hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
児童生徒の協働的な学びを継続的に支援し成長を見える化するｅポートフォリオシステム

本研究課題では,児童生徒,教師,保護者の三者をつなぎ,協働の学びの場を提供するeポートフォリオ統合支援システムを開発した。本システムは,(a)児童生徒の学び合い支援システム,(b)児童生徒の学びのプロセスと成長を見える化するシステム,(c)家庭と学校が連携する教育コミュニティ形成システム,(d)ビッグデータ対応eポートフォリオ知的データベース,から構成され,それらを統合することで一つのeポートフォリオ・システムとなる。これらサブシステム群からなるeポートフォリオ・システムは,関連の強いサブシステム群ごとに実証検証が行われた。本年度は,本研究のアプローチの確立を目的に,調査・検討およびモデル開発を行った。まず,国内外の研究や実践を調査し,本研究の知的アプローチとして活かせるものを抽出した。また,最新のLearning Analyticsに関する研究,eラーニングとeポートフォリオの研究・実用や標準化技術,についての動向調査,データ収集も並行して行った。次に,先の調査をもとに,本研究が開発を目指す各サブシステムに搭載する知的アプローチの支援モデルを開発を行った。モデル開発過程においては,ネット上に設置した会議室とEメールを組み合わせ,適宜全員でレビューを継続的に実施した。本年度は、本研究の目的である,児童生徒,教師,保護者の三者をつなぎ,協働の学びの場を提供するeポートフォリオシステムを構成するサブシステムを開発し,さらに,試運用と仮実験を行った。本研究を始めた平成26年度は,本研究テーマである,「eポートフォリオ」,「教育ビッグデータ」,「ラーニングアナリティクス」は,話題になりはじめたばかりであったが,平成27年度になり,特に「ラーニングアナリティクス」が注目を集め,私が執筆した解説論文も多く引用され,講演等で登壇する機会も多くあった。いよいよ最終年度を迎えるわけだが,さらに,しっかりとした研究実績が残せるよう研究実施計画に基づき研究を進めていきたい。本研究では,(a)児童生徒の学び合い支援システム,(b)児童生徒の学びのプロセスと成長を見える化するシステム,(c)家庭と学校が連携する教育コミュニティ形成システム,(d)ビッグデータ対応eポートフォリオ知的データベース,をサブシステムとする統合システムを開発する。現在までは,(a)と(d),(c)と(d),をそれぞれ組み合わせて二つのシステムとして開発してきた。試運用および実験は、それぞれのシステム毎に行っているが,今後も無理に統合する必要はなく,上手く連携することで目的は達成可能であると考えている。(b)に関しては,現在,実験結果を受け,改造をおこなっており,完成し次第,再度実験を行っていく予定である。本研究課題では,学びの全ての記録や成果物をeポートフォリオとして蓄積した学習記録データに対し,Learning Analytics等の分析・可視化技術を駆使することで,児童生徒,教師,保護者の三者をつなぎ,協働の学びの場を継続的に提供し,児童生徒の成長とその成果を見える化するeポートフォリオシステムを開発した。開発したシステムは,(a)児童生徒の学び合い支援システム,(b)児童生徒の学びのプロセスと成長を見える化するシステム,(c)家庭と学校が連携する教育コミュニティ形成システム,(d)ビッグデータ対応eポートフォリオ知的データベース,に対応するサブシステムから構成され,それらを統合することで一つのeポートフォリオ・システムとした。その結果,開発システムは,児童生徒,教師,保護者の三者をつなぎ,協働の学びを継続的に支援すること,また,学習成果を見える化することの有効性が示された。さらに,本年度は,(a)(c)のサブシステムの機能の有効性を向上させるために,学習者同士の相互評価や,学習者自身による自己評価の効果的な方法,さらに,アクティブ・ラーニングの学習評価法を検討し,システム上での評価を行うことで,その有効性についても明らかにした。本研究では,(a)児童生徒の学び合い支援システム, (b)児童生徒の学びのプロセスと成長を見える化するシステム,(c)家庭と学校が連携する教育コミュニティ形成システム,(d)ビッグデータ対応eポートフォリオ知的データベース,をサブシステムとする統合システムを開発する予定であるが,その各サブシステムの支援モデルについての検討および開発をおおむね終えることができた。今後、統合システムとしてどのように各システムを連携させるべきかが課題である。研究計画に則り,研究のまとめを行っていく予定である。各サブシステムの機能の有効性を向上させるため,学習者同士の相互評価や自己評価の効果的な方法,さらには,アクティブ・ラーニングの学習評価方法を検討する必要があると考え,併せてこれら研究も行っている。これらの成果成果は,最終的にシステム開発および実運用に活かしていくことができる。教育工学研究計画に則り,システム開発へと進めて行く予定である。しかし,統合システムとしてのどのような形に収束させるかは更なる議論が必要であるため,サブシステムごとに独立して開発していく予定である。国際会議での研究成果の発表が、研究のスケジューリングの変更から来年度に持ち越しになったため、そのための旅費や参加費の予算を次年度に確保した。

2015年4月の国際会議(gLearn2015)に論文が採択され発表予定のため、そのための旅費や参加費として予算を確保した。次年度中に、国際会議で研究成果を発表する。2015年4月の国際会議(gLearn2015)の旅費と参加費、および、継続する研究にかかる物品費等のために使用する。
サルモネラ食細胞内寄生と宿主免疫応答の分子機構

細胞内寄生性を有するサルモネラは、感染初期ではマクロファージに細胞死を誘発して感染を拡大し、中盤以降ではマクロファージの殺菌機構を回避し、食細胞内で増殖して全身感染を成立させる。病原戦略の中心となる分子は、感染のある局面では宿主の免疫応答の引き金ともなることから、サルモネラの全身感染機構を解明するためには、細胞内寄生性とともに感染宿主免疫応答を理解することが不可欠である。申請者らはサルモネラ病原性発現と宿主応答研究の過程で、サルモネラ感染によりマクロファージのCaspase-8が活性化されることを見出し、さらに昨年度までにCaspase-8活性化に関与するエフェクターGogA,GtgAを同定した。本年度はCaspase-8活性化を介して感染宿主細胞の運命を決定するキーエフェクターGogA,GtgAの標的分子が、自然免疫のパターン認識受容体RIG-1ファミリーに属するDdx50であると考えられたことから、GogA,GtgAの機能解析を通して、サルモネラ感染によるRIG-1ファミリー分子を介した炎症と細胞死誘導の分子機構解明向けた研究を行った。GogA,GtgA2は、マクロファージ細胞内でCaspase-8活性化を介してNF-κBを活性化し、IL-1B等の炎症性サイトカイン遺伝子の転写を誘導することが明らかとなった。さらにGogA,GtgAはDdx50に結合することさらにその結合には、Ddx50のHELICcドメインとDEADcドメインが必須で有ることが明らかとなった。DRIG-1ファミリーはウイルスRNAの認識受容体として知られているが、細菌関連分子を認識するという報告はない。本研究により得られる成果は広く細菌感染と宿主応答研究に大きなインパクトを与えると期待できる。申請者らは病原性発現と宿主応答研究の過程で、サルモネラ感染によりマクロファージのCaspase-8が活性化されることを見出した。本年度はCaspase-8活性化に関与するサルモネラのエフェクターの同定を行った。エフェクターはSalmonella Pathogenicity Island 1(SPI1)遺伝子発現の転写活性化因子HilAの制御を受けると予測されたことから、HilAに活性化される遺伝子のゲノムワードスクリーニングをDNA arrayにより行った。得られたHilA制御下の遺伝子について、さらにCaspase-8活性化との関連を詳細に検討し、目的とするエフェクターGogAを同定した。GogAはSPI1並びにSPI2にコードされる2つのType III secretionsystemにより宿主細胞へ輸送されることが明らかとなった。SPI1とSPI2の選択は感染の時期に依存すると考えられた。GogAはサルモネラ特有の蛋白であった。GogAはマクロファージ内Caspase-8活性化能を有することを明らかにした。又、GogAの過剰発現によりマクロファージはアポトーシスに陥った。この事実は野生型サルモネラ感染ではCaspase-8が活性化され炎症反応が誘導されるが、HilA過剰産生サルモネラ感染では、過剰のCaspase-8活性化とそれに続くCaspas-9,Capsase-3の活性化によりアポトーシスが誘発される現象と一致するものであり、GogAがCaspase-8活性化を引き起こすエフェクター本体である可能性とを強く支持する結果である。
芳香環二原子酸素添加酵素の電子伝達機構の解明

研究の目的結果と考察KA1株由来ferredoxinは酸化還元電位にpH依存性があることが明らかとなった。KA1株由来ferredoxinは活性中心である鉄硫黄クラスタ近傍に水分子を持つことから、pHの変化により水分子のプロトン化の程度が変わることで、酸化還元電位にpH依存性があることが考えられた。この傾向は他のferredoxinには見られないため、水分子の存在が高い酸化還元電位の要因であることが明らかとなった。IC177株由来ferredoxin reductaseの結晶構造を3.54Åの分解能で明らかにした。このことにより、CARDOの全ての結晶構造が明らかとなり、コンポーネント間相互作用を理解する上での構造基盤を得ることができた。今後はferredoxinの酸化還元電位と立体構造の関係をより詳らかにするため、アミノ酸置換体の作製し酸化還元電位の測定を行う。また、電子伝達複合体の結晶構造の取得やコンポーネント単体のより分解能の高い結晶構造をえることで電子伝達の分子機構の詳細を明らかにする予定である。研究の目的芳香環二原子酸素添加酵素は、実際に酸化反応を担う酸化酵素と、NADHから受け取った電子を酸化酵素に渡すferredoxin reductase、ferredoxinの三つのコンポーネントから構成される。本研究の材料であるcarbazole 1,9a-dioxygenase(CARDO)は種々の細菌から見つかっているが、現在までに、電子伝達系の異なる3種のものが発見されている。これら3種のCARDOにおいて、酸化酵素とferredoxinは互換性がなく、ferredoxinとferredoxin reductaseの間では互換性があり、これは他のRieske non-heme iron oxygenase(CARDOが属する酸化酵素群)と同様の傾向を示す。しかし、Novosphingobium sp. KA1株由来のferredoxinは他のferredoxin reductaseとの互換性はない。しかし、これまでに、互換性の有無、すなわち電子伝達の可否が、電子伝達複合体が形成されないからなのか、あるいは複合体は形成されるが電子伝達反応が起こらないのかを生化学的な実験によって明らかにした例はない。よって、本年度において、電子伝達の可否の要因を明らかにするために、等温滴定型熱量計を用いた複合体形成時の熱力学パラメータの算出を行った。結果と考察酸化酵素-ferredoxin、ferredoxin-ferredoxin reductaseの間の解離定数は共に約300μMという値を示し、比較的弱い相互作用であることが明らかとなった。由来の異なる酸化酵素とferredoxinを組み合わせた場合は、滴定に伴う明確な熱量変化が観察されなかったため、複合体形成を起こしていないことが明らかとなった。一方、由来の異なるferredoxinとferredoxin reductaseの組み合わせでは電子が伝達されるにも関わらず、多くの組み合わせにおいて相互作用が見えなかった。このことから、これらの組み合わせでの電子伝達は非特異的に起こりうる可能性が示唆された。
必異原理の射程と効力に関する研究

音韻論における一般原理として認知されている必異原理(Obligatory Contour Principle、以下OCP)に関して、新たな言語現象の発見と理論的位置づけの再定義を目指し成果を上げた。現象面では、OCPが関与する現象として、ヘブライ語弱音節連続回避をはじめ10種類の現象を新たに提示し、現象ごとにOCP違反回避の方法を提案した。理論面では、turbid representation(「濁り」の表示)を提案し、不透明性の問題に解決案を示し、最適性理論(Optimality Theory)におけるOCPの位置づけを明確化し、最終年度までに精密化された。本研究は、音韻理論研究の中核的な原理の1つである必異原理(Obligatory Contour Principle、以下OCP)に関する次のような未解決問題に取り組み、言語研究の新たな視座を提供することを目的とする。(i)OCPが作用する言語現象はどれくらいあるのか。(ii)OCPの作用を規定する領域はどれくらいあるのか。(iii)OCPは、独立した原始的(primitive)な原理なのか、もっと根源的な原理から派生する原理なのか。(iv)違反した場合の修復の方法にはどのようなものがあるのか。平成24年度は、これらの未解決問題に関連して、次の三つの課題に取り組んだ。(i)現象の整理。(ii)OCP違反解消方法の整理。(ii)「同一のもの」の正体の解明。上記3つの課題に取り組んだ結果、論文7件、学会発表21件、著書4件の研究成果が上がった。具体的には、つぎの2点にまとめられる。1.OCPにより説明できる現象の発見と類型について:従来発見されている現象に加え、ヘブライ語の弱音節回避や詩の押韻における同一音の回避などの現象もOCPにより説明できる可能性を提示した。2.「同一とみなされるもの」の正体について:日本語の連濁を中心として[voice]の特質について新たな視点からの考察が提案され、連濁についての新たな知見が得られた。また、本研究課題の活動一環として、東京音韻論研究会を、4月、5月、11月、12月、1月、3月に、東京大学駒場キャンパスにて開催した。とくに12月以降は、研究発表と同時に、国内の研究者8名を講演者として招聘し、OCPについての知見を深めることができた。招聘講演者:三間英樹、山田英二、三村竜之、マーク・アーウィン、那須川訓也、米田信子、桑本裕二、平郡秀信。さらに、東京音韻論研究会3月例会においては、研究代表者と分担者4名が1年間の研究成果を発表し、OCPに関する知見と理解を深め、意見交換を行った。1.著書2件、論文10件、研究発表26件(内、招待講演7件)の研究成果が上がった。具体的なテーマは、音韻現象から統語現象まで多岐にわたる。実証班では、ピッチアクセントの分布、複合語のアクセント分布、英詩脚韻の許容範囲の決定、有声重子音回避、商標登録における音声的類似の特定などにおいて、必異原理が関与していると判断されるか関与している可能性が高いことが明らかにされた。また、英語史上の話題化と強勢衝突の関連について、必異原理が関与しないことを明らかにした。理論班では、ナバホ語の子音同化、英語の母音長化と短化の相互関連、日本語の連濁などに現象をもとにして、必異原理の位置づけとturbid representationの必要性が明らかにされるとともに、語順と語強勢型の相互関連や削除現象にもとづき、必異原理の統語表示における役割について考察が深められた。2.研究課題の一環である東京音韻論研究会を、4月、5月、7月、9月、10月、11月、12月、1月に開催した。太田聡氏(山口大学)(4月)、菊池清一郎氏(東北大学)(5月)、白石英才氏(札幌学院大学)(5月)、窪薗晴夫氏(国立国語研究所)(9月)、高山知明氏(金沢大学)(9月)を講演者として招聘し、必異原理の適用範囲について討論を行った。3.海外の研究者を2名招聘した。まず、8月の音韻論フォーラム(札幌学院大学にて開催)の際に、Michael Hammond教授(アメリカ合衆国アリゾナ大学)を講演者として招聘し、音韻論的な複雑さと入力形の最適化に関する講演と討論がなされた。次に、2月に、研究活動の一環である音韻論フェスタ(KKRホテル熱海にて開催)の際にThais Cristofaro Alves de Silva教授(ブラジル連邦共和国ミナスゲライス大学教授)を講演者として招聘し、口蓋化に関する講演と討論がなされた。平成26年度の研究実績には次のものがある。1著書5件、論文6件(うち査読付4件)、学会発表15件(うち招待講演3件)、研究成果報告書所収の論文6件。2東京音韻論研究会を東京大学駒場キャンパスで、平成26年4月、5月、7月、9月、10月、12月に開催し、研究発表のほかに、西村康平氏(愛知淑徳大学)、吉田優子氏(同志社大学)、佐々智将氏(岩手県立大学)をそれそれ、4月、7月、9月の例会に講演者として招聘した(所属は講演当時のもの)。3平成26年8月開催の日本音韻論学会音韻論フォーラムにおいて、本研究課題補助金によりBridget Samuels氏(南カルフォルニア大学、アメリカ合衆国)とMarc vanOostendorp氏(ライデン大学オランダ王国)を講演者として招聘した。

4平成27年3月開催の第10回音韻論フェスタにおいて、本研究の代表者と分担者3名が研究発表を行うとともに、本研究助成金によりWayne P. Lawrence氏(オークランド大学ニュージーランド)を講演者として招聘した。5平成27年2月に、本研究課題の研究成果報告書(冊子、vi+84頁)を作成し、代表者と分担者5名の研究論文が掲載されている。15の研究実績は、平成26年4月に提出した研究実施計画に沿うものである。出版された論文には、実証研究では、英詩における強勢衝突の回避、茨城県波崎方言にとける重子音回避、複合語アクセントの類型などが含まれる。必異原理をもとに説明できる現象の発掘と整理がなされた点に意義がある。理論研究では、有声音に関連して濁りの表示と必異原理の関連に関する論考や統語現象と必異原理の関連や文強勢と必異原理の関連に関する論考が含まるが、これまでとは違う理論構築の可能性が具体的に示された点に大きな意義がある。1.研究論文2件、研究発表13件(その内、招待講演3件、国際学会発表3件)、著書9件(共著1件、分担執筆5件、項目執筆3件)の研究業績が上がった。具体的な内容について13.研究成果の欄を参照。2.東京音韻論研究会を、4月、5月、7月、10月、12月、1月に開催した。5月例会では、Pinter Gabor氏(神戸大学)を、7月例会では山本武史氏(近畿大学)を、それそれ講演者として招聘し、音韻現象と必異原理についての理解を深め、意見交換を行った。3.平成27年8月19日21日開催の音韻論フォーラム(日本音韻論学会主催。於、大阪大学豊中キャンパス。)に協力する形で、Fred Eckman氏(アメリカ合衆国ウィスコンシン大学教授)、Yoon Taejin氏(大韓民国誠信大学校准教授)、およびChang Woohyeok氏(大韓民国壇国大学校准教授)の3名を講演者として招聘し、講演に対する議論と意見交換を行った。4.平成28年2月に、研究成果報告書2を作成し、代表者と分担者(合計6名)の今年度の研究成果が論文として掲載されている。論文題目は、17.備考の欄を参照。5.平成28年3月17日と18日の両日、KKRはこだて(北海道函館市)において、本研究組織の研究成果報告会を開催し、全員が出席し、6件の研究発表と質疑を行った。内容は、英語に関する発表3件(英詩の不完全脚韻、英語の抑揚、それに英語の複合名詞と必異原理との関連に関する発表)、日本語に関する発表2件(日本語の複合動詞由来の名詞のアクセントと北海道方言の自発語形と必異原理の関連に関する発表)、理論研究1件(最適性理論においてturbid representationの必要性に関する発表)であった。音韻論における一般原理として認知されている必異原理(Obligatory Contour Principle、以下OCP)に関して、新たな言語現象の発見と理論的位置づけの再定義を目指し成果を上げた。現象面では、OCPが関与する現象として、ヘブライ語弱音節連続回避をはじめ10種類の現象を新たに提示し、現象ごとにOCP違反回避の方法を提案した。理論面では、turbid representation(「濁り」の表示)を提案し、不透明性の問題に解決案を示し、最適性理論(Optimality Theory)におけるOCPの位置づけを明確化し、最終年度までに精密化された。
大腸がんにおける糞便と血清マイクロ RNA の変化の検討とその診断への応用

miR-19a、miR-20a、miR-21、miR-92a、miR-106aについて糞便中の発現を検討した。対象は138人の大腸がんと26人の進行腺腫、126人の健常者で、また同一便で単回の免疫学的便潜血法と比較をした。5つのmiRNAにおいて大腸がん群と進行腺腫でそれぞれ健常群より有意に発現が亢進していた。糞便中の5つのmiRNAマーカーを組み合わせた感度は、大腸がん全体では便潜血検査より低かったが(60.9% vs. 66.7%, P=0.32)、進行腺腫とStage0とIを合わせた早期の腫瘍群では便潜血検査を上回った(51.4% vs. 33.3%, P=0.03)。糞便中のmiRNA検査は早期大腸がんスクリーニング検査としての可能性が示唆された。大腸がん組織で発現亢進が報告されているmiR-19a、miR-20a、miR-21、miR-92a、miR-106aについて糞便中の発現を検討した。対象は大腸がん138人との大きさ1cm以上の進行腺腫26人と健常者126人で、糞便0.5gよりmiRNAを含むtotal RNAを抽出しTaqMan Micro RNA assayを用いてqRT-PCRを行った。また各合成miRNAを用いて検量線を作成しコピー数を算出した。また同一便で単回の免疫学的便潜血法(FOBT)と比較をした。その結果5つのmiRNAの発現は、大腸がん群と進行腺腫でそれぞれコントロール群より有意に発現が亢進していた。それぞれのmiRNAのカットオフ値をコントロールの97.5 percentileに設定すると、miR-19aの感度/特異度は32.6%/97.6%、miR-20aは41.3%/98.4%、miR-21は39.9%/96.8%、miR-92aは44.9%/97.6%、miR-106aは37.7%/99.2%であった。それに対してFOBTは66.7%/98.4%でありそれぞれのmiRNAの感度に比べ有意に高かった。5つのmiRNAを組み合わせると59.8%/92.9%であった。進行腺腫からStageIの早期群ではmiRNA5マーカーの組み合わせでは感度51.4%に対してFOBT33.3%で、5マーカーを組み合わせたmiRNAの感度が有意に高かった(P=0.03)。StageIIからIVの進行群ではmiRNA 5マーカーで感度66.3%に対してFOBT83.6 %でFOBTの方が有意に高かった(P=0.01)。以上より糞便中の便中miRNAの発現は大腸がん全体ではFOBTを上回ることが出来なかったが、FOBTの感度が比較的低い早期の腫瘍では、5つのmiRNAの組み合わせが有意に高い感度を得ることができた。大腸がん患者の糞便を用いたqRT-PCRによるmiRNA発現の解析と、大腸がん診断能の検討を行った。候補としたmiRNAは大腸がんでの発現亢進の関与が報告されているmiR-19a、miR-20a、miR-21、miR-92a、miR-106aについて検討した。まず各miRNAのqRT-PCRの最適化を行った。内視鏡的・病理的に診断された大腸進行腺腫(Ad)26例、大腸がん(Ca)138例、健常コントロール(Ct)126例を対象とし、糞便0.5gからmicroRNAを含むRNAを抽出し、TaqMan MicroRNA assayを用いて各miRNAのqRT-PCRを行った。同一便で免疫学的便潜血検査(FIT)法と比較した。各合成miRNAを用いて検量線を作成しコピー数を算定した。

糞便中の各マーカーの発現中央値は、miR-19aは2600/11000/6400、miR-20は4900/20000/150000、miR-21は50000/190000/150000、miR-92aは2900/5800/5400、miR-106aは250/610/860(Ct群/Ad群/Ca群)であり、いずれもCt群に比べCa群で有意に高かった(P<0.05).研究の目的は、大腸がんにおける糞便と血清microRNA(miRNA)の発現を解析し、診断への応用を検討するものであるが、大腸がん患者の糞便を用いたmiRNA発現の解析は上記のように進めている。ただし血清に関しての検討はまだ行われておらず、糞便中への発現の関連性、および大腸がん診断への応用に関しては今後の検討課題である。大腸がん患者の糞便、血清中のmicroRNA発現に対してマイクロアレイを用いた発現プロファイルの更なる検討をする。糞便と血清のmicroRNA発現の関連について検討していく。またそれによる大腸がん診断能への有用性についてすすめていく。糞便、血清microRNA解析に対する物品費を主に使用していく。
相同組換えと共役した複製フォークの再生と品質管理の分子機構

相同組換え機構は、複製フォークの進行阻害からの回復に極めて重要な働きをしている。本研究は、この複製と組換えの共役機構を見据えて、特に組換えの分子機構を切り口として解析を進めた。その結果、相同組換えの中心的な素過程であるDNA鎖交換反応の試験管内反応系の構築や組換え反応の中間体ホリディ構造の形成に成功し、さらに、これらの試験管内反応系を用いた反応過程の分子メカニズムの解析などにおいて極めて傑出した成果を得た。分裂酵母Rhp51は出芽酵母や高等真核生物におけるRad51やバクテリアRecAのオルソログで、相同組換えにおいて鍵となるタンパク質である。これまでの解析から、Sfr1/Swi5複合体が、Rhp55/Rhp57(出芽酵母Rad55/57オルソログ)複合体と同様に、しかし、生理的には異なった機能をもって、Rhp51のmediatorとして働く可能性を示唆していた。本研究は、試験管内DNA鎖交換反応を構築して生化学的解析を行い、これを証明した。以下、得られた結果を箇条書きにして纏める。1)出芽酵母やヒト由来のRad51タンパク質を用いた鎖反応においては、RPA依存的な交換反応が観察されるが、分裂酵母Rhp51の場合は、RPAを添加しても、反応中間体や産物はほとんど観察されなかった。しかし、Swi5/Sfr1複合体を添加すると、反応中間体や反応産物が形成された。2)添加するSwi5/Sfr1複合体は、Rhp51に対して1/20から1/10程度が至適量であった。これより多く添加すると反応阻害が観察された。3)各コンポーネントを添加する順番を検討した結果、RPAより先に、Rhp51が単鎖DNA結合に結合することが必須であることがわかった。4)RPAによってRhp51の単鎖DNA結合能の阻害がかかるにも関わらず、Swi5/Sfr1複合体によるRhp51依存的鎖交換反応では、RPAが必須であった。すなわち、RPAを反応系に添加しないと反応産物や中間体は全く観察されなかった。5)Rhp51の単鎖DNA結合には、アデニンヌクレオチドが必須であった。かつ、鎖交換反応にはATPの加水分解が必要であった。6)Swi5/Sfr1によるRhp51の活性化は、Rhp51の単鎖DNAに対する初期認識能を上昇させるのではなく、初期認識によって形成された不安定なRhp51-ssDNAフィラメントを安定・活性化して、ATPase活性を活性化させることによるものであると考えられた。分裂酵母Rhp51リコンビナーゼは、出芽酵母や高等真核生物におけるRad51のオルソログで、相同組換えにおいて鍵となるDNA鎖交換反応を触媒するタンパク質である。これまでの解析から、Sfr1/Swi5複合体が、Rhp51のmediatorとして働くことを示した。本年度は、試験管内DNA鎖交換反応を構築して生化学的解析を行なった。以下、得られた結果を纏めた。1)出芽酵母やヒト由来のRad51タンパク質を用いた鎖反応においては、RPA依存的な交換反応が観察されるが、分裂酵母Rhp51の場合は、RPAを添加しても、反応中間体や産物はほとんど観察されず、Swi5/Sfr1複合体の添加によって、反応が活性化され、mediator活性が示された。2)各コンポーネントを添加する順序を検討した結果、RPAより先に、Rhp51が単鎖DNA結合に結合することが必須であることがわかった。Swi5-Sfr1の添加により、このRPAの阻害効果が一部緩和された。3)Rad22(Rad52オルソログ)を加えると、RPAの阻害効果が完全に解消された。しかし、Rad22だけでは、全くRPAの阻害効果は解消されなかった。4)Swi5-Sfr1の添加は、RPAのチャレンジに対して、Rhp51フィラメントを耐性にした。以上の事実は、Rad22がRhp51をRPAでコートされたssDNA領域にリクルートし、Swi5/Sfr1がRhp51を活性化することによって、Rhp51フィラメントの伸長と活性化がおこるというモデルを導くことが出来た。相同組換えの中心的な反応は、相同DNA間での鎖交換反応である。DNA鎖交換反応の素反応は、一方のDNA鎖が相同なDNA鎖へ移行する反応であり、この反応が両鎖で同調して起これば、Holliday構造が形成される。バクテリアのDNA鎖交換反応触媒酵素(リコンビナーゼ)であるRecAタンパク質には、両鎖の交換反応を相互に起こす活性(Holliday構造形成活性)があることが知られていたが、ヒトを含む真核生物のリコンビナーゼでは、一方のDNA鎖が相同なDNA鎖へ移行させる活性しか見つかっておらず、真核生物のリコンビナーゼには、Holliday構造形成活性はないと、長らく考えられてきた。

我々は、分裂酵母のリコンビナーゼRhp51を使い、試験管内でHolliday構造を形成させることに成功した。さらに、Hollidayジャンクションの移動反応(branch migration)には、Rhp51による、ATPの加水分解が必須であることを証明した。3本鎖交換の場合には、ATPの結合だけで十分であるので、このことは非常に重要な特徴である。RecAとの最も大きな違いは、鎖交換の方向性であった。すなわち、RecAによる鎖交換は、5'→3'方向であったが、Rhp51の場合、3'→5'方向であった。このRhp51の方向性は、現在広く受け入れられている組換え反応の分子機構に完全に合致した。さらに、ヒトRad51リコンビなーゼも分裂酵母Rhp51リコンビナーゼと同じ方向性でホリディ構造の形成と移動反応を触媒することも発見し、この反応機構が真核生物に広く普遍的であることを証明した。自然環境で問題となるような低線量の紫外線、すなわち夏期の晴天時に浴びるほどの線量(0.2J/m2程度以下)を継続的に照射しながら酵母細胞を培養できる実験系を開発し、細胞の損傷応答機構について解析した。その結果、これまで最も重要であるとされてきた直接的修復機構であるヌクレオチド除去修復機構よりも、むしろDNA損傷が引き起こすDNA複製の進行阻害を回避する"DNA損傷トレランス"と呼ばれる機構、すなわちRad5-Rad6-Rad18経路が細胞の増殖にとって最も重要な役割を果たしていることを発見した。この経路は、2つの副経路(損傷乗り越え型と複製後修復;特に後者はtemplate switch機構と密接に関わる)が関与することが知られているが、このうち複製後修復がこの継続的低線量紫外線照射における耐性獲得に重要な働きをしていた。このDNA損傷トレランス機構が働くために、低線量の紫外線があたったときには、急に細胞分裂を停止する事なく細胞周期を正常に進行させ、これと同時に、細胞はヌクレオチド修復や組換え修復といった直接的な修復機構を共役させていることを突き止めました。また、遺伝的変異でこの耐性機構が働かないときには、組み替え修復が細胞の生存に必須の働きをしていることも明らかにした。これらは大阪大学・菱田卓准教授、英国MRC研究所A.M.Carr博士との共同研究である。分裂酵母の減数分裂特異的Dmc1リコンビナーゼによるDNA鎖交換反応における、Swi5-Sfr1タンパク質複合体の機能について解析し、次ぎの結果を得た。すなわち、1、Rad51に対する正の効果以上に、Dmc1に対してはSwi5-Sfr1の活性化効果は高い。2、その結果、RPAが結合したssDNAを用いた反応においても、十分に高い活性を示すので、Rad52タイプのリクルーター的メディエーターは不要である。3、さらに、ポジティブ効果が期待されるRad52タイプのメディエーター(分裂酵母Rad22)の添加は、Dmc1によるDNA鎖交換反応を阻害することが示された。4、この阻害活性は、Rad22とDmc1との直接的な相互作用がなくて、一方、Rad22とRPAが結合すること、さらに、Dmc1とRPAも直接的に結合することから、RPA-coated ssDNAに対するRad22とDmc1との競争的な結合によって観察されることが考えられた。5、減数分裂時には、Rad22, Rad51, Dmc1が同時に存在して協力して機能発揮する。
リンパ循環における体水分調節機能の解明

超音波通過時間流量計を胸管に装着した慢性羊モデルを作成し、treadmill上にのせ20分間2miles/hrで歩行させた。胸管リンパ流量(TDF)はbaseline値3.12±1.17ml/minから運動開始と同時に1分値で186.5±8.9%(5.81±2.25ml/min)まで有意(p<1×10^<-4>)に増加し、運動中は120分の間全てのポイントにおいてbaseline値と比較して有意な(p<0.005)胸管リンパ流量増加が認められたが、その中で最大増加が4分値の339.8±46.9%(9.40±2.81ml/min)(p<1×10^<-4>)に認められた以後は、運動経過中に漸減していき20分値で174.5±11.6%(5.32±1.93ml/min)(p=0.0022)であった。運動終了後に胸管リンパ流量はそこからさらに急速に減少したが、興味深いことに2340分値でbaseline値よりもさらに有意な(p<0.05)減少が認められた。最小値は25分値の30.2±3.3%(1.16±0.52ml/min)(p=0.004)であり、その後約1時間かけてbaseline値まで漸増回復していく傾向が認められた。運動によりリンパ産生が増加する機序として、心拍出量増加による血管床の増大、体動脈圧上昇による微小血管の静水圧の増大が考えられる。TDFが運動終了時に運動前よりさらに有意に減少する現象については現在まで報告はなく新知見である。心拍数・心拍出量・動脈血圧・中心静脈圧・呼吸回数などのパラメーターが示唆する産生量を反映しないでさらにTDFが減少したことは、何らかの機序でリンパが体循環系へ移動することが抑制されたと見るべきである。組織間質から集合管へのリンパの移行の減少や、リンパ管・胸管・乳糜槽等の拡張が生じたものと類推される。つまり運動によって末梢から胸管に至るリンパが受動的かつ能動的拍動性に駆出され、ある意味で一旦枯渇状態となると考えられる。運動終了後はリンパの産生が減少するのみならず、この末梢から胸管に至る管腔構造にリンパが充填されるので、見かけ上胸管リンパ流はbaseline値より低値を示す可能性があるわけである。この現象が受動的か能動的か、また神経性か体液性か等を検討し、リンパ循環と血液循環の相補機能を今後明らかにしていきたい。雑種羊にケタミン、硫酸アトロピン筋注後に、サイアミラールナトリウム静注による麻酔導入し、経口気管内挿管。ハロセン及び笑気(麻酔覚醒を遷延させぬように筋弛緩剤は使用せず)による麻酔維持下に、左側臥位で右第7肋間開胸をおき、壁側胸膜を切開してcaudal mediastinal lymph nodeの頭側で胸管を確保し、胸管リンパ流量測定用のultrasound transit-time flow meter probeを装着。第4肋間開胸をおいて心膜を切開して上行大動脈基部に心拍出量測定用のultrasound transit-time flow meter probeを装着。また、internal thoracic arteryからcanulationして血圧測定用の無線型pressure transducerを装着。胸腔drainを挿入後に閉胸し麻酔覚醒させ、麻酔覚醒後に胸腔drainを抜去し、2週間の術後回復期間をおいて、長期飼育可能な実験用慢性羊モデルを作成した。実験時は、外頚静脈から肺動脈圧と中心静脈圧測定用のSwan-Ganz catheterを挿入して、胸管リンパ流量・血圧・心拍出量・中心静脈圧・肺動脈圧を経時的に測定できる実験システムを構築した。このシステムにより解剖学的に脈管の連続性を損なうことなく、より実際の体内環境に近い生理的な、そして連続的に記録できる、再現性のある繰り返し実験が可能となるのみならず、前述のパラメータだけではなく、肺血管抵抗や体血管抵抗も計算式から導きだせることになった。この実験環境を使用して、現在endothelin-1の投与量を変化させながら投与して胸管リンパ流量の変化のデータを蓄積し解析中である。また羊に定量的な運動負荷を与えて、その運動前・中・後の胸管リンパ流量の推移を他のパラメータとの関連性と合わせてデータを蓄積・解析中である。機器購入・設置、システムの構築に時間を要し実験計画に遅れが生じ、学会発表や投稿にまでは至っていないものの、平成16年度には可能となる予定である。胸管にリンパ流量測定用の超音波通過時間流量計プローべ、右内胸動脈から埋め込み型無線血圧トランスデューサ、上行大動脈基部に心拍出量測定用のプローべを装着した慢性羊実験モデルを作成。Swan-Ganz catheterを挿入し肺動脈圧・中心静脈圧をモニタリングしながらendothelin-1を100 pmol/kg・200 pmol/kg・400 pmol/kgを3分間で緩徐静脈内投与した。胸管リンパ流量はendothelin-1用量依存性に有意に増加した。(最大変化、ET100 group :153.4±10.0%(3.34±0.24ml/min)ET200group :175.4±14.5%(3.32±0.24ml/min)

ET400 group :235.0±26.5%(3.74±0.21ml/min))特にET400 groupの上昇は顕著で継続的であった。胸管リンパ流量が増加した理由としてendothelin-1が体循環と肺循環の微小血管圧を増大させ末梢のリンパ産生を亢進させ、さらに末梢の血管透過性を亢進させて体浮腫及び肺水腫を惹起させる反面、直接胸管に作用して胸管のリンパ駆出力を増強させリンパのドレナージを促進させてそれらを改善させる方向に働く生体防御機能的に働く面も示唆しているものと考えられる。また同モデルを使用しての20分の歩行運動負荷実験では、胸管リンパ流量は運動開始直後から著増し(最大値339.8土46.9%(9.40±2.81ml/min)p<0.005)、運動中は高値を保持しながらも漸減し、運動終了直後に激減してbaseline値よりさらに減少した(30.2±3.3%(1.16±0.52ml/min)p=0.004)。運動で増加する理由として運動開始初期の四肢の骨格筋及び組織末梢間質に貯留されていた体液からのmassaging effectによるドレナージの効果と、心拍出量増加や体動脈圧と肺動脈圧上昇等に伴う末梢の体・肺微小循環の血管床の増大と圧の上昇さらには体肺血管透過性の亢進との相乗作用によるリンパ産生のはたらき二つの効果の合計の結果であると考えら恥、運動終了後baselineより激減する理由として、胸管に至るリンパ系の構造が特に嚢状に膨らんだ乳糜槽を中心にして容量緩衝として働いている可能性が示唆された。超音波通過時間流量計を胸管に装着した慢性羊モデルを作成し、treadmill上にのせ20分間2miles/hrで歩行させた。胸管リンパ流量(TDF)はbaseline値3.12±1.17ml/minから運動開始と同時に1分値で186.5±8.9%(5.81±2.25ml/min)まで有意(p<1×10^<-4>)に増加し、運動中は120分の間全てのポイントにおいてbaseline値と比較して有意な(p<0.005)胸管リンパ流量増加が認められたが、その中で最大増加が4分値の339.8±46.9%(9.40±2.81ml/min)(p<1×10^<-4>)に認められた以後は、運動経過中に漸減していき20分値で174.5±11.6%(5.32±1.93ml/min)(p=0.0022)であった。運動終了後に胸管リンパ流量はそこからさらに急速に減少したが、興味深いことに2340分値でbaseline値よりもさらに有意な(p<0.05)減少が認められた。最小値は25分値の30.2±3.3%(1.16±0.52ml/min)(p=0.004)であり、その後約1時間かけてbaseline値まで漸増回復していく傾向が認められた。運動によりリンパ産生が増加する機序として、心拍出量増加による血管床の増大、体動脈圧上昇による微小血管の静水圧の増大が考えられる。TDFが運動終了時に運動前よりさらに有意に減少する現象については現在まで報告はなく新知見である。心拍数・心拍出量・動脈血圧・中心静脈圧・呼吸回数などのパラメーターが示唆する産生量を反映しないでさらにTDFが減少したことは、何らかの機序でリンパが体循環系へ移動することが抑制されたと見るべきである。組織間質から集合管へのリンパの移行の減少や、リンパ管・胸管・乳糜槽等の拡張が生じたものと類推される。つまり運動によって末梢から胸管に至るリンパが受動的かつ能動的拍動性に駆出され、ある意味で一旦枯渇状態となると考えられる。
幼児期の語意獲得と概念カテゴリーの形成の関係-助数詞の獲得と助数詞の指示対象の概念カテゴリーの分化の過程-

(1)助数詞(numerical classifier)の助数詞の獲得過程はラベルの獲得がカテゴリーの形成や理解とどのように関連しているか、いわゆる言語発達と認知発達の関係をさぐるのに、格好の材料を提供してくれる。本年度は当初計画した実験を2つ実施した。(2)2つの実験の結果、以下の4点が明らかにされた。(1)典型的なものほど早く、身近なものほど早く獲得される。(2)生物についてどれとどれが仲間かを知覚的類似性に基づいてつかみはじめた子どもは、自分なりのルールをを生成してそれらの仲間に付与しようとする。(3)人→匹→頭→羽の分化が幼児期後期;人間についての知識に基づき類推をはたらかせて他の生き物が分化していくらしい。(4)理由づけのプロトコル分析の結果、幼児期の終わりまでに助数詞付与ルールについて自覚化が可能になる。(3)以上から、言語ラベルとカテゴリーの形成の関係については、助数詞の獲得のしはじめは、認知的なカテゴリーの形成が基盤になり、助数詞を付与し始める頃から、認知的なカテゴリーについての意識し始めるのではないかと考えられる。さらに、カテゴリーについての知識がラベルの獲得を促進し、逆に、ラベルが獲得されるに伴いカテゴリーの形成も促されるものと考えられる。
システムと利用者の役割分担を動的に変更できる協調型最適化方式の開発

本研究では,暗黙で曖昧な嗜好(質的)と明確な最適化指標(量的)との双方をもとに最適化を行う問題において,システムと利用者が協調して最適化を行う方式(User-System Cooperative Evolution: CEUS)を開発した.一般的な方式は,利用者とシステムの対話方法や役割分担が固定的である.提案するCEUSは,システムと利用者の間で解候補の生成と評価をどのように分担するか,探索の任意の段階で利用者による調整を許す点に特徴がある.CEUSを利用することで,利用者の負担を増やすことなく,質的,量的双方の目的関数を同時に最適化することが可能となった.本研究では,暗黙で曖昧な嗜好と明確な最適化指標との双方をもとに最適化を行う問題において,システムと利用者が協調して最適化を行う方式を開発した.本年度は,下記について研究を行った.3) 4種類の問題における協調型最適化システムの開発:本研究が対象とする4種の問題クラスのうち,平成23年度に実装を行った3種のクラスにおいて評価実験を行った.また,動画像生成問題の具体的な問題例として動画像ダイジェスト生成に着目し,システムを実装した.4)各問題における検証と開発指針の策定:3種のクラス(静止画像生成問題,文章生成問題,ネットワーク生成問題)における評価実験の結果を解析した.比較的短時間の評価実験を行ったためか,提案するCEUSの持つ利点のうち,利用者の収束的な思考を支援する利点が,各問題に共通してみられた.静止画像生成問題では,問題が比較的単純であるため,被験者の発散的思考を支援できることも確認できた.一方で,より複雑な問題である文章生成問題およびネットワーク生成問題では,システムによる自動探索の時間を実験中に十分にとることができなかったために,発散的思考の支援の効果が限定的であった.進化計算による探索領域の集中化と多様化の制御に関しても同様に,利用者の集中的,発散的思考に大きく作用する.CEUSは利用者により利用者とシステムの間での探索の役割分担が自在に調整できる点に特徴があり,利用者によって役割の推移が異なる.このため,対象問題や利用者によってはシステムによる探索を十分に行わない場合がみられた.このような場合,進化計算が持つ集中化と多様化のバランスが適せずに利用者の思考を十分に支援できない.対象問題,利用者とシステムの間での役割分担の状況に応じて,システムによる探索における制御パラメータを適応的に調整することで,利用者の思考をより効果的に支援できると考える.本研究では,暗黙で曖昧な嗜好(質的)と明確な最適化指標(量的)との双方をもとに最適化を行う問題において,システムと利用者が協調して最適化を行う方式(User-System Cooperative Evolution: CEUS)を開発した.一般的な方式は,利用者とシステムの対話方法や役割分担が固定的である.提案するCEUSは,システムと利用者の間で解候補の生成と評価をどのように分担するか,探索の任意の段階で利用者による調整を許す点に特徴がある.CEUSを利用することで,利用者の負担を増やすことなく,質的,量的双方の目的関数を同時に最適化することが可能となった.本研究では,住宅設計問題,製品デザイン,旅行計画などのように,暗黙で曖昧な嗜好と明確な最適化指標との双方をもとに最適化を行う問題において,システムと利用者が協調して最適化を行う方式を開発する.本年度は,下記について研究を行った.1)提案する協調型最適化方式の設計:システムと利用者の様々な役割分担の動的な調整を許すように本方式を設計した.システムの開発者が,選択的に機能を実装できるよう,問題のモデル化,進化計算アルゴリズム,分散並列計算モデルの各要素について問題に応じた適切なモジュールを選択できるよう考慮した.また,システムの利用者が協調のスタイルを動的に調整できるよう,探索制御,解候補の提示,評価,編集,利用者の嗜好の推定の各項目について検討を行った.2)協調型最適化ミドルウェアの開発: 1)の設計に基づき,協調型最適化システムの実装を助けるミドルウェアの実装を開始した.本ミドルウェアは,ユーザインタフェース,進化計算部,利用者の嗜好度推定部,操作記録部から構成される.進化計算部は分散並列化を省力化するライブラリJSGridを利用しており,クラスタ環境を容易に構築できる.3) 4種類の問題における協調型最適化システムの開発:計算機が解候補の評価に要する時間の短長,および,人間顔解候補の評価に要する時間の短長に基づいて問題を4種のクラスに分割した.4種のクラスのうち,3種のクラスに属する問題について,検証用のシステムを実装した.2)の協調型最適化ミドルウェアを利用することで実装の労力を省力化することができた.本方式の最終目的は下記の3点である. A)本研究では,協調スタイルを変更することで最適化の役割分担を利用者とシステムの間で動的に調整する協調型最適化方式を提案し,ミドルウェアとして実装を行った上で公開する.B)また,人間および計算機が解候補の評価に要する時間に着目して問題を分類し,4種類の問題において,協調方式の効果的な推移の検討を行う. C)上記ミドルウェアを用いた協調型最適化システム開発の指針の策定を試みる.A)についてはミドルウェアの実装に着手し,必要な機能の実装等を行っている.公開に向けて,引き続き実装を行う.B)については前倒しで開発をすすめ,4種類の問題クラスのうち3種において検証用のシステムを実装した.

特に静止画像生成問題について被験者実験を行い,提案する方式を用い,システムとユーザが協調して問題解決を行うことで効率化が図れることを示した.この研究成果は情報処理学会論文誌数理モデル化と応用に採録され,掲載予定である.また,情報処理学会数理モデル化と問題解決研究会においてプレゼンテーション賞を,情報処理学会火の国情報シンポジウムにおいて講演賞を,日本感性工学会生命ソフトウェアシンポジウムにおいて優秀発表を受賞した.文章生成問題を対象とした研究でも同様に被験者実験を行ったところ,提案する方式が,特に,探索序盤の大域的な探索を効率的に行えることを確認した.この成果は,進化計算に関する査読付の国際会議GECCO 2012に採択された.ネットワーク生成問題を対象とした研究の成果は,査読付のオンライン国際会議WSC16に採択された.C)については平成24年度以降に行う.平成24年度は,下記の2点について取り組む.4) 4種類の問題における協調型最適化システムの開発(平成23年度より継続):計算機が解候補の評価に長い時間を要する問題を対象としてシステムを開発する.既に前倒しで開発を進めているため,平成24年度に実装するシステムは,4種類の問題クラスのうち,未着手である動画像生成問題を対象とした検証システムとなる.実装を行い,被験者実験を通じて,提案する方式の有効性を検証する.5)各問題における実験的検討およびシステム開発指針の策定:被験者の操作記録や実験の様子を撮影したビデオ画像をもとに,利用者とシステムの協調方式がどのように選択,変更されるかを調べる.また,解候補の提示方法,利用者の介入のタイミング,利用者による解候補評価や操作の最適化への影響などを解析する.各問題を対象とした実験を総合的に解析し,協調型最適化システム開発の指針を定めるとともに,問題の特性と役割分担の推移の関連を解析する.また,視線計測装置等を用いて被験者の挙動の観測を行う.平成23年度は,被験者実験で使用する実験用端末,進化計算部で使用する評価用計算機クラスタ等を中心に,システムの実装および評価実験に必要な機器の購入を行った.参加を予定していた国際会議(GECCO2011)に投稿していた論文が不採択となったため,また,システムの実装を優先し,評価実験の一部を平成24年度に持ち越したたため,次年度に使用する額が発生した.平成24年度は,主に研究成果の発表,論文掲載料,実験補助の謝礼等に使用する.平成24年度は国際会議(GECCO2012)に投稿した論文が採択となったため,旅費を計上する.その他,進化計算学会研究会および進化計算シンポジウムなど,国内で開催される学会に参加する.