hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ピコリン酸脱離基を活用するアリル化反応とプロパルギル化反応の研究と応用

我々は第2級アリルエステルと有機銅試薬とのアリル化反応に有効な脱離基としてピコリン酸脱離基(Py-CO2)を見いだしてきたが,有機銅試薬に用いる銅塩や溶媒によっても反応性や選択性をさらに向上させることが可能になった。以下に,それらの結果について報告する。(1)アリル化反応を使った4級炭素の構築の検討:立体選択的に合成したR1(R2)C=CHCH(OCOPy)R3と芳香族Grignard試薬由来の銅試薬とのアリル化反応では,これまでのCuBr・Me2Sを用いると低い選択性しか得られなかったが,Cu(acac)2を使うと選択性高く反応した。ArMgBr/Cu(acac)2はアリール基上の立体障害にもさほど影響されなかった。(2)五員環アリルエステルのアリル化反応の開発(2種類)とこれらの反応を使った生理活性化合物の合成:五員環アリルピコレートとTMSアセチレン銅試薬との反応はCH2Cl2溶媒中効率的に進行した。この反応を使ってプロスタグランジンの合成を行った。さらに,五員環アリルアセテートとArMgBr/CuBr試薬とのアリル化反応を選択的に行わせる反応条件を確立した。そしてこの反応を活用してhNK-1アンタゴニストを合成した。(3)プロパルギルピコレートと有機銅試薬との反応の検討:上述したアリル化反応をプロパルギル系に応用したところ,ArMgBr/CuBr・Me2Sはα選択的,ArMgBr/Cu(acac)2はγ選択的になることを見いだした。この反応の一般性を調べるため,プロパルギルピコレートの置換基とArMgBrのAr原子団の立体的な影響,電子的な影響を調べた結果,立体的因子,電子的因子にはほとんど影響されなかった。第2級アリルピコレートと有機銅試薬とのアリル化反応の適応範囲の拡張を目指した研究を行った。この反応を使った第4級炭素構築では,当初,CuBrとArMgBrから調製した試薬を使ったが,反応点であるガンマ炭素上での立体障害の影響により位置選択性は低下した。しかし,Cu(acac)2を使うことで,高い位置選択性を確保でき,一般性の検討まで行うことができた。その後,アルキル銅試薬とのアリル化反応による第4級炭素の構築ではCu(acac)2よりも従来から使用していたCuBrの方が高い選択性を示した。この様なアリル化反応に対する銅塩の影響は予想外であり,その分,研究を完結させるまでに時間がかかったが,次のテーマは予定より早く完成した。シクロアルカノンのアルドール反応を行って調製した第2級アリルピコレートと銅試薬との反応では,上述した経験を生かし,芳香族試薬とアルキル試薬を調製する銅塩を使い分けして順調に研究を開始できた。シクロバクチオールの合成では当初,中間体の光学純度が一定しなかったが,合成ルートを変更してこの問題を解決できた。予定通りの仕上がりであった。アナストレフィンの合成では,ラセミ体の合成ルートを開発できた。この研究も予定通りの仕上がりであったと考えている。なお,6員環上アリルピコレートの場合,RMgBr/CuXの組成が2:1ではラセミ化するが,1:1の試薬では立体反転で進行した。現在,置換基や銅塩を変えてこの原因を究明している。第2級アリルピコレートと有機銅試薬とのアリル化反応を使って有機合成上,有用な変換反応を開発したい。さらに,アリル化反応を使った生理活性化合物の合成もてがける。具体的には以下のことを計画している。(1)シクロヘキサン環にアリール基(アリール基:芳香族基)を導入する方法を開発する。
口腔悪性腫瘍患者の嚥下機能の解析

口腔悪性腫瘍(舌口底癌)患者の外科的治療後に発生の可能性が大なる摂食嚥下機能障害および発音機能障害について、術前・後の検査を行いこれらの機能障害の程度を把握することによって、口腔内に矯正装置を作成・装着させ機能障害の改善を図ったので報告する。対象は、当科で治療を行った舌口底癌患者10例(男性6例,女性4例)であり、舌可動部半側切除が男性3例、女性4例、可動部2/3以上の切除が男性の3例であった。舌切除後の再建は、腹直筋皮弁が男性3例、前腕皮弁が男性3例、女性4例であった。術前と術後1ヶ月以内に嚥下機能検査(X線透視検査,内視鏡検査)、発音機能検査(会話明瞭度検査,日本語100音節明瞭度検査)を行い、比較検討した。術前にみられなかった嚥下機能障害、発音機能障害が全術後例に認められた。嚥下機能障害は、X線透視検査による動的観察において嚥下第1相(口腔期)と第2相(咽頭期)に認め、誤嚥(喉頭挙上期型,喉頭下降期型,および混合型)が確認された。発音機能障害は、全症例に歯音,歯茎音,硬口蓋音を含めた大部分の子音に誤りが認められ、会話明瞭度は近親者との意志疎通が可能かそれ以下であった。術前の検査データに近似させるべく上顎口蓋部に矯正補助装置を装着させ、しかも装置の口蓋部の厚さを増加調節することによって嚥下機能および発音機能の改善が得られ、また、装置の口蓋部を中空性にすることによって重量の軽減化と維持安定が得られた、嚥下機能では第1相の障害の改善(bolusの口腔内停滞の防止、bolus形成の容易化)、第2相の障害の改善(誤嚥の防止)がみられ、発音機能では会話の実用的レベルまで改善がみられた。
希土類イオン交換処理による高飽和磁化フェライトの開発

本研究は、高飽和磁化を有するフェライトの開発を目標とし、非平衡相の生成が期待されるイオン伝導性β系フェライトの希土類イオン交換の可能性ならびに、その電気・磁気的性質について検討することを目的としている。まず、ZnOで安定化したβ′′-フェライトのNdイオン交換では、773973Kの温度において、α-Fe_2O_3とスピネル相、および常温では不安定とされるβ′′′-フェライト相に分解することが粉末X線回折により確認された。しかし、1073KでNdイオン交換処理した試料のX線回折パターンには、僅かではあるが磁気的に興味深いM型フェライトに対応する回折線が観察された。このNdイオン交換により得られたM型相の磁気的性質をVSMにより計測したところ、保磁力は2.7kOeと従来のM型フェライトに匹敵する値が得られたが、磁化の強さは得られたM型相の量比が10%以下であったことから8.75μWbm/kgと低い値であった。しかし、今後イオン交換条件の検討を行うことにより、より高い磁化を有するフェライトが得られると期待される。また、CdOで安定化したβ′′′′-フェライトのNdイオン交換では、全ての交換処理試料においてα-Fe_2O_3への分解が起き、磁気的に興味のあるM型フェライト等は得られなかった。今後の研究方針としては、β系フェライトと、希土類イオン交換が既知であるβ系アルミナとの混晶化を試み,K_2O-Fe-_2O_3-Al_2O_3擬3元系イオン伝導性化合物において希土類イオン交換を行う予定である。現時点では化学式K_2O・9.75(Fe_<1-X>Al_X)_2O_3・2.5CdOにおいてxが0.2までは混晶化可能ということまでが明らかとなった。
ナノメートル空間分解XAFSイメージング法の開発とナノ組織制御物質の構造評価

元素の吸収端近傍の複数のX線エネルギーでコヒーレントX線回折イメージングの測定を行うことにより、ナノメートルスケールの空間分解能を有するX線吸収スペクトルを抽出することが原理的に可能である。このような入射Xエネルギーを変更する実験では、試料に照射されたX線の光子数を精度良く決定する必要がある。本研究では、コヒーレントX線回折イメージング実験のための入射X線フラックスモニターを開発し、FIB-CVD法で作製したナノ構造材料の電子密度分布を定量的に決定することに成功した。位相の揃ったコヒーレントなX線による回折プロファイルを解析して実空間での物質構造を得ることができるコヒーレントx線回折顕微法(CXDM)が、現在、第3世代放射光源を用いて研究されている。CXDMを用いて我々が観察できるのは、マイクロメーターオーダーサイズのバルク試料内部の微細組織の全体像であり、透過電子顕微鏡では観察が難しい構造情報である。一方、X線吸収微細構造(XAFS)法は、試料のX線吸収スペクトルから特定元素の原子周りの局所構造を評価する方法として、物質科学、化学の分野で広く普及した分析法である。本研究ではCXDMとXAFS法を組み合わせた、「ナノメートル空間分解XAFSイメージング法」を開発し、ナノ構造制御物質の構造解析に応用することが目的である。ナノメートル空間分解XAFSイメージングでは異なる入射X線エネルギーで測定された複数の回折プロファイルの解析を行うため、測定エネルギーの異なる回折強度を規格化する必要がある。この規格化のためには試料に照射されたX線光子数および試料によって散乱されたX線光子数を実測する必要がある。平成22年度は、照射X線光子数の計測のために入射X線強度を正確にモニターするシステムを構築した。X線波面を乱す散乱体を光軸上に設置することはできないため、CCDを保護するタンタル製のビームストップとSi-PINフォトダイオード素子が一体となったビームストップ兼強度モニターを作製した。このモニターの性能評価を大型放射光施設SPring-8のBL29XULにて行った。5keVに単色化したX線を高速シャッターによってX線照射時間を制御し、Si-PINフォトダイオードに流れる電流値のx線強度依存性を評価した結果、X線の光子数に換算して5桁以上の直線性があることが判明した。これは、ナノメートル空間XAFSイメージングの測定に耐えうるものであった。平成22年度に開発したX線強度モニターを使い、以下の二つの項目について研究を推進した。1.収束イオンビーム化学気相法によって作製されたナノ構造体の電子密度分布評価大阪大学のウルトラクリーン研究施設内の収束イオンビーム加工装置よりナノ構造体を作製した。具体的には、収束イオンビーム装置にタングステンカルボニルを導入し、SiNメンブレン上に収束イオンビーム化学気相法によって、タングステンとカーボンで構成されるナノ構造体を製作した。大型放射光施設SPring-8のBL29XULにおいてX線強度をモニターしながら、ナノ構造体のコヒーレントX線回折顕微法測定を行なった。コヒーレントX線回折パターンに位相回復計算を実行した結果、ナノ構造体の電子密度分布を24.1nmの空間分解能でイメージングすることに成功した。また、このときのコントラスト分解能は2.3×10^7電子/ピクセルであった。2.タングステンのL3吸収端でのナノ空間分解XAFSイメージング測定タングステンのL3吸収端近傍の複数のX線エネルギーでコヒーレントX線回折パターン測定を行った。コヒーレントX線回折パターン中のある斑点強度のエネルギー依存性を調べた結果、XAFSスペクトルと良く似たスペクトルを得ることができた。これは、試料内部のある相関長に対応する構造情報を反映したXAFSスペクトルであると解釈できた。これにより、本課題で提案したナノメートル空間分解XAFSイメージングに成功したと言える。
新開発グルカゴン測定系を用いた糖尿病における膵α細胞調節破綻機構の解明

膵α細胞機能、特にグルカゴン分泌に関する研究の問題点の一つに現行のグルカゴン測定系の信頼性の低さがある。申請者はこの問題を克服するため、グルカゴンN末端およびC末端に対するモノクローナル抗体を用いたサンドイッチELISA法を開発した。この新規開発測定系は従来の測定系に比べ感度、特異性ともに大きく向上していることを確認した。血漿中のグルカゴン濃度の変化について、従来の測定系との比較検討を行ったところ、新規開発測定系と従来の測定系の測定結果の間に相関は認められなかった。今後様々な生理条件下におけるグルカゴンの分泌動態を改めて解析していく必要がある。近年、血糖調節機構におけるグルカゴンの重要性が認識されている。しかし、一般的に行われているグルカゴンC末端に対する抗体を用いた競合法イムノアッセイでは反応特異性が低く、グルカゴンの変化について正確に測定することが不可能であった。そのため、申請者は従来の競合法イムノアッセイに比べ反応特異性が高く、かつ高感度のグルカゴンサンドイッチELISAの開発を行った。この新規開発測定系は10μlの血漿を510pg/mlの範囲で、抽出等の前処理をせず直接測定を行うことができる。測定の信頼性について、血漿検体を用いた並行精度試験、日差再現性試験による精度試験、希釈直線性試験、添加回収試験による真度試験により確認した。反応特異性試験の結果、グルカゴン以外のペプチドと反応しないことを確認したが、生体試料においても新規開発測定系がグルカゴンを特異的に測定することを確認するため、逆相HPLCによる分離検体を用いた解析を行った。αTC1.6細胞の培養上清および血漿について、SepPakカラムによる脱塩後、SP Sephadexにより得た弱塩基性分画を逆相HPLCにて分離し、各分画ごとにアッセイを行った。その結果、従来測定系ではグルカゴン溶出分画を含む複数の分画において免疫陽性になったのに対し、新規開発測定系ではグルカゴン溶出分画が反応のピークとなることを確認した。この結果より、この新規開発測定系は、生体試料においてグルカゴンのみを特異的に検出していると考えられる。同一検体を用いて新規開発測定系と従来測定系との比較検討を行った結果、測定結果に全く相関は認められなかった。この結果より、真のグルカゴンの分泌動態は従来考えられていたものとは大きく異なっていると同時に、C末抗体結合ペプチドはグルカゴンとは異なる分泌変化をしていることが予想される。様々なグルカゴン関連ペプチドや類似ペプチドとの交差性試験や、逆相HPLCによる分離検体を用いた検出特異性試験について、新規開発測定系に加え、他のグルカゴン測定系との比較検証を行った。その結果、新規開発測定系は生体試料中のグルカゴンを定量的かつ特異的に検出することのできる測定系であることを明らかにした。この新規開発測定系を用いてグルコース投与後の血漿中グルカゴン濃度の変動を調べたところ、グルコース投与後にグルカゴン濃度がグルコースの量依存的に増加するという従来の測定系とは異なる測定結果が得られた。この結果より、真のグルカゴンの分泌動態は従来考えられていたものとは大きく異なる可能性があることが明らかとなった。さらに2型糖尿病モデルマウスであるdb/dbマウスの血漿グルカゴン濃度についての現在までの予備的な解析の結果、従来のグルカゴン測定系では対照マウスとの間に差は認められないのに対し、新規開発測定系ではdb/dbマウスが高値となる傾向が見られた。新規開発測定系は2型糖尿病における高グルカゴン血症を従来の測定系よりも鋭敏に検出することができるとともに、2型糖尿病の高血糖に対しグルカゴンがこれまで考えられていた以上に大きな影響を与えている可能性がある。しかし、これまで一般的に用いられてきたグルカゴンC末端に対する抗体を用いた競合法イムノアッセイでは反応特異性が低く、血中グルカゴンの変動を正確に測定することは不可能であった。そのため、サンドイッチ法等により反応特異性を向上させたグルカゴンアッセイ系の開発が求められている。そこで申請者は従来の競合法イムノアッセイに比べ反応特異性が高く、かつ高感度のグルカゴンサンドイッチELISAを開発した。現在までにグルカゴンを含むプログルカゴン由来ペプチド13種、グルカゴンと同じセクレチン・グルカゴンファミリーであるセクレチン、VIP、グルカゴンとの相同性の高いGIP、そしてインスリンについて交差性試験を行った結果、グルカゴン以外のペプチドとの交差率は0.1%未満であった。さらに、新規開発ELISAが生体試料中においてもグルカゴンのみを特異的に検出することを検討するため、血漿をSepPakカラムにより脱塩後、SP Sephadexにより得た弱塩基性分画を逆相HPLCにて分離し、各分画ごとに測定を行うとグルカゴンの溶出位置に当たる分画のみで反応が認められた。

さらに、プログルカゴン遺伝子をGFP遺伝子に置換し、内因性のグルカゴンを発現できなくしたグルカゴンGFPノックインマウスの血漿についてアッセイを行った場合、新規開発ELISAではグルカゴンは検出されなかったのに対し、従来の競合法ラジオイムノアッセイではグルカゴンが検出される結果となった。以上の結果より、新規開発ELISAは現行の測定系より非常に高い反応特異性を示すとともに、生体試料中のグルカゴンを特異的に検出することのできる測定系であると考えられた。膵α細胞機能、特にグルカゴン分泌に関する研究の問題点の一つに現行のグルカゴン測定系の信頼性の低さがある。申請者はこの問題を克服するため、グルカゴンN末端およびC末端に対するモノクローナル抗体を用いたサンドイッチELISA法を開発した。この新規開発測定系は従来の測定系に比べ感度、特異性ともに大きく向上していることを確認した。血漿中のグルカゴン濃度の変化について、従来の測定系との比較検討を行ったところ、新規開発測定系と従来の測定系の測定結果の間に相関は認められなかった。今後様々な生理条件下におけるグルカゴンの分泌動態を改めて解析していく必要がある。平成26年度は新規開発グルカゴン測定系の反応特異性について更なる検証を進め、生体試料においてグルカゴンのみを特異的に検出していることについて、さらに多くのデータを得て確認することができた。さらに、様々な生理刺激に対する血漿中のグルカゴン濃度の変動についての解析を開始しており、その中でグルコース投与後に血漿中のグルカゴン濃度が増加するなど、真のグルカゴンの分泌動態は、従来考えられていたものとは大きく異なる可能性を明らかにすることができた。これらの成果より、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。糖尿病グルコース投与の他に、アルギニン投与や低血糖誘導時など、様々なグルカゴン分泌変動刺激に対しての血漿グルカゴン濃度の変化を新規開発測定系により測定し、真のグルカゴン分泌動態を明らかにしていく。同時に、2型糖尿病モデルマウス(高脂肪食飼育マウス、db/dbマウスなど)、1型糖尿病モデルマウス(ストレプトゾトシン投与マウス、NODマウスなど)についても同様の解析を行い、真のグルカゴン分泌動態が糖尿病によりどのように変化するのかを明らかにしていく。平成25年度はグルカゴン測定系の検証を行い、特に生体試料においてグルカゴンを特異的に検出していることを明らかにすることを目標としていたが、これについてはほぼ達成できたと考えられる。また、Big Plasma Glucagon分画におけるグルカゴン分解活性抑制の為のプロテアーゼインヒビターの選択については、新規開発測定系は従来測定家に比べると反応時間は短く、グルカゴンの添加回収試験においても回収率は95%以上であったことから、アプロチニン以外のプロテアーゼインヒビターの添加は必須ではないと判断した。以上より、研究は当初の予定通り進んでいると考えられる。糖尿病モデル動物における真の血漿グルカゴン濃度の変化を測定し、糖尿病に伴う真のグルカゴンの分泌様式の変化を明らかにする。糖尿病モデルマウスと、膵α細胞にてGFPを発現する遺伝子改変マウスとを組み合わせ、糖尿病状況下の膵α細胞をセルソーターにより分離、回収し、グルカゴン分泌等に関わるシグナル分子の発現解析を行うことで、糖尿病に伴う膵α細胞機能異常の分子メカニズムを明らかにする。
1人1台のタブレット型端末環境で情報活用能力向上を図る授業デザインの開発と評価

高度情報化社会を生きる子供たちには、指示されたICT機器の活用方法を獲得していくだけでなく、多様化するICT機器やそれらに搭載される様々な機能を目的に応じて自らの判断で選択し、創造的に活用していく力としての情報活用能力の育成が求められている。本研究では、そのような情報活用能力を育成する授業デザインとして、1人1台のタブレット型端末が使用可能な環境を設定し、学習目標達成に向け、タブレット型端末に設定された機能の中で、学習者が自らの判断で自由に使用する機能を選択できる教育実践と評価を行った。タブレット型端末の活用方法で前・中・後期に分けて、学習者のタブレット型端末の活用実態と情報活用能力の変容を分析した。(前期:活用場面と活用機能を指定、中期:活用場面を指定、活用機能は学習者の判断に委ねる、後期:活用場面と活用機能を学習者の判断に委ねる)その結果、以下のことが明らかになった。・学習者はタブレット型端末を必ず使用するのではなく、タブレット型端末の機能を活用することが目的に合っているかどうかを判断し、目的達成のためのツールの一つとして使用している。・授業者がタブレット型端末の活用方法を教授しなくても、タブレット型端末の機能を用いて、自ら活用方法を考え、全体に伝播している。さらに、タブレット型端末を1人1台使用可能な環境で、学習者同士が自由に交流できる場を設定していくことが、情報活用能力を向上させることに有効であることが示唆された。
小さなHOMO-LUMOギャップを有する有機分子の合成と物性

通常の有機分子では電導に関与できるキャリヤ-が存在せず絶縁体となることから、単一成分有機導体の設計にはHOMO-LUMOギャップの小さい分子をつくることが極めて重要である。本研究では電子供与性の複素環と電子受容性の複素環を連結させたドナー-アクセプター系分子で小さなHOMO-LUMOギャップを実現した。例えば、非古典的構造のビスチアジアゾロベンゼン誘導体はp-ベンゾキノンに匹敵する高い電子親和性を持ち、電子供与性の置換基を導入することで新規なドナー-アクセプター系を構築した。ドナー性とアクセプター性を調節することでHOMO-LUMOギャップを制御できることを示した。合成した分子の中には最長吸収波長が1345nmを示すものがあった。また、チアジアゾール環のS...N相互作用によってテープ状のネットワークが形成されることを見つけた。これらの分子で単一成分導体は実現できなかったが、イオンラジカル塩とすることで特異な電導体に導くことができた。例えば、非平面型のビス(1、3-ジチオール)ドナーから金属的性質を示すカチオンラジカル塩が得られ、物性が包接される溶媒分子により大きく依存することを見つけた。小さな有機分子ではこれ以上HOMO-LUMOギャップを小さくすることは困難であったので、共役を伸ばしたポリマーでギャップの縮小を測った。ポリマー化はチオフェンおよびピロール置換体の電解酸化により行った。これらのポリマーはp-ド-ピングもn-ド-ピングも受ける両性のポリマーでバンドギャップは従来合成されたものに比べて著しく小さく、電気化学的バンドギャップがほとんど0のものも得られた。ポリマーは溶解性がなく取り扱いが困難で、構造の均一性にも欠けることから、構造が明確で溶解性に優れたオリゴマーの合成に研究を展開した。小さなHOMO-LUMOギャップを有する分子としてビスチアジアゾロベンゼン誘導体を合成した。非古典的構造の三環性ヘテロ環はp-ベンゾキノンに匹敵する高い電子親和性を持ち、電子供与性の芳香環を導入することで新規なドナー-アクセプター系を構築できた。吸収スペクトルの極大値はチオフェン置換体で702nm、ジメチルアミノフェニル体で732nmに達した。チオフェン置換体の電解酸化により光学的バンドギャップが約0.4eVの小さなバンドギャップのポリマーに導くことに成功した。また、チアジアゾール環をピラジン環に換えた分子を合成した。この場合、LUMO準位が若干上昇するためHOMO-LUMOギャップは少し拡がるが、ピラジン環部にアルキル基などの置換基導入が可能になった。こうした構造修飾を行うことでHOMO-LUMOギャップの制御が可能となった。ビスジチエニル体の電解酸化で得られるポリマーは電気化学的に活性であり、p-ド-ピングもn-ド-ピングも行うことができた。これらのバンドギャップはモノマー分子のHOMO-LUMOギャップに依存することが判明した。さらに、チオフェン環をN-メチルピロール環に換えた分子の合成も行い、立体障害のバンドギャップに与える効果を考察した。また、新しいシステムとして酸化も還元も受けやすいカチオンをビス(1、3-ジチオール)の共役系を利用して構築することに成功した。なお、この合成反応には対応するメチレン体からの特異的脱プロトン反応を開発している。これらのカチオンには900nm以上の近赤外領域に強い吸収を示すものがあり、色素としての性質に興味が持てる。

本研究では電子供与性の複素環と電子受容性の複素環を連結させたドナー-アクセプター系分子で小さなHOMO-LUMOギャップを実現した。例えば、非古典的構造のビスチアジアゾロベンゼン誘導体はp-ベンゾキノンに匹敵する高い電子親和性を持ち、電子供与性の置換基を導入することで新規なドナー-アクセプター系を構築した。ドナー性とアクセプター性を調節することでHOMO-LUMOギャップを制御できることを示した。合成した分子の中には最長吸収波長が1345nmを示すものがあった。また、チアジアゾール環のS...N相互作用によってテープ状のネットワークが形成されることを見つけた。これらの分子で単一成分導体は実現できなかったが、イオンラジカル塩とすることで特異な電導体に導くことができた。例えば、非平面型のビス(1、3-ジチオール)ドナーから金属的性質を示すカチオンラジカル塩が得られ、物性が包接される溶媒分子により大きく依存することを見つけた。小さな有機分子ではこれ以上HOMO-LUMOギャップを小さくすることは困難であったので、共役を伸ばしたポリマーでギャップの縮小を測った。ポリマー化はチオフェンおよびピロール置換体の電解酸化により行った。これらのポリマーはp-ド-ピングもn-ド-ピングも受ける両性のポリマーでバンドギャップは従来合成されたものに比べて著しく小さく、電気化学的バンドギャップがほとんど0のものも得られた。ポリマーは溶解性がなく取り扱いが困難で、構造の均一性にも欠けることから、構造が明確で溶解性に優れたオリゴマーの合成に研究を展開した。
ＮＩ基単結晶超合金の超高温での等二軸引張・圧縮多軸クリープ疲労寿命評価法の開発

本研究では発電用ガスタービン動翼用に使用されるニッケル基単結晶超合金の多軸応力下でのクリープ疲労寿命評価法の開発を研究目的とした.900°Cで引張・圧縮ー繰返しねじりクリープ疲労試験を単結晶超合金の中空円筒試験片を用いて,多軸引張・圧縮のクリープ疲労試験を同十字型試験片を用いて実施した.ミーゼス型の相当応力を用いれば,多軸低サイクル疲労寿命を,繰返し速度で修正したミーゼス型の相当応力を用いれば,多軸クリープ疲労寿命を高精度で整理できることを示した.本年度はYHー61の十字型試験片の多軸低サイクル疲労試験をxおよびy方向の結晶方位が[110]および[110]のものについて1173Kにおいて実施した.これらの成果は前年度得た結果の傾向を補強することに役だった.すなわち,破損繰返し数は主ひずみ比がー1から0の範囲では,主ひずみ比の増加に伴って増加するが,0から+1の範囲では主ひずみ比の増加に伴って減少することを明らかにした.中空円筒試験片を用いた,引張・圧縮ー繰返しねじり試験を1173Kで実施するとともに,過去の文献を調査し,引張・圧縮ー繰返しねじり負荷の下での,多軸低サイクル疲労寿命の主ひずみ比依存性を考察した.中空円筒試験片においても,主ひずみ比がー1からー0.5の範囲においては,多軸低サイクル疲労寿命は主ひずみ比の増加に伴って減少した.なお,中空円筒試験片を用いた多軸低サイクル疲労試験ではー1からー0.5の範囲が試験可能な範囲となる.この中空円筒試験を用いた多軸低サイクル疲労寿命の主ひずみ比依存性は,十字型試験片を用いたそれと同様であった.十字型試験片と中空円筒試験片を用いた多軸低サイクル疲労寿命を統一的に整理するために,ひずみ基準および応力基準のパラメータを検討した.種々のパラメータの適用性を考察した結果,ミーゼス型の相当応力範囲がもっとも破損繰返し数を精度良く整理できることが判明した.本年度はYHー61の十字型試験片の多軸クリープ疲労試験をxおよびy方向の結晶方位が[110]および[110]の試験片を用いて1173Kで実施した.クリープ損傷はひずみ一定の10分間の圧縮保持時間として低サイクル疲労試験に導入した.主ひずみ比(x軸方向の主ひずみとy軸方向の主ひずみ比との比)はー1+1の範囲でクリープ疲労試験を実施した.圧縮の保持時間を導入すると,保持時間のないものに較べて,多軸低サイクル破損寿命は低下した.なお,低下の割合は主ひずみ比に大きく依存しないことが明らかになった.すなわち,主ひずみ比がー1から0の範囲では,クリープ疲労寿命は主ひずみ比の増加に伴って増加するが,主ひずみ比が0から+1の範囲では逆に減少することが判明した.これらの十字型試験片を用いた多軸クリープ疲労試験の結果と,中空円筒試験片を用いた引張・圧縮ー繰返しねじり試験での多軸クリープ疲労試験での結果を総合的に整理することのできる破損寿命パラメータについて検討した.単結晶超合金のクリープ破断寿命は大きく結晶方位の影響を受けるため,クリープ損傷を線形損傷的に考慮することは困難であることから,本研究では,クリープ損傷を繰返し速度として考慮することにした.十字型試験片および中空円筒試験片の多軸クリープ疲労寿命を統一的に整理するため,ミーゼス型相当応力を繰返し速度で修正した新たな寿命評価式を提案した.提案した寿命評価式で両試験片のクリープ疲労寿命を結晶方位や主ひずみ比に関わらず比較的少ないばらつき範囲で統一的に整理することが出来た.また,主ひずみ比を弾性異方性で整理した異方性主ひずみ範囲を繰返し速度で修正した寿命評価式でも,ややばらつきは大きくなったが,両試験片のクリープ疲労寿命を整理することができた.本研究では発電用ガスタービン動翼用に使用されるニッケル基単結晶超合金の多軸応力下でのクリープ疲労寿命評価法の開発を研究目的とした.900°Cで引張・圧縮ー繰返しねじりクリープ疲労試験を単結晶超合金の中空円筒試験片を用いて,多軸引張・圧縮のクリープ疲労試験を同十字型試験片を用いて実施した.ミーゼス型の相当応力を用いれば,多軸低サイクル疲労寿命を,繰返し速度で修正したミーゼス型の相当応力を用いれば,多軸クリープ疲労寿命を高精度で整理できることを示した.本年度はYHー61の単結晶十字型試験片を作製した.種々の結晶方位について有限要素法解析を用いて,多軸低サイクル疲労試験のための十字型試験片の最適方位を求めた.立方晶の弾性異方性を考慮した十字型試験片の有限要素方解析から,十字型試験片のxおよびy方向の腕の方位が[110]および[110]であれば,標点部の応力が肩部に比べて大きくなることを明らかにした.この方位以外の組み合わせでは,肩部の応力が標点部よりも大きくなり,標点部以外からき裂が発生するため,正確な多軸低サイクル疲労寿命を求めることができないことが判明した.

なお,十字型試験片全体を単結晶超合金で作製するのは,技術的および経費的に問題があるため,試験片中央部のみを単結晶で作製し,腕部分は多結晶超合金をTIG溶接した. xおよびy方向の腕部が[110]および[110]の方位を有する十字型試験片を用いて主ひずみ比がー1から+1までの多軸高温低サイクル疲労試験を1173Kで実施した.その際,y方向のひずみ範囲を一定にして,x方向の主ひずみ範囲を変えることによって主ひずみ比を変化させた.なお,破損繰返し数は最大主ひずみ方向の荷重振幅が定常値から5%低下した繰返し数として定義した.破損繰返し数は主ひずみ比がー1から0の範囲では,主ひずみ比の増加に伴って増加した.しかし,主ひずみ比の範囲が0から+1の範囲では,主ひずみ比の増加に伴って減少した.十字型試験片の多軸低サイクル疲労寿命をミーゼス型の相当ひずみ範囲や最大主ひずみ範囲で整理すると,主ひずみ比に依存して大きなばらつきを生じた.ミーゼス型の相当応力および最大主ひずみ範囲で同寿命を整理すると,上記2種類のひずみ範囲に比べてばらつきの少ない整理が可能であった.とくに,ミーゼス型の相当応力範囲での整理がもっともばらつきの少ない結果となった.十字型試験片を用いた多軸低サイクル疲労試験は昨年度試験装置の故障や不具合が生じたが,何とか実験が可能になった.試験装置を修理後,昨年度に引き続き,十字型試験片を用いた多軸低サイクル疲労試験を実施した.また,中空円筒試験片を用いた引張・圧縮ー繰返しねじり試験も実施し,ある部分は文献からデータを引用した.ミーゼス型の相当応力範囲を用いれば,十字型試験片と中空円筒試験片の多軸低サイクル疲労寿命を統一的に整理出来ることを発見したのは,重要な成果である.YHー61の単結晶十字型試験片用の多軸疲労試験装置が種々の故障や不具合を発生し,実験に取りかかるのが遅くなった.故障要因としては,高周波発信装置の不良,同冷却装置の故障,サーボアンプの故障等である.これらの装置の故障に対応するため,実験に取りかかるのが遅くなった.このこともあって,当初予定していた単軸応力下での低サイクル疲労試験を実施することができなかった.しかし,最も技術的に難しい,単結晶十字型試験片を用いた主ひずみ比がー1から+1までの高温多軸低サイクル疲労試験を実施できた意義は大きく,その趣旨から現在までの達成度は,おおむね順調に進展していると評価した.十字型試験片と中空円筒試験片の多軸低サイクル疲労寿命はミーゼス型の相当応力範囲を用いれば統一的に整理することが出来ることが判明したので,この成果に基づいて,上記2種類の試験でのクリープ疲労寿命を整理できるパラメータの開発に取り組む.併せて,き裂発生およびき裂伝播挙動から,低サイクル疲労やクリープ疲労寿命特性を考察する.本年度はほぼ計画通りに研究を達成することができたので,次年度についても今年度と同様に着実に実験を遂行するようにしたい.ただし,単軸の高温低サイクル疲労試験について,当初計画から遅れが出ているので,次年度のところで回復するようにしたい.本年度の研究から,ミーゼス型の相当応力が多軸応力下での高温低サイクル疲労寿命を整理する上での有望なパラメータとなる可能性が出てきたので,今後このパラメータを中心にすえつつ,単結晶超合金の多軸低サイクル疲労寿命を整理できるパラメータの開発に取り組みたい.該当なし次年度の研究費として計上している物品費(75万円)は主として,試験片の加工費や試験装置の治具,ボルト等の試験装置関連の費用に充てたい.また,旅費(35万円)につては,国際会議(4月の高温強度に関するIUTAMの会議)充てたい.その他の経費については,コピー代やパソコン関係の消耗品に充てる予定である.
微細液滴・気体混合系における完全分散衝撃波形成に関する基盤研究

微細な液滴を含む気流中を伝ぱする衝撃波背後の緩和過程について実験および数値解析により調べ,衝撃波の分散について考察した.ミー散乱を利用した光透過光強度測定による衝撃波の伝ぱの瞬間を捉えた2次元可視化画像から,液滴の半径が変化しない範囲内で,液滴の数密度の変化を求めた.この場合の数密度の変化は,速度変化に逆比例することから,速度緩和領域の長さを求め,初期液滴のサイズ,衝撃波マッハ数との関係で整理した.数値計算においては,抵抗係数を粒子直径を代表長さとするレイノルズ数とクヌーセン数で補正した式を用いて,気相と液相,それぞれに対する圧縮性N-S方程式をTVDスキームで解いて実験結果と比較した.実験結果は,緩和距離が衝撃波マッハ数の現象と共に顕著に増加する傾向を示している.これに対して,数値解析の結果は,増加の程度が実験結果よりも小さく,気相と液相間の運動量輸送係数(または抵抗係数)の補正が必要であることが明らかとなった.その原因は,微細粒子がクラウド状に分布すること,非定常なプロセスであることなどがあげられる.さらに,弱い衝撃波の伝ぱのプロセスにおいて,運動量の緩和が,二相間の力のバランスを通じて,圧力の分布に与える影響について,圧力測定を行なうことによって調べた.ミストが存在する場合と,気相単体の場合との圧力波形について,衝撃波マッハ数1.4から2.2の範囲で実験を行なった結果,光学計測で得られた運動量緩和の範囲内で,およそ,両者に大きな差が生じ,その差は,運動量緩和距離の数十倍の距離を経て,平衡に達することが確認された.また,ミストがある場合の圧力波形には,高周波数成分の変動が,急激に減衰しており,二相流において,音波の伝達において高周波数成分の透過率が急激に減衰することが確認された.圧力計測より,運動量緩和により衝撃波の波面が完全分散型の波形に近づくことが確認された.これに対し数値解析の結果は,分散を示さず,粘性抵抗の考慮に改善が必要であることが明らかとなった.本年度は、液滴には水(H_2O)とし、気体には窒素ガス(N_2)を用いた実験を行った。衝撃波マッハ数はl.6から2.6の範囲で変化させ、微細液滴が浮遊する二相媒質中を伝ぱする衝撃波の特性について実験を行った。はじめに,発生する液滴の空間的分布の均ー性、および液滴半径のサイズ分布の一様性について予備的実験を行なった.これにより、液滴径はほぼ単分散であり,平均液滴径は0.6ミクロンから0.8ミクロンの液滴が生成可能であることが確認された.このようにして生成した液滴が浮遊する気液混合気体中を衝撃波を伝ぱさせて、その可視化写真を撮影した。可視化手法は,直接シャドウグラフ法を改良したもので,これにより得られた可視化像を画像処理することにより、液滴の数密度変化を透過光強度法で、液滴半径の変化を同じく透過光強度法で求めた.また,同画像から液滴数密度の増加と液滴の速度とが逆比例する関係を利用して,速度緩和長さを計測し,これを衝撃波マッハ数との関係で整理した.この手法で予測される衝撃波は、部分分散型の衝撃波であることを確認した.この現象を対象にして、数値解析によるシミュレーションを行った。計算スキームは差分法の一つであるTVD法であり,これによりミスト中を非定常的に伝ぱする衝撃波の数値シミュレーションを行い,実験結果と比較した.比較の結果,速度緩和過程に関して計算による予測値は,速度緩和距離が,衝撃波マッハ数が異なる場合もほぼ-定となるのに対して,実験結果は,衝撃波マッハ数が低いばあに非常に大きくなることが明らかとなり,速度緩和領域が広がり,衝撃波背後に長い緩和領域が形成されることが明らかとなった.微細な液滴を含む気流中を伝ぱする衝撃波背後の緩和過程について実験および数値解析により調べ,衝撃波の分散について考察した.ミー散乱を利用した光透過光強度測定による衝撃波の伝ぱの瞬間を捉えた2次元可視化画像から,液滴の半径が変化しない範囲内で,液滴の数密度の変化を求めた.この場合の数密度の変化は,速度変化に逆比例することから,速度緩和領域の長さを求め,初期液滴のサイズ,衝撃波マッハ数との関係で整理した.数値計算においては,抵抗係数を粒子直径を代表長さとするレイノルズ数とクヌーセン数で補正した式を用いて,気相と液相,それぞれに対する圧縮性N-S方程式をTVDスキームで解いて実験結果と比較した.実験結果は,緩和距離が衝撃波マッハ数の現象と共に顕著に増加する傾向を示している.これに対して,数値解析の結果は,増加の程度が実験結果よりも小さく,気相と液相間の運動量輸送係数(または抵抗係数)の補正が必要であることが明らかとなった.その原因は,微細粒子がクラウド状に分布すること,非定常なプロセスであることなどがあげられる.さらに,弱い衝撃波の伝ぱのプロセスにおいて,運動量の緩和が,二相間の力のバランスを通じて,圧力の分布に与える影響について,圧力測定を行なうことによって調べた.ミストが存在する場合と,気相単体の場合との圧力波形について,衝撃波マッハ数1.4から2.2の範囲で実験を行なった結果,光学計測で得られた運動量緩和の範囲内で,およそ,両者に大きな差が生じ,その差は,運動量緩和距離の数十倍の距離を経て,平衡に達することが確認された.

また,ミストがある場合の圧力波形には,高周波数成分の変動が,急激に減衰しており,二相流において,音波の伝達において高周波数成分の透過率が急激に減衰することが確認された.圧力計測より,運動量緩和により衝撃波の波面が完全分散型の波形に近づくことが確認された.これに対し数値解析の結果は,分散を示さず,粘性抵抗の考慮に改善が必要であることが明らかとなった.微細な液滴を含む気流中を伝ぱする衝撃波の分散過程について実験および数値解析により調べた.昨年に引き続き,ミー散乱を利用した光透過光強度測定による衝撃波の伝ぱの瞬間を捉えた可視化画像から,液滴の半径がほとんど変化しない範囲内で,液滴の数密度の変化を求めた.この場合の数密度の変化は,速度変化に逆比例することから,速度緩和領域の長さを求め,初期液滴のサイズ,衝撃波マッハ数との関係で整理した.数値計算においては,抵抗係数を粒子直径を代表長さとするレイノルズ数とクヌーセン数で補正した式を用いて,気相と液相,それぞれに対する圧縮性N-S方程式をTVDスキームで解いて実験結果と比較した.実験結果は,緩和距離が衝撃波マッハ数の現象と共に顕著に増加する傾向を示している.これと同時に,測定誤差も増大する.これに対して,数値解析の結果は,傾向は同じであるが,増加の程度が実験結果よりも小さく,気相と液相間の運動量輸送係数(または抵抗係数)の補正が必要であることが明らかとなった.その原因は,微細粒子が単独で存在する状態とはかなり異なること,非定常なプロセスであるため,定常でのモデルの適用に検討を要することなどが検討項目としてあげられる.さらに,弱い衝撃波の伝ぱのプロセスにおいて,運動量の緩和が,二相間の力のバランスを通じて,圧力の分布に与える影響について,圧力測定を行なうことによって調べた.圧力計のヘッドは,直径0.7mmであり,距離に換算して,およそ1mm程度の精度で衝撃波下流方向に圧力履歴を追跡することが可能である.ミストが存在する場合と,気相単体の場合との圧力波形について,衝撃波マッハ数1.4から2.2の範囲で実験を行なった結果,光学計測で得られた運動量緩和の範囲内で,およそ,両者に大きな差が生じ,その差は,運動量緩和距離の数十倍の距離を経て,平衡に達することが確認された.また,ミストがある場合の圧力波形には,高周波数成分の変動が,急激に減衰しており,二相流において,音波の伝達において高周波数成分の透過率が急激に減衰することが確認された.
間隙情報からみた目詰まり機構とフィルター評価

本研究は地盤の浸透において重要となるフィルターの目詰まりについて間隙情報を考慮に加え,1.目詰まり材料の条件,2.流速と動水勾配の条件から目詰まり現象について考察とフィルター評価を行った。フィルターの間隙情報には水銀圧入法による間隙径分布と空気透過法を用いた平均間隙径を用い、透水実験と原土の粒度分布から検討した結果、次のことを得ている。1.目詰まり材料の条件透水実験により透水性の低下を目詰まりの発生と判断した場合、従来のフィルター基準では目詰まりに対して過小評価となる危険性を実験から得ている。これは、同一のフィルター材でも密度の変化により目詰まりの発生しやすさが異なる実験結果からも推察された。また、フォルターの間隙径よりも小さな粒径をもつ原土の場合、目詰まりが生じ易いことが得られている。このことはフィルタ材への流入のための必要条件となるが、フィルター内に流入した土粒子が停留する間隙径と粒径の関係があることが考えられた。2.流速と動水勾配の条件フィルターの目詰まりの発生は、原土が限界動水勾配に達した後に発生していることが確認できた。また、多粒子限界流速で試算された目詰まり発生時(目詰まりが起こらなかったものは原土が限界動水勾配達成時)の流動可能な原土の最大粒径は、いずれもフィルター材の平均間隙径の約半分の大きさの粒径であることが得られ、すでにこの時点でフィルター内へ流入する十分条件はあるが、その粒径含有量によって目詰まりの発生非発生が決定されると考察された。目詰まり現象について材料および流速からの考察を行い、間隙情報からみたフィルター評価は目詰まりが発生する危険性の予測及びフィルター設計に有効であることが得られた。
アルツハイマー病の神経細胞変成機序とERストレスの研究

我々は、プレセニリン1(PS1)が小胞体(ER)に多く局在する事実から、ER機能とPS1に注目している。近年、ERにはそのストレスからの独特な離脱機構があることが注目されている。それらは、Ire1或いはPERKといったER膜上の分子がERストレスにより生じたunfolded proteinの増加を検知することから生じ、GRP78などの分子シャペロン誘導や蛋白転写抑制することにより、ストレスからの離脱を図るという機構である。これまでの我々の検討で、FAD変異型PS1はERストレス下のIre1の活性化(リン酸化)を阻害し、神経細胞のストレス脆弱性をもたらすことが示されている(Nat Cell Biolog,8,479-485,1999)。今回、我々はもう一つのERストレス反応系であるPERKを介する系とPS1の関係について検討した。PERKはER内のunfolded proteinを検知すると、自らがリン酸化を受けダイマーを形成する。そのシグナルは開始因子eIF2αをリン酸化し、蛋白の翻訳を抑制する系を活性化する。それにより、新たに蛋白がER内に送り込まれないようにしてERの負荷が軽減される。変異型PS1を発現させた細胞にthapsigarginやDTTでERストレスを負荷し、PERK自身及びeIF2αのリン酸化を検討したところ、野生型PS1及びMOCKを導入した細胞に対し、抑制傾向が見られた。この結果より、PERKを介するERストレス反応に関しても変異型PS1が抑制的に働くことが示唆された。IRE1とPERKのERストレス検知ドメインは相同性が高いが、変異型PS1が両分子に抑制的に働くことから、このERストレス反応機構にPS1が関与していると考えられる。
バイオチャーが森林生態系の有機物堆積層の構造と機能に与える影響

有機物を低酸素条件下で熱分解した「炭」の中で、人為的に土壌に散布されるものを「バイオチャー」と呼ぶ。有機物は数年単位で分解されるが、炭に変換することにより数千年単位で炭素を大気から隔離することが可能となる。本研究はバイオチャー散布によって変化するリター層の物理的(保水性・通気性)・化学的(元素・化合物組成)構造とそれにともなう微生物群集(組成・活性)の関係から、リターの分解速度(無機化、溶脱、破砕)に与える影響を解明し、リター層の持つ炭素貯留と栄養塩供給の機能を評価する。初年度は野外実験区を設立し、散布により変化するリター分解速度を3つの過程に分けて測定し、炭素貯留能と栄養塩供給能を評価する。対象林は日本国内に広く分布するコナラ林(落葉広葉樹林)とした。各林内に方形区を設け、市販のバイオチャー(白鳥スーパー木炭C)を3段階の量(n = 3)で表層から散布し実験区とした。リターの分解速度は一般に広く用いられるリターバック法によって測定を行った。また、リター層の物理、化学、生物性およびバイオチャー自体の変化を評価するために、野外で採取したリターと土壌を層にした実験ポットを用意し、それらを人工気象室内で培養する室内散布実験を開始した。初年度は、特に化合物の添加実験による生物性の解析について着手し、微生物呼吸の応答性の違いから微生物組成・活性を明らかにする従来型の手法の他に、野外環境に近い添加物を用いた実践型の手法も試みた。現段階においては、バイオチャーの散布直後からリターの分解速度が上昇することが明らかになっている。この上昇は土壌中の保水性の上昇が、微生物の活性を高めたことに起因すると考えられた。初年度は野外・室内の実験区の設置と各手法の検討が最も大事な部分であり、これらに関してはおおむね順調に進展している。リター層の機能の評価においては測定項目が多岐にわたることから、対象を落葉広葉樹林を中心に進めることとした。分解速度の測定においては、全体量の変化を優先し、3つの過程への細分化を後に検討することとした。リター層の構造については化学性の解析を初年度に行う予定であったが、測定手法の検討が必要であることがわかり、生物性の解析を優先して行った。化学性と物理性の解析は次年度以降に行うこととした。リター層の機能の評価においては、初年度に設置したリターバックを定期的に回収してその分解量を引き続き明らかにしていく。また、この分解速度には溶脱、破砕、無機化の3つの過程が含まれており、炭素貯留と栄養塩供給に対する役割が異なる。複数の手法を組み合わせることで各過程での分解速度と環境要因との関係を明らかにし、連続的にモニタリングした環境要因データと統合することで定量化を行う予定である。リター層の評価においては、これまでに行ってきた化合物の添加実験による生物性の解析をさらに発展させ、野外実験と室内実験の研究成果の整合性の検討を行う。また、これまでに着手していないNMR分析による化学性の解析と、MRI分析による物理性の解析にも着手する。これらの手法については、新しい手法も含んでいるため、事前実験を行い測定条件の検討などを先に行う。

リター層の構造については化学性の解析を初年度に行う予定であったが、測定手法の検討が必要であることがわかり、生物性の解析を優先して行った。化学性と物理性の解析は次年度以降に行うこととした。リター層の機能の評価においては、初年度に設置したリターバックを定期的に回収してその分解量を引き続き明らかにしていく。また、この分解速度には溶脱、破砕、無機化の3つの過程が含まれており、炭素貯留と栄養塩供給に対する役割が異なる。複数の手法を組み合わせることで各過程での分解速度と環境要因との関係を明らかにし、連続的にモニタリングした環境要因データと統合することで定量化を行う予定である。リター層の評価においては、これまでに行ってきた化合物の添加実験による生物性の解析をさらに発展させ、野外実験と室内実験の研究成果の整合性の検討を行う。また、これまでに着手していないNMR分析による化学性の解析と、MRI分析による物理性の解析にも着手する。これらの手法については、新しい手法も含んでいるため、事前実験を行い測定条件の検討などを先に行う。
ケミカルバイオロジーによる高効率遺伝子ターゲッティング技術の構築

高等植物における相同組換えを利用した遺伝子ターゲッティングの高効率化をめざし、相同組換えを活性化する化学物質を探索した。相同組換え頻度を計測することができるシロイヌナズナのモデル実験系を用いて237種類の化学物質を評価した結果、相同組換え頻度を向上させると考えられる化学物質が15種類選抜された。また、DNAの二重鎖切断(DSBs)処理で顕著な発現誘導を受けることが知られているRad51遺伝子の発現解析の結果、特に効果が高いと思われる3種類の化学物質はDSBsを誘導しない可能性が示唆された。遺伝子ターゲッティング(GT)はゲノム上の標的遺伝子だけを任意に改変可能な技術であるが、植物のGT効率は未だ低い。GTはゲノム上の標的遺伝子上に生じたDNA二重鎖切断の相同組換え(HR)による修復過程を利用して起きると考えられ、HRの効率がGT効率を決定する最も大きな要因であると考えられている。特定の遺伝子の過剰発現や発現抑制といった従来のアプローチでもHR効率やGT効率を上げることができるが、HRの恒常的な活性化はゲノムの不安定性をもたらす。そこで、本研究では作用のON/OFFの制御が容易であり、かつ汎用的な利用が期待できる化学物質に着目し、化学物質を利用した高効率で簡便なGTシステムを構築することを目的とする。今年度は、HR検出システムを有するシロイヌナズナ(HRが生じた細胞で機能的なGUS遺伝子が発現し、細胞を青く染色できる)を材料に、HR頻度を変化させる化学物質のスクリーニングを行った。237種類の化学物質を調査した結果、1個体あたりの青く染色された細胞の数、すなわちHRが生じた細胞数が、化学物質未処理個体と比較して有意に増加した化学物質を28種類、減少した化学物質を15種類スクリーニングすることに成功した。この中で特にHR効率を増加させると期待された3種類の化学物質について、再現性を確認した。HR経路で働いているRAD51遺伝子はDNA損傷ストレス条件下でそのmRNA蓄積量が大きく増加する。そこで、これらの3種類の化学物質を処理した際にRAD51遺伝子のmRNA蓄積量を調べたが、変動は確認されなかった。このことから、これらの化学物質は、DNA二重鎖切断を誘導していない可能性が考えられた。そこで、我々は作用のON/OFFの制御が容易であり、かつ汎用的な利用が期待できる化学物質に着目した。本研究においては、化学物質を利用した高効率で簡便なGTシステムを構築することを目標とし、イネ品種日本晴を材料に、HR効率を向上させる化学物質を探索する。平成23年度はHR効率を検出するシステムの構築に取り組んだ。様々な生物において、HR効率を計測する方法として、レポーター遺伝子を一部重複させて分断した検出システムが利用されてきた。これまでに、我々は、シロイヌナズナで利用されているルシフェラーゼ(Luc)を用いたHR効率検出システムを参考に、イネ品種日本晴において分断型Lucを利用したHR効率検出システムを構築している。そこで、化学物質スクリーニングの材料として供試するために、HRが活性化したときにLuc発光が確認される系統を選抜し、T1種子の胚盤からカルスを誘導した。サザン解析及び検出されたバンドの強度から、分断型Lucを利用したHR効率検出マーカーコンストラクトが1コピーのみヘテロで導入されていることを明らかにした。また、このカルスを用いて液体懸濁培養細胞を作製した。当初の計画では、分断型Lucを利用したHR効率検出マーカーを有するイネのカルスから懸濁培養細胞を作出し、それを利用して化学物質のスクリーニングを開始する予定であった。しかしながら、節電のために最適な培養条件を設定できなかったことなどから、液体培地を用いて均質な細胞集団を作製するのに予想以上に時間がかかった。よって、液他体懸濁培養細胞を用いた化学物質のスクリーニングを開始するにまで至らなかった。まず、HRを活性化させる化学物質をスクリーニングするための実験系を設定する。次に、設定した実験系において、平成23年度に作出したHR効率検出コンストラクトを有するイネの培養細胞を用いて、HRを活性化させる化学物質のスクリーニングを行う。当初は、メガ制限酵素であるI-SceIを利用し、HR効率検出コンストラクトにDNA切断が生じた条件でHRを活性化させる化学物質のスクリーニングも行う計画であった。

しかし、人工制限酵素を用いないGT実験では、標的遺伝子座にDNA切断が生じていない細胞が大部分を占めるため、I-SceIを利用しない(HR効率検出コンストラクトにDNA切断が生じていない)条件に絞り、化学物質のスクリーニングを行う計画に変更する。化学物質が選抜された場合、化学物質の処理条件(濃度・時間等)について詳細な解析を行う。また、選抜した化学物質が、イネ内在性遺伝子のGT頻度を向上させることが可能であるか確認する。以上の結果をまとめ、HR活性化化学物質を利用した高効率GTシステムの構築を試みる。当初は、イネの懸濁培養細胞の作出と、それを利用した化学物質のスクリーニングを行う予定であった。しかしながら、液体培地を用いて均質な細胞集団を作製するのに手間取り、化学物質のスクリーニングを開始するにまで至らなかった。よって、化学物質のスクリーニングに必要な消耗品等を購入しなかった。次年度は、残額でHRを活性化させる化学物質をスクリーニングするために、化学物質のライブラリー(約50万円)や必要な消耗品を購入する。また、化学物質のスクリーニングとそれに伴う分子生物学実験、及び植物材料育成のため、研究補助員1名を雇用する。