hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノリットルスケール蛋白質結晶化および結晶直接評価法の開発

本研究の第一の成果は,比較的安価な溶液分注機を改造して,高速結晶化装置を開発したことである.従来,タンパク質の結晶化条件の検索にあたっては,10mg/ml程度に濃縮したタンパク質溶液を1条件あたり12μL使用することが一般的であった.また,400条件程度の異なる結晶化実験をセットアップするには,数時間から半日以上を要していた.本研究開発では1条件に必要なタンパク質試料ボリュームを500nlまで減らし,かつ96条件の異なる結晶化実験のセットアップを,自動的に約4分で実施出来る装置を開発した.これによって,従来よりもより少ない蛋白質量で,より多くの結晶化条件を試すことが出来るようになった.また,本研究の第二の成果は,成長した蛋白質結晶の結晶性,すなわちX線回折能を結晶化実験の条件のままで評価することの出来るデバイスを開発したことである.タンパク質結晶のX線回折能は,一般に結晶の外観の美しさに比例しない.したがって従来,生成・成長したタンパク質結晶の評価を行うためには,結晶が成長している結晶化ドロップから任意の1個の結晶を取り出し,これにX線を照射してX線回折能を確認するというプロセスを必要としていた.しかし,この操作は結晶に物理的なダメージを与え易く,また,操作に熟練と時間を要すため,多数の条件で生成した結晶のX線回折能を迅速に評価し,その結果を比較して,結晶化条件にフィードバックすることに時間がかかり過ぎていた.これら本研究による2つの成果により,本研究室は極めて独創的な迅速結晶化・結晶評価システムを保有することになった.これらは,今後,本研究室で実施されているタンパク3000プロジェクトの重要な要素技術として利用される.本研究成果によるシステムに対しては,国内外の研究者からの問い合わせもあり,今後もさらに改良を進めることが望まれる.本研究の第一の成果は,比較的安価な溶液分注機を改造して,高速結晶化装置を開発したことである.従来,タンパク質の結晶化条件の検索にあたっては,10mg/ml程度に濃縮したタンパク質溶液を1条件あたり12μL使用することが一般的であった.また,400条件程度の異なる結晶化実験をセットアップするには,数時間から半日以上を要していた.本研究開発では1条件に必要なタンパク質試料ボリュームを500nlまで減らし,かつ96条件の異なる結晶化実験のセットアップを,自動的に約4分で実施出来る装置を開発した.これによって,従来よりもより少ない蛋白質量で,より多くの結晶化条件を試すことが出来るようになった.また,本研究の第二の成果は,成長した蛋白質結晶の結晶性,すなわちX線回折能を結晶化実験の条件のままで評価することの出来るデバイスを開発したことである.タンパク質結晶のX線回折能は,一般に結晶の外観の美しさに比例しない.したがって従来,生成・成長したタンパク質結晶の評価を行うためには,結晶が成長している結晶化ドロップから任意の1個の結晶を取り出し,これにX線を照射してX線回折能を確認するというプロセスを必要としていた.しかし,この操作は結晶に物理的なダメージを与え易く,また,操作に熟練と時間を要すため,多数の条件で生成した結晶のX線回折能を迅速に評価し,その結果を比較して,結晶化条件にフィードバックすることに時間がかかり過ぎていた.これら本研究による2つの成果により,本研究室は極めて独創的な迅速結晶化・結晶評価システムを保有することになった.これらは,今後,本研究室で実施されているタンパク3000プロジェクトの重要な要素技術として利用される.本研究成果によるシステムに対しては,国内外の研究者からの問い合わせもあり,今後もさらに改良を進めることが望まれる.本年度は2年計画の1年目として,研究実施計画に基づき以下の開発研究を実施した.1.ナノリットルオーダーの結晶化ドロップ作成の自動化精密分注機HYDRA-96(100μL仕様)を改造し,ナノリットルドロップの結晶化装置を製作した.具体的には,蛋白質溶液の分注用に8本のシリンジをHYDRA-96の96本のシリンジの駆動部に敷設し,コンパクトで高速な結晶化ドロップ作成装置を実現した.現在,本装置で再現性良く作成可能な結晶化ドロップサイズは500nLである.また96条件の結晶化ドロップの作成を約3分で終了出来る.来年度の実現を目指し,50nLのドロップ作成を目指した改良を検討中である.2.結晶化ドロップのX線直接評価法の開発結晶化ドロップから結晶を取り出さなくても,そのまま結晶化ドロップに直接X線を照射することが出来る構造であり,かつハンギングドロップ法とシッティングドロップ法の両方の可能な結晶化プレートを設計し試作した.特に,通常の研究室に普及しているCu Kα(1.54Å)のX線を使用して評価出来るようにするため,本プレートのX線通過部分は薄いフィルム状とした.リゾチームを用いて,上記の結晶化装置と結晶化プレートで結晶化を実施し,結晶化ドロップのまま直接X線照射し回折像を撮影することに成功した.本手法によれば評価のためにわざわざ結晶化ドロップから結晶を取り出す必要が無く,結晶に物理的なダメージを与えずに,結晶化条件の差による結晶性の影響のみを純粋に評価することが出来る.なお,本研究の概要を3月末にイエナ(ドイツ)で開催される第9回国際生体高分子結晶成長学会で発表する予定である.本年度は2年計画の2年目として,研究実施計画に基づき以下の開発研究を実施した.1.分注容量の少量化昨年度達成した500nL

分注をさらに少量化するため,精密分注機HYDRA-96を改良し,タンパク質分注用シリンジをフレキシブルな物に交換した.吸引後の分注シーケンス等も変更しテストしたが,接触分注方式であるため500nL以下では高精度分注を可能にすることは困難であった.2.結晶化プレートの構造の最適化結晶化ドロップから結晶を取り出さず,そのままドロップに直接X線を照射することが出来,かつハンギングドロップ法とシッティングドロップ法の両方の可能な結晶化プレートの改良型試作品を設計し製作した.また,改良型結晶化プレートをX線回折装置に直接マウントするためのホルダーも製作した.これによって,結晶化プレートのX線に対する角度を最大25度傾斜できるようになった.改良型プレートは,手動操作による結晶化実験にも対応している.分注容量は500nLを下まわることが出来なかったが,当初の計画どおり96条件の結晶化実験を約3分で実施でき,かつ,結晶化ドロップから結晶を取り出さずに成長したタンパク質結晶のX線回折能を測定し,結晶化条件の差による結晶性の影響のみを純粋に評価することができるシステムを完成させることができた.
細胞質分裂におけるrho遺伝子産物の機能

低分子量GTP結合蛋白質rho p21は細胞骨格形成、細胞基質間接着、細胞運動などを制御する。また、rho p21を特異的にADPリボシル化し不活化するC.botulinumのC3酵素が細胞質分裂時の収縮環形成を抑制することが示され、rho p21を介するシグナルが収縮環形成に関与することが明らかとなった。しかしながら、これまでrho p21の細胞内での作用の分子機序は全く不明であった。rho p21を介する情報伝達系を解明するためにrho p21の標的分子を世界にさきがけて同定した。two hybrid法を用いて同定されたrhophilinは一次構造上、触媒活性をもたないと推定されたが、そのrho p21との結合領域はプロテインキナーゼN(PKN)と相同性を示した。ligand overlay法を用い同定されたRho-associated,coiled-coil containing protein kinase(p160 ROCK)はセリンスレオニンキナーゼであり、その触媒領域は筋緊張性ジストロフィーの原因遺伝子産物であるmyotonic dystrophy kinaseと相同性を示した。PKNとp160 ROCKは、GTP結合型rho p21と特異的に結合し、また、in vivoならびにin vithoにてGTP結合型rho p21存在下、約2倍のキナーゼ活性の上昇を示した。以上の結果は、これらの分子がrho p21の作用を発揮するエフェクター分子であることを強く示唆する。現在、これらの細胞内における役割について解析中である。rho p21の標的分子の機能を明らかにすることにより収縮環形成の機序が解明されることが期待される。
天然物化学的手法による植物内生菌の生態解明と有用資源としての活用へのアプローチ

植物内生菌(エンドファイト)は、植物組織内に病徴を示すことなく生育する微生物の総称であり、自然界に存在するほぼ全ての植物で内生菌の存在が判明している。初年度である平成30年度は、植物内生真菌の菌体エキス及び二次代謝産物のライブラリ化を中心に研究を行った。まず、国内各地で採集した植物から真菌の分離を行い、新たに約200種の菌株を新たに得た。予備検討において分離した約300種と併せて、これまでに約500種の菌株を保有している。さらに、麦芽エキス寒天培地にて1ヶ月間培養した各菌株を、メタノールにて抽出後、減圧下濃縮し、メタノール抽出エキスを調製した。その後、n-BuOH/水系にて分液を行い、n-BuOH画分を生物活性スクリーニング用エキスとし、現在、各種核内受容体(RXR及びPPAR等)へのアゴニスト作用及びHDAC阻害作用について評価を行っている。また、平成30年度は分離した菌株が産生する代謝産物に関する研究も行った。その結果、10種の菌株から約30種の化合物を単離し、そのうち16種は文献未記載の新規化合物であった。新規化合物の構造は、一次元及び二次元NMRスペクトル、マススペクトル、CDスペクトル等の解析により決定した。今回得た新規化合物のうち、Phlebia属真菌(ECN-184株)からは、seco-sterpurane型及びphlebiane型と命名した新規骨格を有するセスキテルペノイドのほか、天然から2例目となるmerulane型のセスキテルペノイドを単離した。また、Xylaria属真菌(ECN-207株)から単離した新規eudesmane型セスキテルペノイドは、NF-κB経路の阻害を介した抗炎症作用を示すことを明らかとした。現在、培養時に宿主植物エキスを添加した際の産生化合物の変化を検証している。平成30年度は、植物内生真菌の株数を大幅に拡充し、その代謝産物エキスのライブラリ化を進めることができた。今後は、エキスライブラリを用いた生理活性物質の探索を継続して進めることができる。また、今年度単離した化合物には、新規性に富んだものが多く存在し、独自の二次代謝経路の存在を示唆する結果が得られた。しかしながら一方で、宿主植物エキスとの共培養実験では、代謝産物の解析方法に工夫が必要であると考えられ、当初予定より若干の遅れが生じている。以上より、一部予定通りの研究を遂行することができなかったが、特徴的な化合物を産生する菌株を見出し、次年度の計画を遂行する上での基礎となるデータの収集ができたため、現在まではおおむね順調に研究を遂行できていると考えている。今年度は、宿主植物エキスを添加した際の代謝産物の変化をLC-MSを用いて解析し、真菌の代謝経路に影響を与える植物成分の探索を化合物レベルで行うことを最優先とする。また前年度と同様、菌株の収集及び二次代謝産物の単離・構造解析は継続的に行う。さらに、現在進めている生物活性スクリーニングにおいて活性の認められた菌株については活性化合物を同定し、生物活性について詳細に検証することで、有用化合物の探索を行う。

しかしながら一方で、宿主植物エキスとの共培養実験では、代謝産物の解析方法に工夫が必要であると考えられ、当初予定より若干の遅れが生じている。以上より、一部予定通りの研究を遂行することができなかったが、特徴的な化合物を産生する菌株を見出し、次年度の計画を遂行する上での基礎となるデータの収集ができたため、現在まではおおむね順調に研究を遂行できていると考えている。今年度は、宿主植物エキスを添加した際の代謝産物の変化をLC-MSを用いて解析し、真菌の代謝経路に影響を与える植物成分の探索を化合物レベルで行うことを最優先とする。また前年度と同様、菌株の収集及び二次代謝産物の単離・構造解析は継続的に行う。さらに、現在進めている生物活性スクリーニングにおいて活性の認められた菌株については活性化合物を同定し、生物活性について詳細に検証することで、有用化合物の探索を行う。平成30年度に実施した研究で使用した器具及び試薬等の一部は、前年度までに購入していた物品を用いて行ったため、次年度使用額が生じたが、消耗品が減少したタイミングで、令和元年度に執行する予定である。また、当初購入を予定していた高額なソフトウェアを別予算で購入したことも、次年度使用額が生じた一因である。令和元年度は、LC-MSを用いた分析条件の再検討を計画しており、それに必要なHPLCカラム等の物品の購入に充てる。
キラルな低原子価スズ化合物を用いる触媒的不斉合成反応の開発

高立体選択的反応の開発は、現代有機合成化学における最重要課題の一つである。より高い選択性を追及して、新しい反応試剤、新しい方法論の開発が世界中で活発に行われている。一方、反応の制御という観点からは、単に高い選択性を実現するばかりでなく、「望む選択性」を自在に実現することのできる新しい手法の開発が望まれる。本研究ではこの問題に取り組み、単一のジアステレオマ-あるいはエナンチオマーを高選択的に合成するばかりでなく、すべてのジアステレオマ-あるいはエナンチオマーを得ることのできる効率的手法の開発を目指して研究を行ってきた。その結果、キラルなスズルイス酸を用いる不斉合成反応の研究開発を通して、新しい反応制御法「Chiral Lewis Acid-Controlled Synthesis」を開発することができた。1.α-ベンジルオキシ酢酸フェニル由来のケテンシリルアセタールとアルデヒドとの反応において、キラルなルイス酸を選ぶことによりsyn体およびanti体がそれぞれ高いジアステレオおよびエナンチオ選択性をもって得られることを明らかにした。この反応では、配位子のわずかな構造の違いによってジアステレオ面およびエナンチオ面の制御が行えることがわかった。合成的には、同一の出発原料から両ジアステレオマ-の光学活性体を高い選択性をもって得ることができ、効率的かつ有効な手法である。2.ともに(S)-プロリン由来の類似の不斉源を用いて、光学活性2,3-ジヒドロキシエステル誘導体の両エナンチオマーを高収支率かつ高選択的に得る方法を開発した。ここで用いた光学活性配位子の構造の違いは、ピロリジン環に縮合したベンゼン環の位置(インドール骨格かイソインドール骨格か)のみであるが、これらの配位子とスズ(II)トリフラートからなるキラルなルイス酸のコンフォメーションが配位子により大きく異なり、これによって高度なエナンチオ面の制御が実現されているものと推定される。さらに詳細に配位子の検討を行うことにより、それぞれの光学活性配位子の機能を明らかにすることができた。
メタサイクロジェネシスを司る発育時期特異的遺伝子転写翻訳制御に関する基礎研究

本研究では世界の家畜に被害を及ぼしているトリパノソーマ原虫の発育ステージ特異的遺伝子発現制御メカニズム解明に焦点を絞って研究を実施した。その結果、トリパノソーマ原虫がツェツェバエ体内で哺乳動物感染型に発育分化するために重要なステージ特異的遺伝子(cesp)の発現調節機構の一端を明らかにすることができた。加えて、トリパノソーマ原虫制御法(治療薬・ワクチン開発)に利用可能な新規遺伝子、TcEpHbRを発見した。現在までに確かにcesp3'UTR中にはその上流にある遺伝子をEMF時期特異的に発現させる機能があることを明らかにしている。過去の研究成果から考察すると、この作用は遺伝子転写の亢進というよりは、転写後のmRNA安定化によると考えられた。そこで遺伝子発現時期調節においてコアとなる部分をcesp3'UTR中から同定するため、さらに同UTRを細分化して以下に述べる実験を実施した。すなわち、cesp 3'UTRをA/TリッチなARE領域とそれ以外のFront領域に分割し、それらを欠損させたcesp 3'UTR、またはいずれかを付加したactin 3'UTRをレポーター遺伝子(egfp)に結合してトリパノソーマのゲノムに挿入し、カラーコード原虫を作製してEGFPの発現量をフローサイトメトリーとリアルタイムRT-PCRで定量した。ここで用いたactinは原虫の全ステージで発現量が一定であるため、cesp 3'UTR断片の作用を検証するコントロールとして利用した。その結果、EMF時期特異性に必須な最短配列(コア配列)を同定し、その成果を論文発表した(Suganuma et al. 2013Molecular and Biochemical Parasitology 191: 36-43)。コアとなる発現調節領域が予定よりも早く同定できたことから、当初計画では平成26年度に計画していた調節領域と相互作用する蛋白因子の同定を開始した。その結果、EMFステージ特異的な蛋白質群がcesp3' UTRと相互作用していることを明らかにした。以上の研究成果は世界に先駆けてアフリカトリパノソーマEMFステージ特異的遺伝子の発現調節メカニズムを明らかにしただけでなく、伝播阻止ワクチン開発の手掛かりとなるトリパノソーマの発育分化に関わる重要な遺伝子発現調節メカニズムを明らかにした点に意義がある。成果1.トリパノソーマ(Tc)全発育ステージにおける網羅的遺伝子発現解析と発育ステージ特異的RNA結合タンパク質の同定Tc全発育ステージにおける遺伝子の網羅的かつ定量的な発現解析をRNA-seq.法により行った。その結果、約10,000遺伝子の各発育ステージにおけるmRNA発現動態の遺伝子情報を取得した。それら遺伝子のうちRNA結合タンパク質と推測される約300遺伝子の発現動態を解析した結果、発育ステージ特異的にmRNA発現量が上昇する複数のRNA結合タンパク質の同定に成功した。これらの成果は、当該原虫の網羅的な遺伝子発現制御解析データベースとしての価値と、発現制御メカニズム解明の基盤データとして重要である。成果2.発育ステージ特異的RNA結合タンパク質の解析上記1で同定したRNA結合タンパク質群から、EMFステージで発現上昇するRNA結合タンパク質を選択し、各発育ステージにおけるmRNA発現量をリアルタイムRT-PCR法で比較した。加えて発育ステージ変換への関与が報告されている遺伝子、TcRBP6のタンパク質発現量および細胞内局在を解析した。その結果、上記1のRNA-seq.法で得られた結果と同様にTcRBP6のmRNAおよび蛋白レベルでの発現量はEMF特異的に上昇していることが明らかとなった。TcRBP6の細胞内での局在を解析した結果、EMFの細胞質に局在していることも明らかにした。以上の結果からTcRBP6は発育ステージ変換に関わる遺伝子群の制御を行うRNA結合タンパク質である可能性が示唆された。このことはTcRBP6と相互作用するタンパク質群を解析することでEMFでの遺伝子発現制御機構が明らかになると考えられる成果で、将来伝播阻止ワクチン等への応用が期待できる重要な発見である。成果1.家畜アフリカトリパノソーマ病重要病原体であるトリパノソーマコンゴレンセ(Tc)のツェツェバエ体内ステージ(EMF)特異的に発現する遺伝子を網羅的に検索した結果、睡眠病病原体のブルーストリパノソーマ(Tb)血流型虫体特異的ハプトグロビン・ヘモグロビン複合体(HpHb)レセプターのオルソログが、TcではEMF特異的な遊離型ヘモグロビンレセプター(TcEpHbR)であることを明らかにした(Yamasaki et al. 2016 Parasites & Vectors)。TcEpHbRのリガンド特異性がHpHbから遊離ヘモグロビン(Free-Hb)に変化した理由は、EMFがベクターの吸血毎に高濃度のFree-Hbに暴露される現象に寄生適応した結果と考察される。TcとTbで共通祖先遺伝子由来のレセプターが異なるリガンド特異性を示す例は本研究が世界初であり、治療薬標的や伝播阻止ワクチンなどへの応用のみならず、トリパノソーマの進化と寄生適応を解明するうえで極めて重要なマイルストーンである。成果2.昨年度に引き続きEMF特異的RNA結合タンパク質TcRBP6の発現動態を解析した結果、EMFで他3ステージに比較して有意に発現量が増加していることを明らかにした。TcRBP6はEMF細胞質内にドット状に観察された。

RNAゲルシフト法の結果、遺伝子組換えTcRBP6はシトシンに富んだRNA領域に結合する可能性が示唆された。また、RNA免疫沈降法の結果、コントロールに比較して抗TcRBP6抗体群では、有意に多量のRNAが精製された。TcRBP6のドット状の局在は、転写後調節を司るRNA顆粒を示唆している。現在、精製されたRNA群の解析・同定を行っている。今後、これらのRNA配列を解析することで、TcRBP6が発現調節を司っている遺伝子群およびTcRBP6の結合するRNA配列モチーフが明らかとなり、トリパノソーマのEMFへのステージ変換・維持に関わる分子機構を明らかにできると考えられる。本研究では世界の家畜に被害を及ぼしているトリパノソーマ原虫の発育ステージ特異的遺伝子発現制御メカニズム解明に焦点を絞って研究を実施した。その結果、トリパノソーマ原虫がツェツェバエ体内で哺乳動物感染型に発育分化するために重要なステージ特異的遺伝子(cesp)の発現調節機構の一端を明らかにすることができた。加えて、トリパノソーマ原虫制御法(治療薬・ワクチン開発)に利用可能な新規遺伝子、TcEpHbRを発見した。トリパノソーマの網羅的遺伝子発現解析データが期待以上の情報量を含んでおり、網羅的に約300種類のRNA結合蛋白質候補を明らかにすることができた。加えて、同定したRNA結合蛋白質候補の中から特定の発育ステージ特異的遺伝子発現調節蛋白質であるTcRBP6を同定することにも成功した。以上の成果から本研究計画が当初計画以上に進展したと判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。原虫病学これまでに同定したRNA結合タンパク質の発現レベル変動が、トリパノソーマ(Tc)の発育ステージ変換に及ぼす影響を解析するために、外来遺伝子強制発現およびRNA干渉法によるTcの遺伝子ノックダウン原虫(RNAi原虫)の作製を試みている。Tc遺伝子ノックダウンの効果や各種の薬剤処理の影響を効率よく測定する実験系を確立する目的で、Tc細胞数を迅速に評価するシステムとして生細胞由来のATPをルシフェラーゼの基質として反応させ発光強度の強弱で虫体数を比較する測定系の開発に着手している。今年度中に明らかにすることを予定していたEMF特異的発現調節領域の同定に成功し、次年度予定していた同発現調節領域と特異的に相互作用する蛋白因子の同定にまで研究が進展したことから、本研究計画が当初計画以上に進展したと判断した。EMF特異的遺伝子発現調節配列の同定と、特異的蛋白因子(RNA結合蛋白質)の存在が確認できたことから、今後蛋白因子の同定、クローニング、機能解析を実施する。EMFトリパノソーマはグラム単位の純粋な原虫細胞が大量培養系で調製可能であるため、蛋白因子同定で実施するアフィニティークロマトグラフィーなどの生化学実験に使用する細胞質サンプルの確保は容易である。cesp
Glioma stem cell の"stemness"維持に関わる遺伝子の探索

本研究課題では、悪性神経膠腫におけるがん幹細胞の性質を理解するための一つのアプローチとして、神経幹細胞における幹細胞維持に関わる分子メカニズムの解明を試みた。特に悪性神経膠腫においてしばしば過剰活性化が認められるPI3K、mTORの神経幹細胞維持における役割について検討を行ったところ、これらが新規機序により神経幹細胞維持に関与していることが明らかになった。すなわち、PI3K、mTORの単独抑制が神経幹細胞の幹細胞としての性質(幹細胞形質)に影響を与えなかったのに対し、両者の同時抑制は幹細胞形質を失わせ分化を誘導した。また、従来mTORの活性はPI3Kに依存すると考えられてきたが、少なくとも神経幹細胞においてはmTORの基質の一つ4E-BP1が幹細胞形質と同様にPI3KとmTORのmutually independentかつredundantな制御を受けていることを見いだした。以上の結果は神経幹細胞の維持が、従来から知られるPI3K・mTORの"linear pathway"ではなく、"parallel pathway"によって制御されている可能性を示すものである。神経幹細胞と脳腫瘍幹細胞の類似性に鑑み、本研究成果はPI3K/mTORdual inhibitorによる悪性神経膠腫治療の理論的根拠を与えるものである。本研究を開始するにあたり、まず最初にグリオーマ幹細胞の選択的培養条件の検討・確立を行った。従来報告されていた幹細胞培養法にて培養を行ったところ、グリオーマ細胞株の中に培養プレートに接着せず球形の細胞塊(tumor sphere)を形成するものの存在が確認された。さらにこのようなグリオーマ細胞株について幹細胞マーカーの発現を検討したところ、幹細胞培養状態で幹細胞マーカーの発現亢進が認められた。しかしながら従来法の幹細胞培養条件下でtumor sphereの形成や幹細胞マーカー発現の上昇が見られるグリオーマ細胞株はごく限られており、複数の細胞株を用いて現象の普遍性を検討しようとする場合に支障をきたす可能性が考えられた。そこで幹細胞培養条件のさらなる検討を行ったところ、培地に加えるsupplementを変更することで、それまでの培養条件では幹細胞を選択的に培養することのできなかったグリオーマ細胞株でも幹細胞の選択的培養が可能となることが明らかとなった。次にこのような培養条件下で、グリオーマ幹細胞の維持増殖に関わる分子の探索を行った。細胞内機能性分子に対する阻害剤等を用いて種々の検討を行ったところ、tumor sphereの形成を抑制する薬剤の存在が明らかとなった。Tumor sphere形成の抑制が単なる増殖・生存抑制によるものか、あるいは幹細胞性そのものの抑制によるものかを検討するため幹細胞マーカー発現についても調べてみたところ、この薬剤により幹細胞マーカー発現も抑制されることが確認できた。これらの結果はこの薬剤の標的分子がグリオーマ幹細胞の幹細胞性維持に関わっている可能性を示唆するとともに、この薬剤がグリオーマ幹細胞の機能阻害を通じて治療後の腫瘍再発を抑制し、有効なグリオーマ治療法となる可能性を示唆するものと考えられた。本研究を開始するにあたり、まず最初にグリオーマ幹細胞の選択的培養を試みた。無血清培地にEGF,FGF2,B27supplementを添加した幹細胞培養条件にて培養を行ったところ、グリオーマ細胞株の中に培養プレートに接着せず球形の細胞塊(tumor sphere)を形成するものの存在が確認された。さらにこのようなtumor sphereを構成する細胞について幹細胞マーカーの発現を検討したところ、幹細胞培養状態で幹細胞マーカーの発現亢進が認められた。また、幹細胞培養法で選択的に増幅したグリオーマ細胞は血清を含む培地で培養した同種の細胞よりも造腫瘍能が亢進ていることも確認できた。次にこのような幹細胞培養条件下で維持増幅されるグリオーマ幹細胞の維持増殖に関わる分子の探索を行った。これらの結果はこの薬剤の標的分子がグリオーマ幹細胞の幹細胞性維持に関わっている可能性を示唆するものである。

次いでこの薬剤で予め処理したグリオーマ幹細胞をヌードマウスに移植したところ、明らかに造腫瘍能の低下が認められた。これらの結果から、本研究で見いだしたこの薬剤はグリオーマ幹細胞の機能阻害を通じて腫瘍形成を抑制する効果をもち、将来有効なグリオーマ治療法となる可能性があるものと考えられた。
唾液特異的miRNAマーカーの探索

唾液はしばしば犯罪現場等に残される体液であるが、これまで有効なmiRNAマーカーがなかった。本研究では唾液の中で特にエクソソームに含まれるmiRNAの唾液マーカーへの可能性を明らかにするために、唾液と唾液エクソソームの1088種類のmiRNAの量を比較し、大きく量が異なるものがないか調べた。その結果、唾液エクソソームと唾液で存在量が10倍以上異なっていたmiRNAが85種類見つかったが、発現量差には大きな個人間のばらつきが観察された。本研究では未だ有効な体液識別マーカーが見出されていない唾液において、唾液エクソソーム中に含まれるmiRNAを唾液マーカーとして利用することを考えた。そして、唾液と唾液エクソソームのmiRNA発現パターンを比較し、唾液マーカーとなりうるmiRNAが存在するか調べることを目的とした。8名の健常人から提供された数mLの唾液から唾液エクソソームを精製し、唾液、唾液エクソソームからtotal RNAを抽出後、逆転写反応によりcDNAを合成した。8名分のcDNAを混合し、PCRでmiRNAを増幅した後、1008種類のmiRNA発現量をリアルタイムPCRにより測定した。その結果、1008種類のmiRNAのうち、唾液エクソソームでは748種類、唾液では955種類のmiRNAが定量できた。また、唾液に比べて唾液エクソソームで10倍以上発現していたmiRNAが36種類、唾液エクソソームに比べて唾液で10倍以上発現していたmiRNAが49種類見つかった。これまでの実験により、比較的少量の唾液を用いて、唾液エクソソーム中のmiRNA定量を行えることが示唆された。唾液エクソソーム、唾液で発現量の異なるmiRNAの存在が示唆されたが、エクソソーム分泌量の多い唾液腺に存在する細胞と、その他の上皮細胞等でmiRNA発現プロファイルが異なっている、或いは特定のmiRNA種がエクソソームに優先的に内包され分泌される可能性が考えられた。唾液数mLから得た唾液エクソソーム中のmiRNAは、極微量であることが予想され、定量が困難なものがある程度含まれることが予想された。しかし、リアルタイムPCRで定量を行う前に、PCRで増幅を行うことにより、測定を行ったmiRNAのうち74%のmiRNAで定量を行うことができた。法医学ではmiRNA発現パターンを利用した、体液判定を目指した研究が始まっており、血液、精液に関しては特異的miRNAマーカーが見出されている。唾液はしばしば犯罪現場等に残され、有効な体液判定マーカーの発見が待たれていたが、唾液特異的なmiRNAは報告されていなかった。そこで本研究では唾液から唾液エクソソームを得て、唾液とmiRNA発現パターンを比較し、唾液マーカーとなりうるmiRNAが存在するか調べることを目的とした。8名の健常人から得た数mlの唾液を遠心分離することによって唾液エクソソームを得た。唾液、唾液エクソソームからtotal RNAを抽出し、逆転写反応によりcDNAを得た。8名分の等量由来の唾液を混合し、PCRでmiRNAを増幅した後、1008種類のmiRNAの発現量をリアルタイムPCRにより測定した。その結果、唾液エクソソームでは748種類、唾液では955種類のmiRNAを定量することができ、唾液エクソソームと唾液で発現量が10倍以上異なっていたmiRNAが85種類見つかった。唾液エクソソームと唾液で発現量の差が大きかったmiRNAに関して8名の個別サンプルを用い、リアルタイムPCRで発現量を測定したところ、発現量差に大きな個人間のばらつきが観察された。本研究により、唾液エクソソームと唾液で発現量の異なるmiRNAの存在が示唆されたが、エクソソーム分泌量の多い唾液腺に存在する細胞と、その他の上皮細胞等でmiRNA発現プロファイルが異なっている、或いは特定のmiRNA種がエクソソームに選択的に内包され分泌される可能性が考えられる。本研究で得られた唾液、唾液エクソソーム中のmiRNA存在量は個人間のばらつきが大きかったため、単独のmiRNA存在量から唾液を識別するのは難しいと考えられる。複数のmiRNA存在量から唾液を識別が可能か今後調べていく必要がある。8名分のcDNA混合サンプルから、唾液、唾液エクソソーム間で発現量に大きな差が観察されたmiRNAをスクリーニングすることが出来た。今後は発現量の大きかった個々のmiRNAに関して個人サンプルで定量を行い、ばらつき等を調べ、唾液マーカーとなりうるmiRNAを報告する予定である。分子生物学
SiC/SiC複合材料のま界面制御による高靱性化への開発研究

SiC/SiC複合材料の強度特性を向上させる要因は、いかに繊維の強度を有効に発現させるかである。このため、繊維とマトリックスとの界面に第3層のCやBNなどを被覆し、界面の結合状態をコントロールする研究を進めてきた。SiC繊維はハイニカロンを用い、主に平織り材を中心に材料開発を行った。材料の作製条件は気相反応浸透法(CVI法)を採用し、トリクロロエチレン(C_2H_5Cl_3Si)を原料ガスとしてSiC/SiC複合材料を作製した。初期には直径40mmで厚さ2mmの形状であったが、試験片採取量などを考慮し、より大きいサイズの材料が望まれ、直径120mmで厚さ2mmの大型材料を作製することが可能となった。以下に本研究で得られた結果を列記する。"(1)"繊維体積率35%、体積密度約2.4g/cm^3の良好なSiC/SiC複合材料を作製する事が可能となった。"(2)"繊維表面に炭素被膜を希望の厚さ(数十から数千μm)に形成することが可能となった。"(3)"高分解能電子顕微鏡観察およびEPMA分析から繊維と炭素被膜との界面でクラック進展することを解明することができた。"(4)"曲げ強度は炭素被膜厚さが1.0μmの時に最大値を示し、628MPaを得た。これは、界面せん断すべり強度による繊維強度の有効活用と、マトリックスの強度との相乗効果で決定されることが分かった。"(5)"SiC/SiC複合材料の高強度化には炭素被膜の形成が有効で、且つ延性にも富むことが分かった。本研究によって、SiC/SiC複合材料特有の脆性破壊を抑制することが、SiC繊維表面の炭素被膜効果によって可能となり、今後高温・高強度材料のさらなる発展性が望まれる。SiCは大気中において1500°Cまで使用可能な物質で、耐熱性、熱伝導性、耐酸化性に優れ、高温材料として注目されている。このため、SiC/SiC複合材料は核融合炉材料および航空宇宙材料として期待されている。しかし、国内においてSiC/SiC複合材料は今だ満足できる密度や強度特性が得られるほどの優れた材料は出来ていない。本研究では120mmφの大型SiC/SiC複合材料を化学気相反応法(CVI)で作製し、繊維の強度が有効に活用される複合材料の開発を目指している。このため繊維とマトリックスとの界面に第3の層を導入することで界面の接合性を弱め、繊維の強度を有効に利用し、強度や靭性の改善を行い、新たなる材料開発の指針を得ることを目的とた。複合材料作製で使用したSiC繊維はハイニカロンで、繊維直径は14μmである。この繊維で平織りしたものを7枚積層して用い、約1000°Cの炉中でCVI法によって繊維表面にSiCを堆積して複合材料を作製した。作製した複合材料の平均密度は約2.1g/cm^3であるが、密度の分布および厚さ分布もほぼ均一にできた。密度と曲げ応力との関係は、検出した結果を一時回帰分析すると、体積密度が2.5g/cm^3まで上昇すれば560MPa程度の曲げ強度が得られると推測され、これまで作製していた40mmφ材料よりも高強度が期待される。また、炭素被覆厚さを0.45μm施した材料では、全域にわたってほぼ均一に被膜を形成することができた。

曲げ強度は340MPaで被覆材より強度低下を示したが、40mmφ材料の時よりも約15%ほど高強度が得られた。今後、炭素被覆をlμm施す事によって約700MPaの高強度が期待され、120mmφの大型複合材料の開発に対する指針が得られた。SiC/SiC複合材料の強度特性を向上させる要因は、いかに繊維の強度を有効に発現させるかである。このため、繊維とマトリックスとの界面に第3層のCやBNなどを被覆し、界面の結合状態をコントロールする研究を進めてきた。SiC繊維はハイニカロンを用い、主に平織り材を中心に材料開発を行った。材料の作製条件は気相反応浸透法(CVI法)を採用し、トリクロロエチレン(C_2H_5Cl_3Si)を原料ガスとしてSiC/SiC複合材料をさくせいした。初期には直径40mmで厚さ2mmの形状であったが、試験片採取量などを考慮し、より大きいサイズの材料が望まれ、直径120mmで厚さ2mmの大型材料を作製することが可能となった。以下に本研究で得られた結果を列記する。1)繊維体積率35%、体積密度約2.4g/cm^3の良好なSiC/SiC複合材料を作製する事が可能となった。2)繊維表面に炭素被膜を希望の厚さ(数十から数千μm)に形成することが可能となった。3)高分解能電子顕微鏡観察およびEPMA分析から繊維と炭素被膜との界面でクラック進展することを解明することができた。4)曲げ強度は炭素被覆厚さが1.0μmの時に最大値を示し、628MPaを得た。これは、界面せん断すべり強度による繊維強度の有効活用と、マトリックスの強度との相乗効果で決定されることが分かった。5)SiC/SiC複合材料の高強度化には炭素被膜の形成が有効で、且つ延性にも富むことが分かった。本研究によって、SiC/SiC複合材料特有の脆性破壊を抑制することがSiC繊維表面の炭素被覆効果によって可能となり、今後の高温・高強度材料のさらなる発展性が望まれる。
イノシトールリン脂質代謝を介した組織幹細胞の増殖と分化のスイッチング

表皮や神経などの上皮系細胞の増殖・分化制御機構におけるイノシトールリン脂質代謝の役割を明らかにすることを目的とした。「上皮組織幹細胞の分化において、PIP2からPLCに向かうシグナルとPI3キナーゼに向かうシグナルのスイッチング、即ちPIP3/PIP2バランスが分化と増殖の分岐点になる」という仮説を立て、それを検証することにした。本年度は特にPLCδ3の神経突起形成における役割を明らかにした。神経機能におけるリン脂質代謝の役割の解析:極性の高い神経細胞においてPLCδ3は多く発現している。Neuro2A神経芽種細胞でPLCδ3のsiRNAを行った所、神経突起伸長が有為に抑制された。またこの抑制された細胞にPLCδ3を戻すと突起形成は回復したことから、PLCδ3は神経突起形成に関与していることが明らかになった。また活性型PLCδ3変異体を発現させると神経突起形成が顕著に促進されることから、PLCの活性が突起形成に重要であることが判明した。次にPLCδ3による神経突起形成のメカニズムを検討した。神経突起形成は、Racやcdc42などの低分子量Gタンパク質によって正に制御されている反面、Rhoによって負に制御されていることが報告されている。そこでこうした低分子量Gタンパク質の発現を検討した所、通常分化に伴い減少するRhoの発現が、PLcδ3siRNAを行った場合には減少しなかった。またRhoの下流分子であるRhoキナーゼの阻害剤によって、PLCδ3siRNAによる神経突起形成阻害が回復した。更にPLCδ3の過剰発現により、Rhoの発現量が阻害されることが判明した。こうした結果から、PLCδ3はRhoの発現量を抑制することにより、神経突起伸長に重要な役割を担っていることが明らかになった。本申請では、表皮と毛包、及び神経などの上皮系細胞の増殖・分化制御機構におけるイノシトールリン脂質代謝の役割を明らかにすることを目的とする。上皮系細胞の特徴は分化に伴い極性を持つことである。ホスホリパーゼC(PLC)の基質であるPIP2やPI3キナーゼから産生するPIP3は、アクチン調節タンパク質等の活性制御等を介して極性を形成すると考えられる。そこで本申請では「上皮組織幹細胞の分化(極性の形成)において、PIP2からPLCに向かうシグナルとPI3キナーゼに向かうシグナルのスイッチング、即ちPIP3/PIP2バランスが分化と増殖の分岐点になる」という仮説を立て、それを検証することにした。1.MDCK細胞におけるPIP2・PIP3局在:PLCδ1KOマウスでは表皮角化細胞で増殖と分化に異常が観察される。そこで極性がはっきりしているMDCK細胞におけるPIP2およびPIP3の局在を検討した。その結果、PIP2はapical側に、PIP3はbasolateral側に局在し、こうしたリン脂質が極性の形成に関与している可能性が示唆された。2.神経機能におけるリン脂質代謝の役割の解析:極性の高い神経細胞においてPLCδ3は多く発現している。またこの抑制された細胞にPLCδ3を戻すと突起形成は回復した。更に分化に伴い減少するRhoの発現がPLCδ3 siRNAを行った場合には減少しなかった。こうした結果から、PLCδ3が神経突起伸長に関与し、このプロセスにRhoが関与することが判明した。RhoはPIP2合成を司るPIPキナーゼを活性化することから、今後Neuro2AにおけるPIP2・PIP3のバランスを検討する。
特別支援学校における交流及び共同学習の推進とＩＣＴ活用に関する研究

特別支援学校や特別支援学級、在宅の訪問学級等に所属する障害のある児童を対象として、コンピュータやインターネット等の情報手段を活用し、通常の学級の児童との共同学習や、地域社会との交流を推進しながら、子どものメディアリテラシーを高める指導の在り方を検討した。障害による「聞く」「話す」「読む」「書く」各活動の困難をICTで支援しつつ、離れた教室をネットワークで結び、障害のある児童と障害のない児童が日常的に交流できる環境を構築することでインクルーシブ教育システムの拡充を図った。地域の学校と連携して実践研究を展開し、具体的な交流のプランを示した。地域の特別支援学校、および小学校、中学校の特別支援学級と連携し、障害を有する児童生徒と障害のない児童生徒の交流や共同学習に、ICTを導入する実践研究に取り組んだ。今年度、具体的には、和歌山県内の特別支援学校3校と、小学校2校の特別支援学級において、タブレットPCを導入し、教材・教具としての活用を進めながら、インターネットを介して、他校の児童生徒との交流や遠隔授業、特別支援学級と通常学級の児童との間における共同学習などの実践研究に取り組んだ。個々の児童の障害や発達の実態に合わせて機器の入出力を工夫し、マルチメディアの通信を利用することで、障害や発達の個人差が大きな子どもたちが共に学ぶことができるよう学習環境を改善することが可能である。インクルーシブ教育システムの構築に向けてICTの活用を具体化し、その実践課題を検討するものである。これまで培ってきた地域連携のネットワークを生かし、早期に実践研究を開始することができた。通学が困難なため訪問学級に在籍する重度・重複障害の児童と、通学する児童との交流や、特別支援学級と通常の学級との児童間における共同学習やコミュニケーションを図る実践研究を展開した。また、テレビ会議システムを利用し、地域の教育関係者による情報の共有や意見交換の機会を設けた。遠隔地にありふだんは他校との交流が難しい学校や、ICTの教育利用について情報を得にくい学校の教員には、こうした広域通信のシステムは特に有効であり、ICT活用に対する意識の向上に有用であることを示した。インクルーシブ教育システムの構築を進める上で、障害のある児童と障害のない児童との交流や共同学習を充実させていくことは不可欠な要素である。また、特別支援学校においては、通学が困難な訪問学級の児童や、医療施設等に長期入所する児童を、どのように学校の授業や特別活動へ参加させ、通学児童との交流を図るのかが課題となっている。本研究は、ICTの導入により、教育の「場所」にとらわれず、多様な環境下で障害のある児童の個別的な教育ニーズに応えつつ、相互の交流と共同学習の拡充を図るものである。本年度は、地域の特別支援学校や、地域の小学校、中学校の特別支援学級と連携して、ICTを導入した教育実践を継続し、特にインターネットを活用した交流及び共同学習の授業研究を行った。具体的には、和歌山県内の特別支援学校3校で、知的障害、肢体不自由の学級、及び訪問学級において、タブレット情報端末を児童一人一人に導入し、インターネットを介した授業実践を行い、その成果を蓄積した。また、小学校3校の特別支援学級にも機材を導入し、通常の学級の児童との共同学習に活用した。これらの成果から、ICTの有用性が示された。今年度は、ICTを活用した交流及び共同学習の実践研究について、授業研究の成果を豊富に蓄積することができた。こうした実績をふまえ、地域の特別支援教育の関係者に対して情報提供を目的としたフォーラムを開催するとともに、国際学術会議において、特別支援教育におけるICTの活用の可能性について発表を行った。本研究は、ICTの導入により、障害のある児童と障害のない児童との交流や共同学習を充実させ、インクルーシブ教育システムの構築を進めることを目的としている。障害のある児童は、読む、書く、聞く、話すといった言葉の表現や理解に制限があるため、学習やコミュニケーションに困難を生じる。これらの活動をICTによって補うことで、障害のない児童と共同の学習活動を展開することが可能となる。また、特別支援学校や特別支援学校に在籍する児童、訪問学級の児童、さらに医療施設等に長期入所する児童等であっても、ネットワーク環境を活用し、通常の学級の児童と交流機会を拡大することができる。本研究は、こうしたICTの導入により、教育の「場所」にとらわれず、多様な環境下で障害のある児童の個別的な教育ニーズに応えつつ、相互の交流と共同学習の拡充を図るものである。本年度は、県内の特別支援学校3校8学級と、小学校の特別支援学級、中学校の特別支援学級において、授業研究を中心とする実践研究を展開した。知的障害、肢体不自由、発達障害、それぞれの障害の状況に応じて、入力と出力の補助的な装置を導入し、機器の操作系統の改善を図った。また、認知面の特性に配慮して教材を工夫し、タブレット型携帯情報端末やコンピュータによる学習活動を各校で実施した。あわせて情報モラルの観点から、機器導入時のルールづくりや、家庭との連携についても検討を行った。これらの成果をまとめた実践研究のコンテンツを蓄積して、オンラインで公開し、研究成果の共有につとめた。

地域の学校と連携して実践研究を展開し、具体的な交流のプランを示した。今後は、実践の効果を検証し、指導のモデル化を試みるとともに、障害の種類や程度に応じた教材ソフトウェアの選択について検討する。また、特別支援学校における交流及び共同学習の取り組みと、ICTの活用について調査を行い、現状の課題を明らかにするとともに、交流及び共同学習に対する教員の意識とその変化を明らかにする。実践研究の成果をまとめ、授業のモデル化を進める。また、本研究の成果を共有し、情報を一般に伝達することを目的として、国内において公開研究会を開催する。研究会では、実践研究で連携する地域の協力校を中心に教員の研究発表を支援する。海外においても積極的に発表を行い、研究成果の普及につとめる。特別支援教育残金が少額であり次年度の予算と合算して使用する方が有効であると考えられるため。次年度の予算に組み入れて事務物品の購入にあてる。
低次元トポロジーに現れる種々の不変量の研究

近年,結び目に関する体積予想とその様々な拡張について研究している.体積予想とは,結び目の色付きJones多項式のある種の極限が,その結び目の補空間の体積を決定するであろうというものである.この際,「色」Nを持つ色付きJones多項式のパラメタにexp(2πi/N)を代入したのちNを無限大にするような極限を考えるのである.これまでの研究においてパラメタをexp(a/N)とおいてaを様々に変化させた極限をとることにより,結び目補空間のみならず,その結び目からDehn手術を施して得られる閉3次元多様体の体積やChern-Simons不変量をも決定するであろう,という形に体積予想は拡張された.今年度の研究では,極限だけでなく色付きJones多項式(の対数)をNに関して漸近展開したときの各係数がどのようになるかを考察した.Nの係数が体積とChern-Simons不変量を決定するだろう,というのが体積予想(とその一般化)である.S.Gukov氏との共同研究により,次のような新たな予想を提唱した.1.log Nの係数は結び目群からSL(2,C)への表現によって捻られたcohomology群の次元によって決まるであろう.上記の予想は,これまでの体積予想(とその一般化)にも新たな知見を加えるものである.なお,いくつかの結び目に関しては,コンピュータ実験によりこの予想がある程度正しいことが観察されている.近年,結び目に関する体積予想とその様々な拡張について研究している.体積予想とは,結び目の色付きJones多項式のある種の極限が,その結び目の補空間の体積を決定するであろうというものである.この際,「色」Nを持つ色付きJones多項式のパラメタにexp(2πi/N)を代入したのちNを無限大にするような極限を考えるのである.これまでの研究においてパラメタをexp(a/N)とおいてaを様々に変化させた極限をとることにより,結び目補空間のみならず,その結び目からDehn手術を施して得られる閉3次元多様体の体積やChern-Simons不変量をも決定するであろう,という形に体積予想は拡張された.今年度の研究では,極限だけでなく色付きJones多項式(の対数)をNに関して漸近展開したときの各係数がどのようになるかを考察した.Nの係数が体積とChern-Simons不変量を決定するだろう,というのが体積予想(とその一般化)である.S.Gukov氏との共同研究により,次のような新たな予想を提唱した.1.log Nの係数は結び目群からSL(2,C)への表現によって捻られたcohomology群の次元によって決まるであろう.上記の予想は,これまでの体積予想(とその一般化)にも新たな知見を加えるものである.なお,いくつかの結び目に関しては,コンピュータ実験によりこの予想がある程度正しいことが観察されている.3次元球面内に埋め込まれた円周のことを結び目と言い,局所的に3次元ユークリッド空間と同じ図形のことを3次元多様体と言う.3次元球面は3次元多様体の簡単な例である.結び目の管状近傍(ソリッド・トーラスと同相)を取り去り違った方法で埋め直すことにより(Dehn手術),一般には3次元球面とは異なった3次元多様体が得られる.本研究では,、結び目とDehn手術によって得られる3次元多様体の性質を不変量の立場から研究する.結び目のJones多項式は,量子不変量の代表的なものでありさまざまな研究がなされている.特に近年注自を集めているのは,色付きJones多項式のある種の極限が結び目補空間の双曲的体積を決定するであろうという体積予想である.これは最初Kashaevによって,彼自身の導入した不変量との関係で提唱され,その後早稲田大学の村上順氏と研究代表により,Jones多項式との関係が明確になったものである.本年度は,体積予想の拡張に関して研究を行った.主な結果は次の通りである.結び目のN次元Jones多項式に1のN乗根を代入して,Nが大きくなるときの漸近挙動を調べることによって,結び目の補空間の体積が得られる,というのが体積予想である.東京都立大学の横田氏との共同研究により,1の冪根以外の値に関する極限を考えれば,少なくとも8の字結び目に関する限り,結び目のDehn手術によって得られる3次元多様体の体積が得られることが確かめられた.現在,この結果を他の結び目に拡張すべく研究を進めている.本年度は,結び目の量子不変量の漸近挙動の研究を中心に行なった.まず,トーラス結び目(3次元空間の中に標準的に埋め込まれたトーラス上にある結び目の族)の色付きJones多項式の漸近挙動を調べた.具体的には,リー環Sl(2,C)のN次元表現に対応した色付きJones多項式のパラメータをexp(a/N)とおいたとき,aを固定して,整数Nを無限に大きくしたときの漸近挙動を調べた.a=2πiのときは,体積予想との関係から,多項式のオーダーで発散することが知られている.ところが,2πiの近傍では全く違った挙動をすることがわかった.つまり,2πiの近傍でaの実部の正負に従い指数的に発散したり収束したりする.特に,収束するときは,結び目の古典的不変量としてよく知られているAlexander多項式にaを代入した値が極限になる.さらに,8の字結び目についてはaが0の近傍のときの漸近挙動を調べた.これまでに,横田佳之との共同研究において,aが1の近傍のときは指数的の増大し,その増大度が8の字結び目に沿ったDehn手術によって得られる3次元多様体の体積とChern-Simons不変量と関係することがわかっていた.

今回の研究で,aが0の近傍のときは,色付きJones多項式は収束し,その極限値はAlexander多項式にaを代入した値になることがわかった.これはトーラス結び目の場合と類似の結果であり,一般の結び目についても同様のことが成り立つことを示唆している.上述の結果は,体積予想(結び目の色付きJones多項式のa=2πiのときの漸近挙動は結び目の体積を決定するである)とは,全く対照的な現象であり,今後の研究への大きな指針となる.現在低次元トポロジーで注目を集めている不変量の一つに量子不変量がある.一般に,リー環とその表現に付随して結び目・絡み目の不変量が,リー環に付随して3次元閉多様体の不変量が定義される.ところがその位相的・幾何的性質は余り知られていない.これまでの研究において,量子不変量のうち最も基本的なものである結び目の色付きJones多項式(リー環sl(2,C)とその既約N次元表現に付随したもの;次元Nのことを「色」と称している)のある種の極限が,その結び目補空間の体積を決定するであろうという体積予想(R.Kashaev,村上順および研究代表者による)の検証を行なってきた.特に横田佳之との共同研究において8の字結び目と呼ばれる結び目に対しては,2πiの近傍にパラメータを設定すると,結び目補空間の体積のみならず,結び目からDehn手術で得られる3次元閉多様体の体積とChem-Simons不変量も決定することを証明した.今年度は,上述の結果の他の結び目への拡張を試みた.torus結び目と呼ばれる,互いに素な自然数の対に対して定義される結び目の族に関しては,以前の研究においてその色付きJones多項式の極限が計算されていた.ここで得られた極限によって得られる正則関数により,結び目補空間の基本群からリー群SL(2,C)への表現が決まり,さらに(拡張された)体積関数が得られることがわかった.これは上述の8の字結び目の場合と同様の結果であり,一般の結び目に関して成り立つことが期待される.近年,結び目に関する体積予想とその様々な拡張について研究している.体積予想とは,結び目の色付きJones多項式のある種の極限が,その結び目の補空間の体積を決定するであろうというものである.この際,「色」Nを持つ色付きJones多項式のパラメタにexp(2πi/N)を代入したのちNを無限大にするような極限を考えるのである.これまでの研究においてパラメタをexp(α/N)とおいてaを様々に変化させた極限をとることにより,結び目補空間のみならず,その結び目からDehn手術を施して得られる閉3次元多様体の体積やChern-Simons不変量をも決定するであろう,という形に体積予想は拡張された.今年度の研究では,極限だけでなく色付きJones多項式(の対数)をNに関して漸近展開したときの各係数がどのようになるかを考察した.Nの係数が体積とChern-Simons不変量を決定するだろう,というのが体積予想(とその一般化)である.S.Gukov氏との共同研究により,次のような新たな予想を提唱した.1.log Nの係数は結び目群からSL(2,C)への表現によって捻られたcohomology群の次元によって決まるであろう.上記の予想は,これまでの体積予想(とその一般化)にも新たな知見を加えるものである.なお,いくつかの結び目に関しては,コンピュータ実験によりこの予想がある程度正しいことが観察されている.