hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サブユニット間相互作用の強化によるグルコ-ス脱水素酵素の耐熱化

得られた変異型酵素遺伝子中での塩基置換の分布,さらにアイソガイム間のアミノ酸,ならびにDNA配列における置換の分布を調べたところ,変異型酵素でN末端側領域においてアミノ酸置換が認められないのは,1アミノ酸置換で熱安定性を上昇させるのは,この領域での変異では不可能なのであろうことが考えられた。塩基配列から推定されるアミノ酸配列を野性型酵素の配列と比較すると,変異型酵素は1から4アミノ酸置換を持っていた。1アミノ酸置換を持つ酵素は4つあり,置換の生じた位置は,96番目のGlu,252番目のGln,および253番目のThyで,これら3つのアミノ酸残基は,グルコ-ス脱水素酵素の安定性に関与していると結論した。グルコ-ス脱水素酵素は、同一のプロトマ-から成る四量体を形成しており、NAD(P)を補酵素として、グルコ-スからグルコノラクトンへの酸化反応を触媒する。本酵素は、B.subtilis,B.megateriumなどで胞子形成時に特異的に生産されることから、原核生物の細胞分化時における遺伝子の発現制御、あるいは、胞子内での生理的役割について研究されている。また、本酵素は、アルカリ溶液中、あるいは低イオン強度下で可逆的にプロトマ-に解離することから、オリゴマ-蛋白質の解離、会合の性質について調べるためのモデルになっている。変異型酵素の安定化とアミノ酸置換との関係について調べるため、1アミノ酸置換を持つ4つの変異型酵素(E96A,E96G,Q251L,Y253C)を精製し、変異型酵素の性質について検討した。精製した4つの変異型酵素、ならびに野生型酵素のpH6.5での熱安定性を比較したところY253C,Q252L,E96G,E96Aの順に高くなっていた。特に、E96Aでは野生型酵素よりも約20°Cも安定性が増していた。変異型酵素のpH安定性を調べたところ、アルカリ溶液中で、程度の差はあるものの、いずれの酵素も野生型酵素よりも安定であったことから、これらの変異型酵素では、各アミノ酸置換により、サブユニット間相互作用が強化され、サブユニット構造が安定化していると結論した。したがって、1アミノ酸置換が生じていた3つのアミノ酸残基は、サブユニット境界面に存在する可能性が高いと思われる。
鉄バクテリア法による地下水中の砒素除去システムの開発

平成18年度は京都府向日市水道部が管理する地下水と洪水対策工事によって掘削工事が行われている川西市の現場の地下水排水を対象に実験した。向日市及び川西市の実験現場における原水の平均砒素濃度は、向日市で19.3mg/L、川西市で218mg/Lであった。向日市では、ろ過速度を150600m/dayと変化させて実験を行ったが、砒素、鉄、マンガンのいずれも7298%の除去率を得ることができた。また、高濃度の川西市では500m/dayのろ過速度でおこない、鉄は平均75%、砒素は平均59%の除去率であったが、マンガンの除去は不安定であった。一方、SPring-8による解析では、3価砒素は当初、鉄バクテリア近傍で3価として、一部は酸化されて5価として鉄バクテリアに吸着、時間とともに3価として吸着した砒素も5価に転換することがわかった。これは今まで3価が5価に酸化されてから吸着されるという定説とは違う新しい知見を得ることができた。平成19年度は向日市で実験を継続した。前期・後期の結果では、鉄については前期・後期ともに90%を超える除去率を安定して得た。砒素については、後期は約60%と前期に比べ除去率が改善された。マンガンの除去は、前期・後期ともに除去はほとんどされなかった。アンモニア性窒素の硝化率は後期でやや改善された。これはろ材の変更、逆洗頻度の変更によるものと考えられる。カラム試験の結果では、全てのろ材において通水開始50日目までにはマンガン・アンモニア性窒素の除去・硝化が見られた。SPring-8での解析では、吸着は生の鉄バクテリアフロックに5価砒素を添加したものが一番高いことが判明した。測定結果から、生の鉄バクテリアフロックの3価砒素吸着能は凍結乾燥させた鉄バクテリアフロックの5価砒素吸着能より大きいこと、また、吸着速度も生が乾燥よりも大きいことが判明した。平成18年度は、平成1617年度で実施した科学研究費補助金の萌芽研究「地下水中の固有微生物を利用したヒ素除去に関する研究」を継承する形で、実験をおこなった。16年度と17年度では、京都府向日市水道部が管理する地下水を実験対象として行ってきたが、平成18年度は、向日市に加えて、兵庫県川西市でも実験を行った。川西市は、洪水対策工事によって大規模な掘削工事が行われている現場で、工事の過程から200ppbを超える高い砒素濃度が検出されており、そこに新しい実験装置を設置して実験を開始した。また、高輝度光学科学研究センターのSPring-8において、砒素等の除去メカニズムを解明するための解析も同時におこなった。なお、川西市の実験は18年度のみである。向日市及び川西市の実験現場における原水の平均砒素濃度は、向日市で19.3ppb、川西市で217.9ppbであった。

砒素の除去に影響するとされる平均全鉄濃度は、向日市で2.Oppm、川西市で7.6ppm、平均マンガン濃度は、向日市で0.4ppm、川西市で0.2ppmであった。向日市では、ろ過速度を150m/day、300m/day及び600m/dayと変化させて実験を行ったが、砒素、鉄、マンガンのいずれも7298%の除去率を得ることができた。また、高濃度の川西市では500m/dayのろ過速度でおこない、鉄は平均75%、砒素は平均59%の除去率であったが、マンガンの除去は不安定であった。一方、SPring-8による解析では、3価砒素は当初、鉄バクテリア近傍で3価砒素として、一部は酸化されて5価砒素として鉄バクテリアに吸着、時間とともに3価砒素として吸着した砒素も5価砒素に転換することがわかった。これは今まで3価砒素が5価に酸化されてから吸着されるという定説とは違う新しい知見を得ることができた。2007年度の前期・後期の結果では、鉄については前期・後期ともに90%を超える除去率を安定して得た。砒素については、後期は約60%と前期に比べ除去率が改善された。マンガンの除去は、前期・後期ともに除去はほとんどされなかった。アンモニア性窒素の硝化率は後期でやや改善された。これはろ材の変更、逆洗頻度の変更によるものと考えられる。カラム試験の結果では、全てのろ材において通水開始50日目までにはマンガン・アンモニア性窒素の除去・硝化が見られていた。このことからある浄水場での使用済みマンガン砂以外のろ材でもマンガンの除去、アンモニア性窒素の硝化が可能であると示唆された。マンガン除去については、前期の各段階のDO値は原水から調整槽、中の上、中の下、処理水に進むに連れ低下していることがわかった。これらのことから前期の生物ろ過塔内では限られた酸素を鉄酸化・硝化に使い切りマンガン酸化のみが起こらなかった可能性が示唆された。SPring-8のXANES(X線吸収端構造)などを用いて吸着試験の分析も実施したが、吸着は生の鉄バクテリアフロックに5価砒素を添加したものが一番高いことが判明した。そして生鉄バクテリアフロックに3価砒素、乾燥させた鉄バクテリアフロックに5価ヒ素砒素、乾燥させた鉄バクテリアフロックに3価砒素をそれぞれ吸着させた順に吸着能は低くなった。この結果、吸着分配係数が高いものほどよく吸着することがわかった。また、反応半減期の時間が少ないものほど早く吸着することもわかった。今回の測定結果から、生の鉄バクテリアフロックの3価砒素吸着能は凍結乾燥させた鉄バクテリアフロックの5価ヒ素吸着能より大きいかった。また、吸着速度も生よりが乾燥よりも大きいかった。
小分子化合物を用いた生殖系がん細胞におけるＮＦ－κＢとＳＴＡＴ３の機能解析

トリプルネガティブ乳がんは、ホルモン受容体(エストロゲン受容体とプロゲステロン受容体)陰性かつHER2過剰発現のない乳がんの一種で、乳がん全体の1020%を占める。本疾患は、悪性度が極めて高く治療選択肢が限られているため、新たな治療法の開発が強く望まれている。そこで本研究は、セルベーススクリーニングおよびターゲットベーススクリーニングの両アプローチにより、理研天然化合物ライブラリー(NPDepo)からトリプルネガティブ乳がんに対する新規抗がん剤シードを見出すことを目的とした。本年度は主にセルベーススクリーニングで得られたヒット化合物の作用機構解析を行った。主な結果を以下に示す。1.トリプルネガティブ乳がん細胞に強い増殖阻害活性を示すNPD700を見出し、MorphoBaseプロファイリングおよびChemProteoBaseプロファイリングにより、その標的分子がtubulinであり、tubulin重合阻害剤として作用することを明らかにした。2.トリプルネガティブ乳がん細胞に強い増殖阻害活性を示すNPD4649を見出し、MorphoBaseプロファイリングおよびChemProteoBaseプロファイリングにより、その標的分子がDNA topoisomerase Iであることを明らかにした。3.トリプルネガティブ乳がん細胞に強い増殖阻害活性を示すNPD971を見出し、MorphoBaseプロファイリングおよびChemProteoBaseプロファイリングにより、その標的分子がHSP90あるいはproteasomeであることが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。がんの中でも多くを占める乳がんや前立腺がんなどの生殖系の組織に発症するがんを対象とした新たな治療法確立を目指す。その第一段階として、病変に相関して発現の亢進・活性上昇が見られる標的たんぱく質の阻害剤探索および特異的な情報伝達機構の解析を目的とした。具体的には、生殖系組織で発生するがんで高い活性がみられる二つの転写因子、NF-κBとSTAT3に着目し、これらの活性を阻害する化合物の探索及び同定した化合物による情報伝達経路の相互作用の解析をおこなう。この目的を達成するために、大きく分けて二つの取り組みを開始した。まず一つ目は、これらのタンパクに結合する化合物の中から、生殖系がん細胞特異的に効果を示す化合物を選抜する取り組みである。具体的には、約3000の天然化合物や合成化合物が固定された1枚のスライドガラスに、形質転換体に発現させたこれらのタンパク質を重層し、その後、抗体を用いて目的タンパク質が結合した化合物スポットを効率的に同定する。この化合物アレイ実験を行うために、タンパク質発現プラスミド用cDNAのクローニングを行った。もうひとつは、生殖系がん細胞と非生殖系がん細胞で異なる効果を示す化合物をレポーターアッセイにより同定し、作用機構を解析する取り組みである。この取り組みのための基礎データとして、使用する四種の培養細胞に対する、ライブラリーに収載されている500種に及ぶ標準化合物の毒性を検討し、細胞種特異的に毒性を示す候補化合物を複数同定した。ホルモン受容体陰性かつHER2過剰発現のないトリプルネガティブの乳がんは、乳がん全体の1020%を占め、悪性度が高く治療選択肢が限定されているため、新たな治療の開発が望まれている。本年度は、トリプルネガティブ乳がん細胞の一つであるMDA-MB231細胞に対する抗がん性小分子化合物を取得する目的で、セルベーススクリーニングとターゲットベーススクリーニングを実施した。MDA-MB231細胞の増殖阻害活性を指標としたセルベーススクリーニングについては、理研NPDepo化合物ライブラリーおよそ2万化合物をスクリーニングし、強い増殖阻害活性を有する3化合物を見出した。受け入れ研究者らにより開発された薬剤作用解析システム(モルフォベースプロファイリング法、ケムプロテオベースプロファイリング法、光親和型化合物固定化プローブを用いた結合タンパク質のアフィニティー精製)を利用して、候補化合物の作用解析に着手した。ターゲットベーススクリーニングについては、化合物アレイを用いてSTAT3、PKM2、PDK1タンパク質に対するリガンドスクリーニングを実施した。およそ2万5千化合物をスクリーニングした結果、STAT3では1化合物、PKM2では5化合物、PDK1では10化合物のヒットが得られた。現在、ヒット化合物の各タンパク質に対する阻害あるいは賦活活性をin vitroおよびin vivoで解析している。

セルベーススクリーニングとターゲットベーススクリーニングの双方で複数の候補化合物を得ることができたことから、当初の計画通り研究が進んでいる。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後はモルフォベースプロファイリング法やケムプロテオベースプロファイリング法、光親和型化合物固定化プローブを用いた結合タンパク質のアフィニティー精製法を駆使して、セルベーススクリーニングやターゲットベーススクリーニングで得られた候補化合物の作用機作解析を行っていく。・着任3ヶ月で、STAT3を標的とした抗癌小分子化合物取得に向けて、STAT3を発現しているMDA-MB231細胞の形態に影響を及ぼすNPDepo化合物の探索を開始し、併せて、STAT3およびPKM2タンパクの精製およびそれらを用いた制御化合物の探索系構築を順調に推進しているから。当初の計画に従い、研究を遂行する。着任後3ヶ月であるが、特に問題点はない。研究および生活環境にも順調に適応し、研究が加速することが予想される。
尿毒素による心不全発症・再発の病態解明と新規治療戦略の基盤構築

慢性腎臓病は心血管疾患発症のリスク因子である。心腎連関の主因物質は十分明らかでないが、血液中の尿毒素の一つであるインドキシル硫酸の関与が示唆されている。本研究では、基礎研究として、尿毒素が心不全発症に関与する分子病態を動物実験にて明らかにし、心臓における心腎連関の新規標的分子の探索を行う。同時に、臨床研究として血中インドキシル硫酸と心不全発症の関連を前向きの多施設レジストリーにて検証する。このように、基礎と臨床の両面からインドキシル硫酸の心臓への影響を明らかにし、心不全に対する新規治療戦略の基盤を構築する。
液体窒素冷却型超伝導電力機器に用いる導体とコイルの高性能化に関する基礎研究

本研究の目的は、液体窒素冷却型の超伝導電力機器を実用化するために、高温超伝導の導体とコイルの高性能化を目指して次の基礎研究を行うことである。(1)導体の構成要素である短尺テープ線材の電磁特性を、磁界と電流の様々な条件下で測定できるオリジナルの「ポインチングベクトル法」を応用して、長尺または大型の実導体まで測定できる装置を開発する。(2)Bi-2223多芯テープ線材で起こる電磁現象が導体やコイルでどのように現れるか、実験と理論の両面から明らかにする。(3)我々の提案した低損失の大容量コイル製造法に関連して、それに適した導体の電磁特性を実験と理論の両面から明らかにする。本研究では、ポインチングベクトル法を応用したオリジナルの2つの装置を試作して研究を行うことが特徴である。まず、長尺のBi-2223多芯テープ線材を単層ソレノイドコイル状に巻き、その内側と外側の両表面からポインチングベクトルを測定する装置(装置1)を完成させた。この装置を使って、電流と磁界の同時印加時における、コイル形状のBi-2223テープ線材で発生する交流損失と電流分布特性を明らかにした。一方、大型導体の往復試料の電磁特性測定にポインチングベクトル法を適用した装置(装置2)を製作した。装置2を使って、横磁界中のBi-2212ラザフォードケーブルの交流損失特性を測定した。Bi-2212ラザフォードケーブルの素線間結合時定数は、熱処理前の素線表面処理が奏効して、約10msecと低く実用的に問題のない値であることなどを明らかにした。液体窒素を冷媒とする超伝導電力機器は、軽量化や高効率化に期待した従来機器のリプレースのみならず、新しい機能を持つ機器の開発という観点からも注目されている。しかしながら、高温超伝導テープ線材が大きな交流損失を発生することと、特に実用化に最も近いBi-2223多芯テープ線材では幅広面に垂直な横磁界により臨界電流が劣化することが、大きな障害になっている。本研究では、液体窒素冷却型の超伝導電力機器を実用化するために、高温超伝導の導体とコイルの高性能化を目指して次の基礎研究を行う。(1)導体の構成要素であるテープ線材の短尺電磁特性を、磁界と電流の様々な条件下で測定できるオリジナルの「ポインチングベクトル法」を応用して、長尺または大型の実導体まで測定できるようにする。(2)Bi-2223多芯テープ線材で起こる電磁現象が、導体やコイルでどのように現れるか、実験と理論の両面から明らかにする。(3)我々の提案した低損失の大容量コイル製造法に関連して、それに適した導体の電磁特性を実験と理論の両面から明かにする。平成14年度は主に、ポインチングベクトル法を応用した損失測定装置の設計・試作と、測定を開始した。特に、計画した2つの装置のうち、長尺のソレノイドコイル状試料を測定できる装置(装置1)の開発は順調に進んだ。この装置では、試料コイルの内側と外側の両方に付けた電圧リードとピックアップコイルを室温空間から動かして、疎巻コイルや多層巻コイルさらに導体断面形状が複雑なコイルでも測定できるようにした。また、液体窒素温度77Kのみでなく、過冷却窒素温度66Kでも測れるようにした。一方、ポインチングベクトル法を応用して往復直線状大型導体試料の電磁特性が測定できる装置(装置2)の詳細設計を行った。また現在、装置1により測定した長尺のBi-2223テープ線材の通電損失結果について理論的に検討中である。

本研究では、液体窒素冷却型の超伝導電力機器を実用化するために、高温超伝導の導体とコイルの高性能化を目指して次の基礎研究を行う。(1)導体の構成要素であるテープ線材の短尺電磁特性を、磁界と電流の様々な条件下で測定できるオリジナルの「ポインチングベクトル法」を応用して、長尺または大型の実導体まで測定できるようにする。(2)Bi-2223多芯テープ線材で起こる電磁現象が、導体やコイルでどのように現れるか、実験と理論の両面から明らかにする。(3)我々の提案した低損失の大容量コイル製造法に関連して、それに適した導体の電磁特性を実験と理論の両面から明かにする。本研究では、ポインチングベクトル法を応用したオリジナルの2つの装置を試作して研究を行うことが特徴である。本年度はまず、長尺のBi-2223多芯テープ線材を単層ソレノイドコイル状に巻き、その内側と外側の両表面からポインチングベクトルを測定する装置(「H2」と略記する)を完成させた。特に、試料コイルに通電するのみでなく、さらに磁界も印加できるように装置を改造した。またターン間に隙間がある疎巻コイルや導体断面形状が複雑なコイルについても測定できるようにした。一方、大型導体の往復試料の電磁特性測定にポインチングベクトル法を適用した装置(「H3」と略記する)の製作をほぼ終えた。内径500mmの大型FRPクライオスタット内に、NbTi三層構造超伝導線材で巻線した楕円形スプリットマグネットを製作して設置した。さらに、小型のFRPクライオスタットをマグネットの中央にセットし、その内部に置かれる試料を液体窒素温度または過冷却窒素温度に設定できるようになった。作成したこれら2つの装置H2とH3のうち、特にH2を使って、横磁界中で通電した長尺のBi-2223テープ線材の電磁特性を測定した。得られた多くのデータを整理して、理論的な検討を開始している。(2)Bi-2223多芯テープ線材で起こる電磁現象が導体やコイルでどのように現れるか、実験と理論の両面から明らかにする。本研究では、ポインチングベクトル法を応用したオリジナルの2つの装置を試作して研究を行うことを特徴とする。長尺の高温超伝導線材や導体を単層ソレノイドコイル状に巻き、その内側と外側の両表面からポインチングベクトルを測定する装置(「H2」と略記する。前年度に完成した)を使って、実際に長尺のBi-2223テープ線材の交流損失特性を測定した。また、直線状往復の大型導体の電磁特性測定のために、ポインチングベクトル法を適用した装置(「H3」と略記する)の製作を完了した。内径500mmの大型FRPクライオスタット内に、NbTi三層構造超伝導線材で巻線した液体ヘリウム浸漬冷却の楕円形スプリットマグネットを製作して設置した。この装置では、小型のFRPクライオスタットをマグネットの中央にセットし、その内部に置かれる試料を液体窒素温度、過冷却窒素温度、液体ヘリウム温度に設定できる。作成したH3を使って、横磁界中のBi-2212ラザフォードケーブルの交流損失特性を測定した。
DNAの電気伝導性と構造揺らぎに関する理論的研究

平成21年度に開発したQM/MM/RISMプログラムにDNAの電子状態と構造揺らぎを効率的に解析するための改良を施した。まず、DNAのような強く分極した部位をもつ分子に対する計算安定性を向上させるために、RESP法による部分電荷決定手法を取り入れた。また、QM/MM/RISMアルゴリズムで溶媒効果による構造揺らぎを効率よく探索するために、RESP法を含めた形での自由エネルギーの解析的な一次微分の式を導出し、構造探索プログラムへの導入を行った。本プログラムは前年につづいてDNAのインターカレーションの解析に用いた。本研究の成果はJournal of Molecular Liquids誌に掲載された。本プログラム用いてDNAのB-Z構造転位に関する研究も行った。この研究成果はJournal of Physical Chemistry B誌に掲載された。他にも、本新学術領域内の共同研究として、奈良先端大の片岡教授および分子科学研究所の平田教授と蛍光蛋白質のPYP内部に閉じ込められた水のプロトン化状態に関する研究を行った。この研究は論文としてまとめられ、現在Journal of Molecular Liquids誌へ投稿中である。平成21年度は溶媒和した大規模分子の電子状態理論であるQM/MM/RISM理論の導出と計算アルゴリズムの開発、プログラムの開発を行い、DNAのインターカレーションの解析を行った。DNAのインターカレーションはDNAの光誘起電子移動反応の初期過程として重要であり、今後DNAの電気伝導を解析する上で重要な試金石になる。本研究ではDNAインターカレーターとして知られるアクリジン誘導体の一つ、プロフラビンのDNAシークェンス選択性とそのメカニズムについて検討を行った。また、これまでは明らかになっていなかった溶媒の働きについて分子論的な解釈を与えることに成功した。本研究でQM/MM/RISM理論の有効性が証明された。本研究は論文としてまとめられJournal of Molecular Liquid誌に投稿中である。また、非平衡Green関数理論と上記のQM/MM/RISM理論を組み合わせた電気伝導理論についても、理論的な導出を行い、プログラムの開発に着手した。次年度はプログラム開発を終了させ、実際の応用に移る予定である。
酢酸セルロースポリマーによる脳動脈瘤閉塞に関する実験的研究

我々の施設で開発した酢酸セルロースポリマー(CAP)を用いて、実験的動脈瘤に対して種々の基礎的実験を行った。まずイヌの頸動脈に静脈片を吻合しlateral aneurysm modelを作成し、CAPにて塞栓術を行い、放射線学的・組織学的観察を行った。その結果、塞栓術後わずか2週間で動脈瘤の開口部に新生内膜の形成をみとめた。また長期の観察で良好な塞栓状態が永く保持されることが示された。さらに血管内視鏡を用いて動脈瘤が塞栓される経過を観察した。次に、イヌの頸部にbifurcation aneurysm modelを作成し、意図的に部分塞栓術を行った。その結果、動脈瘤とCAPの間に三日月状の間隙を残さないように塞栓することによって塞栓直後の状態が持続し、一方三日月状の間隙を残した場合には動脈瘤の増大・破裂を招くことが示された。さらに最近は特に塞栓の難しい頸部の面積の広い動脈瘤モデルに対してCAPと離脱式コイルを併用して塞栓術を行った。両者の併用により、離脱式コイルがCAPの親血管への迷入を防ぐ効果を持ち、また長期的な観察によりコイル単独ではみられやすいコイルの圧縮現象が併用例ではみられなかった。この実験により治療困難な動脈瘤に対しても安全かつ効果的に塞栓できる可能性が示唆された。以上の実験により動脈瘤に対するCAP塞栓術の有用性が示されたが、いずれの実験も対象としてイヌの動脈壁に静脈片を縫着したモデルを使用しており、実際の脳動脈瘤とは組織学的・血行力学的に異なる。現在我々は動脈壁自身から発生する動脈瘤モデルの作成を試みており、可能となればそのモデルを用いて塞栓実験を行う所存である。我々は液体塞栓物質である酢酸セルロースポリマー(CAP)を開発し、血管内手術手技を用いて、動脈瘤の塞栓術を施行している。本年度は、イヌの頸動静脈を用いて実験的動脈瘤を作成し、酢酸セルロースポリマーを用いて塞栓術を施行し、その動脈瘤の放射線学的および組織学的変化を経時的に長期にわたって観察している。放射線学的および組織学的変化は、顕微鏡学的および免疫組織化学的に検討を行い、動脈瘤塞栓術後2週間で、動脈瘤の開口部に新生内膜の形成を認めている。この新生内膜の形成の時期は、コイルのみの塞栓術に比較して、より早期であり、このことに意義があると考えられた。また、特に塞栓が難しいとされている動脈瘤頸部の面積の広い動脈瘤に対して、酢酸セルロースポリマーと離脱式コイルを併用して塞栓術を施行した。酢酸セルロースポリマーと離脱式コイルとの相性は良く、両者の併用においても動脈瘤を隙間なく塞栓できることが実験的に確認できた。また、顕微鏡学的および免疫組織学的検討を施行することにより、その有効性が確認された。さらに、術後の長期の経過観察においても、酢酸セルロースポリマーと離脱式コイルとの併用により、塞栓物質の圧縮減少をきたすことなく、動脈瘤を永続的に塞栓できることが確認された。離脱式コイルは回収可能であり、これらの併用がより安全に動脈瘤を塞栓できることを示唆した。さらに、意図的に部分的塞栓術を施行した例においても、塞栓術の方法を工夫することにより、急性期の動脈瘤破裂による再出血の予防に効果的であることが示された。

我々は液体塞栓物質である酢酸セルロースポリマー(CAP)を開発し、血管内手術手技を用いて、脳動脈瘤の塞栓術を施行している.本年度は、近年、塞栓物質として臨床応用が進んでいる離脱式コイルと酢酸セルロースポリマーを併用して脳動脈瘤の塞栓術を施行し、その効果を検討した.実験は犬の頸動静脈を吻合して作成した実験的動脈瘤を用いた.経皮的血管内手術的に、まず離脱式コイルを動脈瘤内の特に瘤の頸部に近い部分を中心に留置し、次いで酢酸セルロースポリマーを注入して塞栓した.透視下に酢酸セルロースポリマーは動脈瘤内に離脱式コイルの隙間を充填しながら注入され、採取した組織切片でも離脱式コイルと酢酸セルロースポリマーが一塊となっているのが確認された.また、離脱式コイルが酢酸セルロースポリマーの親血管への迷入を防ぐ効果を示し、酢酸セルロースポリマーを注入する際の親動脈の血流コントロールの程度を軽減できた.術後の長期の経過観察では、離脱式コイル単独で塞栓した場合にみられる離脱式コイルの圧縮現象が、酢酸セルロースポリマーと離脱式コイルの複合体では認められなかった.これらの結果より、両者の併用により安全に動脈瘤を塞栓できる可能性を示唆した.また、実験的動脈瘤を酢酸セルロースポリマーで意図的に部分的に塞栓し、塞栓されなかった動脈瘤内腔の形状によるその後の臨床経過を検討し、動脈瘤の増大をきたしにくい形態ときたしやすい形態に分類した.我々の施設では液体塞栓物質である酢酸セルロースポリマー(CAP)を開発し、種々の基礎的実験を行った。まずイヌの頚動脈に静脈片を吻合しlateral aneurysm modelを作成し、CAPにて塞栓術を行い、放射線学的・組織学的観察を行った。その結果、塞栓術後わずか2週間で動脈瘤の開口部に新生内膜の形成をみとめた。また長期の観察で良好な塞栓状態が永く保持されることが示された。さらに血管内視鏡を用いて動脈瘤が塞栓される経過を観察した。次に、イヌの頚部にbifurcation aneurysm modelを作成し、意図的に部分塞栓術を行った。その結果、動脈瘤とCAPの間に三日月状の間隙を残さないように塞栓することによって塞栓直後の状態が持続し、一方三日月状の間隙を残した場合には動脈瘤の増大・破裂を招くことが示された。さらに最近は特に塞栓の難しい頚部の面積の広い動脈瘤モデルに対してCAPと離脱式コイルを併用して塞栓術を行った。両者の併用により、離脱式コイルがCAPの親血管への迷入を防ぐ効果を持ち、また本年度での長期的な観察によりコイル単独ではみられやすいコイルの圧縮現象が併用例ではみられなかった。この実験により治療困難な動脈瘤に対しても安全かつ効果的に塞栓できる可能性が示唆された。以上の実験により動脈瘤に対するCAP塞栓術の有用性が示されたが、いずれの実験も対象としてイヌの動脈壁に静脈片を縫着したモデルを使用しており、実際の脳動脈瘤とは組織学的・血行力学的に異なる。現在我々は動脈壁自身から発生する動脈瘤モデルの作成を試みており、可能となればそのモデルを用いて塞栓実験を行う所存である。
潮流と波浪の共存場における複数浮体の流体力学的相互干渉

海洋構造物の大多数は複数の直立柱から成り立っており、波浪と潮流の海洋環境下におかれる。構造物に働く波浪と潮流による流体力を推定するために、波浪と潮流との干渉と共に複数の柱体間の干渉を考慮する必要がある。波浪と潮流による波漂流力が得られると、不規則波中係留浮体にとって大変重要な長周期運動の波漂流減衰力を求めることができる。本研究ではこの問題を潮流を微小流速と仮定して、潮流影響の大きさと複数柱体での近傍の干渉波の重要性等の問題を調べる。研究の成果は次の通りである。1.波浪と潮流中に固定された、または動揺を許された複数円柱体の流体力学的干渉を考慮する数学モデルを完成し、準解析解を得て、計算のプログラムを開発した。潮流速、波周期、波向、柱体数配置羅を変化させて、一次、二次の流体力を計算することができる。2.理論と計算結果を検証するために水槽実験を行った。計算の結果は実験結果と非常に良く一致した。3.潮流による定常攪乱流は二次の流体力(波漂流力とか波漂流減衰力とか)に大きな影響があることがわかった。4.浮体によって反射された局部波の影響を考慮しなければならないことがわかった。5.浮体動揺のresonanceは二次の流体力に大きな影響があることがわかった。6.ある周波数と波高(Kc数)の範囲で、ポテンシャル理論による波漂流減衰力は長周期運動の減衰力の大部分を占めることがわかった。今後の重要な課題として、上記数学モデルの浮体形状を任意形状に拡張し、計算プログラムを開発すること、そして任意形状浮体に対して水槽実験を行い理論と計算結果を検証することがあげられる。今まで、波浪と潮流の干渉問題、複数柱体間の干渉問題は別々には扱われてきたが、両方取り入れた例はない。本研究では、この問題を潮流は微小流速と仮定して一度に考慮する。平成6年2月現在まで、研究実績は次の通りである。1.波浪と潮流の干渉と複数円柱体間の干渉を同時に考慮する数字モデルを完成し、計算のプログラムを開発した。2.波浪と潮流による、構造物に働く流体力を計算することができる。特に不規則波中係留浮体によって大変重要な長周期運動の波漂流減衰力を求めることもできる。3.潮流速、波周期、波向、柱体数、配置等を変化させて、一次、二次の流体力を計算して、これらのパラーメータが流体力における影響を調べた。4.定常攪乱流は二次の流体力(波漂流力とか波漂流減衰力とか)に大きな影響があることがわかった。5.浮体に対して、反射された局部波の影響を考慮しなければならないことがわかった。構造に働く波浪と潮流による流体力を推定するために、波浪と潮流との干渉と共に複数の柱体間の干渉を考慮する必要がある。

潮流速、波周期、波向、柱体数配置等を変化させて、一次、二次の流体力を計算することができる。2.理論と計算結果を検証するために水槽実験を行った。計算の結果は実験結果と非常に良く一致した。3.潮流による定常撹乱流は二次の流体力(波漂流力とか波漂流減衰力とか)に大きな影響があることがわかった。4.浮体によって反射された局部波の影響を考慮しなければならないことがわかった。5.浮体動揺のresonanceは二次の流体力に大きな影響があることがわかった。6.ある周波数と波高(Kc数)の範囲で、ポテンシャル理論による波漂流減衰力は長周期運動の減衰力の大部分を占めることがわかった。今後の重要な課題として、上記数学モデルの浮体形状を任意形状に拡張し、計算プログラムを開発すること、そして任意形状浮体に対して水槽実験を行い理論と計算結果を検証することがあげられる。
おとめ座銀河団の銀河に属さない惑星状星雲の探査

2001年春に、おとめ座銀河団の中心近くの1視野を、すばる望遠鏡に主焦点広視野カメラSuprime-Camをつけて観測を行った。広帯域はVバンド(15分露出)とRバンド(12分露出)で、また惑星状星雲検出の鍵となる狭帯域は、酸素輝線(O[III]5007Å)を含むバンド(60分露出)と水素輝線(Hα6563Å)を含むバンド(145分露出)で撮像した。本研究で得られた成果は以下の諸点にまとめられる。今回のように酸素と水素の二本の輝線を使った観測は誰も行ったことがないため、まず、どのような基準で選択すれば惑星状星雲が間違いなく検出できるかを検討し、その基準を確定した。惑星状星雲は、([OIII]-Hα)versus([OIII]-(V+R))、の二色図を使って検出できることを示した。この新たな基準によって、銀河団中心近くの観測視野(約27分×24分)内に、38個の確実な惑星状星雲の候補を発見した。これらの候補の空間分布は極めて非一様で、M86-M84の二つの銀河からなる集団に付随しているように見える。この視野内で、銀河の全光度と銀河間空間に広がっている淡い光の総量の比は約10%、ダークマターを含む全物質に対するバリオンの比は約20%と推定された。予想もしなかったことだが、NGC4388から極めて離れた位置にある、コンパクトな星形成領域(HII領域)を発見した。このHII領域は僅か2-3個のOB型星によって電離されている小さなものである。銀河からこれほど離れたところで星生成が起こっている現場を捕らえたのは初めてであり、銀河形成過程の解明に重要な意味を持つ発見と考えられる。これも予想しなかった副産物であるが、深いHα画像において、セイファート銀河NGC4388の周りに約35kpcにもわたって広がる巨大な電離水素ガス雲が発見された。この種の電離ガス雲としては最大規模のものである。2002年4月24-25日に、おとめ座銀河団の中心近くの1視野を、すばる望遠鏡にSuprime-Camをつけて観測を行った。広帯域はVバンド(15分露出)とRバンド(12分露出)で、また惑星状星雲検出の鍵となる狭帯域は酸素輝線(O[III]5007A)を含むバンド(60分露出)と水素輝線(Ha6563A)を含むバンド(145分露出)で撮像した。この水素輝線(Ha6563A)画像は、これまでこの天域で撮影されたもののうち、世界的にもっとも深い画像である。従来の惑星状星雲の検出には広帯域バンドとO[III]バンドのみが用いられていたが、Haを加えることによって、遠方の輝線銀河が混入することを避けることができると言う点が我々の研究の特長である。共同研究者を招聘してデータ解析を行い、どのような基準で選択すれば惑星状星雲が間違いなく検出できるかを検討し、その基準を確定した。この新たな基準によって、観測視野(約27分四方)内に、100個を越える惑星状星雲が検出された。

銀河に付随しているものが多いが、期待通り銀河に付随しないものもかなりの数が検出された。また、従来銀河に付随する惑星状星雲としてカタログされていた天体のうち、2割以上は誤認の可能性があるという興味深いことが判った。これは、惑星状星雲の光度関数法によって求められたおとめ座銀河団の距離の信頼性にいくばくかの疑念を生じさせるものである。現在これらの結果を整理して、成果を論文にまとめる作業を進めている。今回撮影したHa画像は、世界で類を見ないほど深いものであり、偶然に視野の中にあったセイファート銀河NGC4388の周りに巨大な電離ガスのフィラメントが広がっている事を発見するという副産物も生み出した。これについてはすでに論文が受理され印刷中である。2001年春に、おとめ座銀河団の中心近くの1視野を、すばる望遠鏡に主焦点広視野カメラSuprime-Camをつけて観測を行った。広帯域はVバンド(15分露出)とRバンド(12分露出)で、また惑星状星雲検出の鍵となる狭帯域は、酸素輝線(0[III]5007Å)を含むバンド(60分露出)と水素輝線(Hα6563Å)を含むバンド(145分露出)で撮像した。本研究で得られた成果は以下の諸点にまとめられる。今回のように酸素と水素の二本の輝線を使った観測は誰も行ったことがないため、まず、どのような基準で選択すれば惑星状星雲が間違いなく検出できるかを検討し、その基準を確定した。惑星状星雲は、([OIII]-Hα)versus([OIII]-(V+R))、の二色図を使って検出できることを示した。この新たな基準によって、銀河団中心近くの観測視野(約27分×24分)内に、38個の確実な惑星状星雲の候補を発見した。これらの候補の空間分布は極めて非一様で、M86-M84の二つの銀河からなる集団に付随しているように見える。この視野内で、銀河の全光度と銀河間空間に広がっている淡い光の総量の比は約10%、ダークマターを含む全物質に対するバリオンの比は約20%と推定された。予想もしなかったことだが、NGC4388から極めて離れた位置にある、コンパクトな星形成領域(HII領域)を発見した。このHII領域は僅か2-3個のOB型星によって電離されている小さなものである。銀河からこれほど離れたところで星生成が起こっている現場を捕らえたのは初めてであり、銀河形成過程の解明に重要な意味を持つ発見と考えられる。これも予想しなかった副産物であるが、深いHα画像においで、セイファート銀河NGC4388の周りに約35kpcにもわたって広がる巨大な電離水素ガス雲が発見された。この種の電離ガス雲としては最大規模のものである。
GUI環境下の遺伝子解析ソフトウェアの作成

今年度は、RNAの2次構造推定ルーチンを中心に作成した。なお、このアルゴリズムは、秋山等のHopfield型ニューラルネットワークを利用した手法によっているが、細かい点で彼らの方法を必ずしも参照していない部分もある。プログラムの作成に当たって、大量の中間データの処理に本科研費補助金により購入したハードディスクを利用した。本プログラムでは、例えば下記40塩基のテストデータを入力すれば、2種類のペア構造列が選択されて戻ってくる。入力データファイルの内容この他の計算結果として、秋山等の報告している3例の結果が再現されることを確かめている。これらの出力様式は現在のところ、エンドユーザーにとって必ずしも理解し易いようにはできていないため、次年度の研究計画により日本語GUI環境下に移植する予定である。この他、蛋白質等の高次構造予測に用いられるバックプロパゲーション型ニューラルネットワークに、ロバスト推定法を応用し、従来ニューラルネットワークが弱いとされてきた外挿的予測性の向上に関する研究を行った。その結果、ロバスト推定法の応用により、クロスヴァリデーション法により得られる予測性が向上することを見いだした。
カイコがもつ感染抵抗性因子を利用した昆虫ウイルス感染機構の解明

カイコ濃核病ウイルス1型および2型のウイルス感染機構について調査した。ウイルス1型においては、ウイルス接種後のカイコの病徴を経時的に調査した。その結果、カイコは、ウイルス接種後致死するまでに約10日の時間を要すること、さらに致死の直前までは、成長に顕著な差は見られないことがわかった。また、これらの個体において中腸がどのような影響を受けているのかを調べるために、切片を作成し、組織染色により観察を行った。その結果、感染末期に近づくにつれて、核が肥大化した円筒細胞の数が増えていく様子が観察された。同様に、ウイルスの増幅を、リアルタイムPCRを用いて、ウイルス由来の転写産物量を測定することにより調べた。その結果、ウイルスは接種後6日目から急激に増え始め、致死するまで増加していることがわかった。この推移は、中腸切片の観察で明らかになった、核が肥大化した細胞数が増加する時期と同調していた。一方、ウイルス2型においては、ウイルスのレセプターとして機能していると考えられるウイルス抵抗性/感受性遺伝子nsd-2(+^<nsd-2>)の中腸での発現場所とウイルスの感染場所との関係性を調査することで、1ウイルス2型の感染機構の解明に取り組んだ。ウイルス2型の標的組織である中腸を前部、中部、後部に分け、それぞれの領域における抵抗性/感受性遺伝子の発現の有無を調査したところ、本遺伝子は中腸後部で強く発現しており、前部ではわずかに、そして、中部では発現していないことが明らかになった。そこで、ウイルス2型が中腸後部のみで感染しているのかどうかを調査したところ、予想に反して、中腸のすべての領域でウイルスの転写産物が検出された。この結果は、ウイルス2型感染においてレセプターを介さないcell-to-cell感染が起こっている可能性を示唆するもので、濃核病ウイルスの新たなウイルス感染機構の発見に繋がったと言える。私の研究目的は、カイコ濃核病ウイルスの感染機構の解明である。それにあたり、私は特定のカイコがゲノム上にコードするカイコ濃核病ウイルス抵抗性遺伝子(ウイルス感染に関わる宿主側の因子)に着目し、その単離とウイルスとの相互作用の解析を進めている。私は、これまでの研究によりカイコ濃核病ウイルス1型抵抗性遺伝子nsd-1(non-susceptibility to DNV-1)の候補遺伝子の単離に成功し、さらにその遺伝子産物が、1回膜貫通型のタンパク質で、濃核病ウイルスの感染組織である中腸内腔側の細胞表面で発現していることを明らかにした。しかし、本遺伝子が本当にウイルス抵抗性遺伝子であるのかについてはまだ証明できていない。そこで、形質転換カイコを作出し、本遺伝子が、ウイルス抵抗性の原因遺伝子として機能しているかどうかを調査した。形質転換にはGAL4/UAS系を用い、nsd-1候補遺伝子の対立遺伝子である優性の感受性遺伝子候補(+^<nsd-1>)を抵抗性カイコに導入した形質転換カイコを作出した。はじめに、作出した形質転換カイコの中腸において、導入遺伝子が発現しているのかどうかを調査した。RT-PCRの結果、導入遺伝子の発現が検出されたことから、目的の形質転換体が得られたと判断した。続いて、濃核病ウイルス1型を接種した形質転換カイコの中腸におけるウイルス感染の成否を、RT-PCRおよび中腸切片の免疫染色実験により調査した。RT-PCRでは、ウイルス由来の転写産物は、形質転換カイコだけで顕著に検出された。また免疫染色においても、形質転換カイコの中腸だけで、ウイルスが感染した核が観察された。これらの結果は、単離した候補遺伝子がウイルスの感染性に関与していることを示していることから、私は、本遺伝子をカイコ濃核病ウイルス1型抵抗性遺伝子nsd-1と結論した。私が単離に成功したカイコ濃核病ウイルス1型抵抗性遺伝子nsd-1(non-susceptibility to DNV-1)には、2つのスプライシングアイソフォーム(non-spliced formとspliced form)が存在することが明らかになった。昨年度、non-spliced formについては形質転換カイコを作出し、この構造の遺伝子産物が、ウイルス感染性に関与していることを突き止めた。本年度は、形質転換カイコを作出してspliced formも同様にウイルス感染性に関与しているのかを調査した。また、ウィルス抵抗性を示すカイコ13系統とウイルス感受性の12系統のnsd-1のシークエンス比較解析を行った結果、両者には2つのアミノ酸置換があること、このうち、ウィルス感受性には、1つのアミノ酸置換(感受性系統のアルギニン)が重要であることが示唆された。よって、この1つのアミノ酸置換で本当にウイルス感染性が決定されているのかどうかについても、同様に形質転換カイコを使って調査した。形質転換カイコは、昨年度non-spliced formで確立したものと同様の方法で作出した。spliced formの抵抗性型NSD-1で2ヵ所のアミノ酸を感受性型に置き換えたものと、ウイルスの感受性に重要だと推定されたアルギニンのみを置き換えたものの2種類で形質転換カイコを作出した。RT-PCR法による機能証明実験の結果、今回試験したspliced form 2カ所置換とspliced form1カ所置換のいずれでも、導入遺伝子およびウイルスの転写産物の発現が確認された。このことから、spliced formもnon-spliced formと同様にウイルス感染性に関与していること、さらには、1つのアミノ酸置換のみでウイルス感染性が決定されていることが証明された。

これまで、昆虫のウイルス感染における宿主因子の存在ならびにその原因は、私が2008年に報告したカイコ濃核病ウイルス2型の宿主感染性因子nsd-2(non-susceptibility to DNV-2)以外では明らかになっていない。よって、本研究で得られたnsd-1の機能証明実験の結果は、宿主タンパク質の1つのアミノ酸置換がウイルス感受性を決定していることを示した昆虫ウイルスで初めての実験例となるるカイコ濃核病ウイルス1型および2型のウイルス感染機構について調査した。ウイルス1型においては、ウイルス接種後のカイコの病徴を経時的に調査した。その結果、カイコは、ウイルス接種後致死するまでに約10日の時間を要すること、さらに致死の直前までは、成長に顕著な差は見られないことがわかった。また、これらの個体において中腸がどのような影響を受けているのかを調べるために、切片を作成し、組織染色により観察を行った。その結果、感染末期に近づくにつれて、核が肥大化した円筒細胞の数が増えていく様子が観察された。同様に、ウイルスの増幅を、リアルタイムPCRを用いて、ウイルス由来の転写産物量を測定することにより調べた。その結果、ウイルスは接種後6日目から急激に増え始め、致死するまで増加していることがわかった。この推移は、中腸切片の観察で明らかになった、核が肥大化した細胞数が増加する時期と同調していた。一方、ウイルス2型においては、ウイルスのレセプターとして機能していると考えられるウイルス抵抗性/感受性遺伝子nsd-2(+^<nsd-2>)の中腸での発現場所とウイルスの感染場所との関係性を調査することで、1ウイルス2型の感染機構の解明に取り組んだ。ウイルス2型の標的組織である中腸を前部、中部、後部に分け、それぞれの領域における抵抗性/感受性遺伝子の発現の有無を調査したところ、本遺伝子は中腸後部で強く発現しており、前部ではわずかに、そして、中部では発現していないことが明らかになった。そこで、ウイルス2型が中腸後部のみで感染しているのかどうかを調査したところ、予想に反して、中腸のすべての領域でウイルスの転写産物が検出された。この結果は、ウイルス2型感染においてレセプターを介さないcell-to-cell感染が起こっている可能性を示唆するもので、濃核病ウイルスの新たなウイルス感染機構の発見に繋がったと言える。単離に成功したカイコ濃核病ウイルス1型抵抗性遺伝子nsd-1の、形質転換カイコを用いた機能証明実験は終了した。さらに本年度は、ウイルスと抵抗性/感受性遺伝子産物との相互作用を調査するための実験系としてELISA法を確立し、問題点と改善点を明らかにした。これまでのところ、相互作用についての成果はまだ得られていないが、次年度につながる基盤は構築できた。研究目的であるカイコ濃核病ウイルス感染機構の解明を目指すために、平成24年度はウイルスと抵抗性/感受性遺伝子産物との相互作用の調査を中心に研究を進めて行く予定である。
抗癌剤誘導アポトーシスの感受性決定におけるAkt経路の役割とその分子機構解析

細胞は様々な刺激によってアポトーシスを引き起こすことが明らかにされている。抗癌剤により誘導されるアポトーシスを考えた際、抗癌剤は細胞の生と死のバランスを崩すことによりアポトーシスを引き起こすことが考えられる。そこで生存因子であるAktに着目して検討を行った。Akt/PKB/RAC-PKはIGF-Iなどの成長因子により活性化されるセリン・スレオニンキナーゼであり、アポトーシスのシグナル伝達を抑制することが知られている。抗癌剤によってアポトーシスが誘導されてくる際に、生存因子であるAktのリン酸化が抑制されそのキナーゼ活性が減少することから、抗癌剤処理によるAktの活性減少と抗癌剤耐性との間に負の相関関係があることを示唆し、Aktの脱リン酸化が起きる細胞では、抗癌剤に対して感受性を示す事を見出した。また活性化型Aktを過剰発現させた細胞は抗癌剤エトポシドに対して耐性を示すことから、抗癌剤によるアポトーシスの誘導にはPI3K-Aktによる生存シグナルの伝達経路が深く関与することが明らかとなった。これらの結果から、Aktのリン酸化を指標にした試験管レベルで抗癌剤の抗腫瘍効果の予測が期待できる可能性を示した。さらにAktの活性減少に伴うアポトーシスの促進機構を検討するために、マイクロアレイ法を用いてPI3K-Akt経路を抑制した際の遺伝子発現量の変化を検討した。その結果、TNF recepter associated proteinであるTRADDの発現が上昇することを見出した。さらにTRADDプロモーターの検討により、TRADDはAktにより負の制御を受ける転写因子FKHRにより転写されることを明らかにし、TRADD変異体を用いた検討により、抗癌痛剤によるAkt活性減少に伴うTRADDの発現上昇がアポトーシスの進行に大きな役割を果たすことを明らかにした。
消化器発癌過程におけるRegnase-1による炎症制御メカニズムの関与

当研究グループではこれまで、慢性炎症を背景とした遺伝子変異の生成・蓄積という観点から研究を行い、DNA編集酵素の異所性発現やDNA修復異常が炎症発癌に寄与していることを明らかにしてきた。しかし炎症発癌過程では遺伝子変異の蓄積のみならず、炎症細胞とのクロストークにより細胞増殖や血管新生が誘導される必要がある。Regnase-1は炎症性サイトカインmRNAの転写後調節により炎症を制御するRNA結合タンパク質であるが、発癌とRegnase-1との関連性についてはこれまでに報告されておらず、本研究では消化器系臓器における炎症発癌過程においてRegnase-1が果たす役割を明らかにすることを目的とする。
非線型放物型偏微分方程式の解における空間的構造の自律的形成

本研究課題は非線型放物型偏微分方程式の解の挙動の追跡を目指して推進されてきた.研究代表者はWei-Ming Ni(ミネソタ大学)と鈴木香奈子と共同で,ギーラーとマインハルトによる活性因子-抑制因子型反応拡散系の解の挙動について研究し,次のことを解明した:(i)初期値が定数函数の場合,活性因子がそれ自身を生産する強さが抑制因子の生産を促す強さよりも大きいと,有限時間で爆発する解が存在する.爆発解には,活性因子だけが発散するものと抑制因子も同時に発散するものとがあり,前者は初期値を抑制因子が指定された値に収束するように選ぶことができる.(ii)活性因子の方程式が源泉項を含まない場合,活性因子がそれ自身よりも抑制因子の方を多く生産するならば,どの解も爆発することはない.また,パターンの崩壊,つまり解が原点に収束することが起こり得る.西浦は,パルス解やスポット解の散乱現象を考察し,分水嶺解と呼ばれる,不安定な定常解または周期解の近傍での局所ダイナミクスと,解軌道の空間的な位置関係により,様々な入出力関係が形成されることを明らかにした.柳田は,ある準線型放物型方程式に対し,初期値に応じて大域的増大解,進行波解,有限時間消滅解のいずれかに分類されることを示し,その漸近挙動や消滅時刻における解の振る舞いについて調べた.小薗は,3次元非有界領域において,すべての平方可積分な初期値に対し強エネルギー不等式を満たすナビエ・ストークス方程式の弱解を構成できることを証明した.反応拡散系の考えを初めて提唱したチューリングの論文が出版されて50年となるのを記念し,パターン形成レクチャーシリーズとして関連分野の講義を実施した.最終年度には研究成果の発表と討論のため国際研究集会「非線型放物型偏微分方程式における空間的構造の自律的形成」を開催した.本研究課題は非線型放物型偏微分方程式の解の挙動の追跡を目指して推進されてきた.研究代表者はWei-Ming Ni(ミネソタ大学)と鈴木香奈子と共同で,ギーラーとマインハルトによる活性因子-抑制因子型反応拡散系の解の挙動について研究し,次のことを解明した:(i)初期値が定数函数の場合,活性因子がそれ自身を生産する強さが抑制因子の生産を促す強さよりも大きいと,有限時間で爆発する解が存在する.爆発解には,活性因子だけが発散するものと抑制因子も同時に発散するものとがあり,前者は初期値を抑制因子が指定された値に収束するように選ぶことができる.(ii)活性因子の方程式が源泉項を含まない場合,活性因子がそれ自身よりも抑制因子の方を多く生産するならば,どの解も爆発することはない.また,パターンの崩壊,つまり解が原点に収束することが起こり得る.西浦は,パルス解やスポット解の散乱現象を考察し,分水嶺解と呼ばれる,不安定な定常解または周期解の近傍での局所ダイナミクスと,解軌道の空間的な位置関係により,様々な入出力関係が形成されることを明らかにした.柳田は,ある準線型放物型方程式に対し,初期値に応じて大域的増大解,進行波解,有限時間消滅解のいずれかに分類されることを示し,その漸近挙動や消滅時刻における解の振る舞いについて調べた.小薗は,3次元非有界領域において,すべての平方可積分な初期値に対し強エネルギー不等式を満たすナビエ・ストークス方程式の弱解を構成できることを証明した.反応拡散系の考えを初めて提唱したチューリングの論文が出版されて50年となるのを記念し,パターン形成レクチャーシリーズとして関連分野の講義を実施した.最終年度には研究成果の発表と討論のため国際研究集会「非線型放物型偏微分方程式における空間的構造の自律的形成」を開催した.本研究は、反応拡散系を中心に偏微分方程式の解の空間的構造が時間の経過とともに複雑化する過程を解明することを目的として行うものである。高木は、ギーラーとマインハルトによって提唱された活性因子・抑制因子の反応拡散系について、定常解の安定性を調べた。二つの同心球面に囲まれた領域において、抑制因子の拡散係数が無限大になった極限系の定常解のうち、境界上の一点でのみ極大となるものはいずれも適当な条件のもとで安定であることを確かめた。西浦は、グレイ・スコットモデルの自己複製ダイナミクスに対する力学的観点から厳密理論を展開した。これにより、例えば数値実験で確認されていた「端に位置するパルスのみが分裂可能」という事実をいくつかの仮定の下で証明することが可能になった。柳田は、歪勾配系と呼ばれる反応拡散系の周期定常解に対するエックハウス不安定性、また、周期的外力を受ける反応拡散系の安定劣調和振動解の存在などを示した。飯田は、単独の準線型拡散方程式を、線型拡散と適当な反応からなる反応拡散系の特異極限と見なすことを試みた。特に、粒子の反射型遷移に基づく密度依存型拡散を記述する準線型拡散方程式に対して、その解を任意の有限時間内で近似する函数を解とするような反応拡散系を構成した。小薗は、ナヴィエ・ストークス方程式の非定常解について、エネルギーの時間的減衰の速さを研究した。今回は外部領域における線型のストークス方程式の解が従来知られているよりも速く減衰するための条件を境界上での解の振る舞いを用いて表現した。長澤は、ナヴィエ・ストークス方程式の弱解に対するエネルギー不等式の精密化の研究を行い、1/2階の分数冪差分について、差分幅を0に近づけるときの収束の速さと、補正項の表現の関係を求めた。なお、当研究課題に関する研究集会を2001年12月に盛岡において開催した。