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中核的理科教員を活用した地域理科教育のシステミックリフォームの研究

1地域の理科教育システム改善に向けた活動計画の全面実施年次計画に沿って年間を通じた取り組みを実施した。連携する自治体において中核的理科教員が十分機能できるように,研究代表者は活動に必要な物品,情報,資料整理等の作業協力等を支援した。実施する取り組みの内容については,随時,教育委員会と大学が連携して検討・改善を進めた他,全体会合を年間2回開催し協議の上,評価改善を図った。また,初年度から公開授業研究会で実施してきた35件の学習指導案をとりまとめ,一般教員向けの指導案集として公開した。2全国学力学習状況調査理科の結果分析を基に修正した活動計画の実施平成30年4月に実施された全国学力学習状況調査理科の調査結果に基づいて,本研究に参加している地域と学校の結果が参加する前の平成27年度の調査結果と比べてどのように変化したかを学力と意識の両面で分析するとともに,今後の改善が必要な点を特定し,残りの研究期間の計画に反映させた。3評価情報の収集と中核的理科教員を活用して地域レベルの理科教育を改善するシステムフローの組織化初年度から定期的に実施している児童生徒の科学的リテラシーに関する意識調査の結果と,児童生徒の理科学力形成との関係性を分析するとともに,質的事例調査として,中核的理科教員とその他の関係者へのインタビューによって,学校と地域レベルの理科教育が改善される過程を記述し分析した。これを元に,学校と地域の理科教育に改善をもたらすシステムフローのモデル化を行い,最終年度に実施する計画に反映させた。これらの成果の一部を学会発表した(学術論文については査読審査中)。研究実績の概要に記載した通り,本研究は研究実施計画に沿って,おおむね順調に進展している。研究の内容に関しても,全国学力学習状況調査理科の結果を統合した分析も計画通りに実施でき,最終年度の研究計画とそのための準備も整っている。本研究最終年度となる平成31年度は,これまでの取り組みの評価分析を行い研究成果の論文発表を進めるとともに,研究成果を活かして地域レベルの理科教育を改善するシステムフローの組織化の試行データを収集し分析する。これらをとりまとめて研究成果報告書を作成し公開する。本研究は,地域の理科教育をシステムとして捉え直し,その中で中核的理科教員CST(コア・サイエンス・ティーチャー)が推進役となり,理科教育の実態を改善していくことを可能とする条件と手続きを明らかにすることを目指している。初年度の本年度は,主として,1CSTを対象とした質的事例調査による地域理科教育システムの現状分析,2CSTを推進役とする地域理科教育システムの改善に研究協力する自治体・学校との協議と調整,3研究協力校における試行的実践とその結果の分析と評価,及び成果の共有,4米国におけるシステミックリフォームによる地域理科教育改善の資料収集と本研究の初期成果の発表,を実施した。1の結果から,教育委員会との連携,CST拠点校の役割,CSTとしての機能,具体的活動の異なる次元で,地域理科教育システムの改善に有効となる条件が抽出された。2の結果,県内4市の小学校5校と中学校5校の計10校で3年間ないし4年間の研究協力関係を構築した。3の結果,研究協力校10校の小学校3年生から中学校3年生までの合計約4400名の児童生徒の研究初期の実態を調査した。結果は,平成27年度全国学力学習状況調査で測定された全国的な状況と同程度であった。初期調査の後,各学校における試行的実践を実施し,その後に実態を再調査することで,取り組みの成果を分析・評価した。さらに,全校および教育委員会関係者が出席した合同会議で成果を共有し,次期の取り組みの計画策定に反映させた。4の結果,諸外国の地域理科教育システム改善に関わる最新の研究動向を把握するとともに,本研究の初期成果を英語で論文発表した。ただし,初年度の関係機関との調整の過程で,当初予定した県内5地域・自治体(東部,西部,南部,北部,政令市)の参加が一部困難となり,初年度は4地域・自治体での実施となった点が不十分である。この点は,次年度早期に改善する必要がある。4年計画の2年目の本年度は以下の研究を実施した。1CSTを推進役とする地域理科教育システムの改善に研究協力する自治体・学校の拡大と協議・調整初年度に構築した研究体制に新たに2つの市町の小学校を加えることで,今年度,県内6の自治体の小学校7校と中学校5校の計12校で研究協力関係を構築した。これにより,CSTを核として地域の理科教育の実態を改善していくアプローチに,より多様性が加わった。また,12校すべてで,自治体の教育委員会の協力を得ながら,各学校における研究の成果を地域の学校に発信するしくみを整えた。2研究協力校における研究活動の実施とその結果の分析と評価,及び成果の共有各協力校では,初年度の試行的活動を踏まえて,年間を通じたCST活動を計画的に実施した。PDCAサイクルで理科教育システムの改善を図るため,各学期末に科学的リテラシー実態調査を実施し,その結果の分析に基づいて次期の取り組みの改善策を検討した。また,各協力校の活動状況に応じて,内容面と教材面で活動の支援・充実を図った。

8月と1月に,全体会議を開催し,全校での研究の取り組みに関する情報と成果を共有するとともに,課題の改善に向けた協議を深めた。さらに,教育委員会の協力を得て,各協力校の地域の他校教員を対象とした公開授業研究会を各地域で実施した。3評価情報の収集分析定期的に実施する科学的リテラシー実態調査のデータ分析を進め,各協力校での理科教育の改善状況の把握とその背景の分析,および,協力校全体での改善状況の把握・分析を行うとともに,その一部を学会にて発表した。研究実績の概要に記載した通り,本研究は研究実施計画に沿って,おおむね順調に進展している。初年度に課題であった参加自治体の拡大も実現でき,当初の想定かそれ以上の規模での研究体制を整えた。研究の内容に関しても,計画的に研究を推進できている。1地域の理科教育システム改善に向けた活動計画の全面実施年次計画に沿って年間を通じた取り組みを実施した。連携する自治体において中核的理科教員が十分機能できるように,研究代表者は活動に必要な物品,情報,資料整理等の作業協力等を支援した。実施する取り組みの内容については,随時,教育委員会と大学が連携して検討・改善を進めた他,全体会合を年間2回開催し協議の上,評価改善を図った。また,初年度から公開授業研究会で実施してきた35件の学習指導案をとりまとめ,一般教員向けの指導案集として公開した。2全国学力学習状況調査理科の結果分析を基に修正した活動計画の実施平成30年4月に実施された全国学力学習状況調査理科の調査結果に基づいて,本研究に参加している地域と学校の結果が参加する前の平成27年度の調査結果と比べてどのように変化したかを学力と意識の両面で分析するとともに,今後の改善が必要な点を特定し,残りの研究期間の計画に反映させた。3評価情報の収集と中核的理科教員を活用して地域レベルの理科教育を改善するシステムフローの組織化初年度から定期的に実施している児童生徒の科学的リテラシーに関する意識調査の結果と,児童生徒の理科学力形成との関係性を分析するとともに,質的事例調査として,中核的理科教員とその他の関係者へのインタビューによって,学校と地域レベルの理科教育が改善される過程を記述し分析した。これを元に,学校と地域の理科教育に改善をもたらすシステムフローのモデル化を行い,最終年度に実施する計画に反映させた。これらの成果の一部を学会発表した(学術論文については査読審査中)。研究の内容に関しても,全国学力学習状況調査理科の結果を統合した分析も計画通りに実施でき,最終年度の研究計画とそのための準備も整っている。平成29年度早期に残る1地域の教育委員会に参加を働きかけ,最終的に5地域での研究推進体制とする。その他,当初計画に沿って研究を推進する。平成30年度は,引き続き各協力校での研究活動を推進するとともに,4月に実施される全国学力学習状況調査理科の結果を踏まえて,これまでの取り組みの評価分析を行うとともに,さらなる課題の解決に向けて,各協力校と関係自治体(教育委員会)との協議を進め,年度後半の取り組みの改善充実を図る。また,2年次までの研究成果を踏まえて,学術論文を発表する。
反芻動物の生殖機能調節中枢機序における酢酸およびグルコースの役割の解明

生殖機能の栄養状態による制御に代謝基質や代謝関連ホルモンが関与すると考えられている。揮発性脂肪酸を主要なエネルギー源とする反芻動物は単胃動物と異なる神経内分泌機構により生殖機能が制御されている可能性が考えられるが、そのメカニズムは明らかでない。これまでに、シバヤギにおいて絶食により性腺刺激ホルモン放出ホルモンパルス状分泌調節機構(GnRHパルスジェネレーター)の活動が抑制されること、また、その時に血中ケトン体濃度が上昇することを明らかにしている。本研究では低栄養時に増加するケトン体が栄養状態を伝えるシグナル物質として作用し、GnRHパルスジェネレーター活動の制御に関与する可能性について検討した。卵巣除去後エストラジオールを代償投与したシバヤギを用い、末梢におけるケトン体の作用を検討するため、頸静脈に留置したカニューレを通じケトン体を22.9-31.2mmol/hの速度で24時間投与した。一方、中枢におけるケトン体の作用を検討するため、側脳室に留置したカニューレを通じて、ケトン体を0.08mmol/hの速度で5時間投与した。GnRHパルスジェネレーターの活動を多ニューロン発火活動記録法により記録するとともに、経時的に採血を行い、血中ケトン体濃度を測定した。ケトン体の静脈内投与は血中ケトン体濃度を上昇させ、絶食時に見られる濃度より高い値で維持したが、GnRHパルスジェネレーター活動に影響をおよぼさなかった。一方、側脳室へのケトン体投与はGnRHパルスジェネレーター活動を抑制した。このとき血中ケトン体濃度は変化しなかった。以上の結果から、ケトン体は中枢性にGnRHパルスジェネレーター活動の抑制を引き起こすことが明らかとなった。低栄養時にはケトン体の脳内への取り込みが選択的に増加し、生殖機能の抑制を引き起こすと考えられるが、その詳細なメカニズムは今後の検討課題である。生殖機能は栄養状態により影響をうける。単胃動物では血中グルコースが生殖機能制御に関与する主要な因子であると考えられている。一方、反芻動物では主要なエネルギー源は揮発性脂肪酸であることから、単胃動物と異なる神経内分泌機構により生殖機能が制御されていることが考えられる。しかし、どのような代謝基質や代謝関連ホルモンが生殖機能の制御に関与するかは明らかでない。本研究では、反芻動物においても血中グルコースが生殖機能の制御に関与する因子であることを明らかにするため、絶食期間を通じたグルコース投与が性腺刺激ホルモン放出ホルモン(GnRH)パルスジェネレーター活動におよぼす影響を検討した。シバヤギに5日間の絶食を負荷した。絶食期間中、頸静脈に留置したカニューレを通じ20%グルコース溶液を連続的に投与し、血中グルコース濃度を65-95mg/dlに維持した。GnRHパルスジェネレーター活動を多ニューロン発火活動記録法により連続的に記録するとともに、実験期間を通じて経時的に採血を行い、代謝基質およびインスリンの血中濃度を測定した。GnRHパルスジェネレーター活動は絶食により抑制された。一方、絶食期間を通じたグルコース投与はその抑制を妨げた。絶食により非エステル化脂肪酸(NEFA)およびケトン体の血中濃度は上昇するが、それらの濃度上昇はグルコース投与により軽減された。また、絶食により血中インスリン濃度は低下するが、絶食期間中のグルコース投与は血中インスリン濃度の上昇を招いた。以上の結果から、反芻動物においてもグルコースはGnRHパルスジェネレーター活動を調節する因子の一つであることが示唆された。GnRHパルスジェネレーター活動に対するグルコースの作用は、NEFA、ケトン体、インスリンなどグルコース以外の代謝基質およびホルモンを介する可能性も考えられるが、その詳細なメカニズムは今後の検討課題である。
新規抗がん剤開発を目指した生体機能分子の実用的合成

本特定領域研究では,『新しい分子標的抗がん剤』として大きな期待が寄せられている、微生物由来であるスピルコスタチン類(ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤)、真菌類由来であるTAN-1813(p21^<ras>タンパクファルネシルトランスフェラーゼ阻害剤)、およびオッテリオン類(チュブリン重合阻害剤)を取り上げ,大量供給可能な合成ルートの開発,新規抗がん剤候補化合物の探索,およびその探索を可能にする革新的の合成手法を開発することを目的として研究を行った。平成19年度は以下の研究実績が得られた。(1)ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤であるスピルコスタチン類に関しては、絶対立体配置が不明であるスピルコスタチンBの最初の全合成を達成し、天然物がS体であると決定した。さらに、本合成ルートを基軸とした類縁体合成を行い、ヒトリンパ種U937細胞に対する生物活性を調べたところ、スピルコスタチンBが最も強い活性(IC_<50>=1.5nM)を示すことがわかった。(2)TAN-1813に関しては、分子内ディールスーアルダー反応を鍵反応とした合成により、トランスーデカリン環を構築し、さらにEvans型のマイケル反応により上部構造部位である光学活性なマレイミド鍵中間体の合成に成功した。(3)チュブリン重合阻害剤であるオッテリオンA,Bに関しては、先の実験によりこれら化合物が非常に強力なチュブリン重合阻害活性(有効濃度0.1nM)を有することを明らかにしており、更なる詳細な生物活性研究のため合成経路の改良を行い、オッテリオン類のサンプルを供給できる体制を整えた。本特定領域研究では,『新しい分子標的抗がん剤』として大きな期待が寄せられている、微生物由来であるスピルコスタチンA(ヒストン脱アセチル化酵素阻害活性)、真菌類由来であるTAN-1813(p21^<ras>タンパクファルネシルトランスフェラーゼ阻害活性)、およびテロメスタチン(テロメラーゼ阻害活性)を取り上げ,大量供給可能な合成ルートの開発,新規抗がん剤候補化合物の探索,およびその探索を可能にする革新的の合成手法を開発することを目的として研究を行った。平成18年度は以下の研究実績が得られた。(1)ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤であるスピルコスタチンAに関しては、光学活性なセコ酸から効率的な大環状ラクトン環構築法の検討を行い、その全合成を達成した。現在、合成したサンプルの生物活性試験を行っている。さらに、確立した合成経路を基軸としたスピルコスタチンBの全合成を行い、その絶対立体構造を決定する予定である。(2)TAN-1813に関しては、分子内ディールスーアルダー反応を機軸とした合成により、母核であるトランスーデカリン環重要中間体の構築に成功した。平成19年度中には、その全合成を完結させる予定である。(3)テロメラーゼ阻害剤であるテロメスタチンに関しては,前例のないオキサゾールのホウ素試薬の開発に初めて成功した。さらに、鈴木一宮浦クロスカップリングを用いた直接的なオキサゾールC2-C4'結合形成反応も見いだすことに成功した。本合成方法論は天然物であるテロメスタチンのみならず、ポリオキサゾールの一般的な合成法になりうるものであり、新規テロメラーゼ阻害剤の開発に繋がるものと期待される。
神経活動依存的な遺伝子発現を利用した昆虫の性フェロモン神経回路の可視化と機能解析

感覚情報に応じた適切な行動の選択は生物の生存において極めて重要な役割を果たす。本研究では、シンプルな脳構造であるにも関わらず、回路・分子のロジックに於いては他の動物と共通の原理を保有する昆虫の脳に着目し、感覚情報入力と行動出力の対応関係が明確な性フェロモン伝達神経回路の可視化と機能解析を目的とした。本研究では、本研究者が発見した神経活動依存的な発現増加を示す遺伝子Hr38に着目し、カイコガとショウジョウバエの2種の昆虫を用いて、活動依存的な神経回路可視化法及び機能解析法を構築した。本手法を用いることで、既知の回路に加え新規な神経回路が性フェロモン情報処理に関与することを見出した。本研究の目的は、本研究者が新規に同定した神経活動依存的発現を示す遺伝子Hr38を利用して、神経回路の可視化と操作を行うことで、外界からの感覚情報が行動を制御する神経機構の一端を明らかにすることにある。特に性フェロモンと性行動をモデル系とすることで、感覚入力依存的な行動制御の神経機構に迫ることを目指している。1カイコガをモデルとした研究これまでにカイコガを用い、Hr38発現依存的な遺伝子発現制御法を構築してきた(NBREシステム)。本方法を用い、神経活動依存的に十分な転写活性を持つ遺伝子組換えカイコガ系統の作出に取り組んだ。26年度初めには、p65やVP16(強力な転写活性化ドメイン)を融合したGAL4を発現するカイコガを作出したが、ほぼすべての系統で致死となってしまい、系統の樹立が出来なかった。これはおそらくGAL4の細胞毒性が出たためと考えられる。次に、p10Tなどの翻訳エンハンサーを組み込んだベクターでGAL4を発現させる系統を作出したところ、非常に大きな発現量増加が認められた。現在、性フェロモン依存的にGFPを発現した神経回路の可視化を行い、細胞の投射パターンを丁寧に解析しているところである。2ショウジョウバエをモデルとした研究ショウジョウバエではHr38転写開始点にGAL4が挿入された系統が確立できていたので、これを利用した神経回路の可視化法の確立を完了した。性行動に伴ってGFPが発現する細胞の詳細かつ網羅的な同定を行った。これらの細胞の多くは性決定遺伝子であるfruitlessと共発現することを見出した。現在、fruitless陽性細胞のなかでも性行動に伴って活動する神経細胞の機能解析を開始したところである。これらの研究を通して、昆虫で初めての、有用な神経回路マッピング法を完成させたい。1神経活動依存的にGAL4を発現するカイコガ系統の選別と神経回路の可視化神経活動依存的に発現するHr38の結合配列NBREをタンデムに繋ぎ、その下流にGAL4deltaを配置したカイコガ系統を作製した。この際、NBRE配列の繰り返し数・GAL4deltaの前後にタンパク質翻訳エンハンサー配列の付加などの様々な組み合わせの系統(おおよそ20系統)作成した。これらをすべて膜移行シグナル付加型GFP発現系統(UAS-mCD8GFP/UAS-myrGFP)と掛け合わせ、神経活動依存的にGFPを最も強く発現する系統を選別した。本系統を用い、性フェロモン(ボンビコール)刺激後のGFP発現パターンを可視化した。その結果、触角葉の大糸球体のボンビコールに反応する領域や脳後方背側の高次領域において顕著なGFPシグナルの増加・細胞の検出が出来た。特に脳後方背側の高次領域では、キノコ体に投射する神経だけでなく、性フェロモン情報処理に関与するデルタ領域に投射する神経(SMP神経)がGFPによってラベルされた。本研究期間中に、他グループからSMP神経が報告されてしまったため、本発見の新規性は薄れてしまったが、カイコガの脳において神経活動依存的に神経回路をラベル出来る方法を確立した点においては、本分野で大きな新規性を持つと考えられる。2ショウジョウバエ脳高次領域で性行動時に活動する神経回路の同定と機能解析Hr38遺伝子座にGAL4をノックインした系統を用い、神経活動が起こった細胞を可視化する手法を確立した。本手法を用いて、性行動時に活動のあった神経回路を可視化したところ、既知のP1神経等に加え、新たにasp2という神経クラスターが感覚入力依存的に活動していることを見出した。このasp2神経回路の機能解析を行ったところ、神経伝達を阻害すると性行動の開始は正常であるものの、遂行に障害が出ることを見出した。当初の計画通り、カイコガにおいては目的のGAL4系統の確立に成功し、ショウジョウバエにおいては活動依存的な神経回路可視化法の確立に成功しているので、おおむね計画は順調に進展していると考えられる。昆虫科学

1カイコガ今後は、活動依存的にラベルされた神経細胞の詳細な解析を行う。さらにはこれらの細胞にGCaMPやdTrpA1やTeTxLCを発現させることで、機能の詳細を調べる。2ショウジョウバエ活動依存的にラベルされた細胞が性行動に果たす役割の機能解析を行う。
原子間力顕微鏡による免疫・神経クロストークの機能解析

リンパ球やマスト細胞の細胞膜には神経成長因子や神経ペプチドの受容体が存在し、免疫系と神経系の相互作用(クロストーク)が強く示唆されている。しかし、免疫系と神経系のクロストークを追求する適切な研究手段はほとんどなく、その分子機構の解明はこれまでほとんどなされてこなかった。そこで、神経細胞と免疫細胞(マスト細胞やT細胞)との共存培養のシステムを確立するとともに、それを用いて両者の細胞間相互作用を顕微技術、特に、原子間力顕微鏡を駆使して追及した。具体的には、(1)神経節初代培養細胞と免疫細胞(マスト細胞、T細胞)との共存培養システムの確立。(2)原子間力顕微鏡による神経節初代培養細胞と免疫細胞の相互作用解析の2項目に焦点を絞り研究を推進した。まず、新生胎児マウス神経節初代培養細胞と好塩基球細胞(RBL細胞)、マスト細胞、ならびに、T細胞との共存培養システムの確立に成功した。そして、神経ペプチドのサブスタンスPを介して、神経細胞からマスト細胞への活性化のシグナルが伝達される事を初めて明らかにした。次いで、原子間力顕微鏡による神経細胞とマスト細胞の相互作用の実態をナノメートルレベルで可視化解析した。神経成長因子の存在下で神経突起を伸長させた神経節初代培養細胞は、培養細胞RBLとシナップス様の構造体を形成し密着に接着し、RBL細胞を活性化していると推察された。神経突起の先端の成長円錐はRBL細胞の偽足と密着な細胞間相互作用を行っている事なども判明した。また、CD63-GFPキメラ蛋白質を利用した蛍光顕微鏡による研究成果ともよく対応していた。これらの結果は、神経免疫相互作用の細胞分子機構の解明に重要な貢献をなすものと判断された。しかし、免疫系と神経系のクロストークを追究する適切な研究手段はほとんどなく、その分子機構の解明はこれまでほとんどなされてこなかった。本研究では神経細胞と免疫細胞(マスト細胞やT細胞)との共存培養のシステムを確立するとともに、それを用いて両者の細胞間相互作用を顕微技術、特に、原子間力顕微鏡を駆使して追究した。そして、神経ペプチドのサブスタンスPを介して、神経細胞からマスト細胞への活性化のシグナルが伝達されることを初めて明らかにした。次いで、原子間力顕微鏡による神経細胞とマスト細胞の相互作用の実体をナノメートルレベルで可視化解析した。神経成長因子の存在下で神経突起を伸長させた神経節初代培養細胞は、培養細胞RBLとシナップス様の構造体を形成し密着に接着すると共に、神経細胞の活性化の際に効率よく遊離したサブスタンスPでもってRBL細胞を活性化していると推察された。神経突起の先端の成長円錐はRBL細胞の偽足と約7μmに渡って密着な細胞間相互作用を行っていることなども判明した。また、神経細胞の活性化に伴い、神経細胞と接着しているRBL細胞内の顆粒が神経線維に添った形で脱顆粒を誘導されていることも明らかになった。
基底抽出を用いて反応拡散系画像の潜在構造を抽出する手法の提案

本研究の目的は基底抽出を用いて反応拡散系画像の潜在構造抽出を行う手法の開発である.本年度は拡散系画像およびパラメトリックな画像データの潜在構造抽出に関する理論の構築について研究を行っている.30年度は昨年度に引き続き,MRFモデルを例として深い階層にあるパラメータの推定を効率的に計算する近似アルゴリズムを開発した.ハイパーパラメータ事後分布の空間で近似的なサンプリングを行うことで,計算量を大幅に削減できる.本年度では効果の検証を進め,論文を執筆した.現在英文査読付き雑誌に投稿中である.MRFモデルや反応拡散系データの解析では,ハイパーパラメータの値は画像のグラフ構造に影響を受ける.このグラフ構造もデータから推定する事が可能であり,推定の性能評価は重要な課題である.本年度では,MRFモデルによる画像データのグラフ構造推定の推定精度評価を行った.本研究の成果はIBISML2018および物理学会で発表を行った.さらに,本年度は中性子散乱などで得られる高次元スペクトルデータの解析を進めている.高次元運動量空間中に分布する中性子散乱などの散乱実験データは,ヒストグラムとして強度値を得ることで高次元画像データとみなす事ができる.この画像データは生成過程がモデル化されているため,潜在変数推定を行うことができる.本年度は,人工データに基づいてモデルのパラメータをベイズ推定し,潜在パラメータ推定においてより精度の高いモデル構築方法を検討した.本結果は英文査読付き雑誌への投稿に向け論文を執筆中である.中性子散乱の場合は高次元スペクトルから得られるデータは本来カウントデータである.カウントデータはヒストグラム化され,この際ビン幅,すなわち空間解像度を最適化する必要がある.本研究ではビン幅の最適化手法を提案し人工データによる検証を行った.研究の成果は英文査読付き雑誌に掲載された.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は基底抽出を用いて反応拡散系画像の潜在構造抽出を行う手法の開発を目指すものであった.現在は拡散系画像の潜在構造抽出に関する理論の構築について研究を行っている.線形な拡散方程式で記述されるような画像の処理手法として,マルコフ確率場(MRF)モデルが提案されている.MRFモデルのエネルギー関数は,線形の拡散方程式の平衡状態を記述する方程式と対応し,MRFモデルのハイパーパラメータは拡散係数に対応する.このような対応関係のもと,ベイズ推定を用いてMRFモデルのハイパーパラメータ推定を行うことで,拡散係数のような物理系の情報(潜在変数)の推定を行う枠組みを研究してきた.29年度においては,MRFモデルのハイパーパラメータ分布の期待値を計算することで,画像の取得の際に行われる平均処理が,その後の画像処理に与える影響を明らかにした.観測画像の取得の際には,画像の平均操作がよく行われてきた.しかし,このような操作がその後の画像処理に与える影響は非自明だった.今回用いたモデルでは,画像修復では画像の平均操作の影響はないが,一方でハイパーパラメータ推定に対しては精度が低下することを解析解から示すことに成功した.本研究結果は画像を用いた潜在構造抽出の問題に対して,平均操作が性能の低下を招きうるという結果であり,今後の反応拡散系の潜在構造抽出に対して重要な示唆を与える.本結果は英文誌Journal of the Physical Society of Japanに査読の上掲載された.本研究は基底抽出を用いて反応拡散系画像の潜在構造抽出を行う手法の開発を目指すものであった.現在は拡散系画像の潜在構造抽出に関する理論の構築について研究を行っている.29年度までに概要で示したように画像の観測条件,境界条件などの影響を考慮した厳密な解析の検討,解析手法の開発を行っている.研究計画に対しては,画像の諸条件を考慮した解析を行うことは必須であり,順調に進展していると言える.また現在より複雑なモデルについて解析を行うための近似的な手法の開発を行っている.現在までの研究で用いているモデルでは,より複雑な反応拡散系の計算に直接利用できない可能性があるため,より複雑なモデルでも扱える手法の開発が必要であった.一般に従来のベイズ推定では,厳密な解析解が得られない場合,マルコフ連鎖モンテカルロ法などの計算量が重い手法か,変分ベイズなどの正しい解が得られる保証のない手法を用いる必要があった.今回の提案手法は計算量が比較的少なくでき,また解の性質を大きく変えるない手法であると考えられる.本結果については国内学会において発表され,現在査読付き英文誌への投稿を準備中である.本結果は当初計画に必要な内容であり,また汎用性の観点からは今回の研究以外にも用いることのできる可能性がある手法であるため,当初計画を上回る成果であると言える.本研究の目的は基底抽出を用いて反応拡散系画像の潜在構造抽出を行う手法の開発である.本年度は拡散系画像およびパラメトリックな画像データの潜在構造抽出に関する理論の構築について研究を行っている.30年度は昨年度に引き続き,MRFモデルを例として深い階層にあるパラメータの推定を効率的に計算する近似アルゴリズムを開発した.ハイパーパラメータ事後分布の空間で近似的なサンプリングを行うことで,計算量を大幅に削減できる.本年度では効果の検証を進め,論文を執筆した.現在英文査読付き雑誌に投稿中である.MRFモデルや反応拡散系データの解析では,ハイパーパラメータの値は画像のグラフ構造に影響を受ける.このグラフ構造もデータから推定する事が可能であり,推定の性能評価は重要な課題である.本年度では,MRFモデルによる画像データのグラフ構造推定の推定精度評価を行った.本研究の成果はIBISML2018および物理学会で発表を行った.

さらに,本年度は中性子散乱などで得られる高次元スペクトルデータの解析を進めている.高次元運動量空間中に分布する中性子散乱などの散乱実験データは,ヒストグラムとして強度値を得ることで高次元画像データとみなす事ができる.この画像データは生成過程がモデル化されているため,潜在変数推定を行うことができる.本年度は,人工データに基づいてモデルのパラメータをベイズ推定し,潜在パラメータ推定においてより精度の高いモデル構築方法を検討した.本結果は英文査読付き雑誌への投稿に向け論文を執筆中である.中性子散乱の場合は高次元スペクトルから得られるデータは本来カウントデータである.カウントデータはヒストグラム化され,この際ビン幅,すなわち空間解像度を最適化する必要がある.本研究ではビン幅の最適化手法を提案し人工データによる検証を行った.研究の成果は英文査読付き雑誌に掲載された.本研究は基底抽出を用いて反応拡散系画像の潜在構造抽出を行う手法の開発を目指すものであった.現在は拡散系画像の潜在構造抽出に関する理論の構築について研究を行っている.今後は反応拡散系画像の潜在構造抽出を目指し現在までより複雑なモデルに関する解析,解析手法の開発を行う予定である.本目的においては,ベイズ推定に伴う計算量の問題を解決する必要があるため近似的ベイズ推定手法を用いることができる可能性があり,利用可能性について検討を行う.また現在までの進捗において開発中の手法を利用することで近似的ベイズ推定の問題を従来法に比べて有効に利用できる可能性があるため,検討を行う.その後,ベイズ推定にもとづく潜在パラメータ推定と,これまで検討した基底抽出にもとづく潜在パラメータ推定手法を比較する.また現在までの研究で検討した画像の観測条件の問題について,拡散系画像の潜在構造抽出を行う上で重要と考えられる空間解像度変化の影響を精査する必要があるためこの項目についても研究を行う.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
新規STAT調節因子のT細胞における機能解析

T細胞は獲得免疫系の中心となる細胞であり、体内ではその数が一定に保たれる機構がある。このT細胞恒常性の維持機構を理解するために、変異剤を用いてマウスに突然変異を導入し、T細胞に異常を持つ個体をスクリーニングし、ナイーブT細胞数が激減している変異個体(T-Redマウス)を得た。その責任遺伝子は、物質輸送に関わる膜タンパク質として知られる遺伝子であったが、これ以外にも核内でDNA修復機構に関与するという新しい機能が示唆され、それがT細胞生存に重要である事を示した。我々は、人為的に突然変異を誘導したマウス集団からT細胞に異常を持つ個体(ENU変異マウス)を発見し、責任遺伝子を同定した。この遺伝子XのT細胞における機能を解析し、T細胞恒常性の分子機構のより深い理解を得るために、今年度は以下のことを実施した。ENU変異マウスとOT-I、OT-II、P14系統の各TCRトランスジェニック(Tg)マウスと交配し、目的のマウスを得た。ENU変異TCR Tgマウス系統を利用し、養子移入の実験系で抗原特異的T細胞応答を観察すると、野生型TCR Tgマウスと同様の結果を示した。一方で、ENU変異マウス自身を用いた場合には、野生型マウスよりも抗原特異的応答が減弱していたことから、ENU変異マウスではT細胞の活性化は正常であるが、応答すべきナイーブT細胞の数が減少していることが示唆された。このin vivoの結果と一致して、In vitroの実験系においても、ENU変異T細胞の活性化(増殖能、IL-2産生能)には野生型T細胞との変化はなかった。ENU変異T細胞の生存障害の分子機構として、ENU変異T細胞ではアポトーシス誘導分子Bimが増加していることを発見した。遺伝子Xのコンディショナルノックアウトマウスを作製した。全身で遺伝子Xを欠損させた場合においても、マウスは正常に発育した。このノックアウトマウスのT細胞は、突然変異を導入したENU変異マウスと同様に、ナイーブT細胞の生存に障害が認められた。遺伝子Xのファミリー遺伝子について、遺伝子トラップマウスを導入した。遺伝子Xノックアウトマウスとは異なり、この遺伝子トラップマウスは、生後間もなく死亡するという表現型を示した。このT細胞恒常性の維持機構をより深く理解するために、変異剤ENUを用いてマウス個体に突然変異を導入し、T細胞の割合に異常を持つ個体をスクリーニングした。その結果、ナイーブT細胞数が激減している変異個体(T-Redマウス)を得る事ができた。その責任遺伝子は、ER-Golgiで物質輸送に関わる膜タンパク質として知られる遺伝子であり、この遺伝子産物と会合するタンパク質を質量分析によって網羅的に探索した。このうちSTATはT-Red変異により結合能が低下したことからSTATの新規調節因子と考えられるが、TCR-Tgマウスとの交配の結果、V(D)J遺伝子再構成が低下するTCR-Tg背景ではT-Redの表現型が認められなくなったことから、T-Redの表現型を説明する目的で、同じく質量分析によって結合が確認された、DNA修復機構に深く関与するキナーゼDUA-PKに着目した。共焦点顕微鏡を用いてT細胞内の局在を観察すると、両タンパク質の局在は一致した。野生型マウスでは、T細胞発生段階の胸腺細胞では両者ともに主に核内に、末梢の成熟したナイーブT細胞では両者ともに主に細胞質側に存在するというように発生段階によって局在が変化する事が明らかになった。一方でT-Redマウスでは、末梢のナイーブT細胞においても両タンパク質ともに核内に留まっている割合が明らかに多かった。さらに免疫沈降法を用いた生化学的解析によっても両タンパク質の会合が確認され、T-Red変異を持つ場合にはこの会合強度が弱い事を明らかにした。これらのデータから、T-Red原因遺伝子産物はER-Golgiで物質輸送以外にも核内でDNA修復機構、特にDNA修復完了後の反応終了機構に関与するという新しい機能が示唆され、それがT細胞生存に重要である事を示した。T-Redマウスの丁細胞は、生理的なDNA組換えであるV(D)J遺伝子再構成完了後にDNA-PK複合体が活性を保ち、ストレス応答によってアポトーシスが誘導される可能性が示唆された。
歯周ポケット関連細菌によって誘導されるgammadeltaT細胞の自己反応性

方法研究目的・研究実施計画に記載のとおり。結果2.Aa生菌を貪食した単球で刺激したリンパ球のDaudi細胞傷害活性は増強した。3.Aa死菌体,Pg生菌および死菌体,ならびにTd生菌および死菌体を貪食した単球は,Vgamma9/Vdelta2細胞の増殖を誘導しなかった。考察1.Vgamma9/Vdelta2細胞の増殖には,Aa生菌と単球との相互作用,あるいはAa生菌からオートクレーブ処理によって失われる成分が重要であると考察された。3.Aa感染の場では,Vgamma9/Vdelta2細胞が活性化され,自己細胞の破壊に働く可能性が推察された。
膵癌に対するneuropilin-1を標的とした新たな治療法の開発

膵癌では多くの増殖因子レセプターやそのリガンドの発現が認められ、その悪性度との関連が報告されている. Neuropilin-1(Np-1)は増殖因子であるVEGF-Aと軸索の伸長阻害因子であるsemaphorin3Aのco-receptorとして働く膜蛋白である.Np-1は膵癌において過剰発現が報告されているが、その生物学的役割は明らかでない. Np-1高発現株PANC-1を用いNp-1発現をantisense法にて低下させたところ、Np-1 antisense clone(Np-1AS)ではその増殖、接着、浸潤が低下し、アポトーシスが有意に誘導された。さらに抗integrinβ1抗体の投与によりPANC-1の接着はNp-1ASに類似して減少した。IPおよびWBにてNp-1はintegrinβ1と蛋白複合体を形成していた.またPANC-1ではHGFにより浸潤が誘導され、Np-1ASではその浸潤が減少した。COLO-357を用いてNp-1高発現株を作成したところ、HGFによる浸潤は有意に増加し、その浸潤はHGF受容体c-Metに対するsiRNAの投与により抑制された。IPとWBによりNp-1とc-Metは蛋白複合体を形成していた。またHGFとNp-1の結合を阻害する抗Np-1抗体を用いたinvasion assayではPANC-1のHGFによる浸潤が有意に抑制された。Np-1はintegrinβ1、c-Metと結合して膵癌の増殖、接着、浸潤、アポトーシスに関与する. Np-1は膵癌の治療標的に成りうると考えられた。Np-1を高発現するヒト膵癌細胞株PANC-1においてNp-1の発現をantisense strategyにて低下させたところ、invasion assayにおいてNp-1 antisense(NP-1As)でshamに比し細胞浸潤が低下したが、VEGF-Aは浸潤を誘導せず、Np-1に結合することが知られる増殖因子hepatocyto growthfactor (HGF)のNp-1による細胞浸潤への関与が示された.またHGFとNp-1の結合を阻害する抗Np-1抗体を用いて行ったinvasion assayではPANC-1のHGFにより誘導される細胞浸潤が抗Np-1抗体により有意に抑制された.Np-1はHGFを介した細胞浸潤に関与していることが明らかとなった.Np-1は膵癌の新たな治療標的と成りうると考えられ、抗Np-1抗体を用いた新たな膵癌治療の可能性が示された.現在Np-1と増殖因子受容体との結合を阻害するNp-1ペプタイドを作成し、実験の準備を進めている。現在Np-1とHGFとの結合を阻害するNp-1ペプチドを作成し、実験を進めている。
看護介入における、より簡便で実用的なタバコ渇望感尺度の開発と妥当性の検討

日本の禁煙治療を行う6施設で、12週間に5回の禁煙治療を受けた患者を対象に、本研究で開発した渇望感の指標:Tobacco Craving Index (TCI)と喫煙状況との関連性について調査した。対象となった喫煙者は、男性702名(69.4%)、女性309名(30.6%)であった。高ニコチン依存を示すFTND7点以上の者は全体の45%を占めた。TCIの値は、初回から最終回の診療までの間、継続して喫煙状況と関連をしていた。禁煙した者は喫煙を継続した者に比べ、統計学的有意にTCIの平均値が低かった。禁煙治療初回から最終回までのTCIのグレード0と1をreferenceとして、グレード2、グレード3の最終回禁煙調整オッズ比を多変量調整ロジスティック回帰分析で算出した。すべての診療回で、グレード0、1に比べてグレード2、グレード3は統計学的有意な線形の禁煙率の減少を示し、オッズ比はグレード2、グレード3の順にそれぞれ、初回:1.02、0.62、2回目:1.01、0.37、3回目:0.78、0.19、4回目:0.54、0.11、5回目:0.33、0.01であった。この研究から、TCIは禁煙治療において禁煙成功率を予測する指標だということが明らかになった。加えて、上記のうち1施設の禁煙外来で、TCIと従来からある質問項目が多い渇望感の指標:QSU-Briefの2種類を比較した。対象は85名のバレニクリンによる禁煙治療を受けた喫煙者とした。TCIとQSU-Briefは、2回目から最終回において高い相関を示した(初回から最終回までの相関係数:0.27, 0.55, 0.72, 0.58, 0.68)。また、全ての診療のTCIとQSU-Briefの平均値はよく似た禁煙オッズ比であった。TCIはQSU-Briefと比べ、より簡便な指標であり、臨床で使用するには適した指標であると考えられた。研究自体は全て終了したが、論文が現在rejectされたことにより、書き直しを行っている。そのため、論文の修正に今年度延長をしている。研究はおおむね順調に進展したと考えている。調査自体は全て終了している。今後は、上記2つの研究結果について論文作成をし、投稿していく。2016年度は、我々の開発した渇望感尺度(Tobacco Craving Index: TCI)が、日本の禁煙治療においてどの程度患者の喫煙状況を反映するかを明らかにするために、協力6施設のデータを集計した。対象は協力6施設の禁煙外来に受診し、5回の禁煙治療を完遂した630名とした。対象者の平均年齢は55.1歳(標準偏差:14.0)、高ニコチン依存の者が35%を占め、抑うつと診断される者が全体の28%を占めた。初回のTCIは、グレード0が14名(2.3%)、グレード1は100名(16.6%)、グレード2は165名(27.5%)、グレード3は322名(53.6%)であった。禁煙治療最終回の喫煙状況別に各々の診療回のTCIの平均値を比較すると、初回から最終回まですべての診療回において禁煙失敗者のTCIの平均値は禁煙成功者に比べて高値を示した。禁煙治療終了時の禁煙成功を従属変数に、診療毎のTCIを独立変数として、多変量調整ロジスティック回帰分析を行った。調整因子は、性、年齢に加えて、ファーガストロームニコチン依存度テスト、精神疾患の有無とした。TCIグレード0と1を基準とした場合、グレード2およびグレード3の禁煙成功オッズ比は1.02-0.01となり、3回目の診療以降は全て統計学的有意に禁煙しにくいことが明らかになった。TCIは、参加者の喫煙状況を強く反映していた。禁煙治療中に患者のタバコへの渇望感の強さを客観的に評価し、診療毎に変化がないか、強ければ何が要因か分析し適切な介入を行うことは、禁煙成功率の上昇に寄与すると考えられた。本年度はこの結果を第10回日本禁煙学会学術総会にて発表し、現在論文作成中である。次年度はこの結果を踏まえ、従来から使用されているQSU-briefやMNWSと比較した分析を行うことにしており、現在新たな問診票を作成し、協力施設と調整中である。2016年度の実施状況については、結果をできる限り早めに論文化するように、当初は次年度に6施設のデータの集計を行う予定であったが、2016年度に集計をし、結果を公表するように進めた。そのため、学会発表等も2016年度中に実施することができた。本研究は以前から実施していた研究だったため、そのように早い集計が可能になったと考えられた。その一方で、当初の予定では、従来から使用されているQSU-briefやMNWSと比較した分析は初年度に実施する予定であったが、研究計画書の作成、新たな問診票の作成、協力施設への調整および倫理委員会の申請に時間がかかり、1年遅らせて次年度の実施と変更した。また、入力ソフトを、タブレットを用いた問診に変更することで、ソフトの開発にも今後時間がかかる予定である。これらを総合すると、予定以上に早く進捗している部分と遅い進捗の部分とあり、平均的には概ね順調に進展していると考えられる。

本年度は、禁煙治療において我々の開発した渇望感尺度(Tobacco Craving Index: TCI)が、従来活用されていたQSU-Briefと比べて、どの程度喫煙状況を反映するかを評価するために、入力ソフトを開発し、臨床で使用を開始した。入力ソフトは愛知県内のIT関連会社とと連携し開発を行った。患者が直接タブレット入力できるようなシステムとした。現在登録数は62件である。対象者の年齢は平均61.4(SD:14.1)、性別は男性が66%であった。禁煙経験のある者は47名(77.1%)、平均禁煙回数は3.7回であった。98%に基礎疾患があり、高ニコチン依存と診断される者は20名(32.8%)であった。初回診療時のTCIのグレードは、Grade0:0名(0%)、Grade1:14名(23%)、Grade2:22名(36%)、Grade3:25名(41%)であった。また、QSU-briefの初回総合点の平均は35.6 (SD: 15.5)であった。禁煙治療最終回(5回目)に禁煙を成功していた者は、29名(47.6%)であった。5回目の禁煙成功を従属変数に多変量調整ロジスティック回帰分析を行った。年齢、性別、禁煙経験、ニコチン依存度を調整した結果、統計学的有意にTCIのグレードが上がれば上がるほど禁煙成功しにくかった(OR:0.35, 95% CI: 0.15-0.80)。一方でQUS-briefは統計学的な差がみられなかった(OR:1.00, 95% CI: 0.96-1.04)。これらの結果から、TCIはQSU-briefよりも患者の喫煙状況をより強く反映しているものと考えられ、その簡便さからも臨床での活用に効果が期待された。これらのことを本年度は学会発表した。加えて、日本の禁煙治療に携わる6施設のデータから、喫煙状況にTCIが関連することを見出し、海外雑誌に掲載された。今年度はTCIとQSU-Briefの比較を行い、TCIがQSU-Briefよりもより簡便で、喫煙状況を反映するというところまで評価できた。学会発表は行っているが論文は未投稿であり、進みが早いとは言えずおおむね順調に進展しているとした。一方で、喫煙状況をTCIが反映するか否かについては、日本の6施設のデータを用いて、禁煙治療最終回のTCIの高さが禁煙治療終了後12カ月の禁煙失敗を予測する要因であったことを見出し、Journal of Advanced Nursingに掲載された。このことから計画は順調に進展しているものと考えられた。日本の禁煙治療を行う6施設で、12週間に5回の禁煙治療を受けた患者を対象に、本研究で開発した渇望感の指標:Tobacco Craving Index (TCI)と喫煙状況との関連性について調査した。対象となった喫煙者は、男性702名(69.4%)、女性309名(30.6%)であった。高ニコチン依存を示すFTND7点以上の者は全体の45%を占めた。TCIの値は、初回から最終回の診療までの間、継続して喫煙状況と関連をしていた。禁煙した者は喫煙を継続した者に比べ、統計学的有意にTCIの平均値が低かった。禁煙治療初回から最終回までのTCIのグレード0と1をreferenceとして、グレード2、グレード3の最終回禁煙調整オッズ比を多変量調整ロジスティック回帰分析で算出した。
多様体上のウェーブレット類似基底とその調和解析への応用

新井(研究代表者)は、錯視の発生のメカニズムをウェーブレットを用いて研究した。錯視は視覚情報処理がどのように行われているかを理解する鍵を提供するだろうと広く信じられている。この理由から、過去100年にわたって、錯視に関する多くの研究がなされた。しかしいくつかの錯視に関しては、それらの発生の仕組みはまだそれほどよく理解されていない。今回の研究で新井は、双直交ウェーブレットに関する最大のオーバラップ多重解像度解析および新しい非線形の処理の両方の使用により、錯視の研究を行った。さらに、新井は、人間の脳の中の線条野の機能に基づいて作られた計算体系を構築した。このシステムの使用によって、新井は、私たちの視覚的なシステムがどのように視覚的な幻覚を生産するか示すいくつかのコンピュータ・シミュレーションを行うことに成功した。これらのシミュレーションによって、数学的な言語によっていくつかの視覚的な幻覚の機構について説明することができた。更に、新井は多次元のデジタル・システムのBIBO安定性に関連した定理を得た。山田はウェーブレット方法によって地震波を研究した。岡田は、ウェーブレットによって数値解析の視点ポイントからの非線形のPDEを研究した。また、中村は、個別のシュレーディンガー作用素に関係するいくっかの定理を得た。代表者は主にウェーブレットの応用について研究した.人間の視覚情報処理がウェーブレットの多重解像度解析と密接に関連していることをコンピュータシュミレーションにより確認した.そして,いくつかの錯視が現れるメカニズムの数学的説明を新しい方法により行なった.また実際にコンピューターシミュレーションも行った.これらは東北大学,北海道大学の談話会,及び東京大学で開催された国際会議「Singular integrals and related topics」で口頭発表した.現在論文としてもまとめ,公刊のための準備をしている.分担者の岡田はウェーブレットの偏微分方程式への応用を研究した.特にウェーブレット係数からなる2重級数について弱ノルムの性質と有用な不等式評価を行った.また非線形項をもつPDEのクラスについてウェーブレットとハミルトン力学系の関連について新たな知見を得た.山田は与えられた波形に近い関数形を持つ双直交ウェーブレットの構成法を調べ,双直交(プライマリ)ウェーブレットを校正する方法を発見した.研究代表者である新井仁之は,まず2次元トーラス上のウェーブレットについて調べ,その視覚情報処理への応用を与えることに成功した.ここで視覚情報処理とは,人間が眼球から入ってきた外界の情報が,網膜,外側膝状体,さらに大脳皮質において処理される過程を指している.新井は2次元トーラス上の離散極大オバーラップ双直交ウェーブレットと新しい非線形処理により,錯視のコンピューターシミュレーションを与えることに成功した。錯視は人間の視覚情報処理を研究するキーの一つとして知られている。本年度は人間の特にV1野での神経生理学的な事実を踏まえて,ウェーブレットを用いた画像処理システムを設計した.今回得たこのシステムを用いて,明暗に関する多くの錯視に対するシミュレーションを与え,錯視発生のメカニズムを解析した.これにより,V1野までの情報処理で発生する錯視を数学的に詳細に分析できるようになった.また多次元離散推移不変線形システムのBIBO安定性の解析ならびにそこから現れるいくつかの数学上の問題について研究も行った.まず多次元離散推移不変線形システムの一般論を整備し,緩増加超配列を急減少配列に連続的に写す線形写像のことを線形システムであると定義し,これに関する数学的な一般論を展開した.さらに,伝達関数によるBIBO安定性の判定について,1次元の場合と多次元の場合に関する新しい定理を証明した.詳細は新井仁之による著書『フーリエ解析学』として発表した.なお分担者の山田はウェーブレットによる地震波の解析,岡田はウェーブレットによるいくつかの非線形偏微分方程式の数値解析,中村は離散シュレーディンガ方程式について成果を得た.
胸鰭の鰭条本数の個体間ゆらぎ要因と種間形態多様性

本研究は「前肢の相同器官である胸鰭における、種内で鰭条の本数に部位的制約をもってゆらぎを起こす外的要因とその要因が標的とするカスケードを特定する」ことを目的とし、さらに、鰭条本数のゆらぎを生じる要因・標的カスケードと特殊化した鰭条骨格や四足動物の指本数多様性形成との関係を示すことを目指している。また、これらにより「種内でゆらぎやすい仕組みを用いていることで、同一部位から作られる構造の種間多様性や形態特殊性を生み出す可能性を高めている」という仮説を検証したいと考えている。これらの目的を達成するため、2018年度は、まず、鰭条本数のゆらぎが起こる時期と領域を特定するため、鰭条とそれを支える担鰭骨(一般に四足動物の四肢内骨格と相同と考えられている)の発生過程を詳細に観察し、鰭条本数にゆらぎが生じる時期と鰭条と担鰭骨(特にdistal radialsと呼ばれる遠位担鰭骨)との接続の形成過程を明らかにした。また、鰭条本数のゆらぎが生じる時期が明らかとなったことから、その時期に鰭条形成領域で領域特異的に発現する遺伝子をゼブラフィッシュのGal4-UASエンハンサートラップ系統リソース(国立遺伝学研究所川上浩一研究室)から複数同定し、そのうち鰭条本数のゆらぎに関連が予想されるshhシグナルカスケードに関わる遺伝子発現について、詳細な観察を行った。一方で、これまでいくつかの系統における鰭条数ゆらぎを観察してきたのに加えて、近交度の高い近交系ゼブラフィッシュを用いて、鰭条数ゆらぎを観察したところ、近交系でもゆらぐことを見出した。このことは、鰭条数の部位特異的ゆらぎには、遺伝学的要因のほかに非遺伝学的な要因も関与することを示唆している。これまでに得られた研究結果をすでに論文としてまとめ、投稿する準備がほぼ整ったところである。鰭条本数のゆらぎの原因となる時期・過程の特定を終え、これまでに得られた結果についての論文作成もほぼ完成しており、研究計画はおおむね順調に進展している。これまでのところ研究は順調に進展しており、大きな問題も発生していない。今後、ゆらぎを変化させる摂動実験において、当初より候補としていた環境要因(餌(飢餓)、温度、飼育密度)が鰭条本数のゆらぎに影響を与えない可能性も考慮し、鰭再生過程におけるゆらぎの変化の解析や、トランスクリプトーム解析(RNA-seq)など、別の解析手法も視野にいれつつ解析を進める方針である。