hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
児童の理科学力と学習意欲向上に寄与する博物館・学校・地域連携モデルの開発と汎用化

教育における国民の期待は、児童の学力向上にある。その証拠に文科省主催全国学力調査には、毎年、国民の注目が集まる。特に、理科においては、科学技術立国をめざす上でも児童の学力向上は喫緊の課題である。今回の研究では、博物館と学校、民間の教育的資源や地域住民を活用した。さらに、単なる理科学力ではなく、活用型学力を育成するために、主体的・対話的で深い学びを導入した。その結果、学習意欲のうち、有用感と協働解決意欲が高まった。学力面では活用型の学力が向上した。今回の研究で、自然史系博物館には、関係機関との連携において、児童の学習意欲と学力の向上に大きな可能性があると考えた。滋賀県立琵琶湖博物館の博物館教員が平成18年度から同24年度までに開発してきた既存の体験学習を小学校学習指導要領(学校教育法施行規則第52条による)と照合した。また、滋賀大学教育学部附属小学校理科部が、平成22年度から平成25年度までに実践した理科学習が公立小学校の児童を対象として円滑に指導できるかどうかを精査した。特に、公立学校所属児童の理科学力、環境保全への知識・理解、そして学習意欲の向上に向けた視点で確認作業を行った。その上で、県内外の博物館や科学館の資料、標本などを活用しながら、学芸員、学校教員、地域学習サポーター3者による模擬学習にかかる学習指導案を作成した。その結果、単なる博物館・学校・地域の3者連携ではなく、児童の思考の流れを中心に据え、理科や環境学習の単元を貫くねらいを明確にすることが、学習効果を高める可能性があることがわかった。具体的には、学校の夏季休暇中に、仮構築した学習(連携学習)を試作した。例えば、小学校の第4学年「空気の体積と力」ではパスカル原理を実感させる演示用空気鉄砲とその学習、第6学年「大地の地層と化石」では演示用断層発生装置と貸出化石標本を利用した学習など、複数を候補とし、学芸員、教員、地域学習サポーターが連携して学習を試作することができた。ただ、こうした学習を汎用化するためには、学習指導要領に沿った内容であるかどうかが決め手であることも明らかとなった。また、オランダやスペインなどで進められるイエナ・プランは、理科や環境学習へも活用されていることから、アクティブ・ラーニングをいかに取り入れるかが重要となることもわかった。単なる物館・学校・地域の3者連携ではなく、児童による問題解決学習を大切にしながら、理科や環境学習の単元を貫くねらいを明確にする方向を持ったことが理由となる。また、欧州視察によって、アクティブ・ラーニングの導入が、本研究課題の進展をより深化させる鍵となることも明らかとなった。特に、地域住民のサポートは、理科や環境学習に対する児童の学習意欲を高めることもわかってきた。つまり、地域の素材を使いながら、地域のマンパワーを生かすことによって、児童の情意(内発的動機付け、学習参加意識、自己効力感など)が高まるものと考えられる。今後は、児童の主体的・協働的な学習を理科学習や環境学習にいかに取り入れていくかが、本研究課題の解決に向けた鍵となる。近年、オランダやスペインで進むイエナ・プラン(アクティブ・ラーニングの一種)は、理科・環境学習へも活用されている。我が国でも文部科学省や中央教育審議会は、主体的・対話的で深い学び(アクティブ・ラーニング)を推し進め、実際に次期学習指導要領改訂の主眼となっている。そこで、平成28年度における本研究は、博物館や博物館相当施設・地域住民・学校が理科・環境学習において、主体的・対話的で深い学びをどのように取り入れることができるかに焦点化した。このことによって、児童の学力と学習意欲が高まると考えたからである。その結果、児童の理科学力の伸張が確認されるとともに、情意についても仲間と協力して互いの活用力を高め合うことができた。例えば、小学校第6学年「ものの燃えかた」の学習を取り上げる。学校教員が子どもたちに酸素、二酸化炭素それぞれのはたらきを調べさせた後、活用型課題「酸素、二酸化炭素が等しく入れられた集気瓶Aと通常大気組成の集気瓶Bのどちらが、助燃性に優れるか」を考えさせた。その結果、学力面については二酸化炭素はろうそくの炎を消すことはない、ましてや「二酸化炭素=悪もの」ではないことを捉えさせることができた。一方、情意面については、活発な議論がうながされ、仲間と協力して問題を解決していこうという意欲(協働解決意欲)が高まった。その後の継続調査の結果、こうした意欲が4ヶ月後も高い状態だったことは、博物館学芸員や地域住民と関わったり、博物館から借用の標本をもとに主体的、協働的な学びを行ったりしたことが仲間意識を高めることにつながったものと解釈できる。ただ、学習への有用感については学習直後に向上が見られたが、4ヶ月後には低下した。専門家や地域住民との連携に加え、他教科や他領域に渡っても、主体的・対話的で深い学びを推進し、子どもたちに学習の意義を十分に実感させる必要があると考える。現在までの進捗として、以下の2点を挙げることができる。第1に、学校教員や地域学習サポーター対象に指導研修を行いながら、研究代表者が開発し、また改善した学校地域連携学習を押し進めることができた。例えば、小学校第4学年「もののあたたまりかた」の学習を取り上げると以下の実践例となる。沸騰石の入った試験管に水3分の2を入れ、そこにサーモテープを上・中・下に貼ったプラ板を挿入した。

ここで、活用型課題「試験管の中央にガスコンロの炎を当てたとき、どのテープから先に色が変わりますか」を子どもたちへ提示した。児童らは、水が上からか、熱源に近い中央からか、あるいは下から温まるか、3つの予想に分かれて議論を始めていった。つまり、児童の考えが分裂するような学習課題を提示したことによって、児童の探究心を刺激した。これは、本研究実践の成果のひとつとなる。主体的・対話的で深い学びは、こうした児童個々の探究心と、それを礎とした児童どうしの話し合いによって実現する。以上の学習過程において、児童の協働解決意欲は高まり、もののあたたまりかたに関する考えを深めさせることができた。第2に、連携学習を進め、試作による単元末テストを実施し、定量的、定性的に分析することができた。特に、今回、開発した単元末テストは、単なる知識や理解度を測定するものではなく、実生活に根ざした課題を複数個挿入し、実際に子どもたちに回答させた。統制群の解答結果と比べ、学習群のテスト結果は、有意に差が生じた。博物館・学校・地域連携による主体的・対話的で深い学びによって、児童の理科学力は向上した。今後は、研究に関わる構成員で、活用型学力の育成をベースとして、本研究を推進していくことを確認した。ただ、研究2年次までの成果と課題を生かして連携学習をさらに改良するには、次期学習指導要領改訂への動向をさらに見極める必要があると考える。オランダ、スペインで進むイエナ・プラン(アクティブ・ラーニングの一種)は、博物館相当施設と連携して理科や環境学習でも活用されていることがわかった。この調査結果を受け、本研究の1年目は欧州の先進的事例をもとに、博物館・地域・学校連携モデルを開発し、学校が保持するモデルを改良した。2年目以降は開発し改良した連携モデルを新学習指導要領で目指される主体的・対話的で深い学びへどう取り入れるかに焦点化した。これによって、児童の理科に関する学力(知的面)と学習意欲(情意面)の双方が高まると考えた。そこで、本研究は次の3期に分けて行った。まず、モデル仮構築期では博物館既存の体験学習を改良し、新たに開発した。次に、モデル改良期では仮構築した連携学習を学校や地域学習サポーターと協議し実践していった。博物館学芸員による学校への出前学習に加え、標本や展示物の貸出しを継続しながら連携学習を改良した。対象児童による博物館訪問学習を活性化した結果、理科における学力面について全国平均を上回った。一方、理科学習に対する有用感については、全国平均と変わることなく、情意面の向上について授業改善に取り組まなければならないことが明らかとなった。最終のモデル汎用期では、理科学習を進めるにあたり、開発した全モデルの終盤に、活用力を育成できたかどうかを確認できる課題(活用型課題)を作成した。その結果、地域住民支援をベースに博物館と学校が連携して、児童による主体的・対話的で深い学びを進めることによって、学びの有用感と協働解決意欲は向上的に変容し、活用型学力も伸張することがわかった。以上の成果を受け、県琵琶湖環境部森林保全課の職員と連携し、総合的な学習の時間を環境学習として実践した。そこでは児童が直接職員や住民と話し合う機会を取り入れるなど、先の理科の実践で不足していた学習活動を積極的に取り入れた。
生活困窮者の就労継続・阻害要因に関する実証的研究

本研究の目的は、生活困窮者の就労継続・阻害要因について明らかにし、地域での自立した生活を継続するための支援の方策について検討することである。この課題を達成するために、本研究では、ホームレス自立支援センターの利用を経て「就労自立した『元ホームレス』に着目する。自立支援センターにおける基礎データの収集、就労自立した元ホームレスに対する量的な実態調査およびインタビュー調査、協力雇用主に対するグループフォーカスインタビュー等の調査を行うことにより、上記の点について明らかにし、今後のホームレス対策、ひいては生活困窮者の就労支援のあり方について多角的に検討する。
インドネシア・スラウェシ島のファウナの起源－デオキノコムシを用いた生物系統地理－

本研究は、複数の生物地理学的要素を持つと考えられるインドネシア・スラウェシ島において、島内の生物相の起源を推測することを目的としている。特に、菌食甲虫であるデオキノコムシ亜科を対象として形態形質及び分子情報に基づいて研究を行った。本研究で対象としたデオキノコムシ亜科甲虫は菌類と関連が深いことから森林環境に強く依存し、森林を乗せた大陸移動に伴う分布を示す可能性がある。そのため、本亜科は、スラウェシ島の生物多様性の形成史を解明する上で極めて重要な分類群であると考えられる。本年は、核のwingless、CADの部分領域を追加し、より詳細な高次の系統解析を行った。分子情報から、島内における好白蟻性デオキノコムシ類(キノコシロアリ類の栽培するキノコを専食する)はその多くが東洋区から由来したことが明らかとなった。また、日本ースイス若手研究者交流事業の特別研究員として採用され、スイスのジュネーブ自然史博物館にてIvan Loebl博士との共同研究を進め、複数の共著論文を作成した。形態形質情報から、昨年より16新種を追加し、スラウェシ島におけるデオキノコムシ類の多様性は12属61種に達した。27年度が最終年度であるため、記入しない。ウォーレシアと呼ばれる東洋区からオーストラリア区への生物地理区移行帯の中心にあるインドネシア・スラウェシ島は、3つの大陸プレート(スンダランド、フィリピン及びオーストラリア)によって形成されたことが明らかになっている。そのため本島は島内に複数の生物地理学的要素を持っており、生物系統地理学の観点から非常に興味深い。本島の生物系統地理については様々な生物群を対象とした研究が行われて来たが、無脊椎動物に関する研究例は少ない。本研究で対象としたデオキノコムシ亜科甲虫は菌類との関連が深いことから森林環境に強く依存し、森林を乗せた大陸移動に伴う分布を示す可能性がある。そのため本亜科は、スラウェシ島の生物多様性の形成史を解明する上で極めて重要な分類群であると考えられる。そこで本研究では、3つの大陸プレート上にある3地域、すなわち北部、南部及び南東部スラウェシで得られた本亜科標本に基づいて形態形質による分類学的再検討を行うとともに、核rRNA 28S遺伝子及びミトコンドリアCOI遺伝子の部分領域の解析から本亜科の系統関係を推定した。さらに、主要属(もしくは属群)の分岐年代を推定して大陸の形成史から島内分布の起源を推測した。その結果、スラウェシ産本亜科の多様性は12属45種に達すること、そしてそれらは東洋区からの大陸移動に伴わない“分散分布"とオーストラリア区からの大陸移動に伴った“分断分布"の両起源によって形成されたことを明らかにした。本研究で得られた成果から博士論文をまとめ、提出した。2015年3月に神戸大学にて博士号を取得した。これまでにスラウェシ島からは7属14種のデオキノコムシ亜科が記載・記録されていたが、形態形質に基づいて再検討したところ多くの属と種が発見され、既知種記録を大きく上回る12属45種に整理できた。加えて、それら全ての分類群を(再)記載し、同定のための検索表を作成した。分子情報に基づいた解析は、属間の系統解析を進化速度の遅い核28S遺伝子に基づいてベイズ法により、種間の系統解析を進化速度の速いミトコンドリアCOI遺伝子に基づいて最尤法により実行し、かつ、分岐年代を核28S遺伝子の系統解析の結果に化石データを重ねて、ベイズ法により推定した。これら研究データを用いて博士論文を作成することができ、研究の進捗状況はおおむね順調である。今後の予定として、主に以下の2つの計画を実施する。1.デオキノコムシ類の高次系統のより詳細な解明のため、広範な属のサンプルを集め、さらに精度を高めるために核28S以外で、タンパク質コードCAD、Wingless遺伝子領域を増やし、解析を行う。サンプルは、ニュージーランドのランドケアリサーチ研究所のLeschen博士から提供され、同氏と共同で解析を行う予定である。さらに、オーストラリア区のサンプルを同氏から借用し、スラウェシ産の近縁関係を詳細に推定することに勤める。
途上国の授業文化に関する研究:生徒観・教師観・授業観を中心に

アメリカの小学校4年生の算数(分数)授業のビデオ・クリップ(2分程度のもの8本)を南アフリカ、カンボジア、ザンビアの中等学校教員に見せ、その中から似ている授業、効果的と思う授業、効果的でないと思う授業を選択させた。授業選択の理由の分析から、授業評価の視点として6つの大カテゴリーと15の小カテゴリーを抽出した。3ヵ国の比較では、授業選択結果と選択理由は少しずつ異なっており、調査対象国の教員の持つ授業観の違いが、授業の評価と関係していることをうかがわせた。本研究は、開発途上国において政策目標としての「望ましい授業」と、現実としての「日々の授業」とのギャップを探り、そのギャップを埋めるための現実的で具体的な方策を探求することを目的としている。平成22年度はその目的達成の準備期間と位置づけ、以下の研究活動を行った。1)対象国(カンボジア、ザンビア、南アフリカ)のカリキュラム・ドキュメント(教育政策)の収集を行った。2)対象国での調査に使用する授業ビデオの発掘に努めた結果、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のMichael Strong氏の協力により、アメリカの小学校の算数(4年生分数)のビデオ・クリップの提供を受けることができた。研究チームはビデオが使用可能と判断し、それに基づいた調査用紙を作成した。3)授業ビデオと調査用紙をもとに、ザンビアにおいて予備調査を実施した。予備調査をもとに、研究チームで討議した結果、他の研究対象国でも使用可能との結論に達し、次年度に向けて詳細なデータ収集・分析の枠組みを策定した。また、今後の調査スケジュールを立て、現地協力者に連絡した。4)ザンビアでの予備調査のデータを分析からは、いまだ、「教師中心」のアプローチが優勢であること、「生徒中心」への関心が徐々にではあるが広まりつつあるが、認知的側面や教授学的側面へのコメントは見られなかった。このことから、ザンビアでは、「学習者が知識を構築する」という見方ではなく、いまだ「知識を提供する」ことに価値を置いていることがうかがえた。5)平成22年度の研究成果は、アメリカ比較国際教育学会(モントリオール:2011年5月)、日本比較教育学会(早稲田大学:2011年6月)において発表する。本研究は、アジア・アフリカの国を対象に、1)それぞれの国に典型的な授業の型を明らかにし、2)それを支える授業文化(生徒観・教師観・授業観)を探ることを目的としている。その際、アンケートやインタビューに代わる手法で授業文化に迫りたいと考えた。平成23年度は、前年度の計画に基づき、カンボジア・ザンビア・南アフリカの教員を対象に小学校算数(アメリカの小学校4年生を対象とする分数の授業)のビデオクリップ8本を見せ、それぞれの授業について長所・短所を記入してもらい、その上で「効果的な授業」、「効果的でない授業」・「一般的によく見られる授業」を選ばせた。分析の結果、ハンズオン教材を用いた授業を効果的と評価する傾向は3カ国に共通して見られた。その反面、教師が一方的に話すだけの授業を「効果的でない授業」と認知していた。授業の選択傾向は、カンボジアと南アが比較的似ているのに対し、ザンビアがやや異なっていることがうかがえた。次に、それぞれの授業を選んだ理由をグランディッド・セオリーのアプローチで分析した結果、(1)ディスコース、(2)内容提示、(3)教授モード、(4)教材の使用、(5)ロジスティック・運営、(6)教師の特徴の6つのカテゴリーが見出された。南アフリカの教員の回答を分析した結果、「数学的アプローチ」((2)-b)、「活動、思考、興味を刺激するアプローチ」((3)-a)に注目して授業を評価していることが明らかになった。研究成果の一部は、日本比較教育学会、南部アフリカ理数科教育研究学会(SAARMSTE)で発表した。
サケ科魚類の銀化制御技法の確立

【I】.ホルモン処理による銀化制御サクラマス1年魚に成長ホルモン,甲状腺ホルモン,成長ホルモン+甲状腺ホルモンを投与し、いずれのホルモンにより銀化が誘発されるかを調べた。その結果、甲状腺ホルモンの単独投与では、体色の銀色化は起こるが、つま黒化や海水適応能の上昇は全くみられなかった。一方、成長ホルモン単独投与では、体色の銀色化はあまり見られず、そのかわり、つま黒化、海水適応能の上昇が起った。成長ホルモン+甲状腺ホルモン投与群では体色の銀色化、つま黒現象、海水適応能の上昇が見られた。これらの結果より、サクラマスの銀化は、成長ホルモンと甲状腺ホルモンの両者の分泌亢進により誘起されることが示唆された。【II】.光周期調節による銀化制御6月より8L下で飼育したサクラマスを10月より、8,10,11,1213,14,15,16L区へ移し銀化の誘起される臨界日長を求めた。移行後1ヶ月目では16L区でスモルトが現われたが、2ヶ月後には13L区で53%の個体がスモルト化した。さらに3ヶ月後には11L区の34%へとピークが移動した。この間、12L区以上の長日では退行型スモルトが現われた。一方、10月にNL下より上記の区に移したものでは、スモルトはほとんど出現しなかった。この結果より、銀化発現にはある程度短日にさらされる必要があること、また一定日長下におくと銀化に至るまでの時間は日長が長い程短縮されるが、結局全ての実験区で銀化が起こることが示された。【III】.育種による銀化ニジマスの系統化選抜育種による銀色ニジマスの固定を試みた。また、日長変更にともなう成熟ならびに銀色化の変化を調べた。
ヒト歯胚細胞の増殖・分化にかかわる遺伝子発現の解析

歯の発生や形態形成において歯乳頭の間葉系細胞と上皮系細胞は、細胞間相互作用によりそれぞれ象牙芽細胞やエナメル芽細胞へと分化する。われわれは、歯の発生や形態形成のメカニズムを解明するための一貫として歯胚に由来する細胞に着目し、in vitroでその性状について検討している。本研究においてヒト歯胚細胞におけるコラーゲン、非コラーゲン性タンパク質、アルカリ性ホスファターゼ(ALP)および受容体型チロシンキナーゼの遺伝子発現についてReverse Transcription-Polymerase ChainReaction法にて検討したところ、タイプIコラーゲン、タイプIIIコラーゲン、オステオポンチン、オステオネクチンおよびALP mRNAの発現が認められた。また、EGFレセブター、PDGFレセプター(β)、FGFレセプター1、FGFレセプター2、HGFレセプター、インスリンレセプターやAxIなどの受容体型チロシンキナーゼのmRNAが発現していることも確認した。さらに、EGF、PDGF、FGFおよびHGFなどの細胞成長因子による増殖や分化について検討したところ、EGF、PDGF、FGFおよびHGFは濃度依存的にその増殖を促進していた。また、EGF、PDGFおよびFGFは濃度依存的にALP活性を抑制したが、興味深いことにHGFは、その活性を逆に促進していた。以上のことからヒト歯胚由来細胞はコラーゲン、非コラーゲン性タンパク質、アルカリ性ホスファターゼおよび受容体型チロシンキナーゼなどさまざまな遺伝子を発現しており、しかも種々の細胞成長因子が歯胚細胞の増殖・分化の調節因子として作用していることが示唆された。歯はエナメル上皮と歯乳頭細胞との上皮-間葉間相互作用により細胞・組織の分化が誘導され、その複雑な形態が形成される。この過程において歯乳頭の細胞は、象牙芽細胞や線維芽細胞へと分化する。このことからヒト歯胚由来細胞の性状を明らかにすることは歯胚の増殖・分化機構を含め歯の形態形成や発生のメカニズムの解明の一助になるものと考えられる。われわれはすでにヒト歯胚由来細胞を分離し、その性状について解析を進めている。そして現在までにこの細胞は、形態的には線維芽細胞様を呈し、アルカリ性ホスファターゼ(ALP)活性を有していることや、5mMβ-グリセロリン酸および50μg/mlアスコルビン酸存在下においてのみvon Kossa陽性の石灰化組繊が形成されることなどを明らかにしている。本年度は、この細胞の綱胞外マトリックスに関連した遺伝子や増殖・分化に関与していると考えられている受容体型チロシンキナーゼ遺伝子の発現についてReverse Transcription-Polynerase Chain Reaction法にて検討した。その結果、本細胞はタイプIコラーゲン、タイプIIIコラーゲン、オステオボンチン、オステオネクチンおよびALPmRNAの発現が認められた。また、EGFレセプター、PDGFレセプター(β)、FGFレセプター1、FGFレセプター2およびHGFレセプブターなどの受容体型チロシンキナーゼのmRNAの発現も認められた。以上のことからヒト歯胚由来細胞は、In vitroにおける歯乳頭細胞の増殖・分化機構の解明に有用な材料になるものと考えられた。今後は、これらのレセプターのリガンドによる細胞増殖やALP活性などへの影響および細胞外マトリックスに関連した遺伝子発現の変化などについて解析を進めたいと考えている。
大電流加速器のための超薄型高電圧ビームチョッパーの開発

イオンまたは陽子シンクロトロンでは通常、イオン源、線形加速器、シンクロトロンそれぞれにおいて異なる加速周波数または時間構造を取っている。イオン源で発生するビームは数百マイクロ秒の時間巾を持っているが、これはシンクロトロンの周回周波数に比べると非常に長いため、線形加速器によって加速され、シンクロトロンに入射された段階では時間構造の無いリング一周に渡って分布するビームとなる。このようなビームを捕獲、加速するには断熱捕獲と呼ばれる手法が用いられるが、ビームの空間電荷による影響や捕獲のために使える時間の制約からロス無く捕獲および加速することは容易ではない。このため、大強度の陽子加速器ではイオン源から出たビームをシンクロトロンの加速高周波あわせて細断(チョップ)し、入射する手法が用いられている。これまでに実用化されたチョッパーは主にビームの一部を横方向に蹴るものであるが、これはビームのハロー形成の一因にもなる。今回我々が開発したチョッパはビームを進行方向に加減速するもので、横方向のビームハローを生じないと期待できる。イオン源とRFQ加速器の間にこれを置くことにより、イオンビームの運動エネルギーは周期的に10%程度の変換を受け、このエネルギー変換を受けた部分は、RFQ内で加速されずに失われる。これにより、エネルギー変換の時間構造を適切に選ぶことで、求められるチョッピングが実現できるものである。我々は金属磁性体をコアとするビームチョッパーと必要なチョッピング電圧を得るための電源系を強力なFETスイッチを用いて製作した。これらを用いてビームがチョップされるかどうかの実験を行い、RFQの出口でビームが約1MHzの周期でチョップされていることが確認出来た。更に、このチョップされたビームをシンクロトロンに入射し、断熱捕獲を用いずに、捕獲加速することができた。またこのチョッパを用いて、入射ビームの縦方向のエミッタンスを制御することができ、加速器研究のために有用な道具でもあることが判った。陽子やイオンのシンクロトロンにおいてイオン源から加速器に入射されるDCのイオンビームを、シンクロトロンが持つ加速時間構造に合わせて適切にチョッピングをすることは、ロスを減少させるための重要な技術であり、大強度ビーム加速の際にはそれが必要不可欠となる。そのために用いられるビームチョッパーは、ビーム方向に占める設置距離が短く、かつ高効率なチョッピングが行なえることが望まれる。そのための手段として本研究課題である、高透磁率の磁性体材料である軟磁性合金(Magnetic Alloy、MA)を用いた、ビームチョッパーの開発と実験を開始した。このビームチョッパーは、ビーム軸方向に数kV程度の正負の電圧を発生し、これによりビームエネルギーの変換を行なうことができる。イオン源とRFQ加速器の間にこれを置くことにより、イオンビームの運動エネルギーは周期的に数kV(≒10%程度)の変換を受ける。RFQが持つ狭いエネルギーアクセプタンスのために、このエネルギー変換を受けた部分は、RFQ内で加速されずに失われる。これにより、エネルギー変換の時間構造を適切に選ぶことで、求められるチョッピングが実現できる。まず始めにMA磁性体をコアとするビームチョッパーを製作した。このビームチョッパーはビーム軸方向に114mmの長さを持ち、内部に25mm厚のMAコア3枚を収蔵している。チョッパー製作と並行して、必要なチョッピング電圧を得るための電源系を強力なFETスイッチを用いて製作した。このスイッチにより、1MHzの周期で約5kVのチョッピング電圧を得ることができた。これらを用いて、RFQの透過効率が測定された。

チョッパー電圧を発生させて、ビームがチョップされるかどうかの実験を行なった。繰り返し1MHz、デューティ50%のチョッパー電圧を用いRFQの出口でビームがチョップされていることが確認出来た。イオンまたは陽子シンクロトロンのイオン源で発生するビームは数百マイクロ秒の時間巾を持っている。これはシンクロトロンの周回周波数に比べると非常に長いため、線形加速器によって加速され、シンクロトロンに入射された段階では時間構造の無いリングー周に渡って分布するビームとなる。このようなビームを加速するには断熱捕獲と呼ばれる手法が用いられるが、ビームの空間電荷による影響や捕獲のために使える時間の制約からロス無く捕獲および加速することは困難である。このため、大強度の陽子加速器ではイオン源から出たビームをシンクロトロンの加速高周波あわせて細断(チョップ)し、入射する手法が用いられている。これまでに実用化されたチョッパーは主にビームを横方向に蹴るものであるが、これはビームのハロー形成の一因と考えられている。今回我々が開発したチョッパはビームを進行方向に加減するもので、横方向のビームハローを生じないことが期待できる。イオン源とRFQ加速器の間にこれを置くことにより、イオンビームの運動エネルギーは周期的に10%程度の変換を受け、このエネルギー変換を受けた部分は、RFQ内で加速されずに失われる。これにより、エネルギー変換の時間構造を適切に選ぶことで、求められるチョッピングが実現できるものである。我々は金属磁性体をコアとするビームチョッパーと必要なチョッピング電圧を得るための電源系を強力なFETスイッチを用いて製作した。これらを用いてビームがチョップされるかどうかの実験を行い、RFQの出口でビームが約1MHzの周期でチョップされていることが確認出来た。更に、このチョップされたビームをシンクロトロンに入射し、断熱捕獲を用いずに、捕獲加速することができた。またこのチョッパを用いて、入射ビームの縦方向のエミッタンスを制御することができ、加速器研究のために有用な道具でもあることが判った。
軟体類筋肉のフィラメント形成タンパク質に関する網羅的解析

4種類の軟体動物(スルメイカ、ヤリイカ、コウイカ、マダコ)につき、筋肉のフィラメント形成タンパク質ミオシン(重鎖)、アクチンおよびトロポミオシンの性状の解明を行なった。トロポミオシンについては、さらに生物種を拡大して構造安定性に関する検討を行なった。cDNAクローニングによる一次構造解析、アミノ酸配列に基づいた系統解析、立体構造のシミュレーションによる機能および構造解析を行って、これらの生物が持つ収縮系タンパク質の特異性、特殊性について明らかにした。得られた結果は、軟体動物、とくに頭足類は特有の運動機能を保障するために、運動に関わるタンパク質群を独自に進化させてきたことが示唆された。また、ミオシンなどの性状は、軟体類の利用加工を考える上でも重要なデータであると考えられる。無脊椎動物,とくに産業的に重要な軟体類については,その品質を大きく左右する筋肉タンパク質に関する知見が少内ない。本研究では,軟体類筋肉の主要なフィラメント形成タンパク質を対象に,一次構造および高次構造と熱安定性との関係について詳細な検討を加えることを目的とした。スルメイカ,ヤリイカおよびコウイカの外套膜筋およびマダコ足筋から,ミオシン重鎖をコードする遺伝子をクローニングし,コード領域の塩基配列からアミノ酸配列を演繹した。得られた配列に基づきATP結合部位,アクチン結合部位など機能ドメインの同定を行つた。さらにフィラメント形成能とコイルドコイル構造との関連性について他生物種のミオシン重鎖との相違点を明らかにし,ミオシンが機能を発揮する上で必須な一次構造の特徴を解明した。なかでも,頭足類ミオシン重鎖では共通して,ロッド領域において「スキップ残基」とよばれる,コイルドコイル形成を妨げるアミノ酸が周期的に点在することを初めて明らかにした。また,フィラメントを形成するミオシン重鎖テール領域に相当する30マーのペプチドを合成し,示差走査熱量分析および円二色性測定により測定し,軟体類ミオシンに特有な熱力学的性状を明らかにした。一方,分子全長がコイルドコイルを形成するトロポミオシンについては,精製タンパク質の熱力学的性状の解明,ホモロジーモデリングによる立体構造の推定を行うことにより,一次構造の特徴,二次構造の配置と機能部位とを関連付けて詳細に検討し,また,アレルゲンとしての観点からエピトープとなりうる一次構造上の特徴をつきとめるなど,軟体類トロポミオシンの特性を明らかにした。そのほか,筋肉の構成タンパク質についてプロテオミクス的な解析を行った結果,複数の新規タンパク質成分を見出した。この結果は,軟体類の筋収宿を調節する未知のタンパク質成分が存在することを示唆する。昨年度、ミオシン重鎖の一次構造解析を行った4種類の軟体類、すなわちスルメイカ、ヤリイカ、コウイカおよびマダコの外套膜筋から全RNAを調製し、cDNAに変換した後、アクチン遺伝子のクローニングを行った。さらにコード領域の塩基配列を決定し、全アミノ酸配列を演繹した。一方、パラミオシンおよびトロポミオシンの遺伝子クローニングに着手し、部分的な塩基配列を得た。ミオシン重鎖の未決定部分についても配列を得た。これらはデータの乏しい頭足類筋肉タンパク質の特性を解明するにあたり貴重な情報である。一方、ホタテガイ、スルメイカおよびトコブシの筋肉からトロポミオシンめ精製を行った。次いで、熱変性過程におけるエンタルピー、エントロピーおよび変性における自由エネルギーの変化を求めた。さらにコイルドコイル構造の熱安定性について示差走査熱量分析により検討を加えるとともに、α-ヘリックス含量の温度依存的な変化、その可逆性について円二色性測定により調べた。次に、各トロポミオシンにつき、そのまま、あるいは種々のタンパク質分解酵素および化学開烈で限定分解後精製した上で、および円二色性測定に付し、さらに赤外分光分析やプロテアーゼ抵抗性から構造安定性の相違について検討した。この部分については、魚類筋肉由来のものとの比較検討を行った。他方、ANS結合による蛍光強度を指標に疎水性残基の露出度を求め、熱変性における構造変化について検討した。以上の結果に基づき、各二次構造の安定性に関与するアミノ酸を特定した。これらの結果は、軟体類(頭足類)が特有の運動形態に適応する過程で筋肉タンパク質が、脊椎動物に見られないユニークな構造を獲得ずるに至った経緯を示唆するものである。本研究課題において、これまでに研究対象としてきた軟体動物(頭足類)、すなわちスルメイカ、ヤリイカ、コウイカおよびマダコの4種類につき、トロポミオシンのアミノ酸配列が未知のヤリイカ足筋から全RNAを調製し、cDNAに変換した後、クローニングを行い、全アミノ酸配列を演繹した。これで、上記4種類に関し、ミオシン重鎖、アクチン、トロポミオシンのすべての一次構造が判明したことになる。

そこで、得られた配列情報に基づき、分子系統樹を作成することにより各タンパク質の類縁関係や進化の過程を推定した。一方、ミオシン重鎖についてはこれまで明らかにされたものに加えて、アイソフォームの存在を認めたため、さらに検討を進めた。その結果、マダコとヤリイカのものについて、尾部の構造が異なる2種類の新規配列を明らかにした。両者について、コイルドコイル構造の7残基繰り返し配列など、二次ないし高次構造上の特性を明らかにした。しかしながら、各アイソフォームの機能については、現段階では不明である。これらの知見により、性状について不明の点が多かった頭足類筋肉のフィラメント形成タンパク質について情報が集積した。これらの結果は、軟体類(頭足類)が特有の運動形態に適応する過程で筋肉タンパク質が、脊椎動物に見られないユニークな構造を獲得するに至った経緯を考える上で貴重な情報となりうる。最後に、これまで本研究課題で得られた各タンパク質につき、一次構造情報をもとにホモロジーモデリングにより立体構造を推定した。さらに、上記3種のタンパク質間のインターフェースのモデル構造にもとづいて、軟体類筋肉の構造特性について取りまとめた。
意識下24時間でみられる心臓交感神経活動による心拍出量の神経性制御

毎分心拍出量(CO)は心拍数(HR)と一回心拍出量(SV)の積である。HRは心臓交感神経活動(CSNA)および心臓副交感神経活動による自律神経性調節を受け、SVは左心室拡張期末と収縮期末の容積差であり静脈還流量、心室収縮力や後負荷により影響される。心室収縮力はCSNAの影響を受ける。本研究目的は、(1)CSNAがHRまたはSVのどちらを用いて心臓ポンプ出力(CO)を制御するか?(2)CSNAの活動様式は他臓器に分布する交感神経活動(例えば腎交感神経活動、RSNA)とどのように異なるか?という疑問を解明する事である。(1)意識下ネコの日常24時間中にみられるCSNA、RSNA、心機能変数、動脈血圧および末梢血管抵抗のbeat-to-beatデータを収集し、交感神経活動と各心血行動態との相関を調べた。その結果CSNAは動脈血圧や末梢血管抵抗よりもHRやSVと相関を持ったので、心臓ポンプの回転数や心収縮力の制御を介してCOを調節すると思われた。対照的にRSNAは心機能変数よりも末梢血管抵抗や動脈血圧と相関を持ち、臓器血管抵抗や臓器血流量の調節と関係すると考えられた。(2)運動時の心機能の自律神経調節を調べるためネコにトレッドミル歩行(速度、20-60m/min)を行わせ各変数の時間経過や運動強度に対する応答を調べた。CSNAは運動初期に増加し定常値に達した。CSNAやCOの定常値は運動負荷量に依存して増加し、CO増加は運動初期にはHRの増加に運動後半ではSVの増加により生じた。HR、SVやCO応答は交感神経β遮断により減少したので、運動時の心機能パラメーターは主に交感神経制御を受けた。対照的にRSNAや動脈血圧は低運動強度ではあまり変化せず高強度運動の後半に増加した。以上の結果は、交感神経系が制御対象毎に異なる活動様式を用いて精巧な調節を行うことを強く示唆した。心臓ポンプの出力である毎分心拍出量は、心臓収縮の回転数(心拍数)および一回心拍出量の積である。心拍数は主に心臓交感神経および副交感神経による自律神経性調節を受ける。一回心拍出量は左心室拡張期末容積と収縮期末容積の差であり、静脈還流量、心室収縮力および後負荷により影響され、特に心室収縮力は自律神経性調節を強く受ける。意識下でみられる心臓交感神経活動は心拍変動と高い相関を示し心拍変動の約50%が心臓交感神経活動に起因した(平成7-9年度基盤研究(C)報告『意識下動物を用いた心臓交感神経活動による心ペースメーカー興奮リズムの神経性制御』およびFASEB J.10:A334,1996)。今回、心臓交感神経活動と心臓ポンプ出力である毎分心拍出量ならびに一回心拍出量との関係を明確にする目的で、新たな計測システムの試作および研究を試みた。前回の基盤研究において開発した計測システムを基本として、意識下ネコから心臓交感神経活動、心電図、動脈血圧ならびに上行大動脈内に留置した超音波transit血流計プローブを用いて大動脈血流量を記録し高速(400Hz)でサンプリングした後、心電図R波でトリガをかけbeat-to-beatの各変数データ値および一回心拍出量を計算した。

また心拍数、動脈血圧および一回心拍出量を用いて、毎分心拍出量と末梢血管抵抗をリアルタイムで計算し計算機ファイル上に格納した。次に、日常24時間中に得られる全心拍(約20-25万心拍)にわたるこれら大量データを計算機に記録できるような新しいシステムを製作した。計測系の問題点として、データ記憶量は数十メガバイトと大量のため演算処理に時間を要することまた超音波血流計用市販ケーブルは慢性動物用として不適当であることが挙げられ、改善を要することが判明した。心臓交感神経活動と大動脈血流量の同時記録にはまだ成功しておらず、次年度でこのシステムを用いて意識下でみられる心臓交感神経活動、心拍数、心拍出量、動脈血圧ならびに総末梢血管抵抗の24時間日内分布を明らかにしまた各変数間の相互関係を解析したい。1平成10年度に開発した計測システムに関する2つの問題点を改善した。第一に、計算機CPUの動作速度の一層の高速化を計るとともに、計測ソフトウエアのバージョンアップを行い日常24時間にわたる全心拍にわたる大量データを400Hzで収集可能にした。また記録データの演算処理にかかる時間を短縮した。第二に、大動脈血流量計超音波プローブを軽量化し、慢牲ネコに応用できるようにした。またこの、血流計は電磁血流計とは異なり神経活動の記録と干渉しないため、心臓交感神経活動と血流量を同時記録できるという利点を持った。2上記システムを応用して、心臓交感神経活動は心拍数、一回心拍出量あるいは毎分心拍出量のどの変数を主に用いて心臓ポンプ機能を日常生理状態下で調節しているかという疑問を明らかにするため、日常24時間にわたる心臓交感神経活動、心拍数、一回心拍出量、毎分心拍出量、動脈血圧の同時記録を行い心臓交感神経活動と各心機能変数との相関を解析した。その結果、心臓交感神経活動は一回心拍出量よりも心拍数と高い正の相関を示したので、心臓交感神経活動は主に心臓ポンプの回転数(心拍数)を調節して心臓からの拍出量を制御すると思われた。3日常時にみられる心拍出量は運動時に数倍に増加する。このような運動負荷時にみられる心機能の心臓交感神経性調節を明らかにするため、慢性ネコを訓練しトレッドミル上で分速20-60mで1-2分間歩行運動を行わせ、その際にみられる心臓交感神経活動、心拍数および動脈血圧を同時記録した。心臓交感神経活動は運動開始後直ちに増加し、この増加は運動終了まで持続した。心拍数はほぼ心臓交感神経活動の変化に比例して増加した。このような心臓交感神経活動および心拍数の増加は歩行速度に比例していたので、運動強度に見合った心拍出量を得るために、心臓交感神経活動を増加させ心臓ポンプの回転を上昇させたものと考えられた。次年度では、心拍出量データを実際に計測し、この点をさらに検討したい。(1)意識下ネコの日常24時間にわたる交感神経活動、心機能パラメーター[心拍数(HR)、一回心拍出量(SV)、毎分心拍出量(CO)]、動脈血圧ならびに総末梢血管抵抗のbeat-to-beatデータを収集し交感神経活動と心血行動態との相関を調べた。その結果、CSNAは動脈血圧や末梢血管抵抗よりも心機能パラメーターと相関を持った。CSNAはHRとSVの両方と相関を持ち、心臓ポンプの回転数や心収縮力の交感神経性制御を介してCOを調節すると思われる。対照的にRSNAは心機能パラメーターよりも総末梢血管抵抗や動脈血圧と相関を持ち臓器血管抵抗や臓器血流量の調節と関係すると考えられる。(2)次にトレッドミル走行運動を行わせCOを増加させた場合に、CSNAと心機能パラメーターと間に同様な関係が保持されるか否かを調べた。
マウス難聴モデルを用いた内耳再生の試み

ES細胞の感覚器官細胞、特に内耳感覚細胞(有毛細胞)への分化誘導法の確立は、有毛細胞の分化メカニズムの解明とES由来細胞の細胞移植への応用にも期待できる。そこで本研究では、ES細胞から有毛細胞特異的な分化誘導法の開発とそれを用いた難聴モデルマウスの治療を試みた。昨年度、マウスES細胞に内耳感覚細胞分化のマスター遺伝子Brn3.1、Math1の発現制御システムを導入したES細胞(Math-Brn-ES)の分化誘導条件を検討したところ、Brn遺伝子を強制発現させ、さらに骨形成因子BMPを添加した条件で、最も高効率に誘導できることが明らかとなった。そこで、本年度、この分化誘導した細胞を同系マウスに移植し、組織レベルでの解析をさらに進めた。エタクリン酸、カナマイシンにより難聴モデルを作成した後、ES細胞から分化誘導した有毛細胞様細胞(hair cell-like cells : HCLCs)を移植した場合、蝸牛内の血管条および基底側に沿った部位に多く生着していることが確認され、それらの細胞は免疫組織学的解析により有毛細胞のmarkerであるmyosin6, Brn3.1, acetylcholine receptorなどを発現していることが確認された。また、ラセン神経節の部位にも生着している細胞が確認された。さらに聴力回復能に寄与できるのかを解析すべく、脳幹反応ABRを用いた生理的解析を行ったが、反応の検出には至らなかった。移植したES細胞由来のHCLCsが移植後に内耳回復に寄与するのかの課題をクリアーすべく、今後はさらなる移植条件の検討が必要になると考えられた。そこで本研究では、ES細胞から有毛細胞特異的な分化誘導法の開発とそれを用いた難聴モデルマウスの治療を試みる。本年度、ES細胞を効率よく誘導する条件検討と難聴モデルマウスへの移植方法の確立を目的とした。まず、マウスES細胞に内耳感覚細胞分化のマスター遺伝子Bm3.1、Math1の発現制御システムを導入したES細胞(Math-Brn-ES)の分化誘導条件を検討したところ、Brn遺伝子を強制発現させ、さらに骨形成因子BMPを添加した条件で、最も高効率に誘導できることを見出した。誘導後の細胞群はRT-PCRを用いた遺伝子解析および有毛細胞特異的に発現するような特異的抗原を免疫組織学的に解析したところ、有毛細胞様細胞であることが明らかとなった.さらに予備実験として、カナマイシン、エタクリン酸処理により作成した難聴モデルマウスに分化誘導したES細胞を蝸牛に移植したところ、コルチ器への細胞の生着が確認できた.また、ES由来移植細胞が有毛細胞の特異的マーカーを発現していることも確認できた。今後、聴力回復能に寄与できるのかを解析すべく、脳幹反応ABRを用いた生理的解析などを行うことで、ES細胞をソースにした細胞移植療法による内耳再生の実現を目指す。
神経筋疾患におけるジストログリカンプロセッシングの意義と病態関与に関する研究

ジストログリカン(DG)は細胞外に存在する膜表在性蛋白質のα-ジストログリカン(α-DG)と膜貫通型蛋白質であるβ-ジストログリカン(β-DG)から成り、α-DGは細胞外でラミニンと、β-DGは細胞内でジストロフィンと結合している。α-DGとラミニンとの結合はα-DGの糖鎖構造を介して行われ、この糖鎖修飾に関わる糖転移酵素群の変異により脳奇形や眼球異常を伴う筋ジストロフィー、α-ジストログリカノパチーが発症する。一方、α-DGのもうひとつの翻訳後修飾にN末端ドメイン(α-DG-N)のプロセッシングがあるが、この意義は不明のままである。本研究はこのα-DG-Nの生理的機能を明らかにし、α-DG-Nの疾患への関与を検討することを目的として行われた。先行研究においてα-DG-Nが培養神経細胞の軸索進展作用があるとの報告があることから、研究期間中には主としてα-DG-Nトランスジェニックマウス脳の解析を行ってきた。しかしながら同マウスの大脳や小脳の細胞構築に際立った形態学的異常は認められなかった。その一方で最終年度には思いがけない疾患との関連性が明らかとなった。それはインフルエンザ感染症である。すなわちα-DG-N欠損マウスの肺にA型インフルエンザウイルスを感染させるとコントロールと比べてウイルスのタイターが有意に上昇した。またマウスに対して経鼻的にα-DG-Nを投与すると逆にウイルスのタイターが有意に低下した。これらの結果からα-DG-NにはA型インフルエンザ感染症に対する抑制効果があることが示された。このなかでα-DGとラミニンとの結合はα-DGの糖鎖構造を介して行われ、この糖鎖修飾に関わる糖転移酵素群の変異により筋ジストロフィーや脳奇形、眼球異常などを呈するα-ジストログリカノパチーが発症する。本邦において特異的に頻度が高い福山型先天性筋ジストロフィーはこの代表的な疾患である。一方、α-DGのもうひとつの翻訳後修飾にN末端ドメイン(α-DG-N)のプロセッシングがある。我々はα-DG-Nがプロプロテイン・コンバターゼよって切断され細胞外へ分泌されることを報告してきたが、このα-DG-Nプロセッシングの意義は不明のままである。本研究はこのα-DG-Nの生理的機能を明らかにし、α-DG-Nの神経筋疾患における病態への関与を検討することを目的としている。我々はこれまでの研究でα-DG-Nを過剰発現するトランスジェニックマウス(α-DG-N Tgマウス)およびα-DG-Nと結合してα-DGの糖鎖修飾を行う糖転移酵素LARGEのトランスジェニックマウス(LARGE Tgマウス)を作出した。本年度は免疫蛍光抗体法を用いてこれらマウスの脳の解析を行った。その結果LARGE Tgマウスにおいて小脳分子層の形成不全、プルキンエ細胞の脱落などの異常所見を認め、LARGEが小脳神経細胞の発生に影響を及ぼしている可能性が示された。現在α-DG-N Tgマウス脳の解析を進めているところである。本年度には培養細胞を用いたin vitroにおけるα-DG-Nの機能解析を行い、トランスジェニックマウスの脳の解析は次年度以降に行う予定であったが順序を入れ替えた。しかしマウスの脳の解析も興味深い一定の結果が出つつあるものの、まだ完了してはいない。さらに予定されていたてモーリス水迷路試験などを用いた空間認知や学習能力などの検討も行っていないので、やや遅れていると自己評価した。昨年度、免疫蛍光抗体法を用いてこれらマウスの脳の解析を行ない、LARGE Tgマウスにおいて小脳分子層の形成不全、プルキンエ細胞の脱落などの異常所見を認め、LARGEが小脳神経細胞の発生に影響を及ぼしている可能性が示された。本年度はα-DG-N Tgマウス脳の解析を行ってきたが、これまでのところ大脳や小脳の細胞構築に際立った異常は認められていない。LARGE Tgマウスにおいて小脳分子層の形成不全、プルキンエ細胞の脱落などの興味深い異常所見を認めている。

しかしながら本年度行ってきたα-DG-N Tgマウス脳の解析ではこれまでのところ予想されたような明らかな構造上の異常の同定にまでは至っていない。また予定していた培養細胞を用いたin vitroにおけるα-DG-Nの機能解析やモーリス水迷路試験などを用いた空間認知や学習能力などの検討も行えていない現状である。これらのことからやや遅れていると自己評価した。ジストログリカン(DG)は細胞外に存在する膜表在性蛋白質のα-ジストログリカン(α-DG)と膜貫通型蛋白質であるβ-ジストログリカン(β-DG)から成り、α-DGは細胞外でラミニンと、β-DGは細胞内でジストロフィンと結合している。α-DGとラミニンとの結合はα-DGの糖鎖構造を介して行われ、この糖鎖修飾に関わる糖転移酵素群の変異により脳奇形や眼球異常を伴う筋ジストロフィー、α-ジストログリカノパチーが発症する。一方、α-DGのもうひとつの翻訳後修飾にN末端ドメイン(α-DG-N)のプロセッシングがあるが、この意義は不明のままである。本研究はこのα-DG-Nの生理的機能を明らかにし、α-DG-Nの疾患への関与を検討することを目的として行われた。先行研究においてα-DG-Nが培養神経細胞の軸索進展作用があるとの報告があることから、研究期間中には主としてα-DG-Nトランスジェニックマウス脳の解析を行ってきた。しかしながら同マウスの大脳や小脳の細胞構築に際立った形態学的異常は認められなかった。その一方で最終年度には思いがけない疾患との関連性が明らかとなった。それはインフルエンザ感染症である。すなわちα-DG-N欠損マウスの肺にA型インフルエンザウイルスを感染させるとコントロールと比べてウイルスのタイターが有意に上昇した。またマウスに対して経鼻的にα-DG-Nを投与すると逆にウイルスのタイターが有意に低下した。これらの結果からα-DG-NにはA型インフルエンザ感染症に対する抑制効果があることが示された。次年度は脳や骨格筋における形態学的な解析を中心に行う。光学顕微鏡、電子顕微鏡や免疫蛍光抗体法により脳や骨格筋における形態変化の有無を観察する。さらに必要に応じて多光子励起顕微鏡を用いた深部イメージングを行う。この方法によりマウスの大脳皮質神経細胞の神経軸索や樹状突起の全体像を描出することが可能となり、軸索や突起の伸展に何らかの変化が生じた際の検出が容易になる。また骨格筋のパイロットスタディーにおいては生理的な状態では明らかな変化が見いだせなかったので、変性・壊死などの負荷を加えた状況において筋再生に変化が生じないかどうか検討する。すなわち急性の負荷としてカルジオトキシンの筋肉内注射により筋壊死を誘発して、そこからの再生の状況を観察する。また慢性の負荷としてDuchenne型筋ジストロフィーのモデル動物であるmdxマウスとの交配を行い、骨格筋の変性・再生のサイクルに何らかの変化が生じないか検討を行う。最終年度にはまず現在行っているα-DG-N Tgマウス脳の更なる解析を進める。マウスの週齢をより幼若なマウスと老齢なマウスに幅を広げ、また免疫染色で使用するマーカーの抗体を他の種類に変えて行ってみる。さらに培養細胞を用いたin vitroにおけるα-DG-Nの機能解析やモーリス水迷路試験などを用いた空間認知や学習能力などの検討も進めたい。また骨格筋における形態学的な解析も行う。
ポジトロン標識長鎖不飽和脂肪酸の開発とPETを用いた膜脂質代謝の画像化の研究

研究年度内に達成できたことは次の通りである。1)11C標識ドコサヘキサエノエン酸(11C-DHA)の前駆体としてpurityの高いall-z-1-bromo-3,6,9,12,15,18-heneicosahexaeneの合製法を確立した。2)lithium反応によりradiochemical purityの高い11C-DHAを、合成する手法を確立した。3)静注後の放射活性の全身臓器毎の分布を計測した。脳の分布は、%dose/g tissueに換算すると1%以下であったが、オートラジオグラフィーにより脳の画像化ができることを示した。4)脳脂質を抽出し、放射活性の分布を分析すると脳内放射活性の大部分は燐脂質に由来し、特にphosphatidylethanolamine分画に由来することが判明した。5)11C-DHAの脳への取り込みは、cholinergic agonistの投与により増加することを示した。6)ラット片側中大脳動脈閉塞モデルにおいて、経時的に11C-DHAの脳内取り込みをオートラジオグラフィー法にて検討した。閉塞30分後に既に閉塞側の脳の広い範囲で11C-DHAの取り込みの増加が生じているのを観察できた。7)神経外傷時の早期モニタリングに脂肪酸イメージングを用いることの可能性を考え、当科で開発したfluid percussion modelを用いた、脳循環代謝実験を開始した。研究年度内に達成できなかった点は以下の通りである。1)11C-DHAの合成過程における前駆産物であるブロモ体の長期安定供給を計るため、いくつかの企業に打診したが商業規模で供給することに対して合意を得られなかった。2)実験環境の制限から今研究年度内に猿などの大型動物を用いた実験に進むことができなかった。しかし、次年度に共同研究を行っている米国NIHの神経科学研究室にてヒトでの脂肪酸イメージングを共同で進める見通しが立ち、その結果を踏まえ次年度以降に上記1)2)をわが国で行うことをめざす考えである。今年度は、主として^<11>C標識ドコサヘキサエノエン酸の合成とその生体における動態に関する研究を行い後述のような成果を上げた。1) ^<11>C標識ドコサヘキサエノエン酸の前駆体としてpurityの高いall-z 1-bromo-3,6,9,12,15,18-heneicosahexaeneの合製法を確立した。2)lithium反応によりradiochemical purityの高い^<11>C標識ドコサヘキサエノエン酸を、合成する手法を確立した。3) ^<11>C標識ドコサヘキサエノエン酸のラットへの静注により脳内放射活性は2分以内に平衡状態に達し血中放射活性は、速やかに減衰した。4)放射活性の全身臓器毎の分布を計測した。脳の分布は、%dose/g tissueに換算すると1%以下であったが、BAS-2000を用いて作成したオートラジオグラフィーにより脳の画像化ができることを示した。殊に、脳皮質、海馬といった神経細胞の領域に強い集積が見られた。5)脳脂質を抽出し、放射活性の分布を分析すると脳内放射活性の大部分は燐脂質に由来し、特にphosphatidylethanolamine分画に由来することが判明した。この結果は、これまで発表した^<14>C標識ドコサヘキサエノエン酸による分析結果に一致しており、化合物が正しく合成されていることが再確認され、かつ燐脂質代謝イメージングに使用可能であることも確認した。6) ^<11>