hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シャペロニン反応メカニズムの再検証：円順列変異型ＧｒｏＥＬの構造・機能解析

変異体を用いたGroELのサブユニット構造変化と機能メカニズムのマッピング解析:蛍光ストップトフロー法で検出しているGroELサブユニットの動的構造変化が蛋白質フォールディング補助メカニズムにおいて果たす役割を解明する研究において,研究最終年ではGroELのATP加水分解活性と強く連動し,GroELの分子メカニズムの「方向性」を決定づける重要な構造変化の同定に成功した.この構造変化はGroELが一度変性蛋白質に結合し,その分子を自身の四次構造内部に隔離した後に,次のサイクルに移行することを決定付け,サイクルの「逆流」を防ぐ重要な役割を担っていることを見いだした。本成果については現在論文発表を準備中である。変性蛋白質の構造回復を促すシャペロニンは大小2種類の蛋白質がATPの結合・加水分解に依存してダイナミックに構造を変化させ,解離会合を繰り返すことで機能を発揮する。本研究では,シャペロニンの作用機構を分子レベルで理解するため,大腸菌由来のシャペロニンGroELに様々な機能障害を引きおこす変異を導入し,変異型GroELがATP依存的に構造を変化させる様子を蛍光ストップト・フロー法で解析した。計3種類の変異体を解析した結果,GroELの分子機構において複数の重要イベント(変性蛋白質に対する親和性を調節する,等)が同時進行している「並列型」の反応機構が確認できた。本研究では,「シャペロニンのフォールディング補助メカニズムの再検証」を目標に,研究発足当時に用意していた変異体の詳細な解析をほぼ完了し,シャペロニンメカニズムの再検証を学会に提言することに成功した。一方で,当初の計画には組み込まれていなかった新しい変異体の詳細解析を通して,シャペロニン分子メカニズムのまた新たな側面を見いだす成果を平成26年度の実験より得ている。本研究では,平成27年度以降GroEL "CXXC"変異体に特に注目した研究を実施することで「GroELサブユニットのドメイン構造に着目した分子メカニズムの解析」という当初目標に加え,「GroELのATP加水分解活性」「GroELの二重リング構造」に注目した一層詳細なメカニズム解明を進める。以上の状況より,本研究の目的達成度は「当初計画していた方向性を適宜修正しつつ,概ね予定通り」であると判断している。細胞内外蛋白質フォールディングの物理化学的解析平成27年度では引き続きGroEL "CXXC"変異体の解析を中心に,シャペロニンの蛋白質補助メカニズムを詳細に見直す計画を立てている。GroEL "CXXC"変異体は機能的性質が野生型GroELと大きく異なり,また蛍光ストップト・フロー解析を通して推察されるサブユニットの構造変化にも大きな違いが見られたため,当面はこの機能の違いとサブユニット構造変化の違いを関連づける研究に注力する。また,この変異体には「大腸菌の生育をサポートできないVer.1変異体」と「大腸菌の生育をサポートするVer.2変異体」の二種類を作成しており,Ver.1は1箇所のアミノ酸残基置換でVer. 2に変換される。この両者をストップト・フロー蛍光測定により比較・解析する準備がほぼ整っているので,平成27年度はこの比較研究も併せて実施する。また,研究計画最終年である本年は,次年度以降の研究の方向性を探るべく新しい実験に着手する。
消費行動における自己概念の役割に関する国際比較研究：消費者間の関係性を手がかりに

本研究は、消費者行動研究における主要な概念である「自己概念」に注目し、それが消費行動でいかなる役割を演じるかについて、特に国際比較という視点から、複数の消費者間の関係性との関わりの中で探索的に明らかにすることを目的とした。具体的には、日本とフランスという文化的に異なる国での「母親と娘」という関係性に焦点を当て、その特異性が彼女たちの購買前行動や購買意思決定、購買後の消費行動といった局面にいかなる影響を及ぼすのかについて、サーベイや実験、インタビューや観察、経験調査などの異なる複数の手法を組み合わせたアプローチにより収集されたさまざまな経験データの分析・解釈を通じて明らかにすることを目指した。ライフステージの大きな移行期において、消費者はしばしば全く異なった状況で適切に振る舞うことを要求される。本研究の焦点である娘にとっては、たとえば学生から社会人になったり、結婚して妻となったり、出産して母となったりと、非常に大きな環境の変化が訪れる。このような変化において、消費者はさまざまな所有によって、状況に応じて好ましい自己像を演出しようとすることが知られており、状況的自己という概念によってこれまでも数々の研究がなされている。このような移行期において、消費者はさまざまな困難に直面する。娘が状況に応じて好ましい理想自己像を決定しようとする際には、重要な他者である母親によるコントロールを受けることが多くなる。しかしながら、特にファッション購買などは状況的自己の創出においても重要な要素であるため、娘と母親との間にはコンフリクトが生じる。そのようなコンフリクト局面において、母親と娘はダイナミックな相互作用を通じて娘にとって望ましい状況的自己像を決定することがしばしばある。ここでは、母親は娘へのコントロールを通じて娘の理想自己像を決定しようとし、娘は母親からのコントロールを受け入れようとする。しかしながら、日本のような母娘関係が特殊な文化圏においては、娘による母親のコントロールへの受け入れ様相は多様なものとなる。娘が将来職場で身に付けるべきアウトフィットを選択するために実施された6の母娘ペアによるカタログショッピングにおける映像データの解釈から、そのような統制-受容の様相は単なる依存関係を越えた複雑なものとなっていたことがわかった。具体的には、娘が母親のコントロールを受容する様相には「consideration-oriented acceptance」本研究は、特に国際比較という視点から、複数の消費者間の関係性との関わりの中で探索的に明らかにすることを目的としていた。異なる国における文化的差異に注目することにより、自己概念の更なる精緻化を試みた。平成25年度の研究実施計画として国内外の学会報告や学術雑誌などでの研究成果の発表を通じて、研究によって得られた理論的、実務的貢献について広く社会に情報発信することに努めると同時に更なる研究課題の抽出を試みた。研究成果の意義と重要性として、理論的には(1)自己概念の更なる精緻化を促し、(2)消費における関係性の重要性を経験データと共に示し、(3)国際比較を通じてより高い外的妥当性の保持に努めることができた。実務的には、(1)日本における母娘市場の拡大という現状に対していかなる施策を打つべきかについて、母娘関係の特異性を明らかにすることで具体的な解を示し、(2)日仏という異なる文化的背景での市場においていかなるマーケティングが有効であるかについて示唆を提供することができた。本研究は、消費者行動研究における主要な概念である「自己概念」に注目し、それが消費行動でいかなる役割を演じるかについて、特に国際比較という視点から、複数の消費者間の関係性との関わりの中で探索的に明らかにすることを目的としていた。平成24年度の研究実施計画として本研究におけるキー概念の抽出、およびそれら概念の精緻化、さらに概念間関係に関する更なる知見を得ること、および関係性の相違が購買行動や消費行動にいかなる差異をもたらすかについての国際比較分析を試みることを挙げた。

実務的には、(1)日本における母娘市場の拡大という現状に対していかなる施策を打つべきかについて、母娘関係の特異性を明らかにすることで具体的な解を示し、(2)日仏という異なる文化的背景での市場においていかなるマーケティングが有効であるかについて示唆を提供することができた。平成23年度は科研費交付予定額の70%までは立替申請が認められていたものの、残りの30%は減額になる可能性があったため、調査の実施が当初の計画から大幅に遅れた。具体的には16組の母娘に対するインタビュー調査を開始できたのは9月に交付が満額になると決まった後(10月になってから)であった。調査が2011年12月に終了した後、データのかきおこしを外部業者に依頼した。データの納品は1回目が2月20日。2回目が2月23日。3回目を現在待っている最中のため、いまだすべての文書データを手にすることができず、分析が遅れ、交付申請書に記載した研究の目的の達成度が落ちた。25年度が最終年度であるため、記入しない。上述の通り、平成24年度の研究実施計画としてキー概念の抽出、およびそれら概念の精緻化、さらに概念間関係に関する更なる知見を得ること、および関係性の相違が購買行動や消費行動にいかなる差異をもたらすかについての国際比較分析を試みることができた。平成24年度にフランスの調査協力者の1名が妊娠・出産をしたため、共同研究のやり取りの頻度とペースが一時期減少したことがあった。未熟児の出産だったため、赤ちゃんがしばらく入院することになったため研究の時間を取ることが難しかった。しかしながら、調査協力者は子育てをしながらも研究の時間を取り、研究者らは一丸って2つの国際学会への論文投稿を行うことができた。1件についてはすでに査読結果が出てアクセプトされている。本調査がとりあげたインフォーマントはすべて、親子が同居しており、比較的緊密な関係を結んだペアであった。すべての娘は母親が指定する衣服の購入を受容していたが、緊密でない母娘関係において同様の事象が確認されるかは、今後研究が待たれるところである。また、ライフステージの異なる段階、たとえば結婚や出産などのイベントにおいて創出される状況的自己の生成プロセスについても明らかにすべきであろう。さらに、状況的自己の創出プロセスそれ自体が消費者のおかれた関係性によって影響を受けることを考慮すれば、母娘という関係性とは別の関係性について同様の検討を加えることも、非常に意義のあることであろう。最終年度となる平成25年度は、初年度、二年度の研究活動を見直しつつ、必要に応じて追加的な調査を行う。これら一連の研究活動から、本研究の概念モデルを構築し、その精緻化に努める。そして、キー概念をベースに調査仮説を洗練し、最終的に検証対象となる仮説の絞込みを行う。
非線形エネルギー局在による結晶中のき裂のダイナミクスの数理モデル化

材料中のミクロなスケール(原子・分子スケール)において原子・分子間の相互作用ポテンシャルの非線形性によって出現する特異な局在振動の構造およびダイナミクスの解析を行った。特に理想的な2次元炭素構造体であるグラフェンシートに着目し、原子運動のシミュレーション(分子動力学シミュレーション)と方程式の数値手法を組み合わせて炭素-炭素結合に現れる非線形振動の探索および構造の解析を行った。さらに局在振動の安定性解析を行い、局在構造の不安定化時の初期的なふるまいを示した。以上の結果より、局在振動が炭素-炭素結合の切断や再結合など、原子・分子構造における構造変化におけるトリガーとなりうることが示唆される。本年度研究計画に基づいて研究を実施し,以下の成果を得た.1.原子・分子のダイナミクスを直接追跡することによって材料の力学特性を解析する分子動力学法(Molecular Dynamics, MD)および,原子・分子のダイナミクスを多自由度系の位相空間内における軌道ととらえた上で,周期軌道を探索するNewton-Raphson法を連結した原子・分子のダイナミクスとしての周期解探索のプログラムを構築し,種々の初期条件,境界条件における開発手法の妥当性の検討を行なった.2.上記開発プログラムによって,炭素原子が2次元的に配列しているグラフェンシートを対象に,原子スケールにおける非線形局在モード(Intrinsic Locahzed Mode, ILM)の探索を行い,周期解を得た.得られた周期解を, 2次元FPU格子などの理想モデルで得られているILMやグラフェンシートのダイナミクスの時間発展シミュレーションにおいて観察されているILMと比較・検討することによって,得られたILMの妥当性を検討した.3.数値的に得られたILM解を初期条件としてMDシミュレーションを実施し, ILM解が比較的長期(任意の初期条件からスタートした場合に観測されるILMに比べて10倍以上の寿命)で存在できることを確認した.このことにより現実の材料を模擬したモデル中においてILMが非線形相互作用を考慮した周期解(振動解)として存在しうることを確かめた.本年度研究計画に基づいて,以下の成果を得た.1.前年度に開発した原子の運動を直接追跡する分子動力学(Molecular Dynamics ; MD)シミュレーションと粒子系における周期解の探索手法であるNewton-Raphson法を連結した非線形振動解の探索コードを使用して周期解を網羅的に探索した.その結果,解析対象として取り上げたグラフェンシートにおいて非線形局在モードが存在することを確かめた.得られた数値解を解析することによって,局在構造が炭素の結合方向に沿った振動として出現すること,振動振幅が振動周波数の増大に伴って大きくなること,振幅がボンドの伸びと圧縮で異なるという振動構造の非対称性といった,相互作用ポテンシャルの非線形性による特性が出現することを明らかにした.2.周期解を探索する系のサイズの増大を考慮した探索コードの改良を行い,得られた非線形周期解が系のサイズや境界からの影響を受けることなく存在しうることを確かめた.3.フロケの理論による周期解の安定性解析に基づいた非線形周期解の数値的な安定性解析を行い,周期解の動的不安定化のプロセスを検討した.具体的に2次元の炭素構造体であるグラフェンシートにおける非線形振動における解析では,不安定化がおこる場合にはボンドに沿った方向に励起される非線形振動に対して,ボンドに垂直な方向の成分を持った不安定モードが出現することが明らかになった.これはボンドのつなぎかえといった構造変化に非線形振動が寄与していることを示唆していると考えられる.
初期栄養による鶏の代謝と成長の制御

鶏の孵化直後の栄養(初期栄養)、生理および代謝を詳細に解明することにより、鶏の初期栄養の意義と位置付けを、鶏の生存期間全体の中で把握して確定し、さらに成長と代謝生理を初期栄養により自在に制御することを目的として、以下の成果を得た。1.ブロイラ-の種卵を用い、腹腔に残存する卵黄を外科的に摘除して、卵黄摘除ヒナを作り、正常ヒナと比較した。その結果、(1)摘除ヒナおよび正常ヒナの体重は、2次曲線的に増加したが、摘除ヒナでは1.5日の成長の遅れがみられた。(2)飼料エネルギ-の利用性は、、いずれも孵化直後で高く、5-6日齢まで急激に低下し、その後徐々に上昇した。(3)正常ヒナの飼料および残存卵黄由来のエネルギ-(代謝エネルギ-)とタンパク質の利用率を1週間単位でみてみると、前半の1週間は43および59%であり、後半の1週間は48および63%であった。(4)残存卵黄は孵化後3日齢までのエネルギ-およびタンパク質の全摂取量の22%および30%を供給していた。2.孵化直後のブロイラ-ヒナへ、真の代謝エネルギ-(TME)測定法を適用する場合、(1)強制給餌前の絶食時間は24時間で充分であり、(2)強制給餌後の採糞時間は36時間が適当である。(3)TME値を算出すると、1日齢で低いものの3日齢で上昇し、以後一定の値を示した。また、1日齢において残存卵黄摘除ヒナと正常ヒナのTME値を比較したが、差はみられなかった。3.24時間絶食させた1,3,7,および14日齢のヒナの排出するエネルギ-量と窒素量を12時間おきに測定して、その排泄パタ-ンより、内因性のエネルギ-と窒素の排泄量を推定した。代謝体重当たりの内因性の排泄エネルギ-と排泄窒素は、1日齢で低く、その後上昇して、7日齢で一定となった。
スペクトル拡散通信方式による耐干渉性と秘話性の高いディジタル放送の研究

耐干渉能力と秘話・秘匿能力を合わせ持つスペクトル拡散通信方式を中心に、処理利得の不足や違法放送の監視などの問題を解消するために、これまで独自に研究されてきた誤り訂正符号、適応等化、アレ-アンテナ、高能率音声符号化、暗号などの要素技術を組み合わせた統合技術を考案し、システム全体の性能改善を図り、音声やデ-タの高品質ディジタル放送について研究を行なった。具体的には、(1)高品質ディジタル放送に適したスペクトル拡散通信方式の検討:TVの空チャネルを利用する場合などに応じて、最適な拡散スペクトルの設計、周波数利用効率、受信品質を考慮した拡散変調方式、拡散符号、同期捕捉・保持方式を検討した。(2)高品質ディジタル放送に適した誤り訂正符号と符号化変調方式の検討:信頼性向上のための音声・デ-タの誤り訂正符号の選択、スペクトル拡散変調と誤り訂正符号化のよる伝送帯域幅の拡大を考慮した拡散率と符号化率の最適配分、更に変調方式を一体的に組み合わせた符号化変調方式を検討した。(3)既存システムに対する干渉抑圧・除去方式の検討:既存TV放送などに与える干渉と既存システムから受ける干渉を抑圧・除去するために、送受信機における適応ディジタルフィルタおよびアダプティブアレ-アンテナによる時間・空間フィルタリング方式を考案した。(4)高品質ディジタル放送に適した音声・デ-タの高能率圧縮符号化の検討:音声、音楽、デ-タなどが混在する情報を効率的に放送するために、サブバンド符号化などの波形符号化を中心に、更に圧縮率を上げるためにCELPなどの分析合成符号化の改良を検討した。(5)高品質ディジタル放送に適した情報セキュリティ方式の検討:スペクトル拡散通信方式による信号レベルでの秘話化ばかりでなく、情報のディジタル化に伴う暗号化技術の導入を検討した。(6)実験系の試作と理論解析:上記(1)(5)の具体的な方式をコンピュ-タ上で実験システムを試作し、符号理論と信号処理理論の立場から評価、解析した。これを通じて、本研究の実現性と発展性を検討した。(7)総合評価と研究発表:上記(1)(6)に基づき、本方式の特長と問題点を明かにし、問題点を克服する方式を検討した。また、本研究を通じて得られた成果をまとめ、学会において発表した。
ニューロ技法によるファジィ制御規則の構築とその応用

ファジィ制御で使用されているファジィ制御規則は試行錯誤的に作成されるのが普通であるが、制御対象が複雑になると、人手によるファジィ制御規則作りは困難なものとなってくる。本研究は、多入出力データを用いることによりファジィ制御規則の前件部および後件部を同時にチューニングする手法をニューロ技法を用いて与え、ファジィ規則の自動生成を行うことにある。まず、使用したファジィ推論法としては、ファジィ制御でよく用いられている簡略化推論法ではなく、申請者が提案した「ファジィシングルトン型推論法」を用いた。この推論法はファジィ規則に重みを付加することができ、推論結果の微妙な調整が可能となる。これによりファジィ制御面の微妙な調整が可能となり大幅な制御結果の改善が得られる。このファジィシングルトン型推論法におけるファジィ規則の前件部のファジィ集合の中心値と幅、後件部の位置と重みを同時に修正する方法を最急降下法により与え、誤差が大きい区間に新たにファジィ規則を作成することによりファジィ規則の自動獲得を行った。線形な推論結果しか得られない簡略化推論法に比較して、ファジィシングルトン型推論法による場合は、非線形な結果が得られることから、獲得されたファジィ規則は簡略化推論法の場合に比べ大幅なファジィ規則数の削減が行えることができた。また、ファジィシングルトン型推論法の重みを時間的に変化させることによる時間変動型ファジィ推論法を提案し、時変型ファジィ制御への適応を試みた。ファジィ制御規則の重みを時間的に変化させることによって、ファジィ規則だけでなくファジィ規則群の切り替えを行うことができ、制御結果の改善につながることが示された。これよりファジィ制御面の微妙な調整が可能となり大幅な制御結果の改善が得られる。線形な推論結果しか得られない簡略化推論法に比較して、ファジィシングルトン型推論法による場合は、非線形な結果が得られることから、獲得されたファジィ規則は簡略化推論法の場合に比べ大幅なファジィ規則数の削減が行うことができた。現在、このファジィ規則の自動生成法を関数近似、並列倒立振子、ロボットの障害物回避などへの応用を試みており、満足いく結果が得られている。本年度は、ファジィシングルトン型推論法のファジィ規則の前件部および後件部を同時にチューニングする手法をニューロ技法を用いて与え、ファジィ規則の自動生成を行った。ファジィ規則の後件部実数値については勾配法で調整し、前件部の三角形メンバーシップ関数の頂点と後件部の重みについては勾配法を修正した方法で調整しながら、逐次的にファジィ規則を生成していくものである。

ファジィシングルトン型の規則を用いることで、通常の簡略化推論法によって自動生成した場合に比較して、より少ない分割数でファジィ規則が生成できることを数値例を用いて示すと共に、生成したファジィ規則のパラメータ数に基づく考察も行った。本手法を用いることにより、一次遅れ系に対する制御、並列倒立振子の制御、シ-ソ上のボールの位置制御に対するファジィ制御規則の自動作成に成功し、人間が作成した場合よりもよい制御結果が得られることが示された。通常のファジィ制御で使用されているファジィ規則は時間的に不変な、静的なものである。ニューロ技法や遺伝的アルゴリズムを用いてファジィ規則を生成し、調整する場合、調整中はファジィ規則は動的なものであるが、実際に使用するファジィ規則は調整し終わった静的なファジィ規則である。ここでは、ファジィシングルトン型推論法の重みを時間的に変化させることによる時間変動型ファジイ推論法を提案し、時変型ファジィ制御への適用を試みた。ファジィ制御規則の重みを時間的に変化させることによって、ファジイ規則だけでなく、ファジィ規則群を他のファジィ規則群へ切り替えることができ、制御結果の改善につながることが示された。
敗血症性ショック治療薬としてのトロンボモデュリンの効果

敗血症性ショックでは、血管内皮細胞が傷害され播種性血管内凝固障害(DIC)が生じる。また、血管内皮傷害は敗血症性ショックの病態悪化に関連している可能性が考えられる。本実験では、DIC治療薬のトロンボモデュリン(rTM)による敗血症時の血管収縮能への影響や、ショックからの離脱作用について検討した。rTMには、リポポリサッカライド(LPS)によって生じる血管のノルアドレナリン反応性低下を軽減する傾向が認められた。またLPSによって誘発されたラット敗血症性ショックモデルでは、rTMを投与した群において、より早期の回復を認めた。目的)敗血症性ショックでは、様々な機序により血管内皮細胞が傷害されている。血管内皮機能の破綻は、凝固線溶系のバランスを破綻させ、播種性血管内凝固症候群(DIC)を生じさせる。また、これらの血管内皮傷害が、血管の収縮弛緩連関を破綻させ、血管拡張性低血圧である敗血症性ショックの病態生理に関連している可能性が考えられる。本実験では、DIC治療薬のトロンボモデュリンによる、敗血症時の血管傷害軽減作用や、ショックからの離脱作用について検討する。方法)培養ウシ血管内皮細胞(以下HH)を用いた実験を行った。HHに対してリポポリサッカライド(LPS)を投与し、敗血症性ショック時の血管内皮傷害状態を作成した。薬物の修飾を加えないコントロール群、LPS群、トロンボモデュリン群、LPS+トロンボモデュリン群に群分けし、形態学的変化、死細胞の割合、アポトーシスの発生割合を比較検討した。結果)形態学的変化:LPS投与によって明らかな細胞の変形を認めた。トロンボモデュリンによって、細胞変形の割合が緩和される傾向を認めた。死細胞およびアポトーシス:誘発される細胞死、およびアポトーシスの割合において、トロンボモデュリン投与による変化は認めなかった。本実験では、DIC治療薬のトロンボモデュリンによる敗血症時の血管内皮保護作用や、ショックからの離脱作用について検討する。方法)ラット敗血症性ショックモデルを用いて、血行動態に対するトロンボモデュリンの影響を観察した。大腿動静脈へカニュレーションしたラットに対して、リポポリサッカライド(LPS)を投与し、敗血症性ショックモデルを作成した。トロンボモデュリンを投与した後にLPS投与を行ったトロンボモデュリン群、あるいは同量の生理食塩水を投与した後にLPSを投与したLPS群、これら2群の血行動態を比較検討した。またLPS投与から4時間後に血液を採取し、動脈血液ガス検査等を行った。結果)トロンボモデュリン投与による直接的な血圧変動は認めなかった。LPS投与から20分後より、両群ともに平均血圧の下降を認めた。トロンボモデュリン群では、LPS投与から80分後より血圧回復傾向を示したが、LPS群では、血圧はさらに下降し、4時間後には著しい低血圧を呈した。動脈血液ガス検査において、LPS群ではトロンボモデュリン群に比べて、高乳酸血症、高カリウム血症、アシドーシスを認めた。医歯薬学細胞培養の開始段階において、方法の確立や機材整備に時間を費やした。また、薬物の作用を評価する段階において、安定した結果を得られるまでに時間を要した。今後は、細胞腫を変更し同様の研究を実施する予定である。また、ラットの血行動態をモニタリングし、敗血症性ショック時のトロンボモデュリンの作用を観察する予定である。旅費の使用と予定額に違いがあった。細胞培養関連の消耗品、薬品、学会旅費等に使用予定である。
各種の新しい手法の開発とそれらによる力学挙動の解明に関する研究

セラミックスは、本質的に脆く、その実用化のための最大の課題は脆性の克服にあり、それゆえ、本計画研究の目的は靭性の向上と評価にある。本計画研究では、新しい複合材料作製手法の開発、各種欠陥や微視組織の新しい非破壊計測手法、それら欠陥や微視組織と力学挙動の関連の特定などにより、さらに、他の計画研究班による破壊機構に関する物理学や新しいクライテリオンとの関連において無機系先端材料の靭性向上と評価法の原理を確立することを目指した。具体的には、(1)Al_2O_3、ZrO_2、これらに超微細SiC、TiCを分散させたナノ複合体、および、これらにSiC、Si_3N_4ウイスカ-を分散させた複合材を加圧マルチ雰囲気ホットプレス等を用いて製作した。(2)さらに、非酸化物系Si_3N_4、SiCを対象に、単体およびナノ複合材、ウイスカ-複合材を作製した。(3)精密超音波減衰法、超音波残留応力計測法、AE波形解析法など、セラミックスに適用する手法を新たに確立し、これにより、開発した材料についてマイクロクラック、空隙、空泡などの各種欠陥、相変態、微視組織などの定量検出を試みた。(4)これら非破壊計測手法・解析法により検出された諸欠陥、微視組織などと、破壊靭性、衝撃、熱衝撃などの力学挙動との関連を実験的に特定することを試みた。(5)複合材料の界面強度を定量評価を行った。(6)上記の結果から、さらに他の計画研究班との連携によって高靭性無機系複合材料開発の原理に対する考察を行った。
若年性癌患者の妊孕性温存のための基礎検討－血管新生促進基材を用いた卵巣皮下移植-

小児期から若年期にがんに罹患した患者のQOLの向上のため、妊孕性温存の選択肢について検討するべきという考え方が浸透しつつある。小児-若年がん患者に対する凍結融解卵巣移植による妊孕性温存は、未だ研究的レベルであるという認識であるものの、一方で他に選択肢がないために将来の技術の進歩を期待して保存されている症例も多くある。凍結保融解した卵巣の移植により生児を獲得するまでになかなか至らない原因の1つとして移植卵巣片に対して血流が充分でないためではないかと仮定し、移植卵巣片に積極的に血管新生を促進する戦略で研究を行った。小児および若年期にがんに罹患した患者の生存率は大きく向上した。その一方で、癌治療による性腺機能への不可逆的な影響が問題となっている。彼らのQOLの向上のために妊孕性温存の選択肢について検討するべきとの考え方が浸透しつつある。特に初経前の小児期女児における妊孕性温存の選択肢としては癌治療前に卵巣組織の一部を凍結保存する方法が唯一の方法である。凍結融解卵巣移植では、成熟卵子を得るまでに至らず、いまだ生児獲得は世界で23例のみの報告である。移植卵巣への血流改善・血管新生によって、組織生着および卵胞発育が促進され、成熟卵の効率的獲得が可能となると考え、近年の再生治療において臨床応用されている徐放剤による血管新生効果に注目した。本研究では、凍結卵巣移植のための徐放剤の導入・至適化について、マウスモデルにおける基礎的条件検討を目的とした。具体的には、マウス卵巣をマウスに移植する系において検討を行い、これにより徐放剤の至適化を一旦施行し、その後ヒト卵巣を免疫不全マウスに移植を行う系において徐放剤の至適化を改めて施行する。今年度は、マウス卵巣組織をガラス化法で凍結保存し、これを融解し、マウスに移植をした。卵巣組織片は凍結前後に組織の状態の評価としては、ニュートラルレッドを用いた超生体染色およびHE染色による評価を施行する事とし、これら方法を確立した。ヒト卵巣組織については緩慢凍結法で凍結保存をする事とし、凍結前後にマウス卵巣組織片と同様の方法で組織の評価を施行した。ヒト卵巣組織の提供について学内の倫理委員会に改めて申請を施行し、この承認を得た。がん治療は長足の進歩を遂げ、小児がんや若年性がんの経験者の長期生存は若年性がん患者の長期生存は珍しい事ではなくなった。しかし、がん治療のための化学療法や放射線療法により早発閉経や将来の妊孕性を失う事が少なくない。心理学研究において、寛解した若年性がんの経験者は治療10年後に自身に子供がいない事に対して後悔と怒りを感じるという事が報告されている。近年、多くの先進国において小児を含めた若年性がん患者のQOLの向上にために妊孕性温存の選択肢について説明するべきとの考え方が浸透しつつある。パートナーがいる女性の場合は、胚(受精卵)を凍結保存する事が技術的には最も安定している。パートナーがいない、もしくは女児の場合は未受精卵子の凍結保存もしくは卵巣組織の一部を凍結保存する方法しかない。初経前の女児では卵巣組織の凍結保存のみが唯一の選択肢である。未受精卵子の凍結保存はもはや実験的な手技ではないと2006年の米国生殖医学会から勧告された。しかしながら、生児獲得率は2.8-5.4%と胚凍結と比較して未だ充分な効率とはいえない。卵巣凍結は米国生殖医学会でも未だ研究レベルとされているものの、一方で他に選択肢がないために将来の技術の進歩を期待して保存されている症例も多くある。凍結保融解した卵巣の移植により生児を獲得するまでになかなか至らない原因の1つとして移植卵巣片に対して血流が充分でないためではないかと仮定し、移植卵巣片に積極的に血管新生を促進する戦略について研究を行った。血管新生を促すため物質Xを徐放する生体分解性物質を用いて作成したシートを作成し、凍結融解マウス卵巣組織をマウスに移植する実験系においてこれを最適化した。婦人科良性および悪性疾患により卵巣を摘出する患者から同意を得て提供された卵巣組織を凍結融解し、免疫不全マウスに移植する実験系においてこのシートをさらに最適化する事に成功した。医歯薬学近年、日本生殖医学会より社会的適応による未受精卵の卵子凍結による妊孕性温存に関するガイドラインが発表された事により、一般社会における妊孕性温存に関する認知度および関心度が高まった。一方で、各学会から医学的適応による妊孕性温存に関して、「妊孕性温存について考慮するべき」との会告がされているものの具体的な方針が示されているわけではない。本研究計画では、本基礎研究を基盤として、H28年度以降に臨床研究をめざすため、技術的な問題点だけでなく、臨床研究の開始までに、倫理的な問題点も議論する必要性が明らかとなった。

そこで、別の公的競争的資金を獲得し、妊孕性温存に係る倫理についての検討を本研究と並行して施行している。in-vitroの系において、徐放剤の検討を施行し、至適化を施行した。これを、実際にマウス卵巣をマウスに移植する系において検討を継続して行う。移植した卵巣組織片の評価は、ニュートラルレッドを用いた超生体染色およびHE染色にて検索を行う。移植卵巣組織片の血管新生の評価として、組織学的評価、移植卵巣片における卵胞発育の評価を、組織学的な評価に加え、血中Anti-Müllerian hormone (AMH)値、超音波下におけるリアルタイムの卵胞発育の評価を施行する。最終的な評価方法として、実際に移植卵巣組織片より採卵し、体外で成熟培養したものを授精させ、胚の発生状態を評価する。さらに精管結紮したオスマウスと交配させた偽妊娠マウスに対して得られた胚の移植を行い、妊娠と妊娠経過について検討を行う。これにより、マウス卵巣を用いたin-vivoの実験系における徐放剤の至適化を施行する。今年度はこれに加え、ヒト卵巣組織片を免疫不全マウスに移植する系においても検討を行う。評価方法としては、マウス卵巣組織を用いる系と同様に施行するが、移植卵巣片から採取した卵子の成熟段階を評価するまでとし、授精はさせない。研究は予定通り進み、残額は研究をより発展させるため、来年度予算と合算して試薬購入等をするため。試薬を購入予定。
光質による園芸作物の生育・外観品質・含有成分制御技術の開発

本研究では,野菜の生育,外観品質ならびに含有成分を人工光源によって制御することを目的として,1,安価な深夜電力を利用した補光による園芸作物の生育促進栽培技術の開発,2,人工光源による補光と養液栽培技術を組み合わせることによる園芸作物の品質の制御技術の実用化という2つのテーマについて検討した。テーマ1については,深夜電力の対照時間帯である午後11:00から午前6:00まで各種人工光源(白,黄,青)によるレタス,シュンギクの補光栽培試験を行った。その結果,レタスの場合,白色光の補光下で葉数および葉面積の増加が著しく生育促進効率が最も高くなった。一方,シュンギクの場合,白色光ならびに黄色光による補光の生育促進効果はほぼ同等であったが,黄色光による補光下では節間の伸長が促進され徒長した外観となった。いずれの作物においても青色光下では他の光源よりも徒長的外観にならなかったことから,白色光の場合,青色光の領域をある程度含んでいるため黄色光よりも徒長が抑制されたと推察される。テーマ2では,水耕ホウレンソウについて,収穫直前に培養液中の硝酸態窒素を除き同時に強力な光を夜間に照射することによって硝酸イオンの還元を促進し,短期間で葉中硝酸イオン濃度を低減させることを検討した。培養液中硝酸態窒素除去後の硝酸イオン濃度は,夜間補光によって大きく低下し,処理後2日目で4500ppm以下となった。植物体中硝酸イオン濃度低下促進効果は補光強度に比例し,150μmol・m^2・s^4以上の光強度で十分な効果を発揮した。硝酸態窒素除去後ホウレンソウの生育は停止したが,補光により短期間に硝酸イオン含有量を低下させることができることからこの処理による収量への影響は少ないものと考えられ,補光と硝酸態窒素除去処理の組み合わせによって,収量を維持したまま葉中硝酸イオン濃度低減というホウレンソウの品質向上を達成することができた。
東アジア沙漠地帯における黄砂バイオエアロゾルの発生過程とその越境輸送ルートの解明

研究目的:黄砂や煙霧とともに微生物群(バイオエアロゾル)がアジア大陸から日本へ風送され,その環境影響に学術的関心が集まっている。しかし,黄砂の主要発生源であるゴビ沙漠(モンゴル:蒙)での調査は手薄であるとともに,沙漠由来の風送微生物と汚染大気との混合状態についても不明な点が多い。本申請では,日中韓蒙で,ゴビ砂漠を含めた東アジアを網羅する集中観測を行い,大気微生物の発生源と越境輸送ルートを理解する伴に,生理学実験・疫学的調査によって,その生態・健康影響の解明に取り組んでいる。実施内容:黄砂発生地から飛来ルートを網羅する日中韓蒙の観測サイト(11箇所:特にモンゴル、中国甘粛省、能登半島)において,気球,ヘリコプターおよび山岳積雪を使った集中大気観測を実施し,黄砂煙霧の発生に同調させながら,環境データ収集と大気粒子の採取を行った。培養を経ない遺伝子分析法によって,大気粒子に含まれる微生物叢の群集構造を系統分類学的に解析できたため、現在,環境データと照合して,大気微生物の発生源と越境輸送ルートを考察しつつある。未知微生物種の集積培養では、長距離輸送される可能性のある真菌株を入手でき,動物・培養実験によって、気管支炎やアレルギー症状の誘発を実証するに至った。黄砂に含まれる氷核活性微生物が、春の氷雲形成への関与する可能性も見出し,気候変動への影響も示唆された。成果:本研究成果は,申請者らが主催するバイオエアロゾルシンポジウム(2018年で第11回)で発表し,異分野研究者及び行政関係者と交流した。また,異分野研究(医・農・薬・社)分野にまたがり,種々の学会,招待講演や市民向けシンポジウムで頻繁に研究発表し,学術論文も国内外の専門学術誌に報告した。また,展望があり話題性の高い研究として,テレビ報道でも取り上げられ,内容を一般向けに咀嚼し,社会への情報公開にも努めている。黄砂発生地から飛来ルートを網羅する日中韓蒙の観測サイトを使って,気球,ヘリコプターおよび山岳積雪を併用した大気観測を施行し,黄砂と煙霧(越境汚染)の発生に同調させながら,環境データ収集と大気粒子の採取を,予定通り実行できた。培養を経ない遺伝子分析法(超並列シーケンサー解析)によって,採取した大気粒子試料に含まれる微生物叢の群集構造を,遺伝子レベルで解析し,環境データを交えた詳細な解析によって,大気微生物の発生源と越境輸送ルートの特定を進めつつある。その成果の一部は,Atmospheric Chemistry and Physicsに論文発表した。更に,長距離輸送される可能性のある真菌株を分離培養することに成功し,分離株のアレルギー誘発と増悪を,動物・培養実験によって実証できた。今後,分離株の株数を増やすことで,黄砂と煙霧とともに越境輸送される微生物の健康被害を網羅的に解明できる兆しが出てきた。さらに,越境輸送される微生物が,氷核として働き雲形成に関わる可能性も突き止め,気候変動への影響が示唆された。よって,観測研究も順調に進み,研究成果も上がっていると判断した。平成29年度に引き続き,日中韓蒙での大気観測を続行し,黄砂飛来ルート上の大気試料を同時に捕える(6月まで実施)。大気粒子試料を増やすとともに,試料に含まれる大気微生物群のゲノム情報を増やし,中国他陸から日本へと風送される間の微生物群集構造(種組成)の変化を,一般化できるレベルまでに解析を進める。また,試料に含まれる全ゲノム解析も実施し,遺伝子レベルで,真菌と細菌の潜在的な機能(病原性や氷核活性,ストレス耐性など)を検証する。黄砂と煙霧とともに越境輸送されると見なせる微生物種(長距離輸送種)については,本種を環境試料中から蛍光顕微鏡下で識別できる検出系(FISH法),および一細胞をも検出できる遺伝子定量法(定量PCR法)を確立し,日中韓蒙で採取した実大気試料を使用して,越境輸送微生物の自然界での動態と分布を明らかにする。大気試料から分離される微生物株を増やし,生理学実験や動物実験を使って,微生物株の環境・生体への影響を評価する。さらに,疫学的調査のデータと微生物の動態を比較することで,越境輸送微生物がヒト健康に及ぼす影響(気管支喘息,アレルギー,下痢・嘔吐等)を明らかにする。

黄砂に含まれる氷核活性微生物が、春の氷雲形成への関与する可能性も見出し,気候変動への影響も示唆された。成果:本研究成果は,申請者らが主催するバイオエアロゾルシンポジウム(2018年で第11回)で発表し,異分野研究者及び行政関係者と交流した。また,異分野研究(医・農・薬・社)分野にまたがり,種々の学会,招待講演や市民向けシンポジウムで頻繁に研究発表し,学術論文も国内外の専門学術誌に報告した。また,展望があり話題性の高い研究として,テレビ報道でも取り上げられ,内容を一般向けに咀嚼し,社会への情報公開にも努めている。黄砂発生地から飛来ルートを網羅する日中韓蒙の観測サイトを使って,気球,ヘリコプターおよび山岳積雪を併用した大気観測を施行し,黄砂と煙霧(越境汚染)の発生に同調させながら,環境データ収集と大気粒子の採取を,予定通り実行できた。培養を経ない遺伝子分析法(超並列シーケンサー解析)によって,採取した大気粒子試料に含まれる微生物叢の群集構造を,遺伝子レベルで解析し,環境データを交えた詳細な解析によって,大気微生物の発生源と越境輸送ルートの特定を進めつつある。その成果の一部は,Atmospheric Chemistry and Physicsに論文発表した。更に,長距離輸送される可能性のある真菌株を分離培養することに成功し,分離株のアレルギー誘発と増悪を,動物・培養実験によって実証できた。今後,分離株の株数を増やすことで,黄砂と煙霧とともに越境輸送される微生物の健康被害を網羅的に解明できる兆しが出てきた。さらに,越境輸送される微生物が,氷核として働き雲形成に関わる可能性も突き止め,気候変動への影響が示唆された。よって,観測研究も順調に進み,研究成果も上がっていると判断した。平成29年度に引き続き,日中韓蒙での大気観測を続行し,黄砂飛来ルート上の大気試料を同時に捕える(6月まで実施)。大気粒子試料を増やすとともに,試料に含まれる大気微生物群のゲノム情報を増やし,中国他陸から日本へと風送される間の微生物群集構造(種組成)の変化を,一般化できるレベルまでに解析を進める。また,試料に含まれる全ゲノム解析も実施し,遺伝子レベルで,真菌と細菌の潜在的な機能(病原性や氷核活性,ストレス耐性など)を検証する。黄砂と煙霧とともに越境輸送されると見なせる微生物種(長距離輸送種)については,本種を環境試料中から蛍光顕微鏡下で識別できる検出系(FISH法),および一細胞をも検出できる遺伝子定量法(定量PCR法)を確立し,日中韓蒙で採取した実大気試料を使用して,越境輸送微生物の自然界での動態と分布を明らかにする。大気試料から分離される微生物株を増やし,生理学実験や動物実験を使って,微生物株の環境・生体への影響を評価する。さらに,疫学的調査のデータと微生物の動態を比較することで,越境輸送微生物がヒト健康に及ぼす影響(気管支喘息,アレルギー,下痢・嘔吐等)を明らかにする。
組織幹細胞の放射線応答動態から捉えた低線量放射線影響の発現機構の解明

組織を維持する幹細胞の遺伝子変異が原因で発がん過程に進展すると考えられている。放射線は細胞に確率的に突然変異をもたらすため、がん化を促進する要因となりうる。しかし、低線量率被ばくは、疫学研究からも発がんリスクの増加が認められず、傷ついた幹細胞が少ないことを反映していると考えられた。そこで、本研究は、がんの標的となる組織幹細胞に着目し、放射線応答動態の指標として幹細胞におけるDNA損傷修復動態や増殖活性を評価した。組織構造を維持したまま、DNA損傷や細胞動態を評価する実験系を構築して放射線応答を調べたところ、組織幹細胞ではDNA損傷が効率的に修復されることを明らかにした。本研究は、放射線を受けた組織の中で、がんの標的となる組織幹細胞に着目し、放射線により傷ついた幹細胞が組織から排除されるか蓄積するかを明らかにするため、放射線応答動態の指標として様々な状態の幹細胞におけるDNA損傷修復動態や増殖活性を評価することを目的としている。放射線発がんのターゲットとして腸管に着目し、高感度in situ hybridizationと免疫組織化学染色を組み合わせ、組織におけるさまざまな腸管幹細胞を識別して、DNA損傷修復タンパクや増殖マーカーなどの発現分布と時間経過を明らかにするため、平成25年度は、腸管幹細胞マーカーとして知られるLgr5幹細胞の放射線照射後のDNA損傷修復動態を明らかにすることを計画した。本研究では、組織における細胞個々のDNA損傷や動態を、幹細胞や前駆細胞などさまざまな細胞の種類を区別して蛍光で同時観察する場合に、少なくとも4種類の蛍光を同時に観察することが必要であった。そこで、平成25年度は、まず弊所で使用している3種類の蛍光を観察できる共焦点レーザー顕微鏡に対して、赤外レーザーユニットを追加実装し、同じ試料に対して4種類の蛍光を観察できる実験環境を整えた。また、組織レベルでの細胞動態を評価するためには、従来行われている組織切片の評価では立体的な組織構造を考慮した定量的な評価ができず、細胞の一断面のみの観察に限られるため、組織レベルの理解が難しい状況にあった。そこで、本研究では、腸管組織の、特に幹細胞を含むクリプト部分のホールマウント蛍光免疫染色法を確立した。これらの手技を用いて、平成26年度以降に放射線を受けた幹細胞におけるDNA損傷や細胞増殖・細胞死を含む細胞動態を評価し、がん化の初期過程である影響の蓄積性を評価する。本研究は、放射線を受けた組織中において、がんの標的と考えられる組織幹細胞に着目し、放射線により傷ついた幹細胞が組織から排除されるか蓄積されるかを明らかにするため、放射線応答動態の指標として様々な状態の幹細胞におけるDNA損傷修復動態や、増殖活性を評価することを目的としている。計画では、組織のin situでのDNA損傷修復を評価する予定であったが、組織切片では組織構造が緻密であり個々の細胞構造が明確に観察しにくいため、組織ホールマウント染色による観察する手法を試みてきた。また、本年度は、細胞一個レベルでのDNA損傷を定量的に評価するために、フローサイトメーターを用いた細胞の分離についても検討した。本研究においてLgr5陽性幹細胞はEGFPの発現レベルによって区別できる動物を用いているため、フローサイトメーターを用いることで、Lgr5陽性幹細胞のDNA損傷レベルを評価することが可能になる。しかし、放射線照射によってEGFPを発現するLgr5陽性幹細胞が増減する可能性があったため、放射線照射後の幹細胞の存在比を明らかにした。タモキシフェン投与によってLgr5陽性幹細胞でのみCre/loxP組換えが起こるマウスを用いて、タモキシフェン投与直後に組換えが起こる細胞集団を調べると、EGFPを高発現する細胞であることが分かった。そこで、マウスに1 Gyの高線量率X線を急性照射して6, 24, 48時間後にEGFPを高発現する集団の割合を十二指腸と大腸とで比較したところ、十二指腸では細胞集団が照射24時間で減少したが、照射48時間後でプールの回復が認められた。一方、大腸では、照射後48時間が経過しても集団が減少したままであった。この知見は、当所がこれまでに得ていた大腸のLgr5陽性幹細胞の放射線高感受性と相関しており、これが幹細胞プール補充の引き金になる可能性があり、損傷の蓄積性と関係する可能性が示唆された。本研究は、放射線を受けた組織中において、がんの標的と考えられる組織幹細胞に着目し、放射線により傷ついた幹細胞が組織から排除されるか蓄積されるかを明らかにするため、放射線応答動態の指標として様々な状態の幹細胞におけるDNA損傷修復動態や、EdUやリン酸化ヒストンH3などをマーカーに増殖動態を評価してきた。当初は、組織のin situでのDNA損傷修復を評価する予定であったが、組織切片では組織構造が緻密であり個々の細胞構造が明確に観察しにくいため、組織ホールマウント染色による観察法やフローサイトメーターを用いた細胞の解析を進めた。本研究では、Lgr5陽性幹細胞におけるDNA損傷レベルを定量的に評価するために、二本鎖切断のマーカーであるγH2AXを蛍光標識することで、そのLgr5幹細胞における蛍光強度を定量することが可能になった。蛍光強度が高い分画について、ソーティングした細胞を画像解析したところ、実際にDNA二本鎖切断部位にフォーカスが形成されていることを確認できた。また、DNA損傷修復タンパクや細胞動態を評価する際の多重免疫組織化学染色で同時に使える抗体が限られている問題があったが、チラミドによる染色により、組織中のDNA損傷修復を細胞動態と同時に評価することが可能になった。このようなさまざまな実験系の確立をもとに、さまざまな線量を照射した場合の幹細胞におけるDNA損傷修復および細胞動態について得られた成果をまとめた。

組織を維持する幹細胞の遺伝子変異が原因で発がん過程に進展すると考えられている。放射線は細胞に確率的に突然変異をもたらすため、がん化を促進する要因となりうる。しかし、低線量率被ばくは、疫学研究からも発がんリスクの増加が認められず、傷ついた幹細胞が少ないことを反映していると考えられた。そこで、本研究は、がんの標的となる組織幹細胞に着目し、放射線応答動態の指標として幹細胞におけるDNA損傷修復動態や増殖活性を評価した。組織構造を維持したまま、DNA損傷や細胞動態を評価する実験系を構築して放射線応答を調べたところ、組織幹細胞ではDNA損傷が効率的に修復されることを明らかにした。DNA二本鎖切断修復タンパクである53BP1分子の局在を指標として、組織レベルのDNA損傷修復を評価することができ、放射線照射後の傷が時間と共に速やかに修復される様子が観察された。フローサイトメーターを用いた幹細胞の分画も可能となったため、今後は、幹細胞分画ごとのDNA損傷修復動態を明らかにすることができる。放射線生物学これまでは蛍光タンパクによる観察が可能であったLgr5陽性幹細胞を中心に評価してきたが、幹細胞の放射線照射後の動態を理解するためには、放射線抵抗性の上位幹細胞におけるDNA損傷を評価する必要がある。しかしながら、これらは存在比が限りなく小さく、組織レベルの解析では定量的な評価が困難であると考えられた。そこで、個々の細胞の遺伝子発現をin situ hybridizationさせつつ、フローサイトメトリーで大量に解析する技術を用いて、さまざまな幹細胞マーカーにおいてDNA損傷修復が検出できるか、それらが蓄積するか排除されるのかを明らかにする研究を進める。現段階では、評価する幹細胞をin situ hybridizationによって検討するところまでは至っていない。しかし、組織幹細胞を組織構造を維持したまま観察する手法を確立できたことにより、組織レベルのDNA損傷や細胞動態を追跡することが可能となり、研究計画はおおむね順調に進展している。消耗品の購入が一部にとどまったことと、成果発表のための旅費を使用していないために次年度使用額が発生した。腸管組織に存在する、幹細胞とそれ以外の細胞におけるDNA損傷および細胞増殖・細胞死様態を明らかにするため、蛍光免疫染色で染色した立体固定標本を共焦点レーザー顕微鏡によって画像取得し、画像解析を進める。また、現時点ではLgr5陽性幹細胞のみの評価が可能であるが、in situ hybridizationや蛍光免疫染色によって、さまざまなマーカーの幹細胞について画像取得が可能であるか、定量的な評価が可能であるかを検討する。これにより、放射線照射後の幹細胞に対する障害の蓄積度を評価し、組織回復時の細胞動態について明らかにする予定。最終年度には解析に必要な消耗品の購入や成果発表のための旅費に使用することで、計画通りに研究を実行する予定である。
水素-重水素交換質量分析法によるカチノン系危険ドラッグの構造解析

研究目的危険ドラッグの乱用が大きな社会問題となっている現在、主要な危険ドラッグであるカチノン類の迅速かつ正確な同定が必要不可欠となっている。そのためには、ESI-マススペクトルによる構造解析が重要であるが、カチノン類のアミン構造(1級、2級、3級)の違いにより、各々に特徴的なフラグメントが観察される事が期待され、アミン構造に由来するピークを解析する事は構造解析を行う上で非常に有効となる。そこで今回、カチノン類のアミン部分あるいは水酸基部分に結合している水素原子(H)を重水素原子(D)で置換する水素・重水素交換(H-D交換)質量分析法を用いたESI-スペクトルの解析を行う事で、前記構造に特徴的なフラグメントの探索とその生成機構の解明をめざした。研究方法カチノン類のうち、アミン部分が1級、2級、3級のものをそれぞれ選定し、標準品を合成し、そのESI-マススペクトル及び各プロトン化分子をプリカーサイオンとしたプロダクトイオンスペクトルを測定した。更に、各化合物を、重水中で処理することによりN原子に結合したH原子をD原子に変換した後、同様にESI-マススペクトル及びプロダクトイオンスペクトルを測定した。研究成果カチノン類は、アミン部分が1級及び2級のものは脱水ピークが観察されたが、3級のものは脱水ピークは観察されなかった。また、各カチノン類とそれぞれを重水処理した化合物、即ち各N原子に結合したH原子をD原子に変換した化合物から得られたマススペクトルを比較したところ、N原子に結合するH原子が、脱離する水分子のHを構成していることが判明し、ESIで生成するカチノンのプロトン化分子は、脱水反応の際、N原子に結合したH原子を取り込んで脱水反応を引き起こし、フラグメントイオンとして脱水ピークを生成することが判明した。
イソシアニドをC1成分とする新規触媒反応の開発

イソシアニドは形式的に二価の炭素原子を持ち、炭素原子上に一対の不対電子と空の軌道を持つ分子である。従って、その構造から、求電子的または求核的にも反応する可能性がある。しかし、これまでの反応ではイソシアニドは求核的に反応する例がほとんどである。逆にイソシアニドが求電子的な反応性を示すのは、RLiやEMgXやZnR_2などの強い求核剤を用いたときのみである。これは、イソシアニドの求電子性が低いためであると考えられる。そこで、イソシアニドをルイス酸により求電子的に活性化することで弱い求核剤、特に芳香族化合物との反応が進行するのではないかと考えた。実際、ルイス酸-イソシアニド錯体が、ホウ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンで知られているが、それらを有機合成へと応用した例はない。種々検討を行った結果、ルイス酸存在下、求核剤にインドールを用いた場合に、付加が進行し、インドールの3位の炭素-水素結合へのイソシアニドの挿入した生成物が得られることを見出した。ルイス酸としては、AlCl_3, GaCl_3, In(OTf)_3などの13族元素を含むもので良好な結果が得られた。これまで芳香族化合物の炭素-水素結合へのイソシアニドの挿入反応は、光照射下での例及び、特殊な基質を用いた分子内での環化反応が1例、それぞれ報告されているのみであり、その一般性は低い。そこで、われわれの見出した、インドール炭素-水素結合へのイソシアニド挿入反応は芳香族イソシアニドやベンジルイソシアニドなど、様々な置換基を持つイソシアニドで良好に反応が進行することがわかった。さらに、インドール以外にも、ピロール、チオフェンや1,3,5-トリメトキシべンゼンなど種々の電子豊富な芳香環が適用可能であることがわかった。有機合成化学においてアセタールは重要な官能基である。しかし、その反応形式は専らアリルシランを用いたアリル化やエノールシリルエーテルとのアルドール型反応などの求核置換反応である。これに対し、アセタール炭素-酸素結合への形式的な挿入反応の例は数例しか報告されていない。我々は、これまでに、塩化ガリウム触媒を用いた環状アセタールの炭素-酸素結合間へのイソシアニドの触媒的挿入反応を報告している。しかし、この触媒系では非環状アセタールを基質として用いると、目的の挿入反応はほとんど進行しなかった。本研究では、トリフルオロメタンスルホン酸を触媒として用いると、温和な条件で非環状アセタールでも挿入反応が進行することを見出した。本反応は官能基許容性が高く、エステル基、シアノ基、ニトロ基などを持つ基質にも適用できる。さらにベンズアルデヒド由来のアセタールだけでなく、複素環や脂肪族アセタール、THPエーテルなども用いることができる。また、本反応を利用して、アルデヒドから1炭素増炭したα-アルコキシエステルをワンポットで合成することができる。すなわちベンズアルデヒド、イソシアニド、TMSOEtのトルエン溶液に触媒量のトリフルオロメタンスルホン酸を加えて2時間反応させた。最後に塩酸を加えて撹拌するとα-アルコキシエステルが2段階で67%の収率で得られた。これまでに例のないアセタールのカルボニル化を形式的に達成できたといえる。