hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
学習改善に向けた日本語聴解認知診断テストの研究開発

平成30年度,代表者と分担者による日本語聴解認知診断テストに関する研究会を9回行い,日本語聴解認知診断テストに関する予備調査の実施と分析を次の通り行った。(1)ルーヴァン・カトリック大学(ベルギー),大連外国語大学(中国),インドネシア教育大学(インドネシア)にて予備調査を実施し,242名のデータを得た。(2)予備調査の結果をもとに各問題項目の分析を行った。その結果,適切な項目のほか,修正が必要な項目,不適切な項目が明らかになった。また,選択枝の数,選択枝の提示方法,真正性などに関し,今後のテスト作成の方針を検討した。(3)予備調査の結果に関し,認知診断モデルを用いて学習者の習得状況を推定した。(4)アトリビュートの妥当性検証の一貫として,日本語教師6名に対して聴解に必要な要素・能力に関するアンケート調査を実施し,その他先行研究と合わせアトリビュートについて再検討した。上記(1)と(2)の結果をもとに下記の通り研究成果を発表した。(5)ヴェネツィア2018年日本語教育国際研究大会にてポスター発表(「真正性の高い日本語聴解テストの開発」を行った。(6)東アジア日本語教育・日本文化研究学会国際学術大会にて口頭発表(「日本語聴解テスト予備試験の分析結果ー認知診断テストの開発を目指してー」)を行った。(7)『東アジア日本語教育・日本文化研究』に論文「日本語聴解テスト予備試験の分析結果ー認知診断テストの開発を目指してー」を投稿し,採用が確定した。そのほか,(8)聴解素材に関する著作物利用方法の調査,(9)澤木泰代氏(早稲田大学)を招いて認知診断テストの開発に関する研究会(3月)を行った。また,(10)Facebookページにて研究に関する発信を行った。当初予定していた予備調査の実施,予備調査の結果分析,認知診断モデルによる学習者の習得状況の推定,テスト問題素材の著作物利用に関する検討,学会発表等は予定通り進んだ。しかし,予備調査の結果,アトリビュートの再検討が必要だということが明らかになり,当初の計画に含まれていなかったアトリビュートに関する調査(日本語教師に対するアンケート調査)を実施し,think aloud調査(学習者を対象にする調査)の企画を行った。そのため,平成30年度に実施する予定であった問題項目の作成が遅れた。しかし,アトリビュートの検討は最終段階であり,また,予備調査の項目の約半数が再利用できるため,平成31年度前半までに問題項目作成が完成する予定である。平成30年度の結果より,アトリビュートの再検討の必要性が生じたため,下記の通り妥当性を検証する。(1)予備試験用テストを用いて,学習者を対象に聴解テストの解答過程に関する調査(think aloud調査)を東京学芸大学,東京富士大学で実施する。(2)英語の聴解認知診断テストの開発者と意見交換を行う。(3)新たに構築したアトリビュートを用いてテスト結果を分析する。その後,テストの開発と分析まで次の通り行う。(4)新たなテスト項目15項目程度を作成し,本テストを完成させる。(5)新たな項目の素材に関し著作物利用の手続きを行う。(6)本テストを用いたthinkaloud調査をシンガポール国立大学とハワイ大学ヒロ校で実施し,最終版テストを確定させる。(7)本テストを日本国内,タイ,中国等で実施する。(8)結果の分析を行う。研究成果は,日本テスト学会(8月),日本言語テスト学会(9月),日本語教育学会(11月)などで発表する予定である。また,Facebookページでの発信を行う。代表者と分担者による日本語聴解認知診断テストに関する研究会を10回行い,日本語聴解認知診断テストに関する基礎的研究とテストの作成・予備調査を次の通り行った。(1)基礎的研究として,聴解ストラテジーや認知診断テストに関する先行研究の検討,認知診断モデルの検討を行った。(2)日本語能力試験の過去問題,先行研究,CEFRの記述を分析して,問題項目に正答するために必要な聴解認知技能(アトリビュート)の検討を行い,CEFRの記述に基づいた聴解認知技能(アトリビュート)を特定することとした。(3)問題項目作成の方針を検討し,日本語学習者が実際に遭遇する可能性の高い課題に限定すること,できる限り生素材を使用することを決定し,問題項目を作成した。作成した項目案を検討し,必要に応じ録音作業を行い,最終的に27項目を完成させた。(4)テストの方法を検討し,学習管理システムMoodleを使用したWebテストを作成した。(5)各問題項目がどのような聴解認知技能を測定しているか検討を行った(Qマトリックスの作成)。(6)日本国内とシンガポールの教育機関において予備テストを実施し,約70人分のデータを収集した。(7)2017年8月に東アジア日本語教育・日本文化研究学会主催の国際学術大会に出席し,聴解認知技能(アトリビュート)に関する分析を取り上げ,題目「日本語聴解テストが測定する技能ー日本語聴解認知診断テストの開発を目指してー」の発表を行った。そのほか,テスト素材の著作権についての検討,Webテストの方法に関する検討,関連機関における倫理申請,ヴェネツィア2018日本語教育国際研究大会への発表申し込み(題目:真正性の高い日本語聴解テストの開発),シンガポールにおける日本語教育に関する情報収集を行った。当初,テストのWeb化は,認知診断テストが完成する最終年度での検討を予定していたが,テスト方法を検討した結果,予備試験の段階からWebテスト化を行うこととの利点が大きいと判断し,平成29年度にその方法を調査し,実現させた。

その点で当初の計画以上に進展した。しかし,予備調査を予定していた中国の大学との日程が合わず,シンガポールで実施したため,目標の200データを集めることができなかった。中国における調査は平成30年6月に実施するため,おおむね順調に進展していると言える。平成30年度,代表者と分担者による日本語聴解認知診断テストに関する研究会を9回行い,日本語聴解認知診断テストに関する予備調査の実施と分析を次の通り行った。(1)ルーヴァン・カトリック大学(ベルギー),大連外国語大学(中国),インドネシア教育大学(インドネシア)にて予備調査を実施し,242名のデータを得た。(2)予備調査の結果をもとに各問題項目の分析を行った。その結果,適切な項目のほか,修正が必要な項目,不適切な項目が明らかになった。また,選択枝の数,選択枝の提示方法,真正性などに関し,今後のテスト作成の方針を検討した。(3)予備調査の結果に関し,認知診断モデルを用いて学習者の習得状況を推定した。(4)アトリビュートの妥当性検証の一貫として,日本語教師6名に対して聴解に必要な要素・能力に関するアンケート調査を実施し,その他先行研究と合わせアトリビュートについて再検討した。上記(1)と(2)の結果をもとに下記の通り研究成果を発表した。(5)ヴェネツィア2018年日本語教育国際研究大会にてポスター発表(「真正性の高い日本語聴解テストの開発」を行った。(6)東アジア日本語教育・日本文化研究学会国際学術大会にて口頭発表(「日本語聴解テスト予備試験の分析結果ー認知診断テストの開発を目指してー」)を行った。(7)『東アジア日本語教育・日本文化研究』に論文「日本語聴解テスト予備試験の分析結果ー認知診断テストの開発を目指してー」を投稿し,採用が確定した。そのほか,(8)聴解素材に関する著作物利用方法の調査,(9)澤木泰代氏(早稲田大学)を招いて認知診断テストの開発に関する研究会(3月)を行った。また,(10)Facebookページにて研究に関する発信を行った。当初予定していた予備調査の実施,予備調査の結果分析,認知診断モデルによる学習者の習得状況の推定,テスト問題素材の著作物利用に関する検討,学会発表等は予定通り進んだ。しかし,予備調査の結果,アトリビュートの再検討が必要だということが明らかになり,当初の計画に含まれていなかったアトリビュートに関する調査(日本語教師に対するアンケート調査)を実施し,think aloud調査(学習者を対象にする調査)の企画を行った。そのため,平成30年度に実施する予定であった問題項目の作成が遅れた。しかし,アトリビュートの検討は最終段階であり,また,予備調査の項目の約半数が再利用できるため,平成31年度前半までに問題項目作成が完成する予定である。
電場利用によるスラグからの金属およびマット液滴の分離

各種金属の乾式製錬プロセスにおいて、スラグからの金属およびマットの分離は有価金属の回収率を決める一つの主要な要因となっている。電場印加により界面張力勾配を形成させることで液滴周りにマランゴニ対流を生じさせ、その結果として液滴を移動させて分離特性を向上させることが考えられる。分離特性を向上させるための最適条件を見出すためには、液滴の移動機構を明らかにするとともに界面張力の電位依存性を明らかにする必要がある。高温融体の界面張力電位依存性を測定する装置を設計するための基本指針を得ることを目的として、水溶液系で滴下電極を用いた模型実験とその理論解析をおこなった。毛細管から水溶液中へ滴下する金属滴に電場を印加して、液滴が形成される過程の形状および表面状態を観察するとともに電流測定をおこなった。その結果、設定電位により滴下挙動が大きくことなることが明らかとなった。アノード極においては、滴下時間間隔および一滴当たりの体積の増加が認められた。また界面においては酸化膜が形成されることが分かった。一方、カソード極においては、液滴表面が金属光沢を呈し、電圧の絶対値を大きくすると滴の体積、落下時間間隔ともに減小し、界面張力が低下していることが確認された。印加電圧が高い場合には、水溶液と滴との界面近傍において流動が観察された。これは、界面張力勾配を駆動力とするマランゴニ対流であると推察された。さらに、電圧が零のときにも滴の成長にともなって微小な電流が流れていることがわかり、陰イオンが界面に特異吸着しているものと考えられた。毛細管内の粘性力、重力、外圧および界面張力の釣合いから液滴の成長速度を理論的に導出した。計算値は実測値とよく一致し、毛細管の径、長さ、液高さ、外圧で成長速度を制御できることを明らかにした。以上の知見を用いて高温測定装置の設計を実施した。電場印加により液滴を移動させ分離特性を向上させることが考えられる。その場合に必要となる界面張力についての基礎的なデータを採取することと、電場が液滴の移動挙動に及ぼす効果を定量的に明らかにし、最終的に有価金属の回収率を向上させることを目的としている。液滴の移動する機構を明らかにするために、水溶液系での滴下電極を用いた模型実験をおこなった。毛細管から水溶液中へ滴下する金属滴の電場を印加して、液滴が形成される過程の形状を観察するとともに電流測定をおこなった。その結果、設定電位により滴下挙動が大きくなることが明らかとなった。一方、カソード極においては、液滴表面は金属光沢を示し、電圧の絶対値を大きくすると滴の体積、落下時間間隔ともに減少し、界面張力が減少しているものと考えられた。印加電圧が高い場合には、水溶液と滴との界面近傍において流動が観察され、界面張力勾配が駆動力とするマランゴニ対流であると考えられる。さらに、電圧が零のときにも滴の成長にともなって微小な電流が流れていることがわかり、陽イオンが界面に特異吸着しているものと考えられた。溶液内に静置した液滴に外部電極により電場を印加したときには、カソード電極に近い部分には酸化膜が形成され、アノード電極に近い部分は金属光沢を示していた。滴下水銀を用いた実験結果と併せると、界面張力勾配は形成されていると推察されるが、界面近傍における対流は明確には観察されなかった。本実験を通して確立された手法を高温系にも適用して、現象の定量的な把握と実操業への適用性について明らかにする予定である。

さらに、電圧が零のときにも滴の成長にともなって微小な電流が流れていることがわかり、陰イオンが界面に特異吸着しているものと考えられた。毛細管内の粘性力、重力、外圧および界面張力の釣合いから液滴の成長速度を理論的に導出した。計算値は実測値とよく一致し、毛細管の径、長さ、液高さ、外圧で成長速度を制御できることを明らかにした。以上の知見を用いて高温測定装置の設計を実施した。
プロトン性配位子/金属アルコキシド系触媒を用いるアルコール化学変換の新展開

アルコール類を実質的にも形式的にも「求電子剤(R^+-^OH)」および「求核剤(R^+-^OH)」として用いるための,新触媒反応設計戦略の妥当性を数々の新規反応で証明した.この研究を通じて「分子表面触媒」という新概念が生まれその合成的な有用性が花開いた.アルコール類を実質的にも形式的にも「求電子剤(R^+-^OH)」および「求核剤(R^+-^OH)」として用いるための,新触媒反応設計戦略の妥当性を数々の新規反応で証明した.この研究を通じて「分子表面触媒」という新概念が生まれその合成的な有用性が花開いた.様々な有機アミノ金属アルコキシド錯体(R_2NH)M(OR)種や(NHC)M(OR)種(NHC=N-Heterocyclic Carbene)が、アルコールの触媒的化学変換において、廃棄物ゼロエミッション型の反応(主たる廃棄物が水、あるいは無し)に有効であることを見出した。なかでも、(pincer型bis-NHC)Pd(OR)/CsOH触媒が、2種の異なるアルコール間の脱水的C-C結合形成に高活性を示すことを見出した。触媒回転数は最高で25程度である。反応中間体の還元過程において、MPV還元が含まれるという新知見を得た。(2)アミド類の加溶媒分解反応において、(R_2NH)B(OR)系触媒(AminoOrganoBoron(AOB)触媒)はアルコールの大きさやpK_aを分子認識することを見出した。MeOHとEtOHさえも識別し、MeOHのみが選択的に、活性アミドを加溶媒分解する。またAOBはアルコールのみならず、β-dicarbonyl構造を、他の官能基群のなかから選択的に識別し活性化する。その結果、高い基質汎用性と官能基選択性を示すことが明らかとなった。(3)Cs(OR)種とアルコール、CH_2Cl_2、およびCO_2(1atm)を用いる炭酸エステルの合成法を達成した。これまで、強酸や強塩基が必要だと考えられてきた反応が、実はそうではなく、ほぼ中性pHの反応条件下でも触媒構造の精密な分子デザインによって触媒作用が発現することを証明した。特に、(R_2NH)M(OR)構造は弱酸と弱塩基の両機能を同時にもつため、ほぼ中性pHの反応条件を提供する。弱酸と弱塩基に基づく触媒設計によって可能となる、「ほぼ中性pH」の優位性を多彩な反応で示したといえる。遷移状態では効果的な水素結合ネットワークが形成され、水素移動が円滑に進行すると想定している。様々な金属アルコキシド錯体L_nNa(OR),L_nCu(OR),L_nRh(OR),L_nRu(OR)種が、アルコールの触媒的化学変換において、廃棄物ゼロエミッション型の反応(主たる廃棄物が水、あるいは無し)に有効であることを見出した。これら金属アルコキシド触媒が、2種の異なるアルコール間の脱水的C-C結合形成に高活性を示すことを見出した。触媒回転数は最高で2000程度である。それらの反応機構において、MPV型反応過程が極めて重要であるという新知見を得た。すなわち100年来信じられてきた遷移金属ヒドリド種に基づく"Borrowing Hydrogen"反応機構が実は必ずしも主ではないことを証明した点は、今後、アルコールを(擬)求電子剤として活用するための新戦略を練る上で、極めて重要な発見である。(2)Cs(OR)種とアルコール、CH_2Cl_2、およびCO_2(1atm)を用いる炭酸エステルの合成法を達成した。そのなかに、熱反応でのみ進行する協奏的な反応過程が含まれることを発見した。今後省エネルギー型炭酸エステル合成へと展開するうえで重要な発見といえる。(3)アルコールを真の求電子剤として用い、アミンの脱水的N-アルキル化を達成した。このS_N型反応にFeBr_3/アミノ酸触媒が有効であることを見出した。アルコールを求電子剤として用いるため、その活性化には強酸が必要だと考えられてきたが、実はそうではない。触媒構造の精密な分子デザインがもたらす中性から若干の塩基性のpH反応条件下でも触媒作用が発現することを証明した。弱酸と弱塩基に基づく触媒設計によって可能となる、「より中性pH」の優位性を難解な化学反応で示したといえる。遷移状態では効果的な水素結合ネットワークが形成され、水素移動が円滑に進行したと想定できる。アルコール類を実質的にも形式的にも「求電子剤(R^+-^-OH)」として用いるための、新触媒反応設計戦略の妥当性を数々の新規反応で証明した。この研究を通じて「分子表面触媒」の有用性が一部花開いた。ある時には様々なアルコール基質の2つの水素(R_2CHOH)が、触媒表面に触れ、水素移動が促進される。ここでいう「水素移動」は「水素化」の逆反応であるため、同じ遷移状態を原理的に経るはずの水素化においても分子表面触媒が十分機能しうることが示唆された。また別の時にはヒドロキシル基の酸素が触媒表面上のH^+で活性化され脱水が起こる。触媒構造に「共役」を組み込むことによってほぼ中性pHの反応条件を達成でき、それでも協奏的な触媒作用が十分に発現することを証明した。

全体として「RO(δ-)-M(δ+-)-X(δ-)-H(δ+)型の「分子性の触媒表面」の触媒化学における重要性を実証した6より具体的には、(1)アルコールから、求核剤ならびに求電子剤という一見相反する機能(umpolung)を同一反応容器内で同時に引き出すことに成功し、多彩な炭酸Iステル(ポリカーボネートの原料)をCO_2から定量的に製造できた。特筆すべきは、穏やかな反応条件(100°C以下、CO_2圧1atm)である。(2)フォスファゼン系分子触媒を用いる脱水的N-アルキル化(アルコールとアミンの反応)に成功した。アルコールは「R^+-^-OH」として働き、HO-C基の炭素に対してS_N2型で反応することが強く支持された。N-モノアルキル化とN,N-ジアルキル化の作り分けも可能となった。(3)Cu(OR)/NaOH/H_2触媒を用いる2種の異なる交差アルコールカップリング反応(C-C結合形成反応)を実現した。驚くべきことに、Cu(OR)種は、触媒サイクルをまわす前段階(触媒活性種の誘導段階)に作用しており、その後は基質誘導型触媒サイクルで反応が進行することを突き止めた。すなわち本反応に実は遷移金属源は実質的に必要なく、アルカリ金属アルコキシドクラスターが触媒として働き、見かけ上の酸化も還元も、すべて基質が担うMPVO型の反応であることを証明した。実際に、触媒量(1mol%以下)のカルボニル化合物が共存すれば、Cu源もH_2も必要なく、NaOHだけで触媒サイクルが廻る。
インドネシアにおける金精錬所から多量に発生する水銀の大気拡散と住民の暴露

インドネシア中央スラウェシ州パル市では日中と夜間で風向きが変わり、金精錬所の風下に当たる地点で水銀濃度が高くなっていた。この水銀の実測値と気象データを用いて大気拡散シミュレーションを実施したところ実測値とほぼ同様な空間分布を再現することができた。この結果、年間約53トンもの水銀が金精錬所から大気中へ放出されていると推測された。パル市では年間約180トンもの水銀が水系や土壌、大気等の環境中へ排出されていると見積もられているが、そのうちの約30%が大気に放出されていると推算された。インドネシアでは金の採取と精錬に伴い、大量の水銀が使用されている。中央スラウェシ州パル市の小規模な金精錬現場では年間約180トンもの水銀が水系や土壌、大気等の環境中へ排出されていると見積もられている。金精錬所周辺住民が大気中の水銀によって健康に影響を及ばしかねない状況であるにもかかわらず、これまでに大気中水銀の現状は把握されてこなかった。そこで、金精錬所周辺の大気中水銀濃度の測定を行い、水銀の空間分布と経時変化の把握を行った。さらに流体解析ソフトウエアPhoenicsを使用し水銀の拡散シミュレーションを実施し、金精錬所から大気中への水銀放出量の推定と精錬所の増加に伴う水銀濃度の将来予測も実施した。パル市の風向は日中と夜間で変わり、それぞれの風下に当たる地点で水銀濃度が高くなっていた。また、金精錬所の方角から風が吹く時間帯にはWHOのガイドライン(1,000 ng m-3)を超える高い水銀濃度を観測した。一方、風向が逆の時間帯は平均4.6ng m-3と低い値であった。なお、非汚染地域の大気中水銀濃度は13ng m-3と報告されている。この水銀の実測値と気象データを使用し大気拡散シミュレーションを行ったところ現地の大気中の水銀濃度に関して実測値とほぼ同様な空間分布を再現することができ、時間変化も再現することができた。このことから、年間約53トンもの水銀が大気中へ放出されていると推算され、環境中に排出される水銀の約30%が大気へ放出されていると推定された。このパル市における大気への水銀放出量は中央カリマンタン州タカラシ村と比べかなり多い。また、今後さらに金精錬活動が活発化し水銀放出量が1.35kg/hr増えた場合、金精錬所から約5km地点では風向や風速により変化はするが500 ng m-3以上の水銀が大気中に増加すると予想された。インドネシアでは金採掘が活発に行われ、その精錬に多量の水銀が使用されている。使用された水銀の多くは処理されることなく大気中に放出されているものと推測される。従って、金精錬所の存在は近隣住民に健康被害を生じかねない状況であるにもかかわらず、周辺地域の大気中の水銀濃度はこれまでほとんど測定されていない。そこで、インドネシアで金精錬が活発な中央スラウェシ州のパル市を対象として、時間的に連続な水銀の空間分布をCHAM社の大気拡散シミュレータPhoenicsを用い推定し、長期にわたる住民の水銀暴露量の把握を試みた。まず、2011年7月と9月に計3回、パル市内の計22地点で同時に大気中水銀濃度を測定した。測定には独自に開発したアクティブサンプラーならびにパッシブサンプラーを使用した。この実測データを用いて大気拡散シミュレーションを実施し、水銀濃度の空間分布を再現した。これにより、金精錬所中心部ではWHOのガイドライン1000ng/m3を超える高いガス状水銀が絶えず大気中に放出されていることが推定された。また、実測データの存在しない他の期間においては、連続して取得した気象データを用いてシミュレーションを実施することにより水銀の空間分布を推定した。風向、風速などシミュレーションに必要な連続的気象データは、金精錬所の西側に位置するパル市中心部と北側に位置するTadulako大学に気象計を設置することにより求めた。2つの気象計のデータからパル市では日中に風速が大きい北風が吹き、夜は弱い風速の南東の風が毎日繰り返し吹いていることがわかった。この結果、金精錬所の風下にあたる一般の市民が住む地域では24時間の水銀暴露量がかなり高くなった。しかし、風の吹いている時間帯にその地域から離れることで水銀の暴露量をかなり抑えられることもわかった。パル市に設置した気象計の不具合や大気拡散シミュレータPhoenicsの理解が不十分だったため当初の計画より進行が遅れ、23年度中に行う予定だった精錬所の増加に伴う水銀濃度増加の将来予測シミュレーションを実施することができなかった。しかし、24年度中に目的を達成することは可能である。パル市におけるシミュレーションは継続するとともに、中央カリマンタン州タカラシ村のケースについても精錬所からの水銀放出量を推算する。

現地の民家に設置してあり、連続して得られる気象計のデータを用いて水銀濃度の時間的に連続な空間分布の推定を行い、これにより住民の水銀暴露量と健康影響を推定する。得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。インドネシアにおける水銀濃度の実測値を得るための調査旅費とそれらを分析するための分析用消耗品類の購入。また、インドネシアのTadulako大学において水銀濃度を測定してもらうための機器の輸送費。さらに、得られた結果を現地の住民や学会において発表するための旅行費。
降雪地域用リモートセンシンググランドトルースの確立

森林のモニタリングは、地球環境変化を調べるために重要であり、森林の観測にはリモートセンシングは強力な道具である。森林の状態をモニタリングする従来の方法はより正確であるが、森林の膨大さのために広域のデータを収集するのは困難であるという明らかな欠点がある。衛星リモートセンシングは、そのような広い森林域に最も効果的に活用することができる。しかし、リモートセンシング技術を実用的に成功させるには、手法論や精度などの克服しなければならない問題があるので、リモートセンシング技術を適用する場合には、現地調査が不可欠であるといえる。本研究では、まず、実際の地上データと衛星からのデータとの対応を決定するための実験計画を立てた。樹木観測のための調査は、金沢大学角間キャンパスの駐車場で行った。比較のデータとして、衛星データと分光放射計によるデータを用いた。樹木の分光放射特性は、分光放射計を用いて、3つの異なった距離、すなわち、1)個々の葉、2)40mの距離からの1本の木の葉の集合、3)ヘリコプタからの種々の異なった木の集合、のそれぞれについて、観測点から測定対象までの距離による分光放射特性の変化を測定した。これらの成果は、衛星データを用いた植生被覆率のモデルの作成へ発展することができ、実際の地上データと衛星からのデータとの対応が決定すれば、このモデルを日本全体に適用することが可能となる。人工衛星に搭載されているセンサのスペクトル帯域は可視光から近赤外線さらに熱赤外線までの範囲に及び、各スペクトルバンドにより地表の状態の分光的特性が観測できる。ランドサットのTMセンタのデータと実際の地表の様子(ground truth)との対応が確立すれば、衛星リモートセンシングにより得られた地表のデータを解釈できることになる。本研究では、冬季におていは地表の降・積雪に対して雲を抽出し、春秋季においては樹木の種類を分類するために、衛星データと地表の実際の様子との対応を確立することを目的として以下の課題を行った。(1)降雪・積雪の状況を地上に設置した降雪粒子観測装置を用いて観測した。(2)降水量を地上の高感度雨量計を用いて観測した。(3)スペクトロメータを用いて植生の波長反射特性を観測した。(4)過去のランドサットが北陸を通過した日時について、雲被覆率を調べた。(5)雲被覆率の低い日時のラッドサットTMによるシーンを購入し、樹木の種類およびその分布を解析した。ランドサットのTMセンサのデータと実際の地表の様子(ground truth)との対応が確立すれば、衛星リモートセンシングにより得られた地表のデータを解釈できることになる。本研究では、冬季においては地表の降・積雪に対して雲を抽出し、春秋季においては樹木の種類を分類するために、衛星データと地表の実際の様子との対応を確立することを目的として以下の課題を行った。1.降雪・積雪の状況を地上に設置した降雪粒子観測装置を用いて観測した。2.降水量を地上の高感度雨量計を用いて観測した。3.スベクトロメータを用いて植生の分光反射特性を観測した。4.過去のランドサットが北陸を通過した日時について、雲被覆率を調べた。5.雲被覆率の低い日時のランドサットTMによるシーンを購入し、画素ごとの植生指数を計算した。6.植生指数の値の統計的分布ならびにテクスチャから樹木の種類およびその分布を解析した。人工衛星に搭載されているセンサのスペクトル帯域は可視光から近赤外線さらに熱赤外線までの範囲におよび,各スペクトルバンドにより地表の状態の分光的特性が観測できる。ランドサットのTMセンサのデータと実際の地表の様子(ground truth)との対応が確立すれば,衛星リモートセンシングにより得られた地表のデータを解釈できることになる。本研究では,冬季においては地表の降・積雪に対して雲を抽出し,春から秋季においては樹木の種類を分類するために,衛星データと地表の実際の様子との対応を確立することを目的として以下の課題を行った。

1.ヘリコプターに赤外線ビデオカメラ撮影システムならびにスペクトロメータを搭載し,上空から植生を観測した。2.観測されたビデオ映像を画像処理した。3.同時に地上でスペクトロメータを使用して植生の波長反射特性を観測した。4.ランドサットTMおよびNOAA衛星AVHRRの各画像から植生分布を解析した。5.各種データの解析結果を重ね合わせて比較・検討した。以上を各季節について行い,季節的変化について考察した。
細胞の磁気操作による三次元複合臓器構造体の構築

次世代の生体組織構築技術におけるキーテクノロジーになると考えられる細胞の操作技術について、磁性ナノ粒子を用いた磁気細胞操作の開発を行い、磁力を用いた再生医工学技術(Mag-TE法)を開発することを目的とした。本年度は、実験計画に基づき、主に以下の点に関して研究を行った。1.磁力を用いたVEGF遺伝子導入細胞シートの作製と機能評価筋芽細胞株C2C12細胞に血管新生を誘導するサイトカインであるVEGFの遺伝子を導入し、さらに正電荷脂質包埋型磁性ナノ粒子(MCL)を用いてC2C12細胞を磁気標識し、磁力によって細胞を積層化することによってVEGF遺伝子導入細胞シートを作製した。作製した細胞シートは、VEGFが分泌されていることをウエスタンブロット法で確認し、さらに導入したVEGFが正常に機能することを、血管内皮細胞の遊走および増殖・毛細血管形成能で確認した。さらに本方法で作製した遺伝子導入細胞シートをヌードマウスの皮下に移植することで、VEGF遺伝子導入の効果について検証した。移植した組織は、VEGF遺伝子を導入しなかった対照群と比較して有意に厚い組織を形成し、また、血管内皮特異的マーカー抗体による染色によって、血管内皮細胞や毛細血管の組織内に占める割合が有意に増加していることが分かった。これらの結果から、VEGF遺伝子導入細胞シートは移植に有用である可能性が示された。2.磁力を用いた抗菌ペプチド遺伝子導入表皮細胞シートの作製と機能評価表皮角化細胞株HaCaT細胞に抗菌ペプチドHBD-3の遺伝子を導入し、Mag-TE法で細胞を積層化することによってHBD-3遺伝子導入細胞シートを作製した。作製した細胞シートは大腸菌に対する抗菌活性を示したことから、本アプローチは再生医療に有用である可能性が示された。本年度は申請書の実施計画に従って、以下の研究課題を中心に研究を進めた。1.マイクロパターン化した血管内皮細胞を含む細胞シートの作製と評価筋芽細胞株C2C12細胞および贋帯静脈血管内皮細胞HUVECに、磁性ナノ粒子を取り込ませて磁気ラベルした。磁気ラベルしたC2C12細胞を、磁石を設置した超低接着性培養皿に播種した。播種された細胞は、培養皿底面に接着することができないために、細胞間で結合・接着をはじめて、筋芽細胞シートを形成した。さらに、マイクロパターン化磁石を培養皿底面に設置して、磁気標識した血管内皮細胞を筋芽細胞シート上に播種することで、HUVECを筋芽細胞シート上にパターニングすることに成功した。その後、さらに磁気標識したC2C12細胞をその上に播種して、磁石を設置することで、パターン化血管内皮細胞を含む三次元筋芽細胞シートを作製することに成功した。2.機能性表皮細胞シートの創製ヒト表皮角化細胞由来の抗菌ペプチドHBD(ヒトβディ・エンシン)-3の遺伝子をクローニングして、レトロウイルスベクターに組み込んだ。レトロウイルスベクターを感染させたヒト表皮角化細胞株HaCaT(HaCaT/HBD3)の培養上清は、大腸菌に対して約50%の増殖阻害活性を示した。さらに、HaCaT/HBD3細胞を磁性ナノ粒子と磁力を用いて、三次元表皮角化細胞シートを作製したところ、大腸菌に対して抗菌活性を示したことから、表皮角化細胞に抗菌ペプチド遺伝子を導入することで、移植時の細菌感染を防御する機能性培養表皮細胞シートを作製することができると考えられる。
細胞膜に関連したエネルギー変換マシーナリーの構造・機能相関

金属イオン輸送体の構造解析に関、しては、我々の結晶構造解析の結果(Nsyute2007)から示唆されたMg^<2+>依存的な構造変化を検証すべく, MgtE細胞質ドメインの分子動力学シミュレーションを行った.その結果,計算機内で細胞質ドメインのMg^<2+>依存的な開閉構造変化を再現することに成功し,細胞質ドメイン中のNドメインが構造変化に果たす役割が示唆された(PNAS, 2008).さらに結晶構造やシミュレーション結果から示唆されたMg2+ホメオスタシス機構を検証するために,パッチクランプ法等を用いた変異体解析を行った(論文準備中).ペプチド膜透過装置に関しては、SecYEのセレノメチオニン置換体結晶を用いた多波長異常分散法により位相決定に成功し、最終的に3.2A分解能での構造決定を行った(Nature, 2008)。さらにTSecDFについては,ペリプラズム領域のみの高分解能構造を、結晶構造解析・NMR法を用いて決定した。今後全長の電子密度マップにこれらの構造を当てはめ、新規膜タンパク質TSecDFの分子モデルを構築中である。(論文準備中)金属イオン輸送体の構造解析に関しては、MgtE全長の結晶化・セレノメチオニン置換体タンパク質を用いた多波長異常分散法による位相決定に成功し、最終的に3.5Å分解能での構造決定を行った。さらに、マグネシウムイオンあり・なし両条件下でのMgtE細胞質ドメインの構造決定にも成功した。その結果、Mg^2+欠乏条件下の細胞質ドメインの構造ではMg^2+過剰条件下と比較し、大きな構造変化がみられた。この構造変化がMgtEの膜貫通ドメインの構造変化を誘起し、イオン透過孔を開閉してMg^2+透過を制御すると推測される。したがって、MgtEの細胞質ドメインがセンサーとして生体内のマグネシウムの濃度を感知することで、Mg^2+が過剰な時には輸送体によるMg2十取り込みを阻害し、欠乏している場合には輸送体によるMg^2+取り込みを促進させるという、Mg^2+バランス維持のメカニズムが示唆された(Nature, 2007)。ペプチド膜透過装置に関しては、SecYEのセレノメチオニン置換体結晶を用いた多波長異常分散法により位相決定に成功し、最終的に3.2Å分解能での構造決定を行った(論文準備中)。TSecDFについては、ペリプラズム領域のみの高分解能構造を、結晶構造解析・NMR法を用いて決定した。今後全長の電子密度マップにこれらの構造を当てはめ、新規膜タンパク質TSecDFの分子モデルを決定する。(論文準備中)
葉層構造と幾何構造

葉層構造に幾何構造を導入する自然な仕方は、2通りある。一つは、葉に横断的な方向に導入するものであり、これに関しては既に多くの研究がある。他は、葉に接する方向(即ち、各葉上)に導入するものであり、これに関しては諸分野の中での個別な研究はあるものの、微分位相幾何学的立場からの統一的な視点はなかったように思われる。本研究では、この双方について微分位相幾何学的な考察を行った。まず、横断的な幾何構造に関しては、横断的アフィン葉層の場合に既に得ていた結果を拡張し、横断的射影葉層に対してその大域ホロノミ-群と葉層の位相的性質との関連を明らかにした。次に、葉に接する幾何機造に関しては、第一に接アフィン葉層を考察した。これは、例えば、シンプレクティック多様体上のラグランジュ葉層に自然に入っている構造である。本研究では、ト-ラス上の接アフィンの葉層に対して、その上の接アフィン関数全体のなす空間を決定した。第二に複素曲面内のレヴィ平坦な実超曲面(これは接複素葉層をもつ)が満たすべき位相幾何学的性質を研究した。今後、この線に沿った結果を接幾何構造を持った葉層一般に対しても出していきたい。以上の研究に際し、分担者からの多様体の幾何構造や複素解析や群表現等についての情報と、国内の研究者との研究連絡が大いに役立ったことを付記する。研究代表者(稲葉)は,代表的な幾何構造として射影構造をとり上げ,葉に横断的な方向にその構造をもつ余次元1の葉層構造を研究した。その結果,多様体の基本群及び葉層構造の大域ホロノミ-群の代数的性質(可解性,アメナビリティ-等)の,葉層構造の位相的定性的複雑さ(弾性葉,例外葉の存在等によって表される)への関与のしかたをある程度解明することができた。具体的には,得られた結果の主要なものは次の通りである。1.射影葉層構造が弾性葉を含まないならば、その大域ホロノミ-群は可解である。2.葉空間の基本群がアメナブルならば,射影葉層構造は,例外葉を含まない。3.多様体が円周東であるような射影葉層構造に含まれる例外極小集合は,記号力学系によって完全に記述できる。更に,以上とは別に,力学系理論における拡大的流れに附随する特異葉層構造の定性的研究や,有限次元超多様体上に自然に存在する(横断的方向ではなく)各葉ごとにアフィン或いは多項式構造をもつ葉層構造の研究も進めつつある。分担者久我・安藤は,広い意味での幾何構造を考察した。久我は,与えられた多様体上の微分構造全体のなす集合にうまい位相の入る可能性について考察し,安藤は高次元射影多様体に含まれる射影直線の法線束に関して詳細な研究を行った。解析的方面では,日野が関数方程式の解の安定性についての研究を行った。これは力学系理論において軌道の安定性と言換えられるものであり,力学系の一般化である葉層構造の葉の安定性に今後関連させていたいと考えている。今年度は、研究代表者稲葉は、葉に接する方向に幾何構造をもつ余次元1の葉層構造を微分位相幾何学的観点から重点的に研究した。まず、ト-ラス上の接アフィン構造を徹底的に調べた。得られた主な結果は次の通りである。(1)ト-ラスの上の任意の葉層は接アフィン構造を許容する。(2)ト-ラス上の接アフィン関数は、コンパクト葉上の値により一意的に定まる。(3)ト-ラス上の接アフィン関数全体のなす線形空間は、1次元、2次元、無限次元のいずれかである。次に、レヴィ葉層(接複素葉層)について考察した。複素曲面が滑らかでレヴィ平坦な実3次元閉超曲面を許容する時、その超曲面の基本群は無限であり、かつ2次元ホモトピ-群が消える(但し2次元球面と円周の直積を除く)ことを示した。

また、この結果の系として、任意の複素曲面は、境界が滑らかで有界な正則領域であって2次元複素平面に双正則なものを許容しないこと、及び、複素曲面上の正則自己同型が吸引不動点をもつならば、吸引盆地の境界は少なくとも一点で滑らかでないことがわかる。久我は、3次元球面内の結び目の補空間の整数表現について考察し、整数係数多項式で与えられる不変量を発見した。これにより、結び目の補空間の幾何構造の理解が深まった。
ヒト肺組織における早期気腫化病変と、臨床データ・モデル動物との比較検討

1.ヒト臨床・生体データの蓄積及び気腫肺およびコントロール検体の収集肺組織を収集する目的で、京都大学医学研究科・医学部医の倫理委員会の承認を得て京都大学肺組織バンクを設立した。肺組織バンクは、現在、肺葉切除患者68症例が登録しており、プロトコールに則って組織を凍結保存中であり、現在も症例蓄積中である。現在、レーザーマイクロダイセクションにて、組織標本から血管内皮細胞などを単離・RNA抽出による遺伝子発現の検討などを開始、また、気道平滑筋細胞・気道上皮細胞の単離・培養をおこなっており、今後臨床データとの比較検討を行っていく予定である。臨床症例での前向き研究により、COPD患者におけるCT画像上の気道病変の評価・経年変化を検討し、Respirologyに報告した。また、COPD増悪の危険因子を同定し、Thoraxに掲載予定である。これらのことから、COPDの自然経過や増悪の関連因子に関する新しい知見をることがでた。2.マウスの肺気腫のデータ蓄積と評価肺気腫モデルとしてKlotho miceの肺の形態測定を行い、シミュレーションを行うことにより、病理組織学的なフラクタル次元の変化と肺機能変化についての知見を得、データをまとめ、Proc Natl Acad Sci U S Aに掲載された。喫煙モデルマウスにおいても、喫煙誘発炎症とその抑制機序についての報告をJPETに行った。このような動物モデルでの研究により、COPD発症・伸展へのより詳細な検討を行うことが可能になった。上記のように、臨床像と動物実験を複合的に検討することにより、病態解明と管理・治療法の開発への寄与ができたと考える。対象となる肺癌などで肺葉切除術を受ける予定の患者様より、文書によるインフォームドコンセントを得るため研究説明書・同意書を作成した。肺組織バンク事業として蓄積する術前臨床データ項目(胸部CT画像、肺機能、血液検査など)を選定し、連結可能匿名化を行うため、データファイルと管理環境を整えた。組織は、摘出肺より診断に必要な病理検体を除き、病巣からもっとも離れた区域を50%OCTにて進展、凍結し、-80度の冷凍庫に保存する。凍結肺組織を、冷凍肉スライサーなどの工具を用いて、小さなブロックとして保存することで、一部を形態学に、また一部を分子生物学的検討に必要なときに使用することが可能となった。以上の方法で保存した肺組織より、直接RNAを抽出できることを確認した。更には、凍結薄切標本を作製し、laser capture microdissectionにも使用可能であることを確認した。今後は検体及びデータの収集を増加し、臨床データやCT解析の結果と、組織から得られるデータを比較検討しながら、COPDの病態解明を行っていく。2.マウスの肺気腫のデータ蓄積と評価肺気腫モデルとしてKlotho miceの肺を進展固定し、HE染色、弾性・膠原線維染色抗体を用いた免疫組織染色によって気腫性変化を評価した。現在、肺機能の測定を、small animal ventilatorを用いてresistantやelastanceなどを測定中である。病理組織学的なフラクタル次元の変化と肺機能変化、更には、ヒトで得られた結果とを対比させながら、COPDの病態を追究していく。(767字)1.ヒト臨床・生体データの蓄積及び気腫肺およびコントロール検体の収集肺組織を収集する目的で、京都大学医学研究科・医学部医の倫理委員会の承認を得て京都大学肺組織バンクを設立した。肺組織バンクは、現在、肺葉切除患者16症例が登録しており、プロトコールに則って組織を凍結保存中であり、現在も症例蓄積中である。免疫組織染色やRNA抽出による遺伝子発現の検討などを開始、今後臨床データとの比較検討を行っていく予定である。

胸部CT装置が申請時から更新され、64列のMDCTとなったため、CTデータの解析方法を更新して、さらに詳細に検討することが可能となっている。今後は検体及びデータの収集を増加し、臨床データやCT解析の結果と、組織から得られるデータを比較検討しながら、COPDの病態解明を行っていく。また、現在までの蓄積データを解析し、COPD患者におけるCT画像上の気道病変を複数測定し、既報の上葉枝のみならず、下葉の気管支も肥厚・狭窄していることを見出し、Respirologyに投稿・掲載予定である。2.マウスの肺気腫のデータ蓄積と評価肺気腫モデルとしてKlotho miceの肺を進展固定し、HE染色、弾性・膠原線維染色抗体を用いた免疫組織染色によって気腫性変化を評価した。また、形態測定により、肺機能の測定を、small animal ventilatorを用いてresistanceやelastanceなどを測定した。病理組織学的なフラクタル次元の変化と肺機能変化について、データをまとめ、現在論文として投稿中である。1.ヒト臨床・生体データの蓄積及び気腫肺およびコントロール検体の収集肺組織を収集する目的で、京都大学医学研究科・医学部医の倫理委員会の承認を得て京都大学肺組織バンクを設立した。肺組織バンクは、現在、肺葉切除患者68症例が登録しており、プロトコールに則って組織を凍結保存中であり、現在も症例蓄積中である。現在、レーザーマイクロダイセクションにて、組織標本から血管内皮細胞などを単離・RNA抽出による遺伝子発現の検討などを開始、また、気道平滑筋細胞・気道上皮細胞の単離・培養をおこなっており、今後臨床データとの比較検討を行っていく予定である。また、現在までの蓄積データを解析し、COPD患者におけるCT画像上の気道病変を複数測定し、既報の上葉枝のみならず、下葉の気管支も肥厚・狭窄していることを見出し、Respirologyに掲載された。病理組織学的なフラクタル次元の変化と肺機能変化について、データをまとめ、Proc Natl Acad Sci U S Aに掲載された。1.ヒト臨床・生体データの蓄積及び気腫肺およびコントロール検体の収集京都大学肺組織バンクでは、現在、肺葉切除患者90例を登録し、プロトコールに則って組織を凍結保存中であり、現在も症例蓄積中である。
発症後早期の虚血性心疾患患者における筋酸素動態と最大酸素摂取量の関連

1.発症後早期の虚血性心疾患患者(心筋梗塞後患者)18名および年齢等をマッチングした心疾患を持たない成人18名を対象として,自転車エルゴメーターを用いた心肺運動負荷試験を実施した(H25年度より継続)。近赤外分光法装置を外側広筋に装着し,運動強度の増大に伴う筋酸素動態を比較した。その結果,心疾患を持たない成人においては,酸素化ヘモグロビン(Oxy-Hb)・筋酸素飽和度(SmO_2)が減少し,脱酸素化ヘモグロビン(Deoxy-Hb)が増大した。一方で虚血性心疾患患者においては, Oxy-Hbが増大し, SmO_2およびDeoxy-Hbは有意な変化を示さなかった。総ヘモグロビンは心疾患患者および心疾患を持たない成人において同様に増大した。安静時から最大運動時までの筋酸素飽和度の変化量(ΔSmO_2)は最大酸素摂取量と有意な相関関係を示した。以上の結果は,発症後早期の虚血性心疾患患者においては,酸素供給能に比較して酸素利用能が低下しており,酸素利用能が最大酸素摂取量と関連する可能性を示唆している。2.虚血性心疾患患者(心筋梗塞後患者)18名を対象として, 12週間の有酸素性自転車運動トレーニングを実施した。運動トレーニング前後で心肺運動負荷試験を実施し,運動トレーニングにより運動強度の増大に伴う筋酸素動態が変化するか否かを検討した。その結果,運動トレーニングによりDeoxy-Hbの増大およびSmO_2の減少が認められた。総ヘモグロビン動態は運動トレーニング前後で変化しなかった。運動トレーニングによる最大酸素摂取量の改善は運動トレーニングによるΔSm0_2の変化量・Deoxy-Hbの変化量と有意な相関関係を示した。以上の結果は,運動トレーニングにより虚血性心疾患患者の酸素利用能が改善し,酸素利用能の改善が最大酸素摂取量を改善させる可能性を示唆している。(抄録なし)1.発症後早期の虚血性心疾患患者(心筋梗塞後患者)18名および年齢等をマッチングした心疾患を持たない成人18名を対象として,自転車エルゴメーターを用いた心肺運動負荷試験を実施した。一方で虚血性心疾患患者においては,Oxy-Hbが増大し,SmO_2およびDeoxy-Hbは有意な変化を示さなかった。2.虚血性心疾患患者(心筋梗塞後患者)15名を対象として,12週間の持久性自転車運動トレーニングを実施した。中間解析の結果,運動トレーニングによりDeoxy-Hbの増大およびSmO_2の減少が認められた。運動トレーニングによる最大酸素摂取量の改善は運動トレーニングによるΔSmO_2の変化量と有意な相関関係を示した。以上の中間解析の結果は,運動トレーニングにより虚血性心疾患患者の酸素利用能が改善し,酸素利用能の改善が最大酸素摂取量を改善させる可能性を示唆している。H25年度においても継続して対象数を増大させ,最終的な解析を実施する。

総ヘモグロビン動態は運動トレーニング前後で変化しなかった。運動トレーニングによる最大酸素摂取量の改善は運動トレーニングによるΔSm0_2の変化量・Deoxy-Hbの変化量と有意な相関関係を示した。以上の結果は,運動トレーニングにより虚血性心疾患患者の酸素利用能が改善し,酸素利用能の改善が最大酸素摂取量を改善させる可能性を示唆している。平成24年度は、20名程度の測定を予定していたが、虚血性心疾患患者18名,年齢等をマッチングした心疾患を持たない成人18名,運動トレーニング前後における縦断データとして虚血性心疾患患者15名の測定を実施することができた。トレーニング前後での検討については,H24年度においておおよそ目標の対象数の測定を終えることができたが,平成25年度も測定を継続し対象数を増加させる予定である。(抄録なし)
思春期発来に関与する遺伝子の網羅的解析

日本人男性・女性の二次性徴発来の平均年齢から3年以上早くあるいは遅く発来した51名の児に対し、二次性徴発来に関連する49遺伝子を網羅的に解析した。思春期早発症児10名では、検索した49遺伝子の中で異常をみつけることができなかった。思春期遅発症の41名の中では、臨床的に低ゴナドトロピン性性腺機能低下症と診断された児が22名で網羅的解析を行い、そのうち1/3程度でKAL1、FGFR1、CHD7、TACR3などの原因遺伝子を同定した。残りの2/3に関しては、既報の遺伝子に異常は認めなかった。ごく軽い早発・遅発の患者の解析までには至らず、体質性低身長診療の際の思春期発来予測にはまでは言及できなかった。解析対象の遺伝子リストの作成に時間を要してしまったが、すでに、ゴナドトロピン分泌に関係することが報告されている48個の遺伝子にターゲットを絞り、低ゴナドトロピン性性腺機能低下症の患者を対象に、当大学でイオントレントによる次世代シークエンス技術を用い、すでに、KAL1、FGFR1変異など複数の変異を同定している。当初の計画では、生物学的には甚大な影響を与えない軽度な二次性徴の早発、遅発患者の解析を予定していたが、次世代シークエンスでの解析の同意を得ることが難しい状況となった。ただし、日本人男性・女性の平均から3年程度以上の早発・遅発の症例に関しては、病的意義のある場合も多く、とりあえず、男児で14歳、女児で13歳になっても二次性徴の発来しない児約50名から文書による同意を得て、解析することができた。興味深いのは、低ゴナドトロピン性性腺機能低下症患者に対するゴナドトロピン療法に対する反応性の違いである。男子低ゴナドトロピン性性腺機能低下症の児、とりわけ、先天性の児では精巣の発育が悪く、妊孕性獲得には困難を要する場合が多い。最近、このような男児に対し、rhFSHを先行投与するほうが妊孕性獲得に好結果であることが報告されている(Dwyer AA et al. J Clin Endocrinol Metab. 98:E1790-5, 2013)。まだ、すべての症例で解析が完了していないが、FGFR1異常例では、hCGの継続投与に反応しない症例でもrhFSHでは精巣の発育、テストステロン産生能が改善しており、2014年9月にダブリンで開催される第53回欧州小児内分泌学会に投稿中である。このように、正確な遺伝子診断を行うことが、精子形成治療法を選択する上で重要になってくる可能性があり、現在症例を集積して検討中である。当初の予定通り、今回の研究対象である日本人平均思春期発来年齢(男児11歳6ヵ月、女児9歳9ヵ月)より2年以上前後している児の集積を続けている、当院のヒト遺伝子倫理委員会の承認を得ることができたため、文書による同意を取得中である。とりわけ、二世代以上にわたって濃厚な思春期早発症、遅発症の家族歴をもつ家系も徐々に集積してきている。また、本研究では、解析対象となる遺伝子のリストの作成が本研究では、重要な位置を占める。この作成については、ごく最近にも、思春期発来に関係する可能性のある遺伝子が複数解明されてきているため、最新の文献を調べながら、リストの作成を慎重に、時間を割いている。リストの作成を待って、複数の患者について網羅的遺伝子解析を行い、思春期発来に関与する遺伝子の解析を行いたいと考えている。平成24年度については、まず、すでに当院で集積している「ゴナドトロピン単独欠損症男児における精巣機能の検討」(平成24年4月、日本内分泌学会、名古屋)について、また、「両側非触知精巣の診断過程におけるhCG負荷試験の重要性」(平成24年9月、日本小児内分泌学会、大阪)と性腺発育のメカニズムに関連した2演題の臨床的な発表を行った。これらは、思春期発来の網羅的遺伝子解析につながりうる内容ではあるが、症例の集積が先行しており、解析対象となる遺伝子のリストの作成が遅れていることから、本研究の最終目標に向けて、まずは、症例の臨床像について発表を行ったものである。

思春期遅発症の41名の中では、臨床的に低ゴナドトロピン性性腺機能低下症と診断された児が22名で網羅的解析を行い、そのうち1/3程度でKAL1、FGFR1、CHD7、TACR3などの原因遺伝子を同定した。残りの2/3に関しては、既報の遺伝子に異常をみつけることはできなかった。また、網羅的遺伝子解析を行った中でFGFR1遺伝子異常を同定したKallmann症候群17歳男性に対して、rhFSH75単位を単独で毎日2ヵ月間投与し、まず血中FSHを十分に上昇させた後、hCG1000単位+rhFSH75単位隔日投与を行った。精巣容積は徐々に増大し、血清テストステロン値は5.47 ng/mLへ上昇、精巣容積も10 mLに達した。従来汎用されている方法では精巣の発育さえも得られなかった症例でこのような結果であったことは臨床的に重要と考えている。当初の目的であった低身長児の診療にこの遺伝子解析の結果を役立てるということに関しては、ごく軽い早発・遅発の患者からの同意がなかなか難しかったこと、実際、あきらかな病態が存在するであろう児においても既報の遺伝子の解析では、異常がみつからなかったこともあり、研究期間内に、遺伝子の解析結果で、病的とは言い難いいわゆる体質性低身長児の方針を決定するまでには至らなかった。ただし、網羅的遺伝子解析法は軌道に乗っており、研究期間は終了するものの、引き続き症例を蓄積して解析を続け、思春期発来のメカニズム解明に迫りたいと考えている。小児科現在、すでに、ゴナドトロピン分泌に関係することが報告されている48個の遺伝子にターゲットを絞り、低ゴナドトロピン性性腺機能低下症の患者を対象に、当大学でイオントレントによる次世代シークエンス技術を用い、すでに、KAL1、FGFR1変異など複数の変異を同定している。また、思春期早発症患者の集積もほぼ終わり、ターゲットを絞り、近日中に網羅的遺伝子解析を行っていく予定である。当初の予定では、病的とも言い難い日本人の平均から2年程度前後する早発、遅発の患者の解析も行う予定であったが、同意をいただくことが難しく、明らかに病的と考えられる児の解析に絞った形にはなっているが、これまで経験的な治療に依存していた、思春期早発症、遅発症の患者の治療について、確実な遺伝子解析の情報に基づいて予後の予測、適確な治療方針の決定ができる可能性が上がっており、当初の目的に向かいほぼ順調に進展していると考えている。当初の予定では、平成24年度に「二次性徴発来に関連しうる網羅的遺伝子解析システム」を作り上げ、すでに集積した患者から文書よる同意をいただいた後、次世代シークエンスを用いて思春期発来に関連する網羅的な遺伝子解析を行う予定であったが、解析する価値のある濃厚な早発・遅発の家系が集積できたこと、思春期発来に関係する可能性のある遺伝子が複数解明されてきているため、最新の文献を調べながら、リストの作成に慎重になり、時間を割いていることから、次世代シークエンスによる網羅的解析までには至っていない。ただし、低ゴナドトロピン性性腺機能低下症の代表的疾患であるKallmann症候群の臨床像の解析や、conventionalな方法を用いての塩基配列決定などは試みており、着実に研究は進んでいる。低ゴナドトロピン性性腺機能低下症については、すでに遺伝子の解析が進んでおり、遺伝子型からゴナドトロピン療法に対する反応性の予測、またhCG単独で開始するのではなく、最初からrhFSH先行投与を行う方が適切なのかなど、実際の臨床に役立つ情報を提供していく予定である。また、思春期早発症患者においては、遺伝子解析の結果、思春期の早発に遺伝的な要因が関与していると判明した場合、その次子、さらに次世代の子どもたちの二次性徴の開始予測がある程度可能となる。待機的に成長・発育を見守ることが可能となるような臨床に役立つ情報が提供できることになる。