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骨腫瘍切除後の広範囲骨欠損に対する再生医療技術を用いた再建技術の開発

本研究の目的は骨腫瘍切除術後の新たな骨欠損再建法を開発することである。殺細胞処理自家骨移植は骨欠損再建法の1つである。しかし、放射線処理や液体窒素処理により骨形成能が失われ、偽関節がしばしば起こる。我々はラットの大腿骨を用いて殺細胞処理骨移植モデルを作成し、骨形成細胞シートが殺細胞処理骨の骨形成能を改善するか評価した。骨形成細胞シートを移植骨周囲に組み合わせることで、術後早期に骨癒合が得られた。一方対照群では骨形成を認めなかった。我々の研究により、骨形成細胞シート移植が殺細胞処理骨の骨形成能を促す可能性が示され、これは骨腫瘍切除術後の骨欠損再建における治療の新たな選択肢となる可能性がある。本研究の目的は、骨腫瘍切除症例における術後早期の機能回復を得るための新たな骨欠損再建法を開発することである。再生医療技術を用いて骨髄間葉系細胞から作製した『骨形成細胞シート』を移植し、骨腫瘍切除によって生じた広範囲骨欠損を早期に骨癒合させる技術開発の基礎となる研究を行う。骨腫瘍切除後の再建術では、一般的に骨盤から採取した自家骨に加え、放射線照射や液体窒素処理等による殺細胞処理を行った自家骨移植が行われるが、殺細胞処理によって生物学的活性が低下しているため移植床との骨癒合が得られにくいという課題がある。我々が確立した骨形成細胞シート移植を殺細胞処理骨による再建術に応用することで課題を解決し、殺細胞処理骨と移植床間の骨性架橋を獲得し早期に骨癒合を得る新たな骨腫瘍切除再建方法を確立する。再生医療技術を用いて骨髄間葉系細胞から作製した『骨形成細胞シート』を移植し、骨腫瘍切除によって生じた広範囲骨欠損を早期に骨癒合させる技術開発の基礎となる研究を行った。骨腫瘍切除後の再建術では、一般的に骨盤から採取した自家骨に加え、放射線照射や液体窒素処理等による殺細胞処理を行った自家骨移植が行われるが、健常部からの採骨は合併症や採骨量の問題に加え、移植床の形状に適合させにくいという弱点がある。そのため、切除した骨腫瘍を殺細胞処理し再建に利用する手技が開発された。しかし、形状の適合は容易であるものの、殺細胞処理によって生物学的活性が低下しているため移植床との骨癒合が得られにくいという課題があるため、良好な骨癒合を得る治療法が求められている。そこで、我々が確立した骨形成細胞シート移植を殺細胞処理骨による再建術に応用することで、殺細胞処理骨と移植床間の骨性架橋を獲得し早期に骨癒合を得る新たな骨腫瘍切除再建方法を確立するための基礎実験を行った。ラットの大腿骨を用いて自家殺細胞処理骨移植モデルを作製した。大腿骨の一部を切除し、切除部に殺細胞処理骨を移植する実験モデルを作製した。処理骨移植時に骨形成細胞シート移植も併用し、処理骨と移植床との骨癒合を促進させる研究を実施した。既存の手技との比較のため、次の3群で実験を行った。1処理骨に骨形成細胞シート移植を併用した群、2処理骨に細胞浮遊液を組み合わせた群、3処理骨移植のみの群。骨形成の評価は、レントゲン評価、micro-CT、組織学的評価、骨形成マーカーの遺伝子発現評価、力学試験(3点曲げ試験)による評価を行った。殺細胞処理は、放射線照射および液体窒素による処理で行った。放射線照射処理による上記のモデル作製、評価に関する結果に関してはすでに論文発表を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。骨再生医療当初の予定通り、液体窒素処理骨によるモデル作製、評価、さらに大動物でのモデル作製、評価も行っていく予定である。
ノックアウト及びトランスジェニックマウスを用いた間質性肺炎発生機序に関する研究(副題)PAF,エイコサノイドを中心に

特発性間質性肺炎は、進行性の肺胞隔壁炎症、肺線維芽細胞増生、細胞外マトリックス蛋白沈着等による肺実質リモデリングを主体とする病態であり、種々の化学物質が複雑に関与していると考えられる。PAFおよびエイコサノイドは、その生理活性作用より、肺線維化メカニズムに寄与している可能性が推察されるが、未だに検証されていない。本研究では、発生工学的手法を応用し、脂質性メディエーターの肺線維化機序における重要性について検討を加えた。特に、PAF関連遺伝子の間質性肺炎発症における意義を明らかにした。PAFR-Tgマウスを交配させ得られたマウスを、生後3週目にPCR法を用いてゲノム解析し、PAFR-Tgマウスか否かを判別した。PAFR-Tgマウスのlitter mateで、PAF受容体遺伝子発現が正常であるものをコントロールとして実験に使用した。PAFR-KOマウス系についても、同様に交配・ゲノム解析を施行し、遺伝子ノックアウト群とコントロール(野生型)群に鑑別し、実験に用いた。<肺線維化におけるPAFR遺伝子発現の関与>肺線維化モデルとして、プレオマイシン肺臓炎モデルを作成した。マウス各群にプレオマイシンを気管内投与し、2週間後に線維化を検討した。肺線維化の生理学的指標として、人工換気・開胸マウスの肺エラスタンス(コンプライアンス)を算出した。またマッソン・トリクローム染色標本の組織学的評価を施行した。以上の測定項目を各群で比較検討し、PAF受容体遺伝子発現とプレオマイシン肺障害の関係について評価・検討を加えた。その結果、PAF受容体遺伝子発現がプレオマイシン肺線維化機序および間質性肺炎発症メカニズムに関する可能性が示唆された。近年、特発性間質性肺炎の生検組織の解析などにより、TNFα,IL-1β,IL-6,IL-8等のサイトカインが、肺線維化に関与している可能性が報告されている。しかし、サイトカイン以外のメディエーターと肺線維化の関連については、十分な検討がなされていない。本年度においては、ブレオマイシン投与マウスを用いて、in vivo系での実験を主に施行し、生理学的、生化学的、組織学的検討を行なった。〈肺線維化におけるPAFR、cPALA_2遺伝子発現の関与〉肺線維化モデルとして、ブレオマイシン肺臓炎モデルを作成した。マウス各群にブレオマイシンを静注投与し、4週間後に線維化を定量的に検討した。マッソン・トリクローム染色標本の組織学的評価、肺湿乾重量比、肺ハイドロキシプロリン量、気管支肺胞洗浄液(BALF)細胞分画、BALF蛋白濃度、BALF中脂質(PAF、トロンボキサン、ロイコトリエン)濃度を測定した。また、肺線維化の生理学的指標として、人工換気・開胸マウスの肺抵抗、及び肺エラスタンス(コンプライアンス)を算出した(T.Nagase,J.Appl.Physiol.,1997)。以上の測定項目を各群で比較検討し、PAF受容体遺伝子発現およびcPLA_2遺伝子発現とブレオマイシン肺障害の関係について評価・検討を加えつつある。

本研究では、発生工学的手法を応用し、脂質性メディエーターの肺線維化機序における重要性について検討を加えた。特に、PAF関連遺伝子の間質性肺炎発症における意義を明らかにした。PAFR-Tgマウスを交配させ得られたマウスを、生後3週目にPCR法を用いてゲノム解析し、PAFR-Tgマウスか否かを判別した。PAFR-Tgマウスのlitter mateで、PAF受容体遺伝子発現が正常であるものをコントロールとして実験に使用した。PAFR-KOマウス系についても、同様に交配・ゲノム解析を施行し、遺伝子ノックアウト群とコントロール(野生型)群に鑑別し、実験に用いた。<肺線維化におけるPAFR遺伝子発現の関与>肺線維化モデルとして、ブレオマイシン肺臓炎モデルを作成した。マウス各群にブレオマイシンを気管内投与し、2週間後に腺維化を検討した。肺線維化の生理学的指標として、人工換気・開胸マウスの肺エラスタンス(コンプライアンス)を算出した。またマッソン・トリクローム染色標本の組織学的評価を施行した。以上の測定項目を各群で比較検討し、PAF受容体遺伝子発現とブレオマイシン肺障害の関係について評価・検討を加えた。その結果、PAF受容体遺伝子発現がブレオマイシン肺線維化機序および間質性肺炎発症メカニズムに関与する可能性が示唆された。
カテコール構造を含む剛柔構造シロキサンポリマーからなる高性能接着剤の開発

1つの部材に複数の素材を組み合わせて適材適所に用いる“マルチマテリアル化"が、特に自動車産業を中心に注目され、その必要性が高まっている。このマルチマテリアル化を達成するためには、異種材料を強力に接着でき耐候性に優れる接着剤の開発が重要であるが、未だに接着材料に対する信頼性は低いのが現状である。そこで本研究課題では、様々な材料に対して強力な接着特性を示し、耐候性・耐UV性・耐熱性に優れ、温度変化による歪みを緩和できる「カテコール構造を含む剛柔構造シロキサンポリマーベース接着剤」の開発を目的とする。
蛋白プロセッシングシステム制御マイクロRNAによる消化管癌の病態解明とその応用

蛋白プロセッシングシステムの中で、SPC21ではなくSPC18が、EGFおよびTGFαの分泌を制御し、その過剰発現はEGFRの活性化を惹起した。SPC18抗体を作成し、SPC18発現を免疫染色で解析したところ、SPC18陽性胃癌症例は陰性例に比較して有意に予後不良であった。また、癌細胞ではmiR-143はメチル化によって発現抑制を受け、TGFβの発現を制御していることを明らかにした。がんの増殖・進展におけるシグナルペプチダーゼの標的とその制御機構におけるmiRNAの役割を明らかにし、消化管癌の分子病態の解明と診断への応用を目的として、本年度は以下のとおり実施した。1)蛋白プロセッシング分子の発現と局在の検討小胞体シグナルペプチダーゼ複合体(SPC)のサブユニットの内、SPC1-18とSPC-21が酵素活性を有しており、SPC-18は定量的RT-PCRによって胃癌の40%で過剰発現していた。そこで、全長cDNAから蛋白を合成し、これを抗原としてポリクローナル抗体を作成した。ウエスタンブロットではマイクロソーム画分に集積しており、免疫染色では、正常胃粘膜上皮には発現は認められず、胃癌では組織型によらず、22/99例(26%)で細胞質に陽性であった。陽性症例はステージの進行した症例で有意に高頻度に認められ、進行癌症例に限ってみてもSPC-18陽性症例は陰性症例に比較して有意に予後不良であった。2)蛋白プロセッシング分子の機能解析および標的分泌蛋白の解析SPC-18遺伝子を強制発現させた胃癌細胞株(MKN-1-SPC-18)を準備し、増殖能、運動能、浸潤能をそれぞれ、MTT assay, Wound healing assay, invasion assayで検討しコントロール細胞株と比較したところ、いずれも有意に促進された。さらに、SPC-18強制発現株はコントロールと比較して、SCIDマウス皮下における腫瘍増殖スピードが有意に早かった。標的分泌蛋白を同定する目的で、強制発現させた胃癌細胞株(MKN-1-SPC-18)とともに、SPC-18とSPC-21のsi-RNAを準備し、両SPCを発現している胃癌細胞株KATO-IIIを処理したところ、各々のSPCが発現抑制できることが確認された。これらを用いて、種々のサイトカインの変化を検討している。がんの増殖・進展におけるシグナルペプチダーゼの発現とその制御機構を明らかにし、消化管癌の分子病態の解明と診断への応用を目的として、本年度は以下のとおり実施した。1)蛋白プロセッシング分子SPCl8の発現解析SPCI8の定量的RT・PCR解析では、40%胃癌症例で過剰発現が認められ、ステージの進行、リンパ節転移と有意な相関を示した。免疫染色によるSPC18の発現と粘液形質との関連解析では、SPC18陽性例は分類不能型に多く、腸型や胃腸混合型には少ない傾向が認められた。SPC-18の予後因子としての意義を組織マイクロアレイ約900例における解析で確認した。2)蛋白プロセッシング分子SPC18の標的サイトカインの解析SPC18陰性のMKN-1細胞とSPC18強制発現細胞MKN-1-SPC-18ならびにSPC18とSPC21を共発現しているKATO-III細胞のsiーRNAノックダウンシステムを用いて、標的サイトカインの検索を行なった。SPC18の強制発現によって、培養上清へのEGFおよびTGFαの分泌が促進され、また、SPC21ではなくSPC18ノックダウンにより分泌が抑制された。SPC18の強制発現により、EGFRの活性化が確認された。3)microRNAによるサイトカインの制御およびCAST解析胃癌においてメチル化により発現抑制されているmiR-143を同定した。TGFβはmiR-143を誘導するが、一方でmiR-143はTGFβの発現を抑制した。さらに、胃癌間質線維芽細胞ではmiR-143によりversicanの発現が抑制されている可能性を示した。胃癌細胞株および癌組織のCAST解析により、いくつかの癌特異的分泌蛋白コード遺伝子を同定した。これらは、新しい癌特異的分泌蛋白の広いスペクトラムを標的とする革新的・根幹的な診断・治療の道を拓くものである。
活性型癌遺伝子導入ヒト口腔癌株からのリンパ行性高転移株の分離と転移関連分子の同定

1.「研究目的」ヒトの癌では、転移が頻繁に見られるのに、動物実験腫瘍で転移を効率よく作成することは難しく、転移モデルの開発は遅れていた。しかし、それを解決するきっかけとなったのがFidlerに代表されるメラノーマ細胞を用いた血行性高転移モデルの確立である。それに比して、リンパ節転移モデルの開発は大変遅れているのが現状である。口腔癌の顎下部や頚部リンパ節転移は日常臨床の場において良く経験するが、口腔癌におけるリンパ行性高転移モデルは国内外を問わず皆無である。我々は種々の口腔癌細胞株をヌードマウスの舌に移植し、約80%の生着率を得たが、その後、経時的にマウスを屠殺しリンパ節転移の有無を観察したが、転移は認められなかった。よって、転移にかかわる分子を同定するためには安定して転移能を示す癌細胞株と、造腫瘍性はあるが転移しない細胞株のペアが絶対必要であると考えられることより、今回リンパ行性高転移株の分離を目的としている。2.「研究計画」対数増殖期にあたる各種口腔癌由来細胞株に、大阪大学医学部分子生理化学講座高井義美教授より供与されたpcDSRαrasval12及びpSV2neoをリン酸カルシウム法にて腫瘍細胞に導入し、その後G418(Geneticin)にて癌遺伝子の導入された細胞をセレクトし、その後ヌードマウスの舌に同所性移植し、リンパ節転移が高率に起こるクローンのセレクトを行なう。3.「研究成果」各種口腔癌由来細胞株に、pcDSR αrasval12及びpSV2neoをリン酸カルシウム法にて腫瘍細胞に導入し、PCR direct dideoxy sequencing法を用いてrasの変異体が正しく導入されているかどうかの確認を行い、導入を認めました。また、現在細胞内で変異体が癌遺伝子産物を過剰発現しているかどうかをウエスタンブロット法にて確認中であります。今後ス-ドマウスの舌に同所性移植し、リンパ節転移が高率に起こるクローンのセレクトを行う予定です。
絶滅危惧植物プリムラ属における異型花柱性遺伝子を用いた花型比のモニタリング

絶滅危惧植物であるサクラソウの長期的な存続は、集団内の種子生産の確保が不可欠である。異型花柱性を示す自家不和合性のため、種子生産には集団内の花型(短花柱花と長花柱花)の割合が重要となる。絶滅の危険性のある集団の花型比を定期的にモニタリングすることを目指し、従来の目視による花型識別ではなく、調査時期や開花個体などの制限を受けないDNAマーカーの作成を試みた。その結果、長花柱花の雌蕊で高発現している遺伝子が多いことから、短花柱花の雌蕊では転写量の抑制を受ける遺伝子が多い可能性が示された。さらに、短花柱花に特異的な塩基多型が検出され、今後はこれらの情報を用いてDNAマーカーの作成を目指す。異型花柱性は自家受粉を防ぎ、効率的に他殖を促すことで、集団内の遺伝的多様性を維持していくための重要なメカニズムであるが、サクラソウには自殖をするジェネットが稀に存在する。自殖を行うジェネットには大きく分けて、1異型花柱性を支配するS-locus内で組み換えが生じていると考えられる等花柱花(質的な自家不和合性)と2一般的には自殖は行えないとされているが、自家不和合性の程度に差があるため自殖が可能な長花柱花および短花柱花(量的な自家不和合性)が考えられる。S-locusの分子メカニズムを明らかにするためには、自殖を行う等花柱花および短花柱花、長花柱花が重要な研究対象となる。昨年度は、開花後3日後の小花に自家受粉と他家受粉を行い、それぞれの種子数を調査したが、アブラナ科などの植物では開花からの時間が経過するほど自殖が起こりやすいとの報告があるため、当該年度ではQTL家系と野生個体を対象に、各ジェネットのすべての小花の開花日を記録し、人工授粉(自家受粉および他家受粉)を行った。そして回収した種子数を調査し、第一花開花からの時間の経過と自家不和合性との関連を調べた。来年度にS-locusの発現領域を探索を目的としたRNA-seq解析を行うため、長花柱花と短花柱花の柱頭からRNA抽出を行なった。また既存の連鎖地図に座上したS-locus周辺をより詳細にするためにRAD-seq解析を行う予定であり、そのためのDNA抽出を行った。また、異型花柱性に関連する花器形態には多様な変異が存在するため、サクラソウが保有うする花器形態の遺伝的多様性を評価するため、宮崎県および広島県に自生する野生サクラソウのサンプリングを行った。当該年度では、サクラソウの異型花柱性を制御する遺伝子領域(S-locus)を探索するためmRNA解析を企業に委託する予定でいたが、雌蕊や雄蕊のRNAはこれまで使っていた既存のRNA抽出キット(キアゲン社)では効率よくRNA抽出することができないことが判明したため、他大学の研究者の指導を仰ぎながらRNA抽出法の改良を行った。サクラソウの自家不和合性は異型花柱性の遺伝子領域にあるとされる。自家不和合性を示す他種では、基本的には他殖であるものの自家不和合性の程度(自殖をする割合)が個体によって異なることが知られている。サクラソウもS-locus以外にもこれらを決定する遺伝子座がある可能性を考え、QTL家系192ジェネットを用いて、開花3日後の花にそれぞれ人工交配で自家受粉、またコントロールとして一部他家受粉を行った。これらの種子数を用いてQTL解析を行う予定でいるが、当該年度は種子数を数えている。QTL家系は親の持つ遺伝子座の範囲内での変異のため、野生のサクラソウが一般的にどの程度自殖をするのかどうか、自家不和合性の変異を把握するため、北海道、埼玉、長野の3地域6集団由来の個体を用いて手交配による自家受粉も行い、それらの自殖率を調べた。これらも同様に種子数を数えている。サクラソウは主に長花柱花と短花柱花が存在するが、ごく稀にS-locus内の遺伝子の組換えによって等花柱花が作られる。等花柱花はS-locusの構造を知る上で非常に重要な情報となりうる。当該年度では、等花柱花と思われる個体を花粉親として長花柱花と交配させF1種子を得た。F1の花型の分離を評価するため、F1個体を育成を開始した。異型花柱性とは、個体によって柱頭と葯の位置関係が異なる現象であり、柱頭が葯より高い位置にある長花柱花と柱頭が葯より低い位置にある短花柱花の2つの花型が存在する。これらの花型は、自家不和合性に関する遺伝子と形態(花粉サイズ・葯や柱頭の高さなど)に関する3-9の遺伝子が強く連鎖したスーパージーン(S-locus)によって制御されていると推測されていることから、S-locus内の塩基多型を検出するマーカーを作出することによって、花型識別が可能であることが考えられる。そこでS-locusを構成する形質のひとつである柱頭に着目し、長花柱花と短花柱花の各1ジェネットの柱頭からから抽出したRNAを用いて次世代シーケンサーを用いたRNA-sequence解析を行った。現在、それぞれの花型間で異なる塩基多型を検出するための解析を行っている。

一方、自家不和合性に関する遺伝子もS-locusを構成するひとつとされていることから、自家不和合性の遺伝子座の推定を行うために、交配家系192ジェネットから十分な小花数が得られたジェネットを対象に、開花3日後の小花にそれぞれ自家受粉または他家受粉を行い、約5000小花を交配して得られた種子数を数えた。これらの自家不和合性に関する遺伝子座の推定を行うため、現在解析を行っている。自家不和合性の強いサクラソウだが、交配家系の中には自家受粉および他家受粉供に種子が得られたジェネットが見つかったことから、今後異型花柱性のメカニズムの解析に有効な材料となりうることが期待された。Illuminaシークエンサを用いた短花柱花および長花柱花の雌蕊由来のRNA sequencing (RNA-seq)を実施し、得られたde novoトランスクリプトームアセンブリを対象にして、(1)2つの花型の雌蕊間における発現量解析および(2)SNPs検出を行った。(1)2つの花型の雌蕊間での発現量解析の結果、長花柱花の雌蕊と比べて短花柱花の雌蕊で有意(FDR < 0.05)かつ3倍以上で高発現していた転写産物(contig)が465個見つかり、また逆に短花柱花の雌蕊と比べて長花柱花の雌蕊で有意(FDR < 0.05)かつ3倍以上で高発現していたcontigが1,005個見つかった。長花柱花の雌蕊で高発現している遺伝子がより多く見られることから、短花柱花の雌蕊においては転写量の抑制を受ける遺伝子がより多い可能性が示された。このことから、対立遺伝子Sが雌蕊の長花柱花の形質の発現において作用する遺伝子群を抑制するリプレッサーであることが示唆された。(2)日本国内の野生集団から得られた25個体の短花柱花の雌蕊および27個体の長花柱花の雌蕊をそれぞれバルクし、RNA-seqを行った。そして短花柱花の個体バルクでヘテロとなり、長花柱花個体バルクで固定しているサイトを探すことにより、短花柱花の特異的なSNPsを探し出した。その結果、298本のcontigに座乗する376個のSNPsを発見した(1 contigあたり1.3個SNPs)。(RAD-seq)を実施し、192個体を用いて連鎖地図を作成した。絶滅危惧植物であるサクラソウの長期的な存続は、集団内の種子生産の確保が不可欠である。異型花柱性を示す自家不和合性のため、種子生産には集団内の花型(短花柱花と長花柱花)の割合が重要となる。絶滅の危険性のある集団の花型比を定期的にモニタリングすることを目指し、従来の目視による花型識別ではなく、調査時期や開花個体などの制限を受けないDNAマーカーの作成を試みた。その結果、長花柱花の雌蕊で高発現している遺伝子が多いことから、短花柱花の雌蕊では転写量の抑制を受ける遺伝子が多い可能性が示された。さらに、短花柱花に特異的な塩基多型が検出され、今後はこれらの情報を用いてDNAマーカーの作成を目指す。初年度の所属機関の移動により1年ほど十分に研究が行えず、当初の予定から約1年ずつ計画が遅れているため。保全遺伝学より詳細な連鎖地図を作成するため、交配家系のDNA抽出およびRAD-sequence解析を行う。マーカー数を増やすことにより、異型花柱性を制御する遺伝子座(S-locus)に連鎖するマーカーを検出し、長花柱花と短花柱花を識別するマーカーの作出を試みる。昨年度に筑波大学から神戸大学へ所属先が変わり、当初予定していた実験計画が大幅に遅れていたが、次年度にRNA-seq解析などの外部受託解析を行う予定であり、昨年度の遅れを大きく挽回できている。これまでサクラソウの葉では問題なく行えていたRNA抽出キットが、雌蕊や雄蕊のRNA抽出には有効でなかったため、RNA抽出法の改良する必要が生じてしまった。そのため当該年度で行うmRNA解析委託が行えなかったことから、予定していた実験がやや遅れている。
チオアミド回転障壁に基づくプロリンペプチド結合異性化酵素Pin1の阻害剤創製

ペプチド中のリン酸化されたセリン-プロリン結合およびトレオニン-プロリン結合を異性化する酵素Pin1の阻害剤を開発することを目指して、チオアミドを含むプロリンペプチド誘導体の開発を行った。チオアミドは、通常のプロリンアミド結合に比べて、異性化のためのアミド結合回転障壁エネルギーが高くなっており、ペプチド異性化反応が進みにくくなる効果が期待できる。Pin1酵素の基質となるペプチド様構造を有する化合物の反応点アミド結合をチオアミド結合に置換した化合物を合成し、阻害能を評価したところ、基質の競合から予想されるよりも大きい阻害能を示し、チオアミド構造が阻害に寄与することが示唆された。蛋白質ペプチド結合異性化酵素Pin1は、蛋白質のリン酸化セリンあるいはリン酸化スレオニンとプロリンの間のペプチド結合を異性化する特異な酵素であり、老化に関わる蛋白質やがんに関わる蛋白質を基質とすることから注目されているが、阻害剤の検討が進んでおらず、検討課題となっている。今回、ペプチド結合の異性化の活性化エネルギーが、ペプチドカルボニル基の硫黄類縁体(チオアミド体)では、通常のペプチド結合より大きいことに着目し、基質類似ペプチドのペプチド結合のアミド結合をチオアミド結合へと変更した新しい基質類縁体を合成し、Pin1酵素活性への影響を評価した。その結果、人工Pin1基質であるペプチドの酵素認識部位にあるアミド結合(グルタミン酸ープロリン結合)をチオアミド結合に変更したところ、酵素活性が減弱することが示された。このことから、チオアミド体は酵素のメカニズムに基づいたユニークな阻害剤として機能する可能性があることが示された。
高等学校における「総合的な学習の時間」の実践状況と初期評価に関する総合的調査研究

2年間にわたる研究では,研究協力者を含めいくつかのワーキンググループを作り成果をあげた。1.理論研究班は,文献研究を通して,総合学習の理論と方法の基礎を探究した。特に,義務制と違う高校段階の特質を,学科制度や生徒の発達段階の違いから明らかにした。2.質問紙調査班は,行政機関調査と学校調査を実施し,学校段階における実践状況と行政の学校支援の状況を明らかにした。特に,学校における温度差の違いは,創立年次との関連があること,学科制度と実践の特質に連関があることが明らかになった。3.実践研究班は,先進的な事例を参照しつつ,実践構築の方向について検討した。ここでは,総合学習の実践と学校改革が連動することで効果を発揮すること,総合学習の実践にはカリキュラム開発とともに探究ツールの活用が有効であることが示唆された。4.小中高連携班は,連続セミナーや座談会を通して,新潟県上越地域における総合学習実践上の学校間連携を追究し,その糸口を開いた。だが,総合学習の実践状況は,各学校段階において温度差があり,連携の重要性にもかかわらずその困難さも明確になった。5.海外研究班は,東アジア各国での総合学習の文献調査や現地調査(中国・韓国・台湾)を実施した。その上で,中国における総合実践活動,韓国における裁量活動,台湾における統整課程の比較を行い,総合学習の共通性と差異を明らかにした。以上,15の各分野に分けて研究実績を略述した。詳細については,各種学会での口頭報告やシンポジウム,また2冊の研究報告(中間報告書2004.3,最終報告書2005.3)および紀要論文等において公表している。研究初年度にあたる本年は,研究協力者を含めていくつかのワーキンググループを作り,以下の通り,それぞれの課題に応じて研究を推進した。(1)理論研究班は,文献研究を通して,総合学習の理論と方法の基礎を探究した。特に,高校段階においては,学科制度や生徒の発達段階の違いから,総合学習の枠組みも小中と異なる部分が少なくないことが明らかになった。(2)調査研究班は,機関調査と学校調査に関する基礎作業を行い,質問紙調査を実施し,現在集計中である。質問紙作成の過程では,教育委員会へのインタビューや現場教師のディスカッションを組織し,現場のニーズに対応した質問内容をデザインすることに努力した。(3)実践研究班は,先進的な事例を参照しつつ,実践構築の方向について検討した。ここでは,現場教師を研究協力者として依頼し,経験に基づいた提言となるように配慮した。(4)小中高連携班は,連続セミナー等を企画し,総合学習における連携の在り方を模索した。総合学習の実践状況は,各学校段階において温度差があり,連携の重要性にもかかわらずその困難さも明確になった。各学校段階での実態をふまえて,可能な連携の枠組みを考察し,その成果をまとめる予定である。(5)海外研究班は,東アジア各国での総合学習の資料を取り寄せ,分析した。特に,中国における素質教育,韓国における裁量活動は日本の総合学習と関係の深いものである。中国・韓国・台湾の研究者と連携しつつ,東アジアにおける総合学習の共通性と差異について研究し,次年度の学会報告を経て,成果をまとめる予定である。以上略述した個別の成果を集約・統合し,次年度において研究全体の成果を冊子としてまとめる予定である。

特に,学校における温度差の違いは,創立年次との関連があること,学科制度と実践の特質に連関があることが明らかになった。3.実践研究班は,先進的な事例を参照しつつ,実践構築の方向について検討した。ここでは,総合学習の実践と学校改革が連動することで効果を発揮すること,総合学習の実践にはカリキュラム開発とともに探究ツールの活用が有効であることが示唆された。4.小中高連携班は,連続セミナーや座談会を通して,新潟県上越地域における総合学習実践上の学校間連携を追究し,その糸口を開いた。だが,総合学習の実践状況は,各学校段階において温度差があり,連携の重要性にもかかわらずその困難さも明確になった。5.海外研究班は,東アジア各国での総合学習の文献調査や現地調査(中国・韓国・台湾)を実施した。その上で,中国における総合実践活動,韓国における裁量活動,台湾における統整課程の比較を行い,総合学習の共通性と差異を明らかにした。以上,15の各分野に分けて研究実績を賂述した。詳細については,各種学会での口頭報告やシンポジウム,また2冊の研究報告(中間報告書2004.3,最終報告書2005.3)および紀要論文等において公表している。
後期・超高齢期における認知機能低下の理解：75歳以上向け健常標準値の収集

日本の高齢化率は28%に迫り,特に後期高齢者率が伸びている。後期高齢期はアルツハイマー病などによる認知機能低下を示す割合が高く,効率的に介護予防や早期介入を進めるために認知機能障害の兆しを障害進行前に捉える方法が必要とされる。しかし,診断時に活用される神経心理学的ツールに関して,後期高齢者に適応可能なものはごく限られている。正常な加齢変化と障害の区別に必要な健常標準成績が得られていないことがひとつの原因である。本研究では,国内で流通する主要な認知症/軽度認知障害の評価ツールについて75歳以上の後期高齢者の健常標準値を収集し,信頼性・妥当性の検討結果とともに提供することを目指す。
ウェアラブル・エコー診断システムの開発

本研究は、携帯型医用エコー診断装置をさらに軽量化し、ポケットまたは腕に装着可能なウェアラブル医用エコー診断装置開発の基盤技術を確立することを目的とし、また、医用計測システム全般に関して、全ての機能が一体化している必要がないとの見地から、機能分散型診断装置の開発を行ったものである。具体的には、4機能ユニット、即ち、超音波送受波電子回路部とプローブを一体化した集積化プローブ、計測したエコー信号や処理結果である画像信号をネットワークを用いて伝送する情報伝送部、エコー信号からBモード画像やカラードプラ画像を生成する画像処理部、観測者に上記の画像化結果を提示する画像表示部、それぞれの装備すべき機能を追及した。平成14年度(初年度)は、計測システムの機能分散に必要な各機能ユニットの基本仕様の策定とウェアラブル装置開発上の問題点を整理した。また病院その他の医療機関におけるインフラの現状調査を行った。平成15年度は、ウェアラブルエコー診断装置の基本仕様を策定し、基本設計と回路製作を実施し、試作した診断装置の性能試験を実施することにより、機能分散方式による医用計測システム設計の工学的有用性を検証した。具体的には、病院内での無線LANや有線/無線TVのインフラを利用した、回診その他の行為をサポートするシナリオや、在宅診療やホームヘルスケアといったインターネットを利用した通信実験をおこない、画像データ転送や機器操作を行った。平成16年度は、試作したシステムを用いた実環境を想定した応用時実験を行った。機器操作のためのユーザインタフェースや、遠隔で手技の手順を指示するための情報可視化方式などを検討し、プロトタイプにより有効性を確認した。更には、携帯型プローブを用いて穿刺術の支援を行う計測技術および可視化技術を開発し、提案した枠組みが上位のアプリケーションや医療サービスと親和性が良いことを示した。平成14年度は,システムの機能分散に必要な集積化プローブの試作と各ユニットの基本仕様の設計を行った.1.集積化プローブの試作集積化のために,機械的に超音波ビームを走査するプローブを設計した.プローブ本体には,電力系,送受波回路系、AD変換器を組み込み,検波後のエコー信号をディジタルした後に,USB経由で出力可能とした.試作したプローブは1kg以下と軽量で長時間用手的に扱うには問題はなく,また,データが汎用のインタフェイスで出力可能であるので,市販のPCで画像生成が可能となった.2.プロセッサの設計プローブからのエコ信号を一旦画像形式に変換,その後画像圧縮してデータ転送するプロセッサの設計を行った.なお,画像圧縮手法としては,転送時のデータ欠損を少なくするためMotion JPEGを採用した.プロセッサとしては小型のNote PC程度のパワーがあれば実時間で画像変換が行えることがわかった.また,数10Mbpsの通信容量があれば,十分に診断に耐えうるフレームレートを有する動画像転送が行えることもわかった.3.ディスプレイの画質評価と基本仕様の検討汎用のPDAに無線LANカードを装着し,プロセッサからのデータを無線で受信して,画像表示を行った.超音波検査者が片手で扱えるPDAでも,簡単な診断に耐えうるクオリティの画像を提示することができた.本年度は,特に,プローブの集積化に手間取ったため,当初予定していた成果発表を行うことなく初年度を終了した.来年度は本システムの診断システムへの発展を目論むと同時に,外部発表等を行う予定である.平成15年度は,機能の分散化を実現するための各ユニットの試作および運用環境を想定した基礎実験を行った。1.集積化プローブの改良集積化プローブのモビリティを高めるために信号送出部の無線化を行った。

試作したプロトタイプではプローブ本体からのエコー信号をディジタルした後にUSB経由で一度小型プロセッサユニットへ出力し無線LANのインタフェースを解してTCP/IPのソケット通信を行う形で実現した。試作したプローブは可搬性があり通信処理は十分であるが、単体のプローブユニットとしてはまだ小型化が必要であり、今後検討を重ねる予定である。2.ウェアラブル・エコー装置のプロトタイピングプローブユニットの無線化と平行して、エコー診断装置を身に着けて装着する使用形態のシステムとして実装を行った。小型ヘッドマウントディスプレーを頭につけ、プロセッサを内蔵したジャケットを着ることにより、手にはプローブを持つのみで動き回ることができ、無線LANによりエコー像の信号を他のプロセッサへ送信することも可能である。プローブユニットの無線化と合わせて、装着部分の軽量化を進める予定である。3.ユビキタスディスプレイの利用実験まず、現行の病院でのインフラ設備の調査を実施し、院内でのオンラインの情報通信や映像配信システムの現状の把握を行った。調査に基づきエコーデータをプロセッサから無線LAN、有線TV放送、RFのTV信号の各種メディアを介して、ウェアラブル・エコー装置の手元の小型ディスプレー、PDAのような小型端末、患者個室や院内の医局に設置されていることを想定したTVへ実時間でエコー像を配信する実験を行った。いずれも診断に耐えうるクオリティの画像を提示することができた。平成16年度は,平成15年度に試作した集積化プローブを用いた,ユーザインタフェースの仕様検討ならびに試作,実応用の検討などを行った.1.ユーザインタフェースの検討ウェアラブルエコーシステムの使用は,病院内の回診だけではなく,在宅診療やさらには各家庭での患者自身による超音波画像取得が考えられる.そのため,専門家から一般の素人まで簡単に使用するためのユーザインタフェースが必要となる.本年度は,適切な超音波画像を取得するためのプローブ操作の指示表示システムを構築した.このシステムでは2次元マーカの情報をもとにプローブの位置姿勢を求め,腕につけたグローブディスプレイを用いて情報を提示することが可能であることを確かめた.2.遠隔地間での伝送実験平成15年度では,病院内を想定し,エコーデータをプロセッサから無線LAN、有線TV放送、RFのTV信号の各種メディアを介して、ウェアラブル・エコー装置の手元の小型ディスプレー、PDAのような小型端末、患者個室や院内の医局に設置されていることを想定したTVへ実時間でエコー像を配信する実験を行った.本年度は,さらに遠隔地間での実験として,奈良先端大から神戸,熊本に無線ネットワークからインタネット網を利用して取得した画像を伝送する実験を行った.本学-神戸では診断に十分耐えうる結果が得られたが,熊本では動きの激しい高フレームレートを要する部位の診断にはまだ適用できないことが分かった.3.実応用の検討本提案システムの実応用の一つとして,脊髄麻酔や硬膜外麻酔における穿刺の支援について研究を行った.穿刺は医師の技術や経験を要するものであり,術前計画や術中の体内のモニターが必要である.
大学初年次生を対象とした英語基礎力測定テストの開発及びその形成的利用法の構築

本研究の目的は、大学初年次生を対象とした英語基礎力測定テストを開発し、そのテストを利用して形成的アセスメントを可能とする授業方法・評価方法を考案することである。大場昌也氏が開発したR(リーディング語彙)テスト、L(リスニング語彙)テスト、G(基礎文法)テストからなる「RLGテスト」を利用して、大学生の語彙、文法の習得傾向、及びTOEFL/TOEICとの相関を分析した。得られた結果を基に、授業での効果的な語彙・文法指導を考案し、授業実践を行った。同時にRLGテストの別ヴァージョンの開発を行った。研究成果はホームページ上に公開し、「WEB版RLGテスト」を誰でも受験できるようにしてある。リーディング語彙力、リスニング語彙力、基礎文法力を測定する「RLGテスト(英語基礎力測定テスト)」の新しいバージョンを開発するために、このテストの開発者から作成上の理論の教授を受けた。2回に渡り研究会を開催し、初回は、Rテスト作成の際の問題となる語(ターゲットワード)と選択肢(錯乱肢)の難易度の関係性やLテスト作成の際に基礎となる音素とターゲットワード、選択肢の選択方法、およびGテスト作成における大場文法シラバスに基づく6つの文法領域について学んだ。2回目の研究会では、これまでに作成済みの各テストに使用された語彙、文法項目のデータベースを各参加者が作成し、そのデータベースを使用しながら、作成方法に関する理論を具体的に教授を受けた。さらに、Rテスト、Lテスト、Gテストのそれぞれにおいて4択方式による偶然の正解を考慮した計算式とその信頼性について議論を行った。現在もデータベースの作成を継続中であり、新しいヴァージョン作成に向けた準備を進めている。このRLGテストをどのようにして授業内で形成的に利用するかについて研究・調査を行い、中部地区英語教育学会にて発表を行った。今研究では、RLGテストと自己評価票を用いることによって大学1年生の学習傾向を習熟度別に把握することができた。自己評価票を用いて自律的学習に結び付ける方策を提案し、研究成果を『紀要』に掲載した。併せてこれまで6年間のRLGテストに関する研究成果を大学英語教育学会にて発表を行った。RLGテストを利用したアクティブ・ラーニングのコンテンツの開発を意図して、実際にアクティブ・ラーニングを実践するヨーロッパの学校を視察した。アーヘン工科大学とウィーン大学を訪問し、現地教員から説明を受けるとともに、地元の高校や職業学校を訪問し、プラクティカルな英語使用を想定した授業を参観することができた。リーディング語彙力、リスニング語彙力、基礎文法力を測定する「RLGテスト(英語基礎力測定テスト」の新しいヴァージョンを作成するために、研究会を開いて作成上の理論を開発者から教授を受けた。特に研究会ではこのテストの利用方法、教材への応用、e-Learningの開発について検討を重ねた。また既に開発済みのヴァージョンに関しても、妥当性に問題がないか再検証を行った。RLGテストの形成的利用法を探るためのデータ収集を行った。1,000名ほどの大学1年生に研究に参加してもらい、RLGテストとTOEFL、TOEICとの相関、R・L・Gそのぞれの項目の習熟度別の修得傾向を分析し、習熟度別に適した学習方法を提案した。同時に参加学生が使用している教材の語彙レベルを分析し、アンケート調査とともに教材適性を調査した。本研究・調査結果を中部地区英語教育学会にて発表を行い、学会紀要に論文を投稿し掲載された。前述の研究参加者にはRLGテスト結果を踏まえて現在の課題と今後の学習計画を自己評価票に記載してもらい、自律学習を促した。学生及び担当教員からのフィードバックから、この自己評価票をいかにして、自律学習を促進するツールとしてのポートフォリオに発展させることができるかの検討も行った。また自己評価票の記載を分析した結果、学習者のほとんどが受験型の英語学習から脱していないことが判明し、どのようにして実践的な語学習得のための学習へと転換させるかが課題であることが判明した。Rテストに関して、その点数とJACET5000単語中の獲得語彙数の相関を調べるための調査用語彙テストを作成し、そのテストの妥当性について検討を行った。リーディング語彙力、リスニング語彙力、基礎文法力を測定する「RLGテスト(英語基礎力測定テスト)」を改良し、「Web版RLGテスト」を作成し、ホームページ上に公開した。無料で診断テストが受けられ、弱点を確認することができるようになっており、TOEFLとTOEICの予測得点も示される。Web版のテスト作成にあたって、RLGテスト開発者より理論の教授を受け、テスト別バージョン作成のノウハウを学んだ。同時にRLGテストの形成的利用法を探るためデータ収集を行った。紙版のRLGテストを使用し、大学生約1,000名の研究参加者からデータを収集し、特に習熟度別の文法項目定着率を分析した。結果、習熟度によって定着状況が異なる項目と習熟度に関わらず共通した定着状況である項目を類別することができた。研究成果は中部地区英語教育学会にて発表を行った。またRテストの結果から予測される語彙習得数とJACET8000の8000単語中の獲得語彙との重なりを調べるため、10名の大学生に協力を得て、検証実験を行った。結果、高い相関が得られたが、一般化するにはデータ数が少ないため、今後もこの調査を継続させていく。このRLGテストを利用して、語彙と文法力における学習者の現状の習熟度を確認し、学期および年度の到達目標の設定を行い、更には学習者が自ら目標設定を行い自律学習へと結び付けられるよう、授業における利用方法を検討した。

実際に数クラスで今テストを利用しながら、授業を進めて、利点、改善点を検証した。本研究の目的は、大学初年次生を対象とした英語基礎力測定テストを開発し、そのテストを利用して形成的アセスメントを可能とする授業方法・評価方法を考案することである。大場昌也氏が開発したR(リーディング語彙)テスト、L(リスニング語彙)テスト、G(基礎文法)テストからなる「RLGテスト」を利用して、大学生の語彙、文法の習得傾向、及びTOEFL/TOEICとの相関を分析した。得られた結果を基に、授業での効果的な語彙・文法指導を考案し、授業実践を行った。同時にRLGテストの別ヴァージョンの開発を行った。研究成果はホームページ上に公開し、「WEB版RLGテスト」を誰でも受験できるようにしてある。RLGテストの新しいヴァージョンを作成するという点においてはまだ完成していないため、研究が遅れていると言えるが、完成済みのヴァージョンを用いてのデータ収集と分析は着実に進んでいる。当初の計画では海外の学会で発表を行い、外国の研究者からも意見を仰ぐ計画であったが、日程が合わず発表の機会を逸してしまった。今年度国内で行われる国際学会の場で、海外の研究者と交流を図り意見交換をする。英語教育、イギリス文学今年度の最大の課題はこれまでの研究成果をホームページで公開し、広く社会に還元することである。RLGテストをホームページ上で無料で受けられるようにし、そのテスト結果から学習者に適した学習方法を提示できるようにする。そのためにはインターネット上で公開するためのシステムづくりを早急に構築する。併せて、ポートフォリオを導入し教育効果を検証していく。RLGテストの3つの新しいヴァージョン作成を目指し、理論研究に取り組んだが、いまだデータベースが完成しておらず、一つのヴァージョンも作成できていない。これは理論研究と並行して取り組んだ、形成的利用法の一環である自己評価票の調査、分析に時間の多くを費やしたためである。しかしながら形成的利用法の研究が進んだことにより、この要素に関する2年目の研究負担が少なくなるため、テスト開発の方にウェイトを多く置くことが可能となる。海外での発表を計画していたが、実現しなかったため旅費の使用が少なかった。また、研究協力者を募り研究実験を行う予定だったが次年度に持ち越しとなったため、協力者への謝礼とデータ整理補助の為の費用が未使用であるため。形成的利用法の研究とテスト開発をバランスを保ちながら進めて行く。形成的利用法の研究に際しては、得られたデータをもとに教材の適性を判断する仕組みを考案していく。そのためには量的データと質的データの両方が必要となり、また時間をかけた緻密な分析が必要となる。テスト開発に関しては、データベースの完成を急ぎたい。いずれも地道なデータ入力とデータ分析の作業が必要なため、データ整理補助に一部予算を回し、データ処理を促進させることにする。未使用である旅費は今年度の学会発表の旅費に使用する。研究実験も今年度実施し、協力者への謝礼とデータ整理補助に充てる。
表皮細胞における脂質のATP結合トランスポーターABCA12の構造機能相関の解析

本研究の目的は、表皮ケラチノサイトの脂質輸送タンパク、ABCA12の細胞内局在の解明、ABCA12の輸送する脂質についての基質特異性の検討、表皮の脂質分泌顆粒(層板顆粒)のtraffickingにおけるABCA12の役割の解析である。これらの解析のデータから、皮膚のバリア形成のキー・トランスポーターであるABCA12の構造機能相関の情報が得られるだけでなく、表皮ケラチノサイトの脂質輸送機構のダイナミックな理解、脂質分泌顆粒である層板顆粒のtraffficking機構の解明につながる。具体的には、以下の3点の研究を施行した。(1)ABCA12の細胞内局在の解明正常ヒト皮膚ケラチノサイト、道化師様魚鱗癬病変部皮膚ケラチノサイトにおけるABCA12の発現、局在を、免疫組織学的に検討した。さらに、リポーター遺伝子を組み込んだ各種ABCA12コンストラクトを作成し、正常ヒト皮膚ケラチノサイト、道化師様魚鱗癬病変部皮膚ケラチノサイト、CHO細胞に導入し、ABCA12の発現、局在を検討した。(2)ABCA12の輸送する脂質の基質特異性の解明正常ヒト皮膚ケラチノサイト、道化師様魚鱗癬病変部皮膚ケラチノサイトを培養し、培養細胞中のgranular compartment、cytosolic compartmentの脂質の成分分析を行った。さらに、CHO細胞に正常ABCA12を含むコンストラクトを導入し、ABCA12タンパクを強制発現させ、培養細胞中のgranular compartment、cytosolic compartmentの脂質の成分分析を行った。ラベルしたセラミド、コレステロール、遊離脂肪酸を、各種培養細胞に取り込ませ、脂質輸送の過程を解析した。(3)ABCA12の脂質輸送・分泌顆粒(層版顆粒)のtraffickingにおける役割の解明正常ヒト皮膚ケラチノサイト、道化師様魚鱗癬病変部皮膚ケラチノサイト、各種ABCA12コンストラクトを導入したCHO細胞において、各種trafficking関連タンパクの発現、分布を解析した。さらに、ABCA12ノックアウト・マウス由来のケラチノサイトに、各種trafficking関連タンパクの発現、分布を解析した。
基準振動解析による蛋白質構造の必然性の解明-光合成系を例にして

光合成アンテナ系は色素-タンパク質複合体から構成される。色素は光エネルギーの吸収、移動を直接担うが、タンパク質は色素の電子状態を規定し、さらに光化学反応性も規定するため、アンテナ系でのエネルギー移動効率という観点からすれば、色素とタンパク質の相互作用が最も重要である。この具体的な内容を結晶構造を基に基準振動解析法を用いて、タンパク質構造の意義を探索した。昨年度解析を行った基準振動解析によるフィコシアニン(PC)の動的構造と機能との相関に関しては投稿論文が受理された。この基盤の上に立って今年度は、異なる種類のフィコビリンタンパク質に関して解析を行った。(1)PCに極めて良く似た結晶構造を示すAPC(アロフィコシアニン)については、PCで見いだした動的構造と機能との相関が適用できることが明らかになった。(2)PE(フィコエリスリン)には5分子の、PCには3分子、APCには2分子の発色団が結合する。この結合サイトの安定性は光学特性に極めて重要な影響を与える。結合サイトには,発色団の電子状態の安定化のためにアスパラギン酸が必須である。PEには動的構造からはPC、APCに適用された原則が適用できないことが判明した。そうした発色団は2箇所でタンパク質と結合するが、それが安定化のためであるという戦略であることが判明した。(3)動的構造と機能との相関を初めて明らかにすることができたので、今後は、基準振動解析の普遍性を追及する予定である。色素は光エネルギーの吸収、移動を直接担うが、タンパク質は色素の電子状態を規定し、さらに光化学反応性も規定するため、アンテナ系でのエネルギー移動効率という観点からすればもっとも重要な要因である。この具体的な内容を藍色細菌が持つ水溶性のアンテナ色素タンパク質であるフィコシアニン(PC)について、結晶構造を基に基準振動解析法を用いて、タンパク質構造の意義を探索した。構造パラメータの中で、2面角だけを変数とし、特定のα炭素と他のα炭素の動きの相関、また各々のα炭素の位置の揺らぎの大きさ指標とした。PCは球状のミオグロビンに類似性の高い領域と、それに付加的に互いに平行なふたつのヘリックス部分から構成される。まず全体のα炭素の動きを調べると、1次構造では連続する領域で、他のそうした領域とは正または負の相関を明らかに示す「動的構造」を明らかにすることができ、それをセグメントと呼ぶことにした。これはヘリックスという静的構造とは異なる概念で捉えるべきものである。このセグメントの境界はヘリックスの境界とは必ずしも一致せず、むしろモデュールの境界と一致することが多く、新しい構造の単位が定義されたと考えた。次に、付加的なヘリックス部分の影響を調べると、この部分がないと、(1)全体の動きの調和性が著しく減少すること、(2)色素の電子状態にもっとも影響を与えると考えられる87番目のアスパラギン酸の動きが大きくなるなど、まったく予想外の結果が得られた。これらの結果から、タンパク質の影響は、静的、動的の両方の側面から解析することが重要であることが明らかとなった。(この結果は現在投稿中)光合成アンテナ系は色素-タンパク質複合体から構成される。
半導体光増幅器中の4光波混合を用いた波長選択信号再生の研究

半導体光増幅器(SOA)中の、4光波混合による波長変換を用いた多重分離(DEMUX)・ルーティング、およびそのために有用なスーパーコンティナム(SC)光の発生、光パルス圧縮、SOAの利得の高速応答について検討した。1.SC光パルス発生と光パルス圧縮光パラメトリック発振器で発生した1.5μm帯の180fsの光パルスから、1mの分散補償用ファイバ(正常分散ファイバ)を用いて、約300nmのスペクトル幅をもつSC光を発生した。異常分散ファイバにより分散補償することにより約43fsの光パルスへの圧縮に成功した。この結果は、光ファイバ中の光カー効果と2次分散を考慮した解析結果とよく一致することがわかった。2.2色ポンプ・プローブ法によるSOAの利得応答特性の測定SC光から、バンドパスフィルタで異なる2波長成分を切り出し、2色ポンプ・プローブ法の光源とした。これにより時間分解能を100fs台にすることができた。組成の異なる量子井戸を積層した活性層を用いることにより、利得帯域幅を拡大した非対称MQW構造半導体光増幅器のダイナミックスをこの2色ポンプ・プローブ法により測定した。その結果、長波長ほど利得の飽和が速く回復することがわかった。この結果は、レート方程式を用いた詳細な解析とも良く一致することがわかった。3.光時分割信号の多重分離SOAの4光波混合を用いて、光時分割多重信号の多重分離(DEMUX)を行い、チャネル毎に異なる波長の信号として出力した。波長とタイミングが異なる複数のポンプ光を用い、SOAにより波長とタイミングが異なる複数の4光波混合を生成し、バンドパスフィルタで各4光波混合光を分離した。実験により、160Gbit/s相当のOTDM信号からDEMUXされた、波長とタイミングが異なる2つの出力光が得られることを確認した。半導体光増幅器(SOA)中の、4光波混合による波長変換を用いた多重分離(DEMUX)・ルーティングに有用なスーパーコンティナム(SC)光の発生、光パルス圧縮、SOAの利得の高速応答の測定、およびDEMUXされた光パルスの位相共役特性の解析について検討した。1.SC光パルス発生と光パルス圧縮光ファイバの自己位相変調効果を用い入射光パルスのスペクトルを広げ、正常分散媒質を伝搬させSC光パルスを生成した。OPOからの出力スペクトルが、1mのNDFを伝搬することで約300nmまで広がった。又、50cmの異常分散ファイバを用いて60fsまでパルス圧縮した。2.2色ポンプ・プローブ法によるSOAの利得応答特性の測定ある波長でのSOAの光利得の変化は、同じ波長の光によるものだけでなく、他の波長の光によっても引き起こされる。OPOを光源として発生したSC光を、ポンプ光パルスとプローブ光パルスに分離した後、バンドパスフィルターによって、それぞれ適切な波長成分を切り出し、2色ポンプ・プローブ測定を行った。その結果、透過率が回復する部分にはキャリアヒーティングによる高速な緩和と、自由キャリア数の変化に対応する低速な緩和がみられた。又、短波長ほど利得飽和が大きく、回復に時間がかかった。これは、キャリアは低いエネルギー準位から充足されるので、長波長ほど速く回復するためと考えられる。3.位相共役特性の解析4光波混合信号光は、ポンプ光の周波数を中心としてプローブ光と対称な周波数位置に生成され、ポンプ光としてCW光を用いた場合、4光波混合信号光はプローブ光と完全な位相共役関係をもつ。ポンプ光としてピコ秒光パルスを用いた場合についての位相共役特性について数値計算を行い、その評価を行った。その結果、パルス幅の広いポンプ光ほど良好な位相共役性が得られることを確認した。
衝動性と情動欠如に関与するオピオイドμ受容体機能と幼少時期の養育態度の影響

「衝動性と情動欠如に関与するオピオイドμ受容体機能と幼少時期の養育態度の影響」平成25年度は研究計画に基づき対象の募集を行った。具体的には、山形大学の学生および関連病院のスタッフより研究参加について文書で同意を得られ精神的・身体的に健康な男女約1,000例を募集した。精神疾患の有無のスクリーニングをStructured Clinical Interview for DSM-IVを用いて行った。TCIを用いて人格特徴の評価を行い、PBIを用いて両親から受けた養育態度を評価した。また、採血を行った後、QIAamp Blood Kit(Qiagen、Japan)を用いてDNAを抽出し、-20°Cで冷凍保存した。平成26年度以降も対象の募集を行っていく予定であったが、平成26年3月海外留学に伴う退職による資格喪失のため、本研究は一旦中断することとした。