hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血小板による新しい再上皮化誘導機構とその異常

本研究は「血小板から放出される因子によって子宮内膜上皮の遊走と再構築が誘導され、その機構の異常が婦人科疾患の発症と進展を誘導している」という新しい作業仮説のもとに計画された。その結果、血小板中のケモカインが子宮内膜上皮細胞と子宮体癌由来Ishikawa細胞を促進すること、その一方で血小板から放出される細胞膜小粒子は正常子宮内膜上皮細胞の遊走を反対に抑制し、さらに上皮の再構築を亢進する可能性が示された。細胞膜小粒子による作用は癌細胞株では観察されなかった。これらの成果は種々の婦人科疾患の発症や癌の進展に対する新しい治療法の開発に貢献する可能性があり、今後も解析すべき課題であると考えられる。子宮内での胎児発育を実現させるため、ヒトの子宮内膜は周期的な内膜の再生を行い、胚着床後の胎盤形成期にはヒトの絨毛外栄養膜細胞は母体血管に浸潤し血管内皮細胞に置換転化する。これらの上皮再生機構の異常は子宮内膜症や習慣流産などの発症に関与すると推察されるがその機序は不明のままである。本研究申請者らは血小板がこの機序に関与することを世界に先駆けて示してきたが、その後の検討で血小板から離脱する粒子成分が上皮化の最終段階である上皮細胞間の結合を誘導すること、一方で癌細胞においては誘導されないことを観察した。そこで本研究ではヒト正常子宮内膜上皮細胞由来または絨毛外栄養膜細胞由来の細胞株またはそれぞれの癌由来の細胞株を用いて細胞遊走、細胞間結合および血管内皮化を誘導する血小板由来因子の解析を行い、血小板の活性化に伴い剥離・放出される細胞膜表面の機能分子を含んだ細胞膜小粒子(microparticle)が正常子宮内膜上皮細胞とEVTの遊走を反対に抑制し、さらに上皮の再構築を亢進する可能性が示された。さらに細胞膜小粒子による作用は癌細胞株では観察されず、これらから血小板は局所でchemokineなどからなる広い範囲に至る活性因子と細胞膜小粒子からなる比較的狭い範囲に至る2つのgradientを形成し、上皮細胞の遊走と上皮化を誘導する可能性が推定された。そこで上記のdualな作用に対す反応異常が疾患の原因になるとの新しい発想に至り、この作業仮説にそって次年度の研究を進める予定である。本研究は「血小板から放出される因子によって子宮内膜上皮の遊走と上皮構造の再構築およびEVTの遊走とその血管内皮化が誘導される」という新しい作業仮説に基づいており、この新しい概念から「上皮再構築の誘導機構の異常が子宮内膜症をはじめとする婦人科疾患の発症を、またその機構からの逸脱が癌細胞の進展を誘導している」という推察のもとに計画された。その結果、血小板中のchemokineが子宮内膜上皮細胞と子宮体癌由来Ishikawa細胞およびEVTと絨毛癌由来JEG-3細胞遊走を促進すること、その一方で血小板の活性化に伴い剥離・放出される細胞膜表面の機能分子を含んだ細胞膜小粒子(microparticle)は正常子宮内膜上皮細胞とEVTの遊走を反対に抑制し、さらに上皮の再構築を亢進する可能性が示された。驚いたことに細胞膜小粒子による作用は癌細胞株では観察されず、これらから血小板は局所でchemokineなどからなる広い範囲に至る活性因子と細胞膜小粒子からなる比較的狭い範囲に至る2つのgradientを形成し、上皮細胞の遊走と上皮化を誘導すること、さらにそれらdualな作用に対す反応異常が疾患の原因になるとの新しい概念を提示するに至った。生殖医学特に支障となるトラブルがなかったため、順調な結果が得られている。上記の結果で示したように、血小板は局所でchemokineなどからなる広い範囲に至る活性因子と細胞膜小粒子からなる比較的狭い範囲に至る2つのgradientを形成し、上皮細胞の遊走と上皮化を誘導する可能性が推定された。そこでこれらのdualな作用に対す反応異常が疾患の原因になるとの新しい作業仮説にそって次年度の研究を進める予定である。順調に実験成果が進み、経費が削減できたため、次年度の研究展開に予算を回した。細胞培養経費にあてる予定である。
サブスタンスPおよびダイノルフィンの脊髄疼痛伝達・制御機構における役割と相互作用に関する研究

ダイノルフィン(Dyn)を脊髄クモ膜下腔内(i.t.)に投与した際の侵害刺激抑制作用に対する各種プロテアーゼ阻害剤の効果についてマウス・ホルマリン試験を用いて検討した。Dynの侵害刺激抑制作用の持続時間はシステインプロテアーゼ阻害剤であるp-ヒドロキシメルクリ安息香酸(PHMB)およびエンドペプチダーゼ24.11阻害剤であるホスホラミドンによって有意に延長された。しかしながら、セリンプロテアーゼ阻害剤のフッ化フェニルメタンスルホニル、アミノペプチダーゼ阻害剤のベスタチンおよびアンジオテンシン変換酵素阻害剤のカプトプリルは、Dynの作用に対し無影響であった。Dynの代謝産物であるロイシンエンケファリン(Leu-Enk)およびLeu-Enk-Arg^6は侵害刺激抑制作用を示さなかったが、Leu-Enk-Arg^6はホスホラミドンとの併用により有意な侵害刺激抑制作用を示した。従って、ホスホラミドンによるDynの作用の持続化はLeu-Enk-Arg^6の分解阻害に起因することが示唆された。さらに、PHMBの侵害刺激に対する効果についてマウス・カプサイシン試験を用い、ベスタチン存在下におけるホスホラミドンの効果と比較検討した結果、PHMBおよびベスタチン存在下のホスホラミドンは、いずれも侵害刺激抑制作用を示した。PHMBおよびホスホラミドン/ベスタチンの侵害刺激抑制作用はそれぞれκ受容体アンタゴニストのnor-BNIおよびδ受容体アンタゴニストのナルトリンドールで完全に拮抗された。以上の結果から、Dynの侵害刺激抑制作用の消失にシステインプロテアーゼが重要な役割を担っており、ホスホラミドン/ベスタチンの侵害刺激抑制作用は内因性エンケファリンの分解阻害に起因するのに対し、PHMBは内因性ダイノルフィンの分解を阻害し侵害刺激抑制作用を発現することが判明した。内因性オピオイドペプチドであるダイノルフィンA(DynA)およびダイノルフィンB(DynB)を脊髄クモ膜下腔内に投与した際の侵害刺激抑制作用に対する各種ペプチダーゼ阻害剤の効果についてマウス・ホルマリン試験を用いて検討した。その結果、DynA(0.5-2.0nmol)およびDynB(2.0-8.0nmol)は0.5%ホルマリン液足蹠内投与によって誘導されるlicking行動をいずれも用量依存的かつ有意に抑制した。2nmolのDynAおよび8nmolのDynBの侵害刺激抑制作用は、それぞれ投与後90分および60分には完全に消失したが、システインプロテアーゼ阻害剤であるp-ヒドロキシメルクリ安息香酸およびエンドペプチダーゼ24.11阻害剤であるホスホラミドンは、いずれもDynAおよびDynBの作用持続時間を有意に延長した。しかしながら、セリンプロテアーゼ阻害剤のフェニルメタンスルホニルフルオリド、アミノペプチダーゼ阻害剤のベスタチンおよびアンジオテンシン変換酸素阻害剤のカプトプリルは、DynAおよびDynBの作用に対し無影響であった。ヒトおよびウシの脊髄よりDynAやDynBをロイシンエンケファリン(Leu-Enk)およびLeu-Enk-Arg^6に代謝するDyn変換酸素(DCE)が見出され、この酸素の本質はシステインプロテアーゼであることが明らかにされているが、Leu-EnkおよびLeu-Enk-Arg^6はいずれも10nmolの高用量においても侵害刺激抑制作用を示さなかった。しかしながら、Leu-Enk-Arg^6はホスホラミドンとの併用により有意な侵害刺激抑制作用を示した。以上の結果から、DynAおよびDynBはDCEによってLeu-EnkおよびLeu-Enk-Arg^6に代謝され、さらにLeu-Enk-Arg^6はエンドペプチダーゼ24.11によって代謝され侵害刺激抑制作用を消失することが示唆された。

前年度の研究で、ダイノルフィンAおよびダイノルフィンBの脊髄クモ膜下腔内(i.t.)へ投与した際の侵害刺激抑制作用が、システインプロテアーゼ阻害剤のp-ハイドロキシメルクリ安息香酸(PHMB)によって有意に遅延されることをマウス・ホルマリン試験を用いた実験で明らかにした。一方、エンドペプチダーゼ24.11阻害剤のチオルファンはエンケファリンの分解を阻害し侵害刺激抑制作用を示し、この作用はアミノペプチダーゼ阻害剤のベスタチンによって増強されることが報告されている。本年度はPHMBの侵害刺激に対する効果についてマウス・カプサイシン試験を用い、ベスタチン存在下におけるエンドペプチダーゼ24.11阻害剤であるホスホラミドンの効果と比較検討した。その結果、カプサイシン(800ng)をマウスの後肢足蹠内へ投与した際のlicking行動をPHMBはベスタチン存在下のホスホラミドンと同様に有意に抑制した。また、ホスホラミドン/ベスタチンおよびPHMBの侵害刺激抑制作用はそれぞれδ受容体アンタゴニストのナルトリンドールおよびκ受容体アンタゴニストのnor-BNIで完全に拮抗された。以上の結果から、ホスホラミドン/ベスタチンの侵害刺激抑制作用は内因性エンケファリンの分解阻害に起因するのに対し、PHMBは内因性ダイノルフィンの分解を阻害し侵害刺激抑制作用を発現することが判明した。
有機ケイ素化合物および典型有機金属化合物の機能と物性

本研究班では、有機ケイ素化合物や、有機金属化合物の合成と反応の研究を通じて、新規機能生物質開発を目指した研究を行なった。以下のように、研究計画の最終年度にふさわしい成果が得られた。新材料として有望視されている高分子量のポリシリレンンを合成する新手法として、リビングアニオン重合法を発見した(櫻井)。アルキリデンシリランなどケイ素およびゲルマニウム小員環化合物の合成と求核試剤による開環反応などを研究した(安藤)。新規窒素三座配位子を開発した。さらに、このものを配位子とするロジウム(III)錯体を合成し、不斉ヒドロシリル化に対する優れた触媒能を発見した(伊藤健児)。N-置換メタロイダルイミンの合成化学的利用を研究した。またポリシランヘのイソニトリルの挿入によって、機能性高分子として期待されるポリ[シラ(N-置換)イミン]の合成を行なった(伊藤嘉彦)。化学気相法を用いる酸化物超伝導体薄膜形成に関して研究した(柊本)。新規な縮合多四員環ポリシランの合成と性質を研究した(松本)。カルシウムおよびゲルマニウム蒸気を用いる有機金属化合物の合成研究を行なった(持田)。超原子価アンチモン錯体の合成と新規反応性を明らかにした(秋葉)。ポリシランなど有機ケイ素化合物の光電子移動反応および生成するカチオンラジカルの反応挙動について新知見を得た(大辻)。ケイ素など典型元素を含むポリインポリマーを合成し、構造と物性、機能との相関関係を系統的に研究した(園頭)。有機ケイ素化合物等の電解系触媒反応による新規合成反応を研究した(鳥居)。有機マグネシウムおよび有機亜鉛化合物の特性を生かして導電性新素材の開発研究を行なった(山本)。ビス(シシラニル)ベンゼンなど芳香族置換ポリシランの光反応挙動を検討した(石川)。有機ケイ素化合物を含む有機金属化合物およびその錯体の構造と高伝導性について研究した(池本)。
半導体超構造におけるスピンの量子ダイナミクスと電気伝導

量子揺動のために輸送現象はじめ種々の非平衡現象に新しい現象が起きることが明らかになってきている。特に、金属磁性体における電気伝導における磁性不純物や境界条件での磁性状態の効果について研究してきた。電子の磁性不純物の効果を取り入れた数値シミュレーション法をオランダ・グローニンゲン大学のドラーツ、ミシュルセンらによって開発された量子運動に関するコードを利用して開発し、種々の条件下における伝導の特徴を明らかにしようとしている。(1999年春の学会で発表予定)また、量子効果によるラチェット効果についても研究し、遷移確率に関する表式を求め、対応する量子ダイナミックスに関する数値シミュレーションを行った。半導体などの離散エネルギー準位での動的現象を解析するための理論的定式化を一般的に行ってきた。特に、純粋に量子力学的な現象として非断熱遷移による現象の特徴を明らかにした。特に、外場を時間的に掃引したときの時間の変化や、交流外場のもとでの干渉現象などにおける特徴を周期ごとの時間発展演算子(フロケ演算子)の固有値問題としで研究し、磁性体や伝導系に応用した。さらに、格子との相互作用の効果を調べるためボゾン系と結合した場合の非断熱遷移の性質も詳しく調べ、通常エネルギー準位の幅といわれるものの意味についての具体的機構を考察した。その上で緩和過程の効果を考える具体的理論的枠組みを熱浴と結合した系において熱浴の自由度を消去した縮約密度行列の方法で作り、実際の微小磁性体のヒステリシス現象に応用した。
自然エネルギーを用いたメタンハイドレート生産システムに関する研究

メタンハイドレートは日本周辺に存在する非在来型の天然ガス資源であり、日本の年間天然ガス使用量の100年分以上の資源があるとされ、注目を集めている。本研究では、メタンハイドレートの埋蔵量が最も多く、日本における開発の候補地となる南海トラフでのメタンハイドレート生産を想定して、南海トラフの自然環境条件に基づいて各種プラットフォーム形式を検討し、最も開発に適する効率の良い浮体形式の一つとしてスパー型浮体に注目し、これを中心に生産システムの標準的な姿を明らかにすることを目的とした。まず、水平坑井による生産、生産プラットフォーム、生産井の掘削、ライザー、パイプライン、処理施設について、初期検討における経済性評価のためのコスト評価式を作成した。作成した評価式については既存の評価ツールと比較し、その妥当性を確認した。ついで、この評価式を用いて2030年間の生産期間に対する経済性を明らかにした。この結果、メタンハイドレート生産の経済性はかなり悪く、経済性改善の手段を講じる必要性が明らかにした。本研究ではさらに、メタンハイドレート生産の経済性改善のために、メタンハイドレート分解促進のためのエネルギー供給を自然エネルギーによることを考え、特に風力エネルギーに注目して検討を行った。沖合に設置した浮体式洋上浮力発電システムについて、5MWクラスの大型風車を搭載したスパー型風車のコンセプトを提案した。その上で、応答解析プログラムを作成し、模型実験より妥当性を確認した。ついで作成したプログラムを用いて、スパー型浮体の設計を行い、単純な円筒型にフーティングを設けた形式とすることより、浮体サイズを半分近くに小さくすることが可能となり、経済性を向上できることを明らかにした。本研究では、メタンハイドレートの埋蔵量が最も多く、日本における開発の対象となる南海トラフでのメタンハイドレート生産を想定して、南海トラフの自然環境条件に基づいて各種プラットフォーム形式を検討し、最も開発に適する効率の良い浮体形式の一つとしてスパー型浮体に注目し、生産システムの標準的な姿を明らかにした。その上で、水平坑井による生産、プラットフォーム、生産井の掘削、ライザー、パイプライン、処理施設について、初期検討における経済性評価のためのコスト評価式を作成した。本研究ではさらに、メタンハイドレート生産の経済性改善のために、メタンハイドレート分解促進のためのエネルギー供給を風力や地熱など自然エネルギーによることを考え、特に風力エネルギーに注目して検討を行った。その上で、応答解析プログラムを作成し模型実験より妥当性を確認した。
法宗教学について-法と宗教との関係についての学際的研究

法と宗教との関係についての類型論を試み、その試論的な研究を2つの学会(日本宗教学会と日本キリスト教学会)の学術大会で報告し、研究者たちとの意見交換を行った。法と宗教との関係については、いわゆる「世俗化」と「多元化」という言われる社会変動を経た後、2つの類型に分類される。ひとつは「本質-実存-構造」と本研究が呼ぶものであり、これを「タイプA」と呼ぶことにした。もうひとつは宗教的な確信が実定法になるという歴史的な事実(たとえば人権の概念とか国家と宗教との分離の原則など)から確認されるもので、これを「タイプB」と呼ぶことにした。「タイプA」の類型は、今日の「多元化」の時代には、普遍的な類型とは呼ぶことができず、「タイプB」は歴史的にはヨーロッパ・キリスト教的なものにその起源を持つという意味では特殊な形態であるが、その後その枠を越えて、それらが普遍化するというプロセスを経ているが故に(たとえば人権の概念の普遍化や宗教と国家との関係の規定の普遍化など)、今日の「法宗教学」の典型的な課題のひとつであると考えられる。この2年の研究成果を日本の主要学会では報告したので、より広い検討に附すために、ドイツの研究誌に原稿を送付した。なお学会での研究発表は以下の通りである。(1)「法の神学的基礎付けについて-自無法と法実証主義との間の法の神学」(第48回日本キリスト教学会学術大会於:青山学院大学)(2)「法の神学的基礎付けと法の普遍妥当性の問題」(第42回日本宗教学会学術大会での報告,2001年9月15日久留米大学)(3)「二つの法の神学」(日本基督教学会第49回学術大会西南学院大学,2001年10月27日)法人類学や法社会学で問題となる「法と宗教との関係」について、あるいは法実証主義と自然法論者との間の論争で問題となる「法と道徳との関係」についての考察を行なう中で、両者の問題を宗教学的な視点から考察する可能性としての「世俗化論」の有効性が確認された。世俗化した社会としての近代における法と宗教(あるいは道徳)との関係は、元来前者が「基礎付けられるもの」、後者が「基礎付けるもの」という関係にあったが、前者が「世俗化」によって喪失、あるいは相対化されることによって、後者が自律したことによって生じた。しかし元来「基礎付けられるもの」である後者は何らかの基礎付けを必要としているのであり、そこに理論的な分離にもかかわらず、両者の関係がなお問われねばならない理由がある。すなわち「基礎付けられるもの」と「基礎付けるもの」の関係構造だけが残ったのが今日の法の妥当性や法の基礎付けに関する議論なのである。そして明らかに「基礎付けるもの」は、今日では「宗教的なもの」である必要はないが、「宗教的もの」が担っていた役割を担うことを求められている。それ故に法の基礎付けはしばしば形而上学的な領域を必要とするようになる。そしてそこにこの問題についての宗教学的な考察が必要となる理由がある。(1)「法の神学的基礎付けについて-自無法と法実証主義との間の法の神学」(第48回日本キリスト教学会学術大会於:青山学院大学)(2)「法の神学的基礎付けと法の普遍妥当性の問題」(第42回日本宗教学会学術大会での報告,2001年9月15日久留米大学)(3)「二つの法の神学」(日本基督教学会第49回学術大会西南学院大学,2001年10月27日)
合成触媒としての低原子価ニオブの超高度利用に基づく革新的分子変換技術

均一系金属触媒を用いた物質生産プロセス開発はグリーンケミストリーの推進にとって不可欠な技術である。しかし、既存の触媒合成プロセスは稀少金属資源の利用に大きく依存している。そのため、高活性汎用金属触媒開発は挑戦すべき課題である。本研究では、新規高活性低原子価ニオブ化合物の合成法の開発および、それらを触媒として用いた環境調和型分子変換反応を達成した。本研究では、ペンタアルコキシニオブあるいは五塩化ニオブから得られたニオブ種を用いた、アルケン、アルキンおよびニトリルからのイソシアナートの三量化、1,3-シクロヘキサジエン、ピリミジン、およびアミドの合成に成功した。本研究ではグリーンケミストリーに資する効率的分子触媒反応開発を目的として、高活性低原子価ニオブの合成触媒として利用した新規触媒反応を創成することを目的とする。平成25年度は、高い触媒活性ならびに安定性を有する均一系触媒としての新規低原子価ニオブ触媒の調製法の確立とともに高付加価値的分子変換反応の達成を試みた。その結果、入手容易なペンタアルコキシニオブを出発原料とし、グリニヤール試薬あるいは亜鉛/トリメチルシリルクロリドと反応させることにより効率的に低原子価ニオブが合成できることを見出した。得られた低原子価アルコキシニオブ化合物を触媒として用い、テトラヒドロフラン溶液中で、アルキルイソシアナートを加えることで、イソシアヌル酸アルキルが高収率で得られることを見出した。本反応においては従来用いられているNbCl3(DME)などの他のニオブ種を触媒として用いた場合には反応がほとんど進行しなかったのに対し、効率よくイソシアナートの三量化反応が進行することが分かった。また、五塩化ニオブに添加剤としてヒドロシラン化合物を用い、還元させることにより、高活性な新規低原子価ニオブ化合物が発生することもあわせて見出した。得られた新規低原子価ニオブを触媒に用い、tert-ブチルアセチレンと末端アルケンとを反応させることによって、1,4,5-置換-1,3-シクロヘキサジエンを高位置選択的に与えることを見出した。本反応では副反応であるアルキンの環化三量化反応を完全に抑制することも可能となった。このように本研究で見出した新規低原子価ニオブ触媒は、従来用いられてきた前周期低原子価金属触媒ならびに、低原子価ニオブ触媒としてこれまで用いられてきた、NbCl3(DME)を用いたときと比べ、収率、化学選択性ならびに位置選択性が向上し、高機能触媒として極めて有用であることを見出した。本研究課題では、貴金属に替わる汎用金属化合物を有機合成反応に用いることを目的とし、その解決手段として、低原子価ニオブ錯体の調製ならびにそれらを合成触媒として利用する新規有機変換反応の開発を行った。我々はこれまでに、低原子価ニオブ化合物であるNbCl3(DME)錯体を触媒として用いることにより、アルキンとアルケンとの[2+2+2]環化反応が生起し、1,3-シクロヘキサジエン誘導体が主生成物として得ることを見出している。平成26年度の研究においては、アルキンとアルケンとの反応で得られる1,3-シクロヘキサジエンの選択性の向上ならびに、本反応で用いるニオブ触媒種の実用的改良を行った。結果、安定かつ入手容易な五価ニオブである、五塩化ニオブ(NbCl5)を触媒として用い、アルキンとアルケンを反応させることにより、反応系中で低原子価ニオブを発生することを見出し、1,4,5-置換1,3-シクロヘキサジエンが高収率かつ高位置選択的に得られることを見出した。本研究では、アルケンを過剰量用いることにより、還元剤フリーの条件で効率的に1,3-シクロヘキサジエン誘導体が高収率で得られることを見出したことが特筆すべき点である。さらに、平成26年度の研究においては、ニオブ化合物を用いた含窒素有機化合物の高効率的な合成も行った。結果、五塩化ニオブを反応剤とすることによって、アルケンとニトリルとの反応において、第二級アミドを高収率かつ高位置選択的に得られることを見出した。本反応は芳香族、脂肪族置換基を有するアルケンのみならず、環状脂肪族アルケンにも適用可能であり、基質適用範囲の広い価値ある反応である。金属触媒を用いた物質生産プロセス開発は、グリーンケミストリーの推進にとって不可欠な技術である。しかし、既存の触媒合成プロセスは、稀少貴金属資源の利用に大きく依存している。そのため高活性汎用金属への代替化・低減化のための技術開発は金属資源の高効率利用の観点から挑戦すべき課題である。その解決の鍵として、反応性に富む前周期金属化合物の開発があり、入手容易な出発原料(フィードストック)からの一段合成による高付加価値物質を効率的に製造する高活性触媒の開発が挙げられる。本研究では、新規高活性低原子価ニオブ化合物の合成法の開発およびそれらを触媒に用いた革新的な環境調和型分子変換反応を開発することを目的とする。本目的を解決するために、本研究では、ペンタアルコキシニオブとグリニャール試薬または亜鉛を反応させることにより効率的に低原子価ニオブが得られることを見出した。得られた低原子価ニオブアルコキシ化合物を触媒として用いることにより、イソシアナートの三量化反応が進行することを見出した。また、五塩化ニオブにヒドロシランを還元剤として加えることによって、高活性な新規低原子価ニオブ化合物が生成することを見出し、tert-ブチルアセチレンと末端アルケンとの反応によって1,4,5-三置換-1,3-シキロヘキサジエンが高位置選択的に得られることを見出した。

また、本反応条件においては、アルキンの環化三量化反応を抑制することにも成功した。さらに、アルキンとアルケンとの反応による1,3-シクロヘキサジエン誘導体合成においては、アルケンを過剰量加えることにより、低原子価ニオブを用いることなく、入手容易な五塩化ニオブが触媒前駆体として高い機能を有することを見出した。また、アルキンとニトリルとの反応によるピリミジン合成おいてニオブ錯体が触媒として機能するという知見を得た。均一系金属触媒を用いた物質生産プロセス開発はグリーンケミストリーの推進にとって不可欠な技術である。しかし、既存の触媒合成プロセスは稀少金属資源の利用に大きく依存している。そのため、高活性汎用金属触媒開発は挑戦すべき課題である。本研究では、新規高活性低原子価ニオブ化合物の合成法の開発および、それらを触媒として用いた環境調和型分子変換反応を達成した。本研究では、ペンタアルコキシニオブあるいは五塩化ニオブから得られたニオブ種を用いた、アルケン、アルキンおよびニトリルからのイソシアナートの三量化、1,3-シクロヘキサジエン、ピリミジン、およびアミドの合成に成功した。低原子価ニオブを触媒として用いた反応開発において、これまでの研究においては、安定な五価ニオブに還元剤を加えることにより、低原子価ニオブ試薬を調製していた。これに対して、平成26年度の研究においては、反応剤として用いるアルケンをアルキンに対して過剰量用いるという手法を用いることよって、五価ニオブである五塩化ニオブに還元剤ならびに添加剤を加える必要なく、反応系中で効率的に低原子価ニオブを発生することを見出した。このことは低原子価ニオブを鍵活性種とする反応開発において、入手容易かつ安定な五価ニオブを触媒前駆体として用いることができるという結果を示す画期的な研究成果といえる。有機合成化学これまでの研究で得られた成果をもとに、低原子価ニオブを鍵触媒としたジインとアルキンを用いた、分子内環化を伴う[2+2+2]付加反応を試みる。また、エンインを反応基質とした分子内環化反応にも拡張していく。さらに、アルキンとニトリルとの反応による[2+2+2]環化付加反応による含窒素化合物合成において、用いるニオブ錯体の使用量の低減化を図り、本系の実用化を指向した改良を図る。さらに、低原子価ニオブ錯体のオレフィンメタセシス触媒への利用にも展開し、低原子価ニオブ種が有するアルケンとの高い反応性を最大限に活かした反応開発に取り組む。本研究では、高活性低原子価ニオブ化合物を効率よく発生させる新手法の開発を行った。その結果、新規低原子価ニオブ種は入手容易なペンタエトキシニオブを出発原料とし、Grignard試薬もしくはZn / TMSClと反応させることにより合成できる新手法を見出した。また、五塩化ニオブとヒドロシランとの反応によっても新規低原子価ニオブが得られることを見出した。これら、本研究で開発した新規低原子価ニオブ種は、イソシアナートの三量化およびアルキンとアルケンとのクロス環化付加反応によって、従来用いられている低原子価ニオブ種である、三塩化ニオブ種を凌駕する高い触媒活性を示すことを見出した。加えて、アルキンの三量化物などの従来の触媒系で得られる副生成物の生成を極限まで抑えることに成功した。
偏極原子状水素の生成と中間子実験への応用

原子状水素(H↓)は大きな量子効果のため超低温度まで気体であり、又ボーズ・アインシュタイン凝縮を起すことが期待されている。色々な応用も提案されており、大強度偏極ビームや偏極陽子標的など素粒子物理においても非常に重要である。しかしながらH↓は再結合によって【H_2】分子になるので、現在では密度は最大で【10^(18)】/【cm^3】程度にとどまっている。本年度は、H↓を高磁場中、超低温で安定に保持するための基本的技術の確立を目ざし、以下の準備と予備実験を行なった。1.高性能大型稀釈冷凍機をオックスフォード社に特注し、その一部(モデル600稀釈ユニット,クライオスタット・インサート,ヘリウム・デュア)を購入した。上記稀釈冷凍機設置用超低温実験室を設計・建設した(営繕工事)。KEKとの共同研究により、予備実験用に小型で小廻りのきく稀釈冷凍機を自作した。2.【H_2】解離実験・室温からの高温のHガスによる熱の流入をさけるため、超低温でヘリウムの蒸気圧下でRF放電を行ない、壁に吸着した【H_2】をたたき出して解離する方法を調べた。RF放電セルの構造、コイルと電極の位置、温度とヘリウムの蒸気圧等適当な放電条件を確立した。3.高感度ボロメターを製作し、試料の壁やボロメターを履っている超流動ヘリウム膜のバーニング実験を行ないその条件を調べた。4.高感度圧力計を開発して超低温でテストした。ダイヤフラム型の圧力計で容量ブリッジと組み合せて【10^(-6)】【10^(-7)】Torrの感度を有するものを作ることに成功した。14により基本的な技術は確立した。この基礎にたって、超低温および高磁場と組み合わせて高密度H↓実験を発展させて行く計画である。
ホウ素化合物による新芳香環構築反応の機構解明と機能材料開発

本研究では、研究代表者らが最近見出した、9-ボラフルオレン誘導体を用いたアルキンの芳香環化反応を利用し、クロスカップリングのみでは合成が困難な、多彩かつ特徴ある3次元骨格や湾曲・拡張構造を有するπ電子系分子・高分子群を創製し、電気伝導・発光・熱伝導・物質輸送/透過ならびに動的特性に焦点を当て、新たな機能を探求することを目的としている。また、未だ明確な答えを出せていないこの新反応のメカニズムを解明し、ホウ素化合物が関与する有機反応に新たな展開を図ることを目的としている。平成30年度は、新規芳香環化反応の機構解明に集中的に取り組んだ。その結果、鍵ステップである9-ボラフルオレンによるアルキン誘導体の1,2-カルボホウ素化反応(Chem. Eur. J. 2018, 24, 13223)およびそれにより生成するボレピン誘導体の酸化的脱ホウ素化・炭素-炭素結合形成反応(J. Org. Chem. 2019, 84, 1941)の詳細な機構を明らかにすることができた。さらに、得られた知見をヘテロ元素含有π共役骨格構築反応へと展開した(Chem. Asian J. 2019, in press, DOI: 10.1002/asia.201900047)。上記成果に加えて、新規芳香環構築反応を利用した3次元プロペラ分子(Chem. Commun. 2018, 54, 12314)や多孔性(細孔径2 nm,比表面積366 m2 g-1)を示すジグザグ型π共役ポリマー(Mater. Chem. Front. 2018, 2, 807)の合成に成功し、学術論文として出版した。当該年度は、9-ボラフルオレンを用いたアルキンの芳香環化反応の鍵反応のメカニズム解明に成功し、本研究課題の主目的の一つを果たすことができた。また、本研究課題のもう一つの目的である、立体構造の作り込んだ3次元的な分子骨格を有するπ共役分子・高分子の創製と機能開発に関する研究も順調に進展している。以上の理由から、本研究は「おおむね順調に進展している」と判断した。今後は、これまでに引き続き、新規芳香環化反応を利用した特徴あるπ共役分子・高分子群を創製し、新たなπ電子系機能化学を展開する。具体的には、立体構造やコンホメーション挙動までも含めた、π共役分子の設計・合成指針開拓に引き続き取り組む。さらに、新規芳香環化反応の鍵反応の一つである1,2-カルボホウ素化が連続的に進行し、大環状構造をもつ含ホウ素π電子系化合物が生成する新たな反応系を見出しているため、この反応についても詳細に検討し、ホウ素が織りなす物質変換化学の拡張を目指す。本研究では、最近研究代表者らにより見出された、9-ボラフルオレン誘導体を用いたアルキンの効率的な芳香環化反応(Nature Commun. 2016)を利用し、クロスカップリング反応のみでは合成が困難な、多彩かつ特徴ある3次元骨格や湾曲・拡張構造を有するπ電子系分子・高分子群を創製し、電気伝導・発酵・熱伝導・物質輸送/透過ならびに動的特性に焦点を当て、新たな機能を探求することを目的としている。また、未だ明確な答えを出せていないこの新反応のメカニズムを解明し、ホウ素化合物が関与する有機反応に新たな展開を招くことを目指している。平成29年度は、この新反応を剛直な一次元π共役高分子であるポリ(フェニレンエチニレン)に適用したところ、定量的なアルキン部位の芳香環化反応が進行し、ジグザグ型のπ共役ポリマーがワンポットで得られることを見出した。さらに、用いるボラフルオレンおよびポリ(フェニレンエチニレン)の置換基を検討したところ、両者に嵩高い置換基を導入することで、得られるジグザグポリマーが比表面積SBET = 366 m2 g-1に達するミクロ多孔性を示すことを見出した。また、この多孔性を保ったまま、ジクザグポリマーの官能基変換を行うことにも成功した。なお、ポリ(フェニレンエチニレン)自体はミクロ多孔性を示さない。今回の成果は、これまで膨大な種類の誘導体が報告されているポリ(フェニレンエチニレン)が、ミクロ多孔性高分子の原料として有望であることを示している。加えて、反応機構の検討において、9-ボラフルオレンの電子線パルスラジオリシスによって、脱ホウ素化/炭素-炭素カップリング反応が進行することを見出した。また、時間分解吸収スペクトル測定によって、9-ボラフルオレンの一電子酸化後に、複数の過渡種の生成を経て芳香環が形成されていることを明らかにした。今年度は、9-ボラフルオレンを用いたアルキンの芳香環化反応が、含アルキンπ共役ポリマーにも適用可能であることを明らかにし、さらに、得られた特徴ある3次元構造をもつジグザグポリマーが、原料ポリマーでは発現しないミクロ多孔性を示すことを明らかにした。さらに、この新規芳香環化反応のメカニズムを明らかにするための、重要な実験的手がかりを得ることができた。

本研究では、研究代表者らが最近見出した、9-ボラフルオレン誘導体を用いたアルキンの芳香環化反応を利用し、クロスカップリングのみでは合成が困難な、多彩かつ特徴ある3次元骨格や湾曲・拡張構造を有するπ電子系分子・高分子群を創製し、電気伝導・発光・熱伝導・物質輸送/透過ならびに動的特性に焦点を当て、新たな機能を探求することを目的としている。また、未だ明確な答えを出せていないこの新反応のメカニズムを解明し、ホウ素化合物が関与する有機反応に新たな展開を図ることを目的としている。平成30年度は、新規芳香環化反応の機構解明に集中的に取り組んだ。その結果、鍵ステップである9-ボラフルオレンによるアルキン誘導体の1,2-カルボホウ素化反応(Chem. Eur. J. 2018, 24, 13223)およびそれにより生成するボレピン誘導体の酸化的脱ホウ素化・炭素-炭素結合形成反応(J. Org. Chem. 2019, 84, 1941)の詳細な機構を明らかにすることができた。さらに、得られた知見をヘテロ元素含有π共役骨格構築反応へと展開した(Chem. Asian J. 2019, in press, DOI: 10.1002/asia.201900047)。上記成果に加えて、新規芳香環構築反応を利用した3次元プロペラ分子(Chem. Commun. 2018, 54, 12314)や多孔性(細孔径2 nm,比表面積366 m2 g-1)を示すジグザグ型π共役ポリマー(Mater. Chem. Front. 2018, 2, 807)の合成に成功し、学術論文として出版した。当該年度は、9-ボラフルオレンを用いたアルキンの芳香環化反応の鍵反応のメカニズム解明に成功し、本研究課題の主目的の一つを果たすことができた。また、本研究課題のもう一つの目的である、立体構造の作り込んだ3次元的な分子骨格を有するπ共役分子・高分子の創製と機能開発に関する研究も順調に進展している。以上の理由から、本研究は「おおむね順調に進展している」と判断した。今後は、これまでに引き続き、新規芳香環化反応を利用した特徴あるπ共役分子・高分子群を創製し、新たなπ電子系機能化学を展開する。具体的には、立体構造やコンホメーション挙動までも含めた、π共役分子の設計・合成指針を開拓する。さらに、これまで実施した時間分解測定に加えて、理論化学計算も駆使し、新規芳香環化反応のメカニズムを明らかにするための検討を実施する。具体的には、立体構造やコンホメーション挙動までも含めた、π共役分子の設計・合成指針開拓に引き続き取り組む。さらに、新規芳香環化反応の鍵反応の一つである1,2-カルボホウ素化が連続的に進行し、大環状構造をもつ含ホウ素π電子系化合物が生成する新たな反応系を見出しているため、この反応についても詳細に検討し、ホウ素が織りなす物質変換化学の拡張を目指す。
結晶基底およびその超離散可積分系への応用

無限次元代数の表す対称性を理解しようとするとき、一つの方法として代数が作用する自然な基底を見出すという問題が考えられ、しばしば他の数理物理学の模型との思いがけない関連が見出される。アフィン量子群の結晶基底の場合では超離散ソリトン系の典型例である箱玉系が対応する。箱玉系の作用角変数の空間(艤装配位)はアフィン量子群の対称性を反映した基底となり、例えば対称性を表す代数自身の持つ対称性といった深い性質に関しても著しく良い振る舞いをすることが解明された。今年度は主にアフィン量子群の有限次元表現に対する結晶基底(Kirillov-Reshetikhinクリスタル)およびそのMacdonald多項式への応用について研究、報告を行った。Macdonald多項式の数学的構造を探ることは今後の数学における重要なテーマと考えられる。近年Haglund-Haiman-Loehr(HHL, 2004)により組み合わせ論的明示公式が得られたが、その表式はきわめて複雑なものであり、HHL公式の数学的背景に関してはほとんど解明されていない状況であった。そのような状況を打開するため、本研究では表現論からのアプローチを開拓することを目指し、結晶基底を用いた解析を行った。得られた結果のうち主なものは以下のとおりである。(1) HHLの公式を表現論的解析に適するように簡約化した。より詳しく述べると元来のHHL公式はヤング図へ任意の整数を埋め込んだもの全体に対する和として記述されていたが、モノミアル対称式に対する展開の形に整理するとウェイトがヤング図で表される項のみに対する和として表示されることが分かった。(2) HHLの公式を最高ウェイト元に制限したものと二変数Kostka多項式との整合性条件を考察した。結果としてHHL公式は二変数Kostka多項式と整合性のない場合があることが判明し、更に整合性が得られるための正確な条件を予想した。(3)超離散可積分系のタウ関数の考え方を用いるとHHL公式の2つの構成要素(それぞれmajとinvと呼ばれる組み合わせ論的統計量)のうちの1つmajの1パラメータ拡張が得られること、特にmajが本質的には結晶基底のエネルギー関数として自然に理解できることを提案した。本年度はアフィン量子群の有限次元表現の代表的なクラスであるキリロフーレシェティヒン表現に対する結晶基底および関連する超離散可積分系の問題に関連して主に以下の二つのテーマについて研究を行った。(1)結晶基底のテンソル積の異なる表示として艤装配位と呼ばれる組み合わせ論的対象があるが、本年度はA型以外の非例外型艤装配位とA型の艤装配位とリトルウッド-リチャードソンタブローの積集合の間の一対一対応を構成した。これはシモゾノ-ザブロスキーによる多項式の恒等式に関する予想に対する組み合わせ論的背景を与えるものである。また本結果とキリロフ-シリング-シモゾノの定理およびルクベー-尾角-シモゾノの定理を組み合わせることによりいわゆるX=M予想と呼ばれる多項式の恒等式に関する予想を部分的に解決した。(2)ラム-ピリヤフスキーによってA型の幾何クリスタルのある拡張が構成されており、その設定のもとで通常の量子R写像の類似物(ハール関係式)が構成され、確かにヤン-バクスター関係式の解となっていることが知られている。そこでハール関係式の超離散極限を考え、行転送行列の類似物を考察した。結果として新しい量子可積分系(ボックス-バスケット-ボール系)が得られ、更にこの系は古典可積分系(ソリトン系)ともなっていることを証明した。得られた系は特殊な場合として高橋-薩摩(1990)による箱玉系を含み、単一粒子系である箱玉系に異なる種類の粒子を加えた拡張となっている。アフィン量子群の有限次元表現は非常に深い構造を持つことで知られ現代数学の重要な研究テーマとなっている。本研究課題では特にキリロフ=レシェティヒン加群に付随する結晶基底、すなわちKRクリスタルの研究を、超離散可積分系の観点から、より具体的には艤装配位と呼ばれる対象を用いて研究することを目的としている。本年度は特に一般の非例外型アフィン量子群の場合で、代数の階数が高い場合を考察した。その時各代数に対する最高ウェイト艤装配位とA型の最高ウェイト艤装配位およびリトルウッド=リチャードソン盤の積集合との間の明示的な全単射を構成することに成功した。アルゴリズムは非自明なものであり、一般論から存在を予測できるものではないが、しかしながら艤装配位の理論では繰り返し現れるモチーフに基づく自然な構成であることが興味深い。応用として同時期にルクベー=尾角=シモゾノによって証明されていた恒等式と合わせることによっていわゆるX=M予想を部分的に解決することができた。艤装配位の理論の発展においては一般的な場合の艤装配位理論の構成が欠かせないものと考えられる。

A型の場合にはすでにキリロフ=シリング=シモゾノによって構成が完了しているが、通常KRクリスタルの性質が顕著に表れるのはA型以外の代数の場合であることが多く、一般の場合を理解するための典型的なひな形としてD型の場合の艤装配位の理論の研究を開始した。既にD型アフィン結晶構造との興味深い関連など徐々に深い性質が明らかにされつつあり、今後も研究を継続することが望まれる。本年度は前年度に引き続きD{(1)}_n型艤装配位(rigged configuration)の研究を行った。艤装配位とはBethe仮説の研究に関連して1986年にKerov-Kirillov-Reshetikhinによって導入された組み合わせ論的対象であるが、その後アフィン量子群の有限次元表現と深くかかわっていることが認識されてきた。特に対称性の深い理解にとって重要で、かつ他では得られない情報を得ることができることが分かっている。数理物理学の立場からは2006年にKuniba-Okado-Sakamoto-Takagi-Yamadaによって箱玉系と呼ばれる典型的な超離散ソリトン系の作用角変数に他ならないことが解明され、その結果従来の表現のラベルとしての役割にとどまらず対称性の作用するべき基底そのものの正準的な表示を与えていることが分かった。ただし艤装配位が本当にアフィン量子群の対称性を理解するために有用であることを確認するためには、現在までにほぼ満足が行く理解が得られつつあるA{(1)}_n型の場合を超えて他の型に対する場合を理解しなければならない。そこでまずもっとも基本的な場合として現在D{(1)}_n型の艤装配位の理論を構築している。前年度までに理論の核となる艤装配位の集合と結晶基底のテンソル積の元との間の全単射の具体的な予想を得ている。そこで本年度はその写像が実際に古典型のKashiwara作用素と可換になっていることを証明した。これはD{(1)}_n型艤装配位写像が代数構造を正しく保つことを意味しており、理論全体の一つの核となる部分である。証明には非常に精緻かつ長大な組み合わせ論的議論が必要であり、結果としては証明は百ページを超えるものとなった。この結果は将来艤装配位写像が組み合わせR行列を自明化するという最も重要な性質を証明するのに有用であると期待している。本研究課題では超離散可積分系から抽象化されて得られた概念である艤装配位の理論を用いてアフィン量子群の結晶基底を考察することを目的としている。現在までに艤装配位に関する全く新しい性質の発見や理論完成のための土台となる基礎的部分の考察が着実に進んでいるものと考えている。従って本研究課題の実施状況は適切なものであり、概ね順調に進展しているものと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の展開を考える上ではまず艤装配位写像の基礎理論を完成させることが最重要の課題となる。現在までに得られた基礎的観察に基づき以下の問題を解決することを目標とする。まず艤装配位写像のアルゴリズムと代数構造(柏原作用素)との可換性を証明したいと考えている。さらにその代数構造を利用して一般の場合の艤装配位写像がwell-definedになっていることを証明することを目標とし、それに向けた基礎的考察を積み重ねていきたいと考えている。
環境共生を指向する性能型知的構造計画システム

1.地球環境の視点からの建築資源循環システムの解明と評価初年度と次年度は、マルコフ連鎖を応用した建築資源循環システムを構築し、環境調和型のリカレント建築の環境負荷の面からのメリットを明らかにしたが、本年度は、よりリアリティの高いマルチエージェントモデルを応用して同様の循環システムを構築し、効果的な物流の面からの同メリットに考察を加えた。2.環境共生と力学的評価を充足する建築構法システムの開発初年度と次年度は、地震力を受ける構造物のファジィ理論や遺伝的アルゴリズムを応用した知的制御システムを提案し、本年度は、その振動実験による検証と、ニューラルネットワークを応用した構造物の地震損傷推定システムを構築した。3.環境負荷を考慮した建築構法計画システムの開発ファジィネットワークによる最適構造計画システムを完成させた。各種構造の選択肢はS, RC, SRC構造について各々従来型、リサイクル型、リユース型とし、考慮した性能因子は、CO_2排出量、廃棄物、消費エネルギー、コスト等の環境負荷、および、構造寿命、耐震等級、劣化等級、建替回数などの構造性能の多岐に及ぶものである。本年度は、本研究の最終期限の3年目であるが、環境共生を指向する建築構造計画において、多岐にわたる性能の評価に知的システムが有効なこと、および、性能評価に耐えられる構法としてリカレント建築が秀れていることなどが明らかとなった。本年は下記のサブテーマについて以下のような成果を得た。1.地球環境の視点からの建築資源の物流循環システムの解明と評価天然自然から、素材、部材、建築、そしてリサイクル、リユース、廃棄に至る物流循環システムをマルコフ連鎖として構築し、二酸化炭素排出量、エネルギー消費等の環境負荷性能を評価項目として、本循環システムの最適化をGA(遺伝的アルゴリズム)を用いて図り、部材リユース過程の意義を明らかにした。2.環境共生と力学的評価を充足する建築構法システムの開発地震動に適応する構造システムを目指し、応答変位、アクチュエーターのストロークと制御力を性能評価項目として、ファジィ最大化決定による知的システムに、ファジィ制御という反射システムをGAを用いて最適化を可能とするハイブリッド型のアクティブ制御システムを構築した。本システムは特に、直下型地震のように突発的な地震動の卓越する場合に有効性を発揮することを示した。3.環境負荷を考慮した建築構法計画システム開発エネルギー消費、CO_2、NO_x、SO_x排出量の環境負荷、および、耐用年数、階数などを性能評価項目とする、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート、鉄骨造、木造の各種構造材料の選定を行うファジィネットワークを構築し、そのインテリジェントな解法と結果を提示した。二年目である本年は、下記の13のサブテーマについて以下のような成果を得た。1.地球環境の視点からの建築資源の物流循環システムの解明と評価初年度は建築資源循環システムをマルコフ連鎖でモデル化し、GAを用いて環境負荷性能を最小にする最適化手法を提示したが、次年度は、対象を鋼材に限定し、資料的には産業連関表の解析結果により精緻化を図り、更に、マルコフ連鎖の数値的誤差についても検討を加えるなど、手法の改善を行った。2.環境共生と力学的評価を充足する建築構法システムの開発初年度は建築構造物の知的アクティブハイブリッドファジィ制御システムを構築したが、次年度は、更に、最適化の制御パラメータとしてAMD制御装置の性能特性である付加質量、粘性、剛性を考慮に入れた最適設計システムを構築した。3.環境負荷を考慮した建築構法計画システムの開発初年度は、種々の環境負荷を性能評価項目とする各種構造選定のファジィネットワークシステムを構築したが、次年度は、更にISO14041に基づくインベントリ分析手法の導入と、各種構造の用途、階数、延面積と使用資材量のより精緻な関係の解析結果を適用するなど、システムの改良を行った。
電磁力応用国際会議に関する企画準備のための調査研究

本調査研究は、本申請の代表者を議長として、1991年1月仙台で開催した電磁力応用国際会議(International Symposium on The Application of Electromagnetic Forces)において、日本側の研究成果を積極的に反映させることを目的として企画準備のための調査研究を行った。この国際会議では、次世代を担う新しい電磁力応用機器の開発とその運動制御等の諸問題の解決および磁性流体やマイクロメカトロニクスの新分野の発展に貢献することを目的として、(1)溶融金属の制御、(2)磁性流体応用技術、(3)数値電磁力解析、(4)マイクロアクチュエータ、(5)圧電アクチュエータ、(6)磁気軸受、(7)磁気構造連成、(8)電磁材料などに焦点を当て、これらのスコープに関する世界各国の代表的研究者の研究発表と討論を行った。そこで、この会議に対応するため日本側の研究者が各スコ-プごとに研究成果を持ち寄り検討を進めた。本調査研究では、研究会及び幹事会を開催し各スコ-プについて順次検討し、各スコープの中心的研究や萌芽的研究の成果をまとめて国際会議に反映することを協議した。第1回研究会(於名古屋):溶融金属の電磁制御と磁性流体応用技術についての各自の研究の進め方と国際会議での研究成果発表の特別企画について検討した。また、国際会議の準備状況についても検討した。1990年6月開催。第2回研究会(於東京):数値電磁力解析とマイクロアクチュエータについて各自の研究の進み方と国際会議での研究成果の発表方法について検討した。また国際会議のセッション構成とプログラムをも検討した。1990年9月開催。第3回研究会(於仙台):圧電アクチュエータと電磁アクチュエータについての各自の研究成果についての検討と国際会議での発表方法について協議した。また国際会議のプログラムをも再検討した。1990年10月開催。以上のような研究会及び幹事会(5回開催)により調査研究を進めた。これにより、1991年1月2830日の3日間、仙台国際ホテルにおいて上記国際会議を開催した。35件の口頭発表と125件のポスター発表があり、318人(外国から12ケ国50人)の出席者があった。また、国際会議の成果は、Elsevier Publishersよりプロシーディングスとして発行される。1990年6月開催。1990年9月開催。
脂質変換を活性化する補因子再生系の開発

本研究では、水素供与体として利用できるFADH2を効率よく供給できる形質転換大腸菌の作成に成功した。今後、本形質転換大腸菌あるいは、導入した配列を用い、FADH2を要求する反応に応用することにより実用化を図る。また、様々な脂肪酸・有機酸反応で欠かせないCoAについて、モデル反応を設定し、CoA再利用化の系を構築した。今後、CoAを利用する反応に応用することにより実用化を図る。微生物を用いた有機酸や脂肪酸の変換反応には、エネルギー・補因子を要求する反応が数多く存在する。本研究では、有機酸や脂肪酸を用いた変換反応に利用されるエネルギー・補因子としてCoAやFADH2、NAD+などの再生系を構築し、有機酸、脂肪酸変換反応の効率化を目的とした。申請者が見出したリノール酸水和酵素CLA-HYは、補酵素にFADおよびNADHを必要とする酵素である。平成23年度では、CLA-HYとグルコース脱水素酵素GDHを同時に発現する形質転換体を作成した。平成24年度では、本形質転換体を用いてリノール酸水和活性を評価したが、GDHを発現した事による大幅な活性の上昇は確認できなかった。次に、本反応に必要な補酵素がFADおよびNADHであることから、FADおよびNADHからFADH2を生成する酵素の取得を試みた。CLA-HYを見出した乳酸菌Lactobacillusplantarumのゲノム配列を詳細に解析し、ある遺伝子配列に注目した。さらに本遺伝子配列を組込んだ形質転換体の作成に成功した。平成24年度では、モデル反応における分析系を確立し、本分析系を用いて微生物の探索を行った。その結果、ある微生物が、基質をCoA化した後、二重結合を飽和、最後にCoAを解離する事により、基質の二重結合を飽和化する事を明らかにした。しかし、選抜した微生物では、CoA化がATPを必要とする反応であったため、より効率的なCoA再生系を目指し、アシルCoA転移酵素の取得を試みた。その結果、基質とアセチルCoAから基質のCoA体および酢酸を生成する微生物および、生成物のCoA体と酢酸から生成物とアセチルCoAを生成する微生物の取得に成功した。微生物を用いた有機酸や脂肪酸の変換には、エネルギー・補因子を要求する反応が数多く存在する。現在グルコース脱水素酵素やギ酸脱水素酵素等を用いたNAD(P)H再生系は構築されているが、それ以外のエネルギー・補因子再生系は構築されていない。そこで本研究では、有機酸や脂肪酸を用いた変換反応に利用されるエネルギー・補因子としてCoAやFADH2、NAD+などの再生系を構築し、有機酸、脂肪酸変換反応の効率化を目的とした。CoAの再利用化を目指してモデル反応の探索を行った結果、ある嫌気性細菌が化合物1(不飽和有機酸)をCoAエステル化した後、炭素炭素間二重結合を飽和化し、得られた化合物2のCoAエステル体を加水分解することにより、化合物2(飽和有機酸)へと変換することを見いだした。本反応では、ATPを用いた基質のCoA化が関与することが示唆された。そこでアセチルCoAからCoA転移酵素により化合物1のCoA体と酢酸へ、さらに化合物2のCoA体と酢酸からCoA転移酵素により化合物2とアセチルCoAへと変換する微生物の探索を行い、それぞれを触媒する微生物の取得に成功した。これらの微生物を合わせて用いることにより、CoAトランスフェラーゼを用いたCoA再利用化に成功した。さらに、本モデル反応における二重結合の飽和化に関わる水素供与体について精査した所、乳酸菌Lactobacillus plantarumのゲノム配列から取得したFADおよびNADHからFADH2を生成すると予想されるタンパク質をコードする遺伝子配列を組込んだ形質転換体の無細胞抽出液を加えることにより、本モデル反応が効率よく進行することを見いだした。以上の結果を利用することにより、CoAの再利用化ならびにNADH再生系を導入することによりFADH2生成の効率化が期待できる。1 FAD・NADH関連平成23年度では、申請者が見いだしたリノール酸の水和・脱水反応を触媒する水和酵素CLA-HYを用いて検討した。本酵素は、FAD・NADHを要求する酵素である。申請者は、既に本酵素を発現する形質転換大腸菌を作成しているが、形質転換大腸菌を触媒として扱う場合、反応にはFADの添加が必須であり、NADHを添加することにより水和反応が活性化する。本反応にグルコース脱水素酵素とグルコースを添加したところ、水和活性が大幅に上昇すること、添加すべきNADH量が少量でいいことを見いだした。