hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
デジタルおしゃぶり：発達認知科学的知見に基づく新たな情報デバイスの設計と開発

本研究は、認知的・言語的機能が低下あるいは発達途上であっても柔軟に用いることができる情報デバイスをデザイン・開発することを目的として研究を進めた。具体的には、既に開発済みの「デジタルおしゃぶり」のプロトタイプを改良し、発達認知神経科学的実験とデバイスの改良を同時並行的に行いながら、口唇部で操作する情報入力装置を開発した。本研究の特徴は、意思表出や言語機能・認知機能が発達途上の乳幼児を対象としたデバイス評価実験を実施したことである。本研究は、認知的・言語的機能が未発達あるいは極端に低下していても用いることができる情報デバイスを設計・開発することを目的としている。具体的には、我々が開発済みの「デジタルおしゃぶり」を用いた発達認知神経科学的実験とデバイスの改良を同時並行的に行いながら、口唇部で操作する情報入力装置を開発する。本研究の特徴は、意思表出や言語機能・認知機能が発達途上である乳幼児を対象としたデバイス評価実験を実施することである。つまり、認知機能・運動機能が低下した障がい者の代替モデルとして乳幼児を捉え、障がい者・高齢者のコミュニケーション支援技術創出するため、乳幼児を対象とした行動実験・脳活動計測実験を行う。具体的には以下の3つの研究項目を実施する計画である。【研究項目1】脳活動指標・行動指標を駆使したスイッチとしての「デジタルおしゃぶり」の評価【研究項目2】「デジタルおしゃぶり」の改良【研究項目3】乳幼児をモデルとした意図表出装置としての「デジタルおしゃぶり」の可能性評価平成27年度は、上記の【研究項目1】と【研究項目2】を実施した。【研究項目1】に関しては、指で押すボタン押しと「デジタルおしゃぶり」を単純反応課題に適用し、反応時間に差がみられないことを確認した。【研究項目2】に関しては、空気圧センサーを用いた新しいバージョンの「デジタルおしゃぶり」を開発した。当初の計画通り、デジタルおしゃぶりを用いた行動実験、脳活動計測実験に着手している。脳活動計測実験に関しては「デジタルおしゃぶり」のon-offスイッチとしての可能性と課題を成人(大学生)で検討した。具体的には、音刺激や視覚刺激の検出直後に(すばやく)反応することを要求する単純反応課題(simple-reaction task)とある刺激が呈示された場合にのみ反応するGo/No-Go課題、異なる刺激に応じて異なる反応を要求する選択反応課題を、ボタンスイッチと「デジタルおしゃぶり」の2種類の反応方法で実施し、反応時間・正答率・事象関連電位(ERP)の差異を分析した。「デジタルおしゃぶり」の改良に関しては、フォトセンサを用いたもの以外に、圧力センサをもちいたものを製作し、ロバストな計測が可能となっている。本研究は、認知的・言語的機能が未発達あるいは極端に低下していても用いることができる情報デバイスを設計・開発することを目的としていた。具体的には、我々が開発済みの「デジタルおしゃぶり」を用いた発達認知神経科学的実験とデバイスの改良を同時平行的に行いながら、口唇部で操作する情報入力装置を改良してきた。本研究の特徴は、意思表出や言語機能・認知機能が発達途上である乳幼児を対象としたデバイス評価実験を実施している点である。つまり、障がい者の代替モデルとして乳幼児を捉え、障がい者・高齢者のコミュニケーション支援技術を創出するため、乳幼児を対象とした行動実験・脳活動計測実験が行われた。具体的には以下の【研究項目1】から【研究項目3】の3つを実施した。【研究項目1】脳活動計測指標・行動指標を駆使したスイッチとしての「デジタルおしゃぶり」の評価【研究項目2】「デジタルおしゃぶり」の改良【研究項目3】乳幼児をモデルとした意図検出装置としての「デジタルおしゃぶり」の可能性評価【研究項目1】に関しては、成人を対象とした実験で、単純反応課題とGo-NoGo課題を用いて、指先での反応と口唇部での反応を比較し、反応時間に関しては差が観られないことが確認できた。【研究項目2】に関しては、空気圧センサを用いるものを新たに開発した。【研究項目3】に関しては、6ヶ月児を対象とした実験で、随伴性のあるなしで反応に違いがみられ、現在データを分析中である。当初設定した以下の3つの研究項目についてこれまで得られた研究成果について述べる。これにより、少なくても成人では、「デジタルおしゃぶり」を用いた入力操作は指先での入力と遜色ないことが示唆された。従来作成したフォトセンサを用いたデバイスと比較して、デバイスの反応特性が若干異なるものの、どちらも安定的に使用できることが確認された。【研究項目3】に関しては、6ヶ月児を対象とした実験で、随伴性のあるなしで反応に違いがみられている。実験では、音がフィードバック刺激として用いられ、乳児のサッキング強度が閾値を超えた場合に音をならす場合と「デジタルおしゃぶり」がある特定の吸い方で吸われた場合に音をならす場合、自身の吸い方とは無関係に音がなる場合が比較された。

実験の目的は、乳児がフィードバックの有る無しに「気づき」、その後のサッキングを変化させるかどうかを検討することであった。つまり、自身の行為(サッキング)と外界からのフィードバック(音)の関係性を理解し、能動的にデバイスを操作するのかについて明確にすることがが目的であった。これを明確にするには、行動指標のみでは弱く、EEG等の脳活動計測を実施する必要がある。現在、EEGを用いた計測実験を実施しており、分析中である。本研究は、認知的・言語的機能が未発達あるいは極端に低下していても用いることかできる情報デバイスを設計・開発することを目的として実施された。具体的には、我々が申請時において開発済みの「デジタルおしゃぶり」を用いた発達認知神経科学的実験とこのデバイスの改良を同時並行的に行いながら、口唇部で操作する情報入力装置を開発した。本研究の特徴は、意思表出や言語機能・認知機能が;発達途上である乳幼児を対象としたデバイス評価実験を実施したことである。つまり、認知機能・運動機能が低下した障がい者の代替モデルとして乳幼児を捉え、障がい者・高齢者のコミュニケーション支援技術創出するため、乳幼児を対象とした行動実験・脳活動計測実験を行った。具体的研究成果としては、(1)「デジタルおしゃぶり」の改良、(2)成人を対象とした実験で「ボタン」としてのおしゃぶりの活用可能性の確認、(3)乳児を対象とした認知実験への活用の3つをあげることができる。上記(1)に関しては、複数のフォトレフレクタを用いたものと空気圧センサを用いたものの2つを作成し、複数のフォトレフレクタを用いた「デジタルおしゃぶり」の優位性が確認できた。(2)に関しては、通常の指で操作する「ボタン」と「デジタルおしゃぶり」を比較し反応時間に差が見られないことが確認できた。(3)に関しては、乳児の向社会行動実験に「デジタルおしゃぶり」を活用できることが確認できた。この実験では、自らのサッキングに呼応する視覚的フィードバックとそうではないフィードバックへの選好を選択注視法によって精査し、6ヶ月児がそれらを弁別可能であることが示唆された。これらの研究成果の一部は、国際会議に発表済であり、現在、複数の有力国際誌に投稿準備中である。本研究は、認知的・言語的機能が低下あるいは発達途上であっても柔軟に用いることができる情報デバイスをデザイン・開発することを目的として研究を進めた。具体的には、既に開発済みの「デジタルおしゃぶり」のプロトタイプを改良し、発達認知神経科学的実験とデバイスの改良を同時並行的に行いながら、口唇部で操作する情報入力装置を開発した。本研究の特徴は、意思表出や言語機能・認知機能が発達途上の乳幼児を対象としたデバイス評価実験を実施したことである。H28年度は、【研究項目1】で得られた知見と【研究項目2】で作成したあらたな「デジタルおしゃぶり」を用いて、意図表出装置としての情報デバイスの設計を試みる。具体的には、成人と乳幼児を対象として「デジタルおしゃぶり」を用いた随意運動の分析を行う。成人を対象とした実験では、運動準備電位(motor readiness potential)の計測を行う。
代数的K理論における群完備化カテゴリーの研究

GrothendieckはK-群K。を定義するのにベクトル束(または射影加群)の同型類のなす可換モノイドのアーベル群化を考察した。この構成は普遍性をもつ。Quillenは高次代数的K群を2種類の方法(+構成,Q構成)で定義し,それらを結びつけるためにモノイド的な圏の群完備化S^<-1>Sを構成した。しかし,この構成が普遍性をもたないことは,Fiedorowicz達の誤りを指摘するという形でThomasonによって示された。圏レベルで普遍性がなくてもトポロジーレベルで普遍性があるので,永年に渡って代数的K理論はそのままで進展して来ている。しかし,代数的K理論の基礎という眼で見ると,群完備化の非普遍性は不完全と考えられる。圏レベルでの普遍性をもった群完備化圏のモデルを構成するためには,Waldhausenによる代数的K理論が参考になる。弱同値の概念をもったモノイド圏の枠組みで考えるのである。さらに,導来圏の理論で生ずる条件を附加してQuillenの群完備化を繰り返し可能にする。この方法で,私は,普遍性をもった群完備化圏を得た。もう一つの研究課題である符号理論への圏論的方法への応用については,合成符号(または商符号)の重み母関数の相互関連の研究という問題設定ができ,研究協力者との共同研究が出発している。
シナプス前終末マクティブソンシのCa濃度変化の高速測定

シナプス前終末のカルシウム濃度測定の対象として、当初鶏胚の杯型神経節を用いたが、色素の退色が早く、ラインスキャンによるアベレイジは有効でなく、また、標本を準備するのに手間が懸かりすぎるなどの問題があった。そこで、申請者は培養神経細胞において、カルシウム画像処理ができる系を探した結果、小脳の培養細胞においてとりわけ大きな終末が多数観察されることを発見した。それらが、シナプス終末であることは、シナプス後細胞がある場合にはその終末の刺激でシナプス電位が記録されること、またシナプス後細胞の無い場合でも、脂溶性の蛍光色素、FM1-43、を用いることにより機能的に同定された。また、それらの終末は解剖学的にもシナプトフィジンやシナプシンを持っていることが示された。この大きな(2-4ミクロン)終末の一部はプルキンエ細胞の軸索終末であり、また他の一部は苔状繊維の終末であると考えられた。更に、カルシウム蛍光色素フラレッドを負荷することによりカルシウム画像処理を行うことが可能であることがわかった。予想されたようにこのシナプス終末は脱分極により強いカルシウム上昇を示した。しかし、シナプス後部と異なりグルタメイト、アセチルコリン、アデノシン三燐酸などのカルシウム動員性のアゴニシトではカルシウムが全く上昇しないことがわかった。一方、アラキドン酸はこのシナプス前終末に強いカルシウム動員作用をもつことが見出だされた(論文準備中)。
分子配列のフラストレイションによる新規液晶構造形成と協調的スイッチング

V字型の電気光学応答を示すスメクティック液晶の層構造について界面のふるまいを中心に研究した。この目的で減衰全反射法エリプソメトリー測定を行った。この結果、界面もバルクと同様collectiveなスイッチングをしていることが分かった。また、分子はツイスト配向をとっているものの、界面近傍で層がねじれ、ツイスト角を緩和していることが分かった。このため、分子配向はほぼ一様となり、高い暗視野を得ることが出来る。また、4×4行列法で全反射光のシミュレーションを行い、界面での分子配列を定量的に評価した。上述の全反射エリプソメトリーで得られた層の柔らかさを確認するために、層圧縮弾性率の測定を行った。通常の傾いていないスメクチック相から傾いたスメクチック相への相転移では相転移の直上で大きな揺らぎのために相転移の前駆現象が起き、層がソフト化するが、転移後は速やかに弾性率は回復する。一方、V字スイッチングを示すSmX^*相を持つ3成分系液晶ではSmA-SmX^*相転移温度でソフト化が起こるが、一般的な試料と違い、、低下した層圧縮弾性率がSmX^*相内で温度が低下しても余り上昇しないことがわかった。このように、この測定でも層はソフトであることが確認された。界面と分子の極性相互作用によって生じた分子のツイスト状態に対する分極電荷の効果を検討するために4×4行列法により、透過スペクトルのシミュレーションを行った。この結果、実験で得られている、青色領域で150対1を越すコントラストを実現しようとすると、2ミクロンセルの両界面0.05ミクロンの領域にツイスト領域を押し込める必要があることが分かった。この条件は弾性エネルギーの観点から非常に考えにくいものである。従って、V字型スイッチングを分極電荷の効果のみで説明しようとすることにはやや無理があることが分かった。実験的にはV字型スイッチングは界面に非常に依存するので、界面の様子を詳細に調べてみる必要がある。V字型スイッチングを示す3成分系液晶の特性を調べる目的で誘電率のセル厚依存性を測定した。緩和強度、緩和時間ともにセル厚が厚くなるに従って増加し、50ミクロン程度になっても飽和傾向は現れなかった。これはこれまでの典型的な強誘電性液晶と大きく異なる特性である。この結果の意味するところは未だ明らかではないが、3成分系液晶の特殊性を示すひとつの結果である。
条虫相からみた翼手類の系統に関する研究

本年は、研究費交付3年目に入り、本研究のしめくくりの年であり、研究成果のまとめに力をいれた。また、日本での1部の未調査地のコウモリおよび食虫類の条虫相を明らかにするため、採集も試みた。さらに北海道に近いシベリア地方のトガリネズミおよびネパールのトガリネズミ類の条虫相を明らかにし、日本のものとの条虫相の比較をおこなった。これらの研究において、翼手類の小型コウモリ類には6属31種、食虫類のトガリネズミ類には12属58種の条虫類が寄生していることを明らかにした。この中で両者に共通して寄生していた条虫類はVampirolepis属、Insectivorolepis属、Hymenolepis属およびStaphylocystis属の条虫類である。Vampirolepis属の条虫類が最も多く、コウモリ類では17種(55%)、トガリネズミ類では17種(30%)、その他、Insectivorolepis属の条虫類で、コウモリ類では7種(23%)、トガリネズミ類では2種(3%)、Hymenoplepis属の条虫類は、コウモリ類では2種(10%)、トガリネズミ類では2種(3%)、Staphylocystis属の条虫類はコウモリ類で1種(3%)、トガリネズミ類では13種(22%)であった。これらの研究によって明らかになったことは、研究誌に発表した。今後はさらに未調査の国々におけるコウモリ類およびトガリネズミ類の条虫相を明らかにして、条虫相の観点から両者の系統をさらに検討する必要がある。19921993年にかけて調査した日本産コウモリに寄生していた条虫類はVampirolepis ogaensis,V.hidaensis,V.multihamata,V.rikuchuensis及びHymenolepis rashomonensisの2属5種、海外(インドネシアの東カリマンタン)産のコウモリに寄生していた条虫類はV.kobayashii,V.curvihamata及びV.glischrapiの1属3種であった。一方、日本産食虫類のトガリネズミ類に寄生していた条虫類はVampirolepis gracilistrobila,V.amamiensis,V.jakounezumi,V.tsushimaensis,Hymenolepis magnirostellata,Neoskrjabinolepis singularis,Coronacanthus parvihamata,Staphylocystis(Staphylocystis)naganoensis,Ditestolepis ezoensis,D.longicirrosa,Soricina japonica,Insectivorolepis macracetabulosa,Pseudhymenolepis japonicaの9属13種、海外(ネパール、サハリン、インド、ジャワ島)産食虫類のトガリネズミの寄生条虫類はS.(S.)katomanduensis,S.(S.)trisuliensis,S.(S.)magnisaccus,S.(S.)multihamata,及びS.(S.)furcataの1属5種であった。翼手目と食虫目は系統的には近縁といわれているので寄生条虫にも近縁種が多いものと予想して研究を進めてきた。しかし、前述したごとく、コウモリ類に寄生していた条虫類とトガリネズミ類に寄生していたそれらを比較するとVampirolepis属とHymenolepis属の条虫類のみが共通種で、トガリネズミ類の条虫類はコウモリ類の条虫類とは異なる(科の段階では近縁)多様な条虫種が寄生していた。これは翼手目のコウモリが空間へ、食虫類のトガリネズミが地中へと適応進化していったため、それぞれの食性(条虫類の中間宿主となる小動物)に相異ができたためであろうと考えられる。

さらに北海道に近いシベリア地方のトガリネズミおよびネパールのトガリネズミ類の条虫相を明らかにし、日本のものとの条虫相の比較をおこなった。これらの研究において、翼手類の小型コウモリ類には6属31種、食虫類のトガリネズミ類には12属58種の条虫類が寄生していることを明らかにした。この中で両者に共通して寄生していた条虫類はVampirolepis属、Insectivorolepis属、Hymenoplepis属およびStaphylocystis属の条虫類である。Vampirolepis属の条虫類が最も多く、コウモリ類では17種(55%)、トリガネズミ類では17種(30%)、その他、Insectivorolepis属の条虫類で、コウモリ類では7種(23%)、トリガネズミ類では2種(3%)、Hymenolepis属の条虫類は、コウモリ類では2種(10%)、トリガネズミ類では2種(3%)、Staphylocystis属の条虫類はコウモリ類で1種(3%)、トリガネズミ類では13種(22%)であった。これらの研究によって明らかになったことは、研究誌に発表した。今後はさらに未調査の国々におけるコウモリ類およびトリガネズミ類の条虫相を明らかにして、条虫相の観点から両者の系統をさらに検討する必要がある。
地域医療研修における研修医の成長とレジリエンスに関する多施設研究

現在は、研修医のレジリエンスに関する質的な調査を目的に、研修事務担当者2名のインタビュー調査を行い、インタビュー内容を、テキスト化して、解析最中である。本年度中に論文化の予定である。回収率をあげるために、アンケートの実施時期を検討中である。既存の尺度ではなく、新たに、質問紙票を開発しようとしているので、アンケートの実施に至っていない。本年度の前半に、質問紙票の完成、後半から来年度の前半にかけて、質問紙票による研修医に対する量的な調査を実施予定。並行して、研修医、指導医にインタビュー調査を追加して、質的な解析を行う予定。当該年度の支出が統計処理ソフトのみで、他に支出がなかった。次年度は、アンケートの配布、回収のための通信費などの使用予定である。
陸水貯留を適切に表現する陸面水文モデルの構築

本年度は、(1)全球河川モデルによる水動態シミュレーションの精度向上に必要な衛星DEMの誤差解析と修正、(2)全球河川モデルによる水面標高の予測可能性の検証、(3)計算コードの並列化などによるシミュレーションの高速化、を実施した。(1)衛星DEMには種々の誤差が含まれており、そのままでは水動態シミュレーションに適応することができない。本研究では、河道位置を示した表面流向データを参照しながら水の流れを遮るピットを除去する新たなアルゴリズムを開発し、『流れの連続性』と『現実的な標高』の双方を満足する修正DEMを作成した。実際に氾濫解析モデルで計算を行うことで、修正により河道と氾濫原を接続する細いチャネルを表現するこが、水動態シミュレーションの精度に重要であることを突き止めた。(2)全球河川モデルでは、これまで河川流量・水深・浸水域の再現に焦点が当てられていたが、本研究では絶対的な水面標高の予測精度を議論した。アマゾン川を対象にケース・スタディを行い、開発した全級河川モデルは衛星高度計と直接比較が可能な精度で絶対的な水面標高を予測可能であることがわかった。また、水面標高に駆動されているアマゾン川の内陸部における潮汐変動の再現にも成功し、モデル内部においても水面標高が変動するメカニズムが適切に表現されていることを確かめた。(3)また、ECMWFと協力してモデルの高速化に取組んだ。ここでは配列の1次元化およびMPIとOpenMPを用いた並列化にを行うことで、シミュレーションに必要な時間を従来の10分の1まで短縮することができた。モデルの高速化により、高度なパラメータ調整やアンサンブル計算が可能になった。陸域水循環は、1,気候システムの一要素として陸域に降った雨を海洋まで輸送する役割を負うだけでなく、2,持続的な人間活動に必要な循環する淡水資源の供給、3.河道・湖沼・湿地といった水域形成による生態系や生物多様性の保全、という複雑かつ重要な機能を有している。現在、世界の様々なところで河川の断流、湖沼や湿地の縮小、永久凍土の融解など、陸域水循環システムの変動が確認されている。さらに近年の衛星観測技術の進歩により、水面面積・氾濫原の水位変動・陸域貯水量といった陸域水循環の変動を、グローバルスケールで把握することが可能になりつつある。しかしながら、観測された水貯留形態の変動を物理過程に基づいて説明するグローバルな陸面水文モデルは未だに存在しない。本研究では、近年利用可能になった超高解像度の水文地形データを活用して、グローバル規模で河川・湖沼・湿地・地下水層における水循環を物理過程に則って計算する陸面水文モデルの構築を目指す。本年度は、既存の河川モデルに、高解像度のデジタル標高モデル(DEM)の情報を客観的に導入する手法を確立し、氾濫原の浸水過程を全球スケールで表現することに成功した。これにより、これまでは現地で観測された河川流量とのみ比較が行われてきた全球河川モデルの検証に、衛星観測による浸水面積や水面標高を用いることが可能になった。また、水深の現実的な再現が可能になったため、水面勾配に基づく流下計算が全球スケールで初めて達成された。これによりアマゾン川における潮汐の背水効果再現や、メコン川流域トンレサップ湖における雨季の河川大逆流などを、物理的なメカニズムに基づいて再現することが可能となった。今年度は、昨年度に開発した全球河川氾濫原モデル「CaMa-Flood」の改良に取り組んだ。CaMa-Floodは、全球モデルの解像度では表現することが出来ない河道や堤防などの微地形を、サブグリッドスケールでパラメータ化することで貯水量・氾濫面積・水深の関係を衛星DEMから導出する。1つ目の大きな改善は、支配方程式である拡散波方程式の安定化である。現実的な水面標高の予測が可能となったため、水面勾配に基づく拡散波方程式での流量予測を試みた。しかし、拡散波方程式に含まれる計算不安定が問題となっていたが、疑似的に加速度項を考慮することでの計算の安定化に成功した(論文発表済み)。2つ目の改善は、地形パラメータの元となる衛星DEMの修正である。衛星レーダー観測に基づくDEMには植生キャノピーによるバイアスや、ピクセル解像度未満の川幅の河川を解像できないなどの問題がある。これらの誤差を、表面流行データの上流下流の関係を用いて修正することに成功した(論文に投稿、リバイス中)。他にも川幅水深パラメータの改善、河口境界条件の与え方の改良等により、開発した全球河川氾濫原モデルによる大河川の水循環予測精度は大幅に向上した。また、7月から12月の6ヶ月間、米国オハイオ州立大学のDoug Alsdorf教授を訪問した。主な目的は2019年に打ち上げが予定されているNASAの衛星観測ミッション「SWOT」を用いた今後の研究可能性を議論することである。SWOTはKaバンドの合成開口レーダを用いて、全球の水面標高変動を観測する。将来データ同化を用いてモデルとの統合を目指す方向で研究を進めることに合意した。また、現状のモデルによる水面標高予測の精度を確認するため、Nadir Altimeterを用いた検証も行った(学会発表済み)。今後は、モデルによる水面標高の予測精度向上を目指し、さらなる改善を行っている。

(1)衛星DEMには種々の誤差が含まれており、そのままでは水動態シミュレーションに適応することができない。本研究では、河道位置を示した表面流向データを参照しながら水の流れを遮るピットを除去する新たなアルゴリズムを開発し、『流れの連続性』と『現実的な標高』の双方を満足する修正DEMを作成した。実際に氾濫解析モデルで計算を行うことで、修正により河道と氾濫原を接続する細いチャネルを表現するこが、水動態シミュレーションの精度に重要であることを突き止めた。(2)全球河川モデルでは、これまで河川流量・水深・浸水域の再現に焦点が当てられていたが、本研究では絶対的な水面標高の予測精度を議論した。アマゾン川を対象にケース・スタディを行い、開発した全級河川モデルは衛星高度計と直接比較が可能な精度で絶対的な水面標高を予測可能であることがわかった。また、水面標高に駆動されているアマゾン川の内陸部における潮汐変動の再現にも成功し、モデル内部においても水面標高が変動するメカニズムが適切に表現されていることを確かめた。(3)また、ECMWFと協力してモデルの高速化に取組んだ。ここでは配列の1次元化およびMPIとOpenMPを用いた並列化にを行うことで、シミュレーションに必要な時間を従来の10分の1まで短縮することができた。モデルの高速化により、高度なパラメータ調整やアンサンブル計算が可能になった。
細胞シート工学を利用した歯髄幹細胞とブタ膵島細胞の共移植

膵島細胞移植はI型糖尿病に対する低侵襲医療として世界的に拡がっているが、移植細胞の生着率が低いという問題がある。生着率が低い原因は(1)移植局所の低酸素(2)移植早期グラフト消失Instant blood mediated infilammatory reaction(IBMIR)(3)膵島分離手技による細胞間結合の破壊(4)免疫応答(拒絶、抗ランゲルハンス島抗体、GAD抗体)等、種々ある。また根源に立ち返ってみると、移植部位は門脈内で良いのかという議論もするべきであると考える。今回我々は(1)、(2)に注目した。本研究では移植膵島への早期血管誘導やIBMIRを防止する目的で、細胞工学により作製した歯髄幹細胞シートにブタ膵島細胞をサンドし、薪たな移植先として皮下に移植、その効果を検討する。(1)歯髄幹細胞は国立長寿医療センターの中島教授より頂いた。(2)歯髄幹細胞を温度応答性培地上で特殊な培養液を使用し培養。温度変化を与えることでシートとして回収可能であった。HE染色を行い、細胞が層となりシート化していることを確認した。(4)分離した膵島を歯髄幹細胞シート上に播種すると、膵島がシートに接着することを確認した。Viabllityを確認すると、膵島が歯髄細胞内でviableなのが確認できた。今後施行すべき実験はシートの機能評価と実際の移植実験であるが、liberaseMTF/CTが非常に高価で頻回の実験は困難である。ただし、今後は施行する予定であり、vitro、vivoでの機能発現が良好であれば新たな移植法ということで発信できるものと考える。
共焦点レーザー顕微鏡と電顕組織化学を用いた末梢神経再生芽の形成・伸長機構

1.ランヴィエ絞輪の再生芽は損傷3時間という早い時期から見られた。再生芽は膜の裏打ちの消失した部分から出て,髄鞘と基底膜との間隙を伸びた。再生芽には多数の小胞が含まれることが特徴である。2.絞輪からの発芽は細胞体の関与しない局所的な反応であることを示した。すなわち細胞体との接続を絶っても再生芽は形成される。損傷によってCaイオンが流入して蛋白分解酵素が活性化されると考えられる。3.絞輪に形成される再生芽にはシナプトフィジンの免疫組織学的活性が特に強いことを明らかにした。これは再生芽内にシナプス小胞の性質を持った小胞があり,開口分泌によるメカニズムで表面形質膜を付加する可能性を示唆するものである。4.運動神経終末に蛋白キナーゼCのβサブタイプが存在していることを共焦点レーザー顕微鏡と電顕免疫組織化学で示した。同様に筋紡錘の知覚終末にもくキナーゼサブタイプ(α,β,γ)が局在していることを明らかにした。5.運動神経終末のアクティブゾーンにRab3Aが局在していることを明らかにした。さらにシナプス小胞にRabphilin3Aが局在していることを示した。シナプス小胞の開口分泌の機序を解明するものである。6.再生軸索が神経接合部を再支配する経過をPGP9.5の免疫組織化学を用いて詳しく観察した。7.上記の所見はすでに論文として発表しているが,この他にシナプトタグミンとシナプシンエが成長円錐に含まれること,N-カドヘリンが軸索と軸索あるいは軸索とシュフン細胞の接触部に発現し,インテグリンのαサブユニットが培養神経の表面膜に発現することを明かとした。これあの所見は近い将来論文として発表する予定である。末梢神経の有髄線維の再生芽は損傷部中枢側近傍のランヴィエ絞輪から出る。絞輪部の軸索形質膜には電子密度の高い裏打ち構造があるが、再生芽が形成される部位では裏打ち構造が消失し、小胞が集まることが特徴である。再生芽はシュワン細胞の基底膜の内側面に沿って伸びる。本研究では1.再生芽の形成機序と,2.再生芽伸長の機能的ドメイン特に膜成分の付加機構、の2つのテーマで研究を進めている。まず、再生芽の形成機序については、経時的に調べることによって、損傷後3時間で発芽の開始と考えられる所見があった。これについては論文(1)で発表した。また、発芽開始の誘因のひとつとしてCa^<2+>濃度の上昇が考えられるがカルシウムイオノフォアであるA_<23187>を含むリンゲル液で潅流した神経の絞輪部での変化を調べている。次に、再生芽の伸長に関与すると考えられる小胞と表面形質膜との融合機構については、シナプトフィジンとシナプシンIの免疫組織化によって、両者とも形質膜と小胞表面、および細胞質の一部に局在していることを確かめた。プロテインキナーゼCの免疫組織化学では、成長円錐の表面形質膜下から細胞質にかけてび漫性に陽性反応が示された。一方、再生軸索特に成長円錐がシュワン細胞表面に沿って伸びる際に働く接着物質の候補のひとつであるN-カドヘリンが、免疫組織化学的に再生芽に局在していることが確かめられた。またカドヘリンと細胞骨格成分との結合因子であるカテニンの局在をやはり免疫組織化学的に検索している。これとは別に、プロテインキナーゼCの局在を正常末梢神経で調べた。

脊髄神経節、神経線維、運動終末および筋紡錘とパチニ小体の知覚終末に、α,β,γのサブタイプが局在していることを明らかにした。これらの一部は論文として発表した(2,3,4)。本年度は主に接着因子について研究した。再生軸索が伸びる場合にシュワン細胞表面に接着するか、基底膜に接着するかまたは軸索同士で接着するかでその接着因子を異にしていると考えられる。まず最初にN-カドヘリンの局在について調べた。N-カドヘリンの抗体は京大理学部の竹市教授より供与された。N-カドヘリンは無髄神経における軸索とシュワン細胞の接着に関与しているようである。再生神経では軸策-軸索、および軸索-シュワン細胞の接着面に発現されているが、軸索-基底膜の接着面には見られない。さらにN-カドヘリンを含む小胞が再生軸索の成長円錐の中にあることを認めている。この事実はN-カドヘリンを持つ表面膜が小胞によって供給される、つまりN-カドヘリン陽性の小胞が表面膜と融合することによってN-カドヘリンが表面膜に付加されるという考えを支持するものと考えられる。一方再生軸索の成長円錐が基底膜と接着する場合は、インテグリンが接着因子として作用しているものと考えられるが、インテグリンのサブタイプのうちα_1β_1について調べたところ成長円錐の表面に局在することを示唆する結果を得ている。これは培養細胞について行なったもので、現在in vivoでの再生軸索と基底膜との接着面におけるインテグリンα_1β_1の局在を調べている。その他小胞関連蛋白であるシナプトフィジン、シナプトタグミン、シナプシンIなど、また蛋白キナーゼCのいろいろなサブタイプの局在について詳しく検索し、きれいな結果を得ている。これらの機能物質は再生芽の成長円錐に特に高濃度に見られ、成長円錐の小胞に強陽性の傾向にある。すなわち小胞関連蛋白をはじめとして蛋白キナーゼCも成長円錐の伸長に重要な役割を果しているものと考えられる。
算数科における「きまり」を発見する探究的活動に関する研究

1.研究の目的算数において「数の構造」へ接近できる「数の規則性」に関する教材とその指導について検討し,これに基づく児童の探究的活動について,主に「探究心」の調査をもとに,その変容をみとることを目的とする。2.研究の方法「数の規則性」を扱った先行研究をもとに,「数の規則性」に関する教材を検討した(例えば,ビットマンの「数の本」にあるNA酷数など)。このうえで,本研究では「数の葡萄」という教材を開発し授業化した。これに並行し,児童の算数科に対する「探究心」の実態調査を行い,「数の規則性」を意識した授業を実施した後,算数科への「探究心」に関するポストテストを行った。3.研究の内容(1)算数科に対する「探究心」調査(プレテスト)算数科に対する「探究心」を調査・分析するため,「島根式数学に対する情意的特性検査(ACTM)」を参考に用いた。「探究心」の要素を「自信・誇り」「自主性」「内的成功への欲求」「達成志向の価値」「好意性」「思考の楽しみ」「学習の価値観」の7つのカテゴリーに分類し,1つのカテゴリーにつき下位項目3つの21項員に再構成した。(2)教材開発「偶奇を調べる」ことを目的とした紹介例として散見される教材であり,「計算ピラミッド」(「数の石垣」)の向きを逆にみたものである。一番上の3つの数をaとすると,2段目は2a,3段目は4aとなっている。本研究においては,一番上の真ん中の数と一番下の数の関係に,児童自らが気付くことをねらいとした。(3)研究授業小学校2年生を対象に行った結果,意欲的な取り組みのもとに規則性を見出すことができた。(4)算数科に対する「探究心」調査(ポストテスト)各項目ともに,分散分析の結果,平均の差が有意傾向であった。特に自主性について事後調査における各項目の主効果について,LSD法による多重比較の結果,全項目の平均の差が有意であった(MSe=0.1404,p<.05)。
20世紀前半の日本人陶磁学者による東アジアの古窯址の探索に関する研究

本研究は、20世紀前半の朝鮮半島や中国大陸における日本人陶磁学者による古窯址の探索に焦点を当て、当時の東アジアにおける陶磁史研究の動向を明らかにすることを目的とするものである。20世紀前半の東アジアにおいては、日本の版図拡大に伴って、日本人の陶磁学者や考古学者の活動範囲が大きく広がりを見せた。当時、日本の外地にあって意欲的に古窯址探索を行った陶磁学者としては浅川伯教や小森忍らがいるが、彼らを軸として、20世紀前半の東アジア圏における日本人陶磁学者による古窯址の探索の軌跡を追跡し、これまであまり明らかになってこなかった実態の解明をすすめたい。
ヒト胚盤胞胞胚腔の顕著な収縮運動：Collapseの細胞生物学的意義

本研究における検討項目の1つである「ヒト凍結胚融解後胚の胞胚腔拡張と胚盤胞形成TE,ICMの細胞数および細胞配置の検討」については。予定通りに実験が進捗し、ヒト凍結融解胚における細胞の数および配置と胚発生の動的挙動および良好発育胚・不良発育胚との関連について極めて興味深い知見を得た。良好胚では栄養外肺葉細胞(TE)数が不良なものに比べて優位に多いことが証明された。TE細胞数に関しては、これまでも良好胚と不良胚でその数に差があるであろうとは推察されていたが、実際に正確にその数を計測した本結果は非常に意義があるものと考えられる。この結果はH30年度に国際誌に発表を行った(Iwasawa, Takahashi, Kumazawa, Terada PloS ONE 2019)。これまでの検討によりより深く追及すべき胚の動的挙動・構成細胞数の正確な測定・構成細胞の染色体の状態およびそれらの関連性について興味深い知見が得られ、それらは国際誌に掲載された他、学会においても高い評価を受けた。胚盤胞の動態に関して細胞生物学的な知見が深まり、本研究の目的であるタイムラプス装置を用いた胚盤胞の動態による胚選別に関しての科学的裏付けに進展をもたらしたと考えられる。胚盤胞においてその形態形成(胞胚腔形成)にはTE細胞間の細胞接着による細胞間バリアとNa+/K+-ATPaseによる胞胚腔内へのNaイオンの取り込みと、それに伴う水の胞胚腔内への移動が重要であることから、免疫染色によりadherence junction関連タンパク質、tight junction関連タンパク質およびgap junction関連タンパク質、さらに胞胚腔の形成に重要な役割をはたすNa+/K+-ATPaseと細胞の水チャネルであるアクアポリンに特に注目し、その発現動態を蛍光免疫染色法用いて可視化する。さらに蛍光標識デキストランを用いて、胚盤胞の各動態における細胞間バリアの状態を検討するともに、ナトリウムインジケーターを用いて、Naイオンの取り込み状態を可視化しNa+/K+-ATPase活性の変化についても検討を行う。マウス胚盤胞についてタイムラプスを用いた観察と蛍光免疫染色により、透明帯脱出の形式が内部細胞塊形態に対して与える影響について検討し、胚が極めて狭い隙間から脱出する形態("8"-shaped hatching)においては、脱出部位と内部細胞塊の位置関係で内部細胞塊の分布が影響を受けることや、脱出中の胚盤胞の透明帯外部分の破綻(collapse)が内部細胞塊細胞の一部が離れた場所に位置する栄養外胚葉に付着するといった異所性の分布を誘発することを見出した。同時に栄養外胚葉細胞間接着に関わる分子の1つであるZO-2、および胞胚腔へ水を誘導するためにNa2+を胞胚腔へ取り込むNa-K ATPaseは脱出中の胚盤胞において透明帯の内外双方で同等に発現していることを見出した。これらの知見は胚盤胞の透明帯脱出時の形態・様式が胚の質を評価する一つの指標足り得るものと考えられ、国際誌にて発表している。ヒト胚盤胞についても同様の検討を行う予定ではあるが、マウス胚盤胞に較べヒト胚盤胞は形態的質にばらつきが大きく透明帯脱出に失敗するものも少なくない。そこで、内部細胞塊と栄養外胚葉それぞれの細胞数とcollapse回数および透明帯脱出の成否についてタイムラプスと免疫染色を用いて検討し現在一定の知見を得ている。これらの知見については2018年中に国際誌および各関連学会において発表の予定である。一方、これまでの研究においては、胚盤胞における細胞接着関連タンパクやNa-K ATPaseについての検討は未だ十分とはいえない。そこで今後は関連タンパク質に対する複数の抗体を用いた免疫染色および、Na2+の動態をライブの状態でモニターできるナトリウムインジケーターを用いてさらに踏み込んだ検討を行う予定である。本研究は胚盤胞の発育過程で観察されるCollapseについてその生物学的意義を明らかにすることを目的としている。研究計画時より、マウスおよびヒトの胚盤胞を対象として想定しており、Collapseと細胞数やその配置について明らかにすることも検討対象として挙げていた。これまでにマウスにおいてCollapseが内部細胞塊の配置に影響することを明らかにし、またヒト胚盤胞では細胞数とCollapse回数との関連を明らかにするとともに、胚盤胞のその後の発育との関連も明らかにした。また、胚盤胞の形態形成・維持に関連タンパク質についても、すでにマウスにおいて若干ではあるが検討しているが、十分とは言えず今後さらに踏み込んだ検討が必要である。なお、実験に必要となる試薬や材料、機材はその多くがすでに準備済みの状況にあり、次の段階の実験に進む準備は整っている。

これまでの検討によりより深く追及すべき胚の動的挙動・構成細胞数の正確な測定・構成細胞の染色体の状態およびそれらの関連性について興味深い知見が得られ、それらは国際誌に掲載された他、学会においても高い評価を受けた。胚盤胞の動態に関して細胞生物学的な知見が深まり、本研究の目的であるタイムラプス装置を用いた胚盤胞の動態による胚選別に関しての科学的裏付けに進展をもたらしたと考えられる。今後は、胚盤胞の形態形成・維持に関連するNa-K ATPaseや細胞接着に関連する、ZO-1,2と言ったいくつかのタンパク質について、その発現と機能についてCollapseとの関連を追及する。また、これまでの我々の研究により胚盤胞構成細胞、特に栄養外胚葉細胞の数とCollapseの起きやすさに関連があることは明らかであり、転写因子等の細胞増殖に関わるタンパク質について検討するとともに、アポトーシスや構成細胞の細胞周期について詳細に検証する必要があると考えられる。胚盤胞においてその形態形成(胞胚腔形成)にはTE細胞間の細胞接着による細胞間バリアとNa+/K+-ATPaseによる胞胚腔内へのNaイオンの取り込みと、それに伴う水の胞胚腔内への移動が重要であることから、免疫染色によりadherence junction関連タンパク質、tight junction関連タンパク質およびgap junction関連タンパク質、さらに胞胚腔の形成に重要な役割をはたすNa+/K+-ATPaseと細胞の水チャネルであるアクアポリンに特に注目し、その発現動態を蛍光免疫染色法用いて可視化する。さらに蛍光標識デキストランを用いて、胚盤胞の各動態における細胞間バリアの状態を検討するともに、ナトリウムインジケーターを用いて、Naイオンの取り込み状態を可視化しNa+/K+-ATPase活性の変化についても検討を行う。マウスを用いた実験が現在停止中となっており、予定より大幅にマウスの購入数が減った。またシャーレやピペットチップ等の消耗品が当施設内在庫で賄うことが出来たので、それらについても購入の必要がなくなった。次年度は追加した実験構想で新たに必要が生じた抗体等の試薬等の購入に充てるとともに、学会参加等の情報収集のための費用に使用する予定である。昨年度までの研究で胚盤胞の内部細胞塊および栄養外胚葉細胞と胚の動的挙動との関連についての知見を得ることができたが、当初より計画していた胚盤胞の収縮・拡張運動の機構そのもに関しては未だ未検討である。胚盤胞は胞胚腔中へNa/K ATPaseを介してナトリウムイオンを取り込むことで水を引き込み拡張する。さらに栄養外胚葉細胞間はTight junctionと呼ばれる強固な接着をしており、細胞間隙から水が抜けるのを防いでいる。そこで本年度では胚の動態ごとにNa/K ATPaseやTight junction構成タンパク質さらには水チャネルであるアクアポリンについて免疫染色を用いて検討を行う。また実際のNa/K ATPaseの機能を検証するため、ナトリウムイオンの動き、濃度勾配の発生をナトリウムインジケーターを用いて追跡する計画である。
四肢動物の肩帯の運動機能適応の進化

四肢動物は前肢の運動機能の多様化とともに生息域を多様化させてきた。特に、クジラやカイギュウなど、陸生から完全水生への二次的な移行は特に大きなイベントとして知られている。しかし、彼らがどの進化段階で完全水生適応を果たしたかについては判別基準がなかった。前肢を用いた陸上での体重支持には、肋骨の強度が要求される。多様な現生種を用いた解析の結果、肋骨の強度が、四肢動物の陸生と完全水生の運動機能の判別に有効な指標であることが示された。本指標から、絶滅四肢動物の運動機能がより確からしく復元できると期待される。脊椎動物の骨格では、前肢骨格と胴体骨格(脊柱や肋骨)が互いに関節しないため、絶滅動物において前肢の位置を確からしく復元することが困難であった。本研究では、哺乳類のような下方型姿勢の四足歩行性動物の胴体が前肢骨格から筋肉によって吊り下げられていることに注目し、バランスをとりながら胴体を吊り下げることができる前肢の最適位置を計算によって見積もった。この前肢の最適位置は、胸郭の三次元形状とそれを取り巻く筋肉の走行方向の影響を受ける。複数の動物の遺体標本をCT撮像し、三次元筋骨格系モデルを作成した結果、前肢の最適位置はごく限られた領域にしかないことが分かり、さらに、前肢骨格と胴体骨格の理論上の最適な位置関係が、実際の肩帯位置と対応することが分かった。このことから、四足歩行性の脊椎動物の胴体骨格の形状が、前肢による姿勢維持にとって重要であることが示された。本成果は、国際古脊椎動物学会で発表し、現在、投稿準備中である。次に、モグラのように前肢で掘削を行う動物の胸郭形態が、特異的な運動機能に対してどのように応答しているかを調べるため、前肢による掘削適応の程度に多様性が見られるトガリネズミの仲間の遺体標本を収集し、その胸郭の三次元形状をCT撮像によって収集した。今後、応力解析によって、強力な掘削運動に対する適応が見られるかどうかを検証していく。本研究では、四肢動物の肩帯と胸郭の形態と運動機能の関係に着目し、前肢の特殊な運動機能を備えた系統が肩帯や胸郭形態にどのような特殊化をもたらしたかを研究した。26年度は掘削適応を果たしたモグラ科と、完全水生適応した四肢動物の胸郭形態を用いた。モグラ科は特殊な形態の肩帯・胸郭形態を備えており、これが掘削のための適応だと考えられてきた。掘削適応と胸郭形態の関係を検証するため、CT撮像によって得た掘削性・非掘削性のモグラ科の骨格形態に応力解析を試みた結果、モグラ科の胸郭は掘削のために特殊化したというよりも、前肢姿勢を大きく変化させたことに対する適応だと解釈した方が、より整合的であるとの結果が得られた。本結果は現在、国際誌への投稿を準備中である。また、四肢動物はいくつもの系統で陸生から水生へと生息環境を変えてきた。その際、胸郭は陸上で要求される体重支持機能から解放されると予想される。この仮説を現生種を用いて検証したところ、陸生種と完全水生種では胸郭強度に明確な差が現れることが示された。これにより、胸郭の力学的強度を絶滅種の水生適応の度合を測るための指標として使えることが分かってきた。本結果は、国際誌への投稿を準備している。【二次的水生適応と胸郭強度の関係】陸上へと進出した脊椎動物の仲間である四肢動物は、クジラやカイギュウなど複数の系統で二次的に水生適応していった。化石種では四肢を備えた原始的なクジラやカイギュウの仲間が報告されており、それぞれの系統は、段階的に、陸生から半水生、完全水生へと徐々に適応していったと考えられている。しかし、進化のどの段階で陸生から完全水生へと生態を変えていったかを判別する基準がなかった。陸上で四足歩行ないし匍匐運動を行う際、胸郭骨格に荷重がかかる。そのため、陸生ないし半水生の陸上での運動能力を保持した系統では、高い強度を備えた胸郭骨格を備えていると期待される。一方で、完全水生適応した系統は、自身の体重を支えられるだけの強度が備わっていない可能性が指摘される。本研究では、クジラやカイギュウ、アシカなど、複数の哺乳類の系統の胸郭骨格を用い、上記の仮説を確かめた。そして、胸郭骨格の強度が、化石種においても完全水生か陸生/半水生かを判別する有効な基準になりえることを示した。【肩帯位置の復元法】多くの四肢動物の胸郭と肩甲骨は互いに関節しないため、絶滅四肢動物の復元において、胸郭と肩甲骨の位置関係を正しく復元することは最も難しい課題のひとつである。四足歩行を行う際に、四肢動物の胸郭骨格は肩甲骨から伸びる筋肉で吊り下げられて支えられる。本研究は複数の現生四肢動物の三次元筋骨格モデルを用いて、胸郭骨格上で体重支持の際に係る筋張力に耐えうる強度を備えた部位を応力解析から、および、体を安定して支えることができる最適な肩甲骨の位置をモーメント解析からそれぞれ求めた。両解析から判断された胸郭と肩甲骨の位置関係は、CT撮像から得られた実際の位置関係と整合的であった。本成果により、これまで曖昧に復元されてきた四肢動物の前肢姿勢を、明確な根拠に基づいて復元していくことができると期待される。

四肢動物は前肢の運動機能の多様化とともに生息域を多様化させてきた。特に、クジラやカイギュウなど、陸生から完全水生への二次的な移行は特に大きなイベントとして知られている。しかし、彼らがどの進化段階で完全水生適応を果たしたかについては判別基準がなかった。前肢を用いた陸上での体重支持には、肋骨の強度が要求される。多様な現生種を用いた解析の結果、肋骨の強度が、四肢動物の陸生と完全水生の運動機能の判別に有効な指標であることが示された。本指標から、絶滅四肢動物の運動機能がより確からしく復元できると期待される。26年度は、CT撮像データやレーザースキャンデータ等、研究資料の一次データを十分取得することができた。しかし、一次データから立体構築し、解析に用いることができる状態にする作業において、予想以上の時間がかかっている。機能形態学26年度でCT撮像およびレーザースキャンデータをある程度確保することができたので、27年度はこれらを立体構築し、力学的解析を進めることを推し進める。また、早期の論文化を目指す。予算の配分額に伴い、当初購入を予定していた、フレーム撮影が可能なレーザースキャナの購入を断念し、純粋に形状を取得することのみを目的としたより安価なレーザースキャナを購入することにした。ただし、26年度からの増税の影響を考慮し、26年度に購入を予定していたモーメント解析用ソフトウェアを25年度に購入し、レーザースキャナの購入を26年度に回すことにした。そのため、当初の研究目的とは順番が前後することになったが、25年度はモーメント解析を中心に研究を進めた。予算の都合により、当初購入を予定していた動作解析用の三次元レーザースキャナの代わりに、より低精度の形状取得のみを目的とした三次元レーザースキャナを26年度に購入する。これに伴い、動物の動作解析を行うことを断念し、胸郭骨格の強度解析を主に進めていくこととする。また、より低精度のレーザースキャナでも十分な解析ができるよう、より大型の動物を選択してデータ収集を行うこととする。本研究では、レーザースキャナやCT撮像によって三次元立体形状を取得する必要がある。しかし、レーザースキャナや立体構築用のソフトウェアは高額であり、単年度の予算では届かず、次年度の調査旅費も捻出できなくなると判断した。次年度使用額と翌年度請求額を合わせることで、左記の高額物品を購入し、さらに調査研究を円滑に進めることができると考える。年度初めにレーザースキャナ及び三次元立体構築ソフトウェアを購入し、残りの請求額で各地の博物館への調査旅費とする。
哺乳類減数分裂過程における染色体の結合・分離を制御する分子に関する研究

本研究では、哺乳類において、減数分裂特有の染色体の結合・分離を制御する分子機構を解明するために、マウスRec8およびそれを制御すると考えられる他の分子(Separase,Securin,Cdc20,Cdh1,Shugoshin等)に着目して研究を行っている。Rec8は第一および第二減数分裂中期から後期への移行時に染色体腕部から消失し、そのことが相同染色体の分離に必要であることを証明した。さらに、Securinの過剰発現実験により、腕部Rec8の消失が抑制的制御を受けることも証明し、本年度に論文として投稿し、受理された。第一減数分裂において、染色体腕部からRec8を含むコヒーシンが消失することによって、相同染色体は分離するが、セントロメア部分のコヒーシンが保護されることにより、姉妹染色分体の分離は起こらない。この第一減数分裂における保護のためには、Shugoshinが必要であることが酵母において分かっているが、脊椎動物においてはShugoshinの減数分裂過程における発現や機能は調べられていない。本研究では、酵母Shugoshinを発見した東大分生件の渡邊研究室や大阪市大森田研究室との共同研究により、マウス卵母細胞において、Shugoshinの機能解析を行った。その結果、哺乳類では、sgo1とsgo2のshugoshin分子が存在するが、sgo2が減数分裂過程で特に強く発現しており、第一減数分裂におけるセントロメアの結合(Rec8を含むコヒーシン)の保護には、Sgo2が必要であることを明らかにした。また、Sgo2はプロテインホスファターゼ2A(PP2A)をセントロメアに局在化させることにも必要であり、PP2Aと協調してセントロメア結合の保護を行うことが示唆された。これらの結果を論文としてまとめて、現在、投稿中である以上のようなマウス卵母細胞を用いた減数分裂過程での染色体分離を制御する分子機構の解明は、生殖医療分野や家畜の繁殖分野において、減数分裂過程に起こる染色体分離異常に起因する流産等の出生異常やダウン症等の先天性疾患の診断・治療へと繋がることが期待され、重要な意義を持つと考えられる。精子や卵子となる生殖細胞は、来るべき受精に備えるために1回のDNA複製後2回の連続した分裂(減数分裂)を行い、DNA数を半減する。第一減数分裂では相同染色体の分離が起こるが、姉妹染色分体の結合は維持されたまま第二減数分裂へと移行し、第二減数分裂後期になってから姉妹染色分体が分離する。このような減数分裂に特有な染色体の分離を行うためには、体細胞分裂とは異なる分子機構を生殖細胞が備えていなければならない。近年、酵母からヒトまでの真核生物において、DNA複製期から分裂後期の開始まで複製された2本の姉妹染色分体を結合するコヒーシンと呼ばれる蛋白質複合体が見つかり、コヒーシンの解離によって染色体の分離が起こることが分かってきた。本研究では、哺乳類において、減数分裂特有の染色体の結合・分離を制御する分子機構を解明するために、マウスRec8およびそれを制御すると考えられる他の分子(Separase, Securin, Cdc20,Cdh1等)に着目して研究を行っている。Rec8は第一減数分裂中期から後期への移行時に、染色体腕部から消失し、そのことが相同染色体の分離に繋がると考えられている。申請者は、抗Rec8抗体の卵母細胞への顕微注入実験により、この第一減数分裂後期に起こる染色体腕部Rec8の消失が相同染色体の分離に必要であることを証明した。さらに、Securinの過剰発現実験により、Securinにより腕部Rec8の消失が抑制的制御を受けることも証明した。また、大腸菌由来レコンビナント蛋白質を精製して抗原として利用することにより、抗Separase抗体、抗Cdc20抗体、抗Cdh1抗体を作製した。これらの抗体を利用して、次年度ではさらに研究を押し進める予定である。本研究では、哺乳類において、減数分裂特有の染色体の結合・分離を制御する分子機構を解明するために、マウスRec8およびそれを制御すると考えられる他の分子(Separase, Securin, Cdc20, Cdh1等)に着目して研究を行っている。昨年度に、Rec8は第一減数分裂中期から後期への移行時に染色体腕部から消失し、そのことが相同染色体の分離に必要であることを証明した。さらに、Securinの過剰発現実験により、腕部Rec8の消失が抑制的制御を受けることも証明した。本年度は、これを受けて、マウス卵母細胞の第一減数分裂におけるSecurinの分解がどのような機構で起こるかを調べてきた。体細胞分裂では、分裂中期から後期への移行時にSecurinやCyclin Bは分裂後期促進因子(Anaphase-promoting complex, APC)によって、ユビキチン化され、proteasomeによる分解を受ける。一方、カエル卵母細胞では、第一減数分裂において、APCは、Cyclin Bの分解や相同染色体の分離に必要ないと報告されている。本研究では、まず、APCの活性化因子であるCdc20とCdh1に対する抗体を作製し、Cdc20とCdh1がマウス卵母細胞に存在することを明らかにした。また、Cdc20をsiRNAiによりノックダウンすることによって、卵母細胞が第一減数分裂中期で分裂を停止すること、SecurinやCyclin Bの分解が起こらないことを明らかにした。これらのことは、カエル卵母細胞とは異なり、マウス卵母細胞では、第一減数分裂における相同染色体の分離にAPC-Cdc20が必要であることを意味している。