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生体高分子の高次構造と機能制御のための高分子材料設計

本研究課題では、カチオン性くし型共重合体と核酸との完全可溶性高分子電解質複合体で見いだされた核酸シャペロン活性発現機序を追求するとともに、その知見をタンパク質・ペプチドの構造形成と機能制御に活用すべく、基礎的知見の集積とその発展を計った。その結果、DNAプローブやDNA酵素の活性化、ペプチド構造や溶存性の制御と機能促進がくし型共重合体で可能となることが見出された。生体高分子の機能発現には、その高次構造形成が重要な役割を果たす。さらに、高次構造の転移がシグナル伝達、物質輸送など高度な生体分子機能の基幹となっている。従って、高次構造の形成と構造間の転移を制御する方法論が、生体高分子の効果的な利用に不可欠になる。本研究課題では、カチオン性くし型共重合体と核酸との完全可溶性高分子電解質複合体で見いだされた核酸シャペロン活性発現機序を追求するとともに、その知見をタンパク質・ペプチドの構造形成と機能制御に活用すべく、基礎的知見の集積とその発展を計る。本年度は以下の検討を行った。1)合成化学的アプローチによる構造・機能相関カチオン性くし型共重合体に見いだされた核酸シャペロン活性の発現機構を考察するために、異なる官能基を有する種々の共重合体を合成した。すでに申請者がカチオン牲くし型共重合体に蓄積してきた知見を基に、核酸とのイオン性相互作用に加え、水素結合性相互作用およびカオトロピック性を考慮し、ウレイド基を有する高分子材料の合成を行った。また、アミノ基をメチル化した4級アンモニウム型高分子も合成した。2)一分子観察による共重合体・核酸複合体の解析本項目では、核酸と共重合体を二重ラベルした液中一分子計測およびフローストレッチング法を取り入れた一分子観察法により、共重合体が核酸構造に与える効果を高い時空間分解能で解析した。具体的には、λファージDNAなどの長鎖核酸の片末端にビオチン修飾し、表面をポリエチレングリコールにより不活性化したカバーガラス表面に固定した。このカバーガラス上にフローセルを構築し、バッファーを流すことで、核酸鎖を伸張させる。さらに、バッファーを種々の共重合体を含むバッファーに交換し、核酸の構造変化をリアルタイム共焦点顕微鏡で観察することで、共重合体との相互作用を評価した。インフルエンザウイルス表面に存在するヘマグルチニンのN末端部分を模倣したE5ペプチド(GLFEAIAEFIEGGWEGLIEG)は酸性条件下でグルタミン酸残基がプロトン化することにより分子内の静電反発が減少し、ランダムコイルからα-ヘリックスへ構造転移する。その結果、両親媒性となり、膜破壊能を発現する。E5は細胞内デリバリーの材料としての応用が期待されているが、その活性の低さや溶解性が低いことによる取扱いの難しさを解決することが課題である。カチオン性の主鎖に、親水性の側鎖を有するカチオン性くし型共重合体Poly(L-lysine)-graft-Dextran (PLL-g-Dex)がDNAと複合体を形成し、DNA間の静電反発を遮蔽することで、二重鎖を安定化することを見出している。そこで、カチオン性くし型共重合体のカチオン性の主鎖がE5分子内の静電反発を抑制することによりa-へリックスの形成を誘起し、親水性の側鎖がE5ペプチドの疎水性を緩和し溶解性を保持する性質を持つのではないかと推測した。カチオン性くし型共重合体Polyallylamine-graft-Dextran (PAA-g-Dex)はE5のランダム→ヘリックス転移を中性条件下で誘起する事が円二色性測定により明らかになった。さらに、共重合体は、ヘリックス転移後のE5ペプチドの溶存性を維持することが見出された。共重合体とE5との複合体の生体膜破壊活性をリポソーム膜を利用して検討した結果、複合体が高い膜破壊活性を有することが明らかになった。共重合体と核酸との相互作用および形成される複合体の性状を一分子蛍光観察法により解析した。通常、ポリリシンのようなポリカチオンは、核酸をコイル状態からコンパクトなグロビュール状態に凝縮させ、その後二次凝集を誘起し、結果的に複合体は沈殿する。一方で、くし型共重合体は、グラフト率に依存して異なる可溶性複合体を形成することを既に溶液中の一分子計測により明らかにした。本年は、核酸と共重合体を二重ラベルした液中一分子計測およびフローストレッチング法を取り入れた一分子観察法により、共重合体が核酸構造に与える効果を高い時空間分解能で解析した。さらに、バッファーを種々の共重合体を含むバッファーに交換し、核酸の構造変化をリアルタイム共焦点顕微鏡(CLM)で観察することで、共重合体との相互作用を評価した。

その結果、共重合体はDNA長を20%程度収縮させるものの、グロビュール化を誘起しないことがわかった。また、DNAの収縮は、DNAの可視化に用いている蛍光性インターカレーターのDNAへの結合を共重合体が競合的に抑制する結果で有り、共重合体自体は、DNA鎖長に影響しないことがわかった。配列特異的なRNA切断活性をもつDNAzymeは、その特徴から様々な生物工学的応用が期待されており、特定の配列の核酸存在下でのみDNAzyme活性を発現するmulticomponent deoxyribozyme (MNAzyme)を用いたウイルス核酸の検出法も提案されている。しかし、DNAzymeは一般にターンオーバー効率が低く、その改善が必要と考えられる。ターンオーバー効率を高めるためには、切断された核酸断片のDNAzymeからの解離とDNAzymeへの基質核酸の結合を促す必要がある。我々は、カチオン性グラフト共重合体であるPoly(L-lysine)-graft-dextran (PLL-g-Dex)が、DNAと静電的相互作用し、核酸間の静電反発を軽減し、核酸のハイブリダイゼーションを促進することを報告してきた。そこで、PLL-g-Dexの添加により、DNAzymeのターンオーバー速度が向上し、それに伴う反応速度の向上が見込まれるのではないかと考え検討した。その結果、共重合体は、マルチターンオーバー条件下で顕著に反応を促進することがわかった。一方、核酸間のハイブリッド形成を高める上では、核酸の濃度を高める工夫も有効であると考えられる。我々はカチオン性基を有するpoly(allylamine)-co-(allylurea) (PAU)が生理的条件下で、液滴状のコアセルベートを形成することを報告してきた。PAUを加えることで、核酸とPAUの静電相互作用により核酸をコアセルベートに濃縮し、DNAzyme反応の速度向上が可能になると考えた。実際、PAUコアセルベートによる核酸の濃縮が可能で有り、核酸検出の感度を向上できうることがわかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。生体機能性材料26年度が最終年度であるため、記入しない。新たな高分子材料の設計は当初の予定通り進んでいる。一部、その成果の論文投稿も行った。一分子観察より、共重合体の親水鎖導入率が核酸との複合体構造に大きな影響を与えることが、高感度に検出された。特に、濃度依存性に新たな知見を得ることが出来た。今回、細胞膜破壊性ペプチドの機能を、人工材料によって高める手法を見出した。活性の向上は当初の想定を上回る結果であった。これまで核酸の構造・機能制御で得られた知見が、ペプチド等にも展開できることが明らかになり、知見の波及が期待される。既にカチオン性くし型共重合体が核酸構造に与える影響を液中観察により評価してきたが、共重合体の与える影響を充分に評価することができなかった。本年、フローストレッチング法を導入することで、高感度に共重合体の影響を観察することができた。具体的には、核酸にインターカレートする色素が核酸を伸張させることを検出できる条件下で、共重合体の影響を観察し、共重合体が核酸長に影響を与えないことを見出した。さらに、共重合体と核酸との相互作用により、インターカレーター色素の結合が阻害されることがわかった。
シロアリ口器運動と大顎の材料特性の解明

シロアリは強靱な大顎を有し、木材のみならずコンクリートや浴槽タイルまでもかじることが知られている。そこで本研究では、シロアリの咬む力を計測し、その力の大きさとシロアリの大顎の運動との関係、さらに、大顎の組織構造との関係を明らかにすることを目的とした。本年度は、1.咬合力の測定の改良、2.大顎組織内の金属元素分析を中心に行った。シロアリにハサミ型治具先端部を噛ませ、バルーンから伝達される圧力の信号を1100msecのサンプリング間隔で収集した。ネバダオオシロアリ職蟻では、最大0.007kPa、兵蟻では0.07kPaの咬合による圧力が発生した。マツノマダラカミキリでは、ネバダオオシロアリ職蟻よりも約16倍大きい圧力を示した。一方、バルーンの代わりに小型ロードセルを用いて測定記録したところ、ネバダオオシロアリ職蟻では最大0.5gf、ヤマトシロアリ職蟻では最大0.0006gfの値が得られた。圧縮試験で強度を反映すると考えられる歪み量に対する荷重の大きさは、イエシロアリ職蟻の値を基準にして、ネバダオオシロアリ職蟻の第1及び2縁歯は約60倍、第3,4縁歯で97倍、マツノマダラカミキリ成虫では47倍となり、必ずしも咬合力の大きさと一致せず、種や個体の大きさに左右されることがわかった。種々のシロアリの大顎表面に存在する微量金属のPIXE分析を行い、種横断的にMnが大顎の着色部位に分布していること、アメリカカンザイシロアリなどが属するレイビシロアリ科のシロアリ種のみ大顎先端部にZnが特異的に集積していることを明らかにし、シロアリの大顎の強さ、咬む力、・微量元素分布が種によって異なることを見出した。シロアリは、木材だけでなく浴槽タイルやコンクリートまで齧ることのできる強靭な大顎を有している。本研究では、これらの材料に対するシロアリの加害を防止する手段として、大顎自体の材質・力学的特性とシロアリ口器の運動と噛む強さとの関係を解明することを目的としている。今年度は、シロアリおよび他昆虫について1.大顎の材料強度測定2.咬合力測定を行った。1.大顎の材料強度に関しては、エポキシ樹脂固定した大顎を、改良した小型の材料試験器を用いて圧縮試験を行い、強度特性を検証した。その結果、オオコクヌストの大顎はイエシロアリの大顎に比べ約2倍の強度をもつことを明らかにした。また、大顎の圧縮過程で端歯および縁歯ごとに破壊が生じるまで荷重-ひずみ関係は直線性を保つ傾向を示した。各種昆虫の大顎の面積を求め、最大荷重を比較した結果、アメリカカンザイシロアリは比面積の割に最大荷重は大きく、イエシロアリの2倍を示した。2.咬合力に関しては、金属製のハサミ型冶具を作製し、空気を封入した血管拡張用のカテーテルのバルーンに咬ませ、その治具の変形伝達力の検出を行うことにより測定した。大型種であるネバダオオシロアリなどを中心にハサミの先端部を挟む力の計測を試みると同時に、その画像を録画した。咬合力は、ネバダオオシロアリの擬職蟻では0.007kPaであるのに比べ、マツノマダラカミキリでは0.112kPaと20倍の大きさを示すことを明らかにした。
走査型プローブ顕微鏡技術を利用したナノ接合界面の形成と解析

本研究では、独自の走査型プローブ顕微鏡(SPM)技術(SEMーSPM、電圧印加非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)など)を発展させた。SEM-SPMを活用して、WO3粉担持の加熱した小型WフィラメントにW針を接近させてWOx突起を成長させる探針調製法、水晶振動子を基にした再調律2本プロング高感度力センサーの開発、極接近した探針と試料間の相互作用によるエネルギー損失の高感度測定を実施し、また、nc-AFMにチャージアンプを組み込み、探針ー試料間の静電容量、接触電位差、電荷移動を原子レベルで観察・計測した。適用試料をπ共役系分子、酸化物超薄膜などへ広げ、原子レベルの表面・界面の科学技術に寄与した。本研究では、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を基礎にした手法(ペンシル型SPM、電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法(Bias nc-AFM/S))を発展させ、探針ー試料間隔を制御し、両者間の状態を「トンネル障壁介在状態、化学結合が形成され始める疑似接触、ナノ接触、加圧接触、引上げ伸展、破断」へと推移させる。探針と試料間には、間隔に応じてpNの極微引力から圧力換算で1GPaの高圧が発生し、独特なナノ接合界面や組成分布を持つ構造ができる。これらの形成過程、表面・界面の結合・界面準位などの電子状態の変化を“その場"でSPM技術を利用して解析する。探針と試料の素材を半導体・金属・酸化物・分子と換え、接触の加圧方法、温度を変化させる。この成果を、オーミック接触、ショットキー接触、pn接合、MOS接合など、微小機械電気素子の構築に重要なナノ接合界面(電極・接合部)の形成・制御技術に繋げる。本年度は、極低温クライオスタット付超高真空チャンバー(昨年度導入)に、探針先端を調製・評価するための電界イオン顕微鏡(FIM)/電界放射顕微鏡(FEM)を装着した。イメージングガスをHe、Neとして、多結晶[110]方位の針、単結晶[111]、さらには、Pdを巻き付けたW針を試料として、電界印加加熱での尖鋭化の条件、異種原子の拡散で起こる表面のファセット化の条件を調べた。また、SEMーSPMを利用して、W針に対向・接近して配置されたWO3片を加熱して、W針上にWOxの針状突起を作製した。WO3片とW針の間に電圧を印加し、成長状態が変化することを見いだした。さらに、Si上π共役分子DAT、酸化物(TiO2)上の吸着状態を原子レベルで調べ、界面特性の基礎情報を得た。nc-AFMに装着したチャージアンプの出力からSi(111)7×7の原子分解像を捉え、その画像化機能の解析を進めた。走査型プローブ顕微鏡(SPM)を基礎にした手法(ペンシル型SPM、電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法(Bias nc-AFM/S))を発展させ、探針ー試料間隔を制御し、両者間の状態を「トンネル障壁介在状態、化学結合が形成され始める疑似接触、ナノ接触、加圧接触、引上げ伸展、破断」へと推移させる。本年度は、探針と試料の間隔を高精度制御するために、また、試料面内方向の位置精度を高めるために、熱振動・ドリフトを抑制できる極低温クライオスタットを導入し、それを装着できる超高真空チャンバーを設計・導入し、基本動作を確認した。第1段階として、探針を精確に調製・評価するための電界イオン顕微鏡(FIM)を導入し、それに合わせたSPM機構を次年度に開発する。SEMーSPMを利用し、Si片を加熱してW探針の先端を接触させたところ、ウィスカー状結晶が多数成長した。また、Si上のπ共役分子DAT、酸化物(TiO2)電極上のLi原子、炭酸プロピレン、OH、H2Oの吸着状態を原子レベルで調べ、電子・エネルギーデバイスの界面特性の基礎情報を得た。さらに、探針ー試料間で起きると予想される電荷移動を捉えるために、チャージアンプによる電荷分布SPM測定法を考案し、テストした。探針先端を調製・評価するための電界イオン顕微鏡(FIM)/(FEM)電界放射顕微鏡を装着した極低温クライオスタット付超高真空チャンバーを稼働させ、本装置に装着する走査型トンネル顕微鏡(STM)の開発を進めた。独自開発のピエゾ駆動3次元粗動機能の開発と調整、内部除振機構の調整を進め、大気中での動作テストを実施し、真空テストへと進める段階に到達した。併せて、STMを非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)として動作させるためのチューニングフォーク(TF)型水晶振動子による力センサーの開発を進めた。TFの一方のプロング先端をわずかに研削し、その質量に見合った小さなタングステン針をそのプロング先端に接着した。このデザインによって、TFの2本のプロングのバランスが崩れることがなくなった。

その結果、TFの特色である「振動エネルギー損出の質を特徴付ける高いQ値」をそのまま維持することができた(Qが高いことは水晶振動子の内部摩擦による振動のエネルギー損失が少ないことを表す)。この力センサーによって、高感度の力測定が実施でき、Si(111)7×7の原子像を得ることができた。一方、Q値の向上によって、探針と試料間の相互作用によるエネルギー損失を高感度で測定でき、試料表面の原子分解像が得られる。Si(111)7×7に原子状水素、あるいは、アンモニアガスを解離吸着させ、Siカンチレバーでエネルギー損失像を取得したところ、SiカンチレバーのSi探針に水素を吸着させると、探針と試料間の距離が極接近していなくてもエネルギー損失像に原子像が現れやすいことを見いだした。検出高感度化によって原因解明を進めている。ナノコンタクト形成のための試料として、原子状水素、水、有機分子を吸着させた清浄Si表面、水膜中のイオン結晶(KBr)、水中で溶解するMgOなど酸化物表面に観察対象を広げ、その表面状態の知見を得た。独自開発の走査型プローブ顕微鏡(SPM)技術を発展させ、探針-試料間隔を精密制御し、両者間の状態を「トンネル障壁介在状態、化学結合が形成され始める疑似接触、ナノ接触、加圧接触、引上げ伸展、破断」へと推移させ、その形成過程、表面・界面の結合・界面準位などの電子状態の変化を解析することが本研究の目的である。探針と試料の相互作用力、流れる電流(トンネル電流、接触電流、変位電流)、エネルギー損失(非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)の力センサーを一定振幅で振動させるために必要なエネルギーの変化)の同時測定の高度化を実施した。金と金の原子接点を対象として、探針と試料を引き離していくことによって、接触電流(コンダクタンス)の変化、等価バネ定数(探針付縦振動モード水晶振動子の共振周波数変化)、エネルギー損失を同時計測した。接点が細くなると、量子化コンダクタンスG0の整数倍のコンダクタンスが現れ、それに伴って、等価バネ定数が減少した。また、エネルギー損失にもコンダクタンスの変化時にわずかな応答が現れた。接点が原子数個から構成される程に細くなった際の、原子と原子を結びつけている等価バネの個数とその組み合わせ方で発生する変化を捉えたと推定している。金接点で偶発的に発生する引っ張り方向の結晶軸(主に[110]と[111]方向)の依存性を見いだした。また、チャージアンプを組み込んだnc-AFMで、力センサーの振動に応じて発生する変位電流を基に、探針と試料間の接触電位差・静電容量の変化を高速走査で捉える手法を発展させた。探針と試料の高さを一定に保った走査で、チャージアンプの出力から得られる原子像が原子スケールの接触電位差の変化に相当すること、力センサーの振動変化から静電容量の探針ー試料間距離依存性を推量できることを見いだした。さらに、Siや酸化物表面と水などとの界面形成を詳細に調べた。本研究では、独自の走査型プローブ顕微鏡(SPM)技術(SEMーSPM、電圧印加非接触原子間力顕微鏡(nc-AFM)など)を発展させた。SEM-SPMを活用して、WO3粉担持の加熱した小型WフィラメントにW針を接近させてWOx突起を成長させる探針調製法、水晶振動子を基にした再調律2本プロング高感度力センサーの開発、極接近した探針と試料間の相互作用によるエネルギー損失の高感度測定を実施し、また、nc-AFMにチャージアンプを組み込み、探針ー試料間の静電容量、接触電位差、電荷移動を原子レベルで観察・計測した。
細菌によるアルカン分解機構の解明とそれを利用した鯨油に代わるワックス類の生産

原油中の主成分であるn-アルカンを分解できる微生物については細菌・酵母・カビに至るまで数多くの報告があるが、現在までに知られている中でAcinetobacter sp.M-1株は最も長鎖の成分(炭素数30以上)を分解できる細菌として例を見ない分解特性を持っている。本菌は常温で個体である成分にまで旺盛に生育することから、その強力な分解活性と、代謝産物であるワックスエステルの合成力とを用いて廃油や自然環境に放出された原油成分から、現在天然には利用できない鯨油に代わるワックス類の生産に結びつけることを目的とした。このようなバイオコンバージョンを目的とする場合は分解機構の解明とそれに関わる遺伝子・酵素群に関しての情報が必要であることから、一つ一つの反応を行う酵素について性質を調べてきた。特に本研究ではアルカン分解とワックス合成との分岐点であるAcyl-CoA脱水素酵素を本菌より精製、遺伝子をクローニングし、その性質を調べた。本菌はAcyl-CoA脱水素酵素を少なくとも二つ保持しており、それらの遺伝子はタンデムに染色体ゲノム上に配置されていた。これらの遺伝子がコードする酵素はそれぞれ長鎖、中鎖のAcyl-CoAに活性を示し、基質特異性が異なることを明らかにした。これらはその基質特異性から、それぞれ長さの異なるアルカンに生育するときに必要な酵素であると考えられる。このように同じ反応を行う酵素でも長さの異なる基質に対応して複数の酵素を持つことは、本菌においてすでにいくつかの事例(アルカンヒドロキシラーゼ、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素)で発見しており、本菌が中鎖から極長鎖までのアルカンに生育する特性を酵素レベルで明らかにしたと言える。今後は本遺伝子の破壊株等の構築と、それを用いたアルカンからワックス生産への収率の増大を試みる。原油成分のうちの主成分であるn-アルカンを分解できる細菌については数多くの報告があるが、現在までに知られている中でAcinetobacter sp.M-1株は最も長鎖の成分を分解できる細菌として類を見ない分解特性を持っている。本菌は常温で個体である成分にまで旺盛に生育することから、その分解活性を用いて廃油や自然環境に放出された原油成分から、鯨油に代わるワックス類の生産に結びつけることを日的としていた。特に本研究ではアルカン分解とワックス合成との分岐点であるAcyl-CoA脱水素酵素を本菌より精製、遺伝子を特定し、その性質を調べた。このように同じ反応を行う酵素でも長さの異なる基質に対して複数の酵素を持つことは、本菌においてすでにいくつかの事例(アルカンヒドロキシラーゼ、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素)で発見しており、本菌が中鎖から極長鎖までのアルカンに生育する特性を酵素レベルで明らかにしたと言える。
中間子の質量に対する核物質の媒質効果の研究

この実験では重心系後方に出た、原子核中の滞在時間が長いmesonに焦点を当てている。そのために大立体角をおおうsegment化されたGas-Cerenkov counterが必要になる。このようなGas Cerenkov Counterは世界的に見ても例がなく、UV光の領域までの効率よいlight collectionが要求される。縦方向に広い範囲をカバーするために二回反射の特殊なopticsを採用した。ガスは1気圧のイソブタンを用い,必要とされる全領域で5photo-electronの検出が可能であり、実験遂行のために充な性能があることが分かった。この結果はUV領域まで反射率を保ったミラー、アルミナイズドマイラー、および光電子増倍管に効率よく光を集められるウィンストンコーンを開発/製作してきた成果である。この実験は、10の6乗以上の高いinteraction rateで行なわれるので、3rd-levelまでのintelligentな専用triger logicを開発する必要があった。本研究において2ndlevel triggerに必要な回路をFPGA(Field Programable Gata Array)を用いて製作し実際に必要なトリガー判定が1.5μsecで可能なことが分かった。この回路は200以上の入力情報の自由なマトリックス・コインシデンスを取ることができ、他の実験にも応用可能なものである。この設計/製作には本研究費で導入した高速パソコンとその上で走らせるCADシステム/設計プログラムが非常に有効であったこの実験では重心系後方に出た、原子核中の滞在時間が長いmesonに焦点を当てている。この設計/製作には本研究費で導入した高速パソコンとその上で走らせるCADシステム/設計プログラムが非常に有効であった
軟骨形成不全症の病因と病態に関する分子生物学的研究

線維芽細胞における機能蛋白質の発現様式の検査法としての二次元電気泳動法を確立し、多数の蛋白質の同体スクリ-ニングをおこなった。これまでのところ、特定の疾患と直接結びつく異常を発見するには至っていない。しかしパ-ソナルコンピュ-タを用いた簡易操作法は、今後より広い範囲での病因検索に用いることができるものと期待される。軟骨形成不全症に認められた異常蛋はスポットの解析を更にすすめた。この部分のみを目的とした分析を多数正常・疾患例におこなったところ、最初に考えたような疾患特異性のあるものではなく、量の違いはあるものの、特には他の個体にも検出し得ることが分かった。それは疾患の有無とは直接関係ないように思われた。従って本疾患の病因に直接結びつけることはできないという結論であった。しかし決してすべての個体に発現しているわけではないという事実はあり、その生現的意義の検索を開始したが、はっきりと解明することはできなかった。第三の成果は、上記のような、特定の疾患の蛋白質検出という方向への分析と同時に、遺伝子のレベルでの知見が確立した疾患として、我々がこれまでに分析をつづけてきた遺伝性ライソゾ-ム病の変異遺伝子の分析、発現蛋白質の特性の検討をおこなった。この研究により、異なった遺伝子変異が蛋白質機能障害のちがいとなってあらわれること、旦つそれには人種差のあることを明らかにした線維芽細胞における機能蛋白質の発現様式の検査法としての二次元電気泳動法を確立し、多数の蛋白質の同体スクリ-ニングをおこなった。この研究により、異なった遺伝子変異が蛋白質機能障害のちがいとなってあらわれること、旦つそれには人種差のあることを明らかにした軟骨形成不全症は、骨及び軟骨の形成不全を示す優性遺伝病であり、その病因は現在のところ全く不明である。本研究においては、この疾患を遺伝子異常の表現である蛋白質のレベルで検索し、その病因と病態を明らかにするとともに、生化学的、細胞学的アプロ-チをもとに、この病気の治療、予防の可能性を探ることを目的とする。そのためには細胞を構築する蛋白質の正確な分離同定法が必要となる。本年度は基礎的な方法論の確立と試料採取をおこない、方法の妥当性を検討した。この病気は中胚葉性の組織に病変があり、従って試料もそこに発現している細胞を用いる必要があるが、発生学的な分化、細胞の性質を考慮して、線維芽細胞をえらんだ。蛋白抽出条件を確立后、二次元電気泳動による分離、検出をおこない、それぞれのスポットをコンピュ-タを用いて同定する試みをおこなった。一応両現性のある結果が得られ、400種以上の蛋白質を認識することができた。次に細胞の条件によるパタ-ン変動でしらべた。年令、性など、それぞれの個体の一般的条件による変動はなかったが、培養中にマイコプラスマ感染をおこした細胞では、6つの新しいスポットが出現し、疾患分析をおこなう上に考慮しなければならないことが分った。これまでに数例の軟骨形成不全症患者由来の蛋白質分析をおこない、その一部に、2つの異常と思われるスポットを検出した。ただしこれらのスポットの出現は、同一細胞であっても必ずしも全く同じ出現様式を示すとはかぎらないようであり、来年度以降、更に検討をすすめたい。前年度にひきつづき、軟骨形成不全症患者由来線維芽細胞に発現すると考えられた蛋白質の同室、精製を試みた。二次元電気泳動法により、多くの遺伝性疾患患者由来の線維芽細胞中の蛋白質の分離を行ってきた経過中、この蛋白質の疾患特異性にやや疑問がもたれ、抽出条件、分離条件等、より基礎的検討の必要性が問題になってきたため、本年度はこの点の解明を主な目的にして研究をすすめた。その結果、正常細胞あるいは他の疾患においても、決して多数例ではないが、問題の蛋白質スポット近傍に染色される蛋白質のあること(その同一性についての確認はなされていないが)、軟骨形成不全症においても、実験条件により出現する蛋白質量に違いがみられることなどが明らかとなった。つまり、厳密な意味での疾患特異性の有無は来年度の課題として残されることになった。従ってまず蛋白質レベルでの分析条件、デ-タを確立し、その上でこの疾患の病態にすすむことになり、計画は多少修正することになった。

軟骨形成不全症にみられた異常蛋白スポットの解析を更にすすめ、その特異性,機能をしらべた、対象検体敢を増し、このスポットを重点的にしらべてみたところ、研究開始体に考えたような疾患特異性のあるものではなく、量のちがいはあるものの、他の正常又は病的個体にも検出できることがあることが分った。それは疾患の有無あるいは疾患の種類によらず、従って軟骨形成不全症に特異的に発視する蛋白質であるという可能性は否言された。しかし逆にすべての個体に発視しているわけでないことも事実であり、何らかの個体条件を考慮すべきであると思われた。単純な変型発現であるのかもしれない。その検討のため、この蛋白質の機能についての分析を開始したが、現在のところ不明である。このような、特定の疾患の蛋白質検出という方向への分析と同時に、遺伝子レベルでの知見が確立した疾患として、我々がこれまでに分析をつづけてきた遺伝性ライソゾ-ム病の変異遺伝子の分析、発現蛋白質の特性の検討でおこなった、ファブリ-拓,ガラクトンアリド-レス、ガングリオンド-ンスなどにおいて、異なった遺伝子変異が、蛋白質機能障害のちがいとなってあらわれること、旦つそれには人種差のあることが明らかになった。
チロシンフォスファターゼによる免疫制御機構の解明

細胞質型チロシンフォスファターゼであるPEPとその相同分子のPTP-PESTの機能分担と機能相補の解明に焦点を絞り研究を進めた。方法としては、それぞれの遺伝子の単独欠損マウスを用いると共に、それらを掛け合わせた二重遺伝子欠損マウスを作製し、解析を行った。具体的方法としては、PTP-PEST遺伝子欠損(LoxP挿入マウス)をT細胞に選択的にリコンビネースを発現するLckCre及びCD4Creマウスと掛け合わせ、T細胞に選択的なPTP-PEST単独欠損マウスを得た。加えて、このマウスと既存のPEP欠損マウスと掛け合わせ、最終的にPEP/PTP-PEST二重遺伝子欠損マウスを得た。樹立したこれらのマウスを用いて、生体内でのリンパ球の分化と生体外でのリンパ球の機能について検討を加えた。解析の結果、PEP単独欠損マウスでは末梢T細胞の増加を認めた一方で、PTP-PEST単独欠損マウスにおいては胸腺、末梢の両発達段階でのT細胞の減少を認めた。さらに、二重欠損マウスにおいては、それぞれの単独欠損マウスで認められた現象が相殺される事を見出した。生体外での機能について、リンパ球活性化を指標に検討した結果、末梢のT細胞受容体を介する増殖刺激に対してPEPは負の、PTP-PESTは正の制御因子として機能する事を明らかにした。これらの結果は、構造上類似する分子群であるPEPとPTP-PESTが、リンパ球分化と活性化の過程でそれぞれに独自の機能を有している事を強く示唆しており、構造上類似するタンパクの機能分担と機能相補についての生理機能の解析に緒をつけるものと考えている。
過活動膀胱ラットの脳脊髄への骨髄間質細胞移植による下部尿路機能の再構築

排尿障害を呈する脳梗塞ラットまたは脊髄損傷ラットの脳脊髄髄腔内へ骨髄間質細胞を移植し、下部尿路機能の再構築の可能性について検討した。その結果、ドナー由来の移植細胞は脳や脊髄に定着し、一部のラットでは移植由来細胞は神経様細胞に分化しており、排尿障害も部分的に改善された。初年度となる平成19年度は、胸髄損傷ラットの脊髄髄腔内への骨髄間質細胞移植による下部尿路機能の再構築の可能性について検討した。イソフルレン吸入麻酔下に下部胸髄で完全に脊髄を切断し、2週間経過した時点(慢性脊損で過活動膀胱状態時)のSD系ラットをレシピエントとし、Green fluorescent protein (GFP)ドナーラット由来のGFP陽性骨髄細胞浮遊液(1×10^<6-7>細胞/0.5ml)をレシピエントの腰仙髄領域の脊髄髄腔内に注入した(移植群)。シャム群として骨髄間質細胞の培養液のみを腰仙髄領域の脊髄髄腔内に注入したラットを置いた。移植から4週間後、ウレタン麻酔下の連続膀胱内圧測定と、腰仙髄組織におけるGFP陽性細胞の有無を検討した。その結果、移植群では自排尿を伴う膀胱収縮が一定間隔で検出された。残尿量は3-9mlとかなりの個体差があった。また、移植群の腰仙髄中にはレシピエントの神経細胞に混在したドナー由来のGFP陽性神経様細胞を多数認めた。以上のことから、胸髄損傷ラットへ移植した骨髄細胞は神経様細胞へと分化し、排尿障害を部分的に改善したことが示唆された。2年目となる平成20年度は、脳梗塞ラットの脳室内への骨髄間質細胞移植による下部尿路機能の再構築の可能性について検討した。SD系メスラットを対象に、イソフルレン吸入麻酔下に右内頚動脈からナイロン糸を脳底動脈まで挿入して脳梗塞を作製した。翌日、眼剣下垂があることを確認した脳梗塞ラットをレシピエントとし、Green fluorescent protein(GFP)ドナーラット由来のGFP陽性骨髄細胞浮遊液(1×10^5細胞/5μl)をレシピエントの左側脳室内に注入した(移植群)。シャム群として骨髄間質細胞の培養液のみを左側脳室内に注入したラットを置いた。移植から2日後、1週間後、または2週間後にウレタン麻酔下の連続膀胱内圧測定を行った。また、移植群では移植から4週間後に脳組織におけるGFP陽性細胞の有無を検討した。その結果、正常ラットに比べて脳梗塞直後(2日後)のシャム群および移植群の膀胱収縮間隔は短く、膀胱基線圧は上昇していた。しかし、移植群においては、脳梗塞直後に比べて2週間後には膀胱収縮間隔と膀胱基線圧共に正常ラットとほぼ同程度にまで改善していた。シャム群でも経時的に排尿反射は多少改善したが、その程度は移植群のほうが勝っていた。また、移植群の脳組織にはレシピエントの細胞に混在したドナー由来のGFP陽性神経様細胞が散在していた。以上のことから、脳梗塞ラットへ移植した骨髄細胞は脳組織で生着し、脳梗塞に伴う排尿障害を部分的に改善したことが示唆された。
機能性材料作製のための反応設計

本研究では、新しい機能を示す材料の創製をめざし、新しい反応プロセスを設計し、以下に示すような研究成果を得た。(1)メタクリル酸エステル、ヘテロ環状モノマ-などを金属ポルフィリン錯体を用いて、今までにない高い効率において重合することに成功した。またイモ-タル重合性も明らかとなった。(2)純粋な有機化合物では未知の強磁性体の達成を目指し、硫黄置換トリメチレンメタンジカチオンとジアニオンとの1:1電荷移動錯体及びスピロ架橋したTTFのポリマ-を合成し、磁気的性質を検討した。(3)リビングアニオン重合法により、両未端にアミノ基およびカルボキシル基を有する分子量分布の狭いポリスチレンおよびポリエチレンオキシドをそれぞれ合成した。両者を種々の溶媒中で混合し、膜にキャストするとアミノ基とカルボキシル基の強い相互作用により、ミクロ相分離構造に類似の秩序性の高い構造が形成されることを電子顕微鏡観察、小角および広角X線散乱、溶解度測定、熱分析から明らかにした。(4)テトラシアシクロオクタジインのアルキルリチウム触媒による開環重合により高重合度のポリマ-の合成に成功した。本法で合成したポリマ-は従来法のクロロシラン類のナトリウムによる縮合で合成したもよりも立体規則性に優れていることが示された。又、ポリマ-の薄膜のSbFt処理により、高い導電性を示すことに成功した。(5)鉛含有複合ペロブスカイト型化合物、PZT、PLZT圧電体薄膜を合成するために、有機金属化合物を原料として均一溶液を調製した。単結晶及びPtをコ-ティングしたSi基板においても、パイロクロア相の生成を抑制し、配向性膜合成に成功した。またPZT(53/47)薄膜の誘電率は、膜厚に大きく依存することが明らかとなった。
心房細動における心腎連関の機序解明

心房細動の原因は器質的心疾患のみならず、肥満・高血圧・睡眠時無呼吸症候群・代謝性疾患など多岐にわたる。一方、心房細動自体は塞栓症の原因となるほか、認知症、慢性腎臓病(CKD)などを惹起することも近年報告され始めている。CKDは心房細動の新規発症のリスクとされ、実際にCKD患者では心房細動の罹患率が高い。そして、CKDを合併した心房細動患者の予後は不良である。一方で興味深いことに、CKD患者において心房細動をカテーテルアブレーションで治療することにより、腎機能が改善するとの報告が複数存在する。このことは、CKDが心房細動の原因であるだけでなく、心房細動もCKDの進展に関与することを意味する。これらの知見は、心房細動における「心腎連関」の存在を強く示唆するが、そのメカニズムに関する報告は乏しいのが現状である。本研究の目的は、心房細動がCKDを進展させる機序を明らかにすることである。現在、カテーテルアブレーションを施行する持続性心房細動患者を対象に、腎機能、腎血流量、腎尿細管/間質障害(虚血・酸化ストレス・線維化)マーカー、炎症マーカー、凝固・線溶マーカー、心機能、筋交感神経活動などについて、心房細動時と洞調律時(治療の前後)で比較検討を行っている。これまでのところ、心房細動のカテーテルアブレーション後に再発を認めない患者群では、再発した患者群と比較してeGFRが有意に改善していることを見出している。心房細動に対してカテーテルアブレーションを施行した患者のデータを収集し、解析が進んでいる。カテーテルアブレーションを施行する心房細動患者を対象に、腎機能、腎血流量、腎尿細管/間質障害(虚血・酸化ストレス・線維化)マーカー、炎症マーカー、凝固・線溶マーカー、心機能、筋交感神経活動などについて、心房細動時と洞調律時(治療の前後)で比較検討を行っていく。また、アブレーション後に腎機能が改善する患者群を見出し、その機序を明らかにしていく。心房細動患者のカテーテルアブレーション前後における、腎尿細管/間質障害(虚血・酸化ストレス・線維化)マーカー、炎症マーカー、凝固・線溶マーカーの測定をサンプルが集積してから行うことにしたため、次年度使用額が生じた。これらは次年度以降に順次測定を行う予定である。
骨導超音波に対応した歯科騒音低減デバイスの開発を目指した研究

歯科における切削騒音が患者に不快感を与えている現状改善のために,本研究課題では, (1)歯科切削騒音の超音波領域を含む音響特性の把握すること,(2)主観的な印象である不快感に関与する音響物理要因について解明することを目的に研究を行った。その結果騒音レベルの低減だけでは対策として不十分であることを示し,音響パラメータであるシャープネスや変動強度への対策が歯科切削音による不快感軽減に必要不可欠であることを示した。これらの成果は今後効果的な新規デバイス開発に応用できるものである。本研究は,歯科における高周波と聴覚への影響(気導音,骨導音)について解明し,将来的には新たな騒音低減デバイスの開発を目的としている。平成19年度は,国内主要タービンについて,発生音の広帯域計測により周波数分布とその音響特性の分析を行った。1.国内主要タービンからの発生音の広帯域計測:日本国内で流通し入手可能な主要14機種のエアタービンハンドピースを対象とした。回転計デジタルタコメーターにてタービンの回転数を設定し,100kHzまでの測定周波数帯域を有す1/4インチコンデンサマイクロホン(UC-29,リオン)を用いて騒音計(NA-40,リオン)にて音圧レベルを計測し,騒音解析装置にて高速フーリエ変換解析(FFT)を行うことにより高周波帯域までの周波数分布を分析した。その結果,今回計測した全てのエアタービンから可聴域を超え,高い音圧レベルの周波数成分が含まれること.また,可聴域において突出した特長的な周波数成分を有することが明らかとなった。2.呈示音の作成と音響特性の解析(気導音):騒音解析装置に記録したデータを,騒音解析用コンピューター(VGN-GIABNS, Sony)に取り込み,PC上で音響編集解析ソフトを用いて,Duration 5sとなる呈示音を作成,周波数帯域ごとに編集する。各作成音について等価騒音レベル(LAeq)を算出し,呈示音の音響特性の解析を行った。その結果,タービンの機種により等価騒音レベルは大きく異なっていた。3.周波数帯域ごとの知覚閾値と感覚閾値の検討(気導音):PC上で作成した周波帯域ごとのタービン呈示音をDA変換器(UA-5,Ediro1)を通して被験者に呈示し,防音室内においてSemantic Differential methodによる感覚閾値を検討した。聴覚閾値,感覚閾値は周波数帯域により異なることがわかった。歯科における切削騒音が愚者に不快感を与えている現状改善のために,本研究課題では,歯科切削騒音の音響学的特徴による主観的に認知する不快感への影響について解明することを目的とし,将来的に新たな騒音低減デバイスの開発につなげようとするものである。これまでに,国内外の14機種の主要な歯科用エアタービンハンドピースを対象とした広帯域周波数解析を行い,歯科用エアタービン音には可聴域を超え高い音圧レベルの周波数成分が含まれること,また,可聴域において突出した特徴的な周波数成分を有することを明らかとしている。これらの音響額的特徴と主観的な印象である不快感との関係を客観的に評価するために,本年度は,騒音レベルおよび音質の加工を行った歯科用エアタービンの発生音を用いた心理評価実験を実施した。音の大きさの印象は,騒音レベルを65dBまで低減により小さい音として評価された。一方,不快でない音にするためには,空回転(無負荷条件)では60dB以下に,切削音では35dBまで低減しなければ印象の変化が認められないことが分かった。さらに,多変量解析を行った結果,不快な感情は,音響パラメータである等価騒音レベルだけではなく,さらに,シャープネスおよび変動強度を加えた予測モデルと強い相関が認められた。その結果,騒音レベルの低減だけでは対策として不十分であることを示し,シャープネスや変動強度への対策が歯科切削音による不快感軽減に必要不可欠であることを明らかにした。
学習者の理解状態と教材の関連を統計的に解析するe-Learning支援システム

学習者の理解状態と教材の関連を解析する関連構造分析モデルの設計と,「動機付け」の因子間の関連構造を3Dで描画して関連を導出する3D可視化分析手法の提案によって,教材の定量的な改善ができるe-Learning支援システムを開発した。そして,学習者の専攻領域における教材に対する「動機付け」因子を測定し,解状態と教材の関連を基にして教材の要因分析を行い,本解析結果が教材の定量的な改善に貢献できることを確認した。本研究の目的は,申請者が従来行ってきたe-Learning支援技術に関する研究を発展させ,学習者の専攻領域と教材に対する「動機付け」の因子レベルの測定を行い,学習者の理解状態と教材の関連を統計的分析手法によって解析して,教材の定量的な改善ができるe-Learning支援システムを開発し,その有用性を明らかにして学習者の理解状態と専攻領域に対応した効果的な教授戦略の実現にある。本年度は,この研究(2ケ年計画)の初年度に当たるもので,研究実績は以下のとおりである。(1)ARCS動機付けモデルを用いて,学習者の「動機付け」の因子レベルを測定するためのアセスメント尺度を設計した。(2)アセスメント尺度の測定機構を設計してLinaxサーバーに実装し,アセスメント尺度測定機構の評価実験によって本機構の機能を検証した。評価実験におけるモチベーションの解析では,因子間の関係を解析する統計的分析手法も新たに提案し,既に開発している関連構造描画機構によってモチベーションの関連構造を描画した。(3)基盤研究(C)17500662の支援で開発したテスト機構,順序関係解析機構,関連構造描画機構とアセスメント尺度測定機構をLinaxサーバーマシンに実装して結合テストを行った。(4)教育現場においてMITで開発されたプログラミング環境Processingを用いた評価実験を行い,理解状態と教材の関係を解析した。その結果,ARCS動機付けモデルを基にした芸術系のプログラミング学習におけるモチベーションモデルの構築ができ,モチベーションの因子間における関係の遷移を把握できることが確認できた。また,モチベーションの時系列的な解析が可能になることも確認できた。そして,学習者の専攻領域における教材の要因分析と,それに対応した教授戦略が提案できた。これらの成果については国内外の学会において発表を行った。本研究では,学習者の専攻領域における教材に対する「動機付け」の因子レベルの測定を行い,学習者の理解状態と教材の関連を統計的な分析手法によって解析して,教材の定量的な改善ができるe-Learning支援システムを開発し,その有用性を明らかにして学習者の理解状態と専攻領域に対応した効果的な教授戦略の実現を目的としている。2年間で得られた主な研究成果は次のとおりである。(1)基盤研究(C)17500662の支援で開発したテスト機構,順序関係解析機構,関連構造描画機構によって導出された理解状態と,教材との関連を解析する関連分析モデルを設計した。本モデルの設計では,「動機付け」の因子間の関連構造を3Dで描画し,その関連を導出する3D可視化分析手法を提案し,本モデルを用いて教材解析機構を構築してLinaxサーバーに実装した。(2)実際のプログラミング教育のデータを用いて,これら機構の結合テストを行い,e-Learning支援システムとしての操作性,利便性などの機能を評価した。(3)実際の教育現場においてProseccingを用いたプログラミング教育を実施し,本e-Learning支援システムの評価実験を行った。本実験においては,ゲームと美しさに関する領域が異なる二つのプログラミング教材も開発した。(4)評価実験で得られたデータと従来のe-Learningに関する知見によって,e-Learningにおける支援効果を評価した。その結果,学習フェーズの初期から中期においてプログラミング教材によって理解状態と教材の関連に有意な差異が生じることが確認できた。またARCSアンケート尺度によって,これら関連の詳細な解析が可能になることも確認できた。
消化管機能改善薬による副作用発現の危険因子の定量的評価に基づく適正使用法の構築

初年度において、消化管機能改善薬であるメトクロプラミドによる血漿中プロラクチン濃度上昇の脱感作現象が認められ、ドパミン-プロラクチンの相互フィードバックの存在が示唆された。本年度においては他のドパミンD2受容体遮断薬についても同様の検討を行い、副作用発現とD2受容体遮断作用との関係を説明する普遍的薬力学モデルを構築し、ヒトにおける副作用発現を未然に回避するための合理的な投与設計に必要な医薬品情報を構築を試みた。ドパミンD2受容体遮断薬としてドンペリドンを取り上げ、血漿中ドンペリドン濃度のHPLC法による微量定量法を確立し、その体内動態と血漿中プロラクチン濃度上昇との関係について検討した。ドンペリドンをラットに静脈内投与した場合もメトクロプラミドと同様の二相性の用量作用曲線が得られることを確認した。これらの関係を、既にメトクロプラミドについて構築した薬力学モデルにより解析し、D2受容体遮断薬によるプロラクチン濃度の上昇を普遍的に予測する方法論を検討中である。今後、各種D2受容体遮断薬によるプロラクチン上昇を説明する薬力学モデルを用いて、ヒトにおけるプロラクチン上昇を予測する方法論を検討する。D2受容体遮断作用には種差がないものと仮定して、プロラクチンの生成速度および消失速度、ドパミンによるプロラクチン生成の制御などのパラメータをヒトにおける生理的な値に置き換えて、ヒトにおけるプロラクチン濃度上昇を予測する。実際にD2受容体遮断薬を投与されている患者のプロラクチン濃度変化を検索し、予測の妥当性を検証する。消化器機能改善薬としてメトクロプラミドを取り上げ、その体内動態の決定因子および血中薬物濃度と血漿中プロラクチン濃度の上昇との関係の薬動力学的解析を試みた。メトクロプラミドは極めて大きな代謝クリアランスを示し、その体内動態は非線形であるが、その機構については明らかにされていない。本研究の結果、ラットにおいてもメトクロプラミドの非線形な代謝クリアランスが再現され、その非線形性は蛋白結合の飽和あるいは代謝の飽和では説明し得ないことが示され、肺での代謝あるいは肺組織への吸着が示唆された。メトクロプラミドを定速静脈内注入したところ血中プロラクチン濃度は用量依存的に上昇し、そのEC50値はメトクロプラミドのドパミンD2受容体への結合解離定数に匹敵した。また、薬物注入により血中薬物濃度が維持されているにもかかわらず、血中プロラクチン濃度は低下し、薬物に対する反応性の低下が認められた。この低下はプロラクチン貯蔵部位の枯渇では説明できず、何らかの生体制御系の関与が示唆された。メトクロプラミドとプロラクチンの血中濃度の関係をドパミン-プロラクチンの相互フィードバックモデルを用いて解析したところ、得られた薬動力学パラメータはメトクロプラミドによるドパミンD2受容体遮断作用およびプロラクチンの血中からの消失速度を説明でき、モデルの妥当性が示唆された。ドンペリドンについても同様の検討を計画しており、ドパミンD2受容体遮断薬による高プロラクチン血症の発現機序と回避法を確立する予定である。
モジュライ空間の研究-コンパクト化と周期写像-

1.Alexeev,Sankaran教授を招いて1997年5月に名古屋大学においてモジュライ多様体の研究集会を開催し、アーベル曲面のモジュライに対する結果を発表するとともに一般次元主偏極の場合のトーリックコンパクト化について議論した.また、6月の数理解析研究所でもう一度会って、理解を深めることができた.この方面では(1、5)型と(1、4)型の場合に標準レベル付偏極アーベル曲面のモジュライ空間と対応する正多面体多様体の間の双有理写像を具体的に構成した.対数多様体の概念を使うと見通し良くなることと可積分系との関係がこの研究で得られた新しい知見である.2.夏からは研究計画3)の幾何学的不変式論に本格的に取組み1997年12月にはMumfordのものとは違ってlinearizationの取り方によらない商多様体の構成を発見した.これについては具体的な例でその有効性を検証中である.また、幾何学的不変式論の基礎を検証し、不変式環の有限生成性や簡約代数群の線型簡約性の証明を簡素化することができた.3.1996年度より続いている3次超曲面の周期写像の研究では幾何学的不変式論で得られるモジュライ空間と対称空間の数論的商を比較し、モジュライ空間としてふさわしいコンパクト化の候補を見つけた.これは本来問題としていたK3曲面のモジュライ空間のコンパクト化についても示唆を与えている.次数の低い場合に安定K3曲面の候補を色々実験している.1.Alexeev,Sankaran教授を招いて1997年5月に名古屋大学においてモジュライ多様体の研究集会を開催し、アーベル曲面のモジュライに対する結果を発表するとともに一般次元主偏極の場合のトーリックコンパクト化について議論した.また、6月の数理解析研究所でもう一度会って、理解を深めることができた.この方面では(1、5)型と(1、4)型の場合に標準レベル付偏極アーベル曲面のモジュライ空間と対応する正多面体多様体の間の双有理写像を具体的に構成した.対数多様体の概念を使うと見通し良くなることと可積分系との関係がこの研究で得られた新しい知見である.2.夏からは研究計画3)の幾何学的不変式論に本格的に取組み1997年12月にはMumfordのものとは違ってlinearizationの取り方によらない商多様体の構成を発見した.これについては具体的な例でその有効性を検証中である.また、幾何学的不変式論の基礎を検証し、不変式環の有限生成性や簡約代数群の線型簡約性の証明を簡素化することができた.3.1996年度より続いている3次超曲面の周期写像の研究では幾何学的不変式論で得られるモジュライ空間と対称空間の数論的商を比較し、モジュライ空間としてふさわしいコンパクト化の候補を見つけた.これは本来問題としていたK3曲面のモジュライ空間のコンパクト化についても示唆を与えている.次数の低い場合に安定K3曲面の候補を色々実験している.研究計画1)と3)において実績をあげた。先ず、ベクトル束に対するBrill-Noether理論では、3次元Fano多様体の退化も記述出来るようにするために、理論の基礎付けを固めた。特に、Brill-Noether軌跡のLagrange定式化による定義をより正確にすることができた。また、モジュライ空間でのBrill-Noether軌跡の基本コホモロジー類を表す公式も得られた。実際にソフトウエアMapleを使って、公式の正しいことも確かめた。得られた結果は、数学49巻の巻頭の論説に報告した。いずれ、欧文誌に発表する予定である。また、偏極Abel曲面のモジュライ空間で10の場合を詳しく調べ、射影空間との間の有理写像を具体的なblow-upの合成に分解することができた。これについては、『Horrocks-Mumford map of A(1,5)to the Fano 3-fold U22』という題で10月に名古屋大学代数幾何学セミナーで講演した。Mnmfordや浪川によるトーラス的コンパクト化をよく勉強し、中村やAlexeevの最近の結果の理解にも積極的に取り組んだ。(数理解析研究所出張や中村氏の特別講演の現実など。)両研究計画ともに来年度の研究の準備は整ったと思う。商多様体の構成、3次超曲面の周期写像、そして、アーベル曲面と正多面体の関係において以下の成果を得た.1.アフィン代数多様体Xに簡約代数群Gが作用するときの商多様体X/Gを(対数的)代数多様体として構成した.この商は一般の軌道のモジュライ空間である.射影多様体の群作用による商はこれの特別な場合であるが、Mumfordの場合と違って我々の場合にはIinearizationの取り方によらずに定まる.1998年2月Warwick大学にて講演.2.周期写像の具体例として、4次元の3次超曲面を考察し、幾何学的不変式論によるモジュライとLooijengaによる周期領域の商の中間コンパクト化が同型であることを発見した.次数2のK3曲面の場合にLooijenga自身が示したことの類似である.3.標準レベル付きの(1,d)型の偏極アーベル曲面のモジュライ空間には自然なコンパクト化A(1,d)が存在する.

また、d≦5のときは正多面体群Γ⊂SO(3,C)が作用している.d=4,5のときに、A(1,d)からSO(3,C)/Γへの双有理写像を構成した.d=4のときΓは8面体群で、アーベル曲面の定義式の係数を使う.また、d=5でΓが20面体群のときは既に知られている3次元射影空間P∧3への双有理射にSO(3,C)/Γのコンパクト化として得られるファノ多様体の点からの3重射影の逆を合成する.それぞれ、1997年6月の数理解析研究所での研究集会を5月の名古屋大学でのワークショップで講演した.文責:向井(旧研究代表者)