hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
骨軟部肉腫におけるオートファジー調節による転移抑制

プログラム細胞死の一つの形態であるオートファジーと肉腫細胞の増殖および転移形成の関連性を把握し、オートファジー調節による新たな肉腫治療薬の臨床応用に向けた基盤研究を行う。転移能の異なるマウス骨肉腫細胞(Dunn)とマウス軟部肉腫細胞(RCT)の2種類を用いて実験を行った。Dunnから同一クローンで低肺転移株(Dunn)と高肺転移株(LM8)に、RCTから同様に低肺転移株[RCT(-)]を高肺転移株[RCT(-)]を分離樹立した。その後、それぞれの細胞の増殖能をMTT assayを施行し、DunnおよびRCTで低肺転移株は高肺転移株と比較し120%の増殖能を示しており、転移形成過程には局所の増殖能のみでは規定されないことが明らかになった。オートファジー関連蛋白のAtg5に着目し、オートファジー抑制細胞(shRNA-Agt5)を作成の上、オートファジーが肉腫細胞の増殖能、浸潤能、接着能に及ぼす影響を確認する。In vivoでは、肉腫細胞株の同種同所移植を行い、原発巣、血液循環細胞(CTC)、転移巣でのオートファジーの状態の差異を把握し、肉腫の転移過程においてどの段階でオートファジーが出現するのかを解明する。オートファジーは原発巣での腫瘍の形成と転移巣の形成に促進的に作用することが確認される。さらに、腫瘍の転移におけるオートファジーの役割は、転移の初期段階である腫瘍細胞の接着能を低下させ、血管内へ浸潤を促進する際のinitiatorであると示される。オートファジーを抑制することで、paxillinの発現抑制を介して、腫瘍細胞の接着能が促進され、原発巣から腫瘍細胞の離脱が制御される。次いで血管内への浸潤能や血管内での移動能を抑制することで転移が抑制されることを示す。現在、CTCsの採取の手法を確立し、原発巣、CTC及び転移巣でのオートファジーの発現の差異を確認した。今後、オートファジー抑制細胞を用いた同種同所移植により転移が抑制されることを証明する。RCTの高肺転移株と低肺転移株の転移能の安定化に時間を要したため。CTC採取の技法の習得に時間を要したため。DunnでのmiRNA arrayを用い、増殖と転移に関与する遺伝子異常を同定する。ついで、in vitroで各肉腫細胞を蛍光色素Monodansylcadaverine (MDC)でオートファジーを発現と割合の検討を行う。すでに、転移能の異なる細胞株は樹立し信用のおけるものとなったため、十分に可能である。さらに、in vitroの結果を踏まえた上で、in vivoでの原発巣、転移巣でのオートファジーの発言の程度と時期に関して検討を深める。miRNA arrayを用いた発現解析の結果から、オートファジーの調節候補遺伝子またはサイトカインを反応させ、各肉腫細胞の形態変化・機能評価を行う。細胞増殖も含め転移能の評価も行う(前述のごとくすでに対照群の結果はある)。特に形態変化として、オートファジーのマーカーであるMicrotubule-associated protein light chain 3 (LC3)での免疫組織染色で行う。細胞内シグナル伝達によるオートファジーの調節機能の解明のため、オートファジーを調節する細胞内シグナル伝達をRT-PCRで行う。オートファジーのシグナル伝達として、はAKT/mTOR、SrcやMAPKの経路についても検討を行う。オートファジーの調節する候補遺伝子(p62など)または増殖因子を反応させた状態での変化の検討を行う。プログラム細胞死(Programmed cell death, PCD)の一つの形態であるオートファジーと肉腫細胞の増殖および転移形成の関連性を把握し、オートファジー調節による新たな肉腫治療薬の臨床応用に向けた基盤研究を行う。研究期間内には以下のことを明らかにする。腫瘍細胞としては、転移能の異なる骨肉腫ことである。その後、それぞれの細胞の増殖能をMTT assayを施行し、DunnおよびRCTともに低肺転移株は高肺転移株と比較し110-120%の増殖能を示しており、転移形成過程には局所の増殖能のみでは規定されないことが明らかになった。scratch assayでは、高肺転移株で低肺転移株と比較し120-140%の運動能を有していたことを明らかにした。さらにマトリゲルへのattachment assayおよびmigration assayにて、高肺転移株で低肺転移株と比較し120-140%の細胞外マトリックスへの接着能および浸潤能を示した。これらによって、高肺転移株で低肺転移株でのin vitroでの転移形成過程の差が明らかとなった。さらに、増殖と転移に関与する遺伝子異常を同定するため、miRNA arrayを用い、RCTの遺伝子発現を検討した。RCTに関しては、ケラチン遺伝子であるK8-19を含む9種類の遺伝子の差異を確認し、オートファジーとの関連に関してのデータ解析を行っている。RCTおよびDunnの高肺転移株と低肺転移株でのin vitroおよびin vivoでの病態生理の把握に時間を要したため。

転移能の異なるマウス骨肉腫細胞(Dunn)とマウス軟部肉腫細胞(RCT)の2種類を用いて実験を行った。Dunnから同一クローンで低肺転移株(Dunn)と高肺転移株(LM8)に、RCTから同様に低肺転移株[RCT(-)]を高肺転移株[RCT(-)]を分離樹立した。その後、それぞれの細胞の増殖能をMTT assayを施行し、DunnおよびRCTで低肺転移株は高肺転移株と比較し120%の増殖能を示しており、転移形成過程には局所の増殖能のみでは規定されないことが明らかになった。オートファジー関連蛋白のAtg5に着目し、オートファジー抑制細胞(shRNA-Agt5)を作成の上、オートファジーが肉腫細胞の増殖能、浸潤能、接着能に及ぼす影響を確認する。In vivoでは、肉腫細胞株の同種同所移植を行い、原発巣、血液循環細胞(CTC)、転移巣でのオートファジーの状態の差異を把握し、肉腫の転移過程においてどの段階でオートファジーが出現するのかを解明する。オートファジーは原発巣での腫瘍の形成と転移巣の形成に促進的に作用することが確認される。さらに、腫瘍の転移におけるオートファジーの役割は、転移の初期段階である腫瘍細胞の接着能を低下させ、血管内へ浸潤を促進する際のinitiatorであると示される。オートファジーを抑制することで、paxillinの発現抑制を介して、腫瘍細胞の接着能が促進され、原発巣から腫瘍細胞の離脱が制御される。次いで血管内への浸潤能や血管内での移動能を抑制することで転移が抑制されることを示す。現在、CTCsの採取の手法を確立し、原発巣、CTC及び転移巣でのオートファジーの発現の差異を確認した。今後、オートファジー抑制細胞を用いた同種同所移植により転移が抑制されることを証明する。RCTの高肺転移株と低肺転移株の転移能の安定化に時間を要したため。CTC採取の技法の習得に時間を要したため。DunnでのmiRNA arrayを用い、増殖と転移に関与する遺伝子異常を同定する。ついで、in vitroで各肉腫細胞を蛍光色素Monodansylcadaverine (MDC)でオートファジーを発現と割合の検討を行う。すでに、転移能の異なる細胞株は樹立し信用のおけるものとなったため、十分に可能である。さらに、in vitroの結果を踏まえた上で、in vivoでの原発巣、転移巣でのオートファジーの発現の程度と時期に関して検討を深める。miRNA arrayを用いた発現解析の結果から、オートファジーの調節候補遺伝子またはサイトカインを反応させ、各肉腫細胞の形態変化・機能評価を行う。細胞増殖も含め転移能の評価も行う(前述のごとくすでに対照群の結果はある)。特に形態変化として、オートファジーのマーカーであるMicrotubule-associated protein light chain 3 (LC3)での免疫組織染色で行う。細胞内シグナル伝達によるオートファジーの調節機能の解明のため、オートファジーを調節する細胞内シグナル伝達をRT-PCRで行う。
ヒト細胞でのＤＮＡ単鎖切断の除去修復と相同組換え

ヒト細胞内には種々のDNA損傷が多数生じるが、その中でも最も頻度が高いのはDNAの単鎖切断(SSB)であるが、SSBが細胞内で如何に修復されるかは未だ充分には理解されていない。我々はヒト細胞内でのSSBに結合するPARP1に結合しPARP1の活性化を制御する新規蛋白を複数同定した。一つの蛋白の発現をsiRNAで抑制するとMMSで処理したU2OS細胞でのポリADPリボシル化が抑えられ細胞はMMSに感受性になる。この遺伝子の組み換え蛋白を作って調べるとAPサイトの5'側にニックを入れ、さらに5'側及び3'側にExoヌクレアーゼの活性がある。この活性がSSBの修復に必要であると考えられる。DNAの切断には単鎖切断と二重鎖切断がある。単鎖切断は最も発生頻度が高いが、効率よく修復されているために、余り重要視されて来なかったが、最近になって、単鎖切断の修復を阻害する事が癌の治療につながるとして、その修復機構が注目されている。単鎖切断は一般にPARP1で見つけられ,自身や周りの蛋白をポリADPリボシル化して、まずXRCC1をリクルートし、集ったXRCC1に修復酵素群が集積して損傷へのアクセスの場(スキャフォルド)となり、修復が進行する。最近、我々はPARP1と強く結合する機能未知の蛋白を単離し、それが、以前に単離したPALFと同じように、APサイトにニックを入れ、ギャップを産み出してPARP1を活性化する機能を持つ事を発見した。PALFと異なる点は、この因子の発現をsiRNAで抑制し、その細胞をMMSで処理して単鎖切断を与えると、細胞内で通常30分後に現れるポリADPリボースの出現が著しく抑えられ、さらに同時に細胞はMMSに感受性となった。その事は、この新規タンパク質は、ヒト細胞内で、単鎖切断が出来た後に(あるいは生じたAPサイトにニックを入れて単鎖切断を作り)PARP1を活性化する事を示している。PARP1の活性化にはニックでは不十分でギャップが必要な事が知られているので、この蛋白質をPACTEN(PARP-activating endonuclease)と名付け、その細胞内機能や酵素活性の詳細を解析中である。APENXは以前に発表した新規タンパク質でAPエンドヌクレアーゼのPALFと良く似た性質を持つ。PARP1と結合しin vitroの実験ではノックをギャップに変えてPARP1を活性化させ単鎖切断の修復に必要なXRCC1とそれに集積するLIgaseIIIやAPTXなどの修復タンパク質を呼び寄せる。PALFとの違いを見つける事が重要であったが、APENXのノックダウン細胞では単鎖切断を作るMMSで細胞を処理した後のポリADPリボシル化が抑えられる事を発見した。また、MMSに対する感受性はAPENXをノックダウンした細胞では亢進していて、PARP1の活性化の阻害が細胞の感受性にも影響していることが明らかになった。このような影響はPALFでは見られず、PALFはKU蛋白の結合などで、DNA二重鎖切断の際に機能していることが考えられる。すなわち、PARP1と結合する異なった二つのタンパク質がDNAに切り込みを入れる活性とその末端を削って行く活性を持ちながら、PALFはPARP1以外に二重鎖切断の修復タンパク質と結合することで、機能の場を主に二重鎖切断の修復に関わっていることが明らかになった。APENXとPALFの相同組換えへの関与の違いも重要な点で、今後の研究課題である。DNA単鎖切断はポリADPリボースポリメラーゼI (PARP1)が見つけて結合しPARP1自身や近傍のヒストン等をポリADPリボシル化し、そのシグナルに結合するXRCC1蛋白が種々の修復酵素を引きつけて損傷を修復する事が分っている。我々は以前にこの過程を始めてヒト細胞内で可視化して見せ、単鎖切断でPARP1がポリADPリボシル化する事の意義を明らかにした。PARP1は単鎖切断に結合するが二量体化する必要があり、その為には単鎖切断では不十分でギャップが必要であると言う意見があった。我々はPARP1に結合して単鎖切断の5'側の端を切り取るエキソヌクレアーゼの活性を持つ新規の蛋白質を同定した。この蛋白はAPサイト(塩基の無くなったサイト)にニックを入れて数塩基を切り取るエンド/エキソヌクレアーゼの活性を持ち、ヒト細胞内ではPARP1に結合している。この蛋白の発現をsiRNAで抑制すると細胞をMMSで処理した後のポリADPリボシル化が極端に減少し、この細胞はMMSに感受性となる。

我々が以前に単離してPATP1との結合が見つかったPALF蛋白も良く似た活性があるが、PALFの役割は二重鎖切断の際のDNA末端の代謝で実際PALFの発現抑制はX線に感受性であるが単鎖切断を作るMMSには感受性にならない。これらの事から新規蛋白質はPARP1の活性化を制御する修復蛋白質と考えられる。この蛋白質の機能とその欠損の病態似ついての解析を進めている。26年度が最終年度であるため、記入しない。DNA修復と分子生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。PARP1に結合し、APサイトにニックを入れ、さらに5'側にギャプを広げる新規のヒトDNAエンドヌクレアゼを単離し、PACTEN(PARP-activating endonuclease)と命名した。この酵素の活性を詳しく解析中であり、来年度には論文を発表出来る。また、DNA二重鎖切断に関与するクロマチンリモデリング因子でPARP依存的に修復に関与する因子を発見した。研究実績に記述したAPENXとPALFの機能的差異やAPENXの単鎖切断修復でのPARPの活性化に関する成果に付いては論文を作成中であり、早々に投稿する予定である。相同組換えとの関係やクロマチンリモデリングとの関係の研究は進行中である。PACTENの活性とその細胞内機能の詳細な解析を行い、十分に評価されるジャーナルに論文を発表する。さらに、この蛋白のPARP1の活性化制御の機能の解析を行い、細胞の癌化や癌治療への応用について検討する。単鎖切断の修復をPARPの阻害剤やAPENXのsiRNAで阻害させておき、MMSを細胞に処理した後に亢進する相同組換えの頻度を種々のクロマチンリモデリングに対するsiRNAでその影響を調べてどの因子が必要かを同定する。同定したタンパク質が細胞内でどのような複合体で機能しているかを知る為に、PARPの阻害剤+MMSで増殖している細胞から免疫沈降してこの応答特異的な結合タンパク質を決めて来る予定で去る。
単結晶ダイヤモンドを用いた革新的マイクロ／ナノマシンスイッチの創製

ダイヤモンドは、弾性定数、硬度、熱伝導率、絶縁性など物質中で最高値を有する材料であり、既存の材料をはるかに凌ぐ省エネルギー、大電力、高性能化、高信頼性化及び耐環境のMEMS/NEMS実現が期待できる。本研究は、単結晶ダイヤモンドMEMS/NEMSに関する微細加工技術を開発し、新しいナノマシンスイッチを作製した。ダイヤモンドナノマシンスイッチは、マイクロ/ナノマシンで問題となる表面固着はほとんど観測されず、高い再現性および高い信頼性を実現した。これまでに研究開発がなされているMEMSは主にシリコンや金属材料を用いて作製されているため、機械的、電気的、化学的および熱的な安定性が悪く、さらなる高性能化および高信頼性化が困難という欠点がある。ダイヤモンドは、弾性定数、硬度、熱伝導率、絶縁性など物質中で最高値を有する材料である。同時に超疎水性の表面および低い誘電損失、高濃度ドープにより金属導電性が得られることなどから、既存の材料をはるかに凌ぐ省エネルギー、大電力、高性能化、高信頼性化及び耐環境のMEMS/NEMS実現が期待できる。近年、次世代無線端末の開発に向け、無線LANや携帯電話を代表とする無線通信分野では、高信頼性、長寿命、超高速、省エネルギー、高出力、低電圧、高周波数スイッチが求められている。このような無線通信を実現する方法として、RF-ナノマシン(radio-frequency nanoelectro-mechanical system RFーNEMS)技術は、将来のキーテクノロジーに位置付けられる。既存のスイッチングデバイスは信頼性が悪く、高速化・高出力化が難しいという問題がある。“超物質"と言われたダイヤモンドは優れた機械的・熱的・化学的安定性を持ち、高周波数領域で高信頼性、高速、かつ大電力的なRF-NEMSスイッチを実現することが期待できる。平成24年度では、単結晶ダイヤモンドのナノ可動構造体カンチレバーおよびブリッジの作製に成功するとともに、全単結晶ダイヤモンドのナノマシンスイッチの開発に世界で初めて成功した。開発されたダイヤモンドカンチレバの高周波振動性(>MHz)、高品質因子(10000)を実証した。そのうえ、表面固着がほとんど観測されず、高い再現性および高い信頼性ナノマシンスイッチを実現したダイヤモンドMEMS/NEMSにとって、微細加工技術とデバイスコンセプトのイノベーションは最も基本的な課題であり。従来技術では、シリコン等の半導体基板上にパターニングされた酸化物薄膜(例えばSiO2)を犠牲層として堆積させ、その犠牲層上に多結晶ダイヤモンドあるいはダイヤモンド状カーボンを選択成長させた後、犠牲層をエッチング除去することによって、可動構造体を作製している。多結晶ダイヤモンドを用いたMEMSデバイスは、機械性能、安定性及び再現性は不十分である。さらに、作製プロセスは高温環境を必要とし複雑である。従って、高信頼性・高性能なMEMS/NEMSを実現するために、「単結晶」ダイヤモンド可動構造体の新しい作製技術を開発し、新しいデバイスコンセプトを創作することが重要である。本年度は、単結晶ダイヤモンド可動構造体の最も基本作製技術を開発した。平成25年度は、NEMS可動構造体を製作し、ベクトルアナライザを立ち上げ、ロックイン技術とともに、共振周波数測定して、機械特性も議論する。さらに、最適なRFーM/NEMSスイッチデバイスのために、ケースレー半導体計測器を利用して、ダイヤモンドカンチレバーの電気性能を調べる。さらに、ダイヤモンドに対応する簡単な横電界開閉操作方式のRF-MEMSスイッチデバイスの設計と試作を行い、最適なデバイス構造を確立する。開閉操作の有効性を達成するために、以実験とデバイスの動作原理により調べる。高品質ダイヤモンド基板の購入
国語科教育におけるメディア・リテラシー育成のための学習論構築に関する基礎的研究

本研究では、国語科におけるメディア・リテラシーの学習論の構築をめざして、現代英米の国語科教育論におけるメディア・リテラシーの議論を考察し、「集団としての学習動機」について、その内容と実践への組み込まれ方について明らかにした。また、国語科において写真を用いた学習プログラムを開発・実施し、写真メディアの解釈に強いこだわりをもつ学習者の実態を明らかにした。さらに、メディア・リテラシーの評価問題の事例分析を試み、その課題を明らかにした。当該年度では、理論面での資料体系の整備として米国のものを調査した。なかでもH.Jenkinsの諸論、および彼らのプロジェクトに国語科におけるメディア・リテラシー育成のための学習論構築に強く関わるものを見出し、考察した。考察は第125回全国大学国語教育学会広島大会で発表した。国語科におけるメディア・リテラシーの学習の最も根幹をなす「読むことの動機」についての発表である。(砂川誠司(2013)「メディアを活用した授業における読者コミュニティ成立の条件また、写真メディアを中心として教科書における写真利用の実態を明らかにしつつある。現在までに国定期における国語教科書での写真利用の実態を明らかにした。(砂川誠司(2014)「国定期国語教科書における写真教材の役割」(『愛知教育大学研究報告人文・社会科学編63』pp.17-25))さらに、附属学校との共同研究授業の開発を行った。主に利用したのは米国におけるメディア教育関連の教育書であり、写真を利用した授業開発を行った。(福田充哉・砂川誠司(2014)「国語科授業におけるメディア実践とことばの学びー単元「一枚の写真を読もう」を通してー(『愛知教育大学教育創造開発紀要第4号(実践報告)』pp.187-195)基礎的研究としての資料体系の整備、およびそのまとめの作業、さらにその実践的展開の下地づくりが進み、学習論構築の材料が理論面からも実践面からも整いつつある。当該年度では、実践系の資料に力点を置いて考察を進めてきた。資料取集においては、Heinemann社、およびStenhouse社から出版されている教育書を中心として、アメリカにおけるメディア・リテラシー教育の実践的取組をまとめた書物はほぼ収集が完了した。ただし、収集したものは、個々に理論的背景の異なるものであり、それらが提案するものを同一の理論にまとめることは困難である。個々の具体からいかに理論を抽出するかが問題である。個々の取り組みについては、現時点での検討の限りでは、学会や論文にて発表するほどの新規性をもつものではないと判断している。また、前年度に学会発表をしたH.Jenkinsの諸論についての考察をさらに進め、学習の論理を再度検討し、論文として発表した(砂川誠司(2015)「国語科メディア・リテラシー教育実践における動機づけの構成ー参加型の読みを実現する集団としての学習動機を共有する指導についてー」『国語国分学報第73集』愛知教育大学国語国分学研究室)。本論文においては、国語科におけるメディア・リテラシー教育実践を考えていく際に、「集団としての学習動機」がどのような状態であるかという視点を持つことが、その後のメディア・テクストの分析・制作の活動の質を大きく変えるものであることを指摘した。一方で、「集団としての学習動機」へのアプローチは、学習を始める前段階のいわば「導入」としてのみ考察されているという点に関しては、さらなる検討が必要であるとした。基礎的研究としての資料体系の充実と、それらを支える理論についての検討を重ねた結果、現時点ですでに一定の学習論を構築できる段階であるが、日本の国語教育へのカリキュラムの統合という点ではいまだ十分な検討ができておらず、課題が残っている。本研究では国語科におけるメディア・リテラシー育成のための学習論の構築をめざして、現代英米の国語科教育論におけるメディア・リテラシーの議論を考察してきた。とくに、「読者反応理論」を説明する言説におけるHenry Jenkinsの諸論に着目し、国語科におけるメディア・リテラシーの学習を構成するうえで重要かつ課題となる「集団としての学習動機」について、それがどのようなものであり、またどのように実践に組み込まれるべきものであるかを指摘した。また、国語科におけるメディア教材の歴史的検討、さらに実際の授業実践として写真を用いた学習プログラムを開発・実施し、写真というメディアの解釈における学習者の「信念」の問題を明らかにした。写真メディアの解釈において、中学校段階の学習者は、とくに強いこだわりを持って解釈の言説を生み出すことがある。これは共同的に学ぶ他の学習者にとって無視できない強度を持って教室内に波及するものである。ただし、そのような解釈は教師の取り上げ方によって他の学習者の認知に影響を与えたり与えなかったりする。したがって、教室内における教師の振る舞い、とくに学習評価に関する諸理論が、国語科におけるメディア・リテラシー実践をより現実的かつ実効可能なものにするためには必要である。この点に関して、現代イギリスにおいて実施されている評価問題の分析から、今後の課題となるべき点を明らかにした。特に記述式の回答を求めるなかで、創作を中心とした課題を作成すること、なかでも日常のメディア生活をシミュレーションできる評価課題を作成することが必要である。

さらに、メディア・リテラシーの評価問題の事例分析を試み、その課題を明らかにした。国語科におけるメディア・リテラシーの学習に際して、授業をどのように構成したらよいかという理論的な水準での考察のまとめを論文化した。計画段階では論文による発表は掲げていなかったが、まとまった資料体を得ることができたため、発表を行うことができた。そのため、我が国における実践への接合に関する検討はいまだ十分検討できていない。計画段階における一部は想定よりも進み、一部はわずかながら遅れているということから、「おおむね順調に進展している」とした。教科教育学研究の最終年度としてこれまでに考察したことをまとめる。特に我が国の国語教科書における写真教材についての見解を、さらに精緻なものとすることで、これまでのものとの接合ができるのではないかと考える。当該年度においては、この方面からの考察を論文化することをめざす。平成25年度の実施計画では英米のメディア教育論の資料体系の整備を計画していた。当初の計画通り、米国の資料体系を調査した。それらはすでに学会発表され、また、実践開発に役立てられている。平成26年度以降にそれらの知見を我が国の国語学習に統合させていくことを挙げているが、そのための下準備として、現在までに国定期の国語教科書における写真利用の実態を明らかにした。平成25年度の計画としては挙げられていなかったものであるが、膨大な資料を調査・分析するにあたって、少し計画を前倒しつつ行っている。さらに、実践的なフィールドを得ることが何よりも研究を順調に進展させている。資料体系の充実とともにそれらがどのように学習論としてまとめられるかを考えていくうえで、そうしたフィールドにおける生きた情報は欠かせない。これも、当該年度における計画としては挙げられていなかったものであるが、平成26年度以降の研究に必ず必要なものであり、そのための下地ができたことが、この研究を「おおむね順調に進展している」に区分できる理由である。平成26年度はまず、我が国の国語科におけるメディア活用についてのあり方をまとめることを計画している。すでに行った教科書調査を現行の教科書にまで拡大し、検討する。同時に英米の理論的研究の資料体系の整備をさらに促進させ、そのまとめと考察を進める。すでに平成25年度の考察によって、考察すべき観点が明確になりつつある。さらにその観点を精緻なものとすること、また我が国でのメディア活用への土台とするべきことが課題である。そのための計画としては実践系の資料収集を計画していた。この点を進めていきたい。本研究は資料体系の整備を中心として行うものであり、図書購入額が中心を占める。
微分作用素の固有値の幾何学及び部分多様体の幾何学に関する研究

本研究において微分作用素の固有値問題の固有値に関する研究及び部分多様体の幾何学に関する研究を軸にすえて,これに関わる研究課題を様々な手法で手がけることを目的とした。(1)50年前にPayne,Polya,Weinbergerらに提案された張り詰められた状態でのプレートにおけるBuckling問題の固有値の普遍不等式に関する難問に対して,新しい研究方法で"nice"試験関数を構成し,この難問を解決した。固有値の研究に重大な貢献を与えた。(2)双調和微分作用素のDirichlet固有値問題の固有値に対する普遍不等式に関する研究について,1999年Ashbaughに提案された問題を解決した。(3)複素射影空間上の領域,複素射影空間内の複素部分多様体におけるLaplace微分作用素のDirichlet固有値問題の固有値に対する普遍不等式に関する研究について最適な評価を得た。(4)n次元Euclid空間内の有界領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題の第k番目固有値に対する上限の研究は難しくて,研究成果は殆どなかった。我々は先ず代数的な漸化式を創造し,この漸化式を使って,Weylの漸近式を精密化し,第k番目固有値に対する上限を与えた。kの位数の意味で最適であることもわかった。(5)完備なリーマン多様体の有界領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題の固有値に関する普遍不等式の研究について,我々はNashの定理を利用し,試験関数を構成することが成功し,完備なリーマン多様体内の有界領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題の固有値に関する普遍不等式を得た。我々の不等式は最適であることも分かった。(6)単位球面内のMobiusスカラー曲率一定のコンパクト部分多様体に関するpinching問題を研究し,最適なpinching条件を得た。更にこのような部分多様体を分類した。(7)単位球面内のスカラー曲率が一定のコンパクトな超曲面におけるヤコビ作用素の第1固有値を評価し、最適な上限を与えた。1.微分作用素の固有値に関する研究について(2)双調和微分作用素のDirichlet固有値問題の固有値に対するuniversal boundに関する研究について,1999年Ashbaughに提案された問題を解決した。(3)複素射影空間上の領域,複素射影空間内の複素部分多様体におけるLaplace微分作用素のDirichlet固有値問題の固有値に対するuniversal boundに関する研究について最適な評価を得た。2.部分多様体の幾何学に関する研究について(1)単位球面内のMobiusスカラー曲率一定のコンパクト部分多様体に対して,Pinching問題を研究した。我々のPinching条件は最適であることも分かった。(2)4次元anti-de Sitter空間内のゼロGauss-Kronecker曲率をもつ完備極大空間的超曲面を研究し,第2基本形式によりこのような超曲面を分類した。1.P.Li、Yauの部分的に解決したPolya予想及びWey1の漸近式により、n次元Euclid空間内の有界領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題の第k番目固有値に対する下限を与えた。しかし、第k番目固有値に対する上限の研究はかなり難しい。研究成果は殆どなかった。

我々は先ず代数的な漸化式を創造し、この漸化式を使って、Weylの漸近式を精密化し、Laplace作用素のDirichlet固有値問題の第k番目固有値に対する上限を与えた。kの位数の意味で最適であることもわかった。2.n次元Euclid空間内の有界領域又は球面内の領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題の固有値に関する最適な普遍不等式はそれぞれYangとCheng-Yangにより証明された。完備なリーマン多様体の有界領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題の固有値に関する普遍不等式の研究成果はほとんどなかった。その理由としては試験関数をどのように構成するかどうかを分からなかった。我々はNashの定理を利用し、試験関数を構成することが成功した。よって、完備なリーマン多様体内の有界領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題の固有値に関する普遍不等式を得た。我々の不等式はYang-型で、最適であることも分かった。3.単位球面内のスカラー曲率が一定のコンパクトな超曲面は平均曲率の積分の汎関数の臨界点であることが知られている。この超曲面におけるヤコビ作用素の第1固有値を評価し、最適な上限を与えた。さらに、第1固有値がこの上限になるための必要十分条件はこのコンパクトな超曲面が全臍的であるか、またはClifford超曲面であることである。4.球面又は複素射影空間内の有界領域におけるLaplace作用素のDirichlet固有値問題のlower order固有値に関する最適な不等式を得た。
フラストレートした格子上における二重交換系の数値的研究

フラストレートした格子上における二重交換模型の熱力学的性質を調べるために、モンテカルロ法を用いた数値的計算手法の開発を行った。前年度までの成果として、まず出発点として簡単な形状の格子をとりあげ、その臨界現象が計算可能であるかどうかの検証を行つた。その結果、臨界温度や臨界指数などが正確に得られ、これによって、ここで用いている計算手法の有効性や精度に関する知見を得ることができた。これらをふまえた上で、本年度め目標として、2次元角格子をとりあげ、イジング対称性をもった二重交換模型のモンテカルロ法による計算を行った。これはフラストレーションのある最も単純な格子である。その結果、粗い見積としてこの系ではかなり低温まで磁気相関が発達しないことがわかった。また、計算結果が系のサイズ、形状、境界条件等に敏感であることも示された。これは、フラストレーションのために低エネルギーにおけるスピン励起スペクトルが密になっているため、系の特徴的エネルギースケールがフラストレーションのない系に比べて小さくなっているからであると考えられる。また、強磁性ゆらぎ(波数0)と有限の波数をもつ揺らぎとの競合が重要であることから、系のサイズに整合する揺らぎが人工的に強調されてしまうことが予想される。したがって、このような系の振る舞いを正確に取り扱うためには取り扱う系のサイズも相応に大きくする必要がある。前年度までの計算アルゴリズムは、計算時間が系のサイズの三乗に比例するものであったため、系のサイズを大きくすることには限界があった。このため、我々は計算時間が系のサイズに比例する新たなアルゴリズムを開発した。これによって、取り扱える系のサイズが一桁程度大きくなることが確認された。今後は、この新しいアルゴリズムを用いて物理量等の計算を行い、フラストレーションが物性に与える影響を定量的に評価する予定である。本年度の目標としては、まず出発点として簡単な形状の格子をとりあげ、その臨界現象が計算可能であるかどうかの検証を行った。具体的には、2次元正方格子上におけるイジング対称性をもった二重交換模型を取り上げ、その臨界現象を有限サイズスケーリング、ビンダー係数法、および臨界緩和法などを併用して、解析を行った。その結果、臨界温度や臨界指数などが得られ、その値は二重交換相互作用を2次元正方格子イジング模型に写像したものと矛盾しないことがわかった。これによって、ここで用いている計算手法の有効性や精度にかんする知見を得ることができた。次の目標として、フラストレーションのある最も単純な格子として、2次元三角格子をとりあげ、イジング対称性をもった二重交換模型のモンテカルロ法による計算を行った。この系では低エネルギーにおけるスピン励起スペクトルが密になっていることが予想されるが、実際のモンテカルロ計算でも物理量の温度依存性からそのことが伺える。現在、温度依存性のより精密なデータを計算中であり、ここからスピン励起スペクトルについての知見を得ることを目標としている。これらの研究と平行して、モンテカルロ計算を実行する並列コンピュータシステムの改良を行った。並列計算用の通信ライブラリとして、標準で用いられているMPIライブラリと、最近開発されたMP_LITEライブラリの両者の性能評価を行った。並列多重度が大きくなるに従い、MP_LITEライブラリの方が性能が高くなることが示された。現在、すべてのプログラムをMP_LITEライブラリを用いて計算するように改良中である。
黄色靭帯における骨化メカニズム

脊柱靭帯骨化症では黄色靭帯特有の微細構造の違いがあると考え、共同研究者の中間は頸椎黄色靭帯の超微細構造と靭帯細胞のアポトーシスについて報告し、脊柱靭帯骨化症における黄色靭帯には構築学的な違いが存在することを証明してきており、本研究では構造的な違いに焦点を当て、骨化モデルを人工的に作製し、骨化メカニズムを証明することを検討した。まず、黄色靭帯に対する細胞親和性を把握するためにin vitroで骨髄間葉系細胞を黄色靭帯、脂肪、腱、筋肉等の各組織と共培養し比較したところ、黄色靭帯が他の組織より間葉系細胞親和性が高いことを確認できた。次に骨化のメカニズムを解明するために間葉系細胞と各組織を骨分化誘導培地で培養することにより、靭帯の骨化様組織が発生することを確認したが、靭帯内に骨芽細胞を誘導・分化できなかった。黄色靭帯を骨化誘導するためには別の要因が考えられたため、後縦靭帯骨化、黄色靭帯骨化の30-40%に合併する糖尿病に着目し、ストレプトゾトシンを投与することにより作製した糖尿病ラット(STZラット)とII型糖尿病ラットモデルであるSDTラットの黄色靭帯を用いて実験を行った。STZラットの黄色靭帯を骨髄間葉系細胞と共培養すると靭帯内に骨化組織が見られたが、SDTラットの黄色靭帯では骨化組織は見られなかった。ところが、糖尿病ラットの黄色靭帯のみを単独で培養した場合でも、培養2週以降で骨化部分が確認できた。糖尿病による黄色靭帯の変化が骨化に大きく関与していることが予想されたが、因子の同定は期間内では突き止めることができなかった。今後も引き続き検討していく予定である。脊柱の黄色靱帯は、脊柱管の後方にあって第2頸椎から第1仙椎までの椎弓間を連結し、脊柱管後壁を椎弓と共に構成し、脊柱の生理的運動性を保持する機能を有し、前屈で伸展かつ制動し、後屈で収縮する。このように生理学的に極めて重要な靱帯である一方、肥厚、石灰化、骨化を起こし脊髄圧迫の原因病巣となる。これまでの研究では、遺伝子的背景、骨化巣に注目した組織学的・分子生物学的検討が数多くなされてきたが、どれも解決の糸口になつていない。共同研究者である中間は、黄色靱帯特有の微細構造の違いがあると考え、頸椎黄色靱帯の超微細骨像と靱帯細胞のアポトーシスについて報告し、脊柱靱帯骨化症における黄色靱帯には構築学的な違いが存在することを証明してきており(Nakama S, et al. Med Mol Morphol.2005, Nakama S, et al. Med Mol Morphol.2006)、本研究では構造的な違いに焦点を当て、骨化モデルを人工的に作製し、骨化メカニズムを証明することを検討した。平成20年度は黄色靱帯に対する細胞親和性を把握するためにin vitroで骨髄間葉系細胞を黄色靱帯、脂肪、腱、筋肉等の各組織と共培養し比較した。黄色靱帯が他の組織より間葉系細胞親和性が高いことを確認できたが、骨化のメカニズムを解明するために間葉系細胞と各組織を骨分化誘導培地で培養することにより、靱帯の骨化が起こるか確認したが、靱帯内に骨芽細胞を誘導・分化できなかった。骨芽細胞と共に共培養したものでは一部骨化様のものが見えたが、黄色靱帯に付着している骨片と判別がつかなった。そこで、次年度では細胞マーカー遺伝子を導入した骨芽細胞を使用し確認することを検討している。また、黄色靱帯を骨化誘導するためには別の要因が考えられ、環境因子を変更して実験することを検討している。
少子高齢化・人口減少社会における租税・社会保障制度についての研究

少子高齢化・人口減少が急速に進展するわが国では、深刻な財政問題、とりわけ租税・社会保障制度に係わる財政問題が最重要課題の一つとなっている。早急に適切な構造改革を行い、これらの制度をドラスティックな人口構造の変化に対応させる必要がある。ライフサイクル一般均衡モデルによるシミュレーション分析を行った結果、(現実的な改革案として現在わが国で真剣に議論されている)公的年金を基礎年金のみに限定し、その全額を消費税で賄う改革案は、資本蓄積を促進し、経済成長を促進するものの、パレート改善を達成できない(経済学的には支持されない)ことが示唆された。現在わが国では、少子高齢化・人口減少という構造変化が急速に進行中である。現行の租税および社会保障制度は、人口構成が若く、経済成長率も高い時代にそれに適合するように基本的な骨格が構築されている。それゆえに、現在のように少子高齢化が進行し、人口が減少し始め、経済成長も鈍化するのに伴って、既存の制度の下では様々な歪みが生じ、制度の持続可能性が危惧されている。本研究の目的は、わが国の租税・社会保障制度をこのようなドラスティックな構造変化に対応させるための具体的な改革案を提示することにある。わが国の公的年金制度は実質的に賦課方式で運営されているが、この方式の下では、少子高齢化の進展に伴い、若年世代や将来世代に重い負担を背負わせることになる。このため、現在、若者の年金制度に対する不信感が高まっており、その持続可能性が重要な問題となっている。わが国では、2004年に公的年金制度の改革が実施されたが、若者の年金制度に対する不信感が完全には拭い去れていない。さらなる抜本的な年金改革の必要性が明らかになってきている。本稿では、わが国の税制と公的年金制度の特性を取り込んだ世代重複型一般均衡モデルの数値解析を用いて、わが国の公的年金改革の方向性について分析を行った。本稿で得られた主要なシミュレーション結果は、次の3点である。(1)まず、わが国の現行の公的年金制度で用いられている基礎年金方式と、スウェーデンの新しい公的年金制度で用いられている最低保障年金方式とではどちらが望ましいかを調べた。その結果、基本的に基礎年金方式のほうが望ましいとの結果が得られた。しかしながら、実際に社会厚生が改善するかどうかは、方式の転換に伴って発生する(一般会計から年金部門への)財政移転額の変化をどの税目によって調整するかに大きく依存することが示された。消費税は相対的に資本蓄積を促進することから、税収全体に占める消費税収の割合が高くなるような改革を行う場合に社会厚生が高まった。(2)次に、公的年金制度が所得比例年金のみから成るケースについて考察した。その結果、効率性が高まることによる効果が期待されたが、効率性の改善はそれほど大きくなかった。また、年金を通じた所得再分配が無いことから、公平性の点で社会厚生を低下させる。その結果、この改革は社会厚生を改善しなかった。(3)最後に、わが国における望ましい公的年金改革について検討した。その結果、もし現行のわが国の公的年金給付と同じ水準の年金制度を考慮するとすれば、公的年金を基礎年金のみに限定し(すなわち、所得比例年金を廃止する)、それを消費税により賄うことが最も望ましいとの結論が得られた。本稿では、わが国の税制と公的年金制度の特性を取り込んだ世代重複型一般均衡モデルの数値解析を用いて、わが国の公的年金改革の方向性について、2008年から2200年までの移行過程の分析を行った。(1)まず、公的年金制度の改革に関して、基礎年金全額を消費税で賄う改革、さらに、公的年金を基礎年金のみに限定し、それを消費税で賄う改革は、中・長期的に厚生を改善する可能性があることが示唆された。(2)次に、その財源調達法についても検討を行った結果、比例支出税(消費税)を導入することにより、中・長期的に社会厚生が改善される可能性があることが示唆された。この結果は、基礎年金の拡大を伴う場合には、年金制度を通じて所得再分配が図られるため、税制度のほうはある程度フラット化しても良いことを示している。

(3)最後に、累進支出税の導入の効果について検討したところ、中・長期的に最も高い社会厚生を達成できる可能性があることが示された。わが国では2004年に公的年金制度の改革が実施されたが、この年金改革は抜本的なものとは言い難く、若年世代の公的年金に対する不信感を完全に拭い去ることができなかった。このため、さらなる改革の必要性が指摘されることが最近多くなってきている。特に、基礎年金給付の全額を消費税で賄う年金改革に賛同する有識者も多く、基礎年金の財源調達法に関して、現在、社会保険方式から全額税方式への転換が現実的な政策課題として取り上げられている。本稿では、人口構造の変化と公的年金政策が経済成長と世代内および世代間公平に与える影響を、Auerbach=Kotlikoffタイプの世代重複型一般均衡モデルを拡張した上で、シミュレーションによる数値解析を行った。本稿では、まず、基礎年金給付を全額消費税で賄う(すなわち、社会保険方式から全額税方式に切りかえる)ケースと、それに加えて、報酬比例部分の年金を廃止する(すなわち、賦課方式から積立方式に転換する)ケースについて検討を行った。その結果、両方の改革案について、将来世代の厚生が改善する一方で、移行世代の厚生が悪化することが示された。次に、これら2つの改革案が、全体として、パレート改善を達成するかどうかを検証するために、改革案それぞれについてLSRA(Lump Sum Redistribution Authority)transfersを導入したケースについて検討を行った。その結果、両方の改革案ともパレート改善を実現しないことが示された。これらの結果は、上記の2つの改革案は、将来世代の厚生を改善するが、制度の移行に伴うコスト(すなわち、移行世代の厚生の悪化)も考慮に入れて、全体として評価すると、支持できない改革案であることを示している。このように、これらの改革案は、将来世代の厚生を移行世代の厚生よりも高くウェイト付けしない限り、経済学的には支持できないことが示唆された。わが国では2004年に公的年金改革が行われたが、少子高齢化の急速な進展の下では、十分な改革とは言い難いものであり,抜本的な改革の必要性が高まってきている。本研究では、実際に現実的な改革案として現在わが国で真剣に議論されている、公的年金の有力な改革案について、コンピュータを用いた数値解析を行うことにより、将来世代の厚生まで考慮に含めた分析を行った。具体的には、ライフサイクル一般均衡モデルによるシミュレーション分析の手法を用いて、基礎年金の全額を消費税で賄う改革案、また、報酬比例年金(二階建て部分)を廃止し、公的年金を基礎年金のみにする改革案が、現在世代・将来世代の各世代、およびそれぞれの世代の低・中・高所得層の家計の効用に与える影響について分析を行った。その結果、消費税への依存をより高める、このような改革案は、資本蓄積を促進し、将来世代の厚生を高める一方で、現在世代の一部の世代の厚生を大幅に引き下げることが確認された。そこで、改革案が全体として、経済厚生を引き上げるのかどうかを検証するために、LSRA(Lump Sum Redistribution Authority)transfersをモデルに導入した。これは、改革後に効用が改善する世代も悪化する世代もあるが、各世代の家計に(プラスまたはマイナスの)一括金の移転を行うことにより、一旦、全ての世代が改革前の効用と同一水準の効用を維持できるようにするものである。
キスペプチン神経系による生殖と生殖行動の協調的制御機構の探索

生殖を制御するという報告があるキスペプチン神経系が持つその他の機能を包括的に理解するため、受容体を発現する細胞をGFPで可視化し、RNAseqによって同定するという新しいアプローチを用い、キスペプチンによって制御される神経系を同定した。また、この方法によって同定したニューロンに対して電気生理学的な手法によってキスペプチンの作用を解析した。キスペプチンによって、摂食や恒常性維持に関連するペプチド神経系、行動への関与が示唆されるペプチドニューロンに対し、持続的な脱分極を引き起こすことが示唆された。また関与が示唆されたいくつかの神経ペプチドについて、TALEN法によるノックアウト個体の作出を行った。本年度は、キスペプチンによって制御される神経系の解析を行った。キスペプチン受容体がイソトシン、バソトシンニューロンに発現していることを既に示しているので、イソトシン、バソトシンニューロンにカルシウムインジケーターGCaMPを発現するトランスジェニックメダカを作成し、記録を開始した。また、キスペプチン受容体にGFPを発現するトランスジェニックメダカを用いたgpr54-1発現ニューロンの同定のための予備実験を行った。イソトシン・バソトシンニューロンを可視化したトランスジェニックメダカにおいて、導入したカルシウムインジケーター、GCaMPの発現が弱い一方、スクリーニングのために導入したDsRedの強い発現が見られた。これらのニューロンから電気記録を開始したところ、規則的な発火活動と周期的なバースト発火活動が見られた。現在、成育しているトランスジェニック個体が少ないためまだ記録数は少ない。次年度はこれらのトランスジェニックメダカを用い、キスペプチンのイソトシン・バソトシン神経系に対する生理作用を検証する。また、キスペプチンニューロンが神経支配する神経系を明らかにするため、受容体gpr54-1発現細胞にEGFPを発現するトランスジェニックメダカを作成した。EGFP免疫組織化学と、gpr54-1 mRNAのin situhybridizationを行ったところ、gpr54-1 mRNAを発現している細胞を正確にラベルしていることがわかった。これらのメダカを用い、電気生理学的な解析を行なうと同時に、ニューロンの同定のための次世代シーケンサーの利用の準備を進めた。GFPを発現している細胞のみを単離することが可能となったので、次世代シーケンサーを用い、このニューロンの神経伝達物質が同定されることが期待される。本年度は、キスペプチンによって制御される神経系を、電気生理学的に解析し、また、分子生物学的手法によってキスペプチンによって制御される神経系の同定も一部行うことが出来た。バソトシンニューロンへのキスペプチンの作用バソトシンニューロンを可視化したトランスジェニックメダカを用い、電気記録を開始したところ、ルースセルパッチクランプ法で記録中にキスペプチンのペプチドを投与することにより、バソトシンニューロンの発火頻度が上昇することが明らかになった。発火活動以外への関与も考えられるので、カルシウムや転写制御など、さまざまな可能性の検討を開始している。イソトシン・バソトシンノックアウトメダカの作成TALEN法を用い、イソトシン、バソトシンのノックアウトメダカを作成した。今後の電気生理学的実験に用いることができる。また、表現型をキスペプチンのノックアウトメダカと比較することにより、この神経回路におけるキスペプチンの関与の度合い、重要性について検討する材料を整えた。次世代シーケンサーを活用したgpr54-1細胞の神経伝達物質の同定前年度までに特異性の検証を行ったgpr54-1-EGFPトランスジェニックメダカのGFP発現細胞における神経伝達物質の同定を行った。次世代シーケンサーを用いたRNAseq法により、GPR54-1-EGFP細胞は摂食に関与する神経伝達物質を発現していることが示唆されたため、二重in situ hybridization法によって細胞レベルでの厳密な検証を行ったところ、終脳腹側野の摂食に関与するとされる神経伝達物質を発現するニューロンがGPR54-1 mRNAを発現していることが明らかになった。現在、この群に対するパッチクランプ記録およびキスペプチンの生理作用の検証を開始している。残りの群においても、同様の実験を再試行することにより、同定を行う。現在までに得られているトランスジェニックラインは、カルシウムインジケーターの発現が弱いものの、DsRedの発現は、パッチクランプを行う際に細胞を同定するのに十分な蛍光量であり、実際に電気記録に成功している。したがって、解析のためのトランスジェニックメダカの作成は、順調に成功した、と考えている。現時点では個体数が少ないが、次年度増殖したこれらのトランスジェニックメダカを用いて集中的に電気記録を行う準備は整っている。また、受容体発現細胞を可視化したトランスジェニックメダカに関しても、細胞回収も行えるようになっている。

次年度の早い時期に細胞回収、次世代シーケンサーを用いた神経伝達物質の同定を行えば、未知のニューロンへのキスペプチン制御も明らかにできる。これらの未知のニューロンに対するキスペプチン神経系の支配に関する電気生理学的な解析は、進展しているので、同定さえ出来れば、その神経支配の多くが説明出来ることになると期待される。したがって、現時点で概ね順調に、予定に近い形で研究が進展していると考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。完成したイソトシン、バソトシンニューロンを可視化したトランスジェニックメダカを用いて、電気生理学的にキスペプチン神経系による支配を検証する。当初は、導入したカルシウムインジケーターにより、カルシウム動態の観察を行おうと考えていたが、実際に解剖し、いくつかの生理学的解析手法を検討してみたところ、細胞体が比較的大きいこともあり、比較的簡単にホールセルパッチクランプ記録ができることがわかってきた。したがって、電流固定、電位固定法といった、電気生理学的な解析を主に、キスペプチンのイソトシン・バソトシンニューロンに対する作用のメカニズムを、より詳細に解析する。次世代シーケンサーを用いた未知のニューロンの発現遺伝子の同定は、早い時期に行う。すでに細胞の単離方法は確立しているので、あとは一般的なプロトコールにしたがって、増幅、シーケンスを行う。これまでそろえてきたgpr54-1発現細胞の電気生理学的な解析と共に、キスペプチン神経系による視索前野ニューロンの支配のメカニズム、生理学的な意義を明らかにしていきたい。