hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イネのオルガネラゲノムの遺伝的相互作用に関する研究

植物のオルガネラ機能の発現には、オルガネラゲノムと核ゲノムが協調的に働いている。この協調的発現機構の解明をめざして以下の共同研究を行なった。1.野生イネについては十分な量の種子が得られないので、ミトコンドリアの単離が困難であることから、全植物体より全DNAを調製した。これを用いて、栽培イネ(日本型)のミトコンドリアDNAクローンをプローブとしてサザン法で分子構成の分析に努めたが、ノイズが多くて確定的な結果が得られなかった。2.栽培イネ(日本型)のミトコンドリアと葉緑体DNAの相同配列を、ミトコンドリアDNAの一部の塩基配列を決定することにより、いくつか明らかにした。一方、イネミトコンドリアゲノム(マスターサークル、492kp)の約6%に当たる29,588bpの配列を決定して、コンピューター解析を行なった。この領域に、完全な遺伝子として、開始メチオニンtRNA遺伝子(73bp)、リボソームタンパク質S12(125コドン)とL16(185コドン)遺伝子、及びNADH脱水素酵素サブユニット3遺伝子(223コドン)を見出した。また、リボソームタンパク質S2とATPアーゼのαサブユニット遺伝子の一部と相同なキメラ遺伝子配列と、リボソームタンパク質S3遺伝子とNADH脱水素酵素サブユニット4遺伝子の一部が存在していた。これらはいずれも相同性は高くないので、葉緑体ゲノムの一部がミトコンドリアゲノムに転移したとは考えにくい。このゲノム領域は完全な遺伝子と遺伝子間の長いスペーサーで、ここには19のオープンリーディングフレーム(70コドン以上)といくつかのミトコンドリア遺伝子の断片が13箇所見出されたので、植物ミトコンドリアゲノムの進化過程が極めて特異的であると考えられる。また、NADH脱水素酵素サブユニット4遺伝子は3個のイントロンを含むが、第1イントロンの配列をコムギの対応するイントロンと比較すると228bpが中央部に挿入されている。この挿入配列の両端にはGGTAGGGTの並列配列が存在するのでこれを介してコムギでは欠失したと考えられる。3.葉緑体と核のゲノム間の協調的発現に関与する可能性のあるRNA結合タンパク質とcDNAがタバコで得られたので、これをプローブとして、イネでも探索することとした。イネは中国で一般的な栽培種(インド型)を用いることとし、芽生えによりリポリ(A)RNAを抽出してcDNAライブラリーを作製した。並行して同じ芽生より全DNAを抽出し、ゲノミックDNAライブラリーも作製した。引続き中国側では栽培イネのミトコンドリアDNAの構造解析とイネのRNA結合タンパク質cDNAの単離とゲノムDNAの解析を行なう予定である。4.最近、葉緑体遺伝子の転写産物にRNAエディティングが起ることがトウモロコシやタバコで明らかにされた。イネに於いてもこの過程が存在するかどうかを、まず可能なRNAエディティング部位を探し出すコンピュータープログラムを作製し、いくつかの部位を予想できた。これは将来実験的にRNAエディティングの存在を確認するのに有用である。この研究は日本側で引続き行なうこととしている。5.オルガネラゲノム発現に関与する核ゲノム因子の探索をイネでも開始したが、イネ葉より葉緑体を多量に調製するのは困難であったので、実験の容易なタバコに切り換えて、新しい葉緑体RNA結合タンパク質の単離を進めた。10種ほどの新しい可能性のあるタンパク質を単離し、それぞれのN-末端分析を行った。そのうちの3種のものはカルピンサイクル系の酵素であることが示され、それらが代謝酵素及び発現因子の2種の役目を持つことが示唆された。この研究は引続き日本側で行い、タバコのcDNAが得られれば、中国に於いてイネの相同遺伝子を単離・解析する予定である。

このゲノム領域は完全な遺伝子と遺伝子間の長いスペーサーで、ここには19のオープンリーディングフレーム(70コドン以上)といくつかのミトコンドリア遺伝子の断片が13箇所見出されたので、植物ミトコンドリアゲノムの進化過程が極めて特異的であると考えられる。また、NADH脱水素酵素サブユニット4遺伝子は3個のイントロンを含むが、第1イントロンの配列をコムギの対応するイントロンと比較すると228bpが中央部に挿入されている。この挿入配列の両端にはGGTAGGGTの並列配列が存在するのでこれを介してコムギでは欠失したと考えられる。3.葉緑体と核のゲノム間の協調的発現に関与する可能性のあるRNA結合タンパク質とcDNAがタバコで得られたので、これをプローブとして、イネでも探索することとした。イネは中国で一般的な栽培種(インド型)を用いることとし、芽生えによりリポリ(A)RNAを抽出してcDNAライブラリーを作製した。並行して同じ芽生より全DNAを抽出し、ゲノミックDNAライブラリーも作製した。引続き中国側では栽培イネのミトコンドリアDNAの構造解析とイネのRNA結合タンパク質cDNAの単離とゲノムDNAの解析を行なう予定である。4.最近、葉緑体遺伝子の転写産物にRNAエディティングが起ることがトウモロコシやタバコで明らかにされた。イネに於いてもこの過程が存在するかどうかを、まず可能なRNAエディティング部位を探し出すコンピュータープログラムを作製し、いくつかの部位を予想できた。これは将来実験的にRNAエディティングの存在を確認するのに有用である。この研究は日本側で引続き行なうこととしている。5.オルガネラゲノム発現に関与する核ゲノム因子の探索をイネでも開始したが、イネ葉より葉緑体を多量に調製するのは困難であったので、実験の容易なタバコに切り換えて、新しい葉緑体RNA結合タンパク質の単離を進めた。10種ほどの新しい可能性のあるタンパク質を単離し、それぞれのN-末端分析を行った。そのうちの3種のものはカルピンサイクル系の酵素であることが示され、それらが代謝酵素及び発現因子の2種の役目を持つことが示唆された。この研究は引続き日本側で行い、タバコのcDNAが得られれば、中国に於いてイネの相同遺伝子を単離・解析する予定である。植物のオルガネラ機能の発現には、オルガネラゲノムと核ゲノムが協調的に働いている。この協調的発現機構の解明をめざして以下の共同研究を行った。1.野生イネについては十分な量の種子が得られないので、全植物体よりDNAを調製した。これを用いて、栽培イネ(日本型)のミトコンドリアDNAクローンをプローブとしてサザン法で分子構成の分析に努めたが、ノイズが多くて確定的な結果が得られなかった。2.栽培イネ(日本型)のミトコンドリアと葉緑体DNAの相同配列を、ミトコンドリアDNAの一部の塩基配列を決定することにより、いくつか明らかにした。完全な遺伝子として、開始メチオニンtRNA遺伝子(736p)、リボソームタンパク質S12(125コドン)とL16(185コドン)遺伝子を見出した。また、リボソームタンパク質S2とS3遺伝子およびATPアーゼのαサブユニット遺伝子の一部と相同な配列が存在していた。これらは相同性は高くないので、葉緑体ゲノムの一部がミトコンドリアゲノムに移位したとは考えにくい。
歯原性間葉細胞の分化制御機構についての研究

本研究では、歯原性間葉細胞における糖脂質と神経栄養因子NT-4の相互作用について研究を行った。GM3やLacCer等の糖脂質は、細胞増殖を抑制すること、その増殖能はNT-4をGM3との共存下で抑制されることを示した。また、NT-4は、DSPPの発現を増強させること、この発現レベルはGM3またはLacCerとの共存下により増強されることを示した。このことは、NT-4の、細胞膜上のGM3やLacCerなどの糖脂質との相互作用による細胞分化への関与を示唆していた。また、NT-4の受容体TrkBの発現を免疫組織学的に検索したところ、短縮型ではなく全長型のTrkBがメインに発現していることが確認された。歯原性間葉細胞における神経栄養因子NT-4レセプターTrkB-FL,TrkB-T1の発現について細胞から抽出したRNAからは、その発現レベルの差は明らかにできていないものの,両レセプターとも存在が確認され、糖脂質GM3、NT-4のいずれか、あるいは両方の存在によって発現が増強されることが確認された。現在は、リアルタイムPCRにて発現レベルの量的な解析を行なっている。一方、免疫染色のレベルでは、TrkB-FLが細胞膜上に優位に存在していることが確認された。TrkB-T1は観察されず、免疫染色による検出レベル以下であることが考えられた。TrkB-FLは、GM3と同様細胞膜上にほぼ均一に観察された。糖脂質は普遍的に全ての真核細胞に発現しているが、今回用いた歯原性間葉細胞においてもGM3が主に細胞膜の外層に局在していることが確認された。5μM GM3またはLacCerを外来性に添加して培養した細胞におけるGM3の発現を観察したが,有意な変化としては見いだせなかった。しかしながらグルコシルセラミド合成阻害剤d-PDMP5μMを加えた場合には、GM3の発現は完全には無くならないが、観察が難しくなっていたことから、新たなGM3の生合成が阻害されることにより、GM3の発現は減弱したものと考えている。グルコシルセラミド合成阻害剤d-PDMP5μMを加える場合、GM3のみならず細胞膜上の糖脂質全体が減る事自体に加え、それによる細胞活性の低下も考えられ、かつセラミドの蓄積の影響もあるため、結果の考察に注意が必要である。我々は、歯の発生分化における糖鎖の関与について機能解析の中で、エナメル芽細胞の分化過程において、糖脂質合成酵素遺伝子の一つであるGD3合成酵素遺伝子が発生段階の初期の上皮部分に特異的に発現し、糖脂質GM3それ自身は歯原性上皮細胞の増殖を抑制し,アメロブラスチンの発現を誘導する作用をもつこと,さらに神経成長因子NT-4のシグナル伝達を増強した結果、アメロブラスチン発現を増強させること示し,誌上発表を行った。また、この中では,エナメル形成蛋白の一つエナメリン以外にも、象牙質特有タンパクであるDSPPその他のいくつかの遺伝子も同様に誘導されるという結果が得られた(未発表)。また,歯の形態発生には,上皮ー間葉組織境(後のエナメル象牙境)という歯に特異的なパターン形成が見られるが,GM3については、NT-4その受容体TrkBとともに歯原性間葉細胞での発現を確認しており、上皮間葉相互作用において何らかの役割を果たしていることが推測された。そのため,象牙芽細胞に分化する歯原性間葉細胞(マウス由来)を用いてGM3およびNT-4の機能解析を行なうことによって,歯の発生分化のメカニズムについての新たな情報が得られると考え、本研究を行った。23年度、24年度の結果、歯原性間葉細胞においても、NT-4は増殖能に抑制的に作用している事、糖脂質GM3も増殖能を抑制し,DSPPの発現を誘導することがわかったが、糖脂質は、細胞膜上で常に生合成が行われていることから、GM3そのものの作用によるものなのか、生合成が進んだ結果のGD3やGM2、それ以外の糖脂質の影響によるものなのかは不明である。GM3の前駆物質LacCerの分化誘導への関与について解析を行った結果、GM3に比べ作用は弱いものの、分化誘導能を有する事が認められ、NT-4との相互作用も示唆された。歯原性間葉細胞における糖脂質GM3およびNT-4レセプターTrkB-FL,TrkB-T1の発現について免疫染色によってGM3の発現を確認することができた。TrkB-FL,TrkB-T1の発現については、検索中であるが、現時点ではTrkB-T1の方が強く発現している事を確認している。歯原性間葉細胞におけるNT-4およびGM3の細胞増殖および分化に及ぼす影響について細胞増殖能について、BrdU incorporation assayを行った。

NT-4は歯原性間葉細胞の増殖能に抑制的に作用していることがわかった。またGM3を培地中に添加しておくことで、抑制効果はさらに有意となった。GM3単独でも細胞増殖の抑制効果は認められた。GM3の効果について検証するため、糖脂質の生合成を阻害する酵素d-PDMPの影響についても細胞増殖に対する影響を調べたが、これは著しく抑制的に作用していることが判明した。酵素d-PDMPは、セラミドからグルコシルセラミドへの生合成を阻害することによりGM3以外の糖脂質の生合成も全てを減少させると考えることから、細胞膜に存在する糖脂質全体が減少し、細胞活性そのものが低下することが考えられた。分化誘導能に及ぼす影響について,RT-PCRにより分化マーカーとしてDSPPを用いた。NT-4は歯原性間葉細胞のDSPPの発現を上げ、GM3との共存によりその効果はより顕著となった。その作用機序を解析するためTrkB-FL,TrkB-T1の発現の変化について検索したところ、GM3の存在により増強した。このことからNT-4には、歯原性間葉細胞に対する分化誘導能があり、糖脂質GM3によりNT-4レセプターTrkB-FL,TrkB-T1の発現が増強され、結果としてNT-4からのシグナルが入力されやすくなり、NT-4のもつ分化誘導能が強くあらわれたことが示唆された。実験系に問題があることが考えられた。当初立案の計画で解析を続けてきたが、細胞分化の影響を解析する実験において整合性のとれる結果が得られず、次の計画にすすむことができなかった。一部実験内容に変更を加え、解析を続けることとする。研究支援員による援助を取り入れ、効率向上をはかる予定であったが、今年度の後半まで適切な人材がみつからなかった。24年度は、研究代表者自身の時間的な都合で共同研究を行なっている東北大学への研究打ち合わせが行なう事ができず、研究の進行は滞った。mDP cellにおけるNT-4レセプターTrkB-FL,TrkB-T1の発現について、免疫染色により検索中であるが、現時点では、有効画像が得られていない。23年度の研究費で蛍光顕微鏡画像を記録するためのカメラを新たに購入したが、購入機器の機種を再検討したことにより納品設置が遅れたことが、理由のひとつである。また、研究室の移転があり、その前後ではすべての研究が中断された。実験計画の細かい点に修正を加える。サンプル採取のタイミングなど細かい点を整え、使用試薬の濃度に一部修正を加える。研究支援員による実験補助を活用する。研究計画調書に沿って研究をすすめる。若干の遅れを生じているが、研究支援員による補助を取り入れることを検討する。今年度の後半研究支援員による実験補助が実現したことにより、謝金を研究計画調書とおりに使用する。次年度は、研究の遂行の円滑化を図るために研究打ち合わせの機会を設け旅費を研究計画調書とおりに使用する。23年度も研究支援員の補助を取り入れる予定であったが,適切な人材が見つからず,その分の経費が次年度への使用予定研究費となった。また,そのことは研究の進行にも影響したとも考えられる。また,震災の影響により共同研究を行なっている東北大学への研究打ち合わせがほとんど行なえず,旅費が未使用となり,次年度使用予定研究費となった。次年度はこれらを有効に活用し,研究を予定通りに推進して行く必要がある。
アイリス面空間分割による光方向制御技術の確立と高品位三次元ディスプレイへの新展開

本研究ではアイリス面の空間分割に基づいた裸眼立体ディスプレイにおいて、二台のプロジェクタによる偏光状態の違いを利用した左右画像の分離、偏光保持型前方散乱フィルムの開発による左右画像のクロストークの低減、高光利用効率を実現するレンズ光学系の設計と複数枚の液晶シャッターを用いた観察領域のノンメカニカルでかつ高速な制御の実現により、光利用効率および観察範囲を改善し、明るく、高品位な立体画像が表示可能な立体ディスプレイを実現した。本研究は投射光学系におけるアイリス(絞り)面に配置した液晶シャッターを用いてアイリス面を空間分割することにより、精密な光の方向制御とそれに基づいた高品位立体表示技術を確立することを目的として、液晶シャッターによるアイリス面の空間分割法、およびレンズ光学系の最適設計条件の明確化、スクリーンに結像された光の精密な方向制御手法の確立、液晶シャッターの光学設計条件および駆動条件の明確化、これを用いた立体表示システムの構築と有効性の実証について検討を行った。本年度はアイリス面の空間分割に基づいた光方向制御光学系の設計理論の構築を目標としてアイリス面空間分割による光方向制御の解析を行った。光学計算ソフトウエアを用いた理論解析により、スクリーンに結像した光の進行方向と光学素子の設計条件との関係を体系的に明らかにし、精密な光方向制御に必要となる液晶シャッターおよび光学レンズの最適条件を明確化した。理論設計により得られた光学設計条件に基づき、プロジェクター、光学レンズ、液晶シャッターから構成される光学系を構築し、試作したレンズ光学系における光の空間分布を測定・評価し、設計理論の妥当性を確認した。更に、二つのマイクロディスプレイタ用い、液晶シャッター存用いて射出される画像光の偏光状熊を制御することにより画像のちらつきや明るさの均一性を改善できることを初めて明確化した.本研究は投射光学系におけるアイリス(絞り)面に配置した液晶シャッターを用いてアイリス面を空間分割することにより、精密な光の方向制御とそれに基づいた高品位立体表示技術を確立することを目的として、液晶シャッターによるアイリス面の空間分割法、およびレンズ光学系の最適設計条件の明確化、スクリーンに結像された光の精密な方向制御手法の確立、液晶シャッターの光学設計条件および駆動条件の明確化、これを用いた立体表示システムの構築と有効性の実証について検討を行った。本年度は裸眼立体ディスプレイにおける奥行き方向の観察範囲の拡大を目標として液晶空間分割シャッターの最適設計条件の導出を行った。従来の裸眼立体ディスプレイでは観察領域がダイアモンド形状となり、良好な立体画像を観察する範囲が限定される他、立体感を作り出す両眼視差の効果が重要となる近距離での観察において光の利用効率が悪くなるという問題を有していた。この問題に対して、1枚のレンズを加えマイクロディスプレイ等の画像デバイスを焦点距離の位置に配置し、画像光をコリメートすることで、液晶シャッターが配置可能なアイリス空間を拡大すると共に、複数枚の液晶シャッターを配置することで高い光利用効率と広い観察範囲を有した裸眼立体ディスプレイが実現可能であることを明らかにした。更に、前年度に考案した画像光の偏光状態の制御に基づいた視差画像の方向制御技術を基に、偏光保持特性を有した指向性光拡散フィルムを新たに開発しこれと組み合わせることで液晶シャッターの駆動を静的なものとし、画像のちらつきや明るさの均一性を改善できるだけでなく、極めて高い光利用効率を達成できることを初めて明確化した。以上の成果を基に立体ディスプレイの試作を行い、良好な立体表示が実現され設計理論が妥当であることを確認した。
並列分散処理による実時間歩容生成・補償機構を有する不整地での二足動歩行制御

本年度の研究では、下記の技術の研究・開発を完了した。1.支持脚足首を用いた実時間ZMP補償機構部の構築2.行動規範型AIによる突発的転倒回避モジュール部の構築3.両脚支持期による歩行安定化手法の考案と構築4.反射-計画行動調停機能の考案とそれを用いたスーパバイザ部の構築本年度は、まず実時間ZMP補償機構部および転倒回避モジュールを完成させた。一方、終端値歩容生成法を改良するために、両脚支持期による歩行安定化手法の考案も行った。本手法は、実時間で生成した単脚支持期の初期値を生成する機構である。不整地での路面状況に応じ、両脚支持期でZMP偏差を補償出来る。そのため、区分歩容生成機構に結合することで、歩行安定性性能の向上を達成できる。さらに、開発した13のモジュールをスーパバイザ部と結合することで、並列分散処理に基づく不整地での二足動歩行機構の試作を行った。実験用ヒューマノイドも本手法を検証するために下記の改良を行った。1.ワンチップマイコンPICによるDCサーボモータ制御用サブCPUシステムの構築2.ヒューマノイド制御用CPUシステムのローカル・リモートホスト間通信の高速化3.ロボットボディの各関節可動範囲増大上記3項目の改良を施した実験用ヒューマノイドに提案手法を実装し、不整地での並列分散処理に基づく歩行制御系を試作した。試作システムの安定性を検証するために、実験を行った。検証では、身長35cmのロボットに対し、5mmの段差がランダムに配置された環境にて直進歩行をロボットに行わせた。結果、ロボットはリアルタイムで歩幅と歩容を変更することにより、実験環境を安定に踏破することができた。以上、考案した各サブモジュールを統合することで、並列分散処理に基づく不整地歩行制御系を完成させた。有効性の検証を完了した。本年度は以下の各項目に関しての研究が完了した.1.小型ヒューマノイド5号機の設計・製作とその動特性解析2.不整地歩行の為の機能分割制御法および区分歩容生成機構の理論構築3.区分歩容機構の為の終端値歩容生成法における導出4.反射行動と計画行動の調停機構を有する自律移動ロボット制御機構の考案本年度は,不整地歩行実験を行う為に各部の剛性を強化し可動範囲を拡大した23自由度のヒューマノイド5号機を設計・製作した.本ロボットは、腰部に外力検出用の3軸加速度センサを、足裏に3軸力センサを搭載している。また、不整地での歩行を実現するための実時間歩容生成手法として、臨床歩行分析に基づく設計手法:区分歩容生成機構を考案した。本手法は、まず歩容を4つの機能別の期間に分割する。その期間とは、両脚支持期、足底支持期、爪先支持期および衝撃吸収期である。これらの期間のうち、特に爪先支持期では角運動量調整機構により任意の遊脚着地位置を指定可能な歩容を実時間で生成できる。同時に安定な連続歩行を行うための歩容の初期値および終端値も算出可能である。本提案手法を用いることで不整地での歩行や、突発的障害物の回避運動の実現が期待できる。本年度は、突発的障害物をまたぐ歩容を実機を用いて行い、その有効性の検証が完了している。一方、行動制御システムに関しては、計画行動と反射行動を切り替え、それらの整合性を調整する調停機構を考案した。さらに、突発的障害物を回避および転倒回避モジュールを本機構に実装した。実機にて、目的位置への歩行運動中の転倒回避行動および障害物回避行動の発現に成功し、本手法の有効性の確認を行った。
超高温形状記憶合金の開発

1997年に申請者(古屋)は1000°C以上での熱弾性型相変態(形状記憶効果)が可能なRu(ルテニュウム)-Ta(タンタル)系合金を発見した.しかし,その相変態温度の合金組成依存性やその力学特性については,超高温下という評価技術・手段の難しさも有り,ほとんど明らかにされていないのが現状である.そこで,本年度研究では,このRu-Ta系を主体とした高温超高温型形状記憶合金系の相変態,形状記憶効果温度の再確認、熱処理効果、さらには,組織変化その力学的特性(形状記憶効果、強度特性など)など、まだほとんど明になっていない材料側基礎的データを採取することを試みた.以下に本年度研究成果をまとめる。(1)Ru-Ta系での熱弾性型マルテンサイト相変態温度(As,As,Ms,Mf)の原子組成比との相互関係を示差熱温度計(DSC)で調べ,Ru-Ta等比原子組成で,As=1068°C,Af=1084°C,Ms=1066°C,Mf=1048°Cという極めて狭い温度範囲で作動できる、1000°C以上の超高温形状合金の存在を再確認した。(2)引張りステージ付きのレーザ顕微鏡を用いて、高温・超高温下での弾性的相変態の進行とそのメカニズム考察した。その結果,1000°C以上の温度環境で、結晶粒内でマルテンサイト双晶界面の移動と消滅の可逆性が確認され、熱弾性型の相変態(形状記憶効果)が実際に起っていることが顕微鏡観察下で世界ではじめて確認できた。(3)引張りステージ付き形状記憶回復応力(ひずみ)温度の双結晶組織変化観察下でのデータ採取を行うシステムを構築し,Ru-Ta系のアクチュエータ・センサへの力学特性評価を行った。【目的】形状記憶合金の逆変態温度(Af)については、従来から広く使われてきたTi系では100°Cまで、TiPd系で500°C、Ni-Al-Fe-Mn系で650°Cの形状記憶相変態が確認されている。しかし、とくに、宇宙往還機の耐熱翼や航空機タービン翼、高温耐熱金属・セラミックス系複合材料開発などには、1000°C以上で作用する超高温型(Ultra-high Temperature)SMA開発が不可欠になってくる。本発表では、高温(超高温)域で作動する形状記憶合金(SMA)系としてRu(ルテニュウム)-Ta(タンタル)系を取り上げて、その可能性を調べた。【方法】融点が3000°CのTa(タンタル)と2300°CのRu(ルテニュウム)を、ほぼ同じ原子比で混ぜ合わせ合金化させた。この(アーク溶解した)合金を原料として用い、不活性Ar(アルゴン)雰囲気容器内部に設置された、円錐型の高周波誘導水冷Cuコイル内で電磁力で非接触浮遊溶解させて、その後も下側に位置する電磁場コイル中を絞り込み滴下させ、高速回転合金鋼ロール上で急冷凝固させる“電磁浮遊ノズルレス急冷凝固法"で作成し、板厚60μmから1mm程度の切片状小型試験片を作成した。【結果】形状記憶現象を起こす結晶相変態を調べる熱分析(DSC測定)結果からは、試験片(材料)内部への熱吸排熱現象が1200°C付近に認められ、小型試験片(20mm長さ)を用いた高温炉内(900°C1400°C)での3点支持曲げ試験結果から、それまでの低温度側では、中央部上方支点から下方に押さえられていた試験片に1250°C1350°Cで曲げ反発力(形状回復応力)が現れ、変位(形状)変化の発生が起こっていることが分かった。さらに、高温レーザ顕微鏡による合金表面の金属組織観察(図1参照)からも、その温度付近で表面に細かい凹凸状の縞模様の出現(微細双結晶)が認められ、それらは高温側温度変化に伴って出現・消滅を繰り返し、形状記憶結晶相変態現象が働いていることがわかった。

その結果,1000°C以上の温度環境で、結晶粒内でマルテンサイト双晶界面の移動と消滅の可逆性が確認され、熱弾性型の相変態(形状記憶効果)が実際に起っていることが顕微鏡観察下で世界ではじめて確認できた。(3)引張りステージ付き形状記憶回復応力(ひずみ)温度の双結晶組織変化観察下でのデータ採取を行うシステムを構築し,Ru-Ta系のアクチュエータ・センサへの力学特性評価を行った。
失語症患者の喚語過程における情動的処理の影響に関する基礎的研究

失語症患者の多くにみられる「のどまで出かかっているのに言葉がでない」という喚語障害に伴う症状は、TOT現象(tip-of-the-tongue phenomenon)とよばれるが、これまでこの症状の出現に関わる要因に関しては十分な検討はなされていない。本研究では,喚語課題中に自律神経指標である皮膚コンダクタンス反応(SCR)の測定を行い、情動的処理の影響などについて検討した。本研究では、30年度に4070歳代の失語症患者、その他の高次脳機能障害を呈する脳損傷患者20名と年齢を統制した健常者29名の喚語課題(1線画、2情景写真(IAPS)、3顔写真)、TOTの主観的評価のデータの分析を行った。健常者群では、3課題において顔写真の人名呼称が最もSCRが高い傾向が示された。脳損傷者群では、健常者群に比べ3課題でのSCRの有意差がみられない症例が多かった。呼称と文字再認におけるSCRに関しては、健常者群では呼称時のSCRが文字再認時よりも高いパターンを示すことが多かったが、脳損傷者群では文字再認でSCRの上昇を認める症例が健常者群より多くみられた。さらに、TOTに関しての分析では、健常者群・脳損傷者群とも呼称正答時・TOTにおいて、DK (Don't know)よりもSCRが高い傾向がみられた。本研究の結果は、喚語が実現するまでの過程において、自律神経反応が関与することを示唆し、健常者では課題の特異性によりSCRが一定の傾向を示しやすいこと、脳損傷者でも健常者と同様のSCRパターンがみられる一方で、言語機能・認知機能の障害特性によって、SCRが異なるパターンを示す可能性があることを明らかにした。本研究では、これまで解明されていない喚語時の自律神経反応を分析することで、健常者および失語症者などの脳損傷患者の言語活動を理解するための新たな知見を示すことができたと考えられる。失語症患者では,ある場面で特定の単語を話すことが困難であっても,同じ単語を意図しない場面においては話すことができるという「自動的行為と意図的行為の解離の現象」(Baillarger-Jacksonの原理)が観察される。また、失語症患者にみられる「のどまで出かかっているのに言葉がでない」という喚語障害はTOT現象(tip-of-the-tongue phenomenon)とよばれてきた。しかしながら,これまで喚語の症状の変動や非一貫性に影響を及ぼす要因に関しては十分な検討はなされておらず,TOT現象に関しても患者自身の内省的な認識を聴取するにとどまっている。本研究は,失語症患者の喚語過程における症状の変動に注目し,喚語における情動的処理の影響を明らかにするために,語彙を喚起する刺激の特性,喚語のターゲットとなる語彙の特性を検討するとともに,喚語時に自律神経指標である皮膚コンダクタンス反応(SCR)の測定を行い,TOT現象などの喚語障害との関連を調べ,喚語障害に対する有効な治療法の開発に繋げる基礎的知見を得ることを目的としている。本年度は,1)情動の喚起を伴う喚語課題の作成,2)喚語過程における主観的認識に関する評価表の作成を行い,3)予備実験として健常者および患者に対し,課題遂行時に自律神経指標である皮膚コンダクタンス反応(SCR)の測定を行った。喚語課題の作成においては,語彙を喚起する刺激の特性や喚語のターゲットとなる語彙の特性による喚語の変動とSCRの変化について検証を行っている。また,これらと並行して喚語過程におけるTOT現象などの喚語障害に関する主観的認識を調べ,SCRとの関連についての検討も開始している。本年度の研究は,概ね当初の実施計画に基づいて進めることができた。予備実験も開始しており,来年度は喚語課題の見直しを行いながら,健常者および失語症患者のデータ取得をすすめてゆく。本研究は,失語症患者の喚語過程における情動的処理の影響を明らかにするために、自律神経指標である皮膚コンダクタンス反応(SCR)の測定を行い、「のどまで出かかっているのに言葉がでない」というTOT現象(tip-of-the-tongue phenomenon)などの喚語過程における主観的意識との関連を調べ、喚語障害に対する有効な治療法の開発に繋げる基礎的知見を得ることを目的としている。28年度は、1)喚語課題として、前年度に作成した低頻度語・高頻度語、感情価・覚醒度を統制した課題、人名想起課題を予備実験のデータに基づき修正し、喚語後の文字による再認課題(喚語後に複数の文字単語のなかから正しいものを選択する)を追加した。2)健常者、失語症患者、その他の高次脳機能障害を呈する脳損傷患者に対し、喚語時および喚語後の文字再認課題時に皮膚コンダクタンス反応(SCR)の測定を行った。3)データの収集において、失語症のタイプや重症度により喚語時のSCRに異なる傾向があることが示唆された。4)喚語後の文字による単語再認課題において、SCRの変動を示す症例が確認された。これまでの先行研究からSCRは、情動に関わる研究で多く用いられており、覚醒水準を反映するという報告のほか、定位反応と刺激の新奇性や重要性の処理、エラーの検出やresponse-monitoringにおいても変動がみられる指標である。さらに顕在的な意識を伴わない潜在的な処理に関与していることも指摘されている。

本研究では、これまで十分な報告がなされていない脳損傷者の喚語過程や探索された語彙に関する処理においてSCRの変動を示す症例が存在するという知見を得ることができたため、これらの背景にある言語的処理および認知的処理とそれを支える神経メカニズムを視野に入れた検討を開始した。28年度は、当初の実施計画に基づいて健常者および失語症患者の喚語課題の再検討および追加課題の開発を行い、健常者、失語症患者、その他の脳損傷患者の実験データの収集を開始した。失語症者タイプや重症度、高次脳機能障害患者の障害特徴によって喚語時および文字単語の再認時のSCRに異なる傾向があることが確認できたため、これらの知見を検証するため、失語症患者と健常者、高次脳機能障害患者の十分な数の症例の確保が必要であり、データ収集を進めている。近年、認知的処理に関する研究で、皮膚コンダクタンス反応(SCR)などの自律神経活動から、顕在的に認知していない場合にも、潜在的な反応が出現することが明らかにされてきた。これまで情動をはじめとし、意思決定、認知課題におけるエラー反応や正反応などに関連してSCRが変化することが報告されてきた。しかしながら、失語症を伴う脳損傷者の喚語や文字認知における自律神経活動の報告や、これらの手法を用いて潜在的な言語処理について検討した研究は少ない。本研究はSCRの測定を行い、「のどまで出かかっているのに言葉がでない」というTOT現象(tip-of-the-tongue phenomenon)などの喚語過程における主観的意識と潜在的な反応との関連を調べ、喚語障害に対する有効な治療法の開発に繋げる基礎的知見を得ることを目的としている。29年度は、健常者、失語症患者、その他の高次脳機能障害を呈する脳損傷患者に対し、喚語時および喚語後の文字再認課題時にSCRの測定を行った。刺激特異性を明らかにするため、1線画(2感情価と覚醒度を統制した情景写真3顔写真を用いた。方法として呼称をした後、提示された文字単語から適切なものを選択させた(文字再認)。さらに刺激3に対してTOT現象に関する質問を設定した。収集したデータのなかから、相貌失認を伴う視覚失認患者を対象としたSCRの測定結果を分析し、線画やIAPSでの呼称不正答時と、呼称結果と再認候補が一致した場合には、一時的なSCRの変動がみられることを検証した。くわえて顔写真では、既知感のある相貌ではSCRの上昇がみられるなど、従来指摘されてきた口頭で説明できない場合にも潜在的な認知処理がなされていること、情動的処理の関与が示唆され、顔以外の刺激との乖離があると考えらえた。これらの内容に関して学会での発表を行った。29年度は、失語症および高次脳機能障害患者の喚語課題の再検討を行い、データの収集を継続した。失語症者タイプや重症度、高次脳機能障害患者の障害特徴によって喚語時および文字単語の再認時のSCRに異なる傾向があることが示唆されるため、症例数を増した検証が必要であり、健常者データも含めデータ収集を進めている。現在、収集したデータの分析を開始しており、SCRと言語検査、神経心理学的検査の結果との関連を調べている。失語症患者の多くにみられる「のどまで出かかっているのに言葉がでない」という喚語障害に伴う症状は、TOT現象(tip-of-the-tongue phenomenon)とよばれるが、これまでこの症状の出現に関わる要因に関しては十分な検討はなされていない。本研究では,喚語課題中に自律神経指標である皮膚コンダクタンス反応(SCR)の測定を行い、情動的処理の影響などについて検討した。
GPI特異的フォスフォリパーゼD遺伝子の糖尿病発症における役割

細胞膜のリン脂質フォスファチジルイノシトールグリカンに由来するイノシトールグリカンがインスリンシグナル伝達のセカンドメッセンジャーであるとの説が提唱されている.Glycosylphosphatidylinositol(GPI)-specific phospholipase D(GPI-PLD)は、細胞膜のGPIアンカーを水解し、イノシトールグリカン、phosphatidic acid、GPIアンカー蛋白を遊離する酵素である.また、GPI-PLDは膵β細胞に豊富に発現しインスリン分泌に関与することが報告されており、GPI-PLDは2型糖尿病の候補遺伝子の1つと考えられる。2型糖尿病患者と耐糖能正常者を対象として,同意を得た上で遺伝子解析を施行した.PCR直接シークエンスにより計6個のアミノ酸置換を伴う変異をエクソン1,11,21,22に同定した。エクソン1に存在する第17番アミノ酸Leu/Val多型および第30番アミノ酸Val/lleu多型により3つのハプロタイプが存在することが明らかとなった。ハプロタイプアレルの頻度は糖尿病群、IGT群、耐糖能正常群で有意に異なっており、変異型アレルの頻度は正常群に比してIGT群、糖尿病群で有意に高頻度であった。また、耐糖能正常群を対象とした解析で、変異型アレルを有するものは、膵β細胞機能の指標であるHOMA(β)が野生型に比して有意に低値であり、インスリン分泌低機能との関連が示唆された。また、合併症の有無、糖尿病治療法に関してアレルによる違いが認められた。GPI-PLD遺伝子のインスリン分泌における役割を調べるため、化学合成オリゴRNAi、アデノウイルスRNAiを用いてインスリン産生細胞であるINS-1細胞のGPI-PLD遺伝子の発現を抑制した。また、GPI-PLD遺伝子の発現アデノウイルスベクターを作成し、インスリン産生細胞に遺伝子導入しGPI-PLDを高発現する細胞を作成した。GPI-PLD遺伝子多型が日本人2型糖尿病との関連性が示唆された。GPI-PLD遺伝子多型はインスリン分泌障害を介して糖尿病と関連していると考えられる.細胞膜のリン脂質フォスファチジルイノシトールグリカンに由来するイノシトールグリカンがインスリンシグナル伝達のセカンドメッセンジャーであるとの説が提唱されている.Glycosylphosphatidylinositol(GPI)-specific phospholipase D(GPI-PLD)は、細胞膜のGPIアンカーを水解し、イノシトールグリカン、phosphatidic acid、GPIアンカー蛋白を遊離する酵素である.また、GPI-PLDは膵β細胞に豊富に発現しインスリン分泌に関与することが報告されており、GPI-PLDは2型糖尿病の候補遺伝子の1つと考えられる。GPI-PLD遺伝子多型はインスリン分泌障害を介して糖尿病と関連していると考えられる.2型糖尿病患者(DM)と耐糖能正常者(NGT)を対象に、GPI特異的フォスフォリパーゼD(GPI-PLD)遺伝子全25エクソンをPCR直接シーケンスし、エクソン1,11,21,22に計6個のアミノ酸置換を伴う変異を同定した.第17番アミノ酸多型の頻度は2群間で有意に異なり,変異型の頻度はDMでNGTに比して有意に高頻度であった.NGTで変異型を有する者のHOMA(β)が有意に低値であり,また経口ブドウ糖負荷試験でのインスリノジェニックインデックスが低値であることからインスリン分泌低機能との関連が示唆された。GPI-PLD遺伝子は極めて多型に富むことが判明し、GPI-PLD遺伝子多型がインスリン分泌障害を介して糖尿病と関連していると考えられた.GPI-PLD遺伝子に対するRNAiを作成し、培養細胞に外因性に導入したGPI-PLDの発現をRNAiにより著明に抑制することが出来た。また、アデノウイルスによるRNAiの遺伝子導入の系を確立することが出来た。次年度の予定は、1)肝細胞、脂肪細胞にインスリンを添加し,GPI-PLD遺伝子の発現変化とブドウ糖の取り込み,イノシトールグリカン産生,IRS蛋白,PI3キナーゼの活性化などを経時的にみる。

2)INS-1膵β細胞にブドウ糖を添加しGPI-PLD遺伝子の発現調節を調べる.3)RNAiを利用して内因性GPI-PLD遺伝子を抑制することによりそのインスリン分泌、作用に及ぼす影響を調べる。4)糖尿病モデル動物であるズッカーファッティーラット,GKラット,KKAYマウスの肝,および膵β細胞でのGPI-PLD遺伝子発現を検討する.GPI特異的フォスフォリパーゼD(GPI-PLD)はインスリン分泌および作用に関連する分子と考えられる。そこで、GPI-PLD遺伝子の糖尿病発症における役割を検討するため2型糖尿病患者、耐糖能正常者を対象に、蛋白翻訳領域の塩基配列をPCR直接シーケンス法にて決定した。計6個のアミノ酸置換を伴う変異をエクソン1,11,21,22に同定した。エクソン1に存在する第17番アミノ酸Leu/Val多型および第30番アミノ酸Val/lleu多型により3つのハプロタイプが存在することが明らかとなった。ハプロタイプアレルの頻度は糖尿病群、IGT群、耐糖能正常群で有意に異なっており、変異型アレルの頻度は正常群に比してIGT群、糖尿病群で有意に高頻度であった。また、耐糖能正常群を対象とした解析で、変異型アレルを有するものは、膵β細胞機能の指標であるHOMA(β)が野生型に比して有意に低値であり、インスリン分泌低機能との関連が示唆された。また、合併症の有無、糖尿病治療法に関してアレルによる違いが認められた。GPI-PLD遺伝子のインスリン分泌における役割を調べるため、化学合成オリゴRNAi、アデノウイルスRNAiを用いてインスリン産生細胞であるINS-1細胞のGPI-PLD遺伝子の発現を抑制した。また、GPI-PLD遺伝子の発現アデノウイルスベクターを作成し、インスリン産生細胞に遺伝子導入しGPI-PLDを高発現する細胞を作成した。
天然物をモデルとした機能性分子プローブの創製研究

本研究では、精密有機合成化学的手法を基盤として、生体機能解明に重要な役割を果たすと考えられる機能性分子プローブの創製とそのための合成方法論の開発を行った。まず、強力な腫瘍壊死因子(TNF)-α発現制御活性を持つバイナリンBの標的分子探索に有用なジベンゾフラン型分子プローブの創製に成功した。また、ミトコンドリアコンプレックスIやN-アセチルグルコサミニダーゼ等の酵素の作用機構解明に役立つと期待できる環状エーテル化合物ならびにTMG-キトトリオマイシン関連糖類の効率的合成法を開発した。TMG-キトトリオマイシンの合成研究途上では、同じ酵素の阻害剤であるポコニシンの構造訂正も達成した。1.強力なTNF-α発現制御活性を持つバイナリンBのターゲット分子探索を目的として、前年度にバイナリンBを構造モチーフにしたビオチニル化アナログを合成したが、生成物は当初の予想に反して各種溶媒に溶けず精製が困難であった。本年度に再検討した結果、加温したDMFに生成物が溶解することがわかり、この知見を基にして高極性溶媒を用いたフラッシュカラムクロマトグラフィーや逆層系でのHPLC精製を行いビオチン付加体の精製に成功した。さらに、ビオチンの導入位置を変えたアナログの合成と高純度精製も達成した。現在、これらの機能性分子プローブを用いて、生化学者と共同でバイナリンBのターゲット探索に向けた実験を検討中である。2.バンレイシアセトゲニンの持つ強力な生理活性の作用機構をより明らかにするため、天然物そのものを分子プローブに改変させる研究の一環としてカムバリニンをモデルとして合成研究を行った。カムバリニンの持つ6員環エーテル部分はヨウ化サマリウムを用いる環化反応で構築可能であったが、コアを成す5員環エーテル部分を効率よく作るため、従来試みられていないジオール類の環化反応を調べた。アセト酢酸エステルや酒石酸誘導体から、cisならびにtrans-1,2-あるいは1,3-ジオール類を立体選択的に合成し、コバルト触媒を用いた末端オレフィンへの酸化的付加を検討した。基質が1,2-ジオールの場合、2種の環化モードが考えられる系においても当初の予想どおり5員環エーテルのみが生成した。1,3-ジオール類においては、2種の5員環エーテルの出来る可能性のある場合には2つの生成物が得られた。触媒による生成比の差は見られず、またcisおよびtrans-の立体化学によっても選択性は変わらない事がわかった。このため、使う基質によっては水酸基の一方を保護してから環化反応を行う方が効率的である事がわかった。本年度は、強力なTNF-α発現制御活性を持つバイナリンBのターゲット分子解明に向けて、バイナリンBの活性を保持しながら化学的にも安定なバイオプローブのデザインと合成を検討した。これに先立ち、既に申請者は、バイナリンBの構造類縁体でありほぼ同様の生物活性を有するバイナリンAのアドバンストアナログとして、フェニルアセトキシル基をメチル基に置き換えた化合物を創製した。さらに最近、生化学者と共同で、そのターゲット分子の一つとしてユビキチナーゼの一種USP5を同定する事に成功した。この知見を基に、バイナリンBのアナログとしても同様にジメチル化された化合物の合成を行った。バイナリンBはバイナリンAと異なりベンゾフラン環を有することが構造上の特徴である。そこで、バイナリンAアナログの合成の時とは異なり、p-テルフェニル骨格構築の際にジメチルカテコール誘導体に左右異なるベンゼン環の導入が必要であった。まず、フラン環形成のため塩素原子を持つボロン酸を調製し、市販のp-アルキルオキシボロン酸と共に鈴木ー宮浦カップリングを検討した。その結果、市販のボロン酸とのカップリングは酢酸パラジウムーBuchwaldリガンド、あるいは炭酸セシウムーテトラキストリフェニルホスフィンパラジウムともに良好な結果を与えたが、塩素原子を持つボロン酸の場合は、後者の組み合わせの方が良い結果を与えた。そこで、この条件下ワンポットでカップリング反応を行い、左右異なるベンゼン環を持ったp-テルフェニル化合物を合成した。カテコール部分をフリーとした後、Ullmann反応を行うと、目的とするジフェニルベンゾフラン骨格が構築できた。さらに、保護基をすべて除去するとバイナリンBアドバンストアナログの合成に成功した。また、プロパルギル基の導入と続くクリック反応によりビオチニル基を導入し、2種の分子プローブの創製を達成した。天然物をモデルとしてデザインされた分子プローブは、生体機能解明のためのツールとして非常に重要である。本研究では、3種類の生物活性天然物をモデルとした機能性分子プローブの創製とそのための方法論の開発を目的とした。

まず、強力な腫瘍壊死因子(TNF)-α発現制御活性を持つバイナリンBの標的分子探索のため、バイナリンBに化学的安定性を施したジベンゾフラン系pーテルフェニル型分子プローブをデザインし、その合成を達成した。このプローブを用いたバイオアッセイが現在進行中であり、標的分子の解明が期待される。また、バンレイシアセトゲニンによるミトコンドリアコンプレックスI阻害の作用機構解明に有用と考えられる環状エーテル化合物の効率的な合成法を開発した。最終年度では、放線菌の培養液から単離されたN-アセチルグルコサミニダーゼ阻害剤であるTMG-キトトリオマイシンをモデル化合物としたオリゴ糖鎖の新規合成法の開発を行った。D-グルコサミンならびにその2糖誘導体であるN,N'-ジアセチルキトビオースからの合成ルートを検討し、TMG-キトトリオマイシンの持つ4糖構造だけでなく、その2糖ならびに3糖アナログの合成を達成した。また同様の酵素阻害活性を持つ単糖アナログ、ポコニシンの提出構造式を合成研究により訂正することに成功したが、この知見を基に、D-グルコピラノース環状酸素原子を窒素原子に置き換えた1ーデオキシノジリマイシンタイプの新規なアナログをデザインし、D-グルコサミンからその完全保護体の合成ルートを開発した。合成されたオリゴ糖鎖ならびに1ーデオキシノジリマイシンタイプのアナログは、各種N-アセチルグルコサミニダーゼに対する阻害作用を調べる事でさらなる阻害剤のデザインと創製に役立つだけでなく、当該酵素の機能解明のためのツールになると考えられる。有機合成化学前年度合成した分子プローブの分離・精製に手間取り、本年度のプロジェクトであるカムバリニンの全合成とそのプローブ化がまだ達成できていないため。今年度は、バイリニンAを構造モチーフにデザインした分子プローブを活用して、そのターゲットの一つとしてユビキチナーゼの一種USP5を同定する事に成功した。バイナリンBターゲットを探索するためのプローブも、この知見を基にデザインされ、ジブロモジメチルカテコール誘導体と2種のボロン酸との鈴木ー宮浦カップリングと分子内Ullmannカップリングを経て、ジメチル化されたバイナリンBアナログを合成した。プローブのコア部分を形成する分子の合成に成功した事は極めて重要であり、多彩な機能性分子プローブの創製に展開が可能である。さらに、リンカーの導入並びにクリックケミストリーを使ったビオチンのカップリングにまで成功しており、現在、得られた位置異性体混合物の分離精製を行っている段階である。生成物の各種溶媒への溶解性の低い点が、予想しなかった問題点であり、各種溶媒への溶解性を向上させるためベンゼン環上の修飾等の検討が目下の課題となっている。これらのアナログがバイナリンAのアナログと同様に、有効な機能性分子プローブとなるかどうかは、活性試験による評価が必要である。バイナリンBをモデルにした機能性分子プローブの研究は、現在進めている生物試験の結果次第で分子の構造改変を行う予定である。一方、カムバリニンの全合成と分子プローブ化のプロジェクトは、コア部分を構築するための環化反応の際の問題点が浮き彫りになったので、水酸基をフリーではなく保護した状態で反応を進める事で問題点を克服しつつ早急に未合成のパーツを完成させ全合成を終了させる。
中性子捕捉療法の治療照射中の即発γ線測定法による生体内同時線量分布評価の基礎研究

本研究では、実際に医療照射を行っている京大原子炉の重水熱中性子照射場を用いて、ほう素中性子捕捉療法の治療照射中に生体内で、H(n,γ)D,と^<10>B(n,αγ)^7Li反応で発生する2.22MeVと0.478MeVの二つの即発γ線の測定可能な条件を実験的に確認することを目的とした。このため、γ線強度が数十Sv/hr程度でしかも熱中性子が10^9n/cm^2s程度の混在場における、γ線エネルギースペクトルの測定系を整備した。まず、既存の可搬型ゲルマニウム半導体検出器用の遮蔽体およびコリメータの設計検討を実施した。また,新たに、低エネルギーの散乱γ線を測定できる直径が1cmと小型のCd-Te半導体検出器を購入した。さらに、原子炉連続運転中の強放射線場で連続してデータを採取するため、鉛のγ線遮蔽体で囲まれたゲルマニウム検出器の位置を変更させる、テーブル面が70X100cmの現有の2トン実験台車を、上下に遠隔操作で移動可能とする装置を追加した。そしてこれらの特性を評価した。今後も各種測定条件での特性を確認する予定である。本研究課題は、ほう素中性子捕捉療法の治療照射中における、非観血的な3次元オンライン吸収線量測定システムを開発することを最終目標とした研究の第一歩である。本年度の検討により、実用化する上での大きな問題点である。検出器の小型化及び、システムの小型化のために有効な常温で作動可能な検出器の開発の必要性をを強く認識した。平成7年度の試験研究として、このシステムのための専用検出器の開発に関する研究課題を申請している。
糖尿病治療薬として期待されるアミノシクリトール類の新しい不斉合成法の研究

研究は以下の二つのグループに分かれて行われた。グループ1は、塩基触媒不斉Diels-Alder (DA)反応を利用して、アミノシクリトール類の合成原料として有望な含窒素多置換シクロヘキセン誘導体の効率的な不斉合成法の開発を検討した。まず、N-トシル-3-ヒドロキシ-2-ピリドンと光学活性ジエノフィルとの塩基触媒DA反応を、種々の光学活性アミン類を触媒として用いて検討し、(+)-ジエノフィルとシンコニジンの組み合わせで最高91%deの選択性で生成物が得られることを見いだした。これによって、不斉合成に必要な光学活性原料の供給のめどが立った。グループ2は、アミノシクリトールの合成研究を行った。はじめに、既知の方法によって得られるラセミ体を出発原料とする合成を検討した。出発物質から容易に導かれる中間体から、(±)-バリダミンおよび(±)-2-エピバリダミンへの合成を達成した。これによって、予想通り本経路を利用してアミノシクリトール類の合成が可能であることを確認した。これまでの結果は、現在、論文の投稿準備中である。現在、グループ1の開発した方法に基づいて供給された光学活性な出発原料から、バリダミシの両光学異性体の合成を検討中である。なお、研究課題とは直接には関係ないが、この研究の一環として行っていたシクロヘキセンオキシド化合物、(+)-エピエポホルミンと(-)-フィロスティンの不斉合成も達成した。はじめに、塩基触媒不斉Diels-Alder(DA)反応を利用して、アミノシクリトール類の合成原料として有望な含窒素多置換シクロヘキセン誘導体の効率的な不斉合成法の開発を検討した。まず、N-トシル-3-ヒドロキシ-2-ピリドンと光学活性ジエノフィルとの塩基触媒DA反応を調べた。種々のアミンを塩基触媒として反応を行ったところ、室温下24時間でほぼ定量的に目的の付加物を得た。生成物のジアステレオ選択性は2774%deで、かさ高いアミンを用いた場合に選択性の低下が認められた。さらに種々の光学活性アミン類を触媒として使用したところ、(+)-ジエノフィルとシンコニジンの組み合わせで最高91%deの選択性が得られた。次に、既知の方法によって得られるラセミ体を出発原料とする合成を検討した。合成の鍵となる立体選択的な酸素官能基導入のため、出発物質の官能基変換を行い、鍵中間体である4-アミノ-1-ヒドロキシ-6-ヒドロキシメチル-2-シクロヘキセンを合成した。これを用いて種々の条件下で酸化反応を行ったところ、エポキシ化は水酸基と同じ向きから、ジヒドロキシル化は逆向きから進行することが確認された。このことから、エポキシ化は水酸基との水素結合によって、またジヒドロキシル化は立体反発によって立体化学が制御されていることが示唆される。得られた酸化中間体は、さらに官能基変換を経て、それぞれ(±)-バリダミンおよび(±)-2-エピバリダミンへと導かれた。昨年度までの研究で、アミノシクリトール類の合成原料として有望な含窒素多置換シクロヘキセン誘導体が、我々が開発した塩基触媒下での不斉Diels-Alder(DA)反応を用いることにより、室温24時間で最高91%deの選択性でほぼ定量的に得られることを見い出した。そして、合成法既知のラセミ体を出発原料として(±)-2-バリダミンおよび(±)-2-エピバリダミンを合成することにより、本経路を利用してアミノシクリトール類の合成が可能であることを示した。そこで本年度は、3-ヒドロキシ-2-ピロンを出発原料とするDA反応から得られるキラルな付加物から導かれた6-ヒドロキシメチル-2-シクロヘキセン-1-オンの4-OTBS誘導体を鍵化合物として、(+)-エピエポホルミンと(-)-フィロスティンの合成に成功した。

この合成においては、鍵中間体の2-位の二重結合のエポキシ化と2,3-位への炭素-炭素二重結合の導入がもっとも重要なステップであった。トリトンBを用いた塩基性下での過酸化水素による酸化が、4-位のβ-OTBS基にもとづく立体制御によって立体特異的なβ-配向のエポキシドの合成へと導いた。また、環内二重結合の導入は2-位のヒドロキシメチル基を利用することにより達成された。すなわち、トシル化の後、塩基で脱トシル化することによりexo-オレフィンを得、次いで水素で活性化されたパラジウム-炭素を用いてendo-オレフィンに異性化させることにより(+)-エピエポホルミンを得た。一方、先に得たexo-オレフィンをジオールに変換した後、アセトニドとし、次いでTBS基の脱保護に続く二級アルコールの酸化は、目的物質(-)-フイロスティンを高収率で与えた。