hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子疫学における環境発癌物質の曝露評価法の検討

環境疫学研究では、環境発癌物質の長期、微量、複合曝露とその影響の個人差を反映するようなそれらの物質のDNA付加体や内部曝露量(代謝物)を曝露のバイオマーカーとして利用することが期待されている。しかし、そのようなバイオマーカーにはいくつかの課題が残されている。すなわち、(1)低濃度レベルの内部曝露量を検出できる分析法、再現性のあるDNA付加体分析法の確立、(2)内部曝露量やDNA付加体量の個人差を説明する要因の解明、(3)高濃度曝露を受けている職域集団での妥当性の検証、である。そこで、本研究では、代表的環境発癌物質である多環芳香族炭化水素に曝露されているコークス炉作業者を対象としてこれらの検討を行うことを目的とした。(1)ベンツ(a)ピレンの直接的な代謝物(3-ヒドロキシベンツ(a)ピレンなど)による内部曝露量評価を確立するために基礎検討を行い、数種類の水酸化物の分離分析が可能となった。さらに感度を向上させるため継続的に検討している。また、(2)コークス炉作業者を対象者としたフィールドでの妥当性研究のプロトコールを作成し、倫理審査委員会の承認を得て、生体サンプルの採取を行い、それらの一部を利用して検討を進めている。同時に、(3)本科学研究費補助金により継続的に行っているコークス炉でのフィールド研究でのデータを詳細に検討したところ、尿中多環芳香族炭化水素代謝物量にシトクロームP450酵素遺伝子の個人差の関与が示唆された。白血球DNA付加体濃度にはシトクロームP4501A1とN-アセチルトランフフェラーゼ遺伝子の個人差が関与していることが示唆された。多環芳香族炭化水素代謝にともなうキノン体などのラジカルによると考えられる酸化DNA付加体の増加は確認できなかった。また、シトクロームP450遺伝子のmRNA量と喫煙との関連が示された。環境疫学研究では環境発癌物質の長期、微量、複合曝露とその影響の個人差を反映するようなDNA付加体などのバイオマーカーの利用が期待されている。すなわち、(1)DNA付加体分析法の信頼性が低い、(2)内部曝露量やDNA付加体量の個人差を説明できる要因が不明確、(3)高濃度曝露を受けている職域集団でのデータが不足、である。そこで、本研究では、代表的環境発癌物質である多環芳香族炭化水素に曝露されているコークス炉作業者を対象とした(1)芳香族DNA付加体の妥当性の検討、(2)ベンツ(a)ピレンの直接的な代謝物(3-ヒドロキシベンツ(a)ピレンなど)による内部曝露量評価の妥当性の検討、また、(3)文部省科学研究費補助金により継続的に行っているコークス炉でのフィールド研究でのデータを利用した上記の課題についての解析と検討を行うことを目的とした。今年度は、(1)高速液体クロマトグラフィー質量分析器およびガスクロマトグラフィー質量分析器によるベンツ(a)ピレンーDNA付加体分析法、3-ヒドロキシベンツ(a)ピレンなどのベンツ(a)ピレンの代謝物の分析法の開発、基礎検討を行い、現在も継続中である。また、(2)コークス炉作業者40-80名を対象者としたフィールドでの妥当性研究のプロトゴールを作成した。フィールド調査は倫理審査委員会の承認を得た後、平成14年度に行う予定である。

(3)コークス炉でのフィールド研究でのデータからは、尿中多環芳香族炭化水素代謝物量にシトクロームP450酵素遺伝子の個人差の関与が示唆され、また、シトクロームP450遺伝子のmRNA量と喫煙との関連が示された。環境疫学研究では、環境発癌物質の長期、微量、複合曝露とその影響の個人差を反映するようなそれらの物質のDNA付加体や内部曝露量(代謝物)を曝露のバイオマーカーとして利用することが期待されている。しかし、そのようなバイオマーカーにはいくつかの課題が残されている。すなわち、(1)低濃度レベルの内部曝露量を検出できる分析法、再現性のあるDNA付加体分析法の確立、(2)内部曝露量やDNA付加体量の個人差を説明する要因の解明、(3)高濃度曝露を受けている職域集団での妥当性の検証、である。そこで、本研究では、代表的環境発癌物質である多環芳香族炭化水素に曝露されているコークス炉作業者を対象としてこれらの検討を行うことを目的とした。今年度は、昨年度に引き続き、(1)ベンツ(a)ピレンの直接的な代謝物(3-ヒドロキシベンツ(a)ピレンなど)による内部曝露量評価を確立するために基礎検討を行い、数種類の水酸化物の分離分析が可能となった。さらに感度を向上させるため継続的に検討している。また、(2)コークス炉作業者を対象者としたフィールドでの妥当性研究のプロトコールを作成し、倫理審査委員会の承認を得て、生体サンプルの採取を行い、それらの一部を利用して検討を進めている。同時に、(3)本科学研究費補助金により継続的に行っているコークス炉でのフィールド研究でのデータを詳細に検討したところ、白血球DNA付加体濃度にはシトクロームP4501A1とN-アセチルトランフフェラーゼ遺伝子の個人差が関与していることが示唆され、また、多環芳香族炭化水素代謝にともなうキノン体などのラジカルによると考えられる酸化DNA付加体の増加は確認できなかった。
オプトジェネティクスを用いたＭｕｓｅ細胞の分化メカニズムの解明

本研究では、細胞内セカンドメッセンジャーとして機能するカルシウムイオン(Ca2+)を光操作し、活動依存的な多能性幹細胞の分化メカニズム解明を目指した実験を行った。その過程において、高い時空間分解能での細胞内Ca2+ダイナミクス制御を実現するために、細胞内Ca2+ストアとして機能する小胞体に特異的に局在する光遺伝学ツールの開発に成功した。この新規光遺伝学ツールを単能性を有する筋芽細胞株(C2C12)に発現させたところ、(1)超解像顕微鏡下で小胞体マーカー(KDEL)との共局在が確認でき、細胞膜マーカー(WGA)の発現パターンとは一致しなかった。(2)蛍光カルシウムインジケーターRhod-FFによってリアルタイムカルシウムイメージングを行ったところ、青色光刺激と同期した赤色蛍光の上昇が確認され、この上昇は細胞外Ca2+非依存的に持続した。しかし、Calcium transport ATPase (SERCA)阻害薬のThapsigargin存在下で頻回光刺激を与えるとこの応答は消失した。(3)パッチクランプ法により、細胞膜発現型チャネルロドプシン(ChR)と小胞体局在型ChR発現細胞の光電流を比較したところ、膜発現型ChRが光刺激と同期して大きな光電流を誘起したのに対し、小胞体ChRでは光電流が流れなかった。上記結果をまとめ、論文として投稿した。また、筋細胞分化における小胞体Ca2+放出の影響を調べた論文を現在準備中である。並行して、光遺伝学研究を推進するために、ステップ関数型オプシンをCre存在下においてユビキタスに発現する遺伝子改変ラットの作製に成功し、解析結果をまとめて論文として発表した(Igarsahi et al., 2018)。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では高い時空間分解能での細胞内カルシウムシグナルの制御により、活動依存的な多能性幹細胞の分化メカニズムの解明を目指す。その実現に向けて、細胞内カルシウムストアとして機能する小胞体局在型オプトジェネティクスツールの開発とその機能解析を行った。細胞内からのCa2+放出を選択的に制御するために、細胞内Ca2+ストアである小胞体に特異的に局在する光応答性のカチオンチャネル(ChRER)を開発した。緑藻類由来の光感受性カチオンチャネルであるチャネルロドプシン(ChR)改変体に小胞体係留シグナルを付加し、イオン選択性、光応答特性を最適化した複数種類のプラスミドの作製に成功した。1局在解析:複数の細胞種へChRER(改変体3種類)を遺伝子導入し、発現を確認した。組織学的局在解析では、小胞体マーカーであるKDEL,ER-trackerとの共局在を示し、細胞膜マーカーWGAとは共局在しないということが超解像顕微鏡下で確認された。2Ca2+イメージング:ChRERが光に同期して開口しているかを確かめるために、タンパク質性赤色蛍光カルシウムセンサーR-CaMP1.07を用いた生理学実験を行った。R-CaMP1.07陽性の細胞集団において、青色LED光刺激に同期して赤色蛍光が増加した。この光刺激応答性の赤色蛍光増強は、細胞外Ca2+非存在下でも消失しなかったことから、細胞内Ca2+ストアからのCa2+放出が光刺激によって誘起されていることが示唆される。3膜電位変化解析:細胞膜上のChRER発現の有無を確かめるため、パッチクランプ法により光刺激前後の細胞膜電位の変化を計測した。ChRER発現細胞では光電流は観察されなかったことから、細胞膜上にChRERが発現していないことが示された。以上の結果より、ChRERの利用により、細胞内からのCa2+放出を選択的に、光で制御できることが示唆された。本年度においては小胞体局在型オプトジェネティクスツールの開発に成功し、組織学的局在解析・パッチクランプ法を用いた電気生理学的実験・カルシウムイメージングによる生理学的機能の評価を行った(研究室の代表的な研究成果として、生理研研究会において口頭発表)。また、オプトジェネティクスやコネクトミクスなど、最先端の神経科学研究に資する新規トランスジェニックラット4系統(寄託手続き中の系統を含む)を作製し、ナショナルバイオリソースプロジェクト「ラット」( http://www.anim.med.kyoto-u.ac.jp/nbr/Default_jp.aspx )を通じて世界中の研究者に提供している。これらの研究成果は、査読のあるオープンアクセス国際誌に1報報告しているとともに、First & corresponding author論文を1報投稿中である。国際学会で3件、国内学会で5件(うち口頭発表2件)において発表していることから、進展が順調であると評価した。本研究では、高い時空間分解能での細胞内カルシウムシグナル制御により、多能性幹細胞の活動依存的分化メカニズムの解明を目標としている。今年度は、細胞内カルシウムイオンダイナミクスの光操作を可能とする小胞体局在型チャネルロドプシン(ChRER)の解析を進めた。さらに、ChRERを単分化能を有するマウス筋細胞株(C2C12)に導入することで、小胞体からの周期的カルシウム放出が、収縮能の獲得に必須となるサルコメア形成を促進するとする仮説の検証を行った。進捗1:カルシウムイオン透過性が高いとされるChR変異体(CatCh+)に小胞体係留シグナルを付加したCatCh+ERをC2C12に導入し、赤色カルシウム指示薬Rhod-FFを用いたリアルタイムCa2+イメージングを行った。

光刺激と同期した赤色蛍光の増大を記録した結果から、CatCh+ERが小胞体に局在し、光刺激と同期した小胞体からのCa2+放出を誘起していることを確認した。進捗2:小胞体からの周期的Ca2+放出が、収縮能の獲得に必須となるサルコメア形成に与える影響を解析するために、CatCh+ER-P2A-tdTomato陽性C2C12細胞集団に対して、分化10-12日目に慢性光刺激(1 Hz, 2時間)を与えた。光刺激終了後、免疫染色によってサルコメア構成因子であるfMHCの局在を可視化したところ、Sarcomere patternとPuncta-like patternの2種類が存在しており、光刺激を与えた集団ではPuncta-likeなfMHCの局在を示す筋管細胞数が増加していた。このPuncta部位では部分的にサルコメア形成が進んでいた(第二回日本筋学会ポスターと口演にて報告)。本年度は、小胞体局在型オプトジェネティクスツールの解析、そしてマウス筋芽細胞株C2C12を用いてサルコメア形成における細胞内Ca2+ダイナミクスの周期的変化がもたらす影響を調べた(研究室の代表的な研究成果として、第94回日本生理学会において口頭発表)。また、オプトジェネティクスやコネクトミクスなど、最先端の神経科学研究に資する新規トランスジェニックラット4系統(寄託手続き中の系統を含む)を作製し、ナショナルバイオリソースプロジェクト「ラット」( http://www.anim.med.kyoto-u.ac.jp/nbr/Default_jp.aspx )を通じて世界中の研究者に提供している。これらの研究成果は、査読のあるオープンアクセス国際誌に筆頭・責任著者論文として1報受理され、さらに新規に1報を準備中である。国際学会で1件、国内学会で8件(うち口頭発表3件)発表を行ったことを含めて、研究の取り組みと成果が計画以上に進展していると判断した。本研究では、細胞内セカンドメッセンジャーとして機能するカルシウムイオン(Ca2+)を光操作し、活動依存的な多能性幹細胞の分化メカニズム解明を目指した実験を行った。その過程において、高い時空間分解能での細胞内Ca2+ダイナミクス制御を実現するために、細胞内Ca2+ストアとして機能する小胞体に特異的に局在する光遺伝学ツールの開発に成功した。この新規光遺伝学ツールを単能性を有する筋芽細胞株(C2C12)に発現させたところ、(1)超解像顕微鏡下で小胞体マーカー(KDEL)との共局在が確認でき、細胞膜マーカー(WGA)の発現パターンとは一致しなかった。(2)蛍光カルシウムインジケーターRhod-FFによってリアルタイムカルシウムイメージングを行ったところ、青色光刺激と同期した赤色蛍光の上昇が確認され、この上昇は細胞外Ca2+非依存的に持続した。しかし、Calcium transport ATPase (SERCA)阻害薬のThapsigargin存在下で頻回光刺激を与えるとこの応答は消失した。(3)パッチクランプ法により、細胞膜発現型チャネルロドプシン(ChR)と小胞体局在型ChR発現細胞の光電流を比較したところ、膜発現型ChRが光刺激と同期して大きな光電流を誘起したのに対し、小胞体ChRでは光電流が流れなかった。
ビタミンD受容体調節機構の分子生物学的解析ーD抵抗性処病における検討

低リン血症性ビタミンD抵抗性クル病は、ビタミンD抵抗性クル病の代表的な疾患の1つである。本疾患の動物モデルであるXLHマウスを用いて、ビタミンD(1,25(OH)_2D_3)受容体(VDR)の異常の有無について検討した。1.VDRに対するモノクロ-ナル抗体を用いてSDSーPAGE上の分子量を検討したところ、XLHマウス腸管および腎VDRは、正常マウス腸管および腎のVDRと差がなかった。2.VDRmRNAの大きさおよび量をcDNAプロ-ブを用いてNothern blotおよびdot blot法にて検討したところ、XLHマウスの腸管VDRmRNAの量および大きさは、正常マウスのVDRmRNAと差がなかった。3.次に、ビタミンD投与後のVDRmRNA量の変動を検討した。正常マウスでは、1,25(OH)_2D_3投与後1224時間後に腸管VDRmRNA量の増加を認めた。しかしながら、XLHマウスでは、1,25(OH)_2D_3投与後のVDRmRNAのup regulationは、認められなかった。さらに、1,25(OH)_2D_3投与量を2倍量に増加させたが、反応を認めなかった。4.XLHマウスに高リン食を与え、血清リン濃度を上昇させると、核内への1,25(OH)_2D_3取り込み障害が改善するとの著者らの報告があることから、高リン食を与えた上で、XLHマウスの腸管VDRmRNAの変動を検討した。血清リン濃度は、正常マウスと同じレベルにまで回復した後、1,25(OH)_2D_3を投与したが、XLHマウスの腸管VDRmRNA量は変動せず、up regulationは認められなかった。このことから、ビタミンD抵抗性の原因の1つとして、XLHマウスにおいては、VDRの代謝調節機構に障害があることが推察された。
敬語行動の新しい変化の検証-10年間隔の経年調査-

本研究は,北陸地方の一山村をサンプルに10年間隔で行っている言語と言語行動の経年的調査の一環である。第1次の調査は1971年に実施,また第2次の調査は1982年に実施した。急激な社会変化の中で住民の言語生活が変容していく過程について,その実態や社会的要因を明らかにした。そして10年後,今回の調査ではこれまでの成果を受け継ぎ同じ山村において第3次のフィールドワークを実施した。内容は以下の通りである。1.自然談話資料の収録と文字化2.若年層を対象とした親族名称の運用に関するアンケート調査の実施3.調査地の伝統的方言の記述(調査地の方言語彙集の作成)なお,3に関しては,真田ふみをインフォーマントとした『越中五箇山方言語彙-文表現に関することば-』を公刊した。
大腸菌染色体分配に関与するMukB蛋白が認識する大腸菌染色体領域の解明

MukB蛋白はDNA配列に結合するが、特異的DNA配列を認識して強く結合するか探索を行なった。合成したランダムな配列のDNAからMukB蛋白が強く結合するDNA配列を選択しPCR法によりDNAを増幅する方法を行なっているが、まだ特異的配列は見つかっていない。塩濃度などの条件を検討し現在も継続して解析を行なっている。その一方で、精製過程におけるMukB蛋白の挙動に注目しMukB蛋白のDNA結合能について解析した。MukB蛋白は牛胸線由来のDNAセルロースに容易に結合するが、一部分のMukB蛋白は結合せずに素通りする。この理由として、MukB蛋白がすでにで大腸菌由来のDNAに結合しており牛胸線由来DNAセルロースに結合しないのではないかと考えた。この分画を調べたところ、260nmに吸収極大が見られた。フェノール抽出した標品はDNase非感受性でRNaseに感受性があることからDNAではなくRNAが含まれていることが明かとなった。分離したRNAは平均長が100bp程であった。ゲルシフト法及びフィルター結合法によりMukB蛋白がこのRNAに結合することを確認した。MukB蛋白のRNA結合能はyeast tRNAを用いても観察された。精製過程の分画内に含まれていたRNAからcDNAを作成し47クローンについてその塩基配列を決めデータベースで検索したところ、その大半がリボソームRNAに由来するものであった。うちわけは11クローンが16S、30クローンが23SリボゾームRNA塩基配列が一致した。MukB蛋白のDNA、RNAに対する解離定数はそれぞれ0.19、0.23muMとほぼ同じで非特異的配列に対して結合しているものと考えられる。このことから、MukB蛋白はDNAとRNA両方に結合する蛋白であることが明かとなった。
クロスシーディングが神経変性疾患の病態形成に果たす役割

筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、運動ニューロンの脱落により、進行性の筋萎縮をきたす神経変性疾患である。ALSの病因遺伝子としてCu/Zn-superoxide dismutase(SOD1)の変異が同定されており、SOD1変異を伴うALSでは、運動ニューロン内に構造異常を呈したSOD1タンパク質(ミスフォールド体)が蓄積している。近年、神経変性疾患のニューロン内で観察されるミスフォールド型タンパク質は、異常型プリオンタンパク質と類似した性質を有することが指摘されている。つまり、ミスフォールド型タンパク質が構造的な鋳型(シード)となることで、正常型タンパク質のミスフォールディングを誘発する。その結果、ミスフォールド型タンパク質が脳内に異常蓄積し、ニューロン死を引き起こすとする「プリオン仮説」が提唱されている。そこで本研究課題では、プリオン仮説に基づく変異型SOD1のミスフォールディングメカニズムを検証するために、変異型SOD1が野生型SOD1のミスフォールディングを誘発するか検証した。具体的には、変異型SOD1と野生型SOD1を共発現させたダブルトランスジェニックマウスを作製し、ALS様の運動ニューロン症状、および、運動ニューロン内のミスフォールドSOD1量を免疫組織化学やサンドウィッチELISA法にて解析した。その結果、変異型SOD1の存在によって、野生型SOD1のミスフォールディングが疾患早期から誘発され、さらに、ALS様の運動ニューロン症状(麻痺、および、生存期間の短縮)が憎悪することがわかった。本研究より、変異型SOD1が野生型SOD1をミスフォールド型へと構造変換させる「プリオン様の性質」を有することが個体レベルにおいても明らかとなった。筋萎縮性側索硬化症(ALS)は、運動ニューロンの脱落により、進行性の骨格筋萎縮をきたす神経変性疾患である。ALSの病因遺伝子としてsuperoxide dismutase-1(SOD1)の変異が同定されている。SOD1変異を伴うALSの主要な病理学的特徴として、SOD1タンパク質より成る線維状凝集体が知られている。助成者は、これまでSOD1凝集体が有する「シーディング現象」に着目し、ALSの病態への寄与を検討してきた。本課題では、SOD1変異を伴うALSの約98%は優性遺伝に従い、変異型SOD1と野生型SOD1が共発現している事実に着目し、変異型SOD1と野生型SOD1の相互作用、すなわち、変異型SOD1凝集体を鋳型とした野生型SOD1に対する「クロスシーディング」がALS病理に果たす役割をモデルマウスを用いて検討した。ALSで汎用されているマウスモデルは、点突然変異型のSOD1が導入されているため、物理学的・生物学的性質が野生型SOD1と酷似している。このため、両タンパク質を共発現させた場合、免疫化学的に識別することができない。そこで、本課題では、C末端が切断されたフレームシフト型SOD1変異体を導入したマウスを利用し、共発現系でも野生型SOD1との識別を可能にした。変異型SOD1マウスと野生型SOD1マウスを交配させ、両タンパク質を共発現させたダブルトランスジェニックマウスを作製した。得られたマウスの運動ニューロン症状(麻痺発症、運動機能低下、致死性)を経過観察した。その結果、変異型SOD1のみが発現したマウスと比較し、変異型SOD1および野生型SOD1が共発現したマウスは、麻痺発症の早発、運動機能の低下、さらに、生存期間の短縮が観察された。すなわち、変異型SOD1および野生型SOD1の共発現は、マウスの運動ニューロン症状を憎悪させることが判明した。今年度は、変異型SOD1と野生型SOD1を共発現させたダブルトランスジェニックマウスを作製を試みた。作製にあたり、既存のトランスジェニックマウスライン同士を交配させる戦略を採用するしたため、ダブルトランスジェニックマウスを効率よく繁殖することに成功し、当初の予定通りに表現型解析を行うことが出来た。作製したダブルトランスジェニックマウスの中枢神経系を用いて、生化学的、及び、病理学的解析を行う。

具体的には、変異型SOD1との共存により、野生型SOD1の構造異常が誘発されるかどうか、ミスフォールドSOD1特異的抗体を用いて、ELISA、免疫沈降法、及び、免疫組織化学を行う。
燕市金属複合加工業における労働者の状態

研究成果の一端を報告したい。新潟県燕市において最も伝統ある産業部門である洋食器製造業をめぐる内外情勢の分析を踏まえ、(1)洋食器業の構造的特質(2)その形成過程(3)事業主の主体的条件とその意識的特性の解明を試みる。洋食器業は、度重なる「円高」、中国やNisei諸国の追い上げ、「バブル経済」崩壊後の不況に見舞われ、その産業的比重を低めながら国内需要依存へシフトしていることがあきらかとなった。それは、資本金、従業者数規模において典型的なピラミッド型構造をなし、広範で重層的な社会的分業体系に依存している。その出荷額を規定する要因は従業者数規模と創業時期であり、輸出比率は低下している。その形成過程は、伝統性の高さと人材供給の固定性(内部的再生産)に特質がある。洋食器業は農業的背景からは完全に離脱している。事業主の世代交代は確実に進行しており、日・月労働時間は長く、休日は、不況と労働時間短縮の促進の諸施策により増加している。今回の不況は部分的に薄く影響を与え、100人弱が解雇者されている。多くの事業主は中国の追い上げに強い関心を示しており、その営業意識では「廃業」が約2割、55社と少なからず見られ、「新分野進出」や「新製品開拓」の積極的経営姿勢も部分的に見られ、明暗を分けている。総じて、洋食器業は暗い展望を示しながら、(1)「内需」への一層の転換や(2)国際分業体系における新たな「棲み分け」、いわゆる「水平的国際分業」を迫られるなど「構造転換」に直面している。
歩行モデルと環境地図情報に基づく人の行動の無拘束高精度計測に関する研究

・計測が必要な行動形態とその計測法本年度は,この研究の重要な応用分野のひとつと考えている養護施設内の痴呆老人の行動計測に対象を絞り,詳しく検討を行った.一般に老人養護施設内では,安全上の理由により階段の使用は制限している場合が多い.そのため,計測が必要な行動形態は,歩行,座位,立位,臥位の4種類となった.これらの計測に関し,以下の方法を試みたところ良好な結果を得た.まず,被験者の胸部に加速度と角速度のセンサを取り付け,歩行,静止,臥位の3つの状態が計測する.上記4種類の行動形態のうち,歩行と臥位の2つは,この計測結果からただちにわかる.しかし,静止状態が座位あるいは立位のどちらを意味するのかは,センサの情報だけではわからない.そこで,立位/座位を推定するために,人間の行動遷移ルールを用いた.すなわち,人間が臥位状態から歩行状態に移行する際には,臥位→座位→立位→歩行という一連の遷移を生じる.したがって,ある瞬間に計測された静止状態の直前の状態が歩行であつた場合,その静止状態は“立位"であると推定できる.・環境地図情報を用いた経路推定まず,センサを装着した被験者の歩行運動に関して,実際の位置とデッドレコニングにより推定された位置の,確率的な関係(平均・分散)を予備実験により求めておく.すると,歩行が進むにつれて,現在位置として可能性のあるある領域が,次第に大きく広がってゆく誤差楕円として逐次的に求まる.そして上記の行動推定により得られた,例えば座位という情報と,地図と誤差楕円より得られる可能性のある椅子の位置とを用いることによって行動経路を推定し,良好な結果を得た.・計測が必要な行動形態とその計測法本年度は,この研究の重要な応用分野のひとつと考えている養護施設内の痴呆老人の行動計測に対象を絞り,詳しく検討を行った.一般に老人養護施設内では,安全上の理由により階段の使用は制限している場合が多い.そのため,計測が必要な行動形態は,歩行,座位,立位,臥位の4種類となった.これらの計測に関し,以下の方法を試みたところ良好な結果を得た.まず,被験者の胸部に加速度と角速度のセンサを取り付け,歩行,静止,臥位の3つの状態が計測する.上記4種類の行動形態のうち,歩行と臥位の2つは,この計測結果からただちにわかる.しかし,静止状態が座位あるいは立位のどちらを意味するのかは,センサの情報だけではわからない.そこで,立位/座位を推定するために,人間の行動遷移ルールを用いた.すなわち,人間が臥位状態から歩行状態に移行する際には,臥位→座位→立位→歩行という一連の遷移を生じる.したがって,ある瞬間に計測された静止状態の直前の状態が歩行であつた場合,その静止状態は“立位"であると推定できる.・環境地図情報を用いた経路推定まず,センサを装着した被験者の歩行運動に関して,実際の位置とデッドレコニングにより推定された位置の,確率的な関係(平均・分散)を予備実験により求めておく.すると,歩行が進むにつれて,現在位置として可能性のあるある領域が,次第に大きく広がってゆく誤差楕円として逐次的に求まる.そして上記の行動推定により得られた,例えば座位という情報と,地図と誤差楕円より得られる可能性のある椅子の位置とを用いることによって行動経路を推定し,良好な結果を得た.
大偏差原理の研究及びその逐次解析,最適停止問題への応用

1.研究課題の内容に沿って,まずカーネル型経験分布関数に対する大偏差原理の証明を行った.この結果は,通常の経験分布関数に対する大偏差原理であるSanovの定理を含むより一般的な定理である.また,その応用として,カーネル型経験分布関数のKolmogorov-Smirnov統計量に関する大偏差確率の不等式を証明した.当該大偏差原理の証明に際して,分布全体からなる空間に弱収束と同等な距離を新たに導入することが重要なポイントとなっている.この距離は特性関数の連続定理を背景に自然に導かれるものである.2.X_1,X_2,...を平均μ,分散σ^2∈(0,∞)をもつ独立かつ同一分布に従う実確率変数列とし,S_n=X_1+...X_nをその部分和とする.一方,τ(k),k=1,2,...を1,2,...∞に値をとる,X_1,X_2,...に関する停止時間の列とする.S_<τ(k)>/k及びτ(k)/kが大偏差原理を満たす条件を考察し,次の結果を証明した:(1)μ>0,(2)P(|X_1|〓c)=1,(3)τ(k)=inf{n〓1:S_n>ck}ならばS_<τ(k)>/kはI(x)=sup_<t∈R>[tx-logEe^<tS_<τ(1)>>]をrate関数にもつ大偏差原理を満たし,τ(k)/kはJ(x)=sup_<τ∈R>[tx-logEe^<tτ(1)>]をrate関数にもつ大偏差原理を満たす.これらの結果はS_<τ(k)>,τ(k)が独立かつ同一分布に従う適当な確率変数列の和となることを用いて,Cramerの定理の直接的な結果として容易に示すことができる.また,応用として幾つかの具体例を与えた.しかし,上記の結果は更なる一般的な結果を得るための,種々のやや特殊な仮定の下での予備的考察の段階といえるものであり,今後,より有用な形の定式を模索していく必要がある.1.研究課題の内容に沿って,まずカーネル型経験分布関数に対する大偏差原理の証明を行った.この結果は,通常の経験分布関数に対する大偏差原理であるSanovの定理を含むより一般的な定理である.また,その応用として,カーネル型経験分布関数のKolmogorov-Smirnov統計量に関する大偏差確率の不等式を証明した.当該大偏差原理の証明に際して,分布全体からなる空間に弱収束と同等な距離を新たに導入することが重要なポイントとなっている.この距離は特性関数の連続定理を背景に自然に導かれるものである.2.X_1,X_2,...を平均μ,分散σ^2∈(0,∞)をもつ独立かつ同一分布に従う実確率変数列とし,S_n=X_1+...X_nをその部分和とする.一方,τ(k),k=1,2,...を1,2,...∞に値をとる,X_1,X_2,...に関する停止時間の列とする.S_<τ(k)>/k及びτ(k)/kが大偏差原理を満たす条件を考察し,次の結果を証明した:(1)μ>0,(2)P(|X_1|〓c)=1,(3)τ(k)=inf{n〓1:S_n>ck}ならばS_<τ(k)>/kはI(x)=sup_<t∈R>[tx-logEe^<tS_<τ(1)>>]をrate関数にもつ大偏差原理を満たし,τ(k)/kはJ(x)=sup_<τ∈R>[tx-logEe^<tτ(1)>]をrate関数にもつ大偏差原理を満たす.これらの結果はS_<τ(k)>,τ(k)が独立かつ同一分布に従う適当な確率変数列の和となることを用いて,Cramerの定理の直接的な結果として容易に示すことができる.また,応用として幾つかの具体例を与えた.しかし,上記の結果は更なる一般的な結果を得るための,種々のやや特殊な仮定の下での予備的考察の段階といえるものであり,今後,より有用な形の定式を模索していく必要がある.
建築材料への接触が脳活動・自律神経活動に及ぼす影響に関する研究

(1)最終年度に実施した研究の成果木材への手掌能動接触が人の生理応答に及ぼす影響を明らかにした。被験者は20代女子大学生21名(平均21.1歳)とし、人工気候室内にて被験者実験を行った。その結果、木材への能動接触によって、対照(大理石)と比較し、脳前頭前野活動の鎮静化、副交感神経活動の亢進、交感神経活動の抑制が示され、生体を生理的にリラックスさせることが明らかとなった。また、前年度に実施した足裏接触実験にて得られた研究成果は、原著論文として取りまとめ、国際環境公衆衛生学雑誌(Int J Environ Res Public Health)に掲載された。(2)研究期間全体を通じて実施した研究の成果木材は経験的に手触り・足触りの良い建材として知られているが、木材への接触がもたらす生理的影響について、脳活動・自律神経活動を用いて明らかにした報告は存在しない。本研究においては、木材を含めた種々の建築材料への手掌・足裏接触時の生理応答について、前頭前野近赤外分光法および心拍変動性を用いて明らかにすることを目的とした。温度と照度を一定に調整した防音機能を有する人工気候室内において、手掌・足裏接触実験を実施した。その結果、木材(ヒノキ材・ナラ材)への90秒間の手掌・足裏接触によって、左右脳前頭前野活動の鎮静化、副交感神経活動の亢進、交感神経活動の抑制、心拍数の低下が示された。結論として、木材への接触は、生体を生理的にリラックスさせることが明らかとなった。全期間を通して得られた研究成果は、原著論文として取りまとめ、国際環境公衆衛生学雑誌(Int J Environ Res Public Health)に3報、日本木材学会英文誌(J Wood Sci)に1報掲載された。木材は経験的に手触り・足触りの良い建材として知られているが、木材への接触がもたらす生理的影響について、脳活動・自律神経活動を用いて明らかにした報告は存在しない。本研究においては、木材を含めた種々の建築材料への手掌・足裏接触時の生理応答について、心拍変動性および前頭前野近赤外分光法を用いて明らかにすることを目的とした。平成28年度は、ヒノキ材への手掌接触が生理応答に及ぼす影響について、建築材料の一つである大理石との比較により明らかにした。被験者は成人女性23名とし、人工気候室内にて行った。自律神経活動の指標として、心拍変動性を用いた。副交感神経活動を反映する高周波成分(HF)を算出し自然対数化した。脳活動の指標として、近赤外時間分解分光法を用い、左右前頭前野酸素化ヘモグロビン濃度を計測した。被験者は閉眼安静後90秒間材に接触した。その結果、ヒノキ材への手掌接触は、大理石と比較し、接触030秒間および90秒間全体の平均値において、1)ln(HF)が有意に上昇すること、2)左前頭前野酸素化ヘモグロビン濃度が有意に減少することが示された。結論として、木材への手掌接触は、副交感神経活動の昂進および脳活動の鎮静化をもたらし、生体を生理的にリラックスさせることが明かとなった。また、木材が人にもたらす生理的リラックス効果に関する研究の現状を概観するため、文献調査により査読論文を41報収集した。その結果、1992年にタイワンヒノキ材の嗅覚刺激に関する報告がなされて以来、五感に関わる生理データが少しずつ蓄積されつつあることがわかった。一方、先行研究においては、1)被験者数が少なく、多くが20代男女であること、2)嗅覚刺激に関する検討が主であり、触覚刺激に関する報告は少ないこと、3)刺激間の比較等を含めた統計上の問題があることが示され、本分野において更なる研究が必要であることが明らかになった。平成28年度においては、以下の計画を予定した。(1)対象とする建築材料の選定・物理的性質の計測試料として用いる建築材料は、平板とする。異なる素材(木材、シートフロア材、石材、金属等の人工物)ならびに異なる表面塗装を施した木材(無垢材、オイル塗装、ポリウレタン塗装等)を数種類用意し、刺激として用いるものを決定する。その後、物理計測(熱流量・表面温度・熱伝導率・表面凹凸等)を実施し、各種建築材料の物理的性質を把握する。(2)手掌接触が脳活動・自律神経活動に及ぼす影響被験者は20代の大学生とし、温度25°C、湿度50%、照度50lxに設定した人工気候室において閉眼座位にて実施する。閉眼座位にて安静状態をとった後、ひじを支点として腕を動かし、建築材料に2分間接触する。その間、脳活動・自律神経活動計測は連続して行う。接触後、感情プロフィールテスト(POMS)、不安感(STAI状態不安)、印象評価(SD法)等の質問紙を用い、主観評価を計測する。成果はインパクトファクター雑誌に発表する。本実験は被験者実験であるため、計画書にて実験場所として設定した国立研究開発法人森林総合研究所および千葉大学環境健康フィールド科学センター倫理審査委員会の承認の基、実施する。被験者に対して研究の目的およびその必要性を文書ならびに口頭で説明し、十分理解を得た上で自由意思に基づく文書による同意を得る。平成28年度の計画に関しては、予定通りの研究を実施し、ヒノキ材への手掌接触が生理応答に及ぼす影響を明らかにした。さらに、文献調査を実施し、本研究分野における現状の課題を明らかにした。

本成果は、これまでにない新たな知見である。木材は経験的に手触り・足触りの良い建材として知られているが、木材への接触がもたらす生理的影響について、脳活動・自律神経活動を用いて明らかにした報告は存在しない。本研究においては、木材を含めた種々の建築材料への手掌・足裏接触時の生理応答について、前頭前野近赤外分光法および心拍変動性を用いて明らかにすることを目的とした。平成29年度は、ヒノキ材への足裏接触が生理応答に及ぼす影響について、建築材料の一つである大理石との比較により明らかにした。被験者は成人女子大学生21名(平均21.1歳)とし、人工気候室内にて行った。脳活動の指標として、近赤外時間分解分光法を用い、左右前頭前野における酸素化ヘモグロビン濃度を計測した。自律神経活動の指標として、心拍変動性を用い、リラックス時に高まる副交感神経活動の指標として高周波成分(HF)、ストレス時に高まる交感神経活動の指標として低周波成分(LF)と高周波成分の比(LF/HF)を算出した。試料はヒノキ無塗装浮造り材(600×600 mm)とし、対照は同サイズの大理石とした。その結果、ヒノキへの90秒間の足裏接触は、大理石と比較し、1)左右前頭前野酸素化ヘモグロビン濃度が有意に低下すること、2)副交感神経活動の指標であるln(HF)が有意に上昇すること、3)交感神経活動の指標であるln(LF/HF)が有意に低下することが示された。結論として、ヒノキへの足裏接触は、脳前頭前野活動の鎮静化、副交感神経活動の亢進、交感神経活動の抑制をもたらし、生体を生理的にリラックスさせることが明らかとなった。また、前年度に実施した手掌接触実験において得られた研究成果は、学術論文として取りまとめ、Int J Environ Res Public Healthに2報、日本木材学会誌英文誌J Wood Sciに1報掲載された。平成29年度においては、以下の研究を実施した。(1)足裏接触が脳活動・自律神経活動に及ぼす影響手掌実験と同じ素材を用いて、足裏接触が生理応答にもたらす影響を明らかにした。20代の女子大学生を被験者とし、温湿度・照度を一定にした人工気候室内にて行った。閉眼座位にて安静状態をとった後、昇降機にて材を迫り上げ、90秒間足裏接触させた。本実験は被験者実験であるため、国立研究開発法人森林研究・整備機構森林総合研究所および千葉大学環境健康フィールド科学センター倫理審査委員会の承認に基づいて実施した。被験者に対して研究の目的およびその必要性を文書ならびに口頭で説明し、十分理解を得た上で自由意思に基づく文書による同意を得た。平成29年度の計画においては、ヒノキ材への足裏接触が生理応答に及ぼす影響について、予定通りに研究を遂行し、「研究実績の概要」に記した成果を得た。さらに、前年度に実施した手掌接触実験について学術論文として取りまとめた。(1)最終年度に実施した研究の成果木材への手掌能動接触が人の生理応答に及ぼす影響を明らかにした。被験者は20代女子大学生21名(平均21.1歳)とし、人工気候室内にて被験者実験を行った。その結果、木材への能動接触によって、対照(大理石)と比較し、脳前頭前野活動の鎮静化、副交感神経活動の亢進、交感神経活動の抑制が示され、生体を生理的にリラックスさせることが明らかとなった。
異相間電荷移動に駆動された電位振動の空間伝播・同期現象の計測と機構解明

連結された2つの液膜電位振動系の相互依存関係が距離によって変わることを見出し、その関係を独立振動、不完全同期、完全同期の3つに分類した。同期関係にある場合は、一方の液膜系から他方へ電気パルスが伝播していること、その主要な経路は水相|有機相界面であること、その際、塩化物イオンの界面拡散がトリガーイオンとして重要であることなどを明らかにした。また、固有周期の異なる場合は、引き込み現象が生じることを示した。神経細胞や心筋細胞における、膜電位の伝播や同期に及ぼすバルク伝導や界面反応の関与を明らかにするために、人工液膜系を用いて複数の電位振動間の伝播や同期を実現した。水相(W1)、有機相(O)、水相(W2)からなる3相液膜系を2つ連結して、2つの膜電位振動系の間の距離と同期の成否の関係を詳細に調査した。距離が20mm以上のときは、2つの振動系は振幅は同じだが、タイミングは一致せず、独立に振動した。10mm以下のときは、同じ振幅、タイミングで2つの振動は同期した。10-20mmの中間にあるときは、通常の振幅をもつメインパルスと振幅の小さいサブパルスが同期して、結果として周期は独立振動のそれより大きくなった。同期した電位パルス間の時間差を10msのサンプリング時間で計測したところ、一方の電位パルスから他方の電位パルスへ約100msの時間差で伝播していることがわかった。さらに、1つの膜電位振動系から発した電位パルスが界面を伝播する際の伝播速度と振幅の減衰を観測した。一方から他方へ伝播した電位パルスの振幅がある閾値を超えたとき、2つの振動系で同期が生じることがわかった。バルク伝導の関与を調べるために、溶液中の電気伝導度を上昇させると、振幅の減衰が緩和された。また、界面伝播の関与を調べるために、ノニオン性界面活性剤をW2相へ添加すると、振動の伝播が抑制された。従って、振動の伝播にはW2とOのバルク中のイオン伝導による伝播と、界面におけるイオンの分配と吸脱着がもたらす伝播の両方が寄与することがわかった。昨年度までの研究においては、神経細胞や心筋細胞における、膜電位の伝播や同期に及ぼすバルク伝導や界面反応の関与を明らかにするために、人工液膜系を用いて複数の電位振動間の伝播や同期を実現した。2つの液膜系が一定の距離より近いとき、両者は同期することが分かった。さらに、詳細な検討より、2つの液膜電位振動系の伝播と同期現象に、バルク伝導と界面伝導の両方が関与していることが分かった。今年度は、第1に、同期した2つのパルスの自律性に注目した。先行パルスが自律的に振動しているのが自明であるのに対して、伝播により生じた後発パルスが自律的か否かは不明であった。周期の異なる2つの振動系の相関を調べた結果、外見上同期しているパルスであっても、周期の差が大きいと自律性を失っていることが分かった。この結果は、伝播による同期現象に本質的差異が存在することを示唆した。第2に、また、直線上にある3つの液膜系での伝播を調査し、振動の自律性と振幅の減衰の関係について調査した。3つの液膜系において振動系と非振動系を組み合わせた結果、振動系は電位パルスの伝播を抑制する方向に、非振動系は伝播を促進する方向に働くことが分った。これは、神経伝達において不活性部位とされる髄鞘が電位パルスの伝達を速めることと深く関係していると考えられる。同期した電位パルス間の時間差を10 msのサンプリング時間で計測したところ、一方の電位パルスから他方の電位パルスへ約30 cm/sの速さで伝播していることがわかった。界面近傍のみを遮蔽したところ、約1020倍の速さで伝播し、界面伝播とバルク伝播の競合が明らかになった。さらに、同期した2つのパルスの自律性に注目した。

周期の異なる2つの振動系の相関を調べた結果、外見上同期しているパルスであっても、周期の差が大きいと自律性を失い、引き込みが生じていることが分かった。この結果は、伝播による同期現象に本質的差異が存在することを示唆した。また、直線上にある3つの液膜系での伝播を調査し、振動の自律性と振幅の減衰の関係について調査した。3つの液膜系において振動系と非振動系を組み合わせた結果、振動系は電位パルスの伝播を抑制する方向に、非振動系は伝播を促進する方向に働くことが分った。これは、神経伝達において不活性部位とされる髄鞘が電位パルスの伝達を速めることと深く関係していると考えられる。同期パルスの自律性と振動周期の関係について定量的関係が得られた。3つ以上の液膜系の実験において、神経伝達における髄鞘の役割を再現する実験結果が得られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度得られた成果を発展させるとともに、新たな実験系に展開する。すなわち、液膜振動系の数が3つまたはそれ以上が同期するときの伝播機構について、多様な幾何配置を比較し、とくに伝播のパターンと伝播速度の関係について調べる。また、心臓細胞のように1パルスが多細胞に伝播する様式の優位性が示されるモデル化および単一細胞中の複数のチャンネル膜タンパクのモデル化を行う。
密集斑細胞におけるシグナル伝導機構の解析

初年度に、共焦点レーザー顕微鏡を用いた画像解析から、集合尿細管の管腔側膜にバゾプレッシンV1受容体が存在することを報告した。2年次の計画は、このバゾプレッシン受容体の生理的役割と細胞内情報伝達系の解析に変更を余儀なくされた。従来より、集合尿細管の血管側には、V2受容体が存在し、cyclic AMPを介して水チャンネルを管腔側膜に挿入することで、水の透過性が増加することが知られていた。しかし、イオン透過性の変化に関しては、議論が多いところであり、必ずしも一致した見解が得られていなかった。我々は今回発見した管腔側膜のV1受容体の生理学的役割を解明するとともに、従来からの未解決事項である血管側のV1受容体とV2受容体のイオン透過性に及ぼす影響と、それらと管腔側膜のV1受容体との相互作用という問題に取り組んだ。主に電気生理学的手法を用い、新しく開発された非ペプチド性のV1・V2受容体拮抗薬を使用することとなった。その結果判明したことは、(1)血管側のV2受容体はクロライド透過性を増加させる。(2)血管側のV1受容体は同時にナトリウムの透過性を増加させる。(3)管腔側膜のV1受容体は血管側のV2受容体によって増加したクロライドの透過性を抑制する作用を有する。以上より、生体にバゾプレッシンが増加した状態では、集合尿細管において、NaClの吸収が増加することとなるが、同時に増加する管腔内のバゾプレッシン濃度によって、その吸収はフィールドバック阻害を受けることになる。血漿滲透圧の変化を反映して飲水行動をとるときには、細胞外液量に応じて糸球体濾過量が変化し、管腔側のバゾプレッシン濃度も変化することになる。水とNaClの吸収量の調節にとって非常に都合のよい機構と考えられる。初年度の計画として、単離糸球体の微小灌流法の確立と単離糸球体の細胞内カルシウム濃度の変化を共焦点レーザー顕微鏡で測定することを目標としていた。糸球体をウサギの腎臓から単離する技術は、ピペットの工夫や経験を重ねることである程度の水準を維持することが出来るようになったため、共焦点レーザー顕微鏡の測定法を確立することに時間を費やした。糸球体は内皮細胞、メザンギウム細胞、上皮細胞という異なる細胞の集団から構成されているため、通常の画像解析を用いた顕微測光法では解析する事が困難となる。従って、共焦点レーザー顕微鏡による光学的断面による解析が不可欠となる。共焦点レーザー顕微鏡を用いて測定されたシグナルが、果たして本当に細胞内の情報を反映しているかどうかを、比較的扱い慣れた腎臓の尿細管を用いてまず検討した。これは共焦点レーザー顕微鏡の測定法を確立する上で非常に重要な位置を占めることになった。即ち、第一に標本が全く動かないことが、測定上絶対条件であり、特に単離灌流法を用いる際に溶液の置換などで発生する乱流を最小限に抑えることと、標本の固定を十分に行うことが必要であると判明した。第2に励起光としてアルゴンレーザーを使用するため、2波長励起による絶対値の測定が不可能であることが判った。従って、定量的解析には不向きで、定性的解析には絶大の威力を発揮する。さらに、細胞に負荷できる色素の量には限度があり、レーザー光を当てている間にどんどん発射光が減弱していくという欠点があり、長時間の測定と繰り返し行う実験には適さなかった。尿細管を用いた共焦点レーザー顕微鏡の測定法の確立には、集合尿細管を選んでバゾプレッシンによる細胞内カルシウムの動きを指標にした。

テーマとしては、最近我々が発見した集合尿細管の管腔内にあるバゾプレッシン受容体が、集合尿細管を構成する主細胞と暗細胞のどちらに存在するかという簡単なテーマを選んだ。電気生理学的実験から予想されていた通り、集合尿細管の主細胞にバゾプレッシンの受容体が存在していたことに満足している。この成果は近くKidney Internationalに掲載される予定である。初年度に、共焦点レーザー顕微鏡を用いた画像解析から、集合尿細管の管腔側膜にバゾプレッシンV1受容体が存在することを報告した。2年次の計画は、このバゾプレッシン受容体の生理的役割と細胞内情報伝達系の解析に変更を余儀なくされた。従来より、集合尿細管の血管側には、V2受容体が存在し、cyclicAMPを介して水チャンネルを管腔側膜に挿入することで、水の透過性が増加することが知られていた。しかし、イオン透過性の変化に関しては、議論が多いところであり、必ずしも一致した見解が得られていなかった。我々は今回発見した管腔側膜のV1受容体の生理学的役割を解明するとともに、従来からの未解決事項である血管側のV1受容体とV2受容体のイオン透過性に及ぼす影響と、それらと管腔側膜のV1受容体との相互作用という問題に取り組んだ。主に電気生理学的手法を用い、新しく開発された非ペプチド性のV1・V2受容体拮抗薬を使用することとなった。その結果判明したことは、(1)血管側のV2受容体はクロライド透過性を増加させる。(2)血管側のV1受容体は同時にナトリウムの透過性を増加させる。(3)管腔側膜のV1受容体は血管側のV2受容体によって増加したクロライドの透過性を抑制する作用を有する。以上より、生体にバゾプレッシンが増加した状態では、集合尿細管において、NaClの吸収が増加することとなるが、同時に増加する管腔内のバゾプレッシン濃度によって、その吸収はフィードバック阻害を受けることになる。血漿滲透圧の変化を反映して飲水行動をとるときには、細胞外液量に応じて糸球体濾過量が変化し、管腔側のバゾプレッシン濃度も変化することになる。水とNaClの吸収量の調節にとって非常に都合のよい機構と考えられる。
ヘテロ中員環アルキンのクリック反応を基盤とする分子ハイブリッド化法の開発

分子ハイブリッド化法の仕組みとして,高歪みの中員環アルキンとアジドの付加環化反応(Huisgen反応)を利用したクリック反応は極めて重要であるが,中員環アルキンの合成や安定性,反応の選択性に難があった.これに対して本研究では,従来の欠点を解消した新型中員環アルキンとして「環内に二つの窒素官能基(もしくは各種ヘテロ官能基)を有する9員環のアルキン」4,8-diazacyclononyne(DACN)およびその誘導体を考案した.この分子は合成容易であるとともに,高いクリック反応性,優れた熱的安定性,優れた反応特異性を有し,また多様な分子ユニットを導入することが可能であるなど多くの利点を有しており,従来の8員環アルキンを用いる分子連結法(第二世代クリック反応)とは一線を画す「第3世代クリック反応」と称すべきものである.本研究ではDACN類の効率的合成法の開発と多機能化を検討するとともに各種の応用研究を行う計画である.本年度はまず,DACN類の効率的合成法の開発について,昨年開発したDACNのワンポット合成法(2-ブチン-1,4-ジオールのコバルト錯体化,二重Nicholas反応,環化体からのコバルトの除去の3工程を一つの反応器で連続的に行う合成法)の適用範囲拡大を検討し,環内ヘテロ官能基を変えた誘導体や,環上にヒドロキシ基を導入した誘導体などの効率的合成に成功した.この合成法の効率化については今後も検討を続ける予定である.本年度においてはまた,DACN類の応用研究に関して,本領域内外の研究者との共同研究,研究連携を数多く実施した(領域内共同研究11件,領域内研究連携5件,領域外共同研究8件).29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。分子ハイブリッド化法の仕組みとして,高歪みの中員環アルキンとアジドの付加環化反応(Huisgen反応)を利用したクリック反応は極めて重要であるが,中員環アルキンの合成や安定性,反応の選択性に難があった.これに対して本研究では,従来の欠点を解消した新型中員環アルキンとして環内と環上に計三つのヘテロ官能基を有する中員環アルキンAを考案した.そのクリック反応性は,その環員数と環内のヘテロ官能基の選択で広範囲に調節可能と考えられる.またAには,ヘテロ官能基を介して,もしくは,クリック反応によって最大四分子を効率的にハイブリッド化できると期待される.そこで本年度は,まず,アルキンAの基本である「環内に二つの窒素官能基を有する9員環のアルキン」4,8-diazacyclononyne(DACN)や,「DACN環上にヒドロキシ基を導入した」6-hydroxy-4,8-diazacyclononyne(DACN-OH)などの合成の効率化を検討した.その結果,市販の2-butyne-1,4-diolのコバルト錯体化,1,3-ジアミン誘導体との二重Nicholas反応,コバルトの除去,の三工程をワンポットで収率良く行うことに成功し,高効率合成法を確立した.また,DACNやDACN-OHのクリック反応性について,ベンジルアジドとの反応を検討した結果,これら両者は9員環でありながらBertozziらが開発した8員環アルキンOCTよりも速やかに反応することが,一方,通常の取扱いにおいてはOCTよりもはるかに安定であるという優れた特性を有していることが明らかになった.本年度においてはまた,DACN, DACN-OHの誘導化,機能性分子合成への応用についても種々検討し,良好な成果を得た.分子ハイブリッド化に求められる反応性,多機能性,さらに,合成の容易さから両プロパルギル位にヘテロ官能基(X, Y)を,また環上にヘテロ置換基Zを有する中員環アルキンAを設計した.そのアルキン部位のクリック反応性は環員数とヘテロ官能基の種類を選択することで自在に調節することができる.すなわち,環員数の大小によってアルキンの歪みが増減し,反応性が大きく変化する.また,ヘテロ官能基の種類によってC-X-C, C-Y-C結合の結合長と結合角が増減するとともに,ヘテロ原子-炭素の反結合性軌道(σ*C-X, σ*C-Y)とアルキンπ軌道との超共役状態が変わり,アルキンの反応性が変化することを明らかにした.またそれらの構造-反応性の相関をDFT計算によって推定し,アルキンAの構造設計に利用することにも成功した.アルキンAの基本であるDACNや,その環上にヒドロキシ基を導入したDACN-OHなどの合成を,市販の2-butyne-1,4-diolのコバルト錯体化,1,3-ジアミン誘導体との二重Nicholas反応,コバルトの除去,の三工程をワンポットで収率良く行うことに成功し,高効率合成法を確立した.この様にして合成されたDACNは関東化学株式会社より市販され,多くの研究者が容易に利用できる様になっている.また,DACNやDACN-OHのクリック反応性について,ベンジルアジドとの反応を検討した結果,これら両者は9員環でありながらBertozziらが開発した8員環アルキンOCTよりも速やかに反応することが,一方,通常の取扱いにおいてはOCTよりもはるかに安定であるという優れた特性を有していることが明らかになった.本研究ではまた,DACN, DACN-OHの誘導化,機能性分子合成への応用についても種々検討し,良好な成果を得た.