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水素エネルギー材料の次代設計のための量子論的モデリングの深化と応用

本研究課題では,プロトニクス分野の高度化のための研究開発に貢献するため,原子核と電子の双方の量子効果に由来する水素の特異な挙動を予測的かつ定量的に評価するための新規の量子論的モデリング法を構築する.これにより,合金系および錯体化合物系等の水素エネルギー材料の典型モデルにおける水素の吸着,拡散,捕捉,水素化物形成等の反応過程のキネティクスに関する詳細を獲得し,水素特有の量子的振る舞いが当該材料に与える影響を明確にする.本年度は,以下に挙げる課題に取り組み成果を得た.(a)第一原理経路積分レアイベント解析法の構築経路積分計算と電子状態計算を連結した上で,遷移状態・活性化障壁を評価するレアイベント解析法と組み合わせることにより,原子核と電子の量子効果を取り入れた水素挙動解析のための新規の量子論的モデリング手法(即ち,第一原理経路積分レアイベント解析法)のプロトタイプを構築した.これにより,標準的な電子状態計算(密度汎関数理論)で取り扱うことが出来る種々の材料中の多様な水素の反応・移動過程に関する自由エネルギー地形を評価するための枠組みを実現した.(b)水素エネルギー材料中の水素の反応・移動過程のキネティクスの解明構築した手法を活用して,水素エネルギー材料における主要なモデル系の(1)材料表面・界面における水素の吸着・固溶過程および(2)バルク中への侵入・拡散過程における自由エネルギー地形を第一原理的に評価し,水素吸蔵・透過性能を律速する因子の詳細を解析した.本年度は,水素吸蔵・透過材料のモデル系として主要な金属水素化物を取り扱い,水素原子の表面吸着,粒界偏析,拡散における同位体効果等を解析し,当該系における水素の存在状態の量子描像を明らかにした.更に,超多量空孔構造内の水素原子の捕捉状態と構造安定性の機構を解明することに取り組んだ.本モデリング手法の根幹部分である経路積分計算と電子状態計算を連結した解析を実現することができ,更に実際の解析上重要となるレアイベント解析の枠組みの構築に対して目途を付けることができたことから、おおむね順調に進展していると考える.また,研究を遂行するにあたり,「第一原理経路積分解析用並列計算機」(大阪大学)を導入し,研究基盤を整備した.水素挙動のレアイベント解析に際して,研究分担者である志賀を含む関連分野の研究者間で研究会(2018年12月,2019年1月)を実施し,今後展開を進めるべき手法に関して計算分子科学の立場から議論・検討した.また,国内の関連学協会において積極的に発表・議論することで情報発信を行うなど,研究成果の広報活動を展開した.本年度は目標とするモデリング手法の要素技術を首尾よく構築し,その妥当性を確認することが出来た.今後は得られた技術を有機的に活用することで,より実際的な課題における水素の反応・移動過程のキネティクスを評価できるように発展させたい.次年度は以下に挙げる課題に取り組むことを予定している.(a)第一原理経路積分レアイベント解析法の構築構築した手法に関して,材料内水素の協調的運動が支配的となる場合など比較的複雑な反応素過程に対しても適用範囲を広げるために,状態サンプリング法の高度化および効率化に取り組む.具体的には,量子ゆらぎと熱ゆらぎの双方を考慮した反応経路探索手法,ならびに拘束下サンプリングにおける平均力に基づいた断熱自由エネルギーダイナミクス法の構築と動作検証を実施する.(b)水素エネルギー材料中の水素の反応・移動過程のキネティクスの解明前年度に構築した手法を活用して,水素吸蔵・透過材料および触媒材料のプロトタイプとして注目される金属・合金系を対象に,水素溶解・拡散の基本メカニズムを明らかにする.また,強ひずみ加工等による微細粒化が水素の溶解・拡散性に与える影響を明らかにするため,金属中の粒界における水素の振る舞いの解明に取り組む.これらを通じて,水素吸着・拡散・脱離過程において量子効果が顕在化する機構・条件等に関して普遍的な理解を得ることを目指す.加えて,高密度水素化物として注目される錯体水素化物(ホウ素系,アミド系)を対象とし,多様な原子構造(構造相転移)の解明と形成時の前駆体の探索に取り組む.ここで,錯イオン配向等の分子間相互作用を適切に記述するには汎関数の選定・補正が必要となることから,基礎的な事例研究を設定する.本研究課題では,プロトニクス分野の高度化のための研究開発に貢献するため,原子核と電子の双方の量子効果に由来する水素の特異な挙動を予測的かつ定量的に評価するための新規の量子論的モデリング法を構築する.これにより,合金系および錯体化合物系等の水素エネルギー材料の典型モデルにおける水素の吸着,拡散,捕捉,水素化物形成等の反応過程のキネティクスに関する詳細を獲得し,水素特有の量子的振る舞いが当該材料に与える影響を明確にする.本年度は,以下に挙げる課題に取り組み成果を得た.(a)第一原理経路積分レアイベント解析法の構築経路積分計算と電子状態計算を連結した上で,遷移状態・活性化障壁を評価するレアイベント解析法と組み合わせることにより,原子核と電子の量子効果を取り入れた水素挙動解析のための新規の量子論的モデリング手法(即ち,第一原理経路積分レアイベント解析法)のプロトタイプを構築した.これにより,標準的な電子状態計算(密度汎関数理論)で取り扱うことが出来る種々の材料中の多様な水素の反応・移動過程に関する自由エネルギー地形を評価するための枠組みを実現した.(b)水素エネルギー材料中の水素の反応・移動過程のキネティクスの解明構築した手法を活用して,水素エネルギー材料における主要なモデル系の(1)材料表面・界面における水素の吸着・固溶過程および

(2)バルク中への侵入・拡散過程における自由エネルギー地形を第一原理的に評価し,水素吸蔵・透過性能を律速する因子の詳細を解析した.本年度は,水素吸蔵・透過材料のモデル系として主要な金属水素化物を取り扱い,水素原子の表面吸着,粒界偏析,拡散における同位体効果等を解析し,当該系における水素の存在状態の量子描像を明らかにした.更に,超多量空孔構造内の水素原子の捕捉状態と構造安定性の機構を解明することに取り組んだ.本モデリング手法の根幹部分である経路積分計算と電子状態計算を連結した解析を実現することができ,更に実際の解析上重要となるレアイベント解析の枠組みの構築に対して目途を付けることができたことから、おおむね順調に進展していると考える.また,研究を遂行するにあたり,「第一原理経路積分解析用並列計算機」(大阪大学)を導入し,研究基盤を整備した.水素挙動のレアイベント解析に際して,研究分担者である志賀を含む関連分野の研究者間で研究会(2018年12月,2019年1月)を実施し,今後展開を進めるべき手法に関して計算分子科学の立場から議論・検討した.また,国内の関連学協会において積極的に発表・議論することで情報発信を行うなど,研究成果の広報活動を展開した.本年度は目標とするモデリング手法の要素技術を首尾よく構築し,その妥当性を確認することが出来た.今後は得られた技術を有機的に活用することで,より実際的な課題における水素の反応・移動過程のキネティクスを評価できるように発展させたい.次年度は以下に挙げる課題に取り組むことを予定している.(a)第一原理経路積分レアイベント解析法の構築構築した手法に関して,材料内水素の協調的運動が支配的となる場合など比較的複雑な反応素過程に対しても適用範囲を広げるために,状態サンプリング法の高度化および効率化に取り組む.具体的には,量子ゆらぎと熱ゆらぎの双方を考慮した反応経路探索手法,ならびに拘束下サンプリングにおける平均力に基づいた断熱自由エネルギーダイナミクス法の構築と動作検証を実施する.(b)水素エネルギー材料中の水素の反応・移動過程のキネティクスの解明前年度に構築した手法を活用して,水素吸蔵・透過材料および触媒材料のプロトタイプとして注目される金属・合金系を対象に,水素溶解・拡散の基本メカニズムを明らかにする.また,強ひずみ加工等による微細粒化が水素の溶解・拡散性に与える影響を明らかにするため,金属中の粒界における水素の振る舞いの解明に取り組む.これらを通じて,水素吸着・拡散・脱離過程において量子効果が顕在化する機構・条件等に関して普遍的な理解を得ることを目指す.加えて,高密度水素化物として注目される錯体水素化物(ホウ素系,アミド系)を対象とし,多様な原子構造(構造相転移)の解明と形成時の前駆体の探索に取り組む.ここで,錯イオン配向等の分子間相互作用を適切に記述するには汎関数の選定・補正が必要となることから,基礎的な事例研究を設定する.
証明論的手法による形式主義の再検討

今年度は,まずブラウワーのバー帰納法の正当化の分析をさらに推し進めた.実は,申請者の分析が証明論的な結果(正規化定理)を含意するか,という問題が依然として残っていた.この点に関して研究を行った結果,バー帰納法を少し制限した(チャーチ・クリーネの構成的順序数の理論が解釈できる程度の)範囲については正規化定理が成立することが判明した.また,この分析が用いているメタ原理を明確にすることもでき,その結果,ブラウワーの議論は弱いバー帰納法を前提としているものの完全な循環論法とはいえないこともわかった.第二に,本年度はフッサール研究会の依頼を受け『数学の現象学』(鈴木俊洋著)に関する合評会にコメンテイターとして参加した.合評会では数学・論理学の哲学の立場からコメントを述べ,書評を執筆し『フッサール研究』から出版されることになった.第三に,ゲンツェンに関する歴史的研究について慶應義塾大学高橋優太氏との討議を続け,研究を進めた.2013年に出版した論文に歴史的・数学的な考察をさらに加える準備を行い,一定の成果を得た.互いの多忙もあり投稿まで持っていくことはできなかったが,次年度の課題としたい.尚,上記の出版論文は予想外の好評を頂き,2014年11月に2013年度科学基礎論学会奨励賞を高橋氏と共同受賞した.第四に,直観主義の立場をさらに検討していく方向性が見えてきた.本研究を続けていく中で,形式主義と直観主義の関係性が以前よりも明瞭になってきており,たとえば通常は直観(構成)主義で議論されてきたトピックが,形式主義の手法(証明論)によって分析できる可能性が出てきた.特に,パドヴァ大学のサンビン教授,及び京都大学照井一成准教授と共同研究を行った.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は,第一に,ゲンツェンの無矛盾性証明に関する研究を行った.従来,ゲンツェンの三つの無矛盾性証明(19351938年)は異なるものであると考えられてきたが,実は統一的動機を持ったものとして解釈できることを提言した.このために,論理学・数学的アプローチと,歴史的,哲学的アプローチの両方を用いた.論理学・数学的手法としては,現代証明論の手法であるミンツ=ブフホルツの『無限的証明図のための有限的記法』を用い,三つの無矛盾性証明が統一的に再構成・解釈できることを数学的に根拠づけた.また,ゲンツェンのこれまでに注目されてこなかった講演も読解するなど,論理哲学史的な側面に関する根拠づけも試みた.これらの根拠を元に哲学的分析を行い,ゲンツェンの三つの証明が統一的に解釈できることは決して偶然的ではなく,ミンツ=ブフホルツの手法の背後にある「無限的な証明図のコード(プログラム)としての有限的な証明図」というアイディアに基づいていることを指摘した.そして,無矛盾性証明とは,コード(プログラム)としての有限的な証明図を実行するという試みとして解釈できるのではないか,という提言も行った.これらの結果をまとめた論文を,慶應大学の高橋優太氏と作成・投稿し『科学基礎論研究』に受理された.第二に,直観主義者の創始者であるブラウワーのバー定理の証明(1927年)は,数学的ではない仮定(以下,「根本仮定」)に依存しているとしてこれまで扱われてきたが,実は数学的な仮定として解釈できるのではないか,ということに気づき,この点に関して研究を行った.なお,バー帰納法とは,整礎な木の上の帰納法であり,直観主義数学を展開するにあたっての根本原理の一つである.実は,この原理は,直観主義数学において,ブラウワーの証明が数学的ではないとされてきたために,単に公理として仮定される.研究の具体的内容としては,ブラウワーのバー帰納法の証明を,現代的証明論のΩ規則で解釈できるのではないか,という提言を行った.特に,ブラウワーが根本仮定を置かざるを得なかった理由は,Ω規則における非可述性の問題と同じであることを指摘した.また,この成果をいくつかの国際ワークショップで発表し,哲学者,論理学者,数学者のいずれの側からも好評を博し,活発な議論を行うことができた.さらに,この成果のスケッチを来年度ギリシャで開催される国際会議「世界哲学者会議」に投稿した.Ω規則は,本来直観主義と対立すると考えられてきた形式主義の伝統に属し,さらには1970年代後半になって導入された手法であるため,このような洞察は哲学的,数学的にだけではなく,歴史的にも興味深いと思われる.Ω規則がブラウワーの証明論の数学的モデルになっていることを完全に厳密に示すには,まだ数学的細部を詰める必要があり,それは来年度の課題であると考えられる.そして,数学的細部を詰めることができた際には,直観主義解析の順序解析が達成できると考えられ,数学的な結果にもつながると思われる.今年度は,まず,前年に行ったブラウワーに関する研究について数学的細部を詰めた.ブラウワーのバー定理の証明(1927年)は,数学的ではない仮定(以下「基本仮定」)に依存しているとしてこれまで扱われてきたが,現代的証明論の道具立てであるΩ規則で解釈できるのではないか,というのが基本的なアイディアであった.今年度は, Ω規則を実際に定式化し,バー帰納法の埋め込み定理の証明を与えた.

この証明を反省することで,ブラウワーが基本仮定を置いた理由が, Ω規則における非可述性によって説明できることを確認した.以上の結果を英語論文にまとめ,査読付きの国際誌に投稿し現在査読中である.なお,このアイディアのスケッチは,今年度『哲学論叢』から既に出版されている.さらに数学の哲学やブラウワー研究の専門家にも回覧し,コメントをもらった.この結果は, World Congress of Philosophy(アテネ), Functions, Proofs, Construction (チュービンゲン)などの,哲学の査読付き国際会議でも発表された.また,このΩ規則について,正規化定理や崩壊定理などの証明論的性質が(一定の自然な条件の元で)成り立つことを示した.スタンフォード大学ミンツ教授との共同研究については,既に査読付き国際誌に投稿してある論文を仕上げるべくe-mailで議論を重ねた.現在のところ,ほぼ論文は仕上がっており,近日中に改訂版を再び投稿する予定である.以前の査読者のコメントによると,いくつかの点を直せばアクセプト,ということだったので来年度の早い段階で論文は受理されると思われる.高橋優太氏(慶磨義塾非常勤講師)との共著論文「ゲンツェンを読む-三つの無矛盾性証明の統一的解釈-」が今年度の『科学基礎論研究』から出版されたが,高橋氏とはそのあとも共同研究を続けており,今後はゲンツェンの1935年の証明にもさらなる光を当てる形で, (今回の論文で分析した)1936年の証明を再構成する計画が進行中である.今年度は,まずブラウワーのバー帰納法の正当化の分析をさらに推し進めた.実は,申請者の分析が証明論的な結果(正規化定理)を含意するか,という問題が依然として残っていた.この点に関して研究を行った結果,バー帰納法を少し制限した(チャーチ・クリーネの構成的順序数の理論が解釈できる程度の)範囲については正規化定理が成立することが判明した.また,この分析が用いているメタ原理を明確にすることもでき,その結果,ブラウワーの議論は弱いバー帰納法を前提としているものの完全な循環論法とはいえないこともわかった.第二に,本年度はフッサール研究会の依頼を受け『数学の現象学』(鈴木俊洋著)に関する合評会にコメンテイターとして参加した.合評会では数学・論理学の哲学の立場からコメントを述べ,書評を執筆し『フッサール研究』から出版されることになった.第三に,ゲンツェンに関する歴史的研究について慶應義塾大学高橋優太氏との討議を続け,研究を進めた.2013年に出版した論文に歴史的・数学的な考察をさらに加える準備を行い,一定の成果を得た.互いの多忙もあり投稿まで持っていくことはできなかったが,次年度の課題としたい.尚,上記の出版論文は予想外の好評を頂き,2014年11月に2013年度科学基礎論学会奨励賞を高橋氏と共同受賞した.第四に,直観主義の立場をさらに検討していく方向性が見えてきた.本研究を続けていく中で,形式主義と直観主義の関係性が以前よりも明瞭になってきており,たとえば通常は直観(構成)主義で議論されてきたトピックが,形式主義の手法(証明論)によって分析できる可能性が出てきた.特に,パドヴァ大学のサンビン教授,及び京都大学照井一成准教授と共同研究を行った.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は初年度にも関わらず,一本の論文(上記のゲンツェンに関するもの)を査読付きの学会誌における受理までもっていくことができ,さらに,ブラウワーのバー帰納法に関して再解釈のアイディアを得て,発信することができた.両者
細胞初期化／分化過程におけるミトコンドリア機能異常の分子遺伝学的・生化学的解析

本研究では、ミトコンドリア病で最も代表的な変異であるミトコンドリアDNA上の3243A>G変異を有する複数の患者由来線維芽細胞からiPS細胞を誘導することにより、ミトコンドリア機能異常が細胞初期化の障壁となることを初めて明らかにした。さらに、患者由来iPS細胞から神経細胞や心筋細胞を誘導することにより、ミトコンドリア機能異常が神経細胞や心筋細胞の生存や分化を阻害することが示された。本研究結果は、ミトコンドリアの生理機能が細胞初期化や分化において重要な役割を担っていることを示唆しており、ミトコンドリア病の発症機構解明や治療法探索につながる重要な知見といえる。本研究では、ミトコンドリアDNA変異に起因するミトコンドリア病の中でも最も頻度の高いMELAS(m.3243A>G変異)に着目し、細胞初期化/分化過程におけるミトコンドリア機能異常の影響を検証することを主目的とした。はじめに、ミトコンドリア機能異常が細胞初期化に及ぼす影響を解明するため、複数の患者由来m.3243A>G変異線維芽細胞株からそれぞれiPS細胞を誘導し、検体ごとに線維芽細胞とiPS細胞の変異率の分布を比較した。その結果、極めて高い変異率を有するiPS細胞は誘導されにくい傾向があることを発見した。続いて、患者線維芽細胞に対して異なるm.3243A>G変異率を有する1細胞由来のクローンを複数単離し、細胞初期化におけるミトコンドリア機能異常の影響を精査した。その結果、90%以上の変異率を有する患者線維芽細胞クローンでのみミトコンドリア呼吸鎖酵素複合体I、IVの顕著な活性低下を認め、それに伴うiPS細胞誘導効率の顕著な低下を発見した。以上の結果から、ミトコンドリア機能異常は細胞初期化に対して強力な負の制御因子として作用する可能性が示された。一方、樹立されたiPS細胞の特性解析の結果、たとえ変異率100%であってもm.3243A>G変異患者由来iPS細胞はES細胞と同等の多能性を維持していた。すなわち、m.3243A>G変異によるミトコンドリア機能異常はiPS細胞の多能性維持には影響を及ぼさないと考えられる。さらに、細胞初期化過程でのm.3243A>G変異率の変動の有無を検証するため、1細胞由来の患者線維芽細胞クローンからiPS細胞を誘導し、クローン線維芽細胞とiPS細胞の変異率の分布を比較した。その結果、m.3243A>G変異率の分布は細胞初期化過程において大きく変動しないことが明らかとなった。本研究では、ミトコンドリアDNA変異に起因するミトコンドリア病の中でも最も頻度の高いMELAS(m.3243A>G変異)に着目し、細胞初期化/分化過程におけるミトコンドリア機能異常の影響を検証することを主目的としている。昨年度までに、90%以上のm.3243A>G変異を有する患者線維芽細胞クローンではミトコンドリア呼吸鎖酵素複合体I、IVの顕著な活性低下を認め、それに伴うiPS細胞誘導効率の顕著な低下を明らかにした。本結果は、ミトコンドリア機能異常が細胞初期化に対する強力な障壁となる可能性を示唆している。今年度は、樹立したm.3243A>G変異を有するiPS細胞を用いて分化過程におけるミトコンドリア機能異常の影響を検証するため、健常者由来iPS細胞を用いて神経系細胞、心血管系細胞、造血系細胞への分化誘導法を検討した。神経系細胞においては高効率で神経細胞マーカー陽性細胞を、心血管系細胞においては心筋細胞マーカー陽性の拍動細胞を、造血系細胞においては各血液細胞コロニーを再現性良く得られる方法の確立に成功した。上述の方法に従い、m.3243A>G変異を有するiPS細胞から造血系細胞への分化誘導を行った結果、造血幹細胞、各種末梢血液細胞へと分化する過程においてm.3243A>G変異率が大きく変動しないこと、また、高いm.3243A>G変異率を有するiPS細胞が赤血球系細胞への分化抵抗性を示すことを明らかにした。本結果は、ミトコンドリア機能異常が特定の造血系細胞系譜への分化を抑制している可能性を示唆している。本研究では、ミトコンドリアDNA変異に起因するミトコンドリア病の中でも最も頻度の高いMELAS(m.3243A>G変異)に着目し、細胞初期化/分化におけるミトコンドリア機能異常の影響を検証することを主目的としている。昨年度までに、健常者由来iPS細胞を用いて神経系細胞、心血管系細胞への分化誘導法の確立に成功した。今年度は、これらの分化誘導法に従い、m.3243A>G変異を有する患者由来iPS細胞を用いた神経、心筋細胞への分化誘導を行った。用いたiPS細胞はこれまでの研究により樹立された、同一患者由来でミトコンドリア機能が正常な低変異率iPS細胞とミトコンドリア機能が低下した高変異率iPS細胞を用いた。分化誘導の結果、低変異率iPS細胞からは健常者iPS細胞と同様に神経細胞、心筋細胞が正常に誘導されたことが確かめられた。それに対して、高変異率iPS細胞からは神経幹細胞から神経細胞への分化過程において細胞死が顕著に引き起こされることが明らかになった。また、高変異率iPS細胞からは心筋細胞への分化抵抗性も認められた。この傾向は、別の患者由来高変異率iPS細胞を用いた神経細胞、心筋細胞への分化誘導においても同様に認められた。

これらの結果から、m.3243A>G変異によるミトコンドリア機能異常は神経細胞や心筋細胞への生存や分化を妨げることが見出された。本研究結果は、ミトコンドリアの生理機能が特定の細胞系譜への分化に重要であることを示唆している。本研究では、ミトコンドリア病で最も代表的な変異であるミトコンドリアDNA上の3243A>G変異を有する複数の患者由来線維芽細胞からiPS細胞を誘導することにより、ミトコンドリア機能異常が細胞初期化の障壁となることを初めて明らかにした。さらに、患者由来iPS細胞から神経細胞や心筋細胞を誘導することにより、ミトコンドリア機能異常が神経細胞や心筋細胞の生存や分化を阻害することが示された。本研究結果は、ミトコンドリアの生理機能が細胞初期化や分化において重要な役割を担っていることを示唆しており、ミトコンドリア病の発症機構解明や治療法探索につながる重要な知見といえる。昨年度までの研究により、m.3243A>G変異によるミトコンドリア機能の破綻が細胞初期化過程の障壁となりうることを明らかにした。本結果は、体細胞の多能性獲得においてミトコンドリア生理機能が果たす役割の本質的な理解につながる重要な発見であり、現在論文投稿中である。一方、今年度の研究を通じて、高いm.3243A>G変異率を有するiPS細胞が赤血球系細胞への分化抵抗性を示すことを明確に示した。本結果は、ミトコンドリア病患者の造血組織での臨床病型のひとつである貧血症状をin vitroで部分的に再現した重要な結果といえる。また、ミトコンドリア病の代表的な罹患臓器である神経系細胞、心血管系細胞への分化誘導方法を健常者由来iPS細胞を用いて確立できたことは、疾患特異的iPS細胞を用いた病態再現、創薬研究を今後推進していく上で非常に重要な進展であるといえる。細胞生物学これまでの研究により、変異率90%以上の患者線維芽細胞クローンにおいてのみm.3243A>G変異の分子病原性が顕在化し、呼吸鎖酵素複合体I、IVの活性低下が惹起されること(閾値効果)を明らかにした。今後は、変異率90%の複数患者由来iPS細胞を用いて神経系細胞、心血管系細胞へと分化誘導を行い、m.3243A>G変異の閾値効果により誘発されるミトコンドリア機能異常が細胞の発生・分化段階に及ぼす影響を総合的に理解する。これにより、変異型ミトコンドリアDNAに起因するミトコンドリア病にみられる組織・臓器特異的な病態発症機構の全容解明を目指す。変異型ミトコンドリアDNAを病因とするミトコンドリア病には、正常型/変異型ミトコンドリアDNAの割合が一定値を超えることでミトコンドリア機能異常が顕在化し、病態発症へと繋がる疾患群が多く存在する。しかしながら現状では、患者間で認められる臨床病型の多様性(発症年齢、罹患臓器、重症度など)についての十分な知見が得られていなかった。本研究では、複数の患者由来線維芽細胞クローンを活用することで、1患者由来の線維芽細胞株は多様なm.3243A>G変異率分布を示す細胞集団で構成されており、2患者間では変異率分布の形状(ヒストグラム)が全く異なることを発見した。これは、ミトコンドリア病患者の筋病理所見などから推測される「組織内でのミトコンドリアDNA変異率の不均一性」を培養細胞レベルで実証した極めて重要な結果であり、特にミトコンドリア病の臨床診断領域に対して非常に有用な知見といえる。
考古資料に基づく旧人・新人の学習行動の実証的研究

主として二つの成果があった。一つは、最新の考古学的知見を収集・整理して新人がアフリカを出てユーラシアに拡散した年代や経緯、そしてネアンデルタール人と置き換わっていった過程をできるかぎり詳細に跡づけたことである。もう一つの成果は、脳機能の違いに基づく学習能力差が両者の交替劇につながったのではないかという「学習仮説」を考古学的観点から検証したことである。従来、強調されてきた生得的な能力差だけでなく、歴史的に形成された社会環境の違いが、学習行動ひいては適応能力に大きく作用していた可能性を指摘した。本研究は考古学的証拠を用いて旧人・新人の学習能力差を論じる。考古学的証拠とは遺跡に残された過去の人類の活動の痕跡のことであり、彼らが残した物的証拠の全てを言う。それにはモノだけでなく地面に残された痕跡もふくまれる。その解析を通じて旧人・新人の学習行動を再構築、比較するのが本計画研究の主たる目的である。特に、旧人・新人に共通する文化の一つである石器製作をとりあげ量その学習たついて調べる。平成22年度は、次の三つの研究を進めた。(1)学習の産物であった石器製作伝統の分析。新たな石器製作伝統の創出、定着は、それぞれ個体学習、社会学習の結果と考えられる。この点に着目し、旧人・新人が残した石器製作伝統の時間的変遷、地理的変異をさぐるべく氾世界的データベース制作に着手した。これにより、両人類間で個体学習、社会学習を比較検討する素地が整えた。(2)学習の場であった個別遺跡を対象とした事例分析。旧人・新人両者が住み着いた遺跡として知られるシリアのデデリエ洞窟を事例として、石器製作伝統の変遷、居住面における石器製作、学習痕跡などについての分析をおごなった。(3)過去の学習のプロセスを解釈するための現代人の学習行動分析。考古学者を被験者として、石器製作の初心者と熟練者を作品から識別する手法の開発にとりくんだ。その成果は、デデリエ洞窟など実遺跡における学習行動分析に適用しうる。本研究の主眼は考古学的証拠を用いて旧人・新人の学習能力差を定義すること、それをもって両人類の交替劇の諸相が説明できるか(「学習仮説」)を議論することにある。初年度に引き続き、平成23年度も、次の三つの研究を進めた。旧人・新人が残した石器製作伝統の時間的変遷、地理的変異をさぐる氾世界的データベースの制作が進展し、アフリカ、ユーラシア西半について分析、利用可能な状態となった。これにをもとに西アジア地域について両人類間で個体学習、社会学習の経緯を比較検討したところ、新人段階になって個体学習だけでなく社会学習においても格段の進展をなしていることが判明した。シリアのデデリエ洞窟、ドゥアラア洞窟について旧人・新人の生活面解析を実施した。また、デデリエ洞窟の旧人石器群を対象とした製作伝統の変遷パタンについての分析をおこなった。いずれにおいても、両人類間で類似と相違があることが明確になった。1971年に渡辺仁が招来し東京大学に保管されているパプア・ニューギニア狩猟者たちの弓矢データを再解析し、近代化以前の狩猟具製作学習プロセスについて考察した。その結果、製作技術は教示によって向上するものではないこと、ヒトの生活史と密接に関係した生活習慣そのものの中に学習・教育プロセスが包含されていることがわかった。このパタンが考古学的証拠によって検証可能であることも論じた。前年度と同じく、遺跡データベース(NeanderDB)分析に基づく旧人・新人の学習パタンの検討、特定遺跡における学習行動のケーススタディ、実験考古学や民族考古学の手法を用いた現代人の学習パタン解析、といった三つの分野において研究を実施した。データベース分析は、旧人新人交替期の考古学的証拠解析に力点をおいてすすめた。すなわち、アフリカからユーラシアへの新人拡散期において、(1)新人の所産とされる石器群が拡散した経路、年代を定めること、(2)さらにはそれらと各地の在地の石器群との間にどのような相互作用、交替が生じたか、を検討した。(1)は交替劇のプロセスを明示する研究である。これについての大きな成果は、西アジア、ヨーロッパにおける新人石器群の出現年代、進出環境がかなり絞り込めたことである。一方、(2)の研究は旧人・新人の学習行動の違いを比較することに直接、資する。興味ぶかい論点は、特に北ユーラシア地域で「移行期」とよばれる石器群が頻出している点である。北ユーラシアの中期旧石器時代にはネアンデルタール人、デニソワ人など複数の人類集団がいたことが判明しており、「移行期」石器群の担い手が誰であったかによって学習行動の解釈も左右される。

またケーススタディにおいては、デデリエ洞窟のネアンデルタール人石器群の年代的変化の検討に成果があった。変化のパタンは古気候、食性、動物相変化ときわめてよく合致した。それは、ネアンデルタール人が生活形態、技術を適応させたことを物語る。また、技術変化は現生狩猟採集民の行動パタンに合致するものであることも判明した。最後に、現代人の学習パタン解析にあっては、昨年度に実施したカメルーンにおける民族考古学的調査のデータ解析が進んだ。その成果は既に論文をまとめたパプアニューギニア狩猟採集民の学習行動と比較しうるだけでなく、考古学的データの解釈にも活用しうる。主として二つの課題に取り組んだ。一つは、最新の考古学的知見を収集、整理して新人がアフリカを出てユーラシアに拡散した年代や経緯、そしてネアンデルタール人と置き換わっていった過程をできるかぎり詳細に跡づけることである。そしてもう一つは、脳機能の違いに基づく学習能力差が両者の命運を分けたのではないかといういわゆる「学習仮説」を考古学的観点から検証することである。第一の課題については、地球規模の遺跡データベース(NeanderDB)を制作してとりくんだ。すなわち、約20万年前から2万年前に相当する世界各地の旧石器時代遺跡のうち、発掘された約3200遺跡を選定し、年代や地層、出土品の特徴、人骨化石の性質などを搭載したデータベースである。収集した情報の批判的吟味をへて明らかになったことの一つは、先住の旧人集団は新人拡散にともなって一気に交替したのではなく、一定期間共存した場合が多いという点である。その間、地域ごとに多様な文化的インタラクションがあったことが想定された。第二の課題、つまり学習能力の違いについては、考古学的証拠に現れる学習行動の違いを議論した。石器伝統の変化のパタンや、遺跡内での行動の構造性、新環境に進出した際の適応の特徴などを比較してみると、学習行動の変異には脳機能の違いにもとづく潜在的能力差だけでなく、様々な要因が関与していることがうきぼりになった。なかでも、人口サイズや集団の構造など社会環境は、学習行動にきわめて大きな影響を与えていると考えられた。社会環境の違いは生得的要因だけでなく、歴史的要因によってもたらされた場合も大いにあったに違いない。すなわち、交替劇に直結した旧人新人の文化格差が生じたのは、潜在的な脳機能の違いを学習行動の違いとして顕現させうる相応の社会環境が準備された地域と時期であったと考えられた。本研究の主眼は考古学的証拠を用いて旧人・新人の学習能力差を定義すること、それをもって両人類の交替劇の諸相が説明できるか(「学習仮説」)を議論することにある。初年度に引き続き、平成24年度も、次の三つの研究を進めた。(1)学習の産物であった石器製作伝統の分析。旧人・新人が残した石器製作伝統の時間的変遷、地理的変異をさぐる氾世界的データベースの制作が進展し、アフリカ、ユーラシア西半について分析、利用可能な状態となった。これにをもとに西アジア地域について両人類間で個体学習、社会学習の経緯を比較検討したところ、新人段階になって個体学習だけでなく社会学習においても格段の進展をなしていることが判明した。(2)学習の場であった個別遺跡を対象とした事例分析。
看護職のワーク・ライフ・バランスの確保に向けた組織文化の構築に関する実証的研究

本研究は、看護職の職場組織において、ワーク・ライフ・バランスの実現に向けた組織文化の変容可能性とそのメカニズムを、特に柔軟な勤務体系に着目することを通じて明らかにすることを目指し、文献研究と理論的枠組みの構築を行った。その結果、上記の解明のために、三つの分析視角を重視して方法論を組み立てる必要性を主張した。1看護職の間にある差異のパターンを検討するために、差異への注目から関係への注目へと転換を図る。2家族内でのケア責任を分析枠組みに組み入れるために、ライフの中でペイドワークを位置づけ、調和させる視点を採用する。3組織文化変容に向けた戦略を把握するために、患者・地域との連携可能性を探る、である。(1)本研究の目的は、超高齢社会を迎え一層重要性を増す看護職の確保ならびに定着に向けて、ワーク・ライフ・バランス(仕事と生活の調和)の確保に向けた組織文化の構築とそのメカニズムを、特に柔軟な勤務体系の導入という人事管理上の変更をめぐる組織主体間の相互行為への着目を通じて明らかにすることである。この目的を達成するため、1R.コンネルの「差異への注目から関係への注目へと転換を図る」関係論的ジェンダー視点と、2Gamblesらによるライフ(生活)の中にペイドワーク(仕事)を位置づける視点を分析視角として組み立て、看護職場を対象としたインテンシブなインタビューに基づく組織の質的分析を実施する。(2)昨年度の研究計画は、1.文献研究および理論的枠組みの構築、2.予備的調査:質的データの収集・分析であった。昨年度のうち、2012年5月より2013年1月の8ヶ月間にわたり産前・産後休暇および育児休業を取得したため、当初の研究計画を縮小し、1.文献研究および理論的枠組みの構築のみを実施した。さらに今年度後半より来年度前半までの1年間、米国にて在外研究に従事しその間は本研究の遂行が不可能なため、引き続き1.文献研究および理論的枠組みの構築のみを実施した。(3)具体的には、本研究の理論的枠組みの基軸をなすと考えられる二つの分野、すなわち1関係論的ジェンダー視点に関するジェンダー論の文献、2ワークライフバランスに関する社会学、及び経営学(人的資源管理論)の文献、および組織論、専門職論、家族論等の分野に関し、引き続き文献検討を深めることにより、枠組みの精緻化を行った。(2)この目的を達成するため、1R.コンネルの「差異への注目から関係への注目へと転換を図る」関係論的ジェンダー視点と、2Gamblesらによるライフ(生活)の中にペイドワーク(仕事)を位置づける視点を分析視角として組み立て、看護職場を対象としたインテンシブなインタビューに基づく組織の質的分析を実施する。(3)当該年度の研究計画は、1.文献研究および理論的枠組みの構築、2.予備的調査:質的データの収集・分析であった。当該年度のうち、2012年5月より2013年1月の8ヶ月間にわたり産前・産後休暇および育児休業を取得したため、当初の研究計画を縮小し、1.文献研究および理論的枠組みの構築のみを実施した。(4)具体的には、本研究の理論的枠組みの基軸をなすと考えられる二つの分野、すなわち1関係論的ジェンダー視点に関するジェンダー論の文献、2ワークライフバランスに関する社会学、及び経営学(人的資源管理論)の文献、および組織論、専門職論、家族論等の分野に関し、引き続き文献検討を深めることにより、枠組みの精緻化を行った。(1)本研究の目的は、超高齢社会を迎え一層重要性を増す看護職の確保及び定着に向けて、ワーク・ライフ・バランス(仕事と生活の調和)の確保に向けた組織文化の定着とそのメカニズムを、特に柔軟な勤務体系の導入という人事管理上の変更をめぐる組織主体間の相互行為への着目を通じて明らかにすることである。この目的を達成するため、1R.コンネルの「差異への注目から関係への注目」へと転換を図る関係論的ジェンダー視点と、2Gamblesらによる「ライフ(生活)の中にワーク(仕事)を位置付ける」視点を分析視角として組み立て、看護職場を対象としたインテンシブなインタビューに基づく組織の質的分析を実施する。(2)研究計画は、1.文献研究および理論的枠組みの構築、2.予備的調査:質的データの収集・分析、3.予備的調査に基づく調査対象の選定とインテンシブなインタビュー実施である。そのうち、初年度である平成24年度には、24年5月より25年1月までの8ヵ月間、産前・産後休暇および育児休業を取得したため、1.文献研究および理論的枠組みの構築を行った。平成25年度から本年度である平成26年度にかけては、平成25年8月より平成26年8月までの13ヵ月間、在外研究に従事したため、引き続き1.文献研究および理論的枠組みの構築を行った。(3)平成26年9月に帰国後、1.文献研究および理論的枠組みの構築とともに、2.予備的調査および3.インタビュー調査の実施に向けて対象施設との日程調整を行ったが、年末・年度末等の繁忙な時期であり、対象施設との調整がつかなかった。そのため、当初3年を予定していた研究期間を1年延長することとした。

(1)本研究の目的は、超高齢化社会を迎え一層重要性を増す看護職の確保および定着に向けて、ワーク・ライフ・バランス(仕事と生活の調和)の確保に向けた組織文化の定着とそのメカニズムを、特に柔軟な勤務体系の導入という人事管理上の変更をめぐる組織主体間の相互行為への着目を通じて明らかにすることである。この目的を達成するため、1R.コンネルの「差異への注目から関係への注目」へと転換を図る関係論的ジェンダー視点と、Gamblesらによる「ライフ(生活)の中にワーク(仕事)を位置付ける」視点を分析視角として組み立て、看護職場を対象としたインテンシブなインタビューに基づく組織の質的分析を実施する。(2)研究計画は、1.文献研究および分析枠組みの構築、2.予備的調査:質的データの収集・分析、3.予備的調査の実施に基づく調査対象の選定とインテンシブなインタビュー調査の実施である。そのうち、初年度である平成24年度には同年5月より25年1月までの8ヵ月間、産前・産後休暇および育児休業を取得したため、1.文献研究および分析枠組みの構築を行った。平成25年度から26年度にかけては、25年8月より26年8月までの13ヵ月間にわたり、日本大学海外派遣研究員制度により米国カリフォルニア大学バークレー校雇用関係研究所にて在外研究に従事したため、引き続き1.文献研究および分析枠組みの構築を実施した。(3)在外研究より帰国後、2.予備的調査:質的データの収集・分析、3.予備的調査の実施に基づく調査対象の選定とインテンシブなインタビュー調査を進めるべく調整を進めたが、年末・年度末等の繁忙な時期と重なり調整がつかなかった。しかし一方で、文献研究の成果を発表することができた。本研究は、看護職の職場組織において、ワーク・ライフ・バランスの実現に向けた組織文化の変容可能性とそのメカニズムを、特に柔軟な勤務体系に着目することを通じて明らかにすることを目指し、文献研究と理論的枠組みの構築を行った。その結果、上記の解明のために、三つの分析視角を重視して方法論を組み立てる必要性を主張した。1看護職の間にある差異のパターンを検討するために、差異への注目から関係への注目へと転換を図る。2家族内でのケア責任を分析枠組みに組み入れるために、ライフの中でペイドワークを位置づけ、調和させる視点を採用する。3組織文化変容に向けた戦略を把握するために、患者・地域との連携可能性を探る、である。初年度である平成24年度には、24年5月より25年1月までの8ヵ月間、産前・産後休暇および育児休業を取得したため、さらに平成25年度から本年度である平成26年度にかけては、平成25年8月より平成26年8月までの13ヵ月間、在外研究に従事したため。社会学短時間正職員制度を導入している医療施設で働く看護職並びに関連の医療職にインタビュー調査を実施する。同制度を導入している施設の数が少ないため、全国規模で施設の選定を行い、新人看護職の対応で多忙を極める4,5月や年末、年度末等施設側の忙しい時期を避け、調査を実施する予定である。昨年度のうち、2012年5月より2013年1月の8ヶ月間、産前・産後休暇および育児休業を取得したため。さらには、今年度後半より来年度前半までの1年間、米国にて在外研究に従事しその間は本研究の遂行が不可能なため。当該年度のうち、2012年5月より2013年1月の8ヶ月間、産前・産後休暇および育児休業を取得したため。
過栄養時代の2型糖尿病における膵β細胞障害と適応機構

小胞体ストレス下にあるWFS1欠損マウスの膵β細胞では、翻訳抑制因子4E-BP1の発現が著増しており、慢性小胞体ストレス下で誘導される転写因子ATF4の制御下にあった。また臓器間代謝情報ネットワークにより膵β細胞を増殖させるという斬新な糖尿病治療法を見出した。マウス肝臓のERK経路を刺激すると、自律神経を使って、肝臓-脳-膵ラ氏島と代謝情報をリレーして膵β細胞が増殖した。現代の飽食・肥満・運動不足は膵β細胞にインスリン分泌の増加を強要する。このような膵β細胞負荷状況下で小胞体ストレスが過大となると膵β細胞はアポトーシスに陥ることから、2型糖尿病の発症機序として、小胞体ストレスによる膵β細胞の減少が注目される。本研究では、糖尿病をきたすウオルフラム症候群の原因遺伝子WFS1を切り口として、小胞体ストレスに焦点をあて、解析を進めた。WFS1はほとんどすべての細胞に発現しているにもかかわらず、WFS1欠損で障害されるのは、膵β細胞とある種の神経細胞に限られる。これは、膵β細胞に特異な小胞体ストレス反応シグナル経路が存在する可能性を示唆している。我々は、翻訳抑制因子としてよく知られているeukaryotic initiation factor 4E(eIF4E)-binding protein(4E-BPs)のアイソフォームが、小胞体ストレス下では転写因子ATF4を介して発現が増加することを見出した。さらに、WFS1欠損マウスあるいはAkitaマウスと4E・BP1欠損マウスを交配して得られた二重変異マウスでは、WFS1欠損マウスあるいはAkitaマウスそのものよりβ細胞の減少が促進され、血糖も悪化することが認められた。4E-BP1という翻訳抑制因子が酵母やショウジョウバエにおいてはストレス状況下で重要な役割を果たしていることはよく知られていたが、哺乳類でのストレス下での反応を見出したのに我々が初めてである。また、臓器間代謝情報ネットワークに関しては、肝臓へのPPAR_Y2発現で血圧の上昇を認め、β受容体欠損マウスを用いた検討から、この血圧上昇は交感神経活性化を介しかものであることが確認された。これは過栄養が脂肪肝と高血圧をきたす機構のひとつと考えられる。これは膵β細胞に小胞体ストレスによるアポトーシスをもたらすことから、2型糖尿病の発症機序として、小胞体ストレスによる膵β細胞の減少が注目される。本研究では、小胞体ストレス下にあるWFS1欠損マウスの膵β細胞では、翻訳抑制因子4E-BP1の発現が著増しており、慢性小胞体ストレス下で誘導される転写因子ATF4の制御下にあることを明らかにした。4E-BP1がないと膵β細胞は小胞体ストレス下での生存能が低下する。WFS1欠損マウスあるいはAkitaマウスでさらに4E-BP1を欠損させると、β細胞の減少がさらに促進され血糖も悪化しことより、4E-BP1は、慢性の小胞体ストレス下で発現が誘導され膵β細胞を保護していることを世界で初めて見出した(Yamaguchi S et.al. Cell Metabolism 2008)。マウス肝臓のERK(extracellular signal regulated kinase)経路を刺激すると、自律神経を使って、肝臓-脳-膵ラ氏島と代謝情報をリレーして膵β細胞が増殖した。そこで、膵β細胞が減少したために高血糖になったマウスの肝臓でERK経路を刺激すると、このネットワークを使って膵β細胞が増殖して高血糖を著明に改善した。これは体に内在する恒常性維持機構のひとつと考えられ、糖尿病治療だけではなく、従来とはまったく異なった斬新な再生治療への道を拓くものとして世界で注目されている(Imai J et.al. Science 2008)。過栄養時代には糖尿病が急増しているが、その発症には小胞体ストレスが深く関与している。糖尿病をきたすWolfram症候群は、原因遺伝子WFS1を欠損すると膵β細胞が小胞体ストレスに対して脆弱になって発症すると考えられる。我々はWFS1が動脈硬化にも関与していることを見出した。WFS1欠損マウスでは、カフモデルでのネオインティマの形成による動脈硬化と高コレステロールによる動脈硬化のいずれもが促進された。小胞体ストレスが動脈硬化と関わっていることは、小胞体ストレス反応経路の中で重要な位置を占めているCHOPの欠損マウスでも認められた。すなわち、CHOPを欠損するとカフモデルでのネオインティマの形成と高コレステロール血症による動脈硬化はいずれも抑制された。なお、このマウスでは大動脈の細胞接着因子と酸化ストレスが低下していた。骨髄移植実験を試みたところ、特にドナーの骨髄細胞のCHOPが欠損すると、動脈硬化を防止することが判明した。

このことから、糖尿病・インスリン抵抗性・メタボリックシンドロームの状態では、膵β細胞のみならず血管壁においても小胞体ストレスが惹起され、さまざまな病態に関与していること、さらにその軽減は、総合的な治療法開発につながる。このように、我々が同定した糖尿病をきたすウオルフラム症候群の原因遺伝子WFS1が欠損すると、動脈硬化の点でも糖尿病・インスリン抵抗性・メタボリックシンドロームに関わることが明らかとなり、WFS1は新たな創薬ターゲットと思われる。
社会的過剰労働の神経機構

他者の存在下で行動量が増える現象は社会的促進と呼ばれる(Crawford 1939)。ヒトからアリに至るまで古くから数多くの報告がある(Zajonc 1965 for review)にもかかわらず、その神経基盤は調べられていなかった。研究代表者らは、利益に基づいて運動量を決める神経回路が、他者を知覚することで修飾される、という仮説を立てた。内側(腹側)線条体におけるドーパミン性神経伝達が、運動量に基づく意思決定に主要な役割を果たすと考えられている(Floresco et al. 2008 for review)。そこで、前年度は腹側被蓋野から内側(腹側)線条体へ投射するドーパミン性経路に着目した。ニワトリ雛(ヒヨコ)を用い、単独採餌時・社会採餌時それぞれにおける運動量を計測した。内側線条体の電気破壊はベースラインの運動量を下げた一方、社会的促進には影響しなかった。予想に反し、ドーパミン枯渇は行動上の影響をもたらさなかった。本年度は、腹側被蓋野-内側線条体系と並ぶ主要なドーパミン性投射である黒質-外側線条体系に着目した。これらの系は哺乳類においては機能的に分離していると考えられる(O' Doherty et al. 2004)が、鳥類においては知見が不十分であった。電気破壊、もしくは高濃度のドーパミン枯渇剤により黒質に機械的な損傷を与えたところ、ベースラインの運動量は変わらず、社会的促進が選択的に抑制された。機械的損傷を伴わない程度のドーパミン枯渇は、統制群との間に行動上の差をもたらさなかった。黒質は社会的促進に寄与するものの、ドーパミンを介したものではないと考えられる。以上から、腹側被蓋野-内側線条体系と黒質-外側線条体系が異なる機能を持つことが示された。すなわち、前者は採餌運動量の決定に、後者はその社会的促進に寄与し、両者は二重に分離していると考えられる。(抄録なし)ヒトを含めた多くの動物において、他者存在下で行動の頻度を高める現象がみられる。社会的促進として知られる(Zajonc 1965, Wilson 1975)が、神経メカニズムは殆ど調べられていない。研究代表者らはニワトリ雛(ヒヨコ)を用い、他者との採餌局面で運動量が増える「社会的過剰労働」を発見した(Ogura & Matsushima 2011)。研究代表者は他者がdrive(動因)を増大させることで優勢な行動が促進されるとする仮説(Zajonc 1965)に基づき、中脳腹側被蓋野から内側(腹側)線条体/側坐核へのドーパミン性神経投射が社会的過剰労働に深く関与していると考えた。そこで内側線条体の(1)電気破壊ないしは(2)ドーパミン枯渇を行い、同伴個体と採餌する際の運動量が低下するかを調べた。(1)電気破壊群の運動量は偽処置(sham)群に比べ、同伴個体の有無にかかわらず一貫して低かった。同伴個体導入時の運動量増大は偽処置群同様に生じた。内側線条体/側坐核は採餌に関する運動量の決定に与る一方、社会的過剰労働に対する寄与は間接的であることが示唆された。(2)ドーパミン枯渇群の行動指標はいずれも電気破壊群と偽処置群との中間を示し、偽処置群との間に有意差は認められなかった。内側線条体/側坐核へのドーパミン性神経伝達が社会的過剰労働に及ぼす影響はごく弱いと考えられる。加えて(3)nucleus taeniae of the amygdala(TnA)の電気破壊を行った。TnAは内側線条体への神経投射を有し、かつ社会行動への関与が示唆される(Chang et al. 1999)。しかしいずれの行動指標においても、偽処置群との有意差は認められなかった。以上の結果はZajonc(1965)の仮説に反し、社会的促進に他の認知メカニズムが関わることを示唆する。

電気破壊、もしくは高濃度のドーパミン枯渇剤により黒質に機械的な損傷を与えたところ、ベースラインの運動量は変わらず、社会的促進が選択的に抑制された。機械的損傷を伴わない程度のドーパミン枯渇は、統制群との間に行動上の差をもたらさなかった。黒質は社会的促進に寄与するものの、ドーパミンを介したものではないと考えられる。以上から、腹側被蓋野-内側線条体系と黒質-外側線条体系が異なる機能を持つことが示された。すなわち、前者は採餌運動量の決定に、後者はその社会的促進に寄与し、両者は二重に分離していると考えられる。今年度得られた結果は、社会的過剰労働の神経機構が運動量決定の系と分離していることを強く示唆するものである。今後の研究により、社会的過剰労働に特異的な神経回路を同定する必要がある。中脳の腹側被蓋野・黒質緻密部といったドーパミン起始核、および視覚的注意に関連する領域(nucleus rotundusなど)を視野に入れ、社会的過剰労働により直接的に寄与する脳領域・神経修飾物質を探索する予定である。具体的にはドーパミン起始核への枯渇剤投与、nucleus rotundusの電気破壊を検討している。また、内側線条体が採餌に対する運動量の決定を担うことを確認するため、電気破壊で得られた結果が神経毒(イボテン酸)の局所投与によっても再現されるかを検証する。(抄録なし)
先天性中枢性性腺機能低下症に伴う糖・脂質代謝異常症における新規疾患成立機序の解明

中枢性性腺機能低下症(HH)は、思春期遅発症、不妊症を示す疾患である。現在20種類以上もの原因遺伝子が同定され、特にFGF-FGFRネットワーク関連遺伝子群(以下FFN)の変異はHHの約3割の原因を占めている。HHでは、しばしば代謝疾患の合併がみられ、近年FFNに属する遺伝子の変異例がHHのみならず代謝疾患を合併することが報告された。さらに我々はFFNに属さない候補遺伝子Aの変異陽性HH例に高頻度に代謝疾患を合併することをみいだした。これらの結果は、HH責任遺伝子の一部が代謝疾患の合併発症に関与する可能性を示している。本研究の目的は、HHにおいて、上記の遺伝子群に関する変異解析・機能解析を行い、新たなHHの原因究明に加え、糖脂質異常症の新規疾患成立機序を明らかにすることである。当該年度では、1対象症例の約20例の検体収集および臨床情報の収集を行った。今後も引き続き検体・情報収集を行っていく予定である。2次世代シーケンス法による責任遺伝子群の変異解析法に対する条件の最適化を実施後、変異解析を開始し、蛋白機能低下が予測される変異を同定した。残りの症例においても、継続して対象責任遺伝子群に対する変異解析を実施する3同定した変異の機能解析を共同研究者と共に現在検討中である。次年度にルシフェラーゼ活性、蛋白発現解析、関連遺伝子群のシグナル伝達解析、神経機能解析などの機能解析を行う予定である。今後は研究期間中に、変異解析、同定された変異の機能解析と臨床経過(治療経過、身体所見、検査所見)の収集を行い、本疾患と代謝異常の発症との関連を検討し、疾患成立機序を明らかにしていく予定である。また、糖・脂質異常症・肥満の進行に留意し、成長・加齢に伴う体組成の変化に対する生活指導と基礎疾患に対する治療法を確立し、患者のQOLの向上を目指す。平成27年度では、糖・脂質代謝異常症を有するHH患者と有さないHH患者の両者を対象に約20検体の収集を行った。現在も検体収集と臨床情報の収集を引き続き行っている。遺伝子解析では、次世代シーケンサーを用いた当疾患の責任遺伝子群の変異解析条件を最適化し、解析方法をほぼ確立した。20検体のうち、8検体の解析を終了し、3症例において変異を同定した。インシリコ解析により、これらの変異は機能低下変異であると予測され、共同研究者と共に現在機能解析を検討している。同定された一部の遺伝子変異の機能解析システムは既に構築されており、順調に機能解析が進行すると考えられる。それに並行して、臨床解析では、患者のHHおよび糖・脂質代謝異常症の治療経過を集積し、重症度の評価を行っている。1平成28年度では、前年度の成果を発展させ、次世代シーケンス法による迅速な遺伝子解析方法を確立し、変異解析を継続する。2新たに同定された変異の機能解析を順次行い、当該疾患とそれに伴う脂質代謝異常、肥満、糖尿病発症の関連と疾患成立機序を明らかにする。なお、本疾患に関連する既知責任遺伝子の機能解析システムは、共同研究者で機能解析担当である瀬尾美鈴により既に構築され、変異機能解析の体制が整っている。3変異が同定された場合、ルシフェラーゼ活性、蛋白発現解析、関連遺伝子群のシグナル伝達解析、神経機能解析などの機能解析を行う。5変異および臨床解析結果をデーターベース化し、臨床に直結するデータを患者へ還元する。6患者の臨床解析および経過観察を引き続き行う。遺伝子検査の結果が出ている症例では、遺伝子変異の機能解析と臨床経過(治療経過、身体所見、検査所見)を比較し、遺伝子変異の関与を検討する。以上の実験がすべて順調に経過するとは限らないが、順調に進むものを重点的に解析し、当該研究期間の目的達成を目指す。