hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プラズマと菌細胞ミクロ構造体との相互反応ダイナミクス

ラジカルと植物性菌細胞のナノ界面階層的反応ダイナミクスをモニタリングする新規システムを構築し,ナノ領域で顕在化するプラズマと細胞との相互反応が細胞階層構造に与えるダイナミクスを定量的に明らかにした.主な成果を以下に示す.1酸素ラジカル源による照射実験から,原子状酸素ラジカルと分子状酸素ラジカルの絶対密度と殺菌効率を定量的に評価した.2階層的解析により,細胞壁のダメージはなく,細胞膜の機能を失活させて細胞内の酸化により殺菌されることを定量的に明らかにした.3酸素原子ラジカルのドーズ量によって酵母細胞の増殖・抑制・殺菌を制御できることを見出した.ラジカルと植物性菌細胞のナノ界面階層的反応ダイナミクスをモニタリングする新規システムを構築し,ナノ領域で顕在化するプラズマと細胞との相互反応が細胞階層構造に与えるダイナミクスを定量的に明らかにした.主な成果を以下に示す.1酸素ラジカル源による照射実験から,原子状酸素ラジカルと分子状酸素ラジカルの絶対密度と殺菌効率を定量的に評価した.2階層的解析により,細胞壁のダメージはなく,細胞膜の機能を失活させて細胞内の酸化により殺菌されることを定量的に明らかにした.3酸素原子ラジカルのドーズ量によって酵母細胞の増殖・抑制・殺菌を制御できることを見出した.本研究は,ラジカルと植物性菌細胞のナノ界面階層的反応ダイナミクスをモニタリングする新規システムを構築し,ナノ領域で顕在化するプラズマと細胞との相互反応が細胞階層構造に与えるダイナミクスを分子レベルで明らかにすることを目指している.本年度は,非平衡大気圧プラズマを用いたミドリカビ胞子の不活化において,吸収及び発光分光法を用いた気相診断と様々な条件下での実験から,不活化メカニズムの検討を行った.紫外吸収分光法を用いて,非平衡大気圧プラズマから生成されるオゾン密度を測定した結果,電極から離れるに従い2から8ppmと増加した.しかしながら,不活化効率の振る舞いと逆の結果となった.また,オゾン密度600ppmを発生可能なオゾナイザと不活化効率を比較した結果,プラズマ照射の不活化速度が早いことが明らかになった.また,プラズマから発生される紫外光の不活化効率への寄与を調べた結果,ほとんど紫外光の寄与がなく,ラジカルによる不活化の寄与が大きいことが明らかになって.以上の結果から,紫外光やオゾンの効果は小さく,プラズマにより生成されたOやOHラジカルの不活化に対する効果が大きいことが示唆された.また,プラズマ照射による細胞の変化を調べるために,蛍光観察によるモニタリング手法の構築を行った.DNAを染色するDAPI,及び細胞膜を染色するDiIを用いてミドリカビの蛍光観察に成功した.また,DiIを用いて紫外ランプ殺菌とプラズマ殺菌を比較した結果,プラズマ殺菌の場合のみ核が染色されることを見出した.この結果から,プラズマから発生される酸素系活性種が細胞膜,細胞壁をナノレベルで酸化分解していることが示唆された.本研究は,ラジカルと植物性菌細胞のナノ界面階層的反応ダイナミクスをモニタリングする新規システムを構築し,ナノ領域で顕在化するプラズマと細胞との相互反応が細胞階層構造に与えるダイナミクスを分子レベルで明らかにすることを目指している.本年度は,プラズマ照射による細胞の変化を調べるために,共焦点レーザ走査型蛍光顕微鏡を用いて蛍光観察を行った.生きた細胞の内部を染色できるCelltracker Orangeを用いて,プラズマ照射時間を変えて蛍光を発している胞子の大きさを調べた.照射時間を長くすると,蛍光を発している部分が減少し,胞子の外側から蛍光が順次退色していることが判明した.この結果から,ラジカルが細胞内に侵入していることが明らかになった.細胞膜を染色するDiIを用いて,プラズマ処理,湿熱処理,紫外光処理後のミドリカビ胞子の様子を観察した.その結果,プラズマ処理の場合のみにおいて細胞膜だけでなく細胞質も染色されることがわかった.また,酸素ガス流量を増加させると,細胞質が染色される確率が高くなることから酸素系活性種酸素系活性種が細胞膜や細胞壁の機能を阻害して,細胞内部まで侵入していることが明らかになった.反応性酸素種による細胞壁の破壊を調査するために,2光子共鳴レーザ誘起蛍光法をもちいて基底状態の原子状酸素ラジカル密度の空間分布計測手法を構築した.原子状酸素ラジカルの温度は300(±50)K程度であることがわかった.また,プラズマ源から12mmまでは,10^<14>cm^<-3>以上の密度でプラズマヘッド長20mmにわたって存在しすることがわかった.Z軸方法の密度分布は,プラズマ生成部からZ軸方向に離れるにしたがって急激に酸素ラジカルの密度が減衰していることが明らかになった.本研究は,ラジカルと植物性菌細胞のナノ界面階層的反応ダイナミクスをモニタリングする新規システムを構築し,ナノ領域で顕在化するプラズマと細胞との相互反応が細胞階層構造に与えるダイナミクスを分子レベルで明らかにすることを目指している.プラズマ殺菌メカニズムとして,紫外及び真空紫外吸収分光法を用いたオゾン及び基底状態の酸素ラジカル密度測定と,それぞれの殺菌速度から、殺菌反応定数という新しい定量的指標に基づき評価を行った.その結果,基底状態の原子状酸素ラジカルによる殺菌は,オゾン殺菌と比べて2桁程度効率が大きいことが定量的に初めて明らかになった.また,酸素ガス流量比が0.6%のときに酸素ラジカル密度が最大値をとる一方で,殺菌速度が最も早くなり、酸素ラジカル密度と逆相関となった.この結果から,基底状態の原子状酸素ラジカルが殺菌に主要な活性種であることが明らかになった.

階層的反応ダイナミクスを明らかにするために,蛍光染色を用いてミドリカビの生体機能への影響を調査した.細胞膜を染色する蛍光色素DiIを用いて,プラズマ殺菌,紫外光殺菌,湿熱殺菌の3種類の処理を行った.紫外光照射,湿熱殺菌の場合は,細胞核など細胞内部に蛍光を発していないが,プラズマ照射のみ蛍光を発することが分かった.これはプラズマによって発生したラジカルによって細胞膜の機能が阻害されたために,色素が細胞内部に染色されたことを示唆する.したがって,ラジカル特有の効果があることが蛍光を用いた可視化により明らかになった.さらに過酸化脂質を染色するDPPPという色素を用いたところ,プラズマ照射後の場合のみ蛍光が確認され,細胞内の脂質が酸化されていることが明らかになった.過酸化脂質が蓄積するとDNAの破壊などが起こり細胞活動を停止するため,ラジカルによる細胞酸化がプラズマ殺菌における主要な殺菌原因であることが明らかになった.ラジカルと植物性菌細胞の階層的反応,特にナノ界面で顕在化するプラズマと細胞との相互作用反応の解明を目的とした.殺菌に大きな影響を及ぼすOラジカルなどの反応性酸素種(reactive oxygen species : ROS)の効果に着目し大気圧酸素ラジカル源を開発し,中性ラジカルの効果を検証した.1.真空紫外吸収分光法を用いて基底状態酸素原子と励起状態酸素分子,オゾンの密度測定とその殺菌効率を評価した.ラジカルの寿命は,Oが0.46msec,O2が数十msec以上と見積もられた.殺菌効率を反応定数の観点から評価し,ミドリカビ胞子の殺菌においては、O2及びO3は効果が小さく,Oが殺菌因子として機能していることが定量的に示唆された.2.ラジカルと菌の階層構造部位とのナノ界面時空間相互反応ダイナミクスを,種々の手法を用いて解析を試みた.酸素ラジカルのドーズ量に基づいたミドリカビ胞子殺菌過程における作用機序を明らかとするため,ラジカルを照射しながら蛍光解析が可能なリアルタイム観察システムを構築した.蛍光解析の結果から,低ドーズ量において細胞膜機能を阻害し,細胞内部を酸化させることが明らかになった.3.酵母に対して酸素ラジカル照射を行い,O(3Pj)が殺菌因子だけでなく,そのドーズ量を制御することで成長促進因子としても作用することが示唆された.ラジカルと植物性菌細胞の階層的反応,特にナノ界面で顕在化するプラズマと細胞との相互作用反応の解明を目的とした.殺菌に大きな影響を及ぼすOラジカルなどの反応性酸素種(reactive oxygen species : ROS)の効果に着目し大気圧酸素ラジカル源を開発し,中性ラジカルの効果を検証した.真空紫外吸収分光法を用いて基底状態酸素原子と励起状態酸素分子の密度測定とその殺菌効率を評価した.照射距離を変化させラジカルによる殺菌を行った結果,照射距離に依存して殺菌効率は変化した.基底状態酸素原子は寿命が0.5ms以下と短いこと、ミドリカビ胞子の殺菌においては効率が高い殺菌因子の一つであることが示された.ラジカルと菌の階層構造部位とのナノ界面時空間相互反応ダイナミクスを,種々の手法を用いて解析を試みた.
混獲防除のための底曳網の分離漁獲機構に関する生物行動学的・漁具力学的研究

2018年56月に鹿児島県甑島列島沖の東シナ海で、水中分光放射照度計測システムと水中カメラを海面から水深200mまで垂下し、水中照度の測定と開発した水中カメラの撮影限界水深を検討した。このカメラは、ISOとシャッタースピードの最適組み合わせにより、4Kまたはフルハイビジョン画質で、水深約150mまで無照明で、レンズから3-4m先の長さ50cmの白布地の鮮明な映像を得ることができた。このカメラを練習船の底びき網の網口やコッドエンドに装着し、東シナ海陸棚漁場で通常の実習操業を行い、曳網中の網成りや網に遭遇した生物の反応行動の映像記録に最適なISO等の設定値を検討中である。練習船の底びき網身網部の模型を田内の法則に基づいて製作し、そのコッドエンドに簡易な構造の網目展開装置を装着して、回流水槽で実験を行い、展開装置の大きさや装着部位と曳網時のコッドエンド網目形状を比較した。この装置は一定の網目展開効果を持つことを確認した。実証段階として、練習船の底びき網によるフルスケールの操業実験を開始したが、荒天による操業回数不足のため、実物網の展開装置の効果やその最適な大きさ及び装着部位の決定には至らなかった。コッドエンド網地に装着した振動記録データロガーの記録と水中カメラの映像から、曳網中のコッドエンド網地は、常時、水流により波打つことを確認した。こうした網地の波打つ動きは、コッドエンド内から網目を通過して網外へ逃避を試みる魚の行動に影響を与えているかもしれない。開発した水中カメラの撮影限界深度及び性能を把握することができたが、網目展開装置を付けた実物網コッドエンドの曳網中の網目形状の撮影は、荒天による練習船の操業回数減少のために、十分な回数実施することができなかった。31年度に、必要な場合は小型練習船による沿岸底びき網実習の機会を利用するなどして、可能なかぎり実施する予定である。次年度も附属練習船の協力により、東シナ海陸棚域でトロール網を用いたフルスケールの操業実験を継続し、開発した水中カメラと用いて、実操業下での簡易なコッドエンド網目展開装置の効果を確認する。同時に、展開装置を装着した操業と装着しない操業における主要漁獲種の体長組成を比較し、この展開装置のトロール網サイズ選択性に及ぼす影響の評価を試みる。また、これまでの結果をまとめて論文として発表する準備を進める予定である。底曳網における網パネルや金属グリッド等で構成される分離装置による対象生物の種・サイズの獲り分けには、対象生物が分離装置に接触(遭遇)するかと、分離装置の選択性(機械的または物理的ふるい分け)との2つの効果が加わっている。前者は主に種ごとの生物の網内行動に、後者は網目等の形状と生物の体の大きさや形に依存することから、対象生物の網口・網内での行動とその制御及び底曳網コッドエンドの網目展開形状に注目した。平成29年度は、曳網時の底曳網の網成り(網目展開状況)の解明と簡易な網目展開装置の開発及び生物種ごとの入網及び網内行動の確認に取り組んだ。鹿児島大学練習船かごしま丸により、東シナ海大陸棚上で底曳網操業を行い、網内に小型水中カメラを設置して曳網中のコッドエンド網地と網目の開き具合を撮影した。この底曳網の模型網(縮尺1/20)を本学回流水槽で曳網し、網全体の網成りとコッドエンド網目の展開状態を観察した。また、上記の小型水中カメラを網口及びコッドエンド内に設置し、それぞれの部位における入網生物の行動撮影を試みた。曳網中のコッドエンド網地は水流により波打つように動き、網目の開きも網地の動きによって刻々と変化することが確認された。網目を安定して開くことで網目選択性を向上できると考え、簡易な網目展開装置を考案し、回流水槽実験によりその効果の検証と大きさや装着位置等の検討をするため、底曳網の部分模型を製作したが実験実施には至らなかった。既存水中カメラによる撮影は、着底曳網時は漁具が巻き上げる砂泥による照度低下によりシャッタースピード低下の影響が顕著で、鮮明な画像を得ることができなかった。そこで低照度下でも鮮明な画像を得るために、新たにデジタル一眼レフカメラを用いた水中カメラ(耐圧200m)を試作して、その性能評価に着手した。陸上暗所での予備試験では鮮明な画像を得ることができた。研究代表者は練習船航海士として乗船勤務しており、H29年度は台風避難航海(年間計画外)のために、予定していた回流水槽での模型実験の一部を実施できなかった。実験に使用する模型は完成しており、H30年度のできる限り早期にこれらの実験を実施する予定である。

このカメラを練習船の底びき網の網口やコッドエンドに装着し、東シナ海陸棚漁場で通常の実習操業を行い、曳網中の網成りや網に遭遇した生物の反応行動の映像記録に最適なISO等の設定値を検討中である。練習船の底びき網身網部の模型を田内の法則に基づいて製作し、そのコッドエンドに簡易な構造の網目展開装置を装着して、回流水槽で実験を行い、展開装置の大きさや装着部位と曳網時のコッドエンド網目形状を比較した。この装置は一定の網目展開効果を持つことを確認した。実証段階として、練習船の底びき網によるフルスケールの操業実験を開始したが、荒天による操業回数不足のため、実物網の展開装置の効果やその最適な大きさ及び装着部位の決定には至らなかった。コッドエンド網地に装着した振動記録データロガーの記録と水中カメラの映像から、曳網中のコッドエンド網地は、常時、水流により波打つことを確認した。こうした網地の波打つ動きは、コッドエンド内から網目を通過して網外へ逃避を試みる魚の行動に影響を与えているかもしれない。開発した水中カメラの撮影限界深度及び性能を把握することができたが、網目展開装置を付けた実物網コッドエンドの曳網中の網目形状の撮影は、荒天による練習船の操業回数減少のために、十分な回数実施することができなかった。31年度に、必要な場合は小型練習船による沿岸底びき網実習の機会を利用するなどして、可能なかぎり実施する予定である。H30年度は、以下の研究に取り組む。1.簡易な構造のコッドエンド網目展開装置の仕様を回流水槽での模型実験結果に基づいて決定し、附属練習船かごしま丸または南星丸でフルスケールの試験を行い、開発した網目展開装置の効果の検証と実用上の課題等の検討を行う。2.海上実験により、水中分光放射照度計測システムでの水中照度測定と製作した水中カメラの性能評価を行い、カメラの撮影限界水深を求める。その結果に基づいて底曳網に装着して撮影する際のカメラ露出等を設定する。3.上記カメラを附属練習船の底曳網に装着して対象生物の対漁具行動を撮影し、本研究の対象種であるマアジとヒラツメガニの対漁具行動を明らかにする。マアジのLED灯光に対する行動観察を併せて行い、灯光による分離装置への誘導の可能性を検討する。次年度も附属練習船の協力により、東シナ海陸棚域でトロール網を用いたフルスケールの操業実験を継続し、開発した水中カメラと用いて、実操業下での簡易なコッドエンド網目展開装置の効果を確認する。同時に、展開装置を装着した操業と装着しない操業における主要漁獲種の体長組成を比較し、この展開装置のトロール網サイズ選択性に及ぼす影響の評価を試みる。また、これまでの結果をまとめて論文として発表する準備を進める予定である。2019年4月から、助教・練習船航海士の任に加えて、同船事務長の兼務が決定し、前任者との業務引き継ぎのために学会参加ができなかったため。繰り越し額の大部分を学会参加のための旅費にあて、残りは少額であるため,2019年度の消耗品の補充に利用する。
再生上皮由来副甲状腺ホルモン関連ペプタイドの遺伝子発現と分子病態

本研究では、潰瘍再生の分子機構をPTHrPの発現と転写調節の観点から検討してきた。潰瘍治癒過程におけるPTHrPの発現は免疫組織化学、ISH、ノーザンブロットで観察しsense-、antisense-oligo PTHrPや発現ベクターの組織内導入は計画どおり実施できた。免疫染色でPTHrPの発現は潰瘍辺縁の再生上皮と肉芽組織内リンパ球に認められ、ISHでもPTHrPmRNAの発現同様の分布を示しPCNA陽性細胞との共存傾向も認められた。ISHでPTHrPmRNAは再生粘膜に観察されたが、ノーザンブロットでは初期の1-2週目ではPTHrPmRNAの発現は低下していた。これはPTHrPが固有筋層に多く発現しているため潰瘍化による筋層欠損を単に反映してとも解釈された。PTHrPリセプターは胃粘膜では増殖帯近傍の粘膜細胞に発現し最表層の分化した細胞では消失し、かつ増殖細胞自体には発現しないことから、PTHrPリセプターは胃粘膜の分化を制御していると思われた。sense-oligo PTHrPは治癒を遷延させPTHrPの過剰発現がPTHrPリセプターのdown regulationを引き起こし再生化を遅延させていることが示唆された。以上の結果から、PTHrPの発現の意義は再生粘膜の増殖抑制のために発現していると結論づけた。PTHrPの転写促進因子として知られているEGFやTGFβの発現とPTHrPは治癒初期には連動していないことも明らかになった。一方、Ets-1転写因子は再生粘膜に発現しており、antisense-ets-1によりPTHrPの発現が消失したことから、Ets-1が転写調節に関与していることが推察された。今後、Ets-1転写因子と潰瘍治癒機転について研究を推進したい。本研究の主目的は、(1)傷害粘膜治癒過程におけるPTHrPとPTH/PTHrP受容体を介した再生・分化誘導の遺伝子発現調節を明らかにすること。(2)PTHrPとPTH/PTHrP受容体のautocrine/paracrine機構についてその細胞内情報伝達経路を指標に解明すること。(3)PTHrPmRNAの転写調節に関わるpromoter部位の決定や発現ベクター導入による傷害粘膜治癒効果の判定にある。潰瘍治癒過程におけるPTHrPの発現は免疫組織化学、ISH、ノーザンブロットで観察しsense-、antisense-oligoPTHrPや発現ベクターの組織内導入は計画どおり実施できた。免疫染色でPTHrPの発現は再生上皮と肉芽組織内リンパ球に認められ、ISHでもPTHrPmRNAの発現同様の分布を示しPCNA陽性細胞近傍に局在していた。ノーザンブロットでは予想に反して初期の1-2週目ではむしろPTHrPmRNAの発現は低下していたが、これはPTHrPの局在が本来固有筋層に多く発現しているため潰瘍化による筋層欠損を単に反映しているとも解釈できる。ISHでmRNAの発現が再生粘膜に観察されていることから、この点に関しては今後定量的には粘膜層のみのサンプリングが必要。正常粘膜ではPTHrPは増殖帯近傍に発現しているが、BrDU取り込み細胞(S期)には発現が見られなかった。一方、PTHrP受容体は胃粘膜では増殖帯近傍の粘膜細胞に発現し最表層の分化した細胞では発現は消失している。これらのことからPTHrPとPTHrP受容体は胃粘膜の増殖と分化を制御していると思われる。sense-とantisensePTHrPをそれぞれの発現ベクターとともに経口投与し潰瘍治癒過程を観察したが、sense-PTHrPは明らかに治癒を遷延させた。

これらの結果からPTHrPは増殖よりも初期の分化誘導に重要な役割を果たしていると思われた。潰瘍治癒過程におけるPTHrPの発現は免疫組織化学、ISH、ノーザンブロットで観察し、sense-、antisense-oligoPTHrPや発現ベクターの組織内導入は計画どおり実施できた。免疫染色でPTHrPの発現は潰瘍辺縁の再生上皮と肉芽組織内リンパ球に認められ、ISHでもPTHrPmRNAの発現同様の分布を示し、PCNA陽性細胞との共存傾向も認められた。ノーザンブロットでは予想に反して初期の1-2週目ではむしろPTHrPmRNAの発現は低下していたが、これはPTHrPの局在が本来固有筋層に多く発現しているため、潰瘍化による筋層欠損を単に反映してとも解釈できる。ISHでPTHrPmRNAの発現が再生粘膜に観察されていることから、この点に関しては今後定量的には粘膜層のみのサンプリングが必要。PTHrPの転写促進因子として知られているEGFやTGFbの発現とPTHrPは治癒初期には連動していないことも明らかになった。これらのことから早期の潰瘍再生過程においては、PTHrPリセプターの発現亢進が重要であり、PTHrPはその後の再生上皮の分化制御に関わっていることが示唆された。PTHrPリセプターは、胃粘膜では増殖帯近傍の粘膜細胞に発現し最表層の分化した細胞では発現は消失している。また、増殖細胞自体にはPTHrPリセプターは発現しない。これらのことからPTHrPリセプターは胃粘膜の分化を制御していると思われる。sense-oligo PTHrPは、明らかに治癒を遷延させたことからPTHrPの過剰発現がPTHrPリセプターのdown regulationを引き起こし再生化を遅延させていることが示唆された。今後はPTHrPリセプターの発現を主眼において研究を進め再生治癒に関わるPTHrPおよびPTHrPリセプターの役割について解明したい。PTHrPは、PCNA陽性再生上皮細胞との相関が高く、かつsense-oligo PTHrPの導入が粘膜再生化を遅延させることから、PTHrPの発現の意義は再生粘膜の増殖抑制のために発現していると考えられる。最終年度にあたり潰瘍再生の分子機構をPTHrPの発現から転写調節因子に焦点を移行して検討した。潰瘍治癒過程におけるPTHrPの発現は免疫組織化学、ISH、ノーザンブロットで観察しsense-、antisense-oligo PTHrPや発現ベクターの組織内導入は計画どおり実施できた。免疫染色でPTHrPの発現は潰瘍辺縁の再生上皮と肉芽組織内リンパ球に認められ、ISHでもPTHrPmRNAの発現同様の分布を示しPCNA陽性細胞との共存傾向も認められた。ISHでPTHrPmRNAは再生粘膜に観察されたが、ノーザンブロットでは初期の1-2週目ではPTHrPmRNAの発現は低下していた。これはPTHrPが固有筋層に多く発現しているため潰瘍化による筋層欠損を単に反映してとも解釈された。
安定写像を用いた大域的特異性と多様体のトポロジーの関連性の研究

今年度は折り目写像全体からなる空間の連結成分数を決定するという研究を行った.向き付けられた2次元球面から平面への折り目写像で,赤道にのみ折り目特異点を持つ様な写像空間を考える.この空間のホモトピー型については1970年代にEliashbergがh-principleを用いて決定している.しかし彼の方法は非常に難解である上,具体的に計算しているのは上記の一例だけである.そこで私はより幾何的で扱い易く,具体的に計算可能な方法を作り出す事を目標とした.特に上記の例に対してEliashbergの別証明を与える事を目指した.この研究の続きとして,上記の空間の連結成分数を決定するためのより幾何的で扱い易い方法を作り出す事に成功した.この結果は11月の京大数理研での研究集会「特異点論における新しい方法と対象」で発表した.現在は上記の例に対して具体的に計算し,Eliashbergの別証明を与える事を目指している最中である.この手法は応用が広いため,上記の例以外でも様々な折り目写像の空間について具体的に計算できる可能性が高い.その意味でこの研究は来年度以降にも引き続き行う予定である.今年度は以下の事柄について研究を行った.局所1次ヴァシリエヴ型不変量として得られるアイソトピー不変量を幾つか導くという研究を行なった.具体的には次の結果を得た.向き付け可能な3次元閉多様体から平面への写像空間を考える.まず特異ファイバーの位相形と特異値集合での特異ファイバーの分裂・融合の挙動を見る事で同値関係を導入し,余次元1,2の不安定写像を分類した.さらにこれらの不安定写像の隣接関係を調べる事で局所1次ヴァシリエヴ型不変量として得られる安定写像のアイソトピー不変量を幾つか求めた.さらに得られた全ての不変量に幾何的意味付けを行なった.次に向き付け可能な3次元閉多様体から平面への折り目写像全体からなる空間を考え,同様にして折り目写像の局所1次ヴァシリエヴ型不変量を幾つか得た.これらの不変量の幾何的意味付けを行なう事で,今回得られた各局所1次ヴァシリエヴ型不変量は折り目写像のアイソトピー不変量である事を示した.系として,折り目写像全体の空間の連結成分に対する不変量を得,特別な折り目写像の場合にはその不変量が完全不変量になる事を示した.また昨年研究した内容である,向き付け可能な閉曲面から平面への安定写像がいつ3次元空間への埋め込みリフトを持つかという研究において,必要十分条件と主張していた物は単に必要条件であった事が分かった.必要十分条件を与えるためには,平面曲線族が安定写像の特異値集合としてどの様に実現されているかという情報を加味しないといけない事が分かった.今年度は折り目写像全体からなる空間の連結成分数を決定するという研究を行った.向き付けられた2次元球面から平面への折り目写像で,赤道にのみ折り目特異点を持つ様な写像空間を考える.この空間のホモトピー型については1970年代にEliashbergがh-principleを用いて決定している.しかし彼の方法は非常に難解である上,具体的に計算しているのは上記の一例だけである.そこで私はより幾何的で扱い易く,具体的に計算可能な方法を作り出す事を目標とした.特に上記の例に対してEliashbergの別証明を与える事を目指した.この研究の続きとして,上記の空間の連結成分数を決定するためのより幾何的で扱い易い方法を作り出す事に成功した.この結果は11月の京大数理研での研究集会「特異点論における新しい方法と対象」で発表した.現在は上記の例に対して具体的に計算し,Eliashbergの別証明を与える事を目指している最中である.この手法は応用が広いため,上記の例以外でも様々な折り目写像の空間について具体的に計算できる可能性が高い.その意味でこの研究は来年度以降にも引き続き行う予定である.
ＳＴＯＰ１転写因子が制御するマルチストレス耐性の理解と分子育種基盤の構築

酸性土壌を中心とする酸性ストレスは、植物の生育を阻害する大きな環境要因の一つである。この研究では、STOP1転写因子が発言を制御する遺伝子を特定することや、様々な植物が持つSTOP1の機能を確かめるための一連の実験を実施した。その結果、STOP1が制御する機構は、ヒメツリガネゴケを含む地上植物のすべてが保持する機構で、植物の環境適応に重要な植物免疫にかかわることも明らかとなった。シロイヌナズナから単離した酸耐性必須転写因子ST0P1は,根の有機酸放出トランスポーターなどを支配する,ストレス耐性において重要な役割を担うことが想定される重要遺伝子である。その制御する機能と,制御機構を解明することは,様々な植物のストレス耐性に貢献できるターゲットと考えられる。本年は初年度にあたり,分担項目の実施により,主に研究材料と基礎データを獲得し,その項目は以下の4点に大別される。(1)シロイヌナズナでは同遺伝子には一つの相同遺伝子が存在する。これをST0P2と名付け相補組換えを実施したところ,ST0P1制御の一部の遺伝子の転写が回復することが明らかとなった。(2)異種植物種からのST0P1遺伝子の機能を調べるために,ディジェネレーとPCRにより,ミヤコグサ,タバコ,ユーカリなどから相同遺伝子を単離しその構造を比較し,さらに相補組換え体を作成した。(3)マイクロアレイ解析によりST0P1転写因子異常個体の転写レベルを調べた,ネットワーク解析などを実施したところ,いくつかの共発現遺伝子ネットワークが下流に存在することが明らかとなった。(4)マルチストレス応答プロファイルの一環として通気条件を変えてST0P1変異体を育てたところ,生育が野生型に比較して劣ることがわかった。これは,酸欠ストレスによる酸性化と関係すると考えられた。以上の解析から,ST0P1転写因子は多くの植物種が持つ重要な転写因子で,その制御する遺伝子は,他の転写調節因子とも関連しながら,マルチストレス応答を制御することが確認できた。STOP1転写因子は多くの植物に存在する、酸性土壌耐性のマスターキーとなる転写因子と考えられている。その分子機構の理解と、分子育種基盤の構築を目的として、本年は以下の研究を進めた。1)異種植物のSTOP1転写因子コード遺伝子の単離この項目では、タバコ、カウピー、ユーカリ、等10種以上の植物からSTOP1相同遺伝子を単離した。尚、遺伝子の多くはタンパク質レベルで75%以上の高い相同性を示した。2)相補組み換体の作製この項目では、上記遺伝子をシロイヌナズナSTOP1変異体に組換えた相補組換え体を作成した。総数、150程度の独立したラインを作成して、形質評価の準備を整えた。尚、いくつかの種では部分的な相補を示すことから、STOP1分子がAlシグナル等の分岐も担うことが示された。3)STOP1に制御される遺伝子の制御機構のバイオインフォマティクスこの項目では、アルミ誘導や酸誘導の遺伝子群をマイクロアレイで特定して、そのプロモーター領域の出現頻度が高い配列の特定、プロモーターデリーションシリーズによる発現解析などを行った。これにより、アルミニウム応答とABA応答の独立制御などが、STOP1制御遺伝子では生じていることが明らかとなった。4)光合成能力及び代謝産物の調査この項目では、組換え体の光合成能力や炭水化物を中心とするメタボライトの網羅解析を実施した。これにより、STOP1変異ではそれぞれの因子が影響を受けていることが明らかとなった。酸性土壌の生産性の低さは,世界の食糧生産のボトルネックとなっている。植物は本来,酸性土壌に適応する能力を持つが,作物(つまり本来は酸性土壌に適応・進化したものでない植物)は,酸性土壌に導入した際に感受性を示す場合が多い。本研究で対象としたSTOP1転写制御システムは,申請者らが発見した転写因子で,酸耐性とアルミニウム耐性(ともに,酸性土壌での根の伸長阻害の原因となる)に関わる遺伝子を制御する,マスタースイッチである。一方,このシステムで制御される有機酸放出現象は,植物免疫を与える有用微生物のリクルーティングにもかかわることが報告されていることから,環境抵抗性の重要なモジュールであると考えられる。最終年度に当たる本年は,このシステムの複雑制御が,多面性を持つ有機酸放出現象に対応するものであること,コケを含む陸上植物が保存するシステムであることを明らかにした。実際に,この制御システムはアルミニウムイオンに鋭敏に反応して,例えば,耐性遺伝子であるALMT1リンゴ酸トランスポーターの場合,その転写誘導が遺伝子破壊株が生育阻害を受けない低レベルで応答するとともに,鞭毛タンパク質により誘導される(植物免疫に対応する意味を持つ)ことが明らかとなった。これらの複雑制御と鋭敏な転写制御は小麦などの作物でも保存されることも明らかになったことから,今後の作物の品種改良に重要な分子情報を提供できたものと考えている。酸性土壌耐性は世界の農業生産における低収量をもたらす要因となるストレス因子である。

本研究では、代表者らが特定した新規転写因子STOP1の制御システムの理解を介して、酸性土壌耐性を改善する品種改良方法を確立することを第一の目的としている。本年は、STOP1遺伝子が転写制御する相同遺伝子であるSTOP2の機能の解析、異種植物が持つSTOP1相同遺伝子の解析、制御される重要遺伝子であるリンゴ酸トランスポーター遺伝子の解析などを実施した。第一に、STOP2は相補実験などの結果から制御を受けるものの、アルミニウム耐性には関与しないことが明らかとなった。第二に、異種STOP1相同遺伝子の解析では双子葉、単子葉植物に加えてヒメツリガネゴケも保持することがわかった。ヒメツリガネゴケは、シロイヌナズナSTOP1変異体への相補性検定でアルミニウム耐性を復帰し、遺伝子発現抑制でアルミニウム感受性を示すことから、機能を持つタンパク質であることが確かめられた。つまり、STOPによる酸性土壌耐性機構は、進化段階が早い時期に確立されたものと考えられる。さらに、STOP1が制御するシロイヌナズナのアルミニウム耐性遺伝子、AtALMT1は多面性を持つ遺伝子で、病害微生物応答の典型的なシグナル伝達経路である鞭毛タンパク質による誘導制御を受けることが明らかとなった。これに加えて、いくつかの重要作物からの相同遺伝子の単離や遺伝子組換え体の作成を行った。年度当初、組換え体を作成する理化学研究所、光合成やメタボロームを分担する東北大学、かずさDNA研究所が、東日本大震災の影響を受け、作成中の材料などが被害を受けた。しかし、年度後半には概ね遅れを取り戻すことができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝子組換え体の作成など、実験項目に関してはおおむね予定通りに進んでいる。成果の公表に関しても、本年度は国際誌(ヨーロッパ、アメリカ)に2編掲載が決定し、さらに3編が審査中であることから、期間内に予定する報告を完了できるめどが立った。本年は、特に成果発表(論文作成)に必要な、細部に関わるデータを取ることに注力する予定である。STOP1を過剰に発現する組換え体や、いくつかの植物で遺伝子発現抑制個体を作成していることから、当初計画していた分子育種基盤を構築することは達成できると考えている。最終年度は、異種ゲノムでの相同遺伝子(STOP1自身とそのターゲットとなる遺伝子)の解析や、タンパク質のモデル化、プロモーター構造の予測などの生物情報学的なアプローチと、酸性障害を伴う環境ストレスとSTOP1変異や過剰発現の関係など、分子生理学的にモデルを構築するために必要な実験を行う。大部分の実験はすでに準備が終了し予備的な解析も完了していることから、成果の取りまとめも含めて期間内に目的を達成することは可能である。ワタや、マメ科植物でも遺伝子組換え体の解析を実施し、実用作物での品種改良にもある程度めどをつける予定である。
microRNAを用いたオーダーメイド顔面骨形成法の開発的研究

本研究では、siRNAを用いて骨周期コントロール法を開発することにある。バイオインフォマティクスを用いmiR-142標的遺伝子同定を行いG蛋白質ファミリーに関与する結果が得られた。骨組織におけるmiR-142発現細胞の同定を目的に大腿骨内におけるmiR-142ファミリーの発現をISHを用いて試みたが明らかなシグナルを検出することが出来ず、免疫細胞群を分離、miRNA抽出、cDNA合成を行いqPCRを用いて発現動態を解析した。その結果、miR-142-3p及びmiR-142-5pを発現していることが確認された。細胞内遺伝子発現調整因子として最近注目されているmicroRNAの働きについて骨形成過程とくに破骨細胞や造骨細胞を中心に調べ、有機質基質(仮骨)形成や無機質沈着(石灰化)にどのような働きを担っているかを明らかにし、顔面骨形成過程におけるmicroRNA(siRNA)を用いた意図的な骨形成・吸収および骨周期コントロールを目的として本研究を開始した。哺乳動物細胞におけるmicroRNAの役割の解明はまだ黎明期であり、骨形成(再生・分化増殖)過程に置けるその働きや役割だけでも明らかにすることは重要である。投与法や条件の解析が必要であるが、その原理を用い、オーダーメイドの骨形成が出来ればその利用価値は高い。平成26年度は培養細胞からmicroRNA解析用cDNA作成およびmicroRNA発現の比較検討のため、まず確立されたcell lineであるHCOとMLC-6からtotal RNAを抽出してcDNA作成し、成熟瘢痕由来の組織と細胞を対照してmicroRNAの発現の違いを検討した。短鎖のnon-coding RNAを選択的に抽出し、microarrayとmicroRNA specific real-time PCRを使用してターゲットmicroRNAの標的遺伝子の絞りこみを行った。現在、microRNAのターゲットmRNAの予測web sitedatabase (miRanda, TargetScan PicTar等)を使用したIn silico identificationで行っている最中であるが、今後は動物実験作成した骨欠損および骨移植組織から(直接もしくは継代培養で)サンプリングしてmicroRNAの発現の違いを検討し、in vitroのデータと合わせて、それにより選出されたmicroRNA及び既にターゲットとして挙げたmicroRNAが骨形成や骨吸収に果たす役割を検討する。同時にmiRNA遺伝子欠損(KO)マウスを用いターゲットmRNA解析の精度を向上させる予定である。本研究では、破骨細胞や造骨細胞におけるmiRNA機能を明らかにしsiRNAを用いて人為的に骨形成・吸収および骨周期コントロール法を開発することにあるが、その中でmiR-142は免疫反応に関与することがmiR-142 KOマウスを用いた解析により分かった。バイオインフォマティクスを用いmiR-142標的遺伝子同定を行い、細胞骨格構成に関与する低分子量G蛋白質ファミリーに関与する結果が得られた。骨組織におけるmiR-142発現細胞の同定を目的に大腿骨内におけるmiR-142ファミリーの発現細胞の同定をISHを用いて試みたが明らかなmiR-142シグナルを検出することが出来ず、代用手段として磁気ビースを用いて代表的な免疫細胞群(好中球、マクロファージ、T細胞、B細胞)を分離、miRNA抽出、cDNA合成を行いqPCRを用いて発現動態を解析した。その結果、脾臓における上記細胞群は、miR-142-3p及びmiR-142-5pを発現していることが確認された。また、miR-142および低分子量G蛋白質mRNAの結合解析ではCdc42、Rac、およびRhoファミリーは、代表的な低分子量G蛋白質ファミリーであることにより、miR-142は、バイオインフォマティクス解析で上記分子群の翻訳抑制に関与していると推察された。そこで分子間相互作用を解析系の確立に着手し、比較的遺伝子導入を行いやすいNIH 3T3細胞を用いて検討した。さらに本研究で構築したプラスミド群は、正確なルシフェラーゼ活性を保持していることが確認された。しかも細胞毒性は確認されなかった。よって、本研究成果により、miR-142は骨形成における細胞運動に関与していることが推察された。今後は、miR-142欠損マウスならびに突然変異マウスを用いて詳細に解析を行えばさらに興味ある結果が得られると期待出来る。形成外科学ラットの骨欠損部や骨膜下などへ基材として現在臨床応用可能なもの(コラーゲンゲル、ボーンペーストなど)にmicroRNAを混ぜたものやレポータープラスミドを用いたmicroRNA投与を行い骨形成能や骨吸収能を調べ、ターゲットmicroRNAの実際にin vivoで効果を確かめる。当初計画通りに進まない時は、投与法や混合基材についてはMEDLINEや学会等での情報を得られ利用可能であれば採用して研究を行う。また、長期安定性を調査するため、で効果があるmicroRNAについてテトラサイクリン・カルセイン骨形態計測法や経時的骨塩量を計測しつつ、実際の骨標本を作製して総合解析および判断を行う。
色素細胞分化におけるWntシグナル関連因子とMITFとの機能的相互作用

メラノサイト、網膜色素上皮細胞(RPE)の分化過程に機能する転写因子MITFの作用機構を明らかにする事を目的とし、特に発生や形態形成に重要なWntシグナルの伝達経路の因子とMITFとの機能的相互作用に注目して以下の解析を行った。1.MITFとLEF-1/β-Cateninによる転写調節機構の解析MITF-MがWntタンパクにより発現が誘導されることを見出し、Wntシグナル伝達因子LEF-1がMITF-Mプロモーターを制御している事を報告した。さらにMITFとLEF-1との協調作用によりメラノブラストマーカーであるTRP-2のプロモーター活性が上昇する事を見出した。この機構にはβ-Cateninの存在が必要であった。さらにPull Down Assay及び酵母、培養細胞でのTwo-Hybrid法により、MITFとLEF-1が相互作用する事を明らかにした。欠失変異体を用いた実験によりこの相互作用に必要な領域として、MITFのbasic-helix-loop-helix/leucinezipper(bHLH/LZ)領域と、LEF-1の核移行シグナル領域を同定した。Mitf-rwマウスはMitf遺伝子の1H及び1Bエキソンを含む領域を欠失しており、その結果RPEのメラニン色素形成に異常を来しているという報告がなされた。したがってRPEの分化と機能発現にはMitf-M以外のisoform(A、B、C、H)が機能している事が示唆される。この報告を踏まえてRPEの分化におけるMitf-Aの発現をさらに詳細に検討した。その結果RPEの分化に重要な機能を果たしていると思われる新規のisoformを見出した。さらにMITFとSOX10についてin situ hybridization法により発生過程における発現分布を解析して報告した。3.RPEにおけるMITFの新規標的遺伝子の探索RPEにおいてMITFの野生型と変異型を構成的に発現させた培養RPEを作成し、cDNAサブトラクション法によるMITFの標的遺伝子の単離を試みた。サブトラクション後のcDNAでは構成的に発現している遺伝子は除かれている事を確認し、発現量に差のあるcDNAクローンの単離を進めている。
孵卵温度が温度依存性性決定動物の性ステロイドホルモン関連遺伝子の発現へ及ぼす影響の解析

平成18年度の結果から、ヒョウモントカゲモドキ胚の生殖腺原基においては性ステロイドホルモン合成酵素の発現量に孵卵温度の影響および形態的な性分化は観察されないこと、脳においても生殖腺の性快定時期以前から性ステロイドホルモンの合成酵素と受容体が発現していることが明らかとなっていた。この結果を受け、平成19年度には孵化直後の個体での生殖腺における性分化の形態的、分子生物学的解析を行うと共に、胚の脳における性ステロイドホルモン合成酵素の発現に対する孵卵温度の影響を調べた。ヒョウモントカゲモドキでは生殖腺の形態的な性分化は孵化直後から観察された。これは他の染色体性性決定有鱗目種での報告と比べても非常に遅い。ヒョウモントカゲモドキでは性が決定される温度感受期が発生中期から後期であり、この性決定期と生殖腺の性分化時期との関係は性決定様式の進化を考える上で興味深い。さらに、遺伝子発現レベルではやはり孵化直後にエストロゲン合成酵素がメスで、性ステロイドホルモン合成酵素の転写因子であるAd4BP/Sf-1がオスで高い発現を示した。これは有鱗目の性決定の分子機構の進化を研究する上で基盤となるデータであると共に、ヒョウモントカゲモドキ特有のAd4BP/Sf-1の存在を示唆している。また、脳においては生殖腺が性分化するより以前に2種の性ステロイドホルモン合成酵素の発現に対する温度の影響が観察された。これは性決定因子である孵卵温度が直接脳に入力していることを示唆するものである。18年度から引き続き解析を行っているニワトリにおいても生殖腺の性決定以前の脳におけるAd4BP/Sf-1発現量の性差が観察された。これらの結果は旧来の脳の性分化機構のモデルを覆し、羊膜類で広く脳に自律的な性分化機構が存在することを示唆するものである。平成18年度には温度依存性性決定動物であるヒョウモントカゲモドキにおいて発生初期の胚における性ステロイドホルモン関連遺伝子の発現分布の解析を行うことを第一の目標としていた。そこで約60個のヒョウモントカゲモドキ受精卵をメスが多く産まれる温度である26°Cと34°Cで孵卵するもの、オスが多く産まれる温度である32°Cで孵卵するものに分け、温度感受期の間、後を含む様々なステージで解剖した。各胚からそれらのステージにおいてサンプリングしうるすべての器官を取り出し、cDNAを調整、RT-PCRによって2種の性ステロイドホルモン合成酵素、4種の性ステロイドホルモン受容体のmRNA発現分布を解析した。その結果、温度感受期前から合成酵素は脳と生殖腺において発現していること、受容体はやはり発生初期から全身的な発現を示すことが明らかとなった。このことは発生器において脳と生殖腺が主要な性ステロイドホルモン産生器官であること、そして脳と生殖腺で産生されたステロイドはそれらの分化に影響しうることを示唆している。発現分布パターンに付加卵温度による違いは観察されなかったため、その発現量に対する孵卵温度の影響を競合的PCR法により解析した。哺乳類でオス特異的発現が報告されているP450scc、鳥類、爬虫類などでメス特異的な発現が報告されているP450aromともに胚の生殖腺における発現量に孵卵温度の影響は観察されなかった。孵化直前のステージにおいても生殖腺に形態的な雌雄差が見られなかったことから、ヒョウモントカゲモドキにおいては生殖腺の性分化は性決定から非常に遅れて進行すること、生殖腺から分泌される性ステロイドホルモンは性決定に関与しないと考えられる。現在、生殖腺の性分化期について調べる目的で孵化直後の胚における形態的性差および遺伝子発現量における差を解析中である。
創造的な思考におけるスケッチスキルの効果の解明と教育法の提案

デザインにおけるスケッチスキルの効果の解明を目的に、デザインの創造過程で発案される言語表現としてのキーワードと図形表現としてのスケッチの関係を分析した。その結果、スケッチスキルには、トップダウンによりアイディアを最適化する効果に加えて、属性の展開から新たな意味を抽出するボトムアップにより創発を促す効果のあることを明らかにした。さらに、スケッチを含む各描画技法の比較から、頭の中に発想した対象物に対する形状把握や、複数のデザイン対象物とユーザーの関係性の検討における各手法の特徴を明らかにすることで、創造的なスケッチスキル習得のための教育法開発の基盤とした。多くのデザイナーが創造的な活動に活用するスケッチの効果の解明による、スケッチを的確に活用し創造活動を行うためのスケッチスキルの効果的な修得に向けた教育法の開発に向け、デザインの創作時に創出されるキーワードとスケッチの関係に着目することでデザインの思考過程におけるスケッチの効果を考察した。スケッチを用いたデザインの創作過程において、同一の被験者により描かれたスケッチと創出されたキーワードを比較分析することで両者の関係を考察した。スケッチについてはスケッチスキルを分類し構造化することで提案したスケッチスキルの構造モデル、キーワードについてはデザインにおける包括的な観点として研究分担者らがこれまでに提案し、デザイン思考における活用の可能性を示してきた多空間デザインモデルの観点に基づいて分類・分析した。スケッチの制作には抽出されたキーワードをもとにスケッチを描くことにより属性を展開する効果に加え、スケッチを描くことにより新たなキーワードの抽出を促す効果が見られた。スケッチを描くことにより抽出されたキーワードを、再度、多空間デザインモデルの観点で分類・分析した。デザインの思考過程におけるスケッチの効果として、トップダウンによりデザイン対象の価値や意味から属性を展開することで最適化をはかる最適デザインに加え、属性を展開することでボトムアップにより新たな価値や意味を抽出する創発デザインに主眼をおいた効果を確認した。当初研究計画では、プロダクトデザイン以外のデザイン分野のスケッチの事例収集を計画したが、デザインの創作時に活用されるスケッチの効果解明に向け、透視図法や構成要素の詳細な形状描写等多くのスケッチスキルの活用が求められるプロダクトデザイン分野での分析を優先させた。同一の被験者による、キーワード発想後のスケッチ描画、スケッチ描画後のキーワード発想、およびスケッチ描画とキーワード発想を並行した事例の分析を行った。スケッチについては、スケッチスキルの構造モデルに示した4項目のスケッチスキル、キーワードについては多空間デザインモデルに示した4階層に分類し評価した。その結果、デザイン対象全体の構造や形状を展開するスケッチスキルの活用は属性を表すキーワードの発想に影響し、詳細な要素を展開するスケッチスキルの活用は価値や意味を表すキーワードの発想に影響することを見出した。以上の研究成果を論文としてまとめ発表した。デザインスケッチ(以下:スケッチ)を用いた、デザイナーの創造行為における思考過程の解明と効果的なスケッチ教育法の開発に向け、スケッチとともにデザイン教育において重視される静物画デッサン(以下:デッサン)とスケッチとの関係を分析した。スケッチは、デザイン案のイメージを可視化することでデザイ案の発想を促す目的で使用されるのに対し、デッサンは造形教育の基礎として、目の前に置かれた対象物の形状を理解し正確に表現することが求められるなど、両者の目的は異なる。一方で、透視図法や陰影法など、使用される表現スキルには共通点も見られる。そのため、デッサンスキルとスケッチスキルを比較することで、スケッチを用いた創造的な思考過程の解明と、効果的なスケッチ教育法の開発に向けた知見を得ることを目的として研究を進めた。複数の対象者の描いたスケッチとデッサンを評価し、因子分析、クラスター分析を用いて分類した。その結果、デッサン教育とスケッチ教育の両方を受けたデザインを学ぶ大学生においても、デッサンスキルとスケッチスキルは一致するものではなく、多くの学生はどちらかが優れる一方、もう一方は劣るグループに分かれることを確認した。さらに、描かれたデッサンとスケッチを分析することで、同一の対象者において、本来共通するスキルである透視図法が両者の間で異なるレベルで活用されるなど、多くの対象者にとって、デッサンスキルとスケッチスキルは異なるスキルとして習得されていることを確認した。これまでの研究において、デザインの創造過程におけるスケッチの役割として、ボトムアップにより新たな価値や意味を抽出する創発デザインに主眼をおいた役割を確認した。一方、デザイン教育のなかで、スケッチとともに重視されるデッサンにおいて、透視図法や陰影法など、スケッチと同様の表現スキルが重視されるものの、両者のスキルは必ずしも一致しないことが、調査の中で示された。そこで、28年度は、デッサンとスケッチの関係の解明を目的に両者の描画スキルの比較分析を行った。その結果、両者には透視図法や陰影法など、共通する表現スキルが使用されるものの、多くの被験者にとって、異なるスキルとして習得・活用されることを確認した。さらに、両スキルには、腕動作だけでなく、形状の認識方法など他の要因が影響することが考えられた。従来のスケッチ教育においては、透視図法や陰影法などの腕動作の習得を中心とした教育が行われていたことから、今回の研究成果により、スケッチを用いたデザイナーの創造行為における思考過程の解明と、効果的なスケッチ教育法の開発に向け有効な知見を得ることができた。デザイナーが、デザインの創造において活用するスケッチスキルの効果の解明に向けた28年度までの研究において、デザインスケッチと対象物の観察描写を目的としたデッサンとの関係を分析することで、両者は異なるスキルとして習得・活用されることが示唆された。そこで、29年度は、さらに両者の描画過程の比較を行うことで創作過程における形状の認識や表示方法に関する分析を進めた。

具体的には、描画過程における手の動きに対する行動分析を行い、描画プロセスの比較・分析から創作過程の違いを考察した。その結果、デッサンスキルの優れる対象者は、目で見た対象物の形状を短時間で把握する一方、スケッチスキルの優れる対象者は頭の中にイメージしたデザイン案の形状を短時間で把握するなど、両者の間には表現スキルに加えて形状把握スキルの違いが影響することを明らかにした。つぎに、スケッチによる創造の対象を、製品の立体形状を対象とするプロダクトデザインから映像やインタラクションなど時間軸に伴う動作を含むデザインに広げ、スケッチスキルの効果の解明を進めた。具体的には、絵コンテと呼ばれる時間軸に沿った複数のスケッチに対象人物の発言(セリフ)や状況説明を加えたものを用いたデザイン開発のプロセスや効果を分析した。その結果、デザイン対象物の形状や構造を表現するアイディアスケッチと対象ユーザーの行動や体験を表現す絵コンテにおける、複数のデザイン対象物の関係性や場の創造における効果の違いを明らかにした。以上の、本期間中の研究により、これまでデザイナーの経験として語られていたスケッチスキルの具体的な効果の多くを解明することができた。今後は、これまでの研究成果をもとに創造的な活動に向けたスケッチスキル習得法の開発に着手するつもりである。デザインにおけるスケッチスキルの効果の解明を目的に、デザインの創造過程で発案される言語表現としてのキーワードと図形表現としてのスケッチの関係を分析した。その結果、スケッチスキルには、トップダウンによりアイディアを最適化する効果に加えて、属性の展開から新たな意味を抽出するボトムアップにより創発を促す効果のあることを明らかにした。さらに、スケッチを含む各描画技法の比較から、頭の中に発想した対象物に対する形状把握や、複数のデザイン対象物とユーザーの関係性の検討における各手法の特徴を明らかにすることで、創造的なスケッチスキル習得のための教育法開発の基盤とした。デザイン教育においてスケッチスキルと共に重視される、デッサンによる観察描写力とスケッチスキルの関係の解明を行う。発想したデザイン案のイメージ表現を目的とするスケッチに対し、デッサンでは対象物の正確な表現が求められる。また、おもに輪郭線で形状を表現するスケッチに対し、デッサンでは陰影により立体を表現する。このように両者の間には多くの相違点がある一方、透視図法や陰影の表現方法には共通点も見られる。