hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ストリゴラクトンシグナル伝達経路で働くＤ１４タンパク質の組織間輸送

プロテオーム解析により、ストリゴラクトン受容体であるDWARF14 (D14)タンパク質がイネやシロイヌナズナの師管液から検出されることが報告されたことから、D14タンパク質が師管輸送されて腋芽伸長を抑制するという仮説を建て、解析を行っている。昨年度までに、D14タンパク質が師管を通り腋芽へ輸送されることを示した。また、D14輸送が腋芽伸長に影響を与えることを示唆する結果を得た。そこで前年度は、D14輸送による腋芽伸長抑制の確認を目標としていた。D14輸送による腋芽伸長抑制を確認するため、適当な系を確立した。この系を用いて、細胞間を輸送されるD14:GFP融合タンパク質と輸送されないD14:3xGFP融合タンパク質をそれぞれd14変異体に導入した系統を比較することによって、D14輸送が腋芽伸長を制御することを示す結果が得られた。また、D14輸送による腋芽伸長制御の適応的意義を明らかにするために、環境応答との関係を検証した。トランスクリプトーム解析の結果から、D14は光や糖に応答して発現が抑制されることが報告されていたことから、D14:3xGFP融合タンパク質をd14変異体に導入した系統を光量を変えて栽培し、腋芽伸長の表現型を解析した。その結果、D14の発現量が光によって抑制され、腋芽伸長を制御していることが明らかになったが、少なくとも実験を行った条件ではD14輸送と光量に対する応答との関連は見出すことができなかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。ストリゴラクトンは腋芽伸長を抑制する植物ホルモンとして働く。ストリゴラクトンのシグナル伝達機構は未解明であるが,DWARF14(D14)は受容体候補と考えられている。興味深いことに、D14タンパク質はイネ師管液中に検出された。D14が師管を輸送されている可能性が考えられるが、植物ホルモンの信号伝達に関わるタンパク質が細胞間を輸送される例は知られていない。そこで、D14タンパク質の師管輸送について解析を行った。D14mRNAは維管束と腋芽の葉原基で発現がみられた。それに対して、D14プロモーターでD14:GFP融合タンパク質を発現させた系統では、維管束と葉原基だけでなく、mRNAの発現がみられない腋芽メリステムでもGFP蛍光が観察された。次に、D14:3xGFP融合タンパク質を同じくP14プロモーターで発現させる系統を作出した。D14:3xGFP融合タンパク質は分子量が大きく、細胞間を移行できない。この系統では腋芽メリステムにGFP蛍光がみられなかったことから、腋芽メリステムで観察されたD14:GFP融合タンパク質は、細胞間を移行してきたものであることが確認された。これらの結果から、D14タンパク質は腋芽へ輸送されることが明らかとなった。さらに、D14輸送が腋芽伸長抑制に必要か検証した。dl4変異体にPl4プロモーターでD14:GFP融合タンパク質を発現させると、腋芽伸長が抑制された。また、アクチンプロモーターを用いてD14:3xGFP融合タンパク質を個体全体で発現させると腋芽伸長が抑制されたことから、D14:3xGFP融合タンパク質も機能的であることがわかる。しかし、Pl4プロモーターでD14:3xGFP融合タンパク質を発現させても腋芽伸長が抑制されなかった。このことから、D14が腋芽に輸送されることが腋芽伸長抑制に必要であることが明らかとなった。フロテオーム解析により、ストリゴラクトン受容体であるDWARF14 (D14)タンパク質がイネやシロイヌナズナの師管液から検出されることが報告されたことから、D14タンパク質が師管輸送されて腋芽伸長を抑制しているという仮説を建て、解析を行っている。初年度までに、D14タンパク質が腋芽へ輸送されることを示した。また、D14輸送が腋芽伸長抑制に必要であることを示唆する結果を得た。そこで前年度は,腋芽への輸送が師管を介した長距離輸送であることの検証と、D14輸送による腋芽伸長抑制の確認を目標としていた。師管輸送の検証のために、まず、免疫染色により維管束内でのD14タンパク質局在を観察した。すると、師管内でもシグナルが観察されたことから、D14タンパク質が師管液に含まれることが確認された。次に、イネを用いて、ヒートショックプロモーターによって導入したタンパク質を局所的熱処理により部位特異的に発現させる系を確立し、D14輸送を観察しようと試みた。しかし、コントロールのGFPタンパク質はこの系で誘導されたのに対し、D14タンパク質は誘導がみられなかった。これはD14タンパク質の翻訳や分解による制御のためであると考えられた。また、D14輸送による腋芽伸長抑制を確認するため、適当な系を確立した。初年度までに、細胞間を輸送されるD14 : GFP融合タンパク質と、輸送されないD14:3xGFP融合タンパク質をそれぞれd14変異体に導入した系統を比較することによって、D14輸送が腋芽伸長抑制に必要であることを示唆する結果が得られていた。しかし、個体問のばらつきが大きく、定量的な結果が得られていなかった。

そこで、昨年度は、これらの植物を水耕条件で育て、系統内でばらつきが少なく、表現型が相補された系統とされなかった系統で差が明確になる条件を決定した。プロテオーム解析により、ストリゴラクトン受容体であるDWARF14 (D14)タンパク質がイネやシロイヌナズナの師管液から検出されることが報告されたことから、D14タンパク質が師管輸送されて腋芽伸長を抑制するという仮説を建て、解析を行っている。昨年度までに、D14タンパク質が師管を通り腋芽へ輸送されることを示した。また、D14輸送が腋芽伸長に影響を与えることを示唆する結果を得た。そこで前年度は、D14輸送による腋芽伸長抑制の確認を目標としていた。D14輸送による腋芽伸長抑制を確認するため、適当な系を確立した。この系を用いて、細胞間を輸送されるD14:GFP融合タンパク質と輸送されないD14:3xGFP融合タンパク質をそれぞれd14変異体に導入した系統を比較することによって、D14輸送が腋芽伸長を制御することを示す結果が得られた。また、D14輸送による腋芽伸長制御の適応的意義を明らかにするために、環境応答との関係を検証した。トランスクリプトーム解析の結果から、D14は光や糖に応答して発現が抑制されることが報告されていたことから、D14:3xGFP融合タンパク質をd14変異体に導入した系統を光量を変えて栽培し、腋芽伸長の表現型を解析した。その結果、D14の発現量が光によって抑制され、腋芽伸長を制御していることが明らかになったが、少なくとも実験を行った条件ではD14輸送と光量に対する応答との関連は見出すことができなかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。解析に必要な形質転換植物の作成が予想以上に順調に進んだため、D14輸送による腋芽伸長制御の解析が計画以上に進展した。前年度は、腋芽へのD14輸送が師管を介した長距離輸送であることの検証と、D14輸送による腋芽伸長抑制の再現性の確認を目標としていた。両方とも結論を得るには至らなかったが、進展はあった。D14輸送が師管を介して行われているか検証するために、抗体染色により師管内でのD14タンパク質の検出を試みる。また、シロイヌナズナを用いて接ぎ木実験を行う。さらに、環境によるD14発現制御と分枝の関連を解析する。ヒートショックフロモーターの系を用いて長距離輸送の検証を行う。また、D14輸送による腋芽伸長抑制制御について、定量的なデータを得るための実験を行う。
軟質材料による金属への高精細・高精度転写技術の開発

本研究は金属への新しい凹凸転写技術を開発し,機構解明するものである.現状では貨幣の製造のように凹凸を有する被加工材よりも硬い金型を金属円板に強く押し付けて,金型の凹凸が反転したパターンを金属円板に転写している.本研究では逆に軟質な材料を工具として使用する.軟質材料の表面に設けられた凹凸を金属板に転写する独自技術により,高精細で高精度,安価で早急に大量の同一品質の製品を製造できると期待される.本研究ではより高精細で高精度な転写が行えるようにするため,軟質材料を工具として用いた際の加工条件や転写過程を詳細に分析し,転写機構を明らかにする.本研究は金属への新しい凹凸転写技術を開発し,機構解明するものである.現状では貨幣の製造のように凹凸を有する被加工材よりも硬い金型を金属円板に強く押し付けて,金型の凹凸が反転したパターンを金属円板に転写している.本研究では逆に軟質な材料を工具として使用する.軟質材料の表面に設けられた凹凸を金属板に転写する独自技術により,高精細で高精度,安価で早急に大量の同一品質の製品を製造できると期待される.本研究ではより高精細で高精度な転写が行えるようにするため,軟質材料を工具として用いた際の加工条件や転写過程を詳細に分析し,転写機構を明らかにする.
高精度放射線治療システムを用いたラジオサージャリー実現のための基礎的研究

1.本体ファントムを用いたMR画像の「ゆがみ」の定量化まず、精度の確認のために、MRで人体ファントムを用いて、水平断面、矢状断面、前頭断面で個々の座標を測定し、MR画像の「ゆがみ」を定量化した。画像中心から半径100mm以内では、水平断面、冠状断面、矢状断面のすべてにおいて、T1W1,T2WIともに中心からの位置のずれは固体均一ファントムと同様に2mm以内であった。これを空間軸別に検討すると、ファントムを仰臥位、頭部先行で撮影した場合の左右方向をX軸、頭尾方向をY軸、上下方回をZ軸とした場合X軸とY軸方向では1mm以内のずれであったか、Z軸方向では最大で1.8mmのずれがあった。半径100mm以内では、位置のずれは2mm以内であり、Z軸方向では半径100mmを超えた場合にずれが大きくなる傾向があった。2.放射線治療ネットワークにおける転送実験本研究では、放射治療部門に配備された種々の異なった企業の画像診断装置、治療計画装置、照射装置間に、共通の転送規約DICOMを用いることによって、10Base-TのEthernet回線を機軸とした、共有のネットワークを形成した。特にCT,MRI,治療計画装置は全て異なった会社の製品であったために、各々の装置間の画像転送インターフェースを開発した。実用的なラジオサージャリーシステムの完成のためには、治療計画情報のオンラインでの治療照射装置への転送をも実現する必要がある。現在までに、この治療計画装置と治療装置間のインターフェースの開発が未完成であり、今後の検討課題である。
ウイルス病原性の分子的基盤

ウイルスの体内伝播機構や臓器向性、宿主域などを決定する機構をウイルスと宿主相互の特異的分子認識の立場から解析する「ウイルス病原性の分子基盤」という新視点からの研究グループを組織し、重点領域研究を申請する準備活動を行った。具体的には、シンポジウム「ウイルス遺伝子機能研究の新展開」(平成5年12月78日、重点領域研究RNAレプリコンとの共催)を開催、わが国における当該分野の研究の現状を分析し今後の発展のさせ方について討議した。また班会議(同年8月28日、11月8日)、活動者会議(同年9月11日、12月1日、12月25日)においては、国際専門誌におけるわが国研究機関の論文発表状況の調査、シンポジウムの総括、なども行い、重点領域研究申請へと集約した。その結果、ウイルス複製の各過程に必須の生体側分子を分離・同定し、これら分子の生体内での組織分布を明らかにすることにより個体への種および組織特異的なウイルス感染の分子メカニズムを追求すること、すなわち、ウイルス複製と病原性発現機構を分子の水準で確立すべき機が熟していること、またそのことが同時に新しい生体分子の発見や既知生体分子の新機能の発見をも約束することを強く認識した。このように本領域が活気あふれる領域であるとの再確認の上に立ち、「ウイルス感染を決定する生体機能」を平成7年度発足重点領域研究として申請する運びとなった。尚、本総合研究の研究代表者永井美之が、同じく平成7年発足の「エイズ重点」申請代表者に強く推されている状況についても種々討議した。その結果、「エイズ重点」は永井が領域申請代表者を務めることとし、「ウイルス感染を決定する生体機能」は重点領域研究「RNAレプリコン」(平成4年6年度、代表野本明男)の継承と飛躍の意味を込めて野本が担当することとした。
自然言語処理に基づく薬物代謝ネットワークと化合物間相互作用の網羅的情報解析

薬物代謝は医薬品の有効性および安全性に深く関わり,その阻害や誘導は多剤併用時に生じる薬物間相互作用の原因となっている。薬物間相互作用の予測を行うためには,単に薬物代謝酵素のみならず,その活性や発現を制御する生体ネットワーク全体を包括的に理解することが必要となる。本研究では,自然言語処理を利用したテキストマイング技術を開発し,これを利用して薬物代謝酵素やその発現を制御する生体分子と化合物との相互作用に関する情報を収集した。さらに,得られた情報を元に,包括的な構造活性相関解析を実施した。本研究で得られた情報は,安全な医薬品の開発を目指した創薬分子設計に有益な情報を提供するものと期待される。薬物の代謝は,医薬品の作用部位への到達性および滞留性を決定する薬物動態関連因子の一つであり,薬物の副作用とも深く関わっている。多剤併用時に起こりうる薬物-薬物間相互作用には,通常,代謝酵素レベルでの競合阻害といった直接的な分子機構のほか,酵素誘導やネガティブフィードバックといった酵素の発現レベルの変動により薬物代謝活性が影響される間接的なメカニズムも考えなければならない。そこで,本研究では,薬物代謝酵素の発現を制御する生体分子ネットワークレベルでの包括的な理解を得ることを最終的な目的として,テキストマイニング技術により薬物代謝ネットワークと相互作用する化合物に関する情報を網羅的に収集する方法を確立するとともに,得られた情報を構造活性相関の手法により解析する。H21年度は,米国NCBI提供のMeSH Termを解析するとともに,化合物,遺伝子,タンパク質間の相互作用に関する情報抽出のためのルールベースを構築し,自然言語処理ソフトウェア開発環境GATE上に実装した。薬物代謝酵素であるCYPの主要な分子種である1A2, 2C9, 2C19, 2D6 ,2E1, 3A4の6種に対して,化学構造が既知の基質709個,阻害剤579個,誘導剤308個を抽出することに成功した。ランダムに取りだしたレコードに関して再現率と精度を評価したところ,化合物名抽出に関してはそれぞれ86%,87%,相互作用抽出に関しては72%,84%であった。薬物の代謝は医薬品の有効性のみならず副作用とも深く関わっている。薬物-薬物間相互作用に代表されるように,薬物代謝酵素の誘導あるいは阻害によって,薬物の治療効果が大きく変動することもよく知られている。そのメカニズムとしては,代謝酵素レベルでの競合阻害のほか,酵素誘導やネガティブフィードバックなどタンパク質ネットワークが関与して薬物代謝活性が変動する間接的効果もある。そこで,本研究では,薬物代謝酵素の発現を制御する生体分子ネットワークレベルでの包括的な理解を得ることを最終的な目的として,テキストマイニング技術により薬物代謝ネットワークと相互作用する化合物に関する情報を網羅的に収集する方法を確立するとともに,得られた情報を構造活性相関の手法により解析している。H21年度はテキストマイニングの基本技術を確立して,代表的な薬物代謝酵素であるチトクロムP450の基質,阻害剤,誘導剤に関する情報を収集したが,本年度(H22年度)は,転写因子群など薬物代謝タンパク質ネットワークと相互作用する化合物情報を収集するシステムへの拡張,ならびに構造活性相関解析を実施した。前者については,PXR, CAR, AhRに代表される転写因子群との相互作用情報が収集可能となるとともに,培養細胞を用いて酵素の発現変動を評価する実験系を確立して実験的な検証を行った。一方,後者に関しては,P450分子種による薬物代謝の構造活性相関として,例えば2D6基質はカチオン性化合物であること,2E1基質は分子量が小さいものが多いこと,などを明らかにするとともに,これらの情報すべてを一画面で表示し視覚的に捉えることができる可視化インターフェースの開発に成功した。薬物の代謝は薬物体内動態の重要な決定因子であり、代謝酵素の誘導や阻害によって薬物の治療効果が大きく変動することがある。そこで,本研究では,薬物代謝酵素の発現を制御する生体分子ネットワークレベルでの包括的な理解を得ることを最終的な目的として,テキストマイニング技術により薬物代謝ネットワークと相互作用する化合物に関する情報を網羅的に収集する方法を確立し,得られた情報を構造活性相関の手法により解析してきた。本年度は、昨年度までに開発してきたテキストマイニングシステムに対し辞書データベースおよびルールベースを見直すことで、代謝酵素の発現制御に関わる因子を抽出できるシステムを開発した。これを用いてPubMedデータベースを網羅的に解析したところ、代表的な薬物代謝酵素であるCYP3A4に関してはその発現制御因子15種類を抽出することに成功した。そのうち、Pregnane X Receptor (PXR)を例にとって評価したところ、精度および再現率ともに約90%という高い値が得られた。次に、この抽出結果に加え、PubChem Bioassayデータベース等で公開されている情報とを合わせて、PXRとの相互作用に関する大規模な構造活性相関解析を実施した。

270個のPXR agonistおよび248個のnon-agonistsのデータに対して再帰分割法による解析を行なった結果、交差予測においても70.9%の精度が得られた。一方、得られたディシジョンツリーの分岐ルールを精査したところ、分子の電気的性質とりわけπ-π結合に関与するパラメータが化合物とPXRとの相互作用に重要であることが明らかになった。
農地生態系における硝酸態窒素の溶脱と,それにおよぼす水循環の影響

バヒアグラス草地の土壌-植物系における尿窒素の動態を明らかにする目的で、重窒素を含む尿素態窒素を添加した牛尿を、6月、7月および10月に施用し、1年間にわたって^<15>Nを追跡した。土壌植物系の1年経過後の^<15>Nは、尿施用時期による大きな差は認められなかった。すなわち、各施用時期を通した1年経過後における^<15>N回収率は、牧草によるもの28-35%、土壌中で9-12%、リターでは1.3-1.6%と比較的狭い範囲にあった。施用15Nの54-60%は土壌-植物系に回収されなかった。以上の結果から、本地域(南九州)のバヒアグラス放牧草地は、窒素循環に関して、排尿を通じて土壌に還元された窒素の50%以上が損失する開放的な系とみなされた。土壌系における硝酸の動態を明らかにする目的で^<15>N硝酸を火山灰土壌に施用し、^<15>N硝酸の追跡により溶脱と脱窒よる^<15>N硝酸の消失と土壌水分の関係を検討した。大量な^<15>N硝酸の消失は土壌水分の多い時期に発生し、土壌水分の少ない時期ではほとんど消失することなく土壌に保持されていた。以上の結果から、土壌系からの^<15>Nの消失の大部分は溶脱によるもので、脱窒は認め難い。しかし脱窒現象は水分の多い環境で起きやすいため、^<15>Nの消失に関わる脱窒の程度についてはさらに検討する必要がある。バヒアグラス草地を対象に,多雨期の8月と小雨期にはいる10月の両時期に牛尿を施用し、生成された硝酸の土壌中における移動、ならびに硝酸移動と土壌水分の相互関連を検討し次の知見を得た。対象地では、地表から70cmより深い土層(下降移動層と称す)の水分は常に下降移動している。下降移動層に分布する硝酸態窒素は植物に吸収されない限り下降移動し、溶脱するか、もしくは一部脱窒により損失する。8月施尿地では下降移動層の硝酸態窒素は時間の経過とともに増え続け、9月中・下旬の発生した19日間で614mmの大量降雨の直後に最高値に達した。下降移動層が含む硝酸能窒素の最高値は21.5gで、施用した尿窒素60gの38%に相当した。10月施尿地では、下降移動層の硝酸態窒素は8月施尿地に比べて相当に遅い速度で増え続けた。下降移動層の硝酸態窒素は多雨時期への移行期にあたる4月下旬に最高値に達し、その時の硝酸態窒素量は34.9gで尿窒素60gの58%だった。以上のように、尿施用後の降雨量と土壌水分の多い8月施尿地が下降移動層への硝酸態窒素の移動も速かったが、下降移動層に達した窒素量は10月施尿地が高い値を示した。10月施尿地の場合はバヒアグラスによる窒素吸収が少なく、アンモニア揮散による損失も少ないために土壌に残存する窒素量が8月施尿地に比べて多く、その窒素が少水分の環境下で緩慢に下降移動して損失する量は多いことを示している。70cmより深い土層に分布するバヒアグラスの根は10%以下とて少なく、下降移動層に達した硝酸態窒素はほとんど根には吸収されないと思われる。脱窒も損失経路の一つであるが、本研究の下降移動層のような70cm以深の土層では脱窒による損失は少なく、むしろ大部分の窒素は溶脱により下降移動し地下水へ流入すると推察されるが、この点に関してはさらに検討の必要がある。^<15>Nで標識した硝酸を裸地化した火山灰土壌に施用し、^<15>N標識硝酸(以下、^<15>N

硝酸と略す)の追跡により土壌系からの溶脱と脱窒による^<15>N硝酸の消失現象と、それに関わる水環境要因を検討した(1)^<15>N硝酸の消失過程は、短期間で多量の^<15>N硝酸が消失する段階と、ほとんど消失することなく対象土層に保持されている段階の特徴的な2過程から成り立っている。多量降雨により土壌水分の多い時期に多量な^<15>N硝酸が消失し、土壌水分の少ない時期には対象土層内の^<15>N硝酸はほとんど消失しない。(2)土壌中の^<15>N硝酸がほぼ平衡状態であっても、地表から50cmより深い所の土壌水分は常に下降移動している。このことはは^<15>N硝酸の移動量が土壌水分の大きさと密接に関連するものの、常に水分の多寡に応じたものではないことを示唆している。(3)秋から冬にかけての、^<15>N硝酸の総量ならびに土層内の垂直分布はほとんど変わらず、冬から春にかけての^<15>N硝酸は総量は変えないが、^<15>N硝酸の垂直分布はより深層へ向けて移動している。いずれ場合も土層からの^<15>Nの消失を認めず、脱窒による消失現象が生じていないことを示しており、^<15>Nの消失は、主として^<15>Nの下降移動である溶脱による可能性が高い。しかし、脱窒と溶脱はいずれも多水分の環境で起きやすいため、^<15>Nの消失に関わる脱窒の程度についてはさらに検討する必要がある。
Rabbit Ean Chamber法による水酸化カルシウムの薬理効果の検討

ラビットイア-チェンバ-法によって水酸化カルシウムの異所性石灰化の過程を経時的に生体顕微鏡観察した結果、結合組織との接触部に接触直後から炭酸カルシウム様の沈殿物が急速に形成され、48時間以内に組織と水酸化カルシウムを隔絶するバリヤ-となった。このバリヤ-のSEM観察とXMA分析から、沈殿物は水酸化カルシウムとその強アルカリ性によって溶解された結合組織との中和生成物であり、Ca,P,Mg,Sなどを含んでいた。しかも、この生成物は微小循環系との親和性が高く、生体組織液中のCaーPを吸着して組織側は次第に厚くなり、層板状を呈するようになる。この沈殿物は臨床上、直接覆髄した場合には歯髄の保護層を提供することになるであろう。このような異所性石灰化を誘導する中和生成物を形成することが水酸化カルシウムの薬理効果の特徴であると考えられる。したがって、水酸化カルシウムの否定的な側面といわれている強アルカリ性と壊死組織の形成はこの意味で不可欠なものというる。一般に水酸化カルシウム系の根管充填剤とされるシ-ラペックス、カルビタ-ル、覆髄剤としてのダイカルも同じような中和生成物を形成する。これらの薬剤はいずれも高いアルカリ性を有する。水酸化カルシウムと不飽和高級脂肪酸から成る新開発根管充填剤はほぼ中性である、微小循環系に対する刺激は初期からほとんど無い。したがって、こうした沈殿物を形成せず、異所性石灰化もおこらない。むしろ、比較的早期に組織によって分解吸収される。根管充填剤としてどちらの性質が優先すべきかは他の動物実験や臨床試験の報告をまたねばならないが、水酸化カルシウム系といわれるものの中にも2種類あることが分かった。1.種々の水酸化カルシウム製剤、とくに根管充填剤の組織反応を検討する目的で新型ラビットイアーチェンバーを設計製作した。新型チェンバーの基本形は従来我が国で使用されている浅野型チェンバーと同一とし、中央の観察用ラウンドテーブル(直径7mm)の脇に裏側から薬剤を挿入し得るウェル(内径2mm)を設け、ウェルはテフロンピンで塞ぎ、ピンは瞬間接着剤で固定する。また、上部リングと本体のピラーと維持を良くするため、ピラー内側に5^○のアンダーカットを与えた。家兎の耳介に3本のピラーと観察テーブルに相当する穴を一挙にあけるためのパンチも製作した。アンダーカットの付与とパンチはチェンバーの装着に好結果をもたらした。約4週間後にテーブル上の微小循環網が完成してからテフロンピンを慎重に除去し、ピンの先端に薬剤を乗せて再びウェルに差し込み接着した。この操作がテーブル上の微小血管網に与える侵襲はわずかで済むことがわかった。微小循環網の観察は実体顕微鏡と透過型光学顕微鏡によって行った。2.この方法によれば、薬剤の微小循環系に対する影響を挿入直後から経時的に生体観察でき、循環整理学的な研究も可能である。さらに、必要に応じて薬剤の接触している部分の組織を直視下でバイオプレシーし、形態学的研究にも移行できる。病理組織学的な研究方法では経時的な変化が追えないだけでなく、組織刺激の最初の数時間の反応も正確に捉えることが難しい。また、最初からチェンバーの中に薬剤を入れておいて再生してくる血管の反応を見る方法ではシュミレーションとして適当ではない。本法はこれらの点を解決しており、根管充填剤など種々の薬剤の組織反応を検討するのに有益な方法であると考える。今後は実験システムを整備し、各種根管充填剤の組織反応を検討していく予定である。水酸化カルシウム系根管充填剤の組織反応を検討するため、RECで生体観察を行った。(1)水酸化カルシウム粉沫単味

(2)水酸化カルシウムペ-スト(滅菌生食水)(3)シ-ラペックス(Kerr)(4)ビタペックス(ネオ製薬)(5)試作水酸化カルシウム系根管充填剤(不飽和高級脂肪酸と水酸化カルシウムの練和によって硬化する)の五種類と比較した。水酸化カルシウムペ-ストでは、挿入直後に高PHのため周囲組織が溶解した。3時間後には溶解部と組織との境界部に直径2050μmの結晶物が沈澱し、12時間後には更に数が増加し連合して、クラスタ-状になった。24時間後には、結晶物は堤防状に成長し、組織と挿入部を隔絶する形になった。1週から10週までは安定し、毛細血管がクラスタ-に接近して存在した。微小循環網では大きな変化は無かったが、白血球の血管壁粘着が長く持続し、水酸化カルシウムにはある程度の組織刺激性が持続することがわかった。10週後も堤防状の結晶物は吸収されずに残存し、最外層は無構造な形態を呈した。この結晶物は組織液との反応による炭酸カルシウムの結晶と考えられ、しだいに血漿タンパクも結合すると思われる。また、持続する軽度の刺激が生体にとって有益なものか有害なものか今後、検討の余地がある。この堤防状のクラスタ-は、歯内療法における水酸化カルシウムの応用に一つの根拠を与えるものである。水酸化カルシウム単味、シ-ラペックス、ビタペックスなどでも同様のクラスタ-が形成された。このクラスタ-は水酸化カルシウム製剤に特有のものと思われる。しかし、試作水酸化カルシウム系根管充填剤はこのようなクラスタ-をつくることはなかった。ラビットイア-チェンバ-法によって水酸化カルシウムの異所性石灰化の過程を経時的に生体顕微鏡観察した結果、結合組織との接触部に接触直後から炭酸カルシウム系の沈殿物が急速に形成され、48時間以内にバリヤ-をつくることがわかった。このバリヤ-のSEM観察とXMA分析から、沈殿物は水酸化カルシウムとその強アルカリ性によって溶解された結合組織との中和生成物であることがわかった。しかも、この生成物は微小循環系との親和性が高く、生体組織液中のカルシウム・リンを吸着して組織側は次第に厚くなり、層板状を呈する。このような沈殿物は臨床上、直接覆髄した場合には歯髄の保護層並びに石灰化の起点を提供することになり、根管充填剤としては根尖孔の石灰化物による閉鎖に有効なものと思われる。したがって、組織と接触した場合にこのような異所性石灰化を呼び起こす中和生成物を形成することが水酸化カルシウムの薬理効果の特徴であると考えられる。水酸化カルシウムの否定的な側面といわれている強アルカリ性と壊死組織の形成はこの意味で不可欠なものといえる。一般に水酸化カルシウム系の根管充填剤とされるシ-ラベックス、カルビタ-ル、覆髄剤としてのダイカルも同じような中和生成物を形成する。これらの薬剤はいずれも高いアルカリ性を有する。新開発の硬化型水酸化カルシウムはほぼ中性であり、微小循環系に対する刺激は初期からほとんど無い。したがって、こうした沈殿物を形成せず、異所性石灰化もおこらない。むしろ、比較的早期に組織によって分解吸収される。
本邦白亜系の古地磁気層位学的研究

平成4年度は主に、北海道中軸帯の羽幌・旭川地域と宗谷・音威子府地域の上部蝦夷層群を対象に試料採取と古地磁気測定を行った。その結果、宗谷・音威子府地域の炭の沢ルートから、Campanian階前期のChron33rに対比できる逆帯磁層準を発見した。これに相当する層準は南サハリンの上部白亜系にも存在し、同層準からはInoceramus schmidtiを産することが確認されている。従って、これまで議論の多かったschmidti zoneの時代範囲は、少なくともCampanian階前期にまで及ぶことが明らかになった。傾動補正後の平均偏角は、炭の沢の下部と他地域では約20度の東偏を示すのに対し、炭の沢の上部では約25度の西偏を示す。この約20度の東偏は、北海道中軸部第三系の一般的な古地磁気方位と一致している。従って、北海道中軸部は白亜紀後期に約45度の反時計周りの回転運動をした後、第三紀後期に逆に約20度の時計周り回転運動をした可能性が高い。なお北海道以外では、九州天草地域の御所浦層群(AlbianTuronian)と姫浦層群最下部(Coniacian?)からも試料を採取し測定中である。平成5年度は、前年度に採取した白亜系試料の測定を進める一方、宮崎県南部に分布する鮮新世堆積岩類を対象とした古地磁気学的研究も行った。全37サイト中、13サイトから信頼できる古地磁気平均方位が得られ、傾動補正後の平均偏角は約30度の西偏を示した。この結果は、これまでに明かにされた種子島の中期中新世茎永層群や宮崎県の後期中新世内海川層群の古地磁気方位と調和的である。従って、種子島を含む南九州地域は鮮新世最後期、すなわち約2Ma以降に約30度の反時計回り回転運動を行ったことが分かった。今年度においては、北海道中軸帯の上部白亜系遠別層群、および九州天草地域の中部下部白亜系御所浦層群を主な対象として古地磁気測定試料を採取した。試料採取は、携帯形ガソリンエンジンドリルと特殊開発の硬質岩石用ダイヤモンドビットを使用した。この結果、露頭条件の許す範囲で、特に大きな層序間隙をあけることなく、数mから数10mの層厚間隔で試料を採取することができた。採取層準は総計100層準以上に及び、これらの試料は高知大学古地磁気研究室の超伝導磁力計で測定中である。これまでの予察的結果によれば、遠別層群中には、白亜紀後期のSantonian/Campanian階境界に対応するChron34/33r、及びCampanian/Moastrichtan階境界に対応するChron33/32rに相当すると思われる磁化極性変化の存在することが判明した。今後の測定作業と化石層序学的検討の進展につれ、Moastrichtian階のChron32r以降の逆帯磁層準が見い出される可能性が高い。なお、こうした試料から安定な残留磁化成分を柚出するため、本研究では大型電気炉を備えた特殊熱消磁装置を使用して消磁作業の効率化を計った。これらの古地磁気層序学的研究と並行して堆積環境推定のためのテクトニクス研究も行なった。これらは、北海道中軸帯と九州南部の中新世堆積岩を対象としており、白亜紀以降の堆積造構場を推定する上で重要な新知見を得ることができた。こうした研究の一部は、いくつかの学術雑誌に公表される予定である。

今年度は新たに以下の2地域の古地磁気学的研究を行った。1.北海道中軸帯の上部白亜系北海道北部中頓別町北方の宇津内川、及び天塩中川町南方の安平志内川支流炭の沢沿いに分布する上部蝦夷層群と函淵層群を主な対象に古地磁気層序学的研究を行った。その結果、全41サイト中21サイトから信頼に足る古地磁気平均方位を得た。傾動補正後の平均偏角は、炭の沢の下部と宇津内川では約20度の東偏を示すのに対し、炭の沢の上部では約25度の西偏を示す。この約20度の東偏は、北海道中軸部第三系の一般的な古地磁気方位と一致している。従って、北海道中軸部は白亜紀後期に約45度の反時計周りの回転運動をした後、第三紀後期に逆に約20度の時計周り回転運動をした可能性が高い。古地磁気層序では、炭の沢の最上部に逆帯磁層準がみられるのみで、他はすべて正帯磁であった。これまでの化石層序学的研究結果と総合すると、この逆帯磁層準はCampanian界前期のPolarity chron33rに、正帯磁層準は白亜紀磁気静穏期にそれぞれ対比することができる。2.南九州の第三系宮崎県南部に分布する鮮新世宮崎層群を対象に古地磁気学的研究を行った。全37サイト中、13サイトから信頼できる古地磁気平均方位を得られた。このうち2サイトのみが正極性で、他の11サイトはすべて逆極性であった。傾動補正後の平均偏角は約30度の西偏を示した。この結果は、これまでに明かにされた種子島の中期中新世茎永層群や宮崎県の後期中新世内海川層群の古地磁気方位と調和的である。従って、種子島を含む南九州地域は鮮新世最後期、すなわち約2Ma以降に約30度の反時計回り回転運動を行ったことが分かった。
γ-H2AXリン酸化と未熟染色体損傷解析による放射線感受性試験の開発と臨床応用

正常組織および放射線に対して著しい感受性を示す細胞の放射線感受性の機序を調べる目的で間期細胞の染色体凝集法とHSH(fluorescence in situ hybridization)法、γ-H2AXを用いて解析した。X線および粒子線を用いた解析から低エネルギーのX線で)感受性の差が顕著であり高エネルギーのX線では感受性に差が見られなかった。放射線感受性を決定する遺伝子であるATMの抑制により細胞間の増感効果が異なることが分かりATMに着目した感受性試験の有用性が示唆された。放射線によるDNA損傷の修復に関与する経路として相同組換え(HR)と非相同組換え(NHEJ)が知られており、ヒトではNHEJが主たる修復経路であると考えられている。ヒト正常細胞の多くの分画はGO期であり、また、放射線に対し抵抗性を示す低酸素細胞もGO期であることからGO細胞をターゲットにして放射線感受性を予測する試験の解発は有意義であると考えて実験を行った。本年度は正常線維芽細胞、放射線感受性を示す複数のAT細胞、NBS1遺伝子に変異を有する細胞でコロニー法による細胞生存率を決定した。NBS1遺伝子欠損細胞では、高線量率照射においてはATと同程度の放射線感受性を示したが、低線量率照射ではATよりも抵抗性を示した。本研究ではGO期にある細胞を照射して修復させたことで,NHEJによる修復に差があることを示唆する。放射線治療において、放射線感受性の予測は、画一線量の治療から、感受性に応じた線量を投与する治療方法の開発につながりうることから、これまでも多くの方法が試みられてきたが、有効な試験は、いまだに開発されていない。γ-H2AXは放射線により誘発されるDNAの二本鎖切断を損傷早期から定量化することができること、また、染色体損傷は肉眼的に損傷を観察できることから、放射線感受性を損傷の程度から評価できることを期待して研究を行った。正常組織の感受性は繊維芽細胞、また、感受性の高い細胞としてAtaxia Telangiectasia、ナイヒーメン症候群の患者由来の繊維芽細胞を使用した。細胞に臨床で使用する線量の2Gy照射後にγ-H2AXの数を経時的に観察すると、時間とともに減少する傾向が見られた。また、染色体断片である欠失をギムザ染色および蛍光色素染色(fluorescence in situ hybridization)を用いて解析したところ、欠失の消失は同様に速やかに行われた。いずれの結果においても高感受性の細胞ほど残存する異常が多い傾向が見られたが、感受性の差を反映するような有意な差は指摘困難であった。感受性を増強させることにより、有意な差をみることができるかを検討するために、ATM遺伝子抑制剤するカフェインを作用させて、照射後の染色体異常を解析したところ、放射線のみでは感受性に差がみられなかった正常細胞間にも細胞生存率、染色体損傷で有意な差がみられた。カフェイン10mMを照射前に作用させることにより6Gyの照射で生存率に10倍程度の差がえられ、染色体異常でも誤修復を意味する染色体交換が増加することを確認した。特にAtaxia Telangiectasiaのへてろ接合体の細胞では、有意に感受性の増感がみられ、カフェインと染色体損傷は放射線感受性をよそくする一つの方法となりうることが示唆された。また、重粒子線照射による染色体損傷解析も行い重粒子線治療における感受性の検討も現在検討を行っている。
受容体活性化型チャネルの機能解明を目指したTRPチャネル拮抗剤の開発

昨年度に選択的なTRPチャネル拮抗剤が得られたので、アフィニティーラベル化を応用した新しいタンパク質修飾法を用いて拮抗剤の作用部位及び作用機構について検討した。具体的には以下の手順で行った。1)アフィニティーラベル化反応部位及びラベル化修飾が可能な官能基を有するピラゾール誘導体(ラベル化剤)の分子設計および合成2)培養細胞内にこのラベル化剤を加えて光照射することによるチャネルのアフィニティーラベル化3)ラベル化剤の修飾部位に標識剤(ビオチン)を選択的に修飾した。その際に用いる反応は、ケトンーヒドロキシアミンという、生体内には存在しない化学反応を用いているので、副反応を起こすことなくラベル化タンパク質だけをビオチン標識できた。4)TRPチャネルの抗体及びビオチンに対する抗体を利用したアフィニティー精製を行うことで、ラベル化されたTRPチャネルを得た。光アフィニティーラベル化の進行については、ウェスタンブロッティング法を用いて確認を行った。また、透過型電子顕微鏡を用いてチャネルに拮抗剤が直接結合していることも明らかにした。具体的にはラベル化後修飾ステップでビオチン標識を行い、アビジンを使ったアフィニティ精製後に標識タンパクの電子顕微鏡観察(ネガティブ染色)を行うという方法である。その結果を基に、チャネルの阻害機構及び活性化機構まで考察した。ピラゾール誘導体は容易に置換可能な官能基を複数有しており、数種類のモジュール(構造単位)から構成されている。これまでの結果から、置換基が異なるだけでTRPチャネルに対する選択性が大きく異なる実験結果を得ているので、様々な置換基構造を持つピラゾール誘導体を準備すれば、各々のTRPチャネルに選択的な拮抗剤が得られると考えられる。そこで、構造の異なる各モジュールに分割し、それらを有機合成で組み合わせることで様々なピラゾール誘導体を合成した。阻害能の評価については、蛍光性Ca2+インジケーターであるFura-2を用いたハイスループットなアッセイを行った。TRPチャネルの活性(Ca2+流入量)は蛍光性Ca2+インジケーター(Fura-2)を取り込ませた培養細胞の蛍光変化から簡便に測定できるので、この方法を用いてピラゾール誘導体の阻害能を評価した。具体的には、各種TRPチャネルを培養細胞に過剰発現させてピラゾール誘導体を処置した。各種TRPチャネルを活性化できる刺激種を作用させた後の蛍光変化量をピラゾール誘導体の濃度依存的に比較することで阻害能・選択性を評価するという方法である。また、電気生理学法(パッチクランプ法)を用いてイオン流入量に対する阻害機構についても詳細に評価した。阻害能の高い拮抗剤については、TRPチャネルを発現するマウス由来の単離細胞に作用させて、nativeなチャネル活性も抑制できることを確認した。
体外肝切除における無肝期の術中術後に生体に及ぼす影響に関する研究

今回は、体外肝切除の臨床実施に向けての基礎実験として、雑種犬を用いて、bio-pumpの使用に関して、その操着や維持などの具体的な手技を確立させるとともに、主にtechnicalな問題について検討した。その結果、bio-pump使用下の全くの無肝期の状態で、最長5時間まで生存させることができ、technicalには実施可能となった。今後、これまで通りに雑種犬や豚を使って体外肝切除の手術手技の鍛練をかさねるとともに、その手技的な改良をさらに進めていきたい。また、体外肝切除術の安全性を確立するために、まず、無肝期における循環動態の変化や代謝系に及ぼす影響など、無肝期が術中術後に生体に及ぼす影響について具体的な検討を加えたい。さらに、これらのデータをもとに、各種薬剤などにより、無肝期が生体に及ぼす障害を軽減させるための手段を見い出していきたい。一方で、肝移植をすでに臨床実施している他施設での見学実習により、その具体的な手術手技及び術中術後管理について見聞を広げ、今後の参考にしていく予定である。本術式が外科手術にもたらす恩恵には計り知れないものがあり、将来的には、当施設でも臨床例において、従来の外科的手術では不可能でありかつ肝移植の適応とはならないような転移性肝癌や肝細胞癌に対して、安全に体外肝切除ができるように準備を進めていくつもりである。
実験的脳虚血病態における血液脳関門（ＢＢＢ）構成細胞の相互作用解析

血液脳関門(Blood-brain barrier, BBB)は、脳毛細血管内皮細胞、ペリサイトおよびアストロサイトの相互作用によって機能が維持されており、その機能不全は神経細胞障害の惹起と憎悪に関与していると考えられる。病態時において、BBBの機能維持(BBB保護)は、脳保護(神経細胞保護)に繋がると考えられる。本研究では、虚血と高血糖に起因するBBB障害モデルの作製に成功した。更に、高血糖時の虚血再還流障害にはBBB構成細胞から産生されるTGF-βが関与することが判明した。また、シロスタゾールがBBB機能障害を軽減することを発見し、BBB保護薬としての可能性を示した血液脳関門(Blood-brain barrier, BBB)は、脳毛細血管内皮細胞、ペリサイトおよびアストロサイトの相互作用によって機能が維持されており、その機能不全は神経細胞障害の惹起と憎悪に関与していると考えられる。本研究では、この3種類のBBBB構成細胞を用いて共培養モデルを作製し、虚血再潅流または高血糖(グルコース負荷)、虚血再潅流と高血糖により増加する後期糖化生成物(AGE)の共負荷をかけ、血液脳関門機のバリアー機能について検討した。虚血再還流障害モデルでは、内皮細胞の単層培養系に比べ共培養モデルの方が、BBBのバリアー機能低下が顕著であった。ペリサイトおよびアストロサイト由来の液性因子が、虚血再還流負荷による内皮細胞障害を増悪させているものと考えられた。高血糖の負荷モデルでは、高血糖(55mM)により、BBBのバリアー機能低下が観察された。以上のことより、BBBの虚血再潅流障害モデルと高血糖障害モデルの作製に成功したと考えられる。更に、虚血再潅流と高血糖(後期糖化生成物、AGE)負荷では、軽度の虚血により、バリアー機能の低下が観察された。高血糖が虚血障害を増大させることが知られており、本研究結果はそれを支持するものである。また、虚血と高血糖の共負荷によりTGF-βの産生増大が観察され、TGF-β受容体の拮抗薬で障害が軽減された。TGF-βはBBBを構成する3種類の細胞全てに、影響を与えるため、虚血時における重要なクロストーク因子であることが示唆される。我々は抗血小板薬のシロスタゾールが虚血と高血糖の共負荷により増大するTGF-β産生を低下させること、またTGF-β負荷によるバリアー機能障害を軽減することを発見し、BBB保護薬としての可能性を示した。BBB機能維持機構における、BBB構成細胞間でのクロストーク因子を解析することは、脳保護薬の開発に重要で、基盤的な情報を提供できる。我々は、BBB機能維持において、BBBを構成している細胞間のクロストークが重要であるとの考えから、BBB構成細胞を用いたin vitro BBB再構成モデルの開発を行ってきた。本モデルはBBBを構成する脳毛細血管内皮細胞、ペリサイトおよびアストロサイトの3種理の細胞を共培養したモデルである。本研究では、この共培養モデルと内皮細胞の単層培養系に、虚血再潅流または、高血糖の負荷をかけ、内皮細胞障害に対するペリサイト及びアストロサイトの関与について検討した。高血糖の負荷モデルでは、高血糖群(25mM)と正常血糖群(5.5mM)では、正常血糖群において、BBBのバリアー機能低下が観察された。BBBのバリアー機能評価として用いている経内皮電気抵抗(TEER)は、培養皿の細胞密度にも影響されるため、グルコース濃度の変化による細胞増殖に影響が出ない条件設定が必要と考えられる。H24年度の研究実施計画として挙げていた一過性虚血再潅流負荷モデルの作製およびその機能評価は順調に進んでいる。一方、糖尿病性病態モデルの作製では、高血糖を付加しても十分な障害がみられず、作製が遅れている。平成25年度は24年度の研究を引き続き行う。高血糖負荷による糖尿病性病態モデルの作製に後期糖化反応生成物(advanced glycation endoproduct, AGE)-BSAも用いる。

BBB障害の一部にTGF-βが関与していると考えられるため、そのシグナル伝達も検討する。特にTGF-βの産生細胞同定と、バリアー機能の本体であるタイトジャンクションの発現および機能を検定する。同時に、内皮障害の軽減薬剤の探索も行っていく。候補薬物としてはこれまで我々がBBB保護作用がある事を報告してきた、cilostazol, statin, ARB, adrenomedullinなどを検討する。高血糖によるBBB障害モデルの作製が遅れており、次年度に重点的に検討する予定である。当初の予定に加え、高血糖負荷だけではなく虚血との組み合わせも検討していく。
平均曲率一定曲面と可積分系の理論

これまで、平均曲率一定曲面においては、その存在と、このような曲面全体の空間の考察の為に、物理学における可積分系の理論の中でも典型的なソリトン理論が応用されてきたが、幾何学的性質の研究の為の応用ではなかった。ほとんどの平均曲率一定曲面は、既知の平均曲率一定曲面をdress upすることにより構成される。しかし、その構成は、これまで一般論として述べられてきたが、近年ソリトン理論の応用として導入したdressing up procedureは、直接的に微分方程式の解を、簡単な線形代数学を用いで構成するものである。本研究においては、円柱やDelaunay曲面を元にしてdressing up procedureを応用し、新たに構成された平均曲率一定曲面の幾何学的性質を考察した。これらの結果については、研究集会やシンポジウムにおいて発表することができた。また、この研究の結果、幾何学的には、全曲率が有界なnoncompact曲面の中では、円柱にdressing up procdureを施して得られるSievert曲面が、特徴的な性質を持らことが予想されるに至った。これには、dressing up procedureにおける数々のパラメータの変更や、Computer graphics処理による考察も含まれる。しかしながら、dressin up procedureにおける曲面の周期性の条件の記述が不十分であり、今後の課題として残った。可積分系の理論に現れるdressingup procedureをユークリッド空間内の平均菌率一定曲面に応用する際に必要な情報は,双曲空間内の対応する曲面の随伴曲面の情報から得られることが知られている。平均曲率一定曲面の中で代表的曲面であるDelaunay曲面については,双曲空間内の対応する曲面の随伴曲面の情報が,幾何学的な考察から得られることを示した。これらの曲面を幾何学的に構成し,特徴付けることに成功した。これにより,その幾何学的性質がより明らかになった。微分幾何学へのこのようなアプローチは,近年急速に盛んになり,これらの結果には,国内・外の多くの,可積分系の理論を研究している数学者との密接な意見交換が大変に役立った。また,近日,dressing up procedureの元になるBacklund変換の拡張(Bianchi変換)がPedit氏によって報告されている。今後,このような変換に対しても考察したい。しかし、その構成は、これまで一般論として述べられてきたが、近年ソリトン理論の応用として導入したdressing up procedureは、直接的に微分方程式の解を、簡単な線形代数学を用いて構成するものである。また、この研究の結果、幾何学的には、全曲率が有界なnoncompact曲面の中では、円柱にdressing up procdureを施して得られるSievert曲面が、特徴的な性質を持つことが予想されるに至った。これには、dresssing up procedureにおける数々のパラメータの変更や、Computer graphics処理による考察も含まれる。しかしながら、dressing up procedureにおける曲面の周期性の条件の記述が不十分であり、今後の課題として残った。
リアルタイム分散協調制御を用いた高信頼マルチメディア情報ネットワークの研究

光通信技術の発展によるバックボーンネットワークの大容量化と、ADSLやFTTHの普及によるアクセスネットワークの高速化に伴い、インターネット上で動画像や音声などを含めたマルチメディアアプリケーションが提供されつつあるが、現在のIPネットワークでは、ベストエフォート型の通信のみがサポートされており、また、制御用のパケットとアプリケーション用のパケットが同一のネットワーク上を流れることから、高度な制御を行うことができない。このように、回線系の技術向上に比較して、制御系の整備が遅れているため、VoDサービスやVR技術を応用した臨場感テレビ会議システム等の普及には至っていないのが現実である。そこで本研究では、制御網を論理的に独立させ、その上でエージェント技術を基本とした自律分散協調動作によって柔軟な呼制御をリアルタイムに実現する高信頼マルチメディアネットワークの実現を目標として、以下の成果を得た。まず、高速分散制御型高信頼光ネットワークとして、GMPLS網における効率的障害回復技術と、光ネットワーク上でのサービス品質保証とリンク利用効率向上を両立する経路制御手法について検討し、互いに排反なパスを設定することで障害回復に関する信頼性を高める手法を提案した。また、将来の全光ネットワークとして期待される光バーストスイッチング網において、局所的な情報のみを用いながら自律分散協調制御によって全体として効率のよい波長パスを設定する手法を提案した。次に、ネットワーク全体での効率的な分散制御を実現するため、処理時間を近似的に予測することでノードの能力が不均質な環境でも効率的に動作するエージェント実行制御方式と、最小限のエージェント間通信で全体としての処理完了時間を短くするマルチエージェントスケジューリングアルゴリズムを提案した。近年、光通信技術の発展によるバックポーンネットワークの大容量化と、ADSLやFTTHの普及によるアクセスネットワークの高速化に伴い、インターネット上で動画像や音声などを含めたマルチメディアアプリケーションが提供されつつあるが、今後の情報通信ネットワークの更なる利用拡大のためには、通信品質の安定的保証が必須条件である。そのためには、単なる回線容量の増加だけではなく、アプリケーションに応じたきめ細かい呼制御の実現が必要である。しかしながら、現在のIPネットワークでは、ベストエフォート型の通信のみがサポートされており、また、制御用のパケットとアプリケーション用のパケットが同一のネットワーク上を流れることから、高度な制御を行うことができない。そこで申請者らは、次世代のネットワークアーキテクチャとしてホロニックネットワークを提案している。しかし、ホロニックネットワークは全光の高速通信網や、網制御専用ノードの設置などを仮定しており、現在のIPネットワークとの差異が大きい。そのため、世界規模のネットワークを短期的に置き換えることは難しい。そこで本研究では、これまでの成果を踏まえ、ホロニックネットワークを実用に供するための技術について検討する。具体的には、ホロニックネットワークにおける全光通信網の役割を果たす高速分散型高信頼GMPLS技術とホロニックネットワークを指向した網制御方式をIPネットワーク上で実現する手段の確立を目的とする。平成16年度においては、GMPLS網における効率的障害回復技術と、光ネットワーク上でのサービス品質保証とリンク利用効率向上を両立する経路制御手法について検討し、各ノードが協調することで局所的な情報のみを用いて自律分散的にこれを実現する手法を提案した。近年、光通信技術の発展によるバックボーンネットワークの大容量化と、ADSLやFTTHの普及によるアクセスネットワークの高速化に伴い、インターネット上で動画像や音声などを含めたマルチメディアアプリケーションが提供されつつあるが、今後更なる利用拡大のためには、通信品質の安定的保証が必須条件である。

そこで本研究では、これまでの成果を踏まえ、ホロニックネットワークを実用に供するための技術について検討する。具体的には、ホロニックネットワークにおける全光通信網の役割を果たす高速分散型高信頼GMPLS技術とホロニックネットワークを指向した網制御方式をIPネットワーク上で実現する手段の確立を目的とする。平成17年度においては、まず、光ネットワーク上で互いに排反なパスを設定することで障害回復に関する信頼性を高める手法を提案し、その性能を仮想GMPLS網上で評価した。また、光バーストスイッチング網において、局所的な情報のみを用いながら自律分散協調制御によって全体として効率のよい波長パスを設定する手法を提案し、既存方式より優れた性能が得られることをシミュレーションによって評価した。近年、光通信技術の発展によるバックボーンネットワークの大容量化と、ADSLやFTTHの普及によるアクセスネットワークの高速化に伴い、インターネット上で動画像や音声などを含めたマルチメディアアプリケーションが提供されつつあるが、今後更なる利用拡大のためには、通信品質の安定的保証が必須条件である。そのためには、単なる回線容量の増加だけではなく、アプリケーションに応じたきめ細かい呼制御の実現が必要である。しかしながら、現在のIPネットワークでは、ベストエフォート型の通信のみがサポートされており、また、制御用のパケットとアプリケーション用のパケットが同一のネットワーク上を流れることから、高度な制御を行うことができない。そこで申請者らは、次世代のネットワークアーキテクチャとしてホロニックネットワークを提案している。しかし、ホロニックネットワークは全光の高速通信網や、網制御専用ノードの設置などを仮定しており、現在のIPネットワークとの差異が大きい。そのため、世界規模のネットワークを短期的に置き換えることは難しい。平成18年度においては、まず、光バースト交換網に対し、予約失敗時のNACKメッセージを通じて利用可能波長情報を取得し再予約時のバースト伝送成功率を向上させる方式と、後続バースト送信予約を先行バースト伝送に追加することにより、バースト予約制効率を向上させる方式を提案し、両方式共に、基本ブロッキング性能の改善とパス長に対する公平性の実現を確認した。