hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
随伴元素に着目した金属スクラップ循環分析

今後はさらに廃自動車の解体コストや再資源化によるレアメタル回収便益に着目して、ELV随伴レアメタルのさらなる有効利用にむけた実現可能なシステム提案に向けた調査を進め、最終年度の総括につなげる予定である。環境省受託研究において、自動車精緻解体ならびに小規模であるが、実炉を用いた溶解実験を行うことが出来た。そのため関連する研究として本研究が目標としていたデータについていくつか有用なものが入手できたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度環境省自動車リサイクル高度化連携事業において、本研究代表者が申請した事業が採択され、それにより小規模ながらも実炉を用いた自動車スクラップ溶解実験を行うことができた。それにより、本研究課題で必要とされているが、実際に計測することが困難であると思われていた実炉におけるスクラップ熔解における合金元素のスラグ・メタルへの分配傾向について重要な知見を得ることができた。これらを踏まえ、当初計画からの遅れはなく、最終年度の総括に向け、現段階で特に問題点はない。これまで鉄鋼金属に着目をしてその随伴元素のフロー解析を行ってきたが、同じくベースメタルであるアルミニウムについても合金元素別にフロー調査をすすめ、随伴元素に着目をしたスクラップ循環を解析したい。昨年度に引き続き1)元素の回収可能性および除去限界の解析2)金属スクラップの都市鉱山としての資源量・回収可能量の推計3)スクラップに含まれるレアメタル資源の分別コストと資源性・経済性を考慮した再資源化シナリオ分析と、4)それに伴う環境負荷発生量、経済影響の推定それぞれの研究を推進する。引き続きスクラップ解体業者へのヒアリング、サンプル採取を継続し、自動車解体プロセスにおいて発生するスクラップの部品別鋼材別重量推定をすすめる。また各部品の合金元素量を蛍光X線分析により推定し、自動車スクラップを鉄源として利用する際に、どの程度の合金元素が電炉に向かうのか、その量の推定を継続して行う。さらに廃自動車の解体コストや再資源化によるレアメタル回収便益に着目して、ELV随伴レアメタルのさらなる有効利用にむけた実現可能なシステム提案に向けた調査を進め、最終年度の総括につなげる。
北極永久凍土融解による土壌炭素分解の実態解明とそのダイナミクスに関する調査研究

本研究では、人為的な攪乱によって約70年に渡って疑似的な温暖化環境に曝されてきた北米アラスカ州の永久凍土のモニタリングサイトを利用し、土壌分析と室内での凍土培養実験を行い、長・中期的な温暖化環境下での土壌炭素動態の変化に関する実測データを取得した。人為的攪乱によって永久凍土融解がより進行し、植生が変化している場所では、微生物分解によるCO2放出量が増加する傾向が見られる一方で、植物から土壌への炭素供給が増加し、土壌有機炭素の年代が若くなる傾向が見られた。これらの結果は、永久凍土融解の進行に伴う温室効果ガス放出の増加が懸念される北極高緯度地域の土壌炭素動態を把握するために重要なデータとなる。北極高緯度地域における永久凍土融解の進行は温室効果ガスの放出を増加させ、温暖化に対して高い正のフィードバック効果を与えることが強く懸念されている。しかしながら、長期間にわたる観測データが極めて少なく、現在予測されているフィードバック効果の不確実性は高い。本研究では、北米アラスカにて、凍土環境が攪乱されたことで長期間疑似的な温暖化環境下に曝されてきた永久凍土モニタリングサイトを利用して、中・長期的な温暖化の下での土壌炭素動態及び炭素収支の変化に関する実測データを取得し、温暖化に対するフィードバック効果がどの程度なのか、解を得ることを目指す。研究初年度にあたる本年は、9月初旬および3月中旬に1週間強現地に滞在し、野外調査を行った。主な成果は以下のとおりである。米国アラスカ州の長期温暖化実験サイトの北方林における土壌コア試料採取に向けた準備を進め、冬期に永久凍土採取用コアラーを用いて土壌コア試料の採取を行った。採取した試料を凍結したまま日本に持ち帰り、凍結融解の時系列情報に基づいて分割し、それぞれの炭素蓄積量および平均滞留時間を求めるための各種分析を進めている。また、活動層および永久凍土中の炭素分解に関する温度依存性を検討するための土壌培養システムの開発、及び整備を進めた。0°C以下での培養実験を行うための培養システムを構築し、最適条件を検討するための予備的な実験を行った。しかしながら、長期間にわたる観測データが極めて少なく、現在予想されているフィードバック効果の不確実正は高い。本研究では、北米アラスカにて、凍土環境が人為的に攪乱されたことで長期間疑似的な温暖化環境に曝されてきた永久凍土モニタリングサイトを利用して、中・長期的な温暖化の下での土壌炭素動態ならびに炭素収支の変化に関する実測データを取得し、温暖化に対するフィードバック効果がどの程度なのか、解を得ることを目指す。研究二年目にあたる本年度は、9月初旬中旬に北米アラスカに滞在し、毎木調査を実施するすると共に、前年度採取した凍土試料の化学分析、土壌培養実験を実施した。主な成果は、下記の通りである。アラスカ州の長期温暖化実験サイトである北方林において、融解程度の異なる3つの処理区にコドラートをはり、毎木調査を実施した。より凍土融解が進んでいる処理区は、針葉樹が優占する他の2つの処理区に対して、広葉樹が優占し、単位面積当たりの樹木の出現頻度も高かった。また、活動層にあたる深度の土壌試料を用いた室内での培養実験から、融解が最も進んでいる処理区の土壌は、-5°CからCO2の放出が確認され、0°Cから15°Cの間のCO2放出量は他の処理区よりも高い値を示した。培養に用いた試料は、バルク土壌での炭素含有率に明確な差は無く、14C分析から得られる見かけの生成年代はCO2放出速度が高い融解が最も進んでいる処理区の土壌のほうが古い年代であった。現地観測が予定通り進み、前年度に構築した土壌培養システムを使った永久凍土の室内培養実験も実施出来たため、おおむね順調に進展していると判断した。しかしながら、観測データが極めて少なく、凍土モデルが不完全であることから、現在のフィードバック効果予測は不確実性が高いと指摘されている。本研究では、米国アラスカ州において、凍土環境が人為的に攪乱されたことで長期間疑似的な温暖化環境に曝されてきた永久凍土モニタリングサイトを利用して、長・中期的な温暖化下で、土壌炭素動態ならびに炭素収支がどう変化するに関する実測データを取得し、温暖化に対するフィードバック効果がどの程度なのか、解を得ることを目指す。本年度は、昨年度から継続して、温暖化環境下に曝されてきた永久凍土モニタリングサイトで採取した土壌コア試料の化学分析を進めた。主な成果は、以下の通りである。土壌コア試料を25cm毎に分割し、仮比重、炭素含有率、14C分析を行った結果、対照区に対して、温暖化区は、鉱物土壌のターンオーバータイムが速くなる傾向が見られた。この傾向は、表層にあった有機物層を除去することでより永久凍土の融解が進んだ区でより顕著であった。樹木と有機物層を除去した区では鉱物層の厚さが26cmで見かけの14C年代が1420年であったのに対し、樹木の除去のみ区では鉱物層の厚さが6cmで14C年代が1450年と、永久凍土の融解が進んだ区で土壌への炭素の供給が増えていた。

本研究では、人為的な攪乱によって約70年に渡って疑似的な温暖化環境に曝されてきた北米アラスカ州の永久凍土のモニタリングサイトを利用し、土壌分析と室内での凍土培養実験を行い、長・中期的な温暖化環境下での土壌炭素動態の変化に関する実測データを取得した。人為的攪乱によって永久凍土融解がより進行し、植生が変化している場所では、微生物分解によるCO2放出量が増加する傾向が見られる一方で、植物から土壌への炭素供給が増加し、土壌有機炭素の年代が若くなる傾向が見られた。これらの結果は、永久凍土融解の進行に伴う温室効果ガス放出の増加が懸念される北極高緯度地域の土壌炭素動態を把握するために重要なデータとなる。初年度に計画していた、放射性炭素分析および土壌培養実験に用いる永久凍土を含めた連続的なコア試料の採取が実施出来たため、おおむね順調に進展していると判断した。採取した凍土コア試料の分析、室内での凍土培養実験を継続して進め、凍土融解後の土壌炭素蓄積量の変化を推定する。また、平成27年度に行った毎木調査の結果を解析し、現存する樹木の生産量を概算し、凍土融解に伴う植物生産量の変化を検討する。これらの結果から植物、土壌双方の温暖化影響を総合的に解析し、中・長期的な温暖化に対して、土壌有機物の分解の活性化がどの程度のフィードバック効果をもたらしうるのか検討する。28年度が最終年度であるため、記入しない。同位体生態学平成26年度に採取した土壌コア試料の分析を継続して行い、温暖化区と対照区における土壌炭素蓄積量の評価をする。それぞれの区で土壌炭素収支および平均滞留時間を計算し、温暖化影響後の評価を検討する。また、地上部の植物から土壌への炭素のインプット量を評価するため、夏期に現地調査を実施する。現存する樹木の生長量を概算し、温暖化による植物生産量の変化を検討する。加えて、平成26年度に構築した培養システムおよび採取した土壌コア試料を用いて、土壌培養実験を進める。温暖化と対照区それぞれの土壌試料の培養実験から、異なる温度域(低温から常温まで)におけるCO2フラックス量および温度依存性を示すQ10のデータを得る。長・中期的な温暖化に対して、永久凍土の融解とこれにともなう有機物分解の活性化が長期的に起こりうるのか総合的に検討を行う。本年度得られた結果から、野外観測の実施時期を変更し、翌年度に持ち越したため。サイトの運営観点から予定していた野外観測の一部の実施時期を変更し、翌年度に持ち越したため。現地での観測や、土壌の化学分析、土壌培養実験に必要とされる機材の購入に充てる。植生調査等の現地調査を実施するための旅費に充てると共に、現地での観測や土壌の各種化学分析、培養実験に必要とされる機材の購入に充てる。
シノビオリンの二方向性シグナル制御の生物学的意義

関節リウマチ(Rheumatoid arthritis ; RA)由来滑膜細胞より新規E3ユビキチンリガーゼを同定し、滑膜細胞にちなみ遺伝子シノビオリンと命名した(HUGO GenBank ID : AB024690)。E3ユビキチンリガーゼであるシノビオリンはRA滑膜細胞に過剰発現し、その過剰発現マウスは関節症をきたす(Genes Deve 2003)。一方、同分子の完全欠損マウスはアポトーシスの充進による胎生致死をもたらす(JBC 2005)。これらのことからシノビオリンは生体の恒常性の維持とRA発症を考える上で重要であると考えられる。これまで、分子生物学的手法と遺伝子改変動物をもちいた手法によりシノビオリンの有する生物学的活性を検証してきた。今年度は1)シノビオリンノックアウトマウス由来のマウス胎児由来線維芽細胞に種々の人工基質を強発現させる実験系を用い、小胞体内では膜結合型と溶解型の基質に対して選択的にユビキチン化酵素群が複合体を形成していること。中でもシノビオリンは溶解型の基質に対して中心的な役割を成すことについて初めて明らかとした(JCB、2010)。また、同様にシノビオリンノックアウトマウス由来のマウス胎児由来線維芽細胞とヘテロノックアウトマウスを用い2)RAの最終像である線維化に同分子が深く関与することを見出した(論文投稿中)。これらの知見によりシノビオリンの生命科学と医学の両面での作用がより一層、理解されることが期待される。関節リウマチ(Rheumatoid arthritis; RA)由来滑膜細胞より新規E3ユビキチンリガーゼを同定し、滑膜細胞にちなみ遺伝子シノビオリンと命名した(HUGO GenBank ID:AB024690)。シノビオリンはRA滑膜細胞に過剰発現し、過剰発現マウスは関節症をきたす。また、マウスでのシノビオリンの欠損はアポトーシスの亢進による胎生致死をもたらす(G&D 2003, JBC 2005)。今年度はシノビオリンの発現調節系に関して以下の新たな知見が加わった。すでに、シノビオリンの生理学的な発現はEts binding siteを介したGA binding protein (GABP) α/β複合体により制御されることをこれまでに明らかとしていた(MCB 2005)。RA滑膜細胞における病態特異的なシノビオリンの発現制御を明らかにすることを目的としてRA滑膜細胞特異的にシノビオリンプロモーターに結合するタンパク質複合体の生化学的精製・同定を進めた。その結果、T細胞でのIL2の転写制御にかかわるとされていたILF3がGABP αと複合体形成を成すことが明らかとなった。この発見はRAの自己免疫的側面と滑膜細胞増殖を同一分子で説明できる可能性があり興味深いと考えている。また、ノックアウトマウス由来シノビオリン欠質細胞株を用いた基質たんぱくの動態に関する研究は現在、フランスのグループとの共同で論文投稿中である。
紫外線硬化樹脂を応用したサブミリ波帯回路素子の開発に関する研究

サブミリ波帯は,宇宙環境・大気環境観測で応用される周波数帯域であり,それら観測システムに組み込まれる回路素子を精度よく,かつ安価である製作が求められている.本研究では,大きさが数10100ミクロン,精度がミクロンオーダーのサブミリ波帯導波管用素子を,紫外線硬化樹脂(EPON SU-8)を利用して製作する.本年度は,初年度行なった紫外線硬化樹脂を用いたマイクロマシン技術を利用し,実際の回路素子の製作を試みた.具体的には,600GHz帯要のフロントエンド(高周波を処理する受信回路部)の製作を,Siマイクロマシンを組み合わせて試みた.そのフロントエンドの構造は,大きく分けてSiマイクロマシン技術を利用するホーンアンテナと,EPON SU-8を応用した導波管からなる.1)Siの異方性エッチングを利用して,八角形型のホーンアンテナを試作.まず,600GHz帯のホーンアンテナを高周波構造解析ソフト(HFSS)で設計を行なったが,完全回答は出なかったものの設計指針になる形状を見積もった.製作では,水酸化カリウムをエッチャントとした,Si(100)基板の異方性エッチングの条件を調べた.その結果,600GHz帯に必要な深さ方向のエッチングが歩止まりが悪いものの製作ができる限界であった.歩止まりを上げるには,他のエッチャント(TMAH)を利用する必要がある.2)EPON SU-8にて導波管部を試作.導波管の設計は標準導波管と同様であるものを想定し,解析的に決定できた.また,前年度までに構築した技術を用いて製作を試みたが,以前との大きな点は,塗布をする基板の違いである.その結果,均一な樹脂膜を得ることが困難であったが,一解決法として,樹脂の表面張力を上げることや,ベーク時の温度変化を緩やかにする方法を得たが,製作歩止まりが悪い.まだまだ,改善点や課題は多く残るものの,紫外線硬化樹脂を用いた高周波回路のマイクロマシン技術は有効であると手ごたえを感じた.周波数帯域が300GHzから数THzに渡る電磁波をサブミリ波とよび、宇宙環境観測あるいは大気環境観測で応用されている周波数帯域である。サブミリ波帯の観測システムに組み込まれる回路素子は、100ミクロンオーダの大きさで、ミクロンオーダの大きさ制御で製作が求められる。本研究では、大きさが数10100ミクロンのサブミリ波帯導波管用素子を紫外線硬化樹脂(EPON SU-8;エボキシ樹脂)を利用して製作する。この樹脂のメリットは、複雑な立体構造をリソグラフにて勢作することにより、微小素子を低コストで大量生産することができる。今後、勢作の改善を始めとし、回路素子の実現を目指している。本年度は、紫外線硬化樹脂を用いたマイクロマシン技術の確立を重点においた。我々は、具体的なサブミリ波帯回路素子として、A)非接触型可動バックショート、B)準光学的なダイクロイック板を製作した。これまで、樹脂の厚さが300500ミクロンである、600GHz帯の回路素子をの中心に製作してきたが、樹脂の加工限界を知るために、以下の製作技術の開拓・改善を目指した。1)樹脂の厚さの増大。厚さが0.51mmの300500GHz帯の回路素子を試作。2)樹脂の微細化、リソグラフの限界。1THz以上の周波数帯に適用できる、大きさが200ミクロン以下の回路素子を試作。これまでの経過では、樹脂の加工・取り扱い方法の経験的目安は得られたものの、樹脂の厚さによって加工条件が定まらない。しかし、厚さの限界では(樹脂の濃度にも依るが)1 mm程度の形状が加工できることがわかった。微細加工については、樹脂の膜厚状態に依存し、200ミクロン厚であれば最大アスペクト比20:1の加工に成功した(キュア後のサイズで160ミクロン厚に対し、幅80ミクロンのフォーク型の隙間を製作)。サブミリ波帯は,宇宙環境・大気環境観測で応用される周波数帯域であり,それら観測システムに組み込まれる回路素子を精度よく,かつ安価である製作が求められている.本研究では,大きさが数10100ミクロン,精度がミクロンオーダーのサブミリ波帯導波管用素子を,紫外線硬化樹脂(EPON SU-8)を利用して製作する.本年度は,初年度行なった紫外線硬化樹脂を用いたマイクロマシン技術を利用し,実際の回路素子の製作を試みた.具体的には,600GHz帯要のフロントエンド(高周波を処理する受信回路部)の製作を,Siマイクロマシンを組み合わせて試みた.そのフロントエンドの構造は,大きく分けてSiマイクロマシン技術を利用するホーンアンテナと,EPON SU-8を応用した導波管からなる.1)Siの異方性エッチングを利用して,八角形型のホーンアンテナを試作.まず,600GHz帯のホーンアンテナを高周波構造解析ソフト(HFSS)で設計を行なったが,完全回答は出なかったものの設計指針になる形状を見積もった.製作では,水酸化カリウムをエッチャントとした,Si(100)基板の異方性エッチングの条件を調べた.その結果,600GHz帯に必要な深さ方向のエッチングが歩止まりが悪いものの製作ができる限界であった.歩止まりを上げるには,他のエッチャント(TMAH)を利用する必要がある.

2)EPON SU-8にて導波管部を試作.導波管の設計は標準導波管と同様であるものを想定し,解析的に決定できた.また,前年度までに構築した技術を用いて製作を試みたが,以前との大きな点は,塗布をする基板の違いである.その結果,均一な樹脂膜を得ることが困難であったが,一解決法として,樹脂の表面張力を上げることや,ベーク時の温度変化を緩やかにする方法を得たが,製作歩止まりが悪い.まだまだ,改善点や課題は多く残るものの,紫外線硬化樹脂を用いた高周波回路のマイクロマシン技術は有効であると手ごたえを感じた.
人工代謝経路を内包するナノ空間「複合触媒コンパートメント」の創出

生体内代謝反応では、数多くの化学反応が同時に、副反応を限りなく抑えて進行する。このような多段階の反応が並行、かつ選択的に進行する物質変換法は、現在の有機合成化学でもまだ開拓されていない。細胞内で特定の代謝経路に関与する酵素群は、決められた小器官中の区画(コンパートメント)で空間的に近接した酵素組織体を形成して、多段階反応を効率よく進行させる機構が知られている。代謝反応において、特定の区画内に形成される酵素高次構造体の特徴として、(1)異なる種類の酵素が近接して存在する、(2)酵素がいくつか集まった高次構造体が、秩序だったコンパートメントを形成することがあげられる。基質はコンパートメント内で、これらの酵素によって次々と化学変換されて最終産物へと変換される。この細胞内物質変換システムを試験管内で再現することができれば、高効率に多段階の物質変換をおこなう「分子コンビナート」、さらにナノ空間に分子コンビナートを内包した「複合触媒コンパートメント」が実現する。本研究では、これまでに平面状DNAナノ構造体を使って構築した「2D分子コンビナート」で得た人工代謝経路に関する知見をもとにして、3次元DNAナノ構造体を利用した「3D分子コンビナート」、そして「分子コンビナート」をナノリポソームに内包した「複合触媒コンパートメント」を構築する。これらを利用して、細胞外での多段階反応を効率的に進行させるための問題点として、(1)3D分子コンビナートでは、酵素をどのような空間に何分子ずつ配置すればよいか、(2)異なる「分子コンビナート」を並列させた人工代謝経路は構築できるか、(3)「分子コンビナート」をリポソームに内包した「複合触媒コンパートメント」で多段階反応の反応効率は向上するか、(4)ナノリポソームに膜輸送タンパク質を特定配向で導入し、基質を取り込んで反応できるかを解明する。1「複合触媒コンパートメント」を構築するためのモジュール型アダプターの拡張申請者らが開発したC2H2型亜鉛フィンガーを用いたモジュール型アダプターzif-SNAPは、共有結合を介して、アダプターに融合したタンパク質・酵素を、短時間で定量的かつ安定に、DNAナノ構造体上の狙った位置に配置することができる(Chem. Commun. 2015, 51, 1016)。多種類のタンパク質・酵素を同時にDNAナノ構造体に配置するために、単量体酵素を配置するzif-SNAPに加えて、ロイシンジッパータンパク質GCN4に共有結合を形成するタグタンパク質SNAPタグ、CLIPタグ、Haloタグを組み合わせて、二量体タンパク質・酵素を配置するモジュール型アダプターを作製した。それぞれのモジュール型アダプターは、目的の塩基配列上に配置した基質と90%以上の収率で共有結合を形成した。2キシロースからキシルロース5-リン酸へと代謝する酵素カスケードの構築申請者らが2次元DNAナノ構造体上にキシロース還元酵素(XR)とキシリトール脱水素酵素(XDH)を配置して構築した(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3012)キシロースからキシリトールを経てキシルロースを生成する酵素カスケードをもとにして、キシルロースをキシルロース5-リン酸に変換するキシルロースキナーゼ(XK)を含む酵素カスケードを2次元DNAナノ構造体上に構築した。1「3D分子コンビナート」による高効率化学反応キシロースからキシリトールを経てキシルロース、さらにキシルロース5-リン酸を生成する酵素カスケードをより高効率化する。酵素XR、XDH、XKのモジュール型アダプター融合体を3次元DNAナノ構造体上に配置した「3D分子コンビナート」を構築し、それぞれの酵素の「分子数」と「空間配置」が人工キシロース代謝経路の効率に及ぼす影響を評価する。2平成29年度に構築したの人工キシロース代謝経路と並列する代謝経路として、L-アラビノースからL-アラビトール、L-キシルロースを経てキシリトールを生成するL-アラビノース代謝系を細胞外で作製する。2次元DNAナノ構造体に、L-アラビノース還元酵素、L-アラビトール4-デヒドロゲナーゼ、L-キシルロース還元酵素を配置して、「人工L-アラビノース代謝経路」の効率を高める酵素群の配置・酵素の当量比を決定する。「3D分子コンビナート」を作製する際には、三角柱および円筒型の鋳型を用いて、3次元DNAナノ構造体の形状が酵素カスケード反応の収率と補酵素の再生に及ぼす影響についても評価する。

本研究では、これまでに平面状DNAナノ構造体を使って構築した「2D分子コンビナート」で得た人工代謝経路に関する知見をもとにして、3次元DNAナノ構造体を利用した「3D分子コンビナート」、そして「分子コンビナート」をナノリポソームに内包した「複合触媒コンパートメント」を構築する。これらを利用して、細胞外での多段階反応を効率的に進行させるための問題点として、(1)3D分子コンビナートでは、酵素をどのような空間に何分子ずつ配置すればよいか、(2)異なる「分子コンビナート」を並列させた人工代謝経路は構築できるか、(3)「分子コンビナート」をリポソームに内包した「複合触媒コンパートメント」で多段階反応の反応効率は向上するか、(4)ナノリポソームに膜輸送タンパク質を特定配向で導入し、基質を取り込んで反応できるかを解明する。1「複合触媒コンパートメント」を構築するためのモジュール型アダプターの拡張申請者らが開発したC2H2型亜鉛フィンガーを用いたモジュール型アダプターzif-SNAPは、共有結合を介して、アダプターに融合したタンパク質・酵素を、短時間で定量的かつ安定に、DNAナノ構造体上の狙った位置に配置することができる(Chem. Commun. 2015, 51, 1016)。多種類のタンパク質・酵素を同時にDNAナノ構造体に配置するために、単量体酵素を配置するzif-SNAPに加えて、ロイシンジッパータンパク質GCN4に共有結合を形成するタグタンパク質SNAPタグ、CLIPタグ、Haloタグを組み合わせて、二量体タンパク質・酵素を配置するモジュール型アダプターを作製した。それぞれのモジュール型アダプターは、目的の塩基配列上に配置した基質と90%以上の収率で共有結合を形成した。2キシロースからキシルロース5-リン酸へと代謝する酵素カスケードの構築申請者らが2次元DNAナノ構造体上にキシロース還元酵素(XR)とキシリトール脱水素酵素(XDH)を配置して構築した(J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 3012)キシロースからキシリトールを経てキシルロースを生成する酵素カスケードをもとにして、キシルロースをキシルロース5-リン酸に変換するキシルロースキナーゼ(XK)を含む酵素カスケードを2次元DNAナノ構造体上に構築した。1「3D分子コンビナート」による高効率化学反応キシロースからキシリトールを経てキシルロース、さらにキシルロース5-リン酸を生成する酵素カスケードをより高効率化する。酵素XR、XDH、XKのモジュール型アダプター融合体を3次元DNAナノ構造体上に配置した「3D分子コンビナート」を構築し、それぞれの酵素の「分子数」と「空間配置」が人工キシロース代謝経路の効率に及ぼす影響を評価する。2平成29年度に構築したの人工キシロース代謝経路と並列する代謝経路として、L-アラビノースからL-アラビトール、L-キシルロースを経てキシリトールを生成するL-アラビノース代謝系を細胞外で作製する。2次元DNAナノ構造体に、L-アラビノース還元酵素、L-アラビトール4-デヒドロゲナーゼ、L-キシルロース還元酵素を配置して、「人工L-アラビノース代謝経路」の効率を高める酵素群の配置・酵素の当量比を決定する。
血栓症発症素因としてのビタミンK依存性プロテインSの病態検査学的研究

ビタミンK依存性血漿蛋白質プロテインS(PS)は、プロテインC(PC)血液凝固制御系において活性化PC(APC)のコファクタ-として機能する。先天性PS欠乏症は血栓性素因の1つであり、我々は、これまでの国内外の臨床医との共同研究により、先天性PS欠乏症における血栓症発症頻度は既存のどれよりも高いことを明らかにしてきた。ところでPSは血中ではその半分量が補体系制御因子のC4b結合蛋白質(C4bp)との複合体として、残りの半分量は遊離型として存在し両型は解離・会合する平衡状態にあること、PS欠乏症患者はコファクタ-活性を有する遊離型PSが著しく低下していることが明らかにされている。先天性PS欠乏症の発生原因には、(1)PS分子の構造的・機能的異常(2)C4bp分子の構造的・機能的異常(3)PSとC4bpの解離・会合に影響を与える未知の因子の異常などが考えられる。そこで本研究では以下の計画を実施し、結果を得た。(1)先天性PS欠乏症の発生病理に関する研究:2家系37人についてPS活性とPSの分子状態を解析し、PS活性は概収遊離PS量と相関すること明らかにした。(2)モノクロ-ナル抗C4bp抗体の作製とPS・C4bp複合体形成機構の研究:C4bpに対する抗体を作製し、C4bp分子上のPS結合部位を明らかにした。(3)モノクロ-ナル抗PS抗体の作製とPSの構造機能相関の解析:PSに対する抗体を作製し、PS分子上のエピト-プの検索と抗体のPS活性に及ぼす影響を検討した。また抗体を用いた遊離型PSやC4bpとの複合体型PSの特異的EIA法を開発した。(4)PS・C4bp複合体の機能の解析:PS・C4bp複合体が遊離型PSのコファクタ-活性を拮抗的に阻害することを明らかにした。先天性PS欠乏症では、複合体型PSの増加が血栓症発症原因の1つとなることが明らかになった。ビタミンK依存性血漿蛋白貭プロテインSは,別のビタミンK依存性セリンプロテアーゼの活性型プロテインC(APC)による血液凝固第Va因子,VIIIa因子の失活化を促進するコファクターであり,血小板や血管内皮細胞などの細胞膜リン脂貭上におけるAPCのレセプターとして機能する.申請者は,これまでに反復性の重篤な血栓症を呈する先天性のプロテインS欠乏症3家系22症例を発見し,プロテインSがプロテインCと同様に重要な生理的凝固制御因子であることを明らかにした.本研究においては,プロテインSは,血中ではその半分量が補体系の制御因子の1つC_4b結合蛋白貭(C_4bp)と可逆的に結合し複合体として存在し,APCに対するコファクター活性は遊離型のプロテインSにのみ存在することを,精製プロテインS,C_4bpを用いたin vitro実験ならびに先天性プロテインS欠乏症の患者血漿中のプロテインSの存在状態を検索することによって明らかにした.この事実は,血中のプロテインSコファクター活性の低下に基づく血栓塞栓性疾患の発症要因には,血中の遊離型プロテインS濃度の低下,すなわち, C_4bp濃度の増加やあるいはプロテインSとC_4bpの動的平衡に影響を与える他の因子の変動を考慮しなければならない.そこで,申請者は先天性プロテインS欠乏症をはじめとする各種の凝固・線溶・補体系因子を測定し,遊離型プロテインS濃度に影響を与える因子の検索を行った.

しかし,これまでの検索では,遊離型プロテインSの濃度と高い相関を示す因子を明らかにするには至っていない.今年度の研究成果に基づき,次年度もひき続き遊離型プロテインSの濃度に影響を与える因子の検索を行うとともに,プロテインSとC_4bpの結合状態,C_4bpによるプロテインSコファクター活性の阻害機構を明らかにしたい.ビタミンK依存性血漿蛋白質プロテインSは、別のビタミンK依存性セリンプロテアーゼの活性化プロテインC(APC)による血液凝固Va因子およびVIIIa因子の失活化を促進するコファクターである。PSの作用機序は、血小板や血管内皮細胞上におけるAPCのレセプターとして、またXa因子によるVa因子の保護作用を排除することによると考えられている。これまでに世界中で多数例発見された先天性PS欠損症の多くは重篤な血栓症を発症していることから、その原因の究明は急務である。ところで、PSは血中では補体系制御因子のC_<4b>結合蛋白質(C_<4bp>)と解離・会合し、平衡状態にあり、コファクター活性は遊離型のみに存在しており、PS欠損症患者では遊離型PSが著しく低下し、大部分はC_<4bp>との複合体であることが明らかにされている。また、先天性PS欠損症患者では、血中PSの抗原値よりも活性値の低下が著るしいことも知られている。そこで、今年度申請者は、C_<4bp>・PS複合体のもつ役割について検討を行った。その結果、(1)C_<4bp>・PS複合体は、遊離型PSのコファクター活性を阻害する;(2)C_<4bp>・PS複合体は、遊離型PSと拮抗的にAPCに結合する;(3)先天性PS欠損症患者では、遊離型PSよりも多量に存在するC_<4bp>・PS複合体によって遊離型PS値に依存するコファクター活性が完全に阻害されることが原因となる;ことが明らかになった。また昨年度からの継続研究として、C_<4bp>分子上のPSに結合部位を明らかにして報告した。現在PSとC_<4bp>の相互作用を阻害するモノクローナル抗PS抗体を用いてPS分子上のC_<4bp>結合部位を検索し、また、PSのAPCに対するコファクター活性を阻害するモノクローナル抗PS抗体を用いてPS分子上のAPC結合部位を検索している。先天性プロテインS(PS)欠乏症は、血栓性素因の1つとして注目されている。これまでの研究で先天性PS欠乏症患者では、活性化プロテインC(APC)に対する補酵素活性を有する遊離型PSの血中濃度が著しく低下し、血中PSのほとんどが補体系制御因子のC_4b結合蛋白質(C_4bp)との複合体として存在することが明らかにされている。そこで今年度は、PS・C_4bp複合体の機能について検討した。その結果、PSのAPCに対する補酵素活性は、遊離型C_4bpならびにPS・C_4bp複合体によって濃度依存性に阻害された。他方、APCならびにC_4bpは固相化PSに濃度依存性に結合したが、このPSへのC_4bpの結合はAPCで阻害されず、またPSへのAPCの結合もC_4bpによって阻害されなかった。しかし、固相化PSへのAPCの結合はPS・C_4bp複合体によって阻害された。また固相化PSへのAPCの結合定数(Kd=2.5×10^<-8>M)は、固相化PS・C_4bp複合体へのAPCの結合定数(Kd=1.7×10^<-8>M)とほぼ等しかった。この結果は、PS・C_4bp複合体は遊離型PSへのAPCの結合を拮抗的に阻害することを示している。
コレステロール腸管吸収抑制剤を目指したNPC1L1の機能阻害物質の探索

NPC1L1は食物由来コレステロールの吸収を司るトランスポーターであり、その機能を阻害する物質は高コレステロール血症の治療薬となりうる.本研究では既報の阻害剤のラベル体とNPC1L1との結合を指標とした阻害剤探索のアッセイ系を確立し、既存薬と立体構造の類似が高い化合物の中からスクリーニングのヒット、更には医薬開発候補化合物が見出されるか確認した.NPC1L1は食物由来コレステロールの吸収を司るトランスポーターであり、その機能を阻害する物質は高コレステロール血症の治療薬となりうる.本研究では既報の阻害剤のラベル体とNPC1L1との結合を指標とした阻害剤探索のアッセイ系を確立し、既存薬と立体構造の類似が高い化合物の中からスクリーニングのヒット、更には医薬開発候補化合物が見出されるか確認した.高コレステロール血症は動脈硬化性疾患のリスクファクターとして知られ、現在その第一選択薬であるスタチン類に加えて新たなメカニズムで作用する治療薬が常に求められている。数年前、Ezetimibeという化合物がコレステロールの腸管吸収を抑制することが報告され、その後の研究でNPC1L1という蛋白がこの現象に関与するトランスポーターであることが示唆された。本研究はNPC1L1の機能を阻害する物質を天然物および合成化合物より探索しコレステロール吸収阻害剤のシーズを提供するとともに、NPC1L1の詳細な機能解明に向けたバイオロジカルツールとしての利用への道を開くことを目的とする。EzetimibeはNPC1L1と直接結合することでその機能阻害活性を発現することが知られている。最近ではEzetimibe蛍光誘導体でこの結合をモニターすることが可能となっている。そこで本化合物とNPC1L1との相互作用をキャンセルする物質を探索するアッセイ系を構築することとした。その際、ヒトでは腸管のほかに肝細胞系に目的蛋白が高発現していることが報告されているので、市販のNPC1L1抗体にてこれを確認した上で肝癌由来のHepG2細胞を利用した。EzetimibeにBODIPYを導入した蛍光誘導体を合成しこれをHepG2細胞に添加したところ、蛍光顕微鏡にて明らかな結合が観察され、96穴プレート上でその強度が数値化された。一方、本化合物とNPC1L1を殆ど発現していないRKO細胞とを作用させた際の蛍光強度を非特異的結合によるものとすると、HepG2の際に観察されたそれとは有意な差があった。但し、現時点ではアッセイ系として利用するのに十分な感度が得られていない上に再現性も不十分であり、培養条件やNPC1L1の膜への誘導などを検討し速やかに改善したい。前年度に引き続きアッセイ系の確立を目指した。HepG2細胞のNPC1L1を蛍光エゼチミブ誘導体により観察する際の低感度の問題は当トランスポーターが十分に膜上に誘導されていないことに起因すると考えられた。そこで、文献を参考にシクロデキストリン類によりコレステロール飢餓の環境を作り出す方法、もしくはコレステロール欠乏培地を利用することで解決を試みたが、前者では毒性発現、後者では不十分な誘導能により目的を達することはできなかった。現在までにNPC1L1を高発現させたCaCo-2細胞の供与を受けており、これを用いて1)蛍光エゼチミブ誘導体の結合を確認後、これをキャンセルする化合物の探索、2)膜画分を調製し、ここに存在するNPC1L1と蛍光もしくはRIエゼチミブ誘導体の相互作用を観察、さらにこれを打ち消す化合物の探索、3)RIコレステロールの本細胞への取り込み阻害を直接観察すること、のいずれかでスクリーニング系を完成することを目指し、必要な試料の調整を進めている。現時点では細胞関連の材料についてはほぼ調整を終えており、またRIエゼチミブ誘導体も合成完了間近である。一方で、スクリーニングソースとしては最終的には微生物由来の天然物の使用を目指しているが、一般にNPC1L1の機能阻害を観察する際、化合物の添加方法に工夫が必要となるケースが多いことから、並行して合成小分子ライブラリの利用を検討した。これまでに代表的既知阻害剤エゼチミブを初期構造としたファーマコフォアモデリングによるヴァーチャルスクリーニングから、比較的容易に入手可能な数百種のヒット候補を得ており、アッセイ系確立後、この中から直ちに真のヒット化合物を選択できる態勢となっている。前年度に引き続き、はじめにアッセイ系の確立を目指した。HepG2細胞のNPC1Lを蛍光エゼチミブ誘導体により観察することが困難であったことから、当該蛋白を高発現させたCaCo12細胞の供与を受けたのち、これを用いて1)蛍光エゼチミブ誘導体の結合を確認後、これをキャンセルする化合物の探索、2)膜画分を調製し、ここに存在する評CILlと蛍光もしくはRIエゼチミブ誘導体の相互作用を観察、さらにこれを打ち消す化合物の探索、3)RIコレステロールの本細胞への取り込み阻害を直接観察すること、のいずれかでスクリーニング系を完成することを目指した。1)の方法では使用する細胞が僅かな培養条件の差により増殖速度が大きく振れるため、再現性よく高感度で目的とする蛍光誘導体の結合を観察することができなかった。当該細胞が高発現しているIVCILlが何らかの毒性を示すことが原因と考えられる。2)の方法では膜画分の作製は定法に従い可能であった。

しかし、非特異的結合に由来するバックグラウンドの影響を受けずに結合を傾向により観測するためにはスクリーニングに事実上使用不可能なほど大量の膜画分を調製する必要があり、断念することにした3)の方法では一回のアッセイあたり12.5g(蛋白換算)と、現実的な膜画分量を使用するシステムを確立できた。ここでは、二種の既存阻害剤を用いたモデルアッセイにより論文と矛盾しない活性差を確認している。また、前回までに既知阻害剤の構造を基にファーマコフォアモデリングによるヴァーチャルスクリーニングを行い、市販化合物中にヒット化合物候補を数百種見出していた。今回はそのうち100化合物と、自家ライブラリ化合物2000を、上記アッセイ系に付したものの、活性化合物は見つかっていない。現在は化合物の追加購入とヴァーチャルスクリーニングの再実行を検討している。
新たな代謝相関の提案に向けたELOVL2プロモーター領域DNAメチル化制御の解明

本研究の核心は、ELOVL2の遺伝子発現制御を介して、ドコサヘキサエン酸(DHA)およびエイコサペンタエン酸(EPA)の生合成に糖代謝が関与するのではないか、との問いを解決することである。本年度は、肝臓がん由来培養細胞HepG2を用い、異なるグルコース濃度下でのELOVL2遺伝子発現の変化を明らかにし、そらに、その発現変化とプロモーター領域DNAメチル化レベルとの関連を検討した。2)ELOVL2遺伝子プロモーター領域DNAメチル化レベルの変化:上記の条件下でゲノムDNAを抽出し、バイサルファイト処理後、パイロシークエンスを用いてメチル化レベルを定量したところ、グルコース濃度に応じたメチル化レベル変化は認めなかった。以上の結果から、少なくともHepG2細胞においては、ELOVL2遺伝子発現量はグルコース濃度環境の影響を受けること、そしてその遺伝子発現変化には、プロモーター領域DNAメチル化は寄与していないこと、などが明らかとなった。よって、グルコース濃度変化に対するELOVL2遺伝子発現応答のメカニズムを解明するには、シスではなくトランス因子の検討が今後必要となることが示された。培養細胞において、糖濃度がELOVL2プロモーターDNAメチル化レベルおよび遺伝子発現レベルにどのような影響を与えるかを明らかにすることが、申請当初の2018年度到達目標の一つであったが、これが達成されたため、おおむね順調に進展したと考えた。次の到達目標は、ELOVL2の遺伝子発現レベルに影響を与えるグルコース濃度培養条件下で、RNAを抽出し、RNA-Seqによって網羅的に遺伝子発現データを取得し、これを用いて、DNAメチル化酵素・脱メチル化酵素群、これらをヌクレオソーム上にリクルートするヒストン修飾を担う酵素遺伝子群(ヒストンH3-K9メチル化酵素群など)などに着目して遺伝子発現の動態を解明することである。2018年度は培養細胞実験が主体となったため、RNAseq解析は2019年度に実施することになり、そのための費用が2019年度に繰り越された。
効率的な最大クリーク抽出アルゴリズムの開発と理論的・実験的評価および応用

一般グラフの最大クリーク問題を多項式時間的可解とする条件とアルゴリズムを開発し,評価結果を示した.本アルゴリズムは,当条件にかかわらず,解自体は常に正しく出力する.また,一般の場合に対してこれまで新たに開発した最大クリーク抽出アルゴリズムの動作を内部にわたって詳細に実験的評価を行い,その高効率性を明らかにした.更に,これらのアルゴリズムを基として,バイオインフォマティクス等の問題に対しての有効な応用を示した.一般グラフの最大クリーク問題を多項式時間的可解とする条件とアルゴリズムを開発し,評価結果を示した.本アルゴリズムは,当条件にかかわらず,解自体は常に正しく出力する.また,一般の場合に対してこれまで新たに開発した最大クリーク抽出アルゴリズムの動作を内部にわたって詳細に実験的評価を行い,その高効率性を明らかにした.更に,これらのアルゴリズムを基として,バイオインフォマティクス等の問題に対しての有効な応用を示した.最大クリークを抽出するためにこれまでに開発してきた深さ優先探索分枝限定アルゴリズムを,実験的に詳細に検討を行い,その有効性をより一層具体的に明確にした.その結果に基づいて,最大クリークを抽出するアルゴリズムの理論的計算量評価を進めた.このために,これまでに確立してきている,極大クリーク全列挙の最適(optimal)アルゴリズムCLIQUES(Theoretical Computer Science,2006)を基本として,それを最大なクリーク1個だけを抽出する様に限定することにより,探索領域削減を達成した.その結果として,対象グラフの節点数に対して最大次数がその対数オーダーである場合に,NP完全な最大クリーク問題が多項式時間的に解けることを,非常に単純なアルゴリズムと解析により,明確な定量的結果を与えた.これは,最大クリーク問題の多項式時間的可解性に関しての従来のほとんどの結果が特殊グラフについてであったことに対し,本結果は一般グラフに対する極く自然な条件付けの上のものであることが大きい特徴である.更に,上記最大クリーク抽出アルゴリズムを,節点に重みを持つグラフの場合に拡張し,重み最大クリークを抽出する効率的アルゴリズムを開発した.それを基として,無向木間の編集距離を効率よく計算する手法を開発し,バイオインフォマティクスの問題解決に効果的に活用出来ることを明らかにした.以上の他,画像処理や計算論的学習理論に関する幾つかの成果を上げた.最大クリークを効率的に抽出するアルゴリズムの開発を進め,効率性の理論的保証を与えた.具体的には,極大クリーク全てを列挙するために既に開発し,最大時間計算量的に最適であることを証明したアルゴリズムCLIQUES(E.Tomita,A.Tanaka.H.Takahashi:Theoretical Computer Science,363,pp28-42,2006)を基本とし,それを最大であるクリーク1個だけを抽出すればよい様に限定し,更に分枝限定を有効に使うことにより,先ず次の理論的保証を与えるアルゴリズムを与えた."節点数がnのグラフにおいて,最大次数が2.613d(dは1以上の定数)以下の時,最大クリーク問題はO(n^{1+d})なる多項式時間的に可解である."更に,詳細な場合分け解析とデータ構造の工夫により,次の改良結果を得た."節点数がnのグラフにおいて,最大次数が2.773d(dは0以上の定数)以下の時,最大クリーク問題はO(n^{1+d})なる多項式時間的に可解である."以上の結果は,NP完全問題の典型である最大クリーク問題が,極く自然で単純な条件を設けることにより,理論的に効率良く,即ち,多項式時間的に解くことが前能となることを明らかにしたものであり,これまで実験的には認められていた事実に対して理論的保証を与えたことになる.節点に重みを持つグラフの重み最大クリーク抽出問題に対しては更に実働的効率化を図り,バイオインフォマティクス上の問題を重み最大クリーク抽出問題に変換することにより,効果的に問題解決を達成した.更に,極大クリーク全列挙アルゴリズムをデータマイニングの問題に適用することにより,効率良く,かつ見通しよく同問題に有効適用できることを明らかにした.この他,計算論的学習理論や画像処理などの問題に関して幾つかの新たな成果を得た.最大クリーク抽出アルゴリズムの高効率性を理論的立場から保証するものとして,多項式時間で最大クリーク抽出を可能とするための,一般グラフに対する自然な条件付けを一層緩和出来るアルゴリズムを開発し,定量的評価を与えた.これは,極大クリークを最適(optimal)な時間計算量で列挙することを証明したアルゴリズムCLIQUES(Tomita他,Theoretical Computer Science,2006年)を基としたアルゴリズムについて,時間計算量が最悪となる場合に関しての解析をより詳細に詰めることにより進展させ,結果として節点数がnのグラフにおいて,節点の最大次数が2.994d(d≧0は定数)以下である場合に対して,典型的なNP完全問題である最大クリーク問題がO(n**{1+d})という多項式時間で解決できることを明らかにした.また,これまで新たに開発してきた最大クリーク抽出のための分枝限定アルゴリズムに対して,アルゴリズムの各構成要素における探索領域(分枝限定効果)と探索時間の関係について,より詳細化した実験を行い,開発アルゴリズムの各要素の効果を明らかにし,それらが巧妙に相互作用を行った上で全体として非常に高効率なアルゴリズムとなっていることを,明確な実験的評価結果として与えた.更に,最大クリーク抽出アルゴリズムによって最大マッチングの抽出を行うことが出き,開発した効率的な最大クリーク抽出アルゴリズムによって,バイオインフォマティクス上の問題解決への効果的適用が出来た.

また,極大クリーク全列挙アルゴリズムCLIQUESの手法を一般化した,疑似極大クリーク全列挙アルゴリズムにより,ソーシャルネットワークの構造変化を的確に抽出して,有効な情報を提示出来ることを明らかにした.最大クリーク抽出問題を効率良く,即ち,多項式時間的に解くことの出来るアルゴリズムおよび計算量解析は順調に進展した.ただし,当初そのアルゴリズムと解析はそれ程複雑にならなくて済ませることを期待していたが,同問題に関する関連研究と同様にかなり複雑とならざるを得なかった.応用のためのアルゴリズムの実働効率化および実験は,予期以上に良好な結果を得た.24年度が最終年度であるため、記入しない。最大クリーク抽出問題を多項式時間的に解くことの出来る十分条件の一層の緩和については,これまでの実績の上で具体的な手がかりを得ており,それを更に一層追求する.ここで,その進展に伴ってアルゴリズムと解析の一層の複雑化はある程度避けられないと推測されるが,それを極力単純化することにも大きい努力を払う,これと同時に,一般グラフにおける(指数的)時間計算量の改善も達成する.更に,これらのアルゴリズムの実働効率化も進め,出来るだけ広い対象への応用を図る.24年度が最終年度であるため、記入しない。
非線形波動方程式の解の漸近挙動

本研究の主な目的は、様々な摩擦項をもつ非線形波動方程式に対して、グローバル・アトラクターの存在とその特徴づけを通して解の漸近挙動を解明することであった。同時にこれと深く関係する解のエネルギー減衰問題を考察すること、また、非線形熱方程式に対しても関連する問題を解明することがつづく目的であった。まず内部問題を考察し、全的な非線形摩擦項および局在敵な非線形摩擦項の両方の場合について、グローバル・アトラクターの存在およびそのエネルギーレベルでの大きさと吸収度を導くことができた。これまで存在のみ知られていたのに対していくつかの新しい特徴づけを与えたものである。つづいて、外部問題を考察しKlein-Gordon型の非線形波動方程式に対して、内部問題とほぼ平行的な結果を証明した。ソボレフ空間の$L^p$空間への埋め込みがコンパクトでないという困難さを、解の空間遠方での局所エネルギーが時間とともに一様に小さくできるという発見により克服できた。中国政府派遣のY.Zhijian教授と共同で、準線形波動方程式について考察し、これまで空間1次元の場合しれれていた結果を空間n次元の場合に拡張することができた。さらに'ローカル・アトラクター'の概念を導入し、小さい初期値に対してのみ時間大域解の存在が知られているような非線形波動方程式にこれを適用した。関連する問題として退化型の非線形熱方程式に対して、インドネシア留学生のN.Arisや中国政府派遣のC.Chen教授らとともに研究し、グローバル・アトラクターの存在および、平滑化効果を含む解の評価を与えた。グローバル・アトラクターの研究を中心に非線形波動方程式の解の時間漸近挙動を考察することが主な目的であった。今年度においては、まず有界領域における方程式で非線形の摩擦項を持つ場合を研究し、グローバル・アトラクターの存在とその特徴づけをおこなうことに成功した。とりあつかった摩擦項はベキ非線形を含むものであり、退化しているのでその扱いはきわめてデリケートである。さらに、摩擦項が局在的な場合も考察した。これらを導く手法としてある種の差分不等式の解の性質を証明したが、これは今後の研究にも有用であることが期待される。関連する問題として、m-Laplacianタイプの非線形法物形方程式のグローバル・アトラクターの研究をおこない、いくつかの興味ある新しい結果を得た。論文準備中である。また、J.Bae氏(釜山大学)との共同研究で、外部領域における線形および非線形波動方程式の解のエネルギー減衰に関する詳しい評価を与えた。これらは、外部領域におけるグローバル・アトラクターの考察につながることが期待される。さらに、望月清氏(中央大学)との共同研究において、障害物の形状になんらの制限をおくことなく、遠方で摩擦項が働く場合、全エネルギーが時間とともに減衰することを証明した。各分担者においても、流体方程式の解の漸近挙動や線形摩擦項をもつ非線形波動方程式の解の挙動、さらにパターン形成に関する偏微分方程式の解の挙動について詳しい解析を行うとともに、研究集会・セミナーに積極的に関与し、九州地区における高度な非線形偏微分方程式の研究環境の維持、発展に貢献した。グローバル・アトラクターを中心に、非線形波動方程式の解の時間的漸近挙動を考察することおよび関連する問題を研究することが目的であった。昨年度は有界領域における非線形波動方程式およびm-Laplacian型非線形放形方程式を考察し多くの結果を得たが、本年度は外部領域における問題を考察し所期の結果を得た。すなわち、波動方程式に関しては有界領域における方法と解の空間遠方での時間-空間評価を組み合わせることによってグローバル・アトラクターの存在とそのサイズの評価および解を吸収する速度評価を与えた。非線形摩擦項については、有界領域におけると同様にu_tが大きいときは線形増大度をもつと仮定したが、さらに空間遠方でもu_tについて線形増大度を仮定した。解のエネルギー減衰に関する様々な結果から、これらの仮定はやむを得ないと思われる。

関連する問題として強い摩擦項をもつ場合の準線形波動方程式(主要部が非線形)をY.Zhijan氏(鄭州大学、九大訪問教授)とともに考察し、グローバル・アトラクターの存在及びある特徴をH_2解に対して証明した。さらにNaimah Aris(九大院生)とともに平均曲率型の準線形放物形方程式に対してグローバル・アトラクターの存在をL^q空間で証明し、特徴付けを行った。それは解の平滑化効果を含むものである。各分担者においても、移流型非線形項をもつ波動方程式の解の漸近挙動、反応拡散型放物形方程式系の解のパターン形成に関する漸近挙動、流体方程式の解の大域解の存在と安定性に関する種々の結果、調和傾斜流や走化方程式型放物形方程式系の解の漸近挙動に関する結果を得た。また、全員が研究集会・セミナーに積極的に関与し、九州における高度な非線形偏微分方程式の研究環境の維持、発展に寄与した。本研究の目的は、様々な摩擦項を持つ非線形波動方程式に対して、グローバル・アトラクターの存在とその特徴づけを通し解の漸近挙動を解明することであった。同時にこれと深く関係する解のエネルギー減衰問題を考察すること、また非線形熱方程式に対しても関連する問題を解明することが目的であった。これまでの研究で内部問題についてはほぼ満足のゆく結果が得られたので、本年度は外部問題に対して同様の結果を得ることを試み成功した。ソボレフ空間の$L p$空間への埋め込みがコンパクトでないという外部問題特有の困難さを、遠方でのエネルギーがある意味で時間とともに一様に小さく抑えられることを発見することで克服することができた。外部問題の結果は文献になくこれがはじめての結果と思う。さらに、準線形波動方程式の内部問題を中国政府派遣のY.Zhijian教授ととも研究し、強い摩擦項の影響の下でグローバル・アトラクターの存在と指数的吸収に関する結果を得た。これまで空間1次元の場合に得られていたものを一般n次元に拡張したものである。また、初期値が小さい場合にのみ時間大域解が知られている非線形方程式は多い。そのような場合に適用できる'ローカル・アトラクター'の概念を導入し、非線形波動方程式の例を与えた。関連する問題として非線形熱方程式のいわゆる平均曲率型といわれる方程式をインドネシア留学生のN.Arisとともに研究し、弱い意味でのグローバル・アトラクターの存在および、平滑化効果を含む解の評価を与えた。