hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リボソームのリン酸化を介する新規翻訳制御機構とその意義

1.Rps5リン酸化のモニタリングこれまでの研究によりYpk1がRps5のリン酸化を担う事を明らかにしてきた。別のリン酸化酵素を同定すべくキナーゼアッセイを行った結果、Pkc1もRps5のSer223をリン酸化していることを明らかにした。一方でYpk1と高い相同性を有するYpk2ではSer223のリン酸化が認められなかった。この結果はYPK1の欠損では細胞増殖の遅延が起こる一方でYPK2の欠損では遅延が起こらない現象と一致しており、これら酵素の機能の差異を生み出す原因となっているものと予想される。2.Rps5リン酸化に応じたリボソーム制御機構の解明Rps5のリン酸化の有無によってリボソームに起こっている変化を明らかにし、シグナル伝達によるRps5のリン酸化を介したタンパク質翻訳の調節機構の解明を試みた。これまでにRps5のリン酸化不全変異がリボソームRNAの成熟において20SrRNAが18SrRNAへとプロセシングされるステップを阻害していることを明らかにしている。しかしながらその具体的な分子機構が不明であったことから、その詳細について検討を行った。Rps5と相互作用する可能性があり、且つ20Sから18Sへのプロセシングに重要と思われるリボソーム結合タンパク質に注目し実験を行った結果、Rio2がRps5リン酸化不全変異体発現時においてリボソームとの結合が阻害されていることを見出した。この研究結果により、Rps5のリン酸化は40SリボソームとRio2との適切な相互作用に必要である可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。1.多様な条件下における出芽酵母Rps5リン酸化状態の解明これまでは間接的な手法によってのみ検出が可能であったRps5のリン酸化を直接検出するための手法の開発を試みた。具体的には抗リン酸化Rps5抗体を作製することでRps5のリン酸化状態を検出し、どのような条件下においてRps5のリン酸化が変化しているのかを明らかにしようとした。新しい手法によってリン酸化Rps5を部分的に検出することを可能にした。この成功により、今後様々な培養条件下、特定のシグナル伝達経路不活性化条件下におけるRps5のリン酸化状態の簡便な検出が可能になる。2. Rps5リン酸化に応じたリボソーム制御機構の解明Rps5のリン酸化の有無によってリボソームに起こっている変化を明らかにし、シグナル伝達によるRps5のリン酸化を介したタンパク質翻訳の調節機構の解明を試みた。ノーザンプロッティング及びリアルタイムPCR法を導入することにより、Rps5リン酸化不全により惹起される40Sリボソーム減少の原因が40Sリボソームを構成する18SリボソームRNAの減少に起因すること、そしてその減少の原因がリボソームRNAの成熟異常にあることを明らかにした。この現象は、本来常に正に制御され続けられるべきリボソームRNAの成熟課程が、細胞外栄養源によって制御される可能性を示唆するものである。この仮説はこれまでは不完全なリボソームとされてきた未成熟型18SリボソームRNAを含むリボソームが有する未知の機能を予感させるものであり、リボソーム研究の発展に大きく寄与する事が期待される。作製した抗リン酸化抗体の抗原特異性が非常に低く、使用条件の検討に多くの時間を要した為。昨年度の研究成果を元に、リボソームの機能調節機構の詳細を解明する。具体的には、Rps5が関与するリボソームRNAの成熟に必要な因子の同定により、調節機構の全体像を明らかにする。
下痢性貝毒成分を対象とした特異的・高精度分析法の構築と応用研究

我々の特許技術「フルオラス誘導体化法」をLC-MS分析に組み込むことで,下痢性貝毒成分であるオカダ酸群やアザスピロ酸群を対象とした新規分析法の構築を目指す。本研究によって,従来の分析法より優れた,簡便・高感度・特異的・高精度な下痢性貝毒評価法が開発される見込みである。更に,最適化した方法論をバリデートした後,二枚貝試料に対する下痢性貝毒成分のモニタリングを実施する。
半導体素子表面へのエアロゾル粒子の沈着に関する研究

近年LSI製造プロセスにおいて高品位の集積回路を作成する目的から,クリーンルーム中でのウエハ上の微小粒子の沈着を防止するための信頼のできる技術の確立が強く望まれている.たとえばLSIを構成するウエハー表面上では誘電体と金属との接触部が数多く存在し, 0.1μm程度の粒子でも金属部へ沈着すると不良品な作る主原因となる.したがって,異種物質から構成された表面へのエアロゾル粒子の沈着量とその分布及び沈着機構の解明が重要である.しかしながら粒子沈着に及ぼす壁面材質の影響については,従来よりほとんど検討されていなかった.本研究では異種物質として金属(銅)と誘電体(ポリエチレン)から構成された表面に,エアロゾル粒子がどの場所にどの程度沈着するかを実験的に調べると共に,数値解析による検討も行なった.実験において,粒子径が0.17μm, 0.33μm, 0.62μmの単分散球形ラテックス粒子を使用した.得られた主要な結論を以下に示す.帯電粒子は金属と誘電体の接触により自然に生じる局所電界の影響を受け,銅とポリエチレンから構成された表面に対してはポリエチレンが負に帯電するため,正に帯電した粒子は誘電体部に多く沈着した.正に帯電した粒子が誘電体部で多く沈着するのは粒子と電界との相互作用によるクーロンが原因であり,粒径が小さい程沈着量も増加した.負に帯電した粒子は誘電体部が負に帯電しているためにほとんど沈着しないが,界面近傍の銅板部において粒子沈着量が多くなる.これは界面近傍の電界ベクトルが局部的に主流方向を向くためである.なお粒子沈着量の推算に際し,電荷が誘導体内部へも侵入すると仮定したが,電荷侵入がないとした場合よりも,より精度よく実験値を説明することができた.近年LSI製造プロセスにおいて高品位の集積回路を作成する目的から,クリーンルーム中でのウエハ上の微小粒子の沈着を防止するための信頼のできる技術の確立が強く望まれている.たとえばLSIを構成するウエハー表面上では誘電体と金属との接触部が数多く存在し, 0.1μm程度の粒子でも金属部へ沈着すると不良品な作る主原因となる.したがって,異種物質から構成された表面へのエアロゾル粒子の沈着量とその分布及び沈着機構の解明が重要である.しかしながら粒子沈着に及ぼす壁面材質の影響については,従来よりほとんど検討されていなかった.本研究では異種物質として金属(銅)と誘電体(ポリエチレン)から構成された表面に,エアロゾル粒子がどの場所にどの程度沈着するかを実験的に調べると共に,数値解析による検討も行なった.実験において,粒子径が0.17μm, 0.33μm, 0.62μmの単分散球形ラテックス粒子を使用した.得られた主要な結論を以下に示す.帯電粒子は金属と誘電体の接触により自然に生じる局所電界の影響を受け,銅とポリエチレンから構成された表面に対してはポリエチレンが負に帯電するため,正に帯電した粒子は誘電体部に多く沈着した.正に帯電した粒子が誘電体部で多く沈着するのは粒子と電界との相互作用によるクーロンが原因であり,粒径が小さい程沈着量も増加した.負に帯電した粒子は誘電体部が負に帯電しているためにほとんど沈着しないが,界面近傍の銅板部において粒子沈着量が多くなる.これは界面近傍の電界ベクトルが局部的に主流方向を向くためである.なお粒子沈着量の推算に際し,電荷が誘導体内部へも侵入すると仮定したが,電荷侵入がないとした場合よりも,より精度よく実験値を説明することができた.
ファーマコゲノミクス検査の臨床的実用化に向けた臨床データベースの活用

ファーマコゲノミクス(Pharmacogenomics: PGx)検査は、薬物の代謝酵素などの遺伝子変異を解析することで、薬物の効果や副作用の予測が可能となることから、患者個々に合わせて最適な薬剤選択、投与量調節を行う個別化医療の実現に向けた有益なツールとして期待されている。本研究では、滋賀医科大学病院において運用している電子カルテシステムに連動したPGx検査データベースを活用し、実臨床におけるPGx検査結果と治療効果の関係性の評価を行っている。初年度である今年は、(1)抗血小板薬クロピドグレルの処方におけるPGx検査の活用状況の実態調査と(2)PGx検査に基づくH. Pylori除菌時のプロトンポンプ阻害薬の選択が除菌効果にあたえる影響の評価を進めてきた。以下にその概要を示す。クロピドグレルは、薬物代謝酵素であるCYP2C19により代謝を受けて活性化されることにより、抗血小板作用を呈するプロドラッグであり、その治療効果はCYP2C19の遺伝子多型により大きく左右されることが知られている。Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium (CPIC)のガイドラインにおいては、CYP2C19の代謝活性が低下する遺伝子変異を有する症例で、プラスグレル等の代替薬の使用が推奨されている。そこで本研究では、クロピドグレルを処方され、CYP2C19の遺伝子多型を測定した患者の情報を当院の電子カルテより抽出し、各遺伝子多型群でのガイドライン適合率を算出した。ガイドライン適合率は代替薬への変更が強く推奨されるホモ変異を有する患者で他の群と比較して高くなっており、PGx検査は一部活用されている実態が確認された。今後さらに、医療経済学的な解析を進め、PGx検査の有用性の評価を進める。当初の予定通り、初年度は電子カルテ情報に基づくレトロスペクティブ調査を中心に行っており、一定の成果を得ているため。既にレトロスペクティブ研究から一定の成果を得ているため、次年度以降はこれらの結果のさらなる詳細解析とプロスペクティブな臨床研究へと繋げる。したがって、当初の計画からの変更はない。当初の予定通り症例の集積は進んでいるものの、一部の遺伝子解析が未実施であり、次年度以降に測定を行うため、解析費用を次年度に繰り越した。
SAGE法によるヒト血液細胞の遺伝子発現解析

ポストゲノム時代、病態と関連した各組織、細胞の遺伝子発現の包括的解析が必要とされる。われわれは、生体防御機構(免疫)、特に炎症、免疫疾患をターゲットにした遺伝的要因の同定と分子レベルでの解明の為、生体防御機構に中心的な役割を担う血液細胞(特に樹状細胞)に焦点を絞りSerial analysis of gene expression(SAGE)を用い包括的な遺伝子発現解析を行った。SAGE法でヒト単球、GM-CSFとIL-4で単球より誘導した未成熟樹状細胞および、LPS刺激にて成熟させた樹状細胞の転写産物を13万個以上シークエンスし、樹状細胞が発現する遺伝子、既知、EST、未だ報告のない遺伝子を含めて16,000種類以上の転写産物の情報を得た。未成熟、成熟樹状細胞は今までの報告通りclassIIに関与する遺伝子を高頻度に発現していた。単球から成熟樹状細胞に分化するに伴って発現する既知の遺伝子は細胞骨格、細胞の移動に関与する遺伝子および、ケモカインが上位を占めていた。さらに、成熟樹状細胞に特異的な遺伝子を見い出すため、LPSで刺激した単球のSAGEライブラリーとLPS刺激成熟樹状細胞のSAGEライブラリーを比較し、幾つかの遺伝子(IFN-誘導遺伝子等)を成熟樹状細胞に高頻度に発現している遺伝子として同定した。これらの遺伝子の機能は未だ明らかになっておらず、成熟樹状細胞に高頻度に発現していることを考えると、免疫の調節に非常に重要な役割を担っていると予想される。また、ヒトナイーブCD4T細胞からIL-12及びIL-4を用いてTh1,Th2型のT細胞を作成し、PHAとionomycinで刺激した時の包括的遺伝子解析も行った。Th1,Th2細胞から合わせて64,510tag解析し、22,096個の遺伝子産物を得た。今後、得られた情報を基に癌ワクチンへの応用が期待される樹状細胞の機能をさらに明らかにできると期待している。T細胞のみならず、NKT細胞、B細胞など他の血液細胞の発現遺伝子を調べることにより、これらの個々の血液細胞発現遺伝子をデータベース化し、炎症、免疫疾患の遺伝的要因の同定と分子レベルでの解明に寄与したいと考えている。
インジウム肺の自然史および発生メカニズムの研究

本研究期間中に、10カ所のITO関連工場でコホート調査、11カ所の金属インジウム・合金工場で時間断面調査、リスクコミュニケーション活動、メカニズム関連の血清・尿検査を実施した。高濃度インジウム曝露者では、肺気腫性変化が悪化すること、1000°C超のインジウム高温溶解作業者は、肺障害発生リスクが高いことが明らかになった。GM-CSFが関与する肺障害の発生は否定され、肺以外の臓器の影響は検出されなかった。我々が2003年から継続実施しているインジウム研究およびリスクコミュニケーション活動は、新規のインジウム肺患者の発症を予防し、2014年1月1日に施行された労働安全衛生法改正に大きく貢献した。平成23年度は、山形県上山市、福岡県福岡市、兵庫県尼崎市、鹿児島県霧島市、埼玉県本庄市(2カ所)、兵庫県加古郡播磨町、東京都青梅市でコホート調査を実施し、鹿児島県いちき串木野市、鹿児島県霧島市で新規の事業所についてbaseline studyを実施した。今まで常時実施している検査項目に加えて、7事業所で検診車によるHRCTを撮影し、3事業所であたらに導入した一酸化炭素肺胞拡散能検査(DLco)を実施した。検査結果については集積中であるが、血清インジウム濃度は低下傾向にはあるものの、半減期は5年以上と推定された。肺間質性変化の指標であるKL-6はほとんどの作業者で低下しているが、HRCT上は気腫性変化が統計学的に有意に進展していることが判明した。DLcoについては、測定手技が易しいものではなく、検査者・被験者双方の習熟が不十分で、現段階ではデータの信頼性に問題を残している。1事業場はインジウムの肺障害性に関する情報伝達が不十分で労働衛生管理がなされておらず、規模は零細ではあるが死亡例が発生した職場に近い環境としてインジウム粉じんのサンプリングができ、現在濃度測定注である。1事業場は本格的な環境改善を開始し、改善前後の環境変化の測定が期待できる。我々の研究成果等により、平成22年12月22日に厚生労働省から技術指針が発出され、労働衛生管理が努力義務化されたが、平成23年度には複数の厚生労働省の委員会の検討の結果、「インジウムおよびその化合物」は特定化学物質等障害予防規則対象物質となり、24年度の法令改正後に施行される予定である。1)コホート調査・結果報告・個人指導:全国11カ所(東京都青梅市、兵庫県加古川市、埼玉県草加市、愛知県春日井市、山形県上山市、福岡県福岡市、秋田県秋田市、茨城県北茨城市、静岡県裾野市、鹿児島県霧島市2カ所)で実施した。いずれの事業所も作業環境管理、作業管理、健康管理が徹底・深化し、過去曝露者、継続曝露者、新規曝露開始者のいずれも、曝露指標、健康影響指標の改善が見られた。作業環境測定・個人曝露濃度測定および保護具に関する教育は、研究協力者の田中茂教授(十文字学園女子大)により1カ所(山形県上山市)で実施した。この事業所は、我々のフィールドの中で最も健康リスクの高い事業場であり、適切な保護具の使用が不十分であったことが判明し、強く指導することができた。2)金属インジウム調査:昨年度から実施していた金属インジウムの調査結果に関する報告会を、4月に全調査事業所を対象として実施し、1000度を超える高温で金属インジウムを溶解する工程以外の金属インジウム取扱い作業では、健康影響リスクは大きくないことを明らかにした。3)リスクコミュニケーション:5月に松山市で開催された日本産業衛生学会総会時には、インジウムに関する情報交換会を実施し、インジウム取扱事業者から約50名、研究者約20名、厚生労働省行政官1名が出席し、最新の研究成果、事業場の環境改善報告、行政の動向等について情報交換を実施した。4)学問上の新規発見:5年間のコホート観察の結果、高濃度曝露群では胸部HRCTで肺気腫性変化が有意に悪化することが観察され、インジウム肺の自然史の一端が明らかになった。5)行政上の成果:我々の調査が結実し、平成26年1月より、インジウム及びその化合物は、特定化学物質障害予防規則第2類物質として指定され、特殊健康診断、作業環境測定等の年2回実施等、特定化学物質としての各種法的規制が開始された。今年度は、コホート調査および結果報告を6カ所(山形県上山市、福岡県福岡市、鹿児島県霧島市2カ所、埼玉県本庄市2カ所)で実施した。

新規事業場については、事前説明及び調査を10カ所(三重県松坂市、兵庫県加古川市、兵庫県三田市、愛知県春日井市、静岡県駿東郡、静岡県裾野市、東京都足立区、埼玉県草加市、千葉県野田市、栃木県真岡市)で実施した。その調査結果については、4月12日に全社を対象とした結果報告会を実施し、16日、18日には調査結果が悪く指導が必要な2事業場については当該事業場にて会社および個人指導を実施した。作業環境測定・個人曝露濃度測定は、研究協力者の田中茂教授(十文字学園女子大)により1カ所(鹿児島県霧島市)で実施した。この事業所はインジウム毒性情報が届いておらず、呼吸保護具の無い状態で作業を継続していたため、今まで情報が無かった曝露濃度と血清中インジウム濃度の関係を明らかにすることができた。5月に名古屋市で開催された日本産業衛生学会総会時には、インジウムに関する情報交換会を実施し、インジウム取扱事業者から約50名、研究者約20名、厚生労働省行政官1名が出席し、最新の研究成果、事業場の環境改善報告、行政の動向等について情報交換を実施した。8事業所の追跡検診と、新規の2事業所の検診及び環境・曝露濃度測定が実施できている。25年度が最終年度であるため、記入しない。世界で最大のインジウム曝露コホートの追跡研究は、各事業場および曝露作業者との良好な協力関係により、順調に推移しており、その成果は「研究実績の概要」に記載したとおりである。呼吸器以外の臓器に関する健康影響についても測定を実施し、現在までの結果では、呼吸器以外の影響はないことを確認した。平成22年12月にはインジウム・スズ酸化物等の取扱い作業による健康障害防止に関する技術指針が出されて努力義務が課され、平成25年1月1日からは労働安全衛生法が改正され、インジウム化合物が特定化学物質第2類物質としての労働衛生管理が義務づけられることとなった。しかしこの法改正では「金属インジウム」が除外されているが、その理由は「金属インジウム」の呼吸器障害に関する情報が無いことであった。今年度は「金属インジウム」取扱い10工場で新規に疫学調査を実施することができ、呼吸器障害情報の欠落部分を埋めるための見通しがたった。今までに実施してきた研究手法を変更する必要性はない。バイオロジカルモニタリングとして、毛髪に付着しているインジウムの測定が環境評価及び労働衛生教育に有用な可能性があり、24年度には明らかにしていく予定である。また、いままで対象としていなかった金属インジウム工場についても、実施できる可能性があるので、積極的にアプローチする。本研究については、今までと異なる方向の研究を実施する予定はない。一方、平成25年1月1日から労働安全衛生法が改正され、インジウム化合物が特定化学物質第2類物質としての労働衛生管理が義務づけられることとなったことにより、法定測定健康診断項目の継続測定は容易になったが、それ以外の健康診断項目については協力各社との話し合いが必要になってきている。我々は、日本で最初に2台の可搬型肺胞ガス拡散能測定器を導入して興味深い結果を得つつあり、数年に一度のHRTC撮影により一旦不可逆的な肺障害を起こした労働者では、肺の気腫化が進行する可能性を見いだしている。このような法定項目にはない検査を実施することについて、事業場・労働者の本研究協力に対する対応が今までと変わってくる可能性があることに留意しながら研究を進める必要が出てきている。
膵癌における孤在性浸潤の分子機構：孤在性癌細胞に発現する分子の同定および機能解析

本研究では、膵癌細胞が組織内に単独で浸潤する特徴的病理像、弧在性浸潤に注目した。この病理像が目立つ膵癌は悪性度が高いことが知られているが、その分子メカニズムは今まで不明であった。我々は膨大な遺伝子発現情報の中から、この現象のキーとなる重要分子二つ、SMAD3とIntegrin beta 4(ITGB4)が見出した。本研究の結果により、これらの分子の高発現はEMTと称される特徴的浸潤様式と強く関わること、さらにSMAD3ならびにITGB4が膵癌の新規予後予測マーカーとなることが明らかとなった。本研究成果は、極めて高悪性度の膵癌に対する悪性度分子診断や新規治療ターゲット開拓に寄与すると期待される。申請者は,膵癌の特徴的な病理組織像である,孤在性浸潤(SCI)に着目し,SCIが高頻度の症例は予後不良であることを報告した(Hum Pathol 2010).膵癌SCIが高頻度にみられる症例において高発現していた候補分子群の中から,TGFb signalの中心分子SMAD3,孤在性癌細胞・間質相互作用に重要なintegrin b4(ITGB4)に注目した.本年度実施した研究実績は,以下の3項目である.1)膵癌におけるSMAD3高発現:膵癌手術症例を用いた免疫組織学的検討では56/113症例でSMAD3高発現がみられ,SMAD3高発現は分化度/リンパ節転移/上皮間葉移行(EMT)様組織像と相関し.独立した予後不良因子であることが示された.膵癌細胞株を用いてsiRNAによるSMAD3のノックダウンを行うと,SMAD4遺伝子異常の有無に関わらず.E-cadherinの発現増加,Vimentinの発現減少,細胞運動性低下が誘導された.以上からSMAD3高発現は膵癌悪性化に関わる予後不良因子であり,さらにTGFb signalを介さないSMAD3活性化機構によるEMT signalの重要性が示唆された.2)膵癌におけるITGB4高発現:膵癌手術検体を用いた免疫組織学的検討では71/134症例でITGB4高発現がみられ,ITGB4高発現はEMTマーカー/低分化/リンパ節転移と相関し,独立した予後不良因子であることが示された.膵癌細胞株を用いた蛍光染色により,EMTの過程でITGB4の細胞局在が細胞間細胞膜から,細胞質/細胞先進部/filopodiaに変化することが確認された.siRNAによるITGB4のノックダウンを行うと,細胞運動性が低下した.さらにITGB4強制発現膵癌細胞では,E-cadherinの発現減少,Vimentinの発現亢進,細胞運動性亢進が誘導された.以上からITGB4高発現はEMTに関連した運動性や浸潤性を高め,膵癌の悪性化に関わり,ITGB4が膵癌の新規悪性度マーカーとなる可能性が示唆された.3)研究成果の発表:研究成果の一部を海外の学会にて発表し.1)については原著論文(Lab Invest 2014)に採用された.本研究では、膵癌細胞が組織内に単独で浸潤する特徴的病理像、弧在性浸潤に注目した。申請者は,膵癌の特徴的な病理組織像である,癌細胞が間質内で単独に浸潤する像,孤在性浸潤(SCI)に着目し,膵癌の中でもSCIが高頻度の症例は予後不良であることを初めて報告した(Hum Pathol 2010).本研究では,マイクロアレイ解析を通して得られた網羅的遺伝子発現情報を用いて,孤在性癌細胞で発現する分子の同定と機能解析を行い,難治性がんの代表である膵癌の悪性度分子診断や新規治療ターゲットの開拓へと展開するための基盤となる研究を行う.本年度実施した研究成果は,以下の3項目である.1)網羅的遺伝子発現情報から膵癌SCIに関わる分子候補の絞り込み:網羅的遺伝子発現情報の得られている膵癌12症例についてSCIの頻度に基づきクラスター解析を行い,膵癌SCIに関わる分子候補を得た.SCI高頻度症例で高発現する分子の中で,TGFbetaシグナルの中心分子SMAD3,孤在性癌細胞・間質の相互作用に重要と予想されるインテグリンXに特に注目した.2)孤在性浸潤癌細胞に発現する分子の同定・臨床病理学的意義の検討:多症例(約150例)の膵癌切除組織を用いて,免疫組織学的なSMAD3およびインテグリンXの発現を検討したところ,いずれの分子も孤在性癌細胞に強い発現がみられ,リンパ節転移や予後との相関をみることで,これらの分子の高発現が悪性度の高い膵癌で高頻度にみられることが明らかとなった.SMAD3ならびにインテグリンXは,膵癌の悪性度を予想する新規バイオマーカーとなる可能性が示された.

またSMAD3・インテグリンXの発現はいずれも,上皮間葉移行(EMT)関連分子の発現とも相関することが明らかとなり,膵癌EMTにおいて重要な役割を担っている可能性も示唆された.3)研究成果の発表:研究成果の一部を海外の学会にて発表した.また同内容についての原著論文を投稿中である.申請者は,膵癌の特徴的な病理組織像である,癌細胞が間質内で単独に浸潤する像,孤在性浸潤(Solitary cell infiltration, SCI)に着目し,膵癌の中でもSCIが高頻度の症例は予後不良であることを初めて報告した(Hum Pathol 2010).本研究では,マイクロアレイ解析を通して得られた網羅的遺伝子発現情報を用いて,孤在性癌細胞で発現する分子の同定と機能解析を行い,難治性がんの代表である膵癌の悪性度分子診断や新規治療ターゲットの開拓へと展開するための基盤となる研究を行う.病理情報と網羅的遺伝子情報を組み合わせることで、患者組織で起きている現象のキー分子を絞り込み、その分子機構に迫るという手法が、本研究の特色といえる。人体病理学申請者は,膵癌に比較的特徴的な病理像である癌細胞が間質内で単独に浸潤する像,孤在性浸潤に着目し,孤在性浸潤の高度な膵癌は予後不良であることを報告した.本研究では,膵癌組織の網羅的遺伝子発現解析を用いて,孤在性癌細胞で発現する分子の同定とその機能解析を行い,膵癌の悪性度診断や新規治療法の開発へと展開するための基盤となる研究を行う.具体的な研究項目は,1)網羅的遺伝子発現情報から膵癌孤在性浸潤に関わる分子候補の絞り込み,2)孤在性浸潤癌細胞に発現する分子の同定・臨床病理学的意義の検討,3)膵癌細胞株を用いた機能解析・分子機構の解明,4)移植マウスモデルを用いたin vivo機能解析である.本年度までに項目1-3は概ね終了し,その研究成果のうち,膵癌におけるSMAD3高発現の意義に関する原著論文をまとめ,それが採用されている.現在は,膵癌におけるITGB4高発現の意義に関する原著論文を作成・投稿中であり,当初の計画通り研究は概ね順調に進展していると考える.申請者は,膵癌に比較的特徴的な病理像である癌細胞が間質内で単独に浸潤する像,孤在性浸潤に着目し,孤在性浸潤の高度な膵癌は予後不良であることを報告した.本研究では,膵癌組織の網羅的遺伝子発現解析を用いて,孤在性癌細胞で発現する分子の同定とその機能解析を行い,膵癌の悪性度診断や新規治療法の開発へと展開するための基盤となる研究を行う.具体的な研究項目は,1)網羅的遺伝子発現情報から膵癌孤在性浸潤に関わる分子候補の絞り込み,2)孤在性浸潤癌細胞に発現する分子の同定・臨床病理学的意義の検討,3)膵癌細胞株を用いた機能解析・分子機構の解明,4)移植マウスモデルを用いたin vivo機能解析である.本年度は項目1ならびに2を中心に行い,予備実験で得られていた結果から予想された結果を得ることができ,項目1ならびに2は概ね達成されたと考える.次年度以降は申請当初の計画通り,項目3および4に重点を置き,膵癌細胞株ならびにモデルマウスを用いたSMAD3ならびにインテグリンXの機能解析やシグナル伝達機構の解析を行うことで,膵癌孤在性癌細胞に発現する分子の機能解析と意義を明らかとする.既に膵癌培養細胞株を用いた予備的実験を開始しており,新たな研究成果も得られつつある.以上のような理由から,研究目的の達成度は「(2)おおむね順調に進展している」と自己評価した.平成26年度の研究は,以下の研究項目を順次行う.1)移植マウスモデルを用いた膵癌孤在性浸潤に関わる分子のin vivo機能
バルク状アルミニウムの直接窒化による窒化アルミニウムの作製

本研究では、バルク状のAlとして粒径約2mmのAlを用い、従来不可能とされてきたバルク状Alの窒素ガスとの反応を試みた。まずバルク状Alに種々の割合で反応性の高いアトマイズ粉を混合して、バルク(全量8g)を窒化させた。その結果、少量のY(NO_3)_3・6H_2Oを加え、1300°Cで窒化した場合、バルク混合率が050%の範囲で全体の窒化率が98%以上となった。さらに、バルクのみの場合でも、1300°Cで窒化率は70.6%となった。そして、この場合に反応管をステンレスから黒鉛にかえたところ、窒化率は1050°Cで98.8%、1300°Cでは99.3%となった。すなわち、このようにして粒径2mmのAlを一回の窒化操作でほぼ100%窒化することに成功した。この生成物中には、直径約2mmの中空殻状のものが多数見られた。そして、殻の外側には粒径1μm程度の微粒子が観察された。これらのことおよび反応管内の温度変化の測定結果より、つぎの窒化機構が考えられた。まず、Y(NO_3)_3・6H_2Oの添加効果により、Al粒表面の窒化反応が促進される。そして、その反応熱により粒内のAlが蒸発し、Al粒の外でN_2ガスと気相反応して、1μm程度の細かいAlN粒子を生成する。そこで、つぎに反応促進剤を用いずに初期の窒化を促進するため、Al線材(φ2mm,ι50mm)を電解エッチングし、その表面を活性化して窒化を試みた。その結果、1300°Cで2hr窒化した場合に窒化率は最高で99.6%となり、Al線材はほぼ完全に窒化した。以上、本研究では、バルク状Alに、Y(NO_3)_3・6H_2Oを添加、あるいはエッチングを施すことにより、従来窒化が不可能であったバルク状Alを、完全に窒化することに成功した。この結果は、現在高熱伝導性LSI基板として注目を集めているAlN焼結体の原料製造に対して、少なからぬ影響を及ぼすものと期待される。本研究では、一般には全く窒化しないとされているバルク状のAlの窒化を試みた。すなわち、バルク状のAlとして約2mm径のAlを用い、これに反応開始剤としてアトマイズ粉を混合し、さらにこれらの表面を酸化、またはこれらにY(NO_3)_3・6H_2Oを添加した後、窒素ガスと反応させた。その結果、今年度は次のような結果を得た。原料Alの表面をわずかに酸化した場合、バルク混合率が40%以下ではバルク状Alが窒化するという傾向が観察された。さらに、バルク混合率が20%以下では窒化温度を1300°Cにすると、一回の操作でほぼ100%バルク状Alを窒化させることができた。

ついで、原料AlにY(NO_3)_3・6H_2Oを添加すると、1000°Cではバルク混合率40%まで、バルク状Alをほぼ100%窒化させることに成功した。このバルク混合率は表面酸化の場合よりも多かった。さらに、1300°Cではバルクの混合率が50%でも、バルク状アルミはほぼ100%窒化した。原料AlにY(NO_3)_3・6H_2Oを添加した場合は、バルクが100%、すなわち2mm径のAlのみの場合でも一回の操作で窒化率は1000°Cで32.5%、1100°C以上では60%以上となった。さらに、この場合に得られた生成物を再度窒化したところ、窒化率はほぼ100%となった。すなわち、バルク状のAlのみでも2回の窒化操作を行なえばAlNが得られることがわかった。この際のY(NO_3)_3・6H_2Oの添加効果については、これが加熱によりY_2O_3となり、さらにAlNの焼結を助けるとされているY_2O_3-Al_2O_3系の化合物となって窒素原子の輸送を助けたものと考えられた。以上、条件さえ整えばバルク状のAlでも窒化されることが示された。このように、バルク状アルミの窒化が可能となれば、アトマイズの工程が削除され、より低価格でAlN粉末が得られると考えられる。5年度に引き続き、6年度はバルク状アルミニウムのみを窒素ガスと反応させた。原料に粒径約2mmのバルクのみを用いても(全量8g)、少量のY(NO_3)_3・6H_2Oを加えれば,1300°Cで窒化率は70.6%となり、アトマイズ粉なしでもバルクは窒化した。ついで、反応管に黒鉛管を用いて窒化を行った。その結果、窒化率は1050°Cで98.8%、1300°Cでは99.3%と、バルク状アルミニウムのみを一回の窒化操作でほぼ100%窒化することに成功した。これらの生成物中には、直径約2mmの中空殻状のものが多数見られた。そして、この殻の外側には粒径1μm程度の微粒子が観察された。昇温途中の反応管内の温度を測定したところ、炉内温度が1250°C付近になったところで、反応管内の温度は1800°C以上まで急激に上昇した。この温度上昇が起こった後に中空殻状物質が生成した。以上のことから、窒化機構として次のことが考えられた。まず、Y(NO_3)_3・6H_2Oの添加効果により、Al粒表面の窒化反応が促進される。そして、その反応熱により粒内のAlが蒸発し、Al粒の外でN_2ガスと気相反応して、1μm程度の細かいAlN粒子を生成する。このことから、初期のAl粒表面の窒化反応が促進されれば、バルク状アルミニウムの窒化は可能となるはずである。そこで、つぎに反応促進剤を用いずに初期の窒化を促進するため、Al線材(φ2mm,ι50mm,純度99.99%)を電解エッチングし、その表面を活性化して窒化を試みた。このAl線材をまず600°Cで2hr保持し、Alの融点以下で表面にAlN膜を生成させ、その後1300°Cで2hr窒化を行った。その結果、窒化率は最高で99.6%となり、Al線材はほぼ完全に窒化した。以上の結果は、現在高熱伝導性LSI基板として注目を集めているAIN焼結体の原料製造に対して、少なからぬ影響を及ぼすものと期待される。
トラクションドライブの疲労強度シミュレーションの開発と高精度高信頼性設計の実現

油膜のせん断力で動力を伝達するトラクションドライブの転がり疲労強度とそのばらつきを予測するシミュレーション手法を提案することを目的とする.今年度は,転がり疲労強度シミュレーションの実現に必要な基礎データの取得を行った.二円筒トラクションドライブ試験機を用いて多数個の転がり疲労試験を行い,SCM420H通常鋼ローラのはく離損傷部を新たに導入した3Dデジタルマイクロスコープで観察した.その結果,はく離損傷がローラの転がり方向に平行に進展していることから,転がり疲労強度を支配する応力成分は押し付け力に由来するせん断応力であることが分かった.さらに,ローラ内部に生じるせん断応力の計算結果とはく離損傷部深さを比較することで,ローラ材料中の非金属介在物とその周囲組織の硬さをパラメータとする転がり疲労強度推定式も得た.同時に,SCM420H通常鋼ローラの転がり疲労強度とその標準偏差を実験で求めた.転がり疲労強度シミュレーションの前段階として,実際の鋼材をコンピュータ上に再現する準備を行った.ローラ試験片の作成に用いた鋼材をデジタルマイクロスコープで観察し,材料中に含まれる非金属介在物の寸法と個数を分析した.その結果を確率密度関数の一種である複合ワイブル分布に当てはめて定式化した.また,疲労試験に用いる前のローラの表面硬さを測定し,その結果を指数関数に当てはめて定式化した.これらにより,計算機上で実際の試験ローラを再現した.上記は,今年度に疲労試験で用いたSCM420H通常鋼に加えて,来年度試験予定の清浄鋼においても行った.当初計画した項目の全てに着手し,それぞれ一定程度の成果が得られている.全項目の中で最も時間と労力が必要である多数個の転がり疲労試験については,SCM420H通常鋼ローラの試験が終了し,疲労強度とその標準偏差が得られている.また,3Dデジタルマイクロスコープも計画通りに導入され,はく離損傷部の観察による転がり疲労強度推定式と,材料中に含まれる非金属介在物の寸法と個数分布を得ることが出来た.今年度の研究成果を踏まえて,転がり疲労強度シミュレーションの実現に取り掛かる.今年度の成果を用いて非金属介在物を含有するローラを計算機上に再現し,ある押付力とトラクション力下でのローラの内部せん断応力と転がり疲労強度とを比較して損傷を判断するシミュレーションプログラムを製作する.これにより得られた転がり疲労強度とその標準偏差を実験結果と比較して,シミュレーションの計算精度を確認する.ただし,転がり疲労強度推定式から予想される計算結果は,実験結果と比較して若干低めである.現状では,試験ローラに施した浸炭焼入による残留応力と,負荷繰り返しに伴うローラの表面硬さの変化が実験結果に影響を与えているのではないかと考えている.これらをシミュレーションで考慮することを,研究計画に新たに加えることにする.上記に加えて,シミュレーションの汎用性の確認も行う.清浄鋼の介在物寸法分布は,ここまで取り扱った通常鋼とは異なっている.清浄鋼を用いたローラ試験片により疲労試験を行い,シミュレーション結果と比較して精度を確認する.油膜のせん断力で動力を伝達するトラクションドライブの転がり疲労強度とそのばらつきを予測するシミュレーション手法を提案することを目的とする.今年度は,転がり疲労強度シミュレーションの実現に必要な基礎データの取得を行った.二円筒トラクションドライブ試験機を用いて多数個の転がり疲労試験を行い,SCM420H通常鋼ローラのはく離損傷部を新たに導入した3Dデジタルマイクロスコープで観察した.その結果,はく離損傷がローラの転がり方向に平行に進展していることから,転がり疲労強度を支配する応力成分は押し付け力に由来するせん断応力であることが分かった.さらに,ローラ内部に生じるせん断応力の計算結果とはく離損傷部深さを比較することで,ローラ材料中の非金属介在物とその周囲組織の硬さをパラメータとする転がり疲労強度推定式も得た.同時に,SCM420H通常鋼ローラの転がり疲労強度とその標準偏差を実験で求めた.転がり疲労強度シミュレーションの前段階として,実際の鋼材をコンピュータ上に再現する準備を行った.ローラ試験片の作成に用いた鋼材をデジタルマイクロスコープで観察し,材料中に含まれる非金属介在物の寸法と個数を分析した.その結果を確率密度関数の一種である複合ワイブル分布に当てはめて定式化した.また,疲労試験に用いる前のローラの表面硬さを測定し,その結果を指数関数に当てはめて定式化した.これらにより,計算機上で実際の試験ローラを再現した.上記は,今年度に疲労試験で用いたSCM420H通常鋼に加えて,来年度試験予定の清浄鋼においても行った.当初計画した項目の全てに着手し,それぞれ一定程度の成果が得られている.全項目の中で最も時間と労力が必要である多数個の転がり疲労試験については,SCM420H通常鋼ローラの試験が終了し,疲労強度とその標準偏差が得られている.また,3Dデジタルマイクロスコープも計画通りに導入され,はく離損傷部の観察による転がり疲労強度推定式と,材料中に含まれる非金属介在物の寸法と個数分布を得ることが出来た.今年度の研究成果を踏まえて,転がり疲労強度シミュレーションの実現に取り掛かる.今年度の成果を用いて非金属介在物を含有するローラを計算機上に再現し,ある押付力とトラクション力下でのローラの内部せん断応力と転がり疲労強度とを比較して損傷を判断するシミュレーションプログラムを製作する.

これにより得られた転がり疲労強度とその標準偏差を実験結果と比較して,シミュレーションの計算精度を確認する.ただし,転がり疲労強度推定式から予想される計算結果は,実験結果と比較して若干低めである.現状では,試験ローラに施した浸炭焼入による残留応力と,負荷繰り返しに伴うローラの表面硬さの変化が実験結果に影響を与えているのではないかと考えている.これらをシミュレーションで考慮することを,研究計画に新たに加えることにする.上記に加えて,シミュレーションの汎用性の確認も行う.清浄鋼の介在物寸法分布は,ここまで取り扱った通常鋼とは異なっている.清浄鋼を用いたローラ試験片により疲労試験を行い,シミュレーション結果と比較して精度を確認する.
C型とD型ボツリヌス毒素変換ファージの尾部吸着タンパク質と宿主菌レセプターの解析

C型とD型ボツリヌス菌は、家畜にボツリヌス症を引き起こす。その結果、食品・畜産業界へ大きな損失を与える。その原因となるC型とD型毒素遺伝子は、バクテリオファージのゲノム上にコードされているため、ファージによる毒素遺伝子の水平伝播を阻害させることがボツリヌス症の感染制御法として考えられる。本研究では、C型毒素変換ファージ、c-stファージの感染に第一義的に重要である吸着に関して遺伝学的に研究を行った。はじめに、C型毒素変換ファージゲノムの比較、c-stファージのビリオン遺伝子の同定を行った。これらの情報をもとに、いくつかの吸着に関与する遺伝子を予想している。現在、本研究を継続している。C型とD型ボツリヌス菌は神経毒素を産生し、ヒトや動物に強力な致死作用を引き起こす。特に、畜産・食品産業では脅威となっている。その毒素遺伝子は、バクテリオファージ(ファージ)により伝播される。拡大するボツリヌス菌の被害を阻止するためには、ファージによる毒素遺伝子の伝播を抑制することが有効であると考えた。しかしながら、ボツリヌス毒素遺伝子を有するファージ(毒素変換ファージ)の宿主菌への吸着メカニズムは未だ不明である。本研究では、毒素変換ファージの宿主認識分子および宿主菌側レセプター分子の同定を行う。以前に、C型毒素変換ファージc-stの全ゲノム解析を行った。しかしながら、そのゲノムの大部分の遺伝子情報は未知であった。また、ボツリヌス毒素遺伝子を伝播するファージとしては、1種類のゲノム情報(c-stファージ)のみである。今年度は、1)c-stファージを構成するタンパク質をコードする遺伝子群の特定、2)同種ファージc-468との比較ゲノム解析を行い、ファージの生命維持に必要なコアゲノムの推定を行った。1)C型毒素変換ファージの構造タンパク質の網羅的解析...精製c-stファージの粒子タンパク質を解析したところ、総計10個のOpen Reading Frame (ORF)が同定された。これらのORFは全てc-stファージゲノム上の99-157kbp領域に存在することが示唆された。2)C型毒素変換ファージの全ゲノムと比較ゲノムの解析...比較ゲノム解析に使用するc-468ファージゲノムの全塩基配列の決定を行った。c-468ファージゲノムでは、43-57kbp領域が欠損していた。このことから、ある頻度でゲノムが縮小していることが明らかとなった。今年度の結果から、C型毒素変換ファージの構造タンパク質をコードする遺伝子群を明らかにした。今後、解析を進め毒素遺伝子の伝播機構(ファージ変換)の解明を行いたい。C型とD型ボツリヌス毒素(神経毒素)による畜産・食品産業への被害は、脅威となっている。C型とD型毒素遺伝子は、バクテリオファージ(毒素変換ファージ)により伝播されている。その伝播を阻害することにより、畜産・食品への被害を抑えるのに有効であると考えた。しかしながら、毒素変換ファージのボツリヌス菌(宿主菌)への吸着メカニズムは未だ明らかでない。本研究では、C型毒素変換ファージ、c-stファージの宿主認識分子および宿主菌側レセプター分子の同定を行う。今年度は、1)c-stファージの2価金属イオンに対する安定性、2)c-stファージのプラーク形成の条件検討、3)組換えc-stファージ尾部タンパク質の作製について行った。1)c-stファージの尾部の鞘が壊れやすいことから、2価金属イオン(Ca2+またはMg2+)添加によるファージの安定性について調べた。培地にCaCl2、MgCl2、またはその両者を加え、電子顕微鏡によるファージ粒子の形態観察とファージタンパク質のN末端アミノ酸配列解析を行った。その結果、ファージの尾部の鞘への安定性を示さなかった。また、c-stファージの宿主菌への溶菌には影響しなかった。2)c-stファージの宿主菌への吸着を調べるため、本ファージのプラークを作製することにした。ボツリヌス菌は偏性嫌気性菌であり、酸素の存在下では増殖できない。そこで、ガスパック法により嫌気的培養の条件検討を行ったが、宿主菌のローンを作ることが非常に困難であった。ガスパック法では、酸素を置換するのに時間を要することが原因であると考えられる。今後、真空ポンプによるガス置換法の検討を行う。3)c-stファージのゲノム情報から、枯草菌SPβファージタンパク質および溶菌酵素と高い相同性を示す遺伝子を発現ベクターに挿入し、プラスミドを構築した。現在、大腸菌発現系を用いて、組換えタンパク質の発現の条件検討を行っている。C型とD型ボツリヌス菌は、産業動物(ウシ、ウマなど)に致死性の高い感染症(ボツリヌス症)を引き起こすことから、食品・畜産業界への被害が深刻である。C型とD型毒素遺伝子は、バクテリオファージ(毒素変換ファージ)により、主に近縁種間で伝達されている。このため、ボツリヌス症の被害を抑制する有効な感染制御法として、毒素変換ファージの宿主認識メカニズムを解明し、その本体を十分に理解することが重要である。最終年度では、C型毒素変換ファージ、c-stファージの宿主認識分子を同定するために、1)c-stファージ尾部タンパク質および2)c-stファージ由来溶菌酵素の解析を行なった。

1)c-stファージのゲノム情報およびタンパク質の質量分析器とN末端アミノ酸分析器を用いた解析により、c-stファージゲノム上の98-158 kbp領域にファージタンパク質をコードするopenreading frame (ORF)が存在することが示唆された。その中で、ORF 160とORF 165のタンパク質に対するウサギポリクロナール抗体(一次抗体)を用いたイムノゴールド染色を行い、電子顕微鏡により観察すると、ORF 160はファージの尾(鞘)、ORF 165はファージの頭を構成するタンパク質であることが明らかとなった。現在、98-158 kbp領域の個々のORFについても同様な手法により、ファージを構成するタンパク質の解析を行なっている。2)ファージタンパク質をコードするORF領域で、既に公開されているデータベース上の遺伝子との相同性を調べると、ORF108とORF155が溶菌酵素の可能性が考えられた。そこで、2つの遺伝子を個別に発現ベクターに構築し、大腸菌発現系または枯草菌発現系を用いて、組換えタンパク質として発現させその精製を試みた。しかしながら、いずれの組換えタンパク質も発現量および精製量が少なかった。現在、培養の時間や温度などの条件を検討している。また、他の数種類の発現ベクターへの構築も行っている。C型とD型ボツリヌス菌は、家畜にボツリヌス症を引き起こす。その結果、食品・畜産業界へ大きな損失を与える。その原因となるC型とD型毒素遺伝子は、バクテリオファージのゲノム上にコードされているため、ファージによる毒素遺伝子の水平伝播を阻害させることがボツリヌス症の感染制御法として考えられる。本研究では、C型毒素変換ファージ、c-stファージの感染に第一義的に重要である吸着に関して遺伝学的に研究を行った。はじめに、C型毒素変換ファージゲノムの比較、c-stファージのビリオン遺伝子の同定を行った。これらの情報をもとに、いくつかの吸着に関与する遺伝子を予想している。現在、本研究を継続している。宮崎大学獣医学科の二種病原体等(ボツリヌス菌など)取扱施設を利用することができた。また、宮崎大学産業動物防疫リサーチセンターからの研究支援を受けられた。実験材料のボツリヌス菌、バクテリオファージ(ファージ)を保持していたこと、実験に使用する機器などが備わっていたことから、計画通りの実験を進めることができた。研究分担者の松崎茂展氏と内山淳平氏から、ファージに関する実験および解析技術の的確なサポートを受けられた。従って、研究の支援体制が非常に整っていたことから、効率よく実験が進められた。今年度末には、宮崎大学から北里大学への移設作業に時間を要したが、これまでの実験室のセットアップのノウハウを活かし、北里大学では継続した実験を進めることが可能となっている。既に、北里大学では遺伝子組換え実験安全委員会の承認が得られていることから、ファージ尾部吸着タンパク質の同定に関する実験を進める準備ができている。病原細菌学1. C型とD型毒素変換ファージのゲノム解析...次世代シーケンサー(イルミナMiSeq、ロッシュ454 FLX Titanium)を用いて、C型とD型毒素変換ファージの全ゲノム塩基配列の決定を行う。得られた配列情報をもとに、ファージタンパク質の網羅的解析を行う。
２次元量子モデルに対するメニーコア並列計算機向き並列化・高速化手法の研究開発

本研究ではメニーコア計算機用を対象に、量子多体モデルのシミュレーション手法である密度行列繰り込み群法と厳密対角化法の並列化・高速化を実施した。特に、モデルの物理的性質と計算機のネットワークアーキテクチャを考慮して、高速な通信手法を提案しその有効性を確認した。また、開発したコードを実際の物理問題に適用し、それらの物理的性質についての議論を行った。電子間に強い相関のある準2次元(梯子型)量子モデル用のアプリケーションである密度行列繰り込み群(DMRG法)の並列化・高速化を実施した。具体的には1プロセッサあたり6コアのPCクラスタおよび原子力機構が所有するスパコンであるFujitsu PRIMERGY BX900(1プロセッサあたり4コア)での最適化を目指し、マルチコア向けの並列化・高速化を行った。共有メモリを想定した並列化では、実際にPCクラスタを利用して性能評価を行い、コア数が増加しても並列化の効果が得られることを確認した。また、分散メモリを想定した並列化では、超大規模なスパコンであるBX900を利用して性能評価を行い、2000コアを超える並列数であっても並列化の効果が有効に得られることを確認した。この成果により、準2次元量子モデルの系統的なシミュレーションが可能になった。さらに、この開発した並列DMRG法をSU(n)ハバードモデルへ拡張し、実際に並列シミュレーションを行ったところ、これまで計算することのできなかった規模のモデルに対する粒子分布等の詳細な物理量の計算に成功した。このシミュレーション結果は日本物理学会の年次大会で報告した。また、この開発で見出した並列化手法を鉄と硫黄で構成される物理モデルのシミュレーションに適用し、実際にBX900を利用して数値実験を行ったところ、効率的な並列計算が可能であることを確認した。この結果から、提案した並列化手法がDMRG法だけでなく、他のシミュレーションにも利用可能な手法であることを確認した。この成果は日本物理学会の秋季大会で報告した。密度行列繰り込み群(DMRG法)は電子間に強い相関のある量子モデル用のアプリケーションであるが、本来1次元モデル用に開発されたものであり、準2次元(梯子型)モデルにDMRG法をそのまま適用しようとするとメモリの使用量や計算量が非常に増大するため、並列化や高速化が必須になる。そこで、複数のコアを有するプロセッサであるメニーコアCPUで構成される並列計算機の利用を想定し、2次元モデル用のDMRG法の並列化・高速化を実施した。量子モデルの計算では、モデルから導出される行列とベクトルの掛け算が最も計算量が多いことから、量子問題の特徴から行列の構造が規則的になることを見出し、その性質を利用して並列化・高速化を実施した。実際にこの規則性を利用して、大規模なハイゼンベルグモデルやハバードモデルに対して並列化・高速化を実施し、原子力機構が有するPCクラスタや大型並列計算機FUJITSU BX900を利用した性能評価においてコア数が増加しても並列化の効果が得られることを確認した。これにより、これまで計算することが困難であった大規模な問題を並列計算機により効率的に計算することが可能になった。また、量子計算に現れる行列ベクトル積の特徴とメニーコアでの構造を考慮することで、大規模な並列計算機でも高速に実行できる通信手法を考案し、実際にBX900を用いた数値実験において2000コアを超える並列数であっても通常の通信手法よりも高速に通信できることを確認した。この並列化・高速化の成果は、日本物理学会の秋季大会で発表するとともに並列計算分野の国際会議であるParco2013で発表を行った。また、Parco2013で発表した論文は会議の会議録に採択され出版された。さらに、開発した並列化コードを利用して得られた物理的な成果も物理学会の年次大会で発表するとともに論文として出版された。これまで電子相関のある準2次元(梯子型)量子モデル用のアプリケーションとしてシングルコアの並列計算機向きの密度行列繰り込み群(DMRG法)を開発してきた。この並列DMRG法に対してマルチコア向けの並列化・高速化を実施した。本年度は原子力機構が所有するFujitsu PRIMERGY BX900(1プロセッサあたり4コア)を対象に開発および性能評価を実施し、1000を超える並列数であってもマルチコアを想定した並列化の効果が有効に得られることを確認した。この成果等をまとめた論文が、HPC分野で最も権威のある国際会議である「SC11(the International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis)」に採択され、会議内のtechnical paperのセッションで口頭発表を行った。また、このDMRG法の並列化等をまとめた論文が「Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics」に掲載された。さらに、この開発した並列DMRG法を実際の準2次元モデルへ適用し、動的の振る舞いや超流動相関等の詳細な物理量に対して並列シミュレーションを行い、これまで計算することのできなかったサイズのモデルに対する物理量の計算に成功した。このシミュレーション結果から、適切に粒子間の相互作用や閉じ込めポテンシャルといった物理パラメータを選択することで、超流動相関を強くすることが可能であることを示した。