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幾何学と可積分系理論の融合と発展

等径超曲面の分類問題の大部分を解決し,運動量写像で表現することにより,可積分系理論との関連性を根拠づけた.特異点をもつ曲面の基礎理論を進展させ,種々の局所・大域理論を明らかにし,ルジャンドル写像を用いた新しい視点を開発した.リーマン・ヒルベルト対応を介してパンルヴェ方程式の力学系を研究し,カオス性の観点を開拓した.高種数Gromov-Witten理論のモジュラー性,ミラー対称性を論じ,また量子コホモロジーから得られる正則微分をポテンシャルにもつ曲面の構成を通じて,tt*幾何に貢献した.(1)曲面論,超曲面論,部分多様体論への可積分系理論の視点からの現代的取り組み.DPW法による様々な実例の構成,特異点の解析,Dubrovin-Novikovの可積分性,更に離散幾何学,格子の幾何学からのアプローチを研究する.(2)パンルヴェ方程式やガルニエ系についてのモデュライの研究,q-パンルヴェ系の「対称化」の議論.パンルヴェVIのポアンカレ回帰写像のカオス性の解明を目指す.(3)D-Moduleを用いる量子コホモロジー論の研究,量子コホモロジーのKdV型可積分系の不変要素としての役割の解明,ある量子コホモロジーと多重調和写像の関係を用いた例の構成を目指す.等径超曲面の分類問題の大部分を解決し,運動量写像で表現することにより,可積分系理論との関連性を根拠づけた.特異点をもつ曲面の基礎理論を進展させ,種々の局所・大域理論を明らかにし,ルジャンドル写像を用いた新しい視点を開発した.リーマン・ヒルベルト対応を介してパンルヴェ方程式の力学系を研究し,カオス性の観点を開拓した.高種数Gromov-Witten理論のモジュラー性,ミラー対称性を論じ,また量子コホモロジーから得られる正則微分をポテンシャルにもつ曲面の構成を通じて,tt*幾何に貢献した.宮岡の統括の下,分担者は各分担に応じて以下の成果を得ている.宮岡は継続して等径超曲面の分類問題を研究し,G_2軌道の幾何を解明した.二木はケーラー・アインシュタイン計量の存在およびケーラー・リッチソリトンの存在問題においてモンジュ・アンペール方程式の近似解が収束しない場合に現れる乗数イデアル層についての成果を得た.藤岡は曲線の可積分な運動について、複素双曲線上の閉曲線のなす空間を考察した。梶原はToda方程式の解の行列式構造,q-パンルヴェ方程式の超幾何解の構成等に成果をあげた.中屋敷はシグマ関数の代数的積分による表示式の詳細,可積分系のタウ関数のシグマ関数による表示式を与えその退化を調べた。岩崎は指標多様体上の写像類群作用の力学系とパンルヴェ方程式の力学系についてリーマン・ヒルベルト対応を通してその大域挙動を研究した。入谷は量子コホモロジーにおける実・整構造について,特に,トーリック軌道体の場合に,ミラー対称性から定まる量子コホモロジーの整構造を位相的に記述した.GuestはOrbifold量子コホモロジーと微分方程式を研究し,可積分系と量子コホモロジーの本を著した.佐々木は超幾何微分方程式の定める双曲シュバルツ写像の像曲面の特異点を調べた。山田,梅原,ラスマンは,特異点を許した平坦フロントの焦面が平坦なフロントとなることを示した.ラスマンはspace form内の離散的な保存量を持つ曲面について調べた.石川は微分方程式の特異点の分類,平面曲線の局所・大域的分類,ルジャンドル曲線とグルザ分布の分類を進展させた.田丸は非コンパクト等質Einstein可解多様体についての研究を行い,放物型部分群と部分多様体論を用いて多くの例を構成した.川久保はKirchhoff弾性棒のエネルギー汎関数がPalais-Smale条件を満たすことを証明した.長友は種々の対称空間で等径関数の等位曲面を調べた.宮岡はG2軌道の幾何学をケーラー構造の立場から明らかにし,等径超曲面の分類に生かした.また代数的完備極小曲面の除外値数と完全分岐値数の評価を根本的に改良し,シャープな評価であることを具体例で示した.小谷は離散幾何の立場で発見されたK4結晶構造を応用の観点から調べた.梅原・山田は波面の幾何において,特異点の判定,完備性を調べた.藤岡は曲線の可積分な運動について考察した.長友はグラスマン多様体への調和写像めモジュライ空間を記述した。石川はシンプレクティック空間内の特異点をもつ集合の不変量を発見し,また新たな特異点を発見した.田丸は非コンパクト型対称空間上の等質なhyperpolar foliationの分類を行った.大仁田は複素2次超曲面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を研究した. W. Rossmanは可積分系の立場から、双曲空問内の平坦曲面を離散化した.またM.GuestはMinkowski空間の空間的な平均曲率一定曲面とquantum cohomologyの関係を研究し,川久保は3次元空間形内の局所誘導階層の進行波解を構成した.梶原は1+1次元離散ソリトン系の具体的な解の構成法を確立し,可解カオス系と,トロピカル幾何と関連づけた.さらに, q-パンルヴェ系の「対称化」を議論し,ある現象の背景を解明した.中屋敷は多変数のシグマ関数と普遍グラスマン多様体のタウ関数との関係を明らかにした.岩崎はパンルヴェVI方程式の考察から,パンルヴェ方程式は,わずかでも古典特殊解の外に出ればカオス的になっている可能性を示した。M.Guestはある量子コホモロジーと多重調和写像の簡に関する例の構成を行った.

入谷は高種数のGromov-Witten理論に対するクレパント解消予想,および双有理射の下での量子コホモロジーの変化についての知見を得た.宮岡は等径超曲面の分類問題においてg=6を解決し,更にg=4の残る分類問題にも取り組んだ.藤岡は中心アファイン(極小)曲面について考察し,また曲線の可積分な運動についてシンプレクティック、リーマン幾何的な考察をした。梅原,山田は特異点をもつ曲面の微分幾何学の基礎理論を進展させた.また平坦フロントの弱完備なエンドの漸近挙動を解析した.庄田は極小局面のモデュライの解明を行った.RossmanはLie球幾何を曲面論に用いた.田丸は,非コンパクト型対称空間へのcohomogeneity one作用を構成する新しい方法と,既存のものをあわせ全ての構成法を示した.大仁田は球面の等径超曲面から得られる複素2次超曲面内の極小ラグランジュ部分多様体のハミルトン安定性、剛性、マスロフ数について新しい結果を得た。石川は境界付き曲面を平坦曲面に拡張するときに現れる特異点を曲面上の曲線の基本不変量で特徴付けた.また旗多様体上のカルタン分布に対する特異性の双対性を考察した.中屋敷は主偏極アーベル多様体のある種の部分多様体のアフィン環を行列係数の偏微分作用素環に埋め込めることを証明した。西納は旗多様体上のGelfand-Cetlin可積分系のトーリック退化を構成し,旗多様体のスーパーポテンシャルを計算した。二木は自己同型群が非自明の場合,ケーラー・アインシュタイン計量を持つが漸近的チャウ半安定ではない例を示した.Guestは調和束(harmonic bundle)、tt*-幾何学と曲面論の研究により量子コホモロジーとの関連を指摘した.小谷は離散幾何解析学の物性物理への応用を目指し,グラフ理論によるネットワークのスペクトル解析,非可換幾何学による量子ホール効果,流体力学極限による相分離現象の解明を研究した.入谷は量子コホモロジーの整構造がアーベル・非アーベル対応のもとでうまく振る舞うことを示し,高種数Gromov-Witten理論のモジュラー性を証明した.長友は対称空間のベクトル束から得た等径関数とそのラドン変換について新しい結果を得た.研究目的にあげた3つの事柄に対してそれぞれ以下の結果を得た.(I)宮岡はG2軌道の幾何を明らかにし,また次数4のCartan-Muenzner多項式をすべて運動量写像で表した.OT-FKM型のときは,スピン作用を用いて等質,非等質共通に議論でき,可積分性との対応の手がかりを得た.大仁田は複素2次超曲面の閉極小ラグランジュ部分多様体の安定性を判定した.石川はフレーム付き曲線を微分式系の積分曲線として捉え,余次元公式および双対性公式を発見した.田丸は低次元で,非コンパクト型対称空間への余等質1作用を分類した.川久保は5次元空間形に螺旋でないKirchhoff弾性棒を無限個構成した.長友は複素射影空間どうしのある調和写像を分類し、剛性定理とモジュライ空間を得た.Rossmanはリー球面幾何学により、線形Weingarten曲面とOmega曲面の対応を示した.梅原・山田は波面の内的定式化として連接接束・フロント束の概念を導入し双対性の共形平坦リーマン多様体への応用と,ガウス・ボンネ型公式を得た.梅原は3次元球面の平坦曲面の剛性定理を示した.(II)
新規EGF(上皮細胞増殖因子)ファミリーペプチドの生物有機化学的研究

上皮細胞成長因子(epidermal growth factor;EGF)は分子内に特徴的な3箇所のジスルフィド結合を持つペプチド性細胞増殖因子であり、細胞の増殖および分化に重要な役割を果たしていることが知られている。EGFの構造特性と生物活性との相関を検討するために、EGFのアミノ末端5残基が切断されたペプチドおよびEGFの様々の部位のアミノ酸置換体を化学合成し、それらに対する生物活性を調べた。その結果、EGFのアミノ末端の5残基はEGFEGF受容体との結合に関与していないことが明らかになった。また、EGFの13位および37位のTyrの芳香環、15位のLeuの疎水性および41位のArgのguanidino基がEGFの生物活性に重要であることが明らかになった。最近、EGFに類似したドメインを有するペプチド性増殖因子としてヘパリン結合性EGF様増殖因子(heparin-binding EGF like growthfactor;HB-EGF)が知られている。しかし、HB-EGFのEGF様ドメインの生物学的な役割についてはまだ明らかにされていない。そこで本研究ではHB-EGFのEGF様ドメインに対応するHB-EGF(44-84)をFmoc-strategy用いた固相法によって化学合成し、EGF受容体との結合能力および増殖活性を調べた。その結果、HB-EGFのEGF様ドメイン[HB-EGF(44-84)]はEGF受容体に対してEGFと同等な結合能を示した。さらに、HB-EGF(44-84)はEGFと同等な細胞増殖活性を示した。従って、HB-EGFのEGF様ドメインはEGF受容体との認識および細胞増殖活性の発現に深く関与してことが明らかになった。
実用化を指向した水銀浄化システムの構築

環境中の無機水銀及び有機水銀を同時に浄化できる新しい生物学的浄化法の開発を目指して研究を進めた。そこでまず、両水銀の浄化に利用し得る遺伝子pMKB18(merR-o/p-merT-merP-merB1-ppk)の構築を行った。pMKB18上の各遺伝子はいずれも水銀化合物の誘導下でそれぞれ菌体内で発現していることが確認された。次に、pMKB18をもつ微生物の水銀浄化活性を調べたところ、本形質転換微生物の水銀取り込み量は対照の場合に比べて、無機水銀の場合は約10倍、フェニル水銀の場合は約2倍高いことが判明した。このとき、培地中に残存する水銀量は両水銀とも20時間後に殆ど検出限界以下までに減少した。次に、本浄化微生物をアルギン酸ナトリウムを用いて固定化細胞を作製した後、水銀浄化活性を調べたところ全く同様な活性を示した。また、本固定化細胞は低栄養条件下あるいは他の重金属共存下においても高い水銀浄化活性を示した。以上の結果から、merT-merPにり菌体内に取り込まれた無機水銀は、ppkによりコードされるポリリン酸キナーゼによって合成されたポリリン酸によりキレートされて、菌体内に蓄積されると考えられる。一方、菌体内に取り込まれたフェニル水銀はまずmerBにコードされる有機水銀分解酵素により加水分解された後、同様にポリリン酸によってキレートされて、菌体内に蓄積されると推定した。本浄化法は水銀が再び環境に拡散して環境を再汚染する懸念が少なく、利用し易い方法と考える。環境中の無機水銀および有機水銀を同時に浄化できるシステムの開発を試みた。今年度はまず、Pseudomoonas K-62のもつmer operonよりmerAとmerGを欠損させた新たなmer operoron (merR-O/P-merT-merP-merB)を作成した後、merBの下流にポリリン酸キナーゼ遺伝子ppkを組換えたpMKB18 (merR-O/P-merT-merP-merB-ppk)を作製し大腸菌に形質転換した。次に、pMKB18をもつ大腸菌の水銀浄化活性を調べたところ、本形質転換菌の水銀取り込み量は対照菌の場合に比べて、無機水銀の場合は約10倍、フェニル水銀の場合は約2倍高いことが判明した。このとき、培地中に残存する水銀量は両水銀化合物とも20時間後にほとんど検出限界以下までに減少した。次に、本浄化菌をアルギン酸ナトリウムを用いて固定化細胞を作製した後、水銀浄化活性を調べたところ全く同様な活性を示した。以上の結果から、merT-merPにり菌体内に取り込まれた無機水銀は、ppkによりコードされるポリリン酸キナーゼによって合成されたポリリン酸によりキレートされて、菌体内に蓄積されると考えれれる。今後、実用化に向けた条件検討を加える予定である。昨年度に分子育種した微生物は高い水銀浄化活性を有することが判明したので、今年度は、浄化後の微生物の回収を容易にするために、アルギン酸ナトリウムを用いて、本組換え微生物を直径約3mmのビーズ状の固定化細胞とした後、その耐久性さらに実用化に向けた条件検討を行った。その結果、以下の事項が明らかとなった。(1)直径2.7mmの固定化細胞は最も高い水銀取り込み量を示した。

(2)本固定化細胞は、水銀濃度が比較的広範囲においても利用でき、また、無機水銀、フェニル水銀の両水銀とも濃度が30μMまで、ほぼ完全に浄化できることが確かめられた。(3)本固定化細胞は、低栄養条件下あるいは他の重金属共存下においても高い水銀浄化活性を示した。(4)本系は、繰り返し利用しても高い浄化活性を示したことから、本システムは排水中の水銀浄化法として有用であることが示唆された。以上の結果から、本研究で構築した、生物活性を利用した水銀浄化法は従来の生物浄化法と異なり、少なくとも水銀化合物が再び環境に拡散して環境を再汚染するという懸念が少なく、また、固定化細胞を作成し、それを利用することにより浄化のために用いる微生物による汚染という心配もなく、利用しやすいと考えられる。
扁桃体機能、情動の制御に関わる新規神経ペプチドの検索とその生理作用の解明

3種の新規神経ペプチドについて、扁桃体機能と情動の制御におけるそれぞれの役割を解明すべく研究を遂行した。ニューロペプチドBおよびWに関してはそれらの受容体NPBWR1の欠損マウスとヒトにおける多型の解析から、社会行動やストレス応答に関与していることが明らかになり、オレキシンは情動にともなう自律神経系の応答に強く関わっていることが明らかになった。QRFPに関しては、遺伝子欠損マウスを作成した。情動の生成において重要な役割を果たしている扁桃体内における分子レベル、細胞レベルでの情報伝達機構については、十分に解明されていない。我々が近年同定したNPBとNPWの受容体GPR7は扁桃体中心核に局在しており、情動との関連が示唆されるが、この神経ペプチドの生理的役割はよくわかっていなかった。そこで、GPR7欠損マウスをもちいて行動テストバッテリーによる行動異常の検索を行った。GPR7欠損マウスは空間記憶に問題ないものの、不安行動の亢進、文脈による恐怖条件づけに障害が見られることが明らかになった。resident-intruderテストにおいて、GPR7欠損マウスはintruderマウスに対して明らかな異常行動を示すことを見いだした。最初の接触までの時間が有意に短く、また接触時間が有意に長かった。このGPR7欠損マウスにおいて、強くかつ長期に持続する行動量、心拍数、血圧の上昇が観察された。このことからGPR7は扁桃体からの出力を抑制性にコントロールしていることが示唆された。またヒトのGPR7遺伝子に機能低下型のSNPを見いだした。これらはヒトの情動の生成に影響を与えている可能性がある。そこで、各遺伝子型の被験者をあつめて、表情認知課題をもちいた機能的MRI試験をおこなった。扁桃体の活動をBOLD信号で評価したところ、404T型のSNPをもつ今テロ接合体の被験者は、404A/Aホモの被験者と明らかに違う応答性をしめした。404A/Aの被験者は中性表情に比較して恐怖表情に顕著なBOLDシグナルの増強を見たが、404A/Tヘテロの被験者は中性表情にも大きなBOLD信号の増加がみとめられ、恐怖との差が見られなかった。このことから、GPR7はヒトの表情認知にともなう扁桃体の活動性にも大きな影響を持っていることが示唆された。(1)NPBWR1欠損マウスは空間記憶に問題はなく、音による恐怖条件付けにも異常は見られないものの、文脈による恐怖条件づけに顕著な障害が見られることが明らかになった。またNPBWR1欠損マウスはintruderマウスに対して明らかな異常行動を示すことを見いだした。このNPBWR1欠損マウスにおいて、侵入者のとの接触にともない強くかっ長期に持続する行動量、心拍数、血圧の上昇が観察された。このことからNPBWR1は扁桃体からの出力を抑制性にコントロールしていることが示唆された。NPBWR1はCeAlのGABA作動性ニューロンに発現しており、これらのニューロンは、扁桃体の外側まで投射していることが明らかになった。さらに、ヒトにおいて、NPBWR1のアミノ酸置換を伴うSNPの存在が明らかになり、機能的MRIによって、扁桃体の活動をfMRI検査で顔の提示による刺激に対する応答としてBOLD信号で評価したところ、404T型のSNPをもつヘテロ接合体の被験者は、404A/Aホモの被験者と明らかに違う応答性をしめした。404A/Aの被験者と比較して、404A/Tヘテロの被験者はすべての表情にも大きなBOLD信号の増加がみとめられた。このことから、NPBWR1はヒトの表情認知にともなう扁桃体の活動性にも大きな影響を持っていることが示唆された。(2)近年われわれが同定した神経ペプチド、QRFPの受容体GPR103AおよびGPR103Bは大脳辺縁系や大脳基底核に局在することから、情動との関連が強く示唆された。この系の生理的役割を解明するために、QRFPの欠損マウスを作製した。このマウスにはQRFPの遺伝子座にGFPがノックインされており、ヘテロKOマウスにおけるGPFの局在は視床下部のQRFP陽性細胞に認められた。現在、このマウスの表現系を解析すべく、行動テストバッテリーによる評価を行っている。
糖尿病合併症研究に適した病態モデルブタの開発

本研究の目的は糖尿病およびその合併症研究に適した病態モデルブタを開発することである。我々は若年発症成人型糖尿病3型の原因遺伝子である変異型ヒトHNF-1αP291fsinsC遺伝子を導入した遺伝子組換え(Tg)ブタを樹立した。このTgブタは恒常的な高血糖(>200 mg/dl)を維持し、経口糖負荷試験でも糖尿病の特徴を示した。病理組織学的には膵臓ランゲルハンス島の形成不全、ヒト糖尿病性腎症で確認される結節性病変、糖尿病性網膜症で確認される網膜出血と綿花状白斑が確認された。これらの結果から、このTgブタは有望な糖尿病およびその合併症モデルになると考えられる。昨年度までに、我々は糖尿病を発症するトランスジェニック(Tg)クローンブタ(雄)の凍結保存精子を使った人工授精でTg後代産仔を作出した。そして、これらのTg後代産仔が恒常的な高血糖状態(随時血糖値:200mg/dl以上)の表現型(糖尿病症状)を安定的に示すことを報告した。今年度は、このTg後代産仔の糖尿病合併症の発症に焦点を合わせ、その病態の解析を進めた。糖尿病モデル動物は齧歯類を中心に多数存在するが、ヒト糖尿病腎症の特徴であるKimmelstiel-Wilson結節(KWN)類似の病変を呈するものは殆どみられない。本Tg後代産仔はこのKWN類似の病変を有する。1ヶ月齢、4.5ヶ月齢における腎組織病変を免疫組織化学的、電顕的にwild typeと比較した。1ヶ月齢において、Tg後代産仔は既に複数の糸球体結節性病変を形成している事が明らかとなった。4.5ヶ月齢で、結節は数・大きさ共に増加し、皮質深部において優位に分布した。免疫染色の結果、結節はCollagen IV、V、VI主体の膠原線維から成り、Advanced glycation end-products及びCarboxymethyl lysineの沈着を認めた。電顕像からは直径46 nm、周期50 nmの横紋を有した間質型の線維性Collagenが主体であることが確認された。一方でヒトにみられる糸球体基底膜の肥厚や尿細管間質・血管病変はみられず、メサンギウム融解や滲出性病変は稀であった。糖尿病合併症の1つである糖尿病網膜症については、4.5ヶ月齢のTg後代産仔の眼球病理組織標本から単純網膜症病期の病変である網膜浮腫、毛細血管瘤、毛細血管基底膜の肥厚を確認した。さらに、病態の進行を追跡する為に蛍光眼底造影検査による経時的観察を行ったところ、約5ヶ月齢で軟性白斑の増加を伴う増殖前網膜症を発症するTg後代産仔が確認出来た。本研究では、遺伝子組換えにより作出した糖尿病ブタの表現型を確認すると共に、糖尿病合併症に焦点を合わせて、その誘導方法の決定と病態の解析を行い、糖尿病モデルとしての特徴を明らかにした。本研究では、変異型ヒト肝細胞核因子遺伝子(HNF1αP291fsinsC)を導入したドミナントネガティブ変異体のトランスジェニックブタを研究対象とした。この糖尿病発症ブタは、通常飼育下で糖尿病合併症である腎症病変と網膜症病変を発現する事が確認された。また、皮下毛細血管の血流障害を示唆する予備的知見も得られた。腎症研究では、血糖値コントロールせずに糖尿病ブタを10か月齢迄育成し、腎病変を解析した。糖尿病性腎症で特徴的な結節性病変は4週齢から確認され、月齢と供に病変数は増加した。この病変は表層皮質部分よりも深層皮質部分に分布していた。免疫染色像の解析の結果、この結節性病変は各種コラーゲン(type I, III, IV, V, VI)、AGEs、CML、TGF-βに対して陽性であった。この結節性病変は傍髄質腎小体で成長する特徴を持ち、その形成には用いたブタに特徴的な持続的高血糖と血行力学的因子が関与していると考えられた。しかし、ヒト糖尿病患者で確認されるメサンギウム融解,滲出性病変,尿細管間質病変,細動脈の硝子様変性症は確認されなかった。網膜症研究では、2頭の糖尿病ブタの血糖値を約400mg/dlにコントロールしながら1年間飼育し、眼底検査を実施した。2頭供に2ヶ月齢時から糖尿病白内障が確認された。続いて、4ヶ月齢時から眼底網膜において出血と綿花状白斑が確認された。さらに、1頭については硝子体出血が確認された。この糖尿病発症ブタは、誕生後1年以内に糖尿病性腎症、白内障、糖尿病性網膜症などの糖尿病合併症の病変を現すことが確認された。糖尿病モデル動物として、今後の研究に有用であると考えられる。

病理組織学的には膵臓ランゲルハンス島の形成不全、ヒト糖尿病性腎症で確認される結節性病変、糖尿病性網膜症で確認される網膜出血と綿花状白斑が確認された。これらの結果から、このTgブタは有望な糖尿病およびその合併症モデルになると考えられる。我々は糖尿病を発症する遺伝子改変クローンブタ(雄)を作出し、このブタの精子の凍結保存に成功している。本研究では、この凍結精子の人工授精で作出したトランスジェニック(Tg)後代産仔について、表現型(糖尿病症状)の安定性を確認すると共に、糖尿病合併症の発現に焦点を合わせてその病態の詳細な解析を行い、糖尿病モデルブタとしての特徴を明らかにすることを目的としている。これまでに4頭のTg後代産仔について病態解析を行った。Tg後代産仔は誕生後約7日齢から200mg/dl以上の随時血糖値を持続し、血中1,5-anhydroglucitol濃度が健常個体に比べて低いことから、恒常的な高血糖状態を表す事が明らかとなった。経口糖負荷試験でも、Tg後代産仔の血糖値回復が健常個体より顕著に遅延したことから、Tg後代産仔は糖尿病を発症していると判断された。また給餌前後の血漿インスリン濃度の変動が血糖値の変動に比べて小さい事、さらに膵臓の病理組織像ではランゲルハンス島の形成不全が確認された事から、Tg後代産仔の高血糖の原因はランゲルハンス島の形成不全によるインスリン分泌不足であると判断された。糖尿病を発症したこれらのTg後代産仔の腎臓病理組織像では、ヒト糖尿病性腎症で観察される結節性病変に良く似た病変が確認された。さらに、眼球では白内障の症状である水晶体の白濁が確認された。水晶体病理組織像では、白内障の原因と考えられる赤道部での水晶体線維の空胞化、後極部位での水晶体線維の膨潤と後極部位には存在しない有核細胞の存在が確認された。本研究は、糖尿病を発症するトランスジェニック(Tg)クローンブタ(雄)の凍結保存精子を用いた人工授精により作出したTg後代産仔について、表現型(糖尿病症状)の安定性を確認すると共に、糖尿病合併症の発現に焦点を合わせてその病態の詳細な解析を行い、糖尿病モデルブタとしての特徴を明らかにすることを目的としている。糖尿病症状(高血糖状態)の安定性については、昨年度に確認済みである。また、本年度より腎臓病理学研究者、眼科学研究者(専門:網膜)との共同研究が始まり、糖尿病合併症をより詳細に研究する環境が整った。その結果、腎臓についてはヒト糖尿病腎症の特徴であるKimmelstiel-Wilson結節(KWN)類似の病変の継時的変化と詳細解析、網膜については糖尿病網膜症で確認される病変(単純網膜症、増殖前網膜症)の継時的変化と詳細解析が進んでいる。Tg後代産仔4頭について病態を精査した結果、全頭についてfounder個体と同様な糖尿病の発症が確認できた。これによって凍結精子を用いて作出した後代Tgブタに、安定的に糖尿病症状が出現することが確認された。糖尿病合併症の誘導条件の決定と症状の解析については、生後4.5ヶ月にヒト糖尿病性腎症で観察される結節性病変に良く似た病変や糖尿病性白内障の病変が起こる事が確認できた。さらに、通常飼料での飼育でも、Nonalcoholic fatty liver disease(NAFLD)様の肝組織病理像が得られる可能性が見出された。ブタ腎臓の近位尿細管で発現しているSGLT2(Sodium/glucose cotransporter 2)遺伝子については、promoter部分をクローニングし、配列の確認も行った。その結果、HNF-1a結合部位のコンセンサス配列と考えられる配列を確認した。
二核銅活性中心を有する銅タンパク質の機能解明と機能改変

[1]マッシュルーム・チロシナーゼの機能解明:チロシナーゼのカタラーゼ活性(過酸化水素分解機能)およびペルオキソゲナーゼ活性(過酸化水素を用いた基質の酸化機能)について、酸素電極法および過酸化水素電極法を用いて速度論的に検討を行った。基質の置換基効果や、速度とpHの相関関係などの結果から、いずれの場合にもサイドオン型ペルオキソ二核銅(II)活性種が鍵中間体として含まれていることが明らかになった。さらにカテコラーゼ活性(カテコールの酸化機能)についても検討し、フェノラーゼ活性(フェノールの酸素化機能)の場合と同様に求電子的なイオン機構で進行することを見いだした。[2]アカパンカビ由来のチロシナーゼの精製:上記の研究では、マッシュルーム由来のチロシナーゼを用いてその機能解明を行ってきた。本研究では、カビ由来のチロシナーゼについても検討するため、アカパンカビを大量培養し、そのチロシナーゼを単離・精製した。[3]二核銅酸素錯体によるフェノール誘導体の酸化反応機構の解明:二核銅酸素錯体によるフェノールの酸化反応における基質の置換基効果やフェノール性水素の役割などについて系統的かつ詳細に検討を行い、銅酸素錯体による中性フェノールの酸化反応は電子移動経由で進行することを見いだした。[4]銅(I)錯体による分子状酸素の活性化機構に及ぼす配位子効果の解明:一連のピリジルアルキルアミン系三座配位子を用いて調製した銅(I)錯体の構造や物性、および分子状酸素との反応挙動について詳細に検討した。その結果、各錯体の構造や酸化還元電位、および分子状酸素との反応速度、更には生成する二核銅酸素活性種の構造が配位子のキレート環サイズや置換基の電子的および立体的効果により系統的に変化することを見いだした。得られた成果は酵素反応機構解明に対して重要な知見を[1]マッシュルーム・チロシナーゼの機能解明:チロシナーゼのカタラーゼ活性(過酸化水素分解機能)およびペルオキソゲナーゼ活性(過酸化水素を用いた基質の酸化機能)について、酸素電極法および過酸化水素電極法を用いて速度論的に検討を行った。得られた成果は酵素反応機構解明に対して重要な知見を[1]アカパンカピ由来のチロシナーゼの生成:チロシナーゼは比較的古くから研究されており、市販品としても入手可能である。しかし、市販品の純度はきわめて低く、そのままでは本研究の目的達成のために使用不可能であった。そこで本研究の初年度においては、アカパンカビを大量培養し、そこからチロシナーゼを単離するための条件検索を行った。[2]二核銅酸素錯体によるフェノール誘導体の酸化反応機構の解明:我々は既にモデル系においてサイドオン型のペルオキソ二核銅(II)錯体によるフェノールの酸素化反応を見いだし報告している(J.Am.Chem.Soc.2001,123,6708-6709)。本研究の初年度においては本反応における基質の置換基効果やフェノール性水素の役割、他の二核銅酸素錯体(たとえば、ビス(μ-オキソ)二核銅(III)錯体)との反応性の比較などについて系統的かつ詳細に検討を行い、銅酸素錯体によるフェノールの酸化反応は電子移動経由で進行することを見いだした。本研究課題を効率よく推進するために、酸素錯体の同定や分光学的特性を調べるために必要なレーザーラマン分光光度計を購入した。[3]新規な二核化配位子の設計に基づく二核銅酸素錯体の機能化:上記[2]のモデル研究は主にチロシナーゼの機能解明を目指したものであるが、本研究ではチロシナーゼ機能を模倣した効率的酸素化触媒の開発と応用面の開拓についても検討を行った。この目的を達成するために使用する新規な二核化配位子の設計・合成と、それを用いた二核銅-酸素錯体の調製、およびその構造、物性、反応性などの基礎的なデータの収集を行った。

さらに合成した二核銅酸素錯体によるフェノール類の触媒的酸素化反応や、ポリフェノール用重合触媒への応用を図り、反応条件の最適化や構造活性相関などについて検討した。[1]アカパンカビ由来のチロシナーゼの精製:我々はこれまでにマッシュルーム由来のチロシナーゼを用いてその機能解明を行ってきた。本年度は、カビ由来のチロシナーゼについても検討するため、アカパンカビを大量培養し、そのチロシナーゼを単離・精製した。今後、培養条件や精製条件等の最適化を行い収率の向上を達成する必要がある。[2]マッシュルーム・チロシナーゼのカテコラーゼ活性の機構解明:チロシナーゼによるカテコールの酸化反応(カテコラーゼ活性)の機構解明を目的とし、酸素電極法を用いて速度論的に検討を行った。カテコール基質の置換基効果や、速度とpHの相関関係などの結果から、サイドオン型ペルオキソ二核銅(II)活性種によるカテコールの酸化反応は、フェノールの酸素化反応(フェノーラーゼ活性)の場合と同様に、求電子的なイオン反応機構で進行することが明らかになった。[3]銅(I)錯体による分子状酸素の活性化機構に及ぼす配位子効果の解明:一連のピリジルアルキルアミン系三座配位子を用いて調製した銅(I)錯体の構造や物性、および分子状酸素との反応挙動について詳細に検討した。その結果、各錯体の構造や酸化還元電位、および分子状酸素との反応速度、更には生成する二核銅酸素活性種の構造が配位子のキレート環サイズや置換基の電子的および立体的効果により系統的に変化することを見いだした。得られた成果は酵素反応機構解明に対して重要な知見を提供するものである。
地域の一般病院通院中の後期高齢がん患者への複合的な外来看護支援モデルの検証と評価

近年の高齢化とがん治療の高度化は、外来治療を継続しつつ在宅で生活する高齢がん患者の増加をもたらしている。しかし地域に密着し多くの高齢がん患者が通院する一般病院において、その人らしさと日々の暮らしを支える視点をもち、在宅での介護を含めた外来看護を拠点とした、とくに今後の増加が確実な後期高齢がん患者に焦点をあてた支援は確立されていない。そこで本研究は、先行研究で開発した、治療を継続しながら地域の一般病院に通院する後期高齢がん患者を支える在宅介護を視野に入れた、複合的な外来看護支援モデルを臨床に適用し、検証と評価を行い、洗練を図ることを目的とする。
レドックスをセンスする新規ヘム制御ホスホジエステラーゼの結晶構造

近年、ヘム濃度やヘムリガンド(酸素分子、一酸化炭素、一酸化窒素等)の濃度変化を感知して、これを細胞シグナルへと変換するヘムセンサーと呼ばれる新しいヘムタンパク質ファミリーが次々と見つかり、注目を浴びている。本研究では大腸菌のヘムセンサータンパク質であるヘム制御ホスホジエステラーゼ(EcDOS)に着目した。ヘムセンサードメインについて、活性型であるヘム鉄還元型、ヘム鉄酸化型の両方についてその結晶構造を明らかにした。高分解能の結晶構造解析から、ヘムの酸化還元状態の違いによってヘムリガインドの交換が起こり、これがEcDOSヘムセンサードメインの三次元構造を変化させていることが明らかとなった。この構造変化がホスホジエステラーゼの活性を制御に関わっている可能性が強く示唆されたため、ヘムポケットを構成する疎水性アミノ酸を部位特異的変異法を用いて別のアミノ酸に置換し、その効果を検討した。一酸化炭素のヘムセンサーとして転写制御に関わっている体内時計関連転写因子NPAS2の機能解析も行った。NPAS2はアミノ末端領域にDNA結合部位を有し、続いて2つのヘム結合PASドメイン(PAS-A、PAS-Bドメイン)を有する。そこで、PAS-Aドメインについて、ヘム結合、一酸化炭素結合等について詳細な解析を行うとともに、ヘム結合のDNA結合に対する効果について検討した。さらに、ヘム濃度に依存して翻訳レベルでタンパク質合成を制御するeIF2 alpha kinaseについて、多量体形成、ヘム結合と活性阻害などについて詳細な解明を行った。しかし、その分子レベルでのセンシング機構については不明のままである。本研究では、大腸菌のヘムセンサータンパク質であるヘム制御ホスホジエステラーゼ(EcDOS)に着目した。ヘムセンサードメインについて、活性型であるヘム鉄還元型、ヘム鉄酸化型の両方についてその結晶構造解析を世界で初めて成功しており、現在、酸素結合型の構造解析も行っている。この構造変化がホスホジエステラーゼの活性を制御に関わっていることが強く示唆された。そこで、本研究ではヘムポケットを構成する疎水性アミノ酸を部位特異的変異法を用いて別のアミノ酸に置換し、その効果を検討した(FEBS Journal 2006 273 1210-23)。更に一酸化炭素のヘムセンサーとして転写制御に関わっている体内時計関連転写因子NPAS2の機能解析も行った。本研究では、PAS-Bドメインについて、ヘム結合、一酸化炭素結合等について詳細な解析を行った(FEBS Journal 2005 272 4153-62)。
胸腺組織におけるクローディンの発現とその機能

前年度の研究結果から、胎生期のCldn-3,4hi細胞の中には胸腺髄質幹細胞を含むことが示唆された。そこで、幹細胞の特徴である自己複製能ならびに分化能をラット胸腺上皮細胞(TEC)を用いて検討した。同様の実験系をマウスTECでも試みたが、系の確立には至らなかった。この点は今後の課題である。まず、自己複製能を検証するため、in vitroにおける無血清分化抑制条件下でのコロニーアッセイ系を確立した。胎児胸腺から単離した全TECを用いコロニーアッセイを行ったところ、全てのコロニーはCldn-3,4を発現していた。次に、コロニーを形成する細胞を特定するため、Cldn-3,4hi、Cldn-3,4lo、Cldn-3,4neg細胞分画に分けコロニーアッセイを行ったところ、Cldn-3,4hi細胞分画において継代可能なコロニーが顕著に認められたことから、Cldn-3,4hi細胞分画に自己複製能を有する細胞が含まれることが明らかとなった。さらに、このコロニーは分化誘導条件下において、コロニー形成と継代効率の顕著な低下を認めた。またコロニーのラット胸腺への移植により、コロニーがin vivoでTEC特有の三次元網目構造の形態を示し、分化マーカーを発現することがわかった。in vitro、in vivo両者の分化誘導系において、コロニーが分化能を有することが明らかとなった。また遺伝子発現解析の結果、他の上皮組織幹細胞で幹細胞性の維持に関わる遺伝子群がTECのコロニーでも発現していることがわかった。以上の結果により、胎生期のCldn-3,4hi細胞分画には自己複製能と分化能を有する胸腺髄質幹細胞を含むことが明らかとなった。これまで胸腺上皮細胞の維持機構は不明であり、幹細胞の存在も証明されていない。本研究で新たな胸腺髄質上皮幹細胞を見出したことは胸腺研究において非常に重要であると考える。胎生期のClaudin-3,4hi髄質前駆細胞の機能解明という当初の目的は、その細胞の正常な髄質構築能に加えて、髄質における自己寛容の確立を明らかにすることで達成できたと考える。その研究過程で示唆された、このClaudin-3,4hi細胞が胸腺髄質上皮幹細胞である可能性を、試験管内における自己複製能と生体内へ移植した際の分化能を明らかにしたことで、強く示唆することができたと考える。新たに見出した、Claudin-3,4hi胸腺髄質上皮幹細胞の幹細胞性に関与する分子や胸腺内での局在やそのニッチを解明する。また、試験管内における培養条件を検討することで、他の胸腺上皮幹細胞の単離を試みる。胎生期のCldn-3, 4hi細胞が長期間髄質の構築を維持できる前駆細胞もしくは幹細胞である可能性を検討するとともに、胎生期Cldn-3, 4hi細胞の移植により形成された髄質が自己寛容を成立させるのに十分であるかを明らかにする目的で、まず髄質上皮細胞(mTEC)の分化異常の結果、自己免疫疾患を発症するaly/alyマウスを用いた実験系を確立した。aly/alyマウスの胸腺を再集合させヌードマウスに移植することでaly/alyマウスで見られる自己免疫疾患の発症が誘導された。そこでaly/alyマウス胸腺にCldn-3, 4hi細胞を混ぜた再集合胸腺を移植した結果、aly/alyマウスの再構築胸腺では見られないAire+mTECを含む正常な髄質が認められた。mTECは組織特異的抗原(TSA)を発現することで自己寛容を成立させ、その中にはAire依存的TSAと非依存的TSAが存在する。cldn-3, 4hi細胞を加えた再構築胸腺では、Aire依存的TSAのみでなく非依存的TSAの発現も顕著に増加していた。また、Cldn-3, 4hi細胞を加えた再構築胸腺移植マウスにおいて自己免疫疾患の特徴である各組織へのリンパ球の浸潤が減少していた。これらの結果から、cldn-3, 4hi細胞はAire依存的・非依存的TSAを発現するすべてのmTECへ分化し、正常な髄質を持たない胸腺において自己寛容を成立させる機能的な髄質を構築することが明らかとなった。非常に興味深いことに、移植後4ヵ月以上の再構築胸腺でもCldn-3, 4hi細胞由来のAire+mTECが検出されることがわかった。これまでに長期間維持されるTECの報告はなく、その幹細胞の存在も証明されていない。そこで、Cldn-3, 4hi細胞が幹細胞である可能性を考え、その自己複製能を検証するため、in vitroで胎児胸腺から単離したTECを用い分化抑制条件下でコロニーアッセイを行った。一細胞から形成されたコロニーを免疫染色した結果、Cldn-3, 4を発現するコロニーが存在した。さらに、Cldn-3 ,4+コロニーはin vitroにおいて継代が可能であり、この結果はコロニーの自己複製能を示唆している。

まず、自己複製能を検証するため、in vitroにおける無血清分化抑制条件下でのコロニーアッセイ系を確立した。胎児胸腺から単離した全TECを用いコロニーアッセイを行ったところ、全てのコロニーはCldn-3,4を発現していた。次に、コロニーを形成する細胞を特定するため、Cldn-3,4hi、Cldn-3,4lo、Cldn-3,4neg細胞分画に分けコロニーアッセイを行ったところ、Cldn-3,4hi細胞分画において継代可能なコロニーが顕著に認められたことから、Cldn-3,4hi細胞分画に自己複製能を有する細胞が含まれることが明らかとなった。さらに、このコロニーは分化誘導条件下において、コロニー形成と継代効率の顕著な低下を認めた。またコロニーのラット胸腺への移植により、コロニーがin vivoでTEC特有の三次元網目構造の形態を示し、分化マーカーを発現することがわかった。in vitro、in vivo両者の分化誘導系において、コロニーが分化能を有することが明らかとなった。また遺伝子発現解析の結果、他の上皮組織幹細胞で幹細胞性の維持に関わる遺伝子群がTECのコロニーでも発現していることがわかった。以上の結果により、胎生期のCldn-3,4hi細胞分画には自己複製能と分化能を有する胸腺髄質幹細胞を含むことが明らかとなった。これまで胸腺上皮細胞の維持機構は不明であり、幹細胞の存在も証明されていない。本研究で新たな胸腺髄質上皮幹細胞を見出したことは胸腺研究において非常に重要であると考える。胎生期のClaudin-3,4hi髄質前駆細胞の機能解明という当初の目的は、その細胞の正常な髄質構築能に加えて、髄質における自己寛容の確立を明らかにすることで達成できたと考える。その研究過程で示唆された、このClaudin-3,4hi細胞が胸腺髄質上皮幹細胞である可能性を、試験管内における自己複製能と生体内へ移植した際の分化能を明らかにしたことで、強く示唆することができたと考える。新たに見出した、Claudin-3,4hi胸腺髄質上皮幹細胞の幹細胞性に関与する分子や胸腺内での局在やそのニッチを解明する。また、試験管内における培養条件を検討することで、他の胸腺上皮幹細胞の単離を試みる。
歯周外科後の上皮Down Growth抑制に関する研究ー再生医療の構築に向けてー

Smad 2による歯肉上皮細胞の増殖・遊走の抑制岡山大学大学院医歯薬学総合研究科病態制御科学専攻病態機構学講座歯周病態学分野下江正幸,塩見信行,冨川和哉,峯柴淳二,山口知子,前田博史,高柴正悟【目的】歯周組織の再生療法において上皮の増殖を制御することは,歯周組織再生療法をより精度の高いものにするために非常に重要な課題である。近年Itoらは, TGF-βシグナルの細胞内メディエーターであるSmad 2を大量に発現する遺伝子改変(TG)マウスを作製することに成功した。この場合のSmad 2発現はkeratin 14 promoterによって制御され,皮膚では創傷治癒が遅延することが報告された。これらの背景から,歯周組織においてSmad 2の発現を制御することは,歯肉上皮細胞の増殖を制御することに繋がると考えた。そこで,このTGマウスから採取した歯肉上皮細胞の増殖能と遊走能を,野生型(WT)マウスのものと比較した。【材料および方法】歯肉上皮細胞は, TGマウスと野生型(WT)マウスの口蓋歯肉から採取して,培養した。これらの細胞を用いてSmad 2の発現,増殖能,および遊走能の違いについて検討した。Smad 2の発現は,免疫蛍光染色によって光学顕微鏡下で確認した。増殖能は, MTS法およびBrdU法によって比較検討した。遊走能は,スクラッチ法によって比較検討した。統計処理には, Student's t-testを用いた。【結果および考察】歯肉上皮細胞におけるSmad 2の発現は, TGマウスにおいてWTマウスのものより増強していた。TGマウスの歯肉上皮細胞の増殖能および遊走能は, WTマウスと比較して有意に低下していた。これらの結果は, Smad 2が歯肉上皮細胞の増殖および遊走を抑制していることを示唆する。将来的には, Smad 2の発現を制御することによって上皮の深行増殖を抑制すると,歯周組織再生療法の精度を向上できるものと考える。
固相重合による可溶性ポリジアセチレンの合成と構造ダイナミクス

ジアセチレン誘導体の結晶に光照射すると,結晶状態を保ちながら連鎖的に固相重合が進行し,生成物として結晶性ポリマーを容易に得ることができる。本研究では,まずカルボン酸1-ナフチルメチルアンモニウム構造をモノマーに導入し,アルキルスペーサーの長さの異なる一連のジアセチレン誘導体を合成,重合し,生成ポリマーの構造や性質を明らかにした。また,室温で有機溶媒に可溶なポリジアセチレン誘導体の合成も行い,溶液系の紫外可視吸収のサーモクロミズム挙動も明らかにしてきた。本年度は, π共役系を拡張したポリジアセチレンを合成するため,ジアセチレンに直接フェニル基が置換したモノマーを合成し,重合を試みた。同時に,カルボン酸を側鎖に含むポリジアセチレンへのキラルアミンの添加による誘起円二色性の発現も新たに見出した。ポリフェニルアセチレン誘導体などのπ共役系ポリマーの動的照せんや誘起円二色性について研究は盛んに行われているが,ポリジアセチレンを用いて円二色性を観察した例はこれまで報告がなかった。ポリジアセチレンのメタノール分散液に,キラルな1-シクロヘキシルエチルアミンを添加すると,紫外可視吸収スペクトルは短波長側に大きく移動し,同時に,円二色性スペクトルに大きな変化が認め照れた。また,ろ過単離した固体試料の粉末X線回折か照,ポリジアセチレンがアミンの添加前後のいずれの状態においても層状構造を保持しており,層状距離がアミンの添加によって変化することを確認した。さらに,液晶性を示す一連のジアセチレンについて液晶挙動や光重合反応性について検討し,アルキル炭素数と液晶挙動ならびに相転移温度の関係を明らかにした。熱分析, X線回折ならびに光学顕微鏡観察の結果からスメクチック相をとることや液晶相を示す温度領域はアルキル置換基の大きさに依存し,アルキル鎖が短い誘導体では高温で結晶化が起こりやすいことを見出した。固相重合では,結晶中での分子配列設計と反応制御によって,通常の溶液中での反応と異なる機構や経路での反応が進行し,ポリマーの一次構造と高次構造を同時に制御しながら高分子結晶を得ることができる。本研究では共役ポリマーであるポリジアセチレン(PDA)の構造制御と新たな機能発現に向けた研究を行った。まず,PDAの側鎖に長鎖アルキル基とベンジルエステル基を導入し,側鎖置換基間の相互作用を小さくすることにより,有機溶媒に可溶な新規PDAを合成し,PDA溶液の温度や混合溶媒組成を変えると紫外可視領域の吸収波長が可逆的に変化するソルバトクロミズムやサーモクロミズムを示す系を見出した。次に,側鎖に長鎖アルキル基とカルボン酸ナフチルメチルアンモニウム塩構造を導入したPDAを化合物として選び,分子構造と固体中でのクロミズム挙動の関係を検討した結果,ポリマー主鎖とカルボン酸置換基の間にスペーサーを持たず,カルボン酸アンモニウムが形成する強固な2D水素結合ネットワークに沿ってすぐ隣に共役系が配列するPDAでは,その層間距離はアルキル置換基の炭素数に比例して変化することを確認した。このとき,共役系の最大吸波長は大きく変化し,その変化には偶奇効果が見られた。上記PDAが室温から100°C付近の広い温度範囲でサーモクロミズムを示す一方で,共役主鎖と2D水素結合ネットワークの間にアルキルスペーサーを含むタイプのPDAでは,ごく狭い範囲でのみ可逆な色調変化を示し,高温域まで加熱したポリマーの色調は室温に冷却後も元には戻らないことを見出した。このように,水素結合ネットワークの位置に応じて,アルキル側鎖が融解したときの主鎖共役系のランダム性に大きな違いが生じ,可逆的な構造変化が可能な温度範囲に著しく差が生じることを明らかにした。

熱分析, X線回折ならびに光学顕微鏡観察の結果からスメクチック相をとることや液晶相を示す温度領域はアルキル置換基の大きさに依存し,アルキル鎖が短い誘導体では高温で結晶化が起こりやすいことを見出した。
超弦理論と高次元超共形ゲージ理論

AdS/CFT対応を用いることにより、超重力近似を越えてより一般的に高次元の超共形ゲージ理論を調べるには、反ドジッター空間上の超弦理論を構成することが必要不可欠である。当研究ではこのような観点から反ドジッター空間、あるいは類似の双対性により超共形ゲージ理論と関連した、より一般の背景時空上における超弦理論を具体的に構成し、これらを詳細に解析した。平成11年度には、まず高次元の反ドジッター空間を考えるための準備として、より簡単な3次元反ドジッター空間の場合を考えた。NSR形式を用いた超弦理論の厳密な構成を与え、無限次元の超共形代数の生成子を具体的に構成し、これが正しい代数を満たすことを示した。平成12年度においては、Dブレインの代わりにNSブレインを考えることによりAdS/CFT対応と同様の対応が存在する、線形ディラトン背景時空上の超弦理論(LD模型)についてNSR形式を用いた解析を行った。その結果残念ながら超共形対称性は持たないことが明らかになった。平成13年度には、Berkovitsによって定式化されたハイブリッド形式を最も簡単な3次元のLD模型に適用し、そのスペクトル、ユニタリティーや時空の対称性などを解析した。またBRS荷電を変形することにより時空の超共形対称性を持つ新しい模型を構成した。平成14年度には、上記模型のより詳しい解析に加えてNS-NS平面波時空上の超弦理論を解析した。ハイブリッド形式を用いた解析により低いレベルのスペクトルを具体的に求め、短弦セクターの零質量スペクトルに、いくつかの超対称性シングレットが存在することを発見した。1.弦理論に基づいて、T-双対性を考慮した宇宙模型を用いて宇宙初期における時空の概念の変更について議論した。弦理論には、運動量に共役な通常の座標xと巻き付き数に共役な座標qの2種類の座標が存在する。両者は非可換なため同時に対角化することはできず、現在のような大きな宇宙ではxのみが座標として認識されている。しかしながら宇宙初期においてプランク長さ程度の大きさの宇宙においては両者は混在し、その間に遷移が起こると考えられる。ここでは有限温度における弦の運動量と巻き付き数の相関を計算し、これを基に宇宙初期における、xとqの間の遷移を議論した。2.3次元反ドジッター空間上の超弦理論の厳密な構成及び、ユニタリティーやN=(4,4)時空超共形対称性について考察した。これを高次元に拡張するのは困難であることから、同種の双対性を示す線型ディラトン背景時空上の弦理論をあらためて考察した。この模型は、弦理論として厳密に量子化できるために、高次元の場合にも相関関数等を厳密に計算することができ、種々の性質について超重力近似を越えた議論が可能となる。これらについては、次年度以降も継続して研究していく予定である。本年度は、AdS/CFT対応に関連して派生した線形ディラトン(LD)模型について解析した。LD模型はLittle string理論、あるいはそれを一般化した特異点を持つ多様体上の弦理論と、AdS/CFT対応と同様の意味で、双対であると考えられており、弦理論として厳密に解析できる点が特徴である。また、これと双対な理論は通常の弦理論とは異なり重力を含まず、また第一量子化の枠内で質量殻外の相関関数が定義できる等、それ自体で非常に興味深い性質を持っている。このLD模型の解析に関しては、これまでNSR形式とSL(2)/U(1)商空間の方法を組み合わせて、いくつかの相関関数が計算されているが、理論のスペクトル、特に超対称性の表現等に不明な点が多く残されていた。これについて2.理論の超対称スペクトルを明らかにするために、Berkovits達によって構成された超対称性が明白な新しい方法を用いて再定式化し、スペクトル、ゴースト状態の有無等を解析した。

2.については現在更に、時空の超共形対称性の生成子を具体的に構成中である。またBerkovitsの定式化に関連して、10次元の超ポアンカレ共変性が明白な定式化についても解析を進めている。本年度は、AdS/CFT対応に関連して派生した線形ディラトン模型を時空の超対称性が明白なHybrid形式を用いて解析した。この模型は、一般に特異点を持つカラビ・ヤウ多様体上の弦理論と双対であると考えられており、超重力近似を越えて弦理論として厳密に解析できる点が特徴である。また、これと双対な理論は通常の弦理論とは異なり重力を含まず、赤外固定点において超共形対称性を持つために非常に特徴的で興味深い性質を持つと期待されている。この模型の解析に関しては、これまでNSR形式を用いた解析がいくつか行われているが、理論のスペクトル、特に時空の超対称性の表現に不明な点が多く残されていた。これについて1.NSR形式の代わりに、時空の超対称性が明白なHybrid形式を用いて、特に4次元特異カラビ・ヤウ多様体の場合を定式化した。2.このとき、双対な2次元理論の対称性は無限次元の超共形対称性にまで拡大することを、具体的な生成子を構成することにより確かめた。更に、現在これらの解析を高次元の場合に拡張することを試みている。またこれと平行してBerkovitsの定式化に関連して、10次元の超ポアンカレ共変性が明白な定式化についても解析を進めている。本年度は、NS-NS平面波背景時空上の超弦理論を解析した。一般に平面波時空はAdS時空からペンローズ極限をとることにより得られるが、AdS時空とは異なり平坦時空と同様に、弦理論が共形不変な形で厳密に解けるのが特徴である。このことから平面波時空上の超弦理論は、超重力近似を越えてAdS/CFT対応を解析する手段として現在注目を集めており、境界上の共形場理論との関係も少しずつ明らかになりつつある。一方AdS_3時空はSL(2)群多様対と同相で、そのままでも超弦理論が量子化できるという点で特殊な位置を占めている。従ってこれとペンローズ極限を組み合わせることにより、極限を取ることで超弦理論のスペクトルがどのように推移するかを追跡することが可能になる。本研究ではペンローズ極限を取った後の平面波時空上の超弦理論について、・時空の超対称性が明白なハイブリッド形式を用いて低いレベルのスペクトルを具体的に求めた。また、ハイブリッド形式によるAdS_3×S^1時空上の超弦理論の解析についても現在進行中である。これが完成した後には、両者がペンローズ極限においてどのように移り変わるかを解析する計画である。・特に、短弦セクターの零質量スペクトルにボソン・フェルミオン非対称性が存在することを発見した。また、これと平行して純スピノル形式に関連した、10次元の超ポアンカレ共変性が明白な定式化についても解析を進めている。純スピノル形式では、ツイスター変数とも呼ばれるポーズ的なスピノル変数が、純スピノル条件と呼ばれる拘束条件を満たさなければならないため、その取り扱い及び明白な共変性が必ずしも明らかではない。そのため、できればこの拘束条件を課さずに定式化するのが望ましい。