hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物の形態進化の遺伝的機構とその進化過程の解明―カワゴケソウ科の幼植物を用いて―

平成23年度は、カワゴケソウ科の水平軸ボディプランの進化に重要と考えられる、無限成長する茎頂分裂組織をもたない有限シュートの獲得に関わる遺伝的機構を明らかにするため、カワゴケソウ科の代表種Zeylanidium lichenoidesの胚発生から一次シュート形成において詳細な発生過程を解明した。形態観察の結果、胚発生において茎頂分裂組織の形成過程に変更が起き、明確な幹細胞層が形成されないことが明らかとなり、通常のドーム状構造をもたない茎頂分裂組織"cryptic SAM"が形成されることが示唆された。また、発芽後の一次シュート形成において"cryptic SAM"の一部が葉へと分化してしまうため、分裂組織は維持されないことがわかった。次に、この特異な茎頂分裂組織の発生過程を遺伝子発現レベルで明らかにするため、茎頂分裂組織の形成と維持に関わるZeylanidium lichenoides遺伝子の発現解析を行った。その結果、1)胚発生において、茎頂分裂組織の発生初期に発現が開始し、その後も分裂組織の形成において発現が維持されること、2)一次シュート形成において、子葉の基部へ発現が移行し葉原基が形成されることが明らかとなった。以上より、Zeylanidium lichenoidesでは、胚発生において幹細胞層を欠いた茎頂分裂組織が生じるが、一次シュート形成において維持されず、分裂組織が子葉の基部へ移行し葉が形成され、有限なシュートが形成されることが明らかとなった。これらの結果から、カワゴケソウ科の有限シュートを形成する茎頂分裂組織では、一般的な被子植物で報告されている幹細胞の維持機構が確立していないことが想定される。このことは、植物の多様性を生み出す新たな形態の獲得に、植物体の源である茎頂分裂組織の発生プログラムの変更が関わったことを示唆している。カワゴケソウ科の水平軸のボディプランの進化には,胚発生における茎頂分裂組織(SAM)と根端分裂組織(RAM)の喪失が関わると考えられる.本年度は,その遺伝的機構を解明するため,カワゴケソウ科3種を用い,切片による胚発生の形態観察と,遺伝子の単離・構造解析・発現解析に取り組んだ.胚発生の形態観察の結果,SAM,RAMをともにもたないカワゴロモ属では,胚発生においてSAMとRAMの始原細胞の分裂に変更が生じ,分裂組織が形成されないことが明らかとなった.また,SAMの形成と維持に関わる転写因子をコードする遺伝子(WUS,STM)の相同遺伝子を単離し,構造・発現解析を行なった.その結果,Polypleurum属・カワゴロモ属の相同遺伝子には,保存的でない領域に共通して欠失があることが明らかとなった.よって,タンパク質の構造が変化し,下流因子の転写活性に影響があると考えられる.また,幼植物の発現解析の結果,Terniopsis属の茎頂では,他の被子植物と同様の遺伝子の発現が観察された.痕跡的な幼芽のみをもつPolypleurum属では,個々の葉でSTM・WUSが発現する特異な発現であった.また,幼芽も形成されないカワゴロモ属では,STM・WUSは発現しなかった.これらの結果は,植物の多様性を生み出す形態進化を引き起こす遺伝的機構は,遺伝子の新規獲得や喪失といった大きな変更よりも,遺伝子発現の量・時期・位置の変化や,保存的でない領域の変異といった小さな変更が関与することを示唆する意義のあるものである.来年度は,胚発生に関与する遺伝子の構造・発現解析と,シロイヌナズナを用いたタンパク質の構造に変異がある遺伝子の機能解析を行なう予定である.平成22年度は、カワゴケソウ科の水平軸ボディプランの進化に重要な、有限シュート系の獲得に関わる遺伝的機構を明らかにするため,カワゴケソウ科3種を用い,切片による胚発生・実生からのシュート形成の形態観察と,遺伝子の発現解析を行なった.形態観察の結果,無限シュート系をもつ種と比較して、有限シュート系をもつ種では,胚発生での茎頂分裂組織の形成過程に変更が起き,一般の植物と異なる形態の茎頂分裂組織が形成されることがわかった.また,この分裂組織からの葉形成は一般的な無限シュート系とは異なり、分裂組織自体が葉へと分化し有限なシュートが形成されることがわかった。次に、有限シュート系の発生過程を遺伝子発現レベルで明らかにするため、茎頂分裂組織の発生に関わる遺伝子(WUS, STM)の発現解析を行った。無限シュート系をもつ種では、ドーム状の茎頂分裂組織において,他の被子植物と同様の遺伝子発現が観察された.それに対し,有限シュート系をもつ種では,1)胚発生において、茎頂分裂組織の発生初期から発現し、2)分裂組織から生じる葉において、一般的な被子植物とは異なるパターンで発現した。このことから、形態は異なるものの胚発生において一般的な被子植物と比較可能な茎頂分裂組織が生じ、この分裂組織から特異な発生プログラムでシュート形成が起こることが明らかとなった.以上より、有限シュート系の源となる分裂組織の存在と起源、発生を、解剖学的そして遺伝子発現レベルで解明するに至った。これらの結果から、カワゴケソウ科の有限シュート系は,一般的な被子植物のシュート系の発生プログラムの変更により進化したと考えられる.

このことは,植物の多様性を生み出す新たな形態が,新規の発生プログラムの獲得といった大きなイベントではなく,既存の発生プログラムの変更によって進化することを示唆する意義のあるものである.平成23年度は、カワゴケソウ科の水平軸ボディプランの進化に重要と考えられる、無限成長する茎頂分裂組織をもたない有限シュートの獲得に関わる遺伝的機構を明らかにするため、カワゴケソウ科の代表種Zeylanidium lichenoidesの胚発生から一次シュート形成において詳細な発生過程を解明した。形態観察の結果、胚発生において茎頂分裂組織の形成過程に変更が起き、明確な幹細胞層が形成されないことが明らかとなり、通常のドーム状構造をもたない茎頂分裂組織"cryptic SAM"が形成されることが示唆された。また、発芽後の一次シュート形成において"cryptic SAM"の一部が葉へと分化してしまうため、分裂組織は維持されないことがわかった。次に、この特異な茎頂分裂組織の発生過程を遺伝子発現レベルで明らかにするため、茎頂分裂組織の形成と維持に関わるZeylanidium lichenoides遺伝子の発現解析を行った。その結果、1)胚発生において、茎頂分裂組織の発生初期に発現が開始し、その後も分裂組織の形成において発現が維持されること、2)一次シュート形成において、子葉の基部へ発現が移行し葉原基が形成されることが明らかとなった。以上より、Zeylanidium lichenoidesでは、胚発生において幹細胞層を欠いた茎頂分裂組織が生じるが、一次シュート形成において維持されず、分裂組織が子葉の基部へ移行し葉が形成され、有限なシュートが形成されることが明らかとなった。これらの結果から、カワゴケソウ科の有限シュートを形成する茎頂分裂組織では、一般的な被子植物で報告されている幹細胞の維持機構が確立していないことが想定される。このことは、植物の多様性を生み出す新たな形態の獲得に、植物体の源である茎頂分裂組織の発生プログラムの変更が関わったことを示唆している。
大規模レセプトデータベースを用いた疫学研究結果の妥当性検証手法の確立

1.データ管理システムの整備:大規模データを扱うデータ管理システムを、実績のあるフリーウエアであるMySQL8.0を用いて作成した。2018年に新しいバージョンがリリースされ、動作確認ができたため最新バージョンを用いた。コンピュータのOSはWindows10の64bit版をアップデートしながら使用している。4月より札幌医科大学に異動したため、基礎医学研究棟6階の604室にシステムを設置し、移送に伴う支障がないか動作確認して、問題が無いことを確認した。また、データハンドリングをMicrosoft Accessで行うため、64bit版のODBCをインストールし接続確認を行った。2.レセプトデータベースを用いた臨床疫学的研究: JMDCと契約して取得した前立腺癌患者のレセプトデータベースを用いて、データ管理システムに得られたデータを取り込み、ハードディスク内に保存した。提供されたファイルごとに、「患者情報」、「レセプト情報」、「施設情報」、「医師情報」、「傷病情報」、「医薬品情報」および「診療行為情報」のテーブルを作成した。これらを用いて比較研究のためのデータセットを作成した。3.病院の診療情報データを用いた解析結果との比較研究:前立腺癌を対象とした既存情報のみを用いた観察研究を計画した。当初は岡山大学病院を受診した患者のデータを用いてレセプトデータベースとの比較を行う観察研究として研究計画書を作成していたが、研究代表者が岡山大学から札幌医科大学に異動したため、札幌医科大学用の研究計画書を作成中である。札幌医科大学においても前立腺癌治療を積極的に行っており、ダ・ビンチシステムを用いたロボット支援手術も岡山大学と同程度の症例数を見込むことができる。そのため、今後倫理委員会に研究計画書を提出し、観察研究を行い、その結果とレセプトデータベースとの比較を予定している。主任研究者が岡山大学から札幌医科大学に異動したため、それに伴いコンピュータの移送が必要となった。処理能力が高く、メインメモリ128GBのパーソナルコンピュータは企業の市販品ではオプション設定でも購入することができないため、平成29年度に購入したコンピュータを使用する必要があった。そこで、コンピュータシステムを岡山大学から札幌医科大学に移送し、基礎医学研究棟6階の604室(医療統計学教授室)に設置した。データ管理システムが問題なく作動し、レセプトデータの取り込みとデータハンドリングが可能であるかの確認作業を実施するために若干時間を要した。また、電子カルテデータとの比較を行うために、病院の既存情報を用いた観察研究を実施する必要があり、当初岡山大学に提出する予定で準備していた研究計画書と倫理委員会への各種書類を札幌医科大学の書式に訂正するためにも時間が必要であった。これらの理由で研究の進捗がやや遅れている。札幌医科大学の泌尿器科を受診した前立腺がん患者を対象に既存情報(電子カルテデータ)のみを用いた観察研究の倫理申請を行い、承認後平成30年度に予定していた研究計画にしたがって観察研究を実施する。また、前立腺がん患者のレセプトデータをデータベース管理システムに取り込みずみであるので、観察研究の診療内容との比較検討を実施する。得られた結果に対して、分担研究者である狩野光伸先生と結果の妥当性を検討する。1.データ管理システムの作成平成28年6月よりレコード数の多い大規模なデータを扱うことのできるデータ管理システムの検討を行い、UNIX系ワークステーション等で実績のあるフリーウエアのMySQLを用いることを決定した。その際、PostgreSQLとの比較や、統計解析ソフトウエアStataで直接データを扱うことも検討したが、リレーショナルデータベースシステムであるMySQLを使うことが最適であると判断した。岡山大学病院新医療研究開発センターのデータセンター内にメインメモリ128GBを搭載したパーソナルコンピュータを準備した。OSは安定性を考慮してWindows7の64bit版を用いた。データアクセスの高速なSSDディスクにJMDCデータベースから得られたデータを取り込み保存する準備を整えた。JMDCデータベースの構造については、同社とWeb会議を開催して詳細を把握し、岡山大学内のデータ構造を決定した。小児にセフェム系抗生物質を投与されたデータの抽出を依頼し、データの取り込みを行った。その際、日本語の文字コードがShift-JISであったため取り込みにエラーが発生したため、改めてUTF-8でデータ出力を依頼している。2.レセプトデータベースを用いた疫学研究データ管理システムは整備できたが、データの取り込みが終了していないので現時点では研究テーマの検討段階である。対象疾患は外科系疾患、内科系疾患、小児疾患からそれぞれ1テーマを予定している。データセットを解析するために、統計解析ソフトウエアであるStataを購入し、今後疫学研究のデータを解析し、結果をまとめる予定である。1研究テーマに対して行った操作は、他のテーマにも応用が可能であるので、まず1テーマでのスムーズなデータ取り込み、解析用データセット作成を行い、解析する準備をしている。データ管理システムの選択と、データ管理用のハードウエア構築、ソフトウエア整備までは実施できたが、レセプトデータベースからのデータ取り込みの段階で日本語の文字コードが最適ではなかったためにエラーが発生し、その対策に時間がかかってしまった。現時点では解決策がみつかり、文字コードをUTF-8にして再度データ提出を依頼している。今後、データ取り込みがエラーなく行えることを確認して倫理申請を行う予定である。1.データ管理システムの整備前年度の検討で大規模なデータを扱うことのできるデータ管理システムを、UNIX系ワークステーション等で実績のあるフリーウエアのMySQLを用いることに決定した。岡山大学病院新医療研究開発センターのデータセンター内にメインメモリ128GBを搭載したパーソナルコンピュータにMySQL5.7を準備した。OSはセキュリティーとメンテナンスを考慮してWindows10の64bit版を用いた。

このコンピュータにMDCデータベースから得られたデータを取り込み保存する環境を整えた。また、データの抽出や並べ替えなどの操作は、ODBC接続したMicrosoft Accessで行うため、ODBCのインストールと接続確認を行った。2.レセプトデータベースを用いた疫学研究研究テーマの検討を行い対象疾患を前立腺癌としてJMDCにデータ提供を依頼した。データは平成30年1月15日に岡山大学病院へCD-Rの形で提供され、データの可読性は確認した。データセットを解析するために、統計解析ソフトウエアであるStata/ MP 15(2-core)を購入した。このバージョンは、列数120,000、データの行数1兆995億で、本研究で扱うデータの解析には十分対応できる仕様である。データ管理システムのバージョン選択と、データ管理用のハードウエアが対応しているかどうかの確認作業、ソフトウエアの準備までは実施できたが、研究テーマとしての対象疾患の選定に若干時間を要した。電子カルテデータとの比較を行うために十分な症例数を確保できるかどうかを検討したことも時間がかかった理由である。現時点では対象疾患を決定し、データの提供を受けているので、データの取り込みを行う予定である。1.データ管理システムの整備:大規模データを扱うデータ管理システムを、実績のあるフリーウエアであるMySQL8.0を用いて作成した。2018年に新しいバージョンがリリースされ、動作確認ができたため最新バージョンを用いた。コンピュータのOSはWindows10の64bit版をアップデートしながら使用している。4月より札幌医科大学に異動したため、基礎医学研究棟6階の604室にシステムを設置し、移送に伴う支障がないか動作確認して、問題が無いことを確認した。また、データハンドリングをMicrosoft Accessで行うため、64bit版のODBCをインストールし接続確認を行った。2.レセプトデータベースを用いた臨床疫学的研究: JMDCと契約して取得した前立腺癌患者のレセプトデータベースを用いて、データ管理システムに得られたデータを取り込み、ハードディスク内に保存した。提供されたファイルごとに、「患者情報」、「レセプト情報」、「施設情報」、「医師情報」、「傷病情報」、「医薬品情報」および「診療行為情報」のテーブルを作成した。これらを用いて比較研究のためのデータセットを作成した。3.病院の診療情報データを用いた解析結果との比較研究:前立腺癌を対象とした既存情報のみを用いた観察研究を計画した。
植物ウイルスの複製と細胞間移行の機能的統御に関する分子機構の解析

1.トマトモザイクウイルス(ToMV)の弱毒株の解析から,複製酵素が転写後型ジーンサイレンシング(PTGS)のサプレッサーであることを予想していたが,アグロインフィルトレーションアッセイによりこれを証明した.また,サプレッサーの作用点がサイレンシングに伴い生じる2125塩基のsiRNA合成以降であり,かつ配列特異的なRNA分解酵素複合体の形成以前であることを突き止めた.2.タバコモザイクウイルスに感染したタバコが呈するモザイク症状の形成において,PTGSが如何に関与するかを解析した.その結果,葉がまだ極めて小さい時期(モザイク症状が目視できる以前)におけるウイルス分布が重要な要因と考えられた.その際,侵入したウイルスがサプレッサーの機能発現により感染を成立させられるか,あるいはウイルスにわずかに先行して成立するPTGS(すなわち抵抗性反応)により感染が阻止されるかの優劣が境界線を形成すると想像された.最初に形成される境界の一方がウイルス増殖域としてやがて淡黄部に,もう一方がウイルスフリーの濃緑部になることが考えられた.3.ToMVの感染性DNAをDEX誘導性のプロモーターに繋いだコンストラクトを導入したN.benthamianaを作出し解析した.この形質転換体では,DEX処理により数十%の細胞でToMV感染を誘導できた.感染植物由来の個々の感染細胞は,ウイルスの複製・増殖のステージという点で極めて不均一である.ToMV感染を同調的に誘導できる系の確立により,均質な感染細胞集団を得ることができる.この形質転換体は今後複製や細胞間移行のみならず,その他のウイルス感染過程の研究における様々な解析に有用となることが期待される.1.PVXのDNA感染系を利用したトランス相補実験等により、PVXの細胞間移行に必要な4種のタンパク(p25,p12,p8,CP)の機能を解析した。その結果、複製の場から原形質連絡までの細胞内移行にはp12とp8の相互作用が重要であること、p12により原形質連絡の機能修飾が起こること、移行複合体にはp25,p12,CPが含まれることが強く示唆された。これらの新知見とp12,p8が膜タンパクであるとの推論から、PVXの移行に関する膜を介した新たなモデルを提唱した。2.PVXとToMVのDNA感染系を利用し、他属のウイルスがコードする移行機能のウイルス特異性について検討した。その結果、ToMVとPVXの移行機能は自身のゲノムRNAに対して特異性があること、RCNMVとCMVの移行機能はPVXとToMVの両者の移行機能欠損を相補できることがわかった。また、CMVの場合、この非特異性はCPの関与によることが明らかとなった。さらに実験の過程で、DNA感染系を用いたトランス相補実験は、MPとある因子との相互作用をin vivoで検証するアッセイ系としても有用なことがわかった。3.GFPに対するPTGSが偶発的に起こる形質転換タバコを利用し、ウイルスのコードするPTGS抑制活性を通常の感染過程において植物を痛めずに経時的に検出できることを明らかにした。この系を用いてタバコモザイク病の進行過程を解析し、モザイク症状とPTGS抑制活性との間に強い相関のあることを示した。また弱毒ウイルスを用いることにより、ToMVのPTGS抑制活性は複製酵素遺伝子にコードされていることを明らかにした。1.トマトモザイクウイルス(ToMV)の弱毒株の解析から,複製酵素が転写後型ジーンサイレンシング(PTGS)のサプレッサーであることを予想していたが,アグロインフィルトレーションアッセイによりこれを証明した.また,サプレッサーの作用点がサイレンシングに伴い生じる2125塩基のsiRNA合成以降であり,かつ配列特異的なRNA分解酵素複合体の形成以前であることを突き止めた.2.タバコモザイクウイルスに感染したタバコが呈するモザイク症状の形成において,PTGSが如何に関与するかを解析した.その結果,葉がまだ極めて小さい時期(モザイク症状が目視できる以前)におけるウイルス分布が重要な要因と考えられた.その際,侵入したウイルスがサプレッサーの機能発現により感染を成立させられるか,あるいはウイルスにわずかに先行して成立するPTGS(すなわち抵抗性反応)により感染が阻止されるかの優劣が境界線を形成すると想像された.最初に形成される境界の一方がウイルス増殖域としてやがて淡黄部に,もう一方がウイルスフリーの濃緑部になることが考えられた.3.ToMVの感染性DNAをDEX誘導性のプロモーターに繋いだコンストラクトを導入したN.benthamianaを作出し解析した.この形質転換体では,DEX処理により数十%の細胞でToMV感染を誘導できた.感染植物由来の個々の感染細胞は,ウイルスの複製・増殖のステージという点で極めて不均一である.ToMV感染を同調的に誘導できる系の確立により,均質な感染細胞集団を得ることができる.この形質転換体は今後複製や細胞間移行のみならず,その他のウイルス感染過程の研究における様々な解析に有用となることが期待される.
体組織中薬毒物の微量分析法設定に関する研究

1.覚醒剤の分析:有機溶媒抽出法にて行ってきた分析を,Extrelutカラム抽出法に変更し、操作の簡便化・定量精度の改善に成功した。2.一酸化炭素の分析:保存血液中の一酸化炭素ヘモグロビン濃度の経時的変動を濃度と温度を変えて追跡し,鑑定実務に有用な所見を得た。3.揮発性物質の分析:ガスクロマトグラフィ-を用いたアルコ-ル類やその他の揮発性物質の分析方法の改良を行い,良好な結果を得た。4.催眠剤の分析:窒素・リン検出器を用い,血液中バルビタ-ル系薬物8種類を迅速かつ簡便に高感度分析する方法を確立した。5.局所麻酔剤の分析:各種局所麻酔剤のマススペクトルを測定・解析した。また,体液中局所麻酔剤の定量をガスクロマトグラフィ-を用いて行い,良好な結果を得た。6.有機リン、塩素、フッ素系農薬の分析:微量分析法設定のため,ガスクロマトグラフィ-・質量分析法にて測定し,検量線を検討した。7.パラコ-ト類農薬の分析:パラコ-トの分析に関し,試料の前処理と測定方法との関係を感度,回収率、時間、コストの面から検討した。8.金属毒の分析:生体試料中アンチモンを,簡便かつ高精度に定量するために,炭素管アトマイザ-無炎原子吸光分析法に検討を加えた。9.イムノアッセイ法の改良:薬毒物やホルモン等の特異抗体を開発し、それらを用いて、体内動態について研究を行った。10.機器分析時の妨害成分検索:より正確な体組織中薬毒物分析を可能にするために,体組織中妨害成分の検索・同定を行った。上述の如く,各テ-マとも順調に研究が行われ,多数の有意義な業績をあげることができた。1.覚醒剤の分析:従来、充填カラムにて行われてきた分析法をワイドボア-キャピラリ-カラムに変更し、検出下限界の改良を行った。2.揮発性物質の分析:気化平衡法ならびに溶媒抽出法を用いた、ワイドボア-キャピラリ-カラムガスクロマトグラフィ-あるいはワイドボア-キャピラリ-ガスクロマトグラフィ-・質量分析法を開発した。3.局所麻酔剤の分析:血液あるいは脳脊髄液中からの局所麻酔剤の抽出方法ならびにガスクロマトグラフィ-の分析条件設定を行った。4.イムノアッセイ法の検討:抗パラコ-ト抗体を用いた代謝の解析、ならびに新たな抗薬毒物モノクロ-ナル抗体の作製に成功した。5.分析妨害物質の検索:血液中、尿中の妨害成分の検索を行い、それらの構造解析を行っている。6.催眠剤の分析:催眠剤約10種類について、固ー液抽出法の検討とガスクロマトグラフィ-分析時における諸条件を検討した。7.金属毒の分析:原子吸光分析のためのアンチモンの抽出方法を改良し、他金属の原子吸光分析にも応用可能なものとした。8.一酸化炭素の検出:分光光度計を用いた微分解析法に関する諸問題に検討を加えた。9.パラコ-ト類の検出:分析化学的手法を用いて、体組織中パラコ-トの代謝解析を行い、若干の知見を得た。10.有機リン系農薬の検出:有機リン系農薬及びその他の系の農薬の抽出・分析法ならびに検出下限界などについて、文献学的および実務的検討を行った。上述のように、各テ-マは順調に研究が行われ、研究期間終了時には、多くの成果が公開されるはずである。1.覚醒剤の分析:有機溶媒抽出法と固一液抽出法との優劣について比較・検討し,抽出溶媒に対する諸条件を考察した。2.一酸化炭素の分析:保存血中に存在する一酸化炭素ヘモグロビン濃度について追跡をおこなった。

3.揮発性物質の分析:キャピラリ-カラムを用いたガスクロマトグラフィ-を利用し,定量結果の信頼性と感度に対する検討を加えた。4.催眼剤の分析:迅速性,簡便性および検出感度において良好な結果を得られる抽出方法およびガスクロマトグラフィ-につき検討した。5.局所麻酔剤の分析:ガスクロマトグラフィ-の検出方法,ガスクロマトグラフィ-,質量分析法の各種イオン化法に関し,比較を行った。6.有機リン,塩素,フッ素系農薬の分析:3種類の農薬につき,抽出・分析法を確立し,定量性に関する検討を行った。7.パラコ-ト類農薬の分析:血液中パラコ-トの定量の際の試料の前処理および定量方法につき各種くみ合わせて比較検討した。8.金属毒の分析:体組織中アンチモンの高精度分析法確立を目的として,炭素管アトマイザ-無炎原子吸光法について検討を加えた。9.イムノアッセイ法の改良:新たな抗薬毒物モノクロ-ナル抗体を作製し,免疫組織化学的研究をも併せて行った。10.機器分析時の妨害成分検索:研究を続行し,体組織からの微量毒物検出を困難とする生体由来物質の多くを検索し,同定を行った。前年度に引き続き,各研究者の課題は順調に進行し,当初目的をほぼ達成できた。
末梢性BZ受容体とグリア及び心筋代謝との相関に関する研究:イメージングへの展開

キノリン酸注入ラット及びグリア代謝抑制ラット脳における糖代謝亢進に対するPK-11195及び抱水クロラール麻酔の影響を比較した結果、PK-11195はグリア細胞の嫌気的解糖系の亢進を抑制すること、及びこの抑制作用が神経保護作用と大きく関連していることが強く示唆された。Li-pilocarpineモデルラットにおいて、PBRリガンドは抗痙攣作用をほとんど認めなかったが、脂肪族ケトン体は抗痙攣作用、神経保護作用を有することを見出した。結合-解離度が速いリガンドとして、^<18>F-FEDACを用い、心筋や腎、肺におけるPBRの結合パラメーターを算出した。末梢性BZ受容体(PBR)が興奮性アミノ酸による神経保護作用を有すること、およびその神経保護作用は単にマイクログリアの活性化を抑制するのみならず、アストログリアも関与している可能性が高い事を示唆する所見を得た。本年度は興奮性アミノ酸の中でNMDAアゴニストであるイボテン酸をラット右側線条体に微量注入し、脳の循環代謝の変化並びにこれらの変化に対するPBRリガンド(PK-11195)の効果を測定した。イボテン酸を注入して2時間後において、注入側の線条体における糖代謝の亢進、局所血流量の低下、14C-酢酸の取り込み低下を認めた。糖代謝の亢進はPK-11195の同時注入により完全に抑制されたが、局所血流量の亢進および14C-酢酸の取り込み低下にはほとんど影響を与えなかった。そこでイボテン酸によって引き起こされる糖代謝の亢進が好気的代謝の亢進であるか否かを明らかにするために、動物PETとH_2^<15>O、O_2ガスを用いて酸素消費量の測定を行った結果、酸素代謝は対側と比較してほとんど亢進せず、主として嫌気的解糖が亢進することを明らかにした。今後、嫌気的解糖の亢進と神経細胞死との関連およびPBRの作用機序について検討を加える予定である。またPBRは心筋虚血時において心筋保護作用があることが報告されているので、今年度はラットを用いて心筋虚血モデルを作成し、再現性に富む手法を確立した。これまでにPBRアンタゴニストであるPKlll95(PK)はキノリン酸(NMDAアンタゴニスト)誘発神経細胞死の初期段階で生じる糖代謝亢進を完全に抑制する事、及び神経保護作用を有する事を明らかにした。この時期[^3H]PK11195([^3H]PK)の結合亢進は認められずミクログリアの活性化は生じていない。そこでキノゾン酸注入後、4週間に渡りミクログリア、アストログリアの活性化と[^3H]PK結合との関連を検討した。結果、注入3日後から[^3H]PK結合の亢進を認めたが、免疫染色結果が不明瞭で再実験を行っている。興奮性アミノ酸注入早期における循環・代謝を計測した結果、局所血流量と糖代謝間に著明なDe-couplingが生じる事、及び相対的に糖代謝亢進が大きい事から嫌気的代謝が亢進している可能性が推定された。そこで[^<15>O]O_2を用いて酸素代謝を計測した結果、酸素代謝はあまり増加しておらず上記の仮説を裏付ける結果を得た。また興奮性アミノ酸注入により[^<14>C]酢酸の取込みが著明に低下する現象を見出し、グリア細胞のTCA代謝回路が抑制されている可能性が示唆された。PKは糖代謝とは異なり[^<14>C]酢酸の取込み低下に対しては抑制作用を示さなかった。一方、PBRのPET用リガンドとして[^<11>C]AC-5216を標識合成し、カイニン酸誘発神経細胞死モデルラットを用いて有用性を評価した結果、カイニン酸投与1週間後におけるミクログリアの活性化をPET画像として明瞭に抽出することができた。また活性酸素を介した神経細胞死のモデルとしてSNP注入ラットを用いて検討した結果、注入3日後において神経細胞死が観察された部位に一致した[^<11>C]AC-5216の結合亢進を画像化できた。心筋虚血における[^3H]PKのインビボ結合は血流依存性が大きく虚血部位の検出用プローブとしては不適であることが判明した。1.興奮性アミノ酸注入モデルラット脳におけるPBRリガンドの神経保護作用とエネルギー代謝の関連についての検討ラット脳にキノリン酸等のNMDA作動薬を直接注入すると、投与後早期の段階で糖代謝は著明に亢進するが、局所脳血流量は著明に低下すること、及びPK-11195はこの糖代謝亢進を抑制し神経保護作用と関連することを明らかにしてきた。

そこで今年度は、この糖代謝亢進が主としてグリア細胞または神経細胞で選択的に生じているのかを明らかにすることを目的として、キノリン酸注入モデルラット及びグリア代謝抑制モデルラットの2種類のモデル系を用いて、それぞれPK-11195及び抱水クロラール麻酔の糖代謝に与える影響について比較検討した。その結果、キノリン酸により誘発される糖代謝亢進は主としてグリア細胞で生じている嫌気的解糖系の亢進によるものであること、PK-11195の神経保護作用はグリア細胞における嫌気的解糖系の亢進の抑制作用と深く関連することが示唆された。2. PETプローブ用高感度マイクロダイアリシス法の構築とラット脳代謝の測定上記方法を構築し、^<13>N-NH_3、^<11>C-BAを投与したラット脳における標識グルタミン酸、グルタミンの測定を行った。3.脂肪族ケトン体の抗痙攣作用及び神経保護作用種々のてんかんモデルラットにおいて脂肪族ケトン体が強い抗痙攣作用及び神経保護作用を有する事を発見した。4. PETによる末梢臓器(心筋、腎、肺等)におけるPBR結合の定量的測定法の確立末梢臓器におけるPBR結合をPETにより定量解析する方法を確立することを目的として平衡法の適用可能な標識リガンドの開発、すなわち結合-解離動態が早いRIプローブとして^<18>F-FEDACを開発し、ラット心筋、腎、肺におけるPBR結合を平衡法により定量解析する方法を確立した。
モデル動物の遺伝解析から同定した脂肪蓄積遺伝子SLC22A18の生理機能の解明

メタボリックシンドローム(MS)の基盤となる内臓脂肪蓄積を引き起こす遺伝素因はほとんど不明である。われわれが以前モデル動物の遺伝解析から見出したSLC22A18を過剰発現するマウスでは内臓脂肪量の増加が認められ、反対にSLC22A18の欠損マウスでは脂肪蓄積の減少を認めた。これらの結果から、SLC22A18が内臓脂肪蓄積に関与することが明確となり、さらに一連の検討によりSLC22A18の有望な内因性基質候補を見出した。SLC22A18はその内臓脂肪調節機能を通じてMSの新たな治療標的分子になることが期待される。本研究でわれわれは、SHRの遺伝解析を通じて内臓脂肪蓄積に関わる新規分子として同定された機能未知のトランスポーターであるSlc22a18に関して、その遺伝子発現と遺伝子改変マウスの解析、およびメタボローム解析を通じた脂肪蓄積制御メカニズムの解明を行い、その内臓脂肪蓄積の抑制物質の同定を目的とする。平成26年度にはまず、すでに作製したSlc22a18欠損マウスの戻し交配を完了し、その表現型の解析を行った。欠損ホモマウスは正常に出産・発育し、野生型マウスに比して内臓脂肪量が減少する傾向を認めた。さらに肥満モデルマウスであるob/obマウスとの交配により作製したSlc22a18とob/obのダブルノックアウトマウスは、ob/obマウスに比べて有意に内臓脂肪量が少ないことが示された。また、aP2プロモーター下で脂肪細胞特異的にSlc22a18を過剰発現するトランスジェニック(Tg)マウスも作製し、有意な内臓脂肪量の増加を確認したことから、Slc22a18がin vivoで脂肪蓄積に関わることをモデルマウスを用いて立証した。次に、組み換えアデノウィルスを用いた発現実験とプロモーター解析を通じて、マウスSlc22a18遺伝子のプロモーター領域に転写因子であるC/EBP&#61538;が結合し、脂肪細胞では一連の分化・脂肪蓄積に関わる転写因子ネットワークが作動することが示唆された。また、初代培養肝細胞におけるトレーサー実験でも、グルコース由来の脂肪合成活性がSlc22a18の発現量と相関することが示された。最後に、Slc22a18の内因性リガンドを探る目的で、CE-MS法によるメタボローム解析を行った。欠損ホモマウスとTgマウス、および野生型マウスの間で、臓器および生体試料を用いたメタボローム解析を行い、胆汁酸やビリルビンが候補物質として抽出され、さらなる検討を続けることとなった。本研究は、SHRの遺伝解析を通じて内臓脂肪蓄積に関わる新規分子としてわれわれが同定した機能未知のトランスポーターであるSlc22a18に焦点を絞り、その発現実験および遺伝子改変マウスとメタボローム解析を通じて脂肪蓄積制御機構の解明を行い、その機能調節物質の同定を目的とする。平成26年度には、Slc22a18欠損マウスとaP2プロモーター下で脂肪細胞特異的にSlc22a18を過剰発現するトランスジェニック(Tg)マウスの解析を通じて、Slc22a18がin vivoで実際に脂肪蓄積に関わることを立証し、また、初代培養肝細胞におけるトレーサー実験の結果、肝細胞においてもグルコースに由来する脂肪合成活性がSlc22a18発現量と相関することを示した。平成27年度は、まず、マウスの活動度・呼吸代謝量測定を行い、Slc22a18欠損マウスでは活動量と酸素消費量が有意に低下していることが確認された。また、aP2-Tgマウスでは耐糖能が低下し、マウス肝臓におけるSlc22a18発現抑制はインスリン抵抗性を惹起することから、Slc22a18発現はインスリン感受性に影響を与えることが示された。次に、Slc22a18欠損ホモマウスと野生型C57BL/6Jマウス由来の臓器および生体試料を用いてCE-MS法によるメタボローム解析を行い、胆汁酸群に関して有意差を認めたが、Slc22a18を過剰発現もしくはノックダウンにより発現抑制した培養細胞を用いたin vitroにおける取り込み実験ではSlc22a18発現量と胆汁酸取り込みには関連が認められなかった。一方で、ヒトGWASの結果から基質候補の一つであるビリルビンに関しては、Slc22a18欠損マウスでin vivoにおけるビリルビンのクリアランスが有意に低下していることから、内因性基質の有力な候補分子の一つと考えられた。メタボローム解析によりSlc22a18の内因性基質候補をピンポイントに絞り込み、それに基づき機能調節化合物の探索に用いるSlc22a18アッセイ系の構築を予定していたが、メタボローム解析の結果から示唆された胆汁酸関連物質の取り込みにSlc22a18の関与は確認できず、計画が頓挫したため。本研究は、Slc22a18による脂肪蓄積制御機構の解明とその機能調節物質の同定を目的とするが、平成28年度は主にSlc22a18の内因性基質の探索を行った。具体的には、Slc22a18の機能的指標を手掛りとして基質の探索を行った。1これまでのわれわれの検討により、Slc22a18の強発現は組織・細胞にTG(トリグリセリド)の蓄積をもたらすことが示唆されている。

TGのリソースであるグルコース及び脂肪酸がSlc22a18の直接の基質となるか否かを調べるため、培養細胞を用いてそれぞれ[3H] 2-deoxy-glucose及び[3H] oleic acidの取り込みを検討したが、Slc22a18発現量とこれらの細胞内への取り込みとの間に関連は認められなかった。2Slc22a18欠損マウスでは血中ビリルビンのクリアランスの有意な低下が認められたことから、in vitroにおけるビリルビン取り込みのアッセイ系の樹立を目指した。放射性ラベルしたビリルビンの作製は著しく煩雑であることから、我々はビリルビンとの特異的な結合によって蛍光を発するウナギ由来のタンパクUnaGに着目した。肝臓由来のH2.35細胞にUnaGを発現させ、培地にビリルビンを加えたところ、濃度依存的な同細胞の蛍光強度の増加が観察された。そこで同細胞にUnaGを発現させ、さらにtetracycline誘導性のSlc22a18組換えアデノウィルスを感染させたところ、doxycyclineによるSlc22a18の強発現下では、蛍光強度の増加が観察された。以上のことから、動物モデルに加えて培養細胞においてもビリルビンがSlc22a18の有望な内因性基質であることが確認された。メタボリックシンドローム(MS)の基盤となる内臓脂肪蓄積を引き起こす遺伝素因はほとんど不明である。われわれが以前モデル動物の遺伝解析から見出したSLC22A18を過剰発現するマウスでは内臓脂肪量の増加が認められ、反対にSLC22A18の欠損マウスでは脂肪蓄積の減少を認めた。これらの結果から、SLC22A18が内臓脂肪蓄積に関与することが明確となり、さらに一連の検討によりSLC22A18の有望な内因性基質候補を見出した。SLC22A18はその内臓脂肪調節機能を通じてMSの新たな治療標的分子になることが期待される。ほぼ計画通りに進展中である。胆汁酸関連物質に代わりビリルビンがSlc22a18の内因性基質の候補分子の一つと考えられたことから、これを手掛かりにSlc22a18のアッセイ系を構築し、Slc22a18の機能調節化合物の探索を行う。代謝内科学今後は、Slc22a18欠損マウス、Tgマウス、野性型マウスの表現型のさらに詳細な比較検討を行い、Slc22a18のアッセイ系の構築と機能調節化合物の探索を推進する。
船体の遂次崩壊挙動とその効率的解析法に関する研究

本研究は,船体が過大な荷重に遭遇した場合の逐次崩壊挙動を効率的に解析する手段として,理想化構造要素法(ISUM)と動的陽解法による準静的解法に注目し,前者については要素並びに解析システムの開発を,また後者については座屈・塑性崩壊挙動を求める上での解析手順の明確化を行うと共に,これらの解析さらには実験より,種々の荷重条件に対する船体の逐次崩壊挙動を明らかにすることを目的とする。本研究で得られた主要な成果は次の通りである。(1)面内荷重下の矩形板の応答を表すISUM板要素を,水圧による横荷重を考慮できるよう拡張した。さらに板および防撓材要素のそれぞれを,溶接残留応力の影響を考慮できるよう拡張した。本ISUMモデルを用いて船体横断面の縦曲げ逐次崩壊挙動を解析し,FEM解析との比較より,高い計算精度と計算効率(FEMの約1/70)を明らかにした。(2)船体ダブルハル構造の桁部材のためのISUM板要素を開発した。4節点矩形面要素に基づくため,既存のISUM板要素との結合が容易であり,また積分領域の選択により,開孔影響も考慮可能である。本ISUMモデルを用いて,船体二重底に船底水圧が作用する場合の崩壊挙動を解析し,逐次崩壊挙動を明らかにすると共に,FEM解析との比較より,高い計算精度と計算効率(FEMの1/701/100)を明らかにした。(3)動的陽解法により船体構造の準静的崩壊挙動を解析するための計算条件を明らかたした。具体的には,座屈崩壊を伴う崩壊の場合,座屈モードに類似のたわみ固有振動モードの固有周期と荷重速度との関係が準静的挙動を解析する上で重要であることを見出し,この観点から荷重増分速度の要件を導いた。(4)ボックスガーダー試験体の繰り返し縦曲げ試験を実施し,最終強度と繰り返し縦曲げ載荷による亀裂発生挙動を調べた。また既存実験結果との比較より,ISUMの良好な精度を確認した。本研究は,船体が過大な波浪荷重や事故荷重に遭遇し,板および防撓板の逐次的な座屈・塑性崩壊を経て全体崩壊に至る挙動を大規模非線形有限要素解析により明らかにすると共に,このような逐次崩壊挙動を効率的に解析するための実用的なISUM解析システムを構築することを目的とする。ISUM(Idealized Structural Unit Method,理想化構造要素法)とは,有限要素法に比べて計算効率の格段に優れた板骨構造の非線形構造解析法であり,研究代表者らが開発・応用を進めている。平成16年度の主要な成果は,以下の通りである。(1)陰解法に基づく汎用非線形有限要素解析プログラムを用いて,船体中央断面の1フレームスペースモデルに関する縦曲げ崩壊解析を実施し,座屈・塑性崩壊の逐次的拡大と塑性変形の局所化を伴う船体の崩壊挙動を詳細に明らかにした。併せて,このような縦曲げ崩壊解析に有効な境界条件の与え方を提示した。(2)ISUM矩形板要素を,面内圧縮と同時に水圧による横荷重の影響を考慮できるよう拡張した。また,矩形板および防撓材要素を,溶接残留応力の影響を考慮できるように拡張した。さらに防撓材のトリッピングを考慮するための基本的定式化を行った。(3)ISUMを用いて(1)で取り上げたモデルを含めて船体の縦曲げ崩壊解析を行い,その高い精度と計算効率を示した。

計算時間は有限要素法の約70分の1であった。また,既存の実験結果との精度の良い一致を得た。(4)水圧荷重下の二重底の最終強度解析を有限要素法とISUMを用いて行い,ISUMの有効性を示した。(5)ホールドモデルなど,より大規模構造の最終強度解析に対するISUMの適用性を論じるための参照解を得るため,動的陽解法による有限要素解析システムを整備し,基礎的例題を解析した。本研究は,船体が過大な波浪荷重や事故荷重に遭遇し,板および防撓板の逐次的な座屈・塑性崩壊を経て全体崩壊に至る挙動を大規模非線形有限要素解析により明らかにすると共に,このような逐次崩壊挙動を効率的に解析するための実用的なISUM解析システムを構築することを目的とする。ISUM(Idealized Structural Unit Method,理想化構造要素法)とは,有限要素法に比べて計算効率の格段に優れた板骨構造の非線形構造解析法である。平成17年度の主要な成果は,以下の通りである。(1)船体ダブルハル構造のフロア部材のためのISUM板要素を開発した。4節点矩形平面要素に基づくため,既存のISUM板要素との結合が容易である。また積分領域を工夫することにより,マンホールなどの開口影響も考慮可能である。(2)水圧荷重下の二重底構造の最終強度をISUMとFEMにより解析し,ISUMにより崩壊モードおよび最終強度を精度良く推定出来ることを示した。ただし,計算精度をさらに向上させるためには,ガーダーの剪断座屈の考慮できるよう要素を改良する必要があり,H18年度の課題とする。(3)ボックスガーダー試験体の繰り返し純曲げ試験を実施した。実験結果とFEMおよびISUM解析結果と比較し,基本的に良好な一致を見た。(4)複数フレームに亘る大規模ハルガーダーモデルの逐次崩壊挙動をISUMで解析する場合の比較参照解を得るため,陰解法シェルFEM解析プログラムの並列化を行い,本課題で購入した並列計算機上で実行して,その高い計算効率を確認した。また動的陽解法プログラムで準静的な構造崩壊挙動を解析するためのパラメータの設定法と解析精度を明確化した。これらのシステムおよび知見に基づいてH18年度は大規模ハルガーダーモデルのFEM解析を実施し,ISUM解析結果と比較する。本研究は,船体が過大な荷重作用を受けて板および防撓板に逐次的な座屈・塑性崩壊を生じ、大規模な構造崩壊に至る挙動を非線形有限要素解析により明らかにすると共に,このような逐次崩壊挙動を効率的に解析するための実用的なISUM解析システムを構築することを目的とする。平成18度の主要な成果は,以下の通りである。1.ダブルハル構造の逐次崩壊挙動解析のためのISUWモデルに,平成17年度に開発した4節点矩形平面要素に基づくフロア要素およびガーダー要素を組み込み,ダブルハルISUMモデルを完成した。これにより,船底板および内定板と桁部材の結合が容易になり,ISUNモデル生成の自動化が容易になる。2.重底に積載物あるいは船底水圧による垂直分布荷重と,船側水圧による横圧縮荷重が作用する場合について(1)のISUMモデルと通常のシェル有限要素モデルを用いて崩壊挙動を解析し,ISUMの良好な精度を確認した。ISUMに要する計算時間はFEMの1/701/100である。3.動的陽解法により船体構造の準静的崩壊挙動を解析するための計算条件を明らかにした。座屈崩壊を伴う崩壊の場合,座屈モードに類似のたわみ固有振動モードの固有周期と荷重速度との関係が準静的挙動を解析する上で重要である。
占領期の保健医療政策に関する考察-GHQ文書の電子ファイル化による時系列分析-

占領期の連合国最高司令官総司令部の行政文書の中には公衆衛生福祉局(PHW)のDaily Journalという局内での回覧文書が存在する。本研究では、このDailyJournalに貼付されているMemorandum for Recordの表題の中で、現存するものと現存しないものとを整理しリストを作成した。さらに、このリストをPDFファイル化した原資料にハイパーリンク化させ、公衆衛生福祉局(及び日本側)の活動を時系列に分析を行った占領期の連合国最高司令官総司令部の行政文書の中には公衆衛生福祉局(PHW)のDaily Journalという局内での回覧文書が存在する。さらに、このリストをPDFファイル化した原資料にハイパーリンク化させ、公衆衛生福祉局(及び日本側)の活動を時系列に分析を行った国立国会図書館憲政資料室に保存されている占領期関連資料のうち、連合国最高司令官総司令部公衆衛生福祉局(GHQ/SCAP/PHW)の行政文書の中には、Daily Journalと名づけられた局内で回覧された文書が存在している。Daily Journalは、1945年10月から1952年まで原則として毎日発行され、公衆衛生福祉局の1日の活動内容、局から発信された無線文、指令、手紙、チェックシート、報告書等の一覧、記録用覚書(Memorandum for Record)のコピー、会議抄録等が収載されている。各日のDailyJournalにはこのMemorandum for Recordの表題リストが存在しているが、必ずしもそのすべてが実際にコピーとして添付されてはおらず、また逆に表題リストには掲載されていないがコピーは存在するMemorandum for Recordもあることが分かった。そこで本年度においては、Daily Journalのデータベース化と収載文書の電子ファイル化を目的として、現在まで全体の3分の2にあたる約10万件の現存しているMemorandum for Recordの表題リストを完成させた。またいくつかの研究分野(感染症対策、援助物資、学校給食等)においては、Memorandum for Recordの原文を解読・復刻することによって、時系列分析を行うことにより、保健医療政策の経過を分析するほか、GHQ文書中の統計資料と時系列の出来事の関連づけを行った。また、これまでに復刻・解読作業を終えたWeekly Bulletinについては、研究協力者である鈴木晃仁氏の協力の下、Web上(http://www.rekishow.org/GHQ-PHW/)で全文を一般公開し、占領史研究に資することとした。国立国会図書館憲政資料室に保存されている占領期関連資料のうち、連合国最高司令官総司令部公衆衛生福祉局(GHQ/SCAP/PHW)の行政文書の中には、Daily Joumalと名づけられた局内で回覧された文書が存在している。各日のDaily JoumalにはこのMemorandum for Recordの表題リストが存在しているが、必ずしもそのすべてが実際にコピーとして添付されてはおらず、また逆に表題リストには掲載されていないがコピーは存在するMemorandum for Recordもあることが分かった。そこで本年度においては、前年度に続き、Daily Joumalのデータベース化と収載文書の電子ファイル化を目的として、15万余にわたる全件の現存しているMemorandum for Recordの表題リストを完成させた。また、研究協力者とともに感染症対策のうちマラリアの撲滅運動を、日本側の資料とMemorandum for Recordの原文を解読・復刻することによって、時系列分析を行うことにより、保健医療政策の経過を分析するほか、GHQ文書中の統計資料と時系列の出来事の関連づけを行った。また、Weekly Bulletinの添付資料を解読することにより占領期の伝染病統計、性病統計の都道府県別週別の死亡数・患者数の統計を分析し研究協力者である鈴木晃仁氏の協力の下、国立国会図書館憲政資料室に保存されている占領期関連資料のうち、連合国最高司令官総司令部公衆衛生福祉局(GHQ/SCAP/PHW)の行政文書の中には、Daily Journalと名づけられた局内で回覧された文書が存在している。研究2年次にまでに完成させた表題リスト(Daily Journalに貼付されているMemorandum for Recordの表題を、存在するものと存在しないものとを整理しなおし解読した上で、電子ファイル化を開始したリスト)を、研究3年次(H21)においては原資料をPDFファイルに整形してハイパーリンク化させ、その表題リストを基にして連合国最高司令官総司令部公衆衛生福祉局(GHQ/SCAP/PHW)の活動を時系列に分析を行った。また、日本に残っている占領期資料との照合を踏まえ、占領期の保健医療行政の考察を1946年を中心に行った。
ケイ酸塩融体の粘性の微視的理論

SiO_2のフレームワーク構造を持つケイ酸塩融体では、圧力を増すと粘性が減少する。この融体の異常なふるまいと低温での結晶の圧力誘起アモルファス化とは、シリコン原子のまわりの酸素原子配位数変化が重要である点で、たがいに密接に関連していると考えられる。本研究の目的は、原子レベルのシミュレーションを用いて両者の関係を明らかにし、フレームワーク構造をもつ融体特有の動的性質の起源を解明することである。古典分子動力学法を用いた我々のこれまでの研究から、4配位のシリコン原子が一時的に6配位状態を経由して拡散が起きるとすれば、粘性の異常な圧力依存性が簡単に説明できることが示されている。本年度はさらに解析を進め、低温での4配位の多形と6配位の多形のエンタルピー差を高温での粘性の圧力依存性と直接結びつける式を導出し論文にまとめた。残された問題の中でもっとも重要なのは、4配位から6配位にうつるための活性化エネルギーが妥当なものであるかどうか、また実際に古典分子動力学法で見られた原子移動経路が、電子状態変化まで考えたときに可能なものであるかどうかという点であろう。そこで本年度は、SiO_2の圧力誘起構造変化の第一原理電子状態計算をめざし、圧力一定のカ-・パリネロ法プログラムの開発を行った。さらにこのプログラムの最初の応用例として、ダイヤモンド構造のシリコン(単体)が高圧でβ-tin構造に変化する過程をとりあげ、多次元ポテンシャル面の解折と動的シミュレーションを行った。
疑似単量体型ジペプチド誘導体を用いるペプチドの倍速合成

長鎖のペプチドの合成に遺伝子工学の手法が有効なことは確かであるが、多数のアナローグの入手には合成的な手法が不可欠である。近年、固相法による自動合成装置の開発が進み、アミノ酸残基数十個のペプチドの合成が比較的容易になってきた。しかし、合成可能なペプチド鎖の長さには自ずと限界があり、より長鎖のペプチドを合成するには新しい発想が必要と考えた。ジペプチドの2つの窒素原子の橋架けした構造をもつ誘導体は、形の上ではフタロイルアミノ酸と類似した保護アミノ酸と見倣すことができ、その橋架け部分の構造を、一般のペプチド合成に用いられる温和な酸または塩基性の試薬によって除去できるものの中から選べば、ラセミ化を伴わないステップワイズな合成法の利点を保持して、アミノ酸を1回の反応で2個ずつ導入することが可能となり、合成所要時間を半減し、かつ合成限界鎖長を2倍延ばすことができることになる。そこで、本研究ではその橋架け部分の構造について検討した。既にイソプロピリデン基でジペプチドを架橋する方法が知られているが、この基の除去条件は固相法には適さない。この点が改良されれば、最も早い応用が可能と考え、イソプロピリデン基の除去条件を広範に再検討した。その結果、酢酸やトリフルオロ酢酸とメタノールの混合液を用い、5060°Cで反応を行うことにより、ある種のジペプチド誘導体では比較的速やかに除去が可能であった。しかし、その除去速度はジペプチドの構造に大きく依存し、迅速かつ一般的な迅速条件を確立するまでには至らなかった。この結果は、除去の難易にペプチド結合のカルボニル基の存在の影響が大きいことを示唆するものである。この点は他の橋架け構造にも共通する問題点と考えられる。そこで、今後は、このカルポニル基を還元し、還元生成物をプソイド(CH_2-NH)結合をもつペプチドの合成に利用する方向へ転換することがよいとの結論を得た。