[前の号][次の号]

Science November 21, 2003, Vol.302

量子カスケード発光デバイス（Quantum Cascade Uplighter）

量子カスケードレーザの発光波長は量子井戸構造を注意深くデザインすることに よって中赤外帯の発光構造で、平面内のみに放射するようにすることができる。こ のようなレーザは、光が表層を通っていくのであれば集積オプトエレクトロニクス と化学のセンサとしての応用に有用であろう。 Colombelliたち(p. 1374; Tredicucciによる展望記事参照)は、調整可能な光学特性を有するフォトニック結晶 の性質と量子カスケードレーザの設計可能性を結びつけ、デバイス表面を通る光を 放射する電子的にポンピングされるマイクロキャビティ・レーザを作った。 (hk)
PHYSICS:
Marriage of Two Device Concepts
   Alessandro Tredicucci
p. 1346-1347.
Quantum Cascade Surface-Emitting Photonic Crystal Laser
   Raffaele Colombelli, Kartik Srinivasan, Mariano Troccoli, Oskar Painter, Claire F. Gmachl, Donald M. Tennant, A. Michael Sergent, Deborah L. Sivco, Alfred Y. Cho, and Federico Capasso
p. 1374-1377.

分子エレクトロニクスにおける接続（Making Connection in Molecular Electronics）

シリコンナノワイヤやカーボンナノチューブを精度良く配列させ、それらを選択的 に接続させる技術が進歩すれば、ナノデバイス応用への可能性がひらけるであろ う（Serviceのニュース記事参照）。 期待されるデバイス様式の一つとしてクロス バーアレイ（crossbar array）があげられる。クロスバーアレイとは、平行したナ ノワイヤ列の個々の出力をそれらと直行したナノワイヤ列が制御するデバイスであ るが、これを実現するためにはそれぞれの制御ワイヤが１本の出力ワイヤにのみ作 用するようにしなければならない。Zhong等は（p. 1377）SiO2で被覆 されたシリコンナノワイヤからなるクロスバーアレイにおいて、リソグラフィーと 塩化テトラエチルアンモニウム表面処理により選択的に接続させ、ゲート電圧1.5 Vで動作するトランジスタを実現した。さらに2ラ2クロスバーアレイを作製し、それ ぞれの出力を独立に制御することに成功した。また、Keren等(p.1380)は,斗ochDNA 鋳型法媒により室温で動作するカーボンナノチューブ電界効果型トランジスタの作 製に成功した。彼等は生体分子で修飾された基板とカーボンナノチューブ間の分子 認識を利用してカーボンナノチューブの位置制御を行い、さらに独自に開発した電 極作製法によりトランジスタを作製した。(NK)
DNA-Templated Carbon Nanotube Field-Effect Transistor
   Kinneret Keren, Rotem S. Berman, Evgeny Buchstab, Uri Sivan, and Erez Braun
p. 1380-1382.
Nanowire Crossbar Arrays as Address Decoders for Integrated Nanosystems
   Zhaohui Zhong, Deli Wang, Yi Cui, Marc W. Bockrath, and Charles M. Lieber
p. 1377-1379.
MOLECULAR ELECTRONICS:
Nanodevices Make Fresh Strides Toward Reality
   Robert F. Service
p. 1310.

加熱し振動する(Bake, Then Shake)

相変化はピコ秒単位で発生しており、個別の原子が再配列するメカニズムに対する 精細な探査はいま始まったばかりである。Siwickたち(p.1382; von der Lindeによ るカバー記事と展望記事参照)は、超高速レーザーパルスにより実時間でのアルミニ ウムの融解を観察した。そのエネルギーが試料に吸収された後、相変化は熱力学的 な構造変化を経て進行し、過熱された試料は振動して分離した。3.5ピコ秒以内で、 そのＸ線回折パターンは液体アルミニウムの１つの特性へと変化した。(TO)
MATERIALS SCIENCE:
A Picosecond View of Melting
   Dietrich von der Linde
p. 1345-1346.
An Atomic-Level View of Melting Using Femtosecond Electron Diffraction
   Bradley J. Siwick, Jason R. Dwyer, Robert E. Jordan, and R. J. Dwayne Miller
p. 1382-1385.

電気的活性をシナプス樹状突起の形態変化へ(From Electrical Activity to Dendritic Spine Morphology)

新しい遺伝子発現を含めて活性ー依存性のシナプスの再造形は、持続性のあるシナ プス変形にとって重要であると信じられている。可塑性誘発後のシナプスの再造形 にはキーとなる細胞骨格と足場となるタンパク質複合体の分解と再編成が含まれ る。PakとSheng(p．1368;MayerとBroseによる展望記事参照)は、電気的活性を樹状 突起の形状変化に結びつける重要な信号カスケードの要素を調べた。活性ー誘発性 のキナーゼであるSNKが、シナプスの突起に移動してリン酸化を引き起こし、引き続 いてシナプス後肥厚部(postsynaptic density：PSD)中のキータンパク質であるSPAR の分解をもたらす。このようなSPARの欠損が、その後で樹状突起の分解に導 く。(KU)
NEUROSCIENCE:
SPARring with Spines
   Guido Meyer and Nils Brose
p. 1341-1344.
Targeted Protein Degradation and Synapse Remodeling by an Inducible Protein Kinase
   Daniel T. S. Pak and Morgan Sheng
p. 1368-1373.

タンパク質の新しい折りたたみ構造を作る(Making New Protein Folds)

タンパク質の設計に関する主要なゴールは、自然界では見出されていないタンパク 質の折りたたみ構造を含めて予測可能な三次元構造をもつタンパク質を正確に作る ことである。Kuhlmanたち(p. 1364;Jonesによる展望記事参照)は、この方向に沿っ ての大きな前進を成し遂げている。配列の設計と構造的予測を繰り返し行うという 完全に自動化された設計手法を用いて、彼らは新たな折りたたみ構造を作り、彼ら がTop7と呼ぶ93個のアミノ酸残基を有するα／βタンパク質を得た。2.5オングスト ロームの分解能で決定されたその結晶構造は設計モデルと極めて似ていた。(KU)
STRUCTURAL BIOLOGY:
Learning to Speak the Language of Proteins
   David T. Jones
p. 1347-1348.
Design of a Novel Globular Protein Fold with Atomic-Level Accuracy
   Brian Kuhlman, Gautam Dantas, Gregory C. Ireton, Gabriele Varani, Barry L. Stoddard, and David Baker
p. 1364-1368.

単純疱疹ウイルスを見る(Looking at Herpes)

普通の巨大分子複合体についての研究は著しく進歩してきたが、普通ではない pleiomorphicな(異なった条件下で違った形状を示す)複合体の詳細な分析は難しい ままにとどまっている。単純疱疹ウイルスは、ほんとうに巨大な複合体を代表す る(DNAやリピッド同様、質量では500メガドルトン以上であり、7000個以上のタンパ ク質分子を含んでいる)ものであって、標準的な構造解析では扱えないものであっ た。Gruenewaldたちは、このウイルスの構造を低温電子断層撮影法を用いて撮影し た(p. 1396)。その画像は、ウイルス粒子の下部構造、すなわちヌクレオカプシドや tegumentや外被の詳細な組織を、5.5から6.3ナノメートルの分解能で明らかにする ものであった。(KF) 　
Three-Dimensional Structure of Herpes Simplex Virus from Cryo-Electron Tomography
   Kay Grünewald, Prashant Desai, Dennis C. Winkler, J. Bernard Heymann, David M. Belnap, Wolfgang Baumeister, and Alasdair C. Steven
p. 1396-1398.

絶滅を徹底的に調べる(Digging into Extinctions)

過去の絶滅の出来事をよりはっきりと理解できるようにする2つの鉱物学上、および 地球化学上な証拠を示す2つの報告(Kerrによる関連記事参照)がある。過去にあった 小惑星衝突については多くの証拠が存在するが、隕石は、白亜紀-第三紀境 界(Cretaceous-Tertiary Boundary)をなす深海の堆積から見つかった１つのコンド ライト（球粒隕石）を含む、わずかの堆積岩の中でしか発見されていない。Basuた ち(p.1388)は、南極大陸における二畳紀・三畳紀境界(Permian-Triassic boundary) と推定されるところで見つかった2つの岩石標本中より100mmに達する数ダースの隕 石粒を取り出した。その隕石粒は、ほとんど変質していないマグネシウムに富むラ ンカン石(olivine)や輝石(pyroxene)、そして鉄に富む金属を含んでいる。この鉱物 の共存関係とその組成は、地球上に存在するいかなる起源のものとも一致しない が、コンドライトを起源とするものとは一致する。これらの隕石粒がベルム紀・ト リアス紀境界の劇的かつ突然に起こった生物の絶滅と関係していたかどうか依然あ いまいであるが、興味深い一致である。洪水玄武岩(Flood basalts)、膨大な火山の 噴出によって形成された火成岩区(igneous provinces)は、200万立方キロメートル 以上の体積(地中海の体積の半分以上)に達しうる。これらの構造が出来上がるとき にはおそらく大量のCO2を大気に放出するため、気候に影響したにちが いない。しかし、これらの岩石区の放射性炭素年代測定が不確かであることより、 年代が曖昧であった。もう一つは、RavizzaとPeucker-Ehrenbrink(p.1392)によって 明らかにされたもので、白亜紀-第三紀境界より数10万年先立つ温暖化現象とデカ ン(Deccan)火山活動とを関係付けるデカントラップ洪水玄武岩(Deccan Trapflood basalts)のオスミウム同位体の記録を提示した。(TO) 　　
Chemostratigraphic Evidence of Deccan Volcanism from the Marine Osmium Isotope Record
   G. Ravizza and B. Peucker-Ehrenbrink
p. 1392-1395.
Chondritic Meteorite Fragments Associated with the Permian-Triassic Boundary in Antarctica
   Asish R. Basu, Michail I. Petaev, Robert J. Poreda, Stein B. Jacobsen, and Luann Becker
p. 1388-1392.
MASS EXTINCTION:
Has an Impact Done It Again?
   Richard A. Kerr
p. 1314-1316.

集団のサイズとゲノムの複雑性(Population Size and Genomic Complexity)

順応は進化における第一義的な力であると考えられてきた。LynchとConeryは、ゲノ ムの複雑さの進化が、集団の効率的なサイズに依存した、より受動的なプロセスを 表しているのではないか、という仮説を立てた(p. 1401)。40以上の系統的に多様な 種から得られたヌクレオチド変異データを用いて、彼らは、原核生物から脊椎動物 になるにつれて、効率的な集団サイズが小さくなっていくことを観察によって見出 した。この観察結果から、著者たちは、真核生物における細胞の大きさと数の拡大 が、集団サイズの縮小をもたらし、これによって、それまでのとてつもなく数が多 い微生物の集団では不可能であったタイプのゲノム進化を促進している、と示唆す るに到った。移動性要素の拡大やイントロンのサイズと数、さらには複製された遺 伝子の半減期などを調べてみると、それらはこの理論と矛盾なく整合してい る。(KF)
The Origins of Genome Complexity
   Michael Lynch and John S. Conery
p. 1401-1404.

モーターなしで移動（Movement Without Motors）

アメーバ様細胞が移動するためには、先端部分を突出させ、そして後ろ側に引きず られている細胞体を収縮させる必要がある。移動システムの解析により、先端部分 の突出はアクチンフィラメントが重合して、そして束ねられることにより生じるこ とが示された。しかしながら、細胞体を収縮させるメカニズムについては、適切な in vitroモデルシステムが存在しないため、研究することが困難であった。Miaoた ち（p. 1405；MogilnerとOsterによる展望記事を参照）は、線虫、Ascaris suumの 精子の運動性装置を使用して、収縮現象をin vitroで再構成した。主要精子タンパ ク質（MSP）に基づく細胞骨格を有するこのシステムは、以前に、はい回る真核細胞 のアクチンに基づく突出と同様な突出を再構成するために使用されたものであ る。Yersinia enterocolyticaのチロシンホスファターゼ（YOP）を細胞を含まない 精子抽出物に添加したところ、MSP運動性装置の収縮が引き起こされた。収縮は、細 胞骨格の分解および再構成により主として生じた。このように、突出に関しては、 細胞骨格の集合と分解により、従来から知られている分子モーターの補助なしで収 縮を引き起こすことができる。（NF）
CELL BIOLOGY:
Enhanced: Shrinking Gels Pull Cells
   Alex Mogilner and George Oster
p. 1340-1341.
Retraction in Amoeboid Cell Motility Powered by Cytoskeletal Dynamics
   Long Miao, Orion Vanderlinde, Murray Stewart, and Thomas M. Roberts
p. 1405-1407.

カルシウム移行の矛盾（Contradictory Calcium Entry）

カルシウムイオンは、電位依存型チャンネル（いわゆるL-型チャンネル）を介して 筋肉細胞中に入り、そして筋肉収縮を引き起こす。しかしながら、別のチャンネル （α1HT-型カルシウムチャンネル）を欠損したマウスの解析において、Chenた ち（p. 1416）はここで、T-型カルシウムチャンネルを介して細胞に入るカルシウム は、反対の作用をしそして平滑筋の弛緩および冠動脈の拡張を引き起こすことがで きることを示した。T-型チャンネルは、大きな伝導性を有するカルシウム-感受性カ リウムチャンネルに影響を与えることにより機能している可能性があり、心臓血管 系疾患を治療するための潜在的な新しい標的を提供する。（NF）
Abnormal Coronary Function in Mice Deficient in alpha 1H T-type Ca2+ Channels
   Chien-Chang Chen, Kathryn G. Lamping, Daniel W. Nuno, Rita Barresi, Sally J. Prouty, Julie L. Lavoie, Leanne L. Cribbs, Sarah K. England, Curt D. Sigmund, Robert M. Weiss, Roger A. Williamson, Joseph A. Hill, and Kevin P. Campbell
p. 1416-1418.

精神疾患のかなめ（Central Lynch Pin in Psychosis

統合失調症などのいくつかの精神障害の原因を突き止めるのは非常に困難であった が、これはおそらくそのような患者の脳内において多数の神経伝達物質システムが 異常を起こしているためであろう。この見かけの複雑性は、これらの伝達物質のそ れぞれが、疾患のネガティブな症状を引き起こす、共通の下流経路を活性化するた めである可能性がある。様々な伝達物質経路を活性化する薬物（アンフェタミ ン、LSD、およびPCP）を注射したマウスは全て、精神疾患のようなの症状を示し た。Svenningssonたち（p. 1412）は、特異的部位でのタンパク質DARPP-32のリン酸 化が、それぞれの薬物がこれらの作用を有するために必要とされるものであること を示した。DARPP-32をリン酸化する能力をもたないマウスは、これら3種の薬物に反 応して精神疾患のような行動を示すことがなかった。（NF）
Diverse Psychotomimetics Act Through a Common Signaling Pathway
   Per Svenningsson, Eleni T. Tzavara, Robert Carruthers, Ilan Rachleff, Sigrid Wattler, Michael Nehls, David L. McKinzie, Allen A. Fienberg, George G. Nomikos, and Paul Greengard
p. 1412-1415.

地下の出来事(Notes on the Underground)

全世界的な炭素のバランスの正確な予測は、多くの測定が困難な要因に依存してお り、その1つに木々の細根(fine roots)の寿命がある。細根は、約1年の平均回転時 間という仮説の元で、森林の純一次生産性の3分の2を占めると推測されている。し かし、この仮説は議論の余地が有り、そして森林の生産性の計算はその回転時間の 値に依存していることから重要である。Matamalaたち(p.1385; Trumbore と Gaudinskiによる展望記事参照)は、13Cで標識つけられたCO2が与えられて成長した 木の根の炭素同位体組成を測定することにより、細根の回転時間推定を報告する。 その平均持続時間は1年よりはるかに長く、そして、異なる種の細根は大きく異なる 平均寿命を持つ。これらの発見は、過去の研究は純一次生産性そして森林の生態系 における潜在的な土壌炭素の貯留を過大評価していたかも知れないことを示してい る。(TO)
ATMOSPHERIC SCIENCE:
The Secret Lives of Roots
   Susan E. Trumbore and Julia B. Gaudinski
p. 1344-1345.
Impacts of Fine Root Turnover on Forest NPP and Soil C Sequestration Potential
   Roser Matamala, Miquel A. Gonzàlez-Meler, Julie D. Jastrow, Richard J. Norby, and William H. Schlesinger
p. 1385-1387.

tRNA遺伝子ファミリの核小体のクラスタ形成(Nucleolar Clustering of tRNA Gene Families)

遺伝子発現時の核内組織化の役割について分かっている遺伝子は非常に少ない。そ の最適例として、リボゾーム構築が行われる核小体におけるタンデムに反復してい るリボゾームRNA (rRNA)遺伝子がある。核小体において、初期のプレ転移 RNA(pre-tRNA)処理活動といくつかのpre-tRNA中間体も核小体に集中するにもかかわ らず、tRNA遺伝子はゲノムの中に広く分布されている。Thompsonたち(p. 1399)は、 核小体のすぐ近くに5つのisoacceptor tRNA遺伝子ファミリも物理的にクラスタ形成 することを示している。クラスタ形成は、RNAポリメラーゼIIIの転写に依存するの で、核小体はpolIIIの転写工場であることを示している。(An)
Nucleolar Clustering of Dispersed tRNA Genes
   Martin Thompson, Rebecca A. Haeusler, Paul D. Good, and David R. Engelke
p. 1399-1401.

ニューロン時計を正確にする(Keeping Neuronal Clocks in Time)

視交差上核(SCN)という脳の領域における数百のニューロンは、哺乳類の中心概日時 計を形成するが、この時計は明暗のサイクル中の生物学的プロセスと行動のリズム を制御する。各ニューロンは、機能的な分子時計を表しているが、全てのニューロ ンは共同で、ひとつのペースメーカとして活躍する。Yamaguchiたち(p 1408)は、細 胞性リズムの組織化を直接観察した。かれらは、トランスジェニックマウスのSCNに おける生物発光マーカーの発現を可視化し、時計の中心部分の局所性転写を観察し た。遺伝子発現は、SCNにおいて空間的に組織化され、リアルタイムでは背側から腹 側への波としてみられた。この共時性を協調する細胞間連絡は、ニューロンの集ま りにおける時間と空間の秩序を守る電気信号を利用する。(An)
Synchronization of Cellular Clocks in the Suprachiasmatic Nucleus
   Shun Yamaguchi, Hiromi Isejima, Takuya Matsuo, Ryusuke Okura, Kazuhiro Yagita, Masaki Kobayashi, and Hitoshi Okamura
p. 1408-1412.
[前の号][次の号]