hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転写抑制とテロメア長短縮に寄与するTLS蛋白質-非コード核酸相互作用の解析

本研究ではCyclin D1遺伝子の転写制御に関わる非コードRNA (lncRNA)のTranslocated in liposarcomaタンパク質(TLS)結合領域について、その二次構造をNMR法により決定した。さらに、TLSのRGG3ドメインがlncRNAの一本鎖領域に結合することを明らかにした。一方で、テロメア長制御に関わるTLSとテロメアDNAおよびTERRAの結合に関して、結合に関与する残基をNMR法によって同定した。これにより、RGG3ドメインのTyr残基とPhe残基が状況に応じて結合対象を切り替えることで、効率的な複合体形成がもたらされるというモデルを提案した。TLSタンパク質は、Cyclin D1遺伝子のプロモーター領域から転写される非コードRNAと結合することにより、CREP結合たんぱく質およびp300のヒストンアセチル転移活性を阻害し、Cyclin D1遺伝子の転写を抑制する。この非コードRNAから見出された30 nt程のTLS結合領域について、NMR法によって二次構造を解析した。その結果、5'側は1本鎖であり、3'側にG-U塩基対を含むステムループ構造を持つことが明らかとなった。さらに、TLSのC末端に位置するRGG3ドメインにRNAを添加して化学シフト摂動法により相互作用を解析した。これによりRGG3はRNAの5'側の1本鎖領域により強く結合することを示した。TLSタンパク質は、テロメアDNAおよびテロメアDNAから転写されるRNAであるTERRAの四重鎖と結合して三者複合体を形成する。この複合体形成によりヒストンメチル基転移酵素がテロメア上にリクルートされ、テロメアの短縮をもたらす。四重鎖との結合を担うTLSのRGG3ドメインにテロメアDNAもしくはTERRAを単独で添加して、NMR法により相互作用様式を解析した。その結果、どちらの四重鎖に対しても同一のアミノ酸残基が結合に関与することが明らかとなった。さらに、テロメアDNAとTERRAを同時に加えて三者複合体を形成させた系で同様の解析を行ったところ、RGG3のフェニルアラニンを含む領域がテロメアDNA、チロシンを含む領域がTERRAに優先的に結合することが明らかになった。Cyclin D1遺伝子由来のRNAのTLS結合領域について、二次構造を予定通りに決定し、TLSのRGG3ドメインと結合する箇所の特定に成功した。TLSの他のドメインとの結合に関する解析も並行して進行している。テロメアDNAおよびTERRAの四重鎖とRGG3ドメインの結合様式に関しては、四重鎖との結合に関与するアミノ酸残基を特定し、三者複合体においてテロメアDNAとTERRAそれぞれに優先して結合する領域をNMR法により示した。Translocated in liposarcomaタンパク質(以下TLS)は非コード核酸との結合を介してCyclin D1遺伝子(以下CCND1)の転写抑制やテロメア長の短縮に関与している。本研究課題ではこれらの制御に関わるTLSと非コード核酸間の結合について構造研究を進める。CCND1の転写抑制においては、CCND1の上流から転写される非コードRNAがTLSに結合する。まずNMR法により非コードRNAのTLS結合領域の二次構造を決定した。さらに、TLSのC端に位置するRGG3ドメインに対して非コードRNAを添加し、RGG3がRNAの一本鎖領域に結合することを示した。より詳細な相互作用部位の同定に向けて、安定同位体標識を施したRGG3ドメインを調製し、解析を進めている。テロメア長の制御においては、TLSはテロメアDNA、およびテロメアDNAから転写されるRNAであるTERRAが形成する四重鎖に結合して三者複合体を形成する。TLSのRGG3に対して、テロメアDNAあるいはTERRAを添加した二者複合体、およびテロメアDNAとTERRAの両者を添加した三者複合体を調製し、NMR法によって相互作用部位の同定を行った。しかし、高分子量の複合体では一部のNMRスペクトルが不明瞭であった。そこで、RGG3のC端領域を用いた複合体を調製し、NMRスペクトルを改善することができた。解析の結果、テロメアDNAとの二者複合体ではフェニルアラニンがテロメアDNAを認識し、チロシンが結合を補強する役割を担うことが示唆された。逆にTERRAとの二者複合体では、チロシンがTERRAを認識し、フェニルアラニンが結合を補強することが示唆された。一方で、三者複合体ではフェニルアラニンとチロシンがそれぞれテロメアDNAとTERRAに優先的に結合することが明らかになった。CCND1の転写制御に関わる非コードRNAとTLSとの結合に関しては、TLSの安定同位体を調製し、順調に解析を進めている。テロメア長制御の解析に関しては、複合体が高分子量であることに起因して、スペクトルが一部明瞭でなかったため、断片化したRGG3を使用しての解析を追加した。そのため計画に一部変更が生じている。Translocated in liposarcoma (TLS)は転写調節や遺伝子の維持などの種々の機構に関わる核酸結合蛋白質である。しかしTLSの機能発現に重要なTLSと核酸の相互作用機構は十分に明らかにはされていない。本研究課題では、Cyclin D1遺伝子(以下CCND1)の転写抑制およびテロメア長短縮というTLSが関与する2つの制御機構に関して、TLSの機能発現をもたらすTLSー非コード核酸間相互作用の構造基盤の解析を目的とする。TLSはCCND1の上流から転写される非コードRNAと結合することにより、CCND1の転写抑制をもたらす。非コードRNAから見出されたTLS結合領域の構造をNMR法により解析し、ステムループ領域と一本鎖領域からなる二次構造を決定した。

その後、非コードRNAの各領域について、TLSのRGG3ドメインとの結合実験を行い、非コードRNAの一本鎖領域がRGG3ドメインとの結合を担うことを明らかにした。この成果を国際学術雑誌に掲載した。TLSは、RGG3ドメインを介してテロメアDNAやそれに由来するRNAであるTERRAの四重鎖と結合し、複合体を形成する。この複合体形成によってヒストン修飾酵素がリクルートされ、テロメアの短縮がもたらされる。私はテロメアDNAおよびTERRAについて、RGG3との結合実験を行い、相互作用に関与する核酸残基を一部同定した。また、RGG3ーテロメアDNA二者複合体、RGG3ーTERRA二者複合体、およびRGG3-テロメアDNA-TERRA三者複合体を調製し、多次元NMR法による解析を行った。その結果、三者複合体ではRGG3のフェニルアラニン残基とチロシン残基がそれぞれテロメアDNAとTERRAの結合を担うことを示した。一方で二者複合体では、フェニルアラニン残基とチロシン残基の両方がテロメアDNAあるいはTERRAの1種類の核酸に結合することを示した。以上の成果を平成29年度に国際学術雑誌で報告した。本研究ではCyclin D1遺伝子の転写制御に関わる非コードRNA (lncRNA)のTranslocated in liposarcomaタンパク質(TLS)結合領域について、その二次構造をNMR法により決定した。さらに、TLSのRGG3ドメインがlncRNAの一本鎖領域に結合することを明らかにした。一方で、テロメア長制御に関わるTLSとテロメアDNAおよびTERRAの結合に関して、結合に関与する残基をNMR法によって同定した。これにより、RGG3ドメインのTyr残基とPhe残基が状況に応じて結合対象を切り替えることで、効率的な複合体形成がもたらされるというモデルを提案した。TLS全長の調製が困難であったことから、TLSの各ドメインとCyclin D1遺伝子由来のRNAとの相互作用を解析することで、TLSのRNA認識機構を解明することとした。今後は各ドメインの大量発現・調製を行い、RNAとの複合体の解析を進める。また、テロメアDNA、TERRAとRGG3ドメインの三者複合体に関しては、選択的同位体標識など手法を使用してテロメアDNA-RGG3間およびTERRA-RGG3間の相互作用解析を進める。RGG3ドメインと非コードRNAの複合体について、安定同位体標識体を使用して構造解析を進める。また、テロメアDNA、TERRAとRGG3の複合体についても、二者複合体および三者複合体における各残基間の相互作用様式をNMR法によって解析する。構造生物学今年度はタンパク質のみの同位体標識を中心として複合体の解析を行ったため、予定よりも標識化に要する費用が少額となった。同位体標識した核酸を使用した解析については次年度に行う予定である。
RNA干渉を利用した抗ドナーHLA抗体産生形質細胞に対する特異的治療戦略

臓器移植後において形質細胞が産生する抗HLA抗体や抗A,B抗体が拒絶反応の原因となる場合がある。形質細胞に対しては分子標的薬であるプロテアソーム阻害剤(ボルテゾミブ)により増殖抑制をするといった治療法があるが、特異的ではなく全ての形質細胞に対して作用してしまう。疾患の原因となる抗体産生に対する特異的な治療法は今まで報告がなかった。特異的抗体はそれぞれに相補性決定領域(CDR;complementary detemining region)を有しており、その部分のみが他の抗体と異なっている。今回、CDRsをターゲットとしたRNA干渉による抗体産生抑制が可能かどうか、検討を行なった。まずヒト抗A抗体産生株HB8534対するsiRNAの抗体産生に与える抑制効果を検討した。HB8534より得られたIgHの遺伝子情報より超可変領域のCDR2および3に対するsiRNAを設計した。siRNA投与後24hの時点で、IgH mRNAでは約25%抑制効果が、抗A抗体産生は約30%の抑制効果が認められた。これらの結果からCDRsをターゲットとしたRNAiが治療戦略として可能であることが示された。次に抗体の基本骨格であるフレームワーク領域(FR:framework region)をターゲットとしてsiRNAを作成し、抗体産生抑制効果を検討した。形質細胞を短期間培養しIgG1特異的産生形質細胞数をELISPOT assayにて判定したが、遺伝子導入試薬による形質細胞への障害が強く起こり、形質細胞へ安定的に遺伝子導入できる試薬の選定を行ったが、市販の試薬では得ることは出来なかった。形質細胞に対するsiRNA遺伝子移入法は確立されたものが無いが、他の細胞株でPAMAMデンドリマーをPEG化することにより、細胞毒性を減少できるといった研究報告があり、今後形質細胞への安定的な遺伝子導入試薬の開発が望まれる。概要:ヒト抗A IgM抗体産生株HB8534対するsiRNAの抗体産生に与える抑制効果を検討した。HB8534hybridomaより得られたIgHのの遺伝子情報より超可変領域のCDR2および3に対するsiRNAを設計した。ヒト抗A IgH mRNAの発現量およびIgM抗体産生量の抑制効果を検討した。方法:siRNAは細胞内での安定性が高く、細胞毒性が低いThermo Fisher社のstealth siRNAを使用した。HB8534hybridomaに対する抗体産生抑制についてIgH mRNAおよび抗A IgM抗体産生の抑制作用を検討した。またトランスフェクション試薬としてGenomeONE-Siを使用した。結果:投与後24h,48h,72hで抑制効果を検討したところ24hではIgH mRNAの発現抑制効果が認められたが、48h以降では抑制効果が認められなかった。24h後の時点でIgH mRNAでは約25%抑制効果が認められた。抗A IgM抗体産生は24h後に約30%の抑制効果が認められたが、陽性コントロールとして使用したGAPDH stealth siRNAでも約20%の抑制効果が認められた。考察:培養細胞株は増殖してゆくため、時間経過とともにsiRNAの相対量が減少するため、投与後短い時間の場合にのみ抑制効果が認められた。GAPDHでも抑制効果が認められたのはdouble strand RNAによるoff-target効果と考えられた。stealthsiRNAは特異性が高いとされているがGAPDH siRNAでも抑制されており25ntと比較的長いためと考えられた。異動に伴い、実験系のセットアップに時間を要した。またsiRNAの抗体産生抑制効果を認めたものの、腫瘍細胞を対象にしているため一過性にしか効果が認められなかった。この研究では重鎖および軽鎖のCDRをsiRNAとする事で目的の抗体産生細胞に特異的な抑制効果を狙うものであるが、腫瘍性増殖をする細胞を使用すると持続した効果が認められないため、CDR特異的なsiRNA効果を検討する研究に加え、新たに形質細胞に対する抗体産生抑制効果を検討する研究が必要と判明した。目的:抗ドナー特異的抗体産生形質細胞のみをターゲットとした抗体産生抑制効果がえられるsiRNAを作成する事をゴールとするが、ターゲットが少量である事や抗ドナー抗体を産生する形質細胞のみで研究を行うには少量すぎて効果判定が難しい。そのため、抗ドナー抗体の相補性決定領域(CDR;complementary detemining region)をターゲットとしてsiRNAを作成するのではなく、抗体の基本骨格であるフレームワーク領域(FR:framework region)をターゲットとしてsiRNAを作成し、siRNAの抗体産生抑制効果を検討することとした。方法:ヒト末梢血中の形質細胞をミルテニー社のWhole BloodCD138マイクロビーズkitを用いて採取し、短期間培養を行いIgG1およびIgM特異的産生形質細胞数をELISPOT assayにて判定した。この培養系に対して、IgG1およびIgMのFR特異的なsiRNAを設計、作成し、核酸導入を行い、抗体産生細胞数の減少率を検討した。結果および考察:siRNAtransfection試薬の選定:GenomeOne-Siを利用してsiRNAを細胞に導入を試みた。mRNAレベルおよびELISpotアッセイで抗体産生の抑制を認めたものの、ネガティブコントロール(試薬のみ)でも抑制され、形質細胞へ安定的に遺伝子導入できる試薬の選定が必要となった。primary cultuteB細胞についてはAMAXA社のNucleofector kitが有効との報告があるが、当施設では持ち合わせていないため、導入は困難であった。

他にlipofectamine 2000および3000を使用したが、形質細胞に対して遺伝子導入試薬を使用する事で、殺細胞効果が現れ、特異的抑制効果についての判定が困難であった。現在lifpofectamineRNAiMAXを試みている。形質細胞への遺伝子導入に関してほとんど報告がなされていないが、近年β溶血性連鎖球菌A、CおよびG群によって産生されるスルフヒドリル活性化毒素であるストレプトリジンOを用いた形質細胞へのsiRNA導入の報告がされた(J Immunol Methods. 2008Apr 20;333(1-2):147)。しかしながらこの試薬は毒物であるため使用が難しく他の方法についても検討中である。目的:抗ドナー特異的抗体産生形質細胞のみをターゲットとした抗体産生抑制効果がえられるsiRNAを作成する事を最終目的とするが、ターゲットが少量である事や抗ドナー抗体を産生する形質細胞のみでは研究を行うには少量すぎて効果判定が難しいため、抗ドナー抗体の相補性決定領域(CDR;complementary detemining region)をターゲットとしてsiRNAを作成するのではなく、抗体の基本骨格であるフレームワーク領域(FR:framework region)をターゲットとしてsiRNAを作成し、siRNAの抗体産生抑制効果を検討することとした。方法:ヒト末梢血中の形質細胞をミルテニー社のWhole BloodCD138マイクロビーズkitを用いて採取し、短期間培養を行いIgG1およびIgM特異的産生形質細胞数をELISPOT assayにて判定した。この培養系に対して、IgG1およびIgMのFR特異的なsiRNAを設計、作成し、核酸導入を行い、抗体産生細胞数の減少率を検討した。結果および考察:昨年度に続きsiRNAtransfection試薬の選定に難渋しており、現在、形質細胞へ安定的に遺伝子導入できる試薬の選定を行っている。SuperFect Transfection ReagentおよびPAMAMデンドリマーを用いた遺伝子移入を試みた。しかしながら、どちらの試薬においても、遺伝子移入が十分される濃度では形質細胞に対する細胞毒性が観察された。形質細胞は抗体を大量に産生できるタンパク質工場のように分化した細胞であり、タンパク質の品質管理が厳密に行われている。その為、細胞外からの刺激に対しては敏感に反応がおこり、細胞傷害がより強く出ている可能性がある。形質細胞に対するsiRNA遺伝子移入の方法はまだ確立されたものが無いが、他の細胞でPAMAMデンドリマーと同時にをPEG化することにより、細胞毒性を減少できるといった報告があるため、現在試薬の選定を行っている。臓器移植後において形質細胞が産生する抗HLA抗体や抗A,B抗体が拒絶反応の原因となる場合がある。
千葉県における潜在的資源の再発見と利活用による地域活性化のための調査・研究

本研究の目的は、千葉県下の地域がそれぞれに有する各種資源(自然的・人工的・人文的・景観的)の発掘・採集を行ない、そのより有効な利活用の方途を総合的・学際的手法に立脚して具体的に探究するとともに、その成果を当該の地域に還元して地域の活性化を図っていくことにある。平成1113年度にかけての本研究の3年目である平成13年度には、平成11年度に構築されたインターネットのwwwを利用した情報集積ネットワークシステム(潜在的地域資源のデータベース)を活用しつつ、平成12年度に実施した千葉県内自治体・千葉県内企業・千葉県在住地域住民の四者間の地域資源活用に関する双方向の情報交換を通して、地域活性化のための実践案を整理するとともに、その具体的プロセスを確立し、実体化を図った。具体的な内容は、「海山の自然景観と人工的景観の調和を図ったアメニティ景観の形成プランニング」「新しい居住空間の創出のための潜在的資源「藁」の構造材としての活用方法の構築」「千葉県の文化的資源の再発見と保全・再生、伝承を実践する内発型コミュニティづくり」「風力・太陽光などのグリーンエネルギーの実践的活用方法の提案」「海岸・干潟における波の運動の数理モデルの構築および数値シミュレーションによる沿岸環境保護技術の開発」などである。本研究は、千葉県における潜在的な地域資源を体系的に把握・分析・評価し、地域活性化に向けての考究を展開したものであり、日本ならびに諸外国における地域活性化の方法論にも通じるものである。本研究の目的は、千葉県下の地域がそれぞれに有する各種資源(自然的・人工的・人文的・景観的)の発掘・採集を行い、そのより有効な利活用の方途を総合的・学際的手法に立脚して具体的に探求するとともに、その成果を当該の地域に還元して、地域の活性化を図っていくことにある。平成1113年度にかけての研究初年度である平成11年度には、主として、千葉県における潜在的地域資源の発掘・採集とデータベースづくりを行った。そのため、まず、千葉大学工学部都市環境システム学科を中心とする「潜在的資源利活用調査研究機構」が中核となり、千葉県内自治体、千葉県内企業、千葉県在住地域住民の四者間双方向情報交換を行うため、インターネットのwwwを利用した情報集積ネットワークシステムを構築した。上記のネットワークを活用しつつ、千葉県全域の自治体、公的研究機関、企業などを対象として、それぞれが有する潜在的地域資源に関するアンケート調査を実施するとともに、数か所の地域に出向いて具体的な現地調査を行った。また、こうして採集された各種潜在的地域資源情報に関するデータベースを作成した。これらの作業と併行し、日本国内(青森県、福島県、山梨県、愛知県、岐阜県、京都府、福岡県など)および国外(中国四川省、台湾省、韓国利川など)における地域資源利用活用事例の採集を当該地域に赴いて実施するとともに、データベース化した。なお、平成12年度には、本年度に集積された潜在的地域資源の評価・分析に基づき、その利活用の探求を実施する予定である。具体的には、感性工学、システム工学、環境情報工学、信頼性工学、防災工学、エネルギー工学、シミュレーション工学、マネージメント工学など本研究者組織による学際的手法に基づいて、潜在的地域資源の評価・分析を行うとともに、その利活用の可能性に関する総合的検討をまとめ、その成果を自治体・企業・地域住民に提案することにしている。平成1113年度にかけての本研究の2年目である平成12年度には、平成11年度に構築されたインターネットのwwwを利用した情報集積ネットワークシステムを活用し、千葉県における潜在的地域資源のデータベースを補完するとともに、千葉大学工学部都市環境システム学科を中心とする「潜在的資源利活用調査研究機構」を核として、千葉県内自治体・千葉県内企業・千葉県在住地域住民の四者間で、地域資源活用に関する双方向の情報交換を行った。これらの作業と併行し、日本国内(千葉県、青森県、福島県、新潟県、沖縄県など)および国外(デンマーク、アメリカ、中国四川省など)における地域資源活用事例の採集を当該地域に赴いて実施するとともに、データベース化した。また、平成11年度および平成12年度に集積された潜在的地域資源活用に関するデータベースに基づき、感性工学、システム工学、環境情報工学、信頼性工学、防災工学、エネルギー工学、シミュレーション工学、マネージメント工学など本研究者組織による学際的手法を駆使してそれらの評価・分析を行なうとともに、その利活用の可能性に関する総合的検討を行った。

具体的な内容は、「海山の自然景観と人工的景観の調和を図ったアメニティ景観の形成プランニング」「新しい居住空間の創出のための潜在的資源「藁」の構造材としての活用方法の構築」「千葉県の文化的資源の再発見と保全・再生、伝承を実践する内発型コミュニティづくり」「風力・太陽光などのグリーンエネルギーの実践的活用方法の提案」「海岸・干潟における波の運動の数理モデルの構築および数値シミュレーションによる沿岸環境保護技術の開発」などである。本研究は、千葉県における潜在的な地域資源を体系的に把握・分析・評価し、地域活性化に向けての考究を展開したものであり、日本ならびに諸外国における地域活性化の方法論にも通じるものである。本研究の目的は、千葉県下の地域がそれぞれに有する各種資源(自然的・人工的・人文的・景観的)の発掘・採集を行ない、そのより有効な利活用の方途を総合的・学際的手法に立脚して具体的に探究するとともに、その成果を当該の地域に還元して地域の活性化を図っていくことにある。平成1113年度にかけての本研究の3年目である平成13年度には、平成11年度に構築されたインターネットのwwwを利用した情報集積ネットワークシステム(潜在的地域資源のデータベース)を活用しつつ、平成12年度に実施した千葉県内自治体・千葉県内企業・千葉県在住地域住民の四者間の地域資源活用に関する双方向の情報交換を通して、地域活性化のための実践案を整理するとともに、その具体的プロセスを確立し、実体化を図った。
口腔癌切除後の言語機能に関する研究

舌・口底・下顎歯肉癌の術後の言語機能は、舌の器質的な欠損による形態や機能の障害、または術後の瘢痕収縮による残存舌の可動性の障害により左右されることが経験上でわかってきたが、客観的なデ-タにより評価された報告は少ない。当科では口腔癌の治療成績向上のため切除範囲の決定は、初診時の臨床病理学的所見を参考にしてきた。本研究ではこれらの症例に対する切除部位別の構音の評価、術後の舌の可動性を評価し口腔癌切除後の言語機能に関する検討を行った。対象)舌、口底、下顎歯肉癌の切除後1年以上経過し言語所見を評価することのできた口腔扁平上皮癌52症例であった。原発巣の部位別内訳は舌癌26例、口底前方部を中心とする口底癌16例、正中または臼歯部の下顎歯肉癌10例であった。方法)1.構音機能検査として100音節発語明瞭度(以後発語明瞭度)を判定した。2.原発部位別の臨床病理学的悪性度と発語明瞭度との関連を求めた。3.超音波診断装置により術後の舌の可動性を検索するため/Ka/発音時の舌最大運動量、舌運動量左右差、舌運動時間を求め発語明瞭度との関連を求めた。結果)1)発語明瞭度に関しては舌癌、口底癌の術後では、統計的有意に悪性度と負の相関を示したが、下顎歯肉癌の術後では、悪性度に関係なく発語明瞭度は高い値を示した。2)/Ka/発音時の舌最大運動量、舌運動量左右差は特に統計的な相関は認められなかったが、舌運動時間においては負の相関を示し舌運動時間が発語明瞭度の低下に関係していると思われた。以上の結果より舌、口底癌では、術前の臨床病理学的悪性度より術後の言語機能をある程度予測ができることが示唆され、また残存舌の可動性を評価するためには、/Ka/発音時の舌運動時間が有効であり、残存舌のすばやい動きを妨げない手術法の選択が必要であると考えられた。
後天的ゲノム修飾解析によるIPMN発癌の本態解明

膵嚢胞性疾患であり同時に膵前癌病変としてのIPMNには二種類の発癌経路が存在する。それぞれのIPMN由来浸潤性膵発癌とIPMN随伴性膵発癌においては、その背景因子および臨床予後などにおいて明らかな違いが存在する。本研究では発癌を伴ったIPMN症例においてIPMN粘膜と癌部組織、さらには非癌部の組織をマイクロダイセクションにて選択的に抽出し、遺伝子発現およびグローバルなDNAメチル化状態の変化などのいわゆる後天的ゲノム修飾からみたIPMN膵内の発癌経路および前癌病変のプロファイルを明らかにする。IPMNにて手術が行われた症例に対し、倫理委員会ですでに承認の得られている同意説明文書にて十分に説明し、文書同意を得た後、血清、膵液、IPMN部・非癌部の組織、さらに存在すれば癌部の組織を取得してきた。これらの患者の臨床情報については個人情報保護を遵守しつつ詳細な情報を記録するデータベースを構築してきた。組織検体は一部パラフィンブロック、凍結ブロックとして保存、それぞれの切片から、腫瘍部、非腫瘍部の部分を回収しそれぞれのDNAを抽出した。この際、腫瘍部・非腫瘍部をレーザーマイクロダイセクションにより多数分離採取しそれぞれ腫瘍、非腫瘍特異的なDNAを抽出した。数種類の遺伝子変異について既に検討を行い、データ解析中である。IPMNには二種類の発癌経路、IPMN由来浸潤性膵発癌とIPMN随伴性膵発癌あり、その背景因子および臨床予後などにおいて明らかな違いが存在する。本研究は主膵管型、分枝型それぞれにおいて、変異遺伝子の分布、DNAメチル化レベルからみたIPMN膵内の発癌経路および前癌病変のプロファイルを明らかにし、両者の比較を行うことを目的とする。これまでのわれわれはKras, Braf, PIK3CA遺伝子の変異と、p16, smad4遺伝子の欠失、p53蓄積などについて検討を行ってきた。Kras遺伝子変異はgastric-typeに多く、PIK3CA遺伝子変異がintestinal typeの一例に認められた。その他の分子の異常については亜型によって有意に差を認められなかったが、smad1/5/8のリン酸化がintestinal-typeで有意に認められる知見を得た。今回はさらにIPMNの組織をレーザーマイクロダイセクションを活用して選択的に採取し、DNAを抽出した。IPMN部分および癌部それぞれのKRAS変異、GNAS変異を調べ、比較を行った。この連続性の有無などから膵癌の由来がIPMNなのかあるいはde novoであるのかについて評価を行っている。また種々の癌遺伝子およびがん抑制遺伝子の免疫組織染色により、IPMNの組織亜型別、組織学的悪性度別に検討している。得られた結果を生命予後などの臨床パラメータとあらためて検証することで、IPMN発癌の自然史について解明する研究になると考えられる。IPMNの組織をレーザーマイクロダイセクションを活用して選択的に採取し、DNAを抽出した。。申請者らは過去の研究により、膵嚢胞が存在すると膵液中に変異Kras遺伝子が多く検出されることを見出した(Tateishi K, Tada M et al. Gut 1999)。それを契機として、IPMN(Intraductal Papillary Mucinous Neoplasm)を中心とした膵嚢胞病変の経過観察を行い、嚢胞を有する症例からの膵癌発症が、一般人口の膵発癌率0.03%に比して、年率0.6%と高率であることを突き止め、IPMNを含めた膵嚢胞は膵癌の高危険群である可能性を提唱した。近年、IPMNにも複数のタイプがあることが明らかになり、臨床形態的には主膵管型と分枝型に分類される。主膵管型IPMNを多く認めるMUC2陽性intestinal type IPMNでは、通常型膵癌と比較し、Kras遺伝子変異が少なく、頻度は低いながら通常型膵癌ではみられないPIK3CA遺伝子の活性化変異が報告されている。一方我々はsmad1/5/8のリン酸化がintestinal-typeで有意に認められることを明らかにし、主膵管型と分枝型の亜型ごとに腫瘍化のメカニズムが異なる可能性を裏付けた(J. Gastroenterology. 2012;47(2):203)。主膵管のintestinal type IPMNの悪性化例はいわゆる近接した部位に生じるIPMN由来膵癌であることが多いが、一方で分枝膵管型はIPMNと離れた部位にPanINを介する通常型膵癌が合併する場合がある。今回の研究では手術で得られた組織検体において遺伝子変異およびDNAメチル化レベルをマッピングし、IPMNからの発癌経路について検討した。具体的には発癌を伴ったIPMN症例においてIPMN粘膜と癌部組織、さらには非癌部の組織をマイクロダイセクションにて選択的に抽出し、その部位での遺伝子変異をターゲットリシークエンシングによりマッピングする。

またグローバルなレベルでのDNAメチル化状態を比較した。膵嚢胞性疾患であり同時に膵前癌病変としてのIPMNには二種類の発癌経路が存在する。それぞれのIPMN由来浸潤性膵発癌とIPMN随伴性膵発癌においては、その背景因子および臨床予後などにおいて明らかな違いが存在する。本研究では発癌を伴ったIPMN症例においてIPMN粘膜と癌部組織、さらには非癌部の組織をマイクロダイセクションにて選択的に抽出し、遺伝子発現およびグローバルなDNAメチル化状態の変化などのいわゆる後天的ゲノム修飾からみたIPMN膵内の発癌経路および前癌病変のプロファイルを明らかにする。さらに検体数を増やしIPMN部・癌部の組織間での遺伝子変異の相違などについて解析する。またDNAメチル化レベルについても検討予定である。これまでのわれわれはKras, Braf, PIK3CA遺伝子の変異と、p16, smad4遺伝子の欠失、p53蓄積などについて検討を行ってきた。Kras遺伝子変異はgastric-typeに多く、PIK3CA遺伝子変異がintestinal typeの一例に認められた。その他の分子の異常については亜型によって有意に差を認められなかったが、smad1/5/8のリン酸化がintestinal-typeで有意に認められる知見を得た。今後は他のゲノム変異・エピゲノムの観点からも検討を行う。消化器病学
マイクロバブルとバブルジェット式エアリフトポンプを使った低動力水質浄化システム

太陽電池で動かせ低動力な水質浄化システムを目指して,(1)効率的にマイクロバブル(MB)を発生できる装置,(2)マイクロバブルと水質浄化用ブロックの相乗効果を利用する水質浄化装置,(4)湖沼や内海の魚類養殖場等に堆積した汚泥等を除去可能なバブルジェット式エアリフトポンプ,の三つの装置の研究を行った.ほぼ計画通りに研究を行うことができ,国際学術誌論文2件,国内学術誌論文1件,国際会議論文3件等で成果を公表した.太陽電池で動かせ低動力な水質浄化システムを目指して,(1)効率的にマイクロバブル(MB)を発生できる装置,(2)マイクロバブルと水質浄化用ブロックの相乗効果を利用する水質浄化装置,(4)湖沼や内海の魚類養殖場等に堆積した汚泥等を除去可能なバブルジェット式エアリフトポンプ,の三つの装置の研究を行った.ほぼ計画通りに研究を行うことができ,国際学術誌論文2件,国内学術誌論文1件,国際会議論文3件等で成果を公表した.本研究はダム湖や内海の養殖漁場における低動力な水質浄化技術の確立を目的としている.そのために次の1-3の研究を行い,以下に述べる成果を得た.1.効率的なマイクロバブル(MB)発生装置の開発:多孔質管の通気孔寸法とオリフィスの絞り径を変えた数種類のMB発生装置を試作し,装置の形状・寸法の最適化を図った.さらに,水中の酸素溶存(DO)特性に大きな影響を与えるMBの寸法分布を調べて,旧型よりもMB寸法が小さく,多量に発生でき,DO特性に優れた新型装置を開発した,その成果は学会で発表した.2.MBと水浄化用ブロックを併用した効率的な水質浄化システムの確立:まず,水槽に清水(水道水あるいは海水)を入れて上記の試験で高性能であった新型MB発生装置を使ってMBを発生させ,溶存酸素濃度DOの時間変化から物質移動容量係数と酸素溶存効率を評価し,最適な発泡条件を見出し,成果を雑誌論文と学会で発表した.次に,水槽に汚水と水質浄化用ブロックを入れてMBを発生させ,水質浄化用ブロックを入れない場合よりも水質浄化性能が格段に高くなることを明らかにした.その成果を踏まえて共同研究先と共に特許出願すると共に学会で発表した.3.低動力なバブルジェット(BJ)式エアリフトポンプの設計法の構築:直径50mmの中規模装置を作り,浸水率と揚固物(セラミック粒子,川砂)を変えて実験を行い,揚水・揚固流量と装置の駆動に必要な動力との関係を調べて,効率的な駆動条件を見出した.さらに,そのポンプ性能を予測しうるモデルを開発した.それらの成果は雑誌論文と学会で発表した.本研究はダム湖や内海の養殖漁場における低動力な水質浄化技術の確立を目的としている.そのために次の1-3の研究を行い,以下に述べる成果を得た1.効率的なマイクロバブル(MB)発生装置の開発:多孔質管をファイバーポーラス製に変えた大中小のMB発生装置を試作し,マイクロバブル発生能力と発生したマイクロバブルの水への溶存性能を調査した.その結果,シャドウマスク製の旧型よりもマイクロバブル発生能力はわずかに劣るものの,マイクロバブルの寸法は微細となり水への溶存性能は大きく向上することが明らかとなった.その成果は学会で発表した2.MBと水質浄化用ブロックを併用した効率的な水質浄化システムの確立:水質浄化用ブロックを入れてMBを発生すると,そのブロックを入れない場合よりも汚水の浄化速度が格段に早くなることをへ明らかにした.さらに,MBを発泡する本方法は,孔径5μmの散気管で発泡する場合よりも汚水の浄化速度が約2倍早いことを明らかにした.この成果は7月以降の学会で発表予定である3.低動力なバブルジェット(BJ)式エアリフトポンプの設計法の構築:直径50mmのライザーを持つ装置において浸水率と揚固物(セラミック粒子,川砂等)を変え,揚水・揚固流量と駆動に必要な動力との関係を調べる実験を行ったしその結果,効率的な駆動条件が明らかとなり国際会議で発表した.さらに,海での使用を想定して,人工海水を使った実験を行い,人工海水のほうが水道水よりも揚水・揚固性能が向上すること,およびその実験結果は昨年度に提案した性能予測モデルで予測しうることを明らかにした.この成果も7月以降の学会で発表予定である本研究はダム湖や内海の養殖漁場における低動力な水質浄化技術の確立を目的としている.そのために次の1-2の研究を行い,以下に述べる成果を得た.1.MBと水質浄化用ブロックを併用した効率的な水質浄化システムの確立:前年度までに得られた研究成果を取りまとめて,オランダのデルフト工科大学で行われた輸送現象に関する国際会議で発表すると共に,国際学術雑誌Experimental Thermal and Fluid Scienceに投稿して掲載が決定した.また,生活排水等の汚水を省エネルギーで効率的に浄化する方法を研究し,その成果を国内の二つの学会で発表した.2.低動力なバブルジェット・BJ式エアリフトポンプの設計法の構築:前年度までに行った人工海水を使った実験の成果を取りまとめて学術論文を執筆した.この論文は執筆が遅れたので年度内には発表ができず,2012年6月7-12日に東京で開かれる二相流のダイナミクスに関する日米セミナーにおいて発表する.

さらに,国際学術誌への投稿も行う.前年度と同様に,直径50mmのライザーを持つ装置において浸水率と揚固物を変え,揚水・揚固流量と駆動に必要な動力との関係を調べる実験を行った.前年度との相違点は,揚固用の粒子として球形粒子ではなく実用性を考慮して平均粒径の異なる2種類の川砂を使った点である/球形粒子よりも揚固量が増えることが明らかになったので,その揚固量を予測できるように一昨年度に球形粒子用として提案した性能予測モデルの改良を行い,その改良モデルの妥当性の検証結果と共に2012年度内に発表する予定である.
血中ゲルゾリン濃度測定法の開発とゲルゾリンーアクチン系の関与する微小循環障害

Fーアクチンの脱重合物質としての血中ゲルゾリンの定量法を検討した.もっとも敏感な方法としてウサギ骨格筋のFーアクチンに血清の10倍希釈液を適当量加えて,脱重合して生じるGーアクチンがDNasel活性を阻害する程度からゲルゾリンを定量する間接法の測定条件を徹底的に検討した結果は,1.アクチンを頻繁に調整することは煩雑であるので,活性を維持したまま保管することを考え成功した.アクチンは溶液のまま保存すると,たとえ冷室内でも,1週間ほどで失活したり,腐敗する.しかし,KCl,MgCl_2,CaCl_2,DTT,ATP,NaN_3,MOPS(pH7.5)を含む溶液中で,Fーアクチンにして,その沈殿を密栓して,氷につけておくと,活性を保ったまま少なくとも3月から半年は使用可能である.この間,用に臨んで,適当量とり,Fーアクチンとして,透析して使用する.2.Fーアクチン溶液の一部をとり反応溶液を調整したとき,Fーアクチンが希釈されて一部Gーアクチンとなり,新しくFーアクチン【double arrow】Gーアクチンの平衡が25°Cでは,30ー40分で成立し,その後2時間程度安定であるので,この間に測定せねばならない.従来の測定で誤差の多かった主要な原因がここにあることにきずいた.3.ゲルゾリンの作用はCa^<2+>に依存するので,血液内のCa^<2+>の濃度変動に依存しないように,逆に反応液のCa^<2+>の濃度を高めることで克服することが出来た.4.一方,このような測定法の検討と平行して,ゲルゾリン研究の近い将来に備えて,乳癌組織にはゲルゾリンが検出されないという報告がある(Am.J.Pathol,134,597ー603(1989))ことにきずき,ゲルゾリンの消長が癌細胞の一般的性質が否か,さらに癌発生段階と関連性をもつものかどうかを追求することを考えて,成人T細胞白血病(我が国で発見され,よく研究されているATL)の実験モデルの作成という基礎的研究も開始した.Fーアクチンの脱重合物質としての血中ゲルゾリンの定量法を検討した.もっとも敏感な方法としてウサギ骨格筋のFーアクチンに血清の10倍希釈液を適当量加えて,脱重合して生じるGーアクチンがDNasel活性を阻害する程度からゲルゾリンを定量する間接法の測定条件を徹底的に検討した結果は,1.アクチンを頻繁に調整することは煩雑であるので,活性を維持したまま保管することを考え成功した.アクチンは溶液のまま保存すると,たとえ冷室内でも,1週間ほどで失活したり,腐敗する.しかし,KCl,MgCl_2,CaCl_2,DTT,ATP,NaN_3,MOPS(pH7.5)を含む溶液中で,Fーアクチンにして,その沈殿を密栓して,氷につけておくと,活性を保ったまま少なくとも3月から半年は使用可能である.この間,用に臨んで,適当量とり,Fーアクチンとして,透析して使用する.2.Fーアクチン溶液の一部をとり反応溶液を調整したとき,Fーアクチンが希釈されて一部Gーアクチンとなり,新しくFーアクチン【double arrow】Gーアクチンの平衡が25°Cでは,30ー40分で成立し,その後2時間程度安定であるので,この間に測定せねばならない.従来の測定で誤差の多かった主要な原因がここにあることにきずいた.3.ゲルゾリンの作用はCa^<2+>に依存するので,血液内のCa^<2+>の濃度変動に依存しないように,逆に反応液のCa^<2+>の濃度を高めることで克服することが出来た.4.一方,このような測定法の検討と平行して,ゲルゾリン研究の近い将来に備えて,乳癌組織にはゲルゾリンが検出されないという報告がある(Am.J.Pathol,134,597ー603(1989))ことにきずき,ゲルゾリンの消長が癌細胞の一般的性質が否か,さらに癌発生段階と関連性をもつものかどうかを追求することを考えて,成人T細胞白血病(我が国で発見され,よく研究されているATL)の実験モデルの作成という基礎的研究も開始した.
高耐電界性プラズマ重合有機薄膜

13.56MHzのアルゴンプラズマにモノマ-ガスを導入し、約10Wの電力で12時間にて100200nmのエチレン重合薄膜(PPE)およびトリフロロメタン重合薄膜(PPTFM)を作成した。混合ガスによる作成膜の構造制御は微妙な条件の違いが影響し再現性が乏しいことが分った。トリフロロメタンの場合は、反応性の高いフッ素のために作成膜はCーF結合がほとんどであることがIRスペクトル,EPMAの結果から判明した。これらの重合薄膜は8ー10Mv/cmの絶縁破壊の強さを示し、化学重合のものより優れている。しかしながら、PPE薄膜は吸湿によりその破壊値は著しく低下する。PPTFM薄膜ではこの低下は小さい。また、PPE薄膜では、電極効果が見られ、かつ雰囲気の影響も受けることが分った。Al電極では酸素中で大きな電流値が観測され、真空中、窒素中では1ケタ位小さな電流値を示した。金電極ではこの現象は見られなかった。また、PPTFM薄膜ではこのような電極効果、雰囲気効果が明確には認められず、また電流値自体もPPE薄膜に比ベ、12ケタ小さい。紫外線照射により、PPE薄膜は酸化され、薄膜の電気的特性が変化する兆候がみられた。PPTFM薄膜では紫外線照射による特性の変化は認められなかった。しかしながら、PPTFM薄膜の金電極試料では、膜厚が100nm程度より小さいと、その破壊値が低く、低い電圧で電極間が短絡してしまう。この原因を明確にし、改良することは実用上重要であると考えられる。以上の結果より、紫外線照射のない乾燥状態ではPPE薄膜のようなCーH結合構造で十分であるが、高湿下で、あるいは紫外線照射下ではフッ素結合による薄膜が望ましいと考えられる。反応機構を明確にし、よりよい薄膜を再現性よく作成するにはプラズマ自体の調査も重要であると思われる。交付申請書に記載した順に対応させて成果を述べる。1.装置の改良ガラス製の反応管はじめ、配管、コック等を取り換え、試料の過熱処理および混合ガスの導入が可能になるようにした。プラズマ励起電圧の影響を避けるため、温度の設定はプラズマを発生させない状態で行った。なお、膜作成後の熱処理には支障はなく初期の目的をほぼ達成できる装置に改良できた。2.薄膜の試作反応管のプラズマ発生部に適切な放電が維持される条件を調べた。アルゴン流量80-90cc/min、真空度50-60Paが良く、この条件下ではエチレンガスの流量を10cc/min付近で多少変動しても良好な放電が維持され、その電力も約10wで済むことがわかった。上記の条件により作成された膜について、静電容量の測定値と光干渉膜厚計による膜厚との相関関係から比誘電率として2.5が得られた。この値は通常のポリエチレンフィルムのものに近い。真空中および空気中熱処理の影響を赤外スペクトルから調査したところ、真空中熱処理では二重結合と思われる吸収が認められた。なお、真空中熱処理の場合も、CO基の存在が認められ、真空もれによる酸素混入のおそれがあり、装置の改良中である。3.絶縁破壊特性の測定絶縁破壊機構の考察に重要な直流電気伝導を調べた結果では真空中熱処理の方が空気中熱処理より高い導電率を与える。また、電界発光を調べた結果からは、真空中熱処理の場合のみ発光が認められ、赤外スペクトルの結果と合せて考えると、二重結合が関与している可能性が高い。

交流絶縁破壊を調べたところ、空気中熱処理膜に比べ、真空中熱処理膜は極めて低い破壊値を示した。また、膜は吸湿性を有し、乾燥時に比べ、導電率が高く、破壊値も低い。以上の知見を基に、次年度から電気的特性を支配している要因を明確にし、耐電界性のよい膜の作成を目指して研究を行う。交付申請書に記載した順に対応させて成果を述べる。1.薄膜の試作プラズマ重合後の熱処理が電気的特性に影響を与えることが昨年度までの研究成果として得られている。本年度は、さらにプラズマ重合中に酸素あるいは窒素ガスを混入し作成することを試みた。赤外吸収スペクトルから検討したところ、窒素混入プラズマ重合膜は未混入膜とほとんど変りないが、酸と混入プラズマ重合法の場合は成膜速度が極めて小さくなり、酸素の取り込みも空気中熱処理膜とあまり変りない。2.絶縁破需特性の測定交流電圧印加の場合の自己回復性破壊現象において、破壊値を評価する方法を確立し、コンピュ-タ制御による測定の自動化システムを完成した。破壊値の温度依存性は弱いが、湿度依存性は極めて顕著である。3.電気伝導および電界発光時性の測定空気中熱処理膜と真空中熱処理膜の高電界電気伝導特性を電極依存性も含めて検討した。空気中熱処理膜は真空中熱処理膜より電流値が小さい。また、Al電極の場合はAu電極の場合より電流値が大きい。パルス電圧印加による電界発光現象を調査したところ、Au電極の試合ははAl電極の場合より発光量が大きい結果が得られたが、雰囲気(真空中か空気中か)によっても影響を受ける。伝導電流と発光量との間にはより相関関係が存在する。60°C付近以下ではトンネル注入による電界発光が、それは雰囲気効果の点からより詳細に検討し、実用上における留意点を明かにする予定である。交付申請書に記載した研究実施計画に対応させて成果を述べる。1.電気伝導の温度依存性,電極効果,雰囲気効果の調査。PPE膜の電気伝導特性は、60°C以下では温度依存性を示さず、60°C以上で温度とともに導電率が増加するが,PPTFM膜では温度とともに単調に増加する。また、電極効果については、PPE膜ではAuの場合の方がAlの場合より電流値が大きい。PPTFM膜では、Auの場合絶縁破壊しやすくAlの場合のみ測定を行ったが,電流値はPPE膜に比べ12ケタ小さく絶縁性に優れている。雰囲気効果では、PPE膜は酸素中で電流値が大きくなる特徴を有するが、PPTFM膜ではこのような現象はみられなかった。また,いずれの膜も吸湿により電流性が増加する。2.絶縁性能(絶縁破壊の強さ、絶縁抵抗)の向上のための薄膜作成条件の検討。PPE膜では、乾燥時には高い破壊値を示しているものの、吸湿により破壊値が顕著に低下する。一方,PPTFM膜では吸湿による破壊値の低下が小さい。高周波電圧(100100kHz)印加下における導電率(交流導電率)はいずれの膜でも75°C以上で増加しはじめる。PPE膜では,この導電率は吸湿により顕著に増加する。紫外線照射による影響を赤外吸収スペクトルから調べた結果,PPE膜では酸化が認められたが,PPTFM膜では酸化が認められず,酸素に対して強い膜であることが分った。以上の結果から、吸湿,紫外線照射の環境下で使用される場合には、フッ素を含んだ膜が絶縁性に優れていると思われる。
特異形状を生む拡散効果の非線形解析

非線形非平衡現象では拡散効果の役割はしばしば重要である。この役割を解明するために、主に次の4つのテーマを研究した。(i)非局所的曲率のある界面ダイナミクス、(ii)高階拡散項のある界面ダイナミクス、(iii)おりたたみエネルギー、(iv)ナヴィエ・ストークス方程式の初期値問題。(i)結晶表面の成長は、界面支配モデルでは駆動力付の曲率流方程式で記述される。表面エネルギーの異方性が強くウルフ図形に平らな面(ファセット)が現れる場合がよくある。この場合は拡散効果が非局所的と考えられるので、解の概念さえはっきりしなかった。そこで曲線の運動の場合、等高面法を拡張することにより解の概念を定式化し、比較定理・収束定理を証明した。この結果の応用として、一般の方程式に対してクリスタライン運動が滑らかの表面エネルギーによる運動の極限となっていることを示した。曲率効果が非局所的なので、この研究はむずかしく完成までに200ページ以上を要した。(ii)表面拡散運動には1、4階の拡散効果がはいっている。2階のモデルに比べ、4階の挙動は大きく異なっている。例えば、解の凸性や、自己非効性の性質が、有限時間で失いうることを示した。(iii)このエネルギーは、密度に2階微分のあるエネルギーの極限と考えられる。このエネルギーの下半連続性を示した。この研究は多くの研究の引き金になった。(iv)初期値が有界で、必ずしも空間無限達で減衰しない場合に、空間2次元ナヴィエ・ストークス流を時間大域的に一意的に存在することを示した。この研究のほかに'非線形偏微分方程式'(共立)という単行本を出版した。この本では、平均曲率流方程式のちぎれ現象や過度方程式の解の時間大での挙動について新しい結果をも含めて解説した。物質の特徴のある形態がどのように形成されていくかを解明していくことは,現代科学の重要な課題である多くの場合,形成過程は非線形が非平衡である.したがって巨視的連続体的に考えると微分方程式で記述できんとしても,その方程式は空間と時間の双分を独立変数として含む非線形偏微分方程式となる.複雑な形状は,んこの方程式に含まれる種々の効果が影響しあってできると説明されることが多い.そのなかで拡散効果は,形状を平滑化していくものと考えられていた.しかし,例えば,表面拡散方程式のように分子が金属粒の表面をうごくことにより粒が変形することを記述するモデルでは,拡散効果は4階徴分としてきく.したがって熱方程式のような2階の場合とことなす解の発展過程が予想されていた.本研究では表面(分子)拡散方程式による曲線(閉)の運動では初期曲線が凸であっても凸性は失いうること,また初期曲線が自己〓していなくても,時間とともに自己〓しうることを示した.これらは伊藤一男氏との共同研究で、同氏は曲面の凸性非保有も示した.もとの問題は非線形でそれを具体的に解くことはできない.それにしてもかかわらず,解析学の進展にともない,これらの問題を厳寒に解くことができた.また2階の問題であっても非局〓的拡散効果を考えると,従来考えられていた拡散の効果とことなってみえることがある.たとえばそのような効果がある問題では,ある方向の拡散無限大でそのためその方向の線は線分となる.これらはファセットとよばれることもある.本研究では萌芽的研究(08874005)をうけて,そのようなファセットをともなる運動も,微分方程式と同じわく組(粘性解の理論)であつかえることを示した.

本研究はファセット面と伴う結晶面の成立を巨視的に解約から上で重要な一歩になりうる.結晶成長現象では、表面エネルギーによる平滑化効果も重要である.その効果のみ取り出した方程式が、平均曲率流方程式に代表される曲率流方程式である.一般に表面エネルギー密度は、表面の面の方向により異なり、その方向依存性は滑らかとは限らない.この場合、曲率流方程式の拡散効果は非局所的で、方程式の記述する数理モデル自体も、その正当性の解析は十分とはいえなかった.結晶表面が一変数関数のグラフとみなせる場合は表面エネルギーが滑らかの問題の極限として解が近似されることが自然であることは既知であったが、平面内の曲線の場合には別の困難-特異点の発生-があった.そこで滑らかなエネルギーの場合有効であった等高面の方法を特異なエネルギーの場合に拡張した.そのための粘性解の理論の拡張の過程で比較定理、収束定理の証明をグラフの場合に帰着する方法など粘性解理論にとっても有効な技巧を生みだした.一方等高面法は、不連続関数を初期値とするハミルトン・ヤコビ方程式の解法にも有効であることもわかった.拡散型方程式には、比較原理が成立しない方程式系も数多く存在する.流体力等のナヴィエ・ストークス方程式はその典型例である.非線形拡散方程式では、その大域可解性は自明でなく、解の爆発等の現象も数多く報告されている.2次元のナヴィエ・ストークス方程式は初期速度か平面上2乗可積分であればその大域可解性は既知であったが、初期速度が空間無限遠で減衰せず単に有界としただけでは、その時間大域可解性は未知であった.このような状況でも大域可解性を渦度方程式を用いることにより示した.また、非線形拡散型偏微分方程式の特異現象を研究する上で鍵となる、自己相似解とその役割についての研究書をまとめた.その中で、初期渦度が平面上可積分の場合の2次元渦度方程式の渦度の時間無限大での漸近挙動についての証明を完成させた.ナヴィエ・ストークス方程式は、非圧縮性粘性流体の運動を記述する基礎方程式であり、流体力学の研究に広く用いられている。この方程式は拡散型方程式ではあるが非線形でまた方程式系であることにより、その数学解析学的基礎にはいまだ未知の点が多い。例えば空間3次元の場合の初期値問題の古典的意味での大域可解性は、有名な未解決問題で、クレイ研究所が1億円の懸賞金をつけたほどである。空間2次元の場合は、初期速度が平面上2乗可積分であればその大域可解性は古くからよく知られていたが、初期速度が空間無限遠で減衰せず単に有界の場合は、前年度に研究代表者らが証明したのが最初である。また解の一意性の問題も速度場が無限遠で減衰しない場合は微妙でこの問題についても明確な回答を与えた。今年度はこれらの結果を論文の形にまとめた。結晶成長現象を記述する界面支配モデルで、表面エネルギーの異方性が強くその平衡形のウルフ図形に平らな面(ファセット)が現れる場合は、界面支配モデルの微分方程式としての意味づけもむずかしい。前年度に、等高面の方法を用いて平面内の曲線の運動についてその解の概念を定義し、比較定理、近似定理を証明した。これらの結果よりさらに数値計算法として用いられているクリスタライン・アルゴリズムの近似性を証明することができた。等高面法の理論の拡張として重要であるのみでなく、数値計算上も重要であるこれらの結果を論文の形にまとめ、その一部は既に公表されている。