hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
NMR、高周波誘電測定による液晶の分子運動と強誘電・反強誘電性発現に関する研究

液晶における強誘電・反強誘電性の発現に分子の運動性がどう関わっているか検討を行った。まず分子の各セグメントの各相における配向秩序と運動性を議論するため、部分重水素化した反強誘電性液晶のD-NMR測定を行った。詳細にスペクトルの解析し、アキラルアルキル鎖は分子長軸にほぼ平行なのに対し、キラルアルキル鎖は大きく折れ曲がっていることが明らかになった。さらに、キラルアルキル鎖は常誘電SmA相においても非常に大きな回転束縛を受けており、しかもその束縛方向は分子傾き面に対して非対称で、それは不斉炭素の影響によると推測できた。このことに関して、Journal of Physical Society of Japan(Letter)Vol.68(1999)pp.9-11に報告した。分子長軸周りの回転運動に関して、13C-NMRによる反強誘電性液晶MHPOBCのT1測定から、自発分極に寄与するエステル基と不斉炭素の緩和挙動のみが常誘電SmA相と反強誘電SmCA^*相とで異なることを明らかにした。このことは分子全体の長軸周りの回転状態はSmA相とSmCA^*相で変わりがなく、SmA相でも分子は自由回転していない可能性を示しており、また相転移で特定の官能基が、分子間相互作用を受けて緩和状態が異なることを示唆している。この成果について、Japanese Journa1 of Applied Physics Vol.38(1999)p.147-150に報告した。MHPOBCの長軸周りの回転挙動に関しては、周波数1MHz1GHzの高周波誘電率の測定を行って、その緩和挙動からも検討した。結果、自発分極のない常誘電SmA相と各層内に自発分極を有する強誘電SmC^*、反強誘電SmCA^*相で緩和周波数や強度に大きな違いがないことから、分子長軸周りの回転は各相でそれ程違いがないことがわかった。この結果はSmA相で自発分極をもたないのは、自由回転によるのでなく、回転束縛を受けているものの、個々の分子でその方向に秩序がないことを示唆し、これはNMRの結果とも整合する。またキラルアルキル鎖の炭素数の偶奇により強誘電、反強誘電が出現する材料について同様の測定を行ったところ、MHPOBCとは若干傾向が異なるものの緩和挙動に違いは見られず、長軸周りの回転は出現する相によってではなく、分子構造の違いによるところが多いことがわかった。またV字型反転を示す反強誘電性液晶について、デジタルカメラを使用しての基本的な電気光学物性測定、組織観察を行い、特に配向膜の厚さが反転特性に大きく影響していることを明らかにした。この成果についてMolcular Crystals&Liquid Crystals Vol.322(1998)pp.337-342,Liquid CrystalVol.25(1999)in pressに報告した。液晶における強誘電・反強誘電性の発現に分子の運動性がどう関わっているか検討を行ってきた。詳細にスペクトルの解析を行ったところ、アキラルアルキル鎖は分子長軸にほぼ平行なのに対して、キラルアルキル鎖は大きく折れ曲がっていることが明らかになった。さらに、キラルアルキル鎖は常誘電相であるSmA相においても非常に大きな回転束縛を受けており、しかもその束縛方向は分子傾き面に対して非対称になっていることがわかり、それは不斉炭素の影響によると推測できた。このことに関しては、現在Phys.Rev.E rapid communicationに投稿中である。また13C-NMRによる反強誘電性液晶MHPOBCのT1測定からは、自発分極に寄与すると思われるエステル基と不斉炭素の緩和挙動のみが常誘電SmA相と反強誘電SmCA^*相で異なることを明かにした。このことは分子全体の長軸周りの回転状態はSmA相とSmCA^*相で変わりがなく、SmA相でも分子は自由に回転していない可能性を示しており、また相転移において特定の官能基が、分子間の相互作用を受けて緩和状態が異なることを示唆している。現在この成果について、論文作成中である。今後はさらに実験を行い、この特定の官能基の緩和挙動の変化が反強誘電相に特有なのか、層内の自発分極の発生によるのかを明らかにするつもりである。この成果についても論文作成中である。高周波の誘電率測定に関しては少し立ち後れている。現在は再現性ある結果を得ることができる適切なセルの形状を試行錯誤しながら検討している。

さらに、キラルアルキル鎖は常誘電SmA相においても非常に大きな回転束縛を受けており、しかもその束縛方向は分子傾き面に対して非対称で、それは不斉炭素の影響によると推測できた。このことに関して、Journal of Physical Society of Japan(Letter)Vol.68(1999)pp.9-11に報告した。分子長軸周りの回転運動に関して、13C-NMRによる反強誘電性液晶MHPOBCのT1測定から、自発分極に寄与するエステル基と不斉炭素の緩和挙動のみが常誘電SmA相と反強誘電SmCA^*相とで異なることを明らかにした。このことは分子全体の長軸周りの回転状態はSmA相とSmCA^*相で変わりがなく、SmA相でも分子は自由回転していない可能性を示しており、また相転移で特定の官能基が、分子間相互作用を受けて緩和状態が異なることを示唆している。この成果について、Japanese Journa1 of Applied Physics Vol.38(1999)p.147-150に報告した。MHPOBCの長軸周りの回転挙動に関しては、周波数1MHz1GHzの高周波誘電率の測定を行って、その緩和挙動からも検討した。結果、自発分極のない常誘電SmA相と各層内に自発分極を有する強誘電SmC^*、反強誘電SmCA^*相で緩和周波数や強度に大きな違いがないことから、分子長軸周りの回転は各相でそれ程違いがないことがわかった。この結果はSmA相で自発分極をもたないのは、自由回転によるのでなく、回転束縛を受けているものの、個々の分子でその方向に秩序がないことを示唆し、これはNMRの結果とも整合する。またキラルアルキル鎖の炭素数の偶奇により強誘電、反強誘電が出現する材料について同様の測定を行ったところ、MHPOBCとは若干傾向が異なるものの緩和挙動に違いは見られず、長軸周りの回転は出現する相によってではなく、分子構造の違いによるところが多いことがわかった。またV字型反転を示す反強誘電性液晶について、デジタルカメラを使用しての基本的な電気光学物性測定、組織観察を行い、特に配向膜の厚さが反転特性に大きく影響していることを明らかにした。この成果についてMolcular Crystals&Liquid Crystals Vol.322(1998)pp.337-342,Liquid CrystalVol.25(1999)in pressに報告した。
四半期決算導入による時価会計情報の適時性向上に関する研究

本研究は、財務会計(学)における金融資産の時価評価および情報開示(ディスクロージャー)の研究に基づいて、四半期決算の導入による影響について考察することを意図したものである。これには先行する金融資産の時価評価についての研究成果を念頭に置きながら、適時開示(タイムリー・ディスクロージャー)の観点から四半期決算における金融資産の時価情報開示のあり方に注目した。特に金融資産の時価評価については、様々な評価カテゴリーが設けられており、各評価カテゴリーの違いによりその評価方法も異なっているという複雑さがある。また金融資産の時価評価により認識される評価差額については、未実現のものであるが為に、単純に投資家たちへの配当可能な分配可能額(旧配当可能利益)とすることは困難である。さらに会社法の導入により、いわゆる四半期配当も現実的に可能となることから、四半期決算が導入されるにあたり金融資産の時価評価についての再検討が必要であると考えた。この問題を検討するにあたり日系企業の協力の下、わが国よりも早くから四半期決算の導入を進めているアジア諸国での調査研究を行った。ここでは企業の四半期決算に対する対応や四半期配当の実施、株主総会での株主たちの動向を知ることができた。同時に企業が保有する金融商品の時価評価方法、実際の時価変動についても知ることができた。2年間の研究期間では、株主総会での株主動向や、金融商品の時価変動にてついての情報収集とその考察にとどまる結果となり、わが国での四半期決算および四半期配当における実践的な対応については、今後の課題として残さざるをえなかった。しかし多くの外国人投資家が集まる企業での株主動向を観察することにより、わが国ではまだ現実的ではない四半期配当が今後、デファクト・スタンダード化することを見出すことができた。この四半期配当に対する実践的対応が今後の研究課題である。当該研究は、四半期決算を導入することによる時価会計情報の適時性向上を検証するものである。四半期決算導入により3ヶ月毎の時価会計情報が開示されることとなり、特に評価額の変動が激しい有価証券等の時価情報提供においては、年1回もしくは半期毎の時価情報提供よりも情報開示の適時性が向上すると考えられる。年1回もしくは半期毎の時価情報提供に比して、四半期決算導入による3ヶ月毎の時価情報提供が情報開示の適時性を向上させることを検証する。この研究を実施するにあたり、わが国よりも早期の段階で四半期決算を導入したシンガポールの企業を検証の対象とした。また国内企業との比較可能性も考慮し、日本企業の現地法人へ協力を依頼した。実際に協力依頼した企業は、以前の研究から協力を頂いている「SEIYU SINGAPORE PRIVATE LIMITED」と、新たにSEIYUが仲介をしてくれた「ISETAN SINGAPORE LIMITED」の2社である。両社ともわが国有数の小売業であり、特にISETANにおいては、シンガポールへ進出した日本企業の草分け的存在であること、実際にシンガポール取引所(以下SGX)への上場を行っているという貴重な存在から協力を依頼した。2005年9月にシンガポールへ渡り、ISETANの2001年からの財務諸表の提供を受け調査を行った。2003年度から四半期決算を実施しており、2003年度と2004年度においては、SGXのホームページからも入手することができない、四半期財務諸表のデータを入手することができた。さらに有価証券の時価情報を検証するため、ISETANが保有する有価証券の個別銘柄についての調査を依頼した。これに関しては企業機密にも関わる部分なので、本国本社の決済が必要となり、2006年3月の訪問時に入手することができた。現在、個別銘柄の四半期毎の時価情報を調査中である。

四半期決算導入により3ヶ月毎の時価会計情報が開示されることとなり、特に評価額の変動が激しい有価証券等の時価情報提供においては、年1回もしくは半期毎の時価情報提供よりも情報開示の適時性が向上すると考えられる。年1回もしくは半期毎の時価情報提供に比して、四半期決算導入による3ヶ月毎の時価情報提供が情報開示の適時性を向上させることを検証する。この研究を実施するにあたり、わが国よりも早期の段階で四半期決算を導入したシンガポールおよびタイランドの企業を検証の対象とした。またわが国の企業との比較可能性も考慮し、昨年と同様にシンガポール・タイランドでの事業展開を経験している日系企業の現地法人へ協力を依頼した。昨年度と同様に小売業を営む日系企業2社より協力を受けた。1社は日系企業の中でも最も早くシンガポールへの進出を行った企業であり、シンガポール取引所(SGX)への上場も果たしている企業である。もう1社も古くからシンガポールで小売業を展開している企業であり、シンガポール取引所へは、未上場ながらも現地での事業展開には歴史があり、現地の会計処理にも精通している企業ということから協力を受けた。シンガポール取引所への上場を果たしている企業より、2005年度(1月12月)の財務諸表の提供、および有価証券の時価会計情報を検証する基礎データとして保有有価証券情報の提供を受けた。同様に2006年度(1月12月)の財務諸表、保有有価証券情報の提供を受けた。また2006年度における現地株主総会の動向も調査することができ、少数株主組織であるSIAS(Securities Investors Association Singapore)などの動向を把握することもできた。
慢性電気刺激により誘導される中枢神経系の可塑的変化に関する組織学的検討

ラットの正常脳の感覚運動野を慢性的に電気刺激することにより中枢神経系のアストロサイトとニューロンの両方ともに活動ないしは活性が亢進する変化が確認された。その変化は8週間後にまで及んだ。アストロサイトの平均面積は、対照個体に比較して有意(p<0.05)に増加していた。また、100μm^2以上の巨大な活性化アストロサイトの出現も少数ながら認められた。これらの結果は、ラットにおける感覚運動野の慢性電気刺激が脳の可塑性を引き起こすことを示唆している。ヒトの臨床における大脳皮質運動野刺激もの効果発現には、本実験結果に示されたような可塑的な変化が関わっている可能性がある。慢性的な中枢神経系の電気刺激の効果発現メカニズムには、中枢神経の可塑的変化が関与していると推測されるが、組織学的なアプローチによる電気刺激のメカニズムに関する報告は極めて少ないのが現状である。我々は、当該年度に実施した研究において、運動・感覚皮質慢性刺激ラットにおいて、刺激部位(sensori-motor cortex)直下のBDNF蛋白の局在が細胞体から樹状突起へ変化することを1および4週モデルで確認した。免疫染色にて、BDNFの局在の変化が確かめられたことに加え、その産生が亢進している可能性が示唆される結果が捕らえられた(染色性の亢進)。現在、ELISA法(BDNF ELISA Kit, Chemicon社)によりBDNF蛋白発現量の定量を行なっている。また刺激の遠隔部位におけるBDNF蛋白発現量の経時的な変化の検討中である。BDNFの変化に加えて、4週以上の慢性刺激にてGFAP陽性の大きなアストロサイトが刺激部位直下に出現してくる傾向が捕らえられた。この巨大アストロサイトの出現する生理学的意義を明確にする端緒として、グルタミン酸トランスポーター(GLAST、GLT-1)の発現の変化を検討中である。本研究におけるBDNFおよびアストロサイトの変化は、神経刺激が中枢神経における可塑的変化を誘導している可能性を示唆するものであり、次年度よりその詳細を明らかにしてゆく予定である。もう一つの課題であるDBSモデルに関しては、試作DBS電極の耐用度が4週まで慢性使用は可能であることが確認できたため、次年度にDBSモデルにおける組織学的変化を検討する予定である。並行して、DBS電極の8-12週までの使用の可否を検討する。慢性的な中枢神経系の電気刺激の効果発現メカニズムには、中枢神経の可塑的変化が関与していると推測されているが、組織学的なアプローチによる電気刺激のメカニズムに関する報告は極めて少ないのが現状である。我々は、当該年度に実施した研究において、コントロールのラットに比較して、刺激ラットではニューロンのみならずc-fos陽性のアストロサイト(GFAP陽性細胞)も有意(p>0.05)に増加することを確認した。また、アストロサイトの平均面積と細胞数は、刺激個体においてコントロールに比較して有意(p<0.05)に増加していた。これらのアストロサイトの変化は、ヒトの臨床的な慢性電気刺激により引き起こされる脳のアストロサイトの変化に類似しており、慢性電気刺激が脳の可塑を引き起こす際に、ニューロンだけでなくアストロサイトも重要な役割を担っていることを示唆していると考えられた。刺激によって出現する大型アストロサイトの生理学的意義を明確にする端緒として、グルタミン酸トランスポーター(GLAST、GLT-1)の発現の変化を検討したが、形態学的には有意な変化が認められなかった。運動・感覚皮質慢性刺激ラットにおいて、刺激部位(sensori-motor cortex)直下のニューロンのBDNF蛋白の細胞内局在の変化(細胞体から樹状突起への比重の変化)に関しては、当該年度の研究で8および12週においても継続していることが組織学的に確認された。BDNFの産生亢進の有無に関して、ELISA法によりBDNF蛋白発現量の定量を行なっているが、その増加量は軽度であり、次年度にサンプル数を増やし再検討する予定である。もう一つの課題であるDBSモデルに関しては、試作DBS電極の耐用度が8週まで慢性使用は可能であることが確認できており、皮質刺激モデルと並行して組織学的変化を検討している。大脳皮質運動野の慢性刺激は、難治性の神経障害性痔痛の治療として臨床応用されており、近年ではパーキンソン病や脳卒中後の運動障害・不随意運動などに対する有効性が報告され、cortical-neuromodulationという新たな分野を確立しつつある。しかしながらその効果発現のメカニズムは解明されていない。さらには、この皮質刺激の効果発現には中枢神経の可塑的変化が関与していると推測されているが、そのバックグラウンドとなる基礎的研究は極めて少ないのが現状である。我々は、前年度に実施した研究において、コントロールのラットに比較して、刺激ラットではニューロンのみならずc-fos陽性のアストロサイト(GFAP陽性細胞)も有意(p>0.05)に増加することを確認した。

また、アストロサイトの平均面積と細胞数は、刺激個体においてコントロールに比較して有意(p<0.05)に増加していた。4および8週間の慢性刺激では、最大断面積100μm2以上の巨大アストロサイトも認められた。これらのアストロサイトの変化は、ヒトの臨床的な慢性電気刺激により引き起こされる脳のアストロサイトの変化に類似しており、慢性電気刺激が脳の可塑を引き起こす際に、ニューロンだけでなくアストロサイトも重要な役割を担っていることを示唆していると考えられた。本研究期間で行われた研究では、ニューロンの変化はアストロサイトに比較して僅少であった。BDNFの細胞内局在の変化(細胞体から樹状突起へのシフト)およびその受容体蛋白であるTrk-Bの発現増加に関しては明確となったが、BDNFの蛋白発現量の定量ではコントロールに比較して有意な変化は捉えられなかった。もう一つの課題であるDBSモデルにおいても、刺激深部脳構造の投射部位においてアストロサイトの形態変化がとらえられ、同結果をまとめる段階にある。
本格的材料デ-タシステムの構築に関する総合的研究

本格的材料デ-タシステムの基本仕様についての検討を行い、設計開発にあたってのトレ-ドオフを抽出した。要請としては、デ-タの鮮度、デ-タおよび知識の意味の管理、評価値の完全性がある。材料の複雑性から入手可能なデ-タが断片的なものとなることが多いため、実用的システムの仕様としては自己組織化等の知的集約機能が必要である。このための漸近的な方策としてデ-タモデルの表現方法の検討、メタデ-タの確定、各種予測モデルの管理方策の検討等相互利用可能な材料デ-タシステム構築のためのガイドライン案を作成た。材料設計を目標とした場合には、計算機化したデ-タ、知識を基台にした未踏領域の可視化が目標となる。原子レベルの構造と巨視的な特性である破壊などの関係付けについてはやっと精密な議論が開始されたばかりのところで、巨視的扱い、連続体近似を基台にした構造力学との理論的整合性等を管理するプラットフォ-ム機能が必要である。システムとしては、デ-タベ-ス化によりその代表的側面の具体的かつ静的な表現を与えられる一方、実験式、理論式、シミュレ-ションモデルにより近似的ではあるが動的に表現されることになる。また、材料のもつ多様性の反映として、原デ-タ、画像デ-タ、統計デ-タ、ル-ル、述語論理、式、手続き等々、さまざまな定量的表現、定性的表現がデ-タシステム内に混在し、相互に意味的な関連を持つため、材料本性の理解に基づく系統的な意味管理を必要とする。材料設計においてはそうした関連情報を知的に統合するため、分散システムを統合するような重層的システム構成が必要で、そのプロトタイプを開発し、その結果を基台に、報告書を作成した。合金、複合材料、セラミックス、有機材料、先端材料などの材料設計についての範例を整理し、材料設計プロセスの過程の解析を行った。その結果、基本的な論理操作としては、類型化、関係付け、理想化、局所化、汎化、集約化、単純化、書式整理などがあることを明らかにし、材料設計のためのデータシステムの仕様の検討を行った。材料データシステムの統合に関しては、欧米における代表的な材料データシステムのデータモデル、ユーザーインターフェイス等を調査し、分散した材料データシステムにアクセスするためのメタ・データ、ウィンドウの設計を行った。ウィンドウの仕様は、材料、応用分野、構造、特性、製造方法のそれぞれについての代表的な類型化方法に基づいて検討した。材料データシステムからの知識の導出については、抽象化・構造化による既往の知見の有効利用を目標とし、オブジェクト指向型言語の適用を試みた。理論式、経験式などの使用価値の高い情報の管理については、モデルの管理という立場からのシステムの試作を行った。変数の管理、定義域、値域の管理などのツール類の試作を行い、モデル管理のためのプロトタイプを開発したが、材料挙動のダイナミックスを捕えるまでには至っていない。交換フォーマット、メタ・データ、データ・ディクショナリーなど、材料の動的挙動をそれぞれの代表的断面で把握しようとする試みについての調査も行ったが、そのいずれもが実用的なレベルに達しているとは言いがたい。この意味で、第2、3年次の目標は、材料挙動のダイナミックスの扱いに焦点をあてることが重要であると考えるに至った。範例については、フェライトの材料設計、類推・類比の理論、適用材料データベースなどについての研究会を開催した他、関連する国内外の諸成果についての情報交換を研究会毎に行った。又今後のより効率的な情報交換のためのネットワークの試用も行った。材料デ-タを一般的デ-タ、基礎的デ-タおよび照射デ-タなど目的の特化された実験デ-タに分けて、材料デ-タベ-スを構築した。情報源は、それぞれ、既住のハンドブックおよび論文を主としている。デ-タ-ベ-スとしては、前者は、比較的単純なデ-タモデル、多様なユ-ザ-のアクセス、評価済デ-タ、参照用デ-タとして特徴づけられる。一方、後者は、複雑なデ-タ構造をもち、ユ-ザ-も特定の分野の専門家に限定され、未評価ではあるが、最近の有用なデ-タといった特徴をもっている。本研究ではこの2種類の材料デ-タベ-スを別々のデ-タベ-ス管理システムの下に構築し、それらのLAN上での相補的統合を試みた。一般的なデ-タベ-スと本研究の対象である材料デ-タベ-スとの違いは、前年度に検討を行った付加価値生成プロセスの複雑さにあるため、材料デ-タ用に、最大、最小、誤差、式、シミュレ-ションコ-ド、画像などの属性を新たに追加し、デ-タ表現の自由度を向上させた。また受験デ-タの場合には、実験パラメ-タ、実験結果を記述するためのデ-タ項目の数が、数千種類にも及んでしまうため、ホスト名、デ-タベ-ス名、テ-ブル名、フィ-ルド名他、検索に必要な項目を一括して管理するためのディレクトリ-、統一的アクセスのための相関表の自動生成機能、階層的メニュ-、ウインドウ操作のためのインタ-フェイスを開発し、本格的材料デ-タシステムのプロトタイプを構築した。絶対値を評価することが極れて困難であるデ-タについては、一般的デ-タを含むデ-タベ-スと実験デ-タベ-スとを適宜、結合することにより、材料全体の概要の表示の中で、個々のデ-タを位置づけることを行い、相補的な材料デ-タシステム利用の方策を示した。

式、シミュレ-ションプログラムとデ-タベ-スの統合はについては、機能だけは準備したが、具体的な結合は行っていない。本格的材料デ-タシステムの基本仕様についての検討を行い、設計開発にあたってのトレ-ドオフを抽出した。要請としては、デ-タの鮮度、デ-タおよび知識の意味の管理、評価値の完全性がある。材料の複雑性から入手可能なデ-タが断片的なものとなることが多いため、実用的システムの仕様としては自己組織化等の知的集約機能が必要である。このための漸近的な方策としてデ-タモデルの表現方法の検討、メタデ-タの確定、各種予測モデルの管理方策の検討等相互利用可能な材料デ-タシステム構築のためのガイドライン案を作成た。材料設計を目標とした場合には、計算機化したデ-タ、知識を基台にした未踏領域の可視化が目標となる。原子レベルの構造と巨視的な特性である破壊などの関係付けについてはやっと精密な議論が開始されたばかりのところで、巨視的扱い、連続体近似を基台にした構造力学との理論的整合性等を管理するプラットフォ-ム機能が必要である。システムとしては、デ-タベ-ス化によりその代表的側面の具体的かつ静的な表現を与えられる一方、実験式、理論式、シミュレ-ションモデルにより近似的ではあるが動的に表現されることになる。また、材料のもつ多様性の反映として、原デ-タ、画像デ-タ、統計デ-タ、ル-ル、述語論理、式、手続き等々、さまざまな定量的表現、定性的表現がデ-タシステム内に混在し、相互に意味的な関連を持つため、材料本性の理解に基づく系統的な意味管理を必要とする。材料設計においてはそうした関連情報を知的に統合するため、分散システムを統合するような重層的システム構成が必要で、そのプロトタイプを開発し、その結果を基台に、報告書を作成した。
ラジカル反応を契機とする特異な変換反応を触媒するラジカルSAM酵素の反応機構解析

本研究は、微生物二次代謝酵素反応系にコードされているラジカルSAM酵素の機能および反応機構解析を目的とし、アミノグリコシド抗生物質アプラマシン、トブラマイシン及び抗生物質ホスマイシンの生合成遺伝子クラスターに含まれるラジカルSAM酵素を研究対象とした。その結果、アプラマイシン、トブラマイシン生合成において、AprD3, D4の2種類の酵素により、パロマミンがデオキシ化されリビダミンへと変換されることを明らかにし、さらにラジカルSAM酵素AprD4の基質特異性を明らかにした。また、ホスホマイシン生合成において、ラジカルSAMメチル化酵素Fom3 C-メチル化機構を明らかにすることができた。本年度では、まずアミノグリコシド抗生物質であるアプラマイシンの3'-デオキシ化に関わるラジカルSAM酵素の機能解析を行った。アプラマイシンは2-デオキシストレプタミン含有型アミノグリコシド抗生物質であり、C-3'位に水酸基を有さないのが特徴的である。これらの抗生物質の生合成遺伝子クラスター中のNADP+依存酸化還元酵素AprD3とラジカルSAM酵素AprD4が、C-3'位のデオキシ化反応に関与することが考えられたので、これら二つの酵素の組換えタンパク質を調製して酵素反応解析を行った。AprD3はNAD(P)+依存型酸化還元酵素と推定され、またAprD4は、ラジカルS-アデノシルメチオニン(SAM)酵素に特徴的な[4Fe-4S]クラスター結合モチーフを有していた。AprD4を大腸菌にて発現、精製し、クラスターの再構成、還元を行ったところ、可視紫外吸収およびEPRスペクトルで活性型[4Fe-4S]+クラスターを確認できた。両酵素を調製した後、アプラマイシン生合成中間体と考えられるパロマミンをデオキシ化反応の候補基質として酵素反応を検討した結果、C-3'位がデオキシ化されリビダミンへと変換されることが明らかになった。また、本反応ではAprD4によってC-3の水酸基の脱水反応を伴い、C-4ケトン中間体を生成し、これが、AprD3で還元されることでC-3'位のデオキシ化反応が進行することを明らかにした。本成果は、現在投稿論文準備中である。さらに抗生物質ホスホマイシンのC-メチル化に関わると考えられたラジカルSAM酵素のクローニング、発現に成功した。現在、C-メチル化反応における基質の調製、酵素反応生成物の標品の調製を行い、本酵素の機能および反応機構解析を行っている。本年度にて、アミノグリコシド抗生物質であるアプラマイシンの3'-デオキシ化に関わるラジカルSAM酵素の機能解析を行い、その機能解析に成功した。さらに抗生物質ホスホマイシンのC-メチル化に関わると考えられたラジカルSAM酵素のクローニング、発現に成功している。ホスホマイシンのC-メチル化酵素は、通常用いられる大腸菌での異種発現系では可溶性タンパク質は得られず、放線菌での発現系を用いることにより、可溶性酵素を得ることに成功した。この様に、問題点を克服しつつ、新たな知見が得られている段階にあり、これらを考えるとほぼ予定通りに研究計画が進んでいると考えられる。本年度では、まずアミノグリコシド抗生物質であるアプラマイシンの3'-デオキシ化に関わるラジカルSAM酵素の基質特異性について検討した。これらの抗生物質の生合成遺伝子クラスター中のNADP+依存酸化還元酵素AprD3とラジカルSAM酵素AprD4が、C-3'位のデオキシ化反応に関与することが考えられたので、これら二つの酵素の組換えタンパク質を調製して種々の基質を用いて基質特異性を検討した。N-アセチルパロマミン、パロマミン、ネアミン、カナマイシンC、カナマイシンB、パロモマイシンの6種類の基質として、AprD3とApr D4による酵素反応を行なった結果、パロマミンとカナマイシンCを基質として用いたときに、生成物が観測された。以上より、AprD3, AprD4の基質の認識には基質のC-6'位が水酸基であることとC-2'位のアミノ基であることが重要であり、パロマミン部位を比較的厳密に認識していることが明らかとなった。また、抗生物質ホスホマイシンのC-メチル化に関わると考えられたラジカルSAM酵素のクローニング、発現に成功した。本酵素の発現では、通常の発現系では発現量が非常に少なかったが、発現系の詳細な検討により,酵素反応解析に十分な量の発現量を確保することが出来た。これらの結果を基に、C-メチル化反応における基質の調製、酵素反応生成物の標品の調製を行い、酵素反応を検討したところ、C-メチル化反応の活性を検出することが出来た。現在詳細な反応機構解析を行っている。本年度にて、アミノグリコシド抗生物質であるアプラマイシンの3'-デオキシ化に関わるラジカルSAM酵素の基質認識機構について明らかにした。さらに抗生物質ホスホマイシンのC-メチル化に関わると考えられたラジカルSAM酵素のクローニング、発現に成功し、そのC-メチル化活性の検出に成功した。さらにホスホマイシンの生合成全容を明らかにすべく、ホスホマシン遺伝子クラスターに含まれる酵素の機能解析に取り組んでいる。

この様に、新たな知見が得られている段階にあり、これらを考えるとほぼ予定通りに研究計画が進んでいると考えられる。本年度では、ホスホマイシンの生合成に関わるラジカルSAM酵素の機能解析について検討した。ホスホマイシンはStreptomyces属やPseudomonas属によって生産される抗生物質であり、その幅広い抗菌活性から臨床医学において広く利用されている。ホスホマイシンは天然物の中でも比較的小さな分子でありながら、オキシラン環にホスホン酸ユニットが直接結合しているというユニークな構造を持つことから、その構築機構に興味が持たれ、古くから生合成研究が精力的に行われてきた。Streptomyces属においてホスホマイシン生合成では、コバラミン依存ラジカルSAM酵素Fom3が2-ヒドロキシエチルホスホン酸(HEP)のC-2位のメチル化を触媒すると考えられてきた。しかしながら、ごく最近、Fom3の基質はHEPではなく、シチジリル化されたHEP(HEP-CMP)であることを共同研究により明らかになった。そこで、fom3遺伝子と鉄硫黄クラスター生合成マシナリーを大腸菌にて共発現させ、金属アフィニティークロマトグラフィーによりほぼ純粋な組換え酵素を得た。嫌気条件にて、精製Fom3の活性中心である鉄硫黄クラスターを再構成した後、メチルコバラミン、ジチオトレイトール、還元剤NADH及び電子伝達物質であるメチルビオローゲン存在下においてSAMとHEP-CMPを混合したところ、メチル化生成物が確認できた。また、シチジリル化されていないHEPをHEP-CMPの代わりに反応させた時には5'-デオキシアデノシンは生成しなかったことから、HEP-CMPがFom3の真の基質であることが明らかとなった。さらに、基質・生成物の化学量論量を見積もることにより、本反応の反応機構を提案するに至った。本研究は、微生物二次代謝酵素反応系にコードされているラジカルSAM酵素の機能および反応機構解析を目的とし、アミノグリコシド抗生物質アプラマシン、トブラマイシン及び抗生物質ホスマイシンの生合成遺伝子クラスターに含まれるラジカルSAM酵素を研究対象とした。その結果、アプラマイシン、トブラマイシン生合成において、AprD3, D4の2種類の酵素により、パロマミンがデオキシ化されリビダミンへと変換されることを明らかにし、さらにラジカルSAM酵素AprD4の基質特異性を明らかにした。また、ホスホマイシン生合成において、ラジカルSAMメチル化酵素Fom3 C-メチル化機構を明らかにすることができた。基本的には、本研究はおおむね順調に進展している。先にも述べたとおり、大腸菌での発現がうまくいかなかったことに対して、これまでの経験を通して、問題点を克服できている。今後は、さらに微生物二次代謝におけるラジカルSAM酵素のクローニング、発現、および酵素反応解析をさらに進めて、機能未解明のラジカルSAM酵素の機能解明を目指す。先にも述べたとおり、発現がうまくいかなかったことに対して、これまでの経験を通して、問題点を克服できている。29年度が最終年度であるため、記入しない。
低濃度環境汚染物質曝露の行動奇形学的影響に関する研究

重金属や難分解性の有機化合物は長期にわたって環境中に残存し、我々は低濃度ではあるがこれらの物質に曝露され続けている。これらの曝露は職業による曝露とは様式が異なり、発現影響も典型的な中毒症状とは異なる。低濃度では曝露の条件によって、発現する影響が修飾される。これらの条件としては、(1)曝露濃度・曝露期間等曝露そのものにかかわる条件、(2)当該物質以外の物質による修飾、(3)性・年齢や栄養・健康状態等、曝露される個体側の条件、等である。本研究は、中枢神経系毒性の高いメチル水銀の発達初期における影響の発現とセレン化合物の修飾作用に着目した行動奇形の実験である。妊娠マウスを極めてセレン含有率の低い飼料で飼育し、亜セレン酸を種々の濃度で溶解した飲料水を与えた。出生した仔が3ケ月齢になった時点で、電撃回避(Shock Avoidance)を課題として学習の成立と保持・消去を検討した。セッション施行日毎に反応を見ると、警告期間中にレバーを押して回避した回数(Avoidance)が増加し、消去の期間には低下した。電撃を受けてから反応する逃避(Escape)は減少し、消去の期間に入ると急激に低下し、そのままの水準で経過した。回避も逃避も出来ずに電撃を受け続けていたトライアルの回数(Fail)は、初め回数が多かったが、次第に群れによってはFailが0であるセッションも見られ、消去期間では急激に減少した。学習行動を指標としてメチル水銀の毒性発現におよぼすセレンの修飾効果に関する研究は、本研究が最初である。本報告においては、各群の平均値だけで検討したが、学習の極めて初期にセレン欠乏状態で飼育した群での、。FAILが多く、セッションの進行する中でFailが全くなくなることもなかった等セレンの修飾作用が示唆された。しかし、学習成績と飲料水中の亜セレン酸濃度との間にDOSEDEPENDENTな関係は見いだせなかった。
脳血管障害患者における経時的な筋緊張の質的・量的変化の検討

これまで脳血管障害患者の継時的な筋緊張の質的および量的変化は、ほとんど検討されてこなかった。本研究によって、脳血管障害発症後の筋緊張が時間経過とともに質的にも量的にも変化することが明らかになった。リハビリテーションでは筋緊張の亢進に対して、幾つかの治療手段がある。本研究で得られた知見をもとに、様々な治療法を、より有効に実施できるものと考える。脳血管障害患者74人の足関節底屈筋の筋緊張をModified Tardieu ScaleのR1とR2、Ankle Plantarflexors Tone ScaleのStretch Reflex(SR)、Middle range resistance(MR)、Final range resistance(FR)などの指標を用いて、中枢性要素および末梢性要素に分けて測定した。罹患日数が180日未満の短期群と180日以上の長期群に分けて、各指標の群間差を統計解析した。また足関節底屈筋の伸張反射が亢進している50人をサブグループとして抽出し、同筋を構成する二関節筋と単関節筋の伸張反射の程度を、膝伸展位と膝屈曲位の測定値を比較することで検討した。加えて、両肢位間の相関係数を求めて二関節筋と単関節筋の伸張反射の関連性を検討した。結果、膝伸展位のSRとMRは長期群に比して短期群が有意に大きかった(共にp<0.05)が他の指標は両群間に統計学的有意差を認めなかった。また伸張反射亢進を認める対象50人の検討では、膝伸展位に比して膝屈曲位で有意(p<0.05)に高値を認めた。また、両肢位間で中等度の正の相関(rs=0.66)を認めた。今回の検討により、罹患日数の長短で比較した場合、180日未満の対象では二関節筋の伸張反射がより亢進し、180日以上では同筋の伸張反射亢進の程度が弱まると示唆された。一方、(罹患日数を考慮しない)伸張反射亢進を認める対象の検討では、二関節筋に比して単関節筋の伸張反射亢進を認め、且つ両筋の伸張反射には関連性があることを確認した。本研究結果から、発症後早期には二関節筋の伸張反射の変化に注意する必要があるが、時間経過と共に単関節筋の伸張反射亢進にも視点を置く必要があると示唆された。今回得られた中枢性要素の変化に関する知見は、筋緊張に対するリハビリテーションを考えるうえで重要な情報になるものと考えられた。本データについては、23年度も詳細な解析を継続する予定である。しかし、本研究によって以下のことが明らかになった。本研究の結果から,脳血管障害発症後180日未満の対象では、発症後180日以上の対象に比べて足関節底屈に作用する2関節筋の伸張反射が亢進しているが、単関節筋の伸張反射の程度には違いが無いと示唆された。一方、伸張反射の程度と罹患日数の間に関連性を認め、2関節筋および単関節筋の伸張反射は、発症後の時間経過に伴って強くなると示唆された。さらに、発症後短期の対象では、足関節底屈筋における膝伸展位の伸張反射と筋伸張中間域の抵抗が、発症後長期の対象に比して有意に高値であった。加えて、発症後短期の対象の膝伸展位と膝屈曲位における足関節底屈筋の伸張反射と罹患日数の間に正の相関を認めた。これらの結果から、伸張反射の程度や筋伸張中間域の抵抗は、発症後180日程度までは時間経過に伴って変化すると考えられた。また、足関節底屈筋の膝伸展位における伸張反射と筋伸張中間域の抵抗において、発症後短期の対象が長期の対象に比して有意に高値を示し、膝屈曲位では統計学的有意差を認めなかった。このため筋緊張の中枢性要素としての伸張反射の程度および末梢性要素としての筋伸張中間域の抵抗は、腓腹筋を中心とする2関節筋がヒラメ筋を中心とする単関節筋よりも罹患日数との関連性が強いと示唆された。
顎運動における口腔顔面感覚の役割の解明 (新しい機能研究法を用いて)

本研究の目的は、顎運動を最終的に支配する咀嚼筋運動ニューロンに対する、口腔顔面感覚の直接的役割を検討することである。そこで、猫を用い、咀嚼筋運動ニューロンに対する前運動ニューロンのうちのいくつかが存在している、三叉神経吻側核の背内側亜核ニューロンに細胞内記録法、細胞内HRP注入法を施した。具体的には、背内側亜核ニューロンの末梢感覚受容野、感覚種を同定した後、電気泳導にてHRPを細胞内注入する。脳幹部を薄切した後、HRPを呈色し、運動核内に存在する背内側亜核ニューロンの軸索終末部を切り出し、電子顕微鏡的観察用に、再固定、エポン包埋、連続超薄切片作成、染色を行った。即順応性で低閾値機械受容性に反応し、上下顎の無毛部口唇に受容野を持つ背内側亜核ニューロンは、三叉神経運動核の開口筋運動ニューロン群に投射し、以下の様な軸索終末部形態を呈した。連続切片にて観察した49個の終末の総ては、細胞体または樹状突起にシナプス接合するシナプス前終末であった。その多くは細胞体または近位樹状突起と接合し、遠位樹状突起とのものは少数であった。一つのシナプスが、二つの樹状突起、または一つの樹状突起と一つの細胞体と接合するものであった。また終末には卵円型、もしくは楕円形のシナプス小包が存在し、有芯小包はほとんど認められなかった。一方、シナプス前膜と後膜の肥厚は、両膜差がなく対称性であった。以上の結果は、これまでの知見から少なくともこのニューロンに伝えられた情報は、他の神経からの影響(修飾)をあまり受けることなく開口筋運動ニューロンに伝えられ、開口運動に抑制的に働く可能性を示唆するものと考えられる。本研究によって顎運動の神経機構の一端が解明され、また同時に上記の方法が複雑な神経機構の解明に大変有用であることが示されたと言える。今後一層研究を進め、歯科基礎医学の発展に貢献できるよう努力したい。
揺らぎの入った相対論的流体力学と重イオン衝突反応への応用

高エネルギー原子核衝突反応で生成するクォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)に対する流体揺らぎに注目して研究を行った。初めに相対論的揺動流体力学を定式化し、観測可能量に対する影響を調べた。流体揺らぎは異なるラピディティ領域間の事象平面角相関を減らすことが分かった。また非平衡統計物理学における揺らぎの定理を用いて高エネルギー原子核衝突反応における負のエントロピー生成を議論した。また、ジェットの伝搬に対するQGPの流体力学的応答を調べた。ジェット軸から大角度方向に現れる低運動量を持つ粒子の生成はマッハ錐という衝撃波の生成と伝搬に依るものと分かった。高エネルギー重イオン衝突反応によって生成されたクォーク・グルーオン・プラズマの流体力学的時空発展における揺らぎの影響に注目して研究を行った。まず、流体力学的時空発展に対する"内的"揺らぎとみなせる「熱揺らぎ」を相対論的流体方程式に組み込む枠組みについて検討した。相対性理論特有の因果律の条件を保ちつつ、揺らぎの影響を取り込むために、緩和過程を含む遅延グリーン関数を用いた構成方程式を書き下し、揺動散逸関係から、一般化されたランジュバン方程式の表式を得た。その揺動力の特性として、色付きの雑音が因果律と密接に関わることを示した。この枠組みが新奇な相対論的流体力学の枠組みを与え、今後、クォーク・グルーオン・プラズマの輸送的性質を導くうえで重要な役割を果たすと考えている。この枠組みを数値計算に実装することは今後の課題である。また、"外的"揺らぎとみなせる「ジェット伝搬」を、完全流体の近似のもとで定式化し、数値計算への実装を行った。特に(1)大きなエネルギーを持つ一対のジェットが膨張している背景物質中を通過する場合と(2)複数のジェットが一様背景物質中を通過する場合について、シミュレーションを行った。(1)の場合、ジェット軸に対して大角度方向にジェットの運動量が伝搬するメカニズムを提唱し、論文にまとめた。(2)の場合、複数のジェットが伝搬、エネルギー損失をすることで、背景物質中に複雑なマッハ錐状の構造が励起し、特に、流体方程式の非線形性に伴う構造を見出すことができた。高エネルギー原子核衝突反応によって生成されたクォーク・グルーオン・プラズマの流体力学的時間発展に現れる様々な揺らぎに注目し、研究を進めた。前年度までに構築した散逸に伴う熱揺らぎを数値計算に実装した。通常の粘性に加え、時空の各点で揺動散逸関係を満たすように散逸流に対する揺らぎを与え、クォーク・グルーオン・プラズマの時空発展に及ぼす影響を調べた。一方で、より熱揺らぎの影響を詳細に調べるために、簡単な1次元膨張系に流体揺らぎの枠組みを適用し、エントロピー、最終的には、粒子の多重度の揺らぎを調べた。非平衡統計力学で導出された「揺らぎの定理」を初めて重イオン衝突反応に適用し、この定理から導かれる粒子多重度の揺らぎに関する定理の導出を行った。高エネルギー原子核衝突反応では、クォーク・グルーオン・プラズマに加え、その中を通過する大きなエネルギーを持ったパートンも生成される。通過の際にクォーク・グルーオン・プラズマにエネルギーや運動量を供給することから、流体に対し一種の外的な揺らぎを与えるとみなせる。パートンは対となって生成されるが、もし、クォーク・グルーオン・プラズマの中心領域ではなく周辺領域を通過する場合、衝突軸に垂直な方向の方位角分布が大きく歪み、より反応内部で起こっている現象を詳しく調べることができる可能性を示した。初期宇宙に存在していた原始物質「クォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)」の物性を調べる目的として、相対論的重イオン衝突反応実験が行われてきており、そのダイナミクスのうち特に「揺らぎ」に注目し、モデルの構築、数値計算、実験結果の解析を行ってきた。本年度はまず、相対論的流体力学の枠組みにおける揺らぎの定理と、その応用として相対論的重イオン衝突反応における観測量との関係をまとめた。次に前年度に行ったQGPに対する熱揺らぎを実装した相対論的粘性流体シミュレーションを用いて、相対論的重イオン衝突反応における離れた2点間の相関が揺らぎによってどの程度切れるかを調べ、実験結果との比較より揺らぎの影響はそれほど大きくないことを確かめた。このことから揺らぎの大きさと関係する局所熱平衡状態の典型的な大きさを評価できる可能性が拓けた。また、QGP中にジェットを通過させ、QGPの時空発展にに対する影響を調べ、ジェットを軸とした方位角方向の相関関数に特徴的なふるまいが現れ、その起源がジェットがQGP中に励起する円錐型の衝撃波(マッハコーン)であるが分かった。マッハコーンはQGPの物性量の中心的な一つである音速と密接に関わっており、この現象を解析することで相対論的重イオン衝突反応を通して音速の情報を引き出せる可能性があることを指摘した。QGPが冷えていくにつれハドロンガスに転化したあとも、ハドロン間は相互作用を行う。この相互作用が切れる時刻を解析し、ストレンジクォークが複数含まれるハドロンは他のハドロンに比べてこの時刻の揺らぎが小さいことが分かった。この解析より、これらの特別なハドロンを用いると、ダイナミクスのある特定のステージの情報を引き出すことが可能であることが分かった。

また非平衡統計物理学における揺らぎの定理を用いて高エネルギー原子核衝突反応における負のエントロピー生成を議論した。また、ジェットの伝搬に対するQGPの流体力学的応答を調べた。ジェット軸から大角度方向に現れる低運動量を持つ粒子の生成はマッハ錐という衝撃波の生成と伝搬に依るものと分かった。当初の計画通り、流体揺らぎの数値計算への実装を完成させたことに加え、計画にはなかった新しいトピックとして、流体揺らぎに絡めて重イオン衝突反応における「揺らぎの定理」を導出することができたため。理論核物理学揺らぎ入り流体の数値計算への実装が完成したため、今後は実験で観測される物理量の解析を行い、クォーク・グルーオン・プラズマの物性を引き出す研究を行う。すでに導出した「揺らぎの定理」は、簡単な1次元膨張系に対するものなので、これを3次元に拡張し、より一般的な定理の導出を目指す。パートンとクォーク・グルーオン・プラズマ流体との相互作用をより現実的な洗練された模型を用いることで、クォーク・グルーオン・プラズマの阻止能の定量的導出を目指す。当初の計画通り、揺らぎ入り相対論的流体力学の枠組みの定式化、ジェット伝搬の完全流体力学への実装を行った。海外出張のための航空券の価格が当初の予定していた見積もりと異なるため揺らぎ入り相対論的流体力学の定式化を行ったので、今後はこの枠組みを数値計算に実装することが今後の大きな課題の一つである。流体揺らぎは局所平衡系の体積の逆数に比例することから、どのような格子サイズでシミュレーションを行うかが一つの鍵となる。その際に、単に数値的に方程式を解くだけでなく、粗視化のスケールをどのように選ぶか、実際にどう行うかという物理的な背景に注目しつつ、数値計算を進めていく。外的な揺らぎとしてのジェット伝搬を組み合わせた流体数値シミュレーションでは、流体の応答の非線形性に注目する。衝突エネルギーが大きい場合、複数のジェット対が流体中を伝搬する状況を鑑み、一つのジェット対の重ね合わせ以上の複雑な構造、特に不安定性や乱流のような振る舞いを見出すことを目標とする。次年度に繰り越し、研究を推進させるような物品購入や、研究成果の公表のために旅費など有効に使用する。新著紹介「クォーク・グルーオン・プラズマの物理;実験室で再現する宇宙の始まり(秋葉康之著)」、日本物理学会誌vol.70(2015)150物品費として予定していたコンピュータが安価に購入できたため。次年度に使用する予定の予算のうち、物品費に加算し、より高スペックの計算機の購入に充て、研究を一層推進させる。
ネクローシスの初期過程において膜透過性を制御する新規チャネルの同定とその機能解析

ネクローシスを伴う神経細胞死における諸種イオンチャネルの役割について検討を行い、以下の知見を得た。(1)トリパンブルー排斥法を用いて培養大脳皮質ニューロンにおけるグルタミン酸神経毒性の機序について検討を行った。比較的低濃度のグルタミン酸を24時間処置した時に生じる細胞死は、タンパク合成阻害薬、RNA合成阻害薬、caspase-3阻害薬によって顕著に抑制されたこと、また細胞核の断片化を伴っていたことから、アポトーシスによるものと考えられた。それに対して高濃度のグルタミン酸処置によって生じる細胞死はこれらの薬物によって影響を受けず、核の断片化も観察されないことからネクローシスによるものと判断された。研究代表者らによって見出された新規内在性神経保護物質のセロフェンド酸は、ネクローシスに対する抑制効果をほとんど示さなかったが、グルタミン酸によって誘導されるアポトーシスを顕著に抑制した。(2)培養網膜切片にグルタミン酸あるいはカイニン酸を適用すると、それぞれNMDA受容体チャネルおよびnon-NMDA受容体チャネルの活性化を介して網膜神経節細胞(RGC)の顕著な細胞死が誘導された。いずれの場合も細胞外Ca^<2+>の除去は細胞死誘導を著明に抑制したが、L型電位依存性Ca^<2+>チャネル阻害薬は有意な神経保護効果を発揮しなかった。RGCに対するカイニン酸毒性はCl^-チャネル阻害薬DIDSの適用や細胞外Cl^-除去によっても顕著に抑制され、GABA_A受容体遮断薬とグリシン受容体遮断薬の併用もカイニン酸毒性を部分的に抑制したことから、細胞外からのCl^-の流入がカイニン酸毒性の誘導に重要な役割を果たしていることが示唆された。一方、これらの処置はいずれもグルタミン酸毒性に対して無効であり、グルタミン酸毒性とカイニン酸毒性とはイオン依存性において極めて異なる特徴を有することが明らかとなった。ネクローシスに関連するイオンチャネルの解明を目的として、ラット胎仔あるいは新生仔由来大脳皮質ニューロンの分散培養系および切片培養系を用いて、グルタミン酸神経毒性に関与するイオンチャネル系の解析を行った。分散培養系において観察されるグルタミン酸神経毒性はシグマ受容体リガンドやラジカルを標的とする内在性因子による制御を受けることが明らかになり、NMDA受容体を介して生成する活性酸素種による細胞膜障害がネクローシスの主要な原因となることが明らかになった。さらに、ニューロン生存におけるイオンチャネル系の役割を解析する目的で、長期間の細胞維持が容易な切片培養系を用いた研究を進めた結果、グルタミン酸により誘発される神経細胞死が種々のカリウムチャネル阻害薬により増強されることが明らかになった。カリウムチャネルの中でもカルシウム依存性カリウムチャネルおよびATP依存性カリウムチャネルの関与を示唆する知見が得られたことから、これらの細胞内因子による制御を受けるカリウムチャネルが強い細胞興奮時の過剰な脱分極をフィードバック的に抑制する神経保護機構の一部に関与することが推定されたグルタミン酸などの興奮性アミノ酸に暴露されたニューロンの障害には活性酸素の関与するラジカルストレスが重要な役割を果たすことが示唆されているが、我々は、ニューロトロフィン、ビタミンD、ウシ胎仔血清由来神経保護物質などの生体内因子がラジカルストレスを軽減することによりニューロン生存を促進することを見出した。これらの知見をもとに、ラジカルストレスによる細胞膜損傷により誘発されるネクローシスに関与する細胞膜イオンチャネルの同定を試みている。その基礎的研究として、過酸化水素などの活性酸素を誘発する試薬を投与したときの細胞内活性酸素濃度の変化を蛍光指不薬を用いて検討した。さらに、ラジカル生成後のイオンチャネル系の変化を検討している。これらの研究の遂行により細胞死に関与するイオンチャネル系の解析を目指している。

一方、これらの処置はいずれもグルタミン酸毒性に対して無効であり、グルタミン酸毒性とカイニン酸毒性とはイオン依存性において極めて異なる特徴を有することが明らかとなった。
植物の雌雄性を決める遺伝子の重イオンビーム照射と高速4Dスクリーニングによる単離

申請者は任意の染色体欠失を誘導することが可能である重イオンビームを雌雄異株植物ヒロハノマンテマに照射することで雌雄性に関わる遺伝子欠失変異体の探索を行ってきた。平成25年度は欠失変異を高速で検出する4Dスクリーニングの予備実験として、サンプルを1つずつPCRし、アガロース電気泳動で検出する1Dスクリーニングを実施した。重イオンビームを花粉に照射し、受粉させて得られた種子からM1世代2722個体を得た。M1世代の中から雌雄性に関わる既知の遺伝子として1雌蕊を抑制する遺伝子: GSFと2雄蕊の発生に関わる遺伝子: S1AP3Yの2つをターゲットにしてスクリーニングをした。スクリーニングの結果、GSF欠失株を12個体、S1AP3Y欠失株を4個体単離した。GSF欠失株は雄蕊と雌蕊両方とも形成する両性花の表現型を示した。それぞれの株において花粉の数と胚珠の数を計測したところ、両者には負の相関関係があった。雌雄異株植物は両性花植物から進化したと考えられており、進化の過程で雄蕊と雌蕊の資源投資量にトレードオフが出現することが予測されている。今回の結果はその予測を実証することができた。このトレードオフは、同じ雌雄異株植物であるホップやホウレンソウなどの農作物の花発生様式の理解の助けになるであろう。S1AP3Y欠失株は雄蕊の発生に異常が出ることが期待されたが、表現型は変わらなかった。S1AP3Yの欠失を他の遺伝子が相補している可能性が考えられたため、Bクラス遺伝子の発現量をRT-PCRによって調べたところ、S1AP3Y欠失株は対立遺伝子S1AP3Xの発現量が増加していた。これはY染色体の遺伝子退化を相補する遺伝子量補償がはたらいた結果だと考えられる。マウス、ショウジョウバエなどの動物において遺伝子量補償は多く報告されているが、植物において遺伝子欠失変異体において遺伝子量補償を調べた研究はこれが初めてである。(抄録なし)申請者は任意の染色体欠失を誘導することが可能である重イオンビームを雌雄異株植物ヒロハノマンテマに照射することで雌雄性に関わる遺伝子欠失変異体の探索を行ってきた。(抄録なし)