hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遍歴電子系におけるゼオライト強磁性体に関する研究

3年目の本報告では、全体を総括した結果を示す。まず、初年度に行ったゼオライト(LSX)にMn^<2+>をイオン交換したMn_<48>LSXでは、5300Kにおいて常磁性であった。本年度は、遍歴電子を系内に導入するため、硝酸銅を含浸させ焼成したCuO-Mn_<48>LSXと10%H_2/Ar中で還元したCu-Mn_<48>LSXについて磁気物性を測定した。しかし、Mn_<48>LSXと同じ温度領域で磁化の変化もなく常磁性しか示さなかった。この結果、期待した遍歴電子系強磁性体を得ることができなかった。この結果の一部を表面(印刷中)に投稿している。次年度には、バルクで反強磁性-常磁性転移を示す二酸化マンガンをメソポーラスシリカに導入したMnO_2/MCM-41を調製した。バルクでは、100Kにネール温度を示すが、メソ細孔内に存在するMnO_2は、50Kにネール点があり、50K以下で強磁性と反強磁性が混在していることがわかった。メソ細孔内のMnO_2は、γ-MnO_2相に50%のβ-MnO_2相がdefectとしてランダムに存在している構造をとっていた。このdefbct量を変化させ75%のβ-MnO_2相を含むMnO_2/MCM-41-Pr=75では、10Kにキュリー点を示し、強磁性-常磁性転移しか観測されなかった。メソ細孔内では、空間の制約があるためナノ結晶として二酸化マンガンは存在していると考えられる。そのため、サイズ効果によりバルクとは異なる磁性を示したと考えられる。また、β相とγ相の間の強相関相互作用による磁性が発現したことも原因であると考えられる。以上のように、遍歴電子系での強磁性体を調製し、その物性を解明することを目標としていたが、目的とする機能の発現を確認することはできなかった。しかし、強相関相互作用によるナノ結晶の磁性について興味深い知見を得ることができた。Mnイオン交換したLSXについて、2300Kの温度領域でSquidによる磁化測定を行った。昨年までの研究において、50K以上の温度領域では、常磁性的な挙動を示していることがわかっている。今回の測定では、反強磁性的な挙動を示しながらも、ネール温度は、この領域にはなく、常磁性であることがわかった。また、昨年までの研究では、Mnイオンの存在する2種類のサイトにおけるスピン磁気量子数が、(Site I, Site II")=(3/2,5/2)と(5/2,4/2)のいずれかであることがわかっているが、いずれかに断定することはできなかった。今回の測定では、各サイトにおけるスピン磁気量子数は、(Site I, Site II")=(5/2,3/2)であることがわかった。次に、磁場中での窒素および酸素吸着測定を行った。測定装置は、東北大学理学研究科物理学専攻村上研究室に既設の超伝導磁場発生装置に自作の容量法吸着装置を組み合わせたものを使用した。印加磁場は9.5Tとし、測定温度は90.5Kで行った。酸素吸着において、細孔充填が起こる低圧領域では、磁場の有無によらず吸着量に差は見られなかった。しかし、主として骨格外表面で吸着する高圧領域で磁場中の吸着量が多くなることがわかった。窒素吸着では、低圧領域において磁場中での吸着の方が吸着量が多くなる傾向が見られた。最後に、Cu(NO_3)_2水溶液を用いて含浸法においてMn-LSXにCuを導入した。Cu導入後、硝酸イオンを除去するため真空中473Kで加熱処理した。Cu導入Mn-LSXについて、2300Kの温度領域で磁化測定を行った。その結果、銅の導入導入量によって有効磁気モーメントが変化し、遍歴電子によるMn-LSXの磁気特性が変化することを示唆する結果が得られた。昨年までの研究において、イオン交換によってマンガンイオン(Mn^<2+>)を導入したゼオライト(Low silica X-zeolite, LSX)では、2300Kの温度領域で常磁性しか示さなかった。そこで、本年度は、イオンドープではなくバルクで磁気特性を示す材料を、ゼオライトに導入することにした。導入する材料として反強磁性から常磁性にネール点を有する二酸化マンガンを選択した。また、二酸化マンガンの反強磁性は、スピン磁性に由来している。これを導入するにあたり、ゼオライトでは細孔の大きさが小さく、1ユニットセル程度しか導入することができないため、数十Åの細孔径を有するメソ多孔体(MCM-41)を器として用いることにした。含浸法により硝酸マンガンを細孔内に導入し、383Kで焼成することで二酸化マンガンを調製した。X線回折測定により二酸化マンガンが存在存在することが確認されたた。窒素吸着測定から、比表面積および細孔容積が半減していることが確かめられたが、X線回折測定より骨格構造は保持していることが確認できたことから、二酸化マンガンが存在する細孔と空の細孔が混在していると考えられる。二酸化マンガンを導入したMCM-41をSQUIDを用いて2300Kの温度領域で磁化測定を行った。

その結果、バルクでは、100Kで反強磁性-常磁性転移が見られるはずが、50Kで強磁性から常磁性への転移が観測された。二酸化マンガンは、らせん磁性を示し、らせんピッチはc軸方向に7ユニットセルの大きさを持つ。ユニットセルのc軸方向の大きさは2.5Åであるため、約30Åの細孔径をもつMCM-41の細孔内には約12個のユニットセルが導入されたことになる。そのことから、導入した二酸化マンガン粒子の両端のスピンの向きが完全に反転せずにほぼ同じ方向を向いたために強磁性を示したと考えられる。3年目の本報告では、全体を総括した結果を示す。まず、初年度に行ったゼオライト(LSX)にMn^<2+>をイオン交換したMn_<48>LSXでは、5300Kにおいて常磁性であった。本年度は、遍歴電子を系内に導入するため、硝酸銅を含浸させ焼成したCuO-Mn_<48>LSXと10%H_2/Ar中で還元したCu-Mn_<48>LSXについて磁気物性を測定した。しかし、Mn_<48>LSXと同じ温度領域で磁化の変化もなく常磁性しか示さなかった。この結果、期待した遍歴電子系強磁性体を得ることができなかった。この結果の一部を表面(印刷中)に投稿している。次年度には、バルクで反強磁性-常磁性転移を示す二酸化マンガンをメソポーラスシリカに導入したMnO_2/MCM-41を調製した。バルクでは、100Kにネール温度を示すが、メソ細孔内に存在するMnO_2は、50Kにネール点があり、50K以下で強磁性と反強磁性が混在していることがわかった。メソ細孔内のMnO_2は、γ-MnO_2相に50%のβ-MnO_2相がdefectとしてランダムに存在している構造をとっていた。このdefbct量を変化させ75%のβ-MnO_2相を含むMnO_2/MCM-41-Pr=75では、10Kにキュリー点を示し、強磁性-常磁性転移しか観測されなかった。メソ細孔内では、空間の制約があるためナノ結晶として二酸化マンガンは存在していると考えられる。そのため、サイズ効果によりバルクとは異なる磁性を示したと考えられる。また、β相とγ相の間の強相関相互作用による磁性が発現したことも原因であると考えられる。以上のように、遍歴電子系での強磁性体を調製し、その物性を解明することを目標としていたが、目的とする機能の発現を確認することはできなかった。しかし、強相関相互作用によるナノ結晶の磁性について興味深い知見を得ることができた。
リボソームの異常と発がん:ゼブラフィッシュを用いた解析

リボソームはすべての生物にとってきわめて重要なタンパク質合成装置である。リボソーム構成成分の量的変動がリボソームの機能を変化させ、細胞のがん感受性を高める可能性がある。本年度は、リボソームタンパク質L11(rpl11)の遺伝子のノックダウンとP53の活性化および核小体ストレスとの関連を解析し、以下の成果をあげた。1.リボソームタンパク質L11の欠損とp53の活性化ゼブラフィッシュの刑rpl11遺伝子をMOを用いてノックダウンしたところ、受精後24時間で、頭部、尾部、色素沈着などに異常がみられ、受精後4日では、頭部、眼球の発達遅滞が著しく、内臓の形成不全も観察された。タネル法によりアポトーシスを検出した結果、これらの部位で細胞死を起こしていることが明らかになった。そこで、p53および関連遺伝子の発現を解析した結果、p53の活性化によりアポトーシスが促進されていることが確認された。これは以前の培養細胞を用いた研究と逆の結果であり、発がんにおけるリボソームの新たな関わりを示唆している。2.リボソームタンパク質L11の欠損と核小体ストレスL11のノックダウン胚における核小体タンパク質(wdr36,wdr55,bap28,rrs1,bxdc1,nc1,gnl3,pes,bop1)の発現を転写レベルで調べた結果、gnl3とbop1の発現が上昇していた。また、in situハイブリダイゼーションによる観察においても、これら遺伝子の発現が頭部で亢進していることが確認され、これは、L11のノックダウン胚で見られる表現型の異常と良く一致していた。さらに、発現のタイムコースを調べたところ、これら遺伝子の発現の上昇はP53の活性化とも相関していた。これは、L11のノックダウン胚におけるp53の活性化が、核小体タンパク質の過剰発現により引き起こされる可能性を示している。本研究は、モデル動物としてゼブラフィッシュを用いてリボソームの異常と発がんとの関連を解明することを目的とする。本年度は以下の解析を行った。1.RP遺伝子ノックダウンモデルの作製リボソーム変異モデルを作製するために、モルフォリノアンチセンスオリゴをゼブラフィッシュの受精卵に注入して、RP遺伝子の翻訳を阻害した。RPL11とRPL23遺伝子のノックダウン個体では頭部と尾部に異常がみられ、RPL35とRPL35a遺伝子では体幹部と血液循環に異常がみられた。2.RP遺伝子の過剰発現モデルの作成in vitro転写系で合成したRPL15遺伝子のmRNAをゼブラフィッシュの受精卵に注入して過剰発現させた。受精後24時間では特に異常は観察されなかった。しかし、さらに観察を続けたところ、9日から22日後に内蔵とくに肝臓の形成に異常がみられた。3.ノックダウン個体におけるがん関連遺伝子の発現解析RPL11およびRPL23遺伝子のノックダウン個体からRNAを抽出し、がん抑制遺伝子p53の発現変動をRT-PCRにより調べた。その結果、p53mRNAのレベルが上昇するとともに、アポトーシス経路に関わるcaspase 3、baxの発現も上昇していることが明らかになった。また、ゼブラフィッシュ胚をタネル法で染色したところ、中脳、後脳部分に強いアポトーシスシグナルが観察された。RP遺伝子のノックダウンによりp53が活性化されアポトーシスが誘導された可能性が考えられる。本年度は、がん抑制遺伝子p53と相互作用することが知られているリボソームタンパク質L11(rpl11)の遺伝子を、ゼブラフィッシュでノックダウン(発現抑制)することにより、以下の点を明らかにした。1.rpl11の発現抑制は細胞死による発生異常を引き起こすrpl11をノックダウンしたゼブラフィッシュの胚は、受精後24時間で、頭部、尾部、色素沈着などに異常がみられた。受精後4日では、頭部、眼球の発達遅滞が著しく、内臓の形成不全も観察された。2.p53関連遺伝子の発現はrpl11のノックダウンにより活性化されるp53により引き起こされる細胞死に関わる遺伝子の発現を半定量的PCRにより測定した。その結果、p21、bax、mdm2ともにrpl11のノックダウンにより発現の上昇が見られた。これは、rpl11の発現抑制がp53依存のアポトーシスを活性化することを示している。3.初期胚の発生異常はp53を同時にノックダウンすることにより回復するrpl11のノックダウン胚に見られる発生異常は、p53を同時にノックダウンすることにより部分的に回復した。タネル法でアポトーシスを起こしている部位を検出したところ、同様な部位で細胞死が観察された。この結果は、アポトーシス細胞におけるrpl11とp53の相互作用を強く示唆している。以上の結果より、リボソームタンパク質の欠損によるリボソームの異常は、p53依存のアポトーシスを引き起こすことが明らかになった。したがって、この経路の障害は発がんの重要なステップになると考えられる。

リボソーム構成成分の量的変動がリボソームの機能を変化させ、細胞のがん感受性を高める可能性がある。本年度は、リボソームタンパク質L11(rpl11)の遺伝子のノックダウンとP53の活性化および核小体ストレスとの関連を解析し、以下の成果をあげた。1.リボソームタンパク質L11の欠損とp53の活性化ゼブラフィッシュの刑rpl11遺伝子をMOを用いてノックダウンしたところ、受精後24時間で、頭部、尾部、色素沈着などに異常がみられ、受精後4日では、頭部、眼球の発達遅滞が著しく、内臓の形成不全も観察された。タネル法によりアポトーシスを検出した結果、これらの部位で細胞死を起こしていることが明らかになった。そこで、p53および関連遺伝子の発現を解析した結果、p53の活性化によりアポトーシスが促進されていることが確認された。これは以前の培養細胞を用いた研究と逆の結果であり、発がんにおけるリボソームの新たな関わりを示唆している。2.リボソームタンパク質L11の欠損と核小体ストレスL11のノックダウン胚における核小体タンパク質(wdr36,wdr55,bap28,rrs1,bxdc1,nc1,gnl3,pes,bop1)の発現を転写レベルで調べた結果、gnl3とbop1の発現が上昇していた。また、in situハイブリダイゼーションによる観察においても、これら遺伝子の発現が頭部で亢進していることが確認され、これは、L11のノックダウン胚で見られる表現型の異常と良く一致していた。さらに、発現のタイムコースを調べたところ、これら遺伝子の発現の上昇はP53の活性化とも相関していた。これは、L11のノックダウン胚におけるp53の活性化が、核小体タンパク質の過剰発現により引き起こされる可能性を示している。
細胞接着に関わる糖鎖修飾機構の構造機能解明

ジストロフィン糖タンパク質複合体は筋肉や脳神経組織など多くの組織で重要な糖タンパク質複合体であり、細胞内骨格と細胞外マトリックスを物理的に繋げる働きをしている。αジストログリカンはその複合体のサブユニットであり、細胞表面に局在している。αジストログリカンに付加されたO-マンノース型糖鎖が細胞外マトリックスタンパクであるラミニンと直接相互作用し、そのO-マンノース型糖鎖の形成不全が先天性筋ジストロフィーを引き起こす。当該年度での研究では、これまでのO-マンノース型糖鎖の形成に関わるFukutin-related protein (FKRP)の構造機能解析を基に変異体を用いた機能解析を行うことで構造機能相関を明らかにした。FKRPはFuktinと合わせてcore M3と呼ばれる糖鎖にリン酸リビトールをタンデムに負荷する糖転移酵素であり、哺乳類において、リビトールを利用する唯一の酵素である。哺乳類細胞発現系を用いてFKRPを大量精製及び結晶化を行い、FKRPの高分解能立体構造を決めるとともに、基質との複合体構造も合わせて決定してきている。FKRPは一般的な糖転移酵素とは異なり、リン酸ヌクレオシド転移酵素と似た構造を取っていた。そのため、一般的な糖転移酵素とは異なる進化の過程を経て生まれていることが分かった。基質との複合体構造解析及び変異体を用いた機能解析の結果、FKRPはリン酸ヌクレオシド転移酵素とも異なる基質認識機構を獲得することで、core M3糖鎖を特異的に認識し、リン酸リビトールを転移することを明らかにできた。本研究ではこのO-マンノース型糖鎖の形成に関わるPOMGnT1及びFKRPなどの構造機能解析を進めた。POMGnT1についてはこれまでに構造機能解析を連携研究者と進めており、平成28年度にPNAS誌に研究結果に発表することができ、複数の国内外の学会で発表を行った。また、この結果により国際シンポジウムThe 3rd International Symposium on Glyco-Neuroscienceにおいて、Excelent poster awardを受けた。FKRPに関しては明らかにした結晶構造に基づいて、疾患関連変異の影響などを連携研究者らと議論し、立体構造に基づいた疾患関連変異の分類を行うとともにFKRP機能不全の回復方法を確立するための準備実験を始めている。また、FKRPと基質との複合体結晶構造解析を進め、FKRPの基質認識機構の解析を進めている。さらにFKTNやTMEM5などのO-マンノース型糖鎖修飾に関わる酵素群の大量発現及び大量精製のための発現コンストラクトの検討を行い、それぞれについて最適と思われる発現領域の判定を行った。連携研究者らのグループがFKRP, FKTN及びTMEM5の基質同定及びそれら糖転移酵素が作成するポストリン酸化修飾構造を明らかにした(M. Kanagawa et al., Cell Reports (2016), H. Manya et al., JBC (2016))。これにより、平成28年、平成29年に計画していたFKTN、FKRP、TMEM5の基質同定がほぼ完了したことになる。FKTNはCore M3と呼ばれるO-マンノース型糖鎖にリン酸化リビトールを転移し、FKRPはその後に再度リン酸化リビトール、TMEM5はその後にキシリトールを転移する。この糖鎖構造はこれまで全生物種で発見されたことのない特異な糖鎖構造であり、さらに哺乳類細胞がリン酸化リビトールを利用する初めての報告である。現在この結果に基づき、それぞれの基質認識機構及び糖転移機構の解析を、X線結晶構造解析及び生化学的解析を行おうとしている。そのため、申請者グループの研究は当初の予定より早く進んでいる。当該年度での研究では、このO-マンノース型糖鎖の形成に関わるFukutin-related protein (FKRP)の構造機能解析を進めた。哺乳類細胞発現系を用いてFKRPを大量精製及び結晶化を行い、FKRPの高分解能立体構造を決めるとともに、基質との複合体構造も合わせて決定した。

連携研究者らのグループがFKRP, FKTN及びTMEM5の基質同定及びそれら糖転移酵素が作成するポストリン酸化修飾構造を明らかにした(M. Kanagawa et al., Cell Reports (2016), H. Manya et al., JBC (2016))。これにより、今年度に計画していたFKTN、FKRP、TMEM5の基質同定がほぼ完了したことになる。さらに今年度にFKRPの立体構造を明らかにすることで、新規の基質認識及び糖転移機構の、高分解能立体構造に基づく機構解明を行うことができている。また、FKTN、FKRP、TMEM5それぞれの遺伝子をノックアウトした細胞をすでに構築済みであり、変異体の細胞内機能解析のための準備もできている。ジストロフィン糖タンパク質複合体は筋肉や脳神経組織など多くの組織で重要な糖タンパク質複合体であり、細胞内骨格と細胞外マトリックスを物理的に繋げる働きをしている。αジストログリカンはその複合体のサブユニットであり、細胞表面に局在している。αジストログリカンに付加されたO-マンノース型糖鎖が細胞外マトリックスタンパクであるラミニンと直接相互作用し、そのO-マンノース型糖鎖の形成不全が先天性筋ジストロフィーを引き起こす。当該年度での研究では、これまでのO-マンノース型糖鎖の形成に関わるFukutin-related protein (FKRP)の構造機能解析を基に変異体を用いた機能解析を行うことで構造機能相関を明らかにした。FKRPはFuktinと合わせてcore M3と呼ばれる糖鎖にリン酸リビトールをタンデムに負荷する糖転移酵素であり、哺乳類において、リビトールを利用する唯一の酵素である。哺乳類細胞発現系を用いてFKRPを大量精製及び結晶化を行い、FKRPの高分解能立体構造を決めるとともに、基質との複合体構造も合わせて決定してきている。FKRPは一般的な糖転移酵素とは異なり、リン酸ヌクレオシド転移酵素と似た構造を取っていた。そのため、一般的な糖転移酵素とは異なる進化の過程を経て生まれていることが分かった。基質との複合体構造解析及び変異体を用いた機能解析の結果、FKRPはリン酸ヌクレオシド転移酵素とも異なる基質認識機構を獲得することで、core M3糖鎖を特異的に認識し、リン酸リビトールを転移することを明らかにできた。(FKRPの基質認識機構及び糖転移機構解析)FKRPは既に結晶構造を明らかにしており、FKRPの精製及び結晶化は問題なく遂行できている。今後は明らかにした基質を用いて、基質複合体の構造解析を行う。用いる基質は前年度に同定された糖鎖を用いるが、作成できる量が少ないため、精製糖転移酵素を用いた大量作成や基質への親和性が上昇できるFKRP変異体の利用などを用いて基質複合体の解明を行う。明らかにした構造に基づいて変異体を作成し、生化学的解析やFKRPノックアウト細胞を用いた細胞内での解析行い、糖転移機構の解明や筋ジストロフィー発症機構解明に繋げる。(FKTNの大量精製及び結晶化)
自然科学分野の論文と口頭発表のデータベース構築とディスコース分析

本研究は、英語を母語とする同一科学者による同じタイトルの自然科学分野の口頭発表と論文を収集したテキストデータベース(コーパス)の構築と公開をめざしている。本コーパスは、自然科学分野について話す際と書く際の英語の相違及び相違の要因を探る目的に最も適した特殊コーパスといえる。データ収集方法は、自然科学分野の国際会議で録音した口頭発表をその分野に近い専門家とともに文字化し、論文は口頭発表と同一著者、同一タイトルのものを会議のプロシーディングズから抜き出しOCRで読み、機械可読形式にした。本年度が3年計画の最終年度にあたり、最終的に10対の口頭発表(計約42,000語)と論文(計約33,000語)を収集した。各著者に出したコーパス公開の承諾依頼書がすべて返信され次第、CD-ROM上でKWICコンコーダンス作成ソフト(既成フリーウェア転載承諾済み)とともに非営利・研究目的にのみ使用する旨の書面にサインされた研究者に配布する。本コーパスを用いて口頭発表と論文の相違を分析した。まず、ディスコースの枠組みをつくる主要な手段ある主題構成と主題中の結束手段を比較し、口頭発表の主題部には代名詞や接続詞、関係詞が多用されているのに対し、論文では名詞句が多用されていることが解った。つぎに、伝達内容がどのように構成されているかを中心に比較した。その結果、口頭発表には「後方付加的」「主張緩和的」傾向が見られることがわかった。これらの相違をうまく説明できるディスコース形成モデルを提示した。
パラバイオシスラットを利用した骨軟骨欠損修復細胞由来の解明と組織修復への応用

軟骨欠損修復部に動員され修復に関与する細胞の由来、性質を、G F Pラットと野生型ラットのパラバイオシスラットを使って経時的に解析した。その結果、骨軟骨欠損修復過程初期において、末梢血からの細胞が欠損部に集積することを明らかにした。さらにこの結果に基づき、骨髄を刺激するgranulocytecolony stimulationfactorg(G-C S F)を150μg/kgで5日連続、ラットに投与すると、末梢血中の有核細胞数が3日目から6日目まで増加すること、その時点でラット膝関節に直径1.5mm、深さ1mmの骨軟骨欠損を作成すると、骨軟骨欠損修復が促進は軽度であることを明らかにした。さらに良い修復を得るために、我々は、G-CSFの投与方法を変え、150μg/kgを2週間投与すると、末梢血中の有核細胞数を3日目から14日目までさらに大きく増加させる効果があることを明らかにした。その時点でラット膝関節に直径2mm、深さ2mmの骨軟骨欠損を作成し、2週間後に観察した。その結果、最初のG-CSF投与方法(150μg/kgを5日連続投与)における修復組織と比較して、Wakitaniscoreによる修復組織の定量評価、画像解析による組織修復率の定量評価、軟骨率の定量評価、軟骨下骨の定量評価とも、有意な改善は得られなかった。関節軟骨損傷の自然修復過程に血流中の細胞が関与する可能性について、GFP transgenic Lewis ratとwild type Lewis ratのparabiosisという血流交換モデルを使って研究した。Parabiosisとは体の側面の皮膚を切開し、筋、皮下、皮膚を相手と縫い合わせるモデルであり、術後約2週で半分ずつの血流を共有した状態になる。27ペア作成したが3ペア死亡し24ペアで解析した。ペア作成4週後フローサイトメトリーで血流が共有されていることを確認した後、膝関節軟骨に径1.5mm深さ1mmの骨軟骨欠損を作成した。術後1, 2, 4, 24週(各群6ペアづつ)の免疫組織標本を作成し、欠損内の細胞の由来(GFPおよびwild rat別々に)を解析した。欠損作成後1週では欠損部は線維性組織と少数の未分化な細胞で覆われていた。wild ratの欠損部に存在する未分化細胞の約30%にGFP陽性の細胞が認められ、GFP ratの欠損部にも約40%にGFP陰性の細胞が認められ、欠損部に血液由来細胞が存在することが明らかになった。欠損作成後2週では、欠損部を埋めていた線維性の組織が減り、分化した細胞成分が増加し、4週では欠損部が一部軟骨細胞で修復されていた。Wild ratではGFP陽性細胞は数%に、GFP ratではGFP陰性細胞は約30%に減少した。Wild ratの新生軟骨細胞はほとんどGFP陰性であったが一部GPF陽性細胞も存在し、血液由来細胞が軟骨修復に寄与している可能性が示唆された。24週では、欠損部の多くは軟骨組織で覆われるが、新生軟骨細胞はほぼ、wild ratはGFP陰性、GFP ratではGFP陽性の細胞であった。このことから、関節軟骨欠損自然修復の初期には、血流由来の可能性もある細胞が欠損部に動員されてくるが、修復された組織はほぼ自己由来の細胞で占められるということが明らかになった。ラット(12週齢の雄ルイスラット)に顆粒球増殖因子(granulocyte-colony stimulating factor:以下、G-CSFと略す)を投与し、血中の有核細胞の増加を確認した。150μg/kgを投与が効率的であること、1回投与では投与翌日にピークに達し、5日連続で投与すると有核細胞が高く保たれることを確認した。その結果から、G-CSF群はday0-4にPBS500μlに溶かしたG-CSF 150μg/kgを、Control群ではday0-4にPBS500μlのみを腹腔内投与(5日連続投与)することとした。大腿骨顆間部骨軟骨欠損作成手術

G-CSF群、コントロール群ともG-CSFあるいはPBS腹腔内投与4日目(5回目投与のその日、投与後)にケタラールおよびセラクタールを筋肉内注射し、全身麻酔を施行した。両膝周辺を剃毛し、消毒した。皮膚を正中切開し、内側傍膝蓋骨正中切開で関節を展開した。大腿骨遠位部、膝関節大腿骨顆間部に直径2mm、深さ2mmの骨軟骨欠損を作成し、膝関節、創部を閉創した。手術後、それぞれ2週(2匹)・4週(2匹)・8週(2匹)・12週(5匹)・24週(2匹)でsacrificeして組織を採取する予定とした。結果2週から8週までの組織採取を終了した。ラットに全身麻酔をかけ安楽死させ、大腿骨の骨軟骨欠損部を肉眼的に評価した。大腿骨をホルマリン固定後、脱灰し、骨軟骨欠損部の中央部と通る矢状面で組織切片を作成した。トルイジンブルーおよびヘマトキシリンエオジンで染色し、評価した。これまでの結果では、軟骨修復よりも軟骨下骨の修復が良好であることが明らかになった。これまでに我々は、本プロジェクトにおいて、軟骨欠損修復部に動員され修復に関与する細胞の由来、性質を、GFPラットと野生型ラットのパラバイオシスラットを使って経時的に解析した。その結果、骨軟骨欠損修復過程初期において、末梢血からの細胞が欠損部に集積することを明らかにした。さらにこの結果に基づき、本プロジェクトにおいて、骨髄を刺激するgranulocytecolony stimulatingfactor(G-CSF)を150μg/kgで5日連続でラットに投与すると、末梢血中の有核細胞数が3日目から6日目まで増加すること、その時点でラット膝関節に直径2mm、深さ2mmの骨軟骨欠損を作成すると、骨軟骨欠損修復が促進は軽度であることを明らかにした。さらに良い修復を得るための方法が必要である。そこで今年度、我々は、G-CSFの投与方法を変え、150μg/kgを2週間投与すると、末梢血中の有核細胞数を3日目から14目目までさらに大きく増加させる効果があることを明らかにした。その時点でラット膝関節に直径2mm、深さ2mmの骨軟骨欠損を作成し、2週間後に観察した。その結果、最初のG-CSF投与方法(150μg/kgを5日連続投与)における修復組織と比較して、Wakitani scoreによる修復組織の定量評価、画像解析による組織修復率の定量評価、軟骨率の定量評価、軟骨下骨の定量評価とも、有意な改善は得られなかった。
生殖系列におけるゲノムのエピジェネティカル変動の生物学的意義

マウス半数体精細胞特異的に発現するイントロンレス遺伝子Tact1は遺伝子内部にCpGアイランドを持ち、そのメチル化が体細胞での遺伝子発現を抑制し、精細胞での発現には脱メチル化が必須である。本研究は、Tact1遺伝子内部CpGアイランドの精子形成過程における脱メチル化と再メチル化の時期の特定と、再メチル化におけるDnmt3aとDnmt3bの役割について検討した。レーザーマイクロディセクションとエルトリエーターによって、各分化段階の精巣生殖細胞を単離し、そこから抽出したゲノムDNAを用いてBisulfite-PCR sequenceによって、Tact1遺伝子のメチル化状態を調べた。その結果、Tact1遺伝子の脱メチル化は精原細胞増殖期に維持型Dnmt1活性低下により受動的に起こることが示唆された。パキテン期精母細胞で完全に脱メチル化した後、円形精細胞で発現し、伸長精細胞で発現を終えた後、精子完成後も非メチル化状態は維持され、精子が精巣上体から輸精管に移行した後、再メチル化されることが明らかとなった。この再メチル化はゲノム全体が減数分裂後に再メチル化されるのと比べ極端に遅く、特別な制御下にあることが想像される。また、精子核ではゲノムDNAはヒストンがはずれ、プロタミンと結合することによって顕著に凝縮するために、ほとんどすべての活性を失っている。しかし、一部残存ヒストンによるヌクレオソーム構造が残り、その領域が精子で特異的にメチル化されるものと考えている。さらに生殖系列特異的コンディショナルノックアウトマウスの解析から、精子形成後期のゲノム再メチル化には既知の新規メチル化転移酵素であるDnmt3aとDnmt3bが単独では関与しておらず、両者が相互補完的に働くか、あるいは、未知のメチル化機構が存在する可能性が示された。1)半数体精細胞特異的イントロンレス遺伝子Tact1の発現に必須な脱メチル化が精子形成のどの時期に起きるかを詳細に解析するため、各分化段階の生殖細胞の単離を試みた。Collagenaseにより完全に間質細胞を除去した精細管をTrypsin溶液中で断片化し含まれるすべての細胞を単細胞として回収した。これらをエルトリエーターにて細胞のサイズ依存的に分画し、半数体精細胞とパキテン期精母細胞を80-90%の純度で分画する条件を確立した。2)発現を終えた後のTact1遺伝子の再メチル化がどの状態の精子で起きるかを調べた。精巣内で形態形成を終えた精子は、精巣上体で成熟し、輸精管に運ばれる。それぞれの部位から精子を回収して、Bisulfite-PCR sequence法にてメチル化を調べた。精巣から精巣上体頭部までは全くメチル化されておらず、精巣上体尾部で、わずかにメチル化される部位が出現し、輸精管近位部で徐々にメチル化レベルが上昇し、輸精管遠位部で完全にメチル化されることが明らかとなった。このメチル化は、Tact1遺伝子内部のCpGアイランド内から始まり、遺伝子の上流・下流両側に向かって経時的にレベルが高くなった。このことは、特定のゲノム領域のメチル化は、開始と伸長の二段階からなり、Tact1遺伝子の場合、CpGアイランド内が開始部位となることを示唆している。3)新規メチル化転移酵素遺伝子であるDnmt3aとDnmt3bをCre/loxPシステムを用いて生殖系列特異的にノックアウトし、Tact1遺伝子再メチル化に対する影響を調べた。単独でノックアウトした時も、片方をノックアウトし、一方をヘテロで欠失した時も、再メチル化は完全に抑えられることは無かった。さらにそれぞれの特異的抗体を用いて精子の免疫染色やウエスタンブロッティングを行ったところ、精子核に既知の新規メチル化酵素の存在は確認されなかった。

これらのことは、未知のメチル化システムが精子核内ゲノムメチル化に関与する可能性を示唆する。マウス精子形成過程で半数体精細胞特異的に発現するTact1はイントロンレス遺伝子で、内部に存在するCpGアイランドのメチル化によって、体細胞における遺伝子発現が抑制され、脱メチル化が精細胞での発現に必須であることを明らかにしてきた。本年度は脱メチル化および再メチル化の時期の特定と、再メチル化機構の検討を行った。lazer microdissectionおよびelutriationによって精原細胞、精母細胞さらに精細胞を純化し、精子は精巣上体尾部および輸精管から単離した。これらの生殖細胞から抽出したゲノムDNAを用いてBisulfite-PCR-sequencingによってTact1遺伝子内部のメチル化パターンを調べた。その結果、Tact1遺伝子内部のCpGアイランドは増殖期の精原細胞で脱メチル化が始まり、精母細胞では完全に非メチル化状態となり、この状態は遺伝子が発現する精細胞から発現を終えた精巣上体精子まで継続し、その後輸精管に移動した精子核内で再メチル化されることが明らかとなった。次に新規DNAメチル化酵素であるDnmt3aとDnmt3bの精子再メチル化に対する役割を解析するために、生殖系列特異的コンディショナルKOマウスを用いて輸精管内精子のTact1遺伝子のメチル化を調べたところ、どちらのKOマウスにおいても正常にメチル化されていた。このことは両者のメチル化に対する作用が重複しており相互補助する可能性を示唆している。精子核内ゲノムDNAはほとんどがプロタミンにより凝縮されているため、外来タンパク質分子のゲノムへの接近はほとんどできないと考えられている。またゲノムの領域特異的新規メチル化はヒストンメチル化と関連する可能性がある。そこで、精子核内でメチル化される領域にピストンが残存する可能性を調べた。プロタミン分子間S-S結合を解離後、固定し、micrococcal nuclease切断し、抗ヒストン抗体を用いてChIPアッセイを行ったところ、Tact1遺伝子はnucleohistone領域に存在することが明らかとなった。これらは生殖系列におけるゲノムのエピジェネティカル変動機構解明に手がかりを与える新知見である。
英語の４技能における語彙レベルと会話能力との関係性の検証

本研究では,英語の4技能である「聞く」「話す」「読む」「書く」能力と語彙力との関連性を明らかにすることを目的とした。英語運用における基礎となる語彙を実験材料とし,大学生を対象に,語彙力と1聞く,2話す,3読む,4書くそれぞれの技能との相関を検証した。結果,いずれも有意な値は得られなかった。すなわち,語彙力が高い者が各技能も高いというような結果は本研究からは示されなかった。本研究は,英語の4技能における語彙レベルを測定し,技能間,及び,各技能と会話能力との相関関係を検証することを目的とする。当該年度は,実験を行うための準備として,次のことを行った。1.実験材料作成準備:実験で使用する語彙をリストアップした。本実験は高校生を対象とするため,中学レベルの既習語彙のみを使用した場合,実験結果が最大値方向に偏ってしまい,独立変数の効果が検出できない危険性がある。これを回避するため,Kawasaki & Terasawa (2009)で使用されている,英語検定1級レベル,かつ,『研究社新英和中辞典』の基本語(星印付き,約7000語)に含まれていない語彙を未習語としてリストアップした。これにより,実験材料作成の準備ができた。また,テキストファイル音読プログラムの『Balabolca』を試動させ,テストを行った。さらに,語彙サイズテスト(望月,2003)を用いて,語彙レベルを測定するための尺度作成の準備を行った。2.実験設備準備:実験に必要な設備備品として,パソコン,プリンターを購入した。他に,データ読み取り機,データ読み取りソフト他が必要であるが,当該年度には使用しないため,翌年度の購入とした。3.資料,情報収集:国内外の学会に参加し,情報収集を行った。当該年度にはまず,テキストファイルの音読をするフリーソフト“Balabolka (version2.11)"を用いて,予備実験用の単語サウンドファイルを640個作成した。また,9月に京都で行われた国際学会“e-CASE & e-Tech 2015-Fall"に出席し,スピーチの中で,語彙習得研究で用いる実験方法について述べた。同時に,教育とテクノロジーに関する情報収集を行った。本研究では,高校13年生レベルを対象に,会話能力測定実験を行う予定であったが,年度途中に研究代表者の所属研究機関が変更となったため,実験計画の見直しを行った。実験参加者をあらたに募る必要があり,関係教育機関に問い合わせを行う等,調整を行った。平成28年度は,参加者を決定し予備実験を含めた実験を実施する必要がある。本実験では,参加者個別に4技能の語彙レベルを測定することから,かなりの時間を要すると考えられる。したがって,研究期間内(平成28年度内)に一定の成果を得るために,実験の規模を縮小し,参加人数を制限して実施をする予定である。H26年度に高校生レベルを対象に行った語彙レベル調査についても,新しい実験参加者を対象に新たに調査を行い、分析をする必要がある。実験の遅れから,平成28年度に予定していた学会発表の件数を見直す予定である。年度途中に研究代表者の所属研究機関が変わり,研究計画の見直しを行った。該当年度に実施を予定していた実験を中止し,平成28年度に行うことになった。本研究は,英語の語彙レベルを測定し,学習者のもつ語彙数と会話能力との関連性を明らかにすることを目的とする。今年度は,語彙レベル測定の尺度として,Nation (1990)の“Vocabulary Levels Test"および,望月(2003)の「語彙サイズテスト」が応用できるかどうかを検討した。また,平成27年度にテキストファイルの音読をするフリーソフト“Balabolka (version2.11) "を用いて作成した音声ファイルを単語とリンクさせ,語彙習得に係る学習効果を測定した。本研究期間中に研究代表者の所属が変わったことにより,研究計画の見直しを行ったため。本研究は,英語の語彙レベルと会話能力との関連性を明らかにすることを目的とした。平成26年度は実験材料作として語彙の選定を行った。実験参加者である高校生にとっての未習語として,Kawasaki & Terasawa (2009)で使用されている「英語検定1級レベル,かつ,『研究社新英和中辞典』の基本語:星印付き,約7000語に含まれない語」に基づいて単語をリストアップした。次に,実験に必要な設備として,パソコン,プリンター等を整えた。平成27年度には,諸事情により研究対象を高校生から小学生に変更することとなり,実験計画の立て直しを行った。小学生の英語学習に関する資料収集から始める必要があり,専門の研究者から小学生の語彙力・英語力に関する聞き取り調査を行う等,情報収集を行った。その結果,語彙力にはばらつきがあり,また,会話力,すなわち英語を発話する能力においては実験対象とするだけのレベルに達していないであろうということが明らかになった。このことを受け,語彙力と会話能力の関連を測定する実験から,語彙力と単語・句の発話力を測定する実験へと変更をした。テキストファイルの音読をするフリーソフト“Balabolka"を用いて予備実験を行ったところ,音は聞き取れているが文字との関連付けが難しいことがわかり,文字認識を実験では使用しないこととした。

その代替として,絵を用いて聞き取った単語が正しく理解できているかどうかを判断する材料とした。平成28年度,29年度は,小学生対象の単語の選定と,絵でそれらの意味を表わすことができるかどうかの可能性を検討し,実験計画を構築した。単語の意味に相当する絵を作成し,実験用プログラムに実装する準備を行った。計画の変更は予定外であったが,小学校での英語教育は喫緊の課題であり,今後の研究につながる研究となったことは大きな成果であった。本研究では,英語の4技能である「聞く」「話す」「読む」「書く」能力と語彙力との関連性を明らかにすることを目的とした。英語運用における基礎となる語彙を実験材料とし,大学生を対象に,語彙力と1聞く,2話す,3読む,4書くそれぞれの技能との相関を検証した。結果,いずれも有意な値は得られなかった。すなわち,語彙力が高い者が各技能も高いというような結果は本研究からは示されなかった。実験材料作成が若干の遅れている。語彙を選択しリストの作成まで行ったが,当初計画していた実験材料,および,語彙レベル尺度の作成には至らなかった。短期計画を詳細に立てなかったことが遅れを生じさせた原因であると考える。平成28年度は研究最終年度となるため,実験の遅れを取り戻すべく実験計画を再考し,年度内に終了できる規模での実験を予定している。必要があれば研究協力者をお願いし,できるかぎり年度内に当初の研究計画が遂行できるよう試みる。実験を終了し,データ分析に基づいて報告をまとめる。教育方法実験材料作成・語彙レベル尺度作成の遅れを取り戻し,今年度は実験を実施,データ収集を終了させたい。データ読み取り機,および,データ読み取りソフトを購入し,データの分析まで実施する予定である。平成27年度途中に研究代表者の所属研究機関が変更となり,研究,特に,実験に遅れが生じたため,次年度の使用となった。また,同理由により,計画をしていた国際学会に参加をしなかったため,そのための予算金額が次年度使用となった。研究計画を見直し新しく計画を立てたため,研究期間を1年延長することとなり,当該助成金が生じた。当該年度に使用しない機器,ソフトは,実際に使用する次年度に購入することとしたため。実験準備,実施,結果分析,論文執筆,国際学会発表等に使用する予定である。次年度には実験を終了し,結果に基づいて学会等で成果発表を行う。平成27年度に,データ読み取り機,データ読み取りソフト,他を購入予定。
非線形モデリングと統計的計算機技法の研究

計算機の高度利用を前提として,自然科学・社会科学の諸分野における複雑現象を解明するための非線形モデリングの研究を推進し,以下のような研究成果を挙げた.1.高次元大規模データに基づいて現象発生の確率的メカニズムを有効に捉える非線形モデルとして,ガウス型動径基底関数ネットワークに基づくモデルを提唱し,正則化法に基づくモデルの推定,ベイズアプローチに基づくモデルの評価法を開発し,複雑な現象構造の分析に有効に機能するモデリング手法を開発した.この手法は,多層型パーセプトロンに基づくニューラルネットワークモデルの適用上の難点を克服し,諸科学の様々な現象解明に適用できる柔軟なモデリング手法であることが立証できた.2.ガウス型動径基底関数ネットワークモデルと,現在,集中的に研究が進展中のサポートベクターマシーンと比較検討し,それぞれの適用上の問題点と手法の特徴を明らかにした.さらに,高次元大規模データの分析に有効に機能する識別・判別手法を研究中である.3.本研究を通して提案した動径基底関数ネットワーク非線形モデリング手法は,汎化能力に優れた非線形手法で実際問題への適用上有効に機能することが分かった.現在,画像認識,音声認識,医学の鑑別診断,リモートセンシングデータの解析を通して,その有用性を検証すると共に,問題点をフェードバックして研究を継続中である.1.経時的に測定されたデータから現象の構造変化を捉えて、変化をもたらした要因を探索することは実際上極めて重要な問題で、これまでに様々なアプローチが試みられてきた。この問題にB-スプライン関数に基づく方法によって取り組み、多様な構造変化を捉えることが可能な手法を開発した。従来の手法の多くは、変化点の推定を主目的として、構造変化を内在するデータへのモデルの当てはめには注意が払われていなかった。これに対して研究中の手法の特徴は、変化点の推定と同時に非線形構造を有するデータへのモデルの当てはめを考慮した点にある。これによって、変化点を内在した複雑な現象構造の分析が可能となることが期待される。2.非線形モデルの構築過程で、モデルの推定に最尤法が有効に機能しない場合がしばしば発生する。これは、データの構造が複雑に、また高次元になるにつれて大規模な非線形モデルを用いる必要性が生じ、推定値が不安定になったり、発散してしまうことが原因の一つと考えられる。このため本研究では、対数尤度関数に正則化項を付与する方法について研究し、正則化法によって推定された非線形モデルの評価規準をベイズアプローチによって導いた。3.識別・判別問題について研究し、核関数、ニューラルネットワークに基づく汎化能力に優れた非線形判別手法を提案した。特に、正則化法によるモデルの推定法および情報量に基づくモデル評価規準を融合した非線形判別関数の構築法を提唱し、実際問題への適用を通してその有効性を検証した。本年度は,非線形モデリングに本質的なモデルの評価・選択問題について研究し,以下のような研究成果を挙げた.1.非線形モデルは,複雑な現象構造の分析に必要不可欠なものであるが,ノイズを含み確率的に変動するデータ,特に高次元データの分析に対しては大規模な非線形モデルを用意する必要があり,モデルの構築過程で様々な問題が生じてくる.本研究では,モデルの推定,評価,選択の問題をベイズアプローチによって研究し,応用上有用な推定法,評価法を研究中である.2.多層型パーセプトロン,動径基底関数ネットワークに基づく非線形回帰,識別・判別問題について,正則化法で推定されたモデルの評価と選択法について理論的・数値的に研究した.提唱した情報量規準とこれまでに用いられてきたネットワーク情報量規準などの評価規準を実データの解析,モンテカルロ法によって比較検討し,それぞれの性質を明らかにした.本研究を通して提案した非線形モデリング手法は,汎化能力に優れた非線形手法で実際問題への適用上有効に機能することが分かった.現在,医学・疫学データ,遺伝子構造データ,リモートセンシングデータの分析への応用研究を推進中である.計算機の高度利用を前提として,自然科学・社会科学の諸分野における複雑現象を解明するための非線形モデリングの研究を推進し,以下のような研究成果を挙げた.1.高次元大規模データに基づいて現象発生の確率的メカニズムを有効に捉える非線形モデルとして,ガウス型動径基底関数ネットワークに基づくモデルを提唱し,正則化法に基づくモデルの推定,ベイズアプローチに基づくモデルの評価法を開発し,複雑な現象構造の分析に有効に機能するモデリング手法を開発した.この手法は,多層型パーセプトロンに基づくニューラルネットワークモデルの適用上の難点を克服し,諸科学の様々な現象解明に適用できる柔軟なモデリング手法であることが立証できた.2.ガウス型動径基底関数ネットワークモデルと,現在,集中的に研究が進展中のサポートベクターマシーンと比較検討し,それぞれの適用上の問題点と手法の特徴を明らかにした.さらに,高次元大規模データの分析に有効に機能する識別・判別手法を研究中である.3.本研究を通して提案した動径基底関数ネットワーク非線形モデリング手法は,汎化能力に優れた非線形手法で実際問題への適用上有効に機能することが分かった.現在,画像認識,音声認識,医学の鑑別診断,リモートセンシングデータの解析を通して,その有用性を検証すると共に,問題点をフェードバックして研究を継続中である.
心房細動の個別化治療をめざした標的イオンチャネルの解明

1)高血圧ラットモデルにおける解析高血圧を呈するSHRラットを用い、電気生理学的に心房細動を発症しやすいことを確認した上で、イオンチャネル遺伝子発現の組織生化学的解析を行い、イオンチャネル遺伝子以外の要素である組織線維化が重要であることを明らかにした。このことは高血圧に伴う心房細動治療に現在の抗不整脈薬に限界があることを示唆した。2)肺静脈周囲部の分子生物学的解析すでに心房細動の発症に大きな意義をもつことが明らかとなっている肺静脈心筋細胞のイオンチャネル遺伝子発現を検討し、HCN4遺伝子の強発現が見られることを見いだした。このHCN4チャネル遺伝子発現肺静脈心筋細胞は、高血圧や加齢による線維化によりcompartmentalizeされることにより、異常電気活動の成因となりうると考えられた。3)ストレス誘発性、アルコール誘発性心房細動両者をsimulationするため、ラットに対してデキサメサゾン、エタノール腹腔内注射を行い、新たな心房細動モデルを作成した。このモデルでは腹腔内注射46時間で心房細動易誘発性が認められることから、「電気的リモデリング」を介するものと考えられた。イオンチャネル遺伝子発現をスクリーニングすることにより、その責任遺伝子がKv1.5チャネルにあることを明らかにした。このような一連の実験により、心房細動の背景因子により、その責任となる分子が大きく異なることを明らかにした。さまざまなラット心房細動モデルをシミュレーションし、multiprobe ribonuclease assayにより、イオンチャネル遺伝子発現のスクリーニングを行った。(1)心房細動は概日リズムを呈する不整脈であり、これまで自律神経機能との関連で検討されてきたが、申請者らははじめてイオンチャネルの遺伝子発現にそもそも概日リズムがあり、明期と暗期で心筋に発現するイオンチャネル量が異なることを見出した。Kv1.5チャネルは暗期に、Kv4.2チャネルは明期に増加しており、このことは蛋白、イオン電流量も同様であり、概日リズムを呈する不整脈の分子生物学的基盤が明らかとなった。(2)ストレスは心房細動誘発因子として古くから知られているが、この背景にグルココルチコイドによるKv1.5チャネルおよびKir2.2チャネルのupregulationが存在することを明かにした。このモデルは再現性をもって心房細動が誘発可能であり、イオン電流レベルでの解析を進行させている。(3)さらに近年、心房細動の契機として肺静脈の重要性が指摘されているが、肺静脈と左房のイオンチャネル発現プロファイルを比較し、肺静脈にはKv1.5チャネルとHCN4チャネル発現が豊富であり、かつ不均一に分布していることをin situ hybridizationおよび免疫組織学的に確認した。このように心房細動はひとつの表現型であるが、その背景にある分子生物学的実態には多様性があることが判明している。
幼児の行動・集団の可視化・定量化による教育施設環境のリスクの特定・評価方法の開発

本研究は、幼児の行動や集団変容、及び運動の質を可視化・定量化できるビジネス顕微鏡を用いて、固定遊具のリスクを点検・評価することを目的とした。ビジネス顕微鏡とビーコンを使用することにより、幼児の集団変容や行動軌跡を可視化することができ、身体リズムを定量化することができた。研究の結果は、幼児の個人や集団の行動軌跡や身体リズムから固定遊具に潜むリスクを推定することを可能とした。幼児が固定遊具を使用する際の安全教育の指導に貢献できる一研究手法となった。本研究は、幼稚園管理下における幼児の災害を未然に防ぎ、安全な園生活を送ることができることを目指して、幼児の行動変容、集団変容、運動の質をリアルタイムに計測でき、可視化・定量化できるビジネス顕微鏡を日本で初めて幼児に装着し、園舎環境、園庭環境、固定遊具環境などの教育施設環境の点検とリスクの特定・分析・評価をする新たな方法を開発することを目的として実施している。本研究により、幼児の個人の行動軌跡や集団での行動軌跡から教育施設のリスクとハザードを特定することが可能となり、不適格施設や箇所の点検評価、整備改善に貢献しようとするものである。平成27年の研究は、協力園に対して春期(4月5月)・夏期(7月9月上旬)・秋期(11月)の3期について同じ園児にビジネス顕微鏡を装着して計測を行い、集積データを分析し、可視化・定量化して教育施設のリスクに関連する基礎事項をと公表していくことを計画していた。しかし、測定機器ビジネス顕微鏡の新製品開発に伴い、企業からのレンタル入手が半年間遅延してしまい、事前の園との測定打ち合わせ日程と大幅に食い違ってしまったために測定が秋期に2回実施するのみとなってしまった。平成27年度の測定実績は、3歳児(47名)、4歳児(56名)、教員5名のコミュニケーション情報、集団形成情報、被験児身体リズム(Hz)情報、固定遊具60か所に対する被験児・教員の位置情報、行動軌跡情報などのビッグデータを集積することができ、予想していた以上の測定成果を上げることができた。解析も随時進め、昨年度の予備測定データ解析結果等も含めて学会発表を5演題行った。また、原著論文を東海体育学会誌「スポーツ健康健康科学研究」に投稿し、受理(査読有り)され、平成28年内に発行されることになっている。研究実績の概要で述べたように、成27年の研究計画は、協力園に対して春期(4月5月)・夏期(7月9月上旬)・秋期(11月)の3期について同じ園児にビジネス顕微鏡を装着して計測を行い、集積データを分析し、可視化・定量化して教育施設のリスクに関連する基礎事項をと公表していくこととしていた。しかし、測定機器ビジネス顕微鏡の新製品開発に伴い、企業からのレンタル入手が半年間遅延してしまったために、事前の園との測定打ち合わせ日程と大幅に食い違ってしまったために、測定調整が困難となり、秋期に2回測定を実施するのみとなってしまった。そのために、当初予定していた他の園の測定日程も調整ができず、結果1園の3歳児、4歳児の測定に終わってしまったことから、計画していた5園の園児の測定が実現できず、測定数が達成できなかったことと、季節性の測定が実現できなかったこと、及び学会誌への多数の論文の投稿が実現できていないため、進捗状況は遅延しているとした。本研究は、幼稚園管理下における幼児の災害を未然に防ぎ、安全な園生活を送ることができることを目指して、幼児の行動変容、集団変容、運動の質をリアルタイムに測定、可視化・定量化できるビジネス顕微鏡を日本で初めて幼児に装着し、園舎環境、園庭環境、固定遊具環境などの教育施設環境の点検とリスクの特定・分析・評価をする新たな方法を開発することを目的として実施している。本研究により、幼児の個人の行動軌跡や集団での行動軌跡から教育施設のリスクとハザードを特定することが可能となり、不適格施設や箇所の点検評価、整備改善に大きく貢献する、意義ある研究である。平成28年度の研究実績は、当初、春期4月5月、夏期7月、秋期11月の3期について年少(3歳)児・年中(4歳)児・年長(5歳)児の3学年の測定を実施する計画であったが、平成27年度同様に測定機器のレンタル契約の成立に相当な時間を要してしまったために、春期、夏期の測定を実施することができない事態となってしまった。その結果、測定が秋期、冬期にずれ込んでしまったが、公立幼稚園2クラス、私立幼稚園4クラスにおいて171名の園児と8名の担任の測定を実施し、園内生活における対人関係、対話状況、身体リズムによる行動量、園内行動の位置情報などのビッグデータの収集をすることができた。その結果は、平成27年度の結果と合わせて年度内に学会等で公表するとともに、現在、昨年度の蓄積データと合わせて分析を進め、研究成果の公表の準備を進めているところである。研究成果の公表は、原著論文2編(内1編スポーツ健康科学研究;学会奨励賞)、学会発表4編を行った。平成29年度は、2年間の測定器契約のトラブルを解消し、春期からの測定を可能にするために、予算の前倒し申請をして、レンタル契約を平成28年度内にすまし、4月から測定器を確保できるように改善した。平成27・28年度とも測定機器のレンタル契約の遅延から春期、夏期の測定が実施できず、学年初めや夏季炎天下における遊具使用状況や園内行動を把握することができていない。そのためこの時期のデータの蓄積がなく、年間を通しての幼児の教育環境下における行動リスクを把握できていない。