hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水素ラジカルCVD法によるznse,zns薄膜結晶の低温成長

II-VI族化合物半導体の電子デバイス応用に不可欠な不純物添加による価電子制御を可能にする目的で, ZnSe結晶を例として,その低温結晶成長技術を開発するための基礎的研究を行った.原料としてはジエチル亜鉛,ジエチルセレンの有機金属化合物を用い,申請者らの提案した,原子状水素の強い還元力と,金属等の諸元素と低温分解性の水素化合物形成能を利用した「HR-CVD法」(Hydrogen Radical enhanced CVD)を適用した.原子状水素,及びジエチルセレンはマイクロ波プラズマで生成,あるいは分解し,ジエチル亜鉛は原子状水素との気相中での衝突により一部分解し,反応前駆体を生成する.これらの化学活性の高い前駆体は基板上で擬似平衡を形成し,その結果, 200°C程度の極めて低い基板上でZnSe結晶成長が可能になった.得られる結晶形は,用いる基板により異なり,非晶質ガラス基板上では, (III)方向に配向した多結晶が得られ,この膜は高抵抗,高光伝導性を示す良質膜で今後応用が期待できる.一方, GaAs(100)基板上へ堆積すると,均質性の高いヘテロエピタキシャル膜が得られた. 200°C基板上でこのような良質の単結晶薄膜が得られたことはこれまでに例を見ないので,今後の進展に期待が持たれる.低温成膜法としてのHR-CVD法が確立されたので,所期の目的である価電子制御の可能性に対する予備的実験を行い, N型においてはZnSe:Alで室温における伝導度, 10^<-1>S/cm,活性化エネルギー0.1eVが得られることを確認した.また, P型に関してはPH_3をドーパントとし, ZnSe:Pの作製を試みたところ,活性化エネルギー0.5eV,伝導度10^<-5>S/cmの膜が得られた.したがって,さらに作製条件の最適化によって,高品質膜を得ることが期待される.II-VI族化合物半導体の電子デバイス応用に不可欠な不純物添加による価電子制御を可能にする目的で, ZnSe結晶を例として,その低温結晶成長技術を開発するための基礎的研究を行った.原料としてはジエチル亜鉛,ジエチルセレンの有機金属化合物を用い,申請者らの提案した,原子状水素の強い還元力と,金属等の諸元素と低温分解性の水素化合物形成能を利用した「HR-CVD法」(Hydrogen Radical enhanced CVD)を適用した.原子状水素,及びジエチルセレンはマイクロ波プラズマで生成,あるいは分解し,ジエチル亜鉛は原子状水素との気相中での衝突により一部分解し,反応前駆体を生成する.これらの化学活性の高い前駆体は基板上で擬似平衡を形成し,その結果, 200°C程度の極めて低い基板上でZnSe結晶成長が可能になった.得られる結晶形は,用いる基板により異なり,非晶質ガラス基板上では, (III)方向に配向した多結晶が得られ,この膜は高抵抗,高光伝導性を示す良質膜で今後応用が期待できる.一方, GaAs(100)基板上へ堆積すると,均質性の高いヘテロエピタキシャル膜が得られた. 200°C基板上でこのような良質の単結晶薄膜が得られたことはこれまでに例を見ないので,今後の進展に期待が持たれる.低温成膜法としてのHR-CVD法が確立されたので,所期の目的である価電子制御の可能性に対する予備的実験を行い, N型においてはZnSe:Alで室温における伝導度, 10^<-1>S/cm,活性化エネルギー0.1eVが得られることを確認した.また, P型に関してはPH_3をドーパントとし, ZnSe:Pの作製を試みたところ,活性化エネルギー0.5eV,伝導度10^<-5>S/cmの膜が得られた.したがって,さらに作製条件の最適化によって,高品質膜を得ることが期待される.
iPS細胞由来ニューロンでみられる異常タンパク凝集に依存しない早期病態の解明

(1)変異AR凝集体形成に依存しない早期病態に関与する病態関連分子の同定SBMA疾患特異的iPS細胞を運動ニューロンへと分化誘導し、早期の病態変化を再現する疾患モデルを作製した。このモデルを用いたトランスクリプトーム解析により、複数の早期病態関連分子を同定した。同定した分子群は、モデルマウス脊髄でも同様の発現変化を示し、また複数の患者由来運動ニューロンにおいて同様の発現変化を示した。さらに、ストレス負荷により患者由来運動ニューロンにおける発現変化が増強したこと、これらの分子が健常者由来運動ニューロンにおける表現型を再現したことから、SBMAの病態への関与が示唆された。現在、患者iPS細胞由来運動ニューロンにおけるノックダウンや、同定した分子の下流シグナルの阻害剤によるレスキュー実験を進めており、早期の分子病態の解明を進めるとともに、治療標的としての意義を検討している。(2)早期病態を標的としたバイオマーカーの探索同定した早期病態関連分子に着目し、SBMAの早期病態や治療効果の指標となり得る新たなバイオマーカーの探索を進めている。今後、患者検体を用いた解析を進めていく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)SBMA患者由来運動ニューロンを用いた早期病態モデルの構築これまでに30-40歳代のSBMA男性患者4例、および同年代の男性健常者3例の皮膚線維芽細胞から疾患特異的iPS細胞を樹立し、運動ニューロンへと分化誘導して病態解析を進めてきたが、捉えられる変化が小さく、病態を検出しにくかった。そこで、ニューロンの成熟を促進する培養法を開発し、この方法で培養を行ったところ、SBMA患者由来運動ニューロンにおいて、変異AR凝集体形成は観察されなかったが、早期病態に関与すると考えられる分子変化が捉えられ、変異AR凝集体形成前の早期病態が再現されたと考えられた。(2)変異AR凝集体形成前の早期病態関連分子の同定SBMA疾患特異的iPS細胞から誘導した運動ニューロンによる早期病態モデルにおいて、マイクロアレイを用いた遺伝子発現解析を行った。また、HB9e438::Venusレンチウイルスレポーターの発現を指標に運動ニューロンを濃縮・純化し、RNAseqを行った。これらの結果を、これまでに公開されているSBMAモデルマウスの脊髄におけるマイクロアレイ解析の結果と比較検討したところ、SBMA患者由来運動ニューロンにおいて早期より発現変化する病態関連分子を複数同定した。また、これらの分子が、脊髄運動ニューロンで高発現すること、またSBMAモデルマウスで早期より発現変化していることを確認できたことから、現在、患者および健常者iPS細胞由来運動ニューロンを用いて、同定した分子の機能解析を進めている。神経変性疾患の疾患特異的iPS細胞を用いた早期病態モデルを構築し、異常タンパク凝集体形成前の早期病態を再現することに成功している。また、トランスクリプトーム解析により、早期病態関連分子の同定、解析へと進んでおり、おおむね順調に進んでいると考えられる。同定した早期病態関連分子の機能解析を進めることで病態への関与を明らかにする。また、これまでに同定している病態促進因子が早期病態にどのように関与するかも検討していく予定である。
TOEFLの評価基準設定に関する研究

177名の学生のエッセイを分析し、一番エラーの多かったのは冠詞で、一番エラーの少なかった項目は量をあらわす単語でした。Contentの問題は単語、文脈がすべて曖昧であり、事例が弱く、結論も曖昧で、出題問題に対して適格に応えていないということでした。Organizationの問題はパラグラフが非常に短いし、時には1文章しかありませんでした。トピックセンテンスがありませんでした。Structureにおける問題は基本的な文型を使った文章にはなっていませんでした。Word Usageの問題は冠詞、単数形/複数形等がもっとも多かった。VerbsではConcretな動詞ではなく曖昧な動詞を使ったり、時制も誤りが多かった。研究結果:(1)データ収集:(米国人)TOEFL試験は英語を母国語とする国へ留学を希望している世界中の希望者が受験するので、まず、米国の4大学(Eastern Natharen College, Central Methodist College, Concordia University, the University of Hawaii)の大学1年生と米国のミシガン大学の博士課程で学んでいる大学院生にTOEFLに出題される(すべてトピックのサンプル問題が申し込み冊子に記載されている)トピックで実際に25分間使い書いてもらった。校正と評価は各大学の担当教員にしてもらった。これは、米国人がいつもTOEFLの模範解答をするとは考えられないので、実際のアウトプットを検証するためであった。合計250人分のライテイングデータを収集できた。(2)データ収集:(日本人)研究者(村川)が指導している会津大学の留学希望者及び駿台外語綜合学院で講座を取っているビジネスマンに同じ50題のトピックを実際に書いもらった。ライテイングの結果を研究者(Cummings, Gillespie, Lambacher)が修正及び校正をした。合計150名分のデータを収集できた。(3)データ入力:すでに、米国人と日本人の校正後のデータを収集し、入力済みである。平成16年度は校正後のデータをまず分析し、誤りを種類別に区分する:1)出題テーマにそった解答をしているかどうか。2)序論、本論、結論の妥当性3)意題テーマにそった解答をしているかどうか。2)序論、本論、結論の妥当性3)意味論的な誤り4)文法的な誤り5)ライテイングの長さ6)語彙数7)語彙の難易度その他ありとあらゆる英語の間違いを分類後、研究者(浅井)がデータベースを構築し、保存する予定である。それから評価基準を設定し、効果的な指導方法を確立する予定である。平成16年度はTOEFLのテストのライテイングのセクションに出題されるトピックを合計1308名の日本人に書いてもらいました。1トピックに対して合計30分(5分間で構想を練り、25分で書き上げ)与え、ほとんど手書き(TOEFLは手書きでもPCのどちらを使用してもよい)で提出されました。そのデータをすべて校正するのにほとんど時間を費やしました。TOEFLテストで要求されていることは、出題分に対して出題文を理解し、それに対して妥当な応答をしているかどうかが試される試験です。ほとんど受験者の意見に対して、理由を3つぐらい、それに事例をそれぞれつけなければなりません。さらに、序論、本論、結論をまとめる試験です。校正中に研究代表者も研究分担者も認識したことは、英語で書く前段階として必要なアイデアがほとんどないということでした。日本語で考えられないことは英語でまとめることはほとんど不可能であり、今回の日本人のライターは社会人でしたが、TOEFLの得点(1-最低、6-最高)で満点といかなくても、5.5点ぐらいを取得できるまでにはほど遠い認識を持ちました。英文校正は1308名全部終了しましたが、分類別にするのは次年度に繰り越し、今年度は膨大な英文の誤りをハンドライテイングをワープロに打ち直しデータベースに蓄積しました。1名のTWEのライテイングの誤りが、少なくとも50箇所以上あり、特に副詞節をともなう、長い文章ではエラーの入力が複雑になってしまいました。
一酸化窒素による冠血管・肺血管内皮細胞での虚血再潅流障害抑制機序の解明

ラット胎児由来の心筋細胞を用い、培養液中に予めL-arginineを添加し、無酸素状態に置いた後、酸素化培養液で置換する模擬再灌流状態を作成し実験を行った。L-arginineを各濃度に分けた投与群とL-arginine無投与のcontrol群に分け特殊チャンバー下での90分間の虚血(PaO^2 0mmHg、PaCO^2 40mmHg)、30分間の再灌流(PaO^2 150mmHg、PaCO^2 40mmHg)を行った。細胞障害の検索は心筋細胞内へのtrypan blue uptake率を測定した結果、control群に比べL-arginineを投与した群でL-arginine 3mMol/L投与の群ではcontrol群比べ、有意(P<0.05)の心筋細胞障害率の低下傾向を認め、L-arginineを虚血前に投与すると心筋細胞保護効果を有することが明らかになった。再酸素化は一酸化窒素合成酵素の活性化を高める働きがあり、この結果、L-arginineから、一酸化窒素の生成が促進することも判明した。またL-arginineの虚血前投与群と再灌流前投与群に別け、心筋細胞保護効果を比較した。一酸化窒素測定装置(WPI社製ISO-NO Mark II)でL-arginineの3mMol/L投与での細胞培養液中の一酸化窒素濃度、細胞内cGMP濃度を測定した処、control群と比べ、約23倍と有意に高値を示した。NO合成酵素阻害剤NG-nitro-L-arginine methyl ester L-NAME(100μmol/l)をL-arginineの3mMol/L群に付加した処、control群と差異を認めなかった。以上より、L-arginineの3mMol/L群での心筋細胞保護効果は細胞内cGMP濃度を上昇させること、NO-cGMP-dependent pathwayを通じて行われていることが判明した。ラット胎児から採取した培養細胞を用い、培養液中に予めl-arginineを添加し特殊チャンバーで一定期間、無酸素状態に置いた後、酸素化培養液で置換するといった模擬再灌流状態を作成した。継代培養の心筋細胞を材料としてHypoxanthineにXanthine Oxidaseを加えるフリーラジカル産生モデルを作成し、心筋細胞が90%以上死滅するまでの時間および細胞死滅時間/心筋細胞数の測定を行った。各濃度のL-arginineを予め投与した結果、control群に比べ投与した群では心筋細胞死滅時間の延長がみられ、とくに0.5mMol/L投与群では心筋細胞の生存率が最も高値を示した。同様に心筋細胞を実験材料とし、L-arginineを各濃度に分けた投与群とL-arginine無投与のcontrol群に分け特殊チャンバー下での90分間虚血(PaO_2 0mmHg、PaCO_2 40mmHg)、再灌流(PaO_2 150mmHg、PaCO_2 40mmHg)を行った。心筋細胞障害の検索は心筋細胞内へのtrypan blue uptake率を測定した結果、control群に比べL-arginineを投与した群で心筋細胞障害率が低下傾向にあり、中でもL-arginine 3mMol/L投与の群ではcontrol群比べ、有意(P<0.05)の低下傾向を認め、L-arginineをFree Radical産生前或いは虚血前に投与すると心筋細胞保護効果があることが明らかになった。現在、一酸化窒素測定装置(WPI社製ISO-NO Mark II)を購入し、L-arginineの0.53mMol/L投与での細胞培養液中の一酸化窒素濃度測定を行っている。

以上より、L-arginineの3mMol/L群での心筋細胞保護効果は細胞内cGMP濃度を上昇させること、NO-cGMP-dependent pathwayを通じて行われていることが判明した。
継続性に着目した健康支援インタフェースの研究

本研究では,身体運動の機会創出および促進のために次の2つのアプローチから研究を行った.(1)公共空間における協調型運動促進システムの研究文部科学省は,子どもの運動不足の原因として「スポーツや外遊びに不可欠な要素(時間,空間,仲間)の減少」を挙げている.本研究では,時間,空間,仲間が集まる要素を持っている「公共空間」に着目し,多くの人が集う公共空間(ショッピングモール,展示会など)で実施可能な協調型運動促進システムを設計した.公共空間は,多くの人が集うため,持ち合わせている時間や,年齢,体力が異なる.このような状況の異なる他者同士でも参加しやすい要素を含んだ運動システムを試作・実験し,実際に公共空間で実証実験を実施した.結果として,初対面の人同士が共に運動し,掛け声を掛け合ったり,他人に参加を促す様子などが観察され,公共空間での運動およびコミュニケーションを促進したことが確認された.スポーツは,チームメイトとのコミュニケーションやインタラクションが身体活動へのモチベーションに繋がる.しかし,ルールは固定的であるため経験や体力に差があるプレイヤー間にはレベル差が生じる.こういった場合,スコアやプレイヤー数を調節するといったハンディキャップが適応される場合があるが,適切なハンデの設定は難しい.本研究では,プレイヤーの心拍数を利用して,適切な運動強度でのプレイが可能なスポーツを提案する.本提案スポーツシステムでは,ペアで一方のプレイヤーの心拍数が適切な数値になるようにパートナーがsports fieldをデザインする.実験では,被験者がスポーツを楽しめたことと,レベルが適切であると感じたことが確認された.公共空間での実証実験では4歳の子どもや,車いすに乗ったプレイヤーも参加可能であることが観察された.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的である「継続的な健康活動のためのインタフェース研究」のために、平成25年度は以下の3点の研究を実施した。(1)日常生活での継続的な生活改善のための手法を模索するための研究(2)食生活改善のための調理支援研究(3)運動へのモチベーション支援研究(1)での研究成果を元に(2)および(3)のシステム設計を行った。以下にそれぞれの内容と成果を述べる。(3)は、丈夫な体づくりのための運動を支援する研究である。スポーツにVR(バーチャルリアリティ)技術を用いた2種類のシステムを構築し、ユーザに合わせたフィードバックを返すことで運動へのモチベーション維持を狙っている。本研究の成果は16^<th> International Conference on Human-Computer Interaction(フルペーパー、口頭発表)にて発表予定である。平成25年度は、論文4本(内3本フルペーパー)が採択され、実績を作ることができた。また、実験がうまく行かない研究もあったが、方向性を修正して成果に繋げることができた。平成26年度は25年度の後半に取りかかりはじめた身体の健康のための運動支援システムの開発を進め、実証実験を実施し、論文執筆をする。最終的にこれまでの研究成果をまとめ、論文誌および博士論文にまとめる予定である。
理科が役に立つ教科であることを実感できる化学（科学）実験教材の開発と実践

国立教育政策研究所の調査によると、児童・生徒から、理科は「自分のふだんの生活や社会に出て最も役に立たない教科」であると思われているようである。この現状を打開するため、著者の出前化学実験の実践で蓄積された成果(開発実験教材、実験演示法)を背景に、身の周りや身近な事柄と結び付いた内容で、理科が役に立つ教科であることを実感でき、理科学習に活用できるような、個別指導体験型の化学(科学)実験教材と指導法を開発した。開発したコンテンツで実践を行い、アンケートから実践を評価し、改善処置をすることを繰り返して実験教材と指導法を継続的に発展させ、最終的にCD付の化学教材実験集IIとして公表することができた。身の回りや身近なことがらと結びついた内容で,理科が役に立つ教科であることを実感でき,理科学習に活用できるような化学(科学)実験教材を開発し,開発したコンテンツで実践を行い,アンケートなどから実践を評価し,改善処置をすることを繰り返して実験教材と指導法を継続的に発展させ,完成させるのが本研究の目的である。2013年度は10日(回)の実践を行い,科学実験教材の開発・改善を行った。とりわけ,2012年度の佐久島小中学校,日間賀小学校への出前に引き続き,2013年度は篠島小学校へ生物発光関係の個別指導体験型の実験などを出前し,愛知県の全離島への出前実践を達成することができた。さらに篠島で夜間に発光生物ウミホタルの採集調査を行い,その生息を確認することができた。個別指導体験型の食品関係の教材実験としては,昨年度に引き続き,卒業研究テーマとして確実に成功するカルメ焼きの条件と実験方法を再検討し,実験講座用の指導法として完成させ,実践を行い,公表することができた。また,アルギン酸ビーズ関係の実験についても,卒業研究テーマとして検討した結果,さまざまな飲料でプチプチ感のある良好なビーズを調製する方法が明らかになった。今年度,レオロジーの観点から,各種飲料のアルギン酸ナトリウム溶液の粘度,および,それらから調製したビーズの圧縮試験の測定を依頼した。その結果,溶液の粘度とビーズのできやすさとの関係,およびビーズのプチプチ感について,測定で得られた粘度の実測値,および破断強度曲線などから,定量的に解釈する端緒を開くことができた。さらに,実験講座で実践可能な水あめづくりの実験法の検討にも着手し,実践の目処がついた。身の回りや身近なことがらと結びついた内容で,理科が役に立つ教科であることを実感でき,理科学習に活用できるような化学(科学)実験教材と指導法を開発し,開発したコンテンツで実践を行い,アンケートなどから実践を評価し,改善処置をすることを繰り返して実験教材と指導法を継続的に発展させ,完成させるのが本研究の目的である。2012年度は13日(回)の実践を行い,化学実験教材の開発・改善を行った。そのうち,とりわけ,2日(回)開催した名古屋市科学館愛知教育大学事業「科学的な考え方を学びながら楽しむ化学(科学)実験教室」〔(大人向き)(食品にはおいしさと化学がいっぱい!1ラムネ菓子作り2アルギン酸ビーズが作れる飲料の調査),(中学生向き)(アルコールロケットの作製と、よく飛ぶ燃料の注入量について考えてみよう!)〕では,個別指導体験型の実験教材の開発と指導を行い,これらのテーマの過去の実践の内容を大幅に改善した実験指導法を開発した。生物発光関係の個別指導体験型の実験も高校,および愛知県の離島の小中学校の実践で実施し,さらにチューンナップされた。食品関係の教材実験としては,卒業研究テーマとして確実に成功するカルメ焼きの条件と実験方法を検討し,ほぼ完成させることができた。中学校理科教員免許用の化学学生実験の授業として,近年行ってきた,身近なウィスキーを蒸留し,エタノールを分離する実験について,蒸留の原理から実験法,レポートの書き方指導までを含むマニュアルを論文として公表した。著者は,これまでの業績により,「化学教材実験法の開発と出前実験講座による化学教育への貢献」として,2013年3月23日に日本化学会第37回化学教育賞を受賞するに至った。2014年度は9日(回)の実践を行い,科学実験教材の開発・改善を行った。とりわけ,2013年度の愛知県の離島,篠島小学校への出前に引き続き,2014年度は今年度末で廃校になった富山小中学校へ,先方からの希望で化学マジック関係を個別指導体験型での実験として出前し,愛知県の山村への出前実践を実施することができた。個別指導体験型の食品関係の教材実験としては,中学生対象の実験教室を開催し,公表済みの「カルメ焼きづくり」の実験方法を用いて実践を行うことができた。さらに,実験講座で実践可能な「水あめづくり」の実験法を詳細に検討し,開発した方法で附属高等学校2年生対象に実験教室を試行することができた。その結果,実験時間と方法を改善する必要があることが判明したため,実験法を改善し,再実践により検証することとした。アルギン酸

ビーズ関係の実験についても,2013年度に行った,各種飲料のアルギン酸ナトリウム溶液の粘度,および,それらから調製したビーズの圧縮試験の測定の結果を受け,音叉型振動式粘度計を調達し,各種飲料のアルギン酸ナトリウム溶液の粘度とビーズのできやすさとの関係,および溶液の粘度の経時変化について測定を行った。その結果,粘度が高く,経時的に粘度が上昇していく飲料では良好なビーズができないという,定量的に解釈する元となるデータが得られた。現在作成中の化学教材実験集II個別指導体験型実験(CDデータ付)の出版は,2015年度に行う。児童・生徒から,理科は「自分のふだんの生活や社会に出て,もっとも役に立たない教科」であると思われているようである.この現状を打破するため,申請者の出前化学実験の実践で蓄積された成果(開発実験教材,実験演示法)を背景に,身の回りや身近なことがらと結びついた内容で,理科が役に立つ教科であることを実感でき,理科学習に活用できるような,非食品系,及び食品系の身近な題材をテーマに化学(科学)実験教材と指導法を開発する.開発したコンテンツで実践を行い,アンケートから実践を評価し,改善処置をすることを繰り返して実験教材と指導法を継続的に発展させ,完成させることを目的として研究を進めてきた.2014年度までに,10種類の実験教材を,ほぼ完成したが,2014年度に実践を行った「水あめ作り」については,改良して再実践する必要があった.2014年度の実践結果を踏まえ,実験の時間配分と指導法を改良し,2015年7月に名古屋市科学館において午前,午後各2時間,計4時間の出前化学実験教室を計画,開催した.その結果,極めて良好な結果が得られ,実験指導法として確立することができた.さらに実践後に,水あめ中のマルトースの存在を確認する方法まで開発し,実験法を発展させることができた.研究機関を通じ,これまでに開発し,実践してきた個別指導体験型の10種類の実験教材,及び,それらの指導法の最終版という研究の成果を,研究計画通り,学外の研究協力者3名と共に「理科が役に立つことを実感できる化学教材実験集II個別指導体験型実験」として,実践で使用したPowerPointや指導案を含むCD付きの全107頁の実験集としてまとめ,愛知教育大学出版会から出版した.現在,この実験集を,全国立大学図書館のほか,公立図書館,実践関係者,化学教育関係者,教育現場,授業受講学生などに広く配布しているところである.国立教育政策研究所の調査によると、児童・生徒から、理科は「自分のふだんの生活や社会に出て最も役に立たない教科」であると思われているようである。この現状を打開するため、著者の出前化学実験の実践で蓄積された成果(開発実験教材、実験演示法)を背景に、身の周りや身近な事柄と結び付いた内容で、理科が役に立つ教科であることを実感でき、理科学習に活用できるような、個別指導体験型の化学(科学)実験教材と指導法を開発した。開発したコンテンツで実践を行い、アンケートから実践を評価し、改善処置をすることを繰り返して実験教材と指導法を継続的に発展させ、最終的にCD付の化学教材実験集IIとして公表することができた。本研究では,研究成果を個別指導体験型の化学教材実験集として出版するのが最終目標である。「水あめづくり」の実験時間と方法を改善するため,再実践による検証が必要になり,補助事業期間延長承認申請をして承認された。「水あめづくり」の実験を含む,化学教材実験集II個別指導体験型実験(CDデータ付)は内容が確定し,現在作成中である。
斜面要因にみあう有効雨量の評価

斜面要因にみあう有効雨量の評価について、ロジットモデルを用い、平成7年度は時間雨量、連続雨量、実効雨量の単一降雨指標を用いた有効雨量を、平成8年度は時間雨量と実効雨量の複数降雨指標を用いた有効雨量の評価を行ってきた。以下に、本研究で得た成果をまとめる。(1)今まで、多くの試験調査を必要としていた斜面の抵抗力評価をロジットモデルを分析手法として用いることにより、抵抗ポテンシャルとして入手可能なデータで表現することを可能にした(斜面要因モデル)。(2)斜面要因モデルより、抵抗ポテンシャルに影響を与える要因(外力要因、抵抗力要因)の特定化、斜面の相対的な強度比較を可能にした。抵抗ポテンシャルと雨量指標(単一の雨量指標)の比を要因としてロジットモデルを新たに構築することにより(雨量要因モデル)、崩壊確率を1つのものさしとして有効雨量を決定することができた。(4)複数の降雨指標(時間雨量と実効雨量)による崩壊・非崩壊雨量の判別に、ロジットモデルによる判別線(LM線)が有効であることがわかった。(5)抵抗ポテンシャルの大きさの違いによるLM線の特徴(傾き、切片)より、強度の高い斜面では、実効雨量の影響が大きいこと、脆弱な斜面では、時間雨量の影響が高いことがわかった。(6)各斜面または管理斜面区間ごとの抵抗ポテンシャルの大きさにみあったLM線を求めることとにより、斜面要因、抵抗力にみあった時間雨量と実効雨量による斜面管理が可能であり、単一雨量指標よりも、複数の降雨指標を用いた有効雨量の方が実用的であることが得られた。本年度は(1)崩壊斜面データ及び降雨データの収集と,(2)崩壊・非崩壊に関するロジットモデルの構築の2点に絞り実施した。降雨データの収集において管理局側のデータのみでは欠損値が少なくないため、気象協会のアメダスデータを使用することによりこの問題を解決した。中央道における19761985年の10年間における斜面データを取り扱い全データ数が1万を越えるため、今回インター間ごとに有効雨量を決定することに変更し、中津川飯田インター区間でモデル構築を試みた。まず、斜面要因を考慮するために、ロジットモデルによる非崩壊モデルを構築、その仮定で定義される「抵抗ポテンシャル」をもって斜面の抵抗力の大きさを評価した(斜面要因モデル)。この「抵抗ポテンシャル」を降雨量(連続雨量、実効雨量、時間雨量)で除した値(抵抗ポテンシャル/降雨量)を説明要因として崩壊確率を算出するロジットモデルを構築した(雨量要因モデル)。構築された後者のモデルにおいて、抵抗ポテンシャルには対象区間の平均抵抗ポテンシャル、または最も抵抗力が低いとされる斜面の抵抗ポテンシャルを代入し、降雨量が変化する際の崩壊確率から有効雨量を定義した。有効雨量に相当する崩壊確率の定義には(1)「区間平均斜面の崩壊確率が急増する時の雨量」,(2)「区間斜面数に対して1斜面が崩壊する確率に等しい崩壊確率のなる時の雨量」,(3)「区間内の最弱斜面の崩壊確率が過去の崩壊事例の発生率に等しい時の雨量」の3つを考え、検討した。その結果、実効雨量で100mm,連続雨量で155mm,時間雨量で28mmと算出され、崩壊確率を用いた有効雨量の定義の可能性を示すことができた。雨量指標として、時間雨量、連続雨量、実効雨量があるが、土石流法でみられる複数の雨量指標(時間雨量と実効雨量)による有効雨量の検討を行い、以下の成果を得た。(1)7年度とは別の対象区間で斜面の抵抗力をロジットモデル(斜面要因モデル)により評価した。その結果、今回の対象区間における抵抗力を評価する説明要因として、斜面上部の土地利用、法面保護工、全直高が抽出された。

斜面の抵抗力の大きさを示す抵抗ポテンシャルが、7年度の対象区間での平均が3.70,今回対象区間では1.91と脆弱な斜面が集まっている区間であることがわかった。(2)斜面の抵抗力の大きさを示す抵抗ポテンシャルを3ランクに分けて、個々の斜面に対応する崩壊雨量、非崩壊雨量の判別を行った。土石流法で用いる時間雨量と実効雨量の散布図において崩壊雨量、非崩壊雨量を判別するロジットモデルによる判別線(LM線)をそれぞれのランク別に求め、抵抗ポテンシャルが変化することによるLM線の傾き、切片への影響を調べた。これより強度の高い斜面では、実効雨量の影響が大きいこと、脆弱な斜面では、時間雨量の影響が高いことがわかった。(3)上述した(1),(2)の結果から、斜面の抵抗力に応じたLM線を求め、時間雨量と実効雨量により斜面管理の可能性を示した。
建築業における石綿粉塵暴露とその健康影響に関する研究

建築業における石綿粉じん暴露実態把握とその健康影響の解明を目的として調査を行い、以下の結果を得た。1.建築現場19箇所で、85名の作業者の鼻先の気中石綿粉じん濃度を光顕法(×400)により測定。屋内での建材の丸鋸切断が主の作業では6.3787f/ml、その4m以内の作業では3.6630f/ml、建材のビス打ち付けが主の作業では0.628.8f/ml、その4m以内の作業では0.119.2f/ml、屋外での作業では0.011.2f/mlの石綿粉じんを検出。2.上記のうち9箇所、27名の作業者の鼻先の気中石綿粉じん濃度を分析電顕方(×10000)で測定。電顕で観察された線維状物質中に石綿の占める比率は、平均45%で、残りは石膏、ロックウ-ル等であった。石綿粉じん濃度は、屋内作業者21名では0.38260f/ml、幾何平均14.6f/ml、屋外作業者6名では0.062.25f/ml、幾何平均0.39f/ml。石綿の種類は、クリソタイルとアモサイトで、アモサイトの割合は平均53%。電顕法による石綿粉じん濃度は、光顕法より平均9.0倍高値。光顕法と電顕法との間の測定濃度の相関係数は、0.87(p<0.01)であった。3.質問紙調査に8797名の回答を得た。「石綿粉じんの吸入よくあり」が13.0%、「時々あり」が27.5%を占めた。石綿建材取扱い経験は平均14年。現在喫煙者は60.3%、過去喫煙経験者は18.4%であった。4.胸部X線撮影を4796名につき実施。うち34名(0.71%)に石綿暴露起因と思われる胸膜肥厚陰影あり。胸膜肥厚有所見率は高年齢で高く、60-69歳では4.4%を占めた。5.今回の研究結果からみると、建築業従事者には既に過去の石綿暴露による胸膜肥厚が認められるが、今後悪性腫瘍を含めた健康障害増加の可能性が高く、暴露防止・健康障害早期発見対策の強化と疫学的観察は、極めて重要と考えられる。
複合ナノ構造におけるスピン依存伝導の理論

1.非磁性細線Nと強磁性細線F1とF2からなる複合ナノ構造における非局所スピン注入とスピン伝導の理論的研究を行った.スピンに依存したボルツマン輸送方程式を解くことにより,スピン蓄績とスピン流の流れを最適化する条件を明らかにした。特に、非局所スピン流の注入により非局所スピン操作が可能であることを示した。2.ハーフ・メタル量子細線と超伝導体からなる複合ナノ構造における非局所アンドレーエフ反射の研究を行い,交差アンドレーエフ反射が生じる特徴的スケールを明らかにした.3.超伝導体/絶縁体/超伝導体接合(S/I/S)と超伝導体/強磁性体/超伝導体接合(S/F/S)の2つ,または3つの接合を含んだ超伝導リングからなるジョセフソンπ量子ビットを提案した。本量子ビットはゼロ磁場下で結合・反結合状態を形成するため、量子ビットの微細化や集積化が容易となる。4.磁性半導体中の磁気不純物と価電子バンドとの強い混成により形成される磁性不純物準位の電子状態、および磁性不純物間に長距離強磁性相互作用の起源をHaldane-Anderson模型を用いて明らかにした。5.非磁性金属(N)中における伝導電子の不純物によるスピン軌道相互作用の強さを評価する方法を提案した.さらに、非局所スピン注入法を用いて発生する純粋なスピン流が観測可能な非局所ホール電圧を生じることを明らかにした。6.スピン流と磁壁の相互作用を記述する微視的な理論を構築し,電流による磁壁移動の運動方程式を提案した.電流駆動による磁壁移動ナノ構造磁気メモリー素子の提案を行った.1.非磁性細線Nと強磁性細線F1とF2からなる複合ナノ構造における非局所スピン注入とスピン伝導の理論的研究を行った.スピンに依存したボルツマン輸送方程式を解くことにより,スピン蓄績とスピン流の流れを最適化する条件を明らかにした。6.スピン流と磁壁の相互作用を記述する微視的な理論を構築し,電流による磁壁移動の運動方程式を提案した.電流駆動による磁壁移動ナノ構造磁気メモリー素子の提案を行った.1.非磁性細線Nと強磁性細線F1とF2からなる複合ナノ構造におけるスピン注入と検出の理論的研究を行った.バイアス電流をF1からF1/N接合を通ってNの左側に流すと,スピンが拡散して右側のN電極中にスピン蓄積を生じる.このスピン蓄積の大きさは,F2の磁化を変えたときに生じる余分な電圧(スピン・シグナル)として検出される.スピンに依存したボルツマン輸送方程式を解くことにより,N電極のスピン蓄積,スピン流,およびスピン・シグナルを求めた.スピン・シグナルの物質依存性(貴金属や超伝導体),界面ポテンシャル依存性(トンネル接合か金属接触か),強磁性細線間の距離依存性,および温度依存性を調べた結果,以下のことが明らかになった.(1)両方の接合をトンネル接合にするとスピン・シグナルが最も大きくなる.(2)F2/N界面は金属接触とし,かつF2としてスピン拡散長が非常に短い強磁性金属(NiFe合金など)を用いると,NからF2へ流れ込むスピン流が増大する.さらに,素子構造の形状を正確に取り入れた有限要素法解析を行った。その結果,トンネル接合では上記の解析結果を再現するのに対して,金属接触接合では界面電流の著しい不均一化が生じ,スピン・シグナルに大きな影響を与えることが分かった.2.ハーフ・メタル量子細線と超伝導体からなる複合ナノ構造における非局所アンドレーエフ反射の研究を行った.平行で隣接する2つのハーフ・メタル量子細線を超伝導体にナノ点接触させたとき,磁化が平行な場合はアンドレーエフ反射が禁止されるが,磁化が反平行な場合は交差アンドレーエフ反射が生じる。このとき,交差アンドレーエフ反射が起こる特徴的スケールは,超伝導のクーパー対の大きさ(コヒーレンス長)ではなく、電子的およびホール的準粒子のフェルミ波長で決まることが明らかになった.(1)超伝導体/絶縁体/超伝導体接合(S/I/S)と超伝導体/強磁性体/超伝導体接合(S/F/S)の2つの接合を含んだ超伝導リングからなる新しい量子ビットを提案した。

通常のジョセフソン接合であるS/I/Sは超伝導体間の位相差ゼロ(0)が安定となる(ゼロ接合)。一方、S/F/Sは位相差パイ(π)が安定となる(パイ接合)。各接合のジョセフソン結合エネルギー、静電エネルギー、およびリングに蓄えられる磁気エネルギーを考慮して、リングの自由エネルギーを計算した。その結果、0接合とπ接合との競合により、系の自由エネルギーが位相差に対して縮退した2つの最小値をもつことが分かった。これらの極小値の状態では、互いに逆回りの循環電流が超伝導リング中を流れており、状態間のトンネル効果により結合・反結合の量子状態が形成される。これを1量子ビットとして用いる。1量子ビットにおける量子状態の制御はマイクロ波共鳴照射によって行われる。本量子ビットは、これまでに提案された超伝導磁束量子ビットと異なり、結合・反結合状態を形成するために外部磁場を必要としない利点がある。このため、小さなサイズの量子ビットの作成が可能となり、集積化に有利となるばかりでなくデコヒーレンスの抑制も期待される。(2)磁性半導体中の磁気不純物の周りに形成される磁性不純物準位(d)と価電子バンド(p)の電子状態をHaldane-Anderson模型を用いて調べた。磁性不純物準位と価電子バンド間の強いp-d混成によって、ギャップ内不純物状態と伝導帯上端に特異な正孔状態が形成され、これが磁性不純物間に長距離の強磁性相互作用をもたらすことが明らかになった。特に、強磁性相互作用大きさは磁性不純物の軌道縮退度および不純物状態の占有数に強く依存することが解った。(1)非磁性金属(N)中における伝導電子の不純物によるスピン軌道相互作用の強さを評価する方法を提案した.Nのスピン拡散長λ_Nと抵抗率ρ_Nの積をとり、スピン軌道散乱に対してフェルの黄金則を用いると、λ_Nρ_NR_K/(η_<SO>k_F^2)の関係が得られる.ここに、R_Kは量子抵抗,η_<SO>はスピン軌道相互作用の結合定数,k_Fはフェルミ波数である.この関係式は,スピン軌道相互作用の結合定数の新しい評価法を与える.いくつかのグループで得られたCuやAlに対するλ_Nρ_Nの実験値を用いると,η_<SO>=0.010.04と評価される.さらに、非局所スピン注入法を用いたスピンホール効果を提案した。N中に発生する純粋なスピン流は,スピン軌道散乱(主としてskew散乱)によって,η_<SO>とスピン流に比例した異常ホール効果を引き起こす.上記のスピン軌道相互作用の結合定数の値を用いると,非局所ホール抵抗の値は0.1mΩと見積もられる.AlやCuを用いた非局所スピンホール素子を作成すれば,非局所スピンホール効果の観測が充分可能である.(2)スピン流と磁壁の相互作用を記述する微視的な理論を構築し,電流による磁壁移動の運動方程式を提案した.流体力学で用いられている物質微分の概念を導入して,強磁性共鳴において用いられてきた従来のGilbert緩和項の問題点を修正した.さらに,エネルギー保存に対する考察から,運動する磁壁が外部回路に対して電圧を生じることを明らかにした.これらの理論的定式化は,スピン角運動量の保存に立脚しており,伝導電子および局在電子の双方に対し量子論的取り扱いとなっている.理論解析の結果を用いて,磁性ナノ細線中の磁壁に対して準安定箇所(くさび状のくびれ)を導入したナノ構造磁気メモリー素子の提案を行った.
進化・免疫系に基づく適応学習型最適化法の開発とVLSIレイアウトCADへの応用

本年度は,評価関数曲面の構造に基づいて解の探索過程を自律的・適応的に調整する適応学習型最適化法の開発を目的に,具体的には以下の2点について研究を行った。1.開発手法の検証・改良免疫系でみられるランダム的な遺伝子組み替え交叉法を導入し,その効果として期待される探索領域の拡大および解集団内の遺伝的多様性の維持により,開発手法の解の品質面での性能向上を試みた。解候補の集団を構成して多点探索を行い,交叉法により生成された解候補のうち良好な解候補を集団に残す処理により探索の途中経過を解集団に反映させることで,自律的・適応的な適応学習型最適化を行うことができる。新規開発の交叉法を導入することにより,従来の交叉法を用いる場合に比べて,解の品質の向上,および解の探索時間の短縮といった,最適化手法としての性能向上が達成された。2.実データへの応用開発手法を実際的な配置配線問題に応用し,既存の最適化手法による結果と比較することにより,その優位性を検証した。具体的にはVLSIレイアウト設計における標準的な問題であるフロアプラン設計問題,標準セル配置問題,および概略配線問題などを取り上げた。評価関数としては,チップ面積最小化に加えて高速動作化・低消費電力化に関する項の導入を考えた。また高速動作化のための信号遅延時間の計算,および消費電力の計算において,より精密な値を乗めるために,アナログ回路シミュレータを用いる計算法を導入した。具体的な配置配線問題のデータとして,一般的に用いられている大規模なベンチマークデータを利用することで,既存の他手法との比較を容易にした。シミュレーション実験の結果,従来手法と比較して良好な配置配線結果が得られることを確認した。1.基礎的研究これまでの研究で開発を進めてきた遺伝的アルゴリズムに,評価関数曲面の特徴に関する情報を遺伝情報として蓄積する機能を加えることにより,与えられた問題の性質に応じて探索過程を適応的に最適化できるような,適応学習型最適化法を構築した。これまでの研究で,VLSIの配置問題については,シミュレーテッドアニーリングを用いるモデルについて,解空間の大局的な構造としてある種の自己相似性があり,また局所的な構造として局所的最適解の近傍構造とアニーリングの温度パラメータの間にある種の相関関係があるとの知見を得ている。具体的にはこれらの構造を遺伝子情報として利用することを考えた。2.アルゴリズムの開発開発手法を実現するアルゴリズムを構築した。特に,評価関数の構造を効率的に遺伝子にコード化する方法,および蓄積された情報の有用性に応じて必要な情報を適応的に取捨選択するための交叉法を検討した。遺伝子コード化としては,解空間の自己相似性を反映させるために木構造が,また交叉法としては遺伝的プログラミングで用いられる木構造交叉法が有効であるとの知見が得られた。
鳥関連過敏性肺炎の病因解明

鳥関連過敏性肺炎は鳥抗原により発症する間質性肺炎であるが抗原となるタンパクは未だ同定されていない。今回我々は、鳥関連過敏性肺炎の原因抗原を質量分析により解析することとした。鳩糞抽出物と血清を用い、鳥関連過敏性肺炎患者と対照者の血清にてwestern blotを行ったところ、患者特異的に反応するバンドを検出、質量分析にて解析し、Immunoglobulin lambda-like polypeptide(IGLL-1)と同定した。IGLLのリコンビナントタンパクを合成し、末梢血単核球に刺激を行い抗原性をELISAとリンパ球刺激試験(LST)で検討したところ患者特異的な反応が認められた。過敏性肺炎は吸入抗原によるアレルギー性疾患であり、慢性過敏性肺炎は特発性肺線維症(IPF)と類似した臨床経過をとる予後不良な疾患である。慢性過敏性肺炎の原因として最も多いのは鳥糞や羽毛が原因となる鳥関連過敏性肺炎であるが、抗原となるエピトープは未だ同定されていない。今回我々は、鳥関連過敏性肺炎の原因抗原をハト組織と患者検体でwestern blotを行い質量分析により解析することで抗原となるタンパクを同定することとした。まずハト血漿とハト糞抽出物の2次元電気泳動を行い、鳥関連過敏性肺炎患者と対照者(他の過敏性肺炎、特発性肺線維症、健常者)の血清を用いてwestern blotを行ったところ、鳥関連過敏性肺炎患者に特異的に反応するバンドを検出した。そのバンドを質量分析により解析した結果、Immunoglobulin lambda-like polypeptide(IGLL)と同定した。次に6Xヒスチジンタグと融合させたIGLLのベクターを合成し、大腸菌に遺伝子導入、発現を誘導したのちNi-NTAアガロースにて精製した。得られたIGLLのリコンビナントタンパクを用いて、患者と対照者の血清を用いてELISAを行ったところ、鳥関連過敏性肺炎患者で有意に高い反応性が認められた。現在IGLLの細胞性免疫に与える影響を確認するため、患者と対照者の末梢血単核球(PBMC)にIGLLを添加し、リンパ球刺激試験と培養上清中のサイトカインの測定を開始したところである。リンパ球刺激試験は有意差を認めていないが鳥関連過敏性肺炎患者で高く反応する傾向が認められており、今後症例数を増やしていく予定である。また、Th1/Th2サイトカインを中心に培養上清のサイトカインを測定しており、こちらについても検討を継続する。平成27年度の研究は順調に進んでおり、鳥関連過敏性肺炎の原因抗原の同定、リコンビナントタンパクの合成を行うことができた。また、ELISAにより鳥関連過敏性肺炎患者の血清中でIGLL特異抗体が上昇していることも確認された。現在IGLLに対する細胞性免疫の検討を行っているところであるが、新しい知見が得られることが期待される。ハト血漿とハト糞抽出物の2次元電気泳動を行い、鳥関連過敏性肺炎患者と対照者(他の過敏性肺炎、特発性肺線維症、健常者)の血清を用いてwestern blotを行ったところ、鳥関連過敏性肺炎患者に特異的に反応するバンドを検出した。次に、IGLLの細胞性免疫に与える影響を確認するため、患者と対照者の末梢血単核球(PBMC)にIGLLを添加し、リンパ球刺激試験(LST)と培養上清中のサイトカインの測定を開始したと。LSTは慢性過敏性肺炎患者17例と対照で比較し、患者群で有意に高い反応を認めた。また、マルチプレックスサイトカインアッセイを行ったところ、患者群においてTNF-αの上昇とIL-10の低下が認められた。これらの検討によって得られた知見は英語論文として報告した(Respir Res. 2017;18:65-73)今年度目標としていた慢性鳥関連過敏性肺炎患者におけるIGLLの特異的な免疫反応はPBMC/血清いずれにおいても確認できた。特にTh1反応が亢進・Th2反応が減弱することは過敏性肺炎の慢性化プロセスにおいて重要な所見であり、有意義な検討がなされたと考えている。一方、28年度IGLLのモノクローナル抗体の作製と動物モデルの確立についても検討していたが、論文の投稿・追加実験に難渋し、十分な検討が行えていない。間質性肺炎は経時的に過敏性肺炎は吸入抗原によるアレルギー性疾患であり、慢性過敏性肺炎は特発性肺線維症(IPF)と類似した臨床経過をとる予後不良な疾患である。

今回我々は、鳥関連過敏性肺炎の原因抗原をハト組織と患者検体でwestern blotを行い質量分析により解析することで抗原となるタンパクを同定し、その抗原性を確認することとした。ハト血漿とハト糞抽出物の2次元電気泳動を行い、鳥関連過敏性肺炎患者と対照者(他の過敏性肺炎、特発性肺線維症、健常者)の血清を用いてwestern blotを行ったところ、血漿とフンに共通し、鳥関連過敏性肺炎患者に特異的に反応するバンドを検出した。そのバンドを質量分析により解析した結果、Immunoglobulin lambda-like polypeptide(IGLL)と同定した。次に大腸菌を用いてIGLLのリコンビナントタンパクを作製し、患者と対照者の血清によるELISA、血漿によるリンパ球刺激試験(LST)と培養上清中のサイトカインの測定を行ったところ患者群においてTNF-αの上昇とIL-10の低下が認められた。これらの検討によって得られた知見は英語論文として報告した(Respir Res. 2017;18:65)。また、鳥関連過敏性肺炎を検討する中で間質性肺炎の治療に関しても検討を行い、急性増悪患者におけるPMX-DHPの有用性、慢性過敏性肺炎における抗線維化薬pirfenidoneの有用性について検討しそれぞれ英語論文として報告した(Sarcoidosis Vasc Diffuse Lung Dis.in press,Respirology.2017;22:1357)。鳥関連過敏性肺炎は鳥抗原により発症する間質性肺炎であるが抗原となるタンパクは未だ同定されていない。今回我々は、鳥関連過敏性肺炎の原因抗原を質量分析により解析することとした。鳩糞抽出物と血清を用い、鳥関連過敏性肺炎患者と対照者の血清にてwestern blotを行ったところ、患者特異的に反応するバンドを検出、質量分析にて解析し、Immunoglobulin lambda-like polypeptide(IGLL-1)と同定した。IGLLのリコンビナントタンパクを合成し、末梢血単核球に刺激を行い抗原性をELISAとリンパ球刺激試験(LST)で検討したところ患者特異的な反応が認められた。現在、IGLLの細胞性免疫に与える影響を確認するため、患者と対照者の末梢血単核球(PBMC)にIGLLを添加し、リンパ球刺激試験とマルチプレックスサイトカインアッセイを行っている。サイトカインはIL-2, IL-4, IL-5, IL-10, IL-12p70, IL-13, GM-CSF, IFN-γ, TNF-αを測定しているが、鳥関連過敏性肺炎患者においてTNF-αの上昇とIL-10の低下が認められている。IGLLに対する患者側のTh1/Th2反応の相違が発症に関与している可能性があり、症例数を増やして検討を続けていく。また、次年度以降IGLLのモノクローナル抗体の作製を予定している。抗体を用いて患者肺検体中のIGLLの局在を確認することで、慢性鳥関連過敏性肺炎の病態を解明する一助となることを期待している。また、患者の自宅や環境中の抗原量を測定し、臨床的に抗原回避の効果確認に役立てることも予定している。まずIGLLのモノクローナル抗体の作成を進めていく。
下垂体ゴナドトロピン産生細胞および腫瘍における可塑的機能分化

「LHβ遺伝子にはFSHβ遺伝子と比較してDNAメチル化の影響を受けやすい原因があり、腫瘍化に伴うDNAメチル基転移酵素(DNMT)群の高発現によって転写抑制が起こる」という作業仮説を立て、CpGメチル化解析法であるメチル化特異的PCR(MSP)法および、バイサルファイトシーケンス法の2種類の方法を用いてLHβ・FSHβ遺伝子上流500bp中に存在するCpGのメチル化解析を行い、この仮説証明を試みた。1. MSP法によるCpGメチル化解析: LHβプロモーター領域に対して3組のプライマーを用いてMSP法を行った。LHβ転写開始点に近いMSP-LH1プライマー(LH CpG1, 2, 4, 5)、MSP-LH2プライマー(LH CpG 1, 2, 7, 8)、最もLHβ転写開始点より遠いMSP-LH3プライマー(LH CpG 9, 10, 12, 13)のいずれにおいても非メチル化は見られなかった。2.バイサルファイトシーケンス法によるCpGメチル化解析:シーケンス解析は、シーケンサーにより自動判別された配列をもとに行い、自動判別不能部位については解析データをSequence Scanner Version 1.0(Applied Biosystems社)を用いて表示・拡大し読み取ったものを使用した。転写因子Egr-1結合部位と重なるLH-CpG3,4, 5はメチル化の比率が高い傾向にあり、これらのメチル化状態とLHβ発現には関係がないように考えられた。その他のCpGにおいてもメチル化・非メチルの混在が見られたが、転写開始領域に非常に近いLH-CpG1,2がメチル化・非メチル化の混在であった場合にLHβの発現がみられる傾向にあった。FSH-CpG1では比較的メチル化されている割合が低かった。以上の結果から、LH-CpG1, 2のDNAメチル化がLHβ遺伝子発現に重要な役割を果たしていることが強く示唆された。ヒト下垂体前葉において、ゴナドトロフ細胞のほとんど(約90%)は性腺刺激ホルモンFSH及びLHを同一細胞で産生している。しかし、ヒト下垂体腺腫の場合、これらゴナドトロフ細胞由来とされる腫瘍は多く(約50%)存在するが、そのほとんどの症例がFSH産生性であり、LH産生のあるものは稀で、生理的に見られる可塑的な機能発現は見られない。このFSH優位な発現を引き起こす非可塑的分化機構について、LHβ,FSHβ遺伝子およびLH/FSH産生に関与する転写因子GATA、Egr-1、SF-1のプロモーター領域のメチル化によるエピジェネティクスな非可塑的分化機構をヒト下垂体腺腫を用いて証明を試みた。経蝶形骨洞下垂体手術により得られた下垂体凍結組織よりゴナドトロフ細胞由来FSH産生性の症例17例(うち2例が免疫組織化学でLH陽性)を選び、Methylation-Specific PCR(MSP)法を用いて哺乳類DNAメチル化の標的となるCpG配列を含むLHプロモーター領域(-1-500bp)について解析を行った。結果、17例中13例(76%)で部分的あるいは高頻度なCpGメチル化が確認された。また、LH mRNAの発現と比較すると、高頻度にCPGがメチル化されていると判別されるものでは8例中6例(75%)でLHの発現が抑制され、転写因子結合部位の豊富な領域であるLH遺伝子直上(-1-250bp)におけるメチル化が特にLH産生抑制に重要と推察される結果を得た。以上より、ゴナドトロフ由来の下垂体線種ではLHプロモーターにおけるメチル化がLH産生を制御している可能性が示唆される。今後、症例数を増やすとともに具体的に発現と相関するCpGの位置を特定し、レポーターアッセイ等を用いてLH産生との直接的な関連性を調査していくことを検討中である。

その他のCpGにおいてもメチル化・非メチルの混在が見られたが、転写開始領域に非常に近いLH-CpG1,2がメチル化・非メチル化の混在であった場合にLHβの発現がみられる傾向にあった。FSH-CpG1では比較的メチル化されている割合が低かった。以上の結果から、LH-CpG1, 2のDNAメチル化がLHβ遺伝子発現に重要な役割を果たしていることが強く示唆された。