hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性期脊髄損傷をモデルとした神経回路のＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ戦略に関する研究

脊髄損傷後のリハビリテーションを神経回路の可塑的環境の誘導と、反復訓練による運動プログラムの再獲得の両面からとらえた、可塑的環境誘導として活性型p38投与によるミクログリア活性化、運動プログラムへの介入として免荷式歩行訓練とその効果を評価する無線式下肢筋電図による痙縮モニタリングを行った。ミクログリアの活性化は下肢運動機能の改善を誘導する事、痙縮モニタリングは重度な脊髄損傷ラットにおいてもリハビリテーションによる回復過程を鋭敏に捉えられる事が明らかとなった。脊髄損傷リハビリにおける薬剤併用、訓練前の適応症例選定、訓練効果の正確な判定、についての実験手法が整備された。中枢神経疾患に起因する運動器障害へのリハビリテーションは、ハードウェアとしての神経回路とソフトウェアとしての運動学習過程から成り立っており、新たなリハビリ技術の開発にはその両者を関連付けてアプローチしていく必要がある。またそれぞれが特徴を持つヒト研究と動物実験とを統合した技術開発のフローが求められている。本研究は、慢性期不全脊髄損傷にみられる不随意運動の一つである痙縮を軸に、上記の実験と臨床を関連付けた実験研究フローを構築し、臨床応用につながる痙縮制御と歩行機能改善にむけた新たな治療法の開発を試みる。研究計画として、(1)実験動物とヒトをリンクさせ慢性期脊髄損傷への訓練効果を評価するシステムの構築(2)動物モデルを用いたリハビリ効果定着促進の試みの2つを年次計画で進める。【本年度の研究成果】(1)ヒトについてはすでに下肢筋電図測定システムが確立していたため、ラットの筋電図測定システムの構築を行った。有線式の筋電図では、トレッドミル上歩行におけるラット下肢筋電図の測定が可能になるまでの成果を得ることができた。しかしながら、繰り返しの測定に必要となるコネクタの安定設置に問題が数多く生じたため、代案として準備していた無線式の筋電図測定へと移行した。(2)リハビリ効果の基礎となる可塑性を誘導するため、脊髄内のミクログリアの活性化誘導を検討した。その結果、LPSO-05mg/kgの投与によって脊髄内でミクログリア活性の指標であるIba1の発現上昇とミクログリアの形態変化を確認することができた。また、分担研究者の浜之上によりミクログリア初代培養系を確立し、LPS以外の刺激法の検討を開始した。中枢神経疾患に起因する運動器障害に対し、ハードウェアとしての神経回路とソフトウェアとしての運動学習過程の両面からのアプローチを試みる。本研究は、脊髄損傷にみられる不随意運動の一つである痙縮を軸に、それらを関連付けた実験フローを構築し、臨床応用につながる痙縮制御と歩行機能改善にむけた新たな治療法の開発を試みる。研究計画として、1.実験動物とヒトをリンクさせ慢性期脊髄損傷への訓練効果を評価するシステムの構築。2.動物モデルを用いたリハビリ効果定着促進の試み、の2つを年次計画で進める。研究二年目は初年度の課題であったラット脊髄損傷における下肢筋電図測定に重点を置き、無線式の埋め込み型筋電測定機を導入した。その結果、片側の下腿拮抗筋同士である前脛骨筋と腓腹筋を歩行動作中に同時に、継続的に記録することに成功した。このことは今後、薬理的あるいはリハビリ的介入を加えた際の変化を筋電図で追うことができる点で重要な成果となった。一方、中枢神経への炎症誘発の実験は研究分担者の浜之上によって行われ、炎症シグナルの一つであるp38経路を活性化させる誘導体の投与を試み、その影響を活性型ミクログリアのマーカーであるIba1の発現によって観察をしている。現時点で、Iba1の活性化を組織学的に確認できる段階に達しており、今後その最適化を図る段階となった。研究計画として、1実験動物とヒトをリンクさせ慢性期脊髄損傷への訓練効果を評価するシステムの構築2動物モデルを用いたリハビリ効果定着促進の試みの2つを年次計画で進める。研究最終年度は前年度確立した脊髄損傷ラットへの埋め込み型下肢筋電図による計測をさらに進め、痙縮の観察に効率の良い水泳中の下肢筋電図測定を実施した。その結果、水泳中に生じる下肢の異常興奮が痙縮を反映していることが確認された。さらにこの水泳中の痙縮の頻度は、脊髄損傷ラットへの歩行訓練を実施すると、経過とともに軽減していくことが実験結果から得られた。炎症誘導については分担研究者の浜之上がp38経路を活性化させるリコンビナントたん白を損傷脊髄に投与する実験を実施し、局所での炎症性細胞活性化と脊髄機能回復が得られる結果となった。一連の実験を通じて、損傷脊髄に薬理介入を行い、その効果を痙縮の変化として捉える実験系が確立した。

また、慢性期脊髄損傷への炎症誘導が可塑性を誘導することを示唆する結果が得られた。26年度が最終年度であるため、記入しない。リハビリテーション医学26年度が最終年度であるため、記入しない。区分(2){ラット・ヒトにおける歩行運動中の下肢筋電図測定システムの構築(赤居)}ヒトと動物(ラット)の下位脊髄回路の興奮性を評価するために、歩行動作中の足関節屈筋と伸筋(前脛骨筋および腓腹筋)の筋電信号を測定するシステムを確立する。ヒトの測定系は確定しており、動物においても電極の設置方法については確立している。今後、無線式の計測方法を導入する。{慢性期脊髄損傷ラット・ヒトでの共収縮モニタリング評価(緒方・赤居)}H24年度はラットでの共収縮のモニタリングには至らなかった。動物モデルにて肉眼的に共収縮が観察できる条件についての検討が行われた。{脊髄組織への弱炎症反応誘導(浜之上)}ラット慢性期脊髄損傷モデルに対し、Toll-like受容体リガンドの薬剤の腹腔内投与あるいは髄腔内投与を行なう。H24年度の段階で介入の条件設定を行うことができた。また、培養系での検討方法も確立した点は計画以上の進展だった。ラット下肢の拮抗筋の無線筋電計による持続計測は実施が困難な実験系の一つであり、これがクリアされたことは本研究だけでなく、他のリハビリ研究にも波及効果をもたらすと期待される。【ヒト・ラットにおける歩行運動中の下肢筋電図測定システムの構築】前年度に引き続き、ラットにおける歩行時下肢筋電図の測定を無線筋電計システムによって行う。無線システムは受信距離に制限があるため、歩行するトレッドミルと受信機の位置関係を十分に検討する。さらに対象を健常ラットから慢性期脊髄損傷ラットへと広げ、病的状態での下肢筋電図測定を行う。【慢性期脊髄損傷ラットに対するステッピング訓練】慢性期脊髄損傷ラットのステッピング訓練系の確立においては、重症度の設定と訓練強度の設定(トレッドミルスピードと訓練時間)が重要となるため、各パラメーターについて条件検討を行う。免荷については既存の免荷装置を用い25%程度の免荷歩行を予定している。【筋電モニタリング法とその他の評価法との関連付け】当初の計画に沿ってヒト慢性期脊髄損傷症例における歩行訓練前後の筋電図変化と歩行速度やバランスといった一般的な歩行機能パラメーターとの関連性について統計的手法を用いて検討する。脊髄損傷ラットの歩行特性を筋電図によって解析する手法を確立させ、そこに脊髄内炎症誘発の介入を加える実験を行う。具体的にはラット脊髄損傷モデルを作成後、拮抗筋同志の収縮「痙縮」が出現する受傷後4週目まで経過を観察した後、筋電計の埋め込みを行う。その後、前年度より検討を進めているp38活性化因子の投与を行い、それに引き続いてアシスト下での歩行訓練を実施する。
散乱実験および計算化学的手法による塩化亜鉛融体の構造およびガラス遷移機構の解明

本年度は,ZnCl_2-KCl二成分系混合融体およびガラスのRaman散乱スペクトルを測定し,分子動力学シミュレーションおよび分子軌道法により融体構造およびガラス構造を検討した.Znイオンは四個の塩Clを正四面体の位置に配位し,その塩素イオンの一部を頂点共有したネットワーク構造を取っている.しかしながら,温度上昇やKClの添加により,そのネットワーク構造は分断され,KClの添加量が66.6mol%を越えると,ZnCl_4^<2->の錯体を形成すると考えられていたが、全てがそのような錯体になるのではなく,部分的に二量体などの重合体も共有しているということがわかった.また,ZnCl_2単塩は,比較的容易にガラス化するが,KClが少量でも添加されると,そのガラス化は困難となる.このKClの添加による融体構造の変化を検討したところ,KClの添加により非架橋Clイオンの存在割合が増大し,ネットワーク構造を分断していることがわかった.この,ネットワーク構造の分断がガラス化を困難にしているものと考えた.また,ラマン散乱スペクトルの解析に,分子動力学シミュレーションを利用してスペクトルと計算結果の整合性を検討したところ,比較的単純なポテンシャルモデルでも,ラマンスペクトルから得られる構造を分子動力学シミュレーションでも再現できることを明らかとした.本年度は,ZnCl_2-KCl二成分系混合融体およびガラスのRaman散乱スペクトルを測定し,分子動力学シミュレーションおよび分子軌道法により融体構造およびガラス構造を検討した.Znイオンは四個の塩Clを正四面体の位置に配位し,その塩素イオンの一部を頂点共有したネットワーク構造を取っている.しかしながら,温度上昇やKClの添加により,そのネットワーク構造は分断され,KClの添加量が66.6mol%を越えると,ZnCl_4^<2->の錯体を形成すると考えられていたが、全てがそのような錯体になるのではなく,部分的に二量体などの重合体も共有しているということがわかった.また,ZnCl_2単塩は,比較的容易にガラス化するが,KClが少量でも添加されると,そのガラス化は困難となる.このKClの添加による融体構造の変化を検討したところ,KClの添加により非架橋Clイオンの存在割合が増大し,ネットワーク構造を分断していることがわかった.この,ネットワーク構造の分断がガラス化を困難にしているものと考えた.また,ラマン散乱スペクトルの解析に,分子動力学シミュレーションを利用してスペクトルと計算結果の整合性を検討したところ,比較的単純なポテンシャルモデルでも,ラマンスペクトルから得られる構造を分子動力学シミュレーションでも再現できることを明らかとした.
マイコプラズマ滑走運動のメカニズム

私の所属する研究室では,「マイコプラズマ滑走運動のメカニズム」について研究を行っている.本年度は,最も速く滑走運動を行うMycoplasma mobile,ヒトの病原菌Mycoplasmapneumoniaeを用いて,以下のことを明らかにした.(1)M.mobileを界面活性剤Tween 60の処理により菌体形状の変化を誘導し,菌体長が0.8μmから2.0μmに伸長することを示した.この,のびた菌体の滑走運動を解析し,同じ線上に並んでいる"あし"が必ずしも協同的には動いていないことが示唆された.(2)M.mobileの滑走装置を、膜に埋め込まれたままの状態で単離した.この画分にATPを加えると,バラバラになった菌体の破片が,ガラス表面上で運動した.これを用いて,ATPと結合・滑走の関係を明らかにし,滑走運動の作業仮説を新しくした.(3)M.pneumoniaeの滑走運動をになう細胞骨格構造を調べるために,菌体を界面活性剤で処理し,とけ残った構造を電子顕微鏡で観察した.ネガティブ染色法の改良と画像の平均化により,高解像度な細胞骨格像を以前よりも簡単に得ることができた.さらに,すでにあるYFP融合株を利用して,細胞骨格構成タンパク質を網羅的に特定した.(4)M.pneumoniaeは,菌体表面の"あし"を用いて,滑走運動をおこなう.本研究では,170kDaのあしのタンパク質P1 adhesinの精製をおこなった.そして,部分分解とアミノ酸配列の比較により3つのドメインに分かれること,電子顕微鏡観察により丸い分子形状を持つことを示し,タンパク質の分子モデルを提案した.このタンパク質は,シアル酸との結合能を持つ可能性があり,また抗原性変化のタンパク質としても知られており,マイコプラズマ肺炎の病原性の理解につながることが期待される.(1)M.mobileの滑走運動は、菌体表面にある『あし』が固形物表面上のシアル酸をつかみ・引っぱることで起こると予測されている。これを直接可視化するために、高速カメラを用いて、特殊な条件下で滑走運動を観察した。その結果、菌体が約40nmの歩幅で1歩ずつ前進する映像をとらえることに成功した。これは、微小なあしの動きをリアルタイムで観測したというだけでなく、シアル酸を介して生じる病原性の理解にもつながるかもしれない。(2)M.pneumoniaeの滑走運動をになう細胞骨格構造を調べるために、菌体を界面活性剤で処理し、とけ残った構造を電子顕微鏡で観察した。ネガティブ染色法の改良と画像の平均化により、高解像度な細胞骨格像を以前よりも簡単に得ることができた。さらに、すでにあるYFP融合株を利用して、細胞骨格構成タンパク質を網羅的に特定した。(3)同様にM.gallisepticumの細胞骨格構造を調べ、それが非対称のダンベルのような形状を持つことを明らかにした。近縁種であるM.pneumoniaeのロッド状の細胞骨格と比較すること、これらの超分子構造の概要を知ることができる。両者に共通する滑走運動能、両者で異なる宿主特異性などに対する理解が深まると考えられる。私の所属する研究室では,「マイコプラズマ滑走運動のメカニズム」について研究を行っている.本年度は,最も速く滑走運動を行うMycoplasma mobile,ヒトの病原菌Mycoplasmapneumoniaeを用いて,以下のことを明らかにした.(1)M.mobileの滑走運動は,菌体表面に生えた50nmの"あし"が固形物表面上のシアル酸との結合・解離をくりかえすことで起こると予測されている.高速カメラを用いて,特殊な条件下で滑走運動を観察すると,菌体が約80nmずつ前進と停止をくりかえしながら運動する様子をリアルタイムで可視化した.これは,微小なあしの動きが菌体の動きとして反映したものであり,シアル酸を介して生じる病原性の理解にもつながると考えられる.(2)M.mobileの菌体を界面活性剤で処理することで形態の変化を誘導し,その滑走運動を解析した.その結果,フラスコ型の菌体の膜突起部位のみでも滑走運動は可能であることを示した.これは,滑走運動を試験管内で"再構成"したような状態であり,様々な生化学的実験に応用が可能になる.内容はバクテリア研究の権威であるJournal of Bacteriologyへの投稿準備中である.(3)M.pneumoniaeの"あし"タンパク質を精製し,その分子形状を明らかにした.このタンパク質は,シアル酸との結合能を有する可能性が高く,また抗原性変化のタンパク質としても知られており,マイコプラズマ肺炎の病原性の理解につながるかもしれない.内容はJournal of Bacteriologyに投稿し,査読中である.私の所属する研究室では,「マイコプラズマ滑走運動のメカニズム」について研究を行っている.本年度は,最も速く滑走運動を行うMycoplasma mobile,ヒトの病原菌Mycoplasmapneumoniaeを用いて,以下のことを明らかにした.(1)M.mobileを界面活性剤Tween 60の処理により菌体形状の変化を誘導し,菌体長が0.8μmから2.0μmに伸長することを示した.この,のびた菌体の滑走運動を解析し,同じ線上に並んでいる"あし"が必ずしも協同的には動いていないことが示唆された.(2)M.mobileの滑走装置を、膜に埋め込まれたままの状態で単離した.この画分にATPを加えると,バラバラになった菌体の破片が,ガラス表面上で運動した.

これを用いて,ATPと結合・滑走の関係を明らかにし,滑走運動の作業仮説を新しくした.(3)M.pneumoniaeの滑走運動をになう細胞骨格構造を調べるために,菌体を界面活性剤で処理し,とけ残った構造を電子顕微鏡で観察した.ネガティブ染色法の改良と画像の平均化により,高解像度な細胞骨格像を以前よりも簡単に得ることができた.さらに,すでにあるYFP融合株を利用して,細胞骨格構成タンパク質を網羅的に特定した.(4)M.pneumoniaeは,菌体表面の"あし"を用いて,滑走運動をおこなう.本研究では,170kDaのあしのタンパク質P1 adhesinの精製をおこなった.そして,部分分解とアミノ酸配列の比較により3つのドメインに分かれること,電子顕微鏡観察により丸い分子形状を持つことを示し,タンパク質の分子モデルを提案した.このタンパク質は,シアル酸との結合能を持つ可能性があり,また抗原性変化のタンパク質としても知られており,マイコプラズマ肺炎の病原性の理解につながることが期待される.
農業生産組織の在立構造に関する比較研究

宮城県鹿島台町山船越地区、愛知県安城市高棚町ならびに和泉町を調査対象地とし、それぞれの地区に所在する農業生産組織の展開過程について調査を進めるとともに、地区内に居住する農家構成員の生活史について、とくに就労歴に重点をおき聞き取り調査をおこなった。この研究を通じて以下の知見をえた。1.稲作をめぐる状況が悪化するなかで、地域の別を問わず、農業生産組織にとって複合部門の確立が喫緊の課題となっていることが判明した。2.農業生産組織における経営の受委託については集落内に限定するという制限がこれまで強くはたらいていたが、現在、この集落の枠を越えて規模拡大をはかることが大きな課題となっている。3.農業生産組織の参加農家構成員の就労状況から、農業生産組織の存立形態がその地域で現実に可能な農外労働の情勢と密接に関係していることが明らかとなった。それぞれの地域の農外労働の情勢は、とくに後継者ならびに女性の労働行為の選択を強く規定しており、そのことがまた、農業生産組織のあり方に大きな影響を与えているとみられる。4.農業生産組織に加入せず委託もせず個別経営を維持している農家は、農業生産組織の存続により規模拡大が難しくなり、年を追うごとに稲作兼業を深化させてきている。そのため、世帯主層の農業労働リタイアを契機として、近い将来、経営委託農家に転化するとみられる個別経営農家も少なくない。5.農業生産組織に経営を委託している農家は、生産組織の存続とともに一貫して増加してきている。そうした経営委託農家には、農業への復帰指向はまったくみられない。6.以上のことから、それぞれの地域の労働市場の展開を背景としながら、農業生産組織の長期間の存続により、参加農家と非参加農家の別を問わず、脱農あるいは離農への傾向が強められており、しかも、このことは、農業生産組織の存立にとって必要条件の一つであることが明らかとなった。宮城県鹿島台町と愛知県安城市を対象として次の研究を進めた。1.鹿島台町山船越地区に所在する農業生産組織の展開過程について、関係諸資料を収集し生産組織のリーダー層に聞き取り調査をおこなった。また、同地区に居住する農家構成員の就労歴について聞き取りを進めた。2.安城市の高棚町と和泉町に所在する農業生産組織の概況ならびに展開過程について、関係諸資料を収集し生産組織のリーダー層に聞き取り調査をおこなった。以上の研究を通じて以下の知見が得られた。1.それぞれの地区によって状況は異なるものの、生産組織のあり方としては、全面協業組織よりも大規模借地型の生産組織の方がより優位であることが判明した。2.生産組織への後継者の新規就労がスムーズにいかなくなっており、生産組織が中高齢者の就労の場へと性格変化をとげつつあるケースもあることが明らかとなった。3.地区によっては、生産組織に加入せず農業の個別経営を維持している農家の方が、農家それ自体として相対的に安定しているケースのあることが判明した。そうした個別経営農家では、世帯主世代が主として農業に従事し、後継者世代が農業以外の職につきながら自家農業に参加しているケースが多い。稲作専業よりも、こうした多就労体制に基づく稲作兼業によって、農家の存立が確保されている面のあることが明らかとなった。4.農家構成員の就労歴を中心とした生活史を聞き取るなかで、こんにちに至るまでの歴史的な稲作兼業の深化の過程が判明しつつある。今後は、地区内に居住する農家構成員一人ひとりの就労歴を中心とした生活史分析を引き続き進めていく。そのさい、農家の基幹労働力の担い手のみならず、その親世代と後継者世代も含めて三世代の生活史を追跡したい。とくに農業生産組織のリーダー層の生活史分析を重視し、リーダー層の農業観、農家観、農村観の把握を目指す。

6.以上のことから、それぞれの地域の労働市場の展開を背景としながら、農業生産組織の長期間の存続により、参加農家と非参加農家の別を問わず、脱農あるいは離農への傾向が強められており、しかも、このことは、農業生産組織の存立にとって必要条件の一つであることが明らかとなった。
TEM-STM法による金ナノアイランド/MOX触媒活性量子効果観察

本研究では、ルチル(TiO_2)基板に付着させた金ナノ粒子にっいて顕微鏡観察を行い、従来の学説を検討した結果、大きな進展があった。TiO_2試料の作製方法の違いによって触媒の活性が異なることはすでに知られていたが、TiO_2試料を酸素あるいは水素雰囲気中で前処理加熱や後処理加熱に依存して、付着する金ナノ粒子の形状やTiO_2表面が大きく異なることが明らかとなった。具体的観察結果を述べると、1)酸素処理したルチル{110}に金ナノ粒子を蒸着した場合、濡れの小さい粒状の金ナノ粒子を形成する。金が酸素終端したルチル表面と接合したためと見られる。(2)水素処理したルチル{110}に金ナノ粒子を蒸着した場合、濡れのよいナノ粒子を形成する。チタンと金の合金ナノ粒子の形成か、金ナノ粒子がチタン終端のルチル表面に強く接合しているかのいずれかと思われる。(3)水素処理した(110)表面を加熱すると金ナノ粒子は再び濡れの小さい粒状に変化する。これはルチル表面に一部酸素原子が補われた結果と思われる。このとき、金ナノ粒子の接合界面距離は一様でない。一部は酸素終端したルチル{110}に、一部はチタン終端したルチル{110}に接合したと見られる。こうした非一様な界面接合はCO酸化反応における高い活性を導く、と考えられる。(4)従来、触媒作用については金粒子の周縁が活性である説と、金表面が活性サイトであるとする説がある。金ナノ粒子が酸素終端面に接合した場合は界面周縁説を支持し、金ナノ粒子がチタン終端面に接合した場合は金表面説を支持する。しかし、今回の観察結果から我々は第3の説を提案する。金ナノ粒子がチタン終端と酸素終端両方の終端面にまたがって接合している可能性がある。部分的に接合状態の異なる金ナノ粒子は、界面周縁だけでなく金表面上でも活発におこることを示唆する。以上をまとめると、本研究では触媒物質のガス反応ダイナミクスを高分解能観察できるガス導入ホルダを開発し、さらに高分解能顕微鏡法で原子レベルで金ナノ粒子/ルチル界面構造を観察して活性サイトの研究を推進させた。本研究では、酸化物表面に担持された金微粒子において、一酸化炭素の酸化過程を電子顕微鏡内でその場観察し、STMにより金微粒子の状態変化を観測することによって、触媒作用の研究を推進することを目的としている。当該研究年度においては、電子顕微鏡内で作製された金微粒子のSTM解析をするために必要なSTM制御システムの整備を行なった。制御システムはRHK社が開発したもので、ウィンドウズXP対応のソフトを搭載した最新型とした。同時に、STMの本体部分に相当するSTM探針とその駆動機構の開発に着手した。これは、STM本体は、既に確立した手法となっているが、そのままでは電子顕微鏡内の特殊環境で安定に動作できないからである。STM探針は慣性駆動方式で試料にアプローチさせ、さらにチューブピエゾ駆動方式で、STM像とSTSを得るように設計した。設計では、それぞれの駆動に対して、数mm、数μmをカバー出来るような仕様とした。

本研究で解決すべき課題として、(1)触媒作用が、金微粒子表面にあるのか、あるいは金微粒子と酸化物界面に有るのか、(2)金微粒子のサイズが3nm以下で触媒作用が顕著となるが、臨界サイズの存在理由は何か、を掲げている。次年度以降、ガス導入システムを構築して、課題(1)に対してSTM/STS観測を、課題(2)に対してTEM(透過電子顕微鏡像)観察を行なって、一酸化炭素ガス導入前後の状態変化を明かにしていく。金ナノ粒子が酸化物(TiO2、MgO)結晶に坦持された系のCO酸化活性現象について、粒子サイズ依存性と構造依存性について透過型電子顕微鏡を用いて研究することを目的としている。具体的には、酸化物結晶基板に金ナノ粒子を付着させた後、COガスを導入したときの構造変化を"その場"観察して粒子構造(基板構造)の変化を観察し、さらに、電子状態変化も明らかにする。本年度はCOガス導入システムを構築した。構築したTEMガス導入システムは(1)TEMガス導入ホルダーと(2)架台・排気ユニットから構成される。小型(250cc)ガスボンベにCOガスを数気圧で封入した後、排気ユニットを使用してTEMガス導入ホルダー内に組み込まれたガス格納室に再充填する。TEMホルダーにはTiO_22基板に金ナノ粒子を坦持させた試料を用意し、これにCOガスをガス格納室から射出させて反応させる。TEMガス導入ホルダーでは、試料周囲のCOガス圧を10Paまで上げられ、ガス反応時における金ナノ粒子の構造変化を原子レベルで"その場"観察が可能となった。ガス圧を従来の顕微鏡による研究で用いられていた値より一桁高い値にしたため、これまでは全く不可能であった現象の観察が可能となった。また、従来報告されている研究では、ガス反応前後での形状変化の観察に限られているので、このCOガス導入システムにより反応中の金ナノ粒子の変化が始めて明らかにされる。TiO_2基板の顕微鏡観察用試料作成について検討し、プロファイル顕微鏡像で酸素欠陥や金ナノ粒子との界面を調べる可能性のある試料作成法を見出した。金ナノ粒子が酸化物(ルチル、MgO)に坦持された系のCO酸化活性現象について、ガス雰囲気下で起こる触媒粒子や担体表面の変化を透過型電子顕微鏡により研究することを目的としている。具体的には、ルチルの単結晶基板にH_2ガスやO_2ガスを導入した時の担体表面の構造変化を観察し、また金ナノ粒子を付着させた後、基盤のガス処理に依存する金ナノ粒子のモフォロジーの違いを観察する。本年度は、ガス導入システムを改造し、O_2やH_2の導入圧力を急速に変化させることが容易になり、触媒ナノ粒子や担体表面の様子を多く観察できるようになった。実験の結果、ガス導入によって担体表面や金ナノ粒子のモフォルジーに大きな変化があることがわかった。ガス雰囲気中で高温の加熱すると、担体表面の構造や形態が異なっている。O_2を導入しながら約1400°Cで加熱したルチル試料では(210)面や(100)面が拡大すること、H_2を導入しながら約1400°Cで加熱したルチル試料では(110)面、(100)面、(210)面が拡大することが明らかになった。後者の方法で作製した試料をO_2雰囲気中で温度を下げて加熱をしたところ、平坦で清浄な(110)表面を高分解能で観察できた。金を付着させた時には、直前に行った担体表面へ曝露したガスの種類に依存し、金ナノ粒子のモフォルジーが大きく異なることが明らかになった。
面内に構造を持つ試料の分光エリプソメトリ解析法

1.近年の集積回路の高密度化により、スキャッタロメトリと呼ばれる新しい光監視技術が求められている。本研究では、分光エリプソメトリを基礎としたスキャッタロメトリと磁気光学分光法を周期的ナノ構造に応用した。理論面では、回折格子の結合波理論を導入した。集積回路は複雑な配線構造を持つが、テグと呼ばれる監視領域に周期的構造を作製して、各段階でのリソグラフィ結果を監視するものである。2.分光エリプソメトリ法による成果:溶融石英基板の表面に、電子ビームリソグラフィで作製した周期約250nm、深さ約500nm、種種の溝幅の周期的矩形溝、シリコン表面に作製した周期約130nmの同様の周期的矩形溝を計測解析し、SEMから得られた数値に近い値が得られた。溶融石英基板にTaを堆積してリソグラフィ法により作製した周期的矩形ワイアーについては、各ワイアー壁面に円筒状の膨らみを設けると、実験値がよく説明でき、SEM写真とのよい対応を示した。シリコン表面に、リソグラフィー法で、格子間隔180nmの正方格子点に直径94nm、深さ約100nmの穴を開けた試料については、格子間隔を固定して、直径と深さをもとめたところ、SEM断面写真と良い一致を示した。3.磁気分光光学法による成果:磁気分光光学法を磁性体の周期的ナノ構造の解析に応用した。磁性体のナノ構造は、磁気光学メモリや、磁気RAM(MRAM)などの製造工程を監視することを目的としているとともに、ナノ構造での磁性材料特性の基礎的な振る舞いを調べることも狙いとしている。一般に異方性を持つことから、周期的異方性体ナノ構造の理論も構築した。近年、半導体プロセスにおけるリソグラフィのフィーチャーサイズが微細化するにつれて、リソグラフィーで形成された断面構造を光学的に非破壊・リアルタイムで評価しようとする要望が強くなってきた。一つには、分光エリプソメトリの威力が認識されてきたことにもよる。昨年夏にウィーンで開催された分光エリプソメトリに関する国際会議で米国ミシガン大学のF.L.Terry.Jr.が、そのような例を報告し注目された。申請者らも以前からその重要性に着目し、周期的グレーティングの分光エリプソメトリ計測および解析法の研究をしてきた。今年度、科学研究費に採択されて初年度に達成したことは、これまでに構築してきた解析ソフトの正しさを、溶融石英基板に正確なリソグラフィによって作製した1次元周期的矩形溝の分光エリプソメトリ計測により確かめたことである。リソグラフィで試料を作製するには、数100万円規模の研究費が必要で、交付された100万円程度の科学研究費でできることではなく、民間との共同研究との組み合わせで達成できた。一例を挙げると、最適合パラメータ値は、周期257.1nm、深さ396.6nm、溝幅105.7nmで、実測された分光エリプソメトリパラメータΨとΔのスペクトルがほぼ完全に再現された。一連の異なった構造の試料についても同様の結果が得られた。単一材料の1次元矩形溝構造については、フィットは申し分なく、この結果は申請者が所属する電子工学研究所主催の第12回固体薄膜・表面国際会議(2004.6.21-25)で発表する。アブストラクトに記載した表題と著者は次のようである。面内に周期的幾何学構造を持つ試料の分光エリプソメトリは、リソグラフィ技術で、今後ますます微細化する周期的ナノ構造の断面構造を、非破壊で高速に評価する技術として期待されている。

そのために極めて高精度の分光エリプソメトリ技術が必要で、申請者らの4ゾーン消光型分光エリプソメトリが活躍している。計測とともに重要な技術は、周期的幾何学構造による光散乱の数値解析アルゴリズムの開発である。本研究では、まず、シリコン基板上にリソグラフィ技術で作製したパーマロイの1次元格子を、分光エリプソメトリ及び磁気光学分光技術を用いて計測し、開発したアルゴリズムが妥当であることを明らかにした。次に、幾何学的構造が滑らかな正弦関数グレーティングを計測し、やはり、計測結果の妥当な解析ができることを明らかにした。最後に、0.5mm厚の溶融石英基板にリソグラフィ技術で、周期が200nmと260nmで深さが125nmと400nmから500nmの6種類の矩形グレーティングを作製し、分光エリプソメトリ計測を行い、解析した。計測した波長領域は230nm730nmであり、全領域で基板が透明であるため、平らな基板背面からの反射も計算に入れる必要があった。基板の厚さが0.5mmと厚いため、インコヒーレントな理論を導入する必要があった。基板背面からの反射の複雑さを軽減するため、屈折率マッチング液で背面反射を消去する実験も行った。背面反射を取り除いた場合と、インコヒーレント理論により背面反射を考慮した場合の双方について、実験結果と理論計算の一致が良好で、周期的幾何学構造の光散乱計算アルゴリズムが妥当であることが明らかとなった。1.近年の集積回路の高密度化により、表面構造監視技術のさらなる進展が求められている。AFMやSEMのような従来技術は非破壊検査でなく時間もかかる。そこで、スキャッタロメトリと呼ばれる新しい光監視技術が求められおり、これが本研究の主題である。本研究では、分光エリプソメトリを基礎としたスキャッタロメトリを周期的ナノ構造に応用した。理論面では、回折格子の結合波理論を導入した。2.溶融石英基板の表面に、電子ビームリソグラフィで作製した周期約250nm、深さ約500nm、種種の溝幅の周期的矩形溝、シリコン表面に作製した周期約130nmの同様の周期的矩形溝を計測解析し、SEMから得られた数値に近い値が得られた。溶融石英基板背面からの反射光を、グリセリンの水溶液を用いて溶融石英スリガラスに散乱させて計測したパラメータ値は、基板背面の反射光を許容し、0.5mmの基板内での非可干渉性理論を採択して計算した場合の計測パラメータ値と良い一致を示した。3.溶融石英基板にTaを堆積してリソグラフィ法により作製した周期的矩形ワイアーについては、各ワイアー壁面に円筒状の膨らみを設けると、実験値がよく説明でき、SEM写真とのよい対応を示した。4.シリコン表面に、リソグラフィー法で、格子間隔180nmの正方格子点に直径94nm、深さ約100nmの穴を開けた試料については、格子間隔を固定して、直径と深さをもとめたところ、SEM断面写真と良い一致を示した。近年の集積回路の高密度化により、表面構造監視技術のさらなる進展が求められている。そこで、スキャッタロメトリと呼ばれる新しい光監視技術が注目されており本研究の主題である。分光エリプソメトリ法および磁気分光光学法を基礎としたスキャッタロメトリを周期的ナノ構造に応用した。周期的幾何学構造は、理想的な矩形溝でも、溝の周期、幅、深さの3つの未知パラメータがあり、リソグラフィで作製された断面が理想的でない場合は、より多くの未知パラメータで表される。分光エリプソメトリは、一つの複素数を広い波長範囲で計測するものである。複素関数を広い波長範囲で計測することにより、試料のモデルに含まれる多くの未知パラメータの値をユニークに決めることができる。
表在性膀胱癌の細胞表面糖鎖抗原の定量化について

1.フローサイトメトリー(FCM)はリンパ球などの血中浮遊細胞の表面マーカーの解析に一般によく用いられるが、同様に固形腫瘍でも細胞表面糖鎖の定量が可能であるかを検討した。浮遊細胞のモデルとして2種類の膀胱癌培養細胞株T24、KK47を、固形細胞のモデルとしてそれぞれのcell lineのマウス皮下移植腫瘍を用い、両者のレクチン(Con-A,PNA)の陽性率を比較した。両者間に良好な相関を認め、固形腫瘍をsingle cell suspension化することの妥当性が証明された。2.また臨床検体11例を用いた従来の免疫組織染色法とFCM法との比較では良好な相関関数が得られ、臨床検体でも膀胱癌の表面マーカーの解析としての本法の有用性が明らかになった。3.次に膀胱癌培養細胞株T24、KK47を用い、細胞表面の糖鎖をレクチンで標識染色した後に界面活性剤(Triton X-100)とParaformaldehydeで同時に処理し、次いで、Propidium Iodideで核染色をすることで細胞表面糖鎖量とDNA量の同時解析を試みた。結果はCon-Aを用いた糖鎖の陽性率は、従来の方法と比べ低くなるものの相関があり測定に十分に耐え得るものであった。またDNA量も正常ヒトリンパ球ではCV Coefficient of Variation)値3.7と良好で、裸核化しない状態でもDNA ploidyの解析が可能であった。4.しかし、PNAを用いた糖鎖の定量はTriton X-100で処理すると陽性率が大きく減少した。Triton X-100で細胞表面に変化が起きたのかを検証するために、金コロイドでレクチンを標識し、走査電子顕微鏡で観察する予定である。また他のレクチン(LTA,SBA,TKA,DBAなど)を用いても今後、検討する予定である。
分泌型癌抑制microRNAを用いた消化器癌の治療感受性予測・核酸治療法の開発

網羅的データベース解析またはアレイ解析により、血中濃度による癌の悪性度や抗癌剤感受性診断が可能な分泌型の癌抑制microRNA候補を同定した。さらには分泌型の癌抑制型microRNAを用いた血液・体液を介した抗腫瘍効果や抗癌剤感受性回復効果を目的とした新たな癌核酸治療への応用の可能性をin vivoモデルを作成し世界に先駆けて検証した。これまで、膵癌でmiR-107の有用性(Scientific Reports 2017)と胃癌でmiR-101の有用性(Oncotarget 2017)として英文誌に報告した。本年度は、食道癌でmiR-655の有用性(Molecular Cancer 2019)を報告した。さらに胃癌、肝癌、膵癌の新たな治療感受性予測、核酸治療法の開発を進めている。解析を進めている内容は以下である。1.癌患者血中で著しく濃度低下のみられる癌抑制型のmiRNA候補群のmicroRNAアレイを用いた網羅的探索2.候補miRNA群のtest scale及び多数症例でvalidationstudyによる悪性度、予後への関与の評価3.細胞株での過剰発現により腫瘍増殖・遊走・浸潤抑制効果の極めて強いmiRNA候補の絞り込み4.癌抑制型miRNAを高濃度に血中・体液中で維持することによる抗腫瘍効果を目的とした癌治療への応用5.癌の術前または術後化学療法の抗癌剤耐性患者血中で著しく濃度低下のみられるmiRNA候補群の網羅的探索6.候補miRNA群のtest scale及び多数症例でvalidationstudyによる抗癌剤感受性への関与の評価7.候補miRNAを高濃度に血中・体液で維持することによる抗癌剤感受性回復を目的とした癌治療への応用8.尿中miRNAによる癌診断、悪性度・予後診断、抗腫瘍効果・抗癌剤感受性回復効果診断の可否の評価これまでの解析技術を基盤に、本年度は食道癌のリンパ節転移を予測する血中の分泌型の癌抑制型miR-655を同定した。リンパ系進展が高度な食道癌の血中ではmiR-655が枯渇していた。また、血中miR-655の濃度低下は、リンパ節転移の独立した危険因子、さらに患者の独立した予後因子であった。In vivoモデルでの解析では、miR-655の皮下投与による血中濃度の回復は、食道癌リンパ節転移モデルにおいて有意にリンパ節転移を抑えた。本解析結果は本年にMolecular Cancerに報告した。今後臨床応用に向けて準備をすすめている。また、現在は胃癌の抗がん剤治療の耐性予測血中miRを網羅的な解析により同定ししており、今後リキッドバイオプシーへの応用を視野に詳細な解析をすすめる。これまでの研究手法を基盤に胃癌はじめ様々な消化器癌患者血中で枯渇している癌抑制型miRNAに注目し、鋭敏な悪性度、治療感受性診断を可能とする候補を網羅的に探索する。更にこれらのmicroRNAを用いて体液を介した強力な抗腫瘍効果、抗癌剤感受性回復効果の実現可能とする新たな抗がん核酸治療法の構築を目指す。

本解析結果は本年にMolecular Cancerに報告した。今後臨床応用に向けて準備をすすめている。また、現在は胃癌の抗がん剤治療の耐性予測血中miRを網羅的な解析により同定ししており、今後リキッドバイオプシーへの応用を視野に詳細な解析をすすめる。これまでの研究手法を基盤に胃癌はじめ様々な消化器癌患者血中で枯渇している癌抑制型miRNAに注目し、鋭敏な悪性度、治療感受性診断を可能とする候補を網羅的に探索する。更にこれらのmicroRNAを用いて体液を介した強力な抗腫瘍効果、抗癌剤感受性回復効果の実現可能とする新たな抗がん核酸治療法の構築を目指す。
海外進出企業の人事・雇用管理をめぐる法的諸問題

1今年度は本研究の最終年度にあたり、各研究担当者が分担した個別研究テ-マについての研究を継続するとともに、月一回東京において研究会を開催したほか、研究成果刊行のための作業を具体的に開始した。2本研究の今年度における第一のテ-マは、とりわけ80年代の欧米諸国において活発な議論の対象となった「弾力化」問題を総合的に分析し、それとの関連において海外進出企業が直面している各国の労使関係制度や実態の動向とその意義を明らかにすることにあった。そのため、OECD、ILOなど国際機関の弾力化に関する報告書、国際的共同研究の成果などの検討を通じて、弾力化論議の内容や意義を明らかするとともに、各研究分担者が担当する各国の動向やその背景についての検討を行った。3弾力化をめぐる各国の動向は、それぞれの特殊な事情を反映してきわめて多様であり、たとえば職(job)の解体を含む生産組織の再編が中心的問題とされるイギリス、立法改正により弾力化が追求されるドイツやフランス、団体交渉・協約において新たな弾力化の兆候がみられるアメリカなど、国ごとに顕著な特色がある。また、多くの国において、雇用形態、労働力の配置・移動、労働時間、賃金構造などについて、制度面・実態面での大きな変化が認められ、とくにヨ-ロッパでは、EC統合に向けた各国の対応も注目される。4今年度の第二のテ-マである「各国の人事・雇用制度の現状・特質と海外進出企業」については、第一のテ-マとの関連で最近の各国の状況・変化を検討したほか、アジア諸国に関しては鋭意資料・情報の収拾を行った。今後は、各国の具体的紛争事例の検討を通じて海外進出企業における人事・労務をめぐる法的問題を整理・分析し、研究成果の刊行を行うことにしている。1.本年度は、当初の計画に従い、各研究分担者を各国別の小グル-プに編成したうえ、各自が担当する個別テ-マについて、資料蒐集と個別研究にあたった。それと並行して、毎月1回、東京において定例研究会を、平成元年9月には別途集中研究会を開催し、研究の経過報告・討論と、全体としての調整を行なった。2.本年度は、まず各国の日系企業における人事・雇用管理をめぐる問題状況についての予備的調査を行なったが、その結果、第一に、現在の海外進出企業に関する情報・資料は既に相当の量にのぼるが、人事・労務管理に関するかぎり、実情報告や日本的労使慣行導入の経験に関わるものが大半であり、海外進出企業に特有の法的な問題は必ずしも明らかにされてはいないこと、第二に、海外進出の形態、地域、業種、各国の制度や慣行などの要因によって、実際の人事・労務管理の在り方やそれをめぐる問題には大きな違いがあること(特に、欧米諸国とアジア諸国の差異)、第三に、海外進出企業が現地の制度や慣行に適応しようとする反面で、日本企業の進出が現地企業の行動にも影響を与え、新たな問題を生じている場合もあること、などが明らかとなった。これらの諸点についてさらに立ち入った検討を加えることが、次年度における重要な課題である。3.本年度の最大の成果は、各国における人事・雇用管理をめぐる法的問題を考察するための前提として、「労働の弾力化」を共通テ-マとした共同研究を行なったことにある。このことは、各国の問題状況を単に過去のものとして検討するためでなく、現代の動向および将来の展望をも含めて考察するための不可欠の要素と考えられたものである。それを通じて、各国における人事・雇用管理の実態と制度的動向の特質が明らかとなっただけでなく、各国間の比較およびわが国との対比という点でも、大きな意義があった。この点については、早い時期にその成果を取りまとめる予定である。
イノベーターの育成を目指した新しい数学教育法の研究

本研究の目的は,イノベーターの育成を目指した数学教育指導法を研究することである。我々は,数学が持つ自由な発想を数学教育指導法に利用することを目的とする。数学の自由な発想は学生達に新しいアイディアをもたらし,そして問題発見能力を高める。したがって,我々は数学の自由な発想と学生達がどのように数学研究に取りかかるべきかを教えなければならない。ヒントは数論の未解決問題の中にあると考えている。そこで我々は未解決問題を鑑賞するためのテキストを作り,そして数学研究の最初のステップとしてこのテキストを用いた。この研究において,このテキストを用いた教授法は学生達の問題発見能力を高めることが分かった。本研究は,高校生年代の数学の自由研究に関する具体的指導法を開発することである。これは,日本の数学教育の一つの課題ともいえ,その研究結果はイノベーションという視点から見ても重要である。平成26年度においては,学内の自由研究に関する科目において,6人の学生に関して未解決を鑑賞させ,そこから個々がどのように感じ,どのように発展させるかという様子の観察と調査を行った。一人の学生は「リーマン予想」から発散級数に興味を示した。一人の学生は無理関数のマクローリン展開から,それに類似した関数のマクローリン展開に興味をもった。また2人のグループは,パスカル三角形から新しいタイプの数の三角形を構築することに興味を示した。さらに,別のグループは,ファレイ数列の単一細胞モデルへの応用に関する研究に興味を示した。その後,彼らのモチベーションは向上し,個々のレベルに応じた研究成果をまとめることができた。代表的な成果としては,高校生科学技術研究コンクールJSEC2014で優等賞の受賞が1件,学内の研究コンクールにて優秀賞の受賞が1件あった。以上の学生達の取り組みを検証し,モチベーション向上に影響を与えている共通的な要因を検討した結果,自由研究における指導法の最初の段階のモデルを次のように設定できた。ステップ1:学習者に理解できる未解決問題や現在行われている研究を示す。ステップ2:それらの問題にいきなり取り組ませるのではなく,その問題の意味を,学習者が思い思いに議論し鑑賞する。ステップ3:未解決問題の彼らなりの解釈から彼らなりの問題やテーマを発想する。ステップ4:発想した問題がどのような点で意味あると思うかを議論する。なお,9月に米子高専と都立産業技術高専の数学教員と学生達の協力も得て,数学の自由研究に関する研究会をに行い,その成果は日本数学教育学会高専・大学部会論文誌第21号に掲載した。平成26年度にから平成27年度において,学内の自由研究に関するゼミナールにおいて,9人の学生に関して未解決問題を鑑賞させ,そこからここがどのように感じ,発展させられるかという様子の観察と調査を行い,具体的指導法の中でも探究テーマ設定に関する方法を見出すことができた。その成果を津山工業高等専門学校紀要第57号に「数学の探究テーマ設定に関する指導法について」という論文を掲載した。これに関連して,2015年8月の札幌で行われた第97回全国算数・数学教育研究大会において,「探究テーマをどのように設定するかについて」を口頭発表,さらに,2016年3月の筑波大学で行われた2016年度日本数学会年会の工学系数学基礎教育研究部会において,「高専における数学探究の指導法について」を口頭発表した。また,探究テーマが確定した学生たちの自由研究の成果としては,「Pascal Zeta-Functionの研究」が,高校生科学技術チャレンジ(JSEC2015)で優等賞を,「PV numberによるn次元ファレイ空間の結晶理論」が第5回サイエンス・インカレでアンバサダー賞を受賞した。さらに,これらの2件は,2015年8月の大垣市の代数学ミニシンポジウム2015 in岐阜と2015年9月の高専数学教育シンポジウムー学生の数学研究と交流ーにおいても口頭発表を行った。後のシンポジウムでは「三元整数環の研究」という口頭発表も行った。連携として,米子高専からは「石取りゲームの必勝法」,都立産業技術高専からは「教育的使用のための行列電卓β版」と「いろいろな条件下でのカルマン渦のシミュレーション」,佐世保高専から「1次元における自由粒子のシュレーディンガー方程式と熱伝導方程式」の研究成果が得られた。これらの成果は,日本数学教育学会高専・大学部会論文誌VOL.22 NO.1 February 2016に高専生による数学研究の紹介3に掲載された。その成果を津山工業高等専門学校紀要第57号に「数学の探究テーマ設定に関する指導法について」という論文を掲載できた。本研究では,イノベーターの育成を目指した新しい数学教育指導法に関する研究を行う。この研究は,数学が本来持っている自由性という根本的な特性を教育的指導法に活かすことを目指すものである。申請者は,特に,新しい発想力の育成という視点が日本の教育全般に不足していると考えている。その理由については,研究の背景でも述べるが,高校生の科学コンテスト世界大会で日本があまり評価されていない点からも伺える。申請者は,イノベーターの育成のための具体的な方策として,数学における未解決問題を教材とする案を持っている。未解決問題は,素人が分かるレベルにおいても数多い。

提案理由は,未解決問題を解くという方向にチャレンジさせるというところでなく,未解決問題の問題としての魅力や意味を感じ取り,その問題をヒントに,例えば,まだだれも提示していないオリジナルで魅力ある問題を自由に発想するといった,学生自らが主体的にイメージした新しい問題や,理論へと発展させることができるものとして捉えている。本研究では,具体的な未解決問題からどのような発想や思考が得られるか,その詳細なデータの分析から,一般の数学の授業でも扱えるイノベーション開発基礎教材としての方向性を提示したい。本研究で明らかにすることは以下である。(1)どのような未解決問題がどのようなタイプの学生に,発想力という点でどのような影響を与えたか。(2)未解決問題をヒントに学生が考えた新しい数学的視点や発想は,その後どのように展開したか。(3)発想力のある学生と知識力のある学生が混在するチームによる学習から,どのような効果が得られたか。(4) (1)(3)までの分析をもとに,未解決問題を学生に紹介するときの問いかけの方法の具体的提示。(5)さらに,新しい数学的視点や発想を展開させるための学生への具体的指導法の提示。本研究の目的は,イノベーターの育成を目指した数学教育指導法を研究することである。我々は,数学が持つ自由な発想を数学教育指導法に利用することを目的とする。数学の自由な発想は学生達に新しいアイディアをもたらし,そして問題発見能力を高める。したがって,我々は数学の自由な発想と学生達がどのように数学研究に取りかかるべきかを教えなければならない。ヒントは数論の未解決問題の中にあると考えている。そこで我々は未解決問題を鑑賞するためのテキストを作り,そして数学研究の最初のステップとしてこのテキストを用いた。この研究において,このテキストを用いた教授法は学生達の問題発見能力を高めることが分かった。(1)米子高専と都立産業技術高専の数学教員と学生達の協力も得て,数学の自由研究に関する研究会を実施した。(2)学生の数学的思考に関する抽出作業およびその後の観察から,自由研究における指導法の最初の段階のモデルを設定した。論文「数学の探究テーマ設定に関する指導法について」では,指導法に関する大まかな方法論を提示できたが,平成28年度は,より具体的な未解決問題を用いた学習教材開発を推し進める。数学教育平成27年度は,学生の数学的思考に関する研究からより具体的なデータを抽出し,具体的な未解決問題を用いた学習教材開発を推し進める。全体的には予定通りの予算執行であったが,残金の調整がうまくできなかった。設備備品15万円,旅費50万円,その他6万円で執行する予定,H26年度残金の599円はその他として使用する。
ＳＵＭＯとユビキチン複合鎖によるエピゲノム制御

ユビキチンおよび類似タンパク質SUMOによる翻訳後修飾は核やクロマチン構造変換に関わることが知られているが、エピゲノム制御との関わりは不明な点が多い。チミンDNAグリコシラーゼ(TDG)は、シトシン(C)の修飾塩基5fCや5caCを認識し消去するDNAの脱メチル化反応に関わる塩基除去修復酵素である。本研究では、特に、細胞周期におけるTDGのSUMO化とユビキチン化と、SUMO修飾を認識してユビキチン化するE3リガーゼRNF4とSUMO化TDGの相互作用の解析に力を入れて解析を行った。その結果、エピゲノム情報の書き換えにおけるSUMOとユビキチン修飾の役割の一端が明らかになった。近年、RNF4と呼ばれる真核生物で高度に保存されたSUMO鎖認識型RING型ユビキチンリガーゼが発見されたことにより、従来考えられていたSUMOとユビキチン修飾系の関連を再考しなければならなくなってきた。例えばポリSUMO-ユビキチンポリマー鎖の存在を示すデータやRNF4によるDNA損傷・ストレス応答の制御に関する報告などは、ユビキチン修飾とSUMO修飾が協調・連携する新規なタンパク質の品質管理・シグナル伝達機序を想定しなければ説明できない。我々はSUMO相互作用因子の解析をする中で、RNF4を見出しその生化学的、細胞生物学的な解析を進めてきた。特に、RNF4がThymine DNA glycosylase (TDG)と複合体を形成し、塩基除去修復の機序を一部使用することでゲノムワイドのDNA脱メチル化に関わる可能性について、in vitroユビキチン化反応系やヒト培養細胞系を用いて検証を進めている。RNF4のユビキチン鎖形成反応についてin vitroで解析した結果、TDGおよびSUMO化TDGはいずれもRNF4によってユビキチン化を受けない一方で、RNF4のユビキチン鎖形成を促進する結果を得た。一方、細胞内の局在観察から、TDGとRNF4及びSUMO、ユビキチンが、MG132によるプロテアソーム阻害条件下でPromyelocytic leukemia (PML)ボディにおける局在が増強されることが示唆され、in vivoにおけるSUMO修飾、ユビキチン修飾及び脱メチル化修飾のクロストークにPMLタンパク質(tripartite motif protein 19 ; TRIM19)の関与が示唆された。TDGは、DNAのG:U/T塩基対のミスマッチ修復に関わるグリコシラーゼで、TETと連携して5mCの脱メチル化に関わることでDNAメチル化修飾の状態を能動的に制御する因子として機能する。TDGは翻訳後修飾因子SUMOとユビキチン修飾の基質であり、TDGはSUMO化によりDNA結合能が減弱し、S期においてユビキチン-プロテアソーム系により分解を受ける。TDGは主に核内に存在しているものの、核移行やDNA結合の制御、そしてS期における分解がどのように制御されているのかは不明な点が多い。本研究では、1) TDGの細胞内局在と発現量の変化とSUMO化の変動の相関、および2) SUMO依存型ユビキチンリガーゼRNF4との相互作用の解析とS期におけるTDGの分解について解析を行った。TDG変異体の解析からSUMO化とDNA結合や各局在との明確な関連性を見い出すことはできなかったが、TDGのN末端領域にNLS類似配列を推定し、能動的な核内輸送経路の存在を示すことができた。PML-bodyとの関連性も明確になった。また、TDGのS期分解については、RNF4が関与する可能性が低いことをsiRNAによるRNF4ノックダウン細胞の解析から示唆した。一方で、S期における分解とは独立する形で、細胞質に移行して分解する経路が存在することを示し、この経路におけるRNF4の関与を推定した。本研究では、RNF4が形成するSUMO-ユビキチン複合鎖とRNF4-TDGを含む新規脱メチル化酵素複合体の構造と機能を明らかにすることで、5mCを中核とするエピゲノムネットワークの包括的解明に貢献する。申請者が独自に取り組んできたSUMO修飾とエピゲノム制御に関する研究を深化させ、発生工学や再生医療の発展を支える基盤情報を提供する。現在申請者は、自身の研究実績と国内外の研究状況から、競争はあるものの、RNF4の機能解析とTDGのSUMO修飾、およびRNF4-TDG複合体の研究は時機を得たものであり、研究の遂行は急務と考えている。そこで、本年度は、申請者の研究室ですでに確立している分子生物学(培養細胞内での過剰発現によるGain-of-Functionの解析とsiRNAによるLoss-of-Functionの解析)や生化学的手法(プルダウン解析)、および細胞イメージング等の手法を用い、I) RNF4によるSUMO-ユビキチン複合鎖の形成と認識の分子基盤、II) RNF4-TDGを中核とする脱