hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
文字列情報処理の新展開－文字列組み合わせ論と高度データ構造技術の融合－

計算機可読なデータの多くは,記号または文字の羅列,すなわち文字列とみなすことができる.大規模データの効率的な処理・活用を実現するため,本研究では,高速かつ省領域に動作する文字列処理アルゴリズムを開発した.そのために,文字列に内在する組み合わせ的性質を解き明かし,高度データ構造技術を多数開発した.特に,圧縮形式で表現された大規模文字列に対して,高度情報処理を高速かつ省領域に行うアルゴリズムとデータ構造を複数開発した.これらの提案手法は,LZ法,SLP,もしくはRLEと呼ばれる圧縮形式に適用可能である.本研究の成果を,国内・国際会議,国際論文誌において発表し,国内外に発信した.文字列とは,記号の連鎖のことである.コンピュータ上で取り扱うデータの多くは,文字列とみなすことができる.そのため,文字列データを高速かつ省領域で処理する基盤技術の開発は,情報爆発時代における喫緊の課題となっている.本研究では,文字列の組み合わせ的性質と,高度データ構造技術を融合させることにより,当該分野における諸重要問題を高速かつ省領域に解くアルゴリズムとデータ構造の開発を行っている.本年度の主な研究成果は以下の通りである.(1)最小回文分解・最小回文被覆のオンライン計算アルゴリズム,(2)閉文字列分解のオンライン計算アルゴリズム,(3)リンドン分解の逆問題・列挙アルゴリズム,(4)整数アルファベット上の文字列に対するLZ78分解アルゴリズム,(5)アーベル連・アーベル被覆の計算アルゴリズム本研究課題の目的は,大規模文字列データを対象とした効率的なデータ構造とアルゴリズムの開発である.本年度は,以下に示す(A)-(C)の重要研究テーマについて,主に以下の研究成果を達成した.(A)テキスト圧縮・圧縮テキスト処理アルゴリズム(A-1) Lempel-Ziv78型テキスト圧縮手法(LZ Double)の開発(A-2)連長圧縮文字列に対する漸増的編集距離計算アルゴリズム(B)テキスト索引構造(B-1)省領域動的qグラム索引構造の開発(B-2)部分文字列同値性保存型照合アルゴリズム(C)文字列の規則性・繰り返し構造発見(C-1) αギャップ付き反復・回文の高速計算アルゴリズムの開発(C-2)部分文字列同値性保存型照合に対する周期性補題の拡張(C-3)アベリアン周期の逆問題と列挙問題のための高速アルゴリズム(C-4)異回文分解の計算困難性の解析これらの成果は,文字列に内在する組み合わせ的性質,および高度なデータ構造技術を活用することで達成された.また,これらの結果は,査読付き国際会議および査読付き国際論文誌にて発表済みである.本研究課題の目的は,大規模文字列データを対象とした効率的なデータ構造とアルゴリズムの開発である.本年度は,以下に示す(A)-(C)の重要研究テーマについて,主に以下の研究成果を達成した.(A)テキスト圧縮・圧縮テキスト処理アルゴリズム(A-1)連長圧縮に基づくSUSアルゴリズム(A-2)圧縮文字列に対するLyndon分解計算(A-3)動的圧縮LCEデータ構造(A-4)動的圧縮索引(B)文字列データ構造(B-1)パック化文字列に対するコンパクト探索木(B-2)接尾辞木のフルオンライン構築(B-3) DAWGのフルオンライン構築(B-4)劣線形領域LCEデータ構造(B-5)整数アルファベットに対するDAWGの線形時間構築アルゴリズム(C)文字列の規則性・繰り返し構造発見(C-1)線形時間スクエア分解アルゴリズム,(C-2)O(n log n)時間反復分解アルゴリズム(C-3)ギャップ付き回文の線形時間オンライン計算アルゴリズム(C-4)腕ギャップ付き回文の線形時間計算アルゴリズム(C-5)線形時間閉分解計算アルゴリズム(C-6)一般化周期性補題(C-7)接尾辞配列による文字列同値類計算これらの成果はすべて,文字列に内在する組み合わせ的性質,および高度なデータ構造技術を活用することで達成された.また,これらの結果は,査読付き国際会議および査読付き国際論文誌にて発表済みである.本研究課題の目的は,文字列組み合わせ論と高度データ技術により,効率的な文字列データ処理技術を開発することにある.ここでは特に,順序同型照合と呼ばれる,文字の相対的な順序に注目したパターン照合問題を取り扱った.例えば,X = (35, 40, 23, 40, 40, 28, 30)とY = (7, 9, 2, 9, 9, 5, 6)について,それぞれの要素の辞書式順序列をR(X),R(Y)と書くことにすると,R(X) = R(Y) = (4, 5, 1, 5, 5, 2, 3)であるので,XとYは順序同型合致するという.長さnのテキスト文字列Sと長さmのパターン文字列Pが与えられたとき,Pと順序同型合致するSの部分文字列をすべて求める問題は,O(n + m)時間,O(m)作業領域で解けることが知られている.本研究では,より一般的な問題として,サイズNのテキスト木Tと長さmのパターン文字列Pが与えられたとき,Pと順序同型合致するT中のパスをすべて求める問題を考え,これをO(N + m)時間,O(m)作業領域で解くアルゴリズムを与えた.順序同型ボーダ配列に基づくKMP型オートマトンと呼ばれるデータ構造を用いることにより,この成果を実現した.また,より一般的な問題として,テキストがDAG (非巡回グラフ)で与えれる場合を考える.これについて,Pと順序同型合致するパスの存在判定問題がNP完全であることを示した.

計算機可読なデータの多くは,記号または文字の羅列,すなわち文字列とみなすことができる.大規模データの効率的な処理・活用を実現するため,本研究では,高速かつ省領域に動作する文字列処理アルゴリズムを開発した.そのために,文字列に内在する組み合わせ的性質を解き明かし,高度データ構造技術を多数開発した.特に,圧縮形式で表現された大規模文字列に対して,高度情報処理を高速かつ省領域に行うアルゴリズムとデータ構造を複数開発した.これらの提案手法は,LZ法,SLP,もしくはRLEと呼ばれる圧縮形式に適用可能である.本研究の成果を,国内・国際会議,国際論文誌において発表し,国内外に発信した.研究実績概要に述べたとおり,研究初年度ながらすでに多くの研究成果を達成するに至っている.これらの他にも,様々な研究成果が実を結びつつあり,当初の計画を上回るものとなっている.【現在までの進捗状況】で述べたように,これまでに,当初の計画以上の研究成果が得られている.今後も,このままの体制・方針で研究開発にまい進していく予定である.【現在までの進捗状況】で述べたように,これまでに,当初の計画以上の研究成果が得られている.今後も,このままの体制・方針で研究開発を行っていく予定である.29年度が最終年度であるため、記入しない。理論計算機科学提案手法のさらなる高速化・省領域化の実現ために,当該分野の第一線で活躍する研究者が集う会議に積極的に参加し,最新の研究成果を網羅するとともに,新技術開発のためのディスカッションを行う.また,国内の研究集会にも積極的に参加し,国内の研究者との連携・協力も図る.必要に応じて,計算機や周辺機器の購入も適宜行う.次年度は,本研究課題の最終年度であり,より多くの研究成果が得られることが予想される.国際会議,および国内研究集会における研究成果発表のための旅費確保のため,次年度に繰り越した次第である.また,実験のための,計算機を購入する予定である.実績報告書に記載した通り,本研究課題では,当初の想定を大きく上回る研究成果を達成するに至っており,H28年度の終盤においても新たな研究成果が実を結びつつあった.そのため,当該研究を完了し,その成果を発表するために,次年度使用額が生じたものである.29年度が最終年度であるため、記入しない。実績報告書に述べたとおり,当初の予想を上回るペースで新たな研究成果が得られている.このため,平成27年度においては,研究成果発表のための出張費・会議登録料,および論文誌掲載費等の支出が多くなると予想される.そこで,H26年度の支出を抑え,H27年度に使用することとした.上記の通り,主に旅費と計算機の購入に使用する予定である.主に国内会議・研究会での発表に使用する予定である.上述の通り,研究成果発表のための出張費・会議登録料,および論文誌掲載費等に使用する.
１７世紀康煕年間の満洲語の研究

満洲語の「同格の属格」とされる現象について,前年度までの考察に,現代日本語の助詞の「の」の用法との対照に基づくより詳細な考察をさらに加えた。また,今年度新たに属格/具格の格標識-iの形態と綴りに関する二つの問題を分析した。この格標識がniとも綴られる事と,この格標識が属格標識でも具格標識でも同じ形で用いられている事の2点である。まず,格標識-iがngで終わる語(そのような語は,ほぼ借用語にしかない)の後でniと綴られる事に関して,満洲文字の表記を元に分析を行い,ngの後のniという綴りは,当時の音声言語で起きていた現象を反映した綴りであるという結論に至った。ngの後で-iをniと綴る原因として二つの可能性が考えられる。一つ目は,借用語の語幹末のngを,格標識-iが続いた時に正しく発音するために,人為的な発音上の工夫が当時の音声言語で用いられる事がしばしばあり,それが書き言葉にも採用されていた可能性である。もう一つは,実際に音声言語においてもngの後のniが異形態として存在していた可能性である。前者と後者の何れがより妥当であるかは,今後さらなる資料の追求を通して解明につとめる。次に,格標識-iが語幹から離して書かれる「分かち書き」の有無について具格と属格で顕著な傾向の差があると言えるのか分析した。従来の記述の中には,具格は必ず分かち書きされる,とするものが有るが,今回コーパス中の用例を分析することにより,具格の-iでも分かち書きされない例が多々ある事が示された。また,同じ語において具格が属格よりも顕著に分かち書きされるとは言えない事も判明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。第一に、今年度は今後の研究の為の電子化コーパスの整備に最も重点を置いた。順治年間の満洲語の資料である満洲語訳『詩経』(後半部分)と康煕年間の規範的ではない書き言葉で書かれた満洲語の資料である『随軍紀行』を中心に入力を行い,資料写真と連携した電子化コーパスの作成を行った。これは,平成23年度に中国藩陽市で得た資料を電子化コーパスにして分析可能にすることが目的であり,『随軍紀行』は既に規範的な綴りに直したローマ字転写が複数公刊されているので,この資料の電子化は本年度の予定には無かったが,その手書きの綴りの特殊性が,満洲語音韻史の研究上重要である事が判明した結果,急遽,全文の新たな電子化を行ったものである。第二に、従来順治年間の満洲語の研究に多く用いられてきた満洲語訳『三国志』(順治7(1650)年序)を巻毎に分析した。その結果,この資料の前半部分には漢語満訳文献では少数であると思われる表現が集中している事が判明した。前半部分の一部の文が更に古い時代に満洲語訳されたものから書き写されたものである可能性を指摘することが出来る。これにより,順治年間の(後の康煕年間とは異なる)特徴と思われた現象の一部はさらに古い時期の特徴であった可能性がある。この問題に関しては,今後さらに研究を進める必要がある。第三に、従来簡単な記述しか行われていなかった形式について分析をすすめた。所謂「所有形容詞派生接辞」について用例を収集して分析を行った。この形式が具体物の所有にあまり用いられず,所有者と分離可能なモノにも,珍しくない身体部位の存在にも使用できない事が判明した。属格形式について用例を収集し分析を行った。満洲語の属格形の用途には様々なものがあり,ほぼ日本語の「の」に当たることは従来から知られていたが,いわゆる「同格用法」において,満洲語の属格形式は,日本語の助詞の「の」とは異なる様相を示す事がわかった。平成25年度は,満洲語の属格標識に関する問題について重要な問題を扱った。属格標識(-i)は満洲語において最もよく用いられる文法形態素でありながら,従来簡単にしか記述されてこなかった。詳細な記述が妨げられてきた原因として,時代差や個人差が軽視されていた事,繋辞の連体形と属格主語の記述に問題があった事が言える。平成25年度にこれらの問題に関して大きな進展を見た。・満洲語訳『三国志』(順治7 (1650)年序)を主に属格の用法に注目して前年度に引き続き分析した。その結果として, (狭義の)所有関係を表さない属格標識の用法のうち「動詞の未完了連体形が属格標識をともなう用法」,「数量詞が属格標識をともなう用法」に関して,この資料の後半部分で属格標識の使用の衰退(-iの使用の減少)が見られた。このうち「動詞の未完了連体形那属格標識をともなう場合」は他の資料と比較すると時代差である可能性が高い。属格標識の多機能性を分析する上でこのような差異の存在は重要であると考えられる。・繋辞連体形と属格主語コーパス中のいわゆる繋辞連体形の用法を網羅的に分析する事により,繋辞に関する従来の記述に反して繋辞の連体形がゼロ(音形なし)になり得る(むしろ通常はゼロである)

事,そして属格主語に関する従来の記述に反して,このゼロの主語が属格主語になり得る事が判明した。この事実により,アルタイ諸言語において珍しい「同格の属格」など,十分な記述が行われてこなかった属格の用法について合理的な記述をする事ができる。・また色彩語について報告者は既に清代の黒を表す色彩語に時代差がある事を把握していたが,この分析を発展させ,満洲語に起きた色彩語の変化がシベ語と満洲語の言語接触の結果としてシベ語(シベ語は17世紀の時点で満洲語と別の変種であった可能性が高い)に影響を与えた可能性がある事も指摘し論文として発表した。満洲語の「同格の属格」とされる現象について,前年度までの考察に,現代日本語の助詞の「の」の用法との対照に基づくより詳細な考察をさらに加えた。また,今年度新たに属格/具格の格標識-iの形態と綴りに関する二つの問題を分析した。この格標識がniとも綴られる事と,この格標識が属格標識でも具格標識でも同じ形で用いられている事の2点である。まず,格標識-iがngで終わる語(そのような語は,ほぼ借用語にしかない)の後でniと綴られる事に関して,満洲文字の表記を元に分析を行い,ngの後のniという綴りは,当時の音声言語で起きていた現象を反映した綴りであるという結論に至った。ngの後で-iをniと綴る原因として二つの可能性が考えられる。一つ目は,借用語の語幹末のngを,格標識-iが続いた時に正しく発音するために,人為的な発音上の工夫が当時の音声言語で用いられる事がしばしばあり,それが書き言葉にも採用されていた可能性である。もう一つは,実際に音声言語においてもngの後のniが異形態として存在していた可能性である。前者と後者の何れがより妥当であるかは,今後さらなる資料の追求を通して解明につとめる。次に,格標識-iが語幹から離して書かれる「分かち書き」の有無について具格と属格で顕著な傾向の差があると言えるのか分析した。従来の記述の中には,具格は必ず分かち書きされる,とするものが有るが,今回コーパス中の用例を分析することにより,具格の-iでも分かち書きされない例が多々ある事が示された。また,同じ語において具格が属格よりも顕著に分かち書きされるとは言えない事も判明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。研究一年間の最優先事項は文献写真と連携して使用できる電子化コーパスの作成である。コーパス作成作業は、予定通り順調に完了したと言える。また、作成済みの電子化コーパスを用いた分析の結果としては、満洲語訳『三国志』において当初注目していた形式以外に、時代によって様相が異なる可能性がある現象が複数確認された。これによって康煕年間の満洲語とそれ以前の満洲語との時代差の研究の進展も見られた。本格的な分析のための準備を整えるという当初の計画はほぼ実現された考えている。日本語など他の言語との対象研究の準備は当初の予想以上に時間が掛かったが、満洲語の属格の記述において予想を上回る大きな進展をみた。色彩語の時代差に関する記述にも進展があった。総合的に見て、研究はおおむね順調に進展しているといえる。コーパスの作成作業を完了したので、次年度より本格的な分析に移ることになる。一方で、指示詞や代名詞など当初、本研究の中心的な分析対象として想定されていた語以外の多くの語や形態素の用法、表記に現れた発音などにおいても入関時期以前と以後の時代差である可能性が疑われる文献上の差が多数見つかっている。これらの現象に関しても分析しなければ、満洲語の変化の全貌や、各時代の満洲語の特徴を十分に明らかにすることは不可能であると考える。
20世紀アメリカ合衆国における市民軍事動員と高等教育普及の連関

本研究は、二十世紀米国社会における市民の軍事動員と高等教育の普及との思想・制度的連関を明らかにすることで、従来の研究において、米国史上の短期的逸脱とされがちであった米国の戦争経験を、長期的な米国社会の発展の中に位置づけることを目的とする。平成30年度は、中国北京市での研究報告(北京大学招待講演、中国人民大学国際シンポジウム報告)を通じ、米国外から米国社会を研究する視座につき、現地の研究者らと意見交換を行った。国際的な研究ネットワークの拡大に向け、非常に有益な意見を得られたと考える。また、米国ワシントンDC(米国連邦議会図書館、米国国立公文書館、ジョージタウン大学図書館)とニューヨーク市(コロンビア大学史料室、ニューヨーク公共図書館史料室、コロンビア大学内専門図書館6館)で史料調査を行い、現地の研究者と意見交換を行った。本年度の主な成果として、本研究の視座の重層化と地理的拡大が挙げられる。まず、全米各地の大学に設置された予備役将校訓練課程(ROTC)に関し、全米州立大学及びランドグラント大学協会と、全米黒人ランドグラント大学協会とでは、第二次世界大戦参戦前夜の戦争協力に対し大きな温度差があることが判明した。人種の違いが個人の高等教育の機会と従軍経験とにどう影響したかをさらに考察する必要がある。第二に、米領ハワイに設置されたROTC等の事例を手掛かりに、考察対象を米国本土から米領を含めた米国統治へと拡大する必要を痛感し、新たに調査を開始している。令和元年度より日本学術振興会特別研究員(PD)に採用されることとなったため、本助成は半年間という短い研究期間となったが、本助成により、非常に有意義な研究活動を行うことができた。今回意見交換を行った海外の研究者と、今後共同研究を行う話も進めている。本助成で得られた知見を活かし、本研究をさらに深められるよう今後も力を尽くす所存である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
認知行動療法におけるメタファーを用いた心理教育の効果

本研究では、うつ病と並存することが多い自閉症スペクトラムをもつ人に対する効果的な心理教育の手がかりを探るため、メタファーを用いたうつ病の心理教育と聞き手の自閉症スペクトラム傾向との関連を調査した。調査の結果、自閉症スペクトラム傾向の高さに関わらず、メタファーを用いた心理教育の方が「ポジティブな気持ちを抱いた」「新しい知見を得られた」などの印象を抱くと示された。本研究により、しばしば心理教育が困難とされる自閉症スペクトラム傾向の高い人に対しても、イメージしやすいメタファーを心理教育に効果的に用いることで、治療に対しポジティブな印象を抱く可能性が示唆された。本研究は、心理教育にメタファーを使うことが具体的には「どのような特徴を持つ人」に「どのような効果」をもたらすのか質問紙調査により検討を行った。大学生146名を対象に質問紙調査を実施した。「うつ病の回復過程」などセラピストが一般的に用いる心理教育の文章を刺激文として作成し、10名の臨床心理士と2名の精神科医により内容が添削された。被験者はランダムに2群に分けられ、一方には比喩を用いた心理教育が刺激文として提示され(Metaphor-group; M群)、もう一方には比喩を用いない心理教育が刺激文として提示された(Control group; C群)。心理教育への印象を評定する項目は、Stott et al. (2010)による「メタファーの効果」や、Marschark et al. (1983)による「メタファーの影響」などを基に、「イメージしやすかった」「新たな視点を得られた」などの16項目を作成し、7件法で回答を求めた。同時に、自閉症スペクトラム指数;AQ(若林, 2004)を実施し、成人の自閉症傾向を測定した。心理教育への印象を問う項目と、M群/C群のAQとの相関を算出したところ、M群に関してはAQとの有意な相関がみられなかった。C群に関しては「混乱した(逆転項目)」「イメージしやすかった」等の4項目について有意な負の相関がみられた。比喩を使用しない心理教育は、AQの高い人のほうが混乱しやすく、イメージしにくくなるが、比喩を使用する心理教育を行うことで、AQの高い人も混乱しにくくイメージしやすくなる可能性が示唆された。現在は結果の再分析と論文の執筆を行っている。質問紙調査の再分析と論文執筆、国際誌への投稿を行った。精神疾患の特徴を理解し治療を動機づけるには、心理教育を相手に理解できる言葉で丁寧に行う必要がある。本研究は、うつ病の併存疾患であることが多い自閉スペクトラム傾向をもつ人に対する効果的な心理教育の手がかりを探るため、メタファーを用いたうつ病の心理教育の効果と聞き手の自閉スペクトラム傾向との関連を調査した。大学生を対象に質問紙調査を実施した(男性41名、女性105名; M=19.45±2.05歳)。参加者は2群に分けられ、一方には比喩を用いたうつ病の心理教育が、もう一方には比喩を取り除いたうつ病の心理教育が提示された。各刺激文は、「わかりやすい」「イメージしやすい」などの印象評定が16項目7件法にて問われた。また、自閉症傾向を測定するため、全ての被験者は自閉症スペクトラム指数(Autism-spectrum quotient; AQ)日本語版(若林, 2003)に解答した。心理教育の印象を問う16項目に対し探索的因子分析を行い、「理解度」「ポジティブな印象」「新しい知見」の3種類の下位尺度からなる「心理教育の印象を問う質問紙」を作成した。その後、各下位尺度の得点を従属変数に、AQの高低とメタファーの有無を独立変数に、2要因分散分析を行った。結果、AQの高群低群ともに、メタファーがある文章の方が身近なことだと感じたり親しみやすい内容だと感じる「ポジティブな印象」を抱くと示唆された。精神疾患の治療を動機づけるには、心理教育を理解できる言葉で丁寧に行う必要がある。本研究は、うつ病と並存することが多いとされる自閉症スペクトラム傾向をもつ人に対する効果的な心理教育の手がかりを探るため、メタファーを用いたうつ病の心理教育の効果と聞き手の自閉症スペクトラム傾向との関連を調査した。146名の大学生を対象に質問紙調査を実施した(男性41名、女性105名; M=19.45±2.05歳)。参加者は2群に分けられ、一方には比喩を用いたうつ病の心理教育が、もう一方には比喩を取り除いたうつ病の心理教育が提示され、各刺激文に対し「わかりやすい」「イメージしやすい」などの印象評定が16項目7件法にて問われた。また、自閉症傾向を測定するため全ての被験者は自閉症スペクトラム指数(Autism-spectrum quotient; AQ)日本語版(若林, 2003)に解答した。その結果、「ポジティブな印象」についてメタファーの有無にのみ群の主効果がみられ、AQの高さに拘わらずメタファーを使用した心理教育の方がうつ病を身近なことだと感じたり、治療にポジティブな印象を抱くことが示唆された。

本研究により、しばしば心理教育の理解が困難とされる自閉症スペクトラム傾向の高い人に対しても、心理教育に効果的でイメージしやすいメタファーを用いることで、うつ病とその治療に対しポジティブな印象を抱く可能性が示唆された。本研究では、うつ病と並存することが多い自閉症スペクトラムをもつ人に対する効果的な心理教育の手がかりを探るため、メタファーを用いたうつ病の心理教育と聞き手の自閉症スペクトラム傾向との関連を調査した。調査の結果、自閉症スペクトラム傾向の高さに関わらず、メタファーを用いた心理教育の方が「ポジティブな気持ちを抱いた」「新しい知見を得られた」などの印象を抱くと示された。本研究により、しばしば心理教育が困難とされる自閉症スペクトラム傾向の高い人に対しても、イメージしやすいメタファーを心理教育に効果的に用いることで、治療に対しポジティブな印象を抱く可能性が示唆された。自閉スペクトラム傾向を持つ臨床群を対象とした質問紙調査の実施可能性等から、現在は調査対象をうつ病から拡大し、メタファーを用いた若者向けの強迫症の心理教育の作成にとりかかっている。臨床群の対象を変更したことで達成度は当初の予定より遅れているが、より臨床現場で効果検証し洗練していくことが可能な状態である。臨床心理学精神医学自閉スペクトラム傾向を持つ若者に対する心理教育の工夫について、様々な疾患を対象に作成していく。今後は思春期青年期を対象とし、視覚刺激とメタファーを多様に用いることで、自閉スペクトラム傾向が高くとも理解可能であり記憶しやすい心理教育について、専門家の意見を交えながら作成し効果を検証する予定でいる。臨床群を使用した質問紙調査を行う予定でいるが、刺激文の作成には専門家との十分な議論が必要であるため、刺激文の最終決定やや遅れている。臨床群の調査対象を変更したことで、当初予定した研究参加者への謝金分が次年度に繰り越されている。また、投稿中の論文が未掲載のため、掲載費が未発生である。研究協力者を募り、臨床群を対象に調査を行う予定でいる。国内外の学会発表に伴う費用、論文の再投稿・再校閲料と掲載費、専門家への相談の謝金にあてる予定である。研究1は大学生を対象としたアナログ研究であったため、臨床群を対象とした調査を研究2として行う。研究参加者を募集し、刺激文が決定され次第、調査を開始する。
本態性高血圧症における赤血球膜Na輸送異常の家族集積性と小児期ナトリウム摂取の影響

近年、ヒト本態性高血圧症の発症機序の1つとして、赤血球膜ナトリウム輸送の異常が指摘されている。私どもは健常小児や高血圧素因を有する小児を対象として赤血球膜ナトリウム輸送と食塩摂取の関連や腎ナトリウム調節能について検討し、さらにWistar系ラットを用いて実験的に追試した。健常小児において、赤血球膜ナトリウムポンプユニット数は、血圧やナトリウム摂取の影響を受けなかった。また、尿中カテコラミンやカリクレイン排泄など血圧調節に関わる内分諸因子の動態とも関連を示さなかった。本態性高血圧症家族歴を有する小児では、家族歴のない小児と比較し、赤血球膜ナトリウムポンプユニット数および赤血球膜ナトリウム・カリウムflux比のいずれも有意の低値を示した。また、これらの因子は血圧やナトリウム摂取状況と関連を示さなかった。即ち、赤血球膜ナトリウム輸送の抑制は、正常血圧小児にも見出され、家族集積性があることが示唆された。さらに、本態性高血圧症家族歴を有する小児に生理食塩水を点滴静注すると、ナトリウム排泄が遅延し、血漿心房性ナトリウム利尿ペプチドが過剰増加した。即ち、これらの小児は先天的に腎におけるナトリウム調節能に異常があることを示唆する所見である。Wistarラットにおける検討でも、赤血球膜ナトリウムポンプユニット数には家族集積性が認められた。高食塩食、正常食塩食、低食塩食の三群で検討したところ、高食塩食群の血圧は有意に上昇したが、赤血球ナトリウムポンプユニット数には他群との間に有意差を認めなかった。また、尿中カテコラミンやカリクレイン排泄、血漿レニン活性、血漿心房性ナトリウム利尿ペプチドは食塩摂取状況に応じて変動し、赤血球膜ナトリウムポンプユニット数とは何ら相関を認めなかった。
バイオフィジカルテクノロジーを基盤としたハイブリッド創傷治療システムの構築

再生医療の3大要素は細胞、シグナル分子、scaffoldと言われている。バイオテクノロジーの進歩により様々な創傷・組織欠損に対して成長因子製剤(シグナル分子)やscaffoldなどは既に臨床で実用化されている。。本研究では再生医療や物理療法を統合してバイオフィジカルテクノロジーと称し、これらを簡便に系統的に施行できるハイブリッド創傷治療システムの構築を目指した。終了年度までに現在使用可能なscaffoldの組織・血管新生誘導能を検証することができた。再生医療の3大要素は細胞、シグナル分子、scaffold(足場)と言われている。一方、創傷に物理的(physical)な作用を及ぼして治癒を促進する有効性が広く認識されている。局所陰圧閉鎖療法は世界的なgolden standardであり、高圧酸素療法・局所酸素療法の効用も多く報告されている。また感染制御は古くから創傷治療の最大関心事である。これら数多ある治療法はそれぞれのプロダクトを別々の手間をかけて適用せねばならず、systematicに実行できるものではない。本研究では再生医療や物理療法を統合してバイオフィジカルテクノロジーと称し、これらを簡便に系統的に施行できるハイブリッド創傷治療システムの構築を目指す。臨床業務とのエフォート配分に問題があり若干の遅れを生じている。臨床・教育dutyとエフォート配分に問題あるため再生医療の3大要素は細胞、シグナル分子、scaffold(足場)と言われている。一方、創傷に物理的(physical)な作用をおよぼぼして治癒を促進する有効性が広く認識されている。本研究では再生医療や物理療法を統合してバイオフィジカルテクノロジーと称し、これらを簡便に系統的に施行できるハイブリッド創傷治療システムの構築を目指すべく研究を開始した。これまでに生体材料の機能を検証した。。動物実験の環境設定にやや困難な面がある。当初計画していたバイオマテリアルのみでは想定した結果が得られない可能性が大きくなったため、新たなマテリアルを追加して実験していく。新たな機器、マテリアルを導入して効率を上げる形成外科その際の動物実験でマテリアルの固定に困難があり、これを克服していく。納品時期、事務手続きの遅れによる。実験経過に伴い仮説を変更せざるを得なくなり、当初計画の遅延・変更が生じた。速やかに執行する。新たなバイオマテリアル、機器の購入にあてる。
真核細胞におけるポリリン酸の新奇な生理機能と制御系の探求

ポリリン酸(polyP)は,数個から数百のリン酸が重合した高分子であり,全ての生物が体内に有すると言われている。polyPはリン酸貯蔵体としての役割をもつ一方,その他にも多彩な機能を担う生体分子であると考えられている。polyPは食品添加物などとして応用されていることから,その生体に及ぼす影響や新たな生理活性の理解は重要である。申請者は,polyPの細胞内量が過剰になる分裂酵母変異株では,栄養飢餓時のオートファジーによるタンパク質分解が阻害され,細胞寿命の短縮を引き起こすことを見出した。本研究では,この発見を活用し,真核細胞におけるpolyPの新たな生理機能と制御系の解明をねらう。
未知のことばを学ぶ力と考える力への早期学習経験の影響と生涯発達機序の解明

本年度おこなった複数の調査結果から,母国語に加えてさらに新しい言語を学ぶという経験が,異なる言語ではどのような特性がありうるのかという言語的意識や気づきの差にあらわれうるということ,さらには今後学修の目標の達成に向けて能動的に計画と実行の監視や調整を行う可能性が示唆された。また,本年度新たに始めた共同研究においては,調査に参加する研究協力者の自己評価をどのように解釈していくべきかというアセスメントポリシーの開発につながる知見を得ることができた。本研究の結果は外国語教育だけでなく自己主導型学習概念の研究領域においても重要であると考えられた。調査より以前の生涯発達過程における言語能力の伸長が高校生や大学生といった年代の学習者にどのような影響を及ぼしうるかについて複数の調査を行うことができた。今後は研究の精度を高めるために調査対象の人数を増加させ,さらにそれ以前の生涯発達過程における言語能力の伸長が別のライフステージにおいてどのような影響をもたらしうるかを明らかにしていく予定である。所属機関で授業時間内での教育研究目的の調査が認可されたため,協力者への謝礼は金銭ではなく,授業外での学習機会の増大をはかることになった。そのため当初計画していた謝金が不要になった。旅費についても本年は国内開催の国際学会での発表が可能になったため不要となった。2019年度から所属機関を異動したため,機関内での調査機会にあわせて,繰越金を調査費用として捻出したい。
神経活動依存的に変化するヘパラン硫酸プロテオグリカンの機能解析

ヘパラン硫酸プロテオグリカン(HSPG)はヘパラン硫酸鎖を介して多様な分子と相互作用することで、様々な発生過程及び生理機能を調節する。しかしながら、シナプス可塑性におけるHSPGの機能については未だ不明な点が多い。そこで我々はグルタミン酸作動性シナプスのモデルであるショウジョウバエの神経筋接合部(NMJ)に注目し、シナプス可塑性におけるHSPGの役割を調べた。ショウジョウバエは飢餓状態に陥るとオクトパミンシグナルが増大し、その結果、NMJにおけるシナプス終末の数及び運動速度が増加することが知られている。これまでの我々の解析から、グリピカンDlpはオクトパミンシグナルによって発現レベルが変化することでシナプスの可塑的な形態変化及び運動能を調節すること、またこの際、HSの6-O硫酸基という特定の糖鎖修飾が重要な役割を果たすことが示唆された。さらにDlpの詳細な作用機構を調べるため、Dlpがグルタミン酸受容体の局在を調節する可能性について調べた。ショウジョウバエのグルタミン酸受容体は4つのサブユニットからなるが、その一つであるGluRIIAは神経活動依存的なシナプス形成において重要であることが知られている。解析の結果、野生型においては飢餓に伴いシナプス後部におけるGluRIIAのレベルが減少する一方、Dlpノックダウン個体では飢餓前においてGluRIIAのレベルは既に野生型より高く、また飢餓によりさらに増大することが判明した。この結果からDlpはシナプス後部においてGluRIIAの局在を抑制することによってシナプス可塑性を調節することが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。ヘパラン硫酸プロテオグリカン(HSPG)はコア蛋白質にヘパラン硫酸(HS)鎖が共有結合した分子であり、細胞膜表面や細胞外基質に局在する。これまでの研究からHSPGは様々な分子と相互作用することで多くの生物学的現象に関与することが知られている。HSPGがこのような多彩な機能を示す一つの要因はHS鎖が複数の糖鎖修飾酵素によって形成された多様な微細構造を持つためだと考えられている。実際にFGF等の幾つかの分子が異なるHS微細構造に結合することが生化学的実験により示されている。しかしながら、生体内におけるHSPG及びHS微細構造の作用機構については未だに多くの点が不明である。本研究では生体内におけるHSPG及びHS微細構造の役割を明らかにするため、遺伝学的手法に優れたショウジョウバエを用いて研究を行った。特にシナプス可塑性におけるHSPGの役割に注目し解析を行った。ショウジョウバエにおいては、飢餓時にオクトパミンを介して運動量が増加し、神経筋接合部におけるシナプス終末の数が増加することが知られている。そこで、飢餓がHSPGの局在にどの様な影響を及ぼすのか解析した。その結果、飢餓によりシナプスにおけるグリピカンの発現レベルが変化することが明らかになった。次にグリピカン及びヘパラン硫酸の修飾酵素が飢餓依存的なシナプス終末の形成に必要かどうかを調べた。その結果、グリピカン及びヘパラン硫酸6-O脱硫酸化酵素であるSulf1の機能をノックダウンした個体では飢餓依存的なシナプス終末の増加が抑制されることが分かった。以上の結果から、グリピカンは飢餓によって発現レベルが変化することでシナプスの可塑的な形態変化を調節すること、またヘパラン硫酸の6-O硫酸基という特定の糖鎖修飾が重要な役割を果たすことが示唆された。交付申請書に記載した「研究目的」の最も重要な点は、シナプス可塑性に関与するヘパラン硫酸プロテオグリカンのコア蛋白質とヘパラン硫酸修飾酵素を同定することである。我々は飢餓により発現が変化するHSPGコア蛋白質を調べた結果、シナプス後部においてグリピカンの発現レベルが変化することが分かった。

また様々なHSPG遺伝子群の欠失変異体及びRNAi系統を用いて運動能及びシナプス終末の形態を観察した結果、グリピカン及びヘパラン硫酸6-O脱硫酸化酵素であるSulf1の機能をノックダウンした個体では飢餓依存的な運動能の増加及びシナプス終末の増加が抑制されることが分かった。以上のことから、シナプス可塑性に関与するコア蛋白質とヘパラン硫酸修飾酵素を同定することが出来た。また、グリピカン及びSulf1の異常がグルタミン酸受容体の局在に影響することを見出しており、HSPGがシナプス伝達において重要な役割をすることが分かりつつある。一方、飢餓によるグリピカンの発現変化が神経活動に依存するものか、それとも飢餓特有に観察されるものかは不明であり、今後明らかにしていく必要がある。27年度が最終年度であるため、記入しない。飢餓によるシナプスの変化は、ストレス等、運動以外の別の要因によって引き起こされる可能性も考えられる。そこで運動神経細胞の神経活動を直接活性化するため、緑藻由来の光感受性イオンチャネルであるチャネルロドプシンをGal4/UASシステムを用いて運動神経細胞において特異的に強制発現し、光刺激を行う。このような光遺伝学的手法によって誘導されるシナプス終末の増加がどのHSPGコアタンパク質及びHSの微細構造に依存するのか調べる。これにより、シナプスの可塑的な形態変化に必要なHSPGコア蛋白質及びHSの微細構造を同定する。次にHSPGがどの様な分子と相互作用することでシナプスの可塑的な変化に関与するのか調べる。これまでWntやAMPA型グルタミン酸受容体等の様々な分子が神経活動に依存して局在が変化し、シナプスの可塑的な形態変化を調節することが報告されている。そこでHSPGがHSの微細構造を介してこれらの分子の局在を調節する可能性を調べる。方法としてHSPGコア蛋白質及びHS修飾酵素欠失変異体を用い、Wnt等の神経活動依存的なヘパリン結合性分子の局在変化がどのHSPGコア蛋白質及びHS微細構造に依存するのか免疫組織化学染色法により調べる。また、これらのヘパリン結合性分子とHSPGや既に構造が分かっているHSとの直接的な相互作用をBiacoreシステムを用いて調べる。以上の実験から、HSPG及びHSの微細構造がどの様な分子と相互作用することでシナプスの可塑性を調節するかが明らかになる。神経回路形成プロジェクトホームページ
コヒーレントテラヘルツ電磁波放射光源の磁場による高出力化

本研究は、強磁場を印加した非線形半導体素子をテラヘルツ放射光源として用いたコヒーレントテラヘルツ電磁波光源の開発を目的した。Saturable Bragg Refrector(SBR)は、単一量子井戸からテラヘルツ放射を生じることが我々の研究により判明しており、その出力はナノワットレベルと非常に小さく、実用レベルに達していなかった。このSBR(電子技術総合研究所、電子デバイス部門の板谷研究員作成)に磁場を印加して、高強度のコヒーレントテラヘルツ電磁波を既存のレーザーシステムからの発生実験を行った結果、新型のGaAs基板上の単周期量子井戸超格子(Al_xGa_<1-x>As/AlAs)に赤外誘電体ミラーコーティングしたSBRを用いることにより、通常の半導体に赤外誘電体ミラーコーティングを施した試料が生じるテラヘルツ電磁波に比べて、桁違いの強度をもつテラヘルツ電磁波を観測した。さらに、磁場印加および共振器内励起光学系の構築によりピーク出力の高いパルス励起が可能になるため、結果として0.8マイクロワットの平均出力をもつテラヘルツ電磁波の生成に成功した。この結果は、既存のどのようなチタンサファイヤレーザー等のパルスレーザーと非線形結晶の組み合わせを用いても発生させることのできないテラヘルツ電磁波を、非常に容易に遠赤外パルスレーザー光として発生させる点で大きな意義がある。また、偏光フーリエ干渉分光計とInSbボロメーターのシステムにより、SBRから放射されるコヒーレントテラヘルツ電磁波のスペクトルを測定した結果、非常にバンド幅の広いスペクトルを得た。これらの結果より、当初の目的は達成されたものと考えられる。このSBR(電子技術総合研究所、電子デバイス部門の板谷研究員作成)に磁場を印加して、高強度のコヒーレントテラヘルツ電磁波を既存のレーザーシステムからの発生実験を行った結果、新型のGaAs基板上の単周期量子井戸超格子(Al_xGa_<l-x>As/AlAs)に赤外誘電体ミラーコーティングしたSBRを用いることにより、通常の半導体に赤外誘電体ミラーコーティングを施した試料が生じるテラヘルツ電磁波に比べて、桁違いの強度をもつテラヘルツ電磁波場観測した。
ヒストンタンパク質を用いた高等学校「生物」の教育プログラムの研究

真核生物の核内でDNAは、ヒストンタンパク質に巻き付いてヌクレオソームを形成し、さらに折りたたまれてクロマチン構造を形づくっており、細胞分裂の際には凝集して染色体として観察される。ヒストンタンパク質は、遺伝子の転写に関わりがあることや、動物だけでなく植物とも共通部分が多く、進化を通して極めて良く保存されていることから、本研究では、ヒストンタンパク質を教材化することにより、生物の共通性と遺伝子発現のメカニズムを実感させ、分子生物学的に探究する方法を習得させることができることを目的として研究を行った。研究方法は、牛レバーやブロッコリー、サケの精巣である白子の3つの試料から、超遠心分離機を使用せずにヒストンタンパク質を抽出し、生徒が安全かつ安定した方法によってSDSポリアクリルアミド電気泳動法で分離できるようにゲルや染色液の選定を行うなど、実験方法の最適化を図った。電気泳動の結果から、3つの試料において、H3とH4は、ほぼ同じ位置にバンドが見られることから、真核生物におけるヒストンの共通性を確認することができた。また、白子に含まれている精子の核タンパク質には、ピストンの他にプロタミンが多く含まれていることがわかった。さらに、電気泳動法によって分離したタンパク質がヒストンタンパク質であることを確認するため、抗原抗体反応を用いて検出するウエスタンブロッティング法を行った。本研究の成果を学会で発表するとともに、生徒が探究的に進められる実習テキストの作成を作成し、基本的な概念をより深くかつ包括的に理解させ、科学的な思考力・判断力・表現力を育成するための教育プログラムの開発を行い、教員研修講座で紹介するなど普及を図った。
地理教育からみた地理的技能・学力の構造の解明と向上のための授業開発

本研究の目的は、地理教育の立場から、(1)児童・生徒が大人になり社会で生きるために必要とされる地理的技能とはどのような構造を持つのか、(2)社会が地理教育に期待する地理的学力はどのような構造を持つのか、(3)日・英・米のすぐれた地理教育実践事例を収集、分析することにより、日本人の地理的技能や地理的学力を向上させるための小・中・高等学校での授業開発とカリキュラム開発を行うことである。研究成果の第1は、日・英・米の地理教育で取り上げられる地理的技能・学力の整理である。日・英・米の地理教育で取り上げられる学習指導要領,「地理スタンダード」,「ナショナル・カリキュラム」や教科書,教師用指導書などを分析し,その中で取り上げられている以下の地理的技能・学力を取り上げ,比較研究を行った。(1)地図・空間学習の実際、(2)教科書における地理学力向上プログラム。研究成果の第2は、日・英・米の地理的技能・学力の向上を志向する地理授業の収集と分析である。平成17年度、平成18年度とも研究代表者と分担者の2名が米国、分担者2名により英国で、授業観察、資料収集、意見交換を実施した。その上で、日・英・米の実際の教育現場で教員たちがどのようにして地理的技能・学力を向上させるための授業を構築し,実践しているのか,以下のように事例を収集し比較分析した。(1)英国初等教育における地理授業実践の形態、(2)米国における地球儀指導の実践例研究成果の第3は、地理的技能・学力向上を指向した授業開発の試みである。これまでの結果を総合し,日本の社会が期待する幅広い地理的技能・学力を向上させるために以下のカリキュラム開発と授業開発を行った。(1)地球儀指導、(2)子どものための地域安全マップ、(3)災害・防災に関する生涯学習地理教育。これらの研究の結果,地理的技能・学力向上を指向した授業開発を、関係諸機関の協力を得て、学校教育、生涯教育の場で積極的に行う必要があることが明らかとなった。本研究の目的は地理教育の立場から,(1)児童・生徒が大人になり社会で生きるために必要とされる地理的技能とはどのような構造を持つのか,(2)社会が地理教育に期待する地理的学力はどのような構造を持つのか,それらを解明するとともに,(3)アメリカ合衆国・イギリス・日本のすぐれた地理教育実践事例を収集,分析することにより,日本人の地理的技能や地理的学力を向上させるための小・中・高等学校での授業開発とカリキュラム開発を行うこと,以上3点である。本年度は研究分担者2名がアメリカ合衆国で,2名がイギリスにおいて地理教育に関する授業観察・意見交換・教材収集を実施した。アメリカでは,マサチューセッツ州ボストンのハーバード大学教育学大学院附属図書館およびボストン大学附属図書館等を訪問し,地理的技能・学力の育成に関する資料を収集した。また,ミネソタ州セントポール周辺の初等学校や教材販売所を訪問し,授業観察・資料収集を実施した。さらに,ミネソタサイエンス博物館及びミルシティ博物館でも資料収集した。この結果,初等教育段階においては地理教育を根幹にすえた充実した指導が行われていること,教材の作成にあたって教育団体,地理学団体が連携してカリキュラムづくりや教材作成が行われていることが明らかになってきた。イギリスでは先ず,サウサンプトンの陸地測量部(英国における地図作製機関)を訪問し,地図教育担当職員から地図を活用した地理教育実践にむけた諸活動の実態を調査した。

また,ロンドン周辺の初等学校1校,中等学校2校で授業観察・資料収集を実施し,ICT(情報コミュニケーション技能)の活用や思考力を重視した地理教育実践の実態を知ることができた。同時に,滞在したロンドン大学教育研究所地理教育教室スタッフとの意見交換からは,地理的技能・学力に関する英国地理教育界での基本的考え方が理解された。本研究の目的は、地理教育の立場から、(1)児童・生徒が大人になり社会で生きるために必要とされる地理的技能とはどのような構造を持つのか、(2)社会が地理教育に期待する地理的学力はどのような構造を持つのか、(3)日・英・米のすぐれた地理教育実践事例を収集、分析することにより、日本人の地理的技能や地理的学力を向上させるための小・中・高等学校での授業開発とカリキュラム開発を行うことである。研究成果の第1は、日・英・米の地理教育で取り上げられる地理的技能・学力の整理である。日・英・米の地理教育で取り上げられる学習指導要領,「地理スタンダード」,「ナショナル・カリキュラム」や教科書,教師用指導書などを分析し,その中で取り上げられている以下の地理的技能・学力を取り上げ,比較研究を行った。(1)地図・空間学習の実際、(2)教科書における地理学力向上プログラム研究成果の第2は、日・英・米の地理的技能・学力の向上を志向する地理授業の収集と分析である。本年度も研究代表者と分担者の2名が米国、分担者2名により英国で、授業観察、資料収集、意見交換を実施した。その上で、日・英・米の実際の教育現場で教員たちがどのようにして地理的技能・学力を向上させるための授業を構築し,実践しているのか,以下のように事例を収集し比較分析した。(1)英国初等教育における地理授業実践の形態、(2)米国における地球儀指導の実践例研究成果の第3は、地理的技能・学力向上を指向した授業開発の試みである。これまでの結果を総合し,日本の社会が期待する幅広い地理的技能・学力を向上させるために以下のカリキュラム開発と授業開発を行った。(1)地球儀指導、(2)子どものための地域安全マップ、(3)災害・防災に関する生涯学習地理教育これらの研究の結果,地理的技能・学力向上を指向した授業開発を、関係諸機関の協力を得て、学校教育、生涯教育の場で積極的に行う必要があることが明らかとなった。
世界の物流を支えるコンテナ船では脆性き裂の発生のみならず一旦伝播したき裂を短い距離の間に伝播を停止させる脆性き裂伝播特性が求められる。同特性は材料靭性を高めることで対処されているが、現状TMCP法の限界まで厚肉化が進んでおり、さらなる大型化の要望に応えるためには、現状技術延長では材料コストが極端に高騰し実現が難しい。この問題点を打破すべく逆転の発想とも言うべき新しい安全性向上方策を提案するための2項目の基礎的破壊力学検討に挑戦している。2018年度はまず、「1き裂分岐促進による高靭化(→き裂を入りやすくする部位を故意に設ける)」の観点を支配する力学因子を探求するため、実験の取り扱いが容易な樹脂材料(PMMA、ポリカーボネート)を用いて曲げ・引張負荷形式の相違が亀裂分岐現象に及ぼす影響を調査した。特に破面に関する丁寧な観察を実施することにより、特定の応力多軸度場において亀裂のマクロブランチが促進されるとの知見を得ることができた。また、マクロ分岐の前駆現象をとらえるためには破面粗さを正確に数値化する技術が必要であるが、本用途に適したレーザ顕微鏡を導入し準備を整えた。また、「2サイドリガメント効果最大化のためのディンプル加工(→応力分布を故意に設ける)」については、数値解析による事前検討を終え、適切なディンプル加工により、亀裂の駆動力を低減させる可能性があることを突き止めた。亀裂が直進する条件が必要であり、計算だけでは不明な点も多い。また、実験供試材を作成し体制を整えた。掲げている二つの研究項目について進捗は順調であると判断できる。特に1についての樹脂材料における研究成果は顕著であり、今後国際会議での発表およびトップジャーナルへの投稿を予定しているなど、学術的にも高い価値を有する成果を得たと考えている。しかしながら今後の鉄鋼材料への本知見の適用および実験的確認については多くのハードルもあり、しっかりと取り組んでいく必要がある。当初の研究計画通りに進めていく。1鉄鋼材料において同様の実験を行い、マクロ分岐がもたらされる力学条件を明らかにする。昨年度は樹脂材料を用いた実験を行い、特に応力多軸度に着目した整理を行ったが、今年は加えて駆動力と靭性の関係(比)についてもパラメータとして考慮した検討を行っていく。実施した試験片の破面は都度観察し、粗さの定量化を行う。最終的には諸条件の分岐に及ぼす影響を体系化していきたい。2本年度は実際にディンプル加工を行ったESSO試験を実施し、数値解析の正しさを証明していきたい。
動脈硬化の革新的治療薬開発のための基盤研究

動脈硬化の中で最も多い「粥状動脈硬化」の進展・発症には、マクロファージによる酸化LDLの貪食とそれに伴う泡沫化が深く関わっている。泡沫細胞はアポトーシスまたはネクローシスを起こすが、前者は保護的に働き、後者は病態の増悪化に働くと考えられている。したがって、マクロファージ/泡沫細胞の細胞死制御機構を解明することにより、動脈硬化性疾患の新たな治療法開発に繋がると期待される。本研究では、マクロファージ/泡沫細胞の細胞死制御におけるアダプタータンパク質TAB2の役割解明に取り組み、泡沫細胞およびLPS刺激したマクロファージにおけるネクローシスの抑制にTAB2が必須の役割を果たすことを明らかにした。動脈硬化の発症・進展におけるTAB2/3の役割を明らかにするため、平成27年度は、主にin vitroの実験系を使って、泡沫細胞の形成やその細胞死制御機構の解明に取り組んだ。in vitroにおいて骨髄由来マクロファージ(BMDM)から泡沫細胞が形成される過程には、TAB2/3は必須ではないことが明らかとなった。一方、泡沫細胞の細胞死抑制にはTAB2が必須であり、TAB3は必要ないことがわかった。さらに、TAB2は泡沫細胞のネクロプトーシスを抑制することがわかった。この知見と過去の報告を併せて考えると、TAB2は動脈硬化巣において泡沫細胞のネクロプトーシスを抑制することで、炎症が起こるのを抑え、血栓が形成されにくい状態を維持する方向に働く可能性が示唆される。Tab2欠損泡沫細胞の細胞死がTAK1に依存するかどうかについては、実験上の問題に直面しているためまだ結論が出ていない。また、H28年度以降に計画していた、細菌感染応答におけるTAB2/3の役割について予備的検討を行ったところ、リポポリサッカライド(LPS)で刺激したマクロファージの細胞死とIL-1bの産生を、内在性TAB2が抑制することを新たに見いだした。この発見は、TAB2を標的として炎症を制御する新たな方法の開発に繋がる基盤的知見になると考えられる。今後、TAB2によるIL-1b産生抑制の詳細な分子メカニズムの解明にも力を入れて取り組む。培養骨髄由来マクロファージに酸化型LDL (oxLDL)を添加すると泡沫細胞が形成されるが、その過程にはTAB2/3は必須ではないことが明らかとなった。一方、oxLDL添加後の泡沫細胞の細胞死抑制にはTAB2が必須の役割を果たすことがわかった。興味深いことに、TAB2のホモログであるTAB3は泡沫細胞の細胞死抑制に必須ではないことがわかった。次に、Tab2欠損泡沫細胞の細胞死の種類を明らかにするため、各種阻害剤を用いた検討を行った結果、ネクロプトーシスの特異的阻害剤であるNecrostatin-1の添加によって、細胞死が完全にレスキューできた。したがって、TAB2はoxLDLによって誘導される泡沫細胞のネクロプトーシスを抑制することが明らかとなった。この細胞死がTAK1に依存するかどうかを調べるため、TAK1の特異的阻害剤5Z-7-oxo-zeaenolによって細胞死がレスキューされるかどうかを調べたが、5Z-7-oxo-zeaenol自体がBMDMに対して細胞死を誘導することが判明したため、今のところTab2欠損泡沫細胞の細胞死がTAK1に依存するかどうか結論を得られていない。今後、5Z-7-oxo-zeaenolの濃度や添加時間などの条件検討を行い改善を試みる。これまでに得た知見から、Tab2KO BMDMでは自己分泌されるTNFaによってネクロプトーシスが誘導されている可能性を考え、oxLDL添加後の培養上清をELISA法で調べた結果、TNFaは全く検出されなかった。また、マクロファージの細菌感染応答におけるTAB2/3の役割を解明するため、Tab2欠損BMDMをLPSで刺激して、細胞の生存率及びサイトカインの産生を調べたところ、刺激後1624時間にかけてTab2欠損BMDMで細胞死が亢進し、LPS刺激のみで成熟型IL-1bを高産生することを新たに見いだした。前年度の研究で、リポポリサッカライド(LPS)で刺激したマクロファージの細胞死とIL-1bの産生を内在性TAB2が抑制することを見いだした。この発見は、TAB2を標的として炎症を制御する新たな方法の開発に繋がる基盤的知見となるほか、TAB2による泡沫細胞の細胞死制御機構の解明の糸口となることが期待される。そこで、平成28年度からは、LPSによるマクロファージの細胞死とIL-1bの産生制御におけるTAB2の役割に焦点を当ててその解明に取り組んだ。貪食細胞特異的Tab2欠損マウスから骨髄由来マクロファージを調製し、LPS刺激で誘導される炎症性サイトカイン(IL-1b, IL-6, TNFa)の量を測定した結果、野生型コントロールでは検出できないIL-1bの産生がTab2欠損マクロファージにおいて認められ、一方、IL-6とTNFaについては野生型とTab2欠損マクロファージで顕著な差は認められなかった。定量的PCR法を用いて、それぞれのサイトカインのRNA量を測定したところ、コントロールとTab2欠損マクロファージとの間で有意な差は認められなかった。そこで、インフラマソームの活性に差があるかどうかを調べるため、ウエスタンブロットでカスパーゼの活性化を検出した結果、Tab2欠損マクロファージではLPS単独刺激でCaspase-1とCaspase-8が活性化することが明らかとなった。TAB2と相同性の高いTAB3の役割も同様に調べたところ、TAB3は上記の細胞応答に全く関与しないこともわかった。