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マルセルモース人類学の現代的再評価

フランス人類学の定礎者マルセル・モース(1872-1950)はデュルケームの甥であり、フランス穏健社会主義の指導者ジョレスの盟友であり、ロシア共産主義の厳しい批判者であった。その人類学分野以外での活動もふくめて思考の変遷を、同時代の動向、学問の動向、学派(デュルケム学派社会学)の進展との関係を視野に入れて明らかにし、現代思想としての人類学の可能性を検討する。そのうえでモースの主要業績を明晰判明な日本語に翻訳する。2010年度の目標は、1)前期:1920年代後半のモースの主要業績の検討と翻訳を進め『贈与論』の新訳を完成する。2)後期:『供犠論』の検討を中心とする。共同研究者による新訳を完成し、1899年から1904年までのモースの業績を翻訳し、その学的背景を明らかにする。この間、同時並行するフランスにおけるモース再評価の動向(MAUSSグループ)の調査および、フランスにおける研究者との交流もおこなう、というものであった。成果は以下のとおり。1)代表者自身によるモースの主著『贈与論』の新訳を進めた。この著作では古代ローマ私法が重要な検討対象となっている。基礎的な学習をおこなったことは当然として、大阪大学法学研究科の林智良教授からの教示を仰いで訳語の確定を進めた。2)上記MAUSSのリーダーであるアラン・カイエ、パリ第十大学(ナンテール)教授とは、2010年2月、東京外国語大学西谷修教授が東京日仏会館で主催した研究集会に参加して意見交換する機会をもったが、7月の再来日の際に立命館大学に招聘し公開研究会をおこない、MAUSSの動向の簡潔な提起と、MAUSS運動と関連する主題で研究を進める院生との討議の機会を設け、研究交流をおこなった。3)共同研究者たちとはすでに、2009年12月から2010年前期にかけて平凡社の『月刊百科』に「起点としてのモース」という総題で研究の中間報告を連載したが、これらのエッセーをもとに、『マルセル・モースの世界』と題した平凡社新書の論文集を刊行する準備を進めた。この論集は当初、2010年度内刊行予定だったが、諸般の事情から2010年4月、さらに5月に刊行が延期となったが5月13日に刊行されたフランス人類学の定礎者、マルセル・モースの現代人類学形成史、現代思想における位置をあきらかにしその主要なテクストの日本語の定訳を刊行するという目的は前年度と変わらない。昨年度は、本科研プロジェクトに先立つ、東京外国語大学アジア・アフリカ言語文化研究所における「マルセル・モース研究-社会・交換・組合」の成果の継承のうえに、連携研究者による最初の中間総括として「マルセル・モースの世界」(平凡社新書)刊行の準備を鋭意進めたが予定が遅れて、2011年5月刊行となった。この論文集では直弟子である岡本太郎がモースからひきついぎ日本で開花させたものを一つの軸として、モースの人類学を提示し、その知的形成の背景を探り、さらに学問的活動の初期(シルヴァン・レヴィによるサンスクリット学への薫陶、デュルケームからの指導)、後の宗教研究分野や「贈与論」におけるオリジナルな研究の評価、両大戦間期におけるモースの「ナシオン」研究の評価など、現在の研究水準を踏まえた概括的検討がおこなわれた。この成果を踏まえて今年度は、当初予定よりは遅れたものの、モースの主要業績の定訳の刊行にとりくんだ。すでに細部まで構成案のできた「モース著作集」全六巻(平凡社刊)として、編年のかたちをとるため、各巻(I:1899-1904、II:1904-1914、III、1920-1925、IV:1925-1929、V:1930-1948、VI:1926-1947)ごとに、各時期におけるモースの研究の主題、関心の方向等をあきらかにしてゆくことも研究の重要な課題である。年度内に第一分冊、第二分冊刊行の予定であったが、第一分冊に入る代表作「贈与論」の校訂が予想以上に難航し、現在初校をおこないほぼ終了した。すでに何度か訳されている著作だがこれまでは誤訳も散見され、また「社会学年報」の初出時の原稿を基本とする決定訳を目指し細心の校訂作業をおこなったためである。また両大戦間期の欧米経済の動態とさまざまな困難(大恐慌、ロシア革命の勃発等)への一つの回答として「贈与論」を読み解くという作業に予想以上の時間が必要となった。本研究は、フランス人類学の定礎者、マルセル・モースの現代人類学形成史、現代思想における位置をあきらかにし、その主要なテクストの日本語の定訳を刊行することを目的とした。

昨年度は、最初の中間総括として「マルセル・モースの世界」(平凡社新書)を2011年5月に刊行した。この論文集では、現在の研究水準を踏まえた概括的検討がおこなわれた。今年度は、モースの主要業績の定訳の刊行にとりくんだ。「モース著作集」全六巻(平凡社刊)として、編年のかたちをとるため、各巻ごとに、各時期におけるモースの研究の主題、関心の方向等をあきらかにしてゆくことを進め、主要著作である「贈与論」の翻訳と現代的意義の検討を鋭意進めた。この主要著作についてはすでに何度か訳されてはいるが誤訳も散見され、また「社会学年報」の初出時の原稿を基本とする決定訳を目指し細心の校訂作業をおこなった。その結果現行の翻訳で底本とされる1950年刊行の論集と初出時のテクストの齟齬も少なからず確認された。また、昨年度から、両大戦間期の欧米経済の動態と国民国家(ナシオン)の直面したさまざまな困難への一つの回答として「贈与論」を読み解くという作業を継続したが、まさに現代資本主義の危機と変化の時機と同時的に進められた考察の、同時代的背景の検討には予想以上の時間が必要となった。また著者モースが参照した膨大な量の民族誌の多くが今日のインターネット環境においては原著のPDFファイルで参照できる状況となっており、それを踏まえた再検討は予想以上の時間と労力を要することになった。集中的な作業を予定した夏季休暇に共訳者間で翻訳方針上の重大な意見の相違が生じ、初校の再検討を進めたが修復しがたく、きわめて遺憾ながら現在初校の校正作業をいったん凍結し意見調整を進めている。いっぽうフランスにおいても日本の学会でもモース再検討が深化しておりその把握も進めている。「概要」にも記したが、「贈与論」決定訳の作成のための初出原稿による校訂、訳稿の初校、「贈与論」執筆時の欧米の同時代的社会経済状況との突き合わせ、歴史的文脈の解明に予想以上の時間を要している。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究者の学内役職の変更により、平成24年度は昨年度よりは研究時間が若干増加すると期待しており、また連携研究者の海外での職務の終了による帰国によって共同作業が回復され、予定されたモース著作集の第一分冊、第二分冊、第三分冊の刊行の作業は進捗すると考えている。
Rbの脂質代謝を介したがん悪性進展制御メカニズム

細胞ががん化する際には様々な代謝異常が生じるが、近年これらの代謝異常が、がん細胞の増殖や悪性化に深く関与していることが報告され、がん治療の新たな標的として注目を集めている。我々は、がん抑制遺伝子RBの機能喪失が、脂質代謝経路、特にメバロン酸経路の多くの遺伝子発現を誘導することを見出した。また、その結果生じるコレステロールやその誘導体脂質が、細胞内ROSレベルを抑制することにより、がんの悪性化形質の獲得に寄与していることを明らかにした。本研究は、RBによる脂質代謝制御という新たな機能と、その破綻が引き起こすメバロン酸経路の異常な亢進が、がんの悪性化形質の獲得に寄与していることを示すものである。がんの悪性進展過程において頻繁に観察される、がん抑制遺伝子Rbの機能喪失の意義を明らかにするために、Rbの欠失により発現が変化する遺伝子を網羅的に探索した結果、Rbの欠失が脂質代謝の異常、特にメバロン酸経路の様々な遺伝子の発現を誘導していることを明らかにし、それに伴い細胞内コレステロールの量が増加していることを観察した。次に、非接着培養条件下において、Rbの欠失依存的にスフィアの形成を誘導することができる細胞株を作成し、Rbの欠失によるメバロン酸経路の亢進が、スフィア形成の誘導に与える影響について検討を行った。この細胞株をメバロン酸経路の律速酵素、HMGCRの特異的な阻害剤であるスタチンで処理すると、このスフィア形成能が著しく抑制されることが観察された。メバロン酸経路は、コレステロール合成経路を含む複数の分岐を有する代謝経路であるが、それらの経路の中で、コレステロール合成経路に特異的な阻害剤が、スフィア形成を強く抑制すること、そしてコレステロール自身やそこから合成される一部のコレステロール誘導体には、スタチンによって抑制されたスフィア形成能を回復させる作用があることを明らかにした。これらの結果は、がん細胞におけるRbの欠失が引き起こすメバロン酸経路の異常な亢進が、コレステロールやその誘導体を介して、がん幹細胞様の性質の獲得、維持に寄与していることを強く示唆しており、その現象自体は古くから観察されていた、がん細胞の脂質代謝異常とがんの悪性進展という2つの独立して捉えられていたがん細胞の特徴が、実は密接に結びつき互いに影響を及ぼしていることを示す重要な知見になると考えられる。細胞ががん化する際には、様々な代謝異常が生じることが知られているが、近年これらの代謝異常が、がん細胞の増殖や悪性化に深く関与していることが報告され、がん治療の新たな標的として注目を集めている。がん抑制遺伝子RBは、細胞周期を制御する因子であり、長年様々ながんのイニシエーションに関与すると考えられてきた。しかし、近年RBの機能喪失が、むしろがんの悪性進展過程において頻繁に観察されるようになり、この過程におけるRBの新たな役割が注目されている。我々は、マウス腫瘍細胞を用いてRbの欠失により発現が変化する遺伝子を網羅的に探索し、Rbの欠失が脂質代謝経路、特にメバロン酸経路の多くの酵素の発現を誘導していることを見出した。これまでに我々は、RBの不活性化依存的にスフィア(がん幹細胞様の性質を持つ細胞集団)形成能や、ホルモン療法抵抗性といったがん細胞の悪性化形質を獲得するヒト前立腺がん細胞株を樹立しているが、この細胞においても、RBのノックダウンが、メバロン酸経路の遺伝子発現を誘導することを確認した。そこで、このRBの不活性化依存的な悪性化形質の獲得に、脂質代謝の異常がどのように影響を及ぼすのか、またどのような脂質が作用するのかを検討した結果、メバロン酸経路の中でも特にコレステロール合成経路の亢進が重要であり、その結果生じるコレステロールやその誘導体脂質が作用している可能性が示唆された。次に、これらの脂質ががんの悪性化形質の獲得に寄与する分子メカニズムを検討した結果、コレステロールががん細胞のROSレベルを低下させることにより、スフィア形成能の獲得に寄与していることが明らかになった。以上の結果は、脂質代謝の制御というRBの新たな機能と、その破綻によって引き起こされるメバロン酸経路の異常な亢進が、がんの悪性進展に寄与している可能性を強く示唆するものである。腫瘍生物学がんの悪性進展過程において、Rbの欠失による脂質代謝の異常が与える影響を調べる評価系として、非接着培養条件下におけるスフィア形成の系を確立した。また、多数の分岐を有するメバロン酸経路を様々なステップで抑制する特異的阻害剤を用意して、がんの悪性進展に強く影響を及ぼす代謝経路の同定と作用する脂質の絞り込みを行った。これまでにコレステロール自身と一部のコレステロール誘導体をスフィア形成に影響を与える脂質の候補として同定している。また、Rbの欠失によりその量が変化するコレステロール誘導体を網羅的に調べるために、現在海外の研究室と共同研究を行い、より詳細な解析を行っている。

さらに、これらの脂質が、がんの悪性進展を促進する作用機序を明らかにするために、標的脂質の添加・除去や合成酵素の過剰発現等の処理を行った際に、細胞がどのような影響を受けるのか、主要なシグナル分子の発現や活性を観察して解析を進めている。これらの結果から、本研究は当初の研究実施計画に照らし、おおむね順調に進展していると考える。これまで、おおむね計画通りに進展していることから、今後も当初の研究実施計画に沿って研究を推進する予定である。具体的には、がんの悪性進展に強く影響を及ぼす脂質を同定するために、海外の研究室との共同研究を進め、Rbの欠失により細胞内の量が変化するコレステロール誘導体を同定し、それらの脂質の量を変化させた際のスフィア形成等に与える影響を観察する。また、これらの脂質とがんの悪性進展を繋ぐ分子メカニズムを明らかにするために、同定された脂質が影響を及ぼす、主要なシグナル分子・経路の同定を行う。さらに、生体内における脂質代謝異常の影響を調べるために、Rbを欠失したがん細胞を免疫不全マウスへ移植する実験系を樹立し、標的脂質の合成阻害剤の投与や、合成酵素のノックダウンが、腫瘍形成能に及ぼす効果を評価する。これらの研究を推進し、「Rb欠損による脂質代謝の異常な亢進が、がんの悪性進展において重要な役割を担っている」という仮説を立証し、将来的な臨床応用への基盤を築くことを目指す。当該年度にDNAマイクロアレイの実験を行うことを予定していたが、並行して進めていた他の実験の結果を踏まえ、使用する細胞、サンプル採取の条件を変更し、次年度に実行することにしたため。DNAマイクロアレイの実験を次年度に変更した以外に大きな変更はないため、当初の研究計画に従って研究を進める予定である。
蛋白のリポイル化に関与する酵素系の研究

リポ酸はグリシン開裂酵素系のH蛋白及びピルビン酸,α-ケトグルタル酸および分岐鎖ケト酸脱水素酵素複合体のE2成分に補酵素として結合している.リポ酸はリポ酸活性化酵素によってlipoyl-AMPとなり,ついでリポ酸転移酵素によってリポイル部分が蛋白に転移される.本研究課題で以下の成果を得た.1)ウシのリポ酸転移酵素をクローニングして,塩基配列を決定した.塩基配列から推定されるアミノ酸配列は大腸菌のリポ酸-蛋白リガーゼと35%の相同性を示した.大腸菌中で発現させたリポ酸転移酵素から作成した抗体との反応性,cDNAの塩基配列およびRT-PCRの結果より,ウシ肝臓のリポ酸転移酵素のI型,II型は同一遺伝子の転写・翻訳産物でありミトコンドリアでのプロセッシングの違いによって生じたものであることを明らかにした.2)精製したリポ酸転移酵素はselenolipoyl-AMPに対しても親和性を持ち,セレノリポイル基をアポH蛋白に転移した.セレノリポイル化されたH蛋白を用いてS-SとSe-Seとの酸化還元電位の相違に基づいてグリシン開裂反応を考察した.3)ヒトのリポ酸転移酵素の遺伝子をクローニングしてその遺伝子がヒト第2染色体ql1.2に位置することを明らかにした.種々組織におけるリポ酸転移酵素の発現はリポ酸の受容体蛋白の発現とよく相関しており,組織における効率の良いリポイル化が示唆された.4)ウシ肝臓ミトコンドリアよりリポ酸活性化酵素を部分精製した.感度の良い酵素のアッセイ方法の確立および酵素の精製については現在続行中である.リポ酸はグリシン開裂酵素系のH蛋白及びピルビン酸,α-ケトグルタル酸および分岐鎖ケト酸脱水素酵素複合体のE2成分に補酵素として結合している.リポ酸はリポ酸活性化酵素によってlipoyl-AMPとなり,ついでリポ酸転移酵素によってリポイル部分が蛋白に転移される.本研究課題で以下の成果を得た.1)ウシのリポ酸転移酵素をクローニングして,塩基配列を決定した.塩基配列から推定されるアミノ酸配列は大腸菌のリポ酸-蛋白リガーゼと35%の相同性を示した.大腸菌中で発現させたリポ酸転移酵素から作成した抗体との反応性,cDNAの塩基配列およびRT-PCRの結果より,ウシ肝臓のリポ酸転移酵素のI型,II型は同一遺伝子の転写・翻訳産物でありミトコンドリアでのプロセッシングの違いによって生じたものであることを明らかにした.2)精製したリポ酸転移酵素はselenolipoyl-AMPに対しても親和性を持ち,セレノリポイル基をアポH蛋白に転移した.セレノリポイル化されたH蛋白を用いてS-SとSe-Seとの酸化還元電位の相違に基づいてグリシン開裂反応を考察した.3)ヒトのリポ酸転移酵素の遺伝子をクローニングしてその遺伝子がヒト第2染色体ql1.2に位置することを明らかにした.種々組織におけるリポ酸転移酵素の発現はリポ酸の受容体蛋白の発現とよく相関しており,組織における効率の良いリポイル化が示唆された.4)ウシ肝臓ミトコンドリアよりリポ酸活性化酵素を部分精製した.感度の良い酵素のアッセイ方法の確立および酵素の精製については現在続行中である.リポ酸転移酵素IとIIとの関係を明らかにする目的で酵素のクローニングを行い以下の成果を得た.1)リポ酸転移酵素IとIIのN末端アミノ酸配列は,I型のN末端にさらにAsn残基が付加されていた以外はII型の配列と同一であった.II型のN末端領域のアミノ酸配列を基にオリゴヌクレオチドを合成し,これをプローブにしてbovine liver λgt10 cDNA libraryをスクリーニングしてcDNAを得た.2)得られたcDNAは1326base pairsの長さで,1119base pairsのopen reading frameを含み,373アミノ酸より成る前駆体蛋白をコードしていた.成熟型蛋白は347アミノ酸より成り,分子量は38,903と計算され,肝臓から精製した酵素の分子量とよく一致した.またプレシーケンスのC末はAsnであり,それを含めるとIとII型のN末端アミノ酸配列は一致することになる.ウシのリポ酸転移酵素のアミノ酸配列は大腸菌のlipoate-protein ligaseの配列と35%の相同性を示した.3)NorthernとSouthern blotanalysesではそれぞれ一本のバンドを示し,リポ酸転移酵素IとIIが同一遺伝子の産物であることを示唆した.4)組換リポ酸転移酵素IIを大腸菌BL21(DE3)pLysS中で合成し,精製した後,ウサギに免疫して抗体を得た.肝臓から精製したI型とII型は抗体との反応性において差異は見られず,I型とII型が蛋白全体に渡って類似の構造をしていることが示唆された.5)リポ酸転移酵素I型に特異的なmRNAの存在を明らかにする目的でRT-PCR反応を行い,その生成物をクローニングして塩基配列を調べたが全てII型と同じ配列であった.以上の結果より,リポ酸転移酵素IとIIは同一遺伝子・転写産物からの生成物であり,前駆体蛋白がミトコンドリアに移入した後のプロセシングの違いによってI型とII型が生じたものと結論された.リポ酸はグリシン開裂酵素系のH蛋白及びピルビン酸,α-ケトグルタル酸および分岐鎖ケト酸脱水素酵素複合体のE2成分に補酵素として結合している.

動物組織においてリポ酸がこれらの蛋白に結合するにはまず,リポ酸がリポ酸活性化酵素によってlipoyl-AMPとなり,ついでリポ酸転移酵素の作用によってリポイル部分がアポ蛋白に転移される.本研究課題で昨年度はリポ酸転移酵素のクローニング,塩基配列の決定,大腸菌中での発現と精製を行い,本酵素の2つのアイソフォームが同一遺伝子の転写・翻訳産物であり,ミトコンドリアにおけるプロセッシングの違いによって生じたものであることを明らかにした.本年度はヒトのリポ酸転移酵素の遺伝子の構造解析を行い,その遺伝子がヒト第2染色体q11.2に位置することを明らかにするとともに本酵素の組織発現がリポ酸依存蛋白の発現と相関していることを示した.また,蛋白のリポイル化の全体像を解明するためにリポイル化に関与するもう1つの酵素,リポ酸活性化酵素の精製を試みた.ウシ肝臓ホモジネートを遠心分画するとリポ酸活性化能はミトコンドリアのみに検出された.ミトコンドリアを超音波処理後,超遠心によって粗抽出液を得,それをDEAE-Sepharose,ハイドロキシルアパタイト,Blue-Sepharoseカラムクロマトグラフィーすることによってリポ酸活性化酵素を部分精製した.精製標品はSDS-PAGEでほぼ単一なバンドを示すがさらに精製する必要がある.本酵素の分子量はゲルろ過法で46,000と推定された.リポ酸活性化酵素の反応生成物が直接次のリポ酸転移酵素の基質となるように2つの酵素反応をカップルさせることを試みたがまだ成功しておらず今後の課題である.
頭頸部悪性腫瘍におけるセンチネルリンパ節の検討

悪性腫瘍からのリンパ節転移は最初はセンチネルリンパ節(歩哨リンパ節)と呼ばれるリンパ節から始まり、順次周囲のリンパ節に拡大していくものと考えられている。センチネルリンパ節の同定法には色素法とRI法があり、平成15年度にRI法による皮膚および頭頚部悪性腫瘍のセンチネルリンパ節生検について当院倫理委員会において承認を得た。平成16年度、四肢および頭頚部の悪性黒色腫患者5症例に対して術前リンパシンチグラフィと術中ガンマプローブを川いて、センチネルリンパ節生検を実行した。その際センチネルリンパ節内に転移があるかどうかは、同リンパ節の多数の連続切片を作成し、通常のHE染色に加えて免疫組織学的検討をも施行する必要があった。悪性黒色腫はその発生学的特徴より種々の腫瘍特異的抗原を発生していること、およびそれら抗原に対するT細胞の反応性はすでに確認され、多数のT細胞エビトープが発見されている。それらのほとんどはメラニン合成に関する酵素タンパク群である。我々はRT-PCR法を用いて、メラノーマ特異抗原であるチロシナーゼ、MRT-1、gp100を特異的プライマーで増幅し、2症例に実際にセンチネルリンパ節の微小転移を発見することができた。また頭頚部悪性腫瘍においては、原発巣から所属リンパ節までのリンパ管の距離が短く、センチネルリンパ節が原発巣と近接している場合が多く画像上描出されにくいという手技的問題があった。RIコロイド径を検討した結果、Tc標識フチン酸が最適であることがわかった。さらに、その投与量、注入撮像までの時間、撮像方法を検討した。その結果、撮像は注入直後より行う必要があること、また注入部位の放射能が高いため、同部を鉛板で遮蔽する必要があり、flexibleなtypeで皮膚而に沿いサイズは多様であること、放射能マーカーを対表面に入れて、集積部位の位置同定する必要があることがわかった。顔面部の悪性腫瘍からのリンパ節転移は最初はセンチネルリンパ節(歩哨リンパ節)と呼ばれるリンパ節から始まり、順次周囲のリンパ節に拡大していくものと考えられる。したがって原発腫瘍からリンパ管を経由して最初に到達するセンチネルリンパ節を同定し、そのリンパ節に腫瘍細胞がなければ、その先のリンパ節に転移はないと考えられる。本研究は、将来頭頸部の悪性腫瘍においてもセンチネルリンパ節生検の適応を可能にすることを目的とする。本年度は、まず、頭頚部以外の悪性黒色腫の2症例において、術前のリンパシンチグラフィーと術中の色素法によりセンチネルリンパ節を同定し、転移の有無を検索した。摘出したリンパ節の最大割面から連続切片を作製し、HE染色に加え、S-100、HMB-45、MART-1の免疫染色を行い、また、残りの凍結組織からRNAを抽出し、RT-PCR法でチロジナーゼ、MART-1のmRNAの発現を検索した。2症例とも病理組織学検査とRT-PCR法の両方においてセンチネルリンパ節の転移の有無は陰性と判定し、追加的な所属リンパ節廓清を行わなかった。なお、センチネルリンパ節の同定率の向上をめざし、色素法に加え手術場でのガンマプローブによるリンパ流のマッピング(RI法)の併用を考えており、すでに、手術場でのガンマプローブの使用に関して、徳島大学病院臨床研究倫理審査委員会(受付番号193号)と手術部連絡協議会で承認を得ている。

したがって、原発巣からリンパ管を経由して、最初に到達するセンチネルリンパ節を同定し、そのリンパ節に腫瘍細胞がなければ、その先のリンパ節に転移はないと考えられる。この考えをもとにして、近年センチネルリンパ節を生検し、転移を認めた場合にのみ所属リンパ節郭清を行う方法が欧米に広まっている。センチネルリンパ節の同定法には色素法とRI法があり、昨年度にRI法による皮膚および頭頚部悪性腫瘍のセンチネルリンパ節生検について当院倫理委員会において承認を得た。今年度、四肢および頭頚部の悪性黒色腫患者5症例に対してセンチネルリンパ節生検を実行した。その際センチネルリンパ節内に転移があるかどうかは、同リンパ節の多数の連続切片を作成し、通常のHE染色に加えて免疫組織学的検討をも施行する必要があった。悪性黒色腫はその発生学的特徴より種々の腫瘍特異的抗原を発生していること、およびそれら抗原に対するT細胞の反応性はすでに確認され、多数のT細胞エピトープが発見されている。それらのほとんどはメラニン合成に関する酵素タンパク群である。我々はRT-PCR法を用いて、メラノーマ特異抗原であるチロシナーゼ、MRT-1、gp100を特異的プライマーで増幅し、2症例に実際にセンチネルリンパ節の微小転移を発見することができた。また頭頚部悪性腫瘍においては、原発巣から所属リンパ節までのリンパ管の距離が短く、センチネルリンパ節が原発巣と近接している場合が多く画像上描出されにくいという手技的問題があった。RIコロイド径を検討した結果、Tc標識フチン酸が最適であることがわかった。さらに、その投与量、注入撮像までの時間、撮像方法を検討した。
元素推定と機能推定に基づく医用画像の正規化に関する研究

近年、腫瘍悪性度の分類や予後予測に対し、医用画像解析が遺伝子情報解析に匹敵する可能性が指摘され、レディオミクスと呼ばれる新たな研究分野が形成されつつある。一方、その予測精度を高めるために必要となる高品質で大規模な医用画像データベースにおいて、装置間の機器的な相違や撮影条件の相違が大きな障壁となる。そこで本研究では、この問題の克服に向け、臨床で撮影される医用画像の多様性を利用した元素推定と機能推定による正規化法の研究を推進する。正規化の性能を数値実験によって評価するとともに、レディオミクス特徴量を用いて臨床における予測性能を検討する。
構造、配列、代謝情報を基盤とする抗がん性核酸誘導体の設計

CNDACは、その三リン酸体がDNA中に取込まれると、β-脱離反応により一本鎖切断を起こすように分子設計した抗癌性ヌクレオシドである.本研究では、その機序解析を詳細に行い、以下の諸点を明らかにした.1)5種類の血液癌細胞、3種類の固形癌細胞および患者から採取した2種類の繊維芽細胞を用いてG2/M期の割合をCNDAC未処理細胞と処理細胞間で比較したところ、未処理細胞では1429%なのに対して処理細胞では3355%と有意に増加していた.2)G2期停止に伴って、Chk1のSer-317,Ser-345のリン酸化が起こり、さらにChk1の標的であるCdc25CのSer-216のリン酸化が進行する.その結果、Cdk1のTyr-15がリン酸化されたままになりCyclin B1レベルを上昇させG2期停止に至る.3)CNDAC処理細胞にUCN-01(Chk1阻害剤)を添加すると、G2期細胞の割合が急速に減少し、一時的にG1期細胞が増える.その後、G1期細胞が減少し、アポトーシスが開始される.UCN-01単独ではこのような作用は観察されないので、UCN-01はG2期停止をabrogateし、アポトーシスによる細胞死を大幅に増加させる.4)ML-1細胞をCNDAC処理したところ、二本鎖切断が主に起きていることが明らかになった.この効果もまた、UCN-01添加で増強された.以上のように、CNDACのG2期停止に至る機序の解明とそれに基づくChk1の阻害剤による作用増強が可能になった.がん細胞にX線を照射するとDNAの二本鎖切断を起こすために、G2 checkpoint経路が活性化されG2期で停止し、DNAの修復を待つ.一方、ECydの代謝物であるECyd 5'-三リン酸はRNAポリメラーゼを強力に阻害し、これが引金となりアポトーシスを起こす.この両者を併用した場合に、X-線照射ではヒト胃がん細胞MKN45細胞はネクローシスしか起こさないのに対して、ECydを添加するとアポトーシスへと細胞死の方向を変えることが明らかになった.この機序を明らかにすべく種々検討の結果、ECyd処理により、抗アポトーシス蛋白の一種であり各種がん細胞に高率に発現しているsurvivinがmRNAレベルでも蛋白レベルでも急激に減少することが明らかになった.SurvivinはCdc2-cyclin B1によりリン酸化を受け、M期で抗アポトーシスを発揮しているが、ECyd処理によりsurvivinが合成されなくなったためG2 checkpointが解除され、caspase依存的なアポトーシスが誘導されたと考えられる.1)4'-チオシチジンの大量合成法を確立した.従来の4'-チオヌクレオシドの合成は長工程であるばかりでなく核酸塩基縮合時の立体選択性が乏しく大量合成には不向きであった.今回、プンメラ-反応の際に隣接基関与を効かせることで、比較的短工程で合成する新規方法を開発した.合成した4'-チオシチジンを出発原料にし、2'-ケト体に対する炭素求核剤を付加させ数種の分枝糖4'-チオシチジン誘導体を合成した.それらのin vitroの殺細胞効果を現在検討中である.2)環状デコイ分子の開発とDNA(cytosine-5)methyltransferaseとの相互作用の検討.がん細胞DNA中のCpG配列は異常にメチル化されがん抑制因子などの発現が抑制されていることが知られている.このメチル化にはDNA(cytosine-5)methyltransferaseであるDnmt1やDnmt3a,3bが関与していることが知られている.これらの酵素を効果的に阻害する方法は、従来5-azacytidineの添加が知られているが上記の酵素に対する選択性がない.そこで、CpGの代わりに上記酵素と共有結合を形成する5-fluoroCpGを含む18merの短鎖DNAの両末端をジスルフィド結合で環状化したデコイを合成した.モデル系としてバクテリアのDNA(cytosine-5)methyltransferaseであるM.Hap IIを用いて本酵素に対する阻害を検討したところ、デコイ分子と酵素が1:1に結合することを見い出した.更に、ヒトDnmt1との反応でも本デコイ分子が阻害剤として機能することが明らかになった.現在、詳細な速度論を行っている.(1)アポトーシス誘導とミトコンドリア呼吸能との関連:Human myelogenous leukemiaML-1aおよび,そのミトコンドリアDNA欠損株C19細胞を使用し,種々の抗ガン剤によるアポ卜ーシス誘導を調べた.シクロヘキシミド,エチニルシチジン(ECyd),アクチノマイシンDはML-1a細胞に対して強力にアポトーシスを誘導したが,C19細胞に対する誘導能は低かった.一方,スタウロスポリン,オカダ酸,エトポシドは両者の細胞に対して強力にアポトーシスを誘導した.これらの結果から,1)スタウロスポリン,オカダ酸,エトポシドはアポトーシス誘導に正常な呼吸機能が必要ない.2)ECydは,呼吸機能依存型のアポトーシスを誘導する.3)シクロヘキシミド,アクチノマイシンDも,呼吸機能依存型のアポトーシスを誘導するが,非依存型アポトーシスをも誘導する.一方,オカダ酸を除いた上記の抗ガン剤は,いずれもチトクロムcの放出を介するアポトーシスであった.

次に,ミトコンドリアへのBaxのトランスロケーションとチトクロムc放出との関係を調べた.アクチノマイシンD,スタウロスポリン,エトポシドはミトコンドリアに対するBaxのトランスロケーションを誘導したが,ECyd,シクロヘキシミド,オカダ酸は,ほとんど誘導しなかった.さらに,スタウロスポリンもECydの場合も,チトクロムc放出と同時かその後に,カスパーゼ3の活性化が起こった.しかし,z-VAD-fmk(一般的なカスパーゼの阻害剤)によってチトクロムc放出が阻害されなかったことから,チトクロムc放出の結果としてカスパーゼ3の活性化が起きることが明らかになった.(2)ECydの効果規定因子の解析-ウリジン・シチジンキナーゼ2(UCK2)のクローニング:ECydに対する耐性細胞2種類を含む10種類のヒト固形がん由来細胞での感受性規定因子の検索を行った.その結果,ヌクレオシド類に対するesトランスポーター,最初のリン酸化酵素であるUCK2,シチジンデアミナーゼ(CDA)が感受性規定因子である可能性が高いことが明らかになった.そこで,ヒト繊維肉腫HT1080細胞から5'-RACE法でUCK2をクローニングした.261アミノ酸をコードする786ヌクレオチドが得られ,すでに知られているマウスのUCK cDNAと約70%の相同性を示した.Hisタグを持つUCK2を大腸菌に発現させ本酵素の性質を調べた.本酵素は,ウリジンおよびシチジンをモノリン酸化する活性を示した.1.ヒト胃癌MKN45細胞にX-線を照射するとネクローシスを引き起こすが,それにアポトーシスを起こさない低濃度のECydを加えるとアポトーシスを起こすようになる.この現象はX-線によって引き起こされたG2/M期checkpointのECydによる解除であると考えられた.さらに,このabrogationには,survivinの発現の低下が関与していることが原因であると考えられた.2.HMG蛋白質とbent型DNAの相互作用を解明するため、シスプラチン架橋部位を模倣した塩基部架橋型環状ウリジル酸二量体(d(U^<et>pU))を合成した.d(U^<et>pU)を含む20merの二本鎖DNAは,HMG1bAと強く結合(K_d=11.6±2.51nM)することが明らかになった.今後,ウラシル塩基間のメチレン鎖の長さを調節することでHMG蛋白との結合性をさらに高め,デコイ分子としての利用を考えたい.3.ペンタエリスリトールを用いて二本のオリゴヌクレオチドの両3末端を架橋した回文配列、および非対称な配列からなる3-3結合型オリゴヌクレオチドがポリピリミジン・ポリプリン交互配列に対し、高いアンチパラレル型三本鎖核酸形成能を示すことを明らかにした.4.4-チオリボヌクレオシドを含む4-チオRNAの化学合成に成功した.さらに,合成した4-チオRNA二本鎖を用いてこれらがRNAi法に使用できることを確認した.一方,4-チオリボヌクレオシド5-リン酸がT7RNAポリメラーゼの基質になること,および,4-チオリボヌクレオシドを含むRNAが逆転写酵素の基質になること,を明らかにした.
東アフリカにおける中新世ホミノイドと古環境の研究

人類起源の過程と機構は、人類史の大きな問題として古くより問われ、人類学はその解明を主要課題の一つとしてきた。現在では人類史を約400万年前まで追えるに至っているが、その以前については依然として億測の域を出ていない。したがって400万年以前の人類化石の発見と、それらが生存した環境的背景の分析が人類起源研究での重要課題となっている。さらに近年、現生の霊長類と人類に関する生化学的および分子生物学的解析は、チンパンジ-やゴリラとヒトとの極めて強い類縁性を指摘し、いわゆる分子時計を用いた計算では、ヒトとチンパンジ-との分岐年代が約500万年前と推定されている。したがってこれまで未発見のままとなっているチンパンジ-やゴリラの化石の調査も重要な課題となってきた。本調査プロゼクトは上の状況を踏まえ、人類誕生の高い可能性をもつ東アフリカの中新世中一後期に焦点を絞り、古人類学的、古生物学的および地質学的方法を駆使した有機的・総合的な調査を行なった。さらにチンパンジ-やゴリラの化石発見ための予察的調査をザイ-ル東部においても行い、また発掘化石標本の解析用比較資料の収集として現生大型類人猿の形態学的計測を欧米数カ所の研究機関において行い、中新世ホミノイド(ヒト上科)のとそれらの生息環境の解明に努めた。具体的には、1.北ケニア、ナチョラ(中新世中期)での調査、2.北ケニア、サンブル、ヒルズ(中新世後期)での調査、3.ザイ-ル東部、セムリキ川西岸域(シンダ・モハレ:中新世中一後期)での調査、4.ザイ-ル東部、タンガニ-カ湖西岸域(バラカ:中新世後期)での調査、5.ケニア国立博物館での発掘化石標本の比較解析(サンブル・ホミノイドおよびケニアピテクスなどの霊長類、哺乳類化石)、6.欧米(大英博物館、コットン-パウエル博物館、ベルギ-中央アフリカ博物館、チュ-リッヒ大学、アメリカ博物館)における現生大型類人猿(ゴリラ、チンパンジ-、ピグミ-、チンパンジ-、オラン・ウ-タン)の形態計測と模型標本の作製等であった。これまでに採集・発掘した化石標本は、霊長類、哺乳類、爬虫類、魚類、軟体動物など多様かつ大量である。霊長類については中新世中期のケニアピテクス(中型類人猿)、ニアンザピテクス(小型類人猿)、ヴィクトリアピテクス(中型オナガザル類)、中新世後期のサンブル・ホミノイド(大型ヒト上科)であり、我々のケニアピテクス研究は、以前にサイモンズやピルビ-ム、LSBリ-キ-により提唱されたケニアピテクス初期人類説を否定することとなった。サンブル・ホミノイドについては、より詳細な比較解析を進める中で、この大型ヒト上科霊長類は突顎など原始的な類人猿に似る形質を顔面に保持するものの、純頭型大臼歯と大型化した身体の組合せは食物、咀嚼様式、運動様式において鮮新世アウストラロピテクス類への近接を窺わせている。したがって、この大型ホミノイド調査は、人類起源を明らかにする上でますますその重要度を増していると言える。幸いなことに一連の調査を通じて追加化石の発見の可能性も高くなりつつある。サンブル・ヒルズとナチョラ地域を層序学的にみると、6累層(下部よりナチョラ、アカ・アイテパス、ナムルングレ、ナニャンガ-デン、コンギア-ナグバラットの各累層)が認められ、そのうちの2累層、すなわちアカ・アイテパス累層とナムルングレ累層からこれまでに大量の化石を採集、発掘した。前者は約1500万年前の河成層でケニアピテクスなどを産し、その古環境は付随する動物、植物化石と化石の出土状況から沢沼を伴う森林帯が推定される。後者は約900万年前と推定され、ここからサンブル・ホミノイドが発見された。その古環境はウマ類やウシ類などの系統比較(北アフリカとヨ-ロッパ産の化石と強い類似性を示す)からサバンナないしは疎開林帯と考えられる。今後さらに多くの哺乳類化石の追加が見込まれるため、環境復元の精度はより高ものとなろう。2年度に亙るザイ-ル東部調査では、シンダ・モハレ地域から多くの化石(哺乳類、爬虫類、魚類、貝類)を採集、発掘し、それらに基づき詳しい古環境解析を進めている。霊長類化石の発見は今後の調査に期待しているところである。

さらにチンパンジ-やゴリラの化石発見ための予察的調査をザイ-ル東部においても行い、また発掘化石標本の解析用比較資料の収集として現生大型類人猿の形態学的計測を欧米数カ所の研究機関において行い、中新世ホミノイド(ヒト上科)のとそれらの生息環境の解明に努めた。具体的には、1.北ケニア、ナチョラ(中新世中期)での調査、2.北ケニア、サンブル、ヒルズ(中新世後期)での調査、3.ザイ-ル東部、セムリキ川西岸域(シンダ・モハレ:中新世中一後期)での調査、4.ザイ-ル東部、タンガニ-カ湖西岸域(バラカ:中新世後期)での調査、5.ケニア国立博物館での発掘化石標本の比較解析(サンブル・ホミノイドおよびケニアピテクスなどの霊長類、哺乳類化石)、6.欧米(大英博物館、コットン-パウエル博物館、ベルギ-中央アフリカ博物館、チュ-リッヒ大学、アメリカ博物館)における現生大型類人猿(ゴリラ、チンパンジ-、ピグミ-、チンパンジ-、オラン・ウ-タン)の形態計測と模型標本の作製等であった。これまでに採集・発掘した化石標本は、霊長類、哺乳類、爬虫類、魚類、軟体動物など多様かつ大量である。霊長類については中新世中期のケニアピテクス(中型類人猿)、ニアンザピテクス(小型類人猿)、ヴィクトリアピテクス(中型オナガザル類)、中新世後期のサンブル・ホミノイド(大型ヒト上科)であり、我々のケニアピテクス研究は、以前にサイモンズやピルビ-ム、LSBリ-キ-により提唱されたケニアピテクス初期人類説を否定することとなった。サンブル・ホミノイドについては、より詳細な比較解析を進める中で、この大型ヒト上科霊長類は突顎など原始的な類人猿に似る形質を顔面に保持するものの、純頭型大臼歯と大型化した身体の組合せは食物、咀嚼様式、運動様式において鮮新世アウストラロピテクス類への近接を窺わせている。したがって、この大型ホミノイド調査は、人類起源を明らかにする上でますますその重要度を増していると言える。幸いなことに一連の調査を通じて追加化石の発見の可能性も高くなりつつある。サンブル・ヒルズとナチョラ地域を層序学的にみると、6累層(下部よりナチョラ、アカ・アイテパス、ナムルングレ、ナニャンガ-デン、コンギア-ナグバラットの各累層)が認められ、そのうちの2累層、すなわちアカ・アイテパス累層とナムルングレ累層からこれまでに大量の化石を採集、発掘した。前者は約1500万年前の河成層でケニアピテクスなどを産し、その古環境は付随する動物、植物化石と化石の出土状況から沢沼を伴う森林帯が推定される。後者は約900万年前と推定され、ここからサンブル・ホミノイドが発見された。その古環境はウマ類やウシ類などの系統比較(北アフリカとヨ-ロッパ産の化石と強い類似性を示す)からサバンナないしは疎開林帯と考えられる。今後さらに多くの哺乳類化石の追加が見込まれるため、環境復元の精度はより高ものとなろう。2年度に亙るザイ-ル東部調査では、シンダ・モハレ地域から多くの化石(哺乳類、爬虫類、魚類、貝類)を採集、発掘し、それらに基づき詳しい古環境解析を進めている。霊長類化石の発見は今後の調査に期待しているところである。
DNAを座標指定で配列した電子回路の開発とこれを用いたDNA並列計算素子への応用

膨大な組み合わせの中から1つの解を特定する方法として、DNA塩基配列を演算素子に利用する並列計算手法がある。本研究では1電子回路中の任意の座標に、任意の塩基配列DNA断片を配列する手法の要素技術を確立することを目的とした。DNA断片は、その特性として1塩基の違いで特定のDNAを認識する機能が備わっている。そこで基板上に配列したDANが認識したDNA断片を、電気信号で取り出すことができるようなデバイスの開発の要素技術を確立した。このような要素技術を基に、2DNA並列計算で得られる複数のDNA断片から、特定の解を判定するDNA並列計算素子の基本設計を行った。本研究では1電子回路中の任意の座標に、任意の塩基配列のDNA断片を配列する新方法を開発する。座標指定で配列したDNA断片は1塩基の違いで特定のDNAを認識し、デバイス上で電気信号に変換される。最終目標として2DNA並列計算で得られる複数のDNA断片から、特定の解を判定するDNA並列計算素子の実証化を行う。初年度は1のデバイス作製の要素技術の開発を集中的に実施した。まず電極の電気分解を利用して基板表面にタンパク分子を任意の位置に集積化する「電気分解パターニング法」の検討を行った。本方法は以前に要素技術を確立し、1mm平米の基板表面にタンパク分子を数十箇所集積化することが可能であることを報告している。しかし本方法では、大表面積(3インチ四方)の基板に集積することは困難であることが分かり、集積方法の見直しが必要であると結論した。そこで光感光性樹脂とタンパク集積材料をコンポジットしたタンパクパターニング材料の探索と、その集積条件の検討を行った。この方法は、基板上の任意の位置にタンパクをパターニングできることが確認できた。しかしパターニングの精度はタンパク集積材料の大きさに依存し、最小解像度は理論上50マイクロメートルと精度が低い。次年度はこのタンパク材料をナノスケールに改善し、パターニングの精度とタンパク集積化度の向上を検討する。また他のタンパク集積材料のパターニング法についても探索を引き続き行い、DNAの分子レベルでの集積化に最適な集積化材料と方法論の確立を行う。膨大な組み合わせの中から1つの解を特定する方法としてDNA塩基配列を演算素子に利用する並列計算手法がある。本研究では1電子回路中の任意の座標に、任意の塩基配列のDNA断片を配列する新手法を開発する。座標指定で配列したDNA断片は1塩基の違いで特定のDNAを認識し、デバイス上で電気信号に変換される、最終目標として2DNA並列計算で得られる複数のDNA断片から、特定の解を判定するDNA並列計算素子の実証化を行う。このステージでは当初予定した手法では集積化が困難であることが判明し、集積方法の見直しの必要性があると結論した。そこで感光性樹脂とタンパク集積材料をコンポジットしたタンパクパターニング法の検討を行った。しかしこの方法では、タンパクのパターニングの精度がタンパク集積材料の大きさに依存するため、最小解像度が50マイクロメートルと精度が低いことが判明した。そこで2年目はタンパク集積化度の確認法の確立、ならびにそのタンパクに結合した抗体の電気的検出法の確立を行った。さらにこの結果を基に、タンパクの基板上への直接集積化方法とその集積化度、ならびに電気的検出性能の調査を行った。本研究の目標に掲げているDNAやタンパク等の生物材料を半導体回路に集積し、これが電気的応答で検出できるという点で、その要素技術が確立できたため。このステージでは当初予定した手法では集積化が困難であることが判明し、集積化の見直しの必要性があると結論した。このように初年度はDNAの集積化のための課題点が抽出され、これを整理してデバイスの設計方針を見直すことにした。そこで2年目はDNAより取り扱いやすいタンパクを用いて、DNAが基板上にどのような条件で集積化できるか模擬的に確認するためのモデル実験の確立を行った。また集積したタンパクに結合した抗体の電気的検出法の確立を行い、DNAが基板上で塩基を認識するモデル実験の確立を行った。両者のモデル系での実験は概ね確立できた。最終年度は2年目の要素技術の結果を基に、タンパクの基板上への直接集積化法とその集積化度、ならびに電気的検出法の調査を行い、DNA集積化ための要素技術の確立、ならびにその特許出願を実施した。本研究では1電子回路中の任意の座標に、任意の塩基

配列DNA断片を配列する手法の要素技術を確立することを目的とした。DNA断片は、その特性として1塩基の違いで特定のDNAを認識する機能が備わっている。そこで基板上に配列したDANが認識したDNA断片を、電気信号で取り出すことができるようなデバイスの開発の要素技術を確立した。このような要素技術を基に、2DNA並列計算で得られる複数のDNA断片から、特定の解を判定するDNA並列計算素子の基本設計を行った。初年度はデバイス作製の要素技術の開発を集中的に実施した。まず電極の電気分解を利用して基板表面にタンパク分子を任意の位置に集積化する「電気分解パターニング法」の検討を行った。本方法は以前に要素技術を確立し、1mm平米の基板表面にタンパク分子を数十箇所集積化することが可能であることを報告している。しかし本方法では、大表面積(3インチ四方)の基板に集積することは困難であることが分かり、集積方法の見直しが必要であると結論した。このように研究実施過程で技術的な方法の変更が生じたため、年度後半は他の方法の検討を行った。そのため当初計画より半年程の遅れが生じている。最終年度は今年度確立した集積化法を利用して、まず複数の種類のタンパク分子を用いて座標指定で基板上に配列させ、これが特定のタンパクを認識して電気的応答性を示すかどうか調査を行う。この方法が確立できた後、この展開としてDNA並列計算で得られる複数のDNA断片から、特定の解であるDNAも検出できるか、そのデバイス特性を評価する。センサ工学初年度に別の技術的アプローチとして光感光性樹脂とタンパク集積材料をコンポジットしたタンパクパターニング材料の探索と、その集積条件の検討を行い、基板上の任意の位置にタンパクをパターニングできることが確認できた。しかしパターニングの精度はタンパク集積材料の大きさに依存し、最小解像度は理論上50マイクロメートルと精度が低い。次年度はこのタンパク材料をナノスケールに改善し、パターニングの精度とタンパク集積化度の向上を検討する。また他のタンパク集積材料のパターニング法についても探索を引き続き行い、DNAの分子レベルでの集積化に最適な集積化材料と方法論の確立を行う。
低次元非線形力学系の構造と分岐

非線形写像の力学系としての構造と分岐を研究するために、その最も単純なモデルとしてのHenon mapの性質を解明する...ということがこの研究の目的である.特に、Henon mapの分岐構造を調べるため、周期点曲面という代数多様体を導入し、その幾何学的な構造を調べてみようというのがひとつのテーマであった.具体的には,その周期点曲面の1-dimensional partとhyperbolic partとがどのように結合しているのかを表現するような、記号列に関する自然な十分条件をすでに得ていたわけだが,その必要性を示すのがひとつの課題であった.これについては,前年度に続いて,多変数複素関数論,多変数ポテンシャル論の観点から代数多様体の位相的性質を調べ,ある種の極小性を証明しようとする方向性で研究を行なったが,今のところ具体的な結果は出ていない.面積を保存するHenon familyはKAM理論的分岐を示すことはよく知られているが,パラメーターを大きくしてゆくとhorseshoe mapとなり,2-symbolのfull shiftと同型となる.その意味で,KAM理論的分岐で発生する周期点やinvariant circleなどが,どのようにsymbolic dynamicsの中に埋めこまれているのかは興味深い問題である.これについては,2次元におけるrotation numberに対応するような不変量が必要となるが,torus等で定義されているrotation setなどは適用できない.本研究においては,前年度における,Biham-Wenzelの方法による数値実験で得られたデータをもとに,適切な不変量を定義するための試みをいくつか行なったが,まとまった理論的結果とするためには,さらなる研究が必要である.非線形写像の力学系としての構造と分岐を研究するために、その最も単純なモデルとしてのHenon mapの性質を解明する...ということがこの研究の目的である.特に、Henon mapの分岐構造を調べるため、周期点曲面という代数多様体を導入し、その幾何学的な構造を調べてみようというのがひとつのテーマであった.具体的には,その周期点曲面の1-dimensional partとhyperbolic partとがどのように結合しているのかを表現するような、記号列に関する自然な十分条件をすでに得ていたわけだが,その必要性を示すのがひとつの課題であった.これについては,前年度に続いて,多変数複素関数論,多変数ポテンシャル論の観点から代数多様体の位相的性質を調べ,ある種の極小性を証明しようとする方向性で研究を行なったが,今のところ具体的な結果は出ていない.面積を保存するHenon familyはKAM理論的分岐を示すことはよく知られているが,パラメーターを大きくしてゆくとhorseshoe mapとなり,2-symbolのfull shiftと同型となる.その意味で,KAM理論的分岐で発生する周期点やinvariant circleなどが,どのようにsymbolic dynamicsの中に埋めこまれているのかは興味深い問題である.これについては,2次元におけるrotation numberに対応するような不変量が必要となるが,torus等で定義されているrotation setなどは適用できない.本研究においては,前年度における,Biham-Wenzelの方法による数値実験で得られたデータをもとに,適切な不変量を定義するための試みをいくつか行なったが,まとまった理論的結果とするためには,さらなる研究が必要である.
レーザ光描画装置用半導体励起レーザの開発に関する研究

NdドープLiNbO3結晶に半導体レーザ(808.6nm)を照射した場合の吸光・発光特性を測定した。その結果つぎのような結果を得た。1)Ndドープ量1%と3%の基板について両特性は、後者の方が吸光、発光効率とも大きかった。又吸収のピーク値はTE、TM偏光で異なり、後者の方が大きく、1084nm辺りで最大のピークを示すことが分かつた。2)発光スペクトルの遷移確率を変えるため、結晶の温度を常温から150°Cまで変化させた。おしなべてスペクトル分布はブロードになるが最大ピーク波長の発光は90°Cまでは増加し、これ以上では逆に低下した。3)常温でNdイオンの発光スペクトルは自然放出に依るもので、狭帯域化は計られていなつかた。これは、反転分布が形成されていないことを示唆した。次にKNbO3結晶に半導体レーザ(室温867nm)を導いて第二高調波発生による青色レーザ光の発生に関する理論的検討および実験を試み以下の結果を得た。1)半導体レーザの非点収差の存在により、位相整合条件は従来と異なり、集束ビーム依存性を持つことが分かつた。2)非点収差により整合波長は、長波長側にシフトし、この場合X-Y結晶面内に同調角度が存在しない。3)半導体レーザの集束ビーム径100μm、温度12.5°Cにて発振波長が863.5nmとなり、KNbO3の温度38.6°Cにて位相整合条件が満たされ、青色SHG光が生起されることが確認された。LiNbO_3のNdドープ量と吸光度、レーザ遷移の温度依存性について調べた。1.吸収、蛍光分光特性の測定Ndドープ量1%と3%の基板について、吸収分光特性、蛍光分光特性を測定し、後者の方が両特性とも良好であった。また、吸収ピークはTE,TM偏光で異なり、1084nm辺りで最大の蛍光ピークを示すことが分かりNd-YVO_4と遷移波長が異なった。2.吸収・蛍光分布特性の温度依存性遷移確立を変えるためセラミック加熱温度コントローラにより、常温から150°Cまでの吸収スペクトル・温度特性を調べた。温度上昇に対して吸光度は幾分増しブロードとなるが、吸収のピーク波長はシフトしない。つぎに遷移スペクトルの温度依存性について調べた。その結果、蛍光強度は、約90°Cで最大となることが分かった。3.現段階で、遷移は確認されたが、808.6nmのポンプ光に対して反転分布が形成されておらず、レーザ発振を確認していない。Nd原子のイオン化や結晶中のNd分布を変化させるための基盤処理条件を検討し解析する必要がある。別のレーザ光描画装置の光源として、KNbO_3SHGの結晶についても検討し、半導体レーザの特性を考慮した変換効率を計算した。KNbO3内における、半導体レーザ光の第一種位相整合による第二高調波発生(SHG)について実験及び計算を行い次の知見を得た。(A)半導体レーザ光における非点収差の位相整合への影響1.集束レンズにより結晶内に形成される基本波は、楕円型ガウス光となる。伝搬マトリクッス法により結晶内の非点収差の表現を得た。この表現から最適な位相整合は従来の条件と異なり、集束ビーム径依存性があることが分かった。2.平面波に対して結晶内のX軸伝搬で位相整合条件が満たされるとき、楕円型ガウス光に対する整合波長は、長波長側にシフトとする。この場合、X-Y面内で同調角度は存在しない。(B)温度同調による位相整合

1.集束ビーム径100μmに対して、実験に使用した半導体レーザ(鳥取三洋、SDL7033室温、867nm)の温度を12.5°Cに冷却すると、電流値130mAにおいて出力50mW、発振波長863.5nmとなる。このとき結晶の温度を38.6°Cに保つと位相整合条件が満たされることが分かった。2.KNbO3結晶は50°C以上で分極ドメインを発生し易く、これを抑えるために40°C以下が望ましい。実験では、ペルチェ素子にPID制御を施すこにより38.6±0.02°Cの精度で実現でき、これによりSHGの実験を試みた。3.弱いながらも青色SHG光が確認された。レーザ描画装置の光源として用いる場合、半導体レーザ光自体のパワーアップ、収差補正、キャビテイのよる光共振器を付加する必要があることが痛感された。