hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヘテロールが縮環した新奇ポルフィリノイドの開発

また、チオフェン環が縮環したオクタフィリンが36π環状共役系と交差共役系の2つの共役系の寄与を有し、どちらが支配的になるか、スイッチングが可能であることを見出した。これは第3周期以降の典型元素が複数の酸化数を取りうることに由来しており、この成果についてもチオフェンというヘテロールと環拡張ポルフィリンを組み合わせたことで発現した興味深い物性であるといえる。このように、ヘテロールが縮環した様々な化合物の合成に成功しており、これまでに得られた知見をもとにさらなるヘテロール縮環ポルフィリノイドの合成へと展開していくことができると期待される。したがって、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。近年、新たなπ共役骨格の開発を目指した研究が盛んに行われており、ポルフィリノイドは様々な分野で広く活用が期待されている骨格である。加えて、硫黄やケイ素、リンといった典型元素をπ電子系に組み込むことは、典型元素に由来する新たな物性を発現しうるとして注目されている。本研究では、ヘテロールが縮環した新奇なポルフィリノイドの開発を目指し、検討を行った。新たなヘテロール縮環ポルフィリンの合成法を確立すべく、ハロゲン化されたポルフィリンからの合成法の検討を行っていたところ、ポルフィリンのβ位にアリールアセチレン骨格を導入した化合物の合成が可能であることを見出した。加えて、ホスホール縮環ポルフィリンの合成検討の途中、ポルフィリンの周辺部にホスホールを導入した化合物も合成できることを見出し、ホスホールとポルフィリンの間の相互作用について検討を行った。また、環拡張ポルフィリンの一種であるヘキサフィリンに対してチオフェン環を縮環させた化合物の合成にも成功し、その共役系を環状π共役系と交差共役系との間で切り替えることが可能であることを見出している。さらに、新たなホスホール縮環ポルフィリノイドの合成検討を行っている際に、興味深い化合物が得られることを見出した。この化合物はドナー部分を導入すると、ホスホールのようにアクセプターとして働く一方、アクセプター部分を導入すると、チオフェンのようにドナーとして働くことを見出した。このように、ヘテロール骨格をもつ新たなポルフィリン化合物や、興味深い性質をもつ縮環ホスホール化合物の開発に成功した。本研究では、ヘテロールが縮環した新規なポルフィリノイドの開発を目指し、検討を行った。新規に開発したビスピロロホスホールを用いることで、ホスホール縮環ポルフィリンダイマーの合成に成功した。このポルフィリンダイマーは、ポルフィリンとホスホール両方の性質をあわせ持つ、興味深い分子であることを明らかにした。また、ジチエノチオフェン骨格を用いたオクタフィリンを開発し、同じ分子構造でも2通りの異なるπ共役系をとりうることを見出した。さらに、新規に開発したジチエノホスホールが電子アクセプターと電子ドナーの両方の性質を示すことも明らかにした。本研究で開発したビスピロロホスホールを用いることでホスホール縮
電子教材の長期利用を意図した学習システムの開発と複合的学力育成に関する研究

本研究では,同一の教材を利用して長期にわたる総合的な学習を可能にするために,学習教材を開発し,学習デザイン等について検討した。簡単なプログラムを入力することで,走行データや使用エネルギーを表示するロボットトレインやロボットカーを開発し,他者評価活動を取り入れた学習,専門科目での学習等を行い,その教育効果を調べた。その結果,専門科目に対する学習意識の向上や企画力の向上が見られた。さらに,海外の教育機関でも利用できることがわかった。本年度の研究目的は,(1)同一の教材を使って長期間にわたる学習が可能となる学習デザインを開発すること,(2)遠隔地からロボットカーやロボットトレインを制御しできる学習教材システムを開発すること,(3)学習データを蓄積して検索することができる簡易データベースを開発することである.まず,意思決定方法を学習することをテーマにした学習教材の開発と学習デザインの提案を行った.歴史的に有名な出来事をテーマとして,当時の技術と現在の技術の違いに着目して,総合的な考察から意思決定を行う方法と,意思決定手法を使って数量的に意思決定を行う方法の2つで考察を行う授業実践を行った.前者は小学校や中学校で行うことができる手法であり,後者は高専の高学年で行うことができる手法である.これによって,テーマが同一であっても学年に応じた学習が可能であることがわかった.次に,現在開発中のロボットトレインを活用して,エネルギーについて考えさせる授業実践を試行した.いくつかの走行の様子を見て,消費エネルギーや安定性などの観点から評価させた.このような実践を通して,企画力や課題発見能力が身につくことがアンケートからわかった.さらに,このような学習データを蓄積できるデータベースシステムを開発した.教員がデータを取り出しやすいようなシステム作りが今後必要である.ロボットトレインは遠隔制御になっている.まだ,学内での実験レベルであるが,学外からのアクセスも可能になるように検討している.小学生や中学生がネットワークからアクセスして,ロボットトレインの実験環境を利用することができるようにすることが目的である.本研究では,同一の教材を利用して長期にわたる総合的な学習を可能にするために,学習教材を開発し,学習デザイン等について検討した。ICTや共同学習を取り入れた課題解決型学習について調査した.留学生と共同で考える授業でも,他の学生のアイデアを評価しながら考えることで,やり遂げようとする力や実行する力がつくことがわかっている.そこで,他の学生がロボットカーへ入力したデータに対して,入力データの意図や走行結果を予測させ,実際の走行結果と比較させた.その後,各自でロボットカーを動かすデータを作成させた.その結果,特に,他者データを分析する活動や他者へ説明する活動,入力データを作り出す活動はさまざまな能力を育成する上で大変有効であることがアンケート結果からわかった.この実践から,学習教材であるロボットカーを使って,有効な学習デザインを考えることによって,データの長期利用学習が可能になることが明らかとなった.さらに,入力データと出力データのデータベース化および学習成果のポートフォリオ化が可能になるような方法について検討を進めた.入力データの根拠となる戦略,出力データに関する考察も含めたデータベース化が必要である.次に,学習にバリエーションを持たせるために,傾斜のある走行コースを作成した.さらに,コース上に走行路を作り,その上を走行する列車(ロボットトレイン)を開発した.また,走行評価を教師が自由にカスタマイズできるシステムの開発を行った.1走行した距離と目的地までの距離の相違,2走行時間と制限時間との相違,3未消費エネルギーを評価項目として,走行結果を入力すると評価得点が表示されるようにした.13に対して重要度をつけて,評価方法に柔軟性を持たせた.この手法についての基本的な考え方は意思決定理論を使っている.教師が授業目的に合わせてWeb上でカスタマイズできるように改善した.海外教育機関と共同学習が可能になるように,英国北アイルランドのカレッジとも連携をとっており,テレビ会議の活用の重要性がわかってきた.本研究では,同一教材の長期利用による複合的な学習を可能にするために,効果的な学習教材を開発すると同時に,その使用環境を整備した。さらに学習データを活用する学習デザインを提案し,海外教育機関との共同学習についても検討した。研究期間を通して,いくつかの学習教材を開発した。まず,簡単なプログラムを入力することで走行を開始して,走行終了後に走行データや使用エネルギーなどを表示するロボットトレインである。これはすでに開発済みのロボットカーを改良したものである。この教材は中学校から高専・大学にかけて使用することを目的としている。傾斜のある走行コースを作ることによって学習にバリエーションを設けた。中学校の技術家庭科での学習や高専の専門科目の学習の中で,本教材を活用することで課題解決型学習として位置づけることができる。次に,海外教育機関との共同学習を進めるために必要なコミュニケーション力を身につける教材開発も行った。ここでは,学生自ら会話集を作成して,それを長期間活用する取り組みを行った。平成26年度は,これらの教材を実際に中学生や高専生に使用させた。他者の作成したプログラムの評価活動を取り入れた学習,走行の評価式を活用した学習等を実施して,その教育効果を調べた。さらに,本システムを海外提携機関に評価を依頼した結果,海外の教育機関でも利用できることがわかった。

本教材を使った授業実践では,予想,実践,評価,考察,改善という一連の学習を取り入れている。通常の教授活動,実験・実習による学習活動の他に,グループ活動,他者評価活動,自己評価活動等を取り入れた学習活動が有効であることが明確となった。教育工学長期間にわたる学習が可能となる学習デザインの開発を行った.まず,意思決定が必要となる課題を学習者に提示した.中学生あるいは低学年高専生が取り組むことも可能であり,グループ活動によって解決する課題を提案した.その課題に対しては,高学年高専生は意思決定法を利用することによって解決する形態とした.今年度は同一の学習者に,両方の形態で学習させ,アンケートを通して評価した.教材の長期利用を行うためには,学年に応じた課題が必要である.中学生向けの課題と高専生向けの課題を作成した.その結果,同一教材を使って低学年向けと高学年向けの授業をすることが可能となることがわかった.ロボットカーを改良した教材(ロボットトレイン)については,遠隔制御を可能にすることにほぼ成功した.Web上から制御データを無線で送信して受信側のコンピュータによって電圧,電流などを制御し,ロボットトレインが走行する形を取っている.走行プログラムは一つずつ処理する形を取っているため,一つのプログラムが終了すると,ロボットトレインはスタート地点に自動的に戻り,次のプログラムを実施する形態となっている.また,非接触型の充電も可能になるように設計した.さらに学習データを蓄積して,必要に応じて取り出しができる簡易データベースやeラーニング教材を作成する環境も整えてきている.以上の理由から,おおむね順調に進展していると判断した.教材の長期利用が有効な学習として成立するためには,他者の学習成果を利用して学習する方法の検討が必要であった.本実践では,まず,同学年の学習者の学習成果を活用して,その学習者がどのような戦略で入力データを作成したか,どのような結果が得られているかを予想させる学習実践を行い,十分な教育効果が得られることがわかった.さらに,実践では,これまで学習してきた専門的な知識を活用して考えることを求めており,学習者は物理や機械工学の基本的な知識を活用していることもわかっている.すなわち,このような学習を異学年の学習者間にも広げることによって,より深い学習が可能になることを示唆しており,十分な学習成果を上げることが可能であることがわかった.今後,異学年の学習者の学習成果をどのように活用させることが有効であるかを研究する必要があることもわかっており,当初の研究目的到達に近づいていることも明らかとなった.教材であるロボットカーの改良も順調に進んでいる.
山岳氷河アイスコア解析による北太平洋地域における小氷期以降の気候・環境変動復元

アラスカ・ランゲル山、オーロラピークの山岳氷河から掘削されたアイスコアに加え、2014、2015年にグリーンランド氷床北西部と東部で新たにアイスコアを掘削し、小氷期後期から温暖化が顕著になる現在にかけての気候・環境変動を復元した。小氷期中期(1700年代)と後期(1850年代)においてグリーンランド、アラスカとも明瞭な気候のシフトが生じ、気温、降水量がシーソーの関係にあることが見出された。この傾向はジェットの蛇行のシフトが主要因だと考察された。また、1990年代以降は、温暖化の影響と思われる気候シフトが現れ、それ以前とは異なる気温と降水量の変動の傾向が現れた。(1)アラスカオーロラピークアイスコア解析:アラスカ山脈オーロラピーク近傍氷原で採取された全長180m深のアイスコアの全層解析を行った。分析項目は、水同位体比と化学イオン種濃度である。水素同位体比とは明瞭な季節変動を示し、この季節変動から年層を勘定し、アイスコアは180m長で1666年までの記録を保持していることが推定された。この年層の厚さを流動を加味して年間涵養量に換算したところ、年間涵養量は1900年以降急激に増加していること、増加トレンドを削除した変化は、太平洋十年規模周期振動(PDO)指数と同期して変化していることが分かった。また、水素同位体比の値は、アラスカの気温とアリューシャン低気圧の勢力の指標になることが推定され、それもPDO指数と同期して変化していることが分かった。ここまでの成果を、国際誌Climate of the Pastに発表した。さらに、現在のアラスカの積雪中の過剰水素の値が、水蒸気の供給ルートによって変化することを明らかにし、アイスコア中の過剰水素の値の変化は、アラスカに供給される水蒸気の全量に対する西からの供給量の比の変化を示すことを明らかにした。ここまでの結果を用い、アラスカ地域の小氷期中期から現在にかけての気温、降水量、水蒸気起源の変化を復元した。(2)北部北太平洋地域の山岳アイスコア:これまで採取された山岳アイスコアの掘削技術、掘削オペレーションなどの総括と問題点の提示を行い、国際誌Annals of Glaciologyにて成果を発表した。(3)グリーンランド氷床沿岸部浅層アイスコア:グリーンランド氷床北西部2200m地点で採取されたアイスコアの化学解析を行った。現在約100年に相当する試料の分析が終了している。水同位体比と海塩成分は明瞭な季節変動を示し、その季節変動から約100年間の降水量の変化を復元した。その結果、過去100年間に降水量の変化にトレンドは見られなかった。(1)昨年度の研究において提案されたアラスカオーロラピークアイスコアの過剰重水素の値が西からの水蒸気の供給量の指標となる仮説を検証するため、アラスカを南北横断して採取した積雪試料中の過剰重水素の地域分布から水蒸気輸送過程と過剰重水素の関係を議論した。その結果、周辺低気圧の位置の変化によって水蒸気供給ルートが変化し、降雪中の過剰重水素値が変化することが見出されてきた。現在、国際誌に投稿する論文を準備している。(2)2014年にグリーンランド北西部で採取されたアイスコアの化学解析を行った。水同位体比と海塩成分は明瞭な季節変動を示し、その季節変動を利用して400年間の年間降水量の変動を求めた。その結果、降水量は小氷期の終焉前後をはさみ、400年間、大きく変化していないことが分かった。つまり、近年のグリーンランド氷床の質量減少の原因として降水量の変化は無視できるという結論を得た。この成果の一部は、Bullet. Glaciological Research(Matoba et al., 2015)で出版された。昨年度に出版されたデータの高度な解釈のための解析が進められている。また、昨年度採取されたアイスコアの分析を進め、近年の温暖化に関する重要な知見を得ることができた。また、新たなアイスコアの採取に成功した。平成28年度は、北部北太平洋域の海洋の植物プランクトンの増殖に必須な微量元素である鉄の大気から沈着する量とその経年変化を明らかにすることを目的に、アメリカ合衆国アラスカ州のランゲル山山頂氷河で採取されたアイスコアに含まれる鉄の分析を行った。アイスコア中に含まれる鉄の濃度は、アイスコア採取時に付着するコンタミネーションと比べて非常に低いため、まず最初に、アイスコアに含まれる鉄濃度に比べて問題ないレベルまでコンタミネーションを除去する方法を確立した。その方法を用い、2003年から1981年までに相当する100m長のアイスコア中に含まれる鉄濃度を連続的に分析し、各都市毎の年間鉄フラックスを求めた。得られた年間鉄フラックスは、アジア大陸で発生する大規模砂嵐の頻度、日本で観測される黄砂日の延べ日数と高い相関を示し、ランゲル山アイスコア中の鉄の殆どはアジア大陸起源の鉱物粒子であることが示唆された。得られた鉄の年間フラックスから海洋中に溶出されうる溶存鉄濃度は、海水への溶解度や滞留時間などいくつかの不確定な仮定を含むが、冬期の東部北太平洋地域の混合層中に含まれる溶存鉄の濃度の868パーセントに相当し、黄砂現象が頻繁に観察された2001年では66120パーセントにも相当すると見積もられ、東部北太平洋域の生物生産にアジア大陸由来の鉱物粒子がいくらかの影響を与えていることが分かった。

研究期間において、アラスカ山岳氷河、グリーンランド氷床西部、東部で採取されたアイスコアの解析を行い、小氷期後半(1850年代)から1940年代と、温暖化が顕在化した1990年代以降の気候のシフトが明らかにされ、アラスカとグリーンランドの環境変化がリンクしていることが見出された。今後は、更に東側に位置するカムチャツカの山岳氷河からアイスコアを採取し、小氷期以降の気候変動の実態を半球規模で復元することを目指す。アラスカ・ランゲル山、オーロラピークの山岳氷河から掘削されたアイスコアに加え、2014、2015年にグリーンランド氷床北西部と東部で新たにアイスコアを掘削し、小氷期後期から温暖化が顕著になる現在にかけての気候・環境変動を復元した。小氷期中期(1700年代)と後期(1850年代)においてグリーンランド、アラスカとも明瞭な気候のシフトが生じ、気温、降水量がシーソーの関係にあることが見出された。この傾向はジェットの蛇行のシフトが主要因だと考察された。また、1990年代以降は、温暖化の影響と思われる気候シフトが現れ、それ以前とは異なる気温と降水量の変動の傾向が現れた。計画通り、アラスカ山脈オーロラピークアイスコアの分析と解析は順調に行われ、全長180m長のアイスコアを高分解能で分析ができ、約300年間の古気候情報の抽出に成功した。また、その成果を国際雑誌、Climete of the Pastに出版することができた。また、当初の計画には含まれていなかったが、グリーンランド沿岸部でのアイスコア採取に成功し、1000試料以上の分析を終え、約100年間の古気候情報の抽出に成功した。しかし、26年度に予定していた、アイスコア試料自動融解の開発が達成されなかった。現在、融解ヘッドの開発は順調に進んでおり、今年度内での完成に向けて、調整を行っている。遅れている自動融解装置の実用化を進める。現在までテストは概ね順調に進められている。また、分析中であるアイスコアの化学分析を終え、アラスカからグリーンランドにかけて、数百年間の環境変動を統合的に解釈する。地球科学平成27年度は、高時間分解能での解析を短時間で可能にする、アイスコア自動融解装置の開発を行う。また、解析が途中である、グリーンランド氷床浅層アイスコアと、アラスカランゲル山アイスコアの化学分析を進め、過去100年間の北部北太平洋地域の環境変動を復元する。当該年度では、自動融解装置を実用化することを予定していたが、実用化まで至らなかった。そのため、実用化にあたり必要な物品費を計上して予算を、次年度に使用することになった。自動融解装置を実用化する。そのための冷凍機とポンプの購入、試料保持台と融解ヘッドの作成を行う。そのために当該年度にしようしなかった予算を使用する。
ポスト「退耕還林」における中国農村の未来可能性

中国の「退耕還林」政策は、食料増産のために森林を破壊してきた人類史において、耕地面積を縮小しながら森林を回復させようとする挑戦的な試みである。本研究は、「退耕還林」政策終了後(以下、ポスト「退耕還林」と称す)に住民が森林の質を高めながら持続的な生活を営む可能性(未来可能性)を評価することによって、食料生産と環境破壊・貧困をめぐる問題の解決に貢献しようとするものである。研究の結果、森林回復による環境保全のみでは農村の持続には不十分で、農民の収入源へのアクセスのしやすさなど諸条件が、耕作に代わる産業の振興につながり、ポスト「退耕還林」における農村の未来可能性の担保へとつながるものと思われた。現地の廟会(道教寺院)が招聘した専門家の指導により緑化が推進され、一定の成果を収めたとされる陝西省楡林周辺において、森林回復状況と環境・人口の変化に関して現地調査を行った。今年度の調査は二回にわたって行った。一回目は平成25年6月に、楡林市靖辺県周辺で行った。国内外に著名な統万城遺跡を活用した、農業から観光業への産業転換の可能性について評価を行った。現地では、緑化による環境保全に進展が見られたが、遺跡の周囲から住民がいなくなっていた。遺跡の整備事業も省や県などの行政機関が主導したものであり、周辺農村の住民の関与は限られているようであった。したがって、現時点では、遺跡を活用した観光業は、ポスト退耕還林における農村の未来可能性を担保するには至らないと思われた。二回目は、同年8月に楡林市米脂県周辺で行った。森林回復状況に関して、以下の三点から、緑化の目標とされている土砂の流出や洪水の抑制はおおむね達成されていると思われた:(1)傾斜地での森林植生は順調に回復していた、(2)崩壊など土砂災害の跡地も目につかなかった、(3)現地を流れる河川の本流付近の河川敷でも草が生えていた。一方人口に関して、調査対象農村の一つY村で小学校が廃校となるなど、高齢者以外の世代の流出が顕著であった。一方、米脂県の経済活動の中心地のひとつとなっているZ鎮では、鎮の市街地周辺の農村では、寺院を中心とした人的ネットワークが保存されており、従来の農業に代わる産業(代替産業)として観光業を活性化していくなどの意欲が語られた。以上から、森林回復による環境保全と合わせて、収入源へのアクセスのしやすさや、人的ネットワークの中心となる施設などの諸条件が、ポスト退耕還林を見据えた代替産業振興の基盤となり、さらには農村の未来可能性の担保へとつながるものと思われた。中国の「退耕還林」政策は、食料増産のために森林を破壊してきた人類史において、耕地面積を縮小しながら森林を回復させようとする挑戦的な試みであり、その規模において類をみない。本研究は、黄土高原の陝西省北部を主な対象として、(A)退耕還林期間に育成された森林が住民の収入・生活に与えた影響、(B)森林の利用が環境に与えた影響、(C)森林の利用開始前後における人口年齢構成等の変化、(D)ポスト「退耕還林」の代替産業と生活に対する住民意識、を現地調査で明らかにする。「退耕還林」政策終了後(以下、ポスト「退耕還林」と称す)に住民が森林の質を高めながら持続的な生活を営む可能性(未来可能性)を評価することによって、食料生産と環境破壊・貧困問題をめぐる中国ひいては世界諸地域の問題解決に貢献しようとするものである。今年度は、黄土高原農村部の未来可能性の評価基準を設けるため、中国全体の農業・農村の未来可能性に関して統計資料と既往研究をサーベイした。その結果、(A)森林育成の収入増加への影響は限られていること、(B)2000年代の中国各河川の流量は19502000年までの流量より減少しておりその原因の一つとして造林の影響が考えられること、(C)中国の高齢化は30年くらいのタイムラグをもって日本を追いかける趨勢にあること、(D)一次産業以外への産業の転換が進んでおり自給作物中心の農業の維持は困難と考えられること、がわかった。これらのことから、中国全体の農村の未来可能性の担保には、(1)政策的に森林育成や農業生産のインセンティブを高め、(2)森林育成と農業生産との省力・省資源化を進める必要があると考えられた。一方、調査対象の農村を絞り込むため、陝西省延安・洛川・楡林周辺の電子統計資料を収集・分析した。その結果、延安の北宋塔村、洛川の東村・橋頭川村、楡林の紅柳灘村などが候補となった。a中国の「退耕還林」政策は、食料増産のために森林を破壊してきた人類史において、耕地面積を縮小しながら森林を回復させようとする挑戦的な試みであり、その規模において類をみない。

「退耕還林」政策終了後(以下、ポスト「退耕還林」と称す)に住民が森林の質を高めながら持続的な生活を営む可能性(未来可能性)を評価することによって、食料生産と環境破壊・貧困問題をめぐる中国ひいては世界諸地域の問題解決に貢献しようとするものである。今年度は、黄土高原農村部の未来可能性を評価するため、調査対象農村の位置する陝西省延安ならびに同省洛川の農業・農村の未来可能性に関して統計資料を解析した。その結果、退耕還林前後で、延安を流れる延河の流域、洛川を流れる洛川の流域で、(イ)森林面積は増加していること、(ロ)土砂の流出が減ったこと、(ハ)流量の減少は限定的であること、がわかった。森林面積の増加に伴う流量減少は、現時点では顕在化していないものの、今後都市化や林木の成長に伴い、どのように流域内の水収支が変化していくのか、引き続きモニタリングしていく必要がある。本研究の目的は中国農村の未来可能性を評価することにある。昨年度の調査では、小学校の廃校が中国における農村の未来可能性の小ささを象徴する出来事として抽出できた。そこで、本年度は、研究代表者が所有する地方統計年鑑により、研究対象地の県ごとの小学校の数の変化を調べた。その結果、1999年の退耕還林政策実施後、小学校の数がおしなべて減っていることが確認できた。これまでの研究により、農村から都市への人口流出が著しく小学校の廃校などが起こっており、農村の未来可能性が小さいことを明らかにできた。したがって、農村の未来可能性を明らかにするという当初の目的はおおむね達成できたと考えられる。本課題の成果の一部である、和文の単著学術書『中国の水土流失:史的展開と現代中国における転換点(現代中国地域研究叢書)』(勁草書房、2013年)の全文を、中国語に翻訳した。同時に中国の出版社との出版交渉に入った。本課題の申請時には、中国語の報告書と英語の論文との執筆を計画していたが、以下の二つの理由から、上記の和書を中国語や英語で翻訳出版したほうが、より多くの読者に研究成果を還元できると考えた。第一に、同書が、本課題の成果を含む既存の業績として、代表的であることがある。本課題のターゲットである、ポスト「退耕還林」の農業・農村政策についても見通しを論じており、研究背景も含めた本課題にかかわる概説書として、完成度が高い。具体的には、同書は、耕地拡大による森林破壊、さらにその報いとしての水土流失の激化を特徴の一つとする中国史を概観した上で(水土流失の史的展開)、2009年からはじまった退耕還林政策が、森林を回復させるために耕地縮小もやむなしとする画期(現代中国における転換点)であると述べる一方、退耕還林政策終了後(ポスト「退耕還林」)の食料生産維持に対して警鐘を鳴らしている。第二に、2013年度に同書を出版した後、中国を含む国内外の方から好評をいただいたり、研究内容に関して詳細を知りたいという問い合わせを受けたりし、その過程で、読者として想定していなかった、欧米圏の研究者とのコネクションもできたことである。その研究者は、「日本語が読めないのでより詳しいことを教えてほしい」とのことであった。本年度は最終年度であるが、費用の関係もあり、まず、上記書籍の中国語翻訳を完了した。中国の出版社との出版交渉は継続している。今後、英語への翻訳や、イギリス・アメリカなどの出版社との出版交渉、そして各種助成金への申請による出版費用の確保にあたりたいと考えている。中国の「退耕還林」政策は、食料増産のために森林を破壊してきた人類史において、耕地面積を縮小しながら森林を回復させようとする挑戦的な試みである。本研究は、「退耕還林」政策終了後(以下、ポスト「退耕還林」と称す)に住民が森林の質を高めながら持続的な生活を営む可能性(未来可能性)を評価することによって、食料生産と環境破壊・貧困をめぐる問題の解決に貢献しようとするものである。
妊娠期ストレスラットの感情障害の生物学的モデルとしての可能性について(ラットの性差・種差についての検討および分子生物学的・行動科学的検討)

ラットにおいては胎生後期は胎仔の中枢モノアミン系ニューロンの形成に重要な時期であり,我々はこの時期に受けたストレスによる神経系の機能異常状態が感情障害の生化学的脆弱性モデルと成り得るのではないかと考え,種々の検討を行った。行動科学的検討として,自発行動量の測定を本研究費により購入したケージ設置型活動量測定装置(LOCOMO)を用いて行った。生後に特別のストレスを加えない状態での自発行動とは,雄性ラットにおいて明期の行動量が胎生期ストレス群で増加し,LD比(明期行動量と暗期行動量の比)はストレス群で有意な高値を示した。これは,睡眠覚醒リズムへの影響を反映した結果と考えられた。成熟後に予測不可能なマイルドなストレス(chronic unpredictable variable stress,CVS)を14日間負荷すると、自発行動量は、CVS負荷により、雄性ラットにおいて胎生期ストレス群の暗期行動量は対照群と比較して減少傾向、あるいは有意な減少が長時間(CVS負荷後14週後)にわたって認められた。また、予備的実験ではあるが、抗うつ薬イミプラミンの前処置あるいは後処置がCVS負荷による暗期行動量の減少を阻止した。オープンフィールドテストでは,CVSを加えない群との比較では,胎生期ストレス群がより「不安」の評価が高かった。これまでに、胎生期ストレスラットでは中枢モノアミン受容体のup regulation,抗うつ薬の反復投与に対するβ受容体の過感受性,HPA系の機能亢進などの所見がみられた。今回の結果とあわせて考えると,本胎生期ストレスラットは、Willnerが提唱した動物モデルとしての妥当性の概念を満たし、感情障害の生化学的脆弱性モデルラットとなりうるといえる。さらに,胎生期ストレスラットに生後,CVSなどの比較的軽微なストレス処置を加えることにより感情障害病態モデルを作成することが可能になり,感情病発症のプロセスの解明に貢献できると考えられる。幼少児期などのモノアミン系ニューロンの形成に重要な時期に受けたストレスと感情障害の生化学的脆弱性との関連性が考慮される。我々は妊娠ラットの妊娠後期に生理的食塩水を皮下注射するというストレスを負荷した母ラットより生まれた仔ラットをストレス群とし,特別の処置を加えない母ラットより生まれた仔ラットを対照群として,種々の検討を行った。ストレス群においては,前頭葉皮質におけるセロトニン_<2A>(5-HT_<2A>)受容体,β-受容体のup-regu1ation,抗うつ薬反復投与によりdown-regu1ationが早期に起こることから考えられるβ-受容体のhypersensitivity,HPA系の機能亢進,夜間行動量の変化と抗うつ薬の及ぼす効果など,ストレス群の感情障害の生化学的脆弱性モデルとしての可能性を肯定する知見が得られている。オープンフィールドテストでは,segment enteredは雄雌ともストレス群で増加傾向がみられ,rearingは雄のストレス群で増加傾向がみられた。ビームセンサーによって行動量を計測するケージ設置型活動量測定装置を購入し,現在,行動量の詳細な検討を行っている。5-HT_<1A>受容体は近年,抑うつ,不安に関して病因,治療薬の作用機序から注目されている中枢モノアミン受容体であるが,前前頭部皮質における5-HT_<1A>受容体結合実験では,1週齢,2週齢,4週齢において対照群とストレス群間でいずれもKd値,Bmax値に有意差はみられなかった。自殺者の死後脳前頭葉における5-HT_<1A>受容体のdown regu1ationが認められたとの報告がみられるが,胎生期ストレスラットの前前頭葉皮質5-HT_<1A>

受容体については,対照群と比較してBmax値の有意な差はみられなかった。現在,成熟したラットにおいて,レセプターオートラジオグラフィー法を用い,海馬をはじめとする脳内の他の部位についての検討を行っている。ラットにおいては胎生後期は胎仔の中枢モノアミン系ニューロンの形成に重要な時期であり,我々はこの時期に受けたストレスによる神経系の機能異常状態が感情病の生化学的脆弱性モデルと成り得るのではないかと考え,種々の検討を行った。行動科学的検討として,自発行動量の測定を本研究費により購入したケージ設置型活動量測定装置(LOCOMO)を用いて行った。生後に特別のストレスを加えない状態での自発行動量は,雄性ラットにおいて明期の行動量が胎生期ストレス群で増加し,LD比(明期行動量と暗期行動量の比)はストレス群で有意な高値を示すなど,胎生期ストレス群では明期,暗期の行動量の差が小さくなるという結果が得られた。これは,睡眠の中断を反映した結果とも考えることができる。また,成熟後に予測不可能なマイルドなストレス(chronic variable stress,CVS)を14日間負荷した後にオープンフィールドテスト,自発行動量の測定を行った。自発行動量は,CVS負荷により,雄性ラットにおいて胎生期ストレス群の夜間行動量は対照群と比較して減少傾向,あるいは有意な減少が長期間(CVS負荷後14週後)に渡って認められた。オープンフィールドテストでは,CVSを加えない群との比較では,胎生期ストレス群がより「不安」の評価が高かった。これまでの結果より,本胎生期ストレスラットは,中枢モノアミン受容体のup regulation,抗うつ薬の反復投与に対するβ受容体の過感受性,HPA系の機能亢進,自発行動量のリズムの障害,アンビュロメーターでとらえられた暗期行動量の変化に対する抗うつ薬の効果などの所見から,感情病の生化学的脆弱性モデルラットとなりうることが確認された。さらに,胎生期ストレスラットに生後,比較的軽微なストレス処置を加えることにより感情病病態モデルを作成することが可能になり,感情病発症のプロセスの解明に貢献できると考えられる。
包括的かつ組織局所的代謝プロファイリングによる早期大腸がんバイオマーカー探索

本研究では、大腸がんに対してメタボローム解析を実施し、信頼性の高いバイオマーカーの探索を行った。大腸がんマウスモデルであるAPCmin/+マウスや大腸がん患者の血清検体や大腸組織検体の代謝物分析結果から、大腸がんの発症により、エネルギー代謝に関わる代謝物が変動することや、ホスファチジルコリンやホスファチジルエタノールアミンのリゾ体が増加することが明らかとなった。これらがバイオマーカー候補になると考えられる。遺伝的特徴の情報は身体の中で起きている酵素反応の状態に反映されているため、代謝物総体を捉えるメタボロミクスは様々な疾患の診断に有用であると考えられる。患者への負担が少ない血清を用いたメタボロミクスによって、がんのバイオマーカーを発見するためには、分析手法の感度や精度、観測する代謝物の網羅性が鍵となる。そこで、本研究では、糖、アミノ酸、核酸、有機酸、糖リン酸などの親水性代謝物と脂質などの疎水性代謝物を対象としたこれまでに類を見ない包括的な代謝プロファイリングにより、大腸がん特異的な血中代謝産物の変動をパターン解析し、さらに、変動している代謝物に関しては、大腸がん組織における局所的代謝プロファイリングを行い、腫瘍組織と血液中に含まれる代謝物の関連性を明確にすることで、信頼性の高い大腸がんバイオマーカーとして同定することを目的とした。平成24年度は、大腸がん患者と健常人の血清の代謝物分析を、ガスクロマトグラフ質量分析計を用いて実施した。その結果、アミノ酸を中心とした様々な代謝物が、大腸がん患者と健常人との間で変動していることを見出すことができた。また、大腸発がんモデルAPCmin/+マウスの腸組織から、ポリープ部位と非ポリープ部位とを採取し、イオンペア試薬を用いた液体クロマトグラフ質量分析計による代謝物分析を実施した。また、野生型マウスから腸組織健常部位を採取し、同様に、代謝物分析を行った。その結果、ポリープ部位とともに、非ポリープ部位においても、健常部位と比較して、解糖系、TCA回路に基づいたエネルギー代謝経路の変動が起こっていることが明らかとなった。そこで、本研究では、糖、アミノ酸、核酸、有機酸、糖リン酸などの親水性代謝物とともに、脂質などの疎水性代謝物を対象としたこれまでに類を見ない包括的な代謝プロファイリングにより、大腸がん特異的な血中代謝産物の変動をパターン解析することを目的とした。質量分析計を用いた血清メタボロミクスを実施することでがんのバイオマーカーを発見するためには、分析手法の感度や精度、観測する代謝物の網羅性が鍵となることから、分析システムの最適化も適宜、進めていき、信頼性の高い大腸がんバイオマーカーとして同定することを念頭にした。大腸がん患者において、液体クロマトグラフ質量分析計を用いた脂質解析では、25種類のホスファチジルコリン、リゾホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、リゾホスファチジルエタノールアミン、あるいは、アシルカルニチン類が、健常人と比較して有意に変動した。液体クロマトグラフ質量分析計を用いたカチオン・アニオン解析では、7種類の代謝物が有意な変動を示すことを明らかにできた。一方、ガスクロマトグラフ質量分析計を用いた血清代謝物解析では、アラニン、サルコシン、バリンなど43種類の代謝物が、有意に変動することが明らかとなった。ヒト大腸組織に関しては、がん部位において、ホスファチジルコリンやホスファチジルエタノールアミンのリゾ体が増加していることが確認できた。平成24年度には、当初計画していた大腸がん患者血清のガスクロマトグラフ質量分析計による分析や、大腸発がんモデルAPCmin/+マウス腸組織のイオンペア液体クロマトグラフ質量分析計による分析も実施できた。現在、大腸がん患者血清の液体クロマトグラフ質量分析計による分析を進めているが、計本研究は、おおむね順調に進展していると考える。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成25年度は、LESA NanoMate-QqQ-MSを用いた局所的超高感度代謝物分析を計画しているが、平成24年度の段階で、その分析システムの構築はほとんど完了していることから、その実施に問題はない。また、液体クロマトグラフ質量分析計を用いた分析も、現在、進行中であるが、分析予定の検体数は多いこことから、こちらの分析を優先的に進めていく計画としている。なお、このような状況から判断して、本研究課題中の計画の変更はなく、研究を進めていく。
血液接触型人工臓器における血小板機能障害発生機序の解明とその制御法に関する研究

体外循環下開心術においては、凝固線溶系の活性化が起こるとともにglycoprotein Ib(Gp Ib)の血小板表面からの減少による血小板の機能低下が観察される。GPIb減少の機序を解明するとともに、これらの異物接触による反応を抑制する目的でヘパリンコーティング体外循環回路を用いその効果を検討した。2.体外循環モデル回路を作成し、ヒト血液を循環させ、血小板変化を観察した。高ずり応力下血小板凝集能、リストセチン惹起血小板凝集能、血小板膜表面のGPIbの発現量は循環時間の経過とともに低下した。遠心分離法を用いて血小板を膜骨格成分と細胞骨格成分に分離し、Western blotting法でGPIb量を定量化し、血小板内でのGPIb局在変化を観察した。膜骨格成分のGPIb量は循環時間の経過とともに減少し、細胞骨格成分のGPIb量は循環時間の経過とともに増加した。3.ヘパリンコーティング回路使用例では通常型回路使用例に比しそれらの変化が抑制された。結論:体外循環による血小板機能異常の原因は、GPIbが血小板膜表面から細胞内に移動することにより引き起こされると考えられ、ヘパリンコーティング回路ではその反応は抑制され、血小板機能が温存されると考えられた。1,体外循環下開心術の臨床例において人工心肺使用による凝固線溶径の変化を観察した。凝固系分子マーカーであるthrombin/antithrombinIII complexとprothrombin fragment Fl+2は体外循環の時間経過と共に血中濃度が有意に増加し、線溶系分子マーカーであるα2plasmin inhibitor/plasmin complexにおいても体外循環により血中濃度が有意に増加し、凝固系および線溶系が活性化されているものと考えられた。2,血小板表面の接着分子であるGPIbとその分解産物である血漿Glycocalicinの体外循環による変化を観察した。GPIbは体外循環の時間経過とともに血小板表面の発現量が減少したが、血漿Glycocalicinは増減が認められなかった。1.模擬体外循環回路として、閉鎖式の血液リザーバーとチューブを組み合わせ模擬回路を作成し、ヒトより採取したヘパリン化血を用いてローラーポンプで回路内を循環させ、血小板およびその膜糖蛋白におこる変化を観察した。回路の血液接触面の材質として、塩化ビニル表面未処理のものと、塩化ビニルの表面ヘパリンコーティング(DurafloII処理)の2種類を作成し、模擬回路での体外循環の時間経過に伴う血小板の変化の比較を観察した。2.血小板数は模擬回路での体外循環開始後漸減した。non-coating群とheparin-coating群での比較では有意差は認めなかった。3.高ずり応力下血小板凝集率は体外循環開始後漸減した。non-coating群とheparin-coating群での比較では有意にheparin-coating群で凝集率の低下が抑制された。5.血小板表面の接着分子であるGPIbは体外循環開始後漸減した。non-coating群とheparin-coating群での比較では有意にheparin-coating群で発現量の減少が抑制された。6.血小板内でのGPIbの局在をみるため、膜骨格成分と細胞骨格成分に分離しWestern blottingでGPIbを測定した。non-coating群ではGPIbの膜骨格成分から細胞骨格成分への移行が顕著にみられ、heparin-coating群ではGPIbの膜骨格成分から細胞骨格成分への移行は有意に少なかった。
弥生時代再葬墓研究の基本条件の整備

本研究では、弥生時代再葬墓研究が今後進展する条件として、(1)従来の発掘調査データの不備を改めるための[再葬墓遺跡調査法の標準化]、(2)誰もが再葬墓遺跡に関するデータが利用できる[再葬墓遺跡の基本データの共有]、(3)弥生時代再葬墓の起源となる[縄文時代の再葬関連埋葬事例の類型化]、を行い、以上の成果をデータベース化して公開する。そのため、今年度は、課題(1)に関して、茨城県筑西市北原遺跡の発掘調査を行い、調査方法の改良を試行し、支出の大部分はこの調査に費やされた。この遺跡は、再葬墓での棺として用いられた土器の多くは既に掘り上げられているが、今次調査で最終漏れ土器片を検出したことによって、本来の埋設位置が復元できることを確認した。また、埋設土器のない土坑を検出することに努め、再葬墓に特徴的な、破砕管玉を伴う土坑を検出した。従来の調査例はほとんど土器棺の検出に主眼が置かれており、これによって再葬墓遺跡の実態を大きく描き直す必要が生じた。この点は、今次調査のもっとも大きな成果である。また、課題(2)については、再葬墓遺跡データおよび再葬墓関係文献データとして143遺跡・文献550件を収集し、内容の確認作業を進めた。この作業の過程で、再葬墓の認定条件の設定が困難であることがあらためて痛感され、次年度の大きな課題となった。また、顔面付土器に関する遺跡・資料情報を加えるべきことにも気づかされた。しかし、課題(3)については検討を進めているが、不十分であり、次年度の課題として残った。本研究は、弥生時代再葬墓研究が今後進展するために必須の次の3点をクリアすることを目的とする。(1)従来の発掘調査データの不備を改めるために[再葬墓遺跡調査法の標準化]を行う。(2)誰もが再葬墓遺跡に関する詳細なデータが利用できるよう[再葬墓遺跡の基本データの共有]をはかる。(3)弥生時代再葬墓の起源となる[縄文時代の再葬関連埋葬事例の類型化]を行う。そして以上の成果をデータベース化して公開する。そのため、今年度は、(1)茨城県筑西市北原遺跡の発掘調査、(2)縄文・弥生両時代再葬墓遺跡一覧および関係文献一覧の作成・入力作業、(3)再葬墓遺跡の調査報告書および出土遺物の点検作業、の3点を実施した。(1)は作物との関係等から3月に実施した。しかし、調査区全面に古墳時代竪穴住居跡群が重複し、中世の区画溝も検出され、目的とする弥生時代再葬墓は検出できなかった。しかし、同遺跡の埋没環境・各時代遺構重複状況が把握できたので、次年度調査の条件整備に資するものである。この調査には学生の協力を得て実施した。(2)は学生の協力を得て約100遺跡、文献約250件の情報を収集・入力した。(3)は近年もっとも優れた再葬墓遺跡調査報告書である千葉県多古町塙台遺跡の出土資料の点検と、調査報告書記載事項および記載法を検討した。しかし、同遺跡の報告書も、出土遺物の記載はきわめて優れているが、調査法の点では遺構の重複関係の検討や記載に不備があり、調査法のみならず記載法についても標準化を要すると判明した。同様の検討を順次進めている。本研究は1年ですぐ成果が現れるものではなく、次年度継続して検討を進める。
環境要因が及ぼす脳内ポリシアル酸変動の発見とそのメカニズムの解明

今までマウスに対して尾懸垂(TS)により急性ストレスを与えると、領域特異的にポリシアル酸(polySia)が変動することが明らかとなっていたが、なぜpolySiaが変動するのかそのメカニズムに関しては未解明のままであった。そこで、TSによってpolySiaが減少した嗅球(OB)及び前頭前野(PFC)に着目し、どのようなメカニズムでpolySiaが減少するのか解明することを目的として実験を行った。まずリアルタイムPCRによってpolySia関連遺伝子の変動を調べたところ、OB, PFCいずれも遺伝的変動は認められなかった。続いて、polySiaを含むシアル酸鎖を切断する酵素シアリダーゼが関与しているのではないかと考え、シアリダーゼ阻害剤DANAをマウスに投与した所、OB, PFCともにDANAによってシアリダーゼ活性が抑制され、それにより急性ストレスによるpolySia減少が抑制された。当研究室の住田の研究により、ミクログリア細胞に対しLPS刺激を与えるとシアリダーゼが分泌し、それに伴い細胞表面のpolySiaが消失することが明らかとなっていることから、ミクログリアがシアリダーゼの分泌細胞と考え、ミクログリア阻害剤であるミノサイクリンを投与した所、OBではpolySiaの減少が抑制されたがPFCでは抑制されなかった。そこで、同じグリア細胞であるアストロサイトがPFCでは関与していると考えアストロサイト阻害剤であるガバペンチンを投与した所、PFCでのpolySia減少が抑制された。以上の結果より、OB, PFCにおける急性ストレスによるpolySiaの減少は遺伝的変動によるものではないこと、シアリダーゼが関与していることは共通しているものの、その分泌メカニズムは異なることが明らかとなった。前頭前野ではミクログリアがpolySiaの減少に関与しておらず、代わりにアストロサイトが関与しているという想定外の結果が明らかとなり、その解明に時間がかかってしまったが、急性ストレスによる嗅球及び前頭前野におけるpolySiaの減少メカニズムが概ね明らかになったため、研究は概ね順調に進んだと考えられる。今後はグリシンやDHA等の食品成分やブロモクリプチン等の精神疾患の治療薬などの投与により、急性ストレス以外の環境要因が脳内のpolySiaにどのような影響をもたらすかどうか、またそれらの成分がストレスへの影響にどのような効果をもたらすか調べる予定である。また、遺伝的要因×環境要因の複合的な影響を見るべく、統合失調症モデルマウスに対し急性ストレスを与えることで、野生型と比べてpolySiaの発現変動にどのような差が生じるかどうか調べる予定である。
受精を介した経世代エピゲノム変化の解明と制御

CRISPR/Cas9システムを用いて効率的な受精卵・ES細胞のゲノム編集方法を開発し、遺伝子改変マウスを作って精子成熟・受精関連因子の機能解析を行った。その結果、精巣特異的に発現する遺伝子の多くが妊孕性に必須ではない一方で、1精子カルシニューリンが精子の運動性に必須であり男性避妊薬の標的と成り得ること、2受精時の精子と卵子の融合に必須である卵子JUNOと精子IZUMOの相互作用ドメインの同定、3精子由来の卵子活性化因子がPLCZ1であると同時に、PLCZ1非依存性の卵子活性化経路が存在すること、等を研究成果として報告した。本課題は、エピゲノム編集システムの開発と、それを応用した受精とエピゲノム変化の解析の2つを大きな柱にして研究を進める。サブテーマを設けて目標を明確化にし、連携研究者4人を配置することで、リスクの軽減と問題点の早期発見・解決を可能にする。H25年度は、主に1)について注力し、研究の進展に応じて2)を開始した。1)エピゲノムの編集とライブイメージングシステムの開発:2013年1月に報告された新しいゲノム編集酵素CRISPR/Cas9システムの有効性について検討した結果、マウス受精卵にガイドRNA(gRNA)とCas9タンパク質をコードするプラスミドを注入することで、非常に効率良く遺伝子破壊したマウスを作製できることを見出し、報告した。なおTALEによるエピゲノム編集については、哺乳類ゲノム編集にはTALEよりもCRISPR/Casが良いことを見出したため、TALEを用いた研究については中止し、CRISPRを用いた手法に変更することとした。2)受精とエピゲノム変化:減数分裂を終えた精子核が凝縮される過程で、プロタミンに置換されないクロマチン領域が存在する。H25年度は、CRISPR/Casシステムを用いてプロタミン遺伝子を破壊したマウスを作製した。またRNAseqによりnon-coding RNAや小分子RNAを中心に関連因子をスクリーニングした。さらにいくつかの因子についてノックアウトマウスを作製して個体レベルでの機能解析を開始した。また卵子活性化機構については、精子由来の有力候補因子をノックアウトすることに成功し交配により実験用動物を増やしている。『目的』エピゲノム編集システムの開発とそれを応用した受精とエピゲノム変化の解析を2つの大きな柱にして研究を進める。サブテーマを設けて目標を明確にし、連携研究者4人を配置することで、リスクの軽減と問題の早期発見・解決を可能にする。本年度は、CRISPR/Casシステムに注力してゲノム・エピゲノム編集技術の開発を継続するとともに、精巣・卵巣・胎盤に特異的に発現する遺伝子を探索し、ノックアウトマウスを作製することで、受精とエピゲノム変化の解析を進める。『実施概要』本研究では以下の2つを大きな柱にして研究を進めている。sgRNA/Cas9発現プラスミド注入による、迅速ノックアウトマウス作製法を発展させて、点変異、ノックイン技術の開発を試みた。受精卵での相同組換え効率が低かったために、ES細胞を用いることで処理数を増やし、相同組換え個体を得ることに成功した。2)受精とエピゲノム変化精子形成不全や精子機能不全、受精障害などの不妊マウスを10系統以上作製することに成功した。今後は分子間相互作用やエピゲノム調節の観点から解析を進める。H27年度は、CRISPR/Cas9システムに注力して複雑なゲノム編集技術の開発を継続するとともに、精巣・卵巣・胎盤に特異的に発現する遺伝子のノックアウトマウスを作製して、受精とエピゲノム変化の解析を進めた。1)CRISPR/Cas技術を用いたゲノム編集技術の開発:受精卵へのsgRNA/Cas9発現プラスミドと鋳型ssODNの注入により、FLAG, V5, His6などのタグ挿入を行った。またPpp3ccなどの解析対象遺伝子の酵素活性ドメインのアミノ酸置換なども実施した。得られたマウスの解析から、Tagと目的タンパク質の相互作用により検出効率が著しくことなること、また1アミノ酸置換でも目的タンパク質の安定性が顕著に低下することなどが明らかとなった。2)受精とエピゲノム変化:これまでに作製した、精子形成不全や精子機能不全、受精障害などの不妊マウスを10系統以上について、表現型解析やメカニズム解析を進めた。H27年度は、卵子活性化に必須と考えられたPAWPが少なくともマウスでは不要であることを論文発表した。さらに精子カルシニューリン(PPP3CC/PPP3R2複合体)が、精子の中片部の屈曲性を制御していること、その阻害剤が男性避妊薬開発に繋がる可能性があることを示し、Science誌に発表した。精子形成、受精、卵子活性化に異常をきたすノックアウトマウスを多数、作製できており、今後は解析に注力することで、予定どおりの成果を挙げることができる。論文報告をいくつか達成できている点から、おおむね順調と判断した。なお精子カルシニューリンが精子の成熟に必須であり、その阻害薬が男性避妊薬の開発に繋がることをScience誌に報告できたことは特筆できる。

サブテーマを設けて目標を明確にし、連携研究者4人を配置することで、リスクの軽減と問題の早期発見・解決を可能にする。『実施概要』本研究では以下の2つを大きな柱にして研究を進めている。H28年度は、CRISPR/Cas9システムとES細胞を用いて複雑なゲノム編集技術の開発を継続するとともに、精巣・卵巣・胎盤に特異的に発現する遺伝子のノックアウトマウスを作製して、表現型の解析を進めた。1)CRISPR/Cas9技術を用いたゲノム編集技術の開発:受精卵にエレクトロポレーション(電気穿孔法)により、crRNA/tracrRNA/CAS9タンパク質の複合体導入し、効率よくゲノム編集できる系を確立した。また両アレルでゲノム編集を行ったES細胞を用いることで、交配によりホモ欠損マウスを作製する時間を短縮してキメラマウスで表現型解析ができることをSci Rep誌に報告した。2)受精とエピゲノム変化:これまでに作製した、精子形成不全や精子機能不全、受精障害などの不妊マウスについて、表現型解析やメカニズム解析を進めた。H28年度は、これまでの成果のうち、精巣特異的に発現するにも関わらず遺伝子破壊マウスの妊孕性に影響しない遺伝子が多数あることをまとめ、PNAS誌に報告した。さらに精子との融合に必須である卵子JUNOの遺伝子破壊マウスを樹立し、KO卵子に各種変異型JUNOをコードするmRNAを注入して精子融合能を解析する系を確立した。さらに融合に必須なアミノ酸部位の同定や、人型JUNO発現マウス卵がマウス精子と融合できることなどをNat Commun誌に報告した。種特異性などの研究につながることが期待できる。なお、上記研究で樹立した遺伝子改変マウスは公的バイオリソースセンターに寄託し、広く研究者が使える体制を整えた。精子形成、受精、卵子活性化に異常をきたすノックアウトマウスを多数、作製できており、PNAS誌、Nat Commun誌などに論文発表するなど、予定どおりの成果を挙げており、おおむね順調と判断した。国際共同研究も順調であり、次年度にさらなる成果が期待できる。『目的』エピゲノム編集システムの開発とそれを応用した受精とエピゲノム変化の解析を2つの大きな柱にして研究を進める。H29年度は、CRISPR/Cas9システムとES細胞を用いて複雑なゲノム編集技術の開発を継続するとともに、精巣・卵巣・胎盤に特異的に発現する遺伝子のノックアウトマウスを作製して、表現型の解析を進めた。1)CRISPR/Cas9技術を用いたゲノム編集技術の開発:単純遺伝子破壊ではなく、相同組み換えにより点変異やタグ、レポーター遺伝子を導入する効率について検討した。受精卵に、crRNA/tracrRNA/CAS9タンパク質の複合体と同時に一本鎖DNAもしくは二本鎖DNAを導入する場合、エレクトロポレーションでは二本鎖DNAよりも一本鎖DNAが適している一方、ガラス管を用いた前核注入ではいずれのDNAを用いた相同組み換えも効率よく起きることが明らかとなった。