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遺跡出土試料の複眼的・理化学的解析による中国における家禽化プロセスの解明

家禽(ニワトリ、シナガチョウ、アヒル)の飼育は、新石器時代の中国北部で最初に始まったとされ、とくにニワトリの飼育は約10,000年前まで遡るとされてきた。本研究では、家禽化プロセスの解明のために、中国中部・北部の新石器時代と青銅器時代を中心に計23遺跡から出土した鳥類骨を調査した。その結果、新石器時代前期および中期の遺跡ではニワトリの可能性のある骨は皆無であり、また新石器時代後期や青銅器時代の遺跡でもニワトリの可能性のある骨の出土は稀だった。このことは、新石器時代前期や中期におけるニワトリの飼育を否定するとともに、青銅器時代においてもニワトリの利用は稀であったことを示唆すると考えられた。1.中国社会科学院において河南省洛陽市・偃師商城遺跡(約36003400年前)、同二里頭遺跡(約58003550年前)、河南省淅川県・下王崗遺跡(約50002700年前)から出土した鳥類遺体を調査した。その結果、下王崗遺跡からニワトリの可能性が高い骨を検出できた。偃師商城遺跡や二里頭遺跡では、形態からニワトリや他の家禽の可能性が高い骨は認められなかった。2.四川省文物考古研究所、四川省中央博物館、金沙博物館において、三星堆遺跡や同金沙遺跡から出土した鳥類遺体や青銅器を調査した。青銅器にはニワトリを模した可能性が高い資料をいくつか確認したものの、調査した鳥類遺体中にニワトリやガチョウなどの可能性が高い骨は認められなかった。3.中国の各遺跡におけるニワトリの出土状況や出土した骨の形態との比較のために、小竹貝塚(富山県・縄文時代前期)、青谷上寺地遺跡(鳥取県鳥取市・弥生時代後期古墳時代前期)、土井ヶ浜遺跡(山口県下関市・弥生時代)、カラカミ遺跡(長崎県壱岐市・弥生時代)から出土した鳥類遺体を調査した。このうちカラカミ遺跡からはニワトリの骨が検出された。キジ科の骨には、骨髄骨を含む骨や骨端の未癒合の幼鳥の骨などが認められ、当地で経代飼育がなされていた可能性が指摘できた。他の遺跡では家禽のものと考えられる骨は認められなかった。4.中国古代のニワトリに関する論文を中国側の共同研究者との共著で発表した。また、これまでの調査結果を整理・考察し、中国の遺跡出土のニワトリをテーマに国際学会1つを含む2回の学会発表をおこなった。さらに、調査した日本の各遺跡について投稿論文や報告書を執筆した。1.中国社会科学院において河南省申明鋪遺跡(BC206-AD8)および河南省山台寺遺跡(BC23002000)から出土した鳥類遺体を調査した。申明鋪遺跡からはニワトリが検出された。その形態は、現在一般に飼育されているニワトリに比べ細く、ほぼ並行する弥生時代のニワトリと同程度あるいはやや強い家畜化の傾向を示した。山台寺遺跡からはカラス科やタカ科とともに、キジ科、カモ亜科、ガン族の骨が検出された。しかし、これまでの調査では明確な家禽個体と考えられる資料は認められていない。2.中国におけるキジ科やカモ科資料の同定のために、奈良文化財研究所、山階鳥類研究所、スミソニアン博物館においてキジ科およびカモ科の現生骨格標本を調査した。とくにスミソニアン博物館ではニワトリの原種であるセキショクヤケイと近縁なハイイロヤケイやアオエリヤケイ、さらに中国に生息するキジ科各種の骨形態を調査し、セキショクヤケイと他種の形態差の検出に努めた。3.中国の各遺跡におけるニワトリの出土状況や出土した骨の形態との比較のために、大友府内町跡遺跡(大分県大分市・16世紀後半)とカラカミ遺跡(長崎県壱岐市・弥生時代)から出土した鳥類遺体を調査した。大友府内町跡遺跡からは大量のニワトリの骨が検出され、また解体や除肉にかかわると考えられる多数の痕跡も検出された。骨のサイズは弥生時代に比べると大きく、変異も大きかったものの、江戸時代に比べるとその変異の幅は小さいものであった。カラカミ遺跡ではアホウドリ科やウ科などの海鳥とカラス科が主体であり、キジ科やカモ科の出土は認められなかった。4.これまでの調査結果を整理・考察した。カモ科鳥類の同定に関する論文1本が学術雑誌に掲載された。また、遺跡出土のニワトリやガチョウをテーマに4回(国際学会1つを含む)の学会発表をおこなった。1.中国社会科学院において広西チワン族自治区桂林市・甑皮岩遺跡(約120007000年前)、河南省舞陽県・賈湖遺跡(約90006800年前)、山東省エン州市・王因遺跡(約65005550年前)、黒竜江省斉斉哈爾市・滕家崗遺跡(青銅器時代)から出土した鳥類遺体を調査した。その結果、いずれの遺跡でも形態からニワトリや他の家禽の可能性が高い骨は認められなかった。2.雲南省文物考古研究所、昆明市博物館、四川省博物院、金沙遺跡博物館、前漢南越王墓博物館、広州市博物館、広東省博物館、広東省文物考古研究所を訪れ、出土した鳥類遺体や青銅器・陶器を調査するとともに、今後の調査のための下交渉をおこなった。

3.ルイジアナ州立大学博物館(米国)と山階鳥類研究所でキジ科の現生標本を調査し、中国に生息するキジ科鳥類の同定基準作成に努めた。とくにルイジアナ州立大学博物館ではニワトリの原種であるセキショクヤケイに加えて、セイロンヤケイ、ハイイロヤケイ、アオエリヤケイの4種のヤケイ属(Gallus)の標本が観察できた。4.中国の各遺跡における鳥類遺体の出土状況や出土した骨の形態との比較のために、尻労安部洞窟遺跡(青森県・縄文時代中期後期)から出土した鳥類遺体を調査した。同遺跡ではニワトリやガチョウ、アヒルなどの可能性のある骨は認められなかったものの、スズメ目やウミツバメ科を中心にウズラ、キツツキ科など、他の遺跡では稀な小型鳥類の骨が多数確認された。5.これまでの調査結果を整理、考察し、中国の遺跡出土のニワトリをテーマに国際学会1つを含む2回の学会発表をおこなった。また、コラーゲンタンパクによるキジ科鳥類遺体の同定に関する学会発表をおこなうとともに、調査した尻労安部洞窟遺跡について報告書を執筆した。1.中国社会科学院において浙江省杭州市・跨湖橋遺跡(約80007000年前)、山西省運城市・西王村遺跡(約57004700年前)、甘粛省武山県・傅家門遺跡(約5000年前)、上海市・馬橋遺跡(約39004100年前)、陝西省西安市・フェン西遺跡(約31002800年前)、寧夏省回族自治区・固原県南郊史道洛墓(唐代)から出土した鳥類遺体を調査した。その結果、いずれの遺跡でも形態からニワトリや他の家禽と考えられる骨は認められなかった。2.山階鳥類研究所でキジ科の現生標本を調査し、中国に生息するキジ科鳥類の同定基準作成に努めた。3.中国の各遺跡における鳥類遺体の出土状況や出土した骨の形態との比較のために、養安寺遺跡(千葉県・縄文時代中期後期)、山野遺跡(千葉県・縄文時代後期晩期)、唐古鍵遺跡(奈良県・弥生時代前期後期)から出土した鳥類遺体を調査した。このうち、唐古鍵遺跡では弥生時代中期の土坑中からニワトリの骨を検出した。4.これまでの調査結果を整理・考察し、中国の共同研究者との共著で中国の遺跡出土のニワトリをテーマに2本、中国の遺跡出土の鳥類をテーマに1本の査読付き論文としてまとめるとともに、国際学会2つを含む3回の学会発表をおこなった。また、比較資料として分析してきた日本の遺跡から出土したニワトリの骨に関する知見も査読付き論文としてまとめた。さらに、調査した唐古鍵遺跡、山野遺跡、養安寺遺跡についてそれぞれ論文あるいは報告書を執筆した。家禽(ニワトリ、シナガチョウ、アヒル)の飼育は、新石器時代の中国北部で最初に始まったとされ、とくにニワトリの飼育は約10,000年前まで遡るとされてきた。本研究では、家禽化プロセスの解明のために、中国中部・北部の新石器時代と青銅器時代を中心に計23遺跡から出土した鳥類骨を調査した。その結果、新石器時代前期および中期の遺跡ではニワトリの可能性のある骨は皆無であり、また新石器時代後期や青銅器時代の遺跡でもニワトリの可能性のある骨の出土は稀だった。このことは、新石器時代前期や中期におけるニワトリの飼育を否定するとともに、青銅器時代においてもニワトリの利用は稀であったことを示唆すると考えられた。中国の共同研究者との綿密な連携のもと、3回の中国での調査を実施するとともに、共同研究者を日本に招聘し、議論を重ねた。これらの調査や議論によって順調に成果が上がっている。動物考古学本来であれば平成26年度でこれまでの成果をまとめて研究を終了する予定であったが、平成26年11月に関連分野の論文が出版されたため、論文投稿の前に追加分析が必要となった。平成27年度早々に中国に渡航し、論文内容の最終調整をおこない、論文を投稿する予定である。中国の共同研究者との綿密な連携のもと、4回の中国での調査を実施できた。
金ナノ粒子一次元配列構造に閉じ込められた光電場の空間構造の可視化とその起源の解明

金ナノ粒子が並んだ低次元配列構造に着目し、金ナノ粒子に閉じ込められた光電場の空間構造の可視化や電場増強機構の解明を行った。球状金ナノ粒子一次元配列構造や金ナノ四角柱二次元周期配列構造作製法を確立し、球状金ナノ粒子一次元配列構造に対しては、走査近接場光学顕微鏡を用いた光電場の空間分布の可視化、第二高調波発生顕微鏡を用いた第二高調波発生の空間分布の可視化を行った。金ナノ四角柱二次元周期配列構造に対しては、表面増強赤外吸収現象の増強機構の解明を目指す研究に取り組んだ。これらにより、金ナノ粒子低次元配列構造に光が照射されたときの、電場の振る舞いについて深く理解できるようになった。本研究では、金属ナノ粒子集合体の基本構造として特に重要な、直線状に球形金ナノ粒子が並んだ配列構造に着目し、金ナノ粒子一次元配列構造に閉じ込められた光電場の空間構造の可視化とその起源の解明を行うことを目的としている。本年度は、測定に必要な球形金ナノ粒子一次元配列構造作製法の確立に取り組んだ。一次元配列構造作製法の確立は、1.長さを制御した直線状のナノ微細加工を施した基板(テンプレート基板)の作製、2.作製したテンプレート基板に対し、これまでに申請者らが開発を行った金属ナノ粒子の二次元単層構造の新奇な作製法を適用、することで行った。テンプレート基板の作製は、電子ビーム(EB)リソグラフィー法を基礎に行うこととし、文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業に参画する東京大学拠点の、電子線描画装置(F5112+VD01)と汎用反応性プラズマエッチング装置(CE-300I)を用いて行った。EBリソグラフィーの描画条件やエッチング条件の検討を行い、金ナノ粒子一次元配列構造のテンプレートとして有効な基板作製のための超微細加工条件を決定し、石英基板を用いて実際にテンプレート基板の作製を行った。超微細加工を行った石英基板への新奇な金属ナノ粒子の二次元単層構造作製法の適用では、基板洗浄方法の検討やテンプレートに納まらなかった球形金ナノ粒子二次元単層構造の除去方法の検討を行った。作製した球形金ナノ粒子一次元配列構造の確認を走査電子顕微鏡で行い、設計に近い構造が作製できていることを確認した。本研究課題では、金ナノ粒子が並んだ低次元配列構造に着目し、金ナノ粒子に閉じ込められた光電場の空間構造の可視化や電場増強機構の解明を行うことを目的とした。本年度は、昨年度の研究で確立した方法で作製した金ナノ粒子一次元配列構造に対し、(1)走査近接場光学顕微鏡を用いた光電場の空間分布の可視化および(2)第二高調波発生顕微鏡を用いた第二高調波発生の空間分布の可視化を行った。(1)の走査近接場光学顕微鏡を用いた観察からは、励起波長により光電場の空間分布が変化する可能性があることを示唆する結果が得られた。(2)の第二高調波発生顕微鏡を用いた観察では、第二高調波を効率的に発生させる一次元配列中の粒子数が、励起波長により異なることを明らかにした。また、このような第二高調波発生に対する最適粒子数が、励起波長に依存していることは、有限差分時間領域(FDTD)計算でも定性的に説明できることも明らかにした。本年度はさらに、球形ナノ粒子配列構造だけでなく、(3)四角形の金ナノ四角柱の配列構造の周期配列構造の作製にも挑戦し、表面増強赤外吸収現象の増強機構の解明を目指す研究にも取り組んだ。その結果、これまでの研究では不可能であった定性的な解析が可能になり、これまで着目されてこなかった非共鳴的な古典電磁気学的な増強機構で、増強の大部分が説明できることを明らかにした。またマクスウェル方程式と有効媒質近似を基本とする四角柱モデルにより、実験結果の約8割が再現できることを示した。当初計画していた研究ステップをおおむね予定通りにクリアすることができている。測定対象とする試料の作製法の確立もほぼ完了した。分光学作製した球形金ナノ粒子一次元配列構造に対し、走査近接場顕微鏡を用いた測定を行うことで、一次元配列構造に閉じ込められた光電場の空間構造の可視化とその起源の解明を行う。汎用三次元電磁波解析ソフトウェアPoyintingと計算ワークステーションの購入を当初計画していたが、実際の測定データを得てから、その解析に最も適したソフトウェアの検討を再度行った方が良いと判断し、購入を次年度に見送ったため。今年度作製に成功した金ナノ粒子一次元

配列構造に対し、走査近接場顕微鏡を用いた測定を早急に行い、その結果をもとに購入ソフトの検討をし、汎用三次元電磁波解析ソフトウェアと計算ワークステーションを購入することを計画している。
環境税と産業の生産性:生産技術に対する企業の異質性と参入退出

本研究の目的は、環境税が産業全体の生産性に与える影響についてより詳細に分析するために、企業の生産性に関して異質性を導入し、企業の参入退出を考慮した一般均衡モデルを構築することにある。Melitz(2003)を参考に、産業の生産性に分布関数を導入し、企業生産性の異質性を考慮した内生的成長モデルを導入した。各企業には固定費用がかかるとし、連続的な企業の生産性分布のうち利潤ゼロとなる均衡カットオフポイントを導出、それ以下の生産性を持つ企業は退出することになると仮定した。環境税の導入によって、企業の費用負担が大きくなる場合、その費用をまかなえる生産性の高い企業だけが参入後生産を継続できる。一方、生産費用増加のため生産性の低い企業は退出を余儀なくされる。もし、環境税の導入がカットオフポイントを変化させ、生産性の高い企業の参入と低い企業の退出を促し、産業の生産性分布が高い方へシフトすれば、環境税は産業全体の生産性に正の影響を与える可能性がある。企業の生産性に関して異質性を導入し、企業の参入出を考慮した一般均衡モデルを構築した。企業の生産性に関して異質性を導入し、企業の参入退出を考慮した一般均衡モデルを構築した。平成22年度はまず、文献レビューを行い、研究のポイントについて再確認した後、ベンチマークとして異質性を導入しない場合について分析し、査読付き論文として提出した。次に、主に時間を考えない静学モデルを構築した。構築上留意した点は、モデルの検証可能性に配慮し、異質性導入に際して出来るだけ簡略化したことにある。平成23年度は、前年度構築した静学モデルを用いて、環境税の導入が企業の参入・退出を通じて産業全体の生産性にどのような影響を与えうるか、定性分析を行った。次に、数理モデルの現実妥当性を検証するため、シミュレーションによる定量的分析を行った。
「思考実験型」モデリング学習環境の運用方法論の構築と学習プロセスの分析

本研究は,「思考実験型」モデリング学習環境における学習プロセスを実験的に解明し,その実践的な運用方法論を定式化することを目的とする.我々が開発したモデリング学習環境は,非単調推論に基づく制約処理により通常は計算不可能なモデルの振る舞いをもシミュレートでき,かつその物理的意味を説明する能力を持つ.つまり,学習者は自己の仮説を「モデル」として自由に表現し,その帰結を観察することができる.本環境のインターフェース他の機能を実験用に改良し,教材作成を作成した上で,大学生を対象とした試験的利用を行った結果,モデリング学習プロセスおよびその方法論を明らかにすることができ,当初の目的を達成した.研究代表者らはこれまで,学習者の作成した誤ったモデルの振る舞いに対する適応的説明能力を持つモデリング学習環境を開発してきた.同環境は,非単調推論に基づく制約処理により,通常は計算不可能なモデルの振る舞いをもシミュレートすると共に,誤った振る舞いが物理的に何を意味するかを説明する能力を持つ.これらの新しい機能により,学習者が自己の仮説を「モデル」として自由に表現し,その帰結を適切な説明と共に受け取る「思考実験型の学習」が可能となる.これを基盤として,本研究では,本環境を用いて効果的な思考実験型学習を実現・展開するための方法論を確立すること,本環境における活動が学習者の誤概念をどのように変容させるかを解明すること,を目的として(1)本モデリング学習環境の改良と機能拡充,(2)システムの試験的・実験的利用のための教材の検討と作成,(3)試験的・実験的利用の実施,(4)その結果に基づく「思考実験型学習」方法論の定式化と概念変容プロセスのモデル化,を進めている.平成26年度は,上記の(1)および(2)を実施した.まず,現在のシステムのインターフェースを学習実験に耐え得るように強化し,また基本的な部品やその組合せ方に関するオンラインヘルプおよび文法チェッカを実装した.さらに,学習実験における種々のデータを収集・分析する機能(システムの操作ログおよびモデル変更履歴の自動記録)を実装した.次に,システムの試験的・実験的利用のための教材,すなわち初学者用チュートリアルおよび種々の難易度の課題を作成した.さらに,大学生8名を被験者として試験的運用を行い,新たに実装した機能が支障なく動作することを確認すると共に,収集したデータを分析して運用上の問題点の抽出および学習プロセスのモデル化に関する予備的検討を行った.いずれも良好な結果を得ており,平成27年度の計画実施へ向けての準備は整ったと言える.本研究では(1)研究代表者らが従来開発してきたモデリング学習環境の改良と機能拡充,(2)システムの試験的・実験的利用のための教材の検討と作成,(3)試験的・実験的利用の実施,(4)その結果に基づく「思考実験型学習」方法論の定式化と概念変容プロセスのモデル化,を計画している.これらのうち,平成26年度は(1)および(2)の実施を予定していたが,「研究実績の概要」に記載した通り,これらは順調に完了した.予定していた支援機能の一部は,検討の結果必要性が小さいと判断され実装を取りやめたが,本格運用に支障をきたすものでは勿論ない.また,本来平成27年度に予定していた試験的運用の一部を前倒しして実施するなど,予定よりも進んでいる項目もある.これらを総合的に判断した結果,本研究はおおむね順調に進んでいると考えられる.研究代表者らはこれまで,学習者の作成した誤ったモデルに対する適応的説明能力を持つモデリング学習環境を開発してきた.同環境は,非単調推論に基づく制約処理により,通常は計算不可能なモデルの振る舞いをもシミュレートでき,かつその物理的意味を説明する能力を持つ.これにより,学習者が自己の仮説を「モデル」として自由に表現し,その帰結を適切な説明と共に受け取る「思考実験型の学習」が可能となる.本環境を基盤として,本研究では効果的な思考実験型学習を実現するための方法論を確立すること,本環境での活動が学習者の誤概念をどのように変容させるかを解明することを目的として(1)本環境の改良と機能拡充,(2)システムの試験的・実験的利用のための教材作成,(3)試験的・実験的利用の実施,(4)その結果に基づく「思考実験型学習」方法論の定式化と概念変容プロセスのモデル化,を進めてきた.平成26年度は上記の(1)および(2)を計画通り完了し,平成27年度は(3)および(4)を実施した.当初,大学生と中学生を対象とする予定であったが,前年度の予備実験(対象は大学生)の結果から,さらに詳細なデータを追加収集する必要があることが判明した.中学生用のシステム・インターフェースの開発および教材作成に係る作業量が計画を超えたものになることが判明したこともあり,研究代表者・分担者間で検討した結果,今回は大学生に関する実験とデータ収集を集中的に行うこととした.大学生のみの実験でも学習プロセスのモデル化は問題なく行え,かつその結果を「思考実験型学習」方法論へと展開することは可能であるとの判断に基づくものである.その結果,「思考実験型学習」方法論への端緒となる,モデリングを通した学習プロセスの一端を明らかにすることができた.よって,本研究は当初の目的を概ね達成することができたと言える.本研究は,「思考実験型」モデリング学習環境における学習プロセスを実験的に解明し,その実践的な運用方法論を定式化することを目的とする.我々が開発したモデリング学習環境は,非単調推論に基づく制約処理により通常は計算不可能なモデルの振る舞いをもシミュレートでき,かつその物理的意味を説明する能力を持つ.

つまり,学習者は自己の仮説を「モデル」として自由に表現し,その帰結を観察することができる.本環境のインターフェース他の機能を実験用に改良し,教材作成を作成した上で,大学生を対象とした試験的利用を行った結果,モデリング学習プロセスおよびその方法論を明らかにすることができ,当初の目的を達成した.平成26年度の成果を基に,平成27年度は(3)試験的・実験的利用の実施,(4)その結果に基づく「思考実験型学習」方法論の定式化と概念変容プロセスのモデル化,を行っていく.(3)に関しては,引き続き大学生を被験者とした実験的利用を行い,フィードバックや時間遅れを含む系などの難度の高い課題における学習効果を測定すると共に,発話思考法を用いて,被験者が誤りを修正していく過程のデータを収集する.また,研究分担者および研究協力者の協力を得て,中学生を対象とした試験的利用を行い,課題の難易度や適切性,授業の進め方や支援・介入の仕方などに関して,教育現場におけるデータを幅広く収集する.(4)に関しては,システムの試験的・実験的利用を通して得られたデータの分析により,「思考実験型の学習」が実現されたのかどうか,学習の促進/阻害要因は何か,学習効果はどうであったか,を明らかにする.その結果を,システムの機能,課題と教材,教示と支援,学習者,評価法の観点から総括し,「思考実験型学習」実施への方法論として定式化する.また,「思考実験型の学習」が概念変容に貢献していると言えるのか,貢献しているとすればどのように貢献しているのか,何が促進要因になっているのか,をデータ分析から明らかにする.知識工学
学習院に関する基礎的研究

(1)日米修好通商条約違勅調印問題が発生した安政五年段階では孝明天皇は、「勅問之人々」と結んで朝政の実権を掌握、幕藩制的朝政機構である「三職」の長である内覧の九条尚忠を失権させ、戊午の密勅を降下させたこと。その際、孝明天皇と「勅問之人々」は雄藩の軍事的支援を得られるように工作していたこと。(2)安政の大獄により朝廷は幕府のコントロール下に置かれたものの天皇を「君主」とするイデオロギー上の位置づけが不変であったため、和宮降嫁策などにおいて「勅命」を幕府は公式的には拒否できなかったこと。(3)島津久光率兵上京により孝明天皇は、初めて、その至高性を保障する暴力装置を得て勅諚を貫徹し得たのであるが、その際、国事御用書記という幕末朝廷における最初の国事関係ポストが設置されていること。(4)学習院は、その講義施設として藩主クラスに対する礼遇と公卿と大名との政治的会談や伝奏・議奏などとの面談を行え得るスペースと構造とを備えていたことによること。(5)朝廷は、国権の最高機関として、新たに「支配の対象」としなけらばならなかった諸藩の政治的要求や意見を聴取し朝廷の政策決定を伝え諸藩を指揮命令する為の伝達の場を新たに確保する必要があったが、その場として「小御所取合廊下」という天皇や国事御用掛が「政務」を行う空間とは距離を置いた学習院が定置されたこと。(6)儀礼レベルでは藩主との直接的儀礼(天杯拝受など)には宮中小御所という天皇固有の「空間」が設定されいたのに対し、朝廷役職者と藩主・世嗣が儀礼を行う「役向の儀礼」の場として学習院という「空間」が使用されていたこと。1,史料調査及び複写東京大学史料編纂所、宮内庁書陵部、内閣文庫、山口県立文書館、高知市民図書館平尾文庫において学習院関係資料、及び関連資料の調査・複写を行った。その際、東京大学史料編纂所に関しては朝幕間の史料を閲覧するとともに同所所蔵の『維新史料稿本』マイクロをチェックした。また、宮内庁書陵部では「学習院建白留」「学習院仮日記」などの学習院関係史料、「議奏御役備忘」などの幕末朝政関係史料を、内閣文庫では近世朝幕関係史料を、山口県立文書館では毛利家文庫学習院関係記録に含まれる諸史料を調査・撮影する一方、高知市民図書館においては平尾文庫土佐維新史料の関連箇所の撮影に向けた予備調査を行った。2,採集史料の検討分析本年度に採集した史料の本格的検討は完了してないが、現時点で得られた知見、見通しは以下のとおりである。(1)学習院は、本来、公家教育機関として創建されたのであるが、御所施設の狭隘性のせいか、当初より教育の場としてだけではなく「会議室」として政治的用途にも使用されていたこと。(2)このため、三職以外の公家、諸藩士、浪士による「朝議」の場所として学習院が使用され、「学習院寄人」などの役職が設置されたこと。(3)学習院という「政治機関」が設置されていた後も、学習院は、公家教育に使用されており公家教育機関としての学習院も存続・機能していたこと。(4)学習院における議論の「政策」化については、朝廷における既存の政策決定機関を学習院の「朝議」に一部取り込む形で行われたこと。1,史料調査及び複写宮内庁書陵部、内閣文庫、山口県立文書館、東京大学史料編纂所において学習院関係史料、および関連資料の追加調査・複写を行った。

その際、宮内庁書陵部においては『伝奏日録』などの幕末朝廷政治機関の記録や『長州雑纂』などをはじめとする長州藩尊攘派の朝廷への入説活動を示す史料の閲覧・複写を行った。また、内閣文庫では、『公武御用雑誌』など幕末期の朝幕関係にかかわる史料、『文久紀事』などの編纂史料の調査・撮影を実施した。山口県立文書館では、昨年度に引き続き、『密局日常廉書』をはじめとする毛利家文庫の幕末尊攘運動関連史料などを調査し必要箇所の撮影を行った。2、採集史料の分析平成17年度収集した史料の分析と、同史料にもとづく日表作成などのデーター処理はほぼ終え、平成18年度に複写した史料の検討を現在、行っているところであるが、今まで得た知見は以下のとおりである。(1)学習院は、公家の教育機関として19世紀前半に創設されたとされているが、朝廷の学問の場所としての「学問所」は古くからあり、そこも朝廷の「会議室」的用途に使用されていたこと。(2)尊攘派の朝政壟断後、三職という従前の朝廷の政策決定機関とは異なる群議の場所として、また、それを朝廷の政策形成機関として位置づけることを目的として学習院は設置されたこと。(3)幕府が武家伝奏という、自己の政策を朝議化ための役職を朝廷内に有していたことに対して、長州藩は自己の政策を朝議化するための朝廷内の機関として学習院を創設・維持・活用しようとしていたこと。1、史料調査及び複写宮内庁書陵部、内閣文庫、山口県立文書館、鳥取県立図書館において学習院関係史料、幕末政治史関係史料の調査及び複写を行った。その際、宮内庁書陵部では橋本実麗関係史料や土佐勤王党関係史料などを中心に、内開文庫では、近衛忠煕関係史料を中心に調査及び複写を行った。また、山口県立文書館では毛利文庫の幕末尊皇擁夷運動関係史料の補足調査・複写を行った。さらには鳥取県立図書館では、幕末期京都藩邸の日記等の記録類の所在確認、調査、複写を行った。2、採集史料の分析の結果(1)尊王攘夷派が学習院を根城にして活動していた時期でも、学習院では朝廷の学問所(「教室」)として講義が行われている。このため、学習院は、本質的には政治機関というよりは本来参内の資格を持たない庶人の「詰問」、さらには大名、幕臣、藩臣、公家、庶人による会議のための「空間」というべきものである(2)文久2年から3年にかけての朝廷の政策決定過程は、形式的には議奏、武家伝奏、内覧、天皇という伝統的なルートが守られていたが、実質的には暴力装置を持つ諸勢力が、それらを壟断、あるいは圧迫することのより国家の最高意思としての「勅命」が決定されていた。(3)諸勢力とは幕府、大名、藩士、浪士、さらには欧米列強などであるが、大名、幕臣など参内の資格を持つものにとっては、学習院は単なる「会議室」であり、学習院自体は何ら政治性を帯びていなかったが、庶人である藩士、浪士にとっては「学習院」に「参候」することにより「王臣」として朝政に関与することが初めてできたので、「学習院」自体が一個の政治機関のような様相を帯びるようになった。
広禁制帯幅半導体と電極材の機能性ナノ界面構造制御

本研究は,次世代パワーエレクトロニクス材料として優れた特性を有する広禁制帯幅化合物半導体のコンタクト電極形成に関する諸問題の中からp型GaNとn型SiCの電極形成プロセスの制御に取り組んだ。p型GaNにおいては電極直下のGaN中の有効正孔濃度を増加させるため,アクセプター元素を不活性化させている原因である水素原子を除去することを目的に,熱処理中に電極間に電圧を印加した。その結果,電気伝導度の向上に効果があることを実証した。n型SiCではNiを成膜して熱処理した電極が電気伝導特性に優れるが脆弱である問題を,Ni上にTiを積層して熱処理することによって改善できることを実証した。p型窒化ガリウム(p-GaN)と金属配線材との界面でのコンタクト抵抗を低減するには,適切な電極材料を選択してショットキー障壁高を抑える,あるいは界面近傍のGaN中有効キャリア密度を上げてショットキー障壁幅を抑える2通りの方法がある.従来はGaN上に仕事関数の大きな金属材料を成膜後に熱処理する,前者に属する方法が多く採用されてきた.本研究でも電極材にNiおよびAuを採用して障壁高の低減を図ったが,それに加えて有効正孔濃度を高めて障壁幅を薄くする技術の開発に取り組んだ.p型GaNのアクセプター添加元素にはMgしか用いることができず,高濃度で添加しても有効正孔濃度がその約1%程度にしかならないことが知られている.GaNに添加したMgが有効なアクセプターとならない原因の1つに,MO-CVD法でGaNを形成する際に不可避的に混入するHが放出した電子がMgのアクセプター順位を占めることが挙げられる.このHを電極界面近傍から除去するため,熱処理中に電極間に直流電圧を印加して通電した.これは,電子を放出してイオン化したHは電圧印加により界面近傍から排出可能との予測に基づいている.高純度N2雰囲気下で従来に比べて200 K程度低い673 Kで3600 s間,電極間に30 Vの電圧を印加しながら熱処理したところ,コンタクト抵抗を著しく低下させることに成功した.さらに低温である573 Kにおいても電圧を印加しない場合に比べて2倍以上の電気伝導度が得られ,熱処理中の電圧印加がコンタクト界面近傍の有効正孔濃度上昇に効果的であることが証明された.これは,GaNの製造プロセスにおいて,水素の混入を抑制する,あるいは混入した水素を排出するプロセスが,有効正孔濃度を高めて品質を安定化させることにおいて必須であり,熱処理中の電圧印加がその有効な手段となることを示している.n型炭化ケイ素(n-SiC)と金属配線材の界面でのコンタクト抵抗を低減するにはSiCに隣接してNiSi層を形成することが有効であることが知られているが,NiとSiCの界面反応ではNiSi層ではなくNi2Si+C層を生じる.加えて,このNi2Si+C層が脆弱であるため,この界面構造の信頼性は著しく低い.この脆弱性はC相の存在に起因しており,C相を生じないよう反応制御することが求められる.本研究ではCとの親和性が高いTiを用いてTiCを形成するよう界面反応を制御することを試みた.(0001)から[11(-2)0]方向に8°傾斜した表面方位を有するn型4H-SiC単結晶基板上にNi, Tiの順にそれぞれ100, 80 nm成膜し,1273 Kで非常に短い時間真空熱処理した.その結果,Niのみを成膜して同様の熱処理を施した場合に比べて,同等の低抵抗オーミックコンタクト特性を維持したまま著しく機械的強度を向上させることに成功した.このとき,界面にはTiCが形成されている.これはC相の形成を抑制した界面反応制御が可能であることを示している.p型窒化ガリウム(p-GaN)の低抵抗コンタクト電極の形成に関しては,引き続き通電熱処理の効果について調べた.(0001)を表面方位とするp-GaN上にNiを成膜し,高純度N2雰囲気下で電極間に10 Vの電圧を印加しながら673 Kで熱処理し,熱処理時間による電気抵抗変化を計測した.その結果,熱処理の初期においては電圧を印加しない場合に比べて電気抵抗の低下が緩慢であることが判明した.一方,電圧を印加しない場合は早期に電気抵抗の低下が収束するのに対し,電圧を印加すると電気抵抗低下が持続し,電圧を印加しない場合の1/3に達する.これは,電圧を印加しない場合はGaN表面からごく表層近傍の水素が脱離するのに対し,電圧を印加した場合はGaN全体の水素が電極近傍に流動してから電極界面を通して脱離することによると理解される.次世代高効率パワー素子用半導体材料として期待されているSiCおよびGaNの低抵抗コンタクト界面構造とそのプロセス制御に関する課題に対して有効な解決方法の提示とその実証を行った.本年度はp型窒化ガリウム(p-GaN)の低抵抗コンタクト電極の形成において,水素透過能に優れ,かつ,仕事関数が大きい特性を有するパラジウムを用い,当グループで開発した通電熱処理法を適用し,熱処理過程における電気抵抗変化挙動を調査した。また,パラジウムと同程度の仕事関数を有するニッケル電極膜と比較することで,水素透過特性が電気抵抗変化挙動に与える影響を明確化した。p-GaN上にニッケルを成膜して高純度窒素中,673 K,10 Vの条件で通電熱処理した場合,電圧を印加しない場合と比較して初期の電気抵抗低下挙動が緩慢となる。

しかし,電圧を印加しない場合は約1 ksで飽和抵抗値に達し,それ以上の電気抵抗低下が生じなくなるのに対し,電圧を印加すると電気抵抗低下が長時間継続するとともに,飽和抵抗値が電圧を印加しない場合の約1/3に達する。一方,電極にパラジウムを用いた場合,通電熱処理による電気抵抗低下はニッケル電極の場合よりもさらに長時間持続し,電気抵抗の低下率もニッケル電極の1.5倍に達する。この差異はニッケルとパラジウムの水素透過能の差異に起因すると考えられる。すなわち,ニッケル電極の場合,負極近傍に泳動して集まった水素イオンは,窒化ガリウムとニッケルの界面のみを拡散して外部に排出されるのに対して,パラジウム電極の場合はパラジウム膜内拡散による排出も大きく寄与する。しかし,電気伝導度はニッケルの方が優れるため,パラジウム膜の厚さを適切に制御する必要がある。本研究は,次世代パワーエレクトロニクス材料として優れた特性を有する広禁制帯幅化合物半導体のコンタクト電極形成に関する諸問題の中からp型GaNとn型SiCの電極形成プロセスの制御に取り組んだ。p型GaNにおいては電極直下のGaN中の有効正孔濃度を増加させるため,アクセプター元素を不活性化させている原因である水素原子を除去することを目的に,熱処理中に電極間に電圧を印加した。その結果,電気伝導度の向上に効果があることを実証した。n型SiCではNiを成膜して熱処理した電極が電気伝導特性に優れるが脆弱である問題を,Ni上にTiを積層して熱処理することによって改善できることを実証した。従来,困難とされていたp-GaNへの低抵抗コンタクト電極形成に向けて,その障壁となる課題としてp-GaN製造時のGaN中への水素混入による有効正孔濃度の低下に着目し,それに対する解決方法として通電熱処理法を提案し,その効果を実証した.一方で,通電熱処理によって形成された界面組織解析の進展は十分とは言えず,通電熱処理によって得られた効果がどのような機構で発現するのか解明できていない.これは当初計画と比較して,界面プロセスに関する研究は計画以上の進展を見る半面,界面組織とプロセスメカニズムに関する検討がやや遅れている状態である.研究全体を見通したとき,最も困難な課題の解決法にH26年度中にめどをつけた意義は大きく,よって,順調に進展しているといえる.通電熱処理によるp-GaNへの電極形成プロセスに適した電極膜材料を模索する.本研究では電極材としてNiを使用してきたが,本年度の研究において電極近傍での水素脱離がプロセスの律速過程であることが判明した.これを改善するため,Niと同様に大きな仕事関数を有し,加えて水素等可能に優れるパラジウムを電極候補材に選定し,これまでと同様に通電熱処理によるコンタクト電極形成を行う.その結果をこれまでのNi電極で得られた結果と比較することにより,電極膜材料選択の指針を得る.界面制御工学p-GaNへの電極形成プロセスにおける通電熱処理を,ナノスケール界面組織解析に基づいて実施する.すなわち,通電熱処理によるコンタクト抵抗低減効果が当グループが提唱する仮説どおりに混入水素の排出によるものか,それとも通電によってコンタクト抵抗低減を実現する相を生成するような従来にない界面反応が誘起されたのかを確認する必要がある.界面組織解析には透過電子顕微鏡法を中心とした材料組織解析法を用いる.また,上記の解析結果に基づいて通電熱処理の最適条件を模索し,実用技術としての完成度を高める.H27年度は解決法が未知である困難な課題に取り組む必要があった.
熱中症による横紋筋融解症発症モデルを用いた脂質過酸化に伴う腎機能障害

横紋筋融解症の発症にミオグロビンによる脂質過酸化反応に伴う腎障害が寄与していることが知られている。本研究はラットにグリセロールを筋肉内投与した1,3時間後の腎機能及び腎組織内変化について検討を行った。その結果、腎機能は投与1時間後で有意に低下し、腎組織においてもミオグロビンによる尿細管閉塞が確認された。また、投与1時間後より炎症性サイトカインの発現上昇を認めたが、脂質酸化損傷マーカーは3時間後より発現上昇を認めた。以上の結果より、ミオグロビンによる脂質過酸化反応は、それが要因となって腎障害を引き起こすというよりは、既に発生している腎障害の悪化を促している可能性が考えられた。横紋筋融解症は骨格筋が融解・壊死し、筋細胞内のmyoglobin(Mb)が血中に漏出されることで、腎尿細管が閉塞され腎不全を来す。横紋筋融解症を引き起こす要因には、熱中症、挫滅症候群や高脂血症用薬の副作用等がある。横紋筋融解症の発症に脂質過酸化による尿細管障害が寄与していることが知られているが、病態発症後短時間内での脂質過酸化に関する研究報告は少ない。そこで本研究は横紋筋融解症発症ラットモデルを用い、病態発症後短時間での脂質過酸化及び細胞内分子の変化について検討を行った。実験動物には雄の7週齢SDラットを供した。横紋筋融解症発症群は、生理食塩水に溶かした50%glycerolを筋肉内投与し、対照群は同量の生理食塩水を投与した。Glycerol投与1,3時間後の腎臓・尿は、対照群と比較し著明な変化を認めた。血清中BUN、CRE、LDH、CPK値は、glycerol群は1時間後より有意な上昇が認められ、3時間後は更に上昇した。次に腎実質内の脂質過酸化の動向を、脂質過酸化損傷マーカーのNε-(Hexanoyl) Lysine(HEL)及び4-hydroxy-2-nonenal(4-HNE)を用いて確認した結果、glycerol投与1時間後は有意な変化は認められず、3時間後に有意な上昇が認められた。また脂質過酸化に寄与することが知られているperoxynitriteを評価するためNO産生量及びiNOSの発現を調べたところ、glycerol投与1時間後よりともに有意に増えていた。一方、横紋筋融解症に伴う急性腎不全にはIL-6やTNF-αといった炎症性サイトカインによる炎症反応も寄与していることが知られているが、これらの発現はglycerol投与1時間後より有意に上昇していた。以上より、glycerol投与1時間後は炎症反応による急性腎不全が起こっており、脂質過酸化は3時間後より認められたため、脂質過酸化はそれが起因となって腎障害を引き起こすというよりは既に起こっている病態を悪化させている可能性が考えられた。当初の研究計画では、横紋筋融解症発症モデル群と対照群の2群間において、細胞膜の構成成分であるリン脂質の過酸化反応について検討するため、腎臓のホモジネートから細胞膜画分のみの抽出を行い、脂質酸化損傷マーカーを用いて、病態群及び対照群における挙動変化の検討を行う予定であった。しかしながら、病態発症直後より腎実質内での変化が著明に認められ、尿の肉眼的変化も極めて顕著であったことから、glycerol投与1、3時間後の細胞内脂質過酸化の動向に着目して研究を遂行することとなった。また計画では、細胞膜画分より得られたリン脂質及び脂質構成脂肪酸の抽出及び脂肪酸組成解析に関しても行う予定であったが、本年度は病態発症群を作製後、腎組織・腎細胞内の脂質過酸化の挙動について、ウエスタンブロッティング法や免疫染色法による検討を行うまでとなった。しかしながら、本年度の得られた結果は、現在までに報告されていない新たな知見が数多く得られた。そのため、その研究成果については来年度内に学術論文として国際雑誌に投稿して発表することとした。横紋筋融解症の発症には、ミオグロビンによる脂質過酸化反応に伴う腎障害が寄与していることが知られているが、そのシグナル経路に関しては未解明な部分が少なくない。現在までに、Glycerol投与後短時間(横紋筋融解症発症直後)における脂質過酸化由来の腎障害に関する検討について詳細な研究報告はされておらず、投与後何時間内に脂質過酸化に至り腎障害を来すのかは知られていない。そこで本研究では、雄の7週齢SDラットに生理食塩水に溶かした50%glycerolを筋肉内投与し投与後1,3時間と短時間での検討を行った。その結果、Glycerol投与1・3時間後の腎臓及び尿の色調は、対照群と比較し著明な変化が認められた。血清BUN,CRK,LDH値は1時間後で有意に低下し、3時間後には1時間後よりも更に低下した。また。腎組織は1時間後よりミオグロビンによる尿細管閉塞が確認された。更に、glycerol投与1時間後より炎症性サイトカインのTNF-α及びIL-6の発現上昇、iNOSの発現上昇、NO産生量の増加も認めたが、脂質酸化損傷マーカーのNε-(Hexanoyl) Lysine(HEL),4-hydroxy-2-nonenal(4-HNE)、Nitrotyrosine(NT)の発現には有意な変化は認められなかった。一方3時間後はNT, HEL,4-HNEの有意な発現上昇を認め、腎機能は1時間後よりも更なる低下を認めた。

IL-6及びTNF-α、iNOSの発現は3時間後でも上昇していたが、有意差は認められなかった。以上の結果より、Glycerol投与1時間後では脂質過酸化反応が認められなかったにも関わらず、腎機能障害が生じたことより、ミオグロビンによる脂質過酸化反応は、それが要因となって腎機能障害を引き起こすというよりは、既に発生している腎機能障害の悪化を促す要因となっている可能性が考えられた。横紋筋融解症の発症にミオグロビンによる脂質過酸化反応に伴う腎障害が寄与していることが知られている。本研究はラットにグリセロールを筋肉内投与した1,3時間後の腎機能及び腎組織内変化について検討を行った。その結果、腎機能は投与1時間後で有意に低下し、腎組織においてもミオグロビンによる尿細管閉塞が確認された。また、投与1時間後より炎症性サイトカインの発現上昇を認めたが、脂質酸化損傷マーカーは3時間後より発現上昇を認めた。以上の結果より、ミオグロビンによる脂質過酸化反応は、それが要因となって腎障害を引き起こすというよりは、既に発生している腎障害の悪化を促している可能性が考えられた。本年度得られた研究結果に関して、Glycerol投与1時間後では脂質過酸化反応が認められなかったにも関わらず、腎機能障害が生じたことや、炎症性サイトカインの放出が1時間後と3時間後では有意な変化がなかったこと、3時間後に脂質過酸化が有意に上昇していたことなどから、ミオグロビンによる脂質過酸化反応は、それが要因となって腎機能障害を引き起こすというよりは、既に発生している腎機能障害の悪化を促す要因となっている可能性が示唆された。一般に横紋筋融解症発症時の様な酸化ストレスが高まっている場合、過酸化脂質の生成と消去のバランスが重要であり、過剰に生じた過酸化脂質は、多くの場合グルタチオンペルオキシダーゼやsuperoxide dismutase等で処理される。そして処理しきれない過酸化脂質は生体シグナルとして抗酸化防御系を促進するとともに、酸化ストレスを広範囲に伝播させる。恐らくglycerol投与1時間後の病態発症群では、この生成と消去のバランスが辛うじて保たれている可能性が考えられる。そこで来年度は、この酸化ストレスについて抗酸化剤の前投与による病態発症の抑制やそれに伴う腎機能障害の改善について検討を行うとともに、熱中症病態ラットモデルの作製し本年度で得られた研究結果が同様に認められるか検討を行う。法医学
細胞内主要ＡＴＰ分解酵素ＶＣＰの新規機能の解析

ヒトは一日あたりその体重に相当する重さのATPの合成と分解を行っていると言われており、ATPとATPaseは、生物(細胞)の活動になくてはならないものである。可溶性ATPaseの中で最も豊富に存在するのが、VCPと呼ばれるATPaseで、細胞に必須の蛋白質であるが、その詳細な機能はよく解っていない。我々は、このVCPのATPase活性を特異的に阻害する化合物KUS(Kyoto University Substance)を開発してきた。このKUSを作用させた細胞では、低グルコースや血清除去さらにはミトコンドリアの呼吸鎖の阻害剤処理に対して抵抗性を示し、ATPの減少が抑制されることを見いだし、VCPのATPase活性を抑制することが、ATPの有効な節約法であることを示してきた。このような背景の本、本研究では、細胞自身がVCPのATPase活性を抑制して、ATPの恒常性を調節するメカニズムが存在する可能性の検証とKUSを用いた疾患モデルへの介入実験を行った。平成29年度は、PC3など幾つかの癌細胞を飢餓状態にするとVCPが細胞内でドット状の構造体に変化することを見いだした。このドット状の構造体は、ライソゾームの一部に共局在し、その構造体の形成にはVCPのコファクターであるUfd1/Npl4が必要であり、この構造体は、アミノ酸の欠乏が引き起こしていることをみいだした。一方、薬剤誘導性のパーキンソン病モデルに、KUSを用いた介入実験を行った結果、KUSの投与は、培養ドーパミン神経細胞およびマウスの中脳黒質のドーパミン神経細胞を細胞死から保護する活性があることが判明した。さらに、心筋梗塞のモデルにおいてもKUSの投与によって、梗塞部位の体積の有意な減少が観察された。VCPは細胞内の主要なATPaseであり、我々が合成したVCPのATPaseの特異的な阻害剤KUSが、ストレス下でのATPの減少を抑制するというこれまでの実験結果から想定したように、細胞は、自身の対応としてVCPのATPase活性を抑制する手段を有していることが証明されつつある。その1つが飢餓時での応答で、PC3などの癌細胞では、アミノ酸飢餓時に、VCPをドット状の構造物に変換することで、アミノ酸飢餓に対応していることが明らかになった。即ち、VCPはこれまでに知られていないアミノ酸センサーの機能を持ち、アミノ酸飢餓に対して抵抗するシステムを構成することが示唆された。一方、KUSにより、パーキンソン病、心筋梗塞の治療の可能性も明らかになった。以上のように、本研究は、概ね順調に進展している。平成30年度の実験結果を踏まえ、論文に必要な追加実験を行うと同時に、当初平成31年度に予定した、VCPによる近接していない細胞間のエネルギー交換の可能性の検証、さらには、別の虚血性疾患である脳梗塞のモデル動物に対してKUSの治療効果の検証を行う。可溶性ATPaseの中で最も豊富に存在するのが、VCPと呼ばれるATPaseで、細胞に必須の蛋白質であるがその詳細な機能はよく解っていない。このような背景の本、本研究では、細胞自身がVCPのATPase活性を抑制して、ATPの恒常性を調節するメカニズムがある可能性の検証とKUSを用いた疾患モデルへの介入実験を行った。その結果、HEK細胞を飢餓状態にするとVCPが繊維状の構造体に変化することでATPの消費が抑制されること、そのVCPの繊維状の構造体への変換は脂肪酸の欠乏によること、このVCPの繊維状の構造体の形成にはビメンチンが必要であること、さらに、この構造体の形成を抑制するKUSが存在することを見いだした。また、VCPのノックアウト細胞では、グルコースの取り込みが減少し、この時、GLUT 1の細胞膜への移行が抑制されていることを見いだした。一方、網膜疾患のモデルマウス及びラットに対するKUSを用いた介入実験を行った結果、KUSの投与は、網膜色素変性、緑内障、網膜中心動脈閉塞症のモデルの網膜神経細胞を細胞死から保護する活性があることが判明した。その1つが飢餓時での応答で、HEK細胞ではVCPを繊維状の構造物に変換することで、ATPase活性を抑制していることが推測された。この時、GLUT-1の膜移行が阻害され、グルコースの取り込みも抑制されることが示唆された。また、別の細胞腫では、VCPが別の構造物に変換されることが判明しつつある。一方、KUSの網膜色素変性、緑内障、網膜中心動脈閉塞症への臨床治療薬の可能性も明らかになった。

ヒトは一日あたりその体重に相当する重さのATPの合成と分解を行っていると言われており、ATPとATPaseは、生物(細胞)の活動になくてはならないものである。可溶性ATPaseの中で最も豊富に存在するのが、VCPと呼ばれるATPaseで、細胞に必須の蛋白質であるが、その詳細な機能はよく解っていない。我々は、このVCPのATPase活性を特異的に阻害する化合物KUS(Kyoto University Substance)を開発してきた。このKUSを作用させた細胞では、低グルコースや血清除去さらにはミトコンドリアの呼吸鎖の阻害剤処理に対して抵抗性を示し、ATPの減少が抑制されることを見いだし、VCPのATPase活性を抑制することが、ATPの有効な節約法であることを示してきた。このような背景の本、本研究では、細胞自身がVCPのATPase活性を抑制して、ATPの恒常性を調節するメカニズムが存在する可能性の検証とKUSを用いた疾患モデルへの介入実験を行った。平成29年度は、PC3など幾つかの癌細胞を飢餓状態にするとVCPが細胞内でドット状の構造体に変化することを見いだした。このドット状の構造体は、ライソゾームの一部に共局在し、その構造体の形成にはVCPのコファクターであるUfd1/Npl4が必要であり、この構造体は、アミノ酸の欠乏が引き起こしていることをみいだした。一方、薬剤誘導性のパーキンソン病モデルに、KUSを用いた介入実験を行った結果、KUSの投与は、培養ドーパミン神経細胞およびマウスの中脳黒質のドーパミン神経細胞を細胞死から保護する活性があることが判明した。さらに、心筋梗塞のモデルにおいてもKUSの投与によって、梗塞部位の体積の有意な減少が観察された。VCPは細胞内の主要なATPaseであり、我々が合成したVCPのATPaseの特異的な阻害剤KUSが、ストレス下でのATPの減少を抑制するというこれまでの実験結果から想定したように、細胞は、自身の対応としてVCPのATPase活性を抑制する手段を有していることが証明されつつある。その1つが飢餓時での応答で、PC3などの癌細胞では、アミノ酸飢餓時に、VCPをドット状の構造物に変換することで、アミノ酸飢餓に対応していることが明らかになった。即ち、VCPはこれまでに知られていないアミノ酸センサーの機能を持ち、アミノ酸飢餓に対して抵抗するシステムを構成することが示唆された。一方、KUSにより、パーキンソン病、心筋梗塞の治療の可能性も明らかになった。以上のように、本研究は、概ね順調に進展している。平成29年度の実験結果を踏まえ、論文に必要な追加実験を行うと同時に、当初平成30年度に予定した、VCPによる細胞間のエネルギー交換の可能性の検証を行う。平成30年度の実験結果を踏まえ、論文に必要な追加実験を行うと同時に、当初平成31年度に予定した、VCPによる近接していない細胞間のエネルギー交換の可能性の検証、さらには、別の虚血性疾患である脳梗塞のモデル動物に対してKUSの治療効果の検証を行う。
胚盤胞補完法を用いた多能性幹細胞からの眼球再生

眼球は非常に複雑な組織構造を持つため従来の細胞レベルでの再生移植では限界があり、また眼球自体の再生は難しく世界で報告がない。本研究では眼球という複雑な実質臓器の三次元再生を目的とし世界で初めてそれを可能とする方法を見出した。将来的に大型動物での異種間胚盤胞補完法に応用しヒト自己多能性幹細胞(iPS細胞)由来の眼球角膜網膜全層再生を行い治療法のない失明を伴う多くの眼科疾患の新規治療を目的として本研究を行った。具体的には胚盤胞補完法の技術と眼球欠損マウスを組み合わせる方法を試みた。胚盤胞補完法とは特定臓器欠損動物の胚盤胞に正常iPS細胞を注入しキメラが成立すると欠損臓器がドナー由来に置換される。本研究ではまず眼球欠損マウスが必要で眼形成マスター遺伝子Pax6に着目した。Pax6は眼胞、水晶体、網膜、角膜に発現しPax6変異マウスはRx遺伝子の存在で前脳から眼胞が突出し頭部表皮外胚葉に接するが水晶体プラコードが誘導されず眼胞は退行変性する。本研究にはPax6ヘテロ変異マウス(B6EiC3Sn a/A-Pax6Sey-Dey/J)を用いた。眼球摘出し遺伝子解析免疫組織学的解析等を行い、その後ヘテロ型どうしを掛け合わせ眼球欠損マウスの作製を試みた。その過程でヘテロ型は野生型と比較し低体重で成長不良、奇形や視力障害も伴い通常の雌雄勾配や妊娠出産が難しい可能性が生じ、体外受精による受精卵作製と仮親への移植の必要性が高まり、本研究計画においてその過程を追加した。ヘテロ型雄のマウスを、排卵誘発した同雌と交配し受精卵を作製した。一部中断しているが随時本研究を再開し、その後の計画としては、この作製受精卵を仮親子宮に移植後得られた胚盤胞にEGFP標識iPS細胞を注入しドナー由来眼球再生の確認と網膜電図による視機能解析や免疫染色による眼球組織構造解析、遺伝子発現解析を施行し眼球再生モデルを構築する。25年度が最終年度であるため、記入しない。