hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低濃度、小容量の光受容体膜タンパク試料における動的構造観察手法の開発

膜タンパク質群は多くの疾患に関わっており、その機能を制御する分子標的薬創薬のターゲットとして注目されている。その機能は高次構造によって決まっており、その生理活性作用時の動態も含めて観測できる検出効率の良い観測方法の開発が必要な状況にある。本研究課題では、光受容体タンパク質の動的構造変化が観測可能なフェムト秒パルスレーザーを用いた超高速分光をベースに、信号取得方法の改良と信号増強を組み合わせることで、膜タンパク質に特有な低濃度、小容量という状況で効率の良い信号取得方法を開発する。また、遺伝子組換え大腸菌を利用して変異体を発現させ比較測定することで、分光測定以上の情報を引き出すことを試みる。平成30年度は、レーザーパルスの繰り返し周波数に同期したシングルパルス分光計測と高速時間掃引ポンプ・プローブ分光法を組み合わせた計測装置を開発した。本装置では試料透過光を分光し512ピクセルの1次元CMOSイメージセンサに照射し、パルスの繰り返し周波数10kHzに同期して高速に読み出すことができる。現在までに、装置の動作試験としてフェムト秒領域で比較的大きな光吸収変化が観測されている発光ポリマーMEH-PPVを試料として測定を実施し、信号変化を確認した。光受容体タンパク質試料に関しては、これまでに超高速分光の報告のない好熱性細菌のロドプシンを対象として、遺伝子組換え大腸菌により発現・精製することを目標に研究を実施した。近縁種の発現例を参考にプロセス開発を行い、定常吸収スペクトルやウェスタンブロット法から目的のタンパク質が得られていることを確認した。また、光散乱が少ない高純度な試料を得る精製法についても知見が得られた。これは微弱なフェムト秒領域の時間分解吸収スペクトルを検出する上で重要な知見である。本年度はシングルパルス分光計測と高速時間掃引ポンプ・プローブ分光法を組み合わせた測定装置の開発、並びに遺伝子組換え大腸菌による光受容体タンパク質の発現プロセスの構築を計画し、実施した。装置開発については、大きな信号変化が得られる試料での試験測定までは完了した。予定していた従来の測定方法との定量的な比較は現在考察している最中であり、ほぼ計画通りに進展している。光受容体タンパク質の発現については、目的の試料が得られた。当初の計画にはなかったが、試料の精製プロセスの面から検討を行い、光学測定に適した低光散乱かつ高純度な試料を得る手法の探索を行い最適な精製プロセスを構築した。構築した装置で光受容体タンパク質のフェムト秒時間分解吸収スペクトル測定を行う。その後、時間分解コヒーレントラマン分光装置を構築し、ラマン増強の検討を進める。タンパク質試料に関しては、正常な光受容膜タンパク質での過渡吸収、時間分解ラマン測定の結果を解析し、先行するX線回折によるロドプシンの立体構造との比較から構造異性化に関係する周辺構造の候補を検討する。それらを変異させる遺伝子配列を決定し、大腸菌へ組み込むプラスミドベクターを設計し大腸菌による発現させ、これを用いた測定比較を行う。

タンパク質試料に関しては、正常な光受容膜タンパク質での過渡吸収、時間分解ラマン測定の結果を解析し、先行するX線回折によるロドプシンの立体構造との比較から構造異性化に関係する周辺構造の候補を検討する。それらを変異させる遺伝子配列を決定し、大腸菌へ組み込むプラスミドベクターを設計し大腸菌による発現させ、これを用いた測定比較を行う。時間分解ラマン測定用光学システムの設計に変更が生じたため、部品選定が遅れ、次年度使用額が生じた。計画通り時間分解ラマン測定用光学システムの部品購入に当てる。
大規模エージェントシミュレーションにおける途中分岐実行の実現とその応用

最終年度は、まず分散集合ライブラリについては、その高機能化をはかり、集合自体の複製機能および要素の再配置機能の充実を進めた。現状、複製機構はプロトタイプにとどまっているが、要素再配置機能などは、2019年4月から公開を開始している(CassiaX10lib: https://github.com/handist/cassiaX10lib)。また、人工市場シミュレーション基盤Plhamに対して分枝実行機能の導入を図り、こちらもプロトタイプシステムにおける動作を確認した。今後、同機能についてもコード改善を図りながら公開を進めていく予定である。並列版Plhamも現在公開中である(https://github.com/plham/plham)。この3年間で、当初予定していたシステム実装については、おおよそ予定通り実施することができた。一方で、現行システムでは並列シミュレーションを分枝することはできるが、数多くに分枝したシミュレーションを統括管理機能や、あるいは実行途中のプログラム内部状態分析するための機能はなく、今後のさらなる研究が必要である。現在、申請者が共同研究参加しているシミュレーション管理フレームワークcaravan (https://github.com/crest-cassia/caravan)などとの統合も視野に入れた研究が必要だと思われる。また、応用面については、Plhamの開発・利用者とのミーティングにおいては、システミックリスク分析のため、外部パラメータとAgent群との依存関係をモデル化し、その影響を分析できないかなどの検討をおこなった。今後は、人工市場シミュレーション基盤をマルチ階層シミュレーションの一貫として利用する上でのシミュレータ実装上の課題などについて検討を進めていく予定である。社会事象シミュレーションなどの分野では,モデルや対象社会への導入ルール(例:証券市場へのサーキットブレーカなど)の検証のため,各種パラメータを変更しながら,そのシミュレーション世界への影響を分析することが多い.本研究は,この種の分析を大規模並列エージェントシミュレーションに対して効率的に行えるようにするため,シミュレーション実行中にその対象シミュレーション世界を複製し,それぞれの並行世界を並列にシミュレーション可能な環境を,京などの大規模並列計算機上に実現することを目指す.並列シミュレーションの分枝実行は,分散オブジェクト集合ライブラリに,スナップョット取得およびデータ複製・再配置機能を導入することで,シミュレータが容易に対象世界の複製および並行世界の並列実行を可能とすることで実現する.初年度の研究では,まず分散オブジェクト集合ライブラリの整備をおこない,加えて人工市場シミュレーション基盤Plhamへの応用をおこなった.現在,京コンピュータ上で640銘柄32万エージェントのシミュレーションを,2000計算ノードを用いてほぼ1秒1ステップで実行可能となっている.この際,大規模シミュレーションを効率的におこなえるように,分散オブジェクト集合ライブラリ自体の各種機能拡張も進めている.現在,ライブラリなどの公開に向け,システムの完成度をあげているところである.加えて,いくつかの分散集合クラスに対して,単純な形でのデータ複製・再配置機能のテスト実装をおこなった.本実装では,計算ノードが協調動作することで,参加計算ノード数にほとんど依存しないスケーラブルな実装を達成している.分散集合ライブラリの開発については本研究申請時点から進めており,査読付き国際会議(ICIS2016)での発表1件をおこなった.分散集合ライブラリは,ノード間にまたがったオブジェクト集合データ(リストやマップを含む)を管理し,要素に対する演算や再配置などを管理するデータ構造である.本発表では,連想関係にある複数の分散集合について,オブジェクト共有関係を維持したまま再配置を可能とする手法を提案・実装している.一方で,分散集合ライブラリの人工市場シミュレーション基盤Plhamへの応用もすすめている.シミュレーションの効率的並列化のためには,市場取引およびエージェントのパイプライン的実行や,通信と計算のオーバラップなど高度なスケジューリングが必要であるが,分散集合を用いた見通しのよい実装が可能となりつつある.本件についても国際会議(AROB2017)で発表済みである.一方で,分散集合ライブラリに対するデータ複製・再配置機能については,一部のクラスに対してテスト実装をおこない,そのスケーラビリティを確認した.シミュレーションのある段階において,分散集合上に管理したデータを複数のノードグループに複製・再配置をおこない,個々のノードグループごとに並行世界のシミュレーションをおこなうのが目的である.本件については,対外未発表であるため,アルゴリズムなどの詳細についての記載は,現時点では公開しない.H29年度は主に分散集合ライブラリの記述の柔軟性に重点を置いた研究をおこなうと同時に、人工市場シミュレーション基盤Plhamにおいてエージェントおよび市場の状態管理を分散集合ライブラリに集約する作業をおこなった。また、Plhamについては、途中状態の保存および保存状態からの再実行機能をテスト実装し、Plhamの状態管理が確実に行われていることを確認した。分散集合ライブラリの機能強化については、各要素に関するデータ並列的処理に関して、スレッドプールを用いた非同期的実行を容易に記述することができるようにする一方で、分散集合内でのノード間データ移動について高い抽象度で記述できるように、ライブラリの整備をおこなってきた。これにより、遅延隠蔽のためにデータ並列的処理とノード間通信を同時におこなうといった高度なスケジューリングについても、容易に記述することができるようになった[SWoPPにで発表]。また、ライブラリの種類については、キーバリューストアであるDist(Id)Map, Dist(Id)MapListに加え、要素を集約するためのDistBag,再配置可能な分散配列であるDistCol,各ノードにデータキャッシュを配置可能な配列であるDistColなど、各種用途のためのライブラリを作成している。このように分散集合ライブラリの機能向上を図ることで、大規模分散シミュレーションにおける状態管理を分散集合に集約することが可能となり、分散集合ライブラリに状態保存および複製機能を導入するだけで、容易にシミュレーションの分枝実行が可能となる。

前述したように、実際に集合の状態保存および復元によりシミュレーションの動作再開を確認している。H28年度の時点で分散集合ライブラリの状態複製および再配置に関するプロトタイプ実装が完了しており、H29年度は分散集合ライブラリの機能充実を進め、現実の大規模エージェントシミュレーションに応用、その実用性の向上を図った。改良版PlhamについてもH30年度初頭には公開予定であり、研究はおおむね順調に推移している。本研究で利用する並列プログラミング言語X10では、高並列分野のアプリケーションは各種存在するが、本件のような複雑なオブジェクトデータ構造などを扱ったものは少なく、そういった意味でも、独自性のある研究をすすめることができていると考える。最終年度は、まず分散集合ライブラリについては、その高機能化をはかり、集合自体の複製機能および要素の再配置機能の充実を進めた。現状、複製機構はプロトタイプにとどまっているが、要素再配置機能などは、2019年4月から公開を開始している(CassiaX10lib: https://github.com/handist/cassiaX10lib)。また、人工市場シミュレーション基盤Plhamに対して分枝実行機能の導入を図り、こちらもプロトタイプシステムにおける動作を確認した。今後、同機能についてもコード改善を図りながら公開を進めていく予定である。並列版Plhamも現在公開中である(https://github.com/plham/plham)。この3年間で、当初予定していたシステム実装については、おおよそ予定通り実施することができた。一方で、現行システムでは並列シミュレーションを分枝することはできるが、数多くに分枝したシミュレーションを統括管理機能や、あるいは実行途中のプログラム内部状態分析するための機能はなく、今後のさらなる研究が必要である。現在、申請者が共同研究参加しているシミュレーション管理フレームワークcaravan (https://github.com/crest-cassia/caravan)などとの統合も視野に入れた研究が必要だと思われる。また、応用面については、Plhamの開発・利用者とのミーティングにおいては、システミックリスク分析のため、外部パラメータとAgent群との依存関係をモデル化し、その影響を分析できないかなどの検討をおこなった。
新規な構造転移型脂質デバイスの設計

高分子医薬は細胞内で効果を発現するものが多く、効果的な細胞内輸送システムが不可欠である。脂質膜を操作するツールとして、E5ペプチドが知られている。E5は酸性条件でα-ヘリックスに構造転移し、膜融合・膜破壊能を発現する。既にポリアリルアミン-graft-デキストラン(PAA-g-Dex)が中性条件でさえもE5の構造転移を誘起し、膜破壊能を顕著に高めることを報告してきた。また、E5/PAA-g-Dex複合体はモデルタンパク質の膜透過性を向上させ、細胞質へ輸送することも可能である。細胞はヘテロな脂質膜で覆われ、その組成は細胞種や細胞周期等により異なる。本研究では、脂質組成がE5との相互作用に与える影響とPAA-g-Dexのシャペロン効果について検討した。円二色性スペクトルより、E5は中性条件でランダムコイル構造であったが、無秩序液体(Ld)相を持つリポソームの添加によりα-ヘリックス構造を誘起した。さらに、pH5.4でそのヘリシティが増加した。pH低下に伴うグルタミン酸残基のプロトン化により、E5が膜破壊能を発現する完全な構造に転移したと考えられる。一方、秩序液体(Lo)相ではランダムコイル構造を保持したため、E5-脂質膜間の相互作用は脂質組成に依存すると考えられる。また、PAA-g-DexをE5に添加すると部分的なα-ヘリックス構造形成を誘起し、さらにLd相を持つリポソームの添加により完全な構造へと転移した。膜破壊能評価より、中性条件でE5にPAA-g-Dexを添加すると、Ld相を持つリポソームに対して膜破壊能が促進された。Lo相の脂質膜において、E5はPAA-g-Dex存在下でさえ膜破壊能を示さなかった。このことから、PAA-g-DexはE5の脂質膜選択性を保ちつつ、膜破壊能を向上させるシャペロン活性を持つことが見出された。本研究は、刺激応答性くし型共重合体による膜融合ペプチドの機能制御とそれに伴う脂質膜のダイナミックな構造転移を利用し、自律的にリポソーム-細胞間の膜融合を制御可能な「構造転移型脂質デバイス」を創製することを目的としている。既に、申請者らはくし型共重合体により、膜融合ペプチドの機能向上やリポソームのベシクル-シート構造転移が可能であることを見出してきた。さらに、共重合体・ペプチド複合体は、タンパク質の膜透過性を向上させ、細胞質への効率的な輸送が可能であると示してきた。採用一年目は、膜融合ペプチドの構造制御に関する基礎的な知見を順調に収集し、その成果について米国化学会専門誌への掲載が決定している。膜融合ペプチドはN末端、C末端ヘリックスがGly12-Gly13のヒンジを介してつながった構造である。N末端側は疎水性アミノ酸残基が多く、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)存在下、SDSの疎水部との相互作用によりα-ヘリックスへ転移すると知られている。さらに、pH低下に伴うグルタミン酸残基のプロトン化がC末端側の構造形成に寄与し、活性構造をとることも報告されている。本研究で、共重合体が無秩序液体(Ld)相を持つ脂質膜と協同的に、ペプチドの活性構造への転移に寄与すると明らかにした。特に、共重合体はペプチドのC末端ヘリックス構造形成に寄与し、Ld相を持つ脂質膜の疎水部がN末端側ヘリックスの形成に寄与することが示唆された。一方、比較的膜流動性が低く、脂質分子のパッキングが密な秩序液体相はN末端側の構造転移を誘起しなかったことから、ペプチドは共重合体存在下でさえも脂質膜選択的に相互作用した。従って、共重合体は膜融合ペプチドに対し、その脂質膜選択性に影響を与えず、シャペロン活性を示すと初めて明らかにした。この知見は、細胞種や細胞内小器官選択的なドラッグデリバリーシステムの設計につながると考えている。昨年度は、膜融合ペプチドに脂質膜選択性があり、共重合体はその本来の特性を保持しつつ活性構造への転移・機能発現といったシャペロン活性を有することを見出した。そこで今後は、1)光褪色後蛍光回復法による細胞の膜流動性解析を進め、2)細胞選択的な膜不安定化による高分子の輸送法を確立する。また、細胞は細胞膜を介して細胞内外で物質の貪食・放出を行うと共に、細胞膜間でリン脂質分子の輸送も行い、その機能を維持している。3)ベシクル・シート構造のリポソームと細胞間の脂質分子や高分子等の物質輸送を評価し、新たな構造転移型脂質デバイスの設計に発展させる。円

二色性スペクトルより、E5は中性条件でランダムコイル構造であったが、無秩序液体(Ld)相を持つリポソームの添加によりα-ヘリックス構造を誘起した。さらに、pH5.4でそのヘリシティが増加した。pH低下に伴うグルタミン酸残基のプロトン化により、E5が膜破壊能を発現する完全な構造に転移したと考えられる。一方、秩序液体(Lo)相ではランダムコイル構造を保持したため、E5-脂質膜間の相互作用は脂質組成に依存すると考えられる。また、PAA-g-DexをE5に添加すると部分的なα-ヘリックス構造形成を誘起し、さらにLd相を持つリポソームの添加により完全な構造へと転移した。膜破壊能評価より、中性条件でE5にPAA-g-Dexを添加すると、Ld相を持つリポソームに対して膜破壊能が促進された。Lo相の脂質膜において、E5はPAA-g-Dex存在下でさえ膜破壊能を示さなかった。このことから、PAA-g-DexはE5の脂質膜選択性を保ちつつ、膜破壊能を向上させるシャペロン活性を持つことが見出された。本研究は、刺激応答性くし型共重合体による膜融合ペプチドの機能制御とそれに伴う脂質膜のダイナミックな構造転移を利用し、自律的にリポソーム-細胞間の膜融合を制御可能な「構造転移型脂質デバイス」を創製することを目的としている。既に、申請者らはくし型共重合体により、膜融合ペプチドの機能向上やリポソームのベシクル-シート構造転移が可能であることを見出してきた。さらに、共重合体・ペプチド複合体は、タンパク質の膜透過性を向上させ、細胞質への効率的な輸送が可能であると示してきた。採用一年目は、膜融合ペプチドの構造制御に関する基礎的な知見を順調に収集し、その成果について米国化学会専門誌への掲載が決定している。膜融合ペプチドはN末端、C末端ヘリックスがGly12-Gly13のヒンジを介してつながった構造である。N末端側は疎水性アミノ酸残基が多く、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)存在下、SDSの疎水部との相互作用によりα-ヘリックスへ転移すると知られている。さらに、pH低下に伴うグルタミン酸残基のプロトン化がC末端側の構造形成に寄与し、活性構造をとることも報告されている。本研究で、共重合体が無秩序液体(Ld)相を持つ脂質膜と協同的に、ペプチドの活性構造への転移に寄与すると明らかにした。特に、共重合体はペプチドのC末端ヘリックス構造形成に寄与し、Ld相を持つ脂質膜の疎水部がN末端側ヘリックスの形成に寄与することが示唆された。一方、比較的膜流動性が低く、脂質分子のパッキングが密な秩序液体相はN末端側の構造転移を誘起しなかったことから、ペプチドは共重合体存在下でさえも脂質膜選択的に相互作用した。従って、共重合体は膜融合ペプチドに対し、その脂質膜選択性に影響を与えず、シャペロン活性を示すと初めて明らかにした。この知見は、細胞種や細胞内小器官選択的なドラッグデリバリーシステムの設計につながると考えている。昨年度は、膜融合ペプチドに脂質膜選択性があり、共重合体はその本来の特性を保持しつつ活性構造への転移・機能発現といったシャペロン活性を有することを見出した。そこで今後は、1)光褪色後蛍光回復法による細胞の膜流動性解析を進め、2)細胞選択的な膜不安定化による高分子の輸送法を確立する。また、細胞は細胞膜を介して細胞内外で物質の貪食・放出を行うと共に、細胞膜間でリン脂質分子の輸送も行い、その機能を維持している。
重力を含む統一理論とその数学的構造

ここでは、一方では超ひも理論の数学目的基礎について研究し、他方では、標準模型とその拡張を含め、広い意味での統一理論に関する研究を行った。1.ひも理論に関しては、P進体上のひも理論の研究を続けた。ひも理論、特に超ひも理論は、重力を含む統一理論として最も有力な理論であるが、ひも理論でどのような真空を選ぶか、どのように超対称性を破るか、というような問題に答えて、現実的な模型と結びつけるためには、ひも理論の非摂動論的な理解が必要である。そのためには、ひも理論の全く新しい数学的構造を明らかにすることが求められている。P進体上のひも理論は、このような構造を明らかにする可能性のある理論として提案され、フランプトンと岡田が中心になって、精力的に調べてきた。現在までに、P進体上のひも理論のトリ-振幅の解析を行い、それが非局所スカラ-場理論と同等であること、そのスカラ-場の解析により、ひも理論の非摂動論的真空の存在が示唆されること、P進体ひも振幅の無限積をとることによって、通常のひも理論との関係をつけることが考えられること、また一般にP進体上の場の理論を径路積分の方向で定式化できること等を行ってきた。今回は、特にP進体上のひも理論をより自然な形で定式化する方法として、ブルハットーティツ・トリ-上の場の理論を考察した。ブルハットーティツ・トリ-は、通常のひも理論で分世界面に対応する構造で、自然にP進ひも理論の持つ階層的構造を含んでいる。これに基づいて、ひも理論のル-プ振幅について考察することができる。これからの課題としては、通常のひも理論とP進体ひも理論の関連をル-プレベルで考えること、階層構造を持った系の模型として、ブルハットーティツ・トリ-上の場の理論の応用を考えること等である。2.広い意味での統一理論に関しては、フランプトンと岡田は共同で、クォ-クの質量行列とフレバ-混合の問題について考察を行った。3世代の標準模型では、クォ-クの質量行列に関しては、3つの角度変数、1つのCPを破る位相と6つの質量の固有値の10個のフリ-パラメ-タ-が存在する。これらの値は、標準模型の範囲内では説明できないが、逆にこれらに何らかの関係が存在するとすれば標準模型を超える物理に関する手がかりを与える可能性がある。ここでは、このような立場から、アップ及びダウンタイプクォ-クの質量行列にある単純な対称行列を考えることにより、小林・益川行列の2つの成分lVcbl、lVublとアップタイプクォ-クの3つの質量mu,mc,mtの間の新しい関係式を導いた。この関係式は、実験的に不確定性の大きいトップクォ-クの質量と、lVublの間の関係式と考えることができる。たとえば、トップクォ-クの質量が100200Gevの範囲で、lVublは0.0070.005に対する。トップクォ-クの発見やBメソンの崩壊のより詳しい測定によって、この関係式の成否は確かめることができる。もしも、よく成立しているならば、クォ-クの質量行列を通じて、標準模型を超える統一理論に対する重要な情報を得ることができる。これからの課題としては、CPを破る位相をうまく取入れること、はじめに仮定した質量行列を自然に導くように統一理論を考えることがあげられる。フランプトンは、また、柳田勉と共同で、標準模型を超える一つの試みとして、重いフェルミオンを含むサ-ク模型での強い相互作用によるCPの破れの問題を考えた。このような模型で、ペッチャイ・クイン機構を考えることにより、軽いアクシオンなしに、強い相互作用でのCPの問題を解決することができる。また、この模型は、テクニカラ-の考え方と通常のヒッグス機構とを1パラメ-タ-でつなぐような理論になっていることを指摘した。

これからの課題としては、通常のひも理論とP進体ひも理論の関連をル-プレベルで考えること、階層構造を持った系の模型として、ブルハットーティツ・トリ-上の場の理論の応用を考えること等である。2.広い意味での統一理論に関しては、フランプトンと岡田は共同で、クォ-クの質量行列とフレバ-混合の問題について考察を行った。3世代の標準模型では、クォ-クの質量行列に関しては、3つの角度変数、1つのCPを破る位相と6つの質量の固有値の10個のフリ-パラメ-タ-が存在する。これらの値は、標準模型の範囲内では説明できないが、逆にこれらに何らかの関係が存在するとすれば標準模型を超える物理に関する手がかりを与える可能性がある。ここでは、このような立場から、アップ及びダウンタイプクォ-クの質量行列にある単純な対称行列を考えることにより、小林・益川行列の2つの成分lVcbl、lVublとアップタイプクォ-クの3つの質量mu,mc,mtの間の新しい関係式を導いた。この関係式は、実験的に不確定性の大きいトップクォ-クの質量と、lVublの間の関係式と考えることができる。たとえば、トップクォ-クの質量が100200Gevの範囲で、lVublは0.0070.005に対する。トップクォ-クの発見やBメソンの崩壊のより詳しい測定によって、この関係式の成否は確かめることができる。もしも、よく成立しているならば、クォ-クの質量行列を通じて、標準模型を超える統一理論に対する重要な情報を得ることができる。これからの課題としては、CPを破る位相をうまく取入れること、はじめに仮定した質量行列を自然に導くように統一理論を考えることがあげられる。フランプトンは、また、柳田勉と共同で、標準模型を超える一つの試みとして、重いフェルミオンを含むサ-ク模型での強い相互作用によるCPの破れの問題を考えた。このような模型で、ペッチャイ・クイン機構を考えることにより、軽いアクシオンなしに、強い相互作用でのCPの問題を解決することができる。また、この模型は、テクニカラ-の考え方と通常のヒッグス機構とを1パラメ-タ-でつなぐような理論になっていることを指摘した。
神経芽細胞腫及び周辺疾患におけるアミノ酸代謝の研究

我々は以前シスタチオニン尿症患者尿を用いて、シスタチオニンに関する新しい代謝産物を定量同定し報告した。更にD,L-propargylglycineを用いて、実験的シスタチオニン尿症ラットを作成し、その尿をアミノ酸分析、HPLC,LC-APCI-MS(liquid chromatography-mass spectrometry with anatmos pheric pressure ionization interface system)を用いて定量分析を行い、患者尿と同様、シスタチオニンの新しい代謝産物である、perhydro-1,4-thiazepine-3,5-dicarboxylic acid、N-acetylcys tathionine sulfoxide、cystathionine ketimineなどの含硫アミノ酸も存在していることが明らかとなった。一方、神経芽細胞腫の膿瘍組織をDiaion SK-1(H-form)のカラムにかけ、蒸留水で溶出しロータリーエバポレーターで減圧乾固させアミノ酸分析器を用いて定量分析を試みた。現在分析し得た組織ではシスタチオニンの有意な増加は認められていない。ただ、分析し得た症例はいずれも尿中シスタチオニン増加も明らかではなく、またいずれもステージ1と比較的予後の良いタイプである。進行した副腎原発の神経芽細胞腫では尿中シスタチオニンの増加が認められる場合が多いが最近はマススクリーニングで早期発見される場合が多く、このような進行癌の分析がされていない。今後さらに定量分析を行い、比較検討していく予定である。現時点では、膿瘍組織のアミノ酸分析は、予後因子となりうるか明らかではない。
18世紀後半のウィーンにおけるオペラの上演システム

本年度の研究は、大きく2つに分けられる。1つは、1786年2月におけるモーツァルトの《劇場支配人》とサリエリの《まずは音楽、それから言葉》の2作品の成立と、ウィーンにおけるオペラの公演の状況との関連を探る研究である(昨年度からの継続)。ウィーンでは、その半年前に2つの宮廷劇場での3種類の劇ジャンル、すなわちドイツ語演劇、イタリア・オペラ、ジングシュピールの公演という体制の成立したが、2作品の初演されたシェーンブルン宮殿における催しは、それが背景になっていること、さらに3種の劇ジャンルを対等に扱うという皇帝の理念を表明する場でもあったことが分かった。これについては平成14年10月の広島における美学会全国大会で口頭発表した。現在、この研究成果を論文として公表する準備を行っている。また、それに付随して《劇場支配人》のアンサンブル楽曲に関しても個別的な分析を行い、大分大学教育福祉科学部研究紀要に2編の論文を発表した。もう1つは、モーツァルトの《フィガロの結婚》の初演年における上演状況を、ブルク劇場のオペラ公演全体の中に置きなおして理解する作業である。このオペラの初演された1786/87年のシーズンはとりわけレパートリーの数が多く、また、シーズンの終わりに主要な歌手が交代し、それに伴ってレパートリーの大幅な入れ替えがあった。これは、1783年4月から1791年2月までのブルク劇場におけるオペラ公演の全日程をデータベース化し、統計的に考察を行って新たに得られた知見である。そして、これにしたがって《フィガロの結婚》の初演後の上演の状況を見直すならば、従来言われていたような、新たな人気作の登場によって上演が打ち切りになったというのは事態を単純化しすぎていることが分かる。より複雑な実相の下で個々のオペラの上演の状況を理解し、当時における受容の様態を明らかにする必要があるのである。これについては、予備的な口頭発表を平成14年12月の那覇における全九州大学音楽学会で行った。この研究成果はいくつかの論文として公表していく予定である。本年度はまず、1785年10月から88年2月にかけてケルントナートーア劇場を中心に行われたジングシュピールの公演について、上演日数とレパートリーを統計的に考察した。この時期、ウィーンではブルク劇場を中心とするイタリア・オペラの公演も行われていたが、このように2種類のオペラが宮廷劇場において並行して上演されたのは、ヨーゼフ2世統治下の同都市ではこのときだけである。そのような特徴的な公演の実態を明らかにするのが、この考察の目的である。考察の結果、ジングシュピールとイタリア・オペラはほぼ同じ頻度で上演が行われていたが、レパートリーの内実には違いがあり、ジングシュピールは限られた作曲家による新作と、以前からウィーンで上演されていた旧作とが繰り返し上演された点に特徴が認められた。さらに、その公演の実態から、モーツァルトのオペラ創作に関して不正確に捉えられていた点も明確にすることができた。以上の研究の結果は論文にまとめた。これは大分大学教育福祉科学部研究紀要に掲載予定である(来年度4月)。また、1786年2月におけるモーツァルトの《劇場支配人》とサリエリの《まずは音楽、それから言葉》の2作品の成立と、以上のようなウィーンにおけるオペラの公演の状況とが密接に関連するという予想のもとで、両作品を新たに解釈しなおす作業にも取り組んだ。これは現在、続行中であるが、その成果の一部は、2001年12月の鹿児島における全九州大学音楽学会で発表を行った。
超耐環境下におけるセラミック複合材料の非平衡破壊解析装置の開発

本年度は前年度までに開発した高温破壊試験装置を用い,代表的な構造用セラミックスである多結晶アルミナとそれを炭化ケイ素ウィスカーで強化した複合材料の曲げ強度及び破壊エネルギーを室温から高温迄測定した.曲げ強度は3mm×4mm断面の角柱状試験片に対し内スパン10mm,外スパン30mmの4点曲げ破壊試験を行う事で評価し,破壊エネルギーは中央にシェブロン切欠きが導入された試験片をスパン30mmの3点曲げ破壊試験して評価した.室温から1200°C迄の温度範囲では両材料とも顕著な塑性変形が認められなかったので,線形破壊力学に基づいてデータを解析した.多結晶アルミナの破壊エネルギーはこの温度範囲では顕著に変化しなかった(約20J/m2)のに対して,複合材料の破壊エネルギーは室温で約50J/m2であったものが温度上昇と共に増加し,1100°Cで最大120J/m2に達する事が分った.これは炭化ケイ素とアルミナの熱膨張係数差に起因する残留熱応力が高温で緩和され,破断せずに亀裂面を架橋するウィスカーの本数及びその引抜け長さが増大する事が原因として考えられ,その妥当性が破面観察及びウィスカーの亀裂面架橋過程をモデル化した計算によって裏付ける事ができた.一方,多結晶アルミナの曲げ強度は室温から1000°Cまで約450MPaであったものが1200°C以上で温度上昇と共に徐々に減少したのに対して,複合材料の曲げ強度は室温で約400MPaであったものが1000°Cで急に300MPaまで減少した.両材料とも1200°C以下の温度では亀裂面の癒着による強度回復が生じない事,及び顕著な塑性変形が認められない事を考え合わせると,上記の曲げ強度変化は亀裂進展抵抗の変化に対応している事が示唆された.つまり,室温で潜在亀裂を架橋していたウィスカー周囲の残留熱応力が高温下で緩和され,亀裂面閉口応力が減少した事が強度低下の原因である事が分った.本年度は前年度までに開発した高温破壊試験装置を用い,代表的な構造用セラミックスである多結晶アルミナとそれを炭化ケイ素ウィスカーで強化した複合材料の曲げ強度及び破壊エネルギーを室温から高温迄測定した.曲げ強度は3mm×4mm断面の角柱状試験片に対し内スパン10mm,外スパン30mmの4点曲げ破壊試験を行う事で評価し,破壊エネルギーは中央にシェブロン切欠きが導入された試験片をスパン30mmの3点曲げ破壊試験して評価した.室温から1200°C迄の温度範囲では両材料とも顕著な塑性変形が認められなかったので,線形破壊力学に基づいてデータを解析した.多結晶アルミナの破壊エネルギーはこの温度範囲では顕著に変化しなかった(約20J/m2)のに対して,複合材料の破壊エネルギーは室温で約50J/m2であったものが温度上昇と共に増加し,1100°Cで最大120J/m2に達する事が分った.これは炭化ケイ素とアルミナの熱膨張係数差に起因する残留熱応力が高温で緩和され,破断せずに亀裂面を架橋するウィスカーの本数及びその引抜け長さが増大する事が原因として考えられ,その妥当性が破面観察及びウィスカーの亀裂面架橋過程をモデル化した計算によって裏付ける事ができた.一方,多結晶アルミナの曲げ強度は室温から1000°Cまで約450MPaであったものが1200°C以上で温度上昇と共に徐々に減少したのに対して,複合材料の曲げ強度は室温で約400MPaであったものが1000°Cで急に300MPaまで減少した.両材料とも1200°C以下の温度では亀裂面の癒着による強度回復が生じない事,及び顕著な塑性変形が認められない事を考え合わせると,上記の曲げ強度変化は亀裂進展抵抗の変化に対応している事が示唆された.つまり,室温で潜在亀裂を架橋していたウィスカー周囲の残留熱応力が高温下で緩和され,亀裂面閉口応力が減少した事が強度低下の原因である事が分った.高温下での非平衡破壊状態における亀裂進展挙動を追跡し、セラミック複合材料の破壊過程を追跡する為の装置開発が本研究の目的である。本年度は、高剛性な材料試験機を購入し、これに2000°Cまでの高温炉を設置した。実際に高温で負荷する荷重は、高々1tonであるが、高剛性な試験機として10tonの容量を持つ試験機とした。高温炉の中に設置する押し棒としてこれまでよく黒鉛ロッドが使用されていたが、これは剛性に乏しいことから、本研究では、炭化珪素質の太いロッドを用い、オーリングによる真空遮蔽部の水冷金属ロッドと面接触するように袋ナットで固定した。試験片形状としては、JIS型の曲げ試験片(4×3×35mm)を用いることとし、試験治具には、やはり剛性の高い事が必要なことから市販のSiC製のJIS用高温用曲げ治具を用いた。設置した電気炉の常用使用温度は1800°Cであるが、十分に2000°Cを達成することが出来た。2000°Cを得られる発熱体としてタングステンやモリブデンがあるが、多少の真空漏れにも安心して使用できる発熱体として、炭素の発熱体を用い、真空劣化を来さないように、炭素繊維系のフェルト質の断熱材を用いた。これにより、十分な真空を保持し、2000°Cの高温を達成できた。

この装置を用い、亀裂寸法を読み取る必要のないシェブロンノッチを導入した試料を用い、アルミナの高温破壊靱性を測定したところ、1200°C付近まで安定した破壊靱性値を示し、1300°C以上で、塑性変形に起因すると思われるKICの急激な増加を呈し、高温での破壊靱性値測定に十分な試験機の剛性が達成されたことが分かった。次年度は、高解像度CCDを用いた二次元形状記憶装置を導入して、亀裂長さの測定を行い、高温でのR曲線挙動を測定可能にする予定であり、そのためのプログラムの作成を行っている。高温下での非平衡破壊状態における亀裂進展挙動を追跡し、セラミック複合材料の破壊過程を追跡する為の装置開発が本研究の目的である。本年度は、高剛性な材料試験機を購入し、これに2000°Cまでの高温炉を設置した。実際に高温で負荷する荷重は、高々1tonであるが、高剛性な試験機として10tonの容量を持つ試験機とした。高温炉の中に設置する押し棒としてこれまでよく黒鉛ロッドが使用されていたが、これは剛性に乏しいことから、本研究では、炭化珪素質の太いロッドを用い、オーリングによる真空遮蔽部の水冷金属ロッドと面接触するように袋ナットで固定した。試験片形状としては、JIS型の曲け試験片(4×3×35mm)を用いることとし、試験治具には、やはり剛性の高い事が必要なことから市販のSiC製のJIS用高温用曲げ治具を用いた。設置した電気炉の常用使用温度は1800°Cであるが、十分に2000°Cを達成することが出来た。2000°Cを得られる発熱体としてタングステンやモリブデンがあるが、多少の真空漏れにも安心して使用できる発熱体として、炭素の発熱体を用い、真空劣化を来さないように、炭素繊維系のフェルト質の断熱材を用いた。これにより、十分な真空を保持し、2000°Cの高温を達成できた。この装置を用い、亀裂寸法を読み取る必要のないシェブロンノッチを導入した試料を用い、アルミナの高温破壊靭性を測定したところ、1200°C付近まで安定した破壊靭性値を示し、1300°C以上で、塑性変形に起因すると思われるKICの急激な増加を呈し、高温での破壊靭性値測定に十分な試験機の剛性が達成されたことが分かった。本年度は前年度までに開発した高温破壊試験装置を用い,代表的な構造用セラミックスである多結晶アルミナとそれを炭化ケイ素ウィスカーで強化した複合材料の曲げ強度及び破壊エネルギーを室温から高温迄測定した.曲げ強度は3mm×4mm断面の角柱状試験片に対し内スパン10mm,外スパン30mmの4点曲げ破壊試験を行う事で評価し,破壊エネルギーは中央にシェブロン切欠きが導入された試験片をスパン30mmの3点曲げ破壊試験して評価した.室温から1200°C迄の温度範囲では両材料とも顕著な塑性変形が認められなかったので,線形破壊力学に基づいてデータを解析した.多結晶アルミナの破壊エネルギーはこの温度範囲では顕著に変化しなかった(約20J/m^2)のに対して,複合材料の破壊エネルギーは室温で約50J/m^2であったものが温度上昇と共に増加し,1100°Cで最大120J/m^2に達する事が分った.これは炭化ケイ素とアルミナの熱膨張係数差に起因する残留熱応力が高温で緩和され,破断せずに亀裂面を架橋するウィスカーの本数及びその引抜け長さが増大する事が原因として考えられ,その妥当性が破面観察及びウィスカーの亀裂面架橋過程をモデル化した計算によって裏付ける事ができた.一方,多結晶アルミナの曲げ強度は室温から1000°Cまで約450MPaであったものが1200°C以上で温度上昇と共に徐々に減少したのに対して,複合材料の曲げ強度は室温で約400MPaであったものが1000°Cで急に300MPaまで減少した.
発がんにおける肥満と食餌性因子の多段階がん機構への関与の解明とリスク評価

全がんの35%が食餌性因子および肥満によると推定されている。肥満とがんの関連性がコホート研究により報告されている。我々は多段階発がんにおける肥満と食餌性因子の役割の解明とリスク評価を目的として遺伝子損傷性および細胞増殖能について、クロロゲン酸、2-ニトロトルエン、フタル酸エステルおよび高血糖と酸化ストレス状態について検討した。その結果、これらの因子はある種の条件下でDNA損傷性および遺伝子発現作用を有することが明らかになり、食餌性因子および肥満によるがんの予防には更なる研究が必要であるとこが示唆された。食餌性因子の1つであるクロロゲン酸はコーヒー,プルーン,サツマイモなどに含まれるポリフェノール化合物であり,抗酸化作用を有し健康増進作用に期待が持たれている。実際に高濃度のクロロゲン酸を含んだ健康飲料なども商品化されている。しかし,クロロゲン酸の代謝物であるカフェ酸はIARCでGroup2B(possibly carcinogenic)と評価されており,動物実験により発がん性の報告がある。本研究では,クロロゲン酸の安全性を評価するため,クロロゲン酸のDNA損傷機構を検討した。^<32>Pでラベルしたがん関連遺伝子を用いてDNA損傷性を解析した。クロロゲン酸はCu(II)の存在下でDNAを酸化的に損傷し,NADHの添加により損傷は著しくなり,Mn(II)を加えることにより,DNA損傷はさらに増強した。また,クロロゲン酸によるDNA損傷はカタラーゼ,メチオナール,バソキュプロイン(Cu(I)キレート剤)によって抑制された。クロロゲン酸あるいはカフェ酸によるDNA損傷は同様の塩基特異性が認められ,Tの損傷が強く見られた。カフェ酸はクロロゲン酸に比べDNA損傷性が強かった。電気化学検出器付きHPLCで8-oxodGの生成量を測定したところ,クロロゲン酸はHL-60細胞においてMn(II)の添加により8-oxodG量を有意に増加させ,HP100細胞では増加が認められなかったため,H_2O_2の関与が示唆された。クロロゲン酸は自動酸化の過程でH_2O_2を生成し,Mn(II)存在下で酸化が促進される。さらにNADHの存在下でレドックスサイクルが形成され,DNA損傷が増強したと推定される。クロロゲン酸自体がDNA損傷性を有し,代謝されてカフェ酸となることでさらにDNA損傷性が増すと考えられ,発がん性を含めた安全性のさらなる検討が必要である。2-Nitrotoluene(2-NO_2-T)は農薬、ゴム薬品および染料の合成に重要な商業用化学物質である。環境調査により河川および大気に2-NO_2-Tが存在することが示されている。National Toxicology Programにより雌雄のラットにおいて2-NO_2-Tが明らかな発がん性を有することが示された。また雌雄のラットにおいて乳腺腺腫が認められている。発がん機構の解明のために2-NO_2-Tおよびその代謝物2-nitrosotoluene(2-NO-T)による遺伝子損傷性を細胞および単離DNAを用いて検討した。P^<32>標識単離DNA断片を用いた実験では、2-NO-TはCu(II)および生体内還元物質NADH存在下でDNAを損傷したが、2-NO_2-Tは損傷しなかった。2-NO-TによるDNA損傷はカタラーゼおよびCu(I)キレート剤であるバソキュプロインにより抑制されたことから、過酸化水素とCu(I)の関与が示唆された。ヒト培養細胞HL-60細胞を2-NO-Tで処理した結果、酸化的DNA損傷の指標である8-oxodGの生成が有意に上昇した。リアルタイムRT-PCRを用いた解析により、2-NO-T処理において8-oxodG修復酵素OGG1の遺伝子発現が8-oxodG生成と正相関することが確認された。エストロゲン感受性MCF-7乳癌細胞を用いたE-screenassayにより、2-NO_2-Tは細胞増殖作用を示し,2-NO-Tは逆に増殖を抑制した。表面プラズモン共鳴法を用いたエストロゲン受容体(ER)とエストロゲン反応領域(ERE)との反応性の検討においても2-NO_2-Tはエストロゲン作用を,2-NO-Tは抗エストロゲン作用を示した。2-NO-Tによる酸化的DNA損傷および2-NO_2-Tと2-NO-Tとによる内分泌撹乱作用が女性生殖器発がんに関与する可能性が示唆された。フタル酸類はポリ塩化ビニルプラスチック中の可塑剤として使用され、内分泌撹乱作用が懸念されている。di(2-ethylhexyl)フタル酸塩(DEHP)は最も高い生産量があり、げっ歯類の発がん物質として知られる。我々はこの毒性のメカニズムを明確にするため、DEHPによるDNA損傷および遺伝子発現についてヒト培養細胞を用いて検討した。

HPLC-ECD分析では、HL-60細胞をDEHPで24時間処理した結果8-oxodG生成が有意に上昇した。また、エストロゲン感受性MCF-7細胞を用いたE-screen assayによりDEHPはエストロゲン活性を示した。定量的リアルタイムRT-PCRを用いた解析では、DEHP24時間処理においてPPARγ発現の有意な上昇を示した。PPARγは脂肪蓄積作用を持ち、肥満を介して女性ホルモンに影響する可能性がある。したがって、DEHPによる8-oxodG生成が発がんのイニシエーションおよびPPARγ発現増強とエストロゲン活性を介した肥満・女性ホルモン作用は発がんのプロモーションとして作用し、発がん、特に女性生殖器系がん、に寄与する可能性が示された。糖尿病と発癌との関連を背景として、グルコースと過酸化水素の酸化ストレス関連の遺伝子発現への影響について検討した。ヒト前骨髄球性白血病由来HL-60細胞およびその過酸化水素耐性株を用いてグルコースおよび過酸化水素を反応させ、DNA損傷および遺伝子発現を解析した。その結果、過酸化水素を介した酸化的DNA損傷とCYPlAlの発現上昇が認められた。糖尿病の病態である高血糖は活性酸素の生成や酸化ストレスに関与して、さまざまな経路でDNA damageを引き起す。またCYPlAlなどの代謝酵素は、種々の発がん物質を代謝活性化し、DNA損傷、ひいては発がんのリスクを高める可能性が示された。
ハロゲン結合を利用した特異な官能基選択性を有する不斉触媒の開発

本課題においては、1キラルなハロゲン結合供与体を用いた不斉触媒の開発、2ハロゲン結合供与体に特異的な官能基選択性の探索、の2点を目指して研究を実施した。本課題は3年間行うことを予定していたが、研究代表者の事情により、初年度をもって中止することとなった。初年度は1の点について重点的に検討を行ったため、以下、1の点についての研究結果を記す。まず申請者は、イミダゾール環をベースとしたキラルなハロゲン結合供与体の効率的合成法を確立し、その合成法を用いて、約20種類のキラルハロゲン結合供与体を合成した。次に、合成したキラルハロゲン結合供与体を不斉触媒として用いる検討を行った。モデル反応としては、キノリン誘導体の不斉水素化反応や不斉ヘテロDiels-Alder反応などの反応を用いた。これらの検討では、キラルハロゲン結合供与体がそれぞれのモデル反応を顕著に促進することを確認した。しかしながら、いずれの反応においても有意な不斉誘起は確認できなかった。本研究結果の意義・重要性は以下の通りである。まず、本研究で簡便な合成法を確立したキラルイミダゾリウム塩は、これまで合成例がほとんどないものである。したがって、今回確立したキラルイミダゾリウム塩の簡便合成法は、今後のハロゲン結合関連研究(不斉触媒のみならず、超分子化学など、より広い研究分野)において利用価値の高いものになることが期待される。一方、不斉触媒への応用という当初の研究目的は達成できていない。当初目的の達成のためには、触媒デザインやモデル反応の変更が必要になると考えられる。
空間グラフの不変量と局所変形の研究

1.空間グラフの局所変形と,代数的不変量の研究空間グラフのΔ辺ホモトピーは,代表者が数年前に導入した,同一辺上のΔ変形で張られる同値関係である.本年度は,Δ辺ホモトピーに関する自明性定理,即ち,グラフがいつ互いにΔ辺ホモトピックでない2つの空間埋め込みを持つかを,完全に決定した.また,渋谷哲夫と安原晃により,任意の境界絡み目は自明な絡み目にΔ辺ホモトピックであることが最近示されたが,代表者は,互いにΔ辺ホモトピックでない境界空間手錠グラフの無限族が存在することを示した.これらは,代表者によって構成された,結び目成分のバンド和を用いた代数的不変量により区別される.また,スライス絡み目が自明な絡み目にΔ辺ホモトピックであるかどうかは未解決であるが,代表者は,互いにΔ辺ホモトピックでないスライス空間手錠グラフの無限族が存在することも示した2.空間グラフの射影図の研究グラフの平面への正則射影は,どう3次元空間に持ち上げても非自明な空間グラフが生じるとき,非自明射影と呼ばれ,また,持ち上げ方に依らず生じる空間グラフが一意であるとき,同一視可能射影と呼ばれる.非自明射影を持たないグラフは自明化可能であるといい,自明化可能性に関する障害集合Ωの決定は大変重要な問題である.代表者は,小沢誠,谷山公規,堤幸博との共同研究において,Ωの元を新たに9つ発見した.また,グラフの平面への正則射影が同一視可能射影である為の必要十分条件は,どう持ち上げても自明な空間グラフが生じることであることを示した.一方,グラフの平面への正則射影は,3次元空間への持ち上げ方が異なると生じる空間グラフも異なるならば,完全区別可能射影と呼ばれる.これは代表者によって導入された概念である.自明化可能グラフの完全区別可能射影は平面への埋め込みに限り,また自明化不可能平面的グラフの非自明な完全区別可能射影は非自明射影であることを示した.更にn頂点完全グラフやm+n頂点完全2部グラフは完全区別可能射影を持つことも示した.1.空間グラフの局所変形と,代数的不変量による分類の研究空間グラフのΔ辺ホモトピー及びΔ頂点ホモトピー分類の研究は,空間グラフの持つ,より本質的な情報を調べるうえで大変重要である.本年度は、空間Θ曲線のΔ辺ホモトピー類が,付随する2成分絡み目の佐藤-Levine不変量によって完全に分類されることを示した.これは空間グラフのコボルディズムや概自明空間グラフとも関わる重要な成果である.更に空間4頂点完全グラフのΔ頂点ホモトピー分類は,辺ホモトピー分類と一致し、α不変量によって完全に分類されるのだが,これが,付随する3成分絡み目のMilnor不変量による分類という解釈を持つこともわかった.一方,空間グラフの#辺ホモトピーという同値関係を新たに導入し,既知の同値関係との関わりを含めて,成果を挙げつつある.空間Θ曲線及び空間4頂点完全グラブの#辺ホモトピー類が,辺ホモトピー類,及び付随する2成分絡み自の佐藤-Levine不変量の偶奇によって完全に分類されることを示すとともに,全て互いに#辺ホモトピックであるが,Δ辺(頂点)ホモトピックではない空間グラフの無限族の例を構成した.2.曲面を用いた空間グラフの研究本年度は,空間グラフに含まれている結び目たちに,それぞれ同時にSeifert曲面を張ることによって,空間グラフの幾何学的な性質を調べるという研究に着手した.まず新庄玲子氏との共同研究によって,境界絡み目を空間グラフに拡張した.グラフの境界空間埋め込みという概念を導入し,グラフがいつ境界空間埋め込みを持つかどうかを完全に特徴付けた.更に境界空間グラフの自己パス変形による分類は,含まれている結び目のArf不変量によって決まること,及び自己#変形では常に自明となることも示した.一方,堤幸博氏との共同研究では,特に空間グラフ内の自明な結び目たちに同時に円板を張ることを考え,nパネル的空間グラフの概念を導入し,それを用いて,グラフのn平坦性という,有限グラフ全体へのフィルター付けを新たに導入した.これは,空間グラフの絡み目内蔵性の問題を解決するために,Bohme, Robertson, Seymour, Thomasらによって導入され研究された.パネル的空間グラフ及び平坦グラフの一般化である.彼らは,平坦性に関する障害集合が絡み目内臓性に関する障害集合と一致することを示し,更にその元を全て決定したのだが,我々はn平坦性に関して,n=2の場合を除いて障害集合を全て決定し,更にn=2の場合に幾つかの元を見出した.1.空間グラフの局所変形と,代数的不変量の研究空間グラフのΔ辺ホモトピーは,代表者が数年前に導入した,同一辺上のΔ変形で張られる同値関係である.本年度は,Δ辺ホモトピーに関する自明性定理,即ち,グラフがいつ互いにΔ辺ホモトピックでない2つの空間埋め込みを持つかを,完全に決定した.また,渋谷哲夫と安原晃により,任意の境界絡み目は自明な絡み目にΔ辺ホモトピックであることが最近示されたが,代表者は,互いにΔ辺ホモトピックでない境界空間手錠グラフの無限族が存在することを示した.これらは,代表者によって構成された,結び目成分のバンド和を用いた代数的不変量により区別される.また,スライス絡み目が自明な絡み目にΔ辺ホモトピックであるかどうかは未解決であるが,代表者は,互いにΔ辺ホモトピックでないスライス空間手錠グラフの無限族が存在することも示した

2.空間グラフの射影図の研究グラフの平面への正則射影は,どう3次元空間に持ち上げても非自明な空間グラフが生じるとき,非自明射影と呼ばれ,また,持ち上げ方に依らず生じる空間グラフが一意であるとき,同一視可能射影と呼ばれる.非自明射影を持たないグラフは自明化可能であるといい,自明化可能性に関する障害集合Ωの決定は大変重要な問題である.代表者は,小沢誠,谷山公規,堤幸博との共同研究において,Ωの元を新たに9つ発見した.また,グラフの平面への正則射影が同一視可能射影である為の必要十分条件は,どう持ち上げても自明な空間グラフが生じることであることを示した.一方,グラフの平面への正則射影は,3次元空間への持ち上げ方が異なると生じる空間グラフも異なるならば,完全区別可能射影と呼ばれる.これは代表者によって導入された概念である.自明化可能グラフの完全区別可能射影は平面への埋め込みに限り,また自明化不可能平面的グラフの非自明な完全区別可能射影は非自明射影であることを示した.更にn頂点完全グラフやm+n頂点完全2部グラフは完全区別可能射影を持つことも示した.