hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グループ活動を基盤とした文章表現学習の教材開発に関する基礎的研究

平成17年度は、平成16年度に行った調査、分析の成果を学会にて口頭発表し、3つの論文にまとめて発表した。これらの研究成果に基づき、課題提示の方法と表現の特徴について文章表現の学習指導の観点から検討し、作文教材の開発に関する基本枠組みについて学習者の書く行為の側から整理した。具体的な成果は以下の通りである。1.平成16年度の研究成果である言語の社会性を基盤とした学習者の書く行為をとらえるための分析枠組みに関する研究に基づき、課題の設定の差異について作文の分析を行った。そこでは、学習者がどのような考え方や情報を自分の意見文に取り込んでテクストを生成しているのかについて、引用の仕方とその内容という観点に基づき、その傾向を量的に分析した。これにより、課題の出し方と、意見文を書くという行為の質的な関係についての傾向を分析・考察した。また、引用の方法に加え、課題文に用いられた語彙を学習者が作文の中でどのように選択し、あるいは言いかえてテクストを生み出しているかについても分析した。これにより、意見文の表現形成をとらえるための分析方法としての位置づけを論じるとともに、調査した作文の表現形成に関する考察を行った。2.作文についてグループで交流をする過程を分析し、交流活動が文章表現の学習にどのように位置づくのかについて検討を行った。特に、課題の設定の差異が、作文に関する交流活動にどのような変化を与えるのかについて検討を行い、特に書き手の視点の形成について考察した。3.グループの交流活動と文章表現の学習についての研究を進めることにより、指導者が具体的にグループの交流活動にどのように関わっていくことができるのかについての仮説を立て、授業者の参加による学習過程の変容を今後の研究課題とした。また、学習活動との関わりから、授業で用いられる作文教材の有り方について検討していくという見通しを得た。平成16年度は、本研究における社会的行為としての書くことの学習過程に関する学習者の言語行動の調査と分析を進めた。1.調査にあたり、附属学校教員と共に学習者の実態把握と研究調査に向けた協議を重ねた。それに基づき、「課題の文章を読んで考えを書く」クラスと「課題の文章を読んで共通の論点を提示して書く」クラスの2つにおいて、それぞれ第1次調査として自分の考えを書く、第2次調査として小グループでの意見交流を通して意見を書くという過程について記録をとることとした。この計画に即して、岐阜大学附属小学校の5年1組と3組、岐阜大学附属中学校1年1組と2組において、それぞれグループ活動を取り入れた学習過程の記録・調査を行った。記録では、ビデオカメラ、ICレコーダーを各グループに設置し、グループ活動を通した書くことの変容過程関する記録をとり、音声と文字の面からデジタル化した資料を作成した。2.記録と資料に基づき調査を担当した附属学校教員と共に協議会を設け、学習活動における相互作用過程の分析を進めた。そこでは、論点を設定しないクラスの方が全般的に学習者の書く活動が促進されるという当初の予測とは異なり、論点を与えたクラスの方がグループでの交流活動と第2次調査での書く活動において内容の面で変化が大きく、量的にも大きな増加が見られることが確認された。このことから、論点の設定による学習集団の行為の違いが把握され、教室における社会的行為としての書く活動、共同体における書くことの社会的構成という視点から今回収集した資料に基づく書くことの学習をとらえていくための基本枠組が設定された。3.研究代表者のこれまでの研究に基づき、言語の社会性を基盤とした学習者の書く行為をとらえるための分析枠組みに関する研究を進め4つの論文として発表し、本研究における資料の分析方法の枠組みを設定した。
多重関係性、多モード性を考慮した企業間ネットワークの分析手法の開発と応用

金光は役員、企業、特許のような種類の異なるノード間に定義される3モードデータを扱える3部グラフの社会ネットワークモデルを考案し、拡大されたソシオマトリクスから、各モードにおける中心性などを測定することを可能にした。金光はさらに欧米の取締兼任とは異なり、他企業に移籍する日本的な役員派遣関係を測定するためのモデルとして、企業の支配関係に注目した役員派遣測定モデルを考案した。相馬と井上もそれぞれ株式所有ネットワーク、共同特許のネットワーク分析で大きな成果を上げた。この研究の目的は、企業と企業の間の取引関係、株式所有関係、役員派遣関係、共同特許関係のような機能の異なる複数関係=多重社会ネットワーク、あるいは役員と企業(2モード)、研究機関と特許と科学者(3モード)のような次元が2種類以上の多モード社会ネットワークを組み込んだ複雑な企業ネットワーク複合体を解析するための分析手法を開発し、開発した技法に基づき日本の企業間ネットワークの分析を行うことである。本年度の目標は、各研究者がそれぞれ所有しているネットワークデータを整理し、ネットワーク分析を行なうための準備を進めること本年度の目標であったが、大阪産業大学のサーバーにデータアーカイブを作成し、相馬が購入した株式所有、役員派遣に関するデータを追加することもできた。メンバーが開催している研究会の輪読をふまえ、いくつかの適用可能な手法をレビュー、また、開発した。例えば、研究代表者の金光は従来2モードまでであった中心性のネットワークモデルを3モードまで拡張し、研究機関と特許と科学者のような3モード社会ネットワークを分析することのできるモデルを考案した。(このモデルは、消費者、ブランド、メディアをノードとする3モードのマーケティング・ネットワークにも適用可能である。)また相馬、井上もそれぞれ専門とする取引関係、株式所有関係、共同特許関係の分析において新しい分析手法を応用することを始めた。3人の成果は相馬の編集した数理科学SGCライブラリ「ネットワーク科学への招待-世界の“つながり"を知る科学と思考-」に収録されている。今年度の目標であった各種の企業ネットワークデータのデータベースの整備は個々のデータ先の都合であまり進展しなかったが、メンバーが開催している研究会の輪読により、適用可能な探り、研究協力者の渡辺の開発したネットワーク自己相関分析の方法がわれわれの課題に答えるものであることが判明し、その応用に関する準備を始めた。本研究は社会ネットワーク分析、ネットワーク科学の最新成果を基盤に、企業と企業の間の取引関係、株式所有関係、役員派遣関係、共同特許関係のような機能の異なる複数関係=多重社会ネットワーク、あるいは役員と企業(2モード)、研究機関と特許と科学者(3モード)のような次元が2種類以上の多モード社会ネットワークを組み込んだ複雑な企業ネットワーク複合体を解析するための分析手法を開発し、開発した技法に基づき日本の企業間ネットワークの分析を行うことであった。まず研究代表の金光は株式所有関係、役員派遣関係、共同特許関係のような3モードデータを扱える3部グラフの社会ネットワークモデルを考案し、拡大されたソシオマトリクスから、各モードにおける中心性などを測定することを可能にした。相馬は経済社会学の観点から株式所有ネットワークにアプローチし、その成果はCambridge University Pressから出版された。井上は特許ネットワークを中心に、取引と共同特許出願のネットワークの関係性について数多くの研究成果をあげた。取引関係のネットワークが知識のネットワークにかなり影響を与えることを明らかにした。それは「取引の流れによるイノベーション波及」とも言えるものである。残念ながら、すべての企業間関係ネットワークデータを統合した分析は各自が所有するデータ所有権の制限から実現できなかったが、多重・多層ネットワークを組み込んだ社会ネットワークのダイナミズムの理解は大いに深まるとともに、最先端の成果を上げたものと自負している。
機能性間葉系幹細胞の単離とその機能解析

創傷治癒に、組織に存在する間葉系幹細胞(MSC)が関与している。糖尿病患者は、健常者と比べ創傷治癒能低下が指摘されており、本研究では、健常人脂肪組織由来MSC(nAT-MSC)と糖尿病患者脂肪組織由来MSC(dAT-MSC)の比較解析を行った。nAT-MSC及びdAT-MSCは、細胞形態・細胞表面マーカーに差は認められなかった。分化能において、dAT-MSCは、nAT-MSCと比べ、脂肪分化が促進されることが分かった。dAT-MSCは、低酸素条件下で培養した時においてのみ、過剰な細胞接着性が観察された。接着因子発現解析により、dAT-MSCにおいて有意にCYR61の発現上昇が見られた。間葉系幹細胞は骨髄・臍帯血・胎盤・脂肪組織・歯髄などさまざまな組織に存在しており、骨・軟骨・脂肪組織に分化する細胞と定義されているが、それだけにとどまらず、血管壁や肝細胞などにも分化する能力を秘めた再生医療に非常に有用な細胞である。しかし、間葉系幹細胞は数が少ない上に特異的なマーカーが存在しないため、生体組織からの分離が難しい。さらに、間葉系幹細胞にはさまざまなサブタイプが有りヘテロな集団であること、由来する組織により性質が異なること、などが臨床応用を困難にしている点として指摘されている。先の研究において、アルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を指標として、臍帯血由来間葉系幹細胞に機能的な間葉系幹細胞と機能的ではない間葉系幹細胞の、少なくとも2種類のサブタイプがあることを報告した。特にアルデヒドデヒドロゲナーゼ活性の高い臍帯血由来間葉系幹細胞が優れた血管再生能を持つことから、異なる組織由来の間葉系幹細胞(脂肪由来間葉系幹細胞)が同様の性質を有しているかどうか検討を行なった。その結果、脂肪由来間葉系幹細胞では、アルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を指標として血管再生能に違いが見られないことが明らかとなった。一方、骨再生能における脂肪由来間葉系幹細胞と骨髄由来間葉系幹細胞および歯髄由来間葉系幹細胞の比較において、ケモカインを介して脂肪由来間葉系幹細胞が他組織由来間葉系幹細胞より有意に高いことが分かった。しかしながら間葉系幹細胞は数が少ない上に特異的なマーカーが存在しないため、生体組織からの分離は難しい。さらに、間葉系幹細胞にはさまざまなサブタイプが有りヘテロな集団であること、由来する組織により性質が異なることなどが研究を難しくしている。先の研究では細胞内部のアルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を指標として、臍帯血由来間葉系幹細胞に機能的な間葉系幹細胞と機能的ではない間葉系幹細胞の、少なくとも2種類のサブタイプがあることを報告した。また、胎盤由来間葉系幹細胞は別のマーカーであるCD349を用いてサブタイプの分離に成功した。上記報告を受けて、2つの異なる組織に由来する間葉系幹細胞にたいして実際にマーカーを指標として分離した間葉系幹細胞をマウス血管再生実験に用い解析を行なった。アルデヒドデヒドロゲナーゼ活性の高い間葉系幹細胞は優れた血管再生能を持つことを臍帯血由来間葉系幹細胞で証明した。この結果について、異なる組織由来の間葉系幹細胞では異なる結果になることが予想される。今後、試料数増加を図り、実験を繰り返し行なうことにより、再現性を確認する。加えて、脂肪組織由来間葉系幹細胞では、ドナーの基礎疾患および投与されていた薬剤により、採取した間葉系幹細胞の性質に差が見られることが明らかとなった。異なる患者由来間葉系幹細胞の性質の差がテーラーメイド細胞治療に直結することから、この性質の違いを引き起こす原因遺伝子について探索を開始した。基礎疾患を有する患者(糖尿病)からの脂肪由来間葉系幹細胞の特性について、健常者からの脂肪由来間葉系幹細胞との間において比較検討を行った。本研究では、糖尿病疾患を有する患者において、創傷治癒能の低下が指摘されており、各組織における治癒において重要な役割を担っていることが指摘されている間葉系幹細胞の性質を健常者からの脂肪由来間葉系間脂肪と比較することにより、その原因について解明することを目的として研究を遂行した。本研究から得られた成果は、糖尿病疾患を有する患者の創傷治癒に臨床応用することが予想されることから、その社会的意義はきわめて大きい。

インフォームドコンセントが得られた健常者ならびに糖尿病患者より、脂肪組織を回収し、間葉系幹細胞を抽出し、以下の比較解析を行った。1)細胞形態、2)細胞表面マーカー、3)細胞増殖能、4)細胞分化能、5)分化細胞における分化系列特異的な遺伝子発現解析、6)低酸素応答性、7)創傷治癒モデルマウスを用いた間葉系幹細胞のin vivo機能解析。上記、1)および2)において両者間において差は見られなかった。3)においては、低酸素条件下においてのみ、糖尿病患者からの脂肪由来間葉系幹細胞において、7日目以降、過剰な細胞接着により計測不能となることが分かった。また、4)については、糖尿病患者からの脂肪由来間葉系幹細胞において、脂肪分化が促進することが分かった。この点については、脂肪分化に特徴的な因子の早期発現が認められた。7)については、糖尿病患者からの脂肪由来間葉系幹細胞を移植した場合、健常者由来の移植した群と比較して、治癒にかかる日数が有意に遅延することからも、原因となる因子の解明を今後進めていくことが今後の課題である。再生医学平成25年度は、以下のことを計画した。1.基礎疾患を有する患者の脂肪由来間葉系幹細胞は、健常者からの脂肪由来間葉系幹細胞と比較して、その増殖能において差が見られることが分かってきた。今後、サンプル数を増やし、同様な傾向が見られるか解析を行なう。加えて、両者の間葉系幹細胞の比較において異なる特性を引き起こす原因遺伝子について探索を行なう。この解析が進展し、原因遺伝子が同定された場合、疾患の症状との因果関係についてさらに詳細な解析を進める新規プロジェクトの立ち上げを考慮する。2.歯髄組織間葉系幹細胞の単離・培養法を確立し、その発達段階に応じた特性をin vitroとin vivo実験により明らかにする。歯冠完成期、歯根形成期、歯根完成期の3段階に分類し、1)細胞形態、2)細胞表面マーカー、3)細胞増殖能、4)細胞分化能、5)分化細胞における分化系列特異的な遺伝子発現解析、6)低酸素応答性、7)大腿動脈閉塞マウスを用いた血管再生能の解析、8)機能性間葉系幹細胞の単離、を行なう。1について、健常人から採取した脂肪由来間葉系幹細胞の機能解析を進め、骨髄および歯髄由来間葉系幹細胞と比較して、ケモカインを多く産生することにより、血管再生能が有意に高いことを明らかにした。今後、異なる基礎疾患を有する患者由来間葉系幹細胞の性質の差を引き起こす原因遺伝子について探索を行なう。2について、歯髄組織間葉系幹細胞の単離・培養法を確立した。現在、上記1)8)について解析中である。平成24年度は、以下のことを計画した。【研究計画】脂肪由来間葉系幹細胞の樹立:患者から脂肪組織の提供を受け、脂肪組織から効率良く間葉系幹細胞を樹立する方法を確立する。加えて、基礎疾患を有する患者由来脂肪組織から間葉系幹細胞を単離・培養を行なう。【進捗状況】基礎疾患を有する患者からも、効率良く間葉系幹細胞の単離・培養ができた。具体的には、以下の解析を実施した。1細胞形態、細胞表面マーカー(FACS解析)、細胞増殖能、細胞分化能を行ない、間葉系幹細胞であることを同定した。2分化細胞について、分化系列特異的な遺伝子発現解析を行なった。3機能性間葉系幹細胞の単離・同定をCD349およびアルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を指標として単離した。4低酸素応答性について:
エルゴード理論と測度論的数論

エルゴード理論と深い係わり合いを持ついくつかの数論の問題について新しい研究成果を得た。また、近年数値計算のための準乱数生成などと係わり合いの深い非アルキメデス数体上のディオファンタス近似についてその測度論的性質をエルゴード理論や確率論の手法を用いて解の個数の評価についていくつかの研究結果を得た。また、このような問題に係わり合いの深い記号力学系の座標交換についてその不変確率の特徴づけを行った。本年度当初の研究計画に従い非アルキメデス数体上のディオファンタス近似の研究に関して以下の成果を得た。Fをq個の要素からなる有限体とし、Fの要素を係数形式的べき級数を同じくFの要素を係数とする多項式の作る有理関数により近似する問題をディオファンタス近似の問題として考える。このとき、実数におけるルベク測度に対応してバール測度を基準としてほとんどすべての超越関数に関する議論を行った。まず、有理関数が既約でない場合も含めた解の個数に関して大数の強法則が成立することを示した(仲田-夏井)。さらに、有理関数として分母が既約多項式として表現されるものに限った場合の解の個数に対して大数の強法則が成立することを証明した。この成果は、仲田、夏井、V.Bertheの共同研究として行われ、現在さらに研究を推し進めている。一方、連分数に関する研究としては、位相力学系の研究において重要な役割を果たすBrjuno関数・Brjuno数の問題の研究を行った。正則連分数の代わりに準正則連分数を用いて準Brjuno関数・準Brjuno数の概念を定義しこれと本来のBrjuno関数・Brjuno数との比較を研究した。これに関する成果は、夏井、S.Marmi、L.Luzziとの共同研究の一部として現在さらに発展させている。座標交換可能な確率測度の研究に関しては、多次元格子上のモデルにおける相互作用のないポテンシャルについての平衡状態と交換可能測度の同値性についてある条件の下で証明した。これは、J.Aaronsonとの共同研究として公表される予定である。また、連分数のエルゴード理論の一般化の問題の研究として、区間交換変換上の同値問題から派生したnegative slope algorithmの弱ベルヌーイ性の証明を行った。1.連分数に関連する成果α-連分数変換のエントロピーの値はαがOに近づくときOに収束することが知られているが、その速さの評価を行うと同時に、変化が単調ではなく増加、減少、定常値をとる連結区間が交互に無限個現れることを証明した(仲田、夏井)。その証明のため、異なったαについてそれらのエントロピーの値を比較するための判定法を確立した(仲田、夏井)。また、α-連分数の概念をヘッケ群に付随するRosen型の連分数に拡張したα-Rosen連分数についでのDajani-Kraaikamp-Steinerの研究成果を拡張し、それらの自然拡大があるパラメータの範囲で同型であることを示した(仲田)。また、Rosen型連分数についてルジャンドル定数とレンストラ定数が一致していることを示した(仲田)。2.非アルキメデス数体上のデイオファンタス近似論前年度に引き続き既約多項式を分母とする有理関数による近似の問題について研究し、評価関数に関する条件を緩めて一般化された大数の強法則を証明することに成功した(仲田、夏井)。さらに既約多項式を分母とする条件の下で同次近似の問題についても大数の強法則を示す手がかりを得た。また、多次元のユークリッドアルゴリズムについてその手順の回数に関する評価の研究を開始、いくつかのアルゴリズムについての比較を行いエルゴード理論との関係について手がかりを得た。3.その他の測度論的数論の研究Brjuno関数の一般化について、中間近似アルゴリズム、α-中間近似アルゴリズムの生成する関数について研究し、その関数がαの値について独立に定義されることを確認した(夏井)。これは、ItalyのLaura Luzzi,Stefano Marmiとの共同研究である。非アルキメデス数体上の測度論的ディオファンタス近似論の研究では前年度に引き続き、仲田を中心に夏井(研究協力者)、Valeire Berthe(海外共同研究者)の協力を得て、多項式に関するユークリッドアルゴリズムに対応する加法的・乗法的多次元連分数変換の研究を行った。特に、非アルキメデス数体の場合のFarey写像を定義し、それが実数の場合と異なりHaar測度を保つことを証明した。さらに、多次元のBurn algorithmについて乗法的な場合、やはりHaar測度を保つことを示した。一方、ディオファンタス近似の問題では既約多項式に制限を加えた場合の解の個数に関する極限定理の成立について研究の進展が得られた。実際、今回の研究により単純な問題では対応する確率過程に独立性が成り立ち中心極限定理の成立が確認された。Hecke群に付随したRosen型連分数の研究では前年度の成果に引き続きα-Rosen連分数の測度論的性質について、Cor Kraaikamp(海外共同研究者)の協力によりいくつかの新しい結果が得られた。

まず、Legendre定数が存在すること、そしてLenstra定数が計算可能なことからLegendre定数が(αに依存して)計算可能であることが確認された。さらに、αを変化させたときの振る舞いが古典的な場合と同様であることが確認された。また、Jon Aaronson(海外共同研究者)との研究によりα連分数の不変測度の密度関数の解析性について、特別な場合については証明が終り、その方法が一般の場合に拡張可能であることが分かり、歓待な場合について検証した。
高温超伝導体の構造・組成の精密制御とその混合状態

銅酸化物高温超伝導体単結晶を高速電子デバイスなどボルテックス・エレクトロニクス分野へ応用するうえで、La214系銅酸化物や123系銅酸化物の結晶および薄膜において正方晶系-斜方晶系強弾性相転移による双晶の発生が問題となっており、結晶中へのクラックの発生や薄膜のミスオリエンテーションをもたらしている。本研究では、銅酸化物高温超伝導体単結晶中に発生する双晶を抑制するため、元素置換により高温正方晶相に安定化させることで単分域化を行った。NdBa_2Cu_3O_7中のBaの一部をSrで置換すると、正方晶系-斜方晶系相転移温度が低下し、30at%Sr以上の置換により液体窒素温度まで正方晶系に安定化されることを明らかにした。その結果をもとに、TSFZ法によりSr添加NdBa_2Cu_3O_7(NdBa_<2-x>Sr_xCu_3O_7;x=0.30)結晶を育成し2x2x1mm^3程度の大きさの結晶が得られた。無添加とSr添加NdBa_2Cu_3O_7育成結晶は低酸素分圧中で育成したために正方晶系であり両者とも双晶は観察されなかったが、酸素中で400°C,48時間アニールしたところ、無添加NdBa_2Cu_3O_7結晶では双晶が観察されたがSr添加NdBa_2Cu_3O_7結晶では双晶は現れないことが確認された。また、EPMAによる定量分析の結果、無添加およびSr添加NdBa_2Cu_3O_7結晶の組成は、それぞれNd_<1.10>Ba_<1.90>Cu_3O_7,Nd_<1.18>Ba_<1.54>Sr_<0.29>Cu_3O_7と決定され、両結晶ともNdの一部がBaサイトに置換していることがわかった。無添加とSr添加NdBa_2Cu_3O_7育成結晶はともに超伝導性を示さなかったので、酸素中で400°C,48時間アニールすることによりそれぞれTc_<onset>=92Kと84Kで超伝導性を示し、Sr添加結晶の方が8K低かった。Nd_<1+y>Ba_<2-y>Cu_3O_7焼結体において過剰Nd濃度yの増加とともにT_cが急激に減少するのに比べて、両結晶とも1020%のNdがBaサイトに置換しているにもかかわらずT_cの減少が小さいことがわかった。
空間を移動する物体の協調探索に関する研究

探索はロボット(あるいは人間の)最も基本的な行為である。どのようなことであれ,ある対象に対して行動するためには,まずその対象を発見する必要がある。本研究では,対象を二次元空間(具体的には多角形)に限り,多角形内を移動する物体を一台のロボットを用いて探索する問題を先ず考察した。その結果,探索が可能となるための必要条件と十分条件を得ることができたが,一般の場合の必要十分条件は未解決で残されている。これらの結果は,雑誌SIAMJ.Comput.に掲載予定されている。次に,探索の条件を強めることによって,探索が可能となる場合の必要十分条件で求めることを目的に,“Open Edge"型と呼ばれる探索の型を検討し,目的とした必要十分条件を得ることに成功した。その結果は,平成4年3月に開催予定の情報処理学会第26回アルゴリズム研究会で発表する予定であり,また雑誌SIAMJ.Comput.に投稿すべく準備を進めている。さらに,これらの結果を三次元空間の時に拡張することを目的に予備的な考察を行なっており,結果がまとまれば,その時点で発表する予定である。二次元空間に対する結果を,探索ロボットが複数の場合に拡張することも検討中であり,特別な場合には,上に述べた“Open Edge"型探索に問題を帰着することで解決できることが分っている。(このことが,“Open Edge"型探索を検討し始めた理由であった。)もう少し結果が蓄えられた時点で発表の予定である。上記の場合以外に,多角形内を移動する対象の数を求める問題など,本研究の課題に関連の深い問題が多くあり,これらの問題に対する検討も開始している。以上まとめると,課題の基本的な部分が終了した段階である。
電流分布可視化による積層高温超伝導接合部の冷却前評価手法確立への挑戦

本研究の目的は積層高温超伝導線材接合部における電気抵抗(接合抵抗)の予測技術の開発であり、昨年度は内部に空隙が存在することを確認することができた。本研究の対象である積層高温超伝導線材接合部と似ている構造を持つ複合材料の内部に存在する剥離を検出するのにガイド波探傷技術は有効であり、当研究への適用可能性が見いだされたため、当該技術のノウハウを持つポルトガルのリスボン大学のHelena Ramos教授の元へ留学し検討と実証実験を行なった。その結果、S0モードのガイド波を励起し接合部を通過した信号を分析することで、接合部の長さの変化を検出することができた。これは接語部の端部で剥離が生じた場合に実際に接合している長さを定量的に評価できることを示す。また、接合部からの反射信号を分析することで接合部端部で剥離もしくは内部構成物(インジウム)の欠如が発生した場合の深さを定量的に評価できることがわかった。一方、接合部での電流分布分析による接合部電気抵抗(接合抵抗)予測において、数値解析上で接合部の周囲に様々な渦電流励起コイルを当てはめて周囲で発生する磁場の変化を評価した。その結果、接合部内部に広範囲の空隙を仮定したにも関わらず、磁場の大きさの差異は検出に有効とされる1%に下回る結果となった。これの原因は、接合部内部に磁束が侵入できず渦電流を励起できなかったので、空隙の存在によって発生する磁場の擾乱を検出することができなかったためであることが判明した。そこで、磁束が接合部内部を通る経路に磁性金属細線の挿入を仮定したモデルで解析した結果、磁場の変化において5%の差異を得ることができた。本年度は本来の予定にはなかったガイド波探傷技術の本研究への適用を検討したため、本研究の電流分布可視化による検査技術の開発に関しては、数値解析上で接合部内部に存在する空隙を検出できる見通しを立てたものの、実証までは達成することはできず本来の計画より遅れることになった。一方、ガイド波探傷技術では接合部の端部の剥離を検出することができることがわかったため、本研究の主目的である接合部の検査技術の開発に関して進展を得ることができた。これまでガイド波探傷技術はS0モードのLamb波を励起し、これが接合部端部の変化によって生じる差異を分析していた。一方、A0モードのLamb波はS0モードの波よりも伝播速度が遅く、接合部内部に剥離が存在していた場合にこれによって生じる信号の差異が判別できるようになると想定しているが、現状まだこれを励起するのに適切な方法が見つかっていないため、この方法を模索する。また、励起するガイド波は対象物の構造にも依存するため、対象である高温超伝導線材の幅もしくは内部構成物の厚さの変化してもそれに適したガイド波を励起できるような対応方法について研究を進める予定である。電流分布可視化による検査技術の開発に関しては磁性金属であるニッケルの細線を機械的ラップジョイントの接合部に挿入し、実証実験に取り組む。実証実験の次に実施する予定である実機体型への適用を検討する際、現在取り組んでいる接合部の検査技術を適用した時に接合部の電気抵抗(接合抵抗)の劣化を最低限に抑える必要がある。したがって実証実験は渦電流探傷技術を元とした電流分布可視化の有用性を確かめると同時に、接合部に異物(ニッケル細線)を挿入した時に接合部の電気抵抗(接合抵抗)にもたらす影響も評価する。なお、現状の数値解析モデル上では5%の磁場の変化を確認することができたものの、その磁場の大きさは10の負の13乗のオーダーであるため、これを検出するためにはSQUIDのような感度が非常に高いセンサーが必要となると見込まれる。そこで、磁場の増大方法や磁場検出方法の模索といった課題の解決への取り組みを踏まえて実証実験を行う。先行研究では、X線CTを用いて単層一列の機械的ラップジョイント接合サンプルを観察し、接合断面に斑模様が存在することを確認した。この斑模様の物質を特定し、接合部の電気抵抗にもたらす影響を評価するため、X線CTで出力された白色X線のスペクトルに基づいたシミュレーションと実測試験の結果を比較した。シミュレーションでは、接合サンプルの断面存在しうる微小な空隙、酸化インジウム、そしてインジウムがそれぞれ存在した場合を仮定し、X線CT同様の投影と再構築を行ったもので断面画像のCT値を評価した。また実測試験用のサンプルでは、意図的に加熱によって空隙を発生させた接合サンプルを製作し、空隙の有無によるCT値の分布の変化を調査した。これらの結果から、空隙が存在することによってCT値が小さい領域が存在することがわかり、そして斑模様のCT値がこれに該当することから、これが空隙であることが確認できた。しかし、現段階では空隙が存在することと接合抵抗の直接的な関係性は見られなかった。これは、空隙が存在しない領域において接触の良し悪しが存在し、これが空隙の存在とを合わせて評価したものが接合抵抗であるためだと考えられるが、空隙の存在は接合部に機械的弱点をもたらすため、これを検出することは依然重要な課題である。また、以上と同時に接合部に存在しうる空隙を検出できる電磁非破壊検査技術の検討を数値解析で行ってきた。そこで、既存の渦電流探傷技術で用いられる誘導コイルの形状を参考に4つの基本コイルモデルを作成し、接合面で誘起される電流と接合部周辺の磁場分布の変化を評価した。

これまでの結果では、コイルの形状によって空隙が0.1 mmよりも深部に存在して場合にその検出が困難であることがわかった。計画より遅延しているが、まだ現段階で実験で検証することが困難であり、引き続きコイル形状の最適化の検討を行っている。私の研究は核融合炉の実現へ向けた分割型高温超伝導マグネットの接合部を非破壊検査する技術の開発である。本年度は、当該技術を開発するにあたり検査対象となる接合部電気抵抗影響因子を定めるべく接合部の物質分布を明らかにし、接合部製作時に空隙を生成しうることを確認した。この過程で、当初開発を予定していた二色X線CT評価技術の構築に成功したものの、単一の白色X線のスペクトルを取得し、シミュレーションと実測試験の比較を通して接合部内部の物質分布を評価しうることを確認した。一方で、並列して行われていた接合部における3次元電流分布解析では、各形状の誘起コイルを適用した場合の接合面に発生する誘起電流と接合部周辺の磁場分布の評価を行った。現状ではまだ予定していた数値解析的に理想的な検査/評価方法の確立に至っていないが、誘起コイルの形状に基づく誘起電流、磁場変化の特性を評価するのに至った。よって今後は引き続きコイル形状をパラメーターに検討する予定であり、当該研究における初年度の成果としてまだ一部最適化を残しているものの、おおよそ予定通りの結果は得られたと評価する。本研究の目的は積層高温超伝導線材接合部における電気抵抗(接合抵抗)の予測技術の開発であり、昨年度は内部に空隙が存在することを確認することができた。本研究の対象である積層高温超伝導線材接合部と似ている構造を持つ複合材料の内部に存在する剥離を検出するのにガイド波探傷技術は有効であり、当研究への適用可能性が見いだされたため、当該技術のノウハウを持つポルトガルのリスボン大学のHelena Ramos教授の元へ留学し検討と実証実験を行なった。その結果、S0モードのガイド波を励起し接合部を通過した信号を分析することで、接合部の長さの変化を検出することができた。これは接語部の端部で剥離が生じた場合に実際に接合している長さを定量的に評価できることを示す。また、接合部からの反射信号を分析することで接合部端部で剥離もしくは内部構成物(インジウム)の欠如が発生した場合の深さを定量的に評価できることがわかった。一方、接合部での電流分布分析による接合部電気抵抗(接合抵抗)予測において、数値解析上で接合部の周囲に様々な渦電流励起コイルを当てはめて周囲で発生する磁場の変化を評価した。その結果、接合部内部に広範囲の空隙を仮定したにも関わらず、磁場の大きさの差異は検出に有効とされる1%に下回る結果となった。これの原因は、接合部内部に磁束が侵入できず渦電流を励起できなかったので、空隙の存在によって発生する磁場の擾乱を検出することができなかったためであることが判明した。そこで、磁束が接合部内部を通る経路に磁性金属細線の挿入を仮定したモデルで解析した結果、磁場の変化において5%の差異を得ることができた。本年度は本来の予定にはなかったガイド波探傷技術の本研究への適用を検討したため、本研究の電流分布可視化による検査技術の開発に関しては、数値解析上で接合部内部に存在する空隙を検出できる見通しを立てたものの、実証までは達成することはできず本来の計画より遅れることになった。
血液循環を利用した電磁心臓電池の開発

本研究は心臓の拍動による血液循環エネルギーの一部をファラデーの電磁誘導の法則により電力に変換し、これを電力源として用いようというものである。生理食塩水を用いた実験結果では、永久磁石を用いると、流れが層流の場合には、電極の分極や電気二重層の影響により電磁誘導素子の起電力の発生が抑制されるが、拍動流では、流路に装着した1つの電磁誘導素子によって数mV程度の起電力を得ることが可能で、また、複数の素子による起電力を直列に接続する事によって(得られる起電力は必ずしも個々の素子に生じる起電力を単純加算した値とはならないが)総起電力を増幅しうることが示され、提案したシステムの可能性が示されたと考える。近年、センサ工学やマイクロプロセス技術の進歩に伴い、生体内に埋め込んで生体機能のセンシングとそのデータの伝送を行なうモニタリングシステムの小型化・低電力化が急速に進んできたが、これらのデバイスを駆動するためのエネルギーを体内にどのように供給するかについては大きな問題のまま残されている。一般には、体外に設置した電源から有線で体内に電気エネルギーを伝送するという方法が用いられているが、体内外を電線が交通するので感染防御や拘束性の面で問題がある。体内外の電線の交通を避ける方法としては、比較的大きな電力が要求される場合には1次コイル・2次コイルによる電磁カップリングを用いた方法などが、また、小電力で駆動出来るデバイスの場合には、各種埋め込み型の電池などが用いられるが、前者は拘束性の問題、後者は電池の取り替えに外科的手術を要するなどの問題が存在する。本研究においては、生体内で、かつ、自分自身の生体機能により電力を産生する方法として、その動物の心拍動により駆出される血液の機械的エネルギーを電磁誘導を用いて電気的エネルギーに変換することにより、自力で電力を産生するシステム構築についての基本的な可能性について検討を行なった。今回の実験結果によって、電磁誘導に用いる磁場に永久磁石を用いることの可能性、および、流路に装着した複数の素子の出力(起電力)を直列に接続することにより総起電力を増幅しうる可能性が示されたと考える。心臓の拍動の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、これを電源として生体内埋め込み型のセンサを駆動するシステム構築の予備的実験として、高磁場の永久磁石を用い、in vitroで人工心臓血液ポンプシステムを用いて発生させた電解質液(生理的食塩水)の流れ(定常流及び拍動流)による電磁誘導(フレミングの右手の法則)により、流体の流れ、および、印加した磁場の両者に垂直な方向に起電力を発生させ、実際にどの程度の起電力の生成が可能かについて検討を行なった。最初、遠心ポンプを用い、定常流での実験を行なったが、その際は流量に依存した起電力の変化がほとんど得られなかったのに対し、人工心臓ポンプによる拍動流を用い、表面磁場0.39 [T]の永久磁石を用いて、ピーク流量8 [l/min], 10 [l/min]で生理食塩水を流した際の電極間での起電力は5.0 [mV], 6.3 [mV]であり、ほぼ理論的計算値の8688%の起電力が得られた。また、この電極対と長軸方向に20 mm離して、もう一つ電極対を設置し、この2つの出力を直列に接続してみたが、電位差が加算されるという結果は得られなかった。定常流では拍動流と異なり、ほとんど起電力が得られなかった原因として、我々は、電極と電解質液の界面において電気二重層が形成され、これが関与している可能性を考えていたが、2つの素子の出力(起電力)を直列に接続する実験で、その起電力がほとんど加算されなかったことから、電気二重層の形成が関与している可能性に関しては再検討中で、現在、昇圧回路(チャージポンプIC)のドライブに必要な電圧は0.3 [V]程度であり、起電力をこの電圧値まで上げる事を目標に、電極対を複数個(多数)設置し、これを直列に接続して生じる電位差を大きくするという手法、また、その他の手法について、さらに検討を加えている。体内埋め込み型医用デバイスにとって、電源は大きな問題である。一般には体外から有線で体内に電気エネルギーを伝送するという方法が用いられているが、感染を避ける意味からも体内と体外とで電源ラインが交通することは望ましくなく、無拘束性の観点から、消費電力の小さなものに関しては電池が用いられているが、長期埋め込みでは取り換え手術が必要となる。本研究は心臓の拍動による血液循環エネルギーの一部をファラデーの電磁誘導の法則に基づいて電力に変換し、これらを直列接続する事により増幅して電力源として用いようというもので、電磁流量計と同じ原理によるものである。

これまでの実験で、永久磁石を用いても、流路に装着した1つの電磁誘導素子によって数mV程度の起電力を得ることが可能という結果が得られたが、流れが層流の場合には、電極の分極や電気二重層の影響により、電磁誘導素子の起電力の発生が抑制され、また、複数の素子による起電力を直列に接続した場合に、最終的に得られる起電力が必ずしも個々の素子に生じる起電力を単純加算した値とはならない、などの結果が得られた。研究期間を延長した最終年度には、これらの現象の発生機序について検討を試みた。電磁誘導素子を新規作成し、電極を分極の無い銀-塩化銀電極とし、また、2つの電磁誘導素子の素子間距離を変化させて両者の出力を直列接続し、両者により最終的に得られる起電力について検討を行ったが、結果はほぼ同じで、生体における拍動流では起電力は得られるが、現時点では、出力の直列接続により昇圧回路駆動に必要な0.3 Vを得る事は難しく、中間に電気的エネルギーを一旦化学的エネルギーに変換させる機構を付加するなどについて考慮中である。研究内容に関しては、平成24・25年度に電気学会研究会で報告を行っているが、現在、平成26年度を含めた最終的なまとめを行っており、論文投稿を準備中である。医用生体工学今回の実験結果によって、電磁誘導に用いる磁場に永久磁石を用いることの可能性、および、流路に装着した複数の素子の出力(起電力)を直列に接続することにより総起電力を増幅しうる可能性が示されたと考える。1つの素子で発生可能な起電力は数mVと小さいので、実際に電源として用いる場合には流路に多数の素子(セル)を設置し、個々の素子で発生する起電力を直列に接続して増幅するなどの方法をとる必要があるが、個々の電磁誘導素子の陽極・陰極が、いずれも流路内の生理食塩水を介して導通しているという問題点があり検討を要する。予定では、平成24年度では、電磁血流計様式の発電素子を設計・作成し、そのin vitro性能評価実験行なうと共に、うまく行けば、作成したシステムをヤギの大動脈に装着し、1か月程度の慢性埋め込みin vivo実験を行ない、起電力、発電能力等のデバイス側のパラメータ、および、循環動態の変化の記録を行なう計画であり、これに対して、平成25年度は、システムのin vivo埋め込み実験を中心に研究を行なう計画で、平成24年度のin vitro性能評価実験において解決できなかった事項がある場合には、必要に応じて、in vivo埋め込み実験と並行して、当該のin vitro実験も継続して進めて行く予定であった。平成24年度の進捗状況としては、電磁発電素子の設計・試作、および、そのin vitro性能評価実験に関しては、ほぼ計画・予定通り進める事が出来たが、(起電力の小さい)個々の発電素子を模擬血管に多数配置し、これらを直列に接続する事により、起電力を大きくする試みについて、満足し得る結果が得られておらず、平成25年度に、この問題を解決する必要があり、素子の直列接続のみでなく、化学的な反応を利用した系、その他、種々の手法により起電力の増幅を試みる予定である。また、平成24年度は、起電力の増幅系の問題の解決を図る事を優先させたため、in vitro実験は実施しなかったが、一応、現時点では、想定範囲内の進捗状況と考えており、平成25年度には、in vitro実験、および、in vivo埋め込み実験を、平行して実施して行く予定である。
事象間の随伴性と接近性に依存する学習の行動神経薬理学的メカニズムの検討

前年度に引き続き、複数事象間の連合形成における、事象間の接近性と随伴性の役割を検証した。1.申請者の機関異動に伴い以前の装置が使用できなくなったため、新たに装置を自作してKosaki & Watanabe (2016)の追試を試みた。メタンフェタミンをUSとする条件性場所選好課題において、場所と匂いからなる複合刺激をCSとして用いた際に、隠蔽が生じない結果が再現された。阻止が生じないという前年度の結果と合わせて、連合学習の一般原理からの逸脱を示す結果であり、メタンフェタミンが随伴性依存学習を阻害し、学習を接近性により依存した形へ変容させる可能性を示唆する。2.事象間の接近性のみが学習の成立に十分であるという前提を持つ時間的符号仮説の妥当性を検証した。食餌USを用いた感性予備条件づけ手続きにおいて、CS2-CS1とCS1-USという2組の時間関係を頭部固定マウスが統合的に用いることができるか、具体的には、2場面での事象の時間関係を「時間地図」上に統合することでUSの生起時間を予測した形でCS2に対する条件反応を生じさせるか検証した。結果として、そのような反応の時間パターンは見られず、連合の連鎖を通じたCS2に対する「価値の転移」が感性予備条件づけのより妥当な説明であることが示唆された。3.マウスに対してメタンフェタミンの事前慢性投与を行うことで、マウスのレバー押し行動と餌報酬との間の随伴性に対する感受性が損なわれるかどうか検討した。レバー押し行動を確立後、行動と報酬との接近性は保ったまま、行動に伴わない報酬を提示することで随伴性を低下させる手続きを導入した。結果として、メタンフェタミ事前投与を受けた群で、随伴性のわずかな低下に対してより過敏な反応低下が見られ、同時に段階的な低下に対しては感受性を示さなかった。反応コストへの嫌悪が生じたと考えられ、さらなる検討を要する。以下に示す研究にて、随伴性依存学習の時間的特徴および薬理学的側面を検証した。事象間の随伴性に依存した学習を反映する現象である隠蔽効果が、メタンフェタミンを無条件刺激(US)とし、かつUSが条件刺激(CS)と時間的に長時間共存する場合に確認できるか、マウスにおける条件性場所選好(CPP)の手続きを用いて検討した。CPPでは場所刺激が条件刺激(CS)となり、薬物と対呈示された場所CSに対するテストでの滞在時間増加が条件づけの指標となる。本実験では匂いのついた物体刺激を場所CSに加えて呈示することで複合条件づけを行った。複合CSがどちらもUS投与と相関している群(隠蔽群)と、場所と匂いが存在するが場所のみがUSと相関している群(場所群)においてともにCPPが形成され、その程度は群間で差がなかった。これは隠蔽の欠如を示す。同時に、より長期にわたる条件づけ訓練を行うと、隠蔽群と、場所と匂い物体が存在するが匂いのみがUSと相関している群(匂い群)においてともに匂いに対する条件性嫌悪が形成され、その程度には差がなかったことから、やはり隠蔽の欠如が示された。同時に、同用量のメタンフェタミンが場所選好と同時に匂い刺激に対する嫌悪を形成したことを示す。これは相反過程理論が仮定するb過程が匂い刺激と特異的に結びついた結果であると考えられる。濫用薬物と結びついたCSが嫌悪的な状態を喚起することは、負の強化により薬物摂取行動を促進する主要な要因であると考えられてきた。本研究はこの理論を実証し、かつ刺激属性および発達要因について明らかにした点で極めて大きな意義がある。また他に、自閉症モデル系統マウスを用いて、正常なCPPとともに時間的に短いCSを用いた課題での随伴性依存学習の障害を示し、自閉症における種々の障害の根底に随伴性に依存した予測学習の障害がある可能性を提唱した。[研究実績]に記した複合条件づけを用いた研究の遂行にあたり、実験Iにおいて予想外かつ興味深い結果が得られたため、その要因をさらに詳しく検討するために、実験IIからVまでを追加で行った。これらの成果は2件の国際学会において発表済みであり、また現在これに関して論文投稿の準備をすすめているところである。また本研究課題の要点である随伴性依存学習が自閉症スペクトラムにおいて阻害されている可能性について新たに着想を得て、並行して実験を行った。この自閉症のモデル系統マウスを用いた研究からは本研究課題の仮説にとって重要かつ興味深い結果が得られ、この結果についてはすでに国際誌にて論文発表を行った。上記の研究が計画よりも数多くの実験と時間を必要としたため、当初本年度に予定していたもう一つの研究計画は来年度に実施することとなった。このため、全体としての計画に照らしての現時点での進捗は、若干遅れ気味である。1.前年度の成果を元に、メタンフェタミン投与を無条件刺激(US)とした薬物条件づけの課題において、ブロッキングが生じるかどうかを検証した。マウスにおいて条件性場所選好のパラダイムを用い、ある実験箱区画を条件刺激(CS)とし、メタンフェタミン投与を対呈示し、その後、区画CSに匂いCSを追加して複合刺激とし、メタンフェタミン投与と対呈示する訓練を継続した。最後に、匂いCSに対する選好をテストし、統制群と比較したところ、匂いに対する選好は同程度見られたことから、メタンフェタミンをUSとする薬物条件づけにおいて、本実験課題で検証した範囲においては、ブロッキングが生じないという結論が得られた。これは薬物条件づけが通常の条件づけとは異なる学習過程を伴う可能性を示唆しており、前年度の結論を支持するものである。

2. CSとUSとが無関係に提示される「真にランダムな統制条件」においてメタンフェタミンの事前慢性投与が学習を生じさせるか検討した。マウスはまず1週間または2週間のメタンフェタミン慢性投与を受けた。統制群はそれぞれの期間、生理食塩水の投与を受けた。その後、計4群は音CSと電撃USとがランダムに呈示される訓練を受けた。最後に、音CSに対するする恐怖CRを、すくみ反応を指標として計測した。その結果、テストにおいて初めて呈示された新奇な光刺激に対するすくみ反応と比べ、音に対するすくみ反応は同水準で計測され、またその程度はメタンフェタミン慢性投与群と統制群とで違いがなかった。したがって、少なくとも本実験のパラメータにおいては、メタンフェタミンの慢性投与はゼロ随伴性状況において学習を生む効果を持たないことが明らかになった。研究代表者の研究機関異動に伴いいくつかの研究の遂行に必要な実験装置類が使用できなくなり、これらを新たに作成する必要が生じた。このため、研究計画に照らして実施はやや遅れいている。この点に関しては、30年度の予算により装置作成のための部品・素材等を購入し、作成した。現状では研究遂行のための環境がほぼ整う状況となったため、次年度にかけて計画の遅れを取り戻す予定である。前年度に引き続き、複数事象間の連合形成における、事象間の接近性と随伴性の役割を検証した。1.申請者の機関異動に伴い以前の装置が使用できなくなったため、新たに装置を自作してKosaki & Watanabe (2016)の追試を試みた。メタンフェタミンをUSとする条件性場所選好課題において、場所と匂いからなる複合刺激をCSとして用いた際に、隠蔽が生じない結果が再現された。阻止が生じないという前年度の結果と合わせて、連合学習の一般原理からの逸脱を示す結果であり、メタンフェタミンが随伴性依存学習を阻害し、学習を接近性により依存した形へ変容させる可能性を示唆する。2.事象間の接近性のみが学習の成立に十分であるという前提を持つ時間的符号仮説の妥当性を検証した。食餌USを用いた感性予備条件づけ手続きにおいて、CS2-CS1とCS1-USという2組の時間関係を頭部固定マウスが統合的に用いることができるか、具体的には、2場面での事象の時間関係を「時間地図」上に統合することでUSの生起時間を予測した形でCS2に対する条件反応を生じさせるか検証した。結果として、そのような反応の時間パターンは見られず、連合の連鎖を通じたCS2に対する「価値の転移」が感性予備条件づけのより妥当な説明であることが示唆された。3.マウスに対してメタンフェタミンの事前慢性投与を行うことで、マウスのレバー押し行動と餌報酬との間の随伴性に対する感受性が損なわれるかどうか検討した。レバー押し行動を確立後、行動と報酬との接近性は保ったまま、行動に伴わない報酬を提示することで随伴性を低下させる手続きを導入した。結果として、メタンフェタミ事前投与を受けた群で、随伴性のわずかな低下に対してより過敏な反応低下が見られ、同時に段階的な低下に対しては感受性を示さなかった。反応コストへの嫌悪が生じたと考えられ、さらなる検討を要する。
プロテインホスファターゼ2Cによる破骨細胞の分化および骨吸収機能制御機構

本研究は、破骨細胞の分化過程におけるプロテインホスファターゼ2Cの発現および活性調節機構を解析し、破骨細胞分化の制御機構を明らかにすることを目的とする。以下に、補助金交付期間の成果を総括して述べる。1:マウス単球/マクロファージ由来RAW264は、破骨細胞分化因子(RANKL)を加えて培養することにより、破骨細胞様の細胞に分化することが知られている。そこで、この分化誘導過程のRAW264細胞における、PP2CのmRNA発現量をrealtime PCR法により比較定量した結果、RANKL刺激後、少なくとも2種類のPP2CサブタイプのmRNA量が一過性に上昇することがわかった。2:RANKLの受容体であるRANK cDNAをクローニングし、これを用いて構築した発現ベクターをHEK293細胞で発現したところ、p38のリン酸化の亢進およびNF-κBの活性化が確認された。このリン酸化および活性化は、RANKL刺激により発現が亢進するPP2Cの共発現によって抑制された。さらに、RANKを安定的に発現するHEK293細胞株を樹立し、RANKLを加えると同様に亢進するp38のリン酸化とNF-κBの活性化が、PP2Cの発現によって抑制されることを確認した。3:Protein transductiondomainの1つとして知られるTATペプチドを融合することにより、ある種のタンパク質は効率的に細胞に導入されることが知られている。そこで、PP2CとTATペプチドの融合タンパク質の発現プラスミドを構築し、大腸菌における発現、精製方法を確立した。今後、RANKLによるPP2C mRNAの誘導機構を解析するとともに、RANK-293細胞で見られた、RANKL/RANKシグナル伝達経路に対するPP2Cの抑制的な作用が、破骨細胞分化の制御機構でどのように機能しているのかを検証する。以下に本年度の研究成果について述べる。1 RAW264にRANKLを加えて培養し、破骨細胞に分化誘導する間、一定時間毎に細胞からmRNAを調製し、PP2Cの9種類のサブタイプにそれぞれ特異的なプライマーを用いてRT-PCRを行った。その結果、破骨細胞の分化に伴い、PP2Cサブタイプのうち少なくとも2種類のmRNA量の変動を示唆する初期データを得ることができ、これらが破骨細胞の分化において何らかの機能を持つ可能性が示された。そこで、TaqManケミストリによるReal-time PCR法を用いてこれらのPP2Cの発現量の解析法を確立し、mRNA量の変動についてより定量的に検討した結果、破骨細胞分化因子であるRANKL刺激後、12時間から24時間にかけてこれらのPP2CのmRNA量が著しく増加することが明らかとなった。2 RANKL刺激により、発現が亢進することがわかった2種類のPP2Cが、RANKL下流の情報伝達系の制御に関与するかどうかを検討するため、まずRANKLの受容体であるRANK遺伝子をクローニングした。哺乳類細胞におけるRANKの発現ベクターを構築し、これをHEK293細胞に導入したところ、RANKの発現によりp38のリン酸化が亢進し、RANK下流のシグナル伝達系が構築されたことを確認できた。この実験系で上記のPP2Cを共発現した結果、どちらの場合もp38のリン酸化は抑制された。また、p38と同様、RANKLにより活性化されることが知られているNF-κBもPP2Cの共発現により、活性化が抑制されることを明らかにした。以上のことから、これらのPP2CがRANK下流の情報伝達系を抑制する可能性が示唆された。

本研究は、破骨細胞の分化過程におけるプロテインホスファターゼ2Cの発現および活性調節機構を解析し、破骨細胞分化の制御機構を明らかにすることを目的とする。以下に本年度の研究成果について述べる。1マウス単球/マクロファージ由来RAW264細胞をRANKL存在下で培養し、破骨細胞様の細胞へ分化誘導したところ、PP2Cの11種類のアイソフォームのうちPP2CβとPP2CεのmRNAの発現量が一過性に上昇することを見出した。TaqManプローブを用いたrealtime PCR法によって詳細な解析を行った結果、PP2CβとPP2CεのmRNA量は、RANKL添加後それぞれ1時間と16時間で最大となることがわかった。2破骨細胞分化因子であるRANKLの受容体RANKの発現プラスミドをHEK293細胞に導入し、RANKを安定的に発現する293-RANK細胞を樹立して検討を行った。その結果、293-RANK細胞にRANKLを加えるとMAPキナーゼであるp38のリン酸化は亢進し、PP2CβおよびPP2Cεの発現は、このp38のリン酸化を抑制した。p38の活性を測定したところ、p38はRANKL添加により活性化するが、PP2CβおよびPP2Cεの発現によりこの活性化が抑制されることがあきらかとなった。p38はMKK6により活性化されることが知られているため、MKK6の活性を検討したところ、RANKL刺激によって亢進するMKK6の活性は、PP2CβおよびPP2Cεの発現によって抑制された。RANKLによるNF-κBの活性化は、PP2CβおよびPP2Cεの発現によって抑制された。MKK6はin vitroでPP2CβおよびPP2Cεの基質にならないこと、およびNF-κBの活性にも影響することから、PP2CβおよびPP2Cεの標的はTAK1等のMAPKKKである可能性が高いと考えられる。