hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
農地環境のメタ戦略:土壌・気象・作物の組み合わせ最適解による農地循環力の強化

これまでに収集した岡山大学資源植物科学研究所の実験圃場で育成したオオムギの葉のトランスクリプトームデータから、開花日の違いに関連すると考えられる遺伝子とその発現パターンを収集した。これらのデータと、岡山大学が保有する過去の栽培記録からの出穂形質データと気象データを用いて、オオムギの系統毎の開花日を予測するモデルを構築した。系統の遺伝子型と育成シーズンを説明変数としたモデルでは、自由度調整済みの決定係数(adjusted R2)=0.89での予測が可能であった。そこで、オオムギのライフコースにそってどのような環境要因が出穂日の多様性に影響を与えているかを推定することにした。岡山大学が保有する過去の栽培記録からの出穂形質データと気象データと、トランスクリプトームにおける系統間差を説明変数としたニューラルネットワークに基づく機械学習モデルを作成した。日照や気温といった環境の入力ニューロンを変数増減法により選択した。さらに、モデル植物における環境ストレス耐性や栄養環境への生理応答の知見や、野外環境で生育するオオムギの環境応答に関わる生理応答の関係性を、同祖遺伝子の発現プロファイルをもとに検討し、モデルの入力ニューロンを生物学的な知見をもとに選択した。これらの説明変数の選択により、ライフコースの中で出穂日の早晩に提供する環境要因を推定することができた。本研究は、農地環境情報の集積と統合を行いながらこれらの離散したパラメーターの関連性の理解に基づく作物形質のシミュレーション技術の開発を目指しており、オムギの出穂形質を事例として、遺伝子発現データや気象データを統合した作物の表現型予測モデルの構築やそのモデルを用いた解析により表現型の決定に関わるより重要なパラメーターを推定する手法を提案した。農地情報の自動収集に向けての基盤整備を行った。データ集積用サーバーを準備し圃場栽培作物に関するデータを集積し解析する環境を整えた。圃場栽培オオムギ系統に関する、生長データおよび栽培環境情報の収集し、統合的に解析することで農地情報のデジタル化を行うために必要な基盤を整えることを目標として研究を進めた。圃場栽培した大麦から1週間毎にサンプリングした葉のトランスクリプトーム解析をRNA-seqにより行い、192サンプルについての網羅的な遺伝子発現のデータの収集を完了した。これらの時系列トランスクリプトーム解析の結果から開花にいたるまでの生長状態の変化を、遺伝的背景が異なるオオムギ系統について比較した。また、同様のオオムギ葉サンプルについて、複数の植物ホルモン内生量の一斉計測を行い、そのデータ収集を完了した。植物ホルモンの変化についても、オオムギ系統間での比較解析を進めている。また、オオムギ集団のゲノム多型を網羅的に収集するためにRNA-seq法をもちいた多型解析を行い、アジア型栽培オオムギを含む20系統のゲノムワイドな塩基多型情報を収集した。このゲノムワイドな多形解析では、東洋型オオムギと西洋型オオムギを特徴づけるDNA多型を遺伝子領域から網羅的に収集することができた。さらに、オオムギのゲノム多型情報からその系統の開花日を予測する機械学習モデルをニューラルネットワークにより作製し、オオムギに関する種々の情報から農業形質を計算機によって予測する基礎的な方法論を考案した。植物の生理状態の指標となるトランスクリプトームや植物ホルモンの網羅的な定量データを収集できたことは、当初の計画を越えた進捗である。また、ニューラルネットワークの実装が予定通り進んだ。一方、当初計画したドローンによる生長状態の記録については、安全上の懸念から固定カメラに計画を変更したため、調整に時間を要した。岡山大学資源植物科学研究所の実験圃場で育成したオオムギの葉のトランスクリプトームおよび植物ホルモンの変動を、生長ステージの進行に沿って毎週葉をサンプリングし、調査した。野生オオムギ系統と在来品種についてトランスクリプトームの変動と同時に植物ホルモンの変動を明らかにし、その系統間差と年次間差を比較した。4ヶ月にわたる生長をZadoksスケールにそってこれら2系統間で比較したところ、分けつ期の終りから節間伸長が開始する生育遷移は共通するものの、幼植物期の葉令、分けつ数、節間伸長時期が在来品種で先行していた。葉身で検出される7種類の植物ホルモンは生長段階に応じて多様な変動パターンを示したが,何れの系統でも節間伸長の開始期を境に大きく変動した。葉身の植物ホルモン量は、生育段階に応じた蓄積パターンを示したことから、野外生育オオムギの生長を規定するバイオマーカー様分子として利用できることが示唆された。一方、トランスクリプトームの解析では、モデル植物で同定された開花関連遺伝子のオオムギ相同遺伝子の発現データを用いることで、各生育ステージをほぼ規定できることを、オオムギ開花関連遺伝子の発現量に基づく生育期の自己組織化マッピングにより示すことができた。そこで、開花関連遺伝子の発現データを説明変数とし、そのオオムギの生理状態が開花期から何週前であるかを目的変数とした機械学習によるモデリングを行い、開花関連遺伝子の発現状態からオオムギの開花期を予測する予測器の作成を試みた。学習方法は、二層の隠れ層からなる多層ニューラルネットワークを用いた。在来品種での予測精度は最大でおよそ80%であったが、栄養成長期の初期や開花期の前後で予測精度が低下した。このことは、環境変動に対するオオムギの生理状態の頑健性が生長ステージによって異なることを示唆するものと考えられた。当初の計画に沿って、野外栽培オオムギの生長状態に関するパラメーターに基づいて、開花期予測のための機械学習モデルの構築が進められた。

また、環境の年次変動をパラメーターとして組み込むことは、研究機関の数年の栽培反復では反復数が足らないことが懸念されたが、岡山大学が保有する20年間の栽培記録の利用が可能になり、環境変動と開および遺伝子型をパラメーターとした開花期モデルの構築も現実的になった。これらの点から順調に進展していると判断した。オオムギライフコースにおける遺伝子発現の変化といった生理状態の変化とライフコースに影響を与える環境要因の季節的な変動関連を理解することを目的として研究を進めた。これまでに収集したオオムギ系統の時系列トランスクリプトームについて、系統間あるいは年次間での遺伝子発現の変動を比較し、出穂の4週間から2週間前にかけて、栄養成長期から生殖成長期への転換に伴う遷移過程の存在がトランスクリプトームレベルで示唆された。この遷移過程での遺伝子発現の状態は他の期間に比べて系統間差が小さくなるものの、系統間で差異があり、この期間の後に迎える両系統間の出穂期の違いに見られるライフコースの違いに関わているかもしれないことが示唆された。また、オオムギのライフコースで顕著な発現変動を示す5479遺伝子を選出し、この遷移過程での発現様式と系統間差を明らかにするとともに、この過程で特異的に発現が上昇する遺伝子群を同定した。これらの遺伝子群と生長過程の環境変動は出穂期予測のための有用な説明変数となることが期待されれる。トランスクリプトーム解析から、オオムギの農業形質の1つである出穂期の予測モデルをより精緻化するため、出穂期の違いに影響を与える生長過程、その期間に発現する遺伝子群を絞り込むことができた。これらの遺伝子群と生長過程の環境変動は出穂期予測のための有用な説明変数となることが期待され、また、これらの最適化を逆問題として解くことで、予測モデルに基づいて出穂期を制御するための提案が可能になると期待できる。これまでに収集した岡山大学資源植物科学研究所の実験圃場で育成したオオムギの葉のトランスクリプトームデータから、開花日の違いに関連すると考えられる遺伝子とその発現パターンを収集した。これらのデータと、岡山大学が保有する過去の栽培記録からの出穂形質データと気象データを用いて、オオムギの系統毎の開花日を予測するモデルを構築した。系統の遺伝子型と育成シーズンを説明変数としたモデルでは、自由度調整済みの決定係数(adjusted R2)=0.89での予測が可能であった。そこで、オオムギのライフコースにそってどのような環境要因が出穂日の多様性に影響を与えているかを推定することにした。岡山大学が保有する過去の栽培記録からの出穂形質データと気象データと、トランスクリプトームにおける系統間差を説明変数としたニューラルネットワークに基づく機械学習モデルを作成した。日照や気温といった環境の入力ニューロンを変数増減法により選択した。さらに、モデル植物における環境ストレス耐性や栄養環境への生理応答の知見や、野外環境で生育するオオムギの環境応答に関わる生理応答の関係性を、同祖遺伝子の発現プロファイルをもとに検討し、モデルの入力ニューロンを生物学的な知見をもとに選択した。
Bacteroides産生コラゲナーゼの産生制禦機構について

Bacteroides gingivalis(ATCC33277)はGAMブイヨン培地(日水)(ヘミン5μg/ml、ビタミンK10μg/ml)で最も良好に繁殖した。コラゲナーゼ活性は37°C,4ー5日間嫌気培養後に集菌し、0,1MTris-HC1緩衝液pH7,4+5mM Ca Cl_2に溶解した膜分画で最も高い酵素活性を示した。通法にしたがってB.gingivalis DNAを分離した。得られたB.gingivalis全ゲノムDNAをSau3AIで部分的に切断し、5-10Kbの分画をクローニングベクターPuc18BAP-BamH1サイトに組み込んだ。この組み換えプラスミドを用いてE.coli JM103株を形質転換し、発現ライブラリーを構築した。B.gingivalisコラゲナーゼ遺伝子を保有する形質転換株をコラゲナーゼ活性およびコラーゲンの変性物質であるゼラチンの分解酵素ゼラチナーゼ活性を指標にスクリーニングを行った、酵素活性を利用したスクリーニングは不可能であった。さらにプラスミド-クローニングベクターやE.coli株を変更したが同様の結果であった。ついでコラゲナーゼ抗体による方法を検討する目的でB.gingivalisコラゲナーゼの精製を試みた。菌体を超音波破砕し遠心分離して得られた上清画分を粗標品とし硫安塩析。SephacrylS-300HRによるゲル濾過、Geratin-Sepharose4Bカラムによるアフィニティークロマトグラフィー、限界濾過により精製操作を行ったが、コラゲナーゼの精製の指標としている活性値が精製操作が進にしたがい低下し、限界濾過による濃縮時点では濾過前試料、濃縮試料ならびに通過試料との間の酵素活性に有意の差が認められなかった。B.gingivalisコラゲナーゼが膜結合型酵素であるため。細胞模からはずれたコラゲナーゼはその酵素活性が非常に不安定である可能性が示唆された。Bacteroides gingivalis(ATCC 33277)の培養条件を検討した結果、寒天培地ではHK(極東)、半流動培地および液体培地ではGAM(日水)が最も発育が良好であった。したがって以後の実験には、5%ウサギ血液加ブルセラHK寒天培地、GAM半流動培地(ヘミン5μg/ml,ビタミンK10μg/ml)GAMブイヨン培地(ヘミン5μg/ml,ビタミンK10μg/ml)を用いた。コラゲナ-ゼ活性は37°C,4ー5日間嫌気培養後に集菌し、0,1MTrisーHCl緩衝波pH7,4+5mM Ca Cl_2に溶解した膜分画で最も高い酵素活性を示した。大腸菌プラスミドによるBacteroides gingivalisの遺伝子バンクの作製ならびに大腸菌のBacteroides gingivalisDNAプラスミドによる形質転換は以下のごとくに行った。つまり、Bacteroides gingivalis(ATCC 33277)をGAMブイヨン培地20mlに接種し37°C,3日間嫌気培養後、同ブイヨン培地500mlに接種し37°C,24時間嫌気培養した。ついで菌体を集菌し、通法にしたがってBacteroides gingivalisDNAを分離した。得られたBacteroides gingivalis全ゲノムDNAを3au3A1で部分的に切断し、5%ー20%ショ糖密度

勾配遠心法を用いて5ー10Kbの分画を集め、クロ-ニングベクタ-Puc18BAPーBamH1サイトに組み込んだ。この組み換えプラスミドを用いてE,coli JM103株を形質転換し、発現ライブラリ-を構築した。ついで酸可溶性コラ-ゲン(Cell matrix Type Aー1)を用いてその溶解能によりコラゲナ-ゼ活性を測定し、Bacteroides gingivalisのコラゲナ-ゼ遺伝子保有株のスクス-ニングを行った。その結果4200株中21株に溶解能を認めた。更にこの21株について^3HーCollagenを用いて2次スクリ-ニングを施行したところコラゲナ-ゼ活性を有意に示す株が認められなかった。そこでスクリ-ニング方法に問題があるものと考え、現在コラゲナ-ゼ活性を利用した方法を基本に検討中である。5ー10KbのBacteroides gingivalisDNAの分画を組み込んだ、組み換えプラスミドを用いてE,coli JM103株を形質転換し、発現ライブラリ-を構築、コラゲナ-ゼ活性を測定することでBacteroides gingivalisのコラゲナ-ゼ遺伝子保有株のスクリ-ニングを行った。その結果コラゲナ-ゼ活性を有意に示し、かつ再現性のある株が認められなかった。そこでスクリ-ニング方法に問題があるものと考え、コラ-ゲン(Cell matrix Type Aー1)可寒天平板培地(ニッポンジ-ン低融点タイプアガロ-スーL)を作製し、その溶解能によりコラゲナ-ゼ活性を測定し、コラゲナ-ゼ遺伝子保有株のスクリ-ニングを行った。しかし、培地の硬さをある程度得ようとするとコラゲナ-ゼ活性の検出感度が下がっていまい、スクリ-ニング法としては不適当であった。そこでさらに、コラ-ゲンの変性物質であるゼラチンを用い、つまりゼラチンーアガ-平板培地を使用しゼラチン液化能を認めた株をコラゲナ-ゼを含めたプロテア-ゼとして一次スクリ-ニングを行った。その結果6912株中62株に著明な液化能を認めた。ついでこの62株について^3HーCollagenを用いて二次スクリ-ニングを施行したが、特異的に高値のコラゲナ-ゼ活性を示す株は認められなかった。そこで、E,coli Cー600株およびBLー21株を用いて上記のゼラチンーアガ-平板培地を使用し、ついで^3HーCollagenを用いて二次スクリ-ニングを行う系で実験を施行した。しかし、同様な有意に高いコラゲナ-ゼ活性を示す株は認められなかった。以上のことから(1)大腸菌の自前のプロモ-タ-が働かない。(2)大腸菌の菌体内にコラゲナ-ゼ活性システムがない。などの可能性を考え今後、コラゲナ-ゼ抗体によるスクリ-ニング法を確立すべく、コラゲナ-ゼの精製を行う方向で検討して行く予定である。コラゲナーゼ抗体による方法を検討する目的でBacteroides gingivalisコラゲナーゼの精製を試みた。Bacteroides gingivalis(ATCC 33277)の菌体を超音波破砕し遠心分離して得られた上清画分を粗標品とした。得られた上清を30-60%飽和硫酸アンモニウムにて分画した。その結果30%飽和硫酸アンモニウム塩析試料に最も高いコラゲナーゲ活性を認めた。活性値の高い試料を透析、脱塩後凍結乾燥した。
植物学学術用語標準化原案の総合調査と検討

1.本年度は昨年度に続き関連分野と関係する学術用語のうち、さらに検討すべき学術用語について検討し、最終案を作成、学術用語集植物学編(増訂版)の原稿の修正を行なった。2.今後さらに検討を要する語(現在同義の日本訳語が2語併記されているものなど)の収集を行い整理した。3.広く研究者から意見を求め、今後、植物学の進展に伴い更に収録すべき可能性のある用語を次回改訂の際の候補用語として整理した。4.今回の改訂、増補に際し、問題となった一般点を整理し、検討し、今後学術用語収録に際する問題点としてまとめた。5.現在、植物学学術用語集の出版作業は進行しており、本年度出版できる見込みである。また、上記14に関する資料は成果報告としてまとめ、4月下旬報告集をまとめる予定である。すでに昭和58年12月以来,調査檢討を重ね,約10,100語を候補用語として逆定し,本年度は最終的な細部にわたる調整作業をおこなった.また分野ごとに今後檢討し,次回の改訂の際,新たに入れるべき用語の収集と檢討を行なった.候補用語のうち,他分野との間で調整を要する用語の抽出と檢討を広く委員以外の人々にも送付し,意見を聴き,集められた資料を整理し,本研究組織の研究者で調整を行なった.また,動物学学術用語と共通する用語約3000語の授出作業を行い,動物・植物の各委員に資料を配布し,合同の檢討委員会を3回開き,最終的な作業を行い,電算機に入力した.これらの訂正された資料はさらに,英和・和英の循環リストのソフトをつくり,本研究組織の班員ばかりでなく,広く配布し檢討を依頼し意見のあった用語,修正すべき個別を整理し,班員間にその資料を配布し,檢討を行なった.この際候補用語として研究の進展に伴い新たに次回改討の際入れるべき用語訳語が現状では2つ並記せざるを得ない用語も収録し,今後の檢討資料を作成した.昭和63年度は植物学学術用語集の出版の最終作業と今後さらに檢討すべき用語の最終的な検討を行う予定である.1.本年度は昨年度に続き関連分野と関係する学術用語のうち、さらに検討すべき学術用語について検討し、最終案を作成、学術用語集植物学編(増訂版)の原稿の修正を行なった。
コンパクト葉層のトポロジー

63年度研究において次の問題を考察した。(1)4次元多様体上の余次元3、コンパクト葉層の安定性について考察し次の結果を得た。定理:Fを4次元多様体M上の円周を葉とするハウスドルフ葉層とする。更に、各葉は連続的に向きづけられていると仮定する。このとき、FがC^0-安定である必要十分条件は次の1つを満たすことである;(i)FがII型の特異葉をもつ、(ii)FがIII_2型の特異葉をもつ、(iii)X(e(M/F))≠0、(iv)X(M/F)≠0、ここで、M/Fは葉層空間で、X(M/F)はそのオイラー数である。(2)4次元多様体上の全ての葉がクラインの壺である葉層の安定性について考察し、次の結果を得た。定理;Fを4次元閉多様体M上のクラインの壺を葉とする葉層とする。このとき、Xv(M/F)^2+X(M/F)^2≠0ならば、FはC^1-安定である。ここで、Xv(M/F)はV-多様体M/FのV-オイラー数である。又、Xv(M/F)=X(M/F)=0のとき、FがC^1-安定でない例についても考察した。
半導体化インパルス電圧発生装置の開発

[目的]半導体化インパルス電圧発生装置(半導体化IG)は、マルクス回路などに代表される高電圧発生回路に従来用いられているギャップスイッチをサイリスタ(以下Th)に置き換えたIGである。本研究では、複数個あるThのトリガ方法として、初段のThが動作後発生する電圧変化を利用して各段のThをトリガさせる方式を採用し、トリガ回路が単純で、無調整で広い出力電圧範囲をもつ半導体化IGの開発を行った。[設計・試作]サイリスタを高速(1μs程度)に動作させるためには、時間幅とトリガ電流を適切に設定する必要がある。本研究ではこの調整を容易にさせるため、Thに印可される電圧(Vc)を分圧充電する電源用コンデンサ、単安定マルチバイブレータIC(C-MOS4558B)とトランジスタを組み合わせたトリガ回路を設計製作した。[40kV・1kA級IGの試作と動作特性測定]12段のIGを試作(一段のコンデンサC=0.1μF)し動作特性を測定した。これにより得られた知見は、以下の通りである。1)Vc=2kVにおいて、出力電圧Vout=20kV立ち上がり時間τ=0.7μsのインパルス電圧を発生する事ができた。なお、目標の40kVの出力は、段数を増やすことで達成できる見通しを得た。2)回路の定数を無調整でVout=1020kV可変であること、および、Vcを大きくすることで、IGの動作が高速になることを確認した。3)ゲート回路の消費電力(電流)が小さいため(50μA程度)、IGの充電回路の電源容量を小さくできる。4)ギャップスイッチを用いたIG場合に比べ、素子の配置の自由度を高くできる。5)市販のディジタル信号用光ファイバー通信装置を用い、簡易な高電位側電圧測定装置を開発した。
課題追究学習を主軸とした高等学校「総合的な学習」の実践モデルの構築

高等学校における「課題追究学習」を主軸としたキャリア教育としての総合的な学習の意義を明らかにしその実践モデルの提案するために、課題追究学習を経験した卒業生の追跡調査と、青年期の価値形成に着目し、クリティカルな思考を育むグループディスカッションのカリキュラムについて検討した。本研究の全体構想は、「課題追究学習」を主軸とした総合的な学習を継続的に行っている高校を比較し、共有可能な高校の総合的な学習の実践モデルを提示することである。今年度の実績は、主に次の5点である。(1)高等学校の総合的な学習の実態把握のため、学校要覧など総合的な学習の設立当初から現在までの授業内容を捉えるための資料を収集した。(2)課題追究学習における主体的な学びに焦点をあて、その一例として主体的な学習が行われる青年の研修場面を取り上げ、その学びの実態を分析した。また、高等学校の総合的な学習の経験のキャリア意識への影響について明らかにすべく、インタビュー調査を行った。(3)国内学会〔中部教育学会第59回大会(於:名古屋大学)、日本教育方法学会第49回大会(於:香川大学)等]や国際学会[AACTE 62nd Annual Meeting and Exhibits(於:米国)]に参加し、日本国内及び諸外国の研究者との交流を通して、総合的な学習や青年期の教育に関する情報を収集し、これまでの研究成果を発表し意見交換をした。(4)研究成果は、「日本カリキュラム学会第20回大会(於:千葉大学)」、「質的心理学会第6回大会(於:北海学園大学)」にて報告した。(5)調査内容を反省的に振り返り、3月に翌年度の研究計画を調整し、4月からすぐに調査に入れるように準備をした。(1)高等学校の総合的な学習の実態把握のため、総合的な学習の一貫としてキャリア教育を計画的に導入した高等学校を中心に、教員へのインタビュー調査を試みた。(2)名古屋大学教育学部附属高等学校を卒業生の追跡インタビュー調査から、課題追究学習による価値形成と進路選択との関連について抽出した。また、課題追究学習における主体的な学びに焦点をあて、その一例として主体的な学習が行われる青年の研修場面を取り上げ、抽象的な価値形成の過程に焦点を当てて分析した。(4)国内学会〔日本教育工学会第26回研究大会(於:金城学院大学)、日本教育方法学会第50回大会(於:国士舘大学)等]や国際学会[CSSE Annual Conference 2010(於:カナダ)]に参加し、日本国内及び諸外国の研究者との交流を通して、総合的な学習や青年期の教育に関する情報を収集し、これまでの研究成果を発表し意見交換をしだ。(5)青年期の価値形成に関する研究成果は「CSSE Annual Conference 2010(於:カナダ)」にて報告し、その他の研究成果については、平成23年度の発表に向け論文執筆中である。(6)調査内容を反省的に振り返り、3月に翌年度の研究計画を調整し、4月からすぐに調査に入れるように準備をした。本研究の全体構想は、「課題追究学習」を主軸とした総合的な学習を継続的に行っている高校を比較し、共有可能な高校の総合的な学習の実践モデルを提示することであった。しかし、実践モデルを提示するにあたり、高校で経験した「課題追究学習」がいかに青年期の価値形成に影響をあたえ、意識化されて位置ついているのかを明らかにすることが課題となった。(1)前年度に引き続き、課題追究学習における主体的な学びに焦点をあて、その一例として主体的な学習が行われる青年の研修場面を取り上げ、学習者の相互作用による抽象的な価値形成の過程に焦点を当てて分析した。(2)名古屋大学教育学部附属高等学校を卒業した数名の卒業生に対して、高校時におこなった課題追究学習がいかに意識化され現在に位置付いているのかインタビュー調査を行った。(3)インタビュー調査の結果をもとに、高校在学中の学習履歴を参照し、総合的な学習における課題追究学習とキャリア意識の移り変わりについて、サトウタツヤの示したTEM (Trajectory Equifinality Model)によるモデル化を試みた。(4)これまでの研究成果を調査対象者に提示し意見を聴取した。(5)国内学会[日本カリキュラム学会第22回大会、日本質的心理学会第8回大会、日本キャリア教育学会第33回研究大会等]に参加し、日本国内及び諸外国の研究者との交流を通して、総合的な学習や青年期の教育に関する情報を収集し、これまでの研究成果を発表し意見交換をした。
核・葉緑体制御ループによる葉緑体ゲノム機能の統御機構

植物細胞の核と葉緑体が互いをコントロールする制御ループについて、両ゲノムの転写と複製に注目して研究を行った。原始紅藻シゾンを材料とすることで系を単純化し、葉緑体やミトコンドリアからのシグナル伝達がオルガネラ・核、両方のDNA合成に必須であることを示した。また、葉緑体ゲノム転写の大枠を核から決定するシグマ因子群の特異性を解明すると共に、逆に光が葉緑体を介して核ゲノム転写に作用する径路について検討した。項目1転写ループ:光や窒素栄養条件を変化させた場合に、核コードの葉緑体シグマ因子SIG2とSIG4量が逆相関的な調節を受けることを見いだした。SIG2が葉緑体フィコビリゾーム(PBS、光アンテナ複合体)遺伝子の転写を活性化する一方で、SIG4の過剰発現はPBS量の減少を誘導する。トランスクリプトーム解析の結果、SIG4過剰発現株では、PBS分解に関わる葉緑体ycf18遺伝子が活性化されていることが判った。さらに、核コードのシャペロン遺伝子群、代謝酵素遺伝子の活性化なども観察されるので、SIG4がPBSレベルを転写後の段階で調節すると同時に、何らかの葉緑体から核へのシグナル伝達ループが活性化されていることが見えてきた。今後はこのレトログレードシグナルの実体解明が課題となる。項目2 DNA複製ループ:暗所でG1期に静止した細胞は光刺激により細胞周期を開始する。この際の光受容は葉緑体においてなされ、MAPKカスケードを介したシグナル伝達系により葉緑体・ミトコンドリアDNA複製を誘導する。本年度の解析ではシゾンに3種あるMAPKの機能解析を進め、オルガネラDNA複製(ODR)に関わるMAPKを特定した。テトラピロール分子との関わりでは、ODR開始にはミトコンドリアで合成されるヘム分子が必須であることが明らかになっている。一方で、葉緑体で合成されるアブシジン酸(植物ホルモンの一種)がストレス時にODR開始を阻害することが判明しているが、このアブシジン酸の効果が、細胞へのヘムの過剰投与により打ち消されることを見いだした。さらに、アブシジン酸の添加により細胞内のテトラピロール中間体群の濃度が大きく変動することを発見したことで、アブシジン酸は細胞内のヘム濃度を下げることでODRを阻害していると考えられる。アブシジン酸とテトラピロール代謝の関係についてはこれまで殆ど知られていないが、植物も含む光合成真核生物における普遍的な制御径路となっている可能性が高い。項目1では核から葉緑体への転写制御ループの全体像を得るため、4種の核コードシグマ因子の発現解析を行なった。明暗や強光のような光条件、CO2、窒素・リン酸等の栄養条件を変化させ、4種のシグマ因子の発現をタンパク質レベルで検討した結果、他の3種シグマに比較してSIG2が環境変化に鋭敏に応答し、明所での蓄積や栄養飢餓による消失を観察した。さらにSIG2の過剰発現株、発現抑制株を用いた解析を行ない、SIG2がcpcABやapcEAB等のフィコビリゾーム遺伝子の転写に関わることを明らかにした。これら標的遺伝子は、SIG2と同時に葉緑体ゲノムにコードされるYcf転写因子にも制御されると考えられることから、核・葉緑体をめぐるループと葉緑体内を巡るループの相互作用を考える上で興味深い解析系であることが見えてきた。またSIG2の発現についても、葉緑体の光合成電子伝達系を阻害することにより抑制を受けることから、想定どおり、葉緑体から核への制御ループの存在も見えてきつつある。項目2では、DNA複製を廻る核・葉緑体ループの全体像の把握を目指した研究を進めた。暗明シフトにおけるDNA開始にあたって、最初の光感知がどこで起こるのかを知るために、赤や青の単色光の照射実験を行なった。その結果、青色光ではオルガネラDNA合成(ODR)が誘導されないことが明らかとなった。シゾンゲノムにコードされる特異的光レセプターはクリプトクロムのみであることから、細胞増殖に関わる光感知は光合成明反応系自身である可能性が強いと考えられた。葉緑体で感知された光シグナルは、細胞質にあるMAPKカスケードに伝えられ、最終的にODRを活性化する。この際の活性化にはヘムが必須であることが判明しているが、今年度の解析でヘム合成酵素(フェロキラターゼ)のミトコンドリア局在が明確となり、ODRへのミトコンドリアの作用点が明らかとなった。1)シゾン葉緑体ゲノム転写におけるシグマ因子の特異性に関して、SIG4がycf17 (一回膜貫通型クロロフィル結合タンパク質)およびpsbA遺伝子の転写を直接活性化することを示し、SIG1:リボゾームRNA遺伝子、SIG2:フィコビリゾーム遺伝子、と併せ特定遺伝子の活性化に関わるシグマ因子特異性の全貌を明らかにした。SIG3は広く恒常的な転写活性化に対応すると考えられることから、シグマ因子による葉緑体転写制御の全体像を示すことに成功した(Fujii et al., 2015)。

2)SIG2タンパク質の安定性が活性酸素種を介したRedox制御を受け、葉緑体フィコビリゾーム遺伝子発現を葉緑体自律的に制御する仕組みを明らかにした。4)シゾンが塩ストレスを受けた際に葉緑体で合成されるアブシジン酸(ABA)は、細胞周期をG1期に停止させる効果をもつ。細胞周期がG1/S期のチェックポイントを通過するには、葉緑体機能が正常であることを示すMgProtoがシグナルとして必要であり、このMgProtoシグナルの放出には葉緑体DNA合成が必要であることが判明している。葉緑体DNA合成には葉緑体明反応の活性化に加え、ミトコンドリア由来のヘムシグナルが必須であるが、ABA存在下で発現誘導されるTSPO(ヘムスカベンジャータンパク質)により細胞内のヘムシグナルがクエンチされることで、ABAによる細胞周期停止が起こることを明らかにした。ABAによるTSPO遺伝子の発現誘導について、高等植物と同様にPP2C/SnRK2によるシグナル伝達系が関与しているかどうか現在検証を行っている。26年度が最終年度であるため、記入しない。進化細胞生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。生理学的な解析や、遺伝子の過剰発現等を用いた解析が順調に進行しているのに対し、ジーンチップを用いたChIP on chip解析などの網羅的解析によるデータ取得が予定よりもおくれている。これは機器の予期せぬ故障、また実験系の立ち上げに手間取ったためであるが、次第に目処が立ちつつあるので今後は順調に進行するものと考えている。転写制御における核・葉緑体ループの研究では、核から葉緑体方向の制御因子として4種のシグマ因子を取り上げ、それぞれのシグマ因子が認識する葉緑体プロモーターの検索による機能アサインを当初の目標とした。その結果、SIG2が光条件や栄養、ストレスにより特徴的な発現パターンを示すこと。さらに、SIG2を人工的に増減させることにより、SIG2が葉緑体にコードされるフィコビリゾーム遺伝子の転写に関わることを明らかにすることができた。これにより、フィコビリゾームタンパク質の形成に関わるサーキットとして、ビリ色素(開環テトラピロール)やその合成系の関与が強く示唆されるに至っている。SIG2以外のシグマ因子についても、SIG1がrRNAプロモーターに親和性が強いことなどが判明しており、シグマ因子の機能については解明が進みつつあり、生理機能を手掛かりとした葉緑体から核へのシグナル検索を開始している。オルガネラと核のDNA合成の協調についても、葉緑体から細胞質へ、細胞質から葉緑体を通って核へと至るシグナル伝達の全貌を描くことに成功しつつあり、また、ミトコンドリアによる作用点も明らかとなったことから、より詳細な部分部分の解析へと移行する過程に入りつつある。本年度は最終年度であるので、4種シグマ因子の標的ならびに関係するレトログレードシグナルの全体像。また、光照射からオルガネラDNA合成に至るシグナル伝達の流れについて、関連因子の同定と分子機構を含めた全体像を描き、細胞共生による植物細胞の成立や進化における位置づけについてまとめ、考察していく。研究初年度の設備導入により、タイリングアレイの使用によるシグマ因子の網羅的標的解析などが可能となりつつある。
精密ラジカル重合による核機能化ミクロゲル星型ポリマー:ナノ反応場の構築と機能

1.リビングラジカル重合による核機能化ミクロゲル星型ポリマーの合成申請者らは、これまでに星型ポリマーの機能化研究過程で、Ru重合触媒が末端ハロゲンの直接水素化に有効であることを見出した(下記3)。そこで、これまでに引き続き、Ru錯体を用いたリビングラジカル重合により、ジフェニルスチリルホスフィン(配位子モノマー)存在下、リビングポリメチルメタクリレート(枝ポリマー)をジビニル化合物で結合することにより、ミクロゲル核に重合触媒であるRu錯体を直接導入した金属含有ミクロゲル星型ポリマーを合成した。さらに、核内に残存するポリマー末端ハロゲン及び未反応オレフィンを、核内Ru錯体により連続的に水素化した。このポリマーの核内Ruを水溶性トリスヒドロキシメチルホスフィンにより除去し(97%以上)、多数のホスフィン配位子をミクロゲル核に有し(金属を含まない)、かつ水素化された「空孔型」星型ポリマーを合成した。さらに、このミクロゲル核に鉄やニッケルなどの別種金属錯体を導入し、種々の金属を核に有する新規金属含有ミクロゲル星型ポリマーも合成可能となった。2.ミクロゲル核によるナノ反応場の構築と機能の創出上記により合成した星型ポリマーの機能評価を行った。ホスフィン配位子をミクロゲル核に有する星型ポリマーに臭化鉄(FeBr2:トルエンに不溶の黄色固体)を組み合わせ、トルエン中80°Cで攪拌し、in-situで鉄錯体含有星型ポリマーを合成した(黄色溶液)。この星型ポリマーを、四塩化炭素とメチルメタクリレートのラジカル付加反応触媒として用いたところ、速やかに付加反応が進行した。さらに、トルエン/水混合溶媒中においても、鉄錯体含有星型ポリマーは、核内鉄錯体を水和から保護し、水系ラジカル付加反応触媒として機能した。以上から、鉄錯体含有ミクロゲル星型ポリマーが、ラジカル反応に対して高い触媒活性や安定性を有することが分かった。3,選択的水素化反応の開発これらの研究の過程で,重合触媒に用いている塩化ルテニウム錯体に2-プロパノール(水素源)と炭酸カリウム(塩基)とを作用させると,リビング重合で生成したハロゲン末端が選択的かつ簡便に水素化されることを見出した。この反応では,反応系中でルテニウムヒドリドが生成し,これによって水素化が進行することも確認した。ラジカル重合で生成するハロゲンの水素化には,従来取り扱いが困難で有害なスズ化合物などが多用されてきたが,本研究で見出した方法は,これらにより遙かに安全で簡便であり,今後の波及効果が期待される。1.リビングラジカル重合による核機能化ミクロゲル星型ポリマーの合成申請者らは、リビングラジカル重合を用いて、リビングPMMA鎖(枝ポリマー)をジフェニルスチリルホスフィン(配位子モノマー)存在下、エチレングリコールジメタクリレート(リンキング剤)で結合することにより、核に重合触媒であるRu錯体を直接導入した金属含有ミクロゲル星型ポリマーの合成法を見出した。そこで、これまでに引き続き、種々の枝長や、核サイズ、ならびに異なった金属含有量を有するRu錯体含有ミクロゲル星型ポリマーを合成した。これらの星型ポリマーは、GPC-MALLSより絶対重量平均分子量:17-220万、回転半径:8-19nm、枝数:11-92本であることが分かった。また、UV-visより核内Ru量はポリマー1gあたり31-74μmolと見積もられ、配位子モノマー量を変化させることで、核へのRu導入量を制御できるごとを見出した。さらに、ポリエチレングリコール鎖を側鎖に持つ両親媒性モノマーを枝ポリマーに用い、両親媒性の金属含有ミクロゲル星型ポリマーも合成できた。2.ミクロゲル核によるナノ反応場の構築と機能の創出上記で合成した星型ポリマーの機能評価を行った。Ru含有ミクロゲル星型ポリマーをアセトン中で、種々の2級アルコールの酸化触媒として用いたところ、酸化反応が進行した。Ru均一触媒と比べ、反応速度は低下したものの、芳香環を有するアルコールに対する選択性が増加した。また、両親媒性の金属含有ミクロゲル星型ポリマーを、2プロパノール中でアセトフェノンの還元触媒に用いたところ、Ru均一触媒よりも反応速度が大きくなった。このように、重合触媒から高活性な両親媒性高分子触媒への直接変換が可能となった。1.リビングラジカル重合による核機能化ミクロゲル星型ポリマーの合成申請者らは、これまでに引き続き、Ru錯体を用いたリビングラジカル重合により、ジフェニルスチリルホスフィン(配位子モノマー)存在下、エチレングリコール側鎖を有する両親媒性枝ポリマーをジビニル化合物で結合することにより、ミクロゲル核に直接重合触媒であるRu錯体を導入した両親媒性金属含有ミクロゲル星型ポリマーを合成した。これらの星型ポリマーは、GPC-MALLSにより絶対重量平均分子量:77-222万、回転半径:15-21、枝数:19-53本であることが分かった。UV-visより、核内Ru量は、ポリマー1gあたり24-39μmol/gと見積もられた。また、金属含有ミクロゲル星型ポリマーの核内Ruを水溶性トリスヒドロキシメチルホスフィンにより除去し、多数のホスフィン配位子をミクロゲル核に有する(金属を含まない)「空孔型」星型ポリマーも合成できた。さらにこのミクロゲル核に鉄やニッケルなどの別種金属錯体を導入し、種々の金属を核に有する新規金属含有ミクロゲル星型ポリマーも合成可能となった。

両親媒性Ru含有ミクロゲル星型ポリマーを2-プロパノール中、種々のケトンの還元触媒として用いたところ、速やかに還元反応が進行した。特に、アセトフェノンや2-オクタノンの還元触媒として用いたところ、基質に対して1000分の1という非常に低濃度の触媒量ながら、Ru均一触媒より反応速度が大きくなった。また、両親媒性金属含有ミクロゲル星型ポリマー触媒は、3回リサイクル使用しても触媒活性が変化せず、非常に高い安定性を有した。さらに、両親媒性Ru含有ミクロゲル星型ポリマーは、水/2-プロパノール混合溶媒中でも、ケトンの還元触媒として有効で、特に、2-オクタノンなどの疎水性の高い基質を組み合わせると、室温で水層に、反応中(100°C)で油層に移動し、感温性相転移挙動を示した。また、この挙動を利用した触媒のリサイクル使用も可能であった。1.リビングラジカル重合による核機能化ミクロゲル星型ポリマーの合成申請者らは、これまでに星型ポリマーの機能化研究過程で、Ru重合触媒が末端ハロゲンの直接水素化に有効であることを見出した(下記3)。そこで、これまでに引き続き、Ru錯体を用いたリビングラジカル重合により、ジフェニルスチリルホスフィン(配位子モノマー)存在下、リビングポリメチルメタクリレート(枝ポリマー)をジビニル化合物で結合することにより、ミクロゲル核に重合触媒であるRu錯体を直接導入した金属含有ミクロゲル星型ポリマーを合成した。さらに、核内に残存するポリマー末端ハロゲン及び未反応オレフィンを、核内Ru錯体により連続的に水素化した。このポリマーの核内Ruを水溶性トリスヒドロキシメチルホスフィンにより除去し(97%以上)、多数のホスフィン配位子をミクロゲル核に有し(金属を含まない)、かつ水素化された「空孔型」星型ポリマーを合成した。さらに、このミクロゲル核に鉄やニッケルなどの別種金属錯体を導入し、種々の金属を核に有する新規金属含有ミクロゲル星型ポリマーも合成可能となった。2.ミクロゲル核によるナノ反応場の構築と機能の創出上記により合成した星型ポリマーの機能評価を行った。ホスフィン配位子をミクロゲル核に有する星型ポリマーに臭化鉄(FeBr2:トルエンに不溶の黄色固体)を組み合わせ、トルエン中80°Cで攪拌し、in-situで鉄錯体含有星型ポリマーを合成した(黄色溶液)。この星型ポリマーを、四塩化炭素とメチルメタクリレートのラジカル付加反応触媒として用いたところ、速やかに付加反応が進行した。さらに、トルエン/水混合溶媒中においても、鉄錯体含有星型ポリマーは、核内鉄錯体を水和から保護し、水系ラジカル付加反応触媒として機能した。以上から、鉄錯体含有ミクロゲル星型ポリマーが、ラジカル反応に対して高い触媒活性や安定性を有することが分かった。3,選択的水素化反応の開発これらの研究の過程で,重合触媒に用いている塩化ルテニウム錯体に2-プロパノール(水素源)と炭酸カリウム(塩基)とを作用させると,リビング重合で生成したハロゲン末端が選択的かつ簡便に水素化されることを見出した。この反応では,反応系中でルテニウムヒドリドが生成し,これによって水素化が進行することも確認した。
小学校英語教育における教員養成・研修推進のための言語教師認知研究

2020年の教科化を目前に、養成段階の学生、及び小学校教員共に文字指導の必要性を感じ、小学校教員に関しては文字の読み方を教えたい気持ちがある一方、指導法がわからないという現状と、またどのような活動をどのようにレッスンに組み入れたらいいか分からないと感じている現状が明らかとなった。研修に関しては、これまでのような即席の授業から、より英語力や英語技能の向上、指導技術の習得を研修で望む傾向があることが分かった。さらに、小学校教員は、文字指導の内容や方法に関して、はっきりした指針を求めていることが分かった。文科省は教科化を前に、読み書きの具体的な指導内容と方法に関して早急に指針を示す必要がある。本研究の目的は、英語教育に関する知識・信条・意思決定等を包括して教師認知と捉えるBorg (2003)の枠組みに基づき、児童英語教員養成課程の学生、及び外国語活動担当教員が有する教師認知とその認知の形成に関わる要因・背景の関係を明らかにすることにより、教員養成・研修プログラムの開発・発展を推進する枠組みを提供することである。初年度は、1国内の小学校での実習後に、神田外語大学児童英語教員養成課程の学生が文字指導と文法指導に関してどのような教師認知を持っているかを考察する研究、そして、2海外の小学校で実習に参加した学生を対象として教師認知を形成する上でポートフォリオが果たす役割を動機付けの視点から考察する研究を行った。1の研究では、2012年度に千葉県内の小学校で英語活動学習サポーターとして教育実習を行った学生24名にアンケート調査を実施し、英語活動における文字指導と文法指導に関する学生の認知とその認知が形成される背景にある要因を調査した。その結果、学生は教育実習を通じて文字指導を積極的に取り入れることが望ましいと考えるようになったこと、そして、文法の基礎を教えるべきかという項目については学生の判断が分かれ、その背景には教育実習の経験だけでなく、学生自身の過去の学習経験が関与することが明らかになった。次に、2の研究では、2012年度にアメリカ合衆国カリフォルニア州の小学校での教育実習に参加した学生14名を対象として、ポートフォリオに含まれる実習日毎の自己評価やリフレクション等を質的・量的に分析し、実習生はポートフォリオの作成を通じて動機付けを生み出し、維持し、そして、実習後の学びに向けて肯定的に自身の実習の成果を振り返っていたことが分かった。以上の研究成果を踏まえ、次年度は英語活動担当教員を対象として、英語指導力に関わる教師認知を考察する研究を行う。本研究は、教員養成課程の学生、および小学校の教員が小学校英語教育に関してどのような信条を持っているか調査し、そこから教員養成や教員研修への示唆を得る(具体的には指導の内容や方法を開発する)こと、そして研究より得た知見を教員研修という形で還元することを目的としている。研究2年目(平成26年度)は3つの課題に継続して取り組んだ。1一つ目は千葉県教育委員会主催の小学校外国語活動中核教員研修を8月に行い、その際、100名の中核教員に対して「教科化に向けた文字および文法指導」に関するアンケート調査を行った。また、アンケートの内容を基に抽出した小学校教員(11名)を対象にインタビューを行った。2二つ目は、本学(神田外語大学)の「児童英語教員養成課程」の必修科目の一つである「海外実習」に参加した学生15名を対象に、海外実習を通しての意識の変容に関して、課題として提出が義務付けられているポートフォリオの一部(「自己評価」及び「学習記録」)を量的・質的に分析した。3三つ目は同大学の「児童英語教員養成課程」の必修科目の一つである船橋市内の「教育実習」に参加した4年生を対象にした教師認知の研究で、アンケート調査で行ったデータを入力中である。本研究は、教員養成課程の学生、および小学校の教員が小学校英語教育に関してどのような考え、信条を持っているか調査し、そこから教員養成や教員研修の指導内容・方法を開発し、教員研修という形で還元することを目的としている。研究最終年度は4つの課題に取り組んだ。1一つ目は平成26年度に千葉県教育委員会主催の小学校外国語活動担当中核教員研修後に92名を対象に行った「教科化に向けた文字および文法指導」に関するアンケート、および11名対象に行ったインタビューをそれぞれ量的・質的に分析した。そして、この結果を小学校英語教育学会(JES)で口頭発表、また論文をJESの学会誌に発表した。2二つ目は本学(神田外語大学)「児童英語教員養成課程」の「児童英語海外実習」に参加した学生(15名)を対象に、海外実習を通しての意識の変容と海外実習の成果を自己評価表、およびポートフォーリオより分析した。これは、現在論文の投稿準備中である。3三つ目は平成27年度に行った千葉県教育委員会主催の小学校外国語活動担当中核教員研修(187名)、福井県教育委員会主催小学校外国語活動教員研修(58名)、東京都江戸川区小学校英語部会研修(22名)に参加した小学校教員267名を対象に「小学校英語教育に関するアンケート」を行い、今後の教科化を見据えて、「文字指導」について意識を調査した。これは現在データを分析中である。4四つ目は、千葉県船橋市教育委員会協力のもと、船橋市内の小学校および中学校児童、担当の担任、日本人補助教員、ALT対象に、船橋市英語教育推進事業の一つとして英語教育の実態調査を行っており、現在継続中である。本研究より、小学校教員の文字指導に対する考え、また2020年の教科化に向けて、どのような研修が必要かが明らかになった。今後これらの研究を統括し、教員研修の方法論の確立、指導法の開発を目指し、教員研修に還元する。

2020年の教科化を目前に、養成段階の学生、及び小学校教員共に文字指導の必要性を感じ、小学校教員に関しては文字の読み方を教えたい気持ちがある一方、指導法がわからないという現状と、またどのような活動をどのようにレッスンに組み入れたらいいか分からないと感じている現状が明らかとなった。研修に関しては、これまでのような即席の授業から、より英語力や英語技能の向上、指導技術の習得を研修で望む傾向があることが分かった。さらに、小学校教員は、文字指導の内容や方法に関して、はっきりした指針を求めていることが分かった。文科省は教科化を前に、読み書きの具体的な指導内容と方法に関して早急に指針を示す必要がある。現在1に関して、アンケートの統計的分析を終え、小学校教員(11名)を対象としたインタビューもほとんど終わり、こちらは質的分析段階に入っている。またアンケート及びインタビューの分析結果を小学校英語教育学会(平成27年7月25-26日)で発表する準備をしている。また2に関しては、研究の成果を平成26年にAAALやAsia TEFLの国際学会で発表し、現在分析内容をとりまとめた論文を完成しつつある。3に関しては、データ入力が終わり次第、量的および質的分析に入る予定である。英語教育、児童英語教育、認知発達、教師教育本年度は研究の最終年度なので、これまでの研究を統括し、論文の形にまとめて発表し、今後の教員研修で活かせるようにする。一方で1に関しては、文法指導に関する意識調査のデータがまだ分析途中なので、この分析を含め、今後は小学校英語教育における文法の導入の可能性についての調査も進める。23に関しては、本学のプログラムであるので、大学等においてどのような教員養成が望まれ必要とされているかを引き続き探っていき、教員養成のモデルの構築を図る。他にまだ分析可能なデータが多々あるので、新たな視点で教師認知の研究を進める。さらに、今年度(平成27年度)、千葉県、および福井県教育委員会主催の小学校外国語活動教員研修が夏に予定されているので、そこで文字指導・文法指導に関する現場教員の信条、考え、小学校の教育環境等、教師認知に関するデータを取る予定でいる。今後の研究は、教員研修のモデルの構築、方法論の確立、教育実践および指導法の開発を目指し、実際の研修に還元する方向で進める。初年度は、児童英語教員養成課程の学生の教師認知の形成に焦点を当てて研究を行い、その成果を国内・国外の学会を通じて報告し、社会還元することができた。特に、当初の計画では予定していなかった海外での学会発表を行うことにより、動機付けを専門とする研究者から意見や助言を得ながら今後の研究方針を検討することができた。これまでに収集した複数枚数よりなるアンケート調査の用紙、インタビュー調査および授業観察などから得た書き起こし等を整理し、長期的な目的で保存するためにスキャナーを購入した。現在全ての資料をスキャナーに通し、今後新たな視点から研究に使用できるよう整理している。この他、情報を保存するために、USB(x2)とハードドライブを購入した。
胃癌の分子生物学的特徴に基づく、小線源療法を主軸とした個別化治療戦略

根治切除困難な進行胃癌では、化学放射線療法が適応となる。前立腺腫瘍に使用される125Iを用いた小線源療法では、通常の外部照射より高線量が安全に投与可能である。そこで、胃癌における小線源療法の安全性と有効性について検討した。胃癌細胞株(2種の低分化腺癌と1種の高分化腺癌)に対する小線源療法の増殖抑制効果を調べるため、proliferation assayを行ったところ、いずれも有意差をもって増殖が抑制された。この増殖抑制におけるアポトーシスの関与を調べるため、annexin Vとpropidium iodideによる二重染色、アポトーシスの主要なmediatorであるcaspase-3の活性を調べた。その結果、小線源療法は、アポトーシスを誘導することによって、分化度を問わず、胃癌細胞の増殖を、in vitroで抑制したことを証明した。次に、in vivoでの小線源療法の安全性と増殖抑制効果を検討するため、ヌードマウスを用いた胃癌播種モデルを構築した。125Iのseed(hot群)をアプリケーターにより腫瘍内部に打ち込み、主腫瘍量や生存率、合併症の有無、ならびにsacrifice後解剖し、転移巣の数や大きさを基に、その治療効果を調べた。noseed群、cold seed群と比較して、hot群では投与2週後までは、3群で腫瘍量に差を認めなかったものの、その後はhot群では、他の2群より優位に腫瘍量が少なく、定常状態となった。驚くべきことに、使用した胃癌細胞株全て(高分化型、低分化型、びまん型)において腫瘍抑制効果が観察され、免疫染色により、hot群ではアポトーシスが誘導されたことが証明された。以上より、胃癌の分化度と無関係に、125Iによる小線源療法の安全性と腫瘍抑制効果がin vivoでも確認できた。近年、本邦でも切除不能進行胃癌に対する、新規抗癌剤と放射線の併用療法の治療効果と安全性について報告されている。当院でも、根治切除困難な進行胃癌に対して、化学放射線療法を施行し、奏功例・根治切除の可能性が生じた症例には、胃切除を行い、組織学的完全奏功および長期無再発生存例を経験している。胃原発巣と所属リンパ節に、これまで以上にピンポイントの強度変調放射線照射が可能となってきたものの、呼吸性変動の大きな胃のような管腔臓器では、近接した他臓器による照射により重篤な合併症をもたらす。これに対して2003年より本邦で前立腺腫瘍に対して使用可能となった125Iを用いた小線源療法では、通常の外部照射より高線量が安全に投与可能である。さらに、胃癌の分子生物学的特徴に関する研究から、局所進行性胃癌として発見されることの多いびまん性胃癌では、PD-L1/2の発現増加が認められ、治療ターゲットとなりうる、と報告された。そこで本年度は、小線源療法の各種胃癌細胞培養レベルでの実験方法の確立および効果を検討した。まず、胃癌細胞株(2種の低分化腺癌と1種の高分化腺癌)に対する小線源療法の増殖抑制効果として、proliferation assayを行い、いずれも有意差をもって増殖が抑制された。次に、この増殖抑制にアポトーシスが関与しているかどうかを確かめるために、annexin Vとpropidium iodideによる二重染色を行ったところ、annexin V陽性細胞の増加を認めた。さらに、アポトーシスの主要なmediatorであるcaspase-3の活性が優位に増加していることを確認した。以上より、小線源療法は、アポトーシスを誘導することによって、分化度を問わず、胃癌細胞の増殖を、in vitroで抑制したことを証明した。今年度の当初の予定は、in vitroでの、各種の胃癌細胞株に対する、125Iによる小線源療法の増殖抑制効果の検討であった。まず、125I照射下での細胞培養レベルでの実験方法を確立した。すなわち、培養細胞が均一に照射され、無菌的な培養が継続できるよう、下の60mmの培養皿に、中心に1個とその周りの円上に8個の125I seedを均等に並べ、上の35mmの培養皿で胃癌細胞を培養した。さらに、より均等な照射を確保するために、一定の時間ごとに、上の培養皿を時計方向に回転することとした。Preliminaryな検討において、この方法で、ほぼ均等に照射された細胞の培養継続が可能であることが確認できた。次に、小線源療法の各種胃癌培養細胞に対する増殖抑制効果がproliferation assayにより実証された。その機序の少なくとも一つの大きな要因として、apoptosisの関与を想定し、annexin Vとpropidium iodideによる二重染色を行ったところ、3種類の癌細胞全てにおいて、apoptosisが誘導されていることを発見した。さらに、caspase-3の有意な活性増加を確証することにより、胃癌細胞は、分化度に関係なく、小線源療法でapoptosisを誘導することが可能であるとの、in vitroでの結論に至ることができた。2003年より本邦で前立腺腫瘍に対し使用可能となった125Iを用いた小線源療法では、通常の外部照射より高線量が安全に投与可能である。さらに、胃癌の分子生物学的特徴に関する研究から、局所進行性胃癌として発見されることの多いびまん性胃癌では、PD-L1/2の発現増加が認められ、PD-L1抗体は化学療法後に増悪した胃癌に対する使用が保険収載された。胃癌細胞株(2種の低分化