hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腎細胞癌特異的な循環腫瘍DNAの同定と血液バイオマーカーへの臨床応用

現在、腎癌の有用な血液バイオマーカーは存在しない。近年、技術の進歩により多くの癌腫において血中遊離DNAがバイオマーカーとして注目されている。血中遊離DNAは細胞のアポトーシスなどによって産生され、断片長は160200bpである。本研究の目的は、腎癌における血中遊離DNAの有用性の解明である。我々は、血中遊離DNAの絶対コピー数と断片長に着目した。腎癌における血中遊離DNAの絶対コピー数は診断・予後マーカーとして有用であり、断片長は予後マーカーになりうることが分かった。腎細胞癌の病理組織像の種類は複数あるため、集団を均一にする目的で、最も高頻度の淡明細胞型腎細胞癌(ccRCC)に絞って研究を開始した。腎細胞癌患者の治療前の血漿からQIAamp circulating nucleicacid kit(QIAGEN社)を用いて、cell free DNA(cfDNA)を抽出した。CfDNAの存在は、リアルタイムPCR法ならびにバイオアナライザ(Agilent社)にて確認した。TAクローニング法で、人ACTB・HBB遺伝子の絶対コピー数コントロールを作成し、リアルタイムPCR法で定量した。CfDNAの断片長は、バイオアナライザで測定し、断片長は進行癌・早期癌で健常者に比して有意に短かった。また断片長は病理組織学的悪性度であるFuhrman分類で3以上を含む高悪性度癌では3以上を含まない低悪性度癌に比して有意に短かった。濃度は健常者に比して進行癌で有意に高く、高悪性度癌で健常者・早期癌に比して有意に高かった。またACTBの絶対コピー数は、進行癌で健常者や早期癌に比して有意に多く、高悪性度癌で健常者・早期癌に比して有意に多かった。HBBの絶対コピー数は、進行癌で早期癌よりも有意に多かったが、進行癌・健常者間で有意差を認めず、また高悪性度癌で低悪性度癌に比して有意に多かったが、高悪性度癌・健常者間で有意差を認めなかった。以上よりccRCC患者のcfDNAの断片長・濃度・ACTB絶対コピー数は血液バイオマーカーとなりうると考えられた。今後はcfDNA中に腎細胞癌特異的遺伝子変異を探索し、腫瘍由来cfDNAの存在を確認する予定である。腎細胞癌における血中遊離DNAと臨床パラメーターとの関係が分かった。腎癌は典型的なheterogeneityな癌腫であり、それを克服する血液バイオマーカーが求められている。近年、多くの癌腫において血中遊離DNA(cell free DNA;cfDNA)が血液バイオマーカーとして注目されている。目的は腎癌患者におけるcfDNAの血液バイオマーカーの有用性の解明である。対象は腎癌患者92名と健常者41名である。治療前の腎癌患者ならびに健常者の血漿からQIAamp circulating nucleicacid kit(QIAGEN社)を用いて、cfDNAを抽出した。CfDNAの濃度は、定量的リアルタイムPCR法で、断片長はバイオアナライザ(Agilent社)にて測定した。腎癌診断能をロジスティック回帰分析とROC曲線解析で、無増悪生存率をlog-rank検定で評価した。腎癌患者のcfDNAの濃度は、健常者に比して有意に高く、また腎癌の臨床病期に従って上昇した。腎癌患者のcfDNAの断片長は、健常者に比して短い傾向にあった。CfDNA採取時の臨床パラメーターを含めて多変量解析を行うと、cfDNAの濃度は独立した腎癌診断予測因子であった。ROC曲線解析にて、cfDNA濃度の腎癌診断能は、感度63%、特異度78%、AUC = 0.76であった。またcfDNAの断片長と無増悪生存率の関連において、short群(166 bp以下、n = 30)はlong群(167 bp以上、n = 62)に比して有意に予後不良であった(p < 0.01)。以上より腎癌におけるcfDNAの濃度は診断マーカーとして有用であり、断片長は予後マーカーになりうると考えれた。現在、腎癌の有用な血液バイオマーカーは存在せず、cfDNAの濃度と断片長の臨床応用が期待され、患者への負担、医療費の削減を含めた社会への貢献の意義は大きいと考えている。今後は、腎細胞癌におけるcfDNA中に遺伝子変異を同定して循環腫瘍DNAを探索する。泌尿器腫瘍
脳磁図を用いた頸椎症性脊髄症の客観的治療効果判定法の確立

頚椎症性脊髄症での感覚障害の客観的な定量法が未だ確立されていない。そこで、我々は、感覚障害の客観的評価法として、脳磁図に着目し、術前後で体性感覚誘発磁界(SEF)の計測を行った。症例における潜時は健常成人例と比較し有意に延長し、信号強度は有意に低下しており、症例が感覚障害を有することがSEF計測により示された。術前後の比較で、潜時は有意に延長し、信号強度は有意に低下しており、潜時、信号強度の双方が治療効果判定の指標となり得る可能性が示唆された。頚椎症性脊髄症では、頚椎MRIによる形態評価では、病変が可逆的か否かを評価することは困難であり、手術治療の効果を客観的に予測することも必ずしも容易ではない。また、術後に感覚障害が遷延することが多いが、精神的な影響を受けやすく、感覚障害の客観的な定量法が未だ確立されていない。そこで、我々は感覚障害の客観的評価法として、脳磁図に着目し、SEFの経時的記録を行った。頚椎MRIで頚髄内にT2高信号域を有し、外科的な治療を行った頚椎症性脊髄症15例を対象とし、総観察期間を術前から術後6ヶ月までとし、術前、術後1週、術後1ヶ月、術後6ヶ月に計測を行った。手術に際しては、術中経頭蓋MEPモニタリング、SEPモニタリングを行った。また、対照群として、健常成人10例に対して両側正中神経刺激および後脛骨神経刺激によるSEFを計測した。得られた波形成分のピークを先頭から1M、2Mと命名し、正中神経刺激SEFおよび後脛骨神経刺激のそれぞれについて、1M・2MのECDを推定し、潜時、信号強度を求め、次いで、MCEソフトウエアを用いて行い、経時的変化を3Dアニメーションで表示し、4次元解析を行ない、賦活化される領域と時間的推移を検討した。現在までの結果、対象症例の潜時は延長し、信号強度は低下していた。手術後、潜時と信号強度の回復がみられ、特に信号強度の回復が良好であった。信号強度については、1M、2Mともに対照群と比較しても有意差がない位までに回復していた。SEFの回復過程は潜時よりも信号強度が先行する可能性が示唆された。また、術中のMEPモニタリング、SEPモニタリングで波形の変化はみられなかった。今後、症例数を増やし、潜時、信号強度と症状の相関を明確にし、不可逆的変化の閾値を求めたい。頚椎症性脊髄症での感覚障害の客観的評価法を確立するために、本年度は、昨年度に引き続き、症例数を増やした。頚椎MRIで頚髄内にT2高信号域を有し、外科的な治療を行った頚椎症性脊髄症15例に対して、総観察期間を術前から術後6ヶ月までとし、術前、術後1週、術後1ヶ月、術後6ヶ月に両側正中神経、後脛骨神経刺激SEFを計測・解析した。さらに健常成人10例に対しても両側正中神経、後脛骨神経刺激SEFを計測した。2年間で症例30例、健常成人例20例となった。得られた波形成分のピークを先頭から1M、2Mと命名し、正中神経刺激SEFおよび後脛骨神経刺激のそれぞれについて、1M・2MのECDを推定し、潜時、信号強度を求めた。症例における1M・2Mの潜時は健常成人例と比較し有意に延長し、信号強度は有意に低下しており、症例が感覚障害を有することがSEF計測により示された。1Mと2M間の比較では有意差はみられなかった。また、手術に際しては、術中経頭蓋MEPモニタリング、SEPモニタリングを行ったが、術中のモニタリングの波形の有意な変化は得られなかった。観察期間でMRIでの頚髄内T2高信号域の変化、SEF計測、NCSSの比較で明らかな相関が得られず、不可逆的変化の閾値を求めるには至っていない。今後、さらに、症例数を増やして不可逆的変化の閾値を求めたい。
携帯型光音響顕微鏡システムの開発

1)PVDF膜センサーを使う“ダイレクトセンシング法"の信号解析のモデルについて検討した。実験に使用する変調周波数が低いことを考慮し、多層構造試料の熱波の伝搬の理論を基礎として解析を行った。黒鉛試料の光音響信号の周波数依存性を求めた結果、シミュレーション値と実験値が一致した。これより、提案したモデルが妥当であると思われる。2)光源とセンサーを一体化できる可能性のある新しい“光透過型PVDF焦電センサー"と“光透過型PVDF圧電センサー"を考案した。黒鉛試料の光音響信号を測定した結果、両センサーとも試料の熱的情報らしきものが観測されたことより、本センサーが使えそうであることを示した。3)測定装置の簡略化、測定時間の短縮化および観測信号のS/N比の向上を目的として新しい計測法である“拡張同時多周波数計測法"を提案した。本方法は黒鉛鞠の光音響信号が1/f依存性に従い高周波成分ほど減衰することを考慮し、変調レーザ光波形の周波数成分にあらかじめf依存性を持たせるものである。本方法の計測手法を以下に示す。f依存性を持たせたパルス列を逆FFTにより合成波を作成、これをAOモジュレータのアナログドライバに入力して変調光を作成する。試料から得られた光音響信号波形をBoxcar積分器で測定し、パソコンに入力後FFTで各周波数成分を求める。このため、1回の測定で多周波数成分の情報を得ることができるため、測定時間を大幅に短縮できる。4)拡張同時多周波数計測法を用いることにより、同時多周波数計測法を用いた場合よりも100Hz成分の光音響信号振幅のS/N比が5dB改善できることを明らかにした。さらに拡張同時多周波数計測法では、従来のLock-inアンプを使う計測に比べて測定時間を56%程度短縮できることを明らかにした。さらにBoxcar積分器を使えば、完全自動計測ができることも示した。1.これまで開発してきた研究室対応の光音響顕微鏡システムを現場対応の機動性にするために光源の軽量化と省エネルギー化を行った。具体的には気体レーザから小型軽量な半導体レーザへの改良を検討した。このようにすることで、気体レーザでは必要不可欠であった光変調器が不必要となり、経費とコンパクト化の両面で改良できた。2.密閉型マイクロホンの代わりに状況に応じて柔軟に対応できる圧電薄膜センサーを検討し、“ダイレクトオン法"とでも呼ぶべきセンシング法を開発した。この方法を使うことで、特別なセルが要らなくなり、装置の機動性を高めることができた。3.以上の改良を行った装置で黒鉛の光音響信号の振幅の周波数依存性を測定し、理論とよく一致したデータを得た。携帯型光音響顕微鏡システムの実現のための一つのハードルをクリアできた。4.圧電薄膜の周波数特性に重要な位置を占める金属電極膜厚をリアルタイムで正確に評価できるSurface Plasmon Microscopyを提案し、その基礎技術を確立した。この方法を使うことで蒸着装置内に置かれた圧電膜への金属薄膜の膜厚を非接触で簡単に計測できることになり、センサーの開発にめどをつけることができた。5.携帯型顕微鏡システムをデスクトップからノート型パソコンへと改良し、そのソフト確立のための基礎データを収集した。最終年度は以上の研究成果を基礎として、システム全体の確認とそれを使って材料評価のデータベースを作りたいと考えている。

黒鉛試料の光音響信号の周波数依存性を求めた結果、シミュレーション値と実験値が一致した。これより、提案したモデルが妥当であると思われる。2)光源とセンサーを一体化できる可能性のある新しい“光透過型PVDF焦電センサー"と“光透過型PVDF圧電センサー"を考案した。黒鉛試料の光音響信号を測定した結果、両センサーとも試料の熱的情報らしきものが観測されたことより、本センサーが使えそうであることを示した。3)測定装置の簡略化、測定時間の短縮化および観測信号のS/N比の向上を目的として新しい計測法である“拡張同時多周波数計測法"を提案した。本方法は黒鉛の光音響信号が1/f依存性に従い高周波成分ほど減衰することを考慮し、変調レーザ光波形の周波数成分にあらかじめf依存性を持たせるものである。本方法の計測手法を以下に示す。f依存性を持たせたパルス列を逆FFTにより合成波を作成、これをAOモジュレータのアナログドライバに入力して変調光を作成する。試料から得られた光音響信号波形をBoxcar積分器で測定し、パソコンに入力後FFTで各周波数成分を求める。このため、1回の測定で多周波数成分の情報を得ることができるため、測定時間を大幅に短縮できる。4)拡張同時多周波数計測法を用いることにより、同時多周波数計測法を用いた場合よりも100Hz成分の光音響信号振幅のS/N比が5dB改善できることを明らかにした。さらに拡張同時多周波数計測法では、従来のLock-inアンプを使う計測に比べて計測時間を56%程度短縮できることを明らかにした。さらにBoxcar積分器を使えば、完全自動計測ができることも示した。
立位姿勢の保持機構の解析に関する研究

ヒトの立位姿勢は物理的に極めて不安定であり、その平衡は視覚、前庭、固有感覚を含む各種のフィ-ドバック機能により調節されている。これらの現象は頭頂動揺や身体重心動揺として観測され、従来より研究がなされている。また、ヒトの身体が頭部、体幹、下肢などの身体各セグメントとそれらを結ぶ関節とから成り立っているとする観点からすると、立正姿勢の平衡は各セグメントの位置関係の調節とみなすことができる。以上の観点から、本研究では立位姿勢の保持機構の解析をおこなうために、以下に示す実験の実施とそれらに対する結果を得た。1.レ-ザ-光およびコ-ナ-ミラ-を用いた計測システムを作成し、身体各部位の動揺計測に用いるための諸々の問題点について、検討を加えた。2.1のシステムを用いて身体各部位の動揺計測(1点4点)を実施し、その結果、標準誤差0.0770mmで測定可能である事を確認した。3.1のシステムを用いて大学男子剣道部員と一般学生の立位姿勢の計測を実施し、比較検討を行った。その結果、頭部、肩、膝において、剣道部員は一般学生に比べ有意に小さな動揺を示した。4.垂直方向圧力板を用いた重心動揺測定を大学男子剣道部員及び剣道高段者に対して実施した。その結果、大学男子剣道部員及び剣道高段者一般対象者に比べ動揺の少ない傾向を示した。5.剣道の防具が平衡機能に及ぼす影響について調査を行い、剣道選手は防具装着の条件下でも動揺が小さいなどの結果を得た。今後は、身体各部の動揺と重心動揺の同時計測を行う事が可能なシステムの構築と、それらを用いた実験・計測の実施が課題と考えられる。ヒトの立位姿勢はきわめて不安定であり、その平衡は神経・筋の各種反射を含むフィ-ドバック回路により調節されており、これらの現象は身体動揺や身体重心(床反力作用点)動揺として観測される。また、ヒトの身体が頭部・体幹・下肢といった各セグメントとそれらを結ぶ関節とから成り立っているとする観点からすると、立位姿勢の平衡は各セグメントの位置関係の調節と見なすことができる。以上の点から、本研究では立位姿勢の保持機構の解析を行うために、以下に示す測定と結果の検討及び実験システムの構築を行った。1.立位時における身体各部位の変位測定立位時における身体各部位(頭部・肩・股関節・膝)4点の動揺を画像処理装置を用いて測定・分析を行うことが可能であった。さらに測定精度と分析方法の限界について検討を行った。2.身体重心動揺の測定立位時の身体重心(床反力作用点)動揺を測定するために、垂直方向圧力板、アンプリファイア、作用点位置演算装置のシステムを用い実験を行った。得られたデ-タは広帯域アナログ入力装置及び生体情報解析プログラムにより解析を行うことが有効であることを確認した。3.総合実験システムの構築1と2の測定について同時測定を行う実験システムを構築し、その有効性と測定方法の限界について検討を行った。以上の点をふまえ、次年度はそれらの測定システムを用いて同時測定を行うための同期信号処理と得られたデ-タを処理するまでの所用時間の短縮を試みる。さらに実際に対象者に対し、種々の測定条件により同時測定を実施し、デ-タ分析を行った結果から、総合的に立位姿勢の保持機構の解析を行う予定である。また、ヒトの身体が頭部、体幹、下肢などの身体各セグメントとそれらを結ぶ関節とから成り立っているとする観点からすると、立体姿勢の平衡は各セグメントの位置関係の調節とみなすことができる。

以上の観点から、本研究では立位姿勢の保持機構の解析をおこなうために、以下に示す実験の実施とそれらに対する結果を得た。1.レ-ザ-光およびコ-ナ-ミラ-を用いた計測システムを作成し、身体各部位の動揺計測に用いるための諸々の問題点について、検討を加えた。2.1のシステムを用いて身体各部位の動揺計測(1点4点)を実施し、その結果、標準誤差0.0770mmで測定可能である事を確認した。3.1のシステムを用いて大学男子剣道部員と一般学生の立位姿勢の計測を実施し、比較検討を行った。その結果、頭部、肩、膝において、剣道部員は一般学生に比べ有意に小さな動揺を示した。4.垂直方向圧力板を用いた重心動揺測定を大学男子剣道部員及び剣道高段者に対して実施した。その結果、大学男子剣道部員及び剣道高段者一般対象者に比べ動揺の少ない傾向を示した。5.剣道の防具が平衡機能に及ぼす影響について調査を行い、剣道選手は防具装着の条件下でも動揺が小さいなどの結果を得た。今後は、身体各部の動揺と重心動揺の同時計測を行う事が可能なシステムの構築と、それらに用いた実験・計測の実施が課題と考えられる。
摂食うつ関連Ｇ蛋白質共役型受容体の分子解剖による新展開

メラニン凝集ホルモン受容体MCHR1はG蛋白質結合型受容体に属し、「摂食」「うつ不安」の両方に関与する興味深い分子である。本研究ではMCHR1について以下の点を明らかにした。1機能獲得変異体F318KーGタンパク質の3次元モデリング、2Gi/o偏向性を示す置換体の同定、3MCHR1と機能的に結合するタンパク質のトランスジェニックマウス作成、4Xenopus由来の4種類のMCH受容体クローニングとその特徴付け、5MCHR1が「選択的」に1次繊毛に発現するために必要な2つのアミノ酸(細胞内第3ループ)の特定。この一連の成果により、創薬にとって新規のストラテジーを提供する可能性が生まれた。メラニン凝集ホルモン受容体MCHR1はG蛋白質結合型受容体に属し、「摂食」「うつ不安」の両方に関与する極めて興味深い分子であり、重要な創薬標的でもある。H24年度は『MCHが結合した受容体がどのような構造変化をおこし、その結果、どのような分子メカニズムでG蛋白質を選択して活性化するか』という構造ダイナミクス、さらに膜特殊構造への局在機構の一端を明らかにした。1MCHR1は通常GqとGi/oに共役する。しかし我々が見出したF318KはGq選択的に活性化することを見出した。さらにマルチアライメントと3次元モデルを併用し、K318とGi/oとの相互作用部位を予測した。2ラットMCHR1はGq, Gi/oと共役するが、マツカワやキンギョMCHR1はGqとのみ共役する。そこで両者のアミノ酸配列を比較して30種類の変異体を作成し、機能アッセイを行うことにより、Gi/o偏向性に関与する部位を細胞内第2ループ及び第3ループのそれぞれ数残基まで絞り込んだ。3MCHR1と機能的に結合する蛋白質RGS8は細胞レベルの実験ではMCHR1機能を大きく抑制する。そこで、中枢特異的に発現する発現コンストラクトを作成した。4Xenopus tropicalisから4種類のMCH受容体のクローニングを行ない、それぞれ薬理学的特徴を解析した。さらに皮膚を用いた実験により、MCH受容体がヘテロ2量体として機能する可能性を見出した。5MCHR1は神経細胞1次繊毛に局在する。1次繊毛という場における特異なセンシング機構の本体について追求するために、1次繊毛を含有するヒト網膜由来細胞RPE1を入手し、MCHR1が「選択的」に1次繊毛に発現するために必要なアミノ酸(細胞内第3ループ)を2残基特定した。さらにアストロサイト初代培養系においてもこのアミノ酸残基がMCHRの1次繊毛局在にとって重要であることを見出した。中枢神経に高発現するメラニン凝集ホルモン受容体MCHR1はG蛋白質結合型受容体に属し、「摂食」「うつ不安」の両方に関与する極めて興味深い分子である。H25年度はMCHR1が共役するG蛋白質選択性の解析を行うとともに、MCHR1に機能的に結合する蛋白質に関する遺伝子改変マウスを作成した。1培養細胞系において、哺乳類MCHR1はGq, Gi/oの両方と共役するが、マツカワとキンギョMCHR1はGqと共役する。そこで両者のアミノ酸配列を比較して30種類の変異体を作成し、機能アッセイを行うことにより、Gq選択傾向を持つ置換体のスクリーニングを行なった。ほとんどの変異体はGタンパク質共役において変化を示さなかったが、細胞内第2、第3ループ領域近傍における6アミノ酸同時置換体(i2_6sub、i3_6sub)はGi/o選択性が減少した。さらに3種類の機能アッセイによる精査を行い、i2_6sub、i3_6subにおいてG蛋白質選択性が変化している確実な結果を得た。2MCHR1と機能的に結合する蛋白質RGS8は培養細胞レベルの実験ではMCHR1機能を大きく抑制する。そこで、中枢特異的に発現する発現コンストラクトを作成し、トランスジェニックマウスを3系統確立した。このマウスには目視による異常行動は認められない。そこで、5種類のうつ不安行動試験を行なう予定である。3Xenopus tropicalisから4種類のMCH受容体のクローニングを行ない、それぞれの情報伝達系を解析した。さらに皮膚を用いた実験により、低濃度では黒色素胞内の色素が凝集し、高濃度では逆に色素が拡散する2相性の反応を明らかにした。

昨年度は『MCHが結合した受容体がどのような構造変化をおこし、その結果、どのような分子メカニズムでG蛋白質を選択して活性化するか』という構造ダイナミクス、さらに膜特殊構造への局在機構の一端を明らかにした。(1)MCHR1は通常GqとGi/oに共役する。しかし我々が見出した機能獲得変異体F318KはGq選択的に活性化することを見出した。さらに活性型ロドプシンを鋳型とすることで3次元モデルを作成し、K318と水素結合する部位は細胞内第一ループD79, W73であることを示した。さらにF318KにおいてGqとの共役能が強化する事実は「GqのC末端にあるN357とMCHR1のK318-W73-D79が相互作用する」ことで解釈が可能であることを示した。(2)ラットMCHR1はGq, Gi/oと共役するが、キンギョMCHR1はGqとのみ共役する。そこで両者のアミノ酸配列を比較して20種類の変異体を作成し、機能アッセイを行うことにより、Gi/o結合に関与する部位をかなり狭めることができた。(3)Xenopus tropicalisから4種類のMCH受容体1a, 1b, 2a, 2bのクローニングを行った。さらにそれぞれの局在を調べ、哺乳類培養細胞に発現させることにより、それぞれのG蛋白質共役性を決定した。(4)MCHR1は神経細胞1次繊毛に局在する。1次繊毛という場におけるMCHR1の機能を調べ、その特異なセンシング機構の本体について追求するために、1次繊毛含有するヒト網膜由来不死化細胞RPE1を入手し、MCHR1が「選択的」に1次繊毛に発現するために必要なアミノ酸残基(細胞内第3ループ)を特定することに成功した。研究計画書に記載した昨年度計画のin vitro実験はほとんど達成した。しかし、MCHR1を特異的に認識するとされる抗体について精査したところ、特異抗体ではないことを見出した(MCHR1ノックアウトマウスでも組織染色で陽性となる)。そこで、現在、免疫組織化学の目的に耐える抗体を検索中である。上述のように並行して行った4つの研究計画について大きな進展が見られた。研究計画書に記載した計画以上の成果が得られたと考える。以下の計画により、MCHR1のG蛋白質選択性機構をさらに進展させ、同時にMCHR1結合蛋白質の遺伝子改変動物を作成を継続する。(1)MCHR1におけるG蛋白質選択性:機能アッセイによりGi/o偏向性に関与するアミノ酸残基が判明したため、次はG蛋白質ーGSTループ融合蛋白質間のプルダウンアッセイなどを用いてより詳しく作用機序を解析する。さらに3次元モデルを構築し、受容体とG蛋白質間の相互作用について予測を行なう。(2)Xenopus tropicalis由来の4種類のMCH受容体についてカエル由来の培養細胞を用いてシグナル系の測定を行い、関与する情報系を調べる。(3)抗MCHR1抗体を用いて、生理的環境により1次繊毛におけるMCHR1動態がダイナミックに対応して変動するかを解析する。遺伝的肥満動物(ob/ob, Zucker)を用いることで、摂食状態における各脳領域における1次繊毛の形態、MCHR1の発現箇所を免疫組織化学により解析する。以下の計画により、MCHR1の分子解剖をさらに進展させ、同時にXenopus tropicalisや1次繊毛システムを活用することにより、MCH-MCH受容体系の生理的意義解明に着手する。
慢性関節リウマチ、強皮症及びSLE発症の遺伝要因としてのTAP1:2遺伝子の関与

RA,PSS,SLEの遺伝要因としてのTAP遺伝子の意義を検討した。又、DR等既知の遺伝要因とTAP遺伝子の関連を検討するとともに遺伝要因と自己抗体を含む臨床所見との関連を検討した。RA92名、PSS55名、SLE52名を対象とし、対照として正常人95名を用いた。HLAは血清学的、及びDNN typingで検討した。TAP遺伝子は、Sau3AI、AccI等の制限酵素を用いたPCR-RFLP法で検討した。TAPとDRとの相関では、TAP1BとDR9、TAP2AとDR15、TAP2AとDRB1*1502、TAP2BとDR8、TAP2EとDR9の有意な相関を認めた。RAではTAP2B、2Cの増加がみられたが、有意ではなかった。RAではTAP2Eが有意に減少していた。相関からは、TAP2B、2Cの増加はDRB1*0405の増加に伴う二次的なものと考えられたが、TAP2EはDRB1*0405との相関はなかった。この事からTAP2EがRAにprotectiveに働gereのマーカーとして働いている可能性も考えらえた。さらにTAP2Bと抗SS-A抗体との有意な相関を認めた。Diffuse Scleroderma(DS)、a-Scl-70群ではTAP1A、2Aの有意な増加がみられた。又、TAP1Bは有意に減少し、TAP2BもDSで有意に減少していた。TAPとDRとの相関からは、DS、a-Scl-70群でのTAP1A、2Aの増加はDRB1*1502の増加に伴う二次的なものと考えられた。TAPと肺繊維症を含めた臨床所見との関連では有為な相関を認めなかった。SLEでは、いずれのTAP alleleも差がなくTAP2Hが増加傾向を示した。SLEの自己抗体の有無とTAP alleleの関連では、RNP群でTAP2Hが増加傾向を示したが有意ではなく、SLEではTAPと自己抗体の関連はないと考えられる。又、オッス比の検討からは日本人でTAPがこれらの自己免疫疾患に相加(相乗)的に関与している可能性は低いと考えらえる。SLEの一例にTAP2の新しいRsaIパターンを示すalleleがみつかった。DNA配列から、ATATA→ATGTAと48723位の塩基置換が認められ、TAP2JTと名付けた。慢性関節リウマチ(RA)の遺伝要因としてのTAP遺伝子の意義を検討した。又、DR、C4等、既知の遺伝要因とTAP遺伝子の関連を検討するとともに遺伝要因と自己抗体を含む臨床所見との関連を検討した。92症例を対象とし、対照として正常人95名を用いた。HLAは血清学的、及びDNA typing、補体C4は血清学的方法で検討した。TAP遺伝子は、PCR-RELP法用で検討した。制限酵素としてTAP1についてはSau3AI、AccIを用い、TAP2についてはBfaI,AccII、MspI、RsaIを用いた。

臨床データーとしては家族歴、RA因子(RAF)、発症年齢、自己抗体等について検討した。RAではTAP2B(66.3% Vs 60.0%)、2C(32.6% Vs 23.2%)の増加がみられたが、有意ではなかった。RAではTAP2Eが有意に減少していた(6.5% Vs 18.9% p<0.05)。TAPとDRとの相関では、TAP1BとDR9(p<0.05)、TAP2AとDR15(p<0.005)、TAP2BとDR8(p<0.0005)、TAP2EとDR9(p<0.001)の有意な相関を認めた。相関からは、TAP2B、2Cの増加はDRB1*0405の増加に伴う二次的なものと考えられたが、TAP2EはDRB1*0405との相関はなかった。この事からTAP2EがRAにprotectiveに働くgeneのマーカーとして働いている可能性も考えられた。TAPと臨床所見との関連では、TAP2Bと抗SS-A抗体との有意な相関を認めた(p<0.05)。SLEの一例にTAP2の新しいRsaIパターンを示すalleleがみつかった。DNA配列から、ATATA→ATGTAと48723位の塩基置換が認められ、TAP2JTと名付けた。Wordsworth等はTAP2Dの増加を報告しているが日本人では、元来alleleの頻度が低いためか増加を認めなかった。又、Singal等は、TAPとDRがともにRAに関与している可能性を示唆している。我々の検討ではDRB1*0405、TAP2B、TAP2Cの相対危険率は各々2.5、1.3、1.6でありDRB1*0405とTAP2B又はTAP2Cをともに示すRRは2.3と2.8であった。この結果からは、日本人でTAPが相関(相乗)的に関与している可能性は低いと考えられる。PSS及びSLEの遺伝要因としてのTAP遺伝子の意義を検討した。又、DR、C4等、既知の遺伝要因とTAP遺伝子の関連を検討するとともに遺伝要因と自己抗体を含む臨床所見との関連を検討した。PSS患者は55名、SLE患者は52名を対象とし、対照として正常人95名を用いた。HLAは血清学的、及びDNA typing、補体C4は血清学的方法で検討した。TAP遺伝子は、PCR-RFLP法用で検討した。制限酵素としてTAP1についてはSau3AI、AccIを用い、TAP2についてはBfaI、AccII、MspI、RsaIを用いた。臨床データーとしては家族歴、病型、発症年齢、自己抗体、肺繊維症の有無等について検討した。Diffuse scleroderma (DS)ではTAP1A(100% Vs 85.3%)、2A(80.0% Vs 42.6%)のallele frequency(AF)の有意な増加がみられた。a-Scl-70群でTAP1A(93.2%)、TAP2A(63.6%)は増加していた。又、TAP1Bは有意に減少し、TAP2BもDSで有意に減少していた。TAPとDRとの相関では、TAP2AとDR15(p<0.005)、DRB1*1502(p<0.005)の有意な相関を認めた。相関からは、DS,a-Scl-70群でのTAP1A、2Aの増加はDRB1*1502の増加に伴う二次的なものと考えられた。TAPと肺繊維症を含めた臨床所見との関連では、有意な相関を認めなかった。SLEでは、いずれのTAP1 alleleのphenotype frequencyも差がなく、TAP2Hが増加傾向を示した(5.8%)。
分子動力学シミュレーションの科学教育への応用

世の中にあるさまざまな物質は,多数の粒子(原子・分子・イオン)が集まってできている.それらがどのような位置関係にあり,どのように運動しているかによって,粒子の集合体としての物質の性質が決まってくる.しかしながら,粒子の配置や動きを実際に観察することができないため,この現象をイメージ把握することは難しい.そこで我々は,分子動力学シミュレーションの結果を利用することにより,物質の状態を原子・分子レベルで理解するための教材を作成してきた.本研究では,食塩の状態変化および食塩の水への溶解の様子を原子レベルでアニメーション表示する教材を作成した.分子動力学計算により記録された微少時間毎の全て粒子の座標をもとに,連番の静止画像を作成し,それをもとに動画ファイルを,さらにこれら素材の入ったWebページを作成した.以下の2つのURLで正式公開している.今回作成したWeb教材の見どころは,以下のとおりである:1.食塩の状態変化(固体NaClの融解,液体NaClの固化および気化)水の場合には固体の氷が融解すると密度が増大するが,NaClでは融解とともに密度が減少する様子が示された.また,NaClの気体においては,多くのナトリウムイオンと塩化物イオンとがペアを作って動き回っている様子がわかりやすく観察できる.2.食塩の水への溶解NaCl立方体の表面からナトリウムイオンと塩化物イオンが水中に溶解しはじめ,最後には完全に溶解してしまう様子が観察できる.世の中にあるさまざまな物質は,多数の粒子(原子・分子・イオン)が集まってできている.それらがどのような位置関係にあり,どのように運動しているかによって,粒子の集合体としての物質の性質が決まってくる.しかしながら,粒子の配置や動きを実際に観察することができないため,この現象をイメージ把握することは難しい.そこで我々は,分子動力学シミュレーションの結果を利用することにより,物質の状態を原子・分子レベルで理解するための教材を作成してきた.本研究では,食塩の状態変化および食塩の水への溶解の様子を原子レベルでアニメーション表示する教材を作成した.分子動力学計算により記録された微少時間毎の全て粒子の座標をもとに,連番の静止画像を作成し,それをもとに動画ファイルを,さらにこれら素材の入ったWebページを作成した.以下の2つのURLで正式公開している.今回作成したWeb教材の見どころは,以下のとおりである:1.食塩の状態変化(固体NaClの融解,液体NaClの固化および気化)水の場合には固体の氷が融解すると密度が増大するが,NaClでは融解とともに密度が減少する様子が示された.また,NaClの気体においては,多くのナトリウムイオンと塩化物イオンとがペアを作って動き回っている様子がわかりやすく観察できる.2.食塩の水への溶解NaCl立方体の表面からナトリウムイオンと塩化物イオンが水中に溶解しはじめ,最後には完全に溶解してしまう様子が観察できる.世の中にあるさまざまな物質は,多数の粒子(原子・分子・イオン)が集まってできている.それらがどのような位置関係にあり,どのように運動しているかによって,粒子の集合体としての物質の性質が決まってくる.しかしながら,粒子の配置や動きを実際に観察することができないため,この現象をイメージ把握することは難しい.そこで我々は,分子動力学シミュレーションの結果を利用することにより,物質の状態を原子・分子レベルで理解するための教材を作成してきた.今年度は,1.食塩の状態変化および2.食塩の水への溶解の様子を原子レベルでアニメーション表示する教材を作成した.分子動力学計算により記録された微少時間毎の全て粒子の座標をもとに,連番の静止画像を作成し,それをもとに動画ファイルを,さらにこれら素材の入ったWebページを作成した:今回作成したWeb教材の見どころは,以下のとおりである:1.食塩の状態変化(固体NaClの融解,液体NaClの固化および気化)水の場合には固体の氷が融解すると密度が増大するが,NaClでは融解とともに密度が減少する様子が示された.また,NaClの気体においては,多くのナトリウムイオンと塩化物イオンとがペアを作って動き回っている様子を観察することができる.2.食塩の水への溶解NaCl立方体の表面からナトリウムイオンと塩化物イオンが水中に溶解しはじめ,最後には完全に溶解してしまう様子が観察できるようになった.世の中にあるさまざまな物質は、多数の粒子(原子・分子・イオン)が集まってできている。それらがとのような位置関係にあり、どのように運動しているかによって、粒子の集合体としての物質の性質が決まってくる。しかしながら、粒子の配置や動きを実際に観察することができないため、この現象をイメージ把握することは難しい。そこで我々は、分子動力学シミュレーションの結果を利用することにより、物質の状態を原子・分子レベルで理解するための教材を作成してきた。今年度は、昨年度作成した食塩の状態変化および食塩の水への溶解の教材について、以下の改善を行なった。1.再計算を行なうとともに、アニメーション表示におけるコマの間隔や色合いを工夫することにより、粒子の動きをよりスムーズに、またわかりやすく表示させることができた。中でも、NaClが気化するアニメーションにおいて、多くのナトリウムイオンと塩化物イオンとがペアを作って動き回っている様子が控握しやすくなった。2.Webページ上でのコンテンツの配置やデザインを改善することにより、ユーザーにとっての使いやすさが改善された。この教材を、今年度以下の2つのURLで正式公開した。
性ステロイドによる一酸化窒素産生ニューロン調節機構の形態学的および生理学的解析

成熟雌ラットを卵巣摘除(OVX)群、低エストロゲン群、高エストロゲン群に分けた。3グループの凍結切片を作成し、NADPH-diaphorase(d)法および一酸化窒素合成酵素(NOS)に対する抗体を用いて免疫組織化学法を行い、視床下部のanteroventral periventricular nucleus(AVPv)、medial preoptic nucleus(MPN)における陽性ニューロン数を計測した。AVP_VではNADPH-dおよびNOS陽性ニューロン数に変化は観察されなかったが、MPNにおいては、高エストロゲン群においてOVX群や低エストロゲン群に比べて有意にNADPH-dおよびNOS陽性ニューロン数の増加が認められた。次いでin situハイブリダイゼーション法を施行した。nNOSmRNAに対するプローブは、45ベースのオリゴヌクレオチドプローブを35Sにてラベルしたものを使用した。AVP_VやMPNにおける陽性細胞数、陽性細胞上の銀粒子数はOVX群と低エストロゲン群との間に有意な差は認められなかった。高エストロゲン群について現在解析を進めている。また、OVX群および低エストロゲン群を用いてマイクロダイアリシス法を施行した。プローブをAVP_Vに刺入し、15分ごとにサンプルを回収し、NOとアミノ酸をHPLCにて解析した。NMDAによる刺激に対するNO産生の増加に有意な差は観察されなかったが、NMDA刺激によるGABA放出量は低エストロゲン群において有意に増加しており、NMDAレセプターを介したエストロゲンによるGABA放出の調節が示唆された。以上より、視床下部視束前野のNO産生は、diestrusに相当する低いエストロゲンレベルにおいては変化を受けないが、proestrusに相当する高いエストロゲンレベルによって影響を受ける可能性が考えられた。成熟雌ラットを卵巣摘除(OVX)し、3グループに分けた。グルーブ1は、OVXしたラットにSesame Oilを投与したもの(OVX群)、グループ2は、OVXしたラットにEstradiol(E_2)を皮下に投与し血中E_2をdiestrusのレベル(20pg/ml)にしたもの(低エストロゲン群)、グループ3はOVXしたラットにE_2を投与し血中E_2をproestrusのレベル(90pg/ml)にしたもの(高エストロゲン群)である。3グループの凍結切片を作成し、NADPH-diaphorase法および一酸化窒素合成酵素に対する抗体(抗NOS抗体)を用いた免疫組織化学法を行い、視床下部におけるAnteroventral periventricular nucleus(AVPv)、Medial Preoptic Nucleus(MPN)およびVentromedial Nucleus of the Hypothalamus(VMH)におけるNADPH-diaphorase反応陽性ニューロンおよびNOS免疫反応陽性ニューロン数を計測した。AVPvやVMHではNADPH-diaphorase反応陽性ニューロン数に変化は観察されなかったが、MPNにおいては、高エストロゲン群においてOVX群や低エストロゲン群に比べて有意にNADPH-diaphorase反応陽性ニューロン数の増加が認められた。同様の所見はNOS免疫反応陽性ニューロン数についても観察されたことより、視床下部視束前野のNO産生は、proestrusに相当する高いエストロゲンレベルによって影響を受ける可能性が考えられた。また、視床下部視束前野のNOS免疫反応陽性ニューロンがエストロゲンレセプターを含有することが確認され、エストロゲンがそのレセプターを介してNOS合成を促進する可能性が示唆された。

3グループの凍結切片を作成し、NADPH-diaphorase(NADPH-d)法および一酸化窒素合成酵素(NOS)に対する抗体を用いた免疫組織化学法を行い、視床下部のanteroventral periventricular nucleus(AVPv)、medial preoptic nucleus(MPN)における陽性ニューロン数を計測した。AVPvではNADPH-dおよびNOS陽性ニューロン数に変化は観察されなかったが、MPNにおいては、高エストロゲン群においてOVX群や低エストロゲン群に比べて有意にNADPH-dおよびNOS陽性ニューロン数の増加が認められた。次にnNOSmRNAに対するin situハイブリダイゼーション法を施行した。プローブは、45ベースのオリゴヌクレオチドプローブを35Sにてラベルしたものを使用した。AVPvやMPNにおける陽性細胞数、陽性細胞上の銀粒子数はOVX群と低エストロゲン群との間に有意な差は認められなかった。現在、高エストロゲン群について解析を進めているところである。また、OVX群および低エストロゲン群を用いてマイクロダイアリシス法を施行した。プローブをAVPvに刺入し、15分ごとにサンプルを回収し、NOとアミノ酸をHPLCにて解析した。NMDAによる刺激に対するNO産生の増加に有意な差は観察されなかったが、NMDA刺激によるGABA放出量は低エストロゲン群において有意に増加しており、NMDAレセプターを介したエストロゲンによるGABA放出の調節が示唆された。以上より、視床下部視束前野のNO産生は、diestrusに相当する低いエストロゲンレベルにおいては変化を受けないが、proestrusに相当する高いエストロゲンレベルによって影響を受ける可能性が考えられた。
世代間交流に基づく小規模コミュニティの形成に関する総合的研究

本研究では,M地区の伝統文化(菅笠)を活用しつつ,地区にある多世代の共有施設(コモンズ),すなわち〈自治会館ー街区公園ー小学校ー菅田ー菅笠保存会館ー神社ー高齢者施設〉といった活動拠点(場所)において、そして活動に合わせてその都度場所を移動すると同時に,場所柄を生かして,様々な教材による世代間交流を実施し,そのことを通して,M地区という小規模コミュニティの活性化を図った。とりわけ、子どもー大人ー高齢者による菅田の刈り取りと菅の植えつけ、子どもと高齢者がチームを組んでの紙芝居つくりとその相互的な上演会において、世代間交流の効果および街づくりの活性化(効果)が顕著にみられた。大阪市M地区は、菅笠づくりおよびそれをつくる菅田で有名な近隣住区(小規模コミュニティ)であるが、本年度は平成23年6月から平成24年3月まで世代間交流に基づきながら、小規模コミュニティ形成を促進した。具体的な方法は、子ども世代、親世代、高齢者世代の多世代が、菅田では菅田刈りの体験を、地域の11体の地蔵や神社では高齢者による紙芝居を、地区の小学校ではハンカチ染め、多世代の料理づくり、高齢者による昔語り、おもちゃづくり(竹トンボ等の伝承玩具)などを、地区の自治会館ではかるたとりやあやとりなどの伝承遊びを、地区の公園では鬼ごっこや大縄飛びなどのダイナミックな伝承遊びを、高齢者施設では、乳幼児・母親と高齢者による多世代自由交流、光の万華鏡づくりといった科学遊びを、各々、継続的に実践した。このように、今年度は、M地区の伝統文化(菅笠)を活用しつつも、地区にある多世代の共有施設(コモンズ)、すなわち自治会館-街区公園-小学校-菅田-菅笠保存会館-神社-高齢者施設というように、活動拠点をその都度移動しながら様々な教材を介して世代間交流を実施することを通して、M地区という小規模コミュニティの活性化を図った。その効果を統計解析等によって分析した結果、5回以上継続的に参加した高齢者のうち、約90卯%が生きがいを感じ、約68%が知らない子どもとも話が自然にできるようになった。また、今までお年寄りが嫌いだと感じていた子どもの約90%以上がお年寄りを身近に感じるようになり、約85%が敬意を払うようになった。また、本実践と並行してK病院において認知症高齢者とその子息と大学院生等による回想法を実践したが、開始から3ヶ月後のバウムテストでHDS-R及びMMSEスコアが各々、1点、4点向上したこともさることながら、バウムの絵そのものが生き生きしたものに変容したことから、認知症高齢者における世代間交流の効果が明らかとなった。今年度も昨年度と同様、地域の子ども(特に小学生)と高齢者が協力し合いながら、菅笠づくりおよび菅の工芸品づくりと菅田づくりを行った。さらに今年度は、前に実施した地域カルタづくりの実践を手がかりに、子どもと高齢者がチームを組んで、地域に馴染みのあるストーリーから成る紙芝居を共同制作した。従来の世代間交流であれば、既成の教材、たとえば販売されているモノを媒介とする方式となるが、共同制作ではまず各チームの個々人が絵や文章を作成し、その作成したものを各チームの編集会議で議論することにより推敲してもらい、それを参考に再度、個人が元の絵や文章を書き直す、そして紙芝居を完成させる、というものである。共同制作では、個人として「書き手」、編集会議の一員として「読み手」、再び「書き手」となるため、従来の世代間交流よりも、作品の完成に向かってより深くかかわることになる。しかも、チームごとに共同制作した紙芝居のコンテストにあたって紙芝居の読み方について参加者が紙芝居の専門家から指導を受けた。これら一連の活動の効果は参加者へのインタビュー調査で検証したが、約90%の参加者が交流のみならず、1つの作品を共同制作したことについて有意義もしくは楽しかったと回答した。その効果は、通常の世代間交流を上回るものであった。また、紙芝居のコンテストは、参加者だけでなく、それを鑑賞した地域の人たちにとって、世代間交流の効果をあらためて実感する機会となり得た。今年度は、昨年度までと同様、コミュニティそのものの多世代化に向けて地区の共有施設といえる、自治会館ー街区公園ー小学校ー菅田ー菅笠保存会館ー神社ー高齢者施設を活動内容に合わせて移動しながら、世代間交流実践を展開した。こうした空間認識により、参加者はをあらためて街づくりの必要性を自分なりに考える機会となり得た。本年度は、これまでの世代間交流実践の実績を踏また上で、菅笠づくり及びそれをつくる菅田で有名な近隣住区(小規模コミュニティ)である大阪市南堀江地区において、主要な施設と場所を拠点としながら、昨年度に続き、高齢者世代と親世代主導で、地域の子どもたち(小中学生)と大阪市大の学生3名が菅田での菅田刈りの体験と身近な菅細工・菅工芸品(菅笠)などの伝統工芸を経験した。

この地域特有の伝統工芸がもたらす、世代間交流への関心は高く、昨年度以上に多くの地域住民が参加し、そのことでこの小規模コミュニティ形成を促進した。こうした活動は、特定の施設の中での世代間交流では実現することができない規模のものであるが、こうした場所柄を活用して、雨の心配のない日には、菅田横の神社の前やその大樹の下で、多世代の料理作りと複食会(三世代が各々作った料理を一緒に食べ合い、評価する催し)をはじめ、竹とんぼや竹馬などの伝承玩具作り、各世代が作った紙芝居の屋外での実演、大規模な伝承遊び等々を行った。また、自治会館や高齢者施設の中では、屋外行事に参加できない高齢者の方々と小学生が、綾取りをしたり、カルタ作りを行い、カルタ競争をしたりした。今年度も引き続き、施設そのもの、ひいては地域そのものの多世代化に向けて、地区の共有施設(コモンズ)、たとえば自治会館ー街区公園ー小学校ー菅田ー菅笠保存会館ー神社ー高齢者施設を世代間交流を通して結びつけ、小規模コミュニティの活性化を図った。その効果を統計解析等によって分析した結果、5回以上継続的に参加した高齢者のうち、80%以上が生きがいを感じ、約60%が知らない子どもとも話が自然にできるようになった。この実践と並行してK病院において認知症高齢者とその子息と大学生・大学院生等による回想法を実践したが、開始から45ヶ月後のバウムテストでHDS-R及びMMSEスコアが著しく向上した。地区の主要拠点を空間移動しながらの世代間交流実践は、室内だけのそれよりも効果が絶大であり、世代間交流は活動する場所柄に強く規定されることが明らかになった。小規模コミュニティ内の空間移動方式の世代間交流は、活動のみならず、コミュニティ内の様々な空間・施設の個性を参加者(多世代)に発見・発掘させる効果があり、それによって思わないダイナミックな活動を行うことができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。場所柄に拘る、地区の主要拠点を空間移動しながらの、世代間交流実践は、室内だけのそれとは異なり、地域住民をも巻き込んで拡大していけることにより、交流のためのさまざまな人的資源を発見・発掘することができた。閉じた空間における従来の世代間交流ではできなかったダイナミックな活動(伝承遊びやものづくり)をグループ単位で行うことができるため、研究は予想の外、進展していると判断できる。本研究課題の研究計画は変更ないが、本年度は予想通り、子どもの場合、参加者が乳幼児と小学生に限られたので、中学生や高校生をどのようにして世代間交流実践及び小規模コミュニティ形成に参加してもらうかが最大の課題となる。また、こうした研究課題の効果を検証する方法として、アンケート調査及びその統計解析に偏る傾向があるので、今後は、参加者へのインタビューや半構造化面接などの質的方法も併用すべきだと考えている。本研究課題の実践そのものは順調に進捗しているので、研究計画に変更はないが、強いて挙げるならば、世代間交流への参加者の大半が小学生に限定されるので、もっと多く、中学生、高校生、大学生の参加を促進する必要性を感じている。本年度は、数名の大学生に参加してもらったが、高齢者や小学生に対する支援という点で絶大な効果がみられた。しかも、大学生は実践記録を作成し、まとめることもできる。
バイナリレベル複数スレッド化による計算機の高速化に関する研究

本年度は、研究計画に従い、単一スレッドコードを複数スレッドコードへバイナリレベルで自動変換することでプログラムを高速化するソフトウェア最適化システムのプロトタイプ開発を継続して行なった。システムの開発上必要不可欠な要素技術である、プログラムのバイナリレベルでの詳細解析手法や解析結果を活用した高性能な複数スレッドコード生成手法の両面から開発を進めた。プログラムのバイナリレベルでの詳細解析手法については、昨年度に「バイナリレベル変数解析手法」の開発を行なっているが、本手法による解析結果を用いて複数スレッドコードを生成する場合に解析内容が実際と合致しているかを実行時に確認する処理が必要となる。本年度はこの実行時チェックコードの効率の良い実装方法について検討を行なった。高性能な複数スレッドコード生成手法については、スレッド間依存データに着目した手法の検討を行なった。複数スレッド実行において性能を落とす大きな要因はスレッド間の依存、特にスレッド間依存データの存在である。このスレッド間依存データについてその値の予測可能性を調査し、予測しやすいデータ値については値を予測した上で、本来は同期処理を行なう場合においても処理を前もって行なえるようにすることで大幅な高速化を達成する「データ投機実行手法」の検討を継続して行なった。また、予測可能性が高くないデータについては、スレッド間依存とならないように可能な限り同一スレッド内で処理を行なうようにスレッドの分割を考慮する「データ依存に着目したスレッド分割手法」の検討を行なった。それぞれの複数スレッドコード生成手法についてSPEC95およびSPEC2000ベンチマークを対象としてバイナリコード変換を行なった評価を行ない、その有効性について評価を行なった。本年度は、研究計画に沿って、単一スレッドコードを複数スレッドコードへバイナリレベルで自動変換することでマルチスレッドプロセッサの性能を引き出すことを目標とするソフトウェアシステムのプロトタイプの開発、特に、マルチスレッド化を行なうバイナリ変換処理系の基本部分と、それと協調して機能する実行時支援システムの開発を行なった。また、本研究で提案するバイナリレベルでのマルチスレッド化手法の有効性を検証するため、複数スレッド実行が可能な命令駆動アーキテクチャシミュレータを中心とした評価環境の整備を行ない、SPEC95ベンチマークを対象とした初期的な評価を行なった。本年度は、まだ自動変換処理系が完成に到っていないため、同等の変換アルゴリズムを手動により実現して作成したバイナリを用いて評価を行なった。その結果、浮動小数点演算系のアプリケーションに対しては、マルチスレッドプロセッサのスレッド処理ユニットの台数に応じた高速化が達成可能であることが明らかになったが、一方で整数演算系アプリケーションに対しては、その高速化の幅が小さく、台数に応じた高速化が達成困難であることが明らかになった。この結果を受けて、整数演算系アプリケーションにおいても高速化を達成するため、投機的マルチスレッド実行モデルを活用したマルチスレッド化の検討を行ない、その変換アルゴリズムの開発に着手した。また、本年度は実行時支援システムについて、サンプリング手法とパスプロファイル手法を併用した方法を用いてアプリケーション実行中にどの部分が最適化の効果が最も現れるかを自動的に判定する実験を行ない、その初期的な成果を公表した。本年度は、研究計画に従い、単一スレッドコードを複数スレッドコードへバイナリレベルで自動変換することでマルチスレッドプロセッサの性能を引き出すことを目標とするソフトウェアシステムのプロトタイプ開発を継続して行なった。複数スレッド化手法に関して、従来方式では困難であった、メモリアクセスに対しての複数スレッド化について、バイナリレベルでのポインタ解析を行なうことにより、複数スレッド化を可能とする手法を開発し、実装を行なった。また、実行時支援システムについて、昨年度開発を行なったサンプリング手法とパスプロファイル手法を併用した方法を用いてアプリケーション実行中にどの部分が最適化の効果が最も現れるかを自動的に判定するシステムに加え、複数スレッド化を含む各種最適化処理によりプログラムが真に性能向上したかどうかを実行サイクル数を直接計測することにより判定する手法の開発を行なった。また、昨年度までの評価結果により、整数演算系アプリケーションに対しては、その高速化の幅が小さく、台数に応じた高速化が達成困難であることが明らかになったが、この結果を受け、整数演算系アプリケーションにおいても高速化を達成するため、投機的スレッド実行モデルを活用した複数スレッド化の検討を行なった。具体的には、SPECint95ベンチマークプログラムに対して、スレッド間の制御依存に関して投機実行を行なう「制御投機」方式と、スレッド間のデータ依存に関して投機実行を行なう「データ投機」方式の適用検討を行なった。その結果、投機的処理を行なわない場合に対して、投機的処理を行なうことにより性能向上が可能であることが確認できた。さらに、実行時最適化のアイデアを基にした最適化システムを特許として出願を行なった。

このスレッド間依存データについてその値の予測可能性を調査し、予測しやすいデータ値については値を予測した上で、本来は同期処理を行なう場合においても処理を前もって行なえるようにすることで大幅な高速化を達成する「データ投機実行手法」の検討を継続して行なった。また、予測可能性が高くないデータについては、スレッド間依存とならないように可能な限り同一スレッド内で処理を行なうようにスレッドの分割を考慮する「データ依存に着目したスレッド分割手法」の検討を行なった。それぞれの複数スレッドコード生成手法についてSPEC95およびSPEC2000ベンチマークを対象としてバイナリコード変換を行なった評価を行ない、その有効性について評価を行なった。