hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
染色体均等分配を保障するセントロメア特異的クロマチン複合体の分子基盤の解明

CENP-Aは染色体均等分配に必須な動原体特異的ヒストンH3バリアントである。我々は、CENP-Aの分裂酵母ホモログCnp1の局在化因子Mis6とAms2を、遺伝学的に同定してきた。今回、それらの分子的性質について、以下の新たな知見を得た。1.mis6変異の多コピーサプレッサーとして、Mis6と結合因子Sim4/Mix1を同定した。Mis6-Sim4複合体は紡錘体チェックポイント蛋白質Mad2のM期動原体局在に必須であった。またM期特異的動原体蛋白質Nuf2が、Mis6複合体のM期の局在維持に必須であった。さらにMis6はMad2とチェックポイントが発動する条件下で物理的に結合すること、そのN末断片はM期微小管と相互作用することもわかった。以上の結果は、Mis6-Sim4複合体がNuf2複合体と協力して微小管と動原体の結合状態をモニターし、Mad2の局在を制御する足場として働くことを示唆している。2.Cnp1の動原体へのローディング過程に、細胞周期において二つの異なった経路が存在することを示唆するデータを得た。GATA転写因子であるAms2は、S期にコアヒストン遺伝子の転写活性化を促進し、倍化した姉妹動原体へのCnp1のローディング効率を高めていることを示した。Ams2破壊株では、S期を通過するとCnp1は動原体に局在化できなくなるが、驚いたことに、G2期後期になると再び再局在化し始めることがわかった。このAms2非依存的なG2期のCnp1局在化経路は、局在化に失敗したCnp1を次のM期に入る前に再ローディングするためのバックアップ機構と考えられる。実際、遺伝的手法でAms2破壊株のG2期を短縮すると、Cnp1は再局在化できなくなり、染色体分配異常を引き起こし致死となった。このCnp1局在機構の融通性は、動原体形成の柔軟さを説明し得るかもしれない。染色体分配に必須なセントロメアのクロマチン構築の分子基盤を、セントロメア特異的ヒストンCENP-Aの局在化機構の解明を通し推進した。当初の予定通り、分裂酵母の新規GATA因子Ams2とセントロメア機能との関連を示唆するデータをチューンアップし、論文にして公表することができた。またコアセントロメア蛋白質Mis6の遺伝的相互作用因子の同定について大きな進展があった。具体的には以下の各点についてデータの蓄積もしくは新規の発見があった。1)分裂酵母CENP-Aの温度感受性蛋白質の挙動をGFP融合で追跡した実験から、細胞周期に依存しないCENP-A蛋白質の局在化が起こる可能性が示唆された。2)CENP-Aの再局在化をAms2を人為的に増量することで誘導できることを示した。これはセントロメアのヌクレオソームがAms2によって何らかの形で活性化されリモデリングされていることを示唆しており興味深い。3)クロマチン免疫沈降法によりAms2はCENP-Aの局在化しているセントロメア中央コア領域に結合していることを示した。さらにこの領域内のGATAをコアにする配列に特異的に結合していることをゲルシフト法で明らかにした。これはGATA因子がセントロメアに結合し機能している可能性を示唆する初めての報告である。

mis6温度感受性変異の多コピーサプレッサースクリーニングを行い、新規セントロメア蛋白質Mix1を分離し、遺伝子破壊実験から染色体分配に必須機能を持つこと、Mis6コアセントロメア蛋白質と極めて類似の表現型を示すことを明らかにした。またMix1のポテンシャルなヒトホモログを同定した。セントロメア結合型GATA転写因子Ams2の下流ターゲット遺伝子の探索Ams2破壊株および2コピー増量株でのマイクロアレイ解析を行い、転写量が変動したターゲット遺伝子候補をピックアップ、それらがAms2により実際に転写制御されているか、ノーザン解析により逐一確認した。ヒストンH3およびH4の転写をAms2が制御している可能性を示唆するデータを得た。この他にも複数のターゲット遺伝子を見出し、解析に着手している。またAms2がリン酸化およびポリユビキチン化修飾されていること、26Sプロテアーゼ依存的に蛋白質が不安定化することを見出した。さらにAms2のドメイン解析を行い、いくつかのリジン残基のアルギニン変異体を作成したが、これまでのところユビキチン化修飾残基の特定には至っていない。セントロメアコア蛋白質Mis6のドメイン解析およびヒストン脱アセチル化酵素との機能連関mis6-302変異と分裂酵母の3つのヒストン脱アセチル化酵素それぞれの二重破壊株を作成して、その生育を観察したところ、そのうちのひとつと強い遺伝的相互作用を示した。この二重破壊株では、準許容温度30°Cで顕著な生育不全が起こり、染色体の不均等分配が高頻度で発生した。mis6-302変異が示すトリコスタチンAへの感受性がこのヒストン脱アセチル化酵素との相互作用に由来している可能性が高い。また、Mis6の種々の部分欠失体を作成、それぞれの細胞内局在を検討したところ、進化的に保存されたN末領域からのみからなるドメインがM期特異的にスピンドル局在し、強いドミナントネガティブ効果を示すことを見出した。セントロメア結合型GATA転写因子Ams2の関連制御遺伝子の同定および分解経路の分子基盤分裂酵母Ams2がS期におけるコアヒストン分子の転写活性化とCENP-Aのセントロメア局在に必須なGATA転写因子で、Ams2蛋白質はG1/S期にのみ存在し核クロマチンに局在化することを示した。さらにAms2蛋白質は細胞周期S期の後半にリン酸化され、ポリユビキチン化されて26Sプロテアソーム依存的に分解制御されることを見出した。Ams2の段階的欠失体の作成と解析により、Ams2のリン酸化およびユビキチン化部位の限定およびNLS配列の同定を行い、この領域部位特異的変異体の作成を推進した。Ams2の分解に関わる上流制御因子の同定にも成功した。セントロメアコア蛋白Mis6の進化的保存領域の分子機能とMad2チェックポントこれまでに、セントロメアコア複合体Mis6およびSim4がCENP-AおよびMad2スピンドル結合チェックポイント蛋白質のセントロメア局在に必須なセントロメアコア複合体を構成することを示してきた。本年度は、Mis6-Sim4複合体とMad2スピンドル結合チェックポイント経路との機能連関について、論文にまとめ投稿した。Revise実験として、Mad2-GFPあるいはBub1-GFPと微小管もしくはキネトコア蛋白質を二重に蛍光ラベルした分裂酵母株を作成、その分裂期の挙動をライブ観察した。またMis6複合体とNuf2-Hec1複合体が協調的にMad2蛋白質のセントロメア局在を制御していることも明らかとなった。
超高齢社会における義歯開発に向けたタンパク付着抑制を持つMPCポリマーの応用研究

MPCにより細菌付着抑制能,またPMBPAzを用い臨床研究ではデンチャープラーク付着抑制が確認され,次世代シークエンサーを用いた解析によりデンチャープラーク細菌叢の網羅的解析と,プラーク付着抑制効果に加えプラーク細菌叢を変化させない可能性も示唆された.本研究ではシークエンス解析により判明した疾患に関連する細菌に対し,より強い殺菌あるいは静菌作用を示すようなMPCを模索・開発することを目的としている.これにより自身での義歯清掃が困難な高齢者,あるいは高齢者入居者施設などでの義歯ひいては口腔内衛生状態を高く保つことが可能になり、現状の超高齢社会に大きく貢献することができると考えられる.MPCにより細菌付着抑制能,またPMBPAzを用い臨床研究ではデンチャープラーク付着抑制が確認され,次世代シークエンサーを用いた解析によりデンチャープラーク細菌叢の網羅的解析と,プラーク付着抑制効果に加えプラーク細菌叢を変化させない可能性も示唆された.本研究ではシークエンス解析により判明した疾患に関連する細菌に対し,より強い殺菌あるいは静菌作用を示すようなMPCを模索・開発することを目的としている.これにより自身での義歯清掃が困難な高齢者,あるいは高齢者入居者施設などでの義歯ひいては口腔内衛生状態を高く保つことが可能になり、現状の超高齢社会に大きく貢献することができると考えられる.
高効率電子伝達を目指したビピリジン含有ハイブリッド化合物の新規合成と機能評価

無尽蔵の太陽光を有効利用した人工光合成モデルの研究が現在活発に行われているが、電子伝達効率の改善が強く望まれている。そこで本研究では、ビピリジン・フェノチアジン・メチルビオロゲンと3官性アミノ酸を連結したハイブリッド化合物とそのルテニウム錯体を合成し、機能評価することを目的とした。以下に研究成果の概要を示す。1.p-置換ベンズアルデヒド類から2段階の反応を経て、一方のピリジン環に置換ベンゼンが結合した各種ピリジルピリドン類を合成した。2.ピリジルピリドン類の選択的O-アルキル化反応を利用して、さらに化学修飾が可能なアミノ基やカルボキシル基を側鎖にもつ2,2'-ビピリジン類の簡便な合成法を確立した。3.新規ビピリジンのルテニウム錯体の物理的諸性質を調べ、従来のトリス(ビピリジン)ルテニウム錯体と同様に利用できることを明らかにした。4.適切に保護されたL-オルニチンまたはL-リシンと側鎖にアミノ基をもつビピリジン、フェノチアジン誘導体、メチルビオロゲン誘導体を独自の方法でカップリングし、目的のハイブリッド化合物を合成した。5.化合物と2倍モルのビピリジンと塩化ルテニウムから、ルテニウム錯体を合成した。6.錯体はMeCN中460nm付近にルテニウム錯体に特徴的なMLCT吸収帯を示した。5.錯体の発光強度と発光寿命の測定を行い、トリス(ビピリジン)ルテニウム錯体と比較したところ、発光量子収率と発光寿命の大幅な減少が観測された。以上のように、3官性ハイブリッド化合物のルテニウム錯体の諸性質を検討した結果、電子伝達効率の良い光触媒となり得ることが明かとなった。無尽蔵の太陽光を有効利用することは、21世紀へ向けての最重要課題の1つである。申請者はビピリジン・フェノチアジン・メチルビオロゲンと3官能基性アミノ酸のL-リシンを連結したハイブリッド化合物(超分子)とそのルテニウム錯体を新規に合成し、酸化還元電位や発光寿命等の各種測定を通して機能評価することを研究目的とした。平成9年度は、ハイブリッド化合物合成に必要な側鎖に官能基をもつ新規なビピリジン類とフェノチアジン及びメチルビオロゲン誘導体を中心に合成した。1,p-置換ベンズアルデヒド類と2-アセチルピリジンの縮合により、置換ベンゼンとピリジンが結合したα,β-不飽和ケトン類を合成した。2,α,β-不飽和ケトン類とN-アルコキシカルボニルメチルピリジニウム塩との反応により、ピリジルピリドン類を合成した。3,ピリジルピリドン類を水素化ナトリウム存在下、ω-ハロアルキルフタルイミドで処理し、続いてアルカリ加水分解を行い、側鎖にアミノ基を持つ新規なビピリジン誘導体を合成した。本研究成果については、4月中にHeterocycles誌に投稿予定である。4,フェノチアジンのアクリロニトリルへのマイケル付加反応、それに続く加水分解により側鎖にカルボキシル基を持つフェノチアジン誘導体を合成した。5,モノメチル-4,4'-ビピリジニウム塩のアクリル酸へのマイケル付加により、側鎖にカルボキシル基をもつメチルビオロゲン誘導体を合成した。以上のように、平成9年度の研究は計画通り遂行することができた。平成10年度は、今回調製した誘導体を用いたハイブリッド化合物の合成とそのルテニウム錯体の機能評価を行う予定である。無尽蔵の太陽光の有効利用は、21世紀へ向けての重要課題の1つである。現在、人工光合成モデルの研究が活発であるが、電子伝達効率の改善が強く望まれている。本研究では、ビピリジン・フェノチアジン・メチルビオロゲンと3官性アミノ酸を連結したハイブリッド化合物とそのルテニウム錯体を合成し、機能評価することを目的とした。

平成10年度は、まず、側鎖に官能基をもつビピリジン類の合成とそれらのルテニウム錯体の諸性質をまとめ、Heterocycles誌に16ページの論文を発表した。次に、ハイブリッド化合物の合成とそれらのルテニウム錯体の機能評価を行った。1.適切に保護されたL-オルニチンまたはL-リシンと側鎖にアミノ基をもつビピリジン、フェノチアジン誘導体、メチルビオロゲン誘導体を、今年度申請した低温恒温水槽を駆使しながら独自の方法でカップリングを繰り返し、目的のハイブリッド化合物を合成した。2.化合物と2倍モルのビピリジンと塩化ルテニウムをアルコール中加熱還流を行い、ルテニウム錯体を合成した。3.錯体はMeCN中460nm付近にルテニウム錯体に特徴的なMLCT吸収帯を示した。4.錯体の発光強度と発光寿命の測定を行い、トリス(ビピリジン)ルテニウム錯体と比較したところ、発光量子収率と発光寿命の大幅な減少が観測された。以上の結果から、ハイブリッド化合物のルテニウム錯体は、電子伝達効率の良い光触媒となる可能性が示唆された。
バイオミメティックプラストロンの作製と水中における酸素補給デバイスの開発

昆虫の持つプラストロンに着目し、その構造と酸素補給メカニズムを模倣することで、水中における酸素補給デバイスの作製を目指した。プラストロン模倣材料としては自己組織化により作製可能なハニカム状多孔質膜を利用した。ハニカム状多孔質膜を側面に穴を空けたボトルに張り付け、内部に脱酸素剤を入れて水中でボトル内部の酸素濃度を測定することで、ハニカム状多孔質膜の酸素透過性を評価した。その結果、ハニカム状多孔質膜を介して水中の溶存酸素がボトル内部に遊離してくることが確認され、プラストロン模倣デバイスとして利用可能であることが示唆された。本年度は(1)酸素補給機能測定用実験系の構築、(2)加硫による微細構造の耐久性向上、の2項目に付いて研究を進めた。実験系の構築に関しては概ね終了した。水中に沈める箱としては、プラスチック製の遠沈管を利用した。遠沈管本体の側面に超音波カッターで穴をあけ、その穴を塞ぐようにプラストロン模倣材料を接着剤で貼付けた。また、遠沈管の蓋に酸素濃度計のセンサーを取り付けることでプラストロン模倣材料が付いた遠沈管本体を簡便に取り替えられ、実験がスムーズに進むようにした。酸素吸収剤としては空気亜鉛電池を用い、密閉系では十分に酸素が消費され、酸素濃度が0%になることも確認された。よって、後はプラストロン模倣材料を作製し、遠沈管に貼付けて水中に沈め、酸素補給能力の測定を行うだけである。当初の予定ではハニカム状多孔質膜の上層のピラー構造化膜をプラストロン模倣材料として利用することを考えていたが、アスペクト比が低く、十分な撥水性を示さず(空孔が空いていることで浸透してしまう)、また、非常に薄い膜で構成されているので、どのように加工しても水圧に耐えるのは困難だと思われた。また、加硫実験に関しては未だ十分な知見が得られず、今後も時間がかかることが予想されたので、現状で購入可能かつ疎水性、また耐久性もある高分子であるポリカーボネートの利用を試みた。ポリカーボネートで上下に穴が貫通したハニカム状多孔質膜を作製し、この膜を水に沈めてその耐久性を確認したところ、1.5 cmの直径の穴にセルフスタンドで貼付けた膜であるにもかかわらず、数センチまでの水圧に耐えられることが確認された。また撥水性としてはそれほど高くないが、水の侵入は防げることも同時に確認された。よって、今後はこのポリカーボネートで作製した上下に穴が貫通しているハニカム状多孔質膜をプラストロン模倣材料として利用して行くこととした。平成26年度は、平成25年度の研究成果である耐水圧性を有するポリカーボネートで作製された自己組織化多孔質薄膜をプラストロン模倣材料として利用し、水中での高効率酸素補給機能を有するプラストロン模倣デバイスの作製を行うことを目的としていた。しかしながらプラストロン模倣デバイスの酸素補給能力の測定結果に再現性が得られず、回路などを作製して原因を調査したところ、プラストロン模倣デバイス内部の酸素を消費するために使用していた空気亜鉛電池が高湿度下では働かないことが明らかになり、実験系の再構築が必要となってしまった。その後、窒素バブリングにより水中の酸素を除去し、プラストロン模倣材料で覆われた実験系の内部酸素濃度を測定したところ、プラストロン模倣デバイス内部の酸素濃度も減少することが明らかとなった。また、自己組織化多孔質薄膜で覆った貫通孔の面積に比例して酸素減少速度が変化していたことから、自己組織化多孔質薄膜を介して酸素が移動することが明らかとなり、我々の作製したプラストロン模倣デバイスは水中での酸素補給デバイスとして利用可能であることが示唆された。これらの研究成果は国際会議を含む3件の学会で発表され、またプロシーディングとして発表済みである。また現在、実際に酸素を消費して二酸化炭素を放出する脱酸素材を入手することができたため、より昆虫のプラストロン呼吸に類似した状況を構築、酸素補給速度などを計算してデバイスを最適化し、その酸素補給能力の向上を図る。以上の様に引き続き成果が得られる状況であるため、今後も研究を続け、その成果を積極的に発表する予定である。ナノ・マイクロ科学平成25年4月に所属先を変わり、研究室の立ち上げに時間を要してしまったために多少研究できる時間が減ってしまったが、実験系はほぼ確立しており、また耐久性超撥水性材料としても、超撥水性は示さないがポリカーボネート樹脂で作製した貫通型のハニカム状多孔質膜は十分な空孔を有していながらも内部への水の侵入を防ぎ、かつ水圧に耐えうる十分な耐久性を有していることが確認され、プラストロン模倣材料として使用できることが明らかとなった。今後は基本的に酸素補給能力の測定を行うとともに、単位面積辺りの酸素補給能力の計算や、更なるデバイスの設計を試みる。

また、データも出始めているので、今後は積極的に学会や論文等で発表をして行く予定である。平成25年度の研究により、プラストロン模倣材料の選定と実験系の構築はすでにほぼ完了している。そこで今後はプラストロンとしての酸素補給能力の性能評価を中心に行いつつ、その効率の向上を目指してプラストロン模倣デバイスの開発にも着手する。特に性能評価に関しては、単位面積辺りの酸素補給能力の計算もさることながら、水温や塩濃度、溶存酸素濃度を変えて測定を行うことで、どのような環境下でどの程度の酸素補給能力が有るのかも調査する。微細構造の耐久性に関しては現状でもそれほど問題にはならないが、深海などの高水圧下での使用を考えた場合は不十分なので、今後も平成25年度に引き続き加硫による耐久性の向上も進めて行く予定である。デバイスの構築に関してはパンチングメッシュなどを支持材として利用し、その表面にプラストロン模倣材料を貼付ける。これらの構造体を複数枚スタックさせたりバンドル化させることで酸素を補給することができる表面積を増やしたり、その表面を水が流れるような装置を組み込むことで酸素補給能力の向上に努める。また海中で使用する燃料電池の構造も勘案し、空気がデバイスの内部で循環するようなプラストロン模倣デバイスを作製し、海中で使用する燃料電池などへの搭載を目指す。また、今後は得られたデータを積極的に学会や論文として発表して行く。特に海洋系の装置を研究している研究者との連携を目指して異分野の学会にも参加するつもりである。実験で使用する溶存酸素計の選定、購入に手間取り、年度内の使用は間に合わなかったため今年度に繰り越した。すでに溶存酸素計に関しては発注済みであり、すぐに使用する予定である。
内視鏡型加工機による機械構造内部の再生・修理加工に関する研究

本研究では,あたかも聴診器で人体内の病巣を検査し的確な処置を行うように,機械構造物の外部に超音波受信子や送信子を取り付けて構造物内部の欠陥を的確に検査する方法について実験的研究を行い,機械構造内部の修理・再生加工を行うことが出来るようにするための基礎研究を行った.具体的には,軸受の破損,構造物内のリブの剥離,ボルト結合部のボルトのゆるみ,異常振動箇所の位置探査,について超音波を使って行った.本研究を行った結果,次の結果が得られた.(1)軸受の外輪に破損個所がある場合には,破損個所を転動体が通過するたびに弾性波が発生し,その弾性波が外輪から構造物へ伝播する.このため,構造物外表面に取り付けた超音波受信子で弾性波を検出することができる.また,この弾性波の発生周期は軸受の回転数や軸受の種類(転動体の数や外輪の径など)により変化するため,周期から破損した軸受を特定することができる.(2)構造物のリブに向けて表面波を送信してリブの反対側で受信すると,リブが剥離した場合にはその受信は振幅が大きくなり,剥離を検出できる.(3)ボルト結合部表面に縦波超音波送信子を取り付けて縦波を送信し,同表面で受信した結果,ボルトの締め付けトルクが小さくなると,つまりボルトがゆるむと受信波の振幅が大きくなり,ボルトのゆるみを検出できる.(4)複数個の受信子を構造物表面に取り付けて受信波の位相を測定することで異常振動源を推定することができる.以上のように,本研究により,超音波を使って構造物内部の故障個所を探査できることが明らかとされた.本研究では,機械構造内部を内視鏡型加工機により再生・修理加工を行う方法を確立することを目的と試験級を行っている.平成11年度は,以下のような研究を行った.1.内視鏡型加工機を機械構造内部で固定する方法について検討する.さらに,加工に伴う加工力と固定力について調べる.2.加工屑やアーク溶接加工で生じるスパッタなどを囲う転から周囲に飛散させずに吸引回収する必要がある.このとき,加工屑などの回収を目詰まりをせず,高温の屑が飛散しても耐えられるサイクロンフィルタを使用する.しかし,サイクロンフィルタでは微粒子の回収が難しいとされている.そこで,微細粒子の回収方法について検討する.3.内視鏡型加工機に超音波送受信子を取り付けて超音波探傷を行い傷の位置や大きさなどを明らかにする必要がある.しかし,通常の超音波探傷法では,反射波が重なり合うために表面近傍の傷の探傷が難しい.そこで,重複した反射波を分離する方法について検討する.以上のような研究を行った結果,以下のようなことが明らかとなった.1.加工機の固定は,電磁石で行うことができるが,未だ固定が不安定であるので今ひとつ検討が必要である.2.微細粒子をサイクロンで回収するために,サイクロン入口における微細粒子の流入位置と回収率について数値計算で調べた結果,外周に近い位置から流入した粒子は回収されやすいことが明らかとなった.そこで,外周から微細粒子が収入するような2重壁構造のサイクロンを作製すればよいことが分かった.3.超音波の波形は伝播中に変化せず,時間と振幅が変化する.そこで,ある反射波を基準波形として用いることによって,重複した反射波を分離して表面近傍の傷を探傷できることが分かった.本研究では,樹脂中で表面から約15μmの位置の傷の検出ができた.さらに,剥離していることを検出できた.本研究では,あたかも聴診器で人体内の病巣を検査し的確な処置を行うように,機械構造物の外部に超音波受信子や送信子を取り付けて構造物内部の欠陥を的確に検査する方法について実験的研究を行い,機械構造内部の修理・再生加工を行うことが出来るようにするための基礎研究を行った.具体的には,軸受の破損,構造物内のリブの剥離,ボルト結合部のボルトのゆるみ,異常振動箇所の位置探査,について超音波を使って行った.本研究を行った結果,次の結果が得られた.(1)軸受の外輪に破損個所がある場合には,破損個所を転動体が通過するたびに弾性波が発生し,その弾性波が外輪から構造物へ伝播する.このため,構造物外表面に取り付けた超音波受信子で弾性波を検出することができる.また,この弾性波の発生周期は軸受の回転数や軸受の種類(転動体の数や外輪の径など)により変化するため,周期から破損した軸受を特定することができる.(2)構造物のリブに向けて表面波を送信してリブの反対側で受信すると,リブが剥離した場合にはその受信は振幅が大きくなり,剥離を検出できる.(3)ボルト結合部表面に縦波超音波送信子を取り付けて縦波を送信し,同表面で受信した結果,ボルトの締め付けトルクが小さくなると,つまりボルトがゆるむと受信波の振幅が大きくなり,ボルトのゆるみを検出できる.(4)複数個の受信子を構造物表面に取り付けて受信波の位相を測定することで異常振動源を推定することができる.以上のように,本研究により,超音波を使って構造物内部の故障個所を探査できることが明らかとされた.
単純ヘルペスウイルスの母子感染におけるトロピズムを決定する遺伝子の解析

単純ヘルペスウイルス(HSV)の母子感染例から分離されたウイルスは母の外陰部、子宮頸部、子の順に有意に温度感受性で、温度感受性が選択的な感染に関わることが示唆された。ヒト肝癌由来(HepG2)細胞で頸部由来のHSVの増殖性がよく、37°C培養下におけるHepG2とVero細胞でのプラック形成の割合をHepG2/Veroとして表現し比較検討を行ったところ、温度感受性と相関関係が認められた。母子を含め同一症例から分離したウイルスを比較検討したところ、分離されたペア間での制限酵素断片と温度感受性の差異が認められ、分離部位によりウイルスの遺伝子型が異なることが示唆された。そこでHSVの遺伝子の同定を目標に遺伝子配列の解析を進めた結果、HSVのある遺伝子に変異が生じ、アミノ酸変異があることを明らかにした単純ヘルペスウイルス(HSV)の母子感染例から分離されたウイルスは母の外陰部、子宮頸部、子の順に有意に温度感受性で、温度感受性が選択的な感染に関わることが示唆された。そこでHSVの遺伝子の同定を目標に遺伝子配列の解析を進めた結果、HSVのある遺伝子に変異が生じ、アミノ酸変異があることを明らかにした単純ヘルペスウイルス(HSV)の母子感染は重篤な新生児ヘルペスを引き起こすが、その感染に関わる因子は明らかではない。HSV-2の母子感染2例の母と子から分離されたウイルスと、性器ヘルペス患者の子宮頸部と外陰部の病変から同時に分離されたHSV-1とHSV-2の各6ペア(合計12ペア)について、感染部位と分離されたウイルスの性状を検討し、Vero細胞では温度感受性に差異があることを明らかにした。さらにこれらの温度感受性の性状を反映するような細胞株を検索し、感染部位を決定する因子の解明を目的とした。外陰部と子宮頸部に病変がある患者6人から同時にペアで採取したウイルスの性状について解析した。疫学的背景を探るために分離ウイルスDNAの制限酵素断片を比較した。外陰部型と子官頸部型では、Vero細胞での増殖性で温度感受性に差が認められるので、種々の細胞での増殖性をVero細胞と比較した。遺伝子配列の解析を行い、各ペア間で差異のある遺伝子を検索した。母子感染例から分離されたウイルスは母の外陰部、子宮頸部、子の順に有意に温度感受性で(P<0.05)、温度感受性が選択的な感染に関わることが示唆された。また、性器ヘルペス患者からの例では、外陰部から分離されたウイルスは子官頚部のウイルスに比べ有意に温度感受性であり、この性状は1型、2型ともに共通であった。ヒト肝癌由来(HepG2)細胞で頸部由来のHSVの増殖性がよく、37°C培養下におけるHepG2とVero細胞でのブラック形成の割合をHepG2/Veroとして表現し比較検討を行ったところ、温度感受性と相関関係が認められた。HepG2細胞では外陰部由来のHSVに比べ、頸部由来のウイルスの増殖性がよく、温度感受性と同様に外陰部型、頸部型ウイルスの判別の指標に有効であると考えられた。単純ヘルペスウイルス(HSV)の母子感染は重篤な新生児ヘルペスを引き起こすが、その感染に関わる因子は明らかではない。遺伝子配列の解析を行い、各ペア問で差異のある遺伝子を検索した。母子感染例から分離されたウイルスは母の外陰部、子宮頸部、子の順に有意に温度感受性で(P<0,05)、温度感受性が選択的な感染に関わることが示唆された。また、性器ヘルペス患者からの例では、外陰部から分離されたウイルスは子宮頸部のウイルスに比べ有意に温度感受性であり、この性状は1型、2型ともに共通であった。すなわち、HepG2細胞では外陰部由来のHSVに比べ、頸部由来のウイルスの増殖性がよく、温度感受性と同様に外陰部型、頸部型ウイルスの判別の指標に有効であると考えられた。今回新たに得られた結果を下記に示す。

1)母体由来ウイルスと児由来ウイルスをクローン化し、複数のクローンで塩基配列の解析を行い、両者の比較により遺伝子変異の箇所を同定した。2)変異の見つかった遺伝子がコードしている蛋白質に対する抗体を作成し、母体由来と児由来の各ウイルスでのその蛋白質の発現に差異があることを確認した。3)プロテオーム解析により、母体由来ウイルスと児由来ウイルスの感染細胞とで発現量に違いが認められる宿主蛋白質2つを同定した。単純ヘルペスウイルス(HSV)による母子感染は、海外の4万人規模の研究から、出産時に外陰部からウイルスが分離された場合の5%にのみ母子感染が発生したという低い感染率が報告され、ウイルスの存在にも関わらず母子感染が起こりにくいとされている。世界的にもHSVの母子感染例で母子のウイルスをペアで分離して解析した報告例はない。本研究ではHSVの母子感染に関連する因子を明らかにする事を目的とした。母子感染2例の母と児のウイルスを比較すると、Vero細胞では増殖に差違はないが、肝癌由来HepG2細胞では812倍異なり、母由来のウイルスは児由来より増殖能が低いことを明らかにした。さらに、本研究では同一患者の外陰部、子宮頸部からペアで採取したHSV-1株6組とHSV-2株6組についても解析の結果、HSVは分離部位に依存したトロピズム、分離部位特異的性状を持つことが確認できた。当初、母子のペアのウイルスのDNAを抽出し、約150kbpのほとんどのORF領域を含め90%以上の塩基配列の比較を行ったが、明確な差異を見出すことができなかった。そこで、母と児の2つのクローン群(母型表現型と児特異表現型)で、新たに塩基配列の比較を行ったところ、HSV-2の母子感染の症例で、児特異表現型のHSV-2のある遺伝子のORF中にフレームシフトがみられ、この遺伝子産物はN末端から約1/5しか発現していないことがわかった。また、児のウイルスは、母型表現型と児特異表現型から構成されていることから、児由来HSV-2の塩基配列では、mixtureで解析していたことが判明した。そして、母のクローンと児の母型表現型の4クローンは同じ塩基配列だが、児特異的表現型の2クローンは異なっていた。そして、各表現型の各10クローンの塩基配列も、児特異的表現型のみが、共通して同じ遺伝子に変異が確認できた。母子感染から分離されたペアのHSVで差異のあった遺伝子を同定した。さらに、プロテオーム解析で、母由来、子由来のウイルスの感染細胞で発現量に差異のある蛋白質を数個同定した。今後はこれらの蛋白質とHSVの遺伝子産物との相互作用について解析を行う予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究により、HSV-2の当該遺伝子はウイルス増殖を負に制御する一方で、特定宿主蛋白質の発現にも影響することが明らかとなった。今後は、ウイルスの増殖制御機構が当該宿主蛋白質を介するものであるかどうかなどを検討する必要がある。
ヒト真皮由来線維芽細胞立体培養における細胞骨格の検討-特に伸縮刺激による影響-

in vitroおよびin vivoにおけるヒト真皮線維芽細胞に対する伸縮刺激の影響を検討するために,細胞内骨格であるストレスファイバー(SF)の動態をRhodamine-phalloidin染色を行い,螢光顕微鏡で観察した。in vitroとして培養ヒト真皮由来線維芽細胞を,in vivoとして,Tissue Expander (TE)周囲に形成される線維性被膜の線維芽細胞と肉芽組織および瘢痕組織を用いた。1.培養ヒト真皮線維芽細胞に伸縮刺激を加えると,細胞は1時間後より細く紡錘形になった。SFは23時間後に細く不明瞭となり,5時間で再び太く明瞭となり,細胞長軸に一致していた。6時間後には細胞およびSFは伸展前の形態を示した。弛緩後6分ではSFは密集し,8分では細胞外へ突き出て折れたSFの断片と思われる小片がみられた。10分ではSFは細く不明瞭となっていた。2.TE除去後1時間より細胞辺縁にSFの小片と思われる点状構造物が見られ,2時間後には細胞から遊離しているのが見られた。年齢やTEの挿入部位によらず,全症例で同様な変化が観察された。培養ヒト真皮由来線維芽細胞より時間的経過は長いが,弛緩刺激においては同様な変化と考えられた。3.肉芽組織では,新生血管周囲に小型の線維芽細胞を認めるが,SFはみられない。最下層の線維芽細胞には明瞭はSFがみられた。上皮化部では上行する血管周囲にSFを有する細胞が散見された。一方,肥厚性瘢痕では全層にSFを有する線維芽細胞がみられるが,表皮直下ではSFの発達は悪く,中層以下でSFの著明な形成がみられた。また,退行期肥厚性瘢痕ではSFはほとんど認められなかった。コンフォーカルレーザー顕微鏡を用いた,伸縮刺激を加えない立体培養系での細胞骨格の検討では,ストレスファイバーの発現は当初の予想とおおよそ合致し,主として細胞層の上中層に認められた。これは,以前の研究結果から判断すると,ストレスファイバーの出現には細胞周囲のマトリックスの影響が大きいことが推察された。すなわち,コラーゲンを主体とするマトリックスが豊富に存在している状況ではストレスファイバーの形成が抑制されるものと考えられ,これは、生体内ではストレスファイバーが通常は観察されないことと合致しているものと思われた。次いで,フレクサ-セル用の特殊培養プレートを用いた立体培養系作成法として,低血清濃度下での培養法を開発した。これと平行して,伸縮刺激存在下での単層培養系でのヒト直皮由来線維芽細胞のストレスファイバーの発現様式と細胞挙動を検討した。その結果,伸縮刺激周期を秒数分単位にしても明瞭な変化は認められなかった。これに対して,1回の継続した伸展刺激存在下では,線維芽細胞が2030分後より小型化するとともにストレスファイバーの不明瞭化が認められ,もとの状態に戻るのに12時間を要することが判明した。したがって,繊維芽細胞に与える伸縮刺激の周期として1時間前後が妥当であとうと推察された。一方,伸縮刺激にともなう抗平滑筋アクチン抗体を用いた筋線維芽細胞に出現に関しては一定の結果が得られなかった。in vitroおよびin vivoにおけるヒト真皮線維芽細胞に対する伸縮刺激の影響を検討するために,細胞内骨格であるストレスファイバー(SF)の動態をRhodamine-phalloidin染色を行い,蛍光顕微鏡で観察した。in vitroとして培養ヒト真皮由来線維芽細胞を,in vivoとして,Tissue Expander(TE)周囲に形成される線維性被膜の線維芽細胞と肉芽組織および瘢痕組織を用いた。

1.培養ヒト真皮線維芽細胞に伸縮刺激を加えると,細胞は1時間後より細く紡錘形になった。SFは23時間後に細く不明瞭となり,5時間で再び太く明瞭となり,細胞長軸に一致していた。6時間後には細胞およびSFは伸展前の形態を示した。弛緩後6分ではSFは密集し,8分では細胞外へ突き出て折れたSFの断片と思われる小片がみられた。10分ではSFは細く不明瞭となっていた。2.TE除去後1時間より細胞辺縁にSFの小片と思われる点状構造物が見られ,2時間後には細胞から遊離しているのが見られた。年齢やTEの挿入部位によらず,全症例で同様な変化が観察された。培養ヒト真皮由来線維芽細胞より時間的経過は長いが,弛緩刺激においては同様な変化と考えられた。3.肉芽組織では,新生血管周囲に小型の線維芽細胞を認めるが,SFはみられない。最下層の線維芽細胞には明瞭なSFがみられた。上皮化部では上行する血管周囲にSFを有する細胞が散見された。一方,肥厚性瘢痕では全層にSFを有する線維芽細胞がみられるが,表皮直下ではSFの発達は悪く,中層以下でSFの著明な形成がみられた。また,退行期肥厚性瘢痕ではSFはほとんど認められなかった。
突然変異株とin vitro運動検定による鞭毛ダイニン機能の解析

真核生物鞭毛・繊毛は内外のダイニン腕がATP分解と共役して微小管の滑り運動を発生することによって運動するが,波打ち運動が生じるしくみはわかっていない.近年,多種存在するダイニンと微小管の相互作用の性質に波動発生機構の鍵がある可能性が高まってきたので,本研究では緑藻クラミドモナスから特定のダイニン分子種を欠損した突然変異株を単離してその運動性から欠失したダイニンの機能を探る研究と,特定のダイニンを単離・精製してその運動特性を試験管内で評価する研究を行った.その結果,まず,内腕部分欠失変異株ida5がアクチン遺伝子に変異を持ち,アクチンを全く発現していないために内腕を欠失していることが判明した.アクチンはダイニン中に軽鎖として存在するが,その機能的な意味はなお不明である.この変異株の発見はこの謎の解明に貢献するものと期待される.また,変異株を用いて,内腕ダイニンと外腕ダイニンの力発生特性が大きく違うことが間接的方法で示され,軸糸が屈曲を開始する際の低速運動時では,主にダイニン内腕の働きが重要であると結論された.さらに,単離鞭毛軸糸にATPを添加する実験系で,非運動性ミュータントの軸糸がADPなどのヌクレオチド存在下で屈曲運動を行う現象が発見され,さらに,このような現象はダイニン外腕を欠失した軸糸では全く見られないことが判明した.同様に,非運動性変異株鞭毛に人為的に屈曲を与える実験でも,外腕を持っている軸糸だけが外力に反応して波動を生じることが観察された.これらの事実は内腕と外腕の明瞭な機能の差を示す.最後に,単離精製した個々のダイニンを単離してそれぞれを試験管内で運動性を検討する実験により,各ダイニン分子種による運動がヌクレオチドにより様々に異なる調節をうけていることが判明した.このようなダイニンの多様性は,鞭毛・繊毛運動の発現に重要であると考えられる.真核生物鞭毛運動の原動力を発生しているダイニンの機構に迫るため,クラミドモナスのダイニン異常突然変異株鞭毛の構造と運動性の解析を行った.まず,変異株の生細胞と除膜細胞モデルの粘性溶液中の運動速度の測定から,ダイニン内腕と外腕に明瞭な機能の差があることを見いだした.すなわち,ダイニン外腕は低負荷下においては高速で運動するが,高負荷下では十分な力を発生できない.それに対して,内腕は低負荷時にも低速でしか運動できないが,高負荷下でも力発生が低下しないことが明らかになった.このことは,内腕と外腕の運動特性が異なり,鞭毛打の形成において両者が機能を分担している可能性を示唆する.次に,遺伝子挿入法による変異誘発処理により,アクチンに大きな欠損を持つためにダイニン内腕の一部を欠失した変異株(ida5-t)に単離に成功した.アクチンが内腕の構成要素であることは知られていたが,その欠損によって内腕に異常が生じることが示されたのはこれが初めてである.通常ミオシンとの相互作用によって運動を発生するアクチンが微小管系の運動性蛋白質ダイニンと共に存在することは,生体運動一般の観点から興味深い.そこで,さらにダイニン機能におけるアクチンの役割を探るために,クラミドモナスのアクチン遺伝子を単離し,構造を決定した.その結果,クラミドモナスにはアクチン遺伝子が1つだけ存在すること,そのアクチンは他生物の一般的アクチンと高い相同性をもつことが判明した.さらに,ida-5株のアクチン遺伝子には実際に変異が存在することも明らかになった.今後変異アクチン遺伝子を用いた形質変換実験により,ダイニン機能とアクチンの関係がさらに明確になることが期待される.真核生物鞭毛・繊毛は内外のダイニン腕がATP分解と共役して微小管の滑り運動を発生することによって運動するが,波打ち運動が生じるしくみはわかっていない.近年,多種存在するダイニンと微小管の相互作用の性質に波動発生機構の鍵がある可能性が高まってきたので,本研究では緑藻クラミドモナスから特定のダイニン分子種を欠損した突然変異株を単離してその運動性から欠失したダイニンの機能を探る研究と,特定のダイニンを単離・精製してその運動特性を試験管内で評価する研究を行った.その結果,まず,内腕部分欠失変異株ida5がアクチン遺伝子に変異を持ち,アクチンを全く発現していないために内腕を欠失していることが判明した.アクチンはダイニン中に軽鎖として存在するが,その機能的な意味はなお不明である.この変異株の発見はこの謎の解明に貢献するものと期待される.また,変異株を用いて,内腕ダイニンと外腕ダイニンの力発生特性が大きく違うことが間接的方法で示され,軸糸が屈曲を開始する際の低速運動時では,主にダイニン内腕の働きが重要であると結論された.さらに,単離鞭毛軸糸にATPを添加する実験系で,非運動性ミュータントの軸糸がADPなどのヌクレオチド存在下で屈曲運動を行う現象が発見され,さらに,このような現象はダイニン外腕を欠失した軸糸では全く見られないことが判明した.同様に,非運動性変異株鞭毛に人為的に屈曲を与える実験でも,外腕を持っている軸糸だけが外力に反応して波動を生じることが観察された.これらの事実は内腕と外腕の明瞭な機能の差を示す.

最後に,単離精製した個々のダイニンを単離してそれぞれを試験管内で運動性を検討する実験により,各ダイニン分子種による運動がヌクレオチドにより様々に異なる調節をうけていることが判明した.このようなダイニンの多様性は,鞭毛・繊毛運動の発現に重要であると考えられる.真核生物鞭毛運動の原動力を発生する蛋白質複合体ダイニンの機能を理解するため,クラミドモナスのダイニン異常突然変更株鞭毛の運動性を解析し,ダイニンの制御機構に関する重要な知見を得た.まず,中心対微小管などの構造を欠失しているために運動性を失った変異株軸糸が,低濃度ATP存在下あるいはATPとADPが共存する条件下で屈曲運動を行うことを見いだした.そのような運動は,変異株軸糸にさらにダイニン内腕の大部分を失う変異が加わっても生じたが,外腕を欠失すると全く見られなくなった.これらのことから,ダイニン外腕にはそれ自体に軸糸の屈曲運動を発生する潜在的活性があるが,内腕は中心対微小管による制御の下でのみ屈曲運動を行えることが示唆された.すなわち,ダイニン内腕と外腕はその制御機構が全く異なる可能性が生じた.次に,ダイニン外腕欠失軸糸に単離外腕を再結合する実験系を用いて,周辺微小管上のダイニン結合部位が外腕の活性を調節している可能性を示唆する結果を得た.活性調節が活性部位から遠く離れた基部によって調節されているという可能性は興味深い.さらに,アクチンに大きな欠損を持つためにダイニン内腕の一部を欠失した変異株ida5の構造的・機能的異常を解析した.以前から内腕にアクチンがサブユニットとして含まれていることは知られていたが,機能は明らかになっていなかった.この変異株の単離により,今後,その機能解明の研究が前進すると考えられる.今回,その第1歩として,ida5の変異遺伝子を解析したところ,アクチンの構造遺伝子に変異が存在し,機能的なアクチンを全く発現していないことが判明した.さらに,この変異株で発現しているダイニン内腕の一部には,アクチンに変わる別種の新蛋白質が結合していることが明らかになった.この新蛋白質の同定が今後の大きな課題である.真核生物鞭毛運動の原動力を発生している蛋白質複合体ダイニンの機能を理解するため,クラミドモナスのダイニン異常突然変異株鞭毛の運動性を解析し,ダイニンの制御機構に関する重要な知見を得た.まず,中心対微小管などの構造を欠失しているために運動性を失った変異株鞭毛に人為的に外力を加えて屈曲を発生させると,短時間屈曲運動を行うことを見いだした.そのような運動は,ダイニン内腕の大部分が失われていても生じたが,外腕を欠失すると全く見られなくなった.これらのことから,ダイニン外腕にはそれ自体に軸糸の屈曲運動を発生する潜在的活性があるが,内腕は中心対微小管による制御の下でのみ屈曲運動を行えると考えられる.すなわち,ダイニン内腕と外腕はその制御機構が全く異なることが示唆される.次に,アクチンに大きな欠損を持つために全7種のダイニン内腕のうちの4種を欠失した変異株ida5を詳しく解析した.昨年,ida5のアクチンの構造遺伝子に変異が存在し,機能的なアクチンを全く発現していないことが判明したが,その後の解析により,この変異株で発現しているダイニン内腕の一部には,アクチンに変わる別種の新蛋白質(NAP)が結合していること,その蛋白質が保守的アクチンとは64%の相同性しか持たない,新奇なアクチン関連蛋白質であることが判明した.またこの変異株を保守的アクチンの遺伝子で形質転換すると,欠失していた内腕ダイニン4種が回復することが確認された.
双対性とゲージ対称性の起源

1.多様体上の量子論の研究の発展として、トーラス上のボソン弦の量子化に成功し、その量子論を定める代数を見つけた。この中で、トポロジカルな量子数の間に、ねじれた関係がつくことが明らかにされ、それが非同値量子化の原因になることをつきとめた。これは、無限自由度の系の非同値量子化を具体的に示す成果であり、発表論文は学術雑誌Modern Physics Letters Aに掲載されている。2.有限自由度の量子化の場合については、これまでに演算子形式などで得られていたさまざまな結果が、経路積分の方法により統一的に導かれることを、筒井との研究により明らかにした。とくに誘導ゲージ場の幾何学的起源を明らかにした点が顕著な発展であった。これは場の理論への拡張の方向を示すものでもある。この成果はすでに論文にまとめてあり、投稿中である。また、この結果を非可換シグマ模型に応用する研究も現在進行中であり、今後もこの方向の研究を発展させる。3.一方で、超対称ゲージ理論の双対性の起源を探るという目的を持って研究を進め、とくに隠れたゲージ対称性に基づいて双対性を説明する模型を、坂東、谷口と構成した。これは超対称性によらずに、強結合のゲージ理論と弱結合のゲージ理論との間の変換・関係を与えるものであり、従来のソリトンに基づいた双対性とは異なった起源を示唆するものであった。この成果はすでに論文としてまとめてあり、学術雑誌Progress of Theoretical Physicsに掲載が決定している。
ハイブリッド無線通信応用ユビキタスネットワーキングミドルウェアの研究開発

本研究では,異種混在の無線通信インフラが同時利用可能な環境において,インフラを形成する異種基地局から情報を得ることで高速かつ効率的なハンドオフや状況に応じて移動端末が異なる無線アクセス技術を同時に利用したハイブリッド無線通信によってEtoEの高速・高信頼なデータ通信を可能とするユビキタスネットワーキングミドルウェアを研究開発することである.本年度は,(1)無線状態測定技術とトラフィック制御に関する研究,(2)移動端末間の自律協調制御に関する研究についてこれまでの成果を整理し,学術論文としてまとめることができた(各研究成果[1],[2]).特に(1)では,上位アプリケーションへ透過性を提供可能な通信制御ミドルウェアのプロトタイプを設計・開発し,異種アクセス網を介したボトルネックリンクの状態(遅延,ジッタ)の測定手法を検討した.トラフィックをパケット毎に各経路へ振り分けた場合,各経路の可用帯域や遅延,遅延揺らぎの違いによって,通信相手でパケットの到着順序の入れ替わりが頻発し,経路集約型通信の効果が得られない状況が発生する.そのため,パケットの到着順序入替わりの許容範囲を満たすように,各経路の遅延と遅延揺らぎの測定結果に基づいて到着順序の入れ替わりが許容範囲を超える可能性のある経路へパケットを振り分けない制御方式を開発することで,従来方式よりもパケット到着順序逆転を防ぐことができ,複数経路間でジッタや通信速度に差がある環境でも,安定したスループットが得られることを確認した.また,(2)では,トラフィックをフローやパケット毎にフレキシブルに制御する制御ポリシーをダイナミックに設定可能な仕組みを検討し,実環境での評価によってその有効性を評価した.その結果,ジッタの大きな経路が含まれる場合,パケットベースの分配手法では経路集約型通信の効果が得られず,フローベースの分配手法に切替えた方がよいことが判明した.本制御ポリシーの設定手法を利用すれば,経路集約型通信の目的が高速通信であればジッタの大きな経路を外し,高信頼通信であればパケットを冗長化して複数経路へ分散させるといった柔軟な制御を反映することができる.本研究では,異種混在の無線通信インフラが同時利用可能な環境において,インフラを形成する異種基地局から情報を得ることで高速かつ効率的なハンドオフや状況に応じて移動端末が異なる無線アクセス技術を同時に利用したハイブリッド無線通信によってEtoEの高速・高信頼なデータ通信を可能とするユビキタスネットワーキングミドルウェアを研究開発することである.初年度は,上位アプリケーションへ透過性を提供可能な通信制御ミドルウェアのプロトタイプを設計,開発するとともに,異種アクセス網を介したボトルネックリンクの状態(遅延,ジッタ,帯域)の測定手法,トラフィックをフローやパケット毎にフレキシブルに制御する制御ポリシーをダイナミックに変更可能とする機構,上り下り非対称リンクを考慮したトラフィック分散機構,ハンドオフ時のパケットロス量の削減機構,トランスポート層での複数経路通信の効率化に関する検討を行い,本ミドルウェアに必要な要素技術の実用化に向けた課題を明らかにした.本通信制御処理をミドルウェアとして実装することで,上位アプリケーションへ一切の修正を必要とせず様々な通信制御を行うことが可能となり,エミュレーション環境でのリアルタイムストリーミングアプリケーションによってその効果を評価した.この結果,複数経路の同時利用可能な状況において,複数経路の特性差が小さい場合は本ミドルウェアの介在を意識しない通信を実現することができた.しかし,通信特性差の大きい場合は,フローベースで通信を行った方がよいこと,測定ベースのアプローチでは制御を追従させるのが難しいことが明らかとなった.また,利用可能な別の経路を介して制御情報を伝達することで,通信の信頼性を向上可能な見通しを得た.本研究では,異種混在の無線通信インフラが同時利用可能な環境において,インフラを形成する異種基地局から情報を得ることで高速かつ効率的なハンドオフや状況に応じて移動端末が異なる無線アクセス技術を同時に利用したハイブリッド無線通信によってEtoEの高速・高信頼なデータ通信を可能とするユビキタスネットワーキングミドルウェアを研究開発することである.初年度に検討を行った上位アプリケーションへ透過性を提供可能なIP層で通信制御ミドルウェアの評価実験では,複数経路の同時利用可能な状況においてトランスポート層にTCPを使用した場合,複数経路の特性差が大きい時は,フローベースで通信を行った方がよいこと,測定ベースのアプローチで制御を追従させることの難しいことが明らかになった.そこで,本年度は,TCPを利用した場合のスループット低下の原因であるパケット到着順序逆転の許容範囲について検討し,各経路の遅延とジッタを測定し,到着順序逆転が許容範囲を超える可能性のある経路へ振り分けない経路利用判定方式を検討し実装評価した.その結果,スループットを低下させる経路を複数経路から除外,もしくは単独で使用することで従来方式よりもパケット到着順序逆転によるスループット低下を抑えられたことを示した.また,トランスポート層にUDPを使用するリアルタイムストリーミングアプリケーションを利用する際のリアルタイム性の保障を目標に,上り下り非対称リンクを想定したパケット分配方式,遅延・ジッタ吸収バッファ,Reed-SolomonFECを用いた制御機構を検討,開発し評価を行った.その結果,各経路で遅延差のある環境でも,遅延・ジッタ吸収バッファで遅延差を吸収できるだけでなく,経路間のジッタの差が大きい場合やパケット損失のある場合でも,FECとバッファリングを組み合わせることでパケット損失を復元でき,品質を保ったスムーズな映像,音声の再生を実現できることを確認した.本研究では,異種混在の無線通信インフラが同時利用可能な環境において,インフラを形成する異種基地局から情報を得ることで高速かつ効率的なハンドオフや状況に応じて移動端末が異なる無線アクセス技術を同時に利用したハイブリッド無線通信によってEtoEの高速・高信頼なデータ通信を可能とするユビキタスネットワーキングミドルウェアを研究開発することである.

本年度は,(1)無線状態測定技術とトラフィック制御に関する研究,(2)移動端末間の自律協調制御に関する研究についてこれまでの成果を整理し,学術論文としてまとめることができた(各研究成果[1],[2]).特に(1)では,上位アプリケーションへ透過性を提供可能な通信制御ミドルウェアのプロトタイプを設計・開発し,異種アクセス網を介したボトルネックリンクの状態(遅延,ジッタ)の測定手法を検討した.トラフィックをパケット毎に各経路へ振り分けた場合,各経路の可用帯域や遅延,遅延揺らぎの違いによって,通信相手でパケットの到着順序の入れ替わりが頻発し,経路集約型通信の効果が得られない状況が発生する.そのため,パケットの到着順序入替わりの許容範囲を満たすように,各経路の遅延と遅延揺らぎの測定結果に基づいて到着順序の入れ替わりが許容範囲を超える可能性のある経路へパケットを振り分けない制御方式を開発することで,従来方式よりもパケット到着順序逆転を防ぐことができ,複数経路間でジッタや通信速度に差がある環境でも,安定したスループットが得られることを確認した.また,(2)では,トラフィックをフローやパケット毎にフレキシブルに制御する制御ポリシーをダイナミックに設定可能な仕組みを検討し,実環境での評価によってその有効性を評価した.その結果,ジッタの大きな経路が含まれる場合,パケットベースの分配手法では経路集約型通信の効果が得られず,フローベースの分配手法に切替えた方がよいことが判明した.本制御ポリシーの設定手法を利用すれば,経路集約型通信の目的が高速通信であればジッタの大きな経路を外し,高信頼通信であればパケットを冗長化して複数経路へ分散させるといった柔軟な制御を反映することができる.