hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
癌関連網膜症の発症の分子機構の解明

癌患者の一部に中枢神経系への腫瘍転移浸潤はないが、腫瘍細胞に神経細胞との共通抗原が生じるため自己免疫機序が成立し、種々の中枢神経症状を呈することがある。これを総称して悪性腫瘍随伴神経症(paraneoplastic neuropathy)呼んでいる。これにはEaton-Lambert症候群や傍腫瘍性小脳変性症などが有名であるが、これ以外に特に網膜視覚系の障害を呈するものを傍腫瘍性光受容体変性症または癌関連網膜症(CAR, carcinoma-associated retinopathy)と呼んでいる。CARを引き起こす癌の原発病巣として肺癌特に小細胞癌が最も多く、次いで消化器系および婦人科系の癌頻度が多いことが知られている。CARには臨床的に遺伝性進行性網膜脈絡膜変性症である網膜色素変性症に類似の症状、即ち桿体視細胞障害に基づく視感度の低下、視野狭窄等の症状を特徴とする狭義のCARと、皮膚悪性黒色腫に随伴し、網膜2次ニューロンの障害に基づくCARとは若干異なる臨床像を呈する悪性黒色腫随伴網膜症(MAR, melanoma associated retinopathy)2)がある。CARおよびMARの病因として患者血清中に見られる抗網膜抗体が視細胞を障害することが本症の病因として考えられているが、これらの網膜自己抗原が1)何で、2)どのようにして自己抗体が獲得され、3)これら自己抗体がどのような分子機序で網膜障害を起こすかなど詳しいことはわかっていない。従って、CARの病態を理解とこれに対する治療法をデザインする上で最も本質的と考えられる以下の3つの研究課題に焦点を当てて検討した。1)網膜自己抗原の同定を行った。2)癌患者でリカバリンやHSC70に対して自己免疫を獲得する機序の解明した。3)自己抗体の網膜障害の分子機構の解明とその対策法を明かにする目的で検討を行った。癌関連網膜症(Cancer-associated retinopathy,CAR)は癌患者が網膜に対する自己免疫を獲得し、網膜色素変性様の進行性の網膜変性をきたす疾患で、現在のところ原因が不明で有効な治療のない難病である。CAR患者の血清中には網膜に特異なCa2+結合蛋白質リカバリンをはじめ種々の網膜抗原に対する自己抗体が検出されており、これが網膜症の発症に深く関与することが示唆されている。先に申請者らの研究グループは、本邦の4症例のCAR患者血清中にリカバリンに対する自己抗体に加え、熱ショック蛋白質であるHSC70(heat shock cognate protein 70)に対する自己抗体も同時に存在することを明らかとし、両自己抗体が協同的にCARの発症に係わることを示唆した。今回さらにCARの分子病態を理解するためにリカバリンやHSC70に対する自己抗体の網膜障害の分子機構を解明するためにこれらに対する抗体をラットの硝小体中に注入するモデル動物を作成し電気生理学的組織学的検討を行いこれらが直接網膜障害を引き起こすことを明らかとした。これにはEaton-Lambert症候群や傍腫瘍性小脳変性症などが有名であるが、これ以外に特に網膜視覚系の障害を呈するものを傍腫瘍性光受容体変性症または癌関連網膜症(CAR,carcinoma-associated retinopathy)と呼んでいる。

CARには臨床的に遺伝性進行性網膜脈絡膜変性症である網膜色素変性症に類似の症状、即ち桿体視細胞障害に基づく視感度の低下、視野狭窄等の症状を特徴とする狭義のCARと、皮膚悪性黒色腫に随伴し、網膜2次ニューロンの障害に基づくCARとは若干異なる臨床像を呈する悪性黒色腫随伴網膜症(MAR,melanoma associated retinopathy)2)がある。CARおよびMARの病因として患者血清中に見られる抗網膜抗体が視細胞を障害することが本症の病因として考えられているが、これらの網膜自己抗原が1)何で、2)どのようにして自己抗体が獲得され、3)これら自己抗体がどのような分子機序で網膜障害を起こすかなど詳しいことはわかっていない。従って、CARの病態を理解とこれに対する治療法をデザインする上で最も本質的と考えられる以下の3つの研究課題に焦点を当てて検討した。1)網膜自己抗原の同定を行った。2)癌患者でリカバリンやHSC70に対して自己免疫を獲得する機序の解明した。3)自己抗体の網膜障害の分子機構の解明とその対策法を明らかにする目的で検討を行った。
生活支援職における異文化コミュニケーション教育研修プログラムの開発

在日フィリピン人介護者や介護士として日本に送り出す介護人材育成受講者の調査、EPAにより来日した候補者及び受入機関の調査から日本語や日本人との人間関係の心配が大きいことが分かった。また、多様な利用者に応じた介護を外国人介護士と日本人介護士が協働するために異文化理解が必要であり、異文化コミュニケーション教育は、雇用者側のみならず、地域住民、地域組織、行政などとの連携を図ることが有効であると分かった。本研究の目的は、今後介護現場において日本人介護士と外国人介護士の協働による生活支援が行われていく中で、異文化間によって発生する問題に焦点をあて、介護教育に反映できるプログラムを作成することにある。当該年度においては、(1)在日フィリピン人でホームヘルパー2級以上の介護資格を取得した人を対象とした調査を分析し、対象者を抽出し聞き取り調査をすること、(2)日本を就労先として介護士養成研修を行っている送り出しの視察、(3)EPAの第1弾となったインドネシア人候補者に実施した日本での就労に関する調査の分析、(4)インドネシア人の受入れ施設の現状調査の分析を計画した。研究成果は、(1)では2008年度に実施した190名の在日フィリピン人介護者調査結果を報告書としてまとめた(3つの研究助成)。この調査から資格取得後、約半数が介護職就き、職場で難しいと感じることは利用者に対しては「日本の文化や習慣の理解」、日本人の同僚に対しては、「報告・連絡・情報の共有」であった。在日歴が10年以上でも介護職として抱える問題の概要がわかった。(2)では、フィリピンセブ市のセブドクターズ大学を訪問し、32名の学生研修状況と日本への就労音識、日本の介護教育(自立支援、チームワーク)のワークショップを実施した。また、アジア・中近東への就労向けのcaregiver schoolの学生のインタビユーも実施した。(3)(4)は調査結果を報告書としてまとめの作業中である。また、2009年11月、EPAによるフィリピン人看護師・介護福祉士候補者の受け入れ施設(135施設)に対して現況に関するアンケート調査を実施し、46施設から回答を得て単純集計を行った。今後我が国では、要介護者が急増することが見込まれており、介護現場において日本人介護士と外国天介護士め協衝にまる生活支援が行われていくことが予測される。本研究の月的は、生活支援を文化の異なる介護者が行うことによって発生する問題に焦点をあて、介護福祉教育に反映したプログラム存作成することにある.当該年度においては、(1)在日外国人介護者への聞き取り調査、(2)外国人介護士を雇用している施設への聞き取り調査、(3)日本を就労先としている研修生の調査結果の分析、(4)インドネシア人受け入れ施設、配属直前のインドネシア人候補者の調査のまとめ、(5)フィリピン人受け入れ施設の調査分析を計画した。研究成果は、(1)(2)については、在日外国人介護者から介護の職務上日本人同僚との関係に困難を感じている事柄について聞き取り、同時に受け入れている施設や事業管理者や日本人同僚にも聞き取りを行った。また、EPAに基づく介護福祉士候補者、受け入れ施設の職員にも聞き取りを行い、学会に於いて発表した、(3)は、現在分析中である。(4)(5)は、インドネシア人受け入れ施設及び介護福祉士候補者の調査についてほ整理しまとめた。また、フィリピン人の受け入れ施設調査結果の分析と西日本で研修したEPAに基づき入国したフィリピン人介護福祉士候補者49名の意識調査を分析しまとあを行った。入国後の経過をみると、介護福祉士候補者は国家試験受験への負担感が大きく、受け入れ施設側も現場の雇用管理や教育に追われている現実がある。事例を通して在日外国人介護者・EPAによる介護福祉士候補者ともに介護職として日常生活を支援においてとらえ方の微妙な違いは、介護上重大な問題を含んでおり、事例の収集をさらに進めて検討る必要がある。わが国の介護現場において介護従事者の需要に対して介護職の定着状況は芳しくない。介護職員の処遇改善等の支援も行われているが、人材の確保・定着のための十分な賃金とは言えず、「やりがいのある仕事」を就労理由としながらも労働環境に対する不満も大きい。このような状況下で、外国人が介護職として日本人介護士と共に介護サービスを提供している。本研究では、在日外国人介護者及びEPAに基づく介護福祉士候補者からの聞き取り調査、在日フィリピン人介護士のワークショップを行い、介護職としての現状、異文化によって起こる問題を整理した。研究の実施状況は次のとおりである。1.EPAに基づく候補者の調査では、インドネシア人は全員が看護師課程修了者、フィリピン人はTESDA研修の修了者ではあるが、大学における専門課程は多様で就労上、教育背景が大きく影響していることが分かった。フィリピン人には、受入れ側が日本語教育のほか介護福祉教育を担当し、国家試験合格に向けた教育が行われていた。両国の候補者と受け入れ側の双方が国試に合格し、就労する・就労してもらうというモチベーションを維持継続していくことは容易なことではなく、介護職3年という実務経験の過程で帰国をする人や国試合格を諦める状況も発生していた。

2.在日外国人の定住者介護士の場合は、就労上の課題と共に自身の生活課題が多かった。長期間就労が可能でプライドの持てる職業として介護職をとらえており、向学心がある。3.日本語能力の習得、介護福祉教育、異文化(返事、あいづち、ニュアンス等)、地域関連、組織等の教育研修。4.第1期生として来日したインドネシア人、フィリピン人の介護福祉士候補者及び受け入れ施設の意識調査結果と定住外国人介護士に関する調査結果の報告書を作成した。
重合反応規制のためのマルチメタリック分子触媒の設計

我々は、金属ポルフィリン錯体とかさ高いルイス酸からなるマルチメタリックシステムが高度に制御された高速な高分子合成に有効であることを見いだし、より一般的な系への展開をはかっている。金属ポルフィリン錯体を用いた系では、これが求核剤として、一方、ルイス酸がモノマー活性化剤として機能し、重合反応が副反応を伴わず、かつ極めて高速に進行する。本研究では、分子設計の容易さ等を考慮し、マルチメタリック系を実現するための金属錯体として、テトラフェノール配位子の金属錯体を考えた。本年度は、その予備段階として、そのハーフ錯体に相当する二つのフェノール水酸基を有する配位子から誘導されるチタン錯体の重合能を検討した。塩素とアルコキシ基を配位子とするハーフチタン錯体は、7員環の環状エステルであるε-カプロラクトン(CL)をアニオンリビング重合させ、分子量分布の狭いポリエステルを与えた。重合が完結した系に新たにCLを加えたところ、CLの重合が引き続き進行し、狭い分布を保ったまま分子量が増加した。これとは対照的に、類似の条件下、カチオン重合性が極めて高い4員環の環状エーテル:オキセタンは全く重合しなかった。一方、ジクロロ錯体に等モル量の銀トリフルオロメタンスルフォネートを加えることで生成する錯体は、オキセタン(OX)のカチオン重合を引き起こし、分子量分布の狭いポリエーテルを与えた。詳しい検討から、成長ポリマーの片末端はトリフレート(求電子種)に、もう片末端はチタンアルコキシド(求核種)になっていることが分かった。そこで、ここに4級アンモニウム塩を加えて、OXの重合を停止させた後、CLを加えたところ、CLの重合が引き続き進行し、分子量分布の狭いOXとCLのブロック共重合体が生成した。これは、カチオンリビング重合とアニオンリビング重合をワンポットで実現した初めての成功例である。
担持型リビングオレフィン重合触媒の開発と気相重合プロセスへの適用

近年,均一系錯体重合触媒の進歩により,精密に一次構造の制御されたポリオレフィンの合成に有用なリビング重合が可能になりつつある。均一系錯体重合触媒を現行の懸濁重合プロセスや気相重合プロセスに適用するためには固体触媒化することが必要であるが固体触媒によるリビング重合はほとんど前例がない。本研究では,固体触媒によるリビング重合の可能性を確認するために,筆者らがこれまでに見いだした均一系リビング重合触媒の固体触媒化を検討し,以下の結果を得た。(1)炭化水素への溶解性に優れる乾燥修飾メチルアルミノキサン(dMMAO)をシリカ,アルミナ,マグネシアなどの金属酸化物の表面水酸基と炭化水素溶媒中で反応させることにより,担持型活性化剤を調製した。これらの担持型活性化剤とキレート型ジアミドジメチルチタン錯体(1)を用いてヘプタン中0°Cでプロピレン重合を行うと担体の種類によらず均一系(1-dMMAO)トと同様にリビング重合が進行することを明らかにした。さらに,担持系においては,均一系で見られた誘導期が消失し,成長反応速度もシリカ>アルミナ>均一系≧マグネシアの順で低下し,担体により成長反応速度を加速できることが明らかとなった。また,分子量分布は,マグネシア>アルミナ>シリカ>均一系となり担体により制御できることがわかった。さらに担持活性化剤中のアルミニウムの電子密度と成長速度に良い相関があることを見いだした。(2)成長速度の加速が見られたシリカおよびアルミナ担持活性化剤と架橋型フルオレニルアミドジメチルチタン錯体(2)を組み合わせヘプタン中0°Cでプロピレン重合を行うと,リビング重合が進行する2-dMMAO系に比べ重合初期活性は大きく増加したが,重合時間とともに失活し,連鎖移動反応も併発していることがわかった。これらの結果は,担持型活性化剤を用いた固体触媒によるリビング重合では担持活性化剤のみならず,活性化剤と錯体の組み合わせも重要であることを示している。1の系は非晶性のアタクチックポリプロピレンを与えるため,気相重合への適用は検討できなかった。しかし,これらの知見は今後立体特異的担持型リビングオレフィン重合触媒を開発する上で,重要な指針を与えるものである。アルキルチタン錯体,[t-BuNSiMe_2Flu]TiMe_2を乾燥修飾メチルアルミノキサン(dried MMAO)で活性化剤とした均一系触媒によるプロピレン重合では,ペンタン,ヘキサンおよびヘプタン中0°Cでリビング重合が進行し,また,従来のdriedMAO/トルエン系よりもシンジオタクチック構造に富むポリマーが得られた(シンジオタクチックトリアド(rr)=74-76%).一方,dried MMAOをシリカに担持した固体活性化剤(dried MMAO/SiO_2)を組み合わせた触媒系によりプロピレン重合を行い,均一系重合と比較検討した結果,担持系は均一系に比べ,初期活性は著しく高いが速やかに失活することがわかった。また,生成ポリマーの分子量は,均一系と比較し大幅に増大するとともに,分子量分布は広がり(M_w/M_n【approximately equal】3.5).rrは低下した。

速度論的解析より,dried MMAO/SiO_2を用いると,成長反応は加速されるが失活および連鎖移動が起こることが明らかになった.プロピレン重合で見られた活性化剤の担持効果がモノマーの種類や生成ポリマーの性質に依存するかどうか調べるため,[t-BuNSiMe_2Flu]TiMe_2を用いて1-ヘキセンの重合を行った.その結果,プロピレン重合の場合と同様にdried MMAOのSiO_2担持効果が観察された。以上,本研究では,[t-BuNSiMe_2Flu]TiMe_2によるα-オレフィンの重合において,dried MMAOをSiO_2担持することにより活性点数は減少するものの,その減少を補うほど成長反応速度が向上することを明らかにした.この結果は,活性化剤の担持により活性種の性能を向上しうることを示しており,今後,エージング等による活性点数の増大,担体や遷移金属錯体の選択による失活の抑制やイソ特異性の発現により,均一系を凌駕しうる担持型錯体触媒の開発が期待される.4族錯体触媒の重合活性種は金属アルキルカチオン種であり,その重合反応性は溶媒等の重合環境に大きく依存すると予想される.オレフィンリビング重合における基礎的知見を得るために,炭化水素への溶解性に優れる乾燥修飾メチルアルミノキサン(dried MMAO)とアルキルチタン錯体([t-BuNSiMe_2Flu]TiMe_2)からなる均一系触媒における溶媒効果について検討した.ヘプタン,トルエン,クロロベンゼンおよびジクロロベンゼン中0°Cでプロピレン重合を行った結果,いずれの溶媒中においてもリビング重合が進行することが明らかになった.一方,重合速度は溶媒の誘電率に大きく依存し,ジクロロベンゼン中では1モルチタン1時間当たり10トン以上のポリマーを与えるのに対しヘプタン中では約1/10程度に低下し,これは成長速度の違いに起因することを明らかにした.また,同一条件下における1-ヘキセンの重合では,ヘプタン中ではほとんどポリマーが得られなかった.一方,アルキルチタン錯体([Ar'(CH_2)_3Ar']TiMe_2)とdried MMAO担持活性化剤によるヘプタン中0°Cのプロピレン重合においては,dried MMAOを担持した担体の種類によらずリビング重合が進行するが,成長速度は用いる担体の種類に大きく依存することが明らかになった.これらの結果は,高性能4族錯体触媒を設計するためには,活性種である金属アルキルカチオン種と対アニオン種との相互作用を十分考慮しなければならないことを示しており,今後担持型リビングオレフィン重合触媒を開発する上で,重要な指針を与えるものである.炭化水素への溶解性に優れる乾燥修飾メチルアルミノキサン(dried MMAO)をヘプタン中SiO_2と反応させることにより担持助触媒,MMAO/SiO_2を調製した.この担持助触媒とアルキルチタン錯体([t-BuNSiMe_2Flu]TiMe_2,1)とを組み合わせ,ヘプタン中でプロピレン重合を行った.比較のために同一条件下で1-driedMMAOからなる均一系触媒についてもプロピレン重合を行った.その結果,均一系に比べ担持系では重合活性が約一桁低下することがわかった.一方,担持系で得られたポリプロピレンの分子量は,均一系の分子量に比べ一桁以上高かった.
前腕切断者の作業を支援する筋電位を用いた機器制御手法に関する研究

我々の研究目的は前腕切断者の残存筋から導出した多チャネルの筋電位を用い切断者の意思に従った手指の動作を推定するマンマシンインタフェースを構築することである。我々はまず手指の高精度な動作推定を行うための電極位置推定手法を開発し、これにより5指の動きを含めた手指の18動作で平均96%以上の認識率を達成した。次に義手が物体に触れる感覚を切断者に非侵襲な方法で提示し、義手の動作に伴う力を筋電位で制御するクローズドループシステムを確立することを目標とし研究を行った。ここでは切断者の上腕部にカフを巻き、カフ圧が義手のハンド部が受ける力に応じ変化する機構により物体を把持する感覚を提示する手法を開発した。我々の研究目的は前腕切断者の残存筋に注目し、そこから導出した複数チャネルの筋電位を用い前腕切断者の意志に従った動作を推定することが可能なマン・マシンインタフェースを構築することである。今年度の目標は1)我々の開発した96チャネルで構成された多チャネル電極を用い利用者毎の最適な導出筋電位数と筋電位導出位置を決定する手法の開発、2)利用者が動作の時間遅れを意識しないような手指動作の識別時間の決定、3)筋電位信号から筋が発生している力を実時間で推定する手法の開発である。上記事項1)については、我々の開発したモンテカルロ法を応用した電極位置決定手法を用い、20名の健常被験者について実験を行い次の結果を得た。すなわち我々の開発した手法であれば各被験者の前腕部から、被験者毎に最適と思われる4チャネルの筋電位を導出する位置を決定し、手指の基本8動作についてほぼ94%以上の動作識別が可能であることが確認された。2)については我々が特徴料として用いている導出した筋電位の絶対値の積分値について、10名の健常被験者について実験を行い次の結果を得た。すなわち積分時間を100ms400msの間で変化させた結果、認識率と被験者の感じる実時間性はトレードオフであり、用いる識別規則(今回は線形識別則として正準判別分析法と、非線型識別則としてシグモイド・カーネルを用いたSVMを比較した)にも依るがどのような識別則を用いても、ほぼ300ms程度が最適な値であるとの結論を得た。3)については以前より筋電位の絶対値の一定時間における積分値が、筋の発生する力にほぼ比例することが知られている。今回我々は握り動作について握力計を用い、1)で開発した手法により決定した電極位置から得た筋電位の振幅と被験者の握力が非常に高い線形的相関を示すことを確認した。他の動作と力の関係については来年度に解析する予定である。我々の研究目的は前腕切断者の残存筋に注目し、そこから導出した複数チャネルの筋電位を用いて前腕切断者の意志に従った動作を推定すること、およびその推定結果に従って機器を制御しその制御結果を切断者に感覚的にフィードバックできるようなマン・マシンインタフェースを構築することである。今年度の目標は1)我々の開発した96チャネルで構成された他チャネル筋電位測定装置を用い導出した複数チャネルの筋電位から手指動作を識別するための最適な導出手法の確立、2)筋が動作している際の筋の発生している力を推定しこれを筋電位によってコントロール使用とする機器の力制御に利用する技術の開発、3)筋電位によってコントロールされる機器(例えば電動義手やロボットハンド)が動作時に受ける反力を操作者にフィードバックする技術の開発である。上記事項1)については、動作識別規則として正準判別分析法とサポートベクターマシン(SVM)を取り上げ、複数の被験者を用い実験を行い識別率や訓練による利便性の向上度を評価した。この結果複雑な動作を識別する場合にはSVMが有効であるが、多くの場合線形識別規則である正準判別分析法で十分な精度を得られることが確認された。2)については以前の研究において筋電位の振幅の積分値が握力にほぼ比例することが確かめられている。この結果に基づき手の握りおよび回内、回外動作による発生筋力を評価した。この結果どのような動作においても発生する筋力は筋電位の振幅の積分値にほぼ比例することが確認され、この結果をロボットハンドに伝えるシステムを構築した。3)についてはロボットハンドシステムの把持力を操作者の筋電位で制御するシステムを開発し、ハンドが物体を把持した場合にハンド部が受ける反力を操作者にフィードバックするシステムを試作した。この機器の評価については来年度に行う予定である。我々の研究目的は前腕切断者の残存筋に注目し、そこから導出した多チャネルの筋電位を用い前腕切断者の意思に従った手指の動作を推定することが可能なマンマシンインタフェースを構築することである。我々は単に導出した筋電位から手指の動作を高精度で推定するだけでなく、切断者の手指を義手に置き換えた際に義手が物体に触れる感覚(特に力覚)を切断者に何らかの非侵襲な方法でフィードバックすること、さらにこのフィードバックにより義手の動作に伴う力を筋電位で制御する閉ループシステムを確立することを目標として研究を行った。昨年度までに得られた成果に基づき今年度は以下の成果を得た。1.我々が筋を動作させる場合、力を入れるほど発生する筋電位の振幅が大きくなることが知られている。そこで握り動作、回内・外動作について発生する力を計測するための装置を試作し、筋の発生する力と筋電位の振幅の関係を求めたところ高い線形的相関を示すことが確認された。

2.義手の動作により発生する力覚を切断者にフィードバックしようとする場合、発生する力覚を検出するためのマルチセンサが必要となる。そこで感圧導電性ゴムを利用した縦・横4列計16点の測定点を持つマルチ力覚センサを開発し、そのリアルタイム計測手法を確立した。3.血圧計などに使用するカフを切断者の上腕部に巻き、ロボットハンドの把持力をカフ圧としてリアルタイムにフィードバックするシステムを試作した。これにより一点における力覚ではあるが、義手に発生する力覚を利用者にフィードバックすることが可能となった。以上今年度達した3点の成果と昨年度までに達成した成果を合わせることで、我々が目指している義手から得られる感覚を切断者にフィードバックすることの可能な閉ループシステムの確立に必要な各ブロックが揃ったということができる。今後はこれらの成果を融合し閉ループシステムを試作し目標の実現を目指す。我々の研究目的は前腕切断者の残存筋から導出した多チャネルの筋電位を用い切断者の意思に従った手指の動作を推定するマンマシンインタフェースを構築することである。我々はまず手指の高精度な動作推定を行うための電極位置推定手法を開発し、これにより5指の動きを含めた手指の18動作で平均96%以上の認識率を達成した。次に義手が物体に触れる感覚を切断者に非侵襲な方法で提示し、義手の動作に伴う力を筋電位で制御するクローズドループシステムを確立することを目標とし研究を行った。ここでは切断者の上腕部にカフを巻き、カフ圧が義手のハンド部が受ける力に応じ変化する機構により物体を把持する感覚を提示する手法を開発した。本研究の研究目標は前腕部より導出した筋電位から手指の動作を正確に識別する手法を確立するとともに、その際に筋から発生する力を推定する手法を開発し、これらを統合することにより前腕部筋電位により電動義手に代表される機器を制御するためのマン・マシンインタフェースを開発することである。助成金申請時の調書において、平成26年度以降の研究計画はおおむね以下の通りである。1)識別した手指の動作を実際にコンピュータや動力義手等の入力動作に割付け、機器を制御するためのインタフェースの開発。2)動力義手のようなアクチュエータを有する機器を制御する場合の、機器が発生する力とそれを利用者にフィードバックする制御システムの開発。以上の目標に対して我々は平成26年度に次に述べる成果を上げた。1)制御対象として多自由度を有するロボットハンドを取り上げ、これを筋電位の識別結果によりコントロールするシステムを構築した。ここで作り上げたシステムはハンド部の握り、開き、手首の回内、回外、掌屈、背屈動作を操作者の前腕から導出した筋電位に従って高精度で実現できることが確認された。また、この動作において特に握りの場合を取り上げ筋電位から推定した握力に基づきハンドの把持力を制御するシステムを開発し、実験によりほぼ人の握力に比例した把持力を提示できることを確認した。2)ロボットハンドのハンド部に圧力センサを取り付け、ハンドが物体を把持する際にハンドが受ける反力を検出する機構を開発した。これを利用者の握り動作に対して反力として提示する装置を試作しその評価を行った。また、前述の通り導出した筋電位から手指の動作を推定するための識別規則についても評価を行い線形識別規則である正準判別分析法が有効であることが確認できた。
胎内および胎外chronic preparationによる胎児生理の総合的研究

胎児生理に関する研究の最大の難点は、母体子宮内に存在する胎児にいかに到達するかという点にある。近年は、ヒツジやヤギを用いて、子宮内胎仔に血管カテーテルや種々の電極等を装着し、invivoの状態で胎仔生理を研究する方法が開発され、いわゆる「胎児学」は長足の進歩を遂げた。しかし、狭い子宮内での操作のため、研究方法には限界があった。そこで、本研究では、できるだけ生理的な状況下で胎仔と母体子宮外で保育し、胎仔に容易にアプローチできる装置を開発し、胎仔生理に関する研究の一層の発展を企図した。昭和59年度から研究を開始し、初年度は子宮外胎仔保育装置の試作とそれに伴う予備実験を重ね、昭和60年度からの2年間に本格的な研究を行った。同様の研究は海外でも行われており、いくつかの報告があるが、子宮外胎仔保育時間は最長2日間であった。本研究では、研究の進展に伴って、体外循環回路に人工肺のみならず透析器も組み込み、回路の改良を3回に旦って行い最終的には胎仔生存期間を710日に延長することができた。同時に、種々のモニター記録から見て、約7日間は胎仔は生理的な状態を保っていると判断され、この間における胎仔生理・病理の研究は充分可能であり、画期的な胎仔実験モデルとなりうると考える。本装置を用いては、胎仔脳波の分析、胎仔行動の観察、胎仔低酸素症の病態解明、胎仔水代謝の研究、胎仔糖代謝の研究などが行われ、多くの成績が得られた。特に、胎令に伴う中枢神経系の発達は、脳波の分析により、胎令120日頃に急速に進展し、脳波上に一定のバイオリズムが発現してくるという極めて興味深い事実が判明した。今後も本装置を用いて、胎児生理・病理の研究は一段と進歩することが可能となり、一方では未熟児保育を目的とした人工子宮としても期待される。過去2年間において開発改良してきた子宮外胎仔保育装置にさらに以下の改良を加え、より長期の生存を可能にした。また、それに伴い、安定した状態が長時間得られるようになり、胎児生理に関する研究を同時に行った。1.本年度の改良点・(i)従来、臍帯動脈からの体外循環への脱血量は、血液貯留槽を一定の高さに保持することによる静水圧で調節していたのに対し、脱血カテーテルに抵抗を加え流量を調節することにより、心臓の収縮機能に応じた脱血が可能になった。(ii)前年度より体外循環回路に透析装置を加え、低ナトリウム血症の補正を行ってきたが、今年度はさらに体外濾過圧調節装置を導入し、水出納を容易に調節できるようになり、全身浮腫のコントロールが可能となった。(iii)胎仔の低血糖がアシドーシスの進行の一因と考えられたため、血糖測定及び10%ブドウ糖持続点滴を行い、適切な血糖値を維持することにより、アシドーシスの進行が抑制された。(iv)体外循環の長時間持続に伴い赤血球が破壊され、貧血、高ビリルビン血症が出現してくる。交換輸血を行うことにより、循環血液量を変化させずに、これらを補正することができた。・以上の改良に伴い、最長生存期間は10日間に及び、100時間以上の生存も安定して得られるようになった。2.胎児生理に関する研究・(i)胎仔中枢神経系の発達に関する研究。胎仔脳波を記録し、胎齢に伴う変化を観察した。

胎齢119日以降では脳波活動に周期性が認められ、胎齢が増すにつれて、α・β波含有率は増すことが明らかとなった。(ii)胎仔酸素消費量に関する研究。ヤギ胎仔では体重に見合った酸素消費が行なわれており、胎齢が進むにつれてレム睡眠期の酸素消費量の変動が、ノンレム期に比し、大きくなることが明らかとなった。今年度も、前年度に引き続き、人工羊水槽を用いた胎外哺育装置の開発改良を行い、同時に胎児生理に関する研究を行った。1.胎外哺育装置の開発改良ヤギ胎仔に頭(ザーネン種)の胎外哺育を行った。昨年度は最長哺育時間は40時間であったが、今年度は更に長時間の哺育が可能となり4頭は100時間を超えて哺育された。しかし、血液凝固能調節、全身浮腫発生の予防、徐々に進行する心不全への対処など従来からの問題点が残されており、新たに、体外循環流回路に透析回路を併設した。その結果、従来は必発であった全身浮腫発生の予防は可能となった。血液凝固能調節は、ヘパリンの持続点滴をACT(activated coagulation time)を示標として行うことにより略々安定して行うことができるようになった。長期生存例で徐々に進行する心不全に対する対策は今後の問題として残されている。2.胎児生理に関する研究(1)胎児神経系の発達胎仔脳波を記録し、光及び音刺激に対する反応を検策した。いずれの刺激に対しても、胎令120日以降の胎仔では反応が記録され胎児期に既に、視覚・聴覚がある程度発達していることが明らかとなった。(2)胎動の循環機能に及ぼす影響胎動に伴う胎仔血圧の上昇が観察され、心拍数の変化と共に解析中である。(3)その他胎児腎機能の発達過程に関する研究を開始した。
致死的虚血下における脊髄運動ニューロン再生法の開発

一過性脊髄虚血負荷後のbHLH型転写因子をマーカーとして神経幹細胞の存在と、運動ニューロン死のメカニズムを解明することを目的として、一過性脊髄虚血モデル(ウサギ)を用いてSham-control群、Sham-control-BrdU(ShamB)投与群、15分間脊髄虚血群の3群を作成した。ShamB群には屠殺7日前より途方性カプセルを用いてBrdUを投与した(3mg/day)。15分間脊髄虚血群は虚血負荷7日前より、ShamB群と同様に途方性カプセルを用いてBrdUを投与し(3mg/day)、虚血負荷後8時間、1日、2日、7日、14日後に屠殺し脊髄を摘出した。15分間の脊髄虚血により、虚血後7日後には脊髄運動ニューロンがアポトーシスにより有意に減少することはわれわれの研究により報告済みであるので、このアポトーシスによる運動ニューロン死がおこっている間に、神経細胞の再生がおこっているかを細胞の増殖、移動、分化の3段階で検討した。細胞の増殖はBrdUを、移動はPSA-NCAMを、分化についてはNeuNをそれぞれマーカーとして用いて、免疫組織染色、蛍光免疫二重組織染色によって再生がおこっているかを検討し、さらにウエスタンブロット法を用いてそれぞれの蛋白発現量の測定を試みた。現時点において再生がおこっているかの同定はなされていないが、平成16年度においてさらに細胞内の抗アポトーシスシグナルの発現についての考察も含めて検討を進めていく。
ゼブラフィッシュ尾形成におけるWntシグナルの役割についての研究

発生過程において同じシグナル伝達因子が、いろいろな部位で異なった組織形成に関与している。WntやFgfシグナルは、脊椎動物において後方組織形成に重要であることが知られている。我々は、ゼブラフィッシュにおいてWnt3a/8とFgf3/8が、その下流遺伝子cdx1a/4(caudal関連遺伝子)を介して、体幹・尾部の神経組織の形成を制御していること示してきた。今回、Cdx1a/4機能阻害胚における神経系のパターニングを詳細に調べた。Cdx1a/4機能阻害胚では、hoxb7a(4体節)より後方のhox遺伝子の神経系における発現が消失していた。これらの胚では後方神経領域において、本来の前後軸とは反対に、尾側から吻側に向って菱脳節(r)4-7・前方脊髄が形成されるていた。後方菱脳節、前方脊髄のパターン形成には、レチノイン酸(RA)およびFgfの濃度勾配が重要であると考えられている。ゼブラフィッシュ胚後方では、尾側からFgfの、体幹部からRAの濃度勾配が本来の菱脳節、前方脊髄とは前後反対に形成される。Cdx1a/4機能阻害胚では、後方神経が形成される代わりにFgfとRAの濃度勾配を感知して、新たな後方菱脳節が尾側に形成されると考えられた。そこでCdx1a/4機能阻害胚においてRA合成及びFgfシグナルの阻害実験を行った。Cdx及びRA合成阻害によりr5より後方の神経形成が阻害され、Cdx及びFgfシグナル阻害によりr4, r5の形成が阻害された。また、Cdx機能阻害胚における異所的な菱脳形成は、後方hox遺伝子(hoxb7a、a9a、b9a)の過剰発現によって阻害された。これらのことから、CdxはFgf及びRAシグナルに対する組織応答性を制御していることが示唆された。また、Cdxは、Fgfと協調して後方hox遺伝子の発現を制御して神経系のパターン形成に重要な役割をしていることが明らかとなった。以上の研究成果は、胚におけるシグナル因子に対する組織応答性の違いを生み出す機構を明らかにすることによる再生医学の基礎研究として重要であると考えられる。Wntシグナルは、後方組織形成に重要であることが知られている。我々は、Wnt3a/8が後方組織形成に関与しており、その下流遺伝子としてcaudal関連遺伝子cdx1a/4を同定し、体幹・尾部の神経組織の形成に必要であることを示してきた。今回、cdx1a/4機能阻害胚におけるマーカー遺伝子の発現をより詳細に調べた。cdx1a/4機能阻害胚では、hoxb7aより後方のhox遺伝子の神経系における発現が消失していた。cdx1a/4機能阻害胚では、後方神経が形成される代わりにFgfとRAの濃度勾配を感知して、新たな菱脳節が尾側に形成されると考えられた。そこでCdx機能阻害胚においてRA合成及びFgfシグナルの阻害実験を行った。

Cdx及びRA合成阻害によりr6より後方の神経形成が阻害され、Cdx及びFgfシグナル阻害によりr4,r5の形成が阻害された。また、Cdx機能阻害胚における異所的な菱脳形成は、後方hox遺伝子(hoxb7a、a9a、b9a)の過剰発現によって阻害された。これらのことから、CdxはFgf及びRAシグナルに対する反応性を制御していることが示唆された。Wntシグナルは、脊椎動物において後方組織形成に重要であることが知られている。我々は、ゼブラフィッシュにおいてWnt3a/8が、その下流遺伝子cdx1a/4(caudal関連遺伝子)を介して、体幹・尾部の神経組織の形成を制御していること示してきた。今回、Cdx1a/4機能阻害胚における神経系のパターニングを詳細に調べた。Cdx1a/4機能阻害胚では、hoxb7a(4体節)より後方のhox遺伝子の神経系における発現が消失していた。これらの胚では後方神経領域において、本来の前後軸とは反対に、尾側から吻側に向って菱脳節(r)4-7・前方脊髄が形成されるていた。後方菱脳節、前方脊髄のパターン形成には、レチノイン酸(RA)およびFgfの濃度勾配が重要であると考えられている。ゼブラフィッシュ胚後方では、尾側からFgfの、体幹部からRAの濃度勾配が本来の菱脳節、前方脊髄とは前後反対に形成される。Cdx1a/4機能阻害胚では、後方神経が形成される代わりにFgfとRAの濃度勾配を感知して、新たな後方菱脳節が尾側に形成されると考えられた。そこでCdx1a/4機能阻害胚においてRA合成及びFgfシグナルの阻害実験を行った。Cdx及びRA合成阻害によりr5より後方の神経形成が阻害され、Cdx及びFgfシグナル阻害によりr4,r5の形成が阻害された。また、Cdx機能阻害胚における異所的な菱脳形成は、後方hox遺伝子(hoxb7d、a9a、b9a)の過剰発現によって阻害された。また、Cdxは、Fgfと協調して後方fox遺伝子の発現を制御して神経系のパターン形成に重要な役割をしていることが明らかとなった。
負のスピン分極材料の磁気緩和制御と高効率微細スピン注入源への新展開

負のスピン分極材料であるFe4N薄膜を用いた高効率スピン注入源の開発を目的として研究を行った.窒素とアルゴンの混合ガスによる反応性スパッタリング法と赤外線集光加熱プロセスを用いて,高品質Fe4N/Pt接合膜試料の作製に成功した.Fe4NからのスピンポンピングによってPt薄膜で発生するインバーススピンホール起電力は,従来使用されてきたNiFeなどの強磁性膜に比べて約1桁高い値を示すことを見出した.これはスピン流生成効率において負のスピン分極材料を用いたFe4N/Pt系の優位性を示唆している.Fe4N単相薄膜の作製には,スパッタ成膜中の窒素ガス流量と真空中その場加熱温度の最適化が必要である.多結晶薄膜の最適条件と比較して,擬単結晶薄膜では窒素ガス流量はほぼ同等であったが,加熱温度は低いことを明らかとした.これはFe4N薄膜の下地となる膜との格子不整合率がMgO単結晶基板において大きいため,侵入窒素原子が熱分解しやすいことが原因と推察された.振動試料型磁力計より高感度である縦Kerr効果測定装置の開発を行った.Fe4N薄膜保磁力より十分強い面内磁場を発生できるよう,Fe製の磁極を作製した.磁化の方向余弦に比例する微弱な電圧信号を,ノイズに対して優勢とするため,差動増幅型検出を用いた.外部磁場の掃引速度の設定,検出信号データの取得には,コンピュータを用いて自動化した.これにより磁化過程の実験を学内で行うことを可能とした.縦Kerr効果測定装置を用い,Fe4N薄膜保磁力の合金相依存性を評価したところ,負の分極率が期待できるγ'相において保磁力が最小となり,六方晶であるε相において約2倍程度増大することを明らかとした.金属学的側面から今後はFe4N薄膜中の原子規則性と保磁力との関係を追及したいと考えている.擬単結晶Fe4N薄膜における磁気緩和定数の結晶方位依存性を明らかとするため,電子共鳴装置の磁場方向を薄膜の磁化容易軸[100]方向,磁化困難軸[110]方向に向けて実験を行った.すると磁気緩和定数は[100]の方が[110]より大きいことから,磁気緩和における異方性の存在を示す有意義な結果を得た.本成果は平成26年度内に学術論文として投稿予定である.負のスピン分極材料であるFe4N薄膜を用いた高効率スピン注入源の開発を目的として研究を行った.窒素とアルゴンの混合ガスによる反応性スパッタリング法と赤外線集光加熱プロセスを用いて,高品質Fe4N/Pt接合膜試料の作製に成功した.Fe4NからのスピンポンピングによってPt薄膜で発生するインバーススピンホール起電力は,従来使用されてきたNiFeなどの強磁性膜に比べて約1桁高い値を示すことを見出した.これはスピン流生成効率において負のスピン分極材料を用いたFe4N/Pt系の優位性を示唆している.電流から電荷を除いた量子情報の流れであるスピン流に関する理論物理研究や,自由度の開拓からデバイス応用へ向けた制御に関する実験研究が進展している.本若手研究B全体で掲げた2つの目的は,未だ報告例のない負のスピン分極材料である窒化鉄薄膜(Fe4N)に着目し,その磁気緩和機構の解明と制御方法の確立と,磁気緩和現象の反作用として結合性のあるFe4N薄膜からのスピン流生成である.目的を達成するためには,Fe4N薄膜の結晶性,規則性の向上へ向けた薄膜作製プロセスの構築が必要である.従来は室温成膜後の赤外線加熱プロセスによって規則化を行っていたが,動的磁化特性の実験で特性の個体差に問題を有することが判った.そこで平成24年度の研究実施計画に成膜中加熱機構の構築を掲げ問題解決を試みた.検証方法は動的磁化過程(強磁性共鳴下の磁化歳差運動)によって生成されるスピン流検出と,磁気緩和定数の定量化とした.まず赤外線加熱機構の構築では,現有チャンバー側面に石英ビューイングポートを設置し大気中からの赤外線熱放射によって基板裏面から加熱できる機構を設計し改修を行った.3個の同じポートを設置することで成膜中のみならず,成膜後加熱も行える自由度を付加した.改修後の装置を用いたFe4N/Pt薄膜の作製を行い,Ni-Fe合金/Pt薄膜との比較を動的磁化測定実験を通して行った.膜厚の増大に対する磁気緩和定数の変化は,Ni-Fe合金薄膜で反比例を示すのに対し,Fe4N薄膜においては逆特性を示した.本実験で求められる磁気緩和定数の大きさは,定性的にはPt薄膜へ注入されたスピン流密度と対応する.従ってFe4Nが示した値の変化は界面だけでスピン流の大きさが決まるという従来の考え方を覆す結果であり,スピン流の新たな物性の開拓に貢献するものと考えられる.負のスピン分極を有する窒化鉄(Fe4N)薄膜をスピンランダムアクセスメモリなど,低消費電力が望まれるデバイスに応用するには,磁気緩和定数をできるだけ低減することが必要である.これは磁化反転を引き起こす臨界電流密度が磁化自由層の磁気緩和定数に比例することによる.そこで最終年度では研究実施計画のとおり,バナジウム(V)の添加による効果を確かめるため,Fe-V-N薄膜の作製を試みた.まず,基準であるFe4N薄膜を反応性スパッタリング法にて作製した.成膜中に流すプロセスガスは,アルゴンガスと窒素ガスの混合ガスとし,窒素ガスを全ガス圧の約25%となるように調整した.

結晶構造解析用の膜構成は,100 nmの熱酸化膜つきSi単結晶基板/MgO 2 nm/Fe4N(Fe-V-N)20 nmとした.X線構造解析の結果,Fe4N薄膜が単相で形成されていることが判った.次にFe4NへVを添加するため,VチップをFeターゲット上に配置しながら同一の窒素分圧下にてスパッタリング成膜を行った.蛍光X線にてFeとVの組成比を定性分析したところ,(Fe88V11)4Nおよび(Fe78V22)4Nであることが判った.しかしながら,X線構造解析の結果では,γ'相とそれとは別の第二相も含んだ膜が得られていることを明らかとした.第二相の詳細は特定されていないが,確認のためFe-V二元合金薄膜を作製した.すると同一下地層上にbcc構造を有するFe88V11及びFe78V22薄膜が形成されていることを確認した.今後はγ'-Fe4Nのペロブスカイト構造と親和性をもつ軽元素を探索しながら単相化を目指す.磁性薄膜材料負のスピン分極材料の磁気緩和制御と高効率微細スピン注入源としての応用を達成するため,平成25年度では第一に擬単結晶窒化鉄薄膜(Fe4N)の高品位作製プロセス,第二に実験進捗を早めるための縦Kerr効果測定装置の開発,第三にそれらを用いたFe4N薄膜の保磁力と磁気緩和定数評価を目標としていた.第一目標のFe4N単相薄膜の作製では,スパッタ成膜中の窒素ガス流量と真空中その場加熱温度の最適化が必要である.基板にはMgO単結晶基板を使用しているがFe4N薄膜との格子不整合率が10 %程度あるため,格子転移が入りやすく作製が難しい.しかし,窒素ガス流量を多結晶薄膜の最適条件とほぼ同等,加熱温度は低く設定することで,X線回折評価の結果ではほぼ単相状態のFe4N薄膜が得られることを明らかとし,当初の目標を達成した.第二目標の,磁性薄膜試料の磁化の検出には,Kerr回転角を電気信号に変換して行った.Kerr回転角は材料に依存するため,Fe4N薄膜のように決して大きいわけではない材料では,シグナル/ノイズ比率を向上する工夫が必要である.今回は光源は直流とし,検出側を差動増幅型検出とすることで磁化過程の測定を可能とし,当初の目標を達成した.第三目標の,擬単結晶Fe4N薄膜における保磁力と磁気緩和定数の結晶方位依存性では磁気緩和定数は磁化容易軸方向[100]の方が磁化困難軸方向[110]より大きい結果を得た.今後は,この事実は他の材料においても普遍的であるかどうか検証する必要があると考えている.以上のように,各目標に対する明確な結果が得られていることから,おおむね順調に進展していると判断する.本若手研究B全体で掲げた2つの目的は,未だ報告例のない負のスピン分極材料である窒化鉄薄膜(Fe4N)に着目し,その磁気緩和機構の解明と制御方法の確立と,磁気緩和現象の反作用現象として結合性のあるFe4N薄膜からのスピン流生成である.目的を達成するために,成膜中加熱機構の構築を行い規則性,結晶性の改善を行った.作製されたFe4N/Pt薄膜の磁気緩和定数の膜厚依存性を調べたところ,従来のNi-Fe合金/Pt薄膜と比較して,大きく増大する結果が得られた.これは本来材料固有であった磁気緩和定数を膜厚で制御できることを示唆する.さらに膜厚の厚い(20 nm)領域において磁気緩和定数が増大する点では,スピントルクオシレータ積層膜の磁化固定層として期待できる.このように当初の予想をはるかに上回る物性を見出したため進展が著しいと判断される.
キャリア支援者の指導者養成プログラムの開発と効果の検討

平成30年度の進捗を以下の通り報告する。1.平成29年下半期にプログラム開発と試行実施を行ったが,そのプログラムを改善し,18回約140時間の半年間で完結するブログラムとして再構成し,平成30年度から正式実施とした。4月開始(第1期)と10月開始(第2期)の,2回実施した。2.平成29年度の試行実施期の1クラス(N=26)に対して,プログラム実施前と実施後の意識調査を行い,分析結果は産業・組織心理学会(平成30年9月1日,於:名古屋大)にて発表を行った。この試行実施期の受講生に対しては,修了後約半年経過後に追跡調査を実施し,どのような意識の変容が起きているか,現在分析中である。3.平成30年度に実施した2クラス(N=30,N=28)に対して,プログラム実施前と実施後の意識調査を行い,現在分析中である。4.試行実施期と第1期・第2期の計3期の受講生に対して,アンケート形式の意識調査に加え,座談会形式で講座に関する直接的なフィードバックや感想を求める場も設けた。直接的なコミュニケーションによる率直な意見も徴収でき,都度,プログラム改善に反映させた。5.平成30年11月からは,指導者層の熟達を含めた職業的発達プロセスの検討のため,指導者層のインタビュー調査を開始している。中堅者段階から指導者段階に至る熟達プロセスを含む,意識や行動の変化を探索的に検討することを目的としている。20名へのインタビューとその逐語化が終了し,現在は分析中である。【研究実績の概要】に記載した通り、研究は当初計画通り着実に進捗している。当初計画通り、以下の研究を着実に推進する予定である。1.指導者層の熟達を含めた職業的発達プロセスについて、20名のインタビュー調査が完了し、M-GTAによる分析を現在継続中である。上半期中にはプロセスモデルの策定を完了する(研究4)。2.ATD(米国:2019年5月19日22日開催)において、最新の教育・研修方法論を調査する(研究5)。3.これまでの効果測定の結果、および研究5の調査結果をもとに、プログラムを改善した上で研修を実施し、効果測定を実施する(研究6)。引き続き、修了者に対する追跡調査を実施する(研究7)。平成31年度の海外出張(米国ATD)費用が、当初計画を上回ることが想定されたため、平成30年度においては、物品購入については既存物品の有効活用、旅費の圧縮、人件費については非常勤雇用は行わず費用圧縮を行った。次年度使用額は、平成31年度海外出張の不足分に充当する予定である。
Hox遺伝子から探る棘皮動物の進化

Hox遺伝子クラスターは左右相称動物の前後軸に沿った形つくりを支配している遺伝子群である。棘皮動物は左右相称動物に属しているが、頭部構造を持たない五放射相称という非常に特殊な体制をとっている。私は、発生過程とくにウニ原基でのHox遺伝子の発現様式から、棘皮動物が左右相称から放射相称になった進化の道筋を推測できるのではないかと考えている。ヨツアナカシパンは直接発生型のウニで、餌をとらずに三日で変態するので、この研究に最適な材料である。最初にHox遺伝子のホメオドメインでよく保存されている第一と第三ヘリックスに対する縮重プライマーを用いたgenomic PCRとRT-PCRによってヨツアナカシパンのHox-type遺伝子を増幅・単離した。その結果、13種のHox-type遺伝子(Pj1-13)を同定した。それらはすべてRT-PCRで検出されたので、胚で発現していることを示している。これまでに報告されているウニのHox遺伝子の配列とPj1-13の配列を比較した結果、(1)既知の10個のHox遺伝子のすべてに対応するヨツアナカシパンの遺伝子が単離できたこと、(2)Pj8、Pj9、Pj13は新規のHox-type遺伝子らしいことが明らかになった。データベースの検索の結果、(1)Pj8はこれまでウニでは報告のないEvx-type遺伝子であること、(2)Pj9はナメクジウオのParaHox遺伝子であるXloxとアミノ酸配列で完全に一致すること、(3)Pj13はウニでは新規の後方Hox遺伝子であることが示された。以上の結果は、ヨツアナカシパンは頭部を欠く放射相称でありながら、左右の相称の脊椎動物と基本的に同じ構造をもつHox遺伝子クラスターを保持していることを示している。Hox遺伝子群は染色体上でクラスターを形成し、動物の前後軸を支配している。本研究は、五放射相称の棘皮動物の発生過程でのHox遺伝子群の発現パターンを解析することによって、棘皮動物の軸性を明らかにすることを目的としている。Hox遺伝子のホメオドメインでよく保存されている第1と第3ヘリックスに対する縮重プライマーを用いて、ゲノムPCR法とRT-PCR法によってヨツアナカシパンのHox遺伝子を増幅し、その塩基配列を決定した。その結果、12種のHox遺伝子(Pj1-Pj12)を単離した。既知のウニHox遺伝子と近隣接合法を用いて比較した結果、Pj4,Pj9,Pj12は新規のウニHox遺伝子であった。これら3種を脊索動物のHox遺伝子と比較したところ、Pj4=Hox2,Pj9=parahox3,Pj12=Hox1であると予想された。つまり、ウニではこれまで報告されていない前方Hox遺伝子が存在し、かつ発現していることから、ウニはほぼ完全なHoxクラスターを保持していることが明らかになった。Hox遺伝子のホメオドメインはお互いに相同性が高いので、胚での発現パターンを解析するために各パラログに特異的なプローブが必要である。そのため、各パラログのホメオドメイン以外の配列を3'-RACE法と5'-RACE法によって単離することを試みた。これまでにPj5とPj8を除く10種のHox遺伝子の3'側の配列を単離し、その配列を決定した。これらの遺伝子断片を各パラログ特異的なプローブとして、ノーザン解析とin situハイブリダイゼーション法によって胚でのHox遺伝子の発現パターンを解析する予定である。Hox遺伝子クラスターは左右相称動物の前後(頭尾)軸に沿った形態形成を調節している遺伝子群である。

ゲノム上でのHox遺伝子の順序は、発生におけるそれらの発現ドメインの空間的順序と一致している。棘皮動物は左右相称動物に属しているが、五放射相称という非常に特殊な体制をとっている。わたしは、発生過程、特にウニ原基でのHox遺伝子の発現様式を調べることによって、棘皮動物が放射相称になった進化の道筋がわかるのではないかと考えている。ヨツアナカシパンは直接発生型の日本固有種で、エサをたべずに3日で変態するので、この研究に最適な材料である。最初にgenome PCR法とRT-PCR法によってヨツアナカシパンのHox遺伝子を増幅し、その配列を決定した。その結果、13種のHox-type配列が得られたので決定した順番にPjl-Pj13と命名した。次に、Pjl-Pjl3から推定されるアミノ酸配列を既知のウニのHox遺伝子の配列と近隣結合法によって比較した結果、Pj9とPj13を除いて、それぞれauthologと示唆される遺伝子が明らかになった。また、データベース検索によって、Pj9はナメクジウオのparaHox遺伝子であるXloxのアミノ酸配列と完全に一致すること、Pj13はウニでは新規の後方Hox遺伝子らしいことが示された。以上の結果から、ヨツアナカシパンはHox4とHox5遺伝子のいずれかが欠けていることを除けば、完全なそして発現している1組のHox遺伝子セットを持っていることが明らかになった。ヒトデ、ナマコおよびクモヒトデにおいてもHox4とHox5遺伝子のどちらかが欠けていると示唆されているので、この欠失は棘皮動物の特徴かもしれない。現在、Pjl-Pj13のそれぞれを区別する特異的な配列を3'-RACE法によって単離しており、これまでにPj1,4,7,9の3'側の配列を得ている。これらの配列をプローブとして、胚における各Hox遺伝子の発現時期と発現場所を明らかにする予定である。