hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
弦理論における行列模型を用いたタキオン凝縮の解析と時空の幾何

1.超多様体上の弦理論の研究Wittenによって超多様体(可換な座標と反可換な座標を持つ多様体)を標的空間とする位相的弦理論とQCDの関係が指摘され、MHV振幅等が弦理論から容易に計算されることが解ってきた。一方、超多様体上の弦理論そのものはこれまでほとんど調べられていなかった。そこで、我々は弦理論を調べる上で有効な道具として超多様体上でのGauged Linear Sigma Model(GLSM)を構築し、その古典真空の構造を調べた。また、1-loopの寄与による発散が消える条件がちょうど超多様体のCalabi-Yau条件と一致していることや、超対称境界条件の解析から超多様体に埋め込まれたD-braneの存在も明らかにした。さらに、GLSMの強結合極限として現れるNon-Linear Sigma Modelについて、演算子積展開を用いて超共形代数が満たされることを示し、中心電荷を求めた。2.(p,p+1)ミニマル弦理論におけるD-instantonの研究Continuum String FieldTheory(CSFT)を用いて、(p,p+1)ミニマル弦理論のD-instantonのdiskとannulusの振幅を計算し、既に行列模型等から知られている結果を再現した。また、Liouville理論(ミニマル弦理論)におけるZZ-braneやFZZT-braneといったD-braneが、最近ZamolodchikovやSeibergらを初めとして盛んに議論されてきた。我々はこれらのD-braneがCSFTの言葉でどのように記述できるかを明らかにした。本年度は、主に次の二つのテーマについて研究を行った。(1)余剰次元から正の宇宙定数を実現する理論の構築(プレプリントhep-th/0404121)もともと弦理論は余剰次元を持つ理論であり、時空を物理的観点から捉えようとするとき宇宙定数は重要なパラメータである。これらのことに関連して、我々はディリクレ境界条件を満たすコンパクトな余剰次元を持つモデルを考えた。真空エネルギーをほぼ宇宙定数と同一視すると、余剰次元から現れるカルツァ-クライン粒子によって正の宇宙定数が実現されることを示した。(2)超多様体上の弦理論(プレプリントhep-th/0503074、雑誌投稿中)超対称ヤン-ミルズ理論と超多様体上の位相的弦理論の対応関係が最近発見された。これに動機づけられ、我々は超多様体上のGauged Linear Sigma Model(GLSM)の研究を行った。今まではターゲット空間を表す多様体として主にグラスマン偶な座標しか考えられて来なかったが、超多様体はグラスマン奇な座標も導入するものであり、これは空間概念の大きな拡張となっている。そこで我々は超多様体上の弦理論を調べるための道具としてGLSMを用いた。まず、超多様体をターゲット空間に持つU(1)ゲージ群のGLSMを構築した。そして、この理論の真空構造を調べ、真空多様体がランダウ-ギンツブルグオービフォールドになる相などが現れることを明らかにした。超多様体内のオービフォルドは、将来、閉弦タキオン凝縮に応用できるかもしれない。また、2次元世界面の境界に於ける超対称性の解析から、超多様体内に埋め込まれたD-ブレインの存在可能性を示した。次に、非可換ゲージ群を持つGLSMや(0,2)超対称モデルの構築も行なった。ここで、非可換ゲージ群のモデルでは場を行列で表すことで時空がグラスマン多様体になっていることがわかる。
家族性アポセルロプラスミン欠損症の遺伝子異常と脂質過酸化

我々は成人発症の神経症状、網膜変性、糖尿病を呈し体内の鉄過剰蓄積を来す。血清セルロプラスミン欠損が原因と考えられる新たな鉄代謝異常症を世界で初めて見出した。そこで今回は、本疾患の原因と考えられるセルロプラスミンの遺伝子異常について検討した。また本疾患の発現を解明する上で、血中の主要な抗脂質過酸化作用を呈するセルロプラスミンの消失と脂質過酸化の促進因子である鉄の蓄積による脂質過酸化の亢進が予想された。そこで血漿のチオバルビツール酸反応陽性物質(TBARS)を指標として、脂質過酸化について検討した。その結果、本家系においてセルロプラスミンの遺伝子異常が、エキソンクの5bpの挿入であることが固定された。この異常によりフレームシストが生じ、36アミノ酸N末側で終止コドンが出現した。従って本疾患では正常の約1/2の短い異常蛋白が発現されるが、速かに分解されている可能性がある。本家系のホモ接合体3名、ヘテロ接合体8名と正常対照12名の血漿TBARSと血清セルロプラスミン濃度との相関をみたところ、有意な逆相関を認めた。また各々の血漿に銅イオン、銅イオン+過酸化水素を加えてTBARSの増加をみたところ、患者では10倍以上の有意な増加をみた。正常対照は3倍以下であった。セルロプラスミンを事前に添加しておくと、これらの増加は約65%以上抑制され、その抑制は患者で著明であった。以上より本疾患は、セルロプラスミンの遺伝子異常とした常染色体劣性遺伝をとり、脂質過酸化の亢進が病態発現の上でなんらかの関与をしていることが明らかとなった。セルロプラスミンの前駆対であるアポセルロプラスミンの欠損症は新たな遺伝子異常症と考えられ、鉄代謝異常を来たし脳と肝臓を中心とする体内の鉄過剰蓄積を生じ、神経症状などを呈してくる。我々の発表以後セルロプラスミンの欠損と体内の過剰鉄蓄積を来した神経疾患の報告は9家系(本邦7家系、国外2家系)あるが、遺伝子異常の検討および活性酸素との関連についての検討は報告されていない。今回我々は、本疾患における遺伝子レベルの異常を調べるとともに、蛋白レベルでのセルロプラスミンの機能を鉄イオンによる活性酸素の発生阻止という生体防御機構という点から検討を行った。その結果、1.アポセルロプラスミンの遺伝子異常は、第7エキソンのアミノ酸410に相当する部位の5塩基対の挿入であることが判明した。このためフレームシフトが生じて正常よりも短いopen-reading frameを形成することになる。ゲノムDNAの第7エキソンに相当する部位のPCR解析では、家族内で酵素活性上ヘトロ接合体と考えられる患者では正常の長さと5塩基対長い2本のバンドが認められた。2.血清の総鉄酸化能はhomozygoteで正常の約10%,heterozygoteで約60%であった。フェロオキシダーゼII活性はいずれも正常の約10%であり、フェロオキシダーゼIIの代償性の増加は認められなかった。3.過酸化脂質の指標であるチオバルビツール酸反応物質(TBARS)は、銅イオン添加前の血清では患者において正常対照に比較し明らかに高値を取った。また添加後のTBARSの産生増加も有意に認められた。これらは、本疾患の脂質過酸化の亢進を示唆した。今後は、この異常遺伝子の発現について検討していく予定である。我々は、成人発症の神経症状、網膜変性、糖尿病を呈し体内の鉄過剰蓄積を来す、血清セルロプラスミンの欠損が原因と考えられる新たな鉄代謝異常症を世界で初めて見出した。

また本疾患の症状の発現を解明する上で、血中の主要な抗脂質過酸化作用を呈するセルロプラスミンの消失と脂質過酸化の促進因子である鉄の蓄積による、フリーラジカル産生促進を介した脂質過酸化の亢進が関与することが予想された。そこで血漿のチオバルビツール酸反応陽性物質(TBARS)を指標とし、脂質過酸化について検討した。その結果、本家系においてセルロプラスミン遺伝子のエキソン7の5bpの挿入が同定された。この異常はアミノ酸410の位置にTACATが挿入されており、このためフレームシフトが起こって446アミノ酸の位置でpremature terminationが生じることになる。従って本疾患では通常のセルロプラスミン蛋白の約1/2の大きさの異常蛋白が発現すると考えられ、異常蛋白は分解されやすく血中のセルロプラスミンが欠損することになると考えられた。本家系のホモ接合体3名、ヘテロ接合体8名および正常対照12名の血漿のTBARSを測定するとともに、血漿に銅イオン、銅イオン+過酸化水素をそれぞれ添加してTBARSを測定した。さらにセルロプラスミンを事前に添加してTBARSに対する抑制作用を検討した。その結果、基礎値の血清セルロプラスミン濃度とTBARSは逆相関しており、銅イオンや過酸化水素の添加で、ホモ接合体において著明なTBARSの増加を認めた。この増加は事前に外来性のセルロプラスミンを添加することで約65%以上抑制された。以上より本疾患はセルロプラスミンの遺伝子異常を原因とした常染色体劣性遺伝をとり、脂質過酸化の亢進が症状発現の上でなんらかの関与をしていることが明らかとなった。
Self-measurement system for the assessment of the lower limb mobility and the detection of gait abnormalities of elderly people

本研究では,高齢者の下肢能力を評価するシステムの構築を目的としている.これを達成すべく,運動および生理データの計測と,無線によってそれらのデータをパソコンに転送し解析する身体装着型のシステムを開発した.システムを構成するセンサモジュールとして,1)筋電センサ,2)筋収縮を計測する筋力センサ,3)姿勢角,加速度,角速度を計測する慣性センサを開発した.実証実験によって,臨床の現場で実際に用いられている歩行能力評価試験において,このシステムが有効に動作し得ることを確認した.また,システムがさまざまな環境下で容易に使用可能な事を確認した.本研究の成果は,国際会議および論文誌にて発表している.本研究では,高齢者の下肢能力を評価するシステムの構築を目的としている.これを達成すべく,運動および生理データの計測と,無線によってそれらのデータをパソコンに転送し解析する身体装着型のシステムを開発した.システムを構成するセンサモジュールとして,1)筋電センサ,2)筋収縮を計測する筋力センサ,3)姿勢角,加速度,角速度を計測する慣性センサを開発した.実証実験によって,臨床の現場で実際に用いられている歩行能力評価試験において,このシステムが有効に動作し得ることを確認した.また,システムがさまざまな環境下で容易に使用可能な事を確認した.本研究の成果は,国際会議および論文誌にて発表している.このプロジェクトは,下肢可動域の解析および高齢者の歩行異常の検出を行うための計測システムを開発することを目的としています.動作システムの定期的計測は,高齢者自身が健康状態を検証するために利用され,医師は早期診断と治療経緯の把握のためにデータを使用することが可能です.我々は,データを収集して生理学的な動作情報を無線で伝達を行うモジュール式装着型センサシステムを設計しました.センサーシステム(早稲田生体計測システム)は16個の異なるタイプのセンサを搭載し,各センサにはそれぞれ異なるセンサを32個まで結合することが可能です.セントラルボードは接続されるセンサの数量と種類を自動的に認識することができます.さらに,異なるセンサそれぞれのデータ転送速度を認識し,すべてのセンサが同期されるように自動的にデータパケットを決定します.関節の角度,角速度,下肢の加速度を計測する1)慣性計測ユニット(IMUs),筋肉の電気的活性度を計測する2)筋電図(EMGs),活動中の筋肉の剛性特性を計測する3)筋硬直計測センサ(MSS)を利用し,混合で構成したセンサシステムで効果的にテスト確認をしました.我々は,下肢の運動力学を研究し,生態学的環境で臨床使用できる可能性を検証するために,200人の高齢者に開発したシステムを用いてテスト評価を実施しました.テスト評価のために,医者が用いるような様々な検査(動作をしながら計算を行う,カップに入った水を運ぶ等)を行いました.データを解析し,歩行方法の自動検出,ノイズ除去および生理学的信号調整のためのアルゴリズムを開発しました.特に,頭部から下肢への角度振動とその伝播を解析し,歩き方を明らかにするための数種のパラメータを示しました.我々は論文を執筆し,国際学会および招待講演にて研究成果を発表しました.リハビリテーション科学・福祉工学
防犯カメラ映像の裁判における証拠能力を担保するための数理基盤

本研究は、防犯カメラ等で撮影された人物行動の映像が、裁判における証拠能力を担保するための新しいモデリング手法と解析手法の導出が目的である。本年度は、平成29年度に導出したグラフ埋め込み型モデリング手法の計算の高速化手法を導出した。本研究でモデリング対象としている人物行動は、関節部位の位置座標の時系列データである。これらの時系列データは非線形システムの出力となるため、モデリングが難しい。これに対し、平成29年度に機械学習分野の多様体学習で用いられる手法の考え方を応用し局所低ランク手法を導出した。同手法は、非線形システムを効率よくモデル化し、観測信号に基づいて欠損箇所の推定や予測などが高い精度で実現可能であることを確認している。しかしながら、膨大な計算時間を要するという問題点がある。同手法では、与えられた観測データの全てについて近傍データから構成されるデータ行列を生成し、そのデータ行列を特異値分解に基づく低ランク行列の再構成計算を行なっている。低ランク行列の再構成計算には多くの計算時間を要し、提案手法では、そのデータ数倍だけ計算時間を要する。そのため、与えられたデータ数が多い場合には、膨大な計算時間を必要としてしまう。そこで、全てのデータ点について低ランク行列の再構成計算を実施するのではなく、重複を許す近傍集合を生成し、その集合の代表点のみで低ランク行列の再構成計算を実施する手法を提案した。これにより、若干の精度低下のみで、10倍以上の計算の高速化を実現した。実際のカメラ映像を利用した実験により、その有効性を確認している。本研究では、防犯カメラ等で撮影された人物行動の映像が、裁判における証拠能力を担保するための新しいモデリング手法と分析手法の導出が目的である。これを実現するため、防犯カメラ等で撮影された人物の行動を数学モデルで表現し、撮影された映像の裁判における証拠能力を担保するための数学基盤を構築する。本年度は、防犯カメラ映像に映った人物の障害物に隠れた間接部位の位置を推定する手法の導出と検証実験を行った。障害物に隠れた間接部位の位置を推定する手法として、2種類のアプローチで研究を進め手法を導出している。1つは、データベースモデルに基づく手法で、Just-In-Time法に基づく手法である。歩行者の関節部位の時系列データをデータベースとして蓄積し、障害物に隠れた関節部位があるとき、このデータベースから類似した時系列データを検索し、観測できなかった関節部位の位置を推定する手法である。データベースは歩行者どう画像から作成するが、カメラ映像では、角度や距離により歩行者の大きさが異なることや、歩く速さが異なる。このため事前に膨大なデータを蓄積しておく必要があった。本研究では、これらを適切に正規化することで、少ない蓄積データから効率よく検索し、未知の時系列データを推定する手法を導出した。2つ目のアプローチは、パーティクルフィルターによる推定手法である。パーティクルフィルターはカルマンフィルタの考え方に基づく時系列推定手法であるが、時系列データの一部分だけが欠損している場合には、適用が難しいという問題があった。そこで、適切な修正を加えたパーティクルフィルターに基づく手法を提案した。両手法ともに、実際に撮影された動画による検証実験で、その有効性を確認した。計画通り進んでいる。本年度は、昨年度に引き続き、防犯カメラ映像に映った人物の小学物に隠れた関節部位の位置を推定する手法の導出と検証実験を行った。具体的には、昨年度に導出した2つの手法を組み合わせて、精度の高い推定手法を導出した。昨年度に導出した手法の1つ目は、Just-In-Time法に基づく手法である。これは、データベースに基づく手法で、歩行者の関節部位の時系列データをデータベースとして蓄積し、障害物に隠れた関節部位があるとき、このデータベースから類似した時系列データを検索し、観測できなかった関節部位の位置を推定する手法である。もう一つは、カルマンフィルタの一種であるパーティクルフィルタに基づく手法である。パーティクルフィルタは、数値シミュレーションにより体操となるシステムの状態を推定する手法であるが、推定した値の正解値が未知の場合には適用できない。すなわち、本研究で取り扱うような時系列データに欠損がある場合に、その欠損データを推定する場合には、直接適用することができない。そこで、本研究では、Just-In-Time法とパーティクルフィルタを組み合わせ、データベースから検索した結果を正解とすることで、パーティクルフィルタの精度を上げる手法を導出した。検証実験を行うことで、提案手法の精度が高いことを確認している。計画通り進んでいる。本年度は、新しいモデリング手法として、グラフ埋め込み型モデリング手法を導出した。そこで本研究では、機械学習分野の多様体学習で用いられる局所線形埋め込み(Locally Linear Embedding)法に注目し、新たなモデリング手法を導出した。

LLEでは、観測信号が近傍の観測信号の線形和で近似可能であると仮定して、その線形和の重み行列を求めることで、観測信号を線形部分空間上に射影して学習を行う手法である。本研究では、この重み行列がグラフラプラシアンになることに注目し、グラフ埋め込み型モデリング手法を導出した。つまり、観測信号が属する多様体は、このグラフラプラシアンで表現されていることを積極的に活用し、このグラフと、線形部分空間上での線形システムによって、非線形システムを表現する手法である。同手法は、観測信号の近傍という情報のみだけではなく、事前情報からグラフを構成できるという利点がある。本研究では、低ランク行列アプローチに基づく信号修復にも拡張し、防犯カメラ等で撮影された人物行動の一部が観測できなかった場合にも、その行動を精度良く推定する手法を導出した。実際のカメラ映像を利用した実験により、その有効性を確認している。本年度導出したグラフ埋め込み型モデリング手法は、当初の予定にはなかったモデリング手法であるが、モデルを得るための計算時間は極めて短く、その精度が高いことが計算機実験により確認されている。また、多様体学習という、機械学習分野の手法を応用した手法で、学術的にも価値の高い手法となっている。本研究は、防犯カメラ等で撮影された人物行動の映像が、裁判における証拠能力を担保するための新しいモデリング手法と解析手法の導出が目的である。本年度は、平成29年度に導出したグラフ埋め込み型モデリング手法の計算の高速化手法を導出した。本研究でモデリング対象としている人物行動は、関節部位の位置座標の時系列データである。これらの時系列データは非線形システムの出力となるため、モデリングが難しい。これに対し、平成29年度に機械学習分野の多様体学習で用いられる手法の考え方を応用し局所低ランク手法を導出した。同手法は、非線形システムを効率よくモデル化し、観測信号に基づいて欠損箇所の推定や予測などが高い精度で実現可能であることを確認している。しかしながら、膨大な計算時間を要するという問題点がある。同手法では、与えられた観測データの全てについて近傍データから構成されるデータ行列を生成し、そのデータ行列を特異値分解に基づく低ランク行列の再構成計算を行なっている。低ランク行列の再構成計算には多くの計算時間を要し、提案手法では、そのデータ数倍だけ計算時間を要する。そのため、与えられたデータ数が多い場合には、膨大な計算時間を必要としてしまう。そこで、全てのデータ点について低ランク行列の再構成計算を実施するのではなく、重複を許す近傍集合を生成し、その集合の代表点のみで低ランク行列の再構成計算を実施する手法を提案した。これにより、若干の精度低下のみで、10倍以上の計算の高速化を実現した。
熱帯畑作地における有機物の「質・量」統合的生態系管理による劣化土壌修復技術の創出

今年度は、課題1「土地利用が土壌微生物群集の多様性および群集内・間の炭素利用効率に与える影響の解明」に取り組むために、まず全員による研究会を実施し、研究予算の減額に伴う研究方針の明確化・精緻化のための意見交換を行った。次に、タンザニアにおいて当該地域の代表的土壌であるUltisolsを対象とした土壌調査を実施した。具体的には、近接した乾燥林・草地・畑作地においてそれぞれ土壌断面試料および表層土壌試料を採取した。得られた試料について、土壌の一般理化学性(全炭素・窒素、土壌pH、CEC、土性など)分析、アンプリコン解析を用いた土壌微生物の群集構造の解析およびシャノン指数を用いた多様性評価を実施するとともに、炭素基質の添加実験に基づく土壌微生物の炭素利用効率を計測した。これらの結果、当該地域の土壌微生物群集構造に影響を与える土壌環境因子として、土壌pHと全炭素・窒素および炭素/窒素比があることが明らかになった。加えて、土壌微生物の群集構造と多様性を畑作地と乾燥林で比較した結果、群集構造に大きな違いは見られなかった一方で、多様性には有意な差があることが明らかになった。さらに土壌微生物の炭素利用効率をこの2地点で比較した結果、差はわずかではあるものの、有意に畑作地<森林となった。以上のことから、仮説『農地化に伴う微生物多様性の低下は炭素利用効率を低下させる』を検証するために必要な土壌微生物の多様性と炭素利用効率との明確な関係性を示すことができた。これらに加えて、タンザニアとの地域間比較のために、インド南部の熱帯畑作地(Inceptisols)において土地利用が土壌炭素動態に与える影響を検討するための土壌調査を実施した。以上のような最新成果を国内外の学会で速報的に発信し、また、本課題の重要性について、新規出版図書で言及すると同時に、国際誌に原著論文として掲載すべく作業を開始した。上述したとおり、当初の計画通り、現地調査を無事に遂行することができ、計画していたサンプルの採取および分析も順調に進んでいる。加えて、現在までに得られた結果も仮説を支持するものとなっていることから、(2)おおむね順調に進展している、といえる。課題1の達成のために、引き続き昨年度に採取した土壌試料を用いて新規分析を行う。具体的には、安定同位体を用いたより精度の高い土壌微生物の炭素利用効率の測定と、SIP法を用いた土壌微生物の群集内における炭素資源利用特性の評価である。これらの遂行により、仮説『農地化に伴う微生物多様性の低下は炭素利用効率を低下させる』を実証する。次に、課題2「多様な有機物の施用が有機物分解速度に与える影響の解明」の遂行のため、現地調査を実施し、翌年度以降に圃場試験を開始するための予備調査ならびに圃場の設置準備を実施する。加えて、得られた研究成果を国内外の学会で発信するとともに、国際誌に原著論文とし公表する。次に、課題

2「多様な有機物の施用が有機物分解速度に与える影響の解明」の遂行のため、現地調査を実施し、翌年度以降に圃場試験を開始するための予備調査ならびに圃場の設置準備を実施する。加えて、得られた研究成果を国内外の学会で発信するとともに、国際誌に原著論文とし公表する。
学力として社会コンピテンシーを育成する授業診断シートとその活用法の開発

本研究は、学習効果を高めるグループ学習の活用と、学力として汎用的能力(社会コンピテンシー)を育成する協同学習の指導法の定着への貢献を基本的視座とした。第一に、ジョン・ハッティの「メタ・メタ分析」による協同学習の効果特定の方法とドイツにおけるその統合データに基づく評価、さらにはその統合データの手法そのものへの評価を突き止めた。第二に、協同学習の質評価のための授業診断シートの試行的類例を構築することができた。第三に、学力として社会コンピテンシーを育成するドイツの学力改革、その汎用的能力育成のための協同学習の機能や条件、指導と評価の一体化、診断指標・評価シートの開発に関し、総括的な研究を行なった。本研究は安定的に学級経営ができるようになる経験年数に達しても、なぜ教師は積極的にグループ学習を活用して学習効果を高めようとしないのかという問題を究明し、学力として社会コンピテンシー(SC)を育成する協同学習の指導法の定着に貢献することを基本的な視座に据えている。SCは非認知的な能力要素であり、知識や方法コンピテンシーなど認知的な能力要素と輻輳して学習効果を高めることが期待されている。このようなSCの学力要素を特定するため、ドイツのグリーン研究所(Green Institute)を訪問調査した(同研究所HP:http://www.green-institut-rhein-ruhr.de)。この訪問では、1協同学習の技法向上を目的とした現職教員研修への参加調査、2SCの育成に効果的な協同学習法を用いる授業の観察調査(授業者への聞き取り調査)、3教員の継続教育を対象とした協同学習の資格認定の現況調査等を行なった。資格認定プログラムは、能力枠と水準の設定、それぞれの水準に応じた教員の資質向上プログラムの準備、習熟レベルに応じた資格付与による三地点設計による整然とした体系を突きとめた。さらに本年度の成果として、生きる力の理念とDeSeCoのキー・コンピテンシーを能力要素の視点から照合し、わが国においてSCを学力として認定する場合、非認知的学力の形成の問題やコンピテンシー要素の輻輳機能化モデル設計の課題等を明かにした成果三点(「ドイツにおけるコンピテンシー構築志向型の学力形成ー能力枠と非認知の学力要素ー」、「グローバル時代における『生きる力』の探究」、「ESDと次世代に育成する学力ー孤業型学力から社会参画型能力の形成へー」)を発表した。また、協同学習の授業診断シートの基礎データとなる評価規準の収集、ドイツの統合教科新スタンダードに関する成果公表が挙げられる。本研究は、学習効果を高めるグループの活用と学力として社会コンピテンシー(SC)を育成する協同学習の指導法の定着に貢献することを基本視座としている。その研究実績の第一として、グループ学習のなかでも学習に高い効果をもたらす指導法と社会コンピテンシー(SC)育成との対応関係を明らかにするために、ジョン・ハッティ(John Hattie)の「可視化された学習(Visible Learning)」を対象とする研究に取り込んだ。このハッティの研究成果は、目下、国際的に展開されている実証的な学校・授業開発研究に係る論議にほぼ遍く登場し、効果が高いと見込まれる学習の前提条件や要因は何かをめぐる論争の答えを見つけるのに重大な成果と評価されている。助成による本研究はハッティ研究の日本初上陸と位置づけることができ、その意義は大きい。ドイツのテルハルト(Ewald Terhart)、マイヤー(Hilbert Meyer)、バイヴル&チィーラー(Wolfgang Beywl & Klaus Zierer)の研究を通しハッティ研究をわが国に紹介すると共に、拙稿「協同の学びで育成するコンピテンシーと効果に関する研究汎用的能力としての社会コンピテンシーの評価のために」にハッティ研究の成果をまとめた。第二に、協同学習の授業評価開発者であるトラウプ教授(カールスルーエ教育大学)と協議の場を設け、トラウプらの研究グループが開発した授業診断・自己評価シートに関し、開発の意図、運用の仕方等に関する聞き取り調査を行い、サンプルシートの提供を受けた。第三に、協同学習やSCに関し授業評価項目を立てて経年的に教育の質保証研究に取り組んでいる学校(フリードリッヒ実科学校、エリーゼ・フォン・ケーニッヒ・コミュニティスクール、シュタインハルデン基礎学校)への観察・聞き取り調査を行った。授業評価における協同学習やSCの位置づけ、規準設定の理由や妥当性について調査し、授業診断シートのサンプルの提供を受けた。本研究は、学習効果を高めるグループ学習の活用と、学力として汎用的能力(社会コンピテンシー)を育成する協同学習の指導法の定着に貢献することを基本的視座としている。第一に、ドイツへの訪問調査により、実証的先行研究のデータ統合を行ったメタ分析研究の成果に対し、その成果をさらにデータ統合するために再度のメタ分析を行うジョン・ハッティの「メタ・メタ分析」による協同学習の効果特定の方法とドイツにおけるその統合データに基づく評価、さらにはその統合データの手法そのものへの評価を突き止めた。第一に関し、原田・マイヤー編著『ドイツ教授学へのメタ分析研究の授業ージョン・ハッティ「可視化された学習」のインパクトー』デザインエッグ社、2015年11月、全140頁(ドイツ研究者7名の論文を所収)を刊行した。第二に、昨年のカールスルーエ教育大学・トラウプ教授へ調査等に基づき、協同学習(社会コンピテンシー)用の授業診断シートの試作的類例を示した。

第二・三に関し原田著『ドイツの協同学習と汎用的能力の育成』あいり出版、2016年2月、全248頁を刊行するとともに、『学力として社会コンピテンシーを育成する協同学習とその評価ー授業診断シート開発基礎研究ー』として研究成果を報告書にまとめ公開した。本研究は、学習効果を高めるグループ学習の活用と、学力として汎用的能力(社会コンピテンシー)を育成する協同学習の指導法の定着への貢献を基本的視座とした。第一に、ジョン・ハッティの「メタ・メタ分析」による協同学習の効果特定の方法とドイツにおけるその統合データに基づく評価、さらにはその統合データの手法そのものへの評価を突き止めた。第二に、協同学習の質評価のための授業診断シートの試行的類例を構築することができた。第三に、学力として社会コンピテンシーを育成するドイツの学力改革、その汎用的能力育成のための協同学習の機能や条件、指導と評価の一体化、診断指標・評価シートの開発に関し、総括的な研究を行なった。協同学習及びその授業評価に実績のあるトラウプ教授らが開発した授業診断シートのサンプル提供、そしてエリーゼ・フォン・ケーニッヒ・コミュニティスクールは、学校・授業評価において州モデル校であり、この学校で開発され日常化している授業診断シートのサンプル提供を受けるとともに、その開発意図、授業の評価・改善のための運用、その評価規準を実践化した授業の観察等、しっかりとした聞き取り調査が行えたことは充実した報告書の作成につながるものである。グループ学習(協同学習)において高い学習効果を上げる指導法や要因の特定、様々な授業改善の他の要因と比べたときの協同学習の学習効果に関し、一つの答えを出してくれるハッティ研究を根拠に本科研の課題を論究できたこと等を挙げることができる。教育方法学すでにこれまで成果の一部を論文等として発表してきたが、最終年度となる次年度の本科研研究成果の主なものとして、単著書の刊行(年内)と最終報告書の作成(年度内)を予定している。後期中等段階にも展望を拓くため分担者を加え、ドイツのその最新の協同学習の授業モデルを用いた授業開発及び効果検証にも取り組む。これまでの科研調査の実績、「グループ学習の工夫に関する実態調査」の拠り所となった問診診断表、グリーン研究所が開発した資格認定プログラムの水準設定、トラウプらが開発した授業評価シート、協同学習実践校で開発・運用されている「授業診断シート」等に基づき、本研究課題において中核となる「授業診断・自己評価シート」の開発及び協同学習(SC育成)の指導力アップ手引に関し最終報告書にまとめるとともに、授業実践への活用に役立つように、授業者活用版をHPに公開する予定である。次年度以降の研究につながら基礎資料の収集等のみならず、初年度においてすでに堅実に研究成果を積み上げている状況にある。グリーン研究所で開発された協同学習の資格認定プログラムは、一般公開していない資料であり、全研修プログラムに参加したとしても能力枠や評価水準等プログラムのフレームを形成する設計構造に関しては入手できない。
タンパク質工学への分子動力学の適用

タンパク質工学により新機能を持ったタンパク質を理論的かつ合目的的に作り出すことを目指して、野生型及び変異型(Asp102->Asn)のセリンプロテア-ゼについて分子動力学による研究を行い、次の結果が得られた。1.セリンプロテ-ゼの反応経路の内、反応中間体として捕らえられているアシル酵素の分子動力学シミュレ-ションを行うために、アシル部分の分子力場パラメ-タを作成した。作成したパラメ-タは、ab initio分子軌道計算から得られたポテンシャル曲線及び振動解析結果を良く再現した。2.野生型のアシル-セリンプロテア-ゼの分子動力学計算を行い、活性部位のアミノ酸残基の動きを解析した。ここで注目しているAsp102は、シミュレ-ション時にHis57のNδ1Hと主に直線型の水素結合を形成するが、0δ1と0δ2が共に参加する分岐型の水素結合の形成も時々観察された。この結果は、触媒として反応に直接参加するHis57の側鎖が、Asp102によって固定されるがある程度の許容範囲で動きうることを示していおり、反応に側鎖の動きが重要であることが示された。3.野生型のX腺結晶解析の座標を基にして、Aspの構造及びパラメ-タをAsnに変え、エネルギ-極小化を行い変異型酵素を作成した。エネルギ-的に安定な構造では、Asn102のNδHがHis57のNδ1及びSer214の0γと水素結合を形成しており、実験的に推定された構造に一致した。4.野生型と変異型の自由エネルギ-差が、どの程度の信頼性を持って熱力学摂動法によって評価できるかを、Aspに対する簡単なモデル化合物であるギ酸及び酢酸を用いて検討した。水和エネルギ-差は、数kcal/molの差で実験値を再現するが、更に精度を上げるには、長時間のシミュレ-ションが必要であることが結論された。
腹部大動脈瘤形成におけるSMP30の役割

本研究では、Apolipoprotein E(ApoE)・Senescence Marker Protein-30(SMP30)両欠損マウスを用いて、腹部大動脈瘤形成におけるSMP30の役割を分子生物学的に明らかにし、SMP30を標的とした新しい治療法の開発を目指すことを目的とした。腹部大動脈瘤を作成するため、野生型マウス(WT)、SMP30欠損マウス(SMP30-KO)、ApoE欠損マウス(ApoE-KO)、SMP30・ApoE両欠損マウス(DKO)に対し、生食(sham群)またはAngiotensinII(AngII群)を投与した。AngII投与28日後に大動脈を摘出し、腹部大動脈最大径を測定したところ、WTと比較してApoE-KOでは最大径が拡大し、DKOではさらに最大径が増大する傾向となった。しかし、SMP30-KOでは腹部大動脈に影響は認めず、死亡率についても最大径と同様の結果であった。腹部大動脈瘤の病理組織は、中膜弾性線維層が菲薄化する傾向にあり、瘤化した部位に線維芽細胞の集簇および炎症細胞の浸潤を認めた。大動脈組織においてSA-β-gal染色で細胞老化を観察したところ、AngIIを投与したDKO、ついでApoE-KOにおいて陽性細胞が多かった。SMP30-KOにおいてはわずかではあるが有意に細胞老化の増加が認められた。同様にTUNEL法により検出したアポトーシスもDKO>ApoE-KO>SMP30-KO,WTの順であった。結論として、SMP30は、抗老化作用、抗アポトーシス作用を介してAngIIによる大動脈瘤形成を抑制している可能性が示唆された。しかしながら、SMP30-KOにおいては顕著な表現型は認められないことから、AngIIにより産生される活性酸素種に対する抗酸化作用を介している可能性がある。今後、細胞内シグナルにおけるSMP30の役割などを検討する必要がある。腹部大動脈瘤を作成するため、8-10週齢の野生型マウス、SMP30欠損マウス、ApoE欠損マウス、SMP30・ApoE両欠損マウスそれぞれに対し、生食(sham群)またはAngiotensinII(AngII群)を注入したマイクロ浸透圧ポンプを両肩甲骨中央部皮下に植え込み、1000 ng/kg/minの投与速度で28日間皮下投与した。AngII投与14日後にマウス用非観血的血圧測定装置を用いて血圧を測定したところ、全ての系統のマウスにおいてsham群と比較しAngII群で有意に血圧が上昇しており、AngIIが有効に投与されていることを確認した。AngII投与28日後に大動脈を摘出し、腹部大動脈最大径を測定したところ、AngII群ではsham群と比較して腹部大動脈が拡大する傾向となり、そのなかでもApoE欠損マウスとSMP30・ApoE両欠損マウスでは腹部大動脈瘤の形成により最大径がさらに増大する傾向を認めた。さらに、SMP30・ApoE両欠損マウスにおいては、AngII投与により、他系統のマウスと比較して大動脈解離による死亡率が高い傾向があった。大動脈瘤の形態的変化としては、既報と同様に中膜弾性線維の断裂・菲薄化と外膜全体に線維芽細胞の集簇と膠原繊維の増加を認めた。SMP30・ApoE両欠損マウスにおいて大動脈瘤径が増大し、他系統マウスと比較して大動脈解離による死亡率が高い傾向を認めたことは、SMP30が大動脈瘤の発症・進展に関与している事を示唆した。本研究は主にApoE欠損マウスとSMP30・ApoE両欠損マウスに形成された大動脈瘤を比較することを目的としているが、コントロールとして野生型マウスおよびSMP30欠損マウスにも同様の手技を行うことに加え、各系統マウスにおいて生食投与群(sham群)とAngII投与群に分けて比較検討しており、統計学的解析に耐え得るに十分な各群数を確保するのに想定よりも時間がかかること、また、同一検体から全ての実験解析が可能ではないため、相当数のマウスの使用が必要であることより、当初想定していたよりも進捗状況がやや遅れていると思われる。

同様にTUNEL法により検出したアポトーシスもDKO>ApoE-KO>SMP30-KO,WTの順であった。結論として、SMP30は、抗老化作用、抗アポトーシス作用を介してAngIIによる大動脈瘤形成を抑制している可能性が示唆された。しかしながら、SMP30-KOにおいては顕著な表現型は認められないことから、AngIIにより産生される活性酸素種に対する抗酸化作用を介している可能性がある。今後、細胞内シグナルにおけるSMP30の役割などを検討する必要がある。組織学的には大動脈瘤を形成した組織において中膜弾性線維層が菲薄化する傾向にあることから、中膜層(弾性線維および血管平滑筋細胞)が大動脈の強度を維持するのに重要であると考えられたが、現時点ではSMP30が大動脈瘤の進行および解離を引き起こす分子メカニズムについては明らかにできていない。このため、今後以下の項目を検討する。各系統マウスにおいて、AngII投与後の腹部大動脈において組織学的検討を行い、免疫染色による炎症細胞や炎症性サイトカインの発現量および部位の同定を行う。さらに、大動脈瘤形成に関与する炎症性サイトカインやケモカイン、細胞外マトリックス分解酵素(MCP-1やIL-6、IL-1β、TNF-α、MMP-2, -7, -9, -12,-14など)のmRNAの発現を、リアルタイムPCRにより測定する。SMP30が細胞老化への関与を介して大動脈瘤の形成・進展を抑制しているのか否かを検討するため、各系統マウスのsham群とAngII投与群の腹部大動脈組織にSA-β-gal染色を行う。さらにSMP30の酸化ストレス産生への関与を明らかにするため、各群マウスの尿中8-OHdGを測定する。さらに培養大動脈平滑筋細胞において、RNA干渉によりSMP30をノックダウンし、遺伝子発現への影響を検討する。
生物時計の光同調機序:松果体メラトニンを指標としたin vivo解析

本研究は、光による直接抑制と生物時計を介する位相反応の二重の調節を受ける松果体メラトニンを指標に、ラットを用い、光同調機序を明らかにすることを目的とし、微量測定の困難なメラトニン変動を同一個体で測定するため、in vivoマイクロダイアリシス法を松果体に適応して行われた。松果体および血漿メラトニンはRIA法にて測定した。1.メラトニン光抑制の波長と位相依存性暗期中点と暗期後半に同一光子量の赤と緑の単色光を照射したところ、暗期中点には赤色光による抑制は殆どみられなかったが、暗期後半では両単色光とも速やかにメラトニン合成を抑制した。メラトニン合成抑制は光の波長とリズム位相に依存し、緑色光は赤色光より、暗期後半は前半より、強く抑制することが分かった。網膜ロドプシンの光吸収スペクトルの極大な緑色域にあるため、メラトニン光抑制はロドプシンを介する可能性が示唆される。2.松果体in vivoマイクロダイアリシスによる光の二重効果の検討松果体マイクロダイアリシス法により連続4日間の透析を行い、30分毎メラトニンを測定し、光の二重効果を検討した。その結果、同一ラットで上述の光抑制の時刻差が確かめられ、さらに光によるメラトニンリズム位相の変位が、位相前進、後退変位とも、照射の翌日には完了していることが明らかとなった。行動、体温など他の連続測定可能な表現型リズムの位相反応には約一週間の移行期があるため、松果体メラトニンは生物時計のより直接的な表現型リズムであることが分かった。3.網膜視床下部路の伝達物質の検討in vivoへの投与で唯一光類似作用を生じるとされるコリン作動薬カルバコールをSCN内に投与し、松果体マイクロダイアリシス法にてメラトニンリズムへの影響を検討したが、メラトニン合成抑制もリズム位相変位もみられなかった。アセチルコリンが網膜視床下部路の伝達物質である可能性は低いと考えられる。
ＴｒｋＢ／ＢＤＮＦ経路を標的とした肺神経内分泌腫瘍に対する治療法開発

脳由来神経栄養因子(BDNF)およびその受容体Tropomyosin-related kinase B (TrkB)は原発性肺癌の中でも大細胞神経内分泌癌(LCNEC)の切除標本に強く発現していた。また切除標本におけるTrkB及びBDNFの高発現と、進行した病期、高い術後再発率及び低い生存率との間に有意な相関が認められた。さらにIn vitroの解析で、TrkB/BDNFシグナル経路はLCNECにおいて、足場非依存性増殖、腫瘍形成能、及びMMP-2、MMP-9発現を介した浸潤能に関与した。従ってTrkB/BDNFシグナル経路はLCNECに対する新たな治療標的及び予後予測因子となる可能性がある。TrkB/BDNF経路を標的とした肺神経内分泌(NE)腫瘍に対する診断および治療法を開発することである。目的の達成は、次の三段階、すなわち、1.TrkB/BDNF経路の診断・予後予測への応用を検証するための、肺NE組織におけるNTファミリー分子発現プロファイルを作成、2.TrkB/BDNF経路の治療標的としての可能性を検証するための、NE腫瘍細胞株を用いて、TrkB/BDNF経路の細胞生物学的意義の解析、および、3.臨床応用の可能性を高めるための、特異性の高いTrkBおよびBDNF抗体の作成により遂行する。我々は既に前年までに各種癌組織のTrkB/BDNF発現プロファイルの作成を行い、TrkB/BDNF経路関連分子発現を解析した。小細胞癌8例、大細胞神経内分泌癌(LCNEC)11例、大細胞癌10例、腺癌20例、扁平上皮癌55例の計104症例での免疫組織学的解析を行った。各組織型毎にTrkB高発現群と低発現群に分け、その予後解析を行った。LCNECはすべてTrkB高発現であった。全組織型における解析でTrkB高発現群は有意に病期分類で進行例が多く、術後再発率が高い結果であった。また、TrkB陽性肺NE細胞株(NCI-H460, NCI-H810)を標的細胞とした検討では、TrkB/BDNF経路が、細胞増殖には影響を及ぼさないが、細胞浸潤(Matrigel invasion assay)に大きく関与していることをsiRNAを用いて検証した。また、その浸潤能にMMP-2,MMP-9が関与していることも検証し得た。以下、本年度に得られた新たな成果を記述する。1)両細胞株における足場非依存性増殖はTrkB/BDNF経路の活性化により亢進し、経路抑制により低下した。2)マウス移植モデルにおいて、移植細胞のTrkB発現抑制により有意な腫瘍形成能の低下を認めた。我々は既に各種癌組織のTrkB/BDNF発現プロファイルの作成を行い、TrkB/BDNF経路関連分子発現を解析した。またTrkB陽性肺NE細胞株(NCI-H460, NCI-H810)両細胞株における足場非依存性増殖はTrkB/BDNF経路の活性化により亢進し、経路抑制により低下した。さらにマウス移植モデルにおいて、移植細胞のTrkB発現抑制により有意な腫瘍形成能の低下を認めた。TrkB/BDNF

経路を標的とした肺神経内分泌(NE)腫瘍に対する診断および治療法を開発することである。目的の達成は、次の三段階、すなわち、(1)TrkB/BDNF経路の診断・予後予測への応用を検証するための、肺NE組織におけるNTファミリー分子発現プロファイルを作成、(2)TrkB/BDNF経路の治療標的としての可能性を検証するための、NE腫瘍細胞株を用いて、TrkB/BDNF経路の細胞生物学的意義の解析、および(3)臨床応用の可能性を高めるための、特異性の高いTrkBおよびBDNF抗体の作成により遂行する。以下、本年度に得られた新たな成果を記述する。各種癌組織におけるTrkB/BDNF経路関連分子発現プロファイルの作成を行うために、手術時摘出肺癌組織を用い、TrkB/BDNF経路関連分子発現を解析した。小細胞癌8例、大細胞神経内分泌癌(LCNEC)11例、大細胞癌10例、腺癌20例、扁平上皮癌55例の計104症例での免疫組織学的解析を行った。各組織型毎にTrkB高発現群と低発現群に分け、その予後解析を行った。LCNECはすべてTrkB高発現であった。扁平上皮癌においてはTrkB高発現群が有意に予後不良であった。全組織型における解析でTrkB高発現群は有意に病期分類で進行例が多く、術後再発率が高い結果であった。また、TrkB陽性肺NE細胞株(NCI-H460, NCI-H810)を標的細胞とした検討では、TrkB/BDNF経路が、細胞増殖には影響を及ぼさないが、細胞浸潤(Matrigel invasion assay)に大きく関与していることをsiRNAを用いて検証した。また、その浸潤能にMMP-2,MMP-9が関与していることも検証し得た。現在までの我々の研究の結果、TrkB/BDNFシグナル経路は肺大細胞神経内分泌癌細胞で浸潤能、足場非依存性増殖、腫瘍形成能に関与していることが示唆され、肺大細胞神経内分泌癌に対する治療標的となる可能性が示された。この成果を既にLung Cancer誌に投稿し、掲載された。各組織型に思いのほかばらつきがあり、今後も症例を積み重ね、詳細な検討を行うように予定している。TrkB/BDNF経路を標的とした肺神経内分泌(NE)腫瘍に対する診断および治療法の開発を行うことが最終目標である。このため、2.TrkB陽性肺NE細胞株(NCI-H460, NCI-H810)を標的細胞とした検討では、TrkB/BDNF経路が、細胞浸潤能亢進にMMP-2,MMP-9が関与していること、足場非依存性増殖、腫瘍形成能が関与していることを検証した。今後、この細胞株を用いたin vivoでの検証を行う。3.現在、マウス異種移植治療モデルの治療実験を進行中である。TrkB/BDNF経路を標的とした肺神経内分泌(NE)腫瘍に対する診断および治療法の開発を行う。
ヒト神経筋接合部のin vitro構築とその応用

神経筋接合部(Neuromuscular junction:NMJ)は運動神経終末と筋肉の接合部であり、シナプスが形成されている。NMJでは神経終末からアセチルコリンが放出され、筋収縮が引き起こされる。NMJ構成分子の異常は様々な疾患を引き起こすが、ヒトにおける解析手法はin vivoの電気生理学的解析や病理学的解析に限られている。ヒトNMJ(hNMJ)の細胞生物学的な機能解析のためには、in vitroでNMJを構築させる系が必要である。申請者らは、ヒト多能性幹細胞を運動ニューロンへ分化誘導した後に、マウス筋細胞株と共培養することにより、in vitroでNMJを形成させることに成功した。しかし、ヒトNMJ疾患の病院には、神経側・神経側それぞれの要因があり、病態生理が不明のものや、孤発例で原因そのものが不明のものもある。これらの疾患の詳細な病態解析のためには、ヒト-マウスのハイブリッド系でなく、ヒト運動ニューロンとヒト骨格筋細胞からhNMJを構築する必要がある。そこで、本提案では、ヒト多能性幹細胞より機能的なhNMJを構築し、これを疾患解析・創薬へ応用することを目的とする。平成30年度は、前年度までの成果を活かして研究を進めた。神経特異的プロモーター下に光感受性チャネルを発現させることにより神経細胞のみを刺激すると、神経細胞の興奮に応じて筋肉細胞の細胞内カルシウム濃度の上昇と筋収縮が観察された。また、前年度までに作成した脊髄性筋萎縮症のモデルとなるSMN遺伝子のノックダウンiPS細胞から誘導したhNMJを長期培養して筋収縮を見たところ、著明に収縮能が低下していた。さらに、電子顕微鏡での観察により、骨格筋と神経筋接合部の形態が変化していた。さらに、他の多能性幹細胞クローンでも同様のNMJ形成が認められるかを確認するために、ES細胞を用いて解析を行い、同様にNMJが形成されることを確認した。当初の計画に沿ってhNMJの評価系が構築されており、脊髄性筋萎縮症のモデリングにも成功した。現在論文リバイス中である。おおむね順調に進んでいるため、研究計画を継続する。光刺激による神経興奮によって誘導される筋収縮のパターンや量が、疾患モデルと対照で異なるかを検討し、創薬スクリーニングへの応用系の構築を目指す。脊髄性筋萎縮症や先天性筋無力症のモデル細胞の構築を進める。論文投稿を進める。平成28年度は、ヒトiPS細胞由来運動ニューロンと骨格筋細胞を組み合わせて、hNMJを構築する系を確立することに成功した。複数のiPS細胞クローンから同様の検討を行い、構築系のrobustnessを検証した。hNMJ形成はαBTXによるアセチルコリン受容体(AChR)クラスタリングの染色によって評価し、必要に応じてAChRの免疫染色を併用した。また、NMJの成熟状態の評価として、透過電顕による微細構造の評価を実施した。筋収縮の程度について,企業との共同企業でリアルタイム評価可能な系を構築し、評価を行った。脊髄性筋萎縮症モデルについて、原因遺伝子であるSMNのノックダウンiPS細胞を作製し、これをNMJに分化させた。計画書に記載の平成28年度計画をほぼ計画通り実行することができたため。

平成29年度は、前年度までの成果を生かし、hNMJの機能評価を行う系を確立した。神経特異的プロモーター下に光感受性チャネルを発現させることにより神経細胞のみを刺激すると、神経細胞の興奮に応じて筋肉細胞の細胞内カルシウム濃度の上昇と筋収縮が観察された。また、前年度までに作成した脊髄性筋萎縮症のモデルとなるSMN遺伝子のノックダウンiPS細胞から誘導したhNMJの形態機能評価を行った。結果、SMNノックダウンiPS細胞からのhMNJ形成能は著しく低下しており、さらに神経細胞依存性の筋収縮能も低下していた。以上より、このhNMJの系は疾患モデルとして有用であることが示された。当初の計画に沿ってhNMJの評価系が構築されており、脊髄性筋萎縮症のモデリングにも成功した。論文化が少し遅れている。神経筋接合部(Neuromuscular junction:NMJ)は運動神経終末と筋肉の接合部であり、シナプスが形成されている。NMJでは神経終末からアセチルコリンが放出され、筋収縮が引き起こされる。NMJ構成分子の異常は様々な疾患を引き起こすが、ヒトにおける解析手法はin vivoの電気生理学的解析や病理学的解析に限られている。ヒトNMJ(hNMJ)の細胞生物学的な機能解析のためには、in vitroでNMJを構築させる系が必要である。申請者らは、ヒト多能性幹細胞を運動ニューロンへ分化誘導した後に、マウス筋細胞株と共培養することにより、in vitroでNMJを形成させることに成功した。しかし、ヒトNMJ疾患の病院には、神経側・神経側それぞれの要因があり、病態生理が不明のものや、孤発例で原因そのものが不明のものもある。これらの疾患の詳細な病態解析のためには、ヒト-マウスのハイブリッド系でなく、ヒト運動ニューロンとヒト骨格筋細胞からhNMJを構築する必要がある。そこで、本提案では、ヒト多能性幹細胞より機能的なhNMJを構築し、これを疾患解析・創薬へ応用することを目的とする。平成30年度は、前年度までの成果を活かして研究を進めた。また、前年度までに作成した脊髄性筋萎縮症のモデルとなるSMN遺伝子のノックダウンiPS細胞から誘導したhNMJを長期培養して筋収縮を見たところ、著明に収縮能が低下していた。さらに、電子顕微鏡での観察により、骨格筋と神経筋接合部の形態が変化していた。さらに、他の多能性幹細胞クローンでも同様のNMJ形成が認められるかを確認するために、ES細胞を用いて解析を行い、同様にNMJが形成されることを確認した。現在論文リバイス中である。おおむね順調に進んでいるため、研究計画を継続する。1ヒト多能性幹細胞の機能的なhNMJ構築と評価前年度の計画を継続する。
好熱性絶対共生細菌における微生物間共生の分子機構とその生態学的解析

耐熱性トリプトファナーゼ生産菌Symbiobacterium thermophilum(ST)は、好熱性Bacillus S株(BS)との共存下で生育する好熱性共生細菌である。本研究ではまずその生育因子に関して、その活性追跡の手段として定量PCR法を確立した。次にそれを用いた詳細な解析により、BSの培養上清中にST生育支持活性が存庄し、それは調べた細菌のすべてが生産する普遍的な代謝産物であることを明らかにした。また、STとBSを透析膜で隔てて培養することによってSTの単独培養が可能であることを見いだし、膜を通過する低分子性の物質が生育支持に関与すると予想した。低分子性の活性物質を精製することを詞み、これまでにそれが揮発性画分に分画されることを明らかにした。またBS培養上清の高分子画分にも生育支持活性が認められ、低分子活性物質の生産に関与すると予想された。次に、16S rDNAの塩基配列にもとづくSTの系統学的な解析を行った結果、それがグラム陽性のグループのもっとも外側に位置し、既知のどの細菌ともクラスターをなさない新規の系統枝に位置することを明らかにした。第三に、STおよびその類縁菌の生態分布について、広範なスクリーニングの結果、この菌は堆肥を主とする土壌環境と同時に、動物の消化管内に広範に分布するきわめて普遍性の高い菌群であることが明らかになった。また、動物飼料中にも高頻度で存在することが判明した。得られた類縁菌の16S rDNAの塩基配列に基づく系統樹は、いずれの配列もグラム陽性グループの外側にSTが新たに形成する系統枝に含まれるとともに、そこにさらに分岐を形成する種の多様性を示した。さらに、探索により得られた16S rDNA増幅断片のDGGE法による解析は、Symbiobacterium属細菌が複数種存在することを支持する結果を与えた。Symbiobacterium thermophilumはその生育を支持菌であるBacillus S株に依存する絶対共生型の細菌である。このS.thermophilumの生育支持因子に関して以下のことを明らかとした。まずこの菌に特異的なプライマーを構築しそれを用いた定量PCR法を確立することでこの菌の迅速かつ信頼性の高い検出・定量法を確立した。次に隔膜で互いに隔てられた2つの槽からなる培養槽を設計し、それぞれの槽に支持菌とS.thermophilumの単独菌液を植菌することで支持菌槽から拡散する低分子物質によりS.thermophilumの増殖がおこることを見出した。また支持菌の単独培養上清を添加した培地においてもS.thermophilumの単独培養が微弱ながら成立することが判明した。また培地pHを7.5に調整することでも微弱な生育がおこることも判明した。これら上清添加培地やpH調整培地における増殖ではS.thermophilumの細胞分裂に異常が認められ、通常の5-20倍も伸長した細胞形態を示すことが観察された。生育支持活性はBacillus S株に限らず、枯草菌や大腸菌にも認められた。一方,酵母の培養上清には活性は認められなかった。以上の結果から、S.thermophilumの生育支持因子は細菌に普遍的な低分子性の代謝産物であり、その継続的な供給がこの菌の正常な分裂と増殖に必須であることが明らかになった。