hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
魚類の健康バイオセンシング「さかなドック」の創出に関する研究

1.カーボンナノチューブを応用した高感度グルコースバイオセンサの製作:魚類の血中グルコース濃度は,魚のストレスを知るための指標として知られている.そこで,白金イリジウム線にカーボンナノチューブを分散させたNafion分散溶液を塗布し,キトサンとフェロセンカルバルデヒドを脱水縮合反応させた後,ここにグルコースオキシダーゼを固定化することによりバイオセンサを作製した.本センサは,昨年度開発したセンサに比べて1.5倍の感度を示した.また,ティラピアを自由に遊泳させた状態で,その血糖値を測定したところ,3日間に渡ってのリアルタイムモニタリングに成功した.2.魚類の血中乳酸濃度測定のためのワイヤレスバイオセンサの製作:魚類血液中のL-乳酸濃度は,輸送ストレスや薬品暴露で増加することが知られており,近年になって魚類のストレス指標として用いられている.そこで,白金イリジウム線にナフィオンを塗布した後,乳酸オキシキシダーゼを固定化してL-乳酸測定用バイオセンサを作製した.このセンサをティラピアの眼球側面付近の粘膜内部に刺入し,防水加工を施したポテンシオスタット及び送信機を魚体に装着した.その結果,センサによる測定値と実際のL-乳酸濃度との間には良好な相関が認められ,魚を自由に遊泳させた状態でL-乳酸濃度のリアルタイムモニタリングを可能にした.本年は初年度ということもあり,各種バイオセンサの基礎的な開発研究(電子メディエータ応用の可能性,抗原抗体反応のCVによる解析等)を中心に検討を行った.その結果,バイオセンサによる血中グルコースおよびDHPの定量が可能となり,その成果は順調に得られているものと考えられる.25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,近年の養殖分野において迅速・簡便な測定法の確立が望まれている検査項目(ストレス度の測定,産卵時期の予測,抗病性の評価等)に対応可能な各種バイオセンサを製作し,これらを用いて魚類の健康度を,魚が遊泳している状態で総合的にモニタリングできるユビキタス・バイオセンシングシステムの構築を目標としている.魚の健康度の指標としては,血中グルコース濃度の変化が魚類のストレスの度合いや呼吸障害,栄養状態を示すことが明らかにされており,昨年度までの研究において測定値が血中の溶存酸素量に影響されない新規のグルコース測定用バイオセンサを開発することができた.本年度はこのセンサの更なる高感度化を目標に,先の知見を基に新たにカーボンナノチューブを応用することにより,より高感度なバイオセンサを構築することができた.一方,血中乳酸濃度の変化も輸送ストレスや薬品暴露で増加することが知られており,ストレスを知るための重要な測定項目になっている.そこで本年度は,魚の血中乳酸濃度をリアルタイムにモニタリング可能なバイオセンサの製作を試み,これについても新規センサを構築することができた.以上の理由により現在までの達成度は,順調に進展していると考えている.次年度は,高い導電性を有する新素材「カーボンナノチューブ」に着目し,これを上記バイオセンサに応用することにより測定値の更なるの高感度化の実現を目指す.また血中コレステロール,コルチゾルの測定についても同様の方法で試みる.25年度が最終年度であるため、記入しない。
脊椎動物のヒレ・四肢骨格形態差を生みだす糖鎖修飾と発生メカニズム

四肢(肩から指先)を構成する軟骨内化骨は、魚類胸ビレには根元に少ししか存在せず、代わりにうちわ状の膜性骨が存在するという骨格形態差が両者にはある。魚類特異的な膜性骨を形成する領域(apical fold)の形成過程を明らかにするため、本課題では全身で機能することが予想されていたext遺伝子(exostosin遺伝子、細胞外マトリックスを形成する)の機能を発生学的に解析したところ、extl3遺伝子およびext1c遺伝子がapical foldの形成に必要であり、全身で働く遺伝子が器官の局所の形態形成を支配し、魚類固有の特徴を規定していることを例示する成果を挙げた。脊椎動物の有対付属肢である胸ビレ・四肢の骨格パターン形成において、胸ビレにのみ特殊な膜内化骨(鰭条骨)が形成される点や(発生学的論点)、胸ビレが四肢に進化する際にこの膜内化骨を消失し軟骨内化骨のみで骨格パターンをつくるようになった点(進化学的論点)を考えると、膜内化骨形成機構の解明は細胞・組織分化、器官形成、形態進化を統合的に理解する上で格好の研究モデルである。本研究ではゼブラフィッシュ胸ビレにおいて側板中胚葉由来の細胞からどのようにして軟骨内化骨・膜内化骨が生じるのかを明らかにするため、骨分化過程に重要と思われるヘパラン硫酸型糖タンパク質(HSPG)の糖鎖修飾遺伝子であるExt(Exostosin glycosyltransferase)ファミリーに着目し、CRISPR/Cas9システムによる遺伝子ノックアウト法を用いて解析した。Ext遺伝子ファミリーはゼブラフィッシュの場合ext1b、ext1c、ext2、extl3があり、これらノックアウトフィッシュの骨格を観察した。ext2遺伝子変異体は胸ビレ骨格を完全に欠失することが既に報告されているが、本解析では正常に骨格形成がおこっていた。またその他ext遺伝子においてはヒレ全長の短縮として表現型が観察され、こうした骨の長さの短縮はマウスにおいてExt遺伝子をノックアウトした場合にも見られるものであった。また正常個体の胸ビレのなかに遺伝子変異体細胞をモザイクに有する個体を作成すべく、油圧式マニュピレーターを購入し細胞移植実験に取り組み、現在その精度を上げるテクニカルな試行錯誤を行っている。今後はノックアウトをする際のゲノム編集配列を変えても同じ結果が見られるかを検討する。またノックアウト個体における軟骨・骨の分子発生メカニズムを免疫染色法ならびにin situ hybridization法を用いて解析する予定である。本研究では、脊椎動物の有対付属肢(胸ビレや四肢)の骨格形態差を生みだす一因として、Exostosin (Ext)遺伝子群による糖鎖修飾の関与がある可能性を昨年度までに見い出した。本年度はExt遺伝子群のうちの4遺伝子(Ext1b, Ext1c, Ext2, Extl3遺伝子)の機能を遺伝学的に解析するため、CRISPR/Cas9システムを用いて4遺伝子をそれぞれノックアウトした個体(F0世代)の子孫(F1世代)を得ることに成功した。また4遺伝子のうち任意の2遺伝子を選んでダブルノックアウト個体を作製したところ、鰭条骨形成領域(四肢には無く胸ビレに存在する)が欠失する2遺伝子の組み合わせがあることが判明した。4遺伝子のmRNAの局在をwhole-mount in situ hybridization法によって解析したところ、鰭条骨形成領域のみに発現する遺伝子や、鰭条骨形成領域・軟骨内化骨形成領域共に発現する遺伝子など、遺伝子発現パターンの違いが4遺伝子間で観察された。したがってExt遺伝子群はこれまでに国内外での多くの先行研究によって骨形成に関与することが分かっていたが、本研究によってExt遺伝子がどの領域・どの組み合わせで発現するかによって骨形成機構が変化する可能性が浮上した(矢野ら、第121回日本解剖学会総会・全国学術集会(2016年3月)にて報告)。また本年度は昨年度に開始できなかったマウス四肢におけるExt遺伝子の機能解析を実施した。Ext遺伝子を四肢特異的にノックアウトする実験系を立ち上げ、四肢骨格の評価を行った。先行研究ではExt遺伝子の欠損によるヒトやマウスの四肢長骨の形成異常(骨の短縮や骨軟骨腫)が報告されていたが、現時点までに研究代表者・矢野の実験系では指の欠失や四肢骨格パターンの明瞭な変化など、生後0日目から外見上明らかな骨格変化が観察された。昨年度は研究費配分が所属機関全体として遅れたために研究の進捗に支障があった。本年度はこの遅れを取り戻すのに十分な研究の進捗が得られた。具体的にはゼブラフィッシュ変異体の作製、マウス変異体の作製といった本研究の中心となる実験系が機能し、研究計画段階で予想できた結果・予想外の結果のいずれのデータも得られた。特にこれまで研究代表者・矢野がゼブラフィッシュを用いて得た結果の派生研究として計画したマウスの遺伝子機能解析は、ゼブラフィッシュに比して費用や手間がかかるだけでなく、骨格異常が表現型として得られるかどうか申請段階から不安な側面もあった。しかし現在までに得られたExt遺伝子欠損マウスの四肢骨格表現型は明瞭であり、これを以ってして当初の計画以上の成果が得られているとも言えよう。ただし糖鎖修飾の生化学的解析に着手できていない点は一部遅れがあると評価せざるを得ない。また同時進行的に遂行した内容の異なる研究課題(基盤研究(C)、研究代表者:岡部正隆、矢野は分担研究者として参画)でも一定の成果が得られ、さらに人体解剖学・組織学実習等の医学教育活動にも従事したが、これら活動エフォートは本研究課題に対するエフォートを圧迫することなく予定通りに研究推進することができた。

本研究課題を継続して遂行することによって骨形成研究・四肢発生研究・進化発生学的研究への寄与と、Ext遺伝子群を基軸とした次なるステップへの研究発展が可能になる。これは独立した若手研究者に対して将来の発展が期待できる個人研究を推進する、若手研究(B)の理念に合致した進捗状況であると自己評価した。本年度は、Exostosin(Ext)遺伝子群による糖鎖修飾と付属肢骨格形成への関与についての解析のうち、昨年度までに得られた成果をさらに精査するために実験を行った。まずMasselinkらによって見い出されたI型コラーゲンと鰭条骨領域形成の関連性を検証すべく、ゼブラフィッシュcol1a1抗体を用いた免疫染色を行った。野生型胚およびextl3変異体胚を用いて解析したところ、両者に明瞭な差は見られなかった。また、Nakamuraらによって見い出されたhoxa13a遺伝子と鰭条骨領域形成との関連性を検証すべく、in situ hybridization法による遺伝子発現解析を行った。野生型胚においては既に遺伝子発現が消失する胸ビレ発生後期において、extl3変異体胚ではhoxa13a遺伝子の発現が強く残存していた。Nakamuraらの報告で非常に興味深い点は、hoxa13a遺伝子ノックアウト個体のヒレ形態であり、これはWnt関連遺伝子であるrspo2遺伝子のノックアウト個体と酷似している(Tatsumi et al, FEBS Lett (2014))。そこでrspo2遺伝子の発現をextl3変異体胚で確認したところ、野生型胚に比べてrspo2遺伝子発現領域は狭いもしくは点状に存在するのみであった。したがってHoxやWntなどの形態形成に重要な因子とならんで、ユビキタスな糖鎖修飾酵素の有無が特定の骨組織を形成する可能性が示唆された。本年度終了直前に研究補助事業期間の延長申請を行い、これが受理された。これは初年度の研究開始時期の遅れに一部起因するものではあるものの、研究の進捗状況としては遅れていることを意味している。事実、本研究課題のうち糖鎖に関する生化学検査を未だ遂行できていない。一方で、前年度までの成果をもって研究実施計画は達成できており、また本年度出版された2報の論文を出版直後に即時検証できた点は、研究補助事業として数カ年計画で遂行される科研費の強みを生かせたのではないかと考えている。昨年度までの実施計画で遂行できなかった部分について、本年度は研究期間の延長のもと実施した。本研究課題では糖鎖修飾酵素(exostosin, ext)がゼブラフィッシュの胸鰭発生に及ぼす影響を明らかにすることで、器官形成機構を理解することを主目的としている。組織における糖鎖の正常分布を生化学的に解析するため、本年度はMALDI-TOFMS法(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization - Time of Flight Mass Spectrometry)によるin situイメージングを行った。ガラススライドに貼り付けた胸鰭原基にレーザーを多点照射しイオン化した糖を検出することによって、組織・器官の部位特異的な糖鎖構造を多数検知した。
可溶型（プロ）レニン受容体産生機構の解明

Site-1 protease (S1P)が可溶型プロレニン受容体(可溶型PRR)を産生する可能性を検証した。ヒトPRRを発現させたCHO細胞の内在性S1PをsiRNAで減少させると可溶型PRR産生は抑制された。逆に、遺伝子導入してS1Pを過剰発現させると可溶型PRR産生は増加した。S1P阻害剤PF429242はCHO細胞とHeLa細胞で可溶型PRR産生を抑制したが、ADAM阻害剤GM6001は抑制しなかった。Furin阻害剤Iは可溶型PRR量には影響しなかったが、そのサイズを増加させた。これらの結果から、可溶型PRRはS1Pとfurinの段階的プロセシングによって産生されることが示唆された。本研究は,臓器障害の新規バイオマーカーとして近年注目されている可溶型(プロ)レニン受容体(可溶型PRR)について,その生成機構を明らかにすることを目的としている。可溶型PRRは,膜結合型(全長型)PRRが細胞内プロテアーゼ(プロセシング酵素)によって限定的に切断されて生成する。可溶型PRRを生成するプロセシング酵素として,これまでにfurinとADAM19が報告されているが,これらの働きでは十分に説明できないデータが存在している。そこで本研究では,研究代表者が予想する第3のプロテアーゼが可溶型PRR生成に関わるプロセシング酵素である可能性を検証する。平成26年度,候補プロテアーゼが可溶型PRR生成に関与しているかどうか検討し,次の結果を得た。(1)遺伝子導入によって,ヒト培養細胞HEK293Tに全長型ヒトPRRを単独,もしくは候補プロテアーゼと共に発現させた。その結果,候補プロテアーゼとの共発現において,可溶型PRRの生成効率が上昇した。(2)研究代表者が樹立したCHO/hPRR-10His細胞では,内在性の細胞内プロテアーゼによって可溶型PRRが作られている。この細胞に,候補プロテアーゼを標的とするsiRNAを導入した結果,可溶型PRR生成量が減少した。また,(3)この細胞を,furin阻害剤,ADAM阻害剤,もしくは候補プロテアーゼ阻害剤で処理した結果,furin阻害剤と候補プロテアーゼ阻害剤とで可溶型PRR生成量が減少した。ADAM阻害剤による目立った影響はなかった。これらの結果は,可溶型PRRの生成に候補プロテアーゼが関与していることを強く示唆している。さらに阻害剤を用いた詳細な解析の結果から,可溶型PRRは,先ず候補プロテアーゼが全長型PRRを切断し,次いでfurinが作用するという2段階プロセシングを経て生成するというモデルを構築するに至った。本研究は,臓器障害の新規バイオマーカーとして近年注目されている可溶型(プロ)レニン受容体(可溶型PRR)について,その産生機構を明らかにすることを目的としている。可溶型PRRは,膜結合型(全長型)PRRが細胞内プロテアーゼ(プロセシング酵素)によって特定部位で切断されて生成する。可溶型PRRを産生するプロセシング酵素として,これまでにfurinとADAM19が報告されているが,これらの働きでは十分に説明できないデータがある。本研究では,研究代表者が予想する第3のプロテアーゼが可溶型PRR産生に関わるプロセシング酵素である可能性を検証する。平成26年度に実施した生化学的解析の結果から,可溶型PRR産生機構として,全長型PRRに候補プロテアーゼとfurinが段階的に作用するモデルが導かれた。そこで平成27年度,切断部位の異なるこれら2種類の可溶型PRRを識別するための切断部位特異的抗体を作製した。2つの抗体がそれぞれ意図した交叉性をもつことが,合成ペプチドを用いたELISA法,ならびに,大腸菌発現系で生産した組換え型可溶型PRRを用いたウェスタンブロット法によって確認された。そこで,ヒトPRR遺伝子を導入した細胞株CHO/hPRR-10Hisが産生する可溶型PRRを,両抗体を用いたウェスタンブロット法によって解析した。候補プロテアーゼによる予測切断部位を標的とする抗体は細胞内の可溶型PRRに反応したが,培地中の可溶型PRRには反応しなかった。このことから,候補プロテアーゼが関与する段階的プロセシングのモデルが支持された。しかし,furinによる予測切断部位を標的とする抗体は,細胞内と培地中のどちらの可溶型PRRとも反応しなかった。このことから,furinで切断されて生じたC末端部位は,さらに修飾されている可能性が示唆された。本研究は,可溶型(プロ)レニン受容体(可溶型PRR)の産生機構を明らかにすることを目的としている。申請時に本研究の成否の鍵を握る研究ツールとして位置付けていた「切断部位特異的抗体」を,本年度,作製した。合成ペプチドを用いたELISA法による評価,ならびに,大腸菌発現系で生産した組換え型可溶型PRRを用いたウェスタンブロット法による評価によって,意図した抗体の作製に成功したことが確認された。得られた抗体を用いて,ヒトPRRを発現する培養細胞を解析した結果,研究代表者が予想する候補プロテアーゼが可溶型PRR産生に関わるという,学術的な新知見を支持するデータが得られた。全体的には,交付申請書に記載の研究計画に沿って,おおむね順調に進展している。

本研究は,臓器障害の新規バイオマーカーとして近年注目されている可溶型(プロ)レニン受容体(可溶型PRR)について,その産生機構の解明を目的として行われた。可溶型PRRは,膜結合型(全長型)PRRが細胞内プロテアーゼ(プロセシング酵素)によって特定部位で切断されて生成する。可溶型PRRを産生するプロセシング酵素として,Cousinら(2009年)によってfurin,Yoshikawaら(2011年)によってADAM19という相容れない報告がなされていた。研究代表者は本研究の成果に基づき,第3のプロテアーゼsite-1 proteaseとfurinによる段階的プロセシングという新しい可溶型PRR産生機構モデルを提唱する論文を発表した(Nakagawa T, et al. 2017)。可溶型PRRが「どのように」作られるかという問題に対して一定の結論を得た。本年度は,可溶型PRR産生が「いつ(=どのような時に/どのような条件で)」起こるのかを調べた。PRRと同様に,主として小胞体に局在し,ゴルジ体でsite-1 proteaseによって切断される膜タンパク質として,小胞体ストレスセンサータンパク質ATF6がある。ATF6の切断は小胞体ストレスによって引き起こされる。そこで,PRRも小胞体ストレス下で切断されると予想し,その可能性を検証した。ヒト子宮頸がん由来HeLa細胞を,小胞体ストレス誘導剤として知られるジチオスレイトール,タプシガルギン,ツニカマイシン,2-デオキシグルコースで処理した結果,ジチオスレイトールと2-デオキシグルコースで可溶型PRRが増加したが,タプシガルギンとツニカマイシンによる効果は見られなかった。このことから,可溶型PRR産生は小胞体ストレスに共通して起きるものではないが,還元的条件およびグルコース欠乏によって可溶型PRR産生が増加する可能性が示唆された。可溶型PRRと病態との関連性を明らかにする上で,重要な知見だと考えられる。Site-1 protease (S1P)が可溶型プロレニン受容体(可溶型PRR)を産生する可能性を検証した。ヒトPRRを発現させたCHO細胞の内在性S1PをsiRNAで減少させると可溶型PRR産生は抑制された。逆に、遺伝子導入してS1Pを過剰発現させると可溶型PRR産生は増加した。S1P阻害剤PF429242はCHO細胞とHeLa細胞で可溶型PRR産生を抑制したが、ADAM阻害剤GM6001は抑制しなかった。Furin阻害剤Iは可溶型PRR量には影響しなかったが、そのサイズを増加させた。これらの結果から、可溶型PRRはS1Pとfurinの段階的プロセシングによって産生されることが示唆された。研究計画に沿って,遺伝子導入による候補プロテアーゼとの共発現実験,siRNAを用いた候補プロテアーゼのノックダウン実験,プロテアーゼ阻害剤を用いた阻害実験を行い,候補プロテアーゼの関与を強く示唆する結果が得られている。さらなる解析の結果,可溶型PRRは,先ず候補プロテアーゼが全長型PRRを切断し,次いでfurinが作用するという2段階プロセシングを経て生成するというモデルを構築するに至った。一方,切断部位を特定する目的でPRRの膜結合断片の精製を試みたが,十分量の目的タンパク質は得られず,切断部位の特定には至らなかった。切断部位の特定は,別の手法を検討することとした。全体的には,交付申請書に記載の研究計画に沿って,おおむね順調に進展していると判断している。
非受容体型チロシンキナーゼによる細胞核制御機構の研究

一般に細胞膜直下において機能すると考えられている非受容体型チロシンキナーゼが、遺伝子発現と細胞機能の調節の場である細胞核に移行し、細胞核内におけるタンパク質チロシンリン酸化を介してDNA損傷チェックポイント、アポトーシス関連クロマチン凝集、細胞核構造の制御を行うことが示され、またその分子機構についての知見を得た。分子標的型抗癌剤およびがんの化学療法・放射線治療に新たな道が開けることが期待される。細胞核内において非受容体型チロシンキナーゼと相互作用するタンパク質の同定を目的として、報告されている方法(Methods Enzymol, 370, 430, 2003)に従って、HeLa S3細胞より核局在型Lynを含むタンパク質の複合体を精製し、その構成因子を質量分析によって決定し核局在型Lynの相互作用タンパク質を同定した。一方で、核局在型Lynを安定に発現する細胞株は姉妹染色分体の分配とDNA傷害剤存在下でのG2/M期の進行に異常を示した。いずれの表現型もキナーゼ活性依存的であり、核内において非受容体型チロシンキナーゼが細胞周期とDNA損傷応答に関与している可能性が示された。また核内移行することが知られている受容体型チロシンキナーゼの一つであるErbB4の細胞内ドメインを核局在化シグナルとの融合タンパク質として安定に発現する細胞株を樹立した。今後、核局在型Lynと同様の手法によってErbB4の核内の相互作用タンパク質の探索をおこなっていく。近年受容体型および非受容体型チロシンキナーゼが核内に移行することが示され、その細胞核機能への関与に興味がもたれているが、その機能と分子メカニズムはいまだに未解明な点が多い。今回非受容体型チロシンキナーゼの一つであるLynの核内における相互作用タンパク質が同定され、また細胞周期とDNA損傷応答に関連する表現型が確認されたことは、それぞれのプロセスにおいて非受容体型チロシンキナーゼによる制御が存在する可能性を示している。今後、これらの表現型とタンパク質-タンパク質相互作用、双方の解析と比較検討によってチロシンリン酸化による細胞核機能制御の解析が大きく進展することが期待される。我々が見出した核局在型Lynによって誘導される姉妹染色分体の分配の異常とDNA傷害剤存在下でのG2/M期の進行の異常について解析をおこなった。核局在型Lynによってキナーゼ活性依存的にG2/M期DNA損傷チェックポイントに異常が生じることを見出した。同様の表現型を内在性のSrc型チロシンキナーゼ(SFK)についても確認し、その分子メカニズムの解析を特にチェックポイントキナーゼとの関連を中心に行った。また姉妹染色分体の分配異常に関連する表現型として、SFKとスピンドルチェックポイントの関連を示唆するデータを得た。一方、ErbB4細胞内ドメインを核内に安定に発現する細胞株より、ErbB4の相互作用タンパク質を精製し質量分析によって相互作用タンパク質の解析を行った。さらに、我々が見出したAblによって誘導される核内構造の異常について、特にその生理的な意義について重点的に解析を行った。我々が扱っているチロシンキナーゼはいずれも細胞の癌化と癌の治療に密接に関連していることが知られているものであり、実際に臨床的に抗癌剤の分子標的となっているタンパク質群である。これらのタンパク質と、癌の化学療法・放射線治療の効果に深く関わるDNA損傷チェックポイントおよび細胞周期制御機構との関連が示されたことは、現在臨床的に用いられている抗癌剤の治療効果の分子基盤にあらたな知見を加えるものである。今後、これらのチロシンキナーゼと細胞周期制御機構との関連の解析が、癌の化学療法・放射線治療の進展に寄与することを期待している。
π電子材料が切り拓く触媒反応の新たな可能性

新規な疎水場構築法として、ルイス酸触媒とπ電子材料との複合化概念の下、単層カーボンナノチューブ(SWNT)表面を活用する手法を考案し、π電子構造体を活用する新規Lewis酸触媒開発を実証すべく研究を推進している。所属研究室が過去に報告しているLewis酸界面活性剤一体型触媒(LASC)の概念を活用し、ドデシル硫酸アニオンとSWNT表面との相互作用を通じてSWNTおよび金属カチオンの水中高分散を実現し、結果的にπ電子構造体と金属カチオンとの相互作用を基盤とする構想である。このときアニオン性界面活性剤部位を介してSWNT表面にアンカーされるカチオン部位はSWNT表面に広がるπ電子雲からの電子供与を受け電子状態の改変を受けることが期待され、またSWNT表面の強烈な疎水性は疎水性基質や疎水性の不斉配位子を集約するのに好都合であり、ナノチューブ表面を反応場として活用することができると考えられる。すなわち媒体が水である場合に最も効果的であると予測されることから水中反応場という独自の切り口を持ち込み、通常は失活の原因となってしまうアルドキシムなどの配位性基質を用いて活性Lewis酸の特徴を活かした新規触媒的不斉反応を見出すことを主たる目的としていた。各種測定や実験によって触媒系の概念実証に成功し、Science誌に論文発表するに至っている。本研究において初めてカーボンナノチューブを担体以外の目的で有機化学反応に応用することに成功し、また予期した通り反応媒体として水を使用したときのみ高い活性と選択性が得られるという知見を得ている。従来は不斉制御が困難だった新しい光学活性ニトロン化合物の合成手段の開発に繋がっており、反応系可溶化のために一般的に使用される有機溶媒を用いることなく水の利点を存分に活かした結果である。世界的にみても類似の研究例は現在のところ全くなく、独創性の高い研究成果と言える。各種測定法を駆使して当初目的としていた触媒系の概念実証には成功し、論文発表にまで漕ぎ着けることができた。本研究成果はプレスリリースを行った。殊にニッケル錯体側、SWNT側双方において得られた複数の吸収・発光スペクトルデータは想定していた両者間の電子カップリングと矛盾せず、半導体型特有の現象であることを確認できたことは更なる応用を目指す上で極めて重要な成果である。SWNTは製法の違いのみならず反応条件の軽微な差によってすら直径やカイラリティの分布が異なるため、分散や吸着の程度も異なり量産されたSWNTを用いて高い触媒活性を得ることは難しい。SWNT分散液評価法の確立を目指す外、他のπ電子材料を用いて安定的に高活性触媒を構築する方法について、現在検討を行っている。
無線通信環境をみるコンピュータビジョン技術

無線通信環境をみるコンピュータビジョン技術の研究目的は、カメラやレーダなどの視覚(ビジョン)データから無線通信品質を予測することである。ミリ波通信や可視光通信、テラヘルツ通信など超高周波帯を用いた通信では、歩行者や車、植物などが見通し通信路を遮蔽すると信号電力が大きく低下し、通信品質を劣化させる。一方、反射物となるようなものが近傍に存在すれば、強い反射波を受信することで通信を継続することができる。このような電波伝搬空間情報はカメラやレーダなどビジョンデータに内包されており、それを読み解くことで通信品質を予測できる可能性がある。平成30年度は、これまで確立してきた深度カメラ画像からミリ波通信受信電力を予測する技術を応用し、RGBカメラ画像からミリ波通信受信電力を予測する技術について検討した。RGBカメラは深度カメラと比較して廉価であり、Webカメラや監視カメラなど広く用いられていることから、既存のカメラを転用することで設置コストを大幅に削減できる。一方、深度画像では取得可能であった奥行き情報が失われるため、予測精度が低下する可能性がある。特に、カメラの奥行き方向に歩行者が移動する場合においては予測精度低下の可能性が高い。本研究では、グレースケール変換したRGB画像を、画像処理で代表的に用いられる特徴抽出手法である画像差分とエッジ抽出を施した画像を入力として、機械学習により受信電力を予測する手法を検討し、入力に深度画像を用いた場合と同程度の性能が達成できることを示した。当初計画に記載していた方式の高度化に関してRGB画像への適用範囲拡大を実現した。また、文献調査により、次年度以降に予定している特徴抽出に関係する知識、具体的にはCNNにおける画像上の着目点の抽出手法や特徴重要度の算出手法などの知見を蓄えることができ、今後の研究進展に大いに寄与することが期待される。ミリ波通信受信電力予測に関して、予測精度を向上させるための入力画像の処理について検討する。具体的には、予測精度向上に寄与する特徴をうまく抽出する一方で、冗長な情報を削減し、機械学習モデルをコンパクトにすることで、少ない学習データ量でも高い予測精度を達成する方法を検討する。今年度想定していたビジョンセンサ購入について、実験評価において既存設備で可能な範囲の規模となることから購入を見送ったこと、および、出張旅費において招待等で別途支給されたため、次年度使用額が生じた。次年度は今年度得られた成果をまとめ国際会議への参加・発表を複数回行うとともに、不足している端末やセンサの追加購入を行う。
運動時のエネルギー代謝調節への中枢の関与とその機構に関する研究

持久運動のエネルギー源は、時間経過に伴い、糖から脂肪酸へ移行する。このエネルギー基質調節機構はまだ解明されていない。運動時にラット脳内で増加するTGF-βは、脳内投与により安静時の呼吸商を低下させる。本研究では脳内TGF-βに着目し、運動時のエネルギー代謝調節機構を、中枢神経系の関与及び主要臓器(肝臓、骨格筋)間の相互作用という観点から解明することを目的とした。まず初めに、エネルギー代謝の変化を詳細に研究するため、小動物の運動(筋収縮)を精密かつ経時的に調節可能なシステムを構築することを試みた。麻酔下ラットの左右下肢(大腿四頭筋、腓腹筋)に電極を刺し、電気刺激による筋収縮を起こし、運動モデルとしての検討を行った。周波数を様々に設定した時の血中乳酸、酸素消費量、心拍数を測定した結果、周波数依存的に増大する傾向が見られたことから、周浪数により運動強度が調節できることが示唆された。この時の乳酸閾値は周波数2-5Hzであった。2-5Hz刺激時の呼吸交換比は刺激直後は上昇し、時間と共に漸減する変化が観察された。これは持久運動初期の変化と同様であった。次に、麻酔下のラット下肢筋へ2Hz電気刺激を行い、定量的に筋収縮させ、各臓器の動静脈からカニューレを介し採血し、血中エネルギー基質成分を経時的に解析した。結果、時間経過に伴い、骨格筋での乳酸放出減少と、肝臓でのケトン体生成増加傾向を確認した。これより骨格筋での糖質利用の減少と、肝臓での脂肪酸酸化の亢進が示唆された。このとき脳内TGF-β量が、電気刺激強度依存的に上昇した。さらにTGF-βの脳内投与は肝臓でのケトン体生成増加に関し、電気刺激時と同様の傾向を示した。以上より、運動時のエネルギー代謝調節に、TGF-βを介して中枢神経系が関与する可能性が示唆された。
19世紀オスマン帝国におけるアルメニア共同体指導層と多文化の統合

本年度は、トルコにおいて3度の、そしてイギリスで1度の短期史料調査を行い、19世紀オスマン帝国のアルメニア共同体指導層に関して情報を収集した。その結果、彼らの活動に関係する様々な文書を発見しただけでなく、共同体指導層の予備軍となるアルメニア人オスマン官僚として、履歴簿と呼ばれる史料群から1500名を見つけることができ、今後の研究の基礎を築くことができた。こうして収集した史料をもとに、アルメニア共同体指導層がオスマン政府とアルメニア共同体の調整役としてどのような役割を果たしたかを論ずるべく、「政治的口上書禁止問題」と「アルメニア人墓地接収問題」を分析した。これらの問題においては、オスマン政府のムスリム高官と、アルメニア共同体をとりまとめる組織だった総主教座のあいだで利害の調整が必要となった。その際、両者のあいだでなされた交渉において、非公式の調整役としての役割を果たしたのが、一方でアルメニア共同体の指導的な立場にあり、他方でオスマン官僚でもあった人物たちだったことを、アルメニア語史料の読解に基づいて明らかにし、それぞれに関して研究発表を行った。さらに、アルメニア人オスマン官僚に関して、その学歴に見られる傾向を分析し、「帝国末期オスマン・アルメニア人の学校選択」と題する研究発表を行った。加えて、イスタンブルのアルメニア共同体指導層が、東部アナトリアのアルメニア人の状況を問題化する過程を論じた論文"For the Fatherland and the State":Armenians Negotiate the Tanzimat Reformsを、中東研究の分野で国際的に権威の高い学術雑誌International Journal of Middle EastStudiesに投稿した。同論文は、2013年2月発行の第45巻1号に掲載された。
中国殷代社会構造の研究－青銅器と玉器の生産・流通を中心に－

第3年度の研究成果は、下記のとおりである。(1)殷代青銅器・鋳型の実見調査:昨年度に続き、79月に台湾中央研究院で殷墟青銅器の実見調査を行った。その成果は、学会誌(査読有)に論文投稿し、すでに3校段階である。まもなく出版される。また、10月には中国陝西省周原遺跡で鋳型の実見調査を行った。日本国内でも青銅器を所蔵する研究機関へ赴き、資料調査・データ収集を進めた。(2)殷周青銅器鋳型の製作実験:昨年度に続き、6月・7月に富山大学で鋳型製作実験を行った。その成果は、8月のアジア鋳造技術史学会台北大会で報告済である。H30年度に論文を執筆する予定である。(3)青銅器資料の収集:都以外での青銅器の生産・流通状況を知るための一例として、山東蘇埠屯遺跡出土青銅器群を取り上げ、資料の収集・分析を進行中である。その成果は、H30年度以降となる予定である。(4)青銅器研究への3D技術導入の試み:青銅器製作技術研究の一環として、3D計測技術・データを用いた青銅器研究法をテーマに新たに民間助成金を獲得し、目下研究を拡大中である。(5)著書の刊行:『殷代青銅器の生産体制ー青銅器と銘文の製作からみる工房分業ー』を刊行した。刊行費用は別途、東京大学の助成金を獲得した。(6)海外誌への論文投稿:これまでに国内誌に発表した論文を中国語訳し、中国の学術誌に投稿した。全体を通して、第2年度までの研究をさらに深めつつ、同時に3D技術を用いた青銅器研究、外部資金獲得等、新たな方向へ研究を展開させることができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、青銅器および玉器の生産・流通から、殷代及びその並行期における中国全体の社会構造の復元を目指すものである。本年度は、その第1年度として、まず青銅器生産のあり方の解明に焦点を当て、以下4つの作業を行った。(1)殷代青銅器研究の基礎作業として、各種の発掘報告書、簡報等を手がかりに、過去中国全域で出土した殷代青銅器のデータベース作成した。(2)殷代における青銅器生産体制のあり方を解明する際、従来あまり着目されることのなかった青銅器銘文(金文)に焦点を当て、1銘文の形と2作り方を手掛かりに、青銅器そのものの生産のあり方を復元していく方法を考えた。本年度は、研究の構想を練り、基礎的な実験を行い、研究計画の細部を詰めた。研究計画の実行は来年度以降である。(3)東京大学にて殷周青銅器研究を円滑に進めるための情報収集の一環として、文学部考古学研究室の所蔵する金石著録に関する調査・目録作成を行った。また、これらの金石著録が収集された当時の、中国考古学に関わる日本の学界の動向との関係性について考察した。その成果は東文研・ASNET共催セミナー第121回(2015年7月)で報告した。(4)湖北省武漢市盤龍城遺跡にて、近2年の発掘調査で出土した「印紋硬陶」の実見調査を行った。「印紋硬陶」は、殷代における威信材のひとつとして考えられ、当該時期における青銅器の生産・流通の比較対象となり得る。現地では、製作技術に関する情報の採取、実測、写真撮影を行った。これらの情報は現在整理中である。本研究課題が、殷代青銅器・玉器の生産・流通を対象としているのに対し、本年度はまず殷代青銅器資料の集成を進めると共に、青銅器生産に関連する問題について検討を進めた。その中で、青銅器銘文という新たな方向性を見出し、今後その検討を実現していくための体制作り・基礎的実験を進めた。青銅器生産に関する研究については、当初の予定より深化したと言える。また、本年度は殷代玉器にまでは研究が及ばなかったが、代わりに印紋硬陶に関する現地調査を実行することができた。研究計画にはなかったこととして、金石著録に関する調査・報告を行うこともできた。なお、申請当初は、第1年度に米国調査を計画していたが、青銅器研究を上記のように展開させることができたためそちらに時間が必要だったこと、また2016年度には米国で東アジア考古学会議が開かれることから、それへの参加と合わせて、第2年度に持ち越すことにした。本研究計画の第2年次度は、青銅器の生産研究を中心に、次の4点を行った。(1)殷代青銅器の実見調査:2016年6月に、米国プリンストン大学博物館(プリンストン)及びメトロポリタン美術館(ニューヨーク)にて、殷周青銅器の実見調査を行った。2016年78月及び2017年1月に、台湾・中央研究院歴史語言研究所にて、殷墟青銅器及びその銘文の実見調査を行った。殷代青銅爵約20点分を調査・実測し、主に鋳型製作法に関する観察を行った。現在、その観察結果をもとに、論文を執筆中である。また、日本国内では2016年7月・9月に、泉屋博古館(京都市)にて殷周青銅器の実見調査を行った。

その成果は、2016年11月に開催された日本中国考古学会2016年度京都大会にて、「レプリカ法を用いた銘文製作法研究の試み」として、ポスター発表済である。その後同年12月に行った継続調査と合わせ、現在論文を執筆中である。(2)殷周青銅器の製作実験:2016年7月・12月に富山大学、2017年2月に芦屋釜の里(遠賀郡芦屋町)で行われた中国古代青銅器の復元実験に見学した。これらを踏まえ、2017年3月には、富山大学にて、殷代青銅器銘文を対象とした原型製作実験を実施した。その研究成果は今後報告できるように、目下整理中である。(3)著書の出版:一昨年提出した博士学位論文をもとに、それに加筆・修正を行ったものを、単著として出版する予定である。出版に際しては、東京大学の学術成果刊行助成金を得ている。(4)長江流域盤龍城遺跡出土硬陶に関する研究:2014年12月に行った国際会議報告をもとに、海外誌(中国)へ論文を投稿した。現在までに行っている研究内容は、当初の研究計画のうち、青銅器の生産部分に偏りがある。そのため、自己評価は「やや遅れている」と判断した。しかしながらその一方で、青銅器生産に関する研究は、国内外での実見調査、図面や観察メモの作成など、当初の予定よりかなり深く幅広いものとなっている。また、3Dスキャンデータ解析といった新たな研究法の開拓を進めることができた。また、今年度行った研究は青銅器製作の中でも、銘文製作にやや偏るものの、著書1冊を出版、論文2本(ともに海外誌)を執筆、学会報告6件(うち3件は国際会議での報告)を行った。これらは皆今年度の成果であると考えている。第3年度の研究成果は、下記のとおりである。(1)殷代青銅器・鋳型の実見調査:昨年度に続き、79月に台湾中央研究院で殷墟青銅器の実見調査を行った。その成果は、学会誌(査読有)に論文投稿し、すでに3校段階である。まもなく出版される。また、10月には中国陝西省周原遺跡で鋳型の実見調査を行った。日本国内でも青銅器を所蔵する研究機関へ赴き、資料調査・データ収集を進めた。(2)殷周青銅器鋳型の製作実験:昨年度に続き、6月・7月に富山大学で鋳型製作実験を行った。その成果は、8月のアジア鋳造技術史学会台北大会で報告済である。H30年度に論文を執筆する予定である。(3)青銅器資料の収集:都以外での青銅器の生産・流通状況を知るための一例として、山東蘇埠屯遺跡出土青銅器群を取り上げ、資料の収集・分析を進行中である。その成果は、H30年度以降となる予定である。(4)青銅器研究への3D技術導入の試み:青銅器製作技術研究の一環として、3D計測技術・データを用いた青銅器研究法をテーマに新たに民間助成金を獲得し、目下研究を拡大中である。(5)著書の刊行:『殷代青銅器の生産体制ー青銅器と銘文の製作からみる工房分業ー』を刊行した。刊行費用は別途、東京大学の助成金を獲得した。(6)海外誌への論文投稿:これまでに国内誌に発表した論文を中国語訳し、中国の学術誌に投稿した。全体を通して、第2年度までの研究をさらに深めつつ、同時に3D技術を用いた青銅器研究、外部資金獲得等、新たな方向へ研究を展開させることができた。第2年度は、青銅器の製作技術を中心とした生産をめぐる問題について、上記の計画を実行に移していき、国内外の学会・シンポジウムでの報告、論文の執筆を進める。青銅器の流通をめぐる問題については、殷代青銅器についてのデータベース作りを継続する。青銅器の出土しない殷代遺跡についても、発掘報告書・簡報・『文物地図集』・『中国考古学年鑑』等に基づき、関連情報を集成する。
メタマテリアル媒質中の非均一パルス伝搬

1.均質な吸収媒質における非均一波の発生と負の屈折媒質界面における光の反射や透過を論じているほとんどの研究では,波数ベクトルは実部が屈折率,虚部が吸収を表すような複素屈折率を成分に持つベクトルとして記述されており,波数ベクトルの実部と虚部は空間的に平行である。これに対して,マクスウェル方程式はより一般的な解を許す。すなわち,波数ベクトルの実部と虚部は非平行であってもよく,このような波を非均一波(inhomogeneous wave)と呼ぶ。非均一波の空間伝搬特性を明らかにするため,我々はマクスウェル方程式とベクトル解析に基づいた解析を進め,一般的なスネルの法則を導き出した。一般的なスネルの法則によると,入射波と反射波は進行方向が界面に対して対称なだけで,波の性質自体は全く同一であることが簡単にわかる。透過波については話はもっと複雑であるが,より詳細な解析の結果,透過波の屈折率および減衰係数は,媒質パラメータに依存するだけでなく,位相ベクトルと減衰ベクトルの界面への入射角などにも依存するということがわかった。2.メタマテリアルにおける入射光の無指向的平行化1.に要約した吸収媒質間の界面における非均一波の発生と伝搬の研究によって,媒質界面で入射光がどのように反射および透過するかが理解できたので,次の段階として,今度はどのような媒質条件であれば所望の透過角度が得られるかについて考えた。ここでは特に,いかなる入射角に対しても透過角が0°であるような媒質が設計できるかどうか,また,もし設計できるのであれば,その媒質はどのような条件を満たさなければならないかについて考えた。基本的なアイディアはFengらによって2012年に提案されており,彼らはp偏光した光が誘電率であるメタマテリアルに任意の角度で入射すると,入射波のエネルギー流は必ず界面に垂直な方向に向かう,ということを示した。(抄録なし)メタマテリアルとは波長よりも遙かに微小な構造を持った人工材料のことであり,光に対して自然界に存在する物質とは全く異なる応答をする。メタマテリアルの持つこの特異な性質は,定性的には光照射によって生じた局所電場および磁場により,入射光に対するメタマテリアル媒質の光学応答が通常の媒質とは大幅に異なる,と理解することができる。これまでの研究で,我々は,メタマテリアル媒質中を超短レーザーパルスが空間伝搬した場合にパルス伝搬速度がパルスのチャープに依存するということを数値的に発見し,解析的手法によってその物理的起源を明らかにしたが,メタマテリアルと外(空気)との境界条件は考慮しなかった。本年度の研究では,まず,電磁波の伝搬を記述する基本式であるマクスウェル方程式にまで立ち帰り,メタマテリアルが均一媒質であると仮定した上で必要な関係式の導出を試みた。すなわち,2つの異なる媒質が1つの界面を境として接している場合について,波数ベクトルが最も一般的な形,すなわち,複素ベクトルとなると仮定し,境界条件からその実部(位相ベクトル)と虚部(減衰ベクトル)の間の関係式を導出し,これら2つのベクトルの幾何学的関係を明らかにした。これにより,負の屈折率を持つメタマテリアル(negative index metamaterials)の重要な性質の1つとされている,「負の屈折」の物理的意味を明らかにした。さらには,1界面の場合をさらに拡張し,2界面の場合についても位相ベクトルと減衰ベクトルの幾何学的関係を明らかにした。本課題は昨年10月に開始したが,すでに1篇の論文を執筆し,現在投稿しているところである。従って,おおむね順調に進展していると判断する。

現在は,メタマテリアルが均一であると仮定しているが,実際のメタマテリアルは層構造を持っており,均一と見なすことはできない。そこで,次のステップとして,メタマテリアルが不均一媒質であると言う現実を踏まえた上での研究を展開することが重要な方向の1つであると考えている。(抄録なし)
高気圧水素療法による二次性脳損傷抑制効果の検討

頭部外傷における二次性損傷の原因や増悪因子のひとつに活性酸素があげられる。きわめて強力な抗酸化作用を持つ水素分子は、活性酸素の作用を抑制し、さまざまな病態において治療効果を発揮する可能性が指摘されているが、これまでのところ、その臨床的な有用性は確認されていない。この原因として、従来の方法では生体内で十分な作用を発揮できるだけの水素投与法としては不十分であった可能性が考えられる。そこで効率よく水素の生体内作用を引き出す可能性を検証するために、頭部外傷実験モデルに対して、高気圧条件下に水素を投与した際の二次性損傷抑制効果を検討することを目的とした。当初、作成した実験的頭部外傷モデルに対して、当施設に既存のバロテックハニュウダ製の大型気密性高圧チャンバーを用いて高圧水素投与をおこなう予定であったが、高圧チャンバーのメンテナンスに関して支障をきたしたため、急遽代替の気密性高圧チャンバーを使用することにした。現在、代替の高圧チャンバーの動作確認をおこなっており、安定した高圧水素供給を確認でき次第、予定していた実験にとりかかる。上記の理由から今年度は、高圧水素投与の前段階として、確立された実験モデルであるCCI(Controlled Cortical Impact)装置を用いてマウスの実験的頭部外傷モデルを作成し、受傷7日目に行動実験(Y迷路試験、強制水泳試験)をおこなったところ、外傷群では非外傷群と比較して有意に記銘力障害、うつ様行動がみられることを確認した。使用を予定していた大型気密性高圧チャンバーのメンテナンスに支障をきたしたため。高圧チャンバーの代替品を入手したため、動作確認をおこなっている。安定した高圧水素供給を確認でき次第、当初行う予定であった実験に取り組む。高圧チャンバーメンテナンスの支障により研究に遅れが生じたため。
ショウジョウバエのDNAポリメラーゼδ及びεの精製とモノクローナル抗体の作成、その組織分布の研究

私達は、一昨年度以来、ショウジョウバエ胚からのDNAポリメラーゼδ及びε型の精製とそのモノクローナル抗体の作成を目的としてきた。昨年度に、既に両酵素の存在と精製法を報告したので、次に、ヒトの同酵素の塩基配列を利用して、そのcatalytic subunitの遺伝子クローニング、および部分合成ペプチドを用いたポリ及びモノクローナル抗体作成を開始した。現在までに、ショウジョウバエpol-εのcatalytic subunit(250kDa)の遺伝子のクローニングは、全長の約60%の配列を決定した。分かった部分の配列を比較した結果、ヒトのpol-εと約65%、酵母のpol-IIと約55%のホモロジーがあることがわかった。また、ショウジョウバエのpol-δに関しては、その遺伝子クローニングはLehmanらにより95年にすでに為されており、その結果を利用して部分配列を合成した。この二つの部分配列のPCR増幅プローブを用いて、ショウジョウバエの発生過程の各時期のノーザンブロット分析を行った。pol-δは発生初期の受精直後から4時間までの時期(卵割の非常に急速な時期)に大量に発現しており、その後急速に減少する。そして、12-16時間の時期(幼虫細胞の初期)に再び少し発現される。その後は成虫の雌のみに発現していた。これは卵巣に蓄積しているものと考えられる。pol-εの場合は現在調査中である。さらに、現在、DNAポリメラーゼδ及びεの部分配列を用いてGST-fusion peptidesを得て、その抗体もポリクローナル抗体は得たところであり、ウェスタンブロット実験に着手したところである。モノクローナル抗体の作成は現在進行中である。現在、pol-εの遺伝子の全配列の同定を急いでいる。さらに、一昨年度のこれらの酵素精製過程で、もう1種の分子量がpol-εと良く似た異なるポリメラーゼ種をみいだしたので、本年度は、この酵素種の精製も並行して行ってきた。この分子種は、分子量は約230kDaで、一般的な諸性質はよく知られた5種のどのポリメラーゼ種とも異なっていた。この材料には関連酵素の突然変異株(mus205,209,308)が存在し、当研究室で保存しているが、同じ頃に、アメリカの1グループによって、mos308遺伝子がクローニングされたが、この配列から予想される酵素の性質とそっくりであった。彼らの結果によれば、本遺伝子は大腸菌のpol I遺伝子と約55%のホモロジーをもち、真核生物ホモローグである可能性を示した。現在私たちは、このグループと共同して、私たちの得たポリメラーゼ画分がその蛋白質としての実体であるかどうかを確認している最中である。現在までに、私たちは、このポリメラーゼ種の精製にほぼ成功しており、少なくともmus308の胚では、この酵素種が欠損しているようである。現在この酵素種の最初の論文を準備中である。

現在私たちは、このグループと共同して、私たちの得たポリメラーゼ画分がその蛋白質としての実体であるかどうかを確認している最中である。現在までに、私たちは、このポリメラーゼ種の精製にほぼ成功しており、少なくともmus308の胚では、この酵素種が欠損しているようである。現在この酵素種の最初の論文を準備中である。
離散最適化における,異種解決アプローチの融合によるアルゴリズム論の展開

1.木被覆問題の近似可能性については.無向グラフにおける解明は一応の決着が見られているのに対し,有向グラフにおいては未解明であった.本研究では,入力を層別グラフに制限することで,有向木被覆問題の近似保証は(P=NPでない限り)Ω(log n)となり,と同時に,k層層別グラフではO(log^<k-1>n)倍近似可能であることを示した2.グラフ理論における基本問題である独立集合問題は,重要なグラフクラスであるd-claw freeグラフにおいて,自然な局所探索法により(d-1+ε)/2倍近似(ただし,ε>0)できることが知られている.一方,グラフの頂点に任意の重みを許すと,変則的局所探索法が現在最良の近似アルゴリズムであり,Ω(n^d)時間d/2倍近似,もしくは任意のdで2(d-1)/3倍近似が可能である.本研究では,頂点重み分布に制限のある条件下で,同問題に対する標準的局所探索法の有効性を検証し,その結果,異なる重みの比が大きい(つまり>(3/2)(1+1/(d-1)))場合,すべての重みが1以上2未満である場合,およびこれら二つの場合を統合したケースのそれぞれで,従来の近似精度保証を改善できることを示した3.基本オンライン問題である古典的スキーレンタル問題を一般化した多状態スキーレンタル問題について,与えられたインスタンスに対し達成可能な最適戦略の競合比を最適競合比として定義する.本研究では,この最適競合比の下限は,プレーヤーの選択肢の数をk+1個とすると(k+1)^k/((k+1)^k-k^k)であり,よって,いかなるインスタンスに対し最適戦略をとっても,競合比はe/(e-1)より小さくできないことを示した.また,状態数を3つに限定すると上限は2.47であり,選択肢を4つに限定すると上限は2.75であることも示した.1.木被覆問題の近似可能性については.無向グラフにおける解明は一応の決着が見られているのに対し,有向グラフにおいては未解明であった.本研究では,入力を層別グラフに制限することで,有向木被覆問題の近似保証は(P=NPでない限り)Ω(log n)となり,と同時に,k層層別グラフではO(log^<k-1>n)倍近似可能であることを示した2.グラフ理論における基本問題である独立集合問題は,重要なグラフクラスであるd-claw freeグラフにおいて,自然な局所探索法により(d-1+ε)/2倍近似(ただし,ε>0)できることが知られている.一方,グラフの頂点に任意の重みを許すと,変則的局所探索法が現在最良の近似アルゴリズムであり,Ω(n^d)時間d/2倍近似,もしくは任意のdで2(d-1)/3倍近似が可能である.本研究では,頂点重み分布に制限のある条件下で,同問題に対する標準的局所探索法の有効性を検証し,その結果,異なる重みの比が大きい(つまり>(3/2)(1+1/(d-1)))場合,すべての重みが1以上2未満である場合,およびこれら二つの場合を統合したケースのそれぞれで,従来の近似精度保証を改善できることを示した3.基本オンライン問題である古典的スキーレンタル問題を一般化した多状態スキーレンタル問題について,与えられたインスタンスに対し達成可能な最適戦略の競合比を最適競合比として定義する.本研究では,この最適競合比の下限は,プレーヤーの選択肢の数をk+1個とすると(k+1)^k/((k+1)^k-k^k)であり,よって,いかなるインスタンスに対し最適戦略をとっても,競合比はe/(e-1)より小さくできないことを示した.また,状態数を3つに限定すると上限は2.47であり,選択肢を4つに限定すると上限は2.75であることも示した.グラフの木被覆問題は,無向グラフの各頂点に隣接するように施設を木状配置する問題との関連から,Arkinらによって導入され,一様コストの場合に2倍近似保証アルゴリズムが示された。その後,一般コストの場合でも2倍近似保証が可能であることが,研究代表者により示された。このように,無向グラフ上の木被覆問題に対する近似可能性の解明は一応の決着が見られたため,同問題を有向グラフ上へ拡張し,その近似可能性について新たに知見を得ることを本研究の目標とした。得られた成果を要約すると,以下の通りである:1.層別グラフというグラフクラスがあるが,入力を2層層別グラフに制限し,更に辺コストに制限を加えることで,有向木被覆問題は集合被覆問題と等価となり,後者の近似困難性より,前者の近似保証は(P=NPでない限り)Ω(logn)となる.一方,一般の有向木被覆問題は有向シュタイナー木問題に還元でき,そのためO(n^ε)近似可能である.2.そこで,入力を2層層別グラフに限定した有向木被覆問題(ただし,辺コストは制限なし)について考え,O(logn)倍近似可能であることを示す.3. 2.の結果を発展させ,入力をk層層別グラフに限定した有向木被覆問題(ただし,辺コストは制限なし)に対しても,O(log^<k-1>n)倍近似可能であることを示す.グラフの独立集合問題は,グラフ理論における基本問題であるが,一般には多項式時間では近似することすら難しいNP困難問題でもある.一方,重要なグラフクラスにd-claw freeグラフがあり,入力を同グラフに制限すると,自然な局所探索法により(d-1+□)/2倍近似(ただし,□>0)できることが知られている.