hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リード・オプティマイゼーションによる抗アナフィラキシー型アレルギー剤の開発

まずこの研究の第1次リード化合物となるmicrophylloneを用いて、本化合物が示す抗アレルギー作用の詳細な作用機序を解明することを目的に研究を進めた。その結果、以下のような事実を明らかにすることができた。1.Microphylloneは、ラット由来の白血病好塩基球RBL-2H3、ラット腹腔マスト細胞、ヒト好塩基球のいずれにおいても、抗原刺激による脱顆粒を有意に抑制した。これらの細胞でのIC50値はそれぞれ、17,20,36μMであり、細胞による大きな差は認められなかった。2.RBL-2H3細胞において、抗原以外の脱顆粒刺激、カルシウムイオノフォアであるionomycin、ATPase阻害剤であるthapsigarginを用いて脱顆粒抑制実験を行ったところ、そのいずれの刺激に対しても、IC50値20,16μMで有意に抑制した。3.RBL-2H3細胞において、カルシウム蛍光剤を使用して、細胞内カルシウムの胴体を観察したところ、IC50値付近では細胞内カルシウム小胞からのカルシウムの遊離は阻害せず一過性のカルシウム濃度の上昇が認められたが、それに引き続いて発生する細胞外カルシウムの細胞内への流入は完全に阻害していた。また、80μMでは細胞カルシウム小胞からのカルシウムの遊離も完全に抑制した。同様の結果はカルシウム放射性同位体を用いた実験でも得られた。以上の結果から、microphylloneの抗アレルギー作用は、主として細胞膜におけるCRACチャネルの阻害によるものであることが示唆された。次に、microphylloneの電気化学的性質を明らかにするために、本化合物の酸化還元反応について検討した。その結果、microphylloneは、可逆的な二電子酸化還元波を、OV vs SCE、-0.6V vs SCEに持つことが明らかとなった。また、化学的に合成した酸化体も同様の酸化還元波を持つことも証明した。これにより、microphylloneの水溶液中での微量定量が可能となり、細胞や血清タンパクが存在する複雑な系においてもmicrophylloneの濃度(活量)を測定することが可能となった。この方法は同様なキノン系化合物にも適用でき、今後の研究にも活用可能である。本年度は、まずこの研究の第1次リード化合物となるmicrophylloneを用いて、本化合物が示す抗アレルギー作用の詳細な作用機序を解明することを目的に研究を進めた。1. Microphylloneは、ラット由来の白血病好塩基球RBL-2H3、ラット腹腔マスト細胞、ヒト好塩基球のいずれにおいても、抗原刺激による脱顆粒を有意に抑制した。2. RBL-2H3細胞において、抗原以外の脱顆粒刺激、すなわち、カルシウムイオノフォアであるionomycin、ATPase阻害剤であるthapsigarginを用いで脱顆粒抑制実験を行ったところ、そのいずれの刺激に対しても、IC50値20,16μMで有意に抑制した。3. RBL-2H3細胞において、カルシウム蛍光剤を使用して、細胞内カルシウムの胴体を観察したところ、IC50値付近では細胞内カルシウム小胞からのカルシウムの遊離は阻害せず一過性のカルシウム濃度の上昇が認められたが、それに引き続いて発生する細胞外カルシウムの細胞内への流入は完全に阻害していた。

また、80μMでは細胞カルシウム小胞からのカルシウムの遊離も完全に抑制した。以上の結果から、microphylloneの抗アレルギー作用は、主として細胞膜におけるCRACチャネルの阻害によるものであることが示唆された。次に、microphylloneの電気化学的性質を明らかにするために、本化合物の酸化還元反応について検討した。その結果、microphylloneは、可逆的な二電子酸化還元波を、OV vs SCE、-0.6V vs SCEに持つことが明らかとなった。また、化学的に合成した酸化体も同様の酸化還元波を持つことも証明した。これにより、microphylloneの水溶液中での微量定量が可能となり、細胞や血清タンパクが存在する複雑な系においてもmicrophylloneの濃度(活量)を測定することが可能となった。この方法は同様なキノン系化合物にも適用でき、今後の研究にも活用可能である。まずこの研究の第1次リード化合物となるmicrophylloneを用いて、本化合物が示す抗アレルギー作用の詳細な作用機序を解明することを目的に研究を進めた。その結果、以下のような事実を明らかにすることができた。1.Microphylloneは、ラット由来の白血病好塩基球RBL-2H3、ラット腹腔マスト細胞、ヒト好塩基球のいずれにおいても、抗原刺激による脱顆粒を有意に抑制した。これらの細胞でのIC50値はそれぞれ、17,20,36μMであり、細胞による大きな差は認められなかった。2.RBL-2H3細胞において、抗原以外の脱顆粒刺激、カルシウムイオノフォアであるionomycin、ATPase阻害剤であるthapsigarginを用いて脱顆粒抑制実験を行ったところ、そのいずれの刺激に対しても、IC50値20,16μMで有意に抑制した。3.RBL-2H3細胞において、カルシウム蛍光剤を使用して、細胞内カルシウムの胴体を観察したところ、IC50値付近では細胞内カルシウム小胞からのカルシウムの遊離は阻害せず一過性のカルシウム濃度の上昇が認められたが、それに引き続いて発生する細胞外カルシウムの細胞内への流入は完全に阻害していた。同様の結果はカルシウム放射性同位体を用いた実験でも得られた。
微小脳キノコ体における嗅覚学習の神経機構

1)嗅覚学習訓練法の開発:コオロギおよびゴキブリにおいて、それぞれ4種類の異なる嗅覚学習訓練法の開発に成功し、研究の目的に応じて使い分けることが可能となった。2)ゴキブリとコオロギの嗅覚学習能力の解析:ゴキブリとコオロギがヒトに優るとも劣らない嗅覚学習の能力を持ち、匂い学習の中枢機構の研究材料として適していることが明らかになった。特にコオロギでは、幼虫期に一旦成立した記憶は生涯保持されること、同時に7組の匂いを記憶できること、明暗の状況に応じて異なる匂いを報酬と連合させる状況依存的嗅覚学習の能力があること、が明らかになった。これらは昆虫の嗅覚学習能力について新知見をもたらすものであった。3)キノコ体のNO(一酸化窒素)シグナル伝達系の嗅覚記憶形成への関与:コオロギを材料とした行動薬理学的な研究により、NOシグナル伝達系が匂いの長期記憶の形成に関与することが示唆された。また、NO含有細胞の組織化学的染色により、キノコ体にシグナル伝達系が存在することが示唆され、これが長期記憶の形成を担うものと推察された。4)ゴキブリの脳の基本配線についての研究:ゴキブリの頚部縦連合からの逆行性染色により脳の下降性ニューロンを網羅的に同定した。下降性ニューロンは235対あり、その細胞体は23のクラスターを形成していた。それらの樹状突起の脳内分布の詳細が明らかになり、その結果、脳の感覚中枢から胸部の運動中枢に到る脳内の信号の流れの全体像の推定が初めて可能となった。これらの成果をもとに、昆虫の脳の基本設計についての仮説を提案した。本研究の目標は、昆虫の嗅覚学習の特徴とその中枢機構を明らかにすることである。本年度は、その第一歩として、ゴキブリとコオロギの嗅覚学習能力について調べた。広場にペパーミントとバニラの匂いの源を置き、ワモンゴキブリに自由に選択させる嗜好性テストを行うと、ほとんどのゴキブリはバニラを選んだ。そこで、バニラの匂いを食塩水(無報酬)と、ペパーミントの匂いを砂糖水(報酬)と連合させる学習訓練を行った。わずか1回の訓練によりペパーミント嗜好性の有意な増加が見られた。1回の訓練で成立した記憶は少なくとも1週間保持された。また、3回の訓練で成立した記憶は少なくとも4週間保持されていた。ペパーミントで3回訓練を行った個体に対して、ペパーミントと食塩水を、バニラと砂糖水を連合させる再訓練を行ったところ、3回の訓練で得られた記憶は3回の再訓練で完全に消去された。クロコオリギでも同様な学習実験を行った。報酬には水を用いた。コオロギも学習前の嗜好性テストではペパーミントよりもバニラを選んだ。3日以上断水したコオロギにペパーミントと水を連合させる学習訓練を一回行うと、ペパーミント嗜好性の有意な増加が見られた。1回の訓練で成立した記憶は少なくとも1日間保持され、3回の訓練で成立した記憶は1週間後にもほとんど滅衰しなかった。3回の訓練で成立した記憶は3回の再訓練で完全に消去された。上記の研究により、ワモンゴキブリとクロコオロギは極めて優れた匂い学習の能力を持ち、匂い学習の中枢機構の研究材料として適していると結論づけられた。今後、上記の成果を基盤に、匂い学習の成立に伴うキノコ体ニューロンの活動変化についての電気生理学的な解析を進めていく。

オペラント条件づけパラダイムを用いてゴキブリに匂い学習訓練を行った後、ゴキブリを実験台に固定し、脳に微小電極を刺入して、1)報酬(砂糖水)と連合させた匂い、2)罰(塩水)と連合させた匂い、および3)未経験の匂いを触角に提示し、その時の触角葉出力ニューロン、キノコ体出力ニューロン、前大脳側葉ニューロンの応答を記録し、匂い学習に伴う活動変化について検討した。その結果、これらの3種類のニューロンの匂い応答様式についての種々の基礎的知見を確立させることができた。また、コオロギおよびゴキブリにおいて、新たに古典的条件づけのパラダイムを確立させることができた。さらに、この古典的条件付けは昆虫を実験台に固定した条件でも成立することが明らかになり、学習行動実験と電気生理学実験との本格的な組み合わせが可能となってきた。これらの学習パラダイムを用いて、コオロギとゴキブリの匂い学習能力や匂い識別能力についての研究を進めた結果、ゴキブリにはヒトに劣らない高度な匂い識別能力があること、コオロギには明暗の条件の違いに応じて異なる匂いを報酬と連合させる状況依存的な嗅覚学習能力があることなどが明らかになった。このような高度かつ柔軟な記憶操作・処理の能力の発見は、昆虫の匂い認知とその神経機構の研究に新たな展開をもたらす契機となると期待できる。さらに触角葉出力ニューロン、キノコ体入力ニューロン、キノコ体出力ニューロン、前大脳側葉出力ニューロンの前大脳側葉での分枝パターンについて多くの知見が得られ、キノコ体と側葉との神経接続様式および側葉内部の神経配線様式の解明に向けて大きく前進した。本年度は、コオロギを材料とした研究により、キノコ体のNO(一酸化窒素)シグナル伝達系が嗅覚記憶に関与することを明らかにすることが出来た。まず、NO含有細胞の組織化学的染色およびNO誘導性cGMPの抗体染色により、コオロギのキノコ体の葉部(出力部)にNO-cGMPシグナル伝達系が存在することを示唆する結果が得られた。嗅覚系を構成する他の脳領域である触角葉や側葉ではほとんど染色は見られなかった。NO合成阻害剤(L-NAME)、NO発生剤(SNAP)、NO除去剤(PTIO)、cGMP合成阻害剤(ODQ)、膜透過型cGMP(8-br-cGMP)などを用いた行動薬理学的な研究により、条件付けから3時間以後の記憶(初期の長期記憶)の成立にはNO-cGMPシグナル伝達系の正常な働きが不可欠であるとの結論が得られた。これは、キノコ体の葉部のNO-cGMPシグナル伝達系の正常な働きが中期記憶の形成に不可欠であることを初めて示唆する成果であった。次に、嗅覚学習に伴うキノコ体出力ニューロンの活動変化について調べた。ゴキブリのキノコ体の出力ニューロンの嗅覚学習に伴う活動変化について多くの成果が得られた。しかし残念なことに、現時点においては学習に伴うニューロン活動の変化について体系だった結論を得るには到っていない。今後さらにねばり強く研究を進めていく必要がある。上記の研究の過程で、ゴキブリの触角葉の冷、乾または湿糸球体に樹状突起を持ち、その軸索は前大脳に投射する温度・湿度感覚介在ニューロンからの細胞内記録・染色が14例得られた。これらのニューロンの軸索は、前大脳側葉において、一般の匂いや性フェロモンの情報を伝える触角葉出力ニューロンの軸索の終末領域と隣接した領域に終末していることが明らかになった。
マウス悪性黒色腫発育早期の腫瘍浸潤樹状細胞の解析　－経時的変化とその意義－

マトリゲルと混ぜたB16メラノーマをマウス皮膚に接種することにより、腫瘍発育早期から経時的に腫瘍浸潤DC(TIDCs)の動態を解析した。結果は、腫瘍発育早期に多くのTIDCsが認められた。B16と異なる時期に回収したTIDCsを同時にマウス皮膚に接種すると、腫瘍発育早期に回収したTIDCsは腫瘍発育を亢進し、逆に晩期に回収したTIDCsは抑制した。さらに早期のTIDCsは腫瘍環境のIFN-gやgranzyme B, perforinを減少させ、晩期のTIDCsは増加させた。すなわち、TIDCsは早期には腫瘍免疫に抑制的に、晩期には促進的に働いていた。皮膚悪性黒色腫は発育の過程で周囲の免疫系に様々な影響を与えると考えられる。逆に樹状細胞は免疫をつかさどる抗原提示細胞であり、腫瘍の進展に大きな影響を与える。本研究では皮膚悪性黒色腫局所の微小環境が樹状細胞の機能に与える影響の経時的な解析を行った。方法としてはB16マウス悪性黒色腫をマトリゲルに溶かしてマウス皮膚に接種し、腫瘍浸潤樹状細胞(CD11c+, MHC classII+)の活性化及び免疫抑制性表面蛋白の発現を経時的解析した。さらに、腫瘍接種後早期(4日後)と晩期(11日後)の樹状細胞を磁気ビーズを用いて分離し、機能の解析を行った。早期の腫瘍浸潤樹状細胞はVEGFR-2, PD-L1などの免疫抑制性の表面蛋白を高発現しており、腫瘍発育に従ってその発現は低下した。アロT細胞と共培養を行い、アロT細胞刺激能を解析したところ、腫瘍発育に従いアロT細胞刺激能は増強した。以上より、腫瘍浸潤樹状細胞は、腫瘍発育と共にT細胞刺激能が増強する可能性が示唆された。樹状細胞(DC)は強力な抗原提示細胞であり、腫瘍に対する免疫応答において重要な役割を果たす。しかし、腫瘍浸潤DC(tumor infiltrating DCs, TIDCs)の経時的な動態は、はっきりとはわかっていない。そこで、マトリゲルに溶かしたB16メラノーマをマウス皮膚に接種することにより、腫瘍発育早期から経時的にTIDCの動態を解析した。腫瘍発育早期には多くのCD11C陽性・MHC classII陽性のTIDCsが認められ、活性化したフェノタイプ(CD86陽性)を示していた。さらに、腫瘍発育に伴い、TIDCsのアロT細胞刺激能は増加し、免疫抑制性の表面蛋白(VEGFR-2, PD-L1)の発現は減少していた。B16メラノーマと、異なる時期に回収したTIDCsを同時にマウス皮膚に接種すると、腫瘍発育早期に回収したTIDCsは腫瘍発育を亢進し、逆に晩期に回収したTIDCsは腫瘍発育を抑制した。さらに、早期のTIDCsを同時に接種した腫瘍では、腫瘍環境や腫瘍内CD8T細胞のIFN-gやgranzyme B, perforinが減少し、晩期のTIDCsを同時に接種した腫瘍ではそれらが増加していた。腫瘍が生体の免疫応答から逃れて生き延びるために、DCの様々な機能を障害することはよく知られるが、腫瘍発育直後からTIDCsを観察すると、初期は免疫抑制的であったTIDCsの機能が腫瘍発育とともに免疫を増強する方向に変化する、という逆の結果が得られた。従来の研究とは観察する時期がかなり早いことから、さらに腫瘍が発育していくと再度腫瘍によりTIDCs機能が抑制される可能性はあるかもしれない。腫瘍に対する免疫応答において、腫瘍環境と樹状細胞の相互作用は経時的に変化しており、免疫療法などの治療においてはその変化の把握は重要であると考えられる。皮膚免疫今年度の計画としては、1)腫瘍浸潤樹状細胞の経時的なフローサイトメトリーでの解析、2)腫瘍浸潤樹状細胞を分離しての機能の解析、であった。表面マーカーの解析とvitroでの機能の経時的解析は予定通りに進んでいる。今後行なうべき実験は、腫瘍浸潤樹状細胞のvivoでのさらなる機能解析である。磁気ビーズで分離した腫瘍浸潤を腫瘍と混合してマウスに再接種し、腫瘍発育や腫瘍内サイトカインやT細胞に与える影響を解析する予定である。
時間分解画像法による液晶分子の配向モデルの研究

90度ツイストネマティック液晶の動的分子配列過程を解析するため、バイポーラ型短形波の電圧パレス(1パルス幅=1ミリ秒、電圧値=532ポルト)を有限個(N=360)印加し、電圧印加後あるいは遮断後における液晶コノスコープ像の時間的振舞とコノスコープ像強度の時間変化を測定した。測定には、時間分解能1ミリ秒の画像取込み法を使用し、電圧パルスの印加法として有限個のパルスを1ブロックとして1回、あるいは電圧印加休止時間をはさみ2回印加する方法を採用した。詳細な実験結果の検討を行い、幾つかの新しい物理的知見を得た。1.1ブロックの印加パルスが遮断しても、コノスコープ像の像形成、すなわち液晶分子配列形成が電圧遮断後数ミリ秒間持続する。このような現象を、液晶分子配列の遅れ変化と呼ぶ。2.有限個の電圧パルス印加かS遮断後において得られる液晶コノスコープ像の像強度最大値を取る時間は、印加電圧値で決り、ブロックを構成するパルス数や印加のかけ方に依存しない。このことは、液晶分子の液晶フィルム内の各分子層でことなる浮遊容量、粘性抵抗、電気的弾性変形が分子配列遅れ効果をもつと仮定し、粘弾性理論のフォークトモデルを交流回路理論と結びつけて数値解析を行うことで解析した。3.結晶工学に基づいたコノスコープ像の計算機シミュレーション手法を開発した。4.界面からの束縛力がかなり大きいことを考慮し、液晶分子配列の配列伝播速度を求め、コノスコープ像の計算機シミュレーション結果および実験結果と良く一致る結果を得た。求めた配列伝播速度は、変形フォークトモデルを基に、粘性係数と弾性係数の比を界面からの距離を関数として算出した。90度ツイストネマティックに電界を印加することによって起こる液晶分子の再配列過程を解明するためには、実験手法の開発と実験結果を説明する理論解析が必要である。本研究は、この目的を達成するために透過光強度や静電容量の測定から推測されている液晶分子の配向モデルを、コノスコープ像の時間分解画像法(時間分解能1ms)を用いて研究を進めている。本年度の研究内容は、1.初期配列過程を解明するための少数パルス励起電界印加法の確立2.液晶分子の配向モデルから得られるコノスコープ像の結晶光学に基ずく計算機シュミレーション技術の開発である。1.としては、90度ツイスト液晶フィルム(d=9μm)に電圧532Vのバイポーラ型矩形波の少数パルス数316(パルス幅1ms)を任意に印加でき、且つ画像出力信号と画像取込み装置およびマイクロコンピュータへの取込み制御を正確に行なえるよう整備した。新しい知見として、(1).少数パルス印加から液晶分子配列の動特性に二種類のエコー的振舞い(緩和過程)がある。(2).液晶分子に間けつ的パルス電界を印加した場合、電界印加休止間隔時間が約8ミリ秒以内であればエコー的振舞いが生じる。を得た。2.としては、任意の液晶分子配向モデルを組み立て、結晶光学に基ずく計算からコノスコープ像が得られるような計算機シミュレーションのソフト開発のめどを、つけた。次年度以降は、液晶表示素示の応用にも大きな問題となるエコー的振舞いを解明することと、エコー的振舞いをも考慮した液晶分子配向のモデリング化を確立すること、等を物理光学の立場からより詳細に研究を進めていく予定である。90度ツイストネマティック液晶の分子配列過程を解明するためには,実験手法の開発と実験結果を説明する理論解析が必要である.本研究は,この目的を達成するために開発したコノスコープ像の時間分解画像法(時間分解能1ms:モンタージュ法)からの画像解析を行い,推論される分子配列モデルの理論解析を進めている.本年度の研究内容は昨年度の結果を踏まえ,1.少数パルス励起電界印加からの初期分子配列過程の解析

2.液晶分子配向モデルを組み立て,結晶光学に基づく計算機シュミレーションで得られる干渉像と観測されるコノスコープ像の比較・検討である.1.としては, 90度ツイストフィルム(d=9μm)と270度ツイストフィルム(d=5μm)に電圧532Vのバイポーラ型矩形波の少数パルス数360を任意の周波数で印加できるよう整備した.新しい知見として, (1).90度ツイストの分子配列動特性で得られる二種類のエコー的振舞い(緩和過程)が, 270度ツイストの配列動特性では一種類しか得られなかった. (2).液晶分子に間けつ的パルス電界を印加した場合,電界印加休止間隔の時間が約8ミリ秒以内であれば前駆パルスの影響が強く残っている.2.としては,台形近似の横拡がり配列するような液晶分子配列モデル(変形分子配向モデル)が実験結果とよく一致することを明らかにした.次年度は,本研究課題の最終年度であることを考慮し,液晶表示素子の応用にも大きく影響するアンカーリング力とエコー的振舞いの相関をフォークト粘弾性論から解明することと,従来の連続体的液晶配列モデルと変形配向モデルの相異点について解析し,研究をまとめる予定である.90度ツイストネマティック液晶の分子再配列過程を解明するためには、実験手法の開発と実験結果を説明する理論解析が必要である。本研究は、この目的を達成するために開発したコノスコープ像の時間分解画像法(時間分解能1ミリ秒:モンタージュ法)からの画像解析を行ない、推論される分子配列モデルの理論解析を進めている。本年度の研究内容は、これ迄に得られた結果を踏まえ、1.分子再配列過程で生じる緩和現象の解析2.計算機シミュレーションで得られるコノスコープ像と実験結果とから分子配列伝播速度の算出である。1.として、90度ツイストフィルム(10um)に周波数480Hzで、電圧532Vのバイポーラ型矩形波の少数パルス数360を印加し、緩和時間とパルス数との相関を調べた。新しい知見として、(1).印加電圧遮断直後にみられる緩和現象は、分子再配列過程で生じる粘弾性力の緩和現象とよく一致している。粘性力の時間に対する変化は、非線形的である。(2).二重印加法による像形成過程から、印加エネルギーの軽減が可能である。2.として、台形近以形分子配列モデルを基に、界面近傍分子配列が主に分子間力によって拘束されているだけではなく、マクロ的な粘弾性力を含めた力で拘束されている、ということを数値解析から推論した。マクロ的な力についての詳細な解析は、今後の研究課題である。本年度は、本研究課題の最終年度であり、動的分子配列に関するこれ迄に得られた結果を十分に検討し、配列のモデリングをまとめる予定である。
DNA解析と耳石微量元素分析によるウナギの再生産機構の解明

1.集団構造の解析:同一年度に台湾,中国(丹東),種子島,宮城に接岸したシラスウナギ各50個体,計200個体について,ミトコンドリアDNA調節領域(約600bP)の塩基配列を決定し,集団解析を行った結果,明瞭に分化した集団の存在は認められなかった。また,産卵親魚集団の遺伝的組成をより正確に反映している可能性のあるレプトケファルスを5回にわたる調査航海で採集し,これらについて同様の解析を行った結果,産卵時期の異なったレプトケファルス集団間に有意な遺伝的分化の徴候は得られなかった。また,核DNAレベルの詳細な比較を行うために,AFLP分析を宮城,神奈川,種子島で採集した計30個体のシラスについて行ったが,やはり明瞭な地理的分化は認められなかった。今後核DNAの遺伝的変異をさらに調べるための準備として,マイクロサテライトマーカーの単離も進めた。2.耳石解析:国内5地点で,シラス接岸時期の前・中・後期に採集したシラス計150尾について,耳石日周輪の解析を行った。ウナギの接岸日齢は約6ヶ月で,産卵期は411月,産卵ピークは7月にあることがわかった。また,産卵期の早期に生またものは,遅生まれの群に比較して成長がよく,若齢でより低緯度の河口に,早期に接岸することが明らかになった。日本周辺の沿岸域と東シナ海で採集した下リウナギの耳石ストロンチウム濃度をEPMA分析で調べたところ,約75%が淡水に遡上しない個体で占められており,ウナギ資源の再生産に寄与するものの大部分は,河川に遡上しない個体が今えているものと推察された。3.結論:現在のところ東アジアのウナギ資源は巨大な単一集団と考えるのがよく,また河口域がウナギの重要な生息域であると再認識されたので,ウナギ資源の保全のためには,まず河口の汚染を改善すること,河口の親ウナギ漁業の制限,さらには東アジア4ヶ国全体でシラス漁業の国際管理を行うことが重要である。本年度の研究実施計画に沿って研究を進め,以下の成果を得た。1.日本に接岸するシラスウナギ(以下,シラス)の時期別・場所別遺伝的変異を調べるために,神奈川県・茨城県・鹿児島県において漁期の早期(12月)と終期(3月)に採集したシラス合計57個体について,ミトコンドリアDNA(mtDNA)の調節領域と2つのtRNA遺伝子領域(Pro,Thr)の塩基配列(617bp)を決定した。その結果,当該領域に高い遺伝的変異性が示されたが,時期的な遺伝的差異は認められなかった。また場所別遺伝的変異を調べるために,全57個体の塩基配列を用いて系統樹を推定し,採集地点内および地点間における平均塩基相違率を算出したところ,同一地点で採取された個体がひとつにまとまることはなく,塩基相違率においても地点間における明瞭な差は認められなかった。また,ウナギの核ゲノム分折を行う準備としてAFLP法のSelectivePCRに用いるプライマーの選定を行ったところ,3組のプライマーセットがウナギにも応用できることがわかった。2. 1996年12月,台湾東方海域において採集された最大伸長期(変態直前期)のレプトケファルス(以下,レプト)と接岸したシラスについて耳石微細構造と耳石中のSr/Ca比を分析し、変態時期と期間を推定した。

5個体の最大伸長期のレプトと12個体のシラスの日齢は、それぞれ94日134日、143日203日の間にあった。シラスの耳石の輪幅の変化は、中心から縁辺に向かって80160日齢を境に急増し,これに一致してSr濃度は急滅した。このような特長的な変化はレプトの耳石にはみられないので,この点が変態開始点と考えた。また変態は輪幅が最大になる点で終了すると考えられ,したがって,ウナギの変態期間は2040日間と推定された。本年度の研究実施計画に沿って研究を進め,以下の成果を得た。1.耳石による初期生活史・回遊機構の解明: 1998年6月と8月に北緯13-17度,東経137-143度の海域から採集されたウナギレプトケファルス計24個体について耳石日輪解析を行った結果,これらは全て1998年5月と6月の新月前後に産卵されたものであることがわかった.また,これらの試料に基づいて次の成長式を得た:TL(mm)=0.464×Days+4.46.2.DNA解析による集団構造の解明: 1994年,1995年,1998年の「白鳳丸」と「駿河丸」の調査航海で採集されたウナギのレプトケファルス計50個体について,mtDNA・調節領域の部分塩基配列(590bp)を決定した.これらのデータを採集地点間,年度間で比較したところ,その遺伝的変異(ハプロタイプ組成)に差は見られなかった.異なる年度,異なる海域で採集されたにも関わらず,均質な遺伝的変異を持つこと,またその変異性は,東アジアに接岸するシラスウナギの遺伝的変異と比較しても差は認められなかったことから,ウナギの産卵には,種の遺伝的特性を代表するに十分な個体数が常に参加しているものと推測された.さらに,大部分のレプトケファルスの塩基配列は相互に異なっていたが,一部全く同じ塩基配列のmtDNAを持つ3組9個体のレプトケファルスが出現した.以上の結果は,昨年度までのシラスウナギの解析から得られた「ウナギの単一集団説」を支持するものである.以上の他に,日本各地の6地点,中国の2地点,韓国の2地点および台湾1地点から約3150個体のシラスウナギを採集し,現在,耳石微細構造解析と遺伝子解析を進めている.1.集団構造の解析:同一年度に台湾,中国(丹東),種子島,宮城に接岸したシラスウナギ各50個体,計200個体について,ミトコンドリアDNA調節領域(約600bp)の塩基配列を決定し,集団解析を行った結果,明瞭に分化した集団の存在は認められなかった。また,産卵親魚集団の遺伝的組成をより正確に反映している可能性のあるレプトケファルス幼生を5回にわたる調査航海で採集し,これらについて同様の解析を行った結果,産卵時期の異なったレプトケファルス集団間に有意な遺伝的分化の徴候は得られなかった。また,核DNAレベルの詳細な比較を行うために,AFLP分析を宮城,神奈川,種子島で採集した計30個体のシラスについて行ったが,やはり明瞭な地理的分化は認められなかった。今後核DNAの遺伝的変異をさらに調べるための準備として,マイクロサテライトマーカーの単離も進めた。2.耳石解析:日本周辺の沿岸域と東シナ海で採集した下りウナギの耳石ストロンチウム濃度をEPMA分析で調べたところ,約25%が一生のうち一度も淡水に遡上した経験をもたない海ウナギであることが判明した。また約半数は河口周辺水域に滞留した"河口ウナギ"であり,ウナギ資源の再生産に寄与するものの大部分は河川に遡上しない,海ウナギや河口ウナギが支えているものと推察された。3.結論:現在のところ
生体内活性をプログラムされた人工関節材料の開発

平成1920年度の研究によって、我々は以下のような成果結果を得ることができた。生理活性物質の超高分子ポリエチレン(UHMWPE)への導入⇒UHMWPEに生理活性物質の導入を試みたが、エタノールによる膨潤、吸着による導入(接着)では導入することができなかった。そのため、実験を以下のように変更した。実験計画変更後の方針生理活性物質(bFGF)を天然高分子であるキトサンに導入する。キトサンは基本的に疎水性であることを利用し、疎水結合によりキトサン化合物とUHMWPEを反応させる。【成果】本年度の研究によって、我々は以下のような成果結果を得ることができた。1.生理活性物質の選択:以下の如く決定した。(1)細胞接着分子:Type Iコラーゲン、オステオポンチン、RGDペプチド。(3)プロテオグリカン:ロイシンリッチプロテオグリカン。2.超高分子ポリエチレン(UHMWPE)への導入法:概要を決定した。(1)UHMWPEに"物質A"を導入。(2)"物質B(crosslinker)"と"生理活性物質C"にあるアミノ基をを化学的に結合。(3)"物質A"と"物質B"を化学的に結合。以上によりUHMWPEに生理活性物質を導入する。3.化学反応の詳細(1)UHMWPEに"物質A"を導入:現在、以下の方法にて評価中である。A.超臨界CO_2を用いてUHMWPE表面を膨潤させ、"物質A"を導入。B.エタノールや有機溶媒を用いてUHMWPEを膨潤させ、"物質A"を導入。C.物理吸着にて"物質A"を吸着。(2)"物質B"の選択。Sulfo-EMCDを使用予定。これは"物質A"のアミノ基と反応する。【意義・重要性】超高分子ポリエチレン(UHMWPE)は物理的・化学的に安定なことより人工関節の材料として選択されるが、反面、化学的活性に著しく乏しいため、様々な化学反応を困難としている。これに対し本実験では超臨界CO_2やエタノール、有機溶媒などを用いUHMWPEの表面のみを膨潤させることにより化学物質を導入することを考案し、現在、実験中である。また、同時に物理吸着による導入法も実験中である。本実験に置いて、UHMWPEに対し化学物質を導入する工程が律速段階となるため、この段階が成功した後は実験の加速が予想される。【成果】本年度の研究によって、我々は以下のような成果結果を得ることかできた。生理活性の子ポリエチレン(UHMWPE)への導入⇒UHMWPEに生理舌性質の導入を試みたが、エタノールによる膨潤、吸着による導入(接着)では導入することができなかった。方針:生理活性物質(bFGF)を天然高分子であるキトサンに導入する。実験計画と実際1.キトサンにイミノチオランを反応させ水溶性にするとともに、SH基を導入した。2.水溶性となったキトサン化合物にbFGFを反応させた。具体的にはキトサン化.合物のSH基とbFGFに含まれるシステインのSH基がジスルフィド結合することにより化学的に反応する。導入はアミノ酸解析にて確認・評価した。3.上記によりbFGFを内在するキトサン化合物が合成される。将来的にin vivoの環境ではキトサンが分解されるにつれbFGFが遊離し様々な生理活性を発揮することが求められるためにキトサンの分解に伴う徐放性を検討した。bFGFの徐放量はELIZA法にて評価した。結果は徐放は2週間に渡り持続していることが確認され、2週後に徐放-されたbFGFにおいても生理活性を有することが示された。4.今後はこの化合物をUHMWPEに疎水結合により反応させる実験を予定している。5.この化合物をUHMWPEに。【意義・重要性】UHMWPEは物理的および化学的に安定であるためエタノールによる膨潤では導入することはできなかった。そのため実験計画を一部変更し、天然高子で水性の強いキトサンにより疎水結合による導入を試行することとした。現在、実験はまだ完了していないが、これらにより反応が良好に進行すればほぼ同等の価値があり、様々な分野に応用が可能と考えている。
組合せ応力下における接着継手の疲労破壊則

接着継手の組合せ応力下における疲労破壊則を求めるため、接着層に比較的均一な引張とせん断の組合せ応力状態を得ることができる(1)きりそぎ角をもつ突合せ接着継手(スカーフ)継手を用いる方法(2)突合せ接着継手の軸心を高精度にずらす方法の2つの方法により引張とせん断の応力比を広範囲に変化させて疲労試験を実施した。本年度、接着層厚さをパラメータとして(1)(2)の方法によるすべての疲労試験ならびにこれら継手の有限要素法による接着層の応力解析を完了し、これらの結果に基づき疲労破壊則について検討した。その主な結果は、1)上記すべての接着継手の接着層における主応力比は、σ_3/σ_1 vs.σ_2/σ_1空間上の1つの直線関係により示すことができた。2)強度推定に際して基準となる境界層厚さは、接合部における主応力比の影響を受けることを見いだした。3)10^7耐久限度と主応力比の関係式を求めることができた。上記1)3)のとおりである。次いで、複雑な応力分布をもつ重ね合せ継手に対して、このようにして得られた疲労破壊則の適応性を検討した。本研究では、単軸負荷条件下において、接着層に均一な引張とせん断の組み合せ応力状態を得るため、(1)突合せ接着継手の軸芯を高精度にずらす方法(2)きりそぎ角をもつ突合せ接着継手(スカーフ継手)を用いる方法の2つの方法について検討した。まず、有限要素法により(1)(2)の場合について接着層における応力分布を求めた。(1)の突合せ接着継手の軸芯をずらした場合には、軸芯からの偏差角が30°以下の領域すなわち、せん断応力が支配的な領域において、均一な応力分布が得られるが、偏差角が30°以上になると接着層の応力分布が不均一になることを確認した。(2)のスカーフ継手においては、接着層はきわめて均一な引張とせん断の組合せ応力が得られるが、スカーフ角が15°以下に減少すると、やや応力分布が不均一な領域が増加する傾向が認められた。応力解析の結果からは、疲労破壊規準を求めるにはスカーフ継手が応力分布の均一性の面からより適していると考えられるが、スカーフ角が15°以下のスカーフ継手の高精度な機械加工ならびに製作は因難である。そこで、せん断応力が支配的な場合、(1)の突合せ接着継手の軸芯を高精度にずらす方法を採用し、引張応力が支配的な場合には(2)のスカーフ継手を用いる方法を採用することを決定した。現在、(1)(2)の試験片ならびに治具の設計・製作を完了し、スカーフ継手の疲労試験を実施中である。また、(1)(2)の疲労試験より得られた疲労破壊則の適応性を調べるための重ね合せ接着継手の接着層における応力分布の有限要素法による解析もあわせて行っている。
海洋生物由来ハロゲン化テルペン類の分析と合成メカニズムの解明

海洋生物特有のハロゲン化反応の機構、ハロゲン化テルペン類の生合成メカニズムと生理的意義等を明らかにする目的で、各種海藻におけるハロペルオキシダーゼについて研究を行った。1.塩素(臭素)を含むモノテルペンであるAplysiaterpenoid Aを含む海藻は貝やウニなど海洋性草食動物を忌避する。Aplysiaterpenoid Aを生産する海藻ホソユカリ中に、ハロペルオキシダーゼの標準基質であるモノクロロジメドンやフェノールレッドには全く作用せず、3-メチル-2-ブテン-1-オールに特異的に作用し3-メチル-3-ヒドロキシ-2-ブロモ-1-ブタノールを生成する、新規ハロペルオキシダーゼを確認した。そこで、海藻ホソユカリの大量培養法の確立とハロゲン化酵素の精製を目指したが、組織培養は不成功に終わった。また、海藻ホソユカリ中の新規ハロペルオキシダーゼは、海藻の採取場所等により,活性が著しく異なり、同酵素の完全精製を行うには至らなかった。2.海藻の養殖に成功している外国産の海藻であるKappaphycusに初めてハロゲン化酵素を見出した。同海藻からのハロゲン化酵素の精製を試み、精製方法をほぼ確立した。同酵素は臭素イオンに特異的で、他のハライドイオンには作用しない。至適pHは5-6.5、過酸化水素、臭素イオンに対するKm値は、それぞれ8.5μM、1.3mMと高い親和性を示した。また、藻体に刺激性のジブロモアルデヒド誘導体を検出した。こうした臭素化合物が本酵素により合成される可能性の高いことが示唆された。海藻由来の忌避物質として興味ある現象を見出した。3.フジマツモ(Rhodomela larix (Turner) C. Agardh)、イトフジマツモ(Rhodomela subfusca (Woodward) C. Agardh)の臭素化フェノール類の生成機構について、さまざまな反応、各種ハロゲン化酵素の検出を試みたが、以前論文に報魯されたヘム型のハロゲン化酵素活性は全く認められなかった。そのため、これら海藻のハロゲン化のメカニズムは未だ不明である。
慢性腎臓病・心血管疾患の発症進展における遺伝子環境相互作用の解明

企業、及び従業員の同意・協力を得て、約1,200名のDNA抽出・SNPs解析を行うと同時に、5万人以上の過去数年間の企業健診データ、環境因子(喫煙・食事嗜好・運動習慣等)を含む医療情報を取得した。メタボリック症候群、及び糖尿病に対するSNPチップを開発し、疾患群と対照群を抽出し、SNP解析を行った。新規開発のバイオインフォマティクスソフトを用いて、SNPと血液検査、環境因子の組み合わせ解析を行い、メタボリック症候群・糖尿病発症に関わるリスクに関して新たな組み合わせを同定した。CKD(慢性腎病)は持続的な糸球体濾過量の低下と蛋白尿を呈する疾患群であるが、末期腎不全→透析導入のリスクであるばかりでなく、その初期の段階から血管障害・動脈硬化を併発して心血管疾患(CVD)の独立した危険因子となることが注目を集めている。その重要性は認知されてきてはいるが、更なる啓発と有効な治療法、及び生活習慣改善方法の確立が待たれている。当研究は企業健診結果、及び生活習慣等の環境因子と、対照検体から抽出したSNP解析により、CKD・CVD発症進展に関わる遺伝子環境相互作用を検討するものであるが、その最終目的は、患者毎の体質に応じたオーダーメード治療によりCKD・CVDの発症予防、重症化阻止を目指すものである。さらに、もう一つの特徴は強力な医工連携・産学連携の成果、既存の企業健診資料ならびにDNAを生かして、CKD・CVD発症・進展を予測する新たなSNPチップを短期間で開発することである。これに関しては、160SNPの設計を行い、実際に110SNPの設計が成功している段階であり、今後更に増加する予定である。現在、当初の予定通り健診結果解析、及びCKD群・健常群の抽出は終了し、環境因子としての栄養摂取量の解析が順調に進行している段階である。解析が終了すれば、企業成人におけるCKD発症進展と摂取栄養素に関する新たな知見が期待される。また、SNPに関しても、既に予定通りCKD関連SNP同定・プローベ設計は終了し、実際にSNP解析の段階である。上記の完了後、最終的に環境因子と遺伝因子の統合解析を行うことによりCKD・CVDに関わる遺伝子環境相互作用が明らかとなれば、自身の体質情報を予め知ることで、疾病に至る前に生活習慣改善への取り組み、あるいは体質に合った治療法を選択することで、CKD・CVDの発症・重症化を予防・抑制できると期待される。7万人規模の企業、及び従業員の同意・協力を得て、約1,200名のDNA抽出・一塩基多形(SNPs)解析を行うと同時に、5万人以上の過去数年間の企業健診データ、環境因子(喫煙・食事嗜好・運動習慣等)を含む医療情報を取得した。独自にメタボリック症候群(Mets)・糖尿病(DM)・慢性腎臓病(CKD)に対するSNPチップを開発し、疾患群と対照群を抽出しSNP解析を行った。更に新規開発のバイオインフォマティクスソフトを用いて、SNPと血液検査、環境因子などの単独ならびに膨大な組み合わせ解析を自動的に行い、Mets・DM発症に関わるリスク因子やその組み合わせを検討した。

Propensity解析により、詳細なSNPと環境因子との組み合わせ解析を行い、Metsに関してはインスリン受容体関連遺伝子(ENPP1)と体脂肪率増加のMets発症率上昇への影響を始め、新たに5つの遺伝子・環境因子組み合わせを見出した。またDMに関しては、LDL受容体関連遺伝子(LRP2)とアルコール摂取のDM発症率上昇始め、3つの組み合わせを同定した。CKDに関しては、100以上のSNP解析を施行し、CKD関連のGWASでも報告されているSNP(SNP-X)の疾患有意性を特定し、その変異(Cアレルを含む群)が疾患保護的に働くこととともに、BMI上昇との相互作用で疾患発症リスクが上昇することを明らかにした。更に、対象者の特徴的食事パターンより抽出した、食事プロファイルとCKD罹患の変化を検討した結果、タンパク質摂取量とCKD罹患率での新たな傾向を見出すことに成功した。こうした知見はタンパク質摂取量がCKDの予防や改善を促す可能性を示す重要な情報であり、今後次段階として、食事内容改善の介入試験の有用性が示唆された。健診結果から対照群の抽出は順調に終了したが、対象者の同意取得が予定より遅れている為(主に対象者の都合による健診日の変更や同意拒否等が原因である)。但し予定では3月末までに1440検体のDNA抽出、SNPタイピングが修了する見込みとなっている。24年度が最終年度であるため、記入しない。同意取得とそれに伴う検体取得に遅れがあるものの、計画自体は順調に進行中。今後予定通り、SNP解析終了とともに、CKDに関する有意なSNPの同定、及び同時進行中の環境因子解析結果との相互作用解析をバイオインフォマティクスを用いて行う予定。
頂点作用素代数のモジュラー不変性とテンソル圏に関する研究

頂点作用素(超)代数のモジュラー不変性と,表現のテンソル積であるフュージョン積の関係について研究する.特に,モジュラー不変性を用いて表現圏のテンソル圏構造を記述するフェアリンデ型公式に着目し,この公式を非半単純な場合や,超代数の捩れ加群を含む圏に対して一般化することを目的とする研究を行う.更に,超代数の表現圏と偶部分の表現圏の類似性について考察を行う.頂点作用素(超)代数のモジュラー不変性と,表現のテンソル積であるフュージョン積の関係について研究する.特に,モジュラー不変性を用いて表現圏のテンソル圏構造を記述するフェアリンデ型公式に着目し,この公式を非半単純な場合や,超代数の捩れ加群を含む圏に対して一般化することを目的とする研究を行う.更に,超代数の表現圏と偶部分の表現圏の類似性について考察を行う.
眼の形態形成と分化におけるVax転写因子の機能とゼブラフィッシュ新規分子の探索

初期発生における器官形成の過程を細胞レベルでの動態として明らかにするために、小型魚類であるゼブラフィッシュの眼の発生をモデルとして研究を行った。脊椎動物の眼球が形成される過程で、眼胞の近位領域は細くくびれて収斂し、眼杯と脳をつなぐ眼柄を形成するようなる。眼柄と眼杯の境界部がいわゆる盲点であり、盲点の近傍には光を最も良く感受する黄斑がある。眼柄の収斂に異常が生じると眼裂欠損(コロボーマ)という遺伝病となり、視野狭窄や失明の原因となる。このように眼柄と眼杯の形態形成は眼の機能構造の構築に重要であるが、眼柄収斂の過程で細胞がどのように振る舞うのかは不明であった。眼柄が細く収斂する眼杯形成期に、眼柄を構成する細胞について、細胞数、細胞増殖、細胞死、細胞形態、細胞移動などの検討を行った。組織切片により、眼杯形成期の眼柄は眼杯の色素上皮層だけでなく網膜層にもつながっている事を明確にした。細胞膜を蛍光標識した観察により、眼柄内腔より前方の細胞層が複細胞層から単細胞層へと再編され、細胞形態が前後軸に長い柱状形態から近位遠位軸に長い扁平形態に変化する事が分かった。また、眼柄収斂期に眼柄に存在する細胞数は減少するが、眼柄での細胞死はほとんど観察されなかった。蛍光標識した細胞を移植し、眼柄の細胞移動について検討した。その結果、後方眼柄の細胞が前方に移動し、前方眼柄の細胞は側方に移動して眼杯の網膜層に貢献する事が明らかになった。さらに、Vaxの機能を阻害すると、眼柄の細胞が眼杯へと移動せずに眼柄に留まり、結果として、眼柄が収斂せず眼杯は形成不全(コロボーマ)となることが分かった。また、これらの事から眼柄細胞を眼杯へと移動させる分子機構の存在が予想された。脊椎動物の眼の形態形成は、前脳の一部が膨らみ出る事によって始まる。こうして出来た眼胞がカップ状の眼杯へと形態変化する時期に、眼柄が細くくびれて収斂し、網膜と眼柄の境界が閉じてカップ状の眼球が形成される。さらに眼柄はアストロサイトと呼ばれるグリアへと分化し、視神経節細胞の軸索が脳へと投射される際のガイドの役割を果たす。ヒトにおいて、この眼球形成過程の異常である眼裂欠損(コロボーマ)という遺伝病が報告されている。しかし、この形態変化の過程で細胞がどのように振る舞うのか分子機能は明らかにされてこなかった。私は神経網膜と眼柄の境界領域が特異化され、形態変化を伴いながらカップ状の眼をつくる過程を分子レベルで明らかにしようとしている。そのために、本年度は大きく次の2つの点について研究を行った。1.ゼブラフィッシュの胚が透明であるという利点を利用し、これまで他のモデル生物では困難であった眼柄領域の少数の細胞を電気穿孔法などにより蛍光標識する系をセットアップした。また、BodiPYセラミドによって細胞膜を蛍光標識し細胞形態を観察した。これらの標識を組み合わせて経時観察し、細胞の動態を明らかにした。さらにこれらの解析をコロボーマを示すVax機能阻害胚に適用し、コロボーマとなる際の細胞の振る舞いを明らかにした。2.網膜と眼柄の形態形成の分子メカニズムを明らかにするために、ゼブラフィッシュにおいて眼裂融合異常(コロボーマ)をしめす変異体を6系統単離した。なかでもdetached変異体については、その原因遺伝子を同定するため系統間多型を利用した遺伝子座解析を行った。その結果204減数分裂で組換頻度がゼロである遺伝子座マーカーを同定した。このマーカーは遺伝地図上で原因遺伝子の0.5cM以内にあると推定され、物理地図上では400-kbに相当する。現在、近傍の原因遺伝子候補について検討している。

その結果、後方眼柄の細胞が前方に移動し、前方眼柄の細胞は側方に移動して眼杯の網膜層に貢献する事が明らかになった。さらに、Vaxの機能を阻害すると、眼柄の細胞が眼杯へと移動せずに眼柄に留まり、結果として、眼柄が収斂せず眼杯は形成不全(コロボーマ)となることが分かった。また、これらの事から眼柄細胞を眼杯へと移動させる分子機構の存在が予想された。
曲面上の組合せ論のブラウアーグラフ多元環を用いた圏化

ブラウアーグラフ多元環はリボングラフから定義される対称多元環である。前年度までの研究により、リボングラフから装飾点付曲面(decorated marked surface)とそのアークシステムの構成法を得た。本年度の研究の目的は、与えられたリボングラフに対して、そのブラウアーグラフ多元環の傾複体を(対応する装飾点付)曲面上の組合せ論を用いて解釈することであった。実際の研究成果として、前傾複体と呼ばれる傾複体よりも弱い概念と曲面上の「非交差」な曲線の集合の間の対応を得た。また、リボングラフが高々一つの奇数型のサイクルしか持たない場合には、傾複体と曲面上の「非交差」な曲線の「極大」集合の間に対応があることがわかった。以上の結果は共同研究によるものである。Green--Schrollによって導入されたブラウアー配置多元環(Brauer configuration algebra)はブラウアーグラフ多元環を一般化したものである。この多元環は(リボン)グラフの代わりに配置と呼ばれる概念を用いて定義される対称多元環である。本研究では、根基の三乗が零となるブラウアー配置多元環に対して、傾複体の特別なものである二項傾複体の同型類のなす集合が有限となる必要十分条件を配置の言葉を用いて与えた。本年度はブラウアーグラフ多元環の前傾複体と対応する装飾点付曲面上の「非交差」な曲線の集合との間の関係を見出せたため、進捗状況は順調であると判断する。前傾複体と「非交差」な曲線の集合の間の関係を精密化することで、傾複体との曲面上の解釈を与える予定である。また、傾複体の変異の曲面上の組合せ的解釈も与える。一方、リボングラフから曲面を構成することができる。本研究の目的はブラウアーグラフ多元環の表現論と曲面上の組合せ論との関係を明らかにすることである。とくに、曲面上の組合せ論を用いて、ブラウアーグラフ多元環の傾複体を構成する手法を与えることが具体的な研究課題の一つである。当該年度は主に以下の3つの結果を得た。(1)二項傾複体と呼ばれる特別な傾複体に対して、リボングラフの組合せ論を用いた構成法を共同研究者とともに与えた。(2)リボングラフから曲面を構成する従来の手法では、ブラウアーグラフ多元環の表現論を研究するには不十分である。そのため、共同研究者とともにリボングラフから単なる曲面ではなくdecorated marked surfaceと呼ばれる曲面を構成する方法を与えた。これによって、傾複体を曲面上の組合せ論を用いて研究するための準備が整った。実際に、特別なリボングラフの場合に、曲面上の曲線を用いた傾複体の構成を得た。これを一般のリボングラフの場合に拡張していくのが今後の研究課題である。(3)ブラウアーグラフ多元環とは限らない一般的な設定の下で傾複体の研究を共同研究者と行った。傾複体を一般化した概念である準傾複体と導来圏の有界t構造の間の対応を与えるKeller--VossieckとKoenig--Yangの二つの結果をST-pairと呼ばれる概念を導入することで三角圏の場合に拡張することができた。傾複体を曲面上の組合せ論を用いて研究するための準備が整った。また、特別なリボングラフの場合に、曲面上の曲線を用いた傾複体の構成を与えた。以上のことから、進歩状況は順調であると判断する。ブラウアーグラフ多元環の傾複体の曲面上の組合せ的解釈を与えるだけでなく、傾複体の変異と曲面上の組合せ論との関連性などにも考察を与える。
高速・高分解能レーザー光標的ビーム・プロファイル・モニターの開発

極低エミタンス電子ビームの生成・保存は第3世代放射光源(SOR)・自由電子レーザー(FEL)・超高エネルギー電子・陽電子線型加速器(JLC)等にとって必要不可欠の技術である。本研究の目的はこれらの電子ビームのエミタンス、特にKEK・ATFにおけるダンピング・リング内の電子ビームエミタンスを非破壊的・直接的に測定する高性能モニターの開発にある。本モニターでは、2枚の高反射率鏡を相対させ、この中に閉じ込められたガウスモード光を光標的として試用している(ファブリ-ペロ型光共振器)。またこの光標的と電子ビームのコンプトン散乱光を検出しビームプロファイルを測定する。本件研究の具体的成果は以下のとおりである。(1)光共振器用光反射率・低損失ミラーを開発し、約2000倍の光増幅率を達成した。これにより高速・高分解能ビーム・プロファイル・モニターの技術を確立した。(2)シングルバンチ運転モードにおける電子ビームのエミタンスの測定を行った。これにより水平および垂直方向ともに当初目標にしたエミタンスを実現していることを実証した。(3)マルチバンチ運転モードにおける電子ビームのエミタンスの測定を行った。これによりバンチ依存性は少ないことを実証した。(3)エミタンスの電流依存性を測定し、様々なイントラビーム散乱理論と比較した。現在、この研究により開発されたレーザーワイヤービームプロファイルモニターはATFで最も信頼性の高いモニターとしてビームダイナミクスの研究に本質的役割を果たしている。これらの成果により、レーザーワイヤーモニターの技術を確立したといえる。本研究の目的はこれらの電子ビームのエミタンスを非破壊的・直接的に測定する高性能モニターの開発にある。特にKEK・ATFにおけるダンピング・リング内の電子ビームエミタンスを測定する事を直接的目標とする。本研究の意義は、(1)レーザーワイヤーの技術を確立すること、及び(2)それを使ってATFダンピング・リング内の電子ビームのエミタンスを測定し・ビームダイナミクスを研究することにある。本モニターでは、2枚の高反射率鏡を相対させ、この中に閉じ込められたガウスモード光を光標的として使用している(ファブリ-ペロ型光共振器)。この共振器はビームプロファイルモニターの観点からは2つの量で特徴付けられる。即ち、共振器内のビーム太さを表すビームウエスト、および光共振器内の増幅率を表すフィネスである。フィネスを増すことで実効的光強度が増し、モニターは高速度になる。フィネスを増すに鍵を握る技術は高反射率・低損失ミラーの開発と、安定な共振器本体およびフィードバックシステムの開発である。平成13年度の具体的成果は以下のとおりである:(1)レーザー光標的を様々な角度から改良した。この中でも光共振器用高反射率・低損失ミラーを開発し、共振器のフィネスを2000以上にしたことは特筆に価する。これにより共振器内の実効光強度は昨年度に比べ約7倍、当初に比べ20倍以上に増加した。(2)マルチバンチ運転モードにおける垂直方向電子ビームのエミタンスの予備的測定を行った。本研究の自的はこれらの電子ビームのエミタンス、特にKEK・ATFにおけるダンピング・リング内の電子ビームエミタンスを非破壊的・直接的に測定する高性能モニターの開発にある。

本モニターでは、2枚の高反射率鏡を相対させ、この中に閉じ込められたガウスモード光を光標的として使用している(ファブリ・ペロ型光共振器)。またこの光標的と電子ビームのコンプトン散乱光を検出しビームプロファイルを測定する。本件研究の具体的成果は以下のとおりである。(1)光共振器用高反射率・低損失ミラーを開発し、約2000倍の光増幅率を達成した。これにより高速・高分解能ビーム・プロファイル・モニターの技術を確立した。(2)シングルバンチ運転モードにおける電子ビームのエミタンスの測定を行った。これにより水平および垂直方向ともに当初目標にしたエミタンスを実現していることを実証した。(3)マルチバンチ運転モードにおける電子ビームのエミタンスの測定を行った。これによりバンチ依存性は少ないことを実証した。(3)エミタンスの電流依存性を測定し、様々なイントラビーム散乱理論と比較した。現在、この研究により開発されたレーザーワイヤービームプロファイルモニターはATFで最も信頼性の高いモニターとしてビームダイナミクスの研究に本質的役割を果たしている。これらの成果により、レーザーワイヤーモニターの技術を確立したといえる。なお成果の出版は現在2編であるが、今後3編を予定している。