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小学生の国語誤用の収集・分析と指導法開発に関する研究

本研究の目的は大きく2つある。1つは小学生の国語誤用を収集し、学年ごと・出現した言語単位ごと・推測する誤りの原因ごと・想定する予防や改善策ごと等に整理することである。これについては平成28年度に国語誤用のリストデータを作成している。この成果は、平成29年3月刊行の秋田大学教育文化学部附属教育実践研究支援センターの紀要(第39号)の論文としてまとめた。もう1つの目的である、国語誤用の予防や改善のための指導法の開発については、平成29年度、30年度に行った授業分析によって明らかにし、秋田大学教育文化学部附属教育実践研究支援センター紀要(第40号、41号)の論文にまとめている。平成29年度には、小学校下学年(13年生)を対象とした指導法の開発のために、秋田県内の小学校3年生の授業を分析し、予防指導として、取り立て型の指導(国語誤用を提示して注意喚起する指導)をした上で作文指導を行うと、推敲指導(作文指導の途中の指導)が効果的に行えることが明らかになった。また、各自一人で国語誤用を直す活動をした場合と、ペアで直す活動をした場合と、3人以上のグループで活動した場合を比べた結果、各自の活動には限界があることと、ペアやグループで見る目を増やすことが効果的であることが明らかになった。平成30年度には、上学年(46年生)を対象とした指導法の開発のために、東京都の指導教諭が行った小学校6年生の授業を分析した。その結果、数ヶ月前に出現していた国語誤用が継続して現れる児童がおり、特定の児童にこの傾向があること、国語誤用を教材としてみんなで直してみる活動をした際に発見・修正できた国語誤用も、その後の作文に出現している児童がおり、特定の児童にその傾向があることなどが明らかになった。国語誤用の教材化とその評価の活動は有効であるが、教師の個別の見取りと指導が不可欠であることが分かった。研究初年度の計画であった、国語誤用の収集を行った。その際、収集・研究の対象とする国語誤用の範囲も決定した。さらに、学年ごとに出現する国語誤用を明らかにし、その原因推定や予防・対処策の考察も行った。小学校16学年の記述資料(作文など)から収集した国語誤用は158事例であった。これらを学年別、誤用が出現している言語単位(音・文字・語・文節・文・連文・段落など)別、誤用の種類(重複・欠落・付加・錯誤・不使用不照応・濫用など)別、誤用の推定原因(聞き違い・取り違え・語彙不足・理解不足・不注意・意識不足・意識希薄・意過剰・無自覚・混乱・変化忘却など)別に整理した。その結果分かったことを秋田大学教育文化学部教育実践研究紀要第39号掲載の論文としてまとめた。分かったことはおおよそ以下のようなことであった。言語単位別では、「音・文字」に現れる国語誤用が最多であった。中でも長音に関するものが多かった。またこれら最多の国語誤用の種類は、ほとんどが欠落や錯誤、不使用、不足であった。しかもこの錯誤、不使用、不足は国語誤用の種類で最多であった。誤用の原因別に見ると、意識希薄が最多であり、音・文字・語の言語単位で口語表現になっていることによる誤用が過半数を占めた。この音・文字・語における意識希薄によると思われる国語誤用の種類はすべて錯誤、不使用、不足であった。学年別に見るとすべての学年で、聞き違いや不注意による音・文字の誤用が多かった。初年度の計画の他の内容である、附属小学校教員への協力依頼や意見聴取は、国語部教員を対象に行った。関係資料の提供はなかったが、学部卒業研究指導において、小学校3年生の国語誤用の収集と改善指導に取り組んだ学生の研究・実践資料を平成29年度の研究に活用する予定である。研究代表者の手持ちの小学生の記述資料(作文)から全学年にわたって国語誤用が収集でき、学年、言語単位、誤りの種類、誤りの原因の4つの観点を立て、さらにそれぞれを下位分類してエクセルで整理することができたことによって、平成28年度に計画していた研究を遂行できた。研究2年目の計画である、1年目に収集した国語誤用の原因推定を踏まえた検証授業の分析を行った。国語誤用の予防指導と誤用改善指導の両面から指導方法を開発することが目的であった。この目的はおおむね達成できた。分析の対象としたのは、研究代表者が卒業研究を指導した学部4年生が、秋田県内の公立小学校で行った2回の授業である。指導法開発に生かすことができる具体的な成果(国語誤用の発見とその適切な修正に効果がある方法)は、主なもので4点あった。1点目。国語誤用の指導は、予防指導(取り立て指導)から行い、改善指導(文章推敲の指導)に進むことが有効である。2点目。児童自身が国語誤用を修正する場合は、活動形態として、個人ではなく、ペアやグループが効果的である。3点目。国語誤用を修正する際は、黙々と行うのではなく、声に出して(音読)行うことが効果的である。4点目。国語誤用を防ぐには、誤用がなぜ誤りであるのか、修正案がなぜ正しいといえるのか、児童自身に説明させることが効果的である。

これら得られた知見は、分析対象となった授業が小学校3年生のものであったため、無理なく上下隣接する学年段階(低学年及び高学年)にも適用できるものである。以上は、教育文化学部附属教育実践研究支援センターの研究紀要に掲載された論文にまとめた。なお、平成29年度はこのほかに、東京都江戸川区の指導教諭の協力を得て、指導法開発のための授業実践をしていただいた。この分析は次年度に行う予定である。研究計画通り進んでいる。ただし、分析対象となる授業実践が限られているために、学年別6段階あるいは低中高学年別3段階に分けた分析までは行えていない。しかしながら、平成29年度の分析対象とした3年生は中学年であり、低学年の場合や高学年の場合を推定することに好都合であった。また、東京都江戸川区の公立小学校指導教諭の協力が得られ、小学校6年生の国語誤用改善指導の授業データを得ることができた。これらの状況を総合的に見て、「おおむね順調に進展している」と判断するものである。本研究の目的は大きく2つある。1つは小学生の国語誤用を収集し、学年ごと・出現した言語単位ごと・推測する誤りの原因ごと・想定する予防や改善策ごと等に整理することである。これについては平成28年度に国語誤用のリストデータを作成している。この成果は、平成29年3月刊行の秋田大学教育文化学部附属教育実践研究支援センターの紀要(第39号)の論文としてまとめた。もう1つの目的である、国語誤用の予防や改善のための指導法の開発については、平成29年度、30年度に行った授業分析によって明らかにし、秋田大学教育文化学部附属教育実践研究支援センター紀要(第40号、41号)の論文にまとめている。平成29年度には、小学校下学年(13年生)を対象とした指導法の開発のために、秋田県内の小学校3年生の授業を分析し、予防指導として、取り立て型の指導(国語誤用を提示して注意喚起する指導)をした上で作文指導を行うと、推敲指導(作文指導の途中の指導)が効果的に行えることが明らかになった。また、各自一人で国語誤用を直す活動をした場合と、ペアで直す活動をした場合と、3人以上のグループで活動した場合を比べた結果、各自の活動には限界があることと、ペアやグループで見る目を増やすことが効果的であることが明らかになった。平成30年度には、上学年(46年生)を対象とした指導法の開発のために、東京都の指導教諭が行った小学校6年生の授業を分析した。その結果、数ヶ月前に出現していた国語誤用が継続して現れる児童がおり、特定の児童にこの傾向があること、国語誤用を教材としてみんなで直してみる活動をした際に発見・修正できた国語誤用も、その後の作文に出現している児童がおり、特定の児童にその傾向があることなどが明らかになった。国語誤用の教材化とその評価の活動は有効であるが、教師の個別の見取りと指導が不可欠であることが分かった。平成2930年度の計画は、誤用の収集を続ける傍ら、原因推定に基づいた指導法(予防、対処、両面で)の開発を行うことである。その具体的な方法は、主に附属小学校国語部の教員による指導法検証授業になるが、全学年にわたって実施することが困難であったり、検証授業の実施そのものがカリキュラムの都合上無理であったりすることが考えられる。その場合は、全学年に共通して有効な指導法を整理し、最低1つの検証授業の結果から他の学年(6区分ではなく、低・中・高の3区分)への適用策を考えたい。
植物生細胞における栄養輸送とチャンネル制御の直接計測

研究目的は、植物細胞内の栄養輸送に関する事象をライブ観察するために、新たな試みを確立させることである。本年、東北大学工学研究科、魚住信之教授並びに福井県立大学、日び隆雄准教授との継続中の共同研究において、カリウム膜チャンネルKATIの特異20アミノ酸領域を発見した。この特異残基は、SnRK2.6の標的である。更に、残基のリン酸化反応はチャンネル活性の調節に相関している(Sato et al. 2009)。KATI内のSnRK2.6の標的領域が解明され、相互作用系ペプチドは新規指示薬として適切か否かの検査が可能になった。無細胞系法は、検査工程で変異と変異誘発機能を増大させるために選択された。二つの合成ペプチドは、リン酸化反応前とリン酸化反応後のKATIチャンネルタンパク質の状態と一致するよう造られた。並行検査はKATI相互作用系ペプチドを明らかにした。栄養輸送は、モデル植物の細い半透明の根を用い、蛍光造影基盤の10ものツールを使用し研究されている。トマトのような太い根を持つ植物の内皮と内鞘の蛍光基盤造影は困難であった。本年度、根内で核ターゲット系蛍光タンパク質が発現する遺伝子組換えトマトの栽培が成功している。このトマトと無処理組織の薄片を使用する事により、YFPのような常時観察できる蛍光タンパク質でトマト根の内鞘細胞を表示可能にした。栄養輸送の調査は、イメージ最適化が可能な濃密な細胞質である根全体め現象に関連する。モデルシステムとして誘導追跡可能なため観察に、寄生性根コブセンチュウを使用した。センチュウは根内で移動するため追跡方法が大きな課題だったが、本研究においてそれを解決することができた。生きているセンチュウに蛍光マークを付けるという新たな手法が確立し、センチュウが植物根に侵入する過程と栄養運搬細胞の始動の画像化に成功した。(執筆中)このプロジェクトの目的は植物の栄養応答を解析する為の新たな技術を開発することである。植物栄養の蛍光指示薬を作成するために、特異的に栄養と結合するタンパク質が必要である。最初のターゲットとしては、東京大学生物生産工学研究センター、藤原徹准教授と共同研究のホウ酸の蛍光指示薬である。以前の予備データより、ホウ酸と結合する可能性タンパク質(BOR1-Cterm)を合成した。今までは、ホウ酸との結合を確認するほうが存在していないため、北海道大学創成科学共同研究機構、田中良和特任助教と共同研究を始めた。微細にホウ酸との結合を調べるために"等温滴定カロリメトリー"(ITC)と"示差走査熱量分析"(DSC)方法を使ったが、BORT1-Ctermのホウ酸結合は確認できなかった。現在、共同研究者の藤原准教授がホウ酸と結合する新たな候補タンパク質を探索中である。植物根内の栄養移動を解析するために、蛍光指示薬が必要だが、植物根内の遺伝子発現システムと栄養移動変化を誘導できるようのシステムも必要である。私の新しい考えで植物寄生センチュウの感染がうまく使えるであろう。植物寄生センチュウを利用し検討し、新しい技術により生きたまま蛍光センチュウを作って、普通に植物へ感染する事も確認した。他方、東北大学工学研究科、魚住信之教授並びに福井県立大学、日び隆雄准教授とKAT1カリウムチャネルを共同研究で解析している。KAT1カリウムチャネルと同じようにリン酸化される短いタンパク質(ペプチド)を作製。一方、試験管内キナーゼ法で合成したペプチドのリン酸化を確認した。(執筆中)
リチウム吸蔵能の高いシリコンナノクラスター担持多孔質炭素小球体負極材料の作製

1)研究の具体的内容:平成30年度の研究計画は、(1)コインセルの繰返し充放電処理後に、Si担持炭素小球体の構造変化や比容量等を検討することと、(2)異なる電流密度におけるコインセルの充電挙動等の電池特性を調べて、総括的観点からSiナノ粒子の効果を評価することであった。しかし、平成29年度にSiナノ粒子担持炭素負極を用いて予備的に作製したコイン型セルの充放電特性を測定したところ、Siナノ粒子表面にSi-O結合の存在が懸念される結果が得られた。そこで、平成30年度は、まず、Si-O結合の生成を抑制する条件を調べた後に、放電容量に及ぼすSiナノ粒子の効果を評価することにした。具体的内容は以下の通りである。(i) Si-O結合の生成を抑制するために、昨年度の調製条件を踏まえて有機シラン担持膨潤炭素粒子表面を芳香族熱硬化性樹脂で被覆した後、熱分解処理を行うことを検討した。また、樹脂被覆以外にマグネシウム微粉末を共存させて有機シランを熱分解処理することについても検討した。(ii)得られたSiナノ粒子担持炭素小球体について、透過型電子顕微鏡や走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて元素分析や各元素の分散性を調べることにした。また、X線光電子分光法(XPS)測定を行うことで表面層から数nmの深さまでのSiの分布状況とSi-O結合の存在を調べることにした。(iii)コイン型セルを作製して充放電特性を調べるとともに、サイクル特性やレート特性を調べて放電容量に及ぼすSiナノ粒子の効果を評価することにした。2)意義と重要性:計画通りの結果が得られれば、有機シランの熱分解法で粒径が小さくて表面にSi-O結合の生成が抑制されたSiナノ粒子の調製が可能であることと、電極としては高い放電容量でサイクル特性やレート特性に特徴的な高い電池特性が測定されると期待される。平成30年度に入り、Si-O結合の生成反応を抑制する方法として、平成29年度Siナノ粒子の生成が最も顕著であったヘキサフェニルジシランをSi源とし、熱分解処理工程において還元雰囲気で進行する方法を検討した。具体的には、電極には適さないものの炭素化過程が良く研究されているフェノール樹脂球を用いて膨潤処理炭素粉末を調製した後、ヘキサフェニルジシランを担持した。担持後には、その炭素粉末表面を芳香族系熱硬化性樹脂で被覆して加熱分解処理を行い、還元雰囲気下で有機シランの熱分解反応を進めることにした。その結果、電極には適さないフェノール樹脂由来炭であるにもかかわらずSi担持によって放電容量が黒鉛負極の場合よりも大きな値を示すことがわかった。また、不可逆容量の軽減にも効果が観られた。一方、樹脂被覆以外にマグネシウム微粉末をケイ素酸化物の還元剤として共存させて有機シランを熱分解処理することについても検討し、かつコイン型セルの充放電特性に関するする実験の途中にあった。しかしながら、平成30年度に国立高専機構に申請した高専専攻科生の教育に関する連携教育プログラムのワーキンググループ取りまとめ役を務めていたところ採択に至った。その結果、平成30年12月末から2月にかけて教育プログラム実施に向けた連携大学との詳細な検討作業に大幅に時間を要することになり、本課題研究の遂行に割く時間が大幅に減少した。その結果、当初計画の想定以上に進捗が遅れており、研究遂行に割く時間が不足し、補助事業期間延長申請するに至った。平成30年度の11月までに表面を炭素膜で被覆したSiナノ粒子担持炭素小球体の調製条件を絞り込むことができたことから、炭素膜の厚さなどを再度確認した上でSiナノ粒子の表面にSi-O結合の生成が認められないかどうかを透過型電子顕微鏡や電子線回折、波長分散型蛍光X線分析、X線光電分光等によって調べる。また、コイン型セルを組み、電気化学測定装置で充放電特性の測定やサイクル特性、レート特性に関する測定を行い、電池としてSiナノ粒子が及ぼす効果について検討する。1)研究の具体的内容:平成28年度の目的は、(1)Siナノ粒子担持多孔質炭素小球体(Si-CMS)を作製することと、(2)Si-CMSの構造を解析することである。(i) Si-CMSの調製では、粒子径が20 nmと50 nmのSiナノ粒子を用いて担持条件を検討した。その結果、粒径20 nmのSiナノ粒子では粒子径が大きくなる傾向があることがわかった。現在、調製条件を再検討している。粒径50 nmのSiナノ粒子は1wt%を混合した際に、無添加で作製した炭素小球体の場合と類似の試料が作製できた。(ii) Si-CMSは、樹脂小球体の状態で濃硫酸中に3分間浸して樹脂の硬化反応を促進すると、球表面の形状を維持したまま調製できた。Siの存在はX線回折等の測定結果から確認でき、含有量は2.8 wt%程度であった。(iii)予備的に充放電特性を調べたところ、初回充電容量は500mAh/g以上であった。また、リチウムイオンの脱離反応おいて0.4V付近にSiとリチウムとの反応時に現れる平坦部分が観測され、担持されたSiがリチウムを吸蔵することがわかった。2)意義と重要性等:一般にSiをリチウムイオン二次電池用負極として利用する際にはカーボンブラック等と混合するが、充放電中にSiが細粉化する等の問題点が改善できない。

しかし、本研究の方法ではSiナノ粒子を炭素小球体に取り込む方法であることからSiの細粉化を防止したり、導電助剤が不要である等の利点が期待できる。今回の条件ではSiナノ粒子を炭素小球体に担持でき、予備的な充放電実験からSiがリチウムを吸脱着することが分かったが、Siの含有量から期待される容量の20%以下の性能しか引き出せていないことがわかった。そこで、粒子径を20 nmか又はさらに小さくすることが必要であることがわかった。研究実績の概要にも述べたように、粒径50 nmのSiナノ粒子を用いた場合にSiナノ粒子担持多孔質炭素(Si-CMS)の調製条件が決定できた。担持されたSiナノ粒子の結晶性は炭素化後も壊れることなく同定され、含有量も2.8wt%ということがわかった。しかも、コインセル型電池を組立てて充放電特性を予備実験として測定した結果は、Siとリチウムとの吸脱着反応が観察されたことから、担持されたSiのリチウム吸蔵能が確認できたことになり、平成28年度の目的としては順調である。しかし、一方で、粒径が20 nmのSiナノ粒子を用いると球径が無添加のCMSよりも大きくなったり、球表面の形状が滑らかであったりして、粒径50 nmの場合とは異なることがある点は、再現性という観点から少し詳細に条件を検討する必要がある。また、粒径50 nmの充放電測定から、充電容量が担持されているSiナノ粒子の含有量よりも低い性能を示したことから、Siナノ粒子が炭素マトリックスに埋入されている割合が高く、リチウムとの吸蔵反応の割合が低いと推測される。こうした結果から、担持には成功しているという点で順調でありながら、なお、Siナノ粒子を効率よく利用できていないことがわかった。さらに、電池としての充放電特性、とりわけ充放電の繰り返しのサイクル特性が、予備的ではあるが、粒径が50 nmのSi単体が2回目以降負極としての電極反応は期待できないまで低下するのに対して、Si-CMSは36サイクル目で61%を維持していることがわかったことから、本研究のSiナノ粒子担持法が有効であることがわかった。同時に、次の展開として粒子径が20 nmのSiナノ粒子の担持条件の確立やさらにクラスターレベルまで小さくすることで、Siそのものの担持量を増やすことができるとともにSiのリチウム吸蔵反応に対して高効率化に向けた方向性を立てることができた。1)研究の具体的内容:平成29年度の研究計画は(1)有機シラン化合物を担持した多孔質樹脂小球体からSiナノ粒子担持多孔質炭素小球体(Si-CMS)を作製すること、(2)電池を作製して電気化学特性を調べることである。具体的内容は以下の通りである。(i)有機シランからのSiナノ粒子の生成条件を検討した。まず多孔質炭素に有機シランを吸着して熱分解処理を行い、Siナノ粒子の生成と組成について調べることでSi-CMSの調製に適した有機シランと熱分解条件を選定した。(ii)選定した有機シラン含有樹脂小球体を調製したのち熱分解処理を行うことでSiナノ粒子の生成条件を調べた。また、ポリシランについても同様の実験を行い、どちらがSi-CMSの調製に適しているかを調べた。(iii)調製したSi-CMSは、X線回折測定によってSi単体やSiCの生成を調べるとともに、走査型電子顕微鏡(SEM)で小球体の形状変化について観察した。
ヒト骨髄間質細胞の造血幹細胞分化、増殖統御機構

【目的】ヒト造血幹細胞は、造血微小環境の統御をうけ、成熟血球となることが知られている。本研究では、種々の骨髄間質細胞株を樹立し、これら間質細胞の白血病細胞株分化に及ぼす影響を検討した。【方法】ヒト骨髄由来間質細胞にアデノウイルスベクターを用いてSV40-T抗原を遺伝子導入した間質細胞株AA-101,HAS-301,HAS-303,LP-101を獲得し、白血病細胞株HL-60と共に共培養し、HL-60の分化抗原であり、接着因子であるCD11bの発現を検討した。また、間質細胞株が産生するサイトカインについても検討した。【結果】AA-101,HAS-303,LP-101との共培養後のHL-60表面抗原を検討した結果、対照に比較してCD11bの発現が認められた。また、共培養を行った間質細胞株の培養上清中にIL-6の産生増加を認めた。【考察】間質細胞株によりHL-60の分化、増殖に差を認めた。今後、造血幹細胞を用い検討を行う予定である。
ヒストン翻訳後修飾特異的一本鎖抗体（ｓｃＦｖ）の構築とクロマチン修飾動態の解明

本研究では、遺伝子の発現制御機構の解明のため、細胞核内におけるヒストン修飾の動態を明らかにするためのプローブの開発研究を行う。これまでに、経時的に変化するヒストン修飾動態をライブイメージングするために、細胞内においてヒストン修飾特異的一本鎖抗体(scFv)を発現させる修飾特異的細胞内抗体プローブ(mintbody)の開発研究が進行している。しかし、細胞内においてscFvを発現させた場合に、多くのscFvが抗原に結合せず機能しないことが明らかになっている。そこで本研究では、生化学的、構造生物学的解析によりscFvが細胞内において機能するために必要な性質を明らかにすることで、さらなるmintbodyをデザインすることを目標としている。これまでに、ヒストンH4の20番目のモノメチル化(H4K20me1)特異的scFvである15F11-scFvをモデルに、細胞におけるscFvの機能とscFvの構造的特徴の相関について解析を行ってきた。その結果、scFvのフレーム形成領域の疎水性の相互作用が重要であり、scFvの構造安定性もしくはフォールディングが重要であることが示唆されていた。そこで、さらなるmintbodyの作製のため、様々なscFvについて構造モデリングソフトェアを用いて立体構造モデルを構築し、変異体を予測した。いくつかのscFvについて構造予測を行った結果、mintbodyとして機能するscFvを取得することに成功した。今後、本知見が様々なmintbody作製のための一助となることが期待され、翻訳後修飾全般に関する研究の発展に貢献できると考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、遺伝子発現制御を担うクロマチン動態の解明を目的とする。発生、分化等、多様な過程において動的に変化するヒストン修飾をリアルタイムモニタリングするシステムの構築を目指す。そのために、ヒストン修飾特異的一本鎖抗体(scFv)に蛍光タンパク質を融合し、細胞内でのヒストン修飾動態を検出する修飾特異的細胞内抗体プローブ(mintbody)の開発研究を進行中である。しかし、生細胞内においてscFvの多くが抗原への結合能を失う問題がある。本研究では、リコンビナントとして精製したscFvの性状解析をin vitroで行い、機能的なmintbodyの開発を行う。これにより様々なヒストン修飾のライブイメージングが可能になり、クロマチン動態が明らかになることが期待される。現在、H4K20me1を認識する15F11-scFvの開発研究が進行中である。前年度は、scFvの抗原認識機構に着目し、ソーキング法によりscFvと抗原ペプチドとの複合体のX線結晶構造解析を行った。また、H4K20me1特異的scFvには、15F11の他に数アミノ酸の置換により細胞内での機能を欠損したクローンが存在する。これらの情報に基づく変異体解析の結果、細胞内でのscFvの機能に重要な残基が明らかとなった。これらの残基がscFvの機能に与える影響を明らかにするため、15F11の高分解能X線結晶構造解析を行った。また近年、ヒストン修飾とヒストンバリアントの組み合わせの重要性が報告され、ヒストンバリアントを標的としたscFvの開発のためには、その構造及び物理化学的特性を解明する必要がある。そこで、機能未知であったH3.Yについて構造及び機能解析を行った結果、H3.Yは、転写開始点周辺に集積し、緩んだクロマチンを形成する一方で、クロマチンに安定に留まることが明らかとなった。以上の結果から、H3.Yは転写開始点に安定に留まり核内タンパク質がアクセスし易いクロマチンを形成することで、転写の促進を維持するというモデルを提案した。遺伝子発現制御を担うクロマチン動態の解明を目的とし、クロマチンの修飾動態をモニタリングするプローブmintbodyの開発のため、15F11-scFvの高分解能を目指したX線結晶構造解析を行った。その結果、15F11-scFvの立体構造情報を原子レベルで得ることに成功した。本結果により、mintbody開発のための有用な情報が得られることが期待される。さらに、ヒストン修飾と同様にクロマチンの動態制御に重要なヒストンバリアントについても解析を行った。平成27年度は、クロマチンにおける機能が不明なヒストンバリアントH3.Yに着目して、H3.Yによるクロマチンの動態制御機構について生化学的手法、構造生物学的手法、および細胞生物学的手法を用いた解析を行った。その結果、H3.Yは転写開始点周辺に集積して緩んだクロマチン構造を形成することで、転写を活性化するというモデルを提案し、国際的な学術誌に第一著者として論文を発表した。以上のことから、当初の計画以上に進展していると言える。本研究では、遺伝子発現において経時的に変化するクロマチン動態の解明を目的とする。これまでにヒストン修飾をモニタリングするためのシステムとして、ヒストン修飾特異的一本鎖抗体(scFv)に蛍光タンパク質を融合し、細胞内において発現させる修飾特異的細胞内抗体プローブ(mintbody)の開発研究が進行している。しかし、生細胞内においてscFvの多くが抗原結合能を失うことが明らかになっている。本研究では、試験管内においてscFvの機構解析を行い、その情報を基に生細胞内において機能的mintbodyの開発を行う。これによりクロマチンの様々なヒストン修飾動態の解明を目指す。現在、H4K20me1を認識する15F11-scFvの開発研究を進行している。H4K20me

1特異的抗体として、15F11の他に生細胞内において機能欠損の12C8が存在する。これらscFv間における変異体解析の結果、生細胞内での機能に重要な残基が明らかになった。15F11特異的残基が構造に与える影響を明らかにするためX線結晶構造解析を行った結果、これらの残基は抗原認識部位に位置せず、mintbodyのフレーム形成領域において疎水性コア構造を形成することが明らかになった。そこで、抗原に対する解離定数を測定した結果、12C8は15F11と比較して結合親和性が大きいことが明らかになった。以上の結果から、15F11特異的疎水性相互作用が、scFv構造のフォールディングまたは構造安定性を保持し、生細胞内でのscFvの機能を担うことが示唆された。また、ヒストン修飾がクロマチン形態に与える影響を解析する際に必要なポリヌクレオソームの調製法について、分析超遠心法を用いて検討を行った。その結果、クロマチンの高次構造状態を評価する上で重要な知見を得た。さらに、非変性ゲルによる調製法が最も純度の高い精製法であることが明らかになった。遺伝子発現制御を担うヒストン修飾動態の解明のため、15F11-scFvの機能解析を進めてきた。本年度は、平成27年度から引き続き15F11-scFvのX線結晶構造解析を行い、その結果、1.94Åという非常に高い分解能において構造を決定することに成功した。さらに、平成27年度に明らかになった、15F11-scFvの細胞内における機能に重要な残基に関する情報を基に考察を行った結果、15F11特異的な疎水性の相互作用が細胞内における機能に重要であることが明らかになった。本成果は、今後、細胞内において機能的なmintbodyを作製する上で有用な情報となることが期待される。本成果は、国際的な学術誌であるJournal of Molecular Biology誌に掲載された。また、ヒストン修飾がクロマチン形態に与える影響を解析するために必要なポリヌクレソームの調製法について検討を行い、クロマチン高次構造解析において実験結果を評価する上で重要な情報を得た。本結果は、英文誌であるThe Journal of Biochemistry誌に筆頭著者として掲載された。以上の結果から、当初の計画以上に進展していると言える。本研究では、遺伝子の発現制御機構の解明のため、細胞核内におけるヒストン修飾の動態を明らかにするためのプローブの開発研究を行う。これまでに、経時的に変化するヒストン修飾動態をライブイメージングするために、細胞内においてヒストン修飾特異的一本鎖抗体(scFv)を発現させる修飾特異的細胞内抗体プローブ(mintbody)の開発研究が進行している。しかし、細胞内においてscFvを発現させた場合に、多くのscFvが抗原に結合せず機能しないことが明らかになっている。そこで本研究では、生化学的、構造生物学的解析によりscFvが細胞内において機能するために必要な性質を明らかにすることで、さらなるmintbodyをデザインすることを目標としている。
再生筋における筋衛星細胞遊走性のin situイメージング

激しい収縮により細長い骨格筋線維の一部で損傷が起きる。一部に損傷を受けた場合にも筋線維上の広い範囲で筋衛星細胞(SC)は活性化する。SCは増殖し分化に至る過程の中で損傷部へ遊走し,融合して再生を完成させる。本研究は,挫滅損傷を起こしたラットのヒラメ筋上のSCの動態をM-cadherinでラベルし生体上で観察した。遊走能を示すSCは損傷3日後に最高遊走速度を示し,全体の3050%が損傷方向への移動であった。さらに,筋上にHGFを添加し濃度分布を作成した場合には,SCの移動方向がランダムとなり速度が高まった。このことから生体内においてHGFがSC遊走の誘発因子となっていることが示された。骨格筋は適応性に優れた組織であり身体活動量の増大などにより,その代謝特性や収縮特性が顕著に変化する。一方,過度の筋収縮が繰り返される場合は,容易に筋細胞自体に傷害を発生させる。この傷害時には筋衛星細胞が再生に働き,この再生機構が筋の適応能を助長すると考えられる。筋衛星細胞の働きは再生のみならず,筋の発育や肥大等の適応変化に大きな影響を持つため,再生医療医学と同様にスポーツ科学基礎研究領域においても注目されている。筋再生の増殖・分化・融合以外の必須条件である筋衛星細胞の遊走性に関しては,培養系がその中心的研究手段となり,遺伝子,情報伝達物質など低分子タンパクに着目した機構解明が進んでいる。しかし,生命現象を探る研究は,分子・細胞・組織など各パーツや各系譜の寄せ集めとして捉えるだけではなく,動的情報により高次的存在として理解することも大切である。筋衛星細胞の動態を直に観察評価する本バイオイメージング研究は,高次的な生命体を常に意識してのみ可能な研究であるため,細胞や分子の挙動といった物理的情報を通して生命活動の本質に迫ることができる。本研究では,蛍光性ナノ粒子(Qdot)と細胞マーカーとなる一次抗体との複合体を作成し分子・細胞運動のイメージングを行なっている。Qdotはの蛍光強度は一般に蛍光2次抗体ローダミンの20倍以上あり,退光時間もきわめて長い特性を持つため,生体上の分子・細胞を同定できると同時に,短時間内の微小の動きを通常の顕微鏡下でも観察可能とする。実験には,生後6週齢のFischer344雌ラットを用い下肢筋(ヒラメ筋)の一部に挫滅損傷を与え,その後,タンパク制御因子の発現にて明らかとした再生過程の活性化→増殖→分化の各時期において,筋衛星細胞の挙動を生体上にて観察し,筋再生機構の動的役割を検討している。生後6週齢のFischer344雌ラットを用い下肢筋(ヒラメ筋)の一部に挫滅損傷を与え,その後,1,2,3,5,7日目に,麻酔下のラットの被検筋を血流維持の状態で露出した。Qdot(波長655nm)-一次抗体M-cadherin (M-cad))複合体により,生体上で1時間インキュベートを行うと共に,DAPI(1μl/ml;PBS)にて核の染色後に吸引麻酔を維持したラット下肢筋上の染色核の動きを蛍光共焦点顕微鏡下でタイムラプス観察した。筋上での筋衛星細胞が空間移動(遊走)する様相を観察することが可能であることは既に証明できており,今回は対物レンズの倍率は下げ観察することで.多数の遊走を起こす筋衛星細胞を観察し,損傷後の日経過にともなう筋衛星細胞の遊走速度・方向を同定・比較することが出来た。遊走速度は核ごと実験日ごとに大きなばらつきが見られた。また,遊走方向も一様でなかった。遊走核数は、損傷部より2mm遠位にて損傷1・2日後に活発に見られ,その後2mmの部位での遊走が沈静化するが、より遠位部位(4mm)で3日目に移動数の増加が見られた。遊走速度においても遊走核数と似た様相を示し,2mmの遠位部位では1日後に遊走速度のピークが見られ、一方,4mmの遠位部位では3日後で遊走速度が最高値を示した。遊走方向と損傷部位別の継時的動態を観ると、全ての実験日において損傷部方向へ遊走する核の割合は,観察された遊走核数の3050%を占め、損傷部に近いほど損傷方向への遊走率に高い値が示めされた。このことから,筋衛星細胞の遊走を誘発する主な因子は、損傷部から産生される肝細胞増殖因子(HGF)が主要因子あることが知られているが,速度や方向性などの遊走能に対しては,再生過程の活性化→増殖→分化をコントロールするタンパク制御因子の関与が必要であると考えられ,研究当初の仮説の正当性が示された。筋衛星細胞は,筋損傷や運動トレーニングなどによる刺激に対して活性化し,増殖,分化,融合と進み,筋の修復再生,新たな筋細胞の形成,肥大に働く。筋衛星細胞の活性化や増殖は,損傷筋細胞やマクロファージ,白血球に由来の増殖因子や筋衛星細胞自体からの放出増殖因子,その他,細胞外マトリックスやタンパク質誘因移動に働くケモカインなどのサイトカインによっても制御されている。再生過程で刺激を受けた筋衛星細胞が活性化し再生に働くには化学的なシグナルだけではなく,再生を可能とする環境を整える必要がある。一方,血管と神経は2大ネットワークとして生理機構の全てに関与する存在である。

損傷筋の再生には,血管由来の酸素・栄養物質の供給と,筋損傷が神経筋接合部での脱神経をともなう場合には再支配と軸索輸送由来のシグナル伝達物質による連絡も必要とされ,筋形態再生・機能回復,再生速度,2次的効果など種々の面からも再生筋と血管系,神経系の関係の検討が必要であると考えられる。筋損傷時におこる支配神経の解離及び再神経支配に関して,脊髄内の神経細胞体でのGAP43の増強,シュワン細胞内でのNGF受容体の増加が筋損傷により起こり,軸索終末の突起伸張,シナプス形成とそれに関わる分子・細胞移動など形態形成を進行させることを組織学的研究の成果としてこれまで報告してきた。また,組織の成長時には組織内の内皮細胞が発達し前駆細胞と結合する先行過程があることが知られており,これら血管・神経系の2大ネットワークとの関係を求める事が回復のメカニズムを知る手がかりとなると考えられる。前脛骨筋またヒラメ筋に対する挫滅損傷を惹起し,3,5,7,15日後の回復期に筋を摘出し,10μm厚の横断切片に対する組織染色により神経筋接合部の形態変化,筋線維当たりの毛細血管数,マクロファージ浸潤率,損傷面積比の変化を調べた。筋損傷率は過去の報告どおり挫滅3日後には単核細胞が膨潤または壊死した細胞間隙に集合し,次いで5日後には空洞化した細胞中に単核細胞の浸潤や亀裂状に見られる新生細胞の存在が観察された。マクロファージ浸潤率は損傷前と15日後には認められず,挫滅後3-7日には全体の3-4%を占めていた。筋全体に対する損傷線維率は挫滅5日後に横断切片の18%以上を占めるが,ブンガロトキシンで画像化した運動終板像や電子顕微鏡像で得られた軸索終末に正常構造を保つ神経筋接合部の全体比は挫滅刺激3日後で54.4%まで減少し,5日以降回復に推移した。GAP45により神経成長細胞を観察し損傷筋線維比率を比較したが,神経成長因子の発現は常に損傷筋量より先行し,筋の損傷がピークとなる5日後に既に半減していた。過去の研究では,損傷筋由来のLIFがその受容体を持つ神経細胞に軸索逆輸送されシグナル伝達系を通して軸索の修復,再支配を促進することも知られている。CD31,VEGFにて求めた新生血管数は挫滅3日後で急増し,5日後まで続いた後に減少し15日後には前値にまだ回復した。この変化を挫滅前値に対する増減比とした場合,損傷筋線維比率とかさなることから血管新生が筋の回復を支持することが示唆された。過大な筋損傷は筋に内包する神経系や血管系を同時に損傷させるが,その再生には神経系の回復が先行し再生制御系を調えてから血管系が回復し,その指令と供給の基盤整備が整った上で筋が再生されることが示された。骨格筋の優れた適応性は増殖能力を保つ筋衛星細胞を細胞上基底膜下にたくさん含んでいる事にある。強い筋収縮が繰り返され細胞内環境が変わり,また,細胞骨格を介し筋核に物理的刺激が伝わりタンパク質合成が起きたり,筋細胞自体に傷害が起きたりしたときには,筋衛星細胞の活性化・増殖・分化・融合が進み筋細胞の肥大適応や再生が開始する。この時の筋衛星細胞の動態としては,筋細胞が細長い形状の筋細胞(筋線維)が故に,筋衛星細胞の至適場所への遊走性で求められる。しかし,この遊走脳に関する知見は少ない。本研究では,蛍光性ナノ粒子(Qdot)と細胞マーカーとなる一次抗体との複合体を作成し,挫滅損傷を与えたラット下肢筋(ヒラメ筋)上での衛星細胞の挙動を生体上にて観察してきた。その結果,損傷部から遠く離れた部位においても筋衛星細胞は活性化し,様々な方向への移動が観察されるが,多くの衛星細胞は損傷部方向へ遊走し、特に、損傷部に近いほど損傷方向へ遊走する率が高い値を示めした。損傷部で産生される肝細胞増殖因子(HGF)が筋衛星細胞の遊走を誘発し呼び込む主要因子あると考えらる。
浸潤性膀胱癌に対する糖鎖改変による治療(グライコセラピー)は可能か?

浸潤性膀胱癌に対する新しい治療法の開発を目的として、ガングリオシド糖鎖GM3の膀胱癌細胞に対する影響を解析し、膀胱癌細胞およびマウス膀胱癌モデルに対するGM3の抗腫瘍効果を検討した。その結果、ガングリオシドGM3添加による膀胱癌細胞の増殖抑制効果、運動能抑制効果が判明し、さらに、マウス膀胱癌モデルに対するGM3の抗腫瘍効果が認められた。このことよりGM3による膀胱癌治療の可能性が示唆された。ヒト膀胱癌由来細胞であるKK47(表在性膀胱癌由来)とYTS-1(浸潤性膀胱癌由来細胞)はを用いてtetraspanin CD9の発現を同程度認める。また、どちらの細胞もtetraspanin CD82は発現していなかった。両細胞での大きな違いはガングリオシドGM3発現がKK47がYTS-1よりも多いことである。そこでGlycosynapse3を形成していると考えられるintegrinα3とCD9とGM3との関連を検討する目的で以下の実験を行った。2、KK47に関してCD9をSiRNAにて発現制御し、あるいはP4にてGM3の発現制3、御し、その運動能を検討した。4、YTS-1に関しては外来性にGM3を加えその運動能の変化を検討した。5、また、これらのGlycosynapse分子とcSrc、Csk等のシグナル伝達物資の関連に関しても検討した。この結果、GM3発現が低いYTS-1で明らかに運動能、浸潤能がKK47より高く、KK47はCD9のノックダウンあるいはGM3の合成抑制で運動能が高まった。また、YTS-1にGM3を外来投与、強発現させると運動能は低下した。さらにcSrc等のシグナル伝達物質は免疫沈降法で明らかにGlycosynapse分子と関連していることが示唆された。したがって、膀胱癌細胞におけるGlycosynapse分子であるGM3の発現はシグナル伝達物質と密接に関与しながら細胞の運動能に深く関与していることが示唆された。本年度はヒト膀胱癌細胞に対する糖鎖抗原の発現様式と機能に関しての解析を中心に実験を行っている。長鎖糖鎖抗原(GM2 SLex分子を含むネオラクト系糖脂質)を発現している膀胱がん細胞株(山形大学教室樹立株、その他膀胱がん細胞株)YTS-1に関し、GM3抗原そのものが及ぼす影響を検討した。方法;1、GM3によるYTS-1細胞に対する抑制効果の検討YTS-1細胞を96well plateに散布し、3時間後、培養液を0、50、200uMのGM3及びアシアロGM3を含んだ培養液に交換し、37°Cでincubatorして、細胞の増殖能を検討した。3、正所性膀胱癌動物モデルに対するGM3抗原そのものによる抗腫瘍効果の検討8週齢SCIDマウスを用いて、膀胱内トリプシン処理後、YTS-1細胞を膀胱内に入れ、正常性膀胱癌モデルを作製した。癌細胞を移植してから3日目、マウスをもう一度麻酔し、尿道カテーテルを入れて、GM3(200uM)、アシアロGM3(200uM)或いはPBSを100ul膀胱内に注入した。治療2週間後、マウスを屠殺し、腫瘍サイズ及び重量測定している。結果;1、外因性GM3投与により、200uMの場合は、YTS-1細胞の増殖を抑制効果が認められた。2、外因性GM3投与により、YTS-1細胞のspreadingは遅くなることが明らかな判明した。3、in vivoで、GM3を膀胱内に注入により、マウス膀胱腫瘍に対する抗腫瘍効果が認められた。本年度はヒト浸潤性膀胱癌細胞に対する糖鎖抗原投与による増殖抑制、浸潤抑制のメカニズムの解析を行った。ヒト膀胱癌における、GM3の発現が癌の悪性度と大きく関連する(Satoh M, et. al, Int. J. Oncology19:723-731,2001; Watanabe R, et. al, Cancer Res62:3850-3854,2002)。今回、精製GM3を用いて、ヒト膀胱癌細胞及びマウス膀胱癌モデルでの増殖抑制効果、EGF-Rのリン酸化に与える影響について検討した。方法:ヒト浸潤性膀胱癌由来細胞YTS-1を用いて、GM3の増殖抑制効果をRT-CES system(Real-time cell electronic sensing)で測定した。GM3投与後のEGF-R燐酸化の変化はwestern blotにて観察。Cell adhesionはspreading assaysを用いて測定した。また、スキッドマウスを用いて、YTS-1の正所性膀胱癌モデルを作成し、CM3の膀胱内注入による治療効果を検討した。結果:GM3は膀胱癌細胞に対して、用量および時間依存性に増殖抑制効果を示した。また、GM3はYTS-1細胞に直接、接触することにより、EGF-Rの燐酸化を抑制し、細胞接着能を抑制した。さらにGM3は経尿道的膀胱内投与によって正所性膀胱癌モデルの増殖を抑制した。

結論:GM3は膀胱癌に対しin vitroおよびin vivoにおいて抗腫瘍効果を示し、その作用機序としてEGF-Rのリン酸化阻害が考えられた。本年度は、ヒト膀胱癌細胞に対するGM3等の糖鎖変化が与える影響を検討するため、精製糖鎖抗原投与ならびに糖転移酵素発現調節による糖鎖改変細胞モデルを用いて解析を行った。方法:(1)GM3をもともと発現していないヒト浸潤性膀胱癌由来細胞株YTS-1に対して、精製糖脂質GM3を0,37.5.150μMo1/1の3段階に変化させて外来性に投与し、MTTアッセイを行って、GM3による細胞増殖効果を確認する。(2)GM3を付加したナノスフェアビーズを培養液に混入して投与することで、精製糖脂GM3よりも効率良く増殖能を低下可能か解析する。(3)YTS-1細胞に高発現であるGM2は、GalNAc糖鎖がβ1-4結合でGM3に付加することによって生合成される。そこで、GalNAcβ1-4糖転移酵素遺伝子に対するinterference RNAをYTS-1に導入し、GM3からGM2への生合成経路をブロックし、結果としてGH3が蓄積した細胞を作成し、GM3の外来性投与と同様に、YTS-1細胞の増殖を抑制しうるものかどうかを解析する。結果:(1)高濃度のGM3の外来性投与によって、YTS-1細胞の増殖が抑制される結果が確認された。(2)ナノスフェアビースにGM3を付加するにあたって、効率良く付加可能な条件を現在検討中である。(3)GalNAcβ1-4糖転移酵素遺伝子に対するi-RNAを安定してYTS-1細胞に導入することが困難であり、遺伝子配列を選択し直したり、transfectionの条件を検討し、現在、GalNAcβ1-4糖転移酵素ノックダウン細胞を作成中である。今後は、GM3ナノスフェアビーズやノックダウン細胞を用いて、YTS-1細胞に対する増殖やbiologicalactivityの変化を解析予定である
LHC13TeV陽子衝突での超前方粒子生成とファイマンスケーリングの研究

LHCf13TeV陽子陽子衝突データの解析を進め、これまでで最も高い衝突エネルギーでの宇宙線ハドロン相互作用モデルの検証を行った。前年度の超前方ガンマ線測定に続き、今年度は超前方生成中性子スペクトルの最終結果を導出した。得られたファイマンXfスペクトルは、LHCf7TeVおよびまた200GeVRHICデータと矛盾なく、ファイマンスケーリングがよく成り立っていることを示唆している。また、ATLAS実験との連動解析により、ATLAS中央検出器の飛跡情報を用いて、陽子陽子衝突を回折的散乱、非回折的散乱に選別し、各々からの超前方生成ガンマ線スペクトルを明らかにし、陽子陽子衝突のモードに分けて超前方粒子生成を検証することに成功した。これらのデータを用いて改良された宇宙線ハドロン相互作用モデルSYBILL3.0cを用いて、空気シャワー発達の違いを検討し、回折的散乱の不定性がシャワー最大発達高度に与える影響について考察した。RHICf実験については、2017年6月21-26日に取得に成功した510GeV偏極陽子陽子衝突データの初期解析を進め、衝突エネルギー510GeVにおける超前方ガンマ線スペクトル導出に向けての準備を行うと共に、これまで想定していなかった超前方中性パイ中間子における横非対称性を発見した。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。LHC13TeV陽子陽子衝突でのデータ取得を目指し、検出器の高耐放射線化を中心とした改造を行うなどの実験を準備をおこなった。放射線に弱いプラスチックシンチレーター層を薄板GSO結晶シンチレーターに、シンチレーティングファイバーを使った位置検出層を、1mm角極細GSO結晶を並べたGSOホドスコープにそれぞれ交換した。この新しい検出器の較正と基本性能の評価のために、放医研HIMACでの重イオンビームとCERN・SPS加速器での高エネルギー電子・陽子ビームによるテスト実験を行った。その結果、エネルギー分解能、位置分解能共に、従来の検出器と同等もしくはそれを上回る性能を確認した。また、エネルギー測定精度を向上するために、GSOシンチレーター層を読み出す光電子増倍管の温度特性と検出器内での温度分布を詳しく測定し、温度変化による検出器のエネルギー測定精度の向上を行った。これらの較正のために、光量安定度に優れた半導体レーザーを導入し、各光電子増倍管の増幅度を1%の精度で評価するシステムを開発し、温度特性の評価に用いると共に、較正実験及び陽子陽子衝突中の安定度をモニターする仕組みを整えた。LHCで取得済みのデータ解析を進め、7TeV陽子陽子衝突での超前方中性子測定と高エネルギー領域に拡張した中性パイ中間子測定の解析をすすめた。また核子あたり5TeV陽子ー鉛原子核衝突から中性パイ中間子測定による超前方粒子生成による原子核効果の結果を論文発表し、宇宙線のハドロン相互作用モデルは概ね実験データを再現していることがわかった。またLHCよりも低衝突エネルギーの条件で同様の横運動量範囲を測定できるRHIC加速器での超前方測定について検討し、実験計画を立案した。放射線耐性に優れたGSO結晶シンチレーターを用いたエネルギー測定層、および位置検出層の開発と実装を成功させ、ビームテストにより測定性能に問題がない事を確認した。これにより13TeV陽子陽子衝突での予想放射線被ばく量に対して検出器の性能劣化の心配がない準備を行う事ができた。また、光電子増倍管の温度特性がエネルギー測定精度の悪化と要因となっていた事をつきとめ、較正方法を確立する事ができた。以上の事から目標とする13TeV陽子陽子測定の準備は予定どおり完了する事ができた。また、取得済みデータの解析も順調に進み、初めて原子核効果の測定の結果が出版された他、超前方中性子測定、高エネルギー中性パイ中間子測定などについても出版準備を進める事ができた。以上の事から計画は順調に進展していると考えられる。2015年6月に、LHC13TeV陽子陽子衝突でのデータ取得を成功させた。今回のデータ取得では、ATLAS実験との連動データ取得を実施した。概ね10の29乗cm2毎秒の衝突輝度でほぼ24時間分のデータを取得し、約4000万個のシャワー事象と約50万個の中性パイ中間子を収集できた。また、取得済みの7TeV陽子陽子衝突データの解析を進め、エネルギースケールの系統誤差の再評価を行い、光電子増倍管の温度特性の補正等により、エネルギースケールの系統誤差をほぼ半分にする事に成功した。これらの知見は、13TeV陽子陽子衝突の解析にも適用し系統誤差の低減につながっている。また、7TeV陽子陽子衝突での超前方中性子エネルギースペクトルの結果を出版した。その結果、従来のハドロン相互作用モデルでは再現できない高ファイマンX領域での超過があることがわかった。一方、2本のガンマ線がひとつのカロリメーターで検出されるTypeII中性パイ中間子の測定結果をまとめ、高エネルギー領域でのエネルギースペクトルを明らかにした。本研究において明らかになった超前方スペクトルデータと各ハドロン相互作用モデルとの不一致が、特に中性子においてエネルギー依存性をもっている事がわかってきた。これを詳細に調べるために、これまで取得済みの0.9TeV、2.76TeVでのデータ解析も進めると共に、RHIC加速器での0.5TeV陽子陽子

衝突での超前方測定の計画を進め、0.5-13TeVの幅広い衝突エネルギーでのファイマンスケーリングの検証計画について検討を行った。これらの結果を国内外の専門家と議論し、また成果を世界に発信するためにHESZ国際会議を2015年9月に開催した。最大の目標であった13TeV陽子陽子衝突データの取得を成功裏に終え、オプションであったATLASとの連動データ取得も成功させる事ができた。また、取得済みの7TeV陽子陽子衝突データの解析から、超前方中性子スペクトルの導出や、Type-II中性パイ中間子再構成の成功など、着実に成果が上がっている。一方で、マンパワー不足の問題から13TeVデータの解析の進展に少し時間がかかっている部分がマイナス要因であるが、初期結果はすでに発表しており、おおむね順調に進展していると評価できる。本年度ではRHIC510GeV偏極陽子陽子衝突での超前方生成粒子測定RHICf実験のデータ取得準備を進めデータ取得を成功裏に完了した。H28年6月、ブルックヘブン研究所において、RHIC加速器においてSTAR実験衝突点超前方18mの位置にLHCf-Arm1検出器を設置し、動径方向横偏極ビームを用いた低輝度衝突を行なって、ファイマンスケーリング則検証と超前方生成中性子非対称度の測定を行う実験計画の提案を行い、2017年中の測定が最終的に認められた。実験現場への設置作業、RHIC加速器とSTAR共同データ取得を行うためのトリガー改造など実験準備を進めた。最終的にRHIC加速器運転スケジュールの都合から、実際のデータ取得はH29年6月にずれ込んだもののほぼ予定位通りのデータ取得に成功した。データの初期解析を行い、中性π中間子不変質量ピークを確認している。また、H28年11月には、LHCにおいて核子あたり8TeV陽子ー鉛衝突運転での超前方粒子生成データ収集を行なった。LHCf13TeV陽子陽子衝突の解析ににおいては、超前方ガンマ線エネルギースペクトルの導出を行なった。また、ATLASとの連動解析に着手し、ATLAS検出器の飛跡検出器をもちいた弁別手法により回折散乱と非回折散乱を効率よく弁別する手法を構築し、超前方ガンマ線エネルギースペクトルのそれぞれの寄与が超高エネルギー宇宙線の反応モデルにより大きな違いが見られることを明らかにした。度々の加速器運転スケジュールの変更はあったものの最大のマイルストーンであったRHICf実験データ取得を成功裏に完了したことは非常に大きい。特に、実現が不安視されていた動径方向横偏極陽子ビームの衝突をほぼ予定通り実施でき、質の良いデータが取得できた。偏極衝突からの超前方粒子生成データ、及びその左右非対称度は初めてのデータであり、スピン物理の開拓はもとより、超高エネルギー宇宙線反応メカニズムをスピンをパラメータにして解き明かす糸口になるかもしれない。またLHCにおいても、当初予定をしていなかった、核子あたり8TeV陽子ー鉛衝突データの取得が実現できたことも大きい。取得済みの核子あたり5TeV陽子ー鉛衝突データとの比較により、超前方衝突における原子核効果の衝突エネルギー依存性を知ることができる。取得済みLHCf13TeV