hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子改変カニクイザルES・iPS細胞を駆使した新型多能性幹細胞株の樹立

非ヒト霊長類における遺伝子改変技術は、疾患モデル動物の作製や前臨床試験に非常に有用であると考えられるが、依然として報告例は少ない。本研究では、カニクイザルをヒトのモデル動物として用い、遺伝子改変個体および多能性幹細胞の効率的作出を試みた。本研究では、レンチウイルスベクター法により、全身でGFPを発現するトランスジェニックカニクイザル個体を得ることに世界で初めて成功した。また、CRISPR/Cas9システムを駆使したレポーターシステムを応用することによって、高品質な非齧歯類ES・iPS細胞の樹立に繋げる基盤技術を確立した。これらの基盤技術は将来的に医療産業の振興に発展するものと期待される。CRISPR/Cas9を始めとするゲノム編集技術の発展により急速にゲノム改変技術が進歩している。これにより、以前では効率の悪かった複雑なコンストラクトのノックインも高効率かつ簡便に行うことが可能となっている。本研究では、ナイーブ化の指標として、発現制御領域のうちProximal enhancer(PE)を欠損させたOCT3/4下流にレポーターをノックインした⊿PE-OCT3/4レポーターを用いるが、その発現を増幅できるレポーターシステムをCRISPR/Cas9システムを駆使して構築した。つまり、トランスアクチベーター活性を持つ因子をOct3/4タンパク質のC末端に2Aペプチドを介して接続した融合タンパク質を、Oct3/4遺伝子の発現制御下で発現させ、それに応答する配列を複数持つ発現制御領域下で蛍光タンパク質および薬剤耐性遺伝子を発現させる遺伝子発現増幅レポーターを、CRISPR/Cas9システムを用いて、マウスおよびカニクイザル多能性幹細胞にノックインした。本年度までに、非常に高効率で遺伝子ノックイン細胞株の樹立に成功し、遺伝子増幅系を使わない通常のレポーターに比べ、遺伝子発現増幅を行うことで、顕著に強い蛍光が検出されることを確認した。本研究で使用した遺伝子発現増幅技術は、発現が微弱であることが想定されるレポーターの発現を増幅することに有用であると考えられる。また、全身でEGFPを発現するカニクイザルの作出に初めて成功し、論文として報告した。(Seita Y. etal., Scientific Reports, 6: 24868, 2016)これは今後のカニクイザルにおける発生工学研究・医学研究に非常に有用であると思われる。当初の予定通り、本年度までにレポーターシステムを導入した細胞株の樹立に成功した。非ヒト霊長類における遺伝子改変技術は、疾患モデル動物の作製やそれを応用した前臨床試験に非常に有用であると考えられるが、依然として報告例は少ない。本研究では、ヒトに近い旧世界ザルの一種であるカニクイザルをヒトのモデル動物として用い、遺伝子改変個体および多能性幹細胞の効率的作出を試みた。遺伝子改変個体の作出にはレンチウイルスベクター法を用い、多能性幹細胞の遺伝子改変には近年新たなゲノム編集技術として注目を浴びているCRISPR/Cas9システムを用いた。まず、レンチウイルスベクター法によって遺伝子導入カニクイザルの作出を試み、全身でGFPを発現するトランスジェニックカニクイザル個体を得ることに世界で初めて成功した。非ヒト霊長類を用いたヒト疾患モデル動物を作製することは、新たな前臨床モデルの創出に繋がり、将来的に医療産業の振興に発展するものと期待される。また、CRISPR/Cas9システムを駆使したレポーターシステムを応用することによって、マウスES細胞型の高品質なカニクイザルES・iPS細胞を樹立、ヒトでは不可能なキメラ実験を通してその品質を評価することで高品質な非齧歯類ES・iPS細胞の樹立に繋げる基盤技術を確立した。この遺伝子発現増幅型レポーターのノックインは、その技術が確立されると、今後標準的な手法となり得るポテンシャルがあり、意欲的な課題であると考えている。当初の予定通り、樹立した遺伝子改変カニクイザルES・iPS細胞を用い、培養条件の評価、新規幹細胞の樹立を行う。幹細胞生物学次年度予算が交付されるまでの期間の繋ぎ資金として約20万円を残した。当初の計画通りに進める。
細胞増殖におけるプロテインキナーゼCの機能の分子生物学的研究

昨年度までに得た種々のPKC及びPKC関連cDNA、及び各々にコードされた蛋白を認識する特異抗体等を用いて種々の実験を行ない以下の結果を得た。(1) 4種のPKCcDNAをCOS細胞で発現させる系を確立した。この系を用いて、α、βI、βII、γのすべてのPKC分子種が高親和性のホルボールエステル受容体活性を持つことを明らかにした。(2)上記4種のPKCとは異なった関連蛋白nPKCεについて、特異抗体の作成、COS細胞によるcDNAの発現系の確立、nPKCε分子と他の4種のPKC分子種との分離系の確立等を行なった。そしてそれらを用いる事によりi)nPKCε分子は脳を含むいくつかの組織、細胞株で蛋白質レベルで発現している事。ii)nPKCεは4種のPKCとは異なった性質をもつ従来知られていなかったタイプのプロテインキナーゼ活性をもつ事。iii)nPKCεは4種のPKCとは異なった新しいタイプのホルボールエステル受容体である事。等を示した。(3) PKCα及びcDNAレベルで作成したいくつかの人工変異体について各cDNAをデキサメタゾンで誘導可能なMMTVプロモーター支配下に発現させる様設計した発現ベクターを構築した。これらのラット3Y1細胞に導入し安定な細胞株を多数得、その中からデキサメタゾンによりPKC蛋白が誘導的に発現する細胞株を撰別した。この様にして得た細胞株のセットを用いて種々の実験を行ないその結果以下の結論を得た。i)アクチンのストレスファイバーの消失を伴なう細胞の形態変化、ii)細胞増殖、iii)c-tos,collagenase等の遺伝子の転写誘導等、従来ホルボールエステルによって引き起こされる事が知られていた細胞応答現象にPKCα分子のキナーゼ活性が必須である事が示された。等を示した。
新しい情報変換分子の検索

情報伝達に関与する分子を検索するには、(1)突然変異を用いる方法、(2)モノクローン坑体を用いる方法、(3)毒を用いる方法など3種類の方法が有効である。我々は以上3種類の異なった方法をそれぞれ適当な細胞や組織及び個体等に適用することにより以下に述べるような情報伝達に寄与する分子の単離・同定・機能の検定等を行なった。1突然変異を用いる方法(1)ショウジョウバエ視覚突然変異を用いて、情報伝達機構の異常を調べた結果、ホスファチジルイノシトール2リン酸(PI【P_2】)を分解する酵素であるホスホリパーゼCと、ジアシルグリセロール(DG)をリン酸化するDGキナーゼの2つの酵素が視覚情報の伝達に不可決であることが分かった。ゾーリムシの行動異常突然変異を用いてCaチヤネルの機能発現に関与する7個の遺伝子を見出した。このチヤネルは動物細胞のそれとは全く異なる。2抗体を用いる方法(1)PI【P_2】の抗体を用いてラット網膜の光照射に対する効果を調べた結果、PI【P_2】の分解が他の反応に先行して起ることが分かった。(2)神経細胞のモノクローン抗体を用いていくつかのニューロンに特異的な抗体を得た。(3)アフリカツメガエル胚を材料として、各分化形質を定量的に同定し得るモノクローン抗体がいくつか得られた。3毒を用いる方法沖縄産アンボイナ貝より得られたw-コノトキシンは、脳神経系のCaチヤネルを特異的に阻害することが判った。この毒により抑制されるCa電流は、tタイプ(一過性型)ではなくl(継続型)及至n(tでもlでもない型)タイプであることが分かった。この毒が27個のアミノ酸であることが判ったので、これをペプチド研究所と共同で合成を試み、世界に先駆けて成功した。この合成毒を利用して(1)Caチヤネルタンパクの同定(2)分泌現象に於けるCaチヤネルの役割、(3)毒の作用機序、等を解明する研究が新たに展開中である。
中近世移行期における絵巻・絵入り本の製作と大名家を中心とする受容

本研究では、中世から近世にかけての作品調査と文献資料調査を行い、同時期における絵巻・絵本類の製作と受容について考察した。作品研究の一例としては、土佐派が手がけた冊子表紙絵の模本を紹介し、物語絵製作の一端について明らかにした。また、尾張徳川家伝来の「平家物語図扇面」などの調査を通じ、写本(肉筆による絵入本)と版本の両方が隆盛した17世紀における絵屋・絵草紙屋のイメージ流通について考察を行った。また、受容面では、現存作例と蔵帳や売立目録などの資料から、大名家で武士が活躍する物語の絵本類が求められていた状況が確認できた。これらの成果は、論文4点・学会発表3回・図書(共著)1点の形で発表した。平成24年度は次のように研究を実施した。【作品調査】「唐子遊図貝桶および歌貝・絵貝」(春日大社蔵)・「義経記絵巻」(個人蔵)【論文刊行】1「源氏絵の『表』と『裏』ー扇面画と冊子表紙絵を中心に」(『金城日本語日本文化』第八十九号1-11頁(金城学院大学日本語日本文化学会、平成25年3月1日発行)・・・さまざまな画面形式に描かれた源氏絵の中から、表と裏の両面に絵が描かれるという特色をもつ扇面画と冊子の表紙絵をとりあげ、それらの絵画表現に共通して「対照性」と「連続性」が認められることを指摘した。2「春日大社蔵「唐子遊図貝桶」および絵貝・歌貝について」(『金鯱叢書史学美術史論文集』第三十九輯(49-63頁、徳川黎明会、2013年3月25日発行)・・・春日大社所蔵「唐子遊図貝桶」および絵貝・歌貝の特色を紹介し、貝の大きさや絵のバリエーション、歌絵との関わりなどの特色が、近世初頭の合貝の特徴を示していることを指摘した。平成25年度は以下のように資料調査・学会発表・論文刊行を行った。【資料調査】売立目録調査・・・徳川美術館所蔵資料を中心として、明治昭和期の売立目録の中から、大名家旧蔵品の売立を中心として閲覧し、絵本・物語絵の所蔵について調査を行った。その結果、「酒呑童子」などの武士に関わる物語絵が大名道具の一部として所有されていた傾向が確認できた。調査の成果は、下記の学会において発表した。【学会発表】「尾張徳川家における絵巻・絵入本の受容について」(説話文学会平成25年6月29日)・・・シンポジウム「寛文・延宝期の文化的動態」において口頭発表を行った。徳川美術館所蔵品を中心として、17世紀前半期の現存作例の紹介のほか、蔵帳や売り立て目録を活用し、「武家の物語」の絵巻・絵入り本が象徴的な意味を持つ大名道具の一つとして受容されていた可能性について述べた。なお、この発表内容を改訂増補した論文(「大名家の絵本享受と絵巻・絵入り本制作の隆盛について」)は『説話文学研究』第49号(平成26年7月刊行予定)に掲載が決まっており、本研究の一つの成果として発表することができた。【論文刊行】「東京国立博物館蔵「源氏物語冊子表紙絵模本」について」『MUSEUM』第643号、2550頁、東京国立博物館、平成25年4月・・・東京国立博物館が所蔵する「源氏物語冊子表紙絵模本」は、住吉具慶によって延宝三年(1675)に描かれた源氏絵の模本で、冊子の表紙絵を写していると考えられ、原本の筆者を土佐光信とする極書がある。本論文では各図について他の現存作例や絵詞などの文献資料との比較検討を行い、原本の制作が室町時代に遡る可能性が高いことを指摘した。源氏絵に限らず表紙絵の遺品は少なく、中近世移行期の絵本受容を考える上でも重要な作例として発表した。平成23年度は次のように研究を実施した。【作品調査】「太平記絵巻」(国立民族博物館蔵)・「うたたね草紙」(国立民族博物館蔵)・「平家物語画冊」(根津美術館蔵)・(アメリカ)イエール大学芸術資料館「烈女伝絵巻」「源氏物語図色紙」・(アメリカ)コロンビア大学図書館「浦島太郎」・(アメリカ)メトロポリタン美術館「源氏物語絵巻」・(アメリカ)バーク財団「熊野の本地絵巻」「藤袋草紙」「周茂淑愛蓮図」(海北友雪筆)「吉野図屏風」・(アメリカ)ウェバーコレクション(個人蔵)「三十六歌仙絵巻」・(アメリカ)ニューヨーク公立図書館「岩屋」「隅田川」

「小敦盛」「文正草紙」「松風村雨」【論文刊行】「徳川美術館蔵「平家物語図扇面」について」(『武家の文物と源氏物語絵』所収、翰林書房二〇〇一二年三月十五日)平成23年度は、絵屋研究の一環として「太平記絵巻」および海北友雪の落款のある「周茂淑愛蓮図」、大名家における絵本受容に関する参考作品として「平家物語画冊」(根津美術館蔵)(尾張徳川家伝来の平家物語扇面画帖と同類)および、中近世移行期における絵巻の変遷の考察のため、在米作品を中心とする作品調査を行い、アメリカ調査の際には各所蔵先の研究者との情報交換も行った。また、メトロポリタン美術館で開催の「Storytelling in Japanese Art」展も見学し、東海岸を中心とする在米の絵巻・絵本を集中的に観覧した。許可が得られた調査先では写真撮影を行い、画像を蓄積することができた。平成24年度は研究段階としては半ばではあるが、論文2本の執筆と国内・海外(アメリカ)での学会発表と、研究成果を発表する機会に恵まれた。東京国立博物館所蔵の「源氏物語冊子表紙絵模本」は、中世から近世にかけての物語絵、就中冊子の表紙という特殊な媒体にどのように絵が描かれたかを知る上で重要な資料である(資料全体の紹介を行った論文は平成25年度に別途刊行)。また、調査をした「合貝」は絵本・絵入本の範疇からは外れる作例であるが、慶長六年という年記からこの時期の絵師の活動を知る上で興味深い作例であるため取り上げた。合貝の絵は、南都絵所が手がけた可能性があり、筆致や絵具の用い方は、本研究がテーマとする中近世移行期の絵巻にも通じる性質をもつ。また、大名家の絵巻コレクションを考える上で、権力者による絵巻制作、絵巻の所持という問題に取り組む必要があるとの判断から、「彦火々出見尊絵巻」に関する研究を行った。同絵巻は江戸時代に酒井家から徳川家光に献上されたという点においては本研究がテーマとする時代に合致し、かつ、原本は後白河院の蓮華王院宝蔵の絵巻群の一つであったと考えられており、権力者による絵巻所持の一例でもある。同絵巻には異界および異界からもたらされる宝物(特別な力)の存在が描かれており、そうした物語を視覚的イメージとともに表した絵巻を所持することは、異界の力をも掌握するという象徴的な意味があるように思われる。その点で、大名家が所蔵した「酒呑童子絵巻」などにも共通する側面が見いだせる。大名家コレクションの調査については、徳川美術館が所蔵している売立目録の調査に、同館の協力を得て着手し、順次進めている。写真で確認できる作品は少なく、得られる情報は限られているが、「平家物語」や「酒呑童子」などの絵画作品が散見され、大名家コレクションを考える一つの指標にできるとの手応えが得られた。平成23年度は、根津美術館での「平家物語画冊」調査をふまえて、「徳川美術館蔵「平家物語図扇面」について」(『武家の文物と源氏物語絵』所収、翰林書房二〇〇一二年三月十五日)を執筆、発表した。徳川美術館所蔵作品は詞書を伴わないが、根津美術館での調査により、どのようにテキストが絵画化されているかについての考察を行った。また、両作品を比較することによって、同一の粉本を用いて描かれたと考えられる扇面画が、さまざまな形態で販売されていた様子が伺え、17世紀前半の絵本の享受について多角的な視点をもつことができた。また、23年度は、国内では実見することのできない在米作品の調査を集中して行った。コロンビア大学の「浦島太郎」にも江戸時代の箱が添っており、箱書が確認できた。
非誘導電流駆動を用いた回転変換制御

新しく開発した入射システムを用い、Heliotron Jにおいて70GH_z第2高調波X-modeによるECCD実験を行い、EC駆動電流が磁場配位に強く依存することを実験的に示した。平行運動量を保存する理論計算結果は実験結果と定量的に良い一致を示し、捕捉粒子の効果について明確な結論を与えた。NBIプラズマで励起される大域的アルフベン固有モード(GAE)にECCDを印加したところ、GAEを抑制することに成功した。モード強度はある磁気シアの強さにおいてモード強度が急激に減少することがわかり、モードの安定化に磁気シアの閾値があることを実験的に示した。非誘導駆動電流の制御は高性能プラズマの実現や定常プラズマ維持に向けての重要な課題の一つである。ECCDはオーミック電流を用いない非誘導電流駆動プラズマの定常維持に利用されており、ヘリカル系においてもブートストラップ電流の抑制、回転変換分布制御が期待されている。線形理論によればECCDの電流駆動は低域混成波電流駆動と同程度の駆動効率が予測されたが、実際の駆動効率は1桁程度低く、その物理機構は明確にはなっておらず、電流駆動効率低下の要因を探ることは、電流駆動のための入射パワーを低減するために必要不可欠である。本年度は、ECCDの制御性を向上させることを目的に、新しい入射システムの導入を行った。ガン発振器を用いた低パワー(13dBm)試験では、入射ビームは1/e2パワーのビーム半径が磁気軸において3cmであり、プラズマ小半径a^20cmよりも十分に小さい結果が得られた。また、可視光レーザーも用いた試験ではN||の範囲が一0.05から0.6までと設計通りの範囲となっており、システムが設計どおり動作していることを確認した。このN||の範囲はEC駆動電流のN||依存性を調べる上で十分に広い。この入射システムを用いて、Heliotron JにおいてECCD実験を開始した。EC駆動電流は平行屈折率N||に依存し、N||=0.4のときに最大2kAが得られた。この電流値はこれまでのリップルトップ加熱の場合の約半分程度の値であり、ECCDが磁場リップルでのパワー吸収位置に強く依存していることを示している。EC電流の増加に従ってECE信号の急激な増大が観測されており、高エネルギー電子がECCDと高い相関を持っている結果が得られている。本研究では、新しく開発した入射システムを用い、Heliotron Jにおいて70GHz第2高調波X-modeによるECCD実験を行った。集束したガウスビームを生成するとともに制御性の向上によってN_II依存性が調べられるようになり、ECCDの物理過程に関する理解が進むことが期待される。プラズマ実験結果はEC駆動電流がN_IIによって制御できることを示すとともに、磁場配位に強く依存することを示した。EC駆動電流が最大となるのはN_II=0.5でECパワーが磁場リップルの山近くにおいて吸収される条件のときである。また、磁場リップルの谷の近くで吸収される場合はEC駆動電流はN_IIに関係なくほぼゼロとなった。平行運動量を保存するTRAVIS計算コードを用いた理論計算結果は実験結果と定量的に良い一致を示し、捕捉粒子の効果について明確な示唆を与えた。EC駆動電流値は数kAと小さいものの局在化しているため磁気軸中心近傍で駆動される場合は回転変換分布を十分に変えることがわかった。本研究では、新しく開発した入射システムを用い、Heliotron Jにおいて70GHz第2高調波X-mdeによるECCD実験を行った。

集束したガウスビームを生成するとともに制御性の向上によってN||依存性が調べられるようになり、ECCDの物理過程に関する理解が進んだ。プラズマ実験結果はEC駆動電流がN||によって制御できることを示すとともに、磁場配位に強く依存することを示した。EC駆動電流が最大となるのはN||=0.5でECパワーが磁場リップルの山近くにおいて吸収される条件のときである。この電流値はこれまでのリップルトップ加熱の場合の約半分程度の値であり、ECCDが磁場リップルでのパワー吸収位置に強く依存していることを示している。平行運動量を保存するTRAVIS計算コードを用いた理論計算結果は実験結果と定量的に良い一致を示し、捕捉粒子の効果について明確な示唆を与えた。EC駆動電流値は数kAと小さいものの局在化しているため磁気軸中心近傍で駆動される場合は回転変換分布を十分に変える。NBIプラズマで励起される大域的アルフベン固有モード(Global Alfven Eigenmode, GAE)にECCDを印加したところ、GAEを抑制することに成功した。ECCDによって変化する磁気シアとモード強度との関係を調べ、ある磁気シアの強さにおいてモード強度が急激に減少することがわかり、モードの安定化に磁気シアの閾値があることを実験的に示した。この結果はモードの励起が磁気シアに依存するという理論と定性的に一致する。ECCDによる回転変換制御に指針を与えるとともに、高性能プラズマ実現に向けたMHD不安定性抑制に繋がる結果が得られた。
脊髄損傷者の暑熱環境下における運動時発汗反応特性に関する研究

脊髄損傷者(脊損者)の発汗機能は基本的には脊損レベルに依存しているとされているが、これまでの研究では脊髄損傷(脊損)レベルと発汗障害部位および発汗量の関係については明確にされていない。特に暑熱環境下における運動時の発汗応答に関する研究はほとんど行われていない。そこで、本研究ではまず脊損レベルと発汗部位との関係を明らかにすることを目的とした。また、暑熱環境下での運動中の飲水により発汗および体温がどのように変化するのかを健常者と比較し、さらに冷却ジャケットが脊損者の体温冷却にどれほど有効な手段なのかを検討した。対象とした被験者は成人男子で、損傷レベルはL1Th6であった。暑熱環境に暴露した際の安静時局所発汗量は脊損レベル別および部位別による顕著な違いが観察された。前額部、胸部および腹部では全被験者において明らかな発汗が観察された。一方、大腿部および下腿部では発汗量は少なく、Th6およびTh7の被験者では発汗がまったく観察されなかった。暑熱環境下における運動時の全発汗量は運動30分後および運動終了時とも、上位脊損者群が低い値を示した。しかし、下位損傷者群と比較して統計的有意差は認められなかった。大腿部および下腿部皮膚温は上位損傷者群が有意に低い値を示したが、前額部、胸部および上腕部の皮膚温には有意差は認められなかった。また、鼓膜温は両群に有意差は認められなかった。局所発汗は脊損レベルの影響が顕著であったが、全身発汗量はそれほど損傷レベルの差は認められず、その結果暑熱環境下の運動時体温調節において上位脊損者群と下位脊損者群には顕著な差はないと結論することができる。脊損者に対する体温冷却効果は健常者と同様に、飲水に加え冷却ジャケットを着用すると、循環系の負担が軽くなり、さらに体の許容蓄熱量に余裕ができ、運動中の体温上昇が抑制されることが明らかとなった。脊髄損傷(脊損)者の発汗機能は基本的には脊損レベルに依存しているとされているが、これまでの研究では脊損レベルと発汗障害部位の関係については明確にされていない。そこで、本研究では脊損レベルと発汗部位との関係を明らかにすることを研究目的とした。被験者は脊損者成年男子7名(L1Th6)であった。被験者は約25°C(相対湿度50%)に設定された部屋に入室し、まず実験前の体水分状態を標準化するために体重の0.5%のミネラルウォータを摂取した。被験者はこの部屋で1時間椅座位安静を保ち、その間皮膚温および心拍数測定用電極を貼付し、最後の5分間に基礎データを収集した。その後、室温約33°C、相対湿度約80%に設定された人工気象室に移動し、さらに30分間の安静を保った。この間、前額部、胸部、腹部および大腿部の発汗量を連続測定した。また、鼓膜温は5分毎に、前額部、胸部、上腕部、大腿部および下腿部の皮膚温および心拍数はそれぞれ1分毎に測定した。鼓膜温は暑熱環境下に暴露された直後から増加し続け、平均で約0.7°C増加した。皮膚温の増加度は部位により異なっていた。

上腕部の温度上昇が最も顕著で、30分の暴露後半には約2.3°Cの増加を示した。つづいて前額部の上昇が大きく、約1.5°Cであった。一方、下肢の皮膚温上昇は比較的小さく、大腿部および下腿部とも約1.0°Cの増加であった。心拍数は30分間の高温暴露ではほとんど変化が認められなかった。発汗量は脊損レベル別および部位別による顕著な違いが観察された。前額部および胸部は全被験者において明らかな発汗が観察された。また、腹部の発汗反応についても全被験者において発汗反応が観察されたが、Th6の被験者では量が少なく、さらにTh12の被験者1名では右腹部において局所的な著しい発汗が認められた。一方、大腿部および下腿部は全被験者において発汗量は少なく、Th6およびTh7の被験者では発汗がまったく観察されなかった。Th6より高い損傷レベルでは発汗機能が損なわれると考えられている。本研究においてもTh6の被験者で発汗機能低下が観察された。しかしながら、前額部および胸部の発汗は多量であり、腹部および下肢部の発汗機能低下が体温調節能力に影響するかどうかは明らかにすることができなかった。Th12より低い損傷レベルの被験者では発汗はすべての部位から観察され、これらの脊損者では本研究のような暑熱環境において、発汗による十分な体温調節能力を有していることが示された。脊髄損傷(脊損)者の発汗機能は脊損レベルに依存しており、対麻痺者の多くは下肢に発汗が認められなり。さらに損傷レベルがTh6以上になると下肢だけでなく上半身の発汗も損なわれる。このような脊損者が暑熱環境下において運動を行うと、体温上昇が顕著となり運動パフォーマンスが低下することになる。体温上昇を抑制する効果的な方法として、運動中の飲水および冷却ジャケットの着用がある。本研究の目的は、暑熱環境下での運動中水分摂取および冷却ジャケット着用が脊髄損傷者の体温調節反応におよぼす影響を明らかにすることであった。被験者は脊損者男子6名で(L1Th6)であった。被験者は約25°C(相対湿度50%)に設定された部屋に入室し、まず実験前の体水分状態を標準化するために体重の0.5%のミネラルウォータを摂取した。被験者はこの部屋で1時間椅座位安静を保ち、その間皮膚温および心拍数測定用電極を貼付し、最後の5分間に基礎データを収集した。その後、室温約33°C、相対湿度約80%に設定された人工気象室に移動し、さらに30分間の安静を保ち、続いて20ワットの負荷で腕回転運動を30分間行った。運動中、鼓膜温を5分毎に、前額部、胸部、上腕部、大腿部および下腿部の皮膚温および心拍数をそれぞれ1分毎に測定した。また、実験開始前後に全裸体重を測定し発汗量を求めた。実験は飲水なし(ND)、飲水(D)および飲水と冷却ジャケット着用(DJ)の3条件であった。飲水量は肺条件下での発汗量とし、運動開始直前に半分を飲み、さらに15分経過後に残りの半分を摂取した。どの条件においても鼓膜温は上昇したが、DJ条件での上昇が最も小さく、運動終了時にはNDとDJ条件間で有意差が認められた(p<0.05)。上腕部および大腿部の皮膚温もDJ条件が低く、上腕部ではNDとDJ条件間に有意差が認められた(p<0.05)。全発汗量はDJ条件では190gであり、NDおよびD条件の約300gより有意に低い値であった(p<0.05)。また、心拍数においてもDJ条件の方が他の条件より有意に低い値であった(p<0.05)。飲水に加え冷却ジャケットを着用すると、循環系の負担が軽くなり、さらに体の許容蓄熱量に余裕ができ、運動中の体温上昇が抑制されることが明らかとなった。一般に、体温が上昇すると生理機能が過剰に亢進することにより、運動パフォーマンスの低下を引き起こす。
副作用なくがんの痛みを抑制する新規TREK1活性化薬の開発とその機能解析

現在、満足できる疼痛コントロールができているがん患者は少なく、より効果的な鎮痛薬の開発が求められている。近年、two-pore domain background K+ channelのひとつであるTREK1が、痛みのセンサーtransient receptor potential (TRP) channelおよび鎮痛制御に寄与するオピオイド受容体(opioid receptor; OR)を発現する神経の両者に存在し、疼痛経路と鎮痛経路の両方に作用する「Dual modulator」として鎮痛シグナルを制御することが示唆された。しかしながら、がん性疼痛におけるTRP発現神経ならびにOR発現神経のTREK1の役割については不明な点が多い。そこで、申請者はがん性疼痛におけるTREK1の役割を解析するとともに新規TREK1活性化剤の開発を目指した。当該年度は、一昨年度および昨年度に実験を行ったOR発現human embryonic kidney 293 (HEK293細胞) cellsを用いてのオピオイド製剤をはじめとする既存の鎮痛薬の評価を進め、結果をまとめて学会発表を行った。さらに、TREK1発現HEK293細胞、ならびにTREK1/MOR共発現HEK293細胞を作製し、TREK1の活性を評価するアッセイを確立した。現在、これらの細胞を用いてオピオイド製剤によるTREK1活性評価、ならびにTREK1 agonistの化合物スクリーニングを行っているところである。さらに坐骨神経部分結紮モデルラットを作製し、脊髄後根神経節細胞および脊髄における疼痛の進展にTREK1発現変化等についても解析を行っているところである。昨年度は産休・育休を取得していたため、従来のスケジュールに合わせた研究遂行が困難であった。OR発現HEK293細胞を用いたオピオイド製剤をはじめとする既存の鎮痛薬の評価およびその学会発表は終了し、現在論文投稿中である。また、TREK1およびMOR/TREK1共発現細胞の作製までは行ったが、各種オピオイド製剤のTREK1活性およびTREK1 agonistの化合物スクリーニングについては現在その評価が進行中である。坐骨神経部分結紮モデルラットを用いた神経障害性疼痛におけるTREK1の役割を解明する実験についても併せて現在評価中である。そのため、計画通りに実験が進んでいるとは言い難く、当該年度の研究計画目標は達成できておらず、研究はやや遅れている。平成31年度以降は、OR発現HEK293細胞を用いたオピオイド製剤をはじめとする既存の鎮痛薬の評価に関する論文をアクセプトさせる。また、TREK1およびMOR/TREK1共発現細胞を用いた各種オピオイド製剤のTREK1活性およびTREK1 agonistの化合物スクリーニングを完了させる。さらに、坐骨神経部分結紮モデルラットを用いた神経障害性疼痛におけるTREK1の役割を解明する実験を行い、スクリーンングよりヒットしたTREK1 agonistの鎮痛作用を評価する。近年、two-pore domain background K+ channelのひとつであるTREK1が痛みのセンサーtransient receptor potential (TRP)channelならびに鎮痛を制御するオピオイド受容体(opioid receptor; OR)を発現する神経の両者に存在し、疼痛経路と鎮痛経路の両方に作用する「Dual modulator」として鎮痛効果を制御することが示唆された。そこで、申請者はがん性疼痛におけるTREK1の役割を解析するとともにTREK1活性化剤の開発を目指す。当該年度は、TREK1を活性化するOR発現human embryonic kidney 293 cells (HEK293細胞)を作製し、オピオイド製剤をはじめとする既存の鎮痛薬を処置し、CellKey systemを用いた細胞内外の電気抵抗値(impedance)変化、ならびに細胞内cAMP量の変化、ORの細胞膜から細胞質へのインターナリゼーションを指標にOR活性を評価し、各オピオイド製剤がOR活性化を介してそれぞれどのようなシグナルを惹起するのかについて解析した。さらに、これらの結果をまとめ、学会ならびに論文発表を行った。また、TREK1発現HEK293細胞、ならびにORおよびTREK1を共発現するHEK293細胞の作製を行っており、TREK1活性評価系を確立しているところである。当該年度において得られた結果は、ORおよびTREK1共発現細胞におけるTREK1活性の役割を解析する上で基盤となるデータである。ORおよびTREK1共発現細胞については現在作製中であり、完成までには至っていない。そのため、当該年度の研究計画目標はやや遅れていると考えている。そこで、申請者はがん性疼痛におけるTREK1の役割を解析するとともにTREK1活性化剤の開発を目指した。

当該年度は、昨年度に実験を行ったOR発現human embryonic kidney 293 (HEK293細胞) cellsを用いてのオピオイド製剤をはじめとする既存の鎮痛薬の評価を進め、結果をまとめて学会発表を行った。さらに、TREK1発現HEK293細胞の作製を行った。以上の準備段階を経て、現在、TREK1発現細胞を用いたTREK1活性評価系の確立を行っているところである。当該年度は産休・育休を取得していたため、従来のスケジュールに合わせた研究遂行が困難であった。OR発現HEK293細胞を用いたオピオイド製剤をはじめとする既存の鎮痛薬の評価およびその学会発表は終了し、TREK1発現細胞の作製までは行ったが、ORおよびTREK1共発現細胞については現在作成中であり、完成には至っていない。そのため、当該年度の研究計画目標はやや遅れている。現在、満足できる疼痛コントロールができているがん患者は少なく、より効果的な鎮痛薬の開発が求められている。近年、two-pore domain background K+ channelのひとつであるTREK1が、痛みのセンサーtransient receptor potential (TRP) channelおよび鎮痛制御に寄与するオピオイド受容体(opioid receptor; OR)を発現する神経の両者に存在し、疼痛経路と鎮痛経路の両方に作用する「Dual modulator」として鎮痛シグナルを制御することが示唆された。しかしながら、がん性疼痛におけるTRP発現神経ならびにOR発現神経のTREK1の役割については不明な点が多い。そこで、申請者はがん性疼痛におけるTREK1の役割を解析するとともに新規TREK1活性化剤の開発を目指した。当該年度は、一昨年度および昨年度に実験を行ったOR発現human embryonic kidney 293 (HEK293細胞) cellsを用いてのオピオイド製剤をはじめとする既存の鎮痛薬の評価を進め、結果をまとめて学会発表を行った。さらに、TREK1発現HEK293細胞、ならびにTREK1/MOR共発現HEK293細胞を作製し、TREK1の活性を評価するアッセイを確立した。現在、これらの細胞を用いてオピオイド製剤によるTREK1活性評価、ならびにTREK1 agonistの化合物スクリーニングを行っているところである。さらに坐骨神経部分結紮モデルラットを作製し、脊髄後根神経節細胞および脊髄における疼痛の進展にTREK1発現変化等についても解析を行っているところである。
ガンマ線バーストジェットのダイナミックスと中心エンジンの活動の相関

ガンマ線の中でもロングバーストに分類されるバーストの少なくとも一部は非球対称性の強い超新星爆発起源であることが観測からも実証されつつある。爆発モデルは解明されていないがコラプサーモデルによるジェット状の爆発が支持されており、そのモデルに基づき親星中心で生成されたジェットのダイナミックスを数値流体シミュレーションによって調べた。本研究では精密な星の進化過程から計算された現実的な親星モデルを用いて親星の質量、密度構造がジェットと親星外層との相互作用にどのように影響するかを調べた。熱エネルギーが卓越したジェットが生成されたと考え、そのジェットが親星中心付近から外層を突き抜け、星間空間へ進みダイナミックスが自己相似的になるまでを計算した。シミュレーション結果からジェットのエネルギー角度分布を求めた。この分布はジェット軸の付近のほぼフラットな成分とそこから広がるべき的な成分の2成分からなる関数でフィットできた。外側のべき指数はジェットがどの程度広がっているかを表す指標の一つであり、エネルギー角度分布の形状は観測頻度などに影響する。異なる親星モデルを用いてエネルギー角度分布のべき指数を比較したところ、ジェットの条件を固定した場合、親星の質量に大きく依存する結果が得られた。重い親星を通過するジェットほど、親星を突き破ってからは大きく広がり、エネギー角度分布は角度に対してゆるやかに変化する。ジェットの条件を変えた場合、同じ親星でもジェットのパワーが高く、初期の開き角の小さなジェットの方が大きく広がり、エネルギー角度分布はゆるやかに変化する。これは、親星の質量と平均的な密度に正の相関があり、親星中をジェットが通過する時に高密度の方がジェットの閉じ込めがよく効き、パワーが高く、初期の開き角の小さなジェットでも同様の傾向が強まるためであることを圧力分布から明らかにした。
最適電力制御型コグニティブＭＩＭＯ－ＯＦＤＭシステムの設計・実現に関する研究

本研究では,多様な通信環境において極低消費電力で高速な無線通信を最適に実現する方式の確立とそのハードウエア化を行った。高速な無線通信は現在1Gbpsを超える速度が実現されているが,実際に通信できる環境は限定的であり,様々な環境下における高速無線通信を実現するのは難しい。本研究では,いろいろな環境において,最高のスループットを満足するシステム構成を見つけ,システムを変更する新技術を開発し,同時に消費電力が最小になるように動作するアーキテクチャ(コグニティブ低消費電力システム)を新たに提案・実現した。また提案システムを用いた高品位映像無線通信の応用システムも開発・実現した。平成25年度は,初年度で提案された種々の通信方式に対する評価と,FPGAシステム化を行った。項目毎の研究実績は以下の通り。(1)コグニティブ方式のための環境センサーの設計(鳥取大担当)。ここでは,(1ー1)無線通信環境推定アルゴリズムのシミュレーション評価と再設計による性能の高度化,(1ー2)アジマススプレッド,Kファクタ推定による,BER, PER改善,(1ー3)ドップラー周波数推定,CNR,占有帯域推定によるコグニティブ無線方式の評価を行った。(2)多様な通信環境下での高速通信システムの方式設計(北大担当)。ここでは,(2ー1)提案するマルチチャンネル無線通信環境モデルの精度評価と改良,(2ー2)(2ー1)に対応したMIMOコーダー・デコーダーの評価,(2ー3)最高スループットでの最小消費電力無線通信の自動設計方式に関する評価を行った。(3)最適低消費電力化技術の開発(北大担当)。ここでは(3ー1)並列・パイププライン処理を効率よく実現する動的アーキテクチャのシミュレーション評価とそのFPGA化,(3ー2)クロックタイミングと電源電圧の最適化による低消費電力モジュールを実現し,それを導入したMIMO-OFDMシステムの低消費電力効果を評価,(3ー3)MIMOアルゴリズムの改良により,極低消費電力化を実現した。(4)システムの最適制御とデータリンク層とのインターフェイス実現(九工大担当)。ここでは,(4ー1)「劣悪環境下高速通信」及び「最適低消費電力通信」を同時に実現する新制御機能の性能評価,(4ー2)高品位映像データストリーミングを可能とするQoS型MAC/LLCの開発を行った。さらに(4ー3)大容量データ通信を実現する超高速型MAC/LLCの開発も行った。(5)さらに,上記を統合したコグニティブMIMO-OFDMシステムをFPGAにより実現した(北大担当)。現在,高速な無線通信はMIMO-OFDMにより1Gbpsを超える速度が実現されている。しかし,実際に通信できる環境は限定的であり,様々な環境下における高速無線通信を実現するのは難しい。本研究では,利用環境において,最高のスループットを満足するシステム構成を最適に自動判定し,システムを変更する新技術(多様な通信環境下の高速通信)を開発し,同時にシステムの消費電力が最小になるシステム構成を見出し,システム全体を自律的に変更するアーキテクチャ(コグニティブ低消費電力アーキテクチャ)を新たに提案し,その無線通信LSIを実現する。また提案システムを用いた高品位映像データストリーミング等の応用システムも開発する。平成24年度における研究実績は次の通り。1新しい通信チャンネルに対するコグニティブシステム向き環境センサーの設計(鳥大担当)。通信環境をできるだけ高精度に推定するため,無線通信環境(アジマススプレッド,Kファクタ,ドップラー周波数,CNR,占有帯域,ドップラー周波数)の推定アルゴリズムを提案した。2多様な通信環境下でも超高速通信を実現するMIMO-OFDMシステムの方式設計(北大担当)。インドア・アウトドアの環境を含めて,大きく5つの通信環境グループに分け,それらの環境を高精度に同定する方式を開発した。3最適低消費電力化技術の開発(北大担当)。上記2の手法による最高スループットを保証し,その条件下における消費電力最小化を実現する無線システムの自律システムを提案した。これにより,最高速度と最小消費電力を同時に達成する新方式を設計・開発した。4コグニティブシステムの最適制御とMACインターフェイスの設計(九工大担当)。「多様な通信環境下での高速通信」及び「最適低消費電力通信」を同時に実現する新制御機能の方式提案を行った。平成26年度は,初年度及び2年度において設計・開発された種々の通信方式に対するシミュレーション評価とその高精度化,および専用FPGAによるトータルシステムの実現を行った。項目毎の研究計画は以下の通り。(1)コグニティブ方式のための環境センサー設計(鳥取大)。(1ー1)Winner IIモデルに基づくチャネルモジュールを再設計し,無線通信環境推定アルゴリズムの高度化を実現。(1ー2)アジマススプレッド,Kファクタ推定による,BER, PER改善に関する提案アルゴリズムを再構築した。(2)多様な通信環境下での高速通信システムの方式設計(北大)。

(2ー1)(1)の成果にあわせて,マルチチャンネル無線通信環境モデルの高速化を行い,(2ー2)高性能MIMOデコーダーシステムのフィールド実験による評価・検証,(2ー3)キャリア周波数とサンプリング周波数のジッタ問題を解決する実用性の高い新方式を開発実現した。(3)最適低消費電力化技術の開発(北大)。(3ー1)(1)および(2)にあわせた動的アーキテクチャによるRTL設計,(3ー2)コグニティブMIMO-OFDMシステムのトータルシステムの設計と評価・検証を行った。(4)システムの最適制御とデータリンク層とのインターフェイス実現(九工大)。(4ー1)「劣悪環境下高速通信」及び「最適低消費電力通信」を同時に実現する新制御機能の性能評価,(4ー2)QoS型MAC/LLCの実装と性能検証を行った。さらに,カメラの映像を,実時間で無線伝送するデモシステムの開発を行った。(4ー3)同時に,大容量データ通信を実現する低消費電力型の超高速型MAC/LLCの設計・開発を行った。(5)さらに,上記を統合したコグニティブMIMO-OFDMシステムのFPGAによる実現とそのフィールド実験,およびトータルシステムのLSI設計を行った(北大,北見工大)。26年度が最終年度であるため、記入しない。情報通信工学26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,コグニティブ無線通信の方式提案とそのアーキテクチャ実現,無線通信システム上での動画像伝送システムの実現と,それらのトータルシステムを利用したデモシステムの実現が最終目的である。各モジュールのハードウエア化は終了しており,最終年度には,全体のシステムが完成する予定である。(1)コグニティブ方式のための環境センサーの設計(鳥取大担当)については,事前に7つの無線通信シナリオを用意し,無線通信環境推定アルゴリズムにより,室内環境では80%以上の精度で,環境を同定できることを示した。これにより,各シナリオに最適な通信システムの自動構築が実現できた。(2)多様な通信環境下での高速通信システムの方式設計(北大担当)については,SISO-OFDM (1x1 SISO-OFDM)から8x8 MIMO-OFDMまでを自動的に制御できる動的アーキテクチャを実現し,高効率と高精度化を同時実現するハードウエア設計とその実現(FPGA)を行った。(3)最適低消費電力化技術の開発(北大担当)については,クロックタイミングと電源電圧の最適化による低消費電力モジュールを実現し,それを導入したMIMO-OFDMシステムの低消費電力効果を評価し,さらにMIMOアルゴリズムの改良により,ディジタル部分での極低消費電力化(1W以下)を実現した。(4)システムの最適制御とデータリンク層とのインターフェイス実現(九工大担当)においては,「劣悪環境下高速通信」及び「最適低消費電力通信」を同時に達成する動画像の圧縮方式を提案・設計・実現した。
環境低負荷半導体材料による排熱・光-電気エネルギー変換素子の開発

本研究では、省エネルギー(排熱リサイクル、太陽光発電)、環境低負荷を視野に入れた熱電変換材料Mg_2Si、Mg_2Si_xGe_<1-x>及び高効率太陽光発電材料Si_xGe_<1-x>を対象としている。そこで本年度は、p・n形バルクMg_2Si、Mg_2Si_xGe_<1-x>の熱電特性の向上及びモジュール化に向けた基礎技術の蓄積、また、均一組成Si_xGe_<1-x>の製造プロセスの条件抽出とその物性評価を行った。結果として以下の知見が得られた。(1)Biのドーピング条件、育成条件を最適化することによりn形バルクMg_2Si結晶において無次元性能指数ZT=1.08(at 861K)を達成した。(3)モジュール化に要求される電極の選定とその作製条件の抽出を行った。電極を形成したn形Mg_2Siにおいて1素子当たり起電力約40mV(ΔT=500K)が得られた。(5)垂直ブリッジマン法を用いた整形結晶化法により、組成の均一なSi_xGe_<1-x>結晶を作製した。作製されたSi_xGe_<1-x>結晶にPN接合を形成し光電流評価を行った。また、フルポテンシャル第一原理計算コードABCAPによりSi_xGe_<1-x>のバンド構造の計算を行った。これらの知見は、上記素材の実用化へ向けた取り組みにおいて重要な位置づけとなると見込まれる。そこで本年度は、p・n形バルクMg_2Si、Mg_2Si_xGe_<1-x>製造プロセス(垂直ブリッジマン法・放電プラズマ焼結)条件の最適化及びMg_2Si結晶の基礎物性の評価を行い、また、均一組成Si_xGe_<1-x>の製造プロセス(結晶育成・後熱処理)の条件抽出を行った。(1)ドーパントの選定・育成条件の最適化により、p形バルクMg_2Si結晶が再現性良く作製可能となり、またn形バルクMg_2Si結晶の熱電特性を向上させるドーピング条件が明らかとなった。(3)育成されたMg_2si結晶はX線トポグラフィ、ラウエ写真により結晶性が評価され、更に結晶性を向上させるための改善点が明らかとなった。(4)グロー放電質量分析(GDMS)でMg2si結晶中の不純物量が調査され、作製プロセスにおいて混入する不純物が熱電特性に大きく影響を及ぼすことが判明した。更に熱電特性を向上させるためには、これらプロセス由来の不純物量を低減させることが重要であることが判明した。(5)垂直ブリッジマン法を用いた整形結晶化法により、Si_xGe_<1-x>(x=0.3-0.8)の結晶が作製され、組成均一化のための熱処理条件の抽出が行われた。また、光吸収測定より試料のバンドギャップが調査された。これら得られた知見は、次年度以降計画している上記素材の高効率化・実用化へ向けた取り組みにおいて重要な位置づけとなると見込まれる。
KdV方程式系のエルゴート理論的研究

Segal-Wilsonによる佐藤のグラスマン多様体の方法の解釈を,無反射ポテンシャル全体の空間の閉包上に適用し,KdV力学系を構成した.その際重要になる部分空間の正値性の概念を導入し,その上でτ関数の非退化性を示した.さらに生成要素及び生成要素に作用する群を表現するモノドロミー行列を導入し,シフト変換に対するRemlingの定理をKdV力学系に拡張した.これによりKdV力学系の不変部分集合の特徴付けが可能になった.Segal-Wilsonによる佐藤のグラスマン多様体の方法の解釈を,無反射ポテンシャル全体の空間の閉包上に適用し,KdV力学系を構成した.その際重要になる部分空間の正値性の概念を導入し,その上でτ関数の非退化性を示した.さらに生成要素及び生成要素に作用する群を表現するモノドロミー行列を導入し,シフト変換に対するRemlingの定理をKdV力学系に拡張した.これによりKdV力学系の不変部分集合の特徴付けが可能になった.今年度は佐藤博士によりはじめられたグラスマン多様体による可積分系の理論の解析的な立場からの基礎付けを第1の目標にして研究した。対象とするグラスマン多様体は単位円周上の2乗可積分関数全体のヒルベルト空間の部分空間である種の性質を満たすもの全体として定義される。代表者は、この部分空間に対して特性関数を定義し、この関数が満たす必要十分条件を求めた。佐藤理論ではこのグラスマン多様体に無限次元の群が作用する。したがってこの群により部分空間が別の部分空間に移るが、代表者はこの作用を特性関数の立場から考察し、1次元シュレーディンガー作用素の場合のスペクトルの研究で重要な役割をする上半平面で正則な関数であるワイル関数を部分空間の特性関数を使い定義するとき、この変換によりワイル関数が1次分数変換の形で変換されることを発見した。さらにこの部分空間がある種のシフト作用素の不変部分空間として特徴づけられることを示し、この不変部分空間が有限次元の場合に完全に部分空間(グラスマン多様体の元)を決定し、この場合のタウ関数が古典的なKdV方程式の解の表現に現れる行列式の形で求まることを確かめた。これらの考察により基礎はほぼ確立できたが、スペクトルが有限帯の場合にこの立場からイソトロピー群で割った商群が有限次元のトーラスになることの証明が残っている。昨年度は佐藤博士によりはじめられたグラスマン多様体による可積分系の理論の解析的な立場からの基礎付けを第1の目標にして研究したが、今年度はその基礎づけの誤りを訂正し、いくつかの改善を行った。まず佐藤により導入され基本的な役割を果たしたタウ関数を具体的な関数に対して実行した。一番単純な唯一の極をもつ分数関数に対しては三輪-神保-伊達により既に計算されている。これを多数の極を持つ分数関数に対して拡張した。その結果、実軸では実数の値をとる関数に対してはタウ関数が消えないことが分かり、これをKdV力学系の構成に応用した。当初はこの力学系を構成するのに、Marchenkoらによるポテンシャルのアプリオリ評価を利用していたが、この新しい方法により、より本質的なKdV力学系構成の方法が分かったことになる。これらの結果はバルセロナの数学研究所(CRM)のプログラム「複素解析とスペクトル理論」の研究集会で連続講演として発表した。さらにランダムなポテンシャルを持つシュレーディンガー作用素の固有値分布の極限分布について新しい結果を得た。この分布はある確率微分方程式の解を用いて記述される分布であり、ランダム行列の場合のベータアンサンブルと呼ばれるものに一致することが分かった。この研究は学習院大学の中野氏との共同研究である。またKrein stringについて境界が流入型の場合に非常に一般的な形でKrein対応の連続性を示すことができた。この結果はこの研究課題の負の部分のスペクトル構造の解明に役立つものと考えている。24年度は佐藤のグラスマン多様体の元に群を作用させたときに,生成関数の変換を記述するモノドロミー行列を定義し,その性質を調べた.これは,シフト変換に関するRemlingの定理をKdV力学系に拡張する際に必要になる.これにより初期関数のクラスが減少あるいは振動する場合も含めた場合に定義されているKdV力学系に対してRemlingの定理を示すことができた.したがって初期関数をポテンシャルに持つシュレーディンガー作用素が絶対連続なスペクトル成分を持つ場合に,KdV方程式の解の時間無限大での挙動が絶対連続スペクトル上での無反射ポテンシャルのそれに一致するという,KdV方程式の解に対する新し漸近定理が得られた.この結果についてはプレプリントをarxiv.math.に掲載している.さらに,この結果はKdV力学系の不変集合についても大きな情報を与え,結果的に不変集合はある集合上で無反射的になることがわかる.この延長上で重要と思われる問題は,例えばスペクトルが純絶対連続である場合(したがってスペクトル上では無反射)に,KdV力学系で不変確率測度は唯一かという問題がある.これはポテンシャルの概周期性より弱い性質を示すことになり,このような一般的な形で証明できる可能性があると予想している.このほかに関連する研究として,減衰するランダムポテンシャルの場合に固有値分布の極限分布についての結果を専門誌に投稿して目下レフェリーの審査を受けている.KdV力学系の不変集合の特徴づけが不十分のためにスペクトルが非常に複雑な場合のポテンシャルの概周期性の証明が未完成である。24年度が最終年度であるため、記入しない。負のスペクトルがルベーグ測度に関して絶対連続と仮定すれば、かなりの一般性を持ってポテンシャルの概周期性が示せるのではないかと予想している。
距離関数の特異性とその蛋白質立体構造解析への応用

本研究課題の研究目的である生データからタンパク質の3次元初期モデルを自動生成することは当初のアイデアでは、なかなか難しいことが分かった。それは部分的にはアイデアは有効であっても、その有効性の度合いがあまり顕著とはいえないこと、そしてそれを全体の中にどう組み込むかについてのソフトウエア作成技術上の問題のためである。そこで今年度は、関連する研究を行い具体的な成果をあげることにつとめた。具体的な研究成果は、次の二つである。(1)Pyrococcus horikoshii由来のTenAホモログの構造解析を行った.分子表面には負の電荷を持った部位が存在しており,その部分に未知のリガンドが結合していた.このことからTenAはこれまで考えられていたような転写因子ではなく,おそらくは酵素として働いているものと考えられる.(2)当該研究課題の関連研究として画像データの認識手段に有効な数値微分法を考案し、その数値実験を行った。数値実験結果は極めて良く、かつ誤差に対してもrobustな方法であることが分かった。この方法は、当該研究に関連する蛋白質の結晶生成過程に必要な溶液中の結晶成長の有無等を、写真撮影画像データから自動判別するのに有効な可能性が高い。またこのような応用ばかりでなく、MRE検査で得られるデータから初期乳がんの発見をするのにも有効と思われる。X線散乱の強度から計算されたタンパク質の電子密度関数の等位面の等距離縮小平行面を、等位面追跡法により求めて、タンパク質を構成しているアミノ酸残基の主鎖、側鎖の位置決めを行い、初期モデルの構成を容易にする方法を与えることを試みた。まず数値実験の準備として、研究代表者が指導している大学院生の王君が、専用の計算機を組み立てた。数値実験を実施するに当たっては、等位面の追跡は空間3次元のハミルトン・ヤコビ方程式を解いて行うことを考えた。いわゆる一般化された柱状面を等位面とする場合は、こうした方法でこのような等距離縮小平行面を求めることは容易である事がわかった。しかし一般化された柱状面が途中で枝分れするような場合は、こうした方法では等距離縮小平行面は縮小途中で止まってしまい、柱状面の分岐を同定することは難しかった。そこでこのような困難の解決を模索していたところ、プリンストン大学のTsai教授との議論を通して、粒子等位面法(particle level set method)がこうした問題の解決に有効ではないかという事を知った。しかしながら粒子等位面法を実際の観測結果として与えられるタンパク質の電子密度関数の等位面データに試すのは簡単ではない。その理由は、実際のデータは膨大でありその一部を切り取って数値実験を試みるには、そのデータの構造、そのデータ解析に用いられているソフトウェアに対する詳しい理解が必要であるからである。研究分担者の田中教授が指導している大学院生で、蛋白質の立体構造初期モデルの構成と連日連夜格闘している周君は、粒子等位面法を側鎖の位置決め利用することに期待し始めている。今後は、周君の協力を得て粒子等位面法を実際のデータに適用していきたい。