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膵臓細胞の抗酸化機能を増強する食品の探索：ゼーラニーンAの効果は？

従来用いられてきた抗体による測定法に代わる遊離のAGEを測定する新しい精密分析法をLC-MS/MSおよびアミノカラムを用いて開発した。(J Agric Food Chem. 2016Nov 9;64(44):8397-8405. )次にこの方法でヒト血清中の遊離AGEを分析し、遊離CMLと遊離CELが糖尿病患者で上昇していた。(J. Diabetes Res. Vol 2017, Article ID 5139750)このことから、生体内遊離AGEは生活習慣病である糖尿病に密接に関係していることが、明らかになった。ボランティアによる実験で食事の状態やアディポネクチン遺伝子多型などが、血中遊離AGEに影響することを認めた。生体内や食品中に遊離型と結合型のAGEsが存在する。血清遊離AGEsがどれくらい食事の影響を受けるのかを明らかにするためには、まず遊離型に加え、結合型の測定法を確立する必要がある。そのために、酸加水分解法と酵素法を比較した。その結果酵素法のほうが正しい値に近いと考えられた。血球細胞を分離し、ゼーラニーンAを含む標品を添加し、AGEsの生成量をどのくらい抑えるかを調べたところ、代表的な抗酸化物質NACと同等の抑制力が認められた。食事としてゼーラニーンAを摂取しても消化吸収されなくては効果がないと思われるところから、小腸上皮細胞モデルCaCO2細胞を用いてモデル腸管組織を作って消化吸収実験を行ったところ、ゼーラニーンAは少量ではあるが、Ellagic Acidとなって体内に取り込まれ強い抗酸化作用を示すことが明らかになった。これらのことからゼーラニーンAは食品として摂取した場合に、腸管から吸収され、体内で強力な抗酸化物質として働き、糖尿病で上昇すると言われているAGEsの生成を細胞レベルで抑制することが明らかとなった。従来用いられてきた抗体による測定法に代わる正確にAGEを測定する新しい分析法をLC-MS/MSおよびアミノ酸分析カラムを用いて開発した。醤油などの食品中のAGEをこの方法を用いて測定し、醤油の種類、製造後の保存状態などにより変化することを明らかにした。(J Agric Food Chem. 2016Nov 9;64(44):8397-8405. )次にこの方法でヒト血清中のAGE分析を行う方法を開発した。血清によるイオン化効率がAGEの種類によって異なることが判明したので、D2同位体CMLなどを内部標準とすることで正確に測定する方法を開発した。この方法を用いて、糖尿病患者と非糖尿病患者の血清AGEを測定するとともにパッチクランプ法によりインスリン抵抗性を測定したところ、CMLとCELが糖尿病患者で上昇し、CML濃度はインシュリン分泌と負の相関を、またインシュリン感受性とは正の相関があることが認められた。(J Diabetes Research, in press)さらに抗酸化物質の影響を明らかにするために動物実験を行うこととし、糖尿病自然発症マウスを飼育し、血清中のAGEを測定したところ、使用するマウスの種類、年齢、食餌の影響などがあることが分かった。そこで絶食後、経時的に糖尿病マウスより、採血し、AGEを測定したところ、AGEの種類のよって、血中濃度の変化が異なっていた。またヒトの血清と全血とでAGEの測定値に違いがあるかどうかを人の全血と血清を用いて検討した。動物実験より簡便にゼーラニーンの効果などを測定するためにヒト膵臓細胞由来1.1B4細胞を培養し、NR4A3やNR4A1の転写活性化を測定した。糖尿病の評価系として新たにAGEを用いる方法をLC-MS/MSを用いて正確に測定する方法を開発し、ヒト血清中のAGEを分析し、CML,CELが糖尿病の評価法となること、また特に、CMLはインシュリン抵抗性やインシュリン分泌の指標となることを明らかにでき、糖尿病の専門誌にアクセプトされた。(J Agric Food Chem. 2016Nov 9;64(44):8397-8405. )次にこの方法でヒト血清中の遊離AGEを分析し、糖尿病患者と非糖尿病患者の血清AGEを測定するとともにインスリン抵抗性を測定したところ、CMLとCELが糖尿病患者で上昇し、CML濃度はインシュリン分泌と負の相関を、またインシュリン感受性とは正の相関があることが認められた。(Journal of Diabetes Research Volume 2017, Article ID 5139750)生活習慣病である糖尿病への抗酸化物質の影響を明らかにするために、糖尿病自然発生マウスの血清中の遊離AGEを絶食後、経時的に測定したところ、AGEの種類のよって血中濃度の変化が異なっていた。次にヒトの血清と全血等で各遊離AGEの測定値に違いがあるかどうか、食事の影響があるか10人のボランティアの血液で検討した。その結果、食事の内容や、食後の状態によって、差が出ることが明らかになった。また148人の血液と遺伝子、食事の影響について調べ、中華料理や、アディポネクチン遺伝子多型などが、血中遊離AGEに影響することを認めた。

結合型AGEの測定法を確立するために、酸加水分解法と酵素法を比較した。糖尿病の評価系として新たにAGEを用いる方法をLC-MS/MSを用いて正確に測定する方法を開発し、ヒト血清中のAGEを分析し、CML,CELが糖尿病の評価法となること、また特に、CMLはインシュリン抵抗性やインシュリン分泌の指標となることを明らかにでき、糖尿病の専門誌にアクセプトされた。血中AGEに及ぼす食事や、遺伝子多型の及ぼす影響を初めて明らかにでき、さらにインパクトファクターの高い専門誌に投稿準備しており、研究は順調に行われている。結合型のAGE分析の確立が課題である。従来用いられてきた抗体による測定法に代わる遊離のAGEを測定する新しい精密分析法をLC-MS/MSおよびアミノカラムを用いて開発した。(J Agric Food Chem. 2016Nov 9;64(44):8397-8405. )次にこの方法でヒト血清中の遊離AGEを分析し、遊離CMLと遊離CELが糖尿病患者で上昇していた。(J. Diabetes Res. Vol 2017, Article ID 5139750)このことから、生体内遊離AGEは生活習慣病である糖尿病に密接に関係していることが、明らかになった。ボランティアによる実験で食事の状態やアディポネクチン遺伝子多型などが、血中遊離AGEに影響することを認めた。生体内や食品中に遊離型と結合型のAGEsが存在する。血清遊離AGEsがどれくらい食事の影響を受けるのかを明らかにするためには、まず遊離型に加え、結合型の測定法を確立する必要がある。そのために、酸加水分解法と酵素法を比較した。その結果酵素法のほうが正しい値に近いと考えられた。血球細胞を分離し、ゼーラニーンAを含む標品を添加し、AGEsの生成量をどのくらい抑えるかを調べたところ、代表的な抗酸化物質NACと同等の抑制力が認められた。食事としてゼーラニーンAを摂取しても消化吸収されなくては効果がないと思われるところから、小腸上皮細胞モデルCaCO2細胞を用いてモデル腸管組織を作って消化吸収実験を行ったところ、ゼーラニーンAは少量ではあるが、Ellagic Acidとなって体内に取り込まれ強い抗酸化作用を示すことが明らかになった。これらのことからゼーラニーンAは食品として摂取した場合に、腸管から吸収され、体内で強力な抗酸化物質として働き、糖尿病で上昇すると言われているAGEsの生成を細胞レベルで抑制することが明らかとなった。インフォームドコンセントが得られ、食餌調査の結果がある150人分の成人男子の血液中のAGEの分析を行い、食事中の抗酸化物質や遺伝子多型との関係を明らかにする。また動物実験や培養細胞を用いてゼーラニーンAなどの抗酸化物質の抗糖尿病効果を明らかにする。インフォームドコンセントが得られ、食餌調査の結果がある150人分の成人男子の血液中のAGEの分析をさらにすすめ、食事中の抗酸化物質や遺伝子多型との関係を明らかにする。現在遊離型だけではなく、結合型のAGE分析法を確立する。2016年度に糖尿病マウスを用いて何度か実験を行った。当初の計画では授業が終わる3月にも高価な糖尿病自然発症マウスを数十匹購入し実験を行う予定でいた。
生体内被ばく細胞追跡システムの開発研究

放射線による生体への影響、特に放射線発がんのメカニズムを正しく理解するには、細胞を“群"として捉えるのではなく、細胞ひとつひとつを“個別に観察する"ことが重要である。それには、個々の細胞について放射線被ばくの有無を区別し、生体内で長期間に渡って追跡できるシステムが必要であるが、現時点では有効なものは報告されていない。そこで本研究では、放射線被ばくに対して鋭敏かつ特異的に応答する遺伝子プロモーターとレポーター遺伝子とを細胞内に組み込み、個々の細胞における被ばくの有無を細胞が生きた状態で可視化する「生体内被ばく細胞追跡システム」を確立した。これまでの放射線の生体影響研究では、放射線は数多く存在する細胞に対して『均一に照射されたと仮定』して解析されている場合が多かった。しかしながら、実際には照射は不均一であり、被ばくした細胞としていない細胞が存在する。また、放射線発がんは必ずしも被ばくを受けた細胞から生ずるのではないことが判明しつつある。放射性発がん、特に内部被ばくによる発がんを理解するには、被ばくした個々の細胞がどのような運命を辿り、また被ばくしなかった細胞との関係性について長期間に渡り追跡することが必要である。これには、細胞の被ばくの有無を可視化できる「生体内被ばく細胞追跡システム」を構築する必要がある。そこで本研究では、放射線に鋭敏かつ特異的に応答する遺伝子プロモーターを見いだし、そのプロモーターによってCre遺伝子を発現させ、LoxP配列を持つレポーター遺伝子の発現を変化させることにより、個々の細胞における被ばくの有無を可視化する「生体内被ばく細胞追跡システム」を構築することを目的とする。平成27年度は、被ばく細胞の追跡に最も適した遺伝子プロモーターの選択を行った。文献的に既知の遺伝子プロモーターに加え、以前に申請者らが行った大規模発現解析から同定した放射線応答性遺伝子のプロモーターを単離し、その下流にルシフェラーゼ遺伝子を持つベクターをそれぞれ作製する。作製したベクターを細胞に導入し、放射線照射後にルシフェラーゼアッセイを行い、放射線被ばくに対して優れた応答性と特異性を持つ遺伝子プロモーターを選択する。放射線に鋭敏かつ特異的に応答する遺伝子プロモーターのスクリーニングを行った。文献検索からの候補(c-Fos、c-Jun、AP-1、NFκBなど)のほか、以前に行った大規模発現解析から独自に見いだしている遺伝子のプロモーターとあわせて30個の遺伝子に対して、スクリーニングを行うために、各遺伝子のプロモーター領域をルシフェラーゼレポーターベクターであるpGL4の上流に挿入したコンストラクトの作製を試みた。しかし、コンストラクトの構築に時間を要しており、スクリーニングが終了していない。放射線発がんは必ずしも被ばくを受けた細胞から生ずるのではないことが判明しつつある。そこで本研究では、放射線に鋭敏かつ特異的に応答する遺伝子プロモーターを見いだし、そのプロモーターによってCre遺伝子を発現させ、LoxP配列を持つレポーター遺伝子の発現を変化させることにより、個々の細胞における被ばくの有無を可視化する「生体内被ばく細胞追跡システム」を構築ことを目的とする。平成28年度は、前年度に引き続き、高い放射線応答性をもつ遺伝子数種類について、その下流にルシフェラーゼ遺伝子をもつベクターを作製した。作製したベクターを細胞に導入し、放射線照射後にルシフェラーゼアッセイを行い、放射線に対して優れた応答性を持つ遺伝子のスクリーニングを行った。同時に、Cre/LoxPシステムによる「被ばく細胞追跡システム」を構築するため、優れた放射線応答性をもつことがわかっているEGR1を用いて、放射線照射後にCreリコンビナーゼを発現するベクターの構築、およびCMV-loxP-DsRed-ZsGreenベクターの構築を行った。前年度、高い放射線応答性をもつ30個程度の遺伝子について、その下流にルシフェラーゼ遺伝子をもつベクターの作製が遅れていたため、放射線に鋭敏かつ特異的に応答する遺伝子プロモーターのスクリーニングが進まなかった。平成28年度も、引き続きベクターの作製を行った。この際、DNAシーケンサーに不具合が生じ、数ヶ月使用できなかったため、ベクターの構築に時間がかかってしまった。その後、作製したベクターを細胞に導入し、放射線照射後にルシフェラーゼアッセイを行い、放射線に対して優れた応答性を持つ遺伝子のスクリーニングを行ったが、前年度の遅れを完全に取り戻すまでには至っていない。また、放射線に鋭敏に応答する遺伝子プロモーターの選択はできたが、選択した遺伝子プロモーターが放射線特異的に応答するかの検討は出来ていない。

これには、細胞の被ばくの有無を可視化できる「生体内被ばく細胞追跡システム」を構築する必要がある。そこで本研究では、放射線に鋭敏に応答する遺伝子プロモーターを見いだし、そのプロモーターによってCre遺伝子を発現させ、LoxP配列を持つレポーター遺伝子の発現を変化させることにより、個々の細胞における被ばくの有無を可視化する「生体内被ばく細胞追跡システム」の構築を目的とした。EGR1は放射線に対し高い応答性を持ち、さらに放射線応答に必要な領域が報告されている。そこで、EGR1の放射線応答領域をプロモーターとし、その下流にCreリコンビナーゼをもつベクター(EGR1-Cre)を構築した。さらに、loxP配列をもつレポーターとして、CMV-loxP-DsRed-loxP-ZsGreenベクターを安定的に発現するHeLa細胞を樹立した。樹立したHeLa細胞に構築したEGR1-Creベクターを導入し、X線を照射したところ、未照射ではDsRedの赤色蛍光を示すのに対し、放射線照射によりZsGreenの緑色傾向を示す細胞と赤色蛍光を示す細胞が混在した。さらに緑色蛍光の細胞は死滅するまで緑色蛍光を示していた。これらのことから、個々の細胞における被ばくの有無を可視化するシステムが構築できた。放射線による生体への影響、特に放射線発がんのメカニズムを正しく理解するには、細胞を“群"として捉えるのではなく、細胞ひとつひとつを“個別に観察する"ことが重要である。それには、個々の細胞について放射線被ばくの有無を区別し、生体内で長期間に渡って追跡できるシステムが必要であるが、現時点では有効なものは報告されていない。そこで本研究では、放射線被ばくに対して鋭敏かつ特異的に応答する遺伝子プロモーターとレポーター遺伝子とを細胞内に組み込み、個々の細胞における被ばくの有無を細胞が生きた状態で可視化する「生体内被ばく細胞追跡システム」を確立した。引き続き、放射線応答遺伝子のプロモーター領域をルシフェラーゼレポーターベクターの上流に挿入したコンストラクトの作製を行うとともに、作製したコンストラクトを細胞に導入し、放射線照射後にルシフェラーゼアッセイを行い、放射線被ばくに対して優れた応答性をもつ遺伝子プロモーターの選択を行う。また、選択した遺伝子プロモーターを用いて、Cre/loxP発現制御システムを構築する。スクリーニングを行うとともに、Cre/LoxPシステムによる「被ばく細胞追跡システム」を構築するため、以前にルシフェラーゼアッセイにて、優れた放射線応答性をもつことがわかっているEGR1を用いて、放射線照射後にCreリコンビナーゼを発現するベクターの構築と、CMV-loxP-DsRed-ZsGreenベクターの構築を行い、このシステムが放射線に応答してワークすることを確認する。スクリーニングにより選択された遺伝子プロモーターを随時このシステムに応用していく。
化学反応論における非平衡統計理論の役割

1.反応衝突の過程における非平衡現象として励起状態の動力学、とくに電荷移動過程,原子移行反応などの理論的研究を行い、実験とのよい一致をみた。また、衝突における非断熱過程を扱えるような半古典論の定式化を行った。一つは位相空間での動的特性関数を用いる定式化であり、もう一つは径路積分による定式化である。それぞれ具体的な模型に応用された。2.非平衡条件下で巨視的体系が示す挙動の研究として、油水昇面で生じる自発的な電位振動現象、膜の周囲の溶液のイオン濃度を変えてゆくときに生じる膜の発振現象、過飽和溶液から析出する際のパターン形成などについて理論および実験的研究を行い、それらのメカニズムを明らかにした。また反応拡散系の振動のモデル解析、非平衡熱力学の原理を流れのある系に拡張する試みも行った。3.高分子系の運動,分散系の動力学,液晶性高分子の粘禅性についての理論研究,また蛋白質分子の構造の熱的ゆらぎの計算機実験を行った。後者の結果、分子の構造に多重性がありその間を揺らいでいることが判明した。4.溶媒効果との関連で、水分子の動的揺動が異常に大きいことが計算機実験の解析から判明した。電子移動反応に対して、溶媒と溶質との間の熱平衡の破れが重要な効果を及ぼすことが明らかとなった。また、反応体のまわりの溶媒の配向効果を調べた結果実験との定性的一致を得た。5.表面における衝突過程について非断熱過程とエネルギー散逸をとり入れた理論の研究を行った。またランダウゼナーの式がバンド交差によってどのように変更されるかを検討した。これらの研究の成果をもちより2回研究集会をもち、化学反応の理解のためには非線形な揺動と散逸をとり入れた非平衡統計力学的方法が重要であることを確認し、研究を進める事とした。
P-糖タンパク質の関与しない多剤耐性の分子機構の解明とその克服法に開発

我々の分離したP糖タンパク質の発現してない多剤耐性変異細胞株C-A500では、細胞内へのアドリアマイシンの蓄積が親細胞に比べて著しく低下しているが、その完全復帰変異細胞株C-ARでの細胞内蓄積は親KB細胞とほぼ同程まで回復していた。また、C-A500細胞で見られたアドリアマイシンの細胞内蓄積の減少は、ATPを枯渇させるよな条件下では見られなかった。このようなC-A500細胞での抗癌剤の細胞内蓄積の減少は、ATP依存性の抗癌剤排出の亢進によるものであった。更にC-A500細胞では、WGA結合性の糖鎖を有する分子量約190-210kDaの膜糖タンパク質の発現が著しく増加していることが観察された。一方我々の分離した多剤耐性細胞株C-A500でも、最近カナダのグループにより報告されたMRP(Multidrug Resistance-Associated Protein)のmRNAの発現が非常に上昇していると同時に、MRP遺伝子の遺伝子増幅が見られた。MRPタンパク質の発現も、カナダのグループに依頼してイムノブロッティングで確認してもらっている。しかしながらC-A500細胞よりアドリアマイシンに対する耐性度が十分の一以下であるC-A120細胞においても、ビンクリスチンに対する耐性度はすでにC-A500細胞とほぼ同程度で親KB細胞株の250倍以上あり、アドリアマイシンの細胞内蓄積の減少の程度、MRP mRNAの発現レベル、MRP遺伝子の遺伝子増幅の程度及びMRPタンパク質の発現のレベルは、何れもC-A500細胞とほとんど同程度であった。そのためMRP以外の因子もC-A500細胞における多剤耐性に関与しているものと考えられたため、DNA Topoisomerase IIの発現と活性を比較してみたところ、C-A120細胞は親KB細胞に比べて明らかな本酵素の発現と活性の低下がみられ、C-A500細胞では更にC-A120細胞よりも低下していた。しかし復帰変異細胞株C-ARでは、どちらもほぼ親KB細胞のレベルまで回復していた。現在MRPに対する抗体の作製を行っており、少なくとも2種の抗MRPポリクローナル抗体の作製に成功したところである。
回転電気機械の不平衡磁気吸引力の制御

本研究は、電動機の速度やトルク制御に用いられているインバ-タをそれと同時に不平衡磁気吸引力の制御にも用いることにより、電動機が発生する騒音と振動の低減を目的としたもので、以下の研究成果が得られた。(1)実験システムについて新しいパワ-デバイスIGBTを使用した装置改良に予期した以上に時間がかかり装置は一応完成したが、モ-タの駆動実験が殆ど行えなかった。しかし、この装置改良の過程において、一般のインバ-タに直流電源としても良好な特性が得られる整流回路を考案し、実際に装置を製作して実験したところ良好な結果が得られた。この回路は、1)低いスイッチング周波数で動作し、2)装置が比較的小形にでき、3)限られた範囲内ではあるが整流回路入力端電圧の位相調整が可能で、しかも、4)入力電流波形歪みが小さいという特長を持っている。(2)インバ-タによる駆動実験について上述の理由で実験的検討は十分には行えなかった。検討した範囲内では、不平衡吸引力抑制のために注入した電流成分の駆動トルクへの影響が予測以上に大きくなり良い結果が得られなかった。しかし、実験装置もほぼ完成したので、今後も本研究を続行する予定である。(3)コンピュ-タシュミレ-ション前年度得られた効果の程度は、現在行われている固定子巻線の並列接続などの対策を行った場合と変わらないことが今年度の検討からわかった。このように当初の目的に対して否定的な結果しか得られなかったが、2組のインバ-タを使用する解決策も残されているので引き続き検討を行う計画である。試作した電流追従形三相インバ-タを用いた実験的検討と、本補助金で購入したパ-ソナルコンピュ-タを用いたシュミレ-ションにより下記の知見を得た。(1)インバ-タ駆動実験についてモ-タを所定の回転速度で駆動するに必要な周波数の電流成分に重畳して不平衡磁気吸引力の一部を打ち消すための低周波電流成分を供給できるインバ-タを試作した。しかし、コンピュ-タから与える目標電流波形が、装置の都合上、オフラインでしか変更できないものになった。この結果、モ-タのように停止状態から定格回転速度まで大きくインピ-ダンスが変化する負荷に対しては試作インバ-タでは今回目的とする電流制御が適切にかからないことを判明した。解決策は分かっているので、次年度予算で必要な物品を購入して装置を改作し、実験を続行する予定である。(2)コンピュ-タシュミレ-ション塊状回転子を仮定した誘導電動機の簡単化モデルを用いた不平衡磁気吸引力のシュミレ-ションから、低周波電流成分を駆動周波数成分に対して適切な位相で重畳することにより不平衡磁気吸引力の主要周波数成分をかなり低減できることがわかった。その反面、別の周波数成分の不平衡磁気吸引力が増大するので、不平衡力低減用に注入する電流の大きさには最適値が存在することもわかった。前年度に試作した電流追従形三相インバ-タの改良とそれを用いた実験的検討及びパ-ソナルコンピュ-タを用いたシュミレ-ションにより下記の結果を得た。(1)インバ-タの改良について電流容量が大きくしかも高速スイッチングが可能な半導体デバイスIGBTが最近になって入手できるようになったことに伴い、インバ-タを構成するスイッチングデバイスをパワ-MOS FETからIGBTに変更した。しかし、これに付随してドライバ回路をも新たに製作する必要が生じたことと、新デバイスの使用法に不慣れであったために装置改良に予期した以上に時間がかかり、モ-タの駆働実験が殆ど行えなかった。しかし、この装置改良の過程において、インバ-タの直流電源として適した整流回路を考案し、実際に装置を製作して実験したところ良好な結果が得られた。この回路は,1)低いスイッチング周波数で動作し、2)装置が比較的小型にでき、3)限られた範囲内ではあるが整流回路入力端電圧の位相調整が可能で,しかも、4)入力電流波形歪みが小さいという特長を持っている。

(2)インバ-タによる駆動実験について上述の理由で実験的検討は十分には行えなかった。検討した範囲内では、不平衡吸引力抑制のために注入した電流成分の駆動トルクへの影響が予測以上に大きくなり,良い結果が得られなかった。しかし、実験装置もほぼ完成したので、今後も本研究を続行する予定である。(3)コンピュ-タシュミレ-ション前年度得られた効果の程度は、現在行われている固定数巻線の並列接続などの対策を行った場合と変わらないことが今年度の検討からわかった。このように当初の目的に対して否定的な結果しか得られなかったが、2組のインバ-タを使用する解決策も残されているので引き続き検討を行う計画である。
疎水相互作用を取り入れた薬物分子-タンパク質の相互作用の理論・計算解析と応用

疎水相互作用の指標として用いられている化合物の分配係数log Pに関する実験および理論計算結果に基づき、疎水相互作用を考慮した薬物-受容体相互作用の理論モデル式を構築した。すなわち、抗真菌剤等のアゾール化合物-チトクロームP450間相互作用についての結合・阻害実験値とその定量的構造活性相関解析に基づき、アゾール化合物のlog Pと結合相互作用エネルギーとの対応評価を行い、両者の間に高精度の定量的相関を得た。さらに、HIV-1プロテアーゼとその一連の阻害剤の活性値変動に関して、フラグメント型非経験的分子軌道法計算を用いて得られる各アミノ酸残基と阻害剤の相互作用エネルギーに上記の疎水相互作用エネルギー項を取り込んだ高精度の定量的相関式を構築した。この結果、阻害剤と特定アミノ酸残基との電子的相互作用および疎水相互作用エネルギーが全体の結合エネルギーを支配していること、薬物-タンパク質問の微小な電荷移動が結合エネルギーと良好な線形関係を持つことを明らかにした。上記の研究結果を、疎水相互作用を取り込み、かつ非経験的分子軌道法計算に基づいた新しい定量的構造活性相関法とした発表した。疎水相互作用の指標として用いられている化合物の分配係数log Pに関する理論計算結果に基づき、疎水相互作用を考慮した薬物-受容体相互作用エネルギーを表す一般理論モデル式を構築した。HIV-1プロテアーゼ・阻害剤および炭酸脱水酵素・阻害剤間の相互作用についての阻害活性値を一般Born式/接触表面積(GB/SA)による疎水相互作用・水和エネルギー項とフラグメント型非経験的分子軌道法(FMO)計算による複合体の結合エネルギー項からなる線形式を構築し、従来の古典的定量的構造活性相関解析法に比較を行い、本方法の優位性を検証・確認した。以上の結果から、阻害剤と標的酵素の特定アミノ酸残基との電子的相互作用および疎水相互作用エネルギーが全体の結合エネルギーを支配していること、両者がほぼ実測の結合自由エネルギー変化と線形であること、さらに阻害剤が同族体の場合においては配座エントロピー項などこれら以外のエネルギー項も疎水相互作用あるいは結合エネルギーと線形であること等を明らかにした。この他に、上記の方法と手順によって、ノイラミニダーゼとタミフル等の抗インフルエンザ剤の相互作用解析、フラボノイド等フェノール化合物のラジカル補足活性等の電子・原子レベルの定量的構造活性相関解析を行った。上記の一連の研究結果を、疎水相互作用を取り込み、かつ非経験的分子軌道法計算に基づいた新しい定量的構造活性相関法として発表した。前年度までの成果に基づき、阻害剤とタンパク質の複合体についてフラグメント型非経験的分子軌道法による静電・水素結合相互作用エネルギー計算と一般Born法による疎水相互作用・水和エネルギー計算から薬物-受容体相互作用エネルギーを表す一般理論モデル式(LERE,Linear Expression by Representative Energy terms)を提案した。LERE法では薬物-受容体相互作用自由エネルギーにおけるエントロピー・エンタルピー変化について補償則を仮定し、また静電・水素結合相互作用エネルギー項や疎水相互作用・水和エネルギー項を代表項とし、全自由エネルギー変化に関与する他のエネルギー項は代表項の総和に線形と仮定する。LERE法を炭酸脱水酵素-ベンゼンスルフォンアミド誘導体およびインフルエンザ・ノイラミニダーゼ-タミフルアナログについて適用し、従来の古典的定量的構造活性相関解析法に比較を行い本方法が電子・原子レベルでの定量的な情報を与えるなどの優位性を検証・確認した。さらに、阻害剤が同族体の場合においては、静電相互作用エネルギー変化と水和自由エネルギー変化の間に一般に逆相関が成立することなど一連の阻害剤とそれらの標的タンパク質間相互作用エネルギーの内訳にいくつかの線形関係が存在することが古典的定量的構造活性相関の成立基盤であることを確認した。この他に、フェノール置換体のラジカル引き抜き速度が、まったく異なる化合物系列の溶媒和分解の反応速度と線形になるかを明らかにし、この結果に基づき、フラボノイドに関する新しい定量的構造活性相関を行った。
ネットワーク環境における前近代日本史史料の翻刻・編纂フレームワークの確立

本研究では、編纂の最も基礎作業となる「翻刻」作業を、史料のデジタル画像を呼び出し、コンピュータ画面上で釈文を作成するシステムの開発により、中世文書・古記録を中心にデータの生成を行うとともに、系図・系譜がもつ氏・家系・人物属性などの諸情報を正規化して蓄積するツールを開発して、標準化された多様な歴史知識情報を翻刻した釈文に付加することを可能としたことで、今後の多様な活用が期待される。また、データ形式の標準化による人物メタ情報の蓄積をもとに、東京大学史料編纂所歴史情報処理システムにある人物情報の正規化を実践し、高度利用が可能となるコーパスの構築を進めた。本研究は、前近代日本史料を対象とした「編纂」を、ネットワーク環境のもと協同して実現するための様々な取り組みを進めることを目的としている。当年度においては、(1)編纂の最も基礎作業となる史料の読み起こし作業、すなわち「翻刻」作業をネットワーク上にて支援するシステムの開発、(2)翻刻した釈文に付加する歴史知識情報の生成・共有システムの開発を行った。(1)は、史料デジタル画像を呼び出し、コンピュータ画面上で史料原態にあわせた釈文作成を可能とするだけでなく、体裁注や説明注などを付与する機能も設けた。生成したデータはHML形式でサーバー上で保存され、ネットワークを介して共有することを実現している。(2)では、多様な歴史知識情報のうち、とくに史料体裁が複雑でデータ化が見送られていた系図・系譜に焦点を定め、氏・家系・人物属性などの諸情報を正規化して蓄積するツールを開発した。これによって時代や地域によって体裁の異なる系譜類を、標準化されたフォーマットを介して情報化することが可能となり、今後の多様な活用が期待されるところである。また(1)の翻刻支援システムにて、(2)で生成した人物属性を利活用する方法や、(1)システムにて生成した人物注情報を一括出力し、(2)の情報と併せて活用するための方法論の検討も進めたところである。本研究においては、ネットワーク環境において、前近代日本史史料の編纂を協同して実現することを目的として、下記の3つの方向性から研究を進めた。(1)歴史史料解読のための翻刻支援システムの開発史料画像デジタルデータに釈文や様々な知識情報を付与し、サーバ上において管理・共有する翻刻支援システムは前年度既に構築したところであるが、当年度においては、史料編纂所歴史情報処理システム(SHIPS)と連携する形で稼働させ、中世文書・記録を中心に多数のデータの生成を行った。また出土文字史料の字形・字体から文字を類推するためのツール開発の前提として、明治大学において新たにサーバを導入し、古代学研究所が集成した「墨書土器データ」をサーバ上に移行してオンライン公開を可能とする準備を進め、合せて「墨書土器データ」の追加集成を行なった。(2)知識化・知識利用システムの構築による蓋然性推定の高度化歴史的人物の情報を収集・蓄積するため、前年度開発した知識化・知識情報利用システムを活用し、系譜史料を中心に中世・近世のデータ生成を行なった。また既存の官職履歴データや各種索引データとの連動をめざし、データ形式の標準化にむけて検討を進めた。(3)史料画像デジタル化を前提としたネットワーク型編纂支援システムの開発(1)・(2)において開発したシステムや生成した情報を、いかに連携させネットワーク編纂を実現するかについて、方法論の分析・研究を行った。史料集は、その対象とする時代や史料群によって多様な形式性を有している。かかる多様なスタイルから汎用的なモデルを求め、具体的な史料書目に応じた構造解析の検討を進めた。本研究においては、ネットワーク環境において前近代日本史史料の編纂を実現することを目的として、下記の3つの方向性から研究を実践している。(イ)歴史史料解読のための翻刻支援システムの開発翻刻支援システムを東京大学史料編纂所歴史情報システム(SHIPS)と連携のもと運用を実践し、多様な史料画像をベースにデータ生成を行った。蓄積されたデータの解析を通じて、XMLタグの修正等を施すとともに、テキスト分脈に依存した文字推定機能の向上を図った。文字解析の対象に墨書土器群を加えるため長岡宮・京跡出土の刻書・墨書土器についてのデータを作成した。これらの墨書土器データをネットワークを介して検索可能とするため、Webのブラウザによる検索システムの開発を行ない、古代学研究所がこれまで集積してきた墨書・刻書土器データと合せて、平成22年度に導入したサーバ上に移行・搭載して、明治大学古代学研究所のホームページ上から公開した。(ロ)知識化・知識利用システムの構築による蓋然性推定の高度化知識化・知識利用システムを活用し、古代・中世の代表的系譜史料である「尊卑分脈」、近世系譜史料たる「寛政重修諸家譜」などを対象に、様々なメタデータを持ったデジタルデータの生成を進めた。この蓄積をもとに、SHIPS内の人物関係データベース群との連携にむけて研究・調整を進めた。

さらに『春宮坊官補任』などの各種補任類や『日本霊異記』『古事談』などの説話集を対象に、人名・官職データの収集を行なった。(ハ)史料画像デジタル化を前提としたネットワーク型編纂支援システムの開発翻刻支援システムの機能拡張によってネットワーク型編纂の実現を図るべく、SHIPS内の目録系データベースとの連携・調整を進めた。SHIPSデータベースが持つ画像管理データ構造と、翻刻支援システムの構造を連携させるためのAPIについて構築にむけた検討を進めた。イ)歴史史料読解のための翻刻支援システムの開発前年度に引き続き史料編纂所歴史情報システム(SHIPS)と連携のもと、史料画像をもとに翻刻テキストデータの生成に努め、画像約540ファイルについてのテクスト蓄積を実践した。また文脈による文字推定機能について、基盤となる文脈データの拡張・N-グラム法の強化によってその正答率を著しく向上させた。あわせてSHIPS内の電子くずし字字典DBと連携し、推定された文字につき代表的字形画像の表示を可能とした。文字解析の対象に墨書土器群を加えるため、前年度に引き続き長岡宮・京域にあたる市町村の発掘調査報告書から土器一点ごとに実測図を付加した総件数3382件・画像件数2764件のファイルメーカ版のデータを生成した。墨書土器データは明治大学古代学研究所のホームページ上からWeb公開した。ロ)知識化・知識利用システムの構築による蓋然性推定の高度化前年度に引き続き知識化・知識利用システムを用いて、『尊卑分脈』『寛政重修諸家譜』を主たる対象として人物メタ情報の蓄積を進めた。この蓄積をもとにSHIPS内にある人物情報の正規化を実践し、高度利用が可能となるコーパスの構築を進めた。さらにSHIPS内の人物関係データベース群との連携にむけて、1『古事談』2『続古事談』3『江談抄』を対象に人名・官職に関するデータ蒐集を行ない、11427件2831件31205件、計3463件のエクセル形式のデータを作成した。ハ)史料画像デジタル化を前提としたネットワーク型編纂支援システムの開発SHIPS内にある史料目録系DBと画像ディレクトリ管理系DBの協調を強化するとともに、両者間のメタ構造について解析を行った。この成果にもとづいて翻刻支援システムの史料・画像検索機能の強化に向け実践を重ねた。本研究の基幹となる「翻刻支援システム」ならびに「知識化・知識利用システム」を構築し、既に大量のデータ蓄積を実践している。生成されたデータを有効活用し、既存の公開系データベースから発信することで、研究環境の改善に裨益するだろう。24年度が最終年度であるため、記入しない。ネットワーク型編纂の実現には、まだまだ取り組むべき課題が大きい。翻刻支援システムと史料編纂所がこれまでに生成してきた既存データベース群との調整には、まだ研究の余地が大きい。各データベースがそれぞれ独自に構築してきたロジックをいかに整合させ、翻刻支援システムとシームレスに応答させるのかを模索してゆかねばならない。史料編纂所本体との連携はもとより、関連する研究グループの協力を得て、継続的に取り組みを進めてゆく必要が大きい。
非相似拡大的選好と内生的時間選好による動学的貿易理論の再構築

本研究では、非相似拡大的選好あるいは内生的時間選好を導入した標準的な動学的一般均衡モデルを用いて、家計の選好がモデルの定常均衡に与える影響について考察を行った。その結果、非相似拡大的選好を用いた分析においては、財が劣等財である場合には、モデルの結果は大きく異なり得ることが判明した。また内生的時間選好を導入することで、所得格差と経済成長についての興味深い知見を得ることができた。本研究の目的は、非相似拡大的選好および内生的時間選好を導入することで、より現実に即した動学的貿易モデルを提示し、それらのモデルの基本的な性質を明らかにするとともに、長期的な貿易利益や貿易と各国間の所得格差等に関する理論分析および政策の提言を行うことである。25年度には主として、非相似拡大的選好に関するこれまでの研究に基づき、家計の選好に焦点を当てた動学的国際貿易モデルを構築し、貿易と経済成長に関する理論研究を行った。そして劣等財が存在するもとではこれまでの知見とは異なり、先進国と発展途上国との貿易により、両国の厚生水準がともに閉鎖経済における定常状態よりも改善(改悪)する可能性があること、不決定性が起こる場合には経済成長に伴い各国の貿易パターンが逆転しうること等を示した。上記の研究と並行して、内生的時間選好を導入したモデルを構築し、家計の所得格差や不決定性の発生に関する理論研究を開始した。このモデルにおける家計の異質性は、一方の家計は資本を保有し賃金と資本所得を得ることができるが、もう一方の家計は資本を保有することができず、賃金所得のみを得て消費のみを行うと仮定することで生じている。そしてこれらの設定のもとでは、全員が資本保有が可能な場合の平等な経済における定常状態よりも、少数の家計のみが資本を保有する経済における定常状態の方が、全員の厚生水準が高いという結果が得られた。この結果は経済成長と不平等に関する興味深い知見を提供しており、その理論分析を進めている。26年度には主として、非相似拡大的選好に関するこれまでの研究に基づき、以下の2つの場合において、家計の選好が結果に及ぼす影響に関して考察を行った。動学的ヘクシャー・オリーンモデルにおいて、i)生産における外部性が存在する場合、ii)国際的な資産市場が存在する場合。そしてi)に関して、家計の選好が相似拡大的でない場合にも、既存研究と同様な条件下で不決定性が発生することを証明し、その結果を論文にまとめた。そこで得られた結果は、生産における要素集約度が、外部性を含む場合(社会的な要素集約度)と含まない場合(私的な要素集約度)において逆転する際に、消費可能な資本財の生産が社会的に見て資本集約的である場合に、不決定性が発生しうるというものである。また財が劣等財となる場合には、これまでの研究結果とは異なり、財の生産における要素集約度の逆転が無い場合においても、不決定性が発生しうることを確かめており、劣等財の存在が結果に及ぼす影響について、現在更なる考察を進めている。ii)に関して、国際的な資産市場が存在する場合における既存の研究では、投資財が貿易不可であるものとして分析が行われている。その場合には、定常状態における各国の資本量は一意に決定する。しかし、投資財が消費可能であるとすると、定常状態における資本量は一意には決まらず、各国の初期資本量と資産量の相違により、どのような定常状態に到達するかが決まることになる。現在、そのようなモデルを構築して理論研究を進めている。27年度には主として、i)非相似拡大的選好に関するこれまでの研究に基づき、動学的ヘクシャー・オリーンモデルにおいて、生産における外部性が存在する場合についての分析、ii)耐久消費財が存在する場合の2国貿易モデルの分析を行った。そしてi)に関して、消費可能な資本財が劣等財となる場合には、これまでの研究結果とは異なり、財の生産における要素集約度の逆転が無い場合においても、不決定性が発生しうることを証明した。またその際には、消費財と消費可能な資本財に関する要素集約度の条件は必要でないことも示した。またii)については、貿易を行う両国が共に耐久消費財を消費する場合について、選好をコブ=ダグラス型に仮定して分析を行い、定常均衡が一意に存在し、鞍点安定であることを証明した。研究期間全体を通して、動学的ヘクシャー・オリーンモデルにおいて、非相似拡大的選好を導入することで得られる結果についての分析を行った。そして、一方の財が劣等財となるときには、均衡の安定性および一意性、あるいは長期的な貿易利益について、既存研究とは大きく異なる結果が得られることが分かった。

その結果、非相似拡大的選好を用いた分析においては、財が劣等財である場合には、モデルの結果は大きく異なり得ることが判明した。また内生的時間選好を導入することで、所得格差と経済成長についての興味深い知見を得ることができた。当初研究計画通りに研究が進んでいるため。国際経済学学会での発表等により研究を進展させるとともに、完成論文の投稿を行う。当初研究計画通りに理論モデルの構築が進んでいるため。研究を進展させ、学会での発表などを通じて論文の完成度を高めていく。
抗体遺伝子多様化を司る遺伝子AIDの活性制御因子の単離と機能解析

抗体遺伝子座の多様性を作る遺伝子AIDの活性制御因子の単離を試みた。AIDに物理的に結合するタンパク質の中にそのような制御因子があると仮定して、候補を探索し、AIDとの機能連関が示されるかを検証する手法を用いた。発現ライブラリーによるアプローチから3つのAID結合タンパクを同定したが、RNA干渉法での機能連関の証明には至らなかった。これら3つの候補については、AIDの機能制御について更なる解析が望まれた。Activation induced cytidine deaminase(AID)の生理的機能は、抗体遺伝子のクラススイッチ組み換えとsomatic hypermutationの誘導である事をこれまで明らかにしてきたが、その後そのAIDの生理的機能がうまく現れない時は、間違ったクラススイッチやsomatic hypermutationがゲノムに起こり、ゲノム損傷を作る。その結果、発ガンの引き金になりうる事を提唱してきた。それ故にAIDの分子機能を理解し、その活性がどう制御されいつ異常になるかを知る事は重要となってくる。本研究は一つのアプローチとしてAID供役因子の決定を目指すものである。大腸菌ツーハイブリッド法で、AID結合タンパクをスクリーニングし、ツーハイブリッドレベルで物理的結合が確認された候補をさらにほ乳類細胞レベルで、免疫沈降法によって確認した。確認がとれたのはImportin4A,EFla,と14-3-3betaであった。そこで機能的相関を見るため、AIDの2つの機能(クラススイッチ:NER7細胞とsomatic hypermutation:NIHp119細胞)を見るべく、NER7細胞とNIHp119細胞に,まずはImportin4aのsiRNAを導入した。Importin4aの発現抑制は、9割程度であったが残念ながらAIDの機能は変化なかった。Importin4aのdominant negative体を構築して強制発現も挑戦したが、AIDの機能は変化なかった。従ってImportin4aはAIDの機能制御の必須因子ではないと判断し、次の解析に移っている。Activation induced cytidine deaminase (AID)は、抗体遺伝子のクラススイッチ組み換えとsomatic hypermutationを司る遺伝子である事をこれまでの研究より明らかにしてきた。しかしながらAIDがどのようにクラススイッチ組み換えとsomatic hypermutationを状況に応じて特異的に誘導しているかは謎である。AIDによるクラススイッチ組み換えとsomatic hypermutation誘導の制御異常が、発ガンの引き金になりうる事が想定されており、それ故にAIDの分子機能を理解し、その活性がどう制御されいつ異常になるかを知る事が重要となってくる。本研究は一つのアプローチとしてAID共役因子の決定をする事でAID活性制御機構を解明する手がかりを得ようとする試みである。これまでAIDに物理的に結合するAID共役因子候補をツーハイブリッド法で、スクリーニングし、得られた3つの候補について物理的結合が免疫沈降法で確認した。さらに機能的相関を見るためこれら3つの候補に対してのsiRNAによる発現抑制を行った。しかしながらsiRNAでは機能的相関が示されなかった.Importin4Aでは発現抑制の効果が不十分で機能的相関が正当に評価できてない可能性があったため、Importin4Aの実際の機能である核内輸送を阻害するタンパク(ドミナントネガティブ型RAN)を強制発現させた。残念ながらこのアプローチによってもAmportin4AとAIDとの機能相関は見いだせなかった。一方、研究目的を達成するため候補遺伝子の絞り込みと評価について別のアッセイ系の構築の必要性が出たため、ウイルスゲノムに起こるhypermutationによるアッセイ系のたちあげに成功した。H21年度はこの系を導入しAID共役因子の解析を進める。これまでのAID活性測定システムは、いずれも制限がありAID活性制御因子の解析に必ずしも向いているとはいえなかった。今年度は、AIDの活性制御因子探索とその候補の評価のためより短期間にAID活性を評価するシステムの構築を目指した。DNAデアミナーゼファミリーのうちAIDと非常に近縁なAPOBEC3GがHIVウイルスやB型肝炎システムに変異を導入する事が報告されたので、ほぼ同じ酵素学的性質をもつAIDにも可能性があると考えた。HBVを複製しているヒト肝細胞株にAIDを発現させた所、遺伝子導入後23日でウイルスDNAに高頻度変異を検出した。また酵素活性のないAID変異体では高頻度変異は検出されなかった。この高頻度変異は、C to TとG to Aが主で抗体遺伝子座の高頻度変異と若干異なる。AIDが抗体遺伝子座に起こす高頻度変異は、AID活性によりC to TとG to Aが作られ、さらに遺伝子修復酵素群がAIDの活性の結果できたUを修飾する事でそれ以外の変異パターンができると考えられている。従ってHBVキャップシド内にAIDが取り込まれAIDがキャップシドDNAのマイナスとプラス鎖DNA両方にC to Uの変異を入れる事が想定される。変異パターンがC to TとG to Aなのは、抗体遺伝子座で起こるU創出後の遺伝子修復酵素群の作用が無い事が原因と考えられる。従ってAID活性がより迅速にかつより単純化された系で評価が可能になったと考えられる。
二光子励起型フォトカソード電子源による高スピン偏極度電子ビーム生成

波長1560nmのレーザー用いたGaAs型半導体からの電子ビーム生成に関する調査の結果、レーザーピーク強度が十分に得られず二光子励起過程に依存する量子効率が小さい場合、予測されるスピン偏極度90%以上に対し20%程度のスピン偏極度しか得られないことがわかった。これは半導体内での減偏極に加え、レーザー自体に含まれる高調波成分とGaAs型半導体内の不純物準位を起源とした電子放出が関与していると考えられる。前者については活性層の厚さを薄くすることで、後者2つの効果はレーザー強度をさらに高め二光子励起過程の成分が支配的になるようにすることである程度は解決できると考えられるが、従来の90%を越えるスピン偏極度を得るためにはこれらの問題を本質的に解決することも重要となる。二光子励起過程による偏極電子ビーム生成のために基礎的なR&Dを行った。具体的には二光子による高スピン偏極度電子ビーム生成の妨げとなる半導体試料内のドーピング材料の検討、レーザーの高純度化を目指し研究を行った。・明らかになった現象波長1560nmのレーザー用いたGaAs半導体からの電子ビーム生成に関する調査の結果、レーザー強度が充分に得られない場合、予測される偏極度90%に対し20%程度の偏極度しか得られないことがわかった。これはレーザー自体に含まれる倍波成分とGaAs半導体の不純物準位が関与していると考えられる。これらの効果はレーザー強度をさらに高め二光子励起過程の成分を増加させることである程度は解決できると考えられるが、従来の90%を越える偏極度を得るためには上に上げた問題を本質的に解決することが必要となる。我々は新たにCWのダイオードレーザー(波長1560nm)を用いた試験システムを構築した。このシステムを用いることで多光子励起用の半導体試料として最適なドーピング原子やその添加量を調査することができる。また、もう一つの問題と考えられるレーザー自体の倍波成分に関しても光学フィルターを利用し純度を高めることを考えており、その試験を行うことも可能となる。本研究ではこの新たなレーザーシスムの立ち上げはほぼ終了しており、現在半導体試料の最適化試験を行っている。その結果として、ドーピング原子として亜鉛を用いることで問題となる不純物準位を減らすことが可能なことが既にわかっている。波長1560nmのレーザー用いたGaAs半導体からの電子ビーム生成に関する調査の結果、レーザー強度が充分に得られない場合、予測される偏極度90%に対し20%程度の偏極度しか得られないことがわかった。本研究ではこの新たなレーザーシステムの立ち上げはほぼ終了しており、現在半導体試料の最適化試験を行っている。
電子・負イオンのヘテロ溶媒和構造-溶媒和による安定化の微視的理解を目指して-

本研究は,気相の分子集合体(気相クラスター)を利用して,電子や短寿命の原子価負イオンの周囲に人工的な溶媒和環境を調製し,(1)ヘテロ溶媒和環境をもつ水和電子の生成・構造・ダイナミクス,(2)プロトン性分子を含むヘテロ溶媒和による原子価負イオンの安定化メカニズムを明らかにすることによって,溶媒効果に関する分子論的描像を得ることを目的とした.1.分子の取り込みによる(H_2O)_n^-の水素結合ネットワーク構造転移:ビーム・エントレインメント法と光電子イメッジング分光法を併用し,水和電子クラスター(H_2O)_n^-がプロトン性分子を取り込む際に,電子-水素結合{e^-}...HOを保持したまま,水素結合ネットワークの劇的な構造転移が起こることを明らかにした.2.Dual dipole-bound状態の生成と原子価負イオンへの光変換:極性分子と水素結合ネットワークがそれぞれの双極子モーメントによって空間に広がった電子を束縛している新規なdual dipole-bound状態を生成し,それが原子価負イオンの前駆体となることを示した.3.共溶媒系[(CO_2)_n(ROH)_m]^-(R=H, CH_3)の幾何構造・電子構造の解明:赤外光解離分光法と高精度ab initio計算を併用して[(CO_2)_n(ROH)_m]^-の溶媒和構造を調べ,プロトン性共溶媒分子による水素結合を介した短寿命原子価負イオンCO_2^-の安定化メカニズムを明らかにした.本研究は,気相の分子集合体(気相クラスター)を利用して,電子や短寿命の原子価負イオンの周囲に人工的な溶媒和環境を調製し,(1)ヘテロ溶媒和環境をもつ水和電子の生成・構造・ダイナミクス,(2)プロトン性分子を含むヘテロ溶媒和による原子価負イオンの安定化メカニズムを明らかにすることによって,溶媒効果に関する分子論的描像を得ることを目的とした.1.分子の取り込みによる(H_2O)_n^-の水素結合ネットワーク構造転移:ビーム・エントレインメント法と光電子イメッジング分光法を併用し,水和電子クラスター(H_2O)_n^-がプロトン性分子を取り込む際に,電子-水素結合{e^-}...HOを保持したまま,水素結合ネットワークの劇的な構造転移が起こることを明らかにした.2.Dual dipole-bound状態の生成と原子価負イオンへの光変換:極性分子と水素結合ネットワークがそれぞれの双極子モーメントによって空間に広がった電子を束縛している新規なdual dipole-bound状態を生成し,それが原子価負イオンの前駆体となることを示した.3.共溶媒系[(CO_2)_n(ROH)_m]^-(R=H, CH_3)の幾何構造・電子構造の解明:赤外光解離分光法と高精度ab initio計算を併用して[(CO_2)_n(ROH)_m]^-の溶媒和構造を調べ,プロトン性共溶媒分子による水素結合を介した短寿命原子価負イオンCO_2^-の安定化メカニズムを明らかにした.本研究では,気相の分子集合体(気相クラスター)を利用して,電子・短寿命の原子価負イオンの周囲に人工的な溶媒和環境を調製し,その安定性と構造を系統的に調べることによって「溶媒和による安定化の微視的理解」を目指し,以下の研究を実施した.1.ヘテロな溶媒環境をもつ溶媒和電子の構造:ビーム・エントレインメント法と質量分析法,負イオン光電子分光法を併用し,(H_2O)_n^-がD_2O,CH_3OHなどを取り込んだ際に形成される水素結合ネットワーク構造を調べた.その結果,電子-水素結合(e【triple bond】H-O)を保持しながら,D_2O,CH_3OHを水素結合ネットワーク内に取り込むことが明らかとなった.この成果は,溶媒和電子の安定化に対するエントレーナー(共溶媒)効果の分子論的描像を与えるものである.2.ヘテロ溶媒和による原子価負イオンの安定化メカニズムの解明:光電子イメッジング分光法を用いて(CH_3)_2CO,H_2Oを含む混合クラスター負イオンの電子構造を調べた.その結果,短寿命原子価負イオン(CH_3)_2CO^-の安定化メカニズムに関して,プロトン性溶媒分子が水素結合を介して負イオンを安定化させるのではなく,「複数の双極子場によって安定化した原子価負イオン(valence anion stabilized by surrounding multi-dipoles)」が形成されることを示した.さらに,二量体分子負イオン[(CH_3)_2CO]_2^-を初めて観測し,高精度ab initio計算との併用によって,二つのπ*_<co>軌道を重ね合わせたSOMOに余剰電子がトラップされた構造を明らかにした.これらの成果は「溶媒和による短寿命原子価負イオンの安定化」を系統的に説明するモデルの構築に繋がるものである.本研究では,気相の分子集合体(気相クラスター)を利用して,電子や短寿命の原子価負イオンの周囲に人工的な溶媒和環境を調製し,それらの安定性・構造・ダイナミクスを調べることによって「溶媒和による安定化の微視的理解」を目指して,以下の研究を実施した.1.ヘテロな溶媒環境をもつ溶媒和電子の構造:ビーム・エントレインメント法と質量分析法,画像観測型負イオン光電子分光法を併用し,(H_2O)_n-がD_2O,CH_30H,(CH_3)_2COを取り込んだ際に形成される水素結合ネットワーク構造を調べた.

その結果,D_2O,CH_3OHを取り込んだ場合には,電子-水素結合(e...H-O)を保持しながら,水素結合ネットワークの劇的な構造転移が起こることを明らかにした.この成果は,溶媒和電子の安定化に対するエントレーナー(共溶媒)効果の分子論的描像を与えるものである.2.ヘテロ溶媒和による原子価負イオンの安定化メカニズムの解明:赤外光解離分光法を用いて,CO_2とCH_3OHで構成された混合クラスター負イオンの2700-3700cm^<-1>における振動構造を調べ,CO_2-およびC_2O_4-をイオン芯とする2つの電子構造異性体のうち,ヘテロ溶媒和によって前者が選択的に安定化されることを見出した.さらに高精度ab initio計算を併用して溶媒和構造を推定し,CH_3OHによる短寿命原子価負イオンCO_2-の安定化メカニズムが,H_2Oの場合とは異なることを明らかにした.これらの成果は,プロトン性分子の「溶媒和による短寿命原子価負イオンの安定化」に関するモデルの構築に繋がる.