hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幼児・学童期発達障害児と親を支援する先輩親からのメンタリング・プログラムの開発

養成講座を修了した10名によるペアレント・メンターcafeを県内4か所で実施し、発達障害児の親の相談に応じた。以上の過程で関係機関との連携とメンタリングプログラムの基礎を築いた。発達障害児の親のニーズに関する文献収集を行い、文献から得られた知見に基づき、発達障害児の親に対するニーズ調査の質問項目を作成した。調査の窓口となるJDDネットへの詳細な研究協力要請を行い、同意を得ることができた。メンター養成に関する研究倫理審査の承認を得ることもでき、これらは当初の研究実施計画どおり達成できた。しかしニーズ調査の実施に関しては、26年度は親の会から十分な協力が得られるよう調査項目の精錬や親の会への支援などを行うことを優先したため、27年度に延期して行うこととした。また、当初の計画にはなかったが、障害児の親を対象としたプログラムであるステッピング・ストーンズ・トリプルPを新たな地域で開催することにより、トリプルP終了者を増やし、県内3ブロックに分けた全域にメンター候補者を用意することができた。ペアレントメンタリングに関する調査研究から得られた知見を踏まえ、トリプルPフォローアップ研修会及びペアレントメンター学習会を実施し、ペアレントメンターを育成する。メンターへのフォローアップを行うとともに、県内のA町をフィールドにペアレントメンタリングプログラムを計画・実施し、メンターとメンティ相互の働きや効果について評価し、県内のペアレントメンタリング制度確立のための基盤研究とする予定である。公衆衛生看護学今後は、発達障害児の親の会を通じて、メンタリングに関するニーズ調査の実施を行い、そのニーズ分析した結果をもとにして、メンター学習会を企画する。学習会では、トリプルPのフォローアップとともにメンターとして必要な傾聴や個人情報の保護、利用者目線での社会資源の紹介などの内容を盛り込み、毎回、話し合いの時間を設けて、参加者からの発言内容を記録する。その発言内容を質的に分析することにより、メンターとしての準備を行う上でのニーズを分析する。先のメンタリングに関するニーズ調査や学習会でのニーズの分析、他県でのメンタリングの報告などをもとにして、ペアレント・メンタリング・プログラム試案を作成する。親の会を通じてメンタリングを希望する診断後間もない親を募集し、応募のあった親に対してペアレント・メンタリング・プログラムを実施し、そのプロセスのモニタリング・評価として実施効果の分析、課題の抽出を行い、ペアレント・メンタリング・プログラム試案の精錬を図る。トリプルPフォローアップ研修会について、当初27年度に実施を考えていたが、ステッピングストーンズトリプルPの終了が27年度3月にずれ込んだため、研修会を28年度に実施することになったためである。当初計画していた発達障害児の親のニーズ調査を次年度に繰り越したことにより次年度使用額が生じることとなった。トリプルPフォローアップ研修会は28年度に実施計画を立て、実施予定としている。
褐色脂肪組織におけるグルカゴンリセプターおよび脱共役タンパク質の遺伝子発現の解析

褐色脂肪組織(BAT)は熱産生器官であり,非ふるえ熱産生の主要発現部位である.グルカゴンは,BAT機能の調節因子として,交感神経終末より放出されるノルアドレナリンとともに,組織増殖および熱産生反応を制御すると考えられている.しかし,BATにおけるグルカゴンリセプターの存在は不明であり,グルカゴンの作用がそのリセプターを介する直接効果であることは証明されていない.よって,本研究では,ラットBATにおけるグルカゴンリセプターの存在の有無を,ノーザンハイブリダイゼーションにより検討した.さらに,飼育環境温度がその遺伝子発現に及ぼす影響を検討し,以下の成績を得た.1.温暖対照群のBATは,グルカゴンリセプターのmRNAを強く発現していた.2.5°Cの寒冷環境下に148時間暴露された群のBATにおいて,グルカゴンリセプターのmRNAは著しく減少し,寒冷暴露8時間以降でその遺伝子発現はほぼ消失した.3.5°Cの寒冷環境下で4週間飼育された寒冷馴化群のBATにおいて,グルカゴンリセプターの遺伝子発現はほとんど見られなかった.本研究により,ラットBATにグルカゴンリセプターの存在が明らかにされた.温暖対照群のグルカゴンリセプターが強く発現していたことは,交感神経活動の非亢進時にグルカゴンがBAT機能と深く関わっている可能性を示唆する.一方,寒冷環境下では,その遺伝子発現が意外にも著しい減少を示した.この生理的意義は不明であるが,BATの機能亢進とグルカゴンリセプターのダウンレギュレーションの間に何らかの相互作用が存在するかもしれない.この点について,今後詳細に検討を進めていきたい.またBAT熱産生機構の本体である脱共役タンパク質の発現とグルカゴンの関わりについても解析していく予定である.褐色脂肪組織(BAT)は熱産生器官であり,非ふるえ熱産生の主要発現部位である.グルカゴンは,BAT機能の調節因子として,交感神経終末より放出されるノルアドレナリンとともに,組織増殖および熱産生反応を制御すると考えられている.しかし,BATにおけるグルカゴンリセプターの存在は不明であり,グルカゴンの作用がそのリセプターを介する直接効果であることは証明されていない.よって,本研究では,ラットBATにおけるグルカゴンリセプターの存在の有無を,ノーザンハイブリダイゼーションにより検討した.さらに,飼育環境温度がその遺伝子発現に及ぼす影響を検討し,以下の成績を得た.1.温暖対照群のBATは,グルカゴンリセプターのmRNAを強く発現していた.2.5°Cの寒冷環境下に148時間暴露された群のBATにおいて,グルカゴンリセプターのmRNAは著しく減少し,寒冷暴露8時間以降でその遺伝子発現はほぼ消失した.3.5°Cの寒冷環境下で4週間飼育された寒冷馴化群のBATにおいて,グルカゴンリセプターの遺伝子発現はほとんど見られなかった.本研究により,ラットBATにグルカゴンリセプターの存在が明らかにされた.温暖対照群のグルカゴンリセプターが強く発現していたことは,交感神経活動の非亢進時にグルカゴンがBAT機能と深く関わっている可能性を示唆する.一方,寒冷環境下では,その遺伝子発現が意外にも著しい減少を示した.この生理的意義は不明であるが,BATの機能亢進とグルカゴンリセプターのダウンレギュレーションの間に何らかの相互作用が存在するかもしれない.この点について,今後詳細に検討を進めていきたい.またBAT熱産生機構の本体である脱共役タンパク質の発現とグルカゴンの関わりについても解析していく予定である.
ルーブリックに基づくレポート自動採点支援システムの精度向上と教育現場での活用

本研究では、授業形式の教育現場レベルでの活用を視野に、学生・教員双方に役立つLMS(Moodle)上のレポート自動採点支援システムを構築している。採点にあたってレポート採点用ルーブリックを策定し、各評価項目について自動採点を行う。平成30年度は採点精度の向上を目指して、各評価項目を見直し、特に論作文スキルの評価項目である語彙水準評価値の採点方法の改善を行った。語彙水準は、レポート内の意味語(名詞、動詞、形容詞、副詞)を抽出し、単語毎に語彙レベルを割り当て、レポート全体の平均語彙レベルを評価値として算出している。各単語の語彙レベルは、砂川らの日本語教育語彙表の「語彙の難易度」を参照しているが、大学生の基礎教育授業のレポートで使用される単語、特に高レベルの単語が十分に網羅されていないため採点から漏れ、全体の採点精度に影響を及ぼしている。そこで網羅性の高い日本語語彙レベル辞書の構築手法を提案して、採点改善状況および辞書の精度を確認した。提案した辞書構築手法は、まず、大学生のレポートに出現する広範な単語を網羅する大規模コーパスに、トピックモデル、本研究では潜在ディレクレ配分法(LDA)を適用し,出現確率を指標とした難易度を算出する。希少性が高く出現確率を求めることが困難な単語については、単語頻度を指標として求める単語重要度TF-IDF値を用いて補完し、難易度を求める。現時点では日本語Wikipediaをもととなるコーパスとして、日本語語彙レベル辞書を構築している。学生レポートデータを用いた評価実験を行った結果、単語の採点漏れが解消できること、LDAとTF-IDFの組み合わせにより算出した難易度がLDAあるいはTF-IDFのみから算出するよりも有効であることを示している。平成29年度(申請時)でのプロトタイプシステムは、文法や読みやすさ、語彙力などの論作文スキルに関わる部分、および内容評価の一部を自動採点し、総合スコアを予測評価するが、予測精度の向上が課題となっていた。近年の自然言語処理技術をベースに採点手法を比較検討して精度を高め、研究最終年度には、提案する採点モデルの精度の改善を終え、教員・学生双方で試用する予定である。研究計画では、平成30年度(初年度)に予測精度向上を目指して、自動採点評価項目の1つである語彙力評価に用いる語彙レベル辞書を構築すること、また、内容や論理性の採点部の評価方法の検討を進める予定であった。しかし語彙レベル辞書の構築における提案手法の根幹となるトピックモデル(LDA)の適用は、もととなるコーパスのサイズが大きい程、指数的に処理時間が増えるため、実験の遂行に予定よりも多くの時間を費やすこととなった。また辞書の精度を示すための他の手法との比較で、さらに時間を要することになり、初年度は辞書構築に終始した。したがって、もう1つの課題である内容や論理性の採点部の評価方法の検討については令和元年度に送ることとなり、申請時の研究計画からは遅れ気味である。研究2年目である令和元年度は、レポートの記述内容や論理性の評価に踏み込んだ採点を行い、精度の向上を目指す。現在は、レポートの記述内容の自動採点については、ルーブリックの評価観点「Content:課題の理解度と解答(記述)内容の妥当性」として、教員が提示した論題と記述文のコサイン類似度を求め、値が高い程、配点を高くしている。しかし論題が短い、あるいは情報が少ない場合は、高い採点精度を見込むことは困難である。そこで他の手法を検討し、採点精度の向上を目指す。具体的には、レポートの論題やキーワード、シラバスなどのテキストデータからカテゴリを推測し、これらと同じカテゴリの文書ベクトルとの類似度により採点する手法を提案する予定である。また、論理性の自動採点は行っておらず、論作文スキルや読みやすさの自動採点結果から予測するにとどまっている。そこでニューラルネットワークを利用して、理論的展開が高低どちらのレベルに分類されるかという確率を基に採点を試みる。これらの採点精度は手動採点結果との比較により求めている。また、様々な手法と比較検討する際、採点結果の学習データが必要となる。そこで、複数教員に協力を依頼し、策定したレポート採点用ルーブリックに基づいて採点してもらいサンプルを集める。この際、当初の計画にはなかったが、レポート採点用ルーブリックの改善に向けた意見を求める。また教員が採点時にどのような点を重視するのか、共通項として挙げられるのはどこか、などを、明らかにするための調査を行うことを計画している。

提案した辞書構築手法は、まず、大学生のレポートに出現する広範な単語を網羅する大規模コーパスに、トピックモデル、本研究では潜在ディレクレ配分法(LDA)を適用し,出現確率を指標とした難易度を算出する。希少性が高く出現確率を求めることが困難な単語については、単語頻度を指標として求める単語重要度TF-IDF値を用いて補完し、難易度を求める。現時点では日本語Wikipediaをもととなるコーパスとして、日本語語彙レベル辞書を構築している。学生レポートデータを用いた評価実験を行った結果、単語の採点漏れが解消できること、LDAとTF-IDFの組み合わせにより算出した難易度がLDAあるいはTF-IDFのみから算出するよりも有効であることを示している。平成29年度(申請時)でのプロトタイプシステムは、文法や読みやすさ、語彙力などの論作文スキルに関わる部分、および内容評価の一部を自動採点し、総合スコアを予測評価するが、予測精度の向上が課題となっていた。近年の自然言語処理技術をベースに採点手法を比較検討して精度を高め、研究最終年度には、提案する採点モデルの精度の改善を終え、教員・学生双方で試用する予定である。研究計画では、平成30年度(初年度)に予測精度向上を目指して、自動採点評価項目の1つである語彙力評価に用いる語彙レベル辞書を構築すること、また、内容や論理性の採点部の評価方法の検討を進める予定であった。しかし語彙レベル辞書の構築における提案手法の根幹となるトピックモデル(LDA)の適用は、もととなるコーパスのサイズが大きい程、指数的に処理時間が増えるため、実験の遂行に予定よりも多くの時間を費やすこととなった。また辞書の精度を示すための他の手法との比較で、さらに時間を要することになり、初年度は辞書構築に終始した。したがって、もう1つの課題である内容や論理性の採点部の評価方法の検討については令和元年度に送ることとなり、申請時の研究計画からは遅れ気味である。研究2年目である令和元年度は、レポートの記述内容や論理性の評価に踏み込んだ採点を行い、精度の向上を目指す。現在は、レポートの記述内容の自動採点については、ルーブリックの評価観点「Content:課題の理解度と解答(記述)内容の妥当性」として、教員が提示した論題と記述文のコサイン類似度を求め、値が高い程、配点を高くしている。しかし論題が短い、あるいは情報が少ない場合は、高い採点精度を見込むことは困難である。そこで他の手法を検討し、採点精度の向上を目指す。具体的には、レポートの論題やキーワード、シラバスなどのテキストデータからカテゴリを推測し、これらと同じカテゴリの文書ベクトルとの類似度により採点する手法を提案する予定である。また、論理性の自動採点は行っておらず、論作文スキルや読みやすさの自動採点結果から予測するにとどまっている。そこでニューラルネットワークを利用して、理論的展開が高低どちらのレベルに分類されるかという確率を基に採点を試みる。これらの採点精度は手動採点結果との比較により求めている。また、様々な手法と比較検討する際、採点結果の学習データが必要となる。そこで、複数教員に協力を依頼し、策定したレポート採点用ルーブリックに基づいて採点してもらいサンプルを集める。
文化財の表面仕上げの技法に関する研究‐東アジアにおける日本の特色‐

本研究は、中国から朝鮮半島を経て日本に伝播した仏教美術がいかなる様相で我が国に受容されたのかを、主に、文化財の表面仕上げの技法に着目することによって検証することを目指した。具体的には、まず、東アジアに現存する古代・中世の文化財を、X線分析装置による非破壊・非接触分析法を用いて表面にのこる顔料の主要元素と、使用された顔料の物質名を特定し、技法の詳細を解明した。その上で、日本と、中国、朝鮮半島における文化財の表面仕上げの技法を比較検討することで、日本の技法の特色を抽出した。本研究の目的は、わが国に現存する古代・中世の文化財(木彫像、金銅像、塑縁、美術工芸品、絵画等)を取り上げ、すでに科研費で購入済みのX線機器類(X線CTスキャナー、複合X線分析装置XRDF)を活用しつつ、主としてその表面仕上げの技法を解明しようとするものである。2011年度に実施した調査は、まず第一に、奈良薬師寺東院堂安置の東塔露盤蓋板・伏鉢のXRDF装置を用いた調査であり、第二に、早稲田大学会津八一記念博物館所蔵の三十三応化身像(至徳元年・1384、木造彩色)六体のX線CTスキャナーとXRDF装置による調査であった。前者の調査では、露盤蓋板と伏鉢の表面仕上げは鍍金によるものと判明した。後者の調査では、南北朝時代のオリジナルの白色顔料を中心に調査したところ、少なくとも二種の白色顔料(カリウム硫酸鉛、白土)が用いられており、しかも彩色する場断・部位によって二種の白色を使い分けていたことが明らかとなった。これらの調査結果については、2011年10月1日(土)に早稲田大学奈良美術研究所が主催した国際シンポジウム「文化財の解析と保存への癖しいアプローチVIII」(於早稲田大学小野記念講堂)において報告した。このほか、日本・韓国の博物館へのX線調査依頼をすでに行っており、来年度以降の調査へ向けて準備を進めている。2011年度の研究成果は、『奈良美術研究』13号(早稲田大学奈良美術研究所、2012年3月)にまとめ、刊行した。今後は日本以外の韓国や中国にも調査地を広げ、多くのデータを蓄積することによって、各時代の文化財の表面仕上げの技法を明らかにしていきたい。本研究の目的は、わが国に現存する古代・中世の文化財(木彫像、金銅像・塑像・美術工芸品・絵画等)を取り上げ、すでに科研費で購入済のX線機器類(X線CTスキャナー、複合X線分析装置XRDF)を活用しつつ、主としてその表面仕上げの技法を解明しようとするものである。2013年度には、奈良県飛鳥寺の釈迦如来坐像(飛鳥大仏)の調査があげられる。2013年5月に実施した飛鳥大仏の調査では、飛鳥大仏の約70%が制作当初のままであるという昨年度の複合X線分析装置XRDFによる調査結果にもとづき、目視による観察調査を行ったところ、飛鳥大仏は蝋型鋳造技法だけでなく、土型鋳造技法の兼用によって造立されたものであるという見解に至った。すなわち飛鳥大仏は、研磨された顔や手などの肉身部分は蝋型鋳造技法によるもので、鋳境がみられる体躯部分は土型鋳造という独特な技法によってつくられたと判断されるのである。海外調査としては、5月に韓国の国立慶州文化財研究所を訪れ、研究所が所蔵する慶州地域の出土遺物に対して複合X線分析装置XRDFによる調査を行った。以上の飛鳥大仏と韓国国立慶州文化財研究所所蔵遺物に対する調査の結果については、2013年9月14日(土)に早稲田大学奈良美術研究所が主催した国際シンポジウム「文化財の解析と保存への新しいアプローチX」(於早稲田大学小野記念講堂)において報告した。2013年度の研究成果は、『奈良美術研究』15号(早稲田大学奈良美術研究所、2014年3月)にまとめ、刊行した。本研究の目的は、わが国に現存する古代・中世の文化財(木彫像、金銅像、塑像、美術工芸品、絵画等)を取り上げ、すでに科研費で購入済みのX線機器類(X線CTスキャナー、複合X線分析装置XRDF)を活用しつつ、主としてその表面仕上げの技法を解明しようとするものである。2012年度に実施したX線調査としては、まず第一に、奈良県飛鳥寺の釈迦如来坐像(飛鳥大仏)の2回に及ぶ調査があげられる。初回の調査は2012年7月に実施し、2回目の調査は2013年1月に実施した。初回の調査では飛鳥大仏の周囲に足場を組み、大仏の顔面から膝までの数箇所を測定したところ、従来飛鳥時代当初とされてきた箇所と、鎌倉時代以後の補鋳とされてきた箇所の元素分析において、顕著な差は認められなかった。2回目の調査では、従来補鋳とされてきた膝部を、X線回折分析(XRD)によって測定した結果、CuO (酸化第二銅)が主成分として検出された。CuOが主成分として検出されたということは、過去に強い酸化環境、つまり火災などに遭ったことを示唆している。

補鋳とみなしてきた部分が果たして本当に後世の補鋳なのか、今後議論する必要があろう。海外調査としては、5月と11月に韓国の国立慶州文化財研究所を訪れ、研究所が所蔵する出土遺物に対してX線調査を行った。さらに8月には、中国四川省の金沙遺址博物館の所蔵品に対してX線調査を実施した。以上のX線調査の結果については、2012年9月21日(金)に早稲田大学奈良美術研究所が主催した国際シンポジウム「文化財の解析と保存への新しいアプローチIX」(於早稲田大学小野記念講堂)において報告した。2012年度の研究成果は、『奈良美術研究』14号(早稲田大学奈良美術研究所、2013年3月)にまとめ、刊行した。本年度は奈良薬師寺の東塔露盤蓋板・伏鉢のX線調査を実施したが、調査環境が整っていたこともあり、十分に満足のいくデータを取得することができた。薬師寺といえば、奈良時代の国家官寺であり、作品に用いられた銅の成分や表面仕上げの技法を知ることは、まさに当時の日本の鋳造・制作技術の水準を知ることに他ならない。露盤蓋板と伏鉢が鍍金仕上げと判明したことの意味も大きいと思われる。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は奈良県飛鳥寺の飛鳥大仏のX線調査を実施し、鋳造技法や表面仕上げの技法について多くの新知見を得ることができた。飛鳥大仏といえば、わが国で最初の金銅仏である。しかもその作者は、法隆寺釈迦三尊像の作者として著名な鞍作鳥(止利仏師)である。従来、飛鳥大仏は、造立当初においてはすべてが蝋型鋳造法によって造られたと考えられてきたため、現状の土型鋳造法による大部分は後世の補鋳部分とみなされ、当初部分はごくわずかしか残っていないと考えられてきた。しかし今回の調査によって、飛鳥当初から顔や手など肉身部分は蝋型鋳造法、その他は土型鋳造法によって造られた可能性がでてきた。飛鳥大仏の技法についても新知見が得られたといえよう。以上、研究は順調に進展している。本年度に引き続き、奈良薬師寺の金銅製品や金銅仏(金堂薬師三尊像、東院堂聖観音像等)のX線調査を実施し、楽良時代の鋳造に用いられた銅の成分や産地、製作技法の問題を明らかにしていきたい。すでに、日本や韓国の博物館に対して調査依頓を行っているため、金銅仏に限らず、木彫像や絵画、美術工芸品等のX線調査も実施可能となる予定である。これまでの調査では、XRDF装置の設置に時間を要し、また設置状態によっては測定不可能なケースもあったが、本年度、XRDF装置を載せる専用の台の購入したため、今後は幅広い調査が行えることが期待できる。今後は、金銅仏に限らず、木彫像や絵画、美術工芸品等のX線調査も実施していく予定である。さらに、韓国・国立慶州文化財研究所や中国・四川の博物館などの海外調査にも力を入れ、X線調査のデータを蓄積していきたい。取得したデータは、国別・時代別に整理・分析し、データ比較も行い、時代による文化財の技法の変化・変遷を検討する。また各自、データをもとに研究を進めていく。平成25年が最終年度にあたるため、蓄積したデータの公開方法を科研メンバーで検討する。また、調査・研究の漏れを入念にチェックする。研究遂行上、問題が生じれば、メンバー全員で解決方法を探っていく。研究成果は例年どおり、国際シンポジウム「文化財の解析と保存へのアプローチ」(早稲田大学奈良美術研究所主催)や、年度末に刊行する紀要『奈良美術研究』において公表する予定である。
グリーンケミストリー教育を機軸としたエネルギー・環境教育の展開研究

中等化学教育におけるグリーンケミストリー教育およびエネルギー・環境教育のための教材開発を目的として,素材探査のための基礎的研究を行った。基礎的研究を基盤として種々の教材を開発し,高等学校および大学における試行授業を通じてその実用性を評価した。本研究で開発したグリーンケミストリー教材およびエネルギー・環境教育教材をモジュールとして構成したいくつかの学習プログラムを開発した。学校現場での教育実践的研究を通じて学習プログラムの充実を図り,学校現場での教育実践を支援するための教材資産と実践事例を構築した。中学校「理科」及び高等学校「化学」における教材内容をグリーンケミストリーの観点から再検証し,グリーンケミストリーの理念と実際を学習させるためのグリーンケミストリー教材を開発する。グリーンケミストリー教材を中心にして物理・生物分野でのエネルギー・環境教育教材を含めてモジュール化することにより,種々の学習段階や学習環境に応じたエネルギー・環境教育に対応可能な教科横断的あるいは総合的学習の学習プログラムを開発する。これらの成果を活用して教育現場でのグリーンケミストリー教育あるいはエネルギー・環境教育の実践を支援する。一連の研究を通して,グリーンケミストリーの視点を取り入れた「持続可能な発展」を目指す現代社会型の化学教育を模索するとともに,社会の構成員として要求されるエネルギー・環境に関する基礎的素養の育成を化学分野から支援する具体的方策について実践的・実証的に検討する中等化学教育におけるグリーンケミストリー教育およびエネルギー・環境教育のための教材開発を目的として,素材探査のための基礎的研究を行った。1.グリーンケミストリー教材の開発現行の中等化学教育において教材として取り上げられている化学反応を反応素材としてグリーンケミストリー教材の開発を行った。大気汚染および酸性雨に関する演示実験として二酸化窒素の噴水実験を開発し,授業実践に向けて実験方法の詳細を検討するとともに,学習資料の作成を行った。また,インジゴ染色実験に用いられるイオウ系還元剤を還元糖により代替するグリーンケミストリー実験の開発に取り組み,超音波を利用することにより還元糖を用いたインジゴ染色実験が可能であることを明らかにした。さらに,検液のデジタル画像のスペクトル変換解析を応用した水質分析の教材的手法を開発した。2.グリーンケミストリー教育導入のための中等化学教育課程の検討文献調査,国内外における化学教育及びグリーンケミストリーの専門家との情報交換を通して,国内外における中等化学教育におけるグリーンケミストリー教育の動向について調査を行った。また,大学におけるグリーンケミストリー教育についてのアメリカ化学会における事例を調査し,教材内容の再検討により中等化学教育の教材として利用可能な素材の検索を行った。さらに,現行の中等化学教育課程の発展的学習としてグリーンケミストリー教育を導入するためにグリーンケミストリーをコンテキストとした教材構成の可能性について検討した。これらの調査・検討の結果を基にして,教材開発および教育実践的研究の指針を決定した。3.関連教科におけるエネルギー・環境教育教材の開発物理分野においては,電磁環境教育に関連して電磁波の性質とフェライトによる電磁波の吸収に関する実験教材を検討した。また,生物分野においては,光合成に関連して汎用デジタル機器により撮影したデジタル画像をもとにして葉緑素の可視吸収スペクトルと蛍光スペクトルをシミュレーションする実験教材を開発した。1.グリーンケミストリー教材の開発(1)マイクロ波による化学反応の効率化の観点から,グリーンケミストリー教材の開発に取り組んだ。ポリ乳酸の重合反応と銅(II)塩の水熱合成反応にマイクロ波加熱を応用し,反応素材としての有効性を検討した。ポリ乳酸を素材とした教材においては,合成過程における重合度および生分解過程における分解率を中和滴定法により定量する方法を確立した。銅(II)塩の合成においては,マイクロ波による水熱合成法により結晶性の良い塩基性銅(II)塩が得られることを明らかにし,種々の化学教材の素材として応用する可能性について検討した。(2)過酸化水素の分解反応を素材として,反応熱の測定と反応速度解析を融合させた化学実験の開発に取り組み,効率的に熱エネルギーを取り出すための化学的方法を探究的に学習するための教材を開発した。2.グリーンケミストリー教育導入のための学習プログラムの開発高等学校における「化学変化と熱エネルギー」および「エネルギー変換」をテーマとしたエネルギー・環境教育のための学習プログラムの開発に取り組んだ。また,この学習プログラムにおいてグリーンケミストリー教育を導入するための素材とカリキュラム構成について検討した。高等学校における講義,演習および生徒実験の試行授業を通じて,学習プログラムの確立に向けての評価改良のためのデータ収集を行った。3.関連教科におけるエネルギー・環境教育教材の開発物理分野においては,電磁環境教育をテーマとした教材開発を目的として,フェライト系電波吸収体の素材研究を行うとともに,身近な電磁環境を認識させるための簡易測定法の開発とその教材的利用について検討した。また,生物分野においては,簡易顕微鏡および簡易酸素濃度計の製作に取り組み,自然観察を通じた生物環境の学習をテーマとした環境教育教材開発のための素材研究と教育実践的研究を行った。1.グリーンケミストリー教材の開発(1)化学反応における水蒸気の触媒作用をクリーンな触媒反応の典型的な例として捉え,種々の無機固体化合物の熱分解反応における雰囲気水蒸気の影響に関する素材研究を行った。その結果,いくつかの遷移金属塩基性炭酸塩の熱分解反応において水蒸気による触媒効果が見られることを明らかにし,その反応機構と速度論的挙動について検討し教材化のための基礎的情報を得た。

(2)熱およびエネルギーの基礎概念を理解させるための教材開発を目的として,塩化コバルトー塩酸系およびヨウ素-デンプン系の化学平衡,弱酸と強塩基の中和反応などを素材として,化学変化に伴う熱の出入りに関する実験教材を開発した。2.グリーンケミストリー教育導入のための学習プログラムの開発本研究で開発途上の「化学変化と熱エネルギー」および「エネルギー変換」をテーマとしたエネルギー・環境教育のための学習プログラムを用いて,高等学校において講義,演習および生徒実験の試行授業を実施した。受講生および教員を対象としたアンケートと受講生による実験レポートを分析評価を通じて,当該学習プログラムの改良のために熱およびエネルギー基礎概念の理解を促進する学習モジュールの開発の必要性を見出し,教材開発研究にフィードバックした。3.関連教科におけるエネルギー・環境教育教材の開発物理分野においては,電磁環境教育をテーマとした教材開発を目的として,太陽電池を利用した可視分光および電磁波の回折現象を利用した結晶構造解析に関連した実験の開発を行い,その教材的利用について検討した。また,生物分野においては,水環境調査の教材的手法として検液のデジタル画像を利用した化学的酸素要求量(COD)および亜硝酸態窒素(N-NO2)の簡易分析法を提案した。(1)グリーンケミストリー教材の開発(1)廃電子部品からの金属銅の回収についての近年の研究成果を元にして,テトラアンミン銅(II)イオン水溶液による金属銅の浸出過程とそれにより生成したジアンミン銅(II)イオン水溶液の電気分解による金属銅の回収過程のモデル実験を開発し,グリーンケミストリー教材として用いることを検討した。(2)熱およびエネルギーの基礎概念を理解させるための応用実験として,アミノ酸の中和反応,炭酸イオンの中和反応,過マンガン酸カリウムと過酸化水素の酸化還元反応を素材として,化学変化に伴う熱の出入りに関する実験教材を開発した。(2)関連教科における教材開発物理分野では,電磁波の性質とエネルギーに関する実験教材として,太陽電池を用いた分光法とアルミニウム導波管を用いた定常波観測法を開発し,電磁環境教育のための教材として用いる可能性を検討した。生物および地学関連分野では,光合成,バイオミネラリゼーション,鍾乳洞の形成過程などによる二酸化炭素の固定化と化石燃料の利用による二酸化炭素の放出などを素材として網羅し,地球環境中における二酸化炭素の循環をコンテクストとした環境学習モジュールの開発を行った。
観測と化学反応シミュレーションによる星間空間のグリシンとその前駆体の研究

星が生まれる領域でどのような分子がどのようにして複雑に進化していくのかはまだよくわかっていない。特にアミノ酸が宇宙で形成されれば惑星上に運搬され、生命の発生に至る惑星上の化学進化につながる可能性がある。そこで当研究では最も簡単なアミノ酸であるグリシンがどのように進化していくかを化学反応ネットワークシミュレーションを用いて研究した。シミュレーションでは希薄なガスからコアができ、星が生まれて温度が上昇するという一連の星形成のプロセスに沿って各化学種の時間進化を計算し、どのようにして複雑な分子が形成されるかを調べた。元素は初めに原子として存在しているとし、化学反応はKIDAと呼ばれる化学反応のデータセットに加え、Garrod (2013)で確立された複雑な有機分子の反応を取り入た。さらに、当研究では過去のシミュレーションによる研究にて考慮されていなかった星間紫外線による比熱的水素の反応を初めて取り入れた。過去の実験で示唆されているように、星間塵表面の有機分子が紫外線で破壊される際に高いエネルギーを持った水素原子(以下H*)が生じる可能性がある。するとCO2と反応してHOCOとなり、CH3NH2の一部が破壊されてできるCH2NH2と反応してグリシンになる可能性があるので、H*を考慮に入れた際に過去の研究と比べてどのような差異が生じるかを調べた。その結果、H*を考慮に入れるとこれまで考えられていたよりも10倍程度多くグリシンが生成されうることが分かった。これまでのシミュレーションではグリシンの生成に必要なHOCOはギ酸(HCOOH)の破壊によりもたらされてきたが、H*の効果を入れるとより豊富にあるCO2からHOCOが生成されるためである。当研究の目標であった前駆体からグリシンに至るまでの化学進化に新たな知見を与えたといえる。28年度が最終年度であるため、記入しない。星間空間でもっとも簡単なアミノ酸であるグリシンが形成される経路は実験的・理論的に提案されている。そのうちの1つとして星間空間の塵表面でHCNに水素が付加し、メチレンイミン(CH2NH)、メチルアミン(CH3NH2)を経て、CH3NH2とCO2が反応してグリシンが作られるという道筋がある。しかし、これらグリシン前駆体の化学進化は実際の星間空間でははほとんど理解されていない。グリシンの化学進化を理解するためには星間空間での前駆体の観測から化学進化を明らかにすることが不可欠である。そこで今年度は当初計画していたようにグリシン前駆体の探査とその解析を進めた。電波望遠鏡を用いてグリシンの前駆体と考えられるメチレンイミンの探査を行い、8天体で検出することに成功した。観測によって得られたデータからメチレンイミンや同時に検出された分子の存在量を導出したところ、Orion KL, G10.47+0.03, G31.41+0.03では他の天体よりもメチレンイミンが1桁近く多いことが分かった。これらの天体では水素の再結合線が弱いといった性質があるので、星形成の初期段階に相当する紫外線が弱い段階でメチレンイミンが豊富に存在しているのではないかという仮説を立てた。メチレンイミンはグリシンの前駆体と考えられるので、メチレンイミンが豊富な天体ではグリシンや他の前駆体も豊富と考えられる。従って、この仮説を検証することで将来的に星間空間でのアミノ酸やその前駆体探査を計画する手がかりが得られると期待できる。初期地球上には彗星や塵によって宇宙から大量の有機分子が持ち込まれ、それらの化学進化の結果生命が誕生した可能性がある。星間空間では多様な分子が発見されており、近年、もっとも簡単なアミノ酸“グリシン"の初検出が期待される。グリシンに至るまでの化学進化はあまり研究されておらず、その前駆体と予想されている分子の観測例も非常に少ない。そこで当研究では昨年度までにグリシンの前駆体と考えられるCH2NH(メチレンイミン)に着目し、昨年度には電波望遠鏡を用いた探査を行いCH2NHを8天体で検出することに成功した。一方、CH2NHの形成経路は明らかになっていなかったので、今年度は化学反応ネットワークシミュレーションてCH2NHの主要な生成経路を考察した。当研究では、NAUTILUSと呼ばれるコードを用いて気相と固相それぞれの化学反応と分子の吸着・蒸発量を時間ステップごとに計算した。この計算にあたり、星形成領域の進化は低温(10K)なコアが重力収縮したのちに、星が誕生して温度が上昇するモデルを用いた。化学反応はkida.uva.2014のデータセットをベースにして過去の先行研究で議論されてきたようなCH2NHの生成反応を取り入れた。シミュレーションを行った結果、気相のCH2NHは星が誕生し温度が上がった直後には水素に対して10の-6乗という高い相対存在量に達し、その後減少していく傾向が見られた。このモデルを用いて、CH2NHの生成源として考えられる全ての反応を定量的に比較することを通じて"NH + CH3 →CH2NH + H"というラジカル同士の反応が最も重要であることを示した。グリシン前駆体と考えられるCH2NHの形成経路を明らかにすることでグリシンに関する化学反応の理解の一部を深めることができた。同時にCH2NHの化学反応を検証するためにシミュレーションの研究に着手し、3年時にシミュレーションの研究を行う準備を整えることができた。

さらに、今後シミュレーションの妥当性を検証するために不可欠な実際の星間空間における有機分子の存在量に関するデータを、電波望遠鏡による観測を通じて取得することができている。星が生まれる領域でどのような分子がどのようにして複雑に進化していくのかはまだよくわかっていない。特にアミノ酸が宇宙で形成されれば惑星上に運搬され、生命の発生に至る惑星上の化学進化につながる可能性がある。そこで当研究では最も簡単なアミノ酸であるグリシンがどのように進化していくかを化学反応ネットワークシミュレーションを用いて研究した。シミュレーションでは希薄なガスからコアができ、星が生まれて温度が上昇するという一連の星形成のプロセスに沿って各化学種の時間進化を計算し、どのようにして複雑な分子が形成されるかを調べた。元素は初めに原子として存在しているとし、化学反応はKIDAと呼ばれる化学反応のデータセットに加え、Garrod (2013)で確立された複雑な有機分子の反応を取り入た。さらに、当研究では過去のシミュレーションによる研究にて考慮されていなかった星間紫外線による比熱的水素の反応を初めて取り入れた。過去の実験で示唆されているように、星間塵表面の有機分子が紫外線で破壊される際に高いエネルギーを持った水素原子(以下H*)が生じる可能性がある。するとCO2と反応してHOCOとなり、CH3NH2の一部が破壊されてできるCH2NH2と反応してグリシンになる可能性があるので、H*を考慮に入れた際に過去の研究と比べてどのような差異が生じるかを調べた。その結果、H*を考慮に入れるとこれまで考えられていたよりも10倍程度多くグリシンが生成されうることが分かった。これまでのシミュレーションではグリシンの生成に必要なHOCOはギ酸(HCOOH)の破壊によりもたらされてきたが、H*の効果を入れるとより豊富にあるCO2からHOCOが生成されるためである。当研究の目標であった前駆体からグリシンに至るまでの化学進化に新たな知見を与えたといえる。グリシン前駆体の観測から星間空間での存在量を見積もり、メチレンイミンが豊富な天体とそうでない天体の物理的環境についての考察を行うことができた。今年度に得られたこれらの結果は、来年度以降に着手する化学反応ネットワークシミュレーションの研究によってグリシンに至る化学進化を解明するための手がかりとすることができる。来年度にはこのモデルをさらに発展させ、グリシンを含んだ化学反応ネットワークシミュレーションを構築する。先行研究であるGarrod (2013)ではシミュレーションを用いて星間空間でグリシンがどのくらい生成するかが議論されているが、グリシンのような大型分子は実験的に反応のレートが議論されていないなど多くの不定性を含んでいるといえる。そこで現在用いているシミュレーションにGarrod (2013)で扱われたグリシンとその関連分子の反応を組み込み、グリシンを含んだ化学反応全体をより深く理解するためにどこがキーになっているかを明らかにする。また、電波望遠鏡でどのような観測データをあつめればよいか、分光実験や反応係数の実験的・理論的予測において重要なものを提案することで星間空間でのグリシンの化学反応全体の理解を促進したい。28年度が最終年度であるため、記入しない。今後は化学反応ネットワークシミュレーションによりグリシンに至る化学進化のモデルを構築していく。
遷移金属錯体触媒を用いた新規共役パイ電子系の構築と機能性材料への応用

近年、多くの共役パイ電子系有機物質が光・電子機能材料としてエレクトロニクス分野を支えており、高機能、高性能化を目指した新規共役パイ電子系の創出が常に強く求められている。中でも多環芳香族化合物はこれらの分野に幅広く応用されていることから、特に注目を集める化合物である。それを合成するための高効率な新手法の開発についても活発に研究されており、有機金属試薬を用いた環化反応や三重結合を含む6パイ電子系の環化芳香族化反応など有効な方法が見出されている。最近、前受入研究者である戸部義人教授らにより、ジアリールジエンインユニットの構築とその連続環化に関する研究が行われており、その中で、ジアリールジエンイン誘導体を用いる熱反応からは、連続的な6-endo環化によりクリセンが得られ、また、遷移金属錯体共存下の触媒反応からは、連続的な5-exo環化によりインデニリデンが得られることを報告している。平成16年度において、本研究代表者はこれらの研究を拡張し、非線形光学効果を有するパイ共役系化合物への応用を見据え、特に遷移金属錯体触媒を用いる研究を行った。平成17年度では、平成16年度の成果、知見を元に、ジアリールジエンイン類の変換法の詳細を検討し、その効率のさらなる向上とともに、分子軌道計算法を用いることで、生成物の最安定化構造を見積もった。また、硫黄原子を含むインデニリデン類のX線単結晶構造解析に成功し、結晶中での配置、結合長などの考察も行い、分子間の相互作用や硫黄原子間の相互作用の有無を確認した。これらの結果については、各種国際学会等での発表のほか、学会誌(米国:Organic Letters誌)への投稿も行い、2006年3月に掲載された。最近、受入研究者である戸部義人教授らにより、ジアリールジエンインユニットの構築とその連続環化に関する研究が行われており、その中で、ジアリールジエンイン誘導体を用いる熱反応からは、連続的な6-endo面環化によりクリセンが得られ、また、遷移金属錯体共存下の触媒反応からは、連続的な5-exo環化によりインデニリデンが得られることを報告している。前者の反応様式(6-endo環化)をより温和な条件下で達成するための検討を行なった結果、白金触媒を用いた時にクリセンが低収率ながら得られることを見出した。後者の環化様式(5-exo環化)については、パラジウム触媒を用いた環化反応によって非線形光学担体の母体ユニットとなりうるチオフェン環を有するインデニリデン誘導体を効率よく合成するととに成功した。興味深いことに、環化反応の初期に得られるインデニリデン誘導体はエネルギー的に不利なシス型構造を有しており、これらはパラジウム触媒あるいは高圧水銀灯による光照射により、より安定なトランス型構造へと容易にかつ不可逆的に変化することも見出した。
骨格筋損傷後のアイシングが線維化を増悪するメカニズムの解明

本研究では、骨格筋損傷後のアイシングが線維化を助長するメカニズムについて、線維芽細胞の動態及び線維化を助長する因子を明らかにするとともに、アイシングの悪影響を相殺し得る新たな介入法を見出すことを目的としている。平成30年度は、平成29年度に引き続き骨格筋損傷後のアイシングがもたらす生理作用を明らかにするため、主に線維化と線維芽細胞の動態、および筋線維の構造的な変化に着目し、検討を行った。得られた結果は以下の通りである。1.筋損傷後のヒラメ・足底筋の筋重量・相対筋重量は、いずれも損傷1日後に一時的に増加した後、損傷7日後をピークに減少し、その後は時間の経過に伴い非損傷筋レベルへ向けて回復したが、現時点でヒラメ筋・足底筋ともにアイシングの影響は認められなかった。2.ヒラメ筋の線維化面積は損傷7日後をピークに増加し、その後は回復期間の延長に伴い徐々に減少したが、損傷28日後の値は筋損傷群よりも筋損傷+アイシング群で高値を示す傾向にあった。3.ヒラメ筋の筋線維のジストロフィン周辺局在は損傷1日後で完全に消失し、損傷3日後においても再生筋管/筋線維のジストロフィン周辺局在は確認できなかった。その後、損傷7日後でほぼ全ての再生筋線維にジストロフィンの周辺局在が認められた。しかしながら、現時点でアイシングの影響は認められなかった。4.ヒラメ筋の再生過程における間質部のTcf4陽性核数(線維芽細胞のマーカー)の変化は、損傷7日後をピークにヒラメ筋の間質部で増加し、その後は時間の経過とともに非損傷筋レベルへ向けて減少した。また、損傷7日後のTcf4陽性核の増加は、筋損傷+アイシング群でより顕著な傾向にあった。しかしながら、損傷1日後、3日後のサンプルにおいてはTcf4陽性細胞を検出することができなかった。検出方法、もしくは使用する一次抗体について再検証する必要がある。本年度は所属部署関係者の急な人事異動に伴う人員減により想定以上の業務が重なったため、本来予定していた研究時間を十分に確保できず、実験の進捗状況に全体的な遅れが生じた。また、本研究における主要な評価項目である線維芽細胞の評価方法に疑念が生じたため、その適切な評価方法の再検証に時間がかかっている。なお、「骨格筋損傷後のアイシングがもたらす生理作用の検証」を行うための骨格筋はサンプリングし終えているため、令和元年度は線維芽細胞の評価方法を速やかに再確立するとともに、その他の生化学的・分子生物学的・免疫組織化学的分析を順次進めていく。また、所属部署関係者の欠員が補充できたため、残りの計画が可能な限り順調に進められるよう研究時間を確保し、速やかに本研究を進めていきたい。令和元年度は、以下2点の検証を中心に行う。<骨格筋損傷後のアイシングがもたらす生理作用の検証>本年度の研究内容を継続しつつ、生化学的手法、分子生物学的手法、免疫組織化学的手法を用いて筋損傷後のアイシングがもたらすより詳細な線維芽細胞、線維組織の変化、および本度までに十分に分析できなかった炎症細胞、筋精製細胞、等の変化を検証するとともに、これらに関連する遺伝子・タンパク質の発現動態の変化について分析を進める。<筋再生に対するアイシングの悪影響を相殺する方策の検証>本年度までに確立している筋損傷-アイシングモデルを用いて、受傷後2日以内から開始する継続的な温熱刺激(42°C、30分間/隔日)をアイシングと併用し、温熱刺激がアイシングによる線維化の増悪を抑制して筋再生を促進し得るかを生化学的手法、分子生物学的手法、および免疫組織化学的手法を用いて検証する。スポーツ現場では、スポーツ外傷の急性期の治療法として従来アイシングが有効であると考えられてきたが、これまでに申請者は、骨格筋の損傷直後にアイシングを行うと、特に筋の質的な再生が妨げられる(線維化の増悪)ことを見出している。しかし、損傷した骨格筋に対するアイシングの生理作用については未だ不明な点が多い。また、疼痛緩和ケアとしてアイシングが有効であることも事実であるが、この利点を生かしつつ前述の欠点を相殺し得る具体的な方策についても未だ確立されていない。そこで本研究では、骨格筋損傷後のアイシングが線維化を増悪するメカニズムについて、線維芽細胞の動態及び線維化を増悪する因子を明らかにするとともに、アイシングの悪影響を相殺し得る新たな介入法を見出すことを目的とした。平成29年度は、骨格筋損傷後のアイシングがもたらす生理作用を明らかにするため、主に線維芽細胞の動態について検討した。若齢のWistar系雄性ラットを筋損傷群、筋損傷+アイシング群に分け、ヒラメ筋に塩酸ブピバカインを筋注することで薬理学的筋損傷を惹起させた。アイシング処置は筋損傷直後の1回のみ、ラット後肢下腿部にアイスパックを当てて20分間行った。損傷7日後、14日後、28日後にヒラメ筋を摘出し、免疫組織化学的に検討を行った。筋損傷後のヒラメ筋重量・相対筋重量は損傷7日後をピークに減少し、その後は時間の経過に伴い非損傷筋レベルへ向けて回復したが、現時点でアイシングの影響は認められなかった。一方、線維芽細胞のマーカーであるTcf4陽性核は、損傷7日後をピークにヒラメ筋の間質部で増加し、その後は時間の経過とともに非損傷筋レベルへ向けて減少した。

また、損傷7日後のTcf4陽性核の増加は、筋損傷+アイシング群でより顕著な傾向にあった。以上のことから、骨格筋損傷直後の単回のアイシング処置は線維芽細胞の増殖を促す可能性が示唆された。本年度は研究代表者の所属部署の異動に伴い、実験スペースの確保・セットアップに想定以上の時間を要したため、実験のスタート時期が遅れてしまった。そのため、当初予定していた損傷7日後以前のタイムポイントの動物実験、血流・筋温の経時測定、及びマイクロアレイ解析が実施できなかった。また、当初購入を予定していた線維芽細胞・線維化の評価に必須な試薬・抗体の一部が販売中止、または一時的な輸入停止となり、代替品の購入と新たな分析プロトコルを構築する必要性が生じたため、その準備と検証に予想外の時間を費やした。よって、研究の推進がやや遅れていると判断している。しかしながら、安定したデータを取得するための線維芽細胞・線維化の分析方法の確立は順調に進展している。本研究では、骨格筋損傷後のアイシングが線維化を助長するメカニズムについて、線維芽細胞の動態及び線維化を助長する因子を明らかにするとともに、アイシングの悪影響を相殺し得る新たな介入法を見出すことを目的としている。平成30年度は、平成29年度に引き続き骨格筋損傷後のアイシングがもたらす生理作用を明らかにするため、主に線維化と線維芽細胞の動態、および筋線維の構造的な変化に着目し、検討を行った。得られた結果は以下の通りである。1.筋損傷後のヒラメ・足底筋の筋重量・相対筋重量は、いずれも損傷1日後に一時的に増加した後、損傷7日後をピークに減少し、その後は時間の経過に伴い非損傷筋レベルへ向けて回復したが、現時点でヒラメ筋・足底筋ともにアイシングの影響は認められなかった。2.ヒラメ筋の線維化面積は損傷7日後をピークに増加し、その後は回復期間の延長に伴い徐々に減少したが、損傷28日後の値は筋損傷群よりも筋損傷+アイシング群で高値を示す傾向にあった。3.ヒラメ筋の筋線維のジストロフィン周辺局在は損傷1日後で完全に消失し、損傷3日後においても再生筋管/筋線維のジストロフィン周辺局在は確認できなかった。その後、損傷7日後でほぼ全ての再生筋線維にジストロフィンの周辺局在が認められた。しかしながら、現時点でアイシングの影響は認められなかった。4.ヒラメ筋の再生過程における間質部のTcf4陽性核数(線維芽細胞のマーカー)の変化は、損傷7日後をピークにヒラメ筋の間質部で増加し、その後は時間の経過とともに非損傷筋レベルへ向けて減少した。しかしながら、損傷1日後、3日後のサンプルにおいてはTcf4陽性細胞を検出することができなかった。検出方法、もしくは使用する一次抗体について再検証する必要がある。本年度は所属部署関係者の急な人事異動に伴う人員減により想定以上の業務が重なったため、本来予定していた研究時間を十分に確保できず、実験の進捗状況に全体的な遅れが生じた。また、本研究における主要な評価項目である線維芽細胞の評価方法に疑念が生じたため、その適切な評価方法の再検証に時間がかかっている。なお、「骨格筋損傷後のアイシングがもたらす生理作用の検証」を行うための骨格筋はサンプリングし終えているため、令和元年度は線維芽細胞の評価方法を速やかに再確立するとともに、その他の生化学的・分子生物学的・免疫組織化学的分析を順次進めていく。
神経細胞の樹状突起BC1RNA輸送におけるPurαの機能

近年になりタンパクの輸送系に加え、mRNA輸送システムが学習や記憶の保持など神経に固有の機能に対し重要な役割を果す事が明らかにされている。シナプス構造は神経伝達によって可塑的に変換されるが、事実、その過程に関わるタンパクは細胞体から輸送されるのではなく、シナプス近傍で合成・供給される事も示されている。つまり、mRNAが樹状突起内を輸送され、シナプス部で翻訳される機構について解析する事が大切である。我々は、当該研究年度内にPuralphaタンパクに対する抗体によってKinesin5A(or 5C)を備えたvesiculated rER(小胞化したrER)が免疫沈澱される事や、更にこのrER複合体にPur alphaに加え、Staufen、脆弱性X症候群タンパク(FMRP)、Myosin Vaなどが含まれている事を見出した。また、これらのタンパクはいずれもEDTA処理によってmRNAとの複合体としてポリソームから遊離する事も示された。いずれのタンパクもmRNA輸送やシナプス局部での翻訳調節に関与しうる事から、Puralphaタンパクは樹状突起へ輸送されるmRNPに結合している可能性が考えられる。実際、初代培養神経細胞の内部でこれらのタンパクは、突起内部で互いに共局在していた。我々は、これらのmRNP複合体に含まれているmRNAとタンパク集団の解析を進めているが、最近になり、免疫沈澱法で精製したこれらのmRNPのproteomics解析により、mRNAに共通に結合しているpoly(A)binding protein、NMDに関係するnonsense mRNA reducing factor、ある種のhnRNP、nucleolin、再びmyosinVA、輸送やsignal transductionに関係する数種類のタンパクなど14種類のタンパクを検出した。また、mRNAとしても、これまで樹状突起に輸送される事が知られている、CaMKIIalpha、Arc、MAP2などのmRNAが検出された。これらの結果は、Puralphaを共通に含むと考えられるmRNPが、樹状突起への輸送やシナプス局部における翻訳などの過程で機能している可能性を示唆している。当該年度内に得られた以上の結果に基づき、今後mRNAの樹状突起輸送や翻訳過程においてPuralphaタンパクが、他のタンパクと共同して果たす機能について解析する予定である。puralphaは、ssDNAやRNAに結合するタンパクで、DNAの複製や転写の調節因子である。我々はこれまでにpuralphaが神経細胞の細胞質ではRNAの樹状突起輸送に関与し得る事を報告したが、その後このタンパクがpolysomeに結合している事も見い出した。以上の事はpurタンパクが細胞内の局在部位によって複製、転写、輸送、翻訳など異なった機能に関与している事を示唆している。このような多彩な機能を果たす為には、夫々の機能に必要とされるタンパクと相互作用する必要性が考えられる。そのような観点から、今年度はpur alpha/polysome複合体と相互作用しているタンパクについて解析した。その結果、1脆弱性X症候群の原因となるFMRP(Fragile Mental Retardation Protein)、2分子モーターのmyosinVa、3樹状突起へのRNA輸送に関与するmStaufenタンパクと相互作用していることがわかった。更にERを介してkinesinモーターのKHCと挙動を共にする事も観察した。