hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オキシムの新規還元的環拡大反応による含窒素複素環構築法の新展開と医薬合成への応用

水素化ジイソブチルアルミナム(DIBALH)、水素化ジクロロアルミナム(AlHCl2)などのアルミニウム還元剤を用いたオキシム及びヒドロキシルアミンの転位反応の基礎研究が行われ、数多くの化合物が合成された。また、反応機構、転位置換基の優位性が明確になった。次いで、応用として医薬品候補化合物(AVP antagonist、17 beta-HSD3 inhibitor、URAT-1 inhibitor)が合成された。本反応は、将来、医薬品や天然物の合成で実用的な方法になることが示唆された。実際、国内外の企業のmedicinalおよびprocess chemistryの領域で利用され始めた。平成23年度以来、水素化ジイソブチルアルミナム(DIBALH)を用いたオキシムおよびヒドロキシルアミンの環拡大転位反応によって、窒素原子が芳香環に隣接した芳香族二級アミン体が位置選択的に得られることを、またその反応機構を明らかにしてきた。次いでDIBALH以外にRed-Al, AlH2Cl, AlHCl2,などの還元試薬を用いた転位反応も検討した。それらの研究を継続して24年度にはこれらの追加実験による実施例追加を行った。その結果、AlHCl2もDIBALHと同程度の選択性と高収率で目的の転位成績体を与えることを明らかにした。その成果を化学雑誌Moleculesに投稿して受理された。次いで、医薬品候補化合物の合成への応用研究を行った。痛風治療薬としての可能性が期待される高尿酸血症治療剤であるヒト尿酸トランスポーター(URAT-1)阻害剤の合成を目指し、製薬企業の既存法とは異なる本法によって合成を行うことができた。即ち、対応するオキシムからの転位反応によって得られた3,4-ジヒドロ-2H-ベンゾ[b][1,4]オキサジンから一工程で目的化合物を簡単に得るという方法である。また、もうひとつの応用例として、前立腺がん治療剤候補化合物である17ベータヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼタイプ3(HSD3)の阻害剤である。珍しいテトラヒドロジベンゾアゾシン骨格を有するこれらの誘導体は、制癌活性が癌細胞アッセイで10ナノモルオーダーと極めて強い阻害活性を有するが、その新規骨格合成を本法を巧に利用して成し遂げることに成功し、成果を速報誌SynLettに投稿し、本年3月に受理された。また国内の学会発表やベルリンでの医薬品化学の国際学会EFMC-ISMC2012で発表を行った。なお、天然物メルシカルピン全合成で、本反応を鍵反応に組み込むことを共同研究者に提案し、その合成を完成させた。平成23年度以来、水素化ジイソブチルアルミナム(DIBALH)を用いたオキシムおよびヒドロキシルアミンの環拡大転位反応によって、窒素原子が芳香環に隣接した芳香族二級アミン体が位置選択的に得られることとその反応機構を明らかにしてきた。DIBALH以外の還元試薬を用いた転位反応も検討し、AlHCl2もDIBALHと同程度の選択性と高収率で転位成績体を与えることを明らかにした。痛風治療薬として期待されるヒト尿酸トランスポーター(URAT-1)阻害剤の合成に成功し、前立腺がん治療剤候補化合物である17ベータヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼタイプ3阻害剤の合成を行った。テトラヒドロジベンゾアゾシン誘導体は、制癌活性が癌細胞アッセイで10ナノモルオーダーと極めて強い阻害活性を有するが、その新規骨格合成を本法を巧に利用して成し遂げることに成功した。今年度は、三環性アルギニンバソプレシン拮抗剤の合成に成功し、上記三種の化合物の合成法を詳報として投稿した。オキシム化はカルボニル化合物にヒドロキシルアミンを反応させて得るが、キサントンなどの共役系では、うまくオキシム体が得られない。報告者らはtert-butyl nitriteとpotassium hexamethyldisilazideを用いる方法を開発して報告した。また、本研究課題に関する世界中の研究論文の紹介を、総説として執筆し、Tetrahedronに最近受理された。その内容の約70%は報告者らのグループの研究であり、報告者の研究がこの領域の中心研究であることがわかる。また国内の学会やニースでの国際医薬品化学会RICT 2013で発表を行った。またギリシャのパトラ大学での招待講演を受けて、本研究課題の内容の一部を講演した。本研究テーマの転位反応は汎用性が高いことが判明した。平成23年度の研究実施計画に基づいて、水素化ジイソブチルアルミナム(DIBALH)以外にRed-Al, AlH3, AlHCl2, LiAlH4, LiAlH(OtBu)3に関して、チオクロマン-4-オンオキシムを基質として還元的環拡大反応の比較研究を行った。

その結果、水素化ジクロロアルミニウム(AlHCl2)において、DIBALHと同等の収率で環拡大転位生成物を与えることを見いだした。これは、試薬のルイス酸性の度合いが反応収率に影響を与えたものと思われる。そこで、この試薬をさらに5種の基質に対して適応したところ、溶媒をCPMEに代えた場合、芳香環に隣接した位置に窒素原子を有する複素環化合物が80%以上の高収率で得られることを見いだした(論文投稿中)。その反応機構は、DIBALHの反応と同じくヒドロキシルアミン残基およびフェノニウムカチオン中間体(三中心遷移状態)を経由する段階的な反応で進行するものと考えている。次に、オキシムが分子内に二個存在する化合物に関して転位反応を試みたところ、中程度の収率ながら、いっきに5員環から7員環へn+2員環に転位した化合物が得られた(未発表)過去に報告された転位反応では、n+1員環に転位するが、今回行ったn+2員環への環拡大転位反応は新規であり実例が存在しない。さらに、ビシクロ化合物の立体的な転位反応も検討した。即ち、カンファーあるいはノルカンファーのそれぞれのオキシム体からDIBALHによる3次元的な転位反応を試みたところ、約40-50%の収率で目的の含窒素ビシクロ化合物が得られた(未発表)。このように今年度は、実施計画をほぼ達成できたと思えるが、未発表分に関しては次年度以降に実施例を増やすことにより発表する。一方、海外での招待講演(米国カンサス州立大学およびチエコ国立アカデミー)で、本研究テーマの一部の講演を行い好評であった。実験は困難かと当初思われた計画を、計画どおりに上手く進行させることに成功した。自分でも驚くべき成果を挙げたと自負している。多くの興味ある知見が得られたが、結果については未公表のものが多く、25年度にまとめたいと考えている。天然物への本転位反応が応用可能であることが証明され、また医薬品候補化合物への応用、特に極めて活性の強い前立腺制癌剤の新規合成法の開発は特記に値すると考える。このように本法がURAT-1阻害剤を含めて合成されたことと、また試薬のDIBALHが工業化学の大量合成において大手化学メーカーなどでも利用されていることから、近い将来、現在研究中のDIBALHによるオキシムの転位反応が、画期的な医薬品候補化合物群の優れた合成法として利用できることが明白になったことが大きな成果と考える。実験は困難かと当初思われた計画を、計画以上に上手く進行させることに成功した。多くの興味ある知見が得られたが、結果については未公表のものが多く、24年度にまとめたいと考えている。今までの水素化ジイソブチルアルミナム(DIBALH)に匹敵する高収率で転位生成物を与える水素化ジクロロアルミニウム(AlHCl2)を見出すことに成功した。また、n員環からn+1員環ではなく、n+2員環へと2つ環が拡張する新反応を見出すことができた。ビシクロ化合物の立体的な転位反応、すなわちカンファーあるいはノルカンファーのそれぞれのオキシム体からDIBALHによる3次元的な転位反応も起こすことを見出し、応用の範囲が広がることが判明した。
「ヤーコン」の研究と食育実践

健康についてあまり不安を持っていない高校生に、生活習慣病や正しい食生活についての興味関心を高め、栄養知識や調理技術の向上を図る目的で、ヤーコンをキーワードにした食育実践を4期に分けて行った。・第1期(4-7月)ヤーコンについての予備調査及び栽培の開始、ヤーコンについて文献調査を行うとともに栽培者、研究者などを訪問し、ヤーコンの健康上の有効性や栽培方法、日本及びペルーでの普及状況などを調べた。また、種芋を入手し、学内で栽培を始めた。・第2期(夏休み)ヤーコンについての現地調査及び生徒への課題提示ヤーコンの原産地であるペルーを訪問し、ヤーコンの市場性、現地での栽培、調理法などを調査した。生徒へ夏休みの課題として、ヤーコンを用いた料理調べを課し、後期の実践に向けて動機づけを行った。・第3期(9-12月)ヤーコンをキーワードにした食物の授業実践及び収穫これまでの調査をもとに、生活習慣病、栄養素、調理法などの講義をヤーコンの成分や調理性と絡めて行った。また、ヤーコンという食材を理解させるため、サラダと金平を実習でとりあげ、調理・試食させた。・第4期(1-3月)ヤーコンを用いた自由献立の実施と成果のまとめ夏休み課題も活用し、ヤーコンを規定材料にした一汁二菜の自由献立による調理実習を行った。ヤーコンという珍しい食材をキーワードにして授業や実習を行うことで、生徒の新たな関心を呼び、授業でもより積極的に取り組む姿勢が見られた。また、定期考査でもヤーコンと関連した問題は、正答率もよく、知識・理解を深めることにも効果を上げることができた。
アジアのエイズ流行とエイズ発症抵抗性の遺伝学的背景に関する分子疫学的調査研究

(1)アジアにおけるHIV流行の分子疫学研究われわれは、アジアのいくつかのサイトにおけるエイズ流行と他地域あるいは異なるリスク集団における流行との関係を解明するために、分子疫学的解析を行い、次のことを明らかにした。中国においてはIDUと供血による感染者(FPD)、性感染者の間に緊密な相互関係が観察される。特に、中国内陸部のFPDの間の悲劇的outbreakに関係するHIV-1サブタイプB'が、異性間感染によって一般集団に急速に広がりつつあることが明らかとなった。このことは、特に一般集団を標的とするエイズ感染予防対策の重要性・緊急性を示すものである。一方、HIVの遺伝子型分類は時間の経過と共に非常に複雑性を増している。世界流行の最も主要な流行株であるHIV-1グループMは現在11種のサブタイプ・サブサブタイプと34種にのぼる組み換え型流行株(CRFに分類されるが、われわれは、流行が拡大しているアジア諸国の一つであるマレーシアにおいて33番目のCRF(CRF33_01B)を同定した。CRF33_01Bは、我が国研究機関が報告し、国際的データベースから正式に承認されたはじめてのCRFであると言う意味でも重要である。(2)エイズ発症に影響を及ぼすウイルスおよび宿主側因子に関するアジアをフィールドとする研究エイズ発症速度は様々な要因によって大きな影響を受けるが、その中で重要なのは、ウイルス側と宿主側の遺伝学的要因である。われわれは、アジアの長期未発症者の中に、非欧米型のウイルス(non-サブタイプB)のウイルス株(CRF01AE)ではじめてnef-LTR領域の欠失変異による発症遅延症例を見出した。一方宿主側要因としては、塩田班員のグループは、タイをフィールドとする研究の結果、IL4-589TおよびRANTES-28Gの2種の遺伝子多型がエイズ発症に防御的に働くことを確証した。これらの研究成果は、アジアにおけるエイズ流行の起源、その成り立ち、伝播の様相、またその背景にある様々な要因を明らかにすることによって、この地域におけるエイズ予防・制圧に向けた取り組み・研究推進に重要な基礎情報を与えるものと期待される。アジアをフィールドとしたエイズ流行およびその背景にある宿主要因に関する分子疫学に関する研究を進め、その結果次のことを明らかにした。1)中国における流行の成立ちに関する総括的分析:中国におけるエイズ流行のエピセンターと考えられる雲南省西部地域に分布するウイルス株の解析の結果に基づき、分子疫学的視座から中国流行の形成の系譜(genesis)に関して、次の作業仮説を提出した。「90年代初頭までに存在したと類推されるサブタイプB,B',Cの3種のウイルス株のうち、サブタイプBの流行はabortし、一方サブタイプCはB'との間の新しい組換えウイルスを生み出した。しかし母体となった純粋なサブタイプCはほとんどすべて中国から失われ、現在残るのは、ほとんどサブタイプB'とのBC組換え体となっている。またサブタイプB'はIDUの他、中国内陸部におけるプラズマ供血者におけるアウトブレークの極めて強力なファウンダー株となっている。」ミャンマーで見い出された約50株のURFの中に、中国に由来するCRF07_BCとタイに起源をもつCRF01_AE間の新規組換えウイルスを3名のSTD患者から同定した。

これはCRF間の第2世代の組換えウイルス(inter-CRF recombinant, ICR)としては、先にわれわれが中国で発見したCRF07_BCとCRF08_BC間の組換えウイルス(ICR_0708)に次ぐ第2のもの(ICR_0701)である。また同一構造をもつ組換えウイルスが疫学的に関連性のない3症例から同定されることから、我が国研究機関から発信される最初のCRF例となる可能性が期待される。(武部・草川・椎野班員)3)宿主因子に関する解析:アジアにおける重要な遺伝子多型であるCCR264Iによる発症遅延機序がCCR5の崩壊促進によるという新知見を得た(塩田班員)。また遺伝子多型薬剤(efavirenz,EFV)血中濃度を上昇させ、皮疹等の副作用を増強する遺伝子多型CYP2B6 ^*6(Q172H and K262R)を見い出した(岡班員)。アジアをフィールドとしたエイズ流行およびその背景にある宿主要因に関する分子疫学に関する研究を海外の共同研究者と進め、本年度、次のことを明らかにした。1)アジアにおける組み換えウイルス新生地点におけるHIV-1重感染に関する解析:これまでの研究の結果、中国雲南省および隣接するミャンマーにおいて組換えウイルスの新生地点を同定したが、組換えウイルス発生の前提として、異なる系統のウイルス株が同一個体に重感染するステップのあることが推測される。そこで、われわれは、これら地域において、HIV-1重感染の頻度とその特徴について解析した。その結果、重感染例を4-8%の頻度で検出し、特にミャンマーの注射薬物乱用者(IDU)では組換え体を含む、多様なウイルス種が重感染している例が多く見られることを示した。組換えウイルスはこのような重感染状態から生み出されるものと考えられる。2)マレーシアに出現した新型の組換え型流行株の発見:マレーシアは近年流行の急速な拡大が見られるアジア諸国の一つであるが、この地域の流行拡大に関与すると推測される新型の組換え型流行株(CRF33_01B)を見い出した。CRF33_01Bはタイに起源をもつCRF01_AEとサブタイプB株の間の組換えウイルスで、感染者の全体の19%を占める。とりわけIDUで感染率(42%)が高いことから、CRF33_01BはIDU集団にはじめて出現し、その後、性感染ルートによって次第に一般集団に拡がりつつあることを明かにした。3)宿主因子に関する解析:CRF01_AEに感染したタイ人感染者の中で早期発症者と発症遅延者の2群を比較することで、エイズ発症速度に影響を及ぼす宿主遺伝子多型の解析を行い、CCR2 64I,SDF-1 3'A,IL4-589Tの3つのalleleが、統計学的有意性は低いが、エイズ発症に対して防御的に働くことを示した(塩田班員)。国内外の研究者との共同研究により、アジアをフィールドとしたエイズ流行およびその背景にある宿主要因に関する分子疫学に関する研究をと進め、次のことを明らかにした。1)中国東北部(遼寧省)におけるHIV感染症の分子疫学研究:中国におけるエイズ低侵淫地域のモデルとして、中国東北部(遼寧省)の解析を行った。
プログラム細胞貪食による不要自己細胞除去の仕組みと意義

ショウジョウバエをモデル動物として使い、プログラム細胞貪食の仕組みと意義について昨年度に引き続き解析を行った。最終年度の研究では、以前に見いだされた「アポトーシス細胞貪食による食細胞プライミング」の仕組み、および「疾病防止へのプログラム細胞貪食の寄与」を調べた。食細胞プライミングの本体である「転写抑制因子Taillessによる貪食受容体遺伝子の転写促進」の仕組みを解析した。Taillessが直接に標的遺伝子の転写を活性化することは考えにくいため、"貪食受容体遺伝子の転写阻害を行う別の転写抑制因子が存在し、その遺伝子の転写をTaillessが阻害する"と予想した。文献調査によりTaillessの標的となる転写抑制因子Kruppelが見つかり、食細胞においてKruppelが貪食受容体のDraperとインテグリンをコードする遺伝子の転写阻害に働くことが示された。さらに、食細胞でのTailless活性化の仕組みとして脱リン酸化が示唆された。よって、アポトーシス細胞を貪食した食細胞では、Taillessが脱リン酸化で活性化→TaillessがKruppel遺伝子の転写を阻害→Kruppelの減少によりDraperとインテグリンの遺伝子の転写阻害が解除→Draperとインテグリンが増加→貪食活性が亢進、という経路が予想された(論文投稿中)。プログラム細胞貪食によるウイルス感染症防止の仕組みを知るためにウイルス感染でのアポトーシス誘導機構を調べたが、確かな結果は得られなかった。一方、ウイルス感染が癌化を軽減させることがわかった(Virology 2019)。これは、ウイルス感染によって食細胞がプライミングを受けて貪食活性が高まり癌細胞が貪食除去されたためであると考えられた。さらに、貪食受容体の発現を抑制すると癌化の程度が高まることがわかった。よって、プログラム細胞貪食が癌の防止に働くと結論された(論文準備中)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度には「プログラム細胞貪食を誘導する情報伝達経路の解明」及び「プログラム細胞貪食のウイルス感染症の防止における役割」について、キイロショウジョウバエをモデル動物として使い研究を進めた。第一の課題では、経路の解明に成功し、その成果を論文として国際誌に掲載した(野中ら、J. Biol. Chem. 2017年3月21日にオンライン出版)。貪食誘導経路は、哺乳類や線虫と同じく、部分的に重複する二通りの経路であった。すなわち、Draperを受容体としてその下流にCed-6→Rac1/Rac2と続く経路、及びインテグリンalphaPS3/betanuを受容体としてCrk/Mbc→Rac1/Rac2と続く経路、を同定することができた。これらの情報伝達因子は哺乳類と線虫でも基本構造を共有することから、線虫・昆虫・哺乳類で貪食誘導経路は共通であることが示された。これは、プログラム細胞貪食が進化的に保存された仕組みで実行されることを示唆する。この研究の過程で“アポトーシス細胞を貪食した食細胞では遺伝子発現変化を介して食活性が高まる"ことが見いだされた。これは、発生初期の標的細胞との接触が食細胞を活性してその後の機能発揮を確実にする仕組みと考えられ、研究代表者らはこの現象を“食細胞のプライミング機構"と位置づけた。この成果も、上記の論文として報告された。第二の課題では、ウイルス感染によって宿主細胞にアポトーシスが誘導される仕組みについて解析を加えた。ショウジョウバエでは3種のキャスペース活性化タンパク質Reaper, Hid, Grimの働きでアポトーシスが誘導される。このうちHidをコードする遺伝子の転写プロモーターの活性がウイルス感染によって高まることが示された。二つの大きな目的のひとつを初年度に達成することができ、その成果を国際誌に掲載された論文として報告した。さらに、当初は想定していなかった“食細胞のプライミング機構"という現象を見いだすことができ、本研究課題の重要性が拡大された。もう一つの課題については、完了には至っていないものの、それをめざすためのきっかけを手にすることができた。平成29年度では28年度に引き続き、「プログラム細胞貪食を誘導する情報伝達経路の解明」及び「プログラム細胞貪食のウイルス感染症の防止における役割」について、ショウジョウバエをモデル動物として使い研究を進めた。さらに、「プログラム細胞貪食の発癌防止における役割」の課題を開始した。「プログラム細胞貪食を誘導する情報伝達経路の解明」では、28年度までの研究で見いだした“アポトーシス細胞を貪食した食細胞では遺伝子発現変化を介して食活性が高まる"という「食細胞のプライミング機構」の仕組み解明に取り組んだ。この現象にはTaillessとよばれる転写因子が必要とされ、これが貪食受容体のDraperとalphaPS3の発現増大を引き起こす。しかし、Taillessは転写抑制因子であるため、DraperとalphaPS3をコードする遺伝子の転写を直接的に促進することはできない。そこで、Taillessの下流で働く転写因子を探索した。その結果、Kruppelという転写抑制因子が候補にあがった。「プログラム細胞貪食のウイルス感染症の防止における役割」の課題では、ウイルス感染によって宿主細胞にアポトーシスが誘導される仕組みについてさらなる解析を加えた。その結果、3種類存在するアポトーシス誘導因子のうちHidとよばれるタンパク質の発現がウイルス感染後に遺伝子転写レベルで促進されることがわかった。その仕組みとして、ウイルス感染によるHid遺伝子のクロマチン構造の変化の可能性が考えられた。「プログラム細胞貪食の発癌防止における役割」では、ショウジョウバエ発癌モデルの開発に成功した。

28年度までの研究で得られた成果について、2つの総説を発表することができた(Nainu et al., Front. Immunol. 8:1220; Nonaka et al., Biol. Pharm. Bull. 40:1819)。さらに、これらの成果の基盤となる実験手法についても発表した(Nonaka et al., J. Vis. Exp. 126:e56362)。また、2つの課題のどちらについても、完了に近づくための新たな知見を得ることができた。ショウジョウバエをモデル動物として使い、プログラム細胞貪食の仕組みと意義について昨年度に引き続き解析を行った。最終年度の研究では、以前に見いだされた「アポトーシス細胞貪食による食細胞プライミング」の仕組み、および「疾病防止へのプログラム細胞貪食の寄与」を調べた。食細胞プライミングの本体である「転写抑制因子Taillessによる貪食受容体遺伝子の転写促進」の仕組みを解析した。Taillessが直接に標的遺伝子の転写を活性化することは考えにくいため、"貪食受容体遺伝子の転写阻害を行う別の転写抑制因子が存在し、その遺伝子の転写をTaillessが阻害する"と予想した。文献調査によりTaillessの標的となる転写抑制因子Kruppelが見つかり、食細胞においてKruppelが貪食受容体のDraperとインテグリンをコードする遺伝子の転写阻害に働くことが示された。さらに、食細胞でのTailless活性化の仕組みとして脱リン酸化が示唆された。よって、アポトーシス細胞を貪食した食細胞では、Taillessが脱リン酸化で活性化→TaillessがKruppel遺伝子の転写を阻害→Kruppelの減少によりDraperとインテグリンの遺伝子の転写阻害が解除→Draperとインテグリンが増加→貪食活性が亢進、という経路が予想された(論文投稿中)。プログラム細胞貪食によるウイルス感染症防止の仕組みを知るためにウイルス感染でのアポトーシス誘導機構を調べたが、確かな結果は得られなかった。一方、ウイルス感染が癌化を軽減させることがわかった(Virology 2019)。これは、ウイルス感染によって食細胞がプライミングを受けて貪食活性が高まり癌細胞が貪食除去されたためであると考えられた。さらに、貪食受容体の発現を抑制すると癌化の程度が高まることがわかった。よって、プログラム細胞貪食が癌の防止に働くと結論された(論文準備中)。1.プログラム細胞貪食における食細胞のプライミング機構の解明昨年度に実施した研究において、要除去自己細胞と接した食細胞では遺伝子発現様式が変化し、その結果として貪食活性が高まることがわかった。この現象は食細胞が後に出会う要除去自己細胞を確実に貪食除去するためだと解釈されることから、研究代表者はこれを“食細胞のプライミング機構"と位置づけた。
代謝を介して寿命を支配する遺伝子の網羅的探索

細胞質型スーパーオキシドディスムターゼ遺伝子の欠損は、酵母の増殖速度、酸化ストレス耐性および経時的寿命を減少させた。L-ガラクトースとD-アラビノースの培地への添加は、酵母細胞内にアスコルビン酸、エリスロアスコルビン酸を蓄積させ、スーパーオキシドディスムターゼ欠損による形質を部分的に回復した。その様式は培地に直接アスコルビン酸を添加した場合と異なることを示した。本研究課題では、ヒトの食生活が健康寿命の長さに与える影響を、実験科学の見地から推定することを目的として、真核生物の最も単純なモデル生物として出芽酵母を用い、液体培養法をベースにして野生型株に比べて寿命が長く、或いは短くなった突然変異体を網羅的にスクリーニングすること、寿命の長短と細胞内代謝物の分布から、健康寿命に繋がる代謝状態を推測するとともに、種々の機能性食品成分が与える、寿命や細胞内代謝の変化への影響を明らかにしようとしている。昨年度、既知の寿命支配遺伝子の破壊株を用いて、考案した寿命測定系がおおよその再現性を示すことを確認したが、遺伝子破壊株コレクションに含まれる約5000株が示す増殖速度に大きなばらつきがあり、全体をそのまま混合して包括的な測定を行うのは困難であった。このため、増殖速度の似た株同士を組み合わせて、1つの培養液に同時に混合培養できる破壊株の数の上限を見積もることから再検討が必要になった。当初より研究計画の見直しが必要になった場合には、既知の食品成分が寿命に与える影響を検討するとしていたため、アスコルビン酸、および酵母が内在性の成分としてアスコルビン酸アナログが酵母の生育、寿命に与える影響を調べたところ、細胞質型スーパーオキシドディスムターゼ遺伝子の破壊株において、アスコルビン酸が種々の酸化ストレス耐性、生育速度および経時的寿命の低下を相補することを明らかにした。昨年度までの実験分担者が実施した実験の一部で結果の安定しない項目があったため、追試を行った。遺伝子破壊株の再分離を行い、これを用いて再現性を確認した。このことにより、エリスロアスコルビン酸、およびアスコルビン酸の前駆体をsod1欠損株に与えることで、前駆体濃度依存的に経時的寿命が延長することを再確認した。さらに定量的評価を厳密化することで、細胞抽出液から見積もったエリスロアスコルビン酸・アスコルビン酸の推定細胞内濃度を指標として、これらが酵母細胞の寿命に対して正の効果を及ぼすことを明らかにした。本研究課題では、ヒトの食生活が健康寿命の長さに与える影響を実験科学の検知から推定することを目的として、真核生物の最も単純なモデルとして出芽酵母を用い、液体培養法をベースにして野生型株に比べて寿命が長く、あるいは短くなった突然変異株を網羅的にスクリーニングすること、寿命の長短と細胞内代謝物の分布から健康寿命につながる代謝状態を推測するとともに、種々の機能性食品成分が与える寿命や細胞内代謝の変化に与える影響を明らかにしようとしている。代表者が提案した液体培養法による寿命の変動した株のスクリーニング法は従来行われてきた観点培養法と顕微鏡観察による測定法とその手技において大きく異なるため、その妥当性を示すために幾つかの野生型株を用いて双方の結果の比較を行った。それぞれの株における倍加時間の差を修正し、用いる試薬のロットや保存状況、あるいは菌体の回収時期をコントロールすることで、ある程度再現性のある結果を得ることが出来た。ただしこの条件確立に相当の時間を要したため、これと並行して機能性食品成分が酵母の寿命に与える影響を、特に寿命との関連が従来より想定されている抗酸化物質について検討した。酵母が備えているアスコルビン酸アナログの合成系遺伝子は、植物が持つアスコルビン酸合成系遺伝子と相同であり、実際アスコルビン酸の前駆体を培養液に添加することで酵母はアスコルビン酸を合成することができる。アスコルビン酸を合成させた酵母はそうでない株に比べわずかながら寿命の延長を認めたが、初年度内の研究結果からは、添加された前駆体による直接的な影響などを排除するところまでに至らなかった。本研究課題では、ヒトの食生活が健康寿命の長さに与える影響を実験科学の見地から推定するために、出芽酵母を用い、液体培養法をベースにした新規の寿命測定法を提案し、それを用いて長寿・短命な酵母突然変異体を網羅的にスクリーニングすること、寿命の長短と細胞内代謝物の関連性を検討することで、寿命と栄養の関係に新たな知見を得ようとしようとした。提案する寿命測定法は液体培地に植菌した種々の遺伝子破壊株の混合物について、母細胞の表面にタグを導入し、培養中に繰り返し母細胞と娘細胞を分離し、娘細胞集団における変異株の分布の変化を追跡するというものであったが、前半2年間の研究で再現性の高い測定結果を得ることが出来なかった。このため、研究計画に記載した善後策として、既知の食品成分、(最終的にはビタミンCを選んだ)が酵母の寿命に与える影響について検討を行うことにした。

出芽酵母細胞質型スーパーオキシドディスムターゼ(sod1)遺伝子破壊株が野生型株に比べ増殖速度および経時的寿命が低下すること、培地にビタミンCを加えることによってこれらが回復することを確認した。次にビタミンCおよびそのC5アナログであるエリスロアスコルビン酸の前駆体であるL-ガラクトース、D-アラビノースをそれぞれ培地に添加することによっても増殖速度と経時的寿命が部分的に回復した。平成26年度はこれらの実験結果が、酵母細胞内におけるビタミンC、エリスロアスコルビン酸濃度の高低によって統一的に説明できるのではないかと考え、野生型株においてビタミンCを培地に添加したときの細胞内ビタミンC濃度の変化を測定したところ、いずれの培地内ビタミンC濃度の条件下であっても細胞内にビタミンCは検出されなかった。このことから培地へのビタミンC添加による効果は、細胞外での活性酸素消去、あるいはそれに関連した細胞内環境の変化によるものであることが明らかになった。生化学研究計画で予定していた人員構成のうち研究協力者としての学部学生が十分に確保できず、研究の進捗の遅れを取り戻すことができなかった。また、網羅的スクリーニングにおいて同時に処理できる株の数を慎重にコントロールする必要があることが判明したため、十分な研究成果を論文等の形で残すことができなかった。実験分担者として考えていた卒業研究選択者が2013年度も少なく、その学生も最終的には共同研究としてすすめている別の調査研究に配置せざるを得なかった。加えて、極めて負担の大きい学内業務を1年間担当することとなり、エフォートの多くをその業務に割かれることとなり、研究の進捗は限られることとなった。研究計画で予定していた人員構成のうち、研究協力者としての学部学生を確保出来なかったため、研究の進捗が大きく遅れることとなった。このため初年度に予定していた遺伝子破壊株を用いたスクリーニングを次年度に送ることとし、スムーズな実験結果取得のために条件検討を主に行うこととした。現在は多数ではないものの学部学生を交えた実験が進行している。またこれを補うものとして、研究が円滑に進行しなかった場合に、二年目以降で想定していた実験を初年度から行い、十分ではないが計画の停滞を補うことができた。網羅的スクリーニングについては、条件設定を吟味した上でのパイロット実験(同時検討株数百まで)を行い、手法自体の可能性を示す形で最低限の成果を確保したい。また、アスコルビン酸だけでなく、グルタチオンやポリフェノール類の添加によって酵母の寿命が影響を受けるか、さらにカフェインやラパマイシンといった酵母での既知の寿命支配遺伝子に作用することが想定されている化合物が、遺伝子発現や代謝物に与える影響を検討する。コントロール株との寿命に対してポジティブな作用が確認されたものから順次、特定遺伝子の発現をリアルタイムPCRで測定し、次いで質量分析による代謝物解析を行う。研究期間を1年延長することができたが、所属機関を移ることとなり、研究体制の立ち上げにはかなりの労力が必要だと思われる。そのため、研究代表者が単独で研究に関わることを前提として、寿命に与える効果が酸化ストレス抑制の面から期待される、抗酸化系物質を中心に候補化合物を絞り込みたい。これまでに得られた、アスコルビン酸ならびにエリスロアスコルビン酸による寿命延長効果に関して学術論文化する。
SWIおよびIVIM-MRIを用いた子宮筋腫と肉腫の鑑別能の検討

子宮筋腫あるいは肉腫が疑われる患者のMRI検査にて、磁化率強調画像(SWI)あるいはT2*強調画像を追加で撮像し、内部の出血や石灰化を示す信号の検討、および一部病理組織との対比を行った。具体的には、T1強調画像にて検出できなかった出血が、SWIやT2*強調画像で検出可能かどうか評価した。また、この微細な出血像が良悪性の鑑別に有用であるかどうか引き続き検討していく。また、このうちの一部の症例において、複数のb値を用いたIVIM(intra-voxel incoherent motion)撮像を行い、解析ソフトを用いて拡散係数や微小血流に関する解析を行っている。今後もさらに症例を蓄積し、解析を進めていく予定である。また、この複数のb値での撮像により、近似的なkurtosis(尖度)に関しても追加で算出、画像化を試みているところである。上記の研究課題と関連して、子宮筋腫に対する動脈塞栓術前後のMRIでの腫瘤内の信号変化を検討する研究に携わった。T2強調画像、T1強調画像、拡散強調画像、SWI、Dynamic造影MRIを撮像し、治療前後で腫瘤内の信号を対比した。具体的には、動脈塞栓術後にSWIにて多くの腫瘤の辺縁にring状の低信号域が出現することがわかり、造影効果の欠損の程度とringの出現する範囲との相関について調べた。同研究については、本研究の協力者が海外で学会発表を行った後、論文を投稿し受理された。子宮肉腫の症例が当初見込んでいた数より少なかったため。子宮筋腫あるいは肉腫が疑われる患者のMRI検査時に、引き続きSWIおよびIVIMの撮像を行い症例を蓄積する。SWIに関しては、画質の調整を行ったが診断に耐えうる良好な画像が得られない場合があり、その場合は代替としてT2*強調画像の撮像を行い良好な画像を得た。今後SWIおよびT2*強調画像の画質を比較して、SWIが不適切と判断した場合にはT2*強調画像に置き換えて評価する。SWIあるいはT2*強調画像での低信号域を抽出し、病理組織標本の確認、画像との対比を引き続き行っていく。IVIMに関しても撮像を進め、biexponentialモデルまたはtriexponentialモデルを用いて、拡散係数の評価と微小血流解析を行っていく。また、複数のb値での撮像により、近似的なkurtosis(尖度)に関しても追加で算出、画像化を試みており、腫瘍の鑑別に有用であるかどうか今後調べていきたい。子宮筋腫あるいは肉腫が疑われる患者に対し、精査のMRIにて磁化率強調画像(SWI)を追加で撮像し、内部信号の検討、および一部病理組織との対比を行った。SWI撮像の際に位相画像もあわせて信号の評価を行った。SWIの画質が不適切と判断した場合には、代替としてT2*WIの撮像を行い良好な画像を得られたため、腫瘤内の信号を評価した。また、健常ボランティア数例でIVIM(intra-voxel incoherent motion)撮像を行い、診断および解析に十分な画像が得られるようなパラメータの調整を行った。具体的にはb値の調整を行い、実臨床の場で追加検査が可能な範囲内に撮像時間を調節した。これらの事前検討後、実際の臨床においてMRI検査時に追加でIVIM撮像を行い、現在も症例を蓄積している。このうち数例を抽出し、解析ソフトを用いて拡散係数や微小血流解析を試験的に行った。今後も引き続き撮像および解析を進めていき、必要に応じてパラメータの変更も行っていく予定である。T2WI、T1WI、拡散強調画像、SWI、造影MRIを撮像し、治療前後で腫瘤内の信号を対比した。同研究については、本研究の協力者が海外で学会発表を行い、論文を投稿中である。

同研究については、本研究の協力者が海外で学会発表を行った後、論文を投稿し受理された。子宮肉腫の症例が当初見込んでいた数より少なかったため。子宮筋腫あるいは肉腫が疑われる患者のMRI検査時に、引き続きSWIおよびIVIMの撮像を行い症例を蓄積する。SWIに関しては、画質の調整を行ったが診断に耐えうる良好な画像が得られない場合があり、その場合は代替としてT2*WIの撮像を行い良好な画像を得た。今後SWIおよびT2*WIの画像を比較して、SWIが不適切と判断した場合にはT2*WIに置き換えて評価する。SWIあるいはT2*WIでの低信号域を抽出し、病理組織標本の確認、画像との対比を行う。IVIMに関しても撮像を進め、biexponentialモデルまたはtriexponentialモデルを用いて、拡散係数の評価と微小血流解析を行っていく。SWIに関しては、画質の調整を行ったが診断に耐えうる良好な画像が得られない場合があり、その場合は代替としてT2*強調画像の撮像を行い良好な画像を得た。今後SWIおよびT2*強調画像の画質を比較して、SWIが不適切と判断した場合にはT2*強調画像に置き換えて評価する。SWIあるいはT2*強調画像での低信号域を抽出し、病理組織標本の確認、画像との対比を引き続き行っていく。また、複数のb値での撮像により、近似的なkurtosis(尖度)に関しても追加で算出、画像化を試みており、腫瘍の鑑別に有用であるかどうか今後調べていきたい。平成29年度にワークステーションおよび解析ソフトを購入する予定だったが、購入しなかった。予定していた国際学会に参加できなかった。次年度に行われる学会で本研究の成果を発表することを目指す。
アルギナーゼはNO合成を抑制するか?-非肝型アルギナーゼの生物学的意義の解明

一酸化窒素(NO)は種々の生理的、病理的機能を持つことが知られている多機能分子である。病理的には殺腫瘍や殺細菌因子として働いているが、大量に合成された場合には生体自身に有害な作用を示し、エンドトキシンショックの原因となる。また、細胞レベルではアポトーシスを生じる。そこで、過剰のNO産生を抑制する何らかの機構の存在が推定される。NOはNO合成酵素(NOS)の作用でアルギニンを基質として合成されるが、アルギニンはアルギナーゼの基質でもある。そのため、両酵素が同一の細胞に発現すると基質を競合し、NO産生が抑制される可能性が考えられる。我々は既に大腸菌LPSで刺激したラットの肺や腹腔マクロファージにおいて、誘導型NOS(iNOS)と共にI型・(肝型)アルギナーゼが共誘導されることを明らかにしている。そこで今回、最近我々が遺伝子を単離したII型(非肝型)アルギナーゼの生理的機能の解析を行うと共に、iNOSとアルギナーゼの共誘導がNO産生の抑制に実際働きうるかを培養細胞を用いて検討した。ラットにおいてII型アルギナーゼは腎臓の近位直尿細管および小腸上皮において局在を認めた。LPSのラット腹腔内投与では、腎臓においてiNOSの誘導にやや遅れてII型アルギ"ナーゼの誘導を認めた。次に、マウスマクロファージ系培養細胞であるRAW細胞を用いて、アルギナーゼの共誘導がiNOSによるNO産生を抑制するかを検討した。RAW細胞をLPSとIFNγで刺激するとiNOSが誘導され大量のNO産生が認められた。ところが、この時さらにデキサメサゾンとcAMPを加えると、II型アルギナーゼが共誘導され、iNOSの誘導も増強したがNO産土は著しく抑制された。培養液中に過剰のアルギニンを加えると、このNO産生の抑制は認められなくなったことから、細胞内でiNOSとアルギナーゼとで基質であるアルギニンの競合が起き、NO産生が抑制されたものと考えられた。.肝型アルギナーゼは、尿素サイクル酵素の一つであり、アルギニンを加水分解してオルニチンと尿素を生成する反応を触媒する。一方、最近、我々は非肝型アルギナーゼのクローニングに成功した。最近、エンドトキシンショックの原因として一酸化窒素(NO)が注目を集めているが、エンドトキシンによってNO合成酵素(NOS)が誘導される状態ではアルギナーゼ活性の誘導も認められるという報告がある。NOSとアルギナーゼとはともにアルギニンを基質とするところから、アルギナーゼをNOSが発現している細胞に誘導できればアルギニンの競合がおこり、NO産生を抑制でき、エンドトキシンショックの治療法として応用できる可能性が考えられる。本年度はまず、非肝型アルギナーゼ遺伝子を大腸菌にて大量に発現させ、これを抗原としてウサギを免疫し、抗体を作成し、ラットにおけるこの酵素の組織分布の解析を行い、腎臓および小腸に高い発現を認めた。現在、種々の薬物の投与による非肝型アルギナーゼの発現レベルの変化を調べている。また、マウスマクロファージ系培養細胞であるRAW細胞を使用して、誘導型NOS(iNOS)と非肝型アルギナーゼの誘導を調べた。その結果、大腸菌リポポリサッカライド(LPS)によりiNOS、非肝型アルギナーゼともに誘導された。LPS+IFNγではiNOSの誘導は増強されたが非肝型アルギナーゼは発現が抑制された。ところが、これにさらに合成グルココルチコイドであるデキサメサゾンと、アドレナリンのセカンドメッセンジャーであるcAMPを加えると、iNOSと非肝型アルギナーゼの共誘導が認められた。デキサメサゾンとアドレナリンとはショック治療に使用される薬物であることから、両者のショック治療薬としての作用機構の一部にアルギナーゼの誘導によるNO産生の抑制が関っている可能性が示唆された。

RAW細胞をLPSとIFNγで刺激するとiNOSが誘導され大量のNO産生が認められた。ところが、この時さらにデキサメサゾンとcAMPを加えると、II型アルギナーゼが共誘導され、iNOSの誘導も増強したがNO産土は著しく抑制された。培養液中に過剰のアルギニンを加えると、このNO産生の抑制は認められなくなったことから、細胞内でiNOSとアルギナーゼとで基質であるアルギニンの競合が起き、NO産生が抑制されたものと考えられた。.
位相数学の理論とその応用

研究実施計画の役割分担に従って、下記の研究成果が得られた。1.位相幾何学的研究班では、研究代表者梅原純一が、位相空間がγ-弱ハウスドルフ空間であるための必要十分条件および、積空間が*-弱ハウスドルフ空間であるための必要十分条件について研究した。小林貞一は、mod2^rのレンズ空間のK群の主要な元の位数を決定し、Z_2写像の存在問題に応用した。さらに、mod2^rのレンズ空間のstunted空間の安定ホモトピ-型についても研究した。逸見豊は、H空間の射影平面の概念を一般化し、それを用いて有限H空間のコホモロジ-群を調べ、さらに、H空間の高位ホモトピ-可換性を定義し、それによりト-ラス定理の一般化を示した。2.代数学的研究班では、臼井三平が、Kunev曲面の退化のうち局所モノドロミ-が有限のものを完全に分類し、2系列の退化の流れがあることを明らかにしてKunev曲面の(混合)周期写像をコンパクト化した。藤原(遊佐)毅は、j:X〓=Pを射影的正規な埋め込みとするときH°(X、Ω^1plx(m))の切断についてH°(P、Ω^1_P(m))へ引き上げ可能な必要十分条件はそれがH°(XΩ^1_P(m)【cross product】Op/I^2_x)まで引き上げ可能であることを示し、その応用を与えた。3.解析学的研究班では、新関章三が、移動効果のある一般的な競合モデルの進行波解の存在とその安定性を示した。4.研究発表と討論のための集会が、それぞれの研究実績に基づいて本研究課題の観点から行われ、総合的研究としての実績が得られた。成果は、国内外の学術雑誌に、一部は既に発表され、残りも発表予定である。
自発的物体再認にもとづく海馬の記憶機能の解明

生活体は新奇な刺激に対して興味を示し、見慣れた刺激よりも多く探索する。この傾向を利用して記憶能力を調べるのが自発的物体再認テストである。本研究の目的は、自発的物体再認テストを用いて、訓練や特別の動機づけをせずに海馬の機能を解明することである。自発的物体再認場面で、ラットはより後で(時間的に新しく)出会った刺激に比べ、より前に(時間的に古く)出会った刺激を長く探索するという傾向を利用し、時間順序記憶における海馬グルタミン酸N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の関与を調べた。アリーナの対角線上の2か所に同一の物体を配置し、ラットを3分間自由に探索させ、その後2分間待機ケージに置いた。第2の物体を同様に3分間探索させ、再び2分間待機させた。これを繰り返して、第5の物体まで提示した(見本期)。遅延期(2分間)の後、テスト期では、見本期に示した5つの物体のうち2つを選んで対角線上に置き、ラットを3分間自由に探索させて、各物体に対する接近(探索時間)を測定した。受容体の一時的な不活性化をするためのカニューレ埋め込み手術を行い、見本期の直前にNMDA受容体拮抗薬(AP5)または溶媒をランダムな順で両側の背側海馬に投与し、テスト期の物体探索行動を比較した。その結果、薬物の用量依存的に弁別指標[(より古い物体の探索時間ーより新しい物体の探索時間)/物体探索時間の合計]が低下した。したがって、時間順序記憶に海馬グルタミン酸NMDA受容体が役割を果たす可能性が示唆された。本研究の目的は、ラットの自発的物体再認テストを用いて、訓練や特別の動機づけをせずに海馬の機能を解明することである。アリーナ内の対角線上の2か所に同一の物体を配置し、ラットを一定の時間自由に探索させ(見本期)、その後一定の時間(遅延期)の経過の後、テスト期には片方の物体のみを新奇な物体に置き換え、2つの物体(見慣れた物体と新奇な物体)に対する接近(探索)行動を記録し、弁別率(新奇物体への探索傾向の強さ)を評価した。近時記憶と遠隔記憶における海馬グルタミン酸受容体の1種、N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の関与を調べるため1日から6週間の遅延時間条件を設定し、テスト期(記憶の検索過程)の直前に、あらかじめ両側海馬に麻酔下でカニューレを装着したラットに、NMDA受容体拮抗薬AP5を投与して受容体を一時的に不活性化した。その結果、以下のことが見出された。1.1日から1週間の遅延ではNMDA受容体を遮断しても新奇な物体への探索の方が多いが(弁別率65%以上)、3週間の遅延ではNMDA受容体を遮断すると弁別率が50%に減少してしまうこと。2.見本期の時間をさらに短く設定すると、NMDA受容体遮断の効果が1週間の遅延でも出現すること。以上から、海馬のグルタミン酸NMDA受容体が自発的物体再認の近時記憶の検索には重要ではないが、遠隔記憶の検索にとって重要であること、さらにその役割は記憶痕跡が弱まったときの方が大きい可能性が示唆された。自発的物体再認テストを用いた際のグルタミン酸NMDA受容体の記憶への関与がこれまで議論されてきたが、比較的長い時間の遅延条件下では重要な役割を果たすことが、薬物投与実験で確認できた。空間記憶課題として、自発的物体再認テストを改変した自発的「物体位置」再認テストを用いて、アリーナ内の2か所に同一の物体を配置し、ラットを一定の時間自由に探索させた(見本期)。その後一定の時間(遅延期)の経過の後、テスト期には片方の物体のみをアリーナ内の新奇な位置に移動し、2つの物体(見慣れた位置の物体と新奇な位置の物体)に対する接近(探索)行動を記録し、弁別率(新奇な位置の物体への探索傾向の強さ)を評価した。長期空間記憶における海馬の新規蛋白質合成の必要性を調べるため、6時間の遅延条件で、1見本期の前、2見本期の直後、3テスト期の前のいずれかに蛋白質合成阻害薬を海馬に局所投与した。その結果、1見本期の前、または2見本期の直後に蛋白質合成阻害薬を投与した場合は、弁別率が50%近くまで低下したが、3テスト期の前に投与しても影響がなかった。また、遅延期が5分という短い条件のテストでは、蛋白質合成阻害薬投与はなんら影響がなかった。以上から、長期空間記憶のテストとして自発的物体位置再認を用いた場合、海馬の新規蛋白質合成が記憶固定に重要な役割を果たすこと、一方で記憶検索のためには不可欠とはいえないことが示唆された。自発的物体再認テストを改変した自発的「物体位置」再認テストを用いることにより、長期空間記憶におけるラット海馬の新規蛋白質合成の役割を検討することができた。

生活体は新奇な刺激に対して興味を示し、見慣れた刺激よりも多く探索する。この傾向を利用して記憶能力を調べるのが自発的物体再認テストである。本研究の目的は、自発的物体再認テストを用いて、訓練や特別の動機づけをせずに海馬の機能を解明することである。自発的物体再認場面で、ラットはより後で(時間的に新しく)出会った刺激に比べ、より前に(時間的に古く)出会った刺激を長く探索するという傾向を利用し、時間順序記憶における海馬グルタミン酸N-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の関与を調べた。アリーナの対角線上の2か所に同一の物体を配置し、ラットを3分間自由に探索させ、その後2分間待機ケージに置いた。第2の物体を同様に3分間探索させ、再び2分間待機させた。これを繰り返して、第5の物体まで提示した(見本期)。遅延期(2分間)の後、テスト期では、見本期に示した5つの物体のうち2つを選んで対角線上に置き、ラットを3分間自由に探索させて、各物体に対する接近(探索時間)を測定した。受容体の一時的な不活性化をするためのカニューレ埋め込み手術を行い、見本期の直前にNMDA受容体拮抗薬(AP5)または溶媒をランダムな順で両側の背側海馬に投与し、テスト期の物体探索行動を比較した。その結果、薬物の用量依存的に弁別指標[(より古い物体の探索時間ーより新しい物体の探索時間)/物体探索時間の合計]が低下した。したがって、時間順序記憶に海馬グルタミン酸NMDA受容体が役割を果たす可能性が示唆された。自発的物体再認の遠隔記憶検索におけるグルタミン酸NMDA受容体の記憶への関与が確認できたので、当初の予定通り、今後はまず、自発的物体再認を改変した自発的「物体位置」再認テストを用いて、海馬の蛋白質合成およびmRNA合成の役割を検討する。さらにまた、ラットが出会った刺激の順序(より新しいか、より古いか)を記憶できるという証拠も示されてきたので、時間順序記憶における海馬とグルタミン酸受容体の関与を検討するため、自発的物体再認を利用して時間順序記憶のテストを行う。すでに自発的物体再認の遠隔記憶検索におけるグルタミン酸NMDA受容体の関与、さらに自発的物体位置再認におけるラット海馬の新規蛋白質合成の役割を確認することができたので、今後は、ラットの時間順序記憶(出会った刺激の古さ・新しさについての記憶)における海馬とグルタミン酸受容体の関与を検討するため、自発的物体再認場面を利用して薬物投与によるグルタミン酸受容体遮断実験を行う。
物理学、化学の概念と連結した火山および火成岩の学習プログラムの基盤づくり

物理学、化学で学習する科学概念を統合して「火山活動」や「火成岩のつくりやでき方」の学習内容を作成する事は喫緊の課題である。そのため次の事を行った。(1)WEBページを作成し、火山岩の画像教材を用いてマグマの結晶作用や発泡と「飽和」の概念を結びつる解説を掲載した。(2)軽石を使った噴火の演示実験を提案した。(3)佐渡島小木半島の調査結果を基に粘性の小さい海底火山の形と噴出物の教材を作成し、一部はテレビ公開講座で紹介した。(4)火山灰層の研究手法や鍵層としての役割を論じ、第四紀研究の講座「テフラ学」(7編)にまとめた。(5)火山性洪水堆積物の特性を明らかにし、災害教育の素材を作成した。中学校理科2分野上の「変動する大地」の単元の第1章「激しく活動する大地」は、「地震」、「火山の噴火や活動」、「火成岩のつくりやでき方」の3部で構成される。このうちの「火山の噴火や活動」では、マグマ、マグマの粘性、噴火の激しさ、火山の形、溶岩の色あい、火山噴出物、火山災害について教育する。「火成岩のつくりやでき方」では、火山灰中の鉱物観察や岩石の肉眼観察を行いながら、火成岩の組織や火成岩をつくる鉱物を学習する(学校図書「中学校科学2上」より)。しかし、火山噴火や岩石は生徒にとって必ずしも身近な事象ではない。噴火が起きるしくみや、身近な岩石ができるしくみに目を向けさせたいものである(藤林・平中2010)。本年度の主な研究実績としては、次の(1)(3)が挙げられる。(1)中学校教員養成のためのマグマと火山活動の学習指導のため、マグマの「飽和」と「飽和生成物の三態」、超臨界流体および気体の「体積変化」の学習内容を作成し、柏崎刈羽地区科学技術教育センター主催の「上越地区合同野外研修会」で講義を行った。(2)実際の例として,十和田火山と榛名火山のプリニー式噴火で放出された軽石(デイサイト質)と、佐渡市小木半島に分布する海底溶岩噴泉堆積物(玄武岩質)のスコリアを採取して薄片を作成し、顕微鏡下で比較を行った。その結果、軽石中には複数の気泡が合体した組織が良く観察でき、高い粘性との関連性が明らかとなった。また、榛名火山の軽石中には破砕された結晶が多く含まれ、ジグゾーパズル状に破砕した結晶と気泡と関係から,減圧に伴う気泡の急激な体積変化により結晶破砕が起きていることが予察できた。これは、爆発的噴火と気泡の破砕の関係を示す新たな知見である。(3)テフラ研究の指導的内容を論文「テフラ学」(1)(5)として「第四紀研究」に連載中である。(1)、(2)は、すでに印刷済み(長橋・片岡2014)。本研究の目指すところは,地学を学習する機会の少なかった理科教員に、火成岩と火山活動の学習領域において、物理学・化学分野の基礎的学習事項と連結した学習指導を可能にすることにある。中学校理科2分野上の「変動する大地」の単元は、第1章「激しく活動する大地」と第2章「地球の歴史をきざむ地層」に分けられ、第1章は「地震」、「火山の噴火や活動」、「火成岩のつくりやでき方」の3部で構成される。このうちの「火山の噴火や活動」では、マグマ、マグマの粘性(ねばりけ)、噴火の激しさ、火山の形、溶岩の色あい、火山噴出物、火山災害についてまとめられている。そして「火成岩のつくりやでき方」で、火山灰中の鉱物観察や岩石の肉眼観察を行いながら、火成岩の組織や火成岩をつくる鉱物を学習する(学校図書「中学校科学2上」より)。そのため、本年度(初年度)は次の(1)(3)を実施した。(1)中学校教員養成のためのマグマと火山活動の学習内容に、マグマの「飽和」と「飽和生成物の三態」、超臨界流体および気体の「体積変化」の教材を作成した。(2)実際の飽和生成物の例として,十和田火山のプリニー式噴火で放出された軽石と佐渡島小木半島の中期中新世の溶岩噴泉から放出された玄武岩質スパターの野外調査を実施し、サンプルを採取した。