hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
重症型もやもや病に対する多能性幹細胞Museを用いた血管新生療法の開発

もやもや病における多能性幹細胞MUSE細胞の血管新生促進の概念実証を行うことを目的に以下の検討を継続して行った。もやもや病に対する間接血行再建術による血管新生誘導モデルを確立する目的で、昨年度につづきマウス/ラットに対して片側総頚動脈閉塞と二期的対側内頚動脈閉塞による慢性脳虚血を誘導した。その後に間接血行再建術を施行し側頭筋から脳表に向かう血管新生と免疫担当細胞の集積を確認した。もやもや病疾患感受性遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスにおいて免疫能異常が示唆されたことを踏まえて(Kanoke et al. Brain Res 2016)、M2マクロファージ関連因子sCD163ならびに自己免疫関連マーカーCXCL5について患者血清における発現を検証し、RNF213遺伝子多型との関連も検証した。もやもや病患者ではsCD163, CXCL5とも健常人と比較して有意に高値を示しもやもや病病態における自己免疫をはじめとする免疫異常が示唆された(Fujimura et al. Brain Res 2019)。さらにもやもや病患者より採取したクモ膜を用いてMUSE細胞の表面マーカーを標的とした免疫組織染色を行い、患者クモ膜における内因性MUSE細胞の遊走を確認した。以上より、もやもや病患者クモ膜において内因性MUSE細胞の遊走が見られることと、もやもや病患者における得意な免疫環境が示唆され、MUSE細胞を用いた血管新生を促進する上で免疫反応の制御が重要であることが再確認された。MUSE細胞については培養したヒト間葉系幹細胞に対して、SSEA-3/CD105抗体を用いたMACSによる分離を行い効率良いMUSE細胞の分離方法を既に確立しておりMUSE細胞を用いたもやもや病を模擬した動物モデルにおける血管新生促進の検証を現在推進している。慢性脳虚血と間接血行再建術モデルを組み合わせ、患者に対する間接血行再建術を模擬したモデルを確立した。もやもや病患者血清中のM2マクロファージ関連因子sCD163ならびに自己免疫病態関連因子CXCL5の有意な上昇といった特異的な免疫能異常を見出したことより、MUSE細胞移植による血管新生を誘導する上で免疫環境の制御が有力な治療戦略となることを示唆した。さらに患者クモ膜における内因性MUSE細胞の遊走を確認したことにより、今後の患者に対してMUSE細胞移植を推進するにあたり重要な知見を得た。一方、実際の慢性虚血脳に対する間接血行再建術におけるにMUSE細胞移植実験からは有意な結果がまだ得られておらずMUSE細胞移植における血管新生促進の評価を推進する必要があると考えられた。今後、従来の頭蓋外内バイパス術が施行困難な重症もやもや病患者に対してMUSE細胞移植による血管新生療法を推進するにあたり、内因性MUSE細胞の中枢神経系への分布を検証する必要がある。脳血管の検体採取はごく限られているが、これまで行ってきたクモ膜検体の検証に加えて硬膜、バイパス術で得られる微細な血管壁についても免疫組織学的検討を進める予定である(広南病院倫理委員会承認済)。また動物実験においては、従来のラット・マウスに加えて、もやもや病疾患感受性遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスも用いて、慢性脳虚血・間接血行再建術モデルにおけるMUSE細胞移植の効果、MUSE細胞の動態について検証予定である。もやもや病における多能性幹細胞MUSE細胞の血管新生促進の概念実証を行うことを目的に以下の検討を行った。もやもや病に対する間接血行再建術による血管新生誘導モデルを確立する目的で、昨年度につづきマウス/ラットに対して片側総頚動脈閉塞と二期的対側内頚動脈閉塞を行うことで慢性脳虚血を誘導しもやもや病の病態を模擬した。そこにencephalo-myo-synangiosis(間接血行再建術)を施行し側頭筋から脳表に向かう血管新生と免疫担当細胞の集積を確認した。また、もやもや病疾患感受性遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスにおいて免疫能異常が示唆されたことを踏まえて(Kanoke et al. Brain Res 2016)、M2マクロファージ関連因子soluble CD163ならびに自己免疫疾患における役割が示唆されているCXCL5についてもやもや病患者血清における発現を検証し、RNF213遺伝子多型との関連も検討した。もやもや病患者ではsoluble CD163, CXCL5とも健常人と比較して有意に高値を示しもやもや病病態における自己免疫をはじめとする免疫異常が示唆された(Fujimura et al. Brain Res 2018)。以上より慢性脳虚血と間接血行再建術モデルを用いて血管新生を誘導可能であることが確認された。またもやもや病患者における得意な免疫環境が示唆されたことにより、MUSE細胞を用いた血管新生を促進する上で免疫反応の制御が重要であることが確認された。MUSE細胞については培養したヒト間葉系幹細胞に対して、SSEA-3/CD105抗体を用いたMACSによる分離を行い効率良いMUSE細胞の分離方法を確立しておりMUSE細胞を用いたもやもや病を模擬した動物モデルにおける血管新生促進の検証を開始している。慢性脳虚血と間接血行再建術モデルを用いてもやもや病に対する間接血行再建術を模擬したモデルを確立した。さらにもやもや病疾患感受性遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスを用いて免疫能異常が示唆されたことを踏まえて、もやもや病患者血清中のM2マクロファージ関連因子soluble CD163ならびに自己免疫病態関連因子CXCL5の有意な上昇といった特異的な免疫能異常を見出したことより、MUSE細胞移植による血管新生を誘導する上で免疫環境の制御が有力な治療戦略となることが示唆された。

一方、実際の慢性虚血脳に対する間接血行再建術におけるにMUSE細胞移植実験からは有意な結果がまだ得られておらずMUSE細胞移植における血管新生誘導の評価を進める必要があると考えられた。もやもや病における多能性幹細胞MUSE細胞の血管新生促進の概念実証を行うことを目的に以下の検討を継続して行った。もやもや病に対する間接血行再建術による血管新生誘導モデルを確立する目的で、昨年度につづきマウス/ラットに対して片側総頚動脈閉塞と二期的対側内頚動脈閉塞による慢性脳虚血を誘導した。その後に間接血行再建術を施行し側頭筋から脳表に向かう血管新生と免疫担当細胞の集積を確認した。もやもや病疾患感受性遺伝子RNF213遺伝子欠損マウスにおいて免疫能異常が示唆されたことを踏まえて(Kanoke et al. Brain Res 2016)、M2マクロファージ関連因子sCD163ならびに自己免疫関連マーカーCXCL5について患者血清における発現を検証し、RNF213遺伝子多型との関連も検証した。もやもや病患者ではsCD163, CXCL5とも健常人と比較して有意に高値を示しもやもや病病態における自己免疫をはじめとする免疫異常が示唆された(Fujimura et al. Brain Res 2019)。さらにもやもや病患者より採取したクモ膜を用いてMUSE細胞の表面マーカーを標的とした免疫組織染色を行い、患者クモ膜における内因性MUSE細胞の遊走を確認した。以上より、もやもや病患者クモ膜において内因性MUSE細胞の遊走が見られることと、もやもや病患者における得意な免疫環境が示唆され、MUSE細胞を用いた血管新生を促進する上で免疫反応の制御が重要であることが再確認された。MUSE細胞については培養したヒト間葉系幹細胞に対して、SSEA-3/CD105抗体を用いたMACSによる分離を行い効率良いMUSE細胞の分離方法を既に確立しておりMUSE細胞を用いたもやもや病を模擬した動物モデルにおける血管新生促進の検証を現在推進している。慢性脳虚血と間接血行再建術モデルを組み合わせ、患者に対する間接血行再建術を模擬したモデルを確立した。もやもや病患者血清中のM2マクロファージ関連因子sCD163ならびに自己免疫病態関連因子CXCL5の有意な上昇といった特異的な免疫能異常を見出したことより、MUSE細胞移植による血管新生を誘導する上で免疫環境の制御が有力な治療戦略となることを示唆した。さらに患者クモ膜における内因性MUSE細胞の遊走を確認したことにより、今後の患者に対してMUSE細胞移植を推進するにあたり重要な知見を得た。一方、実際の慢性虚血脳に対する間接血行再建術におけるにMUSE細胞移植実験からは有意な結果がまだ得られておらずMUSE細胞移植における血管新生促進の評価を推進する必要があると考えられた。これまで確立した慢性脳虚血と間接血行再建術モデルを用いてもやもや病に対する間接血行再建術を模擬した実験系に対して、MUSE細胞分離で得られた細胞を用いて、血管新生誘導の有無について検討を行う。
ヒトiPS細胞由来高純度心室筋細胞移植における催不整脈作用機序の解明

ヒトiPS細胞は心筋細胞を含むさまざまな細胞へ分化することができるため、再生医療への応用が期待されているが、心臓再生医療を実現化するためには、移植後の催不整脈作用という課題を克服しなければならない。その課題を克服するために、京都大学iPS細胞研究所において作製されたHLAホモ接合体ヒト由来のiPS細胞から臨床グレードの心筋細胞(心筋含有率99%以上)を作製し(Cell Metab. 2016, Stem Cell Rep 2017)、直径200μmの微小組織球を作製した後、カニクイザル心筋梗塞モデルに免疫抑制剤投与下で移植し、催不整脈作用および心機能を評価することで、霊長類モデルにおける長期の安全性および有効性を評価する。
市街地再開発事業における計画参加過程からみた公開的空地の形態と運用に関する研究

本研究は市街地再開発事業によって創出されるオープンスペースのうち建築敷地内の公開的空地について、権利者および周辺住民の計画参加過程において、どのように関係者に認識され、位置づけられ、その形態が決定され、運用がなされているか、の実態を明らかにすることを目的として実施した。調査は以下の構成による:(1)計画参加過程に関する行政の担当者への配票調査を2回に分けて(2001年度および2003年度)実施、(2)管理運営面については再開発ビル管理団体に配票調査を実施(2003年度)、(3)計画参加過程および管理運営に関して行政担当者、管理団体、権利者、計画の実務担当のコンサルタントへの聞き取り調査、(4)空間の形態と利用実態についての現地観察調査。この結果、以下の点が明らかになった。196事例のサンプルを得て分析した結果、公開的空地の形態としては歩道状空地をほとんどの事例が有すが、3割は広場型の空地も有す。比較的公共団体等公的施行主体の方が公開的空地を地区の魅力として積極的に位置づけるが、民間施行主体においては規定に縦う受身的位置づけである。計画過程において権利者には公開的空地の意味や役割について説明がなされるが、権利者からの関心は少なく(25%程度)、さらに周辺住民からの関心は少ない(15%程度)。公開的空地の管理団体は管理業務が中心となるが、利用促進においては管理組合よりも比較的管理会社の方が積極的である。計画過程から後の管理運営まで一貫して公開的空地に気を配る体制がほとんど取られておらず、また公開的空地に関するガイドライン、全体の緑のネットワーク上での位置づけなどが課題として抽出された。管理団体が計画過程から後の管理運営までのタウンマネージメントの一翼を担う組織となる可能性も先駆例に示されており、公開的空地もその戦略の中で位置づけて活用することが課題として挙げられる。1、市街地再開発事業データの整理による公開的空地の類型化と特異例の抽出市街地再開発事業の過去のデータ整理により公開的空地には通路(歩道)型と広場型とに大きく分類されるが、さらに接道広場型、接道通路型、貫入広場型、貫入通路型、団地型、人工広場型、サンクンガーデン型、ピロティ型、植栽型、アトリウム型などの類型化による事例の抽出を行なった。2、類型の典型例と特異例に関する関係者への聞き取り調査の実施とその結果再開発事業における公開的空地の重要性への認識は一般に低い。ただしA調査や地区再生計画など事業を落とし込む前の地区全体のビジョンや計画を戦略的に持っている場合の行政の指導力によって変わる。水辺や緑など歴史性を含み、公開的空地を地域の特色として人を誘引する考え方は、たまたま他事業との関連など偶然性に依拠している場合にみられる。3、再開発事業計画参加プロセスおよび公開的空地への第1次配票調査の分析結果1995年以降に事業完了した市街地再開発事業を対象に配票調査を実施した。110都市163事例に調査票を配り、そのうち回答のあった第1種市街地再開発事業135事例についての分析を行った。その結果の概略は以下の通りである:(1)公開的空地はおよそ8、9割ほどで設けられているが、地域全体のオープンスペース計画のガイドラインがあるのは2割程度となり、地方公共団体施行の場合に比較的多い。(2)公開的空地の面積は事業敷地の規模によるが、50m^2から2万m^2までの開きがある(およそ8割は1500m^2以内)。その形状は通路型が多く、広場型はその1/3ほどである。

(3)公開的空地の位置、形状の決定にリーダーシップをとるのは「行政」(62%)が多く、施行者、コンサルタント、建築設計業はその半数に満たない。権利者からの公開的空地に対する関心は弱く(27%)、さらに周辺住民からの関心は極めて少ない(14%)。今年度は市街地再開発事業の事例について以下の点について調査、分析を行った。(1)公開的空地の実態に関する調査前年度のアンケート調査による事例135事例のうち10数例を抽出して、現地において観察調査を実施した。その結果、公開的空地が生かされるかどうかは(1)規模、(2)形状も要因としては大きいが、単にそれのみならず(3)公開的空地と隣接する再開発建物の内部空間との境界、(4)接する周辺の空間との関係(動線や機能的つながり)の文脈によって大きく異なる実態が把握された。(2)公開的空地の管理・運用に関する調査135事例の中から管理・運用に関する聞き取り調査を10数例の抽出した事例について行った。その結果、管理会社・団体はほとんど公開的空地について利用を積極的に図るという考えは持っておらず、ホームレスの居座り、違法自転車駐輪問題などに対する防御の姿勢が強く出ている。実際には管理会社・団体から下請けの警備や清掃担当団体が対応していることから形式的となり、公開的空地に対する意識は総体として低くなる。また、これら公開的空地の利用について周辺住民に情報を公開し、利用者の参加を促すような方策は行われておらず、地域の活性化の中にも位置づけられていない場合が多かった。ただし、特別にキャナルシティ福岡の事例においては公開的空地自体が施設のアメニティ、集客の魅力となっており、公開的空地の利用についても商業的マネージメントが施されていた。また仙台の事例においては市全体でのイベントにおいてこれら公開的空地が舞台となって活用され、都市の景観やアメニティ面での施策の中に位置づいている点に方向性が見出された。(1)市街地再開発事業による公開的空地の管理運営に関するアンケート調査市街地再開発事業の1995年以降に完了した地区のビル管理者に対して管理運営に関するアンケート調査を実施した。257団体に発送し、110団体より回答を得た。その結果、積極的に地域の都市空間の快適性や景観面、および活性化のために公開的空地を活用している例から、まったく意識していない例まで、異なるパタンが見出された。それは事業地区の位置(商店街か住宅地か駅前かなど)、保留床の用途(住宅、大型店、オフィスなど)、および管理形態(組合、管理会社等)によって異なる関係性も見られた。(2)市街地再開発事業による公開的空地の計画過程に関する補足調査市街地再開発事業の構想段階からの公開的空地の計画過程に関するアンケート調査を自治体担当者に実施した前回の1995年以降2002年3月まで完了の135事例に加えて、残りの2004年3月まで完了地区を有する59団体にアンケート調査を実施し39団体から回答を得て、計画過程に関する最近の動向を明らかにした。(3)市街地再開発事業による公開的空地の事例調査特色のある市街地再開発事業の事例について、管理者へのヒアリングと現地調査を実施した。その結果、実際に十分に活用されていない公開的空地が少なくない実態が明らかになった。また管理運営面においても管理組織はビルの管理、駐車場の管理が中心であり、公開的空地に関しては行政の指導によって、補助金のために加えたというような意識の管理者も少なくない。
近世成立の南朝関係の史書に関する文献学的・史料論的研究

近世成立の南朝関係の史書について、伝本調査を踏まえ、その特徴や影響関係、またこれをめぐる人的交流について検討した。具体的には、『北畠准后伝』と神戸能房編『伊勢記』との関係について検討し、『北畠准后伝』も能房の作であり、その内容は作者能房のアイデンティティ意識を強く反映していることを明らかにした。また、『南朝編年記略』・『南朝皇胤紹運録』の著者・津久井尚重をめぐる人物関係について検討し、尚重の学問の基盤には京都の有職学があったことを明らかにした。本研究は、近世に成立した南朝関係の史書について、その成立と流通、またこれをめぐる知識人の交流の一端を解明することを目的とする。その前提として、本年度は、近世後期に成立又は流通した『南朝公卿補任』・『南朝編年記略』・『南朝皇胤紹運録』の伝本および流通状況の基礎的調査を計画し、下記の通りに遂行した。第一に、上記三書について、諸所に蔵される写本を閲覧した上で、複写物又はデジタル画像を入手し、伝本調査を行った。その結果、これらの文献は、複数系統の伝本が存在し、それぞれ内容的に重要な相違があることが確認でき、さらに、その原態について、おおよその見通しを立てることができた。ただし、原態を残すと考えられる伝本は未だ確認できていないため、さらに調査を継続する必要がある。第二に、上記文献の成立圏および流通圏と、これに関する知識人の交流について、津久井尚重、藤原貞幹、塙保己一、立原翠軒、柴野栗山、高山彦九郎らの著述・書翰等を調査し、その内容について検討を行った。その結果、これらの文献の成立圏、およびその原拠資料の流通圏として、近世中期の京都文壇が想定されるとの見通しを立てることができた。これについては、大阪大学古代中世文学研究会(平成23年3月26日)にて、「津久井尚重の研学と交流-近世後期における南朝史享受の一様相-」と題し、現時点での調査結果を報告した。第三に、上記文献と共通する特徴を持つ『北畠准后伝』、神戸能房編『伊勢記』等について、その内容を調査することにより、上記諸書に共通する知的資源の流通の様相について、実態の解明を試みた。津久井尚重『南朝編年記略』・『南朝皇胤紹運録』や、同時期に流布した『南朝公卿補任』、またこれと共通する特異な記事をもつ柳源紀光『続史愚抄』を中心に、近世に成立した南朝関係の史書について、諸所に蔵される写本の調査を行い、これら南朝関係の史書の伝本・資料源・成立・影響関係、またこれをめぐる人物関係について検討を行った。まず、上記の諸書には神戸能房編『伊勢記』と共通する特異な記事があり、それらの記事は『北畠准后伝』にも共通することに注目し、『北畠准后伝』の成立と作者について、『伊勢記』と比較して検討した。その結果、『北畠准后伝』は『伊勢記』と同じく神戸能房の作である蓋然性が極めて高いことが明らかになった。これについては、拙稿「『北畠准后伝』と神戸能房編『伊勢記』」(『語文』第97輯,2011年12月)を発表し、研究成果を公表した。また、『南朝編年記略』・『南朝皇胤紹運録』の内容について検討する前提として、第一に、その作者である津久井尚重をめぐる人物関係を検討し、尚重が京都の有職学者らと密接な関係をもっていたことを明らかにし、上記両書の成立の背景には京都の有職学者たちの人的交流があったと推定した。これについては、拙稿「津久井尚重の研学と交流-附・名古屋市蓬左文庫蔵『講席余話井抄出』所収学統図翻刻-」(『詞林』第50号,2011年10月)を発表し、研究成果を公表した。第二に、『南朝編年記略』・『南朝皇胤紹運録』が水戸藩の『大日本史』を引用していることに注目し、近世中期における『大日本史』の流布状況と伝本の性格について検討することにより、尚重が引用した『大日本史』の伝本の性格について、おおよその見通しを立てた。これについては「津久井尚重『南朝編年記略』における『大日本史』利用の前提」と題し、大阪大学古代中世文学研究会(2012年3月)にて中間的報告を行った。
ラットを用いた自発運動量の個体差を規定する脳内神経システムの解明

本研究では、自発運動量を規定する脳内因子を探索することを目的として、ラットモデルを用いたいくつかの実験的検討が行われた。その結果、日常的な自発運動量と脳内モノアミン量の関係性が明らかとなり、特に神経薬理学的検討によって脳内のセロトニン量が増加すると自発運動量の低下につながる可能性が示された。さらに、このセロトニン量と自発運動量の関連性は遺伝子発現変動の解析によっても確認された。本研究の成果は、自発運動量の増加に向けた生物学的施策を展開する上で非常に重要な知見となったと考えられる。日常的な自発運動量が少ないことは、様々な健康を阻害する因子と関連性が高いことが示唆されており、自発運動量増加は心身の健康増進のキーポイントであると考えられる。近年、ラットなどの動物においても自発運動量には個体差がみられることがわかり、自発運動量を規定する因子の探索が試みられている。その結果として、いくつかの脳内神経システムの関与が示唆されているが、その差を生み出す決定的なメカニズムは未だ明確なものとなっていない。そこで、本研究では日常的な自発運動量の異なるラットを用い、自発運動量に影響を及ぼす脳内神経システム、特に関連する遺伝子やタンパク質、神経伝達物質を網羅的に解明することを目的として計画され、本年度は特に脳内神経伝達物質量と自発運動量の関係の解明が行われた。我々は、同系統のラットにおいても日常的な自発運動量には大きな個体差があり、1日の運動量の平均値+0.5標準偏差以上の走行量を示す個体を高活動群、平均値ー0.5標準偏差を下回る群を低活動群としてスクリーニング方法を確立した。このモデルを用いた一連の研究の結果、日常的な自発運動量の多い高活動群では低活動群に比べ、脳内のドーパミン濃度が有意に高いこと、また低活動群では高活動群よりも脳内のセロトニン分泌量が有意に高いことを明らかにした。このことから、日常的な運動量の個体差は、運動によるドーパミンやセロトニンなどの神経伝達放出量のバランスに影響される可能性が示された。この結果は、日常的な自発運動量を規定する脳内メカニズムを解明するための重要な基盤となるものであると考えられる。日常的な自発運動量が少ないことは、様々な健康阻害因子と同様に健康寿命を短縮させるリスクファクターである。そのため、日常的な自発運動量の増加や運動習慣の形成は心身の健康増進のキーポイントである。我々は、この問題を解消するための生物学的基盤を作成することを目指し、ラットモデルを用いた実験的検討を行ってきた。ラットなどのげっ歯類をランニングホイールのついた自発運動可能な環境で飼育するとその走行量に大きな個体差が認められる。我々は、子の個体差を基に、日常的な自発運動量の異なる動物モデルをスクリーニングし、自発運動量を規定する脳内因子を探索した。その結果、日常的な自発運動量の多い高活動ラットにおいては、低活動ラットと比較して、脳内の複数の部位においてドーパミン量が有意に高い値を示すことがわかった。一方で、低活動ラットにおいては、高活動ラットよりも有意に脳内のセロトニン量が多いことも明らかとなった。これらの結果から、自発運動量を低下させる要因として、ドーパミン量とセロトニン量のバランス、特にセロトニン神経系の役割が重要な役割を果たしている可能性が示された。そこで、我々は、神経薬理学的手法を用いて、脳内セロトニン量を増加させた場合、自発運動量の低下が認められるかどうかについて検討を行った。セロトニン量を増加させるセロトニン前駆体を高活動ラットの腹腔内に投与し、その自発運動量の変化を調査した結果、ラットの活動期である暗期の運動量がセロトニン前駆体投与によって有意に減少していた。また、マイクロアレイによる遺伝子発現変動解析によって、多数の関連遺伝子の変動が観察された。これらの結果から、日常的な自発運動量はセロトニン神経系によって調整されている可能性が示された。本研究の結果は、日常的な自発運動量の増加を考慮する上で非常に重要なデータとなると考えられる。行動生理学本研究は、自発運動量の個体差を規定する脳内神経機構を解明することを目指したものであり、2年間の研究計画の中で、それに関与する脳内遺伝子発現変動と神経伝達物質量を明らかにするものである。本年度は、神経伝達物質量の注目して行われたものであり、全体計画のおよそ半分が終了したこととなるため、時期的に考えても順調な進度であると言える。今年度は、日常的な自発運動量の個体差には脳内のセロトニンやドーパミンなどのバランスが重要な要素であることを明らかにし、研究の大きな一歩を刻んだ。

今後のステップとしては、この基盤となる遺伝子発現変動やタンパク質発現を明らかにし、詳細なメカニズムを検討するとともに、これらの脳内因子の変化がもたらす生理学的、行動学的影響を解明し、自発運度量の個体差がもたらす健康影響の解明を目指していく。これらの建久結果を基に、日常的な運動習慣者の増加に向けた生理学的提言を確立していきたいと考えている。
メモリ一貫性モデルを考慮したプログラム検証の統一理論の構築とその検査器の実装

メモリ一貫性モデルを考慮したモデル検査を高速に実行可能にするプログラム中の全スレッドに対して定義される性質datarace freedomをスレッドのサブセットに対する概念に拡張することでlocal data race freedomという性質を提唱した。この性質は、メモリ一貫性モデルを考慮したプログラム検証において特徴的なプログラムであるIndependent Reads Independent Writes (IRIW)や、全てのミューテータがdatarace freeなプログラムであることを仮定した場合、ミューテータたちとコレクタからなる並行コピーガベージコレクションのモデルが満たす性質の一つである。また、local data race freedomを利用したモデル検査の状態数削減手法、memory sharing optimizationを提唱した。この最適化を、IRIWと昨年度に開発を開始したモデル検査器VeriDAGに実装し、本研究課題で継続的に開発しているMcSPINの評価のための実験に使用した並行コピーガベージコレクションのモデルを使用して実験をおこない、その有効性を確認した。これらすべてに関する内容を記載した論文を執筆し、The 23rd International SPIN Symposiumに採択された。モデル検査器VeriDAGと実験に使用したモデルすべてを公開した。本研究課題で網羅的に調査した国内外の研究内容と自身の研究成果について、産業技術総合研究所関西センターでメモリ一貫性モデルを考慮したプログラム検証に関するチュートリアル的な依頼講演をおこなった。メモリ一貫性モデルを考慮することで行える、状態の統合による状態爆発の回避に関する論文を執筆・投稿し、国際会議The 2nd International Symposium on Dependable Software Engineering: Theories, Tools and Applicationsに採択された。また、Xu博士(澳門大学)の提案した(メモリ一貫性モデルを考慮していない)並行プログラム論理を拡張することでメモリ一貫性モデルを考慮した新しい並行プログラム論理を構築した。このプログラム論理は(申請者の知る限り)既存の全ての並行プログラム論理が扱うことができない(non-)multiple-copy-atomicityについてパラメタライズされており、既存のプログラム論理で扱うことが容易でないことが知られている並行プログラムIndependent Reads Independent Writesの検証を行うことに成功した。このプログラム論理に関する論文を投稿し、Journal of Information Processingと国際会議The 14th Asian Symposium on Programming Languages and Systemsにそれぞれ採択された。また、共同研究を行っている鵜川博士・松元氏(高知工科大学)とメモリ一貫性モデルを考慮するSPINライブラリの開発に関する論文を投稿し、FOSE'16に採択された。また、国産並列プログラミング言語XcalableMPの仕様について、申請者が執筆したAppendix E (pages 147--152)が2017年1月12日に行われたXcalableMPの仕様策定の規格部会で承認され、Version 1.3から採用されることに決定した。研究計画に記載したもののうち、non-multiple-copy-atomicityを扱うことができるプログラム論理の構築・論文投稿・採択と、本研究課題において提案するもののXcalableMP仕様書への反映を完了しているため、おおむね順調に進展していると言える。メモリ一貫性モデルを考慮したモデル検査における状態爆発問題に対し、リオーダリングされる命令の制御という解決手法の提案を行い、それを開発しているモデル検査器McSPINに実装し、評価を行った。それらに関して執筆した論文は、国際会議9th Working Conference on Verified Software: Theories, Tools, and Experimentsに採択された。Garbage Collectionの代表的な教科書であるJones et al.「The Garbage Collection Handbook」に載っている並行GCをMcSPINで検査し、知られていないバグ2つを発見し、それに関する論文が国際会議The 32nd OOPSLAに採択された。平成28年度に構築したプログラム論理においてもプログラムの表現として利用されているdirected acyclic graphを検査するモデル検査器VeriDAGを開発し、これに関する論文がThe 13th Haifa Verification Conferenceに採択された。メモリ一貫性モデルを考慮したモデル検査器SPIN用のライブラリに関する、共同研究をしている松元稿如氏・鵜川始陽博士との共著論文がJournal of Information Processingに採択された。研究計画に記載したもののうち、既存のGCの検査を行い、知られていなかったバグの発見を完了しているため、おおむね順調に進展していると言える。構築したプログラム論理で使用しているデータ構造を基にモデル検査器をブラッシュアップし、さらなる実用化を目指す。

研究計画に記載したものの残りである、さらにより大きな並列分散アルゴリズムへの適用のための状態数の削減、特に、考慮・検査すべきミューテータ数の削減による方法に関する論文の執筆を行う。当初、予定していた旅費の本科研費から支出を学校費による支出に変更し、また、計算機の学校費による購入を本科研費に変更したため、次年度使用額にわずかな差が増分として現れた。本年度は研究成果の発表を控えており旅費を多く使用するため、それに充てる予定である。
自由エネルギー地形計算に基づく蛋白質のモデル構造データベースの構築と応用

ゲノム情報から対応する蛋白質の立体構造情報を抽出し、その立体構造に基づく生化学的機能の理解が求められている。蛋白質ファミリー代表の立体構造から、相同性の低い部位やフレキシブルな部位の立体構造モデリングを行うことは、本質的に困難である。本研究の研究代表者である中村らによって最近開発された、構造サンプリングによる分子構造の自由エネルギー地形を描く新しいシミュレーション手法によって、これら部分構造の信頼性の高いモデルを作成することが目的である。一方、分子表面の形状と物性の見地から蛋白質の分類・整理することにより、蛋白質の構造と分子機能への関連付けをすることが、もう一つの目的である。構造サンプリングによる演繹的なモデリング手法の開発を進めた。計算結果を大きく左右するポテンシャル関数に対して、ペプチドフラグメントに対する実験との対比を行い、力場の有効性を考察するとともに、ab initio量子化学計算による補正手法を提案した。その結果、10残基程度の長いペプチド・フラグメントに対し、実験と一致する自由エネルギー地形を描くことができた。構造サンプリングによる演繹的なモデリング手法は、リガンド結合によって構造変化を起こす場合に対しても有効であることが確認できた。一方、蛋白質の分子表面電位、疎水性・親水性等にも対応づけられた表面形状をカラーで図示し、electrostatic-surface of Functional site(eF-site)と呼ぶデータベースを作成し、インターネット上で公開した。描かれたeF-siteの表面図形を客観的に識別し、表面の分類を行うため、分子表面の高速識別手法として、グラフ理論を基にしたクリーク探索手法用いて解析する手法を開発し、同一の抗原に結合する抗体の識別や、セリン・プロテアーゼの活性部位を異なるフォールド上で認識できることができた。
高性能レジンコンクリートの開発とその構造設計法に関する研究

建設材料への要求性能の多様化、高機能化に対処する目的で、高分子材料を結合材としたレジンコンクリート(REC)の物性とさらなる高性能化について検討すると共に、RECの物性に立脚した構造設計の方法について検討した結果、以下のような成果が得られた。1)不飽和ポリエステル樹脂(UP)を用いたRECの高強度に加えて非磁性の特性利用と靱性向上の目的で、アラミド短繊維の混入による強度ならびに曲げ変形特性を求め、施工性とともに検討した。その結果、繊維の最適混入量および最適長さは強度に対するものと靱性に対するものとで異なること、さらに靱性の向上に対する効果を鋼繊維補強の場合と比較検討し、効果的なアラミド短繊維補強についての結論を得た。2)結合材としてUPおよびエポキシ樹脂(EP)を用いたRECを選び、樹脂量を変えた配合を対象として、RECの動弾性係数ならびに対数減衰率の温度依存性について検討し、熱変形温度がRECの対数減衰率の測定から求められること、またRECの熱変形温度がその配合によらず使用樹脂の熱変形温度の値からも推定できることを明らかにした。3)高性能レジンコンクリートの構造利用に関しては、高い曲げ強度を利用するI種部材においても靱性確保の上から補強材が利用されるが、高強度の鋼材を用い補強材量ならびに補強材本数を変化させてこの補強材に導入されるRECの硬化収縮ひずみによる応力とその経時変化を求め、さらにRECの初期物性の変化状況とともに検討した。また、補強されたはりの経時的な曲げ試験をもとに、補強材量と拘束に伴う強度低下の計測結果ならびにキュアの効果を含めた拘束応力の経時変化との関係についての検討より、補強材の影響についての設計上での取扱いについては、短期と長期に区分して考えるという方向性を得た。1)高性能レジンコンクリートの開発については、不飽和ポリエステル樹脂を用いたレジンコンクリートの高強度に加えて非磁性の特性を利用し、かつその靭性を向上させるために、長さの異なるアラミド短繊維を混入して強度ならびに曲げ変形特性を求め、特に強度ならびに靭性が増大する繊維長さと混入量についてその施工性とともに検討し、最適混入量はミキサータイプによっても異なるが、強度に対する最適寸法ならびに混入量と靭性に対するものとは異なることを含めてそれらに対する効果を求め、さらに靭性の向上に対する効果を鋼繊維補強の場合と比較検討し、レジンコンクリートにたいする効果的なアラミド短繊維補強についての結論を得た。2)高性能レジンコンクリートの構造利用に関しては、高い圧縮強度を利用するII種部材のみならず、高い曲げ強度を利用するI種部材においても靭性確保の上から補強材が利用されるが、高強度の鋼材を用い補強材量ならびに補強材本数を変化させてこの補強材に導入されるレジンコンクリートの硬化収縮ひずみによる応力とその経時変化を求め、さらにレジンコンクリートの初期物性の変化状況とともに検討した。また、補強されたはりの曲げ試験をもとに補強材量ならびに本数とこの種の拘束に伴う強度低下との関係についての計測結果より、補強材の存在の負の影響についての設計上での考慮についてある程度の結論を得た。1)高性能レジンコンクリートの開発については、結合材として3種の不飽和ポリエステル樹脂および2種のエポキシ樹脂を用いたレジンコンクリート(REC)を選び、樹脂量を変えた3種類の配合を対象として、RECの動弾性係数ならびに対数減衰率の温度依存性について検討し、これらの変形特性が急激に変化する温度であるところの熱変形温度がRECの対数減衰率の測定から求められること、またRECの熱変形温度がその配合によらず使用樹脂の熱変形温度の値からも推定できることを明らかにし、所要の熱特性を持つRECの開発に明確な方向性を与えた。

2)高性能レジンコンクリートの構造利用に関しては、高い圧縮強度を利用するII種部材のみならず、高い曲げ強度を利用するI種部材においても靱性確保の上から補強材が利用されるが、昨年度に引き続き高強度の鋼材を用いて補強材量を変化させてこの補強材に導入されるレジンコンクリートの硬化収縮ひずみによる応力とその経時変化を求め、さらにレジンコンクリートの初期物性の変化状況とともに検討した。また、補強されたはりの経時的な曲げ試験をもとに、補強材量と拘束に伴う強度低下の計測結果ならびにキュアの効果を含めた拘束応力の経時変化との関係について検討より、補強材の影響についての設計上での取扱いについては、短期と長期に区分して考えるという方向性を得ることができた。
ヒメヤシャブシ及びオオバヤシャブシ林分の花粉を含む純生産量と再生産機構の研究

乾性遷移の先駆樹種で、空中窒素固定を行うハンノキ属2種の群落について純生産量及び花芽から種子に至る各段階での生殖器官部分の個数を明らかにして、高木林との生産量の違いや結実戦略を検討した。調査したのは滋賀県土山町のオオバヤシャブシ幼齢群落Sと同県野洲町のヒメヤシャブシ低木群落Pである。1987年と1988年の1ha当たりの地上部純生産量はSが21t、Pが平均12tであった。Sは閉鎖直後で葉現存量が極大に達した段階にあり、これを反映して生産量が大きくなったものである。S及びPの純生量は有機質土壌に成立する高木の落葉樹林の値よりかなり大きく、またSとPに差はなかった。さらに種子では生殖器官の内の10%程度であった。微小で風媒種子をもつ両樹種の、種子への同化産物配分が少なくてすむことは、土地条件の悪い場所に生育するために都合の良い結実戦略といえよう。今回の23年の調査では種子生産の豊凶が小さかった。このためかSとPの生殖器官各部の個数の推移には豊凶差がはっきりしなかった。Sでは種子1個形成するのに50万個の花粉粒が必要であったのに対し、Pで2千万個ですんでいる。成熟球果1個に対する花粉粒はSで1億個、Pで2千万個となり、両樹種の群落に5倍の違いがみられた。花芽形成時の雄花は雌花に対してSで4倍、Pが1倍、これが開花または成熟時で比べると10倍と1倍になった。これはSでは落果率が7080%と高いのが原因で、これは幼齢のせいだと考えた。Pでは1987年の開花期に降雨日が続き、このために落果率が45%に達した。両樹種の雄花や雌花芽の個数比の違いや、1種子及び1球果を形成するのに必要とした花粉粒数の違いは、両樹種の雄花・雌花の構造と関係があり、樹種差といえる。滋賀県野洲町のヒメヤシャブシ低木林P,同県土山町のオオバヤシャブシ幼齢林【S_Y】及び壮齢林【S_M】において調査区を設定し、幹枝葉と生殖器官各部分の現存量及び生産量を伐木法(【S_M】除く)とトラップ法で調査を開始した。先駆樹種である両樹種の葉現存量は極相林の値と一致し、また地上部現存量密度は0.55kg/【m^3】で、これも高木林の値の範囲になっている。林分Pでは今年度の花粉をはじめとする生殖器官各部分の生産量(乾重と個数)を測定して、乾物生産量の分配及び開花から種子形成までの再生産初期過程について考察した。開花時に大気中に放出される花粉量は、開花直前の雄花序にふくまれる花粉量とトラップ法による林分1haあたりの開花雄花数とをかけて推定した。ヒメヤシャブシ雄花序1個にふくまれる花粉量を6本の樹木について調査したところ、樹木によって約55%の差が認められた。その平均は100.7mg,1.767x【10^7】粒である。

林分Pの1986年の生殖器官生産量は420kg(dry weight)/ha・yr(100%)で、部分別の乾物分配は次のとおりとなった。開花雄花106kg/ha・yr(25%),花粉121(29),未開花雄花6.63(1.6),成熟果穂(空の)124(29),種子61.7(15),未熟果穂0.73(0.17);雄性234(56),雌性186(44)。形成された雄花芽数のうち16%が開花せず、雌花序も12%が落果した。林分の花粉粒生産数は2.12×【10^(13)】/ha・yr,成熟果穂9.48×10,種子9.77×【10^7】であった。種子に対する花粉粒の生産数の比は2.2×【10^5】であり、この値は他のヒメヤシャブシ林やハンノキ林における比に大略等しい。果穂に対する花粉粒の比(2.2×【10^7】)も他のヒメヤシャブシ林のそれに一致した。来年度は今年度と同じ調査を行い、各器官部分の生産量及び再生産初期過程を明らかにし、また積上げ法による花粉をふくめた地上部純生産量を求める。乾性地の先駆種であるハンノキ属2種の林の乾物生産及び花芽から種子に至るまでの生殖器官各部分の数的関係を解析した.滋賀県野洲町のヒメヤシャブシ低木林Pと間県土山町のオオバマシャブシ幼齢林Syで,前年度と同じ9月下旬に伐木調査,毎木調査,枯死量調査などを行い,物質収支表を作成し,地上部の純生産量を推定した. P林の純生産量は15t/ha・y, Sy林は21t/ha・yであった.この地域の森林の値は,根を含めて18t/ha・y前後であることから,本調査の表層土を欠く立地条件の林分の数字としては,若い林であることを差し引いても,著しく大きいといえよう.この純生産量のうちで現存量増加量にまわるのはP林が49%, Sy林が65%で,この両林の差は林の発達程度の違いに起因している. P林は林齢14年生と若いが,この木の寿命から考えればかなり成熟した林といえるからだ.一方,オオバヤシャブシは高木林を形成する.生殖器官の純生産量はP林が0.47t/ha・y, Sy林が1.27t/ha・yで,これらの値自体はかなり大きいが,林の純生産量が多いので,割合では3%と6%にすぎなかった.生殖器官の値のうち,雄性がしめる割合が高くてP林69%, Sy林86%になる.両樹種は微小種子で風力散布であることに関係がありそうだ.しかし1987年は雌花序の落下率が高いことも大きな原因である.この落下率はP林43%, Sy林68%にも達した. P林について1987年と前年の値を列記すると,花粉粒2.5×10^<13>と2.1×10^<13>,雌花序1.4×10^6と1.1×10^6,種子8.4×10^9と9.8×10^9であった.故に,雌花序1個に対して形成された花粉粒数は,両年に等しかったにもかかわらず1987年の種子生産数が少いのは受粉受精率の低下が主因で,開花期の雨天続きを考えた.来年度も本年度と同じ調査を行って, 1988年の純生産量を求めて2か年の違いを考察する.オオバヤシャブシは他に壮齢と老齢の林において生殖器官生産量をトラップ方で測定している.乾性遷移の先駆樹種であるオオバヤシャブシ幼齢群落S(滋賀県土山町)及びヒメヤシャブシ低木群落P(同県野洲町)について、地上部の純生産量、花芽から種子に至る各段階での生殖器官各部の個数の推移を解析した。両群落では前年度と同じく9月下旬に伐木調査、毎木調査及び枯死量調査を行い、またリターフォール調査と花粉生産量調査による資料を用いて1988年の物質収支表を作成した。Sの地上部純生産量は19.4t/ha・yr、Pのそれは8.52t/ha・yrと推定した。Sは前年度の値に一致したが、Pの方は約半分に減少した。このPはアロメトリーの決定に問題を残しているので、結局2か年平均が12t/ha・yrと考えた。これらの値は有機質を欠く未熟土にある群落が光合成により固定したものとしては驚愕に価する。生殖器官生産量は0.6t/ha・yr程度で、地上部全体の5%に相当し、さらに種子は0.05%程度であった。土地条件の極端に悪い所に成立する群落において同化物質から再生産部分への配分が少いことは、植生遷移で生駆種となるのに有利と判断した。
カテコールアミン分泌に関与する副腎髄質細胞内カルシウムストアの性質

申請者らは、1984年にネコの潅流副腎を用い、ムスカリン受容体刺激によるカテコールアミン分泌は、細胞内に貯蔵されたカルシウム(Ca^<2+>)によって発現することを初めて提唱した。その後モルモット潅流副腎でもネコと同様の結果が得られることから、ムスカリン受容体にリンクした細胞内Ca^<2+>ストアは、種を問わず副腎髄質細胞に普遍的に存在することが示唆された。平成3年度は、ネコとモルモットの潅流副腎とモルモットの副腎髄質分離細胞及びウシ副腎髄質培養細胞を用いて、ムスカリン感受性以外のCa^<2+>ストアの存在の可能性を調べるために、カフェインによるカテコールアミン分泌とCa^<2+>濃度の変化について検討した。その結果、1)これら副腎髄質細胞にもカフェインに感受性を持つCa^<2+>貯蔵部位(ストア)が存在し、カフェインはこのストアからCa^<2+>を動員してカテコールアミン放出を起こすこと、2)細胞外のCa^<2+>とMg^<2+>、特にモルモットとウシではNa^+もカフェインの作用に抑制的に働くこと、3)リアノジンはカフェインによるカテコールアミンとCa^<2+>放出を完全に遮断するが、ムスカリン受容体刺激効果は一部抑制されるに過ぎないことを明らかにした。次いで平成4年度は、4)先ずウシ副腎髄質細胞内小器官に対する_<45>Ca^<2+>の取り込み能を調べ、小胞体(endoplasmic retlculum)と分泌顆粒が高濃度の_<45>Ca^<2+>を取り込むこと、5)モルモット潅流副腎で、カフェインはcAMPを介さずにアセチルコリン、高濃度KCI及びベラトリジン適用によるカテコールアミン放出を抑制することを見いだした。6)またホールセルパッチクランプ下の髄質細胞で、ニコチン電流と電位依存性のNa^+、K^+及びCa^<2+>電流が記録されること、7)これら電流及びアセチルコリンによる細胞内Ca^<2+>濃度の上昇は、共にカフェインによって可逆的に抑制されることを明らかにした。今後は、ムスカリン刺激をCa^<2+>ストアに伝達する細胞内機構の解明が急務である。甲請者からは、1984年にネコの副腎随質細胞を用い、ムスカリン受溶体刺激によるカテコ-ルアミン分泌は、細胞内に蓄蔵されたカルシウム(Ca^<2+>)によって発現することを初めて提唱した。その後モルモット潅流副腎でもネコと同様の結果が得られることから、ムスカリン受溶体にリンクした細胞内Ca^<2+>ストアは、種を問わず副腎随質細胞に普遍的に存在するものである可能性が考えられた。最近、平滑筋細胞でムスカリン受溶体刺激はイノシト-ル1,4,5ー三燐酸(IP_3)の産生を促し、これがメデイエ-タとなって細胞内ストアからCa^<2+>を放出させて収縮を起こすことが明らかとなってきた。

一方カフェインは骨格筋や平滑筋において、Ca^<2+>誘発性Ca^<2+>放出機構を刺激して筋小胞体からCa^<2+>を放出させることが知られている。更にこのCa^<2+>誘発性Ca^<2+>放出は、アルカロイドであるリアノジンによって特異的にブロックされることが報告されている。それ故平成3年度は,ネコとモルモットの潅流副腎とモルモットの副腎随質分離細胞及びウシ副腎随質培養細胞を用いて、カフェンによるカテコ-ルアミン分泌とCa^<2+>濃度の変化について検討し、1)これら副腎随質細胞にもカフェインに感受性を持つCa^<2+>貯蓄部位(ストア)が存在すること、2)カフェインはこのストアからCa^<2+>を動員してカテコ-ルアミン放出を起こすこと、3)細胞外のCa^<2+>とMg^<2+>、特にモルモットとウシではNa^+もこのカフェインの作用に抑制的に働くこと、4)リアノジンはカフェインによるカテコ-ルアミンとCa^<2+>の放出を完全に遮断するが、ムスカリン受容体刺激効果は一部抑制されるに過ぎないことを明らかにした。今後はカフェインとムスカリン受容体刺激に感受性のある細胞内Ca^<2+>ストアが、どの様な細胞下器官であるのか、それらがどの様な細胞内機構で機能を開始するのかなどを調べ、細胞内Ca^<2+>ストアの生理的な意義を解明する積もりである。申請者らは前年度、カフェインによるカテコールアミン分泌とCa^<2+>濃度の変化について検討し、1)副腎髄質細胞にカフェインに感受性を持つCa^<2+>貯蔵部位(ストア)が存在する、2)カフェインはこのストアからCa^<2+>を動員してカテコールアミン放出を起こす、3)細胞外のCa^<2+>、Mg^<2+>及びNa^+はこのカフェインの作用に抑制的に働くことを見いだした。しかし、副腎髄質細胞内Ca^<2+>ストアの種類や性質など、その実態は全く不明である。それ故、本年度はCa^<2+>ストアになり得る副腎髄質細胞内小器官の特定、これらに対するカフェインまたはムスカリンの感受性、及びストアからのCa^<2+>放出に対する細胞外イオンの制御様式、更にカフェインと伝達物質によるカテコールアミン放出に関する相互作用について検討した。1)先ずウシ副腎髄質組織をホモジナイズし、各細胞内小器官に対する^<45>Ca^<2+>の取り込み能を調べた結果、小胞体(endoplasmic reticulum)と分泌顆粒が高濃度の^<45>Ca^<2+>を取り込むことを見いだした。2)取り込みは、高Cl^-下では両者同程度であったが、低Cl^-下(生理的環境に近い)では小胞体が分泌顆粒の約2倍に増加した。現在カフェインとムスカリンがこれらストアに作用する条件を検討中である。3)モルモット潅流副腎を用い、アセチルコリン、高濃度KC1及びベラトリジン適用によるカテコールアミン放出がカフェインで抑制されることを見いだした。透過性CAMPやホルスコリンにはカフェインと類似の抑制作用はなかった。4)ホールセルパッチクランプ下の単一分離髄質細胞に、アセチルコリンと脱分極パルスを与えたところ、ニコチン電流と電位依存性のNa^+、K^+及びCa^<2+>電流が記録された。5)これら電流は何れもカフェインの細胞外適用によって可逆的に抑制された。6)カルシウム蛍光指示薬のFura2を細胞内に負荷し、アセチルコリンを適用したところCa^<2+>濃度の上昇が見られた。