hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
性差形成と性ホルモンによる動作メカニズムの分子・行動神経内分泌の形態科学基盤

神経系の発達臨界期における性差形成のメカニズムと、性分化が進んだ成熟期における行動の性差を生み出す回路、および行動入力の形態科学、ならびに性ホルモン受容体の分子イメージングを行った。行動の性差には臨界期におけるヒストンアセチル化などのエピジェネティックス機構間に階層性が存在し、また性ホルモン受容体の機能活性は臨界期ステージによって神経系の構造形成と行動相関を必ずしも一致させないことをはじめ、性行動の出力相の神経回路や性ホルモン依存的感覚(痒覚)のシナプス様相の解明、性ホルモン受容体の分子相関などを明らかにした。これらから、特定の分子を基盤に性差をもたらす行動神経内分泌機構の解明がなされた。本研究では、神経系の性分化を決定づける発達臨界期での性ホルモン分子とエピジェネティック制御因子の相互関係を明らかにするとともに、成熟期の性行動を制御し、血中ホルモン濃度の変動を感知する「モニターニューロン」どうしの結合様式とその領域応答の階層性を解明することを目的に研究を進めた。アンドロゲン受容体のアンタゴニストであるフルタミドを新生児ラットに投与し、視床下部や脊髄での性的二型核の組織学的検索や成熟期での性行動を解析した。その結果、生後1週から2週にかけてアンドロゲン受容体が作用しないと、成熟期での雄の性行動が有意に減弱することが判明した。性的二型核の形成にはこの作用は認められなかった。グルタミン酸受容体mGluR7ノックアウトマウスを用いた研究から、グルタミン酸が雄の性行動に深く関与していることが判明したが、分界条床核から扁桃体への経路がこの作用機構を制御していることをmGluR7のアンタゴニスト投与によって証明した。雌の性行動を制御している回路について解析を深めた。視床下部腹内側核から中脳中心灰白質、延髄の巨大網様体核から脊髄へのシステムが雌の性行動(ロードーシス:背屈)に関わっている可能性を実証的に検討するため、延髄の巨大網様体核に逆行性トレーサーを注入し、中脳中心灰白質での標識ニューロンを確認した後、ロードーシスによってこれらのニューロンがcFOS発現し、活性化されることを証明した。さらにグルタミン酸を伝達物質に用いているのかどうかin situ hybridization法によってその伝達物質mRNAの存在を確かめた。さらに、GFPイメージング技術を用いて性ホルモン受容体分子の細胞内ダイナミズムを解析した。エストロゲン存在下でエストロゲン関連受容体ERRβとエストロゲン受容体αの細胞核での共局在を認め、またFRAPによってともにこれらの分子の挙動が低下し、さらに両者のタンパクの相互作用を免疫沈降法で明らかにした。本研究の目的は、胎生期や出生直後の体外ホルモン環境がエピジェネティックに作用し、神経系の性差形成がなされるのか、また性ホルモン分子とその受容体がどのようにこれらの機構に関与するのか、分子、細胞、組織、個体行動面から解析しようとするものである。エピジェネティック制御機構に関わるヒストンの脱アセチル化酵素が脳の性分化にかかわるのか、その阻害剤であるやsiRNAを出生直後の雄の脳室内に注入したところ、明らかに雄の成熟時での性行動の抑制が認められた。これらから、転写因子の性分化に対する役割が明確になった。また、アンドロゲン受容体の特異的アンタゴニストを出生後の雄に投与したところ、生後二週までが性行動発現にクリティカルで、その後は影響がないことが判明した。雌の性行動発現(ロードーシス)についての神経回路の研究を継続させた。本年度ではこれらの詳細機構を深め、逆行性トレーサー、雄のマウント刺激の分子マーカー(cFos)、グルタミン酸作動分子を組織化学的に用い、雌の中脳中心灰色質の外側に位置するニューロンは延髄巨大網様体核に投射し、伝達分子としてグルタミン酸を用いていることを証明した。一方、エストロゲン関連受容体とエストロゲン受容体の分子相関についても、分子イメージング法によってそのメカニズムを追求し、エストロゲン関連受容体のサブタイプであるβが、より特異的に関わっていることを明らかにした。また、行動の一つの表現型として性行動のほかに、性ホルモン依存性の痒感覚に関する実験も新たに追加し、この機構にガストリン放出ペプチド(GRP)が脊髄レベルで関与していることを明らかにした。このGRPのシナプス微細形態についてはSBF/SEMによる3Dイメージングを行い、ペプチドニューロンのバリコース型シナプス連絡について新たな構造調節に関わる所見を得た。本年度は、神経系の性分化や性差について発達臨界期や成熟期におけるホルモンと受容体を中心に、分子から細胞、組織、個体行動レベルで研究を継続、展開した。ビスフェノールA (BPA)を生後3週目まで雄ラットに投与したところ、成熟期の海馬においてはエストロゲン受容体(ER)のリン酸化と核への移行が有意に低下した。

ERのアンタゴニストの投与によってこの変化が回復したことから、発達期の海馬におけるBPAはERのシグナル伝達系に作用し、成熟期での海馬に影響を与えることが明らかとなった。一方、エストロゲン関連受容体分子をサブタイプ別にその細胞内動態について検索した。蛍光消失後回復像(FRAP)によって3種類のサブタイプに特有のホルモン依存的な核内分布動態の違いを認め、さらに脳内においてもそれぞれ異なる分布様式を示していることを免疫細胞組織化学法によって確認した。雄のマウント刺激によって雌の性行動(ロードーシス)が誘発されるが、その制御回路について延髄と中脳中心灰白質との連結様相を確定した。雄刺激はcFos発現をマーカーにして解析し、中脳中心灰白質のとくに外側部にcFos陽性ニューロンが認められた。これらのニューロンは延髄網様体に投射し、グルタミン酸を伝達物質として用いていることをvGLUT2組織化学とトレーサー実験から証明した。エストロゲンと雌の痒み感覚機構について分子・形態・行動解析を進めた。感覚の一次ニューロンである後根神経節細胞はERを持ち、ガストリン放出ペプチド(GRP)を伝達物質にしており、性周期によって痒み感覚が変化することをセロトニンやヒスタミンの皮下投与擦過実験によって行動科学的に証明した。また、後根神経節細胞の軸索であるGRP含有線維が脊髄後角内で多数の入力シナプスを有し、特有の接触構造を持つことをSBF/SEMによる3Dイメージングシステムによって解明した。26年度が最終年度であるため、記入しない。総合領域26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的、計画通り、性ホルモンによる分子・行動神経内分泌研究が進行しており、それに伴う学会発表、論文発表も成果が上がっている。本研究の目的に沿って、計画は実行されており、性ホルモンによる分子・行動神経内分泌研究に関する業績も上がり、学会発表、論文発表も多数行った。今後計画の変更は現在のところ考えていない。なぜなら、モニターニューロンの概念構築に向けての実績が上がっているため。今後の研究の計画の大幅な変更は現在のところ考えていない。性ホルモン受容体のプロモーターによって制御されるトランスジェニック動物(作成済み)を用いて、性ホルモン受容体の領域特異的発現制御機構の解明するため、エストロゲン受容体(αおよびβ)のshRNAをレンチウィルスに組み込み、注入部位が可視化されるためにmCherry遺伝子も合わせて挿入したベクターを作成する。このレンチウィルスベクター投与によって、各領域におけるエストロゲン受容体の抑制がどのように行動変化につながるのか解析する。なお、助成金の残額が生じたのは、次年度に研究計画推進のため、研究実験補助員を雇用する必要が生じたためである。助成金繰り越しについては、次年度に重点的に行う分子イメージングとエピジェネティック変化の解析に用いる消耗品費用に充てるとともに、引き続き研究推進のため、研究実験補助員の雇用に充てる。
変性関節軟骨の再生における接着分子の発現とその再生過程

前回我々は,変形性膝関節症における高位脛骨骨切り術後の再生軟骨における成長因子IGF-1,TGF-βの発現とその調節について,内固定抜去時の再生軟骨組織を用いて免疫組織化学的染色,in situ Hybridization法により組織学的に観察し,再生軟骨におけるIGF-1,TGF-βの局在と発現を確認した.今回は変形性膝関節症患者における高位脛骨骨切り術前後の膝関節液中における成長因子basic Fibroblast Growth Factor(bFGF)の濃度をELISA法により調査し,関節軟骨の変性Gradeや再生stageとの関連性について調査した.症例は39例46膝(男性5例6膝,女性34例40膝)で高位脛骨骨切り術時の平均年齢は約71歳であった患者さんの了解を得た後に高位けい骨骨きり術時、内固定抜去時に関節液を採取し4°Cで保存しELISA法により関節液中のbFGF濃度を測定した。また内固定抜去時の再生軟骨組織を用いて免疫組織化学的染色を施行しhistological scoreも測定した.測定されたbFGF濃度と高位けい骨骨きり術時、内固定抜去時の関節内所見との比較を行った結果,変性軟骨Grade IV(骨露出を伴う潰瘍、象牙化)でbFGF濃度が高値であった。また再生stageが大きいものはbFGF濃度が低値であった.今後はさらに変形性膝関節症患者の関節液中や内固定抜去時の再生軟骨組織のCarboxy-terminal type II peptide(pCOL-II-C)などの濃度や局在などを調査し、変形性膝関節症における有用なマーカーになりうるかどうかも調査していく予定である.前回我々は,変形性膝関節症における高位脛骨骨切り術後の再生軟骨における成長因子IGF-1,TGF-βの発現とその調節について,内固定抜去時の再生軟骨組織を用いて免疫組織化学的染色,in situ Hybridization法により組織学的に観察し,再生軟骨におけるIGF-1,TGF-βの局在と発現を確認した.今回は変形性膝関節症患者における高位脛骨骨切り術前後の膝関節液中における成長因子basic Fibroblast Growth Factor(bFGF)の濃度をELISA法により調査し,関節軟骨の変性Gradeや再生stageとの関連性について調査した.症例は39例46膝(男性5例6膝,女性34例40膝)で高位脛骨骨切り術時の平均年齢は約71歳であった患者さんの了解を得た後に高位けい骨骨きり術時、内固定抜去時に関節液を採取し4°Cで保存しELISA法により関節液中のbFGF濃度を測定した。また再生stageが大きいものはbFGF濃度が低値であった.今後はさらに変形性膝関節症患者の関節液中や内固定抜去時の再生軟骨組織のCarboxy-terminal type II peptide(pCOL-II-C)などの濃度や局在などを調査し、変形性膝関節症における有用なマーカーになりうるかどうかも調査していく予定である.今回我々は変形性膝関節症後の再生軟骨における成長因子の発現を軟骨細胞の増殖やコラーゲンの増生を促進する作用を持つIGF-1(insulin like growth factor)を用いて検討した.高位脛骨骨切り術後抜釘時に,実験の趣旨を良く説明し患者の承諾を得たうえで,大腿骨内側顆部の荷重部周辺より軟骨下骨を含む約5×5mmの検体を採取した.症例は16人24膝であった.抜釘までの平均観察期間は15ヶ月(8-28)で平均年齢は70歳(57-78)であった.変性軟骨と再生軟骨の評価は当科における評価法を用いた.軟骨下骨が露出する変性Grade4以上では軟骨の再生度が高い傾向が見られた.検体は約1週間各染色法に応じてそれぞれ4%PEA,10%中性ホルマリンにて固定後約1ヶ月EDTA(0.5M,pH7.2)にて脱灰を施行した.その後は通常の方法に従いパラフィン包埋後46μmの連続切片を作成した.染色は抗IGF-1抗体と抗Type II collagen抗体を用いた免疫組織学的染色と,IGF-1のmRNA発現を観察する目的でジゴキシゲニン標識した合成オリゴプローブを用い非放射性にin situ hybridizationを施行した.IGF-1mRNAの発現は24例中21例に認められIGF-1の局所での発現が示唆された.抗IGF-1抗体を用いた免疫組織化学的染色では24例中21例に,またTypeII collagen染色では24例中21例に陽性反応が見られた.IGF-1mRNAの発現は浅層より若干中間層から深層にかけて濃染していた.TypeII collagenも中間層から深層にかけて染色され,相関が認められる.今後は引き続きラットもを用いて関節軟骨修復過程における接着分子CD44やICAM-1等の発現を中心に軟骨再生の基序を解析する予定である.前回我々は,変形性膝関節症における高位脛骨骨切り術後の再生軟骨における成長因子IGF-1の発現とその調節について内固定抜去時の再生軟骨組織を用いて免疫組織化学的染色in situ Hybridization法により組織学的に観察し,再生軟骨におけるIGF-1の産生と発現を確認した.

現在はTGF-βの発現と調節を同じく免疫組織化学的に調査している.IGF-1は単独遊離状態で存在せず,その結合蛋白(IGFBP)と結合した状態で存在しているといわれている.IGFBPは6種類の存在が報告されておりそれぞれIGF-1による軟骨の再生を促進,または抑制する作用を持つ.各結合蛋白とIGF-1の関連性を調査するため,現在家兎の大腿骨関節面関節軟骨全層欠損モデルを作成し,関節液や再生軟骨における各IGFBPの発現の過程を添加後2,4,8,12週において組織標本と関節液採取し,各染色法やELISA法により関節軟骨再生の過程とIGF-1とIGFBPとの関連を調査している.現在手術後約4週目のモデルより組織を採取し,標本作成中である.また同じく成熟日本家兎を用いて関節軟骨全層欠損モデルを作成し,自家骨膜細胞の移植を行い,関節軟骨の形成能を調査している.脛骨より骨膜細胞を採取し,0.5%コラゲナーゼ細胞を単離培養し,大腿骨関節面の欠損部へ移植する事により,関節軟骨特に硝子軟骨様組織の形成過程を観察している.コントロール群,培養細胞のみの移植群,培養細胞に成長因子IGF-1またはTGF-βを添加した群などに分け,移植後2,4,8,12週において組織標本を採取しトルイジンブルー,サフラニンOなどによる組織化学的検討,免疫組織化学的染色によるTGF-β発現と局在の確認または2型コラーゲン,プロテオグリカンコア蛋白に対するnorthern blottingを施行し,軟骨基質の発現を比較する予定である.現在各群の組織標本を採取し加工中である.今後は引き続き組織学的検討を続行予定である.前回我々は,変形性膝関節症における高位脛骨骨切り術後の再生軟骨における成長因子IGF-1,TGF-βの発現とその調節について,内固定抜去時の再生軟骨組織を用いて免疫組織化学的染色,in situ Hybridization法により組織学的に観察し,再生軟骨におけるIGF-1,TGF-βの局在と発現を確認した.今回は変形性膝関節症患者における高位脛骨骨切り術前後の膝関節液中における成長因子basic Fibroblast Growth Factor(bFGF)の濃度をELISA法により調査し,関節軟骨の変性Gradeや再生stageとの関連性について調査した.症例は39例46膝(男性5例6膝,女性34例40膝)で高位脛骨骨切り術時の平均年齢は約71歳であった患者さんの了解を得た後に高位けい骨骨きり術時、内固定抜去時に関節液を採取し4°Cで保存しELISA法により関節液中のbFGF濃度を測定した。また内固定抜去時の再生軟骨組織を用いて免疫組織化学的染色を施行しhistological scoreも測定した.測定されたbFGF濃度と高位けい骨骨きり術時、内固定抜去時の関節内所見との比較を行った結果,変性軟骨Grade IV(骨露出を伴う潰瘍、象牙化)でbFGF濃度が高値であった。また再生stageが大きいものはbFGF濃度が低値であった.今後はさらに変形性膝関節症患者の関節液中や内固定抜去時の再生軟骨組織のCarboxy-terminal typeII peptide(pCOL-II-C)などの濃度や局在などを調査し、変形性膝関節症における有用なマーカーになりうるかどうかも調査していく予定である.
細胞内シグナル伝達分子JAK2の変異特異的に活性化される転写因子の機能解析

骨髄増殖性腫瘍の発症に、機能獲得型変異JAK2V617Fが関わることが明らかになり、JAK2V617Fを特異的に阻害する治療戦略が求められている。申請者は、JAK2V617F特異的にAP-1の結合配列が活性化されることを明らかにし、ルシフェラーゼレポーター解析などからJAK2V617Fの下流にc-Fosが存在することを示した。さらに、JAKI2V617Fによるc-Fosの活性化には、c-Fosの産生亢進だけでなく、ユビキチン蛋白質分解経路の阻害にもよることを明らかにした。以上から、c-Fosを標的とした治療法の開発、またこのレポーター解析法を用いた薬剤スクリーニングが今後可能となると考える。骨髄増殖性腫瘍は、造血幹細胞の異常によって、骨髄系細胞のクローナルな増殖をおこす疾患であり、代表的な3疾患である真性赤血球増加症、本態性血小板血症、原発性骨髄線維症の患者の多くが、JAK2V617F変異を有することが分かっている。これまでにJAK2阻害薬の臨床応用が行われているが、野生型のJAK2も阻害するため副作用が多く、新たな治療戦略が求められている。これまでに、申請者はJAK2V617F特異的に活性化される転写因子の存在を明らかにしており、本研究ではJAK2V617F変異特異的な新規治療薬の開発を目的とした。平成27年度は、順天堂医院血液内科に通院中の患者の瀉血検体からJAK2V617F変異の定量を行なうとともに、CD34陽性細胞を抽出し収集し、in vitroでこの転写因子の役割の解析を行なった。得られた患者検体からRNAを抽出し、この転写因子の定量化の条件検討を行うとともに、コントロール検体の検討を行った。また、この転写因子を用いたレポーターアッセイ系を構築し、JAK2阻害薬を用いてその高い感受性を確認した。さらに、この転写因子の標的遺伝子を明らかにするために、JAK2V617Fを誘導する細胞株を新たにつくり、マイクロアレイ法によりAIM2、IL1B、CASP1などの遺伝子がJAK2V617Fにより誘導されることを示し、Experimental Hematology and Oncologyに報告した。平成27年度の目標は、JAK2V617F特異的な転写因子のin vivoおよびin vitroでの役割の解明であった。in vitroでの解析は現在も進行中であるが、平成28年度の目標であった分解阻害のメカニズムの解明を今年度行なうことができ、また新たにレポーターアッセイによる薬剤スクリーニングシステムの構築も行なうことができたため、おおむね順調に進展していると考える。骨髄増殖性腫瘍は、造血幹細胞の異常によって、骨髄系細胞のクローナルな増殖をおこす疾患であり、患者の多くがJAK2V617F変異を有することが分かっている。これまでにJAK2阻害薬の臨床応用が行われているが、野生型のJAK2も阻害するため副作用が多いことが問題となっている。申請者は、JAK2V617F特異的に活性化される転写因子を同定しており本研究では、JAK2V617F変異特異的な新規治療薬の開発を目的としている。平成28年度は、平成27年度に引き続き、順天堂医院血液内科に通院中の患者の瀉血検体からJAK2V617F変異の定量を行うとともに、CD34陽性細胞を抽出して収集しin vitroでこの転写因子の役割の解析を行った。複数のシグナル伝達系に特異的な阻害薬パネルを用いて、この転写因子がどの阻害薬により抑制されるかを検討した。さらに、この転写因子に対する既存の阻害薬を用いて、in vitroでの効果の解析を開始した。また近年、骨髄増殖性腫瘍の患者で、JAK2V617F変異を有しない患者の一部がCalreticulin(CALR)変異を有していることが明らかとなっており、これまでの患者検体でCALR変異の有無についても評価し、この転写因子とCALR変異との関係性の解析を開始した。平成28年度の目標は、このJAK2V617F特異的転写因子の産生が亢進されるメカニズム、および分解が阻害されるメカニズムを解明して、この転写因子の標的遺伝子を明らかにすることであった。標的遺伝子の明確な同定には未だいたっていないが、これらのメカニズムは解明されてきており、標的遺伝子の同定も今後可能と考えることから、おおむね順調に進展していると考える。本研究では、これまでに申請者が同定しているJAK2V617F特異的に活性化される転写因子による骨髄増殖性腫瘍の発症メカニズムを明らかにすることで、JAK2V617Fを特異的に阻害する骨髄増殖性腫瘍の新たな治療戦略を開発することを目的とした。平成29年度は、前年度に引き続き、患者瀉血検体からCD34陽性細胞を抽出し、JAK2V617F変異の同定を行ない、またこれらの細胞を保存して、実験に用いた。また、JVRBP1を特異的に阻害する阻害薬を入手し、この阻害薬のin vitroでの効果の解析を行った。具体的には、JAK2V617F陽性の細胞株および、患者検体から抽出した細胞に、この阻害薬を投与し、まずは細胞増殖を評価するために、サイトカイン非依存性の赤芽球コロニーの形成の有無を観察した。

さらに、JAK2V617Fの下流のシグナル伝達系の解析を行なうために、阻害薬パネルを用いて、それぞれのシグナルの解析を行うとともに、プロモーター解析を行った。また、近年JAK2V617F変異を有さない骨髄増殖性腫瘍の患者の多くが、Calreticulin(CALR)変異を有することが明らかになった。CALR変異においても、JAK2V617F変異と同様にJAK-STAT経路を活性化することが明らかになっていることから、前年度からこのCALR変異の有無についても評価を行っており、JVRB1がCALR変異陽性の細胞で活性化されるかについても検討を行った。骨髄増殖性腫瘍の発症に、機能獲得型変異JAK2V617Fが関わることが明らかになり、JAK2V617Fを特異的に阻害する治療戦略が求められている。申請者は、JAK2V617F特異的にAP-1の結合配列が活性化されることを明らかにし、ルシフェラーゼレポーター解析などからJAK2V617Fの下流にc-Fosが存在することを示した。さらに、JAKI2V617Fによるc-Fosの活性化には、c-Fosの産生亢進だけでなく、ユビキチン蛋白質分解経路の阻害にもよることを明らかにした。以上から、c-Fosを標的とした治療法の開発、またこのレポーター解析法を用いた薬剤スクリーニングが今後可能となると考える。JAK2V617F特異的な転写因子の標的遺伝子を明らかにし、細胞の腫瘍化のメカニズムを明らかにしていく。最終年度では、この転写因子によって活性化される標的遺伝子を同定するとともに、この転写因子に特異的な阻害薬が、実際に骨髄増殖性腫瘍の増殖や分化能を阻害できるかを検討する。血液内科今年度は、海外学会での発表の機会がなかったため、旅費の使用額が予定より低値となった。次年度、米国血液学会で研究成果の発表を行う予定でおり、また論文発表も予定していることから、この支出に使用予定である。
太陽熱を利用した24時間自然換気装置としてのソーラーチムニーに関する研究

本研究は、太陽熱を利用した自然換気装置であるソーラーチムニーにおいて、特に、飛躍的に大きい蓄熱容量を有する材料として注目されている潜熱蓄熱材料(PCM)を活用することにより、日射がない夜間の自然換気も可能となる24時間自然換気装置の開発を目的としたものであり、コンパクトで一定温度の出力が可能であるというPCMならではの特徴を活かした研究である。これまでに、蓄熱材が無い条件でのソーラーチムニー内部の空気流動特性と伝熱特性の把握、伝熱モデルの構築と共に、限られた条件ながらも気象データを用いたシミュレーションを実施してきた。それらの成果を踏まえ、初年度は、PCMを蓄熱材として用いる場合の基本的な伝熱特性把握に関する実験的研究を中心とした研究を実施、2年目は、PCMを組み込んだソーラーチムニーの実大規模の実験的研究および換気量予測シミュレーションに関する研究を実施した。最終年度の平成19年度は、これまでに得られた成果を基礎にして、PCMのような潜熱蓄熱材で問題となる過冷却現象のモデル化を行い、様々な条件下における換気量予測シミュレーションの予測精度向上を可能とした。これまで、PCMが液化したときにでも流動しないようにゲル化されていることを前提として、PCM内部についてはエンタルピー法による熱伝導モデルを用いてきたが、そこに所定の温度まで過冷却した後に瞬時に過冷却が解除され、それまでの過冷却熱量分だけ凝固するモデルを組み入れることにより、より現実的な伝熱モデルとすることができた。今後、その成果を順次発表する予定である。それらの成果を踏まえ、平成17年度は、PCMを蓄熱材として用いる場合の基本的な伝熱特性把握に関する実験的研究を中心とした研究を行った。安全で安価な種々のPCMの熱物性を検討した結果、30°C近辺の相変化温度を持ち床暖房用に用いられている硫酸ナトリウム10水塩を蓄熱材として採用して、基本的な構成による実用スケールの実験装置を作成し、屋外に設置した場合の外気温、日射量の変化や外部風などの影響を検討すると共に、ソーラーチムニーに組み込んだPCMの伝熱特性の把握のために実験を行った。さらに、住宅の屋根や壁面に設置するソーラーチムニーを想定した場合に、自然換気装置として得られる風量の予測を可能とするための基本的な伝熱モデルを検討し、集熱器とPCM蓄熱材が一体となった構成のソーラーチムニーにおける換気流路と集熱板、PCMの間の伝熱モデルと換気流路の流量予測モデルの構築を行った。それらの成果を踏まえ、初年度は、PCMを蓄熱材として用いる場合の基本的な伝熱特性把握に関する実験的研究を中心とした研究を行ったが、2年目の平成18年度は、PCMを組み込んだソーラーチムニーの実大規模の実験的研究および換気量予測シミュレーションに関する以下の研究を実施した。シミュレーションモデルについては、ソーラーチムニーに組み込まれたPCMのエンタルピー法による伝熱モデルを構築すると共に、チムニー内部の空気流通部分の境界層発達モデルによる自然換気量計算モデルを作成した。また、PCMを組み込んだソーラーチムニーの実用規模の屋外実験を実施することにより、実際の太陽熱日射を受けた場合の自然換気量の測定を行い、作成したモデルの検証を行った。そして、作成した伝熱モデルと自然換気量計算モデルを組み込んだシステムシミュレーションを、拡張アメダスデータを用いることによって冬期の気象条件の下で実施し、自然換気装置としてのソーラーチムニーの24時間換気性能の有効性に関する検証を行うと共に、ソーラーチムニーの最適設計のためにPCM厚さやチムニー形状の換気性能に対する影響の検討を行った。

最終年度の平成19年度は、これまでに得られた成果を基礎にして、PCMのような潜熱蓄熱材で問題となる過冷却現象のモデル化を行い、様々な条件下における換気量予測シミュレーションの予測精度向上を可能とした。これまで、PCMが液化したときにでも流動しないようにゲル化されていることを前提として、PCM内部についてはエンタルピー法による熱伝導モデルを用いてきたが、そこに所定の温度まで過冷却した後に瞬時に過冷却が解除され、それまでの過冷却熱量分だけ凝固するモデルを組み入れることにより、より現実的な伝熱モデルとすることができた。今後、その成果を順次発表する予定である。
遺伝子改変iPS細胞由来ミエロイドラインを用いた進行期悪性黒色腫の免疫療法

平成29年度の研究で、作製したマウスiPS-ML-IFNβ、マウスiPS-ML-IL-15Ra(マウスiPS細胞由来のミエロイドライン(iPS-ML)に、レンチウイルスベクターシステムを用いて、抗腫瘍効果を高める分子であるIFN-β、IL-15Ra遺伝子を導入し、抗腫瘍効果を持たせた細胞)を用いて、マウスメラノーマ細胞に対する抗腫瘍効果の検討を行い、マウスメラノーマ腹腔内播種モデルにおいて、マウスiPS-ML-IFNβ、iPS-ML-IL-15Raの腹腔内治療が未治療群と比較し腫瘍増殖抑制効果があることが確認できた。よって、平成30年度はさらに、この得られた抗腫瘍効果の機序についての評価を行った。マウスiPS-MLに遺伝子導入したIL-15はNK細胞を活性化できることがいわれており、さらにNK細胞は、MHC classIの発現が低下した腫瘍細胞を攻撃できることがいわれている。実験系としては、免疫系が正常なマウス(B6マウス)に同系統の腫瘍(B6マウスメラノーマ細胞)を腹腔内へ移植したマウスをiPS-ML-IL-15Raで治療することで、マウス(host)の体内のNK細胞が活性化され、そのNK細胞が腫瘍細胞に対する抗腫瘍効果を発揮している可能性が考えられるため、この機序を確認するためのin vivo primingによるNK細胞の細胞障害アッセイを行い、NK細胞の活性化がみられるかを検討した。マウスiPS-ML-IFNβ、iPS-ML-IL-15Ra治療のマウスメラノーマモデルにおける抗腫瘍効果が確認できたことに加え、その効果の機序を解明すべく、in vivo primingによるNK細胞の細胞障害アッセイを行い、NK細胞の活性化がみられるかを検討することができたこと、などが理由である。このiPS由来の免疫細胞療法が将来において臨床応用された場合は、allogeneic(HLA適合の他者)なiPS-MLを用いる方法が想定される。HLAを適合させたallogenicなiPS-MLを用いれば、投与直後にはホストの免疫機序によって排除はされず、抗腫瘍効果を発揮した後に、マイナー組織適合抗原に対するホストの免疫反応により拒絶されると考えられ、iPS-MLの腫瘍化は回避できると考えられるからである。このことを確認するために、B6マウスをallogenicなマウスiPS-MLで治療し、腫瘍化がないかを評価する予定である。平成29年度は、実験計画に沿い、マウスiPS細胞由来のミエロイドライン(iPS-ML)に、レンチウイルスベクターシステムを用いてIFN-β、IL-15Ra遺伝子などの抗腫瘍効果を高める分子の遺伝子を導入し、抗腫瘍効果を持たせた細胞(マウスiPS-ML-IFNβ、マウスiPS-ML-IL-15/Ra)を作成した。さらにこれらの細胞からマクロファージ様細胞を分化誘導することができた。さらに、作製したマウスiPS-MLを用い、マウスメラノーマ細胞に対するその抗腫瘍効果の検討を行った。実験系としては、免疫系が正常なマウス(B6マウス)に同系統の腫瘍(B6マウスメラノーマ細胞)を腹腔内へ移植し、生着を確認した後に、B6マウスiPS-MLを用いて治療(腹腔内投与)を行った。B6マウスiPS-MLの腫瘍増殖抑制効果を評価した。腫瘍増殖抑制効果の評価法としては、ルシフェラーゼ定量システムを用いた。ルシフェラーゼ遺伝子をレンチウイルスベクターシステムでB6メラノーマ細胞株に導入しておくと、解析時にルシフェラーゼの基質であるルシフェリンを投与することでルシフェリンがATP存在下に酸化され発光反応を起こし、生存腫瘍細胞を発光を定量化することで評価することができるシステムである。実験の結果、iPS-ML-IFNβ、iPS-ML-IL15/Raで治療した群では、未治療群と比較し腫瘍増殖を抑制できることが確認できた。マウスiPS細胞由来のミエロイドライン(iPS-ML)から、遺伝子改変によって抗腫瘍効果を持たせた細胞(マウスiPS-ML-IFNβ、マウスiPS-ML-IL-15/Ra)が作成できたこと、その細胞を用いてin vivoの実験も開始できたこと、などが理由である。

実験系としては、免疫系が正常なマウス(B6マウス)に同系統の腫瘍(B6マウスメラノーマ細胞)を腹腔内へ移植したマウスをiPS-ML-IL-15Raで治療することで、マウス(host)の体内のNK細胞が活性化され、そのNK細胞が腫瘍細胞に対する抗腫瘍効果を発揮している可能性が考えられるため、この機序を確認するためのin vivo primingによるNK細胞の細胞障害アッセイを行い、NK細胞の活性化がみられるかを検討した。マウスiPS-ML-IFNβ、iPS-ML-IL-15Ra治療のマウスメラノーマモデルにおける抗腫瘍効果が確認できたことに加え、その効果の機序を解明すべく、in vivo primingによるNK細胞の細胞障害アッセイを行い、NK細胞の活性化がみられるかを検討することができたこと、などが理由である。平成30年度以降は、前年度の結果をふまえてiPS-MLの抗腫瘍効果の機序の評価や、治療の副作用(iPS-MLの腫瘍化など)の有無の評価を行っていく予定である。例えば、マウスiPS-MLに遺伝子導入したIL-15はNK細胞を活性化できることがいわれており、さらにNK細胞は、MHC classIの発現が低下した腫瘍細胞を攻撃できることがいわれている。iPS-ML-IL15/Raで治療することで、マウス(host)の体内のNK細胞が活性化され、そのNK細胞が腫瘍細胞に対する抗腫瘍効果を発揮している可能性が考えられる。この機序を確認するためのin vivo primingによるNK細胞の細胞障害アッセイを予定する。また、将来において臨床応用された場合は、allogeneic(HLA適合の他者)なiPS-MLを用いる方法が想定される。HLAを適合させたallogenicなiPS-MLを用いれば、投与直後にはホストの免疫機序によって排除はされず、抗腫瘍効果を発揮した後に、マイナー組織適合抗原に対するホストの免疫反応により拒絶されると考えられ、iPS-MLの腫瘍化は回避できると考えられるからである。このことを確認するために、B6マウスをallogenicなマウスiPS-MLで治療し、腫瘍化がないかを評価する予定である。このiPS由来の免疫細胞療法が将来において臨床応用された場合は、allogeneic(HLA適合の他者)なiPS-MLを用いる方法が想定される。平成29年度までの研究結果では学会で発表できるような機会が少なく、また論文化までには至っていない状況である。旅費やその他の支出が少なかった一因と考えている。平成29年度で繰り越しが出た額に関しては、平成30年度の研究物品や学会発表、論文化に係る費用にあてることで、さらなる研究の発展ろ成果へ繋げる予定である。具体的な研究内容に関しては別途述べてはいるが、大まかには、前年度の結果をふまえてマウスメラノーマ細胞を標的とした、マウスiPS-MLの抗腫瘍効果の機序の評価や、治療の副作用(iPS-MLの腫瘍化など)の有無の評価を行っていく予定である。
冷却イオントラップによる分子イオンの振動回転基底状態の生成と検出

分子イオンの振動回転基底状態への冷却が可能な小型冷却線形イオントラップを新たに開発した。本装置を用いることにより、約50 Kという低温環境において初めてCa+-CaH+混合クーロン結晶の大量生成に成功し、1時間以上の閉じ込め時間を実現した。以上の結果から、室温で約2%しか存在しないCaH+の回転基底状態の割合を約13%にまで高めることができた。回転量子数J = 03までの低回転状態を含めると約90%の占有率である。一方、本研究では、CaH+イオンの電子状態間振動回転遷移分光のためのレーザーシステム及び蛍光検出系の開発も行った。本研究の成果により、並進温度及び振動回転温度が冷却されたCaH+イオンの振動回転遷移分光を行う準備が整ったと言える。本研究の目的は冷却イオントラップ内でCa+イオンと分子イオンの混合クーロン結晶を生成し、共同冷却された分子イオンの振動回転基底状態の生成法を確立することである。特に(1)レーザー誘起反応を利用した冷却リニアイオントラップにおけるCa+, CaH+混合クーロン結晶の生成、(2)CaH+: 1 1Σ(v=0, J'') →2 1Σ(v=1, J')振動回転遷移励起による蛍光観測、を目標とした。まず前年度に設計した冷却リニアイオントラップを製作し、極低温冷凍機(到達温度10K)への設置と動作確認を行った。レーザーアブレーション法によってCa+イオンを捕獲し、レーザー冷却実験を行ったところ、従来のイオントラップと同程度の大きさをもつクーロン結晶(最大イオン数:数1000個程度、セキュラー温度10mK以下)の生成を確認できた。また、冷却イオントラップ中において初めてCa+,CaH+混合クーロン結晶の生成に成功した。この時の環境温度は約50Kであり、CaH+の回転基底状態の占有率は約13%(室温では2%)、J = 0-3までの低回転状態を含めると約90%の占有率となる。そこで、前年度に準備した波長可変半導体レーザー(405nm)を冷却イオントラップ中に生成した混合クーロン結晶に照射し、理論計算によって予測された600nm付近の蛍光観測を試みた。これまで蛍光観測には至っていないものの、新たに製作した実験装置の動作確認と冷却イオントラップ中にける極低温CaH+イオンの生成に成功したことで、CaH+イオンの振動回転基底状態の生成と振動回転遷移分光を実現するための見通しが立った。今後、配線からの熱流入を抑制することでイオントラップを10K程度まで冷却し、分光用レーザーアライメントと蛍光検出系の最適化を行うことで、振動回転遷移分光によるCaH+の蛍光観測が可能と考えられる。平成23年度は、より安定なCa+, CaH+混合クーロン結晶の生成・検出法の確立と405 nmレーザーシステムの構築を主に行った。また、冷却イオントラップの設計を併せて行った。CaH+の電子振動遷移分光を行うための405nmレーザーは、既存の外部共振器型794nm半導体レーザーの素子を405nm発振のものに変更して得た。具体的には素子の変更と回折格子の変更である。半導体レーザーの駆動電流、温度、共振器長を調整しながらレーザー光を波長計によってモニターし、405nmの発振条件を得ることができた。一方、Ca+, CaH+混合クーロン結晶の観測を効率的に行うために、CCDカメラによるクーロン結晶の画像観測と、高感度な光電子増倍管によるCa+の蛍光検出を同時に行うことが可能なレンズ系を構築した。具体的にはテレセントリックレンズと半透鏡が付属するレンズ系にライトガイドを組合せる部品を新たに製作し、実験に用いた。このレンズ系の導入により、混合クーロン結晶の生成と分子イオンの永年振動スペクトル測定の時間が大幅に短縮され、実験の効率が格段に向上した。一方、数値計算によれば目的とするCaH+の電子遷移分光による600nm発光強度は非常に弱いことが予想されるが、この同時観測法の導入により、CaH+分光を行う際に実験効率の大幅な改善が期待される。冷却イオントラップの設計とCaH+の安定な生成・検出法を確立し、CaH+の電子遷移分光に必要となる405nmレーザーシステムを完成させることができたものの、昨年度の予算の執行形態が通常と異なっていたため、冷却イオントラップの製作に必要な冷凍機の購入を断念せざるを得なかったことが主な理由である。今後は、別途所持している10K冷凍機を利用することで、冷却イオントラップの製作を早急に進める。既にイオントラップ自体の設計は終了しているため、今後、現有の極低温冷凍機をイオントラップに接続することで、年度前半に冷却イオントラップを完成させる予定である。

その後、イオントラップを10Kまで冷却し、405 nmレーザーをCa+, CaH+混合クーロン結晶に照射することによってCaH+からのレーザー誘起蛍光(600nm)の観測を行う予定である。得られた蛍光の発光強度と数値計算を比較することにより、本研究の目的である振動回転基底状態の生成割合を決定する。冷却イオントラップ製作のための材料費と真空部品、高純度水素ガス等の消耗品購入のために物品費を使用する。また、原子物理国際会議(ICAP2012)への参加を目的として、旅費を計上する。
血管弛緩薬による血管の細胞増殖制御に関する細胞分子生物学的研究:特に、環状ヌクレオチド情報伝達系の果たす役割について

ラット大動脈平滑筋細胞の初代培養細胞を用いて、血管弛緩薬が血管平滑筋細胞の細胞周期制御におよぼす影響について検討した。細胞周期は、細胞周期特異的核抗原に対する単クローナル抗体の多重免疫蛍光染色によって、単一細胞レベルで同定した。また、逆転写PCR法によってプロトオンコジーンの発現を検討した。24時間の無血清培養によって、G_0期細胞を得た。血管弛緩薬・作動薬について以下の結果を得た。1.細胞内サイクリックGMPを増加させて血管を弛緩させるニトログリセリンは、G_0期細胞の細胞周期やc-fos mRNAの発現には影響がない。一方、細胞内サイクリックAMPを増加させて血管を弛緩させるフォルスコリンは、細胞周期をG_0期⇒G_1期へ移行させ、c-fos mRNAの発現を増加させる。これらのフォルスコリンの効果は、Aキナーゼの活性化を介するものであり、また、チロシンリン酸化の関与が示唆された。ニトログリセリンおよびフォルスコリンは、共に血管平滑筋細胞の細胞質カルシウム濃度を低下させる。2.新規降圧ペプチドであるアドレノメデュリンは、血管平滑筋の細胞質カルシウム濃度を減少させ、また、G蛋白質の活性化を介して、収縮装置のカルシウム感受性を低下させて、血管弛緩を引き起こす。さらに、アドレノメデュリンは、サイクリックAMP/Aキナーゼ系の活性化を介して、細胞周期をG_0期⇒G_1期へ移行させ、c-fos mRNAの発現を増加させる。この細胞増殖作用は、細胞質カルシウム濃度に非依存性である。3.エンドセリン-1およびアンギオテンシン-IIは、血管平滑筋の細胞周期をG_1期⇒S/M期に進行させるプログレッション増殖因子である。また、UTPは、P2U受容体の活性化を介して、内皮依存性弛緩を引き起こすが、同時に血管平滑筋細胞のプログレッション増殖因子として作用する。
2-オキサゾリン類を出発原料とする新しい機能性高分子の合成

昨年度の本研究に於て、部分加水分解-架橋法、及び共重合法によりポリオキサゾリンを基本骨格とした新しいタイプの非イオン性ヒドロゲルを合成した。本年は、より穏和な条件でのヒドロゲルの合成、及びこれらのヒドロゲルの機能化を目的として光架橋反応、ディールス・アルダー反応による架橋、及び酸化還元活性なS-S結合のゲルヘの導入について研究を行った。まず、部分加水分解ポリオキサゾリンとクマリン誘導体の酸クロリドとの反応により、クマリンが導入されたポリマーを合成した。これに光を照射すると、クマリンの二量化によりゲルが生成した。得られたゲルの吸水倍率はクマリンの導入率、或いは光照射時間により容易にコントロールすることができた。一方、ジエンとしてフラン誘導体、ジエノフィルとしてマレイミド誘導体を選び、それぞれをポリオキサゾリン骨格に導入した。これらをフィルム状にキャストし、室温で反応させると、ディールス・アルダー反応の進行によりゲルが生成した。この反応では、マレイミド及びフランの導入率により吸水特性が変化するヒドロゲルが得られた。また、部分加水分解ポリオキサゾリンをS-S結合を有する架橋剤でゲル化させ、ゲル中にジスルフィド基を導入した。このゲルに、トリフエニルホスフィンを還元剤として反応させると、S-S結合の解裂が起こり、約2日間の反応で溶媒に可溶なポリマーへと変化した。このポリマーは酸素による再酸化により、再びゲル化させることができる。すなわち、酸化還元反応を利用して、ヒドロゲル-可溶性ポリマーの相互変換が可能となった。ポリオキサゾリンの有する優れた親水性や他の有機高分子との相溶性を利用すれば、更に新しいタイプの機能性高分子材料が期待できる。
筋原細胞の増殖と分化を制御する液性因子に関する研究:ニワトリ胚抽出液からの精製とその作用機序の解析

筋発生において、液性因子が重要な働きを果たしているであろうことは,古くから指摘されてきたが,筋原細胞培養系でその活性が調べられてきた多くの培養液成分のうち,ニワトリ胚抽出液(EE)は,筋発生を促進する作用が最も著明なものの一つとして古くから知られてきたものである。我々は,筋発生の制御に関与する液性成分の研究を進める中で,このEEの成分に注目し,その有効因子を精製し,その性質を調べることを試みた。我々は既に1982年に,EEから筋細胞の増殖と分化に必須な因子に一つを精製することに成功し,トランスフェリンであることを示したが,同時にEE中には他の強力な有効成分が存在するであろうことが示唆されていた。本研究の目的は,上に述べたようなEE中に存在し,筋原細胞の増殖と分化の制御に関与すると考えられる未知の因子(複数存在する可能性が高いと思われた)を精製し,その作用機序を明らかにすることであった。我々は,ヘパリンアフィニティ-クロマトグラフィ-を利用することにより,一つの有効成分をかなりの純度で精製することに成功し,分子量15,00017,000の単一ペプチドからなり,塩基性繊維芽細胞成長因子と似たものであることを示した。この精製標品は1ng/ml程度の濃度で鳥類初代培養筋芽細胞の増殖を促進し,結果として細胞融合,分化を遅延させた。この成分は高純度に精製されたとは言え,若干の不純物を含むことが明らかにされ,さらに精製を進めることを試みられたが,精製度を高めることはできなかった。また,上記の因子のアッセイ系の検討が並行して行われ,ウズラ筋原細胞株NIBB/QMの培養が行われた。その結果,細胞密度等を制御することにより,利用可能であろうことが示唆された。筋原細胞の増殖と分化を制御する液性因子の精製とその作用機序の解析を試みた。抽出材料をしてはこれまでin vitroで強い筋原細胞成長促進活性を持つことが知られていたニワトリ胚抽出液を、細胞としてはウズラ胚筋芽細胞を用いた。まず最初にニワトリ胚抽出液から硫安塩析、陽イオン交換樹脂クロマトグラフィー、ヘパリンアフィニティークロマトグラフィーを用いて、筋芽細胞増殖促進因子の精製を試みた。その結果、約10^5倍の精製度の標品を得ることに成功した。この因子はヘパリンセファロースカラムから2MNaClで溶出され、分子量約15,00017,000の単鎖ペプチドであった。この因子は1ng/ml以下の濃度でも筋芽細胞の増殖を促進し、同時に筋芽細胞の融合と分化を遅延させた。また、この因子は繊維芽細胞の増殖も促進した。筋芽細胞と繊維芽細胞に対するこの因子の有効濃度はほぼ同じであったが、増殖促進の程度は筋芽細胞の方がかなり高かった。この因子を同じくヘパリン結合性の成長因子であるウシ下垂体由来の繊維芽細胞成長因子(FGF市販品)と比較したところ、両者は分子量、化学的性質、有効濃度、筋芽細胞の分化遅延作用などで極めてよく似た性質を示した。このことは、我々が得た筋芽細胞増殖促進因子が、ニワトリのFGF、それもヘパリンカラムからの溶出性から考えて塩基性のFGFである可能性を強く示唆している。この因子の筋芽細胞に対する作用から考えて、この因子が生体内での筋形成において重要な役割を果たしているのであろうことが推測された。なお、上記因子の精製の過程で、ニワトリ胚抽出液中には上記因子の作用を強く増強する他の因子の存在が強く示唆された。

現在この因子の分析をも行っている。昨年度に引き続き、筋原細胞の増殖と分化を制御する液性因子を精製すること、およびその因子の性質、作用機序の解析を試みた。原材料としては、これまでinvitroで強い筋原細胞成長促進活性、および筋芽細胞融合遅延活性を持つことが知られているニワトリ胚抽出液を、アッセイ系としてはウズラ胚胸筋筋原細胞培養系を用いた。昨年度において、硫安塩析、CMセファデックスイオン交換クロマトグラフィ-、ヘパリンアフィニティ-クロマトグラフィ-を用いて約10^5倍に精製し、1ng/m以下の濃度で筋芽細胞の増殖を促進し、筋芽細胞の融合を遅延させる繊維芽細胞成長因子様の標品を得ることに成功したが、電気泳動的にはまだ夾雑物が存在することが示されたものであった。今年度の第一の目標はこの標品の精製度をさらに上げることであった。先ずヘパリンアフィニティ-クロマトグラフィ-から目的因子を溶出させる時に用いるNaClの濃度を再検討した。すなわち、従来は1M溶液でカラムを洗った後、2M溶液で因子を溶出したいたが、溶出濃度を細かく切って試みてみた。しかし、結果は期待に反し、夾雑物の見られない標品を得ることはできなかった。そこで次に、他のヘパリン結合性細胞成長因子の精製に極めて有効であることが知られている逆相カラムを用いた高速液体クロマトグラフィ-系を利用して精製することを試みた。しかしながら、この試みも良い結果は得られなかった。すなわち一般に有効とされるアセトニトリル系の溶媒は因子の活性を喪失させ、また試みられた他の溶媒系も失活を招く結果となった。これらの失活の原因は残念ながら未だ不明であり、今後溶媒条件、カラムの種類などを再検討して所期の目的を達成したいと思っている。昨年度に引続き,ニワトリ胚抽出液(EE)からかなりの程度の精製に成功していた,筋原細胞の増殖と分化の制御に関与すると考えられる繊維芽細胞成長因子様の因子の精製度を高めることを試みた.高速液クロの逆相系を用いて行ったが,残念ながらいくつか試みられた溶媒系では活性が失われてしまい,今年度も成功に至らなかった.したがって,当初目的とした精製標品を用いての諸実験計画は,それらの実行には至らなかった.ところで,筋芽細胞の増殖をかなり強力に促進する上記因子,あるいは繊維芽細胞成長因子が十分量加えられた培養液は,粗EEが加えられた培養液と比較すると,活性が著しく低いことが分かった.このことはEE中にはさらに未知の強力な筋発生促進因子が存在していることを示唆しており,それ(ら)の精製も併せて試みられたが,部分精製が進んだ段階にとどまっている.また,これまで液性因子のアッセイにはニワトリ,ウズラなどの初代培養筋原細胞が用いられてきたが,より簡便な系を確立することも試みられた.国際基礎生物学研究所の濱田博士より提供されたNIBB/QMは,ウズラ筋原細胞株で,37°Cでは増殖を続けて融合をしないが,41°Cに強されると融合し,分化するというものである.しかし,NIBB/QMについては最適培養条件,筋分化の様相等に関する基礎デ-タが不足していたため,細胞密度の影響等について調べられた.その結果,温度による発生と分化の制御は予想されたほど厳密なものではなく,細胞密度が高い場合には37°Cでも融合が起こると,41°Cに移されると融合は誘導されるものの,その同調性はそれほど高いものではないこと等が分かり,アッセイのための細胞としての利用するためには,さらに条件の検討を必要であることが分かった.
熱方程式の解を保つ変換の研究

温度分布の変化を表す方程式は熱方程式と呼ばれ、物理学に由来し数学においても極めて重要である。この研究では、どちらも回転面状に曲がった二つの空間の上で、ある場所での熱方程式の解を別の場所での熱方程式の解に移す変換を具体的に調べ、中核となる変換の形を完全に決定した。一方、今後の進展に必要となる、曲がっていない空間上の波動方程式の解に対する変換についても調べ、3次元以上で変換の形を完全に決定した。本研究の目的は、熱方程式の解を保つ(熱方程式の解を再び熱方程式の解に写す)変換を、「変換の形を具体的に決定する」をキーワードにして調べることである。今年度の研究実績の概要は、以下の通りである。1.2つの別々のリーマン多様体の間で豊富に熱方程式の解を保つ変換が存在すると思われる場合として、次元が3以上のユークリッド空間に二つの別々の回転不変計量を入れて、別々のリーマン多様体と考えて、その間の変換を決定する問題に取り組んだ。一つの回転不変計量を入れたユークリッド空間上で、解を保つ変換を決定した時に鍵になった補題を拡張することを試み、ほぼ出来る見通しが立った。2次元の場合は除かれてしまうが、これは昨年度の研究成果を拡張する物であり、解を保つ変換の形に表れる様々な量が、何に由来するのかを明らかにする上でも重要である。2.1でユークリッド空間に回転不変計量であった所を、次元が3以上の半ユークリッド空間に各々の半ユークリッド計量保存群で不変な別々の計量を入れて、別々の半リーマン多様体と考え、1と同じ問題に取り組んだ。この場合にも、熱方程式の解を保つ変換を決定するために上の場合と同じ補題の拡張と、さらに等角写像に関する補題も拡張する必要があるが、それも含めて、大体出来る見通しが立った。これも1と同様に、変換の形に表れる様々な量が、何に由来するのかを明らかにする上で重要であるが、半リーマン多様体の場合には、解を保つ変換のどの性質がラプラシアンの正値性に依っているのかを知る手掛かりになりうる点でも重要である。1.計量退化集合を除いた二つの半ユークリッド空間に、別々の動径方向半リーマン計量が与えられた場合に熱方程式の解を保つ変換を調べて、形を完全に決定した。結果を論文にまとめて、現在投稿中である。同じ計量の場合に帰着させる方法で、同じ結果を以前に得て論文にまとめたが、方法を改めて、変換の形を直接決定する方法で証明を進めたところ、同じ計量の場合に外せなかった技術的な条件である、写像の定義域と値域が交わる、を回避することができた。これにより、同じ計量の場合の結果も、技術的な条件なしのきれいな形にすることが出来たもので、今までの結果から単に場合を拡張するだけでなく、前の結果を良くすることが出来たという点で、大きな意義があった。2.熱方程式の解を保つ変換と同じ形で、波動方程式の解を保っ変換を定式化し、ユークリッド空間上の場合について調べ、3次元(空間次元2)以上の場合に形を完全に決定した。結果を現在論文にまとめているところである。調和関数を保っ変換の場合のアナロジーで出来る部分までは、すでに結果があったが、波動方程式の解を保っ変換の場合は、ローレンツ計量を考えるのが自然で、調和関数の場合には表れないタイプの等角写像が存在するため、その形を調べるのが最大の課題であった。今回、うまく具体的に形を決定することが出来た。半リーマン多様体上の熱方程式の解を保つ変換の研究に役立つと考えられ、また新しい研究へのステップとして意義があり重要である。