hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大都市住宅市場におけるホット/コールド・スポットの差異化

大都市における住宅市場のアップ/ダウンは均一に生じていた。これに対し、1990年代末からは、住宅価格が上昇するエリアが形成される一方、価格低下が続くエリアが存在する、という現象が生まれてきた。この点を、住宅市場のホット/コールド・スポットの分裂として捉え、理論化しようとする点に本研究の狙いがある。昨年度の統計分析に引き続き、独自に収集した統計等の資料にもとづいて分析を行い、住宅市場の差異化のメカニズムとして、(1)人口要因による住宅需要の圧力が全体として低下し、かつ住宅ストックの総量と空き家が増えていることから、住宅市場の動き方が均一ではなくなったこと、(2)人口の都心回帰の傾向を反映し、都心部ではマンション建設が旺盛に続き、ホット・スポットを生みだしたこと、(3)政府の都市再生政策が都心の大型事業を各種手法によって優遇したことから、ホット・スポットの形成が政策的に誘導されたこと、(4)第二次ベビーブーマーの住宅取得がホット・スポットの形成を牽引したこと、(5)郊外部では住宅需要の減少が続き、住宅価格の低落が止まらず、そのことがコールド・スポットを形成したこと、等を指摘し、ホット/コールド・スポットの差異化が住宅需給関係の変容に加え、政府セクターの都市再生政策の起因する側面をもつことを明らかにした。以上の研究結果から、これからの住宅市場分析は、市場全体をみるだけでは不十分で、住宅市場のアップ/ダウンの空間的な分裂を考慮に入れる必要があることが指摘される。大都市圏の住宅市場に関して、公的統計、民間機関の統計、住宅情報誌から収集したデータなどを加工・分析し、都心とベイエリアにおけるホット・スポット、縁辺部におけるコールド・スポットの形成実態を明らかにし、住宅市場の差異化が進んでいる状況とそのメカニズムを解析した。ホット/コールド・スポットという概念を提出し、住宅市場分析の新たな視点を示したことが、本研究の主な成果である。具体的には以下の点を示した。(1)都心とベイエリアではマンション供給の増大によってホット・スポットが出現した。これは住宅の需給関係に関わる要因だけではなく、都市計画の規制緩和などを進める都市再生政策の影響を要因としている。(2)ホット・スポットでは新型の住居形式であるタワーマンションが目立って増加した.その販売用パンフレットを収集し、分析したところ、タワーマンションは、セキュリティの重視、サービス・施設の充実という特徴をもち、近隣の文脈から分離した「飛び地」を形成するという空間特性をもつことが明らかになった。(3)都市縁辺部ではバブル期に立地したマンションの価格が半分以下にまで低下し、コールド・スポットが生成した。そこではキャピタルロスが増大し、マンション所有者はネガティブ・エクイティを抱え込む状況にある。(4)大都市圏の住宅市場はバブル期に過熱し、ポストバブル期に停滞した。住宅市場全体の過熱・停滞が経験された。しかし、21世紀の住宅市場については、人口・経済・政策要因を踏まえ、全体動向を分析するだけではなく、ホット/コールド・スポットの差異化という新たな傾向を注視して分析を進める必要がある。
脳神経ネットワークの機能分化に関する情報数理モデル

脳において機能分化したヘテロな構造が発達する過程を計算論的な観点から再構成するため、双方向の情報量伝搬最大化原理に基づいて数理モデルを進化させる数値実験を行った。サブネットワーク間に相互に伝達される情報量を最大化するようにネットワークを発展させると、2つの異なったモジュール構造が出現し、それぞれが異なった構造に分化することが確認できた。これらの結果は、情報理論的な観点から導出される変分原理がネットワークにおけるヘテロ構造の形成原理として作用する可能性を示唆している。システム全体にかけられた拘束条件の下でその要素成分が生成される過程を新たな自己組織化原理と捉え、理論の構築を行った。大脳新皮質の機能モジュールへの分化の原理解明を目指し、脳においてヘテロな構造が発達する進化と発達ダイナミクスの過程を計算論的な観点から再構成するため、本年度は双方向の情報量伝搬最大化原理に基づいて数理モデルを進化させる数値実験を行い、ネットワークの進化の過程を同期・非同期ダイナミックスの変化の観点、または適応度のランドスケープの観点から詳細に解析した。サブネットワーク間に相互に伝達される情報量を最大化するように振動子ネットワークを発展させると、2つの異なったモジュール構造が出現し、それぞれが異なった構造に分化することが確認できた。また、最適なネットワークは、パラメータ空間においてネットワークに集団的な運動が現れる境界付近に存在することがわかった。これらの結果は情報理論的な観点から導出される変分原理が、ネットワークにおけるヘテロ構造の形成原理として作用する可能性を示唆している。もうひとつ課題としている、興奮型ならびに振動型関数形からなる力学系のネットワークにおいて、ニューロンのような興奮性や振動を示す素子がいかに生成されるかを研究する課題においては、さまざまな関数をダイナミックスとして持つ素子のネットワークを遺伝アルゴリズムによって進化させる数値実験を行った。環境要因を表すパラメータの値を変化させることにより、興奮性により情報を伝えるネットワークや、振動により情報を伝えるネットワークが生成されることを確認した。本年度は前年度に明らかになったシステム全体にかけられた拘束条件の下でその要素成分が生成される過程について、これを新たな自己組織化原理と捉え、上記現象に潜む数学的構造を明確にすることでその神経機構を明らかにすることを目的とした研究を行った。結合振動子を結合させたネットワークを神経ネットワークの数理モデルとして用い、これに対し、双方向情報伝達を最大化させることを拘束条件とし、自己組織化過程を解析した。遺伝的アルゴリズムを用いてネットワークを進化させることで、上記の拘束条件を満たすネットワークを探索的に発見した。その結果、ネットワークは2つの異なった内部構造とダイナミクスを持つネットワークへと分化することを見出している。上記の結果を元に、従来とは異なる観点から、より生物の本質を捉えられる自己組織理論を構築することを目指し、新たな自己組織化理論の構築を試みた。この結果をまとめた論文はEntropy誌に掲載された。さらにモデルの数理的解析を進め、これをまとめた結果をセミナーにおいて発表した。また、分化により生まれた複数のサブシステムが動的にスイッチングしながら機能するシステムの数学的記述を目指すという観点から、従来フラクタル構造の理解や画像圧縮に使われてきた数学モデルである反復関数系を拡張し、実際の神経活動の時系列を生成するダイナミックスを記述する試みを行った。そして課題遂行中のラット海馬CA1錐体細胞にみられる特徴的なダイナミクスを、反復関数系を用いた数理モデルにより再現することに成功した。この成果をもとに口頭発表を行い、論文を投稿中である。双方向情報伝達最大化に基づく機能分化の数理モデルの研究が順調に進み、初年度に論文として成果を発表できたため、当初計画以上に進展していると考えられる。計算論的神経科学平均場近似などの手法を用いてネットワーク状態量の発展方程式を導出し、進化的アルゴリズムの結果として得られたネットワーク状態量に関する数値計算結果と比較、検討する。さらに、相互作用ダイナミクスと伝送エントロピーの関係を定量的に明らかにすることで、機能分化に潜む情報のダイナミクスと構造を明らかにする。ネットワークを進化させるための拘束条件として、感覚運動系などをモデル化した具体的な課題を準備し、進化に伴いネットワーク内部に分化やモジュール形成が起こる条件を解明する。分化に伴い情報の流れがどのように変化するかを解析する。興奮・振動型関数系から成るネットワークの進化課題については、ノイズの環境下での進化を解析し、今年度発見した原理の一般化を目指す。次のステップにつなげるために、数理モデルで解析した機能分化を可能にするシステムパラメーターによって培養細胞のシステムパラメーターを制御できるかどうかを調べる。数値計算機を予定よりも安価に調達できたことに加え、後期に代表者の所属機関変更に伴い、研究計画の変更が生じ、旅費や人件費の費用が結果として減少したため、未使用額が生じた。次年度については、6月に中国で予定されている国際会議での成果発表に要する旅費(2名分)、国内での打ち合わせ会議のための旅費、データ解析用
統合失調症関連分子の機能に及ぼす環境因子の影響

脳の発達段階にRNAi法を用いて統合失調症関連遺伝子(DISC1)の発現を抑制し、成熟期のマウスの行動、脳機能や形態にどのような影響を及ぼすか検討し、ヒトの統合失調症病態に類似した症状を示すか調べた。その結果、前頭皮質におけるドパミン神経の機能低下および認知機能障害が観察され、行動障害は統合失調症治療薬で有意に改善された。このことから、このマウスは統合失調症様の症状を示している可能性が示唆された。本研究課題では、遺伝因子(DISC1)および環境因子(精神的ストレス)の両面から統合失調症の発症機序を追求すると共に新規創薬標的を探索することを目的としている。本年度は、(1)DISC1変異遺伝子過剰発現マウスを用いた遺伝因子に関する解析、および(2)母子分離・隔離飼育ストレスを用いた環境因子に関する解析を行動学的、神経化学的手法を用いて検討した。(1)8週齢プリオンプロモーターDISC1変異遺伝子過剰発現マウスを用いて、各種行動試験を行ったところ、プレパルス抑制試験、ロタロッド試験、Hidden food試験において行動異常が認められたことから、情報処理機能、運動機能、嗅覚機能に障害を有することが示された。(2)正常C57BL/6Jマウスに対し、発育期において母子分離・隔離飼育ストレスを負荷後、各種行動試験を行った。その結果、オープンフィールド試験、社会性行動試験、高架式十字迷路試験、強制水泳試験、自発的交替反応試験、新奇物体認知試験、恐怖条件付け学習試験、プレパルス抑制試験において行動異常が認められた。生後15日齢から1週間のみ母子分離・隔離飼育ストレスを負荷されたマウスにおいても、グループ飼育マウスと比較して、行動異常が認められたことより、脳構造形成に重要な時期であると報告のある生後15-21の飼育環境が、思春期以降の行動に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。また、ストレス負荷後の血中コルチコステロンレベル、脳内モノアミン、およびそれら代謝物の量を定量化したところ、これら行動異常には、血中コルチコステロンレベルの上昇、前頭前皮質、扁桃体および側坐核におけるノルアドレナリン、ドパミン、セロトニン作動性神経系の異常が関与していることが示唆された。本年度の研究成果を基に、次年度では遺伝因子と環境因子の相互作用に関する解析を進める予定である。本年度は脳の発達段階(胎生期生後発達期)におけるDisrupted-in Schizophrenia1(DISC1)の発現低下が、成熟期のマウスの行動、脳機能や形態にどのような影響を及ぼすか検討し、ヒトの統合失調症病態に類似した症状を示すモデルマウスが作製可能か調べた。胎生14日目の胎児脳室帯にGFPを組み込んだDISC1 RNAiプラスミドをエレクトロポレーション法により処置した。生まれたマウスについて生後28日および56日に行動薬理学的、神経化学的および分子生物学的手法を用いて解析した。胎生14日目にGFPを組み込んだDISC1 RNAiプラスミドをエレクトロポレーション法により胎児脳室帯に処置し、4日後に抗GFP抗体で免疫染色したところ、注入領域でGFP陽性細胞が観察され、注入部位に限局してDISC1の発現が抑制されていることが示された。また、生後56日においては前頭前皮質のII/III層においてGFP陽性細胞が観察され、II/IIIおよびV/VI層においてチロシン水酸化酵素陽性細胞が減少していた。さらに、前頭前皮質におけるドパミン、セロトニン、ノルアドレナリン含量を測定したところ、ドパミン含量のみ対照マウスと比較してDISC1発現抑制マウスで有意な低値を示し、また細胞外ドパミン量も少なかった。一方、このような障害は28日齢では観察されなかった。以上のことから、DISC1発現抑制によって成熟期において、前頭皮質におけるドパミン神経が機能低下することを確認した。次に行動薬理学的に認知機能試験およびプレパルスインヒビション(PPI)試験を行ったところ、DISCI発現抑制マウスにおいて有意な認知およびPPI障害が観察された。これらの障害は統合失調症の治療薬として使用されているクロザピン(3mg/kg ip)によって有意に改善された。今後はこのモデルの妥当性についてより詳細な検討を進めていく予定である。昨年までに脳の発達段階(胎生期生後発達期)におけるDisrupted-in Schizophrenia 1(DISC1)の発現低下が、成熟期のマウスの行動、脳機能や形態に影響を及ぼし、ヒトの統合失調症病態に類似した症状を示すことを明らかにした。本年度は、DISC1に影響を与える環境因子として「飼育環境」に着目した。生後初期に母親あるいは兄妹から隔離されて飼育されると、脳の発達や成熟後の行動に影響し統合失調症や気分障害などの精神疾患が誘発されると考えられている。こうした飼育環境の生体への分子機構については不明な点が多く、動物モデルでの研究がトランスレーショナルリサーチとして有用である。

そこで生後15-21日に1日6時間、母親や兄妹から隔離して飼育し、成熟後に各種行動実験(オープンフィールド試験、社会性行動試験、高架式十字迷路試験、強制水泳試験、Y字型迷路試験、新奇物体認知試験、恐怖条件付け試験、プレパルス抑制試験、行動活性試験)を行って飼育による影響を評価した。隔離飼育によって行動障害が誘発され、HPA軸の活性化、また前頭皮質においてノルアドレナリンとドーパミンレベルの低下が起きた。また扁桃体におけるドーパミンとセロトニン代謝物レベルの低下が起きた。このことは観察された行動障害には、内分泌系と神経系の異常が関与していることを示している。以上のことから、幼若期のストレスが前頭皮質および扁桃体に影響を与え、成熟期の情動や記憶などの行動や生理学的応答に変化を与えることを見出した。今後はDISC1遺伝子の発現抑制と飼育環境の関係について詳細に解析を進める予定である。
RNAi法を用いた植物寄生性線虫の防除法の開発

逆遺伝学的解析法であるRNA干渉(RNA interference)法を用いて、日本を含む東アジアおよびヨーロッパにおいてマツに甚大な被害を与えているマツノザイセンチュウ(Bursaphelenchus xylophilus:以下、ザイセンチュウ)を植物寄生性線虫のモデルとし、標的を狙い定めたきわめて特異性の高い殺線虫法の開発に向けた基礎研究をおこなった。まずはモデル生物であり同じ線虫類のCaenorhabditis elegans(以下、エレガンス)と比較しながら、初期胚発生様式の観察をおこなった。ザイセンチュウの生殖細胞の減数分裂、および受精から2細胞期までの胚の体細胞分裂における染色体構造と行動を、DAPI染色と共焦点レーザースキャン顕微鏡によって得られた画像の3次元化によって解析した。受精後、雄性および雌性前核がそれぞれゲノム1組をもって出現し、対合・融合がおこなわれたのちに胚発生が始まる。卵母細胞のほうが精子よりも細胞質のうえでは圧倒的に大きいが、雄性前核のほうが雌性前核よりも大きかった。雄および雌の生殖細胞における減数分裂第一分裂時、受精後の前核融合時、初期胚割球の分裂中期に、染色体の数と形がはっきり確認できた。染色体の数は雌雄ともにN=6(2N=12)であった;大きさおよび形が全てほぼ同じであるため、互いの区別ができなかった。したがって、性決定様式はエレガンスのXO/XXではないと考えられる。FISH法により、rRNA領域は染色体2本(1対)の末端に位置していることがわかった。逆遺伝学的解析法であるRNA干渉(RNA interference)法を用いて,東アジアおよびヨーロッパにおいてマツに甚大な被害を与えているマツノザイセンチュウ(Bursaphelenchus xylophilus:以下ザイセンチュウ)を植物寄生性線虫のモデルとし,標的を狙い定めたきわめて特異性の高い殺線虫法の開発を目指している.まずは初期胚発生に必要な遺伝子をもとにした,機能解析をおこなっている.17年度は,クローニングした遺伝子4種類をもとにRNA干渉条件の確立を目指し,同時に発現解析をおこなった.Bx-tbbをもとに1.5kbp,500bp,100bpの二本鎖RNA,22bp程のsiRNAを合成し,ザイセンチュウにSoaking RNAをおこなった.さらに,RNAそのものに蛍光標識をしてSoaking効率の確認をおこなった.ザイセンチュウにはSystemic RNAi mechanismが備わっておらず,したがって腸からの二本鎖RNA吸収が起こらないのではないかということがわかった.大学構内より採取した,モデル生物である線虫Caenorhabditis elegans(以下エレガンス)と同じ自活性土壌線虫についても同様の結果であった.本申請研究により明らかとなった,エレガンスでも有効に働くザイセンチュウ遺伝子Bx-tbbを基に,パーティクルガン法をエレガンスに導入したところ,RNAiによる表現型を確認することができた.エレクトロポレーション法と併用しながらさらに条件設定をおこない,新しい手法の開発として報告する予定である.また,エボラ大学のManuel.M.Mota博士との共同により,ザイセンチュウ初期胚発生時における染色体の構造と行動についての解析を終え,Nematologyに受理された.逆遺伝学的解析法であるRNA干渉(RNA interference)法を用いて,日本を含む東アジアおよびヨーロッパにおいてマツに甚大な被害を与えているマツノザイセンチュウ(Bursaphelenchus xylophilus:以下,ザイセンチュウ)を植物寄生性線虫のモデルとし,標的を狙い定めたきわめて特異性の高い殺線虫法の開発を目指している.まずはモデル生物であり同じ線虫類のCaenorhabditis elegans(以下,エレガンス)と比較しながら,初期胚発生に必要な遺伝子の機能解析をおこなった.初期胚発生に必要と考えられる遺伝子4種類(Bx-par-1,Bx-daf-21,Bx-inex-2,Bx-tbb-1)の全長,および運,動の際に生じる筋収縮に必要と考えられる遺伝子1種類(BX-unc-22)の部分断片をザイセンチュウゲノムおよびcDNAからクローニングした.Bx-par-1は2,901bpのコード配列(CDS)からなり,N末端にはSer/Thrキナーゼドメインをもつ.イントロンを含んだ場合,全長は5kbp以上となる.Bx-daf-21は2,127bpのCDSからなり,3つの短いイントロンを含む.分子量および熱処理により発現量があがることからもHSP90であることがわかった.これはエレガンスCe-daf-21の構造と非常に類似していることがわかった.Bx-daf-21およびBx-par-1遺伝子の上流やく3kbpおよび下流3'UTRをクローニングし,gfpレポーター融合遺伝子を作製した.作製した融合遺伝子をエレガンスに導入した結果,Bx-daf-21::gfpのばあい,頭部神経および腸での発現が観察できた.つまり,ザイセンチュウdaf-21遺伝子プロモーターの制御のもとでエレガンスでも発現することがわかった.作成したgfp融合遺伝子にはBx-daf-21の全長が含まれており,現在これが機能喪失変異体をレスキューすることができるかの確認,つまり発現するのみならず正常に機能しているかどうかを確認中である.逆遺伝学的解析法であるRNA干渉(RNA interference)法を用いて、日本を含む東アジアおよびヨーロッパにおいてマツに甚大な被害を与えているマツノザイセンチュウ(Bursaphelenchus xylophilus:以下、ザイセンチュウ)を植物寄生性線虫のモデルとし、標的を狙い定めたきわめて特異性の高い殺線虫法の開発に向けた基礎研究をおこなった。

まずはモデル生物であり同じ線虫類のCaenorhabditis elegans(以下、エレガンス)と比較しながら、初期胚発生様式の観察をおこなった。ザイセンチュウの生殖細胞の減数分裂、および受精から2細胞期までの胚の体細胞分裂における染色体構造と行動を、DAPI染色と共焦点レーザースキャン顕微鏡によって得られた画像の3次元化によって解析した。受精後、雄性および雌性前核がそれぞれゲノム1組をもって出現し、対合・融合がおこなわれたのちに胚発生が始まる。卵母細胞のほうが精子よりも細胞質のうえでは圧倒的に大きいが、雄性前核のほうが雌性前核よりも大きかった。雄および雌の生殖細胞における減数分裂第一分裂時、受精後の前核融合時、初期胚割球の分裂中期に、染色体の数と形がはっきり確認できた。染色体の数は雌雄ともにN=6(2N=12)であった;大きさおよび形が全てほぼ同じであるため、互いの区別ができなかった。したがって、性決定様式はエレガンスのXO/XXではないと考えられる。FISH法により、rRNA領域は染色体2本(1対)の末端に位置していることがわかった。
本州北端燧岳における速効地熱探査のための地熱地球科学的研究

本研究の目的は本州北端燧岳地熱地域において,熱,貯留層,水からなる“地熱の三要素"を明らかにし,地熱開発促進に貢献することである。これまでの研究によって,熱源が存在することは推定できているため,最終年度にあたる3年度目は,地熱の三要素のうちの“貯留層"と“水"の存在位置を推定するための新地熱資源探査手法である「ストリームpHマッピング法」の提唱を行った。天然の地熱資源を利用する地熱開発において,地熱資源位置の把握は極めて重要であるが,地下に存在する地熱資源位置を地表面から把握することは難しく,現時点で確実に地熱資源位置を把握することができる地熱資源探査手法は存在しない。そのため,地表面で多くの時間や費用をかけて調査を実施したとしても,地熱調査井を掘削した結果,地熱資源が得られず,地熱発電所建設に至らないこともある。そのような高い開発リスクが,地熱開発促進を阻む大きな障壁の一つと考えられている。したがって,短期間かつ低コストで地熱資源位置を推定する新しい地熱資源探査手法の提唱が地熱開発リスクを下げ,地熱開発促進に貢献する一つの方法であると考えられる。本研究で提唱された新地熱資源探査手法としての「ストリームpHマッピング法」は,調査地域において地表水(沢水,湧水等)のpHを稠密に測定し,作成された分布図から地熱開発に適した地熱資源位置の推定を試みる手法であり,従来の地熱資源探査手法と異なり低コストかつ短時間で完了するという優位性を持つ。本研究では,対象地域に選定した本州北端燧岳地熱地域において3年間に渡ってフィールド調査を実施し,75地点でpHを測定し分布図を作成した。その結果,「ストリームpHマッピング法」が新しい地熱資源探査手法になりうることを示し,査読付き国際誌論文等を通じてその基本的概念を提唱した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、本州北端むつ燧岳地熱地域における地熱貯留層と水循環について解明することによって、地熱開発促進に貢献することである。本年度は、温泉等の化学データから地熱貯留層深度を推定するための新手法(Geodepthmeter)の開発と、稠密な水の安定同位体組成分布図の作成という2つのテーマを中心に研究を行った。Geodepthmeterの開発は、むつ燧岳地熱地域の地熱貯留層について把握する目的で行ったが、実用化に足るだけの成果には至らなかった。しかし、多数のフィールドワークによって、むつ燧岳地熱地域を縦断するような大断層(むつ燧岳東麓断層)を発見した。むつ燧岳東麓断層周辺には熱水変質によって生じる珪化帯が広く分布しており、深部熱水の上昇を規制していたことが示唆されている。一般的に地熱貯留層の多くは断層などの断裂であることが知られているが、むつ燧岳東麓断層も地熱貯留層を成している可能性があり、重要な掘削ターゲットになりうることが明らかになった。よって、Geodepthmeterの開発は遅れているが、むつ燧岳地熱地域の地熱貯留層を把握するという目的は達成に大きく近づいている。稠密な水の安定同位体組成分布図の作成は、むつ燧岳地熱地域における熱水の涵養域分布や成因の把握を目的に行った。初年度の本年は、林道など山中の把握に時間を割いてしまったが、多くのサンプルの採取に成功した。山中の把握が完了した次年度以降は、より多くのサンプルを採取できる見込みである。また、降水の安定同位体組成の高度効果や天水線を把握するために、標高約100m間隔の地点で降水を採取した。季節変動を把握するために毎月採取し、1年間のデータを集める予定である。本年は初年度であることから、1年分のデータの取得には至っていないが、毎月順調に採取できており、次年度中に1年分のデータが揃い、解析を行える予定である。温泉等の化学データから地熱貯留層深度を推定するための新手法(Geodepthmeter)の開発はいまだ実用化にはいたっていない。しかし、むつ燧岳東麓断層の発見によって、むつ燧岳地熱地域における地熱貯留層を把握するという目的は達成に大きく近づいている。さらに、多くのフィールドワークによって、地質学的な新知見が複数得られている。本研究では、降水や大赤川温泉などのモニタリングを行っている。これらは季節変動を把握するために毎月データを集めている。初年度の本年は、いまだ1年分のデータ取得には至っていないが、順調にサンプリングできており、2年目にはデータが揃い、解析が行える予定である。初年度である本年は、アクセス可能な地点や林道など山中の把握に多くの時間を割いてしまった。しかし、新断層の発見など複数の地質学的新知見が得られており、降水や大赤川温泉のモニタリングなどデータの採取も順調に進んでいる。また、山中の把握が完了した2年目以降は、より多くの研究成果を挙げる見通しが立っている。よって、本州北端むつ燧岳地熱地域における地熱貯留層と水循環について解明するという目的達成に向けて、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。本研究の目的は、本州北端燧岳地熱地域において、地熱の三要素である熱、水、貯留層について把握することで、地熱開発促進に貢献することである。

2016年5月に、本州北端燧岳地熱地域が青森県内における有望地熱地域であることを示した論文が、査読付きの国際誌に受理された。これによって、本地域の重要性が再認識されるとともに、熱の存在を確認することに成功した。本州北端燧岳地熱地域における地下水循環を把握する目的で、降水の安定同位体の分析を毎月実施した。分析する降水は、およそ標高100m間隔で採取し、標高効果の把握も試みた。これにより、本地域における降水の安定同位体の季節変動および標高効果の把握に初めて成功した。また、温泉、湧水、沢水、河川からなる地表水の分析も完了しており、かねてより研究目的としてきた稠密安定同位体分布図を作成した。稠密安定同位体分布と降水モニタリングの結果から、本地域の地表水の多くは、天水起源であり、局所的な水の循環系を形成している可能性が示唆された。また、本地域内唯一の温泉である、大赤川温泉の涵養域の推定に成功した。本研究では、温泉等の地表面で得られるデータのみを使用して、簡単に貯留層位置を推定可能にする新探査手法の開発を進めてきた。2016年度に実施した研究では、これを稠密pHマッピングという形で、目的達成に大きく近づくことができた。稠密pHマッピングは従来手法と比べて、極めて安価かつ迅速に実施可能であるという利点を持つ。現地調査によって、既存資料にない断層露頭を発見した。また、基盤をなす頁岩層の走向・傾斜より、基盤がドーム状構造を形成している可能性が示唆された。これらのデータや、前年度発見したむつ燧岳東麓断層を中心に、本地域における地質学的新知見が多く得られているため、地質図の作成を進めている。2016年5月に、本州北端燧岳地熱地域が青森県内における有望地熱地域であることを示した論文が査読付きの国際誌に受理された。本論文では、活動度指数分布が火山フロントや地震波低速度域とよく一致することが示されるとともに、複数の熱水地化学温度計との比較によって、活動度指数が地熱資源の把握に有効な手法であることが示された。前年度から計画的に降水の採取を続けており、本州北端燧岳地熱地域における降水の安定同位体の季節変動および標高効果の把握に初めて成功した。また、前年度の調査で山中の把握をおおむね完了させていたため、2016年度はより円滑に現地調査を実施することができた。その結果、予定より多くのデータを取得することができ、かねてより目的としてきた稠密安定同位体分布図の作成に成功した。本研究の目的の一つは、Geodepthmeterという、温泉等の地表面で得られるデータのみを使用して、簡単に貯留層位置を推定するための新探査手法を開発することである。2016年度に実施した研究では、これを稠密pHマッピングに形を変えて、目的達成に大きく近くことができた。稠密pHマッピングはGeodepthmeter同様、地表面で得られるデータのみを使用して、貯留層位置を推定するための新手法である。さらに、稠密pHマッピングはGeodepthmeterに比べて、安価かつ迅速に実施可能であるという利点を持つ。よって、貯留層位置を把握するための新手法開発は、当初の予定以上の成果が出ている。多数の現地調査によって、本地域における地質学的新知見が多く得られているため、地質図の作成を進めている。本地域に特化した詳細な地質図の作成は過去になく、地熱開発促進に大きく寄与すると思われる。以上の点から、本研究は計画通り進んでおり、成果もでている。よって、本研究はおおむね順調に進展している。
温和なN-シリルケテンイミン発生法に基づく多重ヘテロ置換芳香族アミン類の合成

研究計画申請時までに、オルト-ビニルベンジルシアニド誘導体をシリルトリフルイミド・三級アミンと処理することで環化反応と芳香化が進行し、芳香族アミンが合成可能であることを見出していた。本研究は、上記の手法を多重ヘテロ置換芳香族アミン類の効率的合成法へ発展させることを目的としている。本年度は、以下の研究成果が得られた。芳香族アミン合成反応において、ヘテロ置換度の高い環化前駆体を入手することを目的として、シアノ基のα位における修飾法のモデル検討を行い、新規ヘテロ官能基化反応を開発した。すなわち、アルカンニトリルとヘテロ求電子剤をシリルトリフルイミド・三級アミンと処理すると、α-クロロ化やα-フェニルチオ化が進行することを明らかにした。本反応は系中でニトリルから生じたN-シリルケテンイミンの求核置換反応を経て進行すると推定される。また本手法は強塩基を用いない温和な条件下で進行するため、塩基性条件で行う既存のα-ヘテロ官能基化反応と比較し官能基許容性に優れた手法として期待できる。次に、芳香族アミン合成反応の機構解明を目的とし、ニトリル誘導体とオレフィンの分子内反応による炭素環形成法の検討に取り組んだ。その結果、メタンスルホン酸やルイス酸と処理することでシアノプリンス型反応が円滑に進行し、環状イミンを与えることを見出した。さらに、本手法が環上四級炭素の構築を伴う炭素環形成にも適用可能であることを明らかにした。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
高等植物の受粉・受精過程におけるエピジェネティックス

本研究において、高等植物の受粉後の花粉管中に形成される2個の精細胞(雄性配偶子)内では、エピジェネティックな遺伝子発現制御において中心的な役割を果たすArgonaute(AGO)タンパク質が特異的に発現していることをテッポウユリにおいて初めて明らかにした。これにより、高等植物の雄性配偶子におけるエピジェネティックな遺伝子発現制御機構の存在を示唆することができたとともに、実際に、重複受精を行う2個の精細胞間にも明らかな二型性が存在することを初めて示すことができた。被子植物の雄性配偶体である花粉は、雌ずいの柱頭に受粉すると発芽し、花粉管を伸長する。この花粉管の伸長は、雄性配偶子を雌性配偶体である胚のうまで運搬することによって、重複受精に関与する。そこで、テッポウユリの雌ずい内を伸長中の花粉管で発現している遺伝子群をサブトラクション法によって選抜したところ、Argonaute(AGO)タンパク質と相同性を示すクローンが得られた。AGOタンパク質は、small RNAによる遺伝子発現制御において中心的な役割を担っているタンパク質の一つである。そこで、このAGO様遺伝子のテッポウユリ花粉発生過程における機能を明らかにするために、遺伝子の単離ならびに発現解析を行った。単離した遺伝子の塩基配列から推測されるアミノ酸配列には、動物や植物のAGOに共通する機能ドメインであるPAZならびにPIWIドメインがみられた。このドメイン部分の配列を基に分子系統樹を作成したところ、生殖細胞での発現が報告されているイネのMEL1やシロイヌナズナのAGO5を含むグループに分類された。このテッポウユリのAGOは、花粉で顕著に発現していたが、体細胞組織での発現はほとんどみられなかった。さらに、in situ hybridization法により、成熟花粉内の雄原細胞で特異的に発現していることも明らかになった。従って、この新規のテッポウユリAGOは雄性配偶子形成過程における遺伝子発現の制御に関与している可能性が期待される。現在、大腸菌で作成したAGOに対する特異的抗体を用いて、AGOの出現や局在を調査中である。昨年度、テッポウユリの雌ずい内を伸長中の花粉管で発現している遺伝子群から、生殖細胞での発現が報告されているイネのMEL1やシロイヌナズナのAGO5と高い相同生を示す遺伝子(LiAGO)を単離した。そこで、このAGOのテッポウユリ雄性配偶子形成過程における機能を明らかにするために、今年度はタンパク質レベルでの発現解析を試みた。まず、大腸菌で作成したLiAGOに対する特異的抗体を用いて、AGOの出現をウェスタン法によって調査したところ、遺伝子レベルで高い発現がみられた花粉発生後期では、ほとんどAGOを検出することができず、遺伝子レベルでの発現がほとんど認められなかった減数分裂期で有意な出現があった。遺伝子レベルとタンパク質レベルの不一致は、用いた抗体が別のAGOを認識している可能性やこのAGOが花粉管中ではまだ翻訳されず、重複受精前後で翻訳され機能する可能性も考えられるので、さらに別の抗体を作製して検証していく予定である。この花粉管の伸長は、含有する雄性配偶子の精細胞を雌性配偶体である胚のうまで運搬することによって、重複受精に寄与する。昨年度、テッポウユリの雌ずい内を伸長中の花粉管内の雄原細胞で、エピジェネティックスに関与するAGOが特異的に発現していることを明らかにしたが、今年度は先に見出していた雄性配偶子特異的ヒストン変種を用いて以下の知見を得た。まず、雄性配偶子特異的ヒストンの一つであるgH2Aのプロモーターをレポーター遺伝子のGFPとともにパーティクルガン法によってテッポウユリ花粉に導入し、受粉後雌ずい内を伸長中の花粉管において、二つの精細胞を可視化することに初めて成功した。これにより、雄性配偶子特異的遺伝子のプロモーター解析が可能となった。また、テッポウユリの二つの精細胞はほぼ等価であると推察されたが、一方で二つの精細胞核には明らかな二型性が認められた。精細胞核の二型性の意義は不明だが、受粉・受精過程における何らかのエピジェネティックスの可能性を示唆する。

さらに、雄性配偶子特異的ヒストン変種の機能を探るために、テッポウユリのヒストン変種遺伝子を導入した形質転換タバコをいくつか作成した。この中で、リンカーヒストンH1の変種を体細胞核で発現させることにより、明らかに機能が改変された形質転換体の作出に成功した。このことは、ヒストンを用いたエピジェネティックス制御が応用面でも可能であることを示唆する。抗体を用いたタンパク質レベルの発現解析で予想外の結果が得られたので、その後の展開に少し苦慮している。24年度が最終年度であるため、記入しない。花粉や花粉管特異的遺伝子とは別に、現在テッポウユリの減数分裂特異的遺伝子の単離も試みているので、減数分裂期に特異的なイネのMEL1に相当する別のAGOの存在も当たってみる予定である。
神経細胞特異的なPI 3-kinase新規制御因子群NYAPファミリーの機能解析

NYAPがGPIアンカー型膜タンパク質のクロスリンクにより活性化されることを明らかにした。また、NYAPファミリー遺伝子多重欠損マウスの大脳皮質錐体神経細胞の形態異常および中心体タンパク質の動態異常を見出した。近年、神経樹状突起形成と中心体の関連が指摘されはじめてきており、NYAPファミリーがアクチン系細胞骨格の再編成制御を介して中心体動態をも制御し、樹状突起形態形成に関与する可能性は、きわめて興味深い。NYAPファミリーは本研究代表者が新規に同定した新規のチロシンリン酸化タンパク質ファミリーであり、発生段階のマウス脳において、全チロシンリン酸化量の過半を占める、きわめて重要なタンパク質ファミリーである。これまでに各種の初代培養細胞を用いた解析などにより、NYAPファミリーは神経細胞のみに発現し、アストロサイト・オリゴデンドロサイトには全く発現していないことを明らかにしている。本年度の研究では、精緻かつ時間的・空間的に広範囲なin situ hybridization法により、NYAPを発現する神経細胞のサブタイプを明らかにし、互いにオーバーラップしつつも、時間・空間的にそれぞれ異なった発現パターンを示していることが分かった。また、マウス脳においてNYAPのproteome解析をおこない、NYAPがPI 3-kinaseのみならず、細胞骨格系調節分子群とも会合することを明らかにした。実際に、分子生物学的解析から、NYAPファミリーは発生期の脳においてRhoファミリーGタンパク質の活性調節をするなどして、神経細胞の形態形成を制御している可能性が強く示唆される結果を得た。さらに、この可能性を、NYAPファミリー遺伝子欠損マウスの神経細胞の形態を調べることで実証した。具体的には、in vivoにおいてGolgi染色法をもちいることにより、NYAPファミリーがマウス脳の大脳皮質領域の特定の錐体細胞層において、神経細胞の形態を調節していることを明らかにした。申請者は、これまでに、脳神経系においてSrc型キナーゼによりチロシンリン酸化される新規のタンパク質NYAPファミリーを同定し、これらが神経細胞においてpl3K/Akt経路にいたる最も重要なハブとして機能している可能性を示した。平成19年度の研究において、NYAPを発現する神経細胞のサブタイプを明らかにし、さらにマウス脳においてNYAPのproteome解析をおこない、NYAPがPl3-kinaseのみならず、細胞骨格系調節分子群とも会合することを明らかにした。平成20年度はこれら基礎的実験データをもとにNYAPの生理機能の全貌を明らかにすることを目的として研究を遂行し、以下の結果を得た。1.チロシンリン酸化反応は特定の受容体の刺激後に見られることが多く、NYAPも何らかの受容体刺激後にリン酸化されると推定してきたが、これまでに調べた多くの神経栄養因子群はNYAPのチロシンリン酸化には無関係であった。平成20年度の研究においては、数多くの神経接着因子を培養細胞の系を用いて合成-精製して調べ、GPIアンカー型のcontactin familyの神経認識分子がFyn-NYAPfamily-Pl3K経路の上流に位置することを明らかにした。2.これまでにNYAPファミリーは大脳皮質錐体神経細胞の形態を制御していることを明らかにした。平成20年度は.神経細胞において樹状突起の形態形成に至る分子メカニズムおよび細胞レベルでの基盤の解明を試み、RhoAおよびRac1の関与、さらにはある種の細胞内小器官の局在変化が、樹状突起の形態形成に影響を及ぼしている可能性を示唆するデータを得た。3. NYAP欠損マウスの行動学的解析をおこない、NYAPファミリー遺伝子多重欠損マウスは育児行動に異常がみられることを見出した。
教育改革との整合性を図る科学教育課程の編成に関する研究

本研究では、おもにアメリカの科学教育課程について調査をもとに考察を進めた。(1)アメリカにおける学校制度やカリキュラムのとらえ方について考察した。アメリカでは、学校区や学校単位で特色あるカリキュラムを編成することが通例である。また、学校が教科のカリキュラムを構成するにあたり、どのプログラムをベースやモデルとするかは、各学校や教師に委ねられている。プログラムの開発者は、教師が望んで採択したくなるような魅力あるものを提供することを常に念頭においている。(2)アメリカのカリキュラム研究者のコメントをもとに、カリキュラム研究の視点を探った。「カリキュラム研究において、大切なことはどのようなことか」という問いに、以下のような回答が得られた。「カリキュラム研究の基礎となるおもな仕事は、学習内容や教材構成に関する研究仮説の設定とその検証である。教育基準の内容を後追いするのではなく、それに先んじたカリキュラム研究をしようと望むならば、研究者と教師が連携して仕事をする研究ティームの編成が必要である。そして、研究成果にもとづくカリキュラムが提案され、それを重視する風潮が教育界に広まっていく必要がある。」与えられた学習内容や目標をそのまま授業に取り込むのではなく、それらを深く読み解き、創意ある授業の実践が、わが国の理科教育で今まさに求められている。このような状況に対して、示唆を与えるコメントが得られたと考えている。わが国では、従来から上限的な基準と見なされてきた学習指導要領の解釈に変化が生じた。すなわち、学習指導要領で示されたことを最低基準と見なし、学習内容選択の幅を拡大して、発展的な学習の取り組みも可能にするという、とらえ方の大きな転換である。このような方向になると、基礎・基本の確実な定着から発展的な学習への対応など、幅の広いカリキュラム編成能力が教師に求められることになる。また、研究者にはカリキュラム編成に関する指導力が求められることになるであろう。(1)アメリカにおける学校制度やカリキュラムのとらえ方について整理した。(2)アメリカのカリキュラム研究者のコメントをもとに、視点を探った。『カリキュラム研究の基礎となるおもな仕事は、学習内容や教材構成に関する研究仮説の設定とその検証である。教育基準の内容を後追いするのではなく、それに先んじたカリキュラム研究をしようと望むならば、研究者と教師が連携して仕事をする「研究ティームの編成」が必要である。』与えられた学習内容や目標をそのまま授業に取り込むのではなく、それらを深く読み解き、創意ある授業の実践が、わが国の理科教育で今まさに求められている。すなわち学習指導要領で示されたことを最低基準と見なし、学習内容選択の幅を拡大して、発展的な学習の取組みも可能にするという、とらえ方の大きな転換である。
ソフトマターの機能発現によるベシクルの形状変化：単細胞生物の運動理解へ

ベシクルの形状変化を調べることで、細胞運動の理解に対する基礎研究を進めている。ベシクルの形状変化に対しては、ベシクル単体でも多様な形状を示すことから、ゲスト分子をベシクル内部に含む場合と含まない場合で分子動力学シミュレーションを行い、様々な形状のベシクルの再現、および変化を調べた。ゲスト分子を含まないベシクルの形状変化については、これまで主にベシクルの分裂過程を調べてきた。現在、ベシクルの体積変化におけるベシクル分裂の影響について調べている。また、他の形状への変化についても調べている段階である。さらに、より多様なベシクルの形状を再現するために、これまで脂質6500分子で構成されたベシクルに対し、系を大きくした脂質10000分子で構成したベシクルを用い、シミュレーションを行う準備を開始している。ゲスト分子を含むベシクルの形状変化については、ベシクル内の高分子鎖の剛直性を変化させることで、棒状から円盤状ベシクルへの変化、その逆の円盤状から棒状ベシクルへの変化を確認した。また、高分子鎖の剛直性をもとに戻すとベシクルの形状も本来ベシクルが持つ固有の形状に戻ることも確認できつつあり、高分子鎖の剛直性の変化によってベシクルの形状を制御できる可能性を見出すことに成功した。ベシクルの形状変化については、ベシクル内における高分子鎖の秩序構造変化が重要であり、現在、形状変化との関係性を明確にしている段階である。また、細胞運動を理解するために、水溶液中でのベシクルの形状変化だけではなく、基板上におけるベシクルの形状変化を調べることが重要である。そのため、様々な形状を持つベシクルを基板に吸着させ、それにともなうベシクルの形状変化を調べる研究を開始した。これまで、「タンパク質の会合体の形成・解離のためのシミュレーションモデル構築」、「ゲスト分子を含まないベシクルの形状変化」、「ゲスト分子を含むベシクルの形状変化」の3つの課題に関して研究を進めてきた。「タンパク質の会合体の形成・解離のためのシミュレーションモデル構築」は、研究を担当していた院生が修了したことにより研究が中断してしまったが、新しく「基板上におけるベシクルの形状変化」に関する研究を開始することができた。また、「ゲスト分子を含むベシクルの形状変化」に関する研究に若干進展の遅れが見られていたが、シミュレーション方法を工夫することにより問題を解決することができ、研究の道筋がついたため。これまでの研究を継続・融合を目指す。そして、ベシクル内における秩序構造形成とベシクルの形状変化の関係性を調べ、細胞運動や分裂など、生体において重要な現象の理解につなげていく予定である。アメーバなどの単細胞生物の運動を理解するため、「タンパク質の会合体形成・解離のためのシミュレーションモデル構築」、「ゲスト分子を含まない場合と含む場合のベシクルの形状変化」について研究を行った。「タンパク質の会合体の形成・解離のためのシミュレーションモデル構築」に関しては、タンパク質モデルとして、修飾シクロデキストリンの粗視化モデルを構築した。修飾シクロデキストリンは、修飾部分が他の修飾シクロデキストリンに包接することで、互いに連結することが可能であり、線状に連なった包接化合物、線状の包接化合物の末端の修飾シクロデキストリン同士が包接した環状の包接化合物、さらには、修飾部分の高分子鎖を長くすることで複数の修飾シクロデキストリンが包接した枝分かれ構造を持つ包接化合物の形成を確認した。これらの構造は、タンパク質の会合体を形成する上で重要な知見を与えてくれるため、現在、包接化合物の形成メカニズムの詳細を調べている段階である。「ゲスト分子を含まないベシクルの形状変化」に関しては、細胞運動を理解する上でベシクルのみの系において形状変化メカニズムを理解することは重要である。これまで散逸粒子動力学法や分子動力学法により、それらの形状を再現し、その形状変化メカニズムを調べてきた。その過程で、ある条件下でベシクルが分裂することが分かった。ベシクルの分裂は、細胞運動と並び、生命において非常に重要なプロセスであるため、詳細な研究を進めている。「ゲスト分子を含むベシクルの形状変化」については、高分子鎖を内包したベシクルの形状変化に関するシミュレーションを開始した。高分子鎖のポテンシャルパラメータにより高分子鎖の硬直性を変化させることで、ベシクルの形状変化を調べている。現段階では、また有意義な結果は得られていないが、今後も継続してシミュレーションを行う予定である。修飾シクロデキストリンによる多様な包接化合物形成をシミュレーションで再現することができたことで、今後の研究を進める上で指針を得ることができた。また、ゲスト分子を含まない系においても、ベシクルの分裂現象を再現することができたことで、分裂過程を詳細に調べることが可能になった。これらの研究成果により、今後、ゲスト分子を含む場合のシミュレーションにおいて、ゲスト分子の役割等を明確にするための指針を得ることができたため。前年度に引き続き、ゲスト分子によるベシクルの形状変化を理解するため、「タンパク質の会合体形成・解離のためのシミュレーションモデル構築」、「ゲスト分子を含まない場合と含む場合のベシクルの形状変化」について研究を行った。◇タンパク質の会合体の形成・解離のためのシミュレーションモデル構築ーモデルタンパク質として修飾シクロデキストリンの粗視化モデルを用い、ブラウン動力学シミュレーションを行うことで、包接化合物形成を調べた。これまでの研究で、修飾シクロデキストリンは、多様な構造を持つ包接化合物を形成することを明らかにしており、今回は、それらの構造が修飾部分の高分子鎖の長さ、修飾シクロデキストリンの濃度を変えることで変化することを確認した。

現在、出現構造が変化するメカニズムを調べている段階である。◇ゲスト分子を含まないベシクルの形状変化ーゲスト分子がベシクルの形状に与える影響を調べるために、ゲスト分子を含まない系においてベシクルの形状変化メカニズムを理解することは重要である。ベシクルの形状変化を調べる過程で、シリンダー型と逆コーン型の脂質分子で構成した2成分系のベシクルに対して、ベシクルが分裂過程を分子動力学シミュレーションにより再現した。現在、脂質分子の形状とベシクルの分裂の関係を詳細に調べている段階である。◇ゲスト分子を含むベシクルの形状変化ーベシクル内部の高分子鎖の剛直性を変化させることで、ベシクルの形状変化を観察することに成功した。現在、シミュレーション結果の再現性、および報告されている実験結果を再現する作業を進めている段階である。高分子鎖を内包したベシクルの形状変化を再現することができたことで、研究開始段階で予想された問題の1つを解決する見通しがついた。また、モデルタンパク質として使用する予定で研究を進めている修飾シクロデキストリンについても、条件により出現する構造が変化することが分かり、今後、ゲスト分子の秩序構造形成をベシクル内で変化させることにより、ベシクルの形状がどのように変化するかを調べるための準備が整いつつある。そのため、研究全体としては順調に進んでいると言える。前年度に引き続き、ゲスト分子によるベシクルの形状変化を理解するため、「タンパク質の会合体形成・解離のためのシミュレーションモデル構築」、「ゲスト分子を含まない場合と含む場合のベシクルの形状変化」について研究を行った。タンパク質の会合体の形成・解離のためのシミュレーションモデル構築では、タンパク質の基礎モデルとして修飾シクロデキストリンの粗視化モデルを用い、ブラウン動力学シミュレーションを行うことで、包接化合物形成における秩序構造形成を調べた。これまで得られていた多様な包接化合物の構造に関して自由エネルギー計算を行った結果、濃度が低く修飾部分の高分子鎖が長い場合は、分子内包接化合物を形成するのに対し、濃度が高く修飾部分の高分子鎖長が短い場合は、分子間包接化合物を形成することが分かった。今後、会合体の形成・解離の制御に向けて研究を進めていく予定である。ゲスト分子を含まないベシクルの形状変化では、ゲスト分子がベシクルの形状に与える影響を調べるために、ベシクルが持つ固有の形状変化メカニズムを調べた。これまで分子動力学シミュレーションで観察していたベシクル分裂に関して、そのメカニズムを調べ、ベシクルを構成する脂質分子の分子形状の違いが、分裂に大きく関係していることを見出した。ゲスト分子を含むベシクルの形状変化では、ベシクル内部の高分子鎖の剛直性を変化させることで、ベシクルの形状変化を観察することに成功した。現在、高分子鎖長とベシクルの形状との関係を調べており、ベシクルが持つ固有の形状と高分子鎖による形状との間の関係を調べている段階である。
顕著な抗腫瘍活性を有する化合物エクテナサイジン743の効率的全合成研究

エクチナサイジン743(Et743)は、カリブ海原産のホヤ(Ecteinascidia turbinata)より単離構造決定された強力な抗腫瘍活性アルカロイドである。現在、これまでに無い作用機序をもつ最も有望な海洋由来抗癌剤として注目を集め、欧米諸国で行われている臨床試験は最終段階まで進んでいる。我々の研究室においては、2002年の立体選択的全合成の達成以来、Et743のグラム単位での供給を目標とし、合成経路の改良研究を進めてきた。また、柔軟性の高い合成経路を応用して多様な類縁体を合成する事で、構造活性相関や活性発現機構の解明に大きく寄与するとともに、さらに高い活性を有する化合物の探索を行う事も、研究目標としてきた。本年度は前年度に引き続き、重要中間体の前駆体となるアルデヒドの効率的合成法について検討を行った。その結果、ホルミル基を二重結合の切断によって構築する経路を見出すことができた。従来法通り、Ugi反応、Heck反応を経てビシクロ[3.3.1]骨格を構築するが、Ugi反応に用いるアルデヒドを末端に脱離基を有するものとし、後に二重結合へと変換できるようにした。また二重結合部分については、NBS等を用いてエナミド部分を一旦ブルモヒドリンへと変換した後、酸性条件下にシアノホウ素化ナトリウムで還元する方法により、ビシクロ骨格の特性を利用した立体選択的な構築が可能であった。現在は各段階の変換収率の向上と、二重結合からホルミル基への変換について検討中である。エクチナサイジン743(Et 743)は、カリブ海原産のホヤ(Ecteinascidia turbinate)より単離された、強力な抗腫瘍活性アルカロイドである。現在、これまでに無い作用機序を持つ有望な海洋由来抗癌剤として注目を集め、欧米諸国において行われている臨床試験は最終段階へと進んでいる。我々の研究室においては、2002年の全合成達成以来、Et743のグラム単位での供給を目標とし、合成経路の改良研究を進めてきた。本年度は、左右のアミノ酸誘導体セグメントの大量供給可能な効率的合成ルートの開発を行った。左セグメントに関しては中間体となるスチレン誘導体へめ効率的変換の検討を行った。3-メチルカテコールを出発物とし、Kolbe-Schmitt反応により6位にカルボキシル基を導入、エステル化後、数段階を経て5位を選択的に臭素化した。続いてメチレンジオキシ基を導入後、1-メチルピペラジン存在下DIBALを用いて還元を行うとエステルを選択的にアルデヒドへと変換することに成功した。最後に、臭素から水酸基への変換を行った後、ベンジルエーテルして保護し、目的とするスチレンの等価体と考えられるアルデヒドの大量合成に成功した。このアルデヒドはスチレンとした後、Sharpless法を用いた不斉ジオール化を経て、数段階で左セグメントへと変換可能である。本方法は、以前の方法で問題となっていた芳香環部分の酸化還元を行っていないという点で、より大量合成に適用可能な合成であると考えられる。一方、右セグメントに関しては、デヒドロアミノ酸の前駆体となるアルデヒドへの、効率的変換について検討を行った。さらに本年度において、以前の全合成経路(Ugi反応、Heck反応を経る)によらない、新規なビシクロ[3.3.1]骨格の構築法についても検討を行った。現在、これまでに無い作用機序を持つ有望な海洋由来抗癌剤として注目を集め、欧米諸国において行われている臨床試験は最終段階へ進んでいる。本年度は、以前の全合成経路(Ugi反応、Heck反応を経る)によらない、新規なビシクロ[3.3.1]骨格の構築法について検討を行った。まず、右セグメントから、ジメトキシアセトアルデヒドとのPictet-Spengler反応を経てテトラヒドロイソキノリン骨格を構築した。続いて、ジメチルアセタールを脱保護し、エステルを加水分解して、同一分子内にアルデヒドとカルボン酸の二つの官能基を持つ化合物を合成した。この化合物と、アミン、イソニトリルの3成分でUgi反応を行うと、予期したようにHeck反応を経る事なしにビシクロ[3.3.1]骨格を構築する事ができた。この方法は、骨格構築までの工程数は以前より少ないが、アルデヒド-フェノールカップリングに用いるアルデヒド部分がアミドとなっているため、その後の変換に難があり、また、その付け根の立体化学も望むものを選択的に合成する事は今のところ成功していない。現在さらなる検討を行っている。次に、上記のテトラヒドロイソキノリンのエステルをアミドへと変換し、ジメチルアセタール部分との分子内環化反応について検討した。これについても、目的のビシクロ[3.3.1]骨格を構築することができた。この方法では、1炭素ユニットを後から導入する必要があり、現在はその立体選択的導入法を検討中である。また、導入した1炭素部分を、エステルやアルデヒドへと変換後に、望む立体化学へと異性化させるという方法についても検討中である。