hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
天疱瘡における病的自己抗体産生機構の解明

自己免疫性疾患は自己抗原に対する免疫寛容が破綻することにより発症すると考えられているが、その詳細なメカニズムは不明である。天疱瘡は、細胞間接着分子であるデスモグレインに対する自己抗体により誘導される自己免疫性水疱性疾患である。本研究は、天疱瘡患者検体および天疱瘡モデルマウスの双方を材料とし、ヒトおよびマウスの両側面から天疱瘡における病的自己抗体産生機構を解明することを目指した。患者検体を用いたアプローチとして、患者末梢血中に存在する自己抗体産生B細胞の検出系としてELISPOT法を確立した。さらに、天疱瘡末梢血より分離されたDsg3特異的B細胞によるin vitro抗体産生系を開発し、in vitro抗体産生系におけるT細胞の存在が必須であることを明らかにした。モデルマウスを用いたアプローチとして、ノックアウトマウスにおいて欠失している蛋白に対して免疫寛容が成立していない事実を利用して、天疱瘡モデルマウスの作成に成功した。尋常性天疱瘡の自己抗原であるデスモグレイン3(Dsg3)のノックアウトマウスに、組換えDsg3蛋白(rDsg3)を免疫すると野生型では認められないDsg3に対する自己抗体の産生が認められ、さらに、Dsg3を発現している野生型マウスに免疫したDsg3ノックアウトマウスのT細胞、B細胞を移植することにより、持続的な自己抗体の産生による水疱形成が誘導された。さらに、ノックアウトマウスにおけるDsg3に対する自己抗体産生に関するB細胞、T細胞の役割、ならびに相互関係を検討した結果、T細胞及びB細胞の両細胞レベルで免疫寛容が成立していないことが重要であることを示した。また、天疱瘡モデルマウスより、水疱形成を誘導できるモノクローナル抗体の単離を試み、複数の抗体を単離した。今後はさらに、抗体産生に関与するT細胞クローンの単離、同定、さらに、病的抗体抗体のエピトープの解析、T細胞エピトープの同定と、抗体産生機序を分子レベルで解析することを目指す。本研究は、天疱瘡患者検体および天疱瘡モデルマウスの双方を材料とし、ヒトおよびマウスの両側面から天疱瘡における病的自己抗体産生機構を解明することを目指す。特に、自己抗体産生にT細胞、B細胞がどのようにかかわっているかを明らかにし、自己抗原反応性の細胞がどのようにして活性化されるのか、自己寛容の破綻がどのようにして起こるのかを明らかにする。本年度は、患者末梢血中に存在する自己抗体産生B細胞の検出系としてELISPOT法を確立した。さらに、天疱瘡末梢血より分離されたDsg3特異的B細胞によるin vitro抗体産生系を開発し、in vitro抗体産生系におけるT・B細胞相互作用を解析した。また、我々は、ノックアウトマウスにおいて欠失している蛋白に対して免疫寛容が成立していない事実を利用して、天疱瘡モデルマウスの作成に成功した。尋常性天疱瘡の自己抗原であるデスモグレイン3(Dsg3)のノックアウトマウスに、組換えDsg3蛋白(rDsg3)を免役すると野生型では認められないDsg3に対する自己抗体の産生が認められ、さらに、Dsg3を発現している野生型マウスに免役したDsg3ノックアウトマウスのT細胞、B細胞を移植することにより、持続的な自己抗体の産生による水泡形成が誘導された。

さらに、ノックアウトマウスにおけるDsg3に対する自己抗体産生に関するB細胞、T細胞の役割、ならびに相互関係を検討した結果、T細胞及びB細胞の両細胞レベルで免疫寛容が成立していないことが重要であることが明らかにされた。自己免疫性疾患は自己抗原に対する免疫寛容が破綻することにより発症すると考えられているが、その詳細なメカニズムは不明である。天疱瘡は、細胞間接着分子であるデスモグレインに対する自己抗体により誘導される自己免疫性水疱性疾患である。本研究は、天疱瘡患者検体および天疱瘡モデルマウスの双方を材料とし、ヒトおよびマウスの両側面から天疱瘡における病的自己抗体産生機構を解明することを目指す。特に、自己抗体産生にT細胞,B細胞がどのようにかかわっているかを明らかにし、自己抗原反応性の細胞がどのようにして活性化されるのか、自己寛容の破綻がどのようにして起こるのかを明らかにする。本年度は、我々の作成した天疱瘡モデルマウスを用いて、病的抗体産生機序の解析を主に行った。病的抗体産生に必要な免疫寛容の破綻が、T細胞、B細胞のどちらのレベルで起こっていること重要であるか検討することにより、病的抗体産生におけるT細胞、B細胞の役割を解析した。T細胞は、Dsg3-/-マウス、およびDsg3+/-マウスより、B細胞は、Dsg3-/-マウス、およびDsg3+/+マウスより精製する。それらのT細胞、B細胞を種々の組み合わせ、Rag2-/-マウスに移植する実験を行った。移植実験の結果、天疱瘡の表現型はDsg3-/-TとDsg3-/-Bの組み合わせのみで認められ、それ以外の組み合わせでは全く誘導されなかった。以上の結果より、本天疱瘡モデルマウスにおける病的抗体産生には、T細胞のみならず、B細胞のレベルにおいても免疫寛容が破綻している必要があることが示唆された。また、天疱瘡モデルマウスより、水疱形成を誘導できるモノクローナル抗体の単離を試みている。
患者iPS細胞の遺伝子変異修復と導入による若年性骨髄単球性白血病発症機構の解析

今回、若年性骨髄単球性白血病(JMML)発症に関連するPTPN11遺伝子に特異的なジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)を用いて、JMML患者由来のPTPN11変異陽性iPS細胞について、変異の修復を行った。PCR法およびダイレクトシークエンス法により、正確な位置で変異塩基から正常塩基への修復ができた。現在、PTPN11変異陰性iPS細胞についても、同様の方法で変異塩基を導入した細胞を樹立している。今後、これらの遺伝子改変iPS細胞からCD34陽性細胞を誘導し、その動態の違いを解析し、JMML発症機構の解析を行いたい。本研究の目的は、本来の遺伝子座位でのゲノム改変が可能であるジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)を利用して、若年性骨髄単球性白血病(JMML)関連遺伝子変異を修復・挿入し、単一遺伝子変異による細胞増殖能の違いを解析し、JMMLの発症機構を明らかにすることである。H27年度の研究成果として、CompoZrカスタムZFNを用いてPTPN11遺伝子変異部位特異的ZFNプラスミドを作製した。ZFNによるゲノム改変に必要なドナープラスミド(ZFNによる切断部位の上流・下流に各800bpの領域をホモロジーアームとして有するプラスミド)を作製した。非特異的なゲノム改変を抑制する目的で、ホモロジーアーム内に、塩基置換を行った。プラスミド導入の確認(蛍光あるいは薬剤スクリーニング)を行うために、ドナープラスミド内にeGFP配列あるいはピューロマイシン耐性遺伝子配列の挿入を行った。そして、浮遊系細胞株(U937)および接着系細胞株(A549)を用いて、ZFNプラスミドおよびドナープラスミドの細胞導入およびゲノム改変について検討した結果、ヌクレオフェクション法によりeGFPの発現(蛍光)が確認され、また、ピューロマイシンの添加により2週間後にコロニーが確認されたことから、細胞導入が可能であることが分かった。さらに、これらの導入細胞では、ゲノムDNA上の適切な遺伝子座位に変異挿入が確認できZFNプラスミドが作用していることを確認できた。H27年度の研究成果であるPTPN11遺伝子変異部位特異的ZFNプラスミドおよびドナープラスミドの作製、および両プラスミドを用いた特異的遺伝子改変の成功はJMML特異的遺伝子変異の修復・挿入が出来るという点で、意義は大きいと考える。今後、iPS細胞での遺伝子改変が可能となれば、単一遺伝子変異による細胞増殖能の違いを明らかにする上で重要であると考える。JMML由来iPS細胞を用いて遺伝子改変を行い、単一遺伝子変異による細胞増殖能の違いを解析するという最終目的に向けて、PTPN11遺伝子変異部位特異的ZFNプラスミドおよびドナープラスミドの作製ができ、浮遊系・接着系の細胞株を用いた検討から、細胞導入と遺伝子改変を確認できた。集塊状のiPS細胞の発育を阻害しないようなシングルセル化の方法やプラスミドの導入条件などの検討を行っている段階にあるため、おおむね順調に進んでいると判断している。次項の研究推進方策に従い、検討を進めていきたい。小児の代表的な難治性血液腫瘍疾患である若年性骨髄単球性白血病(JMML)の約80%の患者では、RAS/MAPKシグナル経路に関連する5種類の遺伝子変異が排他的に認められる。JMMLが単一遺伝子変異によって発症するか否かは未だ不明である。本研究では、研究代表者らが樹立に成功したJMML患者由来iPS細胞を対象として、従来の外来性プロモーターによる過剰発現や発現抑制ではなく、本来の遺伝子座位でのゲノム改変が可能であるジンクフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)を利用して、JMML発症原因となるPTPN11遺伝子変異について、修復や導入を行い、単一遺伝子変異の有無による細胞増殖能の違いを解析することを目的とした。PTPN11 226G>A変異部位の周辺配列特異的なZFNを設計した。本ZFNはin silico解析から非特異的オフターゲット効果は認められなかった。PTPN11 226G>A変異陽性iPS細胞についてシングルセル化処理後に、正常塩基への置換を行う変異修復用プラスミド(ピューロマイシン耐性遺伝子含む)とZFNを同時にヌクレオフェクションし、iPSコロニーを得た。ダイレクトシークエンス法により、正確な位置で変異塩基から正常塩基への修復を確認した。遺伝子改変がホモタイプかヘテロタイプかについて、ドナープラスミド上に人為的に導入したNcoI切断配列(塩基置換A>C)をダイレクトシークエンス法によって確認した結果、変異塩基の修復はヘテロタイプであった。iPS細胞のシングルセル化や遺伝子導入法の検討に時間を要したため、最終的な血液細胞分化実験まで行うことが出来なかった。

今後、これらの遺伝子改変iPS細胞からCD34陽性細胞を誘導し、その動態の違いを解析し、JMML発症機構の解析を行いたい。まず、iPS細胞への両プラスミドの導入を行うため、通常、MEF上で集塊を作って増殖するiPS細胞をシングルセル化させる方法を検討する。具体的には、iPS細胞集塊をaccutase、EDTAトリプシンの2種類の剥離処理法を検討する。さらに、ROCK阻害剤の添加など、シングルセル化したiPS細胞が効率よく増殖・コロニー形成する最適なシングルセル化の方法を確立する。その後、ヌクレオフェクションの条件を検討し、安定したiPS細胞へのプラスミド導入条件を確立する。導入の確認は、eGFPドナープラスミドとピューロマイシン耐性ドナープラスミドを適宜使い分けて使用する予定である。遺伝子改変前後のiPS細胞からCD34陽性細胞を分化誘導し、細胞増殖能の違いをしたいと考えている。遺伝子・染色体解析今年度の研究費の主な使用用途としては、プラスミド作製や各種の細胞株の培養およびiPS細胞の維持培養に必要な試薬等の購入であった。当初の計画では、iPS細胞へのZFN発現プラスミドおよびドナープラスミド細胞導入と遺伝子改変までを実験計画としていたが、eGFPドナープラスミドとピューロマイシン耐性ドナープラスミドなどのプラスミドの作製や浮遊・接着細胞を用いたプラスミド導入検討とZFNプラスミドによる遺伝子改変の有無や特異性の確認をする検討に研究費を使用し、また時間を要した。そのため、iPS細胞への導入検討の途中となっており、当初の計画に計上した額との差額が生じた。患者由来iPS細胞を用いて、安定してプラスミドを導入できる培養条件・導入条件の確立を行い、遺伝子改変前後のiPS細胞からCD34陽性細胞を分化誘導し、メチルセルロース法によるコロニー形成能やRAS-MAPKシグナル経路分子のリン酸化(活性化)を解析することで単一遺伝子変異よる細胞増殖能の違いについて明らかにする予定である。次年度使用額はこの解析に使用する導入試薬、維持培養・分化誘導培養に使用する培養関連試薬及びタンパク・遺伝子解析試薬の購入費としてH28年度請求した研究費と合わせて使用する予定である。
血液脳関門機能の膜型メタロプロテアーゼによる制御機構の解析

血液脳関門機能などの神経系血管バリアー機能の破綻は、様々な難治性神経系疾患の病態の中枢を担っており、その人為的修復は神経系疾患に対する有効な治療法となる。我々は、神経系血管バリアー破綻の責任因子としてADAM12、ADAM17を特定し解析を進めたが、両因子ともに、主として低酸素刺激による血管バリアー破綻に関与すること、従って複数の病的刺激が混在する神経系疾患に対する治療標的としては十分な有用性が示されなかった。しかし同時に、複数の刺激による血管バリアー破綻の共通責任因子としてbasiginを特定し、神経系疾患に対するbasiginの治療標的としての有用性を示し、新規治療法の礎となる成果を得た。本研究計画は、多くの難治性神経系疾患の病態の中枢を担う血管バリアー(血液脳関門、他)破綻の責任因子を特定し、その因子を標的とした新規治療法の確立を目的とし立案された。我々は、病的血管バリアー破綻の誘因の1つである低酸素刺激に焦点をあて、低酸素誘発性血管バリアー破綻の責任因子としてADAM12とADAM17を特定した。平成27年度には、ADAM12とADAM17が血管バリアーを破綻させる際に標的とする分子の特定を試みた。血管バリアーの本体である内皮細胞間タイト結合の構成分子・裏打ち分子を候補分子とし解析したが、それらはADAM12とADAM17の標的として否定的であるデータが得られた。また、低酸素刺激のみならず炎症刺激など複数の誘因による血管バリアー破綻に共通して関与する候補因子A(特許出願済みだが未公開のため因子Aとする)についても解析を進めた。平成27年度には、炎症刺激を含む複数の誘因による血管バリアー破綻に、因子Aが共通責任因子として関与することを立証する興味深いデータが得られた。ヒト疾患では複数の誘因が混在し働くことから、因子Aの治療標的としての有用性・汎用性が期待された。そこで、糖尿病網膜症に対する新規治療標的としての因子Aの有用性を、streptozotocin(STZ)誘発糖尿病マウスを用い評価したところ、特異的siRNAの硝子体内投与による因子A発現抑制が、STZ誘発糖尿病マウスにみられる網膜血管バリアー破綻を修復治癒させることが示された。一方、ADAM12あるいはADAM17特異的siRNAの硝子体内投与では、糖尿病網膜症に対する有意な治療効果は得られなかった。現時点では、因子Aを標的とした治療戦略の糖尿病網膜症への臨床応用が期待されるデータが得られているが、今後は、様々な難治性神経系疾患に対し広く適応可能な新規治療標的となるかについても解析を進める。本研究の最終目的は、神経系血管バリアー破綻の予防・修復に基づく新規治療法を開発し、種々の難治性神経系疾患の根治を実現することである。現時点で、ADAM12、ADAM17、因子Aが新規治療戦略の標的候補として特定され解析を進めている。低酸素刺激を誘因とした血管バリアー破綻過程において、ADAM12とADAM17が標的とする分子の特定(当初は平成27年度に特定予定)には至っていない。しかし一方、因子Aについては、様々な誘因による血管バリアー破綻過程に共通して関与することが確認されるとともに、モデルマウスを用いた解析により糖尿病網膜症の新規治療標的としての有用性が期待される成果が得られている。したがって、難治性神経系疾患の根治を目指す本研究計画全体としては、「おおむね順調に進展している」と考えている。これまで、血管内皮細胞に発現するADAM12, ADAM17を低酸素刺激による血管バリアー破綻の責任因子、因子Aを低酸素刺激・炎症刺激など複数の病的刺激による血管バリアー破綻に関与する共通責任因子として特定し、特に因子Aは糖尿病網膜症などのヒト疾患への応用が期待される治療標的であることを示した。平成28年度には下記の成果を得た。ADAM12, ADAM17ともに、遺伝子欠損マウス(以下、KOマウス)を用いた解析が可能な状態になり、それらのKOマウスでは、低酸素状態の網膜においても血管バリアー破綻が生じないことが示され、ADAM12とADAM17が低酸素刺激による血管バリアー破綻の必須因子であることが確認された。また、低酸素刺激により、ADAM12とADAM17の細胞内局在が細胞質から細胞膜へと変化することが示され、その細胞内局在変化がclaudin-5の細胞膜からの消失さらには血管バリアー破綻に関与することが示唆された。炎症刺激による血管バリアー破綻へのADAM12とADAM17の関与は確認されず、それらが低酸素刺激による血管バリアー破綻にほぼ特異的に関与することが示された。また、興味深い成果として、低酸素刺激による細胞膜からのclaudin-5消失現象に必須なアミノ酸配列をclaudin-5分子のC末近傍に特定することに成功し、現在解析中である。一方、因子Aについては、PCT国際特許出願を行い、因子Aがbasiginであることを公開した。Basiginの血管バリアー破綻への関与機構については、basiginがclaudin-5およびcaveolin-1と複合体を形成すること、それら分子間の相互作用を介して、低酸素や炎症など種々の病的刺激による血管バリアー破綻に共通因子として関与することを示す成果が得られた。

平成28年度までに、神経系血管バリアーの病的破綻に関与する責任因子として、ADAM12、ADAM17、basiginが特定され、それらが治療標的候補となることを示す解析結果も得られている。血管バリアー破綻におけるADAM12とADAM17の関与機構の詳細についての解析は多少遅れている。しかし、basiginの血管バリアー破綻への関与機構の一端は解明されたこと、claudin-5分子のC末近傍に低酸素刺激に反応する配列が特定されたことから、新たな治療標的分子候補の特定も期待される段階にある。ADAM12、ADAM17、basiginを標的とした治療戦略については、国際特許出願済みであり、製薬化に向け企業との共同研究も進行中であることから、神経系血管バリアー破綻の予防・修復に基づく新規治療法を開発し、種々の難治性神経系疾患の克服を目指す本研究計画全体としては、「おおむね順調に進展している」と考えている。我々は、神経系血管バリアー機能を制御する因子として、血管内皮細胞に発現し細胞膜に局在するADMA12、ADAM17、basiginを特定し、それらの治療標的としての有用性を中心に解析を進めてきた。ADAM12、ADAM17については、低酸素刺激によって起こる血管バリアー破綻に比較的特異的に関与すること、従って、ヒト神経疾患に対しては、治療標的としての適応範囲が限られる可能性を示唆する知見が得られている。平成29年度は、低酸素刺激による血管バリアー破綻の機構をさらに詳細に解析するなか、低酸素刺激が、活性酸素種産生亢進を介して血管内皮細胞の細胞質内における鉄(II)イオンレベルの上昇をきたし、Fenton反応を亢進させ、さらに活性酸素種産生を惹起する結果、細胞膜からclaudin-5が消失し血管バリアーが破綻するというカスケードが示された。また、低酸素刺激による血管内皮細胞の細胞膜からのclaudin-5消失現象に必須な責任配列として、我々がclaudin-5分子のC末近傍に特定した領域を8アミノ酸まで絞り込み、現在、アミノ酸変異claudin-5分子を作製し責任アミノ酸を特定中である。神経系血管バリアー破綻へのADAM12、ADAM17の関与機構については、いまだ解明に至っておらず解析中である。一方、低酸素刺激、炎症刺激など、様々な病的刺激による神経系血管バリアー破綻に共通した責任因子であることが示されたbasiginについては、破綻した(開いた)血管バリアーを修復(閉じる)ための標的としてだけではなく、閉じた血管バリアーを開くための標的ともなる可能性がin vitro系にて示唆された。人為的かつ可逆的に神経系血管バリアーを開く手法の確立が期待される結果と考え、解析を進めている。血液脳関門機能などの神経系血管バリアー機能の破綻は、様々な難治性神経系疾患の病態の中枢を担っており、その人為的修復は神経系疾患に対する有効な治療法となる。我々は、神経系血管バリアー破綻の責任因子としてADAM12、ADAM17を特定し解析を進めたが、両因子ともに、主として低酸素刺激による血管バリアー破綻に関与すること、従って複数の病的刺激が混在する神経系疾患に対する治療標的としては十分な有用性が示されなかった。しかし同時に、複数の刺激による血管バリアー破綻の共通責任因子としてbasiginを特定し、神経系疾患に対するbasiginの治療標的としての有用性を示し、新規治療法の礎となる成果を得た。
超並列ハードウェア・アーキテクチャの研究

本年度は,平成5年度までの研究成果を基に,超並列プロトタイプ・システムを実機として実装可能とするため,LSI,プリント基板,システム筐体の設計を行った.さらに,これと平行してシステムの妥当性を評価するための種々のシミュレーション実験や,入出力機構の開発を行った.以下に代表的な研究成果を示す.1.超並列システムのキャッシュ一貫性制御方式の評価ディレクトリ・ベースのキャッシュ一貫性制御法として提案した疑似フルマップ方式を,本重点領域研究の成果として提案した.Recursive Diagonal Torus(RDT)ネットワーク上に実装した場合の性能をシミュレーションにより評価した.その結果,ネットワークの階層構造を活用したマルチキャストや,ACK回収の効果により,フルマップ方式に比べ,約4倍の処理速度が得られた.また,マルチキャスト法として,LPRA(Local Precise Remote Approximate)法,SM(Single Map)法,ならびにLARP(Local Approximate Remote Precise)法を提案しその評価を行った.その結果,無駄なトラフィック軽減の観点から,宛先ノードが少ない場合にはSM法が有利で,宛先ノードが一定数を越すとLPRA法またはLARP法が有利になることが判明した.さらに,LPRA法とLARP法の優劣は,データのマッピングに強く依存することも判明した.2.超並列システムの高速入出力システムの研究入出力専用の高速ネットワークをRDTと独立に設け,仮想FIFOならびにLANを介して接続されたワークステーション群全体の広大なディスク領域を超並列計算機のファイルシステムとして提供する入出力サブシステムを提案した.さらに,仮想FIFOでHDTVを接続することでビジュアルな計算機環境を構築可能とした。また,画像表示機構の実装に際しては,1画面のフレーム・メモリを16分割し並列計算機からの表示データ転送を分散並列的に行うことで,最大250MB/秒の転送速度を実現し,ハイビジョン画質の動画表示を可能とした.本年度は,超並列ハードウェア・システムの実現に向けて基本構想を検討した.またその設計思想に基づきプロトタイプ・システムの検討を行った.プロトタイプ・システムは1000台規模のシステムを目安としており,クラスタ構造を採る分散共有メモリ型のマルチプロセッサシステムである.以下では,各々のシステム構成要素に関する研究成果を示す.(1)要素プロセッサの研究1万台を超えるプロセッサからなる超並列システムでは,プロセッサ間の通信・同期オーバヘッドを隠蔽できなければ,満足な並列処理性能は得られない.このようなオーバヘッドの軽減ならびに隠蔽を可能にするためには,readレイテンシの軽減,ならびに,事象待ちのためのネットワーク・トラフィックの軽減などの直接的な対策のみならず,軽いコンテキスト切替え等の間接的な対策が必要となる.このような目的を達成するため,FIFO機構ならびにI-structureベースの同期機構を兼ね備えた高機能キャッシュ・メモリの検討を行った.(2)記憶構成方式の研究高性能かつ大規模な分散共有メモリ並列計算機システムの構築を目指すため,要素プロセッサ向きでない本質的に局所性のない処理(プロセッサ間の通信,同期,メモリ管理等)を従来の局所性を利用する要素プロセッサから分離並列処理することを目的としたプロセッサ(MBP:Memory-Based Processor)を主記憶に設ける方式を提案した.(3)高速・高信頼相互結合網の研究超並列計算機の相互結合網の設計に際しては,グラフ理論的(直径,次数など)な性質も重要であるが,実用的な側面や実装の可能性も同様に考慮しなければならない.本研究では,このような点を鑑み,2次元メッシュをベースとしたRDT:Recursive Diagonal Torusと呼ぶネットワークを開発した.RDTはメッシュに付加リンクを設けることで,ネットワークの直径をlogN程度まで軽減する.リンクの付加はベースとなるメッシュのX軸,Y軸の両方について±2メッシュ上を離れたノードに対して再帰的に行う.RDTには任意の2ノード間に複数のパスが存在するため,対故障性に優れるという特徴も兼ね備えている.本年度は,平成4年度の研究成果を基に,超並列プロトタイプ・システム作成に向けたアーキテクチャの研究開発およびその検証を行い,平成6年度に作成するシステムの詳細設計を行った.1.システムの基本設計の妥当性のシミュレータによる検証超並列計算機の実現に向けて,分散共有メモリ・アーキテクチャ,相互結合に関する様々な性能調査ならびに設計支援を行うためのシミュレータを開発した.これらを用いて,キャッシュ・コヒーレンス制御方式,イベント・オーダリング・モデル,ルーティング方式等のプロトタイプ・システムの基本仕様の妥当性を検証するために,実行時間,ネットワーク・トラッフィク,コスト・パフォーマンス等を評価した.その評価結果を基に次に述べる詳細設計を行った.2.超並列プロトタイプ・システム作成に向けた詳細設計要素プロセッサとして,市販の超高速マイクロプロセッサを採用することを決定し,それをもとに,キャッシュ・システム,メモリ管理プロセッサ,ネットワーク・インターフェース・プロセッサ,ネットワーク・ルータの詳細設計を行った.3.実計算機として利用するためのI/Oシステムの開発本システムを実用的な計算機システムとして活用するためには,システム本体の研究もさることながら,システムと入出力装置間を接続するI/Oシステムの研究も必須である.特に,超並列計算機システムにおいては,そのI/Oシステムの構成法はまだ確立されていない.

そこで,本年は「仮想FIFO」と呼ぶ,高信頼,高速(140MBPS)のシリアル入出力システムを試作し,高速データ転送の実験を行い良好な結果が得られた.また,画像入出力系としてのHDTVとの接続に関しては,ダブルバッファ・方式のフレームバッファの構成や表示制御方式,画像の高速実時間転送方式に付いて検討を重ね,実時間アニメーション画像表示可能な仕様を決定した.本年度は,平成5年度までの研究成果を基に,超並列プロトタイプ・システムを実機として実装可能とするため,LSI,プリント基板,システム筐体の設計を行った.さらに,これと平行してシステムの妥当性を評価するための種々のシミュレーション実験や,入出力機構の開発を行った.以下に代表的な研究成果を示す.1.超並列システムのキャッシュ一貫性制御方式の評価ディレクトリ・ベースのキャッシュ一貫性制御法として提案した疑似フルマップ方式を,本重点領域研究の成果として提案した.Recursive Diagonal Torus(RDT)ネットワーク上に実装した場合の性能をシミュレーションにより評価した.その結果,ネットワークの階層構造を活用したマルチキャストや,ACK回収の効果により,フルマップ方式に比べ,約4倍の処理速度が得られた.また,マルチキャスト法として,LPRA(Local Precise Remote Approximate)法,SM(Single Map)法,ならびにLARP(Local Approximate Remote Precise)法を提案しその評価を行った.その結果,無駄なトラフィック軽減の観点から,宛先ノードが少ない場合にはSM法が有利で,宛先ノードが一定数を越すとLPRA法またはLARP法が有利になることが判明した.さらに,LPRA法とLARP法の優劣は,データのマッピングに強く依存することも判明した.2.超並列システムの高速入出力システムの研究入出力専用の高速ネットワークをRDTと独立に設け,仮想FIFOならびにLANを介して接続されたワークステーション群全体の広大なディスク領域を超並列計算機のファイルシステムとして提供する入出力サブシステムを提案した.さらに,仮想FIFOでHDTVを接続することでビジュアルな計算機環境を構築可能とした。また,画像表示機構の実装に際しては,1画面のフレーム・メモリを16分割し並列計算機からの表示データ転送を分散並列的に行うことで,最大250MB/秒の転送速度を実現し,ハイビジョン画質の動画表示を可能とした.
細胞接着とシグナル伝達による細胞の形態形成機構

個体を構成する細胞は、様々な細胞形態をとって固有の機能を発揮する。また、その形態の変化は環境に適応して個体が生存するために重要である。本研究では、研究代表者らが研究してきたネクチンーアファディン系と、ネクチン様分子およびその下流のシグナル伝達分子を軸として、上皮細胞の細胞間接着装置の位置や細胞丈の決定機構、上皮間葉転換と間葉上皮転換における形態変化の分子機構、神経細胞のシナプスの形成とリモデリング機構、および軸索と樹状突起の形成に関わる細胞接着分子を解明した。さらに、得られたデータを深く掘り下げ、感覚上皮、中枢神経組織、および腸管上皮の組織形成や細胞の配置に細胞接着分子が果たす役割を解明した。個々の細胞がそれぞれ特異的な細胞形態をとることは、発生過程における臓器・器官形成において必要不可欠である。また、各臓器・器官を構成する細胞の形態は不変なものではなく、外的環境や様々な刺激などに反応してその形態を柔軟に変化させる。細胞形態の変化は個体が環境に適応して生存していくために必須であり、細胞形態の不可逆的破綻は臓器機能の低下、さらには、生命の危機につながり得る。したがって、細胞の形態形成機構を解析することは生物学的にも医学的にも極めて重要であるが、その解析は十分に進んでいない。本研究に関して、本年度は以下のような知見を得た。1.上皮細胞におけるアドヘレンスジャンクション(AJ)とタイトジャンクション(TJ)の位置決定機構上皮細胞では細胞間接着形成が完成すると、細胞間接着部位で側基底側領域と頭頂側領域が分離し、TJがAJの頭頂側に形成されるがこの分子機構は不明である。AJに存在する免疫グロブリン様接着分子ネクチンの細胞内領域に結合する分子アファディンは、細胞間接着形成の初期にTJ構成分子ZO-1と結合した。この両者の結合はTJがAJの頭頂側に形成されるために必要であった。2.神経細胞におけるシナプスの形成・リモデリング機構軸索が別の神経細胞の樹状突起と接着してシナプスを形成する際、Puncta adherentia junction(PAJ)がドーナツ様に形成され、アクティブゾーンとシナプス後肥厚を取り囲む。PAJはAJと構造上類似しており、PAJにはネクチン-アファディン系が存在する。神経特異的なアファディンコンディショナルノックアウトマウスを作製し解析することにより、アファディンがRAJの形成に重要であるだけでなく、シナプスのリモデリングも関わっていることを明らかにした。本年度は研究計画の達成に向けて、以下の研究を実施した。(1)上皮細胞におけるアドヘレンスジャンクション(AJ)とタイトジャンクション(TJ)の位置決定機構上皮細胞では細胞間接着形成が完成すると、細胞極性により細胞間接着部位で側基底側領域と頭頂側領域が分離し、TJが常にAJの頭頂側に形成される。申請者らはこれまでネクチンの裏打ち分子アファディンとTJ構成分子であるクローディンの裏打ち分子ZO-1の両者の結合が、TJとAJの位置決定に重要であることを報告してきた。本年度はさらに歯の発生過程の解析から、ネクチン-1とネクチン-3の結合がデスモソームと呼ばれる上皮細胞間接着装置の形成にも重要であることを示した。(2)上皮-間葉転換(EMT)と間葉-上皮転換(MET)における形態変化の分子機構EMT初期過程では、上皮細胞のコロニー端で先導端が形成され、その部位の細胞が遊走し始める。申請者らは運動先導端におけるネクチン様分子-5(Necl-5)、血小板由来成長因子(PDGF)受容体、およびインテグリンα_vβ_3の協調が、方向性のある細胞運動に重要であることを明らかにしてきた。本年度は、Necl-5がPDGFを介した運動先導端への微小管の誘導を増強すること、さらにはNec1-5の過剰発現が肺腺がんの予後不良因子であることを解明した。(3)神経細胞におけるシナプスの形成・リモデリング機構軸索が別の神経細胞の樹状突起と接着してシナプスを形成する際、シナプス結合部(SJ)にあるアクティブゾーンとPSDを取り囲むように形成されるPuncta adherentia junctionにネクチンとアファディンは局在する。昨年度は、フォスファチジル酸とRap1が協調してRA-Rho GTP分解酵素蛋白(GAP)の活性を制御して神経突起形成過程に関わることを明らかにした。(1)上皮細胞におけるアドヘレンスジャンクション(AJ)とタイトジャンクション(TJ)の位置決定機構:上皮細胞では細胞間接着形成が完成すると、細胞極性により細胞間接着部位で側基底側領域と頭頂側領域が分離し、TJが常にAJの頭頂側に形成される。

本年度は、口蓋の発生過程をモデルに、多層からなる上皮組織でのATとTJの局在およびその動態を解明した。さらに、これまでの知見を発展させ、ネクチンを介した細胞間接着が、聴覚上皮における市松模様様の細胞配列の形成に必須であることを解明することで、異種細胞間接着の形成に関わる分子機構を哺乳動物において初めて明らかにした。(2)上皮ー間葉転換(EMT)と間葉ー上皮転換(MET)における形態変化の分子機構:報告者らは、上皮細胞が遊走し始めるEMT初期過程では、ネクチン様分子(Necl)-5、血小板由来成長因子(PDGF)受容体、およびインテグリンαvβ3の協調が重要であることを示してきた。本年度は、Necl-2による細胞接着装置ヘミデスモソームの制御の分子機構、アファディン結合タンパク質ADIPによる運動先導端におけるEMTを介した細胞運動の制御機構、およびAJ構造の形成過程でのNecl-5とネクチンー3およびアファディンのポジティブフィードバック機構について解明した。(3)神経細胞におけるシナプスの形成・リモデリング機構:軸索が別の神経細胞の樹状突起と接着してシナプスを形成する際、シナプス結合部にあるアクティブゾーンとPSDを取り囲むように形成されるPuncta adherentia junctionにネクチンとアファディンは局在する。本年度は、樹状突起のスパイン形成やシナプスの形成過程におけるアファディンや他の細胞接着分子の重要な働きを解明し、解析をすすめた。本年度は研究計画の達成に向けて、以下の研究を実施した。(1)上皮細胞におけるアドヘレンスジャンクション(AJ)とタイトジャンクション(TJ)の位置決定機構:上皮細胞では細胞間接着形成が完成すると、細胞極性によりTJが常にAJの頭頂側に形成される。また、ネクチンは、同種細胞間のみならず異種細胞間の細胞間接着の形成にも関わる。本年度は、発生過程の口蓋上皮では、最表層にあるペリダーム間に加え、ペリダームとその直下の上皮細胞との間にもAJが存在すること、および精上皮では、免疫グロブリン様タンパク質Mpzl2が細胞接着分子ネクチン様分子(Necl)-2の働きを代償することを解明した。(2)上皮ー間葉転換(EMT)と間葉ー上皮転換(MET)における形態変化の分子機構:EMT初期過程では、Necl-5、血小板由来成長因子受容体、およびインテグリンαvβ3が協調する。また、Necl-2は細胞接着装置ヘミデスモソームの制御に関わる。本年度は、miR-214や低酸素をはじめとした複数の機構がNecl-2の発現を抑制し、細胞運動の促進に関わるErbB2/ErbB3シグナル伝達系を活性化することを解明した。また、TGF-βにより誘導されるペリダームの細胞接着の変化と剥離が、口蓋上皮細胞のEMT様の細胞形態変化と遊走に関連することを解明した。(3)神経細胞におけるシナプスの形成・リモデリング機構:シナプス結合部にあるアクティブゾーンとPostsynaptic density(PSD)を取り囲むように形成されるPuncta adherentia junction(PAJ)にネクチンとアファディンは局在する。本年度は、樹状突起の形態形成におけるアダプタータンパク質ZO-1の働きや、ネクチン結合タンパク質アファディンのシナプス形成における役割を中心に解析をすすめた。
デザインリサーチによる中学校数学へ向けた高学年算数の授業開発に関する研究

本研究の目的は、算数と中学数学との乖離を乗り越える為に、それらを接続する理論的視点を明らかにするだけでなく、接続を実質的に実現する為の授業開発を行うことにある。本年度はまず算数から数学への移行を促す理論を開発する上での研究方法論を整備することから始めた。そして学校現場での比較的長期の授業研究の実施とその体系的分析から数学教育の理論的知見を抽出する方法論であるデザイン実験に注目し、文献研究を通してその位置と課題を明らかにした。[論文は全国数学教育学会誌「数学教育学研究」に掲載]次に、図形分野における移行教材となりうるものとして図形の相互関係をとりあげて、日本とイギリスの中学生の質問紙調査によるデータをもとにして、その理解過程を、共通概念経路という視点から統計的分析を通して明らかにした。[論文は数学教育心理国際会議論文集に掲載]さらに、小学校5年の小数除法と、中学1年の平面図形の単元について、算数から数学への移行の視点から授業をデザインし、授業実践を行い、それぞれについて分析を行った。[論文はいずれも日本数学教育学会数学教育論文発表会論文集に掲載]前者の小数の除法に関する論文では、崖の傾きを探究の場として、除法の意味を測定活動を通して一般化する活動が、中学の関数のグラフの認識につながりうることが示唆された。また後者の平面図形に関する論文では、図形の移動教材を教授学的状況論の視点から再構成したときに、特に図の認識の面において論証への接続がなされることが明らかになった。本年度は、まず理論と実践を有機的に結びつける方法論であるデザインリサーチの方法論について、多くの文献を収集し、その総合的検討を行った。この方法論では、研究者と教師が協働して、授業の指導案を含めて教室環境を総合的にデザインし、実践にうつし、実践の反省と再デザイン化を図りながら、即時的および回顧的な分析のプロセスの中から、科学的知見を抽出するというプロセスを踏む。従って、従来行われてきたような学問的な知見を学校現場で検証する「理論検証型」の研究とは違い、デザインリサーチの方法論は、実践の開発をベースにして、そこからボトムアップ的に理論を抽出する「理論構築型」の研究方法論であり、その意味で、理論-実践の結びつきは強固なものとなる。この成果は、全国数学教育学会、および日本数学教育学会におけるフォーラムの中で発表を行った。次に、算数から数学への移行において、数と計算・数と式の分野においては、式の認識を高めることが重要になるという観点から、中学1年の正負の数の単元において開発した式作りの学習に関する授業を分析し、そこでの生徒達の代数へ向けた式の見方の発達の様相を明らかにした。分析における中心的な理論的視点として、記号論的連鎖の考え方をとりあげ、ある式表現に対して生徒が作り出す式、生徒による式の解釈、およびそれらの間の関係性の視点から生徒の学習過程を見たとき、生徒の式の見方の発達の様相が4つの記号過程として記述できることが分かった。成果は、数学教育心理国際学会の中で発表した。この理論的枠組みは、小学校高学年でのデザインリサーチを実践し、算数から数学への思考の高まりのプロセスを明らかにしていく為の基礎になりうると考えられる。
脳ミクロソ-ム膜の長鎖脂肪酸合成系と細胞骨格との相互作用

(1)単離したオリゴデンドログリアで脂肪酸縮合活性が非常に低下したのは、小胞体の膜構造が大きく変化したためであり、再度培養すると細胞骨格の発達に依存して縮合酵素活性が小胞体の膜に再分配されるが、このとき酵素の種類によって分配のされ方が異なる。(2)ミクロソ-ム膜は、マイクロチュ-ブル(MT)と相互作用し、GTP,ATP存在下でMTのまわりに凝集してくる。相互作用していると、内在性の脂肪酸に対する縮合活性が3040%程低下する。(3)脳ミクロソ-ムの多不飽和脂肪酸に対する縮合活性が、ミエリン形成後も高く維持される。また複数の脂肪酸が基質として存在すると互いに各々の縮合活性を阻害し合い、その阻害様式は非拮抗阻害モデルでよく説明できた。この阻害様式で、脂肪酸のホメオスタシスに寄与していると考えられた。(4)ミクロソ-ム膜の脂質構造の柔らかさを測定する手法として、赤外分析法を応用して、いろいろな生体組織の赤外スペクトルを生のままで測定することが出来た。ミクロソ-ム膜で1mMのカルシュウムを加えると膜が固くなる様子をとらえることが出来た。この時、脂肪酸縮合活性を測定すると、遊離脂肪酸を基質に使った時にそれに対する縮合活性が23倍に活性化される。この機構として、アシルCoA合成酵素と縮合酵素との間の相互作用が変化し、アシルCoAの転送効率が上昇したためであると考えられた。これは縮合活性の制御を考える上で新しい概念である。(5)ミクロソ-ムの生理活性の一つであるカルシュウムの取り込みと遊離の活性を測定し、この活性が18:4(nー3)脂肪酸とmalonylーCoAが一定量以上の存在すると大きくカルシュウムの取り込みや遊離の活性を阻害した。ATPによってミクロソ-ム膜の形態変化が起こり、ミクロソ-ムの大きさが約2倍以上大きくなるが、この変化自体は縮合活性には影響しない。平成1年度は、(A)ブタ脳白質部よりオリゴデンドログリア(OLG)細胞を単離し培養系に移したあとガラクトセレブロシド抗体によって細胞の同定を行ない、(B)培養細胞からミクロソ-ムを分画し20:0-CoAに対する縮合活性を測定し、さらに細胞骨格タンパクを含む細胞質画分の影響などを検討した。(A)OLG細胞の培養には、ウマ血清やFCS+トランスフェリンなどを用いた方法があるので、先ずpilot testとして無血清培地(GIT)を用いて、ブタ脳からパ-コ-ル法によって精製したOLG細胞に供した。この場合培養期間1ヶ月でも突起伸長は全く見られなかった。ガラクトセレブロシド(GC)抗体を用い酵素抗体法により10日目で4060%の細胞でGCが発現していることが確認できた。またウマ血清で培養した系では、突起伸長しGCが発現しているOLG細胞を確認できた(FITC蛍光およびPOA法によって)。しかし、細胞の収率が予想よりも悪いのでパ-コ-ル法の若干の改良が必要である。(B)ブタ脳ミクロソ-ムのC20:0-CoA縮合反応が、0.3mg程度のウシ血清アルブミンの添加で、極少量(0.010.2mg)のミクロソ-ムタンパクを使用したとき活性化され、タンパク量にたいしてリニアな関係で活性を測定できるようになった。培養3週目でcAMPを加えてそれから2週目で細胞を集め、超音波で細胞を壊しミクロソ-

ム画分を集め、C20:0-CoA縮合活性を測定したところ200pmol/mg/20minの比活性を示した。この値は通常脳より直接精製したミクロソ-ムの活性と同程度であり、OLGの単離直後のミクロソ-ムではほとんど活性は検出できないことから、細胞の単離過程で比活性の低下が起こり、一定期間の培養ののちに活性が再び発現してきたことが確認された。また、ブタ脳白質の細胞質画分には、不安定であるがC20:0-CoA縮合活性をGTP依存的に活性化するものが認められた。平成1年度で測定に成功したオリゴデンドログリア細胞(OLG)の長鎖脂肪酸縮合活性について、2年度ではさらに詳しく調べた。先ず、単離OLGでその縮合活性が非常に低くなっている原因として、酸素のオルガネラにおける分布が変化している可能性が考えられたので、種々の条件でOLGをincubateさせたあとの縮合活性の分布を測定した。超音波で細胞を破砕し、1,600g pellet(核画分)、20,000g pellet(mitochondria画分)、100,000g pellet(microsome画分)とに分離し、16:0ーCoAと20:0ーCoA縮合酵素活性をGCーMS法により測定した。その結果16:0ーCoA縮合酵素活性は、単離直後のOLGでは意外なことに、「mitochondria画分」のほうが「microsome画分」より3倍近く強い活性を示し、20:0ーCoA縮合活性は、各3つの画分に同程度に分布していた。またコルヒチン非存在下に、abーcAMPとともにincubateしたOLGでは、20:0ーCoA(16:0ーCoA)縮合活性は、単離直後より10倍近く活性が増大し「mitochondria+核画分」で、750(320)pmol/30min/mg protein、「microsome画分」で280(60)pmol/30min/mg proteinの活性があった。ところが、コルヒチン存在下でincubateしたOLGでは、「mitochondria+核画分」で420(1580)pmol/30min/mg,「microsome画分」で390(80)pmol/30min/mg,あった。(なお()の中は16:0ーCoA縮合活性を示す。)さらに、「microsome画分」の脂肪酸量を測定したところ、単離直後のOLGでは、8μg FA/mg proteinしかなく、incubateしたOLGではそれが50ー100μg/mg proteinまで増大していたが、それでも通常の脳から取ったmicrosomeでの値400μgFA/mg proteinよりかなり小さい。これは、単離細胞のいわゆる「microsome画分」は、組織から直接調整した「microsome」とは異なる性質を有し、縮合酵素の分布や生合成もmicrotubuleの影響を受けさらに縮合酵素の種類によって影響の受け方が違うことを示唆している。(1)単離したオリゴデンドログリアで脂肪酸縮合活性が非常に低下したのは、小胞体の膜構造が大きく変化したためであり、再度培養すると細胞骨格の発達に依存して縮合酵素活性が小胞体の膜に再分配されるが、このとき酵素の種類によって分配のされ方が異なる。(2)ミクロソ-ム膜は、マイクロチュ-ブル(MT)と相互作用し、GTP,ATP存在下でMTのまわりに凝集してくる。相互作用していると、内在性の脂肪酸に対する縮合活性が3040%程低下する。(3)脳ミクロソ-ムの多不飽和脂肪酸に対する縮合活性が、ミエリン形成後も高く維持される。
レトロウイルスのRNA発現量調節とスプライシング機構との関係

レトロウイルスのgagとpol遺伝子は、イントロンにコードされているため、RNAがスプライスされてしまえば発現しえない。ウイルスは、スプライスRNAと非スプライスRNAとの両方を発現する必要があるが、その機構は不明である。以前の研究で、マウス白血病ウイルスのgagとenvをコードするDNA(GE6.4)からは、スプライスと非スプライスの両RNAが効率よく発現するが、GE6.4からスプライスアクセプター(SA)を含む441塩基を欠失ないし逆位させると、スプライシングが起きなくなると同時に、gagをコードする非スプライスRNAの発現量も低下することが分かっていた。本年は、スプライスドナー(SD)のウイルスRNA発現への関与の有無、SA部配列が野性型ウイルスの発現に果たす役割を検討した。1.GE6.4からSDを含む220塩基を欠失すると、SAを含む441塩基を欠失したときとは異なって、スプライシングが起きなくても、ウイルスRNA(非スプライス)の発現量が低下しないことは分かった。従って、スプライシングが起きることがウイルスRNAの発現量維持に必要なのではなく、SAを含む441塩基部分を持つことが重要であると考えられた。2.GE6.4はウイルスのpol領域に2.4kbの大きな欠失を持つので、より野性型に近いDNA(pol領域内のフレームシフト変異(4塩基挿入)又は306塩基のインフレーム欠失)からのSA部欠失がRNA発現量に与える影響を見た。結果、SA部欠失によりRNA発現量が低下することが確認された。3.野性型そのもののウイルスDNAからは、感染性ウイルス粒子が産生されるため、感染性粒子産生のない場合と比べて、ウイルスDNAコピー数が2^4倍に増えてしまう。しかし、コピー数で補正して比較するなら、DNAコピー当たりのRNA発現量は、野性型ウイルスの場合でも、SA部欠失によって低下することが分かった。
匂い情報のバイオイメージング(空間での画像化)に関する研究

平成20年度では、平成19年度の実験で得た発光条件をもとに、別途構築した「匂い成分情報イメージング装置」を利用して、エタノールガスの画像化を行った。実験では、平成19年度に検討したルミノール溶液や酵素(アルコール酸化酵素+西洋ワサビ・ペルオキシダーゼ)溶液の最適な濃度をもとに、ガス発生装置を利用して気相化した「発光試薬と酵素溶液」を固定化した膜を暗室ブースに設置し、「化学発光画像撮影装置」を起動して、ガス発生装置により作製した一定濃度のエタノールガスを、暗室ブース内の中央部に開口端をもつテフロンチューブより放出することで、ルミノールと酵素のミストによる青色発光を「化学発光画像撮影装置」にて連続的にモニタリング可能な系とした。本システムにおいて、匂い成分の一つであるエタノールガスについて、その濃度を発光の強度にて計測し、ガスの流れを画像にて捉え、エタノールガスの画像化を行うことができた。なお酵素を利用した発光反応では、酵素の基質特異性に基づき、目的とする化学成分を選択的に認識し、本課題の目標とする画像化を達成することができた。本システムをエタノールガスに適用したところ、ガス噴霧による濃度分布及び経時変化がルミノール発光として2次元的な動画として可視化され、50.001500.0ppmの濃度範囲で発光強度との間に線形性が確認された。今後、本計測法を応用することで、呼気成分や生体臭のバイオイメージングや住環境中の揮発性有機化合物の可視化が可能となるものと期待される。平成19年度は匂い成分であるエタノールガスの気相系での発光現象の実証実験を実施した。発光現象の確認ではまず、アルコール酸化酵素の触媒反応で生成される過酸化水素(H2O2)に対するルミノール発光を、既存設備である微弱発光計数装置にて確認した。実験では、微弱発光計数装置の暗箱内に、ペルオキシダーゼ(HRP)を固定化した膜にルミノール試薬を浸し設置した。一定濃度の過酸化水素溶液を付加したところ、過酸化水素濃度に応じた発光現象を確認した。次に同様なシステムを使って、エタノールガスのルミノール発光検出を進めた。エタノールガスの発光では、アルコール酸化酵素(AOD)とペルオキシダーゼ酵素(HRP)を固定化した膜に、ルミノール溶液を含浸させ、標準ガス発生装置を用いて発生した一定濃度のエタノールガス(50.001500.Oppm)を一定流速(200ml/min)で固定化膜に付加したところ、アルコール酸化酵素の触媒反応で生成された過酸化水素(H2O2)をペルオキシダーゼ(HRP)によるルミノール発光へ誘導することができ、アルコール濃度に応じた青色発光が観察され、微弱発光計数装置にて連続モニタリングすることが可能であった。また匂い成分の画像化を行うため、匂い成分情報視覚化イメージング装置の構築を進めた。本装置の構築では、主に高感度CCDカメラ(波長:4001060nm,照度レンジ:1m100,000lux)のほか、気相実験が可能な暗ブースと暗箱の2重構造の空間を作製し、今後のガス画像計測への準備を整えた。
PWMインバータの漏れ電流に起因する電磁雑音に関する基礎研究

本研究の目的は、モータ浮遊容量を通して流れる漏れ電流に起因して発生する電磁雑音の定量的検討を行い、その抑制法の開発ならびにその効果の実証を行うことである。本研究ではまず、実験システム(3.7kW誘導電動機ベクトル制御システム)のEMI測定(VDE0871Class A[3m])を電波暗室(岡山県工業技術センター)を用いて行った。その結果、以下の結論を得た。1)モータ接地線に流れる漏れ電流は750kHzの高周波でしかも1.5A程度の比較的振幅の大きな振動電流であるため、放射性電磁雑音の大きな原因の一つである。2)接地線の配線法(ループの面積)により、電磁雑音の放射量が大きく異なる。3)漏れ電流の他に、モータ巻線の浮遊容量を通して相間を流れる高周波振動電流(1.5MHz,2A)もまた、電磁雑音の原因となる。接地線に流れる高周波漏れ電流はコモンモード電流に、相間を流れる高周波振動電流はノーマルモード電流に相当する。モータ巻線の入力端とモータフレームとの間に浮遊容量に相当する3つのコンデンサを挿入した簡単な等価回路で、これら2種類の電流を実用的に十分な精度で模擬できることも実験およびシミュレーションにより明らかにした。また、これらの高周波振動電流を抑制するために、漏れ電流に対してはコモンモードトランスを、相間の振動電流に対してはノーマルモードフィルターを開発した。これらは、問題となる振動電流にのみ選択的に損失を発生させ振動を素早く減衰させるもので、放射雑音の低減に効果があることをEMI測定により確認した。本基礎研究で得られた成果は、パワーエレクトロニクス機器におけるEMI/EMCの理論的・系統的研究の発展に寄与するものと考える。