hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大脳皮質の領野発生の分子機序

1.大脳皮質の領域特異性は胎生期のパターニングに基づいて発生する。すなわち、マウスで明らかにされたように、終脳の前方、後方には、それぞれ転写因子であるPax6およびEmx2が発現し、その下流のシグナル伝達因子として前方に高く後方に低い濃度勾配をもってFGF8が発現することにより、体性感覚野などの領域が決定される。しかし、領域の特異性が決定される詳細な仕組みは不明である。我々は、体性感覚野に特異的に発現する細胞接着因子であるカドヘリン6を指標に、胎生16.5日の終脳に領域性をもって発現する遺伝子を、DNAマイクロアレイを用いて網羅的に検索し、内側、背側、および外側領域に選択的に発現する遺伝子をそれぞれ3、7、および3個、新規に単離することに成功した。背側の遺伝子は、将来の体性感覚領域に相当する部位に、前方から後方にかけて濃度勾配をもって発現し、そのうちニューロペプチドYはPax6の下流に位置づけられることを明らかにした。2.マウスの体性感覚野は、頬髭の配列と位相を同じくするマップ(地図)が大きな比重を占めるように表現されている。このマップは、胎生期の終脳におけるFGF8の濃度勾配に基づいて領域が指定され、その領域内に形成される。しかしそのマップパターンが決定される仕組みは不明である。我々は、マップが形成される以前に、髭の形成を制御する転写因子であるShhをアデノウイルスベクターを用いて強制発現させることによって、頬髭のパターンを乱す方法を開発し、新たに獲得した表現型が中枢のパターンを決定するか、否かを検討した。その結果、末梢から中枢への神経伝達路にそって、表現型が転写され、最終的に大脳皮質のパターンが末梢に従って変換されることを明らかにした。3.体性感覚野には視床後腹側核から選択的な投射があるが、この領域選択的な投射の仕組みは不明である。我々は、大脳皮質の5,6層の分化に障害をもつFez1マウスを用いて、視床ニューロンの体性感覚野へのガイダンス機構を解析した(理化学研究所日比正彦教授との共同研究)。野生型マウスでは、視床ニューロンと皮質から視床に投射するニューロンの軸策は胎生13.5-14.5日に内包部で会合するのに対し、変異マウスでは、皮質からの投射は遅れ、視床ニューロンは皮質一皮質下領域の境界を乗り越え、皮質に侵入する段階に障害が起こった。境界領域の遺伝子発現はほぼ正常であることから、皮質ニューロンと視床ニューロンのhand shakeにより、皮質ヘガイダンスされることが示された。1)大脳皮質領野は、発生初期の終脳領域が、細胞構築としても、視床との特異的な結合性の点でもさらに分化して形成される。

即ち、初期終脳の前部、後部、背側および腹側には分泌性の形態形成因子が選択的に発現しており、その濃度勾配によって特定の転写制御因子の発現が制御される。ついで、一連の遺伝子カスケードが機能し、最終的に皮質領野が決定されると考えられる。しかし、初期の転写因子の領域特異的な発現が、より後期の皮質領野の特質を決定する仕組みに関しては多くの点が不明である。我々は、この決定過程を明らかにする目的で、マウス16日胚の終脳の領域特異的に発現する遺伝子を、affymetrixのDNAチップ(12500遺伝子)を用いて網羅的に解析した。その結果、終脳の正中部、背側、および外側に選択的に発現する遺伝子をそれぞれ、34,35,および15個得た。2)さらに、定量PCRおよびin situ hybridizationにより絞り込みを行い、背側より7個(Neuropeptide Y,Wnt7b,TGF-βR1,Nrf3,Bcl-6,MT4-MMP,およびRptpκ)、正中より3個(Hoppending,HtrAおよびCrystallin)、外側より3個(Somatostatin,NgefおよびFxyd7)を得た。興味深いことに、背側より得られた遺伝子は、7個とも全て、将来の体性感覚野および聴覚野にかけて発現し、前後軸方向に発現レベルが低減する傾向を示した。皮質の層構造との関係でみると、その浅い層と深い層の2極に分離して発現した。3)初期終脳の前方化を規定しているPax6を欠損したマウスでは、Neuropeptide Yの発現は、脳の前方にシフトした。これらの知見は、初期の領域化を制御する遺伝子が領野を規定する過程を解明するうえで、重要なものであると考えられる。大脳皮質の領野発生の分子機序を明らかにするために以下の研究項目を立て、研究を行った。1)胚発生の後期に領域性をもって発現する遺伝子をDNA microarrayを用いて網羅的に解析した結果、皮質内側、背側、および外側特異的遺伝子として、34,33,15個の遺伝子をそれぞれ同定した(Funatsu et al, Cerebral Cortex,2004)。これから更にRT-PCR, in situ hybridizationを行って絞りこんだ遺伝子の中から、将来の体性感覚野の皮質層に発現しているWnt-7bをとりあげ、その機能解析を行った。機能解析を行うために、Wntの機能を抑制すると考えられるsoluble Frizzledを蛍光タンパク質GFPの遺伝子と共に胎生14日目の脳室上衣層に電気穿孔法により強制発現し、胎生18日に胎児脳を固定して、細胞の形態、移動を観察した。その結果、皮質4層を形成する細胞の移動が有意に低下していた。sFrizzledの分化に対する影響、Wnt-7bの過剰発現の効果、およびWntシグナルの詳細についてさらに解析を行っている。2)視床ニューロンは大脳皮質の領野に選択的に侵入し、皮質4層に到達する。領野選択的な侵入のメカニズムは不明であるが、サブプレートニューロン(SP)の機能が重要であるとされている。我々はこの点を明らかにするために、日比正彦教授と共同研究を行い、SPニューロンの分化に異常があるfezlノックアウトマウスを用いて視床ニューロンの投射パターンを解析し、原著論文に述べられている視床ニューロンの投射異常を確認した。SPニューロンに特異的に発現している遺伝子を明らかにするために、fezl KOマウスを用いてDNA microarrayによる遺伝子発現パターンの解析を行っている。
DNAの二重鎖形成をトリガーとする信号増幅・変換機能および多重分子認識能の発現

機能分子をDNA二重らせんの1ピッチに相当する10残基DNAに組み込んだ機能分子結合DNAと相補的DNAとの自己組織化により、機能分子をDNA二重らせんの片側に直線的に配列させた「機能分子アレイ」の構築に成功した。機能分子として、光機能性クロモフォアを用いた場合には、クロモフォアをエネルギー準位の順で配置したクロモフォア・アレイの作成が可能であり、二重らせんに沿った多段階の光エネルギーのベクトル的輸送が達成されることが、定常光を光源とした蛍光・励起スペクトル測定、およびフェムト秒パルスレーザーを光源とした時間分解蛍光スペクトル、蛍光寿命測定より明らかとなった。一方、DNA5残基の3'末端にβ-シクロデキストリン(β-CD)を導入したコンジュゲートとそれに相補的なDNA5残基の5'末端にβ-CDを導入したコンジュゲートを合成した。これらを水中で混合することにより、非共有結合的にβ-CDが2個隣接したβ-CDアッセンブリーを調製した。このβ-CDアッセンブリーに対して、二個のβ-CDと包接錯体を形成することが知られている色素TropaeolinOOを加えて、その吸光度変化により結合・認識能を調べたところ、多重認識効果によりβ-CD単独の場合よりも高い結合能が発現することが分かった。さらに、Tropaeolin OOの存在により、2本のDNAの融解温度は上昇し、2種のコンジュゲートとTropaeolin OOの3分子の協同的な認識によりDNA間の相互作用も高まっていることが示唆され、β-CDの空間配置による認識能および多分子間の協同的分子認識が発現する系を構築できた。本研究の目的は,機能分子を10残基ごとに組み込んだ機能分子/DNA・コンジュゲートが,相補鎖と二重らせんを形成すると機能分子をらせんの片側に等間隔に配列させることができることを利用して機能分子の配列化を達成し,DNAをトリガーとした信号の伝達・変換等の機能発現を達成することである。昨年度までに,光機能性クロモフォアをオリゴDNAに導入したコンジュゲートとマトリックスDNAを用いたクロモフォアアレイの構築およびその多段階の光エネルギー移動現象の観測に成功しているが,今年度は,フェムト秒パルスレーザーを用いた解析を行なった。今回,クロモフォアとして,JOE, TAMRA, ROXを選択した。各クロモフォア/オリゴDNA(10残基)コンジュゲートはこれまでと同様の手法で合成した。各コンジュゲートに相補的な配列をつなぎ合わせた配列を有する30残基のマトリックスオリゴDNAと各コンジュゲートとを水溶液中で混合し,DNA会合体上でクロモフォアアレイを形成させた。こうして得られたJOE-TAMRA-ROXの順にクロモフォアを並べたクロモフォアアレイの時間分解蛍光スペクトルを測定した。その結果,JOEの吸収波長でパルス励起した後,50ps後にはすでにTAMRAに由来する蛍光が観測された。この発光はROX非存在下(JOE-TAMRAのみの系)では約300psで最大となった。一方,JOE-TAMRA-ROXの系では,さらに時間をおいて(約700ps)ROXに由来する発光が観測された。これらの結果から,観測されたROXの発光は,初期励起によるものやJOEからの直接のエネルギー移動によるものではなく,メディエイターであるTAMRAを介した光エネルギー移動による発光であることが証明された。またこの2段階のエネルギー移動がピコ秒のオーダーで起こることも確認された。
小脳構造と協調運動および自閉スペクトラム症諸症状との相関解析

小脳は自閉スペクトラム症で障害される脳部位の一つであるが、同時に協調運動障害が高率にみられ、この協調運動障害は小脳機能障害によるものではないかと推測される。そこで1年目の研究では自閉スペクトラム症患者と健常者の小脳機能を測定すべく、手の巧緻運動機能検査(オコナーテスト、バーデュテスト)を施行した。各30名ずつを対象とした結果、自閉性が高いほど、手の巧緻運動機能が低いことが明らかになった。そこで本年は感覚統合療法の有効性について検証することとした。感覚統合療法はAyresにより考案された自閉スペクトラム症患者で障害されやすい触覚、固有受容覚、前庭感覚の統合を目的としており、発達性協調運動障害の治療法の一つであり、また感覚統合療法により自閉スペクトラム症患者の社会機能が改善したという報告もある。しかし、自閉スペクトラム症患者に対する感覚統合療法の有効性について脳機能および小脳構造の変化など生物学的に検証した研究はない。このため、本年度は、6歳以上10歳以下の自閉スペクトラム症児に対する感覚統合療法の有効性について、近赤外線スペクトロスコピィ、事象関連電位、頭部MRIを主要評価項目とし、この他オコナー巧緻テスト、パーデューペグボードテスト、対人応答性尺度、日本版感覚プロファイルについても評価を行った。感覚統合療法の開始に先行して、8例の自閉スペクトラム症児(平均年齢7.75歳)に対して介入前評価を行った。そして、介入前評価に引き続き感覚統合療法による介入を実施中である。3年目は、引き続き感覚統合療法の検証研究への対象者を増やすとともに、介入後の評価を実施し、介入前後の比較検討を行う予定である。感覚統合療法への被験者リクルートが本年度から開始されたが、症例を集めることに難航している。なお症例の検査のうちMRI検査が実施不可能になるケースがみられる。感覚統合療法への被験者リクルートを診察時に広報していく。奈良医大で児童思春期外来を担当している児童精神科医、奈良医大関連施設である奈良県総合医療センターこども心療科、ハートランド信貴山こどもと大人の発達センターに詳細に研究への協力を依頼して症例を集めることとする。マウス研究としては、自閉症モデルマウス(Tbx1ヘテロマウス)と虐待モデルマウス(幼若期隔離マウス)の協調運動能力をロタロッドテストにより測定した。しかしながら、予測に反してそれらのマウスの協調運動能力は健常群と比べて低下していなかった。またロタロッドテストの前後で各マウスの空間認知機能の変化をY字迷路テストにより検討した。Tbx1ヘテロマウスでは変化がなかったが、幼若期隔離マウスではロタロッドテスト施行により空間認知機能が改善した。また2年目は感覚統合治療の有効性を明らかにするために、感覚統合療法を自閉スペクトラム症患者に施行し、小脳構造、協調運動、自閉症症状がどのように連動して変化するかを検証する予定である。感覚統合療法への被験者リクルートが難航している。感覚統合療法への被検者リクルートにつき、募集用のポスターを作成するなどして広報し、対応していく。

初年度は感覚統合療法を行う被検者の研究ができなかったので、その際に使用予定の費用が不要であったために計画より助成金が残った。次年度は感覚統合療法を行う患児に対する謝礼、及び検査の費用などで残金が使用される見込みである。本年度助成金は感覚統合療法の研究の対象症例が少なかったこととマウスの自閉症モデルの小脳と協調運動の関係の研究が進まなかったことにより助成金の残額が生じた。3年目は確実に感覚統合療法の研究の対象症例を増やし、できればマウスモデルでの研究を進め、その成果を国際学会で発表することで研究費を使用する予定である。
新規2型糖尿病マウスの膵臓β-細胞喪失に関わる責任遺伝子の同定と病態解析

第4染色体について、より動原体に近い領域をDDD系統由来の染色体領域で置換したコンジェニックマウスを3系統樹立した。現時点で、10世代の戻し交配を完了し、ホモ接合マウスを得ており、実験用に繁殖中である。これら3系統は、QTLピークの1マーカー、2マーカー、および4マーカーを、それぞれDDD系統由来の染色体領域で置換されており、表現型が確認できればかなりの程度まで候補領域を狭めることができる。前年度までに作出・解析している229匹のF2-Ayマウスのうち、インスリン低値の約100匹について、抗インスリン免疫組織標本に基づき、(1)インスリン値、(2)β細胞数、(3)膵島数の3つの表現型を独立に、量的・質的形質として解析したが、QTL信頼領域を狭める等、有効な結果は得られなかった。病態に及ぼす性差および飼育条件(群飼育vs.単独飼育)の影響をDDD-AyおよびDDD系統で比較的に検討した。雄DDD-Ayマウスを単独飼育した場合に顕著な糖尿病が確認され、これに伴う血中成分の変化(血中脂質や肝臓・腎臓の毒性マーカー)や膵臓で発現変化を示す遺伝子などを解析した。特に中性脂肪の経時的増加は単独飼育の雄DDD-Ayマウスで特徴的であった。こうした過程で、以前から第4染色体QTLの責任遺伝子候補の一つとして示唆されていたZfp69の発現を調べたが、発現が確認されなかった。本糖尿病は肥満して初めて発症する(すなわち原因遺伝子を保有していてもDDDでは発症しない)ので、原因遺伝子は膵島よりもむしろ脂肪細胞に求めるべきであるかもしれないと推察された。1第4染色体のより近位部をDDD系統の染色体領域で置換したコンジェニックマウスは作出できたが、ホモ接合マウスの樹立に時間を要したため、実験開始にもう少し時間を要する。これは、交配時に、雌にAyマウスを利用しなければならないことが多かったためである(肥満の雌マウスは繁殖効率が悪いため)。2低インスリンを示す48匹のF2-Ayマウスの解析から、第4染色体以外には独立した責任遺伝子座が存在する可能性は否定された。しかしながら、第4染色体座と、あるいはそれ以外の染色体座間で相互作用するQTLの存在は否定できないため、229匹の全F2-Ayマウスの全ゲノムジェノタイピングを開始した。完了までにもう少し時間が必要である。3病態に及ぼす性差および飼育条件(群飼育vs.単独飼育)の影響を解析したが、(血中成分量や遺伝子発現レベルの変化などの差に)個体差が大きく、明確な結論が得られにくかった。1先ずは229匹の全F2-Ayマウスの全ゲノムジェノタイピングを完了し、エピスタシスの有無を明らかにする。2表現型を確認したQTLコンジェニックマウスのDDD由来染色体領域に存在する全遺伝子を候補遺伝子とみなし、B6-Ayマウスをコントロールとしたマイクロアレイ解析で発現変動を示す遺伝子を同定する。この際、上述の通り、膵臓ではなく、病態開始の直接原因となりうる脂肪細胞由来のRNAを用いる。時間・資金的に事情が許せば、発症前後での解析も含めたい。3病態に及ぼす性差および飼育条件(群飼育vs.単独飼育)の影響を解析したが、(血中成分量や遺伝子発現レベルの変化などの差に)個体差が大きく、明確な結果が得られにくかったため、もう少しマウスの週齢的に焦点を絞るとともに、摂食量や別の血中成分など、より広範な表現型を測定・解析する。遺伝背景であるB6.Cg-Ayをコントロールとし、第4染色体QTLの95%信頼領域、112152MbpをカバーするQTLコンジェニック系統について、表現型解析を行った。Cg-12, Cg-345の両系統に有意な体重低下、また高血糖基調が認められた。しかしながら、インスリン値に関しては、Cg-345はむしろ高インスリン値を示した。Cg-12はCg-345よりも有意にインスリン値が低下したことから、責任遺伝子を含む可能性はあると考えられた(が、表現型効果は期待ほど明確ではなかった)。今後、β細胞の異常の有無を検索することにより(病理標本はすでに作製を完了している)、Cg-12が責任遺伝子を含むか否かを最終判断する。これに伴い、コンジェニック系統でなく、すでに作出していた雌C57BL/6J ×雄DDD.Cg-Ay F2-Ayマウス229匹によるQTLマッピングを優先して実施した。体重・血糖値・インスリン値などにすべて有意なQTLが同定された。特にインスリン値に関して高いLODスコアが得られた(LOD score 6.5)。95%信頼領域は73132Mbpとなり、以前の解析結果と比べて、かなり近位部に変更された(ピークは124Mbp、D4Mit279近傍)(この位置に相当するマーカーを保有するのがCg-12)。すでに、73112cMに相当するDDD系統由来ゲノムを含むコンジェニックマウスを作出中であり、次年度以降解析する。

単独飼育した場合、雄DDD.Cg-Ayマウスの体重減少は14.2週齢頃に生じるため、416週齢にわたる期間、2週間隔で単独飼育雄DDD.Cg-Ayマウスの体重・血糖値・インスリン値および膵臓病理の検索(未完了)を行った。生後の810週齢の期間にインスリン値が激減することが明らかであった。したがって、この10週齢以前にβ細胞の減少が観察されるはずである。1膵臓β細胞の減少の有無を判断する必要があるが、当初十分に責任遺伝子を含むと考えられたコンジェニック系統に十分な表現型効果が認められなかった。第4染色体のより近位部を保有するコンジェニック系統を育成することで解決可能である。すでにそのような追加のコンジェニック系統の育成を始めており(現在N4世代の戻し交配を実施中)、今年度から来年度にかけて検証する。(これに関連して)2QTLの存在領域が、以前の結果に比べてかなり近位部に変更されたため、候補遺伝子検索の対象領域にも再考が必要となった。これについては比較的容易に対応可能である。3低インスリン値を示すF2-Ayマウスのうち、本来発症しないはずのB6/B6よびDDD/B6の個体がかなり含まれていたことから、第4以外の染色体にも責任遺伝子が存在する可能性が示唆された。これについては、以前の解析が戻し交配による解析で、B6/B6のホモ型は含まれておらず、この点が関係するのかもしれない。これについては十分解析可能である。4一方で、病態の発症時期に関する解析は予想以上に明確な結果が得られた。単独飼育した場合、明らかに、810週齢の間にインスリン値が激減するからである。4週齢の時点ではまだ高インスリン値は認められないが6週齢ではほぼ高インスリンとなること、10週齢以降は24週齢あたりまで漸進的にインスリン値が低下することが明らかとなっているが、もう少し詳細に病態変化を明らかにする必要がある。すでに膵臓β細胞のインスリン免疫染色標本を作製しているので、インスリンの動態と合わせて病態の変化を明らかにする必要がある。インスリン低下型の糖尿病表現型を示すことが予想されたコンジェニックマウスが正常であったことから、DDD系統由来のより動原体に近い染色体領域を保有するコンジェニックマウスを数系統樹立するため、8世代の戻し交配が完了した。一方、4世代の戻し交配が完了した時点で、第4染色体のほぼ全域をDDD系統でホモに置換したコンジェニックマウスも樹立した。昨年度の研究結果に基づき、低インスリン値を示すF2-Ayマウスのうち、本来発症しないはずのB6/B6およびDDD/B6の個体がかなり含まれていたことから、第4以外の染色体にも責任遺伝子が存在する可能性を調査した。すなわち、48匹の低インスリン値を示したF2-Ayマウスについて、ゲノムワイドにマーカーをジェノタイピングし、DDDおよびB6アリルの頻度が著しく期待値と異なる遺伝子座を探索した。しかしながら、そのような遺伝子座は同定されなかった。そこで、全F2-Ayマウスをジェノタイピングし、第4染色体QTLと相互作用する遺伝子座、あるいは第4染色体QTLと関係なく、インスリン低下型糖尿病表現型を生じる遺伝子座を探索することにし、ジェノタイピングを開始した。第4染色体QTL以外のQTLの存在の可能性は十分に考えられる。なぜなら、当初第4染色体QTLを同定した時の遺伝交配はDDD×(B6×DDD.Cg-Ay) F1-Ayであり、DDD由来の優性遺伝子は原理的に同定不可能であったためである。一方、上述の48匹のF2-Ayマウスに加えて、合計100匹程度のF2-Ayマウスについて抗インスリン抗体を用いた免疫染色標本を作製した。この結果に基づく質的マッピングを開始した。1第4染色体のより
フィブロネクチン/インテグリンVLA5を介する血球のアポトーシス誘導機構

細胞接着因子は接着ばかりでなく細胞内へシグナルを伝達することにより多細胞体全般の発生、増殖、分化、活性化、遊走、生存、死などの基本的な生物現象に関わっている。造血系においても、細胞接着因子は造血幹/前駆細胞の造血組織への定着、増殖・分化や死の調節に関わっている。我々は、細胞外マトリックス分子の一種であるフィブロネクチンがインテグリンVLA5を介して血液細胞のアポトーシスを誘導することを見い出した。フィネブロネクチン受容体VLA4とVLA5の各種血液細胞における発現との関連をみると、フィブロネクチンはVLA4^+VLA5^+細胞にはアポトーシスを誘導するが、VLA4^+VLA5^-細胞にはアポトーシスを誘導せず軽度の増殖刺激活性を有した。一方、正常造血幹細胞はVLA4陽性VLA5弱陽性であるが、フィブロネクチンの作用については不明であった。そこで、臍帯血よりCD34陽性造血幹細胞を単離しフィブロネクチンの効果を検討すると、血清や造血因子非存在下においてフィブロネクチンは造血幹細胞のアポトーシスを防止する作用を有していることが明らかとなった。また、この作用にはフィブロネクチンのRGD領域、CS-1領域ならびにヘパリン結合領域が重要であった。なお、フィブロネクチンとVLA5を介するアポトーシス誘導機構については、VLA4^+VLA5^-細胞株とVLA4^+VLA5^-細胞株にVLA5を強制発現させた細胞株を用いて細胞内シグナル伝達系の解析を継続中である。
セラミック半導体ヘテロ開接合系による溶媒識別

本年度は,前年度までの研究成果をもとにセラミック半導体ヘテロ開接合系における溶媒識別の機構の解明および得られた実験データの解析法の開発を行なった.また新しい試みとして,界面酸塩基性制御によるヘテロ開接合系湿度センサの材料設計を行なっており,成果が上がりつつある.溶媒識別の機構については,並行して研究を進めているガス分子の分子識別の研究成果と比較検討を行なった結果,溶媒によるI-V特性の変化は溶媒分子とヘテロ接合を構成するセラミック半導体との電気的な相互作用のカップリングによるものであると予測された.このカップリングにより,ヘテロ開接合系における分子識別機能,自己修復機能が発現していると考えられる.実験データの評価法については,現在独自の手法を開発しつつある.ヘテロ開接合による情報の多くはI-V曲線など視覚に訴える2次元情報であるのでそのままの形では客観的評価は困難である.現在これらの情報を客観的情報に変換し,溶媒識別をいくつかの数値にて行なうことを試みている.I-V曲線のフーリI展開により,フーリエ系数とI-V曲線が囲む図形の面積により評価が可能であることを示唆するデータが得られ,類似の構造,化学的性質をもつ溶媒の識別の可能性がでてきたところである.特定の溶媒分子の識別を行なうためには,先に述べた評価法の開発とともに素子の材料設計が重要な課題である.本年度より溶媒識別素子の材料設計の指針とすべく,ヘテロ開接合を構成するセラミックスの酸塩基性が,その表面プロトン伝導に与える影響を調べ表面状態が開接合界面の物質輸送に与える効果を検討している.現在のところ,プロトン輸送と構成物質の電気陰性度に密接な関係があることがわかり,高感度湿度センサの材料選定のための有力な情報源となる他,溶媒識別のための材料設計の一つの大きな指標が得られた.本年度は,前年度までの研究成果をもとにセラミック半導体ヘテロ開接合系における溶媒識別の機構の解明および得られた実験データの解析法の開発を行なった.また新しい試みとして,界面酸塩基性制御によるヘテロ開接合系湿度センサの材料設計を行なっており,成果が上がりつつある.溶媒識別の機構については,並行して研究を進めているガス分子の分子識別の研究成果と比較検討を行なった結果,溶媒によるI-V特性の変化は溶媒分子とヘテロ接合を構成するセラミック半導体との電気的な相互作用のカップリングによるものであると予測された.このカップリングにより,ヘテロ開接合系における分子識別機能,自己修復機能が発現していると考えられる.実験データの評価法については,現在独自の手法を開発しつつある.ヘテロ開接合による情報の多くはI-V曲線など視覚に訴える2次元情報であるのでそのままの形では客観的評価は困難である.現在これらの情報を客観的情報に変換し,溶媒識別をいくつかの数値にて行なうことを試みている.I-V曲線のフーリI展開により,フーリエ系数とI-V曲線が囲む図形の面積により評価が可能であることを示唆するデータが得られ,類似の構造,化学的性質をもつ溶媒の識別の可能性がでてきたところである.特定の溶媒分子の識別を行なうためには,先に述べた評価法の開発とともに素子の材料設計が重要な課題である.本年度より溶媒識別素子の材料設計の指針とすべく,ヘテロ開接合を構成するセラミックスの酸塩基性が,その表面プロトン伝導に与える影響を調べ表面状態が開接合界面の物質輸送に与える効果を検討している.現在のところ,プロトン輸送と構成物質の電気陰性度に密接な関係があることがわかり,高感度湿度センサの材料選定のための有力な情報源となる他,溶媒識別のための材料設計の一つの大きな指標が得られた.
ベイズデータ同化技法を活用した全球の森林土壌温室効果ガス吸排出量の新しい推定

土壌温室効果ガスの吸排出量(吸収・放出量)に関して、よりデータに基づいた全球推定値を求めることを目的に、世界各地で観測されたデータを活用しモデル化を行った。森林に限らずすべての土壌を対象に研究を行った。まず日本の多点観測に基づき構築されたモデルを用いて二酸化炭素の放出量、メタンの吸収量、亜酸化窒素の放出量を全球で評価した後、グローバルなデータベースに基づいた二酸化炭素の放出量及び亜酸化窒素の放出量のモデル構築と全球への適用を行った。各土壌温室効果ガスの吸収・放出量の総量、空間的分布、季節変化などを解析した。土壌における二酸化炭素・メタン・亜酸化窒素ガスの吸収・排出は、全球規模の温室効果ガス循環に大きく寄与している。本研究では、世界中で観測されている土壌における温室効果ガスの吸排出量データを収集・データベース化し、ベイジアンキャリブレーションという最新のパラメータ推定技法を用いたデーターモデル同化を行い、高精度のモデルを構築する。そして開発したモデルを用いて、土壌における温室効果ガスの吸排出量を全球スケールで推定することを目的としている。当年度は、土壌からの二酸化炭素放出(土壌呼吸)について、Bond-Lamberty and Thomson (2010a)が構築した土壌呼吸観測のデータベース(SRDB)を用い、Raichモデル(Raich and Potter 1995; Raich et al. 2002)の改良型モデルを考案し、ベイジアンキャリブレーションを用いてパラメータを決定してモデル構築を行った。そして、モデルを0.5度グリッドで全球に適用し、土壌呼吸の全球スケールでの空間分布、時系列変化をシミュレートした。現時点での試験的なシミュレーションでは、土壌呼吸の推定値は89 PgC yr-1となった。この値は、同じくSRDBを用いたBond-Lamberty and Thomson (2010b)で報告している値よりも9 PgC yr-1程度小さいが、その他の過去の推定値よりも10 PgC yr-1程度大きい値となった。また、土壌呼吸量は年0.1 PgCyr-1で増大している結果となった。全球スケールでの土壌呼吸の推定値は、未だ事例が少ないため、これらの推定値は貴重である。また、本研究のように、大量の観測データに基づいて構築されたデータ指向型モデルにより算出された全球スケールでの土壌呼吸の時空間分布は、プロセス指向型モデルのチェック(constrain)としても利用されると期待される。森林土壌における二酸化炭素・メタン・一酸化二窒素ガスの吸排出は、全球規模の温室効果ガス循環に大きく寄与している。今年度は、日本の森林での観測データに基づいてベイジアンキャリブレーションを利用して構築されたデータ指向型モデルであるSGRモデル(Hashimoto et al., 2011, Ecological Modelling; Hashimoto et al., 2011, Scientific Reports)を全球に0.5°グリッドで適用し、土壌からの二酸化炭素放出量・メタン吸収量・一酸化二窒素放出量を全球推定した。気候データには、CRU3.1を用い、植生データにはEOS-WEBSTERを使用した。土壌のデータにはISRIC-WISEを利用した。今回のシミュレーションでは、それぞれ78 Pg C yrー1、18 Tg C yrー1、4.4 Tg N yrー1となった。またすべてのガスにおいて、熱帯域の寄与が大きく、特に二酸化炭素と一酸化二窒素ガスにおいて寄与率が大きかった。また二酸化炭素と一酸化二窒素では明瞭な季節変化が見られた。データ指向型モデルを用いた独自の全球推定値に加え、既存の報告例も集め、全球の推定値を整理した結果、二酸化炭素放出は79 Pg C yrー1 (変動係数CV = 13 %,データ数N = 6)、メタン吸収は21 Tg C yrー1 (CV = 24 %, N = 24)、一酸化二窒素放出は7.8 Tg N yrー1 (CV = 38%, N = 11)であることが明らかになった。ただし、一酸化二窒素に関しては、明らかに大きな値を示した初期の推定値を除いた場合、6.6 Tg N yrー1 (CV = 22%, N = 9)であった。本研究では、世界中で観測されている土壌における温室効果ガスの吸排出データを収集・データベース化し、ベイジアンキャリブレーションという最新のパラメータ推定技法を用いたデーターモデル同化を行い、高精度のモデルを構築する。当年度は、土壌からの二酸化炭素放出(土壌呼吸)について、最新版の土壌呼吸観測のデータベース(SRDB ver.3; Bond-Lamberty and Thomson 2010)を用い、昨年度考案した改良型Raichモデル(Raich and Potter 1995; Raich et al. 2002)の再チューニングを行った。土壌呼吸の推定量は91 PgCyr-1となり、また推定された分解呼吸量は51 PgC yr-1となった。推定された分解呼吸量を、IPCCに成果を提供している第5期結合モデル相互比較実験(CMIP5: Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)の地球システムモデルの出力値と比較した。CMIP5プロジェクトの20のモデルによる出力結果と比較したところ、全球の値としては本推定値とモデルの平均値(54 PgC yr-1)とは近い値となった。

しかし、地球システムモデルによる出力はばらつきが大きく、また緯度方向の分布を比較したところ、赤道付近で差が大きく本推定値による値よりも地球システムモデルの出力が大きくなる傾向があった。このように、観測データに基づいて構築されたモデルによる本推定をプロセス指向型モデルの推定値と比較することで、クロスチェックが行えるとともに、プロセス指向型モデル構築の際の制約(constrain)情報としても利用できると考えている。土壌からの二酸化炭素放出量の全球推定に関する成果発表と、亜酸化窒素放出量の全球推定及び成果発表を行った。土壌からの二酸化炭素放出量に関しては、昨年得られた結果をEuropean Geosciences Unionのオープンアクセス誌Biogeosciencesに投稿し、掲載された。この論文について森林総合研究所からプレスリリースを行った。亜酸化窒素放出量の全球推定では、土地利用を、非湿地自然土壌、非湿地農業土壌、湿地自然土壌、湿地農業土壌(水田)に分類しモデル化を行った。二酸化炭素放出量のモデル化で開発したRaichモデル改良版をベースに、自然土壌には窒素降下物量を、農業土壌には肥料投入量を組み込んでモデル化した。湿地自然土壌は有効なモデルを構築することができなかったため、全球推定の際には湿地自然土壌における観測データの平均値を用いた。構築したモデルを5分の空間解像度で全球に適用した。推定された全球の亜酸化窒素放出量は9.8 TgNyrー1となった。非湿地自然土壌が最大の亜酸化窒素放出量を示し(5.7 TgNyrー1)、次に非湿地農業土壌が大きな値を示した(3.6 TgNyrー1)。面積も考慮に入れた緯度方向の放出量の分布は10°Sー10°Nと30°Nー40°Nで大きかった。赤道付近の放出は非湿地自然土壌が主な発生源であり、北半球中緯度の放出は非湿地農業土壌が主な発生源であった。全球の亜酸化窒素放出量の季節性を調べた結果、8月に最大になり、2月に最小となった。この季節性は主に中緯度に分布する非湿地農業土壌の季節性によるものであった。結果をJapan Geoscience Unionの大会およびAmerican Geophysical Unionの大会で発表した。土壌温室効果ガスの吸排出量(吸収・放出量)に関して、よりデータに基づいた全球推定値を求めることを目的に、世界各地で観測されたデータを活用しモデル化を行った。森林に限らずすべての土壌を対象に研究を行った。まず日本の多点観測に基づき構築されたモデルを用いて二酸化炭素の放出量、メタンの吸収量、亜酸化窒素の放出量を全球で評価した後、グローバルなデータベースに基づいた二酸化炭素の放出量及び亜酸化窒素の放出量のモデル構築と全球への適用を行った。各土壌温室効果ガスの吸収・放出量の総量、空間的分布、季節変化などを解析した。二酸化炭素ガス放出に関する論文投稿を行い、現在審査中である。亜酸化窒素に関しても、モデリングが順次進んでいる。発表論文に関してプレスリリースを行った。農学今後も継続してモデリングと成果発表を並行して行う。
ポジトロニウム-原子・分子相互作用の研究

本研究課題では、(1)ポジトロニウム散乱におけるスピン軌道相互作用の研究、(2)ポジトロニウムのピックオフ消滅、化合物、共鳴状態の解明を目標としている。それぞれの研究成果は、以下の通りである。(1)ポジトロニウムと気体原子のスピン軌道相互作用は、MitroyとNovikovによって理論的に予言されていた。本研究では、この相互作用を実験的に検証した。磁場中のオルソポジトロニウムの寿命を精密に測定するために開発した装置を用い、ITの磁場をかけることによってキセノン中のオルソポジトロニウムの寿命が顕著に減少することを見出した。この減少の原因は、Xeとの衝突の間にスピン軌道相互作用によって、ポジトロニウムがスピン交換反応を起こすことにある。スピン軌道相互作用による消滅パラメータ^1Z_<eff>(断面積に相当)を求めた。これまでピックオフ消滅によるものとして報告されている^1Z_<eff>(ピックオフとスピン軌道相互作用の合計)=1.25は、^1Z_<eff>(ピックオフ)=0.48,^1Z_<eff>(スピン軌道相互作用)=0.77に分離され、スピン軌道相互作用の効果の割合の大きいことが分かった。スピン軌道相互作用による^1Z_<eff>の測定値は、理論値よりも3倍大きい。(2)ポジトロニウムのピックオフ消滅の測定を、19種類の気体について系統的に行った。測定された消滅パラメータ^1Z_<eff>は、0.12.31の範囲であった。他の17種類の気体の^1Z_<eff>は、0.73以下と小さいのに対し、XeとCH_31では、それぞれ1.25、2.31と例外的に大きい。Xeについては、スピン軌道相互作用の効果として説明できる。CH_31については、検討中である。また、これまで異常に大きな値が報告されているN_2Oの^1Z_<eff>は、他の気体と同程度であることが分かった。本研究課題では(A)ポジトロニウム散乱におけるスピン軌道相互作用の研究、(B)ポジトロニウムのピックオフ消滅、化合物、共鳴状態の研究、(C)ポジトロニウムの冷却実験を目標としている。本年度はまず陽電子寿命精密測定装置の開発を行った。本装置は(A),(B),(C)全ての研究項目に使用するものであり、最近我々が開発したデジタル処理技術によるガンマ線の時間測定法を応用して、本研究に最適化した陽電子寿命測定装置を構築した。大型のBaF_2シンチレーターと光電子増倍管からなるガンマ線検出器を4台同時に用いることにより高い効率が実現できた。同時に高速デジタルオシロスコープを用いた波形処理により、正しいガンマ線のイベント以外の波形を除去し、データのSN比を大きく向上させた。各々のテーマについては以下の通りである。(A)ポジトロニウム散乱におけるスピン軌道相互作用の研究:本年度は寿命-運動量同時測定装置の開発を行った。運動量を測定するHPGe検出器の波形を高速デジタイザで処理するシステムを開発し、上記の陽電子寿命精密測定装置と組み合わせることが可能となった。(B)ポジトロニウムのピックオフ消滅、化合物、共鳴状態の研究:本年度は反応性の高い気体の定量が可能な測定チェンバーの開発を行った。設計を終え性能テストの段階にある。(C)

ポジトロニウムの冷却実験:本年度は微粒子空隙間の擬似キャビティ中でのキャビティ表面相互作用によるポジトロニウム冷却実験を行った。上述の陽電子寿命精密測定装置を用い、12K-295Kでポジトロニウムのピックオフ消滅率を測定したところ、12K-70Kの範囲ではほぼ一定に近く、70Kから295Kの範囲では予想よりも急激に上昇することが分かった。またヘリウムガス冷却のためのクライオスタットの開発を行った。本研究課題では(A)ポジトロニウム散乱におけるスピン軌道相互作用の研究、(B)ポジトロニウムのピックオフ消滅、化合物、共鳴状態の研究、(C)ポジトロニウムの冷却実験を目標としている。各々の研究テーマ毎の本年度の実績は以下の通りである。(A)磁場中でのオルソポジトロニウムの寿命を精密に測定する装置を開発した。これを用いて、キセノン原子存在下で寿命を測定したところ、スピン軌道相互作用の証拠を示す、寿命値の変化が見いだされ、現在解析を行っている。同時に、寿命-運動量測定装置の開発を昨年から継続して行った。これを用いて、ポジトロニウムの消滅率のエネルギー依存性を測定する方法を考案した。(B)オルソポジトロニウムと気体分子のピックオフ消滅の大きさを表すパラメータ1Zeffの測定は、飽和蒸気圧が大気圧より低い気体ではこれまで行われていない。ポジトロニウムの生成媒体としてシリカエアロゲルを用いた室温における飽和蒸気圧400Torrのヨウ化メチルの測定を行い、2.31±0.04という値を得た。この値は、他の気体について知られた1Zeffよりも大きく、原因について検討を行っている。(C)微粒子空隙間の擬似キャビティ中でのキャビティ表面相互作用によるポジトロニウム冷却実験を継続して行った。微粒子径を変化させてポジトロニウムから見たキャビティサイズを大きくし、ポジトロニウムの表面衝突頻度を小さくする実験を行ったところ、熱化の振る舞いに変化が見られた。これを解析することで、ポジトロニウム-表面相互作用の振る舞いをより詳しく知ることができた。(A)磁場中でのオルソポジトロニウムの寿命を精密に測定する装置を用いて、キセノン原子存在下で寿命を測定したところ、スピン軌道相互作用の証拠を示す、寿命値の変化が見いだされた。これを解析することにより、スピン軌道相互作用によりポジトロニウムがスピン転換することが初めて示された。同時にスピン軌道相互作用による消滅パラメター^^1Z_<eff>(断面積に相当)を求めることができた。結果は^1Z_<eff>(pickoffとspin-orbit合計)=1.25に対して、^1Z_<eff>(pickoff)=0.48,^1Z_<eff>(spin-orbit)=0.77となり、spin-orbitの効果が非常に大きいことが分かった。(B)ポジトロニウムの生成媒質としてシリカエアロゲルを用いることで、これまで^1Z_<eff>の測定が行なわれていなかった飽和蒸気圧の小さな気体についても測定が可能であることを見出した。
有限要素法による歯根膜並びにインプラント周囲組織の粘弾性及び振動応答解析

歯、歯根膜並びに歯槽骨の力学挙動を時間依存の立場からシミュレートするにあたり、それらの固有振動数を求めるための固有値解析を行った。加速度【u! ̈】で運動する物体について、ニュートンの第2法則によりmu+ku=0が成り立つ。これを多自由度の場合についてのあてはめ。マトリクス化し、固有値を算出した。まず、長さ3m×1m、厚み1mm、ヤング率1000kg/mm、ポアッソン比0.3、密度1.0g/cmの片もち梁について1次固有振動数は理論解は56.2【H_2】で、解析解は50.8【H_2】であった。つぎに同モデルでパラメトリックスタディを行い、以下の結果を得た。1)ヤング率、密度は固有振動数に大きな影響を与える。2)ポアッソン比、板厚は固有振動数にあまり影響しない。さらに天然歯についてもパラメトリックスタディを行い、以下の結果を得た。1.歯根周囲の骨が根尖方向に向かって減少するにつれ、固有振動数は小さくなる。2.歯根膜の介在により、固有振動数は小さくなるが、1.の傾向は変わらない。3.歯根膜の厚みを増すと、固有振動数は小さくなる。これらの結果は実験的に得られた東京歯科大学の中村の報告と一致するものであった。今後、この固有値解析で得られたデータをもとに、運動方程式M【u! ̈】+Cu+Ka+f=0を解く二次元有限要素プログラムの開発を行う。(九州大学大型計算機センターFacomを使用)。また、実際に我々が行っている振動測定から得られるデータに基づいて、運動方程式の係数を決定する。さらに歯、歯眼膜並びに歯槽骨の力学挙動を時間依存の立場からシミュレートする予定である。
黒毛和種における遺伝性疾患の原因遺伝子解明と遺伝子診断法の確立

1.遺伝子上の変異と疾患の関連の解析昨年度までの研究により下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子の染色体上の位置をある程度正確に特定している。そこで本年度は、その染色体上の領域に存在する遺伝子について、これまでに明らかにされている塩基置換等の変異が本疾患に関連しているかどうかについて調べた。特にタンパク質の機能に重大な影響を与える可能性のある変異を選び、それらが本疾患の原因であるのかを検証した。具体的には発症牛を含む黒毛和種のの家系から採取されたDNAサンプルを用いて、対象とする遺伝子の変異の解析を行った。対象は、これまでに明らかにされている変異のうち、遺伝子の機能に大きな影響を与えていると考えられるTRIM16、SGCA、KRT36、STAT3、HSD17B1、COASY、BRCA1、PLEKIM1、EFCAB13、CCDC47遺伝子の変異とした。その結果、これらの遺伝子の変異では多くの個体で表現型から予想された遺伝子型と実際の遺伝子型が一致せず、したがって、これらの遺伝子の変異は本疾患の原因ではないと判断された2.原因遺伝子の機能解析下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子が存在する染色体上の位置に存在する遺伝子の中で、ヒトの遺伝性疾患に関する情報および個体の発生過程で腎形成関わる機能に関する情報から、本疾患の原因となる可能性のある遺伝子を検索したところ本疾患に関わる可能性のある候補遺伝子を特定された。そこで、当該遺伝子の塩基配列の解析を行ったところ、ウシゲノムデータベース上での当該遺伝子の塩基配列の情報は正確ではなく、いくつかの塩基配列の不明な部分が存在することが明らかとなった。したがって、今後、疾患の原因となる変異を特定するためには、まず当該遺伝子ののウシゲノム配列を正確に明らかにすることが必要と考えられた。本年度は、当初計画に沿って下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子が存在する染色体上の領域に存在する遺伝子の変異が本疾患に関連しているかどうかについて調べている。その結果、調べた遺伝子はすべて、遺伝子型と表現型との間に矛盾が存在し、本疾患の原因遺伝子の候補から除外することができた。さらに、当該領域に存在する遺伝子の中からヒトの遺伝性腎疾患に関与する遺伝子を特定することができ、さらに当該遺伝子のウシゲノムデータベース上の配列は正確ではないことが判明した。したがって、次年度以降に本疾患の原因遺伝子を解明できる可能性は高くなり、本研究はおおむね順調に進展していると判断された。今後、当該候補遺伝子のウシゲノム配列を正確に明らかにすることを試みる。具体的には、塩基配列が不明な領域は極めてGC含量が高く、通常の方法ではPCR法による増幅および塩基配列の決定が困難であるために、これまでにGC含量の高い領域の増幅法、塩基配列解析法として報告されているいくつかの方法を用いて、当該領域の正確な塩基配列を明らかにすることを試みる。その後、当該遺伝子及びその周辺領域について正常個体と発症個体の塩基配列を比較することで、発症個体に特異的な塩基配列の違いを特定し、さらにそれらの変異の中で、ナンセンス変異、フレームシフト変異、あるいはミスセンス変異のうち種間で保存されたアミノ酸残基における性質の異なるアミノ酸置換を引き起こす変異等のタンパク質の機能に重大な影響を与える可能性のある変異を特定する。本研究は、畜産業に大きな経済的損失を与えている黒毛和種の遺伝性疾患の一つである下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子を同定し、疾患の発生を予防するための遺伝子診断法確立をすることを目的とする。本疾患の症個体の多くは死産または出生後早期に腎機能不全により死亡するが、現時点では発生予防のための遺伝子診断法は確立されていない。そこで本研究は、本疾患の発症個体を含む家系のDNAサンプルを用いた連鎖解析および網羅的なゲノム配列の解析により疾患の原因となる遺伝子上の変異を特定し、その変異を検出することで保因個体を同定する遺伝子診断法を確立することを目的とする。これまでに、連鎖解析により本疾患の遺伝子が第19染色体に存在することを明らかとしているが、より詳細な染色体の位置を特定するために、本年度の研究では発症個体および血縁関係にある多数の個体のについて、当該領域に存在するSNPs等のマーカーをタイピングすることで、疾患原因遺伝子の染色体上の位置をより正確に特定することを試みた。その結果、原因遺伝子のウシ染色体上での位置が数Mb以下に正確に特定された。次に上記の原因遺伝子の存在が予測される領域に存在する多数の機能的遺伝子について、データベースの情報から、本疾患に関連する可能性があるかについて検討した。すなわち、ヒトやモデル動物において、それらの遺伝子の機能が欠損した場合に、ウシの疾患と類似した腎臓の形成に関わる異常が出現するか、遺伝子の発生過程における発現パターンから腎臓の形成に関わる可能性があるかについて検討した。その結果、本疾患に関与する可能性のある複数の候補遺伝子を同定した。本研究では下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子を同定し、疾患の発生を予防するための遺伝子診断法確立をすることを目的とし、本年度は、原因遺伝子の染色体マッピングと腎形成に関わる機能面からの原因遺伝子の推定を計画した。本年度の研究では、原因遺伝子の染色体マッピングについては、発症個体を含む黒毛和種の家系のサンプルを用いた連鎖解析から、疾患原因遺伝子の染色体上の位置を正確に特定することができ、目的は予定通りに達成している。

また、腎形成に関わる機能面からの原因遺伝子の推定については、主にデータベースを用いた検索が中心となったが、当該領域に存在する,腎形成に関わり、本疾患の原因となる可能性のある候補遺伝子を特定することができ、おおむね目的は達成している。1.遺伝子上の変異と疾患の関連の解析昨年度までの研究により下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子の染色体上の位置をある程度正確に特定している。そこで本年度は、その染色体上の領域に存在する遺伝子について、これまでに明らかにされている塩基置換等の変異が本疾患に関連しているかどうかについて調べた。特にタンパク質の機能に重大な影響を与える可能性のある変異を選び、それらが本疾患の原因であるのかを検証した。具体的には発症牛を含む黒毛和種のの家系から採取されたDNAサンプルを用いて、対象とする遺伝子の変異の解析を行った。対象は、これまでに明らかにされている変異のうち、遺伝子の機能に大きな影響を与えていると考えられるTRIM16、SGCA、KRT36、STAT3、HSD17B1、COASY、BRCA1、PLEKIM1、EFCAB13、CCDC47遺伝子の変異とした。その結果、これらの遺伝子の変異では多くの個体で表現型から予想された遺伝子型と実際の遺伝子型が一致せず、したがって、これらの遺伝子の変異は本疾患の原因ではないと判断された2.原因遺伝子の機能解析下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子が存在する染色体上の位置に存在する遺伝子の中で、ヒトの遺伝性疾患に関する情報および個体の発生過程で腎形成関わる機能に関する情報から、本疾患の原因となる可能性のある遺伝子を検索したところ本疾患に関わる可能性のある候補遺伝子を特定された。そこで、当該遺伝子の塩基配列の解析を行ったところ、ウシゲノムデータベース上での当該遺伝子の塩基配列の情報は正確ではなく、いくつかの塩基配列の不明な部分が存在することが明らかとなった。したがって、今後、疾患の原因となる変異を特定するためには、まず当該遺伝子ののウシゲノム配列を正確に明らかにすることが必要と考えられた。本年度は、当初計画に沿って下顎短小・腎低形成症の原因遺伝子が存在する染色体上の領域に存在する遺伝子の変異が本疾患に関連しているかどうかについて調べている。その結果、調べた遺伝子はすべて、遺伝子型と表現型との間に矛盾が存在し、本疾患の原因遺伝子の候補から除外することができた。さらに、当該領域に存在する遺伝子の中からヒトの遺伝性腎疾患に関与する遺伝子を特定することができ、さらに当該遺伝子のウシゲノムデータベース上の配列は正確ではないことが判明した。したがって、次年度以降に本疾患の原因遺伝子を解明できる可能性は高くなり、本研究はおおむね順調に進展していると判断された。本年度の研究において当初計画の目的はおおむね達成できたことから、次年度も基本的に当初計画に沿って、原因遺伝子の特定と変異の同定に取り組むことを予定している。具体的には、上記の様にすでに疾患原因遺伝子の染色体上の位置と、それら遺伝子の腎形成関わる機能から候補遺伝子が特定されていることから、これらの候補遺伝子について、その塩基配列を解析することで疾患の原因となる遺伝子上の変異を特定することを試みる。すなわち、これらの候補遺伝子及びその周辺領域について塩基配列を決定し、その配列を解析することで正常個体と発症個体の間で異なる配列をもつ変異を特定する。
理工系基礎科目と連携した英語ビデオ教材の開発と教授法の研究

平成17年度、18年度の開発と実践により完成されたビデオ教材、練習問題を一つのパッケージとして、教材化し、DVDおよびインターネットを通じて配布した。作成された教材は以下の通りである。(1):情報通信工学、電子工学、電子制御工学、情報工学、数学、物理学に関するビデオ教材それぞれ5タイトル、計30タイトル(2):各ビデオに登場する新出・重要英単語の学習教材、内容に関する質問、および重要文法項目・英語表現を理解する教材(3):(1)および(2)を通常の授業で指導できるようにしたパワーポイントのスライドセット(4):(1)および(2)をインターネット上で学習できるようにしたウェブサイトの公開当研究の研究成果は全国高等専門学校英語教育学会等の学会で発表され、査読つき論文は『高専教育』第31号に採用された。さらに、勤務校と提携しているDONYANGTECHNICALCOLLEGEの取り計らいにより、韓国最大の電子機器の国際見本市の一つであるKorean ElectronicShow 2007で研究成果の一部を展示・発表することが出来、おおむね好評を得た。本研究の成果は、(1)専門科目の内容を題材とした英語ビデオ教材開発、(2)ビデオ教材を通じて専門科目と英語授業を同時に教授する授業実践、(3)ビデオ教材サーバーの構築の3つである。(1)のビデオ教材は物理、数学、情報通信工学、電子工学、制御工学、情報工学の5分野のビデオ教材の試作を行った。1教材5分程度で、主に実験風景を録画し、その解説と、実験によって導かれる論理の説明を、ネイティブスピーカによる英語音声の吹き替えにより、英語音声指導教材に仕上げた。この教材により専門科目と英語の同時教授が可能となった。(2)に関しては、作成されたビデオ教材を英語授業の中で実践した。ビデオ教材の補助教材として、語彙指導や文法指導のワークシートを作成し、100分授業の中で一つのテーマに必要な英単語と文法項目を学習できるようにした。授業終了後には、教材および指導方法に関するアンケートを学生に対して実施したが、おおむね好評であった。(3)に関しては、(1)および(2)で作成された教材を配信する為のサーバーを構築した。ビデオ教材はファイル容量が大きいため、高画質でのインターネット配信は現在のところ不可能であるが、教室内イントラネット上であれば高画質でも配信することが可能になった。高画質配信が次年度以降の課題である。本研究の成果は(1)専門科日の内容を題材とした英語ビデオ教材開発、(2)ビデオ教材を通じて専門科目と英語を同時に教授する授業実践、(3)ビデオサーバーによる、自主学習教材の配信である。(1)に関しては、(1)学習者が内容を興味深く視聴したか、(2)学習者が科目内容を日本語で理解できたか、(3)学習者が科目内容を英語で理解できたか、について留意しながら制作を行った。改良を重ねる作業が難航し、目標である30ユニットまでは制作完了しなかったが、一つの作品の完成度は高くなった。引き続き、19年度にすべてのユニットの制作を継続する。(2)および(3)に関しては、ビデオの内容を元に、(1)重要語彙学習問題、(2)内容理解問題、(3)文法項目指導、(4)重要英語表現指導を四つの柱とした教材を作成した。授業はパソコンを利用して行われ、すべての問題はWeb Based TrainingソフトウェアであるWebClass上にて配信された。WebClassはビデオサーバーとも連動しているので、教室のみならず、自宅でも教材をダウンロードすることが可能である。また、学習履歴を残すこともできるので、教員による自主学習の管理が容易となった。平成19年度ではさらにHTML表示による学習方法を確立する予定である。なお、本研究の成果は、平成18年度高等専門学校教育教員研究集会、第32回全国英語教育学会、および第30回全国高等専門学校英語教育学会において発表され、おおむね好評を得た。また本研究における知見が『COCET3300:理工系学生のための必修英単語3300』の編纂に活かされた。(1):情報通信工学、電子工学、電子制御工学、情報工学、数学、物理学に関するビデオ教材それぞれ5タイトル、計30タイトル(2):