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遺伝子機能の環境依存性に着目した代謝ネットワークのロバスト性機構の解明

[4] Y. Tohsato, et al.,第34回日本分子生物学会年会, 2011,[5]小原祥平,遠里由佳子,伊藤將弘,情報処理学会研究報告, 2011-BIO-26(6), pp. 1-2, 2011,[6]松田祥彦,伊藤將弘,遠里由佳子,情報処理学会研究報告2011-BIO-26(7), pp. 1-6, 2011).平成24年度の課題である「細胞の内部変動を考慮したモジュール構造の解析」を試みた結果,比較できるデータの不足などの原因で芳しい進展は見られなかった。しかしながら、平成25年の課題である「代謝ロバスト性の統合的モデル化と機能予測」を前倒しすることで、著しい進展がみられた。具体的には、「代謝における内部変動のモデル化」という課題に対し、Chassagnoleらによる解糖系の数理モデルを計算機上で再現し、それに実数型遺伝的アルゴリズムを適用することでパラメータ感度解析を行った。その結果、モデルが再現できる大腸菌の増殖期間が40秒と短いながらも、状態の変化に弱い反応経路やそれを補うことのできる経路を明らかにした。そこで、構築したモデルを、Kadirらのモデルを参考にすることでTCA回路を含めた数理モデルに拡張し、グルコース培地におけるエネルギー代謝の挙動を計算機上で24時間のスケールで再現した。その結果、大腸菌の対数増殖期の細胞増殖は、主に解糖系によるところが大きいことを明らかにした。一方、「大腸菌機能未知遺伝子の機能推定」に対し、大腸菌の9種類の機能未知遺伝子を欠失した一遺伝子欠失株が、環境依存性が高く、ごく限られたアミノ酸培地条件で野生株と比べてNADH生産と細胞増殖が著しく低下することを明らかにした。これは、昨年度に提案したPhenotype MicroArrayのデータ前処理法にIRMを導入することにより実現しており、当初、適用する予定であった主成分分析や、従来のバイクラスタリング法と比べても、IRMが優れた解析を持つことが明らかとなった。これについては論文誌にまだ未公表であるため、現在、原稿を作成中である。平成23年度の課題である、(1)データベースの構築と公開は順調に行うことができた。しかし、提案したアルゴリズムのソフトウェア公開には至っていない。そこで今後は、提案したアルゴリズムをRソフトウェアのライブラリとして一般に提供していきたい。一方、(2)表現型の特徴抽出の方法は、順調に進展している。ただし、多重統計解析は改善の余地がみられたため、当初計画をさらに拡張し、平成25年度にまわす形でその解析法の提案および評価を進める。主成分分析による特徴抽出については、当初計画したとおりの良い結果が得られつつあり、COG(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/COG/)による機能分類による評価と解析結果の整合性が取れた。しかし、それらの成果を公表するためには、対照実験と、さらに正確な評価方法の導入が必要と考えている。(3)代謝の数理モデルの構築は、Chassagnoleらによる解糖系モデルの再現することできた。加えて、KadirらによるTCA回路を含めたモデルを取り入れ、さらなる改良を行っている。
虚血性血管構造変化メカニズム　の解明による末梢動脈疾患診断法開発への応用

本研究は、末梢動脈疾患を対象とし、その診断法や治療法への新たな概念の提唱を目指している。末梢動脈疾患とは、脳梗塞や心筋梗塞といった動脈硬化関連疾患の一つで、手足に血行不良が生じる動脈硬化症である。末梢動脈疾患に罹る患者は、他の動脈硬化関連疾患も併発しやすいため、末梢動脈疾患の診断・治療法を考えることは重要な課題と捉えている。末梢動脈閉塞後の虚血組織では、虚血状態を修復するため血管構造の再構築とそれに伴う血液再灌流が起こるが、この仕組みを正確に理解することが疾患の効果的な診断・治療に役立つと考えられている。血管の再構築過程には、もともと体に張り巡らされている側副動脈が拡張する動脈形成と、血管が新たに生えてくる血管新生がある。近年、これら2つのうち、動脈形成について、X線CTを用いたイメージングが行われてきており、動脈形成のメカニズム解明への期待が高まっている。そこで本研究では、この動脈形成に着目し、動脈形成が起こる過程を定量的に解析することで、得られた概念を末梢動脈疾患の診断法や治療法へ応用したいという目的の基に研究を行っている。本研究では、末梢動脈疾患を模倣した下肢虚血モデルマウスを作製し、金ナノ粒子造影剤を用いたX線CTイメージングで血管構造変化を観察している。虚血後3日のマウス下肢組織では、コークスクリュー様に構造変化する血管構造変化が確認され、虚血後2週間にかけて、径が増大していく様子が観察された。コークスクリュー様に構造変化した血管の細胞状態を調べるために、コークスクリュー様血管を含む組織を取り出し、蛍光顕微鏡観察を行った。その結果、血管内皮細胞と血管壁細胞が異なる走行を示していることが明らかになってきた。この細胞種による血管拡張の際の応答の違いが、コークスクリュー様に構造変化を起こす要因の一つとなっているのではないかと示唆される。本年度は同一マウスの同一血管を経時的にX線CT解析することにより、動脈形成過程における血管形態が短期間でどのように変化するかを解析した。虚血処置後3、4、5日の三日間観察を行ったところ、動脈形成過程の際、血管形態パターンを維持しながら血管拡張するということがわかってきた。つまり、「血管の形態変化が先に起こり、後に血管が拡張してくる」といった傾向が見えてきた。さらに、観察対象の血管を病理切片にし、蛍光免疫染色で血管内皮細胞数の変化を観察した。その結果、血管拡張の際の血管内皮細胞増殖は、血流方向よりも血管周方向に増殖する極性があることを示唆した。このことを詳細に検討するため、血管内皮細胞の配向を数値シミュレーションで解析した。その結果、血管内皮細胞の配向は、血管拡張の早期と後期で異なる配向を示す可能性が見えてきた。この結果は血管の形態変化メカニズムを解明する上で、非常に重要な概念提唱に繋がるものと考えている。このように、課題解決を図りながら、おおむね順調に研究は進展している。コークスクリュー様に構造変化した血管と対照肢の同一箇所の血管(拡張・構造変化を起こしていない血管)の血管増殖因子に違いがあるかどうか、現在検討を行っている段階である。代表的な血管増殖因子として、VEGF(血管内皮細胞増殖因子)がある。このVEGFの量が、構造変化を起こす初期段階と起こった後で違いがあるかどうか、また、どのような違いになっているか、非常に興味深い知見になると考えられる。VEGFの解析については、ウエスタンブロッティング法等を用いて研究推進を図る予定である。近年、PDGF(血小板由来成長因子)やFGF(線維芽細胞増殖因子)といった他の血管増殖因子の影響についても指摘されている。VEGF以外の血管増殖因子の影響も明らかにしていきたい。また、現在、血流速等の物理的数値を用いて血管内の力の変化を算出しようとしている。血管の構造変化には、血管内を流れる血流による流体力学的力を考慮する必要があるため、それらの値を用いて、どのような力が働けば、コークスクリュー様に変化するのかをシミュレーションで明らかにしようとしているところである。末梢動脈閉塞後の虚血組織では、虚血状態を修復するため血管構造の再構築とそれに伴う血液再灌流が起こるが、この仕組みを正確に理解することが疾患の効果的な診断・治療役立つと考えられている。そこで本研究では、この動脈形成に着目し、動脈形成が起こる過程を定量的に解析することで、得られた概念を末梢動脈疾患の診断法や治療法へ応用したいという大きな目標を定め、研究を行っている。

虚血後3日のマウス下肢組織では、コークスクリュー様に構造変化する血管構造変化が確認され、虚血後2週間にかけて、径が増大していく様子が観察された。コークスクリュー様に構造変化した血管の細胞状態を調べるために、コークスクリュー様血管を含む組織を取り出し、蛍光顕微鏡観察を行った。その結果、血管内皮細胞と血管壁細胞が異なる走行を示していることが明らかになってきた。この細胞種による血管拡張の際の応答の違いが、コークスクリュー様に構造変化を起こす要因の一つとなっているのではないかと示唆される。X線CTの撮像に関して、これまで、独自に開発した高感度金ナノ粒子造影剤を開発し、従来のヨード系造影剤よりも高コントラストでの造影を実現してきた。しかし、「1撮像時間が長く(約30分)、撮影中の呼吸性微動の影響があること」、「215nm金ナノ粒子は体外に排出されないため、同一マウスの観察が不可であったこと」、という2つのCT撮像に関する課題があった。1の課題に関して、寝台にマウスを固定する新たな方法の開発を行った。臨床の放射線治療の固定具の素材として使用されているポリカプロラクトンという素材に着目した。ポリカプロラクトンは約60°Cという比較的低温で変形するプラスチックであり、X線の吸収も少ないことから、X線領域の固定具としては非常に優れた素材である。このポリカプロラクトンを使用したマウスの固定により、より高精度な撮像が可能となった。また、2の課題に関しては、造影剤の投与方法や観察部位を工夫することによって、同一マウスにおける同一血管の経時変化を観察することに成功した。そして同一血管の経時変化を観察した結果、「血管の形態変化が先に起こり、後に血管が拡張してくる」といった傾向が見えてきた。この結果は血管の形態変化メカニズムを解明する上で、非常に重要な概念提唱に繋がるものと考えている。このように、課題解決を図りながら、おおむね順調に研究は進展している。本研究は、末梢動脈疾患を対象とし、その診断法や治療法への新たな概念の提唱を目指している。末梢動脈疾患とは、脳梗塞や心筋梗塞といった動脈硬化関連疾患の一つで、手足に血行不良が生じる動脈硬化症である。末梢動脈疾患に罹る患者は、他の動脈硬化関連疾患も併発しやすいため、末梢動脈疾患の診断・治療法を考えることは重要な課題と捉えている。末梢動脈閉塞後の虚血組織では、虚血状態を修復するため血管構造の再構築とそれに伴う血液再灌流が起こるが、この仕組みを正確に理解することが疾患の効果的な診断・治療に役立つと考えられている。血管の再構築過程には、もともと体に張り巡らされている側副動脈が拡張する動脈形成と、血管が新たに生えてくる血管新生がある。近年、これら2つのうち、動脈形成について、X線CTを用いたイメージングが行われてきており、動脈形成のメカニズム解明への期待が高まっている。そこで本研究では、この動脈形成に着目し、動脈形成が起こる過程を定量的に解析することで、得られた概念を末梢動脈疾患の診断法や治療法へ応用したいという目的の基に研究を行っている。本研究では、末梢動脈疾患を模倣した下肢虚血モデルマウスを作製し、金ナノ粒子造影剤を用いたX線CTイメージングで血管構造変化を観察している。
医療契約論-実体的解明から典型契約類型化へ

本年度は、医療契約に関するルールのうち、「医療契約に独自の部分=民法の委任に関する規定・解釈が適用できない部分」に属するものにつき、「医療契約に本質的な要素」とは何かという視点から、分析を行った。その成果は以下の通りである。1まず、全体的な共通の分析視角として、(1)人格権から導き出される患者の自己決定権、(2)専門家としての医師の裁量、そして(3)公共の利益の三者のあいだでの対立・相克関係が見出される。2それがもっとも個性的に発現するのは、医療情報をめぐる法的関係であった。これを総合的に分析した結論は次の通りである。(1)医療の提供を目的とする情報の取得と利用黙示の承諾の法理による同意原則の緩和のもと、医師による患者情報の取得・利用が行なわれる。利益対立は存在しない。(2)患者からのアクセス原則として、患者は自己情報コントロール権((1))の行使として、自己の医療情報へのアクセス権を有する。例外的に、(1)と(2)の対立関係が生ずる。(3)第三者提供原則として、医師の守秘義務(すなわち(1))により、医療情報の第三者提供は禁止される。しかし、主として公共の利益((3))のために、多くの「例外」が認められ、実際には広範に許容されている。ここでは、(1)と(3)がするどく対立し、困難な事例が集中する(守秘義務については、前採択課題で既に検討)。(なお、この総合的分析成果を纏めた論文をすでに脱稿し、公表を予定している)本年度の研究は、医療情報に関する筆者のこれまでの研究をベースに、それを「鍵」として、医療契約ひいては医師と患者の法的関係の属性について思考をめぐらすものであった。これは、医療契約論にとどまらず、医事法の学問的体系化というより大きなテーマへ接近する道筋をも与えてくれるものである。本研究の目的は、医療契約とは委任とは似て非なる無名契約であるとの仮説から出発して、委任を下敷きにそれを修正した新たな独自の典型契約類型を確立することである。すでに前研究によって、医療契約の実体的内容に関するわが国の研究の現時点での到達点を網羅的・体系的に明らかにする作業を終えている(「医療契約論-その実体的解明-」西南学院大学法学論集第38巻第2号61頁91頁(2005年10月)。そこで本年度は、これをふまえ、次の段階の作業に取り組んだ。すなわち、医療契約の成立から終了までの規定・解釈を委任契約のそれと照らし合わせ、その一つ一つを、(1)「委任契約と共通する部分=民法の委任に関する規定・解釈が適用できる部分」と、(2)「医療契約に独自の部分=民法の委任に関する規定・解釈が適用できない部分」とに区分けした。そして、とりわけ(2)を取り出し、それが何ゆえに生まれたのかということを、「医療契約に本質的な要素とは何か」という命題に関連づけながら考察を進めていった。現時点で、(2)に属する部分として、医師の守秘義務、医師の応招義務、医師の説明義務(契約当事者ではない家族・遺族への説明義務も含む)、患者の診療協力義務を選別済みである。このうち、医師の守秘義務については、前研究課題と素材において重複するものであったため、本年度中に検討作業を完了している(前研究課題の成果と重複するが、「医療情報の第三者提供の体系化(一、二未完)」西南学院大学法学論集39巻3号142頁、4号25頁48頁(連載中)、概略を第36回日本医事法学会シンポジウムで報告、報告内容は年報医事法学22号に掲載予定)。
食品製造現場や環境中における糞便汚染指標大腸菌の迅速定量法

大腸菌はヒトや動物の腸管内に存在するため、食品の糞便汚染を示す指標として広く認知され、食品の衛生検査法として定着している。しかしながらその検査法は、乳糖発酵管を用いた最画数法という多大な試験管を必要とする培養検査、また複数の培地を用いた確定検査からなり、多くの労力と時間を要している。本研究では、これらの実態を鑑み、食品製造の現場において広く行われている大腸菌の検査法をより簡便、迅速に行えるよう、分子生物学的手法を取り入れ、実際の製造工程で実施可能なシステムを構築することを目的とし、研究を遂行した。実際の食品製造の現場や環境中から糞便汚染指標菌である大腸菌を迅速に検出、定量を行うためには、リアルタイムPCR法がもっとも有効な手法であると考え、リアルタイムPCR法で大腸菌を検出するためのプライマー、プローブセットの構築を行った。プライマープローブセットは、大腸菌のみを効率よく検出、定量するため、大腸菌が持っuidA遺伝子配列中に設計し、この検出・定量系が大腸菌にのみに特異的に反応することを確認した。特異性の確認には、各種食品などから広く収集した細菌を用い、確立したプライマーセットが大腸菌を迅速に検出できる方法として、実用レベルにあることを確認した。また、各種食品に段階的に希釈した大腸菌を接種し、接種した食品から細菌DNAを抽出し、これをリアルタイムPCRに供することで、食品から直接大腸菌を定量するための検量線を作成した。さらに、もうひとつの応用例として、大腸菌判別用の簡易培地上からの確定試験法についても研究を行い、確立したリアルタイムPCR法を組み合わせることで、生育してきた大腸菌様コロニーを迅速に確定することができる方法も確立した。大腸菌はヒトや動物の腸管内に存在するため、糞便汚染を示す指標として広く認知され、食品の衛生検査法として定着している。しかしながらその検査法は、世界的に乳糖発酵管を用いた最画数法という多大な試験管を必要とする培養検査、また複数の培地を用いた確定検査からなり、多くの労力と時間を要している。本研究では、これらの実態を鑑み、食品製造の現場において広く行われている大腸菌の検査法をより簡便、迅速に行えるよう、分子生物学的手法を取り入れ、実際の製造工程で実施可能なシステムを構築することを目的とし、研究を遂行してきた。実際の食品製造の現場や環境中から糞便汚染指標菌である大腸菌を迅速に検出、定量を行うためには、遺伝子手法(リアルタイムPCR)が現段階でもっとも有効な手法であると考え、本年度はリアルタイムPCR法で大腸菌を検出するためのプライマー、プローブセットの構築を行った。大腸菌のみを効率よく検出、定量するため、プライマープローブセットは、大腸菌が持つuidA遺伝子配列中に設計し、このプライマー、プローブが大腸菌にのみ特異的に反応することを確認した。特異性の確認には、各種食品などから広く細菌を収集した細菌を用い、確立したプライマーセットが大腸菌を迅速に検出できる方法として、実用レベルにあることを確認した。また、食品中からの直接定量法の研究を進めるとともに、もうひとつの応用例として、大腸菌判別用の簡易培地上からの確定試験法についても研究を行い、確立したリアルタイムPCR法を組み合わせることで、生育してきた大腸菌様コロニーを迅速に確定することができる方法も確立した。本研究内容については平成18年度食品微生物学会学術総会において、共同研究発表を行った。
ＩＬ－２１はパイエル板でＩｇＡ親和性を上昇させ、食物アレルギー応答を抑制するか？

IgA抗体産生は粘膜免疫応答の特徴であるが、その親和性については不明な点が多い。申請者は、抗体産生を亢進するIL-21が小腸に点在しIgA抗体の誘導部位と考えられるパイエル板において高発現であることを見出しており、本研究では、そのパイエル板に注目し、産生されるIL-21がIgA産生に与える影響を解析することを目的とした。IL-21産生パイエル板濾胞ヘルパーT細胞(Tfh)の機能を直接的に解析するために、IL-21産生細胞を、GFPより蛍光強度の高い誘導体Venusでマーキングすることを目的とし、そのために、IL-21プロモーター制御下でVenusを発現するIL-21-Venusノックインマウスを樹立のため、そのES細胞を樹立した。今後、これをもちいてマウスの樹立を行う。一方で、IL-21による食物抗原特異的IgA産生の誘導の評価系が必要であった。そこで、マウスにおいてその系を構築するため、野生型マウスおよびTCRトランスジェニックマウスに抗原を投与する期間を比較し、IgAが効率よく誘導される条件を設定した。IL-21の影響を直接評価のために、先述のノックインマウスをホモ化することで欠損マウスを樹立し、それをもちいて解析する予定であるが、マウスの樹立がうまくいかない場合の相補的手法として、IL-21およびIL-21Rに対するモノクローナル抗体による阻害を行う。このために、それらモノクローナル抗体が必要になり、これらを樹立した。今後、この系をもちいてIL-21の影響を評価する予定である。当初の計画通り、IL-21産生細胞を解析するためのマーキングおよびノックインマウスのためのES細胞の樹立に成功した。また、当初の計画通り、IL-21およびIL-21Rに対するモノクローナル抗体の樹立に成功した。樹立したES細胞をもちいてノックインマウスを樹立する.その後,樹立したマウスをさらに交配し、IL-21ノックアウトマウスを樹立するとともに、並行して、IL-21産生細胞の同定および表現型の解析を行う。また、条件を設定した、食物抗原特異的IgA産生誘導評価系において、IL-21の影響を評価する。数点がキャンペーン価格で購入できたため、差額分を次年度使用とした。試薬、プラスチック器具等、消耗品として使用する。
血小板活性化因子生合成酵素の単離とcDNAクローニング

血小板活性化因子生合成酵素の活性調節機構を調べるため、WT、LPS受容体(TLR4)ノックアウトマウス、及びTLR4の下流分子であるMyD88のノックアウトマウス腹腔マクロファージをLPS又は、PAFアナログであるmc-PAFで刺激した。また、マクロファージをLPSで前処理し、続いてmc-PAFで刺激するLPSプライミング効果についても調べた。マウスマクロファージの本酵素活性は、(1)PAF受容体刺激による"秒"単位の活性化、(2)LPS刺激によるMyD88、p38 MAPK依存的な"分"単位の活性化、(3)LPS刺激によるMyD88非依存的な"時間"単位の活性化の少なくとも3種類の経路で調節されていることがわかった。また、LPS刺激による本酵素の活性化は2層性であることもわかった。このうち、後半の活性化(3)でのみLPSプライミング効果が観察され、それはMyD88非依存経路で調節されていることが明らかとなった。また、この活性化はタンパク質合成阻害剤シクロヘキシミドで抑制された。以上のことから、血小板活性化因子生合成酵素のクローニングを目的として、MyD88ノックアウトマウスの細胞をLPSで刺激し、GeneChip解析を行っている。別のアプローチとしてゲノムデータベースの利用も行っており、基質、機能が不明のo-アセチル転移酵素をクローニングしたが、PAF合成酵素活性は持たなかった。タンパク質精製からのアプローチでは、カラムクロマトグラフィーにより部分精製した試料をSDS-PAGEし、タンパク質のバンドを切り出し、同定することを試みている。ブタ脾臓からタンパク質化学的手法を用いて血小板活性化因子生合成酵素の単離を試みた。本酵素は膜結合型の酵素であると判明し、界面活性剤BIGCHAPによる可溶化に成功した。続いてカラム精製を試みた結果、酵素を濃縮できるカラムは陰イオン交換カラムであるDEAE Sepharoseのみであった。また、活性は減少するものの吸着するカラムとしてヒドロキシアパタイトカラムがあり、酵素活性を指標にSDS-PAGE上のどのタンパク質が目的の酵素か検索中である。別のアプローチとしてゲノムデータベースの利用も行った。この酵素はアセチル基を水酸基に転移するo-アセチル転移酵素でるので、既知のo-アセチル転移酵素をクローニング、発現し、本酵素の基質であるlyso-PAFと反応するか検討してみた。既に3種類のo-アセチル転移酵素(alcohol acetyltransferase1,2,Galactoside o-acetyltransferase)で検討し、いずれもlyso-PAFを基質としないことが判明した。現在は基質、機能が不明のo-アセチル転移酵素をクローニングしており酵素活性の測定予定である。また、本酵素を活性化する分子としてリポポリサッカライド(LPS)がある。マウス腹腔マクロファージをLPSで刺激すると酵素活性が上昇することを確認した。LPSによる酵素活性の調節機構の解明や、酵素精製への利用を検討中である。
20世紀ドイツにおける音楽教育方法論についての研究－ミューズ教育に着目して－

ミューズ教育は、20世紀前半ドイツの学校音楽教育の指導的理念である。これまで、このミューズ教育の思想を実践に移したブリッツ・イェーデ(Fritz Jode, 1887-1970)の音楽教育論およびイェーデに対する批判的な見解に焦点を当てて研究してきた。今年度は、イェーデが自身の新たな音楽教育論を実践するために構想した音楽学校構想、および教師教育論について研究を進めた。まず、イェーデの構想により1923年に創設されたシャルロッテンブルク青少年音楽学校のカリキュラムについての研究を進めた。青少年音楽学校の理念は、すべての人々に「共同」の精神や「生彩に富む」の内面の「生」の表れとしての能動的な音楽活動を可能にさせることを目指すことにあった。この理念を実現するためにイェーデは、未来の音楽家や音楽教師の育成を担う音楽大学附属の青少年音楽学校を構想し、あらゆる社会的階層の子どもたちを生徒として呼び集めた。この学校のカリキュラムは、音楽授業と授業外の活動の2つからなっていた。次に、イェーデの青少年音楽運動における教師教育について、1925年に実施された民衆音楽学校のための教師教育講座および1926年以降に実施されたベルリンの国民学校教師のための学校音楽講座に関する2つの史料を取り上げて検討した。この教師教育の目的は、「音楽への能動的な参加」によって「生」や「愛における共同体」を人々の内面にもたらすという青少年音楽運動の理念を音楽教育において実現する教師の育成にあった。その教育内容の特徴は、音楽の専門的能力や教育者としての能力だけでなく、音楽のもつ人間形成の力を基盤とする青少年音楽運動の教育観や音楽観を育成しようとする点にあった。授業方法の特徴は、参加者が共同で考えを練り上げ新たな価値を生み出していくという「作業共同体」の方法論にあった。この方法論は、自らの価値判断において教育における課題解決を行う自律的な教師を育成しようとするものであった。ミューズ教育の思想を実践に移したと言われるプリッツ・イェーデ(Fritz Jode、1887-1970)の音楽教育論に焦点を当てて研究した。(1)イェーデの音楽教育理念の研究:内面的育成と音楽教育とを結びつけた点に彼の教育理念の特徴を見出し、この点に焦点をあてて検討した。その結果、内面的育成の内実である「生」や「愛における共同体」というキーワードの示すものが、イェーデにとって、音楽における内面性、創造性、有機性、崇高な精神と同義のものであったことが彼が内面的育成を実現するために他ならぬ音楽教育を主張した理由であったことを明らかにした。この成果は『京都大学大学院教育学研究科紀要』第57号への掲載予定である。(2)イェーデの音楽基礎教育についての研究:イェーデの音楽観「オルガニク」を基盤としてこの基礎教育を検討することで、その特徴を新たに指摘した。この基礎教育の特徴は、先行研究において指摘されている音楽活動の中での基礎教授という点だけでなく,それに伴い、(1)音楽の文法に基づく音の動きの感覚を内面において感じることを基礎教育の内容とすること,(2)その動きは音楽の種類によって異なるために,どの音楽を理解させるのかという明確な意図をもって,基礎教育の内容を編成していることにもあった。この成果は日本音楽教育学会第41回大会で発表した。又『音楽教育学研究』に投稿し現在査読中である。(3)イェーデによる音楽における「創造」のための教育の研究:この教育の方法論において反主知主義や生徒指向の授業と専門的な能力の要求や教師主導の授業という対立的2側面がいかに共在するのかを明らかにした。その結果この2側面は、音楽における個別に自由な内面的側面と専門的共通言語を用いる表現法の側面という2つにそれぞれ対応した方法論を取るかたちで共在していた。この成果は、日本教育方法学会第46回大会で発表した。又『教育方法学研究』第36号への掲載予定である。本年度は、20世紀のドイツにおいて活躍したフリッツ・イェーデ(Fritz Jode、1887-1970)の音楽教育論について以下の研究を進めた。(1)青少年音楽運動におけるF.イェーデの音楽教育論-Th.W.アドルノによる批判の検討をとおして-イェーデ率いる青少年音楽運動に対して、アドルノは痛烈な批判を行った。そのためイェーデの音楽教育論の正当な評価は立ち遅れたといわれる。そこで、多様な潮流を含むこの運動に対するアドルノの批判をイェーデの主張に焦点化させた場合、それは妥当なものであったのかという点について検討した。その結果、アドルノによる青少年音楽運動批判とイェーデの音楽教育論との照らし合わせから見えてくるものは、アドルノの批判の妥当性よりもむしろ、批判の根底にある両者間における音楽教育観や音楽観の相違であった。したがって、イェーデの音楽教育論はアドルノによる批判によって低く価値づけられるものではなく、アドルノと異なる音楽教育の立場を示すものと結論づけられた。この成果は、日本音楽教育学会第42回大会で発表し、『京都大学大学院教育学研究科紀要』(第58号)に掲載予定である。(2)フリッツ・イェーデの青少年音楽学校構想-シャルロッテンブルク青少年音楽学校におけるカリキュラムの検討-イェーデの構想により1923年に創設されたシャルロッテンブルク青少年音楽学校は、学校種と教育の質において実験的な学校であった。

検討の結果、この学校のカリキュラムは、専門的知見に基づいた種々の内容が、有機的、総合的な方法において、常に人間間のつながりを重視した「生彩に富む音楽活動」のなかで系統的に教授される音楽授業と、学校内外の日常生活のあらゆる場面において、自主的かつ共同の音楽活動を行う授業外の活動からなっていた。この成果は、日本カリキュラム学会第22回大会で発表した。ミューズ教育は、20世紀前半ドイツの学校音楽教育の指導的理念である。これまで、このミューズ教育の思想を実践に移したブリッツ・イェーデ(Fritz Jode, 1887-1970)の音楽教育論およびイェーデに対する批判的な見解に焦点を当てて研究してきた。今年度は、イェーデが自身の新たな音楽教育論を実践するために構想した音楽学校構想、および教師教育論について研究を進めた。まず、イェーデの構想により1923年に創設されたシャルロッテンブルク青少年音楽学校のカリキュラムについての研究を進めた。青少年音楽学校の理念は、すべての人々に「共同」の精神や「生彩に富む」の内面の「生」の表れとしての能動的な音楽活動を可能にさせることを目指すことにあった。この理念を実現するためにイェーデは、未来の音楽家や音楽教師の育成を担う音楽大学附属の青少年音楽学校を構想し、あらゆる社会的階層の子どもたちを生徒として呼び集めた。この学校のカリキュラムは、音楽授業と授業外の活動の2つからなっていた。次に、イェーデの青少年音楽運動における教師教育について、1925年に実施された民衆音楽学校のための教師教育講座および1926年以降に実施されたベルリンの国民学校教師のための学校音楽講座に関する2つの史料を取り上げて検討した。この教師教育の目的は、「音楽への能動的な参加」によって「生」や「愛における共同体」を人々の内面にもたらすという青少年音楽運動の理念を音楽教育において実現する教師の育成にあった。その教育内容の特徴は、音楽の専門的能力や教育者としての能力だけでなく、音楽のもつ人間形成の力を基盤とする青少年音楽運動の教育観や音楽観を育成しようとする点にあった。授業方法の特徴は、参加者が共同で考えを練り上げ新たな価値を生み出していくという「作業共同体」の方法論にあった。この方法論は、自らの価値判断において教育における課題解決を行う自律的な教師を育成しようとするものであった。本研究の目的は、20世紀ドイツの音楽教育方法論について特に音楽活動において内面的なものを重視するミューズ教育に着目してその理論及びその理論を実践へと結び付けるための具体的な教育方法を明らかにし、わが国の学校音楽教育への示唆を得ることにある。本研究ではこれまでに、ミューズ教育の理念を音楽の授業において初めて実現した人物であるフリッツ・イェーデの音楽教育に焦点をあて、その理論と具体的な方法を明らかにしている。また、イェーデへの批判をふまえての多角的な検討も行っている。以上からおおむね順調に進展しているといえる。本研究課題の研究計画においては、当初ミューズ教育のアプローチにはじめて輪郭が与えられた20世紀初頭と、その新たな展開を見せた1970年代の2つの時代に焦点をあてて研究を進める予定であった。
体動計による早産児の多動性・睡眠障害の解明とADHDハイリスク群の早期発見

出生体重1000g未満の早産児においては、ADHD(注意欠陥・多動性障害)が25%、知的障害を伴わないPDD(広汎性発達障害)が7%、LD(学習障害)が20%という発達障害の高い発症率が報告されている。本研究では、ADHDハイリスク群と予想される出生体重1500g未満の早産児を対象に、体動計システムを用いて1歳半における活動・睡眠を評価することにより、対象児の多動性、及び睡眠障害の状態を明らかにする。本研究により、発達障害の診断が可能となる3歳以前にADHDハイリスク群の特定が可能となり、早期療育トレーニングや母親への支援に結びつけることが可能となる。出生体重1000g未満の早産児においては、ADHD(注意欠陥・多動性障害)が25%、知的障害を伴わないPDD(広汎性発達障害)が7%、LD(学習障害)が20%という発達障害の発症率が報告されている(稲垣・太田,周産期医学.2011; 41: 1501-4.)。これは文部科学省が2003年に発表した一般新生児の発達障害の割合(ADHD2.5%、知的障害を伴わないPDD0.9%、LD 4.5%)に比べ、早産児が210倍も高い結果である。特に早産児の多動性に関しては、近年早産児118万人を対象とした大規模コホート研究がスウェーデンで行われた(Lindström et al., Pediatr 2011;127:858-65.)。この報告によれば、満期産児に比べ、在胎2228週で出生した早産児のADHD発症率は約2倍となり、ADHDの発症に人工保育という出生後の環境要因が関係することが明らかになった。本研究では、ADHDハイリスク群と予想される出生体重1500g未満の早産児と満期産児を対象に、体動計システムを用いて1歳半における活動・睡眠を評価することにより、対象児の多動性、及び睡眠障害の状態を明らかにする。昨年度は、予定通り、体動計システムを用いて1歳半における活動・睡眠評価を開始した。同時に対象児の母親に対しても調査票を用いてメンタルヘルス評価を開始した。本年度は、昨年度に開始した臨床研究計画を継続するとともに、24時間の活動量測定によりハイリスクと判断された早産児群の多動性・睡眠構造の解析を開始する。出生体重1000g未満の早産児においては、ADHD(注意欠陥・多動性障害)が25%、知的障害を伴わないPDD(広汎性発達障害)が7%、LD(学習障害)が20%という発達障害の発症率が報告されている。特に早産児の多動性に関しては、近年早産児118万人を対象とした大規模コホート研究がスウェーデンで行われた。本年度は、初年度に開始した臨床研究計画を継続するとともに、24時間の活動量測定によりハイリスクと判断された早産児群の多動性・睡眠構造の解析を開始する。当初の計画通り、これまでに体動計システムを用いて1歳半における活動・睡眠評価および対象児の母親に対しても調査票を用いてメンタルヘルスの評価を継続している。当初の計画通り、これまでに体動計システムを用いて1歳半における活動・睡眠評価を開始した。同時に対象児の母親に対しても調査票を用いてメンタルヘルスの評価を開始した。本年度も、体動計システムを用いて1歳半における活動・睡眠評価を継続する。

同時に対象児の母親に対しても調査票を用いてメンタルヘルス評価も継続する。加えて、24時間の活動量測定によりハイリスクと判断された早産児群の多動性・睡眠構造の解析を継続する。発達生理学本年度は、昨年度開始した体動計システムを用いて1歳半における活動・睡眠評価を継続する。加えて、本年度は、24時間の活動量測定によりハイリスクと判断された早産児群の多動性・睡眠構造の解析を開始する。更なるデータ収集の効率化を考え、体動計の購入を計画したが、予算残高が体動計1個当たりの金額に満たなかったため。次年度予算と合わせて、研究の進捗状況を考えながら、再度体動計の購入を検討する。
高反応性活性種を用いる標識化合物の高速合成法の開発

近年、基礎的臨床研究や一般臨床の診断法として、PET(positron emission tomography)が大きな注目を集め、実際の研究・診断の現場で活用されるようになっている。しかし、その重要な鍵となる放射性薬剤の合成・製造は必ずしも容易ではない。本研究では従来とは異なる反応形式で進行する化合物のPET核種による標識方法の開発を目指した。近年、基礎的臨床研究や、一般臨床の診断法として陽電子断層撮影法(PET)が大きな注目を集めている。PETを活用する上で特に重要となるのが、放射性同位体で標識された化合物の合成である。しかし、PETに用いられる放射性同位体の半減期は短いため、合成法は容易ではなく、MeIやMeOTfを用いた求電子的なメチル化剤がその^<11>C標識反応の多くを占めている。これに対し、本研究では迅速に標識可能な求核的^<11>C標識剤を探索することを目的とした。平成20年度では、まず通常の安定同位体を用いて、初期的な検討を行った。すなわち、^<11>C標識の際は、【^<ll>C】MeIを用いて反応を行うが、まず安定同位体のMeIとアルキルリチウム間のハロゲンリチウム交換反応の検討を行った。具体的には、MeI溶液に一定温度下で、n-BuLiあるいは、t-BuLiを加えた後、反応系に標識対象として、アセトフェノンを加え、得られる化合物を分析した。この際、反応温度および反応溶媒、あるいは反応時間の条件を検討した。理想的には、MeIが全てMeLiに変換され、アセトフェノンに求核付加するのが望ましい。また、^<11>C標識を実際に行う場合には、[^<11>C]Melの物質量は極めて少量になるため、その後の精製過程も考慮すると、n-BuLiやt-BuLiは付加せず、少量のMeLiのみが求核付加することが最終的な目標である。こうした観点から、溶媒、反応温度など、様々な角度から検討を行っているが、まだ理想からはほど遠い検討状態であると言わざるを得ない。今後、基質依存性なども含め考察を行っていく予定である。しかし、PETに用いられる放射性同位体の半減期は短いため、合成法は容易ではなく、またMeIやMeOTfを用いた求電子的なメチル化剤がその^<11>C標識反応の多くを占めている。平成21年度では、平成20年度に引き続き、安定同位体を用いる初期的な検討を行った。すなわち、まず安定同位体の炭素原子を含むMeIとアルキルリチウム間のハロゲンリチウム交換反応の検討を行った。理想的には、MeIが全てMeLiに変換され、アセトフェノンに求核付加するのが望ましいが、その結果は芳しいものではなかった。^<11>C標識の際は、[^<11>C]MeIの物質量は極めて少量になるため、その後の精製過程も考慮すると、rBuLiやt-BuLiは付加せず、少量のMeLiのみが求核付加することが最終的な目標である。こうした観点から、溶媒、反応温度など、様々な角度から検討を行っている。まだ理想からはほど遠い状態であるが、今後も基質依存性なども含め、精力的に研究を継続したい。
セメント・コンクリートを中心とする産業クラスターにおけるマテリアルフロー勘定

ゼロエミッション化を目指す代表的な産業クラスターとしてのセメント・コンクリート関連産業に関わる多様な物質のフローについてマテリアルフロー分析手法を適用し,関連するすべてのプロセスにおいて計上されるマテリアルフロー勘定を総合的に評価した。総投入量TMR(総資源必要量),その中でも原材料などの直接投入されるフロー量DMI(直接資源投入量),土の移動や輸入に伴う間接的なフローという経済活動に表れないフロー量HMF(DMIに付随するフロー量)などをマテリアルフロー勘定における指標として用いた。生コンクリート産業には大量のセメントがセメント産業から投入されていることから,生産量当たりの原単位の作成を行い,生コンクリート産業の評価を行う際に生コンクリート産業にセメントが投入されるためにどれだけの自然資源が消費されているかを原単位より算出した。これにより,生コンクリート産業だけで算出したDMI,TMRと比べ原単位にして0.5tから0.6t程度増加した値を得た。このように原単位を用いて産業としてのTMRを明らかにすることにより,生コンクリート産業がもつ真の自然資源使用量を明らかにできた。さらに,石灰石の主成分であるカルシウムの移動を追うことにより石灰石のマテリアルフローを分析し,このフローにより石灰質原料に関するセメント産業,生コンクリート産業を取り巻く他の産業との関係が明確となった。両産業は化学工業,鉄鋼産業より大量の廃棄副産物(化学石膏,高炉スラグ等)を石灰質原料として取り入れているが,化学工業からの投入により788(千t),鉄鋼産業からの投入により3,915(千t)のカルシウムが廃棄副産物の投入により節約されたこととなる。実際に投入されている石灰石のカルシウム分と比べると少量の節約ではあるが,循環型社会形成に貢献しているという点においては評価に値すると思われる。
沿磁力線電流、Sqダイナモ効果を繰り込りだ電離層電流の全球過渡応答モデルの開発

本研究課題では、沿磁力線電流、Sqダイナモ効果を繰り込んだ電離層電流の全球過渡応答モデルの開発を進めてきたが、今年度は、昨年度までの成果をさらに発展させ、電離層電流分布モデルを従来の2次元高度積分型から、Hall, Pedersen current layerを異なる高度に分布させた2層モデルへと発展させることにより、電流系の3次元構造を解析するための新しい手法の展開に先鞭を付けることができた。この手法により、従来の2次元モデルの範疇においてCowling効果の源とされていた、Hall電流の連続性が阻止されることによって生じる分極電場の生成メカニズム及び、その関連現象に全く新しい解釈が付け加えられることになった。特筆すべきは、Cowling効果が存在する領域に於いて、Primary電場による過剰Hall電流と分極電場によるPedersen電流が打ち消し合うとされてその実態が見えなくなっていた、primary電場と直交する2次元電離層電流を3次元的にみた場合、Hall, Pedersen電流がそれぞれ異なる高度を逆方向に流れ、その両者が分極電場のソース領域である電荷蓄積領域において鉛直電流を介してmeridionalに閉じているという新しい概念が得られたことである。地球電離層では、オーロラジェット電流、赤道ジェット電流、Sq渦電流などCowling効果が顕在化する電流現象が多くあるが、本研究の結果、こうしたCowling領域においては、Primary電場と直交する方向に、電離層内だけで3次元的に閉じる、Hall-Pedersen current closure systemが形成されていることが強く示唆され、今後の電離圏3次元電流システムの研究に於いて重要なキーワードとなっていくことが予想される。電離層シート電流モデルをベースに、全球の任意の領域に電離層電流駆動源としての沿磁力線電流、中性大気風によるダイナモ電場を配置可能とする準静的な電離層電流全球モデルを作成し、数値実験に必要なコードを作成した。この手法は、数値モデルとしては従来から用いられているポテンシャル法と等価であるが、時間発展問題を解く際の初期値(スナップショット)を決定する上で必要な第一段階である。この数値実験の結果、高緯度領域でのRegion1電流系、Region2電流系の相互遮蔽効果により中低緯度領域でのSq電流系は、高緯度からの電磁擾乱に埋もれることなく、そのポテンシャル構造がはっきりと浮かび上がることが明らかになった。この結果は従来から行われてきた、沿磁力線電流によるポテンシャル構造、Sqのみによりポテンシャル構造の数値実験より予想される結果を覆すものであり、全球問題を同時に解くことの重要性を示唆している。これらの結果は、ISEE2003,IAGA2003の国際会議及び、SGEPSS2003、地球惑星関連合同大会で報告され、月刊「地球」、ISEE2003のプロシーディングに学術論文として発表された。この初期値決定プログラムの妥当性は、地上多点磁場観測ネットワークデータから再現される等価電離層電流モデルの静穏時や擾乱時の振る舞いと、数値実験結果の比較により検討中であり、来年度以降開発される時間発展問題プログラムののスナップショット決定に用いられる予定である。沿磁力線電流と電離層電流のクロージャーをベースに構築されている磁気圏電離圏結合モデルでは、ポテンシャル電場で駆動される電離層電流の発散成分と沿磁力線電流が常に閉じるという条件と同時に、磁気圏電離圏間での静電ポテンシャルの連続性の保証という強い拘束条件が満たされている必要がある。現在のグローバルMHDシミュレーションで採用されている沿磁力線電流と電離層電流のクロージャー方程式の解法では、主として以下二つのアプローチが取られている。(1)MHD変数から計算された磁気圏最下部での沿磁力線電流をソースとして、電離圏ポテンシャルを計算し、それを磁気圏最下部に返す。(2)MHD変数から計算された磁気圏最下部でのポテンシャルをソースとして、電離圏起源の沿磁力線電流を計算し、それを磁気圏最下部に返す。現在の大半のグローバルシミュレーションでは(1)の方法が取られているが、当然のことながらこの(1)と(2)の解は定常状態以外一致せず、結果、磁気圏電離圏間のエネルギーと電流交換において保存則が成立しない。刻一刻と変動するグローバルシミュレーションの中で磁気圏電離圏結合問題を正しく解くためには、電流とポテンシャルの連続性という拘束条件を常に勘案しなければならない。本年度の研究ではこの問題に対する正しいアプローチとして、(A)一般の磁気圏電離圏結合問題が、定常問題+変動成分の入反射問題に帰着できることを示した上で、(B)MHD変数から計算された磁気圏最下部での沿磁力線電流とポテンシャルの両方を電離圏に投影し、(C)この場合に生じる磁気圏電離圏間の電流とポテンシャルの連続性の破れを保障する様に、電離圏起源のshearAlfvenwaveが励起する波動反射モデルを構築した。このモデルの下は、磁気圏電離圏間で各種物理量の保存則を満たしたまま系が時間発展することが保証される。

この手法により、従来の2次元モデルの範疇においてCowling効果の源とされていた、Hall電流の連続性が阻止されることによって生じる分極電場の生成メカニズム及び、その関連現象に全く新しい解釈が付け加えられることになった。特筆すべきは、Cowling効果が存在する領域に於いて、Primary電場による過剰Hall電流と分極電場によるPedersen電流が打ち消し合うとされてその実態が見えなくなっていた、primary電場と直交する2次元電離層電流を3次元的にみた場合、Hall, Pedersen電流がそれぞれ異なる高度を逆方向に流れ、その両者が分極電場のソース領域である電荷蓄積領域において鉛直電流を介してmeridionalに閉じているという新しい概念が得られたことである。地球電離層では、オーロラジェット電流、赤道ジェット電流、Sq渦電流などCowling効果が顕在化する電流現象が多くあるが、本研究の結果、こうしたCowling領域においては、Primary電場と直交する方向に、電離層内だけで3次元的に閉じる、Hall-Pedersen current closure systemが形成されていることが強く示唆され、今後の電離圏3次元電流システムの研究に於いて重要なキーワードとなっていくことが予想される。
核小体に局在するAAA-ATPaseNVL2のリボソーム生合成における機能

NVL2は、タンパク質複合体の機能制御に働く分子シャペロンであるAAA-ATPaseファミリーの一員である。NVL2は、リボソームタンパク質L5やRNAヘリカーゼDOB1と結合し、60Sリボソームの生合成に関与することが示されている。本研究では、NVL2がリボソーム生合成に関与する機構を明らかにするために、以下の解析を行った。1.NVL2のATP結合能の一部を欠損させたドミナントネガティブ変異体を発現させた細胞では、60Sリボソームの生合成が阻害される。この細胞において、rRNA前駆体のプロセシングのいずれかの段階が阻害されている可能性を検討するために、ノーザンブロッティングおよびパルス-チェイス法により、rRNAの生合成を検討した。しかし、rRNA前駆体のプロセシンクに顕著な影響は認められなかった。これらの結果から、NVL2はrRNA前駆体のプロセシングが完了後のリボソーム生合成後期段階に関与している可能性が考えられた。2.NVL2およびDOB1とリボソーム前駆体との相互作用を、培養細胞核画分をショ糖密度勾配遠心で分画することにより解析した。その結果、NVL2は核内でRNAを含む60Sリボソーム前駆体と結合していることが示唆された。一方DOB1は、60Sリボソーム前駆体画分には見られず、低分子量画分に存在した。しかし、変異型NVL2を発現させた細胞においては、DOB1の一部が60Sリボソーム前駆体画分に移動する現象が認められた。これらの結果より、NVL2はDOB1と60Sリボソーム前駆体の相互作用を制御する分子シャペロンであることが示唆された。AAA-ATPaseファミリーの一員であるNVL(Nuclear VCP-like protein)は、タンパク質複合体の解離促進に重要な分子シャペロンであるVCP(別名p97)と、アミノ酸配列が酷似している。NVLの主要アイソフォームであるNVL2は、リボソームタンパク質L5と結合して核小体に局在し、60Sリボソームの生合成に関与することが知られている。またNVL2は、rRNA前駆体のプロセシングに重要なRNAヘリカーゼであるDOB1と結合することが示されている。ドミナントネガティブ変異型NVL2を発現させた細胞では、60Sリボソームの生合成が阻害されることから、rRNA前駆体のプロセシングのいずれかの段階が阻害されている可能性が考えられる。これを確かめるために、変異型NVL2を発現させた細胞からRNAを抽出し、ノーザンブロッティングによる解析を行った。rRNA前駆体の様々な領域に対応する配列をプローブとして用い、プロセシング中間体の量を比較した。またプロセシングの効率をより高感度に検出するために、細胞を[methyl-^3H]メチオニンや[^<32>P]無機リン酸を含んだ培地中で短時間培養してrRNA前駆体をパルス標識し、これが28Sおよび5.8S rRNAにプロセシングされていく過程を経時的に電気泳動で観察した。しかし、いずれの実験においても、rRNA前駆体のプロセシングに顕著な影響は認められなかった。これらの結果から、NVL2はrRNA前駆体のプロセシングが完了した後にDOB1に作用し、リボソーム生合成の後期段階に寄与している可能性が考えられた。AAA-ATPaseファミリーの一員であるNVL2は、タンパク質複合体の機能制御に働く分子シャペロンVCPと酷似したアミノ酸配列を有する。しかし、VCPが主に細胞質に分布するのに対して、NVL2は主に核小体に局在しすることから、NVL2は核機能に特有の役割を担っていると考えられる。

我々は、これまでに、NVL2が60Sリボソームの生合成に関与すること、また、5.8S rRNA前駆体のプロセシングに関与するRNAヘリカーゼであるDOB1と相互作用することを明らかにしてきた。本研究では、NVL2とDOB1の相互作用の、核機能における意義を明らかにするために、両者の相互作用の性質を詳しく解析した。培養細胞の核画分をショ糖密度勾配遠心でさらに分画し、NVL2の分布を調べた結果、NVL2は60Sリボソームの成分を含む高分子量画分に分布した。また、核画分をRNA分解酵素で処理することによって、NVL2は60Sリボソーム成分と共に低分子量画分に移動した。このことから、NVL2は核内でRNAを含む60Sリボソーム前駆体と結合していることが示唆された。DOB1は、この60Sリボソーム前駆体画分には見られず、低分子量画分に存在した。しかし、NVL2のATP結合能を改変したドミナントネガティブ変異体を発現させた細胞においては、DOB1の一部が60Sリボソーム前駆体画分に移動する現象が認められた。これらの結果より、NVL2はDOB1と60Sリボソーム前駆体の相互作用を制御する分子シャペロンであることが示唆された。