hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マンゴスチン果実の特異なアポミクシス過程の組織学的解析とその種子形成機構の解明

マンゴスチン果実でみられる単為生殖(アポミクシス)による種子形成過程は昨年度の実験結果同様、開花後のかなり遅い時期に、胚珠内に形成される細胞塊が肥大発達することによっていることが確認できた。また、組織切片を作製し、顕微鏡による詳細な観察を実施した結果、この細胞塊は珠心組織ではなく、珠皮組織から形成されていることが明らかとなった。さらに、この細胞塊を経時的に胚珠内から採取し、植物ホルモンを添加していない培地上で培養したところ、開花6週目以後に採取した細胞塊の直径が5mm以上に発達した細胞塊では、単一のシュートまたは根、あるいはその両方を形成し、種子としての能力を備えていることがわかった。特に、開花910週目に摘出した細胞塊では、種子と同程度の大きさに発達しているものもあり、そのような細胞塊ではシュートの発生率が高かった。また、シュートが未発生あるいは伸長を停止し、突起組織より新たな肥大組織が増殖するものもみられた。一方、摘出した細胞塊をサイトカイニンとオーキシンを含む培地上で培養した場合、細胞塊のサイズの小さなものからは単一のシュート、サイズの大きいものからは細胞塊全体から複数のシュートの発生がみられた。また、この細胞塊からシュートあるいは根が形成される過程を組織学的に観察したところ、成熟種子同様、この細胞塊中に存在する維管束様組織が重要な役割を果たしている可能性が明らかとなった。以上のことより、マンゴスチンの単為生殖による種子は、珠皮組織に生成される細胞塊が発達して生じており、開花67週後、直径5mmを超えた時点で種子としての能力を得ていることが示唆された。マンゴスチンの花器発達過程に伴う胚のう形成過程およびその後の卵細胞の形成と胚乳の発達様式をパラフィンおよび樹脂包埋サンプルから切片を作成することで光学顕微鏡により、開花前から開花後まで経時的に観察した。その結果、子房内での胚のう形成は正常に行われ、さらに卵細胞も正常に分化していることが確認された。しかしながらその後、卵細胞が退化していくにもかかわらず、一部の胚のうでは胚乳が退化せずに発達を続けている場合があることを確認し、このような発達した胚のうをもっている子室(locule)が肥大し、単為生殖(アポミクシス)による種子形成を行っている可能性があることが示唆された。さらに、カンキツ類におけるアポミクシスでは、この開花前から開花期までの卵細胞分化とともに、珠心細胞からの不定胚の分化が認められることが報告されているが、マンゴスチンのアポミクシスの場合はこの段階では珠心胚の形成は認められず、一般的に他の植物種で認められているアポミクシス過程とは様相が異なることが明らかとなった。さらに、マンゴスチン果実の発達に伴う子室内での種子の形成過程を実体顕微鏡および走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて経時的に観察したところ、開花後数週間を経過した頃に珠心細胞の一部が発達して突起を形成し、その後、その突起が発達して細胞塊となって子室中で肥大していく過程を観察することができた。この細胞塊が発達したものが将来、種子となっていくことが示唆され、マンゴスチンのアポミクシスによる種子形成過程の特異性がより明確となった。今後、マンゴスチンのアポミクシスによる種子形成過程の特異性をさらに調査することで、マンゴスチンで認められる新たなタイプのアポミクシスを明確にしていく予定である。昨年度の実験結果より、マンゴスチンのアポミクシスによって形成される種子は、カンキツにおいて認められるように、開花直後の胚のう内で珠心組織から分化した不定胚が発達して形成されたものではなく、その種子は細胞塊が発達したもので、成熟種子中には胚が存在しないことが明らかとなった。そこで本年度は、マンゴスチンの種子がどのような過程で形成されてくるのかを再確認する目的で、幼果期から成熟期に至るまで果実を経時的に採取し、その種子形成過程を調査した。その結果、マンゴスチン果実では開花後のかなり遅い時期に珠心組織から細胞塊が発生し、その細胞塊が徐々に肥大し、最終的にその細胞塊が子室を満たすようになり、それが種子となっていることを再確認した。また、その成熟種子中には環状に形成された前形成層が存在するのみで、幼芽や幼根の原器は分化していないことも確認した。さらに、幼芽や幼根は種子発芽時に、種子中の前形成層が外側への肥大成長を行うことで形成されていることを明らかにすることができた。一方、マンゴスチンの種子が発芽時に細胞塊から幼芽や幼根の器官分化を促す要因を解明することを目的として、予備的に発芽時の種子中のオーキシン(IAA)、アプシジン酸(ABA)、ジャスモン酸、サリチル酸の含量を測定したところ、幼芽を分化する側に比べて、幼根を分化する側ではこれら全ての含量が高く、分化の極性との関係が示唆された。これらのホルモンは、将来種子となる細胞塊が幼果中で形成されるためにも何らかの役割を担っていると考えられるので、組織培養技術を用い、今後その点を検討していきたい。

さらに、この細胞塊を経時的に胚珠内から採取し、植物ホルモンを添加していない培地上で培養したところ、開花6週目以後に採取した細胞塊の直径が5mm以上に発達した細胞塊では、単一のシュートまたは根、あるいはその両方を形成し、種子としての能力を備えていることがわかった。特に、開花910週目に摘出した細胞塊では、種子と同程度の大きさに発達しているものもあり、そのような細胞塊ではシュートの発生率が高かった。また、シュートが未発生あるいは伸長を停止し、突起組織より新たな肥大組織が増殖するものもみられた。一方、摘出した細胞塊をサイトカイニンとオーキシンを含む培地上で培養した場合、細胞塊のサイズの小さなものからは単一のシュート、サイズの大きいものからは細胞塊全体から複数のシュートの発生がみられた。また、この細胞塊からシュートあるいは根が形成される過程を組織学的に観察したところ、成熟種子同様、この細胞塊中に存在する維管束様組織が重要な役割を果たしている可能性が明らかとなった。以上のことより、マンゴスチンの単為生殖による種子は、珠皮組織に生成される細胞塊が発達して生じており、開花67週後、直径5mmを超えた時点で種子としての能力を得ていることが示唆された。
5-アミノレブリン酸とICGを用いた大腸癌術中蛍光診断法の開発

近年、大腸癌に対する手術は、開腹手術に加え腹腔鏡手術が標準的な術式として広がってきている。本研究は主に腹腔鏡手術下において、蛍光内視鏡を用い大腸癌を同定する方法を開発することが目的である。われわれは一般的に使用可能なICG(商品名ジアグノグリーン)を用いて大腸癌手術に利用し,既存の蛍光腹腔鏡(オリンパス社)下にICGが体内でどのように描出できるかを調べた。静脈投与することで、腸管血流の評価が可能であることや、腫瘍近傍に直接打ち込むことで、腫瘍周囲のリンパ流やリンパ節を同定することを確認できた。これらの方法で手術を行い、安全な腹腔鏡手術が施行可能であったことは、いくつかの学会で報告した。現在定型化され、標準的治療の一つとして位置づけられている大腸癌に対する腹腔鏡手術であるが、研究代表者も同手術を標準的に施行している。同手術の問題点の一つとされるのが、大腸管腔内の腫瘍を術中に確認できないという点である。そこで、術中に確実に腫瘍を同定できる可能性のある新しい方法として蛍光navigationを開始した。まずは、ICGを術前に大腸内視鏡下に腫瘍近傍(口側及び肛門側)に打ち込み、それを術中にオリンパス社の蛍光観察システム搭載の腹腔鏡にて観察した。これまでの点墨マーキングと同様に打ち込んだICGを術中に確認することは可能であった。更に、同教室で胃癌や食道癌に対して施行している、センチネルリンパ節同定の概念を応用し、腫瘍近傍に注入したICGがリンパ管を通して近傍のリンパ節へ集積する症例も観察された。しかし、腸間膜脂肪の熱い症例や側方リンパ節へのリンパ流を多くの症例で同定するには至らなかった。腫瘍近傍にICGを注入する本方法は、術中に腫瘍を同定できる可能性は示唆されたが、これまでの点墨と同様に、腫瘍本体を蛍光発色し同定するという方法ではない。そこで、現在は腫瘍に集積し蛍光発色することが知られている5-アミノレブリン酸を用いた蛍光観察の導入をすすめている。5-アミノレブリン酸は他臓器癌での臨床試験における人体投与の安全性は証明されているが、大腸癌患者への投与の安全性は不明であり、現在鹿児島大学病院における治験審査委員会の通過を待って、大腸癌患者への投与及び術中蛍光観察を行うべく準備を進めている。腹腔鏡下大腸切除術は定型化され、手術手技は標準化されている。しかし、触覚のない腹腔鏡用鉗子では、内腔に存在する腫瘍を確認する方法は漿膜側から確認するか、または術前に点墨したマーキングによって同定する以外の方法がない。そこで、我々は腸管内腔に存在する腫瘍を蛍光発色することで同定する方法として、本研究を開始した。しかし、腫瘍を直接蛍光発色する方法は容易ではなく、まずはOlympas社の腹腔鏡用蛍光内視鏡で発色するICGを腫瘍近傍に穿刺することで、術中の蛍光navigationを開始した。本方法は、点墨とほぼ同等の同定が可能であることがわかり、術前のマーキング法として点墨の変わりうる方法であると思われた。さらに、腫瘍近傍を蛍光内視鏡で確認すると、腫瘍近傍からICGがリンパ管を通って流れ、一部にはリンパ節へ集積する像が得られた。当教室では以前より乳癌だけでなく、胃癌に対してもセンチネルリンパ節理論の研究を進めており、本方法は大腸癌のリンパ節理論へ展開しうる方法ではないかと考えた。ただ、症例によっては、全くリン節管が蛍光発色しない症例もあり、注入方法の問題点(ICGを打ち込むタイミングや投与量)を考え、腫瘍近傍の漿膜側からICGを術中に打ち込みリンパ節の同定を試みている。現在症例を蓄積中である。一方で、腫瘍を直接同定する方法として、5-アミノレブリン酸(以下5ALA)を用いての研究は、現在IRB申請の準備中である。他施設においては、大腸癌患者への5ALA投与の安全性は証明されており、当施設でも早急に研究を開始する予定である。大腸の腹腔鏡手術において、腫瘍近傍にICGを打ち込む方法は、術前マーキング法として点墨に変わり得る腫瘍同定の一つとして有効であり、術中蛍光Navigation手術として利用している。またそれに派生し、リンパ管やリンパ節の同定し得る症例があることがわかり、当教室で以前よりすすめているセンチネルリンパ節理論を応用できないかと考えている。また、センチネルリンパ節同定には、術前の腫瘍近傍への打ち込みより、術中の漿膜側からのICG注入がより同定率が上がることを期待し、現在症例を蓄積中である。5ALAの大腸癌患者への投与は未施行であるが、他施設より大腸癌患者へ投与し、有害事象なく尿中へ排泄されたという報告があり、本施設においてIRB通過を待って投与開始する予定である。本研究最終年である本年は、この2年間で施行してきた、主にICGを用い蛍光腹腔鏡を使用した腹腔鏡下大腸癌手術をより安全にかつ有効に行うことを大きな目標とした。当初予定した5アミノレブリン酸の使用は、保険適応外の薬剤ということで、患者への使用が困難であったため、日常診療で使用可能なICGを利用することにした。ICGを術前に腫瘍近傍に打ち込むことで術中に腫瘍を同定する方法は確立可能であったが、本方法はこれまで墨汁を使って腫瘍の局在を同定していた方法と術前の手技上の手間は変わりはなかった。

しかし、ICGは周囲のリンパ流やセンチネルリンパ節を同定することができ、特に早期大腸癌に対する術前ICG注入は有効であった。本方法を用いることで、早期大腸癌に対する縮小手術の可能性が示唆され、それらを学会にて報告した。また、ICGの静注が腸間の血流評価に用いることが可能であり、新たな腹腔鏡システムを導入することなく、大腸癌手術における吻合腸管を血流を評価することで、血流不全に伴う縫合不全の予防となると考えられた。この血流評価は小腸切除時にも応用可能であり、小腸切除の際のICG静注による血流評価は論文報告した。ICGの腫瘍近傍への直接注入や血流評価のためのICG静注は有害事象はなく、すべて安全に施行可能であった。本方法はこれまで定型化してきた大腸癌手術の更なる安全性と根治性を目指すうえで非常に有効であり、論文・学会での発表を通し報告した。ただ、ICGという既存の薬剤での使用であり、腫瘍そのものの蛍光発現でないということからも、5アミノレブリン酸を含めた腫瘍特異的に発現する物質の開発が必要と考える。本手技を更に確立し、定型化するとともに、更なる研究が必要と思われる。近年、大腸癌に対する手術は、開腹手術に加え腹腔鏡手術が標準的な術式として広がってきている。本研究は主に腹腔鏡手術下において、蛍光内視鏡を用い大腸癌を同定する方法を開発することが目的である。われわれは一般的に使用可能なICG(商品名ジアグノグリーン)を用いて大腸癌手術に利用し,既存の蛍光腹腔鏡(オリンパス社)下にICGが体内でどのように描出できるかを調べた。静脈投与することで、腸管血流の評価が可能であることや、腫瘍近傍に直接打ち込むことで、腫瘍周囲のリンパ流やリンパ節を同定することを確認できた。これらの方法で手術を行い、安全な腹腔鏡手術が施行可能であったことは、いくつかの学会で報告した。大腸癌患者に対し、術前に大腸内視鏡下に腫瘍近傍にICGを直接注入することで、術中に蛍光内視鏡を用いて腫瘍部を同定することができることがわかった。また、全例ではないが、注入したICGがリンパ管を通してリンパ節へ集積する症例があり、これらはセンチネルリンパ節同定につながる可能性があり、更なる低侵襲を目指したオーダーメード治療の可能性が示唆された。しかし、当初予定していた5-アミノレブリン酸の大腸癌患者への投与は行えておらず、現在治験審査委員会への本実験の通過を依頼検討している段階である。そのため、本研究の目的の達成度としてはやや遅れていると判断している。IRB通過後は、本研究を更にすすめていく準備は整っている。ICGの術前注入、術中注入は比較的簡便な方法で、センチネルリンパ節理論を応用すれば、テーラーメイド治療へつながる可能性を秘めている。特に、直腸癌の側方リンパ節郭清に関しては本方法を応用した治療戦略を組み立てられれば、有効な手段と考える。一方で、腫瘍そのものを蛍光発色する技術は未だ持ち得ておらず、本研究テーマである腫瘍の蛍光内視鏡により同定するべく、腫瘍に集積する蛍光物質(5ALAやその他)の同定を急ぎたい。まずは5ALAのIRB通過を待って直ちに開始したいと考えている。消化器外科近年の動向で、IRB通過基準が厳しく、5-アミノレブリン酸の大腸癌患者への投与について承認が得られるかどうかが、一つの課題である。5-アミノレブリン酸は本大学病院では脳神経外科教室が、脳腫瘍患者に腫瘍同定のための蛍光観察として使用している実績があるということで、脳神経外科教室への情報提供も依頼しながら、本研究のIRBが通過するよう勧めている。
IL-6ファミリーに属するサイトカインの運動神経細胞に対する生存延長作用

筋萎縮性側索硬化症(ALS)等の運動神経変性疾患は神経細胞の変性死によっておきる難病である。我々はこの治療法の開発の可能性を神経栄養因子(neurotrophic factor : NTF)に求め、毛様体神経栄養因子(ciliary neurotrophic factor : CNTF)を用いて、Cashmanらによって樹立されたマウスの神経芽細胞腫と脊髄の運動神経のハイブリドーマNSC-34に対する生存延長作用について検討した。NSC-34細胞は無血清下で培養すると3日後には死滅する。この系にCNTFを作用させると、NSC-34細胞は有意にその生存が延長された。次にこの作用に対して、神経組織に豊富に存在するガングリオシドの効果について検討した。低濃度のCNTF存在下に種々のガングリオシドを加えたところ、生存延長作用はGM2によって増強され、他のガングリオシドによっては増強されなかった。一方、CNTFによるGM2合成酵素の変動を調べたところ、NSC-34細胞ではGM2合成酵素が増加した。これらの結果はCNTFによって誘導されるGM2がCNTFレセプターの発現または結合能を増強することを示唆した。CNTFの存在下であっても抗CNTF受容体抗体を加えるとNSC-34細胞は細胞死を起こし、GM2合成酵素の発現は抑制された。放射性ラベルしたCNTFを用いてスキャッチャード解析を行ったところ、GM2はCNTFの結合親和性を5倍高め、結合部位の数は変化させなかった。また放射性ラベルしたN-アセチルガラクトサミンをNSC-34細胞に取り込ませた後細胞ライゼートを抗CNTF抗体を用いて免疫沈降した結果、生合成されたGM2がCNTF受容体の免疫沈降物を増やすことが明らかとなった。これらの発見はGM2合成酵素の発現を高めることによってCNTF受容体の機能的な活性化が起こりCNTFとの結合性が高まることを示している。マウスの神経芽細胞腫と脊髄の運動神経を細胞融合して作製されたハイブリドーマNSC-34に対する毛様体神経栄養因子(ciliary neurotrophic factor:CNTF)の生存延長作用について検討した。これらの細胞は無血清下で培養すると3日後には死滅する。この系にCNTFを作用させると、親株の神経芽細胞腫や運動神経の性質をもたないハイブリドーマは死滅するが、アセチルコリンレセプターの発現など運動神経の性質をもつNSC-34細胞は有意にその生存が延長された。この作用はCNTFの用量依存的であった。したがってこのNSC-34細胞にはCNTFレセプターも発現していると考えられる。ガングリオシドは神経細胞膜にあって、神経栄養因子の作用を修飾することが近年報告されている。低濃度のCNTF存在下に種々のカングリオシドを加えたところ、生存延長作用はガングリオシドGM2によって増強され、他のガングリオシドによっては増強されなかった。一方、CNTFによるGM2合成酵素の変動を調べたところ、親株の神経芽細胞腫や運動神経の性質をもたないハイブリドーマではコントロールに比べて変化がなかったが、NSC-34細胞ではGM2合成酵素が増加した。また他のガングリオシドであるGD3合成酵素のレベルには影響がなかった。これらの結果はCNTFによって誘導されるGM2がCNTFレセプターの発現または結合能を増強することを示唆しており、今後この点について検討したい。

我々は既に毛様体神経栄養因子(ciliary neurotrophic factor : CNTF)が運動神経様細胞株NSC-34の無血清下での生存を延長すること、また外から加えたガングリオシドGM2がその作用を増強することを報告した。さらにCNTFとともに培養するとGM2合成酵素活性も増加した。今回はこのCNTFによる生存延長作用がGM2とCNTF受容体の共同作用によるものであるかどうかについて検討した。CNTFの存在下であっても抗CNTF受容体抗体を加えるとNSC-34細胞は細胞死を起こし、GM2合成酵素の発現は抑制された。この効果はGM2を加えることによって打ち消された。放射性ラベルしたCNTFはNSC-34細胞上のCNTFの結合を特異的に検出する。この系においてスキャッチャード解析を行ったところ、GM2はCNTFの結合親和性を5倍高め、結合部位の数は変化させなかった。また放射性ラベルしたN-アセチルガラクトサミンをNSC-34細胞に取り込ませた後細胞ライゼートを抗CNTF抗体を用いて免疫沈降した。その結果、生合成されたGM2がCNTF受容体の免疫沈降物を増やすことが明らかとなった。これらの発見はGM2合成酵素の発現を高めることによってCNTF受容体の機能的な活性化が起こりCNTFとの結合性が高まることを示している。このように、GM2は運動神経におけるCNTF受容体分子の調節因子であると考えられる。筋萎縮性側索硬化症(ALS)等の運動神経変性疾患は神経細胞の変性死によっておきる難病である。我々はこの治療法の開発の可能性を神経栄養因子(neurotrophic factor : NTF)に求め、毛様体神経栄養因子(ciliary neurotrophic factor : CNTF)を用いて、Cashmanらによって樹立されたマウスの神経芽細胞腫と脊髄の運動神経のハイブリドーマNSC-34に対する生存延長作用について検討してきた。その結果無血清下で培養したNSC-34細胞はCNTFにより有意にその生存が延長された。またこの作用はガングリオシドGM2によって増強された。GM2がCNTFレセプターの発現または結合能を増強することが示唆されたので今回はまず^<35>S-メチオニンを用いてpulse-labelと抗CNTF抗体による免疫沈降を行いNSC-34細胞上に68kDaのCNTFレセプターを検出した。さらにスキャッチャード解析によりGM2はCNTFの結合親和性を高めることを明らかにした。CNTFはIL-6ファミリーに属するサイトカインであり、これらはそれぞれに特異的な受容体と共通の受容体であるgp130を共有する。そこでNSC-34細胞上にgp130が発現されているか免疫染色で検討したところCNTFレセプターとGM2と同じ領域に局在していた。これらの発見はGM2がCNTFレセプターとgp130と相互作用し、機能的な活性化やCNTFとの結合性を高めることを示唆している。
能動制御防音壁による道路騒音低減の可能性

本研究では,道路交通騒音に対する能動制御防音壁の効果を,計算機上での数値シミュレーションによって検討した。数値シミュレーションでは,音源は点音源とし,半無限障壁による解折解を利用して音波の伝搬を計算した。また,音源から発生する音は定常であるとし,実測データから得られた自動車騒音の周波数特性を仮定した。2次音源及びサンプリング用マイク,Cancel Pointは防音壁に沿って20cmまたは100cm間隔で設置した。Cancel Pointは防音壁の頂点である。自動車騒音を能動的に制御する際に問題となる点は,音源が移動することである。高速で移動する音源に対して,時々刻々と能動制御装置のフィルター係数を変化させることは困難であると考えられるため,各制御装置のフィルター係数は音源の位置とは無関係に定まる定数とした。具体的には,等間隔に設置した各制御装置は独立とし,1台の車両が走行した時に,各Cancel Pointでのピーク値に対して最も効果が得られるように係数を定めた。数値計算の結果,1台の車両が走行したときの受音点でのレベル変動パターンにおいて,ピーク値については数dBの効果が得られることが分かった。しかし,ピーク値以外の部分では効果が少なく,L_<Aeq>に関しては効果がほとんど見られなかった。また,オールパス値での騒音レベルを低減するには,制御対象とする周波数が最低1000Hz程度まで必要であり,2次音源を1m間隔で設置した場合にはピーク値に対しても効果がほとんど得られなかった。今回の数値シミュレーションでは,かなり理想的な条件を仮定しているため,実際の道路の場合には,さらに効果が少なくなると推定できる。したがって,特定の箇所からの騒音のみを対象とする場合などを除けば,能動制御による自動車騒音低減の可能性はかなり小さいと予想できる。
新規カプシドを用いたAAVベクター効率的作製法確立と記憶学習制御

アデノ随伴ウィルス(AAV : adeno-associated virus)ベクターは、非病原性ウィルスで、かつ、神経細胞などの非分裂細胞に効率よく遺伝子導入できるため、非常に有用性が高いベクターである。また、AAVには、多くの血清型があり、その型により組織特異性が存在する。最近、多種の血清型を組み合わせたハイブリッドカプシドが開発された。これを用いて作製されたAAV2/DJは、様々な細胞・組織に高効率で遺伝子導入できることが知られている。当研究室では、これまで、血清型1型(AAV2/1)についてSf9細胞にて大量産生する系を構築した。そこで、今回、ハイブリッド血清型DJ(AAV2/DJ)他についても、Sf9系を駆使した、安価で簡便な高力価ウィルスの作出法の検討を行い、神経機能を高効率で操作するツールの開発をめざした。まず、新規AAVカプシドのAAV2/DJ、AAV2/2retroについて、Sf9細胞でAAVベクター作製に必要なコンポーネント(カプシドとAAV2複製酵素)を発現させるため、これらのバキュロウィルスを作成した。特に、カプシド3種類(VP1、VP2、VP3)の発現を1つのmRNA上で行うために、最適な開始コドン付近の配列を検討した。またこの時、1種類のバキュロウィルス上で、カプシドと複製酵素を発現させるデュアルカセットの系を用いた。続いて、目的遺伝子を含むバキュロウィルスとの二重感染の割合、及び精製方法を検討し、作製に成功した。次に、作製したウィルスをマウス脳への導入し、発現の確認と発現部位の検討を行った。
神経ネットワーク理論を用いた睡眠覚醒制御機構の解析

睡眠および覚醒は、哺乳類から昆虫まで見られる生理現象であり、その分子基盤の解明が待たれている。遺伝学的ツールとして広く用いられるショウジョウバエにおいても睡眠覚醒の存在が知られており、昆虫と哺乳類において共通の遺伝子が保存されているため、睡眠覚醒の分子基盤を解明するためのモデル動物としてショウジョウバエは適している。本研究の目的は、ショウジョウバエをモデル動物として睡眠覚醒の制御機構を解明することである。睡眠覚醒に関わるドパミン神経を特定することを目的に、ドパミン神経のクラスターごとの神経活動の制御を行った。ドパミン神経全体において、Naチャネルや温度感受性チャネルを発現させ、神経活動の活性化を行うと、ショウジョウバエの睡眠は抑制される。記憶学習に関与することが知られているドパミン神経群において同様の操作を行ったところ、睡眠の変化は認めず、睡眠覚醒と記憶学習に関わるドパミン神経が異なることが示唆された。睡眠覚醒に関わるドパミン神経を一細胞レベルで特定するために、モザイク解析を用いて温度感受性チャネルを一部のドパミン神経のみで発現させるシステム(MARCM法)を立ち上げ、モザイク法を用いて少数のドーパミン神経に温度依存性チャネルを発現させることにより、睡眠覚醒に関わるドーパミン神経回路を特定することを試みた。その結果、PPM3クラスターのドーパミン神経を活性化させることで覚醒が誘導されることが明らかになった。このドーパミン神経はFan-shaped body(FB)と呼ばれる構造体に投射しており、さらにFBのD1型のドーパミン受容体(dDA1)がドーパミンによる覚醒作用を担っていることを遺伝学的に証明した。一方、記憶はこの回路ではなくキノコ体のdDA1が司っており、睡眠と記憶の回路が異なることが示された。ショウジョウバエを用いた睡眠研究は、従来、概日リズム研究で用いられてきた行動検出系を使用することで睡眠覚醒を判定していた。この行動検出系は概日リズムの研究という元々の使用目的から、時間的・空間的分解能が低く、睡眠覚醒に伴う行動解析には十分ではないと考えられた。そのため、ビデオ撮影を用いた行動検出系を作成し、より詳細な行動解析を行った。また、行動の定量化のために、画像解析システムを用いたプログラムを作成した。これにより時間的・空間的に高分解能な行動解析が可能となった。この行動データを元にショウジョウバエの活動および休息の時系列解析を行ったところ、休息時間がpower-law分布に従い、活動時間が指数分布に従うということが分かった。さらに、この時間的組織化は、概日リズムや温度、ドパミンなどの睡眠覚醒に影響を与えるとされる因子によらず、休息時間のpower-law性および活動時間の指数性はこれらの操作群でも維持されていた。休息時間のpower-law性および活動時間の指数性はマウスおよびヒトでも報告されており(Nakamura et al, 2008)、ショウジョウバエでも同様の行動パターンが認められたことから、行動の時間的組織化を制御する分子基盤の解明が期待される。当研究室では、短時間睡眠のショウジョウバエ変異体として、ドパミントランスポーターの変異体(fumin)が、見出されている(Kume et al. 2005, J.Neurosci)。一方で、ドパミンは、睡眠覚醒制御の他に、記憶学習などの生理機能も併せ持つ。これら異なった作用がドパミンによって実現されるメカニズムを調べるために、fumin変異体を用いて研究を実施した。fumin変異体においてD1-like receptorであるDopRのノックアウトを行ったところ、短時間睡眠の表現型が消失し、ドパミンシグナルによる睡眠覚醒制御がDopRを介していることが明らかとなった。睡眠覚醒に関わるドパミン神経を一細胞レベルで特定するために、モザイク解析を用いて温度感受性チャネルを一部のドパミン神経のみで発現させるシステム(MARCM法)を立ち上げ、神経ネットワークの同定を行った。また並行して、fumin変異体においてドパミントランスポーターを組織特異的に発現させることで、睡眠覚醒に関わる脳組織の特定を試みた。その結果、ドパミン神経以外のグリア細胞などにおいて、ドパミントランスポーターを発現させることによっても、fumin変異体の表現型が消失することが明らかとなった。これはシナプス間隙外のドパミン量によって、睡眠覚醒が制御されていることを示唆しており、睡眠覚醒を制御する神経伝達方法としてvolume transmissionの方式が存在すると考えられる。

遺伝学的ツールとして広く用いられるショウジョウバエにおいても睡眠覚醒の存在が知られており、昆虫と哺乳類において共通の遺伝子が保存されているため、睡眠覚醒の分子基盤を解明するためのモデル動物としてショウジョウバエは適している。本研究の目的は、ショウジョウバエをモデル動物として睡眠覚醒の制御機構を解明することである。睡眠覚醒に関わるドパミン神経を特定することを目的に、ドパミン神経のクラスターごとの神経活動の制御を行った。ドパミン神経全体において、Naチャネルや温度感受性チャネルを発現させ、神経活動の活性化を行うと、ショウジョウバエの睡眠は抑制される。記憶学習に関与することが知られているドパミン神経群において同様の操作を行ったところ、睡眠の変化は認めず、睡眠覚醒と記憶学習に関わるドパミン神経が異なることが示唆された。睡眠覚醒に関わるドパミン神経を一細胞レベルで特定するために、モザイク解析を用いて温度感受性チャネルを一部のドパミン神経のみで発現させるシステム(MARCM法)を立ち上げ、モザイク法を用いて少数のドーパミン神経に温度依存性チャネルを発現させることにより、睡眠覚醒に関わるドーパミン神経回路を特定することを試みた。その結果、PPM3クラスターのドーパミン神経を活性化させることで覚醒が誘導されることが明らかになった。このドーパミン神経はFan-shaped body(FB)と呼ばれる構造体に投射しており、さらにFBのD1型のドーパミン受容体(dDA1)がドーパミンによる覚醒作用を担っていることを遺伝学的に証明した。一方、記憶はこの回路ではなくキノコ体のdDA1が司っており、睡眠と記憶の回路が異なることが示された。
地震荷重を受ける鋼構造骨組の動的不安定と完全崩壊

実大鋼構造3層骨組に対する準静的繰り返し載荷実験、オンライン応答実験、完全崩壊に至らしめる最終崩壊実験を2003年7月から9月にかけて実施した。このうち、準静的繰り返し載荷実験の結果を特に、RC床スラブが骨組の全体挙動に及ぼす影響という視点から分析した。主たる分析項目を、(1)RC床スラブが存在することによる弾性剛性と耐力の上昇と、それらに及ぼす繰り返し変形振幅の影響、(2)床スラブに作用する応力のシェアラグ効果、(3)梁端部近傍におけるH形梁せい方向の歪分布、とした。実験結果から得られた主たる所見は下記の通りである。床スラブによる剛性・耐力の上昇を直接測るため、骨組の2構面のうち、1構面は床スラブを梁の片側だけに、もう1構面は床スラブを梁の両側に取り付けた。両者の差から、床スラブの存在による弾性剛性の上昇はおおよそ30%であること、床スラブの存在による耐力上昇は、変形(材端回転角)が大きくなるほど減少し、通常の耐震設計で考える変形領域(1/100)において15%、それを相当超す変形領域(1/25)において5%程度であることを明らかにした。また床スラブに作用する応力のシェアラグ効果を、床スラブ表面に貼附した歪ゲージから計測し、それを予備的な有限要素法解析と照合したところ、おおむね良好な相関を得た。梁端部近傍におけるH形梁への歪分布は、床スラブの存在によって特に下フランジへの歪集中を促すと言われているが、現実の骨組においては、梁の一端が床スラブに圧縮が作用する正曲げ、他端が負曲げとなり、反曲点位置が変動する。この結果、梁下フランジが引っ張りを受ける曲げにおいては、反曲点が当該梁端から離れてゆく分、下フランジへの引っ張り応力が減少することを実験結果から突き止めた。
運動及びアルギニン摂取が血小板凝集及び血液凝固・線溶に及ぼす影響

高齢ラット、肥満ラット及び糖尿病ラットを対象に運動トレーニング及びL-アルギニン投与が血液の凝固・線溶に及ぼす影響をタンパク質酸化及び脂質過酸化から検討した。本実験においてL-アルギニン摂取と運動トレーニング群のプラスミノゲン活性化因子は正常ラットに比べ有意に増大し、血液凝固マーカー(トロンボキサンB2)は有意に減少した。またL-アルギニン摂取と運動トレーニング群のタンパク質酸化及び脂質過酸化は対照群に比較し有意に減少し、還元型グルタチオン及びグルタチオンレダクターゼ活性は有意に増大した。これらの結果から運動とL-アルギニン摂取は酸化ストレス軽減させ、血栓予防に有効であることが示唆された。今年度の研究目的は加齢に伴う血小板凝集・血液凝固を明らかにし、運動と6%アルギニン摂取が血小板凝集・血液凝固への効果を抗酸化機能から検討することであった。血管壁に破損が生じるとその破損部位に血小板が結合し、その血小板にフィブリノゲンが結合し血栓が生成される。高齢ラットの血中フィブリノゲン濃度はトレーニング群(T群)、トレーニング+アルギニン群(T+A群)、アルギニン群(A群)および対照群(C群)のいずれの群においても若年ラットの値に比べ有意に高い値であった。また高齢ラットにおいてはA群のフィブリノゲン濃度はT+AとE群に比べ有意に高い値であった。若年ラットにおいて、C群のフィブリノゲン濃度はT+A群およびE群に比べ有意に高い値であった。これらの結果は高齢・若年ラットにおいて、トレーニング、トレーニング+アルギニン摂取は血栓予防に効果的であることを示唆しているが、アルギニン摂取のみは、むしろ血栓を亢進する可能性を示唆している。4群のフィブリノーゲンの変化の違いを酸化ストレスの観点から検討した。高齢ラット及び若年ラットの肝臓において、酸化ストレスの指標であるGSSG/GSHはアルギニン摂取によりフィブリノーゲン濃度と同様な変化を示した。脳において、高齢ラットのGSSG/GSH比はT+A群,E群,A群はC群に比べ有意に低い値であった。高齢ラットの脳においてはアルギニン摂取及び運動は酸化ストレスを軽減させることが明らかとなった。これらの結果からトレーニング及びトレーニング+アルギニン摂取はアルギニン摂取群や対照群に比べ酸化ストレスを軽減させ、血栓生成の予防に役立つことが示唆された。しかし6%濃度のアルギニン摂取は酸化ストレスを亢進させ、血栓を増大させることから、アルギニンを摂取する際には運動を併用すること、あるいは摂取するアルギニンを低濃度に調整する必要があると考えられる。今年度の研究目的は肥満ラットにおいて運動と6%アルギニン摂取が血小板凝集と血液線溶に及ぼす影響をタンパク質への酸化と抗酸化機能から検討することである。プラスミノゲン活性化因子がプラスミノゲンを活性化し、プラスミンを形成する線溶系により血栓の会解が行われる。活性化因子にはプラスミノゲン活性化因子(t-PA)とウロキナーゼ型プラスミノゲン活性化因子(u-PA)の2つがある。本研究においてこれらのプラスミノゲン活性化因子を肥満群と正常群ラットにおいて比較した。肥満ラット群のプラスミノゲン活性化因子は健常ラットに比べ有意に減少していた。また肥満ラットのアルギニン摂取群と運動群は対照群に比べ有意にプラスミノゲン活性化因子の増大が認められた。これらの結果は肥満ラットにおいて、運動及びアルギニン摂取は血栓予防に効果的であると考えられる。しかし運動+アルギニン摂取は血栓予防への効果は認められなかった。肥満ラットのタンパク質の酸化(カルボニルタンパク質の生成)及び酸化型グルタチオン/還元型グルタチオン(GSSG/GSH)比は運動及びアルギニン摂取群において対照群に比べ有意に減少した。一方運動+アルギニン摂取群は対照群と有意な差は認められなかった。これらの結果から肥満ラットにおいて、運動及びアルギニン摂取はタンパク質の抗酸化に効果的であると考えられる。また肥満ラットにおいて、アルギニン摂取は血中窒素酸化物が増大した。この結果は肥満ラットにおいては生体内での窒素酸化物の生成増大及び尿中への窒素酸化物の排出能力の低下が考えられる。結論:これらの結果から肥満ラットにおいて、運動及びアルギニン摂取は線溶活性を高めることが明らかとなった。これはタンパク質の酸化抑制や抗酸化機能の改善が関与していることが考えられる。健常者において運動トレーニングやL-アルギニン摂取は血液凝固・線溶に有益な効果をもたらすことが明らかにされているが、糖尿病ラットにおいて、L-アルギンン摂取と運動トレーニングの併用の効果は明らかにされていない。本研究は糖尿病ラットを対象に持久性運動トレーニングと2% L-アルギニン摂取が血液凝固・線溶,タンパク質酸化及び血中脂質過酸化に及ぼす影響を明らかにした。

我々は、これまで凝固・線溶の指標としてプラスミノゲン活性化因子(線溶)と肝臓のタンパク質酸化(カルボニルタンパク質)を検討してきたが、本年度は運動トレーニング及びL-アルギニン摂取が凝固因子である血中トロンボキサンB2(TXB2)への影響と心臓のカルボニル化タンパク及び過酸化脂質について検討した。その結果、併用群(運動トレーニング+L-アルギニン摂取)は対照群と比較して有意に減少し(88%)、運動トレーニング群も有意に減少した(78%)。心臓のタンパク質酸化について、L-アルギニン摂取群、運動トレーニング群、併用群(運動トレーニング+L-アルギニン)は対照群に比べ、いずれも有意な減少が認められた。脂質過酸化の指標であるマロンジアルデヒドの結果について、L-アルギニン摂取群、運動トレーニング群、併用群(運動トレーニング+L-アルギニン)は対照群に比べ、いずれも有意な減少が認められた。これらの結果から糖尿病ラットへの30分間の持久性運動トレーニング及び2% L-アルギニン摂取及びそれらの併用(運動トレーニング+L-アルギニン摂取)は血液凝固を抑制し、心臓でのタンパク質酸化及び血中の脂質過酸化を減少させるのに有効な方法であることが明らかとなった。[目的]本研究はSTZ(ストレプトゾトシン)糖尿病ラットに運動とL-アルギニン摂取を処方し血液凝固・線溶と酸化ストレスに及ぼす影響を明らかにするために行った。[方法]8週齢のWistar系オスラットを体重が等しくなるように8群(1糖尿病対照群、2糖尿病+運動群、3糖尿病+アルギニン群、4糖尿病+運動+アルギニン群、5健常対照群、6健常+運動群、7健常+アルギンン群、8健常+運動+アルギニン群に分けた。糖尿病群はSTZを30mg/kg BWを腹腔内投与し作成した。運動は1218m/minの速度で30分間、7日/週、4週間のトレッドミル運動とした。アルギニン摂取は2%アルギニン水溶液を作成し、自由摂取させた。測定項目は体重、血糖値(大静脈から採取)、血液線溶の指標としてプラスミノゲン活性化因子(t-PA, u-PA)、血液凝固の指標としてフィブリノゲン、タンパク質酸化の指標として、カルボニル化タンパク、ニトロチロシンを測定した。また抗酸化物質として還元型グルタチオン(GSH)を測定した。[結果]実験終了時(4週間後)の糖尿病対照群の血糖値は健常対照群に比べ有意に高い値であった。糖尿病群間で血糖値に有意な差は認められなかった。運動とアルギニン摂取を単独で処方した際には血液凝固は抑制され、線溶が亢進した。しかし運動+アルギニンの併用群は対照群と有意な差は認められなかった。タンパク質の酸化について、糖尿病+運動群、糖尿病+アルギニン摂取群のニトロチロシン生成量は糖尿病対照群に比べ有意に減少した。しかし、糖尿病ラットの運動+アルギニン摂取群は糖尿病対照群と比べ有意な差は認められなかった。[結論]糖尿病ラットへの運動とアルギニン投与は血液凝固と線溶に良い効果をもたらすが、それらをを併用するとその効果は消失することが明らかとなった。これは酸化ストレスが関与していることが推察される。
電子線散乱による中間エネルギ-領域の原子核研究

1.MIT-Bates研究所を利用して、特殊180°電子散乱装置を併用して行った実験の結果、次の成果が得られた。(1)^<117>Sn核の弾性散乱M1励起、及び0.159MeV(3/2)^+、0.317MeV(11/2)^-、0.712MeV(7/2)^+の低励起準位の横成分形状因子を世界で初めて測定した。この新デ-タは原子核の芯偏極効果について新しい情報をもたらした。即ち、芯偏極効果は、従来Pb、Tlの基底状態と高スピン・ストッレチ準位等の単一粒子模型の予測値からのクエンチングを良く説明してきたが、^<117>Snの場合、基底状態と低励起準位の大きなクエンチングを統一的に説明することに成功した。(2)^<41>Ca核について、運動量移行q=0.921.99fm^<-1>の領域で、弾性磁気的形状因子を新たに測定した。この領域ではM3とM5励起が主な寄与をもたらすことが判明したが、測定値は単一粒子模型の予測値を下まわっている。芯偏極(CP)と中間子交換電流(MEC)効果を考慮にいれたところ、計算値と測定値の一致に改善が見られた。(3)^4Heからの非弾性電子散乱実験を行い、励起エネルギ-54MeVまでの横成分断面積を測定した。測定値は、低い運動量移行で、RCCSM(Recoil-corrected continuum shell model)の予測値と量的に合うが、高運動量移行では一致が悪い。この新デ-タは、4核子系の構造についての理論的解明を喚起し、更に、(γ、n)(γ、p)においてパズルとされた「荷電対称性の破れ」に解決の示唆を与えるものと期待される。2.MIT-Bates研究所で、320MeVから1000MeVのエネルギ-の電子を液体重陽子タ-ゲットに入射し、運動量移行Q^2=30から48fm^<-2>の領域で、重陽子の横成分断面積を1.5MeV FWHM以上の高分解能で、しきい値(Threshold)近傍で測定した。高分解能を得るために、測定系の改良と試作テストを1年半にわたり行い、1×10^<-40>cm^2/sr/MeVまでの断面積の測定を可能にした。MEC効果、EC効果更に相対論的効果を解明する中間デ-タが得られた。最終デ-タを解析中である。3.スタンフォ-ド大学SLAC研究所を利用して、重陽子の横成分断面積を、180°電子散乱により、Q^2領域1.21から2.77(GeV/C)^2の高運動量移行で測定した。MEC効果及びクオ-ク・ハドロンハイブリッドモデル等を考慮した非相対論的計算は、この新デ-タと定量的に合わなかった。新デ-タからのW1(応答関数)及びW1/W2は、最近開発された相対論的モデルの計算結果と良い一致が見られ、相対論的モデルの検証として、注目される結果をもたらした。4.MIT-Bates研究所へ提出した国際共同実験課題申請が、課題採択委員会(PAC)で採択された。これは、日本グル-プが中心になり検討した結果の課題である。この実験は、σ_L、σ_Tの他にσ_<LT>をOut-of-Planeコインシデンス法で測定し、核のMEC効果及びIC効果と相対論的効果などに関し、シングル・ア-ム実験(e,e')では得られないより複雑な事柄を探ることを目的とする。これは、Q^2領域31から54fm^<-2>で、^3Heの弾性磁気的形状因子を測定し、この領域の種々の理論による異なった予測を検証し、少数体核子系の基本作用の解明を目的とする。これらの実験は、1990年から1991年にかけて準備を行い、1992年1993年に実験を計画している。

(3)^4Heからの非弾性電子散乱実験を行い、励起エネルギ-54MeVまでの横成分断面積を測定した。測定値は、低い運動量移行で、RCCSM(Recoil-corrected continuum shell model)の予測値と量的に合うが、高運動量移行では一致が悪い。この新デ-タは、4核子系の構造についての理論的解明を喚起し、更に、(γ、n)(γ、p)においてパズルとされた「荷電対称性の破れ」に解決の示唆を与えるものと期待される。2.MIT-Bates研究所で、320MeVから1000MeVのエネルギ-の電子を液体重陽子タ-ゲットに入射し、運動量移行Q^2=30から48fm^<-2>の領域で、重陽子の横成分断面積を1.5MeV FWHM以上の高分解能で、しきい値(Threshold)近傍で測定した。高分解能を得るために、測定系の改良と試作テストを1年半にわたり行い、1×10^<-40>cm^2/sr/MeVまでの断面積の測定を可能にした。MEC効果、EC効果更に相対論的効果を解明する中間デ-タが得られた。最終デ-タを解析中である。3.スタンフォ-ド大学SLAC研究所を利用して、重陽子の横成分断面積を、180°電子散乱により、Q^2領域1.21から2.77(GeV/C)^2の高運動量移行で測定した。MEC効果及びクオ-ク・ハドロンハイブリッドモデル等を考慮した非相対論的計算は、この新デ-タと定量的に合わなかった。新デ-タからのW1(応答関数)及びW1/W2は、最近開発された相対論的モデルの計算結果と良い一致が見られ、相対論的モデルの検証として、注目される結果をもたらした。4.MIT-Bates研究所へ提出した国際共同実験課題申請が、課題採択委員会(PAC)で採択された。これは、日本グル-プが中心になり検討した結果の課題である。この実験は、σ_L、σ_Tの他にσ_<LT>をOut-of-Planeコインシデンス法で測定し、核のMEC効果及びIC効果と相対論的効果などに関し、シングル・ア-ム実験(e,e')では得られないより複雑な事柄を探ることを目的とする。これは、Q^2領域31から54fm^<-2>で、^3Heの弾性磁気的形状因子を測定し、この領域の種々の理論による異なった予測を検証し、少数体核子系の基本作用の解明を目的とする。これらの実験は、1990年から1991年にかけて準備を行い、1992年1993年に実験を計画している。
交差共役ヘテロトリエンと官能基化されたカルボジイミドを鍵中間体とした複素環合成

本年度研究では,(1)交差共役ヘテロトリエンおよび(2)官能基化されたカルボジイミドをヘテロ不飽和鍵中間体として用い,連続的(Tandem, Domino)に環化反応を行うことにより,効率的に位置,官能基および立体選択的に目的の複素環化合物を合成することを本方法の特色としている。(1)交差共役ヘテロトリエンのジエン伝達ヘテロデイールス-アルダー(HDA)反応による複素環合成この方法をさらに発展させるべく,新しい交差共役ヘテロトリエンを合成した。1つは,反応後変換可能なエステルやアミド置換基をもつジオキサトリエン(1,1-ジホルミルエチレン)。2つ目は,末端が酸素原子である交差共役オキサトリエン,3つ目は,交差共役オキサトリエンのオキサジエン部分を環状構造によりトランスに固定し,第1のDA反応の位置選択性を制御できるように設計した環状オキサトリエンである。これらを基質として用い,オキサジエン,アザジエンまたはカルボジエンとして第1のHDA反応をさせ,その後カルボニル基をアザジエンに変換後,様々なジエノフィルと第2のDA反応させることにより,この反応をバリエーションに富んだより適用範囲の広いものへと発展させた。これにより,ピラノピリジン,ピラノピリミジン,ピラノピリダジン,クロメン,ピロロジアザフェナレンおよびピロロジアザフェナレン誘導体などの含窒素多環縮合系複素環化合物が,高収率および高配向かつ高立体選択性でもって得られることを明らかにし,交差共役ヘテロトリエンのジエン伝達ヘテロDA反応の手法の有用性を示した。(2)官能基化されたカルボジイミドの連続的環化反応による複素環合成o-(置換アミノスルホニル)フェニル基を持つカルボジイミドを鍵中間体とした新しいタンデム環化反応をデザインした。まずアミド窒素がクムレン炭素へ分子内求核付加環化してベンゾチアジアジンが生じる。引き続き新たに生じた2位のアミノ基を近傍に配置された様々な官能基と第2の様々な反応(Aパラジウム触媒を用いたアミノ化及びアミド化反応,B超原子価ヨウ素化合物を用いたNH-芳香環脱水素環化反応,Cアルキンのヒドロアミノ化反応,D閉環メタセシス等)させることにより、様々なベンゾチアジアジン環縮合複素環化合物を合成する手法を開発した。また一方,一酸化炭素雰囲気下,触媒量のロジウム錯体・配位子存在下における,数種のアルキニル-カルボジイミド類の触媒的分子内Heterocumulenic Pauson-Khand反応を最初に開発できた。これにより短行程でピロロピロリノンやピロロインドリノンを与える新しい合成方法を開拓することができた。

1.交差共役ヘテロトリエンのジエン伝達ヘテロデイ-ルス-アルダー反応(1)交差共役アザトリエンの反応基質である3-イミノ-1,4-ペンタジエンの1,4位の置換基を,1-モノメチル基や1,1-ジメチル基,4-エトキシカルボニル基をもつ非対称アザトリエンにまで拡張でき,第1のDiels-Alder反応におけるジエノフィルもトシルイソシアナートに限られていたものがジフェニルケテン,ジメチルケテン,ジクロロケテンにまで拡張できた。また,窒素上の置換基にスルホニル基をもつ交差共役アザトリエンとビニルスルフィドとの逆電子要請型Diels-Alder反応を第1の反応に適用できることも明らかにした。また,新たな交差共役アザトリエンであるN-置換-4-フェニル-3-フェニルメチレン-1-アザ-1,4-ペンタジエンのジエン伝達ヘテロDiels-Alder反応についても開拓することができた。(2)交差共役ジオキサトリエンの反応従来の交差共役ジオキサトリエン(2-置換メチレン-プロパンジアール)のアリール基の代わりに,アセトキシル基,ベンゾイルオキシ基,ピバロイルオキシ基,ベンゾイルアミノ基に替えた交差共役ジオキサトリエンのジエン伝達ヘテロDiels-Alder反応についても発展させることができた。2.官能基化されたカルボジイミドの環化反応による含窒素複素環合成(1)分子内ヘテロDiels-Alder反応ベンゼン環の隣接位にプロピノイル基をもつカルボジイミドをイミノホスホランとイソシアナートとのアザWittig反応により発生させた後,単に110°C程度に加熱するだけで芳香族C=C結合とクムレンN=C結合を2-アザジエンとした分子内Diels-Alder反応が容易に起こりキノリノ[2,3-b]キノリノンを与えた。(2)Pauson-Khand反応アセチレン部位を分子内にもつカルボジイミドとMo(CO)_6との分子内Pauson-Khand反応によりピロロピロリノンやピロロインドリノンを与える新しいHeterocumulenic Pauson-Khand反応を開発することができた。1.交差共役ヘテロトリエンのジエン伝達ヘテロデイールスーアルダー反応(1)交差共役アザトリエンの反応窒素上にアリールやアルキル基をもつ置換基と5位にフェニル基またはメトキシカルボニル基をもつ,新たな交差共役アザトリエンである3-(フェニルメチレン)-1-アザペンタン-1,4-ジエンのジエン伝達ヘテロDiels-Alder反応を開拓することができた。第1の反応にジエノフィルとしてトシルイソシアナートを用い,引き続き第2のDiels-Alder反応を行うことによりキナゾリンやピリミドピリダジン誘導体を立体選択的に合成することができた。また窒素上の置換基にスルホニル基をもつ交差共役アザトリエンとビニルエーテル,ビニルスルフィドとの逆電子要請型Diels-Alder反応を第1の反応に適用することによりキノリン誘導体を立体選択的に合成できること明らかにした。(2)交差共役ジオキサトリエンの反応アセトキシル基,ペンゾイルオキシ基,ピバロイルオキシ基,ベンゾイルアミノ基といった種々の置換基をもつ交差共役ジオキサトリエン(2-置換メチレン-プロパンジアール)のジエン伝達ヘテロDiels-Alder反応を行うことにより,ピラノピリジンやピラノピリミジン誘導体を立体選択的に合成することができた。
インターネットを利用した既存住宅の断熱改修・省エネルギー診断

本研究は現在、一般家庭にも急速に普及しつつあるインターネットを利用して、既存住宅の断熱改修および省エネルギー診断を行い、二酸化炭素排出量削減と言う国家的要請に寄与しようとするものである。インターネット上で、住宅の間取り、家族構成、機器の稼働状況等の入力を元に、その住宅の冷暖房等の消費エネルギーをシミュレーションプログラムにより算出する。この数値(現状値)と、省エネ対策を施した住宅(推奨値)を比較提示する事でその住宅の省エネルギー診断を行う。今後、増加が予想される住宅の改修・補修について、断熱改修による省エネルギー効果および二酸化炭素排出量削減効果を提示する事で助言の手段とする。本研究は申請者の開発した多数室住宅温熱環境評価システム(プログラム名称TrP)をカーネル部分としている。多数室住宅室温変動・熱負荷計算のインプットデータについて考えてみれば、住宅内各室の人体発熱負荷のための在室者のスケジュール、在室者に起因する照明機具の発停スケジュール、家電機器や調理機具による機器発熱など、そのままエネルギー消費量を示すものである。また、計算結果として出力される熱負荷は冷暖房用消費エネルギーに外ならない。これらのデータおよび計算結果を各個の住宅において、自動的に計算するシステムを住宅のトータルエネルギーシミュレーションと呼ぶ。平成13年度はこの住宅のトータルエネルギーシミュレーションシステムを構築した。平成14年度は断熱改修に係わる、部材使用量および改修コストの原データを整備し、住宅の省エネルギー診断と合わせて、その二酸化炭素排出量削減効果および改修コスト計算をインターネット上で求めることができるシステムを構築した。本システムには一般ユーザーが当研究室のホームページを介して、アクセスできる。現有の多数室住宅温熱環境評価システムのカーネル部である多数室住宅室温変動・熱負荷計算プログラム(プログラム名称TrP)のオペレーションシステムをDOSからWindowsへ移行した。また、住宅プランのインプット方法として、矩形描画を基本とするCAD入力方法を開発した。同CAD中にはにプルダウンメニューとして住宅所在地、家族構成、工法、住まい方なども入力できるようにした。さらに、実在住宅での温熱環境実測結果との照合から、多数室住宅室温変動・熱負荷計算プログラムの精度検証を行なった。過去に実施した住宅エネルギー消費量調査結果に基づき、上記データから室・時刻別のスケジュール、熱負荷およびエネルギー消費量を算定するプログラムを開発した。さらに、室・時刻別エネルギー消費量の用途別、燃料種別の積算から住宅の運用時におけるエネルギー消費および二酸化炭素排出量も算定可能となった。住宅の工法別(在来軸組、2×4、RC造、軽量鉄骨造、煉瓦造)に建設時、改築時のエネルギー消費および二酸化炭素排出量算定用データセットを作成した。この結果、住宅のCAD入力、トータルエネルギーシミュレーション結果との併用により住宅の工法別に建設、運用、更新、破棄の段階におけるエネルギー消費および二酸化炭素排出量の算定が可能となった。次年度以降のインターネットによる多数室住宅温熱環境評価システムの公開にむけてサーバーマシンの整備、Javaアンプレットによるデータ受渡方法の試験運用等の準備も行なった。