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希土類を必要としない超々高強度700MPaマグネシウム合金への挑戦

高強度マグネシウム合金の研究として,国内・国際会議にて口頭発表を計19件行った.そのうち,論文2編,国際会議論文3編,国際会議での基調講演1件,招待講演3件,海外大学での講義1件であった.以下に,研究実績の一例を示す.これまで最も強度が出やすかったAZ80Mg合金を中心に,i)冷間MDFまたはii)降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスにより,Mg合金の超高強度化を図った.冷間MDFでは,針状の超微細変形双晶によって結晶粒が徐々に微細化し,最終的に針状均一超微細粒組織が達成された.その結果,AZ80Mg合金の冷間MDFによる強度限界は,単純な冷間MDFで達成された650MPaで,様々な組み合わせプロセス(例えば,時効処理追加,パス間ひずみ量,等の条件追加)を施してもそれ以上は達成できなかった.しかし,どの条件に於いてもおおむね600MPa前後がコンスタントに達成された.引張強度600MPa650MPaはこれまで報告されてきたMg合金の強度では,現時点でも世界最高で有る(論文投稿準備中).さらに,降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスをAZ80Mg合金に適用したところ,達成された最大強度は600MPa程度であった.ただし,初期プロセスでの降温MDFの採用によって,歩留まりが大きく改善され,降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスの工業的有用性が確認された.さらなるプロセスの簡略化のため,一定の温間温度でMDFを行った後,次により低い温度で一定温度温間MDFを追加行う簡略化降温プロセス法も新たに開発した.その場合,従来の降温MDF材と同等の強度が得られることを確認した(論文を投稿中).また,降温MDFによって作製した高強度AZ80Mg合金を用いた高強度Mg合金パイプの作製も試み,超微細粒化されたMg合金の超塑性を利用して温間押し出しが可能となった.その結果,結晶粒の粗大化と回復軟化が抑制でき,従来パイプの2倍以上の降伏応力(約400MPa)を達成できた(上記論文2).これまでの研究成果を基に追加実験・検証を行うとともに,3年間の科研費研究の最終的なまとめを行う.前者の具体的な中身は,上述AZ80Mg合金の冷間MDFの組み合わせプロセスで達成された600MPa程度の強度は,降伏後の加工硬化段階の拡大,すなわち均一伸びの増大によってさらに増大可能と考え,破壊の起点となりやすい微細β相の分散を減少させたAZ70Mg合金で実験を行う.β相の減少は変形双晶の高密度発達にもつながり,結晶粒微細化と高強度化に寄与すると期待される.そして,過去2年間の研究成果と最終年度の研究結果を総合的に検討・考察し,MDFを用いたMg合金の高強度化のさらなる可能性を探ると共にその限界も明らかにする.最終的に,希土類を必要としない超微細粒・超高強度Mg合金の設計指針を提示するとともに,MDFを用いての超高強度Mg合金製造の工業的な実用化の可能性についても検討する.市販熱間押出AZ系Mg合金に対し、降温多軸鍛造(MDF)後に冷間MDFを施した。降温MDFにより、冷間MDF中の割れが著しく抑制され、歩留まりが格段に向上した。これは降温MDFによる組織均一微細化による熱間押出材中の欠陥の消失と関係していると考えられた。組織を観察すると、降温多軸鍛造(MDF)と冷間MDFの組み合わせプロセスにより組織は均一微細化したものの、冷間MDF材では高密度に発生した変形双晶の密度は減少した。そのため、組み合わせプロセスの温度や各MDFの累積ひずみによって、組織そのものが大きく変わることが示唆された。降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセス、温間MDFのみ、冷間MDFのみを施したAZ系Mg合金試料を作製し、その組織を観察した。高強度マグネシウム合金の研究として,国内・国際会議にて口頭発表を計19件行った.そのうち,論文2編,国際会議論文3編,国際会議での基調講演1件,招待講演3件,海外大学での講義1件であった.以下に,研究実績の一例を示す.これまで最も強度が出やすかったAZ80Mg合金を中心に,i)冷間MDFまたはii)降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスにより,Mg合金の超高強度化を図った.冷間MDFでは,針状の超微細変形双晶によって結晶粒が徐々に微細化し,最終的に針状均一超微細粒組織が達成された.その結果,AZ80Mg合金の冷間MDFによる強度限界は,単純な冷間MDFで達成された650MPaで,様々な組み合わせプロセス(例えば,時効処理追加,パス間ひずみ量,等の条件追加)を施してもそれ以上は達成できなかった.しかし,どの条件に於いてもおおむね600MPa前後がコンスタントに達成された.

引張強度600MPa650MPaはこれまで報告されてきたMg合金の強度では,現時点でも世界最高で有る(論文投稿準備中).さらに,降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスをAZ80Mg合金に適用したところ,達成された最大強度は600MPa程度であった.ただし,初期プロセスでの降温MDFの採用によって,歩留まりが大きく改善され,降温MDFと冷間MDFの組み合わせプロセスの工業的有用性が確認された.さらなるプロセスの簡略化のため,一定の温間温度でMDFを行った後,次により低い温度で一定温度温間MDFを追加行う簡略化降温プロセス法も新たに開発した.その場合,従来の降温MDF材と同等の強度が得られることを確認した(論文を投稿中).また,降温MDFによって作製した高強度AZ80Mg合金を用いた高強度Mg合金パイプの作製も試み,超微細粒化されたMg合金の超塑性を利用して温間押し出しが可能となった.その結果,結晶粒の粗大化と回復軟化が抑制でき,従来パイプの2倍以上の降伏応力(約400MPa)を達成できた(上記論文2).それぞれのプロセスで作製したMg合金の微視組織と機械的性質を詳細に調査する。その場合、降温MDFの鍛造パス回数と冷間MDFのパス回数を変化させ、同一累積ひずみでの組織と機械的特性の違いを調査する。また、様々なMg合金系に対して同様に調査を行い、結晶粒超微細化と機械的特性の関係を調査し、超高強度化を図る。これまでの研究成果を基に追加実験・検証を行うとともに,3年間の科研費研究の最終的なまとめを行う.前者の具体的な中身は,上述AZ80Mg合金の冷間MDFの組み合わせプロセスで達成された600MPa程度の強度は,降伏後の加工硬化段階の拡大,すなわち均一伸びの増大によってさらに増大可能と考え,破壊の起点となりやすい微細β相の分散を減少させたAZ70Mg合金で実験を行う.β相の減少は変形双晶の高密度発達にもつながり,結晶粒微細化と高強度化に寄与すると期待される.そして,過去2年間の研究成果と最終年度の研究結果を総合的に検討・考察し,MDFを用いたMg合金の高強度化のさらなる可能性を探ると共にその限界も明らかにする.最終的に,希土類を必要としない超微細粒・超高強度Mg合金の設計指針を提示するとともに,MDFを用いての超高強度Mg合金製造の工業的な実用化の可能性についても検討する.
ダイヤモンド気相合成におけるラジカルの計測と制御

本年度の研究課題としてパルス変調有磁場マイクロ波(ECR)プラズマ中でのメチルラジカルの計測、及び基板にバイアスを印加してダイヤモンドの核発生を行う場合の基板付近でのラジカル計測、酸素や水素のプラズマを照射した後のダイヤモンド表面物性についての評価を行った。プラズマをパルス変調することでダイヤモンドの成長速度は数倍改善され、その成長速度は変調周波数に大きく依存している。これらのパルス変調プラズマ中でのメチルラジカルの密度とダイヤモンドの成長速度を比較し、メチルラジカルがダイヤモンド成長において果す役割について考察した。また、プラズマからの発光スペクトルの測定を行い、パルス休止期間中にラジカルが消滅する過程が、成長速度に関係していることを示した。マイクロ波プラズマCVD法でダイヤモンド成長初期のシリコン基板に負のバイアスを印加することにより、基板の面方位に配向したダイヤモンド粒子の成長が可能である。このときのバイアスの効果はプラズマから基板へのイオンやラジカルの粒子束の増加であると考えられている。これを明らかにするため有磁場マイクロ波プラズマで基板に負正のバイアスを印加し、基板表面付近のメチルラジカル密度の測定を行った。また、マイクロ波プラズマCVDにおいてバイアス処理を行い配向膜の形成に成功した。水素プラズマ又は酸素プラズマにさらしたダイヤモンド表面の光電子放出スペクトルを測定するとともに、表面に存在する水素・酸素の絶対量を測定し、表面水素・酸素量と表面の電子親和力の関係を明らかにした。さらに紫外線照射によって酸素をCOの形で脱離させ、表面の電子親和力の制御に成功した。
堆積層用の海底観測ベースを用いた海底測地観測の研究

日本周辺の沈み込み帯は堆積物で覆われており、海底地殻変動の検出を目指す精密な海底測地観測では、海底に設置した装置の安定性が問題となる。本研究は、パイプを打ち込んだ海底観測ベースを利用した傾斜観測、自由落下により海底に設置した装置による海底圧力変動観測、および海底精密測立の繰り返し観測について、それらの有効性とその限界を明らかにすることを目指したものである。平成13年度に導入した海底傾斜計を用いて、無人探査機で設置する海底傾斜計のシステムを開発した。この傾斜計は、長さが1m程度あり、深海調査船などによる海底設置作業が難しいので、センサー部と制御部を分割し、センサー部のみを設置できるように改造した。また、計測用フィルターのオン・オフを活用し、センサーを鉛直から+/-0.01度の範囲内に速やかに収め、電池の消耗を防ぐ改良を施した。平成9年から10年にかけて南米沖の東太平洋海膨の拡大軸付近において3台の装置で14ヶ月観測した海底圧力変動データを解析し、水晶圧力センサーの高い性能を示す結果を得た。観測史上最大といわれたエルニーニョ後の海洋変動と、中央海嶺拡大軸における海底沈降が観測された。平成14年7月には無人探査機いこう」を用いて、三陸沖日本海溝の海側斜面に設置した音響測距装置の設置状況を観察した。測距装置を搭載した約1m四方のフレームは厚い堆積層の上に設置後1年を経過しても1cm程度しか沈まず、その姿勢も位置も極めて安定していることが確認できた。そのような海底ベースを用いれば、堆積層の上においても、精密な圧力観測および海底測立ができることがわかった.日本周辺の沈み込み帯は堆積物で覆われており、海底地殻変動の検出を目指す精密な海底測地観測では、海底に設置した装置の安定性が問題となる。そのような海底ベースを用いれば、堆積層の上においても、精密な圧力観測および海底測立ができることがわかった.日本周辺の沈み込み帯は堆積物で覆われており、圧力観測と精密測位の長期観測は可能であると考えられるが、問題は傾斜観測である。そこで本研究は、パイプを打ち込んだ海底観測ベースを設置し,それを利用した傾斜観測を開始するとともに、海底圧力の連続観測と海底精密測位の繰り返し観測を行い、堆積層で覆われた海底における測地観測の有効性とその限界を明らかにすることを目指している。平成12年度には、東京大学海洋研究所の研究船淡青丸による三陸沖の観測航海を行い、日本海溝陸側斜面の深海掘削孔周辺において、海底表層の調査を行い、観測候補点を選定した。その近傍に2台の海底圧力計を設置し、約6ヶ月間にわたって圧力変動の観測を実施し、潮汐変動の他に20日前後の周期をもつ圧力変動を観測した。センサーのドリフトがほとんどないことが確認できたので、2台の圧力計の差圧を観測することにより、分解能は低いが、長基線の傾斜変動をモニターできることが期待できる。また3台の音響測距装置設置予定点の近くに測器を設置するとともに、3台のGPSアンテナをブイに取り付けて、キネマティックGPSと音響測距を合わせた精密海底測位観測の実験を行った。三陸沖の実験は初めてであり、音響測距装置の音圧不足が明らかになり、航海終了後、装置を改良した。また東京大学の地震研究所の傭船により、三宅島近海においても2台の海底圧力計を用いて圧力変動の観測を実施し、検潮記録等との比較から、海底地殻変動と解釈できる変動を観測した。傾斜観測に向けて、鉛直打ち込み方式の観測用ベースを試作し、岸壁試験と浅海試験を行った。淡青丸のピストンコアラーに合わせて、パイプの外径を92mmとした。浅海はほとんど砂に覆われているために、十分な長さを打ち込むことは出来なかったが、装置の基本的な作動を確認することができた。日本周辺の沈み込み帯は堆積物で覆われており、海底地穀変動の検出を目指す海底測地観測で問題となるのは傾斜観測である。

そこで本研究は、パイプを打ち込んだ海底観測ベースを設置し、それを利用した傾斜観測を開始するとともに、海底圧力変動の連続観測と海底精密測位の繰り返し観測を行い、堆積層で覆われた海底における測地観測の有効性とその限界を明らかにすることを目指している。平成13年度には、釜石沖日本海溝陸側斜面の深海掘削孔内に設置されている傾斜計と同型である米国のApplied Geomechanics社の傾斜計2台と付属品1式を購入した。この傾斜計は海底の計測に用いる中段の感度でも10億分の1の感度があり、鉛直から7度以内に設置されたセンサーの傾斜角度を+/-0.01度の範囲内におさまるようにジンバルを調整する必要がある。そこでこの傾斜計を自動制御し観測データを収録する傾斜計制御・データ収録装置2台を購入し、海底傾斜観測システム2セットを作り上げた。このシステムは耐圧水深3000mであり、音響切り離し装置による自己浮上の回収も、海中ロボットなどによる設置回収もできる。室内において、自動計測や長期計測などの動作試験を行うとともに、相模湖において自己浮上型システムの設置回収試験を行った。深海掘削孔内の傾斜計は、電源を交換して観測を開始した。海底圧力観測については、過去数年間の観測結果をまとめ、実効分解能が水深で1cmであり、2台の圧力計を用いた差圧観測は月に約1cmのドリフト成分のみを示すことなどを確認した。また三陸沖日本海溝の陸側斜面と海側斜面に音響測距装置を設置し、海上のキネマティックGPSと結合した海底精密測位観測を開始したので、そのデータ解析を行った。海中音速の補正などの問題が残っているが、GPS測位と音響測距の分解能は約1cmであることは確認できた。日本周辺の沈み込み帯は堆積物で覆われており、海底地殻変動検出を目指す精密海底測地観測では、海底に設置した装置の安定性が問題となる。本研究は、パイプ打込式海底観測ベースを用いた傾斜観測と、堆積層上の海底圧力連続観測と海底精密測位の繰返し観測の有効性と限界を明らかにすることを目的としている。海底傾斜計については、観測システム2セット(平成13年度導入)による試験観測と、計測システムの改良を進めた。この傾斜計は、長すぎて海底設置作業力灘しいためセンサー部と制御部を分割し、センサー部のみを設置できるよう改造した。設置時には傾斜角度を±0.01度内に収まるようにジンバルを調整する必要があるが,この作業は計測装置付属のアナログフィルターのため時間がかかり電池を消耗するので、これをはずして短時間で調整できるようにし、平滑化には数値フィルターを用いるようにした。海底圧力観測については、平成9年から10年にかけて南米沖東太平洋海膨で3台の装置で14ヶ月観測した結果をまとめた。観測史上最大といわれたエルニーニョ後の海洋変動と、中央海嶺拡大軸における海底噴火後の地殻の冷却に伴う海底沈降が明らかになった。また国立天文台との共同研究として三陸沖海底における長期圧力観測を開始した。7月には無人探査機「かいこう」により、三陸沖日本海溝の海側斜面に設置した音響測距装置の設置状況の観察と回収・再設置作業を行った。測距装置を搭載した約1m四方のフレームは厚い堆積層の上でも1cm程度しか沈まず、その姿勢も位置も極めて安定していることが確認できたことから、底部の形状に配慮すれば問題ないことがわかった.
フタロシアニンを中心とする有機磁性体のトルク磁気測定

研究目的:鉄フタロシアニン系の有機磁性体は、磁性と伝導性が共存し、特に低温では巨大な負の磁気抵抗を示す物質であるため、磁場によって伝導性を制御できる有望な機能性分子性結晶である。巨大負の磁気抵抗の起源についてはまだ不明な点が多い。鉄フタロシアニン系物質の磁性を調べることによって、その起源を探るための知見を得ることを目的とする。研究方法:原子間力顕微鏡(AFM)用マイクロカンチレバーを用いて、鉄フタロシアニン系磁性体の磁気トルクを測定した。温度範囲は2300K、磁場は最大15Tまでである。研究成果:1)臭素Br、塩素Clを含む鉄フタロシアニン系磁性体では、13K付近でπ電子の反強磁性転移が起こり、8K付近でd電子の反強磁性が見られる。強磁場中でπ電子のスピンフロップ現象も検出できた。d電子の振る舞いは異方的Heisenbergモデルによって、反強磁性転移後のπ電子の振る舞いは、反強磁性モデルによって、よく説明できる。2)実験値と理論値と比較するためには、トルクの絶対値(単位:J/rad)を知ることが必要である。カンチレバーによる実験は非常に感度がよいという長所があるが、これまでは、トルクの相対値しかわからず、絶対値を求めることができなかった。本研究では、実験で検出できる値(ピエゾ抵抗の変化率で表され、単位はない)からトルクの絶対値を求める新しい方法を考案した。1)の実験的成果から、巨大負の磁気抵抗を示す一連の鉄フタロシアニン系磁性体に共通する特徴を見出すことができた。d電子、π電子の振る舞いをよく説明できる理論的モデルを構築することができ、各電子の振る舞いに関する理解が深まった。また、2)の成果から、実験で得られたトルクの絶対値がわかるようになり、理論との比較が容易になった。カンチレバー特性に関する理解も深まり、今後のカンチレバー実験に大きな寄与をすると思われる。
視覚素材を核とした中高生のための食農教育教材の開発―食から始まる自然科学―

農業生産は観察を基本とする営みである。その中には、学生の「驚き」や「気づき」を誘導する視覚素材があふれていると同時に、生物学、化学、物理学等、中高等学校で学習する基礎知識が目的の下に統合されており、思考を育てる意味でも重要な学習ツールとなり得る。本研究の目的は作物生産の道筋をたどりながら、さまざまな科学的知見を合目的的に統合する過程を中・高等学校生徒に分かりやすく解説、提示するオープンかつフリーな視覚教材を開発することである。視覚素材の収集にあたって、主作物の生産で必要となる作業(施肥・耕うん・播種・除草・薬剤散布など)とその理由、作業適期の判断に必要な情報の整理と解説など技術的視点からシナリオを作成した。撮影は東京農工大学農学部附属フィールドサイエンス教育研究センター(FSセンター)内の畑作部門を中心に行った。また、身近にある資材で作物を栽培・観察する方法、害虫や天敵、土壌中の生き物を観察する方法の事例をシナリオ化し、野菜や花卉類を中心に播種から収穫までの手順と、ツルグレン装置などの作製方法を撮影した。実際に栽培を体験できない中高生にも観察の楽しみを知ってもらえるよう、定点観測カメラを利用して植物の発芽や開花の動画素材を作製した。撮影は期間終了後も継続している。HTMLブラウザを活用した中学生向け自習教材として、作物の画像や種類等に関するクイズ形式の自習教材を作成した。光合成の仕組みや化学の基礎知識の上に栽培技術が成り立っていることが理解できるよう解説を含めた公表用WEBページを作成中である。
膵癌に対する化学放射線治療が癌微小環境に与える影響の探索と治療への応用

浸潤性膵管癌(PDAC)に対する化学放射線治療(CRT)の組織学的効果の意義や至適判定方法については十分に検討がなされていない。PDACは豊富な間質増生を特徴とし、Tenascin-C(TN-C)は、癌間質に発現され浸潤促進への関与が示唆されているが、CRTが癌間質内TN-C発現に与える影響や治療効果マーカーとしての有用性は検証されていない。CRT(Gem-/S-1 plus Gem-based)protocolに登録された細胞診/組織診で腺癌の診断が得られたPDAC300例中、CRT後に膵切除術を行った172例を対象として、CRTの組織学的効果をJPS7thの基準におけるgrade 3, 4(腫瘍残存率が10%未満)を組織学的著効と定義して、予後との関係を検討した。組織学的著効例は境界切除可能(BR-A)、局所進行切除不能(UR-LA)膵癌においてR0切除率が有意に高く、特にUR-LAにおいて予後が有意に良好であった。CRT施行後に膵切除術を施行したUR-LA膵癌46例と対象群としてup-front surgery施行12例を対象に癌間質内のTNC発現を免疫組織学的に評価した結果、CRT先行切除例のTNC陽性率は51.1%であり、up-front surgery群の91.7%よりも有意に低下していた。癌間質内TN-C発現はCRTの組織学的効果と逆相関を認め、22例のTN-C発現陰性例は23例のTN-C発現陽性例よりも有意に予後(DSS)が良好であり(29.3 vs 17.1 months)、独立した予後規定因子であった。以上の結果から、CRTの組織学的著効(腫瘍残存率が10%未満)はR0切除率を向上させることにより予後改善に貢献した。残存癌間質TNC発現の存在は残存腫瘍のviabilityを反映し、CRTの治療効果をより正確にsurrogateする可能性を報告した。【研究の目的】浸潤性膵管癌(PDAC)は他の癌腫と比較して、豊富な細胞外基質を伴う過剰な間質増生を病理組織学的特徴とし、間質と癌細胞の相互作用がその進展に関わっており、特に細胞外マトリックスの一つであるTenascinC(TNC)は、癌細胞周囲に発現し、癌の浸潤・転移の促進への関与が示唆されている。そこで、PDACに対するCRTの組織学的効果と癌間質内TNC発現との関連を検討し、biomarkerとしての有用性を検証した。【研究の方法】2005年2月2014年9月にCRT(Gem/Gem+S-1)を先行した手術治療に同意が得られ、腺癌の病理診断が得られた遠隔転移のないPDAC220例中、CRT後切除した135例(R: n=11, BR: n=81, UR-LA: n=43)を対象とした。CRTの組織学的効果をhigh (腫瘍壊死効果>50%)とlow (腫瘍壊死効果<=50%)responderに分類し、治療成績を検討した。CRT後切除群(n=60)と手術先行群(n=12)の癌間質内TNC発現を免疫組織学的に評価(腫瘍の>20%TNC発現を陽性と定義)した。さらに、2015年2月11月に登録された治療前後のPDAC23例と健常者(n=3)の血清TNC値をELISA法で測定した。【考察】CRTの高い組織学的効果はR0率と予後向上に貢献し、腫瘍内TNC発現評価は有用なbiomarkerとなる可能性が示唆された。平成27年度の化学放射線治療が膵癌組織内の免疫抑制細胞と免疫担当細胞に与える影響の解明、免疫抑制細胞モニタリングの有用性の検討を予定していた。現在、進行中であるが、進捗状況としてはやや遅れていると考えられる。膵癌は他の癌腫と比較して、豊富な細胞外基質を伴う過剰な間質増生を病理組織学的特徴とし、間質と癌細胞の相互作用がその進展に関わっている。特に細胞外マトリックスの一つであるTenascin-C (TN-C)は、活性化膵星細胞により産生され、癌細胞周囲に発現し、癌の浸潤・転移の促進への関与が示唆されている。しかし、化学放射線治療効果がこれらの癌微小環境に与える影響や細胞外基質発現の治療効果マーカーとしての有用性は検証されていない。そこで、局所進行膵癌に対するCRTの治療成績と切除標本を用いた組織学的効果判定の関係、またCRTの効果判定における癌間質内TN-C発現の有用性について検討した。当科で化学放射線治療後に切除された157例をEvans分類に基づいて、50%以上の腫瘍壊死効果を認めたhigh responderと50%未満のlow responderに分類し、MSTを比較するとhigh 59例が33.9ヶ月、low 98例では23.9ヶ月とhighで有意に予後良好であった。

局所進行切除不能膵癌(UR-LA)110例中、切除された46例で癌間質内Tenascin-C (TN-C)発現で比較すると、MSTはTN-C陰性22例で29.3ヶ月と、陽性23例の17.1ヶ月より有意に予後良好であったが、組織学的効果ではhigh (12例)で31.0ヶ月、low (34例)で21.3ヶ月と、highでMSTがやや延長するものの有意差はなかった(P=0.113)。これらより、術前治療後の癌間質内TN-C発現は残存腫瘍のviabilityや生物学的悪性度を反映しており、有用な予後予測因子となりうるものと考えられた。化学放射線治療が、膵癌関連細胞外マトリックスであるTenascinC(TNC)の発現、TNCを合成する活性化膵星細胞に与える影響を明らかにする臨床研究については概ね順調に進んでいる。学会発表を行ったとともに、現在、論文発表の準備を進めている。化学放射線治療が免疫担当細胞、免疫抑制細胞に与える影響の解明は現在、進行中である。膵癌は他の癌腫と比較して、豊富な細胞外基質を伴う過剰な間質増生を病理組織学的特徴とし、間質と癌細胞の相互作用がその進展に関与している。細胞外マトリックスの一つであるTenascin-C (TN-C)は、活性化膵星細胞により産生され、癌細胞周囲に発現し、癌の浸潤・転移の促進への関与が示唆されている。これまで、膵癌に対する化学放射線治療(CRT)が癌間質内TN-C発現に与える影響やTN-C発現の治療効果マーカーとしての有用性は検証されていない。そこで、局所進行切除不能(UR-LA)膵癌を対象にCRT先行手術の治療成績と組織学的効果判定の関係、CRTの治療効果判定における癌間質内TN-C発現の有用性について検討した。当科で化学放射線治療を施行した110例のUR-LA膵癌のうち、CRT後に膵切除術を施行した46例を対象とした。切除標本におけるCRTの組織学的効果をEvans分類に基づいて、50%以上の腫瘍壊死効果を認めたhigh responderと50%未満のlow responderに分類し、disease specfic survivial (DSS, MST)を比較するとhigh responder12例はlow responder34例よりも有意に高いR0切除率を達成したが、DSSは有意差を認めなかった(29.8 vs 21.0ヶ月)。一方、癌間質内TN-C発現はCRTの組織学的効果と逆相関を認め、22例のTN-C発現陰性例は23例のTN-C発現陽性例よりも有意に予後(DSS)が良好であり(29.3 vs 17.1 months)、DSSに関与する多変量解析において独立した予後規定因子であった。以上の結果から、術前治療後の癌間質内TN-C発現は、治療効果ならびに残存腫瘍のviabilityや生物学的悪性度を反映しており、臨床的応用が可能なマーカーとなりうると考えられた。浸潤性膵管癌(PDAC)に対する化学放射線治療(CRT)の組織学的効果の意義や至適判定方法については十分に検討がなされていない。PDACは豊富な間質増生を特徴とし、Tenascin-C(TN-C)は、癌間質に発現され浸潤促進への関与が示唆されているが、CRTが癌間質内TN-C発現に与える影響や治療効果マーカーとしての有用性は検証されていない。CRT(Gem-/S-1 plus Gem-based)protocolに登録された細胞診/組織診で腺癌の診断が得られたPDAC300例中、CRT後に膵切除術を行った172例を対象として、CRTの組織学的効果をJPS7thの基準におけるgrade 3, 4(腫瘍残存率が10%未満)を組織学的著効と定義して、予後との関係を検討した。組織学的著効例は境界切除可能(BR-A)、局所進行切除不能(UR-LA)膵癌においてR0切除率が有意に高く、特にUR-LAにおいて予後が有意に良好であった。
マイクロスケール実験の導入による理科実験の個別化と児童・生徒の能動的学習の支援

H30年度は研究期間3年の中間年度として、研究目的である「マイクロスケール実験の導入による理科実験の個別化と児童・生徒の能動的学習の支援」に向けて、教材開発と実践活動を中心に取り組み、学会発表、論文その他の公表も継続的に行った。次期学習指導要領の実施に向けての準備期間中であり、公表された学習指導案の改訂の主旨を鑑み教材開発と実践的検証を行った。すなわち、児童・生徒が主体的にかかわることを通して、実感を伴った理解を助ける実験に注目した。マイクロスケール実験で可能な個別実験を基礎に、探究的な要素を取り入れた授業展開(授業デザイン)を検討した。具体例としては、電池・電気分解の分野における空気電池、鉛蓄電池を取り上げた。ダニエル電池については、次期学習指導要領では中学校理科でも学習対象になっていることも踏まえ、開発と実践は中学校理科及び高校化学を想定して行った。以上の取り組みは、児童・生徒の能動的学習の支援につながる具体的な研究活動として行ってきた。教材開発においては、身の回りの不思議や材料を対象にすることで、より理科の学習の有用性を再認識できる授業展開を想定しながら実施した。開発した教材実験は、通常の授業だけでなく、地域の実験教室、教員研修、ひらめき☆ときめきサイエンス等においても活用して、教材としての有効性の確認と、今後の研究を推進して行く上での課題の抽出も念頭において取り組んだ。研究結果については主に理科教育学会で発表を行い、同学会での課題研究発表会等で共同研究者による発表も含め4件行った。H30年度において開発した教材実験は4件で、またナリカK.K及びケニスK.Kとの協力で商品化を2件行った。教員研修を含む実践活動は2件、論文等の公表2件、また四天王寺大学(大阪府)で実施されたひらめき☆ときめきサイエンスでは、外部講師として参加し開発した教材を用いた体験授業を行った。研究期間の2年目の段階においては、おおむね順調に進んでいる。すでに組織した私的な研究会(京都マイクロスケール実験研究会)を活用した情報交換、卒業生を中心とした学校現場との協力を積極的に図り、教材開発、授業実践、成果発表という研究の基本的な体制を維持することに努めた。その効果もあり、ほぼ順調に教材開発を進めることができた。しかし教材の有用性を確認する実践の機会が少なくなる傾向もあり、今後の課題として改善を図りたい。日本理科教育学会における課題研究発表については、マイクロスケール実験の普及、学校現場との交流、情報交換を目的に、継続的(11回目)に行い一定の成果を得ることができた。また、長年、開発した教材の学校現場への普及を図るため、教材会社の協力を得ながら開発した教材の商品化にも取り組んできた。以上より課題としてまとめると、1)新学習指導要領との対応にむけて、より具体的な教材実験、授業デザインの提示を行い、授業実践の機会を増やす。2)さらに実践的な活動を行うと同時に、その成果を実験書等の形でまとめる取り組みを検討する。現在までの進捗状況を踏まえ、今後の取り組みとする。次年度(H31年度)は、研究期間の最終年度として、マイクロスケール実験の特徴を生かした教材開発と授業実践を行いながら、学校現場への普及をさらに推進するため、実験手順、ワークシート等の作成と整備も行う。同時に、小学校、中学校及び高校の学習指導要領の改訂及び完全実施を迎えるにあたり、それに対応した取り組みを行う。すなわち児童・生徒に求められる「主体的で対話的な深い学び」に、マイクロスケール実験による個別実験がどのように貢献できるか、より実践的な観点で取り組み、アンケート調査等による評価を進める予定である。具体例としては、継続課題でもある「ダニエル電池」について、安全性を保ちながら、より簡便に短時間で実施できる教材を整備し、学習の主目的である「イオンの概念」の獲得に向けての授業展開も併せて検討する。特に教材開発の段階においては、電極付近の反応、半透膜の役割等が実感をともなって理解できるように器具、観察方法等に工夫を行う。実験における詳細な観察が、考察の深化を伴い、さらに深い理解に繋がることを実践的に証明する研究目的が背景となっている。また、新学習指導要領との対応にむけて、深い学びに繋がる言語能力の育成についても注目する。個別実験等が言語能力の育成に対して、どの程度の貢献があったかを判定する方法についても、学校現場の意見をふまえ、さらに検討を重ね検証できる体制を整えたい。以上のことは今後の研究継続の上でも重要であり、優先度を上げて取り組みたい。また学校現場や他大学との交流を深めるためにも、理科教育学会での課題研究発表や学外での実験教室も積極的に取り組み、研究成果の社会還元も図りたい。H29年度は研究期間の初年度として、研究目的である「マイクロスケール実験の導入による理科実験の個別化と児童・生徒の能動的学習の支援」に向けて、教材開発を中心に取り組み、学会発表、論文その他の公表を継続的に行った。教材開発では理科実験の個別化を可能にする教材に特に注目し、さらに個別実験が児童・生徒の学習の支援に役立つか、教材開発の方向性、調査方法の検討に向けて取り組んだ。また「言語能力の育成」にも焦点を当て、開発した教材がどの程度貢献できるかの判定方法についても、学校現場の意見をふまえ、さらに検討を重ねた。試みとして実験前後のアンケート調査について、概念の変容調査と設問に工夫を行った。前年度から継続している呈色板によるマイクロスケール実験の教材開発については、学校現場への普及を目的としたテーマであり授業実践を実施した。

また呈色板を用いた電気分解実験についても積極的に実践活動を行い、同学会での発表を経て、その後、科学教育研究に掲載(H29年6月)された。また、高校化学の有機化学分野を対象にしたマイクロスケール実験の教材開発と授業実践にも取り組んだ。有機化学分野の実験では、有機溶剤の使用や加熱により、従来のプラスチック製の器具の使用が難しいため様々な工夫を行いながら、器具の見直し、安全で確実な操作に重点をおいて研究を進めた。研究結果については理科教育学会で発表を行った。またマイクロスケール実験の紹介記事を執筆した(少年写真新聞社、啓林館等)。理科教員養成の立場から、理科指導法等の大学授業で用いるテキスト(電気書院発行)を執筆(H29年6月発刊)。同書には10件のマイクロスケール実験を含む授業案を掲載した。以上よりH29年度において開発した教材実験は高校理科5件、中学校理科2件、小学校理科1件で、授業実践は3件、著書1件、学会発表2件、論文および解説文の公表4件である。研究期間の初年度の段階においては、おおむね順調に進んでいる。定年退職を機会に、卒業生を中心として学校現場との接触についてもより積極的に図り、教材開発と授業実践という研究の基本的な体制を維持することに努めた。その効果もあり、ほぼ順調に教材開発を進めることができた。しかし授業実践の機会が少なくなる傾向もあり、今後の課題として改善を図りたい。日本理科教育学会における課題研究発表については、マイクロスケール実験の普及、学校現場との交流、情報交換の趣旨において、継続的に行い一定の成果をえることができた。また、小学校理科及び中学校理科を対象にした実験を含む授業案をまとめ、単行本として出版することができた。この中では、マイクロスケール実験と通常スケール実験の効果的な併用も提案し、今後の研究の方向性としてアピールした。以上より、本年度は当初の計画とおり研究をほぼ順調に進めることができたが、次の点を課題としてまとめるに至った。1)授業実践の機会をさらに増やす。2)新学習指導要領との対応にむけて、より具体的な教材実験、授業案の提示を行い、実践的な活動を行う。現在までの進捗状況を踏まえ、今後の取り組みとする。H30年度は研究期間3年の中間年度として、研究目的である「マイクロスケール実験の導入による理科実験の個別化と児童・生徒の能動的学習の支援」に向けて、教材開発と実践活動を中心に取り組み、学会発表、論文その他の公表も継続的に行った。次期学習指導要領の実施に向けての準備期間中であり、公表された学習指導案の改訂の主旨を鑑み教材開発と実践的検証を行った。すなわち、児童・生徒が主体的にかかわることを通して、実感を伴った理解を助ける実験に注目した。マイクロスケール実験で可能な個別実験を基礎に、探究的な要素を取り入れた授業展開(授業デザイン)を検討した。具体例としては、電池・電気分解の分野における空気電池、鉛蓄電池を取り上げた。ダニエル電池については、次期学習指導要領では中学校理科でも学習対象になっていることも踏まえ、開発と実践は中学校理科及び高校化学を想定して行った。
グリア細胞の機能と特異タンパクの役割(特に神経回路形成期における)

1.ドロソフィラのcDNAライブラリーをマウスのCNPおよびMAGのcDNA、またPOタンパクの合成プローブでスクリーニングした。しかしながら、現在までのところグリアタンパクのドロソフィラにおける類似タンパクは見いだされていない。2.すでに我々は、マウスCNP遺伝子に転写開始点が2箇所あり、これに選択スプライシングが伴い5'端の異なる2種のmRNA(mRNAIとmRNAII)が生じることを明らかにした。CNPIはmRNAIから、CNPIIはmRNAIIから翻訳される。(1)マウスCNP遺伝子のプロモーター領域の転写活性を測定した。2箇所の転写開始点の上流域を別々にCATリポーターにつなぎ、C6細胞に導入した。その結果、両領域は独立して転写活性を有することが判明した。(2)ヒトCNP遺伝子の構造と染色体局在を明らかにした。マウスと違ってヒトではmRNAバンドが単一に見えるが、マウスと同様にして生じた2種のmRNAがノーザンブロット上で重なっていると判断された。ヒトCNP遺伝子は染色体17番にあることがわかった。3.RT-PCR法によりマウス胎生期の脳で2種のCNPmRNAの発現を検索したところ、以下のことが明らかになった。(1)CNPのmRNAは低レベルながらマウス胎生期を通して(少なくとも検索した胎生11日以降)脳に存在する(2)胎生期ではアダルトと同様にmRNAIIの方が多く発現している。(3)マウス胎生期の脳で発育に伴う変化を見ると両mRNAとも胎生16日付近にピークがある。CNPはミエリン形成とは別にこのような早い時期の脳の分化にも関与している可能性が示唆された。1.ドロソフィラにおける相同遺伝子の探索ドロソフィラの成虫頭部及び幼虫4日のcDNAライブラリをマウスの2′,3′-環状ヌクレオチド3′-フォスフォジエステラーゼ(CNP)及びミエリン結合性糖タンパクのcDNAでスクリーニングした。また、同じライブラリをP0タンパクのcDNAに基づく合成プローブでスクリーニングした。しかしながら、現在までのところこれらグリアタンパクのドロソフィラにおける相同遺伝子は見い出されていない。抗ウシCNP抗体はドロソフィラの幼虫を染めることができなかった。2.2′,3′-環状ヌクレオチド3′-フォスフォジエステラーゼ(CNP)遺伝子の解析(1)マウスCNP遺伝子のプロモーター領域の転写活性を測定した。すでに我々は、マウスCNP遺伝子に転写開始点が2箇所あること、また、これに選択スプライシングが伴い、5′端の異なる2種のmRNAが生じN端の異なる2種のポリペプチドが生じることを明らかにした。今回我々は、2箇所の転写開始点の上流域を別々にCATリポーターにつなぎ、C6細胞に導入した。(2)ヒトCNP遺伝子の構造を明らかにした。ヒトCNP遺伝子は、マウスCNP遺伝子と同様に、3個のイントロンで分断された4個のエクソン(上流からエクソン0、1、2、3)から成ることがわかった。遺伝子DNAから調製したエクソン0のプローブとエクソン1の5′端のプローブの両者が、見かけ上単一に見えるmRNAバンドに反応した。したがって、マウスと違ってヒドではmRNAバンドが単一に見えるが、マウスと同様にして生じた2種のmRNAがノーザンブロット上で重なっていると考えられた。本年はマウス胎生期の脳で2′,3′-環状ヌクレオチド3′-フォスフォジエステラーゼ(CNP)遺伝子の発現を調べた。我々はすでに、CNP遺伝子がオリゴデンドログリアに特異的に発現し、ミエリン形成の最盛期にmRNAの発現がピークに達することを報告した。

我々はまた、マウスCNP遺伝子から選択スプライシングにより5′端の異なる2種のmRNA(mRNAIとmRNAII)ができ、これらのmRNAからN端の異なる2種のポリペプチドが翻訳されることを明らかにした。今回我々は、CNPがミエリン形成以前の早い時期の脳の分化にも関与している可能性を考え、感度の高いRT-PCR法によりマウス胎生期の脳で上述の2種のCNP mRNAの発現を検索した。マウス脳を各発育段階で取り出してRNAを調製し、oligo dTを用いてRT反応を行なった。次に、2組のプライマーを用意し、PCRでmRNAIの配列530塩基とmRNAIIの配列420塩基を増幅させた。今回のRT-PCR法で新たに以下のことが明らかになった。1)CNPのmRNAは低レベルながらマウス胎生期を通して(少なくとも検索した胎生11日以降)脳に存在する。2)胎生期ではアダルトと同様にmRNAIIの方が多く発現している。3)マウス胎生期の脳で発育に伴う変化を見ると両mRNAとも胎生16日付近にピークがある。CNPはミエリン形成とは別にこのような早い時期の脳の分化にも関与している可能性が示唆された。
造血多能幹細胞増殖因子を用いた骨髄性白血病発生機序の解析

造血多能幹細胞増殖因子(HSGF)はヒト骨髄間質細胞株KM-102よりBurst Promoting activity(BPA)活性を指標として精製された。KM-102細胞の培養系から6Lの無血清培養濾液を採取した。この培養濾液を、5段階の分画(硫酸アンモニウム分画,陰イオン交換カラム,レクチンカラム,HPLCゲル濾過,逆相HPLC)をおこない、BPAの比活性を通常培養濾液の340000倍に高めた。この最終精製物はSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動で約18000daltonの単一の広がったバンドとなり生物活性を伴っていた。この因子がBFUe由来コロニーのhalfmaximal growthを促す濃度は7pg/ml(3.9×【10^(-13)】M)で、現在までに報告されているBPA活性を有する因子の中で最も高い比活性を示した。本因子7pg/mlの濃度では0.3%軟寒天中でCFUc由来コロニーの形成は刺激されない。この因子120pg/mlの添加により、BFUe由来コロニー形成を40100%増加させることができ、これと同数のBFUe由来コロニーを得るのにエリスロポエチン添加量を0.5U/mlにまで減少させることができた。また、この因子はT細胞と壁付着細胞を除いた骨髄細胞の一週間の浮遊培養でコントロールに比し145%のG-CFUc、181%のGM-CFUc、264%のM-CFUc、393%のFo-CFUcの増加を促した。この結果は精製した因子が骨髄液体培養で多能性造血幹細胞の増殖分化を刺激し、分化の方向が決っている幹細胞の数の増加を引き起こす事を示唆する。この最終段階精製物を気相シークエンサーにてアミノ酸配列ではGM-CSFの配列に酷似していた。しかし、HSGFはCFUc分化への刺激作用が報告されているGM-CSFに比し弱く、また、極めて低濃度で未熟幹細胞の増殖分化を刺激する。また、この因子はヒト白血病細胞株(KG-1)の増殖を刺激する。以上より、更に、この物質の本態について検討の余地があり、今後、HSGFのレセプターの性状、シグナル伝達機構の解析をKG-1細胞を用いて行う予定である。
ヒストンテールのしなやかさに由来する動的挙動の解明

本年度は、前年度に引き続き、特定の構造をとらないヒストンテールが生み出す動的挙動の実態、および、その分子基盤を明らかにすることを目的として、イオンモビリティ質量分析(IM-MS)と分子動力学(MD)シミュレーションを用いて、以下の3つの課題に取り組んだ。課題1.IM-MSによる測定で観測されたH2A/H2B二量体の構造多様性の創出機構解明:前年度に引き続き、IM-MS装置内で起こっていると予想されるH2A/H2B二量体の活性化過程を再現するべく、気体分子を露わに含んだシミュレーションを複数の温度および分子密度で実行したが、IM-MS実験で観測された二峰性の分布を再現するには至らなかった。課題2.MDシミュレーションによるヒストンテールのしなやかな動きの実態解明:柔軟なヒストンテールが示す複雑な運動を特徴付け、その分子基盤を解明すべく、H2A/H2B二量体の3つのヒストンテールを対象として、溶液中のMDシミュレーションを実行した。得られた結果を「時間構造に基づいた独立成分分析(tICA)」によって解析したところ、テールが示す遅い運動の抽出に成功したとともに、この遅い運動が複数の状態間の構造転移として特徴づけられることがわかった。また、抽出された遅い運動は複数回実行したシミュレーションごとに大きく異なっており、テールの遅い運動が極めて多様であることを示唆していた。課題3.翻訳後修飾がヒストンテールの構造・ダイナミクスに与える影響の解析:翻訳後修飾の影響を調べるべく、H2A/H2B二量体に2種類の修飾(リジン残基のアセチル化とアルギニン残基を脱イミノ化)を施し、IM-MSによる測定を行った。これらの翻訳後修飾では正電荷が中和されたにも関わらず、IM-MS実験で得られた到着時間分布には、アセチル化と脱イミノ化ともに、ほとんど変化が見られなかった。この結果は、二量体イオンの大きさが修飾によって変化しないことを示唆する。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、特定の構造をとらないヒストンテールが生み出す動的挙動の実態、および、その分子基盤を明らかにすることを目的として、イオンモビリティ質量分析(IM-MS)と分子動力学(MD)シミュレーションを用いて、以下の2つの課題に取り組んだ。課題1.IM-MSによる測定で観測されたH2A/H2B二量体の構造多様性の創出機構解明:ヒストンH2A/H2B二量体が気相中で二峰性の構造分布を示す原因を明らかにするために、野生型二量体と2種類のヒストンテール欠損二量体について、IM-MS測定、および、MDシミュレーションを実行した。まず、IM-MS測定で得られた到着時間分布から衝突断面積を算出したところ、ヒストンテールが二峰性の構造分布を生じさせていることがわかった。その原因を探るべく、装置の各種電圧を変化させて測定したところ、装置内のヘリウムガスとの衝突によってヒストンテールの構造が変化することが原因であると示唆された。続いて、真空中およびガス中のMDシミュレーションの結果から衝突断面積の分布を求めたところ、いずれの二量体においても単峰の分布を示し、二峰性を再現するには至らなかった。今後、二峰性構造分布の形成機構について、さらなる検討を進めていく予定である。課題2.MDシミュレーションによるヒストンテールのしなやかな動きの実態解明:柔軟なヒストンテールが示す複雑な運動を特徴付け、その分子基盤を解明すべく、ヒストンH2AのN末端テールを対象として、溶液中のMDシミュレーションを実行した。得られた結果に対して「時間構造に基づいた独立成分分析(tICA)」を適用することで、ヒストンテールが示す遅い運動を同定することができた。さらなる解析によって、特定された遅い運動が実際に起こっていることが確認された。現在、tICAで特定された遅い運動の発現機構や機能における意義について検討中である。課題3.翻訳後修飾がヒストンテールの構造・ダイナミクスに与える影響の解析:翻訳後修飾の影響を調べるべく、H2A/H2

B二量体に2種類の修飾(リジン残基のアセチル化とアルギニン残基を脱イミノ化)を施し、IM-MSによる測定を行った。これらの翻訳後修飾では正電荷が中和されたにも関わらず、IM-MS実験で得られた到着時間分布には、アセチル化と脱イミノ化ともに、ほとんど変化が見られなかった。この結果は、二量体イオンの大きさが修飾によって変化しないことを示唆する。本年度の計画では、ヒストンテールのしなやかさが生み出す動的挙動とその分子基盤を解明すべく、2つの課題:1IM-MSによる測定で観測されたH2A/H2B二量体の構造多様性の創出機構解明、2MDシミュレーションによるヒストンテールのしなやかな動きの実態解明、に取り組む予定であったが、前半の半分ほどを病気のため入院してしまったため、研究実施計画の7割程度を実行するに留まった。27年度が最終年度であるため、記入しない。前年度に引き続き、特定の構造をとらないヒストンテールが生み出す動的挙動の実態、および、その分子基盤を明らかにすべく、以下の3つの課題に取り組む。課題1.IM-MSによる測定で観測されたH2A/H2B二量体の構造多様性の創出機構解明:前年度に引き続き、IM-MS装置内で起こっていると予想されるH2A/H2B二量体の活性化過程を再現するべく、気体分子を露わに含んだシミュレーションを実行し、H2A/H2B二量体の構造多様性の創出程度やヒストンテールの動的挙動を調べる。課題2.MDシミュレーションによるヒストンテールのしなやかな動きの実態解明:H2A/H2B二量体の残りの2つのヒストンテール(H2AのC末端テールとH2BのN末端テール)に対してH2AのN末端テールと同様の解析を行うとともに、得られた結果をもとにH2A/H2B二量体におけるヒストンテールの動的挙動についても解析を行う。課題3.翻訳後修飾がヒストンテールの構造・ダイナミクスに与える影響の解析:課題1および2で明らかとなったヒストンテールのしなやかさに起因する構造多様性・動的挙動が、翻訳後修飾によってどのような変化を受けるのかを明らかにし、その分子機構を解明する。(1)アセチル化されたH2A/H2B二量体の解析:アセチル化酵素HATを用いてアセチル化されたH2A/H2B二量体に対して、質量分析によってアセチル化された部位を特定するとともに、課題1で行ったのと同様に、IM-MSとMDシミュレーションを組み合わせた解析を行う。(2)アセチル化されたH2AのN末端テールのシミュレーション解析:アセチル化されたH2AのN末端テールに対して課題2と同様の解析を行い、アセチル化がヒストンテールに与える影響を明らかにする。
血液精巣関門の新たな機能の解明：精子発生の調節を担うゲートキーパーとしての役割

暑熱環境に曝された精巣では、精細管上皮に重篤なダメージが誘導され、精細胞はアポトーシスにより死滅する。興味深いことに、MRL/MpJマウスには熱抵抗性精子形成維持機構が存在し、この表現型の責任遺伝子座は1番染色体81cM近傍および11番染色体40cM近傍に存在することが示唆されている。本研究は、これらの遺伝子座の機能解明を目指して実施した。今年度は、昨年度までに作出した1番染色体約81cMおよび11番染色体約40cMの領域がMRL/MpJマウス型であるコンジェニックマウス(B6.MRLc1、B6.MRLc11、B6.MRLc1c11)を用いて熱ストレス誘導後の精巣を解析した。腹腔内停留精巣では、コンジェニックマウスの中でB6.MRLc1c11マウスの精子形成が最も高い熱抵抗性を示した。このことから、持続的高温環境下ではMRL/MpJマウスに由来する1番および11番染色体上の責任遺伝子が相互に作用し合って精巣の熱抵抗性を高めていることが示唆された。温水曝露後短期間における精細管上皮へのダメージは、B6.MRLc11およびB6.MRLc1c11マウスではMRL/MpJマウスと同様に軽度であり、精子形成も部分的に維持されていた。一方、B6.MRLc1マウスではこのような熱抵抗性は認められなかったことから、一過性の高温環境下においては11番染色体上に存在する責任遺伝子座が精細管上皮へのダメージを緩和する働きをしている可能性が示唆された。さらに、温水曝露後長期間が経過した精巣に認められる石灰沈着の発症抑制が、作出したコンジェニックマウスの全てで認められたため、MRL/MpJに由来する1番染色体および11番染色体上のそれぞれの遺伝子座が熱ストレスにより誘導される精上皮の変性の修復に関与している可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。【研究の目的】未だ不明な点が多い血液精巣関門(BTB)の制御機構を解明し、「BTBの破綻を原因とする造精機能障害の発生機序を探るとともに、有効な治療法開発へ応用するための知見を得る」ことを目指す。【研究実施計画】今年度は、精細管ステージ特異的な発現パターンを示す密着結合蛋白であるclaudin 3の局在ならびに機能を解析した。また、熱抵抗性精子形成維持機構を有するMRL/MpJ(MRL)マウスの高温曝露処置後の精巣におけるBTBの精細管内腔隔離機能と減数分裂の進行との関連を解析した。さらに、MRL精巣の熱抵抗性に関与する責任遺伝子座が存在する1番染色体約81cMおよび11番染色体約40cMの領域がMRL型であるコンジェニックマウス(B6.MRLc1、B6.MRLc11)の作出を行った。【研究実績】精巣においてclaudin 3は密着結合帯を持たない精母細胞においても発現することを明らかにした。さらに、精巣内siRNA法を用いたclaudin 3の発現抑制実験の結果、claudin 3は精細胞のBTB通過を促進することにより精細胞の分化を制御している可能性を見出した。標識小分子を用いたトレーシング解析により、熱抵抗性のMRLの高温曝露後短期間における精巣では、熱感受性のC57BL/6(B6)とは異なり、BTBの精細管内腔隔離能は維持されているとともに減数分裂の進行が維持されていることを明らかにした。一方で、高温曝露後長期間が経過した精巣では、MRLおよびB6の両系統において重度の精細管腔内石灰沈着が発生していたが、B6.MRLc1の高温曝露後の精巣では石灰沈着の発生が抑制されていた。さらに、高温曝露後のB6とB6.MRLc1の精巣を用いたマイクロアレイ解析により、gremlin 2がB6.MRLc1において高発現することを明らかとした。【研究の目的】本研究は、未だ不明な点が多い血液精巣関門(BTB)の制御機構を解明し、「BTBの破綻を原因とする造精機能障害の発生機序を探るとともに、有効な治療法開発へ応用するための知見を得る」ことを目指す。【研究実施計画】今年度は、「生体におけるビタミンA欠乏は可逆的に精子形成を停止させる」ことに着目し、ビタミンA欠乏食給餌(VAD)マウスを用いたBTBと精細胞分化の関連解析を行った。また、MRL/MpJ (MRL)マウスの熱抵抗性精子形成維持機構に関与する責任遺伝子座が存在する1番染色体約81cMおよび11番染色体約40cMの領域がMRLマウス型であるコンジェニックマウス(B6.MRLc1、B6.MRLc11)の作出を昨年度に引き続き行った。【研究実績】通常食給餌マウスと比較解析した結果、VADマウスの性成熟過程では精細胞分化の抑制とともにBTBの初期形成が遅延していた。またVADマウスでは、性成熟後の顕著な精巣変性と減数分裂の停止に先立ってBTBの崩壊が起きていた。