hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非経験的分子軌道法によるジアリールエテン類の光化学反応の検討と新規化合物の設計

π電子共役分子の光化学的挙動は多様性に富み、レーザー分光学などの基礎的実駿科字分野に止まらず、光機能性材料などへの応用など工学的な分野における研究も盛んに行われている。しかしながら、それらの中には合理的な解釈がなされていないものも多い。そこで、本研究課題では、光記録素子としての期待の高いジアリールエテン類の光化学反応を対象とし、高精度の非経験的分子軌道計算により理論的に検討した。また、本反応同様に骨格緩和が重要であると考えられるアズレン類についても検討した。本年度の研究実績は以下の2点である。1)ジアリールエテンの光環化反応における円錐交差構造(CIX)H18年度に求めたジアリールエテンの光環化反応におけるCIXに関して、CAS空間や基底関数による依存性を検討した。これにより、今後、反応座標解析など、本反応過程の詳細を検討するために必要な計算方法を確定することができた。2)アズレン類のS_1-S_0内部転換過程に関する理論的予測テーマ1同様、分子π共役系の骨格緩和が重要と考えられるアズレンの内部転換過程において、CIX近傍におけるアズレンの7員環部分の非平面化と実験結果との関連性についての合理的解釈を行った。さらにその傍証として6-シアノアズレンの内部転換過程について検討し、シアノ基による本反応過程への影響を理論的に予測した。π電子共役分子の光化学的挙動は多様性に富み、レーザー分光学などの基礎的実験科学分野に止まらず、光機能性材料などへの応用など工学的な分野における研究も盛んに行われている。しかしながら、それらの合理的な解釈がなされていないものも多い。そこで、本研究課題では、光記録素子としての期待の高いジアリールエテン類の光化学反応を対象とし、高精度の非経験:的分子軌道計算により理論的に検討する。1)ジアリールエテンの光環化反応における円錐交差構造(CIX)ジアリールエテン類の光環化・開環反応における立体選択性はWoodward-Hofmann則によるC_2対称性下での反応の進行ということで説明されてきた。しかし、実際にCIXを求めたところ、いかなる対称性も有していないC_1構造であることが分かった。これは、Woodward-Hofmann則による立体選択性の説明自体を否定するものではないが、この反応過程を詳細に議論するためには、少なくともC_2対称性の一時的な消失が重要な要因であることを示唆する。2)アズレンの極限的反応座標解析テーマ1の最後に述べた問題の解決法の一つとして、極限的反応座標解析を挙げることができる。しかしながら、自由度の多い(ジアリールエテンの場合72次元)分子の反応座標解析の場合、積分法、ステップ幅、収束条件など実際の数値計算において、困難な点の発生が考えられる。そこで、より次元の小さな分子であるアズレンについてこれらの点を検討した。さらに、アズレン自体もKasha則に従わない有名な分子であり、その光化学過程も大いに興味が持たれている。本研究によって、上述の方法論的な確認とともに、アズレンの無輻射過程における新たな描像を提唱した。

2)6-シアノアズレンのS_1-S_0内部転換過程に関する理論的予測テーマ1同様、分子π共役系の骨格緩和が重要と考えられるアズレンの内部転換過程において、CIX近傍におけるアズレンの7員環部分の非平面化と実験結果との関連性についてH18年度に示した。本年度はその傍証として6-シアノアズレンの内部転換過程について検討し、シアノ基による本反応過程への影響を理論的に予測した。
超臨界CO2冷媒を利用した航空エンジン用再生器・中間冷却器の研究

航空機からの二酸化炭素排出量削減のため、研究代表者は、圧縮機静翼を熱交換器として利用する新しい中間冷却・再生した航空用ガスタービンを提案した。この新型中間冷却・再生エンジンのより正確なサイクル計算のため、熱交換性能を評価する実験を行った。実際のジェットエンジンの圧縮機を再現するため、1:マッハ数0.6の高温空気を循環式風洞により形成した、2:圧縮機静翼としてNACA65-(12A2I8b)10翼型の3枚翼列を使用した、3:二酸化炭素、水を最大30MPaの高圧低温冷媒として、循環ポンプと冷却部を備えた循環流路内に封入した。この装置を用いて0oから25.5oの迎角で実験を行い、従来の伝熱に関する経験則との比例係数の違いを評価した。空気-翼型熱交換器の間の伝熱に関してはDittus-Boeltercorrelationの係数0.023に対して、二酸化炭素で0.057、水で0.033が得られた。冷媒-翼型熱交換器の間の伝熱に関してColburnanalogyの係数0.037に対して、二酸化炭素で0.024、水で0.034が得られた。本知見により、新型中間冷却・再生エンジンのより正確なサイクル計算が可能となった。本研究「超臨界CO2冷媒を利用した航空エンジン用再生器・中間冷却器の研究」は、出力密度の関係でガスタービン以外に代替が見込めない航空エンジンのCO_2排出量削減に寄与するため、産業用では一般的だが重量増を非常に嫌う航空エンジンでは導入されていない、サイクル効率を向上する再生(熱交換)器・中間冷却(熱交換)器の実現を目的とする。本研究は、小型軽量化のため、熱伝導率の高い超臨界CO_2冷媒を利用するという独創的な発想に基づき、経済性にも優れた超小型軽量再生器・中間冷却器の開発を目論む革新的・挑戦的な研究である。本年度は、最新の低燃費エンジンGE-nxに本システムを導入し、最新の低燃費機体であるBoeing 787-8に搭載した場合を想定しサイクル計算を行った。本計算では中間冷却器として用いる圧縮機静翼の内部を流動させる超臨界CO_2と、翼周囲の高速空気流の熱伝達性能の評価を、超臨界CO_2-翼間は円管中層流熱伝達、翼-高速空気間は平板上乱流熱伝達を仮定して行った。しかし、翼形状は平板ではないため見積精度向上のため実験が必要である。そこで、圧縮機静翼と形状が似ているNASA Stator37(二重円弧翼、弦長28mm、翼幅28mm)を選定し、超臨界CO_2で加熱・冷却し、これを3枚並べ翼列形状を模擬し、サイクル計算より求められた条件の高速空気流と超臨界CO_2との熱伝達性能を実験的に評価する。必要な空気源としてルーツブロア(吐出圧180kPa、吐出体積流量15.9m^3/分)、超臨界CO_2製造用ピストンポンプ(最高吐出圧40MPa、吐出体積流量20cm^3/分)、超臨界CO_2循環用マグネットカップリング式ポンプ(ライン圧35MPa、吐出圧500kPa、体積流量5L/分)を選定した。そして、高亜音速風洞、翼型、可視化テストセクション、超臨界CO_2循環流路、及び、同加熱・冷却部の設計を行った。本年度は、中間冷却器として用いる圧縮機静翼、および、再生器として用いるノズルガイドベーンの流れ場を模擬する風洞試験を行った。空気源としてルーツブロア(吐出圧180kPa、吐出体積流量15.9m3/分)を使用し、マッハ数0.5程度、流速150m/s程度の空気流を形成できた。供試翼として、伝統的に圧縮機静翼として用いられてきたNACA65シリーズの翼のうちNACA65-(12A2I8b)10翼型(弦長44mm、翼幅28mm)を3枚採用し模擬的に翼列を形成した。材料は実機のチタン合金と同程度の熱伝導率であるステンレス製とした。供試翼はテストセクション内に設置し、食違角、転向角(入射方向と流出方向の角)を任意に変化させた。

各翼には、熱輸送媒体の流路であるステンレス管を高熱伝導性接着剤で接着した。熱輸送媒体として、直取りボンベより供給された液化CO2を最大35MPaまでピストンポンプ(最高吐出圧40MPa、吐出体積流量20cm3/分)で昇圧し超臨界流体化した超臨界CO2を持いた。超臨界CO2をマグネットカップリング式ポンプ(ライン圧35MPa、吐出圧500kPa、体積流量5L/分)で3枚の供試翼を通過させ、供試翼前後の温度差から伝熱量を推算した。循環ポンプはを使用した。超臨界CO2流路には、冷却部が設けてあり、供試翼に流入する超臨界CO2と主流空気の温度差を制御した。本年度の超臨界CO2を用いた実験では、翼-超臨界CO2は十分発達した円管内流中の発達する温度境界層、および、空気-翼の熱伝達率は発達する平板上の温度境界層の理論式より求まる熱伝達率の値に比べて、5倍から10倍程度の非常に高い値を示した。この結果が、超臨界CO2を用いることの影響なのか?それとも、単なる計測ミスか?平板ではなく翼型を用いた影響なのか?原因の究明が次年度以降の課題であることを明らかにした。航空機の二酸化炭素排出総量抑制の国際目標達成には、1機体で70%削減、エンジンで20%削減が必要となる。推力重量比の大きい航空用ガスタービン(ジェットエンジン)以外成立しない航空機の特殊性により燃費向上が唯一の解決策となる。その1つが中間冷却器・再生器付エンジンで重量抑制が実用化の鍵となる。研究者は、軸流ガスタービンの翼に冷媒使用の新型熱交換システムを適用する軽量の中間冷却器・再生器付エンジンを考案した。本研究は、基礎として翼型熱交換器の伝熱性能を実験的、数値解析的に明らかにした。実験は次の手順で行った。翼型熱交換器を設置する軸流圧縮機の高温空気流を模すためマッハ数0.6の循環式風洞を用意した。翼型熱交換器の供試モデルとして平均的な翼弦長44mmのNACA-65(12A2I8b)10翼型を3枚製作し実機を模した直線翼列を構築した。モデルは実機のチタン合金、ニッケル合金の熱伝導率とほぼ同等のSUS304で作成した。翼型熱交換器内に5本の流路を配し、それを直列に連結し、そこに冷媒(超臨界二酸化炭素、高圧水)を流動させた。高温空気→翼型熱交換器→低温冷媒の伝熱量は冷媒出入口のエンタルピ差から算出した。翼型熱交換器の温度分布計測用に熱電対を前、後縁部、中央部の凸面側と凹面側の計4本設置した。数値解析は、翼型熱交換器内に計算格子を配し固体熱伝導方程式を解いた。境界条件は冷媒各流路温度、空気の層流境界層、乱流境界層の温度とした。パラメータとして、冷媒-翼(型熱交換器)、層流境界層-翼、乱流境界層-翼の3つの熱伝達率を使用し、値を徐々に変化させ、実験結果(冷媒出口温度、4つの熱電対温度)が一致する値を探索した。本研究により、翼型熱交換器の伝熱性能予測式が求められ、新型熱交換システム適用の軽量中間冷却器・再生器付エンジンのより正確な設計が可能となった。詳細はJournalで発表する。超臨界CO2を用いた実験を計画通り行うことができた。また、翼-超臨界CO2は十分発達した円管内流中の発達する温度境界層、および、空気-翼の熱伝達率は発達する平板上の温度境界層の理論式より求まる熱伝達率の値に比べて、5倍から10倍程度の非常に高い値を示すことを確認した。次年度以降、この非常に良い性能の原因を究明するという研究の方向性を明確にすることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ソーシャル・サポート授受の互恵性が対人感情及び精神的健康に及ぼす効果の縦断的分析

本研究の基本的な目的は、従来のサポート関係の互恵性に関する研究の問題点を改善しさらに発展させることであった。とりわけ、日常的な社会的相互作用におけるソーシャル・サポート過程の分析と結びつけることにより、サポート授受への期待と実際のサポートのやりとりおよびその互恵性がいかにして心身の健康に影響しうるのかというメカニズムへの考察をより前進させることを目指した。具体的には、個々の指標の精緻化とともに短期間での測定の繰り返しによる縦断的な検討をおこない、認知レベルと実行レベル双方のサポート授受とその互恵性が対人感情および生活感情ないし精神的健康状態に及ぼす影響を検討した。平成14年度における本研究の目標は、前年度に実施した一連の予備調査を経て完成させた調査票を用いて本調査を実施し、上記の目的に添ってその結果を分析することであった。そこで、まず4月から5月にかけて、補足的な文献調査とともに前年度の予備調査をふまえて構成した調査票の最終吟味をおこなった。そして、6月中旬頃より複数の学生集団で約1週間の繰り返し測定を実施した。また11月下旬より12月中旬頃にかけて2つの学生集団を対象に1週間間隔で計4回の繰り返し測定を実施し、結果の交差妥当性について検討した。同時期には別の学生集団に対して2週間間隔での調査を実施し、結果の拡張を図った。また翌年1-2月にもほぼ同等の内容でフォローアップ調査を実施した。これらの結果のうち、サポートの受容と提供が感情状態に及ぼす影響については、平成13年度実施分の調査結果と併せて平成14年秋の日本心理学会および日本グループ・ダイナミックス学会において、また互恵性の影響についてはその一部を平成15年3月の日本行動科学学会ウインターカンファレンスにおいて発表した。本研究の基本的な目的は、従来のサポート関係の互恵性に関する研究の問題点を改善しさらに発展させることである。とりわけ、日常的な社会的相互作用におけるソーシャル・サポート過程の分析と結びつけることにより、サポート授受への期待と実際のサポートのやりとりおよびその互恵性がいかにして心身の健康に影響しうるのかというメカニズムへの考察をより前進させることを目指す。具体的には、個々の指標の精緻化とともに1週間ないしより短期間での測定の繰り返しによる縦断的な検討をおこない、認知レベルと実行レベル双方のサポート授受とその互恵性、サポートに関する認知レベルの期待と実行レベルとしての実際の授受とのズレが対人感惰およびより全般的な生活感惰ないし精神的健康状態に及ぼす影響を検討する。平成13年度における研究の目標は、サポート関係の互恵性とその影響に関する縦断的調査に耐える調査票の構成であった。具体的には、認知レベルとしてのサポートの入手可能性と提供可能性、実行レベルとしての実際のサポート入手と提供、日常生活経験とサポートのニーズ、対人感惰、さらにより全般的な生活感情ないし精神的健康度の指標を構成することを目指した。そこで、まず私自身の従来の研究をふまえつつ先行研究の補足的なレビューをおこなった上で、自由記述を中心とする第一次の予備調査を、67月と910月にかけて実施した。これは、先述の各指標とりわけ特にサポートの入手および提供に関する項目作成の基礎資料を得ることであった。これらのデータを検討し整理した上で予備的な調査票を構成し、12月には第二次の予備調査として、比較的大規模なサンプルによる回答状況のチェックと統計的観点からの項目の検討をおこなった。ここではサポート授受とともに対人感情および生活感情、精神的健康度の指標に関する検討も含めた。さらに、12月にかけて第三次の予備調査を実施した。これは計2週間にわたる短期の縦断的調査であり、各種指標の確認・再検討のために実施した。そして、これらのデータを分析し、次年度の本調査に向けた調査票の構成をおこなった。
粘膜の炎症におけるレチノイン酸の役割と作用メカニズムについて

TNF-αによるplgR遺伝子発現がレチノイン酸によって増加するメカニズムについて,特に転写レベルでの制御について詳細に検討した。1)レチノイン酸によるNF-κBの変化についてHT-29細胞において,TNF-αによるpIgR遺伝子発現にはNF-κBが関与していることがすでに明らかである。そこで,レチノイン酸によりNF-κBの活性化に変化があるかを検討する目的で,HT-29細胞をTNF-α単独,またはTNF-αとall trans-レチノイン酸で90分間刺激し,nuclear extractを調製してpIgR 5'上流域に存在するNF-κB結合部位(κB2)をプローブとしてgel shift assayを行った。その結果,レチノイン酸を加えることでκB2に結合するNF-κBの量に変化は見られなかった。レチノイン酸によるpIgR遺伝子発現量の増加が,転写の活性化によるものなのか,それともmRNAの安定性によるものなのかを検討する目的で,HT-29細胞をTNF-α単独またはTNF-αとall trans-レチノイン酸で48時間刺激後,RNA polymerase II阻害剤である5,6-dichloro-1-β-ribofuranosyl-benzimidazole(DRB)を加えて0,1,3,6時間後のpIgR mRNA量の変化をnorthen blot法により検討した。その結果,TNF-α単独ではDRBを加えることでpIgR mRNA量が減少した。しかしながらall trans-レチノイン酸を加えても,DRBによるpIgR mRNA量の変化は見られなかった。以上の結果からレチノイン酸によるpIgR遺伝子発現の増加は,転写の活性化ではなくmRNAの安定性が増加することによるものであることが示唆された。
創傷治癒過程に対しストレス応答遺伝子が果たす役割-遺伝子欠損マウスを用いた解析-

protein (EBBP、別名TRIM16)の転写制御、およびノックアウトマウスを作成して創傷治療過程における役割を解析した。まず、タンパク質レベルでの解析を行うために、合成ペプチドをウサギに免疫してポリクローナルを作成した。これを用いてウェスタンプロット解析したところ、EBBPはほぼ全身に発現しており、特に皮膚、脳において高い発現が認められた。転写因子Nrf2のノックダウン細胞を用いた解析から、Nrf2の下においてタンパク質レベルでのEBBPの基礎発現が消失したことから、EBBPは酸化ストレスによる誘導時だけでなく、基底状態においてもNrf2による制御を受けることが明らかになった。EBBP遺伝子の上流にはいくつかのNrf2結合配列(ARE)が存在しており、これらが転写調節に重要なエレメントとなっていることが示唆された。次に、第一会エクソンを欠失させるターゲッティングベクターを構築し、これを用いてC57BL/6バックグラウンドのEBBP遺伝子欠損マウスの作成を試みた。結果、作成に成功し、EBBPホモ欠損マウスは正常に生まれ、野生型マウスとの外見上の差異は認められなかったが、胎児から調整した線維芽細胞では増殖の亢進が見られることが明らかになった。そこで、マウスの背中に4ヶ所の傷を負わせる創傷モデルを作成し、その治療過程の解析を行ったが、EBBP欠損マウスにおいてわずかに治療過程いの早期化が見られるものの、顕著な差は見出されなかった。近年、生体のストレス防御系について、Nrf2-Keap1システムが発見され注目を浴びている。本研究は、創傷治癒過程におけるストレス応答について、Nrf2とその制御下にある新規遺伝子EBBPに着目し、正常ヒト表皮角化細胞(NHEK)における詳細な発現調節メカニズム、分子機能を解析し、創傷治癒における役割を明らかにすることを目的とした。まず、EBBPのタンパク質レベルでの解析をするために、抗体を作成した。抗原にはEBBPタンパク質のN末端とC末端アミノ酸配列を人工的に合成したペプチドを用い、ウサギに免疫して抗血清を得た。これを用いてウエスタンブロットにより解析したところ、予想される分子量にシングルバンドのシグナルを得ることができた。さらにこの抗体は免疫染色、免疫沈降などにも使用可能であることを確認した。次にEBBP遺伝子の発現調節の仕組みについて培養細胞を用いて解析した。DEMなどの親電子性物質の処理によりEBBPのmRNAが顕著に誘導され、酸化ストレス誘導遺伝子であることが明らかになった。さらに、siRNAを用いてNrf2をノックダウンしたところDEMによる誘導が抑制されたとともに、基底状態での発現が著しく減少した。よってEBBPの発現は基底状態、ストレス下ともにNrf2により制御されていることが明らかになった。さらに、生体内におけるEBBPの機能を明らかにするために、KOマウスの作成に取りかかり、エクソン1を欠損したマウスの作成に成功し解析を進めている。
ヘテロ二量化受容体の発現する多様な生物活性を識別する膜貫通ペプチドダイマーの開発

好中球活性化ペプチドの二量体アナログの開発を目的に、受容体の2つのサブタイプに選択的なアゴニスト及びアンタゴニストの二量体を合成した。合成した二量体アゴニストは、2つのペプチド間の距離が短いほど高い生物活性を示した。また、ヘテロ膜貫通ペプチドとして、3つのFPRサブタイプの第4膜貫通ドメインをヘテロに架橋した。好中球の活性酸素放出能で評価したところ、活性酸素産生をプライミングすることを見いだした。ヒト白血球の主成分である好中球に対する遊走ペプチドの二量体アナログの合成と受容体タンパク質の二量体構造を調節する膜貫通ペプチドの合成とそれぞれの生物活性研究の一環として、好中球機能を増強する膜貫通ペプチドの二量体、及びアゴニスト・アンタゴニストの二量体ペプチドを化学合成し、これらの機能調節を調べることを目的に研究をおこなってきた。平成20年度は、ホルミルペプチド受容体のアゴニスト及び了ンタゴニストの二量体を合成した。アゴニストに関しては以前より開発を進めていたfMLPのオリゴエチレングリコール架橋体が、ヒト好中球遊走活性と活性酸素放出活性を識別できることを利用することにした。アンタゴニストダイマーに関しては、受容体サブタイフに非選択的なアンタゴニストBoc-Met-Leu-Phe-OH及びこれまで報告されたもののうち最も高活性なペプチドBoc-Phe-D-Leu-Phe-D-Leu-Phe-OHのジスルフィド架橋二量体の合成をおこなった。ペプチドの合成は液相法及び迅速固相合成法を用いた。目的のペプチドは疎水性が高く、合成不溶担体上で非特異的に吸着、会合することが予想された。そこで、反応ポイントである官能基置換率が低く、さらに親水性架橋剤を持つ親水的合成場を提供する樹脂を用いた。この中で後者のペプチドが強力なアンタゴニスト活性を発現することを見いだした。さらにGly残基を導入して、鎖長依存性も検討した結果、架橋鎖長に依存して生物活性の変化することを見いだした。本年度は、昨年度合成したホルミルペプチド受容体サブタイプに選択的なアゴニスト及びアンタゴニストの二量体のヒト好中球活性の特異性を評価した。アンタゴニストダイマーに関しては、ホルミルペプチド受容体サブタイプFPRに選択的なBoc-MLP及びBoc-FLFLFの二量体を合成した。さらにFPRL1選択的アンタゴニストの代表であるWRWWWWの二量体を数種合成し、架橋部位及び鎖長依存性を検討した。ペプチドの合成は迅速固相合成法を用いた。目的のペプチドは疎水性が高く、合成不溶担体上で非特異的に吸着、会合することが予想されたため、合成後の精製操作を簡素化するよう、反応収率の高いHBTU-HOBt法を用い合成した。ペプチドの架橋は、固相合成で二量体合成が簡便におこなう為、N末端もしくはC末端にシステイン残基を組み込み、合成、脱樹脂後、システイン残基のチオール基を酸化・ジスルフィド架橋したシスチン架橋を用いた。生理活性は、ヒト好中球及び分化させたヒト白血病細胞HL-60でのcytochrome C法による活性酸素生成とFura-2を用いた細胞内カルシウム濃度変化について評価した。その結果、Boc-FLFLFのダイマーは、架橋鎖長に依存して生物活性が変化し、特に架橋鎖長の最も短いペプチドで最大活性を示した。さらに、アンタゴニストBoc-MLPと相当するアゴニストfMLPの至適鎖長を比較したところ、アゴニストとアンタゴニストで異なっていることがわかった。このことからアゴニストとアンタゴニストの結合様式が異なることが示唆された。二量体リガンドによる受容体の多量体構築を検討する目的で、新たにホルミルペプチド受容体FPR2サブタイプ選択的アゴニストTrp-Lys-Tyr-Met-Val-Met (WKYMVM)の二量体を合成した。その他、FPR1アゴニストダイマーBoc-Met-Leu-Phe-OH、及びFPR1とFPR2アゴニストダイマーBoc-Phe-D-Leu-Phe-D-Leu-Phe-OHとTrp-Arg-Trp-Trp-Trp-Trpの生物活性評価を評価した。特に、FPR2サブタイプ選択的アゴニストTrp-Lys-Tyr-Met-Val-Met (WKYMVM)の二量体(Trp-Lys-Tyr-Met-Val-Met-(Gly)_n-Cys)_2(n=0-3)においては、2つのペプチド間の距離が短いほど高活性であった。また、二量化したペプチドはサブタイプ選択性を保持していることも確認された。さらに、研究機関の1、2年目に見いだしたヘテロ受容体タンパク質構築を検討した。

これまでにFPR1受容体の第4膜貫通ドメインが好中球の高度活性化(プライミング)を引き起こすことを見いだしている。今回、ヘテロに二量化した受容体間の相互作用を検討する目的で、ヘテロ膜貫通ペプチドの開発をおこなった。ヘテロ膜貫通ペプチドとして、3つのFPRサブタイプの第4膜貫通ドメインをヘテロに架橋した。調製した化合物は、FRP1とFPR2、FRP1とFPR3、FRP2とFPR3のそれぞれの第4膜貫通ドメインのヘテロダイマーである。ヒト好中球の活性酸素放出能で評価したところ、予め膜貫通ドメインのヘテロ二量体で細胞を処理した後、好中球の代表的なアゴニストfMLPを投与したところ、二量体処理のない細胞と比較して約2倍の活性酸素を放出することを見いだした。膜貫通二量体の作用機構を調べる目的で二量体に光架橋剤p-benzoyl-phenylalanine (Bpa)を含むペプチドを再合成し、相互作用するタンパク質を調査したところ、ホルミルペプチド受容体と同じ分子量をもつタンパク質を特定した。
セルロースナノ繊維及びナノゴム粒子とのハイブリッド変性によるCFRPの超長寿命化

CFRPの疲労寿命を増すため,種々のセルロースナノ繊維(CNF)をエポキシ母材に混入,分散させた.いずれのCNFも少量(0.30.8wt%)添加するだけで疲労寿命は顕著に延びた.ナノゴム粒子(NRP)とCNFを併用すれば,剛性が低下せずに引張り強度を高めることができ,両者の変性にハイブリッド効果が認められた.疲労寿命の延びも期待できる.極めて細いナノPVA繊維ではその効果は著しいが,適切含有率はCNFの半分以下である.サブミクロン繊維によっても疲労寿命は優位に伸びる.CNFによる寿命延伸効果は母材/繊維間の剥離強度の適度な向上による.他の母材,ビニルエステルでもCNF変性によりCFRPの疲労寿命は延びる.CFRPの疲労寿命を増すため,種々のセルロースナノ繊維(CNF)をエポキシ母材に混入,分散させた.いずれのCNFも少量(0.30.8wt%)添加するだけで疲労寿命は顕著に延びた.ナノゴム粒子(NRP)とCNFを併用すれば,剛性が低下せずに引張り強度を高めることができ,両者の変性にハイブリッド効果が認められた.疲労寿命の延びも期待できる.極めて細いナノPVA繊維ではその効果は著しいが,適切含有率はCNFの半分以下である.サブミクロン繊維によっても疲労寿命は優位に伸びる.CNFによる寿命延伸効果は母材/繊維間の剥離強度の適度な向上による.他の母材,ビニルエステルでもCNF変性によりCFRPの疲労寿命は延びる.1.振動式高サイクル疲労試験機の開発とその有効性CFRPの引張り疲労試験では、電気油圧サーボ試験機を用いた場合、試験機の能力(主に変位量)から荷重の繰り返し速度は精々10Hzまでである。そのため、1億回に達する超長サイクルの疲労試験では120日も必要になる。そこで、本研究では小型振動フィーダをベースに共振型の曲げ疲労試験機を開発した。試験片は両端を固定する。繰り返し速度は50Hz以上にできる。固定端の反モーメントで荷重を見積もる。共振型なので、CFRP試験片の内部損傷が進展とともに共振周波数が下がる。そこで、インバータで加振周波数を順次調整し、固定端反モーメント一定下の疲労試験を行うことができる。レーザ変位計で変位を計測する。数本のサンプルについて超長サイクル疲労試験を行ったところ、CFRPでは、1千万回以降も疲労強度は下がることが分かった。2.エポキシ母材のセルロースナノファイバー変性法の違いとCFRPの疲労寿命パルプより製造されたMFCは、親水性が高いため、これをエポキシ樹脂に混入する場合、MFCの水を予めエタノール置換し樹脂に分散させる。その後、真空乾燥して樹脂内のエタノールを蒸発させる(方法(1))。これらの手間を省くため、化学パルプを樹脂に入れ、これを2軸混練押出機/ニーダ等で混合することで樹脂内でMFCを形成・分散させる方法が開発された(方法(2))。この場合、樹脂に水が混入する恐れはなく、エタノール置換等のプロセスが不要となる。そこで、疲労寿命効果に対して両者に違いがないか調べた。その結果、未変性エポキシCFRPに比べ100万回を超える高サイクル寿命では、いずれのも寿命が10倍以上延びることが確認された。なお、疲労寿命を延ばせるMFCの最適含有率に違いのあることが分かった。BC(Bacteria Cellulose)変性したエポキシ樹脂(方法(3))を用いCFRPを製作、高サイクル疲労試験を行った。その結果、樹脂重量の0.30.5%BCを含有させるだけで高サイクル疲労寿命の顕著な向上が認められた。しかし、BCの結晶繊維のみを用いた場合と比較して、両者に大きな相違は認められなかった。これまでの研究の結果,セルロース・ナノ繊維(CNF)をエポキシ樹脂に微量混入・均一分散させれば疲労寿命が顕著に伸びることが確認された.そのメカニズムについては,1CNFにより母材のモードI破壊じん性値が増した,2母材のCNF変性によりCFRPの層間はく離き裂(モードI)疲労亀裂の抵抗力が増した,き裂進展開始の破壊じん性値が顕著に高まった,からと説明されてきた.しかし,CNF含有率が母材の0.3-0.5t%が耐久性を最も高めるとの結果と,上記1,2の結果に対するCNF含有率間にかい離があった.すなわち,CNF含有率が多い方が疲労寿命延伸効果は少ないことと対応しない.そこで,層間モードII荷重に対するCNF添加の効果を調べた.その結果,CNF含有率がある程度高くなるとモードII破壊じん性値が減少することが分かった.しかし,1,2や,モードIIの結果はCNFによる母材の「物理的変性」効果を明確に説明できていない.そこで,微細繊維の種類を変え,一連の疲労試験を行った.CNFに替え1ヤング率/繊維径が小さく均一なナノPVA繊維(nPVAF),2剛性の高い直径500nmのガラス繊維(GF05),3直径700nmのPET繊維等をエポキシ母材中に均一分散させた.その結果,いずれの微細繊維であっても疲労寿命は顕著に伸びることが明らかとなった.中でも繊維径のもっとも細いnPVAFではCNFの半分以下の添加量で疲労寿命の顕著な延伸効果が認められた.次いで,カーボン繊維を母材中に1本,2本埋没させた試験片の引張り試験を行った.その結果,適切な(強すぎず,弱すぎず)

樹脂と繊維間の接着強度が疲労寿命延伸効果のカギであることが分かった.また,ニーダでパルプを解繊し,これをエポキシ樹脂に入れることにより,CNF効果が得られることも予備的に確認した.プリプレグも製造可能である.先の研究結果から、MFCの少量添加で疲労寿命が顕著に延びることが分かった。僅かな量の添加により破面様相は大きく変化し、MFCを0.3wt%添加するだけで繊維/樹脂の界面強度が向上する。しかし、MFC添加量が0.8wt%になると疲労寿命の向上は顕著でなくなる。そこで、本年度は異なる形態のMFC(エポキシ樹脂にクラフトパルプを投入、これをミル的に攪拌することによりin-situでBCNF)を分散させた母材を用い、耐久性を調べた。このBNCFでは樹脂粘度が高いこともあり、セルロースが十分解繊され、素繊化・個別化されるとともに、樹脂中での高い分散性が得られている。その結果、平織カーボン繊維布を強化材とするCFRPの耐久性は、BNCF含有率が0.5%でも増すことが分かった。次いで、母材へのBNCFの微量混入により疲労寿命が向上するメカニズムを明らかにするため、カーボン繊維1本または繊維束をサブミクロンあるいはミクロン太さのガラス繊維を微量混入したエポキシ母材に埋没させ、繊維近傍でのき裂の成長を観察した。その結果、カーボン繊維近傍に位置するナノ繊維は、樹脂/繊維界面のき裂の発生を遅らせるとともに、一旦き裂が発生しても、その前面に横たわるナノ繊維をき裂は迂回して成長しなければならず、結果としてき裂成長速度が減じられるとともに、樹脂が繊維表面上に残るため、見かけ上、BCNFの混入により繊維/樹脂の界面強度が増したようになるとのモデルが推察された。エポキシ母材へのBCNFの分散・混入により、CFRPの界面剥離破壊じん性値はある程度向上する。しかし、面外衝撃強度と耐久性の更なる向上のため、ハイブリッド効果を期待して、BCNFに加えナノゴム粒子をエポキシ母材に同時に混入した。その結果、適切な配合により、ナノゴム粒子/ナノ繊維の組み合わせによるCFRPの機械特性が向上することが分かった。1億回の疲労試験を安定的に実施できる疲労試験機が開発できた。高温・多湿など、試験環境も変えられる。当初3台の予定であったが、最終的に6台製造し、実用的、安定的に疲労試験が実施できる環境が整った。また、MFCを母材に混入する方法として従来法とは異なる方法が実用化され、これが従来の手間のかかるエタノール置換と同等のCFRP疲労寿命延長効果のあることも示せた。これにより、MFCによるCFRPの超長寿命達成の実用化が可能となる基礎資料が得られた。その際、セルロースナノファイバーの形態について、針状でなくともスケルトン構造であっても寿命改善効果のあることが示せた。さらに、エレクトロスピニング法により製造したPVAナノ繊維を用い、ナノ繊維の剛性と疲労寿命との関係を調べ、ナノ繊維による疲労寿命向上メカニズムを解明するヒントを得た。次年度には同メカニズムを概ね解明できると考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、木質系/バクテリア系セルロースナノ繊維(BCNF)による母材変性によりカーボン繊維/エポキシ樹脂複合材料に代表される先端複合材料の耐久性を飛躍的に高めることである。
機能性抗酸化物質の細胞内動態

1.本研究の研究代表者はすでに動物細胞を用いたコロニー形成法により、カフェ酸エステルなど一定の構造的特徴を持った植物ポリフェノールが、過酸化水素(H_2O_2)の細胞毒性に対して抑制効果を示すことを見いだしている。本研究では、これらの機能性抗酸化物質がDNAレベルでも抑制効果を持つかどうかをアルカリ沈殿法によって検討した。すなわちチャイニーズハムスターV79細胞にH_2O_2を30分間作用させると、DNAの沈殿量がほぼ直線的に減少した。次にカフェ酸エチルエステル(GAFE)を予め細胞に取り込ませておいた状態で、H_2O_2を作用させた。するとCAEEはH_2O_2によって減少するはずのDNAの沈殿量を増加させた。これはCAEEがH_2O_2による細胞内DNA切断を抑制したことを示している。複数の植物ポリフェノールを用いてその抑制効果を検討してみると、細胞レベルとDNAレベルにおいて同じ構造活性相関が見られた。2.タ-メリックの主成分であるクルクミンを化学的に変換し、tetrahydrocurcumin(THC)やο-dihydroxy構造を持つdihydroxycurcumin(DHC)、dihydroxytetrahydrocurcumin(DHTHC)を調整し、コロニー形成法を用いてH_2O_2毒性に対する抑制効果を調べた。その結果H_2O_2毒性に対してDHCとDHTHCのみが抑制効果を示し、ο-dihydroxy構造が必要なことを確認した。またクルクミンに比べてTHCの方が毒性効果が弱く、これは取り込み量を反映した結果であることを、リポソームを用いた実験系で明らかにした。3.がん予防機能が注目されている茶カテキン類は、その酸化の過程でH_2O_2を生成する。スーパーオキシドディスムターゼ(SOD)が、カテキンの酸化分解とH_2O_2生成をともに抑制することを発見し、スーパーオキシドがカテキンの酸化に関与していることを明らかにした。本研究の研究代表者はすでにチャイニーズハムスターV79細胞を用いたコロニー形成法により、一定の構造的特徴を持った植物ポリフェノール(カテキンやケルセチンなどのフラボノイド、さらにはカフェ酸エステルなどの機能性抗酸化物質と呼ばれる植物ポリフェノール)が、過酸化水素(H_2O_2)の細胞毒性に対して抑制効果を示すことを見いだしている。本年度は、コロニー形成法という細胞レベルのアッセイ系で抗酸化効果を示した機能性抗酸化物質がDNAレベルでも抑制効果を持つかどうかをアルカリ沈殿法によって検討した。コンフルエントになったチャイニーズハムスターV79細胞に040μMのH_2O_2を30分間作用させると、DNAの沈殿量がほぼ直線的に100%から約40%まで減少した。次に部分構造が一部だけ異なるポリフェノールとしてカフェ酸エチルエステル(CAEE)とフェルラ酸エステル(FAEE)を予め細胞に取り込ませておき、40μMのH_2O_2を作用させた。この結果、CAEEだけがH_2O_2によって減少したDNAの沈殿量を増加させた。これはCAEEがH_2O_2による細胞内DNA切断を抑制し、FAEEは抑制しなかったことを示している。CAEEはο-dihydroxy構造を、FAEEはο-methoxyphenol構造を持つことから、今回の抑制効果は単純なラジカル消去能に基ずくものではない。このように細胞レベルとDNAレベルにおいて同じ構造活性相関が見られたことはその機構になんらかの共通点があることを示唆している。昨年度は、カフェ酸エチルエステル(CAEE)がチャイニーズハムスターV79細胞において、H_2O_2による細胞内DNA切断を抑制することを報告した。

部分構造が一部だけ異なるポリフェノールとしてフェルラ酸エステル(FAEE)を用いた場合は同様の効果がないことから、CAEEのo-dihydroxy構造が抑制効果に必須であることが推測された。そこで本年度はo-methoxyphenol構造を持つクルクミンを化学的に変換し、tetrahydrocurcumin(THC)やo-dihydroxy構造を持つdihydroxycurcumin(DHC),dihydroxytetrahydrocurcumin(DHTHC)を調整し、細胞内への取り込み量やコロニー形成法を用いてH_2O_2毒性に対する抑制効果を調べた。その結果H_2O_2毒性に対する抑制効果にo-dihydroxy構造が必要なことを確認し、さらに取り込みに関して興味深い結果を得ることができた。すなわちクルクミンに比べてTHCの方が毒性効果が弱く、これは取り込み量を反映した結果であること。さらにクルクミンは細胞内で急速に代謝されてTHCに変換されることなどである。クルクミンはカレ-粉の黄色の主体をなすタ-メリックの主成分であり、腸管から吸収され、腸管細胞で代謝されることが最近報告されているので、今回のこの結果はクルクミンの代謝を培養細胞レベルで明らかにする糸口として重要である。本研究ではさらにクルクミンとTHCの脂質二重膜に対する親和性の差をリポソームを用いた実験系で調べ、培養細胞における毒性の差をよく説明できることを明らかにした。また以上とは別の実験で、植物ポリフェノールが細胞内でスーパーオキシドのスキャベンジャーとなり、その際H_2O_2を生成する可能性を明らかにした。
Ni-Fe金属中心の構造化学的研究

酵素学的アプローチヒドロゲナーゼの活性化(すなわち水素還元)により,(SO,CO,CN,S/SH)の4本の非タンパク質配位子が大きな構造変化を起こすことを予想し,それを,特定する実験を行った.その結果,水素でヒドロゲナーゼを活性化すると,H_2Sが.発生することを見出した.これは活性部位の非タンパク質配位子が水素還元によりH_2Sとして遊離したことと,更に,活性中心の配位子のうち少なくともひとつはH_2Sとして遊離するイオウの化合物であることを伺わせる結果であった.還元型超高分解能結晶構造解析上記還元反応の生成物(H_2S)が活性部位から遊離した配位子であることを証明するために,ヒドロゲナーゼの水素還元型結晶の低温超高分解能構造解析を試みた.還元型結晶の1.4Åの超高分解能の電子密度図を計算したところ,NiとFeをブリッジしていた単原子配位子が水素還元により活性部位から消えることが分かった.これは,上の酵素化学的データと合わせて,この単原子配位子がイオウの化合物であり,水素還元によって遊離されたことを強く裏付ける結果である.実際,この活性部位のブリッジ配位子以外に還元による大きな構造変化はなかった.活性化で消失するブリッジイオウ配位子は,ごの酵素が不活性な状態の時,これらの金属中心(FeとNi)に余計な配位子が入り込まないようにキャップとしてブロックする機能を持つという新しい説を提案することができた.酵素学的アプローチヒドロゲナーゼの活性化(すなわち水素還元)により,(SO,CO,CN,S/SH)の4本の非タンパク質配位子が大きな構造変化を起こすことを予想し,それを,特定する実験を行った.その結果,水素でヒドロゲナーゼを活性化すると,H_2Sが.発生することを見出した.これは活性部位の非タンパク質配位子が水素還元によりH_2Sとして遊離したことと,更に,活性中心の配位子のうち少なくともひとつはH_2Sとして遊離するイオウの化合物であることを伺わせる結果であった.還元型超高分解能結晶構造解析上記還元反応の生成物(H_2S)が活性部位から遊離した配位子であることを証明するために,ヒドロゲナーゼの水素還元型結晶の低温超高分解能構造解析を試みた.還元型結晶の1.4Åの超高分解能の電子密度図を計算したところ,NiとFeをブリッジしていた単原子配位子が水素還元により活性部位から消えることが分かった.これは,上の酵素化学的データと合わせて,この単原子配位子がイオウの化合物であり,水素還元によって遊離されたことを強く裏付ける結果である.実際,この活性部位のブリッジ配位子以外に還元による大きな構造変化はなかった.活性化で消失するブリッジイオウ配位子は,ごの酵素が不活性な状態の時,これらの金属中心(FeとNi)に余計な配位子が入り込まないようにキャップとしてブロックする機能を持つという新しい説を提案することができた.
アンチ・センスRNAによるDNA複製開始の調節機構

コリシンE2プラスミドDNA複製系を用いて,アンチ・センスRNAによるDNA複製開始の調節機構の解明を行った.細胞複製における中心的な素通程の一つである染色体複製開始の調節機構の理解のための基盤となる知見を提供し得るものと考える.本年度の研究により以下の事が判った.1.必須複製領域内の約250塩基対の領域に複製開始の負の制御因子の遺伝子がある.2.この負の制御因子は,複製開始の正の制御因子である複製開始蛋白の発現を翻訳段階で調節する.3.この約250塩基対の領域には蛋白の遺伝子は存在せず,複製開始蛋白のmRNAおよびこれとは逆方向に転写される低分子RNAの二つの転写開始信号が存在する.この低分子RNAはいわゆるアンチ・センスRNAの構造をしている.4.複製開始が異常となり,宿主大腸菌内のプラスミド分子数が多くなった突然変異型プラスミドを多数分離した.変異はいずれも低分子RNAが転写される領域内の大きな回文配列の存在する部分に見出された.これらの変異体では,野生型の低分子RNAの阻害効果に対する感受性も低下している.これらの変異により複製開始蛋白の翻訳が著しく高くなっている.5.複製開始蛋白遺伝子の翻訳開始部位の上流領域付近に欠失をもつ変異の示す性質より,この蛋白の効率の高い翻訳にはmRNAの5′末端非翻訳領域の塩基配列と高次構造が重要であることが示唆された.6.これらの結果より,高次構造をとる低分子RNAとこれに相補的なmRNAの5′末端非領域との相互作用によりmRNAの構造が変化し,複製開始蛋白の翻訳効率が低下するという調節機構が考えられる.今後, RNAの高次構造の解析, RNA-RNA結合反応の解析, RNAの定量などにより,アンチ・センスRNAによる複製開始の分子機構の解明を継続して行う予定である.コリシンE2プラスミドDNA複製系を用いて,アンチ・センスRNAによるDNA複製開始の調節機構の解明を行った.細胞複製における中心的な素通程の一つである染色体複製開始の調節機構の理解のための基盤となる知見を提供し得るものと考える.本年度の研究により以下の事が判った.1.必須複製領域内の約250塩基対の領域に複製開始の負の制御因子の遺伝子がある.2.この負の制御因子は,複製開始の正の制御因子である複製開始蛋白の発現を翻訳段階で調節する.3.この約250塩基対の領域には蛋白の遺伝子は存在せず,複製開始蛋白のmRNAおよびこれとは逆方向に転写される低分子RNAの二つの転写開始信号が存在する.この低分子RNAはいわゆるアンチ・センスRNAの構造をしている.4.複製開始が異常となり,宿主大腸菌内のプラスミド分子数が多くなった突然変異型プラスミドを多数分離した.変異はいずれも低分子RNAが転写される領域内の大きな回文配列の存在する部分に見出された.これらの変異体では,野生型の低分子RNAの阻害効果に対する感受性も低下している.これらの変異により複製開始蛋白の翻訳が著しく高くなっている.5.複製開始蛋白遺伝子の翻訳開始部位の上流領域付近に欠失をもつ変異の示す性質より,この蛋白の効率の高い翻訳にはmRNAの5′末端非翻訳領域の塩基配列と高次構造が重要であることが示唆された.6.これらの結果より,高次構造をとる低分子RNAとこれに相補的なmRNAの5′末端非領域との相互作用によりmRNAの構造が変化し,複製開始蛋白の翻訳効率が低下するという調節機構が考えられる.今後, RNAの高次構造の解析, RNA-RNA結合反応の解析, RNAの定量などにより,アンチ・センスRNAによる複製開始の分子機構の解明を継続して行う予定である.
投資の計量経済分析

本研究は日本の統計データに照らして投資理論の整理と投資理論の新展開を重点におきながら、共和分(co-integration)と誤差修正(error-correction)に代表された時系列分析を利用することにより、投資行動の特徴を明らかにしようとしたものである。具体的には、投資行動の計量分析の経緯を踏まえて、日本の統計データを用いて、keynes投資理論、加速度原理型投資関数、新古典派投資理論や更新投資理論などを計量分析の視点から整理・検証した。その上に、共和分や誤差修正などの非定常時系列分析法を利用し、投資行動の時系列的特徴を明らかにするように試み、投資需要に関連する時系列の単位根検出や共和分関係は統計データの選択や構造変化の取り扱いによって左右される可能性が高いとわかる。また、経済環境における不確実性に着目し、不確実性と投資需要との関係を調整費用関数とオプションの視点から検討し、その計量分析の可能性を検討してみた。以上の研究を通じて、「不確実性と投資需要」という論文を公刊し、『投資関数の理論』という書物をまとめ、九州大学出版会によって刊行した。ただし、時系列qの単位根が検出されたという研究結果が報告されていることから、時系列分析法による投資行動の検証結果を慎重に再検討しなければならないようになり、構造変化や統計データの再検討を通じて、研究結果の公刊を進める必要性が生じている。また、パネル・データによる投資行動を検証するために、パネル・データ分析における計量分析方法を検討したが、東京証券取引場に上場企業の財務データの処理手法などの問題により、マクロ・レベルとミクロ・レベルにおける投資行動の差異に関する研究は今後一層展開されることが重要であろう。以上のことから、今後、本研究の分析結果を活かしながら、より実りのある研究成果の公刊に努めたいと考える。
マウスの表情を生み出す神経回路機構

嬉しそうな顔や悲しそうな顔などといったように、感情が顔に表れることはヒトではよく知られている。しかしながら、動物の表情による感情表現については体系的な研究がほとんどなされておらず、表情を生み出す神経回路機構やその進化については全く理解が進んでいない。私たちは、聴覚Go/No-Go課題を遂行中のマウスを観察する中で、報酬予測・報酬獲得・報酬省略のそれぞれのタイミングにおいて、マウスの頬にある洞毛(whisker)が特徴的な動きを示すことを発見した。本課題の学習過程において、報酬に関連する洞毛運動がどのように変化するかを調べたところ、(1)報酬予期に関連した洞毛の前側への動き(protraction)が課題学習の進行とともに表出すること、および、(2)報酬獲得に関連した洞毛のprotractionやリズミカルな動き(whisking)は学習進行によって変化しないことが明らかとなった。また、これら報酬関連の洞毛運動のみを入力データとし、マウスが報酬を予測したか否か、報酬を獲得したか否か、といった行動パラメータを正確に予測するコンピュータ・アルゴリズムを開発した。さらには、報酬予測・獲得に伴い発火上昇する中脳ドーパミン神経を光遺伝学的に刺激すると、洞毛運動が誘発できることも見出した。これらのことから、洞毛運動はマウスの内的状態を表現する表情の一部であり、中脳ドーパミン神経は報酬に関連した洞毛運動の少なくとも一部を駆動すると結論された(投稿準備中)。今後は報酬関連の顔面運動における中脳ドーパミン神経とその下流の神経群の役割を調べていく。本研究は先行研究が皆無であり非常に挑戦的な内容であったため難航が予想されたものの、実験条件の最適化により大きなトラブルなく着実に課題学習中の洞毛運動データを収集することができ、当初の目標であった行動予測アルゴリズム開発を早期に完了することができた。また、条件検討に多くの時間を費やすと予想されたドーパミン神経の光刺激による洞毛運動の誘発についても早期に終了することができて、スムーズに論文作成へと移行した。また、これまで得たデータにより新たな仮説が生まれて、新たな研究が芽生えはじめていることから、本研究は当初の計画以上に進展していると判断する。現時点までに得られている報酬予測・獲得・省略時のマウスの洞毛運動および洞毛運動におけるドーパミン神経の役割について、早期に論文発表することを当面の目標とする。それと並行して、ドーパミン神経特異的にCre組換え酵素を発現する遺伝子組換えマウス(DAT-Creマウス)にCre依存的にオプシンを発現するアデノ随伴ウイルスベクターを局所注入することにより、ドーパミン神経特異的にオプシンを発現させたマウスを作成する。そのマウスのターゲット脳部位に光ファイバーカニューレを留置してドーパミン神経やその下流の神経群を光遺伝学的に活性化あるいは不活性化し、その結果表出する洞毛運動の変化を詳しく検証することにより、報酬に関連する洞毛運動を司る神経群を同定する。課題学習により表出する報酬予測に伴う洞毛運動がどの神経経路に依存するかについては、神経経路特異的な活動抑制が有効であると考えられる。また、最新の動画解析アルゴリズムを利用して、顔面全体の動画を撮影してドーパミン神経活動操作が誘発する特徴的な運動を抽出するとともに、そのような運動が課題遂行中のマウスや病態モデルマウスにおいても見られるか否かを検討する。

現時点までに得られている報酬予測・獲得・省略時のマウスの洞毛運動および洞毛運動におけるドーパミン神経の役割について、早期に論文発表することを当面の目標とする。それと並行して、ドーパミン神経特異的にCre組換え酵素を発現する遺伝子組換えマウス(DAT-Creマウス)にCre依存的にオプシンを発現するアデノ随伴ウイルスベクターを局所注入することにより、ドーパミン神経特異的にオプシンを発現させたマウスを作成する。そのマウスのターゲット脳部位に光ファイバーカニューレを留置してドーパミン神経やその下流の神経群を光遺伝学的に活性化あるいは不活性化し、その結果表出する洞毛運動の変化を詳しく検証することにより、報酬に関連する洞毛運動を司る神経群を同定する。課題学習により表出する報酬予測に伴う洞毛運動がどの神経経路に依存するかについては、神経経路特異的な活動抑制が有効であると考えられる。また、最新の動画解析アルゴリズムを利用して、顔面全体の動画を撮影してドーパミン神経活動操作が誘発する特徴的な運動を抽出するとともに、そのような運動が課題遂行中のマウスや病態モデルマウスにおいても見られるか否かを検討する。連携研究者(NAIST吉本潤一郎博士)との研究打ち合わせの多くをweb会議としたことにより旅費を削減したこと、および、ドーパミン神経光刺激実験の条件検討が当初の計画よりも短期に終了し論文作成に移ったことから、消耗品類として計上していた実験用品のうち光ファイバー類などへの支出が当初の予定に比べて減額されたことにより次年度使用額が生じた。次年度使用計画としては、論文投稿準備のため停止中である光刺激実験を再開するためのファイバー・カニューレ類などの消耗品やマウス管理維持費(その他)として用いる。
レーザーフォトリシスESRの時間分解能向上と電子スピン緩和機構への応用

1.レーザーフォトリシスESR装置の時間分解向上。高い時間分解能(5ナノ秒)をもつデジタイザー(ソニーテクトロニクスRTDー710、垂直分解能10ビット)を現有のESRスペクトロメータ(バリアンEー109E)の過渡信号検出系に組み入れることにより、時間分解能の向上をはかることができた。また、高速前置増幅器の導入により、SN比の改善を行った。このようにして改良した装置を用いて以下の研究を行った。2.オルソキノン類の光化学反応機構と励起三重項(T_1)状態の研究。光誘起電子移動反応および水素引抜きに関与するT_1状態は、溶媒極性の影響を著しく受けることが、CIDEPおよびT_1状態時間分解ESRスペクトルから明らかにした。本研究により初めて、1.2ーナフトキノンの無リン光性T_1状態を観測し、アルコール中、ππ性をもつのに、リン光を発しないことを指適した。(Chem.Lett.発表、J.phys.Chem.印刷中)。3.シッフ塩基の光誘起プロトン移動から生ずる無リン光性三重項中間体。フォトクロミズムを示すこの分子は、その分子内反応過程で、ケトアミン体のT_1状態が生成すると予想されていたが、無リン光性のために、不明であった。時間分解ESR法を用いて、初めて、短寿命の、トアミン体のT_1状態スペクトルを観測するのに成功した。求められた零磁場分裂定数は小さく、ビラジカル性格を反映している決論した。(JCS.Chem,Commun.発表)。4.0ーメチルアセトフェノの光誘起分子内水素引抜き反応の研究。標記反応過程で生成する無リン光性エノールを時間分解ESR法により観測し、零磁場分裂定数が、その高い反応性を反映していることを明らかにした。関連化合物の反応に関与するT_1状態を低温下で測定し、また、溶液中における電子移動反応に由来するCIDEPスペクトルから、詳しい研究を行った。(J.Phys.Chem.日化誌、投稿中)。1.レーザーフォトリシスESR装置の時定数の解析.現有ESR装置(バリアンE109E)の前置増幅器入力にシグナルジェネレータを接続し,オシロスコープへの出力をモニターして観測系の周波数応答を入出力比として示した.その結果,前置増幅器の周波数帯域の向上とオシロスコープによるデジタル入力ーアベレージング機能の応答性改善が重要であることが明らかとなった.後者については,本年度設備備品として購入したプログラマブル波形デジタイザ(ソニーテクトロニクス, RTD71OSI,時間分解能5×10^<-9>秒)による大巾に信頼性の向上をみた.前置増幅器の広帯域化は,シグナル雑音比の増大を伴うので,さらに検討中である.2.オルリキノン類の光化学反応機構と励起三重項状態への応用.四種類のオルリキノンについて,極性溶媒中における電子移動反応を研究した.その結果, 1,2ーベンゾキノンは, E/A(E:発光,A:吸収)型ラジカル対機構, 1,2ーナフトキノンおよび9,10ーフェナンスレンキノンはE型三重項機構,また,アセナフトキノンについてはA型三重項機構スピン分極を観測し,反応に関与する励起状態について議論した.この結果は,すでに論文として発表された.