hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
香りナシ育種の展開を目指した香気関連遺伝子の同定

香り豊かなイワテヤマナシの在来品種`ナツナシ'とニホンナシ栽培品種`幸水'のF1集団を用いて香気成分に対するQTL分析を行い候補遺伝子を特定使用とする内容である。初年度に`ナツナシ'X`幸水'のF1集団を用いて`ナツナシ'、`幸水'のSSRマーカーからなる骨格連鎖地図を作成し、その後の2年間で13種類の香気成分のQTLが`ナツナシ'のLG2 (Linkage Group 2), LG9に検出された。LOD3以上の香気成分のQTLは`ナツナシ'で22種類、幸水で3種類だった。2年間`ナツナシ'で検出できたQTLの多くはLG2、LG9に座乗するエチルエステル類、アルコールであり年次安定性があった。最も効果が大きい`ナツナシ'のLG2には9種類のエチルエステルのQTLが2ヶ年共に検出された。近傍マーカーは香りナシ育種における選抜マーカー(MASマーカー)として期待できる。またリンゴのLG2にはエステル合成の最終段階で働くMdAAT1遺伝子が座乗しているとの報告があり、`ナツナシ'でも同様の遺伝子がLG2に座乗していると予想された。`ナツナシ'、`幸水'でAAT1遺伝子をマッピングするため`ナツナシ'、`幸水'由来のAAT遺伝子の単離を試みた。AAT遺伝子はリンゴでは相同性が高い多重遺伝子群を形成している。リンゴのAAT遺伝子配列を参考にプライマーを設計し、`ナツナシ'、`幸水'のゲノミックDNAからAAT遺伝子群をTAクローニングし配列決定した結果、AAT遺伝子中の複数のIn/del、T-stretch、SNPsを使って`ナツナシ'では9種類、`幸水'では10種類のAAT遺伝子がマッピングできた。LG2のAAT遺伝子が`ナツナシ'、`幸水'共にマッピングできたため、エチルエステル合成におけるAAT遺伝子の発現制御メカニズムの解明とMASマーカーの利用が期待できる。現在のニホンナシ栽培品種が持っていない新規の香りナシ育成の基盤技術を構築するため、豊かな芳香を持つイワテヤマナシ果実の香気成分合成系の分子メカニズムを明らかにすることを本課題の目的としている。今年度はイワテヤマナシの在来品種`ナツナシ'とニホンナシ栽培品種`幸水'の交雑集団とナシおよびリンゴ由来のDNAマーカーを用いて骨格連鎖地図を作成した。`幸水'の連鎖地図には226遺伝子座、`ナツナシ'には275遺伝子座のDNAマーカーが座乗した。これらは`幸水'ゲノムで873.3 cM、`ナツナシ'で1093.6 cMの領域をカバーしていた。つぎに交雑集団のダイナミックヘッドスペース香気分析を行い、エステル27種類、アルコール3種類、アルデヒド2種類,テルペン1種類の合計33種類の定性、定量を行った。これらの香気成分に対するQTL解析を行い、`ナツナシ'では13成分において第2連鎖群と第9連鎖群でQTLが検出された。特にそのうちの10成分は第2連鎖群の同じ領域に位置づけられ、全てエチルエステル類だった。`幸水'では4成分において第1,8,17連鎖群にQTLが位置づけられた。`ナツナシ'でQTLが検出されたLG2とLG9の領域には,リンゴにおいてエステル生合成の下流に関与する酵素をコードするAlcohol acyl transferase (AAT1)遺伝子とLipoxygenase (LOX)遺伝子がそれぞれ存在している。リンゴではAAT1遺伝子はAATジーンファミリーの中でも最も強く発現制御されている。これらの結果から`ナツナシ'においてもLG2とLG9にリンゴと同様の遺伝子が座乗している可能性が高い。イワテヤマナシの在来品種`ナツナシ'とニホンナシ`幸水'の交雑集団とナシおよびリンゴ由来のDNAマーカーを用いて骨格連鎖地図を作成した。500種類以上のSSRマーカーを用いて連鎖地図を構築したところ約半分のSSRマーカーが座乗した。交雑集団が65個体と少なめだったにも関わらず両親間で多くの多型が検出された。交雑集団の多検体のヘッドスペース香気分析も順調に進んだ。予定では我々の先行研究で寄与度が高った11種類の香気寄与成分でQTL分析を行う予定だったが最終的に33成分で定性、定量を行った。これらの香気成分に対するQTL解析を行い、`ナツナシ'では13成分においてQTLが検出され、特にそのうちのエチルエステル類の10成分は第2連鎖群の同じ領域に位置づけられた。`幸水'では4成分において3つの連鎖群にQTLが位置づけられた。リンゴの先行研究からエステル生合成の下流に関与する酵素をコードするAlcohol acyl transferase (AAT1)遺伝子とLipoxygenase (LOX)遺伝子がそれぞれ第2、第9連鎖群に座乗しており`ナツナシ'においてもこれらの遺伝子の関連が示唆された。以上のように、これまでは大きな問題も無く順調に進捗している。香り豊かなイワテヤマナシの在来品種`ナツナシ'とニホンナシ栽培品種`幸水

'のF1集団を用いて香気成分に対するQTL分析を行い候補遺伝子を特定使用とする内容である。昨年度、`ナツナシ'X`幸水'のF1集団を用いて`ナツナシ'、`幸水'のSSRマーカーからなる連鎖地図を作成し、13種類の香気成分のQTLが`ナツナシ'のLG2 (Linkage Group 2), LG9に検出された。QTL分析は年次変動が多いため今年度もデータを取得した。LOD3以上の香気成分のQTLは`ナツナシ'で22種類、幸水で3種類となり、`ナツナシ'では昨年の13種類から大幅に増えた。2年間`ナツナシ'で検出できたQTLの多くはLG2、LG9に座乗するエチルエステル類、アルコールであり年次安定性があった。最も効果が大きいLG2のQTL近傍マーカーは香りナシ育種における選抜マーカー(MASマーカー)として期待できる。またリンゴのLG2にはエステル合成の最終段階で働くMdAAT1遺伝子が座乗しているとの報告があり、`ナツナシ'でも同様の遺伝子がLG2に座乗していると予想した。`ナツナシ'のAAT1遺伝子をマッピングするため`ナツナシ'由来のAAT遺伝子の単離を試みた。AAT遺伝子はリンゴでは相同性が高い多重遺伝子群を形成している。リンゴのAAT遺伝子配列を参考にプライマーを設計し、`ナツナシ'、`幸水'のゲノミックDNAからAAT遺伝子群をクローニングしている。現時点で`ナツナシ'由来のAAT遺伝子の大半が単離できており、マッピング可能なSNPs多型を探索中である。`幸水'では3種類のうち2年続けて強く検出できたのはLG8に座乗するテルペン類のαーFarneseneのみだった。果皮色とαーFarnesene含量に強い正の相関があったことからコルク層の有無がテルペン含量に関与することが予想された。複数年(2年間)にわたり香気成分に対するQTLを検出した。エチルエステル、アルコール等の香気成分に対するQTLの年次変動は比較的小さく、効果の大きいQTLは2年続けて検出できた。また果皮色とテルペン含量(αーFarnesene)に正の相関があり、コルク層の有無がテルペン発現に関与するという想定外の結果も得られた。当初は`ナツナシ'のLG2のQTLに連鎖するSSRマーカーを香りナシ選抜MASマーカーとして利用する予定だったが、連鎖地図上の位置からLG2にはAAT1遺伝子そのものが座乗している可能性が高くなった。そこでAAT1遺伝子をマッピングするため`ナツナシ'由来のAAT遺伝子の単離を試みた。研究計画では次世代シーケンサーを用いてcDNA、ゲノミック由来の香気関連遺伝子を網羅的に単離する予定だったが、AAT遺伝子群は相同性が高い10個以上の多重遺伝子群を形成しているため、繰り返し配列に弱い次世代シーケンサーは使用せず、従来のPCRクローニングを行うことに方向転換した。現時点でマッピング可能なSNPs多型を探索するための`ナツナシ'由来のAAT遺伝子の大半が単離、同定できた。以上のように当初の実験計画に変更を加えながらもおおむね順調に研究は進行中である。
転写因子AML1を用いた造血幹細胞誘導の試み

AML1 (Runx1)という転写因子の遺伝子破壊マウスでは、AGM領域から造血幹細胞が発生してこないために胎生致死となる。AML1の造血幹細胞発生における役割を知るために、まずAML1ノックアウトマウスのAGM領域に由来するヘマンジオブラスト様細胞株AML1(-/-)HBLをSV40温度感受性T抗原をコードするレトロウィルスを用いて樹立した。次に、ドキシサイクリン誘導性プロモーター下にAML1 cDNAを配置したコンストラクトをAML1(-/-)HBL細胞株に導入し、ドキシサイクリン添加によってAML1を発現誘導させたときに発現変動する遺伝子群をRDA (Representative Differentiation Analysis)法を用いて探索した。その結果、Insulin-1ike growthfactor binding protein 3 (IGFBP3)のmRNAがAML1により発現抑制されることを発見した。このIGFBP3 mRNAの発現抑制はAML1をコードするアデノウイルスベクターをAML1(-/-)HBL細胞株に感染させることでも再現された。IGFBPファミリーは6種類知られているが、このうちIGFBP3、IGFBP6の両者がAGM領域に発現しており、両方ともにAML1により発現抑制された。また、IGFBP3を骨髄造血幹細胞の初代培養系に添加したところ、骨髄球系造血前駆細胞の増殖能が低下した。したがって、AML1はIGFBP3/6の発現量を下げることにより造血前駆細胞の増殖を正に制御していることが示唆された。本研究では、ヘマンジオブラストから血球が産生する時、転写因子AML1により制御され、造血発生に必要不可欠な因子を特定することを目的としている。H13年度においては、温度感受性SV40 T抗原をレトロウィルスベクターを用いてAML1欠損マウスAGM領域培養細胞に導入し株化細胞を得た。ここで樹立した温度感受性株は、フローサイトメトリーを用いて解析した結果、Sca1、PCLP1、オンコスタチンM受容体などヘマンジオブラストの特徴を表面抗原として持つ細胞であった。この細胞株は転写因子AML1が欠損している以外は、AGM領域由来のヘマンジオブラストとしての性質を保持している可能性が高く、AML1の再導入によってその細胞株におけるAML1の転写活性可能が変化するなど、AML1の機能を細胞レベルで観察出来ることが明らかとなった。そこで、レトロウィルスベクターを用いて効率良くAML1をこの細胞株に導入し、その後の表現形質を観察するとともに、AML1導入前・後での遺伝子発現の変化をサブトラクション法でモニターした。その結果、細胞形態等についての変化は観察されなかったが、AML1の発現依存的に発現が抑制される遺伝子がクローニングされた。データベース解析により、この分子はインスリン様増殖因子結合タンパク-3(IGFBP-3)であることが確認された。アデノウィルスによりAML1を再導入してもIGFBP-3の発現は抑制されたことから、この現象は樹立したAML1欠損細胞株において一般化できる現象と考えた。現在、AML1によるIGFBP-3の発現抑制と造血細胞の分化および増殖について、コロニーアッセイ法を用いて解析している。
自殺予防教育をソーシャルワーカー養成課程で実施するための教授法に関する研究

本研究代表者らは、これまでに、ソーシャルワーカーを養成する首都圏の3つの大学の教員各1名(合計3名)が、『ソーシャルワーカーにできる自殺予防』(以下、教育プログラム)の実施マニュアルを用いて、自らの授業の一環として教育プログラムを実践した。その際、プログラムの実施可能性と効果を検討するために、教育プログラムを受講し、研究参加に同意した学生を対象に、教育プログラム実施の直前直後に質問紙による調査を行った。質問紙は、自殺や自殺予防に関する知識(プログラム前後)、自殺に対する態度(プログラム前後)、教育プログラムの満足度(プログラム後のみ)、属性等(プログラム前のみ)の質問項目で構成した。その結果、ソーシャルワーカー養成課程の教員が、実施マニュアルを用いて自らの担当科目内でプログラムを実践することの実施可能性と一定の効果が認められた。有害事象は特に認められなった。教育プログラムを実施した3名のうち、2名は、自殺予防やメンタルヘルスについて専門とする教員ではなかった。このことから、本教育プログラムは実施マニュアルを用いることで、ソーシャルワークを教授する教員であれば自殺予防に関する知識や経験が豊富でなくとも、実施できる可能性が高いことが示唆された。また、教育プログラムおよび実施マニュアルの普及を目指し、実施マニュアル第1版と教育プログラム第2版を作成して、ソーシャルワーカー養成課程のある全国の大学や専門学校に配布するとともに、これまでの研究成果の報告もおこなった。また実施マニュアルと教育プログラム配布資料は、ウェブサイトでのダウンロードも可能にした。研究計画で予定していた通り、教育プログラムを実施できる教員を更に養成し、教員自らの授業に取り入れてもらうことで、実施マニュアルを用いたプログラムの実施可能性と、その際のプログラムの効果について検討を進めることができた。また、プログラムの普及に向けた取組みとして、ソーシャルワーカー養成校(大学や専門学校等)を対象に、これまでの研究成果の報告や教育プログラムおよび実践マニュアルを紹介した。これらのことから、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。平成31年度は、教育プログラムの実施可能性と効果に関する調査で得られたデータを更に詳細に分析するとともに、学術雑誌での成果報告を目指す予定である。ソーシャルワーカーを目指す学生が自殺の危機にあるクライエントの支援に備えるための教育プログラム(以下、教育プログラム)の実施マニュアル(以下、実施マニュアル)を開発するとともに、実施マニュアルを研修資材とした教育プログラムの教授法研修(以下、教授法研修)を開発・試行的実施を行った。実施マニュアルは、教育プログラムの開発(本研究代表者の平成25年度27年度科研費基盤研究C(25380838)による研究)にたずさわった研究者と、マニュアルの構成と内容について協議を繰り返し開発した。実施マニュアルの仮称を、「『ソーシャルワーカーにできる自殺予防ーソーシャルワーカーを目指す学生を対象にー』教育プログラム実施方法の提案」とした。実施マニュアルは2つのセクションで構成される。最初のセクションは「『ソーシャルワーカーにできる自殺予防』教育プログラムを実施するにあたり」として、6つのパートに分かれている。具体的には、1はじめに、2教育プログラムの概要、3プログラムの実施のポイント、4プログラム実施に必要な物品、5プログラムを始める前に、6プログラム実施前に参考となる資料例、である。二つ目のセクション「『ソーシャルワーカーにできる自殺予防』教育プログラムの具体的実施方法の提案」では、教育プログラムで使用する映写用教育資材の各スライドについて、「ポイント」、「解説」、「授業方法の提案」、「補足」を掲載した。また前述の研究者らが教授法研修も合わせて開発し、同研究者のうち23名が、ソーシャルワーク養成課程の大学教員2名と専門学校の教員1名を対象に教授法研修を試行的に実施した。3名の教員からは教育プログラムの教育資材や実施マニュアルの内容、教授法研修の方法等についてフィードバックを得て、それぞれの改訂に活用した。研究課題は当初の研究計画通り、ソーシャルワーカーを目指す学生が自殺の危機にあるクライエントの支援に備えるための教育プログラムの実施マニュアルを開発するとともに、実施マニュアルを研修資材とした教育プログラムの教授法研修を開発・試行的実施を行ったことから、おおむね順調に進展していると評価できるため。ソーシャルワーカーを目指す学生が自殺の危機にあるクライエントの支援に備えるための教育プログラム『ソーシャルワーカーにできる自殺予防』(以下、教育プログラム)の実施マニュアル(平成28年度に開発)を使用して、平成28年度に引き続き、教育プログラム教授法研修を試行的に実施した。そして平成29年度の新たな取組みとして、同研修を受けたソーシャルワーカー養成課程の大学教員が、実施マニュアルを用いて実際の授業の中で教育プログラムを実践し、その際のプログラムの実施可能性と効果を予備的に検討した(下記に詳細説明)。また、本研究代表者および研究協力者も、実施マニュアルを用いて教育プログラムを行うことで、実施マニュアルの改善点を検討した。更に、これら教育プログラムの実践経験をもとに、実施マニュアルおよび教育プログラムの使用資材の改訂を行った。前述の教育プログラム教授法研修を受けた教員の担当科目を履修している学生で、教員が授業の一環として実施した教育プログラムを受講し、研究参加に同意した学生10名を対象に、教育プログラム実施の直前直後に質問紙による調査を行った。また、同教員による講義に、本研究代表者と研究協力者1名がオブザーブ出席するとともに、講義を録音した。その結果、教育プログラムの実施方法について、教授法研修を通じて習得したソーシャルワーカー養成課程の教員が、実施マニュアルを用いて自らの担当科目内でプログラムを実践することの実施可能性が示唆された。

研究計画で予定していた通り、教育プログラムの実施方法について、教授法研修を通じて習得したソーシャルワーカー養成課程の教員が、実施マニュアルを用いて自らの担当科目内でプログラムを実践し、その実施可能性とその際のプログラム効果について予備的に検討することができた。また、前述の教員に加え、本研究代表者や研究協力者が教育プログラムの実践経験を積み重ねることで、実施マニュアルおよび教育プログラムの使用資材の改訂を行うことができた。これらのことから、本研究はおおむね順調に進展していると評価できる。本研究代表者らは、これまでに、ソーシャルワーカーを養成する首都圏の3つの大学の教員各1名(合計3名)が、『ソーシャルワーカーにできる自殺予防』(以下、教育プログラム)の実施マニュアルを用いて、自らの授業の一環として教育プログラムを実践した。その際、プログラムの実施可能性と効果を検討するために、教育プログラムを受講し、研究参加に同意した学生を対象に、教育プログラム実施の直前直後に質問紙による調査を行った。質問紙は、自殺や自殺予防に関する知識(プログラム前後)、自殺に対する態度(プログラム前後)、教育プログラムの満足度(プログラム後のみ)、属性等(プログラム前のみ)の質問項目で構成した。その結果、ソーシャルワーカー養成課程の教員が、実施マニュアルを用いて自らの担当科目内でプログラムを実践することの実施可能性と一定の効果が認められた。有害事象は特に認められなった。教育プログラムを実施した3名のうち、2名は、自殺予防やメンタルヘルスについて専門とする教員ではなかった。このことから、本教育プログラムは実施マニュアルを用いることで、ソーシャルワークを教授する教員であれば自殺予防に関する知識や経験が豊富でなくとも、実施できる可能性が高いことが示唆された。また、教育プログラムおよび実施マニュアルの普及を目指し、実施マニュアル第1版と教育プログラム第2版を作成して、ソーシャルワーカー養成課程のある全国の大学や専門学校に配布するとともに、これまでの研究成果の報告もおこなった。また実施マニュアルと教育プログラム配布資料は、ウェブサイトでのダウンロードも可能にした。研究計画で予定していた通り、教育プログラムを実施できる教員を更に養成し、教員自らの授業に取り入れてもらうことで、実施マニュアルを用いたプログラムの実施可能性と、その際のプログラムの効果について検討を進めることができた。また、プログラムの普及に向けた取組みとして、ソーシャルワーカー養成校(大学や専門学校等)を対象に、これまでの研究成果の報告や教育プログラムおよび実践マニュアルを紹介した。
シクリッド咽頭顎骨の神経‐骨代謝クロストークに関わる神経回路の解析

神経と硬組織の相互作用を研究する上で、骨-中枢神経までを俯瞰し、食性と骨の可塑的変化を結び付けることが可能なモデルとして魚類は有効である。これまで、ティラピア上・下咽頭顎骨に分布する神経束は迷走神経であり、連絡する神経節の一部も同定した。また、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ(TRAP)をマーカーとして、破骨細胞を可視化してその分布を検討した結果、咽頭歯に近接する骨領域に多くの破骨細胞が観察されるなど、破骨細胞のリモデリング機能を反映した像を確認した。加えて、ニューロフィラメント抗体を用いて免疫染色した咽頭顎骨内の末梢神経と、TRAP染色によって可視化した破骨細胞の二重染色では、神経終末様の構造と破骨細胞が近接している像を捉えることができた。このような観察結果は、神経系と骨構成細胞の相互作用を示唆していると考えた。今年度は、咽頭顎に分布する迷走神経の中枢側への連絡を調べるために、引き続き固定標本を用いた神経トレーサー(DiI)の標識実験と、麻酔下で神経トレーサー(BDA)を電気泳動的に標識する実験を行った。その結果、上咽頭顎に分布する迷走神経にDiIを標識した実験では、尾側の迷走神経の神経節内に多くの標識細胞が観察された。さらに、標識された神経節を越えて、中枢神経側に標識線維束が観察された。標識線維束は、延髄の背側まで走行して、迷走葉(Vagal lobe)の層状に配列する神経細胞に一致するように、ギャップを伴って局所的に終末していた。この終末領域は、吻尾方向にわたり広く観察された。また、一部の標識線維はCajalの交連核と思われる領域にも分布していた。BDA標識実験では、迷走神経への十分な標識を成功させることができなかった。今後、明らかとなった迷走神経からの中枢投射領域と、硬組織代謝に関わると考えられる視床下部などの領域がどのように連絡するのかを明らかにしたい。シクリッド下咽頭顎では、同種個体間で植物食性個体に比べ貝類を餌とする個体では、発達した臼状歯と強固な骨梁がみられるなど、食性に応じた可塑的変化が報告されている。これは、食性に応じた機械的負荷の感知により、リモデリングが生じる可能性を示す。また、末梢神経破壊により、多生歯の萌出が抑制されることも報告されている。このように、神経系が硬組織リモデリングに影響を与える可能性が高い。齧歯類では、感覚神経が骨代謝に重要な役割を担うと言われる。しかしながら、中枢を含めた神経系全体の骨代謝に対する役割は明らかでない。我々は、骨-中枢側まで俯瞰可能なモデルとして、魚類は有効であると考える。これまで、ティラピア下咽頭顎骨内の神経終末の存在を明らかにし、これらの末梢神経のoriginを調べてきた。今回、可塑的変化が生じるのか明らかとなっていない上咽頭顎にも注目して分布する末梢神経を調べた。その結果、上咽頭顎に分布する神経束は下咽頭顎に分布する神経束に合流しており、迷走神経の臓性枝と考えられる枝の吻側にある枝であり、神経節を経て迷走葉の外側にいたることが観察された。上および下咽頭顎骨に分布する末梢神経は、少なくとも共通の迷走神経束をoriginとすることが分かった。また、下咽頭顎の骨内において、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ(TRAP)をマーカーとして破骨細胞を可視化してその分布を検討した結果、咽頭歯に近接する骨領域に多くの破骨細胞が観察されるなど、破骨細胞の機能を反映すると思われる像を捉えることができた。さらに骨内の末梢神経との二重染色では、神経終末様の構造とTRAP陽性の破骨細胞が近接している像を捉えており、これは神経系と骨構成細胞の相互作用を示唆しているものと考えられた。咽頭顎に分布する末梢神経枝のoriginについては、迷走神経の臓性枝と考えられる枝の吻側に存在する枝であることが肉眼解剖学的に観察され、上および下咽頭顎骨に分布するそれぞれの末梢神経は、少なくとも共通の迷走神経束に由来することが分かった。また、下咽頭顎の骨内において、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼをマーカーとして破骨細胞を可視化することができた。さらに骨内の末梢神経との二重染色では、神経終末様の構造とTRAP陽性の破骨細胞が近接している像などを捉えることができた。以上の結果のうち、破骨細胞と下咽頭顎骨内の末梢神経の分布を二重染色で検討できたことは、設定していた目標のほとんどの内容をおおむね達成する結果となった。シクリッド下咽頭顎では、貝類を餌とする個体では、より発達した臼状歯と強固な骨梁がみられるようになるなど、食性に応じた可塑的変化が報告されている。これは、食性変化に応じた機械的負荷の感知により、リモデリングが生じる可能性を示す。また齧歯類では、感覚神経が骨代謝に重要な役割を担うと言われるが、骨代謝に寄与する神経回路の全体像は明らかでない。我々は、骨-中枢神経側まで俯瞰可能なモデルとして、魚類は有効であると考える。

これまで、ティラピア下咽頭顎骨と上咽頭顎に分布する神経束は、少なくとも共通の迷走神経束をoriginとすることが分かった。また、下咽頭顎の骨内において、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ(TRAP)をマーカーとして破骨細胞を可視化してその分布を検討した結果、咽頭歯に近接する骨領域に多くの破骨細胞が観察されるなど、破骨細胞の機能を反映すると思われる像を捉えてきた。骨内の末梢神経との二重染色では、神経終末様の構造とTRAP陽性の破骨細胞が近接している像を捉えており、これは神経系と骨構成細胞の相互作用を示唆しているものと考えられた。今年度は、さらに組織像の改良を目的として、ニューロフィラメント抗体等を用いて神経終末を可視化し、TRAP陽性の破骨細胞と二重染色を試み、バックグラウンドの低い良好な組織像を得ることができた。また、上咽頭顎に分布する末梢神経に神経トレーサー(DiI)を注入し、固定標本を用いた予備的な結果ではあるものの、尾側に位置する神経節内に標識細胞を確認することができた。この結果が中枢内の神経連絡を明らかにするための基盤となり、現在、中枢側への連絡を確認するために神経トレーサーの電気泳動的注入の実験に取り組んでいる。下咽頭顎の骨内において、神経終末様の構造と酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ陽性の破骨細胞が近接している様子を前年度よりも、よりバックグラウンドの少ない良好な組織像として捉えることができた。また、上咽頭顎に分布する神経線維束のオリジンである神経節細胞を一部確認することはできた。以上の結果のうち、設定していた目標のいくつかの内容を達成したものの、中枢神経内の連絡については、未だ明確な結果が出ていないため、進捗状況としてはやや遅れていると判断した。神経と硬組織の相互作用を研究する上で、骨-中枢神経までを俯瞰し、食性と骨の可塑的変化を結び付けることが可能なモデルとして魚類は有効である。これまで、ティラピア上・下咽頭顎骨に分布する神経束は迷走神経であり、連絡する神経節の一部も同定した。また、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ(TRAP)をマーカーとして、破骨細胞を可視化してその分布を検討した結果、咽頭歯に近接する骨領域に多くの破骨細胞が観察されるなど、破骨細胞のリモデリング機能を反映した像を確認した。加えて、ニューロフィラメント抗体を用いて免疫染色した咽頭顎骨内の末梢神経と、TRAP染色によって可視化した破骨細胞の二重染色では、神経終末様の構造と破骨細胞が近接している像を捉えることができた。このような観察結果は、神経系と骨構成細胞の相互作用を示唆していると考えた。今年度は、咽頭顎に分布する迷走神経の中枢側への連絡を調べるために、引き続き固定標本を用いた神経トレーサー(DiI)の標識実験と、麻酔下で神経トレーサー(BDA)を電気泳動的に標識する実験を行った。その結果、上咽頭顎に分布する迷走神経にDiIを標識した実験では、尾側の迷走神経の神経節内に多くの標識細胞が観察された。さらに、標識された神経節を越えて、中枢神経側に標識線維束が観察された。標識線維束は、延髄の背側まで走行して、迷走葉(Vagal lobe)の層状に配列する神経細胞に一致するように、ギャップを伴って局所的に終末していた。この終末領域は、吻尾方向にわたり広く観察された。また、一部の標識線維はCajalの交連核と思われる領域にも分布していた。BDA標識実験では、迷走神経への十分な標識を成功させることができなかった。今後、明らかとなった迷走神経からの中枢投射領域と、硬組織代謝に関わると考えられる視床下部などの領域がどのように連絡するのかを明らかにしたい。今回の結果をより信頼性のあるものにするために、実験条件をより最適化する。
血清アポリポ蛋白Eアイソフォームによるアルツハイマー病の血液診断の試み

アポリポ蛋白E4(アポE4)とアルツハイマー病(AD)との関連を明らかにするために、アポリポ蛋白E(アポE)表現型E2,E3,E4の分布と,それらから計算される対立遺伝子ε2,ε3,ε4の出現頻度を,日本人の健常者群と痴呆患者群との間で比較検討した。健常者群は三重県北中部存在の成人692名(平均年齢51.4±12.6歳)であった。痴呆患者群は75名(平均年齢72.9±9.2歳)で、60歳未満発症の早発性AD(EOAD)13名(平均年齢62.2±6.6歳)、60歳以上発症の遅発性AD(LOAD)30名(平均年齢76.2±6.9歳)、血管性痴呆(VD)32名(平均年齢74.1±8.9歳)の各群に分けられた。アポE表現型の決定は等電点電気泳動とimmunoblottingにより行い、統計学的検討はx^2検定を用いた。健常者群ではアポE表現型の分布には性差・年齢差はなく、対立遺伝子ε2,ε3,ε4の出現頻度はそれぞれ0.05,0.85,0.10であった。老年健常対照群(60歳以上の健常者)との比較してアポE表現型の分布はLOADで有意な差(p<0.0001)を認めたが、EOAD,VDでは統計学的有意差はなかった。ε3の頻度はEOAD0.77,LOAD0.60,VD0.84で、ε4の頻度はEOAD0.19,LOAD0.38,VD0.13であった。正常群との比較でLOADではε3は有意に低く(P<0.0001)、ε4は有意に高かった(P<0.0001)。本研究の結果は従来報告されている外国および本邦での結果と一致し、アポE4はLOADで出現頻度が高く、発症における危険因子の一つであると考えられる。血清アポリポ蛋白E(ApoE)のアイソフォームとアルツハィマ-型痴呆の関連を検討しました。健常対象群には、て巡回健康診断を受診した成人398名の血清を使用した。内訳は男57名、女341名で年齢は28-80歳(平均年齢53歳)であった。ApoEの表現型は、E2/2 1例、E3/2 35列、E3/3 283例、E4/2 6例、E4/3 72例、E4/4 1例でE4の出現頻度は19.8%であった。痴呆群は26名で、その内訳は初老期痴呆(AD)8例(5067歳、平均63歳)、老年痴呆(SDAT)8例(6885歳、平均年齢76歳)、脳血管性痴呆(VD)10例(6184歳、平均年齢69歳)であった。ApoEの表現型はADではすべてE3/3 2例、E4/3 2例、E4/4 2例、VDではE3/3 4例、E4/2 1例、E4/3 5例で、E4の出現頻度はAD O%、SDAT75%、VD 60%であった。本研究で得られた健常者群のE4出現頻度は、本邦・外国での従来の成績とほぼ一致した。

痴呆群ではSDATとVDでE4の出現頻度が高かったのに対して、ADではゼロであった。E4は老年期痴呆性疾患の危険因子の1つてある可能性がある。ApoE表現型の面からはSDATとADは同質ではないと考えられた。しかし現時点での痴呆群の検体数は少なく、そのApoE4表現型・E4の出現頻度について統計的検討を満たす数に達していないので、痴呆患者の検体収集に努めている。アポE4とアルツハイマー病(AD)との関連を明らかにするために、アポE表現型の分布とそれから計算される対立遺伝子ε2、ε3、ε4の出現頻度を日本人の健常者群{三重県北部在住の成人692名で、平均年齢51.4±12.6歳}と痴呆患者群は75名{平均年齢72.9±9.2歳で、60歳未満発症の早発性AD(EOAD)13名(平均年齢62.2歳±6.6歳)、60歳以上発症の遅発性AD(LOAD)30名(平均年齢76.2歳±6.9歳)、血管性痴呆(VD)32名(平均年齢74.1±8.9歳}との間で比較検討した。APO E表現型の決定は等電電気泳動とイムノブロッティングにより行い、統計学的検討はx^2検定を用いた。健常者群ではアポE表現型の分布には性差・年齢差はみられず、遺伝子型ε2、ε3、ε4の出現頻度はそれぞれ0.05、0.85、0.10であった。痴呆群では、正常群との比較でアポE表現型の分布は、LOADでは有意差を認めたが(p<0.0001)、EOAD-VDでは統計学的有意差はなかった。ε3の出現頻度は、EOAD 0.77、LOAD 0.60、VD 0.84で、ε4の出現頻度はEOAD 0.19、LOAD 0.38,VD 0.13であった。正常群との比較でLOADではε3は有意に低く(p<0.0001)ε4は有意に高かった(p<0.0001)。各遺伝型の出現頻度について正常群とEOAD,VD各々との比較、またEOADとLOAD、EOADとVDとの比較でも有意差はなかった。本研究の結果は従来報告されている外国・本邦での結果と結果と良く一致した。アポE4はLOADでの出現頻度が高く、LOAD発症に於ける危険因子の一つであると考えられる。
人工ＲＮＡ回路のコンピュータ援用自動設計

RNAスイッチによるRNA論理ゲートを計算機援用設計する際に応用可能な、RNA二次構造折り畳み経路予測アルゴリズムの改善を行った。RNA二次構造折り畳み経路予測アルゴリズムにより予測されるエネルギーバリアの値を目的関数として設計に利用することが提案されている。前年度までに開発した「アントコロニー最適化法を用いたRNA二次構造折り畳み経路予測アルゴリズム」では、標準的なベンチマークデータセット(RNAtabupathの論文で用いられているデータセット)のデータの中に、計算量の多さから予測が困難なケースがあった。これは、アントコロニー最適化法で探索を行うグラフ構造(ノードが二次構造、エッジが1塩基対変化に対応)のサイズが大きいことが原因であった。平成30年度は、グラフ構造の生成アルゴリズムを効率的なものに変更することで、アルゴリズムの改善を行った。改善の結果、RNAtabupathの論文で用いられているデータセットの全てのデータに対して折り畳み経路予測を実行することができた。また、RNAtabupathの論文で用いられているデータセットに加え、計算量の非常に多いSV11に対する予測も行うことができた。これらの結果についての論文を執筆・投稿した。また、相互作用する2つのRNA配列(相互作用前はそれぞれ異なる指定した二次構造を持ち、相互作用後は指定した結合構造を持つ)の設計や、小分子と二次構造付きRNA配列を入力として動作することを目指した2入力のRNAスイッチの設計に関する論文は、内容の見直しを行い、執筆を引き続き行っている。本研究では、核酸配列であるRNAを用いた分子スイッチの設計手法の開発を目的としている。RNAを用いた分子スイッチとしては、入力分子(リガンド)として小分子を用いるもの、他の核酸分子(RNA)を用いるものなどが提案されている。これまでに研究代表者が開発を行ってきた「複数のターゲット二次構造を安定に持つRNA配列を設計するアルゴリズム(MODENAアルゴリズム)」を拡張して、複合二次構造を考慮して複数RNA配列を設計するアルゴリズムの開発を行った。本研究課題以前にも、入力として小分子が既知のアプタマー配列に結合し、その結果二次構造が変化するタイプのRNAスイッチの設計はMODENAアルゴリズムにより可能であったが、今年度の研究成果として「RNAを入力分子として他のRNAの二次構造が変化し、下流の遺伝子配列の発現を調節するタイプのRNAスイッチ」のコンピュータによる設計をMODENAアルゴリズムにより行うことが可能となった。このようなRNA-RNA間相互作用を利用できるRNAスイッチは人工的な遺伝子回路を構築する際にタンパク質を利用した遺伝子回路と比較して設計が容易であると考えられ、人工遺伝子回路を構築するために有用であるといえる。また、RNAスイッチの性能に関連すると考えられるRNA二次構造エネルギーバリアを予測する手法の開発も行い、既知のリボスイッチ配列とその二次構造を用いて性能評価を行った。エネルギーバリア予測アルゴリズムの開発がやや遅れているが、平成28年度に予定していた「複数RNA配列の複合二次構造を考慮したRNA設計アルゴリズムの開発」を前倒しして行うことができたことから順調に進展していると考えている。小分子と二次構造付きRNA配列を入力として動作するRNA回路設計システムの開発を行った。平成28年度に行った二次構造付きRNA配列を入力として動作する人工リボスイッチ設計アルゴリズムを拡張し、2分子(小分子と二次構造付きRNA配列)を入力とする論理ゲートを設計可能な計算機システムの構築を行った。ONスイッチやOFFスイッチなど、単一の入力分子を持つ人工リボスイッチは入力分子の有無により人工リボスイッチの上流または下流に位置する遺伝子の発現を制御するのに対し、2入力の人工リボスイッチからなる論理ゲートは2つの入力分子の有無のパターンに応じて出力分子の発現の有無を制御する。2入力の人工リボスイッチからなる論理ゲートは、細胞内の複数種の分子の有無をセンシングして出力分子の発現を制御するRNA回路として機能することが期待される。また、小分子と二次構造付きRNA配列を入力として動作するRNA回路設計システムを設計可能な設計ツールの開発を行った。設計ツールのウェブサーバ開発にも着手しており、平成29年度に完成予定である。「天然のRNA-RNA間相互作用に見られる複合二次構造をターゲット構造としたデータセット」を用いてベンチマークを行い、本手法が従来の設計アルゴリズムよりも高い設計性能を示すことを確認した。小分子と二次構造付きRNA配列を入力として動作する2入力の人工リボスイッチを設計可能なアルゴリズムに関する論文執筆に着手した。論文は平成29年度に投稿予定である。RNA設計回路の手法については、ほぼ予定通り開発できている。バリア予測アルゴリズムの開発についてはやや遅れている。メタヒューリスティクスを応用したRNA二次構造折り畳み経路エネルギーバリア予測法の開発を行った。RNA二次構造の1塩基対の変化をエッジ、それぞれの二次構造をノードとしたグラフ構造を生成し、巡回セールスマン問題と同様にグラフを探索することで折り畳み経路の予測を行った。巡回セールスマン問題とは異なり、生成した折り畳み経路のエネルギーバリアの高さに基づきその経路の評価を行った。メタヒューリスティクスとしてはアントコロニー最適化(ACO)を利用した。計算を効率的に行うために、直接経路の結果を上限値としてグラフ構造中のノード数を削減するなどの処理を利用した。また、「開始構造と目的構造に含まれる塩基対のみで形成される直接経路」に対応したグラフ構造から漸進的にグラフ構造を更新することで、間接構造の予測を効率的に行うアルゴリズムとなっている。アルゴリズム中で生成した折り畳み経路の自由エネルギー計算は、Vienna RNAパッケージを用いて行った。既知のリボスイッチ配列などを用いて性能評価を行った結果、従来手法(ヒューリスティクス)による結果と同等またはそれ以上の結果が得られた。

また、短いRNA配列において、厳密解を得る従来手法により得られた結果とほぼ同等な結果が得られた。また、2本のRNA配列の複合構造に対するエネルギーバリア予測も実装した。アルゴリズムや性能評価の結果を英語論文としてまとめ、論文発表準備中である。小分子と二次構造付きRNA配列を入力として動作する2入力の人工リボスイッチを設計可能な手法に関する論文についても英語論文一報の執筆をほぼ終えており、こちらも論文発表準備中である。本研究課題の他に、AMEDの研究課題にもほぼ同期間従事しており、AMEDの研究課題が共同研究であったことからAMEDの研究課題をより優先して行わざるを得なかった。AMEDの研究課題で担当したアルゴリズム開発に予想以上に時間を要したために、本研究課題の遂行にも影響を与えた。RNAスイッチによるRNA論理ゲートを計算機援用設計する際に応用可能な、RNA二次構造折り畳み経路予測アルゴリズムの改善を行った。RNA二次構造折り畳み経路予測アルゴリズムにより予測されるエネルギーバリアの値を目的関数として設計に利用することが提案されている。前年度までに開発した「アントコロニー最適化法を用いたRNA二次構造折り畳み経路予測アルゴリズム」では、標準的なベンチマークデータセット(RNAtabupathの論文で用いられているデータセット)のデータの中に、計算量の多さから予測が困難なケースがあった。これは、アントコロニー最適化法で探索を行うグラフ構造(ノードが二次構造、エッジが1塩基対変化に対応)のサイズが大きいことが原因であった。平成30年度は、グラフ構造の生成アルゴリズムを効率的なものに変更することで、アルゴリズムの改善を行った。改善の結果、RNAtabupathの論文で用いられているデータセットの全てのデータに対して折り畳み経路予測を実行することができた。また、RNAtabupathの論文で用いられているデータセットに加え、計算量の非常に多いSV11に対する予測も行うことができた。これらの結果についての論文を執筆・投稿した。また、相互作用する2つのRNA配列(相互作用前はそれぞれ異なる指定した二次構造を持ち、相互作用後は指定した結合構造を持つ)の設計や、小分子と二次構造付きRNA配列を入力として動作することを目指した2入力のRNAスイッチの設計に関する論文は、内容の見直しを行い、執筆を引き続き行っている。平成27年度から行っているエネルギーバリア予測アルゴリズムの開発を継続して平成28年度も行う。その他の点は計画通り進める予定である。エネルギーバリア予測アルゴリズムの開発を平成29年度も行う。
肝臓におけるTIMP-1,TIMP-2の増殖因子としての役割に関する研究

Tissue inhibitor of metalloproteinases(TIMPs)は、コラーゲン分解酵素であるmatrix metalloproteinases(MMP)を不活化する。TIMPsには、これまでにTIMP1,2,3が同定されており、いずれもMMPを不活化して線維化を促進する方向に働く。一方、TIMP1は赤芽球系幹細胞の増殖因子であるerythroid-potentiating activity(EPA)とアミノ酸配列が全く同じであり、赤芽球系幹細胞の増殖を促進することが報告されている。増殖因子としての作用は、このほかいくつかの細胞で確認されている。肝臓においてこれまでTIMPsは、線維化との関係で論じられてきたが、肝細胞あるいは肝癌細胞に対して如何なる程度に増殖作用を有するかについての検討は全くなされていない。本研究は、TIMPsの肝臓における増殖因子としての作用を検討したものである。肝癌培養細胞のHepG2、Huh7、PLC/PRF/5を用い、培養液中のTIMPsの濃度を測定することによりTIMPs産生能を検討するとともに、TIMPs添加による上記細胞の増殖能の変化を検討した。肝癌細胞株はTIMP1,2,3を産生し、TIMPsは肝癌細胞株に対しオートクライン因子として働く増殖因子であることが明らかになった。ラット肝細胞に対しては、bovine recombinant TIMP-1は増殖作用を有していたが、ヒトTIMP-1は増殖作用を示さなかった。肝臓に分布するTIMPsは、MMPの不活化のほかに増殖因子としても機能することが判明し、各種病態との関係の解明が待たれる。無血清培養液中でHepG2細胞を培養し、培養液中のTIMP-1、TIMP-2濃度をEIA法にて測定した。HepG2細胞は、未刺激下で、恒常的にTIMP-1、TIMP-2を産生しており、その濃度は経時的に増加していた。ウシ胎仔血清(FBS)の中のTIMP-1、TIMP-2を除去したTIMPs-free血清を調製した。このTIMPs-free血清添加培養液下でのHepG2細胞の細胞増殖能を[^3H]-Thymidineの取り込みと細胞数(MTTアッセイ法)で評価し、未処理血清添加培養液下のそれと比較した。HepG2細胞の増殖能は、TIMPs-free血清添加培養液下では、未処理血清添加培養液下に比し、培養早期では有意に抑制されたが、その後有意差を認めなかった。これは、HepG2細胞により産生されたTIMPsが、増殖を促進したためと考えられる。以上のことから、TIMP-1、TIMP-2は、HepG2細胞に対して、オートクリン因子として機能する増殖因子であることが示唆された。今後、ラットの肝細胞、クッパー細胞、伊東細胞、及び類洞内皮細胞に対するTIMP-1、TIMP-2の増殖作用について検討することにより、肝臓における増殖因子としての役割が解明されるものと考えられる。Tissue inhibitor of metalloproteinases(TIMPs)はマトリックス分解酵素の活性を阻害する一方で、種々の細胞に対し増殖作用を有する。平成8年度は、TIMP-1,2のヒト肝癌細胞株に対する増殖作用を検討した。本年度は、ラット肝細胞に対するTIMP-1の増殖作用と、近年発見されたTIMP-3のヒト肝癌細胞株での発現を検討した。1.ウイスター系ラットの肝臓よりコラゲナーゼ灌流法にて肝細胞を単離し、種々の濃度(10-200ng/ml)のTIMP-1を添加の後、^3H-Thymidineの取り込みを測定した。bovinerecombinant TIMP-1の添加により^3H-Thymidineの取り込みが観察され、培養液中のTIMP-1濃度が200ng/mlにおいて^3H-Thymidine取り込みに有意の上昇(p<0.05)が見られた。ヒトrecombinant TIMP-1を添加したラット肝細胞では^3H-

Thymidineの取り込みは見られず、ラットの実験系ではbovine recombinant TIMP-1のみが増殖作用を示すことが示された。2.HepG2、Huh7、PLC/PRF/5を無血清培地で培養後、全RNAを抽出しRT-PCR法によりTIMP-3遺伝子を増幅、TIMP-3の発現を検討した。また、Direct sequencingにより塩基配列を検討した。いずれの細胞株も無刺激下でTIMP-3を発現しており、TNF-αを添加することによりTIMP-3の発現が増強した。TIMPsは、肝癌細胞に発現しており、オートクリン因子として機能していると考えられる。また、TIMP-1はラット肝細胞に対する増殖作用があり、今後TIMPsの増殖作用あるいは線維化抑制作用の研究においてラット肝臓が実験モデルとして有用であることが示された。
逆分極性金属種による二酸化炭素の新規活性化と合成化学的利用

本研究では、遷移金属錯体を用いた、二酸化炭素の新しい活性化法の創出を目的とした。その結果、酸素との親和性が高いヒドロシラン類を二酸化炭素からの脱酸素剤として利用することにより、遷移金属中心上で二酸化炭素から一酸化炭素への変換が可能であることを明らかにした。さらに、この素反応を活用して、二酸化炭素をカルボニル源とした触媒的カルボニル化反応を開発した。これらの成果は、二酸化炭素を直接1炭素源とした、多種多様なカルボニル化合物の化石資源脱却型触媒的合成法を提供する。本研究では、従来の二酸化炭素(O=C=O)の活性化における反応型式とは逆の“金属と炭素と結合する"型式をもたらす、遷移金属ーケイ素種、遷移金属ーホウ素種などの逆分極性金属反応種M(-)E(+)を利用した二酸化炭素C=O結合の切断法を創出する。1.化学量論量のロジウムホスフィン錯体、二酸化炭素、酸素原子と優先的に作用し得るケイ素化合物の一つ、ヒドロシランとの反応より、低収率ながらロジウムカルボニル錯体が得られることを見出した。他に炭素源が存在しないことから、二酸化炭素からカルボニル配位子(CO)へ脱酸素化していることが分かった。次にこの反応をベースに、逆分極性金属反応種M(-)E(+)を発生させ得る酸素受容剤および配位子の探索を行った。その結果、種々のケイ素化合物の中でもヒドロシラン類Si-Hが優れた酸素受容能を有することが分かった。さらに、ロジウム金属上に電子受容能の高いニトロシル基(NO)を配位させることにより、二酸化炭素からの脱酸素過程が進むことを明らかとした。2.バイオマス由来の糖類を水素源とした二酸化炭素の水素によるギ酸合成を検討した。ロジウムホスフィン錯体触媒存在下で、二酸化炭素とグリセリンとを反応させたところ、低収率ながらギ酸が得られることを見出した。ギ酸を、二酸化炭素およびグリセリンといった未利用資源より合成できる本手法は、二酸化炭素の新しい有機資源化技術となるだけでなく、クリーンエネルギー源である水素エネルギーのキャリアを提供できる有望な新触媒技術となる。本研究では、従来の二酸化炭素(O=C=O)の活性化における反応型式とは逆の“金属が炭素と結合する"型式をもたらす、遷移金属ー水素種、遷移金属ーケイ素種などの逆分極性金属反応種M(-)E(+)の発生を利用した二酸化炭素C=O結合の切断法を創出する。1.酸素原子と優先的に作用し得るケイ素化合物の一つ、ヒドロシランの存在下、化学量論量のロジウムホスフィン錯体、二酸化炭素の反応より、ロジウムカルボニル錯体が得られることを見出した。これにより、二酸化炭素からカルボニル単位(CO)への脱酸素化が可能であることが明らかとなった。本年度はさらに、この素反応をカルボニル単位の供給過程として組み込んだ触媒的化学変換の開発に取り組んだ。その結果、芳香族ハロゲン化物、二酸化炭素およびヒドロシランを、触媒量のロジウム錯体存在下で反応させると、芳香族アミド誘導体が得られることを見出した。上述の二酸化炭素からの脱酸素化によるカルボニル単位の発生、続く基質へのカルボニル単位の導入を経て進行していると考えられる。2.バイオマス由来のアルコール類を水素源とした二酸化炭素の水素によるギ酸合成を検討した。塩化ロジウム錯体触媒存在下、二酸化炭素とグリセリン、グルコースなどのアルコール類とを反応させたところ、ギ酸が合成できることを見出した。当初の計画通り、遷移金属錯体の中心金属上での化学変換により、二酸化炭素から酸素原子1つのみを脱離させる手法を達成した。金属上の電子状態を配位子により制御できること、脱酸素剤(酸素受容剤)としてケイ素化合物が有効であることを明らかとした。また、アルコール類から生じる水素も有効に働くことが判明した。以上より、計画通りに遂行できているものと考えている。本研究では、従来の二酸化炭素(O=C=O)の活性化とは逆の、“金属と炭素とが配位結合する"型式を経る二酸化炭素C=O結合の切断法を創出する。この逆型式の配位結合は、酸素親和性の高いケイ素やホウ素を配位子に持つ、遷移金属ーケイ素種、遷移金属ーホウ素種などの逆分極性金属反応種M(-)E(+)によってもたらされると想定した。化学量論量のロジウムホスフィン錯体、二酸化炭素、酸素原子と優先的に作用し得るケイ素化合物の一つ、ヒドロシランとの反応より、低収率ながらロジウムカルボニル錯体が得られることを見出した。次に、この組み合わせを基準に、ロジウム錯体を触媒量とし、有機基質、二酸化炭素、ヒドロシランの反応を実施したところ、二酸化炭素のカルボニル単位C=Oのみが有機基質に取り込まれた生成物が得られることを明らかにした。触媒反応中で発生していると考えられる活性中間体の捕捉には至らなかったが、この触媒反応でも、ヒドロシランおよびロジウム触媒から逆分極性金属種(ロジウムーケイ素種)が作業仮説通り発生し、二酸化炭素の活性化につながったものと考えている。今後は、触媒反応中でのロジウムーケイ素種の発生効率の向上をもたらすよう、ロジウム中心の電子状態を精密に制御することが必要となる。例えば、より陰性に分極できるように、周辺配位子の電子求引性(電荷収容能)を大きくする、等が考えられ、それに見合った配位子の設計・合成が必須である。

その結果、酸素との親和性が高いヒドロシラン類を二酸化炭素からの脱酸素剤として利用することにより、遷移金属中心上で二酸化炭素から一酸化炭素への変換が可能であることを明らかにした。さらに、この素反応を活用して、二酸化炭素をカルボニル源とした触媒的カルボニル化反応を開発した。これらの成果は、二酸化炭素を直接1炭素源とした、多種多様なカルボニル化合物の化石資源脱却型触媒的合成法を提供する。当初の計画通り、遷移金属錯体の中心金属上での化学変換により、二酸化炭素から酸素原子1つのみを脱離させる手法を達成した。金属上の電子状態を配位子により制御できること、脱酸素剤(酸素受容剤)としてケイ素化合物が有効であることを明らかとした。1.今回見出した上述の触媒反応の高効率化を、以下の点に重点を置き、目指す。(1)酸素受容剤の探索:今年度検討したケイ素化合物(Si-HやSi-Si)に加えて、同様に酸素との親和性の高いホウ素化合物(B-HやB-B)を用いて、二酸化炭素からの脱酸素化を検討する。ケイ素、ホウ素原子上の置換基の立体的・電子的影響を系統的に調査し、酸素との親和性を向上させ、逆分極有機金属種の高効率な発生を促進する。(2)金属錯体、配位子の探索:ロジウム中心を逆分極的に二酸化炭素の炭素原子と作用させるため、ニトロシル配位子や電子的要因の異なる様々なリン化合物から最適なものを探索し、逆分極有機金属種の高効率な発生を促進する。2.上述のギ酸合成反応は、二酸化炭素および合成化学的に未利用資源アルコール類より合成できる本手法は、二酸化炭素の新しい有機資源化技術となるだけでなく、クリーンエネルギー源である水素エネルギーのキャリアを提供できる有望な新触媒技術となる。現在、触媒回転数が2030であり、項目1で得られる知見をもとに触媒回転数100以上を目指す。いずれの成果についても、早期に学術論文誌上にて発表する。有機合成化学1.上述の成果は、いずれも化学量論反応での結果となるため、その触媒化が必要となる。今後は、以下の点に重点を置き、反応の触媒効率の向上を目指す。ケイ素、ホウ素原子上の置換基の立体的・電子的影響を系統的に調査し、酸素との親和性を向上させ、逆分極有機金属種M(-)E(+)の高効率な発生を促進する。(2)金属錯体、配位子の探索:ロジウム中心を逆分極的に二酸化炭素の炭素原子と作用させるため、ニトロシル配位子に加えて、電子的要因の異なる様々なリン化合物から最適なものを探索し、逆分極有機金属種M(-)E(+)の高効率な発生を促進する。2.1の二酸化炭素の新活性化技術を基に、二酸化炭素を炭素源とした様々な有機化合物合成の新手法として開発する。申請者の以前の研究成果より、炭素ー炭素三重結合と二重結合を併せ持つエンイン類の環状ケトン誘導体への環化カルボニル化反応において、ホルミル化合物がカルボニル単位供給源として有効に働くことが分かっている。