hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハイスループット系によるリンパ腫・骨髄腫の成立機構の解明

近年の遺伝子解析技術の進歩により、高頻度で起きる遺伝子異常が数多く報告されているが、どの遺伝子異常のどの組み合わせが腫瘍の発生や維持に重要なのかは不明である。私たちはレトロウイルスによる遺伝子導入法とイン・ビトロでの分化誘導法、マウスへの移植を組み合わせて、迅速に多数の遺伝子異常の組み合わせの機能評価を可能にするハイスループットシステムを独自に開発した。この方法では、マウスの脾臓細胞からナイーヴB細胞を採取し、CD40LとBaffを発現させた3T3細胞とサイトカイン(IL4, IL21)存在下で培養することによって胚中心B細胞を誘導する。こうして誘導した胚中心B細胞に、レトロウイルスベクターによって任意の遺伝子を発現させて、マウスに移植しリンパ腫の発生の有無をモニターする。その結果、び慢性大細胞型B細胞性リンパ腫で見出された遺伝子異常のうち、活性型CARD11とBCL6の2者で腫瘍発生に十分であることが明らかとなった。一方で、同じ系を用いることで形質細胞も誘導可能であるので、悪性リンパ腫モデル作成法同様に遺伝子導入して、その後に形質細胞への分化誘導を試みた。しかしながら、遺伝子導入後には形質細胞への分化誘導効率が大幅に低下し、結果として骨髄腫モデルの作成は困難であることが判明し、期間内には達成できなかった。これに代わる方法として、CD19Creマウスの骨髄細胞にLoxP配列を有するレトロウイルスベクターを感染させ移植することで、B細胞特異的に遺伝子発現させる系を構築した。本系ではB細部の分化が進むにつれ遺伝子発現が上昇するため、骨髄腫モデルを作成できる可能性があり、今後検討したい。悪性リンパ腫・多発性骨髄腫の発生に必要な遺伝子異常を、レトロウイルスによる遺伝子導入法とイン・ビトロでの分化誘導法、マウスへの移植を組み合わせたハイスループットな評価系を用いて探索したところ、び慢性大細胞型B細胞性リンパ腫で見出された遺伝子異常のうち、活性型CARD11とBCL6、あるいはMycとBcl2の2者で腫瘍発生に十分であることが明らかとなった。予後不良なリンパ腫の治療法開発に資するモデルになる可能性がある。一方で、多発性骨髄腫モデルの作成は期間内に達成できなかったが、Cre-LoxPシステムをレトロウイルスベクターに応用する手法を開発したので、達成に向けて努力したい。CARD11変異とBCL6の組み合わせ以外にも、悪性リンパ腫臨床検体解析で報告されている遺伝子異常は多岐にわたっている。検体解析の結果、同一症例で重なって起きている遺伝子異常は協調して機能している可能性が高く、今後はそうした遺伝子異常の組み合わせの、悪性リンパ腫発症における機能的意義を、私たちのモデル系で明らかにする。さらに、マウスモデルを応用して治療実験を行い、有用な抗がん剤の組み合わせや、抗がん剤耐性における微小環境の影響を調べる。骨髄腫についても同様の手法を適用する。胚中心B細胞を体外で誘導して応用する系により、異常遺伝子の腫瘍化における機能を評価する方法は、多数の遺伝子異常の組み合わせの中から、腫瘍化に重要な遺伝子の組み合わせを抽出するためには良い方法であると考えている。しかしながら一方で、胚中心B細胞を体外で誘導している点で、生体内で起きていることを反映していない側面がある可能性が残る。
超新星から明らかにする大質量星の爆発直前の未知の質量放出機構

今年度はまず、様々な星周構造を仮定した際に超新星のごく初期の明るさの変化にどのような違いが系統的に現れるかを1次元球対称輻射流体力学コードSTELLAを用いて数値的に明らかにした。具体的には、親星の質量放出率や、恒星風加速の違いによって生じる星周構造の違い、さらに超新星爆発エネルギーの違いを考慮した約500通りのモデルを構築することに成功した。この結果、質量放出率や恒星風加速の影響で星周物質密度が高くなることにより、(1)初期の光度曲線がより明るくなること、(2)初期の光度曲線の立ち上がりの時間スケールが非常に短くなること、(3)初期の光度曲線が青くなることが判明した。このモデルを、チリのブランコ望遠鏡に搭載されたDECamによる爆発直後の超新星を観測するサーベイでとらえられた26個の爆発直後の超新星光度曲線と統計的手法を用いて比較した。この結果、26個のうち24個の超新星において高密度星周物質が存在していることが判明し、質量放出率が年間0.001太陽質量以上であることが判明した。また、恒星風の加速機構の違いにより生じる星周物質の密度構造にもある程度制限を与えることができた。残りの2個の超新星では標準的な恒星進化論の予言する程度の質量放出率を親星が持つと考えて問題なかった。より明るい超新星の方がより観測されやすいというバイアスを考慮に入れても、80%程度の超新星において爆発直前の超新星親星の質量放出率が年間0.001太陽質量以上になっていることを明らかにした。はじめに行う計画であった1次元球対称を仮定した場合のモデルの構築を完了した。また、構築したモデルと観測との比較を行うことにより、爆発直後の超新星親星の星周構造を明らかにできた。はじめに行う予定であった1次元球対称を仮定した場合のモデル構築と観測との比較は完了した。次に行う予定であった、星周物質の多次元構造を考慮したモデル作りに取り掛かる。多次元輻射流体力学コードを用いて、双極形やトーラス形といった多次元構造を星周物質が持つ場合に1次元球対称を仮定したこれまでのモデルと比べてどのような違いが生じるかを明らかにし、観測にその兆候がないかを調べる。
青少年期摂食障害患者における口腔疾患発症メカニズムの解明と疾患予防に関する研究

平成15年度・16年度においては、精神的問題が原因となって起こる食物の摂取行動障害患者の病状と口腔内状況の実態調査を行い、対照群に対して有意に平均体重が低く、食行動異常が多く、唾液流出量の減少、口腔乾燥感、味覚異常、口臭などを確認した。また、本疾患の特徴をさらに明確にするために、アルコール症などを合併するものについても口腔疾患および口腔内症状の調査を行い、その相違を明らかにした。平成16年度からは、本疾患が潜在的に存在する年齢層である短期大学学生の協力者を募り現在の体重、身長、BMI値と、対象者が理想とする体型についての調査を実施した。それによれば、やや痩せ型ではあるが、BMI19.8と正常値を示した。しかし、対象者が理想とする体重でBMIを算出してみると、低体重・痩せ型であり、摂食障害者となりうる危険性が青少年期の女子短期大学生に内在することを論文として発表した。同時期より、食物の摂取行動障害患者の心理学的特徴を捉えるための予備調査として、健全者を対象として、口腔乾燥度に関するアンケート調査、心理学的測定方法としてCES-DおよびPOMSの検査、口腔内唾液湿潤度検査を実施した。その結果、口腔乾燥には心理的要因も関与していることを示し、論文として発表した。平成17年度からは、口臭測定法の再度検討を行った。通法では臨床における測定には適さないことが判明したためであり、簡易型測定法を検討し有用性を学会発表した。平成18年度からは、調査研究を総合し、歯科領域からの齲触発症部位、唾液流出量の減少、口腔乾燥状態、口臭の存在などが、本疾患の前駆症状であるとの結論を得た。しかし、さらに精度を高め、早期に予兆を捉えるためには、心理学検査の併用なども不可欠であり、各種測定法の簡易化および精度の向上が必要であることを確認した。まず、初年度である平成15年度においては、これまでの基礎調査をもとに、精神的問題が原因となって起こる食物の摂取行動障害患者の病状と口腔内状況の実態をさらに詳細に明らかにすることを第1段階とし、本疾患の特徴をさらに明確にするために、他の精神疾患罹患者の合併する口腔疾患および口腔内症状の調査を行い、比較検討を行うことを第2段階とすることであった。そこで、その主旨に従って調査研究を進め、各病態や罹病期間の相違が口腔病変の発症にどのような変化を示すかについて解析したところ、疾患有病群(摂食障害、アルコール依存症)では齲蝕が多発しており、平均DMFTではアルコール群が最も高い値を示し、次いで拒食群、過食群であることが判明した。一方、下顎前歯部齲蝕は健全者には全くみられなかったのに対して、アルコール群、次いで過食群が高い齲蝕歯数を示したことから、各疾患への罹病期間が齲蝕発症に関連している可能性を提示した。また、罹病期間の長期化に伴って口腔乾燥が発現していることを唾液流出量の減少から確認し、口唇閉鎖不全併発のものが疾患群で多いことも示した。さらに口腔乾燥状態の悪化が進むに従って、味覚障害も高度に発現すること。疾患有病群の口腔環境悪化は、歯周疾患への高度の罹患をGI、CPITN値から示した。以上を第41回日本小児歯科学会大会(新潟市)において発表した。次に、口腔乾燥状態の詳細は、国立病院療養所総合医学会総会(札幌市)で報告した。また、病態別検討は第38回神奈川歯科学会総会(横須賀市)において、最少発症年齢が11歳であり、18歳以下での発症が35例(68.6%)と過半数を超えており、確実に低年齢化していること。

さらに、罹病期間が長期化することで精神病状も遷延化、重篤化することが指摘されているが、同時に、歯科的リスクも高くなり、その結果、口腔環境が悪化することが本調査で確認されたことを報告した。本年度においては、これまでの精神的問題が原因となって起こる食物の摂取行動障害患者の病状と口腔内状況の実態をさらに詳細に明らかにするために、さらに症例を増やすため調査を継続して実施した。また、本疾患の特徴をさらに明確にするために、他の精神疾患罹患者の合併する口腔疾患および口腔内症状の調査を開始していたが、その調査を継続するとともに、その結果の比較検討と分析を実施した。さらに、本年度においては、低体重であるにもかかわらず,さらなる低下を望んだり、肥満への恐怖を異常に示すなど自己の容姿には執拗の関心をもっているなど本疾患が潜在的に存在するの年齢層である短期大学学生に対する調査を行う予備調査として、身体状態、栄養状態についての意識調査を実施し現在分析中である。なお、本年度は2004年5月20日、21日、福岡で開催された第42回日本小児歯科学会大会および総会において、摂食障害患者の口腔内状況-口腔乾燥についての検討2-および、2004年11月13日、14日、大阪で開催された第21回日本障害者歯科学会総会および学術大会において、摂食障害患者の口腔内疾患に関する研究との演題で発表を行った。本年度においては、これまでの調査により摂食行動障害者においては口腔疾患の多発が判明したが、その異常を容易に、的確に判断できる診査項目の検討を実施した。病状が悪化した場合、唾液の流出量が低下し口腔疾患が発症することが病態の特徴の1つであるが、唾液量の測定よりもさらに容易な判定方法として、口臭の測定を検討した。しかし、これまで口臭測定にはハリメーターによる方法が確立された、方法として存在しているが、測定値が安定するまでの時間、1回の測定時間などを考慮すると、精神障害者や集団を対象とする調査には不向きといわざるを得なかった。そこで、これらの問題点を解決するために簡易型口臭チェック器(ブレスチェッカー)による検討を開始した。短期大学生を対象とし、問診調査票と簡易型口臭チェック器(ブレスチェッカー)の判定結果、さらにはハリメーターの測定値の相関を現在症例数を増やしつつ検討中である。なお、本年度は2004年10月15日、16日、山梨で開催された第22回日本障害者歯科学会総会および学術大会、10月14日、15日に広島で開催された独立行政法人国立病院、療養所医療研究会、12月3日開催された第40回神奈川歯科大学学会総会において演題発表を行った。本年度は本研究の最終年度に当たるのでこれまでに蓄積した調査研究結果を用いて、学会発表および論文の作製、検討、調査を実施した。学会発表については、2006年9月、京都市で開催された第60回国立病院総合医学会において、精神疾患患者における口臭の実態という演題で、2006年10月、仙台市で開催された第23回日本障害者歯科学会において、精神疾患患者の口臭に関する調査・研究第2報口臭検査法選定とその実態についてという演題で、2006年12月、横須賀市で開催された第41回神奈川歯科大学学会では、摂食障害患者の口臭に関する研究という演題でそれぞれ発表した。発表では精神疾患が重症化するに従って口腔乾燥症も悪化し、口臭も強く現れることを明示した。
固体高分解能NMRによるヘテロポリ酸触媒のダイナミクス解析と分子設計

ヘテロポリ酸触媒が反応分子をとりこんでつくる擬液相は、プロトンとヘテロポリアニオンが二元機能的に作用する3次元の特殊反応場と考えられ、本研究では触媒表面化学種と固体触媒自身のダイナミクスを特に固体高分解能NMRによって明らかにすることを目的とした。また、分子レベルの細孔を持つゼオライトとプロトンとの相互作用を比較した。ヘテロポリ酸擬液相にメタノール分子を吸収させると、吸収量に応じてプロトン化メタノールモノマー(吸収量アニオン当たり3分子未満)、ダイマー(36分子)が生成した。吸収量3分子未満では、余分なプロトンはヘテロポリアニオンの架橋酸素上に位置し、^<31>P NMRが低磁場にシフトした。6分子/アニオン以下ではメタノール分子は運動性が低いが、触媒のプロトンとメタノールのヒドロキシプロトンは速い交換を示した。^1HNMRピークは-10ppm付近であり、超強酸の値に近い。メタノール吸着量が6分子/アニオンを越えると急激に運動性が増大し、プロトンスペクトルが先鋭化した。固体状態で鋭いプロトンスペクトルが得られることは極めて希で、その高い分子運動性は擬液相の特徴といえる。水の吸収では6分子/アニオンで安定な構造をとるが、メタノール分子の運動性のこの急激な変化は、吸収量6分子/アニオン以下でのポリアニオン、プロトンとメタノール分子の安定な複合体の生成を示唆する。一方、代表的なゼオライトであるH-ZSM-5にメタノールを室温で吸着させると、ヘテロポリ酸と異なりごく一部のプロトンしかメタノールと相互作用できないことがわかった。酸強度の分布や細孔構造中の酸点の位置に起因すると考えられる。さらにメタノールのヘテロポリ酸擬液相を加熱すると、150°Cでヘテロポリアニオン上のメトキシ種が観測された。これは脱水反応の中間体が擬液相の特徴故に固体NMRにより観測されたと考えられる。本研究は分子性触媒素材であるヘテロポリ酸を取上げ、触媒表面化学種と固体触媒自身のダイナミクスを固体高分解能NMR法により解明することを目的とする。平成5年度は以下の結果を得た。ヘテロポリ酸擬液相中で進行するエタノール脱水反応の素過程を固体NMRで追跡し、ヘテロポリ酸の中心元素である^<31>P NMRおよびエタノールの^1H、^<13>C NMRスペルトル解析から、プロトン化エタノール単量体、二量体さらにエトキシ基の存在を明らかにした。特に固体NMRで有機分子のシャープな^1Hピークを得た例は稀であり、今後の研究の重要な糸口となる。現在、in situ処理および測定可能な装置を用いて反応条件下における中間体の動的挙動の解明を行なっている。中間体の運動性をNMRスペクトルの温度変化によって明らかにしつつある。さらに、^<31>P NMR化学シフトの値がポリアニオンに直接結合しているプロトンの数によって本質的に決まることを見出し、セシウム酸性塩をはじめとするヘテロポリ超微粒子触媒内のバルク内および表面のプロトンの分布を明らかにした。プロトンとセシウムイオンは加熱によりバルク全体にランダムに分布することを見出した。このことより触媒活性と酸性とが関連ずけられ、ヘテロポリ酸のセシウム酸性塩が高活性であるのは、酸性が強いこと、表面酸量が多いこと、およびポリアニオンの二元機能性が寄与しているためと結論できた。

以上、本研究では複合酸化物上で進行する分子変換過程を反応分子の動的挙動を含めて理解すると同時に反応を促進している表面原子群の役割、変化過程を同時に記述しようとする独創的な試みである。本研究は分子性触媒素材であるヘテロポリ酸を取上げ、触媒表面化学種と固体触媒自身のダイナミクスを固体高分解能NMR法により解明することを目的としている。平成6年度は以下の結果を得た。ヘテロポリ酸擬液相中で進行するエタノール脱水反応の素過程を固体NMRで追跡するため、温度可変プローブおよびガラス製密封型試料管を用い検討した。ヘテロポリ酸の中心元素である^<31>P NMRおよびエタノールの^1H、^<13>NMRスペクトル解析から、プロトン化エタノール単量体、二量体さらにエトキシ基の存在を明らかにした。現在、メトキシおよびエトキシ基などの中間体の動的挙動を緩和時間の温度依存性の測定によって解析している。メタノールやエタノールはH_3PW_<12>O_<40>に大量に吸収されプロトン化アルコールになって擬液相を形成すること、さらに、温度上昇に伴い、これらはアルコキシ基に変化することをNMRで確認できた。さらに^<31>P NMR化学シフトの値がポリアニオンに直接結合しているプロトンの数によって本質的に決まることを見出し、セシウム酸性塩をはじめとするヘテロポリ超微粒子触媒内のバルク内および表面のプロトンの分布を解明した。これらの塩のプロトンとセシウムイオンは加熱過程でバルクおよび表面全体に移動しランダムに分布することを見出した。このことよりヘテロポリ酸のセシウム酸性塩が高活性であるのは、酸性が強いこと、表面酸量が多いことを明らかにし、さらにポリアニオンとの二元機能性が寄与しているためと推定できた。以上、本研究では複合酸化物上で進行する分子変換過程を反応分子の動的挙動と反応を促進している表面原子の役割を同時に解明しようとする独創的な試みであり、成果をあげつつある。ヘテロポリ酸触媒が反応分子をとりこんでつくる擬液相は、プトロンとヘテロポリアニオンが二次機能的に作用する3次元の特殊反応場と考えられ、本研究では触媒表面化学種と固体触媒自身のダイナミクスを特に固体高分解能NMRによって明らかにすることを目的とした。また、分子レベルの細孔を持つゼオライトとプロトンとの相互作用を比較した。ヘテロポリ酸擬液相にメタノール分子を吸収させると、吸収量に応じてプロトン化メタノールモノマー(吸収量アニノン当たり3分子未満)、ダイマー(36分子)が生成した。吸収量が3分子未満では、余分なプロトンはヘテロポリアニオンの架橋酸素上に位置し、^<31>PNMRが低磁場にシフトした。6分子/アニオン以下ではメタノール分子は運動性が低いが、触媒のプロトンとメタノールのヒドロキシプロトンは速い交換を示した。^1HNMRピークは-10ppm付近であり、超強酸の値に近い。メタノール吸着量が6分子/アニオンを越えると急激に運動性が増大し、プロトンスペクトルが先鋭化した。固体状態で鋭いプトロンスペクトルが得られることは極めて希で、その高い分子運動性は擬液相の特徴といえる。水の吸収では6分子/アニオンで安定な構造をとるが、メタノール分子の運動性の急激な変化は、吸収量6分子/アニオン以下でのポリアニオン、プロトンとメタノール分子の安定な複合体の生成を示唆する。
先天性疾患の表現型から選定される候補遺伝子が担うヒト3次元顎顔面形態への役割

EDAR遺伝子多型rs3827760はセファロ解析の下顎骨の前後的位置(SNB)、下顎骨骨長(CD-GN)、CBCT画像の左右下顎頭間距離(RCD-LCD)と統計学的な関連が見られた。本報告では、現在まで関連を調べる事のできなかった3次元的な下顎骨形態とEDAR遺伝子との関連を世界で初めて報告したものとなる。本研究は今後顎顔面の成長予測を行うにあたって非常に重要な研究である。現在研究成果に関してはおおむね順調に来ている。今後候補遺伝子のさらなる選定を進めていく必要がある。さらなる候補遺伝子の選定を行い、三次元的な顎顔面形態との関連を探索する。昨年に引き続きゲノム解析、遺伝子解析キットの購入を行う予定。
金属触媒を用いる有機不飽和化合物の固相水素化

1金属触媒を用いる有機不飽和化合物の固相水素化に関する研究を行った。金属触媒としてはニッケル微粉(標準粒経;20mm)、基質としてはマレイン酸ジナトリウム、フマル酸ジナトリウムを使用した。1.固相水素化生成物の分析〔標準的な実験方法〕ニッケル微粉と基質粉末を水素存在下に振とう撹拌する(水素圧;1.0kg/cm^2,30°C)→反応後,脱イオン水で水溶性物質を抽出する(60°C)→抽出物をエステル化する(→GLC分析)。〔結果〕コハク酸ジナトリウムへの水素化は0.4mmol/gNiの段階で停止した。抽出を冷水で行うとコハク酸ジナトリウム生成量は0.3mmol/gNiに減少した。なお、基質としてマレイン酸ジナトリウムを用いた場合にはフマル酸ジナトリウムへの異性化(0.1mmol/gNiで停止)が副反応としておこなった。2.ニッケル微粉の触媒毒による処理水素化率が抽出温度に依存することから抽出段階で液相水素化がおこっている可能性が示唆された。そこで、水容性物質の抽出に先立ちニッケル微粉を触媒毒で処理した後、常法通り生成物の分析を行ったところ、コハク酸ジナトリウムの生成量は約0.04mmol/gNiとなった。1.,2.の結果から標準的な実験で求められたコハク酸ジナトリウムの生成量の90%以上は液相水素化の結果であると結論された。なお、オートクレーブを使用しフマル酸ジナトリウムの高温・高圧における固相水素化を試みている(100kg/cm^2,60または100°C)が、いまだに再現性よく高い水素化率を得るには到っていない。今後、他の金属触媒による固相水素化についても検討したい。本年度は、常圧条件下におけるアルケンの固相水素化について詳細に検討した。すなわち、高温水素処理されたNi微粉とアルケン(マレイン酸ジナトリウムまたはフマル酸ジナトリウム)粉末の混合物を水素(常圧)存在下に振とう撹拌しC=C結合の固相素化を試みた(水素圧;1.0kg/cm^2,反応温度;30°C)。生成物の分析方法は次の通りである;反応混合物からの温水による水溶性物質の抽出→抽出物のメチルエステルへの誘導→GLC分析。その結果以上の現象が観察された。(1)マレイン酸ジナトリウムを基質として用いた場合には、コハク酸ジナトリウムの水素化とフマル酸ジナトリウムへの異性化がおこった。水素化、異性化はNi微粉1.0gにつきそれぞれ約0.4mmol、約0.1mmol進行した段階で停止した。反応系に水素ガスが存在しない場合にも同程度の水素化・異性化がおこった。(2)フマル酸ジナトリウムを基質として用いた場合には、水素化だけおこった(約0.4mmol/g Ni)。反応物の抽出を冷水でおこなうと得られるコハク酸ジナトリウムの量は減少した(約0.2mmol/g Ni)。以上の現象は次のことを示唆する。(1)本研究の条件下では、Ni微粉は水素化触媒としてではなく水素化剤として働く。(2)少なくとも一部の水素化は抽出段階(液相反応)でおこる。現在、Ni微粉を用いるC=Oの固相水素化(基質:ケト酸ナトリウム塩など)について検討中である。本年度は、主に固相水素化生成物の分析法について検討した。昨年度の実績報告書に述べたように固相水素化生成物の抽出階段でフマル酸ジナトリウムの水素化(液相反応)が進行する。

それ故、生成物の脱イオン水による抽出→エステル化→GLC分析というこれまでの方法で求められた水素化率は固相水素化と液相水素化の結果の合計である。このため固相水素化生成物の分析法を確立することが固相水素化の研究を続ける上で最重要課題となる。分析法を検討するにあたり、固相反応としては、前年度に引き続きNi微粉によるフマル酸ジナトリウムの常圧水素化(30°C)を選んだ。抽出段階における液相反応を抑制するために、反応後Ni微粉を各種触媒毒のメタノール溶液で処理した。その後、水溶性物質(フマル酸ジナトリウム、コハク酸ジナトリウムなど)を脱イオン水または触媒毒水溶液で抽出した。その結果、コハク酸ジナトリウムの生成量が触媒毒で処理しない場合と比較して約1/10に減少した(0.4mmol/g Ni→0.04mmol-g Ni)。このことから、これまでの生成物分析法で求められたコハク酸ジナトリウムの生成量の90%以上は液相水素化の結果であると結論された。次にフマル酸ジナトリウムのNi微粒による固相水素化を常圧・高温条件下(60°C)、高圧・高温条件下(100kg/cm^2、60または100°C)で試みたが、再現性よく高い収率でコハク酸ジナトリウムを得ることにはいまだ成功していない。本年度の研究結果に基づき、Ni微粉による固相水素化の条件および他種金属触媒による固相水素化について検討する予定である。
Thermus属細菌の新規リジン生合成と活性調節メカニズムの解明

我々は、Thermusでは、リジンがジアミノピメリン酸を介さない経路(αアミノアジピン酸経路)で合成されることを見いだした。しかしながら、その経路がカビ・酵母で見られるものと異なり、経路の後半はアルギニン生合成と似た反応によることを示唆してきた。これまでに行ってきた生合成経路の解析により、リジンは2-オキソグルタル酸から10段階の反応を経て合成されると予想される。まだクローニングができていなかった2つ、ホモイソクエン酸からαケトアジピン酸を生成するホモイソクエン酸脱水素酵素、そしてその次の過程であるαアミノアジピン酸への変換を触媒する酵素をコードする遺伝子のクローン化を行った。前者に関しては、ホモイソクエン酸脱水素酵素がイソクエン酸脱水素酵素やイソプロピルリンゴ酸脱水素酵素とアミノ酸配列の相同性があることが予想されるため、両遺伝子の内部配列を基にdegenerate primerを作製し、クローン化することとした。後者に関しては、哺乳動物のαアミノアジピン酸アミノ基転移酵素の配列を参考にして、同様にPCRを用いてクローン化することとした。クローン化した遺伝子の破壊株を作製し、栄養要求性を調べたところ、ホモイソクエン酸脱水素酵素遺伝子の破壊株においては、明瞭なリジン要求性が、αアミノアジピン酸アミノ基転移酵素遺伝子の破壊株においては、部分的なリジン要求性が見いだされた。ホモイソクエン酸脱水素酵素遺伝子について大腸菌での大量発現系を構築し、精製酵素を用いて、基質特異性を決定するアミノ酸残基を同定した。また、系の初発酵素であるホモクエン酸合成酵素についても研究を行い、同酵素がクエン酸合成酵素としても機能しうること、そしてリジンによって強い阻害を受けることなどを明らかにした。我々は、Thermusでは、リジンはアスパラギン酸キナーゼを介さない経路(αアミノアジピン酸経路)で合成されることを見いだした。しかしながら、その経路が通常のカビ・酵母で見られるものと異なり、経路の後半はアルギニン生合成と似た反応によることを遺伝子の塩基配列から示唆してきた。これまでに、クローン化したargDのホモログ(lysJと命名)が実際にリジン生合成に関わることが明らかにした。また、その一方で、LysJはリジン生合成の推定基質よりもアルギニン生合成中間体の方をより良い基質とすることが明らかになった。これは、Thermusの生育におけるアルギニン生合成の重要性を示唆すると同時に、リジン生合成とアルギニン生合成が進化的に関連することを示すこととなった。そこで、LysJの次の反応であるリジン生合成の最終段階を触媒する脱アセチル化酵素をコードすると考えられる遺伝子としてargEホモログ(lysKと命名)をクローン化した。同遺伝子の破壊株は予想とは異なり最少培地で非常にゆっくりと生育することが明らかになった。アルギニン生合成中間体であるオルニチンの添加ではこの菌の生育に変化が認められなかったが、リジンの添加により完全とは行かないまでも明らかに生育の回復が見られた。このことは、同遺伝子がリジン生合成に関わることを示している。さらに、リジンと同時にオルニチンを添加することによって、生育は野生型に近いレベルにまで回復した。LysKを精製し、活性測定を行ったところ、アセチルリジンとアルギニン生合成の中間体であるアセチルオルニチンに対してほぼ同等の基質特異性を示した。LysKおよびLysJの結果から、リジンとアルギニンの両者を区別せずに生合成する系が先に成立し、その後リジンを全く別の系で生合成する現在のジアミノピメリン酸経路ができあがった可能性が示唆される。Thermus属細菌のリジン生合成系は、αアミノアジピン酸を生合成中間体として含む点で、酵母などのリジン〓であり、2-オキソグルタル酸からαアミノアジピン酸までの合成は同様な酵素系によって進行する。

し〓以降の反応は全く異なっておりアルギニン生合成系のグルタミン酸からオルニチンまでの合成に類似した〓進行する。これまでに同経路の遺伝子群をクローン化してきたが、ホモイソクエン酸からαケトアジピン〓触媒するホモイソクエン酸脱水素酵素(HICDH)の遺伝子はまだ得られていなかった。同酵素は反応機構から〓素酵素(ICDH)やイソプロピルリンゴ酸脱水素酵素(IPMDH)と相同性があると考えられることから、それを利用〓類似した配列を含むDNA断片をクローン化した後、大腸菌を用いた発現系を構築し、同遺伝子産物がホモ〓αケトアジピン酸への変換反応を触媒することを確認した。この遺伝子を破壊したThermusの変異株が、〓したことから、同遺伝子がHICDHをコードすることが示された。興味深いことに、HICDHはICDH活性も有〓率はHICDH活性よりも高いものであった。HICDHとICDHおよびIPMDHとのアミノ酸配列の比較により、基〓領域を推定し、幾つかのアミノ酸を置換することでIPMDH活性を有する酵素や、ICDHを示さない酵素に変〓した。また、リジン生合成の初発酵素であるホモクエン酸合成酵素(HCS)が、リジンによって阻害されるこ〓ギニンによっても阻害されることを見いだした。この結果からThermusのリジン生合成がアルギニン生合〓とが示唆された。また、HCSがTCAのクエン酸合成酵素活性を示すことも見いだされた。
霊長類における社会交渉時の意思決定:社会的知能仮説の検証

2000年から2001年にかけて、タンザニア連合共和国マハレ山塊国立公園に生息する野生チンパンジーを対象とした行動観察データの分析を行った。ビジランス行動(視覚的に外界を探索する行動)と自己指向性転位行動であるRough self-scratchingを行動学的指標として用いて、個体のストレス状態を計測した。その結果、近接個体との社会関係の親和度が個体のストレスレベルに影響し、非親和的な個体が近接しているときにストレス指標の頻度が上昇することが明らかになった。一方、近接個体との相対的順位関係は個体のストレスレベルに一貫して影響しなかった。また、オスの絶対的順位とストレス指標頻度の間には正の相関が見られ、高順位オスのストレスレベルは低かったことが示唆された。これらの研究は関連国内外の学会にて発表され、現在投稿準備中である。研究期間中に観察された集団間敵対交渉の事例を分析し、査読国際誌American Journal of Primatologyに発表した。野生チンパンジーの葛藤解決行動に関して、標準的な分析方法であるPC-MC比較法を用いて分析した。その結果、研究対象集団において、仲直り行動、慰め行動、宥め行動が攻撃後に特徴的な行動と認められた。攻撃個体と被攻撃個体間の社会関係の質が仲直り行動の生起に常に影響していなかった。これらの研究は現在投稿改訂中である。また、霊長類における文献データより、社会構造や性淘汰に関する形質の進化に影響を及ぼした要因に関するメタアナライシスを行った。
クローナル生物における適応度成分の階層性の実測

本研究は、クローン増殖によって個体を増やす植物であるコンロンソウ集団を対象とした研究である。当該当年は、前年度までに得られた、共通圃場実験および北海道の自然生育地における野外調査の結果を解析した。また、他の集団においても同様の見られるかどうかを調べるために、複数集団においてゲノムワイドな遺伝マーカーを用いた多型解析を行った。遺伝的に多様なコンロンソウ集団から遺伝マーカーを利用して、複数の遺伝的個体(ジェネット)を採取し、共通圃場で生活史形質の表現型における遺伝的変異について、特にクローン増殖の面から評価した。その結果クローン増殖に関わる形質のうち、地下茎長の平均値に遺伝的変異があることが明らかとなった。遺伝的変異のある表現型形質が自然生育地の環境下ではどのように発現されるのか、また、この変異が自然生育地での各クローンの動態に及ぼす効果を調べるために、野外調査を行った。その際、微環境、遺伝的変異および前年の植物のサイズがクローン増殖に及ぼす効果を考慮した。その結果、自然生育地では、クローン増殖に関わる形質の表現型は、クローンの分布に関わらず空間的に近いものが似ていることが明らかになった。上述の傾向が他の集団においても見られるかどうかを調べるために、北海道、滋賀、徳島の4集団において、ゲノムワイドな遺伝マーカーを用いた多型解析を行った。その結果、上述の結果と同様に、クローン増殖に関わる形質の表現型はクローンの分布に関わらず、空間的に近いものが似ていることが明らかになった。その他、1結実率や結果数が集団間で異なる、2実生が定着している滋賀の集団では、結実率、結果数ともに大きく、また遺伝的多様性が高いことが明らかになった。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、クローン増殖によって個体を殖やすことができる植物(クローン植物)の集団を対象とする。クローン植物集団は多くのジェネット(一つの種子に由来するクローン株の集合)から形成されている。上記植物では、生活史形質の表現型における遺伝的変異の研究は限られている。特に本計画のような、「集団を優占するジェネットがもつ遺伝的性質は何か?」という疑問は、多くの植物生態学者が注目する課題である。本研究の大目的は、「ジェネットの適応度を推定し、クローン性の生態的、適応的意義を明らかにする」ことであり、採用期間中にはクローン増殖に注目する。ジェネットはラメット(クローン株)生産により占有面積を拡大させる。拡大速度は、ラメット生産様式を介したラメットの動態によりジェネット間で異なる。これまでに、ラメット生産様式がジェネットの遺伝的性質と環境との交互作用により決まること、集団内でその様式に遺伝分散があることが報告されている。しかし、優占しているジェネットに、どのような遺伝的特徴があるのかについての知見がない。したがって本研究では、ラメット生産様式に遺伝的変異があるか、優占ジェネットが特徴的な生産様式を示すかを調べた。共通圃場実験により、クローン植物コンロンソウのジェネットのラメット生産様式を調べた結果、優占ジェネットAは集団の平均に比べて長い地下茎を、Bは短い地下茎を生産した。この結果は、採餌(光獲得など)戦略の違いとして解釈できる可能性がある。さらに、自然生育地では、ジェネットの違いに関わらず、優占区の中心に別ジェネットが分布する構造は見られなかった。この結果が、優占区の中心に別ジェネットのラメットが到達していないからか、ジェネット間競争で排除されたからか現時点で判断できていない。したがって次年度は、ジェネット境界部での分布構造を詳細に調査し、優占ジェネットの種内競争への強さを評価する。クローン植物におけるジェネットの適応度を推定し、クローン性の生態的、適応的意義を明らかにすることを大目的に、昨年度からクローン増殖(ラメット生産)に注目して研究を進めている。ジェネット(一種子由来の個体)は生産された多数のラメット(クローン株)から構成される。したがってジェネットの時空間的存在は、ジェネット内のラメット群の動態によって決定される。この動態はラメット生産の3要素(ラメット数、サイズおよび地下茎等のスペーサー長)により決まり、3要素の表現型は自然集団で遺伝的要因と環境要因により変化する。一方ラメットは繰り返し生産されるため、前世代のラメットサイズが次のラメット生産に影響する。したがってラメット生産の3要素の変異を評価する際に、これらの効果を考慮する必要がある。本研究ではクローン植物コンロンソウを対象に、ラメット生産における遺伝的要因および環境要因の効果を、前世代のラメットサイズを考慮して評価するために、(1)共通圃場実験:遺伝的要因の効果の解析、および(2)自然生育地における遺伝的要因と環境要因の効果の解析を進めている。共通圃場実験において特筆すべき結果を報告する。ラメット生産の3要素のうち、地下茎長については、最大地下茎長にジェネット間差異は見られず、平均地下茎長にジェネット間差異が見られた。この結果から、ある次世代ラメットへ優先的に資源を投資するという、不均等な資源分配をするジェネットが存在すること考えられる。また、平均地下茎長のジェネット間差異は遺伝的変異に基づくと考えられ、こうした変異が自然生育地での各ジェネットにおけるラメットの動態に及ぼす効果について検証中である。

これまでに、自然生育地では3要素の表現型の分布にまとまりがあることがわかっており、それがジェネットの分布を反映したものなのか、微環境のパッチ性を反映したものなのかを今後検証する。当該年度には、実験圃場および自然生育地における、ラメット生産の測定が終了している。さらに、解析結果から明らかになった、ラメット生産の遺伝的変異が自然生育地での各ジェネットにおけるラメットの動態に及ぼす効果について解析し、考察する段階にきているから。本研究は、クローン増殖によって個体を増やす植物であるコンロンソウ集団を対象とした研究である。当該当年は、前年度までに得られた、共通圃場実験および北海道の自然生育地における野外調査の結果を解析した。また、他の集団においても同様の見られるかどうかを調べるために、複数集団においてゲノムワイドな遺伝マーカーを用いた多型解析を行った。遺伝的に多様なコンロンソウ集団から遺伝マーカーを利用して、複数の遺伝的個体(ジェネット)を採取し、共通圃場で生活史形質の表現型における遺伝的変異について、特にクローン増殖の面から評価した。その結果クローン増殖に関わる形質のうち、地下茎長の平均値に遺伝的変異があることが明らかとなった。遺伝的変異のある表現型形質が自然生育地の環境下ではどのように発現されるのか、また、この変異が自然生育地での各クローンの動態に及ぼす効果を調べるために、野外調査を行った。その際、微環境、遺伝的変異および前年の植物のサイズがクローン増殖に及ぼす効果を考慮した。その結果、自然生育地では、クローン増殖に関わる形質の表現型は、クローンの分布に関わらず空間的に近いものが似ていることが明らかになった。上述の傾向が他の集団においても見られるかどうかを調べるために、北海道、滋賀、徳島の4集団において、ゲノムワイドな遺伝マーカーを用いた多型解析を行った。その結果、上述の結果と同様に、クローン増殖に関わる形質の表現型はクローンの分布に関わらず、空間的に近いものが似ていることが明らかになった。その他、1結実率や結果数が集団間で異なる、2実生が定着している滋賀の集団では、結実率、結果数ともに大きく、また遺伝的多様性が高いことが明らかになった。当該年度には、クローン植物集団において現在優占しているジェネットに、ラメット生産の点で、どのような遺伝的特徴があるのを明らかにするための調査を行った。圃場および自然生育地において4,000株を対象に、クローン増殖の様式(ラメット生産様式)を評価した。その結果、実際に自然生育地で実現されているラメット生産様式およびラメットの空間分布と、ジェネット間の遺伝的違いを検出するために実施した共通圃場実験における、ラメット生産様式のデータが得られた。その結果、ラメット生産様式に遺伝的変異があること、優占ジェネットの中にも、地下茎長に変異があることが明らかになった。今後は、これらの優占ジェネットの形質に注目して研究を進める予定である。また、以上の内容をまとめた投稿論文を準備中である。さらに、次年度に実施予定である1ラメット生産様式の違いにより、種内競争への強さが異なるか、2環境条件により、ラメットの生存率や生産様式がどの程度異なるのか、についての検証実験の準備が完了している。以上の理由により、研究が計画通りに進行していると考えられる。
ウイルスと宿主の感染・増殖・共生過程の誘電率顕微鏡による構造組成解析

本提案では、これまで観察が困難であった、水溶液中の非染色・非固定のウイルスをダメージ無く観察可能な走査電子線走査誘電率顕微鏡を開発し、ナノスケールでのウイルス感染・増殖・共生過程の観察と組成分析を行う。この目的のため、走査電子線を用いたウイルス解析用の誘電率顕微鏡の開発及び改良を進めた。平成30年度は、本研究の目的である水溶液中のウイルスの感染過程をより高分解能で観察する試料ホルダの開発と検出信号回路の高感度・高速化を行った。観察ホルダの高分解能化では、薄膜の厚さを昨年度の20nmから10nmへと薄層化し、さらに薄膜上部のタングステン層も5nm以下とした。これによりウイルスや細胞の分解能を大幅に向上させることが出来た。今回開発した高分解能試料ホルダを用いて、古細菌に感染するウイルスの感染状態の直接観察を行なった。これにより、古細菌内部に感染するウイルスの分布状態を水溶液中のそのままの状態で観察することに成功した。さらに、アメーバーと巨大ウイルスとの感染過程の観察と解析に関しても溶液中で直接観察を行い、巨大ウイルスの感染後2時間8時間での観察を行った。これにより、アメーバー内の巨大ウイルス工場の形成過程を分析することが出来た。また、アメーバー工場の蛍光画像による分析も進め、蛍光画像と誘電率画像の相関解析を行なうことでアメーバー工場の構築過程を詳細に明らかにすることが出来た。一方、高分解能の試料ホルダは細胞の直接観察にも効果を発揮し、細胞内の微細構造をより詳細に分析することを可能とした。これにより、細胞膜の構造を蛋白質レベルで観察・分析し、国際誌への発表を行なった。本観察システムの開発・改良により細胞へのウイルスの感染過程を直接観察することを可能とした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本提案では、これまで観察が困難であった、水溶液中の非染色・非固定のウイルスをダメージ無く観察する電子線走査誘電率顕微鏡を開発し、ナノスケールでのウイルス感染・増殖・共生過程の観察と組成分析を行う。この目的のため、走査電子線を用いたウイルス解析用の誘電率顕微鏡の開発を行った。平成29年度は、本研究の目的である水溶液中のウイルスの感染過程を高分解能で観察する観察ホルダの開発と観察システムの高感度・高速化を行った。観察ホルダの高分解能化では、薄膜の厚さを従来の50nmから20nmへと薄層化し、さらに薄膜上部のタングステン層も10nm以下とした。初年度のウイルスの感染・増殖実験として、大腸菌とT4ファージの感染・増殖過程の観察を行った。実験方法としては、大腸菌とT4ファージの水溶液を混合し、その混合液を観察ホルダに封入し、SEMチャンバー内へと設置する。その後、高分解能の走査電子誘電率顕微鏡を用いて観察を行った。観察画像は、80秒に1枚のペースで連続的に取得した。これにより、T4ファージがバクテリアへと付着し、バクテリア内部でファージが複製され増殖する過程、さらにはT4ファージが細胞膜を破り放出される状態を観察することに成功した。これに加えて、より致死性の低いファージ株を用いることでウイルスとバクテリアの共生状態の直接観察を行った。さらに、アメーバと巨大ウイルスとの感染過程の観察と解析も行い、溶液中での観察を行うことができた。巨大ウイルスをアメーバーに感染させてから、2時間8時間までの観察を行い、アメーバー内の巨大ウイルス工場の形成過程も観察することに成功した。本年度は、当初目標としていた、バクテリアとファージとの感染・増殖過程を走査電子誘電率顕微鏡により、溶液中で非染色・非固定の状態で観察することができた。さらに、その経時変化を観察することに成功した。加えて、アメーバーと巨大ウイルスの感染から増殖過程の解析を進めており、当初の目標に沿っておおむね順調に進展している。

一方、高分解能の試料ホルダは細胞の直接観察にも効果を発揮し、細胞内の微細構造をより詳細に分析することを可能とした。これにより、細胞膜の構造を蛋白質レベルで観察・分析し、国際誌への発表を行なった。本観察システムの開発・改良により細胞へのウイルスの感染過程を直接観察することを可能とした。今後は、哺乳類の培養細胞を薄膜チップ付きの特殊なディッシュホルダーに培養し、これにウイルスを感染させ観察するための装置や観察技術の開発を行う。哺乳類の培養細胞では、培養や継代にCO2インキュベーターが必要である。さらに、誘電率観察の時間が24時間程度と想定すると、その間、観察ホルダ内の培養細胞を生きた状態で保持する必要がある。このためには、観察ホルダ内の水溶液の酸素濃度やCO2濃度を適正値に保つことが必須となる。これを達成するためには、観察ホルダを改良し、酸素濃度とCO2濃度を一定とする機構を組み込む予定である。現在想定している機構は、細胞試料を観察ホルダに封入した後に、ホルダ内の酸素とCO2の保持スペースを設け、ここに所定の酸素とCO2濃度のガスを入れ封入する。こうした培養観察ホルダの開発を平成30年度初頭より行い、年度の半ばには、完成させる予定である。さらにウイルス感染した培養細胞に対する誘電率観察と特性スペクトルによる組成分析も並行して行える様に観察システムの開発進める。構造情報としての誘電率観察像と組成情報としてのスペクトル情報を詳細に分析する新たな画像処理アルゴリズムも本年度で開発する予定である。これは、誘電率画像の構造とスペクトルによる組成分析画像とを自動で認識し、DNAやタンパク質、脂質等の組成を誘電率画像上に高精度に配置する様にする。こうしたアルゴリズムを開発するために、画像情報処理用の解析ソフトであるMatlabとそのImage processing Toolboxを使用する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
らせん性多糖を活用した新規スマートマテリアルの開発

アミロースを側鎖に導入したβ-1,3-グルカン類からなるらせん性半人工多糖「アミロースグラフトカードラン(AGC)」を開発した。AGCを用いることで、その特異な構造的特徴と、分子捕捉能を基盤として、自己組織化戦略に基づく、階層性分子集合体の構築に極めて有用なホスト分子を開発することに成功した。さらに、ポリチオフェン誘導体のらせん性多糖との錯形成に伴う物性変化を効果的に利用する事で、同一の分子をFRETペアに変換し、高効率な光エネルギー捕集システムを構築することにも成功した。この様な同一分子からなるユニークなFRETペアの開発は他に例を見ない物であり、我々は本系をヤヌス型FRETペアと名付けた。カードランの側鎖にアミロースを導入したアミロースグラフトカードラン(AGC)を用いて、複数の機能材料が秩序立って組織された、新しい超分子材料の開発を計画した。AGCが水溶性ポリチオフェンをカードラン部へ優先的に包摂した後、アミロース部に包摂する、段階的複合化を示すことが確認された。また、ポリチオフェンがカードラン部に包摂されることで吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルの長波長シフトを示し、逆に、アミロース部に包摂されることで短波長シフトを示した。以上より、同一の共役系高分子でありながら複合化位置の違いにより電子構造の違いを誘起することが可能であり、ヘテロな超分子構造体を形成することが明らかとなった。さらにこの様な構造変換を利用することで、単一の蛍光分子のみ存在する系において、自己組織化を基盤とした構造変換と階層的配置による自己FRET系の構築、という新しい概念を提唱する事に成功した。何らかの刺激応答性を持ち、多様な機能性分子と自発的に非共有結合的相互作用によって複合化することで、対象分子に刺激応答性を付与する分子を「刺激応答性機能拡張モジュール(SREM)」と定義し、その開発と有用性の評価を進めている。両性カードラン(AC)のSREMとしての有用性を確認するために、ACとカーボンナノチューブとの複合体を用いてDNAの吸脱着実験を行った。その結果、この複合体が酸性条件でDNAと高い親和性を示す事を確認し、さらにpH変化とカーボンナノチューブの近赤外光照射に伴う発熱の双方が不可欠となるANDゲート型のDNA放出を達成した。近赤外光は生体透過性に優れることから、このANDゲート型薬物輸送系は実用化に向けて重要な知見を与えるものである。更に蛍光性のポリチオフェンとACを複合化することで、pH変化に鋭敏に応答して発光色が変化するpHセンサを構築する事にも成功した。本研究は、以下の手順に従って、らせん性多糖を基盤とした高効率の光電変換能を示す超分子複合材料や外部刺激によってon/off制御可能な触媒系の開発を進めるともに、様々な機能性分子に刺激応答性を簡便に付与出来る超分子型刺激応答機能拡張モジュールの開発を目指すものである。1)アミロースグラフトカードランおよび光触媒・光増感剤を導入した両性カードランを合成する。2)得られた修飾カードランについて三重らせん形成能などの基礎的な物性を評価する。3)アミロースグラフトカードランの物質包摂特性を評価し新しい光電変換系を構築する。4)光触媒・光増感剤を導入した両性カードランを複合化し活性制御可能な触媒系を構築する。5)両性カードランの超分子型刺激応答機能拡張ユニット(SREM)としての機能評価。これらの内、平成27年度に計画した実施内容は、アミロースグラフトカードランの合成、光触媒・光増感剤を導入した両性カードランの合成、両性カードランのSREMとしての応用、であった。結果的にアミロースグラフトカードランの合成に成功するに留まらず、蛍光色素の階層的組織化と、光捕集システムへの応用に関する基礎知識を得るに至っている。また、両性カードランはカーボンナノチューブや蛍光性高分子と複合化することで、容易に刺激応答性を付与できるSREMであることを実験的に証明することに成功した。以上の結果は、研究申請当時の想定を上回る、目覚ましい研究成果である。一方、光触媒・光増感剤を導入した両性カードランの合成に関しては、望みの機能を発現し得る分子の合成に至っておらず、当初の想定よりも研究が遅れていると言わざるを得ない。本研究課題では、ベータ-1,3-グルカン類であり三重らせん構造を持つ多糖であるカードラン(CUR)の物質補足能を利用して、様々な機能性分子の秩序的複合化への活用とその有用性の評価および応用範囲の拡張を目指している。CURの側鎖にアミロースを導入したアミロースグラフトCUR(AGC)を用いて、複数の機能性材料が秩序立って組織された、新しい超分子材料の開発を計画した。前年度までに、水溶性の蛍光性ポリチオフェンをAGCと複合化することで、木の枝状に無数に伸びたアミロース側鎖/ポリチオフェン複合体から木の幹に当たるCUR主鎖/ポリチオフェン複合体への効率的なFRET現象の発現に成功している。本年度は、アミロース側鎖の導入が与えるAGCの物質包摂能の変化について明らかにした。基本的に側鎖の導入率が上昇すると、CUR主鎖のらせん構造にゆらぎが生じ、キラルな環境が緩和されることが示唆された。しかし、らせん内部への物質包摂能に関しては、側鎖の導入率には大きな影響を受けないことが確認された。

以上の結果から、側鎖修飾CURはその包摂能を十分に維持しながら様々な機能性分子の秩序的複合化の為の媒として活用できる、有用な素材であることが明らかとなった。CURは水性ゲルを形成することが知られている。そこで、側鎖修飾CURの材料化の可能性を探索するために、これらのCUR誘導体の水性ゲル形成能の評価を行った。その結果、側鎖修飾CURはその修飾形態に依存せず、未修飾のグルコースユニットを一定量残すことで水性ゲルを形成可能である事が確認された。また、側鎖にアミノ基とカルボキシル基を導入した両性CURは、水性ゲル形成能は低かったものの、pH調整により数μmサイズの微粒子を形成することが確認された。この微粒子はpH応答によって解離・再形成する事から、薬物輸送などの担体としての活用が期待される。本研究は、以下の手順に従って、らせん性多糖を基盤とした高効率の光電変換能を示す超分子複合材料や外部刺激によってon/off制御可能な触媒の開発を進めると共に、様々な機能性分子に刺激応答性を簡便に付与できる超分子型刺激応答機能拡張モジュールの開発を目指すものである。主な研究目標は、1)各種側鎖修飾カードランの合成とその基本的物性の評価、2)各種側鎖修飾カードランの光捕集システムへの応用、3)各種側鎖修飾カードランの材料化の可能性の評価、4)光触媒を導入したカードラン誘導体の開発と触媒能の評価、である。平成28年度は、すでに合成に成功していたアミロースグラフトカードランや両性カードランの機能発現について詳細に検討する事が出来た。アミロースグラフトカードランでは、光捕集システムへの応用を意識して、カードランの側鎖修飾が及ぼす分子捕捉能の影響についての理解が深まり、次年度に計画している実際の材料化に向けて前向きな知見を得ることが出来た。さらに、修飾カードランそのものの材料化特性として、水性ゲル化能・微粒子形成能・透明薄膜形成能を評価し、側鎖修飾カードランが持つ分子捕捉能を活用した機能材料開発のための道筋を拓くことに成功した。以上の成果は、現在2報の学術論文と1件の特許として近日中に投稿・申請予定である。本研究課題では、三重らせん形成能をもつβ-1,3-グルカン類が示す、物質捕捉能を利用して機能性分子の秩序的複合化や分子集積などへの活用と目指すものである。β-1,3-グルカンの一つである、カードランの側鎖に最も一般的な抗生物質の一つであるバンコマイシンを導入したバンコマイシン修飾カードラン(VGC)を合成した。予め合成したバンコマイシン誘導体をHuisgen環化反応を用いてアジド修飾カードランへと導入することで、バンコマイシン導入率が異なるVGCを効率的に合成することに成功した。低導入率のVGCは水に対する溶解性が若干劣るものの、三重らせん形成能を保持していることが確認された。一方、高導入率のVGCは比較的高い水溶性を示したものの、嵩高いバンコマイシンの立体的影響のため、三重らせん構造形成能を喪失していた。これらのVGCの抗菌活性を評価したところ、低導入率のVGCは満足な抗菌活性を示すことはなかったのに対して、高導入率のVGCはバンコマイシン対戦菌に対して、バンコマイシンに匹敵する抗菌活性を発現した。以上の結果は、1)多糖鎖に導入するために施したバンコマイシンへの化学修飾により、抗菌活性が低下するが、2)十分な密度のバンコマイシンを多糖上に集積させる事で、マルチバレンと効果に基づく抗菌活性の向上が期待される事を示唆している。
磁気的非対称p-n接合によるスピン偏極の電気的検出

スピン起電力効果(SVE)を研究する観点から、現在作製しているSpin-PDは非磁性半導体から成る。円偏光に依存した電気信号を取り出すために磁場を印加しており、そのため信号はSVEとMCDの二つの異なる現象の重ね合わせとなる。そこで、確立された太陽電池の光電流計算モデルを基礎としてMCD寄与分計算モデルを導き出し、実際に作製したSpin-PDの構造についてMCD寄与分を計算した。その結果、光電流全体に対して左右円偏光照射時の光電流差は-7×10^<-4>(1/T)程度の大きさであることがわかった。さらに実験値との比較からこの見積が正しいことが実証され、明確にSVE寄与分と分離することが可能となった。2.ヘテロ接合におけるスピン伝導Spin-PDに限らず半導体スピントロニクス素子にはヘテロ接合が必須である。しかしヘテロ接合のスピン伝導へ与える影響について検討した研究はこれまでなかった。そこで、90年代初頭に確立された熱電子放出過程を取り入れたヘテロp-n接合モデルを基礎として、Spin-PDにおけるスピン伝導について詳細に検討した。その結果、ヘテロ接合では、キャリヤスピン不均一を示す擬フェルミエネルギーのスピン分離が高い順方向バイアス電圧の下ではn-層からP-層へ引き継がれるものの、低いバイアス電圧下ではp-層ではスピン分離しないことがわかった。この結果は半導体スピントロニクス素子の設計において、ヘテロ接合への印加電圧が極めて重要であることを示している。