hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代謝性自然炎症を制御するメタボリックｓＰＬＡ２の新しい機能

「内因性リガンドによって誘導される自然炎症」の観点から、内因性リガンドsPLA2とC型レクチンsPLA2R/CLEC13Cの相互作用にフォーカスし、代謝性自然炎症におけるsPLA2→sPLA2Rを介した免疫システムを解明することを目指している。本年度は肥満をモデル系として、内因性リガンドに相当する各種sPLA2がどの細胞から分泌されるのか、各種sPLA2を欠損したマウスの肥満状態はどのように変化するのか、という点を中心に研究を進めた。sPLA2-Vについてはリポタンパク質代謝と免疫バランスの制御を通じて肥満の抑制に関与することを明らかとした。さらに、肥満に関する知見ではなかったものの、sPLA2-IIIは肥満促進のキープレイヤーであるマスト細胞の制御に関わる点、sPLA2-IIDについては抗炎症性脂質メディエーターの産生に関わる点において大きな業績を挙げた。一方、sPLA2→sPLA2Rを介した免疫システムを解析するためにはsPLA2R欠損マウスの解析は欠かせない。本年度は本欠損マウスの導入と繁殖に時間を要したため、十分解析することができなかったが、現在解析段階にあり、今後の展開が期待される。これまでの知見を発展展開させ、肥満または動脈硬化などの代謝性疾患をモデル系として、自然炎症の担い手としてのsPLA2分子群の役割の全貌解明を目指す。本年度は以下の点に焦点をあて解析を進める。1sPLA2R欠損マウスの解析:「sPLA2の作用はsPLA2Rを介するのか?」という命題に応えるべく、sPLA2R欠損マウスの肥満の表現型を解析し、sPLA2→sPLA2R経路が肥満に促進的に働くのか、もしくは防御的に働くのかを明確にする。2sPLA2欠損マウスの解析:引き続きsPLA2欠損マウスの肥満に関する網羅的解析を行い、sPLA2R欠損マウスの表現型と同一の表現型を示すsPLA2欠損マウスを探索することで内因性リガンドとして作用し得るsPLA2アイソザイムを同定する。各種細胞特異的コンディショナル欠損マウスと全身欠損マウスとの比較精査を通じて各種sPLA2アイソザイムの供給元となる細胞を同定する。3sPLA2→sPLA2R経路の検証:(1)各種sPLA2過剰発現マウスの肥満の表現型がsPLA2R欠損の導入によりキャンセルされるかについて検証を行い、特定のsPLA2-sPLA2R経路が肥満の発症進展に寄与するか評価する。(2)初代培養細胞(免疫細胞、脂肪細胞、血管内皮細胞など)においてsPLA2→sPLA2Rシグナリングが動くかin vitroによる検討を行う。(3)ヒトへの応用展開を見据え、患者組織において各種sPLA2やsPLA2Rの発現が病態の進行度と相関するか検討する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
歯周疾患と咬合異常

本研究によって概略次のような成果が得られた。I.歯周組織に生じる咬合性外傷の生物学的な解明:(1)実験的にウサギに咬合性外傷を起こし局所から分離した活性物質は、多核白血球の機能を増強または抑制し、抑制因子は分子量1万以下の蛋白と推測された。(2)ラットに咬合性外傷を起こすと接合上皮の細胞間空隙が拡張し、LPSを局所塗布すると破骨細胞、骨吸収とも増加し、インドメタシン投与により抑制された。(3)歯根膜にXII型コラ-ゲンが存在することを示すとともに、垂直性骨欠損などの組織再建に応用可能な新しい強化コラ-ゲン膜の作製と骨形成因子(BMP)の精製に成功した。II.咬合異常に関連する機能および非機能的顎運動の解明:(1)正常者では第一大臼歯の咬合面形態は、機能時作業側では上下の歯が適度に離開するよう顎運動に関与し、平行側は関与しなかった。(2)睡眠中の顎運動は睡眠深度2とSREM期に多く、覚醒に近いstage 1では少なかった。(3)早期接触のある者は、初発咬合滑走時間が長く、silent periodの出現は少なかった。一方夜間の顎運動・筋活動などをテレメ-タ-で記録した結果、grindingの自覚の有無による差はなく、4つのタイプに分類できた。III.歯周病患者の咬合異常の診査・診断および治療法の検討:(1)歯周炎患者をK6システムで咬合診査すると、終末閉口路の最大速度の低下、運動路のふらつき、咬しめ時の筋活動電圧の低下がみられた。(2)動揺歯を持つ者は咬合音持続時間は長く治療により改善し、打診音持続時間は組織破壊度と相関性が見られた。(3)咬合調整の効果を画像解析した結果、作業側の歯の接触の変化量、左右差、不規則な接触とも減少した。(4)臼歯の咬合性外傷の治療に、上顎犬歯舌面に人工材料で誘導面を付与する方法が有効であった。(5)Burxismの客観的診断法として、患者が自宅で睡眠中の筋活動と咬合接触などを記録し、病院で分析するシステムが開発された。咬合異常は、歯周疾患の原因として、極めて重要な働きをしていると考えられるが、実際に歯周組織の破壊に関して、どのような役割を果たしているか、科学的に十分解明されていない。本研究は、歯周疾患と咬合異常の関連をより明確にし、さらに咬合異常を伴なう歯周病患者の客観的診断法の確立と、より適切な治療法を開発することを目的とし、今年度は以下の成果が得られた。I.歯周組織に生じる咬合性外傷の生物学的な解明:(1)実験的に咬合性外傷を引き起こし、局所から活性物質を分離・精製し、多核白血球等への影響を検討したところ、咬合性外傷による局所反応によって、白血球機能を抑制する物質が、比較的初期段階で放出されることが示された。(2)LPSによる歯周組織の破壊過程で、骨破壊が咬合性外傷によって増大することが、ラットでの実験的研究で認められた。II.咬合異常に関連する機能的および非機能的顎運動の解明:

(1)下顎臼歯の咀#運動経路と上顎臼歯咬合面形態が、作業側において密接に関係があることがわかった。(2)Bruxismの実態をテレメーター装置を利用し分析・解明する新たな手法が開発された。III.歯周病患者の咬合異常の診査・診断および治療法の検討、(1)咬合異常の診査・診断にデジタルサラウンドチェッカーや、FETアナライザーを用いた客観的診断法が検討された。(2)Btuxismの診査・診断に夜間睡眠中の自己記録システムが開発された。(3)咬合異常者の治療法として、犬歯の口蓋側にインレーを装着し、犬歯誘導タイプにし、臼歯の側方運動時の咬合障害を取り除く方法が有効であった。(4)咬合調整を行った場合の効果を画像解析装置を用いて咬合接触面、上下顎咬合面間距離などから分析した。本年度は次のような成果が得られた。I.歯周組織に生じる咬合性外傷の生物学的な解明:(1)実験的にウサギに咬合性外傷を起こし、局所から分離した活性物質に含まれる多核白血球の機能を抑制する因子は、分子量1万以下の蛋白と推測された。(2)ラットに咬合性外傷を起こすと接合上皮の細胞間空隙が拡張し、LSPを局所塗布すると破骨細胞、骨吸収とも増加し、インドメタシン投与により抑制された。(3)咬合性外傷と関連して生じやすい垂直性骨欠損などの組織再建に応用可能な新しい強化コラ-ゲン膜の作製と骨形成因子(BMP)の精製に成功した。II.咬合異常に関連する機能および非機能的顎運動の解明:(1)正常者では第一大臼虫の咬合面形態は、機能時作業側では顎運動に関与するが、平行側は関与しなかった。(2)睡眠中の顎運動は睡眠stage2で最も多く、次いでSREM期に多く、覚醒に近いstage1では少なかった。(3)Bruxismの実態を調べるため、夜間睡眠中の顎運動・筋活動などをテレメ-タ-で記録した結果、grindingの自覚の有無による著明な差はなく、4つのタイプに分類できた。III.歯周病患者の咬合異常の検査・診断および治療法の検討:(1)歯周炎患者のK6システムで咬合診査すると、終末閉口路の最大速度の低下、運動路のふらつき、咬みしめ時の筋活動電圧の低下がみられた。(2)動揺歯を持つ者の咬合音持続時間は治療により改善し、打診音持続時間は組織破壊度と相関性が見られた。(3)咬合調整の効果を画像解析した結果、作業側の歯の接触の変化量、左右差、不規則な接触とも減少した。(4)臼歯の咬合性外傷の治療に、上顎犬歯舌面に人工材料で誘導面を付与する方法は長期にわたり有効であった。(5)Bruxismの客観的診断法として、自宅で睡眠中の筋活動と咬合接触・咬合音を記録し、病院で分析するシステムが開発された。
慢性過剰飲酒における肝ADH１および３の活性動態とアルコール性肝障害進展への影響

本研究はアルコール性肝障害の進展にアルコール脱水素酵素(ADH)がどのように関わっているかをあきらかにする基礎研究である。Wild Type(WT)/Adh1およびAdh3遺伝子欠損マウスを10%エタノール水で1ヶ月飼育し、またコントロールとして水で飼育したものを用意した。その後、4.0g/kgエタノールを腹腔内に急速投与し経時的にアルコール血中濃度を測定するとともに、各種各群から肝を取り出し肝ADH1およびADH3の酵素量・酵素活性・mRNA解析を行った。その結果、エタノール水飼育群が水飼育群よりもアルコール濃度時間曲線下面積(AUC)は有意に低く、代謝速度は有意に速く、マウスのAdh遺伝型に関わらず代謝耐性があった。さらに、酵素活性・mRNA発現は慢性飲酒によって変化しないものの、酵素量はADH1およびADH3ともに代謝速度の亢進に相関して増加した。酵素活性・mRNAは各種において有意差は認められなかった。以上より、肝ADH1・ADH3ともに代謝適応があり、慢性飲酒の初期には酵素量を増加させてアルコール代謝の亢進に寄与していることが示唆された。このように、ADH1のみならずADH3も慢性飲酒においても代謝耐性を獲得し、全身諸臓器でアルコール代謝に強く関与していると考えられた。本研究はJ Gastroenterol Hepatol. 2018;33(11):1912-19に掲載されている。本研究は慢性アルコール摂取時の肝アルコール代謝において、ADH3の役割に注目しその活性動態を分子生物学的に解明する研究である。昨年度は、研究モデルの作成と臓器採取を行った。研究モデルとして1慢性投与モデル2慢性投与中の急速投与モデル(Binge drinkingモデル)の2種類を作成した。1はwild type(WT)、ADH1KO(A1KO)、ADH3KO(A3KO)マウスに10%アルコールを1ヶ月・4ヶ月・12ヶ月(継続中)慢性投与した。コントロール群として各種各投与期間に対応して水を投与した。各々肝臓を取り出し、ホルマリン固定用、m-RNA測定用サンプル用、酵素量測定肝ホモジネートサンプル用に分けて保存した。2は1の投与期間終了時にエタノールを4g/kg腹腔内に急速投与した。急速投与後、2時間毎にアルコール血中濃度を測定し、その後に肝臓を取り出した。コントロール群は水投与したものに4g/kgのエタノールを急速投与した。1・2のモデルは各種各期間に5匹ずつサンプルを採取した。サンプルの種類は28となった。約1年かけて必要な肝臓サンプルは全て採取した。今後は分子生物学的な検証に入る予定である。m-RNA測定、酵素量測定などは一部ですでに始めている。本研究は、アルコール慢性摂取時のアルコールデヒドロゲナーゼ(ADH)の質的・量的な変化が代謝に及ぼす影響を分子生物学的に解明することを目的としている。昨年度はWT、Adh1KOマウス、Adh3KOマウスに10%エタノール水を慢性投与し、1、4、12か月で肝臓のサンプルを採取するとともに、各期において4g/kgエタノール急速投与を行い2,3,5,7,9時間におけるアルコール血中濃度を測定した。本年は以下を実施した。【肝抽出液の作成・解析】摘出したすべての肝をホモジナイズしAdhを含む肝抽出液を作成した。肝抽出液から当教室にて作成された特異抗体を用いてELISA法にてAdh1およびAdh3の酵素量を測定した。さらにマルチプレートリーダーを用いてエタノールを基質としたAdh1酵素活性、GSNOを基質としたAdh3酵素活性を計測した。【肝アルコール代謝にかかわるmRNA発現の計測】コントロール群、慢性投与群、急性投与群それぞれの肝Adh1, Adh3, CYP2E1の発現を計測した。mRNA計測は当教室で作成されたプライマーを用いてsyber green法にて行った。得られた結果はΔΔCT法にて解析した。【慢性投与初期における代謝に関する解析】上記のデータより慢性投与初期におけるAdh1・Adh3の質的量的変動と代謝速度の関連を解析した。慢性投与ではこれまでAdhは代謝適応がないとされてきたが、われわれの実験結果では慢性投与群は有意に代謝速度が更新し、Adh1,3ともに酵素量が増加していることが確認された。サンプル採取は順調に行われ、タンパク解析も概ね完了しているため。

以上より、肝ADH1・ADH3ともに代謝適応があり、慢性飲酒の初期には酵素量を増加させてアルコール代謝の亢進に寄与していることが示唆された。このように、ADH1のみならずADH3も慢性飲酒においても代謝耐性を獲得し、全身諸臓器でアルコール代謝に強く関与していると考えられた。本研究はJ Gastroenterol Hepatol. 2018;33(11):1912-19に掲載されている。本年度は昨年得られたサンプルの病理組織学的検索、ADH1・ADH3のm-RNA量測定、酵素量測定、酵素活性を測定する。また、10月にESBRA(ヨーロッパアルコール医学会)で研究成果を発表する予定である。慢性飲酒における代謝および肝アルコール代謝関連酵素についての質的量的な変化について、とくにこれまではAdhは代謝適応がないとされてきたが、Adh欠損マウスを用いて実際はどうなのかを詳細に検討する。さらに、高KmAdh3のアルコール代謝における役割を規定する。おおむね実験計画が順調にすすむなか、自前の抗体を用いて酵素量定量を行ったので、新規での抗体の購入が不要だったため実験助手の勤務時間が予定より少なかったのでその分謝金代が繰越となったが、次年度も引き続き本実験を遂行するにあたり、実験助手と契約しているのでその分に充てる次年度は分子生物学的手法を用いて、m-RNA定量、酵素量測定、酵素活性測定を行う予定である。m-RNA測定のための試薬購入費、国際学会学会参加費(ESBRA2017)、実験助手を雇用するのでその人件費に充てる。
動脈硬化進行と共に変化するsmall RNAワールドのネットワーク統合解析

高齢化社会を迎えた現在、心筋梗塞、脳梗塞、閉塞性動脈硬化症などの血管の老化に伴う疾患のメカニズムを解明することは急務である。こうした疾患は、血中を流れる単球が血管内皮細胞の壁に接着因子を介して結合するところから病態が発症、進行すると考えられている。申請者はこれまでに、動脈硬化の形成に重要な血管内皮細胞接着因子Vascular Cell Adhesion Molecule-1 (VCAM-1)がInterleukin-4 (IL-4)やTumor Necrosis Factor-alpha (TNF-a)によって持続的に誘導されること、その際に重要な新規エンハンサー領域が存在すること、を報告してきた(Tozawa H, Kanki Y et,al20 11MCB、Papantonis A, Kanki Y etal 2012EMBO J)。本研究では、特定のmiRNAが動脈硬化の発症と関与している仮説を立て、その下流のパスウェイを調べた。最終年度にあたる平成30年度は、この2年間で見出した新規miRNA、その対象となるmRNAであるKDM7A, UTXの機能解析を行った。これら2つの遺伝子はヒストン脱メチル化酵素である。そこで、TNF刺激前後でのヒストン修飾解析をChIP-seqを用いて行ったところ、刺激応答性に抑制系ヒストン修飾が外れていることが分かった。また、同時に行った染色体構造網羅解析手法であるHi-Cの結果から、重要な接着因子であるVCAM1、IL8の遺伝子座では刺激後わずか30分程度で、KDM7AやUTXの結合領域を中心にゲノム3次元構造が変化することが分かった。これらの成果は、3次元ゲノムとmiRNA、3次元ゲノムと慢性疾患、を繋ぐ世界でも例をみない成果であり、エピジェネティクスのみならず臨床医学的にも大きな意義のある研究となった。高齢化社会を迎えた現在、心筋梗塞、脳梗塞などの血管の老化に伴う疾患のメカニズムを解明することは急務である。こうした疾患は、血中を流れる単球が血管内皮細胞の壁に接着因子を介して結合するところから病態が進行すると考えられている。申請者はこれまでに、動脈硬化の形成に特に重要な血管内皮細胞接着因子Vascular Cell Adhesion Molecule-1 (VCAM-1)がInterleukin-4 (IL-4)によって持続的に誘導されること、その際に重要な新規エンハンサー領域が存在すること、を報告してきた(Tozawa H, Kanki Y et,al 2011 MCB)。本研究は、近年遺伝子の発現制御のみならず翻訳制御にも関わることが分かってきているmicro RNA (miRNA)に着目し、動脈硬化との関連を調べ、接着因子の発現を抑制するものから新規のバイオマーカーや創薬に使えるものを検索することが目的である。当初の研究計画において、初年度は動脈硬化の発症に関与するmicro RNAを同定することが目的であり、現段階で候補となるmiRNAを複数見出している。更にその機能アッセイにおいて、単球接着に実際に影響をあたえることも確認しており、概ね研究は順調に進行していると考えられる。候補となるmiRNAの同定に関しても研究計画の予定通り、HUVECにTNF刺激、IL-4刺激を行った際のmiRNAアレイから同定を行った。次の段階としてはmiRNAの標的mRNAが接着因子そのものか、何か別の因子を介在して接着因子の発現に影響を与えているかの検討であり、それに関してはmiRNAデータベースであるTraget Scanから、直接ではないことが分かっている。見出したmiRNAが間接的に接着因子を制御しているとすると、転写因子かエピゲノム修飾因子が最も考えやすく、その絞込に関しても順調に進んでいることから、平成28年度に関しては、概ね研究計画通りと言える。2年目にあたる平成29年度は、初年度に見出したmiRの標的となる遺伝子を同定した。その結果、同定されたのは2つのヒストン脱メチル化酵素であり、これらが接着因子のエピゲノム修飾を変化させることで、接着因子の発現を誘導していることを見出した。更に、この2つのヒストン脱メチル化酵素の結合する領域を調べるために、ChIP-seqを行った。結果、炎症性刺激が血管内皮細胞に及んだ際に惹起される遺伝子発現誘導に深く寄与していることが明らかとなった。これらの成果は、特定のエピジェネティクス因子が動脈硬化の発症に寄与しているという世界で初めての知見を提示することとなった。先進国における血管疾患の重要性を鑑みるに、今回明らかにしたメカニズムは基礎分子生物学的にも臨床医学的にも意義の高いものである。当初の研究計画において、2年目は初年度に見出したmiRNAの標的となる遺伝子を同定し、その動脈硬化に対する役割を明らかにすることが目的であった。現時点で、2つのヒストン脱メチル化酵素を標的として見出しており、更に、その結合部位に関しても次世代シークエンサーで同定できていることから、概ね研究は順調に進行していると考えられる。miRNAの標的となる遺伝子に関しては、RISC複合体のコアタンパク質であるAGO2に対する抗体を用いたRNA免疫沈降実験によって明らかにした。このやり方は、従来のin sillicoのデータベースからの予想と組み合わせることで、より正確に文脈依存的なmiRNAの標的遺伝子を同定することが出来ると考えられる。また、2つのヒストン脱メチル化酵素の動脈硬化に対する役割については、in vitroではあるが、siRNAを用いたノックダウン実験によって、単球接着に寄与していることも見出した。

上記の点を鑑みるに、平成29年度に関しては、当初の計画以上に進展していると考えられる。高齢化社会を迎えた現在、心筋梗塞、脳梗塞、閉塞性動脈硬化症などの血管の老化に伴う疾患のメカニズムを解明することは急務である。こうした疾患は、血中を流れる単球が血管内皮細胞の壁に接着因子を介して結合するところから病態が発症、進行すると考えられている。申請者はこれまでに、動脈硬化の形成に重要な血管内皮細胞接着因子Vascular Cell Adhesion Molecule-1 (VCAM-1)がInterleukin-4 (IL-4)やTumor Necrosis Factor-alpha (TNF-a)によって持続的に誘導されること、その際に重要な新規エンハンサー領域が存在すること、を報告してきた(Tozawa H, Kanki Y et,al20 11MCB、Papantonis A, Kanki Y etal 2012EMBO J)。本研究では、特定のmiRNAが動脈硬化の発症と関与している仮説を立て、その下流のパスウェイを調べた。最終年度にあたる平成30年度は、この2年間で見出した新規miRNA、その対象となるmRNAであるKDM7A, UTXの機能解析を行った。これら2つの遺伝子はヒストン脱メチル化酵素である。そこで、TNF刺激前後でのヒストン修飾解析をChIP-seqを用いて行ったところ、刺激応答性に抑制系ヒストン修飾が外れていることが分かった。また、同時に行った染色体構造網羅解析手法であるHi-Cの結果から、重要な接着因子であるVCAM1、IL8の遺伝子座では刺激後わずか30分程度で、KDM7AやUTXの結合領域を中心にゲノム3次元構造が変化することが分かった。これらの成果は、3次元ゲノムとmiRNA、3次元ゲノムと慢性疾患、を繋ぐ世界でも例をみない成果であり、エピジェネティクスのみならず臨床医学的にも大きな意義のある研究となった。上記で見出したmiRNAによって、接着因子の発現が間接的に制御されていることが分かっており、次の目標としてその標的因子の同定を行う。特に本研究ではmiRNAによって引き起こされるエピゲノム変化に着目しているため、次年度はHUVECにTNF刺激を行った際の各種ヒストン修飾抗体を用いたChIP-seqを行う。エピゲノム変化は遺伝子発現変化に先行して起こると考えられるため、TNF刺激後0分、30分のサンプルでH3K4me3やH3K27me3、H3K9me3のChIP-seqを行い、重要な制御領域での変化を解析する。その結果をTarget Scanと照らし合わせて、miRNAと接着因子の発現を結びつけるヒストン修飾酵素を同定する。同定したヒストン修飾酵素の阻害剤を用いた実験を動脈硬化モデルマウスで行い、その発症、進展を観察する。実験の進捗状況によっては血管内皮細胞特異的なコンディショナルノックアウトマウスの作成も行う。今回同定した2つのヒストン脱
心筋のカルシウム過剰負荷と細胞障害との相関に関する研究

〔I〕灌流ラット心臓の細胞障害と細胞質(Ca)iの関係を直接測定するために, Ca指示色素フラ2を用いる生体蛍光測定法を開発した.(1).Ca指示色素フラ2を取込ませる方法.ランゲンドルフ型灌流ラット心臓を,フラ2/AM(25μM)を含むCardioplegia灌流液を用いて, 37°C×60分間定圧灌流(1ml/min)し,次いで, Krebs液で余分の色素を洗い出した.(2).心臓の心外膜表面蛍光測定は,申請者の開発によるガラスファイバー法を用いた.すなわち同心円状ファイバーの内円を石英(径3.5mm)とし,励起光340mmと380mmを交互に照射した.外円をガラス(径7mm)とし, 510mmの蛍光を記録した. 340mm励起による510mm蛍光強度と, 380mm励起による510mm蛍光強度の比(340/380)を(Ca)iの指標とした.(3).フラ2を取込んだ心臓の特徴. (Ca)iが測定できる程度,すなわち340/380比情報を明らかに記録できる程度のフラ2を取込いだ灌流心臓の収縮力は,色素を取り込まない対照心臓の収縮力の20%程度であった.〔II〕フラ2を取り込ませた心臓を用いてCaパラドックス実験を行った.無Ca液灌流開始直後から340/380比は徐々に低下し, 1分後には定常状態となった.フラ2を取り込ませない場合には観察できた,無Ca期の拘縮は,フラ2取り込み心臓では観察されなかった.無Ca灌流5あるいは10分後にはCaを再灌流すると340/380比は急激に上昇し,約1分で一定値を示した. Ca再灌流後もフラ2投与群では,静止張力の上昇(拘縮)が認められず,フラ2非投与群が著じるしい上昇(拘縮)を見せることと好対照を示した.フラ2投与群と非投与群におけるCPKの灌流液への逸脱程度は,同じであった.フラ2を取り込んだ心臓のCaパラドックス実験から, Ca再灌流に伴ってCa流入があり, (Ca)iは急上昇すること,しかし,いわゆる静止張力上昇(拘縮)と心筋障害には直接関係が少ないことが示唆された.〔I〕灌流ラット心臓の細胞障害と細胞質(Ca)iの関係を直接測定するために, Ca指示色素フラ2を用いる生体蛍光測定法を開発した.(1).Ca指示色素フラ2を取込ませる方法.ランゲンドルフ型灌流ラット心臓を,フラ2/AM(25μM)を含むCardioplegia灌流液を用いて, 37°C×60分間定圧灌流(1ml/min)し,次いで, Krebs液で余分の色素を洗い出した.(2).心臓の心外膜表面蛍光測定は,申請者の開発によるガラスファイバー法を用いた.すなわち同心円状ファイバーの内円を石英(径3.5mm)とし,励起光340mmと380mmを交互に照射した.外円をガラス(径7mm)とし, 510mmの蛍光を記録した. 340mm励起による510mm蛍光強度と, 380mm励起による510mm蛍光強度の比(340/380)を(Ca)iの指標とした.(3).フラ2を取込んだ心臓の特徴. (Ca)iが測定できる程度,すなわち340/380比情報を明らかに記録できる程度のフラ2を取込いだ灌流心臓の収縮力は,色素を取り込まない対照心臓の収縮力の20%程度であった.〔II〕フラ2を取り込ませた心臓を用いてCaパラドックス実験を行った.無Ca液灌流開始直後から340/380比は徐々に低下し, 1分後には定常状態となった.フラ2を取り込ませない場合には観察できた,無Ca期の拘縮は,フラ2取り込み心臓では観察されなかった.無Ca灌流5あるいは10分後にはCaを再灌流すると340/380比は急激に上昇し,約1分で一定値を示した. Ca再灌流後もフラ2投与群では,静止張力の上昇(拘縮)が認められず,フラ2非投与群が著じるしい上昇(拘縮)を見せることと好対照を示した.フラ2投与群と非投与群におけるCPKの灌流液への逸脱程度は,同じであった.フラ2を取り込んだ心臓のCaパラドックス実験から, Ca再灌流に伴ってCa流入があり, (Ca)iは急上昇すること,しかし,いわゆる静止張力上昇(拘縮)と心筋障害には直接関係が少ないことが示唆された.
森林の林冠ギャップ空間分布の統計物理的研究

1.森林総研の田中浩氏から提供していただいた小川森林保護区の航空写真による実測データに対して,我々が開発したイジングモデルによる解析方法を適用した.その際,パラメータを決定する新しい方法として,熱平衡状態で成立する相関等式を用いる方法を考案した.実際にこの方法を小川森林保護区の実測データの解析に応用すると,これまでのモンテカルロ法による方法ではパラメータを決定できなかった1991年のデータに対しても,パラメータを決定することが出来た.2.小川森林保護区の実測データでは,林冠ギャップの有無という2値のデータだけではなく,各サイトでの樹林の最高値が与えられている.このため,林冠ギャップと林冠とを分けるしきい値を変えた場合に,林冠ギャップ・クラスターの統計性がどのように変わるかを調べることも可能である.従来のモンテカルロ法によるパラメータ探索では,しきい値を変えるごとにモンテカルロ・シミュレーションを行わなければならなかったため,系統的なデータ解析は困難であった.しかし今回,熱平衡相関等式を用いる方法が出来たので,しきい値を変えて系統的に調べることが出来た.結果として,しきい値の選び方に依らず,決定されたパラメータはどれもイジングモデルの臨界値に近いものであった.3.森林動態に対する別の数理モデルとして,ある種の森林火災のパーコレーションモデルを提案し,計算機シミュレーションを行なった.そして,森林モデルで臨界性が実現される極限として知られているDrossel-Schwabl極限について考察した.4.有効グラフ上のパーコレーションの問題は,森林動態や伝染病伝播の問題の基礎モデルを作る上で重要である.この問題に対して,Arrowsmith-Essam公式と呼ばれるグラフ展開を拡張することが出来た.それにより,いわゆるフレンドリー・ウォークと呼ばれる相互作用する粒子系の統計力学を構成し,この系は高分子や,多成分流体系の「濡れ転移」のモデルと関連深いことを示した.1.森林総研の田中浩氏から提供していただいた小川森林保護区の航空写真による実測データに対して,我々が開発したイジングモデルによる解析方法を適用した.その結果,1976年,1981年,1986年の林冠ギャップのサイズ分布は,我々が決定したパラメータを持つイジングモデルのギブス分布でほぼ完全に記述できることが分かった.この結果は,パナマのバロコロラド島の熱帯季節林調査区のデータに対して以前に我々が行なった解析方法が,温帯落葉性森林に対しても有効であることを示している.2.小川森林保護区の1991年のデータは,これに反して,イジングモデルのギブス分布では記述できないことが分かった.分布を特徴付ける別の指数の1991での変化と合わせて考察することにより,1991年の森林動態は,他の年とは異なり平衡状態から大きく外れているのではないかという推論をした.3.森林動態に対する別の数理モデルとして,ある種の森林火災のパーコレーションモデルを提案し,計算機シミュレーションを行なった.4.森林の林冠ギャップ分布はあるサイズ領域ではべき乗則によって記述されることが分かった.この事は,森林がある意味で臨界状態近傍に自己組織化する傾向にあることを示唆する.自己組織化臨界現象を示すモデルのうち,解析的な取り扱いが可能なAbelian sandpile modelに対して,特に相互作用に異方性がある場合について新しい厳密解を得た.5.統計物理学の生態系への応用の別の例として,ワタリバッタの相変異および大発生に対する数理モデルをいくつか提案した.そして,計算機シミュレーションを行なうことにより,モデル化の有効性について議論した.1.森林総研の田中浩氏から提供していただいた小川森林保護区の航空写真による実測データに対して,我々が開発したイジングモデルによる解析方法を適用した.その結果,1976年,1981年,1986年の林冠ギャップのサイズ分布は,我々が決定したパラメータを持つイジングモデルのギブス分布でほぼ完全に記述できることが分かった.しかし,1991年のデータは,この方法ではパラメータを決定できなかった.2.パラメータを決定する新しい方法として,熱平衡状態で成立する相関等式を用いる方法を考案した.実際にこの方法を小川森林保護区の実測データの解析に応用すると,上記のモンテカルロ法による方法ではパラメータを決定できなかった1991年のデータに対しても,パラメータを決定することが出来た.3.森林動態に対する別の数理モデルとして,ある種の森林火災のパーコレーションモデルを提案し,計算機シミュレーションを行なった.また,最近VespignaniとZapperiが提案している自己組織化臨界現象に対する平均場理論を拡張して,我々の森林火災のモデルを解析してみた.1.森林総研の田中浩氏から提供していただいた小川森林保護区の航空写真による実測データに対して,我々が開発したイジングモデルによる解析方法を適用した.その際,パラメータを決定する新しい方法として,熱平衡状態で成立する相関等式を用いる方法を考案した.実際にこの方法を小川森林保護区の実測データの解析に応用すると,これまでのモンテカルロ法による方法ではパラメータを決定できなかった1991年のデータに対しても,パラメータを決定することが出来た.2.小川森林保護区の実測データでは,林冠ギャップの有無という2値のデータだけではなく,各サイトでの樹林の最高値が与えられている.このため,林冠ギャップと林冠とを分けるしきい値を変えた場合に,林冠ギャップ・クラスターの統計性がどのように変わるかを調べることも可能である.従来のモンテカルロ法によるパラメータ探索では,しきい値を変えるごとにモンテカルロ・シミュレーションを行わなければならなかったため,系統的なデータ解析は困難であった.

しかし今回,熱平衡相関等式を用いる方法が出来たので,しきい値を変えて系統的に調べることが出来た.結果として,しきい値の選び方に依らず,決定されたパラメータはどれもイジングモデルの臨界値に近いものであった.3.森林動態に対する別の数理モデルとして,ある種の森林火災のパーコレーションモデルを提案し,計算機シミュレーションを行なった.そして,森林モデルで臨界性が実現される極限として知られているDrossel-Schwabl極限について考察した.4.有効グラフ上のパーコレーションの問題は,森林動態や伝染病伝播の問題の基礎モデルを作る上で重要である.この問題に対して,Arrowsmith-Essam公式と呼ばれるグラフ展開を拡張することが出来た.それにより,いわゆるフレンドリー・ウォークと呼ばれる相互作用する粒子系の統計力学を構成し,この系は高分子や,多成分流体系の「濡れ転移」のモデルと関連深いことを示した.
半導体光触媒を用いた新規バイオリアクタ-システムの構築

酸化チタンなどの半導体は,光エネルギ-によって励起され,通常の条件下では起らない酸化・還元反応を触媒する。本研究では,光化学反応を組み込んだバイオリアクタ-システムの確立を目的として種々検討を行い,以下の結果を得た。1.酸化・還元酵素の代表的補酵素であるNADに着目し,TiO_2による酸化・還元反応と酵素反応を組み合わせたシステムを構成し,TiO_2粒子上に酵素(アルコ-ルデヒドロゲナ-ゼ)を固定化することにより,NADの再生を伴うサイクリックな反応システムを構成できた。2.NADHの酸化に関して光照射を伴う空気気泡ーTiO_2ー水溶液の気・液・固系において,角型懸濁気泡塔,二重円管反応器においてNADHの酸化速度に及ぼす光強度,TiO_2濃度,粒子径の効果を明らかにし,有効吸収係数の概念によって光強度分布を解析した。光波長として306nm以上の中長波長下では半導体光触媒による殺菌作用は大きく,光強度,菌体数,酸化チタン濃度と死滅速度との関係を明らかにした。半導体光殺菌システムと培養槽を組み合せる効率的な殺菌反応塔として二重円管型反応器の適用が最良であると認められた。酸化チタンなどの半導体は、光エネルギ-によって励起され、通常の条件下では起らない酸化・還元反応を触媒する。一方、生体触媒で酵素は、極めて高い特異性をもって反応を触媒し、バイオプロセスにおいて重要な役割を果している。本研究では、これらのユニ-クな触媒素子の融合を図り、光化学反応を組み込んだ新しいシステムの確立を目的として、以下の検討を行ってきた。なお、微生物の培養や酵素反応あるいは分析等に必要な設備として、蛍光分光光度計、振盪培養器、恒温振盪培養器、光学顕微鏡、乾燥器を購入し使用した。1.酸化・還元酵素の代表的補酵素であるNADに着目し、TiO_2による酸化・還元反応と酵素反応を組み合わせた新たなシステムを構築した。すなわち、TiO_2粒子上に酵素(アルコ-ルデヒドロゲナ-ゼ)を固定化することにより、NADの再生を伴うサイクリックな反応システムが構成できた。また長期にわたる反応システムでは光照射を伴うNADや酵素の失活が問題となることが分かった。2.NADHの酸化に関して光照射を伴う空気気泡ーTiO_2ー溶液の気・液・固三相系を構築し、角型懸濁気泡塔で反応速度論的解析を行った。その結果、NADHの酸化反応速度は、光の有効吸収係数の概念を用いて解析することができ、NADH濃度の0次、光強度の1次であることが示された。3.発酵原液や酵素反応において汚染菌として微生物が問題となることが多く、半導体光触媒による殺菌条件を大腸菌を対象として、光照射、触媒添加量等の因子の影響を検討した。また耐熱性の高い細菌についても殺菌条件を検討しつつある。光殺菌についてはTiO_2表面上での菌体の吸着、死滅を考慮する表面化学反応の動力学の解明が不可欠である。本研究では,光化学反応を組み込んだ新しいバイオリアクタ-システムの確立を目的として種々検討を行い以下の結果を得た。なお,微生物の生死の判別を迅速かつ正確に行うため蛍光分析を採用し,細胞の前処理装置として超音波細胞破砕器を購入した。2.熱に不安定な物質(炭水化物)のような食品用溶液では加熱殺菌は不可能であり,100°Cの熱殺菌では死減しないB__ー.<stearothermophilus>___ーを用いてこのような溶液に対して半導体光触媒の適用を行い,高圧水銀灯の波長のうち253nmから306nmでは酸化チタンや白金を混合した酸化チタンによって殺菌作用の増加が見出された。さらに,微生物の死減速度に関する反応速度論として菌体濃度,光強度,酸化チタン濃度の死減速度への依存性を明らかにした。この半導体光殺菌システムと培養槽を組み合せるための効率的な殺菌反応塔として,前年度で開発試作した二重円筒型反応器を適用することが最良であると認められた。
フッ素化分子の特異な電子構造を基盤とするヘム酵素の反応空間設計と触媒機能制御

本年度は,擬似基質を利用する手法の一般性を検証するため,シトクロムP450_<BSβ>(P450_<BSβ>)と44%のアミノ酸相同性を示すシトクロムP450_<SPα>(P450_<SPα>)の利用を検討した.P450_<SPα>のX線結晶構造解析に成功し,P450_<BSβ>と共通の酸化活性種生成機構が,P450_<SPα>にも保存されていることを確認した.P450_<SPα>による非天然基質であるスチレンのエポキシ化反応を,直鎖状のアルキル鎖の短いカルボン酸を擬似基質として用いて行った結果,同じカルボン酸存在下でも,P450_<SPα>とP450_<BSβ>では,反応の不斉選択性が逆転することが明らかとなった.一方、直鎖状のパーフルオロカルボン酸を用いた場合は,P450_<SPα>とP450_<BSβ>のどちらも全く触媒活性を示さなかった.また,興味深いことに,P450_<SPα>にα位にキラル中心を持つカルボン酸を擬似基質として用いると,擬似基質のキラリティーの違いのみで,不斉選択性が反転する現象を見いだした.高いS選択性へと不斉選択性を変化させた(R)-イブプロフェンと野生型P450_<SPα>との共結晶のX線結晶構造解析により,α位のメチル基がスチレン分子の結合に与える影響について原子レベルで明らかとした.一方,システインへの特異的化学修飾反応を利用し,P450_<SPα>の反応空間にフッ素原子を有する有機分子を導入した場合についても,擬似基質を用いたスチレンのエポキシ化反応を行った.同じ擬似基質を用いた場合で比較した結果,反応活性,不斉選択性ともに,修飾前の方がより高いことが明らかとなった.以上の結果から,擬似基質を用いる本手法は,酵素の共有結合による化学修飾を必要とせず,触媒活性や不斉選択性を簡便に制御・変換可能とする新規酵素機能改変法として,今後の利用が期待される.本年度は,擬似基質が結合することによるP450_<BSβ>の構造変化を調べるため,基質非結合型及び擬似基質ヘプタン酸が結合したP450_<BSβ>のX線結晶構造解析を行なった.その結果,P450_<BSβ>の全体構造には大きな変化は見られなかったが,基質非結合型及びヘプタン酸結合型P450_<BSβ>の活性中心は,天然基質(長鎖脂肪酸)が結合している場合に比べ柔軟であることが分かった.また基質の結合に伴う70番目のロイシンの構造変化によって,過酸化水素の取り込みに重要と考えられている親水性チャネルが開かれる制御機構が示唆された.この結果は,P450_<BSβ>か過酸化水素で駆動するという特徴を理解する上で非常に重要である.同様の構造変化は,ヘプタン酸結合型でも見られ,デコイ分子により過酸化水素の取り込みが「ON」となっていることが明らかとなった.チオアニソールの酸化反応で様々な擬似基質と,反応の不斉選択性との関連性を検討した.その結果,すべての水素原子をフッ素化した直鎖状のカルボン酸を擬似基質として用いた場合,触媒活性が全く見られないことが明らかとなった.これは,導入されたフッ素原子により活性中心の疎水性が増加して,過酸化水素の活性部位への侵入が抑制されたためと考えられる.一方,擬似基質のスクリーニングの過程で,不斉選択性の反転を可能にする鍵となる炭素骨格を見いだした.今後は,不斉選択性の反転に鍵となる骨格を有する擬似基質への部分的なフッ素原子の導入を検討し,反応空間を設計していく.本年度は,擬似基質によるシトクロムP450_<BSβ>(P450_<BSβ>)を用いた触媒系において,反応の不斉選択性の反転制御を可能とする擬似基質の探索を行った.チオアニソールのスルホキシド化反応をモデル反応とし,様々な骨格を有するカルボン酸を擬似基質としたときの,不斉選択性を調べた.触媒活性は,これまでに報告された直鎖状のカルボン酸だけでなく,ベンゼン環をもつカルボン酸も擬似基質として利用した場合にも確認された.さらに種々の芳香環をもつカルボン酸を検討した結果,不斉選択性において,フェニル酢酸及び,オルト,メタ位にメチル基を持つフェニル酢酸誘導体が(R)選択性を示したのに対し,パラ位にメチル基を持つ誘導体を用いた場合では,(S)選択性に反転することを見いだした.Insight II/Discover3により,フェニル酢酸とこれらの誘導体が結合した状態のP450_<BSβ>の構造計算を行い,不斉選択性の反転機構を検討した.得られた構造を比較した結果,オルト位やメタ位のメチル基は,基質が活性部位に取り込まれたときに相互作用を及ぼさない位置であったのに対し,パラ位のメチル基は,基質の取り込み口であるチャネルに位置しており,基質との立体的反発を引き起こすことが予想された.

したがって,パラ位のメチル基と基質との立体反発による基質のコンフォメーション変化が,不斉選択性を反転させる要因となっていることが考えられた.以上の結果により,擬似基質を用いる本手法は,酵素に加えるという簡便な操作のみで,酵素機能を制御・改変可能な手法となる可能性が示された.本年度は,擬似基質を利用する手法の一般性を検証するため,シトクロムP450_<BSβ>(P450_<BSβ>)と44%のアミノ酸相同性を示すシトクロムP450_<SPα>(P450_<SPα>)の利用を検討した.P450_<SPα>のX線結晶構造解析に成功し,P450_<BSβ>と共通の酸化活性種生成機構が,P450_<SPα>にも保存されていることを確認した.P450_<SPα>による非天然基質であるスチレンのエポキシ化反応を,直鎖状のアルキル鎖の短いカルボン酸を擬似基質として用いて行った結果,同じカルボン酸存在下でも,P450_<SPα>とP450_<BSβ>では,反応の不斉選択性が逆転することが明らかとなった.一方、直鎖状のパーフルオロカルボン酸を用いた場合は,P450_<SPα>とP450_<BSβ>のどちらも全く触媒活性を示さなかった.また,興味深いことに,P450_<SPα>にα位にキラル中心を持つカルボン酸を擬似基質として用いると,擬似基質のキラリティーの違いのみで,不斉選択性が反転する現象を見いだした.高いS選択性へと不斉選択性を変化させた(R)-イブプロフェンと野生型P450_<SPα>との共結晶のX線結晶構造解析により,α位のメチル基がスチレン分子の結合に与える影響について原子レベルで明らかとした.一方,システインへの特異的化学修飾反応を利用し,P450_<SPα>の反応空間にフッ素原子を有する有機分子を導入した場合についても,擬似基質を用いたスチレンのエポキシ化反応を行った.同じ擬似基質を用いた場合で比較した結果,反応活性,不斉選択性ともに,修飾前の方がより高いことが明らかとなった.以上の結果から,擬似基質を用いる本手法は,酵素の共有結合による化学修飾を必要とせず,触媒活性や不斉選択性を簡便に制御・変換可能とする新規酵素機能改変法として,今後の利用が期待される.
離散可積分系の代数的及び幾何学的な構造

低次元の格子上で定義される離散力学系を考察し,与えられた離散系が可積分系であるか,非可積分系であるかを判定するための手法を開発した.特に,複素射影平面上の写像が持つ特異点の分類を行い,その特異点の構造によって,写像の可積分性が判断できる手法をいくつか提唱した.また,可積分な双有理写像の幾何学的構造や対称性に基づいて,離散パンルヴェ方程式という典型的な非自励の離散可積分系を系統的に構築する方法を開発した.さらに,超離散可積分系の代数的及び組み合わせ論的性質を用いて,2種類のソリトン・セル・オートマトンの新しい解法を発見した.初年度である平成27年度には、複素射影平面上の写像に関するテーマから研究に着手した。特に、複素射影平面上の双有理写像の可積分性判定について研究を行い、写像における係数の非自励化により、その写像の代数的エントロピーを極めて容易に求める手法を開発した。特に、写像が非自明なゲージ自由度を持つとき、係数の非自励化から得られ情報が決定的でない場合があることに気付き、その問題を解決する方法を提唱した。さらに、その関連で、特異点閉じ込めという性質を持たない写像のエントロピーが、特異点のパターンに対する極限操作で計算できる場合もあることを示した。これらの結果を発表する論文は既に2編出版された。超離散系のCauchy問題については、超離散KdV方程式と関連している「箱玉系」という有名な超離散可積分系の作用・角変数による線形化を考察し、約10年前に国場・高木・竹野内に提唱された表現論的かつ組合せ論的な意味を持つ「rigged configuration」に基づく線形化に初等的な新しい証明を与えた。さらに、この証明を高橋・松木平が提出した運搬車付き箱玉系の作用・角変数による線形化へ拡張することにも成功し、その超離散系に対するCauchy問題を解くことができた。この結果を発表する論文は現在作成中である。2次元の格子上で定義される離散可積分系の簡約という研究テーマ、特に、2次元の離散戸田格子のB-型簡約については、部分的な結果を得ることができた。新しく構成した離散系とY.Surisが以前に1次元の格子上で構成したA_2(2)-型の対称性を持つ常差分系との関係を明らかにすることは既にできたが、方程式系の解を与えるタウ関数の代数的構造はまだ明らかになっていない。複素射影平面上の写像に関する研究は明らかに当初の計画より早く進んでおり、特異点閉じ込めという性質を持たない写像の扱いなどの当初の計画上で28年度に考察する予定であった問題についても、既に成果を得ている。超離散可積分系についての研究も当初の計画より早く進んでおり、さらに、当初予期していなかった「運搬車付きの箱玉系」への拡張にも成功していることになった。2次元の離散可積分系の簡約についての研究は計画通りに進んでいる。平成28年度には、初年度の続きで、複素射影平面上の写像の性質を考察し、特に複素射影平面上の双有理写像の可積分性判定について研究を行った。それに関して7月にカナダで開かれた国際研究集会で研究成果を発表し、そちらで集まった専門家と議論した結果、写像の代数的エントロピーという一つの可積分性判定によく使われている量の新しいかつ驚くべき単純な計算方法を見つけることができた。その後、その新しい計算方法の代数幾何学的な意味を解明することにも成功した。それらの結果を発表する論文は、出版済みのものは既に一つあり、もう一つの論文は現在作成中である。さらに、Miura変換と呼ばれる特殊なベックルンド変換を用いて、様々な例外的な形をしている離散パンルヴェ方程式の間の関係を明らかにすることにも成功した。その結果を発表する論文は既に出版済みである。去年に続けて、2次元の格子上で定義される離散可積分系ついても研究を行い、特に2次元非線形偏差分方程式の簡約として得られる高次写像の可積分性を考察した。この結果についての論文は既に出版された。超離散系のCauchy問題については、まず、昨年度に高橋・薩摩の箱玉系について証明した「rigged configuration」に基づく線形化を、もっと一般的な「運搬車付き箱玉系」へ拡張することができた。さらに、一般の超離散KdV方程式に関する散乱問題の波動関数を厳密に構成し、その波動関数の新しい表現により、束縛状態の数を増やしたり、減らしたりする変換を具体的に記述することができた。それらの結果を発表する2つの論文は現在作成中である。複素射影平面上の写像に関する研究は当初の計画よりずっと早く進んでいる。さらに、去年の夏頃に発見した代数的エントロピーの新しい計算方法は当初の計画で予期しなかったものであり、今後の研究に大きな影響を及ぼすことが期待できる。超離散可積分系についての研究も計画より早く進んでおり、超離散KdV方程式における散乱問題の波動関数が厳密に構成できることは当初全く予期できなかった大事な進展である。最終年度の平成29年度にも、本研究プロジェクトの重要な課題の一つである、離散力学系における可積分性の判定法というテーマについて研究を行った.

東京大学・大学院数理科学研究科のTakafumi Mase,及びパリ第7大学のBasile GrammaticosとAlfred Ramaniとの共同研究で,昨年新しく開発した複素平面上の双有理写像の可積分性が簡単に判定できる手法を,今年に入ってさらに拡張し,特異点閉じ込めという性質を持たない写像の場合にも写像の力学系次数(dynamical degree)が容易に計算できる方法を提唱した.この結果を発表する論文は,現在,投稿中である.離散可積分系の幾何学的な構造というテーマに関しては、昨年の続きで,E_8^{(1)}の対称性を持つ離散パンルヴェ方程式について、Grammaticos氏とRamani氏と共同研究を行い,E_8^{(1)}の対称性を持つq-型離散パンルヴェ方程式の様々な退化から得られる離散可積分系を考察した結果,新しい線形化可能な離散系,及びそれらの非自励化と具体的な線形化を2組,そして新しい離散パンルヴェ方程式を2つも発見した.この結果を発表する論文はすでにJournal of Mathematical Physicsに掲載済みである.さらに,ある意味で上述の結果の逆方向で,QRT-型の写像から出発したとき,その写像を自励極限に含むE_8^{(1)}対称性の離散パンルヴェ方程式,及びそれらの方程式の退化配列(cascade)に属する離散パンルヴェ方程式をすべて系統的に構築できる手法を考案した.この方法をいくつかの具体例をあげながら解説する論文はすでに同じJournal of Mathematical Physicsに掲載済みである.低次元の格子上で定義される離散力学系を考察し,与えられた離散系が可積分系であるか,非可積分系であるかを判定するための手法を開発した.特に,複素射影平面上の写像が持つ特異点の分類を行い,その特異点の構造によって,写像の可積分性が判断できる手法をいくつか提唱した.また,可積分な双有理写像の幾何学的構造や対称性に基づいて,離散パンルヴェ方程式という典型的な非自励の離散可積分系を系統的に構築する方法を開発した.さらに,超離散可積分系の代数的及び組み合わせ論的性質を用いて,2種類のソリトン・セル・オートマトンの新しい解法を発見した.平成28年度には、研究計画の通り、まず有界の次数の増大を持つ写像及び、特異点閉じ込めという性質を持たない、線形化可能な写像などを含む写像のクラスにおける特異点の性質を考察する予定である。さらに、ここまで開発してきた数学的手法と可積分性判定法が2階以上の高次写像にも適用できるかという問題も考察する予定である。超離散系の代数的構造についての研究も28年度に続けたい。特に、27年度に箱玉系について得た結果を一般のA1(1)型の箱玉系に拡張し、その結果を特殊な場合に実数上の系まで拡張できるかという問題を考える予定である。同様の手段が超離散sine-Gordon方程式にも適用できるかという問題を考察する予定もある。2次元の格子上で定義されている離散可積分系の簡約についての研究も今年度続けて行う予定である。平成29年度には、昨年度の様々な進展に基づき、まず特異点閉じ込めという性質を持たないけれども、それに近い性質を持つ写像の特異点を研究し、その特異点の特徴により、そういった写像の代数的エントロピーの計算方法を考察する予定である。さらに、ここまで開発してきた数学的手法や可積分性判定法が2階以上の高次写像にも適用できるかという問題を考察する予定である。超離散系についての研究も29年度に続けたい。特に、28年度に超離散KdV方程式の散乱問題について得られた結果の他の超離散可積分系(例えば、超離散sine-Gordon方程式など)への拡張を試みたい。