hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スフィンゴミエリン合成酵素の機能に関する研究

スフィンゴ脂質は、細胞膜の重要な構成成分であり、多くの場合、脂質マイクロドメインと呼ばれるコレステロールに富む領域を形成している。その脂質マイクロドメインは、増殖因子受容体や細胞接着因子、細胞内シグナル伝達分子が局在し、細胞の増殖・分化・遊走・生存といった様々な場面で細胞内外のシグナル伝達の中継ステーションとして機能している。このマイクロドメインを形成に重要と考えられているスフィンゴミエリンの合成を触媒するスフィンゴミエリン合成酵素(SMS)の分子そのものについては不明であった。本研究課題では、骨細胞に発現する遺伝子の探索の過程で単離したSMS2について、ノックアウトマウスを作成し、酵素機能を明らかにすることを目的として研究を行った。Sms2遺伝子座にβガラクトシダーゼ遺伝子を導入し、その発現部位を活性染色により同定を行ったところ,胎児期では、特に骨格領域、とりわけ骨芽細胞依存性の石灰化領域に発現が限局しており、骨細胞にも顕著な発現が検出された。SMS2ノックアウトマウスはメンデル遺伝に則った形で誕生し、遺伝子型によって、体長ならびに体重などの外見上の差異が認められなかった。また、胎児由来線維芽細胞を調製し、スフィンゴミエリン特異的プローブによる細胞化学的観察、薄層クロマトグラフィーによる生化学的検討においても、野性型と比較して顕著なスフィンゴミエリン量の変化は検出されなかった。また、SMS2はSMS1と異なり,そのほとんどが細胞形質膜に存在している事がわかり,SMS2は、スフィンゴミエリン生合成系での中心的な役割は担っておらず,むしろ膜局所でのスフィンゴミエリン代謝で機能している可能性が示唆された。このマイクロドメインを形成に重要と考えられているスフィンゴミエリンは、セラミドとフォスファチジルコリンから生合成されることが知られていたが、最近まで、その合成を触媒するスフィンゴミエリン合成酵素(SMS)の分子そのものについては不明であった。我々が、骨細胞に富む分画に発現する遺伝子の探索の過程で単離したSMS1ならびにSMS2について、ノックアウトマウスを作成し、SMS1とSMS2のin vivoにおける機能を明らかにすることを目的として研究を行った。Sms2遺伝子座にβガラクトシダーゼ遺伝子を導入し、その発現部位を活性染色により同定できるようになった。胎児期のSms2遺伝子は、特に骨格領域、とりわけ骨芽細胞に発現が限局していた。石灰化が始まる軟骨内骨化の領域では一部最終分化した軟骨にも発現が見られたが、永久軟骨である肋軟骨などでは発現は見られなかった。また、骨実質に埋まり込んで存在する骨細胞においても発現が観察された。Sms2ノックアウトマウスは、メンデル遺伝に則った形で誕生し、遺伝子型によって、体長ならびに体重などの外見上の差異が認められず、寿命も野生型とほぼ同様であった。現在、Sms1ノックアウトマウスの解析も進めている。

我々は、骨細胞に富む分画に発現する遺伝子の探索の過程で単離したSMS2について、ノックアウトマウスを作成し、酵素機能を明らかにすることを目的として研究を行った。SMS2ノックアウトマウスはメンデル遺伝に則った形で誕生し、遺伝子型によって、体長ならびに体重などの外見上の差異が認められず、寿命も野生型とほぼ同様であった。また、胎児由来線維芽細胞(MEF)を調製し、スフィンゴミエリン特異的プローブによる細胞化学的観察、薄層クロマトグラフィーによる生化学的検討においても、野性型と比較して顕著なスフィンゴミエリン量の変化は検出されなかった。また、SMS2はSMS1と異なり,そのほとんどが細胞形質膜に存在している事がわかり,SMS2は、スフィンゴミエリン生合成系での中心的な役割は担っておらず,むしろ膜局所でのスフィンゴミエリン代謝で機能している可能性が示唆された。
イギリス・ロマン主義におけるテクストと物質的環境の研究

近年の地球規模の環境悪化を反映し、人文学においても自然と人間・文化の関係を文化論やテクスト解釈の観点から研究する「環境批評」が重要な研究分野となってきている。本研究では、環境批評のなかから自然環境の物質性とその文化的認識に焦点をあてた21世紀の理論的潮流を考察し、そこで得られた知見から、自然環境の現代的意識が成立したロマン主義時代のテクストを分析した。環境思想や環境文学の原型となったロマン主義の文化テクストを先端的理論から解釈し直し、その現代的意義を再評価するとともに、環境批評理論を文化テクストや文化史解釈の武器としてさらに鍛えることを意図した。27年度の研究実績は、環境批評理論の精査、環境批評理論の前期ロマン主義テクストの解析への応用、およびそれらを踏まえたうえでのロマン主義テクストの分析の3点である。環境批評理論の研究においては、Steven Vogelが提起した自然の哲学的解釈の4類型を概念的枠組みとし、そこにKate Rigbyの物質的自然と芸術的創作の関連についての理論的考察、およびSerenella IovinoとSerpil Oppermannの「物質的環境批評」の議論を組み合わせ、物質的環境を表象されえない「他者」として認識する認知構造の定式化をおこなった。さらにTimothy Mortonの「自然なきエコロジー」の概念も一部参考にしながら、この理論的な考察により、物質的環境を言語表象の「陰画」として読み取る読解法を確立した。そしてこの読解戦略に基づき、18世紀後半の前ロマン主義時代のテクストと、ロマン主義初期のテクストを分析した。まず、前ロマン主義の言語観に、人間の経験を物質に還元して考える傾向があることを読み取り、この観点から前ロマン主義の言語理論家John Horne Tookeの言語理論の中に、物質的環境と言語表象を架橋する思想的営為があることを明らかにした。これにより、18世紀後半の文化・思想状況には、物質的環境を認知する現代的な環境思想の萌芽があることを論ずることができた。そしてこの思想状況を前提に、ロマン主義初期のWilliam Wordsworthのテクストを分析し、言語表象からこぼれ落ちる亀裂的瞬間に物質としての環境が、人間の命運や文化的領域に関与せず、それ自身の法則性や「掟」に基づいて運行する「無慈悲な自然」(indifferent nature)を読み取るテクスト解釈的研究をおこなった。これらの研究成果を、主に論文、書籍、書評の形で発表した。当初計画のうち、理論的考察についてはほぼ計画通り推移し、想定していた成果を上げることができた。研究実施計画で予定していた現代環境理論の考察のうち、主要なものについて精査し、解釈の枠組みとしてまとめることができている。Allan Bewellの提起した政治性とエコロジーの問題、Laurence Buellのアメリカ文学テクストに基づいた考察に関しては、十分咀嚼できたとは言えないものの、他の面では満足できる理論的素地を構築できたものと評価している。前ロマン主義およびロマン主義のテクスト解釈においては、研究を進める中、初年度の段階では言語論のあり方を再考しておくことが必要と判断し、当初計画に変更を加えることとなった。これにより、計画していた風景描写テクストと自然神学の解釈は28年度もしくは29年度に実施することとした。計画では前ロマン主義を中心にテクスト読解を進める予定であった。しかし、テクストの検討を進める中で、ロマン主義初期のWordsworthのテクストが分析対象として非常に意義が深いことが判明し、初年度の段階でロマン主義テクストの解釈を提起し、学界からの反応や評価も参考にしながら、その後の研究の進展に生かすこととした。このように、研究主題を扱う時期は計画から前後したものの、今後の研究にはむしろ好影響を与えるものであり、さらに実際に得られた研究成果の内実は、当初予定していたものに劣らない量と質であったことから、計画はほぼ適切に進捗していると評価した。28年度は、27年度の研究で考察した環境批評理論と、新たに対象としたScott Slovicの議論に立脚しながら、イギリス・ロマン主義の文学・思想テクストを中心に、物質的自然と「他者」の問題を追求した。またイギリスの影響を受けたアメリカの環境テクストにも考察の対象を広げ、研究の普遍化をはかった。具体的には、27年度に端緒をつけたW. Wordsworthの他者としての「無慈悲な自然」の研究を、ワーズワスの代表的自伝テクスト全般に対象を拡大し、さらに、その観点からアメリカのH. D. Thoreauの自伝的テクストを分析した。結果としてワーズワスにおいて、緑の自然美の亀裂から出現する無限空間として認識された他者的自然が、ソローでは、より明確な形態と具体的な物質性を備えた「原野」的空間との邂逅として出現していることがわかった。後者は、原初の天地創造の行為を今に残す「人の手の入っていない地球」であり、一見したところ「人間」とは断絶した他者である。しかしこの他者性は、焼畑による焦土、石化した植物、野生動物の食肉などの物質的イメージを媒介に、環境と人間にマテリアルな接点を提起するものでもあった。このようにソロー、そしてワーズワスには、伝統的自然の対極にある他者的自然=「ポスト・ネイチャー」と、ポスト・ネイチャーから人間を再定義する「ポスト・ヒューマニティー」につながる現代的意義があることが判明した。

さらに28年度は現代アメリカのA. Leopoldoの環境思想を、ワーズワス=ソローの枠組みに位置付けることで、さらに27年度からの課題であった18世紀の風景描写の問題をA. Pope、J. Thomsonらの重商的海外拡張主義のテクストとその背後にある自然神学の形而上学に読み取ることで、ロマン主義の環境思想を取り巻く通時的コンテクストをより拡張した形で考究することができた。研究の進捗自体は、若干の変更や前後はあるものの、ほぼ計画通りに進んでいると言える。ただし、論文、著書、口頭発表など、具体的な研究発表については当初の計画に比較して数的達成の観点からやや遅れが生じていることは否めない。29年度の研究実施、およびそれ以降の研究発表において遅れを取り戻すべく努力する必要がある。環境批評理論については、過去2年間の研究によっておおむね必要な全体像を把握し、方法論を抽出することができている。K. Rigbyの環境における他者論を理論的な収斂点と設定し、A. Bewellら80年代以来の理論形成と、L. BuellやT. Mortonなどのより近年の環境理論から、S. IovinoとS. Oppermannによる物質的環境批評、そして環境批評の第4の波を定義したSlovicまでを概括する観点を持てたことは成果であったと言える。文化テクストの分析の面でも、前期ロマン主義の風景と商業主義・帝国主義的拡張、ワーズワスを中心とするロマン主義の環境的感性、J. H. Tookeなどロマン主義時代の物質論的言語観、ソローやレオポルドなどのアメリカの環境思想の流れへの架橋などの複合的な課題に、他者性や物質性という統合的な観点から一貫した解釈を与え、「無慈悲な自然」「露岩地形」「焼畑焦土」「非人間的原野」「実詞言語」など、作家や思想家たちが実際に使ったことばやイメージに基づいた概念に立脚しつつ、全体像を整理して提示しつつあることは2年間の成果としては一定の評価ができるであろう。ただしすでに述べたように、出版物や口頭発表の面では限られた回数しか研究発表に結実してこなかったことは否めない。研究3年目の29年度、そしてそれ以降はこの点で改善をはかり、研究成果をより広く学会および社会と共有していくことを試みたい。研究最終年度にあたる29年度は、昨年度から継承した研究テーマとして、1)ロマン主義文学と思想における「物質の行為者性」を考察し、併せて2) 3年間の研究の総括をおこなった。1) 28年度に考察した「物質の他者性」と密接にかかわり、物質的環境批評のもう一つの大きなテーマである「物質の行為者性」を理論的に検証し、その実際の発現の様態をロマン主義のネイチャーライティングテクストにおいて考察した。理論の面では、Jane BennettやStacy Alaimoらの環境フェミニズム批評から、Serenella Iovino and Serpil Oppermannらによる最近の総括までを検証したうえで、行為する自然に能動的に参加し、環境を他者的外在物と共同で形成していく人間主体のあり方をSteven Vogelの哲学に求めた。この理論的観点からWilliam Wordsworthの環境文学と自然神秘主義思想を中心にロマン主義の読み直しをおこなった結果、現代環境批評とロマン主義が対等の立場で互いを生産的に読解し合う複合的なテクストの生態系をなしているという結論に至った。またロマン主義と現代環境
ポストシンセシスによる柔軟性イオン結晶の精密合成と高機能化

資源の少ない我が国において,エネルギーや物質の有効利用を可能にする高機能材料の開発は,重要な課題の一つである.本研究では,分子性イオンをモチーフとした多孔性イオン結晶の合成を行い,既存の多孔体(ゼオライトや配位高分子錯体)とは異なる機能性を見出した.具体的には,多孔性イオン結晶の特長である,結晶格子内の電場勾配,構成ブロック間に強い結合がないために構成ブロックに構築した吸着点や反応活性点を結晶化後も活用できる,構造柔軟性,を活かし,セシウムイオンの高容量・高選択的吸着,メソ細孔(孔径>2ナノメートル)の構築と高いプロトン伝導性と酸触媒機能を明らかにした.結晶性多孔体(ゼオライト,多孔性配位高分子など)は,分子やイオンの凝縮・輸送・変換機能を有し,基礎から実用まで研究が盛んである.申請者は,分子性イオンの複合化による多孔性イオン結晶の合成を行い,既存の結晶性多孔体と異なる機能性を報告してきた(例:図1).イオン結晶は,原料イオン種の溶液中における複合化により得られ,合成が簡便である.しかし,等方的かつ長距離まで働くイオン結合により構築されるため,構造の予測や精密制御(細孔の径,形状,次元性や体積,細孔壁の性質)が困難である.本研究では,イオン結晶のポストシンセシス(1配位子脱離法,2配位子交換法,3イオン交換法,4活性点埋め込み法)による構造の精密化と高機能化を検討する.イオン結晶は構造が柔軟なことから(分子性イオンの配列が変化),単結晶のままでポストシンセシスが進行すると期待され,段階毎にX線回折を用いた構造確認が可能である.今年度は、配位子脱離法により、細孔体積の増加(2倍程度)に成功し、段階毎の単結晶X線構造解析による構造確認にも成功した。結晶性多孔体(ゼオライトや多孔性配位高分子など)は、分子やイオンの凝縮・輸送・変換機能を有し、基礎から実用まで研究が盛んである。申請者は、分子性イオンの複合化による多孔性イオン結晶の合成を行い、既存の結晶性多孔体と異なる機能性を報告してきた。イオン結晶は、原料イオン種の溶液中における複合化により得られ、合成が簡便である。しかし、等方的かつ長距離まで働くイオン結合により構築されるため、構造予測や精密制御(細孔の径、形状、次元性や体積、細孔壁の性質など)が困難である。本研究では、イオン結晶のポストシンセシスによる構造の精密化と高機能化を検討する。平成26年度はイオン結晶の構成アニオン(ポリオキソメタレート)に酸化還元活性な元素(モリブデン)を埋め込み、外部トリガー(還元剤、酸化剤の添加)により吸着点(アルカリ金属イオン)の数の制御及びそれに伴うガス吸着能(水蒸気や二酸化炭素)の制御に成功した。アルカリ金属イオンの取り込みは、セシウム>ルビジウム>カリウムの順であり、水和半径の序列と一致した。また、アルカリ金属の取り込みは電子の細孔内拡散と協奏的に進行しており、生体のPCET反応(proton coupled electron transfer、光合成などのエネルギー伝達に関わる)や電池の電極反応(例.Li+と電子の同時拡散)と比較しつつ、紫外可視吸収スペクトル及び原子吸光測定を用いて機構解明を行った。これまで申請者は、分子性イオンの複合化による多孔性イオン結晶の合成を行い、既存の結晶性多孔体とは異なる機能性を報告してきた。本研究では、イオン結晶のポストシンセシスによる構造の精密化と高機能化について検討を行った。その結果、今年度は、イオン結晶の構成アニオン(ポリオキソメタレート)に酸化還元活性な元素(モリブデン)を埋め込み、外部トリガー(還元剤の添加)によりセシウムイオンの高容量・高選択的吸着を達成した。具体的には、合成した化合物は各種アルカリ金属、アルカリ土類金属イオンのなかで、Cs+のみを選択的に吸着する。Cs+の取り込み量は151mg/gであり一部の金属硫化物(226mg/g)やチタノシリケート(238mg/g)には及ばないが、実用化されているプルシアンブルー(133mg/g)よりも大きい。POMの還元に伴いCs+を取り込むことから、還元量についてX線光電子分光(XPS)を用いて定量を行い、元素分析や紫外可視吸収スペクトルの結果とあわせて組成式を算出した。その結果、Cs+を取り込んだ還元体は4.8電子分の還元が進行し、3.8個のCs+を取り込んでいた。また、酸化によりCs+を排出しないこと、他の金属イオンとの混合物からCs+を95%以上の選択率で吸着できることを確認した。資源の少ない我が国において,エネルギーや物質の有効利用を可能にする高機能材料の開発は,重要な課題の一つである.本研究では,分子性イオンをモチーフとした多孔性イオン結晶の合成を行い,既存の多孔体(ゼオライトや配位高分子錯体)とは異なる機能性を見出した.具体的には,多孔性イオン結晶の特長である,結晶格子内の電場勾配,構成ブロック間に強い結合がないために構成ブロックに構築した吸着点や反応活性点を結晶化後も活用できる,構造柔軟性,を活かし,セシウムイオンの高容量・高選択的吸着,メソ細孔(孔径>2ナノメートル)の構築と高いプロトン伝導性と酸触媒機能を明らかにした.

平成25年度に行った「塩基の添加によって配位子を脱離させて細孔空間を二倍程度に増加させる」とは異なるアプローチで、平成26年度は「構成イオンに酸化還元活性な元素を埋め込み、外部トリガー(還元剤、酸化剤の添加)による吸着点の数の制御」に成功し、論文発表できたため。27年度が最終年度であるため、記入しない。無機化学最終年度は平成26年度に引き続き、酸化還元活性な元素の活用による多孔性イオン結晶のポストシンセシスを行い、より高選択的な吸着機能の発現を目指す。上述の1配位子脱離法による細孔空間の増加に成功し、論文を2報発表できたため。残額は小さい。平成26年度3月分の消耗品の額がなかなか決定しなかったため残額が生じた。2配位子交換法,3イオン交換法によりポストシンセシスと機能開発を行う残額は消耗品(試薬など)として使用する。残額は\3,800と小さい。3月の旅費と消耗品の額がなかなか決定しなかったためである。残額は消耗品(試薬等)として使用する
歯髄に存在する神経提由来間葉系幹細胞の多能性および可塑性の検討

歯乳頭細胞歯髄を構成する様々な細胞へと分化するが、歯の発生過程では神経細胞になることはない。しかし、歯乳頭細胞と同じ神経堤由来の細胞の中には、体内の歯胚以外の部分で神経細胞に分化するものもある。加えて歯乳頭には、多分化能を持つ組織幹細胞が存在することも報告されている。そこで、歯乳頭の間葉系幹細胞の神経細胞への分化誘導法について検討した。マウス切歯の組織免疫学的検索により、歯乳頭の未分化間葉細胞よりも分化した象牙芽細胞において神経前駆細胞のマーカーであるnestinや神経栄養因子受容体p75NGFRを発現していた。一方で、骨シアロタンパク(DSP)や骨形成因子(BMP)といった石灰化に関する因子も分化に伴って発現し、アルカリフォスファターゼ活性も上昇する。つまり、歯乳頭の未分化間葉系細胞の象牙芽細胞への分化は、神経前駆細胞の分化と石灰化能を持つ細胞への分化の両面を併せ持つと考えられた。さらに、歯乳頭由来一次培養細胞を用いた検索では、nestin、musashil、p75NGFRといった神経前駆細胞マーカーを発現する細胞は認められたが、DSPは発現していなかった。この一次培養細胞をヒトパピローマウイルスにより寿命延命措置を施した上で、神経前駆細胞を成熟ニューロンへと分化させる上で多くの神経系で必須の転写因子であるmash1を強制的に導入させて神経細胞への分化誘導を試みた。mashi1遺伝子導入細胞は、nestin、musashi1、p75NGFRを導入前と変わらずに発現していたが、成熟ニューロンの分化マチル化剤を用いて細胞を処理した後に同様の実験を行ったが、neurofilamentの発現誘導には至らなかった。以上より、mashi1単独での遺伝子発現では成熟ニューロンへ分化誘導することはできないが、歯乳頭の間葉細胞は神経前駆細胞としての特徴を保持しているが明らかになった。また、同様に歯小嚢細胞にも神経前駆細胞としての性質を保持していることも明らかとなった。歯髄が頭部神経堤由来の間葉細胞によって形成され、神経や血管に富んだ骨髄に類似した組織であることを考慮すると、骨髄と同様に多能性のある組織型幹細胞が存在することが想像できる.そこで,マウス下顎切歯形成端の歯乳頭並びに歯小嚢細胞を分離培養し,ヒトパピローマウイルス16型E6あるいはE6,E7遺伝子を用いて不死化細胞を作製した.歯乳頭由来の細胞をMDP1E6またはMDP1E6E7と歯小嚢由来細胞をMDF1E6またはMDF1E6E7とした.現在,これらの細胞の中でMDP1の発現する遺伝子についてRT-PCRを用いて解析を行った.通常の培養方法では,細胞外基質としてはタイプ1コラーゲン,骨シアロタンパクは発現するものの,象牙質シアロタンパクやオステオポンチン,オステオネクチンは発現しない.また,細胞増殖因子についてはエナメル上皮幹細胞の維持,細胞分裂を誘導する線維芽細胞増殖因子-10を発現することを確認した.MDP1E6が神経細胞に分化する能力を持っているかを確認するために神経細胞の前駆細胞に発現し,神経細胞への分化を誘導する転写因子であるmash-1を遺伝子導入し,分化形質の変化を検討したところ,この細胞の中に神経の分化マーカーの一つであるPGP9.5を発現する細胞を認めた.この結果より,MDP1E6には,神経細胞に分化可能な細胞が存在することが示された.次年度は,これらの細胞のクローニングをすすめ,細胞外基質や増殖因子の発現量についてリアルタイムPCRを用いて検討する.また,さまざま培養条件や脱メチル化,遺伝子導入などを用いた分化誘導を検討し,歯髄の間葉系細胞の多能性を検討する.歯乳頭細胞歯髄を構成する様々な細胞へと分化するが、歯の発生過程では神経細胞になることはない。以上より、mashi

1単独での遺伝子発現では成熟ニューロンへ分化誘導することはできないが、歯乳頭の間葉細胞は神経前駆細胞としての特徴を保持しているが明らかになった。また、同様に歯小嚢細胞にも神経前駆細胞としての性質を保持していることも明らかとなった。
無向グラフ到達可能性判定問題の領域計算量

本研究では,無向グラフならびに有向グラフの到達可能性判定問題の領域計算量の解析を軸にしながら,グラフ論的計算問題に関する計算量の解析を行った.まず,到達可能性判定問題については,path-widthがkの任意のグラフGが与えられたとき,このグラフに対する到達可能性判定問題が決定性O(k^2log_2n)領域で判定可能であることを示した.また更に,分割幅と呼ばれるグラフの不変量を新たに導入し,分割幅がkの任意のグラフGが与えられたときにも,このグラフに対する到達可能性判定問題が決定性O(k^2log_2n)領域で判定可能であることを示した.任意のグラフに対して,その分割幅はpath-width以下になるので,後者の結果は前者の結果を強めたものになっている.,一方,これらの結果の一般化として,到達可能性判定問題の領域計算量とtree-widthとの関係や平面グラフに関する分析を試みたが,本研究期間中には有意義な結果は得られなかった.この研究は現在も継続中である.次に,二つのグラフの間の同型写像の個数を計算する問題の時間計算量の分析を行い,tree-widthがあらかじめ与えられた定数で抑えられたグラフに対して,この問題が多項式時間計算可能であることを示した.この結果の応用として,同型性判定問題についても従来の性能を改善したアルゴリズムを設計することができた.また更に,二つのグラフが同型であるとき,それらの間の同型写像を等確率で生成する多項式時間アルゴリズムも設計できた.一方,グラフ論的計算問題の計算量を分析するための基礎研究として,グラフのハミルトン性について研究を行った.この研究では,ハミルトン性を維持する閉包操作として知られているRyjacek閉包を拡張するものとして,新たにk-閉包という概念を導入し,3-閉包がハミルトン連結性を保存することを証明した.更に,ハミルトン性に関する一つの尺度として,連結グラフGの最長パスの位数p(G)と最長サイクルの位数c(G)の差p(G)-c(G)について考察し,この不変量や挙動を詳しく分析している.本研究では,無向グラフならびに有向グラフの到達可能性判定問題の領域計算量の解析を軸にしながら,グラフ論的計算問題に関する計算量の解析を行った.まず,到達可能性判定問題については,path-widthがkの任意のグラフGが与えられたとき,このグラフに対する到達可能性判定問題が決定性O(k^2log_2n)領域で判定可能であることを示した.また更に,分割幅と呼ばれるグラフの不変量を新たに導入し,分割幅がkの任意のグラフGが与えられたときにも,このグラフに対する到達可能性判定問題が決定性O(k^2log_2n)領域で判定可能であることを示した.任意のグラフに対して,その分割幅はpath-width以下になるので,後者の結果は前者の結果を強めたものになっている.,一方,これらの結果の一般化として,到達可能性判定問題の領域計算量とtree-widthとの関係や平面グラフに関する分析を試みたが,本研究期間中には有意義な結果は得られなかった.この研究は現在も継続中である.次に,二つのグラフの間の同型写像の個数を計算する問題の時間計算量の分析を行い,tree-widthがあらかじめ与えられた定数で抑えられたグラフに対して,この問題が多項式時間計算可能であることを示した.この結果の応用として,同型性判定問題についても従来の性能を改善したアルゴリズムを設計することができた.また更に,二つのグラフが同型であるとき,それらの間の同型写像を等確率で生成する多項式時間アルゴリズムも設計できた.一方,グラフ論的計算問題の計算量を分析するための基礎研究として,グラフのハミルトン性について研究を行った.この研究では,ハミルトン性を維持する閉包操作として知られているRyjacek閉包を拡張するものとして,新たにk-閉包という概念を導入し,3-閉包がハミルトン連結性を保存することを証明した.更に,ハミルトン性に関する一つの尺度として,連結グラフGの最長パスの位数p(G)と最長サイクルの位数c(G)の差p(G)-c(G)について考察し,この不変量や挙動を詳しく分析している.無向グラフならびに有向グラフの到達可能性判定問題(各々を,UGAPおよびGAPと略す)は,1970年代から研究されている古い計算問題ではあるが,領域計算量が限定された計算過程を具体的な計算問題という形に表現し直したものであり,領域量に関わる計算量理論にとっては中心的な計算問題になっている.本研究では,UGAPならびにGAPに関して次に述べる結果を示した.1.無向グラフGのパス幅(path-width)をpw(G)で表すとき,UGAPが決定性O(pw(G)^2log n)領域で判定可能であることを証明した.ここで,nは入力対象として与えられた無向グラフの頂点数を表す.また,これと同じ結果がGAPについても成立することを証明した.この結果から,パス幅が定数のグラフからなるクラスに対しては,UGAPやGAPが決定性対数領域で判定可能であることが判明した.これまで,UGAPやGAPが決定性対数領域で判定可能となるようなクラスとしては無閉路的なグラフ(つまり,森)のクラス以外には知られていなかった.従って,本研究の結果はこれ以外の新たなクラスを初めて提示したといえる.2.更に,入力対象を二本の道だけからなるものに制限したとしても,UGAPが決定性対数領域完全になることを証明した.

何も制限しない一般のグラフに対してUGAPが決定性対数領域困難になることや,無閉路的なグラフに対しては決定性対数領域完全になることが従来から知られていたが,今回の結果は,入力対象となる無向グラフの構造をどのように制限したとしても,(制限された)UGAPが決定性対数領域より下位のクラス(例えば,NC^1やTC^0など)に属することはないことの強い根拠を与えている.本研究では,無向グラフならびに有向グラフの到達可能性判定問題の領域計算量の解析を軸にしながら,グラフ論的計算問題に関する計算量の解析を行った.到達可能性判定問題については,分割幅と呼ばれるグラフの不変量を新たに導入し,分割幅がkの任意のグラフGが与えられたとき,このグラフに対する到達可能性判定問題が決定性Ο(k^2log_2n)領域で判定可能であることを示した.また更に,任意のグラフに対して,その分割幅がpath-width以下であることを示した.これらの結果によって,path-widthがkのグラフに対しても到達可能性判定問題が決定性Ο(k^2log_2n)領域で判定可能であることを示した.一方,この結果の一般化として,到達可能性判定問題の領域計算量とtree-widthとの関係や平面グラフに関する分析を試みたが,本研究期間中には有意義な結果は得られなかった.この研究は現在も継続中である.次に,二つのグラフの間の同型写像の個数を計算する問題の時間計算量の分析を行い,tree-widthがあらかじめ与えられた定数で抑えられたグラフに対して,この問題が多項式時間計算可能であることを示した.この結果の応用として,同型性判定問題についても従来の性能を改善したアルゴリズムを設計することができた.また更に,二つのグラフが同型であるとき,それらの間の同型写像を等確率で生成する多項式時間アルゴリズムも設計できた.一方,グラフ論的計算問題の計算量を分析するための基礎研究として,グラフのハミルトン性について研究を行った.この研究では,ハミルトン性を維持する閉包操作として知られているRyjacek閉包を拡張するものとして,新たにκ-閉包という概念を導入し,3-閉包がハミルトン連結性を保存することを証明した.更に,ハミルトン性に関する一つの尺度として,連結グラフGの最長パスの位数p(G)と最長サイクルの位数c(G)の差p(G)-c(G)について考察し,この不変量の挙動を詳しく分析している.
哺乳動物の脊髓における抑制性神経回路の発達

運動の調節は興奮性と抑制性の神経回路によって営まれている。これまで、下位運動中枢である脊髄の神経回路網の発達についての研究は、興奮路を対象に行なわれており、抑制路の発生や分化については未だ十分に明らかにされていない。そこで本研究では、胎生一新生ラットの脊髄摘出標本を用い、脊髄反射における抑制性神経回路の発達と、歩行運動の発現に関与する脊髄神経機構の分化における抑制路の役割について、主として電気生理学的手法により調べ、下記の結果を得た。1.脊髄反射路における抑制路の形成と機能分化;腰髄運動ニュ-ロンの細胞内誘導法と前根電位記録法によって、後根刺激によって誘発される抑制性シナプス効果の発達について調べた。その結果、反射性抑制路は胎生期に出現し、興奮路よりやや遅れて機能を開始することを明らかにした。さらに、ラット胎児の胸髄の慢性切断実験を行ない、抑制路の出現やその空間的パタンの発達には、上位脳から下行性影響は必要が無いことを見いだした。2.脊髄内リズム形成神経回路の分化と抑制路の役割;興奮性アミノ酸の一種であるNーmethyーD,Lーaspartateの灌流液役与によって脊髄内のリズム形成神経回路を励起させ、in vitro標本にて歩行様運動を発現させる手法を確立した。この手法を用いて、当該神経回路が、脊髄反射路や下行路より早期に機能すること、抑制路の発達に伴い、励起されるリズムのパタンが変化することを明らかにした。1)脊髄反射路の機能が開始する胎生16.5日以降の標本を用いて、腰髄運動ニューロンから細胞内記録を行い、後根刺激によって誘発されるシナプス後効果について解析した。胎生16.5日の標本において記録した運動ニューロンの内、興奮性シナプス後電位(EPSP)は約70%に、一方、抑制性シナプス後電位(IPSP)は50%に認められた。EPSPおよびIPSPの出現頻度は日齢とともに増加し、出生時(胎生21.5日)にはすべての運動ニューロンで両効果が観察された。以上の結果から、反射回路における抑制性伝達路は興奮性の伝達路と同じ胎生16.5日以降に機能を開始することが明らかにされた。2)いずれの日齢でも個々のニューロンにおける後根神経の刺激効果は興奮、または、興奮と抑制の混合型であり、純粋な抑制効果のみが出現することはなかった。このことから抑制路は興奮路より遅れて発達することが示唆された。3)胎生20.5日以降の標本を用いて大腿四頭筋支配の運動ニューロンから細胞内誘導を行い、各種の末梢神経の刺激効果を解析した。その結果、大腿二頭筋からの拮抗抑制の機能は胎生期にすでに出現していることが明らかにされた。また皮膚神経や混合神経から伸筋運動ニューロンへの抑制効果の出現頻度は新生ラットの標本において有意に増加していた。従って、複数の介在ニューロンを介する多シナプス性の抑制路の機能分化は出生後にも継続していると結論された。胎生-新生ラットの脊髄摘出標本を用い、脊髄における抑制性神経機構の発達過程について生理学的および薬理学的手法により実験を行なった。本年度は脊髄神経回路の内、歩行運動等のリズム運動の発現に関与するCentral Pattern Generator(CPG)を対象に解析を行ない、以下の結果を得た。なお、リズム運動は、すでに報告した様に興奮性アミノ酸の一種であるN-methyl-D,L-aspartate(NMA)の潅流液投与によって誘発した。1.NMAによって誘発される脊髄(腰髄)前根の律動的斉射は胎生15.5(出生6日前)に初めて出現する。胎生15.5-16.5日の標本では左右の前根に出現する発射活動は同期しており、このパタンは、グリシン性の抑制路の遮断薬であるStrychnineやGABA性の抑制路の遮断薬であるBicucullineの投与によって影響を受けなかった。すなわち、この時期のリズム形成回路は興奮性ニュ-ロンから構成され、また左右の運動

ニュ-ロン発射の同期の機構にも抑制性伝達路は関与していないことが明らかにされた。2.胎生17.5日では、左右の前根に出現する律動性発射活動の間に相関は認められず、それぞれ異なる頻度でリズムが誘発された。一方、胎生18.5日以降では左右の前根の律動的活動の頻度は再び一致するが、その活動は左右で交代性に出現した。しかしながら、いずれのパタンもStrychnineの投与によって、左右同期したリズムに変化した。3.以上の結果から、リズム形成の神経機構においても抑制路の機能は興奮路よりも遅れて分化すること、抑制路の発達は左右のリズム運動を同期性から交代性に変化させること、左右のCPGを結ぶ興奮路はいずれの時期にも存在するが、パタンの変化の移行期である胎生17.5日では抑制路の作用と相殺されることが示唆された。上位脳からの下行性の影響を遮断することによって、脊髄における抑制性の神経機構の発達過程がどの様に修飾されるかを明らかにするため、抑制路の機能が未だ出現していない時期のラット胎児の胸髄を子宮内で慢性的に切断した。当該標本の抑制性神経回路の機能形成について生理学的検索を行なった。1.抑制路の出現時期:昨年度までの細胞内記録により明らかにされた反射性の抑制路の出現時期をより巨視的に再検討するため、各日齢のラット胎児の脊髄摘出標本を用い、第5腰髄前根に誘発される単シナプス効果を指標として末梢からの抑制効果について調べた。第3腰髄の後根を条件刺激すると第5腰髄前根の単シナプス効果は多シナプス性に抑制されるが、この効果は胎生17.5日に初めて出現した。胎生16.5日の標本では第3腰髄の条件刺激の効果は認められず、また抑制性シナプス伝達の遮断薬の投与によっても影響を受けなかった。2.胸髄切断の効果:胎生15.5日に胸髄を慢性的に切断し、無事に出生した新生ラットから腰髄摘出標本を作成し、第5腰髄の後根を刺激し前根に誘発される脊髄反射を観察した。正常ラットと同様に単および多シナプス性の興奮性反射が記録され、反射応答の潜時、波形、大きさに違いはなかった。次に第5腰髄の単シナプス反射を指標として3第腰髄の後根刺激による抑制効果について調べた。抑制の強度や時間経過について正常標本の結果と比較したが、有意な相違は認められなかった。3.脊髄神経回路網の分化の自律性:本研究から脊髄抑制回路の基本的な機能分化には上位脳からの影響は必要ないことが示唆された。今後、末梢入力が介在ニュ-ロンと運動ニュ-ロンの選択的機能結合にいかなる役割を担っているかを解明する必要がある。
メカノ作動性分子による生体恒常性維持機構の解明と運動模倣薬のストラテジー構築

本研究では、運動できない患者に運動を模倣できる薬の開発を目標に、その分子基盤となる創薬標的分子の同定及びその病態生理学的役割の解明を目的とした基礎研究を実施した。特に心筋・骨格筋・平滑筋細胞膜に共通して存在するメカノ作動性膜タンパク質(TRPチャネルやGタンパク質共役型受容体)の機能に着目し、その遺伝子欠損マウスを中心に運動における役割解析を調べた。その結果、筋細胞膜上に存在するTRPC3/6チャネルタンパク質が運動模倣薬の標的分子となることを実証するため、様々な心血管病態モデルをTRPC3/6チャネル欠損マウスと掛け合わせて、その後の心血管機能回復を評価した。その結果、抗がん剤投与によって誘発される心筋萎縮がTRPC3欠損により抑制されること、下肢虚血後の末梢循環障害がTRPC6欠損によって抑制されることを見出した。TRPC3タンパク質は細胞膜上にある活性酸素生成酵素NADPHoxidase 2 (Nox2)と複合体を形成することでNox2タンパク質分解を抑制し、結果的に心筋萎縮や線維化(心筋硬化)を引き起こすことがわかり、TRPC3-Nox2複合体を阻害する既承認薬(イブジラスト)が抗がん剤投与による筋毒性(心筋萎縮や骨格筋重量の減少)を軽減できることをマウスで実証した。一方、TRPC6チャネルは末梢血管の平滑筋細胞に存在しており、虚血によりその発現量が大きく増加すること、発現増加に伴って活性上昇したTRPC6が平滑筋細胞の増殖型から収縮型への表現型変化を負に制御することが明らかとなった。TRPC6阻害化合物をマウスに投与したところ、運動負荷マウスと同様に、下肢虚血後の末梢循環障害が劇的に改善されることが実証され、そのメカニズムが血管成熟の促進にあることを新たに見出した。以上の結果から、TRPC3/6チャネルが虚血性心血管疾患の新たな治療標的となる可能性が示された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。適度な運動が健康寿命を延ばすことが科学的に実証され、その医療応用が近年注目されている。しかし、患者の多くは加齢や症状の重篤さにより、通常歩行すら難しいのが現実である。申請者は最近、末梢循環障害や慢性心不全の誘導分子としてこれまで見出してきた創薬標的分子(TRPC3/6チャネルとプリン作動性P2Y6受容体)が、病的な運動(持続的な伸展や硬さ)刺激を感知・受容するセンサー分子としても働くことを新たに見出した。本研究では、運動負荷の受容・応答と上記メカノ作動性分子との関係を個体レベルで明らかにし、そのシグナル制御機構を基に、上記メカノ作動性分子を化学的に操縦する方法を構築することで、運動を模倣する創薬(全身筋組織の恒常性維持力を高める創薬)の可能性を動物レベルで実証することを目的とする。本年度は心臓のTRPC3チャネルに着目した研究を行った。TRPC3チャネルは心臓に血液が充満する際に生じる心筋細胞の機械的伸展刺激によって活性化され、活性化されるカチオンチャネルであるが、心筋細胞内のグローバルなCa2+濃度に影響を与えず、静止状態のCa2+濃度をわずかに増加させた。このTRPC3を介するわずかなCa2+濃度上昇が同じ心筋細胞膜上に存在するNADPH酸化酵素(Nox2)を活性化し、活性酸素の生成を増強することを見出した。TRPC3はNox2タンパク質を相互作用依存的に安定化し、Nox2由来の活性酸素が微小管結合タンパク質GEF-H1を介して心臓の線維化(硬化)を誘導することを明らかにした。TRPC3-Nox2複合体が心肥大のみならず、抗がん剤投与で誘発される心臓の萎縮にも関与することを見出しており、その機構解析の過程でTRPC3チャネルが心筋の柔軟性を制御していることも発見している。一方で、TRPC3とヘテロ多量体チャネルを形成すると考えられていたTRPC6がTRPC3-Nox2複合体と競合的に働くこと、TRPC6が習慣的な運動によって発現増加することなども見出しており、運動による心不全予防効果の分子機構が明らかになってきている。一方、TRPC

6チャネルは末梢血管の平滑筋細胞に存在しており、虚血によりその発現量が大きく増加すること、発現増加に伴って活性上昇したTRPC6が平滑筋細胞の増殖型から収縮型への表現型変化を負に制御することが明らかとなった。TRPC6阻害化合物をマウスに投与したところ、運動負荷マウスと同様に、下肢虚血後の末梢循環障害が劇的に改善されることが実証され、そのメカニズムが血管成熟の促進にあることを新たに見出した。以上の結果から、TRPC3/6チャネルが虚血性心血管疾患の新たな治療標的となる可能性が示された。TRPC3チャネルが心筋の硬化(線維化)を制御する分子であること、その機構としてTRPC3チャネルによるカチオン流入ではなく、細胞内の活性酸素種(Reactive Oxygen Species; ROS)の生成が心臓の病態形成(組織リモデリング)に重要な役割を果たすことを明らかにしてきた。昨年度にTRPC3とROSシグナルをつなぐ機構として、TRPC3タンパク質が細胞膜ROS生成酵素Nox2を複合体形成依存的に分解抑制(安定化)することを見出した(Sci Rep, 2016)。心臓におけるTRPC3-Nox2複合体形成はメカニカルストレスだけでなく、抗がん剤投与や低酸素ストレスによって強く誘導されることも明らかとなり、TRPC3-Nox2複合体が心筋細胞の柔軟性や線維化(硬さ)を制御する創薬標的分子となる可能性が示されてきた(JCI insight, 2017)。この研究の中で、TRPC3チャネル活性やNox2酵素活性を阻害する作用では心不全の進行を抑制できず、プラスα作用としてTRPC3-Nox2相互作用を阻害(すなわちNox2発現増加を抑制)できる化合物が心不全治療に有効であることもわかってきた。実際、TRPC3のNox2相互作用に必要なC末端配列(51アミノ酸)を心筋細胞特異的に発現させることで、抗がん剤投与による心筋萎縮(心不全)が有意に抑制されることをマウスレベルで実証した。一方、TRPC3のNox2安定化作用はTRPC3と相同性・機能類似性の高いTRPC6やTRPC7では認められなかったことから(Sci Rep, 2017)、C末端51アミノ酸のうち、TRPC3特有の21アミノ酸がNox2安定化に必須である可能性が示された。実際、運動負荷させたマウスにおいてもTRPC3-Nox2複合体形成がほぼ完全に抑制され、抗がん剤による心筋萎縮も抑制された。運動による心筋柔軟性を調節する機構として、TRPC3-Nox2タンパク質複合体形成を見出した。特になし。現状のまま遂行する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。TRPC3-Nox2複合体形成を抑制する既承認薬を同定し、これをマウスに投与することで運動療法と同じ効果が得られるかどうか下肢虚血モデルとかけあわせることで検討する。
KLF5遺伝子発現制御機構の解析：上皮恒常性維持に関わる新たな分子的背景の解明

上皮組織の恒常性維持には基底細胞の増殖と上皮細胞の分化のバランス保持が重要である。そこでは様々な要因が複雑に関与し、増殖や分化に必要な分子を誘導・阻害する転写因子の発現が決定的な役割を担う。中でもKruppel-like factor 5(KLF5)は上皮細胞の増殖・分化バランスを直接的に制御し、細胞分化とともに急速に発現を停止するが、そのメカニズムは明らかになっていない。KLF5遺伝子発現メカニズムを解明するにあたり、これまでに研究代表者はKLF5遺伝子の基本的な発現に関与する必要最小領域(minimal essential region、MER)ならびにそれに結合する主要転写因子を明らかにした。本研究では、KLF5遺伝子発現の制御機構としてKLF5発現を抑制的に制御するサイレンサー領域を明らかにし、それに関与すると考えられる転写因子を見出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。Kruppel-like factor(KLF)5は上皮組織の恒常性維持に働き、口腔癌等の上皮性疾患で過剰発現する。KLF5の発現は上皮細胞分化とともに停止するが、そのメカニズムは全くの不明である。これまでに申請者はヒトKLF5遺伝子の発現に不可欠な最小必要領域(minimal essential region、MER)とそれに直接関与する転写因子がSp3であることを明らかにした。また、その研究の過程で、KLF5遺伝子から遠位にあるDNA領域にKLF5発現を抑制するサイレンサー領域が存在する可能性を示唆するデータを得ている。そこで、ヒトKLF5遺伝子発現を抑制するサイレンサー領域を同定するために、-1,577より上流の動物種間で高く保存されている領域を様々な長さでレポーターアッセイ用のルシフェラーゼ遺伝子プラスミドにクローニングした。口腔癌細胞を含む様々な種類の細胞株に導入してレポーターアッセイを行った結果、サイレンサー領域が-2.001-1.577であることが明らかになった。その領域のDNA塩基配列を複数のデータベースを用いて転写抑制因子結合配列を解析したところ、結合が予想される転写抑制因子はCEBPA、CEBPB、CREB、p53、p63であった。予想された転写抑制因子の各種siRNAならびにcDNAを導入し内在性KLF5発現解析を行った結果、p63、CREBで発現上昇ならびに減少が認められた。申請時の計画通り、ヒトKLF5遺伝子の-1.577より上流の動物種間で高く保存された領域をレポーターアッセイにて解析したところ、サイレンサー領域と結合が予想される転写抑制因子を同定した。今後は、サイレンサー領域へ結合が予想される各種転写抑制因子のサイレンサー領域への結合と結合配列の解析ならびにサイレンサーによるKLF5発現抑制機構の解析を行っていく予定である。今後は、p63、CREBの各種特異抗体を用いたChIPによる解析で、サイレンサー領域への結合の有無を確認する。その後、結合配列に変異を導入しその影響を解析し、その解析で疑われた転写抑制因子/サイレンサー領域とSp3/MERとの結合の解析などのKLF5発現抑制機構の解析も行う予定である。
アルミニウムによるショ糖の輸送阻害に基づく植物生育抑制機構の解明

酸性土壌における作物生育阻害の主要因子は、アルミニウム(Al)イオンであり、Alによる生育阻害機構やAl耐性機構の解明は、Al耐性作物の創出に必要な基礎研究である。本研究では、細胞伸長や根の生育に必要な糖に着目して、これらの機構を解析した。1.Alの糖吸収や糖代謝への影響:タバコ培養細胞において、Alは糖の吸収を阻害し、同時に細胞内の遊離糖の消費を促進した。これらが原因で、細胞内の浸透濃度が低下し、水吸収が阻害され、細胞伸長が阻害される可能性がある。2.根におけるAlストレスが光合成産物の転流に与える影響:根をAlに暴露すると光合成産物の転流量が増加した。3.Alによる細胞死誘発機構:タバコ培養細胞において、Alストレスと糖欠乏ストレスとは異なり、共に遊離糖含量を低下させるが、活性酸素種の誘発はAlに特異的であること、Alによる細胞死のプロセスに、液胞の崩壊と、細胞質のカルシウム(Ca)イオン濃度の変動が含まれることを見出した。4.Alに応答した有機酸放出に関する研究:コムギに見られるAlで活性化されるリンゴ酸放出の生理学的意味として、根圏のAlを無毒化するだけでなく、根の生育能の維持に必要であることを見出した。Al活性型のリンゴ酸輸送体は、ALMTl遺伝子にコードされているが、ALMTl遺伝子上流域に、発現制御に関わる重複配列を見出した。ALMTlタンパク質の膜配向性を明らかにした。5.イネの発芽に見られるAl耐性形質の遺伝学的解析:発芽期にAl高感受性を示すイネ変異系統を選抜し、矮性形質と連鎖している可能性を示した。以上、本研究によって、これまでに報告のないAlのエネルギー代謝への影響を見出した。今後は、その詳細について分子や遺伝子レベルで解析し、Al耐性をサポートする有機酸の代謝制御や、発芽における糖の分解や供給におけるAlの関わりを解明したいと考えている。アルミニウム(Al)イオンは植物根の生育を著しく阻害するが,その阻害機構はまだ解明されていない。本研究では、タバコ培養細胞とタバコ植物体を用い、原形質膜を介したショ糖吸収に対するAlの阻害効果を解析した。まず、タバコ細胞におけるショ糖吸収特性を解析した。タバコ細胞を、異なる濃度のショ糖を含み(^<14>C-ショ糖を含む)且つ浸透濃度が一定になるようにマンニトールで調整した溶液中に懸濁し、^<14>C-ショ糖の取り込み速度を解析した。その結果、タバコ細胞では、ショ糖濃度に応じて、高親和性と低親和性の取り込みが認められた。さらに、高親和性のショ糖取り込み機構について阻害剤を用いて検討した結果、タバコ細胞に見られるショ糖の取り込みは、ショ糖-プロトン共輸送体とエンドサイトーシスを介したものの両方が示唆された。次に、Alのショ糖取り込みへの影響を検討した。その結果、高親和性ならびに低親和性のショ糖吸収が、Al添加後30分後には、30%から60%程度阻害されることが明らかとなった。従って、Alによるショ糖吸収阻害は、Alによる初期障害の一つであることが明らかとなった。次に、タバコの幼植物体を用いて、根におけるショ糖吸収に対するAlの効果を解析した。タバコの根端からの吸収について、培養液に^<14>C-ショ糖を添加し3時間目と24時間目で見たところ、一定速度での糖吸収が見られた。次に根伸長を阻害する濃度のAlを添加したところ、Alによるショ糖吸収阻害がみられ、阻害率は、3時間目と24時間目で一定であった。

以上の結果より、タバコ細胞のみならずタバコの根においても、Alは糖の吸収を阻害することを明らかにした。アルミニウム(Al)イオンによる細胞増殖阻害機構について、タバコ培養細胞を用いて解析した。Alによる細胞伸長阻害ならびに細胞死に伴う様々な応答反応の時間変化(Al添加後24時間まで)を解析し、細胞伸長阻害機構と細胞死誘発機構の違いを明らかにした。概略は次の通りである。(1)Alによる細胞伸長阻害機構:Alによる細胞伸長阻害は水吸収阻害として現れる。伸長阻害に至る初発の障害は、Alによるショ糖吸収阻害であり、その結果もたらされる糖欠乏が細胞内の水ポテンシャルを上げ水吸収を阻害すると考えられる。(2)Alによる細胞死誘発機構:Alによる細胞死は糖欠乏による細胞死とは異なる。タバコ細胞をショ糖欠乏にした場合、細胞死(原形質膜損傷で検定)は、ショ糖欠乏処理期間中に誘発されるが、Alによる細胞死は、A1処理期間中にはみられず、Al処理細胞をAlを含まない培地に再懸濁した後に誘発された。なお、Al処理期間中に、ショ糖欠乏処理よりも多くの活性酸素が誘発され、活性酸素によりAl処理後の細胞死が誘発される。次に、タバコ植物体を用いて、根の糖含量と光合成に対するAlの影響を解析した。Al処理により根伸長が阻害され、それとともに地上部から供給される糖が根端に蓄積すること、そのことが光合成を促進する可能性を見出した。ところで、多くの植物種に見られるAl耐性機構は、Alに応答した有機酸の放出を伴う。有機酸の放出には光合成で作られる糖の根への供給が不可欠である。ここでは、コムギ根を用い、有機酸放出がAlによる細胞伸長阻害のみならず細胞死をも抑制することを見出した。さらに、コムギの有機酸放出に関わる遺伝子ALMT1の発現制御の解析を行う過程で、ALMT1遺伝子の発現量以外に有機酸放出量を決める因子の存在が予想された。来年度は、糖代謝と有機酸放出量の制御との関係にも着目し解析を行う予定である。アルミニウム(A1)イオンは根に吸着し、根の伸長を阻害する。本研究は、伸長阻害機構の解明を目的に、根の生育に必要な糖に着目し、A1の糖吸収への影響と光合成への影響を調べた。(1)A1の糖吸収への影響細胞伸長には、水吸収が必要であり、水吸収には駆動力として細胞内の水ポテンシャルの低下が必要である。タバコ培養細胞の細胞壁を除きプロトプラストを調製し、高張液と高張液に再懸濁することにより水の透過性を検討した結果、A1処理細胞ではコントロール細胞よりも細胞内の水ポテンシャルが増加し水吸収が低下していることを明らかにした。さらに、A1処理細胞の水ポテンシャルの増加は、培地からの糖吸収の阻害によることを明らかにした。なお、ショ糖吸収に関わるショ糖・プロトン共輸送体遺伝子の発現量は、A1の影響を受けなかった。一方、タバコ植物体の水耕栽培において、暗所での根の生育は、タバコ培養細胞同様に培地からの糖吸収に依存し、この系においても、A1は糖の吸収を阻害し根の生育を阻害する事を明らかにした。(2)A1の光合成への影響根の生育は、光合成による糖の供給に依存することから、根でのA1ストレスが光合成へ与える影響について解析した。
温故知新「からくり」から学ぶ!ものづくり体験学習用、復元・機構モデルの作製

○研究目的本研究では「温故知新」をテーマに「数多い種類」「作動機構の多様性」「娯楽性」ならびに年月を感じさせない不変の仕組み(からくり)と遊び心満載の動きを見せる現代ロボットの楚「からくり人形」を題材に、ものづくり体験学習を前提とした「見る」「触る」そして「創る」力(資質)を引き出すための復元・機構モデルの作製を目的とした。○研究方法a)からくり人形に関する文献ならびにキットモデルや復元模型等の資料収集。b)からくり人形のキットモデル(指南車)や復元模型(茶運び人形、段返り人形、弓曳童子)の分解組立ならびにからくり人形(実物)の実演などから作動機構データの収集。c)収集した資料や復元模型から作動機構の原理を解明・整理するとともに、連動しているからくり(作動機構)をさらに細分化。(クランク機構、カム機構、歯車、ラチェット機構、天符冠形脱進機等)d)「見る」「触る」復元モデルとして、からくり人形のクリアモデルを作製。e)上記c)で細分化したからくりを「動かす」「触る」作動機構モデルとして作製。○研究成果●からくり人形に関する資料・文献等から、ものづくりの根幹はもとよりエコ等も含めた幅広い教育効果が得られることを再確認した。●からくり人形(茶運び人形・指南車の計2体)を模したクリアモデル(見る・触る)の作製を行った。●収集したデータからさらに細分化した作動機構モデル(動かす・触る)の作製を行った。(クランク機構、カム機構、歯車等:計7個)●これらの内容をまとめ「平成20年度京都大学総合技術研究会」において発表・報告を行った。