の近位から遠位まで6つの部位に分け,各部位の横断面に現れた線維数を計数し,縦断面の線維形態を調べるとともに,各部位のDNAを定量した.えられた結果は次のとおりである.対照群,運動群ともに筋線維数は,近位部から増加し,中央部においてピークに達した後減少し,遠位部では再び,近位部の線維数に戻った.運動による変化は近位部,遠位部ではなかったが,中央部において,線維数の有意な増加があった.各部位における筋線維面積を画像解析システムにより計測すると,筋中央部の面積は運動により変化しなかったが,近位部および遠位部では運動により面積が有意に増加した.中央部の筋DNA量は他の部位より増加しており,筋中央部の線維数の増加が生化学的に支持された.筋中央部の線維形態を縦断面より調べると,筋の全長を走ることなく途中に終わるtapering fiberが頻発することが確認された.以上より縫工筋は自発運動により,肥大を起こすが,運動による筋線維形態変化は部位で異なり,近位部および遠位部では線維の太さが増大することにより,また中央部では筋線維数の増加によることが明らかにされた.また筋中央部における線維数の増加はtapering fiberの出現が一因となることが明らかにされた.
(Bi,Pb)_2Sr_2CaCU_2O_y固有ジョセフソン接合のノイズ分光法の研究

Bi_2Sr_2CaCu_2O_x(BSCCO)単結晶は、超伝導層である約3Å厚のCuO_2層と12Å厚の非超伝導性(絶縁性あるいは半導体性)Sr0層及びBi0層が交互積層した固有Josephson接合を形成している。本研究では、BSCCO単結晶表面にメサ型固有Josephson接合を光露光法とArイオンミリング法により作製し、その準粒子ならびにノイズ特性を調べた。一般の電子デバイスにおいて、その低・高周波ノイズの評価は、デバイス内の欠陥や電流輸送機構を知るための無侵襲診断ツールとして重要な事項であるが、これまでメサ型BSCCO接合のノイズ特性に関する報告は無かった。メサ型IJJの準粒子特性は、Andreev反射理論により解析し、ノイズ測定結果は、Hoogeの理論を用いて解析した。メサ型接合の電流ー電圧特性上には大きなヒステリシスを有する準粒子電流分岐(ブランチ)が多数本観測された。この各ブランチに定電流バイアスして1/fノイズを測定した結果、ノイズ電圧パワースペクトルはブランチ数、即ち電圧状態にある接合数に比例して増加することを初めているが、各接合を隔てる超伝導電極厚さ(3Å厚のCuO_2層)が極めて薄いにも関わらず、互いに相関無く動作していることは驚くべきことである。また、接合1個あたりの1/fノイズパラメータをLow-T_c金属(Nb、NbN)系トンネル素子と比較を行った結果、BSCCOメサのノイズレベルはNb系素子に比べて約3桁大きく、NbN系素子と同程度であることがわかった。これは、BSCCOメサの1/fノイズが化合物系超伝導体には避けられない結晶の不完全性に起因することを示唆している。本研究で得られた結果は、現在、米国応用物理学会誌(Appl.Phys.Lett.& J.Appl.Phys.)に投稿準備中である。また、本年9月米国で開催される応用超伝導国際会議で成果発表する。本研究は、低周波ノイズ特性を非破壊診断ツールとして用いて高温超伝導体BSCCO固有ジョセフソン接合デバイスの電流輸送機構を調べることを目的としている。この方法は、低温超伝導体デバイスにおいて我々が見出した接合品質パラメータと低周波1/fノイズとの一般的な関係に基づいた方法である。本年度はまず、宇都宮大学の大矢教授のグループの指導のもとにBSCCO単結晶成長を行い、良好な単結晶を得た。また、大矢教授グループで作製した単結晶を用いてメサ型の固有ジョセフソン接合(接合数6個のスタック型)の準粒子電流特性を測定し、アンドレーエフ反射電流の理論で良く説明できることを明らかにした。このメサ型固有ジョセフソン接合の特性を測定する場合、端子部でのコンタクト特性がオーミックか否かが重要となり、この改善法として真空中での結晶へき開とへき開面へのAu蒸着及び局所的レーザーアニーリング等の特殊な方法がとられる。我々はこのプロセスを簡単化する目的で、Au細線のマイクロアーク溶着法を新しく用いた。まだ、十分なオーミックコンタクトは得られていないが、この方法が簡便で有用であるという知見を得た。メサ型接合で1/fノイズ特性を測定したところ、まだコンタクト特性が十分ではないことからコンタクト部分のトンネル特性によるローレンツバンプが観測されたが、固有ジョセフソン接合自体は低ノイズ特性をもち、電流輸送機構はアンドレーエフ反射電流の理論に従う良好なものであることを明らかにした。また、低温超伝導(Nb系)

デバイスのノイズ特性については、これまでの結果に加えてより多くのデータ収集を行い、デバイス品質パラメータと1/fノイズパラメータとが普遍的な関係をもつことを明らかにした。Bi_2Sr_2CaCu_2O_x (BSCCO)単結晶は、超伝導層である約3Å厚のCuO_2層と12Å厚の非超伝導性(絶縁性あるいは半導体性)SrO層及びBiO層が交互積層した固有Josephson接合を形成している。本研究では、BSCCO単結晶表面にメサ型固有Josephson接合を光露光法とArイオンミリング法により作製し、その準粒子ならびにノイズ特性を調べた。一般の電子デバイスにおいて、その低・高周波ノイズの評価は、デバイス内の欠陥や電流輸送機構を知るための無侵襲診断ツールとして重要な事項であるが、これまでメサ型BSCCO接合のノイズ特性に関する報告は無かった。メサ型IJJの準粒子特性は、Andreev反射理論により解析し、ノイズ測定結果は、Hoogeの理論を用いて解析した。メサ型接合の電流-電圧特性上には大きなヒステリシスを有する準粒子電流分岐(ブランチ)が多数本観測された。この各ブランチに定電流バイアスして1/fノイズを測定した結果、ノイズ電圧パワースペクトルはブランチ数、即ち電圧状態にある接合数に比例して増加することを初めて見出した。これは、メサ内の接合間の相互作用による余剰ノイズが生じていないことを示唆しているが、各接合を隔てる超伝導電極厚さ(3Å厚のCuO_2層)が極めて薄いにも関わらず、互いに相関無く動作していることは驚くべきことである。また、接合1個あたりの1/fノイズパラメータをLow-T_c金属(Nb、NbN)系トンネル素子と比較を行った結果、BSCCOメサのノイズレベルはNb系素子に比べて約3桁大きく、NbN系素子と同程度であることがわかった。これは、BSCCOメサの1/fノイズが化合物系超伝導体には避けられない結晶の不完全性に起因することを示唆している。本研究で得られた結果は、現在、米国応用物理学会誌(Appl.Phys.Lett.& J.Appl.Phys.)に投稿準備中である。また、本年9月米国で開催される応用超伝導国際会議で成果発表する。
神経伝達物質受容体の伝達物質認識機構の理論的研究

本研究の目的は,受容体の分子認識機構を分子レベルで理論的に解明することである.昨年度,神経伝達物質γアミノ酪酸(GABA)とグルタミン酸(Glu)の水溶液中での電子状態を非経験的分子軌道(ab initio法)により求め,水溶液中での各基質分子の電子状態,その構造(形状)及び電荷分布などを検討し,主に両分子の物理的な違いについて明らかにした.当該年度は主に,基質分子Gluとグルタミン酸受容体モデルとの相互作用について検討した.(1)受容体モデルの初期構造決定グルタミン酸受容体として,Armstrong等により明らかにされたイオンチャネル型受容体iGluR2のグルタミン酸結合状態結晶データ(Protein Data Bank ID:1ftj)を用いた.登録されていない水素原子の座標データを半経験的分子軌道法であるMNDO-PM3法の構造最適化計算によって決定した.(2)基質分子の構造変化前年度の研究結果である各基質分子の水溶液中での構造と(1)で得られた結合状態での構造との比較を行ない,結合状態の基質分子は安定構造とは異なることがわかった.基質とその受容体とは「鍵と鍵穴」式の認識機構であり,タイトで「静的」なイメージが一般的に持たれているが,当該研究の結果,基質分子はその受容体にbindingする際に,その構造(形状)を変化させることが明らかになった(実験では,認識過程において受容体の構造変化も示唆されている).受容体の分子認識には基質分子の個々の大きさも大切であるが,基質と受容体結合部位にあるアミノ酸残基との電気的相互作用も重要なファクターであると考えられる.(3)基質分子認識過程のモデル計算(2)の結果をふまえ,フリーな基質分子が受容体に認識される過程を分子軌道法で計算し,その構造変化の様子を明らかにする予定であったが,当該研究期間内には結果が得られなかった。本研究の目的は,受容体の分子認識機構を分子レベルで理論的に解明することである.基質分子と受容体をの相互作用を考える上で,水溶液中での基質分子の形状及びその物理的な性質を明らかにすることは必要不可欠である.当該年度に行った研究は,神経伝達物質γ-アミノ酪酸(GABA)とグルタミン酸(Glu)の水溶液中での電子状態を非経験的分子軌道(ab initio法)により求めた.水溶液中での各基質分子の電子状態,その構造(形状)及び電荷分布などを検討し,主に両分子の物理的な違いについて明らかにした.6-311++G(3df,2pd)基底関数系による計算結果では,GABAはextendedな構造のみが安定であることがわかった.一方,水溶液中でのGluは4つの安定な構造を持つことがわかった.また,当該研究者のこれまでの研究で,真空中でのGABAおよびGluはそれぞれextendedおよびroundedな構造のもの1つのみが安定構造であることがわかっている.当該年度に明らかにした水溶液中でのGABA及びGluの物理的な性質について,真空中での結果と比較検討した結果を次に述べる.GABAはflexibleな分子と考えられているが,真空中でも水溶液中でもほとんど同じextendedな構造のみが安定構造であるので,構造的にはかなり安定な基質分子であると考えられる.逆にGluは,水溶液中ではextendedな構造とroundedな構造の間にはほとんどエネルギー差が無くflexibilityを持っていると考えられる.また,得られた静電ポテンシャルから,GABAの場合は正負どちらの荷電アミノ酸残基にも近づくことが出来る.一方,Gluの周りには負の静電ポテンシャルが形成されているため,正電荷を持ったアミノ酸残基に近づきやすいということがわかった.本研究の目的は,受容体の分子認識機構を分子レベルで理論的に解明することである.昨年度,神経伝達物質γアミノ酪酸(GABA)とグルタミン酸(Glu)の水溶液中での電子状態を非経験的分子軌道(ab initio法)により求め,水溶液中での各基質分子の電子状態,その構造(形状)及び電荷分布などを検討し,主に両分子の物理的な違いについて明らかにした.当該年度は主に,基質分子Gluとグルタミン酸受容体モデルとの相互作用について検討した.(1)受容体モデルの初期構造決定グルタミン酸受容体として,Armstrong等により明らかにされたイオンチャネル型受容体iGluR2のグルタミン酸結合状態結晶データ(Protein Data Bank ID:1ftj)を用いた.登録されていない水素原子の座標データを半経験的分子軌道法であるMNDO-PM3法の構造最適化計算によって決定した.(2)基質分子の構造変化前年度の研究結果である各基質分子の水溶液中での構造と(1)で得られた結合状態での構造との比較を行ない,結合状態の基質分子は安定構造とは異なることがわかった.基質とその受容体とは「鍵と鍵穴」式の認識機構であり,タイトで「静的」なイメージが一般的に持たれているが,当該研究の結果,基質分子はその受容体にbindingする際に,その構造(形状)を変化させることが明らかになった(実験では,認識過程において受容体の構造変化も示唆されている).受容体の分子認識には基質分子の個々の大きさも大切であるが,基質と受容体結合部位にあるアミノ酸残基との電気的相互作用も重要なファクターであると考えられる.(3)基質分子認識過程のモデル計算

(2)の結果をふまえ,フリーな基質分子が受容体に認識される過程を分子軌道法で計算し,その構造変化の様子を明らかにする予定であったが,当該研究期間内には結果が得られなかった。