hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
C.elegansの連合学習と感覚情報の選択に異常がある変異体の分子遺伝学的解析

動物は、環境から様々な情報を感覚細胞を通じて受容し、神経回路上で必要な情報を取捨選択・統合し適切な応答をする。我々は高次の感覚情報処理システムに関わる新しい分子機構を明らかにすることを目的として、C. elegansをモデルとして用いた遺伝学的解析を行っている。匂い物質・銅イオンのそれぞれに対する応答は正常だが、両者の存在下では野生型に比べ銅イオンからの忌避反応を優先するhen-1変異体の解析を行っている。このhen-1変異体は学習にも異常がみられる。野生型ではNaClと飢餓の対提示により走化性が変化しNaClを忌避するようになるが、hen-1変異体ではこの変化が小さい。また、線虫は良い環境のもとでは飼育温度を好むが、飼育温度で飢餓状態におかれると飼育温度を避けるようになる。hen-1変異体では、通常のの温度走性は正常であったが、飼育温度で飢餓させても行動は変化せず負の温度走性は見られなかった。一方、飢餓による単純な行動の変化には異常がみられなかったことから、学習過程に異常があると考えられた。hen-1変異体の原因遺伝子は、LDL受容体リガンド結合ドメインを持つ新規の分泌タンパク質をコードしている。この分子は二つの神経でのみ発現し、神経小胞と同じ機構で軸索へ運ばれる。さらに、この分子は成熟した神経回路において細胞非自律的に働くことがわかった。本年は、hen-1遺伝子内部に欠失のあるtm501変異株を単離した。このhen-1(tm501)変異体は、正常に成長するので、成虫での行動を解析した。その結果、ミスセンス変異を持つhen-1(ut236)変異体と同じように感覚情報の選択と学習には異常がみられたが、単なる走化性や飢餓に対する応答は正常であった。今後はHEN-1分子と生化学的・遺伝学的に相互作用する分子の探索を通じて、学習の新しい分子機構を明らかにしたい。C.elegansは、ある種の匂い物質には正の走化性を示すのに対し、銅イオンには忌避反応を示す。匂い物質と銅イオンとの両方を感覚した際には、それぞれの濃度に依存して、どちらの応答を優先するかが変化する。これまでの知見から、この行動には約10対の神経からなる神経回路が関与していると考えられる。我々が同定したut236変異体は、匂い物質・銅イオンのそれぞれに対する応答は正常だが、両者の存在下では野生型に比べ銅イオンからの忌避反応を優先する。このut236変異体は学習にも異常がみられた。野生型ではNaClと飢餓の対提示によりNaClへの走化性が変化しNaClを忌避するようになるが、ut236変異体ではこの変化が野生型より小さい。一方、飢餓による単純な行動の変化には異常がみられなかったことから、ut236変異体は飢餓により誘導される学習過程に異常があると考えられた。ポジショナルクローニングを行ったところ、ut236変異体の原因遺伝子は、LDL受容体リガンド結合ドメインを持つ新規の分泌タンパク質をコードしていた。この遺伝子産物に対する抗体を用いた免疫染色により、この遺伝子は各一対ずつの感覚神経と介在神経の細胞体と神経軸索でのみ発現していることがわかった。また、シナプス小胞の輸送に異常があるunc-104(キネシンKIF1Aホモログ遺伝子)変異体では、この遺伝子産物の軸索への局在が見られなかった。さらに、様々なプロモーターを用いた強制発現の実験から、この分子は神経系において細胞非自律的に働くことがわかった。また、熱ショックプロモーターを用いて、表現型の回復に必要な時期を調べたところ、神経の発生期に発現していても表現型は回復しないが、成熟した神経回路上に発現していると表現型が回復した。以上のことから、この分子は感覚情報の修飾や学習に広く関わる新規の神経機能調節因子であると考えている。

その結果、ミスセンス変異を持つhen-1(ut236)変異体と同じように感覚情報の選択と学習には異常がみられたが、単なる走化性や飢餓に対する応答は正常であった。今後はHEN-1分子と生化学的・遺伝学的に相互作用する分子の探索を通じて、学習の新しい分子機構を明らかにしたい。
光電変換色素固定高分子薄膜型人工網膜の耐久性向上と神経伝達機構の解明に向けた研究

網膜中の視細胞の死滅により失明に繋がる疾患に網膜色素変性症がある。網膜色素変性症の治療を目的に、光電変換色素をポリエチレン薄膜に化学結合させた人工網膜を作製した。人への治療に向けた最終段階の課題として、網膜細胞を刺激できる色素結合量の下限値(有効値)を解明している。また色素はアニオン部(マイナス電荷)とカチオン部(プラス電荷)から構成される。アニオン部を別のアニオンに交換することにより耐久性を向上させた次世代型人工網膜を開発する。並行して、シミュレーションにより人工網膜と網膜細胞間の神経伝達機構の解明を行う。
炉心制御の基礎(総括班)

「炉心制御の基礎は、(1)超高温高密度プラズマ計測技術と爆縮の高効率化、(2)高周波加熱と電流駆動におけるプラズマ輸送と制御、(3)閉じ込めの最適化、(4)計算機によるプラズマモデリング、の4つの計画研究によって研究が進められた。本総括班は関係する研究者21名より構成され、研究全体を総括してきた。本年度の活動状況は以下のようである。1.総括班会議などの開催第1回総括班会議(平成元年4月25日):班構成、各サブ班の平成元年度研究計画の検討第2回総括班会議(平成元年6月20日):本年度の研究実施計画の検討、常温核融合研究への対応、出版事業の企画の検討など第3回総括班会議(平成2年1月10日):研究成果報告会の発表を中心として、実施計画の成果について討議検討を行った。以上の他に5月2日、8月3日、8月23日、9月28日に拡大幹事会及び出版事業小委員会を開き出版事業並びに研究の進め方について討議検討を行った。2.第3班研究成果発表会と研究報告書平成2年1月10日、京大会館にて開催:各サブ班の研究成果概要をサブ班長が報告(各50分)、続いて各サブ班の3研究分担課題について研究分担者がそれぞれ報告した(各15分)。発表内容は研究成果報告書として印刷中である。
腫瘍拒絶抗原分子による口腔癌の免疫療法の確立

本年度は、オリゴキャップ法による完全長cDNAライブラリー作成法の条件検討を進め、少量のサンプルからの、作成が可能になった。この改良法を用い、正常舌、及び舌癌について、オリゴキャップ法によるcDNAライブラリーの作製を行った。その結果、両者とも平均鎖長が約2000bpのライブラリーが得られた。独立に得られたクローンは約6x10^5である。それぞれのライブラリーから、各288クローンをランダムに分離し、5'端シークエンスを行ったところ、正常舌よりのcDNAライブラリーについて25クローンの、舌癌よりのcDNAライブラリーについて241クローンの5'端配列が得られた。これらの配列につき、既存のデータベースを用い相同性解析を行ったところ、既知の遺伝子と一致するクローンが正常で251クローン中170、舌癌で241クローン中149であった。また、これらの既知遺伝子のcDNAにつき完全長率を見たところ、正常が92.2%、舌癌で88.4%であった。さらに、それぞれのライブラリーでのクローンの出現頻度を既知のものについて、検討を加えた。それぞれのライブラリーから配列が得られた数が251と241であるので、統計学的に有意な結果ではないが、いくつかの興味有る知見が得られた。1)ケラチン遺伝子は4,6,13のそれぞれ型が両者に発現しているが、癌と正常を比べると6,13型は頻度が変わらないものの、4型は、癌で正常の5分の1に減っていた。このためケラチン遺伝子全体の発現も癌で低くなっている。2)正常で舌で発現の高いLIMタンパク質遺伝子が癌で発現がない。このような、舌癌と正常舌組織との遺伝子発現の差は、今後このライブラリーからのクローンの配列決定を進めることで、さらに多数見いだされてくるものと期待される。平成9年度は「ヒト口腔癌細胞の株化」を実験の中心としてきた。1)生検材料東京大学附属病院口腔外科にて手術した口腔癌を材料とした。症例は臨床症状から悪性腫瘍を疑われたものをさらにbiopsyによって病理学的に診断をし、選択した。その原発部位の内訳は舌5例、口底部1例であった。2)マウスへの移植手術によって切除された癌組織を12mm角に刻んで移植片とした。SCIDマウス(免疫不全マウス)の頚背部皮下へ移植し、経過を観察した。3)現在までの経過と結果全6例中で1例を除いてマウスへの癌細胞の生着は、成功しなかった。残りの1例では腫瘤を形成したが、オリジナルの癌細胞由来であるか、継代が可能かなどについて検索中である。4)考察生着率が低いことについてその原因を検索中である。考えられる要因としては、移植片に問題があるの可能性がある。つまり採取した癌組織の壊死部分が多く含まれた部分を移植片としていることが考えられる。今後は移植部位、移植片の容積などの条件も検討し、常に株化および継代が可能である実験系を構築する予定である。1.平成9年度は腫瘍特異的CTL細胞の樹立が困難であった.本年度は、オリゴキャップ法による完全長cDNAライブラリー作成法の条件検討を進め、少量のサンプルからの、作成が可能になった。
準ランダムテスト環境下でのソフトウェア信頼性評価

本研究プロジェクトでは,最終製品としてのソフトウェアシステムの品質を確保する目的で,ソフトウェアテストの妥当性検証およびソフトウェアの信頼性評価を行う手法に関する研究を行った.具体的には,(i)ソフトウェアテストにおけるランダムテストをより発展させた準ランダムソフトウェアテストあるいはランダムテストに基づいたより効率的なテストケース生成手法の確立,(ii)(準)ランダムテストに基づいたソフトウェア信頼性評価技術の精巧化を行った.本研究プロジェクトでは,最終製品としてのソフトウェアシステムの品質を確保する目的で,ソフトウェアテストの妥当性検証およびソフトウェアの信頼性評価を行う手法に関する研究を行った.具体的には,(i)ソフトウェアテストにおけるランダムテストをより発展させた準ランダムソフトウェアテストあるいはランダムテストに基づいたより効率的なテストケース生成手法の確立,(ii)(準)ランダムテストに基づいたソフトウェア信頼性評価技術の精巧化を行った.平成21年度は主として,ランダムテストにおけるテストケース生成に関連する(準)乱数生成,テスト結果からソフトウェアの信頼性を推定するための数理モデルおよびその基礎をなす確率モデルについての成果を得た.特にソフトウェア信頼性評価モデルでは,Webシステムのログをテストデータと見なしたシステム評価や,ソフトウェア信頼性を推定するためのノンパラメトリックアプローチに関する一定の成果を得た.これは様々なテスト手法によって得られる多様なテストデータ結果からソフトウェア信頼度を推定するために必要な技術である.また,テスト環境要因およびソフトウェア特徴量(メトリクス)を考慮したソフトウェア信頼性モデルの構築も行った.これも,先のノンパラメトリックアプローチと同様にテスト手法と連動したソフトウェア信頼評価の基礎モデルとなる.具体的には,ポアソン回帰とロジスティック回帰の説明変数にテスト環境要因などのメトリクスを適用したモデルの構築を行った.また,ランダムテストに関しては,ベイズモデルに基づいたマルコフ連鎖モンテカルロ法を適用したテストケース生成手法を構築した.ソフトウェアテストを表現するモデルには最も簡単な入力ドメインモデルを適用し,ベイズ推定のフレームワークを適用することで,バグ潜在確率が高い入力を特定し,その入力をテストするテストケースを生成する手法の提案を行った.これは,数値実験において従来のランダムテストよりもフォールト検出能力において優れていることが示された.平成22年度は,超一様分布列およびマルコフ連鎖モンテカルロ法のランダムテストへの適用可能性の検証と,テスト環境要因(テストケースに関するメトリクスなど)からソフトウェア信頼性を評価するモデルを利用して,テストと信頼性を結びつける要員の解析を行った.超一様分布列およびマルコフ連鎖モンテカルロ法のランダムテストへの適用可能性の検証:既存のSobol', Halton, Faure,一般化Niderreiterなどの超一様分布列を用いたテストケース作成と,マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いたテストケース作成手法の構築・検証を行い,離散化したテストケース領域では超一様分布列が,テストケース間の距離概念を用いたテストケース領域では,マルコフ連鎖モンテカルロ法が有意となることを確認した.また,回帰テストにおける優先順位付けに提案手法を適用し,その有効性について検証した.テスト環境要因(テストケースに関するメトリクスなど)を考慮したソフトウェア信頼性モデルの利用:テストにおけるテストケースが持つ固有メトリクスを有効に利用できる評価体系の構築を検討した.次年度開発したメトリクスを取り扱うソフトウェア信頼性モデルを用いて,フォールト検出に与える影響要因の解析を行った.また,信頼度推定精度の向上と視点では,テストケース投入順が信頼度推定に与える悪影響を分析し,その問題を解決するためのリサンプリング手法(ブートストラッピング)の検討を行った.平成23年度では,テストケースに関する特徴量と信頼性評価モデルを統合的に扱うモデルの考案を行い,テスト環境を考慮した信頼性評価の体系を確立させた.また,これまでに得られた成果を実装するテストモジュールの開発を行った.テストケースの特徴量解析では,テストケースのメトリクスベクトルとして抽出し,それらのメトリクスとフォールト検出確率の関係を分析した.ソフトウェア製品のテストデータは一般企業では機密事項となるため,広く公開されているテストプロジェクトデータを用いた実験を行ってテストメトリクスを採取し,数量化理論の技術を応用した分析を行った.結果として,プログラム複雑度による要因と,コードカバレッジが大きく寄与することがわかった.また,現在のソフトウェア開発において頻繁に用いられるインクリメンタル開発プロセスに対しても回帰モデルを応用した新たな信頼性評価モデルの提案を行った.このような回帰による古典的な分析を行う一方で,カーネル法を応用し,超高次元で表されるデータ扱うモデルとの統合に関する提案も行った.テストケース生成に関しては,本研究プロジェクトで得られた成果であるマルコフ連鎖モンテカルロ法(MCMC)を用いたランダムテストを行うモジュールの開発に取り組んだ.具体的にはJavaのJUnitを拡張として位置づけられ,プログラム変更履歴によって生じる作り込みバグを検知する機能として,旧・新プログラムをMCMCによるランダムテストを実行するモジュールの開発に取り組んだ.この成果については,次年度の研究会や国際会議で発表する予定としている.
チャールズ・ディケンズと催眠術-ヴィクトリア朝時代の疑似科学

前年度の研究成果をふまえた上で、ポストコロニアリズム批評、カルチュラルスタディーズ関係の文献を狩猟し、引き続きディケンズ作品に散見される「催眠術」、「動物磁気」、「自然発火」といった疑似科学的な主題を、当時の雑誌、新聞の超自然現象をめぐる言説と対置させ、より文化的な背景の中にテクストを読み込む作業に従事した。また、物語手法や疑似科学への接近という観点から、ディケンズとをポストモダン以降の作家と比較研究を行い、その成果の一端を、論文「「別名で保存」される『大いなる遺産』-ピーター・ケアリー『ジャック・マッグズ』」として島根大学『外国語教育センタージャーナル』(2005年)に発表した。次いで、疑似科学についてのディケンズの基本的な見解、および当時の言論人の反応について検討し、メスメルの提唱した.「動物磁気」を、シャルコー、フロイトと受け継がれていく催眠療法の原初的な形態として位置づけ、疑似科学としての精神分析の再読を試みた。これらの研究成果の総括として、「美しく燃える人体-ディケンズと疑似科学」というタイトルの論文を執筆、島根大学『外国語教育センタージャーナル』に掲載予定である。ディケンズの書簡集(CD-ROM)や編集雑誌Household Words、All The Year Roundを購入し、ディケンズ作品に散見される「自然発火」、「動物磁気」、あるいは「催眠術」といった主題を考察した。その成果の一部を、ディケンズ・フェロウシップ日本支部平成16年春季大会(2004年6月4日於英国大使館)シンポジウム「ディケンズにおける想像力の原点を求めて」にて、議師として「Martin Chuzzlewitを中心として」の題目で口頭発表した。次いで、会場の研究者との意見交換をふまえて、『ディケンズ・フェロウシップ日本支部年報』第27号(2004年10月)に論文「食欲不振の探偵-『マーティン・チャズルウィット』」として発表した。ディケンズ作品に散見される疑似科学的な主題を、当時の雑誌や新聞におかえる超自然的な現象をめぐる言説と対置させ、より文化的な背景の中にテクストを読み込む作業を続けながら、ポストモダン以降の作家の作品群に見られるディケンズ的な方法論や疑似科学的な主題の比較検討にも着手した。その成果の一端として、イギリス現代作家ピーター・ケアリーの『ジャック・マッグズ』を、ディケンズの『大いなる遺産』と比較し、そこに読み取られる物語の衆評やポストコロニアリズム的な戦略たついて考察し、「ディケンズの亡霊-『ジャック・マッグズ』は何を書き換えたのか」というタイトルの論文として、島根大学『外国語教育センター・ジャーナル』に掲載予定である。
チロシンとトリプトファンの動きからみた蛋白質の高次構造変化と機能との相関

蛋白質の高次構造と機能との相関を調べるために我々はヘモグロビンとSrc-homology-3(SH3)蛋白を用いて、それらのリガンドによりひき起される蛋白質の構造変化をUV CDとUV共鳴ラマン分光により調べた。ヘモグロビンが肺で結合した酸素を組織でよ離する分子メカニズムには蛋白質の高次構造変化が重さである。即ち、ヘモグロビン分子は酸素の分圧やpH等を感知してその構造をrelaxed(R)型からtense(T)型へと変化すると考えられている。ヘモグロビンのdeoxy-T構造に特徴的にみられる290nmの負のCDバンドの出現は、サブユニット接り面にあるα42Tyrとβ37Trpの変化によるとされていた。そこで我々はα42Tyrとβ37Trp変異体を遺伝子工学的方法で合成して調べたところ、それらの変化では説明できないことが判明した。それらの変化は、C末端付近に位置するα140Tyr及びβ145Tyrの変化が主であることを、それぞれの人工変異体を合成して明らかにした。また、T構造特異的にみられるUV共鳴ラマンのTyrやTrpの変化について、T型frozenといわれる天↓変異体Hb MBoston(α58His->Tyr)および酸素ば和性が低いとされる金属置換ヘモグロビンNi-Fe Hybrid Hbを用いてその酸素結合機能と蛋白の構造変化との関連を追及した。SH3蛋白はプロリン(Pro)に富むペプチドを認識する情報伝達蛋白である。そのリガンドペプチドの認識にSH3のTyrやTrp残基が関与することをUV CDやUV共鳴ラマンの変化を通して明らかにし、更にSH3の6個あるTyrのどの残基が〓接ペプチドの認識に関わるかについて、それぞれのTyrをAlaに置換した変異体を合成して調べ14位Tyrが重さであることを明らかにした。また、同じSH3蛋白でもSrc-SH3とPI3K-SH3では、そのリガンドペプチドによりひき起される構造変化が異なるという興味ある結果を得た。蛋白質としてヘモグロビンと情報伝達系蛋白のSH3ドメインを選び、その高次構造変化と機能の相関について研究し、下記の実験結果を得て3つの論文にまとめた。Hb MBoston(Hisα58→Tyr)は天然の異常血色素で、変異の起こっているα鎖は生理的条件下でも酸化しており、その上、正常β鎖の酸素親和性が著しく低下していて強いチアノーゼ症状を呈する。何故、酸素親和性の低い四次構造(T, tense)に保たれているか、その性質はどのような条件下でも変わらないのかについて、共鳴ラマン、EPR、およびCD分光法により検討した。その結果、pHをアルカリ側に上げることによって酸素親和性が上がることをみつけ、その際のヘムの状態、サブユニット界面の状態の変化を調べた。また、一方のサブユニットのヘム鉄をNiに置換したFe-Ni hybrid Hbは条件によってはFeヘムにリガンドガ結合していてもT構造をとりうる。アロステリックエフェクターの有無やpHを変えることにことによって四次構造をTからR(relaxed)に変えることが可能で、その際のサブユニット界面のTyrやTrpの変化を紫外共鳴ラマンで調べた。これらの研究はヘモグロビンの四次構造変化の謎をとく一つの糸口となりうる。

一方、Srcおよびphosphatidylinositol 3kinase (PI3K)のSH3 domeinにはTyrやTrpが存在していてプロリンを含む蛋白部分との特異的接触により情報伝達を行う。それぞれのリガンドペプチドによるTyrやTrpの変化を紫外共鳴ラマンおよび紫外域CDにより詳細に調べ、リガンドにより異なる応答をすることを明らかにした。これまでのヘモグロビン(Hb)の紫外CD(円二色性)や紫外共鳴ラマンの研究から、我々は四次構造変化にともなって変化するチロシン(Tyr)やトリプトファン(Trp)バンドを検出してきた。今年度はサブユニット接触面に位置し、酸素の結合・解離にともないサブユニット間水素結合が変化するのに関与するα42Tyrとβ145Tyrに変異を導入した。そして、四次構造変化に伴ってみられるラマンやCDの変化がどのTyrによるか検討した。両変異Hbはいずれも酸素親和性が高くなり協同性も低下したが、強力なアロステリックエフェクターであるInositolhexaphosphate(IHP)を加えると酸素親和性の低下がみられ有意に協同性の回復がみられた。その条件下でCDやラマンスペクトルをとり正常Hbと比べることにより、この両Tyrとも酸素結合・解離に伴う四次構造変化に深く関わっていることを明らかにした。一方、情報伝達蛋白質の一つであるPhosphatidylinositol 3-kinase(PI3K)のSrc homology3(SH3)ドメインでは、プロリン残基を含むリガンドペプチドと結合すると紫外域のCDが上昇するため、その変化を利用して結合定数を求めることができることを見つけた。その変化はSH3の結合部位にあるTyrと考えられるが、7個あるTyrの内どのTyrが関与しているか分らなかった。そこで7個のTyrを一つずつフェニルアラニン(Phe)に置換した変異体を作成した。その7種の変異体のリガンドペプチドとの結合性、および構造変化をCDと共鳴ラマンで調べた結果、14位と73位のTyrが主として蛋白・蛋白間相互作用に関連していることが判明した。蛋白質としてヘモグロビン(Hb)を選び、その高次構造変化と酸素結合機能との相関について研究し、下記の実験結果を得て3つの論文にまとめ、2つは受理されて印刷の運びに、残りの1つは投稿中である。DeoxyHbでのみ出現する287nmの負のCDバンドは"T型マーカーバンド"とよばれ、サブユニット間水素結合に関与するα42Tyrまたはβ37Trpによると示唆されてきた。そこで本研究ではα42TyrをSerに、β37TrpをHisに置換した変異体を遺伝子工学的に合成し、CDスペクトルを調べた。しかし、それらのアミノ酸の負のCDに対する寄与は小さかった。そこで酸素解離にともなって大きく構造が変化するとされるC末付近のTyrの可能性を考えその部分の変異体を合成した。その変異体では負のCDバンドが明らか小さくなったことから、α140Tyrおよびβ145TyrがそのCD帯の変化の主体であることを明らかにした、(Biopolymers)。ヘム近傍に変異を有しヘムが酸化型で安定化している異常Hb(HbM)はα鎖異常に2種類、β鎖異常に3種類知られている。α鎖異常HbMでは異常鎖は還元しにくく、正常β鎖の酸素親和性は非常に低い。一方、β鎖異常HbMでは異常鎖の還元は容易で、正常α鎖の酸素親和性は正常である。
スフィンゴ脂質代謝による抗癌剤耐性の制御機構解明

癌細胞における抗癌剤耐性とスフィンゴ脂質由来生理活性脂質の産生との関連性に焦点を当てた研究を行い、スフィンゴ脂質代謝が各種抗癌剤抵抗性の制御に深く関与していることを明らかにした。また、抗癌剤抵抗性細胞において、癌幹細胞の指標CD44発現やスフィンゴシンキナーゼ(SPHK)の発現および下流ERK系の活性化が増加しており、抗癌剤抵抗性とSPHK活性上昇との関連性を示唆した。さらに、CD44の発現にSPHK1が深く関与していることを明らかにした。したがって、抗癌剤の分子標的治療薬としてSPHK1が有効であることを示唆した。癌のケモテラピーにおける問題点は、抗癌剤による副作用であり、長期抗癌剤により抵抗性(耐性)をもつことである。抗癌剤耐性の機構については、p53をはじめ多くの因子が関与することが知られているが、最近新たに癌幹細胞の存在が明らかになり、これが抗癌剤耐性としてケモテラピーの標的にすることが重要であると思われる。しかし、癌幹細胞の生存や分化に関しては不明である。研究代表らは最近、スフィンゴ脂質代謝が各種抗癌剤抵抗性の制御に深く関与していることを明らかにした。そこで今年度は、この先行研究を発展させ、癌幹細胞における抗癌剤耐性とスフィンゴ脂質由来生理活性脂質の産生との関連性に焦点を当てて研究を行った。各種大腸癌細胞を用いて、抗癌剤に対する細胞死に対して感受性の高い細胞と抵抗性細胞(耐性)を選別し、スフィンゴ脂質代謝の動態を調べ、関連性を検討した。抗癌剤オキサリプラチンおよびイリノテカンに対する代表的な感受性および耐性細胞において、セラミド産生の変化をLC-MS/MSを用いて分離定量し、最も変化量の大きいセラミドのアシル鎖を同定し、セラミド産生の代謝経路を明らかにした。抗癌剤抵抗性細胞において、スフィンゴシンキナーゼ(SPHK)の高活性を示し、SPHKの阻害剤を抗癌剤と同時処理することにより、感受性を示したことから、SPHKが抗癌剤耐性を制御していることを明らかにした。抗癌剤感受性細胞に長期抗癌剤を処理することにより抵抗性細胞株を分離し、癌幹細胞の指標やスフィンゴシンキナーゼ(SPHK)の発現および下流シグナル系の影響を検討し、SPHKの薬剤耐性における関与を検討した。抗癌剤抵抗性株は、SPHK活性が上昇しており、抵抗性との関連性を示唆した。癌幹細胞マーカCD133の発現との関連性については今後検討する。癌のケモテラピーにおいて、抗癌剤による副作用や長期抗癌剤による抵抗性(耐性)獲得が問題視されている。今年度は、この先行研究を発展させ、癌幹細胞における抗癌剤耐性とスフィンゴ脂質由来生理活性脂質の産生との関連性に焦点を当てて研究を行った。各種大腸癌細胞を用いて、抗癌剤に対する細胞死に対して感受性の高い細胞と抵抗性細胞(耐性)を選別し、スフィンゴ脂質代謝の動態との関連性を検討した。抗癌剤オキサリプラチンに対する代表的な感受性および耐性細胞において、セラミド産生の変化をLC-MS/MSを用いて分離定量したところ、感受性細胞において、セラミド産生の増加がみられた。また、抗癌剤抵抗性細胞において、スフィンゴシンキナーゼ(SPHK)の高活性を示し、SPHKの阻害剤を抗癌剤と同時処理することにより、感受性を示したことから、SPHKが抗癌剤耐性を制御していることを明らかにした。さらに、抗癌剤感受性細胞に長期抗癌剤を処理することにより抵抗性細胞株を分離し、癌幹細胞の指標CD44やスフィンゴシンキナーゼ(SPHK)の発現および下流シグナル系の影響を検討し、SPHKの薬剤耐性における関与を検討した。抗癌剤抵抗性株は、SPHKの活性とタンパク発現、およびCD44の発現が顕著に上昇しており、これらが抗癌剤抵抗性に関与していることを示唆した。

今年度は、この先行研究を発展させ、癌幹細胞における抗癌剤耐性とスフィンゴ脂質由来生理活性脂質の産生との関連性に焦点を当てて、癌幹細胞との関連性について研究を行った。各種大腸癌細胞を用いて、抗癌剤に対する細胞死に対して感受性の高い細胞と抵抗性細胞(耐性)を選別し、スフィンゴ脂質代謝の動態との関連性を検討した。抗癌剤オキサリプラチンに対する代表的な抗癌剤抵抗性細胞RKOにおいて、スフィンゴシンキナーゼ(SPHK)の高活性を示し、SPHKの阻害剤を抗癌剤と同時処理することにより、感受性を示したことから、SPHKが抗癌剤耐性を制御していることを明らかにした。さらに、抗癌剤感受性細胞に長期抗癌剤を処理することにより抵抗性細胞株を分離し、癌幹細胞の指標CD44やスフィンゴシンキナーゼ(SPHK)の発現および下流シグナル系の影響を検討し、SPHKの薬剤耐性における関与を検討した。抗癌剤抵抗性株は、SPHKの活性とタンパク発現、およびCD44の発現が顕著に上昇していたが、その機構として、SPHKにより産生されてたS1Pが受容体を介してERKを活性化して、CD44の発現を増加することをみいだした。したがって、SPHKは抗癌剤抵抗性に関与する重要な酵素とであり、抗癌剤の分指標的治療薬の標的になることを示唆した。
B細胞の核を用いたアフリカツメガエル卵の核移植実験-ケツムが変化した核は全能か-

研究計画に沿って抗DNP抗体を産生する脾臓のB細胞を用いて、アフリカツメガエル卵の核移植実験を行った。まず、技術的問題の克服のために、主に抗体産生細胞の核の単離方法や宿主未受精卵の除核方法などに改良をおこない、安定した実験系を確立した。その上に立って行った核移植胚の発生能力に関する結果は、全体として既に報告されている他の細胞核を用いた研究を、概ね追認するものであり、成体の細胞核を移植された移植胚はある程度の胚発生の進行するが、成体に達することはなかった。つづく研究においては、種間雑種の核が持つ特有の特徴を移植核のマーカーとして、核移植胚の組織の他の胚への移植実験を行った。宿主の発生の進行を待って、各種組織、器官中の核移植胚由来の細胞の有無をマーカーを用いて検索した。この実験の結果は、現在データとしてまとまりつつあるところであるが、少なくともいくつかの宿主の組織中に、明らかに核移植胚由来の分化した細胞が存在することがわかった。このことはとゲノムの変化したB細胞の核も、いくつかの異なるタイプと細胞へと分化する能力を持つことを示している。したがって、今後の課題として核移植胚はいかなる理由で発生を停止するか、という問題が鮮明になってきた。アフリカツメガエルをDNP-BGGで免役し、血清中に抗DNP抗体が出現したことをELSA法で確認した後、脾細胞を単離してDNP-OVAをコートしたフラスチックディシュ上でインキュベートしてディッシュに結合した細胞を核の供与者とした。補助金により備品として購入した実体顕微鏡下で、核をUVにより除核した未受精卵に注入したところ、約20%の卵で発生を開始したが、嚢胚を越える段階まで進むものはほとんどなかった。核移植胚が胞胚期に達したところで2次移植を試みたところ、尾芽胚になるものが少数あらわれたが、それ以上発生が進行するものはなかった。さらに、他種のカエルでおこなわれている未成熟卵への核移植をおこなってみたが、核移植胚の発生率を改善することはできなかった。6年度の研究においては、技術的問題の克服のために多くの時間を費やした結果、その点では成果があったといえるが、論文として発表できるだけのデータは得られなかった。しかし、研究目的達成の前提となる核移植実験の基本的な技術的問題は克服されたので、今後の研究を計画どおりに実施できると考える。その上に立って行った核移植胚の発生能力に関する結果は、全体として既に報告されている他の細胞核を用いた研究を、概ね追認するものであり、成体の細胞核を移植された移植肺はある程度の胚発生の進行するが、成体に達することはなかった。宿主の発生の進行を持って、各種組織、器官中の核移植胚由来の細胞の有無をマーカーを用いて検索した。このことはゲノムの変化したB細胞の核も、いくつかの異なるタイプと細胞へと文化する能力を持つことを示している。
陸域水循環モデルを用いた全球内陸湖の環境影響評価

本研究は,大陸性内陸湖を対象として,過去から将来への水位変動を陸域水循環解析を用いて再現・予測し,並行して水位変動が生じた場合の周辺環境への影響を現地調査・観測から評価することを目的としている.全球の様々な内陸湖を対象とするが,水循環や環境影響の傾向が特徴的な内陸湖を指定内陸湖として選定し,重点的な観測調査や数値解析を行ったのち,全球の様々な内陸湖を対象とした数値解析を行う.本年度は,指定内陸湖流域における現地調査を重点的に行うと共に,衛星解析による水利用の実態把握を行った.既に深刻な環境破壊が進行したと位置づけられるアラル海流域における現地調査では,旧湖底から過去最大規模の砂嵐が周辺地域を襲ったことが分かった.旧湖底の砂は塩分を含むため,農業被害と呼吸器の健康被害が報告されたが,定量的な被害状況が不明であるため,継続的・重点的な調査が必要であることが確認された.また,年ごとの灌漑領域の変化を推定するための衛星解析を行った.地表面温度日格差について非灌漑条件での陸面過程モデル解析値と衛星解析を比較することで,気象条件では説明できない地表面の冷却を灌漑によるものと想定し,その時系列変化を確認した.また,国際乾燥地農業研究センター(ICARDA)と連携し過去の農業統計データ等の収集や定点観測点の整備・データ回収を行った.これから縮小すると見込まれるケニアのトゥルカナ湖の現地調査・観測を行った.トゥルカナ湖における過去の水位変動とその影響について情報収集した.現地機関から周辺の気象データや内陸湖の水位データ・水質データや疫学データ等を収集すると共に,渇水年の状況や現地の適応方法の聞き取りを行った.現地機関と連携して,今後気象変化を観測するための観測サイトの選定を行うと共に,内陸湖の塩分濃度観測を開始した.本研究では,全球の内陸湖を対象に水循環・環境影響について以下の3点を計画している.(1)水循環や環境影響の傾向が特徴的な指定内陸湖における現状調査と観測記録,(2)陸域水循環モデルを用いた水位変動の再現・将来予測,(3)内陸湖の環境影響評価である.本年度では,アラル海流域とトゥルカナ湖を対象に(1)を重点的に行い,(2)と(3)に向けたデータ収集を行った.アラル海とトゥルカナ湖は,環境影響の進行度が異なる内陸湖として共に指定内陸湖に選定されており,概ね順調に進展している.(1)については,トゥルカナ湖において過去の水位変動とその影響について調査を行った.水位上昇時に周辺の放牧域を氾濫させるため水質が悪化しており,特に富栄養化による漁獲量の低下が問題視されていた.現状で水位低下は問題視されていなかった.今後,水位変動に伴う水質変化が見込まれることから,塩分濃度の日観測を開始した.アラル海流域では,過去最大規模の砂嵐による農業被害・健康被害が問題視されていた.その被害状況は具体的・定量的に調査されていないため,特に農業影響について国際乾燥地農業研究センター(ICARDA)と連携した衛星解析と農業統計データの収集を確認した.また,砂嵐自体の発生条件を把握するため,土壌乾燥や風速等についても今後の研究が必要である.(2)については,トゥルカナ湖の過去の水位変動が予測不可能なものであり被害が拡大したことや,現段階でも原因が不明であることが分かったため,過去の水位データや流域の気象データを収集した.次年度にこれらのデータを用いた水循環解析を行う予定である.(3)の環境影響評価では,環境影響が顕在化を始める環境分岐点を推定するために,現地の水利用状況や湖内の漁業種等について調査を行った.湖の水を漁業・舟運・飲料用等にも用いていたため湖環境の影響範囲が大きいことが確認された■今後の研究の推進方策まず指定内陸湖での研究として,水体から砂漠という大規模な土地被覆変化による気象影響を観測するため,トゥルカナ湖周辺での気象観測を開始する.観測項目は,降水量・気温・風速風向・湿度である.周辺の気象観測所では,降水量と気温のみが観測されており,今後内陸湖の縮小による砂嵐等の発生も考えられることから風速風向や湿度の観測は貴重である.加えて,水位データや周辺河川の流量データを収集し,トゥルカナ湖の過去30年間の水位変動の再現から水循環として水位変動の原因を定量的に推定する.モデルの精度を河川流量や内陸湖の消長から検証し,モデルの改良に努める.前年度に行った,灌漑の有無の年変化を推定する衛星解析手法を改良する.特に乾燥年における灌漑不能地域の特定や灌漑面積の変化を定量的に推定することで,内陸湖流域の水利用の変遷を空間分布も含めて推定でき,陸域水循環解析に利用できる.トゥルカナ湖で開始した塩分濃度の日変化を水位データと比較することで,貯水量から水質を推定できるかの検証を行うとともに,漁獲量等とも比較して現状の塩分濃度が及ぼす生態への影響を把握する.前年度に収集した疫学データについても過去の水位変化との関連性を評価する.次に,全球の大陸性内陸湖を対象とした水循環解析を開始する.様々な気候帯・地域を網羅して内陸湖を選定し,解析の入力条件として気象・地形データの他に今後の開発計画等の情報を収集するとともに,検証用の水位データを収集する.水位データを入手できない場合にはTOPEX/Poseidonの衛星データを用いる.

本研究は内陸湖を対象に水循環と環境影響の双方について評価することを目的としている.水循環や環境影響の傾向が特徴的な内陸湖を指定内陸湖として選定し,重点的な観測調査や数値解析を行ったのち,全球の様々な内陸湖を対象とした数値解析を行う.初年度は,指定内陸湖における現地調査や陸域水循環モデルの改良を重点的に行った.既に深刻な環境破壊が進行したと位置づけられるアラル海流域において,現状を把握するための現地調査を行った.今後気候変動による灌漑への影響が最も大きいと予想されるアムダリア川デルタにおいて,国際乾燥地農業研究センター(ICARDA)と共同で行っている気象観測や試験農場の土壌水分量定点観測を整備すると共に,灌漑規則や作付作物の決定要因についての聞き取りを行った.また,当流域の灌漑地で進行する塩類集積の状況について,河川や灌漑排水の水質や作物の生育状況について調査した.加えて,その生育状況を衛星解析結果と比較し,MODIS等の陸域観測衛星を用いて広域に環境影響を推定する手法を検討した.現在まさに水循環の変化が顕在化してきているケニアのトゥルカナ湖における現地踏査の準備を進めた.特に周辺域で顕在化している環境影響の有無や,進められている観測の項目や箇所等について情報収集した.陸域水循環モデルの改善も行った.鉛直一次元の水熱収支を解析する陸面過程モデルにおいて表面流出の水平方向の移動やサブグリッドスケールの効果を考慮する手法を検討した.降雨後の流出量の時間変化の再現精度を高めるため,降雨後の河川流量の減衰過程から表面流出と基底流出に分離し,陸面過程モデルでの計算結果と比較した.陸面過程モデルにおける流出量推定の改善が期待される.本研究では,全球の内陸湖を対象に水循環・環境影響について以下の3点を計画している.(1)水循環や環境影響の傾向が特徴的な指定内陸湖における現状調査と観測記録,(2)陸域水循環モデルを用いた水位変動の再現・将来予測,(3)内陸湖の環境影響評価本年度では,アラル海流域を対象に(1)を重点的に行うと共に,(2)に向けたモデル改良を行った.アラル海は,既に環境影響が進行した内陸湖として指定内陸湖に選定されている.概ね順調に進展している.(1)のアラル海流域における調査では,灌漑規則や塩類集積,河川水質について調査できたことで,本流域における流入水の水量・水質の双方の重要な要素について調査・観測記録ができた.灌漑規則は(2)の陸域水循環モデルの精度にも影響するが,乾燥地において土壌水分量のみから灌漑必要水量を推定することの難しさが確認された.他の指定内陸湖としてケニアのトゥルカナ湖については,モデルの入力条件として必要な各種データに加えて現地調査へ向けた情報収集を行った.次年度で現地調査が実現する見込みである.(2)の陸域水循環モデルの改良も順調に進んでいる.研究代表者らが行った過去の適用事例では乾燥域において河川流量を過大に評価する傾向があり,その原因の一つとして表面流出モデルが簡略であることが考えられた.現在は観測値との比較を重点に行っており,今後は表面流出のモデルを変化させることによる土壌水分量や蒸発散量への影響を検証する.(3)の環境影響評価では,流入水の水質についての調査を行っているが,将来的に環境分岐点の推定を行うためには周辺の気象観測や湖水の水質分析等が必要である.
エアロゾルデポジションによるハイブリッド複合膜の創製

AD法による常温下での複数のエアロゾル源から異なる原料微粒子を同時供給することで,従来にはなかったハイブリッドセラミックス複合薄膜を形成し,任意の場所に選択的に細線などの任意形状の複合膜を作製する方法を確立する。本研究課題の実現・解明により,作製プロセスの大幅な削減, AD法に起因した新しい機能を発現する複合膜の形成が期待できる。具体的には,(a)アルミナの機械的強度を持ち, ITOの電気伝導度を持つAl203/ITOハイブリッド透明導電性薄膜の形成と評価。またその結晶学的,電子物性学的な解明。(b)プラズマ照射による酸素ラジカル等を利用したハイブリッド機能性薄膜の作製と評価。
発達に伴う皮質運動ニューロン連関の可塑性変化 -運動ニューロンは学習するのか？-

1)逆行性に標識した前腕筋支配運動ニューロン(MN)より継時的にホールセル記録を行い、大脳皮質運動野から脊髄MNへの直接シナプスが形成され除去される過程を正確にとらえる。具体的には、皮質脊髄路(CST)-MN結合における単シナプス性の興奮性シナプス後電流(EPSC)の陽性率を、生後6日齢(P6)からP50にかけて継時的に記録した(独自の頸随スライス作製法は技術的にも安定し、成体まで確実にdataを取得することが可能である)。その結果、P6からP8にかけて結合頻度は増加し、P8からP13まで60%前後でプラトー相を成し、P14からP20にかけて漸減してP20以降はほぼ消失していることを確認し得た。これは、我々が既に論文中で報告しているウイルスを用いた逆行性標識にて区間推定した一過性の皮質運動ニューロン直接結合時期と合致した結果であった。さらに、P22からP50ではCST-MN-EPSCは記録できないのに対し、感覚性入力(Ia)-MN-EPSCやCST-介在ニューロン(IN)-EPSCは100%記録可能であり、CSTならびにMN自体の損傷はないことを示唆する。2)皮質脊髄路シナプス除去に伴って見られるシナプス応答の変化をとらえる。具体的には、1)の結果を踏まえて、皮質脊髄路シナプスの形成過程と思われるP6-P8と除去過程に相当するP14-P20に分けて、シナプス可塑性の変化を観察比較した。preliminaryな結果ではあるが、P8-P9では長期抑圧(LTD)は見られず長期増強(LTP)のみ出現、一方シナプス除去の開始に先立つP13からP14ではLTPが減弱しLTDが出現しており、シナプス除去過程における活動依存的メカニズムの関与が示唆される。また、この結果は、長年に渡りブラックボックスであった脊髄MN自体のシナプス可塑性の有無を明らかにする一歩となり得るものと考える。科研費申請時の平成30年度の達成目標として、1)前腕筋支配運動ニューロンよりホールセル記録を行い、皮質脊髄路軸索からのシナプスが形成される日齢と除去される日齢を正確にとらえる、2)皮質脊髄路シナプス除去に伴って見られるシナプス応答の変化をとらえる(具体的にはシナプス可塑性の変化として、シナプス除去に先行するLTPの減少・消失もしくはLTDの出現を観察記録し、LTP, LTDの発現前後でpaired pulse ratioに変化が見られるか否かでその変化がシナプス前終末(pre)によるものなのか,シナプス後膜(post)によるものなのかを同定する)の2項目をあげている。1)に関しては、皮質脊髄路-運動ニューロンシナプスにおける単シナプス性のEPSC陽性率を生後6日齢(P6)からP50にかけて経時的に記録し比較するという本研究の主軸となる実験を完了し、平成30年度日本神経科学学会にてポスター発表、2019年北米神経科学学会にてポスター発表予定(登録済み)、現在英語論文に投稿中である。2)に関しても、脊髄運動ニューロンにおけるLTPおよびLTDそれぞれの誘発に有効な反復刺激の強度を決定し、実際に注目している日齢におけるLTPならびにLTDの出現に成功している。現在データの蓄積中であり、今後活動依存的シナプス除去のメカニズム解明に貢献出来るものと考えている。本年度の計画としては、申請書類の平成31年度計画通り以下の順に研究を進めて行く。1)前腕筋支配運動ニューロン以外の脊髄運動ニューロン(手内筋,上腕筋,胸筋,および傍脊柱筋支配運動ニューロン)への皮質からの直接結合の有無を確認した上で、高等霊長類で見られるような支配筋による入力頻度の差が齧歯類においても存在するのか否かを観察する。入力頻度は、平成30年度の研究と同様に単シナプス性CST-MN-EPSCの陽性率で評価する。2) Grin 2B-floxマウスの前腕筋支配運動ニューロンにChAT-CREを発現させる事により、運動ニューロン特異的に2Bをノックアウトし、2Bの消失により運動ニューロンからのシナプス除去が阻害されるか否かを明らかにする。(具体的には、野生型でシナプス除去がほぼ完了するP22以降での結合頻度を確認し、シナプス除去過程に対する活動依存的修飾の有無を検討する)3) Sema6Dノックアウトマウスを用いて、Sema6Dの消失により運動ニューロンからのシナプス除去が阻害されるか否かを明らかにする。(具体的には、2)と同様にP22以降での結合頻度を確認し、本系におけるシナプス除去過程に対する遺伝的要素の関与の度合いを検討する)1)逆行性に標識した前腕筋支配運動ニューロン(MN)より継時的にホールセル記録を行い、大脳皮質運動野から脊髄MNへの直接シナプスが形成され除去される過程を正確にとらえる。

さらに、P22からP50ではCST-MN-EPSCは記録できないのに対し、感覚性入力(Ia)-MN-EPSCやCST-介在ニューロン(IN)-EPSCは100%記録可能であり、CSTならびにMN自体の損傷はないことを示唆する。2)皮質脊髄路シナプス除去に伴って見られるシナプス応答の変化をとらえる。具体的には、1)の結果を踏まえて、皮質脊髄路シナプスの形成過程と思われるP6-P8と除去過程に相当するP14-P20に分けて、シナプス可塑性の変化を観察比較した。preliminaryな結果ではあるが、P8-P9では長期抑圧(LTD)は見られず長期増強(LTP)のみ出現、一方シナプス除去の開始に先立つP13からP14ではLTPが減弱しLTDが出現しており、シナプス除去過程における活動依存的メカニズムの関与が示唆される。また、この結果は、長年に渡りブラックボックスであった脊髄MN自体のシナプス可塑性の有無を明らかにする一歩となり得るものと考える。科研費申請時の平成30年度の達成目標として、1)前腕筋支配運動ニューロンよりホールセル記録を行い、皮質脊髄路軸索からのシナプスが形成される日齢と除去される日齢を正確にとらえる、2)皮質脊髄路シナプス除去に伴って見られるシナプス応答の変化をとらえる(具体的にはシナプス可塑性の変化として、シナプス除去に先行するLTPの減少・消失もしくはLTDの出現を観察記録し、LTP, LTDの発現前後でpaired pulse ratioに変化が見られるか否かでその変化がシナプス前終末(pre)によるものなのか,シナプス後膜(post)によるものなのかを同定する)の2項目をあげている。1)に関しては、皮質脊髄路-運動ニューロンシナプスにおける単シナプス性のEPSC陽性率を生後6日齢(P6)からP50にかけて経時的に記録し比較するという本研究の主軸となる実験を完了し、平成30年度日本神経科学学会にてポスター発表、2019年北米神経科学学会にてポスター発表予定(登録済み)、現在英語論文に投稿中である。2)に関しても、脊髄運動ニューロンにおけるLTPおよびLTDそれぞれの誘発に有効な反復刺激の強度を決定し、実際に注目している日齢におけるLTPならびにLTDの出現に成功している。現在データの蓄積中であり、今後活動依存的シナプス除去のメカニズム解明に貢献出来るものと考えている。本年度の計画としては、申請書類の平成31年度計画通り以下の順に研究を進めて行く。1)前腕筋支配運動ニューロン以外の脊髄運動ニューロン(手内筋,上腕筋,胸筋,および傍脊柱筋支配運動ニューロン)への皮質からの直接結合の有無を確認した上で、高等霊長類で見られるような支配筋による入力頻度の差が齧歯類においても存在するのか否かを観察する。入力頻度は、平成30年度の研究と同様に単シナプス性CST-MN-EPSCの陽性率で評価する。2) Grin 2B-floxマウスの前腕筋支配運動ニューロンにChAT-CREを発現させる事により、運動ニューロン特異的に2Bをノックアウトし、2Bの消失により運動ニューロンからのシナプス除去が阻害されるか否かを明らかにする。(具体的には、野生型でシナプス除去がほぼ完了するP22以降での結合頻度を確認し、シナプス除去過程に対する活動依存的修飾の有無を検討する)3) Sema6Dノックアウトマウスを用いて、Sema6Dの消失により運動ニューロンからのシナプス除去が阻害されるか否かを明らかにする。
新規二核ロジウム(II)錯体の創製に基づく不斉ルイス酸触媒反応の開発

我々はこれまで不斉ロジウム(II)アミダート錯体Rh_2(S-BPTPI)_4が、Danishefsky型ジエンとアルデヒドおよび酸素官能基一つで活性化されたジエンとアセチレンアルデヒドとのヘテロDiels-Alder(HDA)反応において優れた不斉ルイス酸触媒として機能することを報告している。本年度はロジウム(II)錯体をルイス酸触媒として用いる反応開発研究および開発した反応の応用研究を行い、以下の知見を得た。1.抗骨粗鬆症作用を持つ天然物diospongin Bの触媒的不斉合成を行った。ベンズアルデヒドを用いたHDA反応により得られる環化生成物とアセトフェノンから調製したシリルエノールエーテルの向山-Michael反応を行うと、トランス-2,6-二置換テトラヒドロピラノンを単一ジアステレオマーとして得ることが出来た。続いて、L-Selectrideによる位置および立体選択的還元を行い、diospongin Bの触媒的不斉合成を達成した。2.通常、ルイス酸触媒の適用が困難である3-シロキシ-2-アザ-1,3-ジエンとアルデヒドとのHDA反応に、Rh_2(S-BPTPI)_4を用いると極めて高い不斉収率でテトラヒドロオキサジノンが得られることが分かった。また、環化生成物はβ-ヒドロキシカルボン酸誘導体などに変換可能なキラルビルディングブロックである。我々はこれまで不斉ロジウム(II)アミダート錯体Rh_2(S-BPTPI)_4が、ヘテロDiels-Alder(HDA)反応における優れたルイス酸触媒として機能することを見出している。本年度はロジウム(II)錯体をルイス酸触媒として用いる反応開発研究を行い、以下の知見を得た。1.酸素官能基一つで活性化された1,3-ジエンとアセチレニックアルデヒドとの不斉HDA反応にRh_2(S-BPTPI)_4を用いると完璧なシス選択性と最高99%の不斉収率でテトラヒドロピラノンが得られることを見出した。また、これまでに報告例がなかった4位に芳香環が置換したジエンを用いるHDA反応を行い、本反応を鍵行程とする(-)-Centrolobineの合成を行った。さらに現在予備的知見ではあるが、Rh_2(S-BPTPI)_4は通常ルイス酸触媒を用いる不斉HDA反応には用いられないRawalのジエンも適用可能(最高不斉収率99%)であることが分かった。2.シリルケテンアセタールと電子不足アルデヒドの向山アルドール反応にRh_2(S-BPTPI)_4を用いると最高不斉収率94%でアルドール成績体が得られることを見出した。また、グリオキシル酸エステルとα-メチルスチレンの不斉カルボニル-エン反応では、Rh_2(S-PTPI)_4を用いた場合に50%eeと中程度の不斉誘起が観測された。さらに、p-ニトロベンズアルデヒドとニトロメタンの不斉ニトロアルドール反応においても、Rh_2(S-BPTPI)_4を用いると40%eeの不斉誘起が観測された。我々はこれまで不斉ロジウム(II)アミダート錯体Rh_2(S-BPTPI)_4が、Danishefskyタイプのジエンとアルデヒドおよび酸素官能基一つで活性化されたジエンとアセチレニックアルデヒドのヘテロDiels-Alder(HDA)反応において優れたルイス酸触媒として機能することを見出している。1.芳香環が4位に置換した1,3-ジエンとアセチレニックアルデヒドの不斉HDA反応を鍵工程として細胞増殖抑制作用を示すCalyxin Lの形式合成を行った。HDA反応により得られた2,6-シス配置のテトラヒドロピラノン(91%ee)を再結晶により光学純品(>99%ee)とした後、4位カルボニル基を利用して鈴木-宮浦クロスカップリングによる芳香環導入を行い、Rychnovskyらが報告したCalyxin Lの合成中間体へと変換した。2.通常、ルイス酸触媒の適用が困難である3-シロキシ-2-アザ-1,3-ジエンとアルデヒドのHDA反応に、Rh_2(S-BPTPI)_4を用いると極めて高い不斉収率でテトラヒドロオキサジノンが得られることを見出した。本反応は緩和なルイス酸であるロジウム(II)錯体の特長を活かした反応であり、環化生成物は種々の天然物合成に利用可能なキラルビルディングブロックである。

2.通常、ルイス酸触媒の適用が困難である3-シロキシ-2-アザ-1,3-ジエンとアルデヒドとのHDA反応に、Rh_2(S-BPTPI)_4を用いると極めて高い不斉収率でテトラヒドロオキサジノンが得られることが分かった。また、環化生成物はβ-ヒドロキシカルボン酸誘導体などに変換可能なキラルビルディングブロックである。