hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
結び目の４次元多様体における種数の研究

本成果については日本数学会本会における口頭発表で報告した。d不変量の性質解明の成果としては、近年d不変量の研究のために導入されたVk系列およびν+不変量に注目し、その解明に取り組んだ。その結果、g[CP2](K)=0なる結び目について、そのVk系列が周期的に一致することを示し、それらの結び目に対するν+不変量の評価式が得られた。またこの応用として、一部のケーブル結び目について得られていたν+不変量の公式を、全てのケーブル結び目のν+不変量の評価式に拡張した。本成果は、電気通信大学で開催された国際集会「Differential topology 17」おいて発表した。本年度は研究課題である種数の有界性の決定には至らなかったが、種数が最小、すなわち円板を張る結び目の研究としては著しい成果が得られた。特に、定値4次元多様体に関する研究成果は4次元トポロジーの位相構造と可微分構造の異質性を示し、また平たい結び目に関する研究成果は結び目Floerホモロジーの研究に貢献しているなど、低次元トポロジーにおける重要課題の各方面に貢献を果たしている。また、Vk系列の性質解明など、Heegaard Floerホモロジー理論の発展にも直接寄与している点も、本研究計画当初では予見されなかった成果である。特に、4次元多様体内の曲面を用いるという本研究の視点はHeegaard Floerホモロジー理論の研究として極めて独創的であり、当該分野にインパクトを与えている。これらの経緯を踏まえて、本研究は当初の計画以上に進展していると評価した。昨年度までの成果を踏まえ、本年度も引き続きd不変量の性質解明に注力した。その中で、Hom氏が導入した結び目の「ν+同値類」について成果が得られた。このν+同値類は強力なコンコーダンス不変量で、ν+同値類を決定することでd,ν+,Vk各不変量は計算可能となる。本年度の一つ目の成果は、このν+同値類の間に自然な部分順序を導入し、その応用として種数1の結び目のν+同値類が3種類しかないことを証明したことである。この結果は代数的な考察のみからは得られないことも確かめられており、具体的な多様体を構成する本研究のアプローチならではの成果と言える。本成果は、韓国で開催された国際研究集会「The 13th East Asian School of Knots and Related Topics」等において発表した。また一方で、本年度は本研究の関連研究における最新の成果にも目を向け、結び目の2重分岐被覆に関する研究にも着手した。特に、Stanislav Jabuka氏, Tynan Kelly氏が交点数の小さな結び目に関してγ[S4](K)を決定したことを受け、本研究への応用を見据えて彼らの研究手法を分析した。その成果として、交代結び目の一般化である4次元交代結び目を定式化し、「擬交代結び目ならば4次元交代結び目であることの証明」、「交点数が10以下の全ての4次元交代結び目の決定」に成功した。特に、擬交代結び目は整数値不変量によって帰納的に定義される概念であり、その幾何的な性質はほとんど明らかにされていなかったため、本成果により擬交代結び目の一つの幾何的性質が見出されたことは意義深い。本成果は山形大学で開催されえた研究集会「東北結び目セミナー2017」にて発表した。また、各関数の特別な値を実現する結び目についても理解を深め、結び目の幾何的性質や不変量との関係性を解明する。
ωーアミノ酸トランスアミナーゼと小麦グリアジンのX線結晶構造解析

1.緑膿菌ωーアミノ酸ピルペートアミノ基転移酵素[EC 2.6.1.18]シンクロトロン放射光を利用して本酵素の三次構造を2.0〓分解能で決定した。単結晶の晶系は斜方晶で、空間群I222格子定数はa=124.7〓、b=137.9〓、c=61.5〓で、単位格子に2分子を含有していた。回折強度データの収集は検出器としてフジImaging Plateを装備した巨大分子用Weissenberg cameraを利用し、native結晶とマーサリル、白金の2種の重原子誘導体結晶について1.8〓分解能の反射データを収集した。位相計算は重原子同型置換法により、低分解能モデル(6〓分解能)については〈m〉=0.56、また高分解能モデルについては〈m〉=0.80であった。本酵素は同一subunit4個からなり、かたく結合した2個のdimerが更に緩く結合したテトラマー酵素で、4個の活性中心をもっている。subunit(40〓×45〓×55〓)あたりアミノ酸残基数446で1個のピリドキサルリン酸を含む。subunitの分子量は約47,500で、二次構造として12個のhelixと3個のβーsheetを有す。2.小麦γーグリアジン3種類の小麦γーグリアジン(4Aー1、4Aー2、4B)をHPLCにより分離精製し、そのタンパク質化学的特性を明らかにした。精製したγーグリアジンは3種ともγー型のアミノ酸組成を有し、N末端側のアミノ酸配列を決定して4Aー1はγ_2ー、そして4Bはγ_3ーグリアジンであることを確認した。γ_3ーグリアジン(4B)についてはCDスペクトルよりαーヘリックス(26.9%)とβー構造(32.1%)がそれぞれタンパク質分子内で局在していることが示唆された。また、X線小角散乱法および電子顕微鏡観察を併用してγ_3ーグリアジン(4B)の分子形について考察し、偏平な楕円体(30〓×160〓×10〓)であることが判明した。しかし、電子顕微鏡観察ではX線小角散乱でシミュレートした値ほど偏平でないことが予想された。1.緑膿菌ω-アミノ酸トランスアミナーゼ本酵素は1600個のアミノ酸残基からなるテトラマー酵素で,ピリドキサルリン酸を補酵素としてω-アミノ酸とアミノ基受容体との間のアミノ基転移反応を触媒する.単結晶の空間群はI222で格子定数はa=124, 67〓, b=1-37, 90〓, c=61, 45〓.重原子誘導体はソーキング法によりマーサリルおよび白金誘導体結晶を作成し,各結晶の反射データはイメージングプレートを用いた写真法により行い約2, 3〓の領域の反射データを収集した.重原子の位置は差パターソンおよびフーリエマップを作成し,本酵素の反射データの位相を決定した. (mean figure ofmerit=0, 56, data=14, 674).以上の結果より6〓分解能で本酵素のモデルを作成した.2.小麦γ-グリアジン3種類の小麦γ-グリアジンを高速液体クロマトグラフィーにより分離精製し,そのタンパク化学的特性を明らかにした.

精製したγ-グリアジンは3種ともγ-型のアミノ酸組成を有し, N末端側のアミノ酸配列を決定して1種はγ_<2->,そしてもう1種はγ_3-グリアジンであることを確認した.更にγ_3-グリアジンについてはCDスペクトルより二次構造を算定した結果, α-ヘリックス(26.9%)とβ-構造(32.1%)を有し,それぞれの構造がタンパク質分子内で局在していることが推定された.このことから精製過程においてタンパク質の不可逆的な変性は起こっていないことが判明した.以上の成果よりγ_3-グリアジンは単結晶調製のための試料として有効であると判断した.1.緑膿菌ωーアミノ酸トランスアミナーゼ放射光(2.5GeV)をモノクロメータを利用して分光し、その単色X線を線源とし、富士フィルム(株)のImaging Plate(IP)をディテクターとしてScreenless Weissenberg cameraを用いてX線回折実験を行い、native結晶および2種の重原子誘導体結晶についてそれぞれ1.8〓分解能の反射データを収集し、2.3〓分解能で本酵素の構造解析を実施した。17,953の反射データを使用してRefinementした結果、〈m〉=0.65であった。本酵素は4個の同一サブユニット(40〓x45〓x55〓)から構成されるが、そのうち2個のmonomerが相対的に強く結合してdimerを形成し、更に、dimer同志が緩く結合してtetramerを形成していた。各サブユニットは12個のhelixと3個のβーsheetを含み、大ドメイント小ドメインに区別することができる。そして、多くのhelix構造はサブユニットの表面に位置し、補酵素のピリドキサールリン酸は各サブユニットに1個ずつ結合していることが判明した。本酵素の活性部位はLysー287とArgー406を含む大ドメイン領域にあって、サブユニットによって形成されたdimerの深いクレフトに存在すると考えられる。2.小麦γーグリアジンの分子形状X線小角散乱法および電子顕微鏡観察を併用して単離精製したγ_3ーグリアジン(4B)の分子形について考察した。本タンパク質は濃度の異なる70%エタノール試料溶液についてギニエプロットが平行な直線を与えることから単分散溶液として存在し、その勾配から慣性半径が約36〓と推定された。また、距離分布関数から長径が160〓以下の楕円体であることが予想されたので、形状関数を利用して分子の形状についてシュミレーションした結果、偏平な楕円体であることが示唆された。しかし、電子顕微鏡観察ではX線小角散乱の値ほど偏平でないことが予想された。
エリスロポイエチン産生機構の尿中酸素濃度感受性仮説の検証

エリスロポイエチン産生細胞をマウス腎近位尿細管の微小灌流実験系で2日以上の長時間にわたり灌流維持し、管腔内の酸素濃度を低下させた時に起こると予想されるエリスロポイエチン産生の増強を観察しようとしたが、残念ながら研究期間中に安定した定常的長時間灌流を実現できなかった。そこで、ヒト尿中落下尿細管培養系の尿細管細胞単層上皮培養系を用い、エリスロポイエチン産生の有無を確認し、研究に利用できるかどうかを検討した。その結果、培養された尿細管細胞単層上皮系中に、胞体が顕微蛍光抗体法でエリスロポイエチン要請に染色される、尿細管細胞よりもやや大きめの細胞の同定に成功した。この細胞は、ヒト尿中落下細胞培養の際には、当初明確に同定される細胞としては観察されないが、約14日間の培養後、近位尿細管由来培養細胞のようなスピンドル型ではなく、比較的卵円形の大きめの細胞として同定された。本研究計画の主要テーマである尿中酸素濃度感受性仮説を検証するため、尿細管上皮側に相当する培養液の酸素濃度を低下させ、エリスロポイエチンの産生量を培養細胞内のEPOのRNA産生量で確認したところ、増加の傾向は見られたが有意な増加とは判断しがたかった。一方、低酸素状態と同様の条件を作ると考えられるコバルトの投与を行ったところ、エリスロポイエチンの産生量は増加していると考えられた。以上のことから、尿中落下細胞培養系において、エリスロポイエチン産生細胞がヒトではほぼ初めて培養細胞として同定され、その産生量は周囲の酸素濃度の低下に反応すると推察されたが、今回の研究成果では残念ながらその結論を得るには至らなかった。今後引き続き研究を進め、今回観察されたエリスロポイエチン産生の増強傾向が、尿中の酸素濃度による影響かどうかを明確にできるよう、研究手法の再検討を加えていきたい。本年度の研究では、(1)マウス尿細管微小単離灌流実験系および(2)ヒト尿中落下細胞培養系を用いて、エリスロポイエチン産生の検証を行い、本格的に尿中酸素濃度とエリスロポイエチン産生との関連を検討するための実験条件基盤が構築可能であるかどうかを検証した。まず、(1)の実験系では、マウス腎より近位尿細管・ヘンレの太い上行脚および皮質部集合管を極力無菌的に微小単離し、そのフラグメントを倒立顕微鏡IX-70のステージ上に設置した準無菌灌流槽に移し、ナリシゲ製マイクロマニピュレータを使用して尿細管内外を分離灌流した。経上皮電位をWPI社製Duo-773エレクトロメーターにて測定し、タイムラプスビデオによって長時間低速での形態のビデオ撮影を行った。いずれの尿細管についても、エリスロポイエチン産生能の酸素感受性を確認するのに最低必要と考えられる24時間以上の単離灌流に成功し、特に太いヘンレの上行脚および皮質部集合管では、生理的に出現する経上皮電位が実験開始後72時間以上にわたって持続することが示され、尿細管機能形質が、生体よりの尿細管単離後も維持されるという重大な事実が明らかとなった。来年度は、この系によるエリスロポイエチン産生能の酸素条件変化による増減の有無を、より詳細に検討する。一方、(2)の実験系については、腎炎を中心とする腎疾患患者より、倫理委員会承認および研究同意を受けた患者尿検体より尿中落下細胞の培養系を用いて、エリスロポイエチンの免疫蛍光染色、HIF-1およびHIF-2の発現を詳細に検討した。この結果、エリスロポイエチン産生細胞として、エリスロポイエチンが染色される特異的な細胞が、大変少ないながら明確に観察されることを明らかにした。これらの細胞は、周囲の尿細管その他の細胞に囲まれながら増殖したが、培養液中の酸素濃度の強い低下(酸素濃度5%程度)に対しては、明確なエリスロポイエチンの産生増強が認められなかった。

以上のことから、尿中落下細胞培養系において、エリスロポイエチン産生細胞がヒトではほぼ初めて培養細胞として同定され、その産生量は周囲の酸素濃度の低下に反応すると推察されたが、今回の研究成果では残念ながらその結論を得るには至らなかった。今後引き続き研究を進め、今回観察されたエリスロポイエチン産生の増強傾向が、尿中の酸素濃度による影響かどうかを明確にできるよう、研究手法の再検討を加えていきたい。
2つの重力不安定性の異なる非線形発展とフラクタル乱流での熱伝導損失

1.有限スペクトル幅擾乱を考慮したレーリー・テーラー不安定性について、線形成長の飽和振幅と非線形成長率を求める3次の非線形性を含む理論モデルを構築した。特に、レーザーアブレーションによる飽和振幅と非線形成長率の抑制効果を明らかにした。これらの値を具体的なターゲット物質について評価を行った。また、非線形成長率は、飽和振幅と線形成長率との積で決まることを明らかにした。2.リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性の非線形発展は、密度の跳びのある渦シートの自己非線形相互作用として捉えられることに着目し、その非線形発展を記述する3次の非線形モデルを構築した。密度の跳びのある渦ジートでは、接線方向に伸縮すること、また渦度が局所的に時間変化することを明らかにし、そのダイナミックスを求めた3.空間格子を用いる従来の流体コードでは、数値的な不安定性が生じることから、円筒形状などの収縮衝撃波などのシミュレーションは困難であった。この問題を解決するため、分子動力学的手法を用いることを新たに提案し、円筒中の収縮衝撃波面の安定性、リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性の非線形発展を明らかにした。特に、中心と非一様接触面の間を何回も反射する衝撃波によるリヒトマイヤー・メシュコフ不安定性の成長率の増加、およ.び非線形成長率の減衰がモード数に依存することを明らかにした。4.リー群理論を適用して、熱伝導などの散逸がある系についてレーザー爆縮の相似則を明らかにした。このモデルは流体等価な爆縮の比例則を与えるものである。流体シミュレーションと比較し理論モデルの正当性を確認した。またこの理論モデルを用いて、レーザー核融合の次期装置設計を行った。1.有限スペクトル幅のあるレーリー・テーラー不安定性の弱い非線形発展を記述する3次元の非線形理論モデルを構築した。なお、モデルがシミュレーションと一致することを確認した。2.上記モデルを用いて、線形成長から非線形成長へ移行する振幅のスペクトル幅、アットウッド数依存性などを明らかにした。3.弱い非線形成長率を評価し、アブレーションにより非線形成長率が抑制される可能性を示した。4.3次元流体シミュレーションにより、RM不安定性の非線形発展において、ダブルスパイラル構造が出現することを示した。5.上記結果を記述する非線形理論モデルを構築中である。6.非対称なダブルスパイラルの安定性、形状変化を明らかにした。1.3次の非線形性を考慮した、有限スペクトル幅のあるレーリー・テーラー不安定性の弱い非線形発展を記述する理論モデルに、アブレーション面での跳びの条件としてPiriz等が用いたレーザーアブレーションの効果を導入した。この理論モデルは、レーリー・テーラー不安定性の弱い非線形発展領域での時間に比例した成長を正しく記述できるものである。2.その結果、2次高調波の成長率がアブレーションにより安定化されることから非線形成長率が抑制されることを明らかにした。また、アブレーション安定化機構により線形成長の飽和振幅も減少することを見出した。これらの抑制効果の波長依存性を求めた。3.リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性の非線形発展を渦シートのダイナミックスとして記述出来ることを見出し、その非線形発展を記述する理論モデルを構築した。4.その結果、例えば、リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性の非線形発展では、ダブルスパイラル構造が出現すること、境界線の長さが時間に比例して成長すること、あるいは境界線が局所的に伸縮することなどが明らかになった。これらの結果をシミュレーションと比較している。5.2次元統合コードの数値解法スキームにCIP法を導入し、アブレーションによるレーリー・テーラー不安定性の成長をより高精度に記述できるようになった。6.流体力学的効率を一定にし、レーリー・テーラー不安定性の成長を最小にする変分法を用いたレーザーパルス形状の最適化を行う理論モデルを構築した。

現在、衝撃波によるエントロピー増加の評価を行っている。1.有限スペクトル幅擾乱を考慮したレーリー・テーラー不安定性について、線形成長の飽和振幅と非線形成長率を求める3次の非線形性を含む理論モデルを構築した。特に、レーザーアブレーションによる飽和振幅と非線形成長率の抑制効果を明らかにした。これらの値を具体的なターゲット物質について評価を行った。また、非線形成長率は、飽和振幅と線形成長率との積で決まることを明らかにした。2.リヒトマイヤー・メシュコフ不安定性の非線形発展は、密度の跳びのある渦シートの自己非線形相互作用として捉えられることに着目し、その非線形発展を記述する3次の非線形モデルを構築した。密度の跳びのある渦シートでは、接線方向に伸縮すること、また渦度が局所的に時間変化することを明らかにし、そのダイナミックスを求めた。3.空間格子を用いる従来の流体コードでは、数値的な不安定性が生じることから、円筒形状などの収縮衝撃波などのシミュレーションは困難であった。この問題を解決するため、分子動力学的手法を用いることを新たに提案し、円筒中の収縮衝撃波面の安定性、リヒトマイヤー.メシュコフ不安定性の非線形発展を明らかにした。特に、中心と非一様接触面の間を何回も反射する衝撃波によるリヒトマイヤー.メシュコフ不安定性の成長率の増加、および非線形成長率の減衰がモード数に依存することを明らかにした。4.リー群理論を適用して、熱伝導などの散逸がある系についてレーザー爆縮の相似則を明らかにした。このモデルは流体等価な爆縮の比例則を与えるものである。流体シミュレーションと比較し理論モデルの正当性を確認した。またこの理論モデルを用いて、レーザー核融合の次期装置設計を行った。
鎌倉幕府の九州支配の展開に関する実態的研究

本研究では、鎌倉幕府による九州支配について、鎌倉前・中期(モンゴル襲来以前まで)を対象に段階的に跡づけた。先行研究では、鎌倉幕府が、九州を管轄する地方行政機構であった大宰府を掌握した点が重視されてきた。この通説を再検討するため、大宰府を通じて九州諸国を対象に賦課された造宇佐宮役を検討し、鎌倉期における徴収方式を実態的に明らかにした。これに九州荘園(宇佐弥勒寺領など)の検討をあわせて、荘園制の支配系列を通じた幕府の九州支配のあり方を示した。本研究は、鎌倉幕府による九州支配について、従来の研究が注目してきたa)大宰府機構、b)国ごとに設置された守護、の果たした役割を再検討し、その上で、特にc)荘園に設置された地頭(惣地頭ー小地頭)に着目して分析を加えることで、その展開過程を実態的に明らかにすることを目的とする。平成27年度については、平安後期鎌倉初期における関連史料の網羅的収集に取り組み、さらにはその読解と整理を進めた。また、あわせて関連する先行研究を読み進めることもできた。これらにより、鎌倉幕府が九州に地頭を設置していく際の方針や、設置に際して直面した問題点などが明らかになってきた。以上の研究内容を踏まえて平成28年度の研究に取り組み、鎌倉期を通じた地頭制の展開過程を追っていくことにしたい。今年度の具体的な研究成果としては、九州における宇佐宮の位置づけに注目し、九州諸国に賦課され徴収された造宇佐宮役を素材に、地頭制の設置・展開過程を検討した学会報告「鎌倉期造宇佐宮役の研究」を行った(本研究成果については、論文化して次年度に公表する予定)。また昨年刊行された関連書籍に関する紹介を学術雑誌に掲載した。引き続き、学会報告・論文による研究成果の公表につとめていきたい。なお、研究を進めるにあたり、大分県を現地調査して宇佐宮の式年遷宮についての具体的なイメージを得るとともに、従来の研究が注目してきた地頭が設置されたいくつかの荘園を実際に訪れたほか、関連文献を入手することもできた。今回の調査成果は上記学会報告にて活用したが、今後の史料読解や研究でも参照したい。今年度も現地調査を実施できればと考えている。関連史料の収集については、予定どおり順調に行うことができ、あわせてそれらの読解も進めることができた。平成28年度も、引き続き史料収集・整理を進めるとともに、学会報告や論文執筆により研究成果の公開にもつとめたいと考えている。本研究は、鎌倉幕府の下で行われた九州支配について、従来の研究が注目してきた、a)大宰府機構、b)守護の果たした役割に厳密な検討を加え、その実態に迫ることを目指した。上記の目的を達成するために、本年度は、1造宇佐宮役、2宇佐弥勒寺領に関する史料を網羅的に収集した上で、集めた史料の分析を進めた。1造宇佐宮役は、宇佐宮の式年造営時に九州を対象に一国平均に賦課・徴収された。従来は、鎌倉幕府による大宰府機構の掌握を示す事例として論じられてきた。そうした先行研究に見直しの必要があることを主張した研究報告を行い(2016年3月)、そこでの質疑応答で得られた意見を反映させて論文化した(なお、本論文については、平成29年度中に出版予定の著書に「鎌倉期造宇佐宮役の研究」と題して収録し、公開する)。2宇佐弥勒寺領については、関連史料を検出・読解しながら特に後白河院政期の状況をできるだけ詳細に復元することを試み、院政期鎌倉期にかけての九州荘園の展開過程を跡づけていった。その成果は、本研究の期間中に公表することはできなかったが、今後、論文として公開することを目指して作業を続けたい。なお、上記以外にも、本研究成果の一部を収録した著書を出版する準備を進めたほか、書評1本(『日本歴史』)・「2016年度の歴史学会回顧と展望「三社会・経済中世前期」」(『史学雑誌』)を分担執筆した。また、九州方面(福岡県・長崎県・佐賀県)での現地調査も実施した。平成28年度には、上記した前年度の研究成果を踏まえつつ、さらに史料収集・整理を進め、平安後期鎌倉中期までを見通した総括的な研究を行っていく予定である。関連史料の収集に際しては、東京大学史料編纂所や九州の研究機関などにも出張し、できるだけ網羅的な収集につとめたい。また、あわせて研究成果の公開にも努力する。具体的には、学会(日本史研究会中世史部会など)での研究報告を積極的に実施するとともに、その報告・討論を踏まえて論文を執筆して学術雑誌への投稿を目指す。さらには、本科研費で得た研究成果とこれまでの発表論文をあわせて著書としてまとめることで、研究成果をより広く公開できればと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。日本中世史28年度が最終年度であるため、記入しない。
黒色素胞刺激ホルモンの骨への新規作用：再生能力が高い硬組織（ウロコ）を用いた解析

平成30年度は、MSHとカルシトニンとの関連を調べ、さらに次世代シークエンス解析により、ヒラメの円鱗から櫛鱗への分化機構を調べた。以下に示す。1キンギョの雌雄の鰓後腺からmRNAを抽出して、MSHの受容体(MCR)の発現を解析した。その結果、雄及び雌において、個体間でそれぞれのMCRの発現レベルは変動していたが、全てのサブタイプ(MCR1, MCR2, MCR3, MCR4及びMCR5)が検出された。2MSHのカルシウム代謝に及ぼす影響を調べるため、MSH投与による血液中のカルシウム濃度とカルシトニンレベルの変化を調べた。その結果、血液中のカルシウムに応答して鰓後腺からカルシトニンが分泌されていることを証明でき、さらに血液中のカルシウム濃度と血液中のカルシトニンとの間に有意な正の相関があることがわかった。3ヒラメの色素沈着と円鱗から櫛鱗への分化機構を調べるため、次世代シークエンス解析を行った。尾部に沈着した色素は、頭部に向かって色素沈着が生じた。尾部から頭部に向かって4か所の部位で次世代シークエンス解析を行った結果、色素沈着が生じる割合が高いほど、骨形成遺伝子(runx2, bmp2, col1a1, col1a2など)と破骨細胞のマーカー(TRAP、CTSK)の遺伝子発現量が低い値を示した。さらに、これらの発現パターンと同じ傾向が、時計遺伝子(per1, per2, cry1, cry2)でも観察された。したがって、時計遺伝子による骨代謝関連遺伝子の制御が行われている可能性を示している。一方、骨芽細胞で発現しているcalcitonin receptor-like receptorやビタミンDホルモン受容体は、色素沈着部位で高い値を示していた。以上の結果は、色素沈着により時計遺伝子や骨代謝関連ホルモンが相互に作用して櫛鱗を形成している可能性が高いことを示している。平成28年度はキンギョを用いたin vivo及びin vitroの解析を行った。再生ウロコを用いたin vivoの骨形成システムにより、MSHの骨形成に対する影響を解析すると共に、ホルモンとのクロストークを解析した。1ウロコの再生モデル(in vivoの骨形成モデル)による解析MSHを投与してウロコの骨形成に及ぼす影響を評価した。左側のウロコを取り、キンギョにMSH(Low dose: 0.1ug/g BW; High dose: 1 ug/g BW)を投与した。MSHの投与はウロコを抜いた直後、3日、5日、7日、9日後に投与した。投与後10日目に左側の再生ウロコと右側のウロコの骨芽・破骨細胞の活性を測定した。さらにウロコのCa含量と血液中のCa及びカルシトニン濃度を調べた。MSHをキンギョに投与した結果、再生ウロコの骨芽細胞及び破骨細胞が活性化した。また、残りのウロコ(右側のウロコ)においても、骨芽細胞及び破骨細胞が活性化することがわかった。さらにウロコのCa含量を測定すると、右側のウロコからCaを取り、再生ウロコの骨再生を促していることも判明した。この時に、血液中のCa及びカルシトニン濃度も上昇していたので、MSHはキンギョのCa代謝に影響を及ぼしており、再生ウロコの骨形成にも関与していることが示された。2再生ウロコのin vitroの培養実験キンギョの再生ウロコを用いた培養系は、既に開発済である。この培養系を用いて、MSHの骨形成に対する作用を調べた。即ち、MSH(10-8, 10-7,10-6 M)を培地に添加して6時間後の骨芽細胞及び破骨細胞の活性を解析した。その結果、in vivoの結果がin vitroでも再現され、10-7及び10-6 MのMSHを添加することにより、再生ウロコの骨芽細胞及び破骨細胞のマーカー酵素活性が上昇することがわかった。本研究の目的は、魚類における黒色素胞刺激ホルモン(MSH)の新規作用(骨代謝に対する作用)をウロコ(骨モデル)により解析することである。平成28年度は、再生ウロコを用いたin vivoの骨形成システムにより、MSHの骨形成に対する影響を解析した結果、骨芽細胞及び破骨細胞の活性が上昇して、骨代謝を亢進するように作用していることが本研究により初めてわかった。さらに再生ウロコのCaの沈着も促進しており、骨形成を促していることが判明した。また、in vitroのシステムにおいてもin vivoの結果が再現され、再生ウロコの骨芽細胞及び破骨細胞のマーカー酵素活性(アルカリフォスファターゼ及び酒石酸抵抗性酸フォスファターゼ)が上昇することが判明した。以上のことから、キンギョの再生ウロコを用いたin vivo及びin vitroの実験により、MSHが魚類の骨代謝に関与していることを証明することができた。交付申請時の目的を達成しており、おおむね順調に進展していると判断した。平成29年度は、キンギョのウロコを用いたin vitroの解析とヒラメのウロコを用いたin vivoの解析を行った。以下に示す。1)キンギョのin vitroの解析では、骨芽細胞と破骨細胞の相互作用に関与する遺伝子(RANKL及びOPG)の解析を行った。10日間再生させたキンギョの再生ウロコを用いて培養実験を実施した。即ち、MSH(10-6 M)を培地に添加して3時間培養した結果、RANKL(骨吸収促進)及びOPG(骨吸収抑制)の発現が有意に上昇したが、RANKLの発現量の上昇率が大きく、RANKL/OPGが有意に上昇して骨吸収を促進することが判明した。

さらに培養6時間において破骨細胞で発現している機能遺伝子であるカテプシンKの発現が有意に上昇させ、骨吸収を促していることもわかった。2)ヒラメのウロコで発現している時計遺伝子(period1, period2及びcry1)の発現を有眼側の櫛鱗と無眼側の円鱗で比較した。その結果、夕方(18時)及び夜間(24時)において、period1、period2及びcryの遺伝子発現が櫛鱗の方が円鱗と比較して高い値を示した。したがって、櫛鱗の方が時計遺伝子の感受性がよい可能性がある。3)ヒラメのin vivoにおいて、円鱗から櫛鱗への変化を追うことができる系を分担者の鈴木(東北大)に作成していただいた。無眼側において、尾から順に色素沈着が生じる。その色素沈着のあと、棘が1本出て、櫛鱗へと変化することがわかった。そこで、円鱗から櫛鱗への変化に伴う時に、MSHの受容体や時計遺伝子などの遺伝子発現を解析することにより、円鱗から櫛鱗への変化するときに関与する遺伝子を調べていく予定。キンギョのin vivo及びin vitroの解析結果は、2018年3月にGeneral and Comparative Endocrinologyに受理され、2018年4月に出版した。さらにヒラメの円鱗から櫛鱗への分化については、論文準備中であり、近いうちに投稿予定である。以上のことから、おおむね順調であると判断した。平成30年度は、MSHとカルシトニンとの関連を調べ、さらに次世代シークエンス解析により、ヒラメの円鱗から櫛鱗への分化機構を調べた。以下に示す。1キンギョの雌雄の鰓後腺からmRNAを抽出して、MSHの受容体(MCR)の発現を解析した。その結果、雄及び雌において、個体間でそれぞれのMCRの発現レベルは変動していたが、全てのサブタイプ(MCR1, MCR2, MCR3, MCR4及びMCR5)が検出された。2MSHのカルシウム代謝に及ぼす影響を調べるため、MSH投与による血液中のカルシウム濃度とカルシトニンレベルの変化を調べた。その結果、血液中のカルシウムに応答して鰓後腺からカルシトニンが分泌されていることを証明でき、さらに血液中のカルシウム濃度と血液中のカルシトニンとの間に有意な正の相関があることがわかった。3ヒラメの色素沈着と円鱗から櫛鱗への分化機構を調べるため、次世代シークエンス解析を行った。尾部に沈着した色素は、頭部に向かって色素沈着が生じた。尾部から頭部に向かって4か所の部位で次世代シークエンス解析を行った結果、色素沈着が生じる割合が高いほど、骨形成遺伝子(runx2, bmp2, col1a1, col1a2など)と破骨細胞のマーカー(TRAP、CTSK)の遺伝子発現量が低い値を示した。さらに、これらの発現パターンと同じ傾向が、時計遺伝子(per1, per2, cry1, cry2)でも観察された。したがって、時計遺伝子による骨代謝関連遺伝子の制御が行われている可能性を示している。一方、骨芽細胞で発現しているcalcitonin receptor-like receptorやビタミンDホルモン受容体は、色素沈着部位で高い値を示していた。
全球雲解像モデルNICAMを用いた地球規模水循環の新描像確立と将来予測

地球の気候とその変動に影響を与える水の循環はこれまで海陸2領域間の水輸送として理解されてきた。それに対し研究代表者らは、沿岸域を第3の領域として区別する水循環像を提唱している。沿岸域では降水が卓越し、海から陸へ運ばれる水蒸気の半分が除去されている。そこでの大気加熱は全球の潜熱加熱の20%を占め、気候の形成に影響を与えていると考えられるが、その卓越メカニズムは理解されていない。本研究では全球雲解像モデルNICAMを用いて、何が沿岸降水とその除湿作用をもたらしているかを明らかにする。さらに研究を将来気候の下での水循環に拡張し、水資源確保など沿岸域の直面する問題に対処するための基礎的知見を提供する。
ポジトロンCTによる循環器病学の診断に関する基礎的臨床的研究

ポジトロンCTを用いた循環器病学の診断について、主として虚血性心疾患を対象としてその基礎的な検討と臨床応用に関する研究を行った。1.局所心筋血流の測定(1).N-13アンモニアによる心筋ポジトロンCT:N-13アンモニアは一回循環で高い摂取率で心筋に取り込まれ、しかも組織内に長時間とどまるので、安静時および運動負荷時の心筋血流分布の鮮明な横断像が得られ、冠動脈疾患の診断および虚血部位の同定にすぐれた結果が得られた。なお、横断像に加えて、心筋の長短軸断層像や定量的解析法の導入は、その診断精度の向上に役立つと考えられた。(2).0-15水による心筋血流量の測定拡散性トレーサーである水の静脈内投与による心筋血流量の絶対値測定をめざして、まず心腔内トレーサーの影響を除くために0-15標識一酸化炭素の吸入を行った。ここで、左右の心室内放射能を別々に差しひくことにより相対的血流像を得ることができ、部分容積効果の影響を含む血流量測定が可能となった。2.局所心筋ブドウ糖代謝N-13アンモニアによる血流像を参考にして、虚血心筋におけるブドウ糖代謝をF-18フルオロデオキシグルコースを用いて評価した。安静時虚血部に加えて運動負荷により虚血の誘発される領域でも糖代謝の亢進が認められ、何らかの代謝異常の存在が示唆された。今回の研究で、ポジトロンCTの利用により、従来の核医学診断よりもすぐれた診断精度が得られること、また従来の方法とは異った情報が得られることが確認された。
パーキンソン病における発症の切っ掛けと増悪：リンパ組織の役割に関する検証

パーキンソン病21剖検症例、対照11症例の脳、消化管、リンパ組織を用いて免疫組織染色を行い、各組織のリン酸化α-synuclein (α-Syn)陽性細胞を検索した。また、パーキンソン病モデルマウス8匹を用いリン酸化α-Syn陽性細胞について検討した。結果は、(1)パーキンソン病未発症患者の消化管でリン酸化α-Synが蓄積されている可能性が示された、(2)パーキンソン病患者のリンパ組織のリン酸化α-Syn陽性細胞対照例と比較して増加傾向であり、陽性細胞は主にマクロファージであった、(3)パーキンソン病モデルマウスのリンパ組織でのリン酸化α-Syn陽性細胞割合は野生型と差がなかった。本研究の目的は、(1)パーキンソン病の発症の切っ掛けに関与するリンパ組織の検証、(2)ドパミン神経細胞死の増悪にリンパ組織が及ぼす役割について検証を行うことである。本年度では、ヒト剖検症例を用いて、以下の成果を得た。(1)パーキンソン病12症例と対照8症例を用い、中脳、延髄、腸管についてリン酸化α-Synucleinの免疫組織染色を行った。パーキンソン症例では中脳黒質ドパミン神経細胞、迷走神経背側核、迷走神経、腸管上皮に隣接する末梢神経叢にリン酸化α-Synucleinの蓄積が認められた。この結果から、消化管末梢神経末端部から迷走神経背側核へと続く一連のリン酸化α-Synucleinの蓄積が示され、パーキンソン病発症の切っ掛けが消化管で生じている可能性を掴むことができた。また、対照例では黒質ドパミン神経細胞にリン酸化α-Synucleinの蓄積は認められないが、腸管末梢神経叢には蓄積が認められたことから発症前段階の症例である可能性が考えられた。(2)パーキンソン病9症例と対照3症例のウィルヒョウリンパ組織を用い、リン酸化α-Synucleinの免疫組織染色を行い、全ての症例において細胞質内に顆粒状の物質を有する細胞が認められた。マクロファージマーカー(Iba-1)とリン酸化α-Synucleinの二重免疫染色により、リン酸化α-Synucleinを陽性とするのは主にマクロファージであることが認められた。リン酸化α-Synuclein陽性細胞は対照例にも認められたことから、発症以前からリン酸化α-Synucleinに対する免疫反応が生じている可能性が考えられた。本研究の目的は、1.パーキンソン病の発祥の切っ掛けに関与するリンパ組織の検証、2.ドパミン神経細胞死の増悪にリンパ組織が及ぼす役割について検証を行うことである。本年度では、ヒト剖検症例のホルマリン固定パラフィン切片を用いて、以下の成果を得た。A.パーキンソン病12症例と対照8症例の消化管を用いた。パーキンソン病症例の消化管におけるリン酸化α-Synucleinとマクロファージとの関わりを検討するため、各症例の消化管をリン酸化α-SynucleinとIba-1で二重免疫染色を行った。神経叢のリン酸化α-Synucleinは認められたが、Iba-1陽性細胞にリン酸化α-Synucleinは認められなかった。消化管でパーキンソン病の切っ掛けが生じるとする仮説において、マクロファージは特別関与していない可能性が考えられた。B.パーキンソン病9症例と対照3症例のウィルヒョウリンパ組織を用いた。対照例を含めた全ての症例でリン酸化α-Synucleinが認められ、陽性細胞数はパーキンソン病症例で0.625平方mmあたり平均4.3個、対照平均3.3個であった。リン酸化α-SynucleinとIba-1の二重免疫染色により、リン酸化α-Synuclein陽性細胞は主にマクロファージであり、T細胞を含むリンパ球細胞ではリン酸化α-Synuclein陽性細胞は明確には認めらなかった。リン酸化α-Synucleinに対する免疫反応にはマクロファージが関与していることが示唆された。C.パーキンソン病モデルマウスを用いた実験では、発症以前の生後2ヶ月と、発症以降の生後6ヶ月のリンパ節と脾臓を採取した。解析は進行中である。本研究の目的は(1)パーキンソン病の発症のきっかけに関与するリンパ組織の検証、(2)ドパミン神経細胞死の増悪にリンパ組織が及ぼす役割について検証を行うことであり、脳の疾患に免疫系が積極的に関与することが示唆されることで、パーキンソン病の病態解明並びに新規治療方法の開発につながる。ヒト剖検症例とパーキンソン病モデルマウスの解剖標本を用いて、以下の成果を得た。(1)パーキンソン病症例を用いて中脳、延髄、腸管のリン酸化α-synuclein免疫染色を行った結果、消化管末梢神経叢から迷走神経背側核へと続く一連の蓄積が認められた。対照例では黒質ドパミン神経細胞にリン酸化α-synucleinの蓄積は認められないが腸管末梢神経叢での蓄積が認められたことから、発症前段階の症例である可能性が考えられた。パーキンソン病発症のきっかけが消化管である可能性を示唆する所見を得られたが、腸管のリンパ組織でリン酸化α-synucleinの明確な蓄積は認められなかった。(2)リン酸化α-synuclein陽性細胞はパーキンソン病症例で増加傾向にあり、陽性細胞は主にマクロファージであった。対照例にも認められたことから、発症以前よりリン酸化α-synucleinに対する免疫反応が生じている可能性が示唆された。

一方、パーキンソン病モデルマウス脳におけるリン酸化α-synucleinの蓄積は神経細胞内に凝集体として認められず、末梢リンパ組織のリン酸化α-synuclein陽性細胞の存在は野生型マウスとの差が認められなかった。パーキンソン病21剖検症例、対照11症例の脳、消化管、リンパ組織を用いて免疫組織染色を行い、各組織のリン酸化α-synuclein (α-Syn)陽性細胞を検索した。また、パーキンソン病モデルマウス8匹を用いリン酸化α-Syn陽性細胞について検討した。結果は、(1)パーキンソン病未発症患者の消化管でリン酸化α-Synが蓄積されている可能性が示された、(2)パーキンソン病患者のリンパ組織のリン酸化α-Syn陽性細胞対照例と比較して増加傾向であり、陽性細胞は主にマクロファージであった、(3)パーキンソン病モデルマウスのリンパ組織でのリン酸化α-Syn陽性細胞割合は野生型と差がなかった。収集したヒト剖検症例については、作製した標本を観察、解析を進行している。パーキンソン病モデルマウスを用いた実験では、発症前と発症後のマウスを揃えリンパ節および脾臓を採取し標本作製に取りかかっており、最終年度ではこれらの標本を観察、解析を行う予定である。機能生物化学(1)収集したヒト剖検症例の消化管のリンパ組織を中心に、リン酸化αーSynucleinの蓄積を検証する。(2)採取したパーキンソン病モデルマウスのリンパ節と脾臓を、リン酸化α-Synucelinの蓄積と免疫細胞の関与について免疫組織染色を行い、発症前と後でどのような変化が生じているのか比較検討する。(1)ヒト剖検症例(パーキンソン病12症例と対照8症例)で黒質ドパミン神経細胞、迷走神経、腸管の上皮細胞に近い末梢神経叢と一連のリン酸化α-Synuclein蓄積についての所見を得られた。(2)ヒト孤発性パーキンソン病剖検症例(パーキンソン病9症例と対照3症例)、およびパーキンソン病モデルマウスにおける脳のIgG陽性ドパミン神経細胞有無の確認について遅れているが、次年度以降に検討予定であったリンパ組織の解析を先行し、リンパ組織内にリン酸化α-Synuclein陽性細胞を認める結果を得られている。以上のことから、研究計画はおおむね順調に進展している。予算額よりも低価格で購入できた試薬・消耗品があったため、次年度使用額が生じた。(1)平成25年度の結果から、パーキンソン病発症の切っ掛けが消化管であることを示唆する所見が得られた為、パーキンソン病発症のそもそもの入り口(腸管のM細胞、および腸管リンパ組織)についてリン酸化α-Synucleinの蓄積を検証をする。(2)ヒト剖検症例でのIgG陽性ドパミン神経細胞有無の確認の遅れは、剖検材料の死後変化によって細胞表面に結合していたIgG抗体が変性している可能性により検出が困難となっていると考えられるため、なるべく死後経過時間が短い症例を集め検討を推進する。また、パーキンソン病モデルマウスにおいては、発症前と発症後のマウスを揃えリンパ節でのリン酸化α-Synucleinの蓄積と陽性細胞の有無について検証する。次年度使用額と平成27年度分を合わせた研究費は研究を推進するため、免疫組織染色標本の作製、標本の解析に研究費を充てる。予算額よりも低価格で購入できた試薬・消耗品があった為、次年度使用額が生じた。
多重極モーメントの秩序とダイナミクスの理論

本研究での成果は以下の通りである。ゼロ次の多重極としての電荷秩序の研究:電荷秩序の典型例として知られるYb_4As_3の電荷秩序相において形成される一次元的鎖の性質を理論的に調べ、この一次元的鎖の低音の性質を記述する有効ハミルトニアンを結晶場準位から出発して導いた。その結果、この物質の構造の特異性を反映して、ジャロシンスキー守谷交換項が存在することなどを示すことが出来た。さらに、この物質の励起状態について詳しく調べ、中性子散乱の実験結果に対する解釈を与えた。二次の多重極としての四重極秩序の研究:四重極秩序の典型例としてはCeB_6がよく知られている。この典型物質についてよく理解することは極めて重要であると考え、CeB_6を中心に研究を進めて来た。CeB_6の平衡状態としての相転移の性質と同時に、四重極相での励起状態がとのようなものであるかは極めて興味がある。10年前にフランスのA. Bouvetによって中性子散乱を用いてCeB_6の励起スペクトルが調べられていたが、当時適切な理論がなく、解釈が与えられぬまま放置されていた。本研究での主要な課題は四重極モーメントのダイナミクスを調べることによってこの問題を解決することが出来ると考え研究を進めた結果、CeB_6の磁場中での励起の理論的研究はほぼ完了した。我々の理論によれば、磁場によって誘起された多重極、特に交替的八重極の存在を考慮して始めて、励起態の適切な理論的記述が可能になるということが分かった。また、実験と比較するため中性子非弾性散乱の散乱断面積を理論的に計算し、Bouvetの中性子と比べると、一致がかなりよいことが分かった。CeB_6では立方対称性の結晶中のCeイオンの結晶場基底状態がΓ_δ四重項である。このように結晶場の基底準位が四重項である物質が他にもある。TmTe、NpO_2がそうである。これらでは多重極秩序の可能性が高い。このような立方対対称性結晶で結晶場基底状態がΓ_δ四重項である系の相互作用に関して一般的な考察を行った。これは現在印刷中である。(1)希土類化合物CeB6における四重極秩序の秩序パラメーターについては、我々のこれまでの研究によって、Γ5四重極の反強的秩序で、磁場下で反強的八重極が強く誘起されることが分かっている。今年度は、それを基礎に、四重極のダイナミクスの研究を行った。目的は二つある。一つはフランスのA.Bouvetによる中性子非弾性散乱実験結果の理論解析がないので、その実験の理論的解析であり、もう一つは、このような軌道縮退のある場合の集団励起を扱う方法を作り上げることである。前者に関しては、運動方程式の方法を適用して励起モードを求め、中性子散乱の強度も求めた。それをBouvetの実験結果と比較して、分散の大きい、最もエネルギーの低いモード(最も強度が強い)については同定出来た。しかし、他の二つの弱いモードについては、まだ、完全な同定が出来ていない。これは次年度に継続される問題である。

後者はHolstein-Promakoffの方法を軌道縮退のある場合に拡張し、それと運動方程式の方法との関係を明瞭にすることである。線形近似の範囲では、予想されたように、両者は同等であことが分かった。現在、線形近似をこえた取扱いをしている。(2)Yb4As3は低温で電荷秩序の結果一次元鎖が形成され、その一次元鎖はスピン1/2のハイゼンベルグ反強磁性ハミルトニアンに交替的ジャロシンスキ守谷項と交替的gテンソル項によって記述されることが分かっているが、そのような場合の励起スペクトルの分散関係などがどうなるかについて詳しく調べた。その結果、磁場下で励起にギャップの形成される様子が分かった。分散関係は実験で観測された特徴と一致しているが、同時に、興味ある特徴がこれまでの実験では調べられていない領域にあることが分かった。今後の実験が必要である。これらの結果はアメリカで開かれた「強相関電子系国際会議」、仙台で開催された国際会議、福岡で開かれた「日仏シンポジウム」の三つの国際会議での招待講演において発表した。本年度の研究活動は以下の通りである。(1)ゼロ次の多重極としての電荷秩序の研究を行った。電荷秩序の典型例として知られるYb_4As_3の電荷秩序相において形成される一次元的鎖の性質を理論的に調べ、この一次元的鎖の低温の性質を記述する有効ハミルトニアンを結晶場準位から出発して導いた。その結果、この物質の構造の特異性を反映して、ジャロシンスキー守谷項が存在することなどを示すことが出来た。さらに、この物質の励起状態について詳しく調べ、中性子散乱の実験結果に対する解釈を与え、それを日仏会議で発表して、その会議録にまとめた。(2)二次の多重極は四重極である。四重極秩序の典型例としてはCeB_6がよく知られているので、この物質についてよく理解することは極めて重要である。平衡状態としての相転移の性質と同時に、四重極相での励起状態がどのようなものであるかは極めて興味がある。10年前にフランスのA. Bouvetによって中性子散乱を用いてCeB_6の励起スペクトルが調べられていたが、当時適切な理論がなく、解釈が与えられぬまま放置されていた。この問題を解決することはこの2年間の中心的課題であったが、この系の磁場中での励起の理論的研究はほぼ完了した。我々の理論によれば、磁場によって誘起された多重極、特に交替的八重極の存在を考慮して始めて、励起状態の適切な理論的記述が可能になるということが分かった。また、実験と比較するため中性子非弾性散乱の散乱断面積を理論的に計算し、Bouvetの中性子散乱の結果と比べると、一致がかなりよいことが分かった。これも論文としてまとめ、近い内に印刷される。(3)CeB_6では立方対称性の結晶中のCeイオンの結晶場基底状態がΓ_8四重項である。このように結晶場の基底準位が四重項である物質が他にもある。TmTe、NpO_2がそうである。これらでは多重極秩序の可能性が高い。このような立方対称性結晶で結晶場基底状態がΓ_8四重項である系の相互作用に関して一般的な考察を行った。これは近く発表の予定である。
カチオン性遷移金属錯体をルイス酸触媒とする不斉[2+2]付加環化反応の開拓

1.カルボニル化合物とケテンの[2+2]付加環化反応種々のカチオン性8-10族遷移金属錯体を触媒として[2+2]付加環化反応を試み,パラジウムおよび白金錯体が高い活性を示すことを見出した。また,触媒活性は,中心金属や配位子のみならず,対アニオンの種類に著しく依存するという興味ある知見を得た。種々のキラルな配位子を有するパラジウム錯体を用いて不斉[2+2]付加環化反応を試みたが,不斉選択性は得られなかった。しかし,キラルなBINOL誘導体のテトラアルコキシボレートを対アニオンとするパラジウム錯体を用いると,不斉選択性が得られた。2.α,β-不飽和カルボニル化合物とケテンのタンデム[2+2]付加環化-アリル転位反応α,β-不飽和アルデヒドとケテンの反応では,[2+2]付加環化によって生成するβ-ラクトンが系内でナリル転位しδ-ラクトンが生成する場合がある。そこで,種々のα,β-不飽和アルデヒドおよびケトンとケテンの反応を行い,その条件を調べた。その結果,4-位またはビニル置換基の2-位にアルキル基を有する4-ビニルオキセタン-2-オンが付加環化によって生じる場合に,アリル転位-反応が起こることを見出した。また,双性イオンを中間体とするアリル転位の反応機構を提案した。また,γ-位に不斉中心を有する種々のキラルなα,β-不飽和アルデヒドとケテンのジアステレオ選択的タンデム[2+2]付加環化-アリル転位反応を検討し,57%deの選択性を得た。3.ルイス酸による二酸化炭素の活性化と炭素一炭素二重結合への固定化本研究の展開として,β-ラクトン類をオレフィンと二酸化炭素から合成する新たな反応を開拓することを目的として,ルイス酸により二酸化炭素を活性化し,芳香族化合物,有機シランに求電子的に置換する反応の可能性について検討し,対応するカルボン酸を得た。1.遷移金属ルイス酸を触媒とするカルボニル化合物とケテンの[2+2]付加環化反応パラジウム,白金,ロジウム,ルテニウムを中心金属とする様々な金属錯体を触媒として[2+2]付加環化反応を試みた。その結果,パラジウムおよび白金錯体が高い活性を示すことがわかった。BF4^-を対アニオンとするパラジウム錯体は,アルデヒドとケテンの反応のみならず,ケトンや置換ケテンを用いた反応でも付加環化生成物を与えた。2.遷移金属ルイス酸を触媒とするカルボニル化合物とケテンのタンデム[2+2]付加環化-アリル転位反応種々のα,β-不飽和アルデヒドおよびケトンとケテンの反応を行い,付加環化生成物が系内でアリル転位を起こす条件を調べた。その結果,付加環化生成物である4-ビニルオキセタン-2-オンの4-位,またはビニル置換基の2-位にアルキル基を有する場合に,アリル転位生成物が得られることを見出した。この実験事実と他のルイス酸の活性試験などの結果から,双性イオンを中間体とするアリル転位の反応機構を提案した。

すなわち,4-ビニルオキセタン-2-オンが,そのカルボニル酸素にルイス酸が配位することにより活性化さもC_4-0結合の開裂により双性イオンとなる。この双性イオンが異性化し,もう一方のアリル末端で再結合することにより,δ-ラクトンが生成すると考えられる。1.キラルな遷移金属ルイス酸を触媒とする不斉[2+2]付加環化反応キラルなBINAP, SEGPHOS, pybox, boxax, MOPなどを配位子とするカチオン性パラジウム錯体を用い,ケテンとシクロヘキサンカルボキサアルデヒドの不斉[2+2]付加環化反応を試みたが不斉選択性は得られなかった。しかし,キラルなBINOLまたはその置換体のジアニオン二分子で修飾したテトラアルコキシボレートを対アニオンとするパラジウム錯体を用いると,低収率ながら,1030%eeの選択性が得られた。この方法では,BINOL類のジアニオンがケテンによりアセチル化されるため,収率や不斉選択性を向上させることはできなかった。しかし,ケテンと反応しないキラルなカウンターアニオンを設計できれば,触媒的不斉合成が可能になるものと思われる。2.遷移金属ルイス酸を触媒とするキラルなアルデヒドとケテンのジアステレオ選択的タンデム[2+2]付加環化-アリル転位反応γ-位に不斉中心を有する種々のキラルなα,β-不飽和アルデヒドとケテンのジアステレオ選択的タンデム[2+2]付加環化-アリル転位反応を検討した。その結果,3-フェニル-1-シクロヘキセンカルボキサアルデヒドの反応で、試みたアルデヒドの中で最高の57%deの選択性が得られた。[2+2]付加環化生成物であるβ-ラクトンの開裂によって生じる双性イオンの立体選択的な環化により,生成物の立体化学を合理的に説明できた。