hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機金属クラスターを機能単位としたボトムアップ的手法によるナノ光機能材料の創製

気相中で合成される有機金属サンドイッチクラスターは,その一次元多層構造に由来した光応答性・磁気特性を示すことから,次世代の光応答磁気材料への応用が期待されており,本研究では,それら気相クラスターを有機分子マトリクス基板へ非破壊蒸着・単離(ソフトランディング単離)することで,クラスターを機能単位としたナノ光機能材料への展開を目指している.その一環として,本年度は自己組織化単分子膜(SAM)をはじめとする有機分子マトリクス基板に単離された有機金属クラスターの蒸着(単離)過程における詳細な知見を得るために,クラスターの蒸着エネルギーと吸着形態の関連性について検証をした.その結果,クラスターがソフトランディング単離されるためには,数eV以上の衝突エネルギーでSAM基板へ蒸着させる必要があることが明らかとなった.また,単離されたクラスターは化学吸着エネルギーに匹敵する高い脱離の活性化エネルギーが得られたが,この値はSAMの相転移エンタルピーを反映していることが示唆された.従って,相転移エンタルピーの大きな有機分子マトリクス基板を利用することで,単離クラスターの熱的安定性が飛躍的に向上できることが示唆された.さらにクラスターの吸着形態をより詳細に評価するために,本研究では走査型プローブ顕微鏡によるクラスター蒸着基板の表面観測も行なった.有機金属サンドイッチクラスターを蒸着させたアルカンチオールSAM基板を原子間力顕微鏡(AFM)により観測したところ,蒸着したクラスターは表面拡散を伴ってSAMの欠陥サイトに凝集し,島構造を形成していることが確認された.これはAFM観測を室温条件にて行なったために,SAM基板に蒸着したクラスターが基板上を熱拡散したと考えられ,今後は低温条件下にて観測をする実験システムの構築を目指し,SAM基板に単離された単一クラスターの実像イメージング観測を目指していく.金属原子と有機分子が複合した有機金属サンドイッチクラスターは、その一次元多層構造に由来した光応答性・磁気特性を示すことから、次世代の光応答磁気材料への応用が期待されており、本研究では、それら有機金属クラスターをナノ光機能材料へと展開する方法論の確立を目指している。その一環として、今年度は気相中で合成した有機金属クラスターを種々の有機分子からなる自己組織化単分子膜(SAM)を利用して基板上にマトリクス単離する方法論の確立した。1.アルカンチオールSAMへのマトリクス単離化学的に不活性なアルキル基を有するアルカンチオールSAM(C-SAM)をマトリクス基板として利用し、気相合成した有機金属クラスター:M(benzene)_2(M=Cr, V, Ti)を蒸着(ソフトランディング)させたところ、気相クラスターはC-SAMの膜内に侵入し、その内部でマトリクス単離されることがわかった。SAM基板にマトリクス単離されたクラスターはアルキル鎖との化学的な相互作用により基板上で配向し、さらにその熱脱離が室温に至るまで抑制されることも同時に明らかにした。また、気相中にて磁気特性を有する機能性・多層有機金属クラスター:V_2(benzene)_3のソフトランディングも試み、室温においてC-SAM基板ヘマトリクス単離させることにも成功した。2.フルオロアルカンチオールSAMへのマトリクス単離マトリクス単離されたクラスターの吸着形態(配向性)の多様化、ならびに熱的安定性のさらなる向上をはかるため、分極性の高いフルオロアルカンチオールSAM(F-SAM)をマトリクス基板として利用した。その結果、ソフトランディング単離されたM(benzene)_2クラスターはC-SAMのときとは異なった配向性を示し、さらに分極相互作用により単離クラスターの熱的安定性がさらに向上する結果が得られた。気相中で合成される有機金属サンドイッチクラスターは,その一次元多層構造に由来した光応答性・磁気特性を示すことから,次世代の光応答磁気材料への応用が期待されており,本研究では,それら気相クラスターを有機分子マトリクス基板へ非破壊蒸着・単離(ソフトランディング単離)することで,クラスターを機能単位としたナノ光機能材料への展開を目指している.その一環として,本年度は自己組織化単分子膜(SAM)をはじめとする有機分子マトリクス基板に単離された有機金属クラスターの蒸着(単離)過程における詳細な知見を得るために,クラスターの蒸着エネルギーと吸着形態の関連性について検証をした.その結果,クラスターがソフトランディング単離されるためには,数eV以上の衝突エネルギーでSAM基板へ蒸着させる必要があることが明らかとなった.また,単離されたクラスターは化学吸着エネルギーに匹敵する高い脱離の活性化エネルギーが得られたが,この値はSAMの相転移エンタルピーを反映していることが示唆された.従って,相転移エンタルピーの大きな有機分子マトリクス基板を利用することで,単離クラスターの熱的安定性が飛躍的に向上できることが示唆された.さらにクラスターの吸着形態をより詳細に評価するために,本研究では走査型プローブ顕微鏡によるクラスター蒸着基板の表面観測も行なった.有機金属サンドイッチクラスターを蒸着させたアルカンチオールSAM基板を原子間力顕微鏡(AFM)により観測したところ,蒸着したクラスターは表面拡散を伴ってSAMの欠陥サイトに凝集し,島構造を形成していることが確認された.これはAFM観測を室温条件にて行なったために,SAM基板に蒸着したクラスターが基板上を熱拡散したと考えられ,今後は低温条件下にて観測をする実験システムの構築を目指し,SAM基板に単離された単一クラスターの実像イメージング観測を目指していく.
ヤマドリの地域個体群の遺伝的構造は放島によりどのよらに変遷したか

研究目的:ヤマドリ(キジ科)は、本州以南に留鳥として生息する日本固有の鳥類である。色彩多型に富み、5亜種に分けられている。狩猟鳥として人気が高く、個体数の急激な減少を見せている。また、その分布の境界では中間型が知られており、保全研究の上でも、混乱を来している。この原因の一つが、亜種を顧みない放鳥の影響ではないかという懸念が指摘されており、その真偽のほどは未だに不明である。そこで、本研究では、ヤマドリの放鳥以前の個体群の遺伝子と、現生の個体群の遺伝子を比較解析することにより、放鳥の影響の有無を探ろうというものである。研究方法:私は、これまで、日本全国から狩猟により得られた現生のヤマドリ約200個体について、オリジナルなプライマーの設計を行うなどして、ミトコンドリアDNA(mtDNA)コントロール領域の分析を試み、全部で64のハプロタイプを見い出すことができた。そのハプロタイプには、地域による若干の偏りは認められたものの、亜種または地域に固有のハプロタイプはなく、全国的に同じようなハプロタイプが広く存在していることが明らかになった。今年度は、主として、放鳥事業が始まる(1973)以前に捕獲され、剥製として保管されている標本からDNAを抽出し、mtDNAの塩基配列の決定を行った。剥製のDNAはかなり断片化が進んでおり、新たなプライマーの作成が必要であったが、約100個体の剥製のコントロール領域ドメイン1の塩基配列、約400bpを決定することができた。研究成果:その結果、現生の個体には見られなかった新たなハプロタイプを見いだすことができた。しかし、これらの個体は、現生のものと同じように、地域固有のものでは無いものと思われた。つまり、ヤマドリは、相当な数が狩猟により捕獲され続けていたにもかかわらず、遺伝的な多様度は大変高く(0.98)、今も昔も変わりなく、多様な個体群から構成されているものと推察された。さらに、養殖されている放鳥個体からも複数のハプロタイプが見いだされたが、特有のものはなく、放鳥が特に何らかの影響を与えているとは考えにくいと結論される。
アブラナのホスファチジルコリン生合成酵素の遺伝子発現に対する生育温度の影響

1.ナタネのCDP-コリン合成酵素(CCT)をコードするcDNAを、酵母のcct変異株の栄養要求性の相補を指標にしてクローニングした。その結果、4種類のCCT(CCT1、CCT2、CCT3およびCCT4)をコードするcDNAが得られた。ナタネCCTの推定アミノ酸配列をKite&Doolittle(1982年)のアルゴリズムで解析した結果、他生物由来のCCTと同様に、全ポリペプチド領域にわたり親水性であることが示唆された。しかし、CCT1cDNAを酵母中で発現させると、活性のほとんどがミクロソーム画分に回収されたことから、CCT1は酵母細胞では(また、おそらく植物細胞においても)膜画分に移行する可能性が示唆された。ナタネの器官におけるCCT1の発現をノーザンハイブリダイゼーション法により調べた。CCT1のmRNA発現レベルは、胚や根で高かったが、成熟葉ではほとんど発現がみられなかった。この結果は、成熟葉のホスファチジルコリン(PC)の代謝回転が常温では非常に低い可能性を示唆している。今後の展望:(成熟)葉におけるCCT遺伝子発現(転写)が低温やその他の因子によって再び活発になる時期や条件をCCTを用いたノーザンハイブリダイゼーション法により検索する必要がある。また、CCTを過剰発現した形質転換植物を作成することにより、PCと凍結耐性の因果関係を検証したい。植物のPC代謝回転は、糖脂質合成の盛んな葉や貯蔵脂質生合成の盛んな胚などの器官で高く、PCは、これらの脂質の生合成中間体としての生物学的意義が注目されてきた。今後は、CCTの遺伝子発現レベルを種々の条件下で詳細に検討することにより、PC代謝回転の生合成以外の生物学的意義を明らかにしたいと考えている。(2)CH01遺伝子をGAL7プロモータ下流に持つプラスミドYCpGPSS(TRP1)でINY102Bを形質転換し、ガラクトース存在下で生育できるトリプトファン非要求性株INY102B/YCpGPSSを作成した。(4)アブラナ(Brassica napus cv.Jet Nurf)の根よりpoly(A)^+RNAを単離し、酵母/大腸菌シャトルベクタプラスミドpFL61(URA3)中にcDNA発現ライブラリを構築した。このcDNAライブラリを用いてINY103を形質転換し、ウラシル非要求性でしかもグルコースとコリン存在下に生育できる形質転換体を14個得た。(5)(4)の形質転換体からpFL61プラスミドを回収し、プラスミドにコードされる植物cDNAの塩基配列を、Sanger法で決定した。その結果、14個のクローンは酵母およびラットのCCTにホモロジーのある9個の独立のクローンに分類され、これらはさらに、4個のアイソザイムcDNAに分類されることがわかった。(1)ナタネの4種類のCDP-コリン合成酵素(CCT1、CCT2、CCT3およびCCT4)の推定アミノ酸配列をKite & Doolittle(1982年)のアルゴリズムで解析したところ、他生物由来のCCTと同様に、全ポリペプチド領域にわたり親水性であることが示唆された。しかし、CCT1cDNAを酵母細胞中で発現させると、CCT活性のほとんどがミクロソーム画分に回収されたことから、CCT1は酵母細胞では(また、おそらく植物細胞においても)小胞体ないしは類似の膜画分に移行する可能性が示唆された。(2)ナタネの器官におけるCCT1の発現をノーザンハイブリダイゼーション法により調べた。CCT1のmRNA発現レベルは、胚が根で高かったが、成熟葉ではほとんど発現がみられなかった。

この結果は成熟葉のホスファチジルコリン(PC)の代謝回転が非常に低いか、あるいは、成熟葉のCCT1の遺伝子発現が翻訳後の調節を受けている可能性を示唆している。現在、(成熟)葉におけるCCT遺伝子発現(転写)が低温やその他の因子によって再び活発になる時期や条件をCCTを用いたノーザンハイブリダイゼーション法により検索中である。(3)今後の展望:植物のPC代謝回転は、糖脂質合成の盛んな葉や貯蔵脂質生合成の盛んな胚などの器官で高く、PCは、これらの脂質の生合成中間体としての生物学的意義が注目されてきた。しかし、今後は、CCTの遺伝子発現レベルを種々の条件下で詳細に検討することにより、PC代謝回転の生合成以外の生物学的意義を明らかにしたいと考えている。
片頭痛患者における自律神経機能の検討-主に血管反応性の変化について-

片頭痛の発作治療薬としてセロトニン受容体(5-HT_<10>-like受容体)アゴニストのスマトリプタンが開発され欧米ではすでに投与されている.その作用機序として,血管収縮作用およびtrigeminovascular theoryに基づく三叉神経終末からの神経ペプチドの放出に対する抑制作用および血小板のセロトニン放出抑制作用があげられている.本研究は,スマトリプタンと血小板との関係に注目しその血小板に対する作用機序を明らかにする目的で行っているものである.片頭痛患者の血小板機能に注目し血小板凝集能および血小板のセロトニン受容体の遺伝子解析を研究目標としている.今年度はまず血小板の注出を以下のように行った.まず,各患者群および健常者群の血液を3.15%sodium citrateを含んだ試験管に採血し,800×gで8分間遠心分離しprostacyclin (300ng/ml)を加え,800×gでさらに18分間遠心分離した.その沈殿にKrebs bufferを10-15ml加えて懸濁させ,さらにindomethacin (10 μM), calcium (1 mM)を加えcell countし,絶対数1×10^8になるように希釈し,血小板を分離した.その後,患者群および健常者群の血小板サンプルに対してADP (2 μM), collagen (1 μg/ml), PAF (1 μM)に対する血小板凝集能を透光度法で測定し,同様の検討をsumatriptan (50 nM), 5-HT_<10>-like receptor agonist methiothepin (50 nM)の存在下で検討しているが,まだ例数が少なく明らかな傾向は認められていない.また遺伝子解析については,現在各患者群および健常者群の血小板サンプルに対してtotal RNAをisothiocyanate/phenol/chroloform法で抽出しているところである.片頭痛の発作治療薬としてセロトニン受容体(5-HT_<10>-like受容体)アゴニストのスマトリプタンが開発され欧米ではすでに投与されている.その作用機序として,血管収縮作用およびtrigeminovascular theoryに基づく三叉神経終末からの神経ペプチドの放出に対する抑制作用および血小板のセロトニン放出抑制作用があげられている.本研究は,スマトリプタンと血小板との関係に注目しその血小板に対する作用機序を明らかにする目的で行っているものである.片頭痛患者の血小板機能に注目し血小板凝集能および血小板のセロトニン受容体の遺伝子解析を研究目標としている.今年度はまず血小板の注出を以下のように行った.まず,各患者群および健常者群の血液を3.15%sodium citrateを含んだ試験管に採血し,800×gで8分間遠心分離しprostacyclin (300ng/ml)を加え,800×gでさらに18分間遠心分離した.その沈殿にKrebs bufferを10-15ml加えて懸濁させ,さらにindomethacin (10 μM), calcium (1 mM)を加えcell countし,絶対数1×10^8になるように希釈し,血小板を分離した.その後,患者群および健常者群の血小板サンプルに対してADP (2 μM), collagen (1 μg/ml), PAF (1 μM)に対する血小板凝集能を透光度法で測定し,同様の検討をsumatriptan (50 nM), 5-HT_<10>-like receptor agonist methiothepin (50 nM)の存在下で検討しているが,まだ例数が少なく明らかな傾向は認められていない.また遺伝子解析については,現在各患者群および健常者群の血小板サンプルに対してtotal RNAをisothiocyanate/phenol/chroloform法で抽出しているところである.
生体界面機能の体系的解明によるナノバイオ・微粒子ナノテクノロジー融合学理の創出

生体およびその代謝物などが有する多種多様な機能の様々な分野への応用を目的に、バイオ、微粒子、医薬、材料等の分野で活躍する化学工学系研究者の連携により、主に以下の観点から調査・研究を行い、ナノテクノロジーとバイオテクノロジーの融合による総合的なナノスケール物質の挙動制御等に関する学理の確立を試みた。(1)バイオ分子界面機能の評価・解析ツールの構築、バイオイメージング(2)生体界面やDNAなど生体起源物質の構造制御および機能発現因子のニューラルネット等を用いた体系的解析(3)バイオナノブロックのアセンブリー技術とそれを組み合わせたナノ粒子等の挙動・配列制御(4)バイオ分子の基盤的応用的知識情報の集積化とナノバイオテクノロジーの知識の構造化。こうしたバイオナノテクノロジーの基本学理に基づいた応用展開は、大きく分けて(1)医療・健康・福祉等の分野へのナノテクノロジー成果の応用、(2)生体およびその関連物質・バイオ分子の機能を応用した新たなデバイス等製造プロセスの確立、の二種類の動向がある。前者については、医療機器、診断法などにナノテクノロジーの成果を比較的容易に利用可能で、化粧品なども含め、米国を中心に開発競争が行われている。この分野への応用では医工連携が重要であり、本調査研究では、バイオイメージング学会との共同を進め、下記で述べるようなシンポジウム、講演会の共同開催を推進した。後者のバイオ機能を利用したデバイス、材料への応用は、ひとつのアイデアだけでは実用化するのが困難で、基礎的な研究をベースにした何段階ものプロセス工学的アプローチが必要である。例えば、DNAを用いた基板上へのナノ回路作製技術を確立するには、DNAの基板上への高速パターニング、DNA上へのナノ粒子の選択的被覆、粒子の接合による回路化など、様々な技術基盤を確立する必要があり、本調査研究では、様々な応用展開を考えた場合、その技術の確立に必要な技術課題の抽出と現状を調査し、文科省、厚労省科学研究費等への申請を行った。以上の観点から、以下の2回の全体会議、幹事会および3度の公開シンポジウム、講演会を開催し、本企画調査内容に関する徹底討議と成果の公表を、化学工学会、バイオイメージング学会との連携により実施した。・6月14,15日第一回全体会議、各メンバーの研究内容交流と調査研究テーマの具体化質疑(福岡・KKR博多)・9月10,11日「ナノとバイオの融合学理構築、産業基盤形成」シンポジウム(化学工学会、バイオイメージング学会共催、松島・大観荘)・10月4日幹事会(京都・京阪ホテル会議室)・1月8,9日「ナノとバイオイメージングの融合と医用への展開」シンポジウム(東京・国立感染症研究所)・2月2,3日「ナノバイオテクノロジーの最前線」シンポジウム(東京・東大山上会館)、2日午前、全体会議を開催生体およびその代謝物などが有する多種多様な機能の様々な分野への応用を目的に、バイオ、微粒子、医薬、材料等の分野で活躍する化学工学系研究者の連携により、主に以下の観点から調査・研究を行い、ナノテクノロジーとバイオテクノロジーの融合による総合的なナノスケール物質の挙動制御等に関する学理の確立を試みた。・6月14,15日第一回全体会議、各メンバーの研究内容交流と調査研究テーマの具体化質疑(福岡・KKR博多)・9月10,11日「ナノとバイオの融合学理構築、産業基盤形成」シンポジウム(化学工学会、バイオイメージング学会共催、松島・大観荘)・10月4日幹事会(京都・京阪ホテル会議室)・1月8,9日「ナノとバイオイメージングの融合と医用への展開」シンポジウム(東京・国立感染症研究所)・2月2,3日「ナノバイオテクノロジーの最前線」シンポジウム(東京・東大山上会館)、2日午前、全体会議を開催
SLCO2A1トランスポーターの機能解析

平成29年度にSLCO2A1トランスポーターを強制発現させたアフリカツメガエルの卵母細胞を用いた輸送実験系の確立、および卵母細胞を用いたSLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送実験の確立は行っている。平成30年度はこれらの予備実験をもとにSLCO2A1強制発現卵母細胞を用いてのSLCO2A1トランスポーターの輸送動態の確認を中心に実験を行った。(1)CEAS患者に認められた変異型SLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送機能の確認:平成29年から30年にかけて確立したアフリカツメガエルの卵母細胞を用いてのSLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送実験で、CEAS患者に認められた変異型SLCO2A1トランスポーター11種類の輸送機能の確認を行った。野生型と比べて変異型では輸送機能の低下が見られた。(2)変異型SLCO2A1トランスポーターの機能と臨床症状の比較九州大学に協力いただき、CEAS患者の遺伝子型と臨床症状の比較を行った。現在までの調査では、遺伝子型と症状の相関性は出ていない。(3)蛍光免疫染色法によるCEAS診断これまでの研究により、CEASは小腸組織のSLCO2A1トランスポーターの発現を蛍光免疫染色により判定することが診断に有用であるとされている。CEASを疑う多発小腸潰瘍症患者の組織検体を用い、蛍光免疫染色による診断法を確立し診断を行った。平成29年度から30年度にかけて、強制発現卵母細胞を作成するためのSLCO2A1導入プラスミドを作成し、卵母細胞へのトランスポーターの強制発現の技術を確立できた。平成30年度は予定であった野生型SLCO2A1遺伝子及び変異型SLCO2A1遺伝子を導入した卵母細胞を用いての輸送動態の確認を行った。CEASとして報告されている変異型のうち11変異を使用し輸送動態の確認を行ったところ、10変異で野生型と比べ輸送機能の低下が認められた。変異の中でも途中で終止コドンの入るもの、1アミノ酸置換であるが極性変化を伴うものの計9変異はいずれも取り込みがほぼ認められなかった。それに対して細胞外部分の1アミノ酸置換で極性変化を伴わない1372GTは部分的低下にとどまり、膜ヘリックス内の1アミノ酸置換で極性変化を伴わない97GCは野生型と比べ輸送機能の低下は見られなかった。これらの結果については追加データを平成31年度中に論文投稿予定である。また平成30年度の予定であった変異型と臨床症状との比較を行った。現在までの結果では変異型と臨床症状との関連性は認められていない。今後更に比較症例を増やしていく予定である。蛍光免疫染色法によるCEAS診断は、平成29年度から30年度までの期間で自験例10例、他院からの依頼12例で免疫染色を施行した。うち3例でSLCO2A1の発現が見られず、CEAS診断の一助となった。以上から研究の進展としてはおおむね順調と判断する。(1)変異SLCO2A1を中心とした卵母細胞を用いたSLCO2A1トランスポーター輸送機能の解析:平成30年度に引き続き卵母細胞を用いた既知の変異SLCO2A1トランスポーターの輸送実験を行い、正常SLCO2A1トランスポーターと変異でのプロスタグランジンE2の輸送機能の差を明らかにする。結果については平成31年度中に論文投稿予定である。(2)変異型SLCO2A1トランスポーターの機能と臨床症状との比較:平成30年度に引き続き、(1)におけるmutant SLCO2A1トランスポーターの輸送機能と罹患者のゲノム解析結果、臨床症状との比較検討を行い変異の組み合わせによる臨床症状への影響の有無を調べる。(3)蛍光免疫染色法によるCEAS診断平成30年度に引き続き蛍光免疫染色によるCEAS診断を行っていく。(1)アフリカツメガエル卵母細胞へのSLCO2A1発現系の確立:アフリカツメガエル卵母細胞を用いて輸送実験を行うためSLCO2A1遺伝子プラスミドから合成したcRNAを卵母細胞に注入し、細胞膜にSLCO2A1トランスポーターを強制発現させることに成功した(2)卵母細胞を用いたSLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送実験の確立:SLCO2A1トランスポーターを強制発現させた卵母細胞と蒸留水の注入を行った卵母細胞(コントロール)を用いて、輸送実験の予備実験として既知の基質であるプロスタグランジンE2の取り込み実験を施行。SLCO2A1トランスポーターを強制発現させた卵母細胞でのプロスタグランジンE2の取り込みを確認した(3)SLCO2A1トランスポーターにおけるプロスタグランジンE2と性ホルモンの輸送動態の確認:SLCO2A1トランスポーターの既知の基質であるプロスタグランジンE2と共に性ホルモンの取り込みを行い共輸送の有無の確認を行った結果、女性ホルモンとの同時輸送においてプロスタグランジンE2の取り込みが僅かに増すことを確認した。性ホルモンがSLCO2A1トランスポーターの基質でありプロスタグランジン輸送にも関わる可能性が示唆された(4)mutant SLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送機能:CEAS患者に認められたSLCO2A1遺伝子変異型の発現

プラスミドを作成し、RNAを卵母細胞に発現させプロスタグランジンE2の輸送実験を行い、変異による取り込み機能の差を確認した。残りの変異についても実験を行っていく(5)ノックアウトマウスの腎臓メサンギウム細胞の質量分析:SLCO2A1ノックアウトマウスと正常マウスの糸球体組織の質量分析を行い代謝産物の差の解析を行ったところ、雌マウスのみにおいて4物質に差が見られ、雄マウスでは認めなかった平成29年度から30年度にかけて、強制発現卵母細胞を作成するためのSLCO2A1導入プラスミドを作成し、卵母細胞へのトランスポーターの強制発現の技術を確立できた。また平成29年度の予定であったSLCO2A1トランスポーターの基質候補の同定に関しては、女性ホルモンとの混合輸送でプロスタグランジンE2の取り込みが上昇することから候補基質として挙がっており、ノックアウトマウスと通常マウスの腎臓メサンギウム細胞の質量分析で差が出たSteroid 21-hydroxylase、Chromogranin-A、Protein MGARP、3 beta-hydroxysteroid dehydrogenase/Delta 5 -->4-isomerase type 1の4物質についても基質の可能性が出ている。SLCO2A1トランスポーター強制発現卵母細胞での輸送実験は現在途中であり、引き続き実験を続けていく。平成30年度の予定である正常のSLCO2A1遺伝子及び変異SLCO2A1遺伝子を導入した卵母細胞を用いての輸送動態の確認についても既に開始している。以上から研究の進展としてはおおむね順調と判断する。平成29年度にSLCO2A1トランスポーターを強制発現させたアフリカツメガエルの卵母細胞を用いた輸送実験系の確立、および卵母細胞を用いたSLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送実験の確立は行っている。平成30年度はこれらの予備実験をもとにSLCO2A1強制発現卵母細胞を用いてのSLCO2A1トランスポーターの輸送動態の確認を中心に実験を行った。(1)CEAS患者に認められた変異型SLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送機能の確認:平成29年から30年にかけて確立したアフリカツメガエルの卵母細胞を用いてのSLCO2A1トランスポーターのプロスタグランジンE2輸送実験で、CEAS患者に認められた変異型SLCO2A1トランスポーター11種類の輸送機能の確認を行った。野生型と比べて変異型では輸送機能の低下が見られた。(2)変異型SLCO2A1トランスポーターの機能と臨床症状の比較九州大学に協力いただき、CEAS患者の遺伝子型と臨床症状の比較を行った。現在までの調査では、遺伝子型と症状の相関性は出ていない。(3)蛍光免疫染色法によるCEAS診断これまでの研究により、CEASは小腸組織のSLCO2A1トランスポーターの発現を蛍光免疫染色により判定することが診断に有用であるとされている。
繁殖形質置換の生じやすさに影響する要因：理論と実証

まず2018年度には、外来タンポポ(雑種含む)の花粉が在来種カンサイタンポポの種子生産に与える影響をハウス実験によって調べた。外来タンポポにはセイヨウタンポポ、アカミタンポポ、これらと在来種との雑種(複数の倍数体を含む)があるが、これらの素性をすべて明らかにしたうえで特定の外来タンポポが在来種の種子生産に影響している可能性を検討した。実験の結果、いずれの外来タンポポの花粉も在来タンポポの種子生産を低下させなかった。この結果は外来タンポポの花粉が在来タンポポの種子生産を低下させるとした先行研究と矛盾するものであり、外来タンポポと在来タンポポの相互作用メカニズムについて再考を迫るものである。本実験の結果はまもなく論文として専門誌に投稿予定である。また2018年度には、カンサイタンポポの繁殖生態に関する論文の執筆を行った。前年度までに、カンサイタンポポの頭花が受粉によって閉じることが明らかとなった。この結果を論文としてまとめ、専門誌に投稿した。現在論文は大幅改定の支持を受けており、まもなく受理されるものと期待される。加えて、2018年度には数理モデルの結果をまとめた論文の執筆を行った。前年度までに、繁殖干渉をさける適応として棲み分けと種認識の相対的な進化のしやすさを数理モデルにより検討し、棲み分けの方が生じやすいこと、両形質が同時に進化できる場合には住み分けが種認識の進化を促進するがその逆は生じないことなどが明らかになっていた。論文はいくつかの雑誌に掲載を拒否されているが、近いうちにいずれかの雑誌に受理されるものと期待される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。まず、セイヨウタンポポからの繁殖干渉によりカンサイタンポポが繁殖形質置換を起こしたことを示すための人工授粉実験を行った。その結果、先行研究の結果(セイヨウタンポポの花粉によるカンサイタンポポの種子生産の低下)が再現できないことが明らかとなった。タンポポ類での繁殖干渉が生じる条件を明らかにするために、2017年度も引き続き人工授粉実験を行う。また、人工授粉実験に用いたカンサイタンポポの4集団間の遺伝構造を明らかにするために、マイクロサテライトマーカー10座を用いたジェノタイピングを行った。現在、データの解析を進めている。セイヨウタンポポ(セイヨウタンポポとカンサイタンポポの雑種を含む)の調査地点間の遺伝構造についても、予備的なジェノタイピングを行った。雑種性の判定には葉緑体上のマーカーを用いた。データの解析は2017年度に進める予定である。繁殖干渉が個体群動態と進化動態の双方に与える影響を理論的に解析するための素地として、繁殖干渉の密度依存性を組み込んだ個体群動態モデルを構築し、当該論文を学術雑誌に投稿した。この解析では、密度依存性を組み込むことで、従来のモデルよりも広範なパターンが繁殖干渉によって引き起こされる可能性が明らかになった。また、当該論文中では実証データへのあてはめも行い、既存のモデルよりも新たなモデルのほうがデータへの当てはまりが良いことが明らかとなった。今後は、このモデルなどをベースとして、繁殖形質置換が生じやすい条件に付いて、理論的に解析を進めていく。タンポポ類を用いた実証実験は、先行研究の結果が再現できないなど、当初の想定とは異なる結果が得られている。そのため計画通りに研究が進んでいるとは言えないが、結果的にタンポポ類で繁殖干渉が生じる条件についての詳細な検討を加えることとなり、現在新たな知見が得られつつある。理論研究については当初の予定通りである。共同研究予定者との調整も順調に進んでおり、2017年度より本格的な解析を始める。生殖隔離が不完全な種が二次的に出会った際に生じる、種間交雑を避けるような適応進化(隔離強化)がどういった形質で生じやすいのかを明らかにするため、数理モデルを構築しその挙動を調べた。その結果、配偶シグナルと配偶者選好性からなら種認識機構に比べて、棲み場所選好性の進化のほうがずっと生じやすい可能性が示唆された。また、種認識機構と棲み場所選好性の両方が進化できるモデルでは、両形質の進化動態が相互に影響を与え、またその進化動態は形質の適応度コストに依存することが明らかとなった。この結果は新種の形成の最終段階がどのように進行するのか、また生物の棲み分けのような群集構造に種間の繁殖時の相互作用がどのように影響しうるのかについて、新たな知見を提供するものである。また、タンポポ類での野外人工授粉実験から、外来タンポポの花粉が在来タンポポに授粉することが在来種の種子生産に与える影響は認められない、あるいは無視できる程度に小さいことを示す結果が得られた。これは先行研究で示唆されていた外来タンポポと在来タンポポの相互作用の機構について再考を迫るものである。外来タンポポと在来タンポポの相互作用を理解するために行った、在来タンポポの個体群間交配実験では、在来タンポポの繁殖生態の一端が明らかとなった。タンポポは受粉刺激に応じて花序を閉じるが、この授粉に応じて花序を閉じる速度には個体群間変異があることが明らかとなった。特に、種子親個体の由来個体群が大きな寄与をしていることが明らかとなった。

この結果は、地域間の何らかの生態学的な差異に応じて、在来のタンポポが局所適応をしている可能性を示唆する。今後はどういった生態学的な差異が個体群間に見られるのかも明らかにしていく。数理モデルを用いた理論研究は、予定通り2017年度から本格的に取り組みを開始した。すでに論文執筆に十分な結果が得られており、研究は順調に進んでいる。実証研究では、先行研究の結果が再現できないなどの想定外の事態が発生したが、この原因を探るための実験は順調に進んでいる。タンポポ類で疑われる繁殖形質置換を実証し、その詳細を明らかにすることで理論研究の検証を行うという大まかな方針は維持しており、この目的を達成するために着実に研究が進んでいる。まず2018年度には、外来タンポポ(雑種含む)の花粉が在来種カンサイタンポポの種子生産に与える影響をハウス実験によって調べた。外来タンポポにはセイヨウタンポポ、アカミタンポポ、これらと在来種との雑種(複数の倍数体を含む)があるが、これらの素性をすべて明らかにしたうえで特定の外来タンポポが在来種の種子生産に影響している可能性を検討した。実験の結果、いずれの外来タンポポの花粉も在来タンポポの種子生産を低下させなかった。この結果は外来タンポポの花粉が在来タンポポの種子生産を低下させるとした先行研究と矛盾するものであり、外来タンポポと在来タンポポの相互作用メカニズムについて再考を迫るものである。本実験の結果はまもなく論文として専門誌に投稿予定である。また2018年度には、カンサイタンポポの繁殖生態に関する論文の執筆を行った。前年度までに、カンサイタンポポの頭花が受粉によって閉じることが明らかとなった。この結果を論文としてまとめ、専門誌に投稿した。現在論文は大幅改定の支持を受けており、まもなく受理されるものと期待される。加えて、2018年度には数理モデルの結果をまとめた論文の執筆を行った。前年度までに、繁殖干渉をさける適応として棲み分けと種認識の相対的な進化のしやすさを数理モデルにより検討し、棲み分けの方が生じやすいこと、両形質が同時に進化できる場合には住み分けが種認識の進化を促進するがその逆は生じないことなどが明らかになっていた。論文はいくつかの雑誌に掲載を拒否されているが、近いうちにいずれかの雑誌に受理されるものと期待される。タンポポ類での実証研究については、先行研究のデータを自身で再解析するとともに、繁殖干渉が生じる条件を明らかにすることを目的とした種々の人工授粉実験を行う。加えて、これらのデータを解釈するための基礎データとして、カンサイタンポポの繁殖生態を明らかにするための人工授粉実験を行う。とくに、カンサイタンポポの花粉とめしべの間の性的対立を明らかにすることを目的とする。さらに、これまではカンサイタンポポの集団間の遺伝的変異に注目していたが、外来種であるセイヨウタンポポの集団間の遺伝構造についても検討を加える。理論研究については、当初の予定通り進める。具体的には、単純な集団遺伝モデルから始め、個体群動態と進化動態を組み込んだ微分方程式モデル、そして最終的に個体ベースモデルを用いて、形質の種類や遺伝基盤が進化速度、ひいては繁殖形質置換の生じやすさに与える影響について検討を加える。理論研究では、これまでに得られている結果を原著論文としてまとめ、国際誌へ投稿する。またこの理論研究で用いたプログラムコードを改変することで、構築したモデルの挙動をさらに調べていく。
1電子帯電効果の研究

平成5、6、7年度の3カ年にわたって遂行した科学研究費補助金(特別推進研究)による「I電子帯電効果の研究」は所期の成果を上げ、終了した。当初計画にあげた14のテーマの内、8テーマについては研究を完了した。6テーマについてはその成果をふまえてさらに研究を続行中である。以下に主な成果を列挙する。1.常伝導微小単一トンネル接合においてクーロン閉塞が出現する条件は、トンネル抵抗が普遍値h/e^2よりも大きいことであることを確かめた。2.1.の条件が満たされていても、外界との間のインピーダンスがh/e^2よりも小さいときには、クーロン閉塞は消滅することを示した。3.超伝導微小単一トンネル接合において有限のジョセフソン電流が存在するための条件は、トンネル抵抗が普遍値h/4e^2よりも小さいことであることを確かめた。この場合も外界との間のインピーダンスは大きな影響を与える。4.トンネル抵抗が十分に高い、常伝導および超伝導微小トンネル接合の2次元アレイにおいて、電荷Kosteritz-Thouless転移の前兆を観測した。それを用いて実効的な転移温度を求めた。5.超伝導微小トンネル接合の2次元アレイにおいて、超伝導・絶縁体転移を観測し、この2相の相境界を決めた。6.4.と5.の結果を使って、温度・トンネル抵抗・帯電エネルギーの3次元相図を求め、理論と比較してよくあうことを示した。7.上の4.、5.、6.と同様の実験を微粒子膜の試料で行い、類似の結果を得た。乱れた系と規則的な系の顕著な差異は見られなかった。初年度である本年度は、主要備品である電子線描画装置の導入と、たち上げに力を注ぎ、また既有の装置を使った1電子効果の実験を続けた。さらに、我々の主実験室が建物の更新のために取り壊されることになり、それを機にヘリウム希釈冷凍機などの主要装置の整理・再配置を行った。スズ微粒子膜を使った実験では、膜が超伝導になるための面抵抗の臨界値の普遍性の限界を調べた。この系では、磁束渦糸のKosterlitz-Thouless転移と電荷Kosterlitz-Thouless転移が競合することが予想され、粒子間容量、粒子の対地容量、ジョセフソン結合の強さ、温度、磁場の強さなどのパラメタ空間で興味深い相図が展開される。本年度の実験では渦糸のKT転移の起こる条件を調べ、理論とかなり定量的に一致する結果を得た。またスズ微粒子膜の構造はこれまで、TEM像によってしか調べられていなかったが、本年度購入した電子線描画装置の一部である原子間力顕微鏡(AFM)によって観察したところ、我々が予想していた構造と完全に一致するものが得られた。電子線描画装置を駆使する微細加工で作成した、ジョセフソン接合の一次元列の研究を行った。系の電気抵抗の温度依存性及び電流・電圧特性が、空間軸と虚時間軸からなる、2次元空間でのKT転移として扱う理論と、定性的に合う事を見いだした。また、微細加工によるジョセフソン接合の2次元配列の研究を行い、高い面抵抗をもつ試料で、電荷KT転移とみられる温度変化が測定された。これらは、いずれも今後の発展が期待できる方向である。そのほか、量子ドットを等しての干渉実験、q-MQT、窒化シリコン膜を使った微細蒸着マスク、銅微粒子膜でのKT転移などの実験が進行中である。本年度の研究は、計画通り順調に進行している。電子線りソグラフィーで作成したアルミニウムの微小接合の二次元系で、常伝導状態と超伝導状態のそれぞれについて、電荷Kosterlitz-Thouless転移の前駆現象を観測した。また、スズ微粒子の微小接合のランダムな二次元系で、超伝導状態の電荷Kosterlitz-Thouless転移の前駆現象を観測した。

これらは、電荷Kosterlitz-Thouless転移の観測のはじめての実験である。スズ微粒子の微小接合のランダムな二次元系で、ジョセフソン結合の強さと帯電エネルギーをパラメタとする相図の超伝導領域と絶縁体領域の境界を決めた。結果は微視的な理論の相図と定量的によく合う。一次元接合列の二つをきわめて近くに置き、向かい合う電極の間に電気容量を持たせるとき、一方に電流を流すと、他方に逆方向の起電力が生じることを実験で観測した。これは電子相関のメゾスコピックな発現である。単一の微小接合で、浮遊容量の影響なしに帯電効果を調べるには、インピーダンスの高い測定導線が必要である。その導線として微小接合の一次元列を使う実験を行っている。導線の抵抗が高いほど、クーロン閉塞がより明瞭に観測された。一次元接合列の特性が、2端子測定と4端子測定では本質的に異なることが予想されるため、その検証のための予備実験を行った。有限な幅を持つ、超伝導微小接合の二次元配列では、幅が有限であることが電荷Kosterlitz-Thouless転移を助長し、渦糸Kosterlitz-Thouless転移を抑制することを観測した。この現象は、試料端の鏡像電荷と鏡像渦糸の違いを考えると説明できることがわかった。鋼微粒子の微小接合のランダムな二次元系で、磁気抵抗が粒子のサイズに依存する様子を調べた。系統的な変化が見られたが、機構の説明は難しい。本年度は最終年度であるが、研究は計画通り順調に進行している。常伝導単一接合におけるクーロン閉塞が、トンネル抵抗が普遍値R_Q=h/e^2(=25kΩ)以下では消滅することと、ゼロバイアスの微分抵抗のトンネル抵抗依存性はミクロな理論とよく一致することを確認した。また、超伝導単一接合のコヒーレンスが、トンネル抵抗がR_Q/4=h/4e^2(=6.5kΩ)よりも高い場合に消滅することが確認できた。超電導2次元アレイの振る舞いは、電荷と渦糸(vortex)という2種類の素励起に支配される。いづれの場合も相互作用は2次元クーロン型であるためにKosterlitz-Tho uless(K-T)転移が期待されるが、系の基底状態はそのいずれが優勢であるかによってコヒーレントな超伝導状態か、絶縁体かに分かれる。ジョセフソン結合エネルギーと帯電エネルギーの異なる多数の接合試料をつくり、基底状態における相図を決めた。その様子はミクロな理論とおおむね一致した。2次元アレイを解析する上で、接合電極が無限の遠方に対してもつ自己容量を知る必要がある。アレイと同型のひとつの電極を、単一電子トランジスタの中央電極とし、遮蔽容器の電位を振ることによってこの自己容量を決めることができた。その結果は静電気学的見積もりよりはかなり小さい。本年度末には当初計画のほとんどを完了できる予定である。
豚レンサ球菌のオートファジー誘導と回避での有莢膜菌及び無莢膜菌の協働に関する解析

本研究では、豚レンサ球菌(Streptococcus suis)が宿主細胞へ侵入した後の、細胞のオートファジーによる排除機構の誘導と菌によるその回避メカニズムおよび一連の過程における有莢膜菌と無莢膜菌との協働を明らかにすることを目的とした。同一の心内膜炎病変部から分離された有莢膜菌と無莢膜菌を用いて、本菌の細胞障害性、細胞内侵入能および侵入後のオートファジー誘導能について調べた。臨床的に強毒株が多い血清型2型のP1/7株[Sequence Type (ST)1, sly (+)]とSUT2083株(ST28, sly (-))、およびそれぞれの無莢膜変異株であるDAT696株, SUT2080株を加えた4株で細胞侵入能を比較したところ、いずれの組み合わせも無莢膜株の方が有莢膜株より高かった。さらに、細胞内侵入後の菌の動態を解析するため、オートファゴソームのマーカーであるGFP-LC3を強発現した細胞株でオートファゴソームの形成が観察された。しかし、細胞内に取り込まれた菌の数が少なく、細胞内での動態や細胞に取り込まれた後のトランスクリプトーム解析は困難であった。そこで、細胞侵入の最初の過程で重要な働きをすると考えられる細胞壁タンパク質に着目し、ST28の無莢膜株を用いてゲノム上にあるそれらの遺伝子(22個)のそれぞれを欠失した変異株を作製し、それらの性状を観察した。その結果、4つの遺伝子を欠失した変異株において、バイオフィルム形成能、またそのうち2つおよび別な2つの遺伝子を欠失した株で細胞への接着能が低下していた。そこで、前者の4つの遺伝子から2つをとった4通りの組み合わせで遺伝子を欠失した変異株を作製して同様に調べたが、バイオフィルム形成能および細胞への接着能がさらに低下することはなかった。同一の心内膜炎病変部から分離された有莢膜菌と無莢膜菌を用いて、細胞への侵入を観察する最適時間を検討した。新生子豚の気管上皮細胞(NPTr)、豚の微小血管内皮細胞(PBMEC)、およびHelaを用いて行ったところ、有莢膜菌に比べて無莢膜菌の方が、侵入効率が高かった。S. suisの細胞への侵入試験のこれまでの報告されているプロトコールではゲンタマイシンを用いて、細胞外の菌を殺した後に細胞を破砕することで侵入した細菌数をカウントしていた。しかし、当研究室で同条件で試験を行ったところ、ゲンタマイシンのみではS. suisを完全に殺菌することができずに、正しい侵入数をカウントできないことが明らかとなった。そこで、本研究ではゲンタマイシンに加えてペニシリンを用いた。S.suisに対するオートファジーに関しては細胞内に侵入したS. suisがオートファゴソームに囲まれる過程を、共焦点レーザー顕微鏡とウエスタンブロッティングで確認している。共焦点レーザー顕微鏡では、オートファゴソーム形成過程におけるシグナル物質であるLC3に対する蛍光抗体を用いて観察をおこなった。ウエスタンブロッティングでも同様にLC3抗体を用いて行うことで、S. suis細胞侵入時のLC3の発現を確認した。NPTr細胞、PBMEC細胞、およびHela細胞を用いて、S. suisの細胞侵入後の細胞内局在、オートファジーの誘導を観察した。しかし、オートファジーからの回避など細胞内動態や、Transwellプレートで培養した細胞を用いた細胞からの脱出における有莢膜菌と無莢膜菌の協働の観察は、実現していない。細胞における動態を十分に観察できていないことから、RNA-seqによるトランスクリプトーム解析についても実施できずにおり、計画に比べてやや遅れている。臨床的に強毒株が多い血清型2型のP1/7株[Sequence Type (ST)1, sly (+)]とSUT2083株(ST28, sly (-))、およびそれぞれの無莢膜変異株であるDAT696株, SUT2080株を加えた4株を用いた。ヒト子宮頸癌由来細胞HeLa及びブタ気管上皮由来細胞NPTrに対する細胞毒性をトリパンブルー染色による生死細胞数算定で評価した結果、P1/7、DAT696、及びSUT2080株はいずれの細胞に対しても毒性を示さず, SUT2083株が両細胞に毒性を示した。4菌株の両細胞への侵入率では、無莢膜株の方が有莢膜株より高かった。これらの成績からSTによって細胞毒性に差異はあるものの、莢膜の有無が細胞内侵入率に影響することが示された。さらに、細胞内侵入後の菌の動態を解析するため、オートファゴソームのマーカーであるGFP-LC3を強発現した細胞株でオートファゴソームの形成を観察した。

用いた4菌株は、いずれもオートファジーに認識されていた。これらの成績から、S. suisは、無莢膜菌が莢膜を保有する菌と比較し高い細胞内侵入能を示し、さらに宿主細胞内侵入後は、莢膜の有無に関わらずオートファジーによって認識されることが明らかとなった。NPTr細胞、PBMEC細胞、およびHela細胞を用いて、S. suisの細胞侵入性、細胞障害性、細胞侵入後のオートファジーの誘導を調べた。その結果、毒力の高いと思われるST1の菌よりも毒力が無いまたは比較的低いと思われるST28の菌の方が、細胞障害性が強いという予想外の成績が得られた。しかし、オートファジーからの回避など細胞内動態や、Transwellプレートで培養した細胞を用いた細胞からの脱出における有莢膜菌と無莢膜菌の協働の観察については、前年度同様、実験条件の調整に難航しており実現していない。細胞における動態を十分に観察できていないことから、RNA-seqによるトランスクリプトーム解析についても実施できずにおり、計画に比べてやや遅れている。本研究では、豚レンサ球菌(Streptococcus suis)が宿主細胞へ侵入した後の、細胞のオートファジーによる排除機構の誘導と菌によるその回避メカニズムおよび一連の過程における有莢膜菌と無莢膜菌との協働を明らかにすることを目的とした。同一の心内膜炎病変部から分離された有莢膜菌と無莢膜菌を用いて、本菌の細胞障害性、細胞内侵入能および侵入後のオートファジー誘導能について調べた。臨床的に強毒株が多い血清型2型のP1/7株[Sequence Type (ST)1, sly (+)]とSUT2083株(ST28, sly (-))、およびそれぞれの無莢膜変異株であるDAT696株, SUT2080株を加えた4株で細胞侵入能を比較したところ、いずれの組み合わせも無莢膜株の方が有莢膜株より高かった。さらに、細胞内侵入後の菌の動態を解析するため、オートファゴソームのマーカーであるGFP-LC3を強発現した細胞株でオートファゴソームの形成が観察された。しかし、細胞内に取り込まれた菌の数が少なく、細胞内での動態や細胞に取り込まれた後のトランスクリプトーム解析は困難であった。そこで、細胞侵入の最初の過程で重要な働きをすると考えられる細胞壁タンパク質に着目し、ST28の無莢膜株を用いてゲノム上にあるそれらの遺伝子(22個)のそれぞれを欠失した変異株を作製し、それらの性状を観察した。その結果、4つの遺伝子を欠失した変異株において、バイオフィルム形成能、またそのうち2つおよび別な2つの遺伝子を欠失した株で細胞への接着能が低下していた。そこで、前者の4つの遺伝子から2つをとった4通りの組み合わせで遺伝子を欠失した変異株を作製して同様に調べたが、バイオフィルム形成能および細胞への接着能がさらに低下することはなかった。1有莢膜菌と無莢膜菌にそれぞれGFP及びDsRed遺伝子を組み込んだ蛍光細菌を作製する。同時に、本菌の代表株とその莢膜合成関連遺伝子破壊株(作製済み)にも蛍光遺伝子を導入する。2有莢膜菌と無莢膜菌(蛍光遺伝子導入菌である必要はない)の単独及び混合ペアを培養細胞に接種してから、マイルドな条件で細胞を破壊して細菌だけを分離し、細菌の全mRNAを抽出して高速シーケンサーIllumina MiSeqによるRNA-seqを実施して、網羅的なトランスクリプトーム解析を行う。
不斉カルボン酸によるホウ素試薬および関連試薬の活性化に基づく新規触媒反応の開発

O-モノアシル酒石酸が、アルケニルボロン酸、アリルボロネート、ジボロンなどのホウ素化合物を活性化し、不斉共役付加反応やアリル化反応を促進する有効な不斉有機触媒となることを見出した。選択性や触媒活性の改善のために、触媒のアシル基およびカルボキシル基の効果を検討すると共に、計算化学による触媒の作用機構の究明を行った。また、触媒の回収・再使用に関する知見を得ることができた。ボロン酸のα,β-不飽和ケトンへの不斉共役付加反応において、O-モノアシル酒石酸が有用な触媒となることを見出したことを契機に、『不斉カルボン酸を基軸とするシンプルな触媒系を用いて、ホウ素試薬や関連試薬および入手容易な原料を活性化することにより、新規な触媒的不斉合成法を開発すること』を目的に本研究を展開している。1年目の平成23年度は、O-モノアシル酒石酸の触媒作用機構および回収・再使用の検討、不斉アリル化への展開を行った。引き続き本年度に得られた成果を要約する。(1)O-モノアシル酒石酸を触媒として用いて、共役ジエノンに対するスチリルボロン酸の不斉共役付加を検討した結果、モノスチリル化体を良好な選択性で得ることができた。さらに、その生成物をRu触媒による閉環メタセシス反応(RCM)に附したところ、抗腫瘍活性物質TEI-9826の合成中間体を含む光学活性シクロペンテノンを合成することができた。RCMの反応条件に関する興味深い知見も得られた。(2)計算化学による触媒作用機構の解明に向けて、アルゼンチン・ロサリオ国立大学のPellegrinet博士との共同研究を開始している。本年度は博士を熊本大学に招聘し、10日間の滞在期間にディスカッションの機会を持つことができた。触媒の1つのカルボキシル基が徐々に水素結合することで遷移状態が規定されている可能性が示唆されていることから、酵素の触媒作用と関連づけて検討を行っているところである。(3)触媒活性および選択性の向上を目指して、酒石酸の1つの水酸基に様々な電子求引基の導入を試みた結果、構造展開の容易なアロイル基を見出すことができた。(4)ボロン酸以外の関連試薬の活性化についても検討を開始しているが、未だ有意な結果を得ていない。この点は、次年度も引き続き検討を行う。ボロン酸のα,β-不飽和ケトンへの不斉共役付加反応において、O-モノアシル酒石酸が有用な触媒となることを見出したことを契機に、「不斉カルボン酸を基軸とするシンプルな触媒系を用いて、ホウ素試薬や関連試薬および入手容易な原料を活性化することにより、新規な触媒的不斉合成法を開発すること」を目的に本研究を展開している。平成2324年度は、O-モノアシル酒石酸の触媒作用機構および回収・再使用の検討、共役ジエノンに対するスチリルボロン酸の不斉共役付加、不斉アリル化への展開を行った。以下に、本最終年度に得られた成果を要約する。(1)上述の不斉共役付加反応について、アルゼンチン・ロサリオ国立大学のPellegrinet博士との共同研究により、DFT計算による触媒作用機構の解明を引き続き行った。その結果、触媒のα-ヒドロキシカルボン酸部位がボロン酸とアシルオキシボラン錯体を形成し、エノン基質が配位した後、触媒のもう1つのカルボキシル基がアシルオキシボランのカルボニル酸素に徐々に水素結合を形成しながら炭素-炭素結合形成が進行していることなどが示唆された。本成果は学術誌に投稿中である。(2)O-モノアシル酒石酸を触媒として用い、ジボロンのエノンへの不斉共役付加を検討した結果、中程度の収率およびエナンチオ選択性で、β-ボリルケトンを合成することができた。有機分子触媒による不斉触媒化の例はこれまで2例しか知られておらず、想定している反応機構も異なることから、現在も検討を続けている。(3)触媒活性およびエナンチオ選択性の向上を目指して、O-モノアシル酒石酸触媒に導入するアシル基について系統的な検討を続けている。その結果、まだ選択性を向上するのには至っていないが、ベンゾイル基のオルト位にハロゲンを導入すると触媒活性が大きく向上するなど興味深い知見が得られている。以上で3年間の本助成は終了するが、引き続き検討を行う計画である。筆者はごく最近、ボロン酸のα,β-不飽和ケトンへの不斉共役付加反応において、O-モノアシル酒石酸が有用な触媒となることを見出した。これまで不斉カルボン酸が炭素ーホウ素結合の活性化に用いたられたことはなく、本結果は有機分子触媒の新しい可能性を示すものである。そこで本研究は、不斉カルボン酸を基軸とするシンプルな触媒系を用いて、ホウ素試薬や関連試薬および入手容易な原料を活性化することにより、新規な触媒的不斉合成法を開発することを目的に開始した。