hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
学習に基づく機能的電気刺激のための遊脚期検出システムの開発

機能的電気刺激(FES)は,脳卒中や脊髄損傷などにより損なわれた運動機能に対し電気刺激を用いて各麻痺した筋肉を収縮させ動作を再建させる先端医療である.FESによる片麻痺下垂足歩行の再建では,踵部に装着したフットスイッチで歩行遊脚期を検出し,足首の背屈運動に重要な前脛骨筋を刺激しリハビリを行っている.本研究では,フットスイッチによる遊脚期のタイミング情報を得ることの代替えとして,片麻痺患者の膝蓋腱上に慣性センサとして3軸加速度センサおよび1軸ジャイロセンサを装着し,それらのセンサ情報とパターン解析が得意なNeuralNetworkを組合わせることで,歩行中の遊脚期情報を推定するシステムを開発し,歩行再建における新しいFESシステムを提案した.機能的電気刺激(FES)は,脳卒中や脊髄損傷などにより損なわれた運動機能に対し電気刺激を用いて各麻痺した筋肉を収縮させ動作を再建させる先端医療である.FESによる片麻痺下垂足歩行の再建では,踵部に装着したフットスイッチで歩行遊脚期を検出し,足首の背屈運動に重要な前脛骨筋を刺激しリハビリを行っている.本研究では,フットスイッチによる遊脚期のタイミング情報を得ることの代替えとして,片麻痺患者の膝蓋腱上に慣性センサとして3軸加速度センサおよび1軸ジャイロセンサを装着し,それらのセンサ情報とパターン解析が得意なNeuralNetworkを組合わせることで,歩行中の遊脚期情報を推定するシステムを開発し,歩行再建における新しいFESシステムを提案した.脳卒中の後遺症として片麻痺が残る場合,歩行時に足のつま先を上げることができない下垂足を生じる.この下垂足に対する歩行再建法として,機能的電気刺激(FES)を用いた筋制御法によってつま先を引き上げ,歩行障害を改善する方法がある.従来,このFESにおける遊脚期のタイミングの識別は,足底に装着した接触型センサのON/OFFフットスイッチによって行われていた.そこで,患者側の足底の違和感や電気コード類の巻き付けを取り除くために,接触型センサの代替えとして,本研究では非接触型センサである3軸の加速度センサ,ジャイロセンサを膝下部に取り付け,それらのセンサ情報とパターン解析が得意なニューラルネットを組み合わせることで,歩行中の遊脚期情報を推定し,FESのための新しいスイッチング技術を試みた.H22年度の研究は,3軸加速度センサ,ジャイロセンサを被験者膝部付近に装着し,また,ニューラルネットワークに用いるときの教師信号の情報として,足の踵にフットスイッチを設置し,これらのセンサ情報を収集するシステムを構築した.その結果,3軸加速度センサおよびジャイロセンサを入力,フットスイッチを教師信号として,ニューラルネットワークの学習機能を利用して膝関節のセンサー情報から遊脚期を推定することができた.脳卒中の後遺症として片麻痺が残る場合,歩行時に足のつま先を上げることができない下垂足を生じる.この下垂足に対する歩行再建法として,機能的電気刺激(FES)を用いた筋制御法によってつま先を引き上げ,歩行障害を改善する方法がある.従来,このFESにおける遊脚期のタイミングの識別は,足底に装着した接触型センサのON/OFFフットスイッチによって行われていた.そこで,患者側の足底の違和感や電気コード類の巻き付けを取り除くために,接触型センサの代替えとして,本研究では非接触型センサである3軸の加速度センサ,ジャイロセンサを膝下部に取り付け,それらのセンサ情報とパターン解析が得意なニューラルネットを組み合わせることで,歩行中の遊脚期情報を推定し,FESのための新しいスイッチング技術を試みた.平成24年度に開発予定のニューラルネットワークによる学習アルゴリズム部分の設計は,制御系設計支援ソフトMatlabを利用し計算したものである.このソフトウエアは学術的には多くの分野で利用されているソフトウエアであるが,一般的なソフトウエアでは無いうえ,個人的な導入は難しく,あまり汎用性も無くコスト高である.従って,出来るだけ患者自身でも簡単に調整が利き,学習機能を搭載したシステムとして患者に提供するために,学習機能部分もC言語で設計予定である.また,これまで開発したシステムをさらなる実用化のためにコンパクト化し,患者さんの立場に立ち,負荷にならず使い勝手がよく,さらに,歩行周期の推定の精度が向上するようなシステムになるように取り組む.脳卒中の後遺症として片麻痺が残る場合,歩行時に足のつま先を上げることができない下垂足を生じる.この下垂足に対する歩行再建法として,機能的電気刺激(FES)を用いた筋制御法によってつま先を背屈させ,歩行障害を改善する方法がある.従来,このFESにおける遊脚期のタイミングの識別は,足底に装着した接触型センサのON/OFFフットスイッチによって行われていた.そこで,患者側の足底の違和感や電気コード類の巻き付けを取り除くために,接触型センサの代替えとして,本研究では慣性センサである3軸の加速度センサ,ジャイロセンサを膝下部に取り付け,それらのセンサ情報とパターン解析が得意なニューラルネットを組み合わせることで,歩行中の遊脚期情報を推定し,FESのための新しいスイッチング技術を試みた.その結果,開発した遊脚期検出システムは,慣性センサの情報のみで,接触センサと同等に機能し遊脚期の状況を判断することが可能であることが確かめられた.健常者における,平坦な場所での歩行実験では,識別エラーもほとんどなく,遊脚期開始時期および遊脚期終了時期における認識遅れ時間は,約0.1sec前後であり,機能的に接触センサであるフットスイッチに劣ることなく,十分に代替えできることが明らかになった.また,実用化に向けたコンパクト化も電子基板のエッチングにより配線レス化し,ウエストポーチサイズに収納し患者の負担のならない程度にシステムの開発を行った.

開発した遊脚検出期システムは,健常者に応用した場合,通常歩行あるいは下垂足を想定した模倣歩行における遊脚期,つまり,つま先が上がった状態を十分に検出できる状態にあり,実際の患者に適用しても,遊脚期の状態を検出できる期待が大きい.よって,おおむね順調に研究は進展していると考える.24年度が最終年度であるため、記入しない。現状のシステムは概ね,健常者に対しては,良好な歩行周期の検出が可能となっている.また,健常者による下垂足患者を模倣した歩行による,歩行周期も概ね良い検出結果が得られている.しかしながら,片麻痺の患者さんの歩行は一様ではなく,麻痺度や患者個人の癖により様々な歩行スタイルがあり,全ての患者に適用できるのかどうかという難しさが挙げられる.今年度は,できるだけ多くの患者に適応して,その都度,フィードバックしてプログラムやハードウエアを改良し,多くのスタイルの歩行に適用できるように改善を図っていくことを考えている.場合によっては,現在,3軸の加速度センサーは膝下あたりに装着されているが,センサの装着位置やジャイロセンサーの設置数を増やすなど改良改善を重ねていきたいと考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。
新規抗癌剤探索を目指した直鎖状ユビキチン識別プローブの作製と活用

NF-κBシグナルは、細菌やウイルス感染に応答して、免疫制御や炎症応答に重要な役割を果たします。私たちは、ユビキチンという分子を直鎖状に連結する酵素(LUBACと命名)を見出し、LUBACがNF-κBシグナル活性化に必須であることを同定しました。また、直鎖状ユビキチンに選択的に結合するタンパク質ドメイン(A20 ZF7)を発見しました。今回、これを利用して細胞の直鎖状ユビキチン生成変動や直鎖状ユビキチン鎖に選択的に結合する化合物の探索に応用できることを明らかにしました。ユビキチン修飾系は、タンパク質分解やシグナル伝達など多彩な細胞機能制御に関与し、その不全は癌、自己免疫疾患、炎症性疾患など多くの病態発症に関連する。申請者らはユビキチンのN末端を介する新規直鎖状ポリユビキチン鎖を生成するユビキチンリガーゼ(LUBAC)を同定した。さらに、LUBACが炎症や免疫応答に重要な転写因子であるNF-κBシグナル経路を制御することを見いだした。そして最近、我々は脱ユビキチン化酵素のA20が7番目のZnフィンガー(ZF7)領域を介して直鎖状ユビキチンに特異的に結合することでLUBAC活性を抑制し、その不全がB細胞リンパ腫発症に関連することを示した。本研究では、この特異的結合性を応用して直鎖状ユビキチン鎖を検知するプローブを構築し、細胞内定量法や基質の同定を行うとともに、直鎖状ユビキチン鎖を標的として、新規抗癌剤候補をスクリーニングするための基礎技術を確立することを目指している。平成25年度は、A20 ZF7分子プローブとして、直鎖状に連結した2分子のユビキチン(ジユビキチン)及び4分子のユビキチン(テトラユビキチン)との結合を特異的にモニターするアッセイ系を構築した。この系を活用することで阻害剤探索が可能になった。また、細胞内にA20 ZF7のタンデムリピート体を発現させると、炎症性サイトカインであるTNF-αによって誘導されるNF-κB活性化の抑制を導くことから、直鎖状ユビキチン鎖にA20 ZF7が結合することでNF-κBシグナルに阻害的に働くことが明らかになった。タンパク質のユビキチン化は、時空間特異的な翻訳後修飾の一種で、ユビキチン分子間の結合様式によってタンパク質分解、DNA修復、シグナル伝達、エンドサイトーシスなど多彩な細胞機能を制御する。我々は、ユビキチンのN末端Met1を介する新規「直鎖状ポリユビキチン鎖」を生成するユビキチンリガーゼ(LUBAC)を同定し、LUBACが炎症や免疫応答に重要な転写因子であるNF-κBシグナル経路の活性化を特異的に導くことを見いだした。LUBACの機能不全は癌、自己免疫疾患、炎症性疾患など多くの病態発症に関連する。さらに我々は、脱ユビキチン化酵素であるA20は、7番目のZnフィンガー(ZF7)領域を介して直鎖状ユビキチンに特異的に結合することでLUBAC活性を抑制すること、その機能不全がB細胞リンパ腫発症に関連することを示した。現在のところ、直鎖状ユビキチン鎖特異的プローブとして利用できるセンサーは、A20 ZF7に加えてNEMOのUBANドメイン、HOIL-1LのNZFドメインの3種である。そこで本研究で我々は、これらの直鎖状ユビキチン特異的認識ドメインをセンサープローブとして用い、アルファスクリーン法によって直鎖状ユビキチン鎖とA20 ZF7を用いて、相互作用解析法の構築を行った。さらに、その結合を抑制する物質を、9600種の化合物ライブラリーから探索し、濃度依存的に阻害活性を示す化合物を複数種選択した。医化学一般平成25年度の研究実施計画に予定した「直鎖状ユビキチン検出プローブの作出と細胞レベルでの応用」という課題のうち、プローブの作製に成功し、実際に直鎖状ユビキチン鎖を特異的に検出する基礎技術が構築できた。また、細胞レベルでもNF-κB活性阻害効果の検出に成功している。一方、実施を予定していた細胞内でのライブイメージングは良好な解析結果を得ることができておらず、今後の検討を要する。直鎖状ユビキチン鎖検出プローブの病理組織への展開各種刺激下における直鎖状ユビキチン化タンパク質の検索。MEF-A20-ZF7x3をプローブとして、LPSなど病原体認識パターンや紫外線・放射線刺激によるDNA損傷に起因するNF-κB活性化経路など各種刺激下で活性化するNF-κB経路において直鎖状ユビキチン化される基質タンパク質を同定する。また、癌や炎症性疾患、自己免疫疾患由来の組織中で直鎖状ユビキチン化される基質タンパク質の解析を行い、新規タンパク質に関してはユビキチン化部位を質量分析にて同定するとともに、生理的な役割の解明を行う。

(2)GFP-A20-ZF7x3を用いた直鎖状ユビキチン産生の数理解析への応用。NF-κBシグナルは振動することが知られている。NF-κBの細胞質-核内移行の振動と直鎖状ユビキチン産生の速度解析とを比較することにより、NF-κBシグナルのオシレーション機構に新たな数理モデルを構築する。(3)細胞内直鎖状ユビキチン定量系構築と創薬スクリーニングへ向けた条件検討。平成25年度の成果を発展させ、高感度で定量性の高いELISA系を構築し、病原体認識パターンなど各種刺激時のみならず、病理組織での直鎖状ユビキチン産生量を定量し、疾患との連関を探る。また、B細胞リンパ腫を想定した新規抗癌剤や抗炎症性疾患薬開発に向けて、直鎖状ユビキチンとプローブタンパク質との結合を阻害する低分子化合物のスクリーニングに着手する。
巨大圧電特性発現のための第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の開発

巨大圧電特性を発現する新規無鉛材料の設計・開発を支援するため,均質化法に基づいた第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の構築を目的とした.巨大圧電特性発現の鍵は,複数の結晶構造が互いに相転移可能な状態で共存することで,微視構造における分極回転(ドメイン・スイッチング)が容易に生じ巨視的に優れた機能を発現するモルフォトロピック相境界にある.そこで,共存可能な結晶構造の特定,結晶物性の評価,結晶状態のエネルギー判定に第一原理計算を適用し,微視構造における相転移および分極回転挙動と巨視非線形挙動の連成解析に均質化法を採用して,数値解析主導の新規材料発見を実現する先進的な解析法を開発した.本研究では,巨大圧電特性を発現する新規無鉛材料の設計・開発を支援するため,均質化法に基づいた第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の構築を目的とする.巨大圧電特性発現の鍵は,複数の結晶構造が互いに相転移可能な状態で共存することで,微視構造における分極回転(ドメイン・スイッチング)が容易に生じ巨視的に優れた機能を発現するモルフォトロピック相境界にある.平成26年度は,第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の構築を目的として,均質化法に基づいた定式化および第一原理計算に基づいた結晶状態判定法の開発に着手し,これらを組み込んだ解析プログラムの開発を開始した.具体的には,構造相転移や分極回転により結晶構造および方位が変化した場合,材料物性が大きく変化することから,これらを考慮した増分形構成則を採用した.均質化理論に基づいて,変位増分および静電ポテンシャル増分の漸近展開式を導入し定式化した.導出したミクロおよびマクロ方程式は有限要素法により離散化し,これまでに開発したマルチスケール有限要素解析プログラムを基にして新たに本解析プログラムを開発している.上記の解析プログラムの開発と並行して,スパッタ薄膜による検証実験のための基礎データ収集と下部電極層の創製実験も開始した.予備調査によりスパッタ薄膜創製において緻密なターゲット組成調整が必要であると判明したため,ターゲット創製のための遊星ボールミルを購入し整備した.本研究では,巨大圧電特性を発現する新規無鉛材料の設計・開発を支援するため,均質化法に基づいた第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の構築を目的とする.巨大圧電特性発現の鍵は,複数の結晶構造が互いに相転移可能な状態で共存することで,微視構造における分極回転(ドメイン・スイッチング)が容易に生じ巨視的に優れた機能を発現するモルフォトロピック相境界にある.開発手法では,新規材料に対してモルフォトロピック相境界を特定した上で,複数の相が微視的に融合して巨視的に発現する特性の評価を実現する.平成27年度は,平成26年度の研究実績を踏まえて,第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法として,均質化法に基づいた定式化および第一原理計算に基づいた結晶状態判定法を組み込んだ解析プログラムを開発した.また,開発手法の検証のため,既存のチタン酸ジルコン酸鉛およびチタン酸バリウム系のペロブスカイト酸化物に対して,第一原理計算により結晶構造および物性を評価した上で,エネルギー計算結果に基づいて構築した熱力学エネルギー関数を用いて状態図を予測し,妥当性を確認した.さらに,昨年度に導入した遊星ボールミルを使用して薄膜創製用のターゲットを作成し,スパッタリング法によりチタン酸バリウム薄膜を創製して電界印加時の電荷および変位応答の同時測定によりヒステリシスおよびバタフライ特性評価を達成した.本研究は,有限要素解析,第一原理計算,検証実験の3つの項目に大別される.まず,有限要素解析については,これまでの研究成果である均質化法に基づいた定式化および第一原理計算に基づいた結晶状態判定法をマルチスケール解析プログラムに組み込んで,目的の機能を有する第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析プログラムを開発した.また,開発プログラムにより既存のチタン酸ジルコン酸鉛多結晶体のヒステリシスおよびバタフライ特性を解析し,その妥当性をおおむね検証した.今後もパラメータの修正や変更が必要であるが,当初計画していた開発手法の骨格は完成した.次に,第一原理計算においては,当初の計画に従って既存のチタン酸ジルコン酸鉛およびチタン酸バリウム系のペロブスカイト酸化物を対象として結晶構造および物性を評価し,係数同定した熱力学エネルギー関数に基づいて薄膜創製に必要な状態図を得た.また,得られた計算データは前述の有限要素解析にも問題なく使用できることを確認した.全エネルギーが僅差となる結晶相において一部ミス判定を伴うが主要な結晶相の判定は妥当であり,新規材料への応用が可能であると考える.さらに,検証実験においては,下部電極をPtバッファ層としたSi基板を用いて,スパッタリングによりチタン酸バリウム薄膜の創製も無事に終えた.

なお,スパッタ用のターゲットは昨年度に導入した遊星ボールミルを使用した.現状では,バタフライ特性においては変位が小さく創製条件改善の余地があるが,ヒステリシス特性においては十分な応答を計測できており,おおむね順調に進展している.本研究では,巨大圧電特性を発現する新規無鉛材料の設計・開発を支援するため,均質化法に基づいた第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の構築を目的とした.巨大圧電特性発現の鍵は,複数の結晶構造が互いに相転移可能な状態で共存することで,微視構造における分極回転(ドメイン・スイッチング)が容易に生じ巨視的に優れた機能を発現するモルフォトロピック相境界にある.そこで,共存可能な結晶構造の特定,結晶物性の評価,結晶状態のエネルギー判定に第一原理計算を適用し,微視構造における相転移および分極回転挙動と巨視非線形挙動の連成解析に均質化法を採用して,数値解析主導の新規材料発見を実現する先進的な解析法を開発した.すなわち,ドメイン・スイッチングと構造相転移に伴う物性値変化を考慮した増分形圧電弾性構成式を導入してスケール連成問題を定式化し,有限要素法による独自の解析プログラムを開発した.平成28年度は,開発したマルチスケール・マルチノンリニア解析法をエピタキシャル薄膜に適用し,強誘電性ヒステリシス応答に及ぼす優先配向方位の影響を明らかにしたほか,スパッタ薄膜による実験結果との比較により開発法の妥当性を確認した.巨大圧電特性を発現する新規無鉛材料の設計・開発を支援するため,均質化法に基づいた第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析法の構築を目的とした.巨大圧電特性発現の鍵は,複数の結晶構造が互いに相転移可能な状態で共存することで,微視構造における分極回転(ドメイン・スイッチング)が容易に生じ巨視的に優れた機能を発現するモルフォトロピック相境界にある.そこで,共存可能な結晶構造の特定,結晶物性の評価,結晶状態のエネルギー判定に第一原理計算を適用し,微視構造における相転移および分極回転挙動と巨視非線形挙動の連成解析に均質化法を採用して,数値解析主導の新規材料発見を実現する先進的な解析法を開発した.本研究は,有限要素解析,第一原理計算,検証実験の3つの項目に大別される.まず,有限要素解析については,平成26年度前半に構造相転移や分極回転により結晶構造および方位が変化した場合,材料物性が大きく変化することを考慮した増分形構成則を導入し,均質化法に基づいた定式化を計画の通りに終えた.後半には,これまでに変位ー電位連成問題に対して開発したマルチスケール有限要素解析プログラムに得られたミクロおよびマクロ方程式を反映し,目的とする第一原理マルチスケール・マルチノンリニアプログラムを開発中である.また,エネルギー放出密度増分に着目し,構造相転移と分極回転のいずれに対しても統一的に結晶状態を判定可能な方法を構築した.判定には第一原理計算より得た全エネルギーを使用する必要がある.今後は,構築した判定法を有限要素解析プログラムに組み込んで,不具合を修正しながら進める予定である.次に,第一原理計算において,ペロブスカイト酸化物を対象として非対称安定構造を解析した.具体的には,先行研究で発掘した無鉛圧電材料A(B,B')O3,(A,A')BO3,(A,A') (B,B')O3を対象とし,立方晶,正方晶,斜方晶,菱面体晶での自発分極や全エネルギーを評価し,エネルギー関数構築のための入力データを計画のとおり収集した.さらに,検証実験の準備として,スパッタ薄膜を成膜する下部電極層の結晶構造を検討し,平成26年度はSi/Auを対象としてスパッタ温度,圧力のデータを収集し,当初の計画を変更なく終えた.平成28年度は本研究プロジェクトの最終年度であることから,構築した第一原理マルチスケール・マルチノンリニア解析プログラムを新規材料へ適用し,巨大圧電特性を発現する新規無鉛材料の開発を目指す.これまでの第一原理計算において優位性が認められたチタン酸バリウムにカルシウムおよびジルコンを添加した複合ペロブスカイト酸化物から開始する.
消化管ホルモン・グレリンを用いた上部消化管術後QOL改善の総合的治療戦略

上部消化管術後(胃癌、食道癌)においては、体重減少、食欲不振などによりQOLが著しく阻害されている。近年我々はその本態が胃より分泌されるホルモン・グレリンの減少であることを明らかにした。本研究ではランダム化比較試験により、胃癌術後、食道癌術後に合成グレリンを投与することによりこれらの症状が改善されるか否かを検討した。体重減少、食欲は有意に改善されグレリンの臨床応用が強く示唆されることになった。経口摂取障害、体重減少は上部消化管癌手術に特異的かつ最も重篤な後遺症である。胃切除、胃管再建によるグレリンの低下がその主たる原因と考え、グレリンを補うことにより体重減少の抑制さらには体重の増加を期待すること目的している。胃全摘術後患者20名に対し、術後10日間のグレリン投与(3□g/kg1日2回)のランダム化比較試験を行った。グレリン投与群は食欲(VAS)、摂取カロリー、体重に於いてプラセボ群に優っていた。また体組成として脂肪は減少するが除脂肪体重は減少しにくい傾向を認めた。現在そのほかのホルモンなどのデータを集積中である。食道癌胃管再建患者についても同様の試験を行っている。食道癌術後はグレリンは胃全摘ほど低下しないが,体重減少はより高度であり、グレリン以外の原因の関与が考えられる。次年度中に終了し解析を行う。また胃切除後長期経過し体重減少を示す患者にグレリン投与で体重が回復するか否かの試験についても現在1例登録で引き続き試験を行う。グレリンは食欲増加、体重増加以外に抗炎症作用があり敗血症モデルにおける生存率の改善、蛋白異化の抑制など報告されている。食道癌の術直後よりグレリンを投与しSIRS期問の短縮、窒素バランスの改善などを目的とした第1相試験を倫理審査委員会に提出する予定である。また、最近抗癌剤投与時の食欲低下の原因がグレリンであると動物実験で報告されておりこれを人で検証するためにグレリン投与の臨床試験を予定している。胃全摘の標本を用いてグレリン産生細胞の分布と血中グレリン、萎縮性胃炎、ピロリ菌感染などとの関係を調べるグレリンマッピングの研究を開始し、現在までに12例のマッピングを終わっている。グレリン産生細胞の分布は個人差が極めて大きい。上部消化管癌手術において経口摂取障害、体重減少は最も重篤な後遺症である。本研究では、食欲増進ホルモン・グレリンが胃切除、胃管再建により低下することが、その主たる原因と考え、グレリンを補うことにより経口摂取障害、体重減少を改善すること目的している。昨年度までに胃全摘術後患者20名に対し、術後10日間のグレリン投与(3・g/kg1日2回)のランダム化比較試験を行った。また、食道癌胃管再建患者についても同様のデザインの試験を行い、同様に食欲、摂取カロリー、体重の改善を認めた。これらについて論文を作成し報告した。また、胃切除後長期経過し体重減少を示す患者にグレリン投与で体重が回復するか否かの試験についても継続して行っている。またグレリンの長期投与に向けて皮下注製剤の開発も進めている。食道癌術後ではグレリンは胃全摘ほど低下しないが,体重減少はより高度である。食欲増進以外のグレリンの抗炎症・抗侵襲作用が原因となっている可能性が示唆される。食道癌術後のグレリンの変動を経時的に測定し、術後SIRS期間、異化期間との関係などを検討している。さらにホルモンなどの測定を加えて論文作成する予定である。本研究は、上部消化管(胃癌、食道癌)術後の体重減少が食欲増進ホルモン・グレリンに起因することを明らかにし、さらにグレリンを補うことにより経口摂取障害、体重減少を改善すること目的している。昨年度までに胃全摘術後患者、食道癌胃管再建患者、それぞれ20名に対し、術後10日間のグレリン投与(3μg/kgl日2回)のランダム化比較試験を行った。(Gastroenterology,138(4):1312-1320,2010)(Surgery,148(1):31-38,2010)新たなテーマとしてグレリンの抗炎症・抗侵襲作用について食道癌患者を用いて検討した。

グレリンは術後1日目に術前置の約1/3まで低下しており、その低下の程度は術後のSIRS期間や炎症反応と良く一致した(論文投稿中)。患者は絶食状態であり、これは食事摂取に関係しない新しい現象である。現在、術直後よりグレリンを投与しSIDS期間の短縮が可能である否か検討する予定である。まず第一段階として術後急性期にグレリンを使用するという安全性について臨床試験を開始している。また、昨年来の胃全摘の標本を用いてグレリン産生細胞の分布と血中グレリン、萎縮性胃炎、ピロリ菌感染などとの関係を調べるグレリンマッピングの研究については、12例のマッピングをもって論文投稿している5グレリン産生細胞の分布は個人差が極めて大きく、胃癌の組織型と関連するなどの知見が得られた。
シリホソハネカクシ亜科群における多様性と適応的形態進化史の解明

これまで得られた分子データを用いてシリホソハネカクシ亜科の簡易な系統樹を作成した。本亜科に含まれる全5族を網羅する初めての分子系統樹であり、結果は同亜科の単系統性を否定し、キノコハネカクシ族とその他4族が含まれるクレードの2つに大別された。これは初年度に作成した形態形質を用いた系統樹と一致するが、今回作成した系統樹は16Sと18Sの2領域のみを用いた予備的なものであることから、分類体系を変更するためにはより詳細な研究が求められる。本年度は化石を用いた古生物学的研究で多大な成果を上げることができた。特筆すべきはシロアリ(アリ)と生活していた可能性の高いヒゲブトハネカクシを世界最古の社会寄生の例として報告した研究であり、成果は「Nature Communications」誌に掲載された。また、甲虫目の中でも所属が不明なヤコブソンムシの中生代初となる化石を発見し、本科の形態進化の遅さを考察するとともに、ハネカクシ上科との系統的な関連性について議論した。本成果はインパクトファクターの高い「Gondwana Research」誌上で発表された。また、キノコの子実体を餌として利用するオオキバハネカクシを中生代の琥珀中として初めて記載し、保存されていた口器形態から、本亜科が白亜紀の時点で既に菌食性を獲得していた可能性を呈示した。本成果は菌類と昆虫との相互作用が生じた起源を議論した数少ない研究例となった。さらに、琥珀中で最古となるシリホソハネカクシを発表するなど、満足できる研究成果が得られた。これら一連の研究は、ハネカクシ上科ならびにハネカクシ各亜科の進化史を考えるうえで極めて重要なものとなることは疑いようがない。28年度が最終年度であるため、記入しない。初年度に国内で3ヶ月に亘る野外調査を実施し、研究上重要な甲虫資料の収集に務めた(沖縄県八重山諸島、鹿児島県奄美大島、北海道、北関東、その他)。その結果として、研究上重要でありながら得難いホソヒゲハネカクシを筆頭に700点を超える分子抽出用標本を得るに至った。これらのサンプルを用いて、分子系統樹作成のため28S、16S、18S、CADといった領域を用いて分子実験も進めている。また、フィールド自然史博物館(米シカゴ)において標本調査を2週間行い、得られた成果を基にして、世界のシリホソハネカクシ族の予備的な系統樹を構築し、口頭発表を行った。同時に主に日本産種を扱った分類学的研究を進めており、上記の調査で得られた標本も活用しながらヒゲブトハネカクシ亜科(ヒゲブトハネカクシ属、チビシリアゲハネカクシ属、コバネヒメハネカクシ属)に関する論文投稿の準備を行っている。また、海浜性ヒゲブトハネカクシ(ヒゲブトハネカクシ属Emplenota亜属およびTriochara亜属)の系統樹作成も実施し、既に学術誌への載録が決定している。共同研究では、マルケシハネカクシ族およびズングリハネカクシ族に関する成果を既に論文として公表した。さらに、異分野の工学の研究者(東京大学)らと共同研究を行い、ハネカクシ科甲虫が後翅を緻密に折り畳む過程の詳細を明らかにすることができた。この成果は、米国科学アカデミー紀要(PNAS)に掲載され、国内ではNHK、読売新聞、日刊工業新聞、日経産業新聞ならびに静岡新聞で報道された。このように初年度は分子材料の収集ならびに解析、分類学・系統学的研究に関する論文発表、異分野との共同研究をバランスよく行い、成果を公表することができた。以上のことから、当初の研究計画よりも順調に推移している。次年度以降はさらに解析を進め、複数の刊行論文を公表できる見込みである。本格的にシリホソハネカクシ亜科群に関する分子実験を開始した。様々なプライマーを試すことで、成功率は未だに高いとはいえないものの、複数の領域でシーケンスを行った(28S, CAD, 18S, 16S, COI)。中でも昨年度に試験的に分子実験を行い結果が出ていなかったCADの領域に関しては解析に支障のない波形が得られつつある。しかしながら、ハネカクシ上科を網羅する系統樹作成を目標にしているため、アライメントなどを含めた各項目で良い結果が生まれない場合が多く、順番に課題を解決していく必要が生じている。また、形態に基づくシリホソハネカクシ族の系統解析も継続して研究を行った。世界最大のハネカクシ・コレクションを有する米国シカゴのフィールド自然史博物館から解析用の標本を一式借用した。これらの標本および手元の標本を用いて、乾燥標本の写真撮影および観察を行っているほか、詳細な形態を観察するためのスライド標本作成も平行して行っている。分類学的研究として、日本産ヒゲブトハネカクシ亜科(ヒゲブトハネカクシ属)に関する研究内容をまとめ、査読付き論文を2編発表することができた。内1編は68ページに亘る包括的な成果(モノグラフ)になった。昨年度の調査で得られた標本も当該論文中で使用している。本年度からハネカクシの進化、起源および形態進化史に迫るため、直接的な証拠となる化石を扱う古生物学的研究を行っている。初年度でありながら論文を3編掲載することができた。

特にイトヒゲニセマキムシ亜科とメダカオオキバハネカクシ亜科については、白亜紀後期のミャンマー産琥珀からそれぞれ亜科初となる化石を発見し、白亜紀研究の専門誌である「Cretaceous Research」誌上で2編の論文として発表した。本年度の間に調査で得られた資料の分析を主に行い、投稿論文の執筆に精力的に取り組んだ。これらの成果は5本の査読付き国際英文誌の論文として結実している。また、昨年度に受理されていたものの、印刷中であった同論文1編が出版された。特に今年度から取り組んでいる化石に関する成果は、白亜紀研究の専門誌である「Cretaceous Research」に2編の論文として掲載された。双方の論文は同誌のダウンロード・ランキングでそれぞれ最高で6位および同11位を獲得している。さらに、甲虫に関するこれまでの研究成果が認められ、平成27年度日本甲虫学会奨励賞を受賞するに至った。以上のことから、期待以上の進展があったとも言えるが、主研究の分子実験に関する成果がやや不調であることから、期待通りの進展があったものとみなした。これまで得られた分子データを用いてシリホソハネカクシ亜科の簡易な系統樹を作成した。本亜科に含まれる全5族を網羅する初めての分子系統樹であり、結果は同亜科の単系統性を否定し、キノコハネカクシ族とその他4族が含まれるクレードの2つに大別された。これは初年度に作成した形態形質を用いた系統樹と一致するが、今回作成した系統樹は16Sと18Sの2領域のみを用いた予備的なものであることから、分類体系を変更するためにはより詳細な研究が求められる。本年度は化石を用いた古生物学的研究で多大な成果を上げることができた。特筆すべきはシロアリ(アリ)と生活していた可能性の高いヒゲブトハネカクシを世界最古の社会寄生の例として報告した研究であり、成果は「Nature Communications」誌に掲載された。また、甲虫目の中でも所属が不明なヤコブソンムシの中生代初となる化石を発見し、本科の形態進化の遅さを考察するとともに、ハネカクシ上科との系統的な関連性について議論した。本成果はインパクトファクターの高い「Gondwana Research」誌上で発表された。また、キノコの子実体を餌として利用するオオキバハネカクシを中生代の琥珀中として初めて記載し、保存されていた口器形態から、本亜科が白亜紀の時点で既に菌食性を獲得していた可能性を呈示した。本成果は菌類と昆虫との相互作用が生じた起源を議論した数少ない研究例となった。さらに、琥珀中で最古となるシリホソハネカクシを発表するなど、満足できる研究成果が得られた。これら一連の研究は、ハネカクシ上科ならびにハネカクシ各亜科の進化史を考えるうえで極めて重要なものとなることは疑いようがない。当初予定していた野外調査では大成功を収め、研究上必要であるにもかかわらず得るのが極めて困難な分類群を含め、ほぼ全て入手することができた。また、分析、投稿論文作成、共同研究の進捗状況も想定以上に順調に推移している。引き続き、分子実験に邁進していき、予備的な系統樹の作成を当面の目標とする。形態に基づくシリホソハネカクシ族の系統樹作成はデータの精査を進め、投稿論文の作成に着手していきたい。複数の重要なハネカクシの化石標本を所有しており、これらに基づく投稿論文の作成も併せて行う予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。
戦前及び戦中期の台湾・朝鮮・満州国・大陸占領地における日本語普及と言語政策

本研究「戦前及び戦中期の台湾・朝鮮・満州国・大陸占領地における日本語普及と言語政策」は、私の長年らいの研究テーマであり、その目的は、明治二十年以降当地域での日本語の普及、受容を巡り、日本はいかなる施策を採って、その特質はどのようなものであるかを、実証的に究明することである。周知のように、この問題に関する研究は、つい近年までにほとんど行われてこなかった、いわば空白のままの状態であった。それは、いままでこの問題の重大さにはほとんど関心を向けなかった日本の思想界の怠慢といわなければならない。私は本研究でまず、上記諸地域における言語面での施策について、歴史資料と文献の収集につとめ、日本国内の資料はもちろんのこと、海外の資料についても幅広く渉猟し、努めて収集した。また、当事者および関係者の面接調査及びアンケート調査などもできる範囲で行われてきた。その結果として、いままで把握していなかった歴史的な事実はある程度明らかになってきたと同時に、文献資料の解読などを通して、当時の為政者をふくめ、植民地支配の過程における日本人の言語意識・帝国意識と、その言語政策との関連性もある程度浮き彫りになってきた。また、明治中期から末期にかけての上田万年の国語論、昭和初期・中期の時枝誠記の文法論、戦時中の西田実日本語論に代表される言語思想についても深く掘り下げつつある。この研究の完成により、日本の植民地言語政策実態が究明されると同時に、その思想的背景と特質も明らかにされるものと考えられる。今年度に行った研究の成果として、主に次のようなものである。1、日本の植民地支配を社会言語学の角度から追究するという手法により、戦前、戦中期の植民地・占領地における日本語普及運動と言語政策の実態を明らかにするという当初の目的に沿って資料、文献の収集を中心に作業を進めてきた。2、植民地時代だけではなく、戦後も含めて時代的に広がりをみることが、研究の上で必要なことのように思うことから、新しい展開を期待するものである。そのための予備的な作業をした。3、世界の古典的帝国主義諸国の植民地言語・文化政策との比較という視点が、本研究において非常に重要な意味をもつものであるが、そのための文献解読等の作業を進めてきた。4、ただし、本研究の性格上、膨大な資料の取扱いと、実地調査を含め、聞き取り調査等の必要性が高いこともあり、萌芽的研究として、いまのうちその全容を概観することがまだ困難であること、それに、新しい展望が現れることにより、方向の修正も考えられるものということがあろう。「戦前及び戦中期の台湾、朝鮮、満洲国、大除占領地における日本語普及と言語政策」の研究は、今年で二年目であった。この一年間において基本的な文献と資料等の収集に力を入れ、その分析にとりかる段階に入ろうとしたところであるが、新しい研究角度と分析の視野も少しづつでてくるようになっている。この間、いくつかの論文を雑誌等にのせたが、全面的なまとよりは、来年度に完成の予定である。ただし、台湾など現地への調査などは、まだ実現されずにいる状態なので、このこともふくめて、来年度中に完成したいと考えている。
動的人工能動触角

本来センシング機能を持たない弾性棒を触角として用い、外部環境との接触位置検出を弾性棒の振動の計測のみで行う動的人工能動触角について、センシング系の動的モデルの構築及び解析、振動センサの信号に接触・非接触相が混在することを考慮したセンシング戦略の確立、試作実験装置による基本動作原理の検証実験を行った。弾性棒を均一なオイラー・ベルヌ-イ棒とし、環境との接触を硬い一点支持と仮定して構築した動的な数学モデルの解析から、弾性棒の固有振動数は外部環境との接触位置の関数になること、しかしながら各振動モードの固有振動数は接触位置と必ずしも一意に対応しないことを明らかにした。この一意性の非満足は、一見センシングの障害となるように見えるが、すべての固有振動モードを考慮すれば必ず接触位置を一意に同定可能であることを証明した。また、接触の始まりと同時に触角を支持するハブをフリクションフリーの状態に保てば、触角のセンシング有効領域において1次モードの固有振動のみで接触位置が同定可能であることも明らかにした。均一でない弾性棒では、固有振動数を決定する運動方程式が非線形となるため数値計算による解析を行い、少数の振動モードで接触位置同定を行うためには触角先端領域の質量が重要であることを明らかにした。環境との接触の情報を含む接触相の信号は最大でも1次モードの二分の一周期しか現れないこと、続いて発生する非接触相との分離が困難であることから、最大エントロピー法を用い繰返し計算による最良フィッティング探索を行う固有振動数検出の戦略を導出した。これらの結果は、プラスチックの柔軟棒を触角とし、アルミニウムの薄板と歪みゲージから構成されるトルクセンサ、オプチカルエンコーダ、DCサーボモータを用いて試作された装置を用いた実験により実証された。
炭素分子材料とポルフィリンのナノ構造制御に基づいた有機太陽電池の開発

フラーレン・カーボンナノチューブ等のナノカーボンマテリアルは優れた電子伝導性を有するため有機分子との組織だった複合化を行うことにより新たな機能性の発現が期待できる。特に、色素分子との組み合わせでは太陽電池等の光応答デバイスへの展開が可能となる。C_<60>などのフラーレンはポルフィリンと超分子形成を行うことが多数の報告から分かっている。一方で、カーボンナノチューブの場合、有機分子との超分子集合体の構築はこれまでカーボンナノチューブの低い溶解性のため分子の配向性制御が困難であり、報告例がない。しかしながら、カーボンナノチューブは特徴的な曲線かつシリンダー構造を有しているため、二次元のπ共役平面を有するポルフィリンと疎水的また、非共有結合的な相互作用による錯形成が期待できる。そこで本研究では単層カーボンナノチューブ(SWCNT)とポルフィリンを用いた超分子集合体の構築のため、ポルフィリンのプロトン化を効果的に利用することによりSWCNTとの超分子ナノロッドの構築に初めて成功し、さらにその光誘起電子移動特性及び光電気化学について詳細に検討した。ポルフィリン-SWCNT複合膜の光電流発生のアクションスペクトル測定では、光電流発生の外部量子効率(IPCE値)は約13%に達し、ポルフィリン及びSWCNTのみの薄膜と比較して、IPCE値が大きく向上したことからポルフィリン-SWCNTにおける光誘起電子移動が効果的に光電変換に寄与していることが分かった。また、フェムト秒の過渡吸収スペクトル測定でも光誘起電子移動形成を示すポルフィリンのラジカル種形成が示唆された。
学習者要因に着目した学習経験自己評価表の開発と評価―初年次教育での学ぶ姿勢の育成

本研究は、パリッシュの「学習経験の要因モデル」とは、「環境要因」「学習者要因」の2要因があり、それらの要因にはたらきかけることで、生涯忘れがたいもしくはその後に大きな影響を与える深い学びを経験するとしている。今回2要因の内のひとつである「学習者要因」に焦点をあて、入学初年次に行われる新入生セミナーの受講学生を対象として、自身の学習経験を自己評価し、望ましい学習姿勢を身につけ、学習効果が向上することを目指し、学生へのインタビューおよび初年次教育に長年携わった教員を対象に、授業実践に関する半構造化インタビューを行い、「学習経験自己評価表」と「授業改善ヒント集」の第1版を完成させた。本研究は、パリッシュの「学習経験の要因モデル」にある「学習者要因」に焦点をあて、その支援方略を明らかにし、「学習経験自己評価表」を用いることで、望ましい学習姿勢を身につけ、学習効果が向上することを目指す。また、教員が学習経験を高める授業改善に使える「授業改善ヒント集」も作成し、授業改善を支援することを目的としている。平成27年度は、「授業改善ヒント集」および「学習経験自己評価表」の一次案を作成した。一次案作成の前段階として、パリッシュの学習経験モデルに関する論文および翻訳・解説書などの先行研究を精読し、学習者要因について記述された部分を抜き出し、学習者要因を説明する項目群を抽出・整理した。中心的な先行研究として、パリッシュの学習経験の要因モデルに関連する論文を翻訳するとともに、鈴木が同モデルを解説した論文等、国内外の文献を活用した。次に、抽出した項目群をもとに、一次案の作成に向けて教員および学生へのインタビュー項目を作成した。「授業改善ヒント集」一次案の作成では、初年次教育に長年携わった教員を対象に、授業実践に関する半構造化インタビューを行った。「学習経験自己評価表(学習者要因)」一次案の作成では、同じく抽出した項目群をもとに、初年次教育科目(新入生セミナー)を受講した学生を対象として、半構造化インタビューを実施した。これらの、教員学生双方から聞き取ったデータを質的に分析し、「学習経験自己評価表」(案)および「授業構成ヒント集」の一次案とした。さらに、学生が新入生セミナーの内容を対面授業以外でも繰り返し学習できるように、e-learning教材の開発も行い、Moodleコース上で配信できるようにした。授業のe-learning教材等の開発と適用は、当初計画よりも1年早く開発することができた。ホームページ作成に向けた事前打ち合わせを完了し、広く情報公開していくための準備を進めた。当初の計画よりも早く、情報公開を行える予定で進むことができた。平成28年度は、「授業改善ヒント集」および「学習経験自己評価表」の一次案をもとに、初年次教育科目(新入生セミナー)を受講した学生を対象として実施した結果を分析し、その内容の内、ヒント集については、初年次教育学会第9回大会で発表した(仲道雅輝・根本淳子,「パリッシュの学習者要因に着目した授業改善ヒント集の開発ー初年次教育での学ぶ姿勢の育成ー」)。学習経験自己評価表については、日本教育工学会第32回全国大会で発表した(仲道雅輝・根本淳子・竹岡篤永・高橋暁子・鈴木克明「Parrishの学習経験の質モデルに着目した学習経験自己評価表の開発」)。さらに、学会発表で受けた質問や研究メンバー間での再検討をもとに、今後の研究の方向性を決定した。内容としては、授業改善ヒント集については、第一段階として完成と判断し、学習経験自己評価表については、データ収集の対象とする教員を追加することとなった。平成28年度は、「授業改善ヒント集」および「学習経験自己評価表」の一次案をもとに学会発表を行い、学会参加者の関心も高く、今後の研究の進行に有益な意見を得ることができた。

「授業改善ヒント集」は、初年次教育科目(新入生セミナー)を受講した学生を対象として実施した結果を分析し、初年次教育学会第9回大会で発表した(仲道雅輝・根本淳子,「パリッシュの学習者要因に着目した授業改善ヒント集の開発ー初年次教育での学ぶ姿勢の育成ー」)。「学習経験自己評価表」については、日本教育工学会第32回全国大会で発表した(仲道雅輝・根本淳子・竹岡篤永・高橋暁子・鈴木克明「Parrishの学習経験の質モデルに着目した学習経験自己評価表の開発」)。参加者の意見には、学習者の経験に焦点が当たっている点やヒント集が具体的に記述されている点に関心が高く、今後の研究の進展を期待するとの感想があった。さらに、学会発表で受けた質問や研究メンバー間での再検討をもとに、今後の研究の方向性を決定した。内容としては、授業改善ヒント集については、今後、さらに集積する可能性を感じながらではあるが、第一段階として完成と判断し今後の研究の進行によって新たな方法を検討することとした。また、学習経験自己評価表については、データ収集の対象とする教員が1名である点について検討され、第一次案をベースに最終案とするにあたってデータ収集対象となる教員を追加することとなった。本研究は、パリッシュの「学習経験の要因モデル」とは、学生の学習経験の質向上に影響する2要因として「環境要因」「学習者要因」を挙げており、それらの要因にはたらきかけることで、生涯忘れがたいもしくはその後に大きな影響を与える深い学びを経験するとしている。今回、2要因の内のひとつである「学習者要因」に焦点をあて、入学初年次に行われる新入生セミナーの受講学生を対象として「学習経験自己評価表」を授業前後に用いることで、自身の学習経験を自己評価し、望ましい学習姿勢を身につけ、学習効果が向上することを目指した。また、学習者要因から導き出した、教員が学習経験を高める授業改善に使える「授業改善ヒント集」を作成し、授業改善の支援を目的として活用した。前年度までのパリッシュの学習経験の要因モデルに関連する論文の翻訳や国内外の文献を活用し、教員および学生へのインタビュー項目を作成して初年次教育に長年携わった教員を対象に、授業実践に関する半構造化インタビューを行い素案として「学習経験自己評価表(学習者要因)」および「授業構成ヒント集」の一次素案を作成している。これらをベースに、平成29年度は、初年次教育での実践から得られた結果を質的に分析し、一次素案を改定した。その際、評価しやすさを考慮して文章の長さ等も検討し、「学習経験自己評価表」と「授業改善ヒント集」の第1版を完成させた。これらの成果は、初年次教育学会、日本リメディアル教育学会、日本教育工学会研究会にて論文として発表した。本研究は、パリッシュの「学習経験の要因モデル」とは、「環境要因」「学習者要因」の2要因があり、それらの要因にはたらきかけることで、生涯忘れがたいもしくはその後に大きな影響を与える深い学びを経験するとしている。
てんかん発作に及ぼすエストロゲンのHCNチャネルとGluR2制御機構の解明

月経随伴性てんかんの発症機序解明を目的に、てんかん発作に及ぼすエストロゲン(E2)のHCNチャネルとAMPA受容体GluR2制御機構について検討した。その結果、ピロカルピン誘導てんかん発作では、海馬細胞膜上のHCN1チャネルとGluR2サブユニットのタンパク量が低下することが分かった。さらにE2は、ピロカルピン投与によるGluR2のSer880のリン酸化上昇を阻害し、ピロカルピンによるてんかん重責発作の閾値を上昇させ、死亡率を低下させることが分かった。ところが、E2は重責発作の頻度を上昇させる作用も有していた。これはE2による神経活動の増加とh電流の阻害効果に起因している可能性が考えられる。女性てんかん患者の70%以上が経験する月経てんかんは、月経前のエストロゲン濃度上昇と発作の時期が相関する事から、エストロゲンが月経てんかん発作の危険因子と考えられてきた。その作用は細胞実験などにおいても支持されている一方、エストロゲンがてんかん発作後の神経細胞保護作用を有するという相反する効果も多く報告されている。そのため、予防法や治療法がいまだに確立されていないというのが現状である。これまでの予備的結果から、エストロゲンがHCN1チャネルの効果を低下させ、てんかん発作を誘導する可能性と、AMPA受容体GluR2サブユニットの細胞内トラフィッキング阻害作用による神経保護効果の可能性を見出してきた。これらの実験結果が、てんかん発作の閾値や重症度に関与している可能性を考えめ、初年度はエストロゲンによって生じる1GluR2の細胞内トラフィッキングの阻害効果と、HCN1チャネルの細胞内トラフィッキングの促進効果がてんかん発作のどの部分に影響を与えているかについて検討を行った。これまでのところ、GluR2の細胞内トラフィッキング阻害効果は、発作の閾値とは無関係である一方、発作の持続時間や呼吸麻痺関連死の阻害に関与している可能性を示唆する結果が得られている。これに対し、HCN1チャネルの細胞内トラフィッキングの促進効果が卵巣摘出マウスで認めらないため、卵巣摘出による影響を調べることで解決の糸口が見つかる可能性を示唆する結果を得ている。事実、HCN1チャネル阻害剤の脳室内投与による実験でもそれを示唆する結果が得られている。これらの結果から、当初初年度に予定していた実験計画である「エストロゲンによるHCN1チャネルの細胞内トラフィッキング促進効果の細胞内メカニズム」と平行し、26年度の研究計画に予定していた「GluR2の細胞内トラフィッキング阻害効果の細胞内機序の解明」を同時に進めている。女性てんかん患者の70%以上が経験する月経随伴性てんかんは、月経前のエストロゲン濃度上昇と発作のタイミングが相関する事から、エストロゲンが月経てんかん発作の危険因子と考えられてきた。その作用は細胞実験などにおいても支持されている一方、エストロゲンがてんかん発作後の神経細胞保護作用に関する報告も多い。申請者はこれまで、エストロゲンがHCN1チャネルの細胞内トラフィッキングを誘導し、発作を悪化させる可能性と、AMPA受容体GluR2サブユニットの細胞内トラフィッキングを阻害して神経保護効果を発揮する可能性を追求してきた。申請者は、初年度までに、エストロゲンによるGluR2の細胞内トラフィッキング阻害効果は、発作の閾値とは無関係である一方、発作の持続時間や呼吸麻痺関連死の阻害に関与している可能性を示唆する結果を見出してきた。一方、HCN1チャネルの機能低下の関与については、HCN1チャネルの阻害剤を脳室内に投与して試みてきたが、その関与の同定に至っていない。そこで26年度には、エストロゲンによるGluR2細胞内トラフィッキング阻害効果がどのような機序を介して生じるのかを中心に検討を行った。その結果、エストロゲン投与群でてんかん発作を誘導したマウスでは、カルパイン(Calpain 1)のタンパク量が顕著に増加していることを見出した。このCalpain 1は、PKAシグナル伝達系の下流に位置するタンパク質で、これがSTEPのユビキチン化を誘導してその活性を阻害する事が報告されている。STEPは、GluR2のチロシン残基の脱リン酸化を阻害し、GluR2の細胞内トラフィッキングを阻害する可能性が報告されているため、エストロゲンによるGluR2の細胞内トラフィッキング阻害効果とてんかん発作後の保護効果に関与している可能性が高い。27年度に、このカルパインの関与を詳細に検討する予定でいる。申請者は月経随伴性てんかんの病態理解を目的とし、平成26年度(2年目)までの2年間で、エストロゲン(17-βestradiol; E2)がHCN1チャネルの細胞内トラフィッキングを誘導し、発作閾値が低下する可能性と、AMPA受容体GluR2サブユニットの細胞内トラフィッキングを阻害して神経保護効果を発揮している可能性を見出してきた。また、E2によりカルパイン(Calpain 1)のタンパク量が増加し、E2によるCalpain 1の活性化とSTEP61によるGluR2のチロシン残基の脱リン酸化阻害が関与している可能性を示唆した。平成27年度(最終年度)は、覚醒下のマウスの脳室内にCalpain 1を微量注入し、E2処置後のてんかん発作の重責発作軽減作用や脳保護効果に及ぼすCalpain 1の効果と、Calpain 1投与群のSTEP61および46の発現量を調べ、E2によるGluR2細胞内トラフィッキング阻害効果と重積発作軽減及び保護効果にCalpain 1やSTEP61または46が関与しているかを検討した。