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有機塩素化合物による土壌・地下水汚染の調査・分析システムの確立

有機塩素化合物による土壌・地下水汚染は、全国で1万ヶ所以上あるといわれているが、その実態は不明である。この原因の一つに土壌・地下水汚染の調査、分析システムが確立されていないことがあげられる。そこで、本研究では、(1)土壌・地下水汚染地域の検索、(2)汚染事業所の特定、(3)汚染場所の特定、(4)汚染レベルの把握、の各ステップについて既存の方法の特性を調べるとともに、土壌中有機塩素化合物含有量測定方法および水中有機塩素化合物の気化・検知管法による測定法法を開発することを試みた。また、地下水中の有機塩素化合物を現地で簡易に調査・分析するための気化・検知管法の適用性と信頼度を調べた。その結果、土壌ガス測定方法は2倍から1/2のバラツキが生じること、含有量測定には本研究で開発したエタノール抽出法が適していること、水中の代表的な有機塩素化合物についても本研究で開発した気化・検知管法が簡易に汚染レベルの把握に役立つことを多くの現場で確認した。これらの方法を組み合わせることで有機塩素化合物による土壌・地下水汚染の調査・分析が容易に、確実にできるようになった。そこで、本研究では、(1)土壌・地下水汚染地域の検索、(2)汚染事業所の特定、(3)汚染場所の特定、(4)汚染レベルの把握、の各ステップについて既存の方法の特性を調べるとともに、土壌中有機塩素化合物含有量測定方法および土壌ガス拡散吸着定量分析法を開発することを試みた。また、様々な有機塩素化合物によって種々の濃度レベルで汚染している土壌にこれらの方法が適用できることを明かにするため、任意の物質で任意レベルに汚染したモデル汚染土壌の調製方法を検討した。その結果、土壌ガス測定方法は2倍から1/2のバラツキが生じること、含有量測定にはエタノール抽出法が適していること、モデル汚染土壌は汚染物質蒸気を24時間循環して吸着させる方法で実際の汚染土壌に近い均一な汚染土壌が得られることを示した。有機塩素化合物による土壌・地下水汚染は、全国で1万ケ所以上あるといわれているが、その実態は不明である。その結果、土壌ガス測定方法は2倍から1/2のバラツキが生じること、含有量測定にはエタノール抽出法が適していること、水中の代表的な有機塩素化合物について、気化・検知管法が簡易に汚染レベルの把握に役立つことが確認された。
院内教育担当者の能力向上プログラムの開発－研修評価に着眼して－

本研究の目的は、院内教育を担当する看護職者の能力向上に向け、研修評価に焦点を当てた継続教育プログラムを開発することである。プログラムは、研究者らが開発した「院内研修評価モデル」を運用する能力の修得を目指す。「院内研修評価モデル」は、研修をデザイン、過程、成果の3側面から総合的に評価するモデルであり、評価の側面、目的、評価主体、評価方法を明確化し、研修の質改善につながる評価を可能にする。研究は、次の4段階により実施する。1「院内研修評価モデル」を用いて研修評価を実施した院内教育を担当する看護職者(以下、院内教育担当者)を対象に調査を行い、モデル活用上の課題と活用に必要な教育内容を明らかにする。21に基づき、教育プログラムを作成し、院内教育担当者を対象に実施する。3参加者の目標達成状況と研修終了後の評価活動における成果を明らかにする。4教育プログラムの汎用化に向けて成果をまとめハンドブックを作成する。今年度は、1の院内教育担当者によるモデルの運用に向けた準備に取り組んだ。研究の参加者である院内教育担当者には、「院内研修評価モデル運用ガイド」を使用し、評価活動を行ってもらう。そのため、この「院内研修評価モデル運用ガイド」が、評価活動を進めるためによりわかりやすく簡便に使用できるように、内容を検討し、洗練した。また、評価活動を効率的に実施することを支援するために、研修の評価結果(スケールを用いて研修参加者から受ける評価)の集計に活用できるエクセルファイルや評価結果から改善の方向性を見出すためのフォーマットなどを作成した。「院内研修評価モデル」の運用と運用上の課題・教育内容の明確化に向けた調査を実施予定であったが、運用のための準備に時間を要し、実際の運用までに至らなかった。準備は整ったため、今年度は、運用と調査を進める。残る3年間に、当初の目標を達成するために、各段階を迅速に進める。2019年度は、「院内研修評価モデル」の運用と運用上の課題・教育内容明確化に向けた調査を実施する。調査を実施しつつ、分析を並行して進める。2020年度は調査結果に基づき、教育プログラムを作成し、プログラムを実施する。2021年度は、プログラムの評価を行い、ハンドブックを作成する。「院内研修評価モデル」の実際の運用を予定していたが、平成30年度は準備段階までに留まり、データ収集に要する経費の支出がなかったため、次年度使用額が生じた。データ収集開始に伴い、支出する予定である。
ステレオビジョン用グラフカットのFPGAによる高速化

Wave Front Fetchアルゴリズムは,よく知られているPush Relabelアルゴリズムの高速化のための付加機能であるGlobal Update処理をPush処理の中に一体化したものである.このアルゴリズムはGPUに実装した場合でも高い性能が得られるが,FPGAに実装すると50MHzのクロック周波数の場合で,現時点で入手可能な最高性能のGPUであるGTX1080での実行に比べて40倍から80倍の性能向上を達成できることが分かった(発表予定).CPUと比べると1000倍以上の高速化となる.問題はグラフデータをFPGA内部のブロックメモリに格納する必要がある点であり,3Dグラフのサイズが16x64x64程度までしかFPGA上に置けない.ブロックメモリサイズの拡大はFPGAの今後の重要な方向であると業界紙等で指摘されるようになってきているが,現状のFPGAではブロックメモリサイズがネックとなる.一方,注視ステレオから並行ステレオに変更したために必須となったステレオキャリブレーション処理は,当初OpenCVの,良く知られたZhangの手法によるライブラリを使用したが,十分な精度が得られなかった.原因を分析したところ,二つのステレオカメラの同期ずれが大きな誤差につながっていることが分かった.安価なUSB接続による2台のカメラを使う場合に同期をとることは不可能であるので,独自に新たなキャリブレーション方式を開発することとした.グラフカット値を小さくするようにカメラを回転させるという愚直な方法を試したところこれで十分な精度が得られた.本年度は主にステレオビジョン用グラフカット処理の高速化をFPGAではなくGPUを対象として進めた.私が使用しているステレオビジョン用グラフでは,ビジョン用のグラフカットプログラムとして良く知られているBKプログラムに対し,94倍の性能向上を達成した.また並列処理を生かせる新しいグラフカットアルゴリズムを考案し,Wave Front Push Pull法と名付けた.94倍の性能向上でもまだリアルタイム処理には遠く,GPUでの並列グラフカット処理の知見を元に来年度はFPGA上での高速グラフカット回路の実現を目指す.またこのために本年度はFPGAボードを開発するか,あるいは既製品を使用するかの検討を行った.GPUを使用して開発してきたステレオビジョン用グラフカットアルゴリズムを元に,今年度はFPGA向けグラフカットアルゴリズムの開発を開始した.入手できる中で最大の内部メモリを持つFPGA(Xilix 7VX690T-1)を1個搭載した米国Dini社製のFPGAボード(DNV7F1A)を導入し,当方で長年開発してきたFPGA設計ツールPARTHENONへ接続した.その後,FPGA用のグラフカットアルゴリズムの開発を開始したが,まだ満足のいく結果は得られていない.なによりもFPGAボードとCPUとのリアルタイム連携部分が未完成で,実験の効率が上がらない.一方,これまでの注視ステレオから一般に使われている平行ステレオへカメラの配置を変更し,カメラの選定とキャリブレーション法の検討を開始した.12月に行われた国際画像機器展を見学して学会では分からないビジョン研究の現状と工業用カメラの視察を行った.この中で,WEBカメラのようにコンピュータに容易に接続できるカメラはWEBカメラしかないことに気づかされた.工業用カメラは工業カメラ業界独自のインターフェースとなっており,たとえばドイツThe Imaging Source社のカメラはWindowsのダイアログアプリが推奨で,C言語ではmain関数から始まるコンソールアプリは営業サポート外とのことである.これではCUDAやOpenGLやOpenCVと組み合わせて使うことができない.ドイツImaging Development Systems社のカメラではmain関数から始まるプログラムが想定されており,Windows10-64ならびにUbuntu14.04LTS-64でCUDA,OpenGL,OpenCVと連携させることができる.設計環境の接続に時間を費やした.Dini社の開発環境に用意された例が複雑すぎたため,エッセンスを抽出するのに時間を要した.Dini社に限らず自分の環境を押し付けるものが多すぎる.全くゼロから始める場合はそれでよいが,ユーザがすでに十分な開発環境を持っている場合には両社の接続が大変になる.特にFPGAボードとCPUとのリアルタイム連携機能は実現できておらず,さらなる時間が必要である.Wave Front Fetchアルゴリズムは,よく知られているPush Relabelアルゴリズムの高速化のための付加機能であるGlobal Update処理をPush処理の中に一体化したものである.このアルゴリズムはGPUに実装した場合でも高い性能が得られるが,FPGAに実装すると50MHzのクロック周波数の場合で,現時点で入手可能な最高性能のGPUであるGTX1080での実行に比べて40倍から80倍の性能向上を達成できることが分かった(発表予定).CPUと比べると1000倍以上の高速化となる.問題はグラフデータをFPGA内部のブロックメモリに格納する必要がある点であり,3Dグラフのサイズが16x64x64程度までしかFPGA上に置けない.ブロックメモリサイズの拡大はFPGAの今後の重要な方向であると業界紙等で指摘されるようになってきているが,現状のFPGAではブロックメモリサイズがネックとなる.一方,注視ステレオから並行ステレオに変更したために必須となったステレオキャリブレーション処理は,当初OpenCVの,良く知られたZhangの手法によるライブラリを使用したが,十分な精度が得られなかった.原因を分析したところ,二つのステレオカメラの同期ずれが大きな誤差につながっていることが分かった.安価なUSB接続による2台のカメラを使う場合に同期をとることは不可能であるので,独自に新たなキャリブレーション方式を開発することとした.グラフカット値を小さくするようにカメラを回転させるという愚直な方法を試したところこれで十分な精度が得られた.単一GPUによる性能向上は通常20倍以下であり,94倍の性能向上は新開発のアルゴリズムの効果である.並列処理を生かせるグラフカットアルゴリズムには大きな価値があるものと思われる.

FPGAボードとCPUとのリアルタイム連携はあきらめて,目標を実験データの取得のみに絞り込むことにより,当初の目的を果たしたい.予定通りFPGAによる高速並列グラフカット回路の実現を目指す.Dini社製FPGAボードの利用開始に必要な作業に時間を必要とし,次のステップに進めなかったため.必要な消耗品の購入と学会発表に使用する予定である.
作用素代数に関連する代数系とその周辺

代表者は主としてJordan代数や作用素代数をその特別な場合として含む代数系(Jordan三重系)、特にJBW^*三重系について、過年度より、その代数構造と、ある特殊な三重積(quadratic product)との関り合いについて研究を進めてきた。その結果、両者の深い関り合いが次第に明らかになってきている。例えば、JBW^*三重系の本質的に非可換な部分で、単にquadratic productを保存する写像(quadratic map)は自動的に実線形構造とノルムを保存し、直交するイデアル上、一方では複素線形、他方では共役複素線形に分解される等である。幾つかの結果については、既に公表も進んでおり、三重系微分等については新たな展望も開けそうである。分担者高橋は、可換バナッハ代数上で群環上のBSE方定理の類似を、又、特殊なC^*代数上でKorovkin型定理の類似を各々にたどり、過年度に京都大学数理解析研究所等での研究会等で部分的に発表していたものをまとめ、今年度中に論文の形で公表出来る見込である。また局所コンパクト可換群上での定理をバナッハモジュ-ル上で再構築する作業も進み、バナッハ代数の可換性の必要十分条件として知られている条件の作用素による言い換え等の作業も進んでいる。分担者佐藤は、Bernstein-Lorentzの結果を出発点とした連続函数の近似定理の中で、線形作用素による大域的な同値定理の問題をPeetreのK-functionalやSteklov mean等により計算した。特に作用素をBernstein多項式としたときの評価式の指数に関して証明をまとめ報告した。本年度は作用素をBernstein多項式に限定して、関数空間を変えながら、同値定理の評価を計算する作業が進行中である。代表者は主として作用素環を特別な場合として含むジョルダン三重系に於ける特別な三重積(quadratic product)とジョルダン三重系の代数構造との関りあいに付いて、国外研究者との共同研究を進め、物理学とも関連したジョルダン三重系の代数構造の決定に関する興味ある知見が得られつつある。これらに付いてはPubl.RIMS Kyoto Univ.1988(別項参照)に触れられている。分担者高橋は群環と可換バナッハ代数のある共通な性質に注目して、若干の結果を得た。これらに付いては、京都大学数理解析研究所等での研究会で公表され、近くしかるべき形でまとめられる予定である。用いたダランベール型公式を与え、分担者佐藤はBernstein型多項式による多項式近似を考察した。これらに付いても各々実解析セミナー等で発表されている。代表者等はJordan代数や作用素代数をその特別な場合として含む代数系(Jordan三重系)、特にJBW^*三重系について、過年度よりその代数構造と、ある特別な三重積(quadratic product)との関り合いについて研究を進めてきた。JBW^*三重系の本質的な非可換な部分で、単にquadratic productを保存する写像は自動的に実線型構造とノルムを保存し、直交する2つのイデアル上、一方で複素線型、他方では共役複素線型に分解される等、いくつかの結果については、既に公表が進んでおり、新たに三重系微分等についての展望も開けそうである。分担者高橋は、可換バナッハ代数上で群環上のBSE型定理の、又、特殊なC^*代数上でKorovkin型定理の、各々の類似をたどり、過年度に数理解析研究や他の研究会等で発表していたもの等をまとめ、今年度中に論文の形で公表出来る見込みである。

また局所コンパクト可換群上のある定理に関して、バナッハモジュ-ル上でのアナロゾ-をたどる調べも進み、知られているバナッハ代数の可換性の必要十分条件の、作用書による云い換え等の成果も得られている。分担者佐藤は、Berens-Lorentzの結果を出発点とした連続函数の近似定理の中で、線型作用素による大域的な同値定理の問題をPeetreのK-functionalやSteklov mean等により計算した。特に作用素をBernstein多項式としたときの評価式の指数に関して証明をまとめ報告した。本年度は作用素をBernstein多項式に限定して、関数空間を変えながら、同値定理の評価を計算してみる予定である。
不純物が結晶形態不安定に及ぼす動的効果と静的効果

本研究では,成長時の結晶表面の形態不安定性への不純物の働きを理論と実験の両面から調べた。不純物が付着した結晶表面での臨界核の増加について,不純物と吸着原子の間の結合エネルギーに由来する表面エネルギーの変化から明らかにした。不純物が引き起こすステップバンチング時のステップの挙動について明らかにした。また,不純物の付着した表面での拡散係数の増加の可能性についても明らかにした。また,結晶内に取り込まれた不純物が結晶表面の2次元島結晶の挙動に及ぼす影響や,タンパク質の二元合金の作成などについても試みた。これらについては本研究の期間内で結論が出なかったので,現在も継続して研究を行っている。本研究課題は,理論のサブグループと実験のサブグループから構成されている。理論サブグループでは,結晶内部に取り込まれた不純物が,弾性的な効果により表面での核生成に及ぼす効果を調べた。吸着子が有限の間隔で周期的に取り込まれた不純物によって原子レベルの大きさの吸着子が吸着する最安定な位置が決まる。しかし,結晶表面上にできる核の大きさが有限であることを考慮すると,この最安定な位置から外れたところで2次元の島状の結晶核が生成されることが分かった。この結果については,2012年度日本物理学会秋季大会(横浜国立大学)および結晶成長学会(九州大学)で発表した。また,結晶表面上に周期的に付着した不純物による2次元結晶核の挙動については,昨年度の臨界核サイズの変化に関する研究を発展させて,動的挙動について調べることとした。実験サブグループでは,昨年度に引き続き,ある種のタンパク質に異種のたんぱく質を混合した場合の成長速度と形態の変化について調べた。異種タンパク質が不純物として働き,成長速度を大きく変化させることや結晶の成長形態を変化させることが分かった。定量的な評価については次年度行うこととした。今年度得られた結果については,結晶成長学会および北海道大学低温科学研究所の研究会で発表した。本研究では,今年度は不純物が結晶表面に周期的ついた場合における,2次元的な結晶島の拡散について計算機シミュレーションにより調べた。一般的に結晶表面に付着した不純物があると,あたかもピンのような働きをしてステップの前進を妨げることが知られている。このことから,2次元島の拡散は不純物により妨げられるであろうと予測していた。不純物濃度が低いときには,予測通りに,拡散を妨げる働きをした。しかし,不純物密度が高くなると,逆に拡散が促進される現象が見られた。これは,同一平面内の近接原子との接合がないタイプの不純物を想定したために,不純物に隣接した原子が離脱しやすいためであることが分かった。さらに,不純物の挙動としては気相との直接的な吸着離脱が主たる過程であることも重要であることが分かった。この結果については,結晶成長国際会議(8月,ポーランド)でポスター発表し,論文をJournal of Crystal Growthに発表した(現在印刷中)。実験グループでは,卵白リゾチーム存在下でのグルコースイソメラーゼ結晶の平衡温度について検討した。グルコースイソメラーゼに卵白リゾチームを添加して核生成させると,添加物濃度により結晶のアスペクト比が変化することが分かっていた。今年度はこれが成長速度の異方性によるのか,過飽和度の変化によるかについて調べるため,位相差顕微鏡で温度制御しながら,角度観測法により平衡温度の測定を行った。卵白リゾチームを添加したグルコースイソメラーゼと添加しないグルコースイソメラーゼについて測定を行うことで,卵白リゾチームがグルコースイソメラーゼ内部に取り込まれることで平衡温度の変化を起こしている結果が得られた。また,X線構造解析からもその結果を支持する結果が得られた。これらの結果については,結晶成長国内会議(11月,長野)で報告した。本年度は,理論グループでは拡散が無視できる不純物が2次元表面上での核生成に及ぼす効果,および不純物が微斜面上のステップの挙動に及ぼす効果を調べた。理論モデルから,不純物があることで臨界核サイズが大きくなることが予測された。また,モンテカルロ・シミュレーションにより臨界核サイズの増加の不純物濃度依存性を調べたところ,理論から推測されるように,不純物があることで臨界核サイズが大きくなることが分かった。定量的な一致までは検討がされていないが,リゾチーム表面上で観察されている渦巻成長丘におけるステップ間隔が異常に大きくなっていることの原因として不純物が考え得ることを,この結果は示している。この結果については,Physical Review E誌に発表した。また,拡散が無視できる不純物による微斜面の挙動の変化についてもモンテカルロ・シミュレーションで調べた。不純物によるステップの揺らぎ幅およびステップ間隔の揺らぎ幅の変化などを調べて,不純物の密度により揺らぎ幅の時間変化のべきが徐々に変化することが示された。

この結果につてもPhysical Review誌に発表した。実験的には,不純物の効果という考えをもう一歩推し進めて2種のタンパク質によるタンパク質「合金」の精製について取組むこととした。本年度では,おもに2種類のタンパク質があることで,生成される結晶の形態がどのように変化するかという点について着目した。この結果については,学習院大学計算機センターが主催する研究会や北海道大学低温科学研究所で行われた研究会で報告を行っている。本年度は,震災の影響で予算の配分額が最終決定するのが遅れたため,一部の予算執行計画については次年度に送ることとした。研究実績の項目で書いたように,理論サブグループおよび実験サブグループともに十分な結果が着実に得られており,概ね順調に進展している。特に今年度は結果の多くを様々な学会で口頭発表することができた。次年度はこれらの結果を論文化し出版することが目標となる。本年度は理論サブグループおよび実験サブグループで得られた結果について共有し,協働して研究を進めるために研究会を開催した。この研究会では外部の評価者(小松啓東北大学名誉教授)も招聘して,今後の研究の方針の確認を行った。次年度も最終年度として同様の研究会を行うとともに,結晶成長国際会議(ポーランド)に参加して成果発表をする予定である。本年度は震災の影響もあり予算の配分額が最終決定するのが遅れたため,一部の予算執行計画については次年度に送ることとした。しかし,7月に行った研究打ち合わせ会で,計画の再検討と計画の執行順位の一部組み換えを行うことで,当初予定した程度の成果を出すことができた。また,実験グループでは,当初の計画をさらに発展させた取組に着手することができた。上記のことを考えると,予期せぬ災害の影響はあったものの概ね順調に進展しているということがができる。理論サブグループについては,現在着手し始めた不純物が結晶成長の動的過程に及ぼす効果を調べることが主となる。これまでの研究により従来予想していたよりも計算規模が大きくなることが分かり,シミュレーションとしては,これまでに準備した設備では少し難しいことも予想されるが,シミュレーションを小さな系で行うなどして対応する予定である。また実験サブグループとしては,異種タンパク質の不純物としての働きを定量的に評価するとともに,タンパク質合金の精製へ向けたロードマップを明確にして今後のさらなる展開の基礎を確立することを目標とする。今年度は震災の影響もあり予算の配分額が最終決定するのが遅れたため,一部の予算執行計画については次年度に送ることとした。そのため,不純物の長距離相互作用が核生成に及ぼす効果については着手しなかった。次年度はこれについても着手する予定である。上記に加えて,当初の予定通りに不純物の拡散がある場合についての結晶表面形状の変化及び,不純物の弾性的な相互作用が及ぼす成長中の結晶表面の形態と成長モードへの影響についても調べる予定である。次年度は本研究課題の最終年度である。
完備ホッホシルトコホモロジー環のリー代数構造の研究

多元環のホッホシルトコホモロジー環のリー代数構造はGerstenhaber構造と呼ばれ、これまで、それに加え、-1次の作用素(BV作用素)の存在に関する研究が進められてきており、多元環によっては、リー・ブラケットがこの作用素で表現できることが知られています。この構造はBatalin-Vilkovisky構造(BV構造)と呼ばれます。BV構造は多元環の表現論においてその重要性が認識されています。研究の出発点としての対称多元環のホッホシルトコホモロジー環はBV構造をもつことが知られており、次の目標として、その一般化であるフロベニウス多元環のホッホシルトコホモロジー環はBV構造をもつか、という問題があります。すでに、中山自己同型が対角化可能であるフロベニウス多元環に対しては、そのホッホシルトコホモロジー環がBV構造をもつことが示されています。本研究課題の主要な目標は、以上を踏まえて、フロベニウス多元環に対してコホモロジーを全次元に拡張した完備ホッホシルトコホモロジー環における、いわゆる完備BV構造の存在性を研究すること、また具体的でかつ応用上重要なフロベニウス多元環に対するBV構造を決定することです。本年度は東京理科大学大学院修士課程の臼井智氏(現在博士後期課程)、同大学助教の板垣智洋氏との共同研究によって、中山自己同型が対角化可能であるフロベニウス多元環の完備ホッホシルトコホモロジー環にBV作用素が構成でき、また自己移入的中山多元環の具体例について、BV作用素を具体計算し、それを用いたリー・ブラケットの計算も可能となりました。また、BV構造の計算例として重要な自己移入的中山多元環のホッホシルト拡大の箙多元環に関しては、同大学奨励研究員(現在長岡工業高等専門学校)の鯉江秀行氏、助教の板垣氏と共同で研究に取り組み、成果を国際学会で発表しました。完備ホッホシルトコホモロジー環におけるBV構造の一般論の研究は、臼井智氏、板垣氏と共同で進めており、中国・北京国際数学センターのZ. Wang氏による特異圏上で定義されるテイトホッホシルトコホモロジーの研究を発展させて、中山自己同型が対角化可能であるフロベニウス多元環の完備ホッホシルトコホモロジー環に、ホモロジーのコンヌ作用素の拡張としてのBV作用素を構成できるという結果を得ました。同時に、自己移入的中山多元環を例として具体的にBV作用素を求め、リー・ブラケットを計算することもできました。これらは、昨年提示した研究計画を一部上回る成果と言ってよく、通常のホッホシルトコホモロジーに関しては中山自己同型が対角化可能なフロベニウス多元環に対してBV構造が構成できるという現時点での最良の結果を踏まえると、それを完備版に拡張できたことは意義ある成果と考えています。臼井氏はこれらの成果の一部を中国・上海での国際研究会で発表しました。今後は、完備ホッホシルトコホモロジー環におけるBV構造の研究において、フロベニウス多元環の中山自己同型が対角化可能であるという条件をどのように緩めるかという問題、および多元環のホッホシルト拡大に対してのBV作用素の具体例の研究を主要な目標とします。前者に関しては、中山自己同型の固有値に関する問題であり、現状の対角化可能という条件を、一般固有空間を取り扱うことで拡張が可能かどうかの研究を行います。後者に関しては、これまでの研究で得られた自己移入的中山多元環のホッホシルト拡大の箙表示を利用して、その完備ホッホシルトコホモロジー環のBV作用素の具体的な構成方法について研究します。これらの研究成果は、2019年度の日本数学会の他、環論および表現論シンポジウムなどで報告する予定です。多元環のホッホシルトコホモロジー環のリー代数構造は、コホモロジー環上に-1次のリー・ブラケットが定義され、次数付リー代数であるとともに、コホモロジー環のカップ積との間に次数付微分則が成立しているものです。これはGerstenhaber構造と呼ばれます。これまで、このGerstenhaber構造に加えて、-1次の作用素(BV作用素)の存在に関する研究が進められており、多元環によっては、リー・ブラケットがこの作用素で表現できることが知られています。BV構造は多元環に対する導来同値の不変量であることも知られ、その重要性が認識されています。すでに対称多元環のホッホシルトコホモロジー環はBV構造をもつことが知られており、次の目標として、フロベニウス多元環のホッホシルトコホモロジー環はBV構造をもつか、という問題があります。特別なフロベニウス多元環に対しては、ホッホシルトコホモロジー環に加えて、ホットシルトホモロジー、キャップ積、コンヌ作用素の組が満たす構造(Tamarkin-Tsygan calculus)を利用して、ホッホシルトコホモロジー環がBV構造をもつことが示されています。本研究課題の主要な目標は、以上を踏まえて、フロベニウス多元環に対してコホモロジーを全次元に拡張した完備ホッホシルトコホモロジー環におけるBV構造の存在性を研究すること、また具体的なフロベニウス多元環に対するBV構造を決定することです。本年度は東京理科大学の臼井智氏との共同研究でBV作用素の候補となるものを構成しました。一方で、具体的なフロベニウス多元環に関する研究としては、同大学の鯉江秀行氏、板垣智洋氏と共同で、計算例として重要な対象である自己移入的中山多元環のホッホシルト拡大の箙多元環の表示の研究に取り組みました。

完備ホッホシルトコホモロジー環のBV構造の一般論としての研究は、東京理科大学の臼井智氏と共同で進めており、Tamarkin-Tsygan calculusを完備ホッホシルトコホモロジー環で考察することで、簡潔な構造として捉えることができることがわかりました。一方で、上記ホッホシルト拡大の箙多元環の表示に関する研究成果を共著論文「On presentations of Hochschildextensionalgebras fora class of self-injective Nakayama algebras」(Hideyuki Koie, Tomohiro Itagaki and Katsunori Sanada)を学術誌に発表できました。また、この結果の一部をドイツ・シュツットガルト大学で講演する機会が与えられ、関心を持ってもらうことができました。また共著者の一人によって、「第50回環論および表現論シンポジウム」および2018年度日本数学会年会で研究成果が発表されました。この成果は、対称多元環ではないフロベニウス多元環のBV構造の重要な計算例の対象となるものです。多元環のホッホシルトコホモロジー環のリー代数構造はGerstenhaber構造と呼ばれ、これまで、それに加え、-1次の作用素(BV作用素)の存在に関する研究が進められてきており、多元環によっては、リー・ブラケットがこの作用素で表現できることが知られています。この構造はBatalin-Vilkovisky構造(BV構造)と呼ばれます。BV構造は多元環の表現論においてその重要性が認識されています。研究の出発点としての対称多元環のホッホシルトコホモロジー環はBV構造をもつことが知られており、次の目標として、その一般化であるフロベニウス多元環のホッホシルトコホモロジー環はBV構造をもつか、という問題があります。すでに、中山自己同型が対角化可能であるフロベニウス多元環に対しては、そのホッホシルトコホモロジー環がBV構造をもつことが示されています。本研究課題の主要な目標は、以上を踏まえて、フロベニウス多元環に対してコホモロジーを全次元に拡張した完備ホッホシルトコホモロジー環における、いわゆる完備BV構造の存在性を研究すること、また具体的でかつ応用上重要なフロベニウス多元環に対するBV構造を決定することです。本年度は東京理科大学大学院修士課程の臼井智氏(現在博士後期課程)、同大学助教の板垣智洋氏との共同研究によって、中山自己同型が対角化可能であるフロベニウス多元環の完備ホッホシルトコホモロジー環にBV作用素が構成でき、また自己移入的中山多元環の具体例について、BV作用素を具体計算し、それを用いたリー・ブラケットの計算も可能となりました。また、BV構造の計算例として重要な自己移入的中山多元環のホッホシルト拡大の箙多元環に関しては、同大学奨励研究員(現在長岡工業高等専門学校)の鯉江秀行氏、助教の板垣氏と共同で研究に取り組み、成果を国際学会で発表しました。完備ホッホシルトコホモロジー環におけるBV構造の一般論の研究は、臼井智氏、板垣氏と共同で進めており、中国・北京国際数学センターのZ. Wang氏による特異圏上で定義されるテイトホッホシルトコホモロジーの研究を発展させて、中山自己同型が対角化可能であるフロベニウス多元環の完備
ヒト内在性ボルナウイルスのイグザプテーションにより獲得した新規機能に関する研究

近年、非レトロウイルス性ウイルス由来の配列が様々な動物ゲノムで見つかっている。中でも、ボルナウイルス属のN遺伝子が内在化した配列である内在性ボルナウイルス様N因子(EBLN: Endogenous Bornavirus-like N element)はヒトを含む多くの動物ゲノムで発見されている。特に、ヒトに内在化したEBLNの一つであるhsEBLN-2(homo sapiens EBLN-2)は約4000万年前に内在化したにも関わらず、現在でもmRNA及びタンパク質の発現が報告されている。申請者の研究により、hsEBLN-2はヒト由来の配列と融合したタンパク質として発現し、ミトコンドリア局在を示すことが判明している。このことから、hsEBLN-2はイグザプテーションにより新たな機能を獲得している可能性が示唆された。本研究では、内在性ウイルスが宿主由来配列と融合することにより獲得したと考えられる新たな機能の解明を目指している。30年度は研究計画に基づき、プロモーターアッセイによる発現解析を中心に研究を進めた。その結果としてhsEBLN-2 mRNA開始部位の上流にプロモーター活性を示す箇所が見つかった。更に詳細に部位を分けて検討した結果として、プロモーター活性を抑制する領域の存在も示唆された。また、これらのプロモーター活性がどのような条件で変動するかを様々な試薬を用いて細胞内環境を変えることで検討した結果、アポトーシス誘導試薬を用いた際にプロモーター活性が低下することが判明した。また、これらの結果をリアルタイムPCRで確認したところ、hsEBLN-2 mRNAの発現は他の遺伝子や他のhsEBLNと比較して、アポトーシス誘導時に著しく減少することが確認できた。現在のところ研究計画に基づき順調に進んでいる。プロモーターに関する解析はある程度の結果が得られており、これらの結果から強制発現系及びノックダウン系の実験を進める予定である。これらに先んじてすでにタンパク質の局在ドメインの決定を行っており、hsEBLN2のミトコンドリア局在に重要な領域の決定も行っている。本年度は研究計画に基づき、強制発現及びノックダウン・アウトの系を用いて培養細胞における機能解析を行う予定である。初年度の研究において使用予定であった機器・試薬に関して当研究室において進めている別の研究と共同で進めることにより初年度使用額が予定よりも少なくなった。そのため、本年度行う予定である、ノックダウンの系に加えてノックアウト系もおこなう予定である。
競合する相互作用をもつ量子スピン系の理論的研究

最近接および第2近接相互作用をもつ1次元格子上の量子ハイゼンベルグスピン系(スピンの大きさは1/2)を考え、この系の静的性質および動的性質を研究した。第2近接相互作用は反強磁性的であるとし、一方、最近接相互作用については、それが反強磁性的である場合(以下で場合AFと呼ぶ)と強磁性的である場合(以下で場合Fと呼ぶ)との両方を取り扱った。1.静的性質(1)基底状態:スピン数が200個までの有限系に対する厳密解を外挿する方法を用いて、無限系でのエネルギー、1重項ー3重項エネルギーギャップ、スピン相関関数、磁化曲線などを計算した。特に、場合AFで、相互作用が等方的である場合或いはXY型の異方性をもつ場合、第2近接相互作用の大きさを増していく時、エネルギーギャップが存在しないspin fluid相から、それが存在するdimer相への相転移が起こることが分かった。(2)有限温度:量子転送行列法を用いて、系の内部エネルギーや比熱、またスピン相関関数の遠距離挙動を記述する相関距離や波数の温度依存性を計算した。その結果、古典スピン系の場合と同様に、量子スピン系においても、場合AFと場合Fの両方で、スピン相関関数の遠距離挙動の相互作用定数・温度変化に特徴的なdisorder lineが存在すること等が示された。2.動的性質場合AFで、相互作用がイジング型の異方性をもつ場合について、系の動的性質を調べた。特に、イジング極限でのdegenerate pointの近くで、Neel型および(2,2)ーantiphase型の基底状態に対してはsoliton型の素励起が、また、singlet-dimer型の基底状態に対してはtriplet-dimer型の素励起が、propagating modeとして存在することを見いだした。本年度は,最近接相互作用が反強磁性的である場合および強磁性的である場合の両方(第2近接相互作用はいずれの場合も反強磁性的)について,相互作用の異方性も考慮に入れて, 1次元格子上の量子ハイゼンベルグスピン系(スピンの大きさは1/2)を考え,主としてこの系の基底状態の性質を調べた.用いた計算方法は,昨年度と同じく,スピン数が20個までの有限系に対する厳密解を,系のハミルトニアンを対角化することによって求め,それらを無限系に外挿する方法である.この方法により,無限系における基底状態のエネルギー,スピン相関関数,磁化曲線,基底状態と第1励起状態との間のエネルギーギヤップなどの相互作用定数依存性を,十分な精度で求めることが出来た.特に,1.最近接相互作用が反強磁性的である場合:この場合,第2近接相互作用の大きさが最近接相互作用の大きさの1/2倍を越えると,基底状態は反強磁性状態からincommensurate状態に移る事が分かった.また,相互作用の異方性がXY型である時には,相互作用が等方的である時と定性的に同じ結果か得られ,エネルギーギャップが存在しないspin fluid相とエネルギーギャップが存在するdimer相とから成る相図を書くことが出来た.現在,相互作用の異方性がIsing型である場合の基底状態の相図を求めている.2.最近接相互作用が強磁性的である場合:この場合は,第2近接相互作用の大きさが最近接相互作用の大きさの1/4倍を越えると,基底状態は強磁性状態からincommensurate状態に移る.また,この場合には,相互作用の大きさによらず,エネルギーギャップは存在しないことも分かった.なお,量子転送行列法を用いた有限温度に対する計算も,相互作用が異方的である場合について,現在進行中である.最近接および第2近接相互作用をもつ1次元格子上の量子ハイゼンベルグスピン系(スピンの大きさは1/2)を考え、この系の静的性質および動的性質を研究した。本研究の第一段階として、ともに反強磁性的な最近接および第2近接相互作用を含む

1次元格子上の量子ハイゼンベルグスピン系(スピンの大きさは1/2)を考え、この系の基底状態および有限温度における性質を調べた。1.基底状態:相互作用が等方的である場合について、スピンの数が20個までの有限系に対する厳密解を、系のハミルトニアンを対角化することによって求め、それらを無限系に外挿する方法を用いて、無限系の基底状態における種々の物理量を計算した。具体的には、基底状態におけるエネルギー,スピン相関関数,磁化曲線や、基底状態と第1励起状態との間のエネルギーギャップなどの相互作用定数依存性を、定量的に十分な精度で求めることが出来た。特に、第2近接相互作用の大きさを増していくとき、それが最近接相互作用の大きさの約0.3倍になるところで、エネルルギーギャップが零から有限になり、ダイマー型の長距離秩序が存在しない相から、存在する相に相転移が起こることが示された。現在、この計算を相互作用が異方的である場合に拡張している。2.有限温度:主に相互作用が等方的である場合について、鈴木-Trotter公式に基づく量子転送行列法を用いて、有限温度での系の内部エネルギー,比熱,スピン相関距離,スピン相関の距離による振動を特徴づける波数などを計算した。求められた内部エネルギーの値は、低温の極限で、1.で議論した基底状態のエネルギーの値に矛盾なくつながる。また、温度対第2近接相互作用定数平面上に、上述の波数の値がπからずれる領域を指定する曲線(disorderde line)が存在し、その曲線上でスピン相関距離に異常が起こることを見いだした。このことは、幾つかの古典競合系に対しては既に知られていることであり、量子系,古典系の如何によらずに、競合系に特有なことであると考えられる。最終年度でも、反強磁性的あるいは強磁性的な最近接相互作用および反強磁性的な第2近接相互作用をもつ1次元格子上の量子ハイゼンベルグスピン系(スピンの大きさは1/2)を考え、次の2通りの研究を行った。1.最近接相互作用が強磁性的である場合の有限温度における静的性質:相互作用が等方的である場合について、鈴木-Trotter公式に基づく量子転送行列法を用いて、系の内部エネルギーや比熱の温度依存性、また静的スピン相関関数の遠距離挙動を記述する相関距離や波数の温度依存性を計算した。更に、これらの結果を、初年度に得た最近接相互作用が反強磁性的である場合に対する結果と比較し、比熱対温度曲線におけるピークの位置や上述の波数の相互作用定数・温度変化に特徴的なdisorder lineなどについて、お互いの間の類似点、相違点を明らかにした。2.最近接相互作用が反強磁性的である場合の動的性質:相互作用がイジング型の異方性をもつ場合について、系の動的性質を調べた。特に、最近接および第2近接相互作用定数がシジング極限でのdegenerate pointに近い値をとる場合には、それらの値によって、neel状態、(2.2)-antiphase状態、singlet-dimer状態の3種類の状態が、基底状態になることが知られているが、前2者に対してはsoliton型の素励起が、また後者に対してはtriplet-dimer型の素励起がpropagating modeとして存在することを見いだした。
糖尿病におけるテーラーメイド型食事栄養指導の開発のためのデータベース構築と解析

近年の糖尿病患者の高齢化や食習慣の多様化に伴い、「食品交換表を用いた適切なエネルギー管理」や「腎機能低下に対するたんぱく質制限」といった従来の画一的な食事栄養指導では十分な指導が困難となっている。そこで、個々の糖尿病患者に応じたテーラーメイドの食事療法を可能にするための食事栄養指導アルゴリズム開発を最終目的として、まず、糖尿病患者の臨床、食習慣等に関する経時的情報を収集しデータベースを構築する。次に、完成したデータベースを用いて、糖尿病患者における食事療法の実態調査及び腎機能障害を有する高齢糖尿病患者における最適な食事療法を検討し、得られた結果から食事栄養指導アルゴリズムを立案する。
ゲノム・エピゲノム情報に基づく自己免疫疾患の発症・予後予測診断法の開発

自己免疫疾患の発症と予後を規定している遺伝因子(遺伝子多型)と環境因子(エピゲノム情報としてのDNAメチル化、ヒストン修飾、non-coding RNA(microRNAなど))の両者を明らかにすることにより、自己免疫疾患の確実な発症・予後予測診断法を確立することを目的とした。そして、自己免疫性甲状腺疾患(AITD)の自己抗原であるサイログロブリン(Tg)や甲状腺ペルオキシダーゼ(TPO)の発現が高くなる遺伝子多型のゲノタイプ/アリルのときにAITDの頻度が高く、自己抗体(TgAb、TPOAb)が高値になることを見出した。また細胞傷害性T(Tc)細胞を活性化するTh1細胞を誘導するIL-18の産生が高くなるIL-18遺伝子多型のゲノタイプ/アリルで重症の橋本病(HD)の頻度が高くなり、同様にTh17細胞を誘導するIL-15の産生が高くなるIL-15遺伝子多型のゲノタイプ/アリルでも重症のHDの頻度が高くなることを発見した。さらに白血球の細胞内TLR7とTLR9の比が高くなる遺伝子多型のゲノタイプ/アリルの時に難治性のバセドウ病(GD)の頻度が高かった。一方、エピゲノム変化で生じるmicroRNA(miRNA,miR)の中のmiR-146がAITDの発症と関連していたが、その測定値の個体内変動が非常に大きいことを見出した。そして、IL-10の産生を制御しているmiR-27aの遺伝子多型がHDの重症度と関連しており、miRNAに直接結合しその合成に関わるArgonate(AGO)1及び2がTh17細胞比率と関係してGDの発症や難治化と関係すること、そしてIL-10を制御するmiRNA(miR27a)の機能的な遺伝子多型がHDの重症度と関係することを発見した。さらに、TNFαの産生にTNFα遺伝子のDNAメチル化が関係し遺伝子多型と共にGD/HDの発症に関わることを見出した。自己免疫疾患の発症と予後に、遺伝因子(遺伝子多型)だけでなく、環境因子が引き起こすエピゲノム変化としてのmicroRNAやDNAメチル化が影響していることを明らかにすることができたので。今回、自己免疫疾患の発症と予後に、遺伝因子(遺伝子多型)だけでなく、環境因子が引き起こすエピゲノム変化としてのmicroRNAやDNAメチル化が影響していることを明らかにすることができた。今後、さらに多くのエピゲノム変化を解析し、自己免疫疾患の発症と予後との関連を明らかにするとともに、確実な発症・予後予測診断法の確立を目指す。
犬および野生動物の野外流行ジステンパーウイルスの遺伝子解析とその病原性の解析

本研究では犬と野生動物とに流行しているジステンパーウイルス(CDV)について、その流行状況を把握し、流行ウイルスの性状を解析し、起源や原因を探究することを目的として研究を行ない、以下の成果を得た。1)犬ジステンパーの流行状況を把握するために酵素抗体法(ELISA)を改良し、簡便な方法を確立した。これを用いて、動物病院に来院した犬の保存血清を検索したところ、1989年から犬ジステンパー罹患例数が増加していることが明らかになった。2)本ELISA法を従来の中和抗体測定法と比較して用いると、ワクチン接種犬の血清では、両測定法での抗体価に高い相関が認められたが、現在の野外発症犬の血清での抗体価の相関は低く、抗原性の変異が推測された。3)東京地区での近年のジステンパーと診断された検体は、臨床的に従来型と神経型との2つの型に分類されることが示された。4)さらに、細胞傷害性を示しにくいウイルスなどの抗原性状を検索するため、抗原検索用のサンドイッチELISA法を確立した。また本法を中和抗体検索用にも応用できるように改良した。この方法を用いて、最近分離された野外ウイルス株と従来の実験室継代株とをウイルス抗原として、野外ウイルス感染血清とワクチン株免疫血清との交差中和反応性を比較検討した結果、互いの交差反応性が低いことが明らかになった。この結果、中和抗原エピトープに変異のあることが示唆された。5)分離ウイルスについて、一部遺伝子解析を行なったところH遺伝子に変異が認められた。以上のことから、近年流行を起こしている犬ジステンパーの状況が把握でき、また流行CDVには従来の株と異なる性状を有し、その抗原性および遺伝子に変異があることが強く示唆された。今後その変異部位と中和に関与する部分の解析が重要であると考えられた。
GABAーB受容体作働性神経によるゴナドトロピン分泌抑制機構

1.GABAーB作働性神経による生理的ゴナドトロピン分泌動態の修飾:GABAーB受容体動働薬baclofenの脳室内投与は、エストロゲンにより誘起される排卵性黄体形成ホルモン(LH)分泌を用量依存性に抑制し、その効果は視床下部ゴナドトロピン放出神経機構への作用に基づくことを明らかにした(既報)。また、卵巣摘出ラットにおけるパルス状LH分泌に対しては、baclofenによりパルス頻度の低下とパルス振幅の増大を生じることを見出した(印刷中)。2.GABAーB作働性及びノルアドレナリン(NA)作働性神経の機能的相互関係:従来GABA作働薬によるLH分泌抑制に伴い視床下部NA放出及び代謝回転率が低下すること等から、GABA作働性分泌抑制はNA神経終末におけるシナプス前抑制を介すると推測されていたことに反し、選択的GABAーA,B受容体作働薬によるNA誘起LH分泌の抑制等を見出し、両神経の機能的並列配置を示唆した(投稿中)。3.GABAーB作働性及びNMDA作働性神経の機能的相互関係:NMDA受容体刺激によるLH放出はGABAーA受容体作働薬により抑制されるが、GABAーB受容体作働薬によりむしろ増強されることを見出した(投稿中)。4.総括:以上の結果から、視床下部GABA神経はGABAーA,B両受容体を介して生理的ゴナドトロピン分泌動態の調節に関与することが明らかにされた。また,ゴナドトロピン分泌調節中枢において,ゴナドトロピン放出ホルモン(LHRH)産出ニュ-ロンはNMDA作働性分泌促進神経とGABAーA作働性分泌抑制神経からの入力を並列に受け、NMDA作働性神経はさらにNA作動性分泌促進神経とGABAーB作働性分泌抑制神経により並列に支配されていると仮定することにより、上記の結果が合理的に説明されると考えられた。
税収関数の性質を用いた日本の祖税体系の厚生評価

非常に豊かな成果が得られている。主たる目的であった日本の租税体系の厚生評価について,まず消費税について成果を得た。これは主として『家計調査』から消費税の感応度を推定し,それによって政府の国民に対する厚生評価を推定した。それは成果「消費税による所得階層別社会的重要度の推定」として纏められ,投稿準備中である。研究課題を追求して行く際に,実効税率を如何に推定するかというサブテーマも発生したが,論文「産業連関表による実効税率の計算」として纏められ,現在執筆中である。さらに,上村敏之は研究発表の雑誌論文の欄にある4本の研究に加え,年金に関して研究をし,「世代間再分配と公的年金改革」と「公的年金改革と資産運用リスクの経済分析」の研究成果をあげた。これらは掲載準備中である。研究代表者と分担者は2002-2003の二年間で,学会報告8件,論文数21(投稿準備ないし投稿中のもの9)の成果をあげた。本研究課題の目標である「日本の租税体系の厚生評価」をするための手段である税収関数の性質,特に,税収の税率に関する感応度を推定するためのデータ入力や推定のための準備作業をほぼ終えることができた。膨大な数の予備的な推定作業の後で,統計的に良好ないくつかの感応度が得られている。さらに,感応度から厚生評価をどのように導くべきかという,理論上の手続きに関しても完成を見ている。現在は,理論と実際に得られている推定値の間の整合性を追求している段階である。理論研究での,特筆すべき1つの成果は,実効税率の推定に関する方法の確立がある。たとえば,現在の消費税には非課税措置がある。これらがあるために,純粋な付加価値税ならば達成できる「表面税率と実効税率の一致」が成り立たない。したがって,実効税率が得られるならば,現在の税制がどの部門に歪みを与えているかが明白になる。その意味で重要な成果である。さらにいま1つの成果は,消費税がもたらす価格効果を処理するとき,産業連関表における部門を分割集計する作業が必要となる。そのとき,分割や集計の対象とならない部門の価格は以前の値に止まりうるか,が一つの焦点となる。このような価格の頑健性を保つための基礎となる処理法を確定した。現在はそれをよりプラクティカルなものにするための作業を行っている。上述のものに付け加えて,研究課題の周辺領域においていくつかの成果を得た。一つは「租税競争理論」の限界についての成果である。いま一つは「公共財の自発的供給」に関する中立性命題に関する成果である。前者は藤井由枝氏との共同研究であり,2002年度の日本経済学会春期大会(小樽商科大学)にて報告された。後者は山本真一氏との共同研究で,2003年度の日本経済学会春期大会(大分大学)にて報告予定である。
膵臓酵素に見出した糖鎖認識による消化・吸収と外分泌調節機構の解明

デンプン分解酵素α-アミラーゼ、トリプシノーゲンならびに膵リパーゼに見出した糖鎖結合部位とその生物機能について解明した。1.ウシトリプシノーゲンとMe-GalNAcとの共結晶化とX線結晶解析により2か所の糖結合部位を決定した。2.ヒト膵リパーゼの大腸菌での発現、精製、リフォールディング方法を検討し、大量精製法を確立した(特許出願済)。ブタ膵リパーゼとレコンビナントヒト膵リパーゼの糖鎖認識には類似性があることが示された。3.ブタ膵α-アミラーゼ(PPA)と腸管刷子縁の糖鎖リガンドとの結合によりデンプン消化が2.5倍に活性化する一方、膵液分泌時のPPA高濃度下では糖吸収が阻害される事を見出した。PPAの糖タンパク質糖鎖結合性は、急激な高血糖を抑制し恒常性に寄与する。申請者らは動物の成育に必須なエネルギーおよび栄養獲得の過程において働く膵臓消化酵素が、糖タンパク質の糖鎖に対する特異的結合性を有し、糖鎖結合により酵素活性が調節されることを発見した。本研究では、各膵臓酵素に対する膵臓内および腸管内の複合糖質レセプターを同定し、酵素と複合糖質レセプターとの相互作用が、膵臓外分泌と栄養消化・吸収過程において果たす機能を解明することを目的とした。十二指腸組織を用いたブタ膵α-アミラーゼ(PPA)免疫組織染色では、PPAは糖特異的に刷子縁(BBM)に結合していることが示された。PPAカラムに結合しMeα-Manで溶出される画分のタンパク質同定を行ったところ、スクラーゼーイソマルターゼ(SI)とNa+-Glc共輸送体1(SGLT1)等のGlcの消化・吸収に関与する膜型糖タンパク質が示唆された。PPAのデンプン分解活性は特異糖、N型糖タンパク質、またはBBMによって増強し、またSIのマルトース分解活性はPPAにより増強された。一方、SGLT1の細胞内Glc輸送活性はPPAにより抑制され、Man特異的レクチンの添加によりPPAの結合を阻害することによって回復した。本研究からPPAは、(1)N-型糖鎖への結合を介して十二指腸BBMに局在し、(2)BBMの各レセプターの活性に影響を与え、腸管腔でのデンプン分解とGlc生成を促進する一方、腸細胞へのGlc輸送を抑制することが明らかになった。本研究では、各酵素と複合糖質レセプターとの相互作用が膵臓外分泌において果たす機能を解明することを目的とした。ブタ膵臓より分泌穎粒内容物(ZGC)および分泌穎粒膜(ZGM)をショ糖密度勾配超遠心により精製し、SDS-PAGEで成分を分離した後、PVDF膜に転写し、標識した膵臓酵素との相互作用を調べたところ、各酵素はpHによらずZGC中の複数のバンドと結合した。一方、ZGM中のバンドに対しては分泌顆粒内のpHであるpH5.5においてpH7.5より著しく強く結合した。またZGC中にヘパラン硫酸が含まれることが見出された。8種類の精製膵酵素混合溶液を用いてpH4.0-7.0の溶液中での凝集実験を行うと、酵素混合物のみでは凝集は観測されなかったが、グリコサミノグリカンを添加するとpH5.5の弱酸性下で凝集が生じた。さらに、終濃度が0.2Mになるように単糖を加えると、シアル酸を加えたときに顕著な阻害が生じた。また顆粒形成において静電的相互作用が凝集の過程に関わることも示唆された。凝集後のサンプルを遠心分離で沈殿と上清とに分け、それぞれの画分について組成を調べたところ、膵酵素によって凝集物への取り込み程度が異なることが示された。顆粒形成時には、トランスゴルジ内での局所的な低pH、または低塩濃度の領域が形成され、コアとなり凝集塊が形成されるという仮説が立てられた。さらにトリプシノーゲン/トリプシンの糖結合部位をX線結晶解析により2か所ずつ推定することができたので、変異体作成による機能確認を進めている。申請者らが発見した膵臓消化酵素の糖タンパク質糖鎖に対する特異的結合部位、ならびに糖鎖認識が生体内で果たす役割について、次の結果を得た。1.ヒトトリプシノーゲンならびにブタ膵リパーゼについて、糖を結合していない状態のPDB