hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粉粒体が示す緩慢な運動と流動化現象

深層のクリープ運動との比較を行ない、表層流と深層のクリープ運動は、表層から深部に至るまで、速度プロファイルは連続であるが、表層と深部で異なる特徴的長さを持つ2つの領域に区分されることが分かった。深部の運動について、より詳しい解析をすることで、深部のクリープ運動が時間スケールの繰り込みによって深さ方向に一様に存在するように見直せることが分かった。このことは、クリープ運動という運動形態が、ある一定の深さで終焉するものではなく、むしろ延々と続いているものであることを示唆している。すなわちある深さ以上にある粒子が未来永劫留まっていると考えるのは間違いで、ある深さの粒子は充分な長さの時間後には組み換え運動を起こすと思われる。但し、この必要な時間は深さの指数関数で増加する為、実際の状況で考えるべき深さの上限は、もっとも長い(観測の)時間スケールで決定されることになる。また、平均流方向に対して垂直・平行な方向への粒子の拡散過程を調べ、垂直方向に関してはノーマルな拡散、平行方向に関しては異常拡散となっていることがわかった。
ヒト胚性幹(ES)細胞を生かすことができるヒトフィーダー単離システムの創成

ヒト胚性幹(ES)細胞は,体を構成するすべての細胞へと分化できる多能性を保持し,増殖し続けることができる極めてユニークな細胞である。この2つの特性を利用して,ES細胞を糖尿病やパーキンソン病などに対する細胞移植療法の細胞供給源として使用することが大きく期待されている。ヒトES細胞培養ではフィーダー(栄養支持)細胞を用いて,培養を行う。培養液中にはウシ胎児血清(或いはウシ胎児血清代替物)を用い,フィーダー細胞は多くの場合マウス胎児の細胞を用いている。最近,このような異種のものを含む環境下で培養維持されたヒトES細胞にはN-グリコリルノイラミン酸という糖鎖の発現が認められた。N-グリコリルノイラミン酸は,通常ヒト細胞では存在せず,体内において異質な糖鎖として免疫系が反応し細胞は"異物"として排除される。将来の再生医療応用を見据えた場合,現在のヒトES細胞培養システムを再生医療対応型へ改善しなくてはならない。本研究では,ヒト組織からフィーダー細胞を樹立し,ヒトES細胞未分化維持能を検定するシステム構築を行う。本邦ではヒトES細胞が慎重に運用され容易に利用できない環境にあり,ヒトES細胞代替細胞で適切なヒトフィーダー細胞を選定していくシステムが存在すれば非常に有用性が高い。周産期,成育期の組織より細胞ラインを樹立培養する。国立成育医療センター倫理委員会において倫理審査を受け既に承認を受けており,適切なインフォームドコンセント手続き経て組織を得ている。具体的には,胎盤,臍帯,羊膜などの胎児付属物や手術検体として得られる骨・軟骨組織からの間葉系細胞である。これまでの先行実験により同じ組織内においても部位の違い(例えば臍帯の胎児側と胎盤側)により遺伝子発現パターン等違いがあることがわかってきた。本研究では解剖学的な組織形態の別に分離した各組織から細胞ラインを樹立を行った。
植物Ｎー結合型糖鎖分解の経路解明とその経路破綻植物体の機能解析

植物糖タンパク質のN型糖鎖の分解について、これまでにハイマンノース型糖鎖の分解経路を明らかにしていた。本研究では、α1,3-フコシダーゼの遺伝子を同定し、この基質特異性から植物コンプレックス型糖鎖の分解経路を初めて解明した。また当遺伝子のノックアウト植物は、糖鎖構造に大きな変化をもたらし、一つの酵素の欠損がN型糖鎖の分解に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。植物N型糖鎖の分解経路は、これまで未解明であった。申請者がエンド-β-マンノシダーゼを同定し、その遺伝子のクローニング、基質特異性解析を行ったことで、分解経路が解明され始めた。この酵素の基質特異性は厳密で、ハイマンノース型糖鎖に液胞α-マンノシダーゼが作用して優先的に生じる糖鎖のみを基質とし、分解する。この分解経路は植物特有のもので、先に解明されていた哺乳動物N型糖鎖分解経路とは異なるものであった。植物N型糖鎖の分解に関わる酵素は、エンド-β-マンノシダーゼしか遺伝子クローニングされておらず、解明が遅れている。本研究は、植物N型糖鎖の分解経路を解明することを目的として、分解に関わる酵素遺伝子を同定するものである。平成24年度は、植物コンプレックス型糖鎖の分解に関与するα1,3-フコシダーゼの同定を行った。植物フコシダーゼの研究は40年ほど行われてきているが、植物コンプレックス型糖鎖に作用するα1,3-フコシダーゼは未同定である。シロイヌナズナのα1,3-フコシダーゼ候補遺伝子がコードするタンパク質をメタノール資化性酵母で発現させた。本酵素の基質となり得る植物コンプレックス型糖鎖の一連の部分分解物を調製し、本酵素を作用させた。本酵素は当初の予想とは異なり、植物コンプレックス型糖鎖の分解が進んだ短い糖鎖であるGlcNAcb1-4(Fuca1-3)GlcNAcにのみ作用することが明らかになった。初めて植物コンプレックス型糖鎖に作用するα1,3-フコシダーゼを同定できたことで、植物コンプレックス型糖鎖の分解経路を描くことができた。植物糖タンパク質のN型糖鎖は、ハイマンノース型とα1,3-フコース残基を有する植物コンプレックス型に大別される。これらは最終的に液胞で分解される。これまでに、エンド-β-マンノシダーゼを同定し、その基質特異性解析から、植物特有のハイマンノース型糖鎖の分解経路を明らかにしていた。しかし、植物コンプレックス型糖鎖の分解経路は、未解明であった。昨年度までに、植物コンプレックス型糖鎖の分解に関与するα1,3-フコシダーゼの遺伝子を同定した。さらに、基質特異性解析を行い、植物コンプレックス型糖鎖の分解経路を初めて提出した。今年度は、この酵素が関与する植物コンプレックス型糖鎖の分解経路を明確にするために、α1,3-フコシダーゼ遺伝子ノックアウト植物(T-DNA挿入変異体)の解析を行った。変異体では、はっきりとした表現型の変化は観察されず、α1,3-フコシダーゼによる糖鎖分解は、通常条件下では生育に関与しなかった。変異体はα1,3-フコシダーゼ活性が検出されず、この遺伝子がα1,3-フコシダーゼをコードすることを裏付けた。変異体のN型糖鎖は、α1,3-フコシダーゼが基質とするGlcNAcβ1-4(Fucα1-3)GlcNAcが分解されずに残っていた。これは、α1,3-フコシダーゼがGlcNAcβ1-4(Fucα1-3)GlcNAcを基質とするという生化学的解析の結果と一致し、植物コンプレックス型糖鎖の分解経路を明確にできた。また、変異体では、他の糖鎖も分解されずに残っており、糖タンパク質糖鎖の分解全体が滞っていた。これは、糖タンパク質糖鎖の分解には複数の酵素が連携していることを示唆している。本研究は、植物N型糖鎖の分解経路を解明することを目的として、分解に関わる酵素遺伝子の同定を計画した。平成23年度は、エンド-β-マンノシダーゼと基質特性が相補的な液胞α-マンノシダーゼの遺伝子同定を試みた。シロイヌナズナから液胞α-マンノシダーゼの候補遺伝子を3種類見いだした。これらの候補遺伝子がコードするタンパク質は液胞で発現することが既に報告されている。

これらの遺伝子をメタノール資化性酵母の発現ベクターに組み込み、タンパク質の発現を行った。タンパク質は発現したものの、活性をもつタンパク質はこれまでに得られていない。一方、これらの遺伝子ノックアウト(T-DNA挿入変異体)シロイヌナズナでは、顕著にα-マンノシダーゼ活性が減少し、これらの遺伝子がα-マンノシダーゼをコードしていることを示した。さらに、申請計画にはなかったが、植物N型糖鎖分解に関わるα1,3-フコシダーゼの候補遺伝子がコードするタンパク質のメタノール資化性酵母での発現に成功した。現在、このタンパク質の精製を行っており、基質特異性解析を行い、植物N型糖鎖分解のどの経路に関わるか、解明する。当初の計画では、平成24年度は植物コンプレックス型糖鎖に作用するβ1,2-キシロシダーゼの遺伝子同定に向けた研究を行う予定であった。しかし、α1,3-フコシダーゼ候補タンパク質の発現が順調に進んだため、α1,3-フコシダーゼの同定を進めた。このα1,3-フコシダーゼの遺伝子同定に向けた実験が進んでいるため、区分2の達成度とした。当初の計画では、平成23年度は液胞α-マンノシダーゼとβ1,2-キシロシダーゼの遺伝子同定に向けた研究を行う予定であった。しかし、他の研究室でβ1,2-キシロシダーゼの遺伝子クローニングがされたとの情報が入ったため、β1,2-キシロシダーゼでなく、α1,3-フコシダーゼの遺伝子同定に向けた研究を進めた。液胞α-マンノシダーゼ、α1,3-フコシダーゼの遺伝子同定に向けた実験が進んでいるため、区分2の達成度とした。次年度以降も、基本的に申請した研究計画に沿って、植物N型糖鎖分解経路に関わる酵素遺伝子の同定を進める。植物コンプレックス型糖鎖に作用するα1,3-フコシダーゼについては、さらなる詳細な基質特異性解析を進め、植物コンプレックス型糖鎖の分解におけるこの酵素の役割を解明する。さらに、この酵素のノックアウト植物体の解析を進め、この酵素による糖鎖分解の植物体への影響を調査する。植物コンプレックス型糖鎖に作用するβ1,2-キシロシダーゼの同定を進める。シロイヌナズナのゲノム情報を用いて、候補遺伝子を挙げ、それらがコードするタンパク質の酵母での発現を試みる。昨年度までに調製した植物コンプレックス型糖鎖の部分分解物を作用させ、基質特性を明らかにし、植物コンプレックス型糖鎖の分解経路を解明する。平成24年度の経費執行はほぼ計画通りであったが、より効率的に物品購入を行った結果、端数が未使用金として生じた。次年度はこの端数も含め、上で述べた今後の研究の推進方策に従い、使用する予定である。次年度に使用する予定の研究費は、目的タンパク質の酵母での発現、糖鎖の調製、遺伝子ノックアウト植物体の解析に必要な薬品類、プラスチック器具類の費用(80万円)として用いる。DNA塩基配列解析、タンパク質アミノ酸配列解析などの委託分析費用等に10万円を充てる。学術研究集会における発表のための旅費に10万円を用いる。次年度に使用する予定の研究費は、目的タンパク質の発現が進行中であるため生じたものである。そのため、次年度研究費と共に、23年度に進めた液胞α-マンノシダーゼ、α1,3-フコシダーゼの発現のための実験、遺伝子同定に向けた実験に用いる。
次世代半導体デバイスのための遷移金属材料プラズマエッチングプロセスの開発

次世代超大規模集積回路(ULSI)におけるゲート絶縁膜材料として有望視されている酸化ハフニウム(HfO_2)に注目し、ゲート幅が数十ナノメートルのMOSFETを形成するためのプラズマエッチング技術を確立することを目指している。プラズマエッチングでは、多くの場合、非加工物にハロゲン(塩素やフッ素など)を作用させ、揮発物質を生成することによりエッチングを実現している。本研究では、産業分野において扱いやすいと予想されるフルオロカーボンガスを用いてHfO_2を加工した。また、ガスに含まれる炭素種の表面反応を理解するために、炭素膜(ダイヤモンド状炭素膜(DLC))表面におけるエッチング反応の解析も行った。CF_4/O_2/ArプラズマによるHfO_2エッチングの特性においては、SiO_2のそれと類似する点があり、CF_4/Arプラズマにおけるエッチング速度を上回る条件が存在することから、炭素や酸素を含む粒子のHfO_2エッチングへの寄与が示唆された。また、DLCのエッチング速度はO_2流量に比例して増大し、DLCは酸素と反応してCO、CO2、COF_2といった揮発性の高い反応生成物を形成すると考えられる。さらに、DLCエッチングにおいて、炭素やフッ素を含む活性種がエッチャントとして作用し得る条件が見いだされた。このことからHfO_2表面におけるエッチング反応を理解することもできると考える。SiやSiO_2上に炭素膜が堆積しながらもHfO_2がエッチングされる条件が、これまでの研究よりも多く見いだされたが、このことは堆積種であると考えられる炭素を多く含む活性種が、HfO_2エッチングにおいてはエッチャントに成りうることを示す。Hfなどの遷移金属と炭素との反応は興味深く、Si基板に対するHfO_2の選択エッチングを実現する上で有用な化学反応である。今後、この反応についてさらに理解を深め、高度なエッチングプロセス制御のための知見を得たいと考えている。本研究では、産業分野において扱いやすいと予想されるフッ素系ガスを用いて、HfO_2を加工することが目標である。今年度は、特に、フッ素のHfO_2表面での化学反応を理解することを念頭に実験を進めた。フッ化硫黄(SF_6)/アルゴン(Ar)の系でプラズマエッチングを行い、主にX線光電子分光法(XPS)を用いた表面の化学組成分析により、表面での化学反応を推測した。実験では、フッ素ラジカルなどの化学的活性種を豊富に含み、アルゴンイオンなどのイオン種が多く含まれると見なされる条件で、エッチング速度が大きくなる傾向が認められた。XPSの分析では、プラズマの照射により表面における化学結合が変化することがわかり、Hf-Hf結合やHf-O結合がHf-F結合に置き換わっているものと推測された。HfO_2のフッ素系ガスでのプラズマエッチングにおいては、HfF_4が主な脱離生成物であると考えられる。一方で、炭素が含まれるフルオロカーボン系ガスを用いたエッチングでは、有機金属様の化合物が脱離生成物である可能性が指摘されているため、来年度には炭素が含まれる系でのエッチングを試みる。双方の結果により、HfO_2のプラズマエッチングにおけるフッ素と炭素の役割が明らかになり、これらの活性種を制御することにより高精度なプラズマエッチング技術を得ることが可能であると考えられる。
内耳におけるアクチン構造様式とその制御の包括的解析

TRIOBP-4(T4)とTRIOBP-5(T5)の2つのアイソフォームを欠損したマウスでは不動毛の根が欠損していた。本研究ではTRIOBPのアイソフォーム毎の機能、およびアクチン構造や機能を解析した。根は高い密度を保ったまま不動毛内に進展するが、この部位にT4は局在し、T5は根に局在していた。そこでT5特異的KOマウスを作製し、根の低形成と進行性難聴を見出した。低形成の根は周囲のアクチンとの結合がそがれて剛性が低下し、さらに支持細胞を含めコルチ器全体の剛性も低下していることをAtomic Force Microscopyを用いて示せた。我々が作成したTRIOBP-5(以下T5)アイソフォーム特異的KOマウス(以下T5KOマウス)の解析を進め、T5KOマウスが難聴を示すことを見出した。聴力解析の結果、T5KOマウスはT4/5KOマウスに比べ聴力の低下が緩やかであった。そして、T4/5KOマウスでは、消失していた内耳有毛細胞の不動毛の「根」が、T5KOでは細いながらも存在していた。また、T5KOマウスの有毛細胞ではTRIOBP-4(以下T4)が局在する「根」が存在するにも関わらず、TRIOBP-1(以下T1)の根への集積が無くなっていた。これらの結果は、「根」はT4のみでも束化されるが、十分な太さ・強度を持つためには、T1,T4の倍以上の長さを持つ分子であるT5が必要であることを示唆している。「根」は他のアクチン細胞骨格と協働して形成される可能性がある。そこで、「根」の形成に関するTRIOBP以外の分子、およびTRIOBPの制御メカニズムを調べるため、TRIOBPに対する抗体を用いて内耳組織で免疫沈降を行い、相互作用するいくつかの受容体、接着分子、細胞骨格関連分子を同定した。その中には、蝸牛内環境の維持を担うタイト結合関連分子が存在しており、そのうちOccludinおよびILDR1について、遺伝子変異マウスを用いて解析を行った。その結果、これらも難聴の表現型を示すことがわかった(Higashi T., et al., J. Cell Sci., 2013)、(Kitajiri S.,et al., Biol. Open, 2014)、(Katsuno T., et al., PLOS ONE, 2015)。今回共沈した分子群(アクチン結合タンパク質、細胞骨格関連分子、およびセカンドメッセンジャー等)からみても、TRIOBPが様々なアクチン形態形成に関わっている可能性は高い。作製したTRIOBP-5 (以下T5)ノックアウトマウスで見られた、細い「根」がどの程度の機能を有するかを検証するために、不動毛の剛性を計測すべく新しい実験系を立ち上げた。すなわち定量圧の水流刺激で、不動毛がどの程度振動するか、その距離を計測するものである。これには任意の水圧を生じさせるジェネレータ、一定の径のガラス毛管、不動毛を認識できる高倍率で高解像度のカメラシステムが必要であり、これらをセットアップできたのは一定の成果と考える。この実験系は根の機能を内耳で計測する上で必要であり、アイソフォーム特異的な根への機能、各種分子の根に対する働き、将来の創薬での機能スクリーニングなどへの応用が期待される。TRIOBPと協働する分子の探索として、TRIOBP-1に加えてTRIOBP-4アイソフォームでのプルダウンを開始すべく、抗TRIOBP-4抗体を作製した。このアイソフォームは内耳特異的であり、その中にヒト遺伝性難聴の責任変異が存在するものである。これにより、ユビキタスであるTRIOBP-1による基本的なTRIOBP機能に加えて、内耳で実際にヒト疾患に関与するTRIOBP機能の解明をすすめる。TRIOBPの内耳での機能を評価する上で必須である、水圧による不動毛の剛性計測システムを首尾よく立ち上げた。内耳において重要と考えられるTRIOBP-4と協働する分子を探索するため、抗体を作製した。TRIOBP-5特異的KOマウスにおける根の形態を透過型電験で検証していたが、細い根が見られる場合もあれば、根らしきものが見られない場合もあった。これには切片の位置や傾きが関与するものと考え、三次元の立体的電子顕微鏡観察を行った。その結果、TRIOBP-5 KOの不動毛には細い根が存在することが示された。また同時に、根と同様にアクチン密度が高く上方の不動毛の中へ伸びるStereocilia Coreが、TRIOBP-5 KOでは数本にばらけている事が分かった。これはStereocilia Coreの形態維持にTRIOBP-5が関与していることを示し、その局在からTRIOBP-4も関わっていることが示唆される。抗TRIOBP-5、抗TRIOBP-1抗体は作成していたが、生化学実験(ウェスタンブロット、免疫沈降など)に用いることのできるものを新たに作成した。またTRIOBP-4配列はTRIOBP-5の一部であり、これの特異的抗体を作成することは不可能であるため、GFP付きTRIOBP-4トランスジェニックマウスを作成した。これにより3つのアイソフォーム毎の局在を明らかにした。抗TRIOBP抗体を用いて内耳組織から免疫沈降したところ、いくつかの候補分子とともにMYPTが同定された。TRIOBP-4/5 KO

マウスではMYPTのリン酸化が抑制されており、野生型マウスでも加齢に伴ってリン酸化の抑制がみられた。つまりTRIOBP欠損はMYPTを介して加齢性難聴と同様の難聴病態を示している可能性が示唆される。現在、MYPTが脱リン酸化するとされるpMLC2および、内耳で発現している各種ミオシンのリン酸化に関して検討している。野生型およびTRIOBP-5 KOマウスにおける根の形態を三次元的に検証できた。これは連続切片を電験レベルで再構築するもので、高度な技術と労力を必要とするものであった。今回あらたに作成したGFP付きTRIOBP-4トランスジェニックマウスにより、TRIOBP-4は根に加えてstereocilia core(上方の不動毛の中へ伸びるアクチン束)、クチクラ盤(有毛細胞のアピカル面下にあるアクチンの網目構造)に局在することが分かった。同部位での機能を知ることでTRIOBPを介する形態および機能をさらに理解できるものと期待される。TRIOBPと結合し、リン酸化に直接関与する分子としてMYPTを同定することに成功した。これを介して、内耳で機能する種々の分子との相互作用、加齢性難聴の病態など広いTRIOBPの関与が示唆される。TRIOBP-4 (以下T4)とTRIOBP-5 (以下T5)を同時にKOしたマウス(T-4/5 KO)では根が全く発生せず、重度難聴であった。これに対してT5のみをKOしたマウス(以下T5 KO)では細いながらも根が存在し、やはり難聴であるがT-4/5 KOに比べて緩やかであった。今年度は、T4とT5の機能の違いをより詳細に解析した。T4配列はT5の一部であるため、T4特異的抗体の作製は不可能である。そこでT4の局在を知るため、GFPタグ付きT4のトランスジェニックマウスを作製し、抗GFP抗体で染色した。するとT5の発現が根に限局しているのに対してT4は不動毛内にあるアクチン束の密度が高い部分(コア)にも発現していた。T5 KOの根は低形成であったが、通常のTEMでは切れる面によって像が異なり評価が困難であるため、三次元EMで評価する実験系を確立した。すると根は細く屈曲、枝分かれしているのに対して、コアは正常であった。つまりT4のみでコアは形成されること、根の発生にはT4が必要であるが、形態と聴力機能の維持にはT5が必要であることが示された。さらに、T-5 KOの低形成の根は剛性が下がっていることも直接的に計測した。またT-4/5 KO蝸牛の器官培養へ遺伝子銃を用いての導入実験にてT5の根への局在にはT4が必要であること、HeLa細胞への導入実験にてT-5はオリゴマーを形成することが明らかになった。これはアイソフォーム間の協働を示している。さらに、有毛細胞の不動毛の根だけでなく、支持細胞の突起にもT-4およびT-5が発現している。KOマウスではこの剛性が下がっていることが、Atomic Force Microscopy (AFM)を用いて示した。支持細胞の突起の機能はこれまで不明であったが、コルチ器全体の剛性を支えていることが初めて明らかにされた。TRIOBP-4(T4)とTRIOBP-5(T5)の2つのアイソフォームを欠損したマウスでは不動毛の根が欠損していた。本研究ではTRIOBPのアイソフォーム毎の機能、およびアクチン構造や機能を解析した。
神経難病に対する反復磁気刺激を用いたリハビリテーション

我々は、著明な腰曲がりをきたしたパーキンソン病(PD)患者において、姿勢異常並びにパーキンソニズムの重症度に関する反復脊髄磁気刺激rTSMSの効果を検討した。rTSMSを週2回、4週間にわたり間欠的刺激を行い、同角度の改善と運動症状の改善が認められるか否かを検討した。対象はPD患者104名で、磁気刺激とリハビリテーションを行うrTSMS群と後者のみを行うコントロール群の2群にランダム化した。その結果、rTSMS群では腰曲がり角度およびUPDRS part3は3か月にわたり優位に改善した。この成績はrTSMSがPDに対するリハビリテーションの効果を増強させることを示唆する。パーキンソン病は代表的な神経難病であり、特徴的な運動症状に加えて多彩な非運動症状を呈する。疾患の進行と共に薬物の副作用や種々の合併症が併発する。これまで我々はパーキンソン病をはじめとした神経変性症に対し、新たな視点から特別なリハビリテーションを考案し、成果をあげている。その中で「腰曲がり」を含む姿勢異常は、薬物のみならずリハビリテーションに対しても改善効果が乏しいことが問題であった。我々は腰曲がりを合併したパーキンソン病に対し反復脊髄磁気刺激(rTSMS)を行い、rTSMSが腰曲がりに即効することを見出した。この予備的検討では、脊髄に対し5Hz・1秒間の刺激を計8回でsham刺激に対して明らかに改善したこと、その改善は刺激直後からもたらされることが明らかになった。これらの予備的研究成果を踏まえ、本研究はまず、一ヶ月間継続的にrTSMSを行ったときにはさらにその効果が増強するか否かを検討する。効果の判定については、姿勢異常、姿勢反射機能、パーキンソニズムの運動症状・精神症状の普遍的な評価スケールで行う。後述するように、rTSMSは姿勢異常のみならず、運動機能自体を改善させる可能性がある。このことから、明らかな姿勢異常が見られないパーキンソン病患者についても、姿勢反射や種々の運動機能・精神機能に及ぼす効果を検討する。平成26年度は、予定通り生物統計専門家を交えて研究デザインの検討を行い、これをもとにプロトコールを確定した。対象としてパーキンソン病患者について、患者の募集を開始し(各群40名、合計120名を予定)、既に組みいれを開始し、研究がスタートしている。研究センターでブロック化層別割付によるグループ化を行っている。パーキンソン病患者において、前傾姿勢はほぼ必発の症状である。中には強い姿勢異常をきたす症例があり、「腰曲がり」や「首下がり」と呼ばれ、これらの症状は種々の治療に抵抗性で、かつ進行性である。そのため患者は日常生活に著しい障害をきたし、活動性の低下とともに全般的な病状の悪化を助長することに繋がっている。我々はリハビリテーション研究を進める中で、「腰曲がり」や「首下がり」などの姿勢異常は薬物療法のみならず、リハビリテーションにおいても効果が乏しいことを実感していた。このため、「腰曲がり」や「首下がり」などの姿勢異常をターゲットした新たな治療法の可能性の検討を進めてきた。最近我々は、同患者に対し反復脊髄磁気刺激(rTSMS)を行い、短期的には姿勢異常が著明に改善することを見出した。この予備的検討を基にして、本研究ではパーキンソン病患者に一定期間、rTSMSを施行し、姿勢異常ならびに姿勢反射障害に対する効果を経時的に観察する。さらに、他の運動・精神症状に対する効果を検討する。我々は独自のリハビリテーションを行っており、予想以上の効果を見出しているが、腰曲がりや首下がりなどの姿勢異常に対しては効果が乏しい印象があり、これに対する特別な対策の必要性を痛感していた。我々は全く新しい治療法としてrTSMSに着目した。我々は、磁気刺激装置を用いてその腰曲がりに対する短期効果を検討した。対象は320名のパーキンソン病患者の中からcamptocormiaを合併し、研究の同意が得られた37名であり、これを無作為に2群に分類し、sham刺激を加えたdouble-blind cross-over試験を実施した。その結果、rTSMSは腰曲がり角度に明らかな改善効果があることを見出した。以上の結果から、rTSMSによりパーキンソン病の姿勢異常のみならず運動症状が改善される可能性は高いと考えられた。

そのため患者は日常生活に著しい障害をきたし、活動性の低下とともに全般的な病状の悪化を助長することに繋がっている。我々はリハビリテーション研究を進める中で、「腰曲がり」や「首下がり」などの姿勢異常は薬物療法のみならず、リハビリテーションにおいても効果が乏しいことを実感していた。このため、「腰曲がり」や「首下がり」などの姿勢異常をターゲットした新たな治療法の可能性の検討を進めてきた。最近、我々は脊髄に対して反復磁気刺激(rTSMS)を行うことで、著明に腰曲がりが改善することを見出した。一般に、著明な姿勢異常を合併した段階のパーキンソン病患者においては、既に薬物療法は効果が十分ではなく、新たな薬物を追加したとしても、期待した効果が得られにくいことが多い。一方、我々はrTSMSを受けた患者は姿勢異常のみならずパーキンソニズムとしての運動症状が改善することを経験した。以上の知見を踏まえ、本研究ではパーキンソン病をはじめとした神経難病患者に対するrTSMSの効果を、姿勢異常、姿勢反射ならびに運動・精神機能の側面から検討することを計画した。平成26年度は、予定通り生物統計専門家を交えて研究デザインの検討を行い、これをもとにプロトコールを確定した。対象としてパーキンソン病患者について、患者の募集・組みいれを開始し、研究がスタートしている。これまでに得られた成績から、腰曲がりを合併したパーキンソン病患者は、rTSMSに加えてリハビリテーションを併用すると姿勢のみならず運動症状にも顕著な効果が見られることを観察している。対象患者はパーキンソン病ででおこなっているが、順次対象を進行性核上性麻痺、皮質基底核変性症および多系統萎縮症へと拡大する。28年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学我々は、パーキンソン病をはじめとした神経難病に対して、リハビリテーションを新たな発想のもとで精力的に取り組んでいる。特に、パーキンソン病において、薬物調整を行うのみならず、薬物治療だけでは限界のある症状に対し、従来の発想にとらわれずリハビリテーションを最大限に活用することを目指している。そして、その結果を高いエビデンス・レベルをもって発信していきたいと考えている。我々は、本研究でパーキンソン病患者に対し、4週間の反復脊髄磁気刺激(rTSMS)を行い、治療抵抗性である腰曲がりや首下がりなどの姿勢異常に対する持続的効果を検討すると共に、姿勢反射機能や運動機能・精神機能に改善効果があるか否かを厳密に評価する。さらに、有効な治療法のない他のパーキンソン病関連疾患や多系統萎縮症についても同様にrTSMSの効果を確認する。平成27年度以降は前年度の研究を引き続き実施すると共に結果を分析する。なお、統計学的解析は生物統計専門家に依頼し、客観性を担保する。
歯と歯周硬組織形成細胞のカルシウム制御機構に関する組織化学的、免疫細胞化学的研究

本研究グループは、歯と歯周硬組織形成細胞によるカルシウム(Ca)制御機構の解明を目指している。研究初年度、我々は高Ca液で短時間潅流したラット切歯の急速凍結・置換試料において、エナメル芽細胞層に限局してリン酸カルシウムの果粒状沈着が生ずることを見いだした。更にこのCa沈着は、基質形成期のエナメル芽細胞と成熟期SAの細胞膜内面にのみ特異的に生じ、骨系の細胞には一切現れないことを確認した。そこで本年はこの新たなミネラル沈着現象の特異性を検定した。【有根歯】生涯伸び続ける特殊な歯であるラット切歯での現象が、歯に共通の現象か否かを確認する意味で、人の歯と同じ有根歯であるラット臼歯を検索した。その結果、ラット臼歯歯胚においても、切歯の場合と同様な果粒構造が基質形成開始期に一致してエナメル芽細胞層にあらわれ、移行期に消失して成熟ではSA部にだけ発現していた。X線微小部分析の結果、これらの果粒状沈着はリン酸カルシウムであることが確認され、有根歯も無根歯と同様なCa制御機構を有することが示唆された。【Ca結合蛋白(Ca-BP)】ラット切歯エナメル芽細胞は細胞質内に数種のCa-BPを含むことが知られるが、Ca輸送酵素の活性と関連の深いCa-BPであるカルモジュリンに対する阻害剤を投与したラットにリン酸カルシウムの果粒状沈着パラフィンたーの変化は認められなかった。またエナメル芽細胞は腸管上皮同様、ビタミンD依存性Ca-BPを有するが、ビタミンD欠乏食飼育ラットにおいてもエナメル芽細胞層へのリン酸カルシウム沈着パターンに変化はなく、ミネラル沈着にCa-BP以外の要素の関与が示唆された。以上、高Ca潅流系でエナメル芽細胞層に発現したミネラルの沈着は、エナメル芽細胞の特異なCa制御活性の発現と密接に関連した現象であることが明らかとなった。今後更にこれら諸現象の本態とその生物学的意義を解明していきたい。通常、新鮮組織細胞の易溶性Caの局在性を組織化学的に明らかにするためには、形態の保持とCaの流失防止の目的で試料を急速凍結し、無水的に処理する必要がある。しかし光顕観察用大型試料の凍結処理は著しい凍害を生じ、形態観察すら困難となる場合が多い。本研究組織はこの点の克服を試み、生きた組織をあらかじめ等張しょ糖液で短時間潅流することで凍害を大幅に軽減し、大型試料の電顕レベルでの観察も可能とし得ることを見出した。更にこの方法を活用して1030mMのCaを添加した等張しょ糖液でラットを潅流し、凍結・置換試料の切片上で、歯胚の各構成要素の膜構造とCaの反応性について、様々な手法(Caの光顕組織化学、透過電顕、X線微小部分析)で検索した。その結果、以下の興味ある事実を認めた。すなわち:1.ラット切歯では、高カルシウム液を潅流するとエナメル芽細胞層に多数の大型果粒状の燐酸カルシウムの沈澱が生ずる。2.沈澱はエナメル芽細胞の細胞膜の細胞質面に一致して生じ、細胞膜の外面には起きない。3.沈澱はエナメル質基質形成の開始期にほぼ一致して発現し、移行期に消失する。4.成熟期エナメル芽細胞層では原則としてSAに形成期同様の沈澱が生じ、RAには起きない。

これらの新知見は、歯の発生の過程で、エナメル器構成細胞の細胞膜に通常の組織標本作成法では認識不可能なCa結合性の変化が生じている事を示しており、エナメル質の形成と成熟のメカニズムを解明する上で極めて重要な意味を持つものと考える。本研究グループは、歯と歯周硬組織形成細胞によるカルシウム(Ca)制御機構の解明を目指している。研究初年度、我々は高Ca液で短時間潅流したラット切歯の急速凍結・置換試料において、エナメル芽細胞層に限局してリン酸カルシウムの果粒状沈着が生ずることを見いだした。更にこのCa沈着は、基質形成期のエナメル芽細胞と成熟期SAの細胞膜内面にのみ特異的に生じ、骨系の細胞には一切現れないことを確認した。そこで本年はこの新たなミネラル沈着現象の特異性を検定した。【有根歯】生涯伸び続ける特殊な歯であるラット切歯での現象が、歯に共通の現象か否かを確認する意味で、人の歯と同じ有根歯であるラット臼歯を検索した。その結果、ラット臼歯歯胚においても、切歯の場合と同様な果粒構造が基質形成開始期に一致してエナメル芽細胞層にあらわれ、移行期に消失して成熟ではSA部にだけ発現していた。X線微小部分析の結果、これらの果粒状沈着はリン酸カルシウムであることが確認され、有根歯も無根歯と同様なCa制御機構を有することが示唆された。【Ca結合蛋白(Ca-BP)】ラット切歯エナメル芽細胞は細胞質内に数種のCa-BPを含むことが知られるが、Ca輸送酵素の活性と関連の深いCa-BPであるカルモジュリンに対する阻害剤を投与したラットにリン酸カルシウムの果粒状沈着パラフィンたーの変化は認められなかった。またエナメル芽細胞は腸管上皮同様、ビタミンD依存性Ca-BPを有するが、ビタミンD欠乏食飼育ラットにおいてもエナメル芽細胞層へのリン酸カルシウム沈着パターンに変化はなく、ミネラル沈着にCa-BP以外の要素の関与が示唆された。以上、高Ca潅流系でエナメル芽細胞層に発現したミネラルの沈着は、エナメル芽細胞の特異なCa制御能の発現と密接に関連した現象であることが明らかとなった。今後更にこれら諸現象の本態とその生物学的意義を解明していきたい。
公共空間における口頭アナウンス表現を中心とした発話の簡潔性に関する日仏対照研究

公共空間でのアナウンスは、受信者が必要な情報を瞬時に理解できなければその効果が発揮されない。よって、この種の表現には不要な情報を省略または簡略して構成する簡潔性が求められるが、受信者に配慮した表現でなければコミュニケーションの成立に支障をきたすことになる。本研究では公共空間でこの言語現象がどのように表れるのか、表現の簡潔性とコミュミケーションの効率性の関係、その関係を支える発話主体間(発信者・受信者)の調整機能を明らかにする。さらに、日本語とフランス語の事例の対照から、各言語の簡潔性の特徴や言語の簡潔性が各社会で対話場面に応じて発揮する効果について検証する。
細胞内膜輸送関連因子による神経分化と機能調節機構の解明

低分子量Gタンパク質Rab35は細胞内膜輸送や神経機能制御に関わると考えられているが、哺乳動物におけるRab35の生理的役割は明らかになっていない。本研究では、Rab35遺伝子欠損マウスを作成し、その表現型を解析した。Rab35遺伝子欠損マウスは胎生致死となり、Rab35がマウス初期胚発生に必須の役割を果たすことが明らかとなった。われわれの研究グループはこれまでに,線虫における卵黄受容体のエンドソームと細胞膜間のリサイクリングに機能するリサイクリング経路の新たな制御因子としてRab35を同定した.哺乳類においても,Rab35がリサイクリングエンドソームに局在し,Arf6のGTPase-activating protein (GAP)であるCentaurin beta2/Acap2を制御することで神経突起の伸長に機能することが報告されている.神経細胞の突起形成は高次脳機能の根幹をなす細胞間コミュニケーションの形成に関与することから,Rab35が高次脳機能の構築に重要な役割を果たしていると考えられる.しかしながら,Rab35の神経細胞の分化や機能調節に関する生理的役割の解析はなされていないのが現状である.そこでわれわれは,Rab35の遺伝子欠損マウスを作製し,高次脳機能におけるRab35の生理的役割を明かにすることを目的に研究を行った.前年度までの解析で,Rab35欠損マウスが胎生致死となることを明らかにした.本年度は,Cre-loxPシステムによりRab35遺伝子のcoding領域を欠損するRab35 floxマウスを作製した.作製したRab35 floxマウスを神経前駆細胞でCreを発現させるマウス(Nestin-Cre)との交配した.得られたRab35 flox/+:Nestin-CreマウスとRab35flox/floxマウスを交配し,神経系でRab35を欠損したマウス(Rab35 flox/flox:Nestin-Cre)の作製を行った.低分子量Gタンパク質Rab35は細胞内膜輸送や神経機能制御に関わると考えられているが、哺乳動物におけるRab35の生理的役割は明らかになっていない。Rabファミリータンパク質は小胞輸送の中心的な制御因子である.中でもRab35は,小胞輸送に加え,アクチン細胞骨格の制御や細胞膜成分の再構築などの多彩な機能を有し,Rabファミリータンパク質の中でもとりわけ鍵となる因子として位置づけられる.しかしながら,これまでの解析は培養細胞を用いて検討されたものに限定されており,哺乳動物の組織や個体でのRab35の生理機能は明らかになっていない.そこで本研究ではRab35欠損マウスを作製し,高次脳機能制御におけるRab35の生理機能と調節機構の詳細を明らかにすることを目指して研究を行った.本年度は,Cre-loxPシステムによりRab35遺伝子のcoding領域を欠損する相同組み換えES細胞のキメラマウスを作製した.このキメラマウスからgerm-lineにトランスジーンが導入されたヘテロマウスを得ることに成功した.ヘテロマウス同士の交配により,相同組み換え遺伝子のホモ欠損体であるgeo/geo(遺伝子トップ法によりRab35遺伝子を破壊)マウスの作製を試みた.その結果,Rab35欠損マウスは胎生致死となり,Rab35が哺乳動物の初期発生に必須の役割を果たすことが明らかとなった.現在,致死となる発生のステージと表現型の解析を進めている.また,全身性にRab35を欠損するマウスが発生初期に胎生致死となる為,神経系特異的にRab35を欠損するマウスの作製を開始した.Rabファミリータンパク質は小胞輸送の中心的な制御因子である。中でもRab35は、小胞輸送に加え、アクチン細胞骨格の制御や細胞膜成分の再構築などの多彩な機能を有することが明らかとなっている。これまでに、Rab35がNGF刺激によるPC12細胞の突起伸長に促進的に機能することやショウジョウバエRab35のGAPであるSkywalkerの変異によってシナプス伝達が亢進することが報告され、Rab35の神経発生や高次脳機能制御における生理的役割を理解することが重要だと考えられる。そこで本研究では、哺乳動物におけるRab35の生理的役割を理解するために、Rab35欠損マウスの作製を試みた。全身性にRab35を欠損したマウスは、胎生13.5日より前に死亡し、胎生致死となることが分かった。線虫RAB-35は生存に必須ではないことから、Rab35がマウス初期胚発生に特有の機能を有することが示唆された。今後、Rab35の欠損胚の表現型を詳細に解析し、Rab35がどのようにマウス初期胚発生を制御するかについて明らかにしていきたい。Rab35欠損マウスが胎生致死となることから、神経系特異的にRab35を欠損するマウスの作製を試みた。神経系特異的Rab35欠損マウスは胎生致死とならずに成獣まで発育することから、高次脳機能に及ぼすRab35の役割について検討を進めている。また、初代神経細胞を用いた機能解析のための実験系の確立を行った。

本研究中に、胎生期のマウス脳から初代神経細胞を調製し、レンチウイルスやエレクトロポレーションによるGFP-Rab35発現プラスミドの導入条件を確定した。今後、初代神経細胞の神経突起過程におけるRab35の局在観察を行っていく予定である。また、神経突起伸長に及ぼすRab35欠損の影響を検討していきたい。細胞生物学Rab35floxedマウスの作製が順調に成功し,計画通りのペースでマウスの作製が進んでいる.Nestin-Creマウスとの交配も完了しており,神経系特異的Rab35欠損マウスを得ている.これらの表現型を詳細に明らかにすることで,高次脳機能におけるRab35の生理的役割を明らかにできると考えられる.Rab35遺伝子欠損マウスの作製がトラブルなく成功した結果,当初の計画以上のペースで研究が進んでいる.また,全身性のRab35遺伝子欠損マウスが胎生致死となる予想外の知見(線虫RAB-35遺伝子は生存に必須ではなかった為)を得ることができたことで,哺乳動物の発生過程においてRab35が重要な機能を有していることを明らかにすることができた.今後,神経発生に及ぼす影響など,発生過程におけるRab35遺伝子欠損マウスの表現型解析を詳細に行うことで,Rab35の生理的役割を明らかにできると考えている.また,神経系特異的Rab35欠損マウスの作製も順調に進行している.さらに,マウス初代神経細胞の培養系や発現ベクターの作製,Rab35結合因子の探索なども順調に進んでおり,ノックアウトマウスの解析に必要なツールの準備も整った.これらの成果を統合的に活用すれば,次年度以降も研究計画を十分に達成できると考えられる.神経系特異的Rab35欠損マウスの生存や体重などの経時変化を検討する.行動解析から脳機能への影響を解析する.さらに,Rab35の脳形成や維持における役割について,病理組織学的に解析を行う.また,初代培養神経細胞を用いた解析により,神経突起伸長におよぼすRab35の役割を明らかにするRab35が哺乳動物の初期胚発生に必須の役割を果たすことを見出した.今後はRab35が発生過程のどのステージに異常を示すかを明らかにする.神経発生過程における解析が可能な場合は,in situハイブリダイゼーションやRT-PCRを用いた発現解析によって,Rab35がどのような発生制御に機能するかを詳細に検討する予定である.さらに,Rab35が標的とするエフェクターの同定を進め,Rab35によって制御される初期発生の制御機構を分子レベルで明らかにしたい.神経系特異的Rab35欠損マウスについては,全脳,大脳,小脳特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスとの交配を進め,生存や体重量への影響を検討するとともに,行動解析から脳機能への影響を解析する予定である.同時に,組織学的手法により神経細胞の異常を解析するとともに,細胞生物学的にどのような神経機能制御の異常を認めるかを検討する.初期胚の解析には多数のマウスと必要とする上,組織特異的Rab35欠損マウスの作製にも多くのマウスの維持管理費用を必要とする.また,初期胚のような微量サンプルの解析には,RT-PCRやin situハイブリダイゼーション,免疫組織染色などの高感度,且つ,定量的な解析手法が有効である.
液体キセノンガンマ線検出器のキャリブレーションシステムの開発

計画研究A04のμ→eγ探索実験の研究者らと協力して液体キセノンガンマ線検出器のエネルギー分解能ならびに時間分解能の評価を行うために、液体水素ターゲットにπ^-粒子を入射させ以下の反応で得られるガンマ線を計測する実験を行った。この反応で生成される2つのガンマ線は、それぞれのエネルギーと2つのガンマ線がなす角度との間に相関があり、175-180度の開き角で放出されるイベントを選択すれば、ガンマ線のエネルギーは55MeVまたは83MeV(半値全幅0.3%)のいずれかとなる。この実験のため本研究では液体水素ターゲットならびにNaI検出器アレイを準備し、NaI検出器アレイを水素ターゲットから約1m離れた位置に配置した。NaI検出器としては64個の結晶からなる検出器を準備しエネルギー分解能6.5%(83MeV)、位置分解能約6cmの精度でガンマ線の同定を行った。これにより液体キセノンガンマ線検出器大型プロトタイプに入射するガンマ線のエネルギーを高精度で絞り込むことに成功し、検出器のエネルギー較正、分解能評価にとって重要な方法を確立した。並行して、詳細なパラメータを取り入れたシミュレーションプログラムの開発を継続した。特に入射窓でのシンチレーション光の反射の影響を考慮に入れ、アルファ粒子からのシンチレーション光を利用してキセノン中でのシンチレーション光の吸収長を算出する際の精度を大幅に向上することに成功した。アルファ粒子以外の粒子による検出器のキャリブレーション方法についての考察と大型プロトタイプを使用した計測も行った。特に熱中性子に対するキセノンの応答を詳しく調べ、熱中性子を利用した検出器キャリブレーションの可能性についての考察を行った。光電子増倍管の詳細な応答を調べるために、キセノン検出器大型プロトタイプ真空容器に光電子増倍管アレイを挿入し、α線源を配置した後、容器を低温ガスキセノンで満たして量子効率の算出を行った。量子効率の算出に液体ではなくガスキセノンを使用したことで、キセノン中での散乱、吸収の影響を考慮する必要がなくなり信頼性の高い算出が可能となった。利得の算出には、真空容器を液体キセノンで満たした後、容器内に配置した青色LEDを発光させて行った。連続的にLEDを点滅させるとともに、LEDに供給する電圧値を順次変化させることで応答の線形性も同時に計測する方法を開発した。とりわけ、利得の算出時に誤差として取り込まざるを得なかったノイズ成分を、線形性を見ることにより分離することが可能となった。これらの開発により、液体キセノン用光電子増倍管を実際の使用条件下で校正する方法が確立された。放射線源を使用した検出器校正を行うために、μ→eγ実験用ガンマ線検出器に対してAm-Beガンマ線源を3次元的に駆動する装置の設計、製作を行った。当初計画していた液体キセノン中での放射線源の駆動はキセノン中に不純物を混入させる可能性があるため外部からガンマ線を照射する方法へと変更した。このため、ガンマ線検出器前面に配置されている超伝導電磁石内でも動作可能な駆動装置の製作が必要となった。この装置を製作するにあたっては磁場中でも動作可能な超音波モータを採用し、また駆動部分の位置検出にレーザーダイオードを採用した小型の位置センサーを装備することにより100μmの精度で位置検出が可能な駆動装置を製作することに成功した。並行して、詳細なパラメータを取り入れたシミュレーションプログラムの開発を行った。これを利用して、μ→eγ探索実験時に物理過程による検出器校正方法の検討を開始した。この校正方法の検討は平成15年度も引き続き行う。
絡み目の様々な不変量の研究

2008年4月から9月特別研究員辞退までの間、博士論文のまとめや研究結果の発表などに力を入れておりました.ここでいうcrosscap数というのは、結び目(3次元球面の中に埋め込まれた円周)を境界とする、向き付けられない曲面の最小の1次元Betti数のことです.また、concordanceとは結び目同境の意味で、2つの結び目が3次元球面と単位区間の直積空間の中に埋め込まれた円環の境界になっているときに同値とみなした同値類のことです.ですから'concordance crosscap number'(同境crosscap数)は、結び目同境という同値類の下でのcrosscap数の最小を表します.これは、4次元crosscap数(4次元球体内で張れる向き付けられない曲面の最小1次元Betti数)とよく似た概念です.結び目Kのcrosscap数をγ(K)、4次元crsosscap数をγ*(K),同境crosscap数をγc(K)と書くことにすると、定義から不等号「γ*(K)≦γc(K)≦γ(K)」が成り立ちます.私は、これらの不等号の等号が成り立たないことを、具体例を無限個与えることで示しました.上述の3種類のcrosscap数の定義で、「向き付けられない」を「向き付ける」に替えると、よく知られた結び目の種数、4次元種数、同境種数になり、これまでにその性質や計算方法がよく研究されてきました.特に、近年結び目Floerホモロジーという2重次数を持つホモロジー理論(その「次数付き」オイラー標数がAlexander多項式を与えることから、Alexander多項式の圏化と呼ばれています)を利用すると、結び目の種数は原理的には厳密に計算可能であることが知られています.また,Jones多項式の圏化であるKhovanov不変量を用いて、4次元種数に関する難問であったMilnor予想が組み合わせ的に解決されました(ゲージ理論を使った証明は知られていました).これに対して、crosscap数に関する研究は数えるほどしかなく、私の研究はこの方面での先駆けとなりうるものだと信じています、特に、同境crosscap数については、結び目同境理論の世界的権威である米国・Indiana大学教授C.Livingston氏のウェブサイト「Knot Info」(韓国POSTECH准教授のJ.C.Cha氏との共同運営)にも紹介されました.また、オーフス大学におけるこの結果に関する上記の発表には、米国・Indiana大学教授K.Orr氏が出席されており、「大変に良い講演であった」との感想を私の指導教員であった村上先生から伺えたのは望外の喜びでした.3次元球面S^3の結び目に,S^3またはS^3を境界とした4次元球体D^4の中で,連結でコンパクトな曲面を張ることができる.結び目の種数とは,S^3における向き付けられる曲面の最小種数である.また,D^4における向き付けられる曲面の最小種数を4次元種数という.この定義で,向き付けられない曲面とその1次元Betti数を考えることにより,crosscap数および4次元crosscap数が定義される.S^1×IからS^3×Iへの埋め込みが存在し、その埋め込みがK_0をS^3×{0}の中に、-K_1をS^3×{1}の中にそれぞれ移すとき,二つの結び目K_0とK_1は結び目同境であるという.結び目同境は同値関係である.ある結び目の結び目同境類における最小の種数のことを同境種数といい,これまでに種数や4次元種数との関係が研究されてきている.私は同境種数と同様の概念として同境crosscap数を導入しその性質を研究した.任意の結び目に対し明らかに「4次元crosscap数≦同境crosscap数≦crosscap数」という不等式が成り立つ.私は本研究において,4次元crosscap数が同境crosscap数より真に小さい例を,無限個の結び目を構成することによって証明した.今年度は、結び目同境理論を中心に研究を行なった。特に、Khovanovホモロジーやその一般化であるKhovanov-Rozanskyホモロジー、さらにknot Floerホモロジーなどのいわゆる多項式不変量のカテゴリー化の、結び目同境への応用を視野に入れて、様々な考察を行なった。S1×IからS3×Iへの埋め込みが存在し、その埋め込みがKOをS3×{0}の中に、-K1をS3×{1}の中にそれぞれ移すとき、二つの結び目KOとK1は結び目同境であるという。結び目同境は同値関係である。私は、昨年度、ある結び目の結び目同境類における最小のcrosscap数のことを同境crosscap数と定義した。ここで、crosscap数とは結び目がS3の中で張る向き付けられない曲面の最小1次元Betti数のことである。同境crosscap数に関する研究結果について、ドイツ(Oberwolfach研究所)、カナダ(Banff数学研究所)、デンマーク(オーフス大学)での研究集会で多くの数学者の前で発表を行った。その結果、J.Birman氏、K.Orr氏のような世界的な結び目理論研究者が私の仕事に興味を持ち、他の研究者とも有益な情報交換を行うことができた。結び目と向き付けられる曲面の関係については、種数、4次元種数、同境種数などが知られており、多くの研究者によって研究されているが、同境crosscap数のような、向き付けられない曲面に関する研究はほとんどない。

向き付けられない曲面に関連して、結び目の4次元clasp数、および4次元crosscap数に関する研究も行なった。結び目の4次元clasp数とは、R4の中で穴あき円板によって結び目とつなぐことができるHopf絡み目の最小数である。4次元clasp数は4次元crosscap数以上であることが,村上と安原によって示されている。また、4次元crosscap数は前述の同境crosscap数以下であることもわかる(私は、一般には等号が成り立たないことを示した)。これらの不変量の相互関係、また具体的な結び目に関してこれらの不変量を決定することは興味深く困難な問題である。私は、近年発見された結び目の新しい不変量であるKhovanovホモロジーを利用して、4次元clasp数の研究を行うという発想に基づいて、Hopf絡み目のKhovanovホモロジーから結び目のKhovanovホモロジーへの準同型写像を考察した。まだ、新しい結果を出るには至っていないが、Khovanovホモロジーを始めとする新たな結び目不変量(Khovanov-Rozansky不変量、knot Floerホモロジーなどいわゆる多項式不変量のカテゴリー化)についての論文を勉強するなど積極的に取り組んでいる。2008年4月から9月特別研究員辞退までの間、博士論文のまとめや研究結果の発表などに力を入れておりました.ここでいうcrosscap数というのは、結び目(3次元球面の中に埋め込まれた円周)を境界とする、向き付けられない曲面の最小の1次元Betti数のことです.また、concordanceとは結び目同境の意味で、2つの結び目が3次元球面と単位区間の直積空間の中に埋め込まれた円環の境界になっているときに同値とみなした同値類のことです.ですから'concordance crosscap number'(同境crosscap数)は、結び目同境という同値類の下でのcrosscap数の最小を表します.これは、4次元crosscap数(4次元球体内で張れる向き付けられない曲面の最小1次元Betti数)とよく似た概念です.結び目Kのcrosscap数をγ(K)、4次元crsosscap数をγ*(K),同境crosscap数をγc(K)と書くことにすると、定義から不等号「γ*(K)≦γc(K)≦γ(K)」が成り立ちます.私は、これらの不等号の等号が成り立たないことを、具体例を無限個与えることで示しました.上述の3種類のcrosscap数の定義で、「向き付けられない」を「向き付ける」に替えると、よく知られた結び目の種数、4次元種数、同境種数になり、これまでにその性質や計算方法がよく研究されてきました.特に、近年結び目Floerホモロジーという2重次数を持つホモロジー理論(その「次数付き」オイラー標数がAlexander多項式を与えることから、Alexander多項式の圏化と呼ばれています)を利用すると、結び目の種数は原理的には厳密に計算可能であることが知られています.また,Jones多項式の圏化であるKhovanov不変量を用いて、4次元種数に関する難問であったMilnor予想が組み合わせ的に解決されました(ゲージ理論を使った証明は知られていました).