hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経障害性疼痛による大腰筋の左右差の形成に対する姿勢保持神経機構の関与

本研究は、神経障害性疼痛(NPP)が下肢骨格筋に及ぼす影響およびNPPに対する走運動の効果について検討した。坐骨神経部分損傷を施したNPPモデルマウスの健側ヒラメ筋の筋線維横断面積(CSA)は増大し、術側ヒラメ筋CSAは縮小した。走運動はMPPモデルマウスの疼痛を緩和し、脊髄後角ではアセチル化ヒストンH3K9陽性ミクログリア数が増加した。このようにNPPはヒラメ筋に左右差を生み出すが、走運動は疼痛を緩和することにより不均等化したヒラメ筋の矯正に有効であると思われる。さらに脊髄後角ミクログリアでのヒストンH3K9のアセチル化のようなエピジェネティクス修飾がEIHに関与することが示唆された。本年度は、まず神経障害性疼痛(NPP)モデルマウスの疼痛反応をより正確に評価することを目的として、これまでの「Von Freyテスト」に加えて新たに「Plantarテスト」を取り入れた。坐骨神経部分損傷(PSL)を施したNPPモデルマウスのVon FreyとPlantarテストの閾値は有意に減少することを認め、神経障害性疼痛の主症状である機械的アロディニアと熱痛覚過敏の発症を確認できた。身体運動は神経障害性疼痛を緩和することが知られている。そこでNPPモデルマウスに走速度7m/min(低強度)で1日60分間の走運動を5日間連続して行わせたところ、これらのマウスに出現した疼痛反応は有意に軽減された。さらにこの鎮痛は高強度の走運動では起こらず、中等度(12m/min)と低強度の走運動で起こることも分かった。走運動による鎮痛のメカニズムを明らかにするため、脊髄後角ミクログリアにおけるヒストン脱アセチル化酵素1(HDAC1)とヒストンアセチル化酵素(HAT)の発現変化に着目し検討した。その結果、NPPモデルマウスの脊髄後角ミクログリアにはHDAC1発現が増加し、HATの一つであるCREB-binding protein (CBP)の発現は減少したが、走運動はミクログリアにおけるHDAC1発現の減少とCBP発現の増加を誘導した。これらの変化と一致してミクログリアには、アセチル化ヒストンH3K9の発現が増加した。さらに走運動は吻側延髄腹内側部(RVM)におけるpERK陽性ニューロン数を増加させることも分かった。以上のように本年度の成果は、運動とくに低強度の走運動は神経障害性疼痛の緩和に有効であること、そして脊髄ミクログリアにおけるヒストンのhyperacetylationおよびRVMニューロンの活性化は、低強度の走運動がもたらす鎮痛効果に重要な役割を演じる可能性を示唆した。本研究の目的は,「慢性痛に対する骨格筋の適応反応とその反応を生み出す神経機構を明らかにする」ことである.そこでまず私達は,坐骨神経部分損傷(PSL)に伴うマウスの行動的変化を捉えることを目的として,「1Von Freyテスト, 2Rota-Rodテスト, 3Spontaneous weight distributionの測定」を実施し, PSLはマウスに「1アロディニアの長期発現, 2運動機能の低下, 3非損傷側下肢への体重移動」を起こすことを観察した.このような疼痛・運動機能・姿勢の変化は損傷側ヒラメ筋の筋線維横断面積を著しく減少させるとともに,萎縮筋の筋線維間隙にはとくに多くのM2マクロファージの侵入を認めた.これらの結果は, PSLに伴う筋萎縮には, M1ではなくM2マクロファージが産生・放出する因子が重要であることを示唆した.一方, PSLに伴い脊髄後角において増加したミクログリアのサブタイプ(M1, M2)を検討したところ,炎症性サイトカインやNOを産生するM1ミクログリアは,おもに後角表層や前角の運動ニューロン周辺に局在し,抗炎症性サイトカインやアルギナーゼ1を産生するM2/M2-likeミクログリアはおもに後角の白質領域および後角深層に散在性に局在,さらにEGFP陽性骨髄由来ミクログリアはM2/M2-likeあるいはintermediate型にあることを認めた.このように24年度のおもな研究成果は, PSLに対する損傷側ヒラメ筋の適応反応の一つとしてM2マクロファージの重要性が示されたことに加えて,疼痛の発症・維持にかかわる神経機構としては,脊髄後角でのとくにM1ミクログリアの増加と活性化が重要であるという,これまでにない独創的な成果を得ることができた.昨年度のおもな研究成果は、トレッドミル走のような強制運動が神経障害性疼痛(NPP)モデルマウスの機械的アロディニアと熱痛覚過敏を緩和する(exercise-induced hypoalgesia [EIH])こと明らかにしたことである。本年度はEIHのメカニズムの解明をおもな目的として取り組んだ。

その結果、1)トレッドミル走はNPPモデルマウスに生じる脊髄後角でのγ-アミノ酢酸(GABA)とグルタミン酸脱炭酸酵素(GAD) 65/67の減少を抑制した。これらの結果より、脊髄後角でのGAD65/67の増加に起因するGABA産生の維持は、脊髄後角抑制性介在ニューロンの機能低下を防ぐことでEIHを生じさせる要因の一つとなることが示唆された。2)実験動物に対する運動負荷法は強制運動と自発運動に大別されるが、自発運動がEIHに有効かどうかについては明らかにされていない。そこでランニング・ホイールを置いたケージでNPPモデルマウスを飼育した(PSL-Runnerマウス)ところ、PSL-Runnerマウスの機械的アロディニアと熱痛覚過敏は有意に緩和され、さらにPSL-Runnerマウスの運動量はvon FreyとPlantarテストの逃避閾値と正の相関を示した。これらの結果より、自発運動はEIHを生じさせること、さらに自発運動量はEIHの程度に影響を及ぼすことが分かった。このように本年度の研究成果は、EIHを生み出すメカニズムに新たな知見を加えることができ、さらに自発運動がEIHを生じさせた実験結果は、心理的・身体的ストレスとEIHとの関係を検討する新たな研究課題へと発展した。神経科学平成25年度の研究目的は「神経障害性疼痛に対する脳・脊髄の適応反応」について明らかにすることであった。まず昨年度の「今後の研究の推進方策」に従い「神経障害性疼痛に対する脊髄後角ミクログリアでのエピジェネティク制御」について検討した。その結果、PSLを施したNPPモデルマウスの脊髄後角ミクログリアには「1HDAC1発現の増加、2CBP発現の減少、そして3アセチル化ヒストンH3K9発現の減少」を認めた。これらの成果は本年度の研究目的を十分に達成したと評価できる。さらに昨年度の「今後の研究の推進方策」に記載した他の目的、すなわち「NPPモデルマウスに対する運動の介入効果」について、脊髄後角ミクログリアにおけるエピジェネティクな変化に着目して検討を進めた。その結果、脊髄後角ミクログリアには「1HDAC1発現が減少し、2CBP発現が増加することで、3アセチル化ヒストンH3K9発現が高められる」ことが分かった。RVMは脊髄上位において疼痛制御にかかわる重要な部位である。そこでこの領域に着目して走運動の効果を観察してみると、走運動を行わせたNPPモデルマウスの術側RVMには、pERK陽性ニューロン数の有意な増加が観察された。これらの成果も本年度の研究目的を十分に達成したと評価している。以上のように本年度は「神経障害性疼痛に対する脳・脊髄の適応反応」を捉えるだけに留まらず、走運動が疼痛を緩和するメカニズムの解明をも含めた内容に発展できたことは、本年度の目的以上の成果を挙げることができたと考えている。しかし、昨年度の「今後の研究の推進方策」に記載したもう一つの目的である「神経障害性疼痛に対する大腰筋の適応反応」に関する結果が得られていない。これは次年度に必ず取り組まねばならない。平成24年度の研究目的および計画では,「神経障害性疼痛に対する大腰筋の適応反応を検討する」としている.
万能細胞における不均一性のメカニズム解明とその実体分子の制御

本研究では、現在、ES/iPS細胞の分化効率低下の原因とされている、「分化状態の不均一性」のメカニズム解明と実態分子の制御を目的とした。その候補因子として、遺伝的背景が同一の細胞集団に、局所的な分化・形態変化刺激を伝達するSyntaxin4 (STX4)に着目し、その機能解明および制御方法の確立を試みた。これまでに、未分化なES細胞表面で不均一にSTX4が発現すること、また、強制的にSTX4を提示させたES細胞は、未分化維持培地中でも中胚葉系への分化およびEMT様の形態変化が誘導されることが明らかとなった。本年度は、分化状態の不均一性とSTX4の相関をより詳細に解析するため、未分化維持因子LIF添加培地(この条件下では細胞は不均一な未分化状態を示す)と、マウスES細胞を最も均一な未分化状態(Grand-state)で維持するために用いられる2i (MAPKおよびGSK3-βの阻害剤)を添加した培地で培養した際の、STX4の細胞外発現量を比較したところ、2i含有培地において有意にその発現が抑制されることが明らかとなった。さらに、2iにより均一な未分化性を維持した状態の細胞に、強制的にSTX4を細胞外提示すると、中胚葉分化が誘導されることから、2iによる分化状態の均一化メカニズムの一つに、STX4の細胞外提示抑制が関わる可能性が示された。また、前年度示した細胞外STX4の下流で起こるE-cadherinからP-cadherinへのスイッチや、2細胞期特異的遺伝子Zscan4などの発現減少には、未分化維持シグナルとして重要なPI3K/Aktシグナルの抑制が鍵となることが明らかとなった。最後に、人工的に細胞外STX4を制御するために、アンタゴニスト活性をもつSTX4フラグメントタンパク質の作製を試みた。複数の候補の中から、分化・形態ともにSTX4の機能を抑制するアンタゴニスト創製に成功したため、今後はヒトiPS細胞に幅を広げ、このアンタゴニスト効果と共に、ヒト幹細胞における細胞外STX4の機能を詳細に検証していく予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。ES細胞やiPS細胞などの万能細胞は、再生医療の強力なツールとして期待されているが、実用化に向けて、目的細胞への精密な分化制御が難しいという問題が残されている。現在、その原因は「万能細胞における分化状態の不均一性」にあると考えられている。これまでの研究で、未分化維持培地中の万能細胞は、完全な未分化状態を示す細胞と一定の分化方向へ性質が傾いた(分化が進んだ)細胞が混在する状態であることが示された。しかし、この不均一性を生じさせる詳細な機構についてはほとんどわかっていない。我々は、「万能細胞における分化状態の不均一性」を生み出す実体分子として、「1.細胞集団の中で局所的な機能発現が可能である、2.細胞分化に関与する」という性質を併せ持つ、STX(Syntaxin)という膜タンパク質群に着目した。STXは細胞内と細胞外で異なる機能を発揮する稀なタンパク質で、通常細胞膜の内側に発現しているが、膜反転に伴って局所的に細胞外に提示され、表皮や乳腺の成熟・分化に関わることが近年判明した。本年度は、胚性癌(EC)細胞やES細胞などの未分化な細胞集団中で、STX4が細胞外に不均一に提示されること、また、人工的に細胞外提示させたSTX4が未分化維持培地中で中胚葉系列への分化を促進することを明らかにした。さらに、分化に伴って上皮間葉転換(EMT)様の形態変化が促進されたが、その分子機構としては、典型的EMTマーカーのSnailファミリーの変化ではなく、E型からP型へのcadherinスイッチが重要である可能性が示された。また、STX4の詳細な下流因子同定のため、トランスクリプトーム解析を行った結果、2細胞期やES細胞で特異的に発現し、未分化性の維持に重要とされる転写因子、Zscan4ファミリーに属する全ての遺伝子が抑制されることが示された。現在、以上の結果をまとめた論文執筆を進めている。本年度中に、未分化な万能細胞表面でのSTX4の不均一な局在と細胞外STX4の機能、およびその分子メカニズムの一旦を明らかにすることができたことから、当該研究はおおむね予定通り進行していると考えられる。本研究ではまず、分化方向が限定された2種類のEC細胞(F9細胞およびP19.CL6細胞)と分化万能性を持つES細胞を用いてSTX4の細胞外局在について解析を行った。その結果、未分化維持培地中で、STX4は全細胞を100としたとき、2割程度の細胞表面に提示されることが分かった。しかし、これまで幹細胞における細胞外STX4の機能は一切未解明であったことから、次に、STX4を高効率に細胞外発現させるため、テトラサイクリン誘導系とレトロトランスポゾンシステムを組み合わせた系を構築し、その機能解明を試みた。結果として、STX4によってECおよびES細胞で、形態変化を伴った中胚葉分化を促進することが示された。また、STX4による上皮間葉転換様の形態変化が分化のスイッチとして働く可能性も示された。この形態変化の過程で、E-cadherinの発現量が減少し、逆にP-cadherinが上昇するといったcadherinスイッチが生じていた。

そこで、人工的にE-cadherinの機能阻害やP-cadherinを過剰発現すると、STX4による形態変化が再現されることが判明した。また、STX4の未分化性関連因子への影響を調べるために、トランスクリプトーム解析を行ったところ、2細胞期とES細胞に特異的に発現する転写因子zscan4ファミリーの全ての遺伝子が他の未分化維持因子よりも強力に発現抑制されることが明らかとなった。現在、zscan4を制御するPI3K-AKT経路とSTX4の関係について調べるため、リン酸化AKTの発現量追跡とともに、PI3K阻害剤を用いた解析を進めている。本研究では、現在、ES/iPS細胞の分化効率低下の原因とされている、「分化状態の不均一性」のメカニズム解明と実態分子の制御を目的とした。その候補因子として、遺伝的背景が同一の細胞集団に、局所的な分化・形態変化刺激を伝達するSyntaxin4 (STX4)に着目し、その機能解明および制御方法の確立を試みた。これまでに、未分化なES細胞表面で不均一にSTX4が発現すること、また、強制的にSTX4を提示させたES細胞は、未分化維持培地中でも中胚葉系への分化およびEMT様の形態変化が誘導されることが明らかとなった。本年度は、分化状態の不均一性とSTX4の相関をより詳細に解析するため、未分化維持因子LIF添加培地(この条件下では細胞は不均一な未分化状態を示す)と、マウスES細胞を最も均一な未分化状態(Grand-state)で維持するために用いられる2i (MAPKおよびGSK3-βの阻害剤)を添加した培地で培養した際の、STX4の細胞外発現量を比較したところ、2i含有培地において有意にその発現が抑制されることが明らかとなった。さらに、2iにより均一な未分化性を維持した状態の細胞に、強制的にSTX4を細胞外提示すると、中胚葉分化が誘導されることから、2iによる分化状態の均一化メカニズムの一つに、STX4の細胞外提示抑制が関わる可能性が示された。また、前年度示した細胞外STX4の下流で起こるE-cadherinからP-cadherinへのスイッチや、2細胞期特異的遺伝子Zscan4などの発現減少には、未分化維持シグナルとして重要なPI3K/Aktシグナルの抑制が鍵となることが明らかとなった。最後に、人工的に細胞外STX4を制御するために、アンタゴニスト活性をもつSTX4フラグメントタンパク質の作製を試みた。複数の候補の中から、分化・形態ともにSTX4の機能を抑制するアンタゴニスト創製に成功したため、今後はヒトiPS細胞に幅を広げ、このアンタゴニスト効果と共に、ヒト幹細胞における細胞外STX4の機能を詳細に検証していく予定である。これまでの結果を受けて、今後の推進方策としては以下の3つのことを予定している。一つ目は、今回cadherinスイッチがSTX4による形態変化を仲介する可能性が示されたが、このカドヘリンと中胚葉分化の関連は明らかとなっていない。そのため、P-cadherin強制発現細胞株(もしくは同時にE-cadherinの機能阻害抗体)を用いて、STX4によって変化する中胚葉マーカーを追跡する。さらに、STX4発現誘導株でP-cadherinをノックダウンすることで、形態および分化への効果が阻害されることを確認する。二つ目は、細胞外に提示されたSTX4の受容体を同定する。受容体の候補因子としては、まずIntegrin群に着目する。
Cdc37と細胞内基質の相互作用の解析

Cdc37は、サイクリン依存性キナーゼの活性化に必要であり、またp60v-srcやカゼインキナーゼII(CKII)、scvcenlessを含むキナーゼと遺伝的な関係がある。我々は、Cdc37がHSp90とよく似た分子シャペロンの機能を持ち、基質をrefoldingされうる状態に保つ働きがあることを示した。細胞内では、出芽酵母とショウジョウバエにおいて、Hsp90とCdc37の両方に変異を持つ変異株で合成致死などの現象がみられるが、この2つの蛋白質には互換性はない。また、Hsp90の2種類の細胞内基質蛋白質(p60v-srcと転写因子グルココルチコイドレセプター(GR))に対するCdc37の効果を調べると、Cdc37はp60v-srcに対しては働くが、GRには働かない。以上の結果から、我々はこれまでに、Cdc37はHsp90と機能的に共通な部分があるが、Cdc37が細胞内でシャペロン機能を発揮する基質は限られており、主にキナーゼに特異的であることを示した。そこで、本研究では、Cdc37がどのようなメカニズムでシャペロン機能を発揮するのかを明らかにするために、まず出芽酵母中でのCdc37の天然の基質を同定を試みた。Cdc37と遺伝的な関係があるCdc28(サイクリン依存性キナーゼ)との相互作用を検討した。Cdc37とCdc28に対する抗体を作成し、このCdc37の抗体を用いて酵母抽出液を免疫沈降すると、免疫沈降物の中にCdc28が含まれている事を見い出した。まだ、Cdc37の機能部位を決めるために、様々な欠失変異体を作成した。Cdc37は必須の遺伝子であるが、Cdc37のカルボキシ側の半分を欠いたものでも、酵母は生存可能であった。しかし、いずれの欠失変異体においても、キナーゼとの結合が検出できなくなり、機能部位の特定のためには、点変異を作成する必要性が認識された。
酸化浸出と還元浸出を組み合わせたプロセスにおける微生物の適用

有用金属の原料である鉱石は、酸化物かあるいは硫化物かのいずれかで存在することが多い。酸化物鉱石から金属を回収するためには還元剤が必要であり、硫化物鉱石の浸出には酸化剤が必要である。本研究は、このような場合酸化浸出と還元浸出を組み合わせ、鉄イオンを加えると、これが酸化剤と還元剤双方の役割を果たすので、新たに酸化剤あるいは還元剤を使用しなくても済むことを見い出した。実際に二酸化マンガンと硫化亜鉛を希薄な硫酸に加え、これに鉄イオンを添加すると、添加しない状態ではほとんど浸出されなかったマンガン及び亜鉛イオンが回収された。しかしながら、浸出速度は、酸化剤あるいは還元剤を加えたときよりも小さかった。その原因について検討した結果、3価の鉄イオンと硫化亜鉛の反応速度が、2価の鉄イオンと二酸化マンガンのそれよりも小さいことにあることを発見した。そこで、この系に鉄酸化細菌(T.Ferrooxidans)を添加すると、鉄イオンの酸化速度を向上して、硫化亜鉛の浸出に必要な3価の鉄イオン濃度を増加させること及び鉄酸化細菌が直接硫化亜鉛と反応することが期待され、結果的にマンガン及び亜鉛イオンの浸出速度を向上されることが期待された。浸出実験の結果、予測したように鉄酸化細菌を加えることによって、亜鉛の浸出速度が2倍以上に増加した。使用した鉄酸化細菌は動物に対する毒性は全くなく、水素イオン指数が5位上になると死滅するので、環境に対する負荷もなく、非常に有用なバクテリアと考えられ、これを使用することにより廃棄物が少ないプロセスを構築できると考えられる。
疎な多変数多項式・系に対する近似代数算法の開発と安定・効率化

●本課題は、研究自体は17年度内に終了していたが、主要論文の発表に時間と労力を取られたために一部の成果の発表が17年度内に終了せず、研究期間を18年度に延長したものである。●研究成果自体は、古くから未解決だった『多変数多項式の剰余列算法における中間式膨張の除去』を解決する算法を提案したものである。従来の算法は部分終結式理論という有名な理論に基づいており、剰余列の各要素を入力多項式の係数を要素とする行列式で表現し、行列式の性質を利用して効率的に剰余多項式を計算する。剰余式は二つ以上前の剰余の主係数のべき乗を因子として含むが、その因子が理論的に予言でき、除算により除去できるので非常に効率的である。しかし、除去する前の被除多項式は商多項式より大きく、中間式膨張が起きて効率を少し落としている。さらに、与多項式が疎な場合には、そもそも部分終結式理論が非効率的であった。この課題に対し、入力多項式が疎な場合に対する行列式理論を構築し、疎な多項式でも部分終結式理論と同様に以前に計算された剰余の主係数のべき乗が結果式に因子として含まれることを証明したが、べきの値を予言するには到らなかった。その代りに、従変数に二桁程度の大きさの異なる素数を代入した簡単系を作成し、簡単系で被除多項式が含む前剰余の主係数とそのべきを試し除算で推定し、商多項式がべき級数除算で計算できる最低次数まで被除多項式を計算することにより、不必要な項を計算することなく商多項式を計算する算法を提案した。実験の結果、望み通りの効率化が実現できた。27年度の研究目標は、1)疎な多変数多項式のGCDと因数分解の効率的算法の開発、2)疎な多変数多項式系の近似シジジーの効率的算法の開発と応用、であった。両者とも、研究申請時に念頭にあったアイデアを遥かに超えるアイデアを得て、前者に関しては論文2編を執筆した。後者に関しては最初のアイデアは駄目と判明したが、新たなアイデアを得て鋭意研究中である。疎な多変数多項式の算法開発について。本研究代表者が中心になって考案した『拡張ヘンゼル構成』を用い、多変数多項式GCD(最大公約子)のプログラムを開発した:その際、懸案だった重複因子問題は従変数の重み付けで解決し、高次のGCDの次数を見積もる効率的方法を開発した。疎な多変数多項式のGCD計算に関しては、過去30年以上世界の研究者がしのぎを削り、『疎補間法』と命名された方法が開発され、世界的な数式処理システムMapleに実装されている。現時点で世界最先端のその算法と比較すると、本研究で開発したプログラムはスピード勝負で少し負けた。そこで、拡張ヘンゼル構成の旧来の算法を見直し、グレブナー基底を利用して構成を行う全く新しい算法を考案した。算法はまだ一部が完成したのみだが、既に最初の論文を執筆した。疎な多変数多項式系について。浮動小数グレブナー基底の新しく魅力的な計算法を思いついた。グレブナー基底の計算では多項式の各項を一意的に順序づけ、先頭から順に消去していく。アイデアは、多項式Pで先頭のr個の項が消去されて残った項全体をRest(P,r)と表現して、Pの係数に含まれる浮動小数誤差が他の多項式の係数と混じることを防ぎつつ、計算を進めるものである。論文が受理されたあとでこの方法は不完全であると解り、論文を取り下げた。今は、数値解析で有名なHouseholder変換を用いた別の方法を開発中である。実施した研究は計画書に当初記載したものとはかなりズレたが、内容的には当初想定したものより良い結果が得られている。拡張ヘンゼル構成に関しては、計算が重くて改良したいと思っていた、"Moses-Yun補間式"に基づく計算法とヘンゼル因子の有理式係数の処理を抜本的に改善した。後者は分母因子をシステム記号で置き換えて有理式を多項式として扱うという平凡な方法だが、前者に関しては全く斬新なアイデアであり、簡単な例題ではあるが旧算法に比べて数十倍から百倍程度も高速化できた。浮動小数グレブナー基底に関しては、世界のほとんどの研究者が研究から撤退したほど安定な算法開発が難しい課題であり、第一のアイデアが失敗に帰したのも致し方ないと思う。それにもめげず、さらに新しいアイデアを得て、研究を続行中である。今年度は、1)多変数多項式の拡張ヘンゼル構成算法をグレブナー基底を用いて定式化した、2)2個の多変数多項式の消去イデアルのグレブナー基底と多項式剰余列との重要な関係式を発見した、3)同グレブナー基底の計算を多項式剰余列を用いて大幅に効率化した、4)拡張ヘンゼル構成による疎な多変数多項式のGCD算法の効率化を達成した。1)2個の多項式の消去イデアルのグレブナー基底で主変数を含まない要素は1個であることを証明した。これは、2変数の場合にはよく知られていたが多変数の場合には知られておらず、理論的に非常に有用な定理である。さらに関連する定理を二つ証明した。2)連立代数方程式に対する二つの解法、グレブナー基底法と消去法、を関係づけたいとの古くからの研究者の願望に突破口を開いた。その関係は幾つかの定理からなっており、多くの実例を計算しているうちに発見し、非常に苦労をして証明したものである。

3)グレブナー基底計算は単項式消去の繰り返しで、生成した多項式の全ての対のS多項式が0になるまで実行する必要があり、非常に時間が掛かる。一方、剰余列計算は主変数の次数を数回の演算で落とすので高速であり、従変数が多い場合には決定的に有効である。1)で述べた定理は剰余列の最後の要素からイデアルの最小元が計算できることを示す。そこで、剰余列の要素を初期基底に組み込みグレブナー基底を効率的に生成する方法を考案し、国産数式処理システムGALにインプリメントして、高速性を実証した。4)疎な多変数多項式のGCD計算に関しては、拡張ヘンゼル構成を利用した算法が世界最速と目されるカナダの数式処理システムMapleに数倍ほど負けていた。本研究の動機の一つは同システムに負けない高速性を達成することだったが、乗除算にまで工夫をこらして、Mapleと同じ程度にまで効率化を達成した。当初の計画は本研究申請時に頭にあったアイデアに基づく研究だったが、研究をスタートさせると、申請時に最も期待していたテーマ(数値解析で著名なHouseholder法による浮動小数グレブナー基底計算の安定化)が複雑なため研究を中断し、計画通りという意味では進展しなかった。しかし、新たに手がけたテーマ(グレブナー基底による拡張ヘンゼル構成の定式化と算法改善)が予想外に大進展した。総合的に言えば、当初の計画以上の進展といえると思う。1. 28年度までの研究で、拡張ヘンゼル構成のグレブナー基底による定式化では2多項式系{G,H}の消去イデアル(主変数xを消去)の最低元Sとその余因子A',B'が重要だが、従変数が多いと計算が非常に重いことが分っていた。本年度はGとHから生成される剰余列PRS(G,H)を利用して(S,A',B')の計算の高速化を目指した。グレブナー基底法で計算したA'とB'は大抵xに関し高次の多項式となるが、次数低減のためA'をHで、B'をGで割ったら、試した例すべてで割り切れた。そこで、このことは一般に成立するに違いないと予想し、苦労して次の定理を得た。PkをPRS(G,H)の最終元、AkとBkをその余因子、A=rem(A',H), B=rem(B',G)(remは剰余を表す)とすれば、(S,A,B) = c*(Pk,Ak,Bk)/gcd(cont(Ak),cont(Bk))が成立する(cは定数でcontは係数のGCD(最大公約子)を表す)。2.拡張ヘンゼル構成は本研究代表者らが考案した算法で、ヘンゼル構成が破綻する臨界点における展開が可能である。この算法のアイデアを用いて、効率性が実証済みのPc-PRS GCD (べき級数係数剰余列GCD算法)とEZ-GCD(拡張Zassenhaus GCD算法)を展開点が臨界点の場合に拡張し、種々の効率化を行った。3.多項式の剰余列計算は部分終結式理論により詳しく研究されたが、擬除算に基づいているので、主変数に関して疎な多項式では不経済な計算をする。そこで、擬除算を(疎多項式用の)疎擬除算に拡張し、疎擬除算に基づく疎剰余列に対する行列理論を建設した。さらに、(疎)擬除算に基ずく剰余列計算は不可避的に中間式膨張を起こすが、この問題は未解決だった。そこで、べき級数演算を用いて不要な高次項を組織的に除去する方法で、この問題を解決した。1.当初の目的は、微分方程式も含め、近似代数の諸演算の効率化を目指すものだった。しかし、「近似グレブナー基底計算のHousehoulder法による安定化」という切り札ともいうべきアイデアを、算法が複雑になりすぎたので捨てざるを得なかった。
歴史学習における「問い」の生成と発展のための指導方略の開発研究

専門家たちによって明らかにされた知識をただ受容的に獲得するのではなく、より主体的・能動的な歴史学習が求められる今日、本研究では、学習者が「問い」を発し、その「問い」をより深め発展させてゆくための、指導者の指導方略の基本原理を明らかにしようとした。実施されている歴史授業や英語圏の歴史学習テキスト等を調査した結果、多くの場合において、ある歴史事象について、時系列的な時間軸をスライドするように前後に移動して歴史事象をとらえようとする一方、他の事象と比較したりして上下に移動してとらえようとする2つの往復過程が巧みに指導されていることが明らかになった。本年度は、主に英語圏における歴史教科書に見られる「問い」の構成を、その学習の文脈から調査を行い、もう一方で「問い」の後の学習展開に関して、附属学校を活用し、自ら実地授業を行うことを通して、いくつかの方向性を探り出した。英語圏における歴史教科書は、歴史学習における教科書の位置付けが我が国とは異なり、子どもが何らかの「制作的」な活動を行うことを前提に作成されているため、その学習の向かう先が実に多様であり、学習指導研究の観点からは多くの示唆を得ることができた。こうした知見を活かして、「問い」に続く展開の指導方略の試みを実地授業で行った。一般に社会科教師の間では、「問題解決」「課題解決」という呼び名があるように、学習過程における「問い」は「解決」の方向に向けて動いてゆくことを前提に指導方略が立てられる。しかし前年度までの研究視点とその成果からすれば、「問い」は「解決」に向けて動くというより、「思考のレベル転換」を経過するように動くほうが、学習における「問い」本来の機能に即しているのではないか、という観点に立って指導方略を試みた。例えば、「問い」に対して対立的に思考の場を設定して議論をした後、レベル転換をさせてゆく方略として、「選択態」から「必然態」さらに「可能態」へと転換させてゆく方略が考えられ、これは実際に実施を試みたが、「問い」の展開として学習を深化させる有効性を確認できる一方、丁寧に段階を踏んで行うと非常に時間を要するという課題が明らかになった。こうした成果と課題に、前年度の研究成果である「複数の子ども類型への調整的指導」という観点を加えると、「思考のレベル転換」の各段階ごとに、個々の子ども類型へのよりミクロな指導モデルを構築する必要が生じてきた。本研究課題3年目としての本年度は、前年度までの課題であった「複数の子ども類型への調整的指導」「『問い』の展開としての学習」に対し、附属中学校での実地授業をも通して統合的な分析考察を行うとともに、最終年度として本研究の意義付けを近年の社会科授業研究の研究動向の中で明確にすることを試みた。特に後段に関しては、本年度の全国社会科教育学会の全国大会を開催する役割になったため、あえて本研究にきわめて密接に関連するシンポジウムテーマを設定し、「社会科授業の研究」のあり方を「授業構成」のレベルから「学習指導」のレベルへ移行にすることの意義と課題を論じるようにした。まず本研究自体に関しては、前年度までの課題を受けて、歴史学習において「問い」が生じ、学習者共通の「問い」として意識されるまでの過程に重きを置き、自ら附属中学校で実地授業を行った。前年度までに英語圏における歴史教科書及びそこで想定されている学習活動から、多様な情報提示が「問い」を支える事例を参照してきており、その手法を取り入れたため、従来の一般的な歴史授業に比べて共通の「問い」に至るまでの過程が非常に長く、授業の中盤になっての「問い」の設定になり、後半ではそこから副次的な「問い」が分散する構成になったが、幾人かの子どもの反応をみると、歴史の事実を深く追究していく過程がよくわかり、歴史への知的興味を持続させるものがあったことが明らかになった。一方、本研究は「社会科授業の研究」としてはかなり異例で、単元単位や一時間の授業構成という区切りをとらず、一定量の「指導」というタイムスパンに焦点を当てるものとなった。この視点で学会のシンポジウムを開催したところ、この視点は授業の研究にとどまらず、カリキュラムや評価に及ぶ大きな研究パラダイムに関わることが明らかになった。本年度は、小中学校の歴史学習諸実践において、歴史への「問い」が生成される脈絡と、その「問い」に対する教師の指導的対応の方法を仮説的に設定するまでを行った。現在小中学校で通常に実施されている歴史授業における「問い」とその前後の会話を抽出する過程で、複数の中学校現職教員より、現在指導上直面する課題は「授業づくり」「授業構成の在り方」ではなく、「子どもへの対応の在り方」にあり、しかも従来のような等質的・均一的にとらえられた「子ども全体」ではなく、異なる反応を示す複数の子ども集団への対応であることを聴取することができた。

このため、当初の研究計画を若干修正し、授業の「計画段階」の開発を主とするのではなく、「実施段階」すなわち「子どもを前にした学習指導の場」の指導論開発に重点をおくこととなった。国内の文献における歴史授業記録、実践書、指導書等の調査の結果、「問い」及びその前後の脈絡における教師の指導は、「発問・指示」を発すること、資料を提示することなど、「子ども全体」に対する働きかけと、ある程度共通の目標への指導を意味するものと理解されており、個々の子どもの活動への対応を想定した共有知見は確立されていない現状が明らかになった。これを受けて、「子ども」のとらえ方と「指導方向」のとらえ方を類型化することによって、「問い」の指導をめぐるフレームワークを設定し、2名の中学校現職教員の指導を事例に、どのような指導のヴァリエーションが可能かを探り出した。その結果、歴史学習指導における教師の指導言には、(1)「共通性」「差異性」に着目させること、(2)「必然性」「意図性」に着目させること、という2つの指針が、複数の子ども類型への調整的指導として重要な機能を果たしている可能性が導き出された。本年度は、研究期間の延長を申請し、前年度までの結果を補完するための研究を継続して行うとともに、本研究課題の下での成果取りまとめを行った。継続的に行った研究は以下の2点である。一つは、前年度まで追究してきた「問い」の生成・発展で進行する歴史学習における方向性と評価観点を取り上げ、英語圏における歴史学習テキストをあらためて見直すことを通して、事象の継起的理解をベースにしつつ、一般概念的に解釈する観点と個別視点的に解釈する評価観点の有り様を明らかにした。もう一つは、本研究期間中に附属学校で行った一連の実地授業を再度検討し直し、大学の研究者教員が研究の一環として授業を行う意味や、そこでの「指導」の今日的脈絡での意味を明らかにした。一方、最終年次として取りまとめるにあたり、社会科教育関係の諸学会への参加を通して当該分野の研究動向における本研究の固有性や意義を再認識するに至った。それは端的にいうと、実践の場からの帰納法の有効性である。本研究は初めにグランドセオリーを打ち出すのではなく、発表された指導案、教科書、現職教員による学習指導事実の聴取、授業実践事例などの対象から研究視点にとって重要な要素を抽出し、それらの関係や構造をモデル化する手順で進めてきたが、本研究の焦点が歴史学習指導方略の開発研究である以上、この手法には合理性があり、またこのような指導論研究が、社会科教育研究の蓄積として非常に薄いという実態に十分応ずることができる見通しを得た。本課題による研究は最終年度であるが、今後は本研究で解明した、「問い」の生成・発展で進行する歴史学習の原理構造から現出する学習指導の実際を、取扱題材に応じて開発していくことを、次の研究課題に引き継ぎたい。教科教育学社会科教育研究の手法を、1年次においては、より学校現場の現実を踏まえた実際的な方略の開発に向けた方向へと若干変更したが、その後はおおむね順調に推移しており、2年次には大きな変更なく進展させることができた。本研究の構想時点の趣旨とすれば、授業の研究を従来のように単元や一時間の授業で区切らず、「問い」の生成と発展を資料と学習活動で展開する指導を開発しようとするものであったため、その点でおおむね順調に推移しているといえる。
癌細胞株を用いたcDNAプロファイリングによる新規癌関連遺伝子の検索

我々の教室では乳癌や肝癌を中心にLOH解析を行ってきた結果、17q25.1,4q21-22,16q24.2,6q21,6q25.3の5領域それぞれに、約1cMの共通欠失領域を同定している。これら5領域からの癌関連遺伝子の単離を目的に種々の癌細胞株で発現異常を示す同領域内のESTを癌関連候補遺伝子と考え、新規癌関連遺伝子を単離を試みた。18組織119株の癌細胞株を入手しmRNAからcDNAの合成を完了した。発現解析の対象と成るESTは各領域それぞれ約40、合計200あまりのESTで、半定量的RT-PCR法にて現在までに91のESTの解析を終えintegrin β4 subunit,JNK3,osteopontin,protein tyrosine phosphataseを含む16ESTに発現の極端な減弱、消失を確認している。発現異常を示す17q25領域の二つのESTからオリゴキャッブ法により作製された完全長cDNAライブラリーのスクリーニングや5′RACE法によりそれぞれ新規遺伝子を単離した。一つは7回膜貫通ドメインを持つ442アミノ酸からなる蛋白(DMHC1)で、もう一つは一回膜貫通ドメインを持つ778アミノ酸からなる蛋白(DMC1)〓あった。DMC1に間しては、肝癌、肺癌、乳癌を中心をした癌細胞株のcDNAを対象にPCR-SSCP法にて変異検索を行っておりいままでのところ、同義置換を確認している。癌との関連が示唆される既知の遺伝子が含まれていた。JNK3については、そのゲノム構造を決定し、36頭蓋内腫瘍を対象に、integrin β4 subunitに関しては、47乳癌を対象に変異検索を行い、いずれの遺伝子においても新規一塩基多型(SNP)を確認している。また肝癌や肝芽腫にて高頻度にLOHを認める4q21-22領域のESTからも現在新規cDNAをクローニング中である。今後、新規癌関連遺伝子の単離を継続すると共に、今回単離した遺伝子の構造解析や手術検体における変異解析および組み換え蛋白技術や細胞生物学的技術を用いた機能解析より、癌との関係を検討する予定である。
過冷却液体の協同運動モードに対する空間的・時間的スケール

1.超音波緩和スペクトルから観測された緩和過程から、2つの緩和過程の存在が確認された。遅い緩和過程は、分子集団の協同運動を反映したものであり、モード結合理論におけるαプロセスに相当する。個々の分子の構造は反映されず、相互作用の大きさ(粘性率)に支配される。2.二段緩和のうち速い緩和過程についても同様に分子集団の協同運動を反映したものであり、粘性率の温度依存性に対する急激な変化が、協同運動をする分子集団の大きさの急激な変化に対応し、それが二段緩和に対応する。3.混合系においては、個々の液体の運動は反映されず、混合した分子集団としての協同運動が起こっている。4.誘電緩和スペクトル(100GHz)から観測された緩和過程からは2つの過程は観測されず、温度に対して緩和時間の分布に大きな変化は見られない。また測定された平均緩和時間は超音波緩和スペクトルからのそれと比較して44.5倍程度だが、活性化エネルキーがほぼ同じであった。5.低周波ラマンスペクトルから観測されたピークから、局所的な密度揺らぎが1THz程度に確認され、構造相関長が1nm程度にあることが確認された。6.二糖類水溶液でも40wt%の濃厚状態では、構造緩和が観測された。また、結合様式の違いにより水和の状態がことなるトレハロース、マルトース水溶液に超音波緩和周波数に顕著な違いがみられた。溶存状態の違いが運動の分子の並進時間スケールに影響を与えることが明らかとなった。本研究では、超音波緩和スペクトル、誘電緩和スペクトル、およびラマン散乱スペクトルを広い温度範囲で測定することにより過冷却液体の協同運動の空間的・時間的スケールの知見を得ることを目的としている。本年度は、エチレングリコール四量体において、様々な実験を行った。まず、-90°Cまで冷却可能なラマン散乱セルを作成し、ラマンスペクトルを広い波数範囲で測定した。高波数側の解析より、過冷却状態では、コンホメーション変化が生じることがわかった。また、低波数側のスペクトルには、過冷却状態でボゾンピークが観測された。ボゾンピークの解析により、協同運動の時間的・空間的スケールを算出したところ、それぞれピコ秒程度、1nm程度であった。また、エチレングリコール四量体の誘電緩和スペクトルを測定し、緩和スペクトルが粘性率でスケールできることを見いだした。また、換算Cole-Coleプロットから比較的ゆっくりとしたα緩和だけでなく、ps領域にも緩和現象が存在することを確認した。この結果は、ボゾンピークの結果と対応づけられる。また、超音波緩和スペクトルの測定結果は、二段緩和から、α緩和への移行が観測された。以上の結果より過冷却液体の緩和の時間スケール広い時間スケールで分布して存在することがわかった。また、本年度導入したネットワークアナライザと誘電体プローブキットを用い、誘電緩和スペクトルの温度依存性の実験もあわせて行った。糖水溶液は高い年度に関わらず緩和時間から得られる活性化エネルギーは水そのものより小さいことがわかり、溶液系のでは純粋液体とは異なる傾向がみられた。本年度は、プロピレングリコール、1,26-ヘキサントリオールおよびヘキサントリオール-エチレングリコール四量体混合系(PEG)において、実験を行った。プロピレングリコール、ヘキサントリオールの超音波緩和スペクトルでは、二段緩和が観測されたPEGとは異なり、温度時間換算側が成立した。緩和スペクトルは、Kohlrausch-Williams-Watt(KWW)型の一つの緩和関数で表現することができた。また、緩和時間の分布を表す指数β_<KWW>は、プロピレングリコール、ヘキサントリオールでそれぞれ0.8、0.4となった。

ヘキサントリオール-PEGの混合系の超音波緩和測定は組成比3:1、1:1、1:3で行った。すべて、温度時間換算側が成立し、二段緩和現象が見られず、KWW型の一つの緩和関数で表現することができた。また、β_<KWW>はヘキサントリオールの組成が大きくなるにつれ、減少した。以上の系での粘性の温度依存性からより得られるAngellのDパラメータの値は8.5以上であり、粘性率の急激な温度変化が小さく、このことが今回観測した温度、周波数領域において、二段緩和が観測できなかった一因だと考えられる。ヘキサントリオール、ヘキサントリオール-PEGの1:1混合系で低周波ラマンスペクトルの測定を行い、ボゾンピークを観測した。その結果、ボゾンピークから得られたヘキサントリオールの構造相関長の温度依存性は、PEGより小さかった。1:1混合系での構造相関長の温度依存性は、ほぼヘキサントリオールのものと等しくなった。このことから、ポゾンピークで観測されるps、nmの時間、空間スケールの温度による変化と、高粘性液体の超音波緩和スペクトルの挙動と相関をもつことが確かめられた。
プロテオグリカンを介した歯胚細胞外環境の構築機序の解明と新規歯胚組織再生法の確立

本研究課題では歯胚発育・再生過程におけるコンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSPG)の局在と機能を明らかにし、CS鎖の歯胚組織再生法への応用の可能性について検討した。正常歯胚では、CS鎖は幼若歯乳頭、神経・骨・軟骨周囲の間葉に強く発現し、歯髄組織の成熟とともに歯根先端部に限局したことより、歯髄の神経誘導と歯髄幹細胞ニッチの形成に関与している可能性が示された。また、CS合成酵素ノックアウト(CSKO)マウスでは、顎顔面奇形、頭蓋骨の形態変化と骨・軟骨の低形成、歯髄再生の変化が確認された。以上より、CSPGは歯ならびに頭蓋顔面の発生・再生を調節する重要な分子であることが示された。本研究ではコンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSPG)について、歯胚の細胞外環境の構築とその変化、幹細胞ニッチとしての役割、歯胚細胞内シグナル伝達と細胞分化機構について解明するために、遺伝子改変マウスを用いて解析することを目的としている。平成26年度では以下の研究結果が得られた。1.正常歯胚発育過程におけるコンドロイチン硫酸プロテオグリカンの免疫組織学的検索:胎生13日齢から生後4週齢のマウス切歯・臼歯組織におけるCS鎖、HS鎖の経時的局在について、血管および神経組織との関係性に着目しながら免疫組織化学的に検索した。その結果、CSは胎生期歯胚の歯乳頭に瀰漫性に局在しており、さらに神経・骨・軟骨周囲の間葉にも強く発現していた。歯髄組織の成熟とともにCSの発現は消失した。一方、HS鎖は血管周囲の基底膜に限局していた。2.コンドロイチン硫酸合成酵素ノックアウト(CSKO)マウスの顎顔面ならびに歯の形態学的観察:CSKOマウスでは低頻度で口蓋裂、顔面裂が発症し、上顎劣成長による切歯の不正咬合も確認された。臼歯の形態形成はほぼ正常に進んでいたが、歯冠の矮小化が確認された。前項までの実験結果より、コンドロイチン硫酸鎖はとくに歯髄および歯胚周囲間葉組織に発現し、歯胚の形態形成の制御に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。本研究ではコンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSPG)について、顎顔面形態の発育、歯胚の細胞外環境の構築とその変化、幹細胞ニッチとしての役割、歯胚細胞内シグナル伝達と細胞分化機構について、遺伝子改変マウスを用いて解析することを目的としている。平成27年度では以下の研究結果が得られた。1.コンドロイチン硫酸合成酵素ノックアウト(CSKO)マウスの頭蓋顔面発育と歯の形態形成:前年度に引き続いてKOマウスの解析を行った。新たな所見として、CSKOマウスの頭蓋骨の形態異常(前後径の短縮と幅径の減少、容積の減少)、二次口蓋の菲薄化と癒合不全、下顎頭軟骨の細胞増殖減少と肥大化軟骨層の菲薄化、頭蓋底軟骨結合の異常、頭蓋冠の癒合遅延が確認された。さらに、歯胚および周囲骨組織にカルシウムなどのミネラル沈着の低下も認められた。2. CSPG関連シグナル分子の発現解析:正常およびCSKOマウスより軟組織、軟骨組織を採取し、RT-PCR法にてCSPG関連シグナル分子の発現変化を解析した。その結果、KOマウスではb-catenin、Lef1などのWNT関連分子の有意な発現低下、FGFs、BMPsの遺伝子および蛋白の発現低下が確認された。前項までの実験結果より、コンドロイチン硫酸鎖は頭蓋顔面形態および歯・歯周組織の発育を制御していることが示唆された。当初の平成27年度の研究計画内容についてほぼ予定通りに研究が遂行されており、現在までの研究成果を平成28年3月に開催された日本解剖学会総会にて報告した。本研究ではコンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSPG)について、顎顔面の形態形成、歯胚の細胞外環境の構築とその変化、幹細胞ニッチとしての役割、歯胚細胞内シグナル伝達と細胞分化機構について、遺伝子改変マウスを用いて解析することを目的とした。平成28年度では以下の研究結果が得られた。1.コンドロイチン硫酸合成酵素ノックアウト(CSKO)マウスを用いた臼歯再植実験系による歯髄・歯根膜再生とコンドロイチン硫酸との関連性の解析:生後3週齢のCSKOマウスおよび正常マウスを用いて、深麻酔下にて上顎第一臼歯を抜去後再植した。術後3日14日後に動物を深麻酔下で灌流固定し、上顎骨を摘出し組織切片を作製し、歯髄ならびに歯周組織の治癒過程を経時的に観察した。その結果、正常マウスではCS鎖は再植7日後に歯髄内の血管・神経再生部の周囲に集積し、14日後では歯根尖端部の歯髄幹細胞が局在している未分化領域に限局していた。CSKOではそれらCS鎖の集積が減少し、血管および神経組織の再生状況が変化しており、正常マウスと比較して損傷後の歯髄再生が早期に開始されている可能性が示唆された。2.CSKOマウスの口腔粘膜細胞の初代培養実験:生後1日齢の正常およびCSKOマウスの口腔粘膜組織を採取し、初代培養系を確立した。正常細胞とCSKO細胞について、細胞増殖および細胞分化能の差異についてRT-PCR法にて検索した。その結果、CSKO細胞は細胞増殖マーカーであるcyclinD1の顕著な発現低下、ならびにCS鎖関連分子の発現変化が確認された。

以上より、本研究課題によりCS鎖はCSPG関連シグナル分子の発現および局在変化を制御することにより、歯ならびに周囲骨組織・軟骨組織の細胞増殖ならびに分化を制御し、頭蓋顔面の形態形成、歯の発生ならびに再生を調節する重要な分子であることが示された。本研究課題では歯胚発育・再生過程におけるコンドロイチン硫酸プロテオグリカン(CSPG)の局在と機能を明らかにし、CS鎖の歯胚組織再生法への応用の可能性について検討した。正常歯胚では、CS鎖は幼若歯乳頭、神経・骨・軟骨周囲の間葉に強く発現し、歯髄組織の成熟とともに歯根先端部に限局したことより、歯髄の神経誘導と歯髄幹細胞ニッチの形成に関与している可能性が示された。また、CS合成酵素ノックアウト(CSKO)マウスでは、顎顔面奇形、頭蓋骨の形態変化と骨・軟骨の低形成、歯髄再生の変化が確認された。以上より、CSPGは歯ならびに頭蓋顔面の発生・再生を調節する重要な分子であることが示された。当初の平成26年度の研究計画内容についてほぼ予定通りに研究が遂行されており、その研究成果を平成27年度開催の学術集会にて発表する予定である。しかし、研究分担者の所属の異動によりCSKOマウスの供給がやや遅れたことにより、平成26年度で実施予定であったin vitro研究の一部を平成27年度に実施することとした。当初の研究計画に基づき、平成28年度は以下の項目について研究を遂行する。1.プロテオグリカンを応用した歯胚組織再生実験:CSPGの機能ドメインを含む合成ペプチドを作成し、エナメル器細胞、歯髄細胞、血管内皮細胞、神経細胞、骨芽細胞への効果を検証する。2.歯胚組織再生実験系へのCSPGペプチド応用:器官培養系およびマウス腎被膜下移植系にて、CSPGペプチドおよび関連分子を適切な濃度勾配をつけて歯胚周囲に配置し、血管および神経再生も考慮した歯胚再生促進への手法を確立する。口腔解剖学当初の研究計画に基づき、平成27年度は以下の項目について遂行する。1.歯胚上皮・間葉組織におけるコンドロイチン硫酸プロテオグリカン関連因子の同定:歯胚組織の一部を凍結切片とし、マイクロダイセクションにより各発育段階の歯胚上皮細胞、間葉細胞のRNAを採取し、DNAマイクロアレイにより時期および部位毎にCSPGと連動して変化するシグナル分子を特定する。2. CSPG関連シグナル分子の歯胚での発現解析:マイクロアレイ解析で特定されたCSPG関連シグナル分子について、経時的な歯胚組織での局在、時期および部位特異的な遺伝子発現変動を詳細に検証する。コンドロイチン硫酸合成酵素ノックアウトマウスの解析にやや時間がかかっていることより、平成27年度から開始予定であったCSPG合成ペプチドを応用した歯胚組織再生実験の着手が遅れたため。コンドロイチン硫酸合成酵素ノックアウトマウスを供給していただいている分担研究者の武内恒成教授が、新潟大学から愛知医科大学に異動となったことより、ノックアウトマウスの供給がやや遅れ、それに必要な解析を次年度に行うこととなったため。平成27年度から開始予定であったCSPG合成ペプチドを応用した歯胚組織再生実験に必要なペプチド合成費用、培養関連試薬や組織学的検索に必要な試薬を購入する。平成26年度に実施予定であった、コンドロイチン硫酸合成酵素ノックアウトマウスの解析の続きを平成27年度に実施することになったため、解析に必要な遺伝子解析試薬ならびに組織学的検索の試薬を購入する。
植込型補助人工心臓装着術後周術期における血液凝固因子の変動と止血効果の検討

末期重症心不全における植込型補助人工心臓装着術においては、周術期の出血性合併症や術後遠隔期における出血傾向が認められる症例があり、周術期管理上の問題となっている。その原因として、消費性の血液凝固因子欠乏症が疑われているが、既存研究では明らかになっていない。本研究においては、周術期における血液凝固因子の動態を明らかにし、その止血機構・創傷治癒過程を把握し、さらに、第XIII因子等の血液凝固因子の補充による出血傾向の改善効果を検討し、有効な止血方法を構築することを目的として研究をすすめている。昨年度おいては、院内における止血凝固系検査体制の確立を行い、周術期の網羅的な凝固因子の変動の解析が可能となった。今年度より症例登録を開始し、現在までに当科において人工心臓装着術を施行した14例の患者登録を行った。網羅的な解析から人工心臓の駆動による各種凝固因子の低下が章館となり、特に術後72時間時点でのXIII, VIII因子活性が術後出血と相関する傾向が示された。さらに本研究と関連し、アラバマ大学で開催された重症心不全に関するシンポジウムに参加し本研究を含めた重症心不全領域における最新の知見に関しての情報交換を行った。これらの中間報告は2017年度人工心臓と補助循環懇話会学術集会で発表した。来年度、人工臓器学会での発表後、論文での発表を予定している。今後は、症例数の蓄積と解析をすすめ、人工心臓装着術周術期におけるより安全で合併症の少ない管理の確立を目指していく。本年度おいては、院内における止血凝固系検査体制の確立を優先して行っており、特に本研究での重要課題である周術期の網羅的な凝固因子の変動を行うためには、必須と考えられる。これにより、5月から夜間、緊急も含めた各種凝固因子の緊急検査体制が確立する予定である。今年度以降、当科において人工心臓装着術予定の患者登録、ランダマイズを進め、必要症例数の確保、に努める予定である。また、XIII因子製剤に関しては保険診療範囲内であり、かつ凝固因子検査も保険適応での検査実施が可能となったため、研究実施費用を抑えることが可能となった。これによる次年度使用額は、本研究の中間報告を日本人工臓器学会大会、人工心臓と補助循環懇話会学術集会における発表に使用予定である。今後は、症例数の完遂と全例のfollow upを目指して研究を進めていく予定である。院内における夜間、緊急での凝固因子検査体制の確立に時間を要したためであるが、本年5月から体制が確立するため、進捗の遅れは取り戻せると考えております。今年度当院心臓血管外科では40例の人工心臓装着術を施行した。当初の予想よりも多い手術症例が得られており、今年度以降も同様のペースが予想されている。そのため若干の進捗の遅れは認められるが、来年度初めまでに60例の予定症例を完遂できると考えている。院内での夜間、緊急も含めた各種凝固因子の緊急検査体制が確立に時間を要し、患者組み込みができなかったため、研究実施が遅れている。

次年度使用額は、本研究の中間報告を日本人工臓器学会大会、人工心臓と補助循環懇話会学術集会における発表に使用予定である。今後は、症例数の完遂と全例のfollow upを目指して研究を進めていく予定である。