hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
軌道アンサンブルの解析による親水性タンパク質－タンパク質間会合の駆動力の解明

昨年度は、水中で自由に拡散した後会合する系について調べたが、今年度は一つの大きなタンパク質中の2つの親水性ドメインが会合する場合について調べる方向に舵を切った。そのような例として、ABCトランスポーター中の2つのnucleotide binding domain (NBD)が2量体化する場合が考えられる。本研究では、代表的なインポーターであるマルトーストランスポーターを取り上げた。上述した会合の駆動力の研究を行うには、まずNBD間が離れた構造(inward-facing構造)から2量体化した構造(occluded構造)への構造遷移過程へのトラジェクトリーが必要である。そこで、本年度は、まず、マルトーストランスポーターを水和膜に埋め込んだ系のall-atom MDシミュレーションを実行した。その結果、inward-facingからoccluded構造への構造変化のトラジェクトリーを得ることに成功した。なお、この研究は単独で論文発表した(Hsu et al., Proteins, 2018)。昨年度調べた水中を自由拡散した後会合する系では、encounter complex形成までの主要な遠達力はタンパク質間の静電相互作用という結果が得られた。この結果は、われわれの先行研究(Furukawa-Hagiya et al., Chem. Phys. Kett., 616-617(2014)165-170)からの予想に反するものであった。そこで、その原因を探るため、先行研究と同様、大きなタンパク質の内部でドメイン間の2量体化が起こる系について調べることにした。本研究で取り上げたマルトーストランスポーターは、先行研究で調べたエクスポーターとは異なり典型的なインポーターである。このタンパク質は、NBDに相当するMalK、膜貫通領域(transmembranedomain; TMD)のMalFとMalGおよびマルトース結合タンパク質MalEからなる巨大膜タンパク質であり、MalKへのATPの結合により、MalKが2量体化し、inward-facing構造からoutward-facing構造に向かって変化する。このような巨大系の構造転移をall-atom MDシミュレーションで捉えるのは、長時間の計算時間を要するため困難を伴うが、幸い本研究では、MalKの2量体化とTMDのinward-facingからoccluded構造までの構造変化を捉えることに成功した。また、このような変化は、MalEのトランスポーター本体への結合とATPのMalKへの結合が同時に満たされているときのみ起こることが判明した。本年度は、この成果を論文として発表することができた。しかし、本年度は論文作成に多くの時間を割いたため、MalKの2量体化過程の自由エネルギー解析は次年度にまわすことにした。タンパク質は他のタンパク質との相互作用を通じて機能を発現する。タンパク質間相互作用は疎水性相互作用と親水性相互作用に分けられるが、最新のバイオインフォマティクス解析などの結果によれば、生体内では親水性相互作用の場合が多いことが示されている。
メカノレセプターとしてのプライマリー・シリアによる歯根膜維持機構

機械的刺激が歯根膜組織の維持機構に大きく寄与していることは歯科臨床の場に於いて、過剰な咬合力は歯根膜腔の拡大に始まる歯周組織の崩壊を惹起するばかりでなく、矯正力によって歯の移動が可能な事からも明らかである.本研究では歯根膜におけるプライマリー・シリアの発現および機械的刺激に対する応答を解析した.歯根膜中には、anti-acetylated tubulinによって染色されるプライマリー・シリアが部位特異的に観察され、その出現率は過剰咬合の付与によって変化した。機械的刺激は歯根膜の改造、恒常性維持に大きく寄与し、これまでその応答のメカニズムについて、いくつもの受容機構、経路が提唱されてきた。しかしながら、これらの基礎的知見は未だ我々が臨床の場において遭遇する数多の事象を明瞭に説明するには至っていない。近年、毛様で非運動性の細胞小器官であるプライマリー・シリアが視細胞、腎細胞等におけるメカノ・レセプターとして機能している事が明らかとなった。さらにプライマリー・シリア表面におけるシグナル分子受容体の集積や、プライマリー・シリア形成不全に起因する先天疾患も報告され、その重要性が注目されている。この研究の目的は機械的刺激に感受性の高い組織として代表的な歯根膜におけるプライマリー・シリアのメカノ・レセプターとしての機能、さらにプライマリー・シリアを介した歯根膜組織の維持機構について明らかにすることである。これまでの解析では、ラットの歯根膜組織上ではプライマリー・シリアを検出している。興味深いことにプライマリー・シリアの発現率は歯根膜中の部位によって異なっていた。これが歯根膜の機能、特性及ぼす影響についても考察して行きたい。一方、ヒト歯根膜由来細胞においてはプライマリー・シリア検出に至っていない。これは一般的な培養条件下ではヒト歯根膜細胞はプライマリー・シリアを形成していない可能性を示唆している。プライマリー・シリアにおけるシグナル受容体の集積や、BMPシグナリングが発生段階においてプライマリー・シリアの形成に重要な役割を果たしている。現在、培養条件や増殖因子がプライマリー・シリアの形成に及ぼす影響について検討を行なっている。機械的刺激が歯根膜組織の維持機構に大きく寄与していることは歯科臨床の場に於いて、過剰な咬合力は歯根膜腔の拡大に始まる歯周組織の崩壊を惹起するばかりでなく、咬合の負荷を喪失した歯根膜が廃用性萎縮を起こすことや、矯正力によって歯の移動が可能な事からも明らかである.本研究では歯根膜細胞におけるプライマリー・シリアのメカノ・レセプターとしての寄与を明らかにするため、歯根膜におけるプライマリー・シリアの発現および機械的刺激に対する応答を解析した.8週齢雄性ラットの上顎第一臼歯の咬合面に金属線を接着し、過剰咬合を付与した.過剰咬合付与3日後に屠殺し、歯周組織を含む上顎骨を摘出後、脱灰パラフィン包埋標本を作成し、免疫染色法によりプライマリー・シリアの検出をおこなった.歯根膜中には、anti-acetylated tubulin陽性のプライマリー・シリアを有する細胞が検出されたが、プライマリー・シリアの指向性、長さについては一定の傾向は認められなかった.コントロール群においてはanti-acetylated tubulinに陽性のプライマリー・シリアを有する細胞は歯頸部、分岐部、根尖部の順に高い出現率を示した.また、全ての部位において歯槽骨側と比較し、セメント質側に高い出現率が認められた.過剰咬合により歯頸部セメント質側における出現率は減少したものの、分岐部、根尖部の歯槽骨側においては著明な増加が認められた.また、コントロール群と同様、全ての部位において歯槽骨側と比較し、セメント質側に高い出現率が認められた.以上の結果よりプライマリー・シリアが歯根膜の中でもセメント質近傍に多く観察されること、またその出現率は部位によって異なることが明らかとなった.さらに過剰咬合に対する出現率の変化は部位特異的に認められたことから、機械的刺激に対する歯根膜の部位特異的な応答にプライマリー・シリアの出現が関与している可能性が示唆された.機械的刺激が歯根膜組織の維持機構に大きく寄与していることは歯科臨床の場に於いて、過剰な咬合力は歯根膜腔の拡大に始まる歯周組織の崩壊を惹起するばかりでなく、矯正力によって歯の移動が可能な事からも明らかである.本研究では歯根膜におけるプライマリー・シリアの発現および機械的刺激に対する応答を解析した.歯根膜中には、anti-acetylated tubulinによって染色されるプライマリー・シリアが部位特異的に観察され、その出現率は過剰咬合の付与によって変化した。これまでの解析では、ラットの歯根膜組織上ではプライマリーシリアを検出しているが、ヒト歯根膜由来細胞においては検出に至っていない。

一方、骨芽細胞株MC3T3-E1においては約50%の頻度でプライマリー・シリアを検出している。これは一般的な培養条件下ではヒト歯根膜細胞はプライマリー・シリアを形成していない可能性を示唆している。プライマリーシリアにおけるシグナル受容体の集積や、BMPシグナリングが発生段階においてプライマリー・シリアの形成に重要な役割を果たしていることから、増殖因子がプライマリー・シリアの形成に及ぼす影響について検討を行なっている。研究実績の概要に記載の通り、培養条件下でのヒト歯根膜細胞においてはこれまでのところプライマリー・シリアの検出に成功していない。これについてはヒト歯根膜細胞の特性か、もしくは培養条件等がプライマリー・シリアの形成に影響を及ぼしている可能性が考えられ、これについて検討を進めている。これまでは歯根膜におけるプライマリーシリアの検出等、概ね順調に進展している。また、機械的刺激による歯根膜の応答について、組織レベルではFocal Adhesion Kinase(FAK),Heat Shock Protein (HSP)、PCNA等のマーカーを用い、部位特異的に反応が見られることを確認している。更に細胞レベルではMitogen Activated Kinase(MAPK)の活性が変化することを確認している。しかしながら、歯根膜細胞におけるプライマリーシリアの発現頻度が限定的であったことから、その発現部位、好発現条件等について検討を行なっている。尚、H24年3月より9月まで産休のため、来年度の進捗についてはやや遅れる見込みである。上記の通り、ヒト歯根膜細胞においてのプライマリー・シリアの検出に成功しておらず、培養条件をふくめ、これについて検討を進めている。現状では、コラーゲンゲルを用いた3次元培養法、ならびに増殖因子の添加による影響の解析を行なっている。プライマリー・シリアの検出が可能となり次第、下記の解析を行う予定である。1.プライマリー・シリア欠失ヒト歯根膜細胞の作製。RNAi法によってporalis遺伝子の発現を抑制し、プライマリー・シリアの生成を阻害する。2.プライマリー・シリアによる骨新生/骨吸収のバランスへの影響。歯根膜維持機構の代表的現象である骨新生/吸収バランスの側面からプライマリー・シリアによる歯根膜組織の維持機構への関与を検討する。機械的刺激による骨芽細胞マーカー、破骨細胞マーカーの発現について、プライマリー・シリア欠失歯根膜細胞を用いて解析を行い、コントロールとの比較を行う。3.プライマリー・シリアによる歯根膜特異的な遺伝子発現の影響。歯根膜特異的に発現が報告されている遺伝子(i.e. S100-A4, Periostin, Asporin, Col12a1)について、機械的刺激に対するプライマリー・シリアを介したこれらの遺伝子発現を解析する。これらの遺伝子は基本的に石灰化阻害因子であると考えられており、歯根膜自身の非石灰化機構について考察する。
ブタ卵胞発達, 排卵機構の分子生物学的解析による新規体外成熟培養法の開発

申請者は,ブタ体内の卵子成熟機構である卵胞発達と排卵機構を理解するために,マーカー遺伝子の絞り込みとして,マウスを用いて研究を行ってきた.前年度までに,排卵過程で,ブタ,マウス共にEGF like factorが卵の成熟機構に大きく寄与すること,また既知のEGF like factor以外に新たに新規のEGF like factorであるNeuregulin1(NRG1)が発現していることを見出した.そのため,本年度は,(1)遺伝子改変が容易なマウスを用いて,卵巣特異的ノックアウトマウスを作成し,その形質を検討した.さらに,(2)排卵過程でEGF like actorが誘起する卵成熟の新たな生理機構を明らかにすることに成功した.(1)卵成熟を誘起する卵丘細胞,顆粒層細胞特異的にNRG1をノックアウトするNRG1flox/flox Cyp19-Creマウスを作製した.この雌マウスは,産子数が有意に減少し,早期閉経を呈することが明らかになりつつある.現在は引き続き雌マウスのフェノタイプを詳細に調べている.(2)これまで,LH刺激後に誘起されるEGF like factorが誘起する卵丘細胞卵複合体が卵胞内に遊離する現象である卵丘細胞卵複合体の膨潤のメカニズムを初めて明らかにした.この一連の現象は,ガン細胞で認められるEGF like factor刺激が誘起するCalpain活性による細胞遊走が原因であった.これらは,マウス,ブタ両者でCalpainが認められ,哺乳動物共通の機構であることも見出している.さらにタイムラプスを用いた研究によって,これらの細胞が拡散モデルと酷似したパターンで広がっていること,In silicoによる再現実験でも卵丘細胞の膨潤にみられる形態が観察できた.現在これらを論文にまとめ,投稿中である.申請者は,体内におけるブタの卵胞発達,排卵機構を,マウスで明ちかとなった複数のマーカー遺伝子を用いることで,体内での卵丘細胞卵子複合体(COC)の機能変化と,卵子の成熟システムを明確化することを試みた.結果,食肉処理場で得られる初期胞状卵胞由来のCOCは,本来,体内では(I)卵胞発育期による増殖期,(II)FSH刺激による成熟準備期,(III)LH刺激による成熟期の3ステージもの発達期を経て成熟卵子を排卵していることが明らかとなった.また,これちのステージは,マウスと比較して長期に渡り機能すること,それと同時に,卵子の減数分裂を長期間抑制していることが明らかとなった.しかし,マウスを含め,卵子の減数分裂の進行を抑制する分子機構は充分に明らかとなっていない.そこで,これらの原因遺伝子をラットのマイクロアレイのデータから探索した結果,COCを覆う顆粒層細胞からNuregulin 1(Nrg1)が発現,分泌していることを見出した.さらにマウスを使ったin vivo実験で,刺激を感受した卵丘細胞がSphingosin 1 Phosphateを合成分泌し,これが卵子のGPR3を介して卵子の減数分裂再開を抑制しているメカニズムが機能している可能性が示唆された.さらに,マウス,ブタの体外培養において,成熟培地にNrg1を添加した処理区で卵子の減数分裂が遅延することを見出している.現在は,Nrg1の体内での詳細な機能を調べるために,Nrg1の顆粒層細胞特異的ノックアウトマウスを作出し,体内での詳細な機能を明らかにし,これらの結果を用いて,新たな減数分裂再開抑制のマウスモデルを構築し,これらの結果を,ブタの体内環境を模倣した,長期間減数分裂の抑制を維持する新たな体外培養系の開発に結び付けたい.卵丘細胞は,卵子を成熟させる細胞である.本年度はLHサージ後から排卵までの卵丘細胞の機構を解析し,体内を模倣した体外成熟培養法開発のための体内モデル作製を目的に以下の研究を行った.(1)卵丘細胞の膨潤は,卵子の減数分裂再開や,排卵時の物理的な遊離に必須である。本年度の研究で,膨潤は卵丘細胞が運動性を獲得することで成立することを世界で初めて示した.癌細胞転移時に活性化するM-Calpain(CANP2)が,卵丘細胞内で膨潤が開始するLH刺激後,有意に活性上昇することを発見した.CANP2は細胞内の細胞接着に関係するタンパクを分解するプロテアーゼである.CANP2活性は,卵丘細胞の細胞間結合を切断,標的タンパクを分解していることを,免疫染色法,Western Blot法により示した.また,Calpain活性阻害剤をマウスに投与した結果,卵丘細胞の膨潤が遅延し,体外培養でも,Calpain活性阻害剤により卵丘細胞の膨潤が抑制された.さらに,卵子の減数分裂再開がCalpain活性阻害によって遅延しており,細胞間結合切断抑制が原因と考えられた.タイムラプスを用いた実験では,卵丘細胞の運動が,拡散モデルのパターンと高い相関性を示し,細胞の拡散運動によって膨潤が成立していることを示した.さらに,細胞内Pathwayの各種阻害剤を用いた実験により,EGF receptor-Ca^<2+>PathwayがCANP2の活性を誘起していることが明らかとなった,この発見は,体外培養で卵丘細胞の膨潤と卵子の減数分裂をCANP2の活性能を介して制御することが可能になることを示している.

(2)平成21年度に実施した体外培養におけるNuregulin 1 (Nrg1)添加による結果を受けて,NRG1の卵巣特異的ノックアウトマウス(NRG1のFloxマウスにCyp19-creマウスを掛けたマウス)を作製した.これまでに,得られたマウスの産子数は野生型と比較して,減少傾向にあることを確認している.また,作製したNRG1^<flox/flox>Cyp^<cre>マウスの雄個体も産子数が減少傾向にあり,多くの精子に形態異常が認められた,現在はこれらのフェノタイプの詳細な検証を実施している.申請者は,ブタ体内の卵子成熟機構である卵胞発達と排卵機構を理解するために,マーカー遺伝子の絞り込みとして,マウスを用いて研究を行ってきた.前年度までに,排卵過程で,ブタ,マウス共にEGF like factorが卵の成熟機構に大きく寄与すること,また既知のEGF like factor以外に新たに新規のEGF like factorであるNeuregulin1(NRG1)が発現していることを見出した.そのため,本年度は,(1)遺伝子改変が容易なマウスを用いて,卵巣特異的ノックアウトマウスを作成し,その形質を検討した.さらに,(2)排卵過程でEGF like actorが誘起する卵成熟の新たな生理機構を明らかにすることに成功した.(1)卵成熟を誘起する卵丘細胞,顆粒層細胞特異的にNRG1をノックアウトするNRG1flox/flox Cyp19-Creマウスを作製した.この雌マウスは,産子数が有意に減少し,早期閉経を呈することが明らかになりつつある.現在は引き続き雌マウスのフェノタイプを詳細に調べている.(2)これまで,LH刺激後に誘起されるEGF like factorが誘起する卵丘細胞卵複合体が卵胞内に遊離する現象である卵丘細胞卵複合体の膨潤のメカニズムを初めて明らかにした.この一連の現象は,ガン細胞で認められるEGF like factor刺激が誘起するCalpain活性による細胞遊走が原因であった.これらは,マウス,ブタ両者でCalpainが認められ,哺乳動物共通の機構であることも見出している.さらにタイムラプスを用いた研究によって,これらの細胞が拡散モデルと酷似したパターンで広がっていること,In silicoによる再現実験でも卵丘細胞の膨潤にみられる形態が観察できた.現在これらを論文にまとめ,投稿中である.
「イオンチャネル」型グルタミン酸受容体のチャネル活動非依存性機能の解明

本研究では、イオンチャネル型グルタミン酸受容体(iGluR)のチャネル非依存的な機能について、iGluRメンバーであるデルタ2受容体を対象に追究した。その結果、デルタ2受容体は、チャネルとして働かず、細胞外N末端領域を介してシナプス形成を促進し、細胞内C末端領域を介して、記憶・学習の分子基盤とされるシナプス可塑性を制御することが分かった。本研究の成果は、iGluR機能の全貌解明に有用な知見を与えうるものと期待される。イオンチャネル型グルタミン酸受容体(iGluR)は、中枢神経系において、速い興奮性伝達を担うばかりでなく、記憶・学習の分子基盤とされるシナプス可塑性や、神経細胞死などに関与する重要な分子である。これまでiGluRは、共役するチャネルを開くことで機能すると考えられてきたが、近年、チャネル活動を必要としない新しいiGluRの機能様式が次々と見出されてきた。しかし、このiGluRのチャネル非依存的機能の分子機構および生理的役割についてはほとんど明らかにされていない。そこで本研究では、小脳プルキンエ細胞に選択的に発現するデルタ2型グルタミン酸受容体(デルタ2受容体)に着目し、デルタ2受容体機能における細胞外N-末端領域の役割を追究することにより、iGluRに普遍的な新規活性化様式の理解を大幅に進めることを目的とした。はじめに、我々は、野生型デルタ2受容体(デルタ2^<WT>受容体)、あるいは、デルタ2受容体の最N-末端領域を欠く変異型デルタ2受容体(デルタ2^<ΔNT>受容体)を、デルタ2欠損マウスに導入し、デルタ2欠損マウスに見られる異常表現型(シナプス低形成・LTD障害・運動学習障害)の回復度合いを観察した。シンドビスウィルスベクターを用いて、デルタ2^<WT>受容体を導入すると、驚くべきことに、導入後わずか1日で、デルタ2欠損マウスに見られるシナプス低形成、LTD障害および運動学習障害の回復が観察された。一方、デルタ2^<ΔNT>受容体を外来的に導入すると、LTD障害は回復されたものの、シナプス低形成および運動学習障害については回復が認められなかった。これらの結果より、デルタ2受容体の最N-末端領域は、小脳シナプスの形成過程に重要な役割を示すと共に、運動学習にも深く関与していることが示された。尚、本研究の成果は、The Journal of Neuroscience誌に報告し、その号の「This Week in the Journal」において、注目論文として紹介された。中枢神経系の速い興奮性伝達を担うイオンチャネル型グルタミン酸受容体(iGluR)は、共役する「チャネル」を介して、記憶・学習の分子基盤とされるシナプス可塑性や神経細胞死を制御する重要な分子である。iGluRの機能様式として、近年、チャネル活動を必要としない新しい活性化様式が報告されているものの、その詳細な解析はほとんどなされていない。本研究では、iGluRメンバーであり、小脳のプルキンエ細胞に発現するデルタ2型グルタミン酸受容体(デルタ2受容体)を対象とし、チャネル活動非依存的なiGluRの機能を追究した。はじめに、昨年度、我々が見出した、デルタ2受容体最N末端のシナプス形成促進作用(Kakegawa et al., J Neurosci, '09)の分子機構を追究したところ、デルタ2受容体N末端には、シナプス前部から放出される分泌性タンパク質のCbln1が結合し、それに伴って、シナプス形成を促進させることを新たに明らかにした。また、Cbln1の発現を欠く遺伝子欠損マウスにCbln1を投与すると、デルタ2受容体依存的に小脳シナプスが回復し、欠損マウスで見られていた重篤な歩行障害も著しく改善されることがわかった(Matsuda et al., Science'10)。次に、結晶学的にデルタ2受容体への結合が知られていたD-セリンを野生型マウス小脳急性切片に投与すると、デルタ2受容体に結合して、シナプス伝達および可塑性が調節される知見を得た。また、興味深いことに、シナプス機能を制御するD-セリン-デルタ2受容体シグナリングは、デルタ2受容体のチャネル活性非依存的に駆動されることも示された(Kakegawa et al., Nat Neurosci, in press)。上記結果は、デルタ2受容体がチャネル活動非依存的に生理機能を制御していることを示唆しており、今後、デルタ2受容体機能に関する新たな知見が、iGluRに普遍的な新規活性化様式の理解に繋がるものと期待される。
光触媒を用いた低温アンモニア脱硝プロセスおよび低温アンモニア酸化プロセスの開発

本研究は、光エネルギーを用いてアンモニア脱硝触媒を低温で駆動させるシステムの開発と、その原理に基づいた低温アンモニア除去触媒システムの開発がその目的である。すでに、プロトタイプの反応ラインを用いて酸化チタンを光触媒として低温光照射下で過剰酸素存在下、アンモニアによりNOを還元できることを見出していた。脱硝効率は90%と高く実際条件でも十分有望な反応系である。本研究においては、最初の2年間で触媒成分の最適化を行い、自然光や蛍光灯下で駆動する触媒開発を行なった。結果として、反応の詳しい機構を明らかにすることができた。チタニアの相により反応活性が変化するが可視光応答性は同じである。これは、電子スピン共鳴や作用スペクトルから,中間体であるアミドアニオンから,チタンd軌道への直接電子移動が起ることが観察されたことによる。また、第2成分として、モリブデン、ニオブ、タングステンが有効であることを見出した。これらの金属を導入することにより,触媒の酸性質の改善を行なうことにより律速段階の速度を速めることに成功した。後半の2年間では、アンモニア脱硝の原理を応用した低温アンモニア酸化除去触媒システムの開発を行い、反応機構の速度解析や赤外吸収スペクトルなどから、TI0-11が最も適した触媒であることを見出した。また、アンモニア脱硝の触媒系と反応活性種が同等なため、同じ触媒系が使えることもわかった。酸化チタン光触媒の最大の欠点は極端に低活性であることである。従って、有機物の酸化的分解においても、極く低濃度の有機物を完全酸化することしかできない。BTXの連続分解にしても、ベンゼンの濃度が10ppmを越えると活性低下を起こす。この理由は光照射によって生じる励起状態の寿命がたかだか数ナノ秒と非常に短く、電荷分離・電荷移動が不完全なためである。今年度の本研究においては、励起状態の寿命を延ばすためアンモニアを吸着させ,吸着アンモニアが光照射により速やかに安定なアミドラジカルを生成し、結果として、アンモニアからチタンイオンへの電荷移動が起こり、約3桁長時間の電荷分離を可能にすることを見出した。(1分)。アミドラジカルはスピン状態の同一性から、酸素共存下の低濃度NO分子と選択的にかつ高効率で反応し、窒素分子と水分子を生成する。この反応機構を詳細に検討した。このような特性を用いれば、効率良くアミドラジカルが生成できる安定な半導体を見いだす事により、本反応が自然光を利用することは可能であろう。また、スピン禁制という制約のために、アミドラジカルは酸素分子との反応が緩慢であるが、逆に、O_2^-のようなスピン二重項酸化剤を効率良く作る事ができれば、アンモニアの低温酸化が達成できる。実際,O_2^-あるいはO_3^-のような活性酸素主我生成し,それが吸着アンモニアと光照射下で効率良く反応することを見出した。我々は酸化チタン半導体のものより低いフェルミ準位をもつ金属,金属酸化物の助触媒を酸化チタン光触媒に援用して高活性低温アンモニア除去光触媒が開発可能であることを見出した。すでに、昨年度に酸化チタンを光触媒として低温光照射下で過剰酸素存在下、アンモニアによりNOを還元できることを見出した。本年度は,反応に対する酸化チタンの条件の探索を行ない,TIO-11という触媒が光アンモニア脱硝に有用な事を見出した。反応機構としては,吸着アンモニアが光励起されたアミドラジカルが反応活性種であることをESR,IR等により明らかにし,これがNOと反応してニトロソアミドが生成し自然分解する事を明らかにした。ニトロソアミドの分解が反応の律速段階である。また,酸素ガスは触媒の再酸かに使われる事を見出した。さらに,活性触媒の要件として,表面の酸性質が重要である事を明らかにし,その結果に従い,タングステン,ニオブ等の助触媒を開発するに至った。また,アンモニア脱硝の原理を応用した低温アンモニア酸化除去触媒システムの開発を開始し,TIO-8,TIO-11触媒が基礎触媒となる事を見出した。

反応の機構はアンモニア脱硝と同じくアミドラジカルが活性種であり,これが,酸素ラジカルと反応して吸着NOxを生成する。この吸着NOxとアミドラジカルが更に反応して酸化反応が続くと言う事が分かった。触媒開発にはアンモニア脱硝と同様に表面の酸性質が大きく関与しているが,反応の律速段階は,NOx生成に使われる表面酸素アニオンラジカルの生成過程にあることが見出された。本研究は、光エネルギーを用いてアンモニア脱硝触媒を低温で駆動させるシステムの開発と、その原理に基づいた低温アンモニア除去触媒システムの開発がその目的である。すでに、プロトタイプの反応ラインを用いて酸化チタンを光触媒として低温光照射下で過剰酸素存在下、アンモニアによりNOを3還元できることを見出していた。脱硝効率は90%と高く実際条件でも十分有望な反応系である。本研究においては、最初の2年間で触媒成分の最適化を行い、自然光や蛍光灯下で駆動する触媒開発を行なった。結果として、反応の詳しい機構を明らかにすることができた。チタニアの相により反応活性が変化するが可視光応答性は同じである。これは、電子スピン共鳴や作用スペクトルから,中間体であるアミドアニオンから,チタンd軌道への直接電子移動が起ることが観察されたことによる。また、第2成分として、モリブデン、ニオブ、タングステンが有効であることを見出した。これらの金属を導入することにより,触媒の酸性質の改善を行なうことにより律速段階の速度を速めることに成功した。後半の2年間では、アンモニア脱硝の原理を応用した低温アンモニア酸化除去触媒システムの開発を行い、反応機構の速度解析や赤外吸収スペクトルなどから、TIO-11が最も適した触媒であることを見出した。また、アンモニア脱硝の触媒系と反応活性種が同等なため、同じ触媒系が使えることもわかった。
肝薬物代謝酵素欠損症の遺伝子診断手法を用いた副作用モニタリング・システムの確立

肝薬物代謝酵素欠損症に基づく薬物副作用の発現を未然に防止する有力な試みとして、薬物代謝酵素の遺伝変異の遺伝子診断が行われている。初年度には、我が国に特に遺伝子変異に基づく代謝欠損者が多いとされるチトクロームP450(CYP)酵素である、CYP2C19の遺伝子診断体制の確立が行われた。当初参考にしたde Moraisの方法(1994)は手法上の問題があることが判明したため、新たに久保田ら(1996)の方法を導入しCYP2C19遺伝子診断法を確立した。また、近年注目されつつあるCYP2C9に対しても遺伝子診断法をWangら(1995)の方法に準じて確立した。これらの方法を利用し、CYP2C9に特定の遺伝変異を有する患者では臨床上重要な抗凝固薬であるワルファリンの代謝能力が野生型を有する患者より大幅に低下し過剰な抗凝固作用に基づく副作用の発現を招く事を明らかにした。また、CYP2C19についてもプロトンポンプ阻害薬であるランソプラゾールが新たな代謝能力評価のモデル薬物と成りうる事を発見した。これらの結果はCYP2C9および2C19により代謝される治療域の狭い薬物を適切に使用する上で重要な知見であると考える。初年度には、我が国に特に遺伝子変異に基づく代謝欠損症が多いとされるチトクロームP450(CYP)酵素である、CYP2C19の遺伝子診断体制の確立が行われた。これらの方法を利用し、研究を実施する医療機関の施設内倫理委員会に研究プロトコールを提出し承認を得た上で、約100名前後の臨床上で上記の2種類のCYP酵素により代謝される可能性のある薬物について、治療上の血中薬物濃度測定で高値を示し副作用発現の危険が高い患者を対象に遺伝子診断を行い、特にいくつかの薬物についてCYP2C遺伝子上の変異が代謝能の変化と副作用の発現に関係する可能性を見出した。この結果に基づき、CYP2C19および2C9に主要代謝が関係する薬物の副作用の検索を開始する予定である。
三河地域における水環境の物質循環経済モデルの構築

本研究は、愛知県三河地域に焦点をあてて、水環境の物質循環原則に基づいた動学的な都市・地域経済モデルを構築し、当該地域の社会・経済・生態構造を解析するとともに、水環境におけるゼロエミッション化のための政策シナリオの設計と将来予測を行うことにある。当該地域の主要都市である豊橋市、豊川市、及び蒲郡市の都市計量経済モデルの拡張を行った。昨年度、作成したモデルに各種経済変数、都市変数を追加し、回帰式の精度を高めた。大規模な環境プロジェクトに伴う技術変化が、技術拡散伝播効果を介して、社会経済に与える影響を理論的に検討するモデルの開発を行った。環境プロジェクト評価には、将来の環境技術の普及を考慮した分析やデータ収集が必要であることが示された。また、都市空間効率性、経済効率性、及び環境効率性を考慮した動学最適都市圏経済モデルを設計し、環境技術と環境政策を評価しうる最適評価システムのプロトタイプモデルを開発した。計量経済モデルの予測シミュレーションを容易に行えるインターフェイスを拡張した。表計算ソフト「エクセル」上で動作し、専門家以外でも容易に、予測とその評価が行えるソフトウエアの拡張を行った。豊川流域内にある、豊橋市、豊川市、蒲郡市経済との関係を結びつける複数都市型・多地域型の計量モデルの精級化を行い、流域内の環境負荷の影響を考慮できるようなモデルへの拡張を行った。10年以上の環境負荷に関する詳細なデータの蓄積がされることにより、水質改善プログラムをシミュレーションできるモデルを開発した。この結果については、太平洋地域学会(PRSCO)にて発表し、研究のまとめを行った。本研究は、愛知県三河地域に焦点をあてて、水環境の物質循環原則に基いた動学的な都市・地域経済モデルを構築し、当該地域の社会・経済・生態構造を解析するとともに、水環境におけるゼロエミッション化のための政策シナリオの設計と将来予測を行うことにある。地域経済学、地域政策、環境政策、都市経済学、計量経済学、水環境及び数理経済モデルに関する文献・資料を整理した。分析対象地域を愛知県東三河として、水環境としては豊川用水に注目して、また社会・経済構造としては、人口分布や資料・データ入手の容易さの観点などから、当該地域の主要都市である豊橋市、豊川市、及び蒲郡市を中心に分析を行うこととした。モデル化および分析手法としては、多様な地域特性を捉え、現実データを忠実に再現でき、なおかつ予測の精度が高いい特徴を備える地域計量経済学的アプローチを採用した。地域計量経済学的アプローチにより、豊川用水周辺の水環境問題を、各都市の社会・経済構造との関連性まで含めて分析している例は存在していない。三河地域周辺における、社会・経済構造、水質環境、及び水質再処理等の静脈産業に関する資料収集及び整理を行った。豊川用水(工業用水、農業用水、水道用水)需要供給関係、新規ダム建設等については、豊川用水総合事業所でヒアリング及び資料・データ収集を行った。東三河の主要都市については、各地方自治体においてヒアリング及び資料・データ収集を行い、地方都市の固有性あるいは特性の解析・整理を行った。東三河の主要都市の社会・経済構造、豊川用水の需給関係のデータを時系列的に整理し、その特徴解析を行った。時系列データを用いて、個々の都市の社会・経済構造を説明する都市計量経済モデルのプロトタイプを作成した。さらに、豊川用水の需給構造と主要都市の社会・経済変数をリンクさせた推計式を作成した。東三河地域の主要都市の社会・経済構造及び豊川用水との関連性を総合的かつ詳細に分析できる基本モデルの設計を行うことができた。当該地域の主要都市である豊橋市、豊川市、及び蒲郡市の都市計量経済モデルを開発した。昨年度収集したデータに基づき、各種経済変数、都市変数の回帰式を求めた。感度分析を行いながら回帰式の妥当性をチェックし、ファイナルテストを行った。特に、豊橋市、蒲郡市については、昨年度のプロトタイプモデルをより精緻化し、詳細な都市情報を組み込んだモデルに発展させた。例えば、蒲郡市については、観光産業と繊維産業に焦点をあて、各種変数の回帰式を求め分析を行った。東三河地域の水供給源である、豊川及び豊川用水(工業、農業、水道)のデータを用いて、水供給の回帰式を求めた。豊川流域内にある、豊橋市、豊川市、蒲郡市経済との関係を結びつける推計式を導出した。さらに、これら3都市モデルを結合し、多都市型あるいは多地域型の計量経済モデルのプロトタイプを開発した。今後、地域連携型の複数都市計量モデルへ発展させる予定である。計量経済モデルの予測シミュレーションを容易に行えるインターフェイスのプロトタイプを開発した。表計算ソフト「エクセル」上で動作し、専門家以外でも容易に、予測とその評価が行える環境の開発を進めた。

環境プロジェクト評価には、将来の環境技術の普及を考慮した分析やデータ収集が必要であることが示された。また、都市空間効率性、経済効率性、及び環境効率性を考慮した動学最適都市圏経済モデルを設計し、環境技術と環境政策を評価しうる最適評価システムのプロトタイプモデルを開発した。計量経済モデルの予測シミュレーションを容易に行えるインターフェイスを拡張した。表計算ソフト「エクセル」上で動作し、専門家以外でも容易に、予測とその評価が行えるソフトウエアの拡張を行った。豊川流域内にある、豊橋市、豊川市、蒲郡市経済との関係を結びつける複数都市型・多地域型の計量モデルの精級化を行い、流域内の環境負荷の影響を考慮できるようなモデルへの拡張を行った。10年以上の環境負荷に関する詳細なデータの蓄積がされることにより、水質改善プログラムをシミュレーションできるモデルを開発した。この結果については、太平洋地域学会(PRSCO)にて発表し、研究のまとめを行った。
ショウジョウバエ分子生物学による生体高次機能解析

P因子の転移及び転移の制御機構の解明に関し、singed遺伝子は以下の点から特に有用であると考えられる。(1)P因子挿入のhot spotである。(2)P因子挿入突然変異、sn^wはtransposaseの存在下で非常に高い二次突然変異を示す。(3)sn^wはP因子のrepressorの存在下で不妊となる。そのため、sn^w系統とそれが変異したsn^+及びsn^e系統からgenomic libraryを作製し、P因子をprobeとして、singed遺伝子のcloningを行った。sn^w、sn^+、及びsn^eの制御酵素地図の比較の結果、sn^wには2copyの欠失型P因子が互いに逆向きに挿入されており、一方が飛び出すとsn^+、もう一方が飛び出すとsn^eになることが明らかにになった。(Jpn.J.Genet.1988)この機構はP因子のIR間での相同組換えにより説明でき、transposaseが部位特異的組換えを触媒し得ることが示唆される。このP因子のsinged遺伝子への間与及び、repressorの不妊誘発機構、ひいてはP因子への結合等を明らかにするため、ひきつづきsinged遺伝子の転移産物の解析を行っている。我々はORF3を欠くP因子がrepressorを産出していることを示したが(P.N.A.S.1987)、このことをより明確にし、repressorの作用機構を調べるため、P及びhsp70のpromoterを持ち、ORF3を欠くP因子を作製し、形質転移を行っている。もし後者のP因子が強力な抑制能を示せば、P挿入変異を安定化させる等の用途も考えられる。他種へのP因子を介した形質転換系の開発に関し、Rioら(J.M.B.1988)は、P因子の転移に、Drosophilaの因子が必要であることを示している。このことが、Xenopus及びBombyxの系で明確な結果が得られない原因と考え、まず、Drosohilaの因子を固定することを計画中である。
広適用域かえりなしせん断法の開発

平押し法は,簡便なかえりなしせん断法として再び見直されているが,せん断機構に関しては慣用せん断の領域であるため,材質や板厚によっては適用が難しい場合もある.本研究では,広範な適用性を有する対向ダイスせん断法の加工原理である「負のクリアランスによる切削的平滑面形成機構」を平押し法に利用することで上記問題の解決を試みた.純アルミニウム半硬質材を用いた円形打抜き実験を行った結果,負のクリアランスを大きくすると分離の機構がせん断による分離からくびれによる分離へと推移し,この時の変形は材料の一部を仮想的な工具とした張出し加工となることが明らかになった.また,これを従来のクリアランス領域とあわせて整理し,平押し法では,かえりなしせん断法の2つの加工原理が,材料を仮想的な工具として簡便に実現されるという新たな解釈を得た.かえり抑制をはかれる適用域を調べた結果,負のクリアランスが大きい場合くびれによる分離となり,適用域下限が高くなって適用範囲は狭くなった.しかし,適用域の幅は負のクリアランスが大きい場合くびれによる分離となり,適用域下限が高くなって適用範囲は狭くなった.しかし,適用域の幅は負のクリアランスが20%以上では一定となり,また,加工後の製品と抜きくずの分離も容易となることから,条件域の安定性については,従来の条件域よりも確実であることが確かめられた.寸法精度に関して,くびれによる分離では,その機構から分離部分のだれ量は大きくなるが,側面への飛びだし量については,従来の平押し法よりも小さくなることが判明した.さらに,負のクリアランスが大きい場合について,寸法精度および適用域の改善を目指し工具条件を変えて実験を行った.その結果,適用域を拡大する条件は見いだせなかったが,寸法精度については改善条件が存在した.特に突起付ポンチを用いた場合は,大幅な精度改善が可能であり,これは対向ダイスせん断法の簡便法として検討の余地があることを示し,次への課題とした.平押し法は,簡便なかえりなしせん断法として再び見直されているが,せん断機構に関しては慣用せん断の領域であるため,材質や板厚によっては適用が難しい場合もある.本研究では,広範な適用性を有する対向ダイスせん断法の加工原理である「負のクリアランスによる切削的平滑面形成機構」を平押し法に利用することで上記問題の解決を試みた.純アルミニウム半硬質材を用いた円形打抜き実験を行った結果,負のクリアランスを大きくすると分離の機構がせん断による分離からくびれによる分離へと推移し,この時の変形は材料の一部を仮想的な工具とした張出し加工となることが明らかになった.また,これを従来のクリアランス領域とあわせて整理し,平押し法では,かえりなしせん断法の2つの加工原理が,材料を仮想的な工具として簡便に実現されるという新たな解釈を得た.かえり抑制をはかれる適用域を調べた結果,負のクリアランスが大きい場合くびれによる分離となり,適用域下限が高くなって適用範囲は狭くなった.しかし,適用域の幅は負のクリアランスが大きい場合くびれによる分離となり,適用域下限が高くなって適用範囲は狭くなった.しかし,適用域の幅は負のクリアランスが20%以上では一定となり,また,加工後の製品と抜きくずの分離も容易となることから,条件域の安定性については,従来の条件域よりも確実であることが確かめられた.寸法精度に関して,くびれによる分離では,その機構から分離部分のだれ量は大きくなるが,側面への飛びだし量については,従来の平押し法よりも小さくなることが判明した.さらに,負のクリアランスが大きい場合について,寸法精度および適用域の改善を目指し工具条件を変えて実験を行った.その結果,適用域を拡大する条件は見いだせなかったが,寸法精度については改善条件が存在した.特に突起付ポンチを用いた場合は,大幅な精度改善が可能であり,これは対向ダイスせん断法の簡便法として検討の余地があることを示し,次への課題とした.
多波長光照射で制御する感光性高分子材料の設計指針

感光性高分子において、光重合・光分解系、光分解・光重合系、光重合・光架橋系と分類し、それぞれの検討を行った。光重合・光分解系においては、光照射により作製した樹脂モールドにおいて、光照射により樹脂モールドの表面エネルギーを制御することに成功した。光重合・光架橋系においては、カルコン含有ジメタクリラートの合成に成功し、その光重合・架橋挙動を検討した結果、光開始剤の選択や照射波長の変化により重合や架橋反応を制御できることを見出した。光重合・光分解系において、新規光酸発生剤を用いて405nm光を始めて光硬化系に用いることに成功した。本研究課題「多波長光照射で制御する感光性高分子材料の設計指針」は、感光性高分子において、異なる波長の光を複数回照射することにより、高性能材料としての展開を図るものである。そこで、感光性高分子において、光重合・光分解系、光分解・光重合系と分類し、それぞれの検討を行った。この知見を基に、剥離剤を必要としない樹脂モールドへの応用を検討した。光照射により、樹脂の表面自由エネルギーを制御することにより、剥離剤を用いずに30回以上剥離可能な樹脂モールドを作製することができた。また、光重合・光分解系をチオール・エン硬化系へと適応し、チオール・エン連鎖重合の連鎖長が及ぼす影響について検討することができた。光重合・光分解系において、本研究課題で開発した新規光酸発生剤を用いて、405nm光を始めて光硬化系に用いることに成功した。この光硬化系はポリシランを含有しており、254nm光照射を用いた光分解系への適応可能性を見出した。そこで、感光性高分子において、光重合・光分解系、光分解・光重合系、光重合・光架橋系と分類し、それぞれの検討を行った。光照射により、剥離剤を用いず10回程度剥離可能な樹脂モールドを作製することができた。光重合・光架橋系においては、パターン露光後の樹脂の硬化反応に着目し、照射波長による樹脂強度の影響を検討した。感度は低いものの、254nm光照射が365nm光照射よりも効果的であった。光重合・光架橋系においては、カルコン含有ジメタクリラートの合成に成功し、その光重合・架橋挙動を検討した。光開始剤の選択や照射波長の変化により重合や架橋反応を制御できることを見出した。また、カルコン含有ジメタクリラートは光開始剤がなくても重合反応が進行する開始剤レス光硬化系であることがわかった。本系は実用において大変重要である。また、重合や架橋反応を制御することにより、雰囲気の影響を軽減できる可能性を見出した。これは、酸素による重合阻害を軽減できる系として興味深い。光重合・光分解系においては、平成25年度に見出したチオール・エン光硬化系の連鎖長に関する知見をメタクリルモノマーのみならずアクリルやアリルモノマーへと展開できた。本成果に対する学会発表を精力的に行い、研究成果の周知に尽力した。光重合・光分解系において、本研究課題で開発した新規光酸発生剤を用いて、405nm光を初めて光硬化系に用いることに成功した。海外の国際発表においても関連研究について発表を行った。その発表について雑誌に取り上げられた。その国際発表について情報収集を行い、省エネルギーの光源であるLED光源が注目されていること、また、その実用化に向けたさまざまな取り組みが進んでいることを目の当たりにし、今後の研究方針に対する貴重な知見を得ることができた。平成24年度あるいは平成25年度の成果を論文としてまとめ、投稿した。それらの論文が掲載された。得られた研究成果において、知財的価値があるかどうかを学内のリエゾンオフィスと相談した。高分子材料科学光重合・光架橋系において、まったく不明であったチオール・エン光硬化系の重合連鎖についての知見を初めて得ることができたためである。

また、405nm光使用による光重合・光分解系の構築可能性を見出したためである。光重合・光架橋系において、光開始剤の選択や照射波長の変化により重合や架橋反応を制御できることを見出し、その結果、光硬化樹脂において問題とされている酸素阻害による硬化不良を軽減しうる、新規な系の発見につながったからである。また、カルコン含有ジメタクリラートは光開始剤非存在下においても重合反応が進行する特別な系であり、実用面において切望されている、新たな開始剤レス光硬化系として機能することを発見したためである。光重合・光分解系においては、チオール・エン光硬化系の重合連鎖長と材料物性の関係について詳細に検討する。405nm光使用による光重合・光分解系の構築を検討する。光重合・光架橋系においては、樹脂の硬化挙動を動的粘弾性測定により詳細に検討する。光重合・光架橋系においては、カルコン含有ジメタクリラートのスペーサー長の影響やクマリン、桂皮酸など他の光2量化ユニットを導入し、光・光デュアル硬化系の構造、照射波長とその光硬化特性との影響を明らかにする。今まで得られた知見を総括し、機能性材料として使用するにあたり必要不可欠な因子について抽出することにより、次の材料設計指針へと発展させる。光重合・光分解系においては、光照射により樹脂モールドの表面エネルギーと光照射条件との相関を接触角測定装置と走査プローブ顕微鏡を用いて詳細に検討する。光重合・光架橋系においては、パターン露光後の樹脂の硬化挙動を動的粘弾性測定により詳細に検討する。光重合・光架橋系においては、カルコン含有ジメタクリラートのスペーサー長の影響やクマリン、桂皮酸など他の光2量化ユニットを導入し、光・光ハイブリッド硬化系の構造、照射波長とその光硬化特性との影響を明らかにする。効率よい物品購入により、物品費を大幅に節約できたため。旅費を過剰に使用しているが、研究成果を積極的にアピールしているためである。今年度に引き続き効率よい物品購入を心がけ、積極的な研究成果アピールを行うために旅費を使用する。最終年度は海外学会参加を予定しており、今年度以上の旅費を使用する予定である。本研究を遂行するにあたり、消耗品であるガラス器具および試薬が必要となる。既存設備を有効に使用し、効率のよい研究をすすめるため、設備備品の申請はしない。成果発表費用として、年2回分に相当する国内旅費を申請する。
ジフテリア毒素をモデルにした蛋白質の細胞内輸送機構の解析

申請者らは、これまでジフテリア毒素リセプタ-に関して次のことを明らかにしてきた。すなわち、(1)サル腎臓由来のVero細胞では、分子量14.5kDのタンパク質(DTR14.5)がジフテリア毒素リセプタ-,あるいは少なくともジフテリア毒素結合分子であること、(2)DTR14.5の完全精製、(3)DTR14.5には27kDの膜タンパク質(DRAP27)がアソシエ-トしていること、(4)DRAP27タンパク質自体はジフテリア毒素に結合性を示さないが、DRAP27タンパク質に対する抗体がジフテリア毒素の細胞への結合を阻害することである。今年、本研究によって、DRAP27タンパク質cDNAのクロ-ニングに成功し、その塩基配列の決定を行った。分離したcDNAをジフテリア毒素リセプタ-を保持する細胞にトランスフェクションしたところジフテリア毒素結合活性の上昇が認められたが、毒素リセプタ-を持たないマウスの細胞ではそのような結合活性の上昇は認められなかった。このことから、DRAP27分子は、ジフテリア毒素結合分子そのものではないが、ジフテリア毒素リセプタ-になんらかの役割を果たしていることが明らかになった。現在このタンパク質のcDNAおよびantisence cDNA種々のを細胞にトランスフェクションして、その役割についてさらに詳しく解析している。また塩基配列から推定されるこのタンパク質の性状およびホモロジ-検索の結果は、DRAP27タンパク質がジフテリア毒素リセプタ-のみならず、広く細胞の機能に関係したものであることを示唆しており、今後このタンパク質の細胞における生理的役割についても解析したい。
通信量,帯域幅を考慮した最適資源選択およびタスク配置に関する研究

前年度までの広域分散環境におけるタスク配置の研究を継続するとともに,広域分散環境における実用的なプログラミングプラットフォームの構築に向けた研究を行った.前者に関しては,ネットワーク上で広域に分散されたデータをアクセス計算を行うプロセスの配置を決める問題を定式化し,アルゴリズムの提案を行った.また,実用的なアプリケーションとしてdataintensiveな処理を想定し,そのためのプログラミングインタフェースとしてpublic objectを提案した.予備的な実験が終了しているが,公刊には至っておらず,今後引き続き研究を継続する予定である.文献[1]は,インターネット上に散在する計算機が,動的に参加,脱退を繰り返す中で,ひとつの計算を継続させる枠組みについて提案した.同提案では,参加計算機がノード,計算期間のTCP接続を辺とするような木構造を維持しながらメッセージを任意の参加計算期間で交換する仕組み,そして計算機が追加,脱退するときのプロトコルなどを定めている.そのシステム上に,遅延タスク生成(Lazy Task Creation)に基づく動的な負荷分散を行う負荷分散システムを実装した.そして,ray tracingなどの並列計算を,動的に資源が追加されていく環境で継続して実行することに成功した.文献[2]は,同様のアイデアにもとづき,多数の計算機を同時利用するシェルを設計,実装したものである.[1]と同様計算期間で木構造のネットワークを構築して任意の計算期間の通信を可能にしているが,加えて,計算機やリンクの障害による故障から自動的に復帰(ネットワークの再構築)する仕組みを設計,実装した.互いに通信しあいながら計算を行う多数のタスクを,場所によって異なる計算能力や通信能力を持つ計算機群上に,効率よく配置するアルゴリズムについて研究を行った.タスクおよび計算機群は,ノードとエッジに重みのついた,重みつきグラフ(それぞれ,タスクグラフ,資源グラフ)として定式化した.タスクグラフの各ノードは周期的なタスクをあらわし,ノードの重みは一周期あたりの計算量,エッジの重みは一周期あたりの通信量をあらわす.リソースグラフのノードは計算機,エッジは通信路をあらわし,ノードの重みは単位時間あたりに処理できる計算量,エッジの重みは単位時間あたりの通信量をあらわす.そして問題を,単位時間あたりに処理できるタスク数(周期数)を多くするような配置を求めることと定式化した.この定式化は,大量のデータをストリームから読み出し,なんらかの処理を行って後続のタスクに送るようなタスクのパイプラインをモデル化したものであり,WEB上のデータ処理アプリケーションの多くがこれによってモデル化できる.まずはじめにこの定式化の下,最適な配置を求める問題はNP完全問題であることを証明した.その結果,多数のタスク,リソースの存在下で最適な解を求めることが困難であることがわかったため,近似アルゴリズムに関する研究を行った.近似アルゴリズムの用件として,(1)タスク間の通信がほとんど無視可能なときには高速に負荷分散すること,(2)密に通信しあうタスクがある場合にそれらを一つのノード,あるいは高速に通信可能なノードに配置できること,を設定し,近似アルゴリズムを考察した.アルゴリズムはグラフのクラスタリング,可変深さの局所改良法などを組み合わせたもので,実験の結果,上記の性質を満たすことが確かめられた.本結果を国際会議Heterogeneous Computing Workshop 2000に投稿,受理され,発表した.前年度までの広域分散環境におけるタスク配置の研究を継続するとともに,広域分散環境における実用的なプログラミングプラットフォームの構築に向けた研究を行った.前者に関しては,ネットワーク上で広域に分散されたデータをアクセス計算を行うプロセスの配置を決める問題を定式化し,アルゴリズムの提案を行った.また,実用的なアプリケーションとしてdataintensiveな処理を想定し,そのためのプログラミングインタフェースとしてpublic objectを提案した.予備的な実験が終了しているが,公刊には至っておらず,今後引き続き研究を継続する予定である.文献[1]は,インターネット上に散在する計算機が,動的に参加,脱退を繰り返す中で,ひとつの計算を継続させる枠組みについて提案した.同提案では,参加計算機がノード,計算期間のTCP接続を辺とするような木構造を維持しながらメッセージを任意の参加計算期間で交換する仕組み,そして計算機が追加,脱退するときのプロトコルなどを定めている.そのシステム上に,遅延タスク生成(Lazy Task Creation)に基づく動的な負荷分散を行う負荷分散システムを実装した.そして,ray tracingなどの並列計算を,動的に資源が追加されていく環境で継続して実行することに成功した.文献[2]は,同様のアイデアにもとづき,多数の計算機を同時利用するシェルを設計,実装したものである.[1]と同様計算期間で木構造のネットワークを構築して任意の計算期間の通信を可能にしているが,加えて,計算機やリンクの障害による故障から自動的に復帰(ネットワークの再構築)する仕組みを設計,実装した.