hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規関節炎抑制分子の制御メカニズムの解明

本研究では、TIARPの関節炎抑制機序を明らかにし、関節リウマチの新規治療法の開発に有用な機能部位を明らかにすることを目的としている。TIARP欠損マウスを用いた解析から、TIARPはN末端およびexon3部分を介してIL-6に依存した関節局所への好中球遊走を阻害する働きがある可能性がある。またTIAPRPはRA患者のCD14+CD16-単球に発現が強いことを見出した。今後の関節リウマチをはじめとする炎症性疾患の新規治療ターゲットとなりうる可能性がある。TIARPは関節リウマチ(RA)患者および関節炎マウスのマクロファージ、好中球、滑膜細胞に共通に発現している。TIARP遺伝子欠損マウスは加齢に伴い関節炎を自然発症する。この病態の発症機序と進行過程を明らかにし、RAの病態解明および新規治療法の開発に有用な機能部位等を明らかにすることを目的としている。当該年度は、TIARP発現細胞の一つである好中球での役割を明らかにするため、野生型およびTIARP欠損マウス好中球を用いてDNAマイクロアレイを施行した。TIARP欠損好中球ではケモカイン受容体CXCR1/2の過剰な発現をみとめ、さらにそのリガンドであるCXCL2への細胞遊走能が亢進していることを明らかとした。CXCL2はRA病態において滑膜細胞から産生されることから、TIARP欠損滑膜細胞を用いて、TNFα刺激を行った滑膜細胞からのサイトカイン/ケモカイン産生を検討したところ発現亢進するIL-6, CXCL2を見出した。このことからTIARPは好中球、滑膜細胞のCXCR1/2ーCXCL2の抑制を介して関節局所への好中球遊走を阻害する働きがあることが明らかとなった。TIARPの抑制機構ならびにその機能部位を明らかにするため、TIARP過剰発現細胞を樹立し、さらに2種類の変異体TIARP導入細胞も同時に樹立した。さらにB6系統TIARP欠損マウスのDBA/1系統への戻し交配は順調に進行し、RA病態に類似性の高いGPI誘導関節炎がTIARP欠損マウスで増悪することを明らかとした。今後は、作製した変異体TIARP発現細胞などを用いてTIARPの機能部位ならびにマクロファージ、好中球、滑膜細胞でのTIARPの炎症抑制機構を明らかにする必要がある。ヒトの解析においては、健常人HC、RA患者、シェーグレン症候群(SS)患者の末梢血単核球中(PBMC)のTIARP発現量を検討した。RA患者群はHC/SS群と比して有意に増加していた。さらに発現細胞がCD14+CD16-単球であることを確認した。TIARPは関節リウマチ(RA)および関節炎マウスのマクロファージ、好中球、滑膜細胞に共通に発現している6回膜貫通型蛋白である。これまで我々は、TIARP遺伝子欠損マウスが加齢に伴い関節炎を自然発症することを明らかとした。本研究は、この病態の発症機序を明らかにし、RAの病態解明および新規治療法の開発を目的としている。前年度、TIARP欠損好中球がケモカイン受容体CXCR1/2を過剰に発現し、そのリガンドであるCXCL2への細胞遊走能が亢進していることを明らかとした。本年度は、in vivoでの好中球機能を明らかとするためにK/BxN血清移入モデルを用いて検討を行った。血清移入後の関節炎は、TIARP欠損マウスで有為に増悪し、関節局所への多数の好中球浸潤が認められた。このことからTIARPは、CXCR1/2-CXCL2を介した好中球遊走を抑制して関節炎を制御していることが明らかとなった。TIARPの抑制機構ならびにその機能部位を明らかにするために、TIARP過剰発現細胞および2種類の変異体TIARP発現細胞(N末端欠損、exon3欠損)を樹立した。TIARP過剰発現細胞はLPS刺激後のIL-6産生が著明に抑制されるのに対し、N末端およびexon3欠損型TIARP発現細胞はコントロール細胞と同程度のIL-6産生量であった。このことからTIARPのN末端およびexon3部分は、IL-6産生抑制機構に非常に重要な部位であることが明らかとなった。ヒトの解析においては、健常人、RA患者、シェーグレン症候群(SS)患者の末梢血単核球(PBMC)中のTIARP発現量を検討した。RA患者群は健常人、SS患者と比較して有為にTIARP発現は増加していた。さらに発現細胞を同定するために、FACSおよび定量PCRを用いてCD3, CD19, CD14陽性細胞での発現を解析したところ、CD14陽性細胞で発現していることを明らかとした。この発現は、インフリキシマブ治療後に低下することを見出した。膠原病本年度予定していた好中球を用いたDNAマイクロアレイによる変動遺伝子の同定(CXCR1/2)、そこからリガンドであるCXCL2への細胞遊走能亢進までを明らかにした。

またTIARP欠損マウスのDBA/1背景への戻し交配、その後のGPI誘導関節炎の病態解析を実施し、計画予定に即した進捗を達成している。また次年度に向けた解析のために、TIARP変異体導入細胞安定株の作製に既に取り組んでおり、平成26年度の解析に向けた準備も進行している。一方でマクロファージを用いたDNAマイクロアレイ解析からTIARPの機能制御に重要な候補遺伝子を見出す予定をしていたが、変動遺伝子のpick upまでに留まっており、次年度にそれらの機能解析を実施することを計画している。またTIARP変異体導入細胞を用いた機能部位の同定と合わせて、マイクロアレイの結果を踏まえターゲット分子を絞れる可能性があると考えている。昨年度の結果を基に病態形成を引き起こす免疫細胞の機能異常を明らかにすることを目的とする。現在、作製済みのTIARP変異体導入細胞を利用して病態形成に関与する細胞群の同定、サイトカイン抑制に重要な機能部分の検討を行う。またDBA/1系統TIARP欠損マウスを利用して、GPI誘導関節炎のT細胞、B細胞などの免疫細胞の機能解析をTIARP欠損マウスと野生型マウスを比較して解析を行う。ヒトの解析においては、治療反応性とTIARPの関連性は患者数が十分に得られていないので、引き続き検体を収集しながら、TIARPの一塩基多型(SNP)と病態に関連があるか否かを検討していきたい。
ラクロプライドPETを用いたパーキンソン病患者のMAO阻害剤効果に関する研究

本年度は新しい3次元PETシステムとC-11ラクロプライドを用い同一健常者について2回の測定を行い再現性の検討と最適条件の設定を行った。また、臨床例での測定も試みた。健常者の測定では同時に比放射能や投与量の影響と最も再現性のよい方法の検討を行った。PET装置はSiemens社のECAT EXACTHR^+で、断面内および軸方向分解能はそれぞれ3.6mmと4.2mmである。C-11ラクロプライドは37-494MBq(比放射能1201200mCi/μmol)を約一分問で静脈投与した。検査はC-11ラクロプライド投与後20分まで2分毎、その後60分まで5分毎に3次元ダイナミック収集を行い、線条体から参照部位の放射能を差し引きD2受容体得意結合の指標とした。二回目の測定は1週間以上の間隔で同一の測定条件で撮像した。初回に対する二回目の値は平衡法を用いたD2受容体結合の解析では-3.74.6%の変動が見られた。解析法の検討では後頭葉と小脳を参照部位として用いた場合には再現性はほぼ同等であった。また、平衡時間を固定時間とした場合とここの被検者毎に時間を設定した場合も再現性はほぼ同等であった。これらの変動の原因として比放射能と投与量について検討したが、比放射能と投与量による影響には一定の傾向が見られなかった。臨床例の検討では、MAO阻害剤である塩酸セレギリン投与前と投与開始一週間後にC-11ラクロプライドを用いD2受容体結合を測定した。治療効果の見られた2名では集積が低下したが、見られなかった2名では集積が増加し、C-11 raclopride PETから予測される結果と臨床効果が一致し、MAO-B阻害薬の効果を客観的に評価することができた。健常者の測定では同時に比放射能や投与量の影響と最も再現性の良い方法の検討を行った。C-11ラクロプライドは1-8mCi(比放射能500-1200mCi/μmol)を約1分間で静脈投与した。検査はC-11ラクロプライド投与後20分まで2分毎、その後60分まで4分毎に3次元ダイナミック収集を行い、線条体から参照部位の放射能を差し引きD2受容体特異結合の指標とした。2回目の測定は1週間以上の間隔で同一の測定条件で撮像した。初回に対する2回目の値は平衡法を用いたD2受容体結合の解析では平均で約10%の変動がみられた。解析法の検討では後頭葉と小脳を参照部位として用いた場合には前者の方が再現性がやや良かった。また、平衡時間を固定した場合と個々の被検者毎に時間を設定した場合には前者の方が再現性が良かった。これらの変動の要因として比放射能と投与量について検討したが、比放射能と投与量の多寡よる影響には一定の傾向がみられなかった。臨床例の検討ではMAO阻害剤である塩酸セレギニン(デプレニール)投与前と投与開始1週間後にC-11ラクロプライドを用いD2受容体結合を測定した。治療前に著明な結合能低下を示していたパーキンソン病の例において治療後に約20%のには増加が観察された。

次年度は臨床例を中心に検討を行う予定である。C-11ラクロプライドとポジトロンCT(PET)を用い、L-dopa治療の補助薬剤であるMAO-B阻害薬(塩酸セレギニン)のD2受容体に与える影響について検討した。対象は健常者5名とパーキンソン病患者4名である。PET装置はECAT EXACTHR^+(Siemens社)を用い、C-11ラクロプライド1.0-12.0mCi(平均5.92mCi、比放射能240-1800mci/_mol)を投与後、60分間の3D-dynamic scanを撮像した。データ解析は平衡法(被殻または尾状核から小脳の放射能カウントを差し引いたものをプロットし、最も平衡に近い20分間の対小脳比((Cpt(ca)-Ccr)/Ccr)をD2受容体の指標(BP)とした)で行った。約一週間の間隔でPETによる測定を2回行い、健常者で測定毎の変動と再現性、患者でMAO-B阻害剤である塩酸セレギニンを2.5mg一週間連続投与し、投与前後の線条体の集積の変化をそれぞれ検討した。塩酸セレギニンの効果は4例中2例で有効、2例では無効であった。健常者における2回の測定のBPは初回2.49±0.45、2.25±0.45(平均±SD、尾状核対小脳比、被殻対小脳比の順、以下同)、2回目は2.28±0.32、2.05±0.30であった。変化率は平均で6.57%、6.32%の低下であった。パーキンソン病患者におけるMAO-B阻害薬投与前後の被殻対小脳比、尾状核対小脳比は2名で増加、2名で減少を示した。治療前のBPは2.39±0.39、2.05±0.37で、治療後は2.44±0.46、2.05±0.30であり、増減率は平均で2.10%、0.67%の増加であった。塩酸セレギニンの治療効果との関係をみると効果のみられた2名ではいずれも集積(BP)が低下した。これら2例ではMAO-B阻害薬がドパミンの分解抑制とドパミンの再取り込みを抑制して内因性のドパミン濃度を高め、治療効果を発現させるとともにC-11ラクロプライドと拮抗しBDを低下させたと考えられ、C-11ラクロプライドPETにより薬効を客観的に評価できた。
先天性心疾患の成因と形態形成に関する臨床遺伝学的および実験的研究

1981年9月1日から1987年1月31日までに受診した先天性心疾患患者のうち、完全に情報を得ることができた症例は1607例(男子:787例,女子820例)である。これらの症例のうちの22例(1.4%)が遺伝性疾患,97例(6.0%)が染色体異常,3例(0.2%)が胎内環境の異常によるもの,8例(0.5%)が成因不明の既知の症候群,残りの1477例(91.9%)が成因不明群であった。成因が明らかなもののうち最も多かった染色体異常では、ダウン症候群が81例(染色体異常83.5%)をしめた。そのほかでは、18トリソミーの5例,ターナー症候群の3例,猫なき症候群と9P-症候群,48,XXX,+18症例の各2例が主なものであった。これらのうちの48,XXX+18の2症例はわが国での第1例と第2例とであった。1235症例の集計の時点では、129症例(10.4%)が精神遅滞を伴っており、それらの成因分析も併せて行った。成因不明の精神遅滞はチアノーゼ性心奇形に有意に多かった。実験的研究では、bis-diamineを妊娠ラットに投与し、異常鎖骨下動脈起始の形態発生を観察した。異常右鎖骨下動脈起始では右第4大動脈弓動脈の血流がまず遮断され、血流は右第3大動脈弓動脈を介して右背側大動脈に流れた。やがて右背側大動脈の第37区分に退縮する。第8区分は存続し、右鎖骨下動脈の近位部を形成した。遠位部は右第7節間動脈から構成される。第8区分は頭側に移動し、左側大動脈弓の第4番めの枝となった。異常左鎖骨下動脈起始は左側大動脈弓の場合の鏡像関係を示した。これらの所見は二重大動脈弓を用いて従来から述べられている発生の仮説を実証する知見と考えられた。
新技術システム下の組織調整方式に関する実証研究

まず第一に、進展著しい最近の新技術(New Technology)の動向を、最新の雑誌や文献(日本語・外国語)を購入して調査した。その結果、一口に「新技術」といっても、現場の作業組織・生産現場レベルで導入されるマイクロエレクトロニクス(ME)技術と、管理・統制組織レベルのオフィスで導入される情報通信技術(IT)とはひとまず区別して検討することが必要であることが判明した。第二に、新技術の導入されている各事業所で、どのような組織調整方式が採用されているのかについて、主としてインタビュー調査を中心に調査を行なった。その結果、現場の作業組織レベルにおいては、理論的研究によって概念化していた組織調整方式の3類型のうち、いわゆる「情報共有型」が主に採用されていること、また管理組織レベルにおいては、既存の組織階層を所与とした「誘導型」が採用されていることが多いこと、などが明らかになった。第三に、これらの結果をふまえ、日本の企業組織においては、作業組織レベルでは職務範囲がかなり曖昧化し、逆に管理組織レベルではむしろタイトに従業員の管理を志向しているという事実が明らかとなり、このような両組織レベルでの齟齬がいわゆる「日本的経営」と称される経営方式の一特徴であることが、結論的に判明した。また第四に、欧米の経営管理システムにおいてはトレード・オフ関係として把握されている「従業員の職務内容の改善・向上」と「管理者による彼らへの管理可能性」の2因子の関係が、必ずしも背反関係にはなく、むしろ比例関係に近い状況にあることも、新たな発見事実として同時に明らかになった。
ポリコーム群PRC1複合体による着床前胚細胞運命と可塑性の制御

ナイーブ型多能性幹細胞におけるPCGF6複合体の精製を行った結果、構成因子としてRING1A/B, RYBP/YAF2, L3MBTL2などのクロマチン因子に加え、転写因子MGAを同定した。ナイーブ型多能性幹細胞においてPCGF6は減数分裂・生殖細胞関連遺伝子群の転写開始点周辺に結合することが分かった。またこれらのPCGF6標的遺伝子の配列にはEボックス配列が含まれ、転写因子MGA/MAXヘテロダイマーがこれを認識して結合し、PRC1.6複合体をリクルートすることが分かった。ナイーブ型多能性幹細胞でPCGF6を欠損させると、細胞の増殖及び生存が低下し、減数分裂・生殖細胞関連遺伝子群へのRING1B/RYBPの結合及びH2AK119ub1/H3K27me3修飾が消失して、これら遺伝子群が脱抑制した。さらに、これら遺伝子群の転写抑制は、RING1Bが媒介するH2AK119ub1修飾を介して起こることも分かった。一方プライム型の多能性幹細胞(エピブラスト幹細胞)では、PRC1.6複合体は減数分裂・生殖細胞関連遺伝子群へ結合せず、これら遺伝子群の抑制に寄与しないことが分かった。PCGF6欠損マウスは胚発生の過程で死亡する確率が野生型に比べて有意に高く、着床前胚から死亡し始めること、着床後胚の胎盤形成に異常があることも分かり、以上の研究成果を国際科学雑誌eLifeで発表した。以上に加え、PRC1.6複合体が転写因子をコードするDux遺伝子の直接転写抑制を介して、2細胞胚特異的遺伝子群の発現抑制に寄与することも分かった。PRC1.6複合体の標的遺伝子群はプライム型でフルにDNAメチル化され、ナイーブ型では不完全なDNAメチル化状態であることから、本研究は、この複合体が不完全なDNAメチル化を受ける遺伝子領域のEボックスに結合して、補完的に転写抑制を担う仕組みである可能性を示唆している。異型ポリコム群のひとつPCGF6-PRC1複合体の生物活性や標的遺伝子の同定、および作用機構の解明を目指しました。まずPCGF6-PRC1複合体がマウスES細胞においてどのようなゲノム領域に結合するかを明らかにするため、ChIP-seq解析を行いました。その結果、従来型PRC1が強く結合する発生や分化に関わる遺伝子群には殆ど結合せず、生殖細胞に関連する遺伝子群に強く結合することが分かりました。次にPCGF6の機能を調べるために、Pcgf6遺伝子を欠損させたマウスES細胞を作成しました。その結果、Pcgf6遺伝子を欠損させるとこれら生殖細胞関連遺伝子が脱抑制し、ES細胞の増殖が阻害されることが分かりました。さらに、PCGF6が結合するDNA配列の特徴を調べたところ、bHLH型転写因子が結合する配列(Eボックス)が高頻度に含まれることが分かりました。PCGF6複合体にbHLH型転写因子MAX/MGAが含まれることから、我々はPCGF6複合体による標的遺伝子の認識にこれらの転写因子が関与する可能性を検証しました。その結果、ES細胞内でMAXまたはMGAの発現を低下させると、PCGF6の標的遺伝子への結合レベルが大きく低下することが分かりました。さらに、TetR-MAX融合タンパク質を人工的にTetO配列に結合させると、PRC1/PRC2によるヒストン修飾活性(H2AK119ub1およびH3K27me3)が誘導されました。従って、PCGF6は転写因子MAX/MGAに依存して生殖細胞関連遺伝子を認識して結合し、ポリコーム型転写抑制ドメインを形成することが明らかになりました。またこのようなPCGF6ーPRC1複合体による生殖細胞関連遺伝子の抑制は、ES細胞由来の始原生殖細胞様細胞(PGC-like cell: PGCLC)への分化や、マウスの正常な胚発生に寄与することも分かりました。異型ポリコーム群PCGF6-PRC1が、転写因子MAX/MGAに依存して生殖関連遺伝子へ結合し、ヒストンH2Aのモノユビキチン化修飾を介して転写抑制に寄与することを証明することに成功した。またPCGF6-PRC1がマウスES細胞の増殖および始原生殖細胞様細胞(PGC-like cell: PGCLC)への分化抑制に寄与すること、さらにマウス着床前後胚の正常な発生に必要であることも明らかにして、以上の成果をまとめた論文がeLife誌にアクセプトされた。非典型的ポリコーム複合体PCGF6-PRC1による生殖関連遺伝子および2細胞胚特異的遺伝子の発現制御メカニズムについて新たな知見が得られつつある。具体的には、この複合体に特異的に含まれるL3MBTL2が、PCGF6/RYBP/RING1Bと同様に転写因子MAX・MGAヘテロダイマーに依存して生殖関連遺伝子へ結合するが、H2AK119ub1/H3K27me3修飾を介した従来のPRC1/PRC2ポリコーム型抑制とは異なるメカニズムで標的遺伝子の転写抑制に寄与することが分かった。よって本研究課題の目標に向けておおむね順調に進展していると判断した。

またこれらのPCGF6標的遺伝子の配列にはEボックス配列が含まれ、転写因子MGA/MAXヘテロダイマーがこれを認識して結合し、PRC1.6複合体をリクルートすることが分かった。ナイーブ型多能性幹細胞でPCGF6を欠損させると、細胞の増殖及び生存が低下し、減数分裂・生殖細胞関連遺伝子群へのRING1B/RYBPの結合及びH2AK119ub1/H3K27me3修飾が消失して、これら遺伝子群が脱抑制した。さらに、これら遺伝子群の転写抑制は、RING1Bが媒介するH2AK119ub1修飾を介して起こることも分かった。一方プライム型の多能性幹細胞(エピブラスト幹細胞)では、PRC1.6複合体は減数分裂・生殖細胞関連遺伝子群へ結合せず、これら遺伝子群の抑制に寄与しないことが分かった。PCGF6欠損マウスは胚発生の過程で死亡する確率が野生型に比べて有意に高く、着床前胚から死亡し始めること、着床後胚の胎盤形成に異常があることも分かり、以上の研究成果を国際科学雑誌eLifeで発表した。以上に加え、PRC1.6複合体が転写因子をコードするDux遺伝子の直接転写抑制を介して、2細胞胚特異的遺伝子群の発現抑制に寄与することも分かった。PRC1.6複合体の標的遺伝子群はプライム型でフルにDNAメチル化され、ナイーブ型では不完全なDNAメチル化状態であることから、本研究は、この複合体が不完全なDNAメチル化を受ける遺伝子領域のEボックスに結合して、補完的に転写抑制を担う仕組みである可能性を示唆している。(1)異型ポリコーム群PCGF6-PRC1の構成因子L3MBTL2の作用機序解明を目指す。具体的にはマウスES細胞のゲノム上におけるL3MBTL2の局在をChIP-seq解析を用いて明らかにする。またL3mbtl2コンディショナル欠損ES細胞の表現型(増殖・分化等)解析を行い、遺伝子発現様式およびクロマチン構造の変化を解析する(RNA-seq, ChIP-seq)。(2)ポリコーム群PRC1とDNA損傷との関係を明らかにする。具体的にはRing1A/B欠損ES細胞、Pcgf6欠損ES細胞およびL3mbtl2欠損ES細胞において、活性酸素ストレス、DNA損傷応答の変化を測定する。またRNA-DNAハイブリッド構造(Rループ)を特異的抗体を用いて検出し、ポリコーム群による遺伝子発現制御との関係を追究する。(3)ポリコーム群PRC1と細胞内代謝の関係を明らかにする。具体的にはRing1A/B欠損ES細胞、Pcgf6欠損ES細胞およびL3mbtl2欠損ES細胞におけるミトコンドリア活性や解糖系、脂肪酸酸化などの変化を解析する。(1)PCGF6-PRC1複合体欠損時の遺伝子発現変化とDNA損傷応答の関係を明らかにする。具体的にはRing1A/B欠損ES細胞、Pcgf6欠損ES細胞、L3mbtl2欠損ES細胞およびMax欠損ES細胞において、DNA損傷応答やテロメア等の変化を測定する。また生殖関連遺伝子および2細胞期胚特異的遺伝子の脱抑制が、DNA損傷応答によるものかについて、p53ノックダウン等を用いて検証を行う。(2)PCGF6-PRC1複合体と細胞内代謝の関係を明らかにする。
生体用超弾性チタン合金の結晶学・微視組織学的設計による高機能・高信頼性化

TiNbAl合金において格子定数と合金組成の関係を明らかとし,これを基にマルテンサイト相の内部構造(双晶構造など)を明らかとした.一般にマルテンサイト相は内部に大量の格子欠陥や双晶などを有するが,申請者はこのような内部欠陥が理論上消失する様な条件を見出した.マルテンサイト相の内部構造は形状記憶合金の特性を大きく変化させるので,本研究で得られた成果は新形状記憶合金の特性制御を行う上で貴重な情報となった.TiNbAl合金のヤング率の温度依存性と結晶方位依存性を明らかとした.βチタン合金のヤング率は一般の金属材料に比べて非常に低く50GPaを下回る.しかしヤング率の示す結晶方位依存性が高いので,材料設計においてはその異方性を定量的に把握する必要がある.TiNbAl合金のヤング率は001方向に最低値を取り,室温で25GPaである.一方最大値は111方向で,80GPaであった.TiNbAl合金にSiを微量添加して100°C700°C程度で時効処理を施すと,室温での超弾性特性が向上した.Siを0.10.7mol%添加した材料の微細組織を透過型電子顕微鏡で観察した結果,時効処理時に生じるω相前駆体の形成ならびにβ相の相分解がSi添加によって極めて顕著に抑制されることを見出した.Si添加は他のβチタン合金においても時効に対する結晶構造の安定化に有効であると考えられる.この発見は,本合金系の相分解を抑制し,安定した超弾性特性を長期間にわたって維持するための大きな指針となる.以上要するに,平成17年度においては,βチタン形状記憶合金におけるマルテンサイト相内の内部構造形成の条件と弾性定数の異方性を明らかとすると共に,元来熱的に不安定なβ相の結晶構造を安定化させる働きをもつ添加元素を見出し,それらの微量添加が超弾性特性の長期安定化に極めて有効であることを発見したことが主要な成果である.1.Ti-Nb-Al合金において,格子定数とマルテンサイト変態温度のNb,Al濃度依存性を系統的に調査し,室温で大きな超弾性歪みを発現させるための合金設計指針を得た.Nb,Alはともに40K/mol程度の変態点低下をもたらすことが変態温度の精密測定によって明らかとなり,変態歪みは主にNb濃度に依存し,Nb濃度の低下とともに大きくなるという知見を得た.これらの結果から,本合金においてはNb量をなるべく低くし,Al添加量を増加させることによって,室温で大きな超弾性歪みが得られると分かった.現時点では21Nb-6Al合金において約5.2%の超弾性歪みの発現を確認しており,この種の合金において初めて5%以上の超弾性歪みを発現させることが出来た.2.Ti-Nb-Al合金にSi,B,Cを微量添加して500°C700°C程度で時効処理を施すと,いずれの添加元素の場合においても室温での超弾性特性が向上した.Siを0.10.7mol%添加した材料の微細組織を透過型電子顕微鏡で観察した結果,時効処理時に生じるω相前駆体の形成ならびにβ相の相分解がSi添加によって極めて顕著に抑制されることを見出した.Si添加によるβ相の時効に対する安定化は,Ti,NbとSi間の強い相互作用に起因するものと現時点では考えており,Si添加は他のβチタン合金においても時効に対する結晶構造の安定化に有効であると考えられる.この発見は,本合金系の相分解を抑制し,安定した超弾性特性を長期間にわたって維持するための大きな指針となる.以上要するに,平成16年度においては超弾性歪みを最大化させるための組成制御指針を得て実際に5%以上の超弾性歪みの発現に成功したこと,並びに元来熱的に不安定なβ相の結晶構造を安定化させる働きをもつ添加元素を見出したことが主な成果である.TiNbAl合金において格子定数と合金組成の関係を明らかとし,これを基にマルテンサイト相の内部構造(双晶構造など)を明らかとした.一般にマルテンサイト相は内部に大量の格子欠陥や双晶などを有するが,申請者はこのような内部欠陥が理論上消失する様な条件を見出した.マルテンサイト相の内部構造は形状記憶合金の特性を大きく変化させるので,本研究で得られた成果は新形状記憶合金の特性制御を行う上で貴重な情報となった.TiNbAl合金のヤング率の温度依存性と結晶方位依存性を明らかとした.βチタン合金のヤング率は一般の金属材料に比べて非常に低く50GPaを下回る.しかしヤング率の示す結晶方位依存性が高いので,材料設計においてはその異方性を定量的に把握する必要がある.TiNbAl合金のヤング率は001方向に最低値を取り,室温で25GPaである.一方最大値は111方向で,80GPaであった.TiNbAl合金にSiを微量添加して100°C700°C程度で時効処理を施すと,室温での超弾性特性が向上した.Siを0.10.7mol%添加した材料の微細組織を透過型電子顕微鏡で観察した結果,時効処理時に生じるω相前駆体の形成ならびにβ相の相分解がSi添加によって極めて顕著に抑制されることを見出した.Si添加は他のβチタン合金においても時効に対する結晶構造の安定化に有効であると考えられる.

この発見は,本合金系の相分解を抑制し,安定した超弾性特性を長期間にわたって維持するための大きな指針となる.以上要するに,平成17年度においては,βチタン形状記憶合金におけるマルテンサイト相内の内部構造形成の条件と弾性定数の異方性を明らかとすると共に,元来熱的に不安定なβ相の結晶構造を安定化させる働きをもつ添加元素を見出し,それらの微量添加が超弾性特性の長期安定化に極めて有効であることを発見したことが主要な成果である.
算数・数学科における作業的・体験的活動を重視した指導に関する研究

3年間において9回(平成11年度2回,平成12年度4回,平成13年度3回)の会合をもち,研究課題を遂行した。2000年8月には第9回数学教育世界会議(ICME9)が日本で開催され,その後の日本・アメリカによるポストICME9セミナー(日本側代表者,橋本)が4日間にわたって,国立教育研究所を中心に開催され,特に協力者の大野寛武は「ヨージ・オメトリー」の実践の成果を公表し高い評価を得た.現場に普及させるという意味では,2001年8月6日8日開催の第83回全国算数・数学教育研究(埼玉)大会における小学校・中学校・高等学校の各部会において,協力者の滝井章,山崎浩二,中込雄沼の3名が代表して研究成果を公表した。代表者自身も,2001年10月20日,杉並区立馬橋小学校で開かれた新算研全国大会において,小学校6年生を対象に授業を行った。電卓を使った題材をもとにしながら,数への感覚・見通し・考える力を育てるというものであり,子どもたちは電卓を活用して筆者の意図した問題解決を実行することができた.作業的・体験的活動を重視した指導を考えるにあたり,その活動に適した問題を多数開発することができた。そして多くの実践を通して統計的にではないが,実践した教師,子どもの感想などから創造性を喚起する上でその活動が有効であることが碓かめられた。3ヶ年研究の初年度ということで、研究課題の中の「作業的・体験的活動」に焦点をあてた算数・数学の問題、その問題を使っての授業実践の収集につとめた。研究協力者として、小・中・高の現職の教員を含め、本研究に参画するものは39名である。平成11年度は、次のような2回の会合を開催した。(1)第1回会合、平成11年12月19日(日)、36名出席(2)弟2回会合、平成12年2月20日(日)、30名出席両日とも日曜日にもかかわらず、島根県からの参加も含め、活発な議論がなされた。具体的には、第1回会合では、小学校の事例9件、中学校の事例7件、高等学校の事例1件の合計17件であった。第2回会合では、小学校の事例9件、中学校の事例5件、高等学校の事例1件、大学から橋本及び池田が提案したので、合計17件であった。どちらの会合でも、各事例について同じ学校間の先生ばかりでなく、異なる学校間の先生(たとえば中の事例に対して小の先生が意見を述べるなど)からも反応があり、お互いに刺激を受けたようである。来年度への示唆としては、教師自身の評価のあり方、作業的・体験的活動をもとにした算数・数学的中味の横の広がり、系列を考えた縦の広がり、つまり縦横無尽な展開の仕方、の2つが得られた。これらのことについて何らかの知見が得られるよう、研究を遂行中である。3ヶ年研究の2年度ということで,当初4回の会合を計画し,その通り,次のような日程で,土・日にもかかわらず多数の分担者・協力者の出席をえて,研究課題に対して,有意義に討議することができた。(1)2000年6月4日(日),24名出席(2)2000年9月23日(土),24日(日),30名出席(3)2000年12月16日(土),17日(日),28名出席(4)2001年2月3日(土),4日(日),23名出席具体的な実践事例として,1回めは10件,2回めは12件,3回めは11件,4回めは9件の提案があった。いずれも研究課題である「作業的・体験的活動を重視した指導」について,手を動かし,その背景には「脳」をつかうということがあり,このことが算数・数学を楽しいものにするであろうということが確認された。小学校にあっては,低・中・高学半において,「活動」という点で何らかの相違があるだろうことは認められるが,それを明確にして指導への示唆を得ることが大事なことである。

高等学校の統計の援来で,作業・体験を通して,コンピュータの活用も考えながら授業を行うと効果があることが報告された。代表者は,外国出張で米国の最先端のグラフ電卓を使用した授業を多数参観した。この様子を3回めの会合で報告し,協力者に対して考える種を提供することができた。最終年度は,上記「楽しい」について,実証できることを念頭に研究を遂行中である。3ヶ年研究の最終年度ということで、当初3回の会合を計画し、その通り次のような目標で土・日にもかかわらず分担者・協力者の出席を得て、研究課題に対して有意義に討議することができた。(1)2001年6月16日(土),17日(日)横浜国立大学,26名(2)2001年9月8日(土),9日(日)横浜市青少年育成センター(関内),20名(3)2001年12月15日(土)、16日(日)横浜国立大学,17名平成11年度・平成12年度並びに本年度6月17日までの小学校・中学校・高等学校における研究成果に関しては、2001年8月6日8日開催の第83回全国算数・数学教育研究(埼玉)大会における小・中・高の各部会において協力者の滝井章、山崎浩二、中込雄治の3名の先生方が代表して公表している。研究成果報告書を作成したが、これにはその後の発表をも考慮したものを掲載してある。代表者自身も、2001年10月20日、杉並区立馬橋小学校で開催された親算研全国大会において、6年生を対象に電卓を使った授業を行った。作業的・体験的活動を通して数への感覚・見通し・考える力を育てるという授業であった。作業的・体験的活動を重視した指導を考えるにあたり、その活動に適した問題を多数開発できた。そして多くの実践を通して、統計学的にではないが、実践した教師、子どもの感想などから創造的活動を促す上で、その活動が有効であることが確かめられた。
エルサレム王国構造の解明に向けて

本年度は、エルサレム王国の被征服民であるイスラム教徒の実態を把握する一環として、ミッション活動(布教活動)に焦点を当てた考察を行った。かつて、武力的手段の十字軍と非暴力を訴えるミッション活動とは、二項対立的な関係に立つものであるとされていた。それに対して近年の研究は、両者の関係が対立的ではなく、むしろ聖地回復という最終目的を達成するための相補的なものであったことを明らかにしている。では、慢性的な臨戦態勢にある聖地国家においても、ミッション活動は恒常的に行われ、軍事活動と併存していたのであろうか。13世紀半ばにエルサレム王国を訪れた教皇特使オドンの報告によると、聖地国家の有力者たちがイスラム教徒によるキリスト教への改宗には消極的であったことが解る。この背景として、聖地国家の有力者にとって重要であったのは、キリスト教信者の増加ではなく、異教徒から徴収される人頭税からの収益であったこと、そして聖地国家ではイスラム教徒のキリスト教化に関して、その必然性が生じるほど両教徒間に密接な関係が生まれなかったことが考えられる。また、13世紀後半にミッション活動のために来東したドミニコ会士リコルドの活動を調査すると、その目的はイスラム教徒の改宗ではなく、東方諸教会のローマ教会への帰属であったことが解る。こういったことから、従来の説とは異なり、聖地国家内にはそれほど多くのイスラム教徒が居住していなかった可能性を窺い知ることができる。そしてその可能性は、近年にR・エレンブルムが考古学的調査より明らかとした文化・宗教的境界線の存在からも、より高められよう。以上のことを念頭に置きつつ検討を進めることで、従来とは異なるエルサレム王国の実像が浮かび上がってくるものと思われる。今年度は、エルサレム王国の構造を考えるに当たって、王国の高位聖職者層に着目した研究を行ってきた。従来の研究では、国王は司教任命権によって聖職者の権力を、聖職者は国王戴冠権によって王権を抑制した、とされてきた。しかし史料分析の結果、次のことが導かれた。慢性的臨戦態勢にある王国では軍事統率者でもある国王の権力は絶えず意識され、王権を誇示するためのセレモニー的国王戴冠式は行われなかった。逆に、数少ない国王戴冠式の持つ意味は小さくなかった。即位時以外に戴冠式を行った国王たちは、貴族との対立という状況をその背景に持っていた。ゆえに、王国の国王戴冠式は、王権に反発する貴族勢力の抑制を目的とする王権と聖職者の連携を意味した。一方、司教任命権についても、国王が絶対的な権力をそこに有していたわけではなく、あくまでも最終決定権は教皇の手にあった。つまり国王が有したのは司教推薦権にすぎなかった。しかし、概ね国王の意向が重視され、そこに国王と聖職者との対立は見られない。また、司教推薦権を獲得する過程で、国王が所領に関する権限などを聖職者に譲渡していることから、同権は聖職者を抑制することではなく、聖職者を王権に取り込むことによって対抗勢力(とくに有力貴族)を抑制する機能を持った、と考えられるのである。では、なぜ聖職者は王権を支持したのか。この点を考えるために王国の国政についての検討を行った結果、次のことが解った。聖職者が国政に関与したのは、国王と貴族との対立の舞台となる王国内政面ではなく、西欧世界への援軍要請といった、王国の存亡を左右しかねる王国外政面においてであった。つまり、聖職者が国王と結びついたのは、それが封建社会の頂点に位置していたからではなく、聖地周辺域を防衛するキリスト教徒軍の統率者であったからであり、あくまでもその目的は聖地防衛に置かれていたのである。
浮遊型水中ロボットアームの内力による位置決め制御

中立浮力型の水中ロボットにおいて,ロボット本体の質量がマニピュレータの質量に比して小さい場合,マニピュレータの位置決めに際してロボット本体の運動も制御しなければならない。本体にスラスタを設けて制御すると流れの場を乱すが冗長なマニピュレータを付加したり,内部にリアクションホイールを設ければ,より正確な位置決め制御を行うことができる。本研究はこのような方法の実現性を水平面内に限定した水中実験によって確認したものである。直立円筒形の本体に作業用アームと冗長アームを対称な位置に配置し,その運動が軸対称となるようにして水平面内の力を相殺し,力のモーメントについてはリアクションホイールによって相殺する方法をとっている。アームの回転はエンコーダで検出し,本体の位置は水槽上部に固定されたPSD(位置検出器)で検出し,本体の回転は振動ジャイロで検出して,これらの信号はアームとリアクションホイールを駆動するDCサーボモータにフィードバックするシステムを構築した。制御則は最適制御理論によって決定している。試作したロボットの静止水中における実験の結果,冗長マニピュレータおよびリアクションホイールは,小型の中立浮力型水中ロボットのマニピュレータの位置決め制御に有効であることが確認された。すなわち、ロボット本体の位置は静止状態にとどまり,本体は初期において回転をはじめるがリアクションホイールの回転によって直ちにもとの状態に戻る。リアクションホイールの回転はタコジェネレータによって検出している。
人口集中域における望ましい自然・緑地生態系の維持管理

1)名古屋市内やその周辺に残された樹林地の構造を調査し、その形成過程を推定した。また、東京都西部域の樹木環境指標性に関する既往の調査地を継続調査した。都市および周辺樹林地(都市の里山)の存在意義とその利用について、機能論的にまた生態系論的に解析した。(只木)2)都市樹林地で、その活動によるCO_2の収支や林地内外でのCO_2濃度分布の違いを明らかにして、樹林地の環境保全効果の実態を調査した。林内CO_2濃度垂直変化の観測にも着手。(萩原)3)都市域に生活する鳥類の生態を実態調査し、その特性と生活様式の変化・原因を解明し、都市鳥類の保全策を検討するべく、全国11都市で非繁殖期の都市鳥相を調査した。調査全都市の2/3以上において越冬する種が繁殖する種よりも増加した。(斎藤)4)茨城県南部の平地林の歴史的変遷を追及した。残された「里山」での利用は、一般市民の自然観察・体験の場として期待が大きい。ホタルなどの水生昆虫生物相の保全には、河川を底質や流速が異なる生態系として捉え、斜面林等の河川周辺との一体的な生態系として保全する必要がある。(糸賀)5)多くの都市内緑地では、落葉を除去・焼却しているが、これは土壌硬度を高め、堆積有機物の分解に関与する小動物の生息を不可能にし、踏圧も土壌動物相を貧弱にする。大和市の「木もれ日公園」は雑木林を主体にし、落葉落枝は動かさないが、ここでは土壌小動物類が早い時期に住みついている。(青木)6)水生植物群落の水質浄化に及ぼす役割を明らかにする目的で、諏訪湖畔にヨシの圃場を造成し、動植物の進入と水質変化の測定を開始した。水田雑草がまず進入、続いて抽水植物の進入も見られた。冬期でも環境要因が流路流下によって相応の変化を示し、年を通じてのヨシ原の効果が期待できる。(沖野)1)名古屋市内やその周辺に残された樹林地の構造を調査し、その形成過程を推定した。(沖野)
初等教育における系統的教科横断型プログラミング学習教材の開発と評価

本年度は,前年度に構造化を図った英国(イングランド)で定義されているコンピュテーショナル・シンキングを育むための学習課題を元に作成した「プログラミング学習環境Scratchを利用して開発したプログラミング教材」の学習効果について,脳血流量,視線,及び調査協力者へのインタビューから検討した。検討した方法は,Scratchの基本操作を知らない健康な大学生10名を調査協力者として,実験室を整え(静寂(Dr-40),気温,湿度,照度の条件),34chのウェラブル光トポグラフィ装置WOT-HS34Mを用いての前頭葉の酸化ヘモグロビン(Oxy-Hb)濃度変化と,Tobii Proグラス2を用いての視線移動を指標にして,検討した。その結果,出発点から目的地まで到達する道順を探すようなゲーム的な活動を行う学習は,一見すると論理的思考を育めそうではあるが,場当たり的に何も考えずに試み,失敗を重ね,偶然に目的地に到達するという活動になりやすい。このような活動をさせた場合は,前頭葉の酸化ヘモグロビン(Oxy-Hb)濃度変化はあまり変化しないことが明らかになった。そのため,出発点から目的地まで到達する道順を論理的に推論させてから,推論通り計画的に活動させる学習を意図的に仕組ませることに意味があることが明らかになった。実験の結果から,系統的な教科横断型カリキュラムや,開発したプログラミング教材の年間指導計画,指導案,モデル教材,ワークシート,指導資料の修正を行い,広島市教育委員会と連携を図り,開発した教材を用いた継続的な実証的研究調査を行い,開発した教材,指導法の再評価を行った。平成30年度の計画である以下(1)(2)(3)について,概ね成果を得ることができたため。(1)教材(年間指導計画,指導案,モデル教材,ワークシート,指導資料)の修正を行うことができた。(2)プログラミングの経験者と未経験者の大学生それぞれ10人を対象に,作成したワークシート,教材,指導案を用いて,脳波測定,脳血流量測定,視線測定及びインタビュー調査を行い,指導案,ワークシート等の効果について検討し,教材,指導法の再評価を行うことを予定していたが,脳血流量と脳波の同時計測が機器の都合から不可能であったが,その他は概ね予定通り行うことができた。(3)開発した教材を用いた継続的な実証的研究調査を行い,開発した教材,指導法の評価を行うことができた。最終年度は,系統的な教科横断型プログラミング学習のまとめをする。報告書,指導資料教材(年間指導計画,指導案,モデル教材,ワークシート,指導資料)を刊行するとともに,小学校において実際に試用していただき,教員側・児童側の両面から実践事例の収集を図るとともに検証を継続する。また,日本教科教育学会等で発表し,広く成果を公開する。具体的には,6月から教材資料の作成,指導資料の作成,学会発表の準備を開始し,7月には,教材資料の有効性について小学生を対象にして実証授業を行うとともに,小学校教員に教材・指導資料の有効性について評価をしてもらう。8月には,その結果についての分析を行い,9月に教材資料・指導資料の有効性についての実証研究のまとめを行う。10月には,検証結果をもとにして教材資料・指導資料の修正を行うと同時に9月にまとめた研究結果を学会発表する。11月には科研報告書の作成を開始し,1月をめどに教材資料,指導資料,報告書のまとめを完了し,公開する。我が国の小学校のプログラミング学習の現状と特徴について,小学4,5,6年生1051名を対象に質問紙調査を実施し,有効回答数703名であった。「プログラミング」の経験群298名と未経験群405名とに分けて,分析・考察をした結果,プログラムを作成できるようになった小学生とプログラムをうまく作成できない小学生との間には,プログラミングに対する肯定感や,学習意欲,価値観など,意識に明確な差があることが明らかになった。そして,小学校のプログラミング学習について,「プログラミング」経験者の工業(情報系)高校生10名,情報系大学生10名,情報系企業社会人10名を対象に,インタビュー調査を実施し,考察した。その結果,小学生段階で必要なことについて,具体的な課題を明らかにすることができ,教材や指導法について示唆を得ることができた。また,プログラミングによる簡単なアプリ開発など,小学生に基本的な情報システム開発を経験するにあたって必要な学習課題を教科書,参考書等の分析から抽出し,学習課題の構造化を図り,知識・技能等の評価規準案を作成した。さらに,プログラミング学習を実施するため,文部科学省の観点に準じた評価軸を用いて,縦軸に発達段階の教材単元,横軸に単元ごとに観点の目標を設定したモデルカリキュラム案を作成した。最後に,プログラミングの経験者と未経験者の大学生それぞれ10人を対象に,開発した教材を用いて学習に取り組ませ,その学習課題を解決する過程の間,視線,脳波等の計測,及びタスク分析を行った。その結果,プログラミング学習教材の内容や学習方法の効果を客観的に評価する手法としての有効性について予備実験調査を実施した。平成29年度の計画である(1)我が国のプログラミング学習に関する意義と役割の整理するために,1我が国の小学校のプログラミング学習の現状と特徴について,調査を実施し,分析・考察することができた。2小学校のプログラミング学習について,工業(情報系)高校生,情報系大学生,情報系企業社会人にインタビュー調査を実施し,考察することができた。(2)プログラミング学習に期待する学習課題と評価規準を開発するために,教科書,参考書等の分析から評価規準案を作成することができた。

(3)系統的な教科横断的なカリキュラム,教材及び指導法の開発と実験室的評価を実施するために,縦軸に発達段階の教材単元,横軸に単元ごとに観点の目標を設定したモデルカリキュラム案を作成した。また,視線,脳波等の計測及びタスク分析を用いて,プログラミング学習内容と方法の効果を評価する手法の開発について予備実験調査を実施した。本年度は,前年度に構造化を図った英国(イングランド)で定義されているコンピュテーショナル・シンキングを育むための学習課題を元に作成した「プログラミング学習環境Scratchを利用して開発したプログラミング教材」の学習効果について,脳血流量,視線,及び調査協力者へのインタビューから検討した。検討した方法は,Scratchの基本操作を知らない健康な大学生10名を調査協力者として,実験室を整え(静寂(Dr-40),気温,湿度,照度の条件),34chのウェラブル光トポグラフィ装置WOT-HS34Mを用いての前頭葉の酸化ヘモグロビン(Oxy-Hb)濃度変化と,Tobii Proグラス2を用いての視線移動を指標にして,検討した。その結果,出発点から目的地まで到達する道順を探すようなゲーム的な活動を行う学習は,一見すると論理的思考を育めそうではあるが,場当たり的に何も考えずに試み,失敗を重ね,偶然に目的地に到達するという活動になりやすい。このような活動をさせた場合は,前頭葉の酸化ヘモグロビン(Oxy-Hb)濃度変化はあまり変化しないことが明らかになった。そのため,出発点から目的地まで到達する道順を論理的に推論させてから,推論通り計画的に活動させる学習を意図的に仕組ませることに意味があることが明らかになった。実験の結果から,系統的な教科横断型カリキュラムや,開発したプログラミング教材の年間指導計画,指導案,モデル教材,ワークシート,指導資料の修正を行い,広島市教育委員会と連携を図り,開発した教材を用いた継続的な実証的研究調査を行い,開発した教材,指導法の再評価を行った。平成30年度の計画である以下(1)(2)(3)について,概ね成果を得ることができたため。(1)教材(年間指導計画,指導案,モデル教材,ワークシート,指導資料)の修正を行うことができた。(2)プログラミングの経験者と未経験者の大学生それぞれ10人を対象に,作成したワークシート,教材,指導案を用いて,脳波測定,脳血流量測定,視線測定及びインタビュー調査を行い,指導案,ワークシート等の効果について検討し,教材,指導法の再評価を行うことを予定していたが,脳血流量と脳波の同時計測が機器の都合から不可能であったが,その他は概ね予定通り行うことができた。(3)開発した教材を用いた継続的な実証的研究調査を行い,開発した教材,指導法の評価を行うことができた。1系統的な教科横断型カリキュラム,教材内容及び指導法の修正教材(年間指導計画,指導案,モデル教材,ワークシート,指導資料)の修正を行う。プログラミングの経験者と未経験者の大学生それぞれ10人を対象に,作成したワークシート,教材,指導案を用いて,脳波測定,脳血流量測定,視線測定及びインタビュー調査を行い,指導案,ワークシート等の効果について検討し,教材,指導法の再評価を行う。
欠神発作の発生における過分極賦活型チャネルの役割に関する実験的研究

欠神発作は意識減損と突然の行動停止を主徴とする特発性全般てんかんである。これまでの研究により、欠神発作とくにspike and wave discharge(SWD)は視床・皮質律動機構の異常によって引き起こされることが明らかとなっている。最近の研究は、過分極賦活型(HCN)チャネルがこの欠神発作誘発神経機構と密接に関与している可能性を示唆している。本研究では、以下の3つの実験により、欠神発作発生に対する過分極賦活型チャネルの抑制作用を明らかにした。1.過分極賦活型チャネルの阻害薬であるZD7288の脳室内投与は、γ-butyrolactone(GBL)により誘発された欠神発作と同様の欠神発作を誘発した。すなわち、ZD7288(500μM以上,4μL,i.c.v.)は、3-6HzのSWDsを伴う突然の行動停止を頻繁に引き起こした。2.扁桃核キンドリング焦点形成が完成した動物を用いて、キンドリング発作(後発射)の持続時間に対するZD7288脳室内投与の効果を検討した。ZD7288(500μM,4μL)脳室内投与は投与の30分後に誘発した後発射の持続時間に有意な作用を及ぼさなかった。3.遺伝的欠神てんかんラット(SER)を用いて、HCNサブユニットの1つであるHCN2タンパクの発現を免疫組織学的に検討した。その結果、SERの視床ではコントロール群と較べてHCN2陽性細胞数が有意に減少していた。また、正常Wistar系ラットでGBLにより欠神発作を誘発すると、HCN2タンパク発現の著しい増加が認められた。以上の結果は、過分極賦活型チャネルが欠神発作の発生に対する特異的な内在的防御機構として機能していることを示している。また、この過分極賦活型チャネルは、1回の欠神発作によってもその発現が著しく増強されるという神経可塑性を有することが明らかとなった。てんかん発作、とくに欠神発作(absence seizures)の発現において過分極賦活型チャネルが如何なる役割を果たしているかを明らかにするため、以下の2つの実験を行い、次の結果を得た。1.扁桃核キンドリング発作の発現における過分極賦活型チャネルの役割:1日6回1時間間隔でラットの扁桃核を電気刺激して後発射(AD)を誘発し、急速形成キンドリング動物を作成した。過分極賦活型チャネル拮抗薬ZD7288(1mM、4μL)を脳室内投与した30分後に扁桃核にキンドリング刺激を与え、誘発されたAD持続時間に対するZD7288の効果を検討した。生理食塩水投与群の平均AD持続時間は29.3±5.6秒、ZD7288投与群では35.7±4.1秒であり、有意差は無いものの、ZD7288は発作持続時間を延長する傾向を示した。2.欠神発作の誘発による過分極賦活型チャネル発現の促進:48時間間隔で2回、γ-butyrolactone(GBL:100mg/Kg)を腹腔内投与して欠神発作を誘発し、過分極賦活型チャネルの発現をそのサブタイプであるHCN2の抗体を用いて、免疫組織化学的に検討した。欠神発作の誘発により視床腹内側核および外側膝状体核でHCN2陽性細胞数は有意に増加した。また、海馬CA3野においても、優位さは認められないものの、HCN2陽性細胞数の増加傾向が認められた。

さらに、ZD7288(1mM、4μL)の脳室内投与により、ラット10匹中2匹において視床脳波および皮質脳波で棘徐波複合の出現が観察された。以上の結果は、過分極賦活型チャネルが、発作発現を促進するものではなく、欠神発作の発現に対して抑制的な役割を果たしている可能性を示唆するものである。現在、慢性電流源密度解析を用いて、視床脳波および行動に対するZD7288長期脳室内投与の効果を検討中である。昨年度の研究により、過分極賦活型チャネル(HCNチャネル)は欠神発作の発生を抑制する可能性が示唆された。本年度、HCNチャネルの拮抗薬ZD7288およびHCNチャネル免疫染色法を用いて以下の2つの実験を行い、HCNチャネルの抗てんかん機能を明らかにした。1.HCNチャネル拮抗薬(ZD7288)投与による欠神発作の誘発:無麻酔・無拘束ラットを用いて、皮質・視床脳波に対するZD7288(1mM、4μL)脳室内投与の効果を検討した。投与数分後より、ラットは典型的な欠神発作を引き起こした。すなわち、ラットは数秒から数十秒間持続する行動停止(behavioral arrest)を頻繁に起こし、それに伴って46Hzの律動皮質・視床脳波を示した。欠神発作の間欠期には、ラットはわずかに身体を動かしながら探索行動を示し、皮質と視床では低振幅速波に重畳して0.52Hzの高振幅徐波が律動的に出現した。ZD7288による欠神発作重積状態は投与後約2時間ほどで消失し、正常な低振幅速波と睡眠紡錘波が観察された。SERは、重度の欠神発作と硬直性けいれん発作を自発的かつ頻繁に引き起こすダブルミュータント(tm+zi)てんかん動物である。生後12週齢のSERを被験体に、HCNチャネル構成タンパクの一種であるHCN2の発現を免疫染色法により検討した。コントロールWistar系ラットの視床ではHCN2陽性細胞が数多く認められるのに対して、SERの視床ではHCN2陽性細胞がほとんど認められなかった。以上の結果は、視床のHCNチャネルが欠神発作の発生を持続的に抑制しそいる内在的な抗てんかん機構であることを示すものである。