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大学・大学院における体育教師教育カリキュラム及び指導法に関する研究

本報告書は大きく3部で構成されている。第一部は、諸外国及び我が国の教師養成カリキュラム及び指導法の改革の動向である。ここでは、国際的にみて注目度の高いアメリカのオハイオ州立大学、オーストラリアのクイーンズランド大学、ニュージーランドのクライストチャーチ教育大学の教師養成システム、カリキュラム、そして授業の進め方について報告した。国内については教員養成課程を有する大学を対象にシラバスを分析した。これらからは、わが国における体育教師教育研究の実証的研究がいまだ途上であること、そして今後さらなる発展が必要であることが明らかとなった。第2部では、教師養成の指導内容と方法開発のための実証的研究である。体育教師養成プログラムに関する実証的な研究を、筑波大学のほか、愛媛大学と茨城大学での実践について報告した。学内での模擬授業を中核としたプログラムが学生の授業実践能力の向上に有効であることが明らかとなった。特に筑波大学の実践では、学内の授業カリキュラムや教育実習に加えて校外での研修プログラムについても検討し、現職教員研修にむけた応用の可能性を検討した。第3部では、教師養成プログラム開発のための基礎的研究である。よい体育授業のポイントとは何かについて展望し、授業中における児童・生徒の学習活動の勢い(クラスの何割が学習活動に従事しているか)と雰囲気(クラスでの情緒的な解放や肯定的な人間交流の出現)が授業に対する形成的評価とどれほど関係しているかを検討した。その結果・児童・生徒から形成的評価の高い授業ほど、学習の勢いと雰囲気が良好であることが明らかとなった。総括としてこれらの学習の勢いと雰囲気を生み出す条件について論議した。平成13年度は、研究実施計画に基づいて以下の課題について研究をすすめた。(1)内外の先駆的実践に関する資料の収集と視察。日本については、先年度までの科学研究費研究(日本および諸外国の学校体育カリキュラムの実状と課題、課題番号11308001、研究代表者高橋健夫)において教員養成系大学・学部を対象に実施した教職・教科の授業科目における授業内容と実施方法についてのアンケート調査の結果をあらためて分析を行った。アメリカについては教師教育システムに関する資料収集と分析に加え、特に先駆的実践例として、オハイオ州の教師教育システム(教師採用、教師研修等)やオハイオ州立大学・大学院でのインターンシップ授業、模擬授業、マイクロティーチング等のカリキュラムや指導法について詳細に検討した。オーストラリアでの実践例としては、クイーンズランド州立大学のDoune Macdonald助教授の協力で、多くの資料の提供が得られた。3月には実際に大学での模擬授業等の体育教師教育に関連する授業を視察し、情報交換を行うことになっている。3つ目の課題である(3)筑波大学で実施している大学・大学院での教師教育授業(具体的には、体育授業理論・実習I、II、III、体育科教育学特講I、II)の効果については、分析検討した結果の一部を、日本スポーツ教育学会21回大会(群馬大学)において発表した。なお、来年度も引き続き検討する予定である。平成14年度は、平成13年度の研究成果を踏まえて以下を重点的に実施した。また、Sharp助教授を案内のもと同校における体育教師教育実践を視察し資料を収集した。また、9月にはニュージーランド・クライストチャーチ教育大学のCulpan主任講師を筑波大学に招き、ニュージーランドにおける体育教師教育に関する講演会と情報交換を行った。さらに11月には、オーストラリア・クイーンズランド大学のMacdnard助教授を招き、オーストラリア及びクイーンズランド大学の体育教師教育に関する講演会と情報交換を行った(これらの内容については、10月の日本体育学会体育科教育学専門分科会シンポジウムで一部を発表した。)14年度8-9月に国内の教育系大学・学部の教師教育カリキュラム及び指導法に関してシラバス調査を実施し、12年度実施した調査結果と比較検討した(これについては体育科教育51巻4号に一部を掲載した)。(2)筑波大学で実施している大学・大学院の教師教育授業プログラムの効果に関する分析検討:13年度とは異なる学年を対象として授業プログラムの効果を検討した。

具体的には、学部授業「体育授業理論・実習I、II、III」及び大学院授業「体育科教育学特講」の受講学生には模擬授業を計画・実践し、受講者には組織的観察法や質問紙法による授業分析、また得られたデータを踏まえた反省的思考を求めた。これらを通して、受講学生の実践的指導力(専門的知識、教授技術)の変容過程を明らかにした(研究成果の一部は、筑波大学体育科学系紀要26巻69-85,2003に掲載した)。平成15年度は、平成13、14年度の研究成果を踏まえてさらに以下について検討し、報告書を作成した。(1)内外の先駆的実践の視察と資料の収集14年度に引き続き、オーストラリア・クイーンズランド大学を再度訪問し、体育教師教育カリキュラムと指導法に関する情報を収集した。また、アメリカ・オハイオ州立大学及びニュージーランド・クライストチャーチ教育大学のカリキュラム及び指導法に関する情報を収集した。これらの調査研究を報告書にまとめた。(2)体育教師教育に関する文献の収集と分析検討15年度は国内の教育系大学・学部の教師教育カリキュラム及び指導法に関するシラバス調査を実施した結果、大学によって教職カリキュラムの実態にいくつかの格差のあることが明らかとなった。また特に、研究協力者の助力を得て茨城大学と愛媛大学の体育教師教育カリキュラム及び指導法についての事例を報告書にまとめた。(3)筑波大学で実施している大学・大学院の教師教育授業プログラムの効果に関する分析検討13年度、14年度と同様に、15年度の体育教師教育授業プログラムについて検討を継続した。筑波大学体育専門学群で実施している体育授業理論・実習I・II・III、体育授業観察・分析法等の授業概要ならびにその効果を検討し一定の成果を確認できた。14年度から実施している附属学校との教育実習プログラムを再検討し、学群授業カリキュラムが教育実習に及ぼす効果を検討し、教育実習プログラムとの整合性を一層高めること、また学群実習生の実践的指導力の育成と同時に彼らの教職への志望動機を高めることの重要性が示唆された。これら一連の調査研究を報告書にまとめた。
肺がんで高発現している非コードRNA・MALAT－1の機能解析

古典的な非コードRNAであるtRNAは核で転写によって作り出された後、細胞質へと移動し、そこでアミノ酸をリボソームへと運搬し、翻訳に寄与します。近年の様々な研究において、tRNAは核から細胞質への一方通行ではなく、核と細胞質問をシャトリングしているということが見いだされてきています。また、ストレス下において、tRNAが核か細胞質のどちら一方に積極的にあつまるということもわかってきています。私はこれまで、tRNAが熱ストレス条件下で細胞質から核へと積極的に移行するということをヒト細胞で初めて発見しました。また、それに伴い、核内において特異的なグラニュールを形成するということも初めて発見しました。このtRNAのグラニュールが核ストレス体と重なるところまでを私は見いだしましたが、どういった様式で核ストレス体にtRNAが局在するのかは不明です。また、核ストレス体はストレス時に特異的に形成される構造体で、DNA損傷に関わると考えられていますがまだ詳しいメカニズムはわかっていません。そこで私は、tRNAが核ストレス体に局在するメカニズムがDNA損傷の生理機能の一端を担っているのではないかと考え、核ストレス体にtRNAがどのように局在するのか調べることを研究目的にしました。まず熱ストレスをかけたヒト培養細胞において核ストレス体に集まると考えられているタンパク質とtRNAのグラニュールが重なるかを蛍光in situ hybridization (FISH)法で確認しました。その結果いくつかのタンパク質の蛍光シグナルとtRNAグラニュールのシグナルが重なることが見いだされました。また、これらのタンパク質をノックダウンした時にtRNAが核ストレス体に集まってくるのか否かを同様にFISH法で調べましたが、こちらの実験では顕著な変化が見られませんでした。近年の積極的な研究から、タンパク質の鋳型とならないRNA、いわゆる非コードRNAというものが多数見つかってきている。miRNA、siRNAといった短塩基長非コードRNAについての理解はかなり深まってきているが、長塩基長非コードRNAについては、複数種同定されてきているものの、まだそのほとんどが謎のベールに包まれている。我々が本研究においてターゲットにしたMALAT-1は肺がんをはじめ種々のがんで高発現しており、8kbの塩基長を持つ長塩基長非コードRNAである。MALAT-1の生理機能に関してはいまだよくわかっていないが、細胞核内の特異的機能ドメインである核スペックルに特異的に局在していることが知られている。しかしながら、そのメカニズムは不明であった。我々は核スペックルへの局在機構がMALAT-1の生理機能発揮に重要なのではないかと考えて、この局在機構のメカニズムの詳細を解明することを試みた。その為に、MALAT-1を1kbずつの断片にしたプラスミドを構築して、MALAT-1側の必要な領域を調べた後、RNA干渉法を使い、この局在に必要な核スペックル内のタンパク質を調べた。その結果、MALAT-1側の2つの領域、3種類の核スペックルタンパク質が、MALAT-1の核スペックルへの局在に必要であるということを見いだした。さらに、MALAT-1と3種類の核スペックルタンパク質のうちの1つとの相互作用を、フィルター結合法を用いて調べた。その結果、これらの間に直接的相互作用を確認することができた。これらのことにより、MALAT-1の局在機構の詳細を明らかにすることができた。さらに、予備的データであるが、我々は、低酸素ストレスなどのいくつかのストレス下で、MALAT-1の局在が変化するという結果を得ている。本研究を応用して、例えば放射線や熱などの各種ストレス下において、MALAT-1の局在変化の詳細な機構を調べることで、ストレス応答の新規機構の解明やがんの治療の新たな開発につながるものと期待出来る。

当初の計画で進めていって、MALAT-1に結合するタンパク質を同定するまでは成功し、国際誌に論文を掲載することもできた。しかし、ストレスを与えた条件下で、MALAT-1の局在変化と、その時にMALAT-1に結合するタンパク質の同定を試みたが、うまくいかなかった。以下の観点から、論文という形には出来たものの、やや遅れていると判断出来るから。ストレス条件下でMALAT-1では局在変化と結合タンパク質の同定の実験はうまくいかなかった。その条件で局在変化する他の非コードRNAを調べてみたところ、tRNAが顕著に局在変化を起こしたため、次年度はテーマを変更することにした。こちらはおおむね順調であり、論文投稿も出来て、大変面白い結果が出てきている。MALAT-1と同じ実験系で研究を遂行出来るので、テーマ変更による問題点は特にないと考えられる。
ナノ多結晶半導体ダイヤモンド創出にむけた新規ドーピング技術の確立

本研究では、優れた半導体としての可能性を有するダイヤモンドの電子材料応用に向けた物性制御に取り組んでいる。愛媛大学独自の高温・高圧合成手法を用いることで可能になる電子材料ダイヤモンド合成技術確立を目的として、平成30年度はこれまで取り組んだ各種の取り組みの中で最も有望であったイオン注入と高温・高圧印加を組み合わせた試料作製と、その条件確立に取り組んだ。化学気相堆積(CVD)法で作製された市販の単結晶ダイヤモンド表面に将来のn型化を見据えたPをイオン注入し、ナノ多結晶ダイヤモンド合成条件となる2300°C、15GPaの高温・高圧印加を行った。昨年までの結果では、高温・高圧印加によってイオン注入時に失われた試料表面の結晶性が回復、エピタキシャル成長が発現すること、さらに特異なピラミッド状の微細構造が現れるとともに、微細構造が無い平坦な部位では想定した不純物が適切に保持されていることが判明していた。本年度は、イオン注入時のP注入濃度や注入時の温度、その後の高温・高圧印加時の温度・圧力条件について詳細に検討を行った。その結果、イオン注入条件と温度・圧力条件に依存したダイヤモンド内部のP濃度およびプロファイルが変化すること、さらにはこれらの処理を通して発生する大気中不純物の混入量を制御できることを見出した。さらに得られた実験手法を用いて量子発行体として期待されるSn-V複合欠陥を有するダイヤモンドの合成を試みたところ、従来報告と同様の発光スペクトルが得られ、本研究の取り組みが量子発行体の開発にも有望な展望が得られた。1)ダイヤモンドの導電性制御、n型半導体化を目指してイオン注入によるPドーピングとその後の高温・高圧合成を行い、それぞれの実施条件について検討を行った。イオン注入では注入時の基板温度について検討を行った。室温および高温加熱化でイオン注入を行ったところ、高温加熱化でイオン注入を行った試料ではPの不純物濃度が当初想定通り保持され、その他の大気環境中の元素の濃度がPよりも2桁以上低い濃度で得られた。さらにイオン注入後の高温・高圧印加条件について検討したところ、より高温・高圧で保持した試料で大気環境由来の不純物濃度が減少する傾向が得られた。この結果は導電性制御に向けて有望であると考えている。2)Snを導入したダイヤモンドでは、量子発光体として期待されるSn-Vカラーセンターの実現が高温・高圧印加によって実現できることが報告されている。Sn-Vカラーセンターは基底状態のエネルギー分裂幅が非常に広く、長いスピンコヒーレンス時間を得ることができる。Snをドーピングしたダイヤモンドに2300°C、15GPaの高温・高圧条件を印加したところ、10Kの測定温度で従来報告と同様の発光スペクトルを有するダイヤモンドが得られた。n型化を目指したPドーピングにおいては、P濃度の制御と他元素の混入を抑制する合成条件を見出しつつある。より詳細なイオン注入条件、高温・高圧印加条件の検討による不純物濃度の制御技術を確立していくとともに、実際の導電性との相関を今後検討していく。Sn-Vカラーセンターに関する研究では、合成試料より得られた低温におけるフォトルミネッセンススペクトルのピーク位置、形状がほぼ従来報告と合致しているものの、スピン緩和時間などの詳細の検討には至っていない。より高効率な発光試料の合成技術を構築していくとともに、スピンコヒーレンス時間の評価にも展開していきたい。ダイヤモンドは優れた半導体としての物性を併せ持つことが知られており、将来のパワーデバイス材料として期待されている。愛媛大学では、従来高温・高圧下でのダイヤモンド合成に取り組んでいる。世界最大級の超高圧発生装置により、通常のダイヤモンドよりも高硬度な、ナノ多結晶ダイヤモンド(ヒメダイヤ)の合成や、その高品質化・大型化に成功している。本研究は高温・高圧合成による電子材料ダイヤモンド合成技術確立を目的として研究を行った。具体的には以下の研究を行った。1出発物質となるグラファイトと共にPを含む素材を封入してダイヤモンドを合成することで、Pを不純物として含有するダイヤモンドの合成を試みた。封入材料には加工がしやすく安定なInP結晶を選定した。合成後の作製試料のX線回折測定では、結晶格子定数の変化が観測された。透過型電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線分析からは、ダイヤモンド中にInおよびPが観測され、ダイヤモンド中にこれら元素を含む合成試料の作製に成功した。2ナノ多結晶表面に長短パルスレーザーを照射することで、ドーピング元素との反応を促進させる加熱処理と変質を行うことを試みた。変質した部位はグラファイトが形成され、高い導電性を示す層となった。3化学気相堆積法で作製された単結晶ダイヤモンド表面にPをイオン注入し、ナノ多結晶ダイヤモンド合成条件となる2300°C、15GPaの高温・高圧印加を行った。その結果、予期しない微細構造が形成された。同微細構造は試料表面から観察するとピラミッドのように見える構造を形成した。さらにピラミッド状構造内部は非常に不純物濃度の低いダイヤモンドであることが判明し、同構造形成中に純度の高い結晶が合成される機構が存在すること、ダイヤモンド中の不純物濃度制御技術としての展開が考えられた。1高温・高圧合成によるPを含むダイヤモンドを合成する試みは構造上は成功し、透過型電子顕微鏡観察から確かなPの含有を確認できている。合成時にドーピング元素を同時封入するだけの簡便な手法でPの導入に成功した結果は、非常に有望であると考えている。2表面のレーザー処理で偏した部位の高い低抵抗化は、電極形成などにも有望であるとかんがえている。

3予期せず合成に成功したピラミッド構造を有するダイヤモンド微細構造は、その不純物濃度の低さなどから有効に利用できれば画期的な構造、新材料となる可能性がある。本研究では、優れた半導体としての可能性を有するダイヤモンドの電子材料応用に向けた物性制御に取り組んでいる。愛媛大学独自の高温・高圧合成手法を用いることで可能になる電子材料ダイヤモンド合成技術確立を目的として、平成30年度はこれまで取り組んだ各種の取り組みの中で最も有望であったイオン注入と高温・高圧印加を組み合わせた試料作製と、その条件確立に取り組んだ。化学気相堆積(CVD)法で作製された市販の単結晶ダイヤモンド表面に将来のn型化を見据えたPをイオン注入し、ナノ多結晶ダイヤモンド合成条件となる2300°C、15GPaの高温・高圧印加を行った。昨年までの結果では、高温・高圧印加によってイオン注入時に失われた試料表面の結晶性が回復、エピタキシャル成長が発現すること、さらに特異なピラミッド状の微細構造が現れるとともに、微細構造が無い平坦な部位では想定した不純物が適切に保持されていることが判明していた。本年度は、イオン注入時のP注入濃度や注入時の温度、その後の高温・高圧印加時の温度・圧力条件について詳細に検討を行った。その結果、イオン注入条件と温度・圧力条件に依存したダイヤモンド内部のP濃度およびプロファイルが変化すること、さらにはこれらの処理を通して発生する大気中不純物の混入量を制御できることを見出した。さらに得られた実験手法を用いて量子発行体として期待されるSn-V複合欠陥を有するダイヤモンドの合成を試みたところ、従来報告と同様の発光スペクトルが得られ、本研究の取り組みが量子発行体の開発にも有望な展望が得られた。1)ダイヤモンドの導電性制御、n型半導体化を目指してイオン注入によるPドーピングとその後の高温・高圧合成を行い、それぞれの実施条件について検討を行った。イオン注入では注入時の基板温度について検討を行った。室温および高温加熱化でイオン注入を行ったところ、高温加熱化でイオン注入を行った試料ではPの不純物濃度が当初想定通り保持され、その他の大気環境中の元素の濃度がPよりも2桁以上低い濃度で得られた。さらにイオン注入後の高温・高圧印加条件について検討したところ、より高温・高圧で保持した試料で大気環境由来の不純物濃度が減少する傾向が得られた。この結果は導電性制御に向けて有望であると考えている。2)Snを導入したダイヤモンドでは、量子発光体として期待されるSn-Vカラーセンターの実現が高温・高圧印加によって実現できることが報告されている。Sn-Vカラーセンターは基底状態のエネルギー分裂幅が非常に広く、長いスピンコヒーレンス時間を得ることができる。Snをドーピングしたダイヤモンドに2300°C、15GPaの高温・高圧条件を印加したところ、10Kの測定温度で従来報告と同様の発光スペクトルを有するダイヤモンドが得られた。1高温・高圧合成によるPを含むダイヤモンドを合成する試みは構造上の導入は電子顕微鏡観察で判別可能なレベルの高濃度で成功している。
ライブ空間を共有する複合現実アドホックネットワークの研究

イベント広場やオフィスのプレゼンテーションルームなどで,その場の参集者や往来の人々のスマートフォン端末等を動的に結合してアドホックなネットワークを形成し,ライブ空間の様々な「人の動き」にメッセージをタグ付けしたり,それらを複合現実で視覚的に共有するための基本手法を開発した。本手法をスマートフォン端末等に実装して動作実験を行い,ライブ情報の伝搬と可視化による情報共有がコミュニケーション場の形成に有効であることを示した.はじめに,前年度に開発した複視点ライブ映像共有のためのプロトタイプをもとに,最新のアンドロイドOS(Android 4.0)を搭載したスマートフォンやカメラ付きタブレットの実機への移植を行うために,ライブ映像共有のシステム基盤におけるデータ圧縮方式を見直し,映像品質の優れた動画像の取り込み及びストリーム配信のためのプログラムコンポーネントを新たに開発した。可逆圧縮により劣化無しで毎秒10フレーム以上の通信速度を有するライブ映像データの共有が可能であることを確認した。さらに,アンドロイド端末間のアドホックネットワークの形成において,ネットワークインフラとなるアクセスポイントとサーバの設置を前提としないWiFi Direct方式を新たに導入することにより,3台以上のアンドロイド端末相互間での同時接続を実現した。映像情報の共有機能の実現に加え,期限付きのテキストメッセージの交換を主とするライブ情報の共有においては,アンドロイド以外のOSを有するスマートフォン等に対してまで実装の対象範囲を拡大し,コミュニティに参加する端末間のアドホックネットワークによるすれちがい通信を利用したライブ情報共有システムの開発及び動作実証を行った。また,アドホックネットワークのコミュニティ参加者が互いに目視可能な近距離範囲内にいる場合を想定し,加速度センサーを内蔵したアンドロイド端末を用いた仮想物体の投げ動作による情報受け渡しのためのシステムを開発し,その有効性の評価のため,一般的なプレゼンテーション環境を想定したライブ空間でのコメント投稿及び複合現実感による情報可視化の動作実証試験を行った。本手法をスマートフォン端末等に実装して動作実験を行い,ライブ情報の伝搬と可視化による情報共有がコミュニケーション場の形成に有効であることを示した.はじめに,アドホックなネットワークコミュニティにおけるライブ情報共有を実現するシステム基盤技術上の問題点を探るため,ネットワークコミュニティでの情報共有の分散アルゴリズムやデータ通信トラフィックを評価するシミュレータを開発するとともに,複視点ライブ映像共有システムのプロトタイプをLinux搭載のカメラ付きノートPC上に構築した。また,アドホックなネットワークコミュニティへの参加・退会手続きのための分散アルゴリズムの他,コミュニティに属するユーザ同士がWi-Fi通信を介して,自由にライブ映像を撮影・共有・編集・再配信する機能を実現するプロトコルを開発した。続いて,Linux PC上に開発された複視点ライブ映像共有システムを,スマートフォンやカメラ付きタブレットPCなどのアンドロイド端末のエミュレータ及び実機上に移植し,ライブ情報共有の基盤となる機能を実証的に評価した。コミュニティを形成する複数台のアンドロイド端末(Android 3.2)の間で,最も基本的な静止画像の連続取り込みとインフラモード通信によって,毎秒10フレーム以上の通信品質でライブ映像データを共有できることを確認した。また,ライブ映像の情報共有機能だけでなく,コミュニティ参加者がお互いに目視可能な距離範囲内にいる場合を想定し,仮想的な質量と大きさを持つ「モノ」を投げる・受け取るという身体的な動作によって情報受け渡しを実現するため,ジャイロセンサーや方位センサーを内蔵したアンドロイド端末を用いて,ユーザの身体動作によるライブ情報の受け渡し機能を実現するミドルウェアを開発した。複合現実アドホックネットワークにおけるモデルの理論的検討やソフトウェアシミュレータ上での設計・評価実験に留まらず,調達可能な範囲で最新のアンドロイドOSを搭載した情報端末機器(Wi-Fi通信機能の他にジャイロセンサー及びカメラ等を備えたスマートフォンやタブレットPC)の実機を用いて,コミュニティ参加者のライブ空間での映像情報共有およびユーザの身振りなどの身体動作による情報受け渡しを実現する複合現実型コミュニケーションの基盤要素技術を開発し,その個々の基本機能や動作を実証している。また,それらの研究開発の成果の一部については,学術論文や学会講演等で発表され,一定の評価を受けている。以上のことから,アンドロイド端末のメディア/ネットワーク機能を利用した複合現実型のアドホックネットワーク応用に関する実証的研究を行うという目的に沿って,本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。最新のアンドロイドOS(Android 4.0以上)を搭載したアンドロイド端末(スマートフォンやタブレットPC)を用いて,内蔵カメラで撮影された動画像の生データの取り込み及びストリーム配信(エンコーディング)のためのプログラムコンポーネントを開発し,さらに映像品質の優れた複合現実型ライブ映像情報共有の実現を目指す。また,アンドロイド端末で撮影されたカメラ映像に対するタグ付けおよび情報可視化機能の基本プログラムコンポーネントを設計し,ライブ情報共有のクラウド連携機能とともに,複合現実によるソーシャルネットワーク支援アプリケーションに必要なユーザインタフェース機能実現を目指す.さらに,システムの総合的な有効性を評価するため,イベント会場を摸した簡易なライブ空間に複数台のアンドロイド端末を持ち込んでアドホックネットワークを形成し,ライブ空間コミュニティの複合現実によるソーシャルネットワーク支援の動作試験を行う。平成23年度の研究経費において残金が発生しているのは,バージョンアップの著しいAndroid OSの最新版(4.0以上)に対応したアンドロイド端末機器(スマートフォンやタブレットPCのハードウェア)を年度内に市場調達することが実際上難しかったことが主な理由である。そのため平成24年度の研究経費の使用においては,前年度の研究費残額と合わせて,Android OS 4.0以上の最新版を搭載したアンドロイド端末ハードウェアの物品調達を優先して行い,ライブ空間の複合現実型情報共有

ソフトウェアの開発と総合的なシステム動作実証を推進する。また,当該プログラムの開発,システムの実装及びアンドロイド端末実機を用いた模擬ライブ空間での実証試験の実施にあたっては,大学院生を作業の補助員として採用するため,研究経費からそれらの補助作業に対する謝金を支出する。さらに本研究での開発成果の学会発表ならびに印刷公表等のため,出張旅費と印刷費を研究経費から支出する。
決定論的ドーピング法に基づく量子物性制御とその確率的情報処理・量子計測への応用

本研究では、決定論的ドーピング法の多元化、新たな量子物性の発現と制御、それらが動作を支配するデバイス・回路の創製、確率的情報処理・量子計測の展開を目指している。本年度は、以下の項目に取り組んだ。1決定論的ドーピング法の多元化と量子機能の発現:室温で量子準位系の利用が期待されるドーパント(Ge、Er)、及び窒素-空孔(NV)センターをそれぞれSi、及びダイヤモンド表面に配列形成するプロセスを構築すると共に、以下に示す量子準位系の生成と評価を進めた。(1)Ge-空孔(GeVn)/Si:深い準位を作るGeイオン注入と続く低温熱処理によって生成されるGeVnに対して第一原理計算を行い、ドナー準位を同定した。室温での量子輸送を期待させる結果を得た。(2)Er/Si:2準位系を作るErを注入し、1.5um帯の赤外光照射による光励起電流を計測した。Erの光吸収スペクトルに比例する光励起電流を観測し、赤外領域での光吸収能を見出した。(3)Er-酸素複合体/Si:3次元アトムプローブ法により、単一フォトン源として期待されるEr-Ox複合体の分布を捉えることに成功し、光学的活性との関連性調査を開始した。(4) NVセンター/ダイヤモンド:NVセンターの生成収率を向上させると共に、基板表面の水素核スピンを検出(ナノNMR)できることを見出した。2単一ドーパント量子ドットを用いたTHz波検出器の開発:テラヘルツ検出の周波数帯域に応じた最適なアンテナ構造を設計し、デバイスとの結合を行った。3単一ドーパントデバイスの回路実装:単一ドーパントデバイスの特性・物理現象を解析し、既に単電子デバイス用に開発済みのシミュレーターの単ドーパント系への拡張を進めた。これを基に、想定される単ドーパントデバイスの回路構成を検討し、具体的なシミュレーションとその動作検証を行い、その有用性を確認した。決定論的ドーピング法における注入可能な元素の拡充、及びドーパントが作る量子準位系の作製と評価が順調に進んでいる。これらの知見が、単一ドーパントデバイス上に構成される回路用のシミュレーター開発にフィードバックされ、革新的な情報処理を創出すべく、同デバイス固有の特性が柔軟に導入可能なシミュレーターへと拡張が図られている。加えて、NVセンター/ダイヤモンド系において、生成したNVセンターのほぼ全てを用い、水素核スピンが検出され、タンパク質等比較的大きな分子が少数個存在する系、及び水分子等比較的小さな分子に対して、言わばナノNMRの可能性が示されるなど新たな量子計測の展開が生まれている。1決定論的ドーピング法の多元化と量子機能の発現:(1)Ge-空孔(GeVn)/Si:GeVnの1次元量子ドット配列系に拡張した計算に着手する。これにより、1次元量子ドット配列中の量子ランダムウォーク等の電子輸送機構の計算と実験による検証を進める。(2)Er/Si:Er注入領域面積および注入個数を低減することにより、単一不純物原子による光励起電流の計測および単一光子放出を目指す。(3)Er-酸素複合体/Si:Er-酸素の複合体の量とフォトルミネッセンス発光強度の関連について、より定量的な解析を実施する。これにより、ドーパント分布-発光分布の相関を得る一連の実験体系を構築し、Erのみならず、本課題の狙いであるSi及びダイヤモンド表面上に導入した他のドーパント種へも適用し、量子ドットとして機能する個々のドーパントを自在に配置するプロセスの開発を目指す。(4) NVセンター/ダイヤモンド:タンパク質等比較的大きな分子が少数個だけあれば、それを検出できる系に拡張すること、及び水分子等比較的小さな分子のNMRが実行できるようにする。2単一ドーパント量子ドットを用いたTHz波検出器の開発と量子コヒーレント制御:テラヘルツ応答の検出周波数帯域、検出感度の両面から最適なドーパント分布やチャネル形状の設計に目処を付け、単一ドーパントに基づく量子ドットを用いたTHz波検出器の開発に着手する。3単一ドーパント量子物性制御デバイスの回路実装:世界初となる単ドーパントデバイス用の回路シミュレーターの完成を目指す。具体的には、単一ドーパントデバイスならではの特性・物理現象を抽出し、理論化を進めると共に、シミュレーターの拡張を図っていく。

(4) NVセンター/ダイヤモンド:NVセンターの生成収率を向上させると共に、基板表面の水素核スピンを検出(ナノNMR)できることを見出した。2単一ドーパント量子ドットを用いたTHz波検出器の開発:テラヘルツ検出の周波数帯域に応じた最適なアンテナ構造を設計し、デバイスとの結合を行った。3単一ドーパントデバイスの回路実装:単一ドーパントデバイスの特性・物理現象を解析し、既に単電子デバイス用に開発済みのシミュレーターの単ドーパント系への拡張を進めた。これを基に、想定される単ドーパントデバイスの回路構成を検討し、具体的なシミュレーションとその動作検証を行い、その有用性を確認した。決定論的ドーピング法における注入可能な元素の拡充、及びドーパントが作る量子準位系の作製と評価が順調に進んでいる。これらの知見が、単一ドーパントデバイス上に構成される回路用のシミュレーター開発にフィードバックされ、革新的な情報処理を創出すべく、同デバイス固有の特性が柔軟に導入可能なシミュレーターへと拡張が図られている。加えて、NVセンター/ダイヤモンド系において、生成したNVセンターのほぼ全てを用い、水素核スピンが検出され、タンパク質等比較的大きな分子が少数個存在する系、及び水分子等比較的小さな分子に対して、言わばナノNMRの可能性が示されるなど新たな量子計測の展開が生まれている。1決定論的ドーピング法の多元化と量子機能の発現:(1)Ge-空孔(GeVn)/Si:GeVnの1次元量子ドット配列系に拡張した計算に着手する。これにより、1次元量子ドット配列中の量子ランダムウォーク等の電子輸送機構の計算と実験による検証を進める。(2)Er/Si:Er注入領域面積および注入個数を低減することにより、単一不純物原子による光励起電流の計測および単一光子放出を目指す。(3)Er-酸素複合体/Si:Er-酸素の複合体の量とフォトルミネッセンス発光強度の関連について、より定量的な解析を実施する。これにより、ドーパント分布-発光分布の相関を得る一連の実験体系を構築し、Erのみならず、本課題の狙いであるSi及びダイヤモンド表面上に導入した他のドーパント種へも適用し、量子ドットとして機能する個々のドーパントを自在に配置するプロセスの開発を目指す。(4) NVセンター/ダイヤモンド:タンパク質等比較的大きな分子が少数個だけあれば、それを検出できる系に拡張すること、及び水分子等比較的小さな分子のNMRが実行できるようにする。2単一ドーパント量子ドットを用いたTHz波検出器の開発と量子コヒーレント制御:テラヘルツ応答の検出周波数帯域、検出感度の両面から最適なドーパント分布やチャネル形状の設計に目処を付け、単一ドーパントに基づく量子ドットを用いたTHz波検出器の開発に着手する。3単一ドーパント量子物性制御デバイスの回路実装:世界初となる単ドーパントデバイス用の回路シミュレーターの完成を目指す。具体的には、単一ドーパントデバイスならではの特性・物理現象を抽出し、理論化を進めると共に、シミュレーターの拡張を図っていく。
ヒトとの共生を支える腸内細菌のグリコシダーゼ～生理機能解析とその高度利用～

母乳栄養児の腸管では,授乳開始後速やかにビフィズス菌優勢な細菌叢(ビフィズスフローラ)が形成されることが知られており,それには母乳中に含まれるオリゴ糖(ヒト母乳オリゴ糖)が関与することが示唆されていたが,その詳細は不明であった.我々は,乳児の糞便から頻繁に単離されるビフィズス菌であるBifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longumsubsp. infantis,Bifidobacterium longumsubsp. longumより,母乳オリゴ糖に作用可能な酵素群を単離同定するとともに,これらの酵素群が実際に母乳オリゴ糖の資化に関わっていることを明らかとした.これらの成果は,母乳栄養児におけるビフィズスフローラ形成の謎を解く極めて重要な発見である.また,ヒトとビフィズス菌の共進化を示唆する興味深い知見も得られた.さらに,人工乳(粉ミルク)をより母乳に近づける目的で母乳オリゴ糖の酵素合成法を確立することを試み,母乳オリゴ糖の最大成分である2'-フコシルラクトースの合成法を開発した.母乳栄養児の腸管では,授乳開始後速やかにビフィズス菌優勢な細菌叢(ビフィズスフローラ)が形成されることが知られており,それには母乳中に含まれるオリゴ糖(ヒト母乳オリゴ糖)が関与することが示唆されていたが,その詳細は不明であった.我々は,乳児の糞便から頻繁に単離されるビフィズス菌であるBifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium longumsubsp. infantis,Bifidobacterium longumsubsp. longumより,母乳オリゴ糖に作用可能な酵素群を単離同定するとともに,これらの酵素群が実際に母乳オリゴ糖の資化に関わっていることを明らかとした.これらの成果は,母乳栄養児におけるビフィズスフローラ形成の謎を解く極めて重要な発見である.また,ヒトとビフィズス菌の共進化を示唆する興味深い知見も得られた.さらに,人工乳(粉ミルク)をより母乳に近づける目的で母乳オリゴ糖の酵素合成法を確立することを試み,母乳オリゴ糖の最大成分である2'-フコシルラクトースの合成法を開発した.ヒトの腸管には多種多様な腸内細菌が生息している.申請者は,近年,いわゆる善玉菌として知られるビフィズス菌が,ヒト自身が分泌する糖質に作用する特異なグリコシダーゼを有していることを見出した.従来,ビフィズス菌は,ヒトの摂取する食餌成分のうち難分解性とされるオリゴ糖(食物繊維)を炭素源として利用して腸管内で生息していると考えられてきたが,実は,ヒトが腸管内に分泌する糖質そのものがビフィズス因子であるとも考えられる.本研究は,ヒトの糖質のうち,特にムチン型糖鎖やミルクオリゴ糖に作用するグリコシダーゼを腸内細菌より単離し,その生理機能から,ヒトと腸内細菌の共生を支えるメカニズムを考察すること,また,それらグリコシダーゼを高度利用して,生理活性オリゴ糖を精密合成することを目的としている。平成22年度においては,1)フコシダーゼの改変によるルイス糖の合成,2)ビフィズス菌の解糖系の中心酵素であるホスホケトラーゼの構造機能解析を中心に研究を行い,以下の通り,成果発表を行った.申請者は近年,ヒトの腸管に生息する腸内細菌の中でいわゆる善玉菌として知られるビフィズス菌が,ヒト自身の分泌する糖質に作用する特異なグリコシダーゼ群を有していることを見出した.このことは,ヒトが腸管内に分泌する糖質そのものがビフィズス因子でことを示唆しており,ヒトと腸内細菌の共生を考える上での新たなパラダイムとなった.本申請課題は,ヒトの糖質のうち,特にムチン型糖鎖やミルクオリゴ糖に作用するグリコシダーゼ群を腸内細菌より単離し,ヒトとの共生を支えるメカニズムを考察すること,また,それらグリコシダーゼを高度利用して,生理活性オリゴ糖を精密合成することを目的とした.平成23年度は,1)ムチン型糖鎖のTn抗原に特異的に作用するα-N-アセチルガラクトサミニダーゼ(新規なグリコシダーゼファミリー),2)ヒト母乳オリゴ糖のコア構造であるラクト-N-テトラオース(1型糖鎖)に特異的に作用するβ-ガラクトシダーゼ,3)シアリルオリゴ糖に作用するシアリダーゼの遺伝子クローニングおよび機能解析を行った.また,ビフィズス菌のヒト母乳オリゴ糖代謝経路を解明するために,母乳オリゴ糖を単一炭素源として培養した際の上清に含まれるオリゴ糖の経時変化を解析した.さらに,1,3-1-4-α-L-フコシダーゼのX線結晶構造解析を行って,その基質特異性の構造基盤を解明すると共に,酵素機能を改変することで,1型糖鎖および2型糖鎖構造に立体・位置特異的にフコシル基を導入してルイスaおよびルイスx抗原を合成することに成功した.これらの結果は,以下の通り,報告および発表した.
扁桃体腫大内側側頭葉てんかんの脳磁図マーカーの確立と扁桃体選択的切除術の適応決定

近年、扁桃体腫大のみを呈し、海馬萎縮をきたさない内側側頭葉てんかん(mTLE)が、高齢発症てんかんの病態として注目されている。高齢発症てんかんは、記憶障害、易怒性などの認知情動症状を示すことが多い。これらは、情動に深く関与する扁桃体の腫大と関連している可能性があるが、明らかになっていない。その理由の一つとして、扁桃体の機能評価方法が確立していない点が挙げられる。本研究は、脳磁図(MEG)を用いた扁桃体の非侵襲的機能評価方法を確立し、mTLE患者の扁桃体機能のバイオマーカーとして応用することを目的として行った。まず、扁桃体を活性化する方法として、恐怖顔などの感情表現のある顔画像を刺激として提示し、視覚誘発磁界反応を解析することにした。健常者群を対象として解析を行い、beamformer法を用いて扁桃体の活動を推定したが、個人差が大きかった。顔画像の提示時間や空間周波数などの実験条件を工夫し、beamformerについても複数の異なる方法で解析を重ねたが同様に個人差が大きく、疾患のバイオマーカーとしては適さないという結論に至った。そこで、側頭葉由来の成分であるM170に注目した。M170は扁桃体が関与するネットワークによって修飾され、恐怖顔刺激で増大することが分かっている。健常群における恐怖顔刺激のN170に対する効果を参考値として、てんかん患者群に用い、臨床的特徴との関連を検証した。恐怖顔刺激に対する脳磁界反応が、側頭葉てんかんの機能障害のバイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。高齢発症のてんかん患者は、海馬硬化など海馬病変を有することが多い若年者と異なり、脳深部の扁桃体がてんかん発作の焦点となっていることが最近示唆されている。一方、扁桃体は脳深部にあり、通常の脳波検査では以上の検出が困難で、機能解析やバイオマーカーの開発が急務である。H28年度、私たちは脳磁図を用いて脳深部扁桃体の機能解析を行った。扁桃体活動評価のための情動視覚刺激画像作成、患者における脳画像検査と脳磁図検査との結果の対比を行なった。その結果は現在解析中。H28年の科研費の交付が遅れたので研究開始が遅れた。近年、扁桃体腫大のみを呈し海馬萎縮をきたさない内側側頭葉てんかん(mTLE)が、高齢発症てんかんの病態として注目されている。高齢発症てんかんは記憶障害、易怒性など認知情動症状を示すことが多い。これらは、情動に深く関わる扁桃体の腫大と関連している可能性があるが、明らかになっていない。その理由の1つとして、扁桃体の機能評価が確立していない点が挙げられる。本研究では、脳磁図(MEG)を用いた、扁桃体の非侵襲的機能評価方法を確立し、扁桃腫大を伴うmTLE患者の治療方法のバイオマーカーとしての応用を目指している。扁桃体を選択的に活性化する方法として、恐怖顔などの感情表現のある顔画像を刺激として提示し、視覚誘発磁界反応を記録するプロトコルを作成した。さらに、より扁桃体を刺激するように提示画像の空間周波数を調整するなどの工夫を試みている。また、扁桃体由来の信号を明瞭化するため、空間フィルタの一つである、beamformer法を用いた解析手法の確立を行っている。beamformer法にはいくつかの種類があり、どの手法が適切かの結論を得るまでには至っていない。脳磁図の解析手法の作成に時間を要している。H28年度にできなかった研究をキャッチアップすべく準備を進めている。解析手法を確立し、mTLEの各種指標との対比を行っていく。本研究計画の承認が遅れたため、H28年度の科学研究費が利用可能になった時期も遅く、研究計画を十分に遂行できなかった。解析手法の確立が遅れているため、mTLEを対象とした研究の実施が遅延している。
ノックアウトマウスを用いた生体内コレステロール輸送の解析

目的:アポEあるいはLDL受容体を欠損するマウス;(アポE+/+;LDL受容体+/+)、(アポE+/+;LDL受容体-/-)、(アポE-/-;LDL受容体+/+)、(アポE-/-;LDL受容体-/-)4系統からチオグリコレートの腹腔内注射後に腹腔マクロファージを調製し。アポEを有するβ-VLDLとアポEを有さないβ-VLDLはそれぞれ高コレステロール食で飼育した(アポE+/+;LDL受容体-/-)と(アポE-/-;LDL受容体+/+)のマウスの血漿から比重1.006g/mlでの超遠心法にて調製し、その細胞内への取り込みをACAT活性ならびに^<125>lで標識したリポタンパクの結合や取り込み・分解をもって定量した。また、これらのマウスの粥状動脈硬化病変を比較した。結果;アポEを有さないβ-VLDLは、ほとんどマクロファージによって取り込まれなかった。一方、アポEを有するβ-VLDLはLDL受容体を有する(アポE+/+;LDL受容体+/+)と(アポE-/-;LDL受容体+/+)由来のマクロファージによって取り込まれたが、LDL受容体を有さない(アポE+/+;LDL受容体-/-)や(アポE-/-;LDL受容体-/-)のマクロファージによってはほとんど取り込まれなかった。また、マクロファージ自身のアポE分泌能の有無はリポタンパクの取り込みに対して決定的作用を示さなかった。また、これらのマウスの大動脈に起こる粥状動脈硬化を生後1年のマウスを用いて比較したところ、(アポE+/+;LDL受容対+/+)には病変を全く認めず、(アポE+/+;LDL受容体-/-)では大動脈弓部のみに限局した病変、(アポE-/-;LDL受容体+/+)は40%面積、、(アポE-/-;LDL受容体-/-)は80%面積の病変を示した。結論:以上の実験結果から、β-VLDLのマクロファージによる取り込みにはリポタンパク上のアポEが極めて重要であり、その場合、LDL受容体が中心的異化経路であることが判明した。また、マウスにおいては、アポE欠損は著しく動脈硬化を促進するが、これに、LDL受容体欠損は相乗的に作用していることが明らかにされた。
21世紀における国連平和維持活動の展望とその課題-活動原則の規範的展開と国連憲章システムへの再定位-

平成15年度は資料収集を中心としながらも事例研究を進め、具体的にはコンゴ民主共和国に展開している国連コンゴ民主共和国ミッション(MONUC)と、第2次リベリア内戦を契機として現在も現地に展開中の国連リベリアミッション(UNMIL)について、それぞれの活動内容を検討した。これら2つの国連PKOは、ともに国連憲章第7章に基づく行動として国連安保理に承認を受けたものであることから、従来の国連PKOの活動原則である同意原則や自衛原則との関係が潜在的には問題となる事例であった。もっとも、MONUCもUNMILも、これに時間的に先行する国連シエラレオネミッション(UNAMSIL)などと同様に、関係当事者の同意を得て現地展開を開始しているのであり、その意味では関係当事者の同意を要するという意味での同意原則との抵触はさほど議論とはならない。むしろ、具体的局面で憲章第7章に基づく行動の一環として武力の行使を行うことによる任務の遂行が自衛原則との関係で問題をはらむものと認識される可能性があったことが明らかとされた。また平成16年度の研究では、原理的に相容れないとされてきた強制措置の発動を対象とする国連憲章第7章の行動と中立・公平を旨とする平和維持活動の関係をとりあげ、なぜ両者が同一の活動中に並存しうるような事例が90年代末以降生じてきたのかに焦点を当ててきた。研究対象の1つであったONUCIに関する限り、すでに検討したUNAMSIL、MONUC、それにUNMILと同様、関係当事者による憲章第7章に基づく行動の導入に関する事前の同意が存在していたことが確認された。またこれも他の多くの事例と共通するように、多国籍軍としての地域的機関の軍(ECOMICI)を前置させ、その後継機関として任務や実施手段を引き継ぐという方策もONUCIの事例では踏襲されている。活動原則の1つである中立・公平原則については、ONUCIをめぐる関係当事者がその原則の維持と妥当性を強調していたこともあり、実行上は尊重されていたといえる。この中立・公平原則が最近の国連平和維持活動で理論的にどのように整序されているのかについても別途考察した。その結果として、伝統的国連平和維持活動においては当時の国際情勢と国連の役割に由来する実践的機能的条件や国連の中立的性格という制度的規範的条件に基づき成立した同原則が、90年代以降の外的状況の変化によりその成立基盤が揺らぐことで適用が困難となった後、和平合意の遵守を基調とした法執行上の平等性へとその内実を転換させることにより、最近の平和維持活動の活動原則として適合的な地位を獲得したと考えられる。

これら2つの国連PKOは、ともに国連憲章第7章に基づく行動として国連安保理に承認を受けたものであることから、従来の国連PKOの活動原則である同意原則や自衛原則との関係が潜在的には問題となる事例であった。もっとも、MONUCもUNMILも、これに時間的に先行する国連シエラレオネミッション(UNAMSIL)などと同様に、関係当事者の同意を得て現地展開を開始しているのであり、その意味では関係当事者の同意を要するという意味での同意原則との抵触はさほど議論とはならない。むしろ、具体的局面で憲章第7章に基づく行動の一環として武力の行使を行うことによる任務の遂行が自衛原則との関係で問題をはらむものと認識される可能性があった。しかし、武力行使との兼ね合いにしても、関係当事者が和平合意等で自ら憲章第7章に基づく措置を行使できるPKOの展開を望んでいたという事情を加味すると、自衛原則との抵触と単純化することは的を射ていない。当該PKOに先行して現地に展開していた地域的機関の平和維持軍が憲章第7章に基づく行動を許可されていて、そのマンデートを継承したという背景なども含めると、国連PKOに対する国際社会の要請として、安全面・人道面の観点から、「強化された(robust)PKO」の現地展開が望ましいとされている場合があることがこれら事例により明らかにされているのであり、こうした種類のPKOが従来型のPKOによって発展された活動原則とどの程度まで整合的に扱われなければならないかは、別途の考察を要する問題として提起されうるのである。これら問題は次年度の課題としてあらためて探求される予定である。平成16年度は2年間の本プロジェクトの最終年度ということもあり、関連する事例研究の検討を引き続き行いながら、最近の国連平和維持活動にみられる活動原則の特徴のとりまとめ作業にも着手した。具体的には、前者については、国連憲章第7章に基づく行動が援用されたごく最近の事例であるコートジボワール内戦を取り上げ、現地に展開した国連コートジボワール活動(ONUCI)の概要を検討した。また後者の活動原則の考察については、すでに同意原則に関する小論を公表したことから(拙稿「国連平和維持活動における同意原則の機能-ポスト冷戦期の事例を中心に-」安藤仁介・中村道・位田隆一編『21世紀の国際機構:展望と課題』(東信堂、2004年)237-278頁)、同じく国連平和維持活動の基本活動原則の1つである中立・公平原則を扱った。これらはいずれも、後述のように雑誌論文として公表予定である。今回の研究では、原理的に相容れないとされてきた強制措置の発動を対象とする国連憲章第7章の行動と中立・公平を旨とする平和維持活動の関係をとりあげ、なぜ両者が同一の活動中に並存しうるような事例が90年代末以降生じてきたのかに焦点を当ててきた。今年度の研究対象の1つであったONUCIに関する限り、すでに検討した国連シエラレオネミッション(UNAMSIL)、国連コンゴ共和国ミッション(MONUC)、それに国連リベリアミッション(UNMIL)と同様、関係当事者による憲章第7章に基づく行動の導入に関する事前の同意が存在していたことが確認された。またこれも他の多くの事例と共通するように、多国籍軍としての地域的機関の軍(ECOMICI)を前置させ、その後継機関として任務や実施手段を引き継ぐという方策もONUCIの事例では踏襲されている。
哺乳類細胞の浸透圧応答の分子基盤解明を目指したゲノムワイドＲＮＡiスクリーニング

本研究では、我々が見出したASK3という浸透圧応答性キナーゼを手がかりに、哺乳類細胞が浸透圧ストレスを受容・伝達する分子メカニズムの解明を行った。ASK3制御分子のゲノムワイドsiRNAスクリーニングの結果から、低・高浸透圧ストレスがそれぞれ異なるシステムにより感知されることが示唆され、さらに高浸透圧ストレスについては、予想外の生体物質がシグナル伝達に関与する事を新たに見出した。本研究で得られた結果をより深く解析することで、哺乳類細胞の浸透圧ストレス応答メカニズムの全貌を明らかにすると同時に、ASK3など浸透圧ストレス応答分子と関わりの深い個体の血圧制御メカニズムの理解にも繋げて行きたい。本研究のテーマである"哺乳類細胞の浸透圧応答の分子基盤解明を目指したゲノムワイドRNAiスクリーニング"の達成に向けて、本年度はスクリーニングにより既に得られている候補分子の解析を進めた。我々が世界に先駆けて同定し、解析を進めているASK3の浸透圧依存的活性変化を指標にしたユニークなスクリーニングにより、これまでに哺乳類細胞において高浸透圧応答に関わると考えられるタンパクが複数得られている。この得られたタンパクのうち、ASK3の脱リン酸化を担うフォスファターゼに着目して解析した。まず、このフォスファターゼが直接ASK3を脱リン酸化するかについて確認をした上で、どのようにして高浸透圧というストレス時にASK3の脱リン酸化を促進するかについて解析した。様々な解析の結果、高浸透圧ストレスによりこのフォスファターゼとASK3の結合が促進されることを突き止め、高浸透圧特異的なASK3脱リン酸化のメカニズムの一端を明らかにした。また、この結合促進はASK3のファミリー分子であるASK1では観察されず、ASK1とASK3の高浸透圧ストレス応答性の違いを説明する手がかりになると考えられた。既に浸透圧ストレス時にASK3が制御することを明らかにしているWNK1-SPAK/OSR1経路に対して、このフォスファターゼの欠損も影響を与えることを確かめており、このフォスファターゼによるASK3の制御が高浸透圧時のシグナル伝達に関わることを明らかにした。これまでスクリーニングで得られた他のタンパクと、このフォスファターゼとの関係を解析中であり、このようなタンパク間の相互関係を解き明かすことで、高浸透圧ストレス時の細胞内のシグナル伝達ネットワークや浸透圧センサーの同定に至ることができると考えている。最終年度では、ゲノムワイドsiRNAスクリーニングにより前年度に得られた、浸透圧ストレス依存的なASK3活性変化に関与する制御分子について詳細に解析を行った。特に、得られた制御分子間の関係性に注目することで、浸透圧ストレスがどのようにして細胞に感知され、シグナル伝達を経た後ASK3活性変化につながるかという点に焦点を当てた。高浸透圧ストレスによるASK3不活性化においては、前年度までに関与を明らかにしたフォスファターゼとは別のASK3活性制御分子が、生体内低分子化合物の産生を介してASK3とフォスファターゼの相互作用を促進する働きを持つことを明らかにした。このような生体内物質が浸透圧ストレス応答に関与する知見は全く知られておらず、哺乳類細胞の浸透圧ストレス応答の新たなメカニズムを明らかにする手がかりを得た。また、低浸透圧ストレスによるASK3活性化を担う分子群を同定するスクリーニングも完遂し候補分子を同定したが、この分子群は高浸透圧ストレスにおけるASK3制御因子とは全く異なる分子群であり、高・低浸透圧でそれぞれ異なる制御機構でASK3活性が制御されていることが示唆された。前年度を含め、本研究により明らかにした浸透圧ストレス応答においてASK3を制御する分子群は、未だ明らかになっていない哺乳類細胞がどのような分子メカニズムで環境の浸透圧を感知し、応答するかという問題に対して、新規の具体的な手がかりを与えるものである。未だスクリーニングで得られた候補分子全体の解析は完遂していないが、今後解析を継続することで、候補分子群の互いの関係性も明らかになり、浸透圧ストレス応答を司るシグナル伝達の分子ネットワークの全貌を明らかにできると考えている。分子生物学当初の計画では今年度内はASK3不活性化制御分子の同定までの予定であったが、同定したタンパクのうちフォスファターゼについて詳細な解析を進めることができた。同定したタンパクとASK3との分子間の解析は来年度に予定していた項目であり、これについて前倒しで研究が進んでいることになる。今年度に予定していた同定したタンパクが高浸透圧で働くシグナル伝達経路に影響を与えるかについて、すでに同定したフォスファターゼを含めたいくつかのタンパクがASK3と同様にWNK1-SPAK/OSR1経路に影響を与えることを確かめており、順調に研究が進んでいる。さらに、本研究の計画では高浸透圧ストレスにおけるASK3を指標としたスクリーニングに限定していたが、低浸透圧ストレスにおけるASK3の活性変化を指標としたスクリーニングも既に開始し、順調に進行している。