hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
特殊環境下での労働における外因性内分泌活性化学物質の暴露に関するスクリーニング評価

現在までの研究に基づき開発した理化学的分析手法において、最も生体試料に適する多検体処理能力であるオンライン固相抽出-カラムスイッチング液体クロマトグラフィー/質量分析法を採用し、ヒト生体試料の分析を実施した。本検討では、特殊職業における高濃度暴露などが報告されている有機フッ素系化学物質に注目した。米国を中心とした研究報告では、既に外因性内分泌活性化学物質と認め、様々な毒性試験、生殖影響などが検討されている。そこで、日本国内におけるヒト暴露量のスクリーニング評価を実施することとした。分析法には、エレクトロスプレーイオン化法による四重極型質量分析法により、ネガティブイオンによる検出を実施した。また、前処理には、オンライン固相抽出(OASIS-HLB)を利用した。その結果、血液試料による回収率も70%以上と良好な結果を得ることができた。その後、バックグランドデータとして、一般的な学生ボランティアなど21名を対象とした結果、いずれも数十ng/mLレベルで検出された。日本国内における各地域、職業別に採血を実施した男性ボランティアサンプル(n=272)において、測定した結果、PFOSは検出率100%であった。その濃度範囲により、現在職業や地域別統計解析を実施している。本研究により、現在までは一般的な健常人や妊婦などに注目され、モニタリングを実施してきた内分泌かく乱化学物質であるが、特化した職業などに注目した疫学及び暴露評価による解析は殆ど報告されていない。そのため、本研究がその発端となると思われる。ヒト生体資料を対象とした外因性内分泌活性化学物質の理化学的分析手法を構築するため、液体クロマトグラフ/質量分析法(LC-MS)やガスクロマトグラフ/質量分析法(GC-MS)を用いて、検討を行った。対象とする生体資料は、尿や血液とし、その前処理に関して、カラムスイッチング法やTwister加熱脱着法などを応用した。また、外目性内分泌活性物質の評価として、ヒト乳がん細胞や核内受容体結合試験を利用して、対象を絞った結果、アルキルフェノール類(ノニルフェノール、オクチルフェノール及びビスフェノールA)や可塑剤(フタル酸ジー2-エチルヘキシル)などを候補として挙げることができた。本化合物は、様々なプラスチック製生活用品に利用されているため、工業的にもその生産量は多く、職業上暴露される可能性が十分高いことが示唆される。また、来年度に関しては、対象化合物を増やし、一斉分析を可能とすることを目指す。本年度においては、ヒトの尿・血液を利用して、アルキルフェノール類と可塑剤の暴露モニタリング法を構築した。多量の検体数を短時間で分析するため、煩雑な前処理などを省略できるカラムスイッチングLC-MS法を活用した。本法の詳細な分析条件を検討した結果、pptレベルでの高感度分析が達成でき、十分に化学物質暴露モニタリングに応用することが可能と思われた。それに加え、代謝物についても考慮した結果、抱合体解離酵素(グルクロニダーゼなど)の最適条件を検討し、本測定とモニタリングが十分に可能となった。本年度は、特殊職業下での労働者における暴露リスク評価を実施するうえで、下記の2点に絞り込み、検討を実施した。また、対象の外因性内分泌活性化学物質をビスフェノールAに注目した。1.ヒト生体試料(血液、尿)に関する外因性内分泌活性化学物質の理化学的分析手法ビスフェノールAに関するLC-MS及びLC-MS/MSによる高感度・精度な手法を構築することが達成できた。各種機種の特徴を生かして、その最適化、コンタミネーションの排除を達成できた。それに加え、生体試料の前処理に固相抽出法を採用し、その条件検討を行った。代謝を考慮して、酵素分解等により尿中の検出限界値をSub ppbレベルまで引き下げることが達成できた。それにより、健常人レベルにおける日常暴露モニタリングには十分応用できることができ、食事等による影響について基礎データの取得が達成できた。2.特殊職業に関する調査及び生体試料の採取に伴う検討ヒト生体試料を取り扱いに伴い、実験設備及びガイドラインの作成を試み、保存条件による変化等を検討した。その結果、対象試料の保存に関して、-80°Cによる凍結保存及び添加剤フリーの材質試験管を用いることとした。また、外部医療機関との調整に伴い、検体の入手法や日時を協議することが実施された。それに伴い、実試料の測定にはブライド試験として、分析者には最低限の検体情報のみで測定を実施する等のプランの作成を行い、次年度に実施することが可能と思われる。

日本国内における各地域、職業別に採血を実施した男性ボランティアサンプル(n=272)において、測定した結果、PFOSは検出率100%であった。その濃度範囲により、現在職業や地域別統計解析を実施している。本研究により、現在までは一般的な健常人や妊婦などに注目され、モニタリングを実施してきた内分泌かく乱化学物質であるが、特化した職業などに注目した疫学及び暴露評価による解析は殆ど報告されていない。そのため、本研究がその発端となると思われる。
妊娠期喫煙による超微粒子の出生仔への移行とその影響の解析

受動喫煙時に煙に含まれるナノ粒子(直径1100nm)を妊娠期母親が吸った場合、それが胎児に移行し、特定の細胞に蓄積され、出生した子にどのような健康影響を及ぼすかを予想するため、実験動物マウスの系で検討することを目的とした。実験動物喫煙装置が高額のため手作りの曝露装置を設計・試作し、稼動点検を行ったが、煙草煙(副流煙)中のナノ粒子の計測、曝露装置内での濃度調整などの検討に時間を費やしたため、妊娠マウスへの煙草煙曝露によるナノ粒子の仔への移行、その影響については十分な検討結果を得るに至っていない。予備試験的にナノサイズの粒子が含まれるディーゼル排ガス(DE)や、酸化チタンナノ粒子の曝露による影響を検討した。ICR系妊娠マウスに妊娠2日から16日まで1.0mgDEP/m^3のDEを曝露し、出生雄性仔への影響を6週齢時で観察したところ、DE曝露群で雄性生殖系機能に有意な差が認められ、母体が吸入したDEが出生仔の生殖機能に影響を及ぼすことが明らかとなった。また、粒径2070nmのナノサイズの酸化チタンを0.05%Tween80を含む生理食塩水に超音波分散させ、ICR系妊娠マウスに皮下投与し出生仔の雄性生殖系への影響を観察したところ、6週齢仔の精子産生能の低下、血清テストステロン濃度の変動が認められたとともに、電子顕微鏡観察により精巣細胞内に酸化チタンの存在を確認した。このようにナノサイズの粒子が母体を介した胎児期曝露によって子に移行し、精巣機能に影響を及ぼす可能性が示されたことから、煙草煙(副流煙)中のナノ粒子の解析および胎児期曝露の影響解明は重要課題であり、実験を続行している。実験動物喫煙装置が高額で購入できなかったため、手作りの曝露装置を設計し、試作した。装置の稼動点検に時間を費やしたため、実際の煙草煙中に含まれるナノ粒子の取り込み、及びその影響の解析は来年度に持ち越した。予備試験的にディーゼル排ガスの妊娠マウス気道曝露をフィルター有無の条件で行い、出生後の子へその影響を解析した。ICR系マウスに胎齢2日目から16日目まで(4、5、11、12日目は除く)1日8時間、0.17mgDEP/m^3濃度のDEを曝露し、終了後は清浄大気下で飼育した。対照群は、全期間清浄大気下で飼育した。一方、フィルター群は排ガスを高性能フィルターにより徐塵したものを曝露した。雄性産仔を6、12週齢時に麻酔下で心採血し、生殖器を摘出し、測定した。12週齢において一日精子産生量(DSP : daily sperm production)が有意に低下したが、フィルター群は低下しなかった。一方、6週齢において血清中テストステロン濃度が有意に低下したが、フィルター群も同様に低下した。粒子を取り除くことにより、影響がなくなるものと、影響がのこるものがあることが示唆された。
線形微分作用素の跡公式と非線形可積分系の代数解析的研究

ディラック型微分作用素に関する準可換微分作用素の構造を明らかにした。特に、ソリトン理論の原点とも言えるミウラ変換が、定常KdV階層の全てで成立することを明らかにし,極めて興味深い恒等式が発見された。他方、KdV階層とは異なったタイプの力学系として保存系でないSIRモデルを研究した。さらに跡公式を応用して定常KdV階層の全ての第一積分を系統的に構成するスキームを構成した。第一積分を用いて定常KdV階層の線形化作用素に対する固有値問題の方程式をリーマン球上の確定特異点型微分方程式に変換して、それを用いて定常KdV階層の解の解析的性質を調べる方法を開発した。本年度は、昨年に引き続き、非線形可積分系の研究において最も基本的な準可換微分作用素について、基礎的な研究を遂行した。結果として、シュレディンガー型作用素の準可換微分作用素と、ディラック型作用素の準可換微分作用素の間の、簡明な関係式を発見してそれを下記の論文として発表した。準可換微分作用素は、定常の非線形可積分系を定めるが、その最も次数の低いものは楕円関数を解として持つ事が知られている。今年度の研究の後半では、その高階における解を通じて、超楕円関数の解析的理解を進める研究を行った。これは、過去に得られた、跡公式と定常KdV階層の第一積分の関係をもとに、定常可積分系の解が自然にパラメトライズする超楕円曲線を構成する研究で、2次の場合に一定の知見が得られ、現在論文にまとめている。次年度以降は、現在行っている計算よりも遥かに計算量の大きな数式処理が必要となる為、ハイスペックなコンピュータシステムを構築して、さらなる解析を実行する。特に、非可換環論の局所化の理論を適用する事により、可積分性に関する新たな観点が得られつつあるので、それに上の計算機を用いた結果を応用して、具体的な特定の代数的性質を有する超楕円曲線を構築する研究を遂行中である。今回の研究テーマに関しては、期間中の研究によって、多成分型微分作用素の準可換微分作用素の基本的性質を明らかにできた。従来、準可換微分作用素の研究は、1次元シュレディンガー作用素を中心に、1成分型作用素の研究が主であった。それに対して,本研究では、2乗すると二つの1次元シュレディンガー作用素の直積になるようなディラック作用素を考え、それに対する準可換作用素環を構成した。詳しくは、下記の通りである。KdV方程式と変形KdV方程式を結びつける変換としては,ソリトン理論の発展の出発点となったミウラ変換がある。それに対して,本研究では、定常KdV階層と定常mKdV階層の間に成り立つ同種の変換の存在を明らかにした。定常KdV階層に関しては、封来の、準可換微分作用素環を用いて解析的に定義される有限帯ポテンシャルや、無反射ポテンシャルを、代数幾何的ポテンシャルとして統一的に扱うことが可能になった。結果的に、代数幾何的ポテンシャルを有する微分作用素の単純スペクトルを,完全に代数的に扱え、さらにダルブー変換のスペクトル論的取り扱いが可能になった。本研究の今回の結果は、同種の理論の多成分化の可能性を示唆しており、現在研究が進行中である。また、1成分作用素に関しては,上記のスペクトル理論の応用として、定常KdV階層の第一積分の包合系を組織的に構成する代数的方法が構築できた。他方、上記の第一積分の構成法を応用して、定常KdV階層を用いて、対応する2階線形微分方程式を1次元射影空間上の超幾何微分方程式やホイン型方程式のような確定特異点型方程式に変換するスキームが見いだされた。その確定特異点型方程式の局所モノドロミーを調べることにより、元の代数的微分方程式の解の周期性等の局所構造や大域構造を明らかにする方法が確立された。研究課題の初年度にあたる本年度は、多成分作用素の準可換微分作用素の基本的性質を明らかにできた。即ち、従来知られていた1次元シュレディンガー作用素に対する準可換微分作用素を用いて得られたKdV多項式の系列と、多成分作用素としてのディラック型作用素の準可換微分作用素を用いて得られる微分多項式であるmKdV(+)多項式の系列の間の密接な、予想を超えた極めて簡明な等式群が得られた。それを用いて、mKdV(+)多項式に関する漸化作用素も構築することができた。これらの結果は、KdVソリトン理論の出発点となったミウラ変換の新たな解釈を可能にし、ソリトン理論の基本的ツールであるダルブー変換の本質をも明らかにする糸口を与えた。準可換作用素が構築され、対応する漸化作用素が得られると、問題としている作用素の代数的スペクトル理論が構築され、同時並行的に跡公式群も証明でき。

しかし現時点で得られている漸化作用素は、シュレディンガー作用素の場合と異なり、その方向での定式化が難しい形をしている。そこで、現在は、望ましい形に変形する試みを行っている。特に、現在の形ではMapleなどの数式処理で使うには、2重の不定積分が介在して使いにくいので、さまざまな工夫をしているのが実情である。他方、KdV多項式系列とmKdV多項式系列の間に成立する、ミウラ変換を一般化した簡明な等式群は、申請者が発見したダルブー変換の基本等式を駆使することにより、様々な等式群に書き換えることができる。それらを解析することにより、従来関数解析的に困難を伴ったディラック型作用素に対する逆散乱理論に有効な代数解析的理論が構築されるものと思っている。他方、定常KdV階層等の非線形力学系の特性の研究の過程で、古典的なSIRモデルを変形することにより、副産物として口蹄疫の伝染パターンを忠実に再現する力学系を発見した。研究実績の概要にも述べた様に、現在は、昨年度に得られた多成分型作用素であるディラック型作用素の準可換微分作用素のに関する結果をもとに、現段階での成果を論文としてまとめ、投稿した。結果、その論文は受理され出版されたので、本研究は一定の段階に達したものと見ている。現在は、その結果と過去の跡公式と定常可積分系の第一積分の関係を併せる事により、超楕円曲線を自然にパラメトライズする曲線を探している。この研究に関しても、2次の場合には,ほぼ満足の行く結果が出ているので、途中経過的な短い論文を計画中で、この面からも、今年度の研究も、概ね順調に遂行できたと考えている。さらに、これからの研究では、初等的だが極めて複雑な計算が要求されるため、ハイスペックなコンピュータを用いて、Maple等の数式処理の使用が不可欠だが、それらの作業は大学院生の助力が必要となる。しかし現時点では、そのような院生を参加させる数学研究の為のマニュアルが皆無に近いため、今年度はそのようなマニュアルを含む下記の2冊の書籍を上梓した。フーリエ・ラプラス解析の基礎、森北出版。2013複素解析の基礎、森北出版、2013ともに学部レベルの教科書であるが、Mapleのマニュアルの部分を多く含み、それは上記の計算遂行の際の強力な参考文献になるものと信じている。このことから、今年度の研究は,最終年度の研究に向かっての強力な基礎を構築したと言って良い。完全可積分系の研究において、対応する線形作用素の準可換微分作用素の構造の解明が、すべての基礎をなすことは周知である。今年度の研究は、まず多成分作用素として考えているディラック型作用素の準可換微分作用素の構造を明らかにしたことにより、そのディラック型作用素のスペクトルを明らかにする道筋が示されたといってよく、研究そのものは完全なレールに乗ったと言って過言ではなく、対応するシュレディンガー作用素の研究とパラレルに進行できる準備が整ったと言える。その意味では、当初の計画以上と言っても良いが、得られた等式群は、予想していた以上に簡明なもので、単純にディラック型作用素のスペクトル理論の改善や、mKdV階層の構築に止まらず、もとのKdV階層やシュレディンガー作用素の理論の改変までターゲットにできる目途がたった。まず、定常KdV階層の非可換環論の観点からの研究を遂行する。これはオアの条件の成立等をチェックする事が必要だが、申請者の非可換環論の知識が不十分のため、専門家の助力を要請している。これは、夏頃迄には一定の結果が得られる事が予想される。
ＡＤＡＭ１７を介するＳｈｅｄｄｉｎｇ制御機構とレムナントペプチドシグナルの解析

ADAM17による細胞膜上での膜蛋白質限定分解(shedding)は、様々な情報伝達因子を量的・質的に制御するシステムとして重要である。膜型増殖因子proHB-EGF、proAREGと膜型サイトカインTNF-αはそれぞれI型とII型の膜蛋白質であるが、両者共にADAM17によりsheddingを受ける。我々がADAM17制御因子として見出したannexin (ANX)が、ADAM17によるI型およびII型一回膜貫通蛋白質のsheddingを全く逆に制御することを明らかにした。ANXによるADAM17触媒ドメインヘッドスウィングモデルを提案する。様々な細胞外情報のアンテナとなる細胞膜貫通蛋白質の量的・質的制御には、細胞膜上での蛋白質限定分解(Ectodomain Shedding ;以後Sheddingと記す)が極めて重要な役割を果たす。その主役をなすのが、Shedding酵素ADAM17である。我々はこれまで、膜型増殖因子EGFファミリーのshedding解析から、新たなShedding制御因子としてannexins(ANXs)を同定した。さらに、このANXsはADAM17と相互作用し、ADAM17による1型およびII型一回膜貫通蛋白質のSheddingを全く逆に制御することを見出した。この結果を基に、本研究では、ANXsによるADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルを提案・検証し、その実証に挑む。これにより、ANXsによるADAM17の基質認識制御機構を明らかにし、新たな標的創薬分子としてのANXs分子の有用性を検討する。また、Sheddingによって誘導されるレムナントペプチドシグナルの理解を深めることを目的とする。24年度に行った検証実験から、ANXA2のノックダウンにより、リンパ腫細胞株(単月球様細胞株)U-937細胞株および、2種の大腸がん細胞株HCT116とHT29細胞株において、amphiregulinならびにHB-EGFと、TNF-αのSheddingが、全く逆に制御されることを明らかにしANXsによるADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルを指示するデーターを得ることが出来た。様々な細胞外情報のアンテナとなる細胞膜貫通蛋白質の量的・質的制御には、細胞膜上での蛋白質限定分解(Ectodomain Shedding;以後Sheddingと記す)が極めて重要な役割を果たす。我々はこれまで、膜型増殖因子EGFファミリーのShedding解析から、新たなShedding制御因子としてannexins (ANXs)を同定した。さらに、このANXsはADAM17と相互作用し、ADAM17によるI型およびII型一回膜貫通蛋白質のSheddingを全く逆に制御することを見出した。昨年度の検証実験から、ANXA2のノックダウンにより、リンパ腫細胞株U-937細胞株および、大腸がん細胞株HCT116とHT29細胞株において、amphiregulinならびにHB-EGFと、TNF-αのSheddingが全く逆に制御されることを明らかにし、ANXsによるADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルを支持するデーターを得た。これを基に本年度は、試験管内での再構築実験を行った。Amphiregulin、HB-EGF、TNF-αおよびADAM17ともに、プロテオリポソームを用いた無細胞タンパク質合成系で生合成した。合成ADAM17のプロテアーゼ活性を測定したところ、活性を検出できなかった。ADAM17の活性発現には、翻訳後修飾が必須である事から、この修飾をどのように導入するか今後の検討課題とする。さらに本年度は、shedding反応を生体で捉えるためのイメージングプローブを開発し、これまで不可能であった1細胞でのshedding反応をin vitroならびにin vivoで捉える事に成功した。我々はこれまで、膜型増殖因子EGFファミリーのshedding解析から、新たなShedding制御因子としてannexins (ANXs)を同定した。昨年度開発したshedding反応を生体で捉えるためのイメージングプローブを利用し、本年度は、1細胞レベルでのANXsによるADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルの検証を試みた。

ADAM17、proHB-EGF-AP&ADAM17、proHB-EGF-AP&ADAM17ノックダウン(KD)、proTNF-αーAP&ADAM17、proTNF-αーAP&ADAM17KDをそれぞれ単独で安定発現するMCF7細胞株を樹立し、ADAM17細胞とproHB-EGF-AP&ADAM17KD細胞、ADAM17細胞とproTNF-αーAP&ADAM17KD細胞の混合培養と、proHB-EGF-AP&ADAM17およびproTNF-αーAP&ADAM17単独培養にて、インビボイメージング解析を行った。その結果、ADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルを支持すデーターを得た。26年度が最終年度であるため、記入しない。生化学、分子細胞生物学、26年度が最終年度であるため、記入しない。ANXsによるADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルを裏付けるデーターを得ることが出来た。活性型ADAM17の試験管内合成には、翻訳後修飾をどのように導入するかで今後の検討課題をのこしたが、shedding反応を生体で捉えるためのイメージングプローブを新たに開発し、これまで不可能であった1細胞でのshedding反応をin vitorならびにin vivoでとらえる事に成功した。ANXsによるADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルを、生化学的、構造生物学的に検証を進める。活性型ADAM17の試験管内合成とANXsによるADAM17触媒ドメインのヘッドスウィングモデルを、生化学的、構造生物学的に検証を進める。消耗品、旅費、謝金、その他(共同施設使用料、論文校閲・掲載費)に使用予定である。繰越金は構造解析用の消耗品、共同施設使用料に当てる無細胞タンパク質合成により作製した酵素の活性発現段階での試行錯誤に時間を要し、その後の測定系構築を次年度に持ち越す事となったため。アルファースクリーンを用いた測定系の構築、並びに解析に使用する。
運動機能および運動学習における抑制性入力効率変化の寄与

カリウム・クロライド共輸送体(K+/Cl- cotransporter 2; KCC2)は神経細胞膜上に局在し、細胞内のカリウムイオンと塩素イオンを細胞膜外に放出することで細胞内塩素イオン濃度を低値に維持する。近年、過剰な神経発火やBDNFなどの神経成長因子により、KCC2は細胞膜から脱落し,GABA/glycineの作用を過分極から脱分極へとスイッチさせることが明らかにされた。このKCC2発現変化による抑制性神経伝達の減弱は、これまで、てんかん発作や慢性疼痛、痙縮などの病態を引き起こすことが知られている一方で、海馬神経細胞では運動で誘発される高頻度のシナプス活動がシナプス後部におけるKCC2機能を低下させ、GABAA受容体の作用の減弱を引き起こすこと報告されている。これらのことから,KCC2発現低下により生じる神経細胞興奮性上昇がシナプスの可塑的変化、神経回路編成に重要な役割があることが推察されるが未だ詳細な検証はされていない。この問題を解明するため,課題習熟度および運動機能を評価するために赤外線センサーを用い、歩行様式を評価するシステムを構築した。また,広範囲でトレッドミル運動中の神経細胞活動を観察するため、5層錐体細胞にカルシウムインディケータを発現させることができるThy1-GCaMP7マウスを用いた。これにより、トレッドミル運動中のマウス運動野5層を10倍対物レンズによる広範囲タイムラプスCa2+イメージングを実施した。新規知見の創出には至らなかったが、運動中の大脳皮質運動野の神経細胞カルシウム応答の経日的なイメージングおよびトレッドミル運動の赤外線センサーを用いた計測方法を確立することができた。一方で,末梢神経損傷モデルを用いた検討では、損傷後の運動神経細胞への抑制性入力変化が運動機能回復に関与する可能性を見出した。この結果について投稿し、現在リバイス中である。29年度が最終年度であるため、記入しない。カリウム・クロライド共輸送体(K+/Cl- cotransporter 2; KCC2)は神経細胞膜上に局在し、細胞内のカリウムイオンと塩素イオンを細胞膜外に放出することで細胞内塩素イオン濃度を低値に維持している。細胞内の塩素イオン濃度が一定値に保たれている環境下では、GABA/glycineなどの神経伝達物質が塩素イオンチャネルであるその受容体を活性化することで細胞内の塩素イオンは細胞外へと放出され、神経細胞膜を過分極すなわち抑制性作用を示す。軸索損傷や脊髄損傷、脳虚血などの神経ストレスやてんかんに代表される過剰な神経発火、BDNFなどの神経成長因子により、KCC2は細胞膜から脱落し、その後発現を減少させることが報告され、このKCC2発現低下は細胞内塩素イオン濃度上昇を引き起こし、GABA/glycineの作用を過分極から脱分極へとスイッチさせることが明らかにされた。海馬神経細胞で、高頻度のシナプス活動がシナプス後部におけるKCC2機能を低下させ、GABAA受容体の作用の減弱を引き起こすという報告から、KCC2発現低下により生じる神経細胞興奮性上昇がシナプスの可塑的変化、神経回路編成に重要な役割があることが推察されるが未だ詳細な検証はされていない。そこで、KCC2の発現/機能変化に着目し、運動機能および運動学習において抑制性機能の役割を解明することを試みている。初年度は、運動中のマウスの大脳皮質運動野神経細胞の活動を観察するために、トレッドミル運動中のマウスを2光子顕微鏡下で観察するシステムを確立した。来年度以降は、経日的な運動機能評価及び神経活動を指標としてKCC2過剰発現マウス(テトラサイクリン遺伝子発現誘導システムによりCaMKIIプロモーター下すなわち興奮性神経細胞にKCC2を過剰発現させたマウス)と野生型マウスとの比較検討を行う予定である。初年度は、運動中のマウスの大脳皮質運動野神経細胞の活動を観察するために、トレッドミル運動中のマウスを2光子顕微鏡下で経日的に観察するシステムの確立を進めた。神経細胞の活動を可視化するため、アデノ随伴ウイルスによりカルシウムプローブであるGCaMP6fを興奮性神経細胞に導入し、頭部を固定したマウスをトレッドミル上で走らせた。運動様式をCCDカメラで撮像し、運動中の神経細胞のカルシウム応答を2光子顕微鏡で観察することで、運動中の大脳皮質運動野の神経活動及び運動学習に伴った運動様式の変化及び神経細胞の活動を観察することに成功した。運動機能の解析および神経発火パターンの解析方法を確立し、解析を進める。KCC2発現誘導の個体差やその変化について慎重に検討する必要があり、当初の予定よりやや遅れている。

これらのことから,KCC2発現低下により生じる神経細胞興奮性上昇がシナプスの可塑的変化、神経回路編成に重要な役割があることが推察されるが未だ詳細な検証はされていない。この問題を解明するため,課題習熟度および運動機能を評価するために赤外線センサーを用い、歩行様式を評価するシステムを構築した。また,広範囲でトレッドミル運動中の神経細胞活動を観察するため、5層錐体細胞にカルシウムインディケータを発現させることができるThy1-GCaMP7マウスを用いた。これにより、トレッドミル運動中のマウス運動野5層を10倍対物レンズによる広範囲タイムラプスCa2+イメージングを実施した。新規知見の創出には至らなかったが、運動中の大脳皮質運動野の神経細胞カルシウム応答の経日的なイメージングおよびトレッドミル運動の赤外線センサーを用いた計測方法を確立することができた。一方で,末梢神経損傷モデルを用いた検討では、損傷後の運動神経細胞への抑制性入力変化が運動機能回復に関与する可能性を見出した。この結果について投稿し、現在リバイス中である。来年度以降は、経日的な運動機能評価及び神経活動を指標としてKCC2過剰発現マウスと野生型マウスとの比較検討を行い、運動機能と抑制性神経伝達の関連を検討する予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高配位有機リン化合物の合成と反応

トリス(2,6ージメトキシフェニル)ホスファン[(2,6)_3Pと略記する]とイオウの反応で得られるこのスルフィド(2,6)_3P=Sは容易にプロトン化されて[(2,6)_3PーSH]^+塩を生成するが、この塩を溶液中で加熱すると脱硫して3級ホスホルニウム塩[(2,6)_3PーH]Xになることが分った。[(2,6)_3PーH]Xはアルカリ水により定量的に(2,6)_3Pを再生するので(2,6)_3P=Sを酸とアルカリで(2,6)_3Pに還元することができることになる。また、(2,6)_3P=Sには求核性があることも分った。すなわち、ヨウ化アルキルや臭化アルキルと容易に反応してアルキルチオホスホニウム塩[(2,6)_3PーSR]Xを生成する。この塩のP+ーSR結合は耐加水分解や耐アルコリシスがあり、これは2,6ーメトキシ基の酸素原子がリンイオウに配位し、水酸基などの求核種リンを攻撃するのを妨げている為と考えられる。また、[(2,6)_3PーSR]+┫D2┣D1+塩はメタノ-ル中、触媒量の(2,6)┣D23┫D2Pの存在でチオ-ルR'SHと反応し、ほぼ定量的に3級ホスホニウム塩[(2,6)┣D23┫D2PーH]Iと選択的に非対称ジスルフィドRSSR'を生成することも分った。この反応で用いた触媒の(2,6)は塩基としてR'SHに反応して[(2,6)┣D23┫D2PーH]SR'を生成し、生じたR'Sーアニオンが[(2,6)┣D23┫D2PーSR]┣D1+┫D1のイオウを攻撃してRSSR'を生成すると共に(2,6)┣D23┫D2Pを再生すると考えられる。この反応は(2,6)┣D23┫D2P触媒を加えなくても加熱により進行するが、R'SHが完全には消費されず、反応は平衡状態で終る。この逆反応を利用して[(2,6)┣D23┫D2PーH]┣D1+┫D1塩とPhSSPhの反応により[(2,6)┣D23┫D2PーSPh]┣D1+┫D1塩が得られた。[(2,6)┣D23┫D2PーH]┣D1+┫D1塩はアルカリ水で処理すれば(2,6)┣D23┫D2Pを再生するので、(2,6)┣D23┫D2Pを反応媒体として、ハロゲン化アルキルとイオウ、チオ-ルなどから室温付近の反応により非対称ジスルフィルド合成できることが分った。この逆反応を利用して[(2,6)┣D23┫D2PーH]┣D1+┫

D1塩とPhSSPhの反応により[(2,6)┣D23┫D2PーSPh]┣D1+┫D1塩が得られた。[(2,6)┣D23┫D2PーH]┣D1+┫D1塩はアルカリ水で処理すれば(2,6)┣D23┫D2Pを再生するので、(2,6)┣D23┫D2Pを反応媒体として、ハロゲン化アルキルとイオウ、チオ-ルなどから室温付近の反応により非対称ジスルフィルド合成できることが分った。
同位体組成および微量元素存在度に基づくコンドリュール前駆物質の起源に関する研究

本研究では、コンドリュール前駆物質のひとつである溶け残りスピネルのMg同位体測定をおこなうために、分析方法の確立に重点を置いた。標準試料として、隕石中に存在するスピネルと化学組成がほぼ等しいロシア産のMg,Alスピネルをもちいた。Mgを化学分離せず、10マイクログラム程度のスピネルの破片を直接ボ-ト型レニウムフィラメントにのせ、シルカゲルとリン酸でセメントして質量分析をおこなうという方法(ダイレクトローディング質量分析法)を採用した。この方法では試料Mg標準試料と比較してイオン電流が増大する温度が異なるうえに、AlイオンビームがMgのイオン化を阻害した。注意深い試料ロ-ディングとフィラメント温度コントロールにより、Mg同位体測定に充分なイオン電流が得られた。測定データは、しかしながら試薬Mg標準試料と比較して系統的にシフトしていた。この原因としては、強いAlのイオンビームが分析管のなかで反射してMg質量領域に影響をおよぼしたためと推測された。アエンデ棒状カンラン石コンドリュールより分離した溶け残りスピネルについて、上記の方法によりMg同位体分析をおこなった。この試料では、標準試料と比較して重い同位体に富む有為な質量分別効果が認められた。測定中の質量分別効果を補正したあとの^<26>Mg/^<24>Mg比は、標準試料と誤差の範囲内で一致した。今回測定したスピネルのMg質量分別効果(+3%/a.m.u.)は、昨年筑波大学の二次イオン質量分析計を用いて得られたデータ(+7%/a.m.u.)の2分の1であった。このことから、質量分別効果の小さい試料では二次イオン質量分析計の測定精度は充分でないことが明らかになった。今回得られた結果とスピネルの岩石鉱物学的な特徴およびホストコンドリュールの微量元素存在度から、炭素質隕石コンドリュール前駆物質のひとつは、主要元素であるMgにおいて質量分別を起こすような原始太陽系星雲の環境で凝縮したと結論された。なお本研究の成果は、国立極地研究所で開催された第19回南極隕石シンポジウムおよびニューメキシコ大学で開催された「コンドリュールと原始惑星円盤に関する国際会議」において発表された。
光波のハイパースペクトラル制御を用いた超短光パルス時空間制御装置の開発

2017年度に引き続きEr添加ファイバーを利用した高繰り返し超短光パルスファイバーレーザーの開発を行なった。2018年度、モード同期を達成するために1.共振器内の群速度分散値をほぼ0にするようにファイバーの種類及び長さを最適化し、2.共振器内の損失を低下させるため、共振器内のマイケルソン干渉計の強度分岐比を非対称にする、などの改良を行なった。その結果、掃引型ファブリペローエタロンを用いた計測を用いることによって、共振器の基本繰り返し周波数である17MHzの成分の他にGHzオーダーの繰り返し周波数成分が存在することが明らかになった。また、本手法の特色である繰り返し周波数の可変化についても、マイケルソン干渉計の片方の光路長を変化させるだけで1.4 - 6.1 GHzの範囲で繰り返し周波数を変化させることにも成功した。時空間制御光学系については、回折格子(1200 lines/mm)及び凹面鏡(f=1 m)を用いて光周波数コムスペクトルを1次元的に空間分離することを試みた。その結果、フーリエ面上において周期的な輝点を確認することができ、周波数スペクトルの離散化(コムスペクトル化)が実現されていることがわかった。またその間隔から換算された周波数間隔は、掃引型ファブリペローエタロンで測定した結果に一致することがわかった。また、光周波数コムを利用しない系を用いた時空間制御光波発生についても開発を行い、2018年度は偏光ビームスプリッターを用いたサニャック干渉計を利用するなど安定性、柔軟性、効率の点で多数の改良を行った。その結果、sub-THz域でビーム断面の強度分布を1.方位方向、2.動径方向、3.それらの複合に加え、4. 1次元方向において超高速制御することにも成功しており、今後離散化された周波数成分に対する空間モード制御を行う際の技術基盤の確立を進めることができた。当初の予定では2017年度に構築が完了してい予定であった高繰り返しパルスレーザーの開発に遅延が発生し、2018年度も引き続き開発を行う必要が生じたため、光周波数コム制御による時空間制御光波の生成の実証には未だ至っていない状態にある。しかしながら、【研究実績の概要】の項で述べたように光源の高繰り返し化には大きな進展があり、光周波数コム成分毎の空間分離にある程度成功している。現時点で、コム成分が空間分離されたフーリエ面に空間光変調器を設置することで、ごく初歩の時空間制御を実行できる段階には到達している。さらに、より単純な空間多重系を利用した時空間制御についても多彩な強度分布の超高速制御に成功しており、基盤技術の確立は着実に進んでいると考えている。しかしながら、現時点では光周波数コム成分間の空間的な分離が十分ではないという問題点が存在することも判明している。コム成分毎の空間的な分離を向上させるための最も簡便な方法は繰り返し周波数を増大させることであるが、過剰な高繰り返し化を行うと所持している測定装置では測定が困難になるなどの問題が生じる。この空間的な分離における問題は、第一に光周波数コム成分自体の幅の狭窄化が十分でないことから生じており、共振器内の高次分散の補償が不十分であることに起因していると考えている。この点については複数の種類のファイバーを使用するなどして共振器内分散の補償の高精度化を行うなどの改善を引き続き進めていく予定である。また、第二に回折格子による角度分散量が不足していることが挙げられるが、回折格子を多段で使用することによって角度分散を増大させることで解消できる目処付ができている。今後まずコム成分の空間的な分離度が比較的良好な6 GHzの繰り返し周波数光波を用いて時空間制御光波の生成を進めていくが、上記の施策によるコム毎の空間的な分離度の向上も同時に進める。【研究実績の概要】の項で述べたように2018年度の時点で光周波数コム成分の1次元的な空間的な分離に成功している。当初の研究計画では光周波数コムの各成分を初期段階から2次元的に配置する予定であったが、計画の進捗に遅れが見られ、より確実に研究を遂行するため2019年度ではまず単純な1次元的な配置で光周波数コム成分の空間分離を行うものとする。1次元的な配置では光波の周波数成分の利用効率が低下するため、次の段階としてシリンドリカルレンズなどを利用することで各光周波数コム成分を空間的に2列あるいはそれ以上の数の列に分割して配置する新規光学系に移行する。各光周波数コム成分の制御には空間光変調器を用いるが、各々の成分に対してまず100 x 100程度のピクセル数を割り当てる光学設計を行う。2018年度に購入した空間光変調器は計画時に想定していた1440x1024よりもピクセル数の多い1920x1200のピクセル数を有しており、2列のコム成分配置でも単純には40本程度のコム成分を独立に空間制御可能である。数十本程度のコム数は光周波数コムを用いた時空間制御の初歩的な原理実証を行うにあたって十分であると考えており、さらなるコム成分配置の多列化を行うことで100本以上の数のコム成分の制御へと展開する。構築した装置を用いた原理実証の内容としては、計画書に挙げた1.回折格子などを用いて予め角度分散を与えた光波の補正や、2.空間強度分布の超高速制御などを想定しているが、よりインパクトの強い2.の項目を優先させる。

上記の通り各コム成分の空間制御にはそれぞれ100x100ずつ程度のピクセル数を想定しているが、こうしたコム成分毎に割り当てるピクセル数の最適化については原理実証実験の中で検証していくこととする。2017年度に引き続きEr添加ファイバーを利用した高繰り返し超短光パルスファイバーレーザーの開発を行なった。2018年度、モード同期を達成するために1.共振器内の群速度分散値をほぼ0にするようにファイバーの種類及び長さを最適化し、2.共振器内の損失を低下させるため、共振器内のマイケルソン干渉計の強度分岐比を非対称にする、などの改良を行なった。その結果、掃引型ファブリペローエタロンを用いた計測を用いることによって、共振器の基本繰り返し周波数である17MHzの成分の他にGHzオーダーの繰り返し周波数成分が存在することが明らかになった。また、本手法の特色である繰り返し周波数の可変化についても、マイケルソン干渉計の片方の光路長を変化させるだけで1.4 - 6.1 GHzの範囲で繰り返し周波数を変化させることにも成功した。時空間制御光学系については、回折格子(1200 lines/mm)及び凹面鏡(f=1 m)を用いて光周波数コムスペクトルを1次元的に空間分離することを試みた。その結果、フーリエ面上において周期的な輝点を確認することができ、周波数スペクトルの離散化(コムスペクトル化)が実現されていることがわかった。またその間隔から換算された周波数間隔は、掃引型ファブリペローエタロンで測定した結果に一致することがわかった。また、光周波数コムを利用しない系を用いた時空間制御光波発生についても開発を行い、2018年度は偏光ビームスプリッターを用いたサニャック干渉計を利用するなど安定性、柔軟性、効率の点で多数の改良を行った。その結果、sub-THz域でビーム断面の強度分布を1.方位方向、2.動径方向、3.それらの複合に加え、4. 1次元方向において超高速制御することにも成功しており、今後離散化された周波数成分に対する空間モード制御を行う際の技術基盤の確立を進めることができた。当初の予定では2017年度に構築が完了してい予定であった高繰り返しパルスレーザーの開発に遅延が発生し、2018年度も引き続き開発を行う必要が生じたため、光周波数コム制御による時空間制御光波の生成の実証には未だ至っていない状態にある。しかしながら、【研究実績の概要】の項で述べたように光源の高繰り返し化には大きな進展があり、光周波数コム成分毎の空間分離にある程度成功している。現時点で、コム成分が空間分離されたフーリエ面に空間光変調器を設置することで、ごく初歩の時空間制御を実行できる段階には到達している。さらに、より単純な空間多重系を利用した時空間制御についても多彩な強度分布の超高速制御に成功しており、基盤技術の確立は着実に進んでいると考えている。しかしながら、現時点では光周波数コム成分間の空間的な分離が十分ではないという問題点が存在することも判明している。コム成分毎の空間的な分離を向上させるための最も簡便な方法は繰り返し周波数を増大させることであるが、過剰な高繰り返し化を行うと所持している測定装置では測定が困難になるなどの問題が生じる。この空間的な分離における問題は、第一に光周波数コム成分自体の幅の狭窄化が十分でないことから生じており、共振器内の高次分散の補償が不十分であることに起因していると考えている。この点については複数の種類のファイバーを使用するなどして共振器内分散の補償の高精度化を行うなどの改善を引き続き進めていく予定である。
抗がん剤をはじめとするヌクレオシド系薬物のトランスポーター介在輸送と薬効との関係

ヌクレオシド系薬物を積極的に細胞内に取り込むトランスポーター(CNT)のみを発現する細胞では,これに加えて濃度差にしたがって両方向性に輸送するトランスポーター(ENT)を同時に発現する細胞に比べて低濃度における細胞内蓄積量が多く,薬物曝露後にENTの活性を阻害することで細胞内への蓄積性を高められる可能性が示唆された.ヌクレオシド系抗がん薬ゲムシタビンを用いた検討の結果,ENT活性を阻害した条件下において非阻害条件下に比べて高い殺細胞効果が認められたことから,ENT阻害剤を使用することにより,低濃度でより高い効果が得られる可能性が示唆された.ヌクレオシド系薬物を積極的に細胞内に取り込むトランスポーター(CNT)のみを発現する細胞では,これに加えて濃度差にしたがって両方向性に輸送するトランスポーター(ENT)を同時に発現する細胞に比べて低濃度における細胞内蓄積量が多く,薬物曝露後にENTの活性を阻害することで細胞内への蓄積性を高められる可能性が示唆された.ヌクレオシド系抗がん薬ゲムシタビンを用いた検討の結果,ENT活性を阻害した条件下において非阻害条件下に比べて高い殺細胞効果が認められたことから,ENT阻害剤を使用することにより,低濃度でより高い効果が得られる可能性が示唆された.ヌクレオシド系化合物の体内動態(組織、細胞内移行)には,これらの化合物を膜輸送するトランスポーターが深く関与している.これら薬物の血液中濃度と組織到達濃度や薬効との関係を明らかにするためには、病巣あるいは正常組織における各トランスポーターの活性と薬物蓄積量との関係を詳細に検討する必要がある.そこで本研究では,トランスポーターを介して輸送される薬物の細胞内への取り込み速度や蓄積量と,その細胞に発現するトランスポーターの種類(輸送特性)および発現量との関係を明らかにすることを目的とした.促進拡散型であるENT,濃縮型であるCNTの両方を発現しているBeWo細胞を用いて取り込み実験を行った.基質としては,抗がん薬ゲムシタビン,抗ウイルス薬リバビリンほか,内因性,外因性のヌクレオシド系化合物を用いた.まずCNTとENTの関与を明らかにする目的で,薬物取り込みに及ぼすNa^+およびENT特異的阻害剤であるNBMPRの影響について検討した.その結果,NBMPR存在下においてCNT依存的取り込みが,Na^+非存在下においてENT依存的取り込みが認められた.しかしNa^+存在下では予想に反しNBMPRを添加することで取り込み量の上昇が認められた.そこで,Na^+存在下における取り込み量とNa^+およびNBMPR存在下における取り込み量の差は,双方向性のトランスポーターであるENTを介した排出が起きているという仮説を立て,アフリカツメガエル卵母細胞を用いて取り込み実験を行った.その結果,ENTの発現量が上昇するにつれてNa^+存在下における取り込み量が減少した.したがってCNTとENTが共発現した細胞では取り込まれた薬物がENTによって排出される可能性が示唆された.上述の検討において,卵母細胞の容積から換算すると,細胞内に薬物が飽和する前にENTを介した排出が起きているものと考えられた.そこでこの現象を説明するために,数理モデルを作成し検証した.その結果,細胞内に取り込まれた薬物は細胞膜内側の表面において局所的に高濃度になることが示唆された.また10分間の取り込みにおける細胞内薬物量のシミュレーション値は実測値を反映した.したがって,CNT-ENT共発現細胞において,細胞内に取り込まれた薬物は,CNTにより細胞膜内側に局所的に濃縮され,さらに生じた細胞内外の濃度勾配により,双方向性のトランスポーターであるENTを介して排出される可能性が示唆された.臓器によってトランスポーターの発現量や分布が異なるため,この結果はヌクレオシド系薬物の各臓器への分布を予測する上で有用であると考えられる.Na^+依存性ヌクレオシドトランスポーター(CNT)およびNa^+非依存性ヌクレオシドトランスポーター(ENT)が同時に発現している細胞においては,高濃度の基質存在下ではENTによる輸送が優位であるのに対し,基質が低濃度の場合はCNTが優位であり,細胞内に取り込まれた薬物は細胞膜内側に局所的に濃縮され,さらに生じた細胞内外の濃度勾配によりENTを介して排出されることが示唆された.この時, ENTの活性を阻害すると阻害しないときに比べて細胞内への薬物蓄積量が増大した.したがって, ENT阻害剤を共存することで薬物の細胞外への流出を遅延させ,薬効の持続あるいは低濃度での効果増強が期待できるものと推測された.そこで, CNTおよびENTの基質であり,抗がん剤であるゲムシタビンの殺細胞効果におよぼすENT阻害剤の影響を検討した.アフリカミドリザル腎臓由来COS-7細胞を用い,細胞内に取り込まれたゲムシタビンの排出阻害時における殺細胞効果を検討した.ゲムシタビン曝露後, ENT阻害剤であるニトロベンジルメルカプトプリンリボシド(NBMPR)を添加した培地で細胞を培養し,生存率をXTTアッセイ法により測定した.その結果, NBMPR存在下において細胞生存率の減少が認められた.すなわち,そのIC_<50>値はHBMPR添加時で0.71μMに対し非添加時では1.96μMであり,ゲムシタビン曝露後にNBMPRを添加して培養した方が高い殺細胞効果が認められた.これらの結果より,ゲムシタビン曝露後のENTによる薬物排出を抑制することにより,より高い抗腫瘍効果が得られる可能性が示唆された.
低次元多様体の不変量と幾何構造の連関

研究代表者の上はSeiberg-Witten理論やHeegaard Floerホモロジー理論に由来する3次元多様体の不変量を研究した.特に3次元多様体の中でもザイフェルト有理3次元球面と呼ばれる特別なクラスについて,その組み合わせ的に定義されるmu-bar不変量がある条件付きで解析的に定義されるエータ不変量の組み合わせで表されることをSeibereg-Witten理論を用いて示し,2012から2015にかけて国内外の研究集会で発表し,プレプリントにまとめた.また数年来続けている4次元多様体に関する教科書の執筆を最新の成果をとりいれつつ進めた.1年以内の完成を目指している.3次元多様体の種々の不変量とその関連をその3次元多様体を境界とする4次元多様体のトポロジーを解明することを主眼として前年度より引き続き研究した.特にザイフェルトファイバー空間となる有理ホモロジー3球面に対して,Neumann-Siebenmannの組み合わせ的不変量(これ自体Seiberg-Witten理論由来の福本ー古田の不変量に等しい)がある条件のもとでエータ不変量で記述され,それを経由してHeegaardフレアホモロジー由来の補正項不変量と関連することを示した.この結果は一旦プレプリントにまとめたが,今年度条件を一部緩められることを見出した.現在条件をさらに一般化すべく改訂をすすめている.またその内容に関して,2013年8月にアメリカミネソタ大学で行われた4次元多様体に関する研究集会Workshop and Conference on the Topology and Invariants of Smooth 4-Manifoldsにおいて講演を行った.なお2013年3月にManolescuによりベータ不変量という有理ホモロジー3球面上の不変量でRochlin不変量の整数値へのもちあげでかつホモロジーコボルディズム不変なものが始めて構成され,5次元以上の位相多様体が単体分割をもつかという長年の予想が否定的に解決された.しかしベータ不変量は連結和に関して加法的でなく,研究代表者の対象とする不変量とはずれが存在する.このずれの解明および境界付き4次元多様体の具体例の構造解明への応用を調べることが今後の課題である.また前年度より日本語による4次元多様体の教科書を作成すべく執筆を進めており,平成26年度中の完成をめざしている.研究代表者の上は3,4次元多様体のトポロジーのSeiberg-Witten理論,Heegaard-Floerホモロジー理論に由来する不変量を通じての研究を継続した.特に3次元のザイフェルト有理ホモロジー3球面の場合に,Ozsvath-Szaboの補正項不変量とNeumannとSiebenmannに由来し福本古田不変量とも関連するmu-bar不変量とのずれを記述するため,これらの不変量とエータ不変量との関係を探った.その結果符号数作用素とディラック作用素のエータ不変量の和が底空間のorbifoldオイラー数が0以上のザイフェルト有理ホモロジー3球面の場合にmu-bar不変量と一致することを見出した.これについては2012年11月の広島大学における4次元トポロジーの研究集会で講演した.この結果はMrowka-Ruberman-Savelievによって得られたザイフェルト整係数ホモロジー3球面に対する同種の結果の補完物であるが,より一般のザイフェルト有理ホモロジー3球面に対しても拡張されることが期待され,そのためにプレプリントの改訂を計画中である.なお2013年になってManolescuがSeiberg-Witten方程式の有限近似の手法に由来するSeiberg-Witten Floerホモロジースペクトラムから有理ホモロジー3球面上の新たなホモロジーコボルディズム不変量で古典的なRochlin不変量の整数値への持ち上げになっているものを構成し,Rochlin不変量が0でない整係数ホモロジー3球面でホモロジーコボルディズム群の中で位数2のものが存在しないこと,これにより5次元以上の位相多様体で単体分割を持たないものがあることをアナウンスしている.我々もSeiberg-Witten方程式の有限近似を用いており,双方の関連が今後の研究課題である.3,4次元多様体の不変量に関する研究を継続した.特に境界付き4次元多様体のトポロジーを知るためには3次元多様体のホモロジーコボルディズム不変量を見いだすことが重要である.3次元多様体がザイフェルト有理ホモロジー3球面の場合にそのような不変量としてmu-bar不変量とHeegaard Floerホモロジー由来の補正項不変量が知られているが,一般には両者は一致しない.その関連を見いだすべくある種のザイフェルト有理ホモロジー3球面の場合にmu-bar不変量が解析的なエータ不変量で表されることを見いだした.これは以前からの研究の継続であるが,Seiberg-Witten方程式の有限次元近似を用いた幾何学的意味づけを行い,以前より広い範囲で対応が成り立つことを示し,その結果を記述したプレプリントを改訂拡充し,その成果を東京大学および京都大学における研究集会で発表した.また2013年に5次元以上の位相多様体の単体分割予想を否定的に解決したManolescuによる新たな3次元多様体のホモロジーコボルディズム不変量などとの関連を探ることが今後の課題である.なお自身の結果を含む4次元多様体のトポロジーに関する包括的教科書の執筆を,これらの新たな成果を取り入れる形で進めており,今年中の完成を目指している.研究代表者の上は境界付き4次元多様体のトポロジーの解明を念頭において,サイバーグウィッテン理論やヘガードフレアホモロジー理論に由来する3次元多様体の不変量についての研究を継続した.

特にザイフェルト有理ホモロジー3球面と呼ばれる特別な3次元多様体のクラスについて,組み合わせ的に定義されるmu-bar不変量が解析的に定義される作用素のエータ不変量の組み合わせで表されることをある条件下で示した.この結果は前年度にまでに国内外の研究集会で発表してきたものであるが,その結果を踏まえてこれらの結果が成立する条件をより明確化し2015年度にプレプリントの形にまとめた.これにより多くのザイフェルト多様体の場合にmu-bar不変量とヘガードフレアホモロジー理論に由来するd不変量との差が原理的に組み合わせ的情報により比較可能となる.2013年にManolescuがホモロジー同境不変な新たな不変量を発見して関連する分野に大きな進展をもたらしたが,この不変量は上述の結果に現れる不変量とは独立であり,その関連を探ることが新たな課題となった.また自身の結果も含めた4次元多様体の教科書の執筆を進め,上述の新たな進展を含める形で拡充を図った.この結果完成を次年度に持ち越したが,最新の成果を取り込む形で完成を目指している.研究分担者の藤井は幾何学群論の研究をすすめ,有限生成群やモノイドの表示に関わる増大度の具体的な評価や計算結果を与えた,また研究分担者の加藤毅はトロピカル幾何におけるオートマトンと力学系の枠組みや開多様体上の漸近的な反自己双対接続のモジュライ空間の解析に関する研究を行った.研究代表者の上はSeiberg-Witten理論やHeegaard Floerホモロジー理論に由来する3次元多様体の不変量を研究した.特に3次元多様体の中でもザイフェルト有理3次元球面と呼ばれる特別なクラスについて,その組み合わせ的に定義されるmu-bar不変量がある条件付きで解析的に定義されるエータ不変量の組み合わせで表されることをSeibereg-Witten理論を用いて示し,2012から2015にかけて国内外の研究集会で発表し,プレプリントにまとめた.また数年来続けている4次元多様体に関する教科書の執筆を最新の成果をとりいれつつ進めた.1年以内の完成を目指している.3次元多様体の種々のホモロジーコボルディズム不変量の関連のSeiberg-Witten理論を用いた幾何学的幾何学的意味づけをザイフェルト有理ホモロジー3球面に対して得ることには成功した.これをより一般化しホモロジーコボルディズム不変でかつ古典的なRochlin不変量の整数値への持ち上げとなるものを見いだすことが5次元以上の位相多様体の単体分割可能性に関する予想の解決に重要であったが,2013年にManolescuが異なる手法によりそのような不変量を見いだして予想を解決した.このためそのような新たな手法の進展を考慮に入れて研究方針を練り直す必要が生じた.また4次元多様体の包括的教科書の執筆をすすめているが,これらの新たな研究の進展を取り込むために大幅な拡充を行なっており完成が遅延している.微分位相幾何学,低次元トポロジー