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インビボにおける脳内神経伝達物質の瞬時測定法に関する研究

本研究の目的は,インビボ・ボルタンメトリーとマイクロダイアリシスを組み合わせることにより,脳内で起きている種々の神経伝達物質の変化を行動と対応させながら瞬時に測定できる実験システムを確立することであった。まず,インビボ・ボルタンメトリー用電極とマイクロダイアリシス用プローブを同一個体に同時に併用できるように小型化した。マイクロダイアリシス用プローブについては,すでにわれわれは慢性実験への応用が可能な着脱式のものを考案しているので,それを26Gの大きさにまで小型化した。インビボ・ボルタンメトリー用電極としては,先端径730μmのガラス管被覆単一炭素繊維電極を作製し,これにマイナスに帯電した高分子ポリマー(Nafion)を薄く(約5μm)塗ったのものを用いた。次に,試験管内での神経化学的特性について調べた。マイクロダイアリシスプローブの特性は従来のもの(D.Nakahara et al.,Biagenic Amines,6:559-564,1989)にほぼ類似していた。Nationで被膜したボルタンメトリー電極はモノアミン伝達物質を感知するが,その代謝物質やアミノ酸は感知しないという性質を有した。この電極のモノアミンに対する感度は,ドーパミンに対して最も高く,つづいてセロトニン,ノルアドレナリンの順であった。また,還元反応電位に対する酸化反応電位の比の違いによってこれらの物質の識別が可能となった。以上のように,本研究で作製したインビボ・ボルタンメトリー用電極とマイクロダイアリシス用プローブを併用することにより,少なくともモノアミン伝達物質についてはインビボにおける定量的かつ瞬時的(最大100ミリ秒の時間分解能)な測定が可能になった。
フレーム構造と負の熱膨張特性との相関に関する研究

温度上昇に伴い熱収縮する"負の熱膨張"を示す物質に共通する特徴を見出すために,様々な負の熱膨張物質の原子の協同的な振動に由来する格子振動を検討した,その結果,負の熱膨張物質に共通する三つの格子振動の特徴を明らかにすることに成功した.その三つの格子振動の特徴は,物質の化学的・結晶構造的特徴と密接に関係することが明らかとなった.この研究成果により,新しい負の熱膨張物質を創造する基礎を与えることができた.温度上昇に伴い熱収縮する"負の熱膨張"を示す物質に共通する特徴を見出すために,様々な負の熱膨張物質の原子の協同的な振動に由来する格子振動を検討した,その結果,負の熱膨張物質に共通する三つの格子振動の特徴を明らかにすることに成功した.その三つの格子振動の特徴は,物質の化学的・結晶構造的特徴と密接に関係することが明らかとなった.この研究成果により,新しい負の熱膨張物質を創造する基礎を与えることができた.様々な温度領域で用いられる材料の熱膨張率を制御することは工学的に非常に重要であり,これを目的に,熱収縮をする「負の熱膨張材料」の探索・開発が進められている.しかしながら,材料設計の観点から見た場合,負の熱膨張を発現する物質を創造・設計する明確な指針は未だ見出されていない.この指針を見出すために,本研究では,従来報告されている負の熱膨張物質およびその周辺物質について,負の熱膨張の発現と密接に関係する低エネルギーフォノンを系統的に精査し,負の熱膨張を示す物質に見られる共通な特徴である「フレーム構造」・「強い原子間結合力」とあわせて包括的に検証することで,新たな負の熱膨張物質を創造・設計の指針を確立することを目指す.当該年度は,フレームワーク構造を有するSc_2W_3O_<12>系化合物ZrV_2O_7系化合物を取り上げた.Sc_2W_3O_<12>系化合物は,構成元素の種類に依存して正・負の熱膨張特性を示す化合物群であり,このうち負の熱膨張を示すSc_2W_3O_<12>と低温で正の熱膨張を示すSc_2Mo_3O_<12>を取り上げた.両者のフォノンの状態密度分布を求め,比較したところ,両者共にフレームワーク構造に由来する特徴的なフォノン状態密度分布を示すことがわかった.この結果をもとに,負の熱膨張が出現するために重要な要因の解明を進めている.もう一方のZrV_2O_7系化合物は特徴的な構造相転移の高温側と低温側で熱膨張率の符号が異なる化合物で,全温度領域で立方晶が維持されるため熱膨張特性の解析に非常に適した物質群である.この化合物群の内,ZrV_2O_7とHfV_2O_7の合成と熱容量測定が終了し,現在,熱膨張特性について詳細な解析・検討を進めている.さらに,代表的な負の熱膨張物質のZrW_2O_8の高温相のフォノン状態密度分布を求めることに成功し,負の熱膨張特性におけるフレームワーク構造の重要性が明らかになった.様々な温度領域で用いられる材料の熱膨張率を制御することは工学的に非常に重要であり,これを目的に,熱収縮をする「負の熱膨張材料」の探索・開発が進められている.しかしながら,材料設計の観点から見た場合,負の熱膨張を発現する物質を創造・設計する明確な指針は未だ見出されていない.この指針を見出すために,本研究では,従来報告されている負の熱膨張物質およびその周辺物質について,負の熱膨張の発現と密接に関係する低エネルギーフォノンを系統的に精査し,負の熱膨張を示す物質に見られる共通な特徴である「フレーム構造」・「強い原子間結合力」とあわせて包括的に検証することで,新たな負の熱膨張物質を創造・設計の指針を確立することを目指した.当該年度は,フレームワーク構造を有する負の熱膨張酸化物およびシアノ錯体に代表される負の熱膨張金属錯体を取り上げた.熱容量測定および分光測定を試みた化合物系については,スペクトル解析によりフォノンの状態密度分布を見積もった.フレームワーク構造を有する負の熱膨張物質全体に対する知見を得るため,これまでに報告されている負の熱膨張物質および周辺物質を精査し,その構造的特徴とフォノンの状態密度分布について整理した.これらの結果から負の熱膨張物質に共通する三つのフォノンの特徴を見出すことに成功した.さらに,この三つのフォノンの特徴が"フレームワーク構造"と"強い原子間結合"に起因することを明らかにし,化学的・構造的特徴と負の熱膨張物質に特有のフォノン特性との関係を明らかにすることができた.この研究成果は,負の熱膨張物質の設計指針となり,新たな負の熱膨張物質の創出および探索に重要な知見である.この研究成果をまとめた論文は現在投稿中である.
ショウジョウバエの社会的行動(雄の排他的行動)の遺伝学的研究

雄の攻撃行動に関して人為選択を行ない遺伝学的解析をした。選択は反復実験を行ない実験【I】,【II】ともに第9世代までに攻撃性の強いHighラインと弱いLowラインをそれぞれ2系統計4系統を得ることができた。HighラインとLowラインの攻撃性には統計的に有意な差が認められ人為選択は有効であった。選択の効果は第23世代で生じていることより、攻撃性に関しては少数の常染色体優性因子の存在が示唆された。また、HighラインとLowライン間の交配結果より、攻撃性がX染色体上の遺伝子の支配を受けていることが示された。攻撃性についての選択の相関反応として体の大きさに差が生じので、攻撃性と体の大きさとの遺伝的関連性、行動学的意味についても検討した。視覚や嗅覚等の感覚受容突然変異体を用い、排他性に関わる信号刺激の解析を行なった。その結果、白眼のwhite,cinnabarbrown雄は野生型雄の排他性を抑制すること、盲目の突然変異体のnorpAとnonAは排他性は弱いが同じく盲目のebonyは野生型と同程度の排他性を示すことが判った。臭盲の突然変異体、olf-Cとolf-Dも排他性が弱く、雄特異的なフェロモンを感知する機能の低下が起因していると思われた。排他性の強い野生型系統のTai-Yと最も弱いOregon-R系統の染色体置換を行なって、排他性に関与する遺伝子の存在を調べた。その結果、X染色体が排他的行動に大きな影響を持つが、第3染色体の影響及び各染色体間の相互作用を示唆する結果も得られているので、各染色体に分散しているポリジーン系の存在を推定するのが妥当と思われた。
深海性化学合成生物群集に生息する軟体動物の多様性の解明

深海性化学合成生物群集に生息する軟体動物の分類学的研究を行った。主な調査海域は、相模湾初島沖、沖縄トラフ、明神海丘、小笠原周辺の熱水噴出域、北フィージー海盆、ラウ海盆である。研究の結果、国内の化学合成生物群集には少なくとも6種の新種が存在することが明らかになった。沖縄トラフの鳩間海丘と第四与那国海丘の水深1300-1500m付近からはPyropelta属の新種が発見され、殻と軟体部の構造を詳細に明らかにし、新種記載を行った。本新種は殻を形成する殻層の数が多いことが特徴である。本属にはさらに別の新種と思われる種が相模湾初島沖の水深1100m付近から採集されており、今後検討が必要である。明神海丘の1200m付近からは、Anatoma属の新種が発見された。本属は漸深海帯に広く分布するグループであるが、化学合成生物群集からの報告は例外的である。本新種は歯舌の形態が同属の他種より著しく異なっている点が特徴であり、記載論文は現在投稿中である。Provanna属にはさらに4新種が存在する。それらの種は全て殻の形質によって識別可能である。少なくとも1種は生殖器の構造に既知の種とは異なる形質がある。南太平洋域のAlviniconha属は、複数の海域に2種が存在することが明らかになった。それらは殻の形質では識別が困難であるが、鰓の鰓葉の形態が明らかに異なる。この形態の違いは鯉に含まれる共生細菌の存在様式と対応する形質であると考えられる。深海の化学合成生物群集に生息する軟体動物の系統分類学的研究を行った。(1)沖縄トラフに分布するBathyacmaea secundaを解剖し、他のカサガイ類と動物体の構造を比較することにより、系統上の位置を議論した。(2)沖縄トラフ南部から新たなBathyacmaeaの新種が発見された。新種記載に必要な形態形質を明らかにした。(3)Bathyacmaeaと同様に白い笠型の殻を持つPyropelta属の新種記載を行った。沖縄トラフの鳩間海丘水深1500m付近、第四与那国海丘水深1300m付近から発見された1新種の殻の微細構造、歯舌、軟体部、特に生殖器官の構造を明らかにした。本新種は薄く積み重なった殻層を持ち、貝殻筋付着部を微小管が貫通する点に特徴がある。(4)南太平洋海域のラウ海盆水深1800m付近とケルマディック海嶺水深1300m付近から採集された笠型貝類の分類学的検討を行った結果、カサガイ目エンスイカサガイ科のBathyacmaea属の3新種、古腹足目ペルトスピラ科の3新種が認められた。ペルトスピラ科の3種については新属を提唱する予定である。(5)メキシコ沖の東太平洋海嶺水深2000m付近から採集されたEulepetopsis vitreaの解剖学的研究を行った。ネオレペトプシス科はカサガイ目の中での位置づけが定まっていないグループであるため、様々な解剖形質の形質状態を明らかにし、カサガイ類の上位分類レベルでの比較を行った。かつては、独立の亜目に位置づけられていたが、シロガサガイ科およびエンスイカサガイ科に類似する形質が発見された。一方、ツタノハガイ上科との類縁性は否定される。今後、深海に生息する未研究の属との比較を行い、系統関係を議論する必要がある。
三次元時間分解・その場観察による凝固現象の定量化と組織制御への応用

本研究は、金属合金の凝固組織形成の時間分解・その場観察を実現するコンピュータトモグラフィー(4D-CT)を開発し、凝固現象の実証的理解につながるミクロからメゾスケールの凝固組織・偏析の時間発展、固液共存体の脆化発現を定量的に明らかにすることを目的とした。三次元時間分解・その場観察の開発では、高時間分解能の観察(目標:時間分解2s・空間分解10ミクロン)をSPring-8において硬X線領域の高輝度単色光を用いて検証し、以下の結果を得た。(1)1600°Cで4D-CTを実現させるために必要となる条件を把握できた。(2)固相と液相のコントラストが比較的大きいAl-Cu合金では、2s程度の間隔で柱状晶・等軸晶の形成を観察でき、凝固にともなう液相の濃度変化も把握できる可能性が示された。(3)液相と固相のコントラストが相対的に小さいFe合金(炭素鋼)でも、4s程度の時間分解能、10ミクロン程度の空間分解能でその場観察が実現できることを確認した。さらに、X線エネルギーや試料形状の選択により2s程度の時間分解能のその場観察も期待できる。また、透過像の観察に時間的な制約がある4D-CTでは、三次元組織の再構成において、時間分解・その場観察により獲得される多量のデータを用いた画像処理も重要になる。時空間のフィルターを試行し、空間のみのフィルターに比べてノイズが低減でき、再構成像の精度の向上が可能であることも確認された。以上の結果は、動的な凝固組織形成を三次元時間分解・その場観察するための基盤となる。これらの成果を発展させて、凝固組織形成における曲率効果、1次アーム間の相互作用と選択、粒界領域の液膜形成・脆化の発現などの凝固現象を実証的に明らかにし、機構解明に結びつける。29年度が最終年度であるため、記入しない。
食味改善を目的とした生籾の乾燥法

米の食味評価の方法に食味計と称して、玄米または白米について、近赤外線分光分析計を用い、化学的成分の計測を行って判定する計測器が開発されている。そこで、各種の乾燥条件で乾燥を行い、食味計による評価を主に品質向上のために乾燥機の改良すべき点を検討した。容量1kgfで乾燥条件(風温、湿度、風量)を設定できる通風乾燥機を3基試作して実験に供試した。風量の測定は微風速計とオリフィスメ-タによった。また低温除湿乾燥法が注目されている中で、装置の入り口に除湿冷温風機を取付け、品質に与える影響をみた。薄層乾燥における乾燥速度定数を求めたところ、乾簡特性曲線は、籾がら乾燥支配期間、玄米乾燥支配期間(減率1段、減率2段)の3ステ-ジから成ることを見いだした。この結果を利用して、循環式テンパリング乾燥機をモデルとしてシミュレ-ションを行い、さらに実際に乾燥試験を実施して、乾燥速度定数の妥当なことを確かめた。籾の品質改善のための試験として、食味計、遊離脂肪酸、発芽率、胴割れ等の結果から、現在普及している循環式テンパリング乾燥機の改良点について、つぎのようなことがわかった。すなわち、風量の増加、1回あたりの乾燥室滞留時間の増加、テンパリングタンク内の冷却内の工夫の3点である。また、脂肪酸度の増加については、分解酵素の影響が考えられ、この最適活性温度があり、5560°Cの風温で酸化度合に大きな値を示した。そこで、各種の乾燥条件で乾燥を行い、良味計による評価を主に品質向上のために乾燥機の改良すべき点を検討した。1.乾燥機容量1kgfで乾燥条件(風温、湿度、風量)を設定できる通風乾燥機を3基試作して実験に供試した。2.実験方法テンパリング乾燥を模擬するため、5分間通風乾燥した後、ポリエチレン袋にいれ、35°Cと25°Cの恒温室で45分間テンパリングを行い、この操作を繰り返して、15%まで乾燥させた。装置内の各部における風温は熱電対をグリ-ンキットに、さらにパソコンからxyプロッタに接続して、逐次、実験中に観察記録できるようにした。3.結果乾燥能率を検討するため、uゲ-ジ変換器を用いて、薄層乾燥における乾燥速度定数を求めたところ、乾燥特性曲線は、籾がら乾燥支配期間、玄米乾燥支配期間(減率1段、減率2段)の3ステ-ジから成ることを見いだした。すなわち、風量の増加、1回あたりの乾燥室滞留時間の増加、テンパリングタンク内の冷却化の工夫の3点である。テンパリング式テストドライヤ-を導入し、乾燥条件と食味の関係について実験を行った。発芽率や脂肪酸度等従来の食味の指標に加えて、食味計による測定を実施してきた。食味計は品種間の食味の判定に有力であり、乾燥条件による食味値の差も見分けられると考えられた。

今までの成果としては、食味の低下を避けるには、熱風の温度限界を設けるのはもちろんであるが、風量、乾燥空気の湿度などが大いに関係をする事を確かめた。たとえば、40°Cのような低温でも、風量が低い場合、夏期にはテンパリングタンク内は30°C以上にもなっており、長い乾燥時間のため、籾ムレが生じ、品質が低下するなどである。すなわち、乾減率の低い、長時間乾燥が、むしろ食味を低下させていることも観察されたので、熱の暴露時間についても考察する必要がある。また、脂肪酸度の増加については、分解酵素の影響が考えられ、この最適活性温度があり、5560°Cの風温で酸化度合に大きな値を示した。籾の加熱が貯蔵中の脂肪酸度に及ぼす影響について実験を行った。すなわた、加熱処理後の籾を、呼吸量と発芽率の測定の後、室内で水分約15%まで自然乾燥し、ポリエチレン袋に密封して25°Cで貯蔵した。脂肪酸度の測定は貯蔵開始後にある間隔で比色法によって行った。加熱による籾の発芽率と呼吸量の低下状況は加熱前の初期水分が高い場合ほど呼吸量は低下しており、初期水分25%では1時間の加熱でも発芽率の低下がみられた。加熱条件別の脂肪酸度の値を貯蔵形態ごとにみると、加熱温度が高く、加熱時間が長いものほど脂肪酸度の値は小さく加熱により脂質分解酵素が失活したものと考えられる。また、加熱前の水分別に比較したところ、水分が高い場合ほど脂肪酸度が低くなる傾向がみられた。貯蔵形態別では、籾貯蔵の場合が玄米貯蔵に比べ脂肪酸度の増加が抑制された。
バイオ医薬品製造用基材の内在性ウイルス除去

代表的なバキュロウイルス製造用細胞株であるSf9とHigh Fiveについて、報告されている内在性ウイルスの確認を行った。Sf9細胞については、内部対照となるハウスキーピング遺伝子(SfGAPDH)及び報告されている内在性ラブドウイルス(SfRV)の塩基配列から至適プライマーセットを設計して、エンドポイントRT-PCR及び定量的RT-PCR(RT-qPCR)の系を確立した。これを用いてSf9細胞内及びSf9培養上清中のSfRVを検出・定量し、1細胞当たりに存在するSfRVの数を推定した。さらに、Sf9培養上清を用いた感染実験により、Sf9細胞から感染性を有するSfRVが放出されていることも確認し、培養上清の単位容量当たりのSfRV存在数を推定した。High Five細胞についても、同様に内部対照となるハウスキーピング遺伝子(TnGAPDH)及び報告されている内在性ノダウイルス(TnNV)の塩基配列から至適プライマーセットを設計して、エンドポイントRT-PCR及びRT-qPCRの系を確立した。これを用いてHigh Five細胞内のTnNVを検出・定量し、1細胞当たりに存在するTnNVの数を推定した。より安全なバイオ医薬品製造用細胞基質の構築を目指し、Sf9細胞からSfRVを除去する方法の探索を開始した。これまでに、2種類の核酸アナログ系抗ウイルス剤をSf9細胞のバルク培養系に添加してSfRVの消長を追跡したが、SfRVの減少や除去を示唆する結果は得られなかった。バルク培養ではSfRV除去が困難である可能性を考慮し、限界希釈法によりウイルス除去が可能であるか検討中である。年度内に内在性ウイルスが細胞ゲノムに組み込まれているか否かの検索をする予定だったが、こちらは未着手である。一方、次年度より開始予定だった抗ウイルス剤の添加実験を前倒ししてスタートできたので、全般的にはおおむね順調に進行していると評価した。ラブドウイルスゲノムの配列が宿主細胞染色体中に組み込まれているか、Sf9細胞ゲノムDNAを鋳型にしたPCRで組み込みの有無を判定する。ノダウイルスの配列が宿主High Five細胞染色体に組み込まれているかについても、High Five細胞ゲノムDNAを鋳型にしたPCRで組み込みの有無を判定する。今年度使用しなかった核酸アナログ系の抗ウイルス剤に加え、RNAポリメラーゼ阻害剤も用いて、内在性ウイルスの除去効果を検討する。今年度は成果発表のための旅費を執行しなかったため。旅費繰越しとて、研究成果蓄積に応じて次年度以降学会発表時に使用する。
新規作用機序を持つチロシンキナーゼ阻害法による甲状腺癌分子標的療法の開発

チロシンキナーゼ阻害剤は甲状腺がんを含むがんの分子標的療法として注目されているが、その作用機序は非常に似通っており、全く機序の異なる薬剤はほとんどないのが現状である。これまでの研究で、甲状腺がんの発症に関与するRETキナーゼの活性を、従来の阻害剤とは全く異なるシステインを介した機序により制御できることが明らかとなった。本研究では、その効果を細胞レベルから実験動物レベルで確立、より有効で副作用の少ない治療法として、ヒトへの応用へ近づけることを目的としている。本年度は、既存の阻害剤が効きにくい遺伝子変異を持つRETを遺伝子導入した細胞を作製し、システインを介したRET活性阻害の効果を検討した。その結果、既存の阻害剤とは全く異なるシステインを介したRET阻害法では、阻害剤が効きにくい遺伝子変異を持つRETに対しても有効である可能性が示唆された。また、システインを介したRET阻害法を、動物モデルへ適応する方法の検討を開始した。一部当初計画書の内容と異なってはいるが、進行状況はおおむね順調である。動物モデルの検討をさらに進める。また正常細胞への影響やRET以外のキナーゼへの影響があるかを調べる。チロシンキナーゼ阻害剤は甲状腺癌を含むがんの分子標的療法として注目されているが、その作用機序は非常に似通っており、全く機序の異なる薬剤はほとんどないのが現状である。これまでの研究で、甲状腺癌の発症に関与するRETキナーゼの活性を、従来の阻害剤とは全く異なるシステインを介した機序により制御できる事が明らかとなった。これまで、がん遺伝子である活性型RETを遺伝子導入した細胞を用いて、システインを介したRET活性阻害の効果を検討してきた。本年度は、もともと内因性に発現しているRETキナーゼが増殖・移動等に関わることが報告されている乳がん細胞株を用いて、システインを介したRET活性阻害の効果を検討したところ、内因性のRETに対してもシステインを介した機序によりRETの活性化を制御できる可能性が示された。しかし、この細胞において、システインを介した機序によりRETの活性化を制御しても、増殖や細胞移動の抑制効果は弱く、がん遺伝子である活性型RETの場合とはその効果が異なる可能性が考えられた。またRET活性を抑制できたシステインを持つペプチドと、免疫沈降法などで精製したRETタンパクを、試験管内で反応させ結合を確認することができた。この結合は還元処理によって外れるため、その結合様式がS-S結合であることが示唆された。一部当初計画書の内容と、研究の進行の順番が異なっているが、おおむね順調に進んでいる。本年度は、いくつかの異なった遺伝子変異を持つ活性型RETを遺伝子導入した細胞を用いて、システインを介したRET活性阻害の効果を検討したところ、遺伝子変異の種類によって阻害の程度が異なることが示唆された。また、既存のRET活性阻害剤と、全く作用機序の異なるシステインを介したRET阻害法を併用した場合、効果が増強する可能性も示唆された。一部当初計画書の内容と異なってはいるが、進行状況としてはおおむね順調である。がん細胞への効果、試験管内での結合の確認等ができたので、今後は正常細胞への影響と、RET以外のキナーゼに対する影響が見られるかどうかを、検討していく予定である。今後は正常細胞への影響やRET以外のキナーゼへの影響を調べる。また既存のRET阻害剤が無効な場合に、作用機序の異なるシステインを介したRET阻害法が効果を発揮できるかについても検討していきたい。平成27年度の実験が効率よく進んだため、新たな消耗品の購入が減った。予定していた研究補助員の雇用ができなかったが、研究代表者・分担者で研究を継続した。

先に細胞を使用した研究等を進め、動物実験を行わなかったため動物飼育にかかる費用は不要となった。平成28年度はおおむね当初計画どおりの支出であったが、平成27年度に支出が予定より少なかったため。平成29年度は実験が効率よく進んだ結果、消耗品の支出が予定よりやや小額となった。その分今年度は動物モデルの検討に多くの支出が必要になる可能性がある。また研究を迅速に進めるためには、さらに研究補助員の労力が必要である。今後は研究の進行に伴い動物実験を計画しているので、その分の費用は平成28年度に使用する予定である。また平成28年度は研究補助員の雇用ができる事が決まっているため、そのための費用を使用する予定である。今後研究を迅速に進めるためには、さらに研究補助員の労力が必要である。また動物への新しい投与方法を検討中なので、そのために予算を使用する予定である。
有害元素と栄養元素の選択的な長距離輸送を達成する分子育種

植物のミネラル輸送体の発現制御や機能改変は,可食部(子実)への有害元素の蓄積を阻害する効果がある一方,植物の生育に必要な無機栄養の輸送を阻害するケースがある。本研究は,重金属リガンドであるファイトケラチンに着目し,カドミウムやヒ素のような有害元素の長距離輸送を阻害し,亜鉛のような必須ミネラルを選択的に輸送できる植物の分子育種を目指した。シロイヌナズナのファイトケラチン合成酵素の解析から,亜ヒ酸応答に特異的に重要なアミノ酸配列を明らかとした。また,ファイトケラチン合成酵素が正常に機能することで,亜ヒ酸ストレス下での亜鉛のホメオスタシスが維持されることを明らかとした。本研究は,重金属輸送体や重金属リガンドであるファイトケラチン(PC)の合成酵素(PCS)の機能改変によって,植物体あるいはその可食部への有害元素の蓄積を排除しつつ必須ミネラルを選択的に輸送する分子育種を目指すものである。本年度は,(1)重金属輸送体の活性測定系の新規構築および(2)OsPCSのいくつかの分子種について活性評価を行った。(1)については,コムギの無細胞タンパク合成系を用い,カドミウムの排出活性を示すイネの輸送体であるOsLCT1をターゲットとして,プロテオリポソームの合成とカドミウム排出活性測定系の構築を試みた。結果として,野生型OsLCT1を含むプロテオリポソームの合成に成功した。得られたプロテオリポソームを用いて様々な条件でカドミウム輸送活性を検討したが,野生型OsLCT1のカドミウム輸送活性を検出する条件を見出すことはできなかった。(2)のイネのPC合成酵素であるOsPCSの様々な分子種については,カドミウム,亜ヒ酸に対する応答を解析した。活性測定には,分裂酵母,シロイヌナズナのPCS変異株にOsPCSを導入した発現系を用いた。N末端側の触媒領域あるいはC末端側の機能未知領域を両方備えるOsPCS分子種,あるいはそれぞれの領域が様々なパターンで欠失したようなOsPCS分子種の活性を調べたところ,N末端触媒領域に加えて,C末端領域を備えていることがカドミウム,亜ヒ酸に応答したPCS活性に必要であることがわかった。当初計画していたプロテオリポソームを用いたカドミウム輸送活性の評価系の構築について,主なターゲットであったOsLCT1を用いて試み,プロテオリポソームの安定的な合成に成功した。本研究のもう一つの主要な項目であるファイトケラチン合成酵素の解析については,カドミウム,亜ヒ酸に応答した活性に必要な領域について示唆を得ることができた。本年度は,シロイヌナズナの主要なファイトケラチン(PC)合成酵素であるAtPCS1のC末端領域の亜ヒ酸応答における機能と,イネのホモログであるOsPCS1のヒ素蓄積における生理機能を解析した。AtPCS1のT-DNA挿入株であるcad1-6では,T-DNA挿入がC末端制御ドメインの後半の配列を欠損させることに着目し,亜ヒ酸ストレスに対する表現型をノックアウト変異株cad1-3と比較した。cad1-6は,cad1-3と同様の亜ヒ酸感受性の表現型を示した。野生型株では亜ヒ酸処理によってPC合成が顕著に誘導されたのに対して,cad1-6ではcad1-3と同様に亜ヒ酸に応答したPC合成は認められなかったことから,C末端領域の後半の配列が亜ヒ酸応答に必要であることが示唆された。さらに,分裂酵母を用いた異種発現系によってAtPCS1のC末端領域を欠損させた変異株のPC合成活性を調べたところ,亜ヒ酸応答に必要な領域を同定することができた。cad1-6はcad1-3と同様に地上部へのヒ素分配が野生型株より上昇していたことから,AtPCS1のC末端領域がシロイヌナズナにおいてヒ素の体内分配の制御に重要であることがわかった。また,亜ヒ酸ストレス下において,変異株の地上部への亜鉛の分配が著しく低下したことから,AtPCS1が亜ヒ酸ストレス下において亜鉛の体内分配の維持に極めて重要であることがわかった。同様に,イネのOsPCS1の変異株についてもヒ素の体内蓄積を解析した。T-DNA挿入株では,玄米および葉身のヒ素濃度が野生型株より顕著に低下しており,イネにおいてもPCSがヒ素の体内分配に大きく寄与していることがわかった。プロテオリポソームの実験系について,OsLCT1の野生型株で輸送活性を見出すことができていないことから,当初の計画にあった変異株等の輸送活性解析よりもPCSの解析に重点を置く。

PCSに関しては本年度,元素によって活性に必要な配列・領域が異なることが示唆されたため,次年度からシロイヌナズナ(AtPCS1)について詳細な解析を進めていく予定である。成果について論文として発表することを目標とする。植物分子生理学
行動情報のエントロピーに基づく健康状態自動診断システムの開発

初年度は,主に計測装置の開発およびデータ収集・分析のためのソフトウェア開発を行った.計測装置については,焦電型センサと無線/有線LANおよびBluetoothを組み合わせた常設タイプと加速度計とBluetoothを組み合わせた携帯タイプの2つについて開発を行った.従来当該システムにあっては,小型化と電池寿命の問題があったが,小型化よりも薄型化を優先することで,携帯性を向上させ,サイズの制限を緩和することで,長時間の計測が可能となった.また,データ収集用ソフトウェアとしてWEB上でデータ収集が可能なシステムを開発した.これによりオンラインでのデータ収集渉可能となった.同時に長期間蓄積されたデータの変動から情報エントロピーを求めるアルゴリズムを開発した.次年度は,最終年度として,昨年度に製作したシステムおよび,既存のシステムを用いて提案システムの妥当性と有用性を検証した.今年度はBluetoothを用いた携帯型のシステム,および室内の天井に設置した焦電型センサによるデータの取得と解析を行った.まず長期間獲得した時系列データについて,線形処理を用いた予備的調査を行ったところ,平常時と異なる傾向のある部分を発見した.しかしながら,線形処理で解析したところ,平常時と異常時である可能性を示した部分の統計量には有意差は認められなかった.このデータから情報エントロピーを用いた健康状態指標を抽出し統計処理を行ったところ,平常時のデータとの間に有意差が認められた.この結果は聞き取りによる調査が示す状況によく一致していた.さらに焦電センサの設置位置近傍に設置したテレビのON/OFFに基づくデータともよく一致していた.これらの結果から本研究で提案した情報エントロピーを用いた健康状態に関する指標は一定の条件のもとではあるが有用であることが示唆された.初年度は,主に計測装置の開発およびデータ収集・分析のためのソフトウェア開発を行った.計測装置については,焦電型センサと無線/有線LANおよびBluetoothを組み合わせた常設タイプと加速度計とBluetoothを組み合わせた携帯タイプの2つについて開発を行った.従来当該システムにあっては,小型化と電池寿命の問題があったが,小型化よりも薄型化を優先することで,携帯性を向上させ,サイズの制限を緩和することで,長時間の計測が可能となった.また,データ収集用ソフトウェアとしてWEB上でデータ収集が可能なシステムを開発した.これによりオンラインでのデータ収集渉可能となった.同時に長期間蓄積されたデータの変動から情報エントロピーを求めるアルゴリズムを開発した.次年度は,最終年度として,昨年度に製作したシステムおよび,既存のシステムを用いて提案システムの妥当性と有用性を検証した.今年度はBluetoothを用いた携帯型のシステム,および室内の天井に設置した焦電型センサによるデータの取得と解析を行った.まず長期間獲得した時系列データについて,線形処理を用いた予備的調査を行ったところ,平常時と異なる傾向のある部分を発見した.しかしながら,線形処理で解析したところ,平常時と異常時である可能性を示した部分の統計量には有意差は認められなかった.このデータから情報エントロピーを用いた健康状態指標を抽出し統計処理を行ったところ,平常時のデータとの間に有意差が認められた.この結果は聞き取りによる調査が示す状況によく一致していた.さらに焦電センサの設置位置近傍に設置したテレビのON/OFFに基づくデータともよく一致していた.これらの結果から本研究で提案した情報エントロピーを用いた健康状態に関する指標は一定の条件のもとではあるが有用であることが示唆された.本年度は研究の初年度のため,主に計測装置の開発およびデータ収集・分析のためのソフトウェア開発を行った.計測装置については,焦電型センサと無線/有線LANおよびBluetoothを組み合わせた常設タイプと加速度計とBluetoothを組み合わせた携帯タイプの2つについて開発を行った.前者は,被験者の居宅内に設置し,被験者の位置,行動などを計測するためのものである.後者は,被験者が常時携帯することで,歩行・転倒・姿勢などの行動に関するデータを収集するためのものである.前者のシステムは,従来から住宅メーカなどにより開発されてきたが,設置のために住宅の改造が必要となるため,非常に高価な装置であった.また,病院内では,電波の影響などがあり,無線システムの利用が困難な場合があった.本研究では,小出力かつ小型化が可能なBluetoothと既設のLANなどを組み合わせることで,短時間に設置が可能で設置場所を問わない装置を開発した.後者のシステムは常時携帯することで被験者の行動を詳細に計測することが可能で,センサを変更することにより,心霞図や筋電図などの生体情報も獲得可能なシステムを開発した.従来当該システムにあっては,小型化と電池寿命の問題があったが,小型化よりも薄型化を優先することで,携帯性を向上させ,サイズの制限を緩和することで,長時間の計測が可能となった.さらに,PCとの連携が容易なBluetoothを用いたことにより,IDやインターフェースの機能も実装可能であるため,複数の利用者が混在する環境であっても個人識別が可能となる.また,データ収集用ソフトウェアとしてWEB上でデータ収集が可能なシステムを開発した.これによりオンラインでのデータ収集が可能となった.同時に長期間蓄積されたデータの変動から情報エントロピーを求めるアルゴリズムを開発した.これについては次年度に改良を行う.

本研究では,ヒトの行動情報をできる限り簡便な計測装置を用いて計測し,その結果に対して本研究において提案した情報エントロピーを用いた健康状態指標を抽出することで簡易にかつ自動的にヒトの健康状態を推定するシステムの開発を目標とした.本年度は,最終年度として,昨年度に製作したシステムおよび,既存のシステムを用いて提案システムの妥当性と有用性を検証した.以前に開発したシステムでは,テレビのON/OFFのような家電製品の使用に関する時系列データを対象としていたが,今年度はこれに加えBluetoothを用いた携帯型のシステム,および室内の天井に設置した焦電型センサによるデータの取得と解析を行った.まず長期間獲得した時系列データについて,線形処理を用いた予備的調査を行ったところ,平常時と異なる傾向のある部分を発見した.しかしながら,線形処理で解析したところ,平常時と異常時である可能性を示した部分の統計量には有意差は認められなかった。このデータから情報エントロピーを用いた健康状態指標を抽出し統計処理を行ったところ,平常時のデータとの間に有意差が認められた.この結果は聞き取りによる調査が示す状況によく一致していた.さらに焦電センサの設置位置近傍に設置したテレビのON/OFFに基づくデータともよく一致していた.これらの結果から本研究で提案した情報エントロピーを用いた健康状態に関する指標は一定の条件のもとではあるが有用であることが示唆された.
唾液腺における炎症性サイトカインの誘導と口腔の防御システム:再生医療への試み

口腔は生体防御の最初の関門である。近年、Toll-like receptor(TLR)が、微生物認識の受容体で自然免疫において重要な役割を演じていることが明らかにされた。TLR4はエンドトキシン(LPS)の受容体で、これを介して、サイトカインが誘導される。本研究では、マウスにLPSを投与して実験的炎症状態を惹起した場合のTLR4を介した防御機構の機能を唾液や唾液腺において解析した。C3H/HeNマウスにおいてLPSはTLR4を介して唾液腺の炎症性サイトカインであるIL-1β,IL-6,およびTNF-αのmRNAを強く誘導した。一方、交感神経または副交感神経を切断した顎下腺においてもLPSはIL-1βmRNAを強く誘導した。しかしこれらの現象はTLR4変異体であるC3H/HeJマウスでは見られなかった。更に、顎下腺では、pro-IL-1βmRNAが検出され、LPS刺激により唾液腺や唾液中には大量の活性型IL-1β(20-および17.5-kDa)が誘導されたが、pro型IL-1β蛋白質は検出できなかった。In vitroにおいて本組織で強く発現しているカリクレインの一種、mK13がpro-IL-1βを含むLPS刺激マクロファージ抽出液から活性型IL-1βを与えた。pro-IL-1βペプチドはmK13の作用により水解され、2個のペプチド断片を与えた。そのアミノ酸配列の解析からmK13によるpro-IL-1βのプロセシング部位は^<113>Leu-^<114>Leuの間であると推定された。本研究結果より、LPSは中枢神経を経ず、直接顎下腺に作用し、IL-1βなどのサイトカインを誘導し、唾液中に分泌させること、活性型IL-1βがmK13の作用により産生されることなどが明らかになった。これらのことから、口腔における防御系として自然免疫が機能し、その中で唾液・唾液腺は重要な働きを担うと考えられた。近年、Toll-like receptors(TLRs)は自然免疫に関与する受容体であることが明らかになった。TLRsは種々の病原体を認識し、細胞傷害や感染に応答して細胞内のNF-κBなどの関与するシグナル伝達系を駆動することが知られている。ファミリーの一員であるTLR4はlipopolysacharide(LPS)の受容体で、LPSはこの受容体を介してしてIL-1β、IL-6、TNF-αなどの炎症性サイトカインを誘導する。本研究ではTLR4の変異体、C3H/HeJマウスとその野生型であるC3H/HeNを用いて、LPSがTLR4を介して唾液腺(顎下腺)の炎症性サイトカイン、特にIL-1βを誘導することを見い出した。顎下腺にはTLR4受容体が発現しており、この誘導はLPSが唾液腺組織へ直接作用して行われる事を明らかにした。また、顎下腺において誘導されたIL-1βは口腔へ分泌され、口腔唾液中のIL-1βの由来は耳下腺ではなく、主として顎下腺であった。上記、炎症性サイトカインの口腔における機能は重要であると考えられるが、唾液の水成分も口腔内の浄化に重要である。頭頚部腫瘍の放射線治療によって唾液線機能が障害されると齲食が多発する。そこで本研究ではマウスに放射線照射を行い、傷害を起こさせた後、幹細胞を移植し傷害の回復を試みる。現在、唾液線導管結紮、副交感神経切除、幹細胞因子・イソプロテレノール投与などを行い、唾液線幹細胞が増加する条件を検索中である。また、放射線照射により幹細胞マーカーであるSca-1結合蛋白質(幹細胞因子受容体)が増加することを見い出している。この生理的意義は明らかでなく、あわせて17年度の検討課題とする予定である。そのアミノ酸配列の解析からmK13によるpro-IL-1βのプロセシング部位は^<113>Leu-^<114>

Leuの間であると推定された。本研究結果より、LPSは中枢神経を経ず、直接顎下腺に作用し、IL-1βなどのサイトカインを誘導し、唾液中に分泌させること、活性型IL-1βがmK13の作用により産生されることなどが明らかになった。これらのことから、口腔における防御系として自然免疫が機能し、その中で唾液・唾液腺は重要な働きを担うと考えられた。
結晶場効果を取り入れた相対論的バンド計算による二酸化アクチノイドの電子構造の解明

本研究課題の主要目的は、二酸化アクチノイドに関連する強相関現象の解明と、結晶場効果を取り入れた相対論的バンド計算方法の開発である。二酸化アクチノイド化合物AnO_2(An=U, Np, Pu, Am)は、局所密度近似(LDA)の基でのバンド計算にて理解されるはずであるが、実際にはLDAの基礎とした計算では半導体の電子構造を再現することは容易ではない。蛍石型構造をもつ二酸化アクチノイドの結晶場基底状態は、Γ_8レベルが下、Γ_7レベルが上にあると考えるのが自然であるが、LDAの下でのバンド計算では、Γ_8とΓ_7の順序が逆転した結果となってしまう。そこで、この様な矛盾が起こらないようバンド計算に結晶場(CEF)効果を陽に取り込んだ方法を提案した。RLAPW法とCEF方法の組み合わせによるバンド計算プログラムを開発し、二酸化アクチノイドについて適用した。結晶場効果を取り入れた計算方法は、二酸化アクチノイド化合物の電子状態を考える上での1つの方法として、有効であることがわかった。アクチノイド化合物の基礎物性を理解するために、蛍石構造をもつ二酸化アクチノイド化合物を典型物質に選び研究を開始した。まず、相対論的バンド計算の手法を用いて、一連の二酸化アクチノイド(ThO_2、UO_2、NpO_2、PuO_2、AmO_2)の電子構造を系統的に明らかにした。その結果、ThO_2についてはバンドギャップの大きさを除けば実験結果をよく説明するが、それ以外の物質はモット絶縁体であるため、局所密度近似(LDA)法を基礎とするバンド計算では説明することが困難であった。例えばUO_2の場合、LDA法でバンド計算を行うと、フェルミエネルギー近傍において、f-電子とp-電子が混成してバンドを形成し、金属的な電子構造となり、実験結果と大きく異なる。また、アクチノイドイオンの波動関数の空間分布を考えてみると、Γ8は軸方向伸びているが、Γ7は主軸を避けるように[1,1,1]方向に分布している。負の電荷をもつ酸素イオンが[1,1,1]方向に位置することを考えると、クーロンエネルギーで損をしないΓ8が基底状態になり、Γ7が励起状態になるはずであるが、LDAの下でのバンド計算では、Γ8とΓ7の順序が逆転した結果となってしまう。そこで、この様な矛盾が起こらないようLDA法に結晶場効果を陽に取り込む"LDA+CEF法"を開発し、AnO_2の電子状態の理解を進めた。さらに、AnO_2の電子状態を微視的観点から理解するため、電子模型構築を進めるが、その指針を得るための解析を行った。この電子模型は、強束縛近似によるf-およびp-電子の遍歴項と混成項、f-電子間相互作用項、そして結晶場項からなり、Slater-Kosterとしては、(ffs),(fps),(fpp),(pps),(ppp)の5つを考えている。その解析の結果、Γ8とΓ7は(fpp)について敏感に変化することがわかり、LDA+CEF法によるAnO_2の電子状態の解析において、重要な意味を持つことがわかった。アクチノイド化合物の基礎物性を理解するために、蛍石構造をもつ二酸化アクチノイド化合物を典型物質に選び研究を進めた。まず、酸素のp電子から成る伝導電子バンド構造や、アクチノイドイオンの5f電子と酸素の2p電子の混成の仕方が、アクチノイドイオンによってどのように異なるのか(あるいは異ならないのか)を明らかにするために、相対論的バンド計算方法に従い、UO_2、NpO_2、PuO_2さらにはAmO_2も含めて、電子構造やフェルミ面の系統的比較を行った。その結果、局所密度近似(LDA)法を基礎とするバンド計算では、アクチノイドイオンの原子番号が大きくなるにつれ、5f電子と酸素の2p電子の混成の仕方は大きく、金属的な電子構造となり実験結果と大きく異なることがわかった。また、アクチノイドイオンの波動関数の空間分布を考えてみると、クーロンエネルギーで損をしないΓ_8が基底状態になり、Γ_7が励起状態になるはずであるが、LDAの下でのバンド計算では、Γ_8とΓ_7の順序が逆転した結果となってしまう。

そこで、この様な矛盾が起こらないようLDA法に結晶場効果を陽に取り込む“LDA+CEF法"を開発し、AnO_2の電子状態の理解を進めた。さらに、AnO_2の電子状態を微視的観点から理解するため、電子模型構築と解析を進めた。この電子模型は、強束縛近似によるf-およびp-電子の遍歴項と混成項、f-電子問相互作用項、そして結晶場項からなり、Slater-Kosterとしては、(ffσ),(fpσ),(fpπ),(ppσ),(ppπ)の5つを考えている。その解析の結果、(fpπ)の絶対値を小さくとるか、あるいは(fpπ)>0にすると、Γ_8がΓ_7の下にくるようになり矛盾がおこらない。Γ_8とΓ_7は(fpπ)について敏感に変化することがわかり、LDA+CEF法によるAnO_2の電子状態の解析において、重要な意味を持っことがわかった。また、NpO2におけるNpイオンと酸素イオンの間の跳び移り積分(pfσ)と(pfπ)に関して、(pfπ)が非常に小さいときに実験で観測される八極子秩序相が現れるという指摘がある。今後、バンド計算結果との比較により、NpO_2において(pfπ)が本当に小さくなるのか、どうして小さくなるのか、などの検討を行う必要がある。アクチノイド化合物の基礎物性を理解するために、蛍石構造をもつ二酸化アクチノイド化合物を典型物質に選び研究を進めた。第1段階としては、酸素のp電子から成る伝導電子バンド構造や、アクチノイドイオンの5f電子と酸素の2p電子の混成の仕方が、アクチノイドイオンによってどのように異なるのか(あるいは異ならないのか)を明らかにするために、相対論的バンド計算方法に従い、UO_2、NpO_2、PuO_2さらにはAmO_2も含めて、電子構造やフェルミ面の系統的比較を行った。その結果、局所密度近似(LDA)法を基礎とするバンド計算では、アクチノイドイオンの原子番号が大きくなるにっれ、5f電子と酸素の2p電子の混成の仕方は大きく、金属的な電子構造となり実験結果と大きく異なることがわかった。なお、参照物質として、5f電子が物性に寄与しないThO_2に対しても同様の計算を行った。ThO_2はアクチノイドに起因する6d-7sの空バンドと酸素の2pに起因する価電子バンドとの間に、約5eVのギャップを持つ絶縁体であり、実験結果を合理的によく説明した。AnO_2の解析の結果、LDAを基礎とするバンド計算では、Γ8とΓ7の対称性の順序が逆転してしまうという問題があることがわかった。アクチノイドイオンの波動関数の空間分布を考えてみると、クーロンエネルギーで損をしないΓ8が基底状態になり、Γ7が励起状態になるはずであるが、LDAの下でのバンド計算では、Γ8とΓ7の順序が逆転した結果となってしまう。そこで、この様な矛盾が起こらないようLDA法に結晶場効果を陽に取り込む"LDA+CEF法"を開発し、AnO_2の電子状態の理解を進めた。この電子模型は、強束縛近似によるf-およびp-電子の遍歴項と混成項、f-電子間相互作用項、そして結晶場項からなり、Slater-Kosterとしては、(ffσ),(fpσ),(fpπ),(ppσ),(ppπ)の5つを考えている。その解析の結果、(fpπ)の絶対値を小さくとるか、あるいは(fpπ)>0にすると、Γ8がΓ7の下にくるようになり矛盾がおこらない。Γ8とΓ7は(fpπ)について敏感に変化することがわかり、LDA+CEF法によるAnO_2の電子状態の解析において、重要な意味を持っことがわかった。
慢性腎臓病の腎線維化に食餌および運動が与える影響の検討

本研究では、慢性腎臓病(CKD)において、運動や食事が腎臓に与える影響を明らかにすることを目的とします。近年、CKDでは腎臓のエネルギー代謝に異常が見られることが明らかとなっています。この腎臓のエネルギー代謝の異常がCKDの悪化を促進していることが考えられます。一方で、エネルギーの代謝に関わる運動や食事がCKDの腎臓にどのような効果があるかはあまりわかっていません。本研究により運動と食事がCKDの腎臓にどのように影響しているかが明らかとなれば、CKDにおけるこれまでの食事療法や運動療法を見直すきっかけとなることが期待できます。
学校ベースの教師教育プログラム開発を通した協同学習モデルの効果検証

本研究では、我が国の学習指導要領に示された学びに向かう力、人間性等に関する指導内容を踏まえ、教師教育プログラムの開発を踏まえ、社会的領域の効果的な学習指導方略の検討を学校ベースでの教師教育プログラムの開発を踏まえて3年計画で進めることとした。教師の個人的要因のみならず、組織的条件の解明も可能になるためである。この目的達成に向け、初年度は、複数の学校を対象に教師教育用プログラムの開発に取り組むこととした。協同学習モデルの概略の説明は、Metzler、Dyson、Kagan & Kagen、Goodyear、Caseyらの英語文献並びに国立教育政策研究所や安永らの和文献を加えて資料を作成した。また、作成した資料を3回の講習会の初回に用いた。プログラムは、3時間(1時間×3セット)を想定して作成した。1回目は協同学習モデルの概略に関す情報提供並びに10分間の模擬授業計画の立案である。2時間目は、10分間の模擬授業の実施、3時間目は実施した模擬授業の映像を踏まえた省察、改善案の作成であった。対象は、小学校教員2名並びに中学校教員3名となった。小学校教員については、2018年11月から2月にかけて、中学校教員については2019年2月から3月にかけてプログラムの提供、模擬授業並びに反省会を行った。また、その効果検証に関しては、事前に指導案の提供を求め、指導案レベルでの情報交換を行った。また、反省会において半構造化インタビューを実施した。なお、小学校教員の実施した模擬授業の映像並びに指導案は、中学校教員を対象とした概略説明時に活用した。新学習指導要領の実施に向け、資質・能力の三つの柱に即した指導内容をバランス良く習得させる効果的な学習指導方略の検討が必要になっている。特に、体育は、人間性に関する指導内容を示した唯一の教科となっていることから、人間性に関する学習指導方略の提案やその効果検証が求められる。この観点からみた既存の効果的な学習指導モデルが、協同学習モデルである。そこで本研究では、現職の小学校教員2名に対し、協同学習モデルの概略並びにそれに基づく学習指導案の作成に必要な情報を提供し、校内研修での10分間模擬授業の実施を求め、そこで直面する課題並びにその解決方法について検討することとした。授業資料の提供は、2018年11月に2回行われ、その後の指導案のやりとりを経て2019年2月に模擬授業が実施された。収集されたデータは、資料提供時並びに授業後のインタビュー、模擬授業の指導案並びに映像であった。その結果、今回提示した授業資料は、現職教員にとり協同学習モデルに基づく授業展開を容易にすることを示唆していた。他方で、指導案作成段階で確認すべき観点の設定が重要になることを示唆された。また、上記小学校での試行を踏まえ2019年2月から3月にかけ、中学校教員3名を対象に協同学習モデルの概略並びにそれに基づく学習指導案の作成に必要な情報を提供し、3人での模擬授業を実施し、その成果についてインタビューを実施した。インタビュー結果は分析中である。なお、これら3名の中学校教員には2019年度は、実際に行っている授業を対象にデータ収集への協力を依頼した。2019年には、協同学習モデルに基づく単元を実施可能な時期を学校と調整する。同時に、単元計画並びに各授業の本時案について、対象教員と協議しながら作成し、授業に臨む。すでに、中学校に関しては3名の教員の合意を得ている。また、小学校に関しては、2名の教員と指導案の作成に取り組んでいる。中学校の教員については、ベースラインデータとなる授業の映像を6月を目安に撮影するとともに、協議を踏まえた授業を秋に実施することを計画にしている。小学校の教員については、6月並びに秋の2回の授業実施を予定している。本年度の授業実施に際しては、教師と児童、生徒双方のデータを収集する。児童、生徒に関しては形成的授業評価(高橋他、1999)を用い、児童、生徒の自己評価を授業者に短時間でフィードバックする。また、授業中の児童、生徒の様子をフィールドノートに残し、それを踏まえ、教師と協同して指導案の修正を加えていく。なお、児童、生徒に関しては、単元導入前に体育の授業並びに他教科の授業の様子を複数回観察し、コミュニケーションスキルの実態や授業の様子を記録する。また、複数の児童に対して自己や仲間の成長並びに授業の進め方に関する半構造化されたグループインタビューを実施する。このグループインタビューは、単元中盤並びに単元終了時間並びに単元終了後一月後に実施する。このインタビューの結果は文章化し、そこに反映されている児童、生徒の協同学習の成果に関する認識を確認していく。分析手法は、教師のそれに準ずることとする。