hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
行動理論に基づく大学生の自己成長を促す挑戦的課題達成型授業の開発とモデル構築

このことは、挑戦的課題達成型授業プログラムの開発とその検証を行う介入研究に支障が出てくるわけで、最終年度は介入研究ができる人だけで行わざるを得ない状況に追い込まれてしまった。よって、実技授業を持たないメンバーは理論・モデルの構築や大学体育実技授業の恩恵に関する大規模調査研究に参画するようにして研究を進めている。挑戦的課題達成型体育授業による自己成長を促す研究を行った。本研究プロジェクトでは、体育授業における恩恵が新たな気づきを生み、自己成長へつながるとの仮説モデルを立て、モデルの検証を行うとともに実技授業を用いて実証的研究を進めた。自己成長を促すには、単なる楽しみ追及の体育授業ではなく、挑戦的な課題設定の下に、その課題を達成する努力のプロセスが必要であるとの前提で研究を進めたものである。自己成長をどのように捉えるかに関しては、近年台頭してきたポジティブ心理学での研究領域の1つであるポジティブ徳性(強み・長所)とした。理由は、ポジティブ徳性の徳目がスポーツにかかわるものが多々存在するからである。本研究では、モデルを検証するために、体育授業における「恩恵」「気づき」「ポジティブ徳性」を測定する尺度が必要となる。これらを測定する尺度はいくつかみられるが、本研究の主旨にそった大学体育授業特有の尺度の必要性から、改めて大学体育授業版の3種類の尺度を開発することとし、「体育授業版主観的恩恵尺度(3因子25項目)」「体育授業版気づき尺度(3因子12項目)」「体育授業版ポジティブ徳性尺度(1因子24項目」を開発することができた。これらの尺度の信頼性と妥当性は確認されているものの、さらに妥当性の検討は進める必要があるだろう。分析の結果、挑戦的課題達成型授業で恩恵、気づき、ポジティブ徳性の顕著な向上を促すことが明らかにされ、演習型大学体育授業に比べ効果が高いことが判明した。なお、介入方法としては、目標設定法、セルフモニタリング、ポジティブ心理学介入(うまくいったこと日誌)などを用いた。また、階層的重回帰分析を用いた分析の結果、仮説は検証され、体育授業による恩恵が新たな気づきを育み自己成長につながるというメカニズムを明らかにすることができた。本年度は、5月下旬に第1回目の研究打ち合わせ会を開催し、今年度の具体的方針を決定することにしている。また、九州体育・スポーツ学会(8月)や日本体育学会(9月)の大会期間に合わせて研究の進捗状況に関する情報交換、特に尺度開発の進捗状況について確認する。最終的には、九州地区大学体育連合研修会でシンポジウムを開催し、この研修会に合わせて研究報告会を行う。今年度中に自己への気づき尺度とポジティブ徳性尺度の開発を行う。また、メンバー各自は積極的に研究発表をさまざまな学会で行っていく。平成29年度の研究成果報告は報告書としてまとめ公表する。大学体育授業版の気づき尺度とポジティブ徳性尺度の信頼性と妥当性を検討するため、6月に大規模調査を実施することにしている。また、恩恵、気づき、ポジティブ徳性の相互関係と変化を分析するため、前期の授業で調査を実施している。
レーザー加熱連続延伸による繊維構造形成のX線マイクロビームによる直接観察

2次延伸工程中で合成繊維はネック延伸され、ほぼ繊維構造が形成・決定される。この過程を観察する目的で、X線散乱測定用のレーザー加熱延伸装置を設計・試作した。まず、試作機で連続延伸工程中の構造形成過程をX線散乱の手法でその場観察できることを示した。本装置ではネック変形点の位置変動を0.5mm以内に抑えることができ、これは数百μsオーダーの時間分解能に相当する。次に、SPring8のシンクロトロン放射光をX線源とし、ポリエチレンテレフタレート(PET)の繊維構造形成過程のその場観察を行った。具体的には、ネック変形後の経過時間をパラメータとしてX線広角回折像及び小角散乱像の変化を観察した。それらの延伸倍率依存性をも検討した。ネック変形直後から小角散乱像に長周期構造に起因する4点散乱像が現れるが、広角回折像に結晶性回折ピークが現れるのはそれ以後である。結晶化以前に大きな密度揺らぎが出現することを示している。X線広角回折像の時間発展で特徴的なのは、子午線上の回折角5.4°に現れる(001')反射と赤道上のPET結晶からの回折ピークである。(001')反射は延伸点直後から明瞭に観察されるのに対して、結晶回折ピークは数ミリ秒後から現れる。この(001')反射の強度は、時間の経過とともに大きくなるが結晶回折ピークが明瞭になると消失してしまう。(001')反射がPET分子鎖の伸びきり鎖構造に由来するので、このX線回折像の変化は、まず繊維内部で伸びきり鎖がフィブリル状2次元秩序構造を形成し、次の過程で結晶となること示している。高次反射である(002'),(003')も観測され、これらの詳細な解析から、ネック変形後1ms以下の経過時間で直径4-5nm、長さ約100nmのフィブリル状2次元秩序構造が形成され、その後数ミリ秒のうちに結晶が成長し、ミクロフィブリルとなるとする構造形成モデルを提案した。高強度・高弾性率繊維の開発の基礎として、種々の繊維構造形成過程の詳細を解明することが本研究の目的である。具体的には、未延伸糸の延伸過程における構造変化をX線広角回折法(WAXD)及び小角散乱法(SAXS)で直接観察し、検討しようとする試みである。これまでの研究の多くは、延伸時における繊維の同一部分の構造変化を時間の関数として観察しようとした。しかしながら、この方式では延伸点の位置の変動が常に問題となる。そこで、本研究では、レーザー加熱延伸法によれば、延伸点の位置変動を抑え、延伸点からの位置の関数として繊維構造形成過程を観察できることに着目した。平成15年度は、レーザー加熱延伸装置の設計、試作、問題点解消、試運転、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を用いたWAXDとSAXS実験の最初の成功を目的に研究を進めた。使用するX線源は、京都工芸繊維大学に設置された超高輝度X線発生装置とし、試作装置の規格をそれに対応させた。次年度以降の詳細な解析にはシンクロトロン放射光の利用が必要と考えており、装置のポタビリティーにも注意を払いながら、設計・試作した。試作機を10月末に導入、種々の動作上の問題点を解決後、直径600μmの未延伸PET繊維を延伸倍率約5倍で連続延伸することに成功した。ここで、目的とするX線測定に装置調整上の困難が生じた。

すなわち、延伸点から異なった距離でX線像を撮影するには、X線、レーザー、繊維の走行方向の3者を適当な位置に微調整することが必要であるが、これが予想外に困難であった。この問題の克服後、延伸過程のWAXD及びSAXS像の撮影にまず成功した。さらに、透過X線強度の位置依存性を測定することで延伸位置を決定できることを確認した。両者のX線像を比較すると、延伸に伴う結晶化以前にかなり大きな密度揺らぎが生じていることが初めて示唆された。高強度・高弾性率繊維の開発の基礎として、いわゆる繊維構造の形成過程の詳細を解明することが本研究の目的である。具体的には、未延伸PET糸のレーザー加熱延伸過程における構造変化をX線広角回折法(WAXD)及び小角散乱法(SAXS)で直接観察し、繊維構造形成過程を検討しようとする試みである。昨年度に試作したレーザー加熱延伸装置を用いて,直径600μmの未延伸PET繊維を延伸倍率約5倍で連続延伸しながら,WAXDとSAXSをその場観察した.X線照射位置を延伸点から0.5mm幅で変えながら構造変化を観察した.このとき,延伸点から照射位置までの距離は,ネッキングが起こってからの経過時間に対応する.従って,測定する位置を延伸点から遠ざけていけば,繊維構造形成過程が時間の関数として直接観察できることになる.ここで用いた時間分解能は,約7msである.観察結果から,長周期構造が20msで出現し,それと同時に結晶化も始まり,約40msで著しい結晶配向が生じることがわかった.また,より短い経過時間における構造変化を観察するために,未延伸糸の送り出し速度と延伸糸の巻き取り速度を高速化し,時間分解能を0.5msにまで高めることに成功した.このときのWAXDによる構造変化の観察によれば,0.5msですでに配向結晶化が始まっていることがわかった.このとき,安定な連続延伸を可能にするため,直径240μmのより細い未延伸糸を用いた.そのため,実験室レベルのX線装置でのSAXS測定が散乱強度の低さから困難と判断した.そこで,大型放射光実験施設SPring8の利用を考え,共同利用実験を申請し,認められた(実験実施予定日6月後半).そのてめ,SPring8のX線散乱装置に対応するための改良を行った.高強度・高弾性率繊維の開発の基礎として、いわゆる繊維構造の形成過程の詳細を解明することが本研究の目的である。具体的には、未延伸PET糸のレーザー加熱連続延伸過程における内部構造変化をX線広角回折法(WAXD)及び小角散乱法(SAXS)で直接観察し、繊維構造形成過程を明らかにしようとするものである。今年度は大型放射光利用実験施設SPring8を利用することで、より短時間でかつ効率よくX線回折像を測定することに成功した。このとき、延伸点の位置変動を±0.3mmに抑えることができ、これは繊維構造形成過程を0.4ミリ秒以下の短い時間分解能で観察できたことに相当する。この分解能は、これまでの連続延伸過程のその場観察に関する研究で得られた分解能を凌駕している。測定されたX線回折像の時間発展で特徴的であるのは、子午線上の回折角5.4°に現れる(001')反射と赤道上のPET結晶からの回折ピークである。(001')反射は延伸点直後(0.5ミリ秒後)から明瞭に観察されるのに対して、結晶回折ピークは数ミリ秒後から現れる。この(001')反射の強度は、時間の経過とともに大きくなるが結晶回折ピークが明瞭になると消失してしまう。(001')
協調学習アルゴリズムを用いた公正なシステム運用方式の獲得技術

システムを構成単位ごとに自律的に行動するマルチエージェントシステムとしてモデル化した.しかし現実のシステムでは不確実性や計測不能な未知のパラメータが存在するため,タスクやゴールへの到達方法を事前にあらゆる場合を想定し,予め設定することは非常に困難である.このため,試行錯誤を通して環境に適応する学習制御の枠組みである協調学習アルゴリズムを開発した.この手法を用いて公正な運用方式を獲得し,最終的にシステムを現実の人間社会に応用した場合の整合性を検証する環境として利用可能であることを確認した.協調学習の適用例として追跡問題に強化学習を適用した.完全知覚学習と呼ばれる学習法で学習すると,エージェントの数が多くなるにつれて状態数の爆発が起こってしまうという問題がある.そこで,着目するエージェントの数を2体に限定することにより,状態数を減らして強化学習の速度を速くした.しかし,問題として知覚精度を下げて得られる知識を減らしていることにより,学習の後期における行動選択の精度が低下することが挙げられる.そのため,長期的な性能は完全知覚学習と比較すると劣ってしまう.そこで,切り換え学習を用いる.強化学習において,特に時間のかかる初期の学習を知覚精度を下げて高速化し,ある程度学習が進んだ段階で完全知覚に戻すことを考える.ここで,初期の知覚精度を下げた影響は完全になくならないため,行動判断の精度を完全に保つことはできない.この問題を解決するために学習を切り換えるための,適切なタイミングを得るのにゴールデンクロスを利用した.ゴールデンクロスとは,移動平均線を利用したチャート分析の一つである.短期の移動平均線が長期の移動平均線を下から上に突き抜けるようなチャートを指す.株価分析によく用いられ,ゴールデンクロスが見られると短期の買い需要が高まっていることを示し,買いのサインとされる.このように,ゴールデンクロスは過去のデータを利用して数値上昇予測をしており,下に凸であるグラフの上昇部分の検出に優れている.株価分析に用いるのが主流であるが,学習精度が劣化して捕獲ステップ数が増加するタイミングを見つけるのにも相性が良いと考えられる.このゴールデンクロスを利用した切り換え学習法を考案した.その後,適用実験を通して適切な切り換えタイミングを確認し,提案手法が設定された学習率・割引率に応じて柔軟に適切な切り換えタイミングを自動検出し,切り換え学習により効率的な学習ができることを示した.システムを構成単位ごとに自律的に行動するマルチエージェントシステムとしてモデル化した.しかし現実のシステムでは不確実性や計測不能な未知のパラメータが存在するため,タスクやゴールへの到達方法を事前にあらゆる場合を想定し,予め設定することは非常に困難である.このため,試行錯誤を通して環境に適応する学習制御の枠組みである協調学習アルゴリズムを開発した.この手法を用いて公正な運用方式を獲得し,最終的にシステムを現実の人間社会に応用した場合の整合性を検証する環境として利用可能であることを確認した.社会インフラを構成するシステムをその構成単位ごとに自律的に行動するマルチエージェントシステムとしてモデル化した.各エージェントの構造は知的判断部,基本機能部,ネットワーク通信関連部からなる.ネットワーク通信によりSOAP(Simple Object Access Protocol)プロトコルを介して結ばれるマルチエージェントシステムについて基本機能を定義し,その機能をモデル駆動開発手法を用いて一部実装した.定義された作業が協調をとりながら実行されることを確認するためプロトコルに準拠したテストを実施した.実フィールド環境では,不確実性や計測不能な未知のパラメータが存在するため,タスクの達成方法やゴールへの到達方法を事前にあらゆる場合を想定し,あらかじめ設定することは非常に困難となる.このため本研究では試行錯誤を通して環境に適応する学習制御の枠組みである協調学習を提案する.協調学習の適用例として追跡問題に強化学習を適用した.完全知覚学習と呼ばれる学習法で学習すると,エージェントの数が多くなるにつれて状態数の爆発が起こってしまうという問題がある.そこで,着目するエージェントの数を2体に限定することにより,状態数を減らして強化学習の速度を速くした.しかし,それだけでは学習精度が悪くなってしまうので,ある程度学習したところで,学習速度が遅いが学習精度が良い完全知覚学習の学習器を利用するという“学習器の切り換え"という手法を用いることにより学習の速度を速く,かつ収束精度を良くすることができた.その際,一回の試行を通じて二つの強化学習の学習器を利用することになるので,メモリ量が膨大になることが考えられる.これについては,学習器の切り換えをする前後で学習器はメモリ上に2体に着目して学習する学習器,または完全知覚学習の学習器のみにしてメモリ量の削減を実現し強化学習の効率化ができた.社会インフラを構成するシステムをその構成単位ごとに自律的に行動するマルチエージェントシステムとしてモデル化した.各エージェントの構造は知的判断部,基本機能部,ネットワーク通信関連部からなる.実フィールド環境では,不確実性や計測不能な未知のパラメータが存在するため,タスクの達成方法やゴールへの到達方法を事前にあらゆる場合を想定し,あらかじめ設定することは非常に困難となる.このため本研究では試行錯誤を通して環境に適応する学習制御の枠組みである協調学習を提案した.協調学習の適用例として追跡問題にQ学習を適用した.完全知覚学習と呼ばれる学習法で学習すると,エージェントの数が多くなるにつれて状態数の爆発が起こってしまうという問題がある.そこで,着目するエージェントの数を2体に限定することにより,状態数を減らしてQ学習の速度を速くした.しかし,問題として知覚精度を下げて得られる知識を減らしていることにより,学習の後期における行動選択の精度が低下することが挙げられる.そのため,長期的な性能は完全知覚学習と比較すると劣ってしまう.そこで,切り換え学習を用いる.Q学習において,特に時間のかかる初期の学習を知覚精度を下げて高速化し,ある程度学習が進んだ段階で完全知覚に戻すことを考える.

ここで,初期の知覚精度を下げた影響は完全になくならないため,行動判断の精度を完全に保つことはできない.この問題を解決するために学習を切り換えるための,適切なタイミングを得るためにゴールデンクロスを利用した.公正なシステム運用方式を獲得する協調学習法であるQ学習を十分確立し,検証するために協調学習の典型的なベンチマークである追跡問題を例に徹底的にアルゴリズムを見直した.エージェントの知的判断部を実現してシステムとしてまとめ,プロトタイプシステムを構築し,シミュレーションによる評価を行い良好な結果を得た.工学昨年度,一部先行的に検討していた本研究のメインテーマの一つである協調学習アルゴリズムをゴールデンクロスを用いた切り換え学習により確立した.これを基礎にしてプロトコルを通信するための分散型システムアーキテクチャを設計した.本研究のメインテーマの一つである協調学習アルゴリズムの中核部分について先行的に検討・実施し,実現の見通しが得られた.分散型システムアーキテクチャにより,各エージェントを効率よく協調させて,公正なシステム運用方式を獲得するためのエージェントの知的判断部を実現する.さらにこれらをシステムとしてまとめ,プロトタイプシステムを構築し,シミュレーションによる評価を目指す.システムのモデル化と協調学習アルゴリズムの中核部分については見通しが得られたので,これらを基礎にしてプロトコルを通信するための分散型システムアーキテクチャの設計や各エージェントを効率よく協調させ公正なシステム運用方式を獲得するためのエージェントの知的判断部の実現を目指す.分散型システムアーキテクチャにより,各エージェントを効率よく協調させて,公正なシステム運用方式を獲得する協調学習法であるQ学習を十分確立し検証するために,協調学習の典型的なベンチマークである追跡問題を例に徹底的にアルゴリズムを見直した.このため,プロトタイプシステムの構築が来年度となった.エージェントの知的判断部を実現してシステムとしてまとめ,プロトタイプシステムを構築し,シミュレーションによる評価を目指す.ネットワーク上で実用可能性を検証できる程度の規模をもつプロトタイプシステムを構築するため,クライアントマシンおよびネットワーク部品等を購入する.ネットワーク上で実用可能性を検証できる程度の規模をもつプロトタイプシステムを構築するため,クライアントマシンおよびネットワーク部品等を購入する.
蒸気型前駆物質を利用した蛍光ナノ粒子気相燃焼合成法に関する研究

本研究は、蛍光発光特性を有するナノ粒子の蒸気型前駆物質を利用した気相燃焼合成法の開発を目的として実施したものである。初年度に当たる本年度は、特に粒子合成装置の開発及び粒子合成試験の実施までを目標に実施した。合成試験装置は、前駆物質蒸発室・燃焼用バーナ・粒子捕集器から構成され、蒸発器にて蒸気化された前駆物質が燃焼用燃料ガスと共にバーナまで導かれ、気相燃焼反応領域を通過することで粒子の合成が行われる。今回、合成する粒子は近赤外励起・可視蛍光の特徴を持つY_2O_3:Yb,Erとし、前駆物質にはY(C_llH_19O_2)_3、Yb(C_l1H_19O_2)_3、Er(C_11H_19O_)_3の混合物を使用した。燃焼には、最高燃焼温度が3000K程度まで到達するメタン・酸素同軸二重円管拡散火炎を用いた。合成された粒子の電子顕微鏡(TEM)観察から、1050nm膿の直径を持つナノ粒子が良好}こ合成されていることが確認された。また、燃料ガスの希釈によって燃焼温度を2000K3000Kまで変化させて合成したところ、燃焼温度が高いほうが合成粒子径も大きくなることが明らかとなった。合成された粒子に対して、980nm半導体レーザ励起による蛍光発光を分光器を用いて測定したところ、670nm程度の波長域における良好な蛍光が観察され、さらに、合成燃焼温度が高い方が蛍光強度も強くなることが確認された。X線回折測定(XRD)によって粒子の結晶構造を調べたところ、合成火炎温度が高い場合には単斜晶、低い場合には立方晶構造となっており、この構造の違いが蛍光発光強度に影響していることが示唆された。以上の結果の一部は、既に国際会議において発表及び解説記事として掲載されており、また2008年5月に開催される国内会議にて発表を予定、さらに学術雑誌(Journal of Luminescence)への投稿を準備中である。
理科教授技能習熟のための自己訓練システムの研究

本研究のテーマに関係して平成9年9月に千葉大学で開催した日本科学教育学会教育実践研究部会でシンポジウムをおこなった.本研究の成果は(1)大分大学で皮膚抵抗反応を指標として,子供の状態を把握しながら,授業スキルを訓練して行くためのシステムを開発した.これを授業を受講している子供全員の皮膚抵抗反応を教師教卓上にあるコンピュータディスプレイ上にその加工したデータを映し出し,そのディスプレイをみながら子供の情動反応を体感しながら授業を進め、授業技術を体験的に獲得しようとするものである.(2)皮膚抵抗反応の基礎資料に関して,関係学会で発表した.(3)インターネットを利用した教師訓練システムを構築し,日本教育工学会で発表した.(4)初任教師の授業力量形成に関して,日本教育工学会で発表した.(5)教育実習前後における学生の授業観の変化で日本教育工学会で発表した.(6)認知論的観点の基礎研究は日本科学教育学会,96年度九州支部大会及び教育実践研究部会の合同主催で取り上げ,R.White氏の講演会を開いた.(7)環境教育をテーマにメタ認知についての所見を環境教育学会に発表した.(8)本研究成果を報告書にまとめた.本研究のテーマに関係して平成9年9月に千葉大学で開催した日本科学教育学会教育実践研究部会でシンポジウムをおこなった.本研究の成果は(1)大分大学で皮膚抵抗反応を指標として,子供の状態を把握しながら,授業スキルを訓練して行くためのシステムを開発した.これを授業を受講している子供全員の皮膚抵抗反応を教師教卓上にあるコンピュータディスプレイ上にその加工したデータを映し出し,そのディスプレイをみながら子供の情動反応を体感しながら授業を進め、授業技術を体験的に獲得しようとするものである.(2)皮膚抵抗反応の基礎資料に関して,関係学会で発表した.(3)インターネットを利用した教師訓練システムを構築し,日本教育工学会で発表した.(4)初任教師の授業力量形成に関して,日本教育工学会で発表した.(5)教育実習前後における学生の授業観の変化で日本教育工学会で発表した.(6)認知論的観点の基礎研究は日本科学教育学会,96年度九州支部大会及び教育実践研究部会の合同主催で取り上げ,R.White氏の講演会を開いた.(7)環境教育をテーマにメタ認知についての所見を環境教育学会に発表した.(8)本研究成果を報告書にまとめた.本研究は平成7年度から9年度の3年計画である.本研究遂行にあたって,まず理科授業の構造についての理論構築を大分でのフェーストゥフェースによる研究会や手紙,電話,E-MAIL等で連絡をとりながら,各研究者が研究をすすめた.そして,(1)授業をその深化の程度で分類する授業4段階説,構成主義的授業論,教師行動と児童行動の対応等から授業に関する知見を検討し,理科授業の構造についての理論構築をおこなった.それらの成果は日本科学教育学会の年会で中間報告してある.また,理科授業中の皮膚抵抗反応等の生理反応測定の意味,イメージマップ法,再生刺激法等の知見を検討し,理科教師訓練システムの技術的側面の理論構築をおこなった.それらの成果は日本科学教育学会の年会で中間報告してある.これらの理論構築をもとに具体的な授業設計,皮膚抵抗反応,脈波,脳波の測定を行いデータを分析,まとめつつある.また,生理反応,再生刺激法的手法から再生刺激法におけるストップポイントの割り出しを研究しつつある.新たに得られた知見として,教授スキルとして,沈黙に耐えることの重要性,構成主義的観点を取り入れること,皮膚抵抗反応と脈波の関係,再生刺激法へのイメージマップ的手法を取り入れることの可能性等の新しい知見がえられ,最終的な教授技能習熟のための自己訓練システム構築の基本構想はまとまった.本教授は平成7年度から9年度の3年計画であり,本年度はその2年目である.本研究遂行にあたって,まず理科授業の構造についての理論構築を大分でのフェース等フェイスによる研究会や手紙,電話,E-MAIL等で連絡をとりながら,各研究者が研究を進めた.本年度の成果は(1)大分大学で皮膚抵抗反応を指標として,子供の状態を把握しながら,授業スキルを訓練して行くためのシステムを開発し,日本教育工学会で発表した.これは授業受講している子供全員の皮膚抵抗反応を教師教卓上にあるコンピュータディスプレイ上にその加工したデータを映し出し,そのディスプレイをみながら子供の情動反応を体感しながら授業を進め,授業技術を体験的に獲得しようとするものである.(2)皮膚抵抗反応の基礎資料に関して,日本理科教育学会で発表した.(3)インターネットを利用した教師訓練システムを構築し,日本教育工学会で発表した.(4)初任教師の授業力量形成に関して,日本教育工学会で発表した.(5)教育実習前後における学生の授業観の変化で日本教育工学会で発表した.(6)認知論的観点の基礎研究は日本科学教育学会,九州支部大会及び教育実践研究部会の合同主催で取り上げ,R.White氏の講演会を開いた.本研究のテーマに関係して平成9年9月に千葉大学で開催した日本科学教育学会教育実践研究部会でシンポジウムをおこなった.本研究の成果は(1)大分大学で皮膚抵抗反応を指標として,子供の状態を把握しながら,授業スキルを訓練して行くためのシステムを開発した.これは授業を受講している子供全員の皮膚抵抗反応を教師教卓上にあるコンピュータディスプレイ上にその加工したデータを映し出し,そのディスプレイをみながら子供の情動反応を体感しながら授業を進め,授業技術を体験的に獲得しようとするものである.(2)皮膚抵抗反応の基礎資料に関して,関係学会で発表した.(3)インターネットを利用した教師訓練システムを構築し,日本教育工学会で発表した.

(4)初任教師の授業力量形成に関して,日本教育工学会で発表した.(5)教育実習前後における学生の授業観の変化で日本教育工学会で発表した.(6)認知論的観点の基礎研究は日本科学教育学会,96年度九州支部大会及び教育実践研究部会の合同主催で取り上げ,R.White氏の講演会を開いた.(7)環境教育をテーマにメタ認知についての所見を環境教育学会に発表した.(8)本研究成果を報告書にまとめた.
運動学習に影響を及ぼす重力認知の習得過程に関する発達的検討

幼児から成人を対象に落下してくるボールの捕球動作に関する重力認知の発達的影響とそのメカニズムの検討を行った。結果は、1捕球方略(動作開始時間、追跡速度)は、年齢の増加に伴い投射速度の影響を受けなくなる、23種類の落下速度の一致タイミング課題に関しては、年齢の増加で自由落下の影響を受ける、3投射前後での頭部の動きに関して、幼児は成人に比べて投射後のボールの軌道の影響を受けている、4捕球方略((動作開始時間、追跡速度)は年齢の増加に伴って自由落下の重力1.0Gの影響を受ける、の4点が明らかになった。このことは、捕球動作の発達段階に応じて重力の内部モデルの影響を受けることを示唆している。本年度は、落下に関する重力認知が捕球方略の発達に与える影響について検討することを目的に、2つの実験を行った。第一の実験は、昨年度の研究で確認された実験方略を中心に、小学4年生と中学生の被験者を対象に異なる投射速度で落下してくるボールの捕球方略に関して検討を行った。実験課題は、投射機から12m離れた位置に被験者立ち、開始位置前後1.5メートルずつの位置に落下してくるように3種類の投射初速度(前:11.7m/sec,開始位置:12.5m/sec,後:13.6m/sec)でランダムに投射されて落下してくるボールの捕球を課題とした。測定は3次元動作解析のためにOPTOTRACK(NDI社製)を使用し、分析は、動作開始時間と投射直後から捕球までの速度に関して行った。その結果、動作開始時間に関しては、小学生より中学生の方が投射位置の違いの影響を受けることが明らかになった。また、動作速度に関しては、中学生はボール投射後0.6秒前後から投射速度の違いによる動作速度の違いが確認されたが、小学生では、動作開始地点へボールが落下する投射速度がピークになる0.9秒前後から投射初速度の違いが動作速度に影響を示していた。このことは、中学生は投射速度が最も早い段階から投射速度の影響を受けていたことを示している。第2の実験では、ボール捕球を行った個々の重力認知の発達的な違いが捕球方略における予測へ影響しているかを明らかにするために、異なる重力(1/2G,1G,2G)で落下する刺激に対する一致タイミング課題を行った。その結果、中学生は小学4年生よりも遅い重力加速度では、尚早反応を起こしやすいが、1Gよりも速い重力加速度では小学生に比べて予測の誤差が小さかった。以上の2つの結果より、中学生の方が小学4年生よりも重力の影響を受けており、年齢が高くなるほど重力の認知を学習していることが示唆された。本年度は、大学生と幼児(年長児)を被験者・児の対象に検討を行った。実験課題・手続きは、大学生に関する実験では、投射機から12m離れた位置に被験者立ち、開始位置前後1.5メートルずつの位置に落下してくるように3種類の投射初速度(前:11.7m/sec,開始位置:12.5m/sec,後:13.6m/sec)でランダムに投射されて落下してくるボールの捕球を課題とし、OPTOTRACK(NDI社製)を使用し、動作開始時間と投射直後から捕球までの速度に関して分析を行った。同時に、ボール捕球を行った個々の重力認知の発達的な違いが捕球方略における予測へ影響しているかを明らかにするために、異なる重力(1/2G,1.0G,2.0G)で落下する刺激に対する一致タイミング課題を行った。一方、幼児に関しては、全体のボールの自然落下の位置を変えた場合のボール捕球方略に関して検討を行った。これらの実験を行う時点で、さらに、大学生、幼児とも頭頂に角速度計を設置、固定し、頭部の動作と投射速度のコーディネーションの測定・解析を行った。その結果、動作開始時間に関して大学生では、落下位置が真中の時が最も開始時間が遅かった。次に、重力認知が捕球方略における予測への影響(動作開始時間)について検討を行った結果、大学生は、1/2Gと2.0Gの間で有意な差が認められ、特に、遅い重力加速度においては尚早反応を起こしやすい傾向が認められた。また、重力認知と動作開始時間に関しては、1.0Gの時のみ有意な正の相関が認められ、自然落下の重力(1.0G)に順応して動作を開始していたことが示唆された。一方、頭部の動作と投射速度とのコーディネーションを測定した結果では、投射後約0.2msec以降で投射速度の違いによって頭部の動きに違いが認められた。幼児に関しては、測定が終了し、現在分析を行っているところである。

本年度は、運動学習における重力の役割に関して、基本的な実験装置の整備と実験計画の確認をするために、重力落下にかかわる運動技能を有している野球選手とそのような技能を経験していない大学生を対象に、落下してくるボールの捕球に関する運動技能学習における重力の認知の違いを、動作開始時間・捕球までの歩行速度と加速度歩行軌跡に関して分析を行った。具体的な実験課題は、予備実験の結果、投射機から12m離れた位置に被験者が立ち、開始位置前後1.5メートルずつの位置に落下してくるように3種類の投射初速度を設定し(前:11.9m/sec,開始位置:12.5m/sec,後:13.9m/sec)、放出され落下してくるボールの捕球を課題とした。動きに関しては、3次元動作解析のためにOPTOTRACK(NDI社製)を使用した。動作開始時間に関しては、ボール投射直後、最初に体が動き出した地点での時間を測定した。その結果、落下に関するスキルを有している野球選手は3つの位置とも動作開始時間が未経験の大学生に比べて速く、特に動作開始位置と前の2か所の位置においては約1秒近くの差が認められるケースもあった。動作速度に関しては、野球経験者はボール投射後40秒から50秒の間から未経験者は投射後90秒前後から初速度の違いによる歩行速度の違いが確認された。また、投射初速度と歩行速度の関連に関して、歩行速度に違いがみられた最初の段階では、経験者は歩行速度が最も速かったのは投射の初速が遅い速度であり、次いで中間の速度、最後が速い速度であったが、野球未経験者は最も歩行速度が速かったのは野球経験者と同様であったが、中間の速度と速い速度では差が見られなかった。このことは、発達的には同じ大学生であるが、それまでの自由落下という落下に関する運動技能の経験の差が落下に関する捕球方略への違いを引き出している可能性を示唆するものであった。本年度は、大学生と比べ重力認知が未熟であろうと考えられる幼児を対象に、重力の予測と頭部のコネクションを明らかにするために、頭部に加速度計(ジャイロセンサー:)を用いて、落下高さの違うボール捕球時の幼児の頭部の動きを測定し、さらにその分析を行い、これまで測定してきた大学生の結果と比較を行った。方法としては、MKS式幼児運動能力検査の測定項目の一つである捕球課題をもとに落下の高さを子どもの身長の120%、150%、180%にして各高さ5球ずつのボール捕球を行い、その際、ボールの捕球時の頭部の動きとボールの投射の高さとのコーディネーションを検討するため、額の中央に小型の9軸のジャイロセンサーを固定し、ボール投射後の、頭部の上下の動きを測定した。その結果、頭部の動作と投射の高さとのコーディネーションを測定した結果では、投射後0.3msec以降で、頭部の動きと投射の高さとの間で違いは認められなかったが、それ以降は投射速度の違いによって頭部の動きに違いが認められた。このことは、ボールを実験者が投げたボールの高さに応じて頭部が動いた可能性が考えられた。この結果と大学生と比較した場合、大学生では、投射直後には、ボールの投射前から頭を動かす準備がすでにできていたが、幼児は投射後に、ボールの投射方向を見た後にて頭が動いていることがわかった。つまり、大学生では投射前に投射されたボールに対して即時に反応できるための準備が行われていたが、幼児に関しては大学生に比べて投射後にボールの軌道にあわせて頭が動いていたことが明らかになった。また、大学生に関しては、「投射速度が捕球行動に及ぼす影響と重力認知との関連」について重力の内部モデルの視点から結果をまとめ、第65回日本体育学会で発表を行った。さらに、発表内容等については、鹿屋体育大学研究紀要に投稿した。スポーツ心理学、体育心理学
口腔扁平上皮癌における転写因子RUNX3の役割とその発現制御機構解析

本研究の対象である転写因子RUNX3は多くの固形癌において癌抑制遺伝子として知られているが、これまでに我々は、口腔癌においては、その過剰発現より逆に癌の悪性形質を促進することを見出してきた。我々の発表論文に続いて皮膚癌、悪性黒色腫、卵巣癌でも同様な報告がなされている。本年度は転写因子RUNX3の口腔癌におけるさらなる役割やメカニズムの詳細及び予後に与える影響をより詳細に明らかにすることを目的とし、研究を行った。1. RUNX3の下流に働く遺伝子の同定我々はRUNX3がRUNX familyと呼ばれる転写因子群に属すことから、標的遺伝子の転写を実際に制御することで機能すると仮定した。RUNX3の発現の低い口腔癌細胞株にRUNX3を遺伝子導入し、安定性にRUNX3を高発現する細胞株と親株の遺伝子発現を網羅的にマイクロアレイ法にて解析した。この2つの遺伝子発現プロファイルを比較し、発現変動を示すものをRUNX3標的遺伝子候補とした。これらのなかでもRUNX3の機能に関与すると考えられるもの、また種々の口腔癌細胞株でのRUNX3の発現と相関関係にあるものを絞り込み、下流遺伝子としてIGFBP2 (insulin-like growth factor binding protein 2)を同定した。2. RUNX3トランスジェニックマウスの作製昨年度までに上皮特異的なRUNX3トランスジェニックマウスを作製した。本年度はこのトランスジェニックマウスを継続的に飼育し、自然発癌をモニターした。結果、長期的な飼育のみでは野生型、RUNX3トランスジェニックマウスともに自然発癌を生じることはなかった。3. RUNX3の口腔癌における役割の解明口腔癌の予後に影響を与える因子として、痛細胞の上皮間葉移行が知られている。種々の口腔癌細胞株におけるRUNX3の発現は癌細胞の上皮間葉移行の状態とよく相関していた。そこで、RUNX3は上皮間葉移行に何らかの影響を与えると仮定し、TGF-βにより誘導される上皮間葉移行モデルにおいてRUNX3の発現の検討を行ったところ、上皮間葉移行初期に発現上昇し、後期には発現低下することを見出した。このモデルにおいて、siRNAを用いたRUNX3の発現抑制を行うと、上皮間葉移行が部分的に阻害された。(抄録なし)本研究の背景は申請時に比べ、本年度までに大きく変化した。本研究の対象である転写因子RUNX3は多くの固形癌において癌抑制遺伝子として知られているが、我々は口腔癌においては逆に癌の悪性形質を促進させることを見出してきた。我々の発表論文に続いて皮膚癌、悪性黒色腫、卵巣癌でも同様に癌の悪性形質を促進させる因子であると報告されただけでなく、癌抑制遺伝子ではないことを動物モデルで証明した論文も発表され、本研究の意義や重要性はますます高まってきている。本年度は転写因子RUNX3の口腔癌における癌化での役割やメカニズムの詳細及び予後に与える影響をより詳細に明らかにすることを目的とし、研究計画に基づき、以下のとおり実施した。1.RUNX3の下流に働く遺伝子の同定我々はRUNX3がRUNX familyと呼ばれる転写因子群に属すことから、標的遺伝子の転写を実際に制御することで機能していると仮定した。実際にDNA結合領域に変異を挿入したRUNX3を過剰発現させた細胞株では我々が過去に報告したapoptosisの抑制や足場非依存性増殖の促進などの表現型が認められなかった。そこで過去に作製したRUNX3の発現の低い口腔癌細胞株にRUNX3を遺伝子導入し、安定性にRUNX3を高発現する細胞株と親株の遺伝子発現を網羅的にマイクロアレイ法にて解析した。これらのなかでもRUNX3の機能に関与すると考えられるもの、また種々の口腔癌細胞株でのRUNX3の発現と相関関係にあるものを絞り込み、2つの遺伝子を同定した。実際にこれらの遺伝子はRUNX3高発現細胞株で著明に発現上昇していた。2.RUNX3トランスジェニックマウスの作製Keratin14(K14)プロモーターを有する発現ベクターにRUNX 3cDNAを組み込み、このDNAをマウス胚にインジェクションし、トランスジェニックマウスを作製した。本研究の対象である転写因子RUNX3は多くの固形癌において癌抑制遺伝子として知られているが、我々はこれまでに口腔癌においては、その過剰発現は逆に癌の悪性形質を促進することを見出してきた。我々の発表論文に続いて皮膚癌、悪性黒色腫、卵巣癌でも同様な報告がなされるに至っている。したがって本研究の意義や重要性はますます高まってきていると考えられる。本年度は転写因子RUNX3の口腔癌における癌化での役割やメカニズムの詳細及び予後に与える影響をより詳細に明らかにすることを目的とし、研究計画に基づき、以下のとおり実施した1.RUNX3の下流に働く遺伝子の同定我々はRUNX3がRUNX familyと呼ばれる転写因子群に属すことから、標的遺伝子の転写を実際に制御することで機能していると仮定した。

この2つの遺伝子発現プロファイルを比較し、発現変動を示すものをRUNX3標的遺伝子候補とした。これらのなかでもRUNX3の機能に関与すると考えられるもの、また種々の口腔癌細胞株でのRUNX3の発現と相関関係にあるものを絞り込み、IGFBP2を同定した。現在、RUNX3がIGFBP2プロモーター領域に直接結合するか検討を行うため、ルシフェラーゼを用いたレポータアッセイ法を構築中である。2.RUNX3トランスジェニックマウスの作製昨年度までにKeratin14(K14)プロモーターを有する発現ベクターにRUNX3 cDNAを組み込み、このDNAをマウス胚にインジェクションし、トランスジェニックマウスを作製した。本年度はこのトランスジェニックマウスを継続的に飼育し、自然発癌をモニターした。結果、長期的な飼育のみでは野生型、RUNX3トランスジェニックマウスともに自然発癌を生じなかった.本研究の対象である転写因子RUNX3は多くの固形癌において癌抑制遺伝子として知られているが、これまでに我々は、口腔癌においては、その過剰発現より逆に癌の悪性形質を促進することを見出してきた。我々の発表論文に続いて皮膚癌、悪性黒色腫、卵巣癌でも同様な報告がなされている。本年度は転写因子RUNX3の口腔癌におけるさらなる役割やメカニズムの詳細及び予後に与える影響をより詳細に明らかにすることを目的とし、研究を行った。1. RUNX3の下流に働く遺伝子の同定我々はRUNX3がRUNX familyと呼ばれる転写因子群に属すことから、標的遺伝子の転写を実際に制御することで機能すると仮定した。RUNX3の発現の低い口腔癌細胞株にRUNX3を遺伝子導入し、安定性にRUNX3を高発現する細胞株と親株の遺伝子発現を網羅的にマイクロアレイ法にて解析した。これらのなかでもRUNX3の機能に関与すると考えられるもの、また種々の口腔癌細胞株でのRUNX3の発現と相関関係にあるものを絞り込み、下流遺伝子としてIGFBP2 (insulin-like growth factor binding protein 2)を同定した。2. RUNX3トランスジェニックマウスの作製昨年度までに上皮特異的なRUNX3トランスジェニックマウスを作製した。結果、長期的な飼育のみでは野生型、RUNX3トランスジェニックマウスともに自然発癌を生じることはなかった。3. RUNX3の口腔癌における役割の解明口腔癌の予後に影響を与える因子として、痛細胞の上皮間葉移行が知られている。種々の口腔癌細胞株におけるRUNX3の発現は癌細胞の上皮間葉移行の状態とよく相関していた。
非一様光場による高効率二酸化炭素還元システムの開発

提案者は、近接場光の空間的に非一様な光の場(非一様光場)の特長を活かすことで、従前の光応答では不可能であった新奇かつ有用な光励起が可能であることを実証してきた。従前の光化学反応において、光は空間的に一様な光の場として捉えられおり、この光化学反応に対して、非一様光場を反応過程に用いることが出来れば、従来とは本質的に異なる新奇光機能化学反応の創生が期待できる。本研究では、この非一様光場による光励起技術を用いることでCO2還元効率の大幅な向上実現を目的とする。非一様光場が誘起されることにより、光学禁制である分子の中間準位である分子振動準位の励起が可能となるため、分子の吸収端エネルギーよりも低エネルギーの光子によって光励起が可能となる。本構想を実現するために、本年度は近接場発生光源として、アルミナ粒子表面に金ナノ構造(直径1nm)を固定し、さらにこの構造にCO2還元材料としてレニウム錯体の固定を行い、これによるCO2還元効率の効果を確認した。まず、吸収スペクトルの測定を行うことで、金ナノ構造があることによって、レニウム錯体中のMLCTに起因する吸収ピークの増大を確認した。また、レニウム錯体の吸収端の長波長化を確認した。これについて、第一原理計算による解析を行ったところ、近接場光誘起による電場増強の効果を確認し、これによってMLCT遷移が増大することを明らかにした。さらに、近接場光誘起によって光学禁制遷移の励起増大を確認した。さらに、この構造を用いたCO2還元実験を行った。還元には、MLCT遷移に起因する波長帯での実験を行った。その結果、金ナノ構造によってCOへの反応速度の増大を確認することに成功した。当初は、レニウム錯体の吸収スペクトルの変化の確認までを予定していたが、実験系の改良によって、二酸化炭素還元の確認実験までを行うことに成功した。また、理論的にも第一原理計算による解析を行うことで、これまで得られたMLCT遷移の増大と、吸収端の長波長化の効果を定性的に説明する原理を明らかにすることに成功した。金属錯体を母材に吸着させる際、これまで脱プロトン化による化学吸着を行っていたが、これによる吸収スペクトルの変化があった。そこで、この脱プロトン化によらない、吸着法を用いることで、より明確な近接場光励起の効果を明らかにする。また金微粒子について、濃度、およびサイズ依存性の評価を行い、二酸化炭素還元効率の高効率化を目指す。
テレメータシステムによる全部床義歯の咀嚼時における咬合接触に関する研究

本年度は主に実験義歯製作および解析装置の改良を行った。義歯の咬合接触を検知するため従来櫛形のセンサを用いていたが、当教室で開発した同心円状のセンサのほうが咬頭嵌合位から各検知部までの距離が等しく、接触状態の把握に適していた。しかしこの検知装置は製作が困難であり、特に電極から導出する電線の半田づけが困難で、過去に行った実験ではこの部分が半田により漏洩接触したり、唾液に含まれる電解質の滲出により中間絶縁樹脂に漏洩が生じて機能しなくなる場合があった。この欠点を改良するため、絶縁樹脂を従来の即時重合レジンを用いる方法からエポキシ樹脂を使用する方法に置き換えたところ、電解質の滲出が低下し口腔内でも高い絶縁抵抗を示し、良好な結果を得る事ができた。半田による接触については、従来の半田用脚部が直線状になっていたのを改め扇型に配列し接触の危険性を低下させた。解析システムは従来記録をペンレコーダによって行い、記録用紙をデジタイザで計測しデータを得ていたが、今回はON-OFFを直接RS-232Cポートに入力させ、記録・解析を行うシステムを開発した。このことにより解析時間の短縮と記録精度を向上させることができたほか、接触状況をリアルタイムでディスプレイに表示することも可能になり、計測の簡便性を向上させることができた。今後の問題は、現在接触状態の把握が小数歯に限られ、義歯全体の接触状況を解析できない点で、センサのチャンネル数を増やしこれに対処する予定である。
モデルマウス作製による受精障害予防と治療法開発への挑戦

子宮内および卵管内における精子への免疫応答について,そのセンシングメカニズムをTLR2とTLR4に着眼し解析し,さらに母体の免疫応答による子宮内の炎症抑制機構についてINFτをマーカーとして解明を試みた.その結果,精子は子宮上皮細胞に発現するTLR2とTLR4依存的に認識され,それにより発現・分泌されるサイトカイン類により白血球が刺激されることで貪食されることが示された.しかし,この免疫応答は一過的であり,炎症抑制環境において,受精卵が到達すると受精卵が発現・分泌するIFNτの作用で免疫寛容状態へと移行し,それにより着床が成立するという精子および受精卵への経時的な免疫応答が明らかとなった.この直ちに炎症が抑制される仕組みと精液成分との関係についても,精液に含まれるエクソゾームの作用の解析から,エクソゾーム内のマイクロRNAが炎症抑制のキーファクターであることも示した.さらに,卵管内で抗原となる精子数を少なくすること,その少数精子が効率よく受精する仕組みも解析し,受精時に一過的に卵管粘液中で濃度上昇するグルコースとクレアチンが,精子の機能維持に必須なことも明らかとした.この成果から,微少数精子の体外受精系を構築し,ブタ人工授精の希釈液への応用も実施した.この精子生存メカニズムでは,精子尾部の嫌気的解糖系と中編部のミトコンドリアによる呼吸代謝のバランスが重要であり,後者はミトコンドリア内におけるミトコンドリアDNA由来の遺伝子発現と翻訳による持続的な電子伝達系酵素の新規合成に依存していることも解明した.受精に用いられなかった精子は,子宮内や卵管内で貪食される.一般的には,貪食された異物に対して,抗原提示され,免疫系が活性化するが,精子は雌にとって異物であるにもかかわらず,精子に対する抗体は産生されない.このような特殊な免疫環境となっている雌生殖道内におけるメカニズムを解明するため,各発情周期における子宮上皮細胞と白血球,卵管上皮細胞と白血球の関係を解明し,そこに精子が存在するか否かの及ぼす影響について検討した.その結果,子宮および卵管上皮細胞において発情期に異物認識受容体であるTLR2とTLR4が発現していること,これが精子を認識し,p38MAP kinaseやJNKを介してc-junなどのAP-1転写因子ファミリーを介してサイトカインやケモカイン類を発現,分泌させることが明らかとなった.しかし,この刺激は細菌感染時に見られるような慢性的炎症ではなく,一過的であり,その結果,白血球の精子に対する貪食能が高まることが示された.この貪食メカニズムにおいて,ホルモン環境が高エストロゲン,高プロゲステロンのような異常値を示すとき,貪食のみでなく抗原提示が行われ,抗精子抗体が産生しうる可能性が示された.異常なホルモン値下における精子注入によりTLR系が異常をきたし,抗体が産生する可能性が示されたが,その免疫学的な詳細は不明である.本年にフローサイトメーターを導入するため,抗体産生リスクが高まる環境下における白血球のクラスタリングを行うことで,研究を遂行する計画である.子宮内および卵管内における精子への免疫応答について,そのセンシングメカニズムをTLR2とTLR4に着眼し解析し,さらに母体の免疫応答による子宮内の炎症抑制機構についてINFτをマーカーとして解明を試みた.その結果,精子は子宮上皮細胞に発現するTLR2とTLR4依存的に認識され,それにより発現・分泌されるサイトカイン類により白血球が刺激されることで貪食されることが示された.しかし,この免疫応答は一過的であり,炎症抑制環境において,受精卵が到達すると受精卵が発現・分泌するIFNτの作用で免疫寛容状態へと移行し,それにより着床が成立するという精子および受精卵への経時的な免疫応答が明らかとなった.この直ちに炎症が抑制される仕組みと精液成分との関係についても,精液に含まれるエクソゾームの作用の解析から,エクソゾーム内のマイクロRNAが炎症抑制のキーファクターであることも示した.さらに,卵管内で抗原となる精子数を少なくすること,その少数精子が効率よく受精する仕組みも解析し,受精時に一過的に卵管粘液中で濃度上昇するグルコースとクレアチンが,精子の機能維持に必須なことも明らかとした.この成果から,微少数精子の体外受精系を構築し,ブタ人工授精の希釈液への応用も実施した.この精子生存メカニズムでは,精子尾部の嫌気的解糖系と中編部のミトコンドリアによる呼吸代謝のバランスが重要であり,後者はミトコンドリア内におけるミトコンドリアDNA由来の遺伝子発現と翻訳による持続的な電子伝達系酵素の新規合成に依存していることも解明した.人為的に操作できるキーファクターの特定前年度に得られた抗精子抗体産生の発症メカニズムから,マウス個体の脱感作誘導と発症個体において免疫細胞の卵管への誘導抑制(ケモタキシス遮断)により,体内受精が可能となり,繁殖障害を克服できるか否かを検証する.体内受精環境を基に,効率的な繁殖管理法を開発抗体産生と免疫反応が起こらない体内受精環境が誘導できるのか,精子ライブイメージング法と内分泌指標および免疫細胞プロファイリングから解析する.
マラリア原虫ゲノムに対する抗マラリア薬の変異原性リスク評価と突然変異導入機序

熱帯熱マラリア原虫が薬剤耐性を獲得する機序として抗マラリア薬投与による変異誘起の可能性を仮定し、マラリア原虫生体内の突然変異を大腸菌の系で選別するシャトルベクター系を開発した。この系を用いて、化学的突然変異誘起剤ENUならびに抗マラリア薬クロロキン(CQ)存在下で誘起される突然変異スペクトルの違いを見出したが、一方で、大腸菌生体内で不確定的に生じる突然変異と原虫のそれとの区別が煩雑であることが判明した。これを補うべく、コメットアッセイを用いて、CQ存在下でのマラリア原虫のDNA損傷を検出し、突然変異の前駆段階となるDNA損傷が起こりうる条件の選抜に有効であることを確かめた。マラリアは年間58万人の死者を出す疾患であり、実用ワクチンが開発途上である現況下では主たる治療法は抗マラリア薬の投与となる。一方で一部の抗マラリア薬に関してはサルモネラ菌等を用いた変異原性試験で変異原性が弱いながらも見出されており、マラリア原虫での変異原性も考えられる。つまり、抗マラリア薬の投与自体が条件次第では薬剤耐性獲得に寄与してしまうというリスクへの懸念が生じる。このことを検証すべく、熱帯熱マラリアの実験株FCR3に対してシャトルベクターを用いた突然変異検出系の導入に取り組んだのが本研究である。H26年度においてはこの実験系を用いて、化学的突然変異誘起剤として知られるN-nitroso-N-ethylurea (ENU)ならびに抗マラリア薬クロロキンの変異原性の有無を調べた。系統的に比較的近いトキソプラズマでのENUミュータジェネシスの条件(400μg/ml、4時間)を参考に、ENU各濃度2.5400μg/ml、4時間の処理を行い成長阻害率を算出したところ、50-200μg/ml処理群において成長阻害が確認された。この処理群における突然変異頻度を調べたところ、例えば200μg/ml処理群では全体の突然変異頻度は対照群と有意差はなかったが、個々の変異スペクトルでは数塩基レベルの欠失や245T>G変異の上昇が確認された。クロロキン(CQ)処理群(30nM、48時間)に関しては、対照群の突然変異頻度6.1±1.8 x 10(-7)に対し、46.0±15.6 x 10(-7)と約7.5倍の上昇が確認された。またCQ処理群で生じた変異のうち、78.7%は欠損変異であったが、残りの21.3%は217A>Cトランスヴァージョン変異であった。同様の変異スペクトルは対照群では検出されなかったことから、これらの変異はクロロキンにより誘発される突然変異だと思われる。今年度は主に抗マラリア薬クロロキン(CQ)暴露による突然変異頻度とDNA損傷への影響を調べた。まずシャトルベクターをエピソーマルに保持するトランスジェニック原虫に対しCQ30nMを含む培地で48時間の暴露を行いシャトルベクターを回収、大腸菌の系に戻して突然変異頻度を測定した。対照群はCQを含まない培地で培養した原虫を用いた。結果、対照群の突然変異頻度6.1±1.8 x 10(-7)に対し、CQ処理群は46.0±15.6 x 10(-7)と約7.5倍の上昇が確認された。変異レポーターrpsL上の変異スペクトルは、CQ処理群では一塩基置換変異(217A>C)ならびに167bpの欠損変異が対照群と比べ有意に上昇していた。しかし再現実験では突然変異頻度は試行毎に異なり、時として対照群の方が高い突然変異頻度を呈する場合もあった。次に抗マラリア薬への暴露によるマラリア原虫のDNA損傷をコメットアッセイにより調べた。熱帯熱マラリア株FCR3トロフォゾイト期に対しCQ濃度0, 30, 300, 3,000nM, 4時間の処理をし、直ちに洗浄後コメットアッセイを行ったところ、300nM, 3,000nM処理群において明瞭なDNA損傷が確認された一方、0, 30nM処理群では差はなかった。CQ4時間の暴露100nM程度までの濃度では細胞毒性を示さないが300-500nMに至ると約30%の成長阻害率を示すことが知られており(Yanou et al. 1983; Ch'ng et al. 2010; 2011; 2014)、また修復酵素hOGG1とコメットアッセイを組み合わせた予備実験では酸化損傷がCQ30nMの暴露で検出されたので、CQ暴露によるDNA損傷と突然変異頻度の相関を調べるためにはCQ30-300nMの範囲を精査していけば良いことがわかった。