hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
転写因子と細胞間相互作用のネットワーク

メルトリンα、β、γはメタロプロテアーゼ-ディスインテグリンに属する膜タンパク質として我々がクローニングした遺伝子群であるが、Northern Blottingで、骨格筋、骨でその転写産物の高発現がみられることから、それらの器官形成におけるメルトリン遺伝子群の役割・転写因子と細胞間相互作用のネットワークを考える足がかりとして、まず、それらのマウスの発生における発現を、in situ hybridizationで調べた。その結果、各々の遺伝子がある限られた時期に、固有の発現パターンを示すことがわかってきた。メルトリンαは、筋系列、骨系列、内臓間葉系細胞において、マウスの8.5日胚頃から特異的な発生時期・部位で発現する。鰓弓骨格を生ずる顎弓・舌弓、筋細胞を生ずる体節や筋管の周囲、および腸管や肺上皮のまわりに凝集した内臓系間葉細胞などがそれである。13.5日胚頃からは骨形成細胞(骨芽細胞の前駆細胞)の現われる軟骨のまわりや骨膜、また頭骸骨で高レベルの発現が見られる。このような発現パターンから、メルトリンαは、間葉細胞の凝集・分化などの過程に必要なタンパク質であろうと考えられた。一方、メルトリンβは、骨髄細胞、三叉神経節や脊髄神経節などでそれらが形成される時期に発現が誘導されることがわかった。一方、Gene targetingによるメルトリンα、β、γ遺伝子の欠失マウスを作成し、個体レベルにおけるメルトリン遺伝子群の機能を探ろうとしている。現在、メルトリンαに関してはホモ組換えマウスを得つつある。また、細胞レベルにおけるメルトリンの機能を検討し、メルトリンαが、筋・骨などの間葉細胞の分化の制御に関わっていることを示した。
胃印環細胞癌発癌モデルの構築及び新規治療ターゲットの同定

胃切除検体から一部組織を採取し、オルガノイド培養に成功した。長期間培養することで一部の細胞では分化を認めたが、胃組織幹細胞のマーカーとして報告されているLGR5、MIST1を発現した細胞も維持されており、長期間胃組織幹細胞を培養することに成功している。これらオルガノイドを構成する細胞において、CRISPR-Cas9systemを用いてE-カドヘリンをノックアウトすることで印環細胞の出現を認めた。この印環細胞の運動性をBZ-X700顕微鏡システムを用いて評価したところ、印環細胞では優位に細胞の運動性が亢進しており、これが印環細胞の高い浸潤・転移能に関与すると考えられた。またオルガノイドを構成する細胞においては核内にCXCR4の発現を認めたが、印環細胞では細胞膜上にCXCR4が移動していた。CXCR4からのシグナルをAMD3100を用いてブロックすることで印環細胞にアポトーシスが誘導され、ヒト印環細胞においてもCXCR4-CXCL12 axisは治療ターゲットになりうると考えられた。また通常のオルガノイドおよびE-カドヘリンをノックアウトした後のオルガノイドを用いて遺伝子発現の差を確認したところ、血管新生関連の遺伝子並びに細胞外マトリックス分解酵素MMP特にMMP3の発現が亢進しており、細胞の運動性亢進の一因と考えられた。またオルガノイド構成細胞においてE-カドヘリンとTP53のダブルノックアウトを行ったところ、同様に印環細胞の出現を認めた。ダブルノックアウトを行った細胞を免疫不全マウス皮下に移植したが、腫瘍形成は認められなかった。これらのダブルノックアウト細胞の遺伝子発現を解析したところ、細胞増殖・アポトーシス関連遺伝子の発現に変化は見られなかった。長期間の胃オルガノイドの培養に成功しており、そのうち幹細胞のマーカーであるLGR5およびMIST1を発現した細胞はいずれも40日以上培養可能であった。これらの幹細胞マーカーは相互排他的に存在し、そのいずれが真の幹細胞か同定するためPKH26による生細胞染色キットを用いて細胞をラベルする方法を試したが、細胞毒性が強く評価困難であった。E-カドヘリンのノックアウトによる印環細胞の出現も既に確認していたが、この印環細胞はMIST1陽性であり、MIST1陽性胃幹細胞から発生すると考えられた。さらに印環細胞癌の特徴につき確認ができた。E-カドヘリンをノックアウトし出現した印環細胞は高い運動性を持ち、また遺伝子発現を比較するとMMP3の発現が亢進していることから、このことが印環細胞癌の臨床的特徴である高い浸潤能・転移能に関与していると考えられた。マウス印環細胞癌モデルにおいてはCXCR4-CXCL12 axisが印環細胞の維持に重要であった。今回のヒト胃印環細胞においてもE-カドヘリンのノックアウトによって核内に存在していたCXCR4が細胞膜上に移動し、なおかつAMD3100によりCXCR4からのシグナルをブロックすることで印環細胞がアポトーシスを起こすことが確認され、特に早期の胃印環細胞癌においてはCXCR4は重要なターゲットになりうることが確認できた。またCXCR4のリガンドであるCXCL12については臨床検体の免疫染色の結果、αSMA陽性の筋線維芽細胞に発現しており、この筋線維芽細胞は印環細胞癌部に多数認められた。以上のことから筋線維芽細胞は印環細胞にニッチとして機能していると考えられた。更なる悪性獲得形質の機序としてTP53とE-カドヘリンのダブルノックアウトを行った。同様に印環細胞の出現を認めたが、免疫不全マウス(NOGマウス)における造腫瘍性は確認できなかった。真の胃組織幹細胞の同定のため、現在CRISPR-Cas9システムによりLGR5、MIST1をノックアウトし、オルガノイド形成能を評価することを試みている。またこれらのオルガノイドを用いてE-カドヘリンをノックアウトし、印環細胞の起源となる細胞の同定を試みる。幹細胞からの分化誘導に関してはWNT3aの除去、JAGGED1の添加など試みているが、壁細胞への分化誘導が困難な状況である。今後は胃酸分泌に関わる神経伝達物質であるアセチルコリンあるいは神経成長因子(NGF)を添加し、壁細胞への分化を試みる。印環細胞癌の臨床的特徴である高い浸潤能については確認ができたが、印環細胞の形態変化(粘液貯留)に関わる遺伝子の変化については確認できなかった。オルガノイドには正常細胞も多数含まれていることから、より正確な遺伝子の変化を検出するため、single cell解析あるいはブロック標本を作製しレーザーマイクロダイセクションにて印環細胞部のみを抽出し解析を行う。TP53のダブルノックアウトでは更なる悪性形質の獲得には至らなかった。今後はc-MYCの遺伝子導入を行い免疫不全マウスにおける造腫瘍性の評価を行う。

またオルガノイドを構成する細胞においては核内にCXCR4の発現を認めたが、印環細胞では細胞膜上にCXCR4が移動していた。CXCR4からのシグナルをAMD3100を用いてブロックすることで印環細胞にアポトーシスが誘導され、ヒト印環細胞においてもCXCR4-CXCL12 axisは治療ターゲットになりうると考えられた。また通常のオルガノイドおよびE-カドヘリンをノックアウトした後のオルガノイドを用いて遺伝子発現の差を確認したところ、血管新生関連の遺伝子並びに細胞外マトリックス分解酵素MMP特にMMP3の発現が亢進しており、細胞の運動性亢進の一因と考えられた。またオルガノイド構成細胞においてE-カドヘリンとTP53のダブルノックアウトを行ったところ、同様に印環細胞の出現を認めた。ダブルノックアウトを行った細胞を免疫不全マウス皮下に移植したが、腫瘍形成は認められなかった。これらのダブルノックアウト細胞の遺伝子発現を解析したところ、細胞増殖・アポトーシス関連遺伝子の発現に変化は見られなかった。長期間の胃オルガノイドの培養に成功しており、そのうち幹細胞のマーカーであるLGR5およびMIST1を発現した細胞はいずれも40日以上培養可能であった。これらの幹細胞マーカーは相互排他的に存在し、そのいずれが真の幹細胞か同定するためPKH26による生細胞染色キットを用いて細胞をラベルする方法を試したが、細胞毒性が強く評価困難であった。E-カドヘリンのノックアウトによる印環細胞の出現も既に確認していたが、この印環細胞はMIST1陽性であり、MIST1陽性胃幹細胞から発生すると考えられた。さらに印環細胞癌の特徴につき確認ができた。E-カドヘリンをノックアウトし出現した印環細胞は高い運動性を持ち、また遺伝子発現を比較するとMMP3の発現が亢進していることから、このことが印環細胞癌の臨床的特徴である高い浸潤能・転移能に関与していると考えられた。マウス印環細胞癌モデルにおいてはCXCR4-CXCL12 axisが印環細胞の維持に重要であった。今回のヒト胃印環細胞においてもE-カドヘリンのノックアウトによって核内に存在していたCXCR4が細胞膜上に移動し、なおかつAMD3100によりCXCR4からのシグナルをブロックすることで印環細胞がアポトーシスを起こすことが確認され、特に早期の胃印環細胞癌においてはCXCR4は重要なターゲットになりうることが確認できた。またCXCR4のリガンドであるCXCL12については臨床検体の免疫染色の結果、αSMA陽性の筋線維芽細胞に発現しており、この筋線維芽細胞は印環細胞癌部に多数認められた。以上のことから筋線維芽細胞は印環細胞にニッチとして機能していると考えられた。更なる悪性獲得形質の機序としてTP53とE-カドヘリンのダブルノックアウトを行った。同様に印環細胞の出現を認めたが、免疫不全マウス(NOGマウス)における造腫瘍性は確認できなかった。真の胃組織幹細胞の同定のため、現在CRISPR-Cas9システムによりLGR5、MIST1をノックアウトし、オルガノイド形成能を評価することを試みている。
無機系抗菌剤の抗菌作用機転の解明と創傷治癒促進の新規医療材料の開発に関する研究

ブロー液の高い抗菌効果は臨床の場においても症例報告において示されているが、その作用機序について検証評価した研究はない。当該年度には増殖抑制的に作用するのではでなく、殺菌的に作用する。しかも非常に短時間に細菌を死菌に至らしめることが分かった。このことは一般臨床で消毒にかける時間を決める目安になるデータである。しかし、ブロー液の収れん作用については評価した研究はなく、創傷組織に対する反応を、組織治癒を促進する条件をさらに検討する必要がある。抗菌作用と収斂作用を実験データで評価することは科学的根拠に基づく用法・容量・適応などの臨床判断に基礎実験として一定の評価をえられる。次年度は収れん作用についてのさらなる条件模索を検討中である。最終目標である抗菌剤としてのブロー液を局所に停滞させるための新規素材を模索した。特に耳科学では鼓膜穿孔の閉鎖術で実験的に使用したアテロコラゲン膜、ハイドロコロイド製剤が中空臓器である鼓膜再生に適していることがわかった。このハイドロコロイド製剤とブロー液の混合物を作成し、期待される効果が得られるかどうかを今後の研究課題としている。治癒促進技術が確立された場合には手術に代わる新しい殺菌・デブリードメンシステム・治癒促進環境の提供により新しい治療法となりうると考えられる。
微量4液混合迅速反応停止装置の試作と実用化

完成した微量4液混合迅速反応停止装置のループ部分から液もれが生じ、このため研究の遅延が生じた。種々検討した結果その原因は主として、実験終了後のループの洗浄不足によることが明らかになり、この点を改良した。改良後、リン酸化反応の初期相の解析を行うことが出来た。従来までに得られた結果は以下の通りである。Na^+,K^+-ATPasaをBIPMとFITC及びPLPまたはAP_2PLでそれぞれ特定のCysまたはLys残基に導入した。PLP及びAP_2PLはLys480に定量的に導入されることが明らかになった。この標品をこの試作の装置を用いて放射性ATP及び放射性Acetyl phosphuteによるリン酸化の初期相と、PLP及びAP2PLプローブ酸化が構造変化に先行して生じることが明白となった。これらの結果はリン酸化によって構造が変化するよりむしろ、リガンドの結合状態の変化が、PLP及びAP2PLの微小環境に影響を与えていることを強く示唆している。BIPM-FITC2重ラベル標品を用いて、リン酸化の初期相と、BIPMおよびFITC蛍光変化の時間機かを同様に追跡した。リン酸は両蛍光変化に先行して生じた。さらに、構造変化に伴って、両蛍光プローブ間で可逆的な蛍光のエネルギー移動は輸送されるイオンの結合、分子内閉塞及び分子外遊離のステップに対応して生じることが示唆された。H^+,K^+-ATPaseで可逆的なTyr^<-7>とTyr^<-10>のリン酸化を発見した。現在、反応初期相のリン酸化と脱リン酸化がTyr残基のリン酸化といかなる相関を持っているかを本装置を用いて研究中である。1.試料混合部,流体回路,1/0制御部及びコントロ-ラ-機構等からなる微量4液混合迅速反応停止装置を特注し、本装置を用いて以下の結果を得た。胃上皮粘膜H^+,K^+-ATPaseのリン酸化及び脱リン酸化の速度を追跡した。リン酸化の速度は酸性で初期相30.2/S及び後期相5.3/Sとなり、中性で17.7及び3.5アルカリ性で1及び0.6/Sといずれも2相性を示した。これらの結果は従来の我々の2液混合反応停止装置で得られた値とほぼ一致した。ついで、リン酸化酵素形成後、3液混合の機能をATP,ATP+ADP及びATP+KCIを加えて脱リン酸化の時間経過を測定して検討した。その結果EPがK^+によってすみやかに分解を受けることが示唆された。目下種々の条件でこの点を詳細に検討中である。2.上記EP形成の時間経過と内因性トリプトファン(Trp)残基の蛍光変化をH^+ポンプにATPを添加してから比較した。その結果、Trp残基の蛍光変化はEPが形成された後に増加することが示された。この結果はTrp残基の蛍光増加がH^+のポンプ分子内移動を反映するか、E_1PとE_2PにおけるTrp残基の蛍光が大きく異なっていることを示唆している。この点に関してさらに詳細な研究を行っている。試作した迅速反応停止装置を用いてH^+,K^+ーATPaseの反応初期相のリン酸化反応を追跡した。リン酸化反応とトリプトファン蛍光増加の時間経過は一致した。H^+,K^+ーATPaseにNー〔Pー(2ーbenzimidazolyl phenyl)maleimideを導入することが出来た。ATPの添加でBIPM蛍光の減少と増加の可逆反応な変化が検出された。

BIPM蛍光減少の速度定数は36/s、それより遅く光散乱強度の増加(20/s)も観察された。BIPM修飾標品のトリプトファン蛍光はATP添加後速やかに減少(38/s)後増加(21/s)する2相性を示した。トリプトファン残基を励起して得られるBIPM蛍光の減少の時間経過は36/sしかし減少の程度はBIPMプローブを直接励起して得られる程度より少なく、トリプトファン残基からBIPMプローブへのエネルギー移動が増加していることが示された。EP形成の時間経過はBIPM蛍光減少のそれと鏡像関係にあった。以上の結果はリン酸化酵素形成に伴ってBIPMプローブの結合した部位で微小環境変化が生じ同時にトリプトファン残基とBIPMプローブ間の距離が減少しその後光散乱強度の変化で代表される分子全体の構造変化が生じている事を示している。この様な発見の報告はなされておらず、H^+,K^+ーATPaseのエネルギー変換機構の解明にとって有力な手がかりとなると思われる。
マトリックス糖鎖解体と炎症性サイトカイン制御による脂肪肝移殖生着の試み

脂肪肝では、正常肝に比し移植肝の生着率は明らかに低いが、その対策の第一として本研究では肝虚血再灌流過程で起こる障害を制御する方策を追求することを目的にしている。私共の研究ではこれまでに、アルコール性脂肪肝では虚血再灌流後、好中球ケモカイン(走化・活性化因子)の関与から好中球活性化がおこり、アポトーシスを介して細胞壊死が惹起されることが判明した(Hepatology 32:278,2000)。また、この脂肪肝では、肝マクロファージ機能を抑制すると、虚血後の好中球ケモカイン産生がほぼ完全に抑制され、生体肝が障害より保護されることが証明された(Hepatol Res 2002 (in print))。これらの検討の際、アルコール性脂肪肝での好中球浸潤と炎症性肝壊死にはケモカインが細胞外マトリックスに固着していることが必要条件であり、この現象は、治療法の開発に際して、応用可能と考えた。また、私共は、アルコール性であるなしを問わず、脂肪肝全般で出現するアポトーシスには、uncoupling protein-2の発現亢進を介したATP産生低下などのミトコンドリア機能異常が関与していることも見い出したため、この点も治療法開発のポイントとして注目している。これは、ラット脂肪肝より分離した初代肝細胞を培養し、低酸素条件にて出現するアポトーシスと細胞壊死について検討して得られた成績である。したがって、炎症性ケモカイン産生を抑制することに加えて、脂肪肝における「変化したマトリックス構築」を一旦解体することとミトコンドリア機能異常を是正することにより、肝臓の移植適合能が高まる可能性があると考えている。結論:脂肪肝移植後障害を克服する方策として、1)炎症性ケモカイン産生の抑制、2)健常な細胞外マトリックスの再構築、3)肝細胞ミトコンドリア機能変化の是正、が挙げられた。私共の研究ではこれまでに、アルコール性脂肪肝では虚血再灌流後、好中球ケモカイン(走化・活性化因子)の関与から好中球活性化がおこり、アポトーシスを介して細胞壊死が惹起されることが判明した(Hepatology32:278,2000)。また、この脂肪肝では、肝マクロファージ機能を抑制すると、虚血後の好中球ケモカイン産生がほぼ完全に抑制され、肝機能は正常に復帰することも証明された(J Hepatology 2002 (in submission))。これらの検討の際、アルコール性脂肪肝での好中球浸潤と炎症性肝壊死にはケモカインが細胞外マトリックスに固着していることが必要条件であり、この現象は治療法開発に応用可能と考えた。また、私共は、脂肪肝全般で出現するアポトーシスには、uncoupling protein-2の発現亢進を介したATP産生低下などのミトコンドリア機能異常が関与していることも見い出したため、この点も治療法開発のポイントとして注目している。したがって、今後は、炎症性ケモカイン産生を抑制することに加えて、脂肪肝における「変化したマトリックス構築」を一旦解体することとミトコンドリア機能異常を是正することで、異所に移された臓器の適合能が高まる可能性を追求したいと考えている。

私共の研究ではこれまでに、アルコール性脂肪肝では虚血再灌流後、好中球ケモカイン(走化・活性化因子)の関与から好中球活性化がおこり、アポトーシスを介して細胞壊死が惹起されることが判明した(Hepatology 32:278,2000)。また、この脂肪肝では、肝マクロファージ機能を抑制すると、虚血後の好中球ケモカイン産生がほぼ完全に抑制され、生体肝が障害より保護されることが証明された(Hepatol Res 2002 (in print))。これらの検討の際、アルコール性脂肪肝での好中球浸潤と炎症性肝壊死にはケモカインが細胞外マトリックスに固着していることが必要条件であり、この現象は、治療法の開発に際して、応用可能と考えた。また、私共は、アルコール性であるなしを問わず、脂肪肝全般で出現するアポトーシスには、uncoupling protein-2の発現亢進を介したATP産生低下などのミトコンドリア機能異常が関与していることも見い出したため、この点も治療法開発のポイントとして注目している。これは、ラット脂肪肝より分離した初代肝細胞を培養し、低酸素条件にて出現するアポトーシスと細胞壊死について検討して得られた成績である。したがって、炎症性ケモカイン産生を抑制することに加えて、脂肪肝における「変化したマトリックス構築」を一旦解体することとミトコンドリア機能異常を是正することにより、肝臓の移植適合能が高まる可能性があると考えている。結論:脂肪肝移植後障害を克服する方策として、1)炎症性ケモカイン産生の抑制、2)健常な細胞外マトリックスの再構築、3)肝細胞ミトコンドリア機能変化の是正、が挙げられた。
6パワローラ・ハーフトロイダル無段変速機の同期安定性に関する研究

本研究は、自動車用無段変速機の一つである、トラクションドライブ式無段変速機の効率向上と小型化をめざし、変速をi携わるパワローラを、これまでの4つから6つにした装置の開発とその試験結果をまとめたものである。主要な内容は、解析部では、トラクションカーブの作成によるスリップ限界と効率の解析と、6つのパワローラの傾転角運動の同期安定性の解析を行い、試験部では、伝達トルク容量430Nm,変速比幅0.4272.334のCVTを試作し、6つのパワローラの同期試験と、効率測定を行なったことである。変速制御系の安定性の解析と試験では、ボンドグラフ解析と実機試験により、変速比のステップ応答と、負荷がステップ状に変化する場合の2種類の過渡応答を調べた。特に、負荷変化時に生じる非同期不安定問題の解決法を示し、実用時の設計指針をまとめた。試験は300Nmまでの試験に対して、安定に回転数を可変速し、全変速範囲において、低トルクから高トルクまで、効率9092%の伝達効率がえられるという成果をえた。本研究により、6パワローラ・トロイダルCVTは同期運動に問題はないことが確認され、従来形のCVTより15%程度小型化しながら、伝達トルク容量を1.2倍程度大きくできることを立証した。ハーフトロイダル形無段変速機(以下CVTと記す)の小型大容量化は継続的な課題である。これまで、ダブルキャビテイ型(前後に2セットの可変速部(バリエータと呼ばれる)のあるもの)で、キャビティ当たり2個のパワローラ(可変速のための中間転動体)で、340Nmのトルク容量を持つCVTが実用化されている。これは、その可変速ユニット(バリエータと呼ばれる)の断面形状が矩形状となるため、大容量トルクを伝達する後輪駆動の車両には、円形断面のフロアトンネルと干渉することがあった。この問題を解決するためには、可変速ユニットの断面形状を円形に近くするとともに、その代表径を小さくする設計が有効である。これを実現するため、キャビティ当たりの中間転動体の数を2から3に増やすことにより、伝達トルク容量を1.5倍にすることを考えた。さらにこの構造は,ディスクのトラクション部を3点支持することになり、弾性変形が均一になり、大きなトルクへの対応性もよくなる効果が期待される。本研究は、430Nmのトルクを伝達するため、従来のディスク半径が40mmで4個のパワローラからなるものから、r_0=36.5mmで、6個のパワローラからなるものを開発し、6つのパワローラの傾転運動の同期と、CVTの効率について理論と実験により調べた。同期試験では、変速比制御に対して、6つのパワローラの傾転角は1つの応答線図に載っていることが確かめられた。この確認ができた段階で、効率試験を行ったところ、入力トルク50Nm200Nmにわたって、約88%となることがわかった。これらの実験に対して、理論的速度伝達効率は、トラクション部のスピンが最大となるバリエータ部変速比e_s=1においても、98%となり最大減速、増速では99%とること、及び理論トルク伝達効率も98%以上となるごとを示した。実測したトルク伝達効率が理論値に対して低い理由は、今回の設計したCVTがトラクション油温度が140°Cにおいても、グロススリップしないようにローデイングカムをきつく設計としたため(トラクション係数を0.04とした)、6つのパワローラを支持するスラスト玉軸受のスピン損失が大きいことが理由と、分析した。今後、大トルク試験を行い、装置の伝達できるトルク限界と、ステップ状の正負反転トルクをかけた状態でも同期安定性が確保できるか試験と解析を行う予定である。本研究は、自動車用無段変速機の一つである、トラクションドライブ式無段変速機の効率向上と小型化をめざし、変速を携わるパワローラを、これまでの4つから6つにした装置の開発とその試験結果をまとめたものである。

主要な内容は、解析部では、トラクションカーブの作成によるスリップ限界と効率の解析と、6つのパワローラの傾転角運動の同期安定性の解析を行い、試験部では、伝達トルク容量430Nm,変速比幅0.4272.334のCVTを試作し、6つのパワローラの同期試験と、効率測定を行なったことである。変速制御系の安定性の解析と試験では、ボンドグラフ解析と実機試験により、変速比のステップ応答と、負荷がステップ状に変化する場合の2種類の過渡応答を調べた。特に、負荷変化時に生じる非同期不安定問題の解決法を示し、実用時の設計指針をまとめた。試験は300Nmまでの試験に対して、安定に回転数を可変速し、全変速範囲において、低トルクから高トルクまで、効率9092%の伝達効率がえられるという成果をえた。本研究により、6パワローラ・トロイダルCVTは同期運動に問題はないことが確認され、従来形のCVTより15%程度小型化しながら、伝達トルク容量を1.2倍程度大きくできることを立証した。
生殖細胞の発生プロセス・再プログラム化とエピジェネティクス

当該特定領域研究は、発生生物学、実験動物学、遺伝学、分子生物学など多分野にまたがる学際的研究グループを形成しており、多様なバックグラウンドをもつ研究者による研究課題を推進してきた。平成19年度までに、極めて多くの研究成果が得られて優れた学術論文として発表されている。それと同時に、多様な組み合わせで各研究者の得意分野によるシナジーを生み出しながら、多くの共同研究が行われ成功してきた。平成20年度は、本総括班の活動の総仕上げとして、これら特定領域研究によって過去5年間に生み出されて研究成果のとりまとめを行うと同時に、研究成果報告書を作成した。なお、研究成果報告書の体裁に従って研究成果発表の詳細なリストなど報告資料として作成した報告書に加えて、研究成果を広く研究者コミュニティーに対する広報活動として周知させることを目的として、研究成果を読みやすい体裁で取りまとめた報告書も並行して作成し配布した。[連携研究者]独立行政法人理化学研究所・バイオリソースセンター小倉淳郎領域事務担当者としての連絡調整国立遺伝学研究所・総合遺伝研究系佐々木裕之ゲノム刷り込み研究の企画調整東京大学・農学生命科学研究科塩田邦郎エピジェネティクス研究の企画調整大阪大学・大学院生命機能研究科仲野徹生殖細胞特性研究の企画調整東北大学・加齢医学研究所松居靖久生殖細胞発生研究の企画調整当研究課題では特定領域研究「生殖細胞の発生プロセス・再プログラム化とエピジェネティックス」の総括班としての活動を行った。研究領域全体の交流と外部への情報提供を推進するために、当特定領域のホームページhttp://www.frontier.kyoto-u.ac.jp/rc01/tokutei/index-t.htmlを構築してインターネット上に公開した。計画研究課題の紹介や成果の広報、公開シンポジウムの広報活動などを行っている。平成15年度の公開シンポジウムと班会議を2月13日に京都において開催した。若手研究者を中心として200名近くの参加者による熱気にあふれたシンポジウムとなり、今後の研究の発展に対する期待の大きさを感じさせるものとなった。以下にプログラムの概要を示す。公開シンポジウム「生殖細胞の発生プロセス・再プログラム化とエピジェネティクス」日時:平成16年2月13日10:0019:00、会場:京都キャンパスプラザ。松居靖久「マウス生殖細胞の形成機構」、阿部訓也「生殖系列発生過程における高次遺伝子発現制御の包括的解析」、野瀬俊明「マウ久Vasa遺伝子と生殖系譜発生」、仲野徹「マウスGerm Cell Less遺伝子の機能解析」、中馬新一郎・中辻憲夫「マウス生殖顆粒構成因子の同定と機能解析」、篠原隆司「マウス精子幹細胞長期培養系の確立:Germline stem(GS)細胞のもたらす新たな可能性」、蓬田健太郎「生殖幹細胞の増殖制御とその分化」、岡部勝「生殖細胞における性の決定」、尾畑やよい「卵子発生支持能の獲得とゲノミックインプリンティング」、小倉淳郎「何が体細胞クローンの効率を決めるのか」、若山照彦(「核の初期化と発生能」、塩田邦郎「発生・細胞・組織特異的なゲノム・ワイドDNAメチル化領域について」、岡野正樹「マウス個体発生におけるDNAメチル化酵素の役割」、佐々木裕之「配偶子形成とゲノムインプリシティング確立におけるde novoメチル化酵素の役割」、石野史敏(「生殖細胞系列におけるゲノムインプリンティング記憶のリプログラミング」当研究課題では特定領域研究「生殖細胞の発生プロセス・再プログラム化とエピジェネティックス」の総括班としての活動を行った。研究領域全体構成メンバーの交流と外部への情報提供を推進するために、当特定領域のホームページhttp://www.frontier.kyoto-u.ac.jp/tokutei/tokutei/index-t.htmlを随時更新した。本ホームページを通じて計画研究課題の紹介や成果の広報、公開シンポジウムの広報活動などを行った。特に本年は、班員の研究成果としてNature誌2報、Cell誌1報、Proc.Natl.Acad.Sci.誌2報をNewsとして内容紹介をし、本領域の活発な活動を広報することができた。また、本年度の公開シンポジウムと班会議を11月16日17日に大阪において開催し、200名を超える参加者を得た。特に今回は、計画研究代表者15名に若手研究者を中心とした公募班研究代表者19名も発表者に加わったこともあり、新しい生殖細胞とエピジェネティクス研究の動向、すなわち本領域の「生殖細胞とは何か」を探る発表と討論がなされ、熱気にあふれたシンポジウムとなった。さらに、来年度の国際シンポジウムに向けて本格的に準備を開始した。海外招待講演者の選定と招請を行い、ほぼすべての講演者に内諾を得ることができた。その開催については、講演者リストとともに、Nature誌にFirst Announcementを掲載し、広報も開始した。本研究領域の総括班活動としては、国際シンポジウムを開催して、参加する研究者間の交流だけでなく、ひろく研究者コミュニティーへの参加呼びかけを行った。また、インターネット上に特定領域ホームページ(http://www.frontier.kyoto-u.ac.jp/rc01/tokutei/index-t.html)を公開して、当該特定領域の構成と研究内容および研究成果などに関して情報発信を行った。2005年11月15日(火)-18日(金)に国際シンポジウムと班会議を開催した。招待講演者は、海外19人、国内21人、ポスター発表者は、128人、参加者475人という大盛会となった。口演会場では演題毎に数多くの質疑応答がなされ、またポスター会場では人のかたまりで身動きがとれないほど熱心に討論が続いた。

これらはすべて、プログラムや要旨とともに、ホームページへ掲載済みである。ホームページは公開以降、約2ヶ月に1度のペースで最新の情報へと更新し、とくに、班員の論文がNature、Cell等の一流雑誌に掲載された際には、解説文とともに紹介をして、宣伝活動に努めた。特定領域研究の重要な目的は多様な研究者間の連携や相互作用による共同研究の推進であり、総括班は、その推進に努めた。当該研究領域内では、参加する研究者間の共同研究や連携研究が極めて積極的に実行されており、その成果としての共同論文発表も多数行われた。とりわけ、A01とA02の研究項目そして計画研究と公募研究の班員の枠を越えて、それぞれの専門性を生かした連携が行われているのが特徴である。特に計画研究班員の共同研究は活発に行われた。各計画研究班員の論文数はのべ151編(各班員からの重複を含む集計)であるので、そのうち本領域内での共同研究は約40%(64/151)に達する計算になる。今年度も、昨年度に引き続き、本研究の総括班活動として公開シンポジウムを開催して領域内外の研究者との交流を推進するとともに、特定領域のホームページによりインターネットを通じて広く研究者コミュニティに情報を発信した。公開シンポジウムは、2006年12月15日(金)16日(土)に東京大学農学において開催した。例年の班員の研究成果発表に加え、市民公開講座「生殖細胞・クローン動物・幹細胞研究の接点」を併催し、中間評価で唯一指摘された、クローン技術の一般社会への理解を浸透させた。班員以外に300名以上の参加者があり、極めて活発に討議がなされた。本公開シンポジウムは、年々リピーターの参加者が増加しており、本特定領域が生殖細胞生物学の一大拠点として認知されていることが伺われた。ホームページhttp://www.frontier.kyoto-u.ac.jp/rc01/tokutei/index-t.htmlは、月に1度ほどのペースで更新を続けた。今年度シンポジウム記録を掲載するとともに、すでに来年度のシンポジウムの予告も行っている。ホームページ上に班員の特に優れた業績(PNAS、Nature Cell Biology、Developmental Cell)の紹介記事を10本掲載することができた。紹介する論文の雑誌を限定してはいないが、17年度が4本であったことを考慮すると、極めて順調に成果の公表が進んでいると考えられる。特定領域研究の重要な目的は多様な専門性を有する研究者間の連携や相互作用による共同研究の推進であり、総括班はその推進に努めた。今年度も、A01とA02の研究項目あるいは計画研究と公募研究の班員の枠組みを越えて、それぞれの専門性を生かした連携が進んだ。当該特定領域研究は、発生生物学、実験動物学、遺伝学、分子生物学など多分野にまたがる学際的研究グループを形成している。
動的共有結合を介したポルフィリンの組織化に基づくナノカーボンの分子認識

本研究は、フラーレンやカーボンナノチューブに代表されるナノカーボンの構造に対して、分子認識により構造選択的な抽出を可能とするポルフィリンの組織化を目指すものである。ポルフィリンの組織化においては、共有結合でありながら可逆的な乖離と結合を容易に実現できる動的共有結合を用いることした。そこで、構成単位となる、長鎖アルキル基を導入したジアミノポルフィリンを合成し、これとジホルミルベンゼン(フタルアルデヒド類)との縮合反応による動的共有結合形成により、ポルフィリンオリゴマー/ポリマーの合成を検討した。平成30年度はとくに、ポルフィリンオリゴマー/ポリマーの合成条件の精査および構造解析を主として進めた。縮合反応の条件を検討するため、モデル反応として、ジアミノポルフィリンとホルミルベンゼンとの反応によるジイミノポルフィリン誘導体の合成を行った。また、得られたジイミノポルフィリン誘導体は、ポルフィリンオリゴマー/ポリマーの各種分光測定およびその解析のための参照物質としても用いることができた。ジアミノポルフィリンとジホルミルベンゼンとの反応では、ジホルミルベンゼンの位置異性に応じて、得られるポルフィリンオリゴマー/ポリマーの組成が大きく異なることを見いだした。オルト体を用いた場合、イミノ結合形成よりもイソインドリノン骨格形成が主となり、ポリマー化が進行せずポルフィリンオリゴマーが得られた。これに対して、パラ体を用いた場合ではイソインドリノン骨格形成反応が進行せずにポリマー化が進むことで、重量平均分子量8520000ものポリマーが得られることを見いだした。本研究では、共有結合でありながら可逆的な解離-結合が容易に実現出来る動的共有結合を用いて、ポルフィリンの組織化を行い、特定のナノカーボン構造に対して選択的な抽出・分散技術の開発を目指している。初年度は、動的共有結合を形成可能なポルフィリン誘導体を合成し、動的共有結合によるポルフィリンポリマーの構築を試みた。基本構造として、ポルフィリンの末端に動的共有結合部位に相当するアミノフェニル基を2か所、さらに溶解性向上のためにトリドデシロキシフェニル基を2か所有するポルフィリン誘導体の合成を行った。合成手順としては、まずジニトロポルフィリンを合成したのちに還元してジアミノポルフィリンを得ることとした。次に、このポルフィリン誘導体に対して、動的共有結合による組織化のモデル分子として、パラトルアルデヒドを用いた動的共有結合形成を試みたところ、収率51%で対応するジイミノポルフィリン誘導体を合成することに成功した。この構造については1H, 13C,及び2D NMR測定、MALDI-TOF MS測定により帰属した。次に、スペーサー分子としてテレフタルアルデヒドを用いた動的共有結合形成を試みたところ、ポルフィリンオリゴマーの形成が確認された。オリゴマーについても1H, 13C,及び2D NMR測定、MALDI-TOF MS測定により構造の帰属を行った。現在、このポルフィリンオリゴマーのさらなる構造解析及び合成条件によるオリゴマー化の効率、GPCによる分子量測定などを進めている。ナノカーボンとの相互作用についてはまだ着手できていないものの、想定するポルフィリンのオリゴマー化には成功している。今後、動的共有結合によるポルフィリンの組織化について、合成条件の最適化や、スペーサー分子の検討、及びオリゴマーの構造解析を進めながら、ナノカーボンとの相互作用の検討にも着手していきたい。本研究では、共有結合でありながらも条件制御により結合と解離を可逆的にコントロールできる動的共有結合の概念を活用したポルフィリンの組織化を行うとともに、得られるポルフィリン集合体とナノカーボン物質との相互作用を検証し、選択的な抽出、分散技術へ展開していくことを目指している。2年目である平成29年度は、初年度に確立したジアミノポルフィリン分子の大量合成を行うとともに、ジアミノポルフィリンとジホルミルアルデヒドとの動的共有結合形成におけるポルフィリンオリゴマー/ポリマーの合成を検討した。得られたオリゴマー/ポリマーの構造および基本的物性について各種分光測定により評価するとともに、平均分子量などについては、導入したGPC分析により評価した。その結果、反応条件や用いたジホルミルアルデヒドの位置異性に応じて得られるポルフィリン集合体の構造を制御できうることを見出している。現在、ポルフィリンオリゴマー/ポリマーの合成条件のさらなる精査や構造解析を進めるとともに、フラーレンやカーボンナノチューブとの相互作用についても進めていく予定である。ナノカーボンとの相互作用についてはまだ着手できていないものの、想定しているポルフィリンオリゴマー/ポリマーの合成には成功し、ジホルミルアルデヒドの位置異性に応じて得られるオリゴマー/ポリマーの構造を制御できうることを見出している。

また、得られたジイミノポルフィリン誘導体は、ポルフィリンオリゴマー/ポリマーの各種分光測定およびその解析のための参照物質としても用いることができた。ジアミノポルフィリンとジホルミルベンゼンとの反応では、ジホルミルベンゼンの位置異性に応じて、得られるポルフィリンオリゴマー/ポリマーの組成が大きく異なることを見いだした。オルト体を用いた場合、イミノ結合形成よりもイソインドリノン骨格形成が主となり、ポリマー化が進行せずポルフィリンオリゴマーが得られた。これに対して、パラ体を用いた場合ではイソインドリノン骨格形成反応が進行せずにポリマー化が進むことで、重量平均分子量8520000ものポリマーが得られることを見いだした。オリゴマー、ポリマーの分子量測定のための分析用GPCシステムの導入の検討、及び有機合成のスケールアップを図り、研究推進の効率を高めていきたい。ポルフィリンオリゴマー/ポリマー合成の反応条件の精査、詳細な構造解析を進めるとともに、ナノカーボンとの相互作用について検証する。所属研究機関の教育研究基礎経費が大幅に削減され、今後もさらに削減される見通しになり、研究を継続的に進めるために科研費の執行において見直す必要が生じた。具体的には、1年目の物品費を減らし、その分の予算を2年目の物品費へ回すこととした。また、初年度購入予定だった分析用GPCカラムについては現時点で選定中であり、選定作業が終わらなかったため2年目にサンプル分析依頼などを進めた上で購入する予定である。当該年度の実支出額としては当初の計画通りであるが、前年度の繰越分があるため、次年度使用額が生じている。最終年度にあたり繰越分に関してはナノカーボン、GPC関連消耗品の追加購入等にあて、研究を円滑に遂行できる環境を整える予定である。分析装置の故障があったため、その修理に充てるほかは初年度購入予定だった分析用GPCカラムの購入を含め、予定通り試薬やガラス器具の購入に使用する。
位置誤りを訂正する符号化方式の開発

近年リアルタイムのビッグデータ解析やデータセンターなどの需要の高まりにより,Dropboxなどのオンライン上の,あるいはRAIDのようなストレージデバイスは冗長性のある複数の記憶媒体を統合的に運用することで多少の故障が発生してもデータを復元することを可能としている.従来の符号化・復号法は信号そのものに雑音が加わるものであって,データ系列を読み込む際に発生する物理的な振動や注入される電圧の多寡を原因とするビット位置の誤りに対する符号化・復号法の開発はまだ多くの課題を残している.本課題では,位置誤りを推定しつつ誤り訂正を行う統合型復号法,およびそのような復号法に適した符号の構成法を取り組む予定である.近年リアルタイムのビッグデータ解析やデータセンターなどの需要の高まりにより,Dropboxなどのオンライン上の,あるいはRAIDのようなストレージデバイスは冗長性のある複数の記憶媒体を統合的に運用することで多少の故障が発生してもデータを復元することを可能としている.従来の符号化・復号法は信号そのものに雑音が加わるものであって,データ系列を読み込む際に発生する物理的な振動や注入される電圧の多寡を原因とするビット位置の誤りに対する符号化・復号法の開発はまだ多くの課題を残している.本課題では,位置誤りを推定しつつ誤り訂正を行う統合型復号法,およびそのような復号法に適した符号の構成法を取り組む予定である.
マルチスペクトルカメラを用いた海洋生物認識システムの構築

本研究は、海洋における生物サンプリングにおいて、生存捕獲を試み、新しいバイオリソースの提供を行うための、装置開発を実施した。ネットやROVなどの装置で取れる生物は、運動動作の遅い、比較的動かない生物のみが、選択的にとれる事実がある。深海調査においての生物多様性の情報は、調査研究のうち映像から証明されているが、サンプリングできている生物種との格差がみられてきている。それは映像に移った生物が必ずしも採取できている状況に無い。その矛盾を解決する方法として、センシングや視認性の向上を採取装置に付加することが必要と感じた。そこで同軸タイプのカメラシステムで、それぞれ性質の異なるカメラの近紫外領域(可視光範囲)の画像と、近赤外(赤外)画像の差分を取り、認識の難しかった海底生物分布状況把握を的確にし、迅速に生物の位置を把握するシステムを構築することを目的とし、本研究課題によって基礎的検証をおこなった。同軸によるマルチカメラシステムと、イーサーケーブルによる長距離の画像伝搬システムを用い、差分画像を得るための画像処理システムとプログラム制作を実施した。その結果、2つのカメラ映像の差分観察画像を構築することが出来た。次に光源を単波長の異なるLED光源とし、光源を切り替えることで、いくつかの異なる照明による生物画像を入手できた。これらの生物画像から、表面の色素の異なる成分抽出し、同一画像における生物識別が出来るようになった。水中の撮影においては、耐圧ハウジングが必要であり、10mの防水容器の中で、実験水槽中で検討を行った。窓材における制限はあるものの、水中での差分映像も入手できた。今後さらに水中撮影における条件の最適化を実施し、実用に耐えるものに改良を加える予定である。すなわち映像に移った生物が必ずしも採取できている状況に無い。そこで近年市販されるようになってきた同軸タイプのカメラシステムで、それぞれ性質の異なるカメラの近紫外領域(可視光範囲)の画像と、近赤外(赤外)画像の差分を取り、認識の難しかった海底生物分布状況把握を的確にし、迅速に生物の位置を把握するシステムを構築することを目的とし、本研究課題によって基礎的検証をおこなった。その為、同軸によるマルチカメラシステムと、イーサーケーブルによる画像伝搬システムの購入をおこない、差分画像を得るための画像処理システムとプログラム制作を実施した。その結果、2つのガメラ映像の差分観察画像を構築することが出来た。そこで、自然環境における生物ならびに環境映像を撮像し、その差分情報から得られる特徴の検出をおこなった。水中での差分映像では、実験プールでの撮影を実施した。水中撮影における条件の最適化は、漏水等の問題から進捗が遅れているが、今後も検討していく。
酸素鎖分子の化学

1.酸素鎖分子の星間での探査野辺山電波天文観測所の45m電波望遠鏡を用い、大質量星の形成領域であるW51で酸素鎖分子H_2O_3の探査を行った。本年度の観測では比較的好条件下での観測を行うことができ、H_2O_3の遷移と考えられる3本の遷移の観測に成功した。同じ領域で報告されている未同定線を加えて4本の遷移が観測されたことになる。これら4本の遷移は視線速度、線幅、強度についてもH_2O_3のラインと考えて矛盾しない。しかし、100GHzを超える高い領域での観測では十分なS/Nを稼ぐことができず、遷移の観測には至らなかった。今後はこの周波数帯を得意とする海外の望遠鏡での観測を試みる。2.短寿命分子種の高感度、高分解能分光手法の開発本研究では高分解能光源を開発し、高感度の分光手法であるREMPI法と組み合わせることで、短寿命分子種の高分解能電子励起スペクトルの観測を可能とした。DPSSレーザー励起のcw-TiSからのシード光をYAGレーザー励起の色素アンプで増幅し、パルス状の赤外光を発生させ、さらに非線形結晶により三倍波に変換し、紫外光を得た。基本波である赤外光の線幅を測定したところ、約210MHzであり、フーリエ変換限界に近いパルス光が発生していることが分かった。これを用い、共鳴2光子イオン化により、試験的にベンゼンのS_1←S_0遷移の高分解能スペクトルの観測を行った。このとき、ベンゼンの単一の回転線の線幅は約350MHzであった。さらに、Ne-ベンゼン1:1錯体のS_1←S_0遷移の観測を行った。ベンゼン単体の信号に比べてかなり弱いものの十分なS/Nで信号を観測でき、クラスターに対しても十分な検出感度を持つことを確かめた。必要な測定プログラムなどの開発も行った。絶対波長との誤差が0.01cm-1での波長挿引が可能なシステムを構築した。本年度は、酸素鎖分子をはじめとする短寿命分子種の電子遷移を高感度、高分解能で観測する分光手法の開発と酸素鎖分子の星間での探査を行った。まず、星間空間における酸素鎖分子の探査について概説する。野辺山電波天文観測所の45m電波望遠鏡を用い、大質量星の形成領域であるW51で酸素鎖分子HOOOHの探査を行った。悪条件により、HOOOHの微弱な信号を検出するのに必ずしも十分な観測時間を稼ぐことはできなかったが、いくつかの遷移については、予想された周波数に弱い信号を観測することができた。また、現在ウォータールー大学との共同研究により、天文観測で比較的感度の高いミリ波、サブミリ波領域でHOOOHの実験室での観測を行うことを予定している。今後は、これらのデータも併せてHOOOHの星間空間での存在、存在量、他の酸素鎖分子の存在の可能性について議論する。次に、光源開発について概説する。本研究では高分解能光源を開発し、高感度の分光手法である多光子共鳴イオン化分光法と組み合わせることで、短寿命分子種の高分解能電子励起スペクトルの観測を可能とした。DPSSレーザー励起のcwチタンサファイアレーザーからのシード光をYAGレーザー励起の色素アンプで増幅し、パルス状の赤外光を発生させ、さらに非線形結晶により三倍波に変換し、紫外光を得た。

これを用い、共鳴2光子イオン化により、試験的にベンゼンのS_1←S_0遷移の高分解能スペクトルの観測を行った。このとき、ベンゼンの単一の回転線の線幅は約350MHzであった。さらに、Ne-ベンゼン1:1錯体のS_1←S_0遷移の観測を行った。ベンゼン単体の信号に比べてかなり弱いものの十分なS/Nで信号を観測でき、クラスターに対しても十分な検出感度を持つことを確かめた。必要な測定プログラムなどの開発も行った。絶対波長との誤差が0.01cm-1での波長挿引が可能なシステムを構築した。
大域的コード再構成に基づいた高性能パスベーススレッド分割手法の研究

本研究では,非数値処理プログラムの高速化を達成するために,近年広く普及しているマルチコアプロセッサの性能を活用して,プログラムの最頻出実行パスに基づいた投機的なスレッド実行方式をプログラムの全域に適用する手法を開発する.これをバイナリコードレベルの自動並列化ソフトウェアとして実現し,現実のプログラムに適用するための基盤技術を開発する.(1)プログラムの論理構造境界を越える大域的パスベーススレッド分割処理,(2)プログラムの大域的実行情報を取得可能なプログラムプロファイラ,(3)大域的パスベース複数スレッド実行を支援する実行環境,の3つの主要技術について研究開発を行った.本年度は研究計画に従い,以下の3課題の解決を図りながら,汎用マルチコアプロセッサ向けのバイナリレベル投機的複数スレッド化手法の研究開発を行った.課題1:プログラムの論理構造境界を越える大域的パスベーススレッド分割処理方式について,昨年度開発を行なった評価用ソフトウェア環境を用いて,本方式により理論的に達成可能な性能を見積りを行なった.その結果,プログラム実行パスのすべての組み合わせの可能性を考慮し,将来実行されるパスを完全に予測できたと仮定して投機的並列処理を行なった場合と比較し,最も頻度の高い1本のパスだけに投機実行の対象を絞り込んでも十分に高い性能が得られることを明らかにした.これによって本方式の有用性の一部を明らかにできた.課題2:昨年度開発を行なったプログラムの大域的実行情報を取得可能なプログラムパスプロファイラに対して機能拡張を行ない,プログラムパス間でのデータ依存関係を解析するための情報を収集できるようにした.これによって,プログラム大域的にパス間での依存関係を正確に解析でき,大域的パスベーススレッド分割処理が行えるようになった.課題3:昨年度に引き続き,大域的パスベース複数スレッド実行を支援する実行環境の開発を行った.昨年度の成果からソフトウェアトランザクショナルメモリをベースとした実装では性能上のボトルネックの解消が必要であることが明らかとなったことから,今年度は商用の最新マルチコアプロセッサにおいて塔載され始めたハードウェアトランザクショナルメモリを活用して投機的並列実行性能を評価を行ない,その性能を明らかとすることで,実行時オーバヘッドを削減する方式を検討する上で必要となる基礎データを得た.本研究では,非数値処理プログラムの高速化を達成するために,近年広く普及しているマルチコアプロセッサの性能を活用して,プログラムの最頻出実行パスに基づいた投機的なスレッド実行方式をプログラムの全域に適用する手法を開発する.これをバイナリコードレベルの自動並列化ソフトウェアとして実現し,現実のプログラムに適用するための基盤技術を開発する.(1)プログラムの論理構造境界を越える大域的パスベーススレッド分割処理,(2)プログラムの大域的実行情報を取得可能なプログラムプロファイラ,(3)大域的パスベース複数スレッド実行を支援する実行環境,の3つの主要技術について研究開発を行った.本年度は研究計画に従い,以下の3課題の解決を図りながら,汎用マルチコアプロセッサ向けのバイナリレベル投機的複数スレッド化手法の研究開発を行った.課題1:プログラムの論理構造境界を越える大域的パスベーススレッド分割処理方式について,理論的に達成可能な性能を見積るための評価用ソフトウェア環境の開発を行った.本ソフトウェア環境は実際のプログラムの実行トレースを入力とし,高頻度パスに沿ってプログラムの機械命令列をトレースしながら,ループおよびサブルーチン境界で実行パスを区切ることなく,コードサイズを拡大した場合にどの程度まで拡大することで最適なスレッド実行ができるか見積るためのものであり,最適なスレッドコードサイズの決定に使用できる.課題2:プログラムの大域的実行情報を取得可能なプログラムプロファイラの開発を行った.パスベーススレッド分割手法における高頻度パスの選定を行うためにプログラム実行時のパスに関する情報の収集が必要不可欠である.本年度は動的バイナリ変換フレームワークであるValgrindをベースとしてパスプロファイラを実現し,動作検証を行った.本パスプロファイラはプログラムのサブルーチンを単位としてパス情報を管理するため,サブルーチン間の呼び出し関係を組み合わせることで大域的なパス情報を得ることができる.課題3:大域的パスベース複数スレッド実行を支援する実行環境の開発を行った.アーキテクチャレベルでは投機的複数スレッド処理に対応していない現在の汎用マルチコアプロセッサ上で投機的複数スレッド処理を実現するために必要となる投機的メモリアクセスをハードウェア支援なしのソフトウェアコードのみで実現するため,ソフトウェアトランザクショナルメモリをベースとして実装を行った.本年度は研究計画に従い,以下の3課題の解決を図りながら,汎用マルチコアプロセッサ向けのバイナリレベル投機的複数スレッド化手法の研究開発を行った.課題1:プログラムの論理構造境界を越える大域的パスベーススレッド分割処理方式について,前年度開発を行なった評価用ソフトウェア環境を用いて,本方式により理論的に達成可能な性能を見積りを行なった.その結果,最も頻度の高い1本のパスだけに投機実行の対象を絞り込んでも十分に高い性能が得られることを明らかにした.本年度はValgrindをベースとした自動並列処理システムの開発を進め,バイナリ変換による並列実行によって高速化が可能であることを定量的に明らかにした.課題2:前年度までにプログラムの大域的実行情報を取得可能なプログラムパスプロファイラに対して開発を行なった.本年度は本プロファイラにより取得した情報を並列処理に活用して,マルチコアプロセッサ上での従来型タスク並列処理,SIMD演算命令あるいはGPUを活用したデータ並列処理などに向いたプログラムの判別機能を実現し,真に投機的並列処理が適しているプログラムを識別できるようにした.これによって本来投機的並列処理に向かないプログラムに投機処理を適用する機会を削減し,全体性能の向上を図った.課題