Science (AAAS) August 5, 2005, Vol.309

Science August 5, 2005, Vol.309

圧縮されたシリカ（Squeezed Silica）

黄鉄鉱構造をもつシリカの高圧形態の存在は、長い間理論的には予想されていた。 Kuwayamaたち（p.923）は、理論的な推定と一致する構造をもつ新しい高圧多形の SiO₂ の存在を実験的に明らかにしたことを報告している。この多形は地球の核では役割を演じていそうにもないが、天王星や海王星のような巨大ガス惑星の深い内部での SiO₂の存在において、このような高圧多形構造が推定されている。(hk,Ej,tk)

The Pyrite-Type High-Pressure Form of Silica
p. 923-925.

法医学的分析(A Forensic Analysis)

法律制度はしばしば、科学的に正当なデータが事件の結論を左右する状況に直面する。Saks とKoehler (p. 892)は科学捜査(forensic science)の状況をレビューし、それが移行期にあることを示している。DNA鑑定のような分野は、他の分野がより主観的であるのに対して、科学的原理に基づき充分な根拠となりつつある。著者は、誤りを生むさまざまな原因を考察し、科学捜査の正確さを向上させるいくつかの提案を示す。(TO,Ej)

The Coming Paradigm Shift in Forensic Identification Science
p. 892-895.

たわんで上昇する(Flex and Rise)

最終氷期最盛期以降に氷床が溶けたことにより海面上昇をシミュレートしようと試みてきた地球モデルは、タヒチやスンダ大陸棚のような"far-field"と呼ばれる場所で記録された海面上昇の変化を再現することができなかった。Bassettたち(p.925,2005年6月23日オンライン出版)は、高粘性の下部マントルと南極氷床から生成された融解水のかなりの寄与分とを合わせたモデルを使った。再現された記録とそのデータは良く一致しており、これらの結果は、南極の氷が最近まで考えられていた以上の退氷期の海面上昇をもたらしたという別系統の証拠を提供するものである。(TO,Ej)

Ice Sheet and Solid Earth Influences on Far-Field Sea-Level Histories
p. 925-928.

端っこは、もっと柔らかい(Softer at the Edges)

金属のグレーンサイズが小さくなるにつれて金属は硬くなるが、グレーンが小さくなるある点において変形のメカニズムは変わる。ナノ構造を有するセラミックスもまた、より粗い粒子状のセラミックスに比較して、特性の向上を示す。しかし、変形のメカニズムにおける類似の変化が、これらのより脆い物質においても起きているのであろうか? Szlufarska たち (p.911) は、これらのセラミックスが、より柔らかいアモルファス状の粒界によって囲われた硬いナノスケールのグレーンとの複合材料として考えられることを示している。大規模分子動力学シミュレーションは、ナノ構造を有する炭化珪素のナノオーダーのぎざぎざが四つの変形形態を経て進行することを示している。この変形は、協同現象的なグレーンのすべりから結晶状態のグレーンのアモルファス化により支配されるプロセスまで変化する。(Wt)

A Crossover in the Mechanical Response of Nanocrystalline Ceramics
p. 911-914.

ストレスの痕跡パターン(Patterns of Stress)

銀(Ag)の核の周りにシリカ(SiO_x)を被せたナノ粒子を作る際、Liたち(p. 909)は、冷却速度を制御することによって、シリカ内部にストレス(応力)を誘発し、それによって核の表面に規則的な窪みパターンが形成されることが分かった。この窪みは3角形かフィボナッチ(Fibonacci)数列パターン（渦巻きパターンの個数は(5,8)の系列か、あるいは、(13,21)の系列のいずれか）になっており、応力エネルギーを最小化するよう、広い範囲にわたって自己組織化した規則的パターンが出来た結果と思われる。このパターンは、植物や花が有している規則性にそっくりである。(Ej,hE)

Triangular and Fibonacci Number Patterns Driven by Stress on Core/Shell Microstructures
p. 909-911.

ほんの少しのライトな仕事(A Little Light Work)

タンパク質の中で機能上、光に誘発されて構造変化が生じるものがあるが、これは光励起プロセスによって電荷が再配分された結果であると思われる。しかし、電荷分布の変化と構造的変化を時間軸に沿って測定することは容易なことではない。Schenkl たち(p. 917) は、電場の変化を測定するために、バクテリオロドプシン中のレチナール結合ポケットに近接しているTrp(トリプトファン)残基を利用した。測定されたTrp吸光度変化から、励起の後の最初の200 フェムト秒の間に、レチナール双極子モーメントが増加したことが算出できた。この電荷分布変化が先行することから、異性化を駆動していると思われる。(Ej,hE)

Probing the Ultrafast Charge Translocation of Photoexcited Retinal in Bacteriorhodopsin
p. 917-920.

真核生物のカリウムチャネル構造（Eukaryotic Potassium Channel Structure）

電位開口型K⁺チャネルは細胞脱分極に応答して開き、4つの帯電したアルギニン残基の移動による電位の変化に反応して細孔が開き、K⁺イオンだけが細胞から出る。細菌性チャネルのX線結晶学的構造によって、K⁺ チャネルの選択性の基礎が明確になってきた。もっと大きな多サブユニットの真核生物のK⁺チャネルの結晶を形成するのは困難だったが、Longたち(pp. 897と903、2005年7月7日オンライン出版;表紙とServiceによるニュース記事参照) は、2件の論文で、Shakerファミリーからの真核生物のKv1.2チャネルの2.9オングストローム分解能の結晶構造とメカニズム的分析を発表した。結晶は結晶化時に脂質を追加することによって形成され、酸化還元酵素βサブユニットを含み、未変性の開口状態にある。βサブユニットは、細孔の細胞内の開口の直下に位置するが、4つの大きいな側面のポータルからK⁺イオンが入ることができる程の距離にある。電位-センサー領域は円柱状の細孔のそばの膜内に位置している独立の領域として機能するが、少なくてもひとつの電荷認識アルギニンは脂質に直接に接している。電位センサーの移動により、S4-S5リンカーらせん体によって細孔が開き、そのらせん体が細孔を取り巻くS6の内側らせん体を閉めたり開いたりする。この構造によって、K⁺チャネルの構造と機能について今までの多数の矛盾した結果を説明できる。(An)

Crystal Structure of a Mammalian Voltage-Dependent Shaker Family K⁺ Channel
p. 897-903.

Voltage Sensor of Kv1.2: Structural Basis of Electromechanical Coupling
p. 903-908.

PROTEIN STRUCTURE:
A New Portrait Puts Potassium Pore in a Fresh Light
p. 867.

やりすぎしないように（Avoiding Too Much of a Good Thing）

ある種の植物は、特定の病原体の病原性因子に適応した抵抗性(R)遺伝子変異体を持っている。しかし、Rタンパク質が多すぎたり少なすぎたりすると、植物の免疫応答がおかしくなることもある。Holtたち(p 929, 2005年6月23日オンライン出版) は、急激に展開したが荒々しくでは無い刺激を受けたシロイヌナズナにおいて、免疫応答を保持している幾つかの因子の遺伝子分析を報告している。RAR1という一つの分子はRタンパク質の蓄積を推進するが、SGT1というもう一つの分子はRAR1と作用し、RAR1の活性を中和する。感染した植物において、SGT1はもう一つの役割、つまりいくつかの病原体によるダメージを抑える細胞死の応答を制御している。 (An)

Antagonistic Control of Disease Resistance Protein Stability in the Plant Immune System
p. 929-932.

Rac上で分化(Differentiation on the Rac)

グアノシントリホスファターゼ(GTPases)のRhoファミリーの１つであるRac1は、細胞の多くのプロセスの多面的制御装置の一つであり、この中には細胞周期、細胞-細胞接着、運動性、上皮分化のキーとなる制御装置も含まれる。Aznar Benitahたち(p. 933; Dotto and Cotsarelisによる展望記事も参照)は、Rac1は哺乳類表皮の増殖区画中で発現されることを示した。マウス中では条件付でRac1を欠失させると、急激な細胞の一過性増殖が生じ、表皮幹細胞が枯渇し、それに対応した細胞分化が促進される。幹細胞区画への影響によって、Rac1はc-Mycの負の調節を通じて作用する。このようにRac1が下方制御されると、もはや細胞は基層(substratum)にしっかりとは固着しなくなる結果,幹細胞ニッチと、それに続く細胞分化からのシグナルが十分中継されなくなる。(Ej,hE)

Stem Cell Depletion Through Epidermal Deletion of Rac1
p. 933-935.

DEVELOPMENTAL BIOLOGY:
Rac1 Up for Epidermal Stem Cells
p. 890-891.

甘い関係（Sweet Relation）

細菌はタンパク質の糖鎖形成を行うが、糖鎖形成のメカニズムや空間的局在化は真核生物に比べてはるかに曖昧である。VanderVenたち（ｐ.941）は、原核生物のタンパク質糖鎖形成とSec輸送系の間の直接的な結びつきに関して記述している。Sec輸送系とは細菌における一次タンパク質の輸送メカニズムである。結核菌におけるタンパク質糖鎖形成に関する他の既知の見解に加えて、O-マンノシル化とSec輸送系の関係は真核生物のO-マンノシル化系、特によく研究されている発芽酵母におけるタンパク質のマンノシルトランスフェラーゼ系に対応している。このように、原始的な原核生物は真核生物に存在するものと類似のO-タンパク質糖鎖形成に対する系を持っている。(KU)

Export-Mediated Assembly of Mycobacterial Glycoproteins Parallels Eukaryotic Pathways
p. 941-943.

究極のグルコース・モニター(The Ultimate Glucose Monitor)

脳、特に視床下部は肝臓のグルコース産生を制御しているが、脳がグルコースのレベルを検知する細胞機構と分子機構は明らかになっていなかった。Lamたちはこのたび、ラットではこのプロセスには視床下部のグルコースの乳酸への変換が必要であること、それが次にピルビン酸の代謝とアデノシン三リン酸(ATP)産生を刺激していることを示した(p. 943)。ATPレベルの変化が、肝臓によるグルコース出力に関与しているとされているATP感受性のカリウム・チャンネルへの影響を介して、ニューロンの興奮性を制御している。(KF)

Regulation of Blood Glucose by Hypothalamic Pyruvate Metabolism
p. 943-947.

ニューロンの振動と脳イメージング(Neuronal Oscillations and Brain Imaging)

脳イメージング法は、血液の酸素負荷レベル-依存的(BOLD)な信号を測定することで、間接的にニューロン活性を検出する。Niessingたちは、光学的イメージング法で記録された血行力学的応答を調べ、それらを麻酔下にあるネコにおいて微小電極で記録したニューロン活性と比較した(p. 948)。BOLD応答は、局所性電場電位のγ- 周波数要素とはよく相関していたが、発火頻度とはほんの弱くしか相関していなかった。Mukamelたちは、神経外科の患者の聴覚皮質から得られた電気生理学的測定結果を、同一の感覚性刺激下で意識のあるヒトから得られた機能的磁気共鳴映像法(fMRI)による信号と比較した(p. 951)。fMRI測定結果と単一ユニットの活性の間には、持続的なカップリングが観察された。つまり、fMRI信号は複雑な自然の刺激の最中におけるヒトの皮質性ニューロンの発火頻度を反映している。(KF)

Hemodynamic Signals Correlate Tightly with Synchronized Gamma Oscillations
p. 948-951.

Coupling Between Neuronal Firing, Field Potentials, and fMRI in Human Auditory Cortex
p. 951-954.

結局のところ電子は表面に存在する(Electrons Surf After All)

バルクな水和電子を調べる実験モデルとして、電荷を帯びた水のクラスターが用いられている。この水和電子は放射線ダメージや他の還元プロセスとかかわりを持っている。しかしながら、研究者たちは、このクラスターが表面でこの過剰電子と結合しているのか、或いはバルクな構造により類似したキャビティの中に過剰電子を包み込んでいるのかどうかを悩んでいる。Turiたち（p.914）は、20〜200個の間の水分子からなるアニオン性クラスターのシミュレーションを行った。その計算において、水は古典物理学で、過剰電子は量子力学的に取り扱っている。彼らは、200個以下の水分子では表面結合状態が主であり、クラスターのサイズに対するシミュレーションによる電子吸収スペクトルや運動エネルギー、及び半径の変化は実験で観測されたものと一致していることを見出した。それ故に、実験上での小さなクラスターの研究では表面-結合型の電子が関与している可能性がある。（KU）

Characterization of Excess Electrons in Water-Cluster Anions by Quantum Simulations
p. 914-917.

最小の接近（The Slightest Nudge）

粒子をマトリックス中にランダムに付与していくと、最終的にはパーコレーションネットワーク形成するような濃度に達する。例えば、導電性物質において、パーコレーションネットワークの形成は電気抵抗の急激な変化として現れてくる。驚くべきことではないが、細長い、あるいは棒状の粒子は球状粒子よりも低いパーコレーションの閾値を持っている。Vigoloたち(p.920)はカーボンナノチューブの水性分散液を研究しており、そこではナノチューブの表面に吸着しているイオン性界面活性剤の分子により電荷が安定化されている。棒と棒の非常に弱い相互作用においてさえも、パーコレーションの閾値はかなり低下した。(KU)

An Experimental Approach to the Percolation of Sticky Nanotubes
p. 920-923.

調節性ネットワーク好気性(Regulatory Network Aerobics)

ほとんどの酵母種ははっきりした好気性菌であるが、酵母(S. cerevisiae)は嫌気的に成長することを好む。Ihmelsたちは、この違いが転写調節のレベルで見られることを示している(p. 938)。カンジダ白色体(好気性菌の1つ)におけるミトコンドリアのリボソームタンパク質(MRP)をコードしている遺伝子の発現レベルは、細胞質のリボソーム・タンパク質をコードする遺伝子と強く相関していた。この状況は、S. cerevisiaeにおいて生じるのとは対照的なもので、カンジダ白色体MRP遺伝子のプロモータにおいてのみ発見されているあるモチーフ(AATTTT)による可能性がある。このモチーフは、全ゲノム複製イベントに先立ってS. cerevisiae系列から分岐したすべてのゲノムにおいて過剰に表現されており、好気的にしか成長しない種に一致している。(KF)

Rewiring of the Yeast Transcriptional Network Through the Evolution of Motif Usage
p. 938-940.

カルボキシソームの構造についての洞察(Structural Insights into the Carboxysome)

カルボキシソームとは、炭素固定化反応に関わる酵素を封鎖するタンパク質シェルからなる細菌性の微小区画(microcompartment)である。Kerfieldたちは2つのカルボキシソーム・シェルタンパク質の結晶構造を決定し、ある種のウイルス性キャプシドと同様に、六量体ユニットがこの多角体シェルの基本的な構成ブロックであることを示している(p. 936)。六量体のシートは、構成ブロックが構築される方法を示唆する。中心の孔と六量体間のギャップは正の電荷を帯び、シェル間の分子輸送の調節に関与している可能性がある。(KF)

Protein Structures Forming the Shell of Primitive Bacterial Organelles
p. 936-938.