hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水圏生物からの細胞内情報伝達系解析用研究試薬の開発

わが国沿岸で海洋無脊椎動物を採集し、それらについて種々の生物活性スクリーニングを実施するとともに、活性物質の単離・構造決定および作用機序の解析を行い、試薬の開発を試みた。1.新規活性物質の単離と構造決定八丈島産海綿Theonellaswinhoeiからセリンプロテアーゼ阻害活性を示すペプチドのPseudotheonamide類を単離し、cyclotheonamide類と共通の部品を持ち環化の様式が異なるペプチドであることを明らかにした。ラット繊維芽細胞に顕著な形態変化を引き起こす3種の新規イソマラブリカントリテルペンをStelletta globostellataから単離・構造決定しするとともに、当該テルペンの構造-活性相関を検討した。次に、細胞毒性を示す7つの3-アルキルピリジンをXestospongiaおよびAmphimedon属の2種の海綿から単離・構造決定した。さらに、新規カリクリン誘導体を単離・構造決定し、かつ化学的に誘導した誘導体と天然物についてタンパク質リン酸化酵素に対する阻害作用を詳細に調べ、構造・活性相関についての重要な知見を得た2.作用機序の解析IP_3レセプター阻害剤である海綿由来アルカロイドxestosponginCを用いて、心筋のα受容体刺激による収縮増強にIP_3レセプターを介するカルシウムイオンの遊離が関与することを明らかにした。また、カルモジュリン阻害物質であるstellettamide誘導体の活性についても詳細な検討を加えた。八丈島産の海綿Theonella sp.由来の双環性ペプチドのtheonellamide Fの標的分子を特定するための研究を行った。まず、動物細胞に対する作用を詳細に検討し、この化合物の存在下培養を行うと、細胞内に多数の液胞が生じることを見いだした。日本沿岸産海産無脊椎動物の抽出液を種々の生物活性スクリーニングに付し、その結果浮かび上がった試料から、活性成分の単離および構造研究を行った。その結果、以下に示すような成果を上げた。四国沖で採集したソフトコーラルのSinularia sp.から胃酸の分泌をつかさどる、H,K-ATPアーゼを低濃度で阻害するsinulamideを単離した。この物質は、ジテルペンがテトラメチルスペルミンとアミド結合を介してつながった構造をしていたが、化学合成によりその構造を確認した。式根島産海綿Stelletta sp.から、抗菌性およびカルモジュリン依存性ホスホジエステラーゼ阻害活性を示すstellettazole Aを単離し、スペクトルデータの解析から、ノルジテルペンがN-メチルヒスタミン誘導体とアミド結合した構造を明らかにした。このヒスタミンの他方の窒素原子はさらに、グアニジノプロピル化されていた。3.プレニルヒドロキノン硫酸エステルオーストラリア産海綿Sarcotragus sp.に含まれていたフコース転移酵素阻害物質の化学構造を、各種スペクトルデータを元に解析したところ、新規オクタおよびノナプレニルヒドロキノン硫酸エステルであることが判明した。薩南諸島、伊豆諸島を中心に、海洋無脊椎動物を採集し、それらについて種々のスクリーニングを実施するとともに、活性物質の単離・構造決定および作用機序の解析を行い、試薬の開発を試みた。その概要は以下の通りである。1.新規活性物質の単離と構造決定先ず、ラット繊維芽細胞に顕著な形態変化を引き起こす3種の新規イソマラブリカントリテルペンをStelletta globostellataから単離・構造決定しするとともに、当該テルペンの構造-活性相関を検討した。さらに、新規カリクリン誘導体を単離・構造決定し、かつ化学的に誘導した新規誘導体と天然物についてタンパク質リン酸化酵素に対する詳細な阻害作用を調べ、構造-活性について重要な知見を得た。2.作用機序の解析IP_3レセプター阻害剤である海綿

由来アルカロイドxestosponginCを用いて、心筋のα受容体刺激による収縮増強にIP_3レセプターを介するカルシウムイオンの遊離が関与することを明らかにした。また、カルモジュリン阻害物質であるstellettamide誘導体の活性についても詳細な検討を加えた。
医療・保健・福祉・建築の連携による在宅福祉のための住居改善に関する研究

1.江戸川区における住宅改造事例のフォローアップ調査を行い,住宅改造の内容,住居改善効果,改造前後の生活の変化などを明らかにした。2.福祉・医療・保健・建築が連携して支援した住居改善事例について,ケーススタデイを行い,住居改善による精神的効果を具体的に解明した。3.他分野の関係者と連携して,住居改善を支援し,住居改善プロセス,設計と施工の関係,ホームヘルパーのフォローアップに果たす役割等について検討した。4.行政などの行う住宅改造相談事業について調査し,相談員の人数と分野・職種,家庭訪問の実施方法,経済的支援の方法,チーム対応の方法など,住宅改造相談システムの構築の方法について検討した。5.福祉・医療・保健・建築が連携して住居改善を支援するための地域ネットワークについて調査研究し,チーム対応の方法,住居改善の経済的支援の方法および福祉制度の活用方法,トラブルの対処方法,行政関係者と民間業者の連携の方法,住宅改造工事の受け皿,地域ネットワークの活性化条件などについて明らかにした。6.地域ケアのための住居改善.住宅づくりと福祉のまちづくりの有機的結合について検討した。1.福祉・保健・医療・建築の関係者と連携して,10数例の住居改善を支援する中で,住居改善システムについて検討し,(1)住宅改造費用について,福祉の生度の利用を支援することによって,住居改善ニ-ズが顕在化すること,(2)福値・保健・医療・建築の連携の中で,保健婦および建築関係者の役割,(3)住居改善にチ-ムで対処する方法,住宅改造実施過程で生じるトラブルに対処する方法などについて明らかにした。2.在宅福祉のための住居改善システムについて,全国の先進事例を現地に赴いて収集・分析し,分野間の連獲のタイプ,進んだ点や問題点を解明した。3.自治体の高齢者・障害者のための住宅改造相談事業に参加し,住宅改造相談システムのあり方について検討し,必要とする相談員の人数と分野・職種,住宅改造相談に対する組織的対応,家庭訪問の方法,フォロ-アップの方法などを解明した4.京都において『福祉・医療・保健・建築が連獲した住居改善のためのネットワ-クづくり』に取り組み,その活性化条件を検討した。5.デンマ-クにおいて,住居改善の社会的システム,福祉と建築の連携について調査した。また他の外国の住環境改善システムについて文献調査を行い,現状を把握した。6.住居改善の効果について調査し,本人にとっての生活の質の向上(生活動作の自立・心の自律・安全性・身心機能・生活意欲の維持・向上),介護者の生活の質の向上(介護負担の軽減,介護者の健康および精神的ゆとりの回復),家族との住み愛の質的向上,地域生活の質的向上などの効果があることを具体的に解明した。1.福祉・医療・保健・建築が連携して支援した住居改善事例について,ケーススタデイを行い,住居改善によって次のような多面的効果が生じることを具体的に解明した。(1)本人にとっての生活の質の向上,(2)介護負担軽減,介護者の健康および精神的ゆとりの回復リフレッシュする空間の必要性,(3)家族との住み愛の質的向上など2.福祉・保康・医療・建築の関係者と連携して,数十例の住居改善を支援することを通じて,住居改善の社会的システムについて検討し次の点を明らかにした。(1)住居改善ニーズを発掘する方法,(2)住居改善の経済的支援の方法および福祉制度の活用方法, (3)福祉・保健・医療・建築の連携の中で,各分野の関係者の役割, (4)トラブルの対処方法などについて3.行政・障害者団体合同の住宅改造相談事業に主体的に参加し、住居改善支援を実銭し,必要とする相談員の人数の分野・職種,住宅改善相談に対する組織的対応,家庭訪問の方法,フォローアップの方法など住宅改造相談システムのあり方を解体した。4.地域において,福祉・医療・保健・建築が連携して住居改善を支援するためのネットワークづくりについて研究し,行政関係者の民間業者の連携の方法,フォローアップの方法,地域ネットワークの活性化条件などについて明らかにした。
冬季貯食動物「ナキウサギ」を用いた摂食・貯食調節機構の解明

寒冷地に生息する小動物の多くは冬眠して厳しい冬を越すが、ナキウサギは冬眠せずに、巣内にエサ(植物)を貯えて冬を越す(貯食行動)という非常にユニークな寒冷適応特性を示す。ナキウサギが貯食行動を起こす自然のキューとして、日照時間や気温が想定されるが、不明である。実験室飼育下のナキウサギを用いて日照時間や気温の摂食・貯食行動への影響を明らかにすることを本研究の目的とした。ナキウサギの飼育維持と繁殖に努めたが、残念ながら、今年度の繁殖数は0に終わった(一昨年の繁殖実績25、昨年10)。そのため、当初の計画通りの研究は必ずしも実施出来なかった。まず、昨年度の実験、1)絶食実験、2)常暗実験を追加し、データの補間に努めた。その結果、ナキウサギの絶食1日当たりの体重減少率はラット、ハムスターに比べて有意に大であった。また、常暗環境下ではナキウサギの摂食が亢進することが示唆された。一方、研究協力者の協力を得て、ナキウサギの寒冷適応に重要な役割を果たすと考えられる褐色脂肪組織の組織学的、生化学的解析、褐色脂肪組織における脱共役タンパク質(UCP1)mRNAの発現について検討した。その結果、温暖飼育したナキウサギの褐色脂肪組織は白色脂肪組織と見分けが付きにくいほど白色化しており、電顕による観察でも大きな脂肪滴のみで、細胞質はほとんど見られなかった。寒冷暴露により細胞が小型化し、細胞質の増加が見られた。すべての個体で褐色脂肪組織にUCP1mRNAの発現が確認され、寒冷暴露により発現が強まる傾向が見られた。UCP1mRNAの塩基配列の部分的解析の結果、ナキウサギUCP1はウサギUCP1と最も相同性が高く、近縁であることが確認された。繁殖の不成功のため、当初の研究目的を十分には達成できなかったが、ナキウサギの寒冷適応について、特に、褐色脂肪組織についての興味深い新知見を得ることが出来た。巣内にエサ(植物)を貯えて冬を越す=貯食行動という非常にユニークな寒冷適応特性を示すナキウサギを用いて、摂食・貯食の調節機構を解明することが本研究の目的である。実験室飼育下のナキウサギを用いて日照時間や気温の摂食・貯食行動への影響を明らかにする。本年度は実験の方法論の確立をめざすとともに、基礎データの蓄積に努めた。【貯食行動解析システムの考案】プラスチックケージ2個を上下に置き、その間を屈曲した塩ビ製パイプで継いだ特性ゲージを作成し、上のケージ(給餌ケージ)にのみエサ(固形飼料)を与える。ナキウサギは給餌ケージへエネルギーを消費して移動し、摂食する。また一部のエサは下の居住室ケージへ持ち帰る(貯食)。両ゲージに受信ボードを設置し、動物の存在(移動)をモニターすることを目指し、試行錯誤を重ねたが、ケージの素材、塩ビパイプの素材等の問題のため、確立に至らなかった。【絶食実験】ナキウサギ、ウィスターラット、シリアンハムスター各8匹を用い、室温24°C、12時間-12時間明暗周期、自由摂食条件にて飼育している各動物に48時間の絶食(飲水可)を行った。ウィスターラット、シリアンハムスターは48時間の絶食に耐えたが、ナキウサギは絶食29時間目にて8匹中6匹が死亡に至り、中止した。また、ナキウサギの絶食1日当たりの体重減少率はラット、ハムスターに比べて優位に大であった。ナキウサギは皮下脂肪が非常に少ないことが影響したと推測された。【常暗環境の摂食への影響】ナキウサギを常暗環境(3週間)暴露群(8匹)と明暗周期群(14匹)の2群に分け、体重の変化を比較した。2元配置分散分析の結果、常暗環境暴露により有意な体重増加(p=0.025)を認めた。常暗環境下ではナキウサギの摂食が亢進することが示唆された。

その結果、温暖飼育したナキウサギの褐色脂肪組織は白色脂肪組織と見分けが付きにくいほど白色化しており、電顕による観察でも大きな脂肪滴のみで、細胞質はほとんど見られなかった。寒冷暴露により細胞が小型化し、細胞質の増加が見られた。すべての個体で褐色脂肪組織にUCP1mRNAの発現が確認され、寒冷暴露により発現が強まる傾向が見られた。UCP1mRNAの塩基配列の部分的解析の結果、ナキウサギUCP1はウサギUCP1と最も相同性が高く、近縁であることが確認された。繁殖の不成功のため、当初の研究目的を十分には達成できなかったが、ナキウサギの寒冷適応について、特に、褐色脂肪組織についての興味深い新知見を得ることが出来た。
世界最速qRT-PCR機器の開発と汎用遺伝子診断への応用

高速PCR条件の検討を進め、プライマーについて至適濃度の決定が必要であり、これを決定することが出来た。スピードの点では、「40サイクル8分」を達成した。また、感度としても、1000コピーから50-100コピー程度にまで改善が出来た。最後に残る装置ヒーター部分の温度斑が生じる問題に対応し、おおよそ解決策を見出した。しかし、共同研究先企業による市場予測が芳しくないとの説明により、共同研究が終了し、機器の使用が不可能となった。新しい共同研究パートナーを探す必要が生じ、研究課題はペンディングとなった。高速PCRの試薬組成条件を最適化できたことは収穫であったので、今後の展開を模索中である。定量リアルタイムPCRを用いた「PCR遺伝子診断」は、遺伝子を直接検出することから、イムノクロマト法よりも高感度・特異的で、病原体の亜型・薬剤耐性判別も容易であり、新興感染症の検出法として極めて有効である。現場での定量リアルタイムPCR装置の普及のためには「高速」、「小型」、「簡便」が重要であると考え、申請者らは複数の企業と共同で、2007年より「超高速リアルタイムPCR装置」の開発を行ってきた。我々のリアルタイムPCR装置はペルティエ素子で温度管理をし、大幅な小型化を図り、新設計の小型ポリマーチップ使用を特徴とする。すでに「40サイクル10分」のリアルタイムPCRを実現している。既存のリアルタイムPCR装置(Thermo社StepOnePlus、Roche社LightCycler480II)でもペルティエ素子が採用されているが、同一材料、同一プログラムでPCRを行うと、所要時間は、それぞれ40サイクル36分、25分であった。研究責任者らのリアルタイムPCR装置では40サイクル10分であることから、加熱冷却スピードは既存機種をすでに凌駕していた(加熱速度13.6°C/秒、冷却速度11.0°C/秒)。高速PCR条件、即ち、変性ー会合ー伸長反応が短時間で繰り返される条件下では、特にプライマーと鋳型DNAの会合が不十分であることが予想される。我々は先入観を排除し、高速PCRサイクル条件下では、会合イベントの不足を補う固有の至適濃度が存在すると仮定し、至適条件の探索を実施中である。上記について、反応系とプログラムのさらなる最適化を検討することによって、これまで「40サイクル10分」であったところ、「40サイクル9分」を実現できたことから、概ね順調に進展していると思われ、引き続き、PCR反応系の最適化、至適プログラムの確立、装置性能の実証の3点について継続して進める。反応系とプログラムのさらなる最適化によって、最終的に「40サイクル9分」を実現できたことから、概ね順調に進展していると思われる。高速PCR条件の検討を進め、予想通りプライマーについて至適濃度の決定が必要であり、これを決定することが出来た。スピードの点では「40サイクル9分」であったところ、「40サイクル8分」を達成した。最後に残る装置ヒーター部分の温度斑が生じる問題に対応し、おおよそ解決策を見出していたところ、共同研究先企業による市場予測が芳しくないとの説明により、共同研究が終了し、機器の使用が不可能となった。PCR反応系の最適化、至適プログラムの確立、装置性能の実証の3点について継続して進めると同時に、実際の臨床検体での検証、RNA検出(逆転写+超高速PCR)の実証(RNAウイルスの検出)、遠心機を使わない核酸抽出のための前処理法の開発を計画する。腫瘍学概ね予定の範囲内であるが、人臨床検体や標準物質を用いる実験に至らなかったために、本年度の試薬購入費がやや減少した。繰り越し分は、人臨床検体や標準物質を用いる実験のための試薬購入費等に充てる。
積分方程式/第一原理計算結合理論を用いた電極界面現象の解明

本年度は,1)氷表面の第一原理計算,2)金属電極表面(Al(100)面, Ag(100)面)のQuantum Espresso(QE)コード(https://www.quantum-espresso.org/ )を用いた第一原理計算,3)金属電極帯電表面(Al(100)面, Ag(100)面)の第一原理計算としてQE+ESM(Effective Screening Medium有効媒質理論)法をもちいて金属|真空界面での電位分布を求めた。さらに,4) NaCl電解質水溶液|Al(100)電極帯電界面とRISM(Reference Interaction Site Model)積分方程式を結合させた第一原理計算(QE+ESM+RISM)計算を行い,電極から沖合へのイオン分布を求めるところまで完了した。ただし,計算は濃度は1点(1 mol dm-3)で正に帯電した電極の電位もある一定の条件でしか計算できなかった。すべての計算は,産総研の大谷らが作成したコードを用いた。1), 2), 3)ではこれまで報告された理論計算とよく一致し,本研究での計算が正確に求められていることを確認した。4)では,多くの帯電状態や多くの電解質濃度での計算はできなかったが,正に帯電した電極表面からのナトリウムイオンおよび塩化物イオンの動径分布関数を求めたところ,物理的に意味のある結果となった。実験結果と比較するには,多くの帯電状態(電位)および多くの電解質濃度について求める必要があるが,3)の計算で,その計算結果を解釈するところで多くの検討を重ねたため,本年度はそこまで到達しなかった。提出した計画では,1年目に例えばAg(111)面|NaClO4水溶液界面のように実験結果でその微分キャパシタンス(帯電している電極の電荷面密度と電位の関係から求められる。)がよく調べられている系に対して,第一原理計算+ESM+RISM計算を行うとした。本研究では,電極としてはほとんど使用しないAl表面と電解質としては,特異吸着の可能性があるNaCl水溶液を用いた。ただし,第一原理計算+ESMではAg(100)表面の計算は行っている。従って,現在のところほぼ研究計画通りの結果が得られたものと考えている。本年度は,昨年度計算したAl(100)面でのQE+ESM+RISM計算をさらにおこない,多くの帯電状態での電位差と界面電荷密度を求め,理論的に微分キャパシタンスを求める。次に同様な計算をAg(100)面で行い,さらにAg(111)面に拡張して,微分キャパシタンスを求める。電解質をNaClからNaClO4に変えるためには,RISMでの計算パラメーターを調整する必要がある。これまでの文献値をしらべ,そのパラメータでいいのか慎重に検討する必要があるので,1年あるいは2年を要することが予想される。

これまでの文献値をしらべ,そのパラメータでいいのか慎重に検討する必要があるので,1年あるいは2年を要することが予想される。当初Winmostarというこの研究で用いるwindowsソフト(QE+ESM+RISM、見積もり額65000円)の購入のために,研究費をストックしていたが,ソフトの販売時期が年度末まで延びたために,次年度使用額105279円を計上した。
制がん性プロスタグランジンの科学的および生物学的研究

1.化学的研究(国内グループ):癌細胞のPG耐性に関与しているGS-Xポンプタンパク質捕獲のための光親和性標識用プローブを設計し、その合成に成功した。さらに、GS-Xポンプによる輸送機構の検討から腫瘍細胞のドキソルビシン耐性の分子機構を明らかにした。一方、PGの特異的タンパク質誘導作用に直結する細胞内受容体の捕獲・同定のための分子プローブを設計し、その合成法を確立した。具体的には、△^7-PGA_1に構造修飾を施すことで、科学的および生物学的により安定でかつ充分な活性を持つPG類縁体を創製し、これを母核として光親和性標識のためのアジド基と検出のための放射核を組み込んだプローブの合成に成功した。2.生物学的研究(米国グループ):上記国内グループが合成したGS-Xポンプ機能探索プローブを用い、GS-Xポンプを過剰に発現しているシスプラチン耐性HL-60細胞から調整した形質膜ベシクルでのATP依存性ロイコトリエンC_4輸送阻害実験を行ない、探索プローブとGS-Xポンプとの間に強い相互作用があることを確認した(IC_<50>=0.3μM、Km=110nM)。さらにPG-グルタチオン抱合体輸送阻害実験を行い、同探索プローブが抱合体の輸送を強く阻害することを見出した(IC_<50>=0.5μM)。以上の結果から、探索プローブが、癌細胞の示すPG耐性の克服に向けた新規薬剤設計のリ-ド化合物と成り得ることが明らかになった。現在、国内グループが開発した上記分子プローブを用い、GS-Xポンプタンパク質の捕獲と分子構造の解明、さらにはPGの細胞内受容体の捕獲・同定実験が進行中である。以上のように研究は所期の目的を達成し、充分な成果を上げることができた。1.化学的研究(国内グループ):独自に創出した3成分連結PG合成法の活用により、交差共役ジエノン構造をもつ重要な抗腫瘍性プロスタグランジン類の効率合成法を確立した。さらに、合成したPGと生体内関連化合物であるチオール類との相互作用を検討し、PGが示す特異な細胞内現象の純化学的シュミレーションに成功した。すなわち、エノン型PGはグルタチオンと容易かつ可逆的に反応し、ジエノン型PGは単純エノンPGに比べてよりし解離しやすい。さらにジエノン型PGは高分子担持グルタチオンともより速く反応するが、一転して付加体は生理条件下で安定になり、アルカリ条件でははじめてPGが解離する。これらの化学的挙動は細胞内で観察される生化学的挙動とよく相関する。本結果をふまえ、現在、PG類が示す制がん性に分子機構の解明のための分子プロープの設計および合成の準備段階に入っている。2.生物学的研究(米国グループ):シスプラチン耐性HL60細胞の調整法を確立した。その耐性細胞では、感受性細胞に比較してGS-Xポンプの活性が役45倍高いことが明らかになった。このGS-Xポンプの活性は、ホルボールエステル(TPA)やレチオイン酸処理により低下することから、細胞増殖やc-mycの発現と深い関係があることがわかった。以上の結果からシスプラチン耐性細胞は抗がんPG誘導体の細胞内機作を解明する上で、有用なモデル系であると考えられる。今後、シスプラチン感受性HL60細胞とシンプラチン耐性細胞に対し上記国内グループが開発したPG誘導体を用い、c-myc遺伝子発現の抑制と細胞周期G_1-G_0停止への効果を検討する予定である。以上のように研究は所期の目的を達成し、次年度にむけて十分な準備体制にある。1.化学的研究(国内グループ):独自に創出した3成分連結PG合成法の活用により、強い抗腫瘍活性を示すPG類の効率合成法を確立した。さらに、合成したPG類が、細胞内チオールで、腫瘍細胞の薬剤耐性に関与していることがあきらかにされたグルタチオンと容易かつ可逆的に抱合体を形成することを確認した。本結果は、腫瘍細胞のPG耐性が、グルタチオンとPGの抱合反応とそれに続く抱合体のATP依存性グルタチオンS-コンジュゲート輸送ポンプ(GS-Xポンプ)による細胞外排出によるものであることを強く示唆している。このようなGS-Xポンプとの相互作用を調べるためのPG-グルタチオン抱合体(放射性元素ラベル体を含む)の合成に成功した。現在、GS-Xポンプタンパク質捕獲のための光親和性標識用プローブの合成を進めると共に、PGの制がん分子機構の解明のための分子プローブの設計および合成に着手している。2.生物学的研究(米国グループ):上記国内グループが合成したPG-グルタチオン抱合体を用い、GS-Xポンプを過剰に発現しているシスプラチン耐性HL-60細胞から調製した形質膜ベシクルでのATP依存性ロイコトリエンC_4輸送阻害実験を行い、抱合体とGS-Xポンプとの間に強い相互作用があることを確認した。さらに、放射ラベルした抱合体を用いたinside-out膜ベシクルでの細胞内取り込み実験を行い、PG-グルタチオン抱合体がATP依存的に膜内に取り込まれ、GS-Xポンプの基質として作用を受けることを実証した。以上の結果から、腫瘍細胞のPG耐性分子機構が解明された。今後、上記国内グループが開発した分子プローブを用い、GS-Xポンプタンパク質の捕獲と分子構造の解明、さらにはPGの細胞増殖抑制作用機構の解明を行う予定である。以上のように研究は所期の目的を達成し、次年度に向かって十分な準備体制にある。

1.化学的研究(国内グループ):癌細胞のPG耐性に関与しているGS-Xポンプタンパク質捕獲のための光親和性標識用プローブを設計し、その合成に成功した。さらに、GS-Xポンプによる輸送機構の検討から腫瘍細胞のドキソルビシン耐性の分子機構を明らかにした。一方、PGの特異的タンパク質誘導作用に直結する細胞内受容体の捕獲・同定のための分子プローブを設計し、その合成法を確立した。具体的には、△^7-PGA_1に構造修飾を施すことで、科学的および生物学的により安定でかつ充分な活性を持つPG類縁体を創製し、これを母核として光親和性標識のためのアジド基と検出のための放射核を組み込んだプローブの合成に成功した。2.生物学的研究(米国グループ):上記国内グループが合成したGS-Xポンプ機能探索プローブを用い、GS-Xポンプを過剰に発現しているシスプラチン耐性HL-60細胞から調整した形質膜ベシクルでのATP依存性ロイコトリエンC_4輸送阻害実験を行ない、探索プローブとGS-Xポンプとの間に強い相互作用があることを確認した(IC_<50>=0.3μM、Km=110nM)。さらにPG-グルタチオン抱合体輸送阻害実験を行い、同探索プローブが抱合体の輸送を強く阻害することを見出した(IC_<50>=0.5μM)。以上の結果から、探索プローブが、癌細胞の示すPG耐性の克服に向けた新規薬剤設計のリ-ド化合物と成り得ることが明らかになった。現在、国内グループが開発した上記分子プローブを用い、GS-Xポンプタンパク質の捕獲と分子構造の解明、さらにはPGの細胞内受容体の捕獲・同定実験が進行中である。以上のように研究は所期の目的を達成し、充分な成果を上げることができた。
アストロサイトのカルシウムシグナルにより発現制御される翻訳抑制因子の機能解明

グリア細胞の一種であるアストロサイトが脳機能にどのように貢献するかは未だ不明な点が多い。本研究では、脳障害時にアストロサイト細胞内で起こるカルシウム濃度変化(カルシウムシグナル)が、翻訳抑制因子プミリオ2の発現量を減少させることで細胞間接着タンパク質N-カドヘリンの発現量を増大させ、脳損傷後の神経保護作用に貢献することを解明した。脳形成・機能発現および維持には、成長因子供給などを介したアストロサイトからニューロンへの積極的な働きかけが必須である。先行研究により、アストロサイト細胞内のカルシウム濃度変化(カルシウムシグナル)によるN-カドヘリン発現制御が、このようなアストロサイトの機能に寄与することを解明した。本研究では、カルシウムシグナルからN-カドヘリン発現制御に至るパスウェイを仲介する因子として、N-カドヘリンmRNAへの結合能を有する翻訳抑制因子Pumilioに着目し、その生体内機能の解明を試みた。新規作製した抗Pumilioポリクローナル抗体はウエスタンブロットや免疫組織化学的実験において従来品よりも信頼性の高い結果が得られるものであり、これを用いてマウス大脳皮質アストロサイトにおけるPumilio発現量を解析した結果、成体脳損傷時にPumilio発現量が変化することを発見した。今後は遺伝子改変マウスやアデノウイルスベクターを用いたアストロサイトへの遺伝子操作を駆使し、Pumilio発現変動とカルシウムシグナルおよびN-カドヘリン発現量の相関を詳細に検証するとともに、Pumilio関連パスウェイの病理的意義の解明を試みる。さらに、カルシウムシグナルによるPumilio発現制御機構を解明するため、Pumilio認識配列を付加したGFPレポーターによるアッセイ系を確立し、各種転写因子関連パスウェイに対する阻害剤の影響を評価する実験にも着手している。本研究で行うPumilio関連パスウェイの包括的な機能解明は、未だ不明な点の多い、脳損傷時におけるアストロサイト機能の理解につながることが期待される。グリア細胞の一種であるアストロサイトは、脳の形成・機能発現および維持に貢献すると考えられているが、その役割や作用機序には未だ不明な点が多い。本研究では、脳障害時にアストロサイト細胞内で起こるカルシウム濃度変化(Ca^<2+>シグナル)が、翻訳抑制因子pumilio-2(Pum2)の発現量を減少させることで細胞間接着タンパク質N-cadherinの発現量を増大させ、脳損傷後の神経保護作用に貢献することを解明した。本研究ではまず、新たに作成した抗Pum2抗体を用いて生化学的・免疫組織化学的解析を行った。また、Pum2結合配列を持つN-cadherin RNAの3'非翻訳領域を付加したGFPレポーターを構築し、Pum2活性の評価系を確立した。その結果、アストロサイトCa^<2+>シグナルによるPum2発現増大、Pum2によるN-cadherin発現抑制が起こることを培養系で詳細に検証できた。また、成体マウス大脳皮質の損傷モデルを用い、これらの発現制御が生体内のアストロサイトでも起こることを見出した。その病理的意義を探るため、アストロサイトCa^<2+>シグナル不全マウスとアストロサイト特異的N-cadherinノックアウトマウスを入手・作成した。これらに脳損傷を与えたところ、いずれにおいても活性化アストロサイトの形成異常と生存ニューロン数の減少が観察された。このように脳損傷時のアストロサイトCa^<2+>シグナルは、Pum2によるN-cadherin発現抑制を解除することによりN-cadherin発現量を増大させ、脳損傷後の神経細胞死を抑制するという、病理的に重要な経路を駆動させる。これは様々な脳疾患でみられる活性化アストロサイトに共通して起こる可能性が高く、グリア細胞を標的とした脳疾患の新たな治療戦略につながることが期待される。
スーパートリプシンの創出

ヒトのゲノムには少なくとも10個のトリプシン類似遺伝子がコードされている(サザン解析の結果)。しかし、酵素タンパク質レベルでその諸性質が解析されたのは、このうち2つだけである(トリプシン1型、2型と呼ばれ、等電点以外の性質に差は見られない)。そこで、未発見のトリプシン・アイソフォームを同定することを目的に、ヒトの膵臓cDNAライブラリーを作成、既知トリプシン配列をプローブにしてスクリーニングをした。得られたポジティブクローンの大半は既知のものであったが、そのなかにわずかながら未知のクローンを発見し、これをメソトリプシンと命名し(等電点が1型と2型の中間(メソ)位にあることから)、報告した。本年度は、ヒトゲノム上にメソトリプシン遺伝子の位置を同定した。その結果、メソトリプシン遺伝子は4つのエキソンから成り、他のトリプシン・アイソフォームがクラスターを形成するベータTレセプター近傍とは別の第9染色体上に存在することが判明した。しかし、酵素タンパク質レペルでその諸性質が解析されたのはこのうち2つだけである(トリプシン1型、2型と呼ばれ、等電点以外の性質に差は見られない)。そこで、未発見のトリプシン・アイソフォームを同定することを目的に、ヒトの膵臓cDNAライブラリーを作成、既知トリプシン配列をプローブにしてスクリーニングした。メソトリプシンは、1型、2型と比べるとアミノ酸レベルで90%以上の相同性を示したが、活性中心付近のアミノ酸残基に特徴的な置換が見られた。そこで、メソトリプシンを大腸菌で発現させ、組み換え体タンパクを調製、その酵素学的諸性状を、既知トリプシンと比較した。その結果、前駆体(トリプシノゲン)からの活性化やKm、Kcatなどの諸パラメータにはほとんど差が見られないにも関わらず、大豆トリプシンインヒビターやアプロチニン(牛膵臓由来クニッツ型トリプシン阻害夕ンパク)に対して著明な抵抗性を示すことが判明した。
バイオマスガス化で生成するタールの新規流動層酸化改質反応に関する研究

再生可能エネルギー源であるバイオマスから水素等のガスを得る手法は効率的にエネルギーへ転換できる技術として注目されている。しかしながら、この過程で副生するタール成分は、配管閉塞あるいはガス化効率の低下を招くことから、分解除去する必要がある。タール分解除去用触媒に必要な条件は高活性かつ長寿命であるが、本研究では失活した触媒の再生方法を検討し、再生触媒が同程度の活性を有することで長寿命化を達成しようと試みた。再生可能エネルギー源であるバイオマスのガス化によって水素等の燃焼ガスを生成することはエネルギー・環境問題を解決し、循環型社会を構築する上で重要である。しかし、ガス化技術には問題点が数多くあり、その中でも配管閉塞やガス化率の低下を促すタールの分解が最難題である。この点を解決するため、既報ではNi系触媒等を固定床に充填し、二次的にスチームを供給し、700-900°Cで改質反応を行なっていたが、炭素析出や硫黄被毒により失活すると報告されている。そこで、本プロジェクトではO_2を二次的に供給しタールを部分燃焼し(発熱反応)、その発熱をタールのH_2O/CO_2改質反応(吸熱反応)に利用し、タールのオートサーマル改質反応を流動層で行うこととした。この方法により、炭素析出を大幅に抑制するだけでなく、硫黄を酸化しSO_2として放出するので、硫黄による触媒被毒を防ぐことができると考えた。本年度の研究計画は、「ナフタレンのオートサーマル改質反応応用流動層装置の作製および試運転」であり、最初に流動層反応装置の作製を試みた。一番の難関はナフタレン/ベンゼン混合溶液を配管内に閉塞させずに送液する点である。数々の試行錯誤(溶液濃度・リボンヒーターによる加熱)を重ねた結果、円滑な送液が可能となり、実験装置が完成した。また、実験装置から得る結果が妥当であるかを判断するため、Ni/MgO触媒を用いてCH_1の酸化改質反応を行った。最小流動化速度の1/4の流速・反応温度700°Cにて、酸化改質反応・H_2O改質反応・CO_2改質反応・部分酸化反応の素反応を検討し既報の結果と比較した際、妥当な結果であることが分かった。さらに、最小流動化速度・反応温度550°Cにて酸化改質反応を検討した結果、Ni/MgO触媒はNi/dolomite触媒よりも高活性であることを確認した。以上のことから、本年度の目標であった実験装置の作製と試運転が達成できたと考える。今年度上半期では新規作製実験装置を用いて、流動層・酸化改質反応をキーワードに触媒充填法・触媒の種類・ガス流路の変更等を工夫することで、バイオマスタールの流動層酸化改質反応を試みたが、触媒層前段への激しい炭素析出によりガス流通抵抗が生じ、再現性の良い結果が得られなかった。そこで、流動層での酸化改質から研究内容をシフトし、バイオマスタールの水蒸気改質反応での触媒耐性に着目し、研究を遂行することとした。以下にその結果を詳述する。今回、リグニンの水熱ガス化反応に高活性を示したNi/MgO触媒を用いた。まず、各種反応条件(反応温度,触媒充填量,担持量,Steam/Carbon比)が水蒸気改質反応活性に与える影響について検討した。(1)反応温度は水蒸気改質反応活性に対して大きく関与しており、反応温度の上昇に伴い活性が向上する。(2)触媒充填量に関して本条件下では、1gが最適であった。(3)担持量が異なることで、触媒上に露出して形成される金属Niの表面積,粒子径も変化し、担持量2025wt.%が最適であった。(4)水蒸気量の増加に伴い改質反応活性が向上し、H_2の生成割合も顕著に増加したが、過剰の水蒸気供給は活性種である金属Ni粒子を酸化し、失活の原因となりS/C比=2が最適だと分かった。上記の検討結果に加えて、水蒸気改質反応後に触媒上に析出する炭素が温和な酸化条件で除去できる点と、触媒の前処理を施さなくても改質反応活性が発現する点から、触媒のサイクル試験を行った。その結果、3サイクル目から触媒失活が観測され、繰り返しの酸化・反応ガスによる還元処理によりNi金属粒子のシンタリングを誘発し、触媒表面が変化してしまったためだと考えた。以上の結果から、高活性・長寿命の触媒開発には活性種と担体の間のSMSIが不可欠であることが分かった。前年度より継続して、バイオマスタールの水蒸気改質反応での触媒耐性に着目し、研究を遂行した。Ni/MgO触媒において、水蒸気改質反応後に触媒上に析出する炭素を温和な酸化条件で除去でき、触媒の前処理を施さなくても改質反応が発現する点を見出し、触媒のサイクル利用試験を行った結果、3サイクル目で失活することが分かった。この検討結果を受けて、本年度DNi/MgO触媒に貴金属を添加する系、あるいは貴金属担持/

MgO触媒を調製し、Ni/MgO触媒を超える触媒活性と耐性を有する新規触媒の開発を試みた。まず、Ni/MgO触媒へ貴金属(Pt, Ru, Pd)を添加した結果、RuおよびPdにおいては添加により水蒸気改質活性が若干向上したが、Ptにおいては水蒸気改質活性および生成物挙動が不安定となり、添加効果は観測されなかった。一方、貴金属担持/MgO触媒に着目すると、Pt/MgO触媒が比較的安定かつ高い水蒸気改質活性を示したことから、同触媒を用いて詳細な検討を行うこととした。Pt/MgO触媒において、反応温度・S/C比を変更させて検討した結果、反応温度を正073Kより973Kへ下げると、水蒸気活性は大幅に減少するのに対し、S/C比を増加させると、活性は大幅に増加することが分かった。また、Pt/MgO触媒を水蒸気改質反応→酸化処理→水蒸気改質反応のサイクル試験へ適用した結果、10サイクルまで安定した活性挙動を示した。以上の結果から、反応温度(1073K)・S/C比=3において炭素基準転化率90%を30時間に亘って維持し、サイクル試験(10サイクル)に耐性があるPt/MgO触媒を新規に開発することに成功した。
トマト果実成熱に関わるACC合成酵素のリン酸化による翻訳後制御機構に関する研究

エチレンはガス状の植物ホルモンであり、高等植物の一生を通じて様々な成長段階で重要な働きをしている。とりわけ果実の成熟や野菜・花卉の老化など、園芸作物に与える影響は極めて大きく、エチレンの作用を人為的に制御することは、園芸分野において重要な課題である。我々はエチレン生合成経路の鍵となるACC合成酵素がリン酸化によって、その酵素の安定性が制御されていることを明らかにしてきた。今年度は、1)LeACS2の半減期と2)LeACS2の脱リン酸化段階を制御する因子の探索を行った。傷害を与えた果肉組織におけるLeACS2の蓄積量は、PK inhibitor処理により減少し、PP inhibitor処理により増加した。パルス-チェイス法によりLeACS2の半減期を求めたところ、70分であった。LeACS2の半減期は、PK inhibitor処理により短くなり、PP inhibitor処理により長くなった。また、LeACS4の半減期は250分で、LeACS2に比べ著しく長いことが分かった。これらのことから、ACC合成酵素の代謝回転におけるリン酸化の重要性が示された。また、okadaic acidやcalyculin Aは、多様なプロテインホスファターゼのうち、PPPファミリーの分子種の活性を阻害するため、LeACS2の脱リン酸化を担うプロテインホスファターゼがこのファミリーに属するものであることが推測された。次にLeACS2の脱リン酸化段階を制御する因子を同定するため、トマト果実のタンパク質とLeACS2由来の擬リン酸化ペプチドを反応させたところ、33kDa, pI9.0のタンパク質が特異的にペプチドに結合した。このタンパク質を質量分析により解析した結果、ペクチンメチルエステラーゼ(PME)であることが分かった。PMEは細胞壁の分解・再構築に関わる酵素として知られているが、ACC合成酵素の代謝回転との関連についてはこれまでに報告されていない。リン酸化LeACS2を脱リン酸化から保護する働きなどが考えられたが、本研究ではその機能を確認することはできなかった。今後はLeACS2の翻訳後制御におけるPMEの役割を明らかにするとともに、リン酸化LeACS2を脱リン酸するプロテインホスファターゼを同定する必要がある。今年度は、1)ACC合成酵素と結合して分解に導くと推定されるタンパク質(LeEOL;ETO1-Like)の結合様式を解析した。その結果、LeEOLは非リン酸化状態のACC合成酵素とは結合するが、リン酸化されたACC合成酵素とは結合しないことが明らかになった。このことは、ACC合成酵素がリン酸化によって、そのタンパク質の安定性が制御されていることを示唆している。次に2)ACC合成酵素を脱リン酸化するprotein phosphataseの同定を試みた。まずACC合成酵素LeACS2のC末端領域のリン酸化合成ペプチド13残基を合成した。このペプチドのN末端にはビオチンを付加し、C末端はカルボキシル基をアルデヒド基に置換した。

すなわち、このペプチドは、それを認識したタンパク質の結合部位近傍のリジン残基のε-アミノ基と、C末端のアルデヒドを介して共有結合し、その後ビオチンを認識するストレプトアビジンカラムを用いて結合したタンパク質を回収することができる。回収されたタンパク質はperoxidase結合のストレプトアビジンで検出する。この方法で解析した結果、約35kDのシグナルが検出された。このタンパク質のサイズはprotein phosphataseの触媒サブユニットのサイズと一致していた。そこで、このシグナルの位置のゲルを切り出し、トリプシン消化後、質量分析計でタンパク質の同定を試みたが、protein phosphataseであるとの確証を得るには至らなかった。今後はさらにタンパク質の同定を試みる。エチレンはガス状の植物ホルモンであり、高等植物の一生を通じて様々な成長段階で重要な働きをしている。とりわけ果実の成熟や野菜・花卉の老化など、園芸作物に与える影響は極めて大きく、エチレンの作用を人為的に制御することは、園芸分野において重要な課題である。我々はエチレン生合成経路の鍵となるACC合成酵素がリン酸化によって、その酵素の安定性が制御されていることを明らかにしてきた。今年度は、1)LeACS2の半減期と2)LeACS2の脱リン酸化段階を制御する因子の探索を行った。傷害を与えた果肉組織におけるLeACS2の蓄積量は、PK inhibitor処理により減少し、PP inhibitor処理により増加した。パルス-チェイス法によりLeACS2の半減期を求めたところ、70分であった。LeACS2の半減期は、PK inhibitor処理により短くなり、PP inhibitor処理により長くなった。また、LeACS4の半減期は250分で、LeACS2に比べ著しく長いことが分かった。これらのことから、ACC合成酵素の代謝回転におけるリン酸化の重要性が示された。また、okadaic acidやcalyculin Aは、多様なプロテインホスファターゼのうち、PPPファミリーの分子種の活性を阻害するため、LeACS2の脱リン酸化を担うプロテインホスファターゼがこのファミリーに属するものであることが推測された。次にLeACS2の脱リン酸化段階を制御する因子を同定するため、トマト果実のタンパク質とLeACS2由来の擬リン酸化ペプチドを反応させたところ、33kDa,pI9.0のタンパク質が特異的にペプチドに結合した。このタンパク質を質量分析により解析した結果、ペクチンメチルエステラーゼ(PME)であることが分かった。PMEは細胞壁の分解・再構築に関わる酵素として知られているが、ACC合成酵素の代謝回転との関連についてはこれまでに報告されていない。リン酸化
超高速LSI対応配線構造の研究

超高速LSIにとって最も重要な課題は、高速の信号伝播に対応できる配線技術の開発である。とくに抵抗が低く、且つ大電流動作に対しても高い信頼性を有する配線形成技術の開発が重要である。本研究では、低エネルギイオン照射を用いた新しい成膜技術の開発を行い、これを用いて純アルミニウム及び銅の高性能配線技術を確立した。低エネルギイオン照射成膜技術は、成膜中の薄膜表面を低エネルギのイオン照射により活性化することにより薄膜の結晶構造や物性を広範囲に制御できる技術である。この技術によりCu薄膜を形成すると、完全な(100)配向あるいは(111)配向等がイオン照射のエネルギによって選択できる。さらにこれらの薄膜は、いずれもSi基板上では広義のエピタキシャル成長することが分った。さらに本プロセスで形成したCuーSiの界面は、一切の合金化のための熱処理を施すことなしに、理想的な接合特性を持っていることが明らかとなった。つまりショットキダイオードの順方向特性のη値は1.001.03であり、ショットキ障壁高さは0.65ー0.70eVと高い値を安定して示している。また、従来よりCuを配線として用いる際の最大の問題といわれてきた、CuのSiO_2上への密着の悪さも、本研究により全く問題のないことが分った。Al薄膜に関してもSiO_2,(100)Si,(111)Si、のいずれの上でも完全に(111)配向した薄膜が得られ、特にSi上では広義のエピタキシャル成長が得られた。また、プロセス条件の最適化により、500°Cまでヒロックの全くでないAlの形成にも成功した。同時に小さなコンタクトホールへの穴埋め等も良好に行え、且つデバイスへのダメージも一切生じないこと等を明らかにした。これらの成果により、超高速LSIのための高性能メタライゼーション技術の基礎を確立することができたのである。純度5Nの高純度Alターゲットを用いたスパッタ法により, (100)及び(111)Si上へのAl薄膜の成膜実験を行った.成膜中のAl表面を,数eV数10eVという結晶中原子の結合エネルギと同程度の,比較的低い運動エネルギのAr粒子で照射してやることにより,薄膜の物性を広範にコントロールできることを見出した.特に, (111)上では200V以上, (100)上では40V以上の負のバイアスをそれぞれウェハに与えることにより,いずれのSi基板上にも(111)Alをエピタキシャル成長させることに成功した.こうして得られたAl薄膜は, 450°Cのシンタリングを行っても,スパイクによる浅い接合の劣化を生じない.また,その抵抗値はバルクとほぼ同じ低い値(2.8μΩ・cm)が得られ,さらに液体窒素に冷却することにより約1ケタ減少させることができるなど,従来では得られなかった数々の優れた成果を得ている.我々は,さらにAlにくらべ抵抗が約半分のCuを超高速配線材料として用いるベく,同じ低運動エネルギイオン照射プロセスによる成膜を試みた. Cuの場合には,ウェハに与えるバイアス値により, (100)Si上にエピ成長するCr薄膜の結晶方位をコントロールできることを見出した.即ち,小さなバイアス値では(100)Cuを,また,高いバイアス値では(111)Cuをそれぞれエピタキシャル成長させることができたのである.

この方法で堆積させたCu薄膜は,合金化のための熱処理を一切施すことなく,理想的な金属ー半導体接合を形成する,ことも分った.つまり順方向,逆方向ともに理想的なショットキダイオード特性を示し,逆方向飽和電流の温度変化より求めたショットキ障壁高さは0.68eVと非常に高い値が得られている.さらに従来悪いとされていたSiO_2との密着性も,本方法で形成して場合には何ら問題のないことが分った.超高速LSI配線技術にとって最も重要な課題は、低抵抗で高品質な金属配線の形成である。本年度においては、純Cu薄膜及び純Al薄膜の配線性能をさらに高度化した。特に複雑な超LSI構造に応用した場合の諸問題について検討を重ね、性能の向上を計ったのである。まずCu薄膜に関しては、イオン照射による薄膜の結晶構造制御について重要な知見を得た。低エネルギイオン照射による薄膜表面の活性化は、特に照射エネルギが低い場合には基板の情報をもらって金属薄膜がエピタキシャル成長するのを助ける。しかし、イオン照射のエネルギが5060eV以上となるとイオン照のもつもう一の性質、すなわち最稠密面をイオン照射の方向に向かせようとする特性が強くなって、これにより基板の面方位に関係なく(111)配向した膜をエピタキシャル成長させるのである。とくに高エネルギで成長させた(111)結晶は準安定状態にあり、400°Cの熱処理により完全な(100)配向に戻ることが分った。これらの知見は低エネルギイオン照射による薄膜成長のメカニズムを操る上で、非常に重要な発見である。また、従来よりCuの大きな問題であったSiO_2上での密着性の悪さも、本研究により解決することができた。一方Al薄膜に関しては、イオン照射条件の最適化により500°CまでヒロックフリーのAlが形成できるようになり、多層金属配線の信頼性を著るしく向上させることができた。また、コンタクトホールの穴埋めについても極めて良好なステップカバレッジの得られることが分った。しかも不地のSi基板や、MOSFETには、一切のイオン照射によるダメージを生じさせることなくこれらのことが可能となったのである。これらの結果により、従来の超高速LSIにとって重要な配線技術の基礎を確立することができたのである。
STDMA型メッシュネットワークによる高信頼バイラテラル制御系の構築

STDMA(Synchronous Time Division Multiple Access)スイッチ群を介したバイラテラル制御系に関して以下の知見が得られた:1)バイラテラル制御系の動力学は接触物体の剛性に依存するため、その剛性推定値を用いた適応制御器が有効である。2)ロボットが2つ以上の能動関節を持つ場合、制御器を設計する座標系を適切に設定することで設計変数を減らすことができる。3) STDMAスイッチ群を介したフィードバック制御系の制御性能は設計者が決めるスイッチングパターンに依存するため、目的関数とネットワークトポロジに応じてスイッチングパターンを最適化する必要がある。メッシュネットワーク(端末同士が相互に通信を行うことにより、メッシュ状に形成された通信ネットワーク)上でマスタとスレーブが双方向に制御信号・映像・音声を実時間通信(データが必ず一定時間以内に到着する通信)するバイラテラル制御系(力覚フィードバック機能を持つマスタ・スレーブ型遠隔操作システム)の研究開発に取り組んでいる。本年度は3班体制で下記の課題に並列的に取り組んだ。【課題B1:モーションコントローラの開発】STDMAテーブルから得られる制御信号の離散化レベル・伝送遅延の情報から制御ゲインを自動調整するモーションコントローラを開発した。また、Linuxを用いた実験によりアルゴリズムの有効性を確認した。今後、STDMAスイッチと同様に、FPGAボード上に実装をおこない、アルゴリズムの有効性を検証する。【課題C1:実時間ライブビデオストリーミングシステムの開発】MPEG(Moving Picture Experts Group)などの既存のビデオ圧縮技術を用いると、画像サイズに応じて通信遅延時間が変動し、その影響がバイラテラル制御にも及ぶ。そこで、画像を一定サイズの小さいブロックに変換し、制御信号と同じパケットに詰めて送る方式を採用し、実時間画像通信を実現する。現在、Linuxを用いた実験により有効性が確認できている。研究成果を、国内会議3件(内、招待講演1件)、国際会議2件で発信するなど、計画はほぼ予定通り進んでいる。【課題A2:メッシュネットワークの構築】アクセス制御方式にSTDMA(Synchronous Time Division Multiple Access)を用いる端末(STDMAスイッチ)を5台接続し、任意の端末間で実時間通信をおこなうマルチホップネットワークを構築中である。中継端末のFIFOを経由したデータ転送には既に成功しているが、FIFOを経由せずデータ転送できるように回路を改良する必要がある。これにより現状のシステムよりも通信速度が2倍以上になることが期待される。【課題B2:バイラテラル制御系の構築】実時間処理が可能なデジタル入出力ポートとアナログ入出力ポートを有するDSPにFPGAを用いた通信機構を装着することでルータとモーションコントローラの両方の機能を持つSTDMAスイッチを開発中である。本スイッチを用いた位置制御の実験には既に成功している。【課題C3:STDMAメッシュネットワークのためのQoSトラフィック制御】6台のサーボモータを接続したSTDMAネットワーク上で、タスクの優先度を考慮して実時間通信の機会を決定するSTDMAテーブルを設計した。また、その有効性を実験的に示した。国内会議10件、査読付き国際会議10件、論文誌4件などの研究成果を発信するなど、研究は当初の計画以上に進んでいる。STDMA(Synchronous Time Division Multiple Access)スイッチ群を介したバイラテラル制御系の研究に関して以下の知見が得られた:1)スレーブロボットが接触する物体の剛性推定値を用いた適応制御器が、通信遅延の補償に有効であることが前年度までの研究で明らかになっている。しかしながら、通信遅延による剛性推定の遅れが制御性能を劣化させることが分かった。そこで、スレーブロボットと接触物体の距離を計測する外界センサを用いることで推定遅れを補償した。距離を計測することで、物体との接触をマスタ側で予測し、マスタ側で用いる剛性推定値の収束性を高めるというものである。2)ロボットが2つ以上の能動関節を持つ場合、制御性能は制御器を設計する座標系に依存することが明らかになった。例えば、2リンクマニピュレータを用いたバイラテラル制御の場合、接触物体の接線方向をx軸、垂線方向をy軸とする座標系(物体座標系)で制御器を設計すると設計変数を大幅に減らすことができる。3) STDMAスイッチ群を介したフィードバック制御系の制御性能は設計者が決めるスイッチングパターンに依存するため、制御目標とネットワークトポロジに応じてスイッチングパターンを最適化する必要があることが分かった。通信方式には非同期方式と同期方式があるが、STDMAは同期方式の一種である。一方で、送りたいときにデータを送信する非同期方式では、スイッチングパターンを設計する必要がない反面、遅延やゆらぎが大きい。

昨年度に引き続き3班体制で下記の課題に並列的に取り組む。【課題A2:メッシュネットワークの構築】STDMAスイッチを8台用いてメッシュネットワークを構築する。また、STDMAテーブルを自動生成するアルゴリズムを開発し、実機検証を行う。【課題B2:バイラテラル制御系の構築】マスタ(2自由度マニピュレータ)2台とスレーブ(2自由度マニピュレータ)2台を開発する。これらのロボットをモーションコントローラに接続し、バイラテラル制御を行う。2自由度とは、2次元空間上での位置決めのための2自由度である。【課題C3:STDMAメッシュネットワークのためのQoSトラフィック制御】何もしていない端末に実時間通信の機会を割り当てても資源の無駄である。一方で、精密さが求められる遠隔操作を行っている端末には、実時間通信の機会を多めに割り当てた方がよい。このように端末が扱っているタスクに応じてSTDMAテーブルを動的に調整する仕組みを開発する。【課題A2:メッシュネットワークの構築】中継端末のFIFOを経由したデータ転送には既に成功しているため、FIFOを経由せずデータ転送できるように回路を改良する。また、マルチホップネットワークからメッシュネットワークにネットワークトポロジを拡張する。【課題B2:バイラテラル制御系の構築】位置制御の実験には既に成功しているため、システムをバイラテラル制御ができるように拡張する。【課題C3:STDMAメッシュネットワークのためのQoSトラフィック制御】マルチホップネットワークだけでなくメッシュネットワークにも適用可能なSTDMAテーブルを設計する。29年度が最終年度であるため、記入しない。モーションコントロール29年度が最終年度であるため、記入しない。