hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ca^<2+>-非依存性ホスホリパーゼA_2活性調節因子としてのATPの意義

本研究は、耳下腺分泌顆粒(SG)のCa^<2+>-非依存性ホスホリパーゼA_2(SG-PLA_2)活性制御機構について、活性上昇効果を認めたATPの作用機序を中心に検討したものである(Mizuno-Kamiya et al., Biochim. Biophys. Acta,投稿中)。PLA_2活性の制御機構としては、近年多くの細胞でGTP-結合タンパク質(G-タンパク質)の関与が提唱されている。しかし本実験系では、(1)ATPに比較してGTPのSG-PLA_2に対する活性上昇効果が低いこと、(2)G-タンパク質の機能発現に必須であるMg^<2+>を反応系から取り除いても、ATPの効果が低下しないことから、ATPがGTPアナログとして機能している可能性はほぼ除外できた。またプロテインキナーゼAの活性化因子であるcyclic AMPや、プロテインキナーゼCおよびカルモジュリンキナーゼ系の活性発現に必須であるCa^<2+>の添加は、ATPの活性上昇効果を増強せず、非選択的かつ強力なプロテインキナーゼ阻害剤のK-252aも、ATPの効果を全く阻害しなかった。従って、ATPがプロテインキナーゼ類の基質として作用している可能性も少ない。一方、SG膜から可溶化したSG-PLA_2に対しても、ATPは可溶化前と同程度の活性上昇効果を示した。以上の結果を総合すると、ATPのSG-PLA_2に対する活性上昇作用は、ATPを基質あるいは補欠分子とする一連の酵素系を介するものではなく、直接酵素タンパク質に作用している可能性が示唆された。本酵素の生理的意義としては、その代謝産物である遊離脂肪酸が、in vitroで膜融合調節作用を示すことから、開口分泌との関連性が注目される(Mizuno-Kamiya et al., 1995, J. Biochem., 118, 693-699)。今後、分泌刺激時の細胞内ATP濃度と本酵素活性の変動を追跡することで、ATPによるSG-PLA_2の活性化の意義がさらに明確になるものと思われる。
大規模天然ダム決壊危険度評価法の高度化と災害軽減対策への適用

2017年度実施された研究内容が以下に纏められる.1) 2008年中国四川大地震時に形成された唐家山および東河口天然ダムの堤体に対して,高密度電気探査を実施し,ダム堤体の比抵抗および今まで得られたS波速度構造を併用し,ダム堤体の内部構造を解析した.また,地すべり土塊の運動過程と内部構造との関係を分析した.これらの結果を纏めた論文は現在投稿中である.2) 50gの遠心力場において,異なる力学特性を持つ土試料で作成されたダム堤体に対して,異なる給水流量下での天然ダム決壊実験を実施した.その結果,透水係数の大きい土砂により形成された天然ダムにおいては,ダム湖の水位の上昇に伴って,ダム堤体内において浸透流が発生し,堤体の末端から,パイピング浸食およびそれに伴う崩落現象がゆっくりと繰り返して発生した.崩壊した土砂は短い距離を移動した後に,堆積した.それによって,斜面の末端から緩い斜面が形成され,斜面の安定性を上昇させたと考えられる.最後には,越流が発生し,ダム堤体が急速に浸食され,決壊した.一方,細粒分の多い試料で作成したダム堤体において,浸透流によってダム堤体の下流斜面において急速な後退性崩壊が発生した.場合によって移動した土砂が高い水圧の発生によって流動化した現象も観測された.また,越流が発生した場合には,いずれの実験においては,ダム堤体が急速に浸食され,決壊に至ることがわかった.3) 2004年に徳島県那賀町阿津江地区で発生した大規模地すべり地にて,高感度地震計を設置して稠密な地震観測を行い,地震時の斜面安定特性および大規模天然ダムの形成危険度を調査した.これにより有益な結果が得られた.1.開発した剛性土槽および制御装置が故障なく,遠心場における実験は順調に実施されている.2.中国の共同研究者による強力な協力で,いくつかの大規模天然ダム堤体における高密度電気探査が実施できた.これらにより貴重なデータが得られた.3.3D DDA-SPH固体と流体の連成手法を用いた天然ダムの数値シミュレーション技術の開発が順調で,事例解析などを通じて,提案手法の有効性も検証されている.4.ニュージーランドの共同研究者が,Kaikoura地震時に形成された天然ダムに関する長期+詳細的な調査経費が得られて,これらの天然ダムに関する詳細な調査情報が得られることとなった.1.ニュージーランドの共同研究者と連携して,Kaikoura地震時に形成された天然ダムの安定性を調べる.2.遠心力場でのダム決壊実験を継続し,異なる内部構造や力学特性をもつダム堤体の決壊過程を調べて,解明する.また,撥水剤の注入によるダム堤体における越流浸食・急激決壊過程を回避する工法を調査し,開発する.3.2008年中国四川大地震時に地すべり発生地域における大規模天然ダム決壊実験を実施し,遠心場において得られた結果と対比し,天然ダム堤体の決壊危険度予測法を開発する.現地調査・計測,室内土層実験と数値解析を実施した結果を以下に纏める.キルギスの天然ダムに対する現地調査を実施した結果,天然ダムを形成する地すべり土塊の地質や運動過程及び河川の流量によって,ダムの安定性及び崩壊過程が異なることと,岩盤崩壊により形成された天然ダムにおいては,透水性が高くて漏水が発生しやすいため,越流浸食破壊が発生しにくいことが分かった.2008年四川大地震時に形成され唐家山天然ダム及び2011年に紀伊半島の豪雨により形成された栗平天然ダムに対する現地調査を行った結果,ダム堤体が地すべり移動土塊により形成されたものであるため,豪雨時の越流によりダム堤体において激しい洗掘が発生し,ダム堤体の上に実施された対策施設が壊されやすいことが分かった.長殿天然ダム堤体に対して,高精度表面波探査,2-SPAC微動調査及び高密度電気探査を実施した.その結果,堤体上層5-15mの土層は,Vs値が低く,軟質なシルトや礫混じり粘土からなると推測される.それより下部の土層は,Vsが大きいため,礫や玉石混じり土からなると推測される.堤体の表層部では,上流側から下流側にかけて水平な土層構造を呈している.また,電気探査により得られた比抵抗分布図が現有のボーリングデータおよび表面波探査の結果と良好な対応関係を示した.崩土の流下・堆積過程を精度良く再現するために,2015年4月にネパール・ゴルカ地震時に発生した,トリスリ川河岸斜面での地すべりに伴う土砂の流下,堆積過程をMPS法によって再現することを試みた.また,室内模型実験を行った結果,天然ダム形成後の水位上昇速度が堤体の飽和度に影響し,ダムの崩壊型を左右することが分かった.また,ダム堤体下流側における崩壊が発生する前後に,ム堤体内部の水圧が変化し,これらの変化とダム堤体における土層の破壊過程を相互影響することが明らかになった.購入予定の電気探査装置の納品が計画よりちょっと遅れたが,交付申請書に記載した研究目的達成のために,同申請書に記載した事項を概ねに達成した.今年度においては,主として,現地調査および室内実験が実施された.その結果は以下に纏める.熊本地震により形成された天然ダムに対して,現地調査を実施し,ダム堤体の形成および決壊過程を調べた.

また,急勾配河川に形成された天然ダムの破壊機構を解明するために,堤体模型を水槽内に作成し,この堤体を構成する材料,堤体内部の初期飽和度,および水槽傾斜角度を変化させ,ダム上流部(湛水池)の水位上昇による堤体の破壊実験を実施した.これにより,湛水池の水位の上昇やダム堤体の破壊に伴う堤体内部における水分・水圧の変化,堤体土層の変位,および破壊様式の関係から,天然ダムの破壊機構について検討した.遠心力場において,遠隔操作により一定流量で堰止め湖の水位を上昇させ,天然ダム堤体の決壊危険度を研究する剛性土槽を開発した.この土層に天然ダム模型を作成し,50gの遠心場でタム堤体の決壊に関する予備実験を実施した.中国四川大地震時に形成された天然ダムの現状を調査し,時間の経過に伴うダム堤体の形状や内部構造などの変化を調べた.また,中国黄河上流域における古い天然ダムの形成・決壊時期と喇家遺跡の形成関係について調べた.2016年ニュージーランドKaikoura地震により形成された天然ダムに関する現地調査を実施し,天然ダムの形成場所と地震断層との関係,天然ダムの決壊危険度変化などについて調べた.平成28年7月,重力場での土層実験を行っていたところ,4月に発生した熊本地震により形成された天然ダムがその後の豪雨で決壊したとの情報を得た.天然ダムの形成過程および決壊機構の解明には,この現象を踏まえた上で重力場での土層実験を行う必要があると考え,熊本の天然ダム調査および研究方法の再検討を追加で実施した.それにより,予定された遠心場での実験研究が遅れた.繰り越した経費で,遠心場で一定流量で堰止め湖の水位を上昇させる剛性土槽が開発され,50gの遠心場でタム堤体の決壊に関する予備実験が実施された.2017年度実施された研究内容が以下に纏められる.1) 2008年中国四川大地震時に形成された唐家山および東河口天然ダムの堤体に対して,高密度電気探査を実施し,ダム堤体の比抵抗および今まで得られたS波速度構造を併用し,ダム堤体の内部構造を解析した.また,地すべり土塊の運動過程と内部構造との関係を分析した.これらの結果を纏めた論文は現在投稿中である.2) 50gの遠心力場において,異なる力学特性を持つ土試料で作成されたダム堤体に対して,異なる給水流量下での天然ダム決壊実験を実施した.その結果,透水係数の大きい土砂により形成された天然ダムにおいては,ダム湖の水位の上昇に伴って,ダム堤体内において浸透流が発生し,堤体の末端から,パイピング浸食およびそれに伴う崩落現象がゆっくりと繰り返して発生した.崩壊した土砂は短い距離を移動した後に,堆積した.それによって,斜面の末端から緩い斜面が形成され,斜面の安定性を上昇させたと考えられる.最後には,越流が発生し,ダム堤体が急速に浸食され,決壊した.一方,細粒分の多い試料で作成したダム堤体において,浸透流によってダム堤体の下流斜面において急速な後退性崩壊が発生した.場合によって移動した土砂が高い水圧の発生によって流動化した現象も観測された.また,越流が発生した場合には,いずれの実験においては,ダム堤体が急速に浸食され,決壊に至ることがわかった.3) 2004年に徳島県那賀町阿津江地区で発生した大規模地すべり地にて,高感度地震計を設置して稠密な地震観測を行い,地震時の斜面安定特性および大規模天然ダムの形成危険度を調査した.これにより有益な結果が得られた.1.開発した剛性土槽および制御装置が故障なく,遠心場における実験は順調に実施されている.2.中国の共同研究者による強力な協力で,いくつかの大規模天然ダム堤体における高密度電気探査が実施できた.
台湾経済発展に関する理論的実証的総合研究-東アジア経済の発展と展望に関連づけて

二年度にわたる研究の成果を要約すると、つぎの通りである。1.台湾経済発展の本質は資本主義的発展である。したがってアジアNIEsとは、日本のあとに資本主義的発展をとげ、それに成功しつつある地域であるといいかえられる。2.台湾がNIEsとして発展できた条件は、第一にその歴史的社会的経済段階の基礎をもっていること、第二に豊かな人的資源をもつ点である。この点は多くの低賃金労働をもつという意味ではなく、主として高いレベルの教育が普及していることのほかに、人びとの営利的行為に対する積極的態度であり、そこから生まれる独特の経済活力を指す。第三に戦後東アジアに特有の地政学的、政治的要因と社会変動、国際環境の有利性および開発政策の適合性などがあげられる。3.これらの要因を背景にして、途上国では概して停滞している中小企業が、家族的経営を中心に、輸出を指向して発展している。しかし一方で、大企業または巨大企業に発展しにくい事情がある。それは膨大な官営企業および官営金融機関の存在である。およそほとんどの基幹産業と主要金融機関が官営であり、この官業独占体制が台湾資本主義の一層の発展を阻害している。4.対外的には、台湾経済は日米両国経済との緊密な関係なしには発展しない構造になっている。資本、技術、市場を大きく日米に依存しており、これからもこの関係を維持していかざるをえない。5.近年、外貨保有高過剰、元高、金余り、インフレ、そして労働組合運動、環境公害反対運動の激化等の諸問題に当面している。したがって高蓄積低投資→海外投資プレッシャー→産業高度化不調の矛盾を抱えている。1.本年度の研究により得られた新たな知見と成果(1)問題意識と分析の枠組:台湾経済発展のマクロ的パーフォマンスが,他のアジアNICsに比べて特に優れているのはなぜか.その要因は,国際環境の条件がほぼ等しいとみるならば,これを内在的要因に求めるほかない.この点で,台湾における歴史的,社会的な商品経済の発展基盤の厚さが際立っている.古くから商業的農業および農産加工品の対外貿易が発展した.その基盤の上に商人資本の蓄積が発達し,戦後の経済発展の基本的土台となっている.戦後にみられる高度成長は,清末期,日本領有期についで,この一世紀来,三度目のものである.同時に,それらが対外貿易に主導された発展である点においても共通している.したがって,発展の構造とメカニズムを分析する枠組として,つねにその外圧性と内発性,対外的循環と対内的循環の二つの側面をみきわめる複眼的視点を必要とする.(2)従来の研究に空白を埋めた部分:台湾経済において中小企業が著しく発展していること,またそれが輸出の主要な担い手になっていることについては,あまり知られていない.そして中小企業を支えている非制度金融の実態,このほか,台湾経済の特殊要因である華僑資本の性格についての研究が乏しい.本年度は,この空白部分に焦点をあてて研究し一定の成果を収めた.2,図書資料の集収状況商工業センサス報告が非売品扱いにされているため,その集収方法に苦慮しているほかは,ほぼ所定計画の6割方を達成した.残る4割は次年度の計画で引き続き集収を行う予定である.3,研究会活動については,計画通り,合計4回(8日間)会合をもち,8つのテーマについて研究討論を行った.本年度は当初の計画通り、研究会を5回(延べ7日間)行ない、7つのテーマについて研究討論を行なった。終年度としてえられた新たな知見と成果をまとめると、つぎの4点である。1.台湾経済はNIEs的発展をとげたが、内部から考察すると、資本主義的発展の概念範囲で把握できることが確認された。いいかえれば、日本資本主義を分析した方法で大体台湾経済をも分析できることである。

2.しかし、今日の世界史的条件はすでに20世紀前半のそれとはちがい、台湾資本主義は大きく外国資本および国際本場に依存する形でしか経済発展をとげることがてぎない。したがって、一国資本主義的分析では把えきれない。別の角度からみれば、国民経済としての台湾経済は、世界経済のサブシステムとして動いている。この意味ではウオーラーステイン(Wallerstein,Immanuel)の世界システム視点から台湾経済を把えてみる必要がある。この視点はNIEsの分析に一般化できる。3.そこで台湾資本主義の特徴を考えると、端的にいって華僑資本的である。いわゆる華僑資本の特徴とは、第一に個人と家族を中心とする中小経営であること、第二に流通、金融の資質に優れていること、第三に国際性、移動性、そして非政治性であることである。いいかえれば、中小企業でありながら国際市場を舞台にして活躍する、活気に満ちた経済である。これが台湾経済の特徴でもある(非ナショナリスチック)。4.その結果、現段階の台湾資本主義は、産業資本の確立がみられるが、つぎの発展段階である金融資本への移行が進まない状態のもとで、資本輸出(海外投資)がはじまり、産業の空洞化現象がおきている。展望としては、工業化が一段と進むのではなく、国際貿易・金融のサービス部門へと産業の重心がシフトする動向がみられる。
結晶におけるレーザー照射による物性発現と制御に関する理論的研究

本研究ではレーザー照射による酸化物高温超伝導体における電子移動および酸素原子再配列に関する理論的研究を行った。(1)銅酸化物高温超伝導においてCu-O鎖の再配列銅酸化物高温超伝導においてCu-O鎖の再配列に対するクラスターモデルを用いて量子化学計算を行った結果、酸素イオンが直線上に再配列した場合は準安定状態になることが分かった。この酸素イオンの再配列に伴いCuO_2平面の電子(セル当たり0.3電子)がCuO鎖面に遷移して、CuO_2平面のホールが増加したことになる。以上の結果から酸素イオンの準安定状態への再配列に伴い、CuO_2平面中の電子の減少が起り、超伝導転移温度の上昇が起るという機構の可能性を示すことに成功した。前述の酸素イオン再配列に対する準安定状態計算で得られたポテンシャルを用いて酸素イオン再配列のレーザー制御の可能性を示した。誘導ラマン断熱通過法(STIRAP)を用いた酸素イオン再配列のレーザー制御のためのパルス列を求めた。このレーザー制御シミュレーションから100nmの結晶薄膜を仮定すると約10^9W/cm^2のオーダーのパルスレーザーが必要であることがわかった。また従来の実験方法とは異なるCu-O鎖再配列制御の新しい可能性を示すことができた。本研究によって銅酸化物高温超伝導体における光誘起超伝導発現機構の一つである、酸素イオン再配列によるCuO_2平面のホール増加機構の可能性がはじめて示された。また酸素イオン再配列のレーザー制御の可能性が示された。今後の課題としてさらに強いレーザー照射による考察があげられる。
量子干渉効果ディバイスの基礎

(1)低温、強磁場下の2次元電子系のさまざまな量子伝導現象を測定し、それらの現象における、エッジ電流、測定端子、閉じこめポテンシャル、バリステック電子、アンダーソン局在のはたす役割について探究した。(邑瀬)(2)ヘテロ接合2次元電子系にフィボナッチ格子ポテンシャル変調を形成し、電気伝導度に準周期系特有の性質が現れることを確認した。また、銅の微粉子を並べた2次元的な膜の電荷KTB転移に起因することを明らかにした。(小林)(3)MOCVD選択成長によりGaAs量子細線およびGaAs量子ドットをそれぞれ形成することに成功した。(荒川)(4)有機伝導体α-(BEDT-TTF)_2I_3の金属ー絶縁体転移近傍では電気伝導度の異方性が不思議な振る舞いをする事を発見した。(梶田)(5)GaAs/AlGaAsヘテロ接合界面2次元電子系で、量子ホール効果のブレークダウン臨界電流が試料幅に比例することを観測した。(川路)(6)量子細線における磁気フォノン共鳴の理論とホットエレクトロン現象の解析を発表し、実験で磁気抵抗に極大を観測し、電子閉じ込めエネルギーを求めた。(浜口)(7)InAsヘテロ構造をMBE成長し、その物性を光学的および電気的測定により評価した。(井上)(8)PtSi薄膜および細線の超伝導とアンダーソン局在との競合を磁気抵抗の弱局在理論による解析を行って調べた。(石田)(9)ガス中蒸発法でGeおよびInSb微粒子を作製し、フォノンの非調和性が微粒子では増加すること、および電子・格子系の波数ベクトルの離散化に伴って電子格子相互作用が変化することを示した。(佐々木)(10)強磁場下の二次元電子系について、エッジ状態間、およびエッジ状態とバルク状態間の電子の非平衡分布に基因する非局所的伝導を観測した。(小宮山)(1)低温、強磁場下の2次元電子系のさまざまな量子伝導現象を測定し、それらの現象における、エッジ電流、測定端子、閉じこめポテンシャル、バリステック電子、アンダーソン局在のはたす役割について探究した。(小宮山)
マウスにおける始原生殖細胞を起源とする精巣性奇形腫の形成機構

胎仔精巣の始原生殖細胞(PGC)を起源細胞とする分化多能性の腫瘍,精巣性奇形腫(テラトーマ)の原因遺伝子,関連遺伝子,起源細胞の分子的特性及び形成機構は未だ不明である.マウスの奇形腫高発系129/Sv-+/ter系では,ter(teratoma,18番染色体)変異遺伝子がそのホモ接合体にPGC欠損を起しかつ自発性奇形腫(STT)を高発症させる.野生型ではSTT発症率は1%であるが,その胎仔精巣の移植体には実験的奇形腫(ETT)が高率に形成される.ter遺伝子を導入したコンジェニック数系統ではterホモ個体はSTTをともなわないPGC欠損のみ起きる.そこで本研究においては,ter遺伝子のPGC欠損における機能,ETT形成における精巣体細胞とPGCの機能を解析し,ETT原因遺伝子候補を染色体にマッピングすることにし,次の成果を得た.1.terコンジェニックマウスのPGC-胎仔生殖巣体細胞の共培養系や体細胞培養上清を用いて,PGCのアポトーシスを抑える体細胞が産生する分泌型及び細胞膜結合型の新規のPGC増殖因子(TER Factor, TERFと命名)が部分精製された.他方,ter/ter体細胞は欠陥TERFを産生し,PGCの欠損を起こすことが判明した.このter変異のSTT形成への関わりについて論議された.3.奇形腫の初期腫瘍細胞をPGCと区別する細胞マーカーを利用して,129系精巣体細胞がPGCのETT形成開始時の引き金を引いている可能性を再構成精巣法で明らかにした.胎仔精巣の始原生殖細胞(PGC)を起源細胞とする分化多能性の腫瘍,精巣性奇形腫(テラトーマ)の原因遺伝子,関連遺伝子,起源細胞の分子的特性及び形成機構は未だ不明である.マウスの奇形腫高発系129/Sv-+/ter系では,ter(teratoma,18番染色体)変異遺伝子がそのホモ接合体にPGC欠損を起しかつ自発性奇形腫(STT)を高発症させる.野生型ではSTT発症率は1%であるが,その胎仔精巣の移植体には実験的奇形腫(ETT)が高率に形成される.ter遺伝子を導入したコンジェニック数系統ではterホモ個体はSTTをともなわないPGC欠損のみ起きる.そこで本研究においては,ter遺伝子のPGC欠損における機能,ETT形成における精巣体細胞とPGCの機能を解析し,ETT原因遺伝子候補を染色体にマッピングすることにし,次の成果を得た.1.terコンジェニックマウスのPGC-胎仔生殖巣体細胞の共培養系や体細胞培養上清を用いて,PGCのアポトーシスを抑える体細胞が産生する分泌型及び細胞膜結合型の新規のPGC増殖因子(TER Factor, TERFと命名)が部分精製された.他方,ter/ter体細胞は欠陥TERFを産生し,PGCの欠損を起こすことが判明した.このter変異のSTT形成への関わりについて論議された.3.奇形腫の初期腫瘍細胞をPGCと区別する細胞マーカーを利用して,129系精巣体細胞がPGCのETT形成開始時の引き金を引いている可能性を再構成精巣法で明らかにした.胎仔精巣の始原生殖細胞(PGC)を起源細胞とする分化多能性の腫瘍、精巣性奇形腫(テラトーマ)の原因遺伝子、起源細胞の分子的特性及び形成機構は未だ不明である。そこで本研究においては、精巣性奇形腫の自然発症性及び実験的誘発性の異なるマウスの系統差を利用して研究を行い、次の成果を得た。1.実験的精巣性奇形腫の原因遺伝子候補を網羅的にマウスの染色体上にマッピングする為に、胎仔巣の移植体に実験的精巣性奇形腫を高率に形成する129/Sv-+/ter(+/+)系と形成率0の系統間のF2および戻し交配胎仔からの精巣に実験的奇形腫を誘発し、奇形腫の有無と胎仔の染色体の各種マイクロサテライトDNAマーカーのPCR産物の系統多型(SSLP)との連鎖解析を行った。その結果、形成遺伝子候補と抵抗性遺伝子候補が幾つかの染色体に複数箇所特定された。更にマウスの組み合わせ系統を変えて、マッピングを完成させる。2.奇形腫の起源となる特定のPGCや初期腫瘍細胞を検出するために、自然発症性及び実験的奇形腫形成過程を追って、初期胚細胞、PGC及び胚性癌腫細胞に発現する抗原やマウス生殖細胞特異タンパク質をそれぞれを認識する抗体で免疫組織染色を行った。その結果、奇形腫形成初期過程において前者を発現し、後者を消失する細胞が出現した。一方、生殖細胞形成にゲノムインプリントの関与が示された。引き続き奇形腫形成にこれら細胞マーカーや種々の増殖因子の発現とインプリント等が関与するかを解析する。3.胎仔精巣の体細胞とPGCを分離し、系統間で組み替えた再構成精巣を用いて、実験的奇形腫の形成に関して精巣体細胞に系統差のあることを確認した。更に上記マーカーの消長が精巣体細胞に因るものか解析を進める。胎仔精巣の始原生殖細胞(PGC)を起源細胞とする分化多能性の腫瘍である精巣性奇形腫(テラトーマ)の原因遺伝子,起源細胞の分子的特性及び形成機構は未だ不明である.

そこで本研究においては,精巣性奇形腫の自然発症率及び実験的誘発率の異なるマウスの系統差を利用して研究を行い,本年度は次の成果を得た.1.実験的精巣性奇形腫の原因遺伝子候補を網羅的にマウスの染色体上にマッピングする為に,胎仔精巣の移植体に実験的精巣性奇形腫を高率に形成する129/Sv-+/ter(+/+)系(以後,129系)と形成率0の系統間のF2胎仔の実験的奇形腫の有無と染色体の各種マイクロサテライトDNAマーカーのPCR産物の系統多型(SSLP)との連鎖解析を行った.その結果,複数箇所に形成遺伝子候補と抵抗性遺伝子候補を推定できた.引き続きマウスの組み合わせ系統を変えて,マッピングを完成させる.2.昨年度,129/Sv-+/ter系のter/ter及び+/+マウスのそれぞれの自然発症性及び実験的奇形腫形成初期過程において同様に,初期胚細胞,PGC及び胚性癌腫細胞に発現する抗原を発現し生殖細胞特異タンパク質の発現を消失する数少ない初期テラトーマ細胞を見いだした.また,129系と実験的奇形腫形成率0の系統間の再構成精巣における奇形腫形成の有無は,精巣体細胞の系統差に因った.その際分化成熟したテラトーマを指標にした.そこで本年度は,テラトーマ形成の初期過程における先述のマーカーの発現を再構成精巣を用いて調べたところ,129系体細胞を持つ再構成精巣に於いてのみ,それらのマーカーの発現変動を示す数少ないテラトーマ初期細胞が出現した.この結果は,特定のPGCが実験的奇形腫形成へ向かう初期機構に精巣体細胞からのシグナル或いは因子が重要であることを示唆し,それを解析する手がかりが得られたことを示している.
血管緊張と増殖制御機構の解明:蛋白質を無傷で細胞内導入する新しい方法の確立と応用

ヒト免疫不全ウイルスの転写因子Tat蛋白質に認められる11アミノ酸からなる細胞侵入性ペプチドを用いて、血管の組織や細胞に蛋白質を、迅速、可逆的、定量的に導入する方法を確立した。細胞侵入性ペプチドとの融合蛋白質は、組換え蛋白質として、細菌の発現系を用いて作製した。このための発現ベクターを独自に開発した。本研究により以下のことが明らかとなった。(1)生体血管の緊張調節において、平滑筋ミオシンフォスファターゼ調節サブユニットMYPT1のN末端領域が重要な役割を果たすことを明らかにし、その分子構造を初めて明らかにした。(2)RhoAおよびRac1阻害蛋白質を、特定の時間だけ培養血管内皮細胞に導入することによって、細胞周期S期進行のためには、G_1後期にRho蛋白質の活性を必要とすることを初めて明らかにした。(3)RhoA阻害蛋白質を、血管条片に24時間させておくと、内皮細胞のNO産生が亢進し、収縮性が低下することを明らかにした。Rac1阻害蛋白質にはそのような作用は認められなかった。生体血管内皮細胞のNO産生調節において、RhoAが生理的役割を果たすことが初めて明らかとなった。(4)培養血管平滑筋細胞にRac1阻害蛋白質を24時間導入すると、トロンビン受容体の細胞膜上の発現が低下することを見出した。RhoA阻害蛋白質はトロンビン受容体の発現に影響を与えなかった。血管平滑筋細胞においてRac1は、トロンビン受容体の発現調節において重要な役割を果たすことが示唆された。(5)エストロゲンは、TNF-aが引き起こす血管内皮細胞のアポトーシスを阻害したが、Akt不活性型変異体を導入しておくと、エストロゲンによる抗アポトーシス作用が消失した。これにより、エストロゲンによる内皮細胞抗アポトーシス作用にAktが関与することを初めて明らかとなった。ヒト免疫不全ウイルスの転写因子Tatタンパク質に認められる細胞侵入性ペプチド(PTD)を用いて、タンパク質を無傷血管組織に導入することに成功した。ミオシン脱リン酸化酵素調節サブユニットMYPT1のN末端アミノ酸領域1-374をPTDとの融合タンパク質(TAT-MYPT1:1-374)として発現させた。ブタ冠動脈より作製した血管条片を、TAT-MYPT1:1-374で15分間処理すると、脱分極刺激が引き起こすミオシンリン酸化と発生張力が増大した。細胞質カルシウム濃度上昇は、未処理の場合と同程度であった。収縮増強作用は、5分処理から有意に認められた。また、収縮増強には、2-3μM濃を要した。タンパク質を除去すると、収縮増強作用は消失し、再びタンパク質で処理すると、初回と同程度の収縮増強を認めた。TATペプチド部分を除いたタンパク質MYPT1:1-374には、収縮増強作用を認めなかった。一方TATペプチドを結合させた緑色蛍光タンパク質(GFP)には、収縮増強作用を認めなかった。蛍光顕微鏡観察により、GFPが細胞内に取り込まれたことを確認した。収縮増強作用に必要な領域を決定するために、種々の領域を欠損する組換え体を作製した。TAT-MYPT1:1-296は、収縮増強作用を有していたが、TAT-MYPT1:1-374よりも減弱した。TAT-MYPT1:1-171、TAT-MYPT1:39-296、TAT-MYPT1:39-374、TAT-MYPT1:297-374には、収縮増強作用を認めなかった。免疫

ブロット解析により、全てのTATタンパク質が血管細胞内に取り込まれたことが明らかとなった。すなわち、MYPT1領域1-296が、収縮増強に必要不可欠の最小領域であり、領域297-374は補助的作用を有することが明らかとなった。導入タンパク質は、内在性のミオシン脱リン酸化酵素活性に必要なMYPT1と触媒サブユニットとの相互作用を阻害することにより、酵素活性を抑制し、ミオシンリン酸化を増強して、収縮反応を増強したと考えられた。本研究により、PTDを用いたタンパク質細胞内導入法が、定量的、可逆的、迅速なタンパク質導入を可能とし、細胞膜を保ったままで、血管機能における種々のシグナルタンパク質の生理的役割を明らかにする上で、有効な方法であることが明らかとなった。ヒト免疫不全ウイルスの転写因子Tat蛋白質に認められる11アミノ酸からなる細胞侵入性プペチドを用いて、血管の組織や細胞に蛋白質を、迅速、可逆的、定量的に導入する方法を確立した。細胞侵入性プペチドとの融合蛋白質は、組換え蛋白質として、細胞の発現系を用いて作製した。このための発現ベクターを独自に開発した。今年度、低分子量G蛋白質RhoAおよびRac1の阻害蛋白質、Akt不活性化型変異体を用いて次の4点を明らかにした。(1)RhoAおよびRac1阻害蛋白質を培養血管内皮細胞に導入し、蛋白質導入が可逆的であることを初めて明らかにした。特定の時間だけ阻害蛋白質を作用させることによって、細胞周期S期進行のためには、G_1後期にRho蛋白質の活性を必要とすることが初めて明らかとなった。(論文公表済み)(2)RhoA阻害蛋白質を、血管条片に24時間させておくと、内皮細胞のNO産生が亢進し、収縮性が低下することを明らかにした。Rac1阻害蛋白質にはそのような作用は認められなかった。生体血管内皮細胞のNO産生調節において、RhoAが生理的役割を果たすことが初めて明らかとなった。(論文印刷中)(3)培養血管平滑筋細胞にRac1阻害蛋白質を24時間導入すると、トロンビン受容体の細胞膜上の発現が低下することを見出した。トロンビン受容体の蛋白質およびmRNA総発現量には変化がなかった。RhoA阻害蛋白質はトロンビン受容体の発現に影響を与えなかった。血管平滑筋細胞においてRac1は、細胞内膜輸送を促進し、トロンビン受容体の発現を増加させることが示唆された。(論文審査中)(4)エストロゲンは、TNF-_αが引き起こす血管内皮細胞のアポトーシスを阻害したが、Akt不活性型変異体を導入しておくと、エストロゲンによる抗アポトーシス作用が消失した。これにより、エストロゲンによる内皮細胞抗アポトーシス作用にAktが関与することを初めて明らかとなった。(論文公表済み)
電磁ノイズの発生が少ない零電流スイッチング三相電圧形PWMインバータの研究

本研究の目的は,零電流スイッチング三相電圧形インバータの新しい制御法と基本的な設計法を確立し,電磁ノイズを低減した高効率のソフトスイッチングインバータを開発することにある。まず,スイッチング素子の導通状態を検出する新しい制御回路を開発し,検出の遅延時間を評価した。スイッチング素子の端子電圧から零電流を検出する新しい制御法は,検出の遅延時間が約70nsであり,先に発表した方法に比べて約1/20の高速検出が可能であることを確認した。また,高速シーケンスが実行可能なPLD(Programable Logic Device)を用いた制御回路を試作し,共振電流の振幅制御を行なう制御シーケンスを導入した。新しい制御法は,スイッチングのタイミングを調整し,共振電流の振幅を負荷電流に応じて可変するため,零電流スイッチングによる導通損失の増加を低減可能であることを確認した。さらに,従来のスイッチング素子に比べてオン電圧降下が約1/2の第3世代IGBTと漏れ磁束の少ないポット形の共振リアクトルを用いて5kVAのインバータを構成し,ハードスイッチングインバータとソフトスイッチングインバータの総合効率の評価を行なった。第3世代IGBTはオン電圧降下だけでなく,スイッチング損失も大幅に低減されているため,零電流スイッチングによるスイッチング損失の低減は僅かであった。一方,零電流スイッチングインバータは,導通損失がハードスイッチングインバータの約2倍となるので,零電流スイッチングを行なっても総合効率は改善できなかった。
キャビテーション初生解析用非平衡ＭＤ・気泡力学融合モデルのための蒸発係数決定

本研究は,液相中でキャビテーションの原因となる気泡核が初生に至るまでの気液界面における質量・運動量・エネルギーの輸送速度にかかわる蒸発係数を解明することを目的としている.初生に至るまでの気泡核界面では,連続体力学が無力であることはもとより,その直径が分子平均自由行程よりもはるかに小さいため分子気体力学も適用できず,個々の分子運動を扱うことのできる分子動力学法のみが有効な解析手段となる.本年度は,Lennard-Jones流体を対象物質としてナノサイズの気泡核を分子動力学シミュレーションで再現し,気液平衡状態における蒸気密度や表面張力の定量的評価に取り組んだ.系の上下の分子運動を凍結して上部の壁面をピストンのように動かし,さらに,系の中心部分に局所的な温度制御を行う独自のシミュレーション手法を開発することにより,系の中心に任意のサイズの気泡核を安定的に生成するとともに,ビリアル定理では値が収束しにくい圧力の瞬時値を上壁面にかかる力から評価することで,従来よりも高い精度で系内部の圧力コントロールに成功した.この手法を用いて,小さな気泡核ほど蒸気密度が低下するKelvin効果を気泡核内に確認し,蒸気密度と気泡核サイズとの関係についてデータを取得した.表面張力については,研究代表者が過去にナノ液滴に対して開発した手法を拡張して定量的評価に取り組んでいるが,気相内の分子数が極めて少ないことと検査体積が内側ほど小さいことが影響し,十分な精度での評価には至っておらず,現在,評価手法の改良に取り組んでいる.なお,これらの取り組みと並行して,キャビテーション初生や微小流れに関する基礎的な理論的検討も進めており,表面張力などの基礎物性がキャビテーション初生に大きな役割を担うことなどを示している.実施計画課題に関わる基礎的な検討をおおむね順調に終え,今後の研究推進に必要な知見が得られたため.引き続き,ナノサイズの気泡の気液界面における表面張力の定量的評価に取り組むとともに,前年度の分子動力学シミュレーションによって得られた気泡核の気液平衡状態の系の微視的データ(分子の位置と速度)を初期条件として,気泡核中心に向けた真空蒸発シミュレーションを実行する.真空蒸発シミュレーションでは気相から液相に向かう分子の質量流束をゼロにする必要がある.これは,液相側から気相側に向かう分子を気相側で消去する真空境界条件を与えることにより実現されるが,本研究で取り扱う気泡核が非常に小さいことから,真空境界条件を与える適切な位置についても十分な検討を要する必要がある.また,蒸発にともなって液相側の分子が減少するため,その分子を液相側に再注入する適切な手法を開発する.このようにして実行した真空蒸発シミュレーションによって液相からの自発的な蒸発に対応する蒸発質量流束を観測し,蒸発係数を決定するとともに速度分布関数についても知見を得る.本研究は,液相中でキャビテーションの原因となる気泡核が初生に至るまでの気液界面における質量・運動量・エネルギーの輸送速度にかかわる蒸発係数を解明することを目的としている.初生に至るまでの気泡核界面では,連続体力学が無力であることはもとより,その直径が分子平均自由行程よりもはるかに小さいため分子気体力学も適用できず,個々の分子運動を扱うことのできる分子動力学法のみが有効な解析手段となる.本年度は,Lennard-Jones流体を対象物質としてナノサイズの気泡核を分子動力学シミュレーションで再現し,気液平衡状態における蒸気密度や表面張力の定量的評価に取り組んだ.系の上下の分子運動を凍結して上部の壁面をピストンのように動かし,さらに,系の中心部分に局所的な温度制御を行う独自のシミュレーション手法を開発することにより,系の中心に任意のサイズの気泡核を安定的に生成するとともに,ビリアル定理では値が収束しにくい圧力の瞬時値を上壁面にかかる力から評価することで,従来よりも高い精度で系内部の圧力コントロールに成功した.この手法を用いて,小さな気泡核ほど蒸気密度が低下するKelvin効果を気泡核内に確認し,蒸気密度と気泡核サイズとの関係についてデータを取得した.表面張力については,研究代表者が過去にナノ液滴に対して開発した手法を拡張して定量的評価に取り組んでいるが,気相内の分子数が極めて少ないことと検査体積が内側ほど小さいことが影響し,十分な精度での評価には至っておらず,現在,評価手法の改良に取り組んでいる.なお,これらの取り組みと並行して,キャビテーション初生や微小流れに関する基礎的な理論的検討も進めており,表面張力などの基礎物性がキャビテーション初生に大きな役割を担うことなどを示している.実施計画課題に関わる基礎的な検討をおおむね順調に終え,今後の研究推進に必要な知見が得られたため.引き続き,ナノサイズの気泡の気液界面における表面張力の定量的評価に取り組むとともに,前年度の分子動力学シミュレーションによって得られた気泡核の気液平衡状態の系の微視的データ(分子の位置と速度)を初期条件として,気泡核中心に向けた真空蒸発シミュレーションを実行する.真空蒸発シミュレーションでは気相から液相に向かう分子の質量流束をゼロにする必要がある.これは,液相側から気相側に向かう分子を気相側で消去する真空境界条件を与えることにより実現されるが,本研究で取り扱う気泡核が非常に小さいことから,真空境界条件を与える適切な位置についても十分な検討を要する必要がある.また,蒸発にともなって液相側の分子が減少するため,その分子を液相側に再注入する適切な手法を開発する.このようにして実行した真空蒸発シミュレーションによって液相からの自発的な蒸発に対応する蒸発質量流束を観測し,蒸発係数を決定するとともに速度分布関数についても知見を得る.
形態学を基盤とする敗血症診断マーカーの探索と診断スコアリングシステム構築

前年度に引き続き、病理解剖時に右心耳(または下大静脈)と大動脈起始部より動静脈血培養を実施するとともに、entry siteと考えられる領域の喀痰、膿汁、あるいは体腔液を採取して培養を実施した。今年度までに評価可能47例を集積し、病理学的(血球貪食組織球過剰症:PHP)、細菌学的(血液培養)、及び血液生化学的(プロカルシトニン/プレセプシン値:PCN/PSP)に解析し、敗血症を診断可能とするスコアリング方法を解析した。中等度以上のPHPは敗血症群29/31例、非敗血症群4/16例に認められ、スコアー化すると、それぞれ2.5 +/- 0.8、0.75 +/-1.0と敗血症群で有意に増加(p<1x10-7)していた。剖検時の血液培養結果を、組織学的及び生前の血液培養等を加味してスコアー化すると、敗血症群、非敗血症群で、それぞれ2.6 +/- 1.3、0.4 +/- 0.5と敗血症群で有意に増加(p<1x10-7)していた。生前にプラカルシトニンまたはプレセプシンが採取されていた症例のうち、採取日と死亡時敗血症の感度・特異度の予備検討に基づき、死亡前8日以内に採取されたデータをスコアー化すると敗血症群2.3 +/- 1.0、非敗血症群1.1 +/- 0.7とこの項目も敗血症群で有意に増加(p<0.01)していた。これら、3つのスコアーを組み合わせたpositivity total score並びに3項目中2項目以上陽性を示す症例のROC曲線を解析したところ、それぞれのAUCは0.9415、0.9718といずれも高値を示したが、後者がやや高い値を示した。病理解剖で敗血症が疑われる症例では、剖検時血液培養陽性、中等度以上の骨髄PHP陽性、死亡前8日以内に採血された中等度以上PCN/PSP上昇の2項目以上陽性を示す場合、剖検時に敗血症と診断できることが示唆された。これまでに、剖検時の培養結果などを50例程度集積解析し、病理解剖において敗血症の客観的診断に寄与すると考えられるマーカーを3種類同定するとともに、これらを活用すると客観的に判断できることが明らかになってきた。若干の追加検討を加えた後、並びに論文執筆を行うとともに、国際学会で発表する予定である。2016年度よりデータ集積を進めた結果、50例弱の解析可能症例が集積され、上述したように統計学的に有意な結果が得られているが、本年1月以降に剖検した5例の解析が残っており、これらの解析を終了後、論文執筆に取りかかる。さらに、今年度は剖検時に無菌的な血液培養が、従来以上に容易に実施できる方法の構築を検討する予定である。本研究のprimary endpointは、形態学を基盤とした敗血症の死亡時医学検索(病理解剖、オートプシー・イメージング:Ai)の精度向上に寄与する病理学的・血清学的マーカーを探索して、敗血症の客観診断を可能とするスコアリングシステムを構築することである。具体的には、Aiに引き続き、病理解剖で血液・体液、諸臓器などの人体材料を一元的に採取し、病理学的、細菌学的、免疫学的に解析後、敗血症、非敗血症に層別化してスコアー化に有用なマーカーを決定する。さらに、病理解剖が実施できない施設での敗血症の死亡時医学検索を進めるために、3次元Ai画像を用いて、敗血症との関連性が高いARDSや肺炎のAi診断を補助する肺重量推定法を確立すると共に、Ai-CT、Ai-MRIの診断精度向上を妨げる死後変化の鑑別法を策定する。そのため、当該年度はスコアリングシステム構築の鍵となる剖検時心臓穿刺による動静脈培養を実施し、重症感染症を呈する10例中8例で病原体が検出できることを確認した。次に既報で造血器悪性腫瘍・敗血症・肺炎などで顕在化する血球貪食組織球過剰症のマクロファージ比率に着目し、M1・M2マクロファージを2重染色で検証する方法を確立した。Preliminaryな検討では、重篤な血球貪食組織球過剰症はでM1/M2比率が縮小することが疑われた。そのためこれも敗血症マーカーとして活用できる可能性が高くなったため、さらに多数例での検討に着手している。さらに敗血症に高率に合併するARDSは通常肺重量が高度に増加することに着目し、死後画像から肺重量を推定する研究に着手した。肺を非常に小さなボクセル単位に分画し、それぞれのボクセルに対する肺重量を計算し積分する方法での検討を医用画像工学の専門家と共同研究中である。なお、当該年度はこれらの研究に関連性の高い複数の論文をpublishした。本年度は、スコアリングシステム構築の要となる遺体からの血液培養で敗血症診断が可能か否かを10症例で開胸後に大動脈起始部、及び上大静脈を穿刺して血液培養を実施し、10例中8例(80%)で、動脈血・静脈血のいずれも病原性のある起炎菌を採取する一方、常在菌のコンタミは1例程度に留まる結果を得て、遺体の大血管からの血液培養は高率に起炎菌が得られることを明らかにし、スコアリングの重要なエビデンスになることが分かった。次に、既に報告している敗血症と関連性の強い血球貪食

組織球過剰症におけるマクロファージ分画M1とM2の比率(M1/M2)に着目し、M1/M2比率を組織切片上で検出可能とする2重免疫染色方法を確立した。とくに重症感染症や敗血症で血球貪食組織球過剰症を示す骨髄中マクロファージはM2が増加して、その比率が減少する現象を捉えることが出来た。さらに、CT値から比重が換算できる(比重=1+CT値/1000)点に着目し、重症敗血症と関連の深いARDSの画像評価を補助する肺重量推定法の開発に着手した。現在50余例の死後画像を用いて、新学術領域研究多元計算解剖プロジェクトのネットワークを活用して、医用画像工学手法を駆使して肺推定重量抽出研究を実施している。前年度に引き続き、2017年度も病理解剖時に右心耳(または下大静脈)と大動脈起始部より動静脈血培養を実施するとともに、entry siteと考えられる領域の喀痰、膿汁、あるいは体腔液を採取して培養を実施し、今年度までに30例を集積し、そのうち現時点で一定の評価可能な25例(敗血症の可能性が高い5例を含む敗血症17例、非敗血症症例8例)を用いて中間検討を実施した。このうち、血球貪食組織球過剰症と敗血症との関連性は、25例中評価可能な19例(敗血症14例、非敗血症4例)において、感度93.3%、特異度100%、陽性的中率100%、陰性的中率80%で、敗血症で血球貪食組織球過剰症が優位に発症していた(p<0.001)。剖検時血液培養陽性との関係は、評価可能な21症例において、感度93.8%、特異度100%、陽性的中率100%、陰性的中率85.7%と、敗血症で優位に血液培養陽性を示していた(p<0.0001)。生前プロカルシトニン、またはプレセプシンが採血されていた17例において、死亡前7日以内に採取されていたプロカルシトニン、またはプレセプシン高値をカットオフ基準とすると、感度77.8%、特異度100%、陽性的中率100%、陰性的中率66.7%で、これも有意に上昇していた(p<0.01)。一方、オートプシー・イメージングにおける血管内ガス、または新たな脳梗塞の発症と敗血症の関係においては、感度80%であるものの特異度は42.9%と低く、統計学的に関連性は認められなかった(p=0.24)。これまでの検討で、剖検時に敗血症と診断しうるマーカーとして血球貪食組織球過剰症、剖検時血液培養陽性、死亡7日以内のプロカルシトニン、プレセプシン高値が有力な候補となることが明らかになった。これまでに、剖検時の培養結果などを30例集積解析し、病理解剖において敗血症の客観的診断に寄与すると考えられるマーカーを少なくとも3種類同定できた。これらのうち、少なくとも一つは我々のこれまでの研究成果を引き継ぐ指標であった。また、病理解剖時の血液培養では半数以上の症例から陽性が得られる可能性が高いことも明らかになりつつある。現在、感染症に関する論文1本を投稿し、また別の症例報告がリバイス中である。上記状況を踏まえ、概ね順調に推移していると考えている。前年度に引き続き、病理解剖時に右心耳(または下大静脈)と大動脈起始部より動静脈血培養を実施するとともに、entry siteと考えられる領域の喀痰、膿汁、あるいは体腔液を採取して培養を実施した。今年度までに評価可能47例を集積し、病理学的(血球貪食組織球過剰症:PHP)、細菌学的(血液培養)、及び血液生化学的(プロカルシトニン/プレセプシン値:PCN/PSP)に解析し、敗血症を診断可能とするスコアリング方法を解析した。中等度以上のPHPは敗血症群29/31例、非敗血症群4/16例に認められ、スコアー化すると、それぞれ2.5 +/- 0.8、0.75 +/-1.0と敗血症群で有意に増加(p<1x10-7)していた。
密度汎関数法に基づいた配座解析による有機分子触媒の合理的設計

有機分子触媒は金属元素を含まない炭素、酸素、窒素などの典型元素から構成された触媒である。有毒な重金属の残留の心配がなく、レアメタルの高騰、枯渇などの社会的問題に対応する元素戦略の観点からも理想的な触媒である。しかしながら、この触媒反応では水素結合やファンデルワールス力といった弱い相互作用で選択性が制御されており、その合理的な設計は困難である。本研究では、この問題を克服した高精度な配座解析法を可能とするConFinderプログラムにを使い、短期間でのその反応機構を解明した。また、実験化学者と共同で新触媒の設計にも利用している。有機分子触媒は金属元素を含まない炭素,酸素,窒素などの典型元素から構成された触媒である.有毒な重金属の残留の心配がなく,レアメタルの高騰,枯渇などの社会的問題に対応する元素戦略の観点からも理想的な触媒である.しかしながら,この触媒反応では水素結合やファンデルワールス力といった弱い相互作用で選択性が制御されており,その合理的な設計は困難である.我々は密度汎関数法(DFT)に基づく配座解析法を提案しており、複雑な有機分子触媒の反応機構の解明に有効であることを示した.この方法ではモンテカルロ法と分子力学法(MM, OPLS2005)による構造最適化から数千から数万の初期構造を生成し,これを半経験的分子軌道法(semiempirical, PM6-DH+)により数百にまで絞り込む.これらの構造すべてについて,計算コストが高くなるが精度の高い量子化学計算(DFT, B97-D)により構造最適化および遷移状態探索を行うことで,エナンチオ選択性の理解に重要な遷移状態の最安定構造を決定することができる.しかしこの方法では計算コストの高いDFT計算を多用することに加えて,MM計算の精度が低いために安定構造を見落としてしまうことが問題であった.DFT計算で決定された上位5配座は半経験的分子軌道法で得られた上位の低エネルギー配座に対応しているが,MM計算では11.5 kcal/molのエネルギーをもつ205番目の配座まで考慮する必要がある.そこで本研究では信頼性の高い半経験的分子軌道法を用いた配座解析プログラムConFinderを開発し,有機分子触媒の反応機構の解明が短時間で精度良く行えることを見出した.当初の計画では、有機分子触媒の反応機構解析のために、高精度な配座解析を高速に行うための手法開発を予定していた。当該年度において、信頼性の高い半経験的分子軌道法を用いた配座解析プログラムConFinderを開発し,有機分子触媒の反応機構の解明が短時間で精度良く行えることを見出した.このプログラムを用いることで、丸岡触媒、キラルリン酸、シンコナアルカロイドといった代表的な有機分子触媒について、過去に報告された構造を2,3日と短期間で精度よく再現するとともに、これまで見落とされていたより安定な配座を発見することができた。これらの結果は有機分子触媒の高速なin silicoスクリーニングを期待させ、想定以上の成果と言える。第三の触媒として注目を集めている有機分子触媒は金属元素を含まない炭素、酸素、窒素などの典型元素から構成された触媒である。この触媒反応では水素結合やファンデルワールス力といった弱い相互作用で選択性が制御されており、その合理的な設計は困難である。前年、半経験的分子軌道法を用いた配座解析プログラムを独自に開発し、有機分子触媒反応の解析にかかる計算時間の大幅な短縮に成功した。平成28年度は、このプログラムを用いて、最近報告された1,2,3,4,5-ペンタカルボメトキシシクロペンタジエン(PCCP)による不斉マンニッヒ反応の反応機構を解析した。このプログラムを用いて主生成物、副生成物を与える配座(以下major、minorとする)をそれぞれ9357、6253個得た後、それら全てについて一点計算を行った。それぞれ安定な配座50個ずつについて、結合が生成する炭素間距離を2.0 &#197;で固定した上でB97-D法により構造最適化を行った。さらに安定な30個ずつの配座について、PBEh-3c法により同様の方法で構造最適化を行った。基底関数にはTZVPを用いた。最後に安定な20個ずつの配座について遷移状態探索を行った。その結果、majorとminorの最安定な配座のエネルギー差3.79kcal/molにより、高いエナンチオ選択性を説明できることが判明した。このエネルギー差の原因を明らかにするために、各配座の遷移状態について、触媒および基質のみを抜き出しそれぞれ一点計算を行った。安定な遷移状態においては、触媒がより安定な配座を有していることが明らかとなった。当初の計画では、高性能な有機分子触媒の反応機構の解明を予定していた。当該年度において、1,2,3,4,5-ペンタカルボメトキシシクロペンタジエン(PCCP)による不斉マンニッヒ反応の反応機構を解析し、97%eeの高いエナンチオ選択性の原因を明らかにできた。現在、投稿準備中である。エステル類の不斉加水分解は、生体触媒によるエステル類の不斉加水分解は医薬品の合成中間体として有用な光学活性カルボン酸を得る手法として学術的、工業的に広く利用されている重要な反応である。しかし、生体触媒は、薄い基質濃度条件を必要とすることや、重量あたりの活性が低い等の欠点がある。

これまでの不斉触媒分野における多大な研究の蓄積にもかかわらず、人工触媒による効率的なエステル不斉加水分解は、いまだ達成されていない。九州大学の共同研究者らは、Cinchona Alkaloid由来の四級アンモニウム塩を触媒として用いたN-保護アミノ酸の不斉塩基加水分解反応において高収率、高立体選択的に反応が進行することを見出している(最大99%収率, 90% ee)。本年度は、この反応の立体選択性の起源を明らかにすべく、ConFinderプログラムによる高速配座探索手法とDFT計算を用いた反応機構解析を実施した。その結果、立体選択性の決定に関わる遷移状態(TS)構造を特定し、そのエネルギー差がが実験結果と一致することを見出した。またTS構造から、π-π相互作用と非古典的水素結合が立体選択性発現に重要な役割を果たすことが明らかとなった。また、理論計算から新規触媒の反応性を予測し、その精度を実験で再現する研究が進行中である。また、実験化学者との共同研究の中で、ConFinderプログラムやDFT計算を実際の触媒設計に利用するために、インターフェイスの改善による省力化が必要となった。新たに、pythonプログラムを開発し、計算の設定や実行などの自動化を進めた。これをさらに推し進め、有機分子触媒の高速なスクリーニングを実現していく。有機分子触媒は金属元素を含まない炭素、酸素、窒素などの典型元素から構成された触媒である。有毒な重金属の残留の心配がなく、レアメタルの高騰、枯渇などの社会的問題に対応する元素戦略の観点からも理想的な触媒である。しかしながら、この触媒反応では水素結合やファンデルワールス力といった弱い相互作用で選択性が制御されており、その合理的な設計は困難である。本研究では、この問題を克服した高精度な配座解析法を可能とするConFinderプログラムにを使い、短期間でのその反応機構を解明した。また、実験化学者と共同で新触媒の設計にも利用している。これまでに信頼性の高い半経験的分子軌道法を用いた配座解析プログラムConFinderを開発した。今後は、未だ反応機構が知られていない有用な有機分子触媒について、このプログラムを用いた解析を行うとともに、実験グループとエナンチオ選択性の改善を目指した研究を行う。今後は、未だに反応機構が知られていない有用な有機分子について解析を行うとともに、実験グループとエナンチオ選択性の改善を目指した研究を行う。理論化学