hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
計算連続体に基づくソフトウェア実現法

本研究では,計算機システムが備えている広域性と局所性の両方に対応できる適切な計算量モデルとソフトウェアシステムの構築を可能にするために,計算連続体と呼ぶ概念に基づいて,さまざまな観点から,計算に関する既存概念の再検討,統合,および発展を図ってきた.主要な研究成果は次のとおりである.1.計算連続体モデルによる計算量解析本プロジェクトでは,単一計算機内のメモリ階層から計算機間のネットワーク遅延の差異までを,統一的に,かつ簡潔に表現できる計算量モデルとして「計算連続体モデル」を提案し,このモデルに基づいた計算量解析結果が,従来方法よりも現実の計算に近いものであることを示した.また,複雑な並列アルゴリズムに対しても,その振舞いが把握できるように,計算連続体モデルの仮想機械を設計し,実装した.2.並行言語モデルLMNtalに関する研究また本プロジェクトでは,階層グラフの書換えに基づくスケーラブルな並列言語モデルとしてLMNtalを設計し,このモデルの改良を進めてきた.このモデル上でプロセス構造の解析技術を確立するとともに,実用に供するプログラミング言語としての実装を行った.階層グラフ書換えは,多重集合書換え計算モデルや自己組織化に基づく計算モデルなどを特別な場合として含んでおり,既存の多くの計算モデルの架け橋となることが期待できる.3.局所性を重視した処理系実装方式の研究プログラミング言語の実装において,特に局所性を重視することによって,実行性能が飛躍的に向上することを実証した.その例として,階層的グループ化に基づくコピー型ごみ集めによる局所性改善をあげることができる.これは,スタック溢れに備えたキューを併用することにより,少量のスタックで大部分を深さ優先順にコピーするごみ集め方式のさらなる改良の提案であり,仮想記憶の局所性だけでなく,キャッシュの局所性も考慮した実装となっており,実際の計算機上で極めて効率の良い処理系を実現できる技術である.本年度は初年度であり,研究開始が年度の後半であったことから,計算連続体の基本概念の整理,計算モデルの検討,従来の研究への応用の3点に焦点をしぼり,今後の研究のための準備作業を行った.主な業績は次のとおりである.1、計算連続体の概念を導入することにより,非連続な計算単位を前提とした従来の性能予測方法とは異なる方法の可能性を示唆した.成果を日本ソフトウェア科学会大会において発表した.2、計算連続体の具体的な計算モデルを提案し,いくつかの代表的な並列処理がこのモデルで記述できることを示した.成果を情報処理学会全国大会において発表した.3、以下の従来研究に対して,計算連続体の概念を導入できる可能性を示唆した.(1)粗粒度のタスクスケジューリング方式であるLazy Task CreationおよびSteal and Help方式(2)ソフトウェア分散共有メモリシステム(3)ハードウェアのメモリconsistencyモデルに依存しないプログラミング言語モデル本研究では,計算機システムが備えている広域性と局所性の両方に対応できる適切な計算量モデルとソフトウェアシステムの構築を可能にするために,計算連続体と呼ぶ概念に基づいて,さまざまな観点から,計算に関する既存概念の再検討,統合,および発展を図ってきた.主要な研究成果は次のとおりである.1.計算連続体モデルによる計算量解析本プロジェクトでは,単一計算機内のメモリ階層から計算機間のネットワーク遅延の差異までを,統一的に,かつ簡潔に表現できる計算量モデルとして「計算連続体モデル」を提案し,このモデルに基づいた計算量解析結果が,従来方法よりも現実の計算に近いものであることを示した.また,複雑な並列アルゴリズムに対しても,その振舞いが把握できるように,計算連続体モデルの仮想機械を設計し,実装した.2.並行言語モデルLMNtalに関する研究また本プロジェクトでは,階層グラフの書換えに基づくスケーラブルな並列言語モデルとしてLMNtalを設計し,このモデルの改良を進めてきた.このモデル上でプロセス構造の解析技術を確立するとともに,実用に供するプログラミング言語としての実装を行った.階層グラフ書換えは,多重集合書換え計算モデルや自己組織化に基づく計算モデルなどを特別な場合として含んでおり,既存の多くの計算モデルの架け橋となることが期待できる.3.局所性を重視した処理系実装方式の研究プログラミング言語の実装において,特に局所性を重視することによって,実行性能が飛躍的に向上することを実証した.その例として,階層的グループ化に基づくコピー型ごみ集めによる局所性改善をあげることができる.これは,スタック溢れに備えたキューを併用することにより,少量のスタックで大部分を深さ優先順にコピーするごみ集め方式のさらなる改良の提案であり,仮想記憶の局所性だけでなく,キャッシュの局所性も考慮した実装となっており,実際の計算機上で極めて効率の良い処理系を実現できる技術である.本研究では,計算機システムが備えている広域性と局所性の両方に対応できる適切な計算量モデルとソフトウェアシステムの構築を可能にするために,計算連続体と呼ぶ概念に基づいて,さまざまな観点から,計算に関する既存概念の再検討,統合,および発展を図ろうとしている.平成14年度の主な研究成果は次のとおりである.1.計算連続体の詳細な計算モデルの設計とそのシミュレータの実装メモリとの距離によって決まるアクセスコストこそが計算コストの主体であるとの考えから,このコストを反映できるモデルを設計し,仮想機械のシミュレータを開発した.さらに,C言語に似た文法をもつ高水準言語を設計し,そのコンパイラを開発した.2.並行言語モデルLMNtalの設計と実装計算,特に並行計算に関する多様なパラダイムを統合し,極小規模および広域分散の両方向へ展開しつつある計算基盤の上で幅広く使えるような言語モデルLMNtalを設計し,その処理系を実装した.

3.局所性を高める階層的コピーGCの提案とその性能評価メモリ領域自動管理システムであるごみ集め(GC)の一方式であるコピーGCに関して,ヒープ領域内でデータオブジェクトをコピーする際に,オブジェクトを階層的にグループ化してコピーすることで局所性を向上させる方式を提案し,メモリアクセス時間が飛躍的に向上することを確認した.本研究では,計算機システムが備えている広域性と局所性の両方に対応できる適切な計算量モデルとソフトウェアシステムの構築を可能にするために,計算連続体と呼ぶ概念に基づいて,さまざまな観点から,計算に関する既存概念の再検討,統合,および発展を図ろうとしている.平成15年度の主な研究成果は次のとおりである.1.計算連続体の詳細な計算モデルの設計とそのシミュレータの実装メモリとの距離によって決まるアクセスコストこそが計算コストの主体であるとの考えに基づいて設計したモデルに対して,平成14年度から開発を行ってきた仮想機械のシミュレータの完成度を高めるとともに,C言語に似た文法をもつ高水準言語のコンパイラも完成させた.これらによって,上記モデルによる実験環境がほぼ完備した.2.並行言語モデルLMNtalの実装階層的グラフ構造の書換えに基づく計算モデルLMNtalに対し,スタックを用いて効率よく書換えルールの適用順序を制御する方式,および階層化された膜単位での並列分散実行を可能にする処理系の実装方式を提案し,この方式に基づくプロトタイプ処理系を実装した.3.階層的グループ化に基づくコピー型ごみ集めによる局所性改善メモリ領域自動管理システムであるごみ集め(GC)の一方式であるコピーGCに関して,ヒープ領域内でデータオブジェクトをコピーする際に,少量のスタックで大部分を深さ優先順にコピーするごみ集め方式(限定スタック法)を提案し,さまざまな角度からその性能評価を行った.性能評価の結果,提案する方式は高速な処理を可能とし,128バイト程度の小さなスタックを追加するだけで,メモリアクセスの局所性を大幅に改善することが示された.本研究では,計算機システムが備えている広域性と局所性の両方に対応できる適切な計算量モデルとソフトウェアシステムの構築を可能にするために,計算連続体と呼ぶ概念に基づいて,さまざまな観点から,計算に関する既存概念の再検討,統合,および発展を図ろうとしている.平成16年度の主要な研究成果は次のとおりである.1.計算連続体モデルによる計算量解析計算量モデルは簡単なアルゴリズムに関して解析的に適用することが可能となるよう,十分簡潔であることが望ましい.そこで,いくつかの典型的な並列アルゴリズムを取り上げ,計算連続体による計算量の解析を行い,本モデルのアルゴリズム解析への適用可能性を示した.2.並行言語モデルLMNtalにおけるプロセス構造の解析階層グラフ書換えモデルLMNtalの言語仕様について,前年度に引き続き形式的意味論の洗練および言語拡張案の検討を進めるとともに,前年度末に公開した処理系の整備
シャペロニンGroELの第二のATP結合部位とその機能的役割

細胞内の蛋白質の立体構造形成を助ける分子シャペロンの一つである、大腸菌シャペロニンGroELは、ATPと結合することによってその機能を発揮する。本研究ではGroELへのATP結合を光親和性標識、アミノ酸配列分析、ストップトフロー蛍光スペクトル、滴定型熱量計などを用いて調べた。その結果、(1)Tyr360近傍に2つ目のATP結合部位があること、(2)カリウムイオン非存在下では第1結合部位へのATP結合のみが観測され、その結合定数は10^4M^<-1>であること、などが明らかとなった。蛋白質の細胞内フォールディングを介助する分子シャペロンとして知られる、大腸菌のシャペロニンGroELには、本来のATP結合部位の外に第二のATP結合部位の存在することが、われわれの最近の研究により明らかとなりつつある。本研究では、この第二ATP結合部位を、蛍光エネルギー移動、光親和性標識、質量分析、アミノ酸配列分析などの手法を用いて同定する。ATPによるGroELのアロステリック転移の速度論的解析を行い、第二ATP結合部位を考慮に入れたアロステリック・モデルを構築すると共に、GroELの分子シャペロン機能において第二ATP結合部位がどのような役割をはたしているかを明らかにする。以下の研究を行った。(1)光親和性標識によるATP結合部位の同定:アジ化ATPアナログによる光親和性標識、蛋白質分解酵素による分解産物のHPLC解析、アミノ酸配列分析、質量スペクトル解析によって、光親和性標識されたアミノ酸がTyr360であることが明らかとなり、第二ATP結合部位はこの近くにあることが期待される。今後、第一ATP結合部位の光親和性標識、Mg^<2+>有無の影響から結合特異性の確認などを行う必要がある。(2)アロステリック転移に及ぼすK^+の影響:今回、ATP結合によるGroELのアロステリック転移と第二ATP結合部位へのATP結合は溶液中のカリウムィォン(K^+)濃度に大きく依存することも明らかとなった。今後、アロステリック転移に及ぼすK^+濃度の影響を定量的に調べることが必要である。本研究では、この第二ATP結合部位を、蛍光エネルギー移動、光親和性標識、質量分析、アミノ酸配列分析、ストップトフロー蛍光法、滴定型熱量計などの手法を用いて同定する。昨年度までの研究で、アジ化ATPアナログによる光親和性標識と蛋白質分解酵素などによって、Tyr360が第二ATP結合部位の近くにあることが示唆された。また、ATP結合によるGroELのアロステリック転移と第二ATP結合部位へのATP結合は溶液中のカリウムイオン(K^+)濃度に大きく依存することも明らかとなった。以下の研究を行った。(1)アロステリック転移に及ぼすK^+の影響:pH7.5,10mM MgCl_2の条件下で、KCl濃度を0,10,50mMに振って、GroEL(Y485W変異体)のATPによるアロステリック転移の速度過程をストップトフロー蛍光法を用いて調べた。その結果、速度定数のATP濃度依存性において、50mM KClで観測された第二のATP結合に対応するとされている二つ目のシグモイドが0と10mM KClでは全く観測されなかった。また、KClなしでは、ATPのアロステリック転移そのものが観測されないが、ATPの結合に伴う蛍光変化は観測された。(2)滴定型熱量計(ITC)によるGroELへのATP結合測定:KCl非存在下ではGroELのアロステリック転移は起こらないが、ATP結合を観測することはできたので、この結合を、ITCを用いて観測することを試みた。5°Cでは明確な滴定曲線を観測できた。今後、さらに条件を変えて測定し、得られた結合定数を(1)の速度論的測定から得られたものと比較したい。また、GroELのアロステリック転移は溶液中のK^+濃度に大きく依存し、K^+非存在下低温(5°C)ではアロステリック転移もATP加水分解活性も停止するため、滴定型熱量計やストップトフロー法を用いてATP結合の熱力学と速度論を調べることが出来る。

そこで、22年度は,蛍光ストップトフロー法を用いてGroELにトリプトファン残基を導入した変異体(Y485W)のATP-Mg^<2+>結合過程を測定した。K^+非存在下で,ATP-Mg^<2+>の結合に伴う蛍光強度変化が観察された。この反応は二分子反応として良く表され、結合と解離の反応速度定数を決定することが出来た。これらの速度定数から求められた結合定数は、等温滴定型熱量計により決定した結合定数と一致した。結合速度定数のアイリングプロットから求めた活性化エンタルピーは14-15kcal/molと十分大きいので、ATP-Mg^<2+>のGroELへの結合は、拡散律速的な遭遇複合体形成の後、高エネルギーの遷移状態を通って進行することが分かった。
地球観測衛星からのデ-タ解析のための小型超高速画像処理システムの開発

本研究の目的は、地球観測衛星からの合成開口レ-ダ(SAR)画像などの大量の画像の解析を超高速で実行する小型画像処理システムを開発することである。これを高性能マイクロプロセッサをネットワ-クで結合した小規模マルチプロセッサによる構成で実現する基本方式、ならびに、より多くのプロセッサを結合しさらに処理時間を短縮する場合の設計手法を確立した。本研究では、当初は目標を、並列度はあまり大きくないが処理効率は高くなる型のマルチプロセッサの実現に設定し研究を進めたが、その研究過程で、非常に並列度の高い場合、すなわち、非常に多数のマイクロプロセッサを結合する場合でも処理効率が抵下しないと予想される構成方式が求まり、以後、その構成方式の特徴を明らかにするためのシュミレ-ションによる性能評価と、ハ-ドウエアの実現可能性を検討するためのパイロット機の詳細設計に重点を置いて研究を進めた。この構成方式の基本アイデアは、1台のプロセッサの中で多数の命令流を実行できる多重命令流プロセッサをマルチプロセッサの構成要素として採用し、それらを多段結合ネットワ-クを用いて共有メモリと結合する点にある。この構成により当初計画の高性能画像処理装置が小型に実現できることが判明したので、詳細設計を行い試作を開始した。以上の研究の過程で、システムのハ-ドウェア制作・構築に関して、設計の支援システム、動作を試作前に確認するシミュレ-タ、またカスタムLSI製作のための設計支援ソフトウェアなどの、いわゆるCADシステムが整備された。本研究においてもそのシステムを利用し、ネットワ-ク部のLSI化を完成した。また、これらの研究と並行して、応用問題としての画像処理アルゴリズムの研究を進め、新しい画像処理アルゴリズムを開発した。本研究の目的は、地球観測衛星に搭載される合成開口レ-ダ(SAR)からの信号の再構成画像化とその解析を超高速で実行する小型画像処理システムを試作することである。高性能マイクロプロセッサをネットワ-クで結合した小規模マルチプロセッサにより、これを実現する。また、より多くのプロセッサを結合しさらに処理時間を短縮する場合の設計手法の確立をする。本年度の成果は、1.超高速画像処理用のマルチプロセッサのほぼ全体の設計を終了した。2.完成システム全体のシミュレ-タを構築し、動作の詳細を確認した。3.その結果、当初予定していた性能を持つシステムが小型装置として実現できる確証を得た。4.ネットワ-ク部分の回路のカスタムLSIとして実現するための設計デ-タの作成を行った。5.マルチプロセッサ上での画像処理のための並列処理を記述するためのプログラム言語について検討し、既存の言語にわずかに変更を加えるだけで効率のよい並列処理を記述できる見通しを得た。当初は構成プロセッサ数を10台程度とする予定であったが、以上の研究から、より高速のシステムを目指して32台とした。その場合でも当初計画より小型に実現できることが判明した。より性能の向上が見込まれる。また、以上の研究の過程で、システムのハ-ドウェア制作・構築に関して、設計の支援システム、動作を試作前に確認するシミュレ-タ、またカスタムLSI製作のための支援ソフトウェアなどのいわゆるCADシステムが整備された。本研究においても可能な限りそのシステムを利用した。その結果、当初計画よりも拡張した規模でより高速の画像処理システム構築の目処が立ったので、その試作に向けて設計の詳細の確認を行っている。本年度の成果は、1.多段結合ネットワ-クを用いる共有メモリ型超並列マルチプロセッサのための新しいパイプライン化MIMDプロセッサのア-キテクチャを開発した。2.超高速画像処理用のマルチプロセッサの全体の設計を終了した。

3.完成システム全体のシミュレ-タを構築し、動作の詳細を確認した。4.その結果、当初予定していた性能を持つシステムが小型装置として実現できる確証を得た。5.ネットワ-ク部分の回路をカスタムLSIとして実現した。6.種々の応用画像処理のためのアルゴリズムを開発した。既存の高性能プロセッサを用いた高速のマルチプロセッサシステムを設計した。当初計画の高性能画像処理装置が小型に実現できることが判明したので,詳細設計を行い試作を開始した。また、以上の研究の過程で、システムのハ-ドウェア制作・構築に関して、設計の支援システム、動作を試作前に確認するシミュレ-タ、またカスタムLSI製作のための支援ソフトウェアなどの、いわゆるCADシステムが整備された。本研究においてもそのシステムを利用し、ネットワ-ク部のLSI化を完成した。本システムの基本構成である、共有メモリ、多段結合ネットワ-ク方式のマルチプロセッサのためには、パイプライン化MIMDと呼ぶ本研究で新たに開発したプロセッサを用いることで、同じ規模でもより高性能を得られることが判明した。今後の課題として、次期システムのため、このプロセッサを採用したマルチプロセッサの構成のための基本設計を行っている。
南日本、特に黒潮流域の島嶼産カイヤドリヒドラ類(ヒドロ虫綱)の海洋生物学的研究

本年度の当該研究により、以下の知見が得られた。1.対馬産のコノハクラゲ(中間型)intermedia form Eutima japonicaのクラゲが、宿主二枚貝チレニアイガイMytilus edulis galloprovincialsから遊離する時刻が夏と冬で異っていた。また、冬にはカイヤドリヒドラクラゲEugymnanthea japonicaの方が先にクラゲが遊離しなくなることが判明した。2.広島県竹原産のコノハクラゲ(南日本型)のクラゲが、宿主二枚貝チレヌアイガイに周年共生し、繁殖時期は冬季以外の長期にわたることが判明した。3.広島県竹原産のコノハクラゲ(南日本型)のクラゲは、宿主二枚貝から夕刻あたりの数時間に限って遊離するという日周期がみられることが判明した。4.和歌山県白浜産のカイヤドリヒドラクラゲのポリプを塩分濃度の異なる海水中で飼育した結果、正常海水に比較して75%及び50%塩分濃度の海水中ではクラゲ芽の成長がみられないことおよびポリプの摂食が不能になることが判明した。5.カイヤドリヒドラクラゲを宿主のチレニアイガイごと異なる水温で飼育したところ、低水温ではクラゲの遊離が1週間後にストップした。また、ポリプの口丘が退化することが判明した。6.和歌山県白浜産のミドリイガイPerna viridisの大型個体にカイヤドリヒドラ類の共生がみられなかったが、小型個体には共生がみられた。本宿主二枚貝への共生は初記録である。7.対馬産のアサリにカイヤドリヒドラ類のポリプが共生しており、アサリではわが国で第二番目の宿主個体の記録になったものの、ヒドロゾアの同定はクラゲを実験室で得られず、不明のままとなってしまった。本年度の当該研究により、以下7つの知見が得られたので報告する。1.五島列島の3島における11地点および長崎港でカイヤドリヒドラ類の分布調査を初めて実施した。その結果、全地点でこの類を収集でき、かつある種の二枚貝に強い宿主選択性を示すデータが得られた。一方、これらの地点でのプランクトン採集により、いくつかの地点では、この類のクラゲが初めて採集でき、これまでのプランクトンサンプルからのこの類の出現がほとんどなかった知見を塗り替えるデータが得られた。2.対馬で2種のカイヤドリヒドラ類の宿主選択性が明瞭に異なることが認められるデータが得られた。3.上記の地点および和歌山県白浜産の材料を用いた実験室飼育により、2種のspawning timeがまったく異なることが判明した。4.3産地の材料において種間交配が実験的操作で可能となった組合せが認められた。5.白浜産の種では、宿主二枚貝から成体のクラゲが遊離する時刻が一定であることが判明し、環境条件および宿主の生活リズムとの関連を解析した結果を現在、欧文原著論文として投稿中である。6.伊豆諸島3島でこの類の分布調査を初めて実施した結果、ポリプもクラゲも分布が認められなかった。これに対して、同時期に行なった伊豆半島の1地点でのこの類の分布調査では、これまでどうり分布が確認されたことから、両地域での明らかな分布差があった。7.白浜産のカイヤドリヒドラクラゲの生殖時期が解明でき、それは半年以上の長期にわたることが認められた。また、宿主ムラサキガイへの共生率が世界一高い場所であることが判明した。さらに、別属他種コノハクラゲとは異なり、この宿主の幼貝への共生率が著しく高いことが判明した。さらにはイタリア産の同属別種とも同様の相違が認められた。

これらの結果は、欧文原著論文として公表報告した。本年度の当該研究により、以下の6つの知見が得られたので報告する。1.広島県竹原町周辺海域で、コノハクラゲのポリプがチレニアイガイに高率で共生し、マガキやカリガネエガイなど他の有力な宿主候補の二枚貝類にまったくみられなかったことから、南日本型の在来の宿主は謎のままである。2.2種のカイヤドリヒドラ類が共存する対馬において、クラゲが宿主から遊離する時刻が種間で明瞭に異なることが判明した。この結果を国際学会で報告し、欧文原著論文として投稿中である。3.石垣島以南の南西諸島の大きな島嶼では、既知の宿主二枚貝の分布がみられるのにかかわらず、カイヤドリヒドラ類がまったく発見されなかった。したがって、分布の南限は、沖縄本島となる。4.和歌山県と三重県で、3種の二枚貝がカイヤドリヒドラクラゲの新宿主として発見された。5.宿主よりとりだしたポリプが、低水温では数日で死亡するが、高水温では長く生存することがわかった。6.白浜産の種を用いて、冬季に低水温の瀬戸内海に移植し、ポリプの耐性を検査中である。コントロールの白浜産のものは冬季の間も宿主から消失することはなく、高い共生率を示した。1.対馬産のコノハクラゲ(中間型)intermedia form of Eutima japonicaのクラゲが、宿主二枚貝チレニアイガイMytilus edulis galloprovincialisから遊離する時刻が夏と冬で異っていた。また、冬にはカイヤドリヒドラクラゲEugymnanthea japonicaの方が先にクラゲが遊離しなくなることが判明した。2.広島県竹原産のコノハクラゲ(南日本型)のクラゲが、宿主二枚貝チレニアイガイに周年共生し、繁殖時期は冬季以外の長期にわたることが判明した。3.広島県竹原産のコノハクラゲ(南日本産)のクラゲは、宿主二枚貝から夕刻あたりの数時間に限って遊離するという日周期がみられることが判明した。4.和歌山県白浜産のカイヤドリヒドラクラゲのポリプを塩分濃度の異なる海水中で飼育した結果、正常海水に比較して75%および50%塩分濃度の海水中ではクラゲ芽の成長がみられないことおよびポリプの摂食が不能になることが判明した。5.カイヤドリヒドラクラゲを宿主のチレニアイガイごと異なる水温で飼育したところ、低水温ではクラゲの遊離が1週間後にストップした。また、ポリプの口丘が退化することが判明した。6.和歌山県白浜産のミドリイガイPerna viridisの大型個体にカイヤドリヒドラ類の共生がみられなかったが、小型個体には共生がみられた。本宿主二枚貝への共生は初記録である。7.対馬産のアサリにカイヤドリヒドラ類のポリプが共生しており、アサリではわが国で第二番目の宿主個体の記録になったものの、ヒドロゾアの同定はクラゲを実験室で得られず、不明のままとなってしまった。
ビタミンB12修飾電極による環境負荷物質の光駆動型超効率分解

1)共有結合型及び非共有結合型ビタミンB12修飾電極を作製し、電解脱塩素化反応に成功していた。またビタミンB12錯体を触媒として用い、環境汚染物質であるDDTの分解反応にも成功した。さらに、光還元作用を示す[Ru^<II>(bpy)_3]^<2+>を用いることで、可視光照射により、Co(I)種の生成及びCo-C結合の開裂が可能となるクリーンシステムを構築した。その結果、DDTの98%が消失し、DDDが主生成物として71%の収率で得られた。暗所下やB12錯体なしでは反応はほとんど進行しなかった。本システムは、錯体触媒の活性化法として可視光のみを利用したクリーンシステムと言える。2)酸化チタンの光照射により生成する伝導帯の励起電子は、-0.5V vs. NHE (pH7.0 H_2O)の還元力を有することが報告されており、この電位はビタミンB12錯体をCo(I)種へと還元することが可能である。そこで側鎖にカルボキシル基を有するビタミンB12錯体を合成し、酸化チタン表面に固定化したハイブリッド触媒を創製した。元素分析から見積もった錯体の固定化率は7.0x10^<-11>mol/cm^2であり、比較的高濃度で酸化チタン表面に固定化されていることが明らかとなった。このように調整したビタミンB12ハイブリッド酸化チタンをエタノールに懸濁し、紫外線照射(ブラックライトを使用)すると、Co(I)種の生成を示す暗緑色へと変化した。そこで、基質としてDDTを加え、光照射しながら反応させたところ、主生成物としてトリ脱塩素体であるDDAが得られた。ビタミンB12錯体を酸化チタン表面に固定化することで、好気性条件でもCo(I)種の生成が可能となり、脱塩素化・酸素添加反応が進行したものと推察される。天然の脱塩素化酵素の活性中心には、B12錯体が存在することが最近明らかになった。本研究では、天然のB12依存性脱塩素化酵素の活性中心の構造をモデル化した疎水性ビタミンB12錯体([Cob(II)7Clester]C104)を電解触媒として用い、環境汚染物質である有機塩素化合物1,1-ビス(4-クロロフェニル)-2,2,2-トリクロロエタン(DDT)の分解反応を行った。可視光照射しながら基質に対して1.5F/mol通電すると、DDTの塩素分子が12つ脱離した1,1-ビス(4-クロロフェニル)-2,2-ジクロロエタン、1,1-ビス(4-クロロフェニル)-2,2-ジクロロエチレンなど(DDD, DDE, DDMU, TTTB)が得られた。また電解後、錯体触媒はほとんど分解しておらず、高い耐久性を有していた。一方錯体触媒不在下では、ほとんど電解反応は進行せず、また他の錯体としてコバロキシム錯体を用いた場合は、錯体の失活が速く、効率の良い電解反応は進行しなかった。以上の結果より、疎水性ビタミンB12錯体はDDTの優れた脱ハロゲン化触媒として機能することが明らかとなった。この反応は、電気化学的手法と可視光照射を併用した光駆動型の分子変換反応であり、クリーンで高効率な省エネルギー反応プロセスと言える。さらにクリーンで高効率な触媒系の構築を目指し、疎水性ビタミンB12誘導体を電極上に固定化した修飾電極を作成した。固定化法としては、ゾル-ゲル法を用い、錯体の大量・簡易固定化に成功した。サイクリックボンタンメトリー法により修飾電極の電気化学的性質を調べたところ、固定化した錯体に由来する明瞭なCo(II)/Co(I)に帰属される酸化還元波が観測され、電気化学活性を保持したまま錯体が電極上に固定化されていることが明らかとなった。そこで本修飾電極を用い、可視光照射しながら臭化ベンジルの定電位電解反応を行ったところ、脱ハロゲン化反応が効率良く進行し、トルエン及びビベンジルが生成した。錯体の1時間あたりの触媒回転数は千回以上であり、高い反応性を示すことが明らかとなった。このように調整したビタミンB12

ハイブリッド酸化チタンをエタノールに懸濁し、紫外線照射(ブラックライトを使用)すると、Co(I)種の生成を示す暗緑色へと変化した。そこで、基質としてDDTを加え、光照射しながら反応させたところ、主生成物としてトリ脱塩素体であるDDAが得られた。ビタミンB12錯体を酸化チタン表面に固定化することで、好気性条件でもCo(I)種の生成が可能となり、脱塩素化・酸素添加反応が進行したものと推察される。
わが国におけるコミュニケーション空間に関する地理学的研究

本研究は,人が直接他人と会って交際し,つきあうコミュニケーション行動を分析することにより,農村部・都市部における生活空間の構造を明らかにしようとするものである.また,この課題によって,変容しつつある農村・都市域を個人,家,社会的集団の側面から把握しようと試みるものである.1.コミュニケーション行動は,生活行動の中でも個々人に応じて,多岐にわたる.農村部におけるそれらを類型化すると二分される.すなわち, A類型は,老人層,農業就業者,自営業者などの生産年令層そして専業主婦層に属する者により,主として週日に自集落内に滞留する住民によるものである.他方, B類型の属性には,公務員,会社員などの農外就業者と大工やトラック運転手などの自営業者が含まれる. A型コミュニケーション空間とB型のそれとが大きく異なるのは,日周期のものである. A型コミュニケーション空間は,週日には主として集落内にのみ形成される.一方, B型コミュニケーション空間は,集落外にその中心が存在する.すなわち,就業地におけるコミュニケーション空間が重要である.2.都市住民のコミュニケーション空間は,多種多様である.コミュニケーション行動は,就業形態に影響され,都市内では人びとの就業構造が複雑なためである.しかし,コミュニケーション行動を大別すると,自営業者と賃金労働者の2類型が存在する.前者は,地縁的なコミュニケーション空間を保持しつつ,一方,後者は自地区内と就業地との二者のコミュニケーション空間を有する.いずれにしても,都市住民のコミュニケーション空間は,農村在住民のそれと比較して,複雑ではあるが,一般に,時間的には規則的であり,交通機関の発達により,コミュニケーション行動は広域化しつつあり,その頻度も高いことに特色がある.本研究は,人が直接他人と会って交際し,つきあうコミュニケーション行動を分析することにより,農村部・都市部における生活空間の構造を明らかにしようとするものである.また,この課題によって,変容しつつある農村・都市域を個人,家,社会的集団の側面から把握しようと試みるものである.1.コミュニケーション行動は,生活行動の中でも個々人に応じて,多岐にわたる.農村部におけるそれらを類型化すると二分される.すなわち, A類型は,老人層,農業就業者,自営業者などの生産年令層そして専業主婦層に属する者により,主として週日に自集落内に滞留する住民によるものである.他方, B類型の属性には,公務員,会社員などの農外就業者と大工やトラック運転手などの自営業者が含まれる. A型コミュニケーション空間とB型のそれとが大きく異なるのは,日周期のものである. A型コミュニケーション空間は,週日には主として集落内にのみ形成される.一方, B型コミュニケーション空間は,集落外にその中心が存在する.すなわち,就業地におけるコミュニケーション空間が重要である.2.都市住民のコミュニケーション空間は,多種多様である.コミュニケーション行動は,就業形態に影響され,都市内では人びとの就業構造が複雑なためである.しかし,コミュニケーション行動を大別すると,自営業者と賃金労働者の2類型が存在する.前者は,地縁的なコミュニケーション空間を保持しつつ,一方,後者は自地区内と就業地との二者のコミュニケーション空間を有する.いずれにしても,都市住民のコミュニケーション空間は,農村在住民のそれと比較して,複雑ではあるが,一般に,時間的には規則的であり,交通機関の発達により,コミュニケーション行動は広域化しつつあり,その頻度も高いことに特色がある.本研究は、人が直接他人と会って交際し、つきあうコミュニケーション行動を分析することにより、農村部・都市部における生活空間の構造を明らかにしょうとするものである。本年度は、農村部の研究を主体とし、茨城県新治村と富山県黒部川扇状地の調査の結果、以下のような結論を得た。1.コミュニケーション行動は、生活行動の中でも個々人に応じて、多岐にわたる。それらを類型化すると2類型に大別される。すなわち、A類型は、老人層、農業就業者、自営業者などの生産年令層そして専業主婦層に属する者により、主として週日に自集落内に滞留する住民によるものである。他方B類型の属性には、公務員・会社員などの農外就業者と大工やトラック運転手などの自営業者が含まれる。2.A型コミュニケーション空間とB型のそれとが大きく異なるのは、日周期のものである。A型コミュニケーション空間は、週日には主として集落内にのみ形成される。一方、B型コミュニケーション空間は、集落外にその中心が存在する。すなわち、就業地におけるコミュニケーション空間が重要である。3.週周期になると、A型のコミュニケーション行動者も、消費行動や受療行動等を契機として、集落外での人びととの交流の機会も生じる。一方、B型のコミュニケーション行動者は、集落内での知人とのコミュニケーションとともに、集落外での職場でのコミュニケーション空間の両者を有する。4.A・B類型のコミュニケーション空間の本質的な差異は、A型のそれが自集落に主として完結する地縁的なものであり、それに対してB型のそれは、自集落にとどまることなく、むしろ自集落外に広く展開する。しかし、両類型とも、コミュニケーション行動者の属性や時間的リズムなどの諸要素が絡み合い、きわめて複雑である。
磁性物質におけるスピン・軌道相互作用の役割

これまでに,強磁性や反強磁性など簡単な磁気構造を持つ物質の電子構造は数多く計算されてきた。本研究では複雑な磁気構造の電子構造を計算することを目的とした。複雑な磁気構造ではスピン・軌道相互作用が重要な役割を演じることがある。複雑な磁気構造のバンド計算をするには,個々の原子の磁気モ-メントを任意の方向に向けられる計算プログラムが必要である。スピン・軌道相互作用をハミルトニアンに含め,上記の目的を達成するためのプログラムをを完成し以下のような計算を行なった。1.スピン・軌道相互作用の大きさを直接反映している磁気異方性エネルギ-をFe,Co,Niに対して計算した。遷元ブリリア-ンゾ-ン内の約5万点で,磁気モ-メントの方向を変えて磁気異方性エネルギ-を計算したが,定量的な議論をするには1001000倍のR点で計算しなければならず,現在の計算機では無理であることが分かった。しかし,エネルギ-と波数ベクトルRとの関係から次の様なことが理論的に予測可能である。スピン・軌道相互作用を無視したときに縮退したエネルギ-レベルが,この相互作用を考慮したときにフェルミレベル附近で分裂するなうな波数ベクトルRの方向に磁化容易軸が現われる。2.複雑な磁気構造を持つMn_3MC(M=In,Sn),Mn_4N,MnHgとMnZnに対し,数種類の磁気構造を返定しそれぞれの全エネルギ-を計算すると,観測されている磁気構造が最も安定であることが分かった。また,その電子構造の特徴から,複雑な磁気構造を安定化するのに異ったスピン状態間の混成効果が重要な役割を演じていることが分かった。本研究の目的の1つは複雑な磁気構造を持つ物質の電子構造を計算するためのプログラムを作制することである。そのためにはLSD近似とLMTO法を用いて数式化したハミルトニアンにスピン軌道相互作用を含め、構成原子の磁気モ-メントを任意の方向に向けれる様にプログラミングした。その応用例として、またスピン軌道相互作用をどの程度バンド計算により評価できるかという試みの1つとして、Fe,Co,Niの磁気異方性エネルギ-を計算した。磁気モ-メントの方向NをCoに対してはC軸方向とC面内、FeとNiに対しては(001),(011),(111)の3方向を選び,それぞれの場合の全エネルギ-を計算し、それらの差から異方性エネルギ-を計算した。得られた結果は次のとうりである。1、エネルギ-を計算する際に選ぶk点の数を1st Brillouin zone内で約5万点まで増していったが、異方性エネルギ-はk点の数に依存しなかなか収束しない。CoとNiに対しては実測値と同じオ-ダ-の計算値を得たが、Feに対しては符号が異った。3d遷移金属の異方特エネルギ-を求めるにはスビン軌道相互作用が小さいために、普通のバンド計算より34桁高い精度が要求される。それ故に数値的に信頼できる値を得るには、現在用意したk点の1001000倍の数が必要であり、現在の計算機では無理である。2、しかしE(k)曲線から磁化容易軸が理論的に予測可能であることが分かった。kー空間のある対称軸でスピン軌道相互作用λ\l=0とき縮退したレベルがあり、これがλ\l≠0のとき分離すれば、そのkの方向に磁化容易軸が現われる。Mn_3MC(M=In,Sn)はペロブスカイト型の結晶構造を持ち,2種類のMn(MnI,MnII)がある。

MnIの磁気モ-メントはC軸方向に強磁性的に配列し,MnIIのモ-メントはC面内で互に90°をなす強磁性と反強磁性が共存するめずらしい磁気構造が出現することが実験から分かっている。我々はこの共存状態以外にMnIとMnIIのモ-メントが平行(強磁性)と反平行(反強磁性)な状態をも仮定し電子構造と全エネルギ-を計算した。その結果,観測されたとうりに共存状態が最も安定であること,その安定化は,異ったスピン状態間の混成効果によることが分かった。更に,共存状態のMnIIの磁気モ-メントのC面内の磁気異方性は小さいこと,MnIでは軌道角運量が0.2程生き残っていることが分かったMnZnとMnHgは共にCsCl型の原子配列をするが,Mn原子の磁気モ-メントの配列は異なっている。格子定数の小さいMnZnは強磁性と反強磁性が共存した状態で,それぞれのモ-メントは直交している。一方,格子定数の大きいMnHgは単純な反強磁性配列をしている。我々は磁気単位格子中の2個のMn原子のモ-メントの方向を[0ー10]及び[010]としたモデル,[0ー11]及び[011]としたモデルを考えバンド計算を行なった。前者のモデルが強磁性と反強磁性が共存した配列に相当する。バンド計算により次のような結果を得た。全エネルギ-は実験により提案されたモデルがより安定であり,磁気モ-メントの値も実験値をよく再現している。さらに,MnZnで強磁性と反強磁性の共存状態が出現する原因については,Mn原子の異なったスピンを持つ電子間の混成効果が大きな役割を演じていることが示唆された。
分子間エネルギー輸送機構に基づいた固液界面熱抵抗の制御

ナノメートルスケールの微細構造を用いて固液界面領域の液体分子の運動を直接的に制御することにより固液界面熱抵抗を低減する技術や微細構造による固液界面熱抵抗の変化を原理的に予測する方法を確立することを目的として,おもに非平衡分子動力学解析を用いた研究を実施し,ナノメートルスケールの微細構造によって界面熱抵抗が平滑面と比べて増加・減少する物理条件,界面熱抵抗の変化の範囲,界面領域エネルギー輸送メカニズム変化について明らかにした.ナノメートルスケールの微細構造を用いて固液界面領域の液体分子の運動を直接的に制御することにより固液界面熱抵抗を低減する技術や微細構造による固液界面熱抵抗の変化を原理的に予測する方法を確立することを目的として,おもに非平衡分子動力学解析を用いた研究を実施し,ナノメートルスケールの微細構造によって界面熱抵抗が平滑面と比べて増加・減少する物理条件,界面熱抵抗の変化の範囲,界面領域エネルギー輸送メカニズム変化について明らかにした.本年度は,分子間エネルギー伝達機構を微細構造で直接制御することにより,固液界面熱抵抗をコントロールするための理論と方法論を確立することを目的として,以下の3項目について研究を実施した.(1)固液界面微細構造と固体界面熱抵抗の関係の解明のための非平衡分子動力学シミュレーションの実施界面に対して,(1)完全平面,(2)ナノチャネルを有する面,(3)炭素ナノ粒子付着面,のモデルをそれぞれ作成し,境界温度が異なる固体平面に挟まれた液体相の計算系を用いて,(1)(3)の伝熱面における固液界面熱抵抗を定量的に計算した.また,巨視的な濡れ性に関連する固体-液体分子間相互作用強さをファンデルワールス力でモデル化し,その強さを計算パラメータとして扱った.その結果,完全平面に比べて,ナノチャネルを有する面や炭素ナノ粒子が付着する面の方が,固液界面熱抵抗が低下する条件が存在することを明らかにした.(2)固体-液体界面分子間エネルギー伝達機構解析プログラムの作成固液界面に存在する微細構造が分子スケールのエネルギー伝達機構に与える影響を明らかにするために,分子間エネルギー伝達機構の解析プログラムを作成した.その結果,並進の自由度のみを有する単原子分子からなる液体相に対して,系内の熱流束を分子移動による寄与と分子間相互作用による寄与に分離することが可能となった.今後は本解析プログラムを用いて,界面微細構造がエネルギー伝達に与える影響を定量的に評価する予定である.(3)集積微細構造の形成に関する予備実験の実施非平衡分子動力学シミュレーションで用いたモデルと同様の炭素ナノ粒子が付着した伝熱面を作成するために,炭素ナノ粒子の形成のための予備実験を実施し,形成された炭素ナノ粒子の組成などを分析した.本研究では,固液界面における微細構造と,固体ー液体界面の分子間エネルギー伝達機構ならびに固液界面熱抵抗の三者の相関関係を明らかにすることを目的としている.本年度はこの目的を達成するために,以下の研究項目を実施した.1ナノ粒子層の特性と固液界面熱抵抗の関係の解明:ナノ粒子層の付着した界面モデル解析プログラムを用いて,そのナノ粒子層の特性と固液界面熱抵抗の関係について調べた.ナノ粒子多孔質の特性としては,ナノ粒子付着密度,ナノ粒子の熱伝導性,ナノ粒子の濡れ性などをパラメータとした.固液界面熱抵抗の計算のために,液体相を固体層で挟んだ計算モデル系を用いて,上下固体層に有意な温度差を形成することにより,液体相内に温度勾配を形成する非平衡分子動力学シミュレーションを実施した.その結果,ナノ粒子が層状に付着している場合には,ナノ粒子が単体で付着している場合と比べて,界面熱抵抗が極めて大きくなる場合があることが分かった.2ナノ粒子質が付着した界面における固体ー液体界面分子エネルギー伝達機構の解析:固体ー液体界面分子間エネルギー伝達機構を解析するプログラムをナノ粒子層が付着した界面モデル解析プログラムに適用して,種々の液体分子モデルの場合に,界面微細構造と界面エネルギー伝達機構の関係がどのように変化するかを調査した.また,界面に堆積したナノ粒子層が界面エネルギー輸送形態に与える影響に関して,調査と検討を行った.上記1と2について研究成果をまとめて,国内外の学会にて研究発表を行うとともに,学術雑誌に公表を行った.本年度は,分子間エネルギー伝達機構を微細構造で直接制御することにより,固液界面熱抵抗をコントロールするための理論と方法論を確立することを目的として,非平衡分子動力学シミュレーションを基にして,以下の3項目について研究を実施した.1固液界面微細構造と固液界面熱抵抗の関係に対する液体分子モデルの影響の解明:液体分子として単原子分子モデルならびに水分子モデルを用いた場合について,ナノチャネルを有する微細加工面における液浸入現象ならびに固液界面熱抵抗を非平衡分子動力学シミュレーションによって評価した.その計算結果を用いて,液体分子モデルならびに界面微細構造が,液浸入現象ならびに固液界面熱抵抗に与える影響について考察を行った.計算結果から,液体分子モデルに依らず,ナノチャネルを有する微細加工面において完全平面と比べて界面熱抵抗が低下する条件があることが明らかとなった.2固体-液体界面分子エネルギー伝達機構の解析:ナノチャネルによって固液界面熱抵抗が低下する原因を明らかにするために,分子エネルギー伝達機構に基づいて解析を行った.その結果から,ナノチャネル側面において,巨視的な熱伝導方向に対して垂直な局所的なエネルギー流束が発生しており,その影響によって界面熱抵抗が低下することが明らかとなった.3集積微細構造としてのナノ粒子多孔質層が固液界面熱抵抗に与える影響:炭素ナノ粒子が二層堆積する多孔質層が伝熱面に付着するモデル系に関するシミュレーションプログラムを作成した.

テスト計算より,炭素ナノ粒子内の原子運動を直接計算すると計算負荷が極めて大きくなることを確認した.前記1と2に関して,研究成果をまとめて,論文投稿を行った.本年度は,分子間エネルギー伝達機構を微細構造で直接制御することにより,固液界面熱抵抗をコントロールするための理論と方法論を確立することを目的として,非平衡分子動力学シミュレーションならびに検証実験を行った.以下に得られた主な知見を示す.1ナノ構造の特性と固液界面熱抵抗の関係の解明:これまでに作成したさまざまな特性を有するナノ構造の付着した界面モデルに関する分子動力学解析プログラムを用いて非平衡分子動力学シミュレーションを行い,ナノ構造の特性と固液界面熱抵抗の関係に対する系の圧力の影響を明らかにした.ナノ構造の特性としては,ナノ構造形状,ナノ構造高さ,ナノ構造の熱伝導性,ナノ構造の濡れ性をパラメータとした.また,系の圧力一定条件下では,ナノ構造が高くなるに従って,固液界面熱抵抗が大きくなる場合と小さくなる場合があることを示し,ナノ構造の濡れ性によってその特性が変化することを明らかにした.2ナノ構造による界面熱抵抗変化の分子間エネルギー伝達機構の解明:ナノ構造特性によって固液界面熱抵抗が変化する原因について,分子間エネルギー伝達機構に基づいて考察を行った.ナノ構造の高さが大きくなるに従って,固液界面熱抵抗が大きくなる場合と小さくなる場合で,固液界面分子間エネルギー伝達機構が大きく異なることを明らかにした.3検証実験:界面熱抵抗計測実験を実施して,界面に集積したナノ構造によって,実際に系全体のエネルギーバランスが変化する場合があることを確認した.26年度が最終年度であるため、記入しない。熱工学,分子熱工学,燃焼工学26年度が最終年度であるため、記入しない。
腫瘍細胞における放射線抵抗性機序とミトコンドリア機能に関する研究

放射線に対する高感受性化に関しては、p53,ATM, DNAPKc, BRCA等の遺伝子の関与が示されている。一方、これまで臨床的に再発癌においては放射線および化学療法に対して抵抗性を示すことが知られており、抗癌剤に対してはMDR遺伝子の発現などが考えられている。しかし、放射線に対する抵抗性の獲得機序についてはほとんど明らかにされていない。本研究は、化学療法ならびに故射線の抵抗性発現の解明を目的として行われた。我々は、ヒト頭頚部の扁平上皮癌から得られた7株の培養細胞株を用い、低濃度の抗癌剤(シスプラチン;CDDPおよびブレオマイシン;BLM)存在下で培養維持することによって抵抗性を示すことを見いだした。7株の内では、SCC61細胞株が最も抗癌剤および放射線抵抗性を示した。このSCC61細胞株から得られた細胞株(SCCCDDP, SCCBLM)は親株に比較してCDDPおよびBLMに対して抵抗性を示したばかりでなく、放射線に対しても抵抗性を示した。SCC61細胞株から、BLM0.2μg/ml、12週処置を行い得た1クローン(SBLM24)、及びBLM0.01mg/mlから次第に0.2μg/mlまで20週培養し得た12クローンを用い、そのBLM処置に対する感受性をその増殖率を50%にさせる薬剤濃度(IC50)を調べると、全クローンで抵抗性を得、特に7クローンでは4倍以上の濃度になった。これらのクローンの生存率曲線を調べ、抵抗について調べると、5クローンで親株(SCC61)と比較し著しい抵抗性を示した。これらの5クローンのMnSOD量を調べると3つのクローンで親株と比較し、MnSOD量が著しく増大して認められたが2株では増大を認めなかった。従って、BLM抵抗性は、細胞のMnSOD増加を伴うものと、そうでは無いもので示され、複数の要因により抵抗性を示す事が示唆された。これまで臨床的に再発癌においては放射線および化学療法に対して抵抗性を示すことが知られており、抗癌剤に対してはMDR遺伝子の発現などが考えられている。我々はこれまで頭頚部の扁平上皮癌から得られた7株の培養細胞株を用い、低濃度の抗癌剤存在下で培養維持することによって、抗癌剤抵抗性を示す細胞株を得た(SCC61細胞)。この細胞株は親株に比較して抗癌剤(CDDP)に対しだけでなく放射線に対しても抵抗性を示すものであるが、この抵抗性の機序はMDR遺伝子に関連した因子とは明らかに違うものであると考えられた。本研究は放射線の低線量照射によっても放射線抵抗性獲得がなされること、またこの機序にはMnSODの発現が重要であることを明らかにし、薬剤耐性とは異なる機序が働いていることを示そうとするものである。本年度では放射線感受性をコロニー法にて調べ、SCC61細胞のCDDP12週間処理(SCC61-12W)およびBleomycin24週間処理(SCC61-24W)が放射線に対して最も有意に抵抗性であることがわかった。これらSCC61-12W、SCC61-24Wの2株放射線感受性については細胞生残率曲線から感受性の異なる細胞の混在した集団である事が予測された。各細胞株についてクローニングを行い、各々50から100個のクローン細胞株を分離した。現在その各クローンについて抗癌剤および放射線に対する感受性について検討中である。

今後、最も放射線抵抗性を示す変異株と親株であるSCC61との感受性を左右する因子について解析していく予定であるが、とくにMnSOD発現を含めて放射線障害におよぼすミトコンドリア機能の役割について研究を進めることにしており、変異株におけるMnSOD活性と放射線感受性の関係について調べる放射線に対する高感受性化に関しては、p53,ATM, DNAPKc, BRCA等の遺伝子の関与が示されている。一方、これまで臨床的に再発癌においては放射線および化学療法に対して抵抗性を示すことが知られており、抗癌剤に対してはMDR遺伝子の発現などが考えられている。しかし、放射線に対する抵抗性の獲得機序についてはほとんど明らかにされていない。本研究は、化学療法ならびに放射線の抵抗性発現の解明を目的として行われた。我々は、ヒト頭頚部の扁平上皮癌から得られた7株の培養細胞株を用い、低濃度の抗癌剤(シスプラチン;CDDPおよびブレオマイシン;BLM)存在下で培養維持することによって抵抗性を示すことを見いだした。7株の内では、SCC61細胞株が最も抗癌剤および放射線抵抗性を示した。このSCC61細胞株から得られた細胞株(SCCCDDP, SCCBLM)は親株に比較してCDDPおよびBLMに対して抵抗性を示したばかりでなく、放射線に対しても抵抗性を示した。SCC61細胞株から、BLM 0.2μg/ml、12週処置を行い得た1クローン(SBLM24)、及びBLM0.01μg/mlから次第に0.2μg/mlまで20週培養し得た12クローンを用い、そのBLM処置に対する感受性をその増殖率を50%にさせる薬剤濃度(IC50)を調べると、全クローンで抵抗性を得、特に7クローンでは4倍以上の濃度になった。これらのクローンの生存率曲線を調べ、抵抗について調べると、5クローンで親株(SCC61)と比較し著しい抵抗性を示した。これらの5クローンのMnSOD量を調べると3つのクローンで親株と比較し、MnSOD量が著しく増大して認められたが2株では増大を認めなかった。従って、BLM抵抗性は、細胞のMnSOD増加を伴うものと、そうでは無いもので示され、複数の要因により抵抗性を示す事が示唆された。
刺胞動物の筋収縮調節機構の解明

本研究は、刺胞動物が筋肉を収縮させたり弛緩させたりする機構を分子レベルで明らかにすることを目的としている。得られる成果は、動物や筋肉の進化を解明する上で重要であるほか、ヒトを始めとする高等動物の筋肉の作動機構や筋疾患の発症機序等の解明にも貢献し得る。本研究においては、クラゲの筋肉からタンパク質を精製して試験管内で機能を解析するほか、筋肉の収縮または弛緩時において、複数のタンパク質間で情報伝達がどのように行われているかを解析する。
表皮細胞由来サイトカインの紫外線防御に関する分子機構の解析

紫外線照射により正常表皮細胞から産生・放出されるサイトカインのmRNAレベルをRT-PCR法で培養上清の蛋白レベルをELISA法によって検討し,以下のことが判明した.・PGE2のは産生亢進・NGFの産生亢進紫外線照射により人体は紅斑反応という炎症反応,細胞性免疫抑制,表皮細胞アポトーシスが惹起されるが,それらに対してさまざまな防御機構を有している.それらのうち紫外線照射が誘導する上記表皮細胞由来のサイトカイン自身が拮抗的な役割を果たし,防御機構の一翼を担っている可能性がある.すなわち・TGF-β1の抗炎症効果・IL-12による抗免疫抑制・NGFによるアポトーシス抑制などが考えられる.これの可能性についてさらに検討を進めていく予定である.紫外線照射により正常表皮細胞から産生・放出されるサイトカインのmRNAレベルをRT-PCR法で培養上清の蛋白レベルをELISA法によって検討し,以下のことが判明した.・PGE2のは産生亢進・NGFの産生亢進紫外線照射により人体は紅斑反応という炎症反応,細胞性免疫抑制,表皮細胞アポトーシスが惹起されるが,それらに対してさまざまな防御機構を有している.それらのうち紫外線照射が誘導する上記表皮細胞由来のサイトカイン自身が拮抗的な役割を果たし,防御機構の一翼を担っている可能性がある.すなわち・TGF-β1の抗炎症効果・IL-12による抗免疫抑制・NGFによるアポトーシス抑制などが考えられる.これの可能性についてさらに検討を進めていく予定である.