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東アジアにおける学校教育改革の共通性と差異の比較に関する統合的調査研究

東アジアの各国・地域はほぼ同時に教育課程改革に取り組み,その中に児童・生徒の自立的な学習を実現する枠組みを位置づけている。総合的な学習の時間(日本),総合実践活動(中国),裁量活動時間(韓国),統制課程(台湾)と,呼称は異なるが学校単位でカリキュラムを開発し探究活動を促進することは共通である。しかし,それらの枠組みは教科外の時間として設定したり,選択教科として位置づけるなど国や地域により差異が見られる。一方,教科の教育における指導方法は多人数クラスによる一斉指導は多い。集団による学び合いと言った取り組みも見られるが,そうした先進的な取り組みは活動的な教師に依存している状況である。カリキュラムを有意義なものとするためには教員の質の向上が重要であると言う各国の認識は強い。開放性による免許制度の問題は教員養成制度の在り方や,教員の質の問題に関係している。現実的な解決策として,大学院レベルでの再教育が注目され,各国・地域の先進的な大学では自主的な取り組みが行われている。3カ年の調査研究の報告は科研メンバーを中心に東アジアの研究者を招聘して毎年フォーラムを開催した。第1回は日本学校教育学会年会(びわこ成蹊スポーツ大学2005.8),第2回は東アジア学校教育改革国際大会(中国東北師範大学2006.9),第3回は東アジアの学校教育改革(国士舘大学2007.11)をそれぞれ開催した。研究初年度の本年は,3年にわたる研究の基盤整備を行った。その主なものは,次の3点である。第1に,文献研究を通し,各国各地域の学校教育改革に関する現状と課題を整理した。この作業を通して、東アジアの教育課題に対する日本の研究水準を確認し,さらに訪問調査等によって収集する外国の情報や文献の範囲を析出することが可能となった。第2に,中国・韓国・台湾の各地域に、訪問調査を実施した。1[中国]長春・北京(2005年9月)---長春は本研究の基幹研究機関である東北師範大学が位置し,また同附属小学校はオープン教育やカリキュラム開発において中国全体の最先端の実験校である。長春では,学校視察や研究打ち合わせを行った。続いて北京では,北京師範大学・国家教育部にて,学校教育改革・カリキュラム開発・教師教育政策等について,聞きとりを行った。2[台湾]嘉義・台北(2005年10月)---嘉義では、本研究の基幹研究機関である嘉義大学において、研究打ち合わせを実施した。また台北では,台湾師範大学にて教師教育・学校経営に関する研究交流をし,複数の公立小学校を訪問し学校の現状を視察した。3[韓国]ソウル・釜山(2005年11月)---ソウルでは,本研究の基幹研究機関である韓国教育課程評価院において研究打ち合わせを行った。さらに,教育人的資源部にて教師教育に関する聞きとりを実施した。また釜山では、釜山大学にて教育実践に関して研究交流を行い,同時に釜山市内の公立小学校を訪問し,教育改革の現状を視察した。なお,(1)-(3)は,次年度に予定している国際シンポジウム(2006.9,長春)の依頼を兼ねた訪問調査であった。第3に,上記の文献研究や訪問調査の成果をもとに,研究資料『東アジアの学校教育改革』(A4版350頁を予定)の冊子を編集している。本冊子の内容を共通の基盤として活用し,今後2年間の研究を推進していく予定である。本取組みの二年目にあたり、今年度の中心的活動は中国教育学会、東北師範大学、上越教育大学の主催で「東アジアの学校教育改革国際シンポジウム」を中国・東北師範大学と同附属小学校において開催したことである。日本側からは、戸北科研代表の開会の挨拶、新井郁男による日本の学校教育改革のレビュー、若井彌一による日本の教師教育改革の現状と課題、山口満による日本のカリキュラム改革の現状と課題をそれぞれ提案した。中国からは中国教育学会長の顧明遠氏、陳永明(韓国教育課程評価院)、馬雲鵬(東北師範大学学部長)、孫于正(釜山師範大学)、林明煌(台湾嘉義大学)氏による各国の学校教育改革の現状が報告された。

本シンポジウムは『東アジア学校教育改革理論的実践的研究』中国教育学会、東北師範大学、上越教育大学主催、東北師範大学教育科学学院編、(全224頁)、2006.9.25-27として出版された。比較で明らかになった点は、伝統的な学力を求める「応試教育」に対して、今日的課題に対応した「個性教育」の必要性が求められていること、その代表である「総合的な学習」のあり方を例にすると、台湾の場合が最もドラスティックな取り上げ方をしている。正に、カリキュラム全体が「機能としての総合学習」となっている。それに対して、中国、韓国、日本はいずれも総合学習を一定の領域として位置づけているにとどまる。ただ、中国と韓国は総合実践活動や裁量活動に複数の下位領域を持ち、役割の異なる多様な学習活動を組織している。それに対して、日本は下位領域を持ったねらいが示されているだけで、学習活動は例示にとどまっていると言える。科研班による共同研究の成果をフォーラム「東アジアの学校教育改革」の形で実施したのが今年度の主な取り組みである。具体には,研究代表者と研究分担者8名,研究協力者2名,海外の研究協力者8名が学校改革に先進的に取り組んでいる東京都世田谷区において,11月34日の日程で公開型フォーラムを国士舘大学の大会議室を会場として開催した。大学関係者,学生,市民を含めて約50名が参加した。基調講演では新井郁男氏が「21世紀におけるカリキュラムと教師教育の課題-学習社会形成の視点から-」の演題において,国家を超えたグローバルな視点,情報化社会への視点,完全なる人間の視点,生涯学習の視点を見据えることの意義が提案された。引き続き「東アジア各国のカリキュラム改革とそれに伴う教育方法の新たな視点」について,中国,韓国,台湾,日本の東アジアの研究者かちの提案があった。続いて,特別講演では北京師範大学の労凱声教授による「教師の専門的職能と権利」についての講演があり,中国の「教師法」では教員の職業上の性質を教育教学の職責を負う専門職業人であると位置づけていて,一定の基準で測定される特性を持つ職能を有する者であるが,医者や弁護士などのような専門職と言う概念までには至っていないことや,教育を行う権利と学術研究と言論の自由の権利を保有する専門職であるという説明があった。最後に,「学校改革と教師の専門職化」と題してパネルディスカッションがあり,中国,韓国,台湾,日本の研究者間で意見交換が行われた。
化学的なシトシン塩基メチル化法の開発

発生や分化、感染へ防御などに関わる核酸塩基修飾であるシトシン塩基5位のメチル化を制御する三重鎖核酸形成オリゴ核酸を基盤とした化学的技術の開発を目指し、メチルスルホニウム基を持つオリゴ核酸の合成法を確立した。メチルスルホニウム基を持つオリゴ核酸を標的DNAに作用させた結果、グアニン塩基上でのメチル化(アルキル化)に伴うDNA断片が生成した。これは、アルキル化試薬.核酸複合体が標的DNAをアルキル化に有用であることを示した例であり、シトシン5位のメチル化法の確立に向けた大きな一歩である。DNA中シトシン塩基5位のメチル化は、細胞の発生や分化、感染に対する防御などに関わる極めて重要な核酸塩基修飾である。特定のシトシン塩基のメチル化を化学的に誘起する技術を開発することが出来れば、化学的にエピジェネティックな遺伝子発現制御機構を制御できる可能性がある。本研究の初年度であるH22年度では、提唱されているDNAメチル化酵素のメチル化機構を、二重鎖DNAを強固に認識する三重鎖形成核酸(TFO)を用いる事で化学的に模したDNA中シトシン塩基5位をメチル化する手法の開発を検討した。まず、DNAメチル化酵素の活性中心を模倣するTFOとして、標的シトシン塩基の前後配列を認識するTFOの3'または5'末端にそれぞれアミノ基、ヒドロキシル基、スルフィド基、およびメチルスルホニウム基を持つTFOの合成法を開発した。これにより、DNAアルキル化能を有するメチルスルホニウム基とDNA(TFO)を複合体化できる事が明らかとなった。また、狙った空間へこれら官能基を配置することを可能とする、チオール基を持つ新たな人工核酸の開発に成功した。さらに、合成したTFOを標的DNAに作用させたところ、メチルスルホニウム化TFOの減少に伴って、標的DNAとは異なるいくつかのDNAの生成を確認する事が出来た。分解性のDNAが多く、グアニン塩基へのアルキル化が主であると考えられ、官能基の組み合わせやそれぞれの空間配置といったコンジュゲート設計に関わる課題の他、アルキル化位置を簡便に特定する評価系の構築など、検討すべき課題が明確となったため、現在検討を重ねている。これら一連の成果は、TFOコンジュゲートが標的DNAをアルキル化できる事を明確に示した例であり、シトシン5位のメチル化法としての習熟に向けた大きな一歩である。エピジェネティックな遺伝子発現制御機構を化学的に制御する技術の開発を目指し、特定のシトシン塩基のメチル化を化学的に誘起する手法を検討した。本年度はまず、H22年度に確立したメチル化剤としてメチルスルホニウム基を持つオリゴヌクレオチド(ON)の合成法と、ONと複合体化した官能基を特定の空間へ配置することを目的に開発したチオール基を持つ人工核酸、そしてONとメチルスルホニウムを繋ぐリンカー(エチレングリコール系または脂肪鎖)の組合せを検討するため、提唱されているDNAメチル化酵素のメチル化機構を化学的に模した三重鎖形成核酸(TFO)類を新たに4種合成した。加えて、三重鎖核酸形成時の核酸塩基部の配向性がアルキル化能に影響を与える可能性を考慮し、天然核酸とは異なる塩基配向を示す(結晶構造)人工核酸の利用も検討した。合成した各種メチルスルホニウム化TFOはリンカー部の種類により反応性が大きく異なり、化学的安定性で有用な脂肪鎖(C9)リンカーを標的DNAに作用させることにより、標的DNAとは異なるいくつかのDNAの生成を確認した。またその分子量から、新たに生成したDNAはグアニン塩基上でメチル化(アルキル化)が進行したことに伴うDNA断片であることが明らかとなった。一方、本研究期間内で検証したメチルスルホニウム基や核酸塩基の空間配置・配向性の変化は、メチル化の基質特異性を有意に変化させる原因とはならなかった。本研究成果は、TFOコンジュゲートが標的DNAをアルキル化できる事を明確に示した例であり、シトシン5位のメチル化法に向けた大きな一歩である。
グリコサミノグリカン糖鎖伸長反応メカニズムの解明

グリコサミノグリカンは、2種類の糖が交互に結合した直鎖状の糖鎖であり、ヒトにおいては、様々な重要な役割を果たしている。細菌由来で安定で高反応性のグリコサミノグリカン合成酵素がいつくか報告されている。これらの酵素は、2種類の糖が正確に交互に連続的糖転移反応をすることで、糖鎖を効率よく合成することができる。しかし、これらの反応メカニズムは、未だ不明なことが多い。これらの酵素の中でも、特に有用性が高いヒアルロ酸糖鎖合成酵素について、X線結晶構造解析により、立体構造を決定し、酵素反応メカニズムを明らかにした。本成果は、広くグリコサミノグリカン糖鎖の合成機構の解明に大きく貢献するものと考えられる。グリコサミノグリカンは、2種類の糖が交互に結合した直鎖状の糖鎖であり、ヒトにおいては、細胞間の情報伝達や、クッションとしての役割等、様々な生理作用において重要な役割を果たしている。ある種の細菌がヒトと同じ構造のグリコサミノグリカンを持つことから、細菌由来で安定で高反応性のグリコサミノグリカン合成酵素がいつくか報告されてきている。本申請では、医薬品としてすでに利用されていることと、健康食品としても広く使われていることから、特に有用性が高いと思われるヒアルロン酸合成酵素について、その基質特異性と反応メカニズムを明らかにすることで、より効率的な酵素の創生を目指すものである。ヒアルロン酸合成酵素は、2種類の糖が正確に交互に連続的糖転移反応をすることで、ヒアルロン酸糖鎖を効率よく合成することができる。しかし、これらの反応メカニズムは、立体構造情報がない為に、ほどんどわかっていない状況にある。本酵素の立体構造解析と変異体の酵素活性測定、結合活性測定を行うことで、基質特異性を含めて酵素反応メカニズムを明らかにすることを目指している。このことは、広くグリコサミノグリカン糖鎖の合成機構の解明の基盤情報を得ることにつながると期待できる。本年度におてい、我々は、ヒアルロン糖鎖合成酵素結晶についてX線結晶構造解析実験を行い、位相決定、構造精密化に成功した。本成果は、ヒアルロン酸合成酵素として初めての成果である。糖鎖は、生命現象において、多用な機能を持つ機能性高分子である。その内のグリコサミノグリカンは、2種類の糖が交互に結合した直鎖状の糖鎖である。ヒトなどの哺乳動物において、様々な役割を担っている。例えば、細胞間の情報伝達や、クッションとしての役割、発生段階における役割などである。一方、ある種の細菌においては、ヒトなどの哺乳動物と同様の構造をとったグリコサミノグリカンを細胞外の莢膜多糖として持つことが知られている。本申請は、グリコサミノグリカンの中でも、医薬品としてすでに実用化もされているヒアルロン酸糖鎖を合成する細菌由来の酵素について、その反応メカニズムの詳細を解明することを目的としている。バクテリアの持つヒアルロン酸合成酵素は、2種類の糖を正確に交互に連続的に合成できる能力を持っている。しかし、これらの反応メカニズムは、その立体構造情報がないために、未だ不明な点が数多く残されている。本酵素について、酵素反応過程の様々な状態での立体構造を決定することで、基質特異性を含めて酵素反応メカニズムを決定することを目指している。本年度までの実験によって、大腸菌での大量発現、大量精製、結晶化に成功し、さらにX線回折実験によって、4オングストローム程度の分解能での立体構造決定に成功している。これまでに、結晶化の再現性の向上、結晶のX線回折能の向上に重点をおいて研究を継続している。現在までの成果は、ヒアルロン酸合成酵素として、初めての成果を得るまでに至っている。グリコサミノグリカンは、2種類の糖が交互に結合した直鎖状の糖鎖であり、ヒトにおいては、様々な生理作用において重要な役割を果たしている。ある種の細菌がヒトと同じ構造のグリコサミノグリカンを持つことから、細菌由来で安定で高反応性のグリコサミノグリカン合成酵素がいつくか報告されている。これらの酵素は、すべて2種類の糖が正確に交互に連続的糖転移反応をすることで、それぞれの糖鎖を効率よく合成することができる。これらの酵素について、酵素反応メカニズムを明らかにすることで、広くグリコサミノグリカン糖鎖の合成機構の解明の基盤情報を得ることを目指して本研究を行った。本研究は、バクテリアの持つ複数のグリコサミノグリカン様糖鎖合成酵素について、高活性をを持つ酵素の大量発現、大量精製、および結晶化を行った。ヒアルロン糖鎖合成酵素については、X線結晶構造解析による立体構造決定に成功した。また、立体構造解析から得られた情報に基づき、予想活性残基の点変異体を作製し、その活性への寄与を評価したところ、活性残基と基質認識残基の同定に成功した。これらの情報は、以前報告したコンドロイチン合成酵素を合わせて考察することにより、2糖繰り返しの特徴的な構造を持つグリコサミノグリカン糖鎖の生合成機構の一般的な合成メカニズム解明に対して、重要な知見となったと考えられる。

しかし、これらの反応メカニズムは、未だ不明なことが多い。これらの酵素の中でも、特に有用性が高いヒアルロ酸糖鎖合成酵素について、X線結晶構造解析により、立体構造を決定し、酵素反応メカニズムを明らかにした。本成果は、広くグリコサミノグリカン糖鎖の合成機構の解明に大きく貢献するものと考えられる。申請書における実験計画において、最も中心的な目標であるヒアルロン酸糖鎖合成酵素の立体構造の決定については、すでに成功しているが、その後の結晶化の再現性と質の向上には、手間取っている。しかし、最大の目標が達成されていることから、おおむね順調に進展していると評価される。構造生物学結晶の再現性と質の向上を目指す実験を継続するとともに、アクセプター基質、ドナー基質との複合体の立体構造決定を目指す。また、ここまでの成果の学術論文としてのpublishを予定している。申請書中で記載していた1年目の実験計画において、最も中心的な目標であったヒアルロン酸糖鎖合成酵素の立体構造決定を、X線結晶構造解析を行うことで達成することに成功した。本立体構造は、UDP複合体であるが、2年目以降に予定している本来のドナー基質複合体、そして、アクセプター糖鎖複合体の立体構造を決定していく上で、十分な情報を提供することなる。以上の状況から、本研究は、「おおむね順調に進展している」と評価できると考える。ヒアルロン酸合成酵素の糖鎖合成反応の様々な状態での立体構造決定(ドナー基質として、2種類のドナー基質複合体、,マンガンイオン、アクセプター基質として、ヒアルロン酸糖鎖の結合した状態の組み合わせ)を目指す。2種類のドナー基質UDP-GlcNAcとUDP-GlcUAを結合させた状態を見ることで、ヒアルロン酸糖鎖が結合する前の状態を見ることができる。また、アクセプター基質として、非還元末端がGlcNAcのヒアルロン酸糖鎖と、非還元末端がGlcUAのヒアルロン酸糖鎖の2種類を準備し、それぞれの合成酵素との複合体を作製することで、糖鎖伸長反応のスナップショットを見ることができる。さらに、クライオ条件による酵素反応停止により、ドナー基質とアクセプター基質の両方が同時に結合したミカエリス複合体の立体構造決定を目指す。
ニフェジピンの血圧および歯周組織に及ぼす影響に関する実験的研究

Ca拮抗剤(ニフェジピン)投与後の歯肉増殖の発現に対する局所因子の影響については明らかではない。我々は、血圧の変動に大きな影響を与えない程度の投与量(ヒトの約3倍)でも25周の観察で、歯肉炎確立部位には中程度の歯肉肥大が発現することを明らかにした。次に、動物4頭を用い、局所因子として結紮線を用い、同量の薬剤投与での歯肉変化を観察した。右側は歯石沈着化で、左側は健全歯肉下で実験を開始した。上顎左側犬歯部に直径0.25mmの矯正用結紮線を装着した。薬剤は、アダラートを2頭に6mg/kg(60mg/d)、1頭に4.4mg/kg(40mg/d)を18周まで投与し、対照には投与しなかった。投与開始後、60mg投与群の1頭と40mg投与例には口腔清掃を継続し、60mg投与群の他の1頭には口腔清掃を中止し、対照例でも口腔清掃を継続した。上顎左右側犬歯部については、頬側面における歯冠側、近遠心側、頬側の形態計測し、投与前と投与18週後とを比較した。歯肉形態計測については、歯冠側の変化は付与したノッチから歯肉縁までの距離を模型上で近遠心、中心部について行い、頬側および近遠側への変化は、模型上で犬歯の咬合面から規格撮影し写真上で行った。歯冠方向では、実験群3頭の9部位中1部位(左側)に、近遠心方向では、実験群3頭の3部位中2部位(左側と右側)に、頬側方向では実験群3頭の3部位(左側)に対側と有意差が見られた。対照例では、左右差は見られなかった今回の検索からヒト極量程度の投与量で歯肉肥大の実験モデルを確立するためには、結紮線のような持続性の局所刺激を加えながら、18週程度の期間を要することが判明した。Ca拮抗剤(ニフェジピン)を使用した実験的研究では、大量投与を試みたイヌやラットにおいて歯肉増殖が認められた報告があるが、歯肉増殖の発現と局所因子との関連については明らかではない。我々は予備的実験において、イヌに血圧の変動に大きな影響を与えない程度の量(ヒトの約3倍量)でも投与6カ月後の観察では、プラークが蓄積している部位には歯肉肥大が発現しうることを明らかにした。今回は、さらに動物数を増やし、局所因子としての結紮線を施した際に、同程度の薬剤投与量で歯肉にどのような変化が生じるかを観察した。ビーグル成犬3頭を用い、上下顎右側は歯石沈着下で、左側は健康歯肉を確立した上で実験に供した。また上顎左側犬歯には、歯頚部周囲に矯正用結紮線を装着した。薬剤は、2頭には6mg/kg(60mg)、1頭には4.4mg/kg(40mg)を18週まで毎日経口投与した。60mg投与群の1頭では、左側で口腔清掃を中止した。歯肉の肉眼的観察の他に、上顎左右犬歯部の頬側面について、歯冠側方向、頬舌方向、近遠心方向への歯肉の変化について模型上で術前と術後の距離を計測し比較した。歯肉の肉眼所見では、歯石沈着している右側全例と、薬剤投与開始後に口腔清掃を中止した1頭の左側でも18週後に歯肉の発赤、腫脹がみられた。

歯肉の歯冠側方向への変化は、近・遠心部では、結紮線装着例で右側より大きく、中央部では逆に歯石沈着側で大きかった。頬舌方向への変化は、結紮線装着例で右側より大きかった。近遠心方向への変化は、結紮線装着例で口腔清掃を継続している群の1頭でのみ右側より大きかった。今回、結紮線を装着している左側犬歯部では、右側の歯石沈着部より歯肉肥大は明らかであり、このような変化は結紮線装着部で、口腔清掃の有無に関係なく見られた。結紮線はプラークの停滞因子の他に、歯肉に対する持続的機械的因子としても作用し、薬剤の歯肉に対する影響を増強させたものと思われた。イヌの頭数を4頭にして、右側には、歯石沈着下で口腔清掃を行わないで、左側では、結紮線を上顎犬歯部歯肉縁下に巻き、対照動物の1頭および実験動物3頭中2頭には口腔清掃を行い、別の1頭には口腔清掃を行なわなかった。その後に、ニフェジピンを、2頭には1日60mg、別の1頭には1日40mgを投与し、対照動物の1頭には投与しなかった。実験18週まででは、歯肉の増大は対照動物に比較すると、実験動物3頭とも認められたが、線結紮を施した左側で口腔清掃に関係なく、歯石沈着下で口腔清掃を行わない右側より明らかであった。また、歯肉の増大は近遠心側方向よりも頬舌側方向で明らかであった。一方、薬物投与量による差はとくに得られなかった。組織学的にみると、内縁部を主体に高度の炎症性細胞浸潤と毛細血管の拡張や増生、および上皮の増殖が認められ、変化は結紮線を施した左側で、歯石沈着のまま口腔清掃を行わなかった右側よりも明らかであった。対照動物に比較すると、外縁上皮の肥厚が認められるとともに、線維の増加が認められ、変化はとくに結紮線を施し口腔清掃を行わなかった左側で高度であった。これらの結果は、(1)本薬剤による歯肉増大は局所刺激因子の存在下でのみ生じる、(2)線結紮は内縁部に及ぶ持続性及び可動性の刺激を加え、近遠心方向よりも頬舌方向に歯肉増大を生じさせ、線維の増大を強調する慢性炎症に関与している、ことを示唆するものであった。我々は、先に動物4頭を用い、局所因子として結紮線を用い、同量の薬物投与での歯肉変化を観察した。すなわち、右側は歯石沈着下で、左側は健全歯肉下で実験を開始した。上顎左側犬歯部に直径0.25mmの矯正用結紮線を装着した。薬剤は、アダラートを2頭に6mg/kg(60mg/d)、1頭に4.4mg/kg(40mg/d)を18週まで投与し、対照には投与しなかった。投与開始後,60mg投与群の1頭と40mg投与例には口腔清掃を継続し、60mg投与群の他の1頭には口腔清掃を中止し、対照例でも口腔清掃を継続した。上顎左右側犬歯部については、頬側面における歯冠側、近遠心側、頬側の形態計測をおこなった。今回は、実験群3頭について、64週まで観察した。歯肉の増大は、歯冠方向や近遠心方向より頬側方向で、すなわち、歯肉の厚みの増加があきらかであった。しかし、18週までと比べて歯肉の形態的変化は、微増を示すにとどまっていた。また。薬物投与量による差はとくに得られなかった。前回の18週までの結果と、今回の18週64週までの結果をまとめてみると、ヒト極量つまり、ヒトの3倍程度のニフェジピン投与量であっても実験的に動物に肉眼的にあるいは組織学的に歯肉肥大を惹起させることが可能であること、また、他方、線結紮あるいは歯石沈着だけで歯肉肥大を惹起させることができなかったことも、この薬剤の歯科領域に及ぼす影響を軽視できないことを示唆するものであった。ヒト極量程度の投与量で歯肉肥大の実験モデルを確立するためには、結紮線のような持続性の局所刺激を加えながら、18週程度の期間を要することが判明した。今後は、局所因子の他に全身的因子(全身の抵抗力を減弱させるような因子)を加味し、この状態で薬物を投与した場合の歯周組織に対する影響検索も必要であろうと考えている。
ナノ結晶化ガラスの欠陥構造制御と蓄光特性

本研究では、「環境調和」、「安価・低コスト」、「省エネ」という環境調和型の持続社会を構築するために必要な社会要請に応えるため、ガラスにおけるナノ結晶化や熱処理により誘起される欠陥構造制御を活用する発光特性の発現と蓄光材料開発を進めた。これは、太陽光エネルギーの中で、従来は効率的に活用されていない波長の短い光エネルギーを、時間かつ周波数(波長)の観点から高効率利用が可能な形態へと変換させる画期的な技術である。具体的には、元素戦略的な観点から、希土類フリー酸化物発光体やガラス結晶化により誘起される欠陥構造が起源となり、発光の時間制御による蓄光効果が高効率に発現する新機能材料の開発に成功した。科学技術に対する社会要請の中で、特に「環境調和」、「安価・低コスト」、「省エネ」は、二酸化炭素を抑制し省エネ循環を実現する環境調和型の持続社会を構築するために、ますます重要性を増しているキーワードである。本提案ではこれらに応えつつ、萌芽的・挑戦的に推進する研究開発の一例として、これまでにない、ガラスにおけるナノ結晶化や熱処理により誘起される欠陥構造制御を活用する発光特性の発現と環境調和型の蓄光材料開発を進めている。これは、地球のエネルギー源として太陽光エネルギーの中で、従来は効率的に活用されていない光エネルギーを、時間かつ周波数(波長)の観点から高効率利用が可能な形態へと変換させる画期的な技術である。具体的には、元素戦略的な観点から、希少元素である希土類を含まない、希土類フリー酸化物発光体やガラスを用いて、誘起される欠陥構造が起源となり発光の時間特性に変化を与え、この発光の時間制御による蓄光効果が高効率に発現する新材料の開発を目的とする。当初の目標を、「結晶化ガラスにおける欠陥構造の形成と発光・残光に関する基本特性評価」と設定した。熱処理やガラス結晶化による物質中のナノ構造制御により、誘起される欠陥構造を明らかにする実験として、電子スピン共鳴法や分光学的手法(非弾性光散乱)を試行した。以下に研究成果を示す。(1)電子スピン共鳴により、典型的な酸化物セラミックスである酸化ジルコニアの残光特性が酸素欠陥に起因する現象であることを明らかにした。(2)酸化ジルコニアの残光特性は熱処理温度や雰囲気、さらには結晶の構造相転移と強く関連し、各種条件の最適化により希土類フリー残光体として有望であることを示した。(3)各種のガラス組成の最適化を行い、熱処理によるガラス結晶化により、酸化ジルコニアがほぼ単相で析出する新規ガラス系の発見に初めて成功した。研究の目標を、「結晶化ガラスにおける欠陥構造の形成と発光・残光に関する基本特性評価」と設定した。(1)典型的な酸化物セラミックスである酸化ジルコニアをほぼ単相で析出する結晶化ガラスについて、組成や熱処理の最適化を行い、その結晶化挙動を明らかにした。(2)発光・残光特性の向上を目指して、各種の発光源となる元素添加を行い希土類フリー残光体として発光のブロード化や波長シフトが可能であることを明らかにした。(3)アルミナを混合した状態での熱処理により、残光特性が一桁以上向上することを見出した。科学技術に対する社会要請の中で、特に「環境調和」、「安価・低コスト」、「省エネ」は、二酸化炭素を抑制し環境調和型の持続社会を構築するために、ますます重要性を増しているキーワードである。

具体的には、元素戦略的な観点から、希少元素である希土類を含まない、希土類フリー酸化物発光体やガラスを用いて、誘起される欠陥構造が起源となり発光の時間特性に変化を与え、この発光の時間制御による蓄光効果が高効率に発現する新材料の開発を目的とする。初年度の目標を、「欠陥構造の形成と発光・残光に関する基本特性評価」と設定した。熱処理やガラス結晶化によるナノ構造制御により、誘起される欠陥構造を明らかにする実験として、電子スピン共鳴法や分光学的手法(非弾性光散乱)を試行した。以下に研究成果を示す。(1)電子スピン共鳴により、典型的な酸化物セラミックスである酸化ジルコニアの残光特性が酸素欠陥に起因する現象であることを明らかにした。(2)酸化ジルコニアの残光特性は熱処理温度や雰囲気、さらには結晶の構造相転移と強く関連し、各種条件の最適化により希土類フリー残光体として有望であることを示した。(3)酸化物半導体を析出する結晶化ガラスにおいて、結晶化によりガラスでは発現しない残光特性が現れ、その起因はガラス結晶化に伴い生成される格子間元素によることを初めて見出した。太陽光スペクトルの中で、現在は有効に活用されていない紫外領域の光エネルギーを吸収・蓄光し、シリコン系太陽電池にて高効率な光電変換が可能となる可視光へと変換し、従来は発電が全く期待できない夜間における太陽光発電を可能とする革新的な新機能を希土類フリーの新材料によって実現する萌芽開発を進めている。目標である「欠陥構造の形成と発光・残光に関する基本特性評価」に対して、熱処理やガラス結晶化によるナノ構造制御により、誘起される欠陥構造を明らかにする実験として、次の3通りの実験方法を試行した。(1)光吸収スペクトルによる測定と欠陥構造の解析、(2)ボソンピークによる分光学的手法と結晶化のその場観察、(3)電子スピン共鳴(ESR)測定による不対電子型欠陥の解析である。特に(2)については、ガラス結晶化の初期過程を明らかにする、これまでにはない世界初の手法として、我々のグループのオリジナルな測定法であり、関連学会からも高い評価を受けている。初年度の研究成果により選定された候補ガラス系をもとにして、結晶化および熱処理による高効率な欠陥生成を試行した。ガラス結晶化や熱処理プロセスの各種条件が欠陥生成に与える影響を明らかにし、さらに、ガラス系の出発組成についても検討を行い、ターゲット結晶である酸化ジルコニウムがほぼ単相で析出する諸条件の最適化に成功した。具体的には、結晶化・熱処理処理温度や時間、昇温・急冷速度や雰囲気など、各種の条件が欠陥生成に与える効果を明確にし、欠陥の種類・量に加えて、エネルギー準位(残光寿命)をある程度制御可能な結晶化プロセスの確立が可能となった。初年度の目標「欠陥構造の形成と発光・残光に関する基本特性評価」に対して、熱処理やガラス結晶化によるナノ構造制御により、誘起される欠陥構造を明らかにする実験として、次の3通りの実験方法を試行した。(1)光吸収スペクトルによる測定と欠陥構造の解析(2)ボソンピークによる分光学的手法と結晶化のその場観察(3)電子スピン共鳴(ESR)測定による不対電子型欠陥の解析特に(2)については、ガラス結晶化の初期過程を明らかにする、これまでにはない世界初の手法として、我々のグループのオリジナルな測定法である。
新しい型のNi-Al-Ti基超耐熱合金の開発に関する共同研究

実用に供されているNi基超耐熱合金は、Ni-Al-Ti系を基本合金とし、γ(Ni固溶体:A2)相のマトリックスにγ'(Ni_3Al:L1_2)相が微細に分散した組織から成り立っている。一方、この系には、β(NiAl:B2)相とβ'(Ni_2TiAl:L2_1)相が存在し、優れた耐酸化性とクリープ特性を有する事が知られてあるが、極めて脆いために実用化を推進するための最大の弱点となっていた。近年、本研究グループは、Ni-Al基系において、単相では脆いβ相に少量のγ相を混在させることにより、β基合金の延性が改善されることを見いだした。本研究では、これらの手法をさらに発展させ、β相以外にβ'相やγ'相をも含めたNi-Al-Ti基系の多相合金について、新しい高温材料としての可能性を検討し、適正な組成範囲を決定することを目的とする。3年間の研究期間で得られた結果は、以下に示す通りである。(2)相平衡の熱力学的解析:以上の実験結果に基づき、Ni-Al系、Ni-Ti系、Ni-Al-Ti系、Ni-Al-Fe系について熱力学的解析を行い、Al量が50%以下の領域で相平衡を精度良く推定する事が出来るようになった。2、組織制御に関する研究Ni-Al-Fe係やNi-Al-Co系など、β相がマルテンサイト変態をおこす合金では、マルテンサイト相を利用することによって様々な組織形態を形成させる事ができた。例えば、この方法によって得られる極めて微細のβ+γ'2相ラメラ-組織は、優れた機械的性質を有し、しかも、そのラメラ-組織は800°C程度の高温域でも安定であることがわかった。Ni-Al-Cr系では、Crを数%以上添加するとβ相中にCrリッチの不規則bccα相が析出するが、このα相はβ相と整合性が良いために高温強度の増加に有用であることがわかった。3、機械的性質及び組織との関連(1)γ+β2相合金:数%のγ相の存在で機械的性質が劇的に改善された。しかし、600°C以上の温度では、急激な強度の低下が見られた。Ni-(20-28)Al-Fe合金においては、極めて優れた耐酸化性が観測された。(2)γ'+β2相合金:計算状態図の情報により、1200°C付近の熱間加工温度ではγ+βとし、1100°C以下ではγ'+βとなるような合金を作製した。この合金は、γ+βの場合に比して高温強度の向上が見られた。(3)γ'+β+β'3相合金:Ni-(15-25)Al-(7-15)Ti合金をベースに種々の合金元素を添加し、高温強度、室温延性、組織観察を行った結果、約700°C近傍までは、現用のNi基超耐熱合金以上の高温強度を有するが、それ以上の温度では、強度が低下する事がわかった。靱性もγ'+βやγ+β合金に比べると、まだ十分ではない。4、まとめ本研究で調査した、β+γ合金及びβ+β'合金は、約800°C程度の温度以下では、現用のNi基超耐熱合金よりも耐酸化性、高温強度に優れていることがわかった。しかし、それ以上の温度では、β相やβ'相のBCC相特有の高温強度の低下が生じるので、γ'をさらに利用する事が必要である。靱延性も考慮するとγ+γ'+β+β'の組織が有望であり、今後さらに研究を進めて行くことになった。なお、本研究で開発したβ+γ合金、及びβ+γ'合金は、従来にない極めて優れた耐酸化性と靱性を有しており、Ni基超耐熱合金の表面コーティング材への適用を始め、耐高温腐食や耐高温酸化性が要求される用途に期待できる。

例えば、この方法によって得られる極めて微細のβ+γ'2相ラメラ-組織は、優れた機械的性質を有し、しかも、そのラメラ-組織は800°C程度の高温域でも安定であることがわかった。Ni-Al-Cr系では、Crを数%以上添加するとβ相中にCrリッチの不規則bccα相が析出するが、このα相はβ相と整合性が良いために高温強度の増加に有用であることがわかった。3、機械的性質及び組織との関連(1)γ+β2相合金:数%のγ相の存在で機械的性質が劇的に改善された。しかし、600°C以上の温度では、急激な強度の低下が見られた。Ni-(20-28)Al-Fe合金においては、極めて優れた耐酸化性が観測された。(2)γ'+β2相合金:計算状態図の情報により、1200°C付近の熱間加工温度ではγ+βとし、1100°C以下ではγ'+βとなるような合金を作製した。この合金は、γ+βの場合に比して高温強度の向上が見られた。(3)γ'+β+β'3相合金:Ni-(15-25)Al-(7-15)Ti合金をベースに種々の合金元素を添加し、高温強度、室温延性、組織観察を行った結果、約700°C近傍までは、現用のNi基超耐熱合金以上の高温強度を有するが、それ以上の温度では、強度が低下する事がわかった。靱性もγ'+βやγ+β合金に比べると、まだ十分ではない。4、まとめ本研究で調査した、β+γ合金及びβ+β'合金は、約800°C程度の温度以下では、現用のNi基超耐熱合金よりも耐酸化性、高温強度に優れていることがわかった。しかし、それ以上の温度では、β相やβ'相のBCC相特有の高温強度の低下が生じるので、γ'をさらに利用する事が必要である。靱延性も考慮するとγ+γ'+β+β'の組織が有望であり、今後さらに研究を進めて行くことになった。なお、本研究で開発したβ+γ合金、及びβ+γ'合金は、従来にない極めて優れた耐酸化性と靱性を有しており、Ni基超耐熱合金の表面コーティング材への適用を始め、耐高温腐食や耐高温酸化性が要求される用途に期待できる。本研究は、Ni-Al-Ti基合金に出現するβ(B2),β'(L2_1),γ'(L1_2)の金属間化合物をマトリックスとした耐熱合金の開発を目的とするが、十分な靱性を得るためにはこれらの系に存在する相の平衡関係を明らかにし、それに基づいた組織制御を行う事が必要である。本年度は基本系であるNi-Al-Ti3元系のA150at%以下の相平衡を実測し、金属間化合物γ',β,η,β'各相を副格子モデルによって自由エネルギーを記述することにより、この系の状態図を任意の組成、温度の断面で計算できるようになった。また延性を改善するための有効な添加元素として考えられるFe,Co,Crについて、その組織を制御するための不可欠基礎資料としてのNi-Al-Fe及びNi-Al-Co各3元系の相平衡について実測し、γ,γ',β各相の安定領域がほば明らかになった。以上の研究の過程で、(1)Ni-Al-Ti3元系のβ_1(Nial)+β'(Ni_2AlTiは非常に脆いが、β_2(NiTi)+β'(Ni_2AlTi)はかなり靱性が改善される組成である。(2)Ni-Al-X系のγ'+β領域は従来極めて脆考えられていたが、Feの添加によって、延性も出来、室温の延性も有する組成領域が存在する事がわかった。すなわち、1300°C近傍の高温のβ+γ2相領域は良好な熱間加工性を有し、その後8001000°Cで熱処理を施す事によって、γ'+β合金を作成する事が出来、室温では58%の良好な延性を有する事がわかった。以上いづれの点も、本研究で新たに得られた重要な知見と孝えられ、さらに詳細な検討を行う予定である。今までの研究より、本研究で取り扱うNi-Al-Ti基系合金では、その機械的性質が組織に大きく影響を受ける事が明らかとなった。
金属材料の極低温疲労破壊機構の研究

安定オーステナイト組織を有する改良200系18Mn鋼およびSUS310鋼と準安定なSUS304L鋼の極低温における低進展速度域の疲労亀裂について亀裂近傍の微視組織の観察および亀裂開閉口の測定を行い、それらと亀裂進展特性との関係を調べた。α'マルテンサイト変態の役割を明確にするため両材料の結果を比較した。得られた結果を以下に挙げる。1.4.2Kで疲労させた18Mn鋼CT試験片の亀裂周辺塑性域(20ー50μm)には、剪断帯で区切られた先端部を除いて微細な帯がエッチングによって現れ、一方304L鋼では先端部も含むこの帯領域の内部に強度にエッチされる領域がみられた。また破断面上には平行な縞模様や突起の列の見られるプラトーから成る粒内破面が観察された。2.このような亀裂近傍の組織として前者には積層欠陥の集合体およびεマルテンサイトが電子顕微鏡によって観察されたが、α'は認められなかった。亀裂先端部には絡み合った転位組織のみが見られた。一方後者では亀裂の極近傍ではεがさらにα'に変態しており亀裂がこの変態相内を進展することを示した。3.CT試験片を用いた除荷弾性コンプライアンス法による亀裂閉口点の測定から310鋼では室温及び77Kいずれの場合にも低進展速度域で同程度の閉口がみられたのに反し、304L鋼の場合は室温ではこれらと同程度であるが、77Kでは閉口の程度が小さいことが明らかになった。これは低温で著しい準安定鋼の歪誘起マルテンサイト変態に伴う亀裂周辺部の体積増加から予想される亀裂閉口の促進という米国LBLグループの主張とは逆の結果である。低温におけるこの種の材料の疲労亀裂進展速度の減少には亀裂閉口は逆の寄与をしており、上記の組織変化と共に隆伏点の上昇や繰り返し加工硬化の増加などによる強化の寄与の方がより大きいことが判明した。析出硬化アルミニウム合金の極低温における亀裂進展特性と亀裂開閉口及び組織変化については引続き研究を進めている。構造用SUS304Lテンレス鋼の極低温疲労破壊機構について, CT試験片を用いた77K,低速き裂伝ぱ域における実験から以下の結果を得た.1コンプライアンス法によるき裂長さ及び開閉口のため極低温用クリップゲージの試作と測定システムが完成した.データ採取整理を進めている.2光学顕微鏡,走査電顕観察:疲労き裂周辺(50150μ)の領域には塑性変形に伴う微細な下部構造を持つ帯(詳細は後述)から成る領域が現われ,さらにこの中のき裂極近傍には高変形域として強度に腐食される領域(510M)が存在する.この領域それぞさではおおきな硬度の上昇がみられ,また線型破壊力学から求まる塑性域との対応がみられた.3バルクから切り出した薄膜の超高圧電顕(2MV)観察:き裂から離れた領域では低密度の転位のみであるが,き裂周辺には応力想起Σマルテンサイトの帯が発達する.ごく近傍では大部分のΣがさらに塊状のα′マルテンサイトに変態しており,き裂進展はこれらα′, Σ変態相中を貫いて生じていることが明らかになった.変態により比体積が1.7%増すことから,変態の容易な極低温においては変態誘起き裂閉口による有効応力拡大係数の減少,従ってき裂進展速度の定価が期待されることを示している.

なお,粒内破面のプラトー上には上述の組織と対応する微細な縞模様や突起の列などが観察された.次年度に向かって,伝ぱ速度とき裂開閉口の測定を温度条件を変えて行い,オーステナイトの安定なSUS310鋼の結果と比較して,極低温での応力誘起変態のき裂伝ぱに及ぼす影響を定量的に評価する.次年度には時効硬化Al合金について同様な観察,測定を行ない,とくに析出相の低温での繰返し応力に対する安定性と疲労損傷,伝ぱ速度との関係を明らかにする.準安定オーステナイトステンレス鋼SUS304Lの極低温疲労亀裂について昨年度得られた亀裂近傍の微視組織に関する知見に加えて、もう一つの支配因子である亀裂の開閉口と亀裂進展特性との関係を調べた。さらにα'マルテンサイト変態の役割を明確にするため当初計画のアルミニウム合金に変えて変態のない安定オーステナイト組織を有する改良200系18Mn鋼およびSUS310鋼の微視組織と亀裂進展特性について調べ両者を比較した。得られた結果を以下に挙げる。1.4.2Kで応力繰返しを受けた18Mn鋼CT試験片の亀裂周辺(20ー50μm)には、剪断帯で区切られた先端部を除いて塑性変形による微細な帯がエッチングによって現れ、また破断面上には平行な縞模様の見られるプラトーから成る粒内破面が観察された。2.このような亀裂近傍の組織として積層欠陥の集合体およびεマルテンサイトが電子顕微鏡によって観察されたが、α'は認められなかった。亀裂先端部には絡み合った転位組織のみが見られた。このような結果はα'変態相内を亀裂が進展する304L鋼の低温疲労の場合と異なっている。3.CT試験片を用いた除荷弾性コンプライアンス法による亀裂閉口点の測定から310鋼では室温及び77Kいずれの場合にも低進展速度域で同程度の閉口がみられたのに反し、304L鋼の場合は室温ではこれらと同程度であるが、77Kでは閉口の程度が小さいことが明らかになった。これは低温で著しい準安定鋼の歪誘起マルテンサイト変態に伴う亀裂周辺部の体積増加から予想される閉口の促進という米国LBLグループの主張とは逆の結果である。低温におけるこの種の材料の疲労亀裂進展速度の減少には亀裂閉口は逆の寄与をしており、上記の組織変化と共に降伏点の上昇や繰り返し加工硬化の増加などによる強化の寄与の方がより大きいことが判明した。析出硬化アルミニウム合金の極低温における亀裂の進展特性と開閉口及び組織変化については引続き研究を進めている。
上顎の形成過程におけるＷｎｔシグナリングの役割

本研究では、顎顔面の形態発生においてWntシグナルがどのような働きをしているのか調べた。WntシグナルのantagonistとしてDickkopf-1(Dkk-1)を用い、Chick embryoの上顎突起にDkk-1を浸潤させたbeadsを埋入した。上顎突起が前頭鼻突起と癒合する直前のStage 20HHに投与すると、Lhx8、Msx1、Msx2遺伝子発現が抑制され、上顎に著明な骨欠損を生じた。両突起が癒合した後では(Stage 26HH)、その効果は認められなかった。この結果、Wntシグナルは、顔面突起が癒合する時期に主要な役割を果たしていることが明らかとなった。Wnt/beta-cateninシグナルは、身体の形態形成を司るシグナル経路である。本研究では、Dickkopf-1(DKK1; beta-catenin inhibitor)を用いてWntシグナルを阻害した場合の顎顔面の発生を調べた。前年度、上顎突起が前頭鼻突起と癒合する直前のStage 20にDKK1を投与すると、Lhx8、Msx1、Msx2遺伝子発現の減少が認められ、上顎に著明な骨欠損を生じることを示した。今年度は、DKK1の作用時期を調べるために、上顎突起が前頭鼻突起と癒合した後(Stage 26)にDKK1を作用させた。前回と同様、Beads埋入6時間後に、上顎突起を摘出し、RNAを抽出後real time RT-PCRで定量化して評価した。その結果、Stage 26にDKK1を投与しても、Lhx8、Msx1、Msx2遺伝子発現にいずれも有意差が認められなかった。また、その後のStage 38においても頭蓋骨格に変化を生じなかった。この結果、DKK1は、顔面突起が癒合する直前に強く働くが、癒合した後はあまり作用しないことが明らかとなった。一方、DKK1を投与した上顎突起をcleaved caspase-3で免疫組織染色すると、beads周辺には一過性のapoptosisが認められた。しかし、投与後48時間では、apoptosisが認められなかった。したがって、DKK1による骨欠損や遺伝子発現の減少は、beads埋入による器械的障害によるものではないことが示された。以上のことから、Wntシグナルは、顎顔面の発生期に特異的に作用し、顔面突起が癒合すると作用が減弱することが示唆された。顎顔面発生期におけるWntシグナルの働きをしらべるため、Wntシグナルを阻害した場合の上顎形成への影響を調べた。Wntシグナルは、発生・形態形成の重要なシグナル伝達経路でbeta-cateninによって標的タンパク質の転写が活性化される。beta-cateninの細胞内蓄積を阻害するDickkopf-1(DKK-1)を、Wntシグナルのantagonistとして用いた。Lhx8、Msx-1、Msx-2は、上顎の形成期、とくに顔面突起の癒合時期に発現することが明らかなっている。Wntシグナルの阻害により、Lhx8あるいはMsx1、Msx2遺伝子発現が減少したことから、口唇形成時のこれらの遺伝子はWntによって発現制御されていると考えられた。今年度は、DKK-1投与後の遺伝子発現の様相について調べた。DKK-1 Beads埋入6時間後、24時間後、48時間後にembryoを摘出し、wholemount in situ hybridizationを行った。また、embryoからbeads周辺の上顎突起を摘出し、RNAを抽出後real time RT-PCRで発現遺伝子を定量化して評価した。その結果、DKK-1投与後24時間後まで、Lhx8、Msx-1、Msx-2のいずれの遺伝子発現も減少したが、48時間後では対照群と同じレベルに回復していた。前年度の研究で、beads周辺の上顎突起では投与後6時間後にapoptosisが認められていることから、DKK-1による一過性の遺伝子発現低下と考えられた。DKK-1は、投与後24時間まで、Lhx8、Msx-1、Msx-2遺伝子発現を低下させ、apoptosisを引き起こし、顔面の形態発生を障害した。すなわち、Wntシグナルは、顎顔面の発生期、とくに顔面突起が癒合する前に作用し、顔面の形態発生を司ることが示唆された。歯科矯正学in situ hybridizationの発現やreal time RT-PCRのデータにばらつきがみられ、結果をまとめるのに時間を要しているが、現在までおおむね順調に計画が遂行されている。頭蓋骨格標本の作製も行い、骨形成の観察結果をまとめることができた。in situ hybridizationの発現やreal time RT-PCRのデータにばらつきがみられ、結果をまとめるのに時間を要しているが、現在までおおむね順調に計画が遂行されている。次年度実施予定の標本作成も一部着手している。前年度に引き続きWntシグナル阻害による各種遺伝子発現の変化を調べる。

現在まで、real-time RT-PCRの数値にばらつきが大きいので、サンプル数を増やし、データを整理したい。データを追加し整理した後は、論文にまとめ、年度内に学会発表ならびに論文投稿の予定である。前年度に引き続きWntシグナル阻害による各種遺伝子発現の変化を調べる。また、Wntシグナルを阻害することにより、顎顔面の形態形成にどのような影響があるか検討するため、embryoの発育をさらに継続させ、ほぼ顔面骨格が完成するStage 36HHのembryoを摘出し、100%エタノールで固定後Alcian BlueとAlizarin Redの染色を行い、水酸化カリウムで軟組織を透明化し、顔面骨格および骨形成の状態を観察する。Beads周囲の細胞死について、当初の計画ではNile Blue sulfate染色あるいはTUNEL染色を施す予定であったが、結果の信頼性に優れたcaspase-3による免疫染色法を行うことにする。前年度未使用額が38,197円あり、今年度請求額1,300,000円と合わせて1,338,197円の次年度使用額が生じた。論文掲載が決定しているものがあり、今後論文掲載料ならびに印刷費として支払予定である。また、学会出張と顕微鏡画像処理装置の今年度購入を予定している。In situ hybridizationおよびreal time PCRなどの分子生物学的試薬購入に使用。今年度は、学会等での結果公表を予定しているので、発表用のモバイルパソコンを購入する。また、論文投稿を行うため、そのための印刷費等を計上している。
運動発現の制御と目標指向行動に関わる大脳基底核・直接路および間接路の神経基盤研究

大脳基底核・線条体は、背外側(DMS)、背内側(DLS)、腹側(VS)の小区分ごとに機能が異なる可能性が示唆されているが、その神経基盤の全貌は明らかにされていない。本研究は、運動発現の制御と目標指向行動に関わる大脳基底核の直接路と間接路の神経基盤を、線条体内の小区分ごとに明らかにすることを目的としている。光遺伝学的手法と電気生理学的手法を組み合わせ、目標指向行動中のラットの直接路と間接路の神経活動を線条体の広範な領域で記録することで、この目的に迫る。また、小区分ごとの活動特性が確認できた場合には、関連領域の活動を光遺伝学的に操作することによって、因果性の検証をする。
胚心臓の心内膜床形成過程でおこる上皮－間葉形質転換での分泌因子Ｒｓｐｏ３の役割

心臓発生過程で発現する液性因子Rspo3の解析を試みた。ニワトリRspo3遺伝子を単離し局在を調べたところ、Rspo3は胚心臓の心内膜床に発現した。Rspo3の機能を明らかにするため、心内膜床の生物検定で、Rspo3単独、Rspo3とBMP2、Rspo3とBMP2とwnt11の組み合わせで培養心内皮細胞に作用させたが、間葉分化を誘導しなかった。一方、Rspo3のファミリーであるRspo1, -2, -4も単離し、心臓発生過程での発現局在を調べた。その結果、Rspo2は心臓全体に発現していたが、Rspo1, -4は心内膜床形成期の心臓には見られなかった。心内膜床は将来の中隔や弁を形成する原基であり、胚心臓の房室管(心房と心室の間)および流出路に形成される。心内膜床は、原始心筒の心内皮細胞が心筋細胞からのシグナル分子により間葉に分化し、形成される(上皮-間葉形質転換)。これまでに心筋からのシグナル分子としてBMP(骨形成因子)を同定したが、間葉形成にはBMPの他にwntシグナル(βカテニンを経由)が必要であることを明らかにしつつある。しかし、心臓に発現する既知のwntは間葉形成を誘導しなかった。一方、分泌因子Rspo3はwntシグナルを活性化する可能性が指摘されている。本研究では、心内皮細胞の間葉への形質転換におけるRspo3の役割を明らかにすることを目的にしている。昨年度はニワトリRspo3遺伝子の全領域をクローニングし、ニワトリ胚心臓での発現を明らかにするためwhole mount in situハイブリダイゼーションを行った。その結果、Rspo3 mRNAは房室管領域の心内膜床に発現していたが、心筋での発現は見られなかった。この結果から、ニワトリ胚においてRspo3は心筋細胞からの心内皮細胞形質転換誘導シグナルである可能性は低いものの、自己分泌的に形質転換を誘導している可能性が予想された。本年度は、組み換えタンパク質のRspo3を使い、心内膜床の生物検定でRspo3の機能活性の検討を行った。BMPとRspo3を同時に加えたところ、心内皮細胞は遊走したがゲル内に侵入した細胞(間葉)は少なかった。この結果から、心内皮細胞の完全な形質転換にはRspo3の他にも液性分子が作用している可能性が考えられた。心内膜床は、将来の中隔や弁を形成する原基であり、胚心臓の房室管(心房と心室の間)および流出路に形成される。申請者は心筋からのシグナル分子としてBMP(骨形成因子)を同定したが、間葉形成にはBMPの他にwntシグナル(βカテニンを経由)が必要であることを明らかにしつつある。本年度はニワトリRspo3のタンパク質発現実験を行うため、ニワトリRspo3遺伝子の全アミノ酸をコードする領域のクローン化を行い、塩基配列を決定した。さらにRspo3遺伝子を発現ベクター(pCS2+)に組み込んだ。また、Rspo3のニワトリ胚心臓での発現の詳細を明らかにするためin situハイブリダイゼーションをおこなった。これまでに、マウス胚では房室管領域の心筋細胞に発現することが報告されている。しかし、ニワトリ胚心臓において、Rspo3は心内膜床の心内皮と間葉に発現していたが、心筋細胞での発現は観察できなかった。そこでRspoファミリーの属するニワトリRspo2のクローニングも行い塩基配列を決定し、発現ベクター(pCS2+)に組み込んだ。