hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
口腔扁平上皮がんの浸潤転移、薬剤耐性におけるがん幹細胞ならびに上皮間葉移行の役割

口腔扁平上皮癌(OSCC)において、がん幹細胞(CSC)や上皮間葉移行(EMT)と転移・浸潤との関連は明らかにされていない。本研究ではPodoplanin(PDPN)に注目し、CSC形質やEMT形質発現における役割を検討した。実験にはOSCC株親株、CSC亜株、EMT亜株を用いた。PDPNの発現はEMT亜株で明らかに低かった。親株とCSC亜株はPDPNノックダウンにより分化が誘導され、増殖が抑制された。PDPN発現はTGF-β/Smad2経路を介して誘導された。PDPNはCancer stemnessの維持に重要な役割を担っているのに対し、EMT形質発現には関わっていないことを明らかにした。1:口腔扁平上皮がん(OSCC)株からがん幹細胞(CSC)形質を示す亜株を分離し細胞パネルを作成CSC様細胞形質を有するUMSCC81B株からverapamil処理の有無によりSP(side population)画分とNon-SP画分をFACS sortingにより分離し、CSCマーカー発現を定量RT-PCR法で検討した。SP画分からUMSCC81B-SP亜株を樹立することに成功し、SP画分はOct4, ALDH, NanogなどのCSCマーカーが高発現していた。また低分化型扁平上皮がん株であるHSC-3細胞の特性を解析した結果、Vimentin, Snail, Oct4などのCSCマーカーが高発現しており、上皮間葉移行(EMT)/がん幹細胞(CSC)モデルとして有用である可能性を明らかにした。EMT形質を示すHSC-3細胞はEGFR高発現であり、EGFR標的薬であるGefitinib, Cetuximab感受性をin vitroで検討した結果、HSC-3細胞の増殖はEGFR標的薬に有意に抑制され、これはアポトーシス誘導よりも主として細胞周期停止による可能性が示唆された。EMT形質を有するUMSCC81B細胞やHSC-3細胞はEGFRが高発現しており、下流のMAPK経路とPI3K/Akt/GSK-3beta経路はリガンド刺激なしでも恒常的に活性化されていた。一方、Wnt/beta-catenin経路はUMSCC81B細胞ではbeta-cateninの局在が主として細胞膜であったのに対し、HSC-3細胞では細胞質と核に主として局在しており両細胞で違いが見られた。またOSCCの外科切除材料を用いてbeta-cateninの発現を免疫組織学的に検討したところ、角化型OSCCにおけるbeta-cateninの発現はほぼ例外なく細胞膜であり、細胞質や核での発現は殆ど認められなかった。このことから、大部分のOSCCではbeta-cateninは転写制御よりも細胞接着に関与しているが、一部の低分化型OSCC細胞株ではbeta-cateninが核に蓄積することから、Wnt/beta-catenin経路が細胞増殖や浸潤転移に関わっている可能性が示唆された。1:口腔扁平上皮がん(OSCC)株からのがん幹細胞(CSC)形質およびEMT形質を示す亜株の分離CSC形質を示すUMSCC81B細胞では下流のMAPK経路とPI3K/Akt/GSK-3β経路が恒常的に活性化されていたが,本年度はUMSCC81B細胞においてOSCCのがん幹細胞(CSC)マーカーであることが知られているPodoplaninを高発現していることを明らかにした。このPodoplaninをsiRNAでノックダウンしたところ、細胞増殖が有意に抑制されること,逆にE-cadherin発現上昇など分化が促進されることからPodoplaninがCSC形質の維持に重要な役割を果たして可能性を示唆した。また、PodoplaninがTGF-βによって発現誘導されることも明らかにし、PodoplaninがTGF-β/Smad2シグナル経路の標的である可能性を示唆した。口腔扁平上皮がん(OSCC)株からのがん幹細胞(CSC)形質および上皮間葉移行(EMT)形質を示す亜株等を用いたPodoplaninの機能解析元々血小板凝集との関わりから血行性転移促進因子として発見されたPodoplaninはOSCCでは70-80%と高頻度で発現し、リンパ節転移との関連も報告されている。本年度はこのPodoplaninとがん幹細胞(CSC)形質およびEMT形質との関係について、CSC様細胞形質を有するUMSCC81B株からFACS sortingにより分離したUMSCC81B-SP(side population)細胞株およびUMSCC81B株からGefitinib処理により線維芽細胞様の形態を示し、E-cadherin発現低下およびVimentin高発現などEMT形質をしめす細胞株(UMSCC81B-Fb)を用いて解析を行った。UMSCC81B-SP細胞株はPodoplaninおよびOct4, ALDH, NanogなどのCSCマーカーを高発現していたのに対し、UMSCC81B-Fb細胞株はPodoplaninおよびCSCマーカーの発現はいずれも低かった。またUMSCC81B-SP細胞株はHDAC阻害剤処理(あるいはsiRNAによるPodoplaninノックダウン)により上皮分化誘導とPodoplaninおよびCSCマーカーの発現低下が見られたのに対し、元々Podoplanin発現の低いUMSCC81B-Fb細胞株ではHDAC阻害剤処理による明らかな上皮分化誘導とPodoplaninの発現低下は認められなかった。

以上のことから、UMSCC81B-SP細胞株ではPodoplaninがCSC形質の維持に重要な役割を果たしているのに対し、UMSCC81B-Fb細胞株のEMT形質はPodoplanin非依存的であることを明らかにした。初年度の口腔扁平上皮癌の切除材料を用いた免疫組織学的研究により当初考えていたOSCCにおけるWnt/β-catenin経路の活性化は一部の培養OSCC細胞に限られ、臨床組織切片では殆ど全く発現(活性化)が見られないことが判明したため、2年目以降はOSCCのがん幹細胞形質とEMT形質においてより重要性(普遍性)が高いと考えられたPodoplaninに絞って研究を行った。方法としては口腔扁平上皮がん(OSCC)株からのがん幹細胞(CSC)形質およびEMT形質を示す亜株を独自に分離し、これらを用いてこれまでCSC形質のひとつとされていたがその機能が不明であったPodoplaninの機能解析を行った。その結果、UMSCC81B-SP細胞株ではPodoplaninがCSC形質の維持に重要な役割を果たしているのに対し、UMSCC81B-Fb細胞株のEMT形質はPodoplaninに非依存的であること,またUMSCC81B-SP細胞株のPodoplaninがTGF-βによって発現誘導されるのに対し、UMSCC81B-Fb細胞株ではPI3K/Akt/GSK-3β/snail経路が恒常的に活性化されており、UMSCC81B-Fb細胞株のEMT形質はTGF-β非依存的で有ることを明らかにした。以上、CSC/EMTモデルの作成とその特性解析と通じた基礎的検討によりPodoplaninがOSCCに対する新たな治療標的分子となりうる可能性を見いだした。予備的検討ながら抗ヒトPodoplanin抗体とOSCCのヌードマウス移植モデルを用いてがん幹細胞を標的とする新しい治療法についても検討し、一定の抗腫瘍効果を見いだしている。口腔扁平上皮がん(OSCC)は早期から浸潤転移しやすく、この形質は薬剤耐性獲得により一層顕著になる。OSCCのがん幹細胞(CSC)形質や上皮間葉移行(EMT)はこれらの浸潤転移や薬剤耐性獲得に密接に関与していることが知られており、OSCCの浸潤転移や薬剤耐性の克服にはCSCやEMTを標的とする新しい治療法が求められている。今回、OSCCのCSCマーカーの一つであるPodoplaninに着目してCSCやEMTとの関連についてそれらの形質を強く発現する亜株を分離して検討を行った。その結果、PodoplaninはCSC形質を示すUMSCC81B-SP株においては従来報告されてきたような単なるCSC形質マーカーではなく、分化を抑制し、幹細胞形質の維持に必須な分子であることを明らかにした。これに対してUMSCC81B-Fb株の示すEMT形質においてはPodoplaninは重要な役割を担っていないことを明らかにした。実際、Podoplaninの発現はUMSCC81B-SP細胞においては主としてTGF-β/Smad2経路により制御されているのに対し、UMSCC81B-Fb株のPodoplanin発現は低く、EMT形質はむしろPI3K/Akt/GSK-3β/snail経路により制御されていることを明らかにした。
根の組織構築に関与する物理的要因としてのQuiescent Center

根端に特異的に存在する始原細胞は分裂活性の活発な細胞群とその内部に存在する機能がよくわからない静止中心(Quiescent Center:QC)と呼ばれるDNA合成の不活性な細胞群から構成されている。分裂活性の活発な細胞群の増殖は、根を構成するさまざまな組織(表皮、内皮、中心柱)の、伸長軸に対する対称的構築を伴う。このことは、QCを取り囲んでいる根端始原細胞群が、その細胞の位置する場所によって、その将来の分化の方向性と分裂回数が決定されていることを暗示しており、QC自体が根の対称的組織分化を代謝的、物理的に制御している本体である可能性が高い。本年度は、特にQCを含む根端部分で特異的に発現している分子マーカーの検索に重点をおいて実験を行った。ハツカダイコンの根端部分から総タンパク質画分を抽出し、2次元電気泳動により他の組織(葉、茎、茎頂分裂組織、根のelongation zoneおよびspecialization zone)における総タンパク質の発現パターンと比較した。その結果、根端における特異的発現が確認されるタンパク質が少なくとも5種類(p1からp5)存在することが判明した。それぞれのタンパク質の分子量および等電点は,p1:33.0kDa,pl=5.8,p2:35.0kDa,pl=6.0,p3:39.0kDa,pl=6.4,p4:38kDa,pl=5.7,p5:36kDa,pl=4.8であった。これらのタンパク質の根端部分における発現部位は不明であるが、根端始原細胞からの分化譜系を解析するための良いマーカーが得られたものと考えている。
視線・姿勢制御に関わる神経回路の機能特性-invivoホールセル記録による解析-

前庭神経核内の局所神経回路を構成するニューロンの特徴を明らかにするため、まず、個々のニューロンのベースとなる活動(自発発火)様式と膜特性の関係について調べた。生後約3週齢のラットからスライス標本を作製し、ホールセルパッチクランプ法により記録を行った。前庭神経核ニューロンの膜特性の一つであるスパイク後過分極(AHP)は、一相性のAHP[AHP(s-)]と二相性のAHPに分類され、さらに、二相性のAHPは時間的に速い成分と遅い成分との間に一過性の脱分極が見られるもの[AHP(s+) with ADP]とみられないもの[AHP(s+)]に分けられる。これらの3種類のAHPのうち、AHP(s+)を示すニューロンの発火パターンは規則的であったのに対し、AHP(s-)またはAHP(s+)with ADPを示すニューロンの発火パターンは不規則であった。AHP(s+)を示すニューロンに、カルシウム依存的カリウムチャネル(Kca)のブロッカーであるアパミンを投与したところ、遅い成分が消失し、発火パターンが不規則になった。このことから、Kcaの活性化によって生じる遅い成分の出現が発火パターンの規則性に重要であることが示唆された。以上のような自発発火の規則性とAHPとの関係がin vivoにおいてもみられるのかを調べるため、ラットのin vivo標本において、ホールセルパッチクランプ法による記録を試みた。その結果、前庭神経核ニュー・ロンからのin vivoホールセル記録に世界で初めて成功し、上記の関係がin vivoにおいても適用されることが明らかになった。今後は、この知見をもとに、前庭神経核内の局所神経回路を構成するニューロンを同定し、機能的役割について調べる。
ホップ空間の自己写像のなすホモトピー集合の代数的構造

研究実施計画の役割分担に従って,下記の研究成果を得た.1.森杉は,GをSU(3)またはSp(2)の場合に,大嶋によって決定されていた,Gの自己写像のhomotopy setのなす群[G, G],の写像の合成構造を決めた.この代数構造は代数的に形式化できるが,一般のGについての結果まではいたらなかった。2.H空間の積には左逆λと右逆ρが付随している.それらは互いに他の逆であり,両者が一致するための必要十分条件はλの位数が2であることである.一般にはλの位数は2ではない.そこでλの位数について論じた.単純リー群に対しては満足すべき結果を得た.また、Spin(η)(η≠4m)で被覆される場合を除いて,古典型単純リー群について,その自己写像ホモトピー類群の非可換なることを示した.3.逸見は有限H-spaceのmod3 cohomologyの偶数次数生成元が8次元と20次元以外に存在しないことを示した.また,algebraとしての構造をほぼ決定した.研究実施計画の役割分担に従って,下記の研究成果を得た.1.森杉は,GをSU(3)またはSp(2)の場合に,大嶋によって決定されていた,Gの自己写像のhomotopy setのなす群[G, G],の写像の合成構造を決めた.この代数構造は代数的に形式化できるが,一般のGについての結果まではいたらなかった。2.H空間の積には左逆λと右逆ρが付随している.それらは互いに他の逆であり,両者が一致するための必要十分条件はλの位数が2であることである.一般にはλの位数は2ではない.そこでλの位数について論じた.単純リー群に対しては満足すべき結果を得た.また、Spin(η)(η≠4m)で被覆される場合を除いて,古典型単純リー群について,その自己写像ホモトピー類群の非可換なることを示した.3.逸見は有限H-spaceのmod3 cohomologyの偶数次数生成元が8次元と20次元以外に存在しないことを示した.また,algebraとしての構造をほぼ決定した.研究実施計画の役割分担に従って,下記の研究成果を得た.1.森杉は,GをSU(3)またはSp(2)の場合に,Gの自己写像のhomotopy setのなす群[G, G]の写像の合成構造を決めた.2.大嶋は単純リー群GをSU(n)(π=5,6,7), Sp(3), Spin(n)(n=7, 8), E_6, E_8, F_4のどれかとするとき,群[G, G]の巾零指数の下からの評価を行った.例えばnil[E_8, E_8]>4などを得た.また,連結な有限CW H-空間Xが与えられた時,XのP-局所化Xp上の全ての積がPの積の局所化となるような素数の集合Pを求めよ,という問題への部分的な解答を与えた.また有限H-spaceのmod3 cohomologyの偶数次数生成元が8次元と20次元以外に存在しないことを示した.また,algebraとしての構造をほぼ決定した.研究実施計画の役割分担に従って,下記の研究成果を得た.1.森杉は,GをSU(3)またはSp(2)の場合に,大嶋によって決定されていた,Gの自己写像のhomotopy setのなす群[G,G],の写像の合成構造を決めた.この代数構造は代数的に形式化できるが,一般のGについての結果まではいたらなかった。2.H空間の積には左逆λと右逆ρが付随している.それらは互いに他の逆であり,両者が一致するための必要十分条件はλの位数が2であることである.一般にはλの位数は2ではない.そこでλの位数について論じた.単純リー群に対しては満足すべき結果を得た.また、Spin(n)(n≠4m)で被覆される場合を除いて,古典型単純リー群について,その自己写像ホモトピー類群の非可換なることを示した.3.逸見は有限H-spaceのmod3 cohomologyの偶数次数生成元が8次元と20次元以外に存在しないことを示した.また,algebraとしての構造をほぼ決定した.
マントルプルームと海台の研究

今年度は、オントンジャワ海台構造探査航海の実施、およびこれまでの研究のまとめを行った。太平洋オントンジャワ海台研究航海は、コフィンらが平成15年度にJAMSTECの深海研究計画に応募し、航海の実施が認められたもので、観測調査船「かいれい」を使用して、平成17年1月にコフィンを首席研究員と実施され、本航海にともなう、5名の出張旅費、および観測実施にともなう諸経費を本研究計画から支出した。本観測航海は、コフィンらが提案しているオントンジャワ海台IODP深海掘削計画の事前調査として実施したもので、掘削提案地点のマルチチャネル反射法地震波探査を実施した。航海では、エアガン等のトラブルに多数みまわれたものの、所定の観測を終えることができた。取得されたデータは、東京大学海洋研究所の反射法地震波探査処理システムにより、処理解析中である。玉木は、東アフリカアファールマントルプルームのプルームヘッドの活動を明らかにするためのIODP深海掘削計画提案の準備のため、米国、フランス、エチオピアの研究者グループとそれぞれ会合を持ち、掘削提案の概要を検討した。本提案を日本主導の深海掘削提案とすることで、ほぼ合意を得ることに成功した。中西、コフィンは、平成15年度の観測航海で取得した太平洋マニヒキ海台のマルチナロービーム精密地形観測、地磁気観測、重力異常観測データの処理解析を実施し、マニヒキ海台の形成テクトニクスと火成活動に関する研究を進めた。結果を、地球惑星科学合同学会で公表した。海保は、大規模火成活動と生物の大量絶滅の関係を明らかにする目的で行った、中国南部の後期ペルム紀地質調査の成果を国際誌に公表し、ペルム紀末の大量絶滅は1000年以内の極短期間に起きたことと、大量絶滅に伴う炭素同位体比の負異常を初めて観測し、同時期の大規模な環境変動のあったことを示唆した。本年度は、以下の各項目に関し成果を得た。・平成10年度のオントンジャワ海台白鳳丸航海で得られた大型サイドスキャンソナーデータ、マルチチャンネル反射法地震波探査データ、地磁気データの処理、解析を行った。地磁気データの解析の結果、同海台は1億2000万年前に中央海嶺の近傍で形成されたことが明らかになった。これは、中央海嶺が巨大海台の形成に寄与するということを意味しており、巨大海台成因論にとって貴重な成果である。また、大型サイドスキャンソナーデータおよび地震波探査データの解析では、同海台がソロモン諸島島弧と衝突し、顕著な逆断層によって変形を受けており、新たに海溝を形成しつつあることが明らかになった。これらの成果を基に、平成12年度にはオントンジャワ海台深海掘削航海が実施される。・平成10年度に実施されたインド洋ケルゲレン海台深海掘削の結果、同海台が、年代の異なる複数の火成活動により形成されたことが明らかになった。また、同海台は、一部に大陸地殼を有することも明らかになった。太平洋のオントンジャワ海台とケルゲレン海台は地球上の2大海台として並び称せられているが、両者の形成プロセスに大きな相違があることになり、今後、この点に焦点を当てた研究を行っていく必要がある。・シャツキー海台の形成に関しては、観測船「みらい」による海底地形と地磁気異常の精密観測により、海台が形成される直前に中央海嶺の再配列が起こっていることが明らかにされた。これは、マントルプルームによる大規模噴火が始める以前に、マントルプルームがリソスフェアに影響を与えることを示しており、マントルプルーム研究における貴重な貢献であるといえる。I.オントンジャワ海台の形成過程の解明本年度は、オントンジャワ海台において掘削が実施された。掘削試料を入手し、現在地球化学的分析をおこなっている。また、オントンジャワ海台及びその周辺の磁気異常解析を進め、オントンジャワ海台の形成テクトニクスに関して研究をおこなった。その結果、オントントンジャワ海台の形成過程において、マイクロプレートが短期間存在していたことが明らかになった。また、オントンジャワ海台の形成過程に影響を与えたと考えられているマキヒキ海台の形成過程に関する研究を開始した。II.マントルプルームと海嶺の相互作用の解明マントルプルームと海嶺の相互作用の解明のために、東京大学海洋研究所研究船白鳳丸による研究航海を実施した。実施期間は平成12年12月4日から平成13年1月12日までであった。実施した観測内容は、海底地形精査、地磁気・重力探査、音波探査、海底岩石採取、採泥、CTD観測・採水、微小地震観測であった。データの解析は現在進行中であるが、現在明らかになったことが下記のとおりである。1.海底地形精査から、アデン湾の中央海嶺の地形的特徴を従来の研究より詳細に明らかにした。さらに、マントルプルームに近づくにしたがって、海嶺の地形的特徴が変化することが確認した。2.地磁気観測からは海嶺における磁気的性質を明らかにした。3.CTD観測から、現在非常に活発に熱水活動をおこなっている海嶺を発見した。4.海嶺周辺における微小地震が1日に100回以上起こっていることを明らかにした。1.アデン湾マントルプルームのダイナミクスに関する研究昨年度実施した東大海洋研白鳳丸によるアデン湾リフト系観測航海で得られた地球物理データの処理、地質データ(主として海底岩石)の化学分析を実施した。

解析、分析の途中結果を議論するための研究集会を2回、海洋研究所で開催した。また、国内外の学会で複数の成果発表を行った。今年度の解析、分析データを基に、現在、研究成果の第一報を国際学術誌に投稿準備中である。2.海台の起源に関する研究海台研究の第一人者であるコフィン博士を招聘し、セミナーを開催するとともに、海台の起源に関する議論を行った。太平洋のシャツキー海台およびオントンジャワ海台、とインド洋のケルゲレン海台の比較研究を行った結果、オントンジャワ海台、ケルゲレン海台はデカンプルーム型の典型的なマントルプルームにより形成されたものであるが、シャツキー海台の起源を説明するには、マントルプルームより規模は小さいが、長期間活動する高温異常マントルといつた新しい概念を導入する必要があることがわかった。中西、玉木が本成果の学術誌投稿を準備中である。3.インド洋観測航海の実施中央インド洋海嶺観測航海(海洋科学技術センター観測船「よこすか」に研究協力者2名、大学院学生1名を派遣)、オーストラリア-南極海嶺観測航海(東大海洋研白鳳丸に、研究分担者沖野、研究協力者1名、大学院学生1名を派遣)を実施した。オーストラリア-南極海嶺には、同海域を掘削したODP187次航海首席研究員のDavid Christie博士(米オレゴン大)を招聘し(費用は先方負担)、掘削成果を検証する形での仮説検証型の地形調査を実施し、太平洋マントル対流系とインド洋マントル対流系の相互作用の変遷史を明らかにした。中央インド洋海嶺では、レユニオンホットスポットとインド洋中央海嶺の相互作用に関する有効なデータを得ることができた。下記の研究項目に関する研究を実施し、以下の成果を得た。(1)深海掘削に基づくケルゲレン海台の形成史に関する研究Coffinが中心となってODP183次掘削航海から得られたデータの解析を行った。その結果、ケルゲレン海台を作ったケルゲレンマントルプルームの全物質フラックス(1億2000万年前現在)とその時間変化を算出することに成功した。この算出量とプルームモデルの比較研究を学術誌に印刷公表した。また、掘削データ、反射法地震波探査データを総合的に解釈することにより、ケルゲレン海台の全形成史(火山活動史、昇降史、古環境)を明らかにし、ODP科学成果報告集に電子出版した。(2)マニヒキ海台の成因に関する研究マニヒキ海台では米国による観測研究航海(14年4月)に、玉木の指導する学生1名が参加した。マニヒキ海台は、中生代に中央海嶺三重点と高温異常マントルとの相互作用により形成されたと考えられるが、まだその成因に不明の点が多く、15年度に本研究グループから複数の研究者が参加する予定の海洋研究所白鳳丸によるマニヒキ海台研究航海により引き続き研究を実施する。(3)アファールプルームのダイナミクスに関する研究玉木が中心となり、2001年白鳳丸航海のデータをもとに、東アフリカアファールマントルプルーム、特にそのプルームヘッドのダイナミクスの研究を進めた。プルームヘッドの活動が23000万年継続すること、後期になってその活動がプルームヘッド縁辺部で顕著になることを明らかにし、現在、本年7月に開かれる国際地球物理学総会(札幌)で発表の準備を行っている。(4)小笠原海台の地質構造に関する研究
有機物由来培養液を用いた養液栽培の実用化に関する研究

焼酎粕由来メタン発酵消化液の脱水ろ液と膜透過液,豚糞尿浄化排水を有機物由来培養液原料として,pHの調整と変動抑制処理,成分組成の調整により作成した培養液をコマツナの水耕栽培に用いたところ,原料を直接またはpHとECの調整後に用いた場合よりもコマツナの生育が改善されたことから,これらの技術を用いることで農林畜産廃棄物等の未利用資源は水耕培養液の原料としての利用促進が期待できる.本研究では今後需要の拡大が見込まれる一方,栽培方法が確立されていない有機物由来液肥を用いた養液栽培について行う.特に,培養液の成分組成の調整方法やpH管理方法など,培養液管理に関する基本的な問題を解決することで,未利用資源を有効活用した持続可能な養液栽培の実用化に取り組む.有機物由来培養液の原料となる家畜排泄物や作物残渣由来の堆肥,焼酎粕,バイオガスプラント由来消化液,草木灰などの農林畜産水産廃棄物とその抽出液を収集し,成分分析を行った.pHとECは電極法で測定した.アンモニア態窒素および硝酸態窒素はオートアナライザーにより比色分析を行った.その他の無機成分は誘導結合プラズマ発光分析法により分析した.さらに文献調査を実施し,有機物由来培養液の原料となる資材の成分組成についてデータベースを作成した.培養液原料の混合調整シミュレーションの結果,複数の原料を組み合わせることで,栽培に適した培養液成分組成に調整できることが示唆された.また,有機物由来培養液の原料の候補である焼酎粕由来メタン発酵消化液について,メタン発酵プラントから排出される際の経時的変化や脱窒処理段階での無機態窒素組成の違いを調査し,採取に適した時期や原料としての適性を調査した.原料には採取する時期や処理段階でばらつきがみられ,採取毎に成分分析を行い,ロット毎に管理する必要性が示唆された.今後は原料の収集および分析に加えて,有機物由来培養液の調整や調整した培養液を用いた栽培試験を実施する.本研究では今後需要の拡大が見込まれる一方,栽培方法が確立されていない有機物由来液肥を用いた養液栽培について行う.特に培養液の成分組成の調整方法やpH管理方法など,培養液管理に関する基本的な問題を解決することで,未利用資源を有効活用した持続可能な養液栽培の実用化に取り組む.昨年に続き,有機物由来培養液の原料となるバイオガスプラント由来消化液などを収集した.また栽培中の培養液を定期的にサンプリングし,培養液組成の変化や養分吸収量を調査した.pHやECは電極法で,アンモニア態窒素および硝酸態窒素はオートアナライザーを用いた比色分析で,その他の無機成分は誘導結合プラズマ発光分析法で分析した.培養液のpHや組成の変化に影響を及ぼすと推測している培養液中の菌の活性についてはATP量から推定した.栽培に用いる有機物由来培養液は,既存の培養液処方の組成となるように,有機物由来の原料と化成肥料を混合して作成した.まず,有機物由来の培養液原料の成分組成を分析し,次に不足する成分量を化成肥料で補うために必要な肥料の種類と量を算出し,有機物由来原料と化成肥料を混合して調製した.有機物由来培養液と化成肥料のみで調製した培養液を用いてコマツナを水耕で栽培したところ,有機物由来培養液の区では生体重が若干小さかったが,収穫物中のアスコルビン酸含量は多かった.有機物由来培養液を用いることで化成肥料の使用量を削減できることから,肥料コストの削減が期待できる.申請者が年度途中まで米国へ出張していたため,一部の実験が実施できなかった.これまでに,芋焼酎粕のメタン発酵消化液を固液分離した液体と脱水ろ液を膜分離活性汚泥法で処理した液体をもとに調製した有機物由来培養液を用いたコマツナ水耕の栽培実験を実施した.有機物由来培養液はpHが高いため,pHを既存の培養液と同等まで低下させたが,10日程度でpH無調整の培養液とほぼ同等まで上昇した.これらの培養液には有機物が含まれているため,微生物の影響を受けたと考えられた.今年度は,微生物活性と高い相関を示すATP濃度を指標として培養液のpH変動に対する微生物活性の影響について調査,検討した.まず,ATP分析の低コスト化を目的として,ATP発光試薬等の希釈に用いる緩衝液を検討し,発光量が大きくかつ長時間安定する条件を明らかにした.また,培養液中の微生物活性とpH変化の関連性を調査するため,コマツナとイチゴの水耕栽培により培養液のATP濃度とpHの経時的変化について調査した.その結果,pHの変動前にATP濃度が上昇する現象が確認されたことから,培養液のATP濃度とpHの経時的変化には関連性を有することが示唆された.次に,微生物除去による培養液のpH変動抑制を目的として,MF膜を用いた微生物の除去方法を検討した.イチゴの水耕栽培に使用した培養液を,孔径0.45μmと0.1μmのMF膜を用いてろ過し,ろ液中のATP濃度を調査した.孔径0.45μmm程度のフィルターによるろ過であってもATP濃度が大きく低下し,微生物の多くが除去できたことが示唆された.申請者が研究期間中に米国へ出張していたため,一部の実験が実施できなかったため.これまでに、芋焼酎粕のメタン発酵消化液を固液分離して得られた液体(脱水ろ液)と、さらにその液を膜分離活性汚泥法で処理した液体(膜透過液)をもとに調整した有機物由来培養液を用いたコマツナの水耕栽培を実施した。

有機物由来培養液はpHが8程度と高いため、硫酸を用いてpHを既存の培養液と同等まで低下させたが、10日程度でpHと微生物活性は上昇した。そこで、原料中の有機物と微生物の除去による培養液のpH上昇抑制を目的として、各種処理(ろ過、紫外線照射、オゾン処理、加熱等)の効果(ATP濃度、pH、EC、DO、成分組成等)について調査した結果、オゾン処理とその後のpH調整処理によりATP濃度とpHの上昇を抑制できた。次に、有機物由来培養液原料として、焼酎粕由来の脱水ろ液と膜透過液、豚糞尿由来浄化排水の3種類を用いて、培養液を調製した。まず、各液をオゾン曝気処理後、0.45μm MFによりろ過し、ろ液の多量要素と中量要素の組成をイオンクロマトグラフにより分析した。分析結果から園試処方培養液組成への近似に必要となる原料の希釈倍率、化学肥料の種類と量について肥量計算プログラムIonAdjusterを用いて算出した。計算結果を基づき、膜透過液と脱水ろ液、浄化排水をベースとした培養液と3種原料を混合して調製した培養液の計4種類の有機物由来培養液を調製した。培養液調製に用いた肥料量は全て化学肥料で調製した園試処方と比べ、膜透過液:77%、浄化排水:49%、脱水ろ液:44%、3種混合:25%に削減できた。生産性は膜透過液と浄化排水を原料とした培養液で高く、脱水ろ液を含む脱水ろ液由来と3種混合の培養液では生育が強く抑制された。以上の結果から、膜透過液と浄化排水を原料とした有機物由来培養液はオゾン処理とpH・成分組成の調整を組み合わせることで安定化とコスト削減が実現可能であることが示唆された。焼酎粕由来メタン発酵消化液の脱水ろ液と膜透過液,豚糞尿浄化排水を有機物由来培養液原料として,pHの調整と変動抑制処理,成分組成の調整により作成した培養液をコマツナの水耕栽培に用いたところ,原料を直接またはpHとECの調整後に用いた場合よりもコマツナの生育が改善されたことから,これらの技術を用いることで農林畜産廃棄物等の未利用資源は水耕培養液の原料としての利用促進が期待できる.予算減のため調達予定であった分析機器を見直し,所属機関内の共同研究施設へ新たに導入された機器の利用や分析方法の再検討に時間を要した.また,申請者が年度途中から米国へ出張することが決まったため,一部の実験を中断した.申請者が年度途中まで米国へ出張していたため,一部の実験が実施できなかった.今後の実験を担当する学生も決まっており,協力して研究を推進する.培養液のpHや組成の変化に影響を及ぼすと推測している培養液中の菌の活性についてはATP量から推定する.さらに培養液中の炭素量を分析することで培養液のpHや組成変化,菌の活性の関係性を明らかにし,培養液の安定的な利用方法について検討する.実験の準備はほぼ出来ており,特に問題はない.これまので研究結果から,培養液中のpHとATP濃度の経時的変化には関連性を有することが示唆された.また栽培に使用した培養液を孔径0.45μmのフィルターでろ過することでろ液中のATP濃度が大きく低下し,微生物の多くが除去できることが示唆された.したがって,ATP濃度と相関の高い微生物量を抑えることで,有機物由来培養液の問題点の一つであるpH変動を抑制できると考えられた.今後はこれらの実験結果をもとに,培養液のpH変動抑制技術や有機物由来培養液の利用技術の確立を図るため,下記の実験を行う.1滅菌によるpH変動抑制効果を実証するため,有機物由来培養液および既存の無機培養液をろ過し,pH経時変動を調査する.
造精細胞を用いた顕微受精に関する発生工学的研究

1.円形精子細胞による顕微授精技術およびその産子作出法の改良円形精子細胞は、精子と同じ半数体の染色体を有しており、これを成熟卵子と電気融合させることにより、産子が得られることをマウスで明らかにしているが、融合率(受精率)は25%程度であった。本研究では、電気融合法よりも効率的である卵子細胞質内注入法を応用できるか検討を行った。その結果、細胞膜を侵襲せずに破ることを可能にするピエゾマニピュレーター(プリマハム製)の使用および顕微操作ステージを17-18°Cに冷やすことが有効であることが判明し、これにより、卵子生存率80-90%、受精率70%という、電気融合よりもはるかに効率的な方法として確立された。現在、得られた胚の卵管への移植実験を行っている。これらの顕微授精技術を他の動物に応用する場合、円形精子細胞の確認が重要となる。このために、第二減数分裂間期で停止させたハムスターあるいはマウス卵子へ細胞を注入し、その染色体を検査する、という方法を確立した。これにより、モルモットの円形精子細胞がマウスなどに比べ、きわめて大型であることを確認した。2.精母細胞による顕微授精技術およびその産子作出法の開発精母細胞は、減数分裂前の四倍体の細胞である。そこで、これらを同じ四倍体である卵母細胞と授精させ、減数分裂、そして発生をさせることを検討した。卵母細胞は卵丘細胞と透明帯に硬く囲まれているが、酵素と酸性溶液処理により、これらを効率的に取り除けることが明らかになった。現在、電気融合法と卵子細胞質内注入法のどちらが良いか、検討中である。また、他の方法として、精母細胞を体外で円形精子細胞まで培養し、これを顕微授精に用いる技術の開発も行った初代培養、あるいは株化したセルトリ細胞いづれを共培養に用いても、精母細胞が円形精子細胞まで発生することを明らかにした。現在、このようにして得られた円形精子細胞が、子供に至るかどうか、検討中である。
シアノバクテリア概日時計再構成系を用いたアショフ法則の分子基盤解明

シアノバクテリアの時計タンパク質KaiA、KaiB、KaiCを用いて試験管内で概日時計の再構成が可能である。本研究では、光強度による概日時計の周期長変動のメカニズムを明らかとするため、光環境に応じて細胞内で変化がおこると考えられる要因の概日時計再構成系への影響を調べると共に、シアノバクテリアの酸化還元状態のセンサーと推定されるLdpAを生化学的に解析した。LdpAは酸化還元状態変化により、分子の構造を変化することが明らかとなった。また、pHによりKaiABCによる概日時計再構成系の周期長が変動することから、LdpAと細胞内pHの2つの要因が光による概日時計の周期長変動に関与していると考えられた。概日時計の周期長は「アショフの法則」に従い、光強度に伴って変化することが知られている。この法則は古くから全ての生物の概日時計にあてはまることが知られているが、その分子基盤はほとんど不明である。シアノバクテリアの3つのKaiタンパク質とATPによる概日時計の再構成系を活用することで、「アショフの法則」を検証し、その分子基盤を明らかにすることが初めて可能となった。本研究では、光という環境因子から概日リズム変化に至る細胞内の一連の情報伝達系を明らかにし、「アショフの法則」を成立させる分子メカニズムを描き出すことを目的としている。光はシアノバクテリアのチラコイド膜の電子伝達系を駆動し、細胞内の酸化還元状態を変化させる。この酸化還元状態の変化は、何らかの分子機構で感知されていると推察される。LdpAの欠損変異株では光による周期長変化が認められなくなることから、LdpAは概日時計に対する酸化還元状態のセンサーの一つであると提唱されており、KaiCのATPase活性に影響を与えるタンパク質の有力な候補である。LdpAタンパク質の酸化還元状態が直接KaiCのATPase活性の変動をもたらす可能性をin vitro再構成系で検討するため、まずLdpAを大腸菌で大量発現させて嫌気条件下で安定的に精製することを試みた。当初精製できたLdpAタンパク質は精製度が低く、その後の解析に不適であると判断し、精製方法を改良した。その結果、精製度の高いLdpAタンパク質を得ることができた。LdpAは、420nm付近に吸収ピークをもち、そのピークは還元状態において消失した。これは、LdpAタンパク質が鉄硫黄クラスターを持ち、細胞内の酸化還元状態を感知している可能性を示している。引き続きLdpAによるKaiCのATPase活性の変化を詳細に検討することで、「アショフの法則」を検証する予定である。LdpAタンパク質の酸化還元状態が直接KaiCのATPase活性の変動をもたらす可能性をin vitro再構成系で検討するため、LdpAを大腸菌で大量発現させて嫌気条件下で精製した。解析に用いるのに十分精製度の高いLdpAタンパク質を得ることに成功した。吸収スペクトル測定によりLdpAは、420nm付近に吸収ピークをもち、そのピークは還元状態において消失することが明らかとなった。また、このタンパク質をシアノバクテリア生物時計再構成に加えて、KaiCのリン酸化状態の変化をモニターした。検討した条件下においては、KaiCのリン酸化状態の変化に顕著な変化は認められず、酸化還元状態を変化させた条件下において、LdpAをシアノバクテリア生物時計再構成に供する必要があると考えられた。また、シアノバクテリア生物時計再構成系において、緩衝液のpHの違いによって周期長が変化することを見出した。細胞内pHは光条件によって変動することが知られており、光強度による細胞内pHの変動が概日時計の周期長に関与している可能性が示唆された。概日時計の周期長は、光強度に伴って変化することが知られている。

この酸化還元状態の変化は、何らかの分子機構で感知されていると推察され、シアノバクテリアのLdpAの欠損変異株では光による周期長変化が認められなくなることから、LdpAは概日時計に対する酸化還元状態のセンサーの一つであると提唱されており、LdpAの酸化還元状態が概日時計にもたらす可能性を検討するため、LdpAを大腸菌で大量発現させて精製した。LdpAタンパク質の多量体形成についてブルーネイティブ電気泳動法を用いて検討した。その結果、LdpAは2量体を形成していると考えられ、また酸化還元状態によってその分子量サイズに変動が見られた。このことから、LdpAは酸化還元状態によって構造変化していることが示唆された。前年度、LdpAタンパク質が鉄硫黄クラスターを持ち、細胞内の酸化還元状態を感知している可能性が見出されたが、この結果と考え合わせると、LdpAが酸化還元センサーであるという推察を指示する結果が得られたと考えられる一方、シアノバクテリアのLdpA欠損株においては、先行研究において光に応答した周期長変化が消失するという形質が明らかになっていた。今回、LdpA欠損株が好気条件下では生育するが、低酸素条件下では生育に著しい阻害が生じることが見出された。現時点では、この形質がどのように概日時計の制御と関わっているのかについては不明な点が多いが、今後さらに低酸素条件下での概日時計の挙動等を調べることにより時計の周期長変化と酸化還元状態において新たな進展が明らかになると考えられる。
細胞膜との相互作用によって制御される細胞内シグナル伝達の分子メカニズム

MAPK pathwayの上流にあるグアニンヌクレオチド交換因子SOSは、細胞膜外からのシグナルの受容によるGrb2との結合によってふたつのRas(catalytic、allosteric)を結合し、catalytic RasのGDPを解離させることで、高濃度に存在するGTPを結合し、下流にシグナルを伝えるRasGTPを生成する。この過程で、SOS Cdc25ドメインのhelical linker(930-974)がRasのnucleotide結合サイトに挿入され、switch Iが開いた構造(nucleotide非結合状態の構造)に固定することが必要となる。これには、二つの運動[RasGDPのswitch Iの開閉運動、SOS Cdc25ドメインのhelical linker(930-974)の開閉運動]が同時に起こり、catalytic Rasの結合に伴いswitch Iを開放し、GDPを解離させることが必要である。昨年度までに、SOS Cdc25のhelical linkerの運動が確認されたことから、今年度は前者のRasGDPのswitch Iの開閉運動について、weighted ensemble法とreplica exchange umbrella sampling法を用いて研究を行った。その結果、閉状態→開状態への構造変化は、単体のRasGDPにおいて時定数0.042 /μs、自由エネルギー差9.6 kcal/molであることがわかり実現可能な運動であることがわかった。また、同様な計算をRasGTPで行ったところ、時定数0.004 /μs、自由エネルギー差11.3 kcal/molとなり、その差の理由は構造変化経路上の障壁にあることがわかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。MAPKパスウェイの中核を担うSOS-Rasの相互作用機構を明らかにすることを目指して、SOSが細胞膜上にリクルートされることによる自己阻害型→活性型(Rasがallosteric siteに結合できる構造)への構造変化機構の解明を課題として取り組んでいる。そのために自己阻害型結晶構造(1-1049, PDB:3KSY)をもとにして、野生型とNoonan症候群に見られる活性型を誘導する変異体R552Gの2種類について、それぞれ水中での分子動力学シミュレーションを行った。その結果、活性型への転移に伴って起こるDHドメインとRemドメインの解離運動に関わる二つのドメイン間の揺らぎの大きさが、R552Gの変異によって2倍の大きさになることを示すことができた。これは、R552があるhelical linkerと呼ばれる長いヘリックスを含むループが、Remドメイン、DHドメイン、さらにはN末端のHFドメインを接続する役割を持ち、R552Gの変異によって、それらドメイン間の結合が弱くなり、DHドメインとRemドメインの間の相対運動が拡大し、最終的には解離に到る可能性を拡大するものと推測される。この結果から、「細胞膜上にリクルートされることによってhelical linkerのドメイン間をつなぐ相互作用が弱くなる」という仮説を立て、それを証明する方向に研究を進める次のステップが見えてきた。さらに、今後行う粗視化モデルシミュレーション(CafeMol)の試行的計算も開始した。本研究のゴールは、「細胞膜上へのSOSのリクルート」と「SOSの活性型への転移」を接続することにある。この目的は、シミュレーションを行うということのみでは達成することはできない。まずその接続のためのモデルを作り、次にそのモデルの妥当性を示すという順序であると考えている。従って、1年目で蓋然性のあるモデルが構築できたことは、順調に研究が進んだという評価になった。しかし、今後行う仮説の妥当性を示す研究の困難さとともに、想定した仮説の真偽が現段階で確定できないところから、「おおむね」という譲歩に結びついている。MAPKパスウェイの初期段階の中核を担うRasによるSOSのアロステリック制御機構を分子シミュレーションによって研究することが目的である。29年度は、Ras-SOS相互作用についてのシミュレーション解析を行った。SOS活性化後の、アロステリックサイトへのRas(GDP型、GTP型)の結合に伴い、helical hairpin(947-973)[これが、Rasのswitch 1を開きGDPの解離、GTPの再結合につなげるSOS Cdc25ドメインの構造要素。Remドメインの一部として動く]の構造にどう影響を与えるかを検討した。シミュレーション結果の解析から、アロステリックサイトへの結合で、非結合< Ras(GDP)< Ras(GTP)の順に、helical hairpinがCatalytic Rasのswitch 1を拡げる方向に構造変化し、実験情報と定性的に整合する結果が得られた。この構造変化は、Remドメイン+helica hairpinとCdc25の残りの部分との大規模なドメイン運動によって実現されることが分かった。また、アロステリックサイトへ結合するRasが、GDP型かGTP型かの違いによって全体構造に大きな影響が及ぶのは、アロステリックサイトに結合したRasのswitch1がGDP→GTPに伴ってより閉じた構造になり、RemとCdc25の間に挟まれた部分に結合したRasのわずかな構造変化がドメインの相互配置に増幅されて反映されることが原因であり、Rasの構造→アロステリックサイトへの結合→helical hairpin(触媒サイト)の構造、という情報の伝達が、Cdc25とRem+helica hairpin間のドメイン運動によって引き起こされることが示された。

28年度は、SOSのシグナル受容に伴う活性化(DHドメインとRemドメインの相互配置の変化)、29年度は、活性化後のRasとの相互作用の研究(RemドメインとCdc25ドメインの相互配置の変化)を行ってきた。それぞれに、大規模な構造変化を生む機構について、実験結果と整合するシミュレーション結果が得られている。これらふたつの機構についてはその生起が順に起こるところから別に議論するべきであるが、SOS活性化については、RemドメインとCdc25ドメインとの相互作用が重要な役割を果たしているところから、全長のシミュレーションがどうしても必要となり、大きな研究上の障害になっている。また、現状で分かっている構造変化の範囲内では、閉じた構造のRas(GDP)は触媒サイトに結合することはできないと考えられる。そのため、単独状態でswitch 1を開いたRas(GDP)がかなり安定的に(長時間)存在することを示す必要がある。最終的な描像を描くところにまだ試行錯誤的な要素を残すことから「おおむね」という評価とした。MAPK pathwayの上流にあるグアニンヌクレオチド交換因子SOSは、細胞膜外からのシグナルの受容によるGrb2との結合によってふたつのRas(catalytic、allosteric)を結合し、catalytic RasのGDPを解離させることで、高濃度に存在するGTPを結合し、下流にシグナルを伝えるRasGTPを生成する。この過程で、SOS Cdc25ドメインのhelical linker(930-974)がRasのnucleotide結合サイトに挿入され、switch Iが開いた構造(nucleotide非結合状態の構造)に固定することが必要となる。これには、二つの運動[RasGDPのswitch Iの開閉運動、SOS Cdc25ドメインのhelical linker(930-974)の開閉運動]が同時に起こり、catalytic Rasの結合に伴いswitch Iを開放し、GDPを解離させることが必要である。昨年度までに、SOS Cdc25のhelical linkerの運動が確認されたことから、今年度は前者のRasGDPのswitch Iの開閉運動について、weighted ensemble法とreplica exchange umbrella sampling法を用いて研究を行った。その結果、閉状態→開状態への構造変化は、単体のRasGDPにおいて時定数0.042 /μs、自由エネルギー差9.6 kcal/molであることがわかり実現可能な運動であることがわかった。また、同様な計算をRasGTPで行ったところ、時定数0.004 /μs、自由エネルギー差11.3 kcal/molとなり、その差の理由は構造変化経路上の障壁にあることがわかった。「細胞膜上にリクルートされることによってhelical linkerのドメイン間をつなぐ相互作用が弱くなる」という仮説を野生型に即して以下のように展開して考える。
グリット評価システムの構築とその応用

昨年度開発したグリッド環境で事前予約に基づく計算資源とネットワーク資源のコスケジューリングシステムを改良し,多様なスケジューリング手法の組み込みとトランザクション処理による資源確保が可能なWSRF(Web Services Resource Framework)に基づくシステムを開発した.グリッドでは,資源の有効利用のためにユーザからの実行要求アプリケーションを適切な計算資源に割当てるスケューラが必要となる.一方,数千,数万ノードに及ぶ大規模グリッド環境では,単一のスケジューラですべての計算要求を処理することは困難であり,各サイトや計算機クラスタのような小規模な単位でローカルスケジューラがアプリケーション配置を行い,上位スケジューラ(メタスケジューラまたはスーパースケジューラ)が複数のローカルスケジューラを取りまとめるように構成させる手法が提案されている.また,ユーザの要求するアプリケーションの実効性能を満たすには,計算資源の確保だけでなく,計算資源間のネットワーク資源を同時に確保(コスケジューリング)し、各アプリケーションに応じて資源の要求性能を保証すること必要不可欠である.よって,複数スケジューリング手法が組み込み可能な事前予約に基づく計算資源とネットワーク資源のコスケジューリングシステムを開発した.本研究で想定するメタスケジューラは,計算資源を管理する計算資源管理システムとネットワーク資源を管理するネットワーク資源管理システムからなるローカルスケジューラと連携し,事前予約によりユーザの要求する資源を確保する.本研究では,メタスケジューラおよびローカルスケジューラの事前予約インタフェースとして標準化が進められているWSRFに基づくインタフェースモジュールを開発し,既存ローカルスケジューラと連携可能にするコスケジューリングシステムを開発した.複数ローカルスケジューラとの連携を短時間で行うため,メタスケジューラからのトランザクション処理による同時予約手続きを実現した.また,各アプリケーションの要求に応えるため,多様なスケジューリング手法を実装したスケジューリングモジュールを容易に組み込めるようにした.今後,本研究前半で開発したグリッド評価システム上で多様なコスケジューリング手法の性能特性を評価する.本年度は、シミュレーションによるグリッド評価システム構築に主眼をおき、多様なグリッド応用プログラムの評価を可能にするグリッド評価システムの構築のための準備を行った。プロトタイプであるBricksシステムでは、クライアント-サーバー型グリッドシステムで扱うシングルタスクのジョブまたは依存関係のない複数のタスクからなる並列プログラムを対象としていた。様々な応用プログラムに対応した評価システムを構築するため、(a)シミュレーション中でジョブをDAG (Directed Acyclic Graph)で表現するように改良する。これにより、通信が伴うような並列アプリケーションをはじめとする様々な応用プログラムのモデル化が可能となる。また、実際のグリッド環境では、その構成が変化したり、計算機が故障したり、あるいは実行中のジョブが何らかの原因で正常に終了しない場合もある。よって、評価システムでは(b)環境の変化を表現可能にし、フォールトトレラントなスケジューリングアルゴリズム開発も支援する。また、評価基盤として広く利用されるために、(c)データグリッドを含めたグリッドシステム全般の運用において必要となるプログラムモジュールと基本的なスケジューリングアルゴリズムを検討し、評価システムにおいてクライスライブラリとして提供する。これにより、評価システムのユーザが実験を行う際の負担を軽減する。また、並列計算機システムの構築のためのシミュレーションの実行環境を整える予定であったが、8月より産休を取得したため、来年度に実施する予定である。グリッド環境において、資源を割当てるスケジューラが複数存在する場合の挙動を、我々の開発するグリッド評価システムを用いて検討した。地理的に分散した複数計算資源を相互に高速ネットワークで接続し、一つの計算基盤とみなして使用するグリッドコンピューティングに関する研究が盛んに行われている。グリッドでは、異なる管理組織の計算資源を動的に連携させ、巨大な仮想計算機を形成するため、資源を効果的に使用するには実行要求アプリケーションを適切な計算資源に割当てるスケジューラが必要となる。一方、グリッドでは膨大な数の計算資源を対象とするため、単一のスケジューラですべての要求アプリケーションを処理することは現実的ではない。そこで、計算機クラスタシステムなどの比較的小規模な単位でローカルスケジューラがアプリケーション配置を行い、計算資源を管理する組織や地域、国などの単位でスーパースケジューラがローカルスケジューラをとりまとめる方法が提案されている。しかし、スーパースケジューラが複数存在する場合の作用について十分検討されていない。本研究では、多数のスーパースケジューラの連携による、アプリケーションの実行時間やグリッド計算資源の使用効率の影響を、我々の開発するグリッド評価システムを用いてシミュレーションによる評価を行った。スーパースケジューラ間の連携手法として、階層的にスーパースケジューラを配置する手法と、スーパースケジューラ間で分散ネットワークを構成して連携する手法を提案し、これらと現状の連携のない場合との性能比較を行った。シミュレーションによる評価により、階層構造および分散ネットワークで構成される複数のスーパースケジューラの連携手法では、アプリケーションの実行待ち時間を短縮し、グリッド計算資源の利用効率を高めることを確認した。一方、階層構造の連携では、分散ネットワークと比較してスーパースケジューラ間の通信コストが大きくなるという結果も得られた。今後は、より大規模な環境でのシミュレーションを行い、スーパースケジューラ間の通信コストも考慮した連携手法の比較、検討を進める。本研究では,グリッド環境において計算機資源とネットワーク資源を同時に事前予約により割当てるコスケジューリングを実現するシステムを開発し,その実現可能性を実証した.提案するコスケジューリングシステムはグリッド資源スケジューラ,ネットワーク資源管理システム,計算資源管理システムと計算・ネットワーク資源からなる.グリッド資源スケジューラはユーザの資源と予約時刻に関する要求に基づき,ネットワークおよび計算資源管理システムとウェブサービスに基づくインタフェースを介して連携し,ユーザの要求を満たす資源を事前予約により確保する.ネットワーク資源管理システムは光パスネットワークの管理とGMPLSプロトコルを用いた制御を行う.