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NMRを用いた細胞内蛋白質の立体構造，安定性および動的平衡状態の解析

細胞内の分子クラウディング環境が蛋白質の様々な動態に与える影響が注目されている.In-cell NMRを用いたこれまでの国内外の研究によって,細胞内環境における蛋白質動態,フォールディング不安定化,動的平衡に対する影響等は明らかになりつつあるものの,統一的・普遍的な理解にはまだ至っていなかった.本研究では,in-cell NMRをさらに発展させることで,細胞内蛋白質の立体構造,安定性および動的平衡状態の詳細な解析を可能にする手法の確立を目指した.また,応用研究として,ヒト培養細胞を用いた薬剤スクリーニングの系の検証も試みた.まず,ショウジョウバエDRK蛋白質やヒトGRB2蛋白質などのマルチドメイン・アダプター蛋白質群に注目し,希薄溶液状態,クラウディング状態,細胞内環境での立体構造,安定性および動的平衡状態の解析を進めた.DRK/GRB2はN末端とC末端の2つのSH3ドメインとこれらに挟まれたSH2ドメインから構成されている.具体的な結果としては,DRKのN末端SH3ドメインが,ドメイン単体では希薄溶液中でfoldとunfoldの1:1平衡になっているにもかかわらず,全長蛋白質ではほぼunfold状態になっていることを見出した.また,常磁性NMR効果を用いることで,溶液状態でのGRB2各ドメインの相対配置を決定した.さらに,少ない距離拘束条件から正しい立体構造を算出するためのベイズ推定を用いた立体構造解析手法を確立し,昆虫培養細胞を用いて,真核細胞内としては世界初となる高分解能蛋白質立体構造決定に成功した.In-cell NMRの創薬科学への応用研究としては,ヒトHRas蛋白質とRaf-1 RBDの相互作用の系をモデルとして,細胞内の蛋白質間相互作用の詳細な解析を試みた.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。細胞内の分子クラウディング環境が蛋白質の様々な動態に与える影響が注目されている.In-cell NMRを用いたこれまでの国内外の研究によって,細胞内環境や,これを人工的に模したクラウディング環境における蛋白質の酵素活性,動態,フォールディング不安定化,動的平衡などに対する影響は次第に明らかになりつつあるものの,統一的・普遍的な理解にはまだ至っていない.本研究では,生きた細胞内の蛋白質の動態を原子分解能で解析できる現存する唯一の手法である「in-cell NMR」に注目し,その手法をさらに発展させることで,細胞内蛋白質の立体構造,安定性および動的平衡状態の詳細な解析を可能にする.また,応用研究として,ヒト培養細胞を用いた薬剤スクリーニングの系の検証も行う計画である.H29年度は,まずショウジョウバエDRK蛋白質やヒトGRB2蛋白質などのアダプター蛋白質と総称されるマルチドメイン蛋白質群をモデルとして,希薄溶液状態,人工クラウディング環境,細胞内環境での立体構造,安定性および動的平衡状態の解析を進めた.また,ヒト培養細胞や昆虫培養細胞を用いた「生理的条件下の」in-cell NMR解析を可能にする,新しいバイオリアクターシステムの開発とその応用研究も展開した.さらに,少ない距離拘束条件から正しい立体構造を算出するためのベイズ推定を用いた立体構造解析手法を確立し,真核細胞内としては世界初となる高分解能蛋白質立体構造解析に成功した.In-cell NMRの創薬科学への応用研究としては,ヒトHRas蛋白質とRaf-1 RBDの相互作用の系をモデルとして,細胞内の蛋白質間相互作用の詳細な解析を試みた.細胞質内蛋白質の立体構造,安定性および動的平衡状態の解析については,ショウジョウバエDRK蛋白質やヒトGRB2蛋白質などのマルチドメイン・アダプター蛋白質群をモデル試料として,全長蛋白質および各ドメイン単独の状態における蛋白質フォールディング安定性の解析を進めた.また,培養真核細胞を用いたin-cell NMR解析に資する,様々な要素技術の開発も行い,ゲルによる固定化を要しない「簡便な」新しいバイオリアクターシステムの開発や,真核細胞内蛋白質の詳細な立体構造解析を可能にするベイズ推定を用いた計算科学的手法の開発などを行った.ヒト培養細胞を用いたin-cell NMRの創薬科学への応用基盤技術の構築については,ヒトHRas蛋白質とRaf-1 RBDの相互作用の系をモデル試料として,in-cell NMR測定条件の検討を進めた.以上のことから,H29年度に計画していた研究の多くについては当初の計画に従って推移しており,また本新学術領域内の他の研究者の研究にも利用できる技術(バイオリアクターシステム,ベイズ推定を用いた立体構造計算法)の開発にも成功していることから,本研究は全体としておおむね順調に進展していると考えられる.細胞内の分子クラウディング環境が蛋白質の様々な動態に与える影響が注目されている.In-cell NMRを用いたこれまでの国内外の研究によって,細胞内環境における蛋白質動態,フォールディング不安定化,動的平衡に対する影響等は明らかになりつつあるものの,統一的・普遍的な理解にはまだ至っていなかった.本研究では,in-cell NMRをさらに発展させることで,細胞内蛋白質の立体構造,安定性および動的平衡状態の詳細な解析を可能にする手法の確立を目指した.また,応用研究として,ヒト培養細胞を用いた薬剤スクリーニングの系の検証も試みた.まず,ショウジョウバエDRK蛋白質やヒトGRB2蛋白質などのマルチドメイン・アダプター蛋白質群に注目し,希薄溶液状態,クラウディング状態,細胞内環境での立体構造,安定性および動的平衡状態の解析を進めた.DRK/GRB2はN末端とC末端の2つのSH3ドメインとこれらに挟まれたSH2ドメインから構成されている.

具体的な結果としては,DRKのN末端SH3ドメインが,ドメイン単体では希薄溶液中でfoldとunfoldの1:1平衡になっているにもかかわらず,全長蛋白質ではほぼunfold状態になっていることを見出した.また,常磁性NMR効果を用いることで,溶液状態でのGRB2各ドメインの相対配置を決定した.さらに,少ない距離拘束条件から正しい立体構造を算出するためのベイズ推定を用いた立体構造解析手法を確立し,昆虫培養細胞を用いて,真核細胞内としては世界初となる高分解能蛋白質立体構造決定に成功した.In-cell NMRの創薬科学への応用研究としては,ヒトHRas蛋白質とRaf-1 RBDの相互作用の系をモデルとして,細胞内の蛋白質間相互作用の詳細な解析を試みた.H30年度は,計画の修正を適宜行いつつ前年度の研究を継続し,(1)細胞質内蛋白質の立体構造,安定性および動的平衡状態の解析,(2)ヒト培養細胞を用いたin-cell NMRの創薬科学への応用基盤技術の構築,を進める.(1)については,標的蛋白質に特異的に相互作用する因子による,細胞内のフォールディング安定性に対する影響も解析する.また,本研究領域内の共同研究を通じて,H29年度に開発したin-cell NMR解析技術の他の試料に対する適用も積極的に行う.(2)については,細胞内導入方法,安定同位体標識法などの要素技術の最適化を進め,従来の希薄溶液中での実験よりも付加価値の高いスクリーニングが可能であることを実証していく.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ヒト智歯由来組織幹細胞のステムネス性とiPS細胞誘導効率の検証

ヒト歯髄由来細胞は、増殖性・iPS細胞誘導効率の観点から、有望な再生医療資源となることを、これまで示して来た(Takeda et al.J Dent Res.2009:Tamaoki et al.J Dent Res.2010)。しかしながら、継代培養によるステムネス性の喪失が問題点の一つとしてクローズアップされて来ている。そこで、本研究では、低酸素培養がステムネス性維持の一つの方策になると考え、低酸素培養条件がヒト歯髄組織幹細胞のステムネス性に及ぼす影響を検討した。結果、低酸素培養(3%O_2)により、増殖性の向上、初代培養の樹立効率の向上(特に高齢者歯髄からの樹立効率の向上)が観察された。また、低酸素培養によりstro-1(未分化マーカー)陽性の細胞の維持と分化能(dentine matrix 1 etcの発現維持)が観察され、ヒト歯髄細胞のステムネス性維持および樹立効率向上に、低酸素培養は有望な手段と考えられ、このステムネス性の維持は、iPS細胞化効率の向上にも寄与する可能性を見出した(Iida et al.Archives of oralbiology,2010)。また現在、低酸素培養によって維持されたステムネス性がiPS細胞樹立に及ぼす影響について検討し、遺伝子(山中因子)導入後に低酸素とすると、iPS細胞コロニー出現が抑制される傾向が観察されている。この現象は再確認と機序の解明が必要と考えている。研究材料:岐阜大学大学院医学系研究科にて倫理審査委員会の指針に従って研究協力の同意の得られた抜去智歯より樹立した細胞株(DPSC)を用いて、オルソパントモ写真と対比し、その形成状態に応じて、「歯冠形成期」・「歯根形成期」・「歯根完成期」に分類すると伴に、最も未成熟な段階の「歯冠形成期」の細胞株を継代培養し、継代によるステムネス性の変化について検討し以下の成果を得た。◆DPSCの増殖・分化能の評価より未熟な形成期の歯から得られるDPSCは高い増殖・分化能(ステムネス性:幹細胞性)を持つが、継代培養により喪失すること、この喪失過程でWNTシグナル(Wnt-16)が良い指標となることを明らかにした(Takeda et al. J Dent Res.)。◆ヒト智歯由来DPSCからのiPS細胞誘導効率の検討(癌遺伝子(c-Myc)を除くOct3/4、Sox2、Klf4の3遺伝子の導入によるDPSCのiPS細胞化(初期化)を行い誘導されるiPS細胞の樹立効率は、ヒト皮膚線維芽細胞に比べ10100倍高く極めて有望なリソースと考えられた。また、智歯形成段階では未成熟の歯髄細胞の効率が高い事が示された。さらにDPSCはOct・Soxの2因子の導入でも樹立可能であることを見出し、DPSCがiPS細胞の供給源として有用であることを示しつつある(Tamaoki et al. J Dent Res.)。
TTF連結オリゴイミダゾールのらせん型金属錯体を用いたキラル有機導電体の開発

オリゴイミダゾール類が形成する三重らせん錯体に導電性成分分子であるTTFを組み合わせることによるキラル有機導電体の開発を目指し、TTFとオリゴイミダゾールを連結した配位子を分子設計した。ベンゾ縮環を介してTTFが連結したクアテルイミダゾールの合成に成功し、Ni(II)と二核三重らせん錯体を与えることを明らかにした。また、このNi(II)錯体のTTF骨格をヨウ素で酸化した塩を合成し、その導電性を調べた。オリゴイミダゾール類は強い金属配位能を持ち、自己集合過程を経て強固な骨格を有する3重らせん型金属錯体を形成する。一方、テトラチアフルバレン(TTF)類縁体は、その発見から約半世紀を経てなお有機導電体の研究分野の主役であり、現在も多くの新しい現象が発見され、世界でも権威ある学術誌を賑わしている。本申請研究では、これら2つを組み合わせることによって、らせん形成に基づくキラリティーとTTFが有する酸化還元能や電子輸送能、遷移金属原子の持つ多彩な電子的・磁気的特性が一つの分子内に共存した新しい分子システムの開拓を目指す。さらに、これを固体状態で集積化させることによってキラル電気伝導などの新奇な複合機能を探索・創成する。本年度は、らせん錯体の配位子となる、イミダゾールの四量体にベンゼン環を介してTTFを連結させた誘導体の合成に成功した。DMF溶液中でのサイクリックボルタンメトリー測定の結果、この分子がTTFと同等の電子ドナー性を有することが明らかになった。また、この分子と様々な遷移金属イオンとの錯体形成を紫外ー可視吸収スペクトルを用いた滴定法による評価を行い、この分子が特にニッケル(II)イオンとの間に選択的に二核三重らせん錯体を与えることを明らかにした。この結果は、TTF連結オリゴイミダゾールを用いた電荷移動錯体の合成ならびにその機能発現を検討する上でもっとも基礎的な情報となる成果である。本申請研究ではこれら2つを組み合わせることによって、らせん形成に基づくキラリティーとTTFが有する酸化環元能や電子輸送能、遷移金属原子の持つ多彩な電子的・磁気的特性が旨つの分子内に共存した新しい分子システムの開拓を目指す。本年度は、昨年度に合成したイミダゾールの四量体にベンゼン環を介してTTFを連結させた誘導体およびその二核三重らせん錯体について、金属錯体化ならびにその電荷移動錯体の合成を行った。溶液中で配立子とNi(II)イオンをモル比32で混合することでらせん型錯体を合成し、これに系中でヨウ素を作用させることでTTF骨格を酸化した。固体での電子スペクトルを測定しだ結果TTFのラジカルかチオン種に由来する低エネルギー領域の吸収帯が観測されたことから、TTF骨格が酸化されていることが確認できた。また、透過型顕微鏡を用いたエネルギー分散型X線分光法による元素分析の結果、この物質中にNi(II)が含まれていることを確認され、酸化状態でも二核三重らせん錯体を形成していることが示唆された。この結果は、TTF連結オリゴイミダゾールを用いたらせん構造を有する電荷移動錯体の合成ならび}こその機能発現を検討する上で重要な基礎的博報となる成果である。本研究のターゲット分子の一つであるTTF-クアテルイミダゾール連結分子の合成に成功した。新規分子の合成は本研究課題でもっとも困難が予想される過程である。さらに、合成した分子の酸化還元能や遷移金属イオンとの錯体形成能を明らかにすることができた。これらの結果は、本研究を遂行する上でもっとも基礎的かつ重要な第一歩である。合成に成功した分子・金属錯体について、単結晶を用いたX線結晶構造解析を行い、錯体自体の構造的情報を得る。特にらせん型錯体の配位環境や錯体内部・外部におけるTTF骨格の相対配置は電荷移動錯体における機能解明を行う上でもっとも重要な情報である。キラリティーに基づく物性発現を視野に入れ、申請者らが所有するキラルHPLCカラムを用いた光学分割・分取を行う。最適の分割条件は化合物により異なるが、溶媒や濃度などを調整することで分割が可能である。分取した各エナンチオマーについてキラル結晶の作製を行い、結晶構造解析を用いて同定する。また、光吸収スペクトルや磁気的測定(ESR、SQUID、磁気円二色性スペクトル)を行い、らせん構造やキラリティーと物性の関係を議論する。

また、光学分割したヘリケートを化学的あるいは電気的に酸化することでTTF骨格に電荷を注入する。これらについて、溶液あるいは固体状態での光吸収スペクトル、磁気測定、電気伝導度測定を行い、酸化状態における電子状態の解明と、ヘリケートが形成するキラルな空間にTTFを配列したことによる新機能の発現について検討を行う。昨年に引き続き新規TTF修飾型オリゴイミダゾールの合成検討を行うので、そのための有機合成用試薬、溶媒及びガラス製実験器具(消耗品)の購入を予定している。またこれらに加え、電気伝導度測定や磁性測定に必要となる電子部品(消耗品)の購入を見込んでいる。有機合成や各種物性測定を行う設備は現在すべて使用可能な状態にあり、新規の設備購入は必要としていない。また、本申請研究で得られた成果は、適時国内外の学会や学術論文で発表を行うので、そのための旅費等の費用を見込んでいる。
「見る」「聴く」「話す」のを助ける携帯電話インタフェースの試作と評価

本課題では、視・聴覚や発話に障害のある人の「聴く」,「話す」,「見る」を助ける携帯電話インタフェースを開発した。具体的には、触覚ディスプレイと触覚センサを一体化した32チャンネルのピエゾ素子からなる手の平サイズのデバイスを開発し、それを携帯電話のインタフェースにすることにより、触覚チャンネルをインタラクティブに利用できるようにした。評価実験から、音声や警報音などの聴覚情報、画像や文字情報などの視覚情報、及び触覚センサで伝えた発話情報を受け手の触覚ディスプレイに表示することができた。本課題の目的は、視・聴覚障害者のために指先の触覚を介して携帯電話の情報の授受ができるインタフェースを開発し、その有用性を確認する所にある。そのため、平成21年度では、ピエゾ素子で作った振動子マトリクス(2.5ミリおきに配列した6行×6列)を触覚ディスプレイと触覚センサとして同時利用しできるように改良化し、さらに、それにCPUと通信用ブルーツースを組み込み、携帯電話情報の授受ができるようなインタフェースを試作した。この試作機を基に、自己の向いている方向を触覚で知る「ナビゲーション」と危険な音を触覚に伝える「注意喚起情報」の機能がどこまで有用かを当事者による実験を通じて評価した。<21年度の成果>(a)「ナビゲーション」機能については、携帯電話に内蔵する電子コンパス機能を利用し、携帯電話の触覚ディスプレイにその方向を提示するとともに、その有用性を評価した。視覚障害者および晴眼者、合計20名による評価実験から、東西南北のいずれの方向に向いているかを全ての被験者が認識することができた。(b)「注意喚起情報」警報音(サイレンや自動車音)を触覚で探知できるように、その音を触覚ディスプレイに提示した。ここで、音響スペクトルを高音域と低音域に分け、さらにそれぞれの球分の強度を4段階に分けて提示し、どの程度の正確さで警報音を認識できるかを調べた結果、静かな暗闇の中で警報音を探知する上では十分に有用であることが分かった。(c)「コミュニケーション」については、当初の予定に反して触覚センサとしての機能が十分に得られなかったため、触覚センサを改良する必要が出てきた。そのため、仕様を再検討し、触覚センサの感度や安定性など必要な機能を得ることができたが、この作業に5カ月を要したため、「コミュニケーション」機能については年度内の完了が困難になった。課題(c)については22年度に遂行することとした。昨年度と同様に、本年度も、自己の向いている方向を触覚で知る(a)「ナビゲーション」と危険な音を触覚に伝える(b)「注意喚起情報」の機能がどこまで有用かを当事者による実験を通じて評価した。ただし、本年度は、とくに双方向による(c)「コミュニケーション」機能として、送り手が振動子マトリクスを指で叩いたり、なぞったりした情報を受け手の指の触覚に伝える方法で、盲ろう者のための非文字・非音声によるコミュニケーション機能を実現した。その結果、以下のような成果が得られた。(a)「ナビゲーション」機能の評価については、東西南北の4方向の認識は容易であったが、「東北」「南西」など斜め方法については混乱する者が多くいたことから、斜め方向に提示する振動パターンをより認識しやすいように改良した。が移動する提示方法に工夫が要ることが分かった。(b)「注意喚起情報」機能の評価については、静かな環境では警報音をし易かったが、周囲にある騒音の種類によって認識率は大きく異なったことから、周囲の雑音のおおよそのスペクトルを予測し、それを軽減する方法で警報音のみを提示することで、ある程度の改良化に成功した。(c)「コミュニケーション」機能については、触覚ディスプレイをセンサとしても利用し、それを送り手が指で叩いたりなぞったりした情報を受け手の触覚ディスプレイに提示することにより、受け手に注意を喚起できるようにし、その有用性を評価した。その結果、送り手が上下左右に振動センサマトリクスをなぞった場合、受け手はその方向のみならずなぞりの速度なども授受できることが分かった。なお、盲ろう者による評価および視聴覚が使えない状況における一般ユーザによる評価などは、今後の取り組むべき課題として残された。本課題の目的は「聴く」,「話す」,「見る」を助ける携帯電話インタフェースを開発するところにある。本来、携帯電話は聴覚と視覚のチャンネルのみを介した通信方式であるが、それに加えて触覚チャンネルをインタラクティブに利用することができれば、携帯電話を視覚、聴覚、発話に障害のある人たちを支援するツールに活かせるようになる。本課題では、代表者が40数年にわたり取り組んできた「聴く」,「話す」,「見る」を助ける福祉工学の研究をベースに、触覚ディスプレイと触覚センサを一体化した携帯電話インタフェースを開発し、それを視・聴覚・発話の障害支援技術に活かすことを目標とする。

具体的には、音声や警報音などの聴覚情報、画像や文字情報などの視覚情報、および触覚センサで伝えた発話情報を受け手の触覚ディスプレイに表示する携帯電話インタフェースを試作し、その有用性を明らかにする。平成2223年度前期では、試作器をベースに盲聾者のための非文字・非音声によるコミュニケーション支援としてどこまで有用かを評価し、通訳支援者が離れていても、盲聾者に危険を知らせたり、逆に盲ろう者が自分の要求を通訳支援者に伝えたりする上で有用であることを確かめた。また、視覚障害者に方向情報(東西南北)を振動パターンの上下左右の動きに変換して提示することで自分の向いている方向を判別させ得ること、聴覚障害者に警報音の高さと強さをそれぞれ振動パターンの上下と左右に割り振ることで警報音の種類(乗用車と救急車の音)を判別させ得ることが分かった。平成23年度後期(最終年度)は、以上の評価を踏まえて、触覚ディスプレイと触覚センサが一体となり、かつ10Vという低電圧で駆動できる圧電素子を開発((株)京セラの協力)し、それを利用した振動子マトリクス(2.5ミリおきに配列した6行×6列)を試作した。また、携帯電話の大きさ(ただし、厚さは2cm)の手の平サイズのインタフェース・デバイスを10台試作し、それらを製品化することができた。さらに、簡易な予備評価から、上記の視・聴覚障害者へ適用した場合の有用性を再確認した((株)KDDIの協力)。本研究課題で得られた成果物は、視・聴覚障害者だけでなく、文字や音声による情報の授受が困難になった認知症や失語症の人たちにも利用でき、さらに健常者でも視覚や聴覚が束縛されているような緊急時や会議の最中などにも活用できることから、その応用範囲は極めて広いことが理解され始め海外からの受注((株)韓国三星電子)も現れ始めた。また、本成果物は身体運動と体性感覚を介した非言語コミュニケーションに関する認知科学・脳科学にも多くの新知見をもたらすツールとなる。(連携研究者)東京大学先端科学技術研究センター特任研究員大河内直之視覚支援技術開発
複数の自律型水中ロボットの連携による海底面の広域画像マッピング手法

本研究では海底を広域にわたって画像マッピングする手法として、相対位置計測が可能な複数の自律型水中ロボット(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)が交互に着底してランドマークとなることで広範囲・高精度なリアルタイム測位を行う「Leapfrog(馬とび) Positioning」を提案する。そして提案手法のキーテクノロジーである、音響によるAUV同士の相対測位・通信手法の研究開発を行う。本研究は海洋調査技術の発展に大きく貢献するものである。その成果は学問(地学、生物学、地球化学、考古学など)だけではなく、捜索・救助、資源探査、港湾施設の保守点検、テロ対策などさまざまな分野に役立つことが期待される。本年度はまず、AUVによるセンサフュージョンに関する基礎的なモデルの開発を行った。確率的状態推定手法であるパーティクルフィルタにより、AUVに搭載した複数のセンサ情報(速度、姿勢、ランドマークまでの距離・方位等)を確率的に融合して測位を行うものである。そして本手法を用いて鹿児島湾にて実海域実験を行った。また、この実験結果をもとに、ランドマークを音響測位装置とした場合について検討した。AUV同士の音響による通信・測位装置について大まかな仕様を決定し、試作を行った。ただし実際の通信・測位試験はまだできていない。また、次年度に予定している水槽試験に使用するための制御装置の設計を行った。
食品由来硫酸化代謝物の機能性に関する研究

食品などに含まれる機能性分子は、これまで生活習慣病の予防またはリスク低減に重要な因子であると考えられてきたが、近年、食品や薬剤摂取後に体内で生じる代謝物もまた我々の体調を調節する事例が提唱されつつある。本研究では、薬物代謝反応の過程で生じる硫酸化代謝物の生理機能性の有無や新規な生理機能について探索することを目的とした。硫酸化されやすい特性を持つある種のフェノール性化合物とその硫酸体をモデル化合物として使用し、これらの生理機能性について抗酸化能の視点から比較評価を行った。その結果、硫酸体のほうが前駆体よりも強い生理作用を示す場合があることを見出した。これまで、生活習慣病予防またはリスク低減を企図した食品中機能性分子が生体リズムの調節を担う低分子化学物質の本体とされてきたが、最近では食品や薬剤摂取後に体内で生じる代謝物(=メタボライト)が直接要因となって体調調節機能を発現しうる事例が提唱されつつある。そこで、生体が有する代謝機構のうち、解毒代謝酵素による食品成分の生物代謝変換機構と食品由来「メタボライト」の新規な生理機能性について調べることとした。ポリフェノール類や薬剤などのフェノール性成分は体内摂取後に代謝変換されるため、生体によりその生理機能は制御されていると考えられる。実際にフェノール性化合物は、第2相薬物代謝反応において硫酸転移酵素により容易に硫酸抱合化されうる。そこで、スーパーオキシドアニオン(O2-)ラジカル産生系の評価法の導入を行い、モデル化合物としてシンプルフェノールであるニトロフェノール(p-NP)とその代謝物である硫酸体(p-NPS)を指標化合物に用いて抗酸化活性試験における比較評価を行なうこととした。試験管レベルでp-NPおよびp-NPSのO2-ラジカルに及ぼす影響を調べた結果、p-NPSはp-NPよりも強い抗酸化作用を示し、濃度依存的にO2-ラジカルを消去しうることが見出された。本結果は、p-NPで認められた弱いO2-ラジカル消去作用は代謝抱合化を経ることでその活性が正に調節されうることを含意している。我々の身体は薬物代謝反応系を備えており、異物として認識したうえで外来成分を水溶性の高い抱合体などの代謝物に変換して体内を循環させ、最終的に体外に排出する。従って、ポリフェノール等のフェノール性成分がどのような形状で摂取後の体内に存在し、どの程度の生理機能を発現するかについては未だ不明な部分が多い。一方、生体内では活性酸素種を介した酸化バランスの破綻と疾病リスクとの関連性が指摘されており、過剰に産生されたsuperoxide anion (O2-) radicalを軽減しうる成分に関する研究が各方面で行われている。そこでp-nitrophenol (p-NP)をフェノール性化合物のモデルとして使用し、その硫酸体代謝物(p-NPS)が有する生理機能について調査を開始している。原理を異とするO2- radical産生系において、p-NPSが試験管レベルでO2- radicalを発揮しうるか検証し、その制御機構について調べることとした。モデル化合物としてシンプルフェノールであるp-nitrophenolとその代謝物である硫酸体ならびにグルクロン酸体の両抱合体を指標化合物に用いて3種類の異なる抗酸化活性試験における比較評価を行なった。その結果、p-nitrophenolは2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS)カチオンラジカルおよび1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)ラジカルに対してそれほど強い消去活性を示さず、その硫酸抱合体ならびにグルクロン酸抱合体も同じくこれらラジカルに対する消去活性は得られなかった。つぎに一酸化窒素(NO)消去活性試験による比較実験を行なったところ、p-nitrophenolのみにはっきりとしたNO消去活性が得られ、その硫酸抱合体ならびにグルクロン酸体では同濃度処理時に低活性値を与える事が判明した。これらの結果は、p-nitrophenolおよびその抱合体代謝物が機能性試験によっては差異を認めにくいものの、p-nitrophenolで認められたNO消去作用は代謝抱合化を経ることでその活性が負に調節されうることを含意している。食品などに含まれる機能性分子は、これまで生活習慣病の予防またはリスク低減に重要な因子であると考えられてきた。近年、食品や薬剤摂取後に体内で生じる代謝物もまた直接要因となって我々の体調を調節する事例が提唱されつつある。

本研究では、薬物代謝反応の過程で生じる代謝物の生理機能性の有無や新規な生理機能について探索することを目的とした。ポリフェノール類や薬剤などのフェノール性化合物は体内では代謝変換されることが知られる。例えば、フェノール性化合物の一部は第2相薬物代謝反応時に硫酸抱合化される。本研究では、硫酸化されやすい特性を持つニトロフェノール(p-NP)とその硫酸体(p-NPS)をモデル化合物として使用し、複数の抗酸化活性試験におけるこれらの生理機能性の有無や差異について比較評価することとした。試験管レベルでp-NPおよびp-NPSの抗酸化作用を調べた結果、p-NPSのほうがp-NPよりも強い活性酸素産生抑制作用を示す場合があることを見出した。最終年度にはヒト顆粒球様細胞の活性酸素産生に及ぼすp-NPおよびp-NPSの影響を調べた。その結果、細胞レベルでは逆にp-NPのほうがp-NPSよりも強い抑制作用を示したものの、p-NPSにもその効能の一部が認められた。以上より、フェノール性化合物によっては硫酸化代謝されることで生理活性が正または負に調節され、代謝物にも活性の一部が保持される可能性を見出した。現時点では十分量の食品由来硫酸化代謝物を確保するのが難しく、代謝物の合成法や精製法の確立の面から、今後も継続した研究を展開する必要がある。食品機能科学、食品生化学、薬物代謝科学本研究は、生体が有する代謝機構のうち、解毒代謝酵素による食品成分の生物代謝変換機構と食品由来「メタボライト」の新規な生理機能性について調べるものである。これまでに、「シンプルフェノール化合物および硫酸体の試験管レベルでの機能性試験を実施する」計画の項において市販の入手可能なフェノール化合物にニトロフェノール(p-NP)ならびにその硫酸体(p-NPS)を指標化合物として用いることで機能性試験を実施してきた。初年度より継続して抗酸化活性試験の導入ならびに評価を行い、DPPHラジカル消去活性、ABTSカチオンラジカル消去活性、NO消去活性、スーパーオキシドアニオンラジカル消去活性、過酸化水素消去活性試験を実施することができた。その結果、p-NPのフェノール基の部位が硫酸抱合化された硫酸化代謝物であるp-NPSは、多くの抗酸化活性試験においてその活性は低値を示す傾向にあったものの、スーパーオキシドアニオンラジカルに対してのみp-NPよりも強い消去作用を有することが判明した。このことは、代謝物が持つ新規な生理機能に焦点を与えるうえで非常に意義深い知見を得るものであり、今後は細胞レベルおよび酵素反応系におけるスーパーオキシドアニオンラジカル産生メカニズムとその抑制メカニズムの両方の観点から検討を行なう必要がある。本研究は、生体が有する代謝機構のうち、解毒代謝酵素による食品成分の生物代謝変換機構と食品由来「メタボライト」の新規な生理機能性について調べるものである。
ショウジョウバエの遺伝学的スクリーニングによるシナプス局在蛋白質の網羅的同定

神経細胞はきわめて著しい極性を持つ細胞であるために、全ゲノムの塩基配列を解読し遺伝子の発現パターンを網羅的に解析しただけでは、神経細胞の細胞内局所で機能する情報伝達経路の全体像を明らかにすることはできない。本研究においては、神経回路において重要なシナプスに着目し、ゲノム上において、シナプスに局在する情報伝達分子を網羅的に同定する方法の開発を目指す。本研究では、既存の生化学的および免疫化学的方法とは異なる独自の方法として、ショウジョウバエの遺伝学を用いたシナプス分子のスクリーニング法を開発する。そのための準備実験として、現在、ショウジョウバエのシナプス間隙に局在する因子であるHIG蛋白質と、ショウジョウバエの前シナプス性の因子であるSIF蛋白質のドメイン解析を行っている。まず、特定のスプライシング型のHIG蛋白質がhigの変異表現型のレスキュー能を持たないことを見出した。また、外来性HIGおよびSIFをエピトープタグによって検出するための条件検討を行った。これらの成果を踏まえて、現在、一部を欠失した一連のHIG蛋白質をエピトープタグと共に発現させるための形質転換ショウジョウバエを作成中である。HIG蛋白質には、免疫グロブリンドメインと補体結合ドメインを含むドメイン構造があるが、基本的にこれらのドメイン構造ごとに、欠失蛋白質を作成した。また、特に、hig変異のレスキュー能の有無に関わるドメイン付近に関してはより細かく欠失を入れて解析を行っている。これらの形質転換ショウジョウバエを解析することによって、HIG蛋白質上においてシナプス局在化シグナルとして機能するドメインを同定し、その情報を用いてエクソントラップ法を改変することによって、ゲノム上のシナプス分子のスクリーニング法を開発していく。
C型肝炎ウイルスの蛋白合成開始を支配するRNA領域と開始因子の解析

1)C型肝炎ウイルス(HCV)-RNAの5'側非翻訳領域(5'UTR)を上流から削ったdeletion mutantを作製し、internal initiationに必要なRNA領域(internal ribosome entrv site;IRES)を決定したところ、核酸番号111(高見沢らに従う)以降が活性に必要であった。またIRESの2次構造をコンピューターで計算し、得られた各シュテムループ構造に相当する領域を削っても活性は消失し、IRES内のどの領域も必須であった。2)日本に存在するHCVは、核酸配列の相同性から大きく2群に分けられるが(グループI、グループII)グループIIに属するクローンの翻訳効率はグループIのものより約3倍高い事を報告してきた。この効率の差はHCV-RNA5'UTR内の核酸配列の違いに規定されていると考え、I,IIのキメラクローンを用いて検討したところグループIのどの配列をグループII型に変えても効率が上昇する事が明らかとなった。また核酸番号98、110の様に僅か1塩基の変化で効率を上昇させる事も明らかとなった。我々はHCVを簡便かつ正確にグル-ピングしうるアッセイ系も確立したが、これを用いた疫学調査ではグループIHCVが日本では約70%を占める事が判明した。グループIHCVはinternal initiationの効率が抑制されたため持続感染に有利となった可能性が考えられ、現在詳細を検討中である。3)HCV-IRESには、ピコルナウイルスのIRESで発見されたpolyimidine-tract-binding protein(PTB)と考えられる宿主因子が結合していた。そこで、splicing factorの一種とされるPTBの遺伝子をクローニング後発現精製し、特異抗体を得た。この抗体を用いてPTBがHCVのinternal initiationにどの様に関与しているか、現在検討を進めている。
新しい分子生物学を取り入れた進化集団遺伝学の展開

本総括班は,重点領域研究「進化集団遺伝学の展開」の中心課題である(I)DNAレベルの種内・種間変異に関する集団遺伝学, (II)動く遺伝子,反復配列,遺伝暗号,分子適応に関連した進化学的視野に立った分子遺伝学, (III)核遺伝子ウィルス,動く遺伝子,ミトコンドリアDNAなどに関する遺伝情報の解析並びに解析法の開発を推進するための次の活動を行った.(1)上記3つの中心課題に対応した研究班の研究進展状況の把握のため,各班に班会議の開催を依頼した.総括班のメンバーは各班会議に出席し全体の研究連絡,調整に務めた.(2)本年度の研究成果を広く世に問うため, 1月下旬東京にて公開シンポジウムを開催した.このシンポジウムは分子進化の中立説20周年記念をかねたこともあり,百名以上の若手研究者を中心とした参加があった点は特筆される.また10件の公募研究の発表もあり,計画研究との連絡調整に役立った.(3)総括班は,全体の研究状況の把握,助言およびそのための総括班の運営体制自体の確立のため,計3回の総括班々議および4回の小班々会議を東京で設けた.(4)本重点領域研究の国外での進展状況を把握するため,国際誌に発表された最新情報を検討しまた,総括班のメンバーの海外派遣に務めた.特に高畑はテキサス大学に2ヶ月滞在し進化集団遺伝学の理論的研究を行ったが,その際派遣旅費として直接本総括班から援助をあおいだ.海外渡航による諸外国の研究状況は,向井,太田,宮田からも報告があり本研究を推進する上で貴重な情報源となった.(5)本重点領域の支柱は,代表者木村の長年にわたる集団遺伝学の理論的研究にある.従って,その研究を各班員がよりよく理解することは本重点領域を成功させる上で大切である.この観点から木村の多数の論文から重要なものを選び,論文集の編纂を行った.この論文集は班員だけでなく,将来の研究者の育成および国際交流にも役立つものと期待している.本総括班は,重点領域研究「進化集団遺伝学の展開」の中心課題である(I)DNAレベルの種内・種間変異に関する集団遺伝学, (II)動く遺伝子,反復配列,遺伝暗号,分子適応に関連した進化学的視野に立った分子遺伝学, (III)核遺伝子ウィルス,動く遺伝子,ミトコンドリアDNAなどに関する遺伝情報の解析並びに解析法の開発を推進するための次の活動を行った.(1)上記3つの中心課題に対応した研究班の研究進展状況の把握のため,各班に班会議の開催を依頼した.総括班のメンバーは各班会議に出席し全体の研究連絡,調整に務めた.(2)本年度の研究成果を広く世に問うため, 1月下旬東京にて公開シンポジウムを開催した.このシンポジウムは分子進化の中立説20周年記念をかねたこともあり,百名以上の若手研究者を中心とした参加があった点は特筆される.また10件の公募研究の発表もあり,計画研究との連絡調整に役立った.(3)総括班は,全体の研究状況の把握,助言およびそのための総括班の運営体制自体の確立のため,計3回の総括班々議および4回の小班々会議を東京で設けた.(4)本重点領域研究の国外での進展状況を把握するため,国際誌に発表された最新情報を検討しまた,総括班のメンバーの海外派遣に務めた.特に高畑はテキサス大学に2ヶ月滞在し進化集団遺伝学の理論的研究を行ったが,その際派遣旅費として直接本総括班から援助をあおいだ.海外渡航による諸外国の研究状況は,向井,太田,宮田からも報告があり本研究を推進する上で貴重な情報源となった.(5)本重点領域の支柱は,代表者木村の長年にわたる集団遺伝学の理論的研究にある.従って,その研究を各班員がよりよく理解することは本重点領域を成功させる上で大切である.この観点から木村の多数の論文から重要なものを選び,論文集の編纂を行った.この論文集は班員だけでなく,将来の研究者の育成および国際交流にも役立つものと期待している.
光受容細胞における色情報伝達機構

ニワトリの網膜には薄明視を司る一種の桿体と、昼間視を司る錐体とがある。錐体には、主錐体と副錐体とからなる1種の複合錐体と、4種の単一錐体とがある。これらの錐体の外節から4種類の錐体物質(ニワトリ赤・緑・青・紫)を抽出し、それらのアミノ酸配列を決めた。また、桿体だけを持つヤモリの2種の視物質や松果体の光受容体(ピノプシンと命名)のアミノ酸配列も決め、それらが錐体物質であることを確かめた。これらの視物質のアミノ酸相同性に基づいて、分子系統樹を作成した。その結果、錐体物質は桿体物質(ロドプシン)より、即ち色覚を含めて昼間視は薄明視より先に分化したと考える。ピノプシンは脊椎動物の視物質の先祖型に一番近く、また塩基性残基を中性及び酸性残基に変えることにより、錐体物質がロドプシンに変化したと考える。脊椎動物は出現の早期に四色型色覚を持つが、夜行性になることにより錐体の退化が起こり、ヤモリや或種の哺乳類も二色型に、ヒトは赤型錐体が二つに別れ、二色型から三色型に進化したと考える。主錐体や単一錐体の内節には、それぞれ特有の有色油球が5種類ある。免疫組織学的研究等から、視物質と油球の視細胞内の局在を決定した。ニワトリ赤(アイオドプシン)は複合錐体の外節に局在し、油球は入射光に対して色フィルターとして働くから、ニワトリ赤の吸収曲線を主錐体の緑油球及び副錐体の内節上部の透過率で補正した。得られた2つの補正吸収曲線はニワトリの昼間視感度曲線とよく一致したので、複合錐体は昼間視の光強度の識別に関与していると考る。従って色覚に関与しているのは単一錐体である。単一錐体の外節に存在するニワトリ赤・緑・青・紫の吸収曲線を、それれ赤・黄・無色・青の油球の透過率で補正した。その結果、ニワトリは約600nm以下の単色光の波長を、2つの錐体物質の吸収の比で識別していることが判った。更に、色図形を作って検討した所、油球のフィルター効果は、波長分解能を高めていることが判った。1.ニワトリの赤色感受性錐体視物質であるアイオドプシンの光反応過程を、ナノ秒レーザー閃光分解法およびCDスペクトルの測定により検討した。その結果、光励起直後に、ピコ秒レーザーで励起した場合に観測された中間体(バソ中間体)とは違う吸収スペクトルをもつ中間体(BL中間体)が生成し、その後ルミ中間体、メタI中間体、メタII中間体に変化することがわかった。さらにメタII中間体は、桿体視物質ロドプシンのメタII中間体よりも約10倍速く崩壊することがわかった。2.ニワトリの緑色感受性の錐体視

細胞に存存する視物質を分離・精製し、その光反応過程を検討したところ、ロドプシンの場合と同様に種々の中間体が生成したが、メタII中間体の生成・崩壊速度は、ロドプシンに比べて非常に速いことがわかった。以上の結果から、錐体視物質に共通の特徴として、メタII中間体の生成・崩壊の速度が桿体視物質よりも速いことが明らかになった。3.サルの腎臓由来の株細胞であるCOS細胞中でロドプシンの遺伝子を発現させることに成功した。細胞中で産生されたロドプシンの吸収極大は天然のものと同じであった。さらに、PCR法を用いて、ロドプシン遺伝子に点変異を導入した変異体を作製することに成功した。4.ウシ網膜から精製したトランスデューシンのαサブユニット(Tα)のN末端領域の構造解析を行い、N末端グリシン残基に4種類の脂肪酸がアミド結合していることを明らかにした。またこれらのうちの2つを結合したペプチドが、トランスデューシンのGTPase活性及び百日咳毒素によるTαのADPリボシル化を阻害することを見いだした。5.ニワトリ剥離網膜の作用スペクトルを測定する装置を組み立てた。またパッチクランプ法により、単離した嗅細胞の形質膜の電気的性質を検討した結果、受容器電位を担うコンダクタンスの大部分がクロライドチャンネルに依ることを見いだした。1.ニワトリの赤色感受性錐体に存在する光受容蛋白質であるアイオドプシンの後期退色過程を低温スペクトル法により詳しく解析した。その結果、ニワトリの緑色感受性錐体の光受容蛋白質の場合と同様に、非常に短寿命のメタIII中間体が生成することを見い出した。そのため、錐体、桿体いずれの光受容蛋白質も同様の中間体を経て退色するが、錐体の光受容蛋白質の場合、それら時定数が速いことが特徴であると推測された。2.錐体における蛋白質間の光情報伝達機構を調べるため、トランスデューシンの存在下で、アイオドプシンの光反応過程を解析した。その結果、トランスデューシンに依存的に抑制される中間体の熱反応が観測された。そのため、アイオドプシンでも、ロドプシンと同様に、メタII中間体がトランスデューシンと相互作用することが示唆された。3.光受容蛋白質の蛋白質部分の個々のアミノ酸残基の働きを解析するためには、着目したアミノ酸残基を他の残基に置換した変異蛋白質を用いる必要がある。そこで、サル腎臓由来の株細胞であるCOS細胞に、変異蛋白質をコードするDNAを組み込んだ系を用いて、ロドプシンの変異蛋白質を発現させる系を確立した。また、発現、分光測定、あるいは解析の方法を改良し、変異蛋白質を用いた中間体の反応解析が可能であることを確認した。4.ヒヨコ網膜を用いて、光照射時のERG(網膜電位)を測定する系を確立した。この系を用いて、網膜の通常の入射方向、あるいはその逆方向からの光に対する作用スペクトルを測定し、波長感受性に対する油球の効果を検討した。1.ニワトリの網膜には、赤、緑、青、紫に特に感受性の高い4種の錐体視物質Chicken Red,Green,Blue,Purpleがある。Chicken Blueを単離し、低温分光法を行った。他の視物質と同様、メタIとII中間体が存在した。またそれらの崩壊の時定数は、Chicken RedやGreenとほぼ同じで、ロドプシンに比べて早く崩壊することがわかった。2.赤色感受性錐体視物質であるアイオドプシン(Chicken Red)には、他の視物質と同様、メタI,II,III中間体の存在することがわかった。さらにメタI中間体は、メタII中間体へ崩壊すると共に、Chicken Redに暗再生することがわかった。3.ニワトリのロドプシンとChicken Greenとは、アミノ酸配列が互いに似ているので、特徴的に異なる3つのアミノ酸残基を選び、それらを置換したロドプシン変異体の遺伝子をサルの腎臓由来の株細胞(COS細胞)中で発現させることに成功した。現在、変異体及びその中間体の物理、化学的性質を調べている。4.ウシ網膜から精製したトランスデューシンのα
１次元ヘテロエピタキシーによる面内複合原子層系の開拓

H29年度は、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)の面内ヘテロ構造の結晶成長を中心とした研究を進めてきた。結晶成長に関しては、酸化物および有機金属原料を用いて、TMDCの大面積結晶の成長や面内ヘテロ構造の合成プロセスの開発を行った。特に、塩化ナトリウムや臭化カリウムなどの塩を成長補助剤として利用することで、どちらの原料においても10倍1000倍程度まで結晶のサイズを向上できることを見出してきた。酸化物原料の場合には、得られた単層TMDCの単結晶は最大で0.5mm程度になる。この結果は、これまで報告されてきたTMDC単結晶の中でも最大級のサイズになり、今後様々な物性測定への展開が期待される。また、面内ヘテロ構造については、二段階目の成長において母体となるTMDCの劣化が問題となっていた。この課題を解決するために、金属とカルコゲン原料の供給レートに関する合成条件を中心に検討し、TMDCの結晶性の向上を進めてきた。高結晶性TMDCを利用して、二段階目の合成を行うことで、母体となるTMDC結晶の劣化を抑制することに成功した。この成果により、シリコンやサファイアを含む様々な基板上に大面積の面内ヘテロ構造を収率良く合成出来るようになってきている。現在まで、有機金属・カルコゲン原料を利用した場合は、モリブンデン、タングステン、硫黄、セレンの組み合わせより、6種類の異なる面内ヘテロ構造を合成が可能になっている。これらの成果を発展させることで、様々なTMDC面内ヘテロ構造を利用した光・電子デバイスや原子層を用いた超格子の実現などへの展開が期待される。29年度が最終年度であるため、記入しない。H28年度は、遷移金属ダイカルコゲナイドの結晶成長と物性解明に関する研究を進めてきた。結晶成長に関しては、光機能の付加やキャリア制御などを目指し、二種類の遷移金属が混在する原子層の作製を目指してきた。化学気相成長を用いて成長が可能な遷移金属の探索を中心に行い、ニオブを含む二硫化タングステンやレニウムを含む二硫化モリブデンの単層などが成長可能なことを見出した。特に、単層ニオブドープ二硫化タングステンについては、塩化ナトリウムを補助剤として用いて800°C程度で化学気相成長を行うことで、数十マイクロメートル程度の単結晶の成長が可能である。試料は、発光分光、ラマン散乱分光、原子間力顕微鏡、走査透過電子顕微鏡などで構造や光学特性の評価を行った。この系では、原料供給レートの違いより、ドープされるニオブの濃度勾配が形成される。光学特性に関しては、ニオブを含まない試料と異なり、ドープした試料は通常の2eV付近の自由励起子由来の発光ピークに加え、1.5eV付近に新しい発光のピークを室温で示す。この発光ピークは、励起光強度が増加するにつれ飽和する特性を示し、不純物サイトに束縛された局在励起子と解釈できる。この振る舞いを定量的に理解するために、3準位モデルにおけるレート方程式を利用してデータの解析を行った。結果として、局在励起子は、自由励起子よりも十分に長いナノ秒オーダーの寿命を持つことが見積もられた。これらの成果は、発光を用いた不純物準位の評価などに利用可能と考えられる。同様の化学気相成長を用いることで、様々な系の遷移金属ダイカルコゲナイド合金の合成が効率良く可能になると期待される。異種元素を含む二硫化タングステンや二硫化モリブデンなどの遷移金属ダイカルコゲナイド原子層やそのヘテロ構造の成長技術の確立、および関連する共同研究が進行しており、研究が順調に進展しているといえる。

作製した異種元素がドープされた遷移金属ダイカルコゲナイドの光学特性や電気伝導特性の解明、および他のカルコゲナイド原子層とのヘテロ構造の作製を進めていく。ヘテロ構造の作製では、二段階の化学気相成長を利用していく。この二段階法の問題点としては、二段階目の合成を行う際に、一段階目に合成した原子層がダメージを受けてしまう点が挙げられる。この問題点の対応策として、より低温での合成条件の確立や、急速加熱を用いた手法が挙げられる。上記の課題を解決し、異なる遷移金属ダイカルコゲナイドを自在に組み合わせたヘテロ構造作製の基盤技術の確立を目指す。また、作製した試料について、電気伝導測定や光学測定などを専門とするグループとの共同研究を進めていく。29年度が最終年度であるため、記入しない。
古典的不等式の精密化とその楕円型変分問題への応用

(1) Caffarelli-Kohn-Nirenberg型不等式の最良定数を実現する解の存在、最良定数のパラメータに関する連続性、対称性の崩れ等が組織的に解明された。p=1に場合のCaffarelli-Kohn-Nirenberg型不等式の等周不等式を用いる証明、対称性の崩れの実証が行われた。(2)対数の無限積を基礎とする超対数が導入され、重み付きハーディの不等式は可算無限個のmissing termをもつことがで示された。(3)非常に大きい増大度の非線型項を持つ楕円型方程式を考察するため超対数を特徴づける微分方程式の研究がなされた。今年度は、スーパー対数関数とCaffarelli-Kohn-Nirenberg型不等式の最良定数の性質についての結果を中心にまとめた。主な成果は:(1)古典的な重み付きハーディーの不等式を第一世代のスーパー対数関数を効果的に用いて精密化したこと、(2)スーパー対数関数の主の性質をより深く研究すること、(3)スーパー対数関数を係数に含む微分方程式の解を決定すること等である。具体的には以下のような成果があった。(1)については、無限個の剰余項(ミッシング・ターム)を決定することで不等式を精密化し、適切なテスト関数を構成することによりそれらの最適性を証明した。これは重み付きハーディーの不等式の精密化に関してはほぼ最終的な結果であると考えられている。(2)については、第2世代以降のスーパー対数関数をすべて決定するアルゴリズムをまとめ、それらの関係をまとめた。(3)については、ミッシング・タームの決定問題との関連でポテンシャルにスーパー対数関数を含むような標準的な微分方程式の解法を研究した。この研究の結果、スーパー対数関数の微分方程式の解としての特徴付けが可能であることが示された。上記の結果以外には、Caffarelli-Kohn-Nirenberg型不等式の最良定数の定義空間指数pに関する連続性と対称性の破れの研究がなされた。前者については、p>1において連続性の証明がまとめられているが、p=1における連続性等の問題は来年度以降の課題となった。後者については、pがある程度大きい場合には対称性の破れが起こることが定量的に示されたが、pが1に近い場合の結果にはまだ研究する余地が残っている。以上が本年度の主な成果である。第1の問題:Caffarelli-Kohn-Nirenberg型不等式(CKN型不等式)の精密化と対称性の崩れの研究については以下の成果があった。不等式と同値な変分問題の解の存在と対称性の崩れの研究: CKN型変分問題(p > 1)に対応する線形化作用素は退化あるいは非有界な係数を持つ特異楕円型作用素となるが、特に対称解(対称な空間におけるextremal)における線形化作用素の解析が行われた。その結果、複数の球面調和関数による摂動を加えることにより、重みのべきが大きいとき対称性が崩れることが示された。CKN型変分問題も平行して考察が進んでいる。第2の問題:古典不等式における精密な無限個のミッシンク・タームの存在と応用の研究については以下の成果があった。重み付きハーディの不等式は精密な可算無限個のmissing termをもつことが前回までの研究で示されているが、対数の無限積を基礎とするsuperlogarithmを用いて記述されることか示された。それを突破口とし、更なる精密化かが出来ることか解明された(論文は現在執筆中である)。また、super logarithm自身の特徴付けや性質の解明がある程度なされた。第3の問題:非常に大きい増大度の非線型項を持つ準線形退化楕円型方程式の最小解の爆発、解の特異性と分岐理論の研究については以下の成果があった。上記研究目的2.との関連でSuper logarithmの逆関数としてSuperexponentialが自然に定義される。この関数を右辺に持つ半線形で最も単純な場合が考察され対称解の特異性、最小解の存在性とその爆発、分岐理論等の解析が行われた。さらに来年度以降研究を進める予定である。第1の問題: Caffarelli-Kohn-Nirenberg型不等式(CKN型不等式)の精密化と対称性の崩れの研究については以下の成果があった。p=1の場合の解析が進み、p>1の場合と同様に重みパラメータγが増大するとき、対称性がやはり崩れることが証明された。具体的には、p=1の場合はCKN型不等式が重み付きの等周不等式と同値であることを用いて、重み付き等周不等式の対称性を解析することによりパラメータγが大きいとき図形が球であるときは最良定数が実現しないことが示された。同時に、0<γ<n-1のときには最良定数の対称が崩れないことと、ある正数Mがあり対称性がγ>Mで崩れること、及び、対称性が一旦崩れると回復しないことが示された。またMのかなり定量的な評価が与えられた。p>1の場合のCKN型変分問題も平行して考察が進んでいる。重み付きハーディの不等式は精密な可算無限個のmissing termをもつことが前回までの研究で示されているが、対数の無限積を基礎とするsuper