hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ワームホールの観測的検証

本研究は、従来仮想的な理論研究の対象でしかなかったワームホールを観測的に検証する手段の研究を行い、さらに実際に探索を実施してその存在量に制限を付けることを目指した。さらに、こうした探索の理論的意義や存在可能性など、ワームホール検証を前提とした研究を前進させることを目指した。このため、2回の研究会を実施し、さらに学会などの場を利用して理論・観測の研究者間の交流を深め、議論を行った。その結果、複数の方法が考案され、実際に存在量の上限を求めることに成功した。また、ワームホールの安定性など関連した研究も進展した。一般の人の関心も高く、講演会などを通じて一般社会人との交流ができたことも大きな成果である。ワームホールは、離れた時空間を連結するアインシュタイン方程式の解である。しかしながら、その存在は全く不明で、あくまで理論的な研究の対象でしか無かった。重力マイクロレンズ効果を利用した、ワームホールの観測的検証法が提案さたことを受けて、理論・観測で何ができるか検討し、実際にワームホールの検証を行ってその存在量に制限を付けることが本研究の主な目的である。今年度は、これまでの成果を物理学会等で紹介するとともに、10月27、28日に研究会「ワームホール:その理論と観測的検証可能性」を実施した。ここで、ワームホールに興味を持つ研究者が集まり、その研究成果を紹介し合った。主な成果としては、相対論的なアインシュタインリングを使ってエリスワームホールを区別する方法(Tsukamoto, Harada, Yajima, 2012)の導入、重力マイクロレンズ効果による減光は、エリスワームホールに特有のものではなく、特殊な時空構造を持つワームホールでは普遍的に見られることの証明(Kitamura, Nakajima, Asada, 2012)、ガンマ線バーストの重力レンズ効果(pico lensing)を利用したエリスワームホール探索法(Yoo, Harada, Tsukamoto, 2012)の導入などが上げられる。また、将来の位置天文衛星JASMINEでのワームホール探索の可能性やワームホールの安定性に関する研究などもあり、初めてのワームホール研究会として実り多いものであった。研究会と合わせて行った一般向け講演会では、高校生や大学生など120人あまりが参加し、活発な質疑応答が行われた。その後、さらに研究が進展し、Yooらによってcm程度のエリスワームホールの存在量に制限が付けられ、さらにTakahashiらによって、10-10000pcの巨大エリスワームホールの存在量に制限が付けられた。本研究は、これまであくまで理論上の仮想的な存在でしかなかったワームホールを、観測的に検証する手段を検討し、実際に探索を実施してその存在量に制限を付けることを主たる目的としてスタートした。また、理論的な存在の意義や可能性についても理解を深めることも目指した。こうした目標を達成すべく、研究者間の交流と議論を行う研究会を2回実施した。あわせて、関連学会での講演などを行い本研究の意義を周知した。その結果、従来ワームホールにあまり興味を持たなかった研究者も研究に参加する様になり、ワームホール研究が大きく前進した。具体的には、新しいワームホール探索法が次々と考案されたこと、ワームホールの安定性に関する研究が進展しその存在可能性に関する理解が進んだことなどがあげられる。そして、ガンマ線バーストのデータやスローンデジタルスカイサーベイの画像などから実際にワームホール探索が実施され、存在量に制限が付けられた。しかし、それ以上にこれまでばらばらに行われていたワームホール研究の研究者間の交流が進み、共同研究などがさかんになったことの意義が大きい。また、本研究期間中一般向けの講演会も3回行われ、ワームホール研究の面白さと意義を多くの人に知っていただくことができた。当初予定した以上の進展があったと言える。また、今年度はワームホールに加えて原始ブラックホールに関する研究も実施した。これも理論的に予想されているエキゾチックな天体である。これまでに得られた存在量の上限からは、星の数以上に多くの大型ワームホールが存在する可能性は無くなりつつある。また、ワームホールの安定性からはワームホールが安定に存在しうる可能性は少ないと見られる。しかし、今後宇宙論や重力理論の進展に伴い新たな進展がある可能性もあり、また今後GAIAやEuclidなどの宇宙望遠鏡のデータからさらに強い制限が得られる可能性がある。重力レンズ効果で生じる2つの像は、通常非常に近接していて分離が困難である。このため、ワームホールの検出法も重力レンズによる増光現象を利用する方法が考案されている。しかし、2つの像の重心を精度良く測定する位置天文学的手法を利用すれば、分離は困難でも位置のずれとして検出される可能性がある。

今年度は、エリス・ワームホールによる位置天文学的な重心のずれを計算し、これが通常の星によって生じるずれと異なることを見いだした(Toki他, 2011)。この手法は、将来の位置天文衛星などによる高精度観測によるワームホール検出に道を開いた。また、エリス・ワームホールの重力レンズ効果の厳密解の導出に成功した。その結果、Dey & Senによる偏向角の高次の項は誤りであることが判明した。さらに、エリス・ワームホールのスロート近傍には、ブラックホールの周りに現れると考えられている様な、相対論的な多重リング像が生じることを突き止めた。観測技術が大きく進歩し、ブラックホールなどの周りにできる相対論的イメージが撮像できる様になれば、こうした多重リングからワームホールを検出できるかもしれない。また、ニュージーランドでの重力マイクロレンズ観測を継続し、2010年までのデータは測光を完了し、通常の星によるマイクロレンズ効果の解析を実施中である。また、ビクトリア大学でセミナーを実施し、ワームホールの世界的権威である同大学のMatt Visser教授と意見を交換し、来年10月に実施予定のワームホールの研究会に協力を要請した。上記の様に、当初計画にあったワームホールの存在量への制限は、ある意味で達成された。この意味では、予想以上の進展と言える。ワームホールの安定性や、ワームホール時空での重力レンズ効果など関連した研究も大きく進展した。位置天文衛星JASMINEでのワームホール検証の可能性など、新たな可能性も広がった。しかし、当初の目的の一つであったマゼラン雲の重力マイクロレンズ事象の解析の方は、あまり進んでいない。マゼラン雲の解析からは、100km以上のワームホールの存在量への強い制限が期待されており、現在でも重要な課題の一つである。これらの事情を総合して、全体としてはおおむね順調に進展していると評価した。位置天文学的手法で検出可能であることが判明するなど、大きく進展した部分もある。しかし、全体として見ればおおむね予想通りの進展であり、大幅に計画を上回ったとまでは言えない。前記の通り、本研究は部分的には予定以上に進展し、目標を達成した部分もある。しかし、これまでに得られた制限は、Yooらによる非常に小さな(1cm程度)ワームホールに対する緩い制限と、Takahashiらによる巨大(> pc)ワームホールに対する制限である。マゼラン雲のマイクロレンズ観測からは数100km程度のワームホールなので、この解析は意味があり、ぜひ実施したい。また、今後さらなる発展を目指しながら、新たな展開をはかることを検討したい。ワームホールの観測的検証、ワームホールの安定性などの研究に加え、ワームホールと同様に宇宙初期に生成したと考えられる原始ブラックホールについても研究を進め、新たな展開をはかる。この研究課題は、世界的にほとんど全くと言って良いほど手の付けられていない、困難な問題に道筋を付けようとしている。これまでの進展をふまえ、次の段階として研究会を行い、理論・観測の研究者を集めさまざまな観点から議論を進める。
消化管粘膜上皮細胞に特異的なチロシンホスファターゼ SAP-1 の 生理機能の解析

研究代表者は腸粘膜上皮細胞の微絨毛に特異的に発現する受容体型チロシンホスファターゼSAP-1の生理機能と病態的意義の解析を行った。その結果、炎症性腸炎モデルマウスであるIL-10遺伝子破壊マウスを用いた解析から、SAP-1遺伝子の欠損が腸炎の増悪化をもたらすことを見出した。また、SAP-1によりチロシン脱リン酸化を受ける新規基質候補分子として膜蛋白質p100を同定した。さらに、SAP-1/p100シグナル系が腸粘膜上皮細胞によるケモカイン産生を介して腸管免疫の制御に関与する可能性を見出した。本年度は、腸管免疫システムの制御の観点から腸粘膜上皮細胞におけるSAP-1の生理機能と病態的意義の解明に取り組み、以下の研究成果を得た。1)IL-10/SAP-1二重遺伝子破壊(DKO)マウスにおいて大腸炎の重症化が認められていたことから、SAP-1の機能的欠失が何らかの免疫機能の破綻を誘導し、炎症が高度化している可能性が考えられていた。そこで、DNAマイクロアレイ解析により腸粘膜においてSAP-1遺伝子欠損に依存して発現量の変化が認められる遺伝子産物の検索を行なったところ、粘膜上皮細胞から分泌される抗菌ペプチドである複数のDefcrの著明な発現量の低下がSAP-1遺伝子破壊(KO)マウスおよびIL-10/SAP-1 DKOマウスにおいて認められた。一方、IL-10 KOマウスに比べ、IL-10/SAP-1 DKOマウスでは、腸炎の病態形成に重要なケモカインMIP-2およびKCの発現量の増加が認められた。したがって、IL-10/SAP-1 DKOマウスで認められた腸炎の重症化に、Defcrの発現の低下やケモカインの産生量の亢進が寄与する可能性が高いと考えられた。2)SAP-1 KOマウス由来大腸粘膜上皮細胞においてチロシンリン酸化を強く受ける約100kDaの膜貫通領域を持つ糖蛋白質p100の単離同定ならびにp100の機能解析を進めた。その結果、p100は細胞内領域に複数のチロシン残基を有しており、Srcファミリーチロシンキナーゼによりリン酸化を受け、SH2ドメインを有する蛋白質とチロシンリン酸化依存的に会合することを見出した。また、p100がチロシンリン酸化依存的にMAPKsおよびNFκBのシグナル経路の制御に関与する可能性を示す実験結果を得た。現在、このp100がSAP-1と共に腸管免疫システムの制御に如何に関与するかについてさらに解析を進めている。本年度は、腸管免疫システムの制御の観点から腸粘膜上皮細胞におけるSAP-1の生理機能、およびSAP-1の基質候補分子として単離したp100について解析を進め、以下の研究成果を得た。1)腸上皮細胞を介したケモカインの産生は、腸管免疫システムの制御に重要であると考えられている。そこで、SAP-1が上皮細胞におけるケモカイン産生制御に関与するかについて、IL-10遺伝子欠損に加え、さらにSAP1遺伝子欠損したマウスより大腸粘膜上皮細胞を単離し、腸炎の病態形成に重要とされるケモカインの発現量について検討した。その結果、IL-10遺伝子のみを欠損した上皮細胞とIL-10かつSAP-1遺伝子を欠損した上皮細胞トの間で、ケモカインの産生量に違いが生じる傾向が認められた。2)前年度にSAP-1の基質候補分子としてp100を単離同定し、その機能解析を開始していた。そこで本年度は、p100の機能解析をさらに進めた。その結果、p100がSrcファミリーチロシンキナーゼによりチロシンリン酸化を受け、リン酸化依存的にSH2ドメインを持つタンパク質と相互作用することを見出した。さらに培養細胞を用いた解析から、p100がチロシンリン酸化依存にMAPKsおよびNF-κBのシグナル経路を介して、ケモカイン産生の制御に関与する可能性を見出した。3)p100のマウス個体レベルでの生理機能およびSAP-1を介した腸管免疫制御の制御分子として機能し得るかについて解析する目的で、p100トランスジェニックマウスおよびp100ノックアウトマウスの作製を進めた。現在、p100のトランスジェニックマウスの作製を終え、解析を進めつつある。一方、p100ノックアウトマウスの作製については、p100遺伝子を欠損したES細胞の樹立を進めている。本研究計画では前年度に得られ研究成果をもとに、以下の解析を行った。1. SAP-1の脱チロシンリン酸化

基質p100の機能解析研究代表者はp100がケモカイン産生に関与することを見出していたことから、p100を介したケモカイン産生に関与する下流シグナル分子についてシグナル分子の阻害剤を用いた解析を進めた。その結果、Srcファミリーキナーゼ、Sykチロシンキナーゼ、NF-kBおよびMAPKsが下流シグナル分子として機能していることが示唆された。さらに、このp100の機能には、カルボキシル末端側の2つのチロシン残基のリン酸化とp100とSykとの直接的な結合が重要であることが示唆された。また、p100を過剰発現した上皮細胞および繊維芽細胞が、抗p100抗体でコートされたビーズに対する貪食能を示し、その貪食活性にはSrcチロシンキナーゼ、Sykが関与することが示唆された。2. p100トランスジェニックおよびノックアウトマウスの作製と解析p100の個体レベルにおける生理機能ならびにp100が腸炎の病態形成に関与するかについて解析を行なう目的で、p100を腸上皮細胞特異的に過剰発現するp100トランスジェニックマウスの作製およびp100ノックアウトマウスの作製を更に進めた。その結果、p100のトランスジェニックマウスについては、3ラインのトランスジーンを有するマウスを得ることができた。さらに、腸上皮特異的にp100を高発現させるために、villin-Creマウスとの交配を進め、腸上皮細胞におけるp100の発現量の解析を進めるに至った。一方、p100ノックアウトマウスについては、p100遺伝子ヘテロ欠損ES細胞の樹立、キメラマウスの作製を終え、p100遺伝子破壊マウスが得られ、腸管免疫へのp100遺伝子欠損の影響について検討を進めるに至った。当初計画していた、SAP-1およびp100の機能解析、p100トランスジェニックマウスおよびp100ノックアウトマウスの作製等が順調に進行しており、上記のように判断した。24年度が最終年度であるため、記入しない。作製済みおよび作製中のマウス個体および培養細胞を用い、研究計画に基づいてSAP-1およびp100の生理機能やその作用機構について、さらに解析を進めて行く予定である。
NSAIDsの輸送タンパク質TETRANの生理的機能と病態における役割

アスピリンを代表とする非ステロイド系抗炎症薬(NSAIDs)は大変よく使われているが、その細胞膜輸送機構は理解されていない。またNSAIDsの主な副作用である胃潰瘍(NSAIDs潰瘍)、特にその感受性に関する個人差が臨床現場で大きな問題になっている。我々はNSAIDsの多彩な薬理作用(胃潰瘍副作用など)に与る分子機構の解明を精力的に行ってきた。この研究の一環として我々は、NSAIDsの細胞膜輸送に与るタンパク質としてTETRANを同定した。本特定領域研究において我々は、TETRANがNSAIDsを初め多くのアニオン性薬物の細胞内への取り込み、及び排出に関与していること、TETRANが膜の電気的ポテンシャルをエネルギー源として利用していること、TETRANが消化管だけでなく、腎臓、特に近位尿細管のアピカル側膜(brush border membrane)で強く発現していることなどを見出した。また近位尿細管のアピカル側膜に存在する薬物尿排泄トランスポートソームの構成タンパク質を同定するために、近位尿細管のアピカル側膜を調製し、MATE1やTETRANと結合しているタンパク質を免疫沈殿法を用いて単離・同定した。アミノ酸配列の解析から候補タンパク質を絞り込み、現在培養細胞を用いて、それらが薬物の尿中排泄に関与しているか(薬物尿排泄トランスポートソームの構成タンパク質であるか)を決定している。一方、TETRANのノックアウトマウスを作成し、NSAIDsを初め各種アニオン性薬物の体内動態、特に尿中排泄を野生型マウスと比較し、TETRANがアニオン性薬物の尿中排泄においてどのような役割を果たしているかを明らかにする研究も進行中である。TETRANは我々が初めてNSAIDs排出という活性を見いだした蛋白質であり、その排出機構、及び他の抗癌剤を排出するのかは全く分かっていない。そこでまずバキュロウィルスを用いてTETRANを昆虫細胞で多量発現し、そこから反転膜小胞を調製し、排出のエネルギー源の同定、及び排出に関する速度論的解析を行った。その結果、酵母ホモログであるTPO1同様、プロトン駆動力を利用していることを見いだした。またこの反転膜小胞、及びTETARN多量発現細胞を用いて、他の抗癌剤(核酸アナログ、トポイソメラーゼ阻害剤など)を排出できることを見いだした。さらに排出する化合物と排出しない化合物の構造を比較し、TETRANによる薬剤排出に関する構造活性相関を検討した。我々は、NSAIDsがTETRANを誘導することを見いだしている。この誘導はNSAIDsから自らを守るために細胞が行うストレス応答と考えることが出来る。またこの誘導の強弱により、細胞のNSAIDs耐性(あるいは患者さんのNSAIDs感受性)が左右される可能性がある。実際我々は、TETRANのプロモーター部分に存在するSNPがこの誘導を減弱することを見いだしている。そこで本研究で我々は、NSADsがTETRANを誘導する機構を検討した。NSAIDsはシクロオキシゲナーゼ(COX)という酵素の阻害剤であり、この作用により抗炎症作用を発揮する(COX依存に合成されるプロスタグランジン(PG)は炎症増悪因子である)。我々はこのNSAIDsによるTETRANの誘導がcox非依存であることを示した(培地中にPGを加えても、NSAIDsによるTETRANの誘導は影響を受けなかった)。COX非依存のNSAIDsの作用としては、我々が発見した小胞体ストレス応答誘導、細胞内カルシウム濃度上昇に加え、PPARの活性化、活性酸素産生、MAPキナーゼの活性化などが知られている。小胞体ストレス応答関連遺伝子の発現を抑制すると、NSAIDsによるTETRAN遺伝子の誘導が見られなくなることを見いだした。
ルイス酸・塩基の分子認識に基づく精密合成

新材料や医薬品等の高付加価値化学製品の創製に対する有機合成化学の役割がますます重要になってきている。特に、良くデザインされたルイス酸触媒やルイス塩基触媒は、酵素反応の水素結合に置き換わるものとして、今後の炭素骨格合成における主役を演じることが疑いない。本研究の目的は、わが国におけるこの方面の第一線の研究者が、それぞれの研究を発展させ、その成果を開陳し、徹底的に批判、討論し、長期的展望に立ってデザイン型ルイス酸・塩基触媒の開発とその応用に関連して、真に有効に合成触媒を英知を集めて創製することである。とくに、反応の予見性、広い一般性、高い選択収率の3つの特徴を備えた新反応を開発することを目的としている。本研究の遂行にあたり、(1)ルイス酸触媒の設計と応用、(2)ルイス塩基触媒の設計と応用、(3)複雑な系での応用、の3項目の研究グループを設定し、各分担研究者間の緊密な連絡の下に、現在まで行われてきた研究成果を開陳し、新しい理論、方法、手法などの導入をお互いに行い、改良点を指摘しあい、それぞれの研究の飛躍的発展を図るとともに、将来に向けての共通のコンセプト作りを行った。具体的には、平成7年10月に本研究の重要性について広い理解を得るために公開シンポジウムと第1回研究連絡会議を開催した。そこで各分担研究者の現在までの研究成果を発表し、全体を総合して、重点領域研究に発展させるための具体的研究項目の設定、そのための研究体制の確立、将来の成果の見通し等について討議を行った。さらにこの結果をそれぞれ持ち帰り、3項目の分担者がそれぞれ小グループとして検討を重ねた。そして、これらの検討結果に基づき、重点領域研究へ移行する組織を作ることを目標に、平成8年1月に第2回研究連絡会議、2月に第3回研究連絡会議を開催した。
青色光センサーBLUFタンパクPixD質における光受容・信号伝達機構の解明

本研究は、シアノバクテリアの走光性の制御に関わる青色光センサータンパク質PbxDの光反応ダイナミクスを、時間分解過渡回折格子(TG)法により調べたものである。TG法では、光誘起の屈折率変化の検出を通して、光励起後の分子体積変化や拡散係数変化を高時間分解能・高感度で測定することが可能である。この手法によって、通常用いられる過渡吸収法では観測されない新しい反応中間体を発見したのみならず、PixDの特徴的な十量体構造に起因する構造変化、および十量体から二量体への会合状態変化を初あて時間分解で捉えることに成功した。また、ゲル濾過やBlue Native-PAGE、部位特異的変異などを併用し、多角的かつ分子論的にPixDの光受容・信号伝達機構を明らかにした。さらには、光情報伝達に重要な十量体から二量体への光解離反応が励起光強度に強く依存することを見出し、PixDは走光性のための光センサーとしてだけでなく、光強度センサーとして機能し得る可能性を示唆した。また、さらに下流のシグナル伝達について明らかにするため、生体内で直接機能発現に関わるレスポンスレギュレータタンパク質PixEとのタンパク質間相互作用について調べた。これら2つのタンパク質は、暗状態においてPixD10分子とPixE5分子からなる複合体を形成し、青色光照射によりPixD二量体とPixE単量体へ解離することが報告されている。この系に対して、分光測定に適した濃度・精製度で複合体としてサンプルを得るための大量培養・精製法を確立した。得られたサンプルにTG法を適用した結果、機能に直接関わるタンパク質間相互作用変化を拡散係数変化として捉えることに成功し、PixDからPixEへのシグナル伝達遠度を決定することに成功した。
自己組織化による単結晶性空間の構築と擬溶液反応

本研究では、中空錯体のもつナノ空間を通して溶液化学と固相、特に結晶相での化学を統合する事を目的とした。これまで独立に発展してきた2つの化学を統合することで、両者のメリットを活かした新しい化学を確立した。溶液化学に対して単結晶X線構造解析による分析を可能にすることで、溶液化学における反応や包接現象の機構の可視化に成功した。さらに、その知見を溶液化学へフィードバックさせることで溶液系反応におけるトポケミカル制御を達成した。溶液ケージと結晶ケージを統合した化学の展開において、溶液系における新たな有機金属反応の開発に成功した。水溶液中でケージ分子ホストの中にPd触媒を包接し残余空間に対し、さらに末端アルキンを導入したところ、通常塩基性条件でしか起こらないC(sp)-Hの活性化が起こり、アルキニルパラジウム錯体が生成することが分かった。また、このケージホストが作る疎水性空間の新たな性質を突き止めることにも成功した。この疎水性空間には高度にフッ素化された有機化合物が選択的に認識・包接されることが分かった。また、ケージホストの空間内に取り込まれたフッ素化合物間には、親フッ素性の相互作用が働いていることが単結晶X線構造解析により分かった。結晶空間内の化学においては、アリールパラジウム錯体がNBSにより臭化アリールを生成する過程を単結晶X線構造解析により追跡することに成功した。特に、還元的脱離の過程においては、Pd(IV)に対応するようなアピカル位に配位子を持つ化学種が観測されず、この反応がPd(II)/Pd(O)の機構によっても説明されうる事が示唆される結果を得た。このように、有機金属の反応を溶液及び単結晶中でそれぞれの特徴を活かしながら扱う事が可能になってきたことから、共通の空間を通した溶液化学の結晶相への転写という本来の研究目的が達成可能な手応えを得ている。溶液ケージと結晶ケージを統合した化学の展開において、1.自己組織化空間内の溶液化学、2.自己組織化結晶空間内での化学、3.生体分子を用いた新たな展開、の3つの項目で研究を進めた。まず、1.の溶液化学における研究として、通常は固相化学においてのみ議論されてきたハロゲン結合を、溶液ケージを活用して溶液状態で誘起できることを見出した。これにより、ハロゲン結合は溶液系における分子認識においても利用できることを新たに実証できた。また2.の固相化学における研究として、結晶ケージについて、結晶性粉末材料としての合成方法を確立し、これまで1回あたり数mgの合成にとどまっていた単結晶の合成法から、1回あたり50gの合成を可能にした。これまで一粒の単結晶のナノ空間で行ってきた擬溶液化学は、結晶性粉末のナノ空間においても同様に可能となることを確認した。この劇的なスケールアップによって、結晶ケージをクロマトグラフィーの充填剤へ応用し、ケージの分子認識能を活用した分子精製手法の開発にも成功した。さらに3.の生体分子を用いた新展開として、溶液系において高度な分子認識や酵素反応を示す生体のタンパク質を模倣して、ペプチド鎖からなるナノ空間を固相に創出した。コラーゲンに見られるペプチドヘリックスを基盤とする結晶ナノ空間を合成し、そのナノ空間を利用した不斉認識を達成した。このように、溶液化学と固相化学を、ナノ空間を通じて結びつけるという本研究の目的が達成可能であるとの感触を得ている。特に、還元的脱離の過程においては、Pd(IV)に対応するようなアピカル位に配位子を持つ化学種が観測されず、この反応がPd(II)/Pd(0)の機構によっても説明されうる事が示唆される結果を得た。溶液ケージと結晶ケージにおける化学を、空間を介して統合する試みにより研究を進めている。H27年度の研究では、まず、通常は固相化学においてのみ議論されてきたハロゲン結合を、溶液ケージを活用して溶液状態で誘起できることを見出した。また、溶液ケージへの色素の包接を関与させることにより、包接現象を肉眼で容易に確認できる「包接クロミズム」現象を見出した。さらに、重要な生体関連分子であるステロイド類が溶液ケージへ包接されることを見出し、ケージ内に密に包接される場合には特異な光酸化反応を引き起こすことが可能であることを見出した。

溶液化学を展開するためのツールとして、既存の溶液ケージを拡張し、約2倍の有効内部体積をもつ溶液カプセルの開発にも新たに成功した。このように、溶液化学と固相化学を、ナノ空間を通じて結びつけるという本研究の目的のもと、昨年度はこれまでに見られなかった新しい溶液現象の開拓を達成した。このように、今回新たに発見した現象を固相化学へもさらに展開することにより、本研究を大きく発展させることができると考えている。これまで、パラジウムケージを利用した溶液化学を、固相の結晶空間にうまく展開していくことを順調に進めてきた。昨年度はその目的に限らず、溶液化学においても、ハロゲン結合が利用できることや色素を利用したクロミズム現象、さらにステロイド類の特異反応など、新しい現象・反応の開拓に大きく成功してきた。既存の溶液ケージの拡張にも成功しており、この新しいツールを利用することによっても、さらに空間の化学を大きく発展させることが大きく期待できる。したがって、総合的に見て当初の計画以上に進展していると考えられる。溶液ケージと結晶ケージを統合した化学の展開において、1.自己組織化空間内の溶液化学、2.自己組織化結晶空間内での化学、3.生体分子を用いた新たな展開、の3つの項目で研究を進めている。まず、1.の自己組織化空間内の溶液化学においては、新しい自己組織化構造の創出を行った。まず、既存の溶液ケージを改良した、溶液カプセルも新たに合成し、配位結合特有の構造柔軟性を活かすことにより、高度に隔離されたナノ空間内へ様々な有機分子を包接できる溶液カプセルを創出した。さらに、人工系の自己組織化構造において、世界最大の分子構造の構築も達成した。90成分からなるM30L60組成、144成分からなるM48L96組成の球状錯体の合成(最大径8.3ナノメートル)にそれぞれ成功した。また2.の固相化学における研究では、結晶ケージへの包接を利用した微量化合物のX線構造解析(結晶スポンジ法)に関する研究をさらに推進した。その結果、他の分光法では区別のつかない海洋天然物エラテニンの絶対構造決定や、爆発性のオゾニドの不安定中間体構造のX線観察などに成功した。3.の生体分子を用いた新展開として、糖鎖やペプチド鎖を活用した新たな固相ナノ空間を創出した。これまでの疎水性の結晶空間と異なり、親水性の有機分子の包接に適した自己組織化空間であり、生体内で行われる溶液化学を固相化学へ転写できる可能性も広がりつつある。このように、溶液化学と固相化学を、ナノ空間を通じて結びつけるという本研究の目的が達成可能であるとの感触を得ている。これまで、パラジウムケージを利用した溶液化学を、固相の結晶ケージへうまく展開することを順調に進めてきた。昨年度の研究では、既存のケージに留まらず、高度に孤立した空間をもつカプセル構造や世界最大の分子構造をもつ球状錯体などの構築に相次いで成功し、自己組織化を取り扱う溶液化学において、大きな進展が見られたといえる。また、結晶ケージを利用した固相化学においても、これまで開発してきた結晶スポンジ法を利用して、さまざまな天然物や不安定化合物の構造解析に成功し、本手法の学術的重要性を示すことに成功したといえる。さらに、既存の結晶ケージに留まらず、親水性の新たな結晶空間の創出にも成功した。
線叢と線織面の特異点論的研究

研究代表者は,線叢のなかで重要なものとして,ある曲面の法線からなる線叢(法線叢)の特徴付けとして,3次元空間の余接束への標準的な持ち上げがラグランジュはめ込みとなることが上げられることを示した.その結果として,等積アファイン微分幾何学に現れるアファイン法線叢が(ユークリッド構造の下では)法線叢となることを示した.また,線織面がどのような形に見えるかは,建築デザインの立場から重要な問題である.一般の曲面があらゆる方向から見た場合にどのような特異点が現れるかに関しては,従来,アーノルドの研究があるが線織面の場合はそのいくつかのタイプが現れないことが予想される.研究代表者はこの分類の端緒となる,コンピュータグラフィックスによる実験を始めた.その結果いくつかの例が得られたが,完全な分類を与えることは今後の研究課題である.また,線織面と同様に特殊曲面であり,重要な曲面として,円の1径数表示で与えられる円織面があるが,この曲面の研究は従来からまったくと言って良いほど発展していない.研究代表者はこの円織面の特異点論的性質や微分幾何学的性質の研究を開始した.いまだ,決定的な結果は得られていないが,線織面の場合と比較して様々な類似の性質があることが解ってきている.佐野は,昨年度,平面曲線の中心アファイン微分幾何学に特異点論を応用することを試み,そこに現れる,中心アファイン縮閉線(2次元の場合の線叢の放物面に対応する曲線)の特異点と中心アファイン不変量との対応を求めた.今年度は空間曲線の中心アファイン微分幾何学に特異点論を応用することを試みある程度の結論を得たが,その詳しい解析は今後の課題である。当研究では,12年度は,まず線織面の中でも特に,カーデザインなどの分野で重要な可展開面と呼ばれる曲面に現れる特異点のジェネリックな分類が行われた.この成果を通して,線織波面と呼ばれる接触幾何学における重要な概念が,特異点を持つ場合に同値であると言う,やや以外な事実が観察され,この観察の下で,接触幾何学における道具建てである,母関数の概念を用いて実際の特異点の分類が実施された.また、古くから知られている、定傾曲線及びベルトラン曲線と言ったいわゆる特殊曲線とある種の線織面の特異点との関連を見いだし,その特異点の分類及び微分幾何学的性質による解釈を与えた.また,線織面とその上に載っているこれらの特殊曲線との関係を線織面のガウス曲率及び平均曲率や測地線,漸近線と言う曲面微分幾何学的な概念を用いて特徴付けを行った.さらに,東京学芸大の竹内助教授との討論により,第2定傾曲線と呼ぶ新たな特殊曲線を定義し,その幾何学的性質についてここでも,ある種の線織面を対応させることにより研究を開始した.一方,当研究におけるもう一つの主題である,線叢に関してもその特異点の分類を行うきっかけとなる研究が始められ,今後の進展が得られる見込みである.これらの研究では、具体的な例にたいして,それらの図をコンピュータで描くことによってそれらがどのような性質をもっているものかを予測して証明するという手法がとられ、コンピュータ・グラフィックスが研究推進上大変有効であった.研究代表者は,生成的な線叢の特異点の分類を実施し,そのリストが3次元空間の間の一般の滑らかな写像の特異点の生成的特異点と同値になることを示した.また,線叢のなかで重要なものとして,ある曲面の法線からなる線叢(法線叢)があるが,その特徴付けとして,3次元空間の余接束への標準的な持ち上げがラグランジュはめ込みとなることが上げられることを示した.その結果として,等積アファイン微分幾何学に現れるアファイン法線叢が(ユークリッド構造の元では)法線叢となることを示した.このことにより,アファイン法線叢の放物的曲面が焦面となることがわかる.この事実は平面曲線の場合は,研究代表者および分担者による従来の研究で知られていて,アファイン法線叢の場合も予想されていたことである.しかし,その生成的特異点の分類が(ユークリッドの意味の)法線叢と同値になるかどうかという問題は未だ未解決の課題である.また,線織面とある種の特殊曲線の関係を研究し,従来から知られている,定傾曲線およびベルトラン曲線が載っている線織面のガウス曲率や平均曲率とそれぞれが深く関係していることを明らかにした.さらに,これらの特殊曲線の一般化として新たに第2定傾曲線という概念を定義し,その曲線の載っている線織面の特徴付けを行った.その結果、錐面上の測地線となるべき曲線がその中に含まれており、その種の曲線の存在性により、錐面を特徴付けることができた。佐野は,平面曲線の中心アファイン微分幾何学に特異点論を応用することを試みそこに現れる,中心アファイン縮閉線(2次元の場合の線叢の放物面に対応する曲線)の特異点と中心アファイン不変量との対応を世界に先駆けて求めた.その詳しい解析は今後の課題である。研究代表者は,線叢のなかで重要なものとして,ある曲面の法線からなる線叢(法線叢)の特徴付けとして,3次元空間の余接束への標準的な持ち上げがラグランジュはめ込みとなることが上げられることを示した.その結果として,等積アファイン微分幾何学に現れるアファイン法線叢が(ユークリッド構造の下では)法線叢となることを示した.

また,線織面がどのような形に見えるかは,建築デザインの立場から重要な問題である.一般の曲面があらゆる方向から見た場合にどのような特異点が現れるかに関しては,従来,アーノルドの研究があるが線織面の場合はそのいくつかのタイプが現れないことが予想される.研究代表者はこの分類の端緒となる,コンピュータグラフィックスによる実験を始めた.その結果いくつかの例が得られたが,完全な分類を与えることは今後の研究課題である.また,線織面と同様に特殊曲面であり,重要な曲面として,円の1径数表示で与えられる円織面があるが,この曲面の研究は従来からまったくと言って良いほど発展していない.研究代表者はこの円織面の特異点論的性質や微分幾何学的性質の研究を開始した.いまだ,決定的な結果は得られていないが,線織面の場合と比較して様々な類似の性質があることが解ってきている.佐野は,昨年度,平面曲線の中心アファイン微分幾何学に特異点論を応用することを試み,そこに現れる,中心アファイン縮閉線(2次元の場合の線叢の放物面に対応する曲線)の特異点と中心アファイン不変量との対応を求めた.今年度は空間曲線の中心アファイン微分幾何学に特異点論を応用することを試みある程度の結論を得たが,その詳しい解析は今後の課題である。
多様な感覚による質感認知の発達初期過程

本研究の計画は、乳児はどのように多様な感覚情報を統合して現実の環境世界の物体を認識し言語獲得に至るのか、その多感覚統合過程を、言語獲得前後の乳児に着目して実験的に検討することであった。言語獲得直前の乳児(生後7ヶ月ー11ヶ月)を対象に、さまざまな感覚の統合過程を明らかにする実験研究を行うこととした。まずは言語獲得直前の乳児を対象に、視覚印象と聴覚が一致する課題を、近赤外分光法(NIRS)を用いて検討した。実験の結果、視聴覚統合は言語獲得前の乳児でも成人と同様の右側頭で処理される可能性が明らかになった。現在この結果をもとに論文執筆中である。さらに、現実のリアルな質感を持った素材に基づく「物体」に多様な感覚が統合される発達過程についても同様の課題で検討した。質感があり身近にある「木」と「金属」を叩いている時の視覚映像と音の一致の認識が発達的にいつ頃生じるか、近赤外分光法(NIRS)を用いた実験と学習実験によって検討した。その結果、物体によって統合時期が異なることが判明した。現在この結果をもとに論文投稿中である。これまでのクロスモダリティの発達研究は、視聴覚の同期する「事象」に着目して行われてきた一方で、リアルな質感を持つ「物体」を認識に必要な統合過程については検討されてこなかった。しかし現実環境で生活する上で、物体を認識する高次な統合が必須である。乳児が発達していく現実環境を検討する上で、乳児の日常環境を乳児の頭部にカメラを設置し撮影することにより収集するプロジェクトも開始しており、これは継続して検討を行いたいと考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。まずは言語獲得直前の乳児を対象に、視覚印象と聴覚が一致する課題を、近赤外分光法(NIRS)を用いて検討し、実験を行っているところである。実験の目的は、視聴覚統合は言語獲得前の乳児でも成人と同様の右側頭で処理される可能性を明らかにすることにあり、現在ほぼデータを取り終え論文執筆準備中である。今後、リアルな現実をどのようにデータとして取得するかを検討していく予定である。本研究では、学術論文(国際誌)が6本、海外での発表3件、国内での発表12件を行った。本年度は新学術領域内の共同研究として、言語獲得前の乳児であっても成人と同様の色カテゴリの変化に対する側頭の脳活動(色カテゴリに感度のある部位)を観察し、Proceedings of the National Academy of Sciencesに発表することができた。さらに、2015年12月に刊行されたCurrent Biologyの研究において、生後3ヶ月の乳児は成人には気づかない照明光の変化に気づくことができるが物体の質感の変化には気づくことができず、生後7ヶ月になると成人と同様に、照明光の変化には気づかずに物体の質感の変化に気づくことができる現象を発見し、「pre-constancy」という新たな概念を提唱することができ、海外のサイトニュースで取り上げられた。尚、平成29年6月30日付で新学術領域研究(研究領域提案型)が新規採択され、当課題が重複制限課題となり平成29年度の受給資格を失ったため、平成28年度が最終年度となる。

これまでのクロスモダリティの発達研究は、視聴覚の同期する「事象」に着目して行われてきた一方で、リアルな質感を持つ「物体」を認識に必要な統合過程については検討されてこなかった。しかし現実環境で生活する上で、物体を認識する高次な統合が必須である。乳児が発達していく現実環境を検討する上で、乳児の日常環境を乳児の頭部にカメラを設置し撮影することにより収集するプロジェクトも開始しており、これは継続して検討を行いたいと考えている。平成29年6月30日付で新学術領域研究(研究領域提案型)が新規採択され、当課題が重複制限課題となり平成29年度受給資格を失ったため、平成28年度分にて研究終了となる。29年度が最終年度であるため、記入しない。
G1期停止からアポトーシスへのスイッチ機構の解析

細胞周期の制御機構は、その概要が明らかにされつつあるが、細胞周期から逸脱しアポトーシス、分化へと向かう機構は未だ不明な点が多い。TGF-βは、CdkインヒビターP21^<Cip1>、p27^<Kip1>、p15^<lnk4b>を活性化し、細胞のG1期停止を引き起こすが、一方、細胞のアポトーシスを誘導することが知られている。本研究代表者らは、Smad転写因子の活性化を介してG1期停止が、SmadとAP-1転写因子の相互作用を介してアポトーシスが誘導されることを報告しており、SmadとAP-1の相互作用により活性化される標的遺伝子を同定し、その活性化機構を解析することにより、細胞が細胞周期から逸脱しアポトーシスへと向かうスイッチ機構を解明しようと試みた。2.FasとFasリガンドの相互作用を阻害しアポトーシス誘導を抑制するブロッキング抗体により、あるいはドミナントネガティブ型変異p51(p63)の過剰発現により、TGF-β依存性アポトーシスが抑制されることを見出した。3.Fasリガンド遺伝子プロモーターのレポーターコンストラクトを用いてルシフェラーゼ解析を行い、TGF-β刺激に伴いプロモーターの転写活性が著明に上昇することを示した。さらに、同プロモーターにAP-1、Smad転写因子の結合配列が存在することを見出し、両結合配列に変異を導入したプロモーターのレポーターコンストラクトを作製している。
免疫細胞の移動制御の分子機構

1)免疫細胞の接着・遊走に重要なLFA-1クラスター形成はRap1-RAPL-Mst1シグナルにより、細胞内からの極性輸送によって制御されている。この極性輸送に関与するRab family分子をスクリーニングし、Rab13を同定した。Rab13の活性化をpull-down法により測定する方法を確立し、ケモカイン刺激によって活性化されることを見出した。また、Rab13優性抑制型変異体の過剰発現およびノックダウンにより、Rab13がケモカイン刺激で誘導されるLFA-1クラスター形成に必須であることが明らかになった。そのメカニズムとしてMst1との関連を検討した。Rab13-GTP型はMst1と会合してその局在化に重要な役割を果たすこと、また、Mst1は受動的にRab13に会合して前方に運ばれるだけではなく、それ自身も前方膜の形成に必須であることが明らかとなった。Rab13とMst1は協調してLFA-1クラスターが形成されると考えられる。2)リンパ球がリンパ節を再循環する際に生じる高内皮細静脈(HEV)上でのarrestは、ケモカイン刺激によってLFA-1が活性化されることにより生じる。このケモカインによるLFA-1接着活性の上昇には、Rap1活性化が重要な役割を果たしている。また、arrestはβ2鎖の細胞内領域にフィラミンが抑制分子として結合しており、フィラミンをノックダウンすると、自発的なLFA-1依存性arrestが認められることがわかった。Rap1活性化によるarrest誘導の機構として、Rap1とフィラミンの相互作用が予想されたので、両者の会合を検討したところ、Rap1-GTP型がフィラミンの3番目の免疫グロブリン領域に結合することが判明した。またRap1-GTPがフィラミンに結合することでLFA-1との結合が解除されることが明らかとなった。24年度が最終年度であるため、記入しない。1.免疫細胞の接着・遊走に重要なLFA-1 cluster形成はRap1-RAPL-Mst1シグナルにより、細胞内からの極性輸送によって制御されていることが示唆されている。(1)約60種類のRabfamily GTPasesのうち、Rab13がこの極性輸送に関与する可能性が示唆された。すなわち、その優性抑制型変異体を過剰発現させることによりLFA-1 clusterが形成されず、ICAM-1への接着・遊走が優位に低下した。(2)LFA-1 clusterが細胞内からの小胞輸送によって誘導されることを、LFA-1のα鎖細胞外領域にmRFPを細胞内領域にPH依存性の蛍光色素フローリンを融合させ、cluster形成時の両者の変化を観察することで検討し、1FA-1小胞が表面に融合することでclusterが形成されることが示唆された。(3)Rab13とLFA-1が先端膜で共局在することが明らかとなった。(4)EB3およびLifeact mcherry融合タンパク質を、Rab13-GFP導入リンパ球系細胞へ発現させ、先端膜形成時にRab13と共局在するかどうか検討したところ、Rab13はF-actinに沿って前方へ移動することが明らかになった。(5)Rab13-GTPに結合することがわかっているMICAL分子のRab13結合領域のGST融合タンパク質を作成し、pul1-down法によりケモカイン刺激10分後をピークにRab13は活性化されることが判明した。2.リンパ球がリンパ節を再循環する際に生じる高内皮細静脈(HEV)上での接着カスケードにおけるarrestは、ケモカイン刺激によって1秒以内に生じ、血流に抵抗してリンパ球が血管内皮細胞にしっかり接着する第1ステップとして重要であるが、このステップにRap1が必須であることが明らかとなっている。LFA-1のβ2鎖の細胞内領域に変異を導入した解析より、arrestはβ2鎖の細胞内領域に結合した抑制分子が解除されることで生じることが示唆されている。この抑制分子としてfilaminの関与が明らかとなった。すなわちレンチウイルスvectorを用いたshRNA法によって、フィラミンをノックダウンした細胞を、フローチェンバー内セットした血管内皮細胞の単層上をシリンジポンプを用いて血流と同じ速度で流し、血管内皮細胞との接着反応(rolling,rapid arrest,firm adhesion)を、デジタルカメラを用いてビデオレートで撮影し、Metamorph softwareを用いて解析したところ、自発的なarrestおよびLFA-1依存性のslow rollingが認められた。

2)リンパ球がリンパ節を再循環する際に生じる高内皮細静脈(HEV)上でのarrestは、ケモカイン刺激によってLFA-1が活性化されることにより生じる。このケモカインによるLFA-1接着活性の上昇には、Rap1活性化が重要な役割を果たしている。また、arrestはβ2鎖の細胞内領域にフィラミンが抑制分子として結合しており、フィラミンをノックダウンすると、自発的なLFA-1依存性arrestが認められることがわかった。Rap1活性化によるarrest誘導の機構として、Rap1とフィラミンの相互作用が予想されたので、両者の会合を検討したところ、Rap1-GTP型がフィラミンの3番目の免疫グロブリン領域に結合することが判明した。またRap1-GTPがフィラミンに結合することでLFA-1との結合が解除されることが明らかとなった。24年度が最終年度であるため、記入しない。1)Rap1-RAPL Mst1によるLEA-1 cluster形成のメカニズムとして極性輸送によることを、Rab13を同定し、PH感受性蛍光色素を用いてLFA-1を標識することにより明らかにできた。また、Lifeact-mcherryを用いてF-actinが輸送に重要であることが分かり、Rab13によるLFA-1 cluster形成の分子メカニズムを解明する手がかりを得た。2)接着カスケードにおけるarrestのステップがLFA-1のβ2鎖細胞内領域にfilamin分子が会合し不活性型となっている状態から解除されることで誘導されることが示唆された。1)Rab13によるLEA-1 cluster形成の分子機構を、アクチンケーブルを介する極性輸送に関与する分子群をターゲットに明らかにしていく予定である。またRab13 conditional knockout miceを作成中であり、すでにキメラマウスは得ている。Rab13の免疫動態における役割をIn vivoで解明する予定である。またRab13の下流標的分子として活性型に特異的に結合する分子を探索する。2)filaminとの結合によって不活性型となっているLEA-1が、ケモカイン刺激によってRap1が活性化されることで、実際に外れるのかどうかを検討する必要がある。すでに優性活性型変異体Rap1V12を導入したリンパ球細胞株では、両者の会合が低下していることが判明している。今後はマウスprimaryリンパ球を用いてfilaminのarrestにおける役割を解明していく予定である。
ウイルス感染に対する細胞質内自然免疫応答のシグナル修飾分子群の解析

自然免疫はウイルス感染に対する生体防御に必須の役割を果たす。しかし、その分子機構は十分に解明されていない。この分子機構を解明することは、感染症に対する治療薬開発の新たな分子標的の同定に繋がるため、非常に重要である。本研究では、申請者らが独自に発見したZNF598やLupleなどの分子に着目し、その分子機構を解明することで、ウイルス感染に対する自然免疫応答の新たな分子メカニズムを解明し、そこから、感染症の新たな治療薬開発に繋がる基礎データを収集する。
安定アシル酵素の生成を機作とするβ-ラクタマ-ゼ阻害剤の設計

β-ラクタム環を加水分解し、抗生物質を無効化するβ-ラクタマ-ゼの特異的阻害剤の開発は社会的にニ-ズの高い研究課題となっている。本研究の目的は、我々が独自に開発した"逆性基質"の概念をβ-ラクタマ-ゼ阻害剤のデザインに利用する見地から、ドラッグデザインのための基礎デ-タを蓄積することにあった。その第一段階として、任意のデザインのアシル基をトリプシンの活性中心に導入できる"逆性基質"の利用を光学活性アシル基を用いて行ない、トリプシンのエナンチオ特異性を解析した。このような特異性の測定は、"逆性基質"により初めて可能となったものであり、不斉な酵素活性中心における不斉なアシル基の挙動を知る初めての研究結果である。本成果は、アシル酵素の生成を機作とする阻害剤のデザインのための貴重な指針となった。さらにこれを類縁酵素間の差別化に用いど特異的阻害剤のデザインのための基本的知見を蓄積した。一方、β-ラクタム基質との構造上の類似性と化学的反応性からジケテン誘導体をデザインし、その効果を調べた。芳香環もったジケテン誘導体がβーラクタマ-ゼ阻害効果を発揮することを見いだした。続いて、アシル酵素を経由し、さらに化学的に活性な反応種を生じて阻害へと導く阻害剤(自殺基質)のデザインを試みた。デザインしたニトロソ-β-フェニル-β-ラクタムは特異的阻害作用を持つこと、阻害は活性中心指向型であること、代表的阻害剤であるクブラン酸と比較しても遜色のないことなどが示され、所期の目的をほぼ達成する成果を得た。ニトロソラクタム環の開裂が起こると、これが引き金となり化学的に活性なカルボニウムイオンを生じることが知られている。この事実を利用してキモトリプシンをアルキル化し不可逆的な阻害に導く“自殺基質"のデザインが報告されている。本年度の研究は、アシル酵素の生成から更に進めた手法としてこの原理を活用した阻害剤の検討をおこなった。即ち、ニトリソ-β-ラクタム誘導体は基質類似物質としてβ-ラクタマ-ゼに特異的に作用し、アシル酵素を形成し、続いて生じるカルボニウムイオンにより酵素が修飾されることが期待される。本年度にはα-フェニル-β-ラクタムとβ-フェニル-β-ラクタムのニトロソ誘導体を合成し、両化合物の阻害剤としての性質を検討した。β-フェニル誘導体から得られるニトロソ化合物は、ラクタマ-ゼに対する特異性および反応性が高く、強い阻害効果が結論された。酵素に対する特異性物質であるセファロスポリンの共存によりこの阻害反応が妨げられることから、活性中心指向性の、予測どうりの阻害機構を持つことが明らかとなった。また、このニトロソラクタムは、代表的β-ラクタマ-ゼ阻害剤であるクラブラン酸に比べ遜色のないことも確認した。一方、α-フェニル誘導体は一過性の阻害を示すが酵素は直ちに活性を回復することを見いだした。これは、アシル酵素を形成しても、生成するカルボニウムイオンは酵素と共有結合を結ぶ前に消滅することを意味している。フェニル基の位置の相違が活性中心内の試薬の配向を規制し、阻害効果を左右するなど試薬のデザイン上の重要知見となった。