hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
放射光とレーザーの組合わせによる分子性凝縮相の電子状態分析

本研究は、基底(占有)状態分析と励起(非占有)状態分析の両分析を目指して、1放射光とレーザーを組み合わせた光電子分光法による同一試料ならびに同一条件下での測定手法の確立、2次世代機能性物質として期待される分子凝縮相(アミノ酸と亜硝酸塩)の電子状態分析を行い、本手法の有効性を示す、3励起状態の緩和ダイナミクスを解明して、手法の発展性を示す、ことを行った。佐賀大学シンクロトロン光応用研究センターのビームラインBL13の軟X線と光電子分光システムを用いて、システインと亜硝酸ナトリウムの内殻吸収と共鳴光電子分光の実験を行い、両物質の占有ならびに非占有状態を明らかにした。物質の持つ多様な機能性や緩和過程などを理解するには、基底占有状態の知見だけでは不十分であり、励起状態についての知見が不可欠である。本研究は、励起(非占有)電子状態の分析を目指し、その達成のために、1放射光とレーザーを組合わせた光電子分光法による、基底(占有)状態分析と励起(非占有)状態分析を同一試料ならびに同一条件下で実施する手法を確立するとともに、2その手法を適用して、次世代機能性物質として期待される分子性凝縮相(アミノ酸と亜硝酸塩)の占有電子状態ならびに非占有電子状態の分析を行い、手法の有効性を示すことを行い、3さらに、時間分解光電子測定により、励起状態の緩和ダイナミクスを解明し、手法の発展性を示すことを目的としている。平成25年度は、佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターにおいて佐賀大学シンクロトロン光応用研究センターのビームラインBL13(ナノスケール表面界面ダイナミクスビームライン)の軟X線と光電子分光システムを用いて、真空蒸着法で作成した亜硝酸ナトリウム薄膜についての放射光光電子分光による基底(占有)状態の測定と、Na-L,N-K,O-Kの各内殻吸収スペクトル測定および、それらの内殻吸収領域における価電子共鳴光電子分光による励起(非占有)状態の測定を行った。実験結果から、亜硝酸ナトリウムが局所的な分子的描像と広い範囲でのバンド的性質の両面の特徴を有することが明らかとなった。また、データの定量的な分析により、励起状態のオージェ減衰過程の割合を導出することができた。これらの研究成果の一部について、本年度末の物理学会において、口頭発表を行った。また、アミノ酸システインについては、内殻吸収分光測定を行い、励起状態の部分状態密度を明らかにすることができ、成果の一部を、12月の光物性研究会ならびに、1月の日本放射光学会でポスター発表した。放射光を用いて、分子性イオン結晶である亜硝酸ナトリウムの内殻(Na, N, O)準位からの吸収スペクトルを測定して、励起状態の内、最低エネルギーの非占有状態が主として局在化した窒素と酸素の軌道から構成されており、ナトリウムの3s軌道はより高い励起状態に幅広く拡がって、窒素と酸素の高い励起状態と結合したエネルギーバンド構造を形成していることが実験データから明らかとなった。また、占有電子状態についても、内殻励起による共鳴光電子分光法を行い、価電子構造の共鳴増大を観測することに成功した。その実験結果は、窒素の局在化、酸素の拡がり、ナトリウムのわずかながらの幅広い寄与を示した。以上の結果から、分子性の特徴を保持しながら、イオン結晶としてのバンド性を有することが明らかとなった。さらに最低励起状態の局在状態から非局在状態への移動する寿命を内殻正孔時間との比較から見積もることができ、数十フェムト秒以上の長い間局在した状態を保持していることが明らかとなった。アミノ酸の一種であり、硫黄を構成原子とするシステインについて、占有および非占有電子状態を光電子分光ならびに内殻吸収分光法により測定した。最高占有電子状態は硫黄の3sp状態から成り、最低非占有電子状態は酸素2p状態が主で、それに硫黄3spと炭素2p状態が混ざった状態であることが明らかとなった。また、共鳴光電子分光の結果から占有電子状態の価電子状態における硫黄3spや酸素2sp状態の位置が実験的にも明らかとなった。これらの結果は分子軌道計算の結果とも一致しており、統一した電子状態の理解が可能となった。本研究は、基底(占有)状態分析と励起(非占有)状態分析の分析を目指し、1放射光とレーザーを組合わせた光電子分光法による、同一試料ならびに同一条件下での測定手法の確立、2次世代機能性物質として期待される分子性凝縮相(アミノ酸と亜硝酸塩)の電子状態分析を行い、本手法の有効性を示す、3励起状態の緩和ダイナミクスを解明し、手法の発展性を示す、ことを目的としている。平成27年度は、佐賀大学シンクロトロン光応用研究センターのビームラインBL13の軟X線と光電子分光システムを用いて、亜硝酸ナトリウム薄膜についての放射光光電子分光による基底(占有)状態の測定と、各内殻吸収スペクトル測定および、それらの内殻吸収領域における価電子共鳴光電子分光による励起(非占有)状態の測定についての結果について解析を行った。その結果、亜硝酸ナトリウムは、局所的な分子的描像と広い範囲でのバンド的性質の両面の特徴を有する特異な物質であり、データの定量的な分析により、オージェ減衰過程の割合ならびに励起状態のエネルギー移動に要する寿命を導出することができた。その成果は、論文として出版した。アミノ酸システインについても、同様に、基底(占有)状態ならびに励起(非占有)状態の測定を行った。その結果、硫黄を含むチオール基が占有電子状態の最上部にあり、非占有状態は酸素、炭素、硫黄の各成分が交じり合っていることが明らかとなった。

成果の一部を1月の日本放射光学会でポスター発表し、論文を投稿した。分担者(辻林、東)によるレーザーと放射光を組み合わせた光電子分光実験によって、システイン膜を有る条件で処理すると光応答性が生じて、光誘起相転移が生じることが明らかとなり、その成果の一部を論文として発表した。光誘起起電力に関して、国際会議での招待講演を行った。当初研究計画通りに、シンクロトロン光とレーザーを用いて、分子凝縮相(亜硝酸ナトリウムとアミノ酸システイン)の実験的研究を実施し、国際学術誌での論文発表や国際会議での招待講演などを実施した所であるが、想定以上の興味深い実験結果が見い出されたことにより、既得実験データの詳細な解析ならびに既存概念との比較検討を行う必要が生じた。そのために、1年の研究期間の延長を申請して、認められた。本研究は、基底(占有)状態分析と励起(非占有)状態分析の両分析を目指して、1放射光とレーザーを組み合わせた光電子分光法による同一試料ならびに同一条件下での測定手法の確立、2次世代機能性物質として期待される分子凝縮相(アミノ酸と亜硝酸塩)の電子状態分析を行い、本手法の有効性を示す、3励起状態の緩和ダイナミクスを解明して、手法の発展性を示す、ことを目的としている。期間延長を認めて頂いた平成28年度は、佐賀大学シンクロトロン光応用研究センターのビームラインBL13の軟X線と光電子分光システムならびに内殻吸収スペクトル測定に基づいて行った、アミノ酸システイン薄膜について得られた共鳴光電子分光の実験データを解析した。システインは硫黄を含むアミノ酸であり、チオール基が占有電子状態の最上部にあり、非占有状態は酸素、炭素、硫黄の各成分が混じり合っていることを明らかにし、論文発表を行った。また、システインの電気伝導の測定を行った結果についても、温度依存性の解析を行い、また基礎吸収端における光学吸収スペクトルの測定結果との比較検討を行い、不純物によるバンド的な電気伝導モデルで説明できることを示し、論文発表した。さらに、溶液処理したシステインにおいて生じるレーザー光誘起相転移現象について、シンクロトロン光励起光電子分光スペクトル測定を行い、その結果を研究分担者の辻林によって春の物理学会で発表した。本研究は、基底(占有)状態分析と励起(非占有)状態分析の両分析を目指して、1放射光とレーザーを組み合わせた光電子分光法による同一試料ならびに同一条件下での測定手法の確立、2次世代機能性物質として期待される分子凝縮相(アミノ酸と亜硝酸塩)の電子状態分析を行い、本手法の有効性を示す、3励起状態の緩和ダイナミクスを解明して、手法の発展性を示す、ことを行った。佐賀大学シンクロトロン光応用研究センターのビームラインBL13の軟X線と光電子分光システムを用いて、システインと亜硝酸ナトリウムの内殻吸収と共鳴光電子分光の実験を行い、両物質の占有ならびに非占有状態を明らかにした。当初に研究対象とした、分子性イオン結晶である亜硝酸ナトリウムとアミノ酸システインについての実験マシンタイムを配分していただき、内殻(Na, N, O)準位からの吸収スペクトルならびに共鳴光電子の測定を実施することができた。得られた実験データから、励起状態の最低エネルギーの非占有状態の分析を行うことができ、また広いエネルギー範囲に渡るエネルギー状態を理解することができた。
ゆがんだヘムの分解機構と触媒反応への応用

結核菌のIsdG型ヘム分解酵素(MhuD)に結合したヘムは異常に歪んでおり、特殊な生成物(マイコビリン)を与える新規反応機構に注目されている。前年度の研究により、"水酸化ヘム"がMhuD反応の中間体と予想された。そこで、化学合成した水酸化ヘムとMhuD複合体を嫌気的に調製し、酸素などとの反応を試みたところ、実際にマイコビリンの生成が確認された。さらに嫌気条件でヘム-MhuD複合体を小過剰の過酸化水素と反応させたところ、水酸化ヘムの部分的な蓄積が吸収スペクトルおよび質量分析によって確認された。以上の結果から、水酸化ヘムがMhuD反応中間体と同定された。しかし予想に反し、水酸化ヘムの水酸基が開環部位(α-メソ位)ではなく、副次的な酸化部位と思われていたβ-またはδ-メソ位に存在する場合にのみ、マイコビリンは生成した。この結果は水酸化部位以外での酸化開裂を示しており、MhuD反応における生成物の特殊性、特に一酸化炭素が遊離しないことを合理的に説明する。この位置選択性の変化はMhuDタンパク質による立体障害では説明がつかないため、今後、水酸化ヘムの電子状態(特にラジカル構造)に関する情報が重要となる。また、水酸化段階のβ- /δ-メソ位選択性はヘムの歪みによる近接効果では説明できず、活性中心の極性残基(Asn7)と水酸化活性種(FeOOH)の相互作用に依るものと提案された。水酸化ヘムからマイコビリンが生成する機構については、検討を始めたところであるが、既に酸素との反応で生じる中間体の検出に成功している。この中間体は鉄キレーターであるデフェロキサミンの存在下でマイコビリンを与えることから、既に開環した中間体(鉄-デフェロキサミン錯体)と予想している。今後、質量分析やEPR,ラマン分光の測定により、その構造を決定することで、機構研究が大きく進展すると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。まず、種々の病原性細菌由来のIsdG型酵素について、発現系の構築およびタンパク質の発現・精製を行った。幾つかのタンパク質はバッファーの種類によっては光還元を強く受けることが判明し、紫外光照射を抑制することで、良質なヘム複合体の作成が可能となった。次に、黄色ブドウ球菌由来のIsdGについて、ヘム分解に伴うC1生成物を決定した。これまでは従来型ヘム分解酵素(HO)と同じくCOを放出すると考えられていたが、その収率は低く(約15%)、主生成物はホルムアルデヒドであることが明らかとなった。この結果、IsdGの反応機構はHOとは大きく異なっており、結核菌のIsdG型酵素(MhuD)と類似であることが示された。これらの結果、IsdG型ヘム分解酵素に共通するヘムの歪みが、特殊なヘム分解反応を誘起する主因と考えられる。さらに、IsdG型酵素の特殊なメカニズム解明を目指し、各種反応解析や反応中間体の同定を試みた。まずMhuDについては、反応初段階における中間体の観測に成功し、共鳴ラマンによる解析の結果、酸素結合型ヘムと同定した。意外なことに、酸素の振動に由来するシグナルは他のヘムタンパク質の場合と同様の位置に観測されたため、ヘム配位子の状態変化は機構変化の要因ではないと示唆された。さらに驚くべき事に、MhuDは過酸化水素のみによって最終生成物を与えうる事も見いだした。この結果により、ヘム分解経路は大幅に簡略化され、その絞り込みが容易になった。次に検討すべきは、HOでも見られる“水酸化ヘム中間体"の生成であり、現在までに水酸化ヘムの化学合成を終えており、次年度に複合体の調製および反応解析を行う。

この中間体は鉄キレーターであるデフェロキサミンの存在下でマイコビリンを与えることから、既に開環した中間体(鉄-デフェロキサミン錯体)と予想している。今後、質量分析やEPR,ラマン分光の測定により、その構造を決定することで、機構研究が大きく進展すると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。酵素の調製は順調に進み、高純度かつ大量の酵素を得ている。また、光反応の重要性に気づいたために、より高品質のヘム複合体が得られるようになり、より正確な反応解析も可能となった。IsdG反応の生成物解析についても予定通り終了した。ホルムアルデヒドの生成は従来の常識を覆す重大な発見であり、仮説通りに「歪みによる反応変化」の仮説を強く支持する結果が得られた。機構解明に若干の遅れは見られるが、過酸化水素によるヘム代謝反応の発見によってメカニズムは大幅に単純化され、次年度での機構研究を飛躍させるものと期待される。以上のことから、現在までの達成度は「概ね順調に進展している」ものと考えている。第一に、IsdG型酵素の機構解明を前年度に引き続いて試みる。まず化学合成した水酸化と酵素の複合体を調製し、その分光特性などを明らかにする。さらに、過酸化水素や分子状酸素との反応も検討し、水酸化ヘムが最終生成物を与える“反応性中間体"であるかを検証する。また、反応の化学量論を決定するとともに、質量分析や各種分光測定によって他の反応中間体の補足・同定も試みる。これらの成果から可能な反応経路を絞り込み、ゆがんだヘムの分解機構を明らかにする。第二に、MhuDにおけるヘムのゆがみを確認するため、ヘム-MhuD複合体の結晶化・構造解析を試みる。初期条件のスクリーニングの後、分解能を確認しながら結晶化条件を最適化する。最終的には放射光施設で回折データを取得し、結晶構造を決定する。さらに酸化活性種の構造モデルとして、各種配位子が結合した酵素の構造も決定し、タンパク質と配位子の相互作用などを明らかにする。第三に、ゆがんだヘム上に酸化活性種を生成させることで、通常のヘム酵素とは異なる特性を持つ触媒の開発を目指す。具体的には、酸化剤としてアルキル過酸化物などを用いることでヘム分解を抑制し、代わりに高酸化状態の酸化活性種を生成させる。初めは比較的酸化が容易な基質への酸素添加反応を検討し、活性や立体選択性などを検討する。ゆがみによる反応性向上が見込める場合、さらに酸化が困難な反応(アルカン水酸化など)も検討する。
超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア

超低速ミュオン顕微鏡によるイメージング法を確立し、多様な物理・化学・生命現象の発現機構を解明する学術領域を開拓するという本新学術領域の理念と成果を広く国内外や国民に発信するために以下の活動をおこなった。1.連絡会議:研究代表者、研究分担者、連携研究者、研究協力者からなる連絡会議を開催し、成果報告書を作成し、関連分野の研究者に研究成果を広報した。大強度陽子加速器施設(J-PARC)及び、物質生命科学実験施設(MLF)の事故や故障のために、平成25年5月か平成28年2月まで長期にわたりビーム供給が止まっていた状況に鑑み、2年間のプロジェクト研究課題の延長について装置設置施設に交渉し、平成30年3月までのビーム占有が承認された。2.公開シンポジウム等の開催:8月5日7日に、超低速ミュオン顕微鏡お披露目及び公開シンポジウムを開催し、成果を発信した。学生、若手研究者、理論研究者らを含む約50名が参加し、超低速ミュオン顕微鏡の将来について意見交換を行った。透過型ミュオン顕微鏡、基礎物理定数研究会において超低速ミュオン顕微鏡の成果を発信し、その応用を促した。3.国際社会・関連分野への発信:超微細相互作用国際会議(Leuven, 7月)、量子ビーム国際会議(水戸、3月)その他の国際会議において招待講演を行い、超低速ミュオン顕微鏡の開発とこれによって拓かれる界面科学の新しい分野について、関連分野の研究者に広報した。J-PARCミュオン国際評価委員会(東海、2月)において、超低速ミュオン発生を報告し国際社会から高い評価を受けるとともに、実用強度への増強に向けた方策について助言を受けた。4.社会・国民への発信:領域ウェブや、施設見学会を通じて広く一般市民への広報を行った。小中学生向けのウェブページについては、引き続き作成中である。領域ウェブの移転に向けた準備を行った。28年度が最終年度であるため、記入しない。
制ガン剤ブレオマイシンおよびネオカルチノスタチンの分子機能解明とそのモデル化

タ-ゲット塩基配列を組み込んだ合成DNAを用いて、ブレオマイシン(BLM)およびネオカルチノスタチン(NCS)による塩基配列特異的ONA切断の機構について詳しく検討した。特にNCSと合成DNAとの反応で従来全く認められていなかった新しい様式。DNA背っだん経路を初めて明らかにする事に成功した。この知見に基いて、NCSクロモフォアとDNAとの相互作用を分子モデルおよびコンピュ-タ-グラフィックスを用いて検討し、従来とは全く異なる型式のDNA塩基配列の認識機構を提唱した。一方、BLMとの反応においては、アリステロマイシンをDNAに組み込んだ基質を用いると、従来とは異なるタイプの酸化反応が起ることを見い出した。この酸化反応は最終的にアリステロマイシンの脱水素を併うもので我々が見い出した反応はBLM触媒による脱水素反応の最初の例である。活性型BLMの反応性を検索するための格好のプロ-ブとして巾広く利用されることが期待される。人工DNA切断分子としてBLMのリガンドを単純化した化合物がコバルトの存在下光照射により効率良くDNAを切断する事実を見い出した。この分子を利用すれば光駆動型の人工DNA切断分子として広く応用できる事を実証した。
絶食時に速筋優位に進行する筋萎縮を軽減できるか？

本研究の目的は、絶食によって生じる筋萎縮がなぜ速筋優位に進行するのかを明らかにすることであった。骨格筋の活動レベルの違いに着目し、1共働筋切除による代償性過負荷モデル、2除神経による神経活動低下モデル、3ギプス固定による不活動モデルを用いて検討した。代償性過負荷を実施した速筋である足底筋では、絶食によって生じる筋萎縮の進行速度が低下した。除神経およびギプス固定モデルでは、遅筋であるヒラメ筋の絶食に伴う萎縮が顕著となった。このような結果は、筋の収縮特性や機械的負荷の頻度が絶食時に起こる筋タイプ特異的な萎縮の進行速度に影響を与えていること示唆するものであった。絶食時において遅筋に比べ速筋で萎縮が顕著である。この要因を明らかにするべく、収縮活動や神経活動頻度の違いに着目した。本年度は、ラット下肢の除神経により神経活動が低下した筋が除神経を行っていない筋に比べて、絶食に対する応答に違いが認められるかどうかを検討した。実験にはFischer系の雄ラット(8週齢)16匹を用いた。除神経は、麻酔下でラットの左脚の坐骨神経を部分的に除去することで行った(右脚は切開のみ)。その後、1週間の切開部の回復期間を経て、8匹のラットに対して48時間の絶食(Fasting群)を施した(飲水は自由摂取)。残りの8匹のラットは餌を自由摂取(Fed群)とした。絶食期間後、すべてのラットのヒラメ筋、足底筋を麻酔下で摘出した。2日間の絶食に伴う筋重量の変化を比較すると、除神経を行っていない非除神経脚のヒラメ筋重量において、絶食により4.2%の減少が認められた。一方、除神経を行った左脚ヒラメ筋では絶食によって8.3%の減少が認められた。足底筋の重量は、非除神経脚で11.2%の減少であったのに対し、除神経脚では9.5%の減少であった。これらの結果は、特にヒラメ筋では除神経に伴う神経活動低下により絶食時の萎縮の進行が顕著となるであろうことを示唆するものであった。絶食時の筋萎縮に関する報告では,遅筋(遅筋線維が多くを占める)に比べ速筋(速筋線維が多くを占める)で萎縮の程度が顕著であることが示されている。しかしながら、絶食時に優先的に進行する速筋萎縮を軽減する方法についての情報はない。本年度は、筋タイプで異なる絶食時の筋萎縮を説明する要因として,遅筋と速筋の収縮活動および機械的負荷頻度の違いに焦点を当て,ラットの片脚足底筋への代償性過負荷によって収縮活動が増加した筋への絶食の影響をタンパク質分解経路および合成経路の変化から明らかにすることであった。実験には、Fischer系の雄ラット(3ヶ月齢)を用い、代償性過負荷は片脚の下肢足底筋の共働筋であるヒラメ筋と腓腹筋を切除することにより行った(対照脚は切開のみ)。10日間の回復期間をおいて48時間の絶食(水は自由摂取)を行い,両脚の足底筋を摘出し比較分析した。2日間の絶食に伴う足底筋の萎縮の程度を比較すると、コントロール脚では絶食により9%の筋重量の低下が認められたのに対して、代償性過負荷脚への絶食の影響は3%の筋重量の低下であった。タンパク質合成経路に関する検討として、mTORの発現レベルの検討を行った。mTORのリン酸化レベルは代償性過負荷に伴い増加が認められた。この増加は、絶食を加えた場合でも代償性過負荷が実施されている場合は同様な増加が確認された。このような結果は、筋への機械的負荷もしくは収縮頻度の増加が絶食による筋萎縮の程度を軽減でき、これがタンパク質合成の維持に関連する可能性を示唆するものであった。絶食時に生じる速筋優位な筋萎縮の要因を明らかにするために、機械的負荷の軽減モデルとしてラット下肢片脚へのギプス固定を実施することによって、絶食と機械的負荷の関連性を検討した。実験には8週齢のFischer系雄ラット(16匹)を用いた。ラットをランダムに絶食群と非絶食群(各8匹)に分配し、すべてのラットの右脚を石膏用いて脚伸展状態で固定した。その後、絶食群のラットは48時間の絶食(水は自由摂取)を行った。絶食終了後、すべてのラットは麻酔下で両脚のヒラメ筋および足底筋を摘出された。48時間の絶食に伴うヒラメ筋の萎縮の程度を比較すると、ギプス固定を行っていないコントロール脚では3.5%の筋重量の減少であったのに対して、ギブス固定脚では9.9%の筋重量の減少が認められた。

一方で、足底筋の筋重量は、コントロール脚で8.4%の減少、ギプス脚で10.2%の減少が絶食によってもたらされた。この結果は、日常的な機械的負荷頻度の高いヒラメ筋における機械的負荷の減少は、絶食時の筋萎縮の進行を促進させる可能性を示唆している。また、タンパク質合成経路に関わるmTORのリン酸化レベルがギプス固定を行った絶食脚で減少しており、絶食に関連して起こる筋萎縮の要因の一因を担っていることが示唆される。運動生理学速筋でなぜ絶食時の筋萎縮が遅筋と比較して顕著なのかを明らかにするために、本年度は除神経によって神経活動を遮断した場合の遅筋と速筋の絶食時応答を検討した。収縮活動頻度が絶食時の筋萎縮に関連するという仮説のもと本実験を行ったが、これを支持するように、日常的に収縮活動レベルが高いヒラメ筋が除神経を受けると、絶食時の萎縮レベルが高まるという結果が得られた。足底筋への影響が低いこともこの仮説を支持するものといえる。一方で、この萎縮レベルの変化を決定する分子レベルの因子についてはまだ明らかと出来ていないため、来年度の研究においても引き続き検討を加えていく予定である。速筋線維が多くを占めるラット足底筋を用いて、絶食に伴う筋萎縮メカニズムの解明と萎縮を軽減する方法を探ることが本研究の目的である。本年度は足底筋の共働筋切除による代償性過負荷を用いて、足底筋への機械的負荷および収縮活動頻度を増加させた場合、絶食による筋萎縮の程度が変化するかどうかを明らかにした。その結果、代償性過負荷を行った場合、絶食による筋萎縮のレベルが低下することが示された。この要因として、mTORのようなタンパク質合成経路に関わるタンパク質の活性化が絶食時にも維持されたことが関連するであろうことも明らかにすることができた。しかし、タンパク質の分解経路としてオートファジーやユビキチンプロテアソーム経路をターゲットとして検討したが、比較に値する発現量の検出に至らなかったため、今後抗体や実験手法を見直し、検討を再度行う予定である。絶食時の速筋優先的筋萎縮の原因と仮説立てられる、筋活動と萎縮の関連性をさらに明らかにすることを目的として、今後の研究ではギプス固定による骨格筋の機械的負荷を抑制した場合(本年度は神経活動を遮断するモデルであった)に、絶食に伴う筋萎縮応答に変化が認められるかどうかを明らかにする予定である。実験にはFischer系雄ラットを用いて、ラット下肢片脚をギプス固定する。固定後、48時間の絶食(飲水は自由)を行い、ヒラメ筋と足底筋を摘出する。分析は、タンパク質の合成・分解経路に関する因子をウエスタンブロッティングを使って検討する。絶食時の筋収縮活動レベルと萎縮の関連性をさらに明らかにするために、次年度は片脚の除神経によって神経活動および収縮活動頻度を減少させたモデルを用いて,遅筋であるヒラメ筋と速筋である足底筋が不活動時の絶食に対してどのように応答するかを明らかにする。Fischer系の雄ラット(3ヶ月齢)を用い、除神経はラット下肢片脚の坐骨神経の一部摘出することによって行う。切開部の傷の回復が確認されたのち48時間の絶食(水は自由摂取)を行い、ヒラメ筋および足底筋を摘出する。分析項目は、本年度と同様にタンパク質合成経路およびタンパク質分解経路に関連したシグナルの発現変化を検討する。本年度は、分析用に高額の高感度ケミルミ撮影装置を設置するために前倒し請求を行ったが、予定より装置を安価で購入することができたのでその分の残額が生じることとなった。次年度は、この残額分を含めて分析にかかる実験動物および試薬購入を中心とした研究費の使用を計画している。
ＩｎＧａＡｓ系量子井戸におけるメゾスコピック・スピン輸送効果の検証

InP格子整合系InGaAs量子井戸に関して、ゼロ磁場スピン分離項を定量的明らかにした。これまで定量的な解明に至らなかったRashba項の存在を初めて明確に示すとともに、その大きさについても定量的な解明を行った。具体的には、極低温での磁気伝導度に見られる弱反局在効果の理論解析により、Rasha係数αと井戸内電場<Ez>の間の厳密な比例関係を示すことに初めて成功した。また、この系でのDresselhaus項が非常に小さいことも同時に明らかにした。更に、ゲートにより<Ez>が正負に変化するウェハ上に作製したメゾ系ループ配列構造での時間反転量子干渉効果を測定し、半古典理論モデルの有効性を実証した。本研究課題では,非磁性半導体中の電子スピン制御の観点からスピン軌道制御,とりわけ,系の構造反転非対称性に起因するラシュバ効果についての研究を進めている.研究の最初の目的であった,In_<0.53>Ga_<0.47>As/In_<0.52>Al_<0.48>As量子井戸系でのスピン軌道相互作用係数の定量的決定に関しては,研究開始前の2010年度に既に目標を達成した[Faniel et al., Phys.Rev.B 83, 115309 (2011)].これによって,ラシュバのスピン軌道相互作用係数αの値が量子井戸の内部電場<E_z>にに比例する(α=α_<SO><E_z>)ことがほぼ厳密に示されると共に,ラシュバ効果と共存するドレッセルハウス効果はほとんど無視できることが明らかになった.また,ゲートにより<E_z>=0となる試料で,スピン軌道相互作用が最小となるゲート電圧においても,僅かながら弱反局在効果が観察され,単純なラシュバ効果,ドレッセルハウス効果以外,或いはラシュバ効果,ドレッセルハウス効果の空間負均一性など複雑な機構によるスピン緩和のメカニズムが存在することが示唆された.次に,メゾスコピックループ配列構造に見られるスピン干渉効果の極低温(電子温度100mK)での測定,及び半古典ビリヤードシミュレーションを行った.このような極低温での測定では,位相コヒーレンスが長くなることから,これまでの11.5Kの温度での測定では観察されなかった,高次の量子振動(Altshuler-Aronov-Spivak振動)が観察されたが,現時点では,Altshuler-Aronov-Spivak振動の基本振動部分にまつわるスピン干渉効果のみ,半古典ビリヤードシミュレーションによる解析が完了した[Mineshige et al., Phys.Rev.B 84, 233305 (2011)].このようなスピン軌道相互作用の詳細な理解は,半導体微細加工(ナノデバイスエンジニアリング)による,単電子デバイスのスピン制御やスピン流の生成のための非常に重要な知見を与えるものである.今年度は、前年度に引き続き、メソスコピック系ループ配列構造に見られる時間反転経路間の干渉効果であるAAS振動の定量的シミュレーション法を洗練し、現時点ではベストのシミュレーション手法を確立したといえる。我々のメソ系ループ配列では、試料全体は200μm程度のマクロなサイズであるので、電子波動関数のコヒーレンスが試料の端から端まで保たれているわけではく、メソ系のトランスポートで多用されているランダウア公式を厳密に適用することはできない。そこで、弱局在/反局在効果の理論的帰結をトレースする形で、現象論的な位相緩和の長さを取り入れたマスター方程式を確立した。この方程式では、メソ系ループ配列構造内での電子スピン回転や磁場による波動関数の位相変化を取り入れた粒子のModifiedreturn probability densityを数値的に計算することにより、磁気コンダクタンスの時間反転量子干渉補正項を準定量的に計算することを可能としている。予備的な結果としては、スピン回転を決めるスピン軌道場と外部磁場という2つの外場の関数として複雑に振動する時間反転量子補正項の実験データを決定係数1に近い精度で再現できている。研究テーマのもう一つの柱である2重量子井戸を使ったスピンフィルタ実現に向けた実験では、ドーピングの異なる何枚かの2重量子井戸試料に関し、ゲート電圧の関数としてシュブニコフドハース振動を測定した。また、上側量子井戸を完全にディプリートした状態では、強い弱反局在効果が観察され、それらの実験結果の解析からラシュバ係数の大きさを見積もることもできる。非常に高濃度にドーピングした試料はラシュバ効果も大きくなり、スピンフィルタ実現には好都合であるが、緩和時間が極端に長い深い不純物準位が存在しているようで、それがゲート制御を困難にしている要因となっており、今後はこの問題の解決を図りたい。(001)InP基板格子整合系In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47

As/In0.52Al0.48As量子井戸(格子整合系)のスピン軌道相互作用(Rashba効果)係数を定量的に明らかにし、スピン自由度をメゾスコピック物理に応用することを目的に研究を進めました。格子整合系のRashba効果に関しては2011年発表の学術論文[Faniel et al., Phys. Rev. B]で定量的に明らかになりました。今年度進めた2重量子井戸を用いた実験でも、この論文で発表したRashba効果に関する物性定数は、定量的に正しいものであることが証明されました。交付申請書で目的として掲げた「量子井戸の格子歪の効果、組成変化の効果の検証」に関しては、今年度は、実験に必要なエピ成長基板を入手するところまで研究が進みましたが、デバイス作製と測定に関しては平成25年度に持ち越しとなりました。もう一つの目的であった「Rashbaのスピン軌道場が対向している2重量子井戸系でのスピンフィルタ効果の検証」に関しては、現在、異なるドーピング濃度で準備したいくつかのエピ成長基板に関してホールバーデバイスを作製し、2重量子井戸系の基礎物性を測定しています。基礎物性の測定や解析、解釈/考察は平成25年度も引き続き行う必要があり、スピンフィルター効果の検証に関しては、その後の課題となります。また、神戸大学と共同で、スピンフィルタデバイスの理論提案を行い、論文原稿を執筆しました。(平成25年度投稿予定)当初計画では,「スピン軌道相互作用係数の定量的決定」が最初の研究目標であったが,研究開始前の2010年度にこの目標が達成し,論文発表まで漕ぎ着けた点に関しては,当初の計画以上に進展しているということが出来る.しかし,メゾスコピック系ループ配列構造でのスピン干渉効果の理解や,2重量子井戸系でのランダウ量子化の実験研究及びスピンフィルタ効果の検証等,多くの他の目標も設定しており,全てにおいて計画以上に進展することはほぼ不可能である.その意味で「概ね順調に進展している」という自己評価が妥当である.25年度が最終年度であるため、記入しない。研究の大きな目的である二重量子井戸を使ったスピンフィルタデバイスの作製に関して、原理を説明した学術論文がほぼ完成する段階であることと、デバイス作製用の二重量子井戸エピ成長基板についてほぼ設計どおりの物性が得られていることから、概ね順調に進展しているということが出来ます。また、もう一つのテーマであるメソスコピックループ配列構造でのスピン干渉効果に関しても、半古典論ビリヤード解析により準定量的に理解が進んでいることも、研究が順調に進展している根拠であると言えます。予備的な実験結果として,メゾスコピックループ配列構造の量子磁気抵抗振動(Altshuler-Aronov-Spivak振動)が高次の周波数成分も含めて<E_2>>0の領域(ゲート電圧)と<E_2><0の領域で対称的に繰り返す効果が観察されている.これは,ラシュバ効果に対するオンサーガーカシミールの相反性と言うことも出来る,今後は,両領域に現れる量子磁気抵抗振動がそれだけ相関を持ったものであるかを定量的に示すと共に,InGaAs2重量子井戸におけるランダウ量子化の実験,スピンフィルタ効果の検証実験を進めていく.25年度が最終年度であるため、記入しない。
高等植物の細胞接着・細胞間移行関連遺伝子の同定と機能解明

タバコ葉切片培養系を用いることにより無数の不定芽や毛状根(メリステム)が誘導される。本研究では、この不定芽/毛状根誘導系を利用し、Nicotiana plumbaginifolia半数体植物を用いてT-DNAタギング変異体を作出し、新たな細胞接着関連遺伝子の同定を行った。nolac-H18株において、変異の原因遺伝子として新規糖転移酵素遺伝子=NpGUT1 (glucuronyl transferase 1)が同定された。NpGUT1は、初めてのペクチン合成関連遺伝子で、ホウ素-ペクチン分子間架橋およびホウ素の受容に必須の遺伝子である。NpGUT1は、未熟種子胚の全体、子葉、茎頂、そして花においては、タペート、成熟花粉、花粉管の先端部、花柱の伝逹組織において発現を示した。そこで、DEXによるNpGuT1遺伝子発現の抑制をしたところ、茎頂がカルス化、本葉が癒合するなどのメリステム機能の異常、ホウ素欠乏と同様の生育阻害、そして、花粉形成、花粉管伸長などの雄性器官の形成阻害および、雌しべ花柱の伝逹組織の不全といった雌性器官の形成阻害などの生殖機能不全が観察された。NpGUT1は、メリステム等の細胞接着におけるペクチンのホウ素架橋の形成、そして、受精に関わる組織の形成と機能においても重要であることが考えられた。一方、ペクチンのアラビナン鎖の伸長が著しく抑制されている変異体nolac-H14の原因遺伝子として、新規膜タンパク質LARA1(long arabinan related protein 1)が同定された。過剰量のアラビノースの添加により変異形質が回復したことから、LARA1はアラビノース転移反応の基質であるUDP-アラビノースの供給に関与すると考えられた。また、LARA1はメリステムでの発現が確認された。今後、LARA1を端緒として、未知のアラビナン鎖合成酵素複合体の全貌解明が期待される。nolac-H18株において、変異の原因遺伝子として新規糖転移酵素遺伝子=NpGUT1 (glucuronyltransferase 1)が同定された。NpGUT1は、未熟種子胚の全体、子葉、茎頂、そして花においては、タペート、成熟花粉、花粉管の先端部、花柱の伝達組織において発現を示した。そこで、DEXによるNpGUT遺伝子発現の抑制をしたところ、茎頂がカルス化、本葉が癒合するなどのメリステム機能の異常、ホウ素欠乏と同様の生育阻害、そして、花粉形成、花粉管伸長などの雄性器官の形成阻害および、雌しべ花柱の伝達組織の不全といった雌性器官の形成阻害などの生殖機能不全が観察された。一方、ペクチンのアラビナン鎖の伸長が著しく抑制されている変異体nolac-H14の原因遺伝子として、新規膜タンパク質LARA1 (long arabinan related protein 1)が同定された。

過剰量のアラビノースの添加により変異形質が回復したことから、LARA1はアラビノース転移反応の基質であるUDP-アラビノースの供給に関与すると考えられた。また、LARA1はメリステムでの発現が確認された。今後、LARA1を端緒として、未知のアラビナン鎖合成酵素複合体の全貌解明が期待される。タバコ葉切片培養系を用いることにより無数の不定芽や毛状根(メリステム)が誘導される。本研究では、この不定芽/毛状根誘導系を利用し、Nicotiana plumbaginifolia半数体植物を用いてT-DNAタギング変異体を作出し、新たな細胞接着関連遺伝子の同定を行った。nolac-H18株において、変異の原因遺伝子として新規糖転移酵素遺伝子=NpGUT1(glucuronyltransferase 1)が同定された。NpGUT1は、初めてのペクチン合成関連遺伝子で、ホウ素-ペクチン分子間架橋およびホウ素の受容に必須の遺伝子である。NpGUT1は、未熟種子胚の全体、子葉、茎頂、そして花においては、タペート、成熟花粉、花粉管の先端部、花柱の伝達組織において発現を示した。そこで、DEXによるNpGUT1遺伝子発現の抑制をしたところ、茎頂がカルス化、本葉が癒合するなどのメリステム機能の異常、ホウ素欠乏と同様の生育阻害、そして、花粉形成、花粉管伸長などの雄性器官の形成阻害および、雌しべ花柱の伝達組織の不全といった雌性器官の形成阻害などの生殖機能不全が観察された。NpGUT1は、メリステム等の細胞接着におけるペクチンのホウ素架橋の形成、そして、受精に関わる組織の形成と機能においても重要であることが考えられた。一方、ペクチンのアラビナン鎖の伸長が著しく抑制されている変異体nolac-H14の原因遺伝子として、新規膜タンパク質LARA1(long arabinan related protein 1)が同定された。過剰量のアラビノースの添加により変異形質が回復したことから、LARA1はアラビノース転位反応の基質であるUDP-アラビノースの供給に関与すると考えられた。またLARA1はメリステムでの発現が確認された。NoIac-H18株において、変異の原因遺伝子として新規糖転移酵素遺伝子=NpGUT1(glucurony1transferasel)が同定された。NpGUT1は、初めてのぺクチン合成関連遺伝子で、ホウ素-ペクチン分子間架橋およびホウ素の受容に必須の遺伝子である。そこで、DEXによるNpGUT
サブμm微粒子を機械的に配列したフォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いの解明

本研究の目的は,電子顕微鏡観察下でサブμm微粒子の機械的配列により製作したフォトニック結晶の可視光領域での光学特性を,散乱光の角度分布に着目して実験的・理論的に解析することにより,フォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いを明らかにすることであった.まず,試料製作方法に関しては,操作可能な微粒子サイズを真空系の改良により,従来2μmから0.5μmまで向上した.また,それ以上の向上を制限しているのがH2Oなどの残留ガスであることがわかった.製作したフォトニック結晶の特性評価方法としては,様々な波長の単色光や白色光の平面波を結晶に任意の角度で入射し,結晶から生じる散乱波の角度分布を計測できる顕微制限視野回折光学系を構築し,結晶の構造や光の入射角や波長を変えて散乱波の生じ方を系統的に調べた.その結果,ほぼ下層から上層に連なる多連球を貫く方向に光を入射した時に,極めて強いブラッグ回折が生じることを発見した.その回折効率の波長依存性は単一球のミー散乱特性とほぼ対応していた.さらに,ベクトル調和関数展開による有限微小球配列体の電場を完全に計算する手法を新たに確立し,より直接的にフォトンの振る舞いがわかるようになった.この計算により,実験で観察された結果はすべて再現できた.多層格子のブラッグ回折では,わずか数個の球でできたユニツトで強いブラッグ回折が生じていることがわかった.誘電体球で構成されたフォトニック結晶は,多連球が散乱体ユニットを構成しており,その間を光がうまく伝搬できるときにだけ強い回折が生じると理解できる.また,微弱であるがコヒーレント後方散乱光が存在することもわかった.本研究の目的は,電子顕微鏡観察下でサブμm微粒子の機械的配列により製作したフォトニック結晶の可視光領域での光学特性を,散乱光の角度分布に着目して実験的・理論的に解析することにより,フォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いを明らかにすることであった.まず,試料製作方法に関しては,操作可能な微粒子サイズを真空系の改良により,従来2μmから0.5μmまで向上した.また,それ以上の向上を制限しているのがH2Oなどの残留ガスであることがわかった.製作したフォトニック結晶の特性評価方法としては,様々な波長の単色光や白色光の平面波を結晶に任意の角度で入射し,結晶から生じる散乱波の角度分布を計測できる顕微制限視野回折光学系を構築し,結晶の構造や光の入射角や波長を変えて散乱波の生じ方を系統的に調べた.その結果,ほぼ下層から上層に連なる多連球を貫く方向に光を入射した時に,極めて強いブラッグ回折が生じることを発見した.その回折効率の波長依存性は単一球のミー散乱特性とほぼ対応していた.さらに,ベクトル調和関数展開による有限微小球配列体の電場を完全に計算する手法を新たに確立し,より直接的にフォトンの振る舞いがわかるようになった.この計算により,実験で観察された結果はすべて再現できた.多層格子のブラッグ回折では,わずか数個の球でできたユニツトで強いブラッグ回折が生じていることがわかった.誘電体球で構成されたフォトニック結晶は,多連球が散乱体ユニットを構成しており,その間を光がうまく伝搬できるときにだけ強い回折が生じると理解できる.また,微弱であるがコヒーレント後方散乱光が存在することもわかった.ミー散乱体を規則的に配列したフォトニック結晶においてはフォトンが1個1個の散乱体にある寿命でトラップされては隣接する散乱体にトンネルすることをある回数繰り返して結晶外に飛び出すことがわかっている.単層結晶に入射したフォトンがちょうどフォトニックバンドを励起すると,大部分が反射側に選択的に飛び出すことが理論計算でも実験でも観察されているが,この原因を説明できる描像は明らかでない.また,多層結晶において,個々の球での共鳴がブラッグ反射にどのように影響を与えるかも明らかでない.本研究の目的は,電子顕微鏡親察下でサブμm微粒子の機械的配列により製作したフォトニック結晶の可視光領域での光学特性を,透過側および反射側の散乱光の角度分布に着目して実験的・理論的に解析することにより,フォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いを明らかにすることである.本年度はまず,サブμm微粒子の配列技術を確立した.電子顕微鏡真空系の改良により,扱える微粒子の大きさの下限をこれまでの1μmから0.5μmにまで向上した.しかし,これ以上の改善は本質的に困難である.さらに結晶からの散乱光をすべて観測するために,単色光平面波を結晶に任意の角度で入射し,結晶から透過側および反射側に出射する光の角度分布を光学的フーリエ変換により撮像し,また各スポットを強度計測できる光学系を構築した.フォトニックバンド励起時に反射が生じる原因をコヒーレント後方散乱光成分と考え,時間反転光の発生を調べたが,まだそれを支持する結果は得られていない.一方,多層フォトニック結晶のブラッグ反射を系統的に調べたところ,ごくたまに極めて強い反射光が生じる条件があることがわかった.これは従来知られていなかった現象であるが,個々の球の共鳴と格子形状の相乗効果ではないかと考えられる.本研究の目的は,電子顕微鏡観察下でサブμm微粒子の機械的配列により製作したフォトニック結晶の可視光領域での光学特性を,散乱光の角度分布に着目して実験的・理論的に解析することにより,フォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いを明らかにすることであった.

特に本年度は,配列できる粒子サイズの微小化に向けての方針を得ること,昨年度発見した極めて強いブラッグ反射について系統的に計測を進めること,ベクトル調和関数展開法による詳細な計算によりその時の結晶中での電場の様子を明らかにすることに取り組んだ.昨年度,0.5μm以下の粒子の配列は汚染物ガスのために困難であることがわかっていた.今年度はガスの組成を分析し,炭化水素でなくてH_2Oが主要因であることを明らかにした.ブラッグ回折実験については,新たに白色光や波長可変光による測定が可能なように光学系を改良し,さらに様々な条件下でブラッグ回折の様子を調べた.その結果,より強いブラッグ回折示す条件を見い出した.それは,ほぼ下層から上層に連なる多連球を貫く方向に光を入射した時であった.また,回折効率の波長依存性は単一球のミー散乱特性とほぼ対応していた.さらに,ベクトル調和関数展開による有限微小球配列体の電場を完全に計算する手法を新たに確立し,より直接的にフォントの振る舞いを調べることが可能になった.この計算により,実験で観察された結果はすべて再現できた.多層格子のブラッグ回折では,わずか数個の球でできたユニットで強いブラッグ回折が生じていることがわかった.誘導体球で構成されたフォトニック結晶は,多連球が散乱体ユニットを構成しており,その間を光がうまく伝搬できるときにだけ強い回折が生じると理解できる.また,極めて微弱であるがコヒーレント後方散乱光が存在することもわかった.
皮膚創傷断端表皮細胞における上皮間葉移行の機序解明

上皮間葉移行(Epithelial-Mesenchymal Transition: EMT)とは、上皮細胞が間葉系細胞と類似した形態と運動能を獲得する過程を示す。近年、皮膚創傷治癒過程において、創傷断端部位の表皮細胞が運動能を獲得し遊走する現象にEMTが関与していると考えられているが、詳細な検討はなされていない。本研究では、マウス皮膚創傷を用いて、皮膚創傷断端表皮細胞の形態変化・運動能獲得における分子機構をEMTの観点から解析した。結果、通常の創傷と比較して、bFGF添加した創傷では創傷断端の表皮角化細胞のEMTが増強しており、EMTを誘導するサイトカイン、転写因子も発現していた。皮膚創傷治癒過程において創閉鎖を促進するためには、表皮角化細胞が遊走し肉芽を覆う再上皮化のステップが重要である。その際、創傷断端の表皮角化細胞は細胞間接着を減じ、紡錘形に形を変え遊走する。これは上皮間葉移行(epithelial mesenchymal transition, EMT)に属する現象と考えられる。塩基性線維芽細胞増殖因子(basic fibroblast growth factor, bFGF)は皮膚潰瘍における肉芽形成促進作用、血管新生作用を有し、本邦では創傷治癒促進剤として広く使用されている。創傷治癒過程のEMTに対するbFGFの効果をマウス皮膚創傷にて検討した。マウス皮膚に創傷を加え経時的に観察したところ、創傷作成後4日目の創傷断端では、1層の単層上皮が創中央に向かって進み創傷を覆ってゆく治癒過程がみられた。一方bFGFを連日創傷に添加したところ、創傷断端の表皮は重層化し、先端の表皮角化細胞の紡錘形変化が明らかになった。また一部の細胞は、E-cadherinを減弱させることで細胞間接着から外れ、孤立性に創中央にむけて遊走していた。これらの細胞はcytokerationとvimentinを同時発現していた。それら孤立性に遊走した細胞がフィブリン塊内から肉芽組織表面に着地し、単層上皮として増殖している像も見られた。創傷からRNAを採取しcDNAに変換後EMT関連因子についてPCR arrayを施行したところ、bFGFを投与した創ではTgfβ1, Notch1, Sox10, Pdgfrβ, Snai3, Fzd7, Ctnnb1, Ahnakが増加しており、これらの因子がEMTを促進し創傷治癒を促進する可能性が示唆された。平成28年度の研究計画は達成している。平成28年度の研究で特に注目したEMT関連分子についてin vitroで解析を行う。角化細胞由来培養細胞(HaCaT)を使用し、細胞塊にピペットマンチップで線状創をつけ経時的に観察・細胞採取、scratch migration assayを行う。このモデルに前年度注目した特定のEMT関連分子を細胞へ添加、強制発現、RNAi・阻害剤で抑制し、コントロールと比較する。比較検討する項目は、遊走した細胞数、細胞の形態、細胞骨格(E-Cadherin, N-Cadherin, Vimentin, cytokeratin,β-Catenin, Claudin-1, ZO-1)変化の観察(免疫染色、Western blot、RT-PCR)などを予定している。その後、これまでの検討結果で注目したEMT関連分子をマウス皮膚にフィードバックさせる。マウス皮膚創傷を用いて、EMT誘導・抑制による創傷治癒過程の変化を観察し、最終的にはEMTが表皮再生へ寄与しているか否かの検討を行う。具体的には、創傷治癒過程Wound-Edge KeratinocytesのEMTを誘導させ得るサイトカイン、あるいはその中和抗体をマウス皮膚創傷に直接添加または全身投与し、創傷作成後4日目の組織を採取し、EMTの誘導・抑制を成し得たか確認する。その後肉眼的創閉鎖に至るまでの日数をコントロール群と比較、創傷閉鎖までの計時的な組織採取による免疫組織学的検討にて、EMTが表皮再生に与える影響を解析する。皮膚科学平成28年度の計画はほぼ達成ているが、検討対象としたEMT関連分子を細胞へ添加、強制発現、RNAi・阻害剤で抑制し、コントロールと比較検討、マウス皮膚にフィードバックさせて確認するため、RNAi・阻害剤、免疫染色・WB用抗体、RT-PCR用プライマーの追加購入が必要となる。平成29年度は、RNAi・阻害剤の購入費用(30万円)、免疫染色・WB用抗体、RT-PCR用プライマーの追加購入(100万円)、培養試薬や細胞購入費(20万円)、論文校正・投稿費用(20万円)、国内外への研究成果発表経費(35万円)、実験動物維持費(35万円)が必要となる。
金属錯体系電荷移動錯体における価数転移・磁気転換

電荷移動錯体は多様な相転移現象の舞台として有用である。これらの物性研究に新展開を拓くため、本課題では、種々の金属錯体系電荷移動錯体の開発を行ってきた。昨年度、代表的な電荷移動塩である金属TCNQ塩がヨウ素吸蔵能を持つことを見出したため、本年度はその詳細な検討を行った。これらは物質吸脱着に伴う物性転換の観点からも興味が持たれる現象である。本年度は第一に、アルカリTCNQ塩のヨウ素吸脱着能を検討した。アルカリTCNQ塩はヨウ素を吸収し、3成分系の塩を形成した。この反応は、ヨウ素との直接混合摩砕、もしくはヨウ素の蒸気・溶液との反応のいずれでも進行した。ヨウ素吸蔵に伴って室温電導度は4桁向上し、非磁性から常磁性に転換した。これらの塩は加熱によりヨウ素を放出してアルカリTCNQ塩を再生した。ヨウ素吸蔵体は、アルカリヨウ化物とTCNQの固相反応でも得られた。第二に、銅TCNQ塩のヨウ素吸脱着能を検討した。この塩もヨウ素吸蔵能を示し、結晶多形によってヨウ素吸収能に顕著な違いがあることを見出した。生成したヨウ素吸蔵体は非晶質であるが、加熱によってヨウ素を脱離し、元の結晶多形の銅TCNQ塩を再生した。さらに、銅TCNQ塩とアルカリTCNQ塩のヨウ素吸蔵機構が異なることを明らかにした。銅TCNQ塩では吸蔵されたヨウ素の一部がCuに配位してTCNQが中性となるため、アルカリTCNQ塩とは逆に、吸蔵後は電導性が低下した。金属粉末あるいは金属塩とTCNQの固相反応による錯体合成も行った。以上に加えて、ビオロゲン系カチオンと金属ジチオレン系アニオンを組み合わせた錯体の合成を継続した。一価塩と二価塩の相境界に位置する錯体合成を試みたところ、従来の結晶とは異なる積層様式を持つ錯体が得られた。また、磁性配位子を有する金属錯体を合成し、構造・物性の評価を行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。電荷移動錯体は、多様な相転移現象の舞台として有用である。これらの物性研究に新展開を拓くため、本研究では多様な金属錯体系電荷移動錯体の開発を進めている。本年度は第一に、フェロセン系ドナーに対して種々のキノン系アクセプターを組み合わせた錯体の開発を進めた。構成分子の酸化還元電位、組成、次元性、電荷移動吸収の関係を考察することで、フェロセン系物質に関する中性・イオン性相図を作成した。キノン系錯体では主に中性錯体が得られたが、DCNQI誘導体を用いた場合にはイオン性錯体のみが得られた。このほか、関連するフェロセン系錯体の相転移挙動の解明および構造の評価を行った。本年度は第二に、ビオロゲン系カチオンと金属ジチオレン系アニオンを組み合わせた錯体を開発した。得られた結晶は、いずれも交互積層型構造を持つ二価錯体(D2+A2-型錯体)であった。なかでもCu(II)をアニオンに含む塩においては、アニオン間で弱い強磁性的相互作用が認められた。第三に、固相反応を利用した錯体合成を進めた。ここでは代表的な有機導体であるETのトリヨージド塩の合成にミリング法を適用した。ETとシリカナノ粒子をボールミリングすることで、ETをシェル層に含むコアシェル型ハイブリッド粒子を得た。この粉体にヨウ素をドープすることで、目的の塩が得られた。塩の一部はバルク成分として粒子間に存在し、金属-絶縁体転移を示したが、残りはアモルファスとしてハイブリッド粒子のシェル層に含まれていた。上述のフェロセン・キノン系錯体についても固相反応による錯体形成を検討した。また、アルカリTCNQ塩の合成に固相反応を適用し、この塩がヨウ素吸脱着能を持つことを見出した。

生成したヨウ素吸蔵体は非晶質であるが、加熱によってヨウ素を脱離し、元の結晶多形の銅TCNQ塩を再生した。さらに、銅TCNQ塩とアルカリTCNQ塩のヨウ素吸蔵機構が異なることを明らかにした。銅TCNQ塩では吸蔵されたヨウ素の一部がCuに配位してTCNQが中性となるため、アルカリTCNQ塩とは逆に、吸蔵後は電導性が低下した。金属粉末あるいは金属塩とTCNQの固相反応による錯体合成も行った。以上に加えて、ビオロゲン系カチオンと金属ジチオレン系アニオンを組み合わせた錯体の合成を継続した。一価塩と二価塩の相境界に位置する錯体合成を試みたところ、従来の結晶とは異なる積層様式を持つ錯体が得られた。また、磁性配位子を有する金属錯体を合成し、構造・物性の評価を行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、金属錯体を用いた電荷移動錯体を合成するものであり、研究計画に挙げた3項目について、いずれも想定以上の成果が得られた。当初の計画を若干変更し、難度の高い実験を後回しにしたが、このことによって研究がより進展し、フェロセン系錯体の興味ある相転移現象などを複数見出すことができた。ビオロゲン・金属ジチオレン系錯体については、これまでに得られた錯体がすべて2価錯体であるため、より一価錯体に近い錯体の合成を進める。その結果をもとに、価数相図を作成する。固相反応については、アルカリTCNQ塩の固相での合成、および物質吸脱着性について、今後重点的に検討を進める。アルカリ金属以外の遷移金属TCNQ塩の固相反応性についても検討する。