hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
硫黄官能基の隣接基効果を利用する新しい選択的合成反応の開発

今回,分子内に求核攻撃可能なオレフィン部位を有する基質からエピスルホニウムイオンを生成させることによって、容易に環化反応が進行することを見出した。例えば,シトラールに対してフェニルチオメチルリチウムを作用させた後,アセチル化して得られる基質では,Lewis酸の作用により容易に環化が進行し,cis-4-イソプロペニル-1-メチル-3-フェニルチオシクロヘキセンが立体選択的に生成した。このように,自由度の小さいシクロヘキセン環やシクロペンタン環が生成する場合はcis-体が選択的に得られる。これに対して,飽和でより自由度の大きいシクロヘキサン環が生成する場合はcis,transの混合物が生じるが,スルフェニル基としてかさ高い2,4,6-トリイソプロピルフェニルチオ基を用いることにより,逆にtrans-体が立体選択的に合成できる。本反応は各種のテルペン類やステロイド類の合成に極めて有用な手法であると考えられる。当研究室では,既にジチアンとアルデヒドとの反応により得られる基質に対してLewis酸を作用させると,硫黄官能基の隣接基関与,転位環拡大を伴い,1,4-ジチエピン誘導体が生成することを見出している。さらに,この化合物を酸化して得られるジスルホニルアルケンに有機銅試薬を作用させると置換反応ではなく,スルホニル基が還元的に脱離したアセチレン類が生成することを見出した。検討の結果,シアン化銅(1)と3等量のアルキルリチウムから調整した高次有機銅錯体が本反応に最も有効であることが分かった。さらに,同様の骨格を有するスルホニルケテンジチオアセタールやβ-ケトスルホンから誘導されるエノールホスファートでも同様の還元脱離反応が進行することを見出した。いずれの反応もアセチレン誘導体の合成法として極めて興味深い手法である。申請者らはこれまでに,スルフェニル基のβ-位に対する隣接基効果を利用した選択的合成反応の開発を行なってきた。例えば、分子内に求核攻撃可能なオレフィン部位を有する基質からエピスルホニウムイオンを生成させることによって,高い立体選択性で環化反応が進行することを見出した。今回,このスルフェニル基の隣接基効果を活用する反応として、エポキシドの開環反応を検討した。エポキシドの求核剤による開環反応は,ビシナル二置換エポキシドについて特に立体及び電子効果の影響の差が小さい場合は,その位置選択性が低いために適用範囲には制限があった。そこで,2カ所の開環部位のうち,一方のみに隣接基関与が可能なグリシジルスルフィド類を用いて、アルキルアルミニウム試薬との開環付加反応を試みた。その結果,トリメチルアルミニウムなどの求核剤との反応では、位置選択的にスルフェニル基の関与する側で開環がおこり、また、完全に立体保持により反応が進行することが分かった。原料となるグリシジルスルフィド類はSharpless酸化を利用することで,その光学活性体を容易に入手可能であり,また,生成物は炭素鎖にメチル基や水酸基が置換した天然物に多く見られる骨格の化合物であるので,実際に昆虫フェロモンの不斉合成反応へと本反応を応用し,短行程,かつ高選択的な合成法を確立した。アミノ基はスルフェニル基と同様,隣接基関与を起こす官能基として知られている。そこで,次に同様の反応をグリシジルアミン誘導体を用いて試みた。
企業の収益性とリスクの選択の動学的分析：理論と日本企業のデータによる実証

2018年度は公刊論文が3件、学会発表が7件の実績が得られた。3本の公刊論文はすべて国際的な査読付き雑誌に公刊されている。その内容は、確率微分方程式の解に関するもの、確率微分方程式の数値計算の手法に関するもの、また日本の銀行業のデータを用いて合併が費用構造に与えた影響を分析した実証研究である。学会報告に関しては上記の内容に加えて、収益に関する不完全情報が設備投資や企業の清算に与える影響を理論的に考察した研究も含まれている。この他にも大学における様々な研究会、セミナー等で多くの研究報告が行われた。また学術雑誌に未刊行のディスカッションペーパーも何件か存在する。こうした研究成果により、企業が、収益性とリスクとのトレードオフに直面している状況におけるプロジェクトの選択に関する基本的なモデルの構築、日本の銀行業を対象とした実証分析、確率微分方程式を用いた発展的な分析手法の開発を達成することができた。また具体的な研究成果は得られてはいないが、新たな研究課題にも着手している。その中には行動経済学の知見を企業金融の分析に取り入れたもの、1企業の倒産がドミノ効果により他企業に波及する数理的なモデル、株式収益率の時系列的変動に関する実証研究、地域金融機関の経営に関する実証分析が含まれている。こうした研究結果は、本研究課題の分析において中核となるものであり、基礎的な分析に関しては一定の成果を得ることができた。今年度までの累積で、査読付き学術雑誌への公刊論文が9件、学会報告が14件という結果から判断すると、本研究課題はおおむね順調に研究が進められているといえる。2019年度は本研究課題の最終年度なので、研究成果の集約、総括を目指す段階にあるといえる。それぞれのプロジェクトにおける研究成果をブラッシュアップするだけでなく、プロジェクト間の相互評価や残された課題の洗い出しなども行いたい。2016年度における研究実績は以下の通りである。2016年度は研究期間の初年度ということもあり、公刊された論文、ディスカッション・ペーパーを含めた未刊行の論文、また学会報告等は存在していない。しかしながら何本かの論文は学術雑誌に掲載が受理されている。そうした研究成果も含む、現在進行中の研究実績の内容は以下のように要約することができる。動学的な事業選択に関する分析手法としては、事業のリスクを学習するモデルや企業が連鎖的に倒産するリスクを評価するモデル等を構築した。前者は、キャッシュフローに関するリスクと、事業の平均的な収益性に関するリスクは、設備投資などの企業行動にどのような影響を与えているのか、というモデルを構築した。後者は連鎖的な倒産が発生する可能性を考慮し、倒産するタイミングが内生的に決定されるモデルを検討している。また確率微分方程式のシミュレーションに関する、既存の手法よりもより効率的な手法を開発した。企業統治と事業選択に関する分析については、日本のデータを用いて地域金融機関が地域経済に与える影響を中心に分析を行っている。地方銀行と信用金庫は企業統治の形態が異なることを利用して、両者のパフォーマンスがどのように異なるのかを分析した。金融政策と企業の事業選択に関する分析に関しては、日本の産業別のデータを用いて非伝統的な金融政策が、各産業にどのような影響を与えているのかを考察した。企業行動を分析する前に株式収益率に与える影響を検証している。特に異次元的な金融緩和が行われる前後で、影響がどのように変化しているのかという点に注目している。今年度より開始した研究は萌芽的な形でディスカッションペーパー等にまとめられるようになっていて、順調に進展していると言える。2017年度における研究実績は以下の通りである。公刊された論文は6本で、そのうち査読付き論文は6本である。ディスカッション・ペーパーを含めた未刊行の論文は9本で、そのうち査読付き雑誌に公刊予定の論文は2本である。また学会報告等は7件である。以上の研究実績の内容は以下のように要約することができる。前者は、キャッシュフローに関するリスクと、事業の平均的な収益性に関するリスクは、設備投資などの企業行動に全く正反対の効果を与えることを示した。後者は連鎖的な倒産が発生する可能性を考慮し、倒産するタイミングが内生的に決定されるモデルを提示した。また確率微分方程式のシミュレーションに関するより効率的な手法を開発した。企業統治と事業選択に関する分析については、日本のデータを用いて地域金融機関が地域経済に与える影響を中心に分析を行った。地方銀行と信用金庫は企業統治の形態が異なることを利用して、両者のパフォーマンスがどのように異なるのかを考察した。分析の結果、金融政策が株式市場に与える影響は産業間で均一である可能性は低いことが推察された。2017年度までの学術雑誌を中心とした研究成果の公刊状況、またディスカッションペーパーや学会報告等の状況から判断する限り、一定の研究成果は得ているので、本研究課題に関する研究はおおむね順調に進展していると判断できる。

学会報告に関しては上記の内容に加えて、収益に関する不完全情報が設備投資や企業の清算に与える影響を理論的に考察した研究も含まれている。この他にも大学における様々な研究会、セミナー等で多くの研究報告が行われた。また学術雑誌に未刊行のディスカッションペーパーも何件か存在する。こうした研究成果により、企業が、収益性とリスクとのトレードオフに直面している状況におけるプロジェクトの選択に関する基本的なモデルの構築、日本の銀行業を対象とした実証分析、確率微分方程式を用いた発展的な分析手法の開発を達成することができた。また具体的な研究成果は得られてはいないが、新たな研究課題にも着手している。その中には行動経済学の知見を企業金融の分析に取り入れたもの、1企業の倒産がドミノ効果により他企業に波及する数理的なモデル、株式収益率の時系列的変動に関する実証研究、地域金融機関の経営に関する実証分析が含まれている。こうした研究結果は、本研究課題の分析において中核となるものであり、基礎的な分析に関しては一定の成果を得ることができた。今年度までの累積で、査読付き学術雑誌への公刊論文が9件、学会報告が14件という結果から判断すると、本研究課題はおおむね順調に研究が進められているといえる。ほとんどのプロジェクトは計画通りに進行しているので、引き続き当初計画通りに研究を遂行する。ただし一部の研究で、数値計算が可能なモデルの構築に時間を要している。そのために、数値計算に必要なコンピュータやソフトウエアに対する支出を2017年度に繰り越し、次年度に数値計算を開始した。現在進行中のプロジェクトの学術雑誌への公刊を目指す。当初の計画に基づいたプロジェクトのいくつかは既に学術雑誌に公刊済みのため、計画の大幅な変更は必要ないと考える。ただし今年度に集中的に行う共同研究が進行しない場合は、個々のプロジェクトで当初の目的がどれだけ達成可能か再検討し、共同研究の実施を前提とした研究計画の変更も考える。2019年度は本研究課題の最終年度なので、研究成果の集約、総括を目指す段階にあるといえる。それぞれのプロジェクトにおける研究成果をブラッシュアップするだけでなく、プロジェクト間の相互評価や残された課題の洗い出しなども行いたい。
陸水系における物質循環からみた陸域生態系の応答

1)降水(林内雨)、地下水、渓流水のDOC濃度と、降水、土壌浸透流、地下水流動、渓流流出量等の観測値から、流出過程の各部位でのDOCの年間生成量・消費量を推定した。樹冠通過によって61.3kg/ha/year、10cmまでの表層土壌中で225kg/ha/yearの有機態炭素が負荷される。これが深さ30cmまでに大幅に減少し、それ以降地下水帯に到達するまでに数kgの減少が見積もられた。渓流水による流出が地下水流動に伴うDOC移動量よりも約10kg増加していた。これは実際の渓流水が地下水のみで構成されるのではなく、常に表層を通過して直接渓流に流入する成分が混合するためである。2)不飽和土壌内でのDOCの減少メカニズムについて考察した。時に表層に近い部位で、急激なDOC濃度減少と疎水性酸画分の減少は、溶存Al濃度との対応や、pH変動との対応から、Alとのキレート化や表層での陰イオン吸着が、DOC濃度の減少に寄与している可能性が示された。3)琵琶湖集水域の渓流では、DOCの流出が卓越するもの、NO_3^-の流出が卓越するもの、溶存態の全リン(TDP)の流出が卓越するものがある。渓流水質が異なる6つの流域を対象として、土壌水質、さらにはA_0層の元素組成を測定し、渓流水質との関係を検討した。渓流でDOC濃度が高い流域において、土壌抽出液でもDOC濃度が高く、NO_3^-濃度が低いなど、渓流水質と土壌水水質、A_0層の元素組成の間に有意な関係が存在した。実施状況1)森林流域から流出するDOCの形成過程に関しては、桐生試験地において、土壌水中のDOC濃度と紫外吸光度を指標として、森林から流出するであろうDOCの形成過程を調査した。不飽和帯の土壌におけるDOC濃度の深度方向での減少は、Alとのキレート形成・沈殿と、陰イオン吸着によるDOC除去によることが示唆された。飽和帯ではこの傾向が小さいことなど、土壌環境によるDOC形成の違いが見いだされた。土壌深度100cmでのDOC濃度は、飽和地下水帯や渓流水に比べて2倍以上高かった。2)琵琶湖集水域に分布する渓流水中のDOC、NO_3^-の濃度に、逆相関のあることが見いだされた。この関係は、季節的にも保持されていることが分かったほか、関東や北海道の集水域においてもほぼ同じ傾向がみられ、より一般的な現象であることが示された。また、各渓流の集水域に関する地質、植生、降水量などの環境因子とDOC、NO_3^-濃度の関係を解析した結果、森林が若い地域においては、DOC濃度が高く、窒素欠乏にあることが示された。これは、若い森林が窒素欠乏的であり、NO_3^-が流出してこないという従来の知見と一致している。森林土壌からのCO_2、N_2OフラックスとDOC、NO_3^-濃度にも関係が見いだされたことから、渓流水質が森林の炭素・窒素循環の結果を反映していることが分かった。3)渓流水のDOC濃度と三次元蛍光強度との間に強い相関が得られ、森林由来のDOC濃度を推定することができた。この関係を用いて、琵琶湖における外来性DOCの寄与を推定したところ、約40%のDOCが外来性であるということが示唆された。自生性DOC濃度は40-90μM Cで、夏に多くなるという季節変化を示した。これらのことから、蛍光強度測定がDOMの動態解析に有効であることが示された。DOCの炭素同位体比測定からもDOCの起源を推定できることが示された。1)ゲルろ過法によって土壌水溶存有機物(DOM)のキャラクタリゼーションを行った。その結果、土壌有機物は、分解過程によって低分子化しながらも腐植物質としての性質を保っており、分解によって易分解性の物質が残存するという従来の見解とは異なるメカニズムの存在が示唆された。2)琵琶湖集水域に分布する渓流のDOCとNO^<3->の濃度に見いだされた逆相関関係について、土壌中における炭素・窒素循環過程の速度論的モデルを展開した。モデルからは、CO_2施肥効果や温暖化によって、土壌有機態炭素の増大や有機態炭素の分解活性が増大するとDOC濃度の高い渓流水になり、一方、窒素施肥効果により土壌有機態窒素量が増加するとNO^<3->型の渓流水になることが示唆された。3)DOMの変質に関して、光分解実験を行ったところ、渓流水DOMでは、蛍光特性に青方偏移が見られるとともに、DOCの分解を伴わない蛍光の減衰が見られた。光分解による蛍光特性の変化とDOCの変化からは、湖沼のDOMが単なる外来性と自生性のDOMの混合物ではなく、光感受性のある外来性DOM(フルボ酸様の物質)が湖内で光分解を受けた結果を反映していることが示唆された。4)河川水質の定期観測から、風化によるCO_2固定と有機態として陸上生態系から流出する炭素の量的比較を行ったところ、風化に対してその約4分の1の炭素がDOCとして流出しているものと推測された。

これが深さ30cmまでに大幅に減少し、それ以降地下水帯に到達するまでに数kgの減少が見積もられた。渓流水による流出が地下水流動に伴うDOC移動量よりも約10kg増加していた。これは実際の渓流水が地下水のみで構成されるのではなく、常に表層を通過して直接渓流に流入する成分が混合するためである。2)不飽和土壌内でのDOCの減少メカニズムについて考察した。時に表層に近い部位で、急激なDOC濃度減少と疎水性酸画分の減少は、溶存Al濃度との対応や、pH変動との対応から、Alとのキレート化や表層での陰イオン吸着が、DOC濃度の減少に寄与している可能性が示された。3)琵琶湖集水域の渓流では、DOCの流出が卓越するもの、NO_3^-の流出が卓越するもの、溶存態の全リン(TDP)の流出が卓越するものがある。渓流水質が異なる6つの流域を対象として、土壌水質、さらにはA_0層の元素組成を測定し、渓流水質との関係を検討した。渓流でDOC濃度が高い流域において、土壌抽出液でもDOC濃度が高く、NO_3^-濃度が低いなど、渓流水質と土壌水水質、A_0層の元素組成の間に有意な関係が存在した。
立方晶Ce_3SnCの悪魔の階段(多段メタ磁性転移)の起源

申請者が発見した希土類金属間化合物Ce_3SnCは多段メタ磁性転移、俗にいう悪魔の階段と呼ばれる、磁化過程が階段状の振る舞いを示す物質である。本研究では、この多段メタ磁性転移の起源を探るために、圧力、磁場下での電気抵抗、比熱測定を行い、圧力相図、磁気相図を作成し、また中性子回折、中性子非弾性散乱の実験を行い磁気構造、結晶場分裂準位の決定を行うことを目的とした。Ce_3SnCに関しては圧力相図を決定し、中性子回折実験による磁気構造の決定を行った。その結果、立方晶の面心に位置するCe原子はフルモーメントに近い2μ_Bを有しているが、各々の磁気モーメントは各格子面上のa軸方向を向いていることが明らかとなった。つまり、磁気モーメントの配列に90度構造が存在する特異な磁気構造を持つ。上記のような磁気構造をとる理由は中性子非弾性散乱実験により明らかにした結晶場分裂の観測によって説明することが可能である。実験結果は立方晶の面心に位置するCe原子は正方対称の結晶場を受けていることを示しており、結晶場準位の分裂幅からその影響が大きいことも分かった。つまり、結晶場の主軸が各々のCe原子によって違うことにより、磁気モーメントは磁化容易面である格子面上に束縛された結果、上記の磁気構造をとると考えられる。また、本研究遂行中にCe_3SnCと同様の結晶構造をもつCe_3PbCにおいても、同様の多段メタ磁性転移を新たに観測した。両者の磁気構造の違いを明らかにするために、中性子回折実験および中性子非弾性散乱実験を行った。Ce_3PbCもCe_3SnCと同じくCeは強い正方対称の結晶場を受けていることを明らかにした。磁気構造に関してはCe_3SnCよりも複雑で、高温の常磁性状態からT_N=8.4Kで伝搬ベクトルq=[1/2,1/2,0]をもつ反強磁性構造が秩序化したのち、T_t=6.0Kで伝搬ベクトルq=[0,0,1/2]をもつ磁気構造が、先に秩序化した磁気構造に何ら影響を与えることなく秩序化し、double-q構造をとることが明らかとなった。つまり、低温では磁気的に互いに独立な磁気構造の重ね合わせで表すことができる。このように、Ce_3SnCとCe_3PbCは複雑な磁気構造を有していることを本研究では明らかにした。両物質が示す多段メタ磁性転移は、この複雑な磁気構造を反映したものと考えられる。本研究では、この多段メタ磁性転移の起源を探るために、圧力、磁場下での電気抵抗、比熱測定を行い、圧力相図、磁気相図を作成し、また中性子回折、中性子非弾性散乱の実験を行い磁気構造、結晶場分裂準位の決定を行うことを目的としている。Ce_3SnCは立方晶CaTiO_3-typeのアンチペロブスカイト型の単純な結晶構造を持ち、Ce原子は立方晶の面心に位置している。これまで、テトラアーク炉を用いたチョクラルスキー引き上げ法により、単結晶の育成に成功している。本年度は、中性子回折実験による磁気構造の決定、中性子非弾性散乱実験による結晶場分裂の観測を行った。その結果、磁気構造はCe原子は同一サイトを占めているにも関わらず、フルモーメントに近2μ_Bを有しているCeとほとんど磁気モーメントがゼロのCeの2種類が存在することが明らかとなった。これは、非常に特異なことであるが、この物質の結晶構造を考察すると説明が可能である。Ce_3SnCは立方晶の結晶構造を持つが、Ce原子は正方対称のサイトに位置し、正方対称の結晶場を受けていると考えられろ。つまり、結晶電場の主軸が各々のCe原子によって違うことにより、磁化容易面に位置するCeは磁気モーメントを持ち、磁化困難軸に位置するCeは磁気モーメントを発生することができないと推測される。そこで、実際にCe原子が正方対称の結晶場を受けているのかを調べるために、中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、基底状態から170K,410Kのエネルギー位置に結晶場分裂からくる、磁気散乱を観測することができた。これにより、Ceは正方対称の結晶電場を受けていることが明らかとなった。以上のことより、Ce_3SnCが示す多段メタ磁性転移は、上記ような複雑な磁気構造の反映であると考えられる。また、圧力下での電気抵抗測定を行い圧力相図を決定した。圧力の増加に伴い反強磁性転移点が急激に上昇することが明らかとなった。比熱測定による磁気相図の作成、および圧力下、磁場下による電気抵抗測定による圧力-磁気相図の作成は現在進行中である。上記実験には良質の単結晶が必須であり、併せて単結晶の純良化を行っている。

本研究では、この多段メタ磁性転移の起源を探るために、圧力、磁場下での電気抵抗、比熱測定を行い、圧力相図、磁気相図を作成し、また中性子回折、中性子非弾性散乱の実験を行い磁気構造、結晶場分裂準位の決定を行うことを目的とした。Ce_3SnCに関しては圧力相図を決定し、中性子回折実験による磁気構造の決定を行った。その結果、立方晶の面心に位置するCe原子はフルモーメントに近い2μ_Bを有しているが、各々の磁気モーメントは各格子面上のa軸方向を向いていることが明らかとなった。つまり、磁気モーメントの配列に90度構造が存在する特異な磁気構造を持つ。上記のような磁気構造をとる理由は中性子非弾性散乱実験により明らかにした結晶場分裂の観測によって説明することが可能である。実験結果は立方晶の面心に位置するCe原子は正方対称の結晶場を受けていることを示しており、結晶場準位の分裂幅からその影響が大きいことも分かった。つまり、結晶場の主軸が各々のCe原子によって違うことにより、磁気モーメントは磁化容易面である格子面上に束縛された結果、上記の磁気構造をとると考えられる。また、本研究遂行中にCe_3SnCと同様の結晶構造をもつCe_3PbCにおいても、同様の多段メタ磁性転移を新たに観測した。両者の磁気構造の違いを明らかにするために、中性子回折実験および中性子非弾性散乱実験を行った。Ce_3PbCもCe_3SnCと同じくCeは強い正方対称の結晶場を受けていることを明らかにした。磁気構造に関してはCe_3SnCよりも複雑で、高温の常磁性状態からT_N=8.4Kで伝搬ベクトルq=[1/2,1/2,0]をもつ反強磁性構造が秩序化したのち、T_t=6.0Kで伝搬ベクトルq=[0,0,1/2]をもつ磁気構造が、先に秩序化した磁気構造に何ら影響を与えることなく秩序化し、double-q構造をとることが明らかとなった。つまり、低温では磁気的に互いに独立な磁気構造の重ね合わせで表すことができる。このように、Ce_3SnCとCe_3PbCは複雑な磁気構造を有していることを本研究では明らかにした。両物質が示す多段メタ磁性転移は、この複雑な磁気構造を反映したものと考えられる。
超巨大色素分子の合成研究

本研究では,環状構造を有する巨大生体分子集合体が,生体内の重要な生命維持機能を担っていることに注目し,【目的1】それらの構造を模倣した超巨大分子の合成手段の一般的手法の開発を行い,【目的2】生体物質に匹敵するような精密巨大分子を実際に合成し,【目的3】生体機能のメカニズムの類推,さらには生体を越えた機能の発現を目指すとともに,【目的4】それらを固体表面に連結させた新しい触媒・酵素の開発を目指した。研究に際して,分子構造と機能との関連を明らかにするために,"多検出性"を有するポルフィリンやピレンを構成単位として用い,種々の分光学的手法等を用いて評価を行うこととした。具体的に以下の成果が得られた。【計画1:超巨大環状ポルフィリン多量体等の合成手法の確立とその応用】申請者は,これまでにポルフィリン環状328量体の合成に成功しているが,この環サイズをさらに大きくした36量体の合成を試み,その合成手法の一般性を獲得する。【計画2:溶液内での機能評価】得られた環状化合物の性質を,分光学的手法を用いて溶液状態で評価を行った。【計画3:単分子計測】標的化合物は,今日の表面科学の手法を用いて検出可能なほど巨大であることから,ナノテクノロジーへの応用を視野に入れ,基板上に単分子膜を構築し,走査トンネル顕微鏡等を用いて単分子計測を行うことに成功した。
転写因子賦活による骨格筋の代謝および運動機能の向上と肥満関連肝疾患の発症予防

運動耐容試験にて,Nrf2KOマウスの走行距離が野生型に比べ有意に短いことが確認された.また,野生型ではNrf2の活性化により走行距離が有意に増加した.マウスに高脂肪高ショ糖食を投与して脂肪肝を誘導した後,運動による脂肪肝の改善効果を比較したところ,Nrf2KOマウスではその改善が乏しいことが判明した.そこで,マウス由来の筋衛星細胞の培養系の確立し,運動時のNrf2発現変化とマイオカインの発現変化を観察した.電気刺激によりマイオカインのIL-6の発現量が,非刺激細胞に比べ極端に増加した.骨格筋におけるNrf2の発現変化は,運動による骨格筋のマイオカイン産生に影響を与える可能性が示唆された.野生型マウスおよびNrf2KOマウスを用いて、トレッドミルを用いて運動耐用能試験を行ったところ、Nrf2KOマウスの走行距離が野生型に比べ有意に短いことが確認された。さらに、Nrf2の活性化作用をもつ、機能性食品成分のスルフォラファン(SFN)を投与した野生型マウスでは、走行距離が非投与群に比べ有意に増加した。この結果より、Nrf2は骨格筋機能に強く影響を与える因子であることが示唆された。また、上記遺伝子改変マウスに高脂肪高ショ糖食を投与することで、脂肪肝を誘導した後、4週間の運動トレーニングを実施、運動による脂肪肝の改善効果を各マウス間で比較したところ、Nrf2KOマウスでは、他のマウスに比べ、運動による脂肪肝の改善程度が低いことが認められた。すなわち、Nrf2KOマウスでは脂肪肝に与える運動の効果が減弱していることが明らかとなった。このNrf2KOマウスでの運動効果の減弱の要因として、骨格筋より運動により分泌されるマイオカインに着目している。マイオカインは、運動等の様々な刺激によって骨格筋から分泌されるタンパク質群の総称であり、近年、骨格筋での運動の効果を他臓器へ伝える「運動因子」として注目されている。骨格筋でのNrf2の発現変化は、骨格筋のマイオカイン産生能に強く影響を与え、運動効果の伝達に影響を与える可能性を推察している。そこで、Nrf2がマイオカインの発現に与える影響を解析するため、野生型、Nrf2KO、Keap1KDマウス(Nrf2過剰発現モデル)由来の筋衛星細胞を使用し、マイオカインの網羅的な発現の比較解析を実施中である。運動耐容試験にて,Nrf2KOマウスの走行距離が野生型に比べ有意に短いことが確認された.また,野生型ではNrf2の活性化により走行距離が有意に増加した.マウスに高脂肪高ショ糖食を投与して脂肪肝を誘導した後,運動による脂肪肝の改善効果を比較したところ,Nrf2KOマウスではその改善が乏しいことが判明した.そこで,マウス由来の筋衛星細胞の培養系の確立し,運動時のNrf2発現変化とマイオカインの発現変化を観察した.電気刺激によりマイオカインのIL-6の発現量が,非刺激細胞に比べ極端に増加した.骨格筋におけるNrf2の発現変化は,運動による骨格筋のマイオカイン産生に影響を与える可能性が示唆された.わが国において増加の一途にある非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の予防と治療には,食事・運動療法以外にコンセンサスが得られた方法はない.しかしながら,運動療法がNAFLDに対して有用であることの分子メカニズムは未だ解明されていない.本研究では,運動が転写因子Nrf2の賦活化により抗酸化ストレス応答を発揮し,炎症病態と酸化ストレスレベルの軽減により,NAFLDの予防と治療に有用であるとの仮説のもとに実験を進捗させた.中年肥満男性に対して施行した減量のための運動療法では,介入前後において,エネルギー消費量,VO2 max,adiponectinの増加,体重,腹部脂肪面積,体脂肪率,HOMA-IR,AST,ALT,ヒアルロン酸,フェリチン,TBARS,高感度CRP,Leptinの減少が認められた.また,末梢血白血球における各Nrf2標的分子の遺伝子発現を定量した結果,異物代謝酵素NQO1,抗酸化分子; HO-1,鉄代謝因子; Fpn1の増加,炎症因子; COX2の減少が認められ,運動による転写因子Nrf2の賦活化が誘導されること,さらに,それに関連した糖および脂肪の代謝機能の向上が誘導されるものと推測された.一方,動物実験においても,高脂肪食の負荷にて作製した脂肪肝が,約2ヶ月間の野生マウスでは運動により改善するが,Nrf2欠失マウスでは改善しないことが判明している.運動は全身の転写因子Nrf2を活性化し,さらに,骨格筋はNrf2介在性に各種分泌蛋白を産生し,それらの一部の分泌蛋白には,異所性臓器脂肪に対する脂肪融解作用があるものと推測されるが,未だ同定には至っていない.今後,本所見はNAFLDに関する運動療法のエビデンスを築いていく上で重要な研究成果である.運動が転写因子Nrf2を活性化し,抗酸化ストレス応答を発揮し,炎症病態と酸化ストレスレベルを改善することが判明し論文投稿中である.動物実験については,トレッドミルテストを行い最大走行距離の測定にて,薬剤によるNrf2の活性化が運動耐容能力を増大させることが判明したが,未だ背景に存在する詳細なメカニズムは解明出来ていない.運動療法が中年肥満男性において,転写因子Nrf2を活性化し,抗酸化ストレス応答を発揮し,炎症病態と酸化ストレスレベルを改善することが判明した.

一方,動物実験においては,高脂肪食にて作製した脂肪肝が野生マウスでは長期間のトレッドミル運動により改善するが,一方,Nrf2欠失マウスでは消失しないことが判明している.今年度は,Nrf2介在性に生成される骨格筋由来の新規分子について探索研究を進めていく.さらに,新規分子の生理作用についても解析を加える.Nrf2介在性に骨格筋細胞で産生されるマイオカインなどの新規分子について,トレッドミルテストを施行したマウスについて,あるいは培養骨格筋細胞について細胞ストレッチ装置を用いて,筋細胞の収縮を反復させる.トレッドミルテスト前後のマウス血液と骨格筋,あるいは培養上清と細胞ペレットを用いて,網羅的遺伝子解析とプロテオーム解析を行い,新規分子の同定を行う.さらに,新規分子の生理作用についても解析を加える.
マグネチックレイヤ型クラスタシステムのプラズマ干渉物理の解明と最適化

マグネチックレイヤ型SBSシステムのプルーム干渉効果についてカソード位置依存性の検討を行った。前年度までにカソード位置が下流に移動するにつれて推力が減少すること、また、イオン電流の減少がその要因ではないことが示されている。今年度は、イオンビームエネルギー、カソード電位、プルーム形状に着目し測定評価を実施した。その結果、推力減少を与えるイオンビームエネルギー、カソード電位の影響は確認できなかった。また、RPAを用いてプルーム中のイオン流束分布を測定した結果、カソードが下流に移動した場合に、特にSBS作動時にプルームの発散効果が得られた。これらの結果から、カソード位置が下流に移動することによる推力の減少には、プルーム発散が主に効いていることが明らかになった。次にこのカソード位置とプルーム発散の関係を調べるために電離振動周波数の評価を行った結果、カソード位置の依存性が認められ、この結果はカソード位置の違いによる逆流電子特性が加速チャンネル内の電離・加速に影響を及ぼし、その結果としてプルーム発散角が変化したことを示している。また、このプルーム発散角は磁場の印加方向の組み合わせによっても影響を受けることが研究代表者らの評価により得られており、この機構を調査する目的でHybrid-PICコードを適用した2次元軸対称コードを開発し、その現象を再現することに成功した。この結果から、磁場印加方向の組み合わせが電子を経て電位分布の違いを生じることでプルーム発散に影響を及ぼすことが確認できた。また比較のためアノードレイヤ型ヘッドにおいてもカソード位置の影響を評価した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。2基マグネチックレイヤ型ヘッドと1基のホローカソードを有するMagnetic-layer SBSシステムについて,プルーム干渉が推力に及ぼす影響について評価を行った。ここで,2基のヘッドに引加する磁力線の方向を同一としたThe same directionと逆向きに引加したOpposite directionsの2通りの場合について推力測定を行い,Opposite directionsの場合に推力が増加することを確認した。これはプルーム干渉効果の1つであり,この機構を解明することで最適設計指針に関する知見を得ることができると考えている。本年度では、イオン電流及びビームエネルギーを測定した。また,イオン流束2次元分布からのプルーム発散評価,2次元電位分布を測定した。推力はイオン電流,エネルギー,ビーム発散角に影響を受けるが、イオン電流はThe same directionの場合に高く,推力と逆の結果となった。また、電位分布には違いは観察できるが,ビーム発散角には優位は差はみられなかった。これに対して,イオンビームエネルギーはOpposite directionsの場合に高く,推力の差の主因となっていることをつきとめた。これらの測定により、イオン電流,ビームエネルギーに差がみられることは,プルーム領域における干渉の影響がヘッド加速チャンネル内の電離・加速過程まで及んでいることを示唆しており,電離振動評価からそれを確認した。また,カソードの軸方向位置を変化させることで、作動に影響を及ぼすことが確認でき,その最適位置の指針の導出も必要であることを示した。プルーム特性の測定について、電位分布測定装置の作成により2次元電位分布測定が完了し、またイオン流束についても詳細な2次元分布が得られ、さらにイオンビームエネルギーも評価するなど、当初想定していたものはほぼ完了した。また、加速チャンネル内の直接測定は未実施であるもののその代替として、放電電流振動特性の評価から、加速チャンネル内電離・加速過程への影響を間接的に見積もることができた。加えて、ホローカソードの軸方向位置の影響について測定を実施することができ、クラスタシステム開発における要素配置に関する重要な知見が得られた。大規模宇宙輸送ミッションに適応可能な大電力電気推進機開発として複数基のホールスラスタヘッドによって構成されるクラスタシステムについて、マグネチックレイヤ型2基システムに関する研究を実施し、干渉効果が推力へ影響を与えることが明らかになっている。この干渉効果の解明を目的に実施した平成28年度までの研究、特に2基のヘッドに印加する磁力線方向の組み合わせの違いに関する測定結果から、この干渉効果は、プルーム干渉領域の干渉場自身によるものだけでなく、干渉場を通じて逆流電子が電離・加速過程に影響を及ぼした結果としても現れている可能性が示された。そこで、この逆流電子の特性に着目し、平成29年度研究において電子供給源である中和器、つまりホローカソードの位置が推進性能、放電特性に及ぼす影響についての詳細評価を実施した。中和器位置を軸方向に変化させることで、特に推力に影響を及ぼすこと、またその主因としてイオンビームエネルギーへの影響が挙げられることが示された。これらの結果は、中和器から放出される逆流電子が干渉効果を受け加速チャンネル内に流入することで、加速チャンネル内の電離・加速過程に影響を及ぼしていることを意味している。つまり、干渉場が電離・加速過程へ影響を及ぼしていることを示している。また、放電電流波形の評価から、Breathing Modeと呼ばれる振幅の大きな振動モードについてその周波数が、中和器位置によって影響を受けていることが示された。この結果は、中和器位置に違いにより逆流電子を通じて加速チャンネル内の電離・加速過程に影響を及ぼしていることを表している。中和器位置依存性の測定により、2基作動時におけるプルーム干渉過程を通じて電離・加速過程に影響を及ぼす機構解明の目処が得られた。

軸方向に中和器位置を移動させた場合の放電電流振動評価により、逆流電子がその機構に主な影響を与えていること、電離・加速過程への影響により、イオンビームエネルギーの違いとして推進性能に影響を及ぼすことが明らかになっている。これらの結果は、電離・加速過程への影響を考慮した最適化指針の導出に強く寄与するものと考えている。また、これらマグネチックレイヤ型の2基干渉効果知見を基にアノードレイヤ型についても同様に評価を行う事で、磁力線干渉と逆流電子特性の関係、特に、拡散についての知見を整理することができ、マグネチックレイヤ型へのフィードバックが可能となっている。これら2種類の2基作動によって得られた知見は、マグネチックレイヤ型ホールスラスタ2基システムの粒子シミュレーション模型の構築において有効なものであると考えている。マグネチックレイヤ型SBSシステムのプルーム干渉効果についてカソード位置依存性の検討を行った。前年度までにカソード位置が下流に移動するにつれて推力が減少すること、また、イオン電流の減少がその要因ではないことが示されている。今年度は、イオンビームエネルギー、カソード電位、プルーム形状に着目し測定評価を実施した。その結果、推力減少を与えるイオンビームエネルギー、カソード電位の影響は確認できなかった。また、RPAを用いてプルーム中のイオン流束分布を測定した結果、カソードが下流に移動した場合に、特にSBS作動時にプルームの発散効果が得られた。これらの結果から、カソード位置が下流に移動することによる推力の減少には、プルーム発散が主に効いていることが明らかになった。次にこのカソード位置とプルーム発散の関係を調べるために電離振動周波数の評価を行った結果、カソード位置の依存性が認められ、この結果はカソード位置の違いによる逆流電子特性が加速チャンネル内の電離・加速に影響を及ぼし、その結果としてプルーム発散角が変化したことを示している。また、このプルーム発散角は磁場の印加方向の組み合わせによっても影響を受けることが研究代表者らの評価により得られており、この機構を調査する目的でHybrid-PICコードを適用した2次元軸対称コードを開発し、その現象を再現することに成功した。この結果から、磁場印加方向の組み合わせが電子を経て電位分布の違いを生じることでプルーム発散に影響を及ぼすことが確認できた。また比較のためアノードレイヤ型ヘッドにおいてもカソード位置の影響を評価した。本年度でマグネチックレイヤ型SBSシステムに関するプルームの詳細測定は達成することができた。今後は、加速チャンネル内の直接測定により干渉効果の最適化指針の導出に努める。また、これまでに成果を基に安定作動領域が狭いがより高効率性が見込まれるアノードレイヤ型ヘッドについても同様にSBS作動時の測定を行い、作動特性、推進性能へのプルーム干渉効果を評価していき、マグネチックレイヤ型との比較検討を行う。これらの測定結果を基に、数値解析ツールの構築を行い、詳細な干渉物理の解明を進める。
腹部大動脈瘤の成因究明ー動脈瘤壁の瘤化と老化制御遺伝子BubR1の発現との関連ー

我々はこれまでに、細胞周期遺伝子BubR1が老化と深く関与していることを報告してきた。さらに、BubR1低下により血管平滑筋細胞とマクロファージの増殖が抑制されることを報告した。大動脈瘤の原因として、加齢性の変化では動脈硬化が顕著であり、内膜への平滑筋細胞、マクロファージの遊走・増殖により、炎症が惹起され血管壁が脆弱化することが知られている。今回、我々は動脈硬化モデルであるApoE欠損(ApoE-/-)マウスを用いて、BubR1の動脈硬化疾患への影響をより反映するBubR1L/L-ApoE-/-マウスを作成した。このBubR1L/L-ApoE-/-マウスの、皮下にinfusion pompを埋め込み、pumpから高濃度アンギオテンシンIIを4週間投与し、腹部大動脈瘤を形成させ、腹部大動脈瘤モデルとした。結果として、BubR1発現低下により、Angiotensin II由来の腹部大動脈瘤の形成率と死亡率が有意に低下した。形成率はApoE-/-群は5/6 (82%)がAAAを形成したが、BubR1L/L・ApoE-/-群では3/10 (30%)のみであった。また、ApoE-/-群は2/6頭(33%)が腹部大動脈瘤破裂により死亡したが、BubR1L/L・ApoE-/-群では10頭全て生存した。動脈瘤を形成した個体における大動脈面積は、BubR1L/L・ApoE-/-群で有意に大きかった。ApoE-/-群では、内膜での粥腫形成が主体であったが、BubR1L/L・ApoE-/-群では中外膜主体の粥腫形成を認め、elastinの破壊は軽度であった。以上よりBubR1発現低下により、elastinの破壊が抑制され、腹部大動脈瘤の形成が抑制されたと考えられた。老化に関与している細胞周期遺伝子BubR1と動脈硬化モデルであるApoE欠損(ApoE-/-)マウスを用いて、BubR1の動脈硬化疾患への影響をより反映するBubR1L/L-ApoE-/-マウスを作成した。このマウスを用いて腹部大動脈瘤を形成させ、腹部大動脈瘤モデルを作成した。このモデルではBubR1発現低下により、Angiotensin II由来の腹部大動脈瘤の形成率と死亡率を有意に低下させ、それはelastinの破壊が抑制されたことによることまで探求した。我々は研究前にはBubR1の発現低下は、内皮機能の低下や平滑筋細胞の減少といった、動脈の老化をもたらし、加齢に伴う動脈硬化性変化を来しやすくなる。しかし、平滑筋細胞の増殖抑制からアンギオテンシンIIが誘導する動脈瘤形成を抑制するのではないかと推測してきたことがこの結果により裏付けられた。BubR1発現低下による、Angiotensin II由来の腹部大動脈瘤の形成率の低下という現象は確認できたため、今後はそのメカニズムを調べるのみである。メカニズムの一つとしてはelastinの破壊への関与が考えられており、次にマクロファージの関与について調べる予定である。動脈瘤の形成には、マクロファージの血管壁への流入・増殖により生じる炎症性サイトカインやMMPsの活性化が必要であり、マクロファージの接着因子や、MMPsの活性化経路の分子機序の解明が進められている。マクロファージはM1, M2型のphenotypeに分類される。M1型は炎症反応を促進しMMPsを活性化するが、M2型は抗炎症作用を有している。動脈瘤の形成にどちらのマクロファージが関与しているかを観察するために、BubR1とM1/M2比との関連を評価する必要がある。また、TGF-βを介する炎症性シグナルはMMPsの活性を制御しており、TGF-βの炎症性シグナルにBubR1がどのように寄与しているのかを評価する予定である。さらに、単球の血管壁への接着には、Thrombospondin-1のような血管恒常性を担う分子が関与しており、Thrombospondin-1とBubR1との関係性を評価する予定である。これらの実験の結果により、BubR1がAAA治療の新たな標的因子となる可能性がある。動脈瘤の原因として、内膜への平滑筋細胞、マクロファージの遊走・増殖により、炎症が惹起され血管壁が脆弱化することがあげられる。我々はこれまでに、BubR1低下によりp38活性低下を介して血管平滑筋細胞の増殖速度が抑制されること、マクロファージ増殖能の抑制を介して大動脈の動脈硬化が抑制されることなどを報告してきた。この血管平滑筋細胞とマクロファージの増殖抑制効果により、BubR1が新たな動脈瘤治療のtargetとなり得るのではないかと考えた。今回、ApoE-/-マウスと、当研究室で作成したBubR1L/L・ApoE-/-マウスを用いて、Ang II由来の動脈瘤形成におけるBubR1の役割を検証した。浸透圧ポンプをマウスの背部に埋め込み、Ang IIの持続投与(1000ng/kg/min)を開始した。28日後に大動脈を採取し、全生存率、動脈瘤形成率の検証と、大動脈切片の病理学的評価を行った。

結果だが、ApoE-/-群は2/6頭(33%)が動脈瘤破裂により死亡したが、BubR1L/L・ApoE-/-群では10頭全て生存していた。また、ApoE-/-群は5/6 (82%)が動脈瘤を形成したが、BubR1L/L・ApoE-/-群では3/10 (30%)のみ動脈瘤を形成した。動脈瘤はいずれも腎動脈分岐直上の腹部大動脈に形成された。BubR1発現が低下することで、Ang II由来の動脈瘤形成は抑制され、全生存率が高まった。病理学的検討では、動脈瘤の面積はBubR1L/L・ApoE-/-群で有意に大きかった。また、ApoE-/-では、内膜での粥腫形成が主体であったが、BubR1L/L・ApoE-/-では中外膜主体の粥腫形成を認め、elastinの破壊が軽度であった。これはBubR1の発現低下により、elastinの破壊が抑制され、動脈瘤形成に影響を及ぼしたと考えられた。BubR1発現低下により、Angiotensin II由来のAAA形成率と死亡率が有意に低下したと言う、事象についての観察は終了した。今後は事象の原因を究明予定。我々はこれまでに、細胞周期遺伝子BubR1が老化と深く関与していることを報告してきた。さらに、BubR1低下により血管平滑筋細胞とマクロファージの増殖が抑制されることを報告した。大動脈瘤の原因として、加齢性の変化では動脈硬化が顕著であり、内膜への平滑筋細胞、マクロファージの遊走・増殖により、炎症が惹起され血管壁が脆弱化することが知られている。今回、我々は動脈硬化モデルであるApoE欠損(ApoE-/-)マウスを用いて、BubR1の動脈硬化疾患への影響をより反映するBubR1L/L-ApoE-/-マウスを作成した。このBubR1L/L-ApoE-/-マウスの、皮下にinfusion pompを埋め込み、pumpから高濃度アンギオテンシンIIを4週間投与し、腹部大動脈瘤を形成させ、腹部大動脈瘤モデルとした。結果として、BubR1発現低下により、Angiotensin II由来の腹部大動脈瘤の形成率と死亡率が有意に低下した。形成率はApoE-/-群は5/6 (82%)がAAAを形成したが、BubR1L/L・ApoE-/-群では3/10 (30%)のみであった。また、ApoE-/-群は2/6頭(33%)が腹部大動脈瘤破裂により死亡したが、BubR1L/L・ApoE-/-群では10頭全て生存した。動脈瘤を形成した個体における大動脈面積は、BubR1L/L・ApoE-/-群で有意に大きかった。ApoE-/-群では、内膜での粥腫形成が主体であったが、BubR1L/L・ApoE-/-群では中外膜主体の粥腫形成を認め、elastinの破壊は軽度であった。以上よりBubR1発現低下により、elastinの破壊が抑制され、腹部大動脈瘤の形成が抑制されたと考えられた。老化に関与している細胞周期遺伝子BubR1と動脈硬化モデルであるApoE欠損(ApoE-/-)マウスを用いて、BubR1の動脈硬化疾患への影響をより反映するBubR1L/L-ApoE-/-マウスを作成した。このマウスを用いて腹部大動脈瘤を形成させ、腹部大動脈瘤モデルを作成した。このモデルではBubR1発現低下により、Angiotensin II由来の腹部大動脈瘤の形成率と死亡率を有意に低下させ、それはelastinの破壊が抑制されたことによることまで探求した。我々は研究前にはBubR1の発現低下は、内皮機能の低下や平滑筋細胞の減少といった、動脈の老化をもたらし、加齢に伴う動脈硬化性変化を来しやすくなる。
バイオマス資源利用を目指した耐熱性キチン分解酵素の反応メカニズム解明

本研究では、バイオマス資源の1つである「キチン」を医薬・健康食品として有用な「グルコサミン」に効率よく分解・産生するキチン代謝系酵素の構造解析およびその反応メカニズム解明を目的とする。申請者は、キチンから目的の「グルコサミン類」を得るために、好熱菌のキチン代謝経路を利用し、そこに関わる2種類の耐熱性キチン代謝酵素の構造、機能解析を行った。立体構造に関してはいずれも初めての報告であり、様々な有用な知見を得ることができた。本研究では、バイオマス資源の一つである「キチン」を医薬・健康食品として有用な「グルコサミン」に効率よく分解する産業用酵素反応系の構築を目指す。申請者は既に対象の2種のキチン代謝系酵素を好熱性古細菌Pyrococcusゲノムから見出し、これらが100°Cの高温でも安定な活性を有することを確認した。そこで本研究では、この新規酵素群を対象に、基質認識、分解反応メカニズムを分子レベルで解明することを目的として、1各酵素の立体構造、2構造情報に基づく活性部位の特定、3複合体の構造解析による基質認識・分解反応メカニズムと最適利用条件の解明、を目指している。平成25年度の成果は、結晶性キチンを効率よくキトビオース(2糖)に分解する「耐熱性キチナーゼ」の精密な立体構造解析から、特異的な基質認識と分解能力が本酵素の構造的特徴に由来することを明らかにした。また、キチナーゼにより産生されるキトビオース(2糖)を特異的に脱アセチル化する酵素「耐熱性キトビオース脱アセチル化酵素」の立体構造解析に成功し、本酵素に特徴的な基質分解メカニズムを変異体解析により明らかにした。また本酵素は新規構造であり、他のゲノム由来酵素の立体構造と比較することにより生物学的にも重要な知見を有ることができた。また、最終目的物であるグルコサミンを生産できる「耐熱性グルコサミニダーセ」の結晶化、およびX線測定にも成功しており、現在構造解析を行っているところである。本研究では、バイオマス資源の一つである「キチン」を医薬・健康食品として有用な「グルコサミン」に効率よく分解する産業用酵素反応系の構築を目指し、不足する2種の酵素を見出し、その反応メカニズムを解明する。申請者は既に対象の2種のキチン代謝系酵素を見出し、これらが100°Cの高温でも安定な活性を有することを確認した。そこで本研究では、この新規酵素群の野生型と変異体を対象に、基質認識、分解反応メカニズムを分子レベルで解明することを目的として、1各酵素の立体構造、2構造情報に基づく活性部位の特定、3複合体の構造解析による基質認識・分解反応メカニズムと最適利用条件の解明、を目指している。平成26年度の成果は、キトビオース(キチン2糖体)を特異的に脱アセチル化する酵素「耐熱性キトビオース脱アセチル化酵素」に関する成果を論文化した。また、最終目的物であるグルコサミンを生産する酵素「耐熱性アセチルグルコサミニダーゼ」の立体構造解析に成功し、本酵素の基質分解メカニズムを変異体解析により明らかにした。現在はもう一つのグルコサミン産生酵素「耐熱性グルコサミニダーゼ」の結晶化、およびX線結晶測定を行っており、良好なデータを得ている。本研究では、バイオマス資源の一つである「キチン」を医薬・健康食品として有用な「グルコサミン類」に効率よく分解するキチン系代謝酵素の反応メカニズムを解明し、各種酵素の利活用を目指す。申請者は2つの耐熱性キチン代謝酵素に着目し、本研究期間中、以下のような成果を上げた。なお、立体構造に関しては、いずれも初めての報告であり、様々な有用な知見を得ることができた。まず、1キトビオース(キチン2糖)を特異的に脱アセチル化する酵素「耐熱性脱アセチル化酵素」を高分解能(1.5Å)で立体構造解析した結果、本酵素の6量体構造が基質特異性に大きく影響していることを明らかにした。また、他の酵素と協同的に働き、グルコサミンを作り出すことが分かった。次に、2最終目的物であるグルコサミンを生産する酵素「耐熱性アセチルグルコサミニダーゼ」の立体構造解析を行い、本酵素が2量体を形成し、他の酵素には見られないユニークな活性部位構造を有することを明らかにした。しかしながら、構造解析時の分解能が低かったため(2.6Å)、基質認識・分解反応メカニズムの解明にまでは至らなかった。そこで最終年度は本酵素の分解能向上を目指し、種々の条件下における結晶化スクリーニングを行った。その結果、分解能を2.0Åまで改善する結晶化条件を見出すことに成功した。しかしながら、本酵素と基質との複合体の結晶構造解析までには至らず、本酵素の基質認識機構は未知のままである。今年度は「耐熱性キトビオース脱アセチル化酵素」の構造・機能に関する論文を2報(うち1報は筆頭論文)、「耐熱性アセチルグルコサミン」の構造・機能に関する論文(筆頭)を発表することができた。

また、現在はもう一つのグルコサミン産生酵素「耐熱性グルコサミニダーゼ」に関しても良好なデータを得ており、今後の成果が期待できる。構造生物学これまでの研究成果をもとに、その利活用に向けた基盤情報を収集する。具体的には構造情報に基づく酵素の活性化、安定性の改良などが上げられる。そのために基質・酵素複合体の構造解析による基質認識、分解反応メカニズムの解明を行っていく予定である。「耐熱性キチナーゼ」の立体構造解析、および機能解析に関する成果は論文(筆頭)投稿し、受理されている。次の「耐熱性キトビオース脱アセチル化酵素」の成果も論文(筆頭)投稿し、審査中である。「耐熱性グルコサミニダーセ」に関しても良好なデータが得られており、今後の成果が期待できる。研究が予定よりも順調に行うことができ、まとまった成果も出たため論文化作業を優先する必要があり、また当初購入予定であった機器が共同研究先で利用することができたため研究遂行に支障をきたさなかったため。これまでの研究成果をもとに、その利活用に向けた基盤情報を収集する。具体的には、得られた構造情報に基づく活性改良設計、および類縁機能を有する新規酵素のゲノム探索などに利用できる有用な知見を収集する。今年度、必要な物品を適時購入し、研究遂行していく予定である。共同研究先での研究実施が予定よりも順調に行うことができ、まとまった成果も出たため論文化作業を優先する必要があり、当初購入予定であった機器が次年度以降でも研究遂行に支障をきたさなかったため。今年度、必要な物を適時購入し研究遂行していく予定である。