hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多重ストレンジネスのバリオン間相互作用

スペクトロメータ検出器の製作および製作した検出器を東北大ELPHの陽電子ビームを用いて試験を行い基本的性能を測定した。ΛΛ相関測定のためのハイペロン崩壊スペクトロメータに関しては、1)タイムプロジェクションチェンバー(TPC)読出しシステムとして採用したAGETシステムを用いたフロントエンドカード(AsAd)、及び、J-PARCのデータ収集系の仕様に合わせた読出しモジュール(CoBo)を製作した。また読出しシステムの最後となるトリガーモジュール(MUTANT)の設計を終了した。2)超伝導ヘルムホルツ電磁石を製作した(H26年度分では、超伝統コイルアセンブリと電磁石ヨーク)。世界初となるΞハイパー核の発見とΞN相互作用が引力であることが確定したことの意義は非常に大きい。また、エマルジョン全スキャン法という開発を進めてきた新しい手法によっての事象発見であり、今後照射する性能の向上したエマルジョンでは、既存のハイブリッド法と合わせて、多くの事象の発見が期待できる。ハドロン施設の事故によって、上記の照射実験のスケジュールは当初計画より遅れているが、実験実施に向け、エマルジョン、KURAMAスペクトロメータ検出器の準備は着々と進んでいる。また、照射後の解析に向けてのエマルジョンの画像自動解析システムの整備やその各種パラメータの最適化の研究を行っている。過大な要求性能によるコスト上昇や検出器との干渉等の検討から、設計・製作が遅れていた超伝導ヘルムホルツ電磁石について、要求性能の大幅な見直し・共同研究機関からの貢献などを検討し、大幅なコストダウンを図り、実機の製作にこぎつけた。TPC読出し回路系については、J-PARCハドロン施設でのデータ収集系の仕様に合わせたハードウエア部分が完成した。運転再開したJ-PARCハドロン実験施設にて、次のことを行った。1)ハイブリッドエマルジョン実験に向け、K-ビームの強度、純度及びその形状を測定して、必要な要求を満たしていることを確認した。2)エマルジョンと検出器系SSDの位置較正法として検討を進めてきたコリメートした細いビームスポットで荒い位置合わせの後、ビーム飛跡のパターンマッチングを行うことで数10&micro;mの位置合わせができることを確認した。3)(K-,K+)反応によるΞハイパー核分光実験として、既存SKSスペクトロメータを用いてパイロットデータの収集を行った。その一環として、Ξ生成素過程反応の断面積とビーム強度を1.5-1.9 GeV/cの領域で測定し、ビーム強度、Ξの生成量から1.8 GeV/c付近が最適であることを確認した。4)潜像の蓄積量の違うエマルジョンサンプルを用意して、ビームの試験照射を行い、ビーム飛跡の認識効率と潜像蓄積量との関係を調べた。その結果、2016年度中に実験が実施できれば、その後の解析などに大きな悪影響がないことが確認できた。これらのスタディを受け、エマルジョン実験の詳細な照射計画を立案し、2016年5月末からのビーム利用がスケジュールされた。KURAMA電磁石、スぺクロエメータ検出器などの設置作業を開始し、ビーム利用に向け、着々を作業は続いている。ハイペロン崩壊スペクトロメータを用いたH粒子探索実験に関しては、開発を進めている検出器などの状況をTDR(Technical Design Report)にまとめ、J-PARC PACに提出し、様々なコメントを受けた。
植民地朝鮮社会における朝鮮駐屯日本軍の実態と役割に関する基礎的研究

本年度は期間延長目的であるサイパン・テニアンにおける日本軍および朝鮮人兵士の現地調査を6月に実施した。アジア・太平洋戦争中の激戦地の一つであるサイパン・テニアンで、日本軍関連の戦跡のフィールドワークを行った。また沖縄帰還者会南洋慰霊ツアーに参加することができ、かつてサイパン・テニアン在住の方々にインタビューを行うなど、貴重な調査の機会となった。9月よりサバティカル期間中に滞在したオランダ(ライデンおよびハーグ)では、国立公文書館やInstitute for War, holocaustand Genocide Studies(国立)で、戦犯裁判に関わる個別朝鮮人兵士のオーストラリア軍による尋問記録、戦犯対象者リストなどの朝鮮人兵士関連資料や、植民地軍に関する資料収集を行うこともできた。また類似の研究(日本軍と植民地)を行う在欧州歴史研究者と研究会において意見交換の機会を複数得ることができた。本年度は研究計画および課題に従い、朝鮮軍隷下の各連隊の基本構造分析および、徴集システムの分析に焦点を絞った。具体的には共同研究者とともに、朝鮮軍隷下基幹連隊である歩兵第73連隊歩兵第86連隊までの10個連隊について、1.各連隊が戦後に編纂・出版した概要史や記念写真、2.所属兵士の回顧録、3.朝鮮軍所属兵士に関わるその他資料、の調査を行い資料目録を作成した。これを土台に、靖国偕行文庫や国会図書館、奈良県立図書館を中心に収集作業を行い、35点以上の連隊史および25点以上の朝鮮関連部隊所属兵士の回顧録を入手し、データ化した。また、3に関しては沖縄やオーストラリア戦争記念館で資料調査を行い、オーストラリア軍が朝鮮軍隷下の第78、79、80連隊から押収した資料や、同連隊所属の捕虜訊問記録なども調査・収集することができた。こうした収集資料の整理や分析については、共同研究者とともに3回に亘り研究会を開いた。また、共同研究者と関西近郊にて関連史跡(連隊碑など)のフィールドワークを行った。収集すべき史料が多く、1ヶ年度のみでは収集しきれなかった。資料調査および収集については、次年度以降も持続的に行っていく予定である。また、ニューギニアへの調査も検討したが、オーストラリアで情報収集をした所、個人で訪問するには危険が伴うことがわかり、現在のところニューギニア訪問は保留している状況である。一方で、主題に関わる執筆・公刊や学会・研究会での発表は、順調に進んでいる。本年度は昨年度に引き続き、朝鮮軍隷下の各連隊資料リストの補充およびこれに基づく個別資料の収集を東京(偕行文庫、国立国会図書館)、奈良県立図書館などで行い、追加で20点以上の資料を収集し、資料整理・分析を行った。関連史跡フィールドワークに関しては、釜山(地下司令部跡)・ソウルの富坪(三菱軍事工場跡・陸軍倉庫跡など)、日本国内の日本軍関係史跡(大阪、京都)などの朝鮮軍・日本軍関連史跡フィールドワークも行った。また、朝鮮軍と類似する日本軍の植民地軍隊として、台湾軍に関わる現地調査を台湾(台北・高雄・台南・花蓮など)で行った。台湾には朝鮮半島よりもはるかに多くの日本軍関連施設が残存しており、特に屏東の海軍官舎街跡、台南の陸軍病院・官舎跡などは大変参考になった。朝鮮軍の全体構造および徴兵のシステムについては前年度に引き続き分析を続けている。本年度のテーマである朝鮮軍認識については、主に研究協力者が植民地期の朝鮮文学を中心とする朝鮮人の朝鮮軍認識について分析を進めている。また朝鮮軍に関わる研究成果としては、研究代表者が羅津など朝鮮半島北部に駐屯していた特別根拠地隊を中心とする海軍の分析を行い、韓国史学会全国大会で報告した。また、2016年12月より、高麗大学校韓国史学科鄭泰憲教授を中心に行われる朝鮮軍関連共同研究に共同研究者として参加することになった(総額6億ウォン、2019年9月終了予定)。本共同研究は、韓国学中央研究院の支援を受けて行われ、まだ緒に着いたばかりの韓国に置ける朝鮮軍研究の基盤づくりのために、関連基礎資料の収集及び翻訳叢書の発刊を目的としている。本研究で一昨年度より行ってきた資料収集及び分析も本共同研究に企画基盤の一部を提供しており、本研究にとっても本共同研究への参加は、研究の更なる進展と研究交流の拡大に寄与するところが大きい。昨年度に引き続き資料調査・収集および分析は順調に進んでいる。資料調査のうち、関西・関東以外の地域に存在する資料についてはまだ調査・収集があまり進んでおらず課題も多いが、朝鮮軍関連の共同研究に参加したことで、計画外の進展があった。主題に関わる研究発表も行い、概ね順調に進展している。本年度は引き続き資料収集を続けると同時に、昨年度までに収集した朝鮮軍隷下各連隊資料をはじめとする諸資料の整理・分析、論文執筆、研究報告などを行った。資料収集としては、東京(偕行文庫、国会図書館)、奈良県立図書館、ソウル、釜山などで、朝鮮軍隷下の連隊や所属兵士(日本人・朝鮮人)に関する回顧録、会報などの資料を収集した。またこれまで収集した資料について分析を行った。関連史跡フィールドワークは、韓国・鎮海(元日本海軍駐屯関連戦跡・資料)、韓国・富坪(防空壕跡)、韓国・巨済島(日本海軍関係戦跡・遺物・資料)、沖縄(朝鮮人動員関連)、済州島(日本軍関連戦跡・資料)等地で行った。特に鎮海と巨済島は日本海軍関連遺跡が多く残っており、富坪に数多く残る日本軍防空壕跡とともに、郷土史家による案内や資料提供も受けることができた。

研究成果としては、朝鮮軍所属の日本人兵士・朝鮮人兵士について分析を行い、朝鮮軍の基本的性格や兵士の動員過程について詳細な分析を行い、7月には比較植民地兵士研究会で報告した。また2018年3月には同研究会主催の国際シンポジウムで、志願兵制度で徴集された朝鮮人兵士の経歴や動員過程、戦場での経験などを新資料を用いて分析し、報告を行った。この国際シンポジウムでは、申請者の報告について有益な質問や助言、当該テーマに関する知見を得ることができた。これらの成果は、刊行予定である本シンポジウムの成果刊行に掲載する予定である。また昨年度から朝鮮軍に関わり共同研究に加わった高麗大学朝鮮軍研究チームとも、合同フィールドワークや研究進捗の共有に関する共同研究会を行った。昨年度に引き続き資料調査・収集を続けているが、本年度はその成果を共同研究会および国際シンポジウムで報告し、有益な議論を行うことができた。また収集予定の資料のうち、7割方収集することができた。収集した資料は漸次デジカル化しつつ整理を進めることができ、概ね順調に進展している。本年度は期間延長目的であるサイパン・テニアンにおける日本軍および朝鮮人兵士の現地調査を6月に実施した。アジア・太平洋戦争中の激戦地の一つであるサイパン・テニアンで、日本軍関連の戦跡のフィールドワークを行った。また沖縄帰還者会南洋慰霊ツアーに参加することができ、かつてサイパン・テニアン在住の方々にインタビューを行うなど、貴重な調査の機会となった。9月よりサバティカル期間中に滞在したオランダ(ライデンおよびハーグ)では、国立公文書館やInstitute for War, holocaustand Genocide Studies(国立)で、戦犯裁判に関わる個別朝鮮人兵士のオーストラリア軍による尋問記録、戦犯対象者リストなどの朝鮮人兵士関連資料や、植民地軍に関する資料収集を行うこともできた。また類似の研究(日本軍と植民地)を行う在欧州歴史研究者と研究会において意見交換の機会を複数得ることができた。引き続き、資料調査・収集・分析を継続するとともに、研究計画通りに、課題2.所属兵士たちの植民地朝鮮認識についても、分析の視野を広める。韓国の共同研究者とともに共同研究を進めるとともに、現地フィールドワークも予定通り行う予定である。研究計画に大幅な変更は行わない予定である。朝鮮軍研究について、2017年度は引き続き資料収集・整理・分析を行っていく。特に課題として残されている地方資料、特に徴兵に関わる資料について調査を続けたい。また、朝鮮軍徴兵・連隊関連の研究成果をまとめていく予定である。さらに、予想外に朝鮮軍に関わる施設が朝鮮半島に残されていることが調査によって明らかになったため、現地フィールドワークも続けて行く予定である。本年度末(3月22・23日)に国際シンポジウムでの英語による報告の実施と海外研究者との研究交流、さらにその出版計画があり、これらを本研究の成果に反映させるため、補助事業期間を延長し、許可された。次年度以降には、引き続き資料収集・分析や現地調査を補充していき、研究をまとめる予定である。ほぼ計画通りに助成金を使用したが、文具などの消耗品の一部を購入しなかったため3000円弱の残額が生じたため、翌年度分に入れた。
新規NLRファミリーによる病原体認識と獲得免疫誘導における役割

我々が同定した新規NLRファミリー分子NLR-tbの自然免疫系における役割の解析を行った。その結果、NLR-tbは炎症性サイトカインIL-1ベータの産生を誘導する機能を有することが分かった。また、ノックアウトマウスの解析から、NLR-tbは他のNLRファミリー分子により認識される病原体成分とは異なる未知の成分の認識に関わる可能性が示された。NLRファミリーは細胞内において様々な病原体成分や自己成分により活性化され炎症応答を引き起こすセンサー的役割を果たしていることが知られている。ヒトやマウスにおいて20種類以上存在しているが、それらの多くの機能は分かっていない。我々は、ウイルス認識センサーRLRのシグナル伝達分子であるTBK1と結合する分子として我々はNLR-tbを発見した。本年度、NLR-tbの自然免疫系における機能を明らかにする為に、NOD27欠損マウスの作製を行った。定法に従い、NLR-tb欠損マウスを作製したところ、このマウスはメンデルの法則に従い誕生した。調べた限り、発生学的異常は認められず、免疫担当細胞の分化や活性化状態にも異常は認められたなかった。そこで、野生型及びNLR-tb欠損マウスより、マクロファージおよび樹状細胞を調整し、様々な細菌構成成分で刺激を行い、炎症性サイトカインIL-1βの産生を測定した。その結果、これらの刺激後のIL-1β産生はNLR-tb欠損マウスでも正常であった。このことから未知のリガンドが存在している可能性が示唆された。また、我々は、NLR-tbがウイルス感染により発現が上昇することを見出した。このことから、ウイルス感染後の炎症反応惹起においてNLR-tbが関与している可能性がある。現在、様々なウイルスを用いて同様の実験を行っているところである。一方、NLR-tbの機能をより詳細に明らかにするために、結合分子のスクリーニングを酵母ツーハイブリッド法により行っている。ウイルス感染はToll-like receptor(TLR)やRIG-I-like receptor (RLR)といった自然免疫受容体により認識されI型インターフェロンや炎症性サイトカイン産生といった自然免疫応答が誘導される。我々は、これまでTLRやRLRの情報伝達経路に位置しインターフェロン産生に必須の役割を果たすキナーゼTBK1と結合する分子としてNod-like receptor(NLR)に属するNLR-tb(別名、NLRC5/NOD27)を同定した。NLR-tbの過剰発現はTBK1の活性を抑制したことから、インターフェロン産生を抑制する役割を果たしていることが示唆された。一方、NLR-tbはIL-1βの産生を誘導する活性を有していたことから、ウイルスやその他病原体感染後に伴う炎症反応め誘導に関与している可能性が考えられた。そこで、NLR-tb欠損マウスを作製し、ウイルス感染後の自然免疫応答を中心に解析を行った。RNAウイルス(NDV)、DNAウイルス(HSV-1)、TLRリガンド各種を用いて樹状細胞やマクロファージからのインターフェロンやIL-1βの産生を検討したが、NLR-tb欠損細胞と野生型細胞において有意な差は認められなかった。また、これまで知られているIL-1β誘導活性を示す病原体成分(ザイモザン)や結晶(尿酸結晶)を用いた実験においても、NLR-tb欠損マウス樹状細胞やマクロファージからのIL-1β産生に差は認められなかった。以上のことから、NLR-tbはこれらとは別の病原体成分や結晶に対するサイトカイン誘導に関与している可能性が考えられた。また、我々はウイルスや細菌感染に伴いNLR-tbの発現が誘導されることを見出しており、NLR-tbは何らかのフィードバック機構を制御しているとも考えられる。以上のことから、実際の感染モデル系を用いてNLR-tbが感染防御に対してどのような役割を果たしていくか追求する必要がある。これらの結果をJ.Immunol誌上にて発表を行った(Kumar H et al.,186,994,2011)。
活性酸素種を介した糖代謝による心筋細胞死の制御

糖尿病患者では再灌流療法後や心筋梗塞後での心不全発症率が高く、その生命予後も不良であることが疫学調査等で明らかにされている。この原因として血管病変とは無関係の代謝障害に起因する心筋細胞障害、いわゆる糖尿病性心筋症がその一因と考えられている。しかし、その病態は不明である。私どもは糖尿病でみられる高血糖状態下ではミトコンドリアでの活性酸素種産生が増大し、その結果として細胞死(アポトーシス)が引き起こされるとの仮説をin vitroの幼弱ラット培養心筋細胞系とin vivoの糖尿病モデル動物で検討した。1)in vitroの培養心筋細胞系での検討:心筋のアポトーシスは短期の高血糖で減少し、逆に長期の高血糖状態で増加した。この相反する作用はともにミトコンドリアでの活性酸素種産生によるものであった。虚血耐性を過酸化水素の暴露で評価した。過酸化水素による心筋のアポトーシスは短期と長期の高血糖状態下でともに増加した。アポトーシスの増加に先行して活性酸素種が著名に増大し、細胞内GSH濃度が低下しており、細胞死がレッドクス状態に依存していることを示している。また、高血糖下では熱ストレスによるheart shock protein(HSP)70の発現が低下し、AKtとGSK-3βのリン酸化が低下していた。2)in vivo糖尿病モデル動物での検討:高血糖状態の糖尿病動物モデルで虚血耐性の機序とそのシグナル伝達について検討した。STZ-induced DMでHSPの発現低下とPI3-キナーゼ/AKtシグナル系の活性低下が認められ、この時、HSP70の発現が低下し、虚血耐性が低下していた。この虚血耐性低下はインスリン補充で改善された。インスリンの耐性回復作用は細胞生存シグナルであるPI3-キナーゼ/AKtシグナル系の活性化によることがワートマニンによる抑制作用から確認された。高血糖や糖尿病ではミトコンドリアでの活性酸素種産生増加による酸化ストレス増大とHSP70発現が低下による虚血耐性の低下が示唆された。糖尿病患者では再灌流後や心筋梗塞後での心不全発症率が高く、その生命予後も不良であることが疫学調査等で明らかにされている。最近、血管病変とは無関係な代謝障害に起因する心筋細胞障害、いわゆる糖尿病性心筋症がその一因と考えられるようになったが、その病態は不明である。そこで、私どもは高血糖によるミトコンドリアでの代謝障害により厳格にコントロールされていた活性酸素種の制御が破綻し、制御不能となった多量の活性酸素種がミトコンドリア機能障害による細胞死(アポトーシス)を引き起こすとの仮説を幼弱ラット培養心筋細胞で検討した。1.培養液中のグルコース濃度が5.5から50mmol/Lの範囲の状態で、最長96時間し、培養心筋細胞のアポトーシス、活性酸素種量、ミトコンドリア内膜電位のタイムコースを調べた。グルコース濃度が25mmol/Lまでは、心筋細胞のアポトーシスは初期には減少し、逆にその後は増加した。50mmol/Lでは初期のアポトーシスの減少は見られず、早期から増加した。グルコース濃度が25mmol/Lまでは心筋細胞の活性酸素種の産生は48時間までは軽度の上昇(1.5倍)であったが、72時間後には著名に増加した(2倍以上)。また、ミトコンドリア内膜電位は初期のアポトーシス減少時から上昇し、72時間ではその増加は有意なものであった。

細胞内GSH濃度は72時間まで対象群と差はなかったが、84時間後には有意に低下していた。高血糖によるこれらの変化は活性酸素種の消去剤とミトコンドリアの電子伝達系阻害剤で阻止された。2.ストレス反応外因性の酸化ストレスに対する反応性をアポトーシスが減少している72時間と、増加している96時間で対照群と比較した。過酸化水素によるアポトーシスは72時間の高血糖群で有意に増加していた。糖尿病患者では再灌流後や心筋梗塞後での心不全発症率が高く、その生命予後も不良であることが疫学調査等で明らかにされている。最近、血管病変とは無関係な代謝障害に起因する心筋細胞障害、いわゆる糖尿病性心筋症がその一因と考えられるようになったが、その病態は不明である。そこで、私どもは高血糖によるミトコンドリアでの代謝障害により厳格にコントロールされていた活性酸素種の制御が破綻し、制御不能となった多量の活性酸素種がミトコンドリア機能障害による細胞死(アポトーシス)を引き起こすとの仮説を幼弱ラット培養心筋細胞で検討した。平成17年度の研究で、高血糖は心筋細胞に対して、相反する二つの方向性の作用を示しことを明らかにした。さらに、この作用はミトコンドリアでの糖代謝による活性酸素種を介し、細胞の生存のシグナルから細胞死(アポトーシス)のシグナルへの転換は細胞のレッドクス状態に依存していることを示した。また、高血糖によりアポトーシスがむしろ減少している細胞群で外因性ストレスに対する反応が亢進していることを明らかにした。しかし、この機序は不明であった。平成18年度の研究では高血糖、糖尿病での細胞死や虚血耐性の機序とそのシグナル伝達について検討した。糖尿病モデルのSTZ-induced DMでHSPの発現低下とPI3-キナーゼ/AKtシグナル系の活性低下が認められ、さらに培養心筋細胞でもAKtとGSK-3βのリン酸化が低下していた。この時、HSP70の発現が低下し、虚血耐性が低下していた。また、高血糖によるアポトーシスの減少は細胞生存シグナルであるPI3-キナーゼ/AKtシグナル系の活性化によることがワートマニンによる抑制作用から確認された。また、高血糖下では熱ストレスによるHSP70発現が低下していた。
心筋におけるグルココルチコイド作用機構の解明

心筋におけるグルココルチコイド(GC)作用を、GC受容体(GR)とその標的遺伝子を基軸として詳細に究明し、その生理学的意義を明らかにすることを目的とした。心筋細胞におけるGC-GR特異的標的遺伝子群を明らかにし、GRが心筋代謝調節のカギ分子であることを見いだした。特に、GRは転写因子KLF15の遺伝子発現を誘導し、心筋のアミノ酸代謝を制御することを明らかにした。また、心筋においてGCはシクロオキシゲナーゼ2(COX-2)、フォスフォリパーゼA2(PLA2)、プロスタグランジンD2合成酵素発現を協調的に誘導してプロスタグランジンD2合成を促進させ、例えば虚血再還流後心筋障害に対し保護的に作用することを明らかにした。【研究の要旨】心筋におけるグルココルチコイド(GC)作用を、グルココルチコイド受容体(GR)とその標的遺伝子を基軸として詳細に究明し、その生理学的意義を明らかにすることを目的とする。【研究成果】1)ラット初代心筋培養細胞における機能的GRの発現を確認し、アデノウイルスによるFLAGタグ付きGRおよびミネラルコルチコイド受容体(MR)過剰発現系、siRNA発現ウイルスおよびオリゴヌクレオチドの一過性導入によるGR、MRノックダウン系を確立した。2)GR選択的拮抗薬であるRU486とGR選択的アゴニストコルチバゾール(CVZ)を組み合わせ、受容体発現調節系を用いることで高効率にGC-GR制御系に選択的な標的遺伝子を抽出するシステムを確立した。3)GC-GRの抗炎症作用の一部はシクロオキシゲナーゼ2(COX-2)、フォスフォリパーゼA2(PLA2)の発現抑制であることが明らかにされているが、上記システムを用い、心筋ではGC-GRはCOX-2、PLA2の発現を誘導することを明らかにした。4)上記システムを用い、GC-GRは転写因子KLF15の発現を誘導し、KLF15の標的遺伝子であるBCATmの発現などを制御することにより、心筋のアミノ酸代謝に関与することを明らかにした。5)心筋において、転写伸長反応抑制核内タンパクであるHEXIM1はGC-GRによる転写調節作用を負に制御していることを明らかにした。【研究目的】心筋におけるグルココルチコイド(GC)作用を、グルココルチコイド受容体(GR)とその標的遺伝子を基軸として詳細に究明し、その生理学的意義を明らかにする。【研究成果】・GR選択的拮抗薬RU486とGR選択的アゴニストコルチバゾール、GR発現調節系を組み合わせ、高効率にGC-GR制御系に選択的な標的遺伝子を抽出するシステムを確立した。この系を用い、心筋細胞におけるGC-GR特異的標的遺伝子群を明らかにし、GC-GRが心筋代謝制御に重要であることを明らかにした。・GRは心筋細胞肥大制御や肝糖新生に重要な転写因子KLF15の遺伝子発現を誘導し、KLF15の標的遺伝子である分枝鎖アミノ酸転移酵素BCATmの発現などを促進することにより、心筋のアミノ酸代謝を制御することを明らかにした。・GCの抗炎症作用の一部はGRによるシクロオキシゲナーゼ2(COX-2)、フォスフォリパーゼA2(PLA2)の遺伝子発現抑制であるが、心筋細胞ではGRはこれらの遺伝子発現をむしろ誘導することを明らかにした。・心筋においてGRはCOX-2、PLA2、プロスタグランジンD合成酵素の遺伝子発現を協調的に誘導し、プロスタグランジンD2合成を促進させ、例えばErk1/2の活性化、心筋細胞のアポトーシス抑制などを介して虚血再還流後心筋障害に対し保護的に作用することを明らかにした。・心筋において、転写伸長反応抑制核内タンパク質であるHEXIM1がGRによる遺伝子発現誘導作用を負に制御していることを明らかにした。【研究成果の意義、重要性】・ミネラルコルチコイド(MC)との交叉性を排除したGC-GR選択的標的遺伝子群同定方法を確立した。同方法は、全身の組織に適応可能で、心筋あるいは脳などのGC、MC競合組織では特に有用であり、現在解析を展開している。・GCにより組織特異的な発現制御を受けるモデル遺伝子を同定したことにより、組織特異的遺伝子発現制御機構の解明や副作用分離型GC新薬開発にも応用可能と考えられる。・本成果は心筋におけるアラキドン酸代謝、プロスタグランジン合成、アミノ酸代謝の新知見であり、心筋代謝生理の理解を進展させた。・虚血再潅流後心筋障害治療法として新たにGC-GR制御系を利用した治療法開発の可能性を提示した。・心筋におけるGRによる転写制御機構に転写伸長反応抑制因子も相互作用していることが明らかになった。
佚文資料による切韻の研究

1.佚文の研究上田正『切韻逸文の研究』に沿って所拠資料のチェックを行った。必要な場合は原本も参照し、将来の『切韻』祖本再建のための基礎作業を進めたが、今年度中には完了しなかったので、更に継続する予定である。2.切韻諸本との比較『切韻』唐代写本のカラーフィルムは既に収集済だが、引き伸ばしのコストが非常に高いのがネックになって利用できずにいた。近年のコンピューター技術の急速な進歩により画像も容易に処理できるようになってきたので、写真焼き付けではなくフォトCDの形で利用することにした。これにより原写本の姿がリアルな形で再現できるだけでなく、諸本の比較や県検索なども手作業でなく機械を使用して柔軟かつ精密に行うことが可能になったので、究極の目標である『切韻』祖本の再建のための根幹部分を据えることができた。更に『切韻』諸本と佚文を機械可読テキストとして入力し始めたが、時間の制約によりサンプル程度の分量しかできておらず、今後の大規模な研究が必要である。
内分泌因子の皮脂腺に及ぼす影響について-培養脂腺細胞による検討-

男性ホルモンは、皮脂腺の機能を亢進し、皮脂分泌を増加させざ瘡の重要な基礎条件である脂漏状態を作り上げると考えられている。またその作用機序としては、男性ホルモンの一つであるテストステロン(以下Tと略す)が、皮脂腺に存在する5-アルファー還元酵素により5-アルファーダイハイドロテストステロン(以下DHTと略す)に代謝され、このDHTが皮脂腺の男性ホルモン受容体と結合して、作用を発現すると推測されている。近年われわれは、ヒトの顔面より分離した皮脂腺の組織片培養に成功し、得られた培養脂腺細胞の増殖が、T,DHT各々により促進されることを報告した。そこで今回われわれは、この培養脂腺細胞にT,DHT各々を作用させることにより、in vitroにおいてざ瘡モデルを作成し、ざ瘡治療におけるスピロノラクトンの奏効機序について、培養脂腺細胞の増殖を指標として検討した。まず、顔面の皮脂腺より得られた培養脂腺細胞の増殖に及ぼすT,DHT各々の影響を検討し、T,DHT各々が濃度依存性に、有意に培養脂腺細胞の増殖を促進することを、さらにその作用は、DHTにおいてより強力であることを確認した。次に培養脂腺細胞にT,DHT各々とスピロノラクトンを同時に作用させて、スピロノラクトンのT,DHT各々による培養脂腺細胞への増殖促進作用に対する影響を検討した。その結果、スピロノラクトンは濃度依存性に、有意にT,DHT各々による培養脂腺細胞への増殖促進作用を抑制することが判明した。またスピロノラクトンは単独でも、培養脂腺細胞の増殖を濃度依存性に有意に抑制した。以上により、スピロノラクトンはざ瘡治療において、男性ホルモンによる皮脂腺の機能亢進に対する拮抗作用により、またそれ自身の皮脂腺に対する直接作用により奏効するものと考えられた。
加令による骨量減少の予防にたいする運動の効果に関する研究

骨粗鬆症の予防の第1は、中高年期での骨量減少をいかに抑えるかであり、第2には若い時期での最大骨量をいかに高くするかである。この予防法の2点に対する運動(一部Caの補足効果も含む)の効果を明らかにするため、若い成人女性または中高年婦人、さらに成長期のラットを用いて種々検討した。中高年期の骨密度維持に対する運動の効果に関する研究では、ゴルフキャデイ、ランニング愛好者および一般家庭婦人の骨密度を比較したが、有意差はなかった。さらにランニング愛好者と家庭婦人の骨密度年変化率にも有意差がなかった。若い成人女性での研究はよって、骨密度を高くするには中学校以降6年以上、運動系クラブに所属することが重要であると判明した。また、この時期行ったスポーツの骨密度増加に対する寄与の大きさを比較すると、投擲>球技>長距離走の順であった。以上2つの研究から、若い時期の最大骨量の増加あるいは中高年期の骨量維持のための運動は、低負荷・高頻度よりも高負荷・低頻度の運動様式が有効であると示唆された。運動とCa投与の発育期骨形成への効果に関しては、ラットで研究を行った。その結果、Ca投与および運動とも単独で骨形成の促進に効果があったが、両者の組み合わせにより一層効果が大きくなることを認めた。しかし、Ca供給が所要量ぎりぎりの場合は、運動量と骨密度の間には負の相関傾向がみられた。このことから若いスポーツ選手では、所要量を越える十分なCa摂取が重要であると察せられた。若い成人女性(18-21才)に7ケ月間、Caを600mg補足する研究では,Ca補足群と対照群の間に骨密度の変化率は差がなかった。他の文献の結果とあわせて考えると、Ca補足はこの時期よりも早い時期に行うことが有効と示唆された。中高年婦人(40ー60才代)の体組成、安静時血圧、血中脂質および腰椎・大腿骨近位端の骨塩量に与える歩行トレ-ニングの効果を評価した。1.3ケ月の歩行トレ-ニングの効果:(1)体重、皮脂厚および体脂肪率はそれぞれ2.9kg、10.8mmおよび6.1%減少した。(2)安静時血圧は収縮期が15mmHgまた拡張期が6mmHg低下した。(3)総およびHDLーコレステロ-ル値が共に減少したため、総ー/HDLーコレステロ-ル比には変化がなかった。また中性脂肪値にも変化が認められなかった。2.長期の歩行習慣(10ー20年)をもつ婦人(WT)とジョギング愛好者(J)および一般家庭婦人(HW)の骨塩量の比較:(1)WTの1日あたりの平均歩行数は21953歩であり、HWでは5860歩であった。また1日の平均Ca摂取量はWTが765mg,HWが674mgと両者で類似した値であったが、Jでは597mgとやや低い値にあった。(2)WTの腰椎(2ー4)ならびに大腿骨近位端のNeck、WardーTおよびTrachanterの平均骨塩量(g/cm^3)はそれぞれ0.968、0.822、0.773および0.709であり、Jの0.913、0.784、0.721および0.666、またHWの0.935、0.756、0.678および0.656よりも3.5ー14.0%高い様子にあった。

(3)WT、J、HWの3群において、上記各部位の骨塩量と歩行数あるいは各部位の骨塩量とCa摂取量の間には明かな関係がみられなかった。加令による骨量低下の防止法の一つとして、若い時期での最大骨量を高めるが重要であると言われている。そこで、本研究では成長期のヒトおよびラットにおいて、最大骨量の増加に運動とCa摂取がいかに貢献するかを検討した。成長期のヒトでの横断的研究では、Ca摂取量と骨密度との間に明確な関係は認められなかった。しかし、成長期で運動習慣の乏しかった群(NA)、球技選手群(BA)、投擲選手群(TW)および長距離走選手群(DR)の間には差異がみられた。すなわち、DEXA法(g/cm2)とQCT法(mg/cc)で測定された腰椎(L)および大腿骨頭部(NECK;N.TRACHANTER;TR,WARRSーT;WーT)の骨密度はともにNA<BA<TWであり(DEXA法:腰椎、NA1.030,BA1.090,TW1.245,大腿骨、N、NA0.906,BA0.958,TW1.063;TR、NA0.700,BA0.769,TW0.911;WーT、NA0.909,BA0.961,TW1.059)(QCT法:腰椎、NA173,BA178,TW209)成長期での運動、特に重量負荷運動の有効性が示唆された。これに対して、DRの骨密度(DEXA法:腰椎、0.999、N0.906、TR0.769、WーT0.893)はNAよりもむしろ低い様子にあり、運動は量よりも質の重要性が推察された。次いで成長期のラットを用いて、13週間高Ca食+運動群、高Ca食+非運動群、普通Ca食+運動群および普通Ca+非運動群に分け、骨密度と骨Ca量を測定した。その結果、骨密度(g/ml)と骨Ca量(mg/ml)は、高Ca食+運動群で1.596と175、高Ca食+非運動群で1.538と165、普通Ca食+運動群で1.497と158、普通Ca食+非運動群で1.426と145であった。分散分析により、高Ca食と運動は骨密度と骨Ca量に有意な増加作用をもつことが示された。そして、特に高Ca食と運動の結合が有効であると示唆された。5週令のラットを13週間、高Ca(2%)ー運動群(HE)、高Caー非運動群(HS)、普通Ca(0.4%)ー運動群および普通Caー非運動群で飼育し、発育期の骨発達に及ぼすCaと運動の影響を基礎的に研究した。体重は運動群で非運動群よりも低かった。大腿骨湿重量は4群間で差がないが、骨密度および骨Ca量は共にHE>HS>NE>NSの順であった。血清1.25-(OH)2D3値は高Ca群で低下したが、血清Ca、P、Mgおよび血漿PTH量は4群間で差がなかった。また、大腿骨骨密度とCa量は、高Ca群では走行距離と関係が認められなかったが、普通Ca群では走行距離の増加にともない減少する様子(r=-0.592と-0.533、共に0,05<P<0.1)にあった。以上のことは、高Ca摂取と運動共に骨塩の発達に寄与するが、運動の効果はCaの十分な供給下で発揮されることを示唆している。3群間の年令をそろえた一般家庭婦人、ゴルフキャディおよびジョーガー群について、DEXA法により腰椎および大腿骨近位部(Neck、Trach.、W-T)の骨密度を測定し、中高年婦人(46-62才)の骨塩量にたいする運動の効果を評価した。その結果、すべての測定部位において、3群間に差は認められなかった。次いで、一般家庭婦人とジョーガーについて、1ケ年間における骨密度変化を前記の部位で検討したが、すべての測定部位の変化量(%変化)は両群間で差がみられなかった。以上のことから、中高年における骨密度維持に必要な運動量は日常的な生活の中で十分確保されることも考えられる。
ピロリ菌CagAの宿主細胞内安定性を規定する細胞特性の解析

H. pyloriのがん蛋白質CagA分解を司るautophagyの宿主細胞シグナルは、VacA受容体であるLRP1が、リソソーム産生亢進を仲介することで、autophagosomeとautolysosomeの融合起点において重要な役割を担うことを明らかとした。さらにLRP1への結合を介して、LRP1によるautophagy発現シグナルを不に制御する分子を見出し、この分子の過剰発現細胞はCagAを特異的に蓄積させるのみならず、CD44v9発現を惹起させることを明らかとした。本研究成果により、CagA蓄積とCD44v9発現亢進に繋がる極めて重要な宿主細胞キャラクターが同定された。ピロリ菌の産生するCagAは宿主細胞内へ装填され、がん蛋白質として機能するが、宿主細胞内でオートファジーにより分解される。CagA分解性オートファジーは、ピロリ菌の分泌毒素VacAが宿主細胞表層のLRP1蛋白質に結合することで誘導される。そこで、LRP1依存的CagA分解性オートファジー発現機構の解析を行った。その結果、LRP1はオートファジー発現時に、細胞表層にてプロセシングを受け核内移行が亢進することが明らかとなった。さらに、核内移行したLRP1-ICDドメインは、lysosome表層蛋白質の転写因子として機能し、これにより発現が亢進したlysosome表層蛋白質は、CagA分解性オートファゴソーム及びオートリソソームの両者に局在することがautophagic flux assayより明らかとなった。つまり、核内移行が亢進するLRP1-ICDドメインはオートファゴソームとリソソームの融合起点において、リソソーム産生亢進を介した重要な役割を担っていることが示唆された。さらに、オートファジー発現時に、核内において、LRP1-ICDは、異なる蛋白質と結合することもnano LC-MS/MS解析で明らかとなり、核内移行したLRP1-ICDによる過剰なlysosome表層蛋白質の発現誘導が制御される事が明らかとなった。さらに、この蛋白質の過剰発現細胞では、オートファジー誘導が抑制されることも明らかとなった。ピロリ菌の産生するがん蛋白質CagAは宿主細胞内へ装填されるが、オートファジーにより分解される。また、このオートファジーは、ピロリ菌の分泌毒素VacAが宿主細胞表層のLRP1蛋白質に結合することで誘導される。前年度までの本研究により、VacA結合後のLRP1-ICDドメインは核内移行し、lysosome表層蛋白質の転写因子として機能することで、autophagolysosomeの形成が促進しCagA分解性オートファジーが完結する機序を明らかとした。さらに、核内移行したLRP1-ICDドメインに結合するタンパク質(LRP1-binding protein)をnano LC-MS/MS解析で同定している。本年度の研究により、LRP1-binding proteinの過剰発現細胞ではautophagyが抑制され、CagAが蓄積することを明確にしたことから、LRP1-binding proteinの発現制御が破綻した細胞へのCagAの装填が発がんシグナルの亢進に関わる重要な宿主細胞キャラクターであると考えられた。興味深いことに、ピロリ菌感染に関わらず、LRP1-binding protein発現が亢進状態にある細胞が存在することがピロリ菌感染動物実験により明らかとなった。そこで、LRP1-binding proteinの発現制御システムをエピジェネティクス制御に注目して解析した結果、LRP1-binding proteinの発現は、DNAメチル化制御の関与は少なく、promoter領域のアセチル化制御を受けている可能性がバイサルファイトシークエンス解析及びChip assayにより示唆された。LRP1-binding protein発現が亢進状態にある細胞へのピロリ菌感染によるCagA装填は、ピロリ菌感染時の胃発がんリスクを規定する宿主側の重要な指標となる可能性が示唆された。ピロリ菌のがん蛋白質CagAは宿主細胞内でautophagyにより分解され安定化できないが、CD44v9発現細胞ではCagA分解性autophagyが発現せず、CagAが特異的に蓄積する。つまり、CagAの発がんシグナルは、安定化できる細胞特異的に発揮される。本研究では、autophagy発現シグナル解析から、autophagy発現抵抗性を示す細胞特性を見出し、ピロリ菌感染時の胃発がんリスクを高める宿主要因を提示することを目的とした。autophagyはピロリ菌外毒素VacAが宿主細胞表層のLRP1に結合することで誘導される。前年度までに、VacA結合後のLRP1-ICDは、lysosome表層蛋白質の転写因子となり、autophagolysosome形成促進に関与し、また、核内でLRP1-ICDに結合しautophagolysosome形成を抑制するLRP1-binding proteinが存在することを明らかとした。さらに、LRP1-binding protein過剰発現細胞へのピロリ菌感染では、autophagy発現が抑制されCagAが蓄積することを明らかとした。本年度の研究により、LRP1-binding protein過剰発現細胞へのCagA蓄積がCD44v9発現を惹起することを明らかとした。さらに、マウス胃粘膜上皮細胞中には、LRP1-binding protein発現が亢進している細胞が存在することを免疫組織学的解析並びにFACS解析により明らかとした。これらの結果から、LRP1-binding proteinの発現亢進

細胞は、autophagy発現抵抗性を示し、CagAを蓄積させる細胞であることが示され、さらには、CD44v9発現細胞の誕生にも寄与する極めて重要な宿主細胞キャラクターであることが示された。H. pyloriのがん蛋白質CagA分解を司るautophagyの宿主細胞シグナルは、VacA受容体であるLRP1が、リソソーム産生亢進を仲介することで、autophagosomeとautolysosomeの融合起点において重要な役割を担うことを明らかとした。さらにLRP1への結合を介して、LRP1によるautophagy発現シグナルを不に制御する分子を見出し、この分子の過剰発現細胞はCagAを特異的に蓄積させるのみならず、CD44v9発現を惹起させることを明らかとした。本研究成果により、CagA蓄積とCD44v9発現亢進に繋がる極めて重要な宿主細胞キャラクターが同定された。CagA分解性オートファジーの発現誘導に関わるLRP1シグナルの解析を目的とした研究であるが、これまでに、LRP1-ICDが核内でlysosome表層蛋白質の転写因子として機能している機序を明確とし、それに加えて、LRP1-ICDに結合しオートファジーの発現を負に制御する分子の同定と、その分子の過剰発現細胞の存在を明確にできた。つまり、オートファジーの発現機序に関わるLRP1の機能解析から、ピロリ菌感染時のCagA蓄積性細胞キャラクターの同定に迫る分子メカニズムが明らかとなりつつあり、胃発がんリスクを規定する宿主細胞キャラクターの同定に向けて順調に計画が進行していると考えている。細菌学CagA分解性オートファジーの発現誘導に関わるLRP1シグナルの解析を目的とした研究であるが、これまでに、オートファジー誘導に対するLRP1の関与が、核内移行後の転写因子としての機能、また、その制御システムの両者を明らかにすることができ、順調に計画が進行していると考えている。しかし、LRP1依存的な細胞内グルタチオン低下誘導機序については、GSH合成経路遺伝子の発現制御が核内移行したLRP1-ICD依存的ではなかったことから、現時点で明らかとなっていない。当初計画していたよりも順調にin vitro蛋白発現解析が進行し、抗体等のタンパク発現解析に係る費用に次年度使用額が生じた。また、よく知る先生との共同研究が実施でき、タンパク発現解析において共同研究先での研究が実施できたため次年度使用額が生じた。LRP1依存的な細胞内グルタチオン低下誘導機序の解明を、網羅的代謝産物解析といった手法を導入することで実施する。さらに、核内移行したLRP1-ICD依存的に誘導されるオートファゴソームとリソソームの融合の分子メカニズムについて、細胞質内イベントに注目した解析を展開する。さらに、nano LC-MS/MS解析で明らかとした、核内でのLRP1-ICD制御蛋白質の発現制御機構とオートファジー制御機構との関係を明確にする。in vitro蛋白発現解析並びに機能解析が順調に進んだことから、次年度使用額では、これら蛋白質のin vivo蛋白発現解析並びに機能解析に使用する計画であり、より詳細な標的蛋白質の機能解析を実施する計画である。
下側頭葉における記憶形成機構の神経回路モデル

脳の視覚系において、下側頭葉皮質は視覚性記憶に深く関与していることが知られている。この領域で、遅延対連合課題時に、cueにはほとんど反応しないにもかかわらず、遅延期間中に徐々に活動を高めtargetに対する反応に近づくという予測的活動を示すニューロン(pair-recallニューロン)が見つかっている。このようなニューロン活動は、下側頭葉の記憶メカニズムを探る上で非常に重要であるが、点アトラクタを基礎とする従来の記憶モデルでは説明できず、そのメカニズムは長い間不明であった。これに対して、我々は計算論的な考察に基づき対連合記憶の神経回路モデルを構築した。このモデルは、相互に結合した2つの回路網N_1とN_2から成り、N_2からフィードバックされる学習信号を用いてN_1に軌道アトラクタが形成される。これによって対連合課題の学習と実行が可能であるだけでなく、pair-recallニューロン活動がよく再現される。また、N_1をTE野、N_2を嗅周皮質に対応づけることによって、種々の生理学的知見が説明され、いくつかの予言が導かれる。ごく最近、Nayaら(2001)はpair-recallニューロンの活動を詳細に測定し、その時間特性を解析することによって極めて興味深いデータを得た。そこで、我々のモデルのシミュレーション結果について全く同様の解析を行ったところ、生理データと非常によく一致し、予言の一部が実証された。このことは、TE野に軌道アトラクタが形成されていること、及びそれに必要な学習信号が嗅周皮質から送られていることを強く示唆する。サルの下側頭葉皮質で観測された対連合記憶関連ニューロンの活動は、記憶情報の脳内表現や、その形成および想起の神経機構を明らかにする上で非常に重要な意味をもつが、従来の神経回路モデルではうまく説明することができなかった。この問題に関して計算論的な考察を進めた結果、feedforward抑制型のモデルによって想起の過程が説明できること、記憶を形成するためにはある適切な学習信号を与える必要があることが明らかになった。また、このような学習信号を生成するためには、別の神経回路網との相互作用が不可欠であることもわかった。これらの結果を基に、N_1とN_2の二つの部分回路網からなるモデルを構成した。連合すべき情報が逐次的に入力されると、N_1からの信号を受けてN_2が学習信号をN_1に送り、これを用いてN_1に軌道アトラクタが形成される。これが対連合記憶の痕跡となる。ワークステーション上でシミュレーション実験を行ったところ、このモデルによりサルでの実験と同様に遅延対連合課題を正しく遂行することが可能であった。また、サルの対連合記憶関連ニューロン活動をよく再現することができた。このことは、下側頭葉における記憶痕跡の形式およびその形成機構がモデルと同じ原理に基づいていることを強く示唆する。種々の生理学的知見から、連想回路網N_1は下側頭葉皮質(特にTE野)に相当し、学習信号生成回路N_2は嗅皮質に相当すると考えられる。モデルの動作解析から、TE野ニューロンの活動や嗅皮質の破壊実験に関していくつかの予言を導出すると共に、側頭葉内側部の機能について考察した。
イオン液体を用いた異元素含有ゼオライト鋳型炭素の合成と応用（国際共同研究強化）

3次元規則構造をもつミクロ多孔性カーボンであるゼオライト鋳型炭素と、結晶性多孔性材料である有機金属構造体はいずれもミクロ多孔性材料であるが、ゼオライト鋳型炭素は骨格がカーボンであるため、金属有機構造体とは異なる特性や利点を有している。本研究によりゼオライト鋳型炭素と金属有機構造体との構造及び性質の対比がより明らかとなり、材料開発に関する包括的な理解が深まったため、化学的視点からゼオライト鋳型炭素に関連した報告を全て網羅する総説を出版した。さらに、多孔性材料における分子論的理解に基づく研究手法を非晶質なカーボン材料に適用する新たな試みも開始した。電気二重層キャパシタはリチウムイオン電池よりエネルギー密度は低いが出力密度に優れる蓄電デバイスである。一対の活性炭電極を有機電解液に含浸し、電気二重層に電気を蓄える原理で動作するデバイスであるが、高電圧を印加するとデバイスが劣化するため、その上限電圧は2.8 Vに制限されている。従来は劣化の機構が不明瞭であったが、多孔性カーボン電極の化学構造を詳細に検討した結果、主に劣化の起点となるのはグラフェンの端(エッジサイト)が水素で終端された箇所であることを明らかにした。さらに、含酸素官能基の中でも高温で分解してCOを放出するフェノール性水酸基やエーテルのような部位も劣化の起点となることがわかった。また、劣化のメカニズムが電解液や印加電圧に依存して変化することも見出した。内定年度:2015ヘテロ原子を含有する有機結晶のような規則構造性炭素化物の合成に向け、ポルフィリン類誘導体から成る数種類の有機結晶の炭素化挙動について検討を行った。中心がNiであるポルフィリンから成る環状2量体は、比較的結晶性の高い有機結晶となる。走査型電子顕微鏡による形態観察から、この有機結晶は厚さ約50 nmの層が積層したような結晶であることがわかった。有機結晶を320°C程度まで加熱するとポルフィリンを連結しているジアセチレン部位が熱重合してポリジアセチレン構造に変化し、元とは異なる高分子結晶に転移するが、この場合にも層状の構造を保つことがわかった。さらに、700°Cまで昇温して炭素化をしても、結晶の外形に大きな変化は見られず、この有機結晶は固相炭素化していることがわかった。有機結晶の熱分解過程をより詳細に分析するため、TG-MSによる分析を行った。その結果、ポルフィリンの中心がプロトンである場合には600°Cまでに大量のピロールの脱離が確認された。すなわち、ポルフィリン環が熱分解していることが示唆された。ところが、ポルフィリンの中心がNiである場合にはピロールは殆ど脱離せず、ベンゼン、トルエン、ピリジル基などの脱離がごく僅かに確認されるに留まった。すなわち、Niを中心とするポルフィリンは熱に極めて強く、これが炭素化後にもポルフィリンの中心のNi-N4構造が良好に維持される理由であることが明らかになった。George Shimizu教授の研究室に渡り、本格的な検討を始める前の基礎的な検討をかなり進めることができた。いままで、環状ポルフィリン2量体を炭素化すれば規則構造炭素化物が得られることは分かっていたが、その詳しいメカニズムは不明であった。H28年度には熱分解過程を詳細に分析することで、有機結晶の構造を維持した炭素化に必要な要素として、以下の4点が必要であることがわかった。(1)Niポルフィリンのような耐熱性のブロックが存在すること、(2)分子中に酸素、硫黄、ハロゲン、アルキル鎖といった熱分解し易い部位が含まれないこと、(3)ジアセチレンのように熱重合して3次元架橋ポリマーを形成できる部位を持つ、(4)有機分子が結晶構造を取り、熱重合したポリマーも結晶構造を取ること。次年度以降、有機結晶からの規則構造性炭素化物調製の一般化を目指し、前駆体となる有機分子の幅を広げた検討を行う予定であるが、H28年度の結果からある程度、目標となる分子の絞り込みが可能となった。ゼオライト鋳型炭素のように規則構造をもつ炭素材料の鋳型フリー合成を志向し、ホスホネート系有機金属構造体の世界的権威であるUniversity of CalgaryのGeorge Shimizu教授の研究室に滞在し、共同研究を行った。Shimizu教授の得意とするホスホネート系金属有機構造体(MOF)の中でも特に熱安定性に優れるジルコニウムを用いた構造体に着目し、その熱安定性や酸および水蒸気に対する安定性を調べた。その結果、従来の有機金属構造体に比べて大幅な優位性を見出した。特に、テトラフェニルベンゼンをベースにした有機骨格とホスホネートから成るリガンドが450°Cでも安定であることから、これを利用した新規炭素材料合成の着想を得ることができた。具体的には、フェナントレン、コロネン、ポルフィリンといった巨大π系分子のみならずテトラフェニルベンゼンも耐熱性の規則性カーボン合成の分子ブロックとして有用であることを見出した。これらの耐熱性ブロックをジアセチレンもしくはアセチレンと組み合わせると、熱処理により規則性カーボン材料が得られると考えられるが、そこにホスホン基を導入すれば、炭素化後にも機能性官能基として炭素骨格に残存できる可能性が高い。また、ホスホネート系MOFのプロトン伝導測定も行い、水素結合ネットワークの次元性とバルク導電率に相関を見出した。炭素材料のエッジサイトにもリン酸基やホスホン基の導入は可能であり、耐薬品性及び耐熱性に優れる炭素系のプロトン伝導材料調製の着想を得ることができた。

また、緻密に細孔径が制御できる有機金属構造体の骨格に極性を持たせることで室温での二酸化炭素吸着量および窒素に対する選択率を大幅に向上できることも見出した。さらに、合成したホスホネートMOFを規則構造性炭素に直接転換できる可能性も示唆された。当初は、ゼオライト鋳型炭素と同じく規則構造を持つカーボン材料を有機系結晶の炭素化により調製することを目的としていた。この目的は概ね達成でき、研究成果はNature Communications誌にて報告することができた。当初の計画に加え、George Shimizu教授の得意とするホスホネート系MOFに関する検討を進め、ホスホネート系リガンドが新規カーボン材料創製のために非常に有用であることを見出した。高い熱安定性を見出すことができ、カーボン材料へ機能性官能基として導入する着想を得た。さらに、ホスホネート系MOFを直接炭素化しても、規則構造性カーボン材料が得られることを示唆する実験結果も得られた。MOFの炭素化で規則構造が残った例はこれまで皆無であり、今後新規のカーボン材料創製に繋がる可能性が大いに期待できる。以上のように、当初の計画以上に研究は進展している。3次元規則構造をもつミクロ多孔性カーボンであるゼオライト鋳型炭素と、結晶性多孔性材料である有機金属構造体はいずれもミクロ多孔性材料であるが、ゼオライト鋳型炭素は骨格がカーボンであるため、金属有機構造体とは異なる特性や利点を有している。本研究によりゼオライト鋳型炭素と金属有機構造体との構造及び性質の対比がより明らかとなり、材料開発に関する包括的な理解が深まったため、化学的視点からゼオライト鋳型炭素に関連した報告を全て網羅する総説を出版した。さらに、多孔性材料における分子論的理解に基づく研究手法を非晶質なカーボン材料に適用する新たな試みも開始した。電気二重層キャパシタはリチウムイオン電池よりエネルギー密度は低いが出力密度に優れる蓄電デバイスである。一対の活性炭電極を有機電解液に含浸し、電気二重層に電気を蓄える原理で動作するデバイスであるが、高電圧を印加するとデバイスが劣化するため、その上限電圧は2.8 Vに制限されている。従来は劣化の機構が不明瞭であったが、多孔性カーボン電極の化学構造を詳細に検討した結果、主に劣化の起点となるのはグラフェンの端(エッジサイト)が水素で終端された箇所であることを明らかにした。さらに、含酸素官能基の中でも高温で分解してCOを放出するフェノール性水酸基やエーテルのような部位も劣化の起点となることがわかった。また、劣化のメカニズムが電解液や印加電圧に依存して変化することも見出した。Ni型の環状ポルフィリン2量体で発見されていた、有機結晶から規則構造性炭素化物への転換の原理を、他の有機結晶に拡張する検討を行う。まず、Ni型ではなくFe型の環状ポルフィリン2量体の合成およびその炭素化を行う。また、2量体では無くポルフィリン単量体に関し、置換基の効果を調べることを目的により詳細な検討を行う。その中で、ピリジル基、フェニル基、アセチレン基など置換基の効果を明らかにする。次に、規則構造性炭素化物の多孔化に関する検討を行う。