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2017年5月25日 (木)

やぶにらみ生物論74: 細胞骨格1

250pxtaraibune1船は船の格好をしているので、漕げば思う方向に進むのであって、これが不定形のふにゃふにゃとしたものであれば、乱流が発生して漕ぐのはとても困難になるでしょう。

左の写真はウィキペディアから佐渡のたらい船ですが、実際にこれを漕いでみた方は、その困難さに驚いたのではないでしょうか?

https://www.tripadvisor.jp/ShowUserReviews-g1021355-d1947724-r278970072-Rikiya_Kanko_Kisen-Sado_Niigata_Prefecture_Chubu.html)。

ですから細菌がピンと張った船あるいは棒状の細胞であることは重要です。彼らは唯一の複雑で高級な備品である鞭毛を動かし、栄養物質を求めて泳ぎます。細菌はアメーバのような方法で移動することはできません。

脂質で構成されている細胞膜ではこのような堅さは実現できません。そこで細菌は糖ペプチドや糖脂質でできた細胞壁で細胞を被って、丈夫でかつ鞭毛で泳ぎやすい細胞を作り出しました。細菌にも細胞骨格があるという話を聞いたときには、おそらく硬い屋根のような構造には梁が必要だろうと思ったわけですが、事はそう単純ではありませんでした。

真核生物の細胞骨格には、チューブリン系・アクチン系・ケラチン系の3つのグループのタンパク質群が存在します。細胞骨格という名前からは骨のような硬い物質が連想されますが、そうではなく、分子が重合して繊維状の構造を形成できる物質と考えた方が近いと思います。ひとつ注意したいのはカイコの繭やクモの糸などは繊維状のタンパク質重合体ではありますが、細胞の外に出て機能するものは細胞骨格とは言いません。

細菌の細胞骨格研究の萌芽は、1991年のバイとルトケンハウスによる FtsZ の局在に関する研究でした(1)。どうして真核生物に比べて、細菌の細胞骨格研究が著しく遅れたかというと、それは細菌におけるタンパク質の局在は、光学顕微鏡で研究するのはターゲットが小さいためなかなか難しく、電子顕微鏡に頼らざるを得なかったからです。電子顕微鏡によるタンパク質の同定(免疫電顕)には多くの技術的制限があって、一筋縄ではいかないことが多いのです。

バイとルトケンハウスの研究をまとめたのが図1(左)です。真核生物の収縮環にアクチンが集合するのはわかっていたので(図1右)、細菌型アクチンかと色めき立ったのですが、真相はもっと驚くべきことでした。デブール(図1)らとレイチャンドゥーリらは1992年、FtsZ がアクチンではなくチューブリンのホモログであることを発表したのです(2、3)。細菌ばかりでなく、古細菌でもFtsZ を使って細胞分裂を行うグループがあるようです(4)。

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FtsZ は20世紀の中頃、広田幸敬が細胞分裂の温度感受性突然変異体を多数作ったなかに、この遺伝子のミュータントがみつかっていました(5)。これがチューブリンのホモログだなんてきっと墓の中で驚いていることでしょう。ようやく1990年代になってその研究が端緒についたわけです。まだ FtsZ がどのように分裂溝形成にかかわっているかということは完全には解明されていませんが、細胞膜と結合するためのアンカーや制御因子の研究は進んでいるようです。この遺伝子を分裂酵母に組み込んで発現させると、やはり分裂溝に集まってくるそうなので(6)、分裂溝となんらかの関係があることは確からしいです。

FtsZ は葉緑体にも存在し、驚くべきことに真核生物においては、真核生物にしかないダイナミンファミリーのタンパク質が太古のタンパク質 FtsZ と共同して分裂装置を形成するそうで、まさに10億年の時空を越えたコラボレーションです(7)。

私達ヒトのミトコンドリアはもはや FtsZ を持っていませんが、原生動物・藻類・粘菌など古参の真核生物のミトコンドリアは FtsZ を使って分裂しているようです(8)。

クインとマーゴリンは、大腸菌の細胞分裂時における FtsZ の局在をGFPラベルで示した美しい写真を、教育用に提供してくれているので図2に示しました。平常時にはラベルが分散しているのではっきりとはみえませんが、細胞分裂時には分裂溝に集結するのでよく見えます。

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図3は β-チューブリンと FtsZ の分子構造を比較したものですが(10)、素人目にもかなり似ている部分(サークル内)があるように思いました。

Photo

このようにしてチューブリンのホモログはみつかりました。ではアクチンに類似した細菌タンパク質もあるのでしょうか? このことが判明したのは21世紀になってからでした。

MreB というアクチンスーパーファミリーに属するタンパク質が細菌に存在することを発見したのはフシニータ・ファン・デン・エントらでした(11)。アラインメントの結果、MreB は真核生物のアクチンとはわずか15%の一致でしたが、重合してケーブルを形成することや、細胞の形態を維持するために必須であること、3次元構造がよく似ていること(図4、参照12)などから、ホモログであると考えられています。MreB を欠損すると、大腸菌は棒状(ロッド状)の形態を失って球形の大きな細胞になり、娘細胞への染色体の分配がうまくできなくなって致命的となります(13)。

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MreB は細胞膜直下でコイル状やリング状に重合したケーブルとなって、細菌のロッド状構造を維持することができます(図5、14)。これはシュラフからテントへの昇格に例えられるでしょう。細胞分裂の際には真核生物の紡錘糸のような役割も果たしているようです(15)。しかしそれではチューブリンとアクチンの役割が細菌と真核生物で入れ替わったということになり、奇怪なミステリーです。ただチューブリン系は重合にGTPのエネルギーを、アクチン系はATPのエネルギーを使うという方式は十億年以上の時を越えてほぼ維持されているようです。

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MreB そのものは膜結合タンパク質ではないため、細胞膜直下に局在するためには他のタンパク質がアシストしてあげなければなりません。ファン・デン・エントらは図6のようなモデルを提出しています(16)。このモデルではRod Z というタンパク質が MreB と膜貫通タンパク質の両者と結合して、クランプの役割をはたしていることになります。

細菌のアクチンホモログの研究は21世紀になってからはじまったので、まだまだ解決しなければ行けない課題は多いと思います。ただこの種の研究はいまやカルトな趣味の世界にはいりつつあり、そのような世界で生きようとする人々には好ましい状況です。それでもこれは生身の生物についての科学ですから、どんなところに人類に有用な知識が潜んでいるかわかりません。

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細菌のアクチンホモログはMreBだけではなく、同じオペロンに含まれる MreC、MreDなどのほか、ParM というグループもみつかっています(図4、図7、参照12)。Mre B の役割としては、細胞分裂の際に図7のようにプラスミドDNAを細胞の両端に押し分け、片方の娘細胞に偏ってプラスミドが分配されないようにすることがわかっています(図7、参照10、12)。

図7の右側はParM がプラスミドDNAに結合したParRと結合していることを示しています。さらにフリーのParMは、ATPのエネルギーを使ってParM線維にDNA側から結合し、線維を伸長させることを示唆しています。

ガスパール・ジェケリーはその総説の中で、原核生物のタンパク質ネットワークは1)プラスミドのパーティショニング(ParMの語源)、2)細胞分裂のための装置、3)細胞膜の合成と細胞の骨組み のために発達してきたと述べています(16)。

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古細菌の細胞骨格研究はあまり進んでいないようですが、クレナクチンという真核生物のアクチンとよく似たアクチンホモログがみつかっています(18、19)。アクチンホモログの分子進化はおおまかには図8のようになっています。FtsA は分裂溝に出現するタンパク質です。

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最後にケラチン系のタンパク質についてみてみましょう。このグループがつくるケーブルは中間径線維と呼ばれています。真核生物の場合、アクチンがつくるケーブルはマイクロフィラメントと呼ばれており、径は5~9nm。チューブリンがつくるケーブルは微小管と呼ばれていて、径は約25nm。中間径繊維のケーブルの径は8~12nmで、マイクロフィラメントと微小管の中間的なサイズなのでそう呼ばれているわけです。

真核生物の中間径繊維をつくるタンパク質は多様で、ケラチン・ビメンチン・ニューロフィラメント・核ラミンなどがあります。細菌にもこのグループのタンパク質はみつかっていて、それはクレセンチンです(20、21)。細胞がロッド状でなくジェリービーンズのような格好をした菌、あるいはヘビのようにくねくねした形態の菌に、図9のように片側に偏った感じで配置されています。クレセンチンがあるサイドはテンションがかかっていて縮み、逆サイドは延びるということになります。両サイドが交互に重合と解離を繰り返せば泳げるかもしれません。

クレセンチンはウィキペディアによると、ケラチン19のアミノ酸配列を比較すると25%が一致し40% の領域で相同性が認められるそうです。核ラミンと比較しても同様なホモロジーがあるそうで、ケラチン系タンパク質の祖先であることは間違いないと思われます。

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脂質二重層でDNAを被えば、それは生物としての出発点といえるでしょうが、脂質だけの細胞膜は脆弱すぎるという問題があります。ですから細胞膜を多糖類やタンパク質で裏打ちしたり、その工事のために足場をつくったりするために細胞骨格が必要であったとは容易に想像できます。しかしジェケリーが言うように(17)、とりわけプラスミドRNAをうまく娘細胞に分離するために必要だったという考え方にもうなづけるものがあります。例えば図8の分子系統図をみるとMreBやFtsAより、ParMファミリーの方が古いタンパク質とされています。

参照

1)Erfei Bi and Joe Lutkenhaus, FtsZ ring structure associated with division in Escherichia coli., Nature vol.354, pp.161-163 (1991)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1944597
https://www.researchgate.net/publication/21210591_FtsZ_ring_structure_associated_with_division_in_Escherichia_coli

2)de Boer P., Crossley R., Rothfield L., The essential bacterial cell division protein FtsZ is a GTPase., Nature vol. 359, pp. 254-256 (1992)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1528268

3)RayChandhuri D., Park J. T., Escherichia coli cell-division gene ftsZ encodes a novel GTP-binding protein. Nature vol. 359, pp. 251-254 (1992)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1528267

4)http://tdl.libra.titech.ac.jp/hkshi/xc/contents/pdf/117098745/12

5)https://ja.wikipedia.org/wiki/FtsZ

6)Ramanujam Srinivasan et al., The bacterial cell division protein FtsZ assembles into cytoplasmic rings in fission yeast. Genes and Development vol. 22, pp.

1741-1746 (2008)
http://genesdev.cshlp.org/content/22/13/1741.full

7)宮城島進也、葉緑体の分裂制御機構とその進化 植物科学最前線 vol. 5, pp. 21-36 (2014)

8)Kiefel BR1, Gilson PR, Beech PL., Diverse eukaryotes have retained mitochondrial homologues of the bacterial division protein FtsZ., Protist.  vol. 155 (1), pp. 105-115. (2004)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15144062

9)Qin Sun and William Margolin, FtsZ Dynamics during the Division Cycle of Live Escherichia coli Cells.,  J Bacteriol., vol. 180 (8):  pp. 2050–2056. (1998)

10)Yu-Ling Shih and Lawrence Rothfield, The bacterial cytoskeleton., Microbiol Molec Biol Reviews pp. 729-754 (2006)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1594594/figure/f1/

11)Fusinita van den Ent, Linda A. Amos & Jan Lowe, Prokaryotic origin of the actin cytoskeleton. Nature vol. 413, pp. 39-44 (2001)
http://www.ibt.unam.mx/computo/pdfs/cursosviejos/bcelular/procaryoticoriginofactin.pdf

12)Joshua W. Shaevitz and Zemer Gitai, The Structure and Function of Bacterial Actin Homologs, Cold Spring Harb Perspect Biol, 2:a000364 (2010)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20630996

13)Kruse T, and Gerdes K., Bacterial DNA segregation by the actin-like MreB protein. Trends Cell Biol. vo. 15(7), pp. 343-345. (2005)

14)Figge RM, Divakaruni AV, Gober JW., MreB, the cell shape-determining bacterial actin homologue, co-ordinates cell wall morphogenesis in Caulobacter crescentus. Mol Microbiol. Vol. 51(5), pp. 1321-32. (2004)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14982627

15)生物史から、自然の摂理を読み解く 
http://www.seibutsushi.net/blog/2008/09/566.html

16)Fusinita van den Ent, Christopher M Johnson, Logan Persons, Piet de Boer, and Jan  Löwe, Bacterial actin MreB assembles in complex
with cell shape protein RodZ., EMBO J., Vol. 29(6), pp. 1081–1090 (2010)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2845281/

17)Gaspar Jekely, Origin and evolution of the self-organizing cytoskeleton in the network of eukaryotic organelles. Cold Spring Harb Perspect Biol, 6:a016030 (2014)

18)Thierry Izoré, Danguole Kureisaite-Ciziene, Stephen H McLaughlin,  Jan Löwe,  Crenactin forms actin-like double helical filaments regulated by arcadin-2, eLife Vol.5:e21600 (2016)
https://elifesciences.org/content/5/e21600

19)Tatjana Brauna et al., Archaeal actin from a hyperthermophile forms a single-stranded filament.,Proc NAS USA vol.112, pp. 9340-9345 (2015)
http://www.pnas.org/content/112/30/9340.full

20)Nora Ausmees, Jeffrey R Kuhn, Christine Jacobs-Wagner, The Bacterial Cytoskeleton. An Intermediate Filament-Like Function in Cell Shape. Cell,Vol.

115, Issue 6, pp. 705–713, 12 December (2003)
http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(03)00935-8?_returnURL=http%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867403009358%3Fshowall%3Dtrue

21)Ausmees N, Intermediate filament-like cytoskeleton of Caulobacter crescentus. J Mol Microbiol Biotechnol. 2006;11(3-5):152-8.

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2017年5月24日 (水)

野田数

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小池百合子の特別秘書「野田数(のだかずさ)」

業務上横領の疑いで話題の野田数氏ですが、不可解な人物です。このような人物を特別秘書に採用しているから、小池百合子もうさんくさい。

http://www.sankei.com/affairs/news/170518/afr1705180031-n1.html

wikipedia より
日本国憲法無効論を唱える。2012年10月に大日本帝国憲法復活請願を東京都議会に提出したが、自身の会派東京維新の会が連携を目指していた日本維新の会代表橋下徹からは「ありえない」「大日本帝国憲法復活なんてマニアの中だけの話だ」と批判された。

日刊現代より
もっとも、ナショナリスト的な言説とは対照的な、幼稚な言動も目撃されている。東村山市議時代の同僚議員が語る。「野田さんはいつもソワソワしていて、議会中に何度も席を外す人でした。単刀直入に『あなたはどうしてそんなに落ち着きがないの?』と聞くと、彼はムキになって『ボクは15分しかジッとしていられないんです!』と言い返してきた。聞いてもないのに、『ボクは小池百合子さんの秘書だったんですよ~』

赤旗より
2012年9月都議会で同氏は、「我々臣民としては、国民主権という傲慢(ごうまん)な思想を直ちに放棄」して、現行の日本国憲法を無効とし大日本帝国憲法の復活を求める時代錯誤の請願に紹介議員となり、賛成しました。(日本共産党、自民党、公明党、民主党などの反対で不採択)

上記の詳報 http://1000nichi.blog73.fc2.com/blog-entry-9063.html
南出喜久治国体護持塾長(京都市)らが12年6月に都議会に提出した「我々臣民としては、国民主権という傲慢(ごうまん)な思想を直ちに放棄」して、日本国憲法を無効とし、大日本帝国憲法は現存するとの都議会決議を求める請願は、10月4日の都議会本会議で、東京維新の野田数(かずさ)都議が紹介議員になり、一人会派・平成維新の会土屋敬之議員と東京維新の3人(民主党を離党した栗下善行・柳ヶ瀬裕文両都議と自民党を離党した野田数都議の3人、2012年9月に東京都議会に新会派「東京維新の会」として設立)が賛成したのみで、民主党、自民党、公明党、日本共産党、生活者ネット・みらいなどの反対で不採択となった。

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2017年5月22日 (月)

バルサ無念 優勝を逃す

1「mes que un club クラブ以上のもの」が宗教(メッシ教)であってはなりません。バルサはメッシを信じるあまり現実がみえなくなりつつあります。優勝したレアル・マドリーとどこが違っていたのか?

それはマドリーがCロナウドの体調が万全でないとみると、すぐに休養の措置をとったのに対して、バルサはメッシを故障以外の時はずっと出し続けました。体調が万全でなくてもメッシなら何とかしてくれるという期待です。メッシも出場し続けなければならないという使命感でやっているようです。おかげで、ネイマールやスアレスまで、メッシを探し求めるプレイスタイルになってしまっています。

このような状況はレベルの高い戦いでは致命的です。冬から春にかけてパフォーマンスが落ちてしまったのは、言うまでもなく週に2回のゲームが主力選手の集中力と精度を奪ってしまったからです。ルーチョにくらべてジダンは思い切ったローテーションで、最後まで選手達のパフォーマンスを高い状態で維持することができました。Cロナウドも、「ジダンのおかげで最後の数試合を最高の体調でプレーできた」と語っていました。

もう一つはペップ時代のバルサ・スタイルへのノスタルジアではないかと思います。ずっとオーソドックスなスタイルのアレイシ・ビダルを使わなかったのもそのせいではないでしょうか。使ったらうまく回り出したというところで負傷長期欠場というのは皮肉でしたが・・・。今のバルサにはメッシとイニエスタがいなければ、全く違うスタイルのサッカーを創出できる選手が揃いつつあります。

新しいバルサに生まれ変わるにはメッシを放出するしかないというのが私の個人的意見ですが、同じことを感じた人もかなりいるような気がします。しかしクラブでそういう意見をあからさまには表明できない雰囲気があることもうかがわれます。パージされた人もいるようです。バルトメウは「メッシはバルセロナのドラえもんだ。なぜなら、彼はいつも難しい状況を解決してくれるからだ。一方、その点から言っても、私はのび太だ。なぜなら、いつも彼に問題を解決してくれるようお願いしているからね」などと言っているところをみると、メッシ派だと思います。

バルサは極端ですが、このようなことはチームでやるスポーツではよく問題になることで、名選手といえども遅かれ早かれ退かなければいけないときがきます。メッシの場合は、来年もゴールを量産するでしょうが、彼がバルサにいる限り、監督が交代しても多分バルサは変われない、そしてまた2位か3位でしょう。

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2017年5月19日 (金)

GAKU縦横無尽@Tenerife 

Tenerife_locator私はJリーグのことはよく知らなくて、観戦も10年くらい前にたった一度鹿島に見に行っただけなのですが、テレビで日本代表の試合は見るので、一応柴崎岳は知っていました。

しかしびっくりしたのはクラブワールドカップ。守備的MFという認識を覆す攻撃のセンスに目を奪われました。レアル・マドリーから2点取ったので世界からも注目されました。

やはり欧州からお声がかかって、スペイン2部リーグのテネリフェに所属することになりました。ところがテネリフェ島での生活になじめず、一時はバルセロナで静養しているという話もあって心配しましたが、最近はすっかりチームになじんでプレイしているようです。

テネリフェはやはりGAKU(と呼ばれている)を攻撃の中心のポジションに置いていて、彼もそれに答えて、ここという適所に顔を出して攻撃の起点になり、見事なスルーパスやクロスボールも供給しています。やはり守備的なポジションに置いておくにはもったいないセンスです。ただドリブルはやや物足りないのですけどね。

テネリフェはカナリア諸島の島のひとつで、19世紀からの豪華なリゾート地です。小さな島なのに空港が2つあったり、路面電車が走っていたりするそうです。富士山とほぼ同じ高さの山もあるようです。言葉にさえ慣れれば、アウェイ戦がすべて長距離遠征という不利をさしひいても余りある優雅で余裕の生活でしょう。

テネリフェのゲームをWOWOWが急遽放映するそうです。

第41節「テネリフェvsジムナスティック」【放送日】6/3(土)or 6/4(日)
第42節「サラゴサvsテネリフェ」【放送日】6/10(土)or 6/11(日)
プレーオフ「準決勝1st Leg」【放送日】6/14(水)or 6/15(木)
プレーオフ「準決勝2nd Leg」【放送日】6/17(土)or 6/18(日)
プレーオフ「決勝1st Leg」【放送日】6/21(水)or 6/22(木)
プレーオフ「決勝2nd Leg」【放送日】6/24(土)or 6/25(日)

テネリフェのGAKU (Thanks)
20番ですが、ヘヤースタイルなどからどこにいてもすぐわかります。

https://www.youtube.com/watch?v=eGBTJYZC95U

https://www.youtube.com/watch?v=Tt4yZLvu-Qc

CWC
https://www.youtube.com/watch?v=XW7L44QoYJQ

密着
https://www.youtube.com/watch?v=cfg5yaqaK4o

大瀧詠一 カナリア諸島にて
https://www.youtube.com/watch?v=5JcH35l5V8E
https://www.youtube.com/watch?v=JVf8SzqaZ7c

今井美樹バージョン
https://www.youtube.com/watch?v=OTBjP7qqB44
https://www.youtube.com/watch?v=SNsCkVw1nE8

ウクレレ
https://www.youtube.com/watch?v=uHaWGwdJfJc

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2017年5月17日 (水)

エッフェル塔→東京オリンピックに暗雲漂う

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テレ朝ニュースによると
http://news.tv-asahi.co.jp/news_international/articles/000074680.html

(引用)フランスの検察は12日、「2013年の7月と10月に、日本の銀行口座からシンガポールの口座に『東京オリンピック入札』の名目で約2億2000万円が振り込まれたことを確認した」と発表しました。誰が振り込んだかは明らかにしていませんが、振り込みの時期が東京での開催が決定したIOC総会の前後でもあり、マネーロンダリングなどの疑いで捜査を始めたということです。

英ガーディアン紙・ギブソン記者:「金が振り込まれた口座はシンガポールの会社のものだ。当時、IOC委員として招致の投票権を持っていた国際陸連のディアク前会長の息子に関係している」 フランスのメディアは「開催地決定に影響力を持っていたディアク氏に日本側が賄賂として金を振り込んだ可能性がある」と伝えています。(引用終了)

今になってこのような発表があったということは、今までこの話を安倍政権が押さえていたが、新政権とはまだ話をつけていないということなのでしょう。さてこれでフランス新政権が検察を押さえきれないと、本当に東京オリンピックが終了するかもしれません。安倍政権は東京オリンピック・パラリンピック競技大会組織委員会会長森喜朗氏・竹田恆和日本オリンピック委員会会長あたりの首を差し出して事件を決着させようとするのでしょうが、さてそれで解決するでしょうか。

東京都も金欠で、国に必死でおねだりしないとオリンピックを開催できない状態らしいので、そんなことをするくらいなら、不正発覚で検察に断罪される前に放り出した方がよいと思いますが・・・。そうもいかないのなら、超質素なオリンピックをやるという姿勢でいけばどうでしょう。「不満があるなら本当にやめるよ」という姿勢で押し切れと小池都知事に求めたい。それなら直前にフランス検察にストップされても被害は少なくてすみます。数兆円を投じてから中止では目も当てられません。

(画像はフリーフォトサイト「足なり」より)

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2017年5月15日 (月)

リーガ・エスパニョーラ第37節: DF裏はスアレスの職場です

Braugranaラス前の第37節。大西洋の島グラン・カナリアに遠征。ラス・パルマスと戦います。ラス・パルマスはアウェイ戦はいつもスペイン本土に遠征ですから大変です。よくやっていると思います。今季残留決定だそうでおめでとうございます。

ラス・パルマスはバルサと同じく。ポゼッション命のチーム。ワントップはあのACミランの中心選手だったボアテング、2列目はヘセ・ビエラ・ロケ=メサ・モモ、ボランチはモントーロ、DF:エルデル=ロペス・ビガス・レモス・ミシェウ、GK:ハビ=バラス。

バルサはFW:ネイマール・スアレス・メッシ、MF:イニエスタ・ラキティッチ・ブスケツ、まではいいのですが、ピケが腹痛、マスチェラーノがアップ時に故障発生、セルジはカード累積で出場停止ということでDFは非常事態です。アルバが左SB、CBウムティティと組むのはリーガ初出場のマルロン=サントス、右SBははじめてのディニュです。ピケの「腹痛」とはなんでしょう? 気になります。GKはテア=シュテーゲン。

とはいえ極端にコンパクトなサッカーをめざすラス・パルマスなので、DF裏の広大なスペースはスアレスの職場。彼にとっては願ってもないゴールチャンスです。

開始早々ディニュが不慣れな右サイドのプレーでカードをもらって暗雲漂いますが、25分ブスケツのヒールにイニエスタが機敏に反応して、すぐにスアレスに絶好のスルーパスを提供。スアレスは中央に突っ込みましたが、より確率の高い右でフリーのイニエスタにパスしてゴール。これはイニエスタをフリーにして、すでに2人ついていたスアレスのケアに意味もなく走ったDFのミス。これだから素晴らしい攻撃陣を持ちながらこのチームは上位に行けないんですね。

27分にはネイマールが一発ロングパスをDF裏に出して、スアレスの抜け出しにピッタリ合わせてお返し。これはラス・パルマスの高いDFラインをついた芸術的なゴールでした。

後半すぐになんとディニュが故障したらしく、MFのAゴメスをSBで使うという非常手段です。早速ヘセに振り切られて大ピンチ。これはテア=シュテーゲンがシュートを止めてくれました。しかし直後ボアテングのパスをビガスに合わされて失点。CBビガスは自陣のゴール前から相手ゴール前までピッチ完走です。

危なくなったバルサですが22分、ラキティッチのロングクロスをスアレスのフェイクをつかってネイマールがうまく頭でゴールに押し込みました。これでバルサは余裕ができました。最後のゴールはアルバのパスをネイマールが決めたのですが、これがネイマールの究極の器用さが効いた超絶のゴール。

バルサは最終節を勝って、マドリーの結果を待つだけです。

https://www.youtube.com/watch?v=0eRXyu3nZT4

https://www.youtube.com/watch?v=tUAU-nItVE4

https://www.youtube.com/watch?v=i4P-qbgKfsw


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2017年5月13日 (土)

スノーデン 日本への警告

Imgスノーデン氏については様々な報道がなされていますし、映画やDVDもあります。映画「スノーデン」はなかなかスリリングで面白い映画でしたし、記事を書いたこともあります。

http://morph.way-nifty.com/grey/2017/02/post-5ccb.html

スノーデン氏自身が登場するドキュメンタリーも大変興味深いものです。映画よりも厳しい緊迫を感じました。私たちが住んでいるこの世界を、「監視社会」という全く異なる凶悪な閉塞社会へと変質させようとする巨大な勢力に、ひとりで反旗を翻したヒーローは静かで控えめな青年でした。

監視社会に誘導しているのは既得権益者のグループです。なぜなら彼らと一般人の間に貧富の差が出来れば出来るほど刺されるのが心配になるからです。とはいえ彼らの「社会はどんどん危険になってきている。犯罪を防ぐには監視するしかない」というプロパガンダに乗って、監視社会を推進する政党に投票する私たち市民の心の中にも闇はあるのでしょう。

安心・安全な社会というのは、貧富の差が巨大であればあるほど実現しないものだと思いますが、なんとか徹底的な監視社会によって安心・安全を実現しようと思う人々はいるのです。秘密保護法や共謀罪はそのために便利なツールです。

この本「スノーデン 日本への警告」エドワード・スノーデン他著 集英社新書 2017年刊 は、2016年に公益社団法人自由人権協会がスノーデン氏を招いて、東京大学本郷キャンパスで開催したシンポジウムの記録です。

いろいろ面白い話が満載なのですが、決定的な話をひとつ紹介しますと、米国政府は「プログラムで国民を監視しているということは国家機密なので、ジャーナリストであれ市民団体であれ自らが監視の対象であるという事実を立証することは許されない」という立場で、最高裁判所も「政府の主張通り監視プログラムが現に実施されているか否かを立証することが禁止されている」と判断したそうです。これは日本でもそういうことになりそうです。

このような事態をひっくり返すには、最終的には憲法も最高裁も無力で、政権をひっくりかえすしかないということです。もし選挙結果がソフトで操作されているとすると革命しかないわけですが、それは監視と共謀罪でほぼ不可能でしょう。監視社会は永遠不滅になります。

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監視システムの全貌を図にまとめましたが、私たちに直接関係があるのはマスサーベイランスです。スマホ・PC・電話・カード・監視カメラなどを使って監視されるのが監視社会です。特にスマホは危険で、ドキュメンタリーのなかでスノーデン氏がスマホで自室の特定や画像が撮影されるのを恐れて、使わないときは電子レンジの中にしまうというシーンは印象的でした。

誰か1人マークされている人がいたとして、同じ時間に同じ場所にいた人はすぐにわかるので、その人とコンサートで隣の席にいたというだけで、当局に追尾されるということもあり得ます。

ささやかな抵抗をするとすれば、この本に書いてあるように情報を暗号化することでしょうが、それもイタチごっこでしょう。あとはマスコミのふんばりでしょうが、政権側には逮捕や暗殺という手もあります。だいたい個人のプライバシーも無限に犯されているわけですから、ささいな違法行為や浮気などをネタに脅迫することもできます。それを作り出すことさえ可能でしょう。

監視システムを用いたメタデータは巨大なので、人力で検索するのはそのうち不可能になり、ロボットが検索して容疑者を自動的にしぼりこむということになるのでしょう。これは恐ろしい社会です。人為的に作り出された犯罪をロボットがとがめて起訴されてしまうという可能性もあります。

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2017年5月11日 (木)

やぶにらみ生物論73: 細胞膜

生命の起源をたどっていけば様々な触媒物質上での生化学的化学反応にたどりつくのでしょうが、これが生物であると言うためには外界との仕切りが必要であり、それは細胞膜以外にありません。しかし意外なことに細胞膜の基本的な構造がわかってきたのは20世紀終盤でした。

現在では細胞膜は脂質二重層からなることがわかっていますが(図1)、最初に脂質二重層仮説を提出したのはゴーターとグレンデルです。1925年のことでした。彼らは赤血球から脂質を抽出し、それが水面を完全に覆ったときの面積を赤血球の表面積で割るとほぼ2という値が得られたことから、赤血球の細胞膜は脂質二重層で構成されていると考えました(1)。

その後 Davson-Danielli のモデル、すなわちタンパク質が脂質二重層でサンドイッチされているというような考え方もありましたが(2)、結局シンガーとニコルソンが1972年に提出した流動体モザイクモデル=脂質二重層モデル(3)が、その後多くの検証を得て現在では基本的に正しいと考えられています(4)。

デジタル大辞泉では「(生体膜は)リン脂質分子の二重層からなり、親水性の部分を外側に向け、疎水性部分を内側に挟み込むように向い合い、たんぱく質分子がその表面や内部もしくは上下に貫通するようにモザイク状に入り混じっており、脂質・たんぱく質ともに流動性をもつ」と説明されています。模式図で示すと図1のようになり、電子顕微鏡でも二重層を見ることができます。

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ニコルソンはこのモデルが認められたことで有名になりましたが、もうひとつ彼を有名にした事件があります。余談となりますが、このことに触れないわけにはいきません。ニコルソンは Ph D であり、経歴を見ると医学を学んだ形跡はありませんが、次第に医学に傾斜し、湾岸戦争症候群の原因解明に主導的な役割を果たしました。

彼とナンシー夫人は、湾岸戦争症候群の主要な原因が、遺伝子改変が行われ生物兵器として用いられたマイコプラズマであることを、妨害を乗り越えてつきとめ多くの患者を救いました(5-9)。しかしそのために盗聴やさまざまな生活妨害を受け、そのうち研究を停止させられるという目に遭いました。結局カリフォルニアに自分で分子医学研究所を設立して、そこで研究を続けることになりました。

生物兵器をいったん世の中に出してしまうと、それを完全に回収することはできません。したがっていつパンデミックが発生してもおかしくない事態になります。慢性疲労症候群などの原因がマイコプラズマである可能性は高く(10)、これが生物兵器由来である可能性は否定できないと思います。また生物兵器を使用するには、テスト=人体実験をしなければならないので、政府にとっては調査が行われることは甚だまずい事態となります。ニコルソン夫妻は有名人だったので消されずにすんだのだと思います。

さてこれまでにも述べてきましたが、細胞膜を構成する脂質は主にフォスファチジルセリン、フォスファチジルエタノールアミン、フォスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、グリコシルセレブロシドの5種類です(図3)。

すべて親水性の頭部と疎水性の尾部という構造になっており、同じ方向を向いた層と、逆向きの層とが合体して脂質二重層を形成しています(図1)。各脂質の比率は生物種・細胞によって異なり、たとえば大腸菌ではほとんどがフォスファチジルエタノールアミンであり、ヒト赤血球ではフォスファチジルセリン・フォスファチジルエタノールアミン・フォスファチジルコリン・スフィンゴミエリンの4種がバランス良く配合されています(11)。脳神経系ではグリコセレブロシドの比率が高まるでしょう。

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シンガーとニコルソンの流動体モザイクモデルは細胞膜一般についてのモデルですが、細胞膜はどこでも均一ではなく、マイクロドメインが存在するということは電子顕微鏡を用いた観察から、1950年代にはすでに話題となっていたそうです(12)。しかしそれが脂質ラフトという名で、機能的にも重要であることが認識されてきたのは20世紀末のことです(13)。ラフトというのはいかだを意味し、細胞膜という湖にいかだが浮かんでいるというイメージなのでしょう。この「いかだ」は通常の脂質以外にコレステロールとタンパク質が多く含まれていることがわかっています(14)。

図4にウィキペディアに出ていた脂質ラフトのイラストを転載します。ラフトには膜貫通タンパク質やグリコフォスファチジルイノシトールという柄のついた傘のようなタンパク質、さらに糖タンパク質、糖脂質、コレステロールなどが集結しています。通常の部分が細胞を外界と仕切る壁とすれば、ラフトは細胞膜の特別な機能を果たす場所と言えます。コレステロールはこの特殊な場所が他の場所と混じり合わないよう、ラフト領域の流動性を低下させていると考えられます(15)。またラフトの疎水部が比較的直線的に描かれているのは、飽和脂肪酸が多いことを表しています。膜貫通タンパク質がラフトに多いのは、不飽和脂肪酸の絡まり合った状態(図4の左右部)より、飽和脂肪酸のストレートな状態(中央部)の方がすわりがよいからでしょう。

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膜貫通タンパク質は次の3つのグループに分けられます。

1.1回貫通タンパク質
2.イオンチャンネル
3.7回貫通タンパク質(Gタンパク質共役受容体)

まず1回貫通タンパク質ですが、多くはチロシンキナーゼ活性またはセリン/スレオニンキナーゼ活性をもつ酵素です。細胞外からシグナル因子がくると、それの受容体となって結合し、構造変化を起こしてチロシンキナーゼ活性を発動させ、細胞内の因子をリン酸化してなんらかの効果を得るという機能を持つタンパク質です。インスリン受容体、上皮成長因子(EGF)受容体、神経成長因子(NGF)受容体、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)受容体、インスリン様増殖因子(IGF)受容体、繊維芽細胞増殖因子(FGF)受容体、肝細胞増殖因子(HGF)受容体、血小板由来成長因子(PDGF)受容体、各種サイトカイン受容体、各種細胞接着因子受容体など多くのタンパク質がこのグループに所属します(16)。

代表例としてインスリン受容体を図5に示しました。ちなみにインスリンがどのようにインスリン受容体と結合するかが解明されたのはごく最近のことです(17)。図をみると一見2回貫通しているように見えますが、細胞外でダイマーを形成しているわけで、それぞれの酵素は1回貫通です。ただしダイマーのうち片方にしかインスリンは結合しません。インスリン結合によって受容体は活性化され、細胞内のチロシンキナーゼ活性によってIRS-1という因子がリン酸化され、さまざまな反応が連鎖しておこります。この結果グルコースが細胞にとりこまれ血糖値は低下します(図5)。

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次にイオンチャンネルですが、細胞には適切なイオン濃度があって適宜調節が必要です。もちろん最適なイオン濃度はイオンによって異なりますし、細胞によっても異なります。ロデリック・マッキノンら(図6)は放線菌のカリウムチャンネルタンパク質を結晶化して構造解析することに成功しました(18)。

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カリウムチャンネルは1回膜貫通タンパク質であり、中心に穴が開いていてイオンが通過できる構造になっています(図7)。

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ただし図8左図のようにイオンを選別するフィルターがあり、ここのドメインにうまく結合しないとチャンネルを通過できないようになっているため、各イオンチャンネルは特定のイオンだけを選別して通す機能を持っています。すなわち穴のサイズだけでイオンを選別しているわけではありません。

イオンチャンネルはミトコンドリアのプロトンポンプのように、エネルギーを消費してイオンをくみ出したりはせず、単に濃度勾配で移動させるだけですが、開閉によってイオン濃度を調節することができます。開閉のシグナルは膜電位・リガンド・機械刺激・温度・リン酸化などさまざまです(19)。

水を選択的に透過させるチャンネルもみつかっています。解明したのはピーター・アグレらで(図6、参照20)、アクアポリン(水チャンネル)と呼ばれるこのタンパク質は6回膜貫通タンパク質であり、イオンチャンネルとは全く素性の異なる物質です。他の膜貫通タンパク質と異なり、N末とC末の両者が細胞内にあります。水チャンネル=アクアポリンには多数の種類があり、水以外の物質を通過させるものもあるようです(21)。

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マッキノンとアグレは2003年のノーベル化学賞を受賞しました。マッキノンは医学への道を棄てて基礎科学に転じた人ですが、東洋系の奥さんのおかげでポストドク時代の困難な生活を乗り切ることができたそうです(22)。基礎科学では飯が食えないので医師に転じたという知人・友人は多いですが、逆のケースはほとんど知りません。フランソワ・ジャコブが戦傷で医師への道を断念して基礎科学に転じたというのは有名な話ですが。

アグレはしばしばキューバに渡航して、学会や講義活動を行ったばかりでなく、フィデル・カストロ首相と会ったりして外交的活動にも関心があったようです。また北朝鮮にも渡航して学術交流を行うなど、学問を通した国際交流にも熱心で、一時は上院議員を志したこともあるそうです。

膜貫通タンパク質の最後は7回膜貫通タンパク質です。その構造を二次元的に展開したのが図9ですが、細胞膜を7回貫通し、細胞外にN末端、細胞内にC末端があります。7回膜貫通タンパク質はすべてGタンパク質共役受容体です。すなわちGタンパク質がループを形成している図9の青色などの部分に結合すると、Gタンパク質は結合していたGDPをリリースしGTPと結合します。同時に、Gタンパク質はサブユニットGαとGβγに分離し、それぞれの機能を発揮します。その後GαはGTPを加水分解し、そのエネルギーを用いてGβγと再結合します。

すなわち7回膜貫通タンパク質は外界からの情報を受け取る、すなわち細胞外にある受容体にリガンドが結合すると、細胞内部分がGタンパク質と結合して、Gタンパク質が活性化されて、生化学反応のカスケードが起動されるという機能を持っています。

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7回膜貫通タンパク質=Gタンパク質共役受容体はメジャーなホルモンなどの受容体なので、市販の薬の約60%がこのグループをターゲットとしていると言われています。主なものを図10に示しました。ほぼ同じ長さの7本のαヘリックスが円筒状の構造を形成しているタンパク質であることがわかります。このほかにも嗅覚受容体・光受容体など非常に生理的に重要な物質も含まれています。

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Gタンパク質共役受容体(GPCR=G protein-coupled receptor)の研究で、ブライアン・コビルカとロバート・レフコウィッツの2名が2012年のノーベル化学賞を共同で受賞しています(図11)。

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細胞膜を職場としているタンパク質には、膜貫通タンパク質以外に、特殊なアンカー(GPIアンカー、GPI:Glycosylphosphatidylinositol )で膜とつながり、膜の外に突き出た状態で機能するものがあります(図4)。GPIアンカーの構造は図12のようなもので、タンパク質とアミド結合するフォスフォエタノールアミン-3個のマンノースとNアセチルグルコサミン-フォスファチジルイノシトール-2脂肪酸という順につながっています。最後の脂肪酸が細胞膜に埋め込まれている部分です。GPIアンカー型タンパク質は原生生物・酵母・カビ・粘菌・植物・無脊椎動物を含む真核生物全域でみつかっています(23)。

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細胞膜の外側で酵素を働かせようとした場合にGPIアンカーが使われるようです。リストを図13に示しますが、酵素の他、細胞接着、補体の制御、神経系のレセプターなどの機能があるようです。FGFの活性を制御していると言われるグリピカンファミリーもこのグループに属します(24)。Gタンパク質共役受容体のグループに比べると地味な感じですが、薬剤のターゲットとして注目されているようです。

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参照

1) E. Gorter and F. Grendel, On bimolecular layers of lipoids on the chromocytes of the blood., J Exp Med. vol. 41(4): pp. 439-443. (1925)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2130960/pdf/439.pdf

2)J. Danielli and H. Davson, A contribution to the theory of permeability of the films.,  J.Cellul.Physiol. vol. 5, Issue 4, pp. 495-508 (1935)

3)S. J. Singer, and Garth L. Nicolson, The Fluid Mosaic Model of the Structure of Cell Membranes., Science. vol.175 (no.4023): pp.720-723 (1972)
http://www.jstor.org/stable/1733071?origin=JSTOR-pdf&seq=1#page_scan_tab_contents

4)Garth L. Nicolson, The Fluid—Mosaic Model of Membrane Structure: Still relevant to understanding the structure, function and dynamics of biological membranes after more than 40 years. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, Vol. 1838, Issue 6,  pp. 1451–1466 (2014)
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005273613003933

5)Garth L. Nicolson, Ph.D. and Nancy L. Nicolson, Ph.D. Chronic Fatigue Illnesses Associatedwith Service in Operation Desert Storm. Were Biological Weapons Used Against our Forcesin the Gulf War?  TOWNSEND LETTER FOR DOCTORS 1996; 156:42-48.
http://www.immed.org/GWI%20Research%20docs/06.26.12.updates.pdfs.gwi/TownsendLettGWI1996.pdf

6)湾岸戦争症候群に罹患した復員軍人の「家族」の血液から生物兵器?を続々検出
http://www.asyura2.com/0311/war41/msg/282.html

7)白血球から検出のマイコプラズマにエイズウイルスの被膜遺伝子配列:生物兵器の証拠文献
http://www.asyura2.com/0311/war41/msg/582.html

8)米軍病理学研究所へようこそ!:これが米国のばら撒いた「免疫不全」マイコ生物兵器:全訳付き
http://www.asyura2.com/0311/war41/msg/707.html
http://www.asyura2.com/09/revival3/msg/141.html

9)ニコルソン博士夫妻に驚くべき妨害
http://satehate.exblog.jp/11649060/

10)Endresen, G.K., Mycoplasma blood infection in chronic fatigue and fibromyalgia syndromes., Rheumatol Int. vo. 23(5), pp. 211-215. Epub 2003 Jul 16.
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00296-003-0355-7

11)京都大学大学院 梅田研究室
http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/umeda-lab/research/hikaku.html

12)https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%84%82%E8%B3%AA%E3%83%A9%E3%83%95%E3%83%88

13)Kai Simons & Elina Ikonen, Functional rafts in cell membranes., Nature vol. 387, pp. 569-572 (1997) | doi:10.1038/42408

14)Richard M. Epand, Proteins and cholesterol-rich domains., Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, Vol. 1778, pp. 1576-1582 (2008)
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000527360800120X

15)慶應義塾大学環境情報学部・基礎分子生物学3 「膜の構造と機能」
http://chianti.ucsd.edu/~rsaito/ENTRY1/WEB_RS3/PDF/JPN/Texts/biobasic3-2-7.pdf#search=%27%E3%82%B3%E3%83%AC%E3%82%B9%E3%83%86%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%AB++%E8%86%9C%E6%B5%81%E5%8B%95%E6%80%A7%E3%81%AE%E4%BD%8E%E4%B8%8B%27

16)薬のすべてがわかる!薬学まとめ
http://kusuri-yakugaku.com/pharmaceutical-field/pharmacolory/receptor/membrane-receptor/1tm-receptor/

17)John G. Menting et al., How insulin engages its primary binding site on the insulin receptor., Nature  vol. 493, pp. 241–245 (2013) doi:10.1038/nature11781

18)Doyle DA, Morais Cabral J, Pfuetzner RA, Kuo A, Gulbis JM, Cohen SL, Chait BT, MacKinnon R.,  The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity.,  Science vol. 280 (5360): pp. 69–77. (1998)  doi:10.1126/science.280.5360.69. PMID 9525859

19)https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%B3%E3%83%81%E3%83%A3%E3%83%8D%E3%83%AB

20)Peter Agre et al., Aquaporin CHIP: the archetypal molecular water channel., American Journal of Physiology - Renal Physiology  Vol. 265  no.  4,   F463-F476  (1993)

21)https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%82%AF%E3%82%A2%E3%83%9D%E3%83%AA%E3%83%B3

22)https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/mackinnon-bio.html

23)Varki A, Cummings RD, Esko JD, et al., editors. Essentials of Glycobiology. 2nd edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press (2009).

24)http://www.glycoforum.gr.jp/science/word/proteoglycan/PGA02J.html

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2017年5月 7日 (日)

リーガ・エスパニョーラ第36節: 暇なバルサは絶好調

Braugranaチャンピオンズリーグ敗退で暇なバルサで、さすがにスアレスも調子をとりもどし、ネイマールに至っては3試合出場停止で絶好調。あとはマドリーの取りこぼし待ちのバルサとなりました。ただ今日は強豪ビジャレアルとの一戦です。好カードで時間も早い試合とあって、カンプノウは満席(10万人)に近い大盛況です。

バルサはFW:ネイマール・スアレス・メッシ、MF:イニエスタ・ラキティッチ・ブスケツ、DF:ディニュ・ウムティティ・ピケ・セルジ、GK:テア=シュテーゲン。
ビジャレアルはFW:バカンブ・ソルダード、MF:Rソリアーノ・ロドリゴ・トリゲロス・ジョナタン、DF:Jコスタ・Aゴンザレス・ムサッキオ・Mガスパール、GK:アンドレス=フェルナンデス。

ビジャレアルは典型的な442なので、こんなときはバルサも343でもいいと思いますが、やはり433は落ち着きます。21分スアレスが右サイドに進出して、左サイドのメッシにパス。メッシがシュートしますがガスパールの足に当たって偶然中央ネイマールの前にこぼれます。これをネイマールがゴール。メッシが蹴る前に、ネイマールが数歩戻っていたのが功を奏して、オフサイドを免れました。

しかし32分、カウンターからピケがバカンブに振り切られて失点。これはウムティティが前に出過ぎだったのでしょう。40分にもソルダードにフリーでヘディングされますが、失敗で事なきを得ました。

ビジャレアルのペースになりかけていたところ、前半終了間際、メッシが左へ走りながら得意な体勢からのシュートでゴール。3人でカバーしながら普通に決められたので、ビジャレアルとしては大ショックでした。

後半は完全にバルサペースで、24分、早いリスタートからセルジが中央を押し込んで右のスアレスにパス。スアレスが強引に切り込んで、1発切り返してゴール。3:1です。

このあとPKもあって、バルサ4:1の完勝でした。やはりバルサの敵はスケジュールを実感しましたが、だからこそローテーションでパコやアルダが出たときのやり方を考えるのがベンチの課題で、次のシーズンにはきちんと練習を重ねて、周到に準備して試合に臨んで欲しいと思います。前の3人が出場しているときに3人に頼るのは当然ですが、チャンピオンズリーグをきちんと戦うにはローテーションは必須で、エンリケに足りなかったところはここでしょう。

https://www.youtube.com/watch?v=FKXDkj9HWlE

https://www.youtube.com/watch?v=RyVtRz5fb4I

https://www.youtube.com/watch?v=aPbuP0iu_Bw


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2017年5月 5日 (金)

やぶにらみ生物論72: 呼吸

ハンス・クレブスらの研究によって、クエン酸回路の全貌が明らかとなり、ブドウ糖が体内でどのように代謝されるかが解明されました(図1)。しかし図1にATPという文字はどこにも書かれていません。酸素もどこにも現れません。クエン酸回路は呼吸の要なのにどうなっているのでしょうか?

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まずクエン酸回路に投入される物質(インプット)と、クエン酸回路で精製される物質(アウトプット)を図2にまとめてみました。科学者に課せられた課題は、このアウトプットがどのようにATP生成や酸素の消費にかかわっているかということでした。

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クエン酸回路の反応が行われている場所がミトコンドリアであることは、当時から推測されていたわけですが、その反応系を試験管の中に取り出すことは誰にもできませんでした。そのためにはまず細胞を壊して、反応系が無傷で保存されているミトコンドリアを取り出さなければいけません。つまり細胞は壊れているけれど、ミトコンドリアは壊れていないという状態です。これに成功したのがアルベール・クロード(1898~1983、図3)でした。

クロードはベルギー人で、子供の頃に母親を亡くして叔母の手で貧困の中で育ちましたが、第一次世界大戦がはじまったときにチャーチルにあこがれて英国のスパイ組織に従事し、戦後連合国のメダルと退役軍人のステータスを獲得することができて、進学の機会を与えられました。彼は高校に行ってなかったので、リエ-ジュ大学医学部に入学する前に鉱山学校で勉強して、鉱石を遠心分離機で分離する技術を知っていました。何が幸いするかわかりません。彼はこれを細胞にも応用して、ミトコンドリアを遠心分離機を使って無傷で取り出すことに成功したのです。この技術は細胞分画法とよばれるもので、後の生化学の発展に大きく寄与しました(1)。

ミトコンドリアはサイズが小さすぎて光学顕微鏡ではうまく観察できないので、構造を解明するためには電子顕微鏡を用いた研究が必要でした。クロードはルーマニア人のジョージ・パラディー(1912~2008、図3)を誘って電子顕微鏡を生物試料に適用する研究を進めてもらいました。二人は後年(1974年)ノーベル医学生理学賞を受賞しました。

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さてそのミトコンドリアですが、もともとは細菌だったと考えられているわけです。真核生物にとりこまれ、紆余曲折を経て現在のようにオルガネラとして細胞の中で生きています。ミトコンドリアの最もシンプルな構造図を図4に記します。外膜は真核生物由来らしく、細菌から引き継いだ特異な機構は内膜に集中しています。ウィキペディアによるとミトコンドリアの重量は体重の10%を占めるそうで、私達はまさしく真核生物と細菌の合作であることを思い起こさせます。

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ミトコンドリアは真核生物に取り込まれる前から、クエン酸回路で生成したNADHやFADH2、および取り込んだ酸素を使ってH+(プロトン)を膜間腔に追い出し、マトリックスと膜間腔の間に形成されたH+の濃度差による化学浸透圧を利用してATPを合成しています。このようなメカニズムに最初に気がついたのはピーター・ミッチェル(1920~1992、図5)でした。彼はその研究結果を1961年にNature誌に報告しました(2)。しかしその理論はあまりにも斬新なものだったので信じる人が少なく、職を得ることができなかったので、自宅をGlynn研究所と名付けて自費で研究を続けるしかありませんでした(3、4)。

この困難な状況はエフレム・ラッカー、香川靖雄(図5)らによって、ミトコンドリアの内膜に埋め込まれたATP合成酵素が発見されたことで改善され、ピーター・ミッチェルは1978年にノーベル化学賞を受賞しました。このあたりの事情は参照文献(3)に詳述されています。図4の膜内粒子とはATP合成酵素でした。この酵素は複雑で巨大な構造をとっており、まだ正確な分子量は明らかになっておりません。

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現在の理解では、図6に示されるように膜貫通システム複合体 I、III、IV、およびそれを補佐するシステムIIによって、NADH、FADH2、酸素を使ってプロトン(H+)をマトリックスから膜間腔に排出するポンプを駆動し、排出されたプロトンが化学浸透圧によってマトリックスに回帰する際に、そのエネルギーを利用してATP合成酵素がADPからATPを合成するということになっています(5、6)。

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複合体 I についてウィキペディアの受け売りをしますと、図7のように、「複合体 I では、解糖系およびクエン酸回路から得られた NADH から2つの電子が取り除かれ、脂質可溶キャリアであるユビキノンに移される。ユビキノンの還元生成物であるユビキノールは膜の内部を自由に拡散し、次の複合体 III に電子伝達を行なう。複合体 I はプロトンポンプ機構(プロトンが膜を通過する機構)およびキノンサイクル機構を用いて4つのプロトンを膜を通して移動させ、プロトン勾配を作る」 ということになっているそうです(7)。ユビキノンの還元について関心のある方は(8)をご覧下さい。複合体 I が行っていることの収支式は

NADH + ユビキノン(Q) + 5H+ in → NAD+ + ユビキノール(QH2) + 4H+out

ということになります。

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プロトンの排出を行っている複合体は細菌とミトコンドリアではかなり異なっているようですが(7)、ATP合成酵素は全生物共通で進化の痕跡がみられない(9)というのは驚異的です。

ATP合成酵素の研究でポール・ボイヤーとジョン・ウォーカーが1997年にノーベル化学賞を受賞しましたが(図8、参照10)、その影には木下一彦(~2015、図8)らの革命的な研究があったことは確かでしょう。ボイヤーらはATP合成酵素がタービンのように回転するという仮説をたてていましたが、誰もそれを証明することができなかったのです。しかし木下らは酵素を標識することによって、顕微鏡下でその回転を可視化することに成功しました(11)。これによってボイヤーは98才という高齢でノーベル賞を受賞することができたと思われます。

木下らは当然ノーベル賞を受賞すべき成果を上げましたが、ボイヤーが高齢であることから迅速にということで、彼と結晶化して分子構造を解析したジョン・ウォーカーが、とってつけたような Na-K-ATPase のイェンス・スコウと共に授賞されました。論文発表の年に授賞というのはいくらなんでも無理だったのでこういうことになったのでしょう。

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ATP合成酵素は膜間腔につきだしているF1部位と、ミトコンドリア内膜に埋め込まれているFo(エフオー)部位からなる巨大なタンパク質複合体です(図9)。プロトンの流れによってF1部位の γ サブユニットがタービンのように回転し(反時計回り)、ATPを合成するエネルギーを生み出していると考えられます(12)。ATP合成酵素によってマトリックスにとりこまれたプロトンは、すぐに酸素と結合して水になってしまうので、クエン酸回路とプロトンポンプが動いている限り、内膜の外と内でプロトンの濃度差がなくなる状態にはなりません。

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以上のようにエムデン・マイヤーホフ系はミトコンドリア外の細胞質で、クエン酸回路はミトコンドリアマトリックスで、プロトンポンプとATP合成酵素はミトコンドリア内膜で機能しています。

木下一彦先生は2015年の秋に、南アルプス小仙丈岳付近で滑落死するという不慮の死をとげられました(13)。私もこのあたりは何度も歩いたことがありますが、夏山では何の問題もないハイキングコースのようなところでも、凍結していると危険なことをあらためて痛感しました。ご冥福を祈ります。

参照

1)https://en.wikipedia.org/wiki/Albert_Claude

2)Peter Mitchell, Coupling of phosphorylation to electron and hydrogen transfer by a chemi-osmotic type of mechanism. Nature  vol. 4784, pp. 144 - 148 (1961)

3)香川靖雄 「ATP合成酵素の発見から人体エネルギー学まで」 日本蛋白質科学会 シリーズ「わが国の蛋白質科学研究発展の歴史」第4回 pp. 23-32
http://www.pssj.jp/archives/files/ps_history/PS_History_04.pdf
(管理人=本稿執筆者註:この文献はいつ出版されたのか確認できませんでした。日本蛋白質科学会が設立されたのが2001年なので、それ以降であることは確かです)

4)杉晴夫 「栄養学を拓いた巨人たち」 講談社ブルーバックス (2013)

5)https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9F%E3%83%88%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%89%E3%83%AA%E3%82%A2

6)電子伝達系と酸化的リン酸化
http://kusuri-jouhou.com/creature1/dentatu.html

7)https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E4%BC%9D%E9%81%94%E7%B3%BB

8)ユビキノンについて
http://hobab.fc2web.com/sub4-CoQ.htm

9)https://ja.wikipedia.org/wiki/ATP%E5%90%88%E6%88%90%E9%85%B5%E7%B4%A0

10) The Nobel Prize in Chemistry 1997,
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1997/

11)Noji H1, Yasuda R, Yoshida M, Kinosita K Jr.,  Direct observation of the rotation of F1-ATPase.,  Nature, vol. 386(6622): pp. 299-302. (1997)

12)野地博行 安田涼平 木下一彦 「回る酵素の観察」 バイオサイエンスとインダストリー vol. 56, no.10, pp. 665-670 (1998)
http://www.k2.phys.waseda.ac.jp/PDF/1998BioSI_Noji_RotEnz.pdf

13)明滅する一筋の光が我々にみせたもの ~木下一彦さんの追悼に代えて~
http://slight-bright.hatenablog.com/entry/2016/01/28/225438

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2017年5月 4日 (木)

明日から12年目に突入

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2017年5月 3日 (水)

サラとミーナ185: 窓辺でまどろむサラ

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Img_1859cミーナの昼寝は、夏以外はシーツやタオルケットに潜り込むというパターンですが、サラは窓辺でゆっくりするのが好きなようです。

サラは中年になって貫禄が付いてきました。顔も横に広がったでしょうか。私はサラには敬意を持って接しています。

サラとつきあっていると、ネコという種族とヒトという種族の接点をさぐる楽しみがあります。

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2017年5月 2日 (火)

ノドン

1024pxoperation_upshotknothole__bad北朝鮮は20年以上前に日本のほぼ全土を射程距離内におくノドンを開発したことがわかっています。そして故江畑謙介氏によると、10年以上前に搭載する核弾頭も完成しているということです。

隠蔽可能で、移動できる車両から発射されるので、スピードが出ないうちに打ち落とすのはまず無理。200発くらい撃てると推測されています。最低でも数発同時発射は可能でしょう。

http://blog.livedoor.jp/nonreal-pompandcircumstance/archives/50764849.html

日米安保条約をいくら強化しても、安保法制を施行しても、自衛隊を増強しても、意味ありません。ノドンの脅威から逃れるには、日米安保条約を破棄して、日本から米軍基地を引き払ってもらうしかありません。

そのためには米国による経済制裁に耐えるような経済システムを実現することが必要です。とりあえず米国への経済依存を少なくしていくことがポイントです。2010年から2015年にかけて1.5倍に輸出が増加しているのは好ましいことではありません(米国にとっても好ましくはないでしょうが)。

http://www.jftc.or.jp/kids/kids_news/japan/country.html

経済依存が減れば、政治的な結びつきも希薄にすることが可能です。年がら年中戦争をやっている米国と共に戦う国としての日本はあり得ません。それをめざしている安倍政権を日本人の過半数が支持しているというのは異常です。

安倍政権がなぜ高い支持を得ているかというと、政権にとってまずいことは隠蔽するか、嘘をつくという作戦に徹しているからです。人はうすうすわかっていても耳障りの良い言葉を信じるのです。しかしちょっとした努力で真実を知ることは可能です。

とりあえず これかな↓

http://saigaijyouhou.com/

http://www.tokyo-np.co.jp/

http://lite-ra.com/

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