hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「協同的な学びづくり」の指導力を定着させる授業診断指標の開発

「協同的な学びづくり」においては、グループ活動を通し、開かれた個として他者と切磋琢磨しつつ協同の精神を培い、学習の効果を相乗的に高めることのできる指導力が問われる。この授業者の指導力の水準を的確に評価するため、可視化することが容易でなく、他者との関係下で構成的に発揮される相互作用的な社会コンピテンシーに着目し、技法改善に活用できる授業診断指標を開発した。本研究が目指す「協同的な学びづくり」においては、グループ活動を通し、開かれた個として他者と切磋琢磨しつつ協同の精神を培い、学習の効果を相乗的に高めることのできる指導力が問われることとなる。授業診断指標の開発は、この授業者の指導力の水準を的確に評価し、技法改善に生かせるようにするためである。本年度の研究では、協同学習の先行研究や授業観察評価の事例(「効果的なグループ活動プロジェクト」「グループ課題やグループへの対処法を観察するプロジェクト」等)をレビューし、グループ活動を効果的にする教師の手続きや技法について、同僚による診断・評価に有効な授業観察の視点を摘出した。これは、質問項目ごとに定量評価するための授業観察シートの指標としても活用できるものである。他方、グループ学習は形式的実施に陥りやすいという課題を抱えており、児童生徒の自律的参加は社会コンピテンシーの定着度にも左右される。そのため、授業者の指導・支援の力量は、この能力形成も視野に入れておく必要がある。OECDのDeSeCoプロジェクトが示したキー・コンピテンシーでは、「異質な集団で交流する」が能力枠として設定されたが、グループ学習(協同学習)の質を問う授業診断指標の開発においても、それが内包する能力要素は関心事となる。2008年4月、EUは「欧州における生涯学習のための資格認定の枠組(EQF)」を発効し、欧州各国においてもこの枠組に従い、新たな能力指標の策定を進めている。EUとドイツの能力指標を比較し、社会コンピテンシーがどのような能力要素を内包しているのかについても明らかにした。このことを通し、欧州における新たなキー・コンピテンシー構築の行方を探り、「協同的な学びづくり」を通して育成する力の考察材料とした。本研究は、国内外に蓄積されたグループ学習や協同学習の授業(学習)評価規準を抽出・類型化し、確かな診断指標に基づく信頼される評価として、教師の授業力の客観的判定と力量に応じた改善を促し、それに有効に働く授業診断指標・評価シートの開発を目的とする。これは、各学校における研修会や相互評価の機会等を通じ、教師の自律的な取組として継続的な指導力の向上が図れるようにするツールでもある。(1)昨年度の調査により収集した協同学習用の授業診断指標のうち、K-T-D(コンラート・トラウプ診断)指標など3つを有力な指標として特定した。これら有力な指標の特徴は、互恵的な協力関係の構築を意図する協同学習において、構成員のグループ学習への「参加」の内実こそがグループ活動の質を規定すると考えられているところにある。(2)この「参加状況」を鋭く問いかけ、授業者が踏まえるべき定型的手続き(指導方法)を可視化し、出現する複雑な集団事態に対して教師がとった手続きの意味や根拠の検討するための「授業観察評価シート」として、その必要条件を満たしうる有力な指標や規準項目を試案として特定した。(3)また、グループの構成員が協同学習の満足度を自己評価するOPPA(協同学習満足度調査)により、子どもの認識変容に影響を及ぼす教師の指導行動と協同学習に対する子どもの認識カテゴリーとの親和性を確かめ、その結果に基づきどのような教師の働きかけが有効かについても考察した。協同的なグループ探究を通し、共生や連帯をめざして新たな公共性を構築していくという意味において、相互協力関係の内実に迫る自律した「参加」行動への指導の質が問われることになるだろう。「協同的な学びづくり」では、グループでの活動を通し、他者と切磋琢磨して協同の精神を培うと同時に、学習の効果をも相乗的に高めることのできる指導力が求められる。授業観察評価の開発は、この授業者の指導力の水準を的確に評価し技法改善に生かすためのツールとなる。他方、グループ活動には可視化が容易でない能力要素が多分に含まれている。個人の力というより、他者との関係で構成的に発揮される相互作用的な力(社会コンピテンシー)が学習者に身に付いているかどうかが問われる。即ち、本研究を通し常に立ちはだかった課題性として、グループ活動を授業評価の対象とするということは、本来、一斉学習のような教師-生徒の関係下よりも、教師の統制が利きにくくなるという特殊な状況下での授業を評価するということであり、従来の観察評価の常識はそのまま通じず、ここに開発の意義も見いだされた。これについては、優れた活動状況が規準としての記述語を通してありありと描かれ、それが一貫性と体系性をもちあわせるものであれば、可視化しにくかった非認知的な力に対する評価・改善の展望を拓くことになる。

授業診断指標の具体化に当たり、ドイツにおいて精力的に実践展開が図られている協同学習論に着目し、観察診断(モニタリング)による授業評価に資するものとすることを視野に入れて開発を行った。主なものとして、(1)グループが効果的に機能しているかどうかを観察する視点を定めた「KT観察視点」、(2)自律的参加度を診断する社会コンピテンシーの観察視点を定めた「グリーンのコンピテンシー・チェックリスト」、(3)グループ成員が相互に積極的にかかわろうとする参加状況を観察する視点を定めた「ブリューニング/ザウムの参加状況の判定」、(4)成員個人・グループ・対象(学習課題)への取組という3視点を交錯させた「クリッペルトの参加状況判定の3視点」が挙げられる。本研究が目指す「授業診断・評価シート」を開発する上で、有力な授業診断指標を抽出したことに加え、協同学習に対する教師の指導行動と子どもの認識カテゴリーとの親和性をOPPAにより確かめ、指標枠や規準項目をほぼ特定できたこと。24年度が最終年度であるため、記入しない。「協同的な学びづくり」のための指導力診断の視点枠、評価規準の文章表現や水準等が明確でありかつ精緻なものである一方、研修等に活用されるように汎用性の高い授業診断・評価シートとして開発を進めること。これとともにこのシートの活用手引きを作成し、実用性を高めること。
集積回路における高速信号伝送技術の研究

本研究では、GHz帯の高速信号をチップ内各所に分配/伝送するための設計技術を開発し、実際のシリコン上で高速信号伝送実験を行う事を目的として、高速信号伝送用配線の特性解析技術、電源配線構造の特性解析と設計技術、高速信号伝送用CMOS回路の設計技術、ならびにチップ内高速信号伝送回路の性能予測について研究を行った。高速信号伝送用配線の特性解析技術として、下地に直行配線を持つ高速信号伝送用配線の伝送線路としての特性を評価した。配線の伝送特性は周波数により変化するが、これを周波数に依存しない等価回路で表現する場合に、どの周波数を用いて線路パラメータを抽出すれば良いかを検討し、配線長に基づく抽出周波数の決定法を考案した。更に、配線パラメータとして重要な配線インダクタンスを抽出する際に、帰路電流(リターンパス)の抽出対象とすべき配線を決定する手法を開発した。電源配線構造の特性解析と設計技術としては、電源配線のインダクタンスが無視できる周波数で動作するセルベース設計回路を対象として、IRドロップを考慮した電源ストラップの最適挿入法について検討した。さらに、動作周波数の高速化に伴い、電源配線のインダクタンス成分が電源ノイズの発生に寄与する状況が発生する。そこで、電源配線網の構造やチップ内各部の動作状況により、電源配線のインダクタンス成分がどのように電源ノイズに影響をおよぼすかを解析した。高速信号伝送用CMOS回路の設計技術としては、通常のスタティック論理ゲートより高速な動作が可能な電流モード論理ゲートを取り上げ、その最適設計法を明らかにした。また、電流モード論理ゲートとスタティック論理ゲートを適切に組合わせてマルチプレクサを構成する方法を明らかにし、実際に試作したテスト回路により動作を確認した。高速信号を発生するためのPLLについて、プロセスの微細化が動作特性におよぼす影響を検討した。チップ内高速信号伝送回路の性能を予測するにあたり、高速信号の伝達に適した配線構造を設計する必要がある。望ましい配線構造がどのようなものであるかを検討した。次いで、それらの配線構造における信号伝達特性を解析的に求め、その性能限界を明らかにした。最後に、線路のみならず、駆動回路や受信回路も含めた伝送システム全体を対象として伝送特性の評価を行った。非平衡伝送を想定した長距離高速信号伝送を可能にするVLSI配線構造の検討伝送線路特性を利用した非平衡信号高速信号伝送を実現する配線構造の検討を行った。長距離高速信号伝送の実現には、線路の減衰と配線間の結合を低く抑える必要がある。35nm,130nmプロセスを想定し、マイクロストリップ線路とコプレーナ線路を評価対象とした。信号距離に対し必要な配線資源量が指数的に増大することが分かった。信号配線間の結合抑制には、マイクロストリップ構造では信号配線間の距離をある程度とること、コプレーナ構造ではグラウンド配線をはさむことが必要である。伝送線路特性を考慮した非平衡伝送向けドライバ駆動力決定法の検討通常のCMOSドライバが伝送線路特性を示す配線を駆動して信号伝送することを想定し、その駆動ドライバの駆動力決定法を検討した。VLSI内の配線の場合、配線抵抗が無視できないため、抵抗による損失を考慮しなければならない。本検討では、配線の損失および特性インピーダンスの周波数依存性を考慮して、波形乱れを起こさず必要十分な電圧を終端まで伝播させるドライバ駆動力決定法を開発した。180-100nmプロセスにおいて実験的に有効性を確認した。

スパイラルインダクタの最適設計法高速信号伝送を行うためには、高周波発振回路が不可欠である。高周波発振回路はLC共振によって実現されるため、オンチップスパイラルインダクタを設計する必要がある。このインダクタの特性は発振器の特性に強い影響を与えるため正確なモデリング、最適設計が不可欠である。本検討ではインダクタ特性を応答局面法を用いて正確に表現し、それに基づき特性を最適化する手法を開発した。実測したインダクタ特性が応答局面法で正確に表せることを実験的に確認した配線のRLC抽出に用いる周波数について研究を行った。周波数依存性のある配線特性を単一周波数でのモデル化を実現するためには、信号の伝搬特性に支配的な影響を与える抽出周波数を適切に選ばなければならない.配線の解析で重要なのは配線の終端での波形であり、配線長などの配線構造にも強く依存している.本研究では,伝送線路におけるtime-of-flightに基づく抽出周波数決定手法を考案した.提案する周波数で抽出された配線を用いることで,波形を精度よく再現できることを回路シミュレーションにより確認した.誤差の最大値は8%であった.提案手法を用いることにより,周波数依存性をもたないラダー回路でも精度よく回路の解析が実現できる。LC型PLLとリング型PLLの性能比較を1)現状プロセスで試作,評価した特性の実測値,2)解析的なアプローチによる将来性能予測を用いて行なった.0.18umCMOSプロセスで1.6GHzPLLの試作を行った。リング型PLLは,周波数可変範囲がLC型PLLと比べて10倍程度広く,面積や電力はそれぞれ4分の1,2分の1程度であった.一方,ジッタ値はLC型PLLがリング型PLLの1/3で,位相雑音(@1MHzoffset)は50dBc/Hz小さい.将来性能予測の結果,リング型PLLとLC型PLLの相対的な性能の差は今後もほぼ一定であり,電力やチップ面積はプロセス微細化に伴って減少するが,ノイズ特性はプロセス微細化に伴って悪化するという関係が得られた.将来低ノイズ特性を実現する回路設計が重要となることを明らかにした.高速信号伝送回路中では,CMOSスタティック論理素子に加え,電流モード論理素子が広く使用される.電流モード論理素子は,CMOSスタティック論理素子と比較して高速動作が可能な反面,設計パラメータが多く消費電力が大きい.電流モード論理素子を使用する場合は,各設計パラメータを系統的に決定し,かつ必要最小限の部分にのみ使用することが望まれる.高速分周器の設計パラメータの設定は,通常回路シミュレーションによる過渡解析を繰り返して行なわれる.分周器の開ループ伝達関数の単位利得周波数と最大動作周波数との相関性に着目し,小信号解析を利用して最適パラメータを算出する手法を提案した.実測値との比較から,レイアウトに依存して生じる寄生容量の重要性を示し,寄生容量を考慮することにより,実チップ上での動作に近い状態で最適パラメータを算出することが可能となった.
風速の変動および風向の違いが、快適性に及ぼす影響に関する実験的研究

近年、地球環境に対する関心の高まりから省エネルギーの叫ばれることが多くなってきた一方で、高齢化社会を迎えるにあたって快適・健康的な環境に対する要求も大きなものがある。そのような状況を念頭に置いて、これまでにも変動風の影響について検討を行ってきたが、被験者を用いる実験である温熱環境に対して心理・生理的な応答を得るためには比較的時間のかかることや、装置や実験室の都合上同時に1人のみに対する実験しかできないといった状況から、これまでに蓄積されたデータでは解析上必要とされる数にはおよんでいなかった。そこで、今年度は風向は前方からの場合のみに絞りデータ数の充実を当面の目標として研究を行った。実験は、椅座位の被験者に前方より0.41.0m/s程度の定常風、また周波数特性や振幅を変化させた変動風を暴露し、そのときの環境条件として気温、風速など、生理量として皮膚温、心理量として温冷感、快適感をそれぞれ測定した。いずれも皮膚温の経時変化をリアルタイムでモニタして、ほぼ定常となったことが確認されるまでで最低でも15分間以上暴露した。被験者は20歳前後の健康な男性9名を用いた。解析では既往の実験結果も併せて用いてより信頼性の高い値を求めることとした。その結果、測定された環境条件と皮膚温をもとに、風速と平均対流熱伝達率の関係式を求めた。次に、ある条件における平均皮膚温と、そのときの温冷感申告値が「どちらでもない」よりも暑い側、もしくはさらに快適感申告値が「どちらでもない」よりも不快側となる比率の関係は、probit modelで仮定できるとして、モデル中の平均値および標準偏差に相当する数値を、実験結果をもとに同定した。
強調バイアスを考慮したアテンションモデルによる規則適合判定技術の開発

本研究では、ニューラルネットワークを用いた機械翻訳技術において使用されているアテンションモデルを参考にし、従来のテキスト含意認識技術において中心的に使われている、文中の単語の重複率を基本としたテキスト含意認識を用いた技術では不可能であった規則適合判定技術の実現を目指している。平成30年度に、当初計画の通り、例となる普通自動車免許試験データについて電子化フォーマットを策定した。また、研究代表者が市販の想定問題集の電子化作業の準備として、スキャナを購入し、免許試験データの電子化作業の一部を開始した。電子化したデータについて、含まれている問題の種類、および問題種類毎の解法について分析・検討を行った。また、テキスト上で書かれていない前提知識などについて分析を行った。分析結果については、人工知能学会で研究発表することが決定している。ニューラルネットワークを用いた機械翻訳技術において使用されているアテンションモデルについては、比較対象となるベースライン手法について実装を行った。提案手法について、一旦実装のための設計を開始したが、当該年度中にベースとなる新しい手法が提案されたため、新手法を用いて、どの程度規則適合判定が行えるか試す方向に変更し、新手法を免許試験データに適用する手法の検討・実装を行い、小規模なデータを使用した評価実験を開始した。今後、より大規模な評価実験を進め、結果がまとまった段階で、学会で発表を行えるよう、準備を進めている。当初予定していた、検証用データについての電子化フォーマットの策定は予定通り行った。インターネット上の模擬問題の収集も開始した。ただ、電子化作業の一部を外部委託する件については、進捗していない。大規模な学習を行うための準備としてH30年度中に高性能なGPGPUサーバを購入する予定であったが、購入予定であったグレードのサーバが新機種の登場で入手が困難になった。また、H30年度中に発表された機械学習の手法を試すにあたり、より大規模なメモリを有するGPGPUサーバの検討が必要となり、購入が令和元年度に持ち越すこととした。令和元年度は、引き続き、学習用・評価用データの収集を継続する。必要に応じてデータ形式の修正を行う。また、研究代表者と研究協力者が協力して重み付き構文木との類似度を計算し規則適合判定を行うシステムを実装し、評価データで評価を行う。
イモリとミズダニ：水陸環境を利用する宿主寄生者系が創出する種多様性とその保全

本年度は、主にミズダニのサンプルを整理してDNA抽出と標本のプレパラート作成を行い、DNAは遺伝子解析を共同研究者らの協力を得て次世代シーケンサーを用いて行い、膨大なデータを元に行った。また、ホルマリン固定のダニ標本からもDNAを抽出して十分な長さのシーケンスを得ることに成功した。標本についてはドイツの共同研究者と計測・分析を共に行って詳細な形態データを整理することができたために、記載論文の準備に着手した。ミズダニの系統関係は、一部にまだ改善の余地が見られるものの、おおよそ妥当な結果が得られており。宿主のイモリ類の系統関係や産地との関係を比較したところ、共種分化の可能性もある系統もあれば、そうでなく地域ごとにまとまる系統もあった。イモリ類は3属のサンプルを研究に用いているが、ミズダニの系統はそれとは一致しない。想像した以上に複雑な寄主ー宿主の関係にあるらしいことが明らかとなってきた。また、ミズダニには未記載種が多く、分類の整理には時間がかかる可能性がでてきた。細かい形態形質の表を作成して形態変異の概要を整理しているところであり、記載できる系統から論文にしていく準備に取り掛かっている。イモリ類の系統分類はかなり進んできており、少なくとも手元には未記載種はない。しかし、分子系統関係の頑健性には少し疑問があり、シーケンスの領域を増やすなどして分岐点の支持を上げる必要が未だにある。次年度に取り組む予定である。これまでに集めてきたサンプルを整理して順次遺伝子解析と形態解析に用いて、十分な結果が得られてきている。ミズダニの分子系統解析に関しては有用なシーケンス情報を得ることに成功しており、ホルマリン固定標本からのシーケンスに成功したことは非常に大きな成果であった。今後も、博物館標本のミズダニなどからシーケンスして系統解析に加えられる可能性がある。当初の計画から考えれば順調と言える。またミズダニに関しては分子系統関係から種の候補となるクレードを見つけ、それらについて形態的な特徴でも分けられることを確認できている。問題になるとすれば、ダニの幼虫の標本が多く、成虫が少ないクレードもあるために記載の時に標本数が足りない可能性もある。こちらも課題が出てきたものの基本的に順調である。イモリ類についても最低限の系統樹は得ることができているので、当初の目的は達成している。ダニの寄生のない種も多く存在するので、それらを含めた系統関係の構築には取り組めていないが、サンプルはほぼすべて入手できたので解析は可能である。ミズダニとイモリの共進化、共種分化に関しても、想像以上に複雑な関係を示すことが明らかになってきており、今後の解析の改善により最終的な結論を導ける可能性が高い。ゆえに全般的に判断して、本研究は順調に進展していると言える。ミズダニに関しては新たな野外調査か博物館標本の調査により、標本の足りないクレードについてサンプルの追加を行う必要がある。そして記載できる種については可及的速やかに論文執筆に取り組む。より具体的には共同研究者のドイツ人研究者との議論が必要な状況になってきている。イモリ類については分子系統関係に弱い部分があるために、シーケンス領域を伸ばして、より頑健な系統関係を得ることを目指す。ダニの寄生の報告のない種でシーケンスできていないものがまだ多くあるがサンプルは入手できているので、順次解析して系統解析に加えていく。宿主イモリの候補種も加えて、関係する3属のほぼ全種の頑健な系統関係を構築する。ミズダニとイモリの共進化の解析についても、様々な解析を駆使して取り組む予定で、モデル検証型の分析を論文に盛り込む予定である。上述のように共同研究者のドイツ人と論文執筆のための相談が必要になってきたので、彼を日本に招聘して、ミズダニの記載論文の執筆を共同で進めて、来日中におおよその原稿の準備を終える予定である。宿主のフトイモリ属、コブイモリ属、ラオスイモリ属のミトコンドリアDNAを用いた分子系統関係を調査するとともに寄生者であるミズダニ類のDNA抽出やプレパラート作成法の確立、核DNAを用いた分子系統解析の初期段階までを終えることができた。その結果、宿主の系統関係についていくつかの分岐点の支持率が低いために、解析の長さを伸ばすか、領域自体を変える必要性が示された。ミズダニの方は数個体について核DNAの部分配列を得て系統関係の構築を行ったが、全体的な支持率は低めであった。またミズダニの分類については海外の研究協力者にサンプルを受け渡す準備中であり、分類学的な研究に着手できる見込みである。国内で申請者らが予備的に形態を見た結果からは、および分子系統解析の結果からは、多くの未記載種がサンプルに含まれている可能性が強く示唆されている。このことはミズダニの分類の方が大きく遅れており、早急に対処しなければならないことを示している。イモリの分類の方はほぼ決着がついており、研究の進展に支障はないと言える状況であるが、一部未記載種の可能性のあるサンプルもあるために分類学的な調査が必要である。これまでの宿主と寄生者の系統関係の予備的比較結果からは、彼らの間での共種分化の可能性は低く、何度も宿主転換が生じた可能性を示唆している。ただしランダムな宿主転換ではなく、ある程度の地域性もみられるために、両者の進化や種分化には何らかの地理的な隔離などが影響を与えていることが示唆されたとも言える。

当初想定していたレベルのサンプル入手、標本作成、予備的な系統解析までは順調に達成されており、今後の改善内容も判明して、かつ次年度に十分対処できる可能性がしめされているため。また、ミズダニの分類が専門の海外の研究者とも頻繁に連絡が取れており、サンプルを渡すことができれば速やかに研究を進めて成果が得られる見込みが付いている。上記のような現状から、おおむね順調に進展していると判断した。本年度は、主にミズダニのサンプルを整理してDNA抽出と標本のプレパラート作成を行い、DNAは遺伝子解析を共同研究者らの協力を得て次世代シーケンサーを用いて行い、膨大なデータを元に行った。また、ホルマリン固定のダニ標本からもDNAを抽出して十分な長さのシーケンスを得ることに成功した。標本についてはドイツの共同研究者と計測・分析を共に行って詳細な形態データを整理することができたために、記載論文の準備に着手した。ミズダニの系統関係は、一部にまだ改善の余地が見られるものの、おおよそ妥当な結果が得られており。宿主のイモリ類の系統関係や産地との関係を比較したところ、共種分化の可能性もある系統もあれば、そうでなく地域ごとにまとまる系統もあった。イモリ類は3属のサンプルを研究に用いているが、ミズダニの系統はそれとは一致しない。想像した以上に複雑な寄主ー宿主の関係にあるらしいことが明らかとなってきた。また、ミズダニには未記載種が多く、分類の整理には時間がかかる可能性がでてきた。細かい形態形質の表を作成して形態変異の概要を整理しているところであり、記載できる系統から論文にしていく準備に取り掛かっている。イモリ類の系統分類はかなり進んできており、少なくとも手元には未記載種はない。しかし、分子系統関係の頑健性には少し疑問があり、シーケンスの領域を増やすなどして分岐点の支持を上げる必要が未だにある。次年度に取り組む予定である。これまでに集めてきたサンプルを整理して順次遺伝子解析と形態解析に用いて、十分な結果が得られてきている。ミズダニの分子系統解析に関しては有用なシーケンス情報を得ることに成功しており、ホルマリン固定標本からのシーケンスに成功したことは非常に大きな成果であった。今後も、博物館標本のミズダニなどからシーケンスして系統解析に加えられる可能性がある。当初の計画から考えれば順調と言える。またミズダニに関しては分子系統関係から種の候補となるクレードを見つけ、それらについて形態的な特徴でも分けられることを確認できている。問題になるとすれば、ダニの幼虫の標本が多く、成虫が少ないクレードもあるために記載の時に標本数が足りない可能性もある。こちらも課題が出てきたものの基本的に順調である。イモリ類についても最低限の系統樹は得ることができているので、当初の目的は達成している。ダニの寄生のない種も多く存在するので、それらを含めた系統関係の構築には取り組めていないが、サンプルはほぼすべて入手できたので解析は可能である。ミズダニとイモリの共進化、共種分化に関しても、想像以上に複雑な関係を示すことが明らかになってきており、今後の解析の改善により最終的な結論を導ける可能性が高い。ゆえに全般的に判断して、本研究は順調に進展していると言える。
ホルモン放出時の下垂体細胞骨格蛋白の変化についての生化学的検討

各種ホルモン分泌細胞において細胞に刺激が加わってから細胞内カルシウム濃度が上昇するところまでのメカニズムについては、これまでに数多くの研究がなされており、かなり解明されてきた。しかし、カルシウム上昇後の開口放出によるホルモン分泌時におこる細胞の変化に関しては、現在でもその詳細なメカニズムはまだ解明されていない。過去の研究において、ホルモン分泌細胞がホルモンを放出する時にアクチン等の細胞骨格蛋白が変化することが、副腎のクロマフィン細胞等の内分泌細胞において知られていた。本研究においては、主にラットの下垂体由来の細胞株であるGH^3細胞を使用して、その細胞をジギトニンで細胞膜透過性状態にし、直接カルシウム刺激を加えることにより、我々は以下の新たな知見を得た。まず下垂体細胞よりのプロアクチン分泌に関する実験において、アクチンの脱重合を抑制する薬剤であるファロイジンを投与するとカルシウム刺激に対するプロラクチン分泌の抑制を認めた。この結果は、下垂体細胞においても開口放出時にアクチンの脱重合が起こっていることを示唆した。ファロイジンはまた繊維状のF-アクチンのみに結合する事が知られているが、FITCでラベルしたファロイジンを用いて下垂体細胞を染色し、カルシウム刺激によるF-アクチンの分布の変化を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。その結果カルシウム刺激前にはF-アクチンは細胞の周辺部に多く分布していたものが、刺激後には、周辺部の染色性は大きく減弱し、反対に細胞質部分で染色性の増加を見た。この結果はカルシウム刺激のみで、下垂体細胞でもアクチンの脱重合が起こっていることを初めて明らかにした。初年度にあたる平成4年度は、まず細胞骨格蛋白に作用する各種薬剤を用いて、それらのカルシウム依存性ホルモン分泌における影響について検討を加えた。具体的には我々が継代している下垂体腫瘍細胞であるGH_3細胞を用い、それをcell Crackすることにより細胞膜透過性の状態にし、アクチン結合蛋白であるファイロジン、アクチンの重合を阻害するサイトカラシン、チューブリン重合を阻害するコルヒチンを用い、その分泌に対する影響を見たところ、ファイロジンでGH_3細胞よりのカルシウム依存性プロラクチン分泌の抑制が認められた。そこで、アクチンに注目し、カルシウム依存性ホルモン分泌の前後におけるアクチンの変化をアクチン抗体及びファイロジンに蛍光色素を付加したものを用いて検討を加えた。一般にアクチンはホルモン分泌時に脱重合することが知られているが、抗アクチン抗体による観察ではホルモン分泌前後で変化はみられないのに対して、重合しているアクチンのみに結合するファイロジンによる観察ではホルモン分泌前後でその局在の変化を観察することができた。現在、その局在の変化を共焦点レーザー顕微鏡を用いて、定量的に解析しているところである。また、細胞をジギトニンで処理することによっても細胞膜通過性の状態にしうるが、そのことを利用し、細胞のカルシウムに対する反応性を残したままでの共焦点レーザー顕微鏡下での観察も併せて行っている。また、アクチン以外にもチューブリンに対する抗体を用いて同様にカルシウム依存性ホルモン分泌前後の変化について検討を加えたが、現在までのところチューブリンの有為な変化は認めていない。平成4年度において確認された下垂体細胞のカルシウム依存生ホルモン分泌時における細胞骨格蛋白であるアクチンの局在の変化を平成5年度ではレーザー共焦点顕微鏡を用いて引き続き検討した。実際には、下垂体細胞由来の細胞株であるGH_3細胞を用いて、その細胞をジギトニンで処理をして細胞膜透過性状態にし、細胞内のカルシウム濃度を自由にコントロールできるようにした上で共焦点レーザー顕微鏡下でカルシウム刺激を加えてみた。この実験系はカルシウム依存性ホルモン分泌能を保った状態の細胞を使用して実時間でホルモン分泌時の変化を観測することを可能としている。また共焦点顕微鏡を使用することで細胞内の局在をより詳細に観測することが可能となっている。実際の観測では、抗アクチン抗体及びアクチン結合蛋白であるファロイジンを用いてアクチンを蛍光染色しカルシウム刺激時の変化をみた。

現在までのところカルシウム刺激に対してのアクチンの局在の変化は軽微であるために、その解析が遅れているが、カルシウム刺激による細胞の形態の変化が一部の細胞で認められており、現在その解析を進めているところである。また、ラット下垂体の初代培養細胞を用いて、同様にカルシウム刺激時の細胞骨格蛋白の変化についても検討中である。また各種の細胞骨格蛋白に影響を及ぼす薬剤のカルシウム依存性ホルモン分泌における影響についても前年度に引き続いて検討を加えている。3年目にあたる本年度は、前年度に引き続き下垂体細胞のカルシウム依存生ホルモン分泌時における細胞骨格の中でも特にアクチン分子の変化に注目して研究を進めた。具体的には、下垂体由来の細胞株であるGH_3細胞を用いて、その細胞をジギトニンで処理して細胞膜透過性状態にし、細胞内のカルシウムイオンの濃度を自由にコントロールできるようにした上で、共焦点レーザー顕微鏡下でカルシウム刺激を加えてみた。この実験系はカルシウム依存性ホルモン分泌能を保った状態の細胞を使用して実時間でのホルモン分泌時の変化を観察することを可能としている。本年度は実験条件の改善及び新しい細胞株の導入によってカルシウム刺激時のアクチン蛋白の変化をより鮮明に捉えることに成功した。具体的には繊維状のアクチンであるF-アクチンのみに特異的に結合するファロイジンにFITCをラベルしたものを使用してGH_3細胞を染色してカルシウム刺激した場合に、刺激前にはF-アクチンは主に細胞の周辺部に多く分布しているものが、カルシウム刺激によって周辺部の染色性が減弱するとともに,細胞質部分の染色性が増強してきていることが定量的に確かめられた。このような変化は従来から考えられている開口放出時のアクチン脱重合の変化と同様であり、下垂体細胞においても副腎のクロマフィン細胞などと同様なアクチンの変化がホルモン分泌時に起こっていることが初めて確認された。
放射線グラフト電解質膜におけるイオンチャンネル構造とプロトン伝導機構の解明

さまざまな条件で作製した放射線グラフト電解質膜のプロトン伝導度を測定した。また、これと並行して膜内のイオンチャンネル構造を調べ、伝導特性と関連づけて議論することで、プロトン伝導メカニズムを検討した。固体高分子型燃料電池用の高性能電解質膜を開発するためには、既存電解質膜の構造を詳細に解明し、構造-機能相関関係を検討することが重要である。そこで本研究では、散逸粒子動力学(DPD)シミュレーションを用いて、放射線グラフト法で作製した電解質膜のメソスケール構造を調べた。また、電解質膜のプロトン伝導度σ_pと水透過係数P_wを実験的に測定し、シミュレーションで得られた膜構造と水・プロトンの輸送特性を関連づけて議論した。本年度は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を基材とする電解質膜をシミュレーションの対象とした。PTFE電解質膜の分子構造を基にし、-(CF_2)_6-、-CH(C_6H_4SO_3H)CH_2-、7H_2Oをそれぞれ別種の粒子と見なし、これら粒子を用いて粗視化モデル分子を構築した。モデル分子と適当量の水粒子を含む系を作成し、DPD法により系の時間発展を計算した。平衡状態では、水とポリスチレンスルホン酸グラフト鎖は凝集し、巨大な親水性領域を形成した。これは、水のみが凝集して直径4-5nmの球状クラスターをつくるNafionとは対照的な構造である。水粒子間の動径分布関数から、水クラスターの直径は約1.8nmと求められた。このことから、親水性領域の内部には、グラフト鎖で分断されるように小さな水クラスターが存在することが示唆された。電解質膜のσ_pは2端子ACインピーダンス法、P_wは重酸素水またはトリチウム水を用いた水トレーサー透過試験により求めた。PTFF電解質膜は、Nafionと比較してσ_pは高くP_wは低いことがわかった。これは、プロトンを伝導し易い一方、水を透過しにくいという燃料電池膜として好ましい輸送特性である。シミュレーションで得られた構造を踏まえると、水はスルホン酸基と強く相互作用するため、膜内での運動が抑制されたと考えられる。その結果、プロトンの伝導は主にGrotthuss機構(水分子間の水素結合の生成・解裂によりプロトンが動く機構)によって生じていると推察される。放射線グラフト電解質膜のプロトン伝導性の向上を図るには、さまざまな種類の電解質膜の伝導特性と膜構造の相関を検討することが重要である。そこで本年度は、全フッ素高分子である架橋ポリテトラフルオロエチレン(cPTFE)と芳香族炭化水素高分子であるポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を基材とするグラフト型電解質膜のプロトン伝導特性を比較した。イオン交換容量(IEC)0.52.9meq/gの電解質膜のプロトン伝導度σをACインピーダンス法により測定した。IEC<1.0 meq/gではPEEK電解質膜の方がσは高く、一方IEC>2.0 meq/gではcPTFE電解質膜の方がσは高かった。この結果を詳細に検討するため、ネルンストーアインシュタインの式を用いて、プロトンの自己拡散係数Dp、親水性イオンチャンネルの体積分率φ、イオンチャンネルにおけるプロトン濃度Cp、というσの3つの支配因子を算出した。このうちDpはσと同様に、低IECではPEEK電解質膜の方が大きく、逆に高IECではcPTFE電解質膜の方が大きくなった。したがって、σの挙動はDpに著しく依存すると言える。低IECのときでは、親水性グラフト鎖からなるイオンチャンネルのネットワークはPTFEの巨大な結晶構造に阻害され、チャンネルの連結性が悪くなることがDpを減少させたと考えられる。高IECのときでは、cPTFE電解質膜はPEEK電解質膜よりも含水率が高く、プロトンとスルホン酸基の静電相互作用が弱まるのでDpは上昇したと解釈できる。このように、グラフト重合の基材高分子の種類によって、電解質膜のプロトン伝導性が異なることを明らかにできた。
口腔癌の腫瘍浸潤に関するMRI評価方法の確立

悪性腫瘍の進行度を評価するTNM分類は、診断・治療技術の進歩に伴い改訂が繰り返されてきた。口腔癌のT分類は、最大径のみで2 cm以下、2-4 cm、4 cm超に分類されていたが、2017年1月改訂の第8版では腫瘍浸潤の深さ(深達度)が追加された。術後の病理学的T分類において、深達度は粘膜面(基底膜)から最深部までの距離と定義され、5 mm未満、5-10 mm、10 mm超に層別されている。つまり、cm単位の最大径からmm単位の内部構造へ詳細な評価が必要となった。また、深達度は頸部リンパ節転移の予測指標とされ、術前に評価可能であれば、治療方針の決定に重要と考えられる。術前の臨床T分類として、深達度に関する画像評価法は確立していない。病理学的T分類に沿って、画像診断でも粘膜面から最深部までの垂直距離を計測すべきであるが、画像診断では、粘膜面の同定が困難な場合、あるいは撮像断面が浸潤方向と異なる場合、深達度の評価は不確実となる。また、画像診断には観察者間変動が知られており、再現性の高い評価法の確立が求められる。本研究は放射線治療計画における腫瘍と正常臓器の把握を口腔癌の臨床T分類に応用し、3次元的位置関係から深達度を計測するMRI評価法の開発を目的とする。さらに、治療前画像診断における深達度と頸部リンパ節転移の関連を明らかにし、治療方針決定への応用を目指している。過去の口腔癌手術症例を対象に術前MRI所見を後ろ向きに検討し、術後の病理学的T分類と比較した。2名の観察者が深達度を評価した結果、症例毎に適した計測法は異なっており、適した計測法では観察者間変動も少ない傾向にあった。症例毎に腫瘍と正常臓器の位置関係から適した計測法を選択することによって、深達度評価の正確性や再現性が向上することを明らかにし、論文発表が確定している。TNM分類第8版において、口腔癌の深達度は術後の病理所見によって層別されている。症例毎に病巣部位や浸潤方向にあわせて切り出された術後病理標本とは異なり、画像診断では、粘膜面の同定が困難な場合、あるいは撮像断面が浸潤方向と異なる場合、深達度の評価は不確実となる。本研究は術前MRIを用いた深達度評価法の開発を目的としている。平成30年度は、術前画像評価後に局所手術を行った過去の口腔癌症例を対象にMRI所見を後ろ向きに検討し、術後の病理学的T分類と比較した。症例毎に腫瘍と正常臓器の3次元的な位置関係から適した計測法を選択することによって、深達度評価の正確性や再現性が向上することを明らかにし、論文発表が確定している。術前の臨床T分類として、本研究は腫瘍と正常臓器の3次元的な位置関係から深達度を計測するMRI評価法の開発を目的としている。また、術後病理標本における深達度は頸部リンパ節転移の予測指標とされ、術前に評価可能であれば、予防的頸部郭清術の適応決定に重要と考えられる。平成30年度に考案した深達度に関するMRI評価法の有用性を検証するために症例の追加を計画している。さらに、治療前画像診断によるリンパ節転移の予測についても検討を加える。

症例毎に腫瘍と正常臓器の位置関係から適した計測法を選択することによって、深達度評価の正確性や再現性が向上することを明らかにし、論文発表が確定している。TNM分類第8版において、口腔癌の深達度は術後の病理所見によって層別されている。症例毎に病巣部位や浸潤方向にあわせて切り出された術後病理標本とは異なり、画像診断では、粘膜面の同定が困難な場合、あるいは撮像断面が浸潤方向と異なる場合、深達度の評価は不確実となる。本研究は術前MRIを用いた深達度評価法の開発を目的としている。平成30年度は、術前画像評価後に局所手術を行った過去の口腔癌症例を対象にMRI所見を後ろ向きに検討し、術後の病理学的T分類と比較した。2名の観察者が深達度を評価した結果、症例毎に適した計測法は異なっており、適した計測法では観察者間変動も少ない傾向にあった。症例毎に腫瘍と正常臓器の3次元的な位置関係から適した計測法を選択することによって、深達度評価の正確性や再現性が向上することを明らかにし、論文発表が確定している。術前の臨床T分類として、本研究は腫瘍と正常臓器の3次元的な位置関係から深達度を計測するMRI評価法の開発を目的としている。また、術後病理標本における深達度は頸部リンパ節転移の予測指標とされ、術前に評価可能であれば、予防的頸部郭清術の適応決定に重要と考えられる。平成30年度に考案した深達度に関するMRI評価法の有用性を検証するために症例の追加を計画している。さらに、治療前画像診断によるリンパ節転移の予測についても検討を加える。物品費、特に消耗品に関して、既存の物品で研究の継続が可能であったため購入を見送った。(使用計画)物品購入に使用予定である。
微細化及び新しい加熱技術を基盤とした調理加工法による農産物の高度利用化

阿部は、食品製造副産物を簡便かつ安全な手法でナノレベルに粉砕する技術を用いて、ぶどう果皮等の幅広い原料からセルロースナノファイバー/ペクチン/ヘミセルロース混合液を調製し、その性質を解析した。得られた混合溶液の粘度は、セルロースナノファイバーやペクチン等、個別の水溶液の粘度とは異なる性質を示した。松村と松宮は、前年度までにアボガドの微粒子を油相に分散させ水相と混合することにより、高い安定性をもつ乳化物を調製できることを示した。本年度は、そのメカニズムについて検証し、アボガドに含まれるタンパク質や極性脂質が重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、新たな素材としてシイタケなどキノコの微粒子に着目し、その微粒子が優れた乳化特性を示すことをコロイド科学的解析と電子顕微鏡観察により明らかにした。香西は、様々な農産物より微粒子素材を調製し、そのとろみ剤としての増粘効果を調べた。その結果、玄米、精白米、とうもろこし、干し椎茸、カボチャ、レンコンの微粒子について、48%分散液で増粘効果がみられた。微粒子によるとろみ試料の粘度を片栗粉と比較すると、使用量は多くなるが、濃度依存性、温度依存性および食塩・食酢による影響が小さく、冷凍の影響も受けにくいことが明らかとなり、調理加工時に扱いやすいことが示唆された。谷は、カルボキシメチルセルロースナノファイバー(CMCNF)を3wt%配合した高脂肪高ショ糖飼料をマウスに8週間自由摂食させた。その結果、CMCNF群では、体重の増加抑制と脂肪組織重量の減少が認められた。8時間絶食後、グルコースの強制投与による血糖値上昇ならびに血中インスリン変動を調べたところ、インスリン抵抗性の改善が認められた。また、CMCNFとコーン油の混合物を経口投与し、投与後の血中トリグリセリド濃度を定量したところ、脂質の吸収が抑制される傾向が見られた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。阿部はグラインダーなどの湿式微粒子化装置を用いて、様々な作物由来の食品副産物の微細化を行った。クエン酸やペクチナーゼを用いて前処理することによりペクチンネットワークが切断され、セルロースミクロフィブリル、ヘミセルロースおよびペクチンが凝集無く均質に分散する懸濁液が得られることが明らかになった。松村と松宮は、玄米などの穀類、大豆などの豆類、椎茸などのキノコ類、梅などの果実類などの微細化によって得られた微粒子やナノファイバーが、優れた界面特性、特徴的な流動挙動を示すことを明らかにした。香西は、同様の微粒子素材を用いて、実際の食品への展開が可能か検討を行った。具体的には、各種微粒子を210%添加したメレンゲは離しょうが抑制され、干し椎茸2%添加では砂糖使用量を1/3まで減らせたが、スポンジケーキの膨化安定性には寄与しなかった。微粉末試料を10%前後用いると卵不使用のマヨネーズ様ドレッシングが調製できた。また微粉末試料は210%濃度で水に分散後加熱することでソース状となり、増粘剤的効果も期待できた。久保田は、主にトマトを対象として、加温処理が風味改善につながるかを検討した。具体的には、破砕したトマトを40°Cに10分保持した後に加熱することにより生成する香気性成分をGC-MS分析により調べた。その結果、カロテノイド由来の香気成分群が顕著に増加することが分かった。その中の1成分については官能評価によりトマトソースの風味を向上する効果を確認した。谷はC57BL/6マウスを対象として、セルロースナノファイバーの安全性を検討した。具体的には、8週間、セルロースナノファイバー含量が3% (w/v)の飼料を給餌した。血中の炎症性サイトカインTNFa量などに変化はなく、大腸組織にも異常は観察されず、活動性の炎症は起こっていなかった。また、腸間膜リンパ節の免疫恒常性が維持されていた。阿部は保有する微細化技術を駆使して、様々な農産物の微細化を試みており、セルロースのみならず、ヘミセルロース、ペクチンなどのナノファイバー化に成功している。ぶどう果皮など未利用の食品副産物にも対象を広げつつあり、本研究の原材料供給をしっかりと支えている。松村と松宮は、農産物の微粒子や、阿部から供給されるナノファイバー素材を対象として、界面特性や流動特性の検討を順調に進めている。食品への新しい利用法の観点から、メレンゲなどの泡沫食品が有力であるが、起泡力や泡沫安定性を客観的に評価する技術の確立に成功したことから、29年度は、微粒子やナノファイバー素材の泡沫特性の検討も視野にいれるなど、順調に計画を進めることが可能である。香西も、様々な微粒子を、メレンゲ、スポンジケーキ、マヨネーズ、ソース等へ応用できる可能性について順調に検討を進めている。松村・松宮から得られる基礎的な情報に基づいて、調理条件をさらに改善することにより、品質の高い食品創製のための知見が蓄積できると考えている。久保田は、トマトを中心に、加熱条件を制御することにより、風味改善効果をもつ香気成分の生成が可能であることを示した。この手法は、他の食材にも応用できることから、今後、様々な農産物の微細化、加熱処理により風味改善が可能であるのか、またその原因となっている成分は何なのかを明らかにすることができると考えている。

谷は、本年度までの研究でセルロースナノファイバーの生体、特に消化管への安全性を検証した。谷は、セルロースナノファイバー摂食により、Prevotella属の腸内細菌叢が約50%を占めるようになるとの知見を得ており、今後は腸内細菌との関わりも含めた、ナノファイバーが示す生理機能について順調に検討を進めることができると考えている。阿部は、みかん内果皮やブドウ果皮等の食品副産物および廃棄物に対して、クエン酸処理またはペクチナーゼ処理といった前処理を行い、植物細胞壁中のペクチンネットワークを破壊することにより、簡便なブレンダー粉砕のみで、これらの素材をナノレベルに粉砕できることを明らかにした。松村と松宮は、梅やアボガドなどの果実や大豆素材などを中心に、その微細化粒子が優れた乳化特性をもつことを示した。また、優れた乳化特性が発現するメカニズムを、化学的分析法、界面化学的手法と構造観察法を組み合わせることによって明らかにした。香西は、様々な微粒子素材について、食品加工に関わる特性を検討した。吸水率と吸油率を測定した結果、吸水率が高いのは干しシイタケ、ひじき、わかめであり、吸油率が高かったのは干しシイタケであった。干しシイタケは起泡性やメレンゲ安定性でも良好な結果を示したが、その要因は、吸水性、吸油性が共に高いことにあるものと推測される。マヨネーズ様ドレッシングを想定したエマルションの安定性には、もち米と干しシイタケの微粒子が乳化剤的効果をもたらした。久保田は、トマトソースの風味を向上させる成分について検討した結果、(E)-2-hexenalや6-methyl-5-hepten-2-oneなど、酵素的に生成される成分が重要な役割を果たしていることを明らかにした。谷は、マウスを対象とし、3%セルロースナノファイバー摂食群と対照群とを比較した結果、摂食群において、絶食後血糖値や血漿中脂質パラメータ濃度および脂肪組織重量が低下することを示した。糞便ならびに盲腸における腸内フローラは、マウスにおいて肥満との相関が報告されているFirmicutes/Bacteroidetes比が低下し、Akkermansia属の構成比が増加していた。盲腸内容物では、短鎖脂肪酸であるプロピオン酸濃度の増加傾向が観察された。各実験担当者が当初の計画に沿って順調に研究を進めている。最終年度にあたる平成30年度においては、実際の食品や、それに近いモデル系での検証も課題となるが、その準備は十分整っていると思われる。阿部は、微細化工程前の処理としてペクチンネットワークを破壊するような操作を行うことによって、その後の微細化を効率的に進められることを明らかにした。本方法は様々な素材に応用可能であり、本研究の遂行に有用な知見が得られたと考えている。松村と松宮は、果実と大豆の微粒子が優れた乳化特性を示すメカニズムについて化学的分析法、微細構造観察、界面化学的な手法を組み合わせて解明を進めた。その手法や知見は、他の素材、たとえば香西が、これまでの研究で、優れた乳化特性や泡沫特性をもつことを明らかにしている干しシイタケなどの素材にも適用可能である。香西は、米や干しシイタケ以外の素材、たとえば豆類、海藻類、野菜類の微粒子化素材についても、食品加工に関わる特性を明らかにしている。それらの知見は、最終年度で予定されている、実際の食品系における検討に大いに役立つと期待される。
放射線誘発甲状腺腫瘍における核印遺伝子異常の解明

放射線誘発甲状腺癌の発症に関与する分子機序は、いまだ十分に解明されていない。発症した甲状腺癌が放射線によって惹き起こされたのか自然発症したのかを区別することできないことが機序解明を妨げている。したがって、放射線誘発甲状腺癌組織に存在する放射線障害の痕跡を探索することは、その発症機序を解明するために重要な点である。この目的のために、我々は、ゲノムDNAにくらべ修復能力が低いミトコンドリアDNAに注目して研究をおこなった。サンプルは、被ばく誘発甲状腺群としてチェルノブイリ事故後に、汚染地域で発症したロシアあるいは核実験場であったカザフスタンのセミパラチンスクの甲状腺癌組織を用い、コントロールサンプルとしては、非被ばく地域のロシアの甲状腺癌組織および血液を用いた。研究方法は、ミトコンドリアDNAの量の変化、コモン欠損領域の欠失の頻度および大規模DNA欠失に関して解析をおこなった。その結果、甲状腺癌組織では正常組織に比較してミトコンドリア量が有意に多いことがわかった。しかし、甲状腺癌の被ばく量あるいは病理組織型との間には相関を認めなかった。コモン欠損領域の欠損は、やはり甲状腺乳頭癌領域で多いが、被ばく量や病理組織型との間に相関を認めることはできなかった。一方、ミトコンドリアDNAの大規模欠失は、甲状腺癌組織で頻度が多いとともに、被ばく量に有意に相関して頻度の増加が認められた。この結果は、ミトコンドリアのDNA量と欠失を調べることにより放射線誘発甲状腺か否かを区別することが可能であることを示唆している。放射線誘発甲状腺がんの核印遺伝子を解明する目的で、全塩基配列が詳細に解析されているミトコンドリア(mt)DNAを標的に、放射線核印遺伝子としてのmtDNAの意義を検討した。チェルノブイリ原発事故後に増加した現地甲状腺腫瘍組織を用いて、放射線被ばくとmtDNA異常との関係について、正常甲状腺組織部分と癌病変部分で染色体DNA量を基準として相対的なmtDNA量の検討を行い、さらにcommon deletion(CD)やlarge scale deletion(LSD)と放射線被ばくとの関係を検討した。長崎大学倫理規定に準じ提供を受けたロシア連邦オブニンスク医学放射線研究所附属病院の手術摘出された乳頭癌11症例、濾胞腺腫6症例の切除凍結標本と、コントロールとして日本の乳頭癌9症例の凍結切片よりDNAの抽出し、各種実験を行った。その結果、(1)放射線誘発乳頭癌と濾胞腺腫、特に誘因がなく発症した乳頭癌症例のいずれの病変部においても正常ペア組織に比べmtDNA量は増加しており、その増加率は放射線誘発例において顕著であった。(2)CDの量は病変部分において増加していたが、特に誘因がなく発症した癌より、放射線誘発例でCDの量が多い傾向にあった。ロシアの症例においてはCDの量と居住地区の放射性ヨードの汚染量との相関は認められなかった。すべての症例でmtDNA量とCDの量の相関は認められなかった。(3)いずれの甲状腺組織においても、微量だが様々な長さのLSDが存在することが判明した。ロシアの症例においては居住地区での放射性ヨードの土壌汚染程度は、LSDの頻度とは相関したが、CDの量と相関関係が見られなかった。(4)甲状腺培養細胞において線量依存的にLSDの有意な増加が認められた。以上の結果から、甲状腺正常組織も病変部分もCDが常に存在することが判明し、微量なHeteroplastyの存在が示唆された。MtDNAの種々の遺伝子異常の存在や発症機構については疾患単位で解明されつつあり、各種ストレス因子にるmtDNA異常発生が一部証明されている。これら点突然変異やCDはミトコンドリアの複製時に多く発生するが、LSDの発生機序は従来不明であった。今回の解析結果からは、放射線内部被ばくによりmtDNAのLSD発生が強く示唆され、mtDNAを指標とした甲状腺がんの発症分子解析の解明が必要である。放射線誘発甲状腺がんの刻印遺伝子解明の研究を継続して推進し、新しいret/PTC遺伝子異常の再配列を発見した(1)。

Δrpf/PTC遺伝子の向腫瘍性をヌードマウスで証明し、現在このトランスジェニックマウスへの実験モデル作成準備を行っている。さらに、c-ab1非受容体型チロシンリン酸化酵素の甲状腺がん過剰発現を証明し、p53異常におけるc-ab1過剰発現を分子標的とした新たな治療法の開発を行った(2)。ヒト甲状腺がんの組織型特異性と遺伝子異常との関連では、BRAF遺伝子のV599E点突然変異が乳頭がん組織に高頻度で見られることを証明し(3)、現在特異抗体の作成を行っている。これらの研究に加え、国際甲状腺がん組織登録バンクの管理運営に参加し、チェルノブイリ周辺での手術標本から遺伝子を抽出しそれらを活用した研究を推進している(http://www.chernobyltissuebank.com/)。放射線誘発甲状腺がん組織からは、ミトコンドリア(mt)DNAの長鎖欠損のパターン異常をすでに発見し、現在チェルノブイリ周辺の手術症例数を増やしmtDNA異常の解析中である。同時に、カザフスタン共和国セミパラチンスク核実験場周辺の住民からの血液サンプルからDNAを抽出し、それらの異常と被ばく線量との相関関係をmtDNA長鎖欠損異常を刻印として検討した。結果はネガティブであったがその成果をワークショップにて報告した。今後は、直接的な放射線照射による遺伝子損傷機構の解明と同時に、修復遺伝子やがん抑制遺伝子のSNPs解析など多角的な研究を展開し、真に甲状腺がんの放射線誘発機構とその刻印遺伝子異常を明らかにする予定である。放射線誘発甲状腺がんの刻印遺伝子解明の研究を継続し、ミトコンドリア(mt)DNAの遺伝子欠損以外に、多くの点突然変異や異常mtDNAの蓄積が甲状腺腫瘍組織で見出されることをまとめた。しかし、mtDNAの長鎖欠損以外に放射線被ばく線量との明確な関連性は乏しく、また甲状腺以外の組織での刻印遺伝子異常の発見は困難であった。一方チェルノブイリ周辺での小児甲状腺がん組織を用いた種々の遺伝子解析の結果、成人乳頭腺がんに多く見られるBRAF遺伝子異常の頻度が少なく、このBRAF遺伝子異常の低頻度が小児がん全般の特徴であることを見出した。同時に放射線被ばくによるBRAF遺伝子異常の頻度に差はなく、年齢とともに甲状腺乳頭がんにおけるBRAF遺伝子異常の頻度が増加することを見出した。今後被ばくから発症までの潜伏期の違いでret/PTCの再配列異常の頻度と、BRAF遺伝子異常との関連性について調査する予定である。甲状腺乳頭がん組織で見られる遺伝子異常の特徴が、ret/PTC、ras、BRAFといずれも独立した遺伝子異常として検出され(オバーラップがない)、その結果細胞内情報伝達系の異常亢進によるMAPキナーゼの恒常的活性亢進という共通機構を見出すことができた。更にアポトーシス逸脱に関するNFκBの活性上昇を分化度が低い甲状腺がんに見出すと同時に、これら異常活性の亢進に関する分子を標的とした新たな治療法の開発に成功している。