hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイセルを用いた脂質膜における分子複合体解析

バイセルは長鎖のリン脂質と短鎖のリン脂質から構成される会合体で、二重膜構造を有していることから生体膜モデルとして用いられている。本研究では、このバイセルに種々の生理活性物質を含有させ、NMRを用いてその構造解析を行う手法を開発した。この方法をまずは抗真菌物質アンフィジノールに適用し、その膜中での構造を明らかにするとともに、アンフィジノールの作用発現機構を推定した。また脂質ラフト形成で注目されているスフィンゴミエリンの膜中での構造解析を行い、ラフト形成の分子基盤を明らかにすることができた。バイセルは長鎖リン脂質と短鎖リン脂質からなるディスク状の会合体で、長鎖リン脂質が形成する平面部分は二重膜構造を有していることから、最小の脂質二重膜モデルと考えられている。本研究では、バイセルを用いて生体膜における分子間相互作用解析のたあの方法論の確立を目的とする。またその方法論をアンフィジノール等の膜作用分子、さらに脂質ラフトへと応用し、脂質膜中での分子認識機構および会合構造の解明を目指す。まず本年度はアンフィジノール3(AM3)に対してバイセル中での構造解析を行った。AM3は渦鞭毛藻由来のポリエンポリオール化合物で、強力な抗カビ活性および溶血性を有しているが、その効果は膜へのイオン透過性ポア形成による。バイセル中でのAM3は、ポリオール部分を膜表面に広げ、ポリェン部分を膜内部に貫入させた構造であることが明らかとなった。このことは、AM3が脂質膜に作用して膜の表面積が大きくなり、膜が正の曲率を持つことを示唆しており、その結果ポアが形成するものと推測される。この結果はOrganic Letters誌に掲載された(Houdai他)。また、今年度購入した動的光散乱装置を用いてバイセルの形状や大きさについての検討を開始した。特にバイセル中に取り込ませた薬剤がバイセルの形状に与える影響を現在調べている。さらにバイセルを用いて脂質ラフトにおける分子相互作用解析も開始した。脂質ラフトはスフィンゴミエリン(SM)およびコレステロールを主成分とする細胞膜ドメインであり、周囲の細胞膜とは異なる相状態を有している。本年度は長鎖リン脂質の代わりにSMを用いてバイセルを形成させ、スピン結合定数やNOEの測定を行い、SMの配座解析を行った。現在はこれにコレステロールを含有させ、脂質ラフトをバイセルで再現することを検討中である。本研究では、バイセルを用いて生体膜における分子間相互作用を解析するための方法論の確立を目的とする。本年度はバイセルを用いて脂質ラフトへとアプローチした。この脂質ラフトにはシグナル伝達に関与する膜タンパク質が特異的に集積することから、シグナル伝達のプラットホームとして機能していると考えられている。しかし、このような生理的意義にもかかわらず、ラフト形成の分子機構はほとんど未解明である。脂質ラフトの大きな特徴として、界面活性剤TritonX-100に対する不溶性が挙げられる。このような不溶化したラフト成分は、その周りをTritonXによって取り囲まれた構造を取っていると予想される。我々はSMに短鎖リン脂質を混ぜるとバイセルが形成することを見出した。このことはバイセルで脂質ラフトを再現できる可能性を示唆している。そこでSMを用いてバイセルを形成させ、SMのスピン結合定数やNOEを測定することによって膜環境におけるSMの配座を決定した。さらにコレステロールを共存させたラフトモデルバイセルを調製し、同様に配座を解析した。その結果、コレステロールの有無によらずSMの配座はほとんど変化しないことが明らかとなった。これはラフトと非ラフトの性質の違いがSMの配座変化に起因するわけではないことを示唆している。今後はさらに分子間の相互作用を解析し、ラフト形成の分子機構に迫る予定である。バイセルは長鎖リン脂質と短鎖リン脂質からなるディスク状の会合体で、長鎖リン脂質示形成する平面部分は二重膜構造を有していることから、最小の脂質二重膜モデルと考えられている。本年度はバイセルを用いた脂質ラフトへのアプローチをさらに展開した。

脂質ラフトはスフィンゴミエリン(SM)およびコレステロールを主成分とする細胞膜ドメインであり、周囲の細胞膜とは異なる相状態を有している。この脂質ラフトにはシグナル伝達に関与する膜タンパク質が特異的に集積することから、シグナル伝達のプラットホームとして機能していると考えられている。脂質ラフトの大きな特徴として、界面活性剤に対する不溶性が挙げられる。このような不溶化したラフト成分は、その周りを界面活性剤によって取り囲まれた構造を取っていると予想される。我々はSMに短鎖リン脂質を混ぜるとバイセルが形成することを見出し、バイセルで脂質ラフトを再現できる可能性を示した。そこで今年度はまずラフトモデルバイセルの物理化学的性質を動的光散乱や蛍光偏光解消測定、および^<31>PNMR実験等により精査し、ラフトをほぼバイセルで再現できることを明らかとした。次いでSMを用いてバイセルを形成させ、SMのスピン結合定数やNOEを測定することによって膜環境におけるSMの配座を決定した。さらにコレステロールを共存させたラフトモデルバイセルを調製し、同様に配座を解析した。その結果、コレステロールの有無によらずSMの配座はほとんど変化しないことが明らかとなった。このように得られたSMの構造情報、および別途行った固体NMRの結果から、脂質ラフトにおける分子認識機構を明らかにした。
近代日本文学と思想の共謀

「近代日本文学と思想の共謀」というタイトルのもと、戦後日本思想の誕生と展開を文学と思想の両面から探求する単著を完成させる。具体的には、山田孝雄と谷崎潤一郎が、「国体」という概念の形成に果たした役割、横光利一と京都学派の哲学者たちが「世界史」という主題をめぐって繰り広げた対話、戸坂潤と中野重治らと「日常性」との関わり、夏目漱石の英語訳の出版とハイエクの新自由主義思想との関連等が、研究の主題となる。
腎髄質膜のPGE受容体と会合した新奇GTP結合蛋白質の電解質代謝における役割

研究実施計画に従い以下の研究成果を得た。1.ラット腎髄質PGE受容体とGTP結合蛋白質との会合体の性質について:63年度の研究において、ラット腎髄質のPGE受容体のリガンド結合反応が、GTP(あるいはGTPrS,GppNHp)の添加により促進されること、およびPGE受容体が百日咳毒素感受性のGTP結合蛋白質と会合していることを見い出した。本年度は、GTPで処理をした会合体が未処理の会合体と比較して、性質上の相違点があるか否かについて検討を加えた。その結果、GTPで処理をしたDGE受容体は、未処理の受容体と同様に百日咳毒素感受性のGTP結合蛋白質との会合体として存在すること、またその絶対量がGTP処理により増大していることがゲル濾過による解析から明らかになった。従来、ホルモン受容体のGTP結合蛋白質に対する親和性がGTPの添加により減弱することが知られているが、腎髄質で見られるこれと全く逆の性質が会合体の形成と何らかの関連を持つことが示唆された。2.PGE受容体とGTP結合蛋白質との会合体の精製:GTPの添加により更に安定化された会合体を、WGAアガロ-ス、DEAEトヨパ-ルを用いて精製を試みたところ、PGE受容体はGTPrS結合活性および百日咳毒素によるADPリボシル化の基質活性を有した状態で得られることがわかった。この標品をSDSを含まないアクリルアミドゲル電気泳動にかけ解析し、会合体の分子量が約400KDであることを確めた。更に、この会合体を抽出しSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った結果、分子量140KD、80KDおよび50KDの蛋白のバンドが認められた。3.腎髄質由来のMDCK細胞を用いたcuclicAMP産生の制御:MDCK細胞において、TPAがPGEのcuclicAMP生成促進作用を阻害することから、Cキナ-ゼを介した受容体あるいはG蛋白のリン酸化による制御が示唆された。
凍結融解法によるメトロニダゾール機能性ハイドロゲル製剤の開発

研究目的:ハイドロゲルは高分子が架橋して形成する三次元構造体であり、含水性・構造柔軟性・物質吸収性に富み、医療分野ではソフトコンタクトレンズ、創傷被覆材など幅広い分野に応用されている。本研究ではハイドロゲルの特性を活かし、創傷被覆、吸水、薬物放出等の機能を有するハイドロゲル外用製剤の開発を目的とした。また、本研究では患者が安心して使用できる製剤開発を目指し、化学架橋法では未反応のモノマーや架橋剤が人体に悪影響を及ぼす可能性があることから、未反応物がなく安全性が高いとされる物理架橋法を用いることとした。研究方法:モデルドラッグとして、メトロニダゾールを用いた。メトロニダゾールはがん性皮膚潰瘍に伴う悪臭に対して世界保健機関や米国臨床腫瘍学会において推奨されており、酒さ様ざ瘡にも用いられる。高分子ポリマー(ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース等)を用い、凍結融解法により物理架橋を形成しハイドロゲルを作製した。さらに作製したゲルの物性評価(膨潤度、ゲル化率、レオメーターによるゲル強度測定)を行った。研究成果:凍結融解法により、メドロニダゾール含有ポリビニルアルコールハイドロゲルを作製した。ポリマー濃度、ポリマー重合度の上昇に伴い、高い破断強度を示した。凍結回数の増加に伴い破断強度も上昇するが、凍結回数が一定の回数を超えると破断強度は逆に低下した。ポリビニルアルコールのみでは膨潤度に限界があるが、外用剤の形状としては用いやすい強度を有していた。今後はヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロースなど他の高分子ポリマーの混合により、より最適なハイドロゲル外用剤を作製し、フランツ型セルを用いた薬物放出試験を検討する。
永続的記憶形成における、海馬-大脳皮質記憶保持細胞集団の統合機構の解明

記憶を脳のシステムレベルで保存する神経基盤を明らかにするため研究を進めた。本研究課題では「学習後の海馬および大脳皮質の同期的な神経活動によりSystems consolidationが完遂する」との仮説を立てこれを検証した。学習時に活動した海馬および大脳皮質の神経細胞群を、学習後の安静時に2日間にわたり活性化させた。その結果、記憶のgeneralizationの亢進、および記憶想起の海馬依存性が低下する傾向が観察された。今後、神経細胞の刺激パターンなどを再検討し仮説の検証を進める。[1]学習後の海馬活動が記憶形成に及ぼす影響を検証。海馬神経細胞の興奮性を人為的に操作するために、Camk2a-hM3Dqレンチウイルス(LV)を作製した。また、TRE-hM3Dq LVを作製し、c-fos tTAトランスジェニック(Tg)マウスと組み合わせることにより、学習時に活動した神経細胞群で特異的にhM3Dq受容体を発現させ、特定の神経細胞群の興奮性を操作する実験系を確立した。これらの実験系を用いて、恐怖条件付け学習後の睡眠時に海馬の神経活動を人為的に上昇させたが、記憶形成の亢進は観察されなかった。[2]長期記憶が保存される大脳皮質神経細胞群の特定。Systemsconsolidation中に、「学習時に活動した大脳皮質の神経細胞群に記憶が保存される」との仮説を検証するため、EnvAをエンベロープとして持ちかつチャネルロドプシン(ChR)を発現するレンチウイルス(ChR EnvA LV)を作製し、c-fos tTA/TRE-TVA Tgマウスと組み合わせることにより、活動した特定の神経細胞群で長期的にChRを発現させることが可能な実験系を確立した。これらの実験系を用いて、恐怖条件付け学習時に活動した大脳皮質の神経細胞群にChRを発現させ、約一ヶ月後にそれらの神経細胞を人為的に活性化さえたところ人工的な記憶の想起が観察された。[3]学習後の大脳皮質-海馬神経活動が記憶形成に及ぼす影響を検証。確立した技術を用いて、恐怖条件付け学習時に活動した海馬および大脳皮質の神経細胞群にhM3Dq受容体を発現させた。学習後の安静時にそれらの神経細胞群を同時的に活動させた群において、記憶のgeneralization(systems consolidationの一つの指標となる)が促進していることを観察した。実験計画通り学習時に活動した神経細胞群の興奮性を学習後に人為的に操作する実験系を確立することができた。一方で、実験計画時の予想と異なり、学習後の海馬活動の記憶形成への関与は本実験系では認められなかった。しかし当初の実験計画よりも早く、学習時に活動した神経細胞を長期的に操作可能な実験系を確立することができ、学習時に活動した大脳皮質の神経細胞群に記憶が保存されることを観察することができた。また、得られた結果を基に仮説を迅速に修正し、systems consolidationにおける海馬-大脳皮質の同時的な神経活動の関与を示唆する結果が得られたことは進歩であると考える。記憶が永続的に脳に安定して保存される機構を解明するために研究を行った。ある種の出来後に関する記憶は、初期には海馬に保存され時間経過に伴い大脳皮質などの領域に分散して保存されることが知られている。また、学習後の海馬の神経活動が記憶の固定化に重要であることが報告されている。そこで、永続的な記憶形成に学習後の海馬-大脳皮質の同期的な神経活動が重要であると考え研究を進めた。昨年度までに、TRE-hM3Dqレンチウイルスを作製し、c-fos tTAトランスジェニック(Tg)マウスと組み合わせることにより、学習時に活動した神経細胞群で特異的にhM3Dq受容体を発現させ、特定の神経細胞群の興奮性を操作する実験系を確立した。この手法を用いて学習時に活動した大脳皮質と海馬の神経細胞群にhM3Dq受容体を発現させ、学習後の睡眠時に長時間にわたりこれらの神経細胞群を活性化させた。記憶が大脳皮質領域に保存されたかどうかを、記憶想起の海馬依存性により検証することとした。その為、本研究課題で用いている学習課題において、記憶想起に海馬を必要とする期間を検証した。その結果、少なくとも学習後の3日目までは記憶想起に海馬が必要であるが、12週間以降には海馬非依存的に記憶が想起されることを明らかとした。そこで、学習後2日間、海馬と大脳皮質の神経細胞群を活性化させ、3日目に記憶想起の海馬依存性を解析した。その結果、同期活性化群で記憶想起の海馬依存性がわずかに減少している傾向が観察されたが、顕著な差は観察されなかった。一方で、同期活性化群で記憶の般化が促進することを示唆する結果を観察しており、学習時に活動した海馬および大脳皮質神経細胞の相互作用が記憶の安定化に必要であると思われるが、今後、別の手法で記憶が大脳皮質領域に保存されたかどうかを検証し、永続的な記憶形成機構の解明に向けた研究を進める。

その結果、記憶のgeneralizationの亢進、および記憶想起の海馬依存性が低下する傾向が観察された。今後、神経細胞の刺激パターンなどを再検討し仮説の検証を進める。当初の実験計画においては、systems consolidationにおける学習後に起きる海馬の神経細胞群の自立的な活動の役割に着目していたが、初年度に得られた結果を基に海馬だけではなく大脳皮質の神経活動にも着目し解析を進める。これらの神経活動を人為的に操作することにより、systems consolidationにどのような影響を与えるかを検証する。神経科学
アデノ随伴ウイルスを用いたループス腎炎の遺伝子治療法の開発

本研究では、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを用い、内皮型一酸化窒素(NO)合成酵素の遺伝子を腎臓に導入することにより、ループス腎炎の遺伝子治療の開発を目指す。平成12年度にAAVベクターによる腎への遺伝子導入法を確立しており、平成13年度はNO合成酵素発現ベクターを作製し、細胞に遺伝子導入に、機能的なNOの産生が生じるかについて検討し、以下のような研究成果が得られた。(1)eNOS発現ベクターの作製内皮型NO合成酵素(eNOS)の遺伝子を組み込んだAAVベクター(AAV-eNOS)を作製し、ヒト293細胞へ導入した。293細胞へeNOS遺伝子を導入することにより、293細胞のMAPキナーゼ活性およびc-fosの発現は有意に抑制され、これに伴い293細胞のDNA合成能も抑制された。(2)細胞肥大に対するeNOS遺伝子導入の効果ラット培養心筋細胞にAAV-eNOSを遺伝子導入した。遺伝子導入した細胞では細胞内cGMPの上昇が認められ、またphenylephrine刺激による細胞の肥大反応が有意に抑制された。さらに、このeNOS遺伝子導入による細胞肥大の抑制作用は、NOS阻害剤であるL-NMMA存在下で完全に消失した(Cardiovas Drug Ther 15 : 19-24,2001)。(3)薬剤によるNO合成酵素遺伝子発現の修飾以上の研究成果より、AAVベクターを用いたNO合成酵素の遺伝子導入やスタチンがNOの産生亢進を来たし、ループス腎炎の新しい治療法として有用である可能性が明らかとなった。本研究では、アデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを用い内皮型一酸化窒素(NO)合成酵素の遺伝子を腎臓に導入することにより、ループス腎炎の遺伝子治療法の開発を目指す。今年度はAAVベクターによる腎への遺伝子導入法の確立をめざし、計画通りの研究成果が得られた。まず、大腸菌由来β-galactosidase発現ベクター(AAV-LacZ)を作製した。ラット培養メサンジウム細胞にAAVベクターを用いたLacZ遺伝子導入を行い、β-galactosidaseの発現をX-gal染色およびELISA法にて検討した。培養メサンジウム細胞へのLacZ遺伝子の導入効率はAAVベクター濃度依存性に上昇し、5x10^6particles/cellで約50%の導入効率であった。β-galactosidaseの発現は遺伝子導入1日後をピークに漸減したが、少なくとも7日間以上発現の持続が認められた。次に、ラット腎臓をAAV-LacZ添加培養液中にて培養することによりex vivoで遺伝子導入を行い、β-galactosidaseの発現をX-gal組織染色にて評価した。その結果、特に尿細管でβ-galactosidaseの強い発現が認められ、また間質組織にも発現が認められた。一方、糸球体内部には強い発現は認められなかった。以上より、AAVベクターを用いることにより腎臓へ遺伝子導入が高率に可能であり、腎疾患の遺伝子治療に有用なベクターであることが示された。
有機ケイ素及び有機典型金属を用いる新電子触媒反応の開発に関する研究

電解系で発生する酸触媒及び複合金属レドックス系で発生する活性典型金属を活用する新しい炭素炭素結合形成反応について研究を行なった.1)求核性の強いケイ素反応剤とカルボニル化合物又はそのアセタール体との反応に電解酸触媒を活用する新しいカチオン連鎖反応を見出した.まず,有機ケイ素化合物としてエノールシリルエーテルを用いてカルボニル化合物との反応を行い,過塩素酸塩を支持塩とする電解系でこの反応が極めて効率よく進行することを見出した.つづいて本電解系を1,2-ビスシロキシアルケン,アリルシラン,シリルシアニドとカルボニル化合物及びアセタールとの反応に適用しそれぞれ効率よく付加体及び置換体を得ることに成功した.また,これらの電解系における酸触媒の発生機構についても検討し,電解条件を選ぶことにより多様な電解系酸触媒の発生が可能であることを明らかにした.2)触媒量の鉛を循環使用する新しい電子触媒反応を開発した.本反応は活性な低原子価鉛の発生及び再生にアルミニウム金属を用いる新しい複合金属レドックス系の反応であり,単独の金属では見られない興味深い反応を惹起することを明らかにした.カルボニル化合物とポリハロアルカン類との還元的付加反応,アセタールの還元二量化反応,イミンの還元二量化反応等が触媒量の鉛塩とアルミニウムとを作用させる簡便な操作で効率よく進行する.また,イミンとアリルハライドの直接還元カップリング反応もこの複合レドックス系を用いることにより初めて実現している.さらに,鉛以外の典型金属(Sn, Bi)を用いる同様な反応についても併せて検討し,イミン及びアセタールの還元二量化反応がこれらの典型金属塩とアルミニウムとの複合金属レドレックス系で効率よく進行することを明らかにした.電解系で発生する酸触媒及び複合金属レドックス系で発生する活性典型金属を活用する新しい炭素炭素結合形成反応について研究を行なった.1)求核性の強いケイ素反応剤とカルボニル化合物又はそのアセタール体との反応に電解酸触媒を活用する新しいカチオン連鎖反応を見出した.まず,有機ケイ素化合物としてエノールシリルエーテルを用いてカルボニル化合物との反応を行い,過塩素酸塩を支持塩とする電解系でこの反応が極めて効率よく進行することを見出した.つづいて本電解系を1,2-ビスシロキシアルケン,アリルシラン,シリルシアニドとカルボニル化合物及びアセタールとの反応に適用しそれぞれ効率よく付加体及び置換体を得ることに成功した.また,これらの電解系における酸触媒の発生機構についても検討し,電解条件を選ぶことにより多様な電解系酸触媒の発生が可能であることを明らかにした.2)触媒量の鉛を循環使用する新しい電子触媒反応を開発した.本反応は活性な低原子価鉛の発生及び再生にアルミニウム金属を用いる新しい複合金属レドックス系の反応であり,単独の金属では見られない興味深い反応を惹起することを明らかにした.カルボニル化合物とポリハロアルカン類との還元的付加反応,アセタールの還元二量化反応,イミンの還元二量化反応等が触媒量の鉛塩とアルミニウムとを作用させる簡便な操作で効率よく進行する.また,イミンとアリルハライドの直接還元カップリング反応もこの複合レドックス系を用いることにより初めて実現している.さらに,鉛以外の典型金属(Sn, Bi)を用いる同様な反応についても併せて検討し,イミン及びアセタールの還元二量化反応がこれらの典型金属塩とアルミニウムとの複合金属レドレックス系で効率よく進行することを明らかにした.
有酸素運動によるオートファジー抑制メカニズムの解明

細胞内分解系であるオートファジーが筋肉運動によってどのような影響を受けるかを系統的に調べた。絶食24時間後のマウスでは、血中インスリンやIGF-1が最低レベルに落ち、骨格筋(ヒラメ筋、足底筋など)のmTorシグナル経路が不活化されてオートファゴソーム形成が誘導された。このマウスをトレッドミルで走行運動させたところ、絶食下にも関わらずmTor経路が再活性化されオートファゴソーム形成は抑えられた。Ettan DIGEを用いて走行運動による筋タンパク発現変化を網羅的解析に調べ、glycogeninやgalectin-1の発現変動を認めたが、mTor系の再活性化につながる原因はまだ解っていない。骨格筋の収縮はエネルギーとして多量のATPを必要とし、運動中の筋肉では糖質および脂質の代謝によってATPを獲得している。筋肉は糖新生に用いられる糖原性アミノ酸の供給源でもあり、絶食時の筋肉ではタンパク質分解が亢進する。オートファジーは栄養飢餓に適応するために真核生物で進化的に保存されている機構であり、絶食時には筋肉、肝臓などの組織で誘導され、アミノ酸供給に与ると考えられる。しかし,運動刺激によるオートファジーへの影響についてはまだよく解っていない。本研究では、運動が骨格筋のオートファジーにどのような影響を与えるのか、生化学的、形態的および遺伝子発現レベルで詳細に解析を行った。24時間絶食したマウスではオートファジー形成の指標となるLC3の脂質化が亢進し、GFP-LC3 TGマウスの筋肉に出現する蛍光のLC3ドット(オートファジーの指標)が増加し、オートファジーが誘導された。さらにトレッドミル走行運動を負荷すると、1Soleus Muscle、Plantaris MuscleにおいてLC3の脂質化が減少し、2GFP-LC3 TGマウス筋肉の蛍光のドットが有意に減少した。3絶食で低下したインスリン、グルカゴン、TG、FFAおよびIGFは運動によって有意な変化を示さなかった。4血漿のアミノ酸のうち、Val、LeuとIleの増加が認められた。5血漿および筋肉のグルタミンは両方とも運動後減少した。6、オートファジーの調節に関わるシグナルを調べたところ、mTOR下流のp70S6KおよびS6がリン酸化され、活性化が認められ、オートファジーが抑制されていることが示唆された。7Ettan DIGEにより運動後筋肉のタンパク質の発現には有意差が認められており、この発現変化と走行運動によるmTorシグナル再活性化(=オートファジー抑制)との関係を現在検討している。我々は絶食したマウスの筋肉ではオートファジー形成の指標となるLC3の脂質化が亢進し、GFP-LC3 TGマウスの筋肉に出現する蛍光のLC3ドット(オートファジーの指標)が増加することによりオートファジーが誘導されることを確認した。驚くべきことに、さらに、トレッドミルによる走行運動を負荷すると、mTORシグナルの下流で働くP70K-S6KやS6はリン酸化され、mTORの再活性化による骨格筋オートファジーの抑制が起こることを発見した。絶食下の筋肉運動でなぜmTORが再活性化し、オートファジーが抑制されるかという疑問に対して、Ettan DIGE法により、発現タンパクの変化を調べたところ、いくつかの筋タンパクが走行運動後有意に増加あるいは減少することを見いだした。その中には代謝系の鍵酵素が含まれる。これらの発現変化が運動によるmTORの再活性化とどのように結びつくかを明らかにすることがmTOR再活性化の分子機構解明に必須であると期待できる。一方、mTORの活性化は酸化ストレスによっても起こされることが知られている。活発な有酸素運動であるトレッドミル走行では、運動後酸化ストレスの上昇が出来すると予想されるので、筋タンパクのカルボニル化を指標とした酸化ストレス増加を調べることも現在進行中である。以上から本研究申請で提案したテーマの解明は研究期間内に達成される見込みが十分期待される。1)Ettan DIGE法により、トレッドミル走行運動による筋肉タンパク質の発現差異を解析し、複数のタンパクについて運動後発現の上昇もしくは減少を認めた。さらに、これらのタンパクをゲル内消化を経て、Liquid Chromatography/Mass Spectometoryにより同定を行う。予備実験で既に複数のタンパクが同定されており、これらのタンパクが実際に運動前後で増加あるいは減少しているかをさらにウェスタンブロットによって確証する。2)運動とmTORとの関係について類推されることとして、酸化ストレスとの関係が挙げられる。筋肉運動の結果

酸化ストレスが亢進していれば、SoleusやPlantarisの筋タンパクがカルボニル化されると予想されるので、筋肉の総タンパクのカルボニル化が上昇しているかをまず調べ、次にどのようなタンパクがカルボニル化されるかを知ることで、Ettan DIGEで増減が見られたタンパクと酸化ストレスの関係、また、カルボニル化とmTOR再活性化との関係を明らかにできるかもしれない。3)筋肉運動や筋肉の質量変化を伴う病態では、筋肉に侵出したマクロファージやリンパ系の細胞由来あるいは筋細胞そのものが様々なサイトカイン系の生理活性物質を分泌することによって筋肉の機能に影響を及ぼすことが知られてきており、これら一連の生理活性物質はミオカインと呼ばれる。トレッドミル走行運動によってこれらのミオカインがmTOR再活性化のシグナルを伝達するという可能性についても検討したい。この目的で絶食および絶食後トレッドミル運動を負荷した二群のマウスから血漿を採取し、ミリプレックスによるサイトカイン・ミオカインの包括的定量分析を行う。以上の3つの異なるアプローチによって、絶食+運動で再活性化されるmTORシグナル応答の変化の機構を明らかにすることができると確信する。血清サイトカインおよびホルモンの包括的定量解析に必要なMiliprexを用いた予備実験を行なうための試薬を購入する
固体酸素低温高圧相の構造解析と物性

[1]低温19-300K、高圧力(0-5GPa)下でX線回折実験を行い、結晶構造パラメータの圧力依存性と構造相転移を詳細に調べ、固体酸素の低温高圧相図を確立した。(1)19-240Kの低温では、これまでラマン散乱実験で報告されている結果とは異なり、α'、δ'そしてδ相は観測されず、反強磁性を示すα相が広い圧力領域で安定に存在し、7.6GPa付近でε相へ相転移することが明らかになった、格子定数の異方的圧縮性から、反強磁性秩序が7GPa付近まで保たれている解った。(2)α-δ相境界が8GPaの圧力で240-260Kと予想以上に高温にあること、(3)α-δ相は二次相転移であること(4)δ相はα相と同じ反強磁性秩序を持つことが明らかになった。[2]金属酸素相の構造はこの相での超伝導の発見以来多くの研究者の注目を集めている。また、金属水素の構造とも重要に関連する。本研究により、固体酸素金属相(ζ相)の構造が空間群:Pc/mをもつ単斜晶で説明できることを突き止めた。酸素の分子磁性や金属化の過程を議論した。[3]固体酸素高圧相の単結晶育成を行い、結晶評価および構造解析を行った。その結果、(1)δ相:9.6GPaで単結晶育成に成功した。X線振動写真により、結晶性の評価と、格子定数の精密決定を行った。この結果、X線磁気回折法を使えば酸素分子の持つ磁気モメントの大きさとその秩序配置の決定が可能であることが検証された。(2)ε相:11GPa、13GPaおよび16.5GPaでε相の単結晶を作成し、X線振動写真からかなり結晶性の評価と、格子定数の精密決定を行った。[4]固体酸素の金属化と超伝導との関連研究を行った。固体酸素と同じ等核2原子分子性固体である、固体水素の粉末X線回折研究を100GPa付近まで行い構造相転移及び固体酸素との類似性が議論された。超高圧発生法の技術開発を目的にリン(P)金属チタン(Ti)のマルチメガバール領域でのX線回折実験を行い、100GPa以上で2つの新しい高圧相転移を発見した。[1]低温高圧下における固体酸素の構造相転移と相図の解明放射光源を用いた角度分散法により、固体酸素の粉末X線回折実験を広い温度(10-300K)、圧力(0-15GPa)下で行い、結晶構造パラメータの圧力依存性と構造相転移を詳細に調べ、固体酸素の低温高圧相図を確立した。これまでラマン散乱実験で報告されている結果とは異なりα′、δ′そしてδ相は観測されず、低温では反強磁性を示すα相が広い圧力領域で安定に存在し、7GPa付近でε相へ相転移することが明らかになった。

格子定数の異方的圧縮性から、反強磁性秩序が7GPa付近まで保たれていることが示唆された。また、高圧相の磁性に関する知見も得た。以上の結果は国際ワークショップと論文で発表された。[2]単結晶育成と結晶評価および構造解析β、δそしてε高圧相の単結晶試料をつくり、Spring-8の放射光源を使って、室温で単結晶の評価と構造解析を行った。1)β相:6.1GPaで育成したβ相の単結晶を構造解析し、酸素分子の分子軸が3回軸にdisorderしていることを明らかにした。我々は、β相において室温、6.8GPaで格子定数の圧力依存性に異常を観測しており、このdisorderや格子定数の異常と分子磁性体である酸素分子間の磁気相互作用との関連が注目される。(2000年物理学会で発表)2)δ相:9.7GPaで単結晶育成に成功した。結晶のモザイク構造が大きく、現在熱処理を進めている。3)ε相:13GPa、16GPaおよび20GPaでε相の単結晶を作成し、キャラクタリゼーションを済ませた。[3]固体酸素の金属化と超伝導との関連研究固体酸素と類似の分子性固体である、セレンとリンの圧力誘起金属化が電気伝導測定と赤外分光の実験に基づいて研究され、その結果が国際会議と論文で発表された。[1]低温高圧下における固体酸素の構造相転移と相図の解明本年度は240-300Kの温度領域で、放射光源を使った角度分散法による粉末X線回折実験を高圧力(0-15GPa)下で行い、結晶構造パラメータの圧力依存性と構造相転移を詳細に調べ、固体酸素の低温高圧相図を確立した。(1)α-δ相境界が8GPaの圧力で240-260Kと予想以上に高温にあること、(2)α-δ相は体積のとびを持たない、所謂二次相転移であること(3)δ相はα相と同じ反強磁性秩序を持つであろうことが明らかになった。(2001年秋の物理学会で発表、一部は論文発表、一部は投稿準備中)[2]金属酸素相の構造解析金属酸素相の構造はこの相での超伝導の発見以来多くの研究者の注目を集めている。また、金属水素の構造とも重要に関連する。本研究により、固体酸素金属相(ζ相)の構造が空間群:Pc/mをもつ単斜晶で説明できることを突き止めた。この構造は、これまでの分光実験等の結果と矛盾しない。この構造をもとに、酸素の分子磁性や金属化の過程を議論した。(2002年春の物理学会シンポジュウムで発表予定、投稿準備中)[3]単結晶育成と結晶評価および構造解析1)δ相:9.6GPaで単結晶育成に成功した。X線振動写真により、結晶性の評価と、格子定数の精密決定を行った。また、この結果、X線磁気回折法を使えば酸素分子の持つ磁気モメントの大きさとその秩序配置の決定が可能であることが検証された。2)ε相:11GPa、13GPaおよび16.5GPaでε相の単結晶を作成し、X線振動写真からかなり結晶性の評価と、格子定数の精密決定を行った。[4]固体醸景の金屑化と超伝導との関連研究固体酸素と同じ等核2原子分子性固体である、固体水素の粉末X線回折研究を100GPa付近まで行い構造相転移及び固体酸素との類似性が議論された。(論文発表)超高圧発生法の技術開発を目的に金属チタンのマルチメガバール領域でのX線回折実験を行い、100GPa以上で2つの新しい高圧相転移を発見した。(国際会議と論文で発表)
ＤＮＡ修復経路を標的とした口腔腫瘍温熱細胞死の基礎的研究

相同組み換え(HR)修復あるいは非相同組み換え修復の抑制による温熱殺細胞効果の影響を検討した。Ku80欠損細胞は親株細胞と同程度であったが、BRCA2変異型細胞は親株細胞より温熱に高い殺細胞効果を認めた。ヒト舌癌細胞でもBRCA2のsiRNAで処理したものがcontrolより温熱で殺細胞効果を認め、アポトーシス頻度も増強した。親株細胞では、温熱でG2/M arrestが認められたが、BRCA2変異型細胞では認められなかった。また、BRCA2変異型細胞は親株細胞より温熱処理後のγH2AX消失遅延が生じた。HRを抑制することで、頭頸部領域の癌細胞でも温熱殺細胞効果が向上することが示唆された。近年、我々は温熱でもDNA二本鎖切断(DSB)が生じることを明らかにした。DSB修復の二つの経路である相同組換え(HR)関連遺伝子のBRCA2と非相同組換え(NHEJ)関連遺伝子のKu80に注目し、これらを抑制することで温熱による殺細胞効果が高まるかどうかを検討した。細胞はChinese hamster lung fibroblast (CHL)のBRCA2変異型細胞とその親株細胞およびCHLのKu80欠損細胞とその親株細胞を用いた。各細胞を44°Cで温熱処理を行い、コロニー形成法にて生存率を算出した。温熱処理後、Ku80欠損細胞はその親株細胞と比較し同程度の殺細胞効果しか認められなかったのに対して、BRCA2変異型細胞は親株細胞と比較し高い殺細胞効果を認めた。よって、DNA修復を標的とした場合、温熱ではHR修復が標的となることが示唆された。そこで、ヒト舌扁平上皮癌細胞株SASにBRCA2のsiRNAあるいはnegative controlのsiRNAを導入した。SAS細胞でもBRCA2のsiRNAで処理したものが、controlよりも温熱処理によって高い殺細胞効果を認め、アポトーシス頻度も増加した。次に、温熱でDSBが生じ、HR修復が行われているのかを確認するためにrecombination assayを行ったところ、X線と同様、温熱でもHR修復を起こした変異体がコントロールよりも多く検出された。そこで、γH2AX抗体を用いたフローサイトメトリー法にて温熱処理後のDSB量を計測した。親株細胞ではDSB量が減少したが、BRCA2変異型細胞では温熱処理18時間後のγH2AXの消失遅延が生じた。免疫蛍光染色法にてBRCA2とcomplexを形成するRad51のfocus形成を検討したところ、親株細胞において温熱処理後4時間をピークに核内に認められた。以上の結果より温熱ではDSBが誘導され、それらはNHEJ修復ではなく、HR修復によって修復されることがより強く示唆された。近年、我々は温熱でもDNA二本鎖切断(DSB)が生じることを明らかにしてきた。DSB修復には相同組換え(HR)修復と非相同組換え(NHEJ)修復の二つの経路がある。HR関連遺伝子のBRCA2とNHEJ関連遺伝子のKu80に注目し、これを抑制することで温熱による殺細胞効果が高まるかどうかを検討した。各細胞を44°Cで温熱処理あるいは放射線照射を行い、コロニー形成法にて生存率を算出した。放射線照射では、Ku80欠損細胞およびBRCA2変異型細胞は共にその親株細胞と比較して、高い殺細胞効果を認めた。一方、温熱処理ではKu80欠損細胞はその親株細胞と比較し同程度の殺細胞効果しか認められなかったの対して、BRCA2変異型細胞は親株細胞と比較し有意に高い殺細胞効果を認めた。このことからDNA修復を標的とした場合、治療法によりターゲットが異なることと温熱ではHR修復が標的となることが示唆された。そこで、がん細胞においてHR修復を阻害することで温熱の感受性が高まるのかを調べるために、ヒト舌扁平上皮癌細胞株SASを用いた。SAS細胞にはBRCA2のsiRNAあるいはnegative controlのsiRNAを導入した。SAS細胞においてもBRCA2のsiRNAで処理したものが、controlよりも温熱処理によって高い殺細胞効果を認めた。次に、温熱でDSBが生じ、HR修復が行われているのかを確認するためにrecombination assayを行った。Recombination assayでは、X線と同様、温熱でもHR修復を起こした変異体がコントロールよりも多く検出され、温熱でもHR修復が生じている可能性が示唆された。平成24年度の目標はsiRNAを用いた分子標的による口腔腫瘍細胞における温熱殺細胞効果の確認および温熱処理によるHR修復誘導についての解明であった。当初の計画どおりに研究を進行することができた。

平成25年度の方針はSSB修復(PARP)とHR修復(BRCA2)を同時標的とした温熱殺細胞効果の確認することである。温熱によるDSB生成のモデルとして、温熱処理時間に依存してPolβが失活すると、ラジカルを介した温熱による塩基損傷が修復されずにDNA一本鎖切断(SSB)が残存し、このSSBが異なった鎖上の近傍に起これば、温熱でもDSBが生じると考えている。もし、この生成過程が正しければ、SSBの修復系を阻害するとDSB生成が多くなることが予想され、HR修復の阻害と併用することでより、がん細胞の温熱感受性を高めることが可能と考えた。まず、HR修復関連遺伝子BRCA2のsi-RNAを導入した口腔癌由来細胞にSSB修復関連遺伝子PARPの阻害剤(例えばNU1025やPJ-34など)を併用して、温熱処理後、コロニー形成法にて生存率を測定し、温熱殺細胞効果が増すかどうかを確認する。次に、BRCA2のsi-RNAを導入した口腔癌由来細胞にPARP阻害剤を併用した場合とcontrolのsi-RNAを導入した口腔癌由来細胞を用いて、温熱処理直後および経時的(30分後、2時間後、8時間後、24時間後)にサンプリングする。フローサイトメトリー法によるγH2AXフォーカス形成量(DSB生成量)および経時的消失量(修復)を測定し、比較検討する。これによりSSB修復とHR修復を同時標的とした場合のDSB生成量とその経時的修復を確認する。研究に必要な細胞培養試薬(血清を含む)、遺伝子導入試薬、プラスチック器具、ガラス器具、Western blot試薬、抗体などの消耗品の購入に充てる。また、研究成果の発表にも使用予定。
照明光の時空間的な変化と色恒常性に関する研究

人間は少々異なった照明の下であっても、物体表面の元々の色(例えば、昼光の下での色)を知覚できる。この現象は色恒常性といわれる。本研究では現実世界で起きている色恒常性とは,どのようなものであるのか検討するために,眼球運動や眼の時間的な順応を考慮して、できるだけ現実の場面を想定した実験を行った。実験1では、眼球運動に伴った恒常的な色知覚の特性を探るために、跳躍眼球運動の前後で観察している光景の照明色を変化させた。その結果、かなり大きな照明色変化(CIELUV空間上の色差で10程度)が生じても、被験者は恒常的な色知覚を維持することが示された。また、照明色変化の知覚には、認識された照明光の色カテゴリーが関係していることが示唆された。実験2では照明光強度(照度)を時間的に変化させ、その変化を被験者が認識するかどうか調べた。観察刺激は多数の色からなる色票を使用した。その結果、時間的に急激なステップ状の照度変化は、わずかな照度差であっても被験者はその変化を知覚した。一方、連続的にゆっくり照度を変化させた場合は、被験者はかなり広範囲にわたる照度変化(例えば、800300ルクス)を明確には検出できないことが見出された。また、実験2においても、照明レベルの認識において、何らかのクラス化が行われていることが示唆された。本研究の結果は、色恒常性が、外界の物理的な照明光変化を直接的に補正して得られるものではなく、視覚系内部に形成されている視空間モデルの性質、及び、その更新と維持に関わる問題であることを示している。
新規変形性顎関節症モデルマウスの確立とその有用性に関する基盤的研究

40週齢時に13匹中2匹のSTR/Ortマウスの片側下顎頭に変形が認められた。組織学的には関節面の軟骨層の菲薄化を伴っており、軟骨基質の減少および軟骨細胞の集簇化が認められた。変形性顎関節の軟骨層は健側と比べてTBへの染色性が減弱されていたが、関節腔内にはTBに濃染された軟骨遊離体が認められた。平成24年度は前年度までに組織学的解析を行った下顎頭に対して、マイクロCT撮影を行って下顎頭のOA変化を観察した。各試料の連続断層像を基に、画像解析ソフト(TRI-BON:ラトックシステムエンジニアリング)を用いて立体構築を行った。組織学的にOA所見を認めた患側の顎関節部にCT上でも骨破壊像を呈していたことから、画像所見上でもヒト顎関節OAに類似した病態を呈していることが明らかとなった。また、膝OAと同時に顎関節OAを発症していることから、本マウスでは軟骨変性に関わる遺伝子発現が存在する可能性があると考えられる。膝OAでの軟骨変性発現機序は不明な点が多いため、本マウスの顎関節OAの初期変化ならびに、発現・病態進行に関わるマーカーの検索を行うことで、ヒト顎関節OAの発症メカニズムの解明に迫ることができると考えている。昨年度までに組織学的解析を行った下顎頭に対して、継続してマイクロCT撮影を行って下顎頭のOA変化を観察した。発症率は低かったが、膝OAを発症した個体において組織学的に顎関節OA所見を認めた患側の顎関節部にCT上でも骨破壊像を呈していたことから、画像所見上でもヒト顎関節OAに類似した病態を呈していることが明らかとなった。膝OAと同時に顎関節OAを発症していることから、本マウスでは軟骨変性に関わる遺伝子発現が存在する可能性があると考えられる。膝OAでの軟骨変性発現機序は不明な点が多いため、本マウスの顎関節OAの初期変化ならびに発現・病態進行に関わるマーカーの探索を進めた。本モデルマウスにおける病態解明からヒト顎関節OAの発症メカニズムとの相同性について検証を今後も行っていく予定である。STR/Ortマウスは、加齢とともに膝関節の退行性変化が進行する変形性膝関節症自然発症モデルとして知られており、2535週齢で組織学的にヒトに類似した膝OAを後肢に自然発症(85%)する。一方、本マウスの顎関節における形態的な変化については全く報告されていない。そこで本研究では、本マウスの顎関節OAモデルとしての有用性を検討するため、下顎頭軟骨の変性を組織化学的に明らかにすることを目的とした。23年度は予備検討として雄のSTR/Ortマウス13匹を実験対象動物として用い、対照として雄のCBA/JNマウス6匹を使用し、9週齢から50週齢まで経時的に観察を行った。マウスを灌流固定し顎関節部と膝関節部の試料を得た。その後、4°Cの10%EDTA溶液にて約8週間、脱灰した。下顎窩と下顎頭を一塊とした顎関節部を切り出し、通法に従ってパラフィン包埋し、外側から4μmの顎関節矢状薄切組織切片を作製し、ヘマトキシリン-エオジン(HE)染色、トルイジンブルー(TB)染色を実施した。実験群13匹のうち2匹(40週齢と50週齢のマウス)に片側性の骨変化を認めた。下顎頭は関節腔に面する線維性被膜、軟骨性被蓋、骨質からなるが、実験群では関節結節の軟骨層が破壊され、下顎頭の表層から増殖層にいたる積層構造が不明瞭となり、分化層、肥大軟骨層の剥離、脱落を伴う骨変形を認めた。軟骨細胞の形態変化、軟骨下骨の露出も観察された。TBにおいては染色性が減弱し、関節腔内にはTBに濃染した軟骨様組織、骨体を認められた。本マウスでの下顎頭に自然発症した軟骨基質および軟骨細胞の形態変化はヒト顎関節OAの組織像に類似しており、顎関節OAモデルとして有用である可能性が高いことが示唆された。昨年度から行っている個体復元作業も無事終了し、実験に供する本マウスの個体数も維持されている。また、マイクロCT撮影を用いてSTR/Ortマウスの両側顎関節と膝関節に現れる形態学的変化を経時的に観察し、各関節におけるOA発症時期と頻度を明らかにすることが可能となったので、達成度としてはおおむね順調に進展していると考えている。本マウスの顎関節部でのOA変化を組織学的に明らかにすることが出来たので、進行状況としては概ね順調であると考える。平成25年度はOA発症時の顎関節部での軟骨基質を構成する各種コラーゲンや軟骨基質分解酵素、ならびに顎関節OAの病態形成に関与することが示唆されている各種炎症性サイトカイン各項目について、免疫組織化学や定量PCR法を用いて遺伝子発現を解析する。

STR/Ortマウスにおける膝関節ならびに顎関節に認められる経時的な形態学的変化と生化学的変化の特徴を比較検討し、これまでの解析結果を合わせて論文発表を予定している。平成24年度は本マウスの個体数を増やすため、昨年度の個体復元作業に継続して繁殖業務を外部業者に委託する。個体数が確保された後に当大学の動物実験施設において飼育を開始し、μCTを撮影しながら顎関節部の形態変化を確認する。加えて、OA発症時の顎関節部組織の定量PCR法による遺伝子発現解析も研究代表者および分担研究者の直接経費より捻出して実施する予定である。該当なし平成23年度は本マウスが凍結受精卵で保存されており、個体復元作業を外部業者に委託したため、直接経費その他より経費を捻出し実施した。研究分担者の熊谷が担当する遺伝子発現解析が昨年度は実施されなかったため、熊谷分担分の研究費は個体復元業務への経費として使用した。これに伴い、直接経費の解析に関わる分の残額が発生した。平成24年度は本マウスの繁殖業務を同様に直接経費その他より経費を捻出して実施し、遺伝子発現解析を直接経費の物品費より計上して実施する予定である。
Optogenetic dissection of hypothalamic modulation of hippocampal memory

海馬の求心性および遠心性は、学習および記憶における彼らの役割に関してよく特徴付けられている。恐らく、最も理解されていない接続のいくつかは、視床下部と背側DGおよびCA2サブフィールドとの間のものであろう。ここで我々は、これらの視床下部核から海馬への入力の正確な時間的制御を得るために上顆粒核を標的とする領域特異的Creドライバマウス系を使用する光学原性行動アプローチを使用した。海馬におけるこれらの入力の操作は、CA2予測が社会的行動を変化させ、DG入力が空間的挙動を変化させる、海馬行動のタスク特異的調節を明らかにした。
間主観性と英語教育政策ーマクロ・メゾ・ミクロレベルの政策実践分析を通して

本研究は、マクロレベルの言語教育政策である高等学校英語学習指導要領をめぐる、メゾレベルの政策実践指導者である教育委員会とミクロレベルの政策実践者である学校・教師・生徒との関係について経験的に研究し、その関係性を詳細に描写し明らかにすることを目的とする。学校教育の一教科としての英語教育をマクロ、メゾ、ミクロの視点から統合的に俯瞰し、様々なステークホルダーのエージェンシーとメゾレベル及びミクロレベルの言語教育政策との関係性を分析することで、言語政策研究のための概念的枠組みを新たに構築することを目指す。
調和写像・極小部分多様体およびYang-Mills-Higgs方程式の微分幾何

本研究課題は、研究期間を活発な研究活動が行なわれ、次のような有益な研究成果が得られている。今後のさらなる研究の発展が期待される。大仁田と宇田川の有限型の調和写像に関する共同研究論文は、第9回日本数学会国際研究集会のproceedingsに出版された。異なるk-対称空間に附随したtwistedループ代数同士の同型問題にも関わることが明らかになり、更に進展が期待される。大仁田は、対称空間への多重調和写像を可積分系の観点から議論しDPW公式を示した。James Eells教授と調和写像の空間の構造に関する共同研究では、実解析的なコンパクト・リーマン多様体の間の調和写像の空間は実解析空間であるという定理の正確な証明から出発して議論を行っている。大仁田は、極小部分多様体の新しい理論の一つという観点に立って、アインシュタイン・ケーラー多様体のラグランジュ部分多様体のハミルトン安定性問題を研究している。リー理論的な方法によって、複素射影空間の極小な既約対称ラグランジュ部分多様体はハミルトン安定を示した。さらに、複素ユークリッド空間内に埋め込まれた対称ラグランジュ部分多様体もまたハミルトン安定になることを証明した。また、ラグランジュ多様体と運動量写像との関係も議論している。従来、複素射影空間および複素ユークリッド空間内の安定なラグランジュ部分多様体は、実射影部分空間やクリフォード・トーラスしか知られていなかったが、第$2$基本形式が平行なラグランジュ部分多様体、対称ラグランジュ部分多様体、のクラスにおいて、安定なラグランジュ部分多様体の新しい例を豊富に与えた。対称空間内の部分多様体の無限次元的方法の研究やヒルベルト空間内の無限次元フレッドホルム部分多様体のk研究に関しては、小池はコンパクト型対称空間内の等焦点部分多様体とヒルベルト空間内の等径部分多様体の間の理論を基に、非コンパクト型対称空間に対する類似の理論を展開することを研究した。これは、Terng-Thorbergssonによって提起された問題に解答するものである。研究期間を通じて、海外で研究発表講演、共同研究や外国人研究者を招聘しての国際研究集会が活発に行えわれた。本年度は、研究課題「調和写像・極小部分多様体およびYang-Mills-Higgs方程式の微分幾何」の一年目であり、活発な研究活動が行なわれた。研究分担者・岡睦雄、赤穂まなぶ、守屋克洋らは、活発に海外での国際研究集会に参加し研究成果発表・意見交換・共同研究等を行った。第48回幾何学シンポジウム、筑波大研究集会も部分的に本研究課題の一環として行われ援助した。研究分担者・長友康行は、四元数ケーラー多様体のツイスター断面の零点集合の構造について研究発表講演した。研究分担者・清原一吉は、可積分測地流を持つ2次元多様体の最近の研究を発表した。研究代表者は、シンプレクティック幾何学におけるラグランジュ部分多様体のモジュライ空間の研究の観点から、ケーラー多様体内のコンパクト極小ラグランジュ部分多様体のハミルトン安定性問題を研究した。従来、複素射影空間内に埋め込まれたハミルトン安定なコンパクト極小ラグランジュ部分多様体なモデルは、実射影部分空間とクリフォード・トーラスのみが知られていたが、「複素射影空間内に埋め込まれた既約なコンパクト全実極小平行部分多様体はハミルトン安定である」ことを証明することにより、多くの新しいそのようなモデルが得られた。

それと同時に、さらなる研究の問題と動機づけを与えている。研究代表者は、この研究成果を、2001年5月のフランス・ルミニーのCIRMでの調和写像に関する国際研究集会において発表講演し、ラグランジュ部分多様体の理論に関心を持つ参加の研究者たちと有益な意見交換を行った。この研究論文は、Tohoku Math.J.へ投稿された。また、CIRMでのこの国際研究集会において調和写像論の世界的指導者James Eells教授と、調和写像の空間の構造に関する共同研究を開始する機会を得ることができた。この共同研究は、実解析的なコンパクト・リーマン多様体の間の調和写像の空間は実解析空間であるという定理の正確な証明から出発して、活発に議論・検討を行っている。現在この研究論文を作成中である。研究分担者・宇田川誠一との有限型の調和写像に関する共同研究論文は、第9回日本数学会国際研究集会のproceedingsに出版予定である。異なるk-対称空間に附随したtwistedループ代数同士の同型問題にも関わることが明らかになり、更に進展が期待される。本年度は、研究課題「調和写像・極小部分多様体およびYang-Mills-Higgs方程式の微分幾何」の二年目であり、活発な研究活動が行なわれた。研究代表者は、シンプレクティック多様体に埋めこまれたコンパクト・ラグランジュ部分多様体のモジュライ空間の研究に動機づけられて、アインシュタイン・ケーラー多様体のラグランジュ部分多様体のハミルトン安定性問題を最近は研究している。従来、複素射影空間および複素ユークリッド空間内の安定なラグランジュ部分多様体は、実射影部分空間やクリフォード・トーラスしか知られていなかったが、第$2$基本形式が平行なラグランジュ部分多様体、対称ラグランジュ部分多様体、のクラスにおいて安定なラグランジュ部分多様体を分類する問題を扱い、安定なラグランジュ部分多様体の新しい例を豊富に与えた。ラグランジュ部分多様体の微分幾何的な研究は比較的新しく、最近活発になり始めており、これらの研究成果は注目されている。研究代表者は、この研究成果に関して、2002年7月のフランス・ブレストでの調和写像に関する国際研究集会や8月の北京大学滞在において当地の研究者たちと有益な意見交換を行った。研究代表者と研究分担者・小池直之は、ドイツ・アウグスブルグ大学のE.Heintze教授、J.-H.Eshenburg教授、ミュンヘン工科大学のJ.Dorfmeister教授らの微分幾何学の研究グループへ海外出張し、上記の研究成果とHilbert空間の無限次元Fredholm部分多様体に関する研究成果を発表講演し、それらに関して議論を行なった。また、フランス・ブレストでのこの国際研究集会において調和写像論の世界的指導者J.Eells教授と、調和写像の空間の構造に関する共同研究について研究打ち合わせを行なった。また。研究分担者・宇田川誠一との有限型の調和写像に関する共同研究論文は、第9回日本数学会国際研究集会のproceedingsに出版された。
二重振子のロバスト振り上げ制御

倒立振子の安定化制御は、制御系の性能評価のベンチマークとして広く用いられてきた。また単振子の安定平衡点から不安定平衡点までの振り上げ制御は古田らが1976年に成功して以来、いろいろのバリエーションが研究されてきた。本研究では、古田らの提案した回転型倒立振子を利用して二重倒立振子の振り上げ制御の制御系の開発を行ない、その結果、振り上げ制御に成功した。ここで用いられた方法は、最初に二重倒立振子の数学モデルに基づいて、振り上げ制御入力を最適化の手法を用いて求め、次にこの入力を初期状態とし、実システムを対象とした学習システムにより、実システムの二重倒立振子をdown-downからup-upにする入力を求める方法である。この他にも、二重倒立振子をdown-downからdown-upにする制御入力を、システムの状態でなく、エネルギーに基づいて求めるrobustな方法やup-upからup-downにする制御則、さらに、二重倒立振子の下の振子を倒立安定化し、上の振子を回転する制御則も見つけ出し、二重倒立振子の安定化されたいろいろの形態とそれを実現する制御則が考えられることを示した。