hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コヒーレントレーザーアレーを用いた宇宙空間無線エネルギー伝送の基礎研究

1.宇宙空間における光エネルギー伝送実証実験の計画立案計算機による光伝送のシミュレーションはほぼ完了したので、今年度は超小型人工衛星を2台同時に打ち上げてフォーメーションフライトを行い、母衛星から娘衛星へ光ビームを用いてエネルギー伝送の実証字実験を行うのに必要なシステムの基礎的な検討を行った。この光エネルギー伝送実験は、世界で始めての宇宙空間でのデモンストレーションとなるばかりでなく、その伝送効率は2衛星間の姿勢・距離制御の精度実証にも役に立つと期待される。衛星の光放射面と受光面を常に正対させておくのに必要な、推進システムと姿勢制御システムについて検討を行った結果、衛星間距離を数メートルに保つために必要な制御量などを算出した。2.光発振システムとしてのLEDアレイの製作光発振システムの検討、製作を行った。エネルギー変換効率と、研究従事者の身体的安全性の観点からコヒーレントなレーザー結合を諦め、LED(Light Emitting Diode)を用いることとした。信号機用のビーム広がり角4度の東芝製赤色光LEDを56個(7×8要素)配したアレイ(90mm×78mm)を製作した。LED発振波長域はいくつか選択できるが、現存する高変換効率な化合物半導体太陽電池セルを受電セルとして用いることを前提とし、それと良くマッチする波長として赤色LED(644nm±40nm)を選択している。太陽光の変換よりも高い変換効率(50%以上)を期待できるものである。4Vのリチウムイオンバッテリでの直接駆動を想定し、LED2個を直列配置したものを並列配置した結果、総入力電力5.9Wであった。光変換効率のカタログ値は90%であるので、出力は5.3Wと見積もられた。3.今後の展開受光部の製作を行い、超小型衛星の打ち上げ機会を捉えて、宇宙実証実験を行いたい。1.コンピュータシミュレーションによって得られたレーザーアレーの回折構造計算結果の実験による実証。光の波動の方程式の回折積分を数値的に行うコンピュータシミュレーションにより、矩形に並べられたレーザーアレーの、近方場・遠方場での光強度分布を実験的に検証するために、単一のマスターレーザーから発せられた光をグリッドで幾何的に分割して、コヒーレントレーザーアレーを模擬し、ピッチとビームパターン、ビーム品質などの相関を検証した。その結果、単一のレーザーからの光は理想的な可干渉光であるためシミュレーションの結果を実証するのに非常に有益であり、大変良い一致を得られた。この検証によって、本研究で開発したコンピュータシミュレーションコードが精度よく強度分布を再現していることも示された。2.ヒーレント結合ビームの伝送実験に必要なシステムを構築する上で、実際的な技術課題の洗い出し。外部共振型コヒーレント結合系を作成するために、半導体レーザー射出面の無反射コーティングを行うシステムの構築を試みた。レーザー表面にSiOの膜を蒸着させ、レーザーの発振強度をモニターしながら、ちょうど共振が最弱になるタイミングで、膜の生成を打ち切った。しかし外部共振器で共振させたところ、元のレーザーの共振が強く残ったままであった。膜生成を打ち切るタイミングがうまく取れていないものと考えられる。その結果、メインローブエネルギー効率、ビーム品質(実際のビーム径/回折限界ビーム径)を用いて日評価したが、いずれも測定誤差の範囲内であった。これらの結果は、日本航空宇宙学会およびTrans. JSASS, Space Technology Japanに論文が掲載された。半導体レーザー表面にSiOの膜を蒸着させ、レーザーの発振強度をモニターしながら、ちょうど共振強度が最弱になるタイミングで、膜の生成を打ち切った。しかし外部共振器で共振させたところ、コーティング前のレーザーの共振が強く残ったままであった。表面にすでにコーティングがなされている可能性があるため、今後検証が必要である。

LED発振波長域はいくつか選択できるが、現存する高変換効率な化合物半導体太陽電池セルを受電セルとして用いることを前提とし、それと良くマッチする波長として赤色LED(644nm±40nm)を選択している。太陽光の変換よりも高い変換効率(50%以上)を期待できるものである。4Vのリチウムイオンバッテリでの直接駆動を想定し、LED2個を直列配置したものを並列配置した結果、総入力電力5.9Wであった。光変換効率のカタログ値は90%であるので、出力は5.3Wと見積もられた。3.今後の展開受光部の製作を行い、超小型衛星の打ち上げ機会を捉えて、宇宙実証実験を行いたい。
体つくり運動を支援する児童期の簡易コオーディネーション能力診断テストの開発

本研究は、神経系の運動能力とされる動作コオーディネーション能力を診断評価するためのテストについて検証を行った上で、小学校体育科の授業やそれ以外の時間のなかでどのように活用可能かについて検討し、それを広く普及することを目的とした。これらの研究の結果、動作コオーディネーション能力診断テストのある程度の妥当性が示されるとともに、体育科の授業である「体つくり運動」やそれ以外の時間において行われる運動プログラムの成果を診断できることが示された。本研究の目的は,小学校体育科の「体つくり運動」の「多様な動きづくりの運動(あそび)」の授業の場で用いられる教材に,コオーディネーショントレーニングの理論および手法を導入するとともに,それを検証するための「児童用の簡易コオーディネーション能力診断テスト」を開発することとした.特に本年度は,テストの信頼性を検証するとともに,授業単元の前後で,神経系の運動能力を示すコオーディネーション能力がどのような変容をするのかを検証することを目的とした.対象は,昨年度に調査したT市内の小学校5年生児童38名(男子15名,女子23名)とした.対象児には,体育科単元「体つくり運動」の5時間のうち,その第1回および第5回に簡易コオーディネーション能力診断テストを実施した.診断テストの信頼性の分析には,各診断テスト項目の内的整合性を検討するためにクロンバックのα係数を用いるとともに,試行間信頼性の分析に,同対象児の昨年度の診断結果との相関係数を用いた.また,第1回と第5回の診断テスト結果の平均得点の比較には,対応のあるt検定を用い.すべての統計的有意水準を5%とした.その結果,テスト項目の内的整合性について高い一貫性が示された.また,試行間信頼性の分析として昨年度の診断テストの評価得点の結果との相関分析を行った結果,それぞれに比較的強い正の相関関係が示された.これより本診断テストは,小学校体育科の「体つくり運動」単元の授業効果を検証するための診断テストとして利用可能であることが明らかになった.今後さらに指導と評価の一体化を支援する診断テストとするために,教材構成と診断テスト結果の関連を詳しく検証することを計画している.26年度は、当初の計画通り、これまで研究を展開してきた協力小学校を対象にして、さらに調査を進めることができた。前年度に開発した「動作コオーディネーション能力診断テスト(案)」による児童の体力・運動能力の診断をさらに引き続いて実施した。また、本年度に実施対象とした児童は、前年度と同じ児童を対象としたため、昨年度との比較から、診断テストの信頼性の検証ができた。なお、これらの結果については、所属学会である日本体育学会の第65回大会(2014年8月28日、於:岩手大学)において「児童用の動作コオーディネーション能力診断テストの信頼性の検討」として発表した。また、26年度は、これに加えて、テストの妥当性と信頼性の検証をより詳細に実施するため、さらに新たな協力対象校を追加して、調査を進めた。この新たな対象校についても診断テストの実施における倫理的配慮を確認した。この結果、低学年から高学年までの対象児童の結果データを増やすことができ、小学校段階のすべての学年の学級におけるデータを収集できた(計:約600名)。なお、これらの収集データの入力についても順調に進めることができた。これにより、通常一般の学校において実施されている新体力テストの結果との相関をすべての学年間で検証することができるため、「動作コオーディネーション能力診断テスト(案)」の妥当性の検証ができることとなった。これは、次年度に予定している評価分析ツールの開発に向けて重要なデータの蓄積ができたといえる。本年度は、これまで検討してきた児童期の簡易コオーディネーション能力診断テストを用いて、実際に小学校体育科の体つくり運動の授業単元にて学びを診断できるかを検証することと、本研究において開発した簡易コオーディネーション能力診断テストの普及に向けた検討を行うことを目的とした。まず、診断テストの体つくり運動授業単元における活用の検証については、児童の運動発達の適時期にあると考えられている小学4年生、および小学5年生の児童計71名(うち女子40名)を対象とした。これらの児童に小学校体育科の運動領域体つくり運動の授業単元のなかより、4年生は「多様な体つくり運動」、5年生は「巧みな運動」を向上させる授業単元を作成し実施した。これら授業単元の実施前後において、本研究において開発した簡易コオーディネーション能力診断テストのうち反応能力、及びバランス能力を診断評価できるテスト、および診断的総括的授業評価および運動有能感調査、さらには授業単元の毎時間の形成的授業評価を実施した。この結果、小学4年生および5年生児童の双方にコオーディネーション能力の有意な記録の向上が見られた(p<0.01)。また、診断的・総括的評価については情意目標および運動目標に向上が、運動有能感については統制感に有意な記録の向上がみられた(p<0.01)。さらに授業単元の形成的授業評価については、4年生児童は徐々に高い評価へと推移した様子が示された。これらより、本研究にて開発した簡易コオーディネーション能力診断テストは体つくり運動授業単元の学習成果を診断評価するテストとして導入できる示唆を得た。次に、本研究で得られた研究成果の普及については、所属する学会において発表することで広く公開した。さらに、授業内で簡便に活用できるような実施方法の動画公開やツールのWEBを通じた公開については、継続して検討することとなった。

本研究は、神経系の運動能力とされる動作コオーディネーション能力を診断評価するためのテストについて検証を行った上で、小学校体育科の授業やそれ以外の時間のなかでどのように活用可能かについて検討し、それを広く普及することを目的とした。これらの研究の結果、動作コオーディネーション能力診断テストのある程度の妥当性が示されるとともに、体育科の授業である「体つくり運動」やそれ以外の時間において行われる運動プログラムの成果を診断できることが示された。研究目的に基づいたデータの収集は進んでいるところだが、収集データの分析を早急に行う必要がある。また、昨年度実施した対象校においては、1年の間の変化についての検証より分析がなされたが、あらたに対象校となった児童の結果データについては、その分析が遅れている。このデータの分析に基づいて、評価分析ツールの構築を予定しているため、今年度については、これらのデータ分析を詳細に行い、評価分析ツールの構築に向けた検討を始めたい。スポーツ教育学昨年度に得られた入力済みデータを整理・分析し、体力・運動能力の診断システムの開発に取り組む予定である。また、昨年度末に協力依頼をした対象校より徐々にデータが返送されているところなので、今年度測定分のデータを収集し、至急これらのデータを集計および分析した上で、評価分析ツールの精緻化に努めたい。また、今年度は、得られたデータをもとに成果を積極的に外部へと発表していきたい。学会誌への投稿や学会発表、さらにはWEBを通じての情報発信を行う予定である。協力校の事情により、進行がやや遅れている。使用額についての変更が生じたことについては、対象とした学校の都合により、訪問する回数が減ったためと、データが十分に揃わなかったため、データの集計および分析が進まなかったことがその理由として挙げられる。2年目となる今年度は、多くの協力校において研究展開が実施できる見込みであり、診断テストの確立に向けてデーを収集が可能となり、当初の計画通りの展開できる予定である。次年度については、対象とする学校が追加されたことによる、調査のための訪問が増加することが考えられ、さらに広範なデータ収集が可能となる予定であるとともに、収集データの入力・集計・分析についても作業量が増える予定であり、旅費・謝金等の支出により、次年度分の使用をしたいと考える。当該年度に使用予定であったもののうち、特に協力校における調査研究が協力校の事情および協力教諭の異動等で実施できないために次年度使用へと変更になった。次年度においては、当初の予定に加えてより多くの協力校における調査研究が確保ができており、予定通りの使用ができる予定である。
放電技術を利用したハイブリッド型インプラントの即時負荷に関する検討

本研究の目的は,表面修飾技術によりインプラントの即時負荷と長期的な維持を達成することである.インプラントの即時負荷を目的とし,インプラント体を骨伝導性の高いリン酸カルシウムナノ粒子で修飾した.即時負荷を目的としたインプラントは,埋入時のトルクが必要なため,コーティング膜は剥離を防止する目的で極力薄く処理される必要がある.この点液中放電によるコーティングは現在実用化されている技術にくらべ,きわめて有効である.またデンタルインプラントは経皮デバイスであるため,アバットメント部では感染を防御するための抗菌性が重要であり,特に一回法で行うインプラントの即時負荷には,必須である,この抗菌処理はNaCl溶液中での,放電陽極酸化処理により達成された.さらに本処理は純チタンにくらべてきわめて高い細胞接着性を有しており,これまで不可能と考えられてきた,高い抗菌性と生体適合性の両立が可能となった.インプラント表面のコーティング層は,インプラント埋入時に剥離しないこと,および埋入後速やかに吸収され,骨に置換されることが必要とされている.これは,組織内に残存したリン酸カルシウム微粒子が後にインプラント周囲炎の引き金になる恐れがあるためである.in vivoの動物実験では,コーティング膜の吸収および骨髄細胞の反応を検討した.その結果,擬似体液中での液中放電によって得られたリン酸カルシウムコーティングは,市販のリン酸カルシウムコーティングにくらべて速やかに吸収され,新生骨に置換されることが判明した.以上の結果から,本法はインプラントの即時負荷と長期的な維持を達成しうる有力な新技術であると考えられる.本研究の目的は,表面修飾技術によりインプラントの即時負荷と長期的な維持を達成することである.インプラントの即時負荷を目的とし,インプラント体を骨伝導性の高いリン酸カルシウムナノ粒子で修飾した.即時負荷を目的としたインプラントは,埋入時のトルクが必要なため,コーティング膜は剥離を防止する目的で極力薄く処理される必要がある.この点液中放電によるコーティングは現在実用化されている技術にくらべ,きわめて有効である.またデンタルインプラントは経皮デバイスであるため,アバットメント部では感染を防御するための抗菌性が重要であり,特に一回法で行うインプラントの即時負荷には,必須である,この抗菌処理はNaCl溶液中での,放電陽極酸化処理により達成された.さらに本処理は純チタンにくらべてきわめて高い細胞接着性を有しており,これまで不可能と考えられてきた,高い抗菌性と生体適合性の両立が可能となった.インプラント表面のコーティング層は,インプラント埋入時に剥離しないこと,および埋入後速やかに吸収され,骨に置換されることが必要とされている.これは,組織内に残存したリン酸カルシウム微粒子が後にインプラント周囲炎の引き金になる恐れがあるためである.in vivoの動物実験では,コーティング膜の吸収および骨髄細胞の反応を検討した.その結果,擬似体液中での液中放電によって得られたリン酸カルシウムコーティングは,市販のリン酸カルシウムコーティングにくらべて速やかに吸収され,新生骨に置換されることが判明した.以上の結果から,本法はインプラントの即時負荷と長期的な維持を達成しうる有力な新技術であると考えられる.我々は放電を利用したチタンの表面改質について一連の研究を行った.その結果,グロー放電プラズマ(GDP)により表面改質したチタン板上には,RGD鎖を有する細胞接着性タンパクの付着が向上し,骨芽細胞様細胞の初期付着および分化上昇することが判明した.また,陽極GDP処理により,チタン表面のマイナス荷電が上昇し,ナトリウムを核としたリン酸カルシウムの析出が促進されることが確認された.本研究から,GDP処理はこれまで他機関から提唱されている,陰極GDP処理による表面清浄効果よりも,陽極GDP処理による荷電上昇が,チタンの生体適合性向上に有効であることが明らかになった.これらのメカニズムの解明から,チタン板表面に約1μmの骨様ハイドロキシアパタイトコーティング処理が可能となった.本コーティング処理は,ハンクス擬似体液に浸漬したチタン板を陰極,対極に白金箔を設定し,液中放電によりチタン板表面に液中の成分を吸着させ,骨様ハイドロキシアパタイトを析出させる方法である.本コーティング膜は,放電により析出したイオン活性の高いTiO酸化膜の中にコーティング膜の成分が傾斜的に存在しており,母材との密着性も非常に高いことが,X線光電子分光分析によって判明した.また,本コーティング膜の成分は,擬似体液から析出させることから,リン酸基が一部炭酸基に置換された骨のアパタイトときわめて類似しており,そのCa/P比も1.71と骨とまったく同一であることが本研究より明らかになった.一方歯科用インプラントは,口腔内に一部露出する経皮デバイスであることから,優れた骨伝導性と抗菌性を有することが望ましい.本研究では,電解液中での放電陽極酸化処理により,チタン表面に高い抗菌性と細胞適合性を両立させることに成功し,さらにその詳細なメカニズムを解明した.本研究の目的は,表面修飾技術によりインプラントの即時負荷と長期的な維持を達成することである.インプラントの即時負荷を目的とし,インプラント体を骨伝導性の高いリン酸カルシウムナノ粒子で修飾した.即時負荷を目的としたインプラントは,埋入時のトルクが必要なため,コーティング膜は剥離を防止する目的で極力薄く処理される必要がある.この点液中放電によるコーティングは現在実用化されている技術にくらべ,きわめて有効である.

またデンタルインプラントは経皮デバイスであるため,アバットメント部では感染を防御するための抗菌性が重要であり,特に一回法で行うインプラントの即時負荷には,必須である.この抗菌処理はNaCl溶液中での,放電陽極酸化処理により達成された.さらに本処理は純チタンにくらべてきわめて高い細胞接着性を有しており,これまで不可能と考えられてきた,高い抗菌性と生体適合性の両立が可能となった.インプラント表面のコーティング層は,インプラント埋入時に剥離しないこと,および埋入後速やかに吸収され,骨に置換されることが必要とされている.これは,組織内に残存したリン酸カルシウム微粒子が後にインプラント周囲炎の引き金になる恐れがあるためである.in vivoの動物実験では,コーティング膜の吸収および骨髄細胞の反応を検討した.その結果,擬似体液中での液中放電によって得られたリン酸カルシウムコーティングは,市販のリン酸カルシウムコーティングにくらべて速やかに吸収され,新生骨に置換されることが判明した.以上の結果から,本法はインプラントの即時負荷と長期的な維持を達成しうる有力な新技術であると考えられる.
海馬における時間・空間情報統合の比較心理学的研究

魚類による研究:キンギョを用いてモリス型迷路に機能的に類似した課題を訓練し、腹内側大脳が空間記憶に関係し、したがって哺乳類海馬の機能的相当部位であることがわかった。鳥類による研究:ハトとキンカチョウを用いて、神経毒、高周波、吸引、の損傷を比較し、どの場合も海馬損傷による空間記憶障害を見たが、WGTA様の課題においては、海馬損傷は強い障害をもたらさなかった。カケスの空間学習も検討したが、海馬損傷研究には至らなかった。げっ歯類による研究:ラットを用いてハトと同様の連続空間弁別課題を訓練し、ハトと同様の海馬損傷効果を得た。また、空間課題に置いては課題の行動的精査を行うとともに、海馬、海馬采、頭頂皮質、扁桃体損傷の効果を比較し、海馬の空間認知における役割を明らかにした。また、NMDA受容体の機能も明らかにした。一方時間認知については、海馬シータ波と時間学習との関連を明らかにするとともに、内側前頭前野の損傷およびマイクロダイアリシスによる検討を行った。またC57マウスの虚血による海馬損傷によって乾燥型迷路課題に選択的な障害が観察され、物体認知ではそのような障害が観察されなかった。ヒトによる研究:モリス型迷路に対応する指迷路を開発し、癲癇のため海馬損傷を行った患者による実験を行い右側海馬損傷により空間学習が障害されることがわかった、また、海馬損傷が認められるアルツハイマーおよびコルサコフ患者の神経心理学的研究により、時間空間の統合的記憶障害が明らかにされた。まとめ:広範囲の種を用いてできるだけ類似した課題で比較を行うという目的は一定に達成されたが、空間時間の統合についてはその系統発生を明らかにできるだけのデータ集積には至らなかった。また、本年度は「海馬における時間・空間情報統合の比較心理学的研究」の初年度にも当たるため、動物実験では人工太陽が移動する飼育装置の開発を行った。これは照度と位置が12時間にわたって変化する光源を設置した飼育装置で、その中のハトが時間(体内時計)と人工太陽の位置をどのように統合するかを解析するものである。ヒトの実験では時間・空間を統合する認知心理学的課題の開発を行った。また、継続している国外との共同研究ではビーレフェルト大学のh-J.Bischofとともにキンカチョウを用いた初期遺伝子(c-fos)の研究に着手した。課題としてはこれまでの共同実験で脳損傷のデータがち奇跡されている乾燥型モリス迷路に類似した課題を使った。その結果、空間学習と海馬における初期遺伝子発現との関係を示すデータを得た。今年度は、主として当該研究実行のための研究環境の充実と研究者間の役割についての確認を行った。備品として購入したManipulatorは海馬損傷のためのものであり、エレクトロフリーズは凍結切片作成のためのものである。これ以外に空間情報と時間情報の統合を調べるためにハト飼育装置に人工太陽を設置するこころみを行い、時間、空間どちらも一定に行動を統制しているという予備的なデータを得た。また、ハトを用いて空間学習による脳活性部位をサイトクローム酸化酵素の可視化により測定することにも着手した。国外研究協力者との共同研究では従来の空間学習ではなくパターン学習におよぼす海馬損傷の効果を検討した。ラットにおいては神経発生による検討の方法が確立し、初期遺伝子発現による研究成果も上げられた。また時間行動についてはpeak法による時間認知の測定が適切な方法であるという結果を得た。さらに、ヒトについては以前の科研費で開発した指迷路をさらに改良し、側頭葉損傷の患者での手術前後での空間学習機能を測定し、右側損傷により、空間学習機能が低下するという結果を得た。

さらに、神経心理学的アプローチによる研究としては、海馬を中心とした側頭葉内側部損傷患者、海馬に萎縮を認める中軽度認知症患者、前頭葉損傷患者、コルサコフ症候群患者、前脳基底部損傷患者を対象とした実験を行った。用いた課題は、時間評価課題のバリエーション、および時間知覚に関する基礎的な課題である。これらの実験から、記憶障害の程度が重篤な健忘症患者においては、時間認知が過小評価となる傾向が強く、記憶と時間認知が深く関与していること、および側頭葉を中心とした部位が時間認知に深く関与することなどが明らかになった。さらに、この点を深く検討するために、外部にペースを持たせることを目的とした動画刺激を作成し、外部からさまざまなペースの刺激を知覚することが時間評価にどのような影響を及ぼすのかを調べる2つの実験を考案し、予備実験を行った。これらの研究をもとに広島大学で1回目の研究集会を行い、班員以外の講師も招待して今後の海馬研究の方向について積極的な討論を行った。キンカチョウで海馬損傷と内外套損傷のパターン弁別におよぼす効果を検討し、後者による選択的な障害を見た。これまでの研究と合わせると損傷部位と課題による分離がみられたことになる。ラットの記憶実験においてNMDA受容体拮抗薬およびムスカリン受容体拮抗薬の投与がホーミング行動に及ぼす効果を明らかにし、海馬采-脳弓損傷がホーミング行動に及ぼす障害効果と比較検討することを試みた。その結果、MK-801投与は海馬損傷と同様に経路統合機能の障害が生じたが、スコポラミン投与では障害は生じなかった。また、ラット海馬0波はピーク法を用いた時間弁別学習においても,その時間変動と同期したパワーの増大が観察され、また音弁別学習においてもヒトP3成分と同様のものがラットで観察された。さらに輪回しでも、85%体重に制限摂食をした時の輪回し数の増加と海馬0波パワーの増大を観察した。ヒトの実験では、時間認知に関する脳基盤をより直接的に検討するため、光トポグラフィを用いた実験を行い、作動記憶領域の比較的短い時間に限定し、若年健常群、高齢健常群、アルツハイマー病群を対象に検討した。高齢健常群では、時間推測条件を施行中、右前頭前野腹側背側領域、正中領域、左前頭前野背側領域を中心に、52チャンネルのうち25チャンネルで有意なOxy-Hbの上昇を認めた。これに対し、アルツハイマー病群では、健常高齢群に比べて、全般に時間推測条件におけるoxy-Hbの上昇が乏しく、右前頭葉外側および前頭極のチャンネルで賦活が不良であった。またfMRIを用いた脳機能画像研究も継続して行った.その結果,海馬は空間情報に情動的な要素が含まれているほど,より海馬後部において強い賦活を示すこと,またこの種の処理においては顕著な左右差が認められないことなどが明らかになった.類研究鳥類についてはハトを用いて引き続き人工太陽装置による、時間情報と位置情報の組み合わせ弁別を行い、これが訓練可能であることがわかった。キンカチョウの実験ではこれまでの実験結果と総合して、パターン弁別匂いて海馬と内外套の部位による乖離が見られ、また海馬損傷において空間学習とパターン学習で課題による乖離が認められた。ット研究ラットの時間情報処理と海馬から記録される海馬θ波の関係を検討した。30秒を計らせるピーク法を用いた時間弁別学習においては時間経過に依存した海馬θ波パワの増大傾向が観察された。
ノックアウトマウスを用いたATF-2遺伝子ファミリーの機能解析

転写因子ATF7の機能を主にマウス個体を用いて調べた結果、ATF7はKu70/Ku80及びテロメラーゼと複合体を形成して、テロメアの長さを調節している事が分かった。また、この機能はヒトの細胞においても確認された。ATF7はマクロファージにおいて自然免疫系の遺伝子の発現調節に関与していた。LPSで刺激するとATF7を介したこれらの遺伝子の活性化が長期間持続し、細菌の感染を抑制した。この事から、自然免疫系にも長期記憶に似た現象が有る事が明らかになった。ATF-7蛋白質をHeLa細胞から精製してMAS解析を行った結果、ATF-7はKu70/Ku80と複合体を形成していることが判明した。Atf-7-/-MEFのテロメアの長さは野生型と比較して有意に短いことから、ATF-7のテロメアにおける役割を調べた。その結果、ATF-7はKu70/Ku80及びTERTと複合体を形成して、テロメアに結合し、テロメラーゼTERTをリクルートすることによってテロメアの長さを維持している事が明らかに成った。ATF-7はATF-2遺伝子ファミリーのメンバーであり、ストレス刺激によってリン酸化されることから、TNFα等のストレスによる影響を調べた。その結果、TNFα等のストレスによってp38が活性化されるとATF-7がリン酸化され、Ku70/Ku80との複合体が解消して、ATF-7がテロメアから放れテロメアの長さが短く成ることが分かった。ATF-7がp38によってリン酸化される部位にAlaを導入した変異体ではストレスによる影響が見られなかった。これまで、ストレスによってテロメアが短く成り老化が進行する現象は報告されているが、メカニズムは全く不明であった。以上の結果から、ストレスによってテロメアの長さが短くなる現象には、p38のシグナル伝達経路とATF-7が深く関与していると考えられる。ATF-7 KOマウスは低頻度で顔面に炎症を起こすので、その原因を探った結果、黄色ブドウ球菌の感染によるものであることが判明した。1、ATF-7蛋白質複合体をHeLa細胞から精製してMAS解析を行った結果、ATF-7はKu70/Ku80と複合体を形成していることが判明した。2、ATF-7はストレス刺激によってリン酸化されることから、UVやTNFα等のストレスによる影響を調べた。その結果、UVやTNFα等のストレスによってp38がリン酸化されて活性化されるとATF-7がリン酸化され、Ku70/Ku80及びTERTとの複合体が解消して、ATF-7がテロメアから放れテロメアの長さが短く成ることが分かった。Ku70とTERTのノックアウトマウスからMEFを調製してテロメアの長さを調べた結果、Atf-7-/-と同様に短い事が判明した。以上の結果から、ストレスによってテロメアの長さが短くなる現象には、p38のシグナル伝達経路とATF-7が中心的な役割を担っている事が分かった。3、野生型マウスにTNFα等のストレスを加えて、テロメアの長さを短くする実験系を開発した。この実験系でATF-7 KOマウスを用いた場合、テロメアの長さの短縮は観察されないことから、この現象はATF-7に依存している事が明らかになった。4、雄の野生型マウスにTNFα等のストレスを加えると、その子供のテロメアの長さが短くなる現象を観察した。この事から、親の受けたストレスは精子を介して次世代に伝達されることが明らかになった。HeLa細胞を用いてATF7複合体を精製し、ChIP法で解析した結果、ATF7はKu70/Ku80及びテロメラーゼと複合体を形成して、テロメラーゼに結合していることが明らかになった。TNF-α等のストレス刺激によってATF7がp38キナーゼによってリン酸化されるとATF7とKu70/Ku80及びテロメラーゼの複合体は解離してテロメアから離れ、テロメラーゼをテロメアにリクルートできなくなるので、テロメアが短くなることが分かった。また、ATF7はテロメアにおいてSuv39h1をリクルートしてヒストンH3K9me3を導入することによってヘテロクロマチン形成を促進していることも明らかになった。このヘテロクロマチンはストレス刺激によってATF7がリン酸化されるとATF7のテロメアからの遊離と共にH3K9me3の低下によって壊された。ATF7はマクロファージにおいて、自然免疫系の遺伝子の発現を抑制していることが明らかになった。このメカニズムを調べた結果、マクロファージではATF7はG9aと複合体を形成して自然免疫系の遺伝子のプロモーター領域にH3K9me2を導入することによって発現を抑制していることが明らかになった。そこで、マウスをあらかじめLPS等で刺激するとATF7がp38キナーゼによってリン酸化されATF7がプロモーター領域から外れると同時にH3K9me2が減少して自然免疫系の遺伝子の発現が誘導された。また、この活性化状態は長期間持続され、この期間の細菌感染が抑制されることが明らかになった。

これまで、自然免疫系には長期記憶は無いと考えられてきたが、この現象は自然免疫系の長期記憶の存在を示唆している。転写因子ATF7の機能を主にマウス個体を用いて調べた結果、ATF7はKu70/Ku80及びテロメラーゼと複合体を形成して、テロメアの長さを調節している事が分かった。また、この機能はヒトの細胞においても確認された。ATF7はマクロファージにおいて自然免疫系の遺伝子の発現調節に関与していた。LPSで刺激するとATF7を介したこれらの遺伝子の活性化が長期間持続し、細菌の感染を抑制した。この事から、自然免疫系にも長期記憶に似た現象が有る事が明らかになった。ストレスによってテロメアの長さが短くなる現象には、p38のシグナル伝達経路とATF-7のリン酸化が深く関与していることを明らかにした。また、ATF-7がKu70/Ku80及びTERTと相互作用することを発見して、ストレスによってこの相互作用が壊れ、テロメアの短縮に至る分子メカニズムを提示することができた。更に野生型マウスにTNFα等のストレスを加えて、テロメアの長さを短くする実験系を開発し、親の受けたストレスは精子を介して次世代に伝達されることを発見した。分子生物学マウス個体において、ストレスがテロメアの長さを短くすることを発見したが、各組織や細胞で感受性が異なるか否かを検討したい。特にストレスの影響を受け易い臓器や細胞を特定して、生物個体におけるその生理学的な影響を調べたい。また、親の受けたストレスが、次世代に伝達されることを発見したが、その分子メカニズムを解析したい。1、ストレスによってテロメアの長さが短くなる現象には、p38のシグナル伝達経路とATF-7のリン酸化が深く関与していることを明らかにすることができた。2、また、ATF-7 KOマウスで見られる顔面の腫れは病理検査の結果、腫瘍によるものではなく、炎症であることが判明した。更に、この炎症は黄色ブドウ球菌の感染によるものであることを突き止める事が出来た。1、マウス個体において、ストレスがテロメアの長さを短くすることを発見したが、各組織や細胞で感受性が異なるか否かを検討したい。2、また、様々なストレスによって短く成ったテロメアの長さが、次世代に引き継がれるのかどうかも検討したい。
広角および小角X線異常散乱法によるハロゲン化銀およびハロゲン化銅系超イオン伝導ガラスの構造解析

室温で電解質溶液に匹敵するイオン伝導度を有するガラスが沃化銀-酸素酸銀系で見出され、高イオン伝導性はもちろんのこと、その透明性、等方均質性、薄膜化が容易であることからニューガラスと呼ばれる機能性材料の一つとして注目を集め、薄膜電池等への応用が始まっている。今日まで、銀イオン伝導ガラスを中心に、主にその電気的特性に関する研究が国内外で活発に展開されてきたが、イオン伝導機構を議論する上での基礎となるガラス構造に関しては、赤外吸収スペクトルや電気伝導度の組成依存性等の観測に基く構造モデルが提唱されてはいるが、多元系非晶質のため従来のX線あるいは粒子線回折法による定量的解析は事実上不可能であり、モデルの検証は非常に難しく未解決の部分が多い。本研究では、この様な研究上の支障を克服するため、目的元素の環境構造を距離の関数として導出できるX線異常散乱(AXS)法を用いて、(Cul)_<0.3>(Cu_2O)_<0.35>(MoO_3)_<0.35>の詳細な構造解析を実施し、最近接領域のみならず、第二、第三近接等の短範囲規則領域を含むガラス構成元素の環境構造の決定を行った。その結果、以下のことが判明した。(1)Moは0.187nmの原子間距離で6.1個の酸素原子に囲まれている。この事実はガラス構造中の基本構造単位が赤外分光実験等により示唆されてきたMoO_4四面体よりもMoO_6八面体であることを示唆する。(2)Cuは距離0.261nmで平均1.3個の沃素イオンに囲まれており、この配位数は結晶および溶融CuI(配位数4)よりも少ない。しかし、CuIとして添加されたCuイオン1個あたりの沃素イオンの配位数は約4.3と換算でき、結晶および溶融CuIの値とほぼ一致する。また、溶融CuIに見られる約0.34nmの最近接Cu-Cuペア相関が本ガラス中にも見出されることから、溶融CuI類似の環境下に置かれたCuイオンがガラス構造中に存在し、この種のCuがイオン伝導に寄与するものと理解できる。
葉原基にみられるタンパク質拡散動態の非一様性

葉における細胞増殖活性の時空間分布を規定するAN3シグナル勾配の形成原理について、実験および理論的に研究を進め、定量的に精度の高いモデルの構築に成功した。これにより、細胞サイズの偏りがシグナル勾配の形成に大きな影響をもつという、発生現象全般を考えるうえで重要な視点を初めて提示することに成功した。この成果は、日本植物形態学会および日本植物学会でポスター発表するとともに、国際誌に原著論文として投稿中である(Kawade et al., submitted)。本年度は、葉原基におけるタンパク質拡散動態を定量的に記述するため、細胞および組織レベルといった異なるスケールでのFluorescence recovery after photobleaching (FRAP)解析を行った。使用した植物体は、Green fluorescence protein (GFP)を構成的に発現するシロイヌナズナ系統である。まず、隣接する細胞間でのGFPの移動性を調べたところ、原形質連絡を介した細胞間の移動が純粋な拡散で定義できることが分かった。さらに、この拡散は葉原基の位置に依存せず、先端部と基部で同様の拡散性を示すことを明らかにした。しかし、興味深いことに、組織レベルでのGFPの移動性を調べたところ、葉原基の基部端では、他の部位よりも移動性が低いことが分かった。詳細な細胞形態観察から、先端部-基部軸に沿った細胞増殖活性の勾配が偏った細胞サイズの分布をうみだし、結果として、組織レベルでのGFPの移動性が非一様になっているという強い示唆を得た。これを検証するため、細胞レベルでのGFPの拡散性を基礎に数理モデルを構築し、組織レベルでのGFPの移動性の再現を試みた。その結果、組織レベルでのGFPの移動性は細胞レベルでのGFPの拡散現象で説明できること、および、細胞サイズの偏った分布で組織レベルでのGFPの移動性の非一様性を十分に説明できることの二点が明らかになった。以上から、(1)葉原基におけるタンパク質拡散動態の集中的な定量から、拡散動態の非一様性という現象を実証すること、(2)タンパク質拡散動態の非一様性と関連のある葉原基の`場'の性質を明らかにすることという目的を達成することができた。この成果は、発生途上の原基内において、タンパク質拡散動態が均一だと仮定する従来の研究に対して、これからは考慮すべき重要な要素を提示するものである。GFPを用いたFRAP解析に関しては全ての実験を遂行し、重要な結果を得ることができた。ただ、新たに立ち上げた植物栽培室でアグロバクテリウムの感染によるシロイヌナズナ形質転換体を作出しようとしたところ、植物の生育不良が続き、形質転換体の取得に大幅な遅れがみられた。その結果、FRAP解析と補完的な位置づけにある、光変換型蛍光タンパク質Dendra2などを用いた定量イメージング解析に着手することができなかった。各形質転換系統を作出するためのベクターは全て構築できているので、現在、それらをシロイヌナズナに順次導入し、解析のための系統確立を進めている。なお、これら光変換型蛍光タンパク質を使った実験でも、画像定量解析のプラットフォームはFRAP実験の場合に用いたものを活用できるので、系統確立および定量イメージング実験を行うことができれば、結果の解釈は円滑/迅速に進めることが可能である。また、FRAP解析で得られた実験結果をもとに、実際に生体内で機能しているシグナル因子の特徴的な発現プロファイル形成が説明できるのか否かの検討も進めている。具体的には、研究代表者が同定した細胞間シグナル因子ANGUSTIFOLIA3(AN3)に着目し、葉原基の先端-基部軸に沿った発現プロファイルの定量化に取り組んでいる。これまで、AN3は葉原基の基部で限定的に発現し、細胞間の移動を通じて、上記発生軸に沿った発現勾配を形成していることが分かってきた。また、細胞間を移動できないタイプのAN3を発現させた場合は、これまで理論的に提唱されてきたPower-law勾配モデルに従い、移動できるAN3がつくるより急な勾配になることも確認できている。(1)シロイヌナズナの葉でみられるAN3の発現勾配形成における組織成長の影響を定量的に評価した。細胞間を移動できないタイプのAN3を遺伝子工学的に作成し、その発現分布を解析した。理論的に推測されるとおり、この発現分布はPower-law勾配モデルに一致した。そこで、この勾配モデルから、AN3タンパク質を生成する細胞数や、勾配が形成されるまでに起こる細胞分裂回数を見積もった。(2)上記の解析から得たパラメータ値をもとに、細胞間を移動できるタイプのAN3がどのように発現勾配を形成するのか検証する理論モデルを構築した。この理論モデルにおいて、均一な細胞の大きさを仮定すると実測したAN3発現勾配を再現することはできないが、実空間でみられる細胞サイズの偏りを組み込むと、非常に高い精度でAN3の発現勾配を再現できることが分かった。(3)構築した理論モデルのパラメータ依存性について検討した。まずは全く知見のないAN3タンパク質の分解係数について、構築した理論モデルをもとに検討したところ、タンパク質の分解については非常に感受性が高く、分解係数をほぼゼロにしないと発現勾配が形成されないことを見いだした。一方、拡散係数に対する摂動を与えた場合、数倍程度の変化であれば頑健に実測値に近い勾配形成ができると推測された。(4)このAN3の発現勾配がどのような生理的機能を担っているのか検討した。AN3は細胞増殖活性を制御する転写コアクチベータなので、移動できないタイプのAN3を発現させて急な勾配を作らせたところ、細胞分裂活性も連動して低下した。

このことから、AN3の発現勾配は拡散により分布を拡大させることで、細胞増殖活性の時空間分布を規定しているというアイデアを提唱した。葉における細胞増殖活性の時空間分布を規定するAN3シグナル勾配の形成原理について、実験および理論的に研究を進め、定量的に精度の高いモデルの構築に成功した。これにより、細胞サイズの偏りがシグナル勾配の形成に大きな影響をもつという、発生現象全般を考えるうえで重要な視点を初めて提示することに成功した。この成果は、日本植物形態学会および日本植物学会でポスター発表するとともに、国際誌に原著論文として投稿中である(Kawade et al., submitted)。これまで明らかにしてきたタンパク質拡散動態の非一様性という現象が、生体内でどのような役割を担っているのか示すことは、本研究課題にとって重要な課題のひとつである。また、実際に生体内で機能している細胞間シグナル因子AN3の発現勾配に関する定量データは、理論モデルで解析できる精度で取得することにも成功している。この状況から、今後は、タンパク質拡散動態の非一様な場を通じて、AN3がどのようにして発現勾配を形成しているのか理解することを目指す。そのために、これまでFRAP解析で得たタンパク質の拡散に関するパラメータ情報を用いて、タンパク質の生成/分解/拡散を加味したSDDモデルを基盤とし、さらに組織の成長という要素も考えた勾配形成モデルの確立を進める。この組織の成長については、移動できないタイプのAN3をPower-law勾配モデルで解析することで、必要なパラメータはほぼ全て決定、もしくは推定することができると考えている。上記の実測データに基づく理論的アプローチに加えて、光変換型蛍光タンパク質を用いた定量イメージング解析を、AN3の拡散動態を調べるための実験系まで拡張させる。そこで現在作成中の形質転換系統の確立を優先的に進め、なるべく早い段階でAN3の拡散性について定量化し、上記理論モデルとの比較検証を行う。そして、新しいモデルが実際のAN3の発現勾配形成メカニズムをどこまで説明できるのか見積もる。以上から、葉原基におけるタンパク質拡散動態の非一様性の定量化、および、その情報に基づくAN3の発現勾配形成メカニズムに関する論文の公刊を目指す。植物発生生理学平成27年度に新たな植物栽培室を立ち上げたところ、環境の変化により植物の生育不良がみられた。その結果、計画していた形質転換体の確立に遅れが出た。これにより、光変換型蛍光タンパク質を使った実験を行うことができなかったため、次年度使用額が発生することになった。上記理由に記載した植物の生育不良は既に改善されており、順調に形質転換系統の作出が進んでいる。そこで、平成27年度に取り組めなかった実験を平成28年度に行うことを計画している。そのために必要な植物栽培資材や分子生物学的実験に必要な試薬類を購入する計画である。
未分化性維持におけるＢＭＰシグナルの役割

BMP-4はマウスES細胞の未分化性維持に重要であるが、ヒトES細胞やマウスEpiSCではBMP-4により胚体外組織などへの分化が促進される。我々はBMP-4による未分化性維持にはSmad経路が必要不可欠ではないこと、転写因子KLF4がBMP- Smad1経路を阻害することを明らかにした。また、MEK5- ERK5経路が転写因子KLF2を誘導することで、マウスES細胞の自己複製に重要な働きを示すことを見出した。我々はさらに脳腫瘍幹細胞ではBMP-4が分化誘導を行うことを行うことを確認し、網羅的遺伝子解析の結果、転写因子PRRX1が分化誘導に重要な役割を果たすことを見出した。BMPシグナルは、マウスES細胞では自己複製能と多分化能維持に重要であることが報告されているが、プライムされた(primed)細胞と呼ばれるヒトES細胞やマウス胚盤葉上層幹細胞(EpiSC)では分化を促進する。本研究では、クロマチン免疫沈降-シークエンス法(ChIP-seq法)や全トランスクリプトーム解析(RNA-seq)を用いた解析を用い、細胞種依存的なBMPシグナルの分子機構と2つの幹細胞における差異を明らかにすることを目指して研究を行った。平成24年度は、以下の点を明らかにした。1)Smad1/5のChIP-seqデータとBMP4刺激時のRNA-seqデータを取得し、マウスES細胞とマウスEpiSC様細胞の2つの幹細胞における、BMP4の直接の標的遺伝子を複数同定した。RNA-seq解析では、2つの幹細胞で特徴的に存在するスプライシングバリアントの有無も評価した。2)2つの幹細胞における発現量の比較やSmad1/5結合領域に濃縮して存在するDNA結合配列より、核内受容体に属する転写因子に注目し、Smad1との直接の結合、レポーターアッセイによるSmad経路への影響を評価・確認した。今後、他の候補因子に関して同様のスクリーニングを行い、真に重要な因子の同定を目指す。3)FLAG-Smad1安定発現株を利用し、抗FLAG抗体、抗Smad1/5抗体で順に免疫沈降することで、ES細胞でのSmad1/5結合蛋白を精製した。しかし、抗Smad1抗体に添加されたBSAの影響でMALDI-TOF/MS法では同定が困難だったことから、抗FLAG抗体、抗HA抗体で精製を行う方針として、FLAG-HA-Smad1安定発現株を樹立した。BMPは多彩な作用を発揮する生理活性物質である。本研究では、マウス胚性幹細胞(ES細胞)とその細胞より分化したマウス胚盤葉上層幹細胞(EpiSC)様細胞の2種類の細胞を利用し、細胞種依存的に多様な機能を果たすBMPシグナルの詳細な分子機構の解明を目的として研究を行った。1)既に得られていたSmad1/5のChIP-seqのデータとRNA-seqのデータをもとに、ES細胞においてSmad1/5とゲノム上で共局在が予想される転写因子に注目して解析を行った。転写因子Nr5a2に注目して解析したが、Nr5a2単独のknockdown実験ではES細胞の未分化状態に顕著な変化を認めず、類似の機能を有する転写因子の重複の可能性などが考えられた。さらに同様のスクリーニングを進め、複数の転写因子に注目した。これらの転写因子に関しても、Nr5a2同様に共免疫沈降実験やBMP応答配列を有するBRE-lucでBMPシグナルに与える影響を検討し、BMPシグナルを抑制する機能を持つものを同定した。同時に、EpiSC様細胞や他の分化細胞におけるSmad1/5のChIP-seqデータとの比較から、マウスES細胞ではSmad1/5が他の転写因子を介して間接的に標的領域を認識していることが推測された。一方、非Smad経路と呼ばれTGF-β/BMPにより活性化されるキナーゼに関しても低分子阻害薬を用いたスクリーニングを行い、BMPの下流で幹細胞の自己複製に関係する候補キナーゼを同定した。2)ES細胞とEpiSC様細胞で行ったRNA-seqデータから、既知遺伝子だけではなく長鎖非コードRNAの発現量や、スプライシングバリアントを評価した。EMTのモデル系として確立されたNMuMG細胞でも同様の解析を行い、TGF-βにより転写調節をうける新規長鎖非コードRNA、lncRNA-Smad7を同定した。マウス胚性幹細胞(ES細胞)とその細胞より分化したマウス胚盤葉上層幹細胞(EpiSC)様細胞の2種類の細胞を利用し、細胞種依存的に多様な機能を果たすBMPシグナルの詳細な分子機構の解明を目的として研究を行った。1)すでに得られていたSmad1/5のChIP-seqとRNA-seqのデータから、複数の候補転写因子が得られていた。さらに、これまでに他グループから論文発表されたChIP-seqデータの再解析を行った。その結果、マウスES細胞のゲノム上でSmad1/5と共局在している転写因子として、クルッペル様転写因子(Klf)の一つであるKlf4に注目した。Klfの中でKlf2、Klf4、Klf5はES細胞で特徴的に発現し、EpiSCでは発現が低下することが報告されている。Klf4はSmad1と結合しSmad1の転写調節能を阻害していた。従って、ES細胞ではKlf4がSmad1/5の機能を阻害し、BMP-Smad経路を抑制していることが示唆された。

一方、非Smad経路と呼ばれTGF-β/BMPにより活性化されるキナーゼに関しても低分子阻害薬を用いたスクリーニングを行い、MEK5-ERK5経路がBMPの下流で幹細胞の自己複製に関係することを見出した。3)がん細胞やがん幹細胞におけるBMPシグナル異常の解析の結果、脳腫瘍幹細胞ではBMPシグナルが分化誘導を行うが、その作用は複数の分子によって規定されており、中でもPrrx1が分化誘導に重要な作用があることを見出した。1) BMPに対して異なる応答性を示す2つの細胞(マウスES細胞と、マウスES細胞をヒトES細胞に類似したプライム状態まで分化させた細胞)の比較を通して、未分化性維持におけるBMPの役割の検討を行った。次世代シークエンサーを用いたRNA-seqによる全トランスクリプトーム解析やChIP-seq法を用いたSmad1、Smad5の結合領域の解析の結果、初期状態ではSmad1/5が転写因子KLF4を介して間接的にゲノムを認識している可能性を見出した。さらにKLF4はBMP-Smad経路を阻害し、KLF4とSmad1が直接結合することを明らかにした。またBMP-Smad経路が強く活性化した細胞を排除するネガティブセレクション系や、CRISPR-Cas9によるゲノム編集法を駆使し、初期状態のマウスES細胞の維持にはSmad経路が必要不可欠ではないことを明らかにした。一方、BMPシグナル阻害分子であるNogginが分化を促進することを確認し、既知の非Smad経路のなかでMEK5-ERK5経路がマウスES細胞の自己複製に重要であることを指摘した。さらに、MEK5-ERK5はKLF2を誘導し、このKLF2がマウスES細胞の自己複製に重要な役割を果たしていることを示した。以上より、BMPがマウスES細胞で未分化性維持する場合、異なるKLF転写因子の異なる作用が重要であることを明らかにした。以上の成果を取りまとめて国際誌に論文発表を行った。2)脳腫瘍幹細胞ではBMPシグナルが分化を誘導することがすでに知られている。脳腫瘍幹細胞を用いてDNA microarrayおよびRNA-seqによって,BMP-4により発現変動する遺伝子を網羅的に探索した。その結果、BMP-4の標的遺伝子として転写因子PRRX1を同定し、PRRX1が脳腫瘍幹細胞の未分化性を喪失させること、PRRX1の2つのスプライシングアイソフォームのうちの一つがCD133陽性のがん幹細胞集団を減少させること、このアイソフォームは脳腫瘍幹細胞の腫瘍形成能を抑制することを見出し、PRRX1の脳腫瘍幹細胞分化における役割を明らかにした。BMP-4はマウスES細胞の未分化性維持に重要であるが、ヒトES細胞やマウスEpiSCではBMP-4により胚体外組織などへの分化が促進される。我々はBMP-4による未分化性維持にはSmad経路が必要不可欠ではないこと、転写因子KLF4がBMP- Smad1経路を阻害することを明らかにした。また、MEK5- ERK5経路が転写因子KLF2を誘導することで、マウスES細胞の自己複製に重要な働きを示すことを見出した。我々はさらに脳腫瘍幹細胞ではBMP-4が分化誘導を行うことを行うことを確認し、網羅的遺伝子解析の結果、転写因子PRRX1が分化誘導に重要な役割を果たすことを見出した。ChIP-seq、RNA-seq、プロテオーム解析に関して、データ取得やデータの解析など、当初計画に沿っておおむね順調に研究は進展した。