hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
沈み込み帯に持ち込まれる堆積物の不均質性とデコルマゾーン形成時の挙動

本研究は,プレート沈み込み帯に持ち込まれる堆積物中にデコルマゾーンが形成されるメカニズムの解明を目指すものである.室戸沖南海付加体では,粘土鉱物が弱くセメントされた層準にデコルマゾーンが発達することが報告されている.弱くセメントされた泥質岩は,繰り返し載荷に対して脆弱であるという性質があるため,デコルマゾーン形成メカニズムにはプレート境界特有の有効応力変動(地震波や間隙水圧の伝播などに起因)が鍵を握っていると考えた.本研究では,この有効応力変動を再現できる圧密試験機(等方圧密)を開発した.試験機は,最大封圧20MPa,封圧変動を最速5Hz与えられる仕様である.本年度は,主に房総半島の海溝斜面堆積物(堆積年代は約2.8Ma)を用いて試験を行った.試験は,通常の圧密試験(封圧変動なし)によって得られた降伏圧密強度までいったん封圧を上昇させ,そこから任意の周波数・応力変動を与えた.等方圧密方式を採用しているため,理論的には組織の異方性には変化が起こらないはずである.実際,通常の圧密試験後の試料と試験前の試料では,異方性に違いは見られなかった.ところが,封圧変動を作用させると地層面に平行な方向に面構造がより発達する.試料を地層面に対して垂直および水平に整形しても同じ結果が確認されたことから,異方性は堆積構造異方性がより強調される傾向にあることが判明した.これらの結果は,上載荷重による圧密に比べ,有効応力変動による組織改編および物性変化が劇的なものであることを示している.プレート沈み込み帯のような変動帯では,これらを評価することが必要である.また,デコルマゾーンが形成されるメカニズムの解明をめざし,昨年行われたExp.333で採取された,デコルマゾーンの材料物質というべきセメント層準を採取した.今後これら試料を用いてデコルマ形成の再現試験を行う予定である.本年度は,以下の3つを明らかにした.南海沈み込み帯のデコルマゾーン形成を規制しているセメント層準の空間分布とその過圧密化過程を実証するために,IODP Exp.322で採取されたコア試料を用いて沈み込み帯に持ち込まれる堆積物について不均質性評価を行った.その結果,C0011,C0012ともに明確なセメントゾーンが見いだされなかった.ただし本年度後半に行われたExp.333において掘削されたC0011上部(Exp.322で採取されなかった)においてセメントゾーンの可能性がある層準が見いだされたので,サンプルリクエストを作成している.次年度から行う有効応力変動圧密試験機を組み上げ,キャリブレーションテストを行った.房総半島に分布する付加体試料をダミーサンプルとして予備試験を重ね,最大で5Hzの有効応力変動を与えられるように調整がほぼ完了した.房総半島のデコルマゾーン直上の過圧密層準の物質検討を行った.この層準の間隙率は,周辺層に比べて7-8%低い値を示し,南海付加体のデコルマゾーン周辺に分布する過圧密化したセメント層準として矛盾しない特徴を示している.本研究では,さらに封圧下弾性波速度(P波,S波)を測定し,セメント層準の可能性について探った.現在までに大気圧下の測定を行ったところ,周辺のサンプルと比べ約20%高速を示し,セメント層準として矛盾しなかった.今後SEM,BSE解析を行い,視覚的に直接セメント物質を把握することを目指す.本研究は,プレート沈み込み帯に持ち込まれる堆積物中にデコルマゾーンが形成されるメカニズムの解明を目指すものである.室戸沖南海付加体では,粘土鉱物が弱くセメントされた層準にデコルマゾーンが発達することが報告されている.弱くセメントされた泥質岩は,繰り返し載荷に対して脆弱であるという性質があるため,デコルマゾーン形成メカニズムにはプレート境界特有の有効応力変動(地震波や間隙水圧の伝播などに起因)が鍵を握っていると考えた.本研究では,この有効応力変動を再現できる圧密試験機(等方圧密)を開発した.試験機は,最大封圧20MPa,封圧変動を最速5Hz与えられる仕様である.本年度は,主に房総半島の海溝斜面堆積物(堆積年代は約2.8Ma)を用いて試験を行った.試験は,通常の圧密試験(封圧変動なし)によって得られた降伏圧密強度までいったん封圧を上昇させ,そこから任意の周波数・応力変動を与えた.等方圧密方式を採用しているため,理論的には組織の異方性には変化が起こらないはずである.実際,通常の圧密試験後の試料と試験前の試料では,異方性に違いは見られなかった.ところが,封圧変動を作用させると地層面に平行な方向に面構造がより発達する.試料を地層面に対して垂直および水平に整形しても同じ結果が確認されたことから,異方性は堆積構造異方性がより強調される傾向にあることが判明した.これらの結果は,上載荷重による圧密に比べ,有効応力変動による組織改編および物性変化が劇的なものであることを示している.プレート沈み込み帯のような変動帯では,これらを評価することが必要である.また,デコルマゾーンが形成されるメカニズムの解明をめざし,昨年行われたExp.333で採取された,デコルマゾーンの材料物質というべきセメント層準を採取した.今後これら試料を用いてデコルマ形成の再現試験を行う予定である.
LICT法による衝撃波を含む高速・非定常現象の定量的3次元密度計測

本研究ではレーザー光を光源とする干渉計を利用した,レーザー干渉CT(Laser Interferometric Computed Tomography-LICT)法によって,気体中を音速より速い速度で伝わる衝撃波を含んだ非常に高速かつ非定常な現象に対して,流れ場の密度情報の定量的な3次元計測を実現し,衝撃波に誘起された複雑な流れ場の現象を詳細に捉えて解析することを目的としている.互いに角度を持つ2つの円形開口端から放出された衝撃波背後の流れ場および単一の円形開口端から放出された衝撃波と円柱形状の物体との干渉流れ場に対するCT計測を試み,LICT法の適用範囲の拡張を図った.本研究ではレーザー光を光源とする干渉計を利用した,レーザー干渉CT(Laser Interferometric Computed Tomography-LICT)法によって,気体中を音速より速い速度で伝わる衝撃波を含んだ非常に高速かつ非定常な現象に対して,流れ場の密度情報の定量的な3次元計測を実現し,衝撃波に誘起された複雑な流れ場の現象を詳細に捉えて解析することを目的としている.互いに角度を持つ2つの円形開口端から放出された衝撃波背後の流れ場および単一の円形開口端から放出された衝撃波と円柱形状の物体との干渉流れ場に対するCT計測を試み,LICT法の適用範囲の拡張を図った.本研究では,互いに角度をもつ2つの円形開口端から放出された衝撃波とその背後に誘起される流れ場をLICT法(Laser Interferometric Computed Tomography法)によって3次元的,定量的に計測し,音速よりも速い速度で進む衝撃波とその背後に誘起された高速・非定常な流れ場において生じる衝撃波同士の干渉や渦輪と衝撃波との干渉など様々な3次元的な現象を詳細に捉えて実験的に解析を行うことを目的としている.当該年度中に互いに角度をもつ2つの円形開口端を設けた回転モデル部を新たに設計,作成し,無隔膜型衝撃波管へ設置して計測実験を開始した.回転モデル部の設計変更に伴い,最終的に回転モデル部から観測部内へと放出される衝撃波の速度が従来の回転モデルを用いた場合と違いが生じるため,衝撃波管の圧力設定の見直し,撮影を行うタイミングの検討と再設定,放出される衝撃波の速度の見積等を行い,LICT計測実現に向けた準備を進めた.本研究のように衝撃波を含む高速かつ非定常な現象を対象として,定量的に3次元計測を実現できる計測方法は世界的に見ても殆ど例が無く,本研究の成果は衝撃波に関連した研究や,流体計測の分野において他に類のない有意義なデータを提供することができる.本研究では,互いに角度をもつ2つの円形開口端から放出された衝撃波とその背後に誘起される流れ場ならびに物体と放出衝撃波との干渉流れ場をLICT法(Laser Interferometric Computed Tomography法)によって3次元的,定量的に計測し,音速よりも速い速度で進む衝撃波とその背後に誘起された高速・非定常な流れ場において生じる衝撃波同士の干渉や渦輪と衝撃波,衝撃波と物体との干渉など様々な3次元的な現象を詳細に捉えて実験的に解析を行うことを目的としている.当該年度中に互いに角度をもつ2つの円形開口端を設けた回転モデル部を無隔膜型衝撃波管へ設置して計測実験を開始した.また,LICT法の計測対象を拡大する事を目的として,円柱物体を開口端と隣り合うように設置した物体つき回転モデル部を設置して計測実験を行った.物体によってCT再構成に必要な投影データに欠損が生じる.この欠損により再構成画像に多くのノイズが含まれ現象を捉えることが困難であった.そこで,再構成法としてHybrid ARTを新たに導入して,欠損を含む投影データからの再構成の改善を図った.数値解析結果から投影データの欠損部を評価し,再構成計算に組み入れることで再構成画像に含まれるノイズが大幅に改善され物体まわりにおける衝撃波現象を捉えることが可能となった.本研究のように衝撃波を含む高速かつ非定常な現象を対象として,定量的に3次元計測を実現できる計測方法は世界的に見ても殆ど例が無く,本研究の成果は衝撃波に関連した研究や,流体計測の分野において他に類のない有意義なデータを提供することができる.
食品蛋白質の分子構造変換による機能特性の発現機構-モルテングロビュールの役割

食品タンパク質の物性上の機能特性の発現には、タンパク質分子の高次構造変換が重要な役割を果たす。従って、この分子構造変換の機構と機能特性の関係を明確にすれば、タンパク質の食品機能発現に有効な条件の予測と設定が可能となる。そこで本研究では、代表的な動物性食品タンパク質である、卵白タンパク質(オボアルブミンとオボトランスフェリン)および血清アルブミンについて、天然型と変性型および両者の中間的な構造をもつモルテングロビュール型(A型)の高次構造と食品機能特性について詳細な解析を行った。即ち、鉄結合機能をもつオボトランスフェリンについてはホロ型とアポ型の両者を結晶化し、X線結晶構造解析による全立体構造を明らかにした。その結果、アポ型がホロ型に比べドメイン間のクレフトが大きく開いた緩んだ構造をとることが分かった。また、本タンパク質にチオールを緩やかに作用させ、S-S結合の切断数の異なる分子種を生成させた結果、S-S結合の切断により段階的な変性が起り、モルテングロビュール様の構造体が生成することが分った。また、オボアルブミンについては、変性状態でのポリマー鎖としての性質を明確にするとともに、卵白の食品機能特性の劣化要因となるS-オボアルブミンの形成に分子内S-S結合の存在が必須であることを明らかにした。一方、血清アルブミンの構造と食品機能特性に関する成果としては、本タンパク質のドメイン-Iを欠質するフラグメントを調製し、食品機能特性を解析した結果、乳化特性とS-S結合の切断によるゲル化性にドメイン構造が重要な役割を果たすことを明らかにした。これらの解析を通じて有用な食品機能特性発現の分子論的基盤の確立に必要なデータを多数得ることが出来た。食品タンパク質の物性上の機能特性の発現機構を明らかにするため、オボトランスフェリンと血清アルブミンについて、タンパク分子の高次構造変換の役割を検討した。オボトランスフェリンのX線結晶構造解析高次構造が未知のオボトランスフェリンのX線結晶構造解析を開始した。まずオボトランスフェリンの良質な単結晶をポリエチレングリコールを用いて調製した。ついでこの単結晶を用いてX線回折データを収集した。データの解析を、すでに申請者らが明らかにしたオボトランスフェリンN半分子の原子座標データによる分子置換法を活用して行った結果、分子量8万からなるオボトランスフェリンの原子座標の詳細を2.4Aのレベルで明らかにすることに成功した。モンテングロビュールの構造解析オボトランスフェリンと血清アルブミンは、いずれも分子内SS結合の還元的切断により、基本構造からモルテングロビュール状態に移行する。また、これらタンパク質は、SS結合の還元により高濃度条件下では会合体を形成しゲル化する。そこで、モノマーレベルでのモルテングロビュールの構造を円偏光二色性、蛍光スペクトル、プロテアーゼによる断片化法により分析し、上記、X線結晶構造解析による基本構造のデータに基づいて、構造変換の機構を解析した。その結果、モルテングロビュール状態では、基本構造に見られる二次構造が部分的に残存していることが分った。食品タンパク質のゲル化に重要な役割を果たすモルテングロビュール状態の構造を解析した。オボトランスフェリンと血清アルブミンは、いずれもドメイン構造をもつが、分子内S-S結合の還元的切断により、基本構造からモルテングロビュール状態に移行しゲル化する。そこで、これらのタンパク質をプロテアーゼを使って断片化することによりドメインを単離し、ゲル化におけるドメイン構造の役割を検討した。まず、血清アルブミンについて、プロテアーゼ反応に対する各種リガンドの効果を検討した結果、ヘミン存在下にキモトリプシンを作用させることにより、ドメイン-Iを特異的に欠失したフラグメントを高収率に精製する方法を確率した。

また、このフラグメントを用いてゲル化に必要な構造要因を解析した結果、モルテングロビュール状態でのβストランドの含量が重要な役割を果たすことが分った。一方、オボトランスフェリンについては、鉄結合状態でトリプシンを作用させることによって、NおよびCドメインを単離し、ゲル化の実験を行った。その結果、有効なゲル形成には両ドメインの共存が必要であることが分った。円偏光二色性ならびに蛍光スペクトル分析機を用いた分光学的解析結果では、NおよびCドメインは単独でモルテングロビュール構造をとることから、ドメイン間の相互作用がゲル形成に重要であることが強く示唆された。さらに、オボトランスフェリンについては、S-S結合の切断の程度とモルテングロビュールの形成の関係を明らかにした。食品タンパク質の物性上の機能特性の発現には、タンパク分子の高次構造変換が重要な役割を果たす。そこで、代表的な動物性食品タンパク質である卵白のオボアルブミンとオボトランスフェリンおよび血清アルブミンについて、高次構造の変換機構を調べた。まず卵白タンパク質のうち、鉄結合機能をもつオボトランスフェリンについてはホロ型とアポ型の両者を結晶化し、X線結晶構造解析により全立体構造を明らかにした。その結果、アポ型がホロ型に比べドメイン間のクレフトが大きく開いた緩んだ構造をとっていることが分った。また、本タンパク質にチオールを緩やかに作用させ、S-S結合の切断数の異なる分子種を生成させた後、これらの分子種について、円偏光二色性スペクトル及び横断尿素勾配ゲル電気泳動分析を行った。その結果、S-S結合の切断により段階的な変性が起こり、モルテングロビュール様の構造体が生成することが分った。一方、オボアルブミンについては、卵白の食品機能特性の劣化要因となるS-オボアルブミンの形成に分子内S-S結合の存在が必須であることを明らかにした。血清アルブミンの構造と食品機能特性に関する成果としては、本タンパク質のドメイン-Iを欠質するフラグメントを調製し、食品機能特性を解析した結果、乳化特性とS-S結合の切断によるゲル化性にドメイン構造が重要な役割を果たすことを明らかにした。
環境水中から硝酸イオンを選択的に分離・捕捉する人工材料の開発

環状オリゴ糖であるシクロデキストリンをピリジニオ基またはブチルアミノ基で化学修飾することによって、硝酸イオンを選択的に結合するホスト化含物を合成するとともに、これを有機溶媒に可溶化させるか、ポリマ-に固定化することによって、環境水中から硝酸イオンを選択的に分離・捕捉する材料の開発を目指して研究を行った。1)有機溶媒可溶性のホスト化合物を合成し、硝酸イオン結合能と、それに対する各種無機アニオンの拮抗阻害作用を実験的に求め、数値解析によって定量化した。このホストは環境水中に合まれる無機アニオン類の中では硝酸イオンを圧倒的に強く結合することを明らかにした。2)αーシクロデキストリンのモノピリジニオ化物を架橋型ポリマ-およびペンダント型ポリマ-に固定化し、それぞれについて硝酸イオンの吸着特性を測定した。硝酸イオンはいずれのポリマ-に対してもラングミュア-型の単層吸着特性を示し、かなり高い吸着平衡定数を与えた。しかし最大吸着量はシクロデキストリン含有量に達しておらず、結合部位が十分にその機能を発揮するまでに至っていないことも判明した。3)シクロデキストリンの一級水酸基の全てをブチルアミノ基で置換したホスト化合物を合成し、そと硝酸イオン結合能を調べた。この化合物は酸性水溶液中で硝酸イオンを未修飾シクロデキストリンの50倍ほど強く結合することが判明したが、なおホストとしては不十分であった。他方、このホストは硫酸イオンに対して極めて高い結合力を示し、特にβ型ホストにおいてその傾向が顕著であることを見出した。筆者らは、環状オリゴ糖であるシクロデキストリンを化学修飾することによって、特定の無機アニオンのみを選択的に結合する材料を構築することができることを見出した。本研究はその応用として、環境水中から硝酸イオンを選択的に分離・除去する人工材料を開発するには、どのような化学修飾をシクロデキストリンに施せば良いかを明らかにすることを目的とした。今年度は以下の2つの材料を合成し、硝酸イオンに対する結合能を調べた。1)α-シクロデキストリンの一級水酸基の一つをピリジニオ基で置換し、残りの水酸基をベンゾイル化したホスト化合物(I)を合成した。この化合物は水には溶けないが、クロロホルムには良く溶けた。硝酸イオンを含む水溶液をIのクロロホルム溶液と混合・攪拌したところ、硝酸イオンの大部分はクロロホルム層へ移行した。クロロホルム中においてIと硝酸イオンとの間には1:1型錯体が形成している。水溶液中に硝酸イオン以外の無機アニオンが共存すると、硝酸イオンのクロロホルム層への移行は阻害された。しかし硫酸イオン、リン酸イオン、フッ化物イオンの阻害効果は低く、重炭酸イオンと塩化物イオンの阻害効果はそれよりも大きかった。2)4-ビニルピリジン-スチレン共重合樹脂のピリジニオ基とβ-シクロデキストリンのC6位とを結合したポリマ-(II)を合成した。硝酸イオンを含む水溶液中にIIを添加・攪拌したところ、硝酸イオンはポリマ-に強く吸着され、水溶液中の硝酸イオン濃度は著しく低下した。吸着はラングミュア-型の単層吸着であることも確認できた。昨年度に引き続き、環状オリゴ糖であるシクロデキストリンを化学修飾することによって、硝酸イオンを選択的に結合するホスト化合物を合成するとともに、これを有機溶媒に可溶化させるか、ポリマ-に固定化することにより環境水中から硝酸イオンを選択的に分離・捕捉する材料を開発するための研究を行った。1)昨年度に開発した有機溶媒可溶性のホスト化合物の硝酸イオンに対する選択的結合能を定量化することを目的として,各種無機アニオンの拮抗阻害作用に関するデ-タを数値解析した。このホストは環境水中に含まれる無機アニオン類の中では硝酸イオンを圧倒的に強く結合することを明らかにした。

硝酸イオンはいずれのポリマ-に対してもラングミュア-型の単層吸着特性を示し、かなり高い吸着平衡定数を与えた。しかし最大吸着量はシクロデキストリン含有量に達しておらず、結合部位が十分にその機能を発揮するまでに至っていないことも判明した。3)シクロデキストリンの一級水酸基の全てをブチルアミノ基で置換したホスト化合物を合成し、その硝酸イオン結合能を調べた。この化合物は酸性水溶液中で硝酸イオンを未修飾シクロデキストリンの50倍ほど強く結合することが判明したが、なおホストとしては不十分であった。他方、このホストは硫酸イオンに対して極めて高い結合力を示し、特にβ型ホストにおいてその傾向が顕著であることを見出した。4)以上の結果をまとめて研究成果報告書を作成した。
腸管不全関連肝障害の病態解明に基づくグレリン誘導周術期管理治療法の開発

【目的】大量腸管切除後の肝障害(IFALD)におけるグレリンの効果を検討することで、短腸症候群の新たな術後管理法の開発につながる可能性があり、短腸症候群患児の健全な発育に寄与することができると考えた。方法】SD ratで大量腸管切除+TPNモデルを作成。グレリン投与群(SBS/TPN/Ghrelin)、グレリン非投与群(SBS/TPN)、sham群(カテ挿入・腸管切離および吻合のみ)を作成した。【結果】SBS/TPN/Ghrelin群においてSBS/TPN群と比べて肝逸脱酵素が改善し、肝臓の脂質沈着が有意に抑制された。【結語】グレリン投与は短腸症候群の新たな治療法となる可能性がある。本研究では、長期絶食・経静脈栄養管理においてグレリン投与が肝臓、消化管に与える影響を明らかにし、腸肝不全関連肝障害の抑制や残存腸管順応促進に関し新たな周術期管理法を見出したいと考えている。具体的には以下の3点を予定している。(I)長期絶食・経静脈栄養管理を動物モデルで確立し、グレリン投与が肝臓、消化管にどのような影響を与えるかを明らかにする。(II)大量小腸喪失、術後絶食経静脈栄養管理を動物モデルで確立し、術後の腸肝不全関連肝障害の予防および残存腸管順応にグレリンがどのように関わるかを明らかにする。(III)これらの結果をもとに、グレリン補充療法について至適量、至適時期を検討し、新たな術後管理法を開発する。本年はまず長期絶食・経静脈栄養モデルラットのモデル動物の確立を行った。7終齢のSDラットに対し外頸静脈よりカテーテルを挿入し、24時間の持続点滴を行い絶食管理した。最終的には安定した14日間の経静脈栄養管理に成功しており、動物モデルが確立したと考えている。また確立したモデル動物に対してグレリンを投与し、長期絶食・経静脈栄養の合併症である腸管絨毛の萎縮や肝障害に対する効果について検討した。とくに空腸において絨毛高および陰窩深の萎縮の予防を認めた。腸肝不全関連肝障害の予防において、腸管順応は極めて重要である。腸管順応を促進できれば、より早期に経腸栄養が可能になり、静脈栄養から離脱できるからである。また長期絶食は腸管粘膜の萎縮をもたらし、その後の栄養吸収低下につながる。腸管のバリア機能が低下し、Bacteria Translocationによって引き起こる敗血症を合併するリスクが高まる。今回の実験によって、グレリン投与が長期静脈栄養の合併症である絨毛の萎縮に対して有効な治療法となり得る結果が得られ、長期経静脈栄養管理において有用である可能性が示された。7終齢のSDラットに対し外頚静脈へのカテーテルの挿入を行い、長期絶食・経静脈栄養を行った。ヒトの平均寿命は68歳(WHO2012)であり、ラットの平均寿命は725日である。ヒトの約1年間に相当する14日間をモデルラットの長期絶食期間として設定し、観察を行った。14日間の長期絶食・経静脈栄養後には、腸管絨毛の萎縮が見られた。肝臓における組織学的な変化は認めなかった。また確立した長期絶食・経静脈栄養モデルラットに対してグレリンの投与を行い、腸管絨毛の萎縮の予防について検討を行った。とくに空腸において絨毛高および陰窩深の萎縮の予防を認め、グレリン投与群においてCCPRの増加が見られた。【背景】本研究では短腸症候群モデルラットを用いて、短腸症候群・長期絶食におけるIFALDの発症機序を明らかにするとともに、グレリンを用いたIFALDの予防的治療法を開発することを目的とする。【対象と方法】本実験は鹿児島大学より承認を受けた動物実験計画書に則って施行した。7週齢の雄性Sprague-Dawley ratを1週間代謝ゲージに収容し環境馴化を行ったのち、吸入麻酔下に右外頸静脈から右上大静脈起始部に中心静脈カテーテルを留置し、皮下を通して背部に導出し頸静脈栄養ルートを確保した。また同時に大量腸管切除を行い、80%短腸+TPNラットモデルを作成した。またSham群として腸管の切断・吻合のみを行い、自由摂食をさせた群を作成した。大量腸管切除後の長期絶食・経静脈栄養管理における肝障害の程度を、グレリン投与群と非投与群で検討した。各モデルについて術後14日間の変化を以下の項目について評価する。【結果と考察】各群で生理学的評価項目には有意差が見られなかった。肝臓の組織学的変化として、Sham群と比べ、80%短腸+TPN群では脂肪沈着が見られたが、80%短腸+TPN+グレリン群では脂肪沈着が見られず、グレリンの効果と考えられた。また炎症細胞の浸潤や肝細胞の膨化も有意に抑えられていた。また血液生化学検査ではAST、ALTおよびLDHの上昇が80%短腸+TPN+グレリン群において抑えられていた。今回のモデルにおいて肝臓では胆汁うっ滞のない肝障害が観察された。また、グレリンの肝障害に対する予防効果が示された。

方法】SD ratで大量腸管切除+TPNモデルを作成。グレリン投与群(SBS/TPN/Ghrelin)、グレリン非投与群(SBS/TPN)、sham群(カテ挿入・腸管切離および吻合のみ)を作成した。【結果】SBS/TPN/Ghrelin群においてSBS/TPN群と比べて肝逸脱酵素が改善し、肝臓の脂質沈着が有意に抑制された。【結語】グレリン投与は短腸症候群の新たな治療法となる可能性がある。確立した長期絶食・経静脈栄養モデルラットに対し、大量腸管切除を行い、80%短腸ラットモデルを作成する。大量腸管切除後の長期絶食・経静脈栄養管理における肝障害、残存腸管の腸管順応の程度を、グレリン投与群と非投与群で検討する。29年度が最終年度であるため、記入しない。小児外科29年度が最終年度であるため、記入しない。
アジア産トビカズラ属３種の送粉様式の解明

マメ科トビカズラ属は世界中の熱帯亜熱帯に広く分布し、大型の動物のみに送粉を依存する。本属は主に中南米における研究に基づいて、コウモリあるいは鳥が有力な送粉者であるとされていた。しかし、近年の申請者らの研究で、アジア域では非飛翔性哺乳類も本属における重要な送粉者であることが示唆された。本研究では、アジア域に分布する種のみで構成されるサブクレードに属する3種の送粉様式を明らかにすることを目的とする。調査は、自動動画撮影カメラによる送粉者の特定、花の外部形態の計測、花蜜の糖構成比の分析、香り成分の分析を行う。これらの結果に基づき、非飛翔性哺乳類媒の進化プロセスおよび進化のトリガーを推定する。
Type 1 regulatory T細胞による肺移植後の新規免疫抑制療法

我々は、臓器移植後の免疫寛容において重要な役割を果たすとされている制御性T細胞のサブセットの1つであるType 1 regulatory T(Tr1)細胞による細胞治療の可能性を研究した。マウス脾臓からリンパ球を分離し、Tr1細胞の染色を先行研究に則って行い、Tr1細胞の染色に成功した。一方で、リンパ球のうちTr1細胞の占める割合は低く、自動磁気細胞分離装置やセルソーティングにより、細胞治療に必要なTr1細胞を得るには、多数のマウスの脾臓が必要となることも明らかになり非現実的であることが明らかとなった。バックアップの計画として、計画ではT r 1細胞誘導効果による実験を行うこととしていた。ある臨床研究では、関節リウマチの治療として、国内で承認を得たアバタセプト(CTLA4-Ig製剤)の投与は、その患者の末梢血においてIL-10産生LAG-3陽性細胞を誘導することを報告した。同細胞はさまざまな報告からTr1細胞と考えられている。CLAD)の動物モデルとして確立しているマウス肺内気管移植モデルを使用することとした。同モデルにおいて、移植後当日、7・14・21日目にCTLA4-Ig製剤の投与を行い、28日目にマウスを犠牲死させて分子生物学的・組織学的評価を行った。実験は現在進行中だが、CTLA4-Ig製剤の投与は、肺内、末梢血、縦隔リンパ節において、T r 1細胞を増加させる傾向にあることが明らかとなった。さらに、CTLA4-Ig製剤は同モデルにおいて、移植された気管内の線維性閉塞を有意に抑制することが明らかとなり、CTLA4-Ig製剤には、CLADの予防効果があり、そのメカニズムにはT r 1細胞の誘導が関わっている可能性があることが示唆された。Tr1細胞の染色に成功したものの、自動磁気細胞分離装置またはフローサイトメトリーのセルソーティングの技術により得られるTr1細胞数は、細胞治療に十分とは言えないことも明らかとなった。よって、計画書に対応策として予定していたTr1細胞の誘導による実験を行った。現時点では、仮説を支持するような結果が出つつあり、研究の進捗状況はおおむね順調に推移していると考えられる。上述のとおり本研究では、生体内のCTLA4-Ig製剤の投与によるTr1細胞の誘導は、CLADモデルであるマウス肺内気管移植モデルにおいて、移植された気管内の線維性閉塞を有意に抑制することが明らかとなった。ヒト肺移植の術後1年目以降の死因のトップでありながら、有効な治療手段のないCLADに対して新規治療戦略のひとつとなりうることを示唆することができた。一方で、マウス肺内気管移植モデルにおけるCTLA4-Ig製剤の移植気管内の線維性閉塞抑制効果のメカニズムには、Tr1細胞の誘導が関わっていることが示唆されたが、まだ根拠として十分な結果ではない。ほかの経路のメカニズムも含めて、今後は分子生物学的な手法を用いて広く研究していくつもりである。また同モデルよりも、よりヒト肺移植の状態に近いとされる同所性肺移植モデルにおけるCTLA4-Ig製剤の投与の実験を行うことを目指しており、今後準備を進めていく。

上述のとおり本研究では、生体内のCTLA4-Ig製剤の投与によるTr1細胞の誘導は、CLADモデルであるマウス肺内気管移植モデルにおいて、移植された気管内の線維性閉塞を有意に抑制することが明らかとなった。ヒト肺移植の術後1年目以降の死因のトップでありながら、有効な治療手段のないCLADに対して新規治療戦略のひとつとなりうることを示唆することができた。一方で、マウス肺内気管移植モデルにおけるCTLA4-Ig製剤の移植気管内の線維性閉塞抑制効果のメカニズムには、Tr1細胞の誘導が関わっていることが示唆されたが、まだ根拠として十分な結果ではない。ほかの経路のメカニズムも含めて、今後は分子生物学的な手法を用いて広く研究していくつもりである。また同モデルよりも、よりヒト肺移植の状態に近いとされる同所性肺移植モデルにおけるCTLA4-Ig製剤の投与の実験を行うことを目指しており、今後準備を進めていく。本年度は動物モデル作成のために使用したマウスが、当初の予定よりも少ない匹数で結果を出すことができたため、次年度使用額が生じた。来年度はよりヒト肺移植の状態に近いとされる同所性肺移植モデルにおける実験も開始するために、マウスの匹数も多く必要となるので、来年度分として請求した助成金と合わせて使用することとなる予定である。
硫化鉱物中の元素の拡散とその鉱床への応用

1.硫化鉱物中の元素の拡散硫化鉱物中の遷移元素の拡散定数をトレーサー法により求め,その結果を金属鉱床に適用し,金属鉱床が蒙った熱的変遷を考察した.実験方法は,閃亜鉛鉱の研磨結晶面に遷移元素の放射性同位体溶液を塗布した後,真空環境下で加熱処理を行い,加熱処理による各同位体の結晶内部への拡散状態をβ線, γ線の線量を測定して算出した.これらの実験結果では,閃亜鉛鉱における元素の拡散速度は結晶方位により顕著な相違がみられる.また,硫黄分圧と拡散速度との関係は,硫黄分圧の上昇に伴い拡散速度は低下する.これらの実験結果を化学組成の累帯を全く示さない別子型鉱床に適用すると,結晶中での金属元素の拡散距離を1mmと仮定した場合の均質化に要する時間は350°Cで1600万年, 300°Cでは2.4億年と試算されている.2.Bementiteの熱変化bementiteを300600°C, 0.52Kbの条件で処理を行い,これによって生ずるbementite結晶粒内の鉱物相累帯について検討した.実験結果は, Mg-serpentineの加熱変化にみられるserpentine-olivine-pyroxeneの変化と類似した結晶構造の変化であるbementite-tephroite-Mn-clinopyroxene-pyroxmangite-rhodoniteの変化を示す.ここで, Mn-clinopyroxeneの形成は新たな事実であり,鉱物学的にも重要である.現在,詳細な検討を継続している.3.上記の研究のほか,石灰質・苦灰質岩体を貫くアルミノ珪酸質脈周縁にみられるCa,Mg,Al,Si,Feなどの元素の拡散による鉱物相の累帯についての検討,地熱変質帯にみられる熱水変質作用によるNa,K,Ca,Fe,Al,Si,Tiの挙動および微量成分の挙動に関する検討を行っている.これらの成果の一部は,成果報告書に記載した.1.硫化鉱物中の元素の拡散硫化鉱物中の遷移元素の拡散定数をトレーサー法により求め,その結果を金属鉱床に適用し,金属鉱床が蒙った熱的変遷を考察した.実験方法は,閃亜鉛鉱の研磨結晶面に遷移元素の放射性同位体溶液を塗布した後,真空環境下で加熱処理を行い,加熱処理による各同位体の結晶内部への拡散状態をβ線, γ線の線量を測定して算出した.これらの実験結果では,閃亜鉛鉱における元素の拡散速度は結晶方位により顕著な相違がみられる.また,硫黄分圧と拡散速度との関係は,硫黄分圧の上昇に伴い拡散速度は低下する.これらの実験結果を化学組成の累帯を全く示さない別子型鉱床に適用すると,結晶中での金属元素の拡散距離を1mmと仮定した場合の均質化に要する時間は350°Cで1600万年, 300°Cでは2.4億年と試算されている.2.Bementiteの熱変化bementiteを300600°C, 0.52Kbの条件で処理を行い,これによって生ずるbementite結晶粒内の鉱物相累帯について検討した.実験結果は, Mg-serpentineの加熱変化にみられるserpentine-olivine-pyroxeneの変化と類似した結晶構造の変化であるbementite-tephroite-Mn-clinopyroxene-pyroxmangite-rhodoniteの変化を示す.ここで, Mn-clinopyroxeneの形成は新たな事実であり,鉱物学的にも重要である.現在,詳細な検討を継続している.3.上記の研究のほか,石灰質・苦灰質岩体を貫くアルミノ珪酸質脈周縁にみられるCa,Mg,Al,Si,Feなどの元素の拡散による鉱物相の累帯についての検討,地熱変質帯にみられる熱水変質作用によるNa,K,Ca,Fe,Al,Si,Tiの挙動および微量成分の挙動に関する検討を行っている.これらの成果の一部は,成果報告書に記載した.代表的硫化鉱物の一つである閃亜鉛鉱を選びその中で鉄およびコバルトの拡散についてラジオトレーナー法を用いて実験を行った。実験方法:荒沢鉱山産閃亜鉛鉱結晶と5×5×2【mm^3】にカフトし、研磨した表面にに放射性元素を含む塩化物水溶液を塗布し加熱拡散実験を行った。これらの試料を樹脂中に埋め込み、サンプル表面を研磨紙で削りとりその削りクズに相当する厚さを計りとった。厚さは一回につき平均約5μmでありその誤差は約1μmである。削った粉末から出るベータ線及びガンマ線放射能を測定し拡散距離との関係から拡散速度を求めた。結果:これまでの実験結果から次のような結論が得られる。1.加熱により閃亜鉛鉱結晶表面からの蒸発がおこりトレーサーも移動する。2.本実験で求められたβ線,γ線の拡散プロフィルから計算される拡散速度はほぼ同一のD値をもつ。3.閃亜鉛鉱結晶面(110)に垂直な方向及び平行方向の各D値はほぼ等しい。4.鉄-59の拡散速度は800゚,700゚,600°Cで各々2.0×【10^(-11)】,1.5×【10^(-12)】,1.7×【10^(-13)】【cm^2】/Sであり、Cobalt-60のそれは各々3.2×【10^(-11)】,3.1×【10^(-12)】,6.6×【10^(-13)】

【cm^2】/Sである。この結果からCobalt-60の方が鉄-59よりやや拡散速度が速いことが判明した。5.鉄-59の拡散は結晶がおかれている硫黄分圧に依存し、その分圧が低くなるにつれて鉄トレーサー拡散速度が増加する。6.鉄,コバルトの拡散についてアレニウスの関係を求めた結果その値は鉄-亜鉛相互拡散によって求めた値とほぼ等しい活性化エネルギーをもつ。以上のような結果がこれまでの実験で得られた。これらの他に次年度ではニッケル,マンガンの拡散速度を求めた閃亜鉛鉱中の元素の拡散と元素のイオン半径との関係をもとめ、拡散の機構を解明してゆく。1.硫化鉱物中の遷移元素の拡散硫化鉱物中の遷移元素の拡散定数をトレーサー法により求め,その結果を天然産鉱石の化学組成の累帯に対応させて鉱床が受けてきた熱的変遷を考察した.実験方法:研磨した閃亜鉛鉱結晶面にMn, Fe, Co, Ni, Znの放射性同位体液体を塗布し,シリカ管中へ真空封入後900°C700°Cに加熱する.実験処理後の結晶片を切片法により切削した試料粉末のβ線, γ線の線量を測定して拡散定数を算出した.実験の結果:閃亜鉛鉱中の元素の拡散について,次の結果を得た.Co-60の拡散は結晶方位により差異があり, (110)面に平行な方向の拡散速度は(110)面に垂直な方向より約2倍の速度がある.硫黄分圧の相違の遷移金属の拡散への影響は,硫黄分圧が高くなるに伴い拡散速度は低下する.例えば, Fe_<1-x>S-FeS_2バッファー下のFe-59の拡散定数はFe-FeSバッファー下におけるそれの1/101/30の値である.2.炭酸塩鉱物・珪酸塩鉱物の元素の拡散天然の石灰質岩,苦灰質岩とこれを貫く石英および珪酸塩鉱物細脈における鉱物種の累帯および個々の鉱物の化学組成の累帯を検討し,炭酸塩鉱物および珪酸塩鉱物の元素の拡散について考察した.苦灰質岩を切る方解石・角閃石・単斜輝石・カンラン石・蛇紋石・滑石脈における累帯は,脈の中心から外側へ向って単斜輝石・カンラン石→角閃石→雲母・蛇紋石→滑石→方解石→苦灰質岩の配列を示すものが多い.角閃石のFeおよびAlの含有量は脈中央部で高く,脈の外縁部へ向って低下する.また角閃石と単斜輝石とのFe, Alの分配は, Feは角閃石<単斜輝石であり, Alは角閃石>単斜輝石である.
神経細胞死におけるＨｓｐ７０とその関連蛋白の意義

神経細胞死の機序に関しては不明な点が多い。本研究では熱ショック蛋白であるHsp70.1を中心とした蛋白質-膜脂質間相互作用を検索した。オートファジーに関わる分子連関を検索することで、リソソームの破裂により生じる神経細胞死の全容を究明した。その分子機構には、「calpain-mediated cleavage of carbonylated Hsp70.1」があることを発見した。Hsp70.1の機能がカルボニル化とカルパイン分解によって障害されるため、BMPとの結合が障害され、ASMの機能低下が起きる。その結果スフィンゴミエリンの分解が阻害され膜を安定化するセラミドが減少しリソソームは破裂する。熱ショック蛋白70.1(Hsp70.1)とビス(モノアシルグリセロ)リン酸(BMP)、酸性スフィンゴミエリナーゼ(ASM)間の分子相関に着目しつつ、脳虚血サルという個体の脳疾患モデルからリソソーム膜破裂による細胞死の分子メカニズムについて検索した。リソソーム内でHsp70.1と結合することでASMを生理的に活性化しているBMPの機能が、Hsp70.1のカルボニル化とカルパインによる分解によって障害される。その結果、BMPの機能障害によりsphingomyelinの分解が阻害されリソソーム膜を安定化しているceramideが減少するので、リソソーム膜は不安定化し破裂に至ることが証明できた。さらに、虚血サル脳とアルツハイマー剖検脳とを形態学的ならびにプロテオミクス解析により比較対照し、虚血性神経細胞死と変性性神経細胞死との異同を明らかにした。アルツハイマー剖検脳においては虚血サル脳にみられるのと同様の顆粒空包変性がみられたため、虚血サル脳を用いて生化学的な検索を行った。抗ヒト・BMP抗体を用いて、一過性虚血/再灌流負荷前後のリソソームBMPの量的変化をウエスタンブロッティングと免疫組織化学とで検索した。免疫組織化学による検索では虚血前に比べて、虚血後3日目ではBMPの染色性は明らかに低下していた。また、質量分析による「脂肪酸解析では、一過性虚血/再灌流負荷前後3日目から5日目にかけて、リソソーム膜BMPに含まれるC18:1(オレイン酸)とC22:6(ドコサヘキサエン酸: DHA)の含有量が有意に低下していた。以上より、虚血性神経細胞死はHsp70.1の酸化障害によってASMの機能異常が生じた結果、膜安定化作用があるceramideが減少しリソソームの破裂が生じるものであることが明らかになる。Heat shock protein 70.1(Hsp70.1)はHsp70ファミリーの主要メンバーで、分子シャペロンとして熱や虚血によって損傷・変性したタンパク質をリソソーム内に運び、リサイクルすることで異常タンパクの蓄積を妨げニューロンを保護する。Hsp70.1はリソソーム内の小胞膜に局在し、スフィンゴミエリンからセラミドを産生することで、限界膜を保護している。サル海馬を対象として行った平成24年度のプロテオミクス解析によって、カルパインの生体内基質としてHsp70.1が同定され、虚血後のCA1においてHsp70.1の酸化損傷が10倍以上も上昇し、活性中心をなすArg469がカルボニル化を受けていることが判明した。カルパインによる生体内基質の切断と虚血後に生じるリソソーム膜の破裂とは、神経細胞死と密接に関連する。そこで、活性型カルパインの生体内基質とヒドロキシノネナールのカルボニル化の標的は、いずれもHsp70.1ではないかという作業仮説を立てて解析した処、これを裏付ける結果が得られた。すなわち、in vitroの酸化ストレスをかけた正常海馬CA1のホモジナイズに、活性型カルパインを加えインキュベーショョンした後、Hsp70.1のC末端を認識する特異的な抗体を用いてイムノブロットを行いHsp70.1切断の有無とその程度とを検索した。その結果、無処理のHsp70.1はわずかしか分解されないのに対し、カルボニル化されたHsp70.1は、ヒドロキシノネナールの濃度に関係なく活性型カルパインによって顕著に分解された。以上より、酸化ストレスによってリソソーム膜を保護するHsp70.1が機能障害をおこし、リソソームが爆発することが神経細胞死の原因と推定された。高齢者人口が激増した我が国では、脳や心の病気に関わる医療費が激増している。神経細胞死は種々の脳疾患の根本原因であるが、霊長類を対象とした基礎研究が極端に少ないためその機序に関しては不明な点が多い。本研究では虚血サル脳と変性ヒト脳を対比しつつ熱ショック蛋白であるHsp70.1を中心とした蛋白質-膜脂質間相互作用の解析を行った。

具体的には、オートファジーに関わる分子連関を検索することで、リソソームの破裂により生じる神経細胞死の全容について究明した。本研究においては虚血性神経細胞死と変性性神経細胞死の分子機構には、「calpain-mediated cleavage of carbonylated Hsp70.1」という共通点があることを発見した。霊長類であるサルの虚血脳およびヒトの変性疾患脳の対比からリソソーム膜破裂による神経細胞死という加齢現象の本質に迫ることができた。Hsp70.1の機能がカルボニル化とカルパイン分解によって障害されるため、ビスモノアシルグリセロフォスフェート(BMP)との結合が障害され、酸性スフィンゴンゴミエリナーゼ(ASM)の機能低下が起きる。その結果、スフィンゴミエリンの分解が阻害され膜を安定化するセラミドが減少しリソソームは破裂することが判明した。オートファジーに関わる分子連関を検索することで、リソソームの破裂により生じる神経細胞死の全容を究明したことが本研究の独創的な点である。すなわち、リソソーム膜の安定性に関わるHsp70.1と関連分子に着目して神経細胞死の全容を解明したことは、難治性脳疾患の病因を究明し、治療法を開発する上で必須な上、医療費削減に役立つと思われる。Hsp70.1という治療上のターゲットが同定された結果、難治性脳疾患に対する画期的治療法が開発され、脳と心の病気に関わる医療費が削減できるであろう。神経精神医学Hsp70.1と関連分子に着目して神経細胞死の全容を明らかにするという所期の目標は達成された。つまり、Hsp70.1を中心とした蛋白質-膜脂質間相互作用を解析し、オートファジーに関わる分子連関に着目しリソソーム破裂による神経細胞死のメカニズムについて一定の成果を得ることができた。虚血性神経細胞死とアルツハイマー性神経細胞死の分子メカニズムには、予想した以上に共通点が多く、前者の研究から得られた知見や実験手法が後者にそのまま応用し得たため。今後、さらに詳細な分子メカニズムを救命する必要がある。具体的には、虚血サル脳のみならず正常およびアルツハイマー脳組織のホモジネートにアミロイドβの存在下で、ヒドロキシノネナールや過酸化水素による酸化ストレスを与えることで、カルパインによるカルボニル化Hsp70.1の分解がどの程度おきるか、BMPやその脂肪酸組成にいかなる変化がおきるか、そしてこれらが酸性スフィンゴミエリナーゼやリソソーム膜のセラミドに対していかなる影響を及ぼしているかなどをさらに検索し、リソソーム膜破裂の分子機構を完全に解明する必要があるHsp70とbis (monoacylglycero) phosphate (BMP)、acid sphingomyelinase(ASM)間の分子相関に着目しつつ、サルという個体の脳疾患モデルからリソソーム膜破裂による細胞死という生命現象の本質にさらに迫ってゆく予定である。(1)リソソーム膜におけるHsp70.1、μ-calpainとBMPの相互作用正常(非虚血)と虚血後1、3、5、7日目のサル海馬CA1を用いて免疫組織化学と免疫電顕により、各蛋白についてニューロン内での局在変化を観察する。同時に、免疫沈降法によってHsp70.1と結合しているBMPの量的変化を調べるが、これが困難な場合はHsp70.1とBMPの抗体を変える。(2)Acid sphingomyelinase(ASM)酵素
統計的手法による少数多体系のダイナミックスの研究

本研究は少数多体系の反応ダイナミックスを統一的に扱える統計理論の構築を最終的な目的とし、本年度は以下の研究を行なった。1)カーボン・ナノチューブの光学的性質:これは昨年度からの継続である。遷移モーメント行列要素計算法を改良し,また誘電率の波数依存項の計算漏れを修正して施光分散及び円二色性の周波数依存性を再計算した。誘電率については,安食・安藤,Lin-Shung,Mintmire-Whiteらによる理論計算と比較し低エネルギー領域で良く合うことを,また整列した多層ナノチューブの誘電率の計算値がde Heerらによるellipsometryの実験結果をよく再現することを見い出した。さらにBommeliらにより観測されたプラズマ振動数との比較を行った。再計算された旋光分散及び円二色性スペクトルは昨年の研究で見い出されたものと同一の定性的特徴を持つ。2)Nose-Hoover-Evans法に関連する写像の性質:臨界点に近い気体などのシミュレーションで有効であると考えられているNose-Hoover-Evans法では着目している量を保存するような`摩擦力'を含む可逆な散逸的動力学が基礎になっている。本研究ではNose-Hoover-Evans法の特徴を備えた可逆なパイこね変換型写像を用いて数理的側面,特に散逸性と可逆性の両立のメカニズムを調べた。この写像では全体の面積は不変だが,左半分の矩型は拡大され右半分の矩型は縮小される。この系の分布を正時間方向に時間発展させると縦方向にフラクタル的で横方向に一様な分布が得られる。負時間方向の時間発展を考えると縦方向に一様で横方向にフラクタル的な分布が得られる。これから正負の時間発展についてのアトラクターが異なっているためダイナミックスの散逸性と可逆性が両立できることが分かった。
慢性炎症を基盤とした肝発がんと遺伝子発現の制御機構

肝臓の慢性炎症は発癌に連関するが、この分子機構にはNF-kBのシグナル系やROSが関与する。本研究では、我々が作成したNF-kBのシグナル系遺伝子の改変マウスを用いて、炎症にともなうエピゲノム制御とシグナル伝達機構を同定し、炎症にともなう遺伝子発現の制御機構と発癌との連関を解明する。さらに、この経路を制御する阻害剤・生理活性物質を同定して、炎症や発がんの制御システムを確立する。
フィールドでの一時故障への耐性を重視した非同期式回路の高信頼設計に関する研究

現在主流のクロック信号を用いた同期式回路で様々な問題が顕在化している.本研究では,それらの問題を根本から解決するものとして,ハンドシェイク信号を用いた非同期式回路に着目し,回路出荷後のフィールドでの信頼性向上を重視した非同期式回路の設計法を探究している.具体的には,フィールドでの信頼性を低下させる原因として,放射線衝突等による一時故障や劣化故障(回路の経年劣化等によって遅延が増大する故障)を取り上げ,それらに対する耐性を高めるための高位合成法を議論している.最終年度は,非同期式回路の一時故障への耐性を高める手段として,ビット系列中の1の存在確率で数値を表現するストカスティックコンピューティング(SC)に着目し,同期式回路で実現されたSCの基本演算(乗算等)を非同期化する方法を検討した.SCは重みのないビット系列で数値を表現するため,一時故障によるビット反転に耐性があり,かつ,小面積で回路を実現できるという利点を持つ.非同期式回路設計の枠組みにSCを取り入れることで,回路の非同期化に伴う面積増加が発生し得るが,一時故障に対する耐性が高い回路を比較的小面積で実現できるようになると考える.現状では基本演算に対する考察だけに留まっており,今後,より複雑な演算を非同期式回路で実現するための議論が必要である.また,研究期間全体を通じて実施した研究の主な成果は,(1)非同期式回路におけるハンドシェイク遅延(演算の開始と終了を制御するハンドシェイクに要する遅延)に着目した高位合成法,(2)非同期式回路の劣化故障耐性を高めるための高位合成法の2点である.これらの成果と上記のSCの議論を組み合わせて発展させることが今後の課題である.大規模集積回路(LSI)の微細化・高速化に伴って,クロック信号に起因する様々な問題が同期式回路で顕在化しており,クロック信号を用いない非同期式回路への期待が高まっている.本研究では,非同期式回路を今後実用化する上で特に重要となる,LSI出荷後のフィールドでの信頼性に主眼をおいた設計法の確立を目指している.具体的には,LSIの電圧変動等の内的な要因や放射線衝突等の外的な要因によって生じ得る,フィールドでの一時的な故障(一時故障)に着目し,(1)非同期式回路における一時故障の振る舞い,(2)一時故障によるエラーの低コストな検出・訂正機構,(3)要求される信頼度に応じて最適な非同期式回路を生成する高位合成法の3点を明らかにすることを目的としている.本年度は上記の(1)と(3)の目標に向けた課題に取り組み,以下の成果を得た.非同期式回路の一方式である「4相2線式」を対象とした高位合成に関する議論をおこなった.具体的には,高位合成によって生成される回路において,ハンドシェイク遅延(演算の開始と終了を制御するハンドシェイクに要する遅延)が,演算の遅延と比べて無視できないことを予備実験で明らかにし,それを考慮した高位合成問題(特に,演算器数制約の下での回路遅延最小化スケジューリング問題)を定式化した.この問題に対し,演算チェイニング(ハンドシェイク遅延を削減する技術の一つ)を前提としたスケジューリングアルゴリズムを提案し,その有効性を計算機実験により示した.以上の研究成果を国内研究会で発表した.本年度は非同期式回路における一時故障の振る舞いの解析を中心に進める予定であったが,新たな課題(ハンドシェイク遅延に関する事項)が明らかとなり,その解決を優先したため,当初の計画より若干の遅れが生じた.本研究では,非同期式回路を対象とした,LSI出荷後のフィールドでの信頼性向上に主眼をおいた高位合成法(データフローグラフ等で与えられたシステムの動作記述からレジスタ転送レベルの回路を合成する技術)の確立を目指している.本年度は,その取組みの一つとして,フィールドで懸念される劣化故障(回路の経年劣化等によって遅延が増大する故障)を対象とした非同期システムの高位合成法について議論した.具体的には,高位合成の一工程である演算器バインディング(データフローグラフ上の演算を演算器に割り当てる処理)が,回路の劣化故障耐性(回路の寿命)に与える影響について実験的に評価・解析した.演算器バインディングの戦略として,与えられた演算器数制約の下で1.データフローグラフにおけるクリティカルパス(パスの長さが最も大きな箇所)上の演算をなるべく一つの演算器に割り当てる戦略,2.クリティカルパス上の演算をなるべく異なる演算器に割り当てる戦略,3. 1と2の間の戦略,の三つを試行し,ベンチマーク回路を用いて評価した.演算器が均一に劣化するモデルの下では,2の戦略が有効であることを明らかにし,現在,異なる劣化モデルの下での考察をおこなっている.本年度の成果の一部を査読付き国際ワークショップ及び国内研究会で発表した.また前年度に取り組んだ「ハンドシェイク遅延に着目した非同期システムの高位合成法」の成果をまとめ,国内の英文論文誌にも投稿した.フィールドでの劣化故障(永久故障)は,一時故障と同様にLSIのフィールドでの信頼性を脅かすものであり,劣化故障に対する耐故障性を議論することは一時故障に対する耐故障性の議論に繋がると考える.しかしながら,本年度の劣化故障に関する議論は研究当初に想定していたアプローチとは異なるため,研究計画に鑑みると若干の遅れは否めない.LSIの微細化・高速化の恩恵を受けて,高機能で高性能なLSIを設計・製造できるようになる一方で,製造時の故障や出荷後のフィールドでのソフトエラー(放射線衝突等の影響による一時的なエラー)等による信頼性低下が問題となっている.本研究では,今後の発展・実用化が期待される非同期式回路を対象に,高位合成の立場からそのフィールドでの信頼性を高めることを目指している.平成29年度は,高位合成の前提となるエラー検出・訂正機構について検討した.