hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子機能発現における、2段階サーベイランス機構の解明および疾患治療への応用

遺伝子の機能発現は、転写調節に始まり、その翻訳産物や非コードRNAによる絶妙な調和の基で制御され、生命活動を根底から支えている。また、随所に品質管理機構と呼ばれる監査システムを置くことで、より精度の高い遺伝子機能発現調節を実現させており、これらの品質管理機構の相互作用は生体の環境変化やストレスに対する柔軟な適応を可能にしている。本研究では、RNA品質管理機構であるナンセンス変異RNA分解(NMD)が、小胞体における分泌蛋白質生合成を監査する小胞体品質管理において重要な働きをしていることが明らかした。小胞体は真核生物における分泌系蛋白質の生合成及び高次構造形成の場である。小胞体品質管理においては、適格な構造形成を成し得た蛋白質のみを選別する一方で、構造異常蛋白質は小胞体関連蛋白質分解(ERAD)により分解される。更に、環境的・遺伝的要因による構造異常蛋白質の過剰発生(小胞体ストレス)に対しては、小胞体ストレス応答(UPR)を活性化してERADの効率化と蛋白質フォールディングの精度を上げることで、小胞体機能の恒常性維持を司る。小胞体品質管理機構は、分泌系組織の発生過程や糖尿病等の疾患における発症機構における重要性が明らかにされており、その全容解明が期待されている。我々はこれまでの研究から、mRNA品質管理機構のひとつであるnonsense-mediated RNA decay (NMD)の破綻が小胞体ストレス応答を誘発することを明らかにしており、mRNA品質管理がどのようにして小胞体品質管理機構と相互作用するかについて解析を進めている。平成22年度においては、哺乳動物系培養細胞を用いた解析から、一部のNMD関連遺伝子については、発現抑制が小胞体ストレスに対する細胞の脆弱性を増大する一方で、過剰発現により小胞体ストレスに対する耐性が高まることが示された。また、線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析からNMD不全誘発型小胞体ストレスに対する抑制変異株も得られており、今後はサプレッサー遺伝子の同定を行うと同時に、NMD機構と小胞体品質管理機構の相互作用について、細胞生物学的及び生化学的に詳細な解析を行う。小胞体品質管理は、翻訳共役的に小胞体へと輸入された新生分泌系蛋白質に対して、小胞体分子シャペロン等の働きを介して構造形成を行う際において、その構造の適格性を監査するシステムであり、構造異常蛋白質の発生及び蓄積に対しては、小胞体関連蛋白質分解(ERAD)や小胞体ストレス応答(UPR)、オートファジーを介した小胞体の大規模分解などの防御システムを用いることにより、蛋白質フォールディングや異常蛋白質分解を始めとする小胞体機能の恒常性の維持を司っている。小胞体品質管理機構は、分泌系組織の発生過程や糖尿病・神経変性疾患等の発症機構における重要性が明らかにされており、その全容解明が期待されている。我々は最近の研究から、mRNA品質管理機構のひとつであるnonsense-mediated RNA decay(NMD)の破綻が小胞体ストレス応答を誘発することを明らかにしており、mRNA品質管理がどのようにして小胞体品質管理機構と相互作用するかについて解析を進めている。本年度はNMD制御因子群の小胞体ストレス条件化における挙動について解析を行った。その結果、SMG6およびUPF3Bについては一部が小胞体に局在を示すことが示された。NMD制御因子複合体の形成は小胞体ストレスの影響を受けない一方で、SMG6遺伝子の発現が上昇することが見出された。以上の結果を踏まえ、NMDが小胞体品質管理において重要な働きをしていることを結論付けた。さらに昨年に引き続き線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析からNMD不全誘発型小胞体ストレスに対する抑制変異株も取得及びサプレッサー遺伝子の同定を進めている。
発がんと発がん防御の基礎的研究

本領域は、発がんの分子機構の解明を第一の目標とし、第二に細胞のがん化防御およびがん化した細胞の排除機構の解明を目指し、併せてがん研究の最終目標であるがん克服のための道を拓くことを目的とした。発がんの分子機能の解明のために、研究対象を分子・細胞レベル、臓器・個体レベル、家系・集団レベルにそれぞれ設定し、遺伝子および染色体の構造の安定性と機能発現のダイナミクスに関する恒常性維持機構、内的外的発がん要因によるこれらのゲノム維持機構の破綻と細胞のがん化の関連、新しい発がん関連遺伝子の同定および既知遺伝子も含めたこれら遺伝子群の変異に引き続く多段階発がんの分子細胞生物学的機構、を解明することを目指した。一方、発がん防御の分子機構の解明に当たっては、生体が備え持つ数々の恒常性維持機構によるがん化の防御、免疫系によるがん細胞の排除機構を分子レベルで解明することを目指した。DNA二本鎖切断によるチェックポイントの活性化、二本鎖切断の相同組換え機構と、それらの破綻と発がんの関係が明らかにされた。ヘリコバクター・ピロリ菌と胃がんとの関係が確立され、そのがん化機構の鍵となる分子が発見された。動物個体を用いてのがん関連遺伝子の機能解析により、Wntシグナル、Shhシグナル、PI3-Akt経路といったシグナル伝達系が生体内において果たしている役割と発がんにおけるこれらの活性化の重要性も明らかとなった。胃がん発症に関与する遺伝子の候補領域が同定され、21番染色体候補領域から胃がん感受性遺伝子が同定された。多数の癌関連抗原を同定すると同時に、NK細胞活性制御に関与する分子同定の分野やTヘルパー細胞の癌排除における役割、NK細胞やマクロファージなどの自然免疫系の特異免疫誘導における役割の分子レベルの解明も行われ、これら基礎研究成果の臨床応用のための探索的臨床研究の進展もみられた。本特定領域研究「発がんと発がん防御の基礎的研究」においては、発がんの分子機構の解明を第一の目標とし、第二に細胞のがん化防御およびがん化した細胞の排除機構の解明を目指し、併せてがん研究の最終目標であるがん克服のための道を拓くことを目的とした。この目的を達成すべく、まず発がん機構の解明のために、研究の標的を分子・細胞、個体、人類集団・家系、にそれぞれ設定し、遺伝子および染色体の構造の安定性と機能発現のダイナミクスに関する恒常性維持機構、内的外的発がん要因によるこれらのゲノム維持機構の破綻と細胞のがん化の関連、新しい発がん関連遺伝子の同定および既知遺伝子も含めたこれら遺伝子群の変異に引き続く多段階発がんの分子細胞生物学的機構、を解明することを目指し、さらに発がん防御の解明には、生体が備え持つ数々の恒常性維持機構がどのように細胞のがん化を防ぎ、どのようにがん化した細胞を排除し得るか、を分子レベルで解明することを目指す。これら発がんと発がん防御の研究は、表裏一体となって互いに相補的、対照的に研究を進めることにより、がんの予防、治療法の開発に資する重要な研究領域となる。これまでに、A01.細胞のがん化機構に関する研究、A02.がん関連遺伝子/発がん環境要因と発がんおよびがん悪性化の研究、A03.遺伝子的高発がん集団に関する研究、A04.細胞のがん化防御に関する研究、A05.がん免疫の分子機構に関する研究、の5つの項目が設定され、計42班の計画班が設置されることになった。

本特定領域研究「発がんと防御」は、総括班1班、計画研究42班、公募研究126班より構成され、発がんの分子機構の解明を第一の目標とし、第二に細胞のがん化防御およびがん化した細胞の排除機構の解明を目指し、併せてがん研究の最終目標であるがん克服のための道を拓くことを目的とした。研究の標的を分子・細胞、個体、人類集団・家系、にそれぞれ設定し、遺伝子および染色体の構造の安定性と機能発現のダイナミクスに関する恒常性維持機構、内的外的発がん要因によるこれらのゲノム維持機構の破綻と細胞のがん化の関連、新しい発がん関連遺伝子の同定および既知遺伝子も含めたこれら遺伝子群の変異に引き続く多段階発がんの分子細胞生物学的機構、を解明することを目指し、さらに生体が備え持つ数々の恒常性維持機構がどのように細胞のがん化を防ぎ、どのようにがん化した細胞を排除し得るか、を分子レベルで解明することを目指し、研究を推進した。それらを達成するために、以下の5分野を設定した。A01:細胞のがん化機構に関する研究、A02:がん関連遺伝子/発がん環境要因と発がんおよびがん悪性化の研究、A03:遺伝的高発がん集団に関する研究、A04:細胞のがん化防御に関する研究、A05:がん免疫の分子機構に関する研究平成12年度は以下のような活動を行った。(1)シンポジウム:「がん特定」のその他5領域と連携して、平成12年6月、平成13年2月にシンポジウムを開催し、「発がんと防御」の分野で卓越した研究成果を挙げている研究者が発表を行った。(2)ワークショップ:「発がんと防御」領域の全ての研究代表者が参加し、かつ全員が発表を行うワークショップを平成12年7月に開催した。これを一つの機会として各研究者間の交流、研究協力の実がはかられた。(3)平成13年度の計画研究を慎重に検討し、設定した。(5)「各種劣性遺伝病原因遺伝子ヘテロ接合保因者における発がん感受性の研究」のための全国調査、患者およびその家族由来の細胞バンク支援のための委員会(委員長・丹羽太貫)が開始され、また、平成13年より、実験動物を用いた病理形態学に裏打ちされたがん研究の推進と支援に関する委員会(委員長:野田哲生)が総括班に設定されることが決定した。本特定領域研究「発がんと防御」は、総括班1班、計画研究55班、公募研究111班より構成され、発がんの分子機構の解明を第一の目標とし、第二に細胞のがん化防御およびがん化した細胞の排除機構の解明を目指し、併せてがん研究の最終目標であるがん克服のための道を拓くことを目的とした。それらを達成するために、以下の5分野と2つの委員会を設定した。A01:細胞のがん化機構に関する研究、A02:がん関連遺伝子/発がん環境要因と発がんおよびがん悪性化の研究、A03:
分娩前胎児脳神経障害の発生機序およびその予防に関する研究

分娩開始前に既に発症している脳神経障害の発症機序につき検討し、その予防策を考案することを目的とした。胎児にとって致命的ではないものの、脳神経神経障害を形成し得る因子として間歇的臍帯血流遮断、子宮動脈一時遮断などによる低酸素-虚血-再環流障害に注目した。(1)羊胎仔慢性実験モデルを用いた実験系において3分毎に1分間の間歇的臍帯血流遮断を2時間施行することによっで胎仔にacidosisをきたすことなく脳室周囲-基底核、海馬にapoptpsis細胞の出現を確認した。またこの際、脳組織中にhypoxanthine→xanthineの代謝亢進に起因すると考えられる大量のfree radicalsの発生と興奮性アミノ酸glutamateの軽度上昇さらに興奮抑制性に働くGABAの著明な低下などを証明し、これらが脳神経細胞死の一因となると考えられた。(2)また妊娠ラットを用いた子宮動脈-卵巣動脈の20分間の一時的遮断においでも胎仔脳に羊と同様の病理学的所見が認められ、さらに脳組織を用いた検討でFas/FasLの発現、IL-1α,β、IL-8の増加、TNF-α、INF-γの誘導を確認した。(3)脳神経障害発症の予防策の一つとして母獣にxanthine oxidase阻害剤であるallopurinolを投与し、胎仔血中および脳組織中への良好な移行性と間歇的臍帯血流遮断時におけるfree radicalsの発生の完全な抑制を証明した。またこの際母獣、胎仔に生化学的、生理学的副作用は認められず、変動一過性徐脈を呈する(切迫)早産例において、胎児脳神経障害発症予防薬となり得る可能性が示唆された。種々の要因による胎児の一過性虚血とその後の再還流は脳,腎,肝など重要臓器に不可逆的な障害を生じる。心筋梗塞や脳血栓など虚血性疾患の壊死病巣の拡大には再還流に伴う炎症細胞侵潤やsuperoxideが重要な約割を果たすことが知られている。胎児においては、臓器の組織構造のみならず免疫細胞も未熟であり、組織の酸素分圧も低いことから成体同様の機序による障害が起きているや否は明らかでない。ラット胎仔の血流遮断再還流モデルを用いてサイトカインとアポトーシス関連蛋白を発現を検討した。方法)妊娠19日Wistar系ラットをネンブタール麻酔下に開腹し,子宮動脈,卵巣動脈を20分間血管クレンメにて血流を遮断した後に1-6時間の再還流を行った.胎児より,肝,腎,脳を摘出し,RT-PCRにいIL-1α,IL-1β,IL-6,IL-8,TNF-α,IFN-γの炎症性サイトカインならびにFas,FasLの発現を検討した。結果)ラット胎仔肝は構成的にIL-1α,IL-1β,IL-8を発現し,虚血再還流によりIL-1αβ,IL-8の増加とTNF-α,IFN-γの誘導,腎,脳は構成的にIL-1α,IL-8,TNFを発現し,虚血再還流によりIL-1αβ,IL-8の増加とTNF-α,IFN-γの誘導を認めた。また,いずれの臓器も虚血によりFas/FasLの誘導を認めた。結論)胎児の一過性虚血再還流による臓器障害には虚血刺激によって産生される炎症性サイトカインとアポトーシス関連蛋白が何らかの役割を果たしている可能性が示唆された。羊胎仔慢性実験モデルを用いて、間歇的臍帯血流遮断により、胎仔脳組織中に大量のoxygen free radicalsの発生をみることを発表した。本年度は、同一の実験系にて、遅発性神経細胞死への関与が推定されている興奮性アミノ酸およびNMDA receptorの誘導につき検討を加えた。

Brain microdialysisの手法を用い、間歇的臍帯血流遮断における胎仔脳白質透析液中のglutamate、asparate,glycine、GABAの濃度をHPLC法にて測定した(n=5)。また双胎例においては、一仔には間歇的臍胎血流遮断を実施し、他仔をコントロールとしてNMDA receptorの誘導をNMDAR-1抗体にて免疫染色標本を作成し観察した。NMDA receptorについては間接法にては、標本中の皮質部においてのみ弱陽性に検出されるのみであり、現在高感度法にて、さらに検討中である。来年度はさらに間歇的臍帯血流遮断時における胎仔脳組織中のNO発生も同時に検討し、oxygen freeradicals産生、glutamateによるNMDA receptorの活性化、NO産生の3者の動態より、胎児脳神経障害の発生機序を考察したい。1、前年度より継続検討してきた間歇的臍帯血流遮断時の胎仔脳透析液中アミノ酸濃度において、興奮抑制の機能を有するGABAが、血流遮断前465±85.05pmol/mlから2時間の間歇的臍帯血流遮断終了時230±58.15、回復期132±22.48と有意に低下しており、したがって細胞障害性の指標とされるexcitotoxic index(glutameate×glycine/GABA)は有意に上昇することが確認された。2、双胎例で1仔に臍帯血流遮断を施行し、直後に非遮断仔とともに脳を摘出し検討した。HE染色では遮断仔脳において深部白質領域に明らかな虚血性病変が確認され、さらに軸索障害を表すとされる抗APP(amyloid precusor protein)抗体を用いた染色でも明らかな陽性神経細胞が広範に観察された。しかし興奮性アミノ酸の受容体であるNMDA受容体の検討では両仔間に差は認められなかった。3、我々は間歇的臍帯血流遮断時においてhypoxanthine→xanthineの代謝亢進過程に由来する大量のoxygen free radicalが脳神経障害発生の一因となっていることを報告した。そこでxanthine oxidase阻害剤であるallopurinol(Allo)の胎内治療の可能性についての検討を開始した。3頭の妊娠羊胎仔慢性実験モデルを作製し、母獣にAlloを400mg/hの速度で2時間投与し、投与後30分、60分、90分、120分、180分に採血し、Alloおよびそのactive metaboliteであるoxipurinol濃度、血液ガスを測定した。また投与中の母獣血圧、胎仔血圧、心拍数、脳波を連続測定した。母獣Allo濃度は投与後30分で平衡に達し6.1±1.26μg/mlで推移した。胎仔血Allo濃度は投与後緩徐に上昇し、120分で2.15±0.54μg/mlに達した。oxipurinolは母仔ともに投与中に上昇し、特に胎仔ではAlloより高濃度となった。母獣、胎仔の血圧、心拍数、血液ガスには変化は認められなかった。我々は羊胎仔慢性実験モデルにおいて、間歇的臍帯血流遮断によって胎仔脳組織中にhypoxanthine→xanthine代謝亢進に由来する大量のfree radicalが発生することを証明し、これが脳神経障害の一因となっていることを報告した。そこで本年度はxanthine oxidase阻害剤であるallopurinol(Allo)投与による胎仔脳神経障害発生予防の可能性を検討すべく、Alloの母獣経静脈投与における胎仔血中、脳組織への移行性、free radicalの産生抑制につき検討した。
高精細格子計算による標準模型の精密検証

BおよびD中間子崩壊形状因子の精密計算を目的として、カイラル対称性を保つ格子フェルミオン定式化を用いた大規模格子量子色力学シミュレーションを実行した。重いチャームおよびボトムクォークの計算での格子化による誤差を抑えるために、小さな格子間隔(0.0440.083 fm)を採用し、複数のクォーク質量での格子真空データを生成・蓄積した。これらのデータのもとでチャームクォーク質量の精密決定、短距離相関関数と実験データとの比較、D中間子の崩壊形状因子の計算など、様々な物理量の計算を進めた。本研究課題は、格子ゲージ理論による量子色力学の大規模数値シミュレーションによりDおよびB中間子の崩壊定数および形状因子を高精度で計算し、SuperKEKB実験などによる素粒子標準模型の精密検証に寄与することを目的とする。新たに開発したカイラル対称性を保ちつつ高速計算が可能なフェルミオン定式化を用いて、高精細格子上で大規模シミュレーションを実行し、そのもとで様々な物理量を計算する。平成26年度においては、3年がかりで進めてきた格子データの生成を完了した。格子間隔として0.083 fm、0.056 fmおよび0.044 fmの3点を、軽いクォークの質量はパイ中間子質量で230 MeVから500 MeVの範囲をカバーした、計15パラメタの統計アンサンブルからなる高統計のデータセットである。これらの格子データのもとで、ウィルソン流の方法による格子定数の計算、トポロジー相関の計算、軽いハドロン質量の計算、くりこみ定数の計算をそれぞれ進めた。これらは今後の物理量計算の基礎となるもので、統計誤差と系統誤差をそれぞれ注意深く見積もったうえで基本パラメタとして確定しておく必要がある。物理量計算としては、D中間子の崩壊定数の計算を開始した。それぞれの格子データのもとで、チャーム・クォーク質量を中心として3点のクォーク質量での計算を実行し、物理点に内挿する計画である。同時にセミレプトニック崩壊形状因子の計算のためのコード開発とテスト計算を始めた。本研究は、格子ゲージ理論による量子色力学の第一原理計算により、DおよびB中間子の崩壊定数・形状因子を5%以内の高精度で決定し、SuperKEKB実験などによる素粒子標準模型の精密検証、さらには標準模型を超える現象探索に寄与することを目的とする。そのために、格子上でカイラル対称性を精度よく保つ理論的定式化を用い、KEKのスーパーコンピュータを使用した大規模シミュレーションを実行し、物理量ごとに連続極限への外挿を行うことで、各種の系統誤差を制御した計算を実現する計画である。平成27年度においては、繰り込み定数の非摂動的な決定、D中間子の崩壊定数の予備的計算、D中間子のセミレプトニック崩壊形状因子の予備的計算、チャームクォーク質量の精密決定にかかわる研究を行った。最終的な物理量計算で必要となる繰り込み定数の決定には、座標空間で繰り込み条件を与える新手法を開発して実行し、有限格子間隔による誤差等も含めて1%程度の精度で決定することができた。D中間子の崩壊定数に関しては、インプットとなるチャームクォーク質量3点での結果を使った内挿を行い、かつ連続極限へのスケーリングを調べた結果、離散化誤差は非常によく制御されている(1、2%以内)ことがわかった。さらに高精度の計算を実現するために確率的平均化法を用いたより精密な計算に移行して計算を続行している。セミレプトニック崩壊については、もっとも簡単なセットアップでの計算テストを行い、先行研究と同程度の精度が得られることを確認した。チャームクォーク質量の精密決定は、チャーモニウム相関関数の近距離での値を摂動論と比較することで得られる。詳細な解析な結果、1%以下の精度が得られることがわかった。これは現状のPDGに記載されている精度を上回っている。大規模シミュレーションによるデータ生成を完了した上で、予定通り物理量計算に進み、そこでの予備的結果も当初の期待通りのものであった。当初は想定していなかったチャームクォーク質量の精密決定の研究でも大きな進展が見られているため、「当初の計画以上」と判断した。本研究は、格子ゲージ理論の大規模シミュレーションにより、DおよびB中間子の崩壊定数および形状因子を5%以内の高精度で決定し、SuperKEKB実験などによる素粒子標準模型の精密検証、さらには標準模型を超える現象探索に寄与することを目的としている。そのために、格子上でカイラル対称性を保つ理論定式化を用いた大規模シミュレーションを複数の格子間隔で実行し、連続極限への外挿を行うことで、各種の系統誤差を制御した計算を実現する。前年度までの研究により、必要な格子真空のデータは生成済みであり、それらを用いた物理量計算を本格的に行っている。格子真空のデータは重いクォークに対する離散化誤差を抑えるために通常よりも小さな格子間隔(a 0.080 fmから0.045 fm)をもち、もっとも軽いクォーク質量に相当するデータは230 MeVのパイ中間子質量に相当する。平成28年度には、崩壊定数の計算においてDからB中間子へのクォーク質量の外挿をどのように制御するかに関わる研究、D中間子のセミレプトニック崩壊形状因子の計算に加えて、QCDの短距離相関関数を直接実験と比較検証する手法に関わる研究、量子色力学の真空を特徴付けるカイラル凝縮の決定など研究を行った。D中間子の崩壊定数の計算では1%程度の誤差での計算が可能となったが、これをさらに重いクォーク質量に外挿する際には系統誤差が増大することがわかっている。重いクォークの有効理論を援用することでこれをどれだけ抑えることができるかを詳細に検討した。

また、本研究の発展的応用として、B中間子のインクルーシブ崩壊振幅を計算する手法を開発した。基礎となる格子データの生成を完了し、重いクォークを含む物理量の計算を進めつつあり、研究はおおむね計画通りに進展している。また、インクルーシブ崩壊の計算は、当初はアイデア自体が存在していなかったもので、本研究計画を基盤として分野を発展させる新しい展開につながると期待している。格子量子色力学(格子QCD)の数値シミュレーションを用いて、D中間子およびB中間子の崩壊定数や崩壊形状因子を精密に計算することを目指して、格子QCD真空の生成から物理量計算とそのデータ解析までを行ってきた。系統誤差を抑えるために、格子上でカイラル対称性を精密に保つ格子フェルミオン定式化を採用し、高エネルギー加速器研究機構のスーパーコンピュータを大規模に使用して格子真空のデータを複数の格子間隔で生成した。それらの上でDおよびB中間子の相関関数を計算、得られた結果を連続極限に外挿することで系統誤差を削減することができる。平成29年度においては、D中間子のセミレプトニック崩壊でパイ中間子を生成する過程について計算した結果を解析し、最終結果に近い結果を国際会議で報告した。D中間子の形状因子においては格子間隔に対する結果の依存性は非常に小さく、離散化による誤差は十分な精度で制御されていることがわかった。同様の計算をB中間子の崩壊に拡張した計算についても、解析の中間結果を国際会議で報告した。クォーク質量を大きくすると離散化誤差が大きくなるが、重いクォークの有効理論にもとづくスケーリング則にしたがって得られたデータを外挿し、B中間子の場合でも結果を求めることができることを示した。これらの計算に加え、新しいアイデアにもとづいたB中間子のインクルーシブ崩壊(あらゆる終状態について足し上げた崩壊率)に関する格子計算の手法を提案し、そのテスト的な計算を行ってその有効性を確認した。BおよびD中間子崩壊形状因子の精密計算を目的として、カイラル対称性を保つ格子フェルミオン定式化を用いた大規模格子量子色力学シミュレーションを実行した。重いチャームおよびボトムクォークの計算での格子化による誤差を抑えるために、小さな格子間隔(0.0440.083 fm)を採用し、複数のクォーク質量での格子真空データを生成・蓄積した。これらのデータのもとでチャームクォーク質量の精密決定、短距離相関関数と実験データとの比較、D中間子の崩壊形状因子の計算など、様々な物理量の計算を進めた。格子データの生成が、計算コード高速化の努力により大幅に加速し、予定よりも早く完了した。物理量計算においても想定よりも速くデータを蓄積しつつある。確率的平均化法を用いたD中間子崩壊定数およびセミレプトニック崩壊形状因子の計算を予定通り実行した上で、重いクォークの質量を複数点取ってB中間子への外挿手法を研究する。重いクォークへの質量の外挿と連続極限への外挿を同時に行う手法を確立することが次のステップとなる。重いクォークに付随する系統誤差を考慮した物理量の外挿などの問題も残っており、今後の研究で解決していきたい。また、セミレプトニック崩壊の計算をD中間子からB中間子へ拡大して実行する計画である。
火山噴火推移予測のための数理統計学的手法による噴出物データの解析研究

初年度に引き続き,代表・各分担者がすでに獲得している火山噴出物データ(化学組成,形態,測色値)を用い,これらの統計解析を含む解析を行った.数理を専門とする研究者によるアドバイスを得ながら研究者間でこれらの結果について意見交換を行い,マグマの成因や噴火様式の違いなど,試料の持つ特性や指標などをより的確に導出するための方法を検討した.【課題1】については,時刻精度を高めるなどの改良を行った噴出物連続採取装置改良機による観測を5月から開始し,現在は試料回収が順調に進んでいる(嶋野).初年度にルーチン化を進めた調整・分析手法について,より効率的な解析環境の整備を行った.特に,電子顕微鏡写真から噴出物の気泡の径・形・量(数)を迅速に計測する手法を開発した(安田).【課題2】については,化学組成や噴出物の形態に関して主成分・クラスター分析をもちいて,マグマの生成条件や噴火様式を判別できることが明らかとなってきたが,これらが論文として発表された(野口,上木).【課題3】については,桜島火山の噴出物データ(火山灰測色値)と地球物理学的データ(地震・爆発回数や地殻変動量など)の時系列変化について解析を行った.特に,地下のマグマの上昇・移動などに伴って生じるであろうこれらのデータの時間差について,時系列解析の手法を用いて定量的に明らかにした.以上を代表者および分担者がそれぞれの担当分野,火山で行い,翌最終年度に向けてより汎用性の高い手法を確立していくための議論を行った.各分担者毎に,それぞれ想定していた成果が出つつあり,学会発表がなされている.また,数件については数理研究者との協働により既に学術論文の出版に至っているため,当初計画の予定通りの成果が出ているといえる.また,共同研究者どうしでの情報・意見交換も継続して取れており,これまでに成果を挙げた手法を用いて,新たに得た噴出物や観測データ等についても同様の解析を行う展望が開けてきたため.これまで2カ年は,各研究者毎に担当する研究課題においてそれぞれ現象観測,噴出物の採取,解析,データ取得,統計解析などの手法やデータ蓄積の開発・改良を進めてきた.今後は,これらの手法を用いて実際の火山・噴火を題材とした解析を進め,噴火メカニズム等の現象理解につなげるとともに,学術雑誌への投稿を行う.一方,本研究の共同研究者どうしでの連携を強め,異なる手法によるデータや解析手法の融合を行って,火山現象の多角的な理解を進める.初年度に引き続き,代表・各分担者がすでに獲得している火山噴出物データ(化学組成,形態,測色値)を用い,これらの統計解析を含む解析を行った.数理を専門とする研究者によるアドバイスを得ながら研究者間でこれらの結果について意見交換を行い,マグマの成因や噴火様式の違いなど,試料の持つ特性や指標などをより的確に導出するための方法を検討した.【課題1】については,時刻精度を高めるなどの改良を行った噴出物連続採取装置改良機による観測を5月から開始し,現在は試料回収が順調に進んでいる(嶋野).初年度にルーチン化を進めた調整・分析手法について,より効率的な解析環境の整備を行った.特に,電子顕微鏡写真から噴出物の気泡の径・形・量(数)を迅速に計測する手法を開発した(安田).【課題2】については,化学組成や噴出物の形態に関して主成分・クラスター分析をもちいて,マグマの生成条件や噴火様式を判別できることが明らかとなってきたが,これらが論文として発表された(野口,上木).【課題3】については,桜島火山の噴出物データ(火山灰測色値)と地球物理学的データ(地震・爆発回数や地殻変動量など)の時系列変化について解析を行った.特に,地下のマグマの上昇・移動などに伴って生じるであろうこれらのデータの時間差について,時系列解析の手法を用いて定量的に明らかにした.以上を代表者および分担者がそれぞれの担当分野,火山で行い,翌最終年度に向けてより汎用性の高い手法を確立していくための議論を行った.各分担者毎に,それぞれ想定していた成果が出つつあり,学会発表がなされている.また,数件については数理研究者との協働により既に学術論文の出版に至っているため,当初計画の予定通りの成果が出ているといえる.また,共同研究者どうしでの情報・意見交換も継続して取れており,これまでに成果を挙げた手法を用いて,新たに得た噴出物や観測データ等についても同様の解析を行う展望が開けてきたため.初年度である平成29年度は,代表・各分担者がすでに獲得している火山噴出物等のデータを用い,これらの解析を行った.特に,噴火様式が異なる噴出物の形態や色に着目した解析やマグマの生成条件の異なる火山の化学組成に着目した解析を行った.一方,今後,噴出物によるモニタリング方法を確立するため,従来の噴出物採取装置の改良を行ったほか,噴出物の分析手法と解析環境の整備を行った.【課題1】については,まず,自動火山灰採取装置の採取時刻の精度を向上し,より確実に降灰試料を得ることが可能となった(嶋野).また,これまで時間の掛かっていた試料調整の効率化を行うとともに,岩石試料の組織データを汎用される電子顕微鏡の反射電子像を用いて迅速に得る方法を整備した(安田).【課題2】については,主に火山灰粒子の形態や光の透過特性をもとに,クラスター分析法を用いて解析を行い,客観的かつ定量データを基にした識別手法開発に成功した(野口,三輪).

また,噴出位置の異なる噴出物や広域応力場の異なる火山岩試料の化学組成について,主成分分析やスパース回帰を用いて,客観的指標をもとに特徴抽出し,分類を行うことに成功した(上木).【課題3】桜島火山で採取した噴出物の時系列試料について,噴火推移に伴って火山灰の測色値が系統的に変化することを明らかにした(嶋野).また,地震活動,地盤変動などの多角的な地球物理学的観測により,桜島で発生したストロンボリ式噴火の推移観測に成功した(井口).各研究者ごとに,分担課題の成果が出ており,国内外での学会発表が行われているため.なお,分担者1名が,政情不安のため予定していた調査を延期後,翌年実施したため,この旅費等を次年度に繰り越し使用した.これまで2カ年は,各研究者毎に担当する研究課題においてそれぞれ現象観測,噴出物の採取,解析,データ取得,統計解析などの手法やデータ蓄積の開発・改良を進めてきた.今後は,これらの手法を用いて実際の火山・噴火を題材とした解析を進め,噴火メカニズム等の現象理解につなげるとともに,学術雑誌への投稿を行う.一方,本研究の共同研究者どうしでの連携を強め,異なる手法によるデータや解析手法の融合を行って,火山現象の多角的な理解を進める.各研究者ごとに観測手法や解析手法が比較的うまく適用することが分かってきたため,平成30年度については,これらの手法で得られるデータや解析結果を蓄積するとともに,目的とする火山現象の理解に必要なデータあるいは指標を探索する.これまでどおり,代表・全分担者での手法に関する情報交換等を数理統計の専門家とともに密に行うとともに,今後,より連携した共同研究テーマについての取り組みを検討する.
ゲノム編集を用いた半数体作出法の開発

本研究では、「簡便で汎用性のある半数体作出法の確立」を目的とする。「半数体作出とその倍加」による「半数体育種法」は、純系を得る為の時間を大幅に短縮することができる。しかし、これまで半数体は花粉培養や異種交配により作出され、これらの方法を利用できる種はごく僅かであった。本研究では、イネ、シロイヌナズナ、トマト、ミヤコグサにおいて、動原体タンパク質やDNA配列をゲノム編集により改変して、その機能を低下させ、この機能低下した動原体をもつ配偶子と正常な動原体をもつ配偶子を交配することにより、受精胚中で選択的に片親由来の染色体セットを脱落させ、半数体を効率的に作出することを目指した。本研究の目的:本研究では、「簡便で汎用性のある半数体作出法の確立」を目的とする。そこで、本研究では真核生物に普遍的に存在する動原体タンパク質および動原体DNAをゲノム編集により改変して、その機能を低下させる。続いて、この機能低下した動原体をもつ配偶子と正常な動原体をもつ配偶子を交配することにより、受精胚中で選択的に片親由来の染色体セットを脱落させ、半数体を効率的に作出する。本年度実施した研究およびその成果:(1)動原体機能低下系統の作出:各植物分類群の代表であるイネ、シロイヌナズナ、トマトおよびミヤコグサにGFPを融合したCENH3を導入するとともに、内在性CENH3遺伝子のゲノム編集によるノックアウトを試みた結果、シロイヌナズナおよびトマトにおいてGFP融合CENH3と内在性CENH3破壊用TALENコンストラクトをもつ系統を得た。これらの系統の後代から内在性CENH3がノックアウトされている個体のPCRおよびシーケンスによる選抜を行っているが、現在のところノックアウト変異をもつ個体は選抜できていない。(2)無動原体花粉形成系統の作出:シロイヌナズナにおいて、動原体配列を標的としたTALENにより花粉中の動原体DNA配列をゲノム編集による除去を試みた。TALENコンストラクトをもつ系統の後代の核型を確認したが、現在のところ動原体配列が有為に減少した系統および動原体領域で染色体切断が起きている系統は得られていない。現在、上記の選抜と平行してTALEN法よりも高効率なゲノム編集が可能なmultiplex CRISPR/Cas9コンストラクトにより、上記系統の作出を試みている。どの種においてもTALENによる内在性CENH3破壊株が得られていない。また、TALENにより動原体配列が削除された系統も得られていない。これらの原因としてTALENの効率が低いことが考えられるので、現在、TALENよりも高効率にゲノム編集が可能なmultiplex CRISPR/Cas9コンストラクトを作成し、植物体への形質転換を順次行っている。multiplex CRISPR/Cas9により高効率にゲノム編集が可能な個体が平成28年度の早い時期に得られれば、当初の計画通りに研究が遂行できるので「やや遅れている」と自己評価した。本年度実施した研究およびその成果:イネおよびトマトにおいて内在性CENH3遺伝子を標的としたmultiplex CRISPR/Cas9コンストラクトを作成した。トマトでは、動原体に局在するGFP融合CENH3、もしくはCENH3のN末をヒストンH3と置換したGFP Tail-swap系統に対して形質転換した。イネでは動原体局在するGFP融合CENH3をもつ系統の作出が遅れていたため、野生型日本晴に対して形質転換し、ゲノム編集が起きるかどうかを調べた。イネでは、得られた形質転換体5系統のうち4系統で設定した2個の標的配列周辺に欠失が起きていた。トマトでは、得られた7系統とその後代を含む41個体を調べたが、ゲノム編集の痕跡はみられなかった。イネにおいてGFP融合CENH3およびGFP融合Tail-Swap系統を作出し、融合タンパク質の動原体局在を調べた結果、GFP融合CENH3は全ての形質転換体で動原体局在を示したのに対して、GFP融合Tail-Swapは全ての形質転換体で動原体局在を示さなかった。どの種においてもGFP融合CENH3をもち、内在性CENH3遺伝子がノックアウトされた系統が得られていないが、イネではmultiplex CRISPR/Cas9系が高効率で働くことが確かめられた。このことから、昨年度得られたGFP融合CENH3に対してmultiplex CRISPR/Cas9系でCENH3ノックアウトが作成可能と考えられる。

トマトでは用いたmultiplex CRISPR/Cas9が働かなかったので、新たな取り組みが必要である。この様な状況から「遅れている」と自己評価した。本研究の目的:本研究では、「簡便で汎用性のある半数体作出法の確立」を目的とする。「半数体作出とその倍加」による「半数体育種法」は、純系を得る為の時間を大幅に短縮することができる。しかし、これまで半数体は花粉培養や異種交配により作出され、これらの方法を利用できる種はごく僅かであった。そこで、本研究では真核生物に普遍的に存在する動原体タンパク質および動原体DNAをゲノム編集により改変して、その機能を低下させる。続いて、この機能低下した動原体をもつ配偶子と正常な動原体をもつ配偶子を交配することにより、受精胚中で選択的に片親由来の染色体セットを脱落させ、半数体を効率的に作出する。本年度実施した研究およびその成果:昨年度にイネおよびトマトにおいて作成した内在性CENH3遺伝子を標的としたCRISPR/Cas9コンストラクトに加えてミヤコグサに対する同コンストラクトを作成し、動原体に局在するGFP融合CENH3(GFP-CENH3系統)、もしくはCENH3のN末をヒストンH3と置換したGFP-Tail-swap系統に対して形質転換した。トマトでは、T1世代においてGFP-CENH3系統の1系統、GFP-Tail-swap系統の3系統で内在性のCENH3に欠失/挿入変異が入っている系統が得られた。現在、これらの変異をホモにもつ系統を選抜中である。イネについては、現在形質転換体を選抜している。ミヤコグサでは、複数の薬剤耐性による選抜が難しいため、GFP-CENH3系統、GFP-Tail-swap系統およびCRISPR/Cas9コンストラクトについて個別に形質転換を行い形質転換体を選抜中である。今後は、これらの形質転換体の交配により半数体作出系統を作出していく。本研究では、「簡便で汎用性のある半数体作出法の確立」を目的とする。本研究では、イネ、シロイヌナズナ、トマト、ミヤコグサにおいて、動原体タンパク質やDNA配列をゲノム編集により改変して、その機能を低下させ、この機能低下した動原体をもつ配偶子と正常な動原体をもつ配偶子を交配することにより、受精胚中で選択的に片親由来の染色体セットを脱落させ、半数体を効率的に作出することを目指した。今後は、multiplex CRISPR/Cas9による内在性CENH3ノックアウト系統および無動原体花粉形成系統の作出を進めるとともに、他の動原体タンパク質についても同法によりノックアウト系統の作出を行い、これらを用いた半数体の作出を試みる。また、最近、CENH3の動原体局在能の低下した系統でも半数体が生じることが報告されたので、CENP-C結合領域を欠くCENH3を大量発現させ、動原体内での内在性のCENH3の割合を低下させることによる動原体機能低下系統の作出も試みる。
反応性有機インジウム化合物の創製とその選択的有機合成への応用

1.アノキノール、アレノールのアリルインデーション反応アルキノールおよびアレノールはアリルインジウム反応剤と容易に反応して対応するアリルインデーション生成物が高収率、高選択的に得られることを見い出した。本反応の選択性を発現させる要因を種々の手法を用いて明らかにした。2.α-ハロ有機インジウムの合成と反応種々のgem-ジハロ化合物を金属インジウムと反応させることにより新規な有機金属化合物、α-ハロ有機インジウムを合成することに成功し、その反応挙動を明らかにした。(1)単純な1,1-ジョードアルカンからは明確な生成物が得られなかったが、ヨウ化ベンザルからはスチルベンが生成した。(2)α,α-ジブロモカルボニル化合物から調製したα-ハロ有機インジウムはカルボニルおよびアルケンと反応してオキシランとシクロプロパンを与えた。(3)3,3-ジクロロプロペンから合成した有機インジウムはアルデヒドと反応して、対応するクロロヒドリンとホモアリルアルコールを与えた。その割合は試薬と基質双方の構造に依存することを明らかにした。
キク科野菜中のカフェオイルキナ酸類の酸化的細胞傷害抑制活性の分子機構

キク科野菜であるゴボウやシュンギクに含まれるカフェオイルキナ酸類(CQAs)とその関連化合物について、その抗酸化活性を種々のアッセイ系を用いて評価し、その分子構造と抗酸化活性の関係について以下の知見を得た。活性評価のアッセイ系として、まず抗酸化試験として、卵黄レシチンの超音波処理によって調製したリポソームあるいは馬血より調製した赤血球ゴ-ストの過酸化抑制をTBA法およびチオシアネート法で検定した。リポソームにおける脂質過酸化抑制効果は、DL-α-トコフェロール(Toc)〉トリカフェオイルキナ酸(TCQA)〉ジカフェオイルキナ酸類(DCQAs)〉コーヒー酸(CA)〉クロロゲン酸(MCQA)〉の順であり、また、赤血球ゴ-ストにおける脂質過酸化抑制効果は、TCQA〉DCQAs〉CA〉MCQA〉Tocの順であった。以上より、CQAsの抗酸化活性は分子中のCA残基の数に比例することがわかった。さらに分子種による活性の差を明らかにするためにDPPH法によりラジカル消去能を調べた。1モルのTocは2モルのDPPHラジカルを消去することがわかっているが、CAとMCQAの消去能はTocの1.5倍であった。CQAsでは予想通り分子内のCA残基数に比例してラジカル消去能が高まった。各種のDCQAについてより詳細にCAの置換位置および共存する有機酸残基の効果を検討した結果、同じDCQAでも分子内にCAが隣接して置換すると活性が高まり、また有機酸置換は活性を増強する傾向がみられた。これは発生するCAラジカルの分子内カップリングによる消去作用がはたらくためと推定された。キク科野菜であるゴボウやシュンギクに含まれる抗酸化物質カフェオイルキナ酸類(以下CQAと略)は、有機溶媒中でのリノール酸のラジカル酸化を強く抑制することがすでに明らかになっている。その抗酸化作用メカニズムの解明および生体内すなわち水溶液系での活性発現の可能性について検討を始め、以下の知見を得た。まず、ゴボウ中のCQAの動態を調べるため、より極性の高い画分を精査したところ、水可溶区よりアシル基にこれまでに例のないリンゴ酸を含むもの(1, 5-di-O-caffeoyl-3-O-malylquinic acid)を見出した。また、関連してCQAと同様のオルトジフェノール構造をもち、抗酸化性が期待できるアントシアン類の検索も行ない、リンドウ色素より7種のアシル化配糖体を見出した。次に、水溶液中の抗酸化性検定系の確立のため人工リポソームでの実験を行なった。卵黄レシチンをリン酸緩衝液中に懸濁し、バス型およびプローブ型装置によって超音波照射を行ない、リポソーム溶液を得た。この溶液に水系のラジカル開始剤としてAAPHを用いてラジカル酸化反応を起こさせ、経時的に過酸化脂質をロダン鉄法、マロンジアルデヒド等の二次分解物をTBA法で定量した。トコフェロールを用いたモデル実験で、良好な抗酸化性が認められた。しかし、バス型装置で調製したマルチラメラリポソームでは酸化速度が遅く、再現性のよいデータが得られにくいことがわかったため、後の実験はすべてプローブ型装置によるシングルラメラリポソーム溶液を用いることとした。予備的にゴボウの代表的なCQAである1, 5-di-O-caffeoyl-3-O-succinylquinic acidでの抗酸化試験を行い、抑制活性を検出した。さらにより直接的なTBHDによる脂質過酸化反応および、生体組織として赤血球膜脂質を用いた検定系の検討を行なっている。

キク科野菜であるゴボウやシュンギクに含まれるカフェオイルキナ酸類(CQAs)とその関連化合物について、その抗酸化活性を種々のアッセイ系を用いて評価し、その分子構造と抗酸化活性の関係について以下の知見を得た。活性評価のアッセイ系として、まず抗酸化試験として、卵黄レシチンの超音波処理によって調製したリポソームあるいは馬血より調製した赤血球ゴ-ストの過酸化抑制をTBA法およびチオシアネート法で検定した。リポソームにおける脂肪過酸化抑制効果は、DL-α-トコフェロール(Toc)>トリカフェオイルキナ酸(TCQA)>ジカフェオイルキナ酸類(DCQAs)>コーヒー酸(CA)>クロロゲン酸(MCQA)の順でありま、また、赤血球ゴ-ストにおける脂質過酸化抑制効果は、TCQA>DCQAs>CA>MCQA>Tocの順であった。以上より、CQAsの抗酸化活性は分子中のCA残基の数に比例することがわかった。さらに分子種による活性の差を明らかにするためにDPPH法によりラジカル消去能を調べた。1モルのTocは2モルのDPPHラジカルを消去することがわかっているが、CAとMCQAの消去能はTocの1.5倍であった。CQAsでは予想通り分子内のCA残基数に比例してラジカル消去能が高まった。各種のDCQAについてより詳細にCAの置換位置および共存する有機酸残基の効果を検討した結果、同じDCQAでも分子内にCAが隣接して置換すると活性が高まり、また有機酸置換は活性を増強する傾向がみられた。これら発生するCAラジカルの分子内カップリングによる消去作用がはたらくためと推定された。
教師のカリキュラム・デザイン能力形成に関する比較教育史的研究

本研究では、大正新教育期の小学校教師による中・高学年カリキュラム・デザインについて、欧米のカリキュラム改革に関する情報の影響を視野に入れて考察を行った。その結果、第一に、低学年における教科を廃した生活単元カリキュラム開発の経験が、教科横断的なカリキュラム開発の視点の基礎をつくったこと、第二に、多様な立場の教師が所属する研究組織が、専科教師にも、教科内容を児童の生活との関連で組織することを促したこと、第三に、欧米におけるカリキュラム改革の原理的な考察が、教育目的や教育内容を根本的に問い直すことにつながり、児童の実態に応じた独自のカリキュラム・デザインを可能にしたことが明らかになった。本年度は、中・高学年カリキュラム改革に関する資料調査、日本の事例として取り上げる小学校の学校文書や訓導による著作などの調査、および来年度に渡米調査を予定しているアメリカの事例うち、ゲーリー・プランに関する日本の雑誌記事の調査・収集を行った。1.中・高学年のカリキュラム改革の問題がどのように発生したか、またそれが全国で認識される過程を検討するために、『教育関係雑誌目次集成』に所収されている雑誌、『中学年教育』『高学年教育』、および全国の師範学校附属小学校が発行していた機関誌の調査によって、関連の雑誌記事を収集した。これにより大正新教育における中・高学年教育に関する全体的な流れを把握することが可能となったため、今後は、カリキュラム改革に関する問題の発生、およびその波及について検討したい。2.日本の小学校の事例として取り上げる、奈良女子高等師範学校附属小学校の学校文書の調査を、奈良女子大学附属小学校において実施した。また同校を含め、岡崎師範学校、東京女子高等師範学校附属小学校の主事および訓導の著書および雑誌記事の調査を、国立国会図書館、東京都立多摩図書館、東京学芸大学附属図書館にて実施した。また、図書館を通じて入手が困難な著作などは、古書店で探索し購入した。これにより特に、奈良女子大学附属小学校の中合科開発は、それに携わった訓導の以前からの課題意識を明らかにする必要が明らかとなった。3.ゲーリー・プランに関する情報の日本における普及状況を把握するため、教育関係雑誌の悉皆調査を試み、関連記事を収集した。またゲーリー・プランの特質を把握するための第一段階として、日本での紹介者が参照した資料や、ゲーリー・プランを主題とした先行研究に用いられている資料など、アメリカ側の資料をリスト化し、可能な限り収集するように努めた。ほぼ計画通りに、調査や資料収集を行うことができた。これにより当時の教育界における中・高学年教育の全体的動向を把握することが可能となった。したがって、今後はそうした全体動向に位置づけながら、事例の特質を検討していきたい。また、日本側の事例として取り上げる学校および教師の資料収集がほぼ完了しており、彼らが参照したアメリカおよびドイツの教育情報を特定する基盤が構築できた。本年度は、渡米調査と日本の雑誌の総合的な調査に基づき、ゲーリー・プランのカリキュラム史的意義の検討、および日本における同プラン情報普及に関する検討を行った。さらに、昨年度の中・高学年カリキュラム改革に関する資料調査に基づき、中・高学年カリキュラム開発に伴う教師のカリキュラム・デザイン能力形成について考察を行った。1.ゲーリー・プランのカリキュラム史的意義については、公立学校におけるカリキュラムの量的な拡大だけでなく、共同体の維持という教育目的を基にカリキュラム全体が有機的に組織されるとともに、各領域や各学科が脱領域的もしくは相関的に組織されていた可能性を指摘した。また、米国での同プランに関する雑誌記事や諸資料の調査を通して、ラディカルなカリキュラム改革を推進していく上で、その担い手となる教師をどのように養成し、力量を形成していくのかが課題となっていたことが明らかになった。2.日本におけるゲーリー・プランに関する雑誌記事および書籍の総合的な調査に基づき、ゲーリー・プラン情報の普及について明らかにした。当時の多くの雑誌記事では、ゲーリー・プランは経済効率に優れた学校改革のモデルとして紹介された。一方で、教育効果をも維持するプランだと高く評価するものや、「学校の社会化」という教育原理に注目したものも存在した。また、同プラン情報普及の特徴として、教育調査会などの教育行政関係者から注目されていたことを指摘した。3.日本の小学校の事例研究では、特に奈良女子高等師範学校附属小学校において、サティス・コールマンの「創造的音楽」が教育実践や教師のカリキュラム・デザイン能力形成に与えた影響を検討した。その結果、「創造的音楽」が同校の唱歌専科訓導である幾尾純における創造的な実践開発を促す契機となっていたことが明らかになった。これは「創造的音楽」が、その実践よりも思想に力点が置かれていたためである。当初の計画通りに、アメリカでの文献調査・収集を通した欧米カリキュラム改革に関する情報の影響、および事例として取り上げる奈良女子高等師範学校附属小学校や岡崎師範学校附属小学校における教師個人のカリキュラム・デザイン過程を考察する。上記の課題に関連して、アメリカでの調査を予定しているため、事例の教師が参照した情報の特定、および日本で収集可能な資料について、可能な限り調査前に閲覧する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ラングミュア・ブロジェット(LB)膜の導電特性の研究

脂質マトリックスにゲスト極性分子を埋め込んだ単分子層のモデル系としてアラキン酸(C_<20>)とメロシアニン(MS)の混合単分子層を取り上げ、これを基板上に累積してLB膜とし、分光学的測定・X線回析法などにより構造評価を行った。単分散状態のMSの吸収極大は540nm付近にあるが、通常の条件下でLB膜を作製すると、膜中にMSのJ会合体が形成され、590nm付近に顕著なレッドシフトピークをもつ青膜が得られる。この度、我々は、水相のpH値、温度、表面圧などの成膜条件の調節により、この膜系中に顕著なブルーシフトをしめすH-会合体を形成することに成功した(本年3月28日、第43回応用物理学関係連合大会において発表)。また、油汚染の少ないターボ分子ポンプ真空系を用いて純C_<20>LB膜およびC_<20>-MS混合LB膜の電極付き試料を作製し、低周波および超低周波領域での電気容量および誘電損の測定を行った。50Hz100KHzの低周波数領域ではキャパシタンス・ブリッジによるゼロ・メソッド、2×10^<-1>Hz以下の超低周波領域ではリサジュー法が用いられた。低周波領域、超低周波領域の何れにおいてもコンダクタンスGがG∝ω^aのようにベキ関数則に従う成分が顕著に現われた。指数aの値は、低周波領域の約0.7に対し、超低周波領域では0.5と、明らかに減少しており、所謂、異常分散の特徴を示した。このことから、この系がキャリア性の導電機構を持つことが強く示唆された(本年3月28日、第43回応用物理学関係連合大会において発表)。さらに、以上の結果を踏まえて、新たな脂質マトリックス組成およびゲスト極性分子の組合せの検討に着手した。脂質マトリックスとゲスト極性分子から成るモデル系-アラキン酸(C_<20>)とメロシアニン色素(MS)との混合単分子層-を用いてサンドイッチ型アルミニウム電極付きLB膜試料を作製し、累積した単分子層の数および分子組成比と導電・誘電特性との相関を検討した。単分子層数はN=1および3、分子組成比は〔MS〕:〔C_<20>〕=0:1、1:5および1:2とした。各Nおよび〔MS〕:〔C_<20>〕の組合わせにつき、十数個から数十個の試料の電気容量と誘電損因子を10^<-4>Hz2×10^<-1>Hzの超低周波領域、および50Hz100KHzの低周波領域において測定した。さらに、得られたデータに非線形の最小2乗法を適用し、コンダクタンスの直流成分G(0)、ベキ関数型成分G_<PL>∝ω^a(0<a<1)、および、外部回路の抵抗Rcの三者を分離し、その各々を統計処理することによって層数および組成比との相関を検討した。ベキ指数aの値は、単分子層試料(N=1)では、組成比〔MS〕:〔C_<20>〕=0:1と1:5とでほぼ等しく〔MS〕:〔C_<20>〕=1:2で有意の減少が見られたのに対し、N=3の場合には〔MS〕:〔C_<20>〕=1:5が最小のa値を示した。LB膜系の構造や組成と誘電・導電特性の相関のこの種の組織的検討は従来殆ど知られていない試みである。これらの結果の一部は、第57回応用物理学会学術講演会(平成8年9月7日)、1996年電子情報通信学会ソサイエティ大会(平成8年9月18日)、The 1st Asian Symposium on 'Organized Molecular Films for Electronics and Photonics'(ASOMF'1)(平成8年10月28日)、および第44回応用物理学関係連合講演会(平成9年3月28日)で発表された。また、以上の結果を踏まえ、導電性LB成膜分子、分子鎖長の異なる各種の脂肪酸やアルカンなどを含む新たな混合LB膜モデル系の検討を進めている。