hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ブレインワールドシナリオに基づく宇宙論

近年は宇宙論研究において、観測技術が進歩し、例えば2004年春にWMAP衛星によって明らかにされた、晴れ上がり時の宇宙背景輻射の温度揺らぎの情報から、ある程度は初期宇宙の姿を知ることが可能となった。この晴れ上が時の情報を初期条件として、ビッグバン理論に基づいて時間発展を追えば、基本的には現在の宇宙を説明することは可能なので、現在の宇宙論の本質的な問題は、晴れ上がり以前の宇宙がどのような状態であったのかを調べることにある。その一方で、初期宇宙は高温・高エネルギーの状態にあるので、統一理論の正当性を試す舞台としても注目されている。現在のところ、重力も含めた相互作用を統一する最も有望な理論は、超弦・M理論であり、この理論の最近の進展から、我々の世界は素粒子標準モデルを内在するようなブレーン(膜)と呼ばれる超曲面であり、それがバルクという重力のみが伝播する高次元内にあるとするブレーンワールドシナリオという考え方が提案されている。このシナリオでは、高エネルギーの領域で重力法則が変更されているので、それにともなって宇宙進化のシナリオも変更される。現在までにもこの変更点に注目し、それが宇宙論的現象にどのような効果を与えるのかを調べる研究は数多くあったものの、ブレーンワールドシナリオが標準のシナリオに対して定量的にどの程度違う予言を与えるのかは未だ求められていない。それに対して、私が本年度に行った研究では、RSモデルという最も単純なブレーンモデルで、ブレーン上をド・ジッター時空で近似するという対称性の高い状況であるが、密度揺らぎの発展方程式が簡略化されることを示し、解析的な取り扱いが可能な線形領域において、高次元の効果が重要な役割を果たすことを解析的に示した。
メタルフリー支台築造システムの信頼性評価に関する研究

近年,患者の審美的要求および金属アレルギーの危惧により,メタルフリーによる治療が注目を集めている.特にファイバーポストは弾性係数が象牙質に近似しているとされ,歯根破折を防止することができると言われている.さらに,接着性レジンを用いることによりコロナルリーケージが少ないことが考えられている.しかし,このシステムを用いる場合の残存歯質量とポスト長との関連,ファイバーポストの有効性,コンポジットレジンとファイバーポストの接着技法,コロナルリーケージの有無については調べられていなかった.本研究では市販ファイバーポストを用いたレジン築造システムにおける,ファイバーポストの機械的性質の評価,歯根破折の様相の観察,ファイバーポストとコンポジットレジンの接着力の評価,コロナルリーケージの存在確認を行い,現状のファイバーポストを用いたメタルフリー支台築造システムを評価した.さらにその結果により,システムの信頼性をより向上するための各種技法および材料の開発を行った.今回の研究により,市販ファイバーポストの弾性係数は象牙質よりやや大きい製品が多いこと,残存歯質量とポスト長との関連では,歯槽骨の吸収が大きい症例においてはファイバーポストを用いると金属ポストと同等の強さが得られること,ファイバーポストとコンポジットレジンの接着では,ボンディング剤とシランカップリング剤を併用しさらに光照射を行うなどの技法により接着性の向上が図れること,コロナルリーケージに関しては,新しい技法を開発してその存在を確認したところ,ファイバーポストと象牙質接着性コンポジットレジンを併用すれば辺縁封鎖性に優れた支台築造が行えることなどがわかった.近年,患者の審美的要求および金属アレルギーの危惧により,メタルフリーによる治療が注目を集めている.特にファイバーポストは弾性係数が象牙質に近似しているとされ,歯根破折を防止することができると言われている.さらに,接着性レジンを用いることによりコロナルリーケージが少ないことが考えられている.しかし,このシステムを用いる場合の残存歯質量とポスト長との関連,ファイバーポストの有効性,コンポジットレジンとファイバーポストの接着技法,コロナルリーケージの有無については調べられていなかった.本研究では市販ファイバーポストを用いたレジン築造システムにおける,ファイバーポストの機械的性質の評価,歯根破折の様相の観察,ファイバーポストとコンポジットレジンの接着力の評価,コロナルリーケージの存在確認を行い,現状のファイバーポストを用いたメタルフリー支台築造システムを評価した.さらにその結果により,システムの信頼性をより向上するための各種技法および材料の開発を行った.今回の研究により,市販ファイバーポストの弾性係数は象牙質よりやや大きい製品が多いこと,残存歯質量とポスト長との関連では,歯槽骨の吸収が大きい症例においてはファイバーポストを用いると金属ポストと同等の強さが得られること,ファイバーポストとコンポジットレジンの接着では,ボンディング剤とシランカップリング剤を併用しさらに光照射を行うなどの技法により接着性の向上が図れること,コロナルリーケージに関しては,新しい技法を開発してその存在を確認したところ,ファイバーポストと象牙質接着性コンポジットレジンを併用すれば辺縁封鎖性に優れた支台築造が行えることなどがわかった.歯冠修復において歯質の実質欠損が大きい場合には支台築造を施した後に修復処置を行なっている.近年,支台築造に繁用されている金属ポストの弾性係数が象牙質よりはるかに大きいため,残存歯質に応力集中が生じ,歯根破折の要因となることが指摘されている.そのため,最近では金属を用いない支台築造システムとしてファイバーポストとコンポジットレジンを併用した修復が注目されている.本研究の目的は金属を使用しないメタルフリーの支台築造システムの手法を確立することにあるが,今年度は手始めとして,まずメタルフリーシステムの中心となるファイバーポストの基礎的な物性を確認するため,現在入手可能な市販ファイバーポストの曲げ特性を検討し,象牙質との比較を行った.また,ファイバーポストの加速度劣化試験を行い,曲げ特性がどのように変化するかについて検討を行った.さらに,デュアルキュアタイプのコンポジットレジンとファイバーポストとの接着強さの検討も行った.その結果,象牙質とファイバーポストの比較では,どの製品も違いがあるものの金属よりは象牙質に近似した曲げ特性を有していた.加速度劣化試験として熱水中浸漬試験およびサーマルサイクル試験を行ったところ,各ファイバーポストの曲げ特性の変化傾向は製品間で異なり,経時的に劣化が認められた製品もあった.現在は,本年度の実験結果を基により象牙質に近似した物性を有するファイバーポストならびにコンポジットレジンの試作を行なっている.近年,審美的要求や金属コアによる歯根破折の問題により,ファイバーポストとコンポジットレジンを併用したメタルフリー支台築造への期待が高まっている.本研究の目的は,メタルフリー支台築造システムを確立することである.今年度は前年度に引き続きメタルフリーの支台築造システムを確立するため,使用材料,手法について研究を進めた.ファイバーポストに関しては,市販ファイバーポストの曲げ特性を調べるとともに,ガラス繊維含有率の異なる数種類の試作ファイバーポストを作製してその曲げ特性を調べ,象牙質との比較を行った.その結果,ファイバー含有率40%のものでは象牙質にほぼ近似した弾性係数を有することがわかった.また最近では主流となってきたデュアルキュア型の市販支台築造用コンポジットレジンの物性の評価では,各製品とも象牙質と比較して被削性は大きく,曲げ強さは小さかったが,曲げ弾性係数は象牙質に近似した値となっていた.さらに,デュアルキュアタイプのコンポジットレジンとファイバーポストとの接着においてボンディング剤が接着強さに及ぼす影響,およびファイバーポストの根管内でのコロナルリーケージについて検討した.

その結果,デュアルキュアタイプのコンポジットレジンとファイバーポストとの接着では,ボンディング剤にシランカップリング剤を併用すると石英ガラスを用いたファイバーポストでは接着力の向上が認められたこと,またボンディング剤に光照射を行うことにより接着力向上に効果があることが確認された.根管内でのコロナルリーケージは,今回新しい評価法を開発できたのでそれを用いて評価を行い,歯質接着性レジンを用いるとコロナルリーケージが少ないことが確認された.しかし,接着力の経時的変化については更なる検討が必要と考えられる.口腔内は常に過酷な環境にさらされるため,使用される材料には長期間使用に耐える性能が要求される.そこで,現在は加速度劣化試験を行い試作支台築造システムの長期水中保管による経時的変化について解明を進めている.近年,審美的要求や金属コアによる歯根破折の問題により,ファイバーポストとコンポジットレジンを併用したメタルフリー支台築造への期待が高まっている.本研究の目的は,メタルフリー支台築造システムを確立することである.今年度は研究最終年度であり,前年度に引き続きメタルフリーの支台築造システムを確立するため,使用材料,手法について研究を進め,その成果をまとめた.システムに用いる試作ファイバーポストの曲げ特性は,ファイバー含有率40%のものでは象牙質にほぼ近似した弾性係数を有することがわかった.熱水浸漬による加速度劣化試験での経時的変化は,市販ポストが早期に曲げ強さ,曲げ弾性係数が低下したのに対し,試作ポストでは曲げ弾性係数の低下が少なく,システムの長期安定性に寄与すると考えられた.また最近では主流となってきたデュアルキュア型の市販支台築造用コンポジットレジンは象牙質と比較して曲げ強さは小さかったが,曲げ弾性係数は象牙質に近似した値となっていた.これらのデュアルキュア型コンポジットレジンとファイバーポストとの接着では,ボンディング剤にシランカップリング剤を併用すると石英ガラスを用いたファイバーポストでは接着力の向上が認められたこと,またボンディング剤に光照射を行うことにより接着力向上に効果があることが確認された.これらにより,支台築造に両者を併用すれば,長期使用に十分耐えられる構築物が得られることが示唆された.さらに,デュアルキュアタイプのコンポジットレジンとファイバーポストとの接着においてボンディング剤が接着強さに及ぼす影響,およびファイバーポストの根管内でのコロナルリーケージについて検討した.その結果,根管内でのコロナルリーケージは,今回新しい評価法を開発できたのでそれを用いて評価を行い,歯質接着性レジンを用いるとコロナルリーケージが少ないことが確認された.現在,これらの成果を踏まえ,メタルフリー支台築造システムの最適な技法,材料についての報告書を作成中である.
ルイス塩基触媒と分子内ケイ素移動とを融合させた新規有機触媒反応システムの開発

前年度までに見出だした新規な有機触媒反応、即ち、βーシリル共役エノンおよび求電子剤(ハロゲン化アルキル)に対してNHC(N-Heterocyclic Carbene)型有機触媒を作用させて、シリルジエノールエーテル類を生成する反応について、まずは求電子剤の適用範囲について精査した。その結果、炭素分岐型のハロゲン化アルキルが最も良好な結果を与える一方で、カルボニル化合物やエポキシドなど他の求電子剤は本反応系には適用が難しいことが判明した。引き続き、本反応系の触媒効率を向上させるための条件最適化について検討を行った。種々検討を行った結果、溶媒としては1,4-ジオキサン、反応温度は110°C、用いる塩基は炭酸カリウム、基質濃度は0.5Mが最適であった。さらに、有機触媒としてのNHCについても最適なものを探索した。イミダゾールやチアゾール母核のNHCでは本反応は進行せず、トリアゾール母核のNHCが必須であることが分かったが、単純なトリフェニル置換体では触媒効率が悪く、40mol%を用いて収率が54%と、TONは1.35に留まっていた。そこで、NHCの置換基効果について精査を行った。その結果、電子供与性の置換基を有するNHCの方が反応性が高まり、特にトリメトキシフェニル置換トリアゾールをNHCとして用いたところ、TONは2.25まで向上した。生成物のシリルジエノールエーテル体の立体化学については、(Z,E)体と(Z,Z)体の幾何異性体比率が概ね9:1以上と良好であった。以上のように、立体選択的に合成素子として有用なシリルジエノールエーテル類を与える、新規な有機触媒反応系を見出だし、その触媒効率をNHCの構造をチューニングすることで向上させることに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。有機触媒として、N-Heterocyclic Carbene (NHC)を活用し、シリル基を有する基質および求電子剤との組み合わせによる新規炭素ー炭素結合形成反応の検討を行った。その結果、βーシリル共役エノン類とハロゲン化アルキル共存下にトリアゾールを母核としたNHCを作用させることで、NHCの求核付加、1,4-Brook転位、ハロゲン化アルキルへの求核置換という連続的変換が一挙に進行し、シリルジエノールエーテル類を与えるという新規触媒反応を見出すに至った。まだ触媒効率に難点があるものの、本反応はNHC型有機触媒と分子内シリル基移動とを融合させた新しい有機触媒反応システムと位置づけることができる。シリルジエノールエーテル類は、様々な有機合成研究で有用な合成素子として利用されていることから、生理活性化合物や有用分子の合成において、広い応用性を示すことが期待される。当初の計画通り、従来報告のない、分子内ケイ素移動を伴った新しい有機ルイス塩基触媒反応を見出すことができ、反応条件最適化や適用範囲検証のためのスタートラインにつくことができた。これからの成果発展が、十分に期待できるものと考えている。これまでに見出した新規反応系について、触媒効率の向上を含めた、反応条件の最適化検討を進める。具体的には、NHC触媒構造のスクリーニング、反応溶媒や温度、用いるシリル基の最適化などを考えている。また、反応の適用範囲拡大に向け、ハロゲン化アルキル以外の種々の求電子剤(アルデヒド、イミン、エポキシドなど)についても検討を進める。生成物であるシリルジエノールエーテル類は、いくつかの立体異性体が存在するので、反応の立体選択性を高度に制御するための方策についても、検討を行う予定である。
原発性肝細胞癌に対する門脈塞栓術の基礎的・臨床的研究

原発性肝細胞癌(肝癌)症例に対し門脈内腫瘍塞栓の進展による肝内転移を阻止すると共に外科的剔出術の適応範囲を広げるための門脈塞栓術を施行後、その安全性を確かめた上で臨床齢への応用を計ることを本研究の骨子とする。in vitroではトロンビン液、フィブリノゲン液およびリピオドールの混合液(Lp-fibrin糊)にて各種の門脈塞栓物質を作成したトロンビン濃度5単位/mlのLp-ibrin糊が最適と考えられた。このLp-brin糊を用い成犬にて門脈塞栓効果を検討したところ、Lp-fibrin糊の塞栓持続時間は、2週後では閉塞が持続していたが、4週後では半数に再開通が見られた。Lp-fibrin糊により門脈塞栓を受けた成犬の血中酵素変動は一過性であった。またその摘出肝の門脈内にはほとんど赤色調をまじえることの無いゼラチン様物質が見られ、塞栓直後群やその後の閉塞群では塞栓物質が門脈内腔に詰まっていた。しかし門脈壁とは付着していないか付着している齢でもその程度および範囲は軽度で、用手的剥離は容易であった。開通齢では塞栓物質の内腔につまっている齢は見られなかった。Lp-ibrin糊では永続的塞栓物質とは成りえないことが判明したためにイソブチル-2-シアノアクリレートによりLp-IBCを作成し同様手技にて門脈閉塞持続時間を検討したところ、4週後まで門脈閉塞は完全で、塞栓後の肝機能の変動も軽微であることが分かった。また組織学的にも4週後にも全齢門脈壁と付着しておりLp-ibrin糊注入齢と比較して充填度が高かった。門脈壁およびその周囲組織には初期には大食細胞などの浸潤が見られたが、4週後にはほとんど認められなかった。臨床列への応用例は未だ少ないが本法施行後の非癌部肝葉は著明に代償性肥大を来すことが示唆され、今後の本法の臨床例への適応が期待された。1.門脈塞栓物質の開発;トロンビン液,フィブリノーゲン液に油性造影剤リピオドールを同時に混和して塞栓物質Lp-F糊を作成した。6F-80cmダブルルーメンバルーンカテーテルを使用してLp-F糊のカテーテル通過性及び性状をトロンビン濃度並びにLp-F糊作成時からの経過時間から検討した。トロンビン溶解液1mlに対してトロンビン含量2,5,10,20,50U/mlの五段階のトロンビン溶液を作成し、作成後注射器の中で10,30,60,90,120,240,秒間良く混和してカテーテルの通過性を検討した。この結果トロンビン濃度5U/mlのLp-F糊の30秒間混和した塞栓物質では通過性は容易であったが、通過後の性状は軟らかく塞栓物質としては不満足であり、また60秒間混和したものでは通過性が悪かったが、通過後の性状は塞栓物質としては満足すべき固さを有していた。即ち、門脈塞栓物質としてはトロンビン濃度5U/mlのLp-F糊を作成後3060秒間にカテーテルを通じて注入するのが臨床的にも最適と考えられた。他の濃度のLp-F糊では作成後注入までの時間が極端に短かったり、逆に長かったりで臨床の場で用いるには満足のいく物質ではなかった。

2.Lp-F糊による成犬に対する門脈塞栓効果を検討したところ、Lp-F糊の塞栓持続時間は2週間後では4例中4例門脈が閉塞していたが、4週間後には4例中2例に再開通がみられた。3.5例の成犬に対してGOT,GPTの変動を経時的に検討した結果、一過性上昇を示した例が2例にみられたが、2週後には術前値に回復していた。T-Bil,ChEには明らかな変動は認められなかった。以上より、Lp-F糊は短期間の門脈塞栓物質としては有効であるが、更に長期間の塞栓を行なうためには、他の塞栓物質の開発が望まれこれを今後の目標としたい。成犬実験により以下の成績を得た.1.リピオドール・フィブリン糊(Lpfibrin糊)による門脈塞栓術後の剔出肝の病理学的検討:塞栓直後, 1・2・4週後に使用成犬を屠殺し検討を加えた.赤色調の僅かなゼラチン様物質が肝門部門脈内腔にみられ,門脈塞栓状態を保っていた成犬では塞栓物質が内脈内腔に充満していたが,塞栓物質は門脈内皮と接着していないか,接着している場合でもその程度及び範囲は軽度で,容易に用手的剥離が可能であった.非充満例では塞栓物質が部分的に門脈壁と接着している個所を認める例もあったが,内腔に充満している例は無かった.組織学的には,門脈内腔にHE染色で比較的均質な淡紅色に染色される線維素塊を認,この線維素塊内部にはリピオドール滴が散在しており,赤血球が混在している例もみられた.塞栓直後には門脈内腔は線維素塊によりほぼ閉塞されており,血管造影で閉塞状態が確認された例では器質化を伴う線維素塊が内腔にほぼ充満して残存しており,開通例では器質化を伴なう線維素塊は少量が残存するか,あるいは全く認めず内腔充満程度は不充分であった.残存する線維素塊は辺縁部で大食細胞の浸潤,類上質裁縫と紡錘形細胞の増生,膠原線維の増殖を伴う器質化がみられた.内脈壁およびその周囲組織には大食細胞とリンパ球の浸潤をみる例があったが,壁構造の破壊は認められなかった.2.リピオドール・イソブチルー2-シアノアクリレート(Lp-IBC)による永続的門脈塞栓術の基礎的決闘:血管カテーテルから門脈内注入によりLp-IBCはカテーテル先端から比較的みずかい区間を塞栓した.その間脈塞栓持続状態は術後4週間後まで持続しており, Lp-IBC自体の量の減少もなく塞栓術後と同様の範囲が塞栓されていた.また肝機能は術後23日,一過性のGOTの軽度上昇がみられたが, Ch-E, T-Bilの変動は軽微であった.イソブチルー2ーシアノアクリレートとリピオドールの混和物(LpーIBC)を塞栓物質とした門脈塞栓術を成大に施行しその剔出肝の病理学的検討を行なった。門脈内腔にHE染色されない網目状構造物が充満し辺縁および内部に赤色血栓形成が見られた。この血栓を混じた構造物は全例門脈壁と完全に付着し壁との間に間隙を認なかった。2および4週間後には辺縁から血栓の器質化がみられたが、網目状構造物は器質化を受けていなかった。器質化局所では、2週後に好中球、大食細胞の浸潤が目立ったが4週後には細胞浸潤は目立たず膠原繊維の増殖が主であった。門脈壁およびその周囲組織には2週後には大食細胞・リンパ球や好中球の浸潤が見られた。4週後には細胞浸潤はほとんど見られなかった。壁構造の破壊は認められなかった。塞栓領域の肝小葉は塞栓直後には組織学的異常所見は見られなかったが、4週後には肝細胞の萎縮が見られ脂肪変性・細胞索の配列の乱れも見られた。臨床例での手術単独例・肝動脈塞栓術と手術併用例・肝動脈塞栓術ならびに門脈塞栓術と手術併用例における相互の腫瘍部ならびに非腫瘍部の肉眼的・組織学的などの検討項目の比較検討は各症例数が少ないこともあって充分には出来なかった。しかし門脈塞栓術後の非癌部肝葉の代償性肥大についての検討はCTで容易に施行できるために経時的に経過をおうことができた。
担がんマウスを用いたin vivo実験系におけるフラボノイドの放射線増感作用の検討

フラボノイドはポリフェノール類に属するフィトケミカルであり、現在7000種以上存在することが知られているが、放射線増感作用について報告されているのは、他のポリフェノール類やイソチオシアネート類を含めてもわずか10種程度である。ゆえに、放射線増感物質開発の未開拓分野であると言える。フラボノイドは日常的に摂取する果物や野菜に含まれ、毒性の殆どないものも多いことから、副作用のない増感剤としての活用が期待できる。がん放射線治療の向上のための次世代放射線増感物質の探索・開発の端緒として、我々はこれまでに2種のフラボノイドが放射線増感作用を示すことを培養細胞レベルで見出した。本研究では、2種のフラボノイドの放射線増感作用を担がんヌードマウスを用い個体レベルで検討した。方法:ヒト非小細胞肺がん細胞(H1299)で形成された腫瘍組織片をヌードマウスに移植し、フラボノイドを腹腔内注射により投与後、移植腫瘍部位にX線を照射して経時的に腫瘍の大きさを測定することで腫瘍増殖曲線を得、これをもとに、フラボノイド単独処理群、放射線単独処理群およびフラボノイド/放射線併用処理群間で比較検討を行った。結果:フラボノイドB(仮称)について、X線(2Gy}単独群と比較して併用処理群では有意差はないものの、腫瘍の増殖が抑制される傾向が確認された。もう一方のフラボノイドA(仮称}については、X線(5Gy)との併用処理による腫瘍増殖の抑制効果は確認されなかった。まとめ:今回、時間的および経費的な制限のため、X線の線量やフラボノイド処理条件などを変え詳しくフラボノイドの増感作用を解析することができなかった。今後、2種のフラボノイドの放射線増感作用を個体レベルでより詳しく調べ、放射線増感作用の有無を確認する必要がある。本研究の成果も含め、今後も研究を継続することで得られるであろう成果を、学術大会や論文で発信し、フラボノイドの放射線増感剤としての有用性を説いていきたい。
抗結核薬D-サイクロセリンの生合成遺伝子を利用した創薬研究

本研究では,抗結核薬D-サイクロセリン(D-CS)の生合成遺伝子(dcsC, dcsD, dcsEおよびdcsG)を導入した大腸菌を用いて, D-CS自己耐性遺伝子(dcsJ)を共発現させること,および,宿主大腸菌の代謝工学的手法による改変を通じて,大腸菌を宿主としたD-CSの高生産システムの構築に成功した。また, D-CSの生合成に関与するDcsAおよびDcsGタンパク質について,それらの酵素機能を明らかにした。本年度は,応用研究として,システインおよび硫化水素の生成に関与する遺伝子(cysJ, cysKおよびcysM)を破壊した大腸菌株の作製と,それらを宿主とした抗結核薬D-サイクロセリン(DCS)の大量生産実験を中心に行った。遺伝子破壊大腸菌の作製においては,まず,標的遺伝子の上流領域,薬剤耐性遺伝子,標的遺伝子の下流領域の順にベクター上で連結し,遺伝子破壊カセットを作製した。続いて,作製した遺伝子破壊カセットをPCR法により大量に合成した後,大腸菌BL21(DE3)株に導入し, Red/ETリコンビネーション法により遺伝子破壊株を作製した。遺伝子破壊株構築の成否は, PCR法を用いて確認した。本年度は, cysJ, cysKおよびcysM各遺伝子の単独破壊株の作製に成功した。続いて,既に作製済みのDCS生産用ベクターを作製した遺伝子破壊株に導入し, DCSの生産実験を行った。DCSの生産量については,ニトロプルシッド法により定量した。その結果, cysJ, cysK, cysMいずれの破壊株を用いた場合でも,野生株と比較して数倍程度のDCS生産性の向上が認められた。一方,基礎研究として, D-アミノ酸環状化活性を有するDCS生合成酵素DcsGについても解析を行った。まず,大腸菌の宿主・ベクター系を用いて生産させたDcsGを,ニッケルアフィニティークロマトグラフィーにより単一タンパク質として精製した。続いて,精製したDcsGについて, HPLC等を用いた酵素活性解析を行うことにより, DcsGの酵素学的諸性質を明らかにすることができた。昨年度に引き続き,システインおよび硫化水素の代謝に関与する遺伝子(cysJ, cysKおよびcysM)を破壊した大腸菌株の作製と,それらを宿主とした抗結核薬D-サイクロセリン(D-CS)の大量生産実験を行った。昨年度,各遺伝子の単独破壊株の作製に成功したので,本年度は,それらの二重および三重破壊株を作製した。得られた破壊株(7株)にD-CS生産用ベクターを導入し, D-CSの生産実験を行い, D-CSの生産性をHPLCにより解析した。その結果,単独破壊株においてはD-CS生産性の向上は認められなかったものの(昨年度の報告を訂正), cysJおよびcysK二重破壊株において, D-CSの生産性の向上が認められた。また, D-CS生合成遺伝子に加え, D-CS排出膜タンパク質をコードする遺伝子を共発現させることにより, D-CS生産性をD-CS生産菌と同等まで上昇させることに成功した。別の応用研究としては, 1)D-CS合成酵素DcsGを用いた環状D-アミノ酸の合成を行った。その結果, D-ホモシステインの環状化体を得ることに成功した。2)D-CS生合成遺伝子のうち,中間体であるヒドロキシウレア(HU,抗癌剤として使用されている)の合成に関与するdcsAおよびdcsB遺伝子を放線菌に導入し, HUの微生物変換系の構築を行った。その結果,遺伝子導入体は得られたものの,アルギニンからHUへの微生物変換は認められなかった。一方,基礎研究としては,ヘムタンパク質DcsAの酵素学的解析を行った。その結果,電子伝達系タンパク質(フェレドキシンおよびフェレドキシンレダクターゼ)に加え, NADPH再生酵素(グルコースデヒドロゲナーゼ)の存在下, DcsAはアルギニンの水酸化を触媒することを見出した。抗結核薬D-サイクロセリンの生合成において, dcsAおよびdcsB遺伝子は, L-アルギニンから中間体であるヒドロキシウレア(抗癌剤として使用されている)の生成に関与する。最終年度は,大腸菌におけるヒドロキシウレア生産系の構築を目指し, dcsA,電子伝達系タンパク質をコードする遺伝子(fpr, fldA:微生物由来),および, NADPH再生酵素をコードする遺伝子(zwf)を大腸菌に導入し, L-アルギニンからヒドロキシアルギニンを生産する系の構築を行った。デュエットベクター(pET Duet-1およびpACYC Duet-1)を用いることにより, 4遺伝子を導入した大腸菌株を作製し, SDS-PAGE解析を行った結果, 4遺伝子が同時に発現していることが明らかになった。そこで,作製した大腸菌のトルエン処理透過細胞を用いて, L-アルギニンからヒドロキシアルギニンへの変換を試みた。しかしながら, TLC解析の結果,検討した条件下において,ヒドロキシアルギニンの生成は認められなかった。この原因として,利用したFprおよびFldAが, DcsAの電子伝達系として機能しないことが考えられた。研究期間の全体を通じて,微生物を宿主としたヒドロキシウレア生産系の構築には至らなかったものの,大腸菌を宿主としたD-サイクロセリンの高生産システムの構築,および, D-サイクロセリンの生合成に関与するDcsAおよびDcsGの酵素機能解析については,当初の目標をほぼ達成することができた。

本研究では,抗結核薬D-サイクロセリン(D-CS)の生合成遺伝子(dcsC, dcsD, dcsEおよびdcsG)を導入した大腸菌を用いて, D-CS自己耐性遺伝子(dcsJ)を共発現させること,および,宿主大腸菌の代謝工学的手法による改変を通じて,大腸菌を宿主としたD-CSの高生産システムの構築に成功した。また, D-CSの生合成に関与するDcsAおよびDcsGタンパク質について,それらの酵素機能を明らかにした。本年度は,応用研究として,以下の研究計画を立てた。1)大腸菌の染色体上に存在するcysJ, cysKおよびcysMについて,それらの二重,三重破壊株を作製する。2)作製した遺伝子破壊株(昨年度作製した単独破壊株も含む)にD-CS生産用ベクターを導入し, D-CS生産実験を行う。3)D-CS合成酵素であるDcsGタンパク質を用いて,環状D-アミノ酸の合成を行う。4)D-CS生合成遺伝子dcsAおよびdcsBを放線菌に導入することにより,抗癌剤HUの微生物変換系の構築を行う。一方,基礎研究としては,以下の研究計画を立てた。1)D-CS生合成酵素であり,アルギニンの水酸化に関与すると示唆されているヘムタンパク質DcsAの酵素学的解析を行う。本年度の応用研究の成果としては, cysJ, cysKおよびcysM遺伝子の二重および三重破壊大腸菌(合計4株)の作製に成功した。昨年度作製した単独破壊株(3株)に加え,本年度作製した破壊株にD-CS生産用ベクターを導入した結果, cysJおよびcysK二重破壊株において, D-CSの生産性の向上が認められた。さらに, D-CS排出膜タンパク質をコードする遺伝子の共発現により, D-CS生産性をD-CS生産菌と同等まで上昇させることに成功した。また, DcsGタンパク質を用いて, D-ホモシステインを基質とし,その環状化体を合成させることに成功した。一方,基礎研究の成果としては,ヘムタンパク質であるDcsAの機能解析を行った結果,本タンパク質は電子伝達系タンパク質およびNADPH再生酵素の存在下,アルギニンの水酸化活性を示すこと明らかにした。以上のことから,放線菌を宿主としたアルギニンからHUへの微生物変換を達成できなかったこと以外,ほぼ概ね達成できたものと考えられる。微生物薬品学ほぼ概ね計画通りに研究が遂行されていることから,推進方策について大きな変更はない。ただし,本年度で計画していた放線菌を宿主としたHUの微生物変換系の構築については, dcsAおよびdcsB導入放線菌を作製したものの,アルギニンからHUへの微生物変換を達成することはできていない。本年度の基礎研究の成果により, DcsAの機能発現には,電子伝達系タンパク質およびNADPH再生酵素の存在が重要であるとの知見を得た。そこで,次年度の研究計画において, dcsA, dcsB,電子伝達系タンパク質遺伝子およびNADPH再生酵素遺伝子を大腸菌に導入することによる,大腸菌を宿主としたHUの微生物変換系の構築を追加する。その他の実験計画について変更はない。1)大腸菌の染色体上に存在するシステインおよび硫化水素の生成に関与する遺伝子(cysJ, cysKおよびcysM)について,各遺伝子の単独破壊株および二重,三重破壊株を作製する。
非含水主要マントル鉱物の水素位置の特定とそのレオロジー特性の解明

水がカンラン石のレオロジーに大きな影響を与えることが示されてから、30年以上にわたってマントル鉱物のレオロジーへの水の効果は多くの研究者によって調べられてきている。しかし、報告された結果には一貫性がなく、マントルのダイナミクスへの水の効果を定量的に応用する段階にないのが現状である。その主な原因は、ほとんどの研究で全含水量をパラメータとした議論に限定されてきたため、マントル鉱物のレオロジーに対する水素の結晶学的配置の影響が全く考慮されてこなかった点にあると考えられる。また、遷移層・下部マントルに至っては、レオロジーに関する研究が限られており、水の影響を議論するに至っていない。本研究は、FTIRで観測されるいくつかのOH伸縮バンドがそれぞれの水素位置を反映していることに着目して、上部マントルから下部マントルまでの主要鉱物について水素位置を特定し、レオロジーに与える水の影響を結晶学的に解明することを目的とする。水素位置の特定には主にIRスペクトルを用いる。本研究では主に無水マントル鉱物単結晶の結晶方位・圧力・温度依存性を明らかにすることで、水素位置の特定を行う。そこで、2018年度は主に、ダイヤモンドアンビルセルを用いた高圧その場IRスペクトルの温度依存性を明らかにすべく、加熱(400°C)・冷却(-80°C)システムの導入を行った。また、この加熱・冷却システムの導入に先立って、徳島大学にてカンラン石とAlを含む斜方輝石についての極低温条件(8K)までのIRスペクトル測定を行い、Alを含む斜方輝石でブロードなOH伸縮バンドはガーネットで報告されているような結果とは異なり、極低温下でもブロードなままであることが確認された。また、さらに、水素位置を特定後、水を含むマントル鉱物のレオロジーを測定するための変形試験機の高度化も併せて行った。本年度は、まず、その場真空FTIR測定用の温度制御機構の確立を中心に行った。真空型FTIRの真空チャンバーに新たに、加熱用の電極とコールドステージを取り付けるための加工を行い、真空条件下で-80°Cまで冷却できることを確認した。また、DACの外熱加熱用のヒーターを作成し、ヒーターが400°Cまで高温が発生できることを確認した。次に、カンラン石の単結晶合成実験を行った。実験にはピストンシリンダー装置を使用した。また、組成はMg単成分であるMg2SiO4にSiO2雰囲気を制御するために1wt.%だけMgOまたはSiO2に富んだ組成のものを使用した。その結果、MgOまたはSiO2に富んでいる場合で異なるOH伸縮バンドの出現も確認された。これにより、低圧条件下でのシリカ雰囲気依存性が制御され、Mg単成分であるMg2SiO4ではSiO2雰囲気によって水素位置が変わることが明らかとなった。最後に、水素位置を特定した後に議論を行うレオロジー特性を測定するためのプレスの高度化を行った。この結果、25GPaまでのせん断変形実験が可能となった。来年度以降は、2018年度に導入した真空型FTIRのダイヤモンドアンビルセルに対する加熱・冷却システムを使用し、マントル鉱物のIRスペクトルの高圧その場観察を行う予定である。また、同時に、双子型2重カプセル法を用いてマントル鉱物の水・SiO2雰囲気依存性の決定を行う予定である。

また、DACの外熱加熱用のヒーターを作成し、ヒーターが400°Cまで高温が発生できることを確認した。次に、カンラン石の単結晶合成実験を行った。実験にはピストンシリンダー装置を使用した。また、組成はMg単成分であるMg2SiO4にSiO2雰囲気を制御するために1wt.%だけMgOまたはSiO2に富んだ組成のものを使用した。その結果、MgOまたはSiO2に富んでいる場合で異なるOH伸縮バンドの出現も確認された。これにより、低圧条件下でのシリカ雰囲気依存性が制御され、Mg単成分であるMg2SiO4ではSiO2雰囲気によって水素位置が変わることが明らかとなった。最後に、水素位置を特定した後に議論を行うレオロジー特性を測定するためのプレスの高度化を行った。この結果、25GPaまでのせん断変形実験が可能となった。来年度以降は、2018年度に導入した真空型FTIRのダイヤモンドアンビルセルに対する加熱・冷却システムを使用し、マントル鉱物のIRスペクトルの高圧その場観察を行う予定である。また、同時に、双子型2重カプセル法を用いてマントル鉱物の水・SiO2雰囲気依存性の決定を行う予定である。
Sek1遺伝子変異による胎児肝細胞アポトーシス亢進の分子機構の解明

ストレス応答性MAPキナーゼカスケードであるJNK/SAPK系は、種々の物理化学的ストレスや腫瘍壊死因子(TNFα),インターロイキン1(IL-1)などの炎症性サイトカインによって活性化され、免疫応答やアポトーシスの制御などに関与する重要な細胞内シグナル伝達経路である。これまでに、JNKの活性化因子であるSEK1を欠損するマウスが、胎生12.5日までに肝形成不全により致死となることから、JNK経路が胎児肝形成過程においても重要な機能を担っていることが明らかとなっている。私は、TNF1型レセプターとSEK1のダブルノックアウトマウスを作製し、同じく肝形成における細胞死を制御するNFκB経路とSEK1を介する経路が異なる機能を有しておりJNK経路が細胞増殖の制御に関与することを示した。また、培養細胞を用いた強制発現系により、JNK上のリン酸化部位であるThr残基とTyr残基のうち、SEK1はTyr残基をより強くリン酸化すること、またMKK7はThr残基を主にリン酸化する傾向があることを明らかにした。本年度は、以上をふまえて実験を行い、以下に示す知見を得た。(1)SEK1欠損細胞においてMKK7が主にリン酸化すると考えられるJNKのThr残基のリン酸化が低下していることから、MKK7によるJNKのThr残基のリン酸化にはSEK1によるTyr残基のリン酸化が促進的に働いていることを見出した。このことからSEK1とMKK7が連続的にリン酸化制御することによりJNKは相乗的な活性化型へと移行し、機能を発現することが明らかとなった。(2)MKK7と結合する分子として新たにfilamin-Aを見出した。このfilamin-AはSEK1とも結合することから、SEK1とMKK7が協調的にJNKを活性化する際に足場タンパク質として機能することが想定され、事実filamin-Aを欠失するメラノーマ細胞においてJNKの活性化が低下していることを示した。現在は、引き続きfilamin-AがSEK1とMKK7をどのように近接化させているのか、その分子メカニズムの詳細を明らかにするとともに、filamin-AがJNKの細胞機能の発現にどのように寄与しているのか培養細胞系にて解析をすすめている。ストレス応答性MAPキナーゼカスケードであるSAPK/JNK系は、種々の物理化学的ストレスや腫瘍壊死因子(TNFα),インターロイキン1(IL-1)などの炎症性サイトカインによって活性化され、免疫応答やアポトーシスの制御などに関与する重要な細胞内シグナル伝達経路である。これまでに、SAPK/JNKの活性化因子であるSEK1を欠損するマウスが、胎生12.5日までに肝形成不全により致死となることから、SAPK/JNK経路が胎児肝形成過程においても重要な機能を担っていることが明らかとなっている。私は、TNF1型レセプターとSEK1のダブルノックアウトマウスを作製し、同じく肝形成における細胞死を制御するNFκB経路とSEK1を介する経路が異なる機能を有することを示した。また、培養細胞を用いた強制発現系により、SEK1はSAPK/JNK上のリン酸化部位であるThr残基とTyr残基のうち、Tyr残基をより強くリン酸化することを見出している。1)TNF1型レセプターとSEK1のダブルノックアウトマウスの胎児肝において、著しい細胞数の減少が認められた。2)SAPK/JNKのもうひとつの直接の上流因子、MKK7を欠損する細胞においても、SEK1欠損細胞と同様にストレス刺激の際のSAPK/JNK活性の著しい低下が観察され、この際に、SAPK/JNK上のThr残基に対するリン酸化が低下していた。一方、Tyr残基は野生型の細胞と同等のリン酸化が認められた。現在は、引き続きSEK1欠損細胞、およびMKK7欠損細胞におけるSAPK/JNKのリン酸化修飾状態の変化と、その活性に対する影響を検討するとともに、ES細胞のin vitroの分化系を用いて、ストレス応答性MAPキナーゼの細胞分化、増殖に対する影響の検討を行っている。(1)SEK

1欠損細胞においてMKK7が主にリン酸化すると考えられるJNKのThr残基のリン酸化が低下していることから、MKK7によるJNKのThr残基のリン酸化にはSEK1によるTyr残基のリン酸化が促進的に働いていることを見出した。このことからSEK1とMKK7が連続的にリン酸化制御することによりJNKは相乗的な活性化型へと移行し、機能を発現することが明らかとなった。(2)MKK7と結合する分子として新たにfilamin-Aを見出した。このfilamin-AはSEK1とも結合することから、SEK1とMKK7が協調的にJNKを活性化する際に足場タンパク質として機能することが想定され、事実filamin-Aを欠失するメラノーマ細胞においてJNKの活性化が低下していることを示した。現在は、引き続きfilamin-AがSEK1とMKK7をどのように近接化させているのか、その分子メカニズムの詳細を明らかにするとともに、filamin-AがJNKの細胞機能の発現にどのように寄与しているのか培養細胞系にて解析をすすめている。
ヘルペス属ウイルス感染に伴う宿主染色体DNA合成停止の機構解析

EBV溶解感染を誘導すると宿主細胞内ではEBVゲノムは100倍から1000倍増幅複製される。このウイルスDNA合成を宿主細胞はDNA損傷即ち異常DNAとみなしATM依存的DNA損傷チェックポイント経路を活性化することを明らかにした(Kudoh A et al..J.Biol. Chem.280:8156-8163.2005)。この現象は単純ヘルペスウイルス感染でも同じ現象がおきることも明らかにした(Shirata N, et al.J.Biol.Chem.280:30336-30341.2005)。しかしATM依存的DNA損傷チェックポイント経路の活性化はp53の活性化をおこすが、p53及びp53の下流のp21、MDM2の発現量の増加はなく、p53の下流の経路は活性化されていなかった。これはウイルスBZLF1蛋白質がp53の機能をブロックすることで細胞周期停止や細胞死の誘導をおさえていること、またその分子機構もわかってきた(manuscript in preparation)。これまでEBV溶解感染を誘導した細胞はS期様環境を維持したまま宿主DNA複製が抑制され細胞周期停止を引き起こすことを明らかにしてきた(Kudoh et al.J.Virol.77:851-861.2003,Kudoh et al.J Virol.78:104-115.2004)。その分子機構はどうなっているのか?その分子機構の一つの機序として溶解感染を誘導すると染色体複製開始及び複製伸長に関与するMCM複合体のリン酸化がおきることがわかった。通常、S期にはいるとMCM4はCDK2によりリン酸化され、MCM4のリン酸化はMCM複合体のHelicase活性の不活化をもたらすが、溶解感染誘導後CDK2特異的リン酸化部位(Thr-19,Thr-110)がリン酸化されることが判明した。EBV溶解感染誘導はCDK2活性の高い環境になり、CDK2がMCM4のリン酸化を行っていると思われるが、さらにこのリン酸化はEBVBGLF4蛋白質キナーゼによってin vitroでもHeLa細胞での単独発現系でも起きることが明らかとなった。さらに、MCM4-6-7から構成される6量体の持つDNAヘリカーゼ活性はBGLF4蛋白質共存在化では著しく抑制されることから、EBV溶解感染期にはCDK2およびBGLF4蛋白質がMCM複合体をリン酸化しMCM複合体のヘリカーゼ活性を不活化することが、宿主染色体DNAの再複製開始および複製伸長を阻害する一つの機構であることが示唆された(Kudoh et al.J.Biol.Chem.revisedmanuscriptinpreraration)。
衛星観測と地磁気逆計算法によるオーロラ爆発開始条件の解明

地球の電離圏では数時間に一度、オーロラが爆発的に発達する。本研究の目的は、オーロラ爆発が開始するために必要な条件を明らかにすることである。特に、オーロラ爆発時における、磁気圏近尾部リコネクションの、朝夕方向の位置を調べることにより、オーロラ爆発時にはリコネクションが必ず生じているのかどうかを明らかにした。近尾部リコネクションは南向き磁場を伴う200km/s以上の反地球向き高速流により同定した。まず、66例の孤立したオーロラ爆発を、ポーラー衛星の紫外線オーロラ観測により同定した。次に、オーロラ爆発時に、地球から反太陽方向に5-31地球半径、かつ朝夕方向に+-15地球半径以内のプラズマシート中で、ジオテイル衛星が反地球向き高速流を観測する確率を計算した。その結果、オーロラ爆発が夕方で生じた場合は夕方で、真夜中で生じた場合は真夜中で、反地球向き高速流の観測確率が高かった。この結果は、反地球向き高速流の朝夕方向の位置(Y)とオーロラ爆発の経度(MLT)に対応があることを意味しており、最小自乗フィットでは、Yagsm=-5.7(MLT+0.6)Reと表せ、相関係数は0.8であった。ほとんどの反地球向き高速流はこの回帰直線から朝夕方向に5Re以内で観測されており、またそこでは反地球向き高速流の観測確率は88%であった。ジオテイル衛星の位置が回帰直線に近いにもかかわらず、反地球向き高速流が観測されなかった例が二つあったが、これらは地球向き高速流との例と、移動性圧縮領域(TCR)の例であったので、近尾部リコネクションと矛盾はしない。これらの結果から、オーロラ爆発の経度では、リコネクションは必ず生じていると考えられる。このためには、オーロラ爆発直前の電離圏・磁気圏対流パターンと、オーロラ爆発開始位置との関係を解明することが重要であると思われる。磁気圏尾部では、磁気再結合による地球向き高速流が、突如生じることが知られている。本研究では特に、この尾部での高速流に対応した、電離圏での低緯度向き高速流が、オーロラ爆発開始位置付近に存在するのかどうかを明らかにする。平成17年度においては、まず、ポーラー衛星が取得したオーロラ紫外線写真のデータベースを作成し、オーロラ爆発の位置と磁気再結合の位置が対応していることを見いだし、IAGA Scientific Assembly(フランス)における招待講演で報告した。また、オーロラデータの電離圏へのマッピングを行うソフトウェアを、ポーラー衛星のPIであるParks博士(カリフォルニア大学)の協力を得て導入した。次に、オーロラ紫外線の波長による発生高度の違いを利用して、降下電子の特性を推定することにより電離圏電気伝導度の算出を行う手法を、Liou博士(ジョンズホプキンス大学)と共同で開発し、ISSI研究会(スイス)において報告した。さらに、算出した現実の電気伝導度を入力として用いるために、既存の逆計算法プログラムを改良し、従来用いられていたモデル値だけではなく現実のデータ値を入力とできるようにした。また、磁気圏尾部における高速流が極めて地球に近い場所で観測された、すなわち磁気再結合が極めて地球に近い場所で生じたイベントを調べた結果、この高速流に対応してオーロラ爆発が通常よりも低緯度で生じていることを見いだした。この結果はJournal of Geophysical Research誌に掲載された。磁気圏では、磁気再結合による地球向き高速流が、突如生じることが知られている。平成18年度においては、まず、2波長の紫外線によるオーロラのグローバル観測を用いて、オーロラを発光させる降下電子の特性を推定することにより、電離圏電気伝導度の算出を行った。次に、算出した現実の電気伝導度を入力とし、地磁気逆計算法を用いて電離圏のモデリングを行った。その結果、オーロラ発光強度が強い場合でも、オーロラ粒子の平均エネルギーが低いために電離圏電気伝導度が上昇せず、電流が弱い領域が存在する例が示された。これらの結果はCAWSES/IHY研究会(名古屋)において報告した。また、オーロラ爆発と尾部磁気再結合の経度が対応していることを見いだし、その性質を利用して、オーロラ爆発時の磁気再結合の発生確率を算出した。その結果、磁気再結合がオーロラ爆発の必要条件であることを示した。この研究成果は、Journal of Geophysical Research誌に投稿する予定であり、ドラフトを共著者が確認している段階である。

その結果、オーロラ爆発が夕方で生じた場合は夕方で、真夜中で生じた場合は真夜中で、反地球向き高速流の観測確率が高かった。この結果は、反地球向き高速流の朝夕方向の位置(Y)とオーロラ爆発の経度(MLT)に対応があることを意味しており、最小自乗フィットでは、Yagsm=-5.7(MLT+0.6)Reと表せ、相関係数は0.8であった。ほとんどの反地球向き高速流はこの回帰直線から朝夕方向に5Re以内で観測されており、またそこでは反地球向き高速流の観測確率は88%であった。ジオテイル衛星の位置が回帰直線に近いにもかかわらず、反地球向き高速流が観測されなかった例が二つあったが、これらは地球向き高速流との例と、移動性圧縮領域(TCR)の例であったので、近尾部リコネクションと矛盾はしない。これらの結果から、オーロラ爆発の経度では、リコネクションは必ず生じていると考えられる。
オントロジーを基盤とした情報教育の授業設計支援システムに関する研究

本研究では教員による授業設計を動的に支援するシステムFIMAを開発した.FIMAは熟練教員の思考の特徴である1)多次元的思考,2)文脈的思考,3)思考の再構成を促進させることを通して,より良い授業が設計できるように教員を支援する.特にこれらの支援が必要になる学校教育の情報化への対応を重視し,情報教育の目標概念を整理した情報教育目標オントロジーを基盤としている.また,授業設計を動的にさまざまな観点から支援するために,マルチエージェントアーキテクチャを適用した.本研究では教員による授業設計を動的に支援するシステムFIMAを開発した.FIMAは熟練教員の思考の特徴である1)多次元的思考,2)文脈的思考,3)思考の再構成を促進させることを通して,より良い授業が設計できるように教員を支援する.特にこれらの支援が必要になる学校教育の情報化への対応を重視し,情報教育の目標概念を整理した情報教育目標オントロジーを基盤としている.また,授業設計を動的にさまざまな観点から支援するために,マルチエージェントアーキテクチャを適用した.1.総合的な学習の時間での授業実践例や実践力に関する資料から実践力に関する概念を抽出これまで記述してきたディジタル化された情報のみを対象とした狭い意味での情報教育の目標とは別に,言葉で表現された情報なども対象としたより基礎的な教育目標に関する概念の抽出を新たに行った.2.現場の教員,教育委員会から実践力教育の問題点を調査現場での実践力教育の現状,その成果,従来の他教科との差異という観点からの困難な点,などをインタビューして現在の問題点を整理した.3.実践力育成のためにより適切な授業設計プロセスのモデル化従来の授業設計プロセスとの違いを明確にした実践力の育成に適した授業設計プロセスモデルを構築した.4.提案する授業設計プロセスモデルの評価すでに実践力の育成を実践している教員,これから取り組んでいこうとしている教員に対してこのモデルが授業設計をスムーズに進める効果があるのかを検証した.5.実践力教育を支援するための教育・研究機開からの情報の収集情報教育や総合的な学習の時間に関して現場の教員を様々な観点から支援する情報が実践力の教育に対してどのような観点からの支援を目的としているのかを整理し分類した.6.支援情報に対するオントロジーを基盤としたメタデータの記述5.で収集した支援情報に対して,1.で記述したオントロジーを基盤としてセマンティックWeb技術に基づいたメタデータを記述した.このメタデータ記述によって,教育目標とその他の概念が混在した情報に対して教育目標概念に特化したオントロジーの観点を強調して提示することが可能となる.また,別の機関から提供されている別の観点からの支援情報について,オントロジーを中心として結合させることも可能となり,より幅広い情報を提供することが可能となる.1.情報教育の目標リストとオントロジー間の関係記述オントロジーを基盤としたメタデータ記述は,申請者を中心としたオントロジーとセマンティックWeb技術について理解している関係者でしか記述することができない.そのスケーラビリティの問題を解決するために,本研究ではすでに現場に普及している情報教育の目標リストとオントロジーの連携を実現させた.情報教育の目標リストを基盤として記述されたメタデータをオントロジーを基盤としたメタデータに変換するために,これらの関係を明示的に記述した.2.情報教育の目標リストに基づいたメタデータ記述現在も情報教育の目標リストに基づいた支援情報に対するメタデータ記述は現場の教員の手で行われているが,このメタデータはセマンティックWeb技術に基づいた記述ではなかっ.教員がこれまでと同様の方法でセマンティックVeb技術に基づいたメタデータを記述するために,表計算ソフトにプログラムを組み込んで,表形式に書かれた情報を自動的にセマンティックVeb技術に基づいたメタデータの形式で出力する仕組みを実現した.3.授業の状況を記述するための概念の体系的記述授業の中で現れる様々な状況を明確に表現するために,関連する概念を抽出し授業におけるそれらの概念間の関係をオントロジー理論に基づいて記述した.実践力のような暗黙的なメタ能力を育成する場合,授業においてどのような状況を設定するかが重要であり,教師間での実践力教育のための経験的知識の共有や教師教育のためには,この授業における状況を明確に表現するための枠組みが必要である.そのための概念体系を構築することが目的である.4.教育目標概念間の関係を明示的に記述鰹昨年度提案した実践力育成に適した授業設計プロセスでは,教師は授業の詳細化に伴って関連してくるそれまで想定していなかった別の能力育成を教育目標として組み込んでいくことが重要となる.この点を支援するために,授業を構成する様々な状況に依存した教育目標概念間の関係を明確に記述していくことが必要となる.これらを記述する枠組みとして3.で記述した概念構造を活用した.本研究では,小学校低学年段階からの基礎的な内容も含んだ広い意味での情報教育を中心とした実践力に焦点を当て,教師による授業設計を動的に支援するシステムの開発を行う.このシステムの目的は,実践力の育成に関してまだ十分な経験のない教師を対象にし,より適切な授業設計プロセスを意識させ,より良い授業を設計できるように支援することである.具体的な研究相的は, (1)実践力にあたる教育目標の明確化,(2)(1)で明確化された教育目標概念に基づいた教育支援リソースのメタデータ記述,(3)実践力育成のための授業設計プロセスのモデル化,(4)授業状況記述のための概念の抽出と体系化,

(5)実践力育成のための授業設計を動的に支援するシステムの開発である.1.教師による実践力育成達成状態記述の枠組みの構築授業設計時に教師をより効果的に支援するためには,それまでの生徒たちの学習状況をシステムが認識しておくことが望ましい.そのための枠組みとして,教師が担当の生徒たちの実践力に関するこれまでの学習状況を記述できる枠組みを構築した.この枠組みの基盤となるのは, 1.で構築した実践力を体系的に記述したオントロジーとなる.この機能は本研究で構築する授業設計支援システムの一部となるため,昨年度に購入したパーソナルコンピュータ上でJava言語を用いて開発した.2.実践力育成のための授業設計支援システムの開発これまでの成果をすべて活かし,教師による実践力育成を目的とした授業設計を動的に支援するシステムを開発した,このシステムは,昨年度に購入したパーソナルコンピュータ上でJava言語を用いて開発した.3.開発した授業設計支援システムの評価開発した授業設計支援システムを県教育委員会にも協力してもらい,現場の教員に実際に利用してもらった.授業設計時におけるシステムの操作性,実践力育成のための授業設計という観点での支援機能の効果,作成された指導案の内容,について質的・量的に評価し,その有効性を検証した.