hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ネクローシス細胞が誘発する炎症応答の発症および終息におけるDAMPsの役割

本課題では、最初にネクローシス細胞により誘発された炎症下におけるS100A9の機能を探る一環として、好中球、中皮細胞、単球のS100A9産生能の検討を行った。中皮細胞は炎症下における浸潤細胞と相互作用することで炎症応答に関与しており、腹腔内投与されたネクローシス細胞とも直接接触するので、中皮細胞がS100A9を産生するか検討するために、in vitroで中皮細胞と様々な細胞との共培養を行った。その結果、中皮細胞は直接的にS100A9産生に関与しないということが分かった。次に、腹腔浸潤細胞中の好中球または単球がS100A9を産生している可能性が考えられたので、これらの細胞のS100A9産生能を調べた結果、単球ではなく、好中球が炎症後期におけるS100A9産生に関与していることが明らかとなった。しかしながら、炎症初期に浸潤してくる好中球がどのように炎症後期にS100A9を多量に分泌しているのかは不明のままである。浸潤してきた好中球は役目を終えるとアポトーシスに陥り、マクロファージに貪食除去される。このアポトーシスがS100A9の分泌に関与している可能性があるが、今後検討していく必要がある。生体内で産み出されるアポトーシス細胞は、貪食細胞によって炎症応答を伴うことなく、速やかに除去される。一方、ネクローシス細胞が生体内に産み出されると、好中球の浸潤を伴う強い炎症応答が惹起されると考えられている。我々は、生体内で生じたアポトーシス細胞が貪食除去されずに放置されると、二次的ネクローシスに陥り、多量な好中球の浸潤を伴う強い炎症応答を惹起することを明らかにした。最近、細胞内に存在するDAMPs(damage-associated molecular patterns)と呼ばれる分子群がネクローシスすることにより細胞外に放出されると、これらの分子が自然免疫応答に何らかの影響を及ぼすことが着目されてきている。今年度は、炎症のときに浸潤してくる好中球内に存在するS100タンパク質に着目し、ネクローシス細胞が誘導する炎症応答におけるS100タンパク質の役割を調べた。S100タンパク質は、好中球走化性活性を持つことが報告されているので、好中球浸潤への関与が推察されたが、ネクローシス細胞を腹腔内に投与した後、3時間で好中球が浸潤してくるのに対し、S100タンパク質は16時間後をピークとして腹腔内に検出された。この結果は、ネクローシス細胞が誘発する炎症において好中球の浸潤にS100タンパク質は関与していないことが明らかとなった。また、S100タンパク質の検出される時間帯が炎症の終息と一致することから、S100タンパク質が炎症の終息に関与していることが考えられた。今年度は、昨年度に引き続き、炎症のときに浸潤してくる好中球内に存在するS100タンパク質に着目し、ネクローシス細胞が誘導する炎症応答におけるS100タンパク質の役割およびS100タンパク質の産生機構を調べた。S100タンパク質の産生は、単球の浸潤時期の一致することから、単球がS100タンパク質の産生に深く関わっていると予想された。

そこで単球走化性因子であるMCP-1に対する抗体を用いて単球の浸潤を抑制したときのS100タンパク質の産生を調べた。その結果、S100タンパク質の産生は、抗MCP-1抗体により有意に抑制された。この結果は、ネクローシス細胞が誘発する炎症において単球が何らかの形でS100タンパク質の産生に関わっていることが明らかとなった。我々は、生体内で生じたアポトーシス細胞が貧食除去されずに放置されると、二次的ネクローシスに陥り、多量な好中球の浸潤を伴う強い炎症応答を惹起することを明らかにした。最近、細胞内に存在するDAMPs(damage-associated molecular patterns)と呼ばれる分子群がネクローシスすることにより細胞外に放出されると、これらの分子が自然免疫応答に何らかの影響を及ぼすことが着目されてきている。今年度は、昨年度に引き続きのS100A9タンパク質に関する課題に加え、S1100A8タンパク質に関して調べた。まずネクローシス細胞が誘導する炎症応答におけるS100A9タンパク質の役割およびS100A9タンパク質の産生機構を調べた。S100A9タンパク質の産生は、単球の浸潤時期の一致することから、単球がS100A9タンパク質の産生に深く関わっていると予想された。そこで単球走化性因子であるMCP-1に対する抗体を用いて単球の浸潤を抑制したときのS100A9タンパク質の産生を調べた。その結果、S100A9タンパク質の産生は、抗MCP-1抗体により有意に抑制された。この結果は、ネクローシス細胞が誘発する炎症において単球が何らかの形でS100A9タンパク質の産生に関わっていることが明らかとなった。また、S1100A8タンパク質の組み換え型タンパク質を抗原としてS1100A8タンパク質に対する抗体の樹立にも成功した。
急性膵炎の後期重症化機構におけるCARSの関与に関する研究

炎症病態の後期相においては、サイトカイン拮抗物質の産生が誘導されて、新たなサイトカイン産生が抑制されることが知られている。この病態は、CARS(compensatory anti-inflammatory response syndrome)と呼ばれているが、CARSでは、サイトカイン反応の抑制に伴って易感染状態が惹起される。急性膵炎は代表的な炎症性臓器破壊性疾患の一つであるが、その死因は、入院後1ヶ月以内では多臓器不全が、入院後2ヶ月以降では敗血症をはじめとした感染性合併症が多くを占める。すなわち、急性膵炎の後期には感染病態が、その重症化機構に大きく関与しているといえる。本研究では、急性膵炎の後期重症化の背景にはCARSに伴う易感染性があるのではないか、という観点から病態をとらえて解析をすすめている。これまでの研究で、(1)急性膵炎に伴う組織破壊は、サイトカインの産生を誘導するだけではなく、抗炎症性サイトカイン、レセプターアンタゴニスト、可溶性レセプター、などのサイトカイン拮抗物質の産生をも誘導すること、(2)サイトカイン拮抗物質が大量に産生された後期相においては、新たなサイトカインの産生刺激に対して、サイトカインの誘導が阻止されていること、(3)一方、感染の結果血中に流入したエンドトキシンは、遠隔臓器に集積した好中球を刺激し、好中球エラスターゼなどの臓器障害性メディエータを放出させ、新たなサイトカイン反応を介さずに臓器障害を惹起すること、などを明らかにした。サイトカイン及びサイトカイン阻害物質の血中動態は急性膵炎の重症化と関連している。重症急性膵炎では、おそらくその高度の組織破壊の影響で、多くのサイトカインの産生が誘導されて、サイトカインストームとも言うべき状態となる。サイトカインは本来は生体防御反応として産生されるが、過剰に産生されると、臓器障害や感染防御能の低下など、生体障害性の反応が惹起される側面を有する。急性膵炎の後期重症化の背景にはCARSに伴う易感染性がある。この生体防御反応は生物の生存に不可欠のものであるため、精巧なバックアップシステム、フェイルセーフシステム、フィードバックシステムを有している。そして局所のSIRSに対するフィードバックシステムの作動によって全身は逆にCARS状態となる。このとき局所のSIRSが大きいほど、全身のCARSは大きくなる。LISISと呼ぶべき病態である。両者が平衡を保っている状態であるために、片方を抑える治療(例えば炎症性サイトカインの阻害療法)の効果が発揮されないのではないか、と考えられる。

本研究の結果、急性膵炎の診療においては、SIRSとCARSの両側面への対策が肝要であることが明らかとなった。SIRSやCARSの概念の登場とともに、侵襲反応の種々の側面が明らかとなってきたが、未だほんの一側面をとらえているにすぎないと思われる。生体が組織する侵襲反応の全体像を把握するためには、さらなる探求が必要である。
日本海におけるガンギエイ類2種の生態と重要魚介類に与える影響

日本海におけるガンギエイとドブカスベの分布特性を調べ、東京海底谷の軟骨魚類相の調査結果と併せて、それぞれの海域の底生群集構造を比較した.また、ガンギエイとドブカスベの胃内容物調査による定性的および定量的な食性分析、炭素・窒素の安定同位対比を用いて食地位を明らかにした.さらに、ガンギエイとドブカスベの年齢と成長を求め、成熟の大きさから成熟年齢を算出すると同時に、軟骨魚類の様々な種類で年齢査定法を開発した.日本海におけるガンギエイとドブカスベの分布特性を調べ、東京海底谷の軟骨魚類相の調査結果と併せて、それぞれの海域の底生群集構造を比較した.また、ガンギエイとドブカスベの胃内容物調査による定性的および定量的な食性分析、炭素・窒素の安定同位対比を用いて食地位を明らかにした.さらに、ガンギエイとドブカスベの年齢と成長を求め、成熟の大きさから成熟年齢を算出すると同時に、軟骨魚類の様々な種類で年齢査定法を開発した.ドブカスベについては調査航海から得られた水平的及び垂直的な捕獲データから、水平的には山口県沖から北海道函館沖までの広い海域にほぼ連続的に分布すること、垂直的には水深135-1008mの広い水深帯に生息することが判明した。1100m以深では採集されなかった。各水域で体長組成に大きな差が見られないことから、サイズによる生息場所の違いは認められなかった。雌雄比は水深により異なるので、雌雄が別々の水深帯に生息している可能性がある。ドブカスベは多種多様な分類群の餌生物を補食しているものの、餌生物相対重要度指数で見ると魚類が図抜けて高く、本種は硬骨魚類を主要な餌生物としていることが判明した、ズワイガニ、スケトウダラ、カタクチイワシなど日本海における主要魚介類も数多く出現することから、本種が少なからず重要漁業対象種の資源に影響を与えている可能性がある。安定同位対比から見ると、本種は海域間で異なる食物連鎖系列に属している可能性が考えられた。一方、沿岸海域に分布するガンギエイでは、エビ類が最も多く出現し、次いで、魚類、カニ類、頭足類の順となった。若干体長の増大により、魚類等が増加する傾向が見られるものの、どの体長でもエビ類がもっとも多く出現した。椎体に見られる月別輪紋形成パターンを見ると、ドブカスベは3-5月に、ガンギエイでは9-11月に暗帯の出現率が最大となり、年1輪形成の可能性が高くなった。現在両種の性成熟と成長パターンを解析中である。(1)分布特性の解明:本年度は秋田沖からドブカスベを採集し、本種が山陰沖から北海道西岸までの日本海側に広く分布すること、および水平分布と垂直分布に海域間で大きな差は認められないこと、また体長組成も水深により大きな違いは認められないこと、性比は水深により異なることがあることなど、本種の分布特性が明白になった。(2)食性の解明:窒素、炭素の安定同位体比分析に基づいた日本海産ドブカスベの食地位解明を試みた結果、全長400-800mmの間で、δ^<13>Cはわずかに上昇しただけであったが、δ^<15>Nは全長の増加に伴い約3‰上昇し、食地位が1段階上がることが判明した。また、δ^<13>Cは海域間で大きく異なることから、海域によって異なる食物構造に組み込まれているものと推定される。また、胃内容物解析と併せると、ドブカスベは日本海においては最高位の食地位を有するものと推測された。(3)年齢と成長脊椎骨に見られる輪紋とは別に、尾部棘にも同様な輪紋が形成されることが判明し、輪紋形成パターに両者で差がないことが明らかとなり、商品価値を損なわない年齢査定法を開発した。また、3つの成長式の妥当性を検討したところ、ロジスティック成長式が最も当てはまりがよいことが判明した。(4)性成熟:年齢査定の結果を当てはめると、ガンギエイは雄6歳、雌7歳で成熟に達すると判定した。ドブカスペは大型で成長が遅いため、♂♀ともに17歳になって初めて性成熟に達するものと推定された。(5)銚子産エイとの生活史の比較:日本海産エイ類との生活史と比較するため,銚子産のコモンカスベを毎月30尾ほど採集し、年齢と成長、繁殖及び食性の研究を行った。現在データを集計し解析中である。
ウイルス様中空粒子(VLP)を利用したHIV経口ワクチンの開発

ウイルス様中空粒子(VLP)は遺伝情報を持たず、安全なワクチンとして期待されている。我々は経口感染を示すE型肝炎ウイルスより樹立されたVLPにTag(HsV B cell epitope)を用いVLP形成を確認し、その部位にHIVの中和抗体と細胞傷害性Tリンパ球(CTL)のエピトープを組み込んだリコンビナントVLP(rVLP-HIV)を作製した.このrVLP-HIVをマウスにおいて経口投与したところ血清中および消化管内溶液中に特異抗体が認められ、エピトープ特異的細胞傷害性Tリンパ球(CTL)も誘導された。更にVLP内部にHIVenvプラスミドDNAを封入し、経口投与するとHIVenvに対し特異抗体およびCTLの誘導が認められ、VLPを用いた経口ワクチンの可能性が示された。これらをもとにさらに免疫効果を増強するために研究者らが本年報告したMycrobacterium kannsasii BCG α抗原を利用することを考えた.α抗原は強いヘルパーT細胞(Th)活性化を誘導、特にTh1タイプの免疫反応を増強させ、このThエピトープを組み込んだVLPを作製した。また同様にα抗原DNA封入rVLP-HIV投与においてよりワクチン効果の高い経口ワクチンの開発を現在行っている。
超高速分光計測を用いた酸化膜除去過程の解明

本研究代表者が独自に開発したビームスプリッターとバンドパスフィルタを用いた2次元の計測が可能な超高速分光計測システム,並びに,PIPアルゴリズムを用いて,真空アーク陰極点の酸化膜除去過程の解明を行った。真空アーク陰極点の除去過程を解明することによって,本研究から真空アーク陰極点による超高速酸化膜除去手法の開発の知見を得ることができる。結果として,酸化膜蒸発除去には,酸化膜を蒸発除去させるための時間が必要であり,この時間は,酸化膜やバルクの比熱や熱伝導率に依存すること,つまり,アークの維持や移動には,滞在時間(体積除去速度や移動速度)の最適値による蒸発量の制御が必要となることがわかった。本研究は,超高速で分光撮影が可能な超高速分光計測システム,並びに,本研究代表者が独自に開発中のPIPアルゴリズム(プラズマに特化した画像処理アルゴリズム)を用いて,真空アーク陰極点の酸化膜除去過程の解明を行うものである。今年度は,「酸化膜厚さ変化時の酸化膜蒸発除去と電圧の解明」と題して,超高速ビデオカメラ,ビームスプリッター,バンドパスフィルターを組み合わせ独自に開発した超高速分光計測システムを開発した。まず,予備実験として,焦点,位置分解能,アークのゆらぎに関し実験を行った。また,アークの処理速度,処理面積,処理時の酸化膜の蒸発過程に関し,検討を進め,酸化膜の蒸発除去には,4つのモードがあることを明らかにした。さらに,これら画像処理を行う上では,アルゴリズムの精度の向上が必要なため,その検討も行った。具体的な実績は,以下の通りである。真空アークは高速に動き回る性質があり,分光計測において酸化膜の蒸発除去時の分光データを測定することは極めて難しい。また,測定位置の特定が困難である。このため,新たにビームスプリッターとバンドパスフィルターを導入した。この結果,酸化膜を蒸発除去している時における,アークの処理速度,処理面積,処理時の酸化膜の蒸発粒子の特定を容易に行うことが可能となった。特に,酸化膜の蒸発除去には,酸化膜とバルクの境界における酸化膜蒸発,酸化膜とバルクの境界における停滞,分裂と消滅,バルク蒸発の,4つのモードがあることが判明した。特に,ビームスプリッターにより,2波長の光を二次元で同時計測することが可能なった。このことから,従来,検討が難しかった,蒸発除去時のスペクトルを特定することができるようになったため,除去過程の解明に向け,大変大きな一歩となった。電圧のリップルに関しても電源の導入で解決しており,研究計画に照らし合わせて,おおむね順調に進展している。本年度は,「酸化膜蒸発除去時のエネルギーと除去過程の解明」と題した研究を行った。具体的には,ビームスプリッターとバンドバスフィルタ,並びに,研究代表者が独自に開発中の超高速分光計測システムを用いることにより,位置の特定や酸化膜除去時のスペクトルのデータ取得を行った。データ取得には,特定の波長を2次元で計測したデータと,その時の電圧と電流を照らし合わせ,蒸発時のエネルギーバランスの解明と,蒸発除去過程の解明を図った。また,これらの実験結果を基に,酸化膜とバルクの伝熱シミュレーションを行い,酸化膜蒸発除去過程のモデル化を行うと共に,この仮定の物理的機構に関し検討と考察を行った。特に,陰極点のエネルギー密度と除去過程との相関を実験と理論の両面で検討し,物理的かつ定量的な除去過程の解明を図った。結果として,酸化膜除去時のエネルギーを推定することができた。また,酸化膜やバルクの蒸発は材料の比熱に大きく依存し,酸化膜やバルクの温度分布は熱伝導率に依存することがわかった。さらに,酸化膜は,陰極点高速な移動速度(滞在時間)で除去可能であることがわかり,陰極点の維持には適切な蒸気量の供給が必要であることが示唆される結果を得た。以上より,前年度に分類した陰極点が酸化膜を蒸発除去するときの4つのモードに関し,この現象を物理的に説明することができた。このことは,超高速分光計測とPIPプログラム,並びに,今年度に開発した酸化膜とバルクの伝熱シミュレーションによるものである。以上より,本研究の最終年度として,満足する結果を得ることができた。本研究は,超高速で分光撮影が可能な超高速分光計測システム,及び,本研究代表者が独自に開発中のPIPアルゴリズム(プラズマに特化した画像処理アルゴリズム)を用いて,真空アーク陰極点の酸化膜除去過程の解明を行うものである。

今年度は,「超高速分光計測システムの改良」と題して,超高速ビデオカメラと分光器を組み合わせて独自に開発した超高速分光計測システムや,超高速ビデオカメラ単体を用いた予備実験を行い,焦点,位置分解能,アークのゆらぎに関し実験を行った。また,この成果を基に多点分光システムの検討を行った。また,スペクトルの電子データ化には画像処理を用いるため,このアルゴリズムの精度の向上のための検討も行った。具体的な実績は,以下の通りである。現在までの予備実験として,分光器を用いて,陰極点による酸化膜除去時に発生するスペクトルの測定を行い,Fe,Ar,O,Cの原子やイオンのスペクトルを得ている。しかし,真空アークは高速に動き回る性質があり,分光計測において酸化膜除去時の分光データを測定することは極めて難しい。特に,この動きは,電源のリップルによるものなのか,酸化膜除去によるものなのかの見極めが必要となる。したがって,このことの検証を行った。また,測定位置の特定が困難であるため,この解決のため,新しい分光計測手法の検討を行った。結果として,電源のリップルにより,真空アークの輝度が変化したり,分裂をしたりすることに寄与している可能性が示唆されるデータを得た。また,広がりを持つ真空アークの放射を分光器で取り込むための実験方法について検討し,実験の方向性を見出すことができた。さらに,高速分光を行う際の同期計測システムの構築や,精度良いスペクトルの計測手法の開発を行い,高速に輝度が変化するスペクトルに関し,スペクトルの同定や温度の算出などを行うことを可能とした。今年度は,「酸化膜厚さ変化時の酸化膜蒸発除去と電圧の解明」と題して,超高速ビデオカメラ,ビームスプリッター,バンドパスフィルターを組み合わせ独自に開発した超高速分光計測システムを開発した。まず,予備実験として,焦点,位置分解能,アークのゆらぎに関し実験を行った。また,アークの処理速度,処理面積,処理時の酸化膜の蒸発過程に関し,検討を進め,酸化膜の蒸発除去には,4つのモードがあることを明らかにした。さらに,これら画像処理を行う上では,アルゴリズムの精度の向上が必要なため,その検討も行った。現在までの予備実験として,分光器を用いて,陰極点による酸化膜の蒸発除去時に発生するスペクトルの測定を行い,Fe,Ar,O,Cの原子やイオンのスペクトルを得ている。しかし,真空アークは高速に動き回る性質があり,分光計測において酸化膜の蒸発除去時の分光データを測定することは極めて難しい。また,測定位置の特定が困難である。このため,新たにビームスプリッターとバンドパスフィルターを導入した。この結果,酸化膜を蒸発除去している時における,アークの処理速度,処理面積,処理時の酸化膜の蒸発粒子の特定を容易に行うことが可能となった。特に,酸化膜の蒸発除去には,酸化膜とバルクの境界における酸化膜蒸発モード,酸化膜とバルクの境界における停滞モード,分裂と消滅モード,バルク蒸発モードの,4つのモードがあることが判明した。特に,大きな成果としては,ビームスプリッターにより,2波長の光を二次元で同時計測することが可能なった。このことから,従来,検討が難しかった,蒸発除去時のスペクトルを特定することができるようになったため,除去過程の解明に向け,大変大きな一歩となった。
砂漠化指標の開発

本研究の最終目的は、「衛星・現場データを組み合わせた世界的な砂漠化の評価指標の開発」である。砂漠化指標としては「植物生産力(純一次生産力)」に基づく定量的な指標を用いる。これまで世界の砂漠化の評価については、国や地域ごとに評価の基準や尺度が異なるため、客観性・統一性を欠いているという問題点が指摘されてきた。この問題点を克服し、上記の最終目的を達成するため、以下の3点の成果が得られた。1.モンゴル、カザフスタンでこれまで得られた現場検証データをもとに、衛星データにより純一次生産力(NPP)を正確に見積もるモデルを完成させた。さらに、これの手法を用いてアジア広域のNPPを推定した。モデルのなかで、乾燥地域特有の水分ストレスを考慮するため、これまで観測した土壌水分の実測値を検証データとして用い、日々の降水量・気温を入力とする簡易水収支モデルを開発した。2.NPPの季節・経年変動をもたらす環境要因を調べるため、NPP自動観測システムとボーエン比法熱・水収支観測システムを、モンゴル、カザフスタンに設置した。これにより、NPPと水分ストレスの季節変化に有意な対応関係があることが明らかになってきた。3.気候条件から推定されるNPPの潜在値を筑後モデルから算出し、1で得られたNPP実測値とその潜在値の比を用いて、有効な砂漠化指標を開発した。その砂漠化指標を用いて、アジア地域の砂漠化評価地図を作成し、既存の土壌荒廃地図との比較を行った。砂漠化指標として、純一次生産力(NPP)に基づく定量的な指標を開発する。そのために、今年度は、現場データを用いてNPPを正確に推定する手法を確率し、今後、その手法を衛星データにより広域的に展開する。1植生パラメタの測定手法の確立モンゴルとカザフスタンの乾燥地域において、スペクトル反射率、光合成有効放射吸収量(PAR)、葉面積指数、バイオマスを2週間に1度の割合で測定した。これらの測定値を用いて、(1)NPP、(2)光合成有効放射吸収率(fAPAR)と正規化差植生指数(NDVI)との関係、および(3)放射変換効率(RUE)を導出する手法を確立した。2現場データによるNPP推定モデルの開発NPP推定モデルのなかに、1で求めた(2)の関係式と(3)の係数RUEを取り込んだ。RUEの決定においては、植物に対する水分ストレス・温度ストレスの効果を考慮したサブモデルを作成した。このサブモデルの有効性は現場観測の土壌水分・気象データによって検証した。このモデルにより、現場観測によるNPPの季節変化・経年変化をある程度の精度で推定することが可能となった。3衛星データによる広域的なNPP推定手法の開発2で得られた現場データよるNPP推定モデルをNOAA/AVHRRセンサによる衛星データに適用し、研究対象の乾燥地域における広域的なNPP推定手法を開発中である。1.モンゴル、カザフスタンでこれまで得られた現場検証データをもとに、衛星データによる純一次生産力(NPP)を正確に見積もるモデルを完成させた。

2.NPPの季節・経年変動をもたらす環境要因を調べるため、NPP自動観測システムとボーエン比法熱・水収支観測システムを、モンゴル、カザフスタンに設置した。これにより、NPPと水分ストレスの季節変化に有意な対応関係があることが明らかになってきた。3.気候条件から推定されるNPPの潜在値を筑後モデルから算出し、1で得られたNPP実測値とその潜在値の比を用いて、有効な砂漠化指標を開発した。その砂漠化指標を用いて、アジア地域の砂漠化評価地図を作成し、既存の土壌荒廃地図との比較を行った。本研究の目的は、「衛星・現場データを組み合わせた世界的な砂漠化の評価指標の開発」である。砂漠化指標としては「植物生産力(純一次生産力)」に基づく定量的な指標を用いる。これまで世界の砂漠化の評価については、国や地域ごとに評価の基準や尺度が異なるため、客観性・統一性を欠いているという問題点が指摘されてきた。この問題点の解決につながる、以下の4点の成果が得られた。1.モンゴル、カザフスタンで得られた現場検証データをもとに、衛星データにより純一次生産力(NPP)を正確に見積もるモデルを完成させ、この手法を用いてアジア広域のNPPを推定した。モデルのなかで、'乾燥地域特有の水分ストレスを考慮するため、土壌水分の実測値を検証データとして用い、日々の降水量・気温を入力とする簡易水収支モデルを開発している。2.気候条件から推定されるNPPの潜在値を筑後モデルから算出し、1で得られたNPP実測値とその潜在値の比を砂漠化指標として用いた。この砂漠化指標を用いて、客観的な砂漠化の評価が可能となり、最終成果物としてアジア地域の砂漠化評価地図を作成した。この地図と既存の土壌荒廃地図との比較を行った結果、両者の評価が一致する地域とそうでない地域が明らかとなり、不一致ヶ所については、今後、高空間解像度の解析をする必要性が指摘された。3.NPPの季節変動をもたらす環境要因を調べるため、NPP自動観測システムとボーエン比法熱・水収支観測システムを、モンゴル、カザフスタンに設置している。これにより、NPPと水分ストレスの季節変化に有意な対応関係があることが明らかになった。4.3年間に収集した現場・衛星観測データをとりまとめ、「砂漠化指標データベース」を構築した。
作用素環と深谷圏

本計画は2次元超共形場理論という物理理論を通じて,幾何学的な理論と関数解析的な理論を結び付けようとするものである.場の量子論は物理の大理論であり,ほとんどすべての数学と関係があるが,その中で特に2次元超共形場理論を考えると多くの異なる数学が有機的に結びつくことが知られている.本研究はその中で,新たに,これまで全く知られていない数学の分野間の結びつきを発見,解明することを目指している.本計画は2次元超共形場理論という物理理論を通じて,幾何学的な理論と関数解析的な理論を結び付けようとするものである.場の量子論は物理の大理論であり,ほとんどすべての数学と関係があるが,その中で特に2次元超共形場理論を考えると多くの異なる数学が有機的に結びつくことが知られている.本研究はその中で,新たに,これまで全く知られていない数学の分野間の結びつきを発見,解明することを目指している.
前立腺癌マウスモデルを用いたnon-cording RNAバイオマーカの探索研究

我々が開発した前立腺組織でのみPTEN遺伝子をノックアウトしたPTENflox/PSA-Creの遺伝子改変(GEM)マウス前立腺癌モデルにおいて、前立腺癌のアンドロゲン感受性および非感受性癌について、Affymetrix Mouse Transcriptome Assayを用いて遺伝子発現およびRNA alternative splicing分析を行い、治療のターゲットおよびバイオマーカーの候補となるnon-cording RNA分子を同定し、これまでに機能解析および治療実験を施行し、種々の結果を得た。これまでの解析結果から、アンドロゲン依存性癌とアンドロゲン非依存性癌の炎症性反応を比較検討してみたところ、免疫関連遺伝子の変化が有意であり、去勢抵抗性前立腺癌が免疫原性の高い腫瘍であることがわかった。その結果から、種々の抗アンドロゲン薬や分子標的薬治療による腫瘍の免疫微小環境の変化について、我々の開発した前立腺癌マウスモデルを用いて検討している。これらの一部の結果は昨年9月と本年4月に開催された、日本癌学会(大阪)およびアメリカ癌学会(アトランタ)にて報告した。昨年から続けてきたコンディショナルPTENhomo deletionマウス前立腺癌モデルを用いた治療研究から、トランスクリプトーム解析の莫大なデータの中から、クラスター解析を行い、まず炎症に関与する遺伝子に注目し、AR標的治療や除精術により、腫瘍の免疫環境の変化について、より詳細な検討を行い報告した。現在、分子標的治療や免疫チェックポイント阻害薬による腫瘍内微小免疫環境の変化について、種々の方法を用いて検討中である。一部の結果を昨年の日本癌学会(大阪)、AACR2019(アトランタ)や日本泌尿器科学会(名古屋)にて報告できており、本研究は順調に進んでいると考える。進捗状況でも言及したが、現時点で順調に結果を報告できている。今後は、各種治療による腫瘍浸潤免疫担当細胞のFunctionなどに関するリサーチを行っていく予定である。我々が開発した前立腺組織でのみPTEN遺伝子をノックアウトしたPTENflox/PSA-Creの遺伝子改変(GEM)マウス前立腺癌モデルにおいて、前立腺癌のアンドロゲン感受性および非感受性癌について、Affymetrix Mouse Transcriptome Assayを用いて遺伝子発現およびRNA alternative splicing分析を行い、治療のターゲットおよびバイオマーカーの候補となるnon-cording RNA分子を同定し、その有用性について機能解析および治療実験を行ってきた。昨年度のトランスクリプトーム解析結果から、アンドロゲン依存性癌とアンドロゲン非依存性癌の炎症性反応を比較検討してみたところ、免疫関連遺伝子の変化が有意であり、去勢抵抗性前立腺癌が免疫原性の高い腫瘍であることがわかった。その結果から、種々の抗アンドロゲン薬や分子標的薬治療における腫瘍の免疫関連遺伝子の変化について、検討している。これらの一部の結果は本年4月に開催された、アメリカ癌学会(シカゴ)および日本泌尿器科学会総会(京都)にて報告した。コンディショナルPTENhomo deletionマウス前立腺癌モデルから、1無治療(アンドロゲン依存性癌)、2抗アンドロゲン薬治療後、3除精術後(アンドロゲン非依存性癌)について、トランスクリプトーム解析を行った。莫大なデータの中から、クラスター解析を行い、まず炎症に関与する遺伝子に注目し、治療や除精術により、腫瘍の免疫環境の変化について有意に変化することを見出し、報告した。現在、分子標的治療を含め、検討中である。また、極めて悪性度の高いPTEN/p53ダブルノックアウトマウス前立腺癌についても同様の検討をした。莫大なデータであるが、重要と思われる分子がある程度同定されており、AACRやJCAにて学会報告も行われていることから、本研究は順調に進んでいると考える。進捗状況でも言及したが、現時点で重要と思われる分子がある程度同定されており、その有用性の検証を行う作業に入っている。種々の治療による変化や腫瘍そのものだけでなく、腫瘍浸潤免疫担当細胞のFunctionなどに関するリサーチを行っていく予定である。

進捗状況でも言及したが、現時点で順調に結果を報告できている。今後は、各種治療による腫瘍浸潤免疫担当細胞のFunctionなどに関するリサーチを行っていく予定である。
体育授業に対する効果的なコンサルテーションの在り方とその条件に関する総合的研究

本研究では1学校や教師に対する体育授業コンサルテーションに関する現状を把握すること,2教師に対する体育授業コンサルテーションモデルについて検討すること,3コンサルテーションの実施及び成果検証を行うこと,の3点を目的に研究を展開した.研究全体を通して,授業実践に関わって教師がどのような情報を利用し,また求めているのかが明らかになるとともに,体育授業の基礎的条件及び内容的条件についての教師の知識や指導技術の向上,子どもの学びの流れなどについての「授業の見通し」を授業者にどのように持たせられるかが,コンサルテーション及び授業の成否を導く上で重要であることが確認された.近年、大都市圏における若手教員の急増や地方都市における教員の高齢化、教師の多忙化等々、学校教育の質保証を揺るがす諸問題が指摘され続けている。そのような中でも、多くの教師は、子供たちにとって意味のある授業の実現をめざして、日々、教育活動に取り組んでいる。しかし、知識基盤社会における情報の拡がりや各領域における研究活動の促進による科学的知見の創出、一方で、社会全体が「個室化」しようとしている現代にあって、多様な特徴を有する他者と円滑な人間関係を構築することが難しくなっている等の課題が認められるこんにち、教師たちが、より良質な「授業」の実現に向けた時間を確保することには、現実的な制限があることもまた事実である。このような現状に鑑み、本研究では、より良質な体育授業実践を実現しようとする教師に対する有効なコンサルテーションの在り方について検討することを研究課題に設定した。具体的には、コンサルテーションについての教師の意識を把握すること、それをもとにコンサルテーション・モデルを構築・適用して、その有効性を検証することをめざしている。研究初年度の平成27年度は、研究代表者及び研究分担者間でのリサーチ・ミーティングにおける議論を通して、「コンサルテーションの分類について」「有効なコンサルテーションの在り方についての調査票の作成」について検討した。現在、コンサルテーションの内容や対象、時期、規模等の枠組みでの分類作業と同時に、調査票に記載する項目についての具体的検討が進められている段階である。研究初年度の平成27年度は、研究目的に沿って、コンサルテーションの分類作業及びコンサルテーションの実態に関する調査票作成に取り組んだ。具体的には、コンサルテーションの対象や内容、時期、規模、期間等、複数の視点で現在実施されているコンサルテーションを分類し、それぞれの特徴や目的等を整理している。同時に、効果的なコンサルテーションの在り方について現職教員を対象に実施する調査用紙の作成も進めている段階である。研究2年目にあたる平成28年度は,前年度までの進捗状況を踏まえて,以下のような課題設定を行った.1現職教員に対する研修の実態とその改善に関する調査票を作成し,調査を実施すること.これにより,体育授業のコンサルテーションに求められる基礎的資料を収集をしようとした.2研究代表者及び分担者が関係する学校や教員コミュニティに対してコンサルテーションを実施し,その概要を整理する.これにより,実際のコンサルテーション場面で求められる要素を整理しようとした.1の調査研究の結果から,今回,対象とした小学校教員は,指導に困難を抱えている運動領域として「表現運動」が最も高い割合を示したこと,体育の学習指導の難しさとして「運動が苦手な子どもやつまづいている子どもへの指導方法」を挙げる割合が高いことが明らかになった.加えて,現職教員は授業づくりの際,文部科学省をはじめとする公的機関が作成している資料を利用している割合が高いことや,各種ウェブサイトを利用している割合も一定程度見られることが確認された.また研修内容に対するニーズとして,体育学習の場の設定や工夫に関する情報,運動が苦手な子どもに対する指導法を求めていることが確認された.2については,県教委委嘱の研究校に対するコンサルテーションの実施をはじめとして,各学校レベルで行っている校内研究に対するコンサルテーション,単発的に行われる研修内容について整理・検討を行い,現在,その結果を整理しているところである.現在までの進捗状況は「おおむね順調に進展している」ととらえている.理由としては,まず現職教員が,授業計画や実践の場面でどのようなことに関連する情報を必要としているかについて,調査研究を通して明らかにすることができたからである.加えて,本研究の研究分担者は,各地域の授業研究コミュニティで中核的役割を担うメンバーであるため,継続的に都道府県レベル,各地域レベル,各学校レベル,個人レベルそれぞれでコンサルテーションを展開することができている.これらのことから,現状はおおむね順調に研究活動が展開されていると認識している.本研究では,1学校や教師に対する体育授業コンサルテーションに関する現状を把握すること,2教師に対する体育授業コンサルテーションモデルについて検討すること,3コンサルテーションの実施及び成果検証を行うこと,の3点を目的に研究を展開した.1については現職教員約200名を対象とした調査を実施した.その結果,半数以上の教師が授業づくり・授業改善の情報源として,文部科学省・スポーツ庁等が発行した資料を活用していることがわかった.次いで都道府県教育委員会や出版物を情報源としていること,合わせて研修会等で配布される資料を活用している実態が確認された.また,どのような情報を必要としているのかについては,「運動が苦手な子どもへの支援」の方法,「場や用具の工夫の仕方」,「体育学習における思考力・判断力・表現力等の育成に向けた研修」を必要としているという事実も確かめられた.2では,単発の研修等におけるコンサルテーションと単元や年間など一定期間を要するコンサルテーションに分類し,それぞれについての留意点を整理した.

これを受けて3では,単元を通して授業者に寄り添うコンサルテーションの過程的事実の記述とそこでのコンサルティとコンサルタントとの相互作用の解釈,また子どもの学習成果の分析を通して,コンサルテーションの成果検証を試みた.研究全体を通して,体育授業の基礎的条件及び内容的条件それぞれについての教師の知識や指導技術の向上,子どもたちが望ましい成果を上げるための学習過程の在り方,子どもの学びの流れなどについての「授業の見通し」を授業者にどのように持たせられるかが,授業の成否を判断する上で重要であることが確認されたといえる.授業者が実感を持って理解できるような伝達の方法を整理することが,より効果的な体育授業のコンサルテーションを行う上での今後の課題としてあげられた.本研究では1学校や教師に対する体育授業コンサルテーションに関する現状を把握すること,2教師に対する体育授業コンサルテーションモデルについて検討すること,3コンサルテーションの実施及び成果検証を行うこと,の3点を目的に研究を展開した.研究全体を通して,授業実践に関わって教師がどのような情報を利用し,また求めているのかが明らかになるとともに,体育授業の基礎的条件及び内容的条件についての教師の知識や指導技術の向上,子どもの学びの流れなどについての「授業の見通し」を授業者にどのように持たせられるかが,コンサルテーション及び授業の成否を導く上で重要であることが確認された.平成28年度は、平成27年度から継続的に検討されるコンサルテーションの分類及び現職教員を対象とした調査研究の結果をもとにして、より具体的で有効性のある「コンサルテーション・モデル」の構築に着手する。まず仮説的なコンサルテーション・モデルを構築し、それを適用して研究代表者及び研究分担者がそれぞれが連携している地域の研修会等でコンサルテーションを実施する。その成果を踏まえて、正式なコンサルテーション・モデルの構築をめざすことになる。ただし、これまでの論議を踏まえて、このコンサルテーション・モデルは1種類とは限らず、対象や期間等によって複数の選択肢をもてるようにすることが望ましいのではないかという見通しを本研究チームでは持っているところである。最終年度となる平成29年度は,これまでの取り組みの成果を踏まえて,1コンサルテーション・モデルの構築を行うこと,2コンサルテーション・モデルの有効性の検証をすること,が主な課題となる.これまでの取り組みから,コンサルテーション・モデルは単元レベルの授業に対するもの加えて,単発で行われる研修レベルのものや,年間レベルのものまで複数のレベルが見通されることや,体育を校内で研究している学校に対するものや地域の体育研究サークルに対するもの,都道府県から派遣される研修生に対するものまで,複数も複数の次元が想定される.平成29年度は,これらをより現実的なカテゴリーへと整理し,それぞれの要点を踏まえたモデルを作成し,実践を通してそのモデルの有効性を検討することになる.このカテゴリーの整理が本研究の今後の体育実践への影響度を決定づける作業になるため,精緻な検討を心がけて展開する予定である.29年度が最終年度であるため、記入しない。体育科教育学29年度が最終年度であるため、記入しない。
近現代日本社会運動における在野法曹の史的研究

本研究では、戦前の社会運動に関わった在野法曹(弁護士)について、その原資料・文献を調査し、研究を進めていく環境を整備した。その上で、戦前の自由法曹団を中心とする「社会派弁護士」の社会運動及び法曹界での活動を検討し、1920年代の法体制再編期における在野法曹の運動関与の変容を明らかにした。また、自由法曹団の中心的存在であった布施辰治(18801953年)の思想と行動を検討し、とくに研究の進んでいない戦時期の布施の動向について考察を深めた。本研究は、近代日本における弁護士の動向に焦点を当て、戦前・戦後の社会運動・人権擁護運動を歴史的に再検証することを目的としている。社会と法(司法)の接点に位置する実務法曹たる弁護士を対象とし、特に社会運動に積極的に携わっていった「社会派弁護士」に着目することで、近現代日本の社会運動における法の問題や人権擁護の可能性や歴史的制約を明らかにするものであり、具体的にはその中心的存在であった布施辰治及び戦前自由法曹団を考察対象としている。平成25年度は、弁護士・布施辰治に関する1920年代後半から1940年代までの資料を調査収集し、デジタル化とデータベース化を図った。具体的には、まず石巻文化センター所蔵資料のうち東日本大震災以前にデジタル化を完了している原資料につき、整理・分析を進めた。また、法政大学大原社会問題研究所所蔵資料についても同様に進め、新規に富士見市立中央図書館渋谷定輔文庫の資料の調査収集を進めた。渋谷定輔文庫資料は、1920年代後半から30年代にかけての農村問題・農民運動、及びそこでの在野法曹の関与などを知り得る重要な資料群である。これらの基礎作業を進めると同時に、布施辰治の行動と思想及び人的つながりについて分析を進め、これまでの研究では立ち後れていた戦時期の布施辰治の思想と動向について検討を加えた。また、戦前自由法曹団については関連団体・運動に関する機関誌や新聞・雑誌など周辺資料の調査収集を実施した。その上で、これまで十分検討されてくることのなかった1920年代後半から30年代前半における自由法曹団の人的関係や動向について分析を進めた。以上の基礎的調査及び検討の成果については、関係領域の研究者との意見交換・議論を重ね、また学会等で発表するなどした。社会と法(司法)の接点に位置する実務法曹たる弁護士を対象とし、特に社会運動に積極的に携わっていった「社会派弁護士」に着目することで、近現代日本の社会運動における法の問題や人権擁護の可能性、歴史的制約を明らかにするものであり、具体的にはその中心的存在であった布施辰治及び自由法曹団を考察対象としている。平成26年度は、石巻文化センター所蔵資料のうち東日本大震災以前に調査及び撮影した原資料及び、法政大学大原社会問題研究所所蔵資料、富士見市立中央図書館渋谷定輔文庫資料の整理・分析を継続した。また、国立国会図書館所蔵の戦前・戦後の法曹関係資料を調査するなどしたほか、戦時期の布施辰治の思想と動向に関して関係文献の調査収集及びその検討を継続した。また、戦前の社会運動関係文献の検閲体制とその実態に関して、他分野の研究者と議論することができた。このことは、1920年代から30年代の社会運動とそれに対する法運用について重要な課題であり、今後も継続して研究を継続する。これらの基礎的作業を進めるとともに、平成26年度は、戦前自由法曹団に関する中間的な研究成果を論文化するなどした。平成27年度は、当初計画に掲げていた石巻文化センター所蔵資料の調査及び資料撮影を行った。同センター所蔵布施辰治関係資料は、東日本大震災による被災で長らく閲覧ができない状態であったが、平成27年度に閲覧が可能となり、調査を実現することができた。調査で撮影した資料については、画像整理及び目録化を進めたが、今後も継続して調査する必要がある。また、布施辰治研究に関する現状と課題について、シンポジウム参加等を通して、明治大学や名古屋市立大学、岩手大学をはじめとする研究者・関係者らと情報の共有を図った。また、東日本大震災以前に調査及び撮影した原資料及び、法政大学大原社会問題研究所所蔵資料、富士見市立中央図書館渋谷定輔文庫資料の整理・分析を継続したほか、戦前の在野法曹・社会運動関係の文献の収集を進め、その検討を行った。その成果として、戦前の社会運動家や事件などについて辞典に執筆するなどした。さらに、当初計画では想定していなかったが、研究の推進の上で、戦前社会運動関係文献の検閲体制とその実態に関して新たな課題となった。このことは、1920年代から30年代の日本及び東アジアの社会運動とそれに対する法運用について重要な課題であり、研究会での報告等を通して書誌学や経済学など他分野の研究者と議論することができた。

その上で、戦前の自由法曹団を中心とする「社会派弁護士」の社会運動及び法曹界での活動を検討し、1920年代の法体制再編期における在野法曹の運動関与の変容を明らかにした。また、自由法曹団の中心的存在であった布施辰治(18801953年)の思想と行動を検討し、とくに研究の進んでいない戦時期の布施の動向について考察を深めた。平成26年度の研究計画である、自由法曹団を中心とする戦前在野法曹集団の社会運動内及び在野法曹界での動向及び、1920年代後半の普通選挙ー治安維持法体制下での再編過程については、中間的な研究成果を論文化した。また、戦前の検閲に関して他分野の研究者と意見交換することができ、戦前の検閲・書誌研究における成果と課題を本研究に今後反映させていく上で、認識を深めることができた。石巻文化センター等の所蔵資料については、すでに撮影収集した資料の整理分析作業を継続し、また戦時期の布施辰治関係の文献の調査収集を進めた。これらについては、本研究の基礎的作業であるので、引き続き精力的に調査・整理を進め、分析を深めていく必要があると考える。日本近代史今後は、昨年度の基礎資料・周辺資料の調査収集を継続するとともに、本研究課題の成果を公開する。とくに従来の研究史で立ち遅れている戦時期の布施辰治の思想と動向について、昨年度までの基礎的作業を踏まえ、論文化できるようにする。なお、東日本大震災で被災した石巻文化センターに所蔵されていた布施辰治関係資料については、復旧途上であり、資料閲覧が困難な状況である。東日本大震災発生以前に撮影収集した原資料の分析をさらに続け、その成果を研究発表あるいは論文化して還元する。平成25年度の研究計画である石巻文化センター及び法政大学大原社会問題研究所等ですでに調査及びデジタル化を完了している原資料につき、データベース化を順次進めた。分量が多いため全てについて完了してはいないが、本研究の基礎的作業であるので本年度も継続する。また、平成25年度は新たに富士見市立中央図書館渋谷定輔文庫資料を調査し、デジタル撮影をするなど、本研究基礎資料・周辺資料の調査収集を実施した。ただし、これについては、他機関所蔵資料の調査も含め、引き続き追調査及び資料の分析を進める必要があると考える。さらに戦前自由法曹団をはじめとする在野法曹(集団)について、関係団体・運動の機関紙、新聞・雑誌から関連記事の調査を進め、情報の蓄積と検討を進めているが、確認できていない文献・資料等も少なくないので、これについては本年度はより精力的に資料調査を行う予定である。以上の基礎的調査から得られた現段階での成果については平成25年度中に学会等で報告するなどした。調達方法の工夫などにより、当初計画より経費の節約ができたため。今後は、昨年度の基礎資料・周辺資料の調査収集を継続するとともに、それらの分析・検討について本格的に着手する。また、本研究計画の重要な部分を構成する植民地朝鮮・台湾をも視野に入れた東アジアの社会運動のなかでの在野法曹の動向、その法的実践についての検討にも着手し、基礎的文献や資料の調査収集・分析を進める。
ポスト徂徠学の儒学理論と政治思想――折衷・性霊・正学諸派を中心に

本年度は、かねてからの研究計画通り、ポスト徂徠学の時代の主たる思想潮流である折衷派、性霊派、正学派をそれぞれ検討し、18世紀思想史の総体の把握を試みた。具体的には上記三潮流を、それぞれ井上金峨、山本北山、柴野栗山の三人に代表させ、資料調査および解読をおこなった。作業仮説は次のようなものである。第一に、自らの新機軸を世に示して「不朽」を得るというヴィジョンの成功例として荻生徂徠が認識されたこと。第二に、かかるヴィジョンに基づき、経学の分野でおのれの新機軸を示そうと試みたのが折衷諸家であり、詩文の領域でおのれの表現と詩題を求めたのが清新性霊説を奉じた文芸家たちであったこと。第三に、漢文脈におけるかかる潮流が、その心性・論理・語彙の点で基本的には蘭学や国学などの勃興と通底する現象であり、それらを総体としてとらえることで、新奇が競われた18世紀思想史の全貌が把握できるのではないかということ。そして第四に、かかる広範囲な「新奇」争いへのアンチテーゼ、すなわちいわば反「豪傑」思想として、寛政正学派の朱子学擁護論を位置づけることができるのではないかということ。本年度は、「豪傑」「新奇」「不朽」などといった語彙群に注目するアプローチから、前述三点の論証を目指した。更に本年度は、上記の研究成果を既成の博士学位論文(『徳川政治思想史における歴史と永遠ー徂徠学から幕末思想まで』東京大学大学院法学政治学研究科、2017年)に反映させ、書籍化することを試みた。以上の内容を、申請者の従前の研究対象である頼山陽ら近世後期の文士たち、吉田松陰ら近世後期の志士たちと結びつけ、18世紀から19世紀にかけての思想史に大きな見取り図を与えることが目標である。実際に、本年度の研究としては、この書籍化の作業に多くの時間を割いた。そして、ほぼ予定通りに、作業を完遂することができた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
高等植物グルタミン合成酵素の構築原理と基質認識機構の構造生物学研究

この研究ではトウモロコシグルタミン合成酵素のイソ酵素GS1aを用いた。5量体の会合領域のアミノ酸残基のミュータントを作成し,相互作用を調べた。Phe150近傍の残基を網羅的に選びAla置換体を作製して,リング間結合部から基質Gluの活性中心への入り口にまたがる領域に、Kmが増大する変異残基が集中していることがわかった。活性部位からはなれた遠位領域上のG241AとW243Aのそれぞれの結晶化を行い,分解能2. 10Å、2. 80Åの回折データが得られた。結晶解析から基質親和性に関与する構造要因が活性中心とは別にリング相互作用残基付近にも存在することがわかった。植物は独立栄養を営んでおり、土壌や大気から獲得した無機態(無機物質)の栄養を有機化合物にしている。窒素源は植物の成長を制限する重要な栄養素で、学術的にも農業生産にとっても大きな関心がある。高等植物では、窒素は硝酸イオンとアンモニアの形で根から吸収される。硝酸イオンは根や葉においてアンモニアに還元される。引き続くアンモニア同化反応において、アンモニアはグルタミン酸と反応しグルタミン酸側鎖のカルボキシル基のアミド化に使われ、グルタミンとして炭素骨格に組み入れられる。この反応はグルタミン合成酵素により触媒され、ATPがADPに加水分解されるエネルギーを利用する。グルタミンは植物体の組織に移動し、窒素源として各種アミノ酸、核酸塩基などの窒素供給源となる。グルタミン合成酵素は次の反応を触媒し、窒素原子が有機化合物の炭素骨格に組み込まれる最初の重要な反応である。トウモロコシのグルタミン合成酵素の遺伝子は多重遺伝子で構成され,タンパク質としては,細胞質構成型酵素GS1(gs1a, gs1b),細胞質誘導型酵素GSr(gs1c, gs1d),プラスチド型酵素GS2(gs1e)がある。GS1aは10量体で,5量体(Ring)が向かい合わせの配置をとっている。原核細胞のグルタミン合成酵素では,6量体(ring)が向い合わせで12量体を構成している。原核生物では,6量体(Ring)が強く結合している。GS1aでは,2個のringの相互作用が結晶構造から弱いことがわかった。このことを実験的に確かめるため,Ring-Ring相互作用に関係しているとみられる残基に系統的に変異体を導入し,F150がRing-Ring相互作用に重要であることがわかった。F150の変異体を3種類作成し,このうちF150V変異体の結晶解析を2.1A分解能で行い,機能との関連を解析中である。グルタミン合成酵素(GS)はATPを駆動力とし、グルタミン酸(Glu)とアンモニアからグルタミンを合成する。トウモロコシ由来の本酵素は結晶構造が解かれた最初の真核生物のGSであり、同一のサブユニット5つのリング構造が上下に2つ重なった10量体構造をとる。活性中心は同一リングの各モノマー間にあり、2リングの接触領域とは離れている。2リング構造は、相対するモノマーのPhe150及びその周辺残基同士の相互作用で保たれている。変異体F150Gは1リングと2リング構造の分子種が混在し、F150Vは1リング構造のみとなり、ともに基質Gluに対するKmがWTの約50倍に増加した。Phe150近傍の残基を網羅的に選びAla置換体を作製してGluに対するKmを調べたところ、リング間結合部から基質Gluの活性中心への入り口にまたがる領域に、Kmが増大する変異残基が集中した。この領域は活性中心からは遠位であることから、基質親和性が基質の触媒部位へ結合するステップとは別に規定される可能性が考えられた。この遠位領域の変異の構造的影響を調べるために、遠位領域上のG241AとW243Aのそれぞれの結晶化を行いそれぞれの結晶が得られた。各々の結晶をPhoton Factory NW-12ビームラインで回折測定を行ったところ空間群P21で、分解能2.55Å、2.80Åの回折データが得られた。構造解析の結果、置換したアミノ酸の側鎖が限定的に変化したのみであり、活性中心構造そのものには有意な変化はなかった。以上より、基質親和性に関与する構造要因が活性中心とは別にリング相互作用残基付近にも存在するとの作業仮説を立て、更なる構造解析を進めている。植物グルタミン合成酵素(GS)はATPを駆動力とし、グルタミン酸(Glu)とアンモニアからグルタミンを合成する。

同一のサブユニット5つのリング構造が上下に2つ重なった10量体構造をとる。この研究ではグルタミン合成酵素のイソ酵素GS1aを用いた。5量体の会合領域のアミノ酸残基のミュータントを作成し,相互作用を調べた。Phe150近傍の残基を網羅的に選びAla置換体を作製して,リング間結合部から基質Gluの活性中心への入り口にまたがる領域に、Kmが増大する変異残基が集中した。活性部位からはなれた遠位領域上のG241AとW243Aのそれぞれの結晶化を行い,分解能2.55Å、2.80Åの回折データが得られた。結晶解析から基質親和性に関与する構造要因が活性中心とは別にリング相互作用残基付近にも存在するらしいことがわかった。H249QとF150V,G241A,W243Aの3種類では共にグルタミン酸に対する親和性が低下するが、阻害剤の感受性には明瞭な差があり、前者のみが野生型より阻害効果が著しい。全ての変異体の結晶構造を明らかにしたところ、改変導入部位以外には有意な構造変化が無かった。H249Qは活性中心の構造変化により基質親和性が低下し、F150V,G241A,W243Aの3種類の変異体の基質親和性の低下は活性中心以外の構造変化によると結論される。これらを総合するとグルタミン酸の親和性に関与する領域は活性中心に加え、活性中心から離れた場所にも存在すると予想される。その場所はリング結合領域からグルタミン酸の活性中心への入り口に跨ってマップされていた。