hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
イオンゲルによりゲート制御された二層グラフェンのサイクロトロン共鳴に関する研究

本研究は、SiC上にエピタキシャル成長された二層グラフェン試料に関してイオンゲルを用いた電気二重層電界効果高濃度電荷制御により電荷中性点を含み電子側およびホール側それぞれの励起バンドを含めた広い領域でフェルミ準位を制御させた状態で高精度なサイクロトロン共鳴(CR)吸収測定を行うことで、二層グラフェン特有のランダウ準位分裂や励起バンドにおける有効質量などの電子状態を明らかにすることを目的とする。本研究ではこれまでの平成2829年度にSiC上成長高移動度二層グラフェン試料をデバイス加工し、イオンゲルゲートで電荷制御をしながらCR測定および輸送現象測定の同時測定可能なサンプルを作製しており、最終年度である平成30年度には引き続きそのサンプルを用いて本研究の主目的である励起バンドを含めた広い領域でフェルミ準位を制御させた状態で高精度なCR測定および輸送現象測定の同時測定を行った。その結果、ホール側高濃度領域で輸送現象測定において1成分のシュブニコフ-ド・ハース(S-dH)振動が、磁気光学測定では1ピークのCR吸収が観測されたが、更に高濃度領域(2.6 x 10^13 cm^-2以上)では新たなS-dH振動が出現し2成分のS-dH振動が観測されると同時にCR吸収においても新たな吸収が現れた。先行研究でその高濃度領域で励起バンドにホール誘起が報告されていることから、新たに出現するS-dH振動およびCR吸収は励起バンドに起因すると同定された。また、二層グラフェンのランダウレベルの理論計算結果上で適当なフェルミ準位を仮定することでS-dH振動およびCRエネルギーの磁場依存性がほぼ定量的に再現できることが分かった。本研究のR測定および輸送現象測定の同時測定により、価電子帯および励起バンドのランダウ準位分裂や有効質量などの電子状態に関する知見が得られた。本研究は、SiC上にエピタキシャル成長された二層グラフェン試料に関してイオンゲルを用いた電気二重層電界効果高濃度電荷制御により電荷中性点を含み電子側およびホール側それぞれの励起バンドを含めた広い領域でフェルミ準位を制御させた状態で高精度なサイクロトロン共鳴吸収測定を行うことで、二層グラフェン特有のランダウ準位分裂や励起バンドにおける有効質量などの電子状態を明らかにすることを目的とする。本研究初年度である平成28年度には、主に、サイクロトロン共鳴測定するためのイオンゲルを塗布した二層グラフェンサンプルの作成、および強磁場磁気分光測定プローブ開発のため2種類の遠赤外線領域光ファイバーに関する性能試験を行った。測定用サンプル作成に関しては、これまでの試験的試料の測定結果を参考に、ゲートの面積を大きくしたりイオンゲルのゲル化剤を調整するなどの工夫を加えた測定試料を製作した。平成29年度以降に本試料を用いたサイクロトロン共鳴測定を試みる。また、遠赤外線領域光ファイバーに関しては計画当初から予定していたAgCl0.25Br0.75/AgCl0.50Br0.50の材質の光ファイバーに加え、最近開発された優れた性能を示す中空ファイバーに関しても性能試験を行った。その結果、2種類の光ファイバーは十分な光量の光透過が観測でき分光測定が可能であることを確認した。しかし、分光器や光検出器との結合、および光ファイバー同士の接続箇所において損失が大きいことが分かり、計画している分光測定プローブを製作するための技術的課題が明らかになった。平成28年度は本研究初年度であるが、当初計画では、(1)サイクロトロン共鳴測定するためのイオンゲルを塗布した二層グラフェンサンプルの作成、(2)中赤外線領域光ファイバーを用いた強磁場磁気分光測定プローブ開発、および(3)複数の初期ドープ量の異なる高移動度SiC上成長二層グラフェン試料の製作を行う予定であった。(1)に関しては、イオンゲルの改良や測定試料の設計・製作などを行っており、ほぼ計画通り進んでいる。(2)に関しては、AgCl0.25Br0.75/AgCl0.50Br0.50ファイバー、および中空ファイバーの2種類の遠赤外線領域光ファイバーを比較・検討し、測定プローブの設計に必要な情報を収集し終えているが測定プローブの製作は平成28年度内には完成しなかったため、当初計画よりやや遅れて進捗している。(3)に関しては、当初計画では成長条件によりホールドープ二層グラフェン試料に加え、電子ドープ試料に関しても測定を試みる予定であったが、電子ドープ試料は移動度が十分でなく明瞭なサイクロトロン共鳴の測定が期待できないことが分かり、ホールドープ試料のみで研究を進めるように計画を変更した。以上の進捗状況から本研究は、やや遅れて進展していると考えている。本研究は、SiC上にエピタキシャル成長された二層グラフェン試料に関してイオンゲルを用いた電気二重層電界効果高濃度電荷制御により電荷中性点を含み電子側およびホール側それぞれの励起バンドを含めた幅広いエネルギー領域でフェルミ準位を制御させた状態で高精度なサイクロトロン共鳴吸収測定を行うことで、二層グラフェン特有のランダウ準位分裂や励起バンドにおける有効質量などの電子状態を明らかにすることを目的とする。本研究2年目である平成29年度には、SiC上にエピタキシャル成長された高移動度二層グラフェン試料をデバイス加工し、イオンゲルゲートで電荷制御をしながらサイクロトロン共鳴測定および輸送現象測定の同時測定可能なサンプルを作製した。そのサンプルを用いて本研究の主目的である励起バンドを含めた広い領域でフェルミ準位を制御させた状態で高精度なサイクロトロン共鳴吸収測定および輸送現象測定の同時測定を行った。

測定の結果、ゲート電圧Vg = 0 Vにおいては一つのサイクロトロン共鳴吸収と一成分のシュブニコフ-ド・ハース振動が観測された一方でVg = -1.0 V以下の負のゲート電圧印加状態ではサイクロトロン共鳴測定において新たにもう一つピークが現れると共にシュブニコフ-ド・ハース振動においても更に一成分追加で出現することを発見した。これらの実験結果からVg = 0 Vで既に高濃度ホールドープ状態である二層グラフェン試料に対し、更に負のゲート電圧印加に依り非常に高濃度にホールドープされたことで励起バンドにまでホールが誘起され、その結果、励起バンドに起因するサイクロトロン共鳴吸収およびシュブニコフ-ド・ハース振動が新たに観測されたと考えられる。今回の測定で初めて励起バンドに対応するサイクロトロン共鳴吸収が観測されたことで励起バンドのランダウ準位分裂や有効質量などの電子状態に関する知見が初めて得られた。平成29年度は本研究2年目であるが、初年度に引き続き(1)サイクロトロン共鳴測定するためのイオンゲルを塗布した二層グラフェンサンプルの作成、(2)中赤外線領域光ファイバーを用いた強磁場磁気分光測定プローブ開発、および(3)複数の初期ドープ量の異なる高移動度SiC上成長二層グラフェン試料の製作を行い、更にこれらの結果を踏まえて(4)作成された二層グラフェンサンプルについてイオンゲルゲートを用いて電荷中性点を含み励起バンドを含めた幅広いエネルギー範囲でフェルミ準位を制御させた状態で高精密なサイクロトロン共鳴測定を行う予定であった。(1)および(3)に関して、昨年度から引き続き取り組んだ結果、イオンゲルの開発や高移動度二層グラフェンの成長を行い、それらを用いて複数個のイオンゲルゲート付きサイクロトロン共鳴測定および輸送現象測定の同時測定用サンプルの作製を行った。その作成されたサンプルを用いて、(4)イオンゲルゲートを用いて電荷中性点を含み励起バンドを含めた幅広いエネルギー範囲でフェルミ準位を制御させた状態で高精密なサイクロトロン共鳴測定を行った。その結果、イオンゲルゲートによりサンプルのフェルミ準位を制御するに従って、サイクロトロン共鳴吸収が系統的に変化する様子が観測された。特に、負のゲート電圧印加により高濃度ホールドープされた状態で励起バンドに関するサイクロトロン共鳴吸収を初めて観測し、その電子状態についての知見を得るなどの成果を得た。これらの成果は本研究の主目的を既に概ね達成するものであり、当初計画を上回る進捗状況である。一方、(2)に関しては前年に判明した技術的問題が解決したとは言えない状況であり、やや進捗が遅れている。以上の進捗状況から本研究は、おおむね順調に進展していると考えている。本研究は、SiC上にエピタキシャル成長された二層グラフェン試料に関してイオンゲルを用いた電気二重層電界効果高濃度電荷制御により電荷中性点を含み電子側およびホール側それぞれの励起バンドを含めた広い領域でフェルミ準位を制御させた状態で高精度なサイクロトロン共鳴(CR)吸収測定を行うことで、二層グラフェン特有のランダウ準位分裂や励起バンドにおける有効質量などの電子状態を明らかにすることを目的とする。
植物の新規幹細胞運命決定ロジックの解明

多細胞生物は、細胞分裂後に自身と同じ細胞を生み出す自己複製能と別の細胞への分化能の両方を有する幹細胞を持ち、分裂と分化を高度に調整して多細胞体制を構築している。ヒメツリガネゴケ(Physcomitrella patens)は発生段階に応じて露出した単一の幹細胞を形成するため、観察や外部操作が容易である。特に発生初期の胞子体は1個の幹細胞を持ち、後に1個の胞子のうを分化して発生を終了する。幹細胞に隣接する細胞(以後、隣接細胞)は幹細胞にならないことから、幹細胞から何らかの抑制シグナルが隣接細胞に伝えられることで、ボディプランが維持されていると考えられる。ヒメツリガネゴケKNOX1遺伝子は胞子体の幹細胞で発現し、この遺伝子の機能を阻害すると、幹細胞の分裂活性が低下する。さらに、隣接細胞も幹細胞化するBRANCHING (br)変異株を単離した。この表現型はこれまでに例がなく、BR遺伝子の機能解析を行うことで新規の幹細胞決定因子、抑制因子の単離が期待される。BR遺伝子はホメオボックス転写因子をコードしており、KNOX型転写因子と複合体を形成して核移行することで機能することが推測されている。転写因子BRはKNOX1とともに、幹細胞における抑制シグナルの生合成や輸送か、隣接細胞における幹細胞化の抑制に機能していると考えられる。本研究は、BRタンパク質の局在観察と標的遺伝子の同定、および標的遺伝子の機能解析により、幹細胞制御に関わる新しい分子機構を解明することを目的とする。平成28年度に産前産後休業のため、研究を中断した。また、平成28年度4月付けで異動により研究実施場所を変更したため、研究環境整備に時間を必要とした。1BRタンパク質の発現解析平成28年度、研究環境の整備とBRタンパク質の発現解析に必要なBR-CFPノックイン株の作出を完了した。今後、これを用いてBRの発現を調べるとともに、br変異株におけるKNOX1タンパク質の局在解析を行い、KNOX1とBRの相互作用を検証する。21細胞遺伝子発現解析系による幹細胞決定因子の単離野生株とbr変異株の幹細胞及び隣接細胞の1細胞トランスクリプトーム解析を行い、BRの標的遺伝子を同定する。野生株の幹細胞(A)、隣接細胞(B)、br変異株の幹細胞(C)と隣接細胞(D)の細胞液をキャピラリーにより回収してcDNAライブラリーを作成し、次世代シークエンサーによる網羅的な遺伝子発現解析を行ない、同じ胞子体のAとB、またCとDの間で発現プロファイルの比較解析を行ない、幹細胞あるいは隣接細胞特異的な遺伝子の同定、幹細胞と隣接細胞間の相互作用に関わるBRの標的遺伝子候補を探索する。今年度より新規研究実施場所に異動したため、新たに倒立顕微鏡及びマイクロマニュピレータータカノメを導入し、実験環境を整備した。1細胞遺伝子発現解析系により、br変異株にて有意な発現変動を示す遺伝子を同定し、これをヒメツリガネゴケのプロトプラスト再生過程において過剰発現させ、幹細胞形成への影響を調べることで、新規幹細胞形成及び抑制因子を同定する。

野生株の幹細胞(A)、隣接細胞(B)、br変異株の幹細胞(C)と隣接細胞(D)の細胞液をキャピラリーにより回収してcDNAライブラリーを作成し、次世代シークエンサーによる網羅的な遺伝子発現解析を行ない、同じ胞子体のAとB、またCとDの間で発現プロファイルの比較解析を行ない、幹細胞あるいは隣接細胞特異的な遺伝子の同定、幹細胞と隣接細胞間の相互作用に関わるBRの標的遺伝子候補を探索する。今年度より新規研究実施場所に異動したため、新たに倒立顕微鏡及びマイクロマニュピレータータカノメを導入し、実験環境を整備した。1細胞遺伝子発現解析系により、br変異株にて有意な発現変動を示す遺伝子を同定し、これをヒメツリガネゴケのプロトプラスト再生過程において過剰発現させ、幹細胞形成への影響を調べることで、新規幹細胞形成及び抑制因子を同定する。
液相中レーザーアブレーション法による超高密度磁気記録媒体用磁性ナノ粒子の作製

ホウ素等の酸化されやすい物質の液相レーザーアブレーション磁性材料の作製の上では、鉄などの非常に酸化されやすい材料の酸化状態の制御が非常に重要である。そこで酸化されやすい材料の一つであるホウ素を用いて液相レーザーアブレーション法によるナノ粒子の作製を試み、メカニズムや酸化状態のコントロール手法の探索を行った。ホウ素やヨウ素含有粒子は脳腫瘍などの中性子捕捉療法への応用が期待される材料でもある。昨年度はホウ素粒子を有機溶媒中に分散させ、レーザー光を照射することによって炭化ホウ素球状粒子の合成に成功したが、本年度はレーザー照射条件(照射時間や照射強度)や用いる有機溶媒を変化させ、以下に示す炭化ホウ素粒子生成メカニズムを検討した。有機溶媒中に分散させたホウ素粉体をレーザー照射すると、ホウ素粉体がレーザー光のエネルギーを吸収し高温となり、溶融ホウ素液滴が生成すると考えられる。高温の溶融ホウ素液滴を取り囲んでいる有機溶媒分子は熱的、またはレーザー光により分解し、活性な炭素種が生成すると考えられる。それらの炭素種がホウ素液滴中に溶解し、冷却を経て炭化ホウ素球状粒子が生成すると考えられる。得られた炭化ホウ素粒子を分析した結果、本粒子は約58nmの厚さのグラファイト層で覆われていることが明らかとなった。この様なグラファイト層にはタンパク質やアミノ酸などの生体機能物質を導入することが容易であることから、中性子捕捉療法用薬剤への応用の可能性が高いことが明らかとなった。本研究課題である「液相中レーザーアブレーション法による超高密度磁気記録媒体用磁性ナノ微粒子の作製」に関する研究をより効率良く行うために、関連研究として下記の研究を行った。1.磁性材料以外の亜鉛を用いて液相中でのレーザーアブレーションによる典型的な微粒子の生成メカニズムや液相温度の影響を調べる。2.種々の界面活性剤や自己集合化分子存在下での液相レーザーアブレーションによる生成粒子の自己配列化や配列構造制御手法の開発を試みる。1.高温液相中での亜鉛のレーザーアブレーション室温中での亜鉛のレーザーアブレーションでは球状の酸化亜鉛粒子が得られることが既に知られているが、60°C以上の純水中で亜鉛をアブレーションすることにより、発光デバイスへの応用が可能な酸化亜鉛ナノロッドの作製に成功した。様々な研究の結果、アブレーションによって生成する酸化亜鉛種は液相の温度に関わらず球状であり、60°C以上の温度によりそれらの表面が溶解し、冷却プロセスを経てナノロッドに結晶成長することが明らかとなった。さらに界面活性剤水溶液中で同様に高温でアブレーションを行った結果、純水中の場合と比較してナノロッドへの結晶成長が抑制されていることが明らかとなった。これは界面活性剤が酸化亜鉛の表面を修飾することによって表面の溶解を抑制するためと考えられる。この傾向は表面電荷と異符号の電荷を有する界面活性剤を用いた場合に顕著であり、これは界面活性剤が酸化亜鉛と表面と強く相互作用するためであると考えられる。本手法では純水中で作製を行うことが可能であり、さらに反応に関与するのは水とターゲットである亜鉛だけであることから、物理特性の損失を引き起こす不純物の混入が限りなく少ない高純度のナノロッドの作製が可能である。2.自己集合化分子存在下における白金のレーザーアブレーションと酸化チタン光触媒反応を用いた構造体の修飾・加工技術の開発自己集合化分子として脂質ナノチューブに集合化する糖脂質を高温で分散させた水中で白金のアブレーションを行い、白金担持脂質ナノチューブの作製を行った。また、酸化チタン光触媒反応を用いて脂質ナノチューブや多層カーボンナノチューブなどの構造体の修飾や構造制御を行った。1.鉄-白金合金の液相中でのレーザーアブレーション磁性材料である鉄-白金合金をターゲットとして実際に用い、液相中でレーザーアブレーションを行った。液相として純水とヘキサンをそれぞれ用い、比較を行った。用いた鉄-白金合金の組成比は50:50(Fe50Pt50)であったが、純水中で得られた合金微粒子の化学組成はFe26Pt74であり、ターゲットの組成より鉄が少ないことが明らかとなった。これに対しヘキサン中で得られる合金粒子の組成はFe23Pt77とFe38Pt62の2成分であり、鉄が少ない組成ではあるが、純水の場合と比較してターゲット組成に近い成分の合金が得られることが明らかとなった。純水やヘキサンのどちら場合においても起こる生成物のターゲット組成からのずれは、アブレーションによって生じる鉄や白金原子のうち鉄が選択的に酸化されるためであると考えられる。純水の場合はヘキサンの場合と比較して、液相分子の分解によって生じる活性種のうち、鉄の酸化が可能な活性種が多いと考えられる。よってヘキサンの場合と比較して、多くのアブレーションによって生じた鉄が酸化されたために、合金組成の鉄の割合が低くなったと考えられる。これらの結果より、鉄の様に非常に酸化されやすい材料をアブレーションする場合は液相環境のコントロールが非常に重要であることが明らかとなった。それぞれの液相中で得られた粒子をアルゴン中で熱処理を行った後に磁性を評価したところ、純水中で得られた合金粒子は保磁力を示さなかったのに対し、ヘキサン中で得られた粒子は保磁力を示した。これは純水中で得られた合金粒子の鉄成分が非常に少なかったためと考えられる。2.ホウ素等の酸化されやすい物質の液相レーザーアブレーション磁性材料の作製の上では、鉄などの非常に酸化されやすい材料の制御が非常に重要である。

そこで酸化されやすい材料の一つであるホウ素を用いて液相レーザーアブレーションによるナノ粒子の作製を試み、メカニズムやコントロール手法の探索を行った。ホウ素粒子を有機溶媒中に分散させ、レーザーを照射することによって炭化ホウ素の粒子を合成することに成功した。ホウ素やホウ素含有粒子は脳腫瘍などの中性子捕捉療法への応用が期待される材料である。またこの様な材料は磁性材料と複合化することにより、より機能的な医療材料への展開も予想されることから、本年度以降も引き続き研究を行う予定である。ホウ素等の酸化されやすい物質の液相レーザーアブレーション磁性材料の作製の上では、鉄などの非常に酸化されやすい材料の酸化状態の制御が非常に重要である。そこで酸化されやすい材料の一つであるホウ素を用いて液相レーザーアブレーション法によるナノ粒子の作製を試み、メカニズムや酸化状態のコントロール手法の探索を行った。ホウ素やヨウ素含有粒子は脳腫瘍などの中性子捕捉療法への応用が期待される材料でもある。昨年度はホウ素粒子を有機溶媒中に分散させ、レーザー光を照射することによって炭化ホウ素球状粒子の合成に成功したが、本年度はレーザー照射条件(照射時間や照射強度)や用いる有機溶媒を変化させ、以下に示す炭化ホウ素粒子生成メカニズムを検討した。有機溶媒中に分散させたホウ素粉体をレーザー照射すると、ホウ素粉体がレーザー光のエネルギーを吸収し高温となり、溶融ホウ素液滴が生成すると考えられる。高温の溶融ホウ素液滴を取り囲んでいる有機溶媒分子は熱的、またはレーザー光により分解し、活性な炭素種が生成すると考えられる。それらの炭素種がホウ素液滴中に溶解し、冷却を経て炭化ホウ素球状粒子が生成すると考えられる。得られた炭化ホウ素粒子を分析した結果、本粒子は約58nmの厚さのグラファイト層で覆われていることが明らかとなった。この様なグラファイト層にはタンパク質やアミノ酸などの生体機能物質を導入することが容易であることから、中性子捕捉療法用薬剤への応用の可能性が高いことが明らかとなった。
広葉樹傾斜木のIAA、ABA絶対濃度分布とあて材形成に関する研究

広葉樹傾斜木は、針葉樹と同様あて材を形成することが多い。ところが、広葉樹は針葉樹と違って傾斜上側で偏心生長し、組織構造的にも異なった特徴の引張あて材を形成する。また、広葉樹傾斜木において顕著な偏心性や組織構造的特性を示す樹種と、そうでない樹種があるといわれている。したがって、広葉樹のあて材形成のメカニズムについてはまだ不明な点が多く、植物性理学的にもはっきりした説明がなされていないといってよい。そこで、本研究ではシオジ、オオバアサガラ、ミズナラを人為的に曲げ、一定期間経過した後にその傾斜木の幾つかの部位について偏心性や組織構造を調べて引張あて材形成の出現性を明らかにするとともに、樹幹内におけるインド-ル酢酸(IAA)やアブシジン酸(ABA)の濃度分布を測定し、引張あて材形成との関係を検討した。(1)傾斜木の偏心性生長は、シオジ、ミズナラで見られ、傾斜上側での肥大生長は大きく、下側で小さい。オオバアサガラでははっきりした偏心生長が観察されず、傾斜木の偏心性の発現は樹種によって異なる。(2)広葉樹のあて材特有の組織構造は、シオジ、ミズナラでは観察されたが、オオバアサガラでは認められなかった。シオジの傾斜上側では、引張あて材の特徴である細胞壁内側のゼラチン層は確認できなかった。しかし、リグニンの減少は認められた。ミズナラの傾斜上側では引張あて材特有の三日月型の淡色部分が肉眼で観察された。(3)あて材の組織構造的特徴が観察されたミズナラについて、IAAの濃度分布を調べたが、傾斜上下での顕著な差は認められなかった。針葉樹のあて材形成の際にみられるIAAの著しい濃度分布差は広葉樹では起こらず、引張あて材形成へのIAAの役割は針葉樹に比べ小さいと考えることができる。あて材形成に対するABAの関与が予想されるが、現在検討中である。広葉樹は、傾斜した上側に偏心生長が起こり、二次壁の内側にゼラチン層をもつ引張あて材が形成されるが、針葉樹の傾斜下側に形成される圧縮あて材とはその生理的発現機構が異なると考えられる。圧縮あて材の発現については、インドール酢酸(IAA)が強く関与していると言われているが、引張あて材については、IAAの性質からそのかかわりは考えにくい。従って、引張あて材の形成についてはIAA以外の植物ホルモンとの関連性を検討する必要がある。事実、アブシジン酸(ABA)が引張あて材の形成に密接にかかわっている可能性も示唆されている。そこで本研究では、傾斜させた広葉樹3種の傾斜下側、上側、側面の組織観察を行うとともに、IAA、ABAの絶対濃度を定量した。本実験に用いた広葉樹はのシオジ、オオバアサグラ、ミズナラの3種で、1987年の5月にそれぞれの供試木を90120度に傾斜させた。そして、その1ヶ月後及び3ヶ月後に伐採し、傾斜下側、上側、その側面から光学顕微鏡観察試料、及びIAA、ABAの絶対濃度定量試料を採取した。光学顕微鏡試料はFAA固定、セロイジン包埋、ファーストグリーン-サフラニン染色を施こし観察に供した。IAA、ABA定量は、メタノール抽出後、エーテル、液体クロマトグラフで精製し、GC-MSによって同定、定量した。

傾斜後1ヶ月経過して採取し、光学顕微鏡で引張あて材の形成状態を観察したところ、シオジ、ミズナラは傾斜上側に細胞分裂の促進が明らかに認められた。また3ヶ月後の観察では、引張あて材特有の組織が形成されていた。オオバアサガラについては、多少の偏心成長が観察されたものの、他の樹種ほど顕著ではなかった。また引張あて材の特徴である二次壁内側のゼラチン層は認められない。IAA及びABAについては、まだ精製仮定にあるため各部位の濃度レベルの結果は次年度となる。本研究は、広葉樹の引張あて材の発現機構を植物生理学的な観点、特に植物ホルモンの視点から明らかにすることを目的として行った。供試木として、シオジ、オオバアサガラ、ミズナラの3樹種を用い、人為的に90°近い曲げ傾斜を与えて樹幹内各部位で引張あて材特有の組織構造を形成を肉眼的、顕微鏡的に観察すると共に、内生するインド-ル酢酸(IAA)やアブシジン酸(ABA)の植物ホルモン濃度分布を調べた。本年は、前年に引き続き各樹種の組織構造観察を行ったが、特にシオジの曲げ処理後1年経過した供試木を観察に用いてその樹幹内数箇所の傾斜上側、下側の細胞生産数を測定し、それぞれ部位の偏心性の状態を調べた。この結果、傾斜上側で細胞数が多く、下側で少ないという広葉樹の傾斜木に一般的に見られるような偏心性が観察された。また、引張あて材の組織構造的特徴であるゼラチン層の形成は認められなかったが、染色した切片の顕微鏡観察から引張あて材特有の木質化の低減か確認された。ミズナラは、偏心性においても、肉眼的な組織構造の特徴においても明瞭な引張あて材が形成されたと判断された。しかしながら、ゼラチン層の形成については、観察が終了していないこともあって確認するに至っていない。一方、各傾斜木の内生IAAとABAの同定・定量については分析が進められ、現在のところ引張あて材の形成が確認されたミズナラのIAAの結果が得られている。曲げ処理したミズナラの樹幹内には、IAAの存在が確認されたが、その濃度レベルは針葉樹に比べてかなり低い。また、傾斜木の傾斜上側、下側とその中間のIAA濃度を調べた結果、針葉樹のような一方に偏った特徴的なIAA濃度分布は認められなかった。引張あて材の形成が認められた傾斜上側では特に高いIAA濃度を示すこともなく、また全体のIAA濃度はかなり低いことからIAAの引張あて材形成への主体的なかかわりは小さいと考える。
増殖欠損ウイルスを応用した次世代・狂犬病ワクチンの開発

狂犬病を制圧・撲滅するために、狂犬病ウイルスの遺伝子操作により、増殖欠損型(M遺伝子欠損)ウイルスを作出し、狂犬病ワクチンとしての有用性を検証した。M遺伝子欠損ウイルスの増殖性が不十分であることを示す結果が得られたため、PおよびM遺伝子欠損ウイルスの混合ウイルスを作出し、ワクチンとしての有用性を確認した。この混合ウイルスは、2種類の遺伝子欠損ウイルスが同一の細胞に感染した場合のみ、互いの遺伝子欠損を補完し、子孫ウイルスが産生される。実際、本混合ウイルスは、高い安全性と免疫原性を有することが確認された。以上、遺伝子欠損・混合ウイルスは、次世代の狂犬病ワクチンとして有望であると考えられた。本研究課題の目的は、狂犬病ウイルスの遺伝子操作系を用いて増殖欠損型ウイルスを作出し、安全性の高い犬用ワクチンを開発・実用化することである。本年度は、当初の計画に従い、増殖欠損型ウイルスの作出に使用するウイルス株の選定、ならびに選定されたウイルス株の遺伝子操作系の確立を行った。また、本系を用いて、子孫ウイルス粒子の形成に重要なM蛋白質をコードするM遺伝子を欠損した、増殖欠損型ウイルスの作出を試みた。最初に、野生動物の経口生ワクチンとして使用実績のあるERA株をワクチン開発の基盤として用いることを決定した。ERA株のゲノム塩基配列をダイレクト・シークエンス法により決定した後、T7プロモーターの下流、自己切断型リボザイムcDNAの上流に同株の完全長ゲノムcDNAをクローニングし、ゲノム・プラスミドを作製した。同プラスミドと、N、P及びL蛋白質を発現するヘルパープラスミドをT7RNAポリメラーゼ恒常発現BHK細胞に共導入することにより、組換えERA株の回収に成功した。また、G遺伝子上に既知の弱毒化変異を導入したゲノム・プラスミドを同様に導入することで、マウスに対する致死性を完全に失った弱毒株を作出することができた。以上のように、本年度は、ERA株の遺伝子操作系を確立することができた。さらに、この遺伝子操作系を用いて、M遺伝子を欠損した増殖欠損型ウイルスの作製にも成功した。現在、本ウイルスの生物性状や弱毒化を確認すると共に、本ウイルス増殖用のM蛋白質恒常発現細胞の樹立を行っている。昨年度は、狂犬病ウイルスERA株の遺伝子操作系を用いて、NおよびG蛋白質上に弱毒化変異を有するERA-NG株を樹立し、その高い安全性および免疫原性を示すことに成功した。本年度は、このERA-NG株をベースとして、さらに安全性の高いワクチンの開発を試みた。具体的には、本株のP遺伝子欠損ウイルス、ならびにM遺伝子欠損ウイルスを混合したウイルス(遺伝子欠損混合ウイルス)を作出し、狂犬病ワクチンとしての安全性・免疫原性を検証した。この遺伝子欠損混合ウイルスは、2種類の遺伝子欠損ウイルスが同一の細胞に共感染した場合のみ、当該欠損を相補し、子孫ウイルス(遺伝子欠損型)を産生することから、ERA-NG株よりもさらに高い安全性が見込まれる。最初に、弱毒化変異を有しないERA株のPおよびM遺伝子欠損混合ウイルスが高度に弱毒化されていることを確認した。また、本混合ウイルスがVero細胞において効率よく増殖することが判明した(培養液中の感染価:6.3 x 10^7 FFU/ml)。さらに、Vero細胞において本混合ウイルスを継代した場合でも、2種類の遺伝子欠損ウイルスのゲノム間に組換えは起こらず、その弱毒性状が安定に維持されることが確認された。次に、ERA-NG株を用いて、同様の遺伝子欠損混合ウイルスを作出した。本混合ウイルスは、ERA株の混合ウイルスと同様に、高度に弱毒化されていることが確認された。また、10^6 FFUの本混合ウイルスをマウスに筋肉内接種した結果、感染防御に十分と考えられる中和抗体が血清中に誘導されることが判明した。実際、強毒株の脳内接種することで攻撃試験を実施し、すべての免疫マウスが生存することを確認した。以上の成績より、ERA-NG株が極めて高い安全性を持ち、狂犬病生ワクチンとして有望であることを示すことができた。本年度は、M遺伝子欠損ウイルスの増殖用細胞として、M蛋白質恒常発現Vero細胞を樹立した。本細胞株を用いてM遺伝子欠損ウイルスの増殖性を検討したところ、得られたウイルス力価は最大で2.1×102 FFU/mlを示し、その増殖能は親株のERA株(4.5×108 FFU/ml)よりも著しく低いことが分かった。培養細胞におけるウイルスの増殖能はワクチンの生産コストにかかわるため、増殖能の著しく低いM遺伝子欠損ウイルスをワクチンに応用することは困難であると考えられた。そこで、当初の計画を変更し、高い増殖能を持つERA株に、既知の弱毒化変異を複数導入した安全性の高い生ワクチン株を樹立した。すなわち、G遺伝子に加え、N遺伝子上に弱毒化変異を導入したERA-NG株を作製した。

本株は、培養細胞における高い増殖性を示し、かつG遺伝子上の変異のみにより弱毒化している株よりも高い安全性を有していた。また、ERA-NG株をマウスへ筋肉内接種することで、狂犬病ウイルスに対する感染防御効果を賦与できることが分かった。以上のように、ERA-NG株が安全性の高い弱毒生ワクチン株となる可能性を示すことができた。ワクチンとして実績にあるERA株を用いて、候補株となる増殖性がないM遺伝子欠損ウイルスの作出に成功した。増殖欠損ウイルスを増やすために必要なMタンパク質恒常発現細胞の作出が少し遅れている一方で、さらにワクチンの安全性を担保するため、M遺伝子欠損ウイルスに弱毒化に関連する遺伝子変化を付与することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画から大幅な変更があったものの、当初予想していなかった研究成果も多く上がっている。具体的には、NおよびG遺伝子上の複数の変異により弱毒化した狂犬病生ワクチン株(ERA-NG株)の樹立や、遺伝子欠損・混合型狂犬病生ワクチンといった新しいワクチン株の開発である。狂犬病ウイルスの弱毒化変異に関する情報が少ない現状において、N遺伝子上の新たな弱毒化変異の情報を提供することができた。NおよびG遺伝子上の複数の変異により弱毒化された狂犬病生ワクチン株の樹立は世界初である(特許出願中)。また、遺伝子欠損・混合型ワクチンの弱毒化コンセプトは、狂犬病ウイルスのみに留まらず、他のモノネガウイルスにも幅広く応用できる可能性を秘めている(特許出願中)。いずれの成果も、狂犬病ワクチンの開発に大きな貢献をすることが期待でき、研究はおおむね順調に進展している。Mタンパク質に細胞毒性が認められるため、Mタンパク質の恒常発現細胞の作出に工夫をしていきたい。安定して作出できたM遺伝子欠損ウイルスの安全性及び免疫原性についてマウスのモデルを用いて検討を進める。次年度では、本年度において作製した遺伝子欠損・混合型生ワクチンに弱毒化変異を導入して、より安全性の高い生ワクチン株の樹立を行う。遺伝子欠損・混合型生ワクチン株は弱毒性状を有している一方、本ワクチン株に含まれる2種類の遺伝子欠損株が相同組換えを起こし、欠損遺伝子を獲得した病原性復帰株が出現する可能性を否定できない。狂犬病ウイルスにおいて、相同組み換えは非常に稀な現象であることが知られているものの、本ワクチン株にさらにNおよびG遺伝子上の弱毒化変異を導入することで、たとえ相同組換えが起こったとしても弱毒性状が保たれる新型ワクチン株を開発する。また、新型ワクチン株の培養細胞における増殖性の検討並びに、マウスを用いた安全性および免疫原性の評価を行う。さらに、これまで開発した生ワクチン候補株を、実際にイヌに接種し、安全性と免疫原性の評価を行う。イヌに対する接種方法としては、注射器を用いた筋肉内接種に加え、経口投与および経鼻投与を実施し、ベイト・ワクチンおよび噴霧型・ワクチンとしての有効性を検討する。
共鳴による反応性差をトリガーとしたπ共役系高分子の精密合成

半導体高分子の合成手法として、一般には金属やハロゲンを有する芳香族モノマーの遷移金属触媒による重縮合法が採用されている。本提案は、金属やハロゲンを使用しないグリーンケミストリーを利用し、共鳴による反応性差をトリガーとした連鎖重合による分子量、分子量分布の制御を可能にする画期的提案である。材料製造において脱離成分は水のみという究極の環境調和型重合プロセスは、これからの環境重視社会において極めて重要な技術である。申請者らの先行研究以外に類例が全くなく、π共役系高分子合成手法として第3世代の幕開けとなり、挑戦的研究としての意義が大きい。
内皮細胞特異的スプライシングバリアントからアプローチする癌微小環境の分子病態解析

大腸がん臨床検体から腫瘍部分の血管内皮と対照正常部分の血管内皮を分離して、トランスクリプトーム解析を行い、大腸がん間質において高発現している一連の遺伝子、SVを同定した。多数検体を用いた定量RT-PCRおよび免疫組織染色から、遺伝子Aに着目した。遺伝子AをノックダウンすることでHUVEC・HMVECの増殖能、遊走能およびin vitroチューブ形成能が阻害されることを見いだした。大腸がん細胞をヌードマウスに移植後、マウス遺伝子Aに対するsiRNAを局所投与することでxenograftの増殖抑制効果が認められた。以上から遺伝子Aは新規治療標的となりうることが示唆された。大腸がんの増殖・浸潤・転移に関わる血管新生メカニズムの解明を目的としている。大腸がんおよび対照非がん部臨床検体より内皮細胞特異的抗原を用いて内皮細胞を分離してRNAを抽出後、Illumina Hi-Seqを用いたRNA-シークエンス法によるトランスクリプトーム解析から新規TEC関連遺伝子、スプライスバリアント(SV)を多数同定した。がん間質内皮細胞(Tumor associated Endothelial Cells, TECs)特異的に発現亢進する遺伝子の一つである転写因子Aは定量PCR解析および免疫組織学的染色でTECに特異的に発現することを明らかにし、さらにヒト正常血管内皮細胞(HUVEC)を大腸がん細胞培養上清で刺激することで発現誘導されることが確認できた。またヒト血管内皮細胞(HUVEC)を用いた予備実験の結果、転写因子AをノックダウンすることでHUVECの増殖およびチューブ形成能を阻害すること、また細胞周期関連遺伝子の発現が顕著に変動することが明らかとなった。TECsに特異的なスプライシングバリアント候補遺伝子を絞り込み、現在定量PCR解析で多数の臨床検体で検証している。本年度の目標としていた、臨床検体からの内皮細胞の分離、新規TEC関連遺伝子、スプライスバリアント(SV)の絞り込みができた。腫瘍血管新生は、増殖・浸潤・転移に関わる重要な機構である。がん間質内皮細胞(Tumor associated Endothelial Cell, TEC)特異的に発現亢進し、腫瘍血管新生に関わる新規遺伝子の同定を目的とした。大腸がんおよび対照非がん部の臨床検体から上皮および内皮細胞マーカーを用いて細胞を分離し、RNA-シークエンス解析を行った。TEC特異的に発現する遺伝子を抽出し、定量PCR解析および免疫組織学的染色で検証した。候補遺伝子の腫瘍血管新生における機能解析を行った。RNA-シークエンス解析からTEC特異的に発現亢進する18遺伝子を抽出した。定量RT-PCRから遺伝子Aに着目した。さらにThe Cancer Genome Atlas (TCGA)データセットを用いた解析から、遺伝子Aの発現亢進が進行大腸がんの予後不良因子であることが示された。ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を大腸がん細胞株由来のtumor conditionedmediumで刺激することで遺伝子Aの発現が上昇し、遺伝子AをノックダウンすることでHUVECの増殖能およびin vitroチューブ形成能が阻害された。一方で、大腸がん細胞株はいずれも遺伝子Aを殆ど発現していなかった。また大腸がん細胞株とHUVECとをヌードマウスに共移植することで、血管新生および腫瘍形成が促進されることが知られているが、遺伝子AをノックダウンしたHUVECを大腸がん細胞と共移植した場合、xenograftの血管新生が有意に低下した。さらに大腸がん細胞をヌードマウスに移植後、マウス遺伝子Aに対するsiRNAを局所投与することでxenograftの増殖抑制効果が認められた。TECで発現が亢進している遺伝子Aを同定した。遺伝子Aは大腸がんの血管新生に重要な役割を担っており、治療標的分子となりうることが示唆された。腫瘍血管に関わる遺伝子異常を同定し、機能解析も順調に進んでいる。腫瘍の増殖には腫瘍血管からの酸素や栄養の供給が不可欠であり、腫瘍血管の制御が癌治療において重要である。本研究では、大腸癌における腫瘍血管新生の分子機構を明らかにし、新規大腸がん治療法開発の基盤となる知見を得ることを目的とした。RNA-シークエンス解析からがん間質内皮細胞(Tumor associated Endothelial Cell, TEC)に発現亢進する18遺伝子を抽出した。定量RT-PCRおよび免疫組織染色から遺伝子AEBP1に着目した。ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を大腸がん細胞株由来のtumor conditionedmediumで刺激することでAEBP1の発現が上昇し、AEBP1をノックダウンすることでHUVECの増殖能およびin vitroチューブ形成能が阻害された。一方で、大腸がん細胞株はいずれもAEBP1を殆ど発現していなかった。

また大腸がん細胞株とHUVECとをヌードマウスに共移植することで、血管新生および腫瘍形成が促進されることが知られているが、AEBP1をノックダウンしたHUVECを大腸がん細胞と共移植した場合、xenograftの血管新生が有意に低下した。AEBP1のノックダウンにより発現が変動する遺伝子をマイクロアレイを用いて解析した。発現変動する遺伝子にはAQP1,POSTNなどこれまでに腫瘍血管新生に関わると報告されている遺伝子が多数含まれており、定量的RT-PCRでも確認した。以上からAEBP1は大腸がんの血管新生に重要な役割を担っており、治療標的分子となりうることが示唆された。新規TEC関連遺伝子、スプライスバリアント(SV)の機能解析を予定通り進める。in vitro実験モデルを作成し候補遺伝子の過剰発現、ノックダウンによる血管新生・細胞増殖への影響を検討する。次にin vivoにおける機能解析を計画する。新規治療薬としての有効性の検討を進める。クロマチン免疫沈降法(ChIP)-シークエンス解析を行い、下流標的遺伝子を同定する。標的遺伝子をHUVECに過剰発現させ、特異的な抗体、あるいはタグに対する抗体でChIPを行う。上記で行った遺伝子発現アレイデータを元に標的遺伝子候補を抽出し、ChIP-PCRを行うことで、ChIP実験の成否を検証する。次にChIP産物からシークエンスライブラリを作成し、Ion Protonシークエンサーを用いてディープシークエンス解析を行う。遺伝子発現アレイデータと比較することで、標的遺伝子を抽出すると共に、結合配列のモチーフ解析を行う。これにより結合配列を明らかにすることで、次に述べる化合物スクリーニング系の開発につなげることが出来る。さらに下流標的遺伝子の中から、さらに有望な治療標的を同定することも期待される。さらに治療標的としての有用性が確認された候補遺伝子産物を阻害する化合物をスクリーニングするためのスクリーニング系を確立する。候補遺伝子産物が転写因子である場合、上記の機能解析から明らかになった結合配列を組み込んだレポーターベクターを作成し、スクリーニング系を構築する。化合物ライブラリを用いてハイスループットスクリーニングを行い、リード化合物を検索する。消化器がん順調に研究計画が進んだほぼ予定通り使用している。次年度の機能解析により使用することで研究成果が得られることが期待できる来年度の物品購入に使用
新規水・電解質代謝調節因子ウログアニリンの機能解析と病態生理学的意義の解明

1) uroguanylin遺伝子の構造決定とプロモーター領域の機能解析平成9年度にクローニングに成功したヒトおよびマウスuroguanylin遺伝子は、いづれも約2.5kbの範囲で存在し、guanylin遺伝子と同様に3つのexonから構成されており、mature peptide部分はexon 3に含まれる共通の構造をしていた。得られたプロモーター領域DNAを用いて、ルシフェラーゼ遺伝子をレポーター遺伝子としたベクターを構築した。uroguanylin遺伝子の発現を認める培養腸上皮細胞にトランスフェクトし、uroguanylin遺伝子のプロモーター領域の機能解析を進めている。2) uroguanylin遺伝子破壊マウスによるuroguanylinの機能解析前年度に単離したマウスuroguanylin遺伝子ゲノム断片を用いて、マウスuroguanylin遺伝子のtargeting vectorを構築し、電気穿孔法にてES細胞に遺伝子導入を行い、薬剤選別にて組換え体を得た。サザン解析にて相同組換え体を同定後、キメラマウスを作製し、最終的にuroguanyIin遺伝子破壊マウスによるuroguanylinの機能解析を行う。クローニングに成功したラットuroguanylin cDNAを用いて遺伝子発現を解析した結果、uroguanylin遺伝子は主として腸管に発現していたが、guanylin遺伝子の発現を認めない胃、腎臓,膵臓,肺においてもuroguanylin遺伝子は発現していた。ラット小腸および腎臓のcDNAライブラリーをlowstringencyの条件でスクリーニングし、guanylin familyに属する第三のアイソペプチドをcodeする遺伝子の同定を進めている。4)循環調節異常、消化器系腫瘍性疾患におけるuroguanylin遺伝子およびその近傍領域の多型解析ヒトuroguanylinとguanylin遺伝子はFISH解析にて第1染色体短腕上に極めて近接して存在(1p34-p35および1p33-p34)し、その近傍には、高い変異性を示す座位が存在することを確認した。今後、各種循環調節異常、消化器系腫瘍性疾患者についてuroguanylinに関連する遺伝子の多型性を解析し、遺伝的素因との関連性を明らかにする。1)ヒトuroguanylin遺伝子の構造決定とプロモーター領域の機能解析既にクローニングに成功しているヒトuroguanylin cDNAをプローブとして、ヒト胎盤遺伝子ライブラリーより、cDNA全長をカバーするゲノムDNA断片をクローニングし、その構造を決定した。ヒトuroguanylin遺伝子は約2.5kbの範囲に存在し、guanylin遺伝子と同様に3つのexonから構成されており、mature peptide部分はexon 3に含まれていた。5'-隣接領域には、TATAおよびCAATboxを認め、AP-1,AP-2,Sp1,CREの転写調節因子のコンセンサス配列が存在した。また、ヒト大腸癌細胞株でuroguanylin遺伝子が発現していることを確認しており、この培養細胞系およびクローニングしたuroguanylin遺伝子プロモーター領域を用いて、uroguanylin遺伝子の発現調節機構の解析を進めている。ラット小腸cDNAライブラリーからラットuroguanylin cDNAのcloningに成功し、その全塩基配列を決定した。ラットuroguanylin cDNAは、全長約530baseで、106アミノ酸よりなる前駆体をcodeしていた。ヒトとラットuroguanylin前駆体のアミノ酸相同性は63%であった。ヒトuroguanylin cDNAとの比較により、ラットuroguanylinのmature formは15アミノ酸よりなると推察され、合成ラットuroguanylinは、T84細胞を用いたbioassayにて、実際に生理活性を有していた。Northern blotを用いて遺伝子発現を解析した結果、uroguanylin遺伝子は主として腸管に発現していたが、guanylin遺伝子の発現を認めない胃,腎臓,膵臓,肺においてもuroguanylin遺伝子は発現しており、両ペプチドは、個々の発現調節を受け、異なる生理的役割を担う可能性が示唆された。さらに、ラットuroguanylin cDNAをプローブとして、マウスuroguanylin cDNAおよび遺伝子のクローニングにも成功しており、今後マウスuroguanylin遺伝子のtargeting vectorを構築し、相同組み換えを用いたgene targeting法によりuroguanylin geneのノックアウトマウスを作製し、uroguanylinの機能解析を進める。

4)循環調節異常、消化器系腫瘍性疾患におけるuroguanylin遺伝子およびその近傍領域の多型解析ヒトuroguanylinとguanylin遺伝子はFISH解析にて第1染色体短腕上に極めて近接して存在(1p34-p35および1p33-p34)し、その近傍には、高い変異性を示す座位が存在することを確認した。今後、各種循環調節異常、消化器系腫瘍性疾患者についてuroguanylinに関連する遺伝子の多型性を解析し、遺伝的素因との関連性を明らかにする。
差分部分空間に基づく時系列データからの変化・異常検知の新たな基盤構築

本研究では、時系列データから僅かな変化を検知し、その異常タイプを判別する新たな理論基盤を構築する。提案基盤の独自性は、時系列データの各時刻の状態を部分空間でコンパクトにモデル化し、その部分空間の幾何学的な構造変動を精密に捉えることにある。この枠組みをさらに強固にするために、時系列データは非負値を取る場合が多いことに着目して、非負制約を有する凸錐モデルと凸錐差分部分空間を導入する。提案基盤の有効性を、生体信号から動画像列まで様々なタイプの時系列データを用いて検証し、実応用展開に向けた理論基盤を確立する。
抗腫瘍性などの生物活性を有する海洋天然物の新型作用機序の解明

本研究では,抗腫瘍性および腫瘍細胞増殖抑制活性を持つ研究代表者独自の化合物であるアプリロニンA,オーリライド,ハテルマライド類の抗腫瘍性および腫瘍細胞増殖阻害活性の発現機構に関する研究を行った.アプリロニンAについては,人工類縁体(ハイブリッド化合物)を合成し,その生物活性を検定した.オーリライドについては,その標的分子がプロヒビチンであることを確認し,活性発現機構を解明した.ハテルマライドについては,その人工類縁体を調製し,構造活性相関を得た.本研究では,抗腫瘍性および腫瘍細胞増殖抑制活性を持つ研究代表者独自の化合物であるアプリロニンA,オーリライド,ハテルマライド類の抗腫瘍性および腫瘍細胞増殖阻害活性の発現機構に関する研究を行った.アプリロニンAについては,人工類縁体(ハイブリッド化合物)を合成し,その生物活性を検定した.オーリライドについては,その標的分子がプロヒビチンであることを確認し,活性発現機構を解明した.ハテルマライドについては,その人工類縁体を調製し,構造活性相関を得た.海洋産抗腫瘍性物質アプリロニンAについては、そのプローブ分子の調製を行った。これまで、修飾できる部位がほとんどないために、その誘導化が進まなかったが、今回、末端エナミド基を誘導することにより、プローブ分子合成に用いることのできるリンカーを持った誘導体が調製できた。この分子は、十分な生物活性を持っていることが確認できたので、これを用いた生体標的分子の探索を行う予定である。海洋産細胞毒性物質ハテルマライド類については、ハテルマライドNAの実用的合成法を開拓するとともに、類縁体であるハテルマライドBの初の全合成を達成した。この結果、ハテルマライドBの不明であった生物活性を確認できた。さらに、この合成で得られた知見をもとに、いくつかの人工誘導体を合成し、ハテルマライド類の構造-細胞毒性相関を明らかにすることができた。その結果、側鎖部のみの人工類縁体もマクロラクトン部のみの人工類縁体も大きく細胞毒性が低下することが観察された。よって、ハテルマライド類の強い細胞毒性発現のためには、そのマクロラクトン部と側鎖部の両方の組み合わせが必要であることがわかった。また、側鎖部のカルボキシ基をエステルに変換しても、活性が低下しないことも分かった。今後、この知見をもとに、側鎖部のカルボキシ基にリンカーを導入したプローブ分子を設計、合成し、標的分子の探索を行う。海洋産細胞毒性物質オーリライドについては、そのプローブ分子を用いた釣竿法による標的分子探索の結果、その標的分子がプロヒビチンであることがわかった。オーリライドは、プロヒビチンに結合し、ミトコンドリアを不安定化し、最終的にアポトーシスさせる。この現象は、プロヒビチンの機能を阻害した場合と同じであり、オーリライドを利用して、プロヒビチンによるミトコンドリア安定化機構が解明するための実験をしている。海洋産抗腫瘍性物質アプリロニンAについては、末端エナミド基を誘導してリンガーを導入した3種類のプローブ分子を合成し、これらの分子は、十分な生物活性を持っていることが確認した。また、予備的実験により、このプローブ分子を用いて、分子量120kDaの結合タンパク質が検出でした。このタンパク質の同定を行う。また、強い抗腫瘍性を持つアプリロニンAと強いアクチンだ術鳥合活性を持つミカロライドBのハイブリッド化合物を合成することができた。この分子については、生物活性を評価することにより、抗腫瘍性とアクチン脱重合活性の関連を解明する。海洋産細胞毒性物質ハテルマライド類については、既に達成したハテルマライドNA,Bの合成で得られた知見をもとに、人工類縁体の合成研究を進め、3種類の化合物を合成した。さらに3種類に合成を進めている。これらの類縁体を用いて、構造活性相関研究を行い、プローブ分子設計のために必要な情報を得る。海洋産細胞毒性物質オーリライドについては、その標的分子がミトコンドリアであることを確定するための実験を行った。今後、オーリライドを利用して、プロヒビチンによるミトコンドリア安定化機構が解明するための実験をしている。海洋産細胞毒性ポリケチドであるオーリピロンA,Bの全合成を達成し、不明であったオーリピロンBの相対立体化学と絶対配置を決定した。オーリピロンBの合成は、世界で初めてのものである。オーリピロン類の標的分子は不明であるので、その解明のための人工類縁体の設計と合成を行う予定である。本研究では、強力かつ特異な生物活性を持っ海洋天然物の中から、抗腫瘍性および腫瘍細胞増殖抑制活性を持つ研究代表者独自の化合物であるアプリロニンA、オーリライド、ハテルマライド類に注目し、これらの標的生体分子を発見するためのツールとなる誘導体の合成とこれらを用いた標的生体分子の探索と抗腫瘍性および腫瘍細胞増殖阻害活性の発現機構に迫ることを目的とした。アプリロニンAについては、いくつかのプローブ分子を合成し、それらを用いて、細胞内での挙動や標的分子に関する情報を得た。また、これまでに解明してきた生物活性発現機構に基づき、活性の増強を目的にアナログを設計・合成し、その生物活性を検定した。その結果、アクチン脱重合活性は増加したが、腫瘍細胞増殖阻害活性については、低下した。この結果は、アクチン脱重合活性のみでは腫瘍細胞増殖阻害活性を説明できないとする我々の仮説に合致したものであり、さらなる研究を進めている。オーリライドについては、その標的分子がミトコンドリアに存在するプロヒビチンであることを示した。

オーリライドは、プロチビチンに結合することにより、プロヒビチンによって安定化されている別のタンパク質を不安定化し、その結果、ミトコンドリアの顆粒化を促進し、最終的にアポトーシスを引き起こすことが明らかとなった。ビセライド類については、その合成研究を進め、アリル酸化を基盤とする合成経路とWittig反応を基盤とする合成経路により、重要合成中間体を合成することができた。
共役拡張ピロールを用いた新しい共役電子系の合成と機能

パイ電子が拡張した有機化合物は、光・電子機能材料として期待されている。本研究では、ポルフィリンの対角線上にピロールに芳香環を縮環させ共役を拡張させることにより、700nm,付近に強く線幅の狭い吸収をもつポルフィリンの合成に成功した。ベンゾポルフィリンは材料や医学上重要な化合物であったが、これまで合成が困難であったため利用されていない。この困難を克服する方法としてビシクロオクタジエンが縮環したピロールを基礎としたポルフィリンを利用する方法を開発した。この方法により種々のベンゾポルフィリンの合成に成功した。ポルフィリンは、光照射により一重項酸素を発生するため、この性質を活用した癌の光線治療は、次世代の医療技術として欧米では高く評価されている。また糖鎖は、生体の分子認識能に優れており、この両者を連結させ、より選択性の高い光癌治療(PDT)の開発が望まれている。650nm付近に強い吸収をもつベンゾポルフィリンに糖を連結させることに成功した。その生物活性を調べた。新規骨格のピロメテン色素を合成し、その物性を研究した。ピロメテン色素は、一般的には、500nmに強い吸収をもつ蛍光性色素であり、生命科学分野では蛍光プローブとしての応用、また材料分野ではレーザ色素として、広く利用されている。この分野では、もっと長波長で、強い蛍光を発する色素が求められていた。本研究では、ピロールとベンゼン環とを巧みに縮環させて、長波長で発光する色素の創出に成功した。得られた各種のパイ電子拡張ピロール誘導体は、世界各国との共同研究により、非線形光学特性、電導性、PDT等の機能の検討がなされている。