hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ARDSにおける内皮微小粒子の役割

アンギオテンシン変換酵素(ACE)を発現する内皮微小粒子(ACE+EMPs)に着目し、急性呼吸促迫症候群(ARDS)の肺血管内皮傷害を評価した。ACE+EMPsは肺毛細血管内皮細胞から多く放出され、炎症性刺激により放出は増加した。敗血症患者の中で、ARDSを発症した患者では有意にACE+EMPsが有意に上昇していた。急性肺傷害モデルマウスを用いた検証では、急性肺傷害モデルマウスでACE+EMPsが上昇するだけではなく、肺血管透過性亢進の指標となりえることが示唆された。ACE+EMPsはARDSの肺血管内皮傷害の新たなマーカーとなり得る。本年度は東北大学集中治療部に入院した重症敗血症及び敗血症性ショックの患者より採取した末梢血より血漿/血清を精製し、フローサイトメトリーにより検体中の内皮細胞由来のmicroparticls(endothelial microparticles:EMP)を測定した。当初、肺血管内皮細胞に発現していないvon Willebrad因子の発現の有無により、肺血管に特異的な内皮傷害を同定する予定であったが、肺毛細血管に特異的に発現しているアンギオテンシン変換酵素(angiotensin converting enzyme:ACE)を標的とし、ACEの発現しているEMPを肺毛細血管内皮細胞由来として肺血管の内皮細胞傷害を評価することとした。ACE陽性EMPを内皮細胞表面に発現している特異抗原を有し、かつACE抗原が陽性であるEMP、つまり内皮細胞抗原とACEが共発現しているものとした。このmicroparticlesの検出のための抗体量、フローサイトメーターの設定を調整し、ACE陽性EMP測定のための実験系を確立した。現在、約30名の重症敗血症、敗血症性ショック患者から得られた検体のEMPを測定した。ARDSを発症した患者においては、発症しなかった患者よりもACE陽性EMPが高かった。さらにARDSを惹起する原因が肺以外に存在する肺外性ARDSでは、肺の直接的な炎症により起こる肺性ARDS患者に比較し、ACE陽性EMPが高かたった。想定していたよりも実験系の確立に時間を要した。また、ICUに入室する重症敗血症および敗血症性患者の数も想定していたより少なかった。前年度に引き続き、東北大学病院集中治療部及び救命救急センターに入院した敗血症患者および非敗血症患者のEMP測定を行なった。前年度の報告通り、EMPsは非敗血症に比較し敗血症・敗血症性ショックで優位に高かった。またARDS発症群ではEMPs数は非ARDS群と変わらなかったが、ACE陽性EMPs数、EMPsにおけるACE陽性率が有意に上昇しており、ACE陽性EMPsが急性肺傷害における肺血管内皮傷害を反映していることが示唆された。また、本年度は肺毛細血管内皮細胞、及び、皮膚微小血管内皮細胞を用いて、肺毛細血管内皮細胞の細胞膜のACE発現やMPsの放出の違いについて検討した。肺毛細血管内皮細胞では細胞膜ACE抗原の発現が高く、またACE陽性EMPsの放出も多かった。さらに炎症刺激を加えると、細胞膜上のACE発現が低下するのとは対象的に、ACE陽性EMPsの放出が増加し、炎症刺激により細胞膜上から剥がれ落ちることが示唆された。また炎症刺激を加えることで肺毛細血管内皮細胞から放出されるEMPのACE発現率が増加することが観察されたが、これは肺以外の内皮細胞では見られず、肺毛細血管内皮細胞に特徴的な事象であると考えられる。急性肺傷害モデルの確立がスムーズに進んだこと。当実験室で保管していたマウス内皮細胞を用いて、マウス血清マイクロパーティクルの内皮特異抗原の測定に必要な抗体量を決定できたことがあげられる。研究登録したARDS患者は20名、敗血症患者は59名まで増加した。結果はEMPs数については非ARDS群と同等であったが、ACE+EMPs数、ACE+EMPs/EMPs比はARDS群で有意に高く、ACE+EMPsはARDSの肺血管内皮傷害を反映すると考えられた。また、急性肺傷害モデルマウスを用いた研究では、マウスから摘出した肺のACE値をウエスタンブロッティングで測定した。CLP群ではSham群に比べ、マウス肺のACE値が有意に低く、急性肺傷害モデルマウスにおける血中ACE+EMPsの増加と合わせて考えると、急性肺障害における結果、内皮細胞膜のACEが一部はACE+EMPsとして脱落したと推測され、このことからもACE+EMPsは急性肺傷害における血管内皮傷害を反映するマーカーであることが示唆された。内皮細胞を用いた刺激実験ではZ-VAD-FMKやnecrostatinなどの細胞死阻害剤や、TNF-αによるEMPs放出に関与するp53の素材剤による前処置を行なったあとで炎症性刺激を加えた場合のEMPsの放出について検証した。EMPsはapoptosisを抑制するZ-VAD-FMKによりEMPsの放出が有意に抑制さえることがわかり、apoptosisの際にEMPsが放出されやすいことが明らかとなった。これらの結果は第45回日本集中治療医学会学術集会で発表した。また2018年5月に米国サンディエゴで行われる米国胸部学会で発表予定である。

ACE+EMPsは肺毛細血管内皮細胞から多く放出され、炎症性刺激により放出は増加した。敗血症患者の中で、ARDSを発症した患者では有意にACE+EMPsが有意に上昇していた。急性肺傷害モデルマウスを用いた検証では、急性肺傷害モデルマウスでACE+EMPsが上昇するだけではなく、肺血管透過性亢進の指標となりえることが示唆された。ACE+EMPsはARDSの肺血管内皮傷害の新たなマーカーとなり得る。引き続き、重症敗血症および敗血症性ショック患者のACE陽性EMPを測定していく。また、平行して敗血症性ショック患者の血清ACE値の測定を行う。また、肺外性ARDS、肺性ARDSのマウスを作成し、ACE陽性EMPと病理像や肺血管透過性、肺の炎症所見との関係を考察する。来年度も引き続きARDS症例のEMPs測定を行う。また、ARDSマウスモデルの肺組織にACE抗体を用いて免疫染色を行い、急性肺傷害時にACEが脱落し、これがACE陽性EMPsとして検出されることを証明する。EMPs、ACE陽性EMPsの機能解析も併せて行う。肺毛細血管内皮細胞の培養上清から、超遠心によりEMPを豊富に含む溶液を抽出し、これらが炎症性細胞に与える影響について検討する。集中治療実験系の確立が遅れたため、想定していたよりも必要な試薬を購入しなかった。来年度以降に免疫染色、マイクロパーティクルの機能解析を行う予定であり、抗体含め消耗品に経費がかかると予想されたため。ACE陽性EMP測定に必要な試薬、ARDSモデルの動物実験を行うための物品、国際学会での発表を予定しておりその旅費に使用予定である。急性肺傷害モデルマウスにおけるACE陽性EMPsが肺由来であることを検証する為に、マウス肺をACE抗体で免疫染色し脱落を証明する。現在EMP測定に用いている抗体は、フローサイトメトリーを前提としており、免疫染色用の抗体を追加購入する必要がある。また、EMPsの機能解析のために肺毛細血管内皮細胞を購入しEMPsを回収する必要がり、その経費も必要になる。
高分子の非線形誘電緩和スペクトルの高精度測定

本研究はまず,非線形複素誘電率の周波数スペクトルを高精度に測定する装置の開発から出発した。歪を最小限に抑えた正弦電界を印加し,分極応答をサンプリング後AD変換し,これにデジタルフ-リエ変換を加えて基本波及び高調波成分を分離し,線形及び非線形誘電率を得るものである。その結果線形応答に対し10^<ー4>以上の精度で非線形応答を得ることが出来,非線形複素誘電率の高精度測定が可能となった。本装置を用い,(1)シアン化ビニリデン共重合体,(2)ポリ酢酸ビニ-ル,(3)イオン導電性高分子について実験を行い,以下の知見を得た。(1)シアン化ビニリデンと酢酸ビニルを初めとする数種類のコモノマ-の共重合体について,3次の非線形誘電率がε_3^*=Δε_3/(1+iωτ_3)^3型の周波数スペクトルを示すことを見いだし,線形及び非線形の緩和強度Δε_1,Δε_3の値から,本共重合体のセグメント運動が10ー30個のモノマ-を単位として協同的に行われていることがわかった。(2)極性高分子の代表として誘電緩和が詳しく研究されてきたポリ酢酸ビニルは,通常の高分子に共通の小さな非線形誘電性しか示さないが,今回開発した高精度測定装置により測定が可能となった。その結果3次の非線形誘電率には,電歪効果による形状変化の寄与が混入するが,これを差し引いた本来の非線形誘電率はシアン化ビニリデン共重合体と同様のスペクトルを示し,セグメントを構成する等価双極子を評価出来た。(3)ポリエチレンオキシドをはじめとするイオン導電性高分子について同様の測定を行うと,実部と虚部を入れ替え周波数を乗ずるだけで非線形導電スペクトルが得られ,キャリヤ-のホッピング距離の評価や誘電分極を伴う導電機構に関する情報が得られた。以上の結果から,非線形誘電スペクトロスコピ-が,高分子のダイナミクスや微視的相互作用の研究に有力な手段となることが明らかとなった。1.本年度の研究は非線形複素誘電率の周波数スペクトルの高精度測定を可能にする装置の開発を中心に行った。装置はRAMとDA変換器により歪を最小限に抑えた正弦波を発生する部分と、分極応答を電荷増幅器により電圧に変換し一周期を厳密に等分割した時刻においてサンプリングAD変換を行いデジタル信号に変換する部分からなる。得られたデジタル信号にフ-リエ変換を行えば、線形及び非線形誘電率が自動的に計算される。これまでにハ-ドウェアの設計と試作を終わり、現在詳細な特性評価を行っており、線形応答に対し10^<-4>以上の精度で非線形応答を得ることを目標としている。2.非線形応答が比較的強くあらわれる高分子については、既に測定を開始している。これまで我々はシアン化ビニリデン共重合体が大きな線形誘電緩和を示し、非線形スペクトルの測定から双極子の運動の相関長が大きいことを報告してきた。今回酪酸ビニルをコノマ-とする共重合体について測定を行い、非晶性と考えられている構造に存在するある種の秩序について検討した。この種の共重合体の誘電緩和は200°C近い高温域にあらわれるので、低周波域にイオン伝導の寄与が誘電スペクトルに混入する。

両者の分離を確実に行う目的に加え、非線形導電スペクトルの一般的な挙動を明らかにする目的でポリエチレンオキシドを中心とするいわゆるイオン導電性高分子についても測定を行った。今後標準的な極性高分子を対象とし、導電性の寄与を含めて非線形複素誘電率の測定を行い、スペクトルの一般的な形状と機構の解明をめざす予定である。前年度より開発してきた非線形複素誘電率の周波数スペクトルの高精度測定装置を完成させ,いくつかの高分子について測定を行った.以下に(1)シアン化ビニリテン共重合体,(2)ポリ酢酸ビニル,(3)イオン導電性高分子について得られた主な結果をまとめる.(1)シアン化ビニリテンは,酢酸ビニルとの共重合体において極めて大きな誘電率を示し,一般に非晶性であると信じられている.今回数種類の共重合体について非線形誘電スペクトルの測定を総合的に行った結果,3次の非線形誘電率がε_3^*=△ε_3/(1+iωτ_3)型の周波数スペクトルを示すこと,線形及び非線形の緩和強度△ε_1,△ε_3の値から計算される等価双極子モ-メントが極めて大きく,セグメント運動が10ー30個のモノマ-を単位として協同的に行われていることを見いだした.(2)ポリ酢酸ビニルは,これまで線形の誘電緩和が最も詳しく研究されてきた代表的な極性高分子であり,非線形誘電スペクトロスコピ-の確立には避けられない対象である.ほとんどの高分子がそうであるようにその非線形誘電性は小さいが,今回開発した高精度測定装置により測定が可能となった.その結果3次の非線形誘電率には,電歪効果による形状変化の寄与が混入し,これを差し引いた本来の非線形誘電率は値は小さいがシアン化ビニリテン共重合体と同様の振舞い示すことがわかった.(3)イオン導電性高分子として,従来から知られているポリエチレンオキシドに加え,今回エチレンオキシドの4量体を珪素で架橋した非晶性高分子を新たに合成した.これらに過塩素酸リチウムをド-プすると導電性が支配的となるが,非線形複素誘電スペクトルを測定すると,実部と虚部を入れ替え周波数を乗ずるだけで非線形導電スペクトルが得られる.今後詳細な解析により,キャリヤ-ホッピングの距離の評価や誘電分極を伴う導電機構が明らかにできると考えている.
わが国における地域研究の現状に関する調査研究

地域研究に関するアンケート調査を,個人研究者と研究機関に対し,過去2年間(本調査と補充調査)行ってきた。対象とした個人研究者は45の学会メンバー約2万3000人,研究機関は国公私立大学の研究所,大学院研究科,各省庁の地域研究関連団体など約200である。「地域研究」という新たな学問体系が、本来的に様々な研究領域の統合の上」に成立することから,アンケートの対象は意識的に広くした。にもかかわらず,約7000人と,予想外に多くの回答を得ることができた。地域研究に対する今日の個々の研究者の関心の高さを示すものと思われる。調査結果は逐次コンピューターに入力,データベース化を図ってきたが,最終年度にあたり,その一部を『地域研究者総覧』及び『地域研究の現状』として出版する。前者は研究者それぞれの対象地域,研究テーマを含めた名簿であり,後者は研究機関へのアンケート結果を整理し,さらに個人研究者へのアンケート調査をとりまとめたものである。研究者相互の交流促進と,個々の研究者を超えた機関と機関の連携研究構築への基礎資料となることを意図している。また,データベース運用の将来の課題として,個人データの補充,刷新と情報のより有効な活用に向けたネットワーク化が急務となった。この点は今後の研究課題としたい。平成6年度においては、地域研究に関連する個人および機関についてアンケート調査をおこなった。第1期のアンケート調査の対象になった個人の総数は約1万5000、機関の総数は約200であった。個人アンケートは、第1段階として37学会のメンバーを対象としておこなった。対象となった学会は、九州中国学会、日本現代中国学会、東南アジア史学会、東方学会、日本中国学会、日本熱帯農業学会、朝鮮史研究会、日本印度学仏教学会、ウラル学会、日本オリエント学会、日本西蔵学会、日本中東学会、日本南アジア学会、日本モンゴル学会、イタリア学会、スラブ東欧学会、ロシア東欧学会、日本イスパニア学会、日本アフリカ学会、日本ナイル・エチオピア学会、アメリカ学会、日本カナダ学会、ラテン・アメリカ政経学会、日本ラテンアメリカ学会、日本オセアニア学会、オーストラリア学会、日本熱帯生態学会、東洋音楽学会、比較法史学会である。調査対象となった機関は、国公私立大学の研究所(北海道大学スラブ研究センター、京都大学東南アジア研究センター、京都大学アフリカ地域研究センター、上智大学アジア文化研究所など)、各省庁の地域研究関係団体(中東調査会、アジア経済研究所、東洋文庫、中東経済研究所など)であった。アンケート調査の結果は、最終的にはデータベース化するとともに、個人および機関の総覧としてまとめる予定である。平成7年度においては、地域研究に関連する個人について補充のアンケート調査をおこなった。今回のアンケート調査の対象になった個人の総数は約8、000であった。個人アンケートは、8学会のメンバーを対象としておこなった。対象となった学会は、史学会、人文地理学会、比較家族史学会、日本民族学会、比較文明学会、民族芸術学会京大東アジア研究会、日本地理学会である。今回えられたデータは、前回対象となった37学会メンバーへのアンケート調査の結果に追加してコンピュータ入力をおこなう。国公私立大学の研究所(東京大学東洋文化研究所、北海道大学スラブ研究センター、京都大学東南アジア研究センター、京都大学アフリカ地域研究センター、上智大学アジア文化研究所など)、大学院研究科(東北大学国際文化研究科、筑波大学地域研究研究科、東京外国語大学地域文化研究科など)、各省庁の地域研究関係団体(中東調査会、アジア経済研究所、東洋文庫、中東経済研究所など)を対象にした機関調査のデータを整理し、コンピュータに入力した。アンケート調査の結果は、最終的にはデータベース化するとともに、個人および機関の総覧(ダイレクトリー)としてまとめる予定である。「地域研究」という新たな学問体系が、本来的に様々な研究領域の統合の上に成立することから,アンケートの対象は意識的に広くした。にもかかわらず、約7000人と,予想外に多くの回答を得ることができた。また,データベース運用の将来の課題として,個人データの補充・刷新と情報のより有効な活用に向けたネットワーク化が急務となった。

調査結果は逐次コンピューターに入力,データベース化を図ってきたが,最終年度にあたり,その一部を『地域研究者総覧』及び『地域研究の現状』として出版する。前者は研究者それぞれの対象地域,研究テーマを含めた名簿であり,後者は研究機関へのアンケート結果を整理し,さらに個人研究者へのアンケート調査をとりまとめたものである。研究者相互の交流促進と,個々の研究者を超えた機関と機関の連携研究構築への基礎資料となることを意図している。また,データベース運用の将来の課題として,個人データの補充,刷新と情報のより有効な活用に向けたネットワーク化が急務となった。この点は今後の研究課題としたい。
希ガスプラズマの誘起する金属ナノ構造形成における原子空孔型欠陥発達過程の解明

近年、第一原理計算に基づく研究で予測されているタングステン(W)中における原子空孔同士の反発について検証するため、純度5N(99.999%)のWに対し電子線照射により原子空孔を導入し、その回復挙動を陽電子寿命分光法により調べた。はじめに5N-W試料を真空中で2000°Cで焼鈍後に陽電子寿命を測定し、2000°Cでの焼鈍により格子欠陥が除去されることを確認した。次に、2000°Cで焼鈍した5N-W試料に対し、温度100°C程度で8 MeV電子線照射を行い原子空孔を導入した。低照射(1E18 e-/cm2)試料と高照射(5E19 e-/cm2)試料の2種の試料を作製した。これらの試料に対し温度50°Cステップで15分間ずつの等時焼鈍を行い、各温度で焼鈍後に室温で陽電子寿命測定を行った。その結果、低照射試料では欠陥成分の陽電子寿命に大きな変化は見られなかったが、高照射試料では焼鈍温度400°Cから欠陥成分の陽電子寿命の明確な増大が観測された。これはW中においても他の金属と同様に焼鈍により原子空孔同士は結合(集合)していくことを示している。一方で本研究では、過去に報告されているW中の単原子空孔での陽電子寿命よりも20 ps以上短い陽電子寿命を持つ欠陥の存在も観測され、W中の侵入型不純物(炭素C、酸素O、窒素N)と単原子空孔が結合した欠陥複合体の存在が示唆された。陽電子寿命の第一原理計算からも、W中の単原子空孔にCやO、Nが結合するとその陽電子寿命は22-25 ps低下することが確かめられた。また、Wに希ガスイオンを照射した際に形成される欠陥の回復挙動の照射イオン種依存性を低速陽電子ビームを用いて評価した。その結果、ヘリウムイオン照射とネオンイオン照射では焼鈍による照射誘起欠陥の発達の様子に違いがあることが見出された。線源法を用いた電子線照射試料の陽電子消滅測定、低速陽電子ビームを用いたイオン照射試料の陽電子消滅測定とも遂行され、実験データが揃いつつある。電子線照射試料の分析では予期していなかった陽電子寿命成分も観測されたが、当初の計画には含まれていなかった陽電子寿命の第一原理計算も併せて実施することで、予期していなかった陽電子寿命成分をもたらした要因を推定することができた。タングステンへの希ガスイオン照射ではヘリウムイオン照射とネオンイオン照射で照射誘起欠陥の焼鈍過程における発達の様子に違いが見られている。今後はアルゴンイオン照射の場合との比較や、タングステン以外の高融点金属へヘリウムイオンを照射した際の欠陥構造の違いを比較していく。イオン照射試料の陽電子消滅測定では低速陽電子ビームを用いた消滅ガンマ線ドップラー広がり法を用いることから、実験データの解釈に役立てるために消滅ガンマ線エネルギー分布の第一原理計算の実施も検討する。金属中の原子空孔の振る舞いを調べるためには格子欠陥を除去した出発試料を用意する必要がある。本研究で対象とする高融点金属中の格子欠陥を除去するためには2000°C超でのアニールが求められる。一般的な電気管状炉ではそのような温度でのアニールには対応できないため、平成29年度には電子衝撃加熱方式による高温アニール装置を作製した。真空チャンバー内にタングステンメッシュフィラメントと試料を設置し、試料側に最大6 kVの高電圧を印加できる構造とした。フィラメントから放出される熱電子を試料に照射することで試料温度2000°C2300°Cでのアニールを可能にした。上記の高温アニール装置を用いて高融点金属試料をアニールし格子欠陥を除去した。アニール後に陽電子寿命測定を行ったところ、各試料とも過去の文献で報告されている完全結晶での陽電子寿命値とほぼ等しい寿命値が得られ、格子欠陥の除去が上手く行われていることが確認できた。次に高融点金属中での原子空孔同士の相互作用について調べるため、アニールした試料に8 MeV電子線照射を行い原子空孔を導入した。近年、第一原理計算を用いた研究よりタングステン中での原子空孔同士の結合エネルギーは負である(原子空孔同士が反発する)と報告されている。しかし高純度(99.999%)タングステン試料に電子線照射で導入した原子空孔の回復過程を陽電子寿命測定により観察したところ、理論研究で言われている予測とは異なり熱処理により原子空孔が集合していることを示唆する結果を得た。新たに整備した電子衝撃加熱方式アニール装置は作業性の面で多少改善の余地を残しているが試料アニール自体は問題なく実施可能となり、本研究の遂行で重要となる出発試料の作製方法は確立できた。また、電子線照射による原子空孔導入も行い、平成30年度以降に行う希ガス原子と原子空孔との相互作用に関する研究のベースとなる、原子空孔回復挙動のデータも得られている。

次に、2000°Cで焼鈍した5N-W試料に対し、温度100°C程度で8 MeV電子線照射を行い原子空孔を導入した。低照射(1E18 e-/cm2)試料と高照射(5E19 e-/cm2)試料の2種の試料を作製した。これらの試料に対し温度50°Cステップで15分間ずつの等時焼鈍を行い、各温度で焼鈍後に室温で陽電子寿命測定を行った。その結果、低照射試料では欠陥成分の陽電子寿命に大きな変化は見られなかったが、高照射試料では焼鈍温度400°Cから欠陥成分の陽電子寿命の明確な増大が観測された。これはW中においても他の金属と同様に焼鈍により原子空孔同士は結合(集合)していくことを示している。一方で本研究では、過去に報告されているW中の単原子空孔での陽電子寿命よりも20 ps以上短い陽電子寿命を持つ欠陥の存在も観測され、W中の侵入型不純物(炭素C、酸素O、窒素N)と単原子空孔が結合した欠陥複合体の存在が示唆された。陽電子寿命の第一原理計算からも、W中の単原子空孔にCやO、Nが結合するとその陽電子寿命は22-25 ps低下することが確かめられた。また、Wに希ガスイオンを照射した際に形成される欠陥の回復挙動の照射イオン種依存性を低速陽電子ビームを用いて評価した。その結果、ヘリウムイオン照射とネオンイオン照射では焼鈍による照射誘起欠陥の発達の様子に違いがあることが見出された。線源法を用いた電子線照射試料の陽電子消滅測定、低速陽電子ビームを用いたイオン照射試料の陽電子消滅測定とも遂行され、実験データが揃いつつある。電子線照射試料の分析では予期していなかった陽電子寿命成分も観測されたが、当初の計画には含まれていなかった陽電子寿命の第一原理計算も併せて実施することで、予期していなかった陽電子寿命成分をもたらした要因を推定することができた。タングステン中での原子空孔同士の相互作用については、これまでのところ理論予測とは異なり空孔同士が結合・集合することを示唆する結果が得られている。電子線の照射条件等を変えた試料を作製しさらに検証を重ねる予定である。また、希ガス原子と原子空孔との相互作用の評価に関しては、最初にタングステンに着目しヘリウム・ネオン・アルゴンでの違いを観察、次にヘリウムに着目しタングステン・タンタル・モリブデン・ニオブでの違いを観察していくことで、希ガスプラズマ誘起繊維状ナノ構造の形成能と空孔集合体の形成能との相関を明らかにしたい。タングステンへの希ガスイオン照射ではヘリウムイオン照射とネオンイオン照射で照射誘起欠陥の焼鈍過程における発達の様子に違いが見られている。今後はアルゴンイオン照射の場合との比較や、タングステン以外の高融点金属へヘリウムイオンを照射した際の欠陥構造の違いを比較していく。イオン照射試料の陽電子消滅測定では低速陽電子ビームを用いた消滅ガンマ線ドップラー広がり法を用いることから、実験データの解釈に役立てるために消滅ガンマ線エネルギー分布の第一原理計算の実施も検討する。電子衝撃加熱方式アニール装置が当初予算よりも低額で整備できたため未使用額が生じた。次年度は、より小さな試料のアニールを可能にする装置改良を行い、未使用額はその経費に充当することとしたい。消耗品の消費量変動の理由で数千円の次年度使用額が生じた。これについては次年度の消耗品購入に充当することとしたい。
宮古島の淡水性固有生物を保全するための調査研究と教育・啓発手法の開発

本研究では,宮古島の湧水に生息する宮古島固有のミヤコチスジノリとミヤコサワガニの保全を目的とし,1)ミヤコチスジノリとミヤコサワガニの生息状況および繁殖生態に開する調査研究と,2)湧水環境の教育啓発プログラムの開発と実践,を行った.1)ミヤコサワガニとミヤコチスジノリの生息状況および繁殖生態に関する調査研究ミヤコサワガニとミヤコチスジノリの保全のための基礎的情報を得ることを目的として,平成19年6月から平成20年3月まで,毎月1回宮古島において野外調査を行った.ミヤコサワガニの生息する3か所の湧水にて,個体数,性別,抱卵の有無を調べた.調査期間のすべての月において雌を確認したが,抱卵個体は1個体も確認できなかった.ただし8月に稚ガニを抱えている個体を確認した.ミヤコチスジノリは,湧水地のごく一部のみで生育が確認できた.藻体の長さを毎月記録したところ,8-9月は最大で4cmに達していたが,10月以降は確認できたすべての藻体が1cm以下になり,平成20年3月の調査時たは藻体自体を確認することが困難な状態であり,5mm以上の藻体は一切見られなかった.この変化が,季節的要因によるのか,環境の悪化によるのかは,さらなる研究が必要である.2)教育・啓発プログラムの開発と実践宮古島の湧水環境と生物の保全のための教育的活動として,宮古島市総合博物館にて一般対象の講演会を2度(平成19年9月15日と10月20日)行った.この講演会の様子は,宮古島の新聞とテレビに取り上げられた.また,平成19年8月19日には,小学校5年生を対象としてミヤコチスジノリの観察会を行った.これに先立ち,観察会実施のための教育普及プログラムの考案と資料の作成を行った.宮古の湧水環境を解説するための「写真紙芝居」,ミヤコチスジノリの解説シート(子供達に寄贈),宮古の湧水に生息するエビ・カニ類の図鑑シート(子供達に寄贈)を作成した.本研究では,宮古島の湧水に生息する宮古島固有のミヤコチスジノリとミヤコサワガニの保全を目的とし,1)ミヤコチスジノリとミヤコサワガニの生息状況および繁殖生態に開する調査研究と,2)湧水環境の教育啓発プログラムの開発と実践,を行った.1)ミヤコサワガニとミヤコチスジノリの生息状況および繁殖生態に関する調査研究ミヤコサワガニとミヤコチスジノリの保全のための基礎的情報を得ることを目的として,平成19年6月から平成20年3月まで,毎月1回宮古島において野外調査を行った.ミヤコサワガニの生息する3か所の湧水にて,個体数,性別,抱卵の有無を調べた.調査期間のすべての月において雌を確認したが,抱卵個体は1個体も確認できなかった.ただし8月に稚ガニを抱えている個体を確認した.ミヤコチスジノリは,湧水地のごく一部のみで生育が確認できた.藻体の長さを毎月記録したところ,8-9月は最大で4cmに達していたが,10月以降は確認できたすべての藻体が1cm以下になり,平成20年3月の調査時たは藻体自体を確認することが困難な状態であり,5mm以上の藻体は一切見られなかった.この変化が,季節的要因によるのか,環境の悪化によるのかは,さらなる研究が必要である.2)教育・啓発プログラムの開発と実践宮古島の湧水環境と生物の保全のための教育的活動として,宮古島市総合博物館にて一般対象の講演会を2度(平成19年9月15日と10月20日)行った.この講演会の様子は,宮古島の新聞とテレビに取り上げられた.また,平成19年8月19日には,小学校5年生を対象としてミヤコチスジノリの観察会を行った.これに先立ち,観察会実施のための教育普及プログラムの考案と資料の作成を行った.宮古の湧水環境を解説するための「写真紙芝居」,ミヤコチスジノリの解説シート(子供達に寄贈),宮古の湧水に生息するエビ・カニ類の図鑑シート(子供達に寄贈)を作成した.
内リンパ藻に関する電気生理学的および形態学的研究

(電気生理学的研究)モルモットの内リンパ藻中間部上皮細胞からバッチクランブ法を用いてホールセル電流を記録した。外向き電流が記録され、脱分極により活性化された。大部分は遅延整流の特徴を示しており、テ-ルカレントの電流電圧曲線から得られる遅延電位は細胞外のカリウム濃度により、直線的に変化した。このことから、この外向き電流はカリウム電流と考えられ、この電流が内リンパ藻上皮のカリウムイオン輸送に多きな役割を演じていることが考えられる。(形態学的研究)1)モルモットの内リンパ藻内に直接、HRPを注入する方法により、内リンパ藻上皮における高分子物資輸送の観察を行った。内リンパ藻中間部上皮細胞にはHRPをよく取込む細胞と取込まない細胞が存在した。HRPを取込む細胞では注入後8時間でピークに達し、以後、減少した。近位部上皮細胞はHRPを全く取込まなかったが、遠位部上皮細胞はHRPを取込み、その速度は中間部上皮細胞より遅かった。HRPは上皮細胞間隔を通過しなかった。以上より、内リンパ藻上皮は中間部と遠位部において高分子物質の輸送が行われていると考えられる。2)モルモット・マウスの内リンパ藻上皮において、炭酸脱水酵素を免疫組織学的に固定した。内リンパ藻中間部と遠位部の上皮細胞に炭酸脱水酵素の活性がみられたが、近位部の上皮細胞では全く、認められなかった。炭酸脱水酵素は内リンパ藻の中間部と遠位部において、重要な役割を演じていると推測される。(電気生理学的研究)われわれの以前の研究から内リンパ嚢直流電位は他の内耳の直流電位とは異なり、炭酸脱水酵素阻害剤であるアセタゾラマイドや、ホルモンのカテコールアミンにより変化することがわかった。これらの薬物がどのようなイオン輸送を変化させるかを知るため、薬物による内リンパ嚢のイオンの変化をイオン電極を用いて調べた。アセタゾラマイド、カテコールアミン投与により内リンパ嚢直流電位の低下に伴い、ナトリウムイオンの上昇を認めたが、カリウムイオンは変化しなかった。このことからナトリウムイオン輸送がこれらの薬物による内リンパ嚢直流電位の変化に関与していることが考えられる。(形態学的研究)われわれは今までに内リンパ嚢上皮細胞の高分子物質輸送について調べてきた。高分子物質輸送を時間的な面から検討するため、内リンパ嚢直流電位をモニターしながら電極から直接、トレーサーを注入する方法を開発し、経時的に内リンパ嚢上皮細胞の高分子物質輸送を観察した。内リンパ嚢中間部上皮細胞には高分子物質の取り込みの盛んな細胞と全く、取り込みをしない細胞が存在し、近位部上皮細胞は高分子物質の取り込みは全くせず、遠位部上皮細胞は中間部上皮細胞にくらべて、高分子物質の取り込みは少しおくれるが、取り込みは同様に盛んであることがわかった。以上より、内リンパ嚢における高分子物質輸送には中間部上皮細胞、遠位部上皮細胞が大きな役割を演じていると考えられる。
学習困難児の脳内機序に基づく支援教材の開発とそれを用いた支援システムの構築

本年度は、最終年度であり、本研究課題のまとめとして、作成した学習支援課題の実行と学校との学習支援の連携について行ってきた。本研究の成果として、学習支援課題の効果というものがあげられるが、他にも学校に介入した大きな成果として、学校現場の教員の意識が少しずつ変化してきたということがあげられる。また、それに伴い、学習障害の児童生徒の読み書きに直接的に関わる指導だけではなく、代替するという意識も向上してきている。具体的には、漢字テストで、漢字を書くことが難しいため、選択式の問題に代替するといったことや、読みが難しい生徒に対しては、タブレットの音声読み上げ機能を授業やテスト場面で使うことを許可したり、また書きの苦手な児童に対し、作文を書く際にタブレットでタイピングを利用して書くことを許可するなどといったことである。学習支援課題により、ある程度までその生徒の力を伸ばすことはできても、やはり授業のスピードについていくことは難しい児童生徒が多い。よって、学校現場の教員の上記のような配慮は今後、広く普及していくと考えられる。また、本研究で、学校と連携していく中で浮かび上がってきた問題として、日本語の読み書きだけでなく、英語の読み書きにおいても、一定数の生徒が困難さを抱えている可能性が示唆されている。日本の中学生において英語の読み書きに困難がある生徒は一定数おり、中でも英語のスペリングに特異的な難しさがある生徒も在席していることが明らかになっている。今後は、本研究課題の結果を社会に還元していくとともに、新たな課題として、日本語の読み書き場面だけでなく、英語の学習場面の支援方法についても、包括的に検討していきたい。研究は順調に進み、研究で得られた知見を、既に複数の学校の生徒や教員に還元し、その手応えも得られてきている。今後の推進方策としては、本研究で得られた研究結果と知見を、積極的に学校教育現場に還元することに力を入れていきたいと考えている。読み書きが困難な児童の認知機能を明らかにするために、今年度は、音韻処理などに関する基礎的なデータと、支援を中心とした臨床データの両方を収集及び分析した。また、二次障害に結びつく可能性を含む行動面及び精神面の評価も行った。基礎的な研究においては、読み書き困難児における音韻処理の特徴について調べた。日本語の読み書き困難児は、音韻処理場面では難しさが検出しにくいと言われていたが、本研究では音韻処理のスピードに着目して、その困難さを明らかにしつつある。本研究により、読み書きに困難さがあるかどうかを判断する際これまでより簡易に、且つ迅速に評価することが可能になると示唆される。読み書きの学習支援においては、約40組の児童及びその保護者を対象に、学習面の支援を行ってきた。一人一人異なる特徴をもつ児童らの読み書きをどのように支援していくかについて、それぞれ丁寧に分析し、独自に開発した課題等を用いて支援を行った。トレーニングで効果が得られやすい部分とそうではない部分があるということはこれまでの先行研究で明らかになっており、そうではない部分については支援機器などの代替手段を用い、学習全般を支援できるような体制を整えることについて研究を進めている。行動面及び精神面の評価においては、読み書き困難児の母親を対象に、「子どもの行動チェックリストCBCL/4-18」を用いて評価を行った。その結果、読み書きが困難な児童は、攻撃的行動や、不安抑うつ傾向が高いという結果が得られた。更に、読み書きが困難であるということに気付かれないなどで、中学生になるまで適切な支援を受けられずにいたケースでは、その傾向が高まるということも示唆された。本年度は、読み書き障害の認知特性について、これまでの音韻処理などに加え、英語学習の側面から検討した。近年、中学校に入学後、英語学習につまずき相談に来るケースが増加傾向にある。相談としては、小学校の英語の授業では、特に読み書きは重視されることがなかったため楽しく学習できていたが、中学校に入学し英語学習に読み書きが導入されることに伴い、困難さを感じるようになったというケースの相談がほとんどである。つまり、英語に困難さを感じている生徒数としては、小学校の頃から読み書きに困難のある児童に加え、中学生になり新規に困難さに気づく生徒も出てきている可能性が考えられる。実状を調査するため、中学校3校に協力をお願いし、合計587名の生徒に対し、英語の読み書きの様子及びつまずきの特徴について調べた。本研究より、これまでの既存の日本語での評価課題ではとらえにくかった、音韻処理の流暢性と正確性の部分の困難を、英語で調査することによりとらえることができ、且つ一定数の日本人がその部分に困難さを持ち合わせている可能性が明らかになった。この結果は、これまでの認知機能研究でいわれていた、日本人の場合、音韻処理のみの困難さが読み書きの困難さの直接の原因になることは少ないという仮説を覆す結果となった。本研究より、英語学習において、小学校の頃にはわからなかった、読み書き特有の困難さを抱える生徒が、中学校には一定数在籍していることが明らかになり、今後の支援につなげていくための大きな一歩となったと考えている。読み書きの学習支援においては、約100組の児童及びその保護者を対象に、子どもの学習のつまずきの評価と学習支援ツールの提案を行ってきた。学習支援につながるツールを提案することで、子どもの学習環境が安定してきている。独力で読み書きをしながら学習を進めて行くことと、支援ツールを用いて学習していくことによる効果を今後学習面と脳機能面の両面から検討していきたいと考えている。

本年度は、読み書き障害を伴う児童の認知特性に関する実験研究を行うとともに、学校現場で読み書きに困難を示す児童について、これまでの研究で得られた知見を活かした支援を行ってきた。これまで、認知特性と脳機能の二つの側面から、適切な学習支援方法について検討してきた。個々の特性に合わせたトレーニングは、一定の効果は認められるものの、授業の読み書きの速度に対応できるほどの即効性は望めないケースが多い。一方で授業は毎日進んでいくため、個人の力だけに頼っていると、授業に遅れをとってしまうということが、徐々に明らかになってきた。学校の授業での学習を補助する方法の一つに、タブレットなどを用いた代替手段があるが、テスト場面にてその効果を検証した。タブレットを用いて読み書きを代替した環境下でのテストと、紙と鉛筆で取り組んだ際のテストの結果を比較したところ、読み書きを代替することで偏差値が20以上上がる生徒もいた。どの生徒も、認知特性から読み書きに困難を示すことが明らかであった生徒で、そのような生徒に対して、読み書きを代替することは、彼らが学校において円滑に学習を進めるための強力な補助となるということが示唆された。このような研究結果をもとに、学校の教員に対して、タブレットなどを用いた支援方法について説明し、子どもの支援につなげる実践を行ってきた。また、日本語の読み書きだけでなく、英語の読み書きにおいても、一定数の生徒が困難さを抱えている可能性が示唆されている。日本の中学生において英語の読み書きに困難がある生徒は16.3%おり、中でも英語のスペリングに特異的な難しさがある生徒は4.2%いる(日本LD学会第22回大会で発表)ことが本研究で明らかになっている。今後は、日本語の読み書き場面だけでなく、英語の学習場面の支援方法についても、包括的に検討していきたい。本年度は、最終年度であり、本研究課題のまとめとして、作成した学習支援課題の実行と学校との学習支援の連携について行ってきた。本研究の成果として、学習支援課題の効果というものがあげられるが、他にも学校に介入した大きな成果として、学校現場の教員の意識が少しずつ変化してきたということがあげられる。また、それに伴い、学習障害の児童生徒の読み書きに直接的に関わる指導だけではなく、代替するという意識も向上してきている。具体的には、漢字テストで、漢字を書くことが難しいため、選択式の問題に代替するといったことや、読みが難しい生徒に対しては、タブレットの音声読み上げ機能を授業やテスト場面で使うことを許可したり、また書きの苦手な児童に対し、作文を書く際にタブレットでタイピングを利用して書くことを許可するなどといったことである。学習支援課題により、ある程度までその生徒の力を伸ばすことはできても、やはり授業のスピードについていくことは難しい児童生徒が多い。よって、学校現場の教員の上記のような配慮は今後、広く普及していくと考えられる。また、本研究で、学校と連携していく中で浮かび上がってきた問題として、日本語の読み書きだけでなく、英語の読み書きにおいても、一定数の生徒が困難さを抱えている可能性が示唆されている。
摂食量の調節と自発運動の相互作用

一定の時間内にだけ摂食可能なラットは、その給餌時間の前に回転カゴの回転数が増える。しかし我々は餌を高脂肪食に変更すると、この自発運動の増加が消える事を発見した。制限時間内の摂取カロリー量は、高脂肪食の方が大きいから、この自発運動は餌を求める行動であるとする従来の考えと矛盾する。この現象を手がかりに、ラットの自発行動と摂食量の関係を解明する予定であったが、現大学へ移動後この現象が再現できず、本格的な実験に入れなかった。しかし回転カゴと摂食量自動測定装置を両方備えたケージを用いた結果、この自発運動量の増加に、人が摂食量を測定する事に関連した条件反射の成分が大きい事がわかった。平成24年に所属する大学が変わり、今の大学で新たに研究室を作った。新しい研究室で、以前の大学で行って、本研究の研究対象である2つの現象を再現してみた。A)ラットに昼の一定期間だけ摂食を許すと(制限給餌)、エネルギーバランスは負であるにもかかわらず、給餌時間の前に食物を探し求める自発運動が亢進する。餌を通常のものから高脂肪食に替えると、摂食量は増加するにもかかわらず、給餌時間前の回転カゴ運動は無くなってしまう。B)回転カゴでの回転を許可して、ラットの自発運動が増加すると、消費エネルギーが増加するにもかかわらず、摂食量(特に高脂肪食の)は減少する、という現象である。ところが今の研究室では、A、Bの現象とも、以前の研究室での結果と比べて、減弱していて予定した次のステップに進むには、心配な結果であった。そこで前の研究室と新しい研究室で、結果が異なる原因を明らかにしてから、先に進むことにした。まず、検討したのが回転ケージの形状の違いである。前の研究室で使っていた回転ケージは、回転カゴへ入る口に扉があって、その扉を閉めると、ラットは回転カゴに接触できない構造であった。このタイプの回転ケージは製造中止で、今の研究室の回転カゴでは、回転カゴが回転できないようにしても、ラットは回転ケージの中に入って、内面を上り下りすることができる。その違いが運動量の差となって、実験結果の違いに表れたのではないかと考えた。そこで、回転ケージの全面を覆ってしまう遮蔽板を作って、回転禁止の状態では、ラットが回転ケージに接触できないようにして実験したが、結果は同じであった。以前に所属していた大学での研究結果に基づいて科研費を申請して、現在の職場に移ってから研究を始めたところ、以前の結果が再現できなかった。具体的には、A)ラットに昼の一定時間だけ摂食を許すと(制限給餌)、エネルギーバランスは負であるにもかかわらず、給餌時間の前に食物を探し求める自発運動が亢進する。しかし餌を通常のものから高脂肪食に替えると、摂食量は増加するにもかかわらず、給餌時間前の回転カゴ運動の亢進は無くなってしまう。今年度はその以前の結果が再現できない理由を明らかにしようとして、1)餌を以前と同じ物に変更した、2)以前と同じ回転カゴ付きのケージは販売していなかったので、現在使用中の物より、以前のカゴに近いタイプの回転カゴに変更した、3)ラット飼育室の温度を変更した、4)ラットの系統を替えた。しかし、いずれの変更によっても以前の結果は再現できなかった。この研究を開始してから2年間ほどの間、解明を目指した現象そのものが再現できなくて苦労した。夜行性のラットに、昼の2時間だけ摂食させる(制限給餌)と、制限給餌の前2ー3時間に回転カゴ運動が亢進する。制限給餌によって体重が減少しているにもかかわらず、運動量が増加するのは、餌を求めるためであるとされてきた。しかし、我々の以前の実験結果では、制限給餌の際に与える餌を、普通の餌から高脂肪食に変更すると、制限時前の運動量増加が見られなくなることを見いだした。この現象が現在の短期大学へ移動してから再現できなくなってしまった。ケージを作り変えたり、餌を変えたり、床敷き用の金網を入れたり、色々試してみたが上手くいかなかった。それが、今年になってから、再現可能になった。なぜ今まで再現できなかったことが、今年になってから再現できるようになったのかは、今後じっくり検討する価値があるが、先ずは計画書に書いた通りの実験を進めていく予定である。また、上記の事情から実験計画を一部変更して、摂食行動を詳しく解析するために、回転カゴと自動摂食量測定装置を一体化した機器を作成してもらった。その測定器が昨年末に完成したので、ラットを用いて、実験を開始した。当初は何かとトラブルがあったが、最近になって安定してデータが得られるようになってきた。この新しい装置を用いて、自由摂食の状態から制限給餌へ移行した際、制限給餌の際の餌を通常の餌から高脂肪食に変更した際の、摂食量と運動量の関係を詳しく調べる予定である。研究実績の概要に書いたように、本研究が遅れてしまった最大の理由は、解明を目指した現象そのものが再現できなくなったことである。この研究課題で明らかにしようとした課題は、A)

ラットに昼の一定時間だけ摂食を許すと(制限給餌)、エネルギーバランスは負であるにもかかわらず、給餌時間の前に自発運動(回転カゴ運動)が亢進する。しかし餌を通常のものから高脂肪食に替えると、摂食量が増加するにもかかわらず給餌時間前の回転カゴ運動の亢進は無くなってしまう。B)回転カゴでの回転を許可して、ラットの自発運動が増加すると、消費エネルギーが増加するにもかかわらす、摂食量(特に高脂肪食の)が減少するのは、どのような仕組みによるかであった。しかし所属する大学が変わって、新しく整備した動物実験室では、A)の現象が再現できなかった。その理由を明らかにするために、1)与える餌を以前の物と同じにした、2)以前と同じ回転カゴ付きケージは販売していなかったので、現在使用中の物より、以前のカゴに近いタイプの回転カゴにした、3)ラット飼育室の温度を変更した、4)ラットの系統を変えた、5)床敷き様に金網をいれた。このいずれの変更によっても、以前の結果が長い間再現できなかった。しかし実験開始3年目になって、突然A)の現象が再現できるようになった。以上の理由により、思うような実験結果が得られなかったが、A)の現象が再現できなかった理由が明らかにできれば、摂食量と自発運動の相互関係を解明する上で、貴重な手がかりが得られると考えられる。またこの研究をしている間に、制限給餌時刻の前の自発運動の亢進には、餌の量を測定することを学習するためのものが含まれていることが明らかになった。そこで、科学研究費補助金を使って、摂食量自動測定装置に回転カゴを取り付けた新しい装置を作成して貰うことができた。今後はこの装置を使って、A)、B)の場合に限らず、絶食や性周期に伴う自発運動量の変動の際の、摂食のパターンを詳しく調べたいと思っている。一定の時間内にだけ摂食可能なラットは、その給餌時間の前に回転カゴの回転数が増える。しかし我々は餌を高脂肪食に変更すると、この自発運動の増加が消える事を発見した。制限時間内の摂取カロリー量は、高脂肪食の方が大きいから、この自発運動は餌を求める行動であるとする従来の考えと矛盾する。この現象を手がかりに、ラットの自発行動と摂食量の関係を解明する予定であったが、現大学へ移動後この現象が再現できず、本格的な実験に入れなかった。しかし回転カゴと摂食量自動測定装置を両方備えたケージを用いた結果、この自発運動量の増加に、人が摂食量を測定する事に関連した条件反射の成分が大きい事がわかった。科研費の申請に書いた、以前に所属していた大学で行った実験結果が、本学では再現できないことに尽きる。研究実績の概要に書いたように、制限給餌の前2-3時間の間に、回転カゴ運動が亢進するが、餌を普通の餌から高脂肪食に替えると、この自発運動が消失するという現象が起きる仕組みを明らかにする。また摂食量と回転カゴ運動を同時に自動的に測定するケージを用いて、両者の関係を詳細に検討するつもりである。生理学以前の実験結果が再現できない理由を追及する。具体的には使用しているラットが老齢化したためである可能性を調べるために、若いラットで実験してみる。その他考えられる以前の実験条件との違いを再検討してみる。摂食量に関しては、今までは1時間から24時間単位の摂食量について検討していたが、自動摂食量装置を導入したので、上述のA)とB)の実験条件で、より詳細な摂食パターンを検討する。研究実績に書いたように、以前の研究室で得られた実験結果が、新しく整備した現在の実験室では、十分に再現できていないので、研究を先に進めることができない。計画書通りに実験が進まなかった。
ショウジョウバエ脳における高次神経構造構築機構の分子遺伝学的解析

脳形成は、細胞生成、軸索誘導、神経層形成等の多段階からなる過程である。ショウジョウバエの脳は、ヒト脳に比べて遥かに単純であるが、その形成は脊椎動物と共通の遺伝的プログラムに支配されている。本研究では、ショウジョウバエの代表的な脳構造であるキノコ体と触角葉をモデルに、高次構造形成機構の分子遺伝学的解析を行った。これにより、ホメオドメインタンパク質等の転写制御に加え、細胞内輸送因子による新たな形成制御機構を明らかにした。我々はこれまでに、キノコ体の形成と可塑性を支える遺伝子網の理解を目的に、マイクロアレーによる発現遺伝子の体系的解析を行い,さらに、キノコ体特異的RNAiにより神経構造に異常を誘起する遺伝子を多数選別してきた。20年度はこれらの中で特に顕著な異常を示すHr46遺伝子についてMARCM神経モザイク解析を継続し、キノコ体神経幹細胞の経時的特異性の維持に重要な役割を果たすことを明らかにした。一方、ショウジョウバエの脳の代表的高次神経構造であり、キノコ体の主要入力回路である触角葉投射神経についても分化制御遺伝子の同定と解析を推進した。投射神経はショウジョヴバエの嗅覚回路において、二次ニューロンとして機能し、嗅受容神経によって触角葉へ伝達された嗅覚情報を高次嗅覚中枢であるキノコ体と側方角へと伝達している。投射神経はそれぞれの種類ごとに触角葉の異なる領域へ樹上突起を投射するとともに、キノコ体の樹上突起構造である傘部に特異的な神経投射を示し、キノコ体樹上突起構造をキノコ体神経とともに協調的に形成している。発生過程でに触角葉で発現する遺伝子の探索により多数の遺伝子を同定した。これらのなかで、発生機能に大きな効果を持つ事が期待されたホメオボックスを持つ遺伝子め一つに着目し、解析を進めた。この遺伝子は発生過程と成虫の投射神経で強く発現しており、神経分化を制御している遺伝子である事が推測された。MARCM神経モザイク解析により、当該遺伝子の機能欠失により投射神経の樹状突起投射パターンに大きな異常が誘起される事が明らかとなった。さらに、キノコ体ならびに側方角への投射パターンを解析したところ、遺伝子機能欠失により軸索投射にも大きな異常が誘起される事が明らかとなった。この遺伝子と協調的に機能する遺伝子ならびに分化調節カスケードの中で下流に位置する遺伝子等の探索を継続している。キノコ体はショウジョウバエにおける学習、記憶の中枢として機能している。これまでに、キノコ体の形成と可塑性を支える遺伝子網の理解を目的に、マイクロアレーによる発現遺伝子の体系的解析を行い,キノコ体神経構造に異常を誘起する遺伝子について解析を行ってきた。21年度は、これらの中で特に幼虫期キノコ体の中心繊維で強い発現を示すunc-51遺伝子に焦点を当て、分子遺伝学的解析を行った。unc-51は、セリン・スレオニンキナーゼをコードする進化的に保存された重要な神経発現遺伝子の一つであり、脊椎動物においても神経形成機構に重要な役割を果たしていることが示唆されている。三齢幼虫の脳に対して抗体染色を行った結果、キノコ体軸索東の中心層でUNC-51タンバク質の強い発現が確認された。さらに、unc-51機能欠失変異体による解析により、UNC-51がキノコ体神経軸索の束形成や樹状突起伸長を制御する事を発見した。加えて、胚の腹部神経節々成虫の触角葉投射神経においても同様な神経形成異常を観察する事ができた。さらに、unc-51変異体では、Fas II, Synaptotagmin, Rab5, LAMPなど様々な分子の細胞内局在に異常がある事が明らかになった。一方、樹状突起に優先的に局在する神経接着因子Dscamの局在には野生型とunc-51変異体とで変化はなく、微小菅の方向性についても、野生型とunc-51変異体とで相違は詰められなかった。以上の結果は、UNC-51が軸索輸送の制御に重要な機能を待つ事を明らかにするのみならず、キノコ体神経細胞をはじめとする様々な神経細胞においても、細胞内分子の輸送と神経突起形成に重要な機能を有していることを明らかにするものである。UNC-51はヒトやマウスにも保存されており、本研究結果は、unc-51が脳の神経回路形成に必須の機能を待つ事を示すものであり、ショウジョウバエにおけるunc-51依存的なシグナルカスケードの更なる分子遺伝学的解析によって、脳の形成と機能の理解に重要な手がかりを与えるものと期待される。我々はこれまでに、脳における高次構造構築過程を制御する分子機構の理解のために、ショウジョウバエを材料として解析を行ってきた。とりわけ、学習・記憶をはじめとする高次神経機能の中枢であるキノコ体と、キノコ体の主要入力回路である触角葉投射神経について解析を行ってきた。

unc-51は、セリン・スレオニンキナーゼをコードする進化的に保存された重要な神経発現遺伝子の一つであり、幼虫期キノコ体の中心繊維で強い発現を示す。これまでに我々は、UNC-51がアダプタータンパク質のリン酸化により、神経細胞における軸索輸送を制御している事を報告してきた。unc-51変異体は、キノコ体神経軸索と樹状突起伸長に顕著な異常を起こす。本年度は、unc-51遺伝子とさまざまな遺伝子との2重変異体の遺伝学的解析により、キノコ体形成においてunc-51がキネシン軽鎖遺伝子と顕著な相互作用をする事、また、unc-51変異体が示すキノコ体形成異常の多くが、unc-51とキネシン軽鎖遺伝子の2重変異体において再現される事を明らかにし、unc-51がキノコ体において軸索誘導と突起形成を制御するシグナル分子の軸索輸送に必須の機能を有する事を明らかにした。また、進化的に保存されたホメオボックス遺伝子であるhomothoraxが、触角葉投射神経で発現することを明らかにし、homothoraxが側方神経芽細胞の分裂と維持に必須であること、さらに、背側投射神経の正確な樹状突起投射パターンの形成に重要な機能を持つ事を明らかにした。これらの遺伝子はヒトやマウスにも保存されており、本研究結果は、これらの因子が脳の高次構造形成に必須の機能を待つ事を示すものであり、ショウジョウバエにおける更なる分子遺伝学的解析によって、ヒト脳の形成と機能の理解に重要な手がかりを与えるものと期待される。