hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハイパーメディア利用による自己内省型学習環境の構成法と指導法の確立に関する研究

本課題研究における本年度の研究実績は次に示す通りである。(1)構成主義的教授・学習理論の構築と検討ハイパーメディア利用の学習環境システムの大枠としての教授・学習理論が、近年提唱されるようになってきたので、その理論的検討を試みるとともに、わが国の現状の課題を明らかにし展望を考察した。(2)中学校理科天文分野における構成主義的カリキュラムの開発研究の最終年度と言うことで今までの研究知見を総合し、Jonassen(1991)の知識習得の3段階モデルを基礎とした中学校理科天文分野における構成主義的カリキュラムを開発し、香川大学附属坂出中学校におて実践してもらった。評価手法も従来の客観的評価とは違うものを採用している。(3)中学校理科天文分野におけるハイパーメディア教材の開発構成主義的カリキュラムにおいて導入部分で使われるマルチメディア教材を開発し、実際に授業の中で使用した。このソフトウェアは従来の、インタラクティブ性のみを強調するものと違い、ストーリーや文脈づくりの中での知識やイメージの獲得を目指すものである。(4)中学校理科天文分野におけるビデオカメラを利用した視点変換システムの開発視点変換などの従来取り扱うことの難しかった内容を取り扱うために、子どもたち自身がビデオカメラを利用して天動説視点と地動説視点を切り替えて見るようにするなどの視点変換支援を行なった。(5)中学校理科天文分野における討論を利用した知識の熟達の支援カリキュラムの最後の部分では金星の動き方に関する課題を2段階の討論(小集団、クラス討論)の中で解いていくという支援形態をとった。アメリカでは科学教育の中で討論を取り入れる動きが活発になっており、構成主義的であるとともに、科学教育としても意味のあるものになった。本課題研究における本年度の研究実績は、次に示す通りである。(1)構成主義的教授・学習理論の構築と検討ハイパーメディア利用の学習環境システムの大枠としての教授・学習理論が、近年、提唱されるようになってきたので、その理論的検討を試みると共に、わが国の現状の課題を明らかにし展望を考研した。(2)具体的なハイパーメディア利用による自己内省型学習環境の構成と指導法の研究として、僻地教育における国語感想文の発表支援環境システムを開発し、その試行によって、目指す成果をあげた。すなわち、福井県の僻地校(分校と本校)を対象に、本校の小学校低学年児童の個別の国語感想文の発表映像をハイパーメディアに一種のデータベースとして収納し、その感想文がステレオタイプになりがちな小人数の分校の児童でもそのシステムを活用することによって、自己内省型学習が成立し、豊かな感想文をかけるようになることが、実証された。それも相互の協力活動という社会性の中でであり、これまで忘れられがちだった僻地教育に、こうしたアプローチの可能性を与えるとともに、僻地教育への情報教育の一つのモデルを示したと考える。(3)これまでの理科教育、科学教育では、必ずしも十分に成果を上げえなかった「天文」単元を扱ったハイパーメディアによる自己内省型学習環境システムの開発を進めた。中学生らの実態調査に基づき、現在構築中であり、次年度には試行と評価をなしうる段階となっている。また、ハイパーメディアのディスプレイを投影して天体の動きをダイナミックに表示するシステムの開発も同時に行っている。(4)また、視聴覚障害児のためのVoice Navigatorを用いたスピーチ・リーディング支援システムも、開発が進み、次年度あわせて試行し評価をなす予定に入っている。(2)中学校理科

天文分野における構成主義的カリキュラムの開発研究の最終年度と言うことで今までの研究知見を総合し、Jonassen(1991)の知識習得の3段階モデルを基礎とした中学校理科天文分野における構成主義的カリキュラムを開発し、香川大学附属坂出中学校において実践してもらった。評価手法も従来の客観的評価とは違うものを採用している。(3)中学校理科天文分野におけるハイパーメディア教材の開発構成主義的カリキュラムにおいて導入部分で使われるマルチメディア教材を開発し、実際に授業の中で使用した。このソフトウェアは従来の、インタラクティブ性のみを強調するものと違い、ストーリーや文脈づくりの中での知識やイメージの獲得を目指すものである。(4)中学校理科天文分野におけるビデオカメラを利用した視点変換システムの開発視点変換などの従来取り扱うことの難しかった内容を取り扱うために、子どもたち自身がビデオカメラを利用して天動説視点と地動説視点を切り替えて見るようにするなどの視点変換支援を行なった。(5)中学校理科天文分野における討論を利用した知識の熟達の支援カリキュラムの最後の部分では金星の動き方に関する課題を2段階の討論(小集団、クラス討論)の中で解いていくという支援形態をとった。アメリカでは科学教育の中で討論を取り入れる動きが活発になっており、構成主義的であるとともに、科学教育としても意味のあるものになった。
主観的強度を指標とした筋力トレーニングの効果について

16年度は成年男子を対象に主観的強度と発揮筋力との関係について実験を行い、主観的強度を指標に筋力を発揮した場合、主観的強度と発揮筋力の間には指数関数的関係が成立することを明らかにした。発揮筋力と筋電図積分値は直線的関係にあった。また、主観的強度を一定にしてIosokinetic contractionを継続した場合、発揮筋力は漸次低下するがそれぞれの時点における発揮筋力はその時点における最大発揮筋力に対して常に一定の割合を保っていることも明らかにした。筋電図は経次的にMean Power Frequencyが低周波数帯に移行することが観察された。これらの結果より、主観的強度を指標とした筋力発揮が筋力トレーニングの強度指標となりえることを示した。17年度は中高年男子を対象に主観的強度を強度指標として、脚伸展を用いたIosokinetic contractionによる筋力トレーニングを12週間にわたり実施した。その結果、左足の脚伸展力は主観的に最大レベル強度でトレーニングしたグループは152.0±27.7Nmから174.5±6.5Nm、80%レベルでは157.6±32.2Nmから167.6±51.7Nm、60%レベルでは103.g±28.3Nm to 117.8±20.1Nmとトレーニング後に改善した。トレーニング強度と改善の度合いについては本実験では一定の傾向を見ることはできなかった。トレーニング強度が高ければ効果も高いことが予想されるが、被験者数と被験者の初期レベルが結果に影響していることが推察される。本研究において、主観的強度が筋力トレーニングの強度指標として有効であり、実際のトレーニングにおいてその効果を実証した。近年高齢者の転倒予防や要介護者の生活能力の改善に筋力の改善が有効であることが示唆されているが、本研究の結果は最大負荷をかけずに効果を得る手段として有効であることを示した。今後は高齢者を対象に研究を進める予定である。本年度は等速性筋力発揮における主観的強度と発揮筋力との関係について研究を行った。疲労を伴わない短時間での筋力発揮においては、主観的強度と発揮筋力との間には指数関数的関係が認められた。この関係は等尺性収縮の場合に比べ、より直線に近い関係が示された。EMGのMean Power Frequency(MPF)は主観的強度の低いところから高くなるにつれ、高周波帯に移行する傾向にあった。さらに積分値は筋出力に正比例した。等速性収縮を連続して繰り返した場合、1)主観的強度を一定にして連続収縮を行ったときの筋出力は漸次低下する傾向にあり、2)筋出力を一定にした場合の主観的強度は漸次高くなる傾向にあった。1)と2)の両者の傾向はミラーイメージを呈した。筋電図の結果は、1)では積分値が低下傾向を示し、周波数帯の変化は大きくなかったが、2)では積分値が漸次上昇し、MPFもやや上昇する傾向にあった。これらの結果を等尺性筋収縮時の結果と比較すると、傾向は同様であるが、動的運動では血流阻害を緩和され、発揮筋力、積分筋電図、MPFの反応が遅延する傾向にあった。

筋電図は経次的にMean Power Frequencyが低周波数帯に移行することが観察された。これらの結果より、主観的強度を指標とした筋力発揮が筋力トレーニングの強度指標となりえることを示した。17年度は中高年男子を対象に主観的強度を強度指標として、脚伸展を用いたIosokinetic contractionによる筋力トレーニングを12週間にわたり実施した。その結果、左足の脚伸展力は主観的に最大レベル強度でトレーニングしたグループは152.0±27.7Nmから174.5±6.5Nm、80%レベルでは157.6±32.2Nmから167.6±51.7Nm、60%レベルでは103.9±28.3Nm to 117.8±20.1Nmとトレーニング後に改善した。トレーニング強度と改善の度合いについては本実験では一定の傾向を見ることはできなかった。トレーニング強度が高ければ効果も高いことが予想されるが、被験者数と被験者の初期レベルが結果に影響していることが推察される。本研究において、主観的強度が筋力トレーニングの強度指標として有効であり、実際のトレーニングにおいてその効果を実証した。近年高齢者の転倒予防や要介護者の生活能力の改善に筋力の改善が有効であることが示唆されているが、本研究の結果は最大負荷をかけずに効果を得る手段として有効であることを示した。今後は高齢者を対象に研究を進める予定である。
三核環状錯体によるカプセル状分子集合体の構築と包摂分子による磁性制御

本研究で扱う架橋性5座配位子は,一辺約2 nmの三角錐構造を有する三核錯体を形成し,二分子の会合によりカプセル構造を構築することが明らかにされている。今回,このカプセル構造の内部に常磁性イオンを包接させた新規分子磁性体の単離に取り組んだ。検討の結果,Mn-CoおよびFe-Ni錯体を得たが,これらは顕著な分子磁性を示さなかった。そこで新たに類似の3座配位子による錯体合成に取り組み,三角錐構造の環状三核Mn錯体の合成に成功した。この錯体ではMn間に強い強磁性的相互作用が確認され,カプセル構造を形成する新しい分子磁性材料として極めて有望であることが示唆された。カプセル分子の構築素子となる環状三核Mn(III)錯体,Fe(III)錯体を用いて,内包させる錯イオンとの自己集積化反応に取り組んだ。内包分子は,三回対称軸を有しカプセルユニット錯体との水素結合の生成が可能な種々の金属イオンによるヘキサアンミン錯体およびトリスエチレンジアミン錯体を用いたが,結果としてヘキサアンミンニッケル(II)硝酸塩をゲストとした場合のみゲスト分子を含む錯体を得ることができた。包摂体を単離してはいるがまだ磁気物性の測定が完了していないため,次年度は継続して物性測定に取り組む。またこれらの過程において,比較検討のために類似配位子によるMn錯体の合成を行っていたが,こちらの配位子の場合も環状三核Mn錯体が生成することを単結晶X線構造解析により明らかにした。またSQUID装置による磁化率測定から,この錯体は強い強磁性的相互作用が発現していることが確認でき,集積型錯体を得るためのユニットとして有望であることがわかった。昨年度行ったCo(III)包摂体およびDMF包摂体の研究成果を2012年9月に開催された第40回錯体化学国際会議(スペイン)で発表した。平成24年度の成果については,本年11月に行われる第63回錯体化学討論会において報告する予定である。カプセル状分子集合体の作成効率の向上を図り,水素結合能力の向上が期待できるヒロドキシル基を導入した新規配位子の合成を行った。この新規配位子は,これまで得られている類似配位子と異なり,二塩酸塩として単離されることが元素分析結果より確かめられた。得られた配位子を用いて三核Mn(III)およびFe(III)錯体の合成を行った。単結晶が得られなかったため,分子構造の同定には至っていないが,IRスペクトルにおいてシッフ塩基由来の伸縮振動ピークが低波数シフトしていたことから,錯形成を確認した。金属中心の電子状態および錯体の分子構造は,ESRスペクトルおよび電子スペクトルにより考察した。ESRパターンから,それぞれ多核Mn(III)錯体および多核Fe(III)錯体であると考えらたが,今回得られたサンプルはキラルなカプセル状分子集合体ではなく,カプセル構造をとっていないラセミ対を形成していることが示唆された。この原因を分子モデリングにより推定すると,今回導入された置換基に対して静電相互作用よりも立体障害の方が大きく作用し,置換基がピラミッド状三核錯体の空間内部に潜り込む形になるため,結果としてカプセル構造をとらなかったと考えられる。この結果を踏まえて,カルボキシル基の導入が最も適切であると結論されるため,今後はカルボキシル基導入型新規配位子の合成を目指す必要がある。まずカプセル分子の構築素子となる環状三核錯体の合成に取り組み,置換基の異なる3種類の配位子を用いて三核Mn(III)錯体,三核Fe(III)錯体,およびMn-Feヘテロ金属錯体をシリーズで合成した。この中で,新たに合成に成功したMn-Feヘテロ金属三核錯体は,反応溶媒のDMF分子を三核錯体ユニットで挟み込んだカプセル分子集合体を形成していることをX線結晶構造解析により明らかにした。この構造は関連錯体中での初めての分子包摂の報告例である。次に,内包分子としてCr(III)錯体,Co(III)錯体を用意し,これらを包摂させるカプセル化実験を実施した。種々の錯体分子との反応を検討した中で,ヘキサアンミンコバルト(III)錯体との反応の場合に,MnとCoの含有率が6:1となる錯体が定量的に得られることをICP発光分析により確認した。この場合の内包イオンは反磁性のCo(III)であるためカプセル分子自体の磁気挙動に変化は期待できず,これらの挙動は,ESRおよびSQUID磁束計による磁気測定により,構築素子である三核錯体ユニットの挙動と同一であることが確認された。現在この分子集合体の結晶化を試みている。

これらの結果のうち後半のCo(III)包摂体の研究は第61回錯体化学討論会において報告済みである。また,前半のヘテロ金属錯体によるDMF包摂体の研究は本年9月に開催される錯体化学国際会議(スペイン)で発表予定である。今年度は金属錯体を内包したカプセル構造状分子集合体の構造解析まで行う予定であったが,単結晶が得られず構造解析は行えなかったため引き続き結晶化の方法を検討して構造の同定を試みている段階である。一方で,類似配位子による三核錯体ユニットが,強磁性的相互作用を示す有望なカプセルユニットとなりうることを新たに発見することができ,こちらのルートからの分子集合体の構築を展開させられる知見を得ることに成功した。従って,当初計画からはやや遅れているものの,複数ルートを展開できたことから概ね順調と言える。環状三核錯体によるカプセル構造の構築を目指して研究を行い,結果として有機分子の包摂に成功した。これは包摂が可能であることの証明であり,今後包摂分子を選別していくうえでの大きな指標となる結果である。また同様に,金属錯体との分子集合体も確認したところではあるが,こちらは分子構造の同定にいたっていないため,引き続き検討を行う必要がある。これらの点を考慮して,おおむね順調であると判断される。本年度はカプセル状包摂分子の結晶化に集中的に取り組むとともに,類似配位子による環状錯体を用いた集積化を新規に展開させる。類似配位子による集積型錯体の研究においては,カプセルユニットへのダイレクトな配位結合の形成が期待できるため,ヘキサシアノ系錯体がゲスト分子として適していると考えられる。得られた結晶は,既存設備であるCCD単結晶X線構造解析装置により構造を確定したうえで,SQUID装置・ESR装置により磁気挙動を調べて磁性材料としての有効性を評価する。結晶化できない試料においても構造・電子状態の情報を得るため,昨年度システム構築したCCDマルチチャンネル分光器を用いて包摂金属イオンと三核ユニット間の電子的相互作用を解析して磁気測定にフィードバックし,特異的な磁気挙動の発現を目指す。平成23年度の結果に基づいて,本年度は包摂種を遷移金属化学種に絞り込んでカプセル分子を合成する。Co(III)錯体は何らかの集合体を形成することが判明しているため,今後は類似構造の錯種で常磁性種であるCr(III)錯体を用いたカプセル分子の合成に取り組み,その包摂状態を検証する。得られた合成試料は,SQUID装置により磁気挙動を測定して磁性材料としての有効性を評価する。単結晶化できる試料は構造ー磁性の観点で議論できるが,結晶化できない試料においても構造・電子状態の情報を得るため,平成24年度購入予定備品であるCCDマルチチャンネル分光器や,既存設備であるESR装置を用いて包摂金属イオンと三核ユニット間の電子的相互作用を解析して磁気測定にフィードバックし,単分子磁石のような特異的な磁気挙動の発現を目指す。本年度は最終年度であるため備品の購入予定はなく,主に消耗品である液体ヘリウムに使用する予定である(280千円×2)。他には配位子合成の原料となるジアミノレゾルシノールを購入する(約40千円)。大きく分けて以下の3点に重点を置いて使用する。まず1点目は,備品としての光ファイバー分光器の購入である。
農業経営の倒産事例からみた経営体質強化策の構築

近年の我が国における農業経営は大規模化・高度化が進んでいるが,農業経営が発展するほど倒産リスクも複雑化し,経営安定をめざす財政支援だけでは解決しがたい。本研究は,農業経営の大規模化・高度化を踏まえた倒産の動態を可能な限り正確に把握し,倒産リスクの低減や経営体質強化の方策を具体的に提言するものである。そして,農業における倒産とは何か,他産業における中小企業の倒産との類似性や特異性は何かといった点を明らかにしつつ,農業における倒産研究という新たな分野を開拓することを研究の意義とする。
他個体から得た情報と実体験を統合する神経回路の解明

他者とのコミュニケーションはヒトや動物にとって欠かせない。ヒトは他者とのコミュニケーションから情報を得て自らの経験と統合して効率的に学習する。しかし、動物も“他個体からの情報"と“実体験の情報"を統合できるのか、そして統合の神経基盤に関する知見は乏しい。齧歯類は超音波発声を使って他個体とコミュニケーションを行うが、齧歯類が超音波発声を介して他個体から情報を受容し、自らの経験と統合して学習を補完するかは不明である。これまでに培った行動解析および神経回路解析のノウハウを生かして、他個体からの情報と実体験の統合メカニズムの解析を進めた。マウスを含めたげっ歯類は超音波発声を使って他個体とコミュニケーションを行う。そこで、他個体への恐怖条件づけを行った際に、超音波発声が生じている可能性を検証した。マウスに恐怖条件づけを行う実験箱の上部に超音波域まで録音可能なマイクを取り付けた。実験は防音箱の中で行った。おとりマウスに恐怖条件づけを行う前の5分間と、おとりマウスに条件づけを行っている5分間、計10分間に渡って録音を行った。その結果、条件づけを行う前はほとんど超音波発声が観察されないが、条件づけを行ってからの5分間では超音波発声が観察された。本研究は、マウスがどのように他の個体とコミュニケーションを行い、受け取った情報を処理して記憶形成を調節するかを解明する点で意義が大きい。超音波発声の様式を詳細に解析することで、コミュニケーションとその神経基盤を解明することが期待できる。当初の予定通り、マウスの超音波発声を録音する実験系を構築した。そして本実験系を使って、マウスが条件づけを受ける際の超音波発声を録音することに成功した。条件づけ前は超音波発声がほとんど認められなかったが、条件づけ時には超音波発声の頻度が大きくなることを見出した。以上の進捗状況をもとにして、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。マウスの超音波発声を介して情報をやり取りしているのであれば、周囲に他のマウスがいない時は超音波発声が減少する可能性が考えられる。これまでに、周囲に他のマウスがいる状況下で、マウスに対して条件づけを行うと、超音波発声の頻度が上昇することを明らかにしてきた。今後は、周囲に他のマウスがいない状況で同様の実験を行い、超音波発声の頻度やその詳細を解析する。こうした解析を通じて、マウスのコミュニケーションとその神経基盤を解明する。
p53遺伝子欠損マウスでの脳腫瘍発生とその遺伝子解析

本研究では化学発癌物質エチルニトロソウレア(ENU)を用いた経胎盤発癌実験をp53遺伝子欠損へテロマウスに行い、仔マウスに発生する腫瘍の解析を行った。発癌実験はへテロマウスを交配し、主に妊娠12.5にENU25mg/kgを腹腔内投与した。その結果ホモで早期に、ヘテロではやや遅れて脳腫瘍が発生した。野生型マウスでは脳腫瘍の発生は全く認められなかった。発生した腫瘍はglioblastoma(70%)であり、ヘテロにも2例にglioblastoma(4%)を認めた。このヘテロに発生した脳腫瘍は、2例ともp53wildアレルの欠失が認められた。ENU経胎盤投与により正常マウスでは殆ど発生することの無いグリア系悪性脳腫瘍がp53が無い条件下でに高率にしかも早期に発生する系を確立した。さらに、胎生12.5日にENUを妊娠雌マウスに投与した際に認められる胎児臓器の変化を組織学的およびTUNNEL法を用いて検索した。この結果、野生型胎児マウスでは脳腫瘍の発生する前脳部分に限局してアポトーシスを示す細胞が多数認められ、ENU投与後4時間から観察され16時間でピークに達した。ホモ胎児マウスでは96時間まで観察したがこのアポトーシスが全く認められなかった。この結果からENUによりDNA障害を受けた細胞はp53依存性にアポトーシスにより排除され、p53の存在しない条件下では障害を受けた細胞の排除が行われず、腫瘍が発生すると考えられた。胎生12.5日では大脳のグリアが増殖している時期に当たり、脳腫瘍の発生と細胞増殖およびアポトーシスの関連が示唆された。この仮説を確認するため、小脳の外顆粒層が増殖している生後1日目の新生児マウスにENUを投与した。p53依存性アポトーシスは小脳の外顆粒層に限局して認められ、2ヶ月後、小脳腫瘍であるmedulloblastomaが60%に生じたのである。p53遺伝子はヒトの癌で最も高頻度に変異が認められる遺伝子であり、その遺伝子産物はアポトーシス、細胞回転、DNA修復等に関与することが知られている。本研究では化学発癌物質エチルニトロソウレア(ENU)を用いた経胎盤発癌実験をp53遺伝子欠損へテロマウスに行い、ホモ、ヘテロ、野生型の遺伝子型を持つ仔マウスに発生する腫瘍の解析を行った。経胎盤発癌実験はヘテロマウスを交配し、妊娠12.5、14.5、16.5日にエチルニトロソウレア(ENU)25mg/kgまたは生理食塩水(コントロール)を腹腔内投与した。仔マウスは尾部から抽出したDNAよりgenotypeを判定した。生後32週で全例解剖し病理組織学的に検討した。その結果ホモ接合体(-/-)マウスで早期に、ヘテロ接合体(+/-)マウスではやや遅れて脳腫瘍及び三叉神経原発のschwannomaが発生した。野生型(+/+)マウスでは脳腫瘍及びschwannomaの発生は全く認められなかった。(-/-)マウスに発生した腫瘍は悪性のglioblastoma(65%)及びmedulloblastoma(5%)であった。(+/-)マウスではglioblastoma(4%)及びschwannoma(18%)であった。(+/-)

マウスに発生したglioblastoma、2例はともp53wildアレルの欠失が認められた。(+/-)マウスに発生したschwannomaでのP53遺伝子欠損は認められなかったが、neu/erbB-2癌遺伝子の同一のコドンの点突然変異(GTG→GAG)による活性化が全例で観察された。ENU経胎盤投与により正常マウスでは殆ど発生することの無い悪性のグリア系脳腫瘍がp53ノックアウトマウスに高率にしかも早期に発生することが解った。p53遺伝子欠損により発生する脳腫瘍発生動物モデルとして有用である。また、同時にヘテロマウスに発生したschwannomaでは野生型p53遺伝子アレルの消失は観察されず、neu/erbB-2遺伝子の点突然変異による活性化が観察された。しかし、野生型マウスにschwannomaは発生していないことからp53遺伝子型が何らかの影響を与えていることが考えられる。我々はp53遺伝子欠損マウスに化学発癌物質エチルニトロソウレア(ENU)を用いた経胎盤発癌実験を行い、マウス脳腫瘍の系を確立した。我々の樹立したマウス脳腫瘍の系ではいずれの腫瘍もp53wildtypeアレルが存在しないという条件下で脳腫瘍が発生している。今年度はこの脳腫瘍発生に関わるメカニズムに注目して研究を行った。まず、胎生12,5日にENUを妊娠雌マウスに投与した際に胎児にいかなる変化が見られるかを組織学的に検索した。この結果、野生型胎児マウスでは前脳部分に限局して、アポトーシスを示す細胞が多数認められたのに対し、ホモ胎児マウスではこのアポトーシスが全く認められなかった。この組織学的検索を確認するためにTUNNEL法を用いて検索した。アポトーシスを示す細胞は野生型胎児マウスの前脳部分に限局して認められ、ヘテロマウスではその程度が軽く、ホモマウスではアポトーシスが全く認められないことが判明した。このアポトーシスはENU投与後4時間から観察され16時間でピークに達した。ホモマウスでは96時間まで観察したがアポトーシスは認められなかった。この結果からENUによりDNA障害を受けた細胞はp53依存性にアポトーシスにより排除され、p53の存在しない条件下では障害を受けた細胞の排除が行われず、ここから腫瘍が発生することが考えられた。マウスの発生段階と脳における細胞分裂の関係を考えると12.5日では大脳のグリアが盛んに増殖している時期に当たり、脳腫瘍の発生と細胞増殖およびアポトーシスの関連が示唆された。この仮説を確認するため、小脳の外顆粒層が増殖している生後1日目の新生児マウスにENUを投与した。p53依存性アポトーシスは小脳の外顆粒層に限局して認められた。そして、2ヶ月の観察の結果、小脳腫瘍であるmedulloblasromaが60%に生じたのである。以上の結果からp53依存性のアポトーシスと発生段階における細胞増殖が脳腫瘍発生の部位と組織型を規定する重要な役割を果たしていることが明らかとなった。
選択的蛋白分解に関わる新規分子の同定およびヒト疾患の病因蛋白質の分解機構の解析

選択的蛋白分解に重要であるユビキチンリガーゼの新しい分子の同定と機能解析、病態への関連性を検討した。ユビキチンリガーゼではNedd4、hHydであり、各々、遺伝性高血圧のLiddle症候群、発生異常に関連が示唆された。この分解システムの分子側からの研究と並行して、がん抑制蛋白の分解機構とその病態関連性に焦点を当てた。半数以上の自然発生腫瘍にある変異型p53はドミナント・ネガティブ効果のため悪性化を促進する。変異型p53は1)p53のユビキチン化を促進するmdm2遺伝子の転写を促進しない、2)シャペロンhsp90と特異的に結合することで、ユビキチン化障害のために代謝的に安定化していた。神経線維腫症2型の病因蛋白merlinがカルパインで過剰分解されて不活化される機構を髄膜腫・神経鞘腫で証明した。蛋白分解が細胞機能の抑制および疾患の成立に広く関わることを明らかにした。
膵β細胞特異的Atg7・p62二重欠損マウスの作製とその機能解析

糖尿病はインスリンの絶対的あるいは相対的分泌不全に起因する慢性の高血糖が様々な合併症を引き起こす代謝疾患である。よって膵β細胞の生理的機能の分子機構を解明し、糖尿病におけるβ細胞不全の病態を明らかにすることがその根治へと繋がる第一歩となる。我々はオートファジー機構がβ細胞の恒常性維持に不可欠であることを解明し、β細胞特異的オートファジー不全マウスではオートファジー基質の1つであるp62の凝集体が集積するとともに、β細胞不全も進行することを見出してきた。p62は酸化ストレス応答にも関与することが報告されていること、また酸化ストレスがβ細胞不全の原因となりうることを併せて考えると、オートファジー不全状態において集積したp62がβ細胞機能に影響を及ぼしている可能性がある。本研究ではAtg7/p62ダブルノックアウト(KO)マウスの表現型を解析することにより、上記仮説を明らかにする。現在時期誘導性かつ膵β細胞特異的にAtg7およびp62を欠失した遺伝子改変マウスを作製し、その表現型を解析している。短期間のオートファジー不全下では(Atg7・p62欠失後2週間経過した時点で解析)、対照マウス(Atg7単独欠損マウス, p62遺伝子は正常)に比し、耐糖能に有意な変化は認められなかった(ダブルノックアウトマウス、対照マウスともにn=3)。今後、より長期間のオートファジー不全下においてp62欠失がβ細胞機能に及ぼす影響を解析する予定である。Atg7, p62ダブルKOマウスを作製し、表現型を解析している。Atg7・p62を同時に欠失するマウスを得る確率が低い上、マウス飼育室移転に伴いマウス個体数を増やすことが困難であったため、in vivo解析に必要なサンプル数を得るのに時間がかかっており、当初の予定よりもやや遅れている。現在行っている解析を継続し、膵β細胞において、Atg7のみを欠失した場合と、Atg7とp62を同時に欠失した場合の、インスリン分泌能、耐糖能を確認する。両者に差を認めた場合には、単離膵島を用いたex vivoでのインスリン分泌実験を行い、ブドウ糖応答性インスリン分泌能を評価する。また、インスリン分泌能に影響する分子メカニズムを解明するため、単離膵島を用いたRNA sequencingを行い、p62欠失下における遺伝子発現プロファイルを網羅的に解析することにより、p62の膵β細胞の恒常性維持における役割を明らかにする。
中高年運動器不安定症（ロコモ）へのプール内水中運動による健康増進対策とその映像化

【意義と重要性】近年、ロコモティブシンドローム(Locomotive Syndrome:運動器症候群;運動器不安定症を含む)という概念が定着し、腰痛疾患、変形性関節症、骨量低下例などが該当し、急増している。我々はこれらの人々に対し、基礎的水中運動を重視した運動処方を、大学内温水プールにおいて実施し、水中運動の効果について検討した。多くの中高齢者に対する水中運動処方法の確立をめざし、明るい社会づくりに貢献することは重要と考えられる。【内容と成果】平成30年5月11月にかけて、週約2回、12時間ずつの腰痛・関節症水中運動教室を実施した。内容は医師によるロコモティブシンドロームに関する基礎教育と日常生活指導、スポーツ医・水泳指導者による水中運動処方である。前後に数回、身体・体力測定、体組成測定、全身バランス評価、X線骨密度計測などを施行し、水中運動の運動器症候群に与える効果について検討した。成果として、水中運動後では運動前に比し、肥満の軽減(体重、ローレル指数など)、呼吸機能の改善(肺活量など)、体幹・上下肢の筋力・柔軟性の向上(膝伸展・屈曲力、体幹〔腹・背〕筋力、上体そらしなど)、体組成の改善(基礎代謝量の増加など)、全身バランス能力の向上(ファンクショナルリーチ試験)がそれぞれ統計学的に有意に認められた。なお、水中運動による基礎代謝量の増加、体幹筋力の向上などが得られたことは、有用な知見である。以上の事から、水中運動処方の運動器症候群に対する有効性が、強く示唆された。【研究の展開】次年度も、ロコモティブシンドローム症例を主対象とした水中運動教室を実施する。改良を重ねた水中運動の及ぼす、運動器不安定症例の身体への影響などについて攻究したい。【意義と重要性】近年、ロコモティブシンドローム(Locomotive Syndrome:運動器症候群;運動器不安定症を含む)という概念が定着し、腰痛疾患、変形性関節症などが該当し、急増している。我々はこれらの人々に対し、基礎的水中運動を重視した運動処方を温水プールにおいて実施し、そのDVD映像化をもめざし、水中運動の効果について検討した。多くの中高齢者に対する新水中運動処方法の確立をめざし、明るい社会づくりに貢献することは、重要と考えられる。【内容と成果】腰痛症例18名、関節症例22名(一部に重複例を含む)を対象として、平成28年5月11月にかけて、週約2回、1.52時間ずつの腰痛・関節症水中運動教室を実施した。内容は、医師によるロコモティブシンドロームに関する基礎教育と日常生活指導、スポーツ医・水泳指導者による水中運動処方である。前後に数回、身体・体力測定、全身バランス能力測定、体組成測定(BIA法)などを施行し、水中運動の運動器症候群に与える効果について検討した。成果として、水中運動後では運動前に比し、肥満の軽減(体重など)、心肺機能の増強(肺活量など)、体幹・上下肢の筋力柔軟性の向上(体幹・膝伸展力など)、全身バランス能力の向上(ファンクショナルリーチ試験)、体組成上の改善(全身インピーダンス〔抵抗〕・体脂肪率の軽減など)が、それぞれ統計学的に有意に認められた。なお、水中運動により全身インピーダンスの改善が得られたことは、新しい知見の一つである。以上の事から、水中運動処方の運動器症候群症例に対する有効性が強く示唆された。また、腰痛・関節症水中運動処方法に関する2種のDVD作成も達成された。【研究の展開】次年度も、ロコモティブシンドローム症例を主対象とした水中運動教室を実施し、改良を重ねた水中運動の運動器症候群の身体機能への影響などについて、引き続き考究したい。運動器症候群(ロコモ)症例延べ40名に対し、1ヵ年度に渡り、実際に温水プール内水中運動を指導した。その結果として、肥満の軽減、心肺機能の増強、体幹・上下肢の筋力・柔軟性の向上、全身バランス能力の改善、全身インピーダンス〔抵抗〕・体脂肪率の軽減などの成果を収め、論文作成、学会発表なども行い得た。また、腰痛・関節症水中運動処方法に関する2種のDVD作成をも達成したため。【意義と重要性】近年、ロコモティブシンドローム(Locomotive Syndrome:運動器症候群;運動器不安定症を含む)という概念が定着し、腰痛疾患、変形性関節症などが該当し急増している。多くの中高齢者に対する新水中運動処方法の確立をめざし、明るい社会作りに貢献することは重要と考えられる。【内容と成果】腰痛症例27名、関節症例37名(一部に重複例を含む)を対象として、平成29年4月11月にかけて、週約2回、1.52時間ずつの腰痛・関節症水中運動教室を実施した。前後に数回、身体・体力測定、全身バランス能力計測、体組成測定(BIA法)、全身骨密度計測などを施行し、水中運動の運動器症候群に与える効果について検討した。成果として、水中運動後では運動前に比し、肥満の軽減(ローレル指数など)、心肺機能の増強(肺活量など)、体幹・上下肢の筋力・柔軟性の向上(体幹・膝伸展力など)、全身バランス能力の向上(ファンクショナルリーチ)、体組成上の改善(全身インピーダンスの軽減・基礎代謝量の増加など)が、それぞれ統計学的に有意に認められた。

なお、水中運動により基礎代謝量の改善が得られたことは、新知見の一つである。以上の事から、水中運動処方の運動器症候群症例に対する有効性が強く示唆された。また、腰痛・関節症水中運動処方法に関する計3種類目のDVDも作成された。【研究の展開】次年度も、ロコモティブシンドローム症例を主対象とした水中運動教室を実施し、改良を重ねた水中運動の運動器症候群の身体機能への影響について、引き続き考究したい。運動器症候群(ロコモ)症例延べ64名に対し、1ヵ年度に渡り、実際に温水プール内水中運動を指導した。その結果として、肥満の軽減、呼吸循環機能の増強、体幹・上下肢の筋力・柔軟性の向上、全身バランス能力の改善、全身インピーダンス〔抵抗〕の軽減、基礎代謝量の増加などの成果を収め、論文作成、学会発表なども行い得た。また、腰痛・関節症水中運動処方法に関する計3種類目のDVD作成も達成したため。【意義と重要性】近年、ロコモティブシンドローム(Locomotive Syndrome:運動器症候群;運動器不安定症を含む)という概念が定着し、腰痛疾患、変形性関節症、骨量低下例などが該当し、急増している。我々はこれらの人々に対し、基礎的水中運動を重視した運動処方を、大学内温水プールにおいて実施し、水中運動の効果について検討した。多くの中高齢者に対する水中運動処方法の確立をめざし、明るい社会づくりに貢献することは重要と考えられる。【内容と成果】平成30年5月11月にかけて、週約2回、12時間ずつの腰痛・関節症水中運動教室を実施した。内容は医師によるロコモティブシンドロームに関する基礎教育と日常生活指導、スポーツ医・水泳指導者による水中運動処方である。前後に数回、身体・体力測定、体組成測定、全身バランス評価、X線骨密度計測などを施行し、水中運動の運動器症候群に与える効果について検討した。成果として、水中運動後では運動前に比し、肥満の軽減(体重、ローレル指数など)、呼吸機能の改善(肺活量など)、体幹・上下肢の筋力・柔軟性の向上(膝伸展・屈曲力、体幹〔腹・背〕筋力、上体そらしなど)、体組成の改善(基礎代謝量の増加など)、全身バランス能力の向上(ファンクショナルリーチ試験)がそれぞれ統計学的に有意に認められた。なお、水中運動による基礎代謝量の増加、体幹筋力の向上などが得られたことは、有用な知見である。以上の事から、水中運動処方の運動器症候群に対する有効性が、強く示唆された。【研究の展開】次年度も、ロコモティブシンドローム症例を主対象とした水中運動教室を実施する。改良を重ねた水中運動の及ぼす、運動器不安定症例の身体への影響などについて攻究したい。次年度以降も、ロコモティブシンドローム症例を主対象とした、温水プール内水中運動教室を実施する。改良を重ねた水中運動の及ぼす、運動器症候群(運動器不安定症を含む)症例の身体機能への影響について、引き続き各種の身体・体力測定、全身バランス能力判定、体組成測定(BIA法)、全身骨密度計測などを併用して考究する。また、新たに関節リウマチ症例に対する水中運動処方にまつわるDVD作成(映像化)にも取り組みたい。
FR901483の不斉全合成

FR901483の全合成を目指し、まずラセミ体での検討を行った。前年度に報告した合成法に従い、2つの水酸基及びパラメトキシベンジル基について完全に立体制御した中間体の10グラムスケールでの大量供給を行った。得られたアルコール体は水酸基をTBS基で保護した後、FR901483のメチルアミノ基に相当する窒素官能基の導入を検討した。ラクタムをLDAで処理することにより発生させたエノラートの窒素求電子剤による捕捉を試みたところ、嵩高いクロロニトロソシクロヘキサンを用いた場合に望みの立体化学を有するヒドロキシルアミノ体がほぼ単一の立体異性体として得られることが分かった。この反応においては系中で生じたニトロンを、ヒドロキシルアミンを用いて速やかに分解することで目的物としている。このようにして得られたヒドロキシルアミノ体は、酢酸中、亜鉛還元することでアミンへと導いた。続いてギ酸及び無水酢酸を用いた条件によりN-ホルミル化を行いメチル基に相当する1炭素を導入し、最後にLAHを用い2つのアミド部分を還元することで、既にFR901483の全合成の中間体として報告されている化合物へと導くことができた。ここにFR901483のラセミ体での形式的全合成を達成した。ラセミ体での合成を完了し、続いて光学活性体の合成について検討を行った。その手法として、分子内アルドール反応前駆体である対称なケトンの光学活性塩基を用いた不斉非対称化、あるいはデヒドロアミノ酸誘導体の不斉還元による分子内アルドール反応前駆体の光学活性体としての合成を試みた。これらについては、現在のところ十分に満足の行く選択性は得られておらず、今後さらに検討を続け光学活性体の合成を行う予定である。
表面抗原ＫＩＲ２ＤＬ４によるランゲルハンス細胞組織球症の診断および治療法の開発

抗KIR2DL4抗体によりヒトランゲルハンス細胞組織球症細胞株であるELD-1の細胞増殖が抑制された。KIR2DL4をノックダウンしたELD-1ではKIR2DL4の刺激で増殖に変化はなかった。ERK阻害剤とともにELD-1を培養すると増殖が抑制された。ERKがELD-1の増殖に関与するためKIR2DL4作動性抗体によるERKのリン酸化の変化を調べると、リン酸化を抑えた。またKIR2DL4作動性抗体により、ELD-1においてSHP-2のリン酸化活性を確認した。SHP-2のリン酸化阻害剤とともにKIR2DL4を刺激するとERKのリン酸化の抑制がキャンセルされることを確認した。ランゲルハンス細胞組織球症(LCH)は抗原提示細胞として各種免疫反応に関与するランゲルハンス細胞の皮膚・骨・リンパ節などでの異常増殖が本態とされる骨髄増殖性疾患の一つである。近年LCHに高頻度でBRAFV600E変異が確認されており、またBRAFV600E変異のみられない症例ではMAP2K1変異が確認されている。いずれの変異でもextracellular signal-regulated kinase (ERK)のリン酸化が亢進しており、これらがLCH発症に関与し治療標的となると考えられている。我々は病理検体ににおいて免疫組織化学染色により36症例中27症例のLCHにKIR2DL4が発現することを確認した。またLCHのcell lineであるELD-1とPRU-1にKIR2DL4 mRNAが発現していることをRT-PCRで確認した。一方、培養細胞による免疫化学染色においてELD-1では細胞質および細胞膜への発現を確認したが、PRU-1では細胞質のみに発現を確認した。つぎにKIR2DL4を刺激したところ、ELD-1ではKIR2DL4刺激により細胞増殖が減少したが、PRU-1では細胞増殖の変動は確認できなかった。またKIR2DL4をノックダウンしたELD-1においてKIR2DL4の刺激を行ったところ、細胞増殖の減少が抑えられた。KIR2DL4刺激による細胞内シグナル伝達を調べたところ、ELD-1ではpERK活性が抑制され、pSHP-2の活性が亢進していた。PRU-1ではpERKやpSHP-2の活性の変化はみられなかった。ELD-1においてSHP-2阻害剤とともに抗KIR2DL4抗体ところ細胞増殖の減少が抑制された。これよりELD-1においてKIR2DL4刺激によりLCH発症に関与するとされるpERK活性が抑制され、pSHP-2活性が亢進、その結果細胞増殖が抑制すると考えられる。組織および培養細胞でのKIR2DL4の発現が確認でき、KIR2DL4刺激によりLCH発症に関与するとされるERKのシグナル抑制を確認し、雑誌投稿が可能な結果が得られたから。mRNAレベルおよびタンパク質レベルでのKIR2DL4の発現が確認されたヒトランゲルハンス細胞組織球症(LCH)細胞株ELD-1において、KIR2DL4の機能を検討した。抗KIR2DL4抗体によりLCH細胞株であるELD-1の細胞増殖が抑制された。一方でKIR2DL4のタンパク質レベルでの発現が確認されなかったLCH細胞株PRU-1では、細胞増殖は確認されなかった。この細胞増殖の抑制にはERKの活性が関与するのではないかと考え、MAP2K1阻害剤またはERK阻害剤とともにELD-1を培養すると細胞増殖が抑制された。KIR2DL4をノックダウンしたELD-1ではKIR2DL4の刺激で細胞増殖に変化はみられなかった。ERKがELD-1の増殖に関与することから、KIR2DL4作動性抗体によるERKのリン酸化の変化を調べると、KIR2DL4作動性抗体はELD-1のERKのリン酸化を抑えることを確認した。KIR2DL4が発現するマスト細胞、NK細胞ではSHP-1やSHP-2の活性が確認されるが、ELD-1ではSHP-2のリン酸化活性のみが確認された。KIR2DL4の刺激によりSHP-2のリン酸化がおこりERKのリン酸化が抑制され、SHP-2リン酸化阻害剤とともにKIR2DL4を刺激するとERKのリン酸化の抑制がキャンセルされることを確認した。KIR2DL4がLCHの診断に重要なマーカーになると考えられる。一方でKIR2DL4の発現みられないLCHがあり、KIR2DL4発現の有無と症例の差異を今後検討する必要がある。またLCH細胞株においてSHP-2やERKのリン酸化されていることを明らかにした。今後生体内でSHP-2がLCH細胞において連続的にリン酸化される機構を明らかにすることで、抗KIR2DL4アゴニスト抗体がLCH治療ツールになり得ると考えられる。

投稿後査読者の意見に従い、研究を追加する。またマスト細胞でKIR2DL4刺激によりLIF産生が確認されているためランゲルハンス細胞でも評価する。抑制性受容体旅費が想定を下回ったため次年度使用額が発生した。旅費および物品の購入に使用する。
物質の応答係数および第二種超伝導体の諸性質の定量的計算

熱平衡超伝導電流に対するホール係数の理論的表式を導出し、符号反転の可能性を予言した。第二種超伝導体KOs_2O_6の上部臨界磁場の特徴を理論的に明らかにした。ゴールドストーンの定理と保存則を同時に満足するボーズ・アインシュタイン凝縮相の平均場理論を初めて構成できた。相互作用する量子系の輸送方程式を微視的に導出し、時間発展するエントロピーの表式を得た。1.パイロクロア超伝導体KOs_2O_6における上部臨界磁場H_<c2>の詳細な研究を行った。この超伝導体では、温度にほぼ比例する特異なH_<c2>が観測され、絶対零度での値H_<c2>(0)は簡単な評価から見積もられたパウリ極限H_pを超えている。まず、この物質では、空間反転対称性の破れによりパウリ常磁性効果が効かなくなっていることを指摘し、上記の特異な磁場依存性を定性的に説明した。つぎに、密度汎関数法により得られたフェルミ面を用いてH_<c2>の定量的な計算を行い、実験との良い一致を得た。2.超伝導体CePt_3Siでもやはり空間反転対称性の破れがあり、その上部臨界磁場はパウリ極限をこえても飽和しない。このような空間反転対称性の破れた超伝導体の上部臨界磁場を定量的に計算するため、従来の定式化を拡張した。現在、この物質のH_<c2>に対する定量的な計算を実行中である。3.昨年度に、密度汎関数法を用いて正常金属の磁場応答を計算する手法を開発した。この方法を超伝導体に拡張し、そのド・ハースーファン・アルフェン効果を定量的に解析するための研究を行った。4.膨張する宇宙、地球上における雲の形成や台風の発生など、自然界は、エネルギーや運動量の流れがある「非平衡現象」や、様々な「パターン・秩序」に満ちている。微視的世界に限っても、電荷密度波や量子渦の運動など、非平衡現象は多彩である。しかし、このような非平衡系を扱う統計力学の一般的手法は未だに確立されていない。この非平衡統計力学の確立に向けて、「エントロピー」に注目した研究を行った。まず、相互作用するボーズ/フェルミ粒子系に対して、非平衡状態における「エントロピー」の表式を導出した。次に、この表式を用いて、非平衡定常状態における「エントロピー最大原理」を提唱した。最後に、パターン形成を伴う非平衡定常状態の典型例であるレイリー・ベナール対流に適用し、この「エントロピー最大原理」が実際に成り立っていることを確かめた。1.パターン形成を伴う非平衡定常状態の典型例であるレイリー・ベナール対流を、ボルツマン方程式を用いて統計力学的に考察した。まず、ボルツマン方程式を解く問題を、連続の方程式、ナヴィエーストークス方程式、および、熱伝導方程式を解く問題に簡略化し、対応する分布関数とエントロピーの表式を与えた。次に、これらの方程式をレーリー・ベナール対流に適用し、上下の境界で速度が0になるという現実的な境界条件の下で解いた。その際に用いた手法は、フーリエ展開の拡張であるガラーキン展開法である。そして、レイリー・ベナール転移の際のエントロピー変化をエネルギー流一定の条件下で計算し、対流転移に際してエントロピーが増大することを見出した。2.電磁場下での金属電子の動力学を記述する量子輸送方程式を導出した。金属電子の輸送現象は、従来、久保公式等の線型応答理論もしくは現象論的なボルツマン方程式を用いて解析されてきた。しかし、線型応答理論は電磁場が弱い場合にのみ有効で、かつ、系の時間発展を記述できない。また、ボルツマン方程式は、時間発展は記述できるが、その基礎があいまいである。そこで我々は、電磁場下にある金属電子の時間発展を記述する方程式を、微視的・統計力学的に導出することを行った。より具体的には、ケルディシュ・グリーン関数に対するダイソン方程式を出発点とし、格子の周期性と電磁場のゲージ不変性をきちんと考慮して、ウィグナー表示における量子輸送方程式を導出した。ボルツマン方程式を一極限として含むこの量子輸送方程式は、時間発展を伴う金属電子の輸送現象を解明する上で、今後、重要な役割を担うものと考えている。アインシュタインは、彼が1905年に提出した特殊相対性理論の論文の中でローレンツ力に言及し、その磁場依存成分である磁気ローレンツ力が、電場中の荷電粒子に働く力から、相対性理論により自然に導かれることを指摘した。このように、磁気ローレンツ力は、相対性理論によりその存在が導かれる自然界の基本的な力の一つであり、あらゆる荷電粒子に働くことが期待される。しかし、超伝導体を理論的に記述するのに広く用いられるギンツブルグ-ランダウ方程式や準古典アイレンバーガー方程式では、超伝導電流に磁気ローレンツ力が働かないという結果が得られ、超伝導理論の基本的問題として未解決のまま残されてきた。

代表者は、この問題に対し、2001年に準古典方程式の微視的導出に関する研究を行った。そして、方程式のゲージ不変性を適切に考慮することで、従来の準古典方程式に磁気ローレンツ力が自然に付け加わることを示していた。今年度の研究では、この磁気ローレンツ力を含む準古典方程式を熱平衡状態で具体的に解き、磁気ローレンツ力が超伝導電流にもたらす影響とその実験的検証方法を明らかにすることができた。熱平衡状態で散逸なく流れる超伝導電流は、マクロな反磁性電流であり、有限の磁場が付随する。一方、磁場下で荷電粒子が運動すると、磁気ローレンツ力を受け、粒子の軌道が曲がってゆくことになる。従って、超伝導電流が熱平衡状態で定常的に流れるには、ローレンツ力を打ち消す力がなければならない。上記の論文では、この力が電子の再配置によって生じる電場によりもたらされることを明らかにし、そのホール係数に対する理論的な表式を導出した。特に、超伝導体のエネルギー・ギャップに異方性のある場合には、ホール係数の符号が温度の関数として逆転する可能性のあることを初めて指摘した。これは、超伝導体の輸送係数についての新たな知見であり、ホール係数の符号反転問題の解明に契機を与える重要な結果である。
染色体微小欠失・重複疾患を引き起こす反復ユニット配列の詳細な解析と原因遺伝子追究

ヒトゲノムには低頻度反復配列(Low Copy Repeat;LCR)と呼ばれる塩基配列が存在する。LCRは通常の反復配列ではなく、遺伝子や偽遺伝子等の様々なユニットからなっており、進化の過程でそれらのユニットが周囲の非LCR領域も巻き込みながら、重複や逆位、欠失等の大規模変化を繰り返して形成されてきたと考えられる。LCRは、遺伝子数やDNA断片コピー数の多型(CNV;Copy Number Variation)の生成原因の一つである。CNVのうち、規模の大きなものは、DiGeorge症候群、Smith-Magenis症候群のような欠失・重複による疾患の原因ともなる。それらの疾患の原因領域にはLCRが存在している。CNVは他の遺伝性疾患や、ある種の精神疾患にも深い関連があると考えられ、昨今俄に研究が進展している。LCRは、その複雑さ、長さのためにゲノム塩基配列のギャップの原因ともなっている。このようにCNVとそれを生じさせているLCRの研究は今後のゲノム研究の中で重要な位置を占める。本研究では、7q11.23Williams症候群領域(WBSCR)と8p23.1duplication症候群領域のLCRの構造解析を行った。これらの領域のNCBIbuild36のデータを用いて、詳細なコンティグマップを作成し直し、LCRユニットの位置、長さを確定し、さらにそれぞれのLCRに含まれる遺伝子、偽遺伝子の詳細な解析を行った。ヒトと類人猿ゲノムの詳細な解析により、上記どちらの疾患ゲノム領域でもコアとなるユニットが最初に存在し、進化に伴って転移を繰り返す際に転移先周辺の配列を巻き込みLCR化させる現象が明瞭になった。また、build36でWBSCR内にあるとされたギャップは見かけ上のもので、実際にはCNV多型を持つ二つのアリルの混在によるミスアセンブルであり、同ギャップは存在しないことも強く示した。なお、本研究の成果について、研究期間終了後以下の発表を行った。[論文]Nature431:931,2004; BMCGenomics5:92,2004; Nature439:331,2006,[学会発表]国内5件ヒトゲノムには低頻度反復配列(Low Copy Repeat;LCR)と呼ばれる塩基配列が存在する。[論文]Nature431:931,2004; BMCGenomics5:92,2004; Nature439:331,2006,[学会発表]国内5件ウィリアムズ症候群(WS)は7q11.23の部分欠失により、その領域に含まれる隣接遺伝子群が1コピーとなって起こる。主症状は、独特の容貌、心奇形を主とした循環器系異常、精神遅滞、空間認知能欠除などである。WSに見られる欠失のメカニズムは、患者に共通する欠失領域の両端に隣接する高度に相同なDNAによって媒介された減数分裂時の不等組み換えだと考えられている。本研究ではWSの欠失領域の両端に存在する反復ユニットを我々の持つ「低頻度反復ユニット攻略のノウハウ」を活かして、反復ユニットの位置、長さを確定し、塩基配列レベルで反復ユニットを解析し、さらには欠失領域に存在する遺伝子群の同定を行うことを目的とした。反復ユニットの同定は以下のように行った。1)既存の塩基配列概要データベースからWSの欠損領域に相当する約50クローンを抽出した。2)各クローンの末端塩基配列を用い、コンティグの作成を行なった。3)各コンティグに含まれるBACの塩基配列を用いてドットマトリクス解析を行い、反復ユニットよる整列の間違いを正し、最終的に配列上の矛盾の全くないコンティグを作成した。