hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中性二座配位子を用いた協同効果抽出における希土類元素間の分離の向上について

金属イオンの溶媒抽出において、酸性抽出試薬による抽出系に中性配位子を添加すると抽出が著しく増大する場合があり協同効果と呼ばれる。一般に、金属間の分離は悪くなることが知られているが、ある特定の酸性抽出試薬と中性二座配位子の組合せで、金属間の分離が向上することがある。本研究では、酸性抽出試薬としていくつかのβ-ジケトン類を用いて協同効果による希土類元素(RE)間の分離係数の変化について検討し、また、環境への負荷の小さい試薬による高い分離性能を有する系をめざした。協同効果の大きい含フッ素β-ジケトン類(2-テノイルトリフルオロアセトンHtta)で、種々の多座の中性配位子による協同効果の変化を調べところ、従来ほとんど研究されなかったジオキシム系中性二座配位子において大きな協同効果を示し、希土類元素の一部ではあるが金属間の分離の向上が見られた。その部分だけであれば、従来良く用いられている二座配位子1,10-フェナントロリン系とほぼ同等であった。また、工業抽出試薬のLIX51についても検討しHttaと同様の協同効果が見られた。高分子量β-ジケトン系酸性抽出試薬として、ジベンゾイルメタン(Hdbm)やLIX 54を用いた。Hdbm系ではphenのジメチルおよびジフェニル誘導体間における抽出定数に大きな差はなく、中性配位子の置換基の影響は小さい。また、協同効果は、原子番号の増大と共に増加し、重希土では減少する傾向がみられた。希土類元素の分離係数の最も大きいものの一つであるジ-2-エチルヘキシルリン酸D2EHPAと比較して、全体の抽出では分離能はD2EHPAには及ばないものの、軽希土においてはD2EHPAよりも大きくなった。用いた試薬は、ハロゲンやリンなどを含まない抽出試薬だけであり、環境に優しくしかも従来の試薬より部分的ではあるが分離能のよい系が見つかったといえる。本研究では、協同効果による希土類元素間の分離係数の変化に関わる因子の影響について検討し、さらに環境への負荷の小さい試薬による高い分離性能を有する系の開発をめざす。本年度は、酸性抽出試薬として2-テノイルトリフルオロアセトンを選び、配位原子の異なる種々の中性二座配位子によるLa、Gd、Luの協同効果を調べた。複素環式アミン系Nとケトン系Oをもつ2-ベンゾイルピリジンなどでは、協同効果は比較的小さく、金属間の分離も悪くなった。複素環式アミン系Nとオキシム系Nを持つsyn-フェニル-2-ピリジムケトオキシムなどや、オキシム系Nを2つ持つ1,2-シクロヘキサンジオンジオキシムでは協同効果は大きく、また、Gd-Lu間での分離係数が増大することがわかった。また、酸解離定数の小さいβ-ジケトンのジベンゾイルメタンを酸性抽出試薬として、1,10-フェナントロリン誘導体によるLa、Nd、Gd、Er、Luの協同効果を調べた。5,6-ジメチル、4,7-ジメチル、4,7-

ジフェニルの各誘導体共にその協同効果はほとんど同じ大きさであり、LaGdまでは分離係数が増加するが、GdLuでは低下することがわかった。同様の傾向は高分子量β-ジケトンのLIX54の場合にも得られた。したがって、希土類元素の抽出において、配位原子に2つのNを持つ中性二座配位子が、協同効果が大きく、また分離を向上させる可能性を持つと考えられるが、さらに酸性抽出試薬や中性二座配位子、希土類元素の種類を増やし、協同効果への影響をより詳細に検討する必要がある。金属イオンの溶媒抽出において、酸性抽出試薬による抽出系に中性配位子を添加すると抽出が著しく増大する場合があり協同効果と呼ばれる。一般に、金属間の分離は悪くなることが知られているが、ある特定の酸性抽出拭薬と中性二座配位子の組合せで、金属間の分離が向上することがある。本研究では、協同効果による希土類元素間の分離係数の変化に関わる因子の影響について検討し、さらに環境への負荷の小さい試薬による高い分離性能を有する系の開発をめざす。昨年度、酸性抽出拭薬として2-テノイルトリフルオロアセトン(Htta)、配位原子の異なる種々の中性二座配位子によるLa、Gd、Luの協同効果を調べたところ、オキシム系N原子を2つ持つ1,2-シクロヘキサンジオンジオキシム(chdo)でGd-Lu間での分離係数が増大することがわかったので、今年度は、新たに導入きれたICP-AESにより全希土類元素の抽出挙動を詳細に調べた。その結果、軽希土では大きな協同効果を得られるものの、原子番号が増加するに従って、次第に協同効果は小さくなるが、GdからHoまでは協同効果が増加しその後はほぼ一定となった。従って、Gd-Lu間で分離係数が増大したのは、GdからHoまでの増加分が寄与したためとわかった。また、酸解離定数の小さいβ-ジケトン類のジベンゾイルメタンを酸性抽出試薬として、1,10-フェナントロリン(phen)による全希土類元素の抽出挙動を調べた。phen共存における金属間の付加錯体生成定数はLa-Gd間で増大傾向を示し、それ以降は減少していた。従って、金属間の分離は、協同効果によりLa-Gd間で向上した。多少の出入りはあるが、希土類元素間の分離係数が最も大きいものの一つであるジ-2-エチルヘキシルリン酸(D2EHPA)系と比較して、LaTb間において本系の方が分離の良いことがわかった。酸性抽出試薬による金属イオンの溶媒抽出において、中性配位子を添加すると抽出が著しく増大する場合がありこれを協同効果という。従来は、協同効果により金属の抽出は増大するが、金属間の分離は悪くなることが知られていた。しかし、ある特定の酸性抽出試薬と中性二座配位子の組合せでは、金属問の分離が向上する場合があることがわかってきたが、その例は多くない。本研究では、協同効果による希土類元素間の分離係数の変化に関わる因子の影響について検討し、さらに環境への負荷の小さい試薬による高い分離性能を有する協同効果系をめざす。今年度は、酸性抽出試薬として酸解離定数の大きいβ-ジケトン類で、処理過程で有害となるハロゲン元素を含まない1-フェニル-3-メチル-4-ベンゾイル-5-ピラゾロン(Hpmbp)を用い、種々の中性二座配位子による希土類元素(RE)の協同効果を調べた。中性二座配位子に1,10-フェナントロリン誘導体を用いたところRE(III)にHpmbpが3分子、中性配位子が1分子配位した付加錯体を生成して抽出されていることがわかった。分離については、Hpmbp単独での抽出の場合に比べLaTb間で向上した。また、
カルニチン欠之による脂質・糖質代謝異常成立メカニズムの解明

カルニチンは長鎖脂肪酸のミトコンドリア内転送には必須の物質であり全身組織に存在する。しかし生体内におけるカルニチンの役割の重要性については一般的には否定的意見が多い。その理由の一つとして,生体から材料を得ることに限界があり,分析も十分にされないことがあげられる。今回,私共は,全身性カルニチン欠之マウスを分析し,次のことがわかった。(1)全身筋組織でのミトコンドリアの変化:心筋,骨格筋,外眼筋ではミトコンドリアの増加が著明であった。血管平滑筋においては変化がみられなかった。心筋においては,加齢と共にミトコンドリアの増加は進み,リソゾーム様顆粒の増加,ミエリン様構造物の出現などがみられた。心筋,骨格筋におけるミトコンドリアのDNA量,RNA量については,COX1を選び分析したが著明な変化はみられなかった。(2)心肥大の分析:生後2週より心臓は肥大しはじめ,電顕像では上述のようにミトコンドリアの増加がみられた。生後2ケ月では,細胞質のほとんどがミトコンドリアによって占められる細胞がみられるようになる。生後5ケ月で本マウスは心不全で死亡するが,ミトコンドリアの増加,変性などが死亡の主たる要因と考えられた。(3)脂肪肝の分析:生後3日目よりすでに肉眼でみられる変化で,肝のHE染色では細胞質に大小さまざまな室胞が多数みられた。総脂肪は対照の約7倍,中性脂肪は約25倍に増加していた。カルニチン投与により,短期間で総脂質,中性脂肪が減少するので,カルニチンが欠之することにより脂肪肝が発症することがわかった。(4)全身性カルニチン欠之発症のメカニズム:腎臓スライスを用いた分析から,ナトリウム依存性のカルニチン輸送活性が低下していることが判明した。本研究で分析の対象としている全身性カルニチン欠乏マウス(JVSマウス)は、常染色体・劣性の遺伝形式をとり高脂血症、脂肪肝、高アンモニア血症、低血糖症などを呈する。これら症状とカルニチンとの関係が明らかになると、ヒトの脂質・糖質代謝におけるカルニチンの役割を考えるうえで重要な手がかりとなる。JVSマウスにおいては高アンモニア血症を併っており、肝のcart-amylphosphute synthase(CPS)、ornithine tsanscasbamylase(OTC)活性が低下している。そこで次に生後10日目より1mgのL-カルニチンを28日目まで腹腔内投与し、29日目に検討すると次のことが明らかになった。1).末治療JVSマウスでは上記酵素以外にもarg-ininasuccinate synthase(ASS)活性も低下していた。2).治療前JVSマウスのCPSmRNA、ASSmRNAは低下していた。3).治療後15日目、19日目に分析すると末治療のJVSマウスでは上記mRNAは低値を持続した。しかし、治療した場合は対照(脂肪肝を示さないマウス)にまで上昇した。JVSマウスでの組織学的分析により、次のことが明らかになった。1).肝では細胞内に脂肪滴が増加し、ミトコンドリア(Mie)に多形性およびクリステの増数を認めた。2).骨格筋では、特に赤筋線維においてMitの増大・腫大がみられた。3).心臓ではMitの増加、変性像がみられた。骨格筋、心臓では軽度の脂肪滴が増加していた。

次に体重1g当り0.13mgのLーカルニチンを生後10日目より18日目まで腹腔内注射(1日1回あるいは2回)し、組織の総脂質、中性脂肪を分析すると、肝に対しては激的に効果がみられたが、骨格筋・心筋では著明な変化は見られなかった。全身性カルニチン欠之マウスを用いた分析により,次のことが判明した。1.全身性カルニチン欠之症の発症のメカニズム本マウスでは,血液,骨格筋,心筋,肝のカルニチン含量が対照に比し約20%に低下し,腎排泄量が正常に保たれている特徴を持っていた。腎臓スライスにおけるカルニチン輸送活性の測定を行ったところ,ナトリウム依存性のカルニチン輸送活性が,本マウスでは著しく低下していた。またスキャチヤード解析より,本マウスでは高親和性(Km=50μM)の輸送活性が欠損していることが示された。2.脂肪肝の分析脂肪肝は生後3日目よりすでに肉眼で認めることのできる変化である。この脂肪肝の組織学的分析・脂肪組成と,カルニチン欠乏との因果関係を分析し,次のことが明らかとなった。生後2週の肝のHE染色では本マウスにおいては肝の細胞は腫大し大小さまざまな空胞が多数見られた。核はコントロールに比し大きいものが多数見られた。4週目の肝も同様の所見であった。生後71日目の本マウスにおいては対照に比し総脂質量は約7倍,中性脂肪は約25倍に増加していた。次にL-カルニチンを0.13mg/g体重を毎日1回あるいは2回腹腔内投与し20日目に分析すると総脂質量は1回投与では約40%,2回投与では60%減少していた。脂肪組成ではトリアシルグリセロールは著明に低下しており,総脂質量の低下はトリアシルグリセロールの減少によるものと思われた。
カテコラート金属錯体を組み込んだ安定な芳香族ジカチオン種の生成と構造に関する研究

カテコラート金属錯体を組み込むことにより安定な芳香族カチオン種を生成することを目的として研究を行った。12パイ系のデヒドロベンゾ[12]アヌレン骨格をもつ白金錯体は非常に安定で、その二電子酸化で得られるジカチオン種も十分に安定であった。8パイ電子系のジベンゾシクロオクタテトラエン骨格をもつカテコラート白金錯体およびそのジカチオン種も同様に安定であった。このように、遷移金属カテコール錯体を用いることで、従来は生成が困難であった芳香族ジカチオン種が比較的容易に生成できることがわかった。しかし、4パイ系のビフェニレン白金錯体は取り扱いが困難であり、本法の適用限界があることがわかった。・デヒドロベンゾ[12]アヌレンを共役コアとした12員環三核遷移金属錯体について、前年度に引き続き10パイ電子系のジカチオン種の単離を試みたが、結晶化には至らなかった。・カテコラートを組み込んだジベンゾシクロオクタジエンを合成し、それを母核とする8員環二核白金錯体の合成を行い、NMR測定等に構造を確認した。電気化学的酸化により6パイ電子系のジカチオン種の発生を確認したが、合成できた試料が少ないため化学的酸化によるジカチオン種の単離を検討するには至っていない。・2パイ電子系の前駆体である4パイ電子系のビフェニレンカテコラート白金錯体の合成を目指して、テトラメトキシビフェニレンの効率的な合成法の開拓を検討した。この分子は既知化合物であるが、従来の合成法は反応条件が厳しく、しかも収率が低いためである。ハロゲン置換カテコール誘導体からの短段階合成はすべての場合に複雑な混合物を与えるのみであった。そのためジブロモジフルオロベンゼンのリチオ化を減る方法に切り替え、ようやくビフェニレン骨格に到達した。今後はフッ素置換基をメトキシ基に効率よく置換する方法を検討し、目的の白金錯体合成につなぐ。カテコラートを組み込んだジベンゾシクロオクタジエンを母核とする8員環二核白金錯体のNMRスペクトルについて、温度可変測定など詳細な検討を行った。電気化学的酸化により6パイ電子系のジカチオン種を発生させその紫外・可視・近赤外吸収スペクトルを測定し、混合原子価状態の生成を確認した。また化学的酸化により発生させたジカチオンのNMRスペクトルを測定し、6パイ電子系に起因する芳香族性が発現することを確認した。さらに、中性状態、1電子酸化状態、2電子酸化状態(ジカチオン)に関する量子化学計算を行い、実験値との比較検討を行った。2パイ電子系のジカチオンカテコラート錯体を発生させるため、4パイ電子系のビフェニレンカテコラート白金錯体の前駆体となるテトラメトキシビフェニレンの効率的な合成を達成することができた。さらにメトキシ基を除去し穏和な条件化で除去できるシリル保護基に置き換えることも達成した。この前駆体を用いて白金錯体の合成を行ったところ、錯体の生成を確認することができたものの、非常に大気下で不安定であることがわかった。中性状態の錯体が不安定であるため、ジカチオンの生成にまでは至らなかった。本研究の総括として、12パイ系と8パイ系のカテコラート白金錯体は比較的安定な化合物として合成でき、それぞれの酸化種も電気化学的および化学的に発生できること、またそれにより生成する10パイおよび6パイ電子系のジカチオン種が芳香族性を示すことを明らかにした。・デヒドロベンゾ[12]アヌレンを共役コアとした三核遷移金属錯体の合成とその性質の調査を主に行った。すでに配位子の前駆体となるtert-ブチルジメチルシリル基により保護されたカテコール型化合物を合成していたので、そのCsFによる保護基の除去に伴う金属交換反応により白金錯体を合成した。モデル化合物の理論計算により、中性からモノカチオン、ジカチオンと酸化が進むにしたがって12員環共役系における正電荷が増加することや、ジカチオンの12員環が芳香族性を示すことを確認した。そこで、電気化学測定により錯体の酸化挙動を明らかにし、得られた酸化還元電位に基づいてルテノセンを酸化剤に用いた化学酸化によりモノおよびジカチオン種を調製した。調製したカチオン種について、吸収スペクトル測定、開核状態のカチオン種のEPR測定、閉殻状態のカチオン種のNMR測定を行い、それらの磁気的性質や混合原子価状態に起因する電荷移動吸収帯について調査した。また、中性種およびジカチオン種の単離と単結晶構造解析を行い、それらにおける12員環共役系の構造変化の実験的検証を試みた。その結果、中性種について構造解析を行うことができたが、ジカチオン種は大気中における安定性が十分でないため、結晶化には至らなかった。

・次に、ビフェニレンやジベンゾシクロオクタジエンジインを母核としカテコラート金属錯体を組み込んだ錯体の合成を行ため、配位子部分の有機分子の合成の可能性を探るための予備的実験を行った。24年度は、主にジベンゾシクロオクタジエンおよびビフェニレン系の白金錯体の合成と、それぞれの酸化による2パイおよび6パイ電系ジカチオン種の生成について研究した。前者の系については目的の白金錯体の合成まで到達したが、後者の4パイ電子系については前駆体合成が予想に反して困難であり目的の白金錯体合成に至っていない。そのため、前駆体合成経路を変更し現在新たな方法で合成を検討しているところである。そこで、25年度まで期間を延長し、2パイ系金属錯体の合成と研究成果発表を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てる。以下の項目に関して計画通り研究を行い、おおむね期待した成果が得られた。・デヒドロベンゾ[12]アヌレンを共役コアとした三核遷移金属錯体を合成し、モデル化合物について理論計算を行い酸化状態と芳香族性との関係を理論的に調査した。・分光学的方法や電気化学測定により錯体の物性、なかでも酸化挙動を明らかにするとともに、化学酸化によりモノおよびジカチオン種を調製した。調製したカチオン種について分光学的測定を行い、磁気的性質や混合原子価状態について調査した。・中性種の単離と単結晶構造解析を行い、12員環共役系の構造を実験的に検証したが、ジカチオン種は結晶化には至らなかった。・ビフェニレンやジベンゾシクロオクタジエンジインを母核としカテコラート金属錯体を組み込んだ錯体の配位子部分の予備的な合成を行った。24年度までに達成できなかった以下の事項を検討する。・8パイ系のジベンゾシクロオクタジエン白金錯体については化学的酸化によるジカチオン種の合成とその単離を行う。・4パイ電子系のビフェニレン誘導体については、前駆体合成の検討を継続して行い、錯体の合成とその酸化による2パイ系金属錯体の生成まで行う予定である。・23年度の計画のうちで唯一達成できなかったデヒドロベンゾ[12]アヌレン白金錯体のジカチオン種の結晶化と構造解析を引き続き検討する。この系の研究については、23年度は理論計算と各種分光機器を用いた測定が主であったため、本予算を用いることなく遂行することができた。・23年度においてビフェニレンやジベンゾシクロオクタジエンジインを母核としカテコラート金属錯体を組み込んだ錯体の配位子部分の予備的な合成を行い、それらが合成できる可能性が明らかとなった。これらの予備実験は研究室に在庫していた薬品を用いて行ったので、23年度は本経費をほとんど使用することなく次年度の本格合成に温存すことができ、効率的な予算の運用が可能となった。24年度は本格的な大量合成を行い、金属錯体への誘導ならびにそれらの芳香族性の検証を行う。経費の大半は2パイ系のビフェニレン誘導体の合成研究に必要な消耗品(薬品、ガラス器具等)に使用する。そのほかの装置や金属錯体の合成に必要な薬品は、これまでの研究に使用したものが使えるのですべて整っている。・ビフェニレンやジベンゾシクロオクタジエンジインを母核としカテコラート金属錯体を組み込んだ錯体の配位子部分の本格的大量合成を行い、白金カテコラート錯体に餅びく。それらの分光学的ならびに電気化学的測定に基づき基本物性を明らかにするとともに、化学酸化によりモノおよびジカチオン種を調製する。
可逆性完全不死化心筋細胞株の樹立およびナノオーダー機能評価

近年、再生医工学・再生医療として心筋細胞移植および心筋組織移植を探る研究が活発に行われている。心筋細胞移植および心筋組織移植による機能回復を図る上で、自家移植がもっとも望ましいが、自己心筋の増殖は期待できず、骨髄など幹細胞からの心筋誘導、骨格筋筋芽細胞移植による心機能回復が試みられている。しかし臨床応用を考えた場合心筋細胞ソースの大量培養による増幅をはかる必要がある。この目的のため、新しい心筋細胞の増幅法として研究分担者の開発した細胞不死化システムを用い、SV40TAgによる心筋細胞への増殖能の付加に成功した。このシステムではSV40TAgを除去し細胞増殖を止めることが可能であり、臨床応用に際しても非常に有望である。本年度は、昨年度樹立したラット新生児培養心筋を不死化し確立した心筋株について、まず発現分子の特徴を解析した。これまでに確認した心筋型トロポニンの発現に加え、ナトリウム、カリウム、カルシウムなど興奮収縮連関に密接に関連するイオントランスポート蛋白、アクチン、ミオシン、トロポミオシン、タイティンなど筋節構造を形作る蛋白の発現も確認出来た。しかしながら、明らかな筋節構造の発達や、収縮など、発達した心筋としての特性を引き出すため伸展刺激の負荷などを行っているが、過度な伸展刺激などの負荷は、Angiotensinなどの刺激と同様、NF-ATを介した病的な心筋肥大を引き起こすとされている。本研究において不死化したような新生児心筋組織の未発達な筋節構造が、生体の筋節構造に発達するまでのメカニズムは未だ明らかにされていない部分が多く、今後の検討課題である。心筋の再生医療の実現には、十分な収縮能を持つ心筋細胞、心筋組織の確保が重要であり、コラーゲン包埋心筋組織およびIPPAM積層心筋細胞シートを生体内で発達させることを試みる。今後、細胞進展刺激、電気的刺激、成長過程のラット新生児の成長因子環境の整備などをより一層体系的に検討し、筋節構造の発達、収縮能の獲得、周辺の心筋細胞との電気的な接合を持ちうる細胞へ誘導するため、引き続き精力的な研究を進める必要がある。本年度はラット新生児培養心筋にこのシステムを作用させ、不死化心筋株を確立した。培養された不死化心筋株は、位相差顕微鏡での観察では通常のラット新生児培養心筋細胞と同様、桿状の細胞ではなく星形の形態をとり、拍動は認められない。心筋型のトロポニンの発現は確認されているが、SPring-8でのX線回折実験では、ラット新生児心筋や培養心筋細胞と同様、明らかな回折像は認められていない。これは、収縮蛋白の絶対量が少ない、あるいは収縮蛋白は十分に発現しているが筋節構造あるいは心筋線維六角格子構造の発達が十分でない可能性が示唆される。今後、樹立した不死化心筋細胞株を細胞進展刺激、電気的刺激、成長過程のラット新生児の成長因子環境の整備などを通じ、収縮能の獲得、周辺の心筋細胞との電気的な接合を持ちうる細胞へ誘導する必要がある。また、そのような細胞について(1)SPring-8でのX線回折実験による極性形成とナノマシンであるアクチン・ミオシンのクロスブリッジ動態との関連(2)原子間力顕微鏡を用いた、弛緩期心筋細胞の外的応力による変形特性および収縮弛緩サイクルにおける心筋のサブ細胞レベルでの弾性率の定量的な評価(3)エバネッセント蛍光照明システムを用い極性形成と細胞膜直下の細胞骨格・接着因子との関連(4)レーザーピンセットと共焦点レーザースキャン顕微鏡による細胞外あるいは細胞内力学的刺激に伴うシグナル応答など心筋細胞極性形成とナノ・ミクロレベルの細胞機能評価を中心に解析する予定である。

しかしながら、明らかな筋節構造の発達や、収縮など、発達した心筋としての特性を引き出すため伸展刺激の負荷などを行っているが、過度な伸展刺激などの負荷は、Angiotensinなどの刺激と同様、NF-ATを介した病的な心筋肥大を引き起こすとされている。本研究において不死化したような新生児心筋組織の未発達な筋節構造が、生体の筋節構造に発達するまでのメカニズムは未だ明らかにされていない部分が多く、今後の検討課題である。心筋の再生医療の実現には、十分な収縮能を持つ心筋細胞、心筋組織の確保が重要であり、コラーゲン包埋心筋組織およびIPPAM積層心筋細胞シートを生体内で発達させることを試みる。今後、細胞進展刺激、電気的刺激、成長過程のラット新生児の成長因子環境の整備などをより一層体系的に検討し、筋節構造の発達、収縮能の獲得、周辺の心筋細胞との電気的な接合を持ちうる細胞へ誘導するため、引き続き精力的な研究を進める必要がある。
血小板シグナル伝達機構の解析-プロテオミックス及び組換え蛋白導入を用いた解析

1.血小板におけるRap1活性化反応の解析血小板に存在するRap1活性化の機能を明らかにするために、活性化Rap1の測定法を開発し、血小板活性化時におけるRap1活性化とインテグリンの活性化、放出反応、チロシンリン酸化などの反応との関連を解析した。特にGPVIを介した活性化において、Rap1の活性化は従来報告されているインテグリン活性化反応との関連よりもむしろ放出反応と強い関連性を持つことを見出した。このことはRap1活性化反応が放出反応に関与していることを示唆している。またこの反応にPI 3-kinaseのp85αを介したチロシンリン酸化反応が関与していることを示すことができた。2.Rap1と相互作用する蛋白の同定Rap1の具体的な機能を明らかにするためRap1と相互作用する蛋白の検索を行っている。GSTと融合したRap1の活性化型Rap1V12および非活性化型のRap1N17を大腸菌を用いて調整し、このRap1に結合する血小板蛋白を2次元電気泳動により分離した後、質量分析にて各スポットの同定を行っている。3.血小板内への蛋白質導入法の検討TAT, ANTなどの導入配列を持ったペプチドを用いる方法、シグナル配列のような疎水性の配列ペプチドを用いる方法及びエレクトロポレーションを用いる方法などを検討した。これらの中ではミリスチン酸やパルミチン酸などの脂肪酸を結合させたペプチドが比較的良い結果を示した。1)血小板におけるRap1活性化反応の解析G蛋白であるRap1は血小板に大量に存在し、血小板の活性化に伴ってGTP結合型に変換される。このRap1の活性化の血小板における機能を明らかにするために、血小板活性化時におけるRap1活性化とインテグリンの活性化、放出反応、チロシンリン酸化などの反応との関連を解析した。現在投稿中。2)Rap1と相互作用する蛋白の同定Rap1の具体的な機能に関しては現在まったく分かっていない。このことを明らかにするためRap1と相互作用する蛋白の検索を行っている。GSTと融合したRap1の活性化型Rap1V12および非活性化型のRap1N17を大腸菌を用いて調整し、このRap1に結合する血小板蛋白をプロテオミクスを用いて現在同定しようとしている。3)血小板内への蛋白質導入法の検討最近ペプチド及び蛋白質を細胞内に導入する方法がいくつか見出されている。これらの方法、すなわちTAT, ANTなどの導入配列を持ったペプチドを用いる方法、シグナル配列のような疎水性の配列ペプチドを用いる方法及びエレクトロポレーションを用いる方法を検討した。これらの方法によりペプチドが血小板内に取り込めたという結果は得られているが、特異性の問題と量的な問題に関してまだ十分な結果は得られていない。さらに条件を検討中である。1.血小板におけるRap1活性化反応の解析血小板に存在するRap1活性化の機能を明らかにするために、血小板活性化時におけるRap1活性化とインテグリンの活性化、放出反応、チロシンリン酸化などの反応との関連を解析した。

GSTと融合したRap1の活性化型Rap1V12および非活性化型のRap1N17を大腸菌を用いて調整し、このRap1に結合する血小板蛋白を2次元電気泳動により分離した後、質量分析にて各スポットの同定を行っている。3.血小板内への蛋白質導入法の検討TAT, ANTなどの導入配列を持ったペプチドを用いる方法、シグナル配列のような疎水性の配列ペプチドを用いる方法及びエレクトロポレーションを用いる方法などを検討した。これらの中ではミリスチン酸やパルミチン酸などの脂肪酸を結合させたペプチドが比較的良い結果を示した。
ニオブ・チタン極細多芯複合超伝導線の交流損失・安定性の研究

パルスや交流使用で大電流容量を持つ実用導体としては、低交流損失・高パルス安定な複合多芯線を基本素線とし、その多数本の撚線が有力であると考えられている。本研究の目的は導体の撚線方法による交流損失の変化と絶緑層の厚みによるパルス安定性を実験的に研究することである。導体の撚線構造は:【◯!A】:基本素線→【○!(○○)】(3本撚り)→コンパクション→絶緑;【◯!B】:基本素線→ハンダ・ディップ→【○!(○○)】→コンパクション→絶緑;【◯!C】:基本素線→ハンダ・ディップ→【○!(○○)】→ハンダ・ディップ→コンパクション→絶緑;の3つのタイプがある。更に、各タイプで素線と撚線のツイスト方向が、正・逆の2種類あり、計6種類の撚線を製作した。パルス安定性の測定には、基本素線に絶緑ワニスを0μm30μmまで3μmずつ変化させ、被覆した導体を用いた。交流損失はタイプ【◯!A】【◯!C】の導体をバイファイラー・ノンインダクティブに約21m捲き、最大発生磁場10T、最大磁場変動率250T1秒の範囲内で、59、60年度の久保田らの科研費で整備された低雑音増幅器とコンピューターを用い測定され、データー処理がなされた。交流損失の大きさは、タイプ【◯!A】と【◯!B】ではほぼ同じであるが、タイプ【◯!C】ではこれらの値の約10倍以上に増大している。即ち、3本に撚る前のハンダ・ディップでは素線間の結合電流による損失は殆んどないが、撚線後のハンダ・ディップは素線間の抵抗を減少させ結合電流を著しく増大させることを意味している。素線と撚線のツイスト方向による交流損失はタイプ【◯!B】では、同方向ツイスト導体が約15%逆方向ツイスト導体より少なく、タイプ【◯!C】では、逆方向ツイスト導体の方が約50%同方向ツイスト導体より少なく、タイプ【◯!A】もタイプ【◯!C】と同じ傾向である。パルス安定性の指標となるクエンチ電流は、素線が非常に低損失・高パルス安定な導体のため、絶緑の厚み依存を示さず、ほぼ一定で直流磁場中の臨界電流と一致する。
小胞体ストレスにおける新規水チャネルAQP11の機能解明

Aquaporin (AQP)分子種とは、疎水性の脂質二重膜である生体膜を水分子が透過する通路として同定されたタンパク質分子種で、現在では、200以上のAQP分子種が、微生物から脊椎動物に渡って存在することが明らかにされ、生命を維持する上で根本的なタンパク質分子の一つであると見なされるようになった。申請者のグループは、最近新しいAQP分子種であるAQP11を世界に先駆けて発見した。しかしながらAQP11が細胞のどこに局在するのか、どのような分子形態で存在するのか、AQP11の生理学的意義付けは何かなどについては、全く明らかにされていない。本研究では、これらの点を明らかにすることを目的とした。(1)AQP11の細胞内局在GFPやmycなどのタグをAQP11に融合させて細胞に発現させ、イメージング法により細胞内の局在を調べた。その結果AQP11は主として小胞体に局在すること、そして少ないながら一部は核膜および細胞膜にも局在することを観察した。次に、小胞体局在に関係するアミノ酸配列について部位特異的突然変異法などの手法を用いて検討した結果、AQP11のC末端側に存在しているNKKEモチーフ、およびCys-101は、AQP11の小胞体局在には関係していないことが明らかとなった。また、AQP11のC末端側に存在しているNKKEモチーフが、ER exitシグナルとして働いている可能性を見出した。(2)AQP11の分子構造現在までに分子構造が明らかにされているAQP分子種は4量体を形成して、細胞膜に存在することが知られている。この点について、pull-downアッセイ法やタンパク質架橋法などを用いて検討した結果、AQP11が4量体を形成すること、この多量体形成にCys-101が関わっていることなどを見出した。(3)小胞体ストレスが生じた場合のAQP11の役割についてAQP11発現量が減少したマウスに、虚血再灌流による小胞体ストレスを負荷したところ、そのマウスの表現型には、変化は認められなかった。しかし、今回の系は、AQP11の発現を完全に抑えた系ではなかったため、小胞体ストレスが生じた場合のAQP11の役割については、今後も検討する必要がある。以上の成果の一部は論文としてまとめ、現在投稿中である。Aquaporin(AQP)分子種とは、疎水性の脂質二重膜である生体膜を水分子が透過する通路として同定されたタンパク質分子種である。1992年に赤血球形質膜からAQP1が単離されたことを嚆矢として、現在では、200以上のAQP分子種が、微生物から脊椎動物に渡って存在することが明らかにされ、生命を維持する上で根本的なタンパク質分子の一つであると見なされるようになった。

しかしながらAQP11が細胞のどこに局在するのか、どのような分子形態で存在するのか、どのような物質を輸送するのか、AQP11の生理学的意義付けは何かなどについては、全く明らかにされていない。本研究では、これらの点を生化学的手法、分子生物学的手法、電気生理学的手法を用いて、明らかにすることを目的とした。平成17年度は、特にAQP11の細胞内局在部位および分子構造について調べた。(1)AQP11の細胞内局在GFPやmycなどのタグをAQP11に融合させて細胞に発現させ、イメージング法により細胞内の局在を調べた。その結果AQP11は主として小胞体に局在することが明らかになった。次に、小胞体局在に関係するアミノ酸配列について部位特異的突然変異法などの手法を用いて検討した結果、AQP11のC末端側に存在しているNKKEモチーフ、およびCys-101は、AQP11の小胞体局在には関係していないことが明らかとなった。(2)AQP11の分子構造現在までに分子構造が明らかにされているAQP分子種は4量体を形成して、細胞膜に存在することが知られている。この点について、pull-downアッセイ法やタンパク質架橋法などを用いて検討した結果、AQP11が4量体を形成していること、この多量体形成にCys-101が関わっていることなどを示唆するデータを得た。以上の実績を踏まえて平成18年度では、小胞体に局在することの生理学的意義付けを、AQP11との結合タンパク質や小胞体ストレスとの関連性などを調べることによって検討する。現在では200種類以上が知られているアクアポリン(aquaporin、以下AQPとする)分子種は、生体膜を水分子が透過する通路として、1992年にその第一号が発見された。第一号の発見者であるAgre博士には、2003年のノーベル化学賞が贈られた。最近になり、我々のグループは新規AQP分子種であるAQP11を世界に先駆けて発見した。そして平成17年度に、科学研究費補助金の支援を受け、AQP11が多量体を形成して細胞内に局在することを見出した。これらの成果に基づいて、平成18年度では、AQP11の多量体形成や細胞内局在に必要なアミノ酸配列について調べた。また、AQP11ノックアウトマウスを用いて、小胞体ストレスとの関係についても検討した。(1)AQP11の多量体形成に関わるアミノ酸平成17年度において、AQP11が多量体を形成していること、そしてこの多量体形成にCys-101が関わっていることなどを示唆するデータを得た。平成18年度では、これらの点を確認する実験を行った。その結果、AQP11の多量体形成にCys-101が重要であるとの確信を得た。(2)AQP11の細胞内局在に関わるアミノ酸タグを融合させたAQP11をイメージング法により観察することによって、AQP11の細胞内局在の詳細について調べた。その結果AQP11は主として小胞体に局在すること、そして少ないながら一部は核膜および細胞膜にも局在することを観察した。次に小胞体局在に関係するアミノ酸配列について部位特異的突然変異法などの手法を用いて検討した。その結果、AQP11のC末端側に存在しているNKKEモチーフが、ER exitシグナルとして働いている可能性を見出した。確認実験などを今後行っていきたい。(3)小胞体ストレスが生じた場合のAQP11の役割についてAQP11発現量が減少したマウスを用いて、虚血再灌流による小胞体ストレスを負荷したところ、そのマウスの表現型には、変化は認められなかった。
サーモトロピック液晶とリオトロピック液晶の統一的理解に向けて

液晶の基礎物性を議論する際には,サーモトロピック液晶とリオトロピック液晶に大別することが多い.本研究では申請者らのこれまでの知見に基づき,両者の統一的な理解の可能性を検討した.具体的な成果:(1)サーモトロピックジャイロイド相における分子配列の解明(2)リオトロピック液晶における凝集構造と相転移に対する分子構造の影響の解明(3)任意の液晶相におけるアルキル鎖の融解状態の確立とその意味の解明(4)最も有名なサーモトロピック液晶群nCBにおけるリオトロピック性の証明(5)高秩序中間相E相の液晶性の確認.液晶の基礎物性を議論する際には,サーモトロピック液晶とリオトロピック液晶に大別することが多い.本研究では申請者らのこれまでの知見に基づき,両者の統一的な理解の可能性を検討した.具体的な成果:(1)サーモトロピックジャイロイド相における分子配列の解明(2)リオトロピック液晶における凝集構造と相転移に対する分子構造の影響の解明(3)任意の液晶相におけるアルキル鎖の融解状態の確立とその意味の解明(4)最も有名なサーモトロピック液晶群nCBにおけるリオトロピック性の証明(5)高秩序中間相E相の液晶性の確認.脂質-水系:モノエライジン,モノバクシニンと水の系におけるラメラ相-等方性液体(IL)相転移について熱容量測定を行った.既に結果の得られていたモノオレイン系の結果と比較し,研究計画通り分子構造に注目した解析を進めている.サーモトロピック液晶-アルカン系:液晶相としてN相のみを発現しSmA相を発現しない7CBにn-ヘプタンを混合した系の相図をDSCと光学組織の観察により作成し,混合によって「見かけのアルキル鎖長」が8の近くでN相に加えてSmA相が誘起されることを見出した.小角X線回折で得られた回折パターンは純系(8CB)のものと顕著な差異は検出されずSmA相であることが確認された.誘起されたSmA相の層間隔が純系の鎖長依存性と同じであることから,nCBについては擬二成分描像が,構造まで含めて良く成り立つことが確認できた.CrE相:液晶に最も近い結晶性中間相であるCrE相を示すnTCB,nPAという2系列の化合物で,CrE相ではアルキル鎖が等方性液体同様,融けた状態にあることをDSCおよび赤外スペクトルを用いて明らかにした.このような乱れたアルキル鎖が存在する場合に,アルカンとの混和が及ぼす影響を調べるためにnTCBにアルカンを混和する実験を行った.液晶相こそ誘起されないものの,CrE相にアルカンが取り込まれた相を発現することが,DSCおよび光学組織観察からわかった.構造的な知見を得るべく研究を継続している.脂質-水系:モノオレイン,モノエライジン,モノバクシニンと水の系におけるラメラ相-等方性液体(IL)相転移について精密熱容量測定の結果を詳細に解析して,相転移エントロピーに分子構造に起源を持つ分子内ダイナミクスの差異が現れていることを明らかにし,論文として公表した.サーモトロピック液晶-アルカン系:液晶相としてN相のみを発現しSmA相を発現しない5CBにn-オクタンを混合した系においても層状中間相が誘起されることを見出し,静的性質(相挙動)における擬二成分描像の成立をさらに確認した.動的性質へと研究を展開するために,この系の誘電分散を観測して分子運動の検討を開始した.前年の7CB-n-ヘプタン系の結果を論文としてとりまとめた.CrE相:液晶に最も近い結晶性中間相であるCrE相を示すnTCBのうち,融解過程でSmA相をも経る長鎖化合物においてもCrE相においてすでにアルキル鎖が等方性液体同様,融けた状態にあることをDSCおよび赤外スペクトルを用いて明らかにした.さらに,昨年,見出したアルカン膨潤CrE相の発現も念頭に,CrE相の構造(分子配列)を詳細に検討している.サーモトロピックキュービック液晶相における分子配列:最大エントロピー法(MEM)を用いて棒状分子であるBABH(n)のIa3d対称のキュービック相について系統的な解析を行い,(1)2次元オブジェクトである正三角形をモチーフとした構造記述,(2)それに基づく分子配列,(3)鎖長依存相図におけるリエントラント挙動の構造的起源,を明らかにした.分子構造が棒状でない物質におけるIa3d対称のキュービック相における分子配列についても解明を行っている.脂質ー水系:POPC, POPEと水の系におけるラメラ相-逆ヘキサゴナル相転移の塩添加効果の検討を通じ,水和状態の影響,すなわち水の状態の重要性を明らかにした(投稿中).サーモトロピック液晶-アルカン系:液晶相としてN相のみを発現しSmA相を発現しない5CBにn-オクタンを混合した系において誘起した層状中間相における分子運動を誘電分散測定により解明した.国際学会で結果を発表すると共に,論文として発表する準備を進めている.CrE相(SmE相):結晶に最も近い液晶性中間相であるSmE相を示すnPAについて,SmE相においてすでにアルキル鎖が等方性液体同様,融けた状態にあることを構造解析,DSCおよび赤外スペクトルを用いて明らかにした(近日中に投稿予定).また,昨年,見出したアルカン膨潤SmE相の発現についての論文原稿を準備中である.

さらにこれをふまえ,配向試料についての回折実験により高次反射を得て,解析のための理論的検討も含め詳細な検討を進め,nTCBのSmE相の構造が従来考えられていたものとは異なるミクロ相分離構造をもつことを明らかにした.論文としての公表を準備している.統一描像の深化:提唱してきた擬二成分描像は,当初,サーモトロピック液晶における分子間相互作用エネルギーの重要性を示すものとも思われたが,本研究課題の一環として遂行した,SmA相の誘起やSmE相のミクロ相分離構造の解明を通して,分子コアとアルキル鎖の運動性の違いに基づく,エントロピー支配による液晶構造形成が明らかとなった.これにより,擬二成分描像ならびに統一描像において重要な「成分」であるアルキル鎖の機能をより深く理解することとなった.脂質-水系,サートロピック液晶-アルカン系について順調に実験が進捗し,統一的な視点に基づく液晶科学が可能であることを実証しつつある,さらに,こうした知見に立って、(1)サーモトロピックキュービック液晶における分子配列をはじめて明らかにすると共に,(2)層状中間相(CrE相)における分子配列が液晶科学の常識とは異なる可能性があることを実証しつつある.24年度が最終年度であるため、記入しない。擬二成分描像の成立範囲を見極めると共に,二世分系で発現する液晶相が純物質の場合とどれだけ同じかを見極めるべく,動的性質にも視野を広げて研究を継続する.また,比較的発現例の少ないCrE相のような液晶相の構造を擬二成分描像の視点から見直し,物性と整合する構造を確立する,24年度が最終年度であるため、記入しない。
絡み合い高分子の化学構造と伸長特性の相関解析

高分子の粘弾性緩和は,ずり変形下では化学構造に依らず普遍的であるが,伸長変形下では普遍性の破れを示す。本研究では,種々のパラ置換基を持つポリスチレン誘導体のメルト系に対して伸長レオロジー測定を行い,普遍性の破れの詳細を検討した。その結果,大きな置換基は,隣接高分子鎖の配向相関を緩めて鎖の伸長・配向に由来する摩擦減少を抑制し,普遍性の破れをもたらすこと,この摩擦減少は各時刻の鎖形態を反映する応力のみでは決まらず,遅延型の時間依存性を示すことなどの新規な知見が得られた。側鎖の効果も含めた絡み合い高分子の応力の非線形性の根源的理解のためには、応力光学則に基づいて、応力に対する高分子鎖の伸長と配向の寄与を分離・評価する必要がある。この観点から、ずり流動開始後の応力について現象論の枠内で理論解析を行い、非線形挙動が発現しはじめる程度の低ずり速度における応力のオーバーシュートは鎖の配向のオーバーシュートを反映すること、このような低いずり速度の下では、鎖の伸長は準線形領域に留まることなどを見いだした。また、絡み合い緩和の基礎パラメタである絡み合い平坦部剛性率GNについての知見を得るため、ポリイソプレンとポリ(t-ブチルスチレン)の相溶性ブレンドに対して詳細な線形粘弾性測定と解析を行い、GNが平均場の考えに基づく混合則では記述できないことを見いだした。この結果に基づき、局所のパッキング効果を考慮した非平均場的混合の分子描像を提唱した。この観点から、平成27年度には、ずり流動開始後の応力について現象論の枠内で理論解析を行い、非線形挙動が発現しはじめる程度の低ずり速度における応力のオーバーシュートは鎖の配向のオーバーシュートを反映すること、このような低いずり速度の下では、鎖の伸長は準線形領域に留まることなどを見いだした。この知見は、平成28年2月に本科学研究費補助金で購入したフィラメント伸長レオメータによる測定データの解析(平成28年度の課題)の根幹を成す。また、平成27年度には、絡み合い緩和の基礎パラメタである絡み合い平坦部剛性率GNについての知見を得るため、ポリイソプレンとポリ(t-ブチルスチレン)の相溶性ブレンドに対して詳細な線形粘弾性測定と解析を行った。その結果、GNが平均場の考えに基づく混合則では記述できないことを見いだし、局所のパッキング効果を考慮した非平均場的混合の分子描像を提唱した。この知見は、歪み硬化に対するセグメント摩擦の寄与を、絡み合いの寄与から分離する(平成28年度の課題)ためのガイドラインを与える。側鎖の効果も含めた絡み合い高分子の応力の根源的理解のためには、これまで十分には検討されていない非絡み合い高分子が示す非線形性についての基礎的知見を得て、これを基盤として絡み合い高分子の非線形性を検討する必要がある。この観点から、低分子量の非絡み合いポリスチレン(PS)、ポリ(p-t-ブチルスチレン) (PtBS)のメルト系について伸長レオロジー測定を行った。その結果、両系とも、終端緩和時間と伸長歪み速度の積として算出されるワイゼンベルグ数Wiが2-5程度の中速伸長速度に於ける定常伸長粘度の歪み硬化を示し、Wi > 5の高速伸長速度に於いては歪み軟化を示すことが見いだされた。また、Wiが2-5程度の中速伸長速度に於ける歪み硬化は、PS系の方がPtBS系より顕著であることも見いだされた。以前の実験から、絡み合いPSメルト系は、中速伸長速度に於いても定常伸長粘度の歪み軟化を示すことが知られている。従って、非絡み合いPSメルト系が中速伸長速度に於いて歪み軟化を示すという上記の新知見は、伸長下の鎖の延び切り効果は非絡み合いメルト系の方がより顕著であること、また、絡み合い系の方が鎖の伸長・配向に伴うセグメント摩擦低下が顕著であることを示唆する。さらに、非絡み合いPS, PtBS系で、中速伸長速度に於ける歪み硬化は前者の方が顕著であるという上記の新知見は、鎖の伸長・配向に伴うセグメント摩擦低下は側鎖が嵩高いほど顕著となることを示唆する。これらの結果は、現在の管モデルに更なる精密化が必要であることを示す。側鎖の効果も含めた絡み合い高分子の応力の根源的理解のためには、応力ー光学則に基づいて応力に対する高分子鎖の伸長と配向の寄与を分離・評価すること、非絡み合い高分子が示す非線形レオロジー特性を基盤として絡み合い高分子の非線形性を検討することが必要となる。この観点から、平成27年度には、絡み合い系がずり流動開始後に示す応力について理論解析を行い、ワイゼンベルグ数Wiが1-3程度の中速流動下のずり応力のオーバーシュートは鎖の配向異方性のオーバーシュートを反映し、Wi = 1-3程度では鎖の伸長は殆ど起こっていないことを見いだした。また、平成28年度には、本科学研究費補助金で購入したフィラメント伸長レオメータを用いて、低分子量の非絡み合いポリスチレン(PS)、ポリ(p-t-ブチルスチレン) (PtBS)のメルト系について伸長レオロジー測定を行った。

その結果、両系とも、Wiが2-5程度の中速伸長速度に於いては定常伸長粘度の歪み硬化を示すが、この硬化はPSの方が顕著であること、Wi > 5の高速伸長速度に於いては歪み軟化を示すことなどが見いだされた。この結果は、伸長下の鎖の延び切り効果は非絡み合いメルト系の方がより顕著であること、絡み合い系の方が鎖の伸長・配向に伴うセグメント摩擦低下が顕著であること、鎖の伸長・配向に伴うセグメント摩擦低下は側鎖が嵩高いほど顕著となることなどを示唆する。以上の成果は、鎖の伸長・配向に伴うセグメント摩擦低下と側鎖の化学構造の関係を検討して絡み合い系の非線形伸長レオロジー挙動の詳細を解明する(平成29年度の課題)ためのガイドラインとなる。ずり変形下の絡み合い高分子の粘弾性緩和は,鎖1本あたりの絡み合い点数や最長緩和時間などの少数のパラメタで決定され,化学構造が異なる高分子種であってもこれらのパラメタ値が共通であれば普遍的な緩和挙動が観察される。しかし,最近の研究は,伸長変形下では普遍性が破れることを示唆する。本研究では,ポリスチレンを基本骨格とし,フェニル基のパラ位に置換基を持つ一連のモデル高分子のメルト系に対して伸長レオロジー測定を行い,化学構造が伸長挙動に与える効果(すなわち普遍性の破れ)を検討した。その結果,置換基が大きいほど,中速伸長域における歪み硬化と高速伸長域における歪み軟化が著しくなることが見出された。メルト系では鎖の伸長・配向に伴いセグメント摩擦が減少することが知られているが,今回の結果は,大きな置換基は,溶媒と同様に,隣接高分子鎖の配向相関を緩めて摩擦減少を抑制することを示唆する。上記の結果に基づき,Kuhnセグメント分子量MKが既知のポリスチレン(PS; MK = 900),ポリ(p-tertブチルスチレン) (PtBS; MK = 1500)について伸長開始時の応力成長と伸長停止後の応力緩和を詳細に検討した。この目的のため,伸長限界を持つバネと摩擦小球よりなる非線形バネ-ビードモデルに摩擦減少を組み込み,PS,PtBSの伸長挙動との対比を行った。その結果,定常伸長挙動はモデルで良好に記述されるが,応力成長と応力緩和はモデルに比べて遅れることが明らかとなった。この結果は,セグメント摩擦は各時刻の鎖形態を反映する応力のみでは決まらず,遅延型の時間依存性も有することを示唆する。この遅延性は現在の理論では考慮されていないもので,高分子の摩擦の本質を明らかにする有力な手掛かりとなると考えられる。高分子の粘弾性緩和は,ずり変形下では化学構造に依らず普遍的であるが,伸長変形下では普遍性の破れを示す。本研究では,種々のパラ置換基を持つポリスチレン誘導体のメルト系に対して伸長レオロジー測定を行い,普遍性の破れの詳細を検討した。その結果,大きな置換基は,隣接高分子鎖の配向相関を緩めて鎖の伸長・配向に由来する摩擦減少を抑制し,普遍性の破れをもたらすこと,この摩擦減少は各時刻の鎖形態を反映する応力のみでは決まらず,遅延型の時間依存性を示すことなどの新規な知見が得られた。平成28年2月に本科学研究費補助金で購入したフィラメント伸長レオメータを用いて、種々のポリ(アクリル酸エステル)系の伸長応力緩和測定を行い、平成27年度に得た知見を援用して、歪み硬化に対するセグメント摩擦の寄与を、絡み合いの寄与から分離する。さらに、ポリ(アクリル酸エステル)から側鎖を切り離した形の溶液系についても伸長応力緩和測定を行い、セグメント摩擦と絡み合いの寄与の分離の妥当性を検証する。既設のずり
光による酵素活性抑制手法の開発

本研究は、THz光照射によるタンパク質機能制御の可能性を検討することを目的としている。今年度、外部機関で実施する高強度THz光源による照射実験については、当該機関の施設利用上の都合により当初の計画の全てを実施することは困難であると判断した。そのため、THz光とタンパク質との相互作用を理解するための実験について進めた。まず、THz光とタンパク質との相互作用を理解するための蛍光測定に着手した。タンパク質分子の回転運動がTHz光により影響を受けるとすると、蛍光標識したタンパク質の蛍光異方性が回転運動の有効な指標となる。分光蛍光光度計、偏光子を用いて簡易な実験系を試作し、THz光照射系と組み合わせる前の系の妥当性について評価した。モデルとして、蛍光分子としては吸収係数、蛍光量子効率や蛍光寿命がよく知られているローダミンBを用いた。メチルセルロース濃度依存性を調べたところ、0%から0.50%まで濃度が上昇すると、異方性は増加した。また温度依存性を調べたところ、10°Cから30°Cにかけて異方性は減少した。これらの結果はローダミンBの回転がメチルセルロース濃度の上昇に伴い遅くなっていること、また温度の上昇に伴い速くなっていることから説明できた。今後、異方性の絶対値については装置関数による補正が必要であるものの、相対的な値は評価できる系が構築できた。また、THz光照射領域が微小な条件下でのタンパク質機能・構造を評価するため、蛍光顕微鏡による蛍光強度の定量を試みたが、蛍光性ビース濃度と蛍光強度の相関性が安定せず、改良が必要である。タンパク質への高強度THz光照射の実験に関して、外部機関の都合により当初の予定の全てを実施することは困難であった。一方、THz光とタンパク質との相互作用の理解のための実験については最終年度の計画を前倒しして進めることができた。蛍光測定により、THz光照射下におけるタンパク質の回転運動を評価するための実験系を試作した。また、微小領域におけるタンパク質の反応を評価するため、照射実験系に組み込む蛍光顕微鏡一体型反応定量系も試作した。タンパク質との誘電相互作用予測のための、種々の生体高分子の誘電測定も種類を増やすことができ、溶液系での水の寄与の大きさや高分子材料における誘電特性の不均一性から照射影響の予測を行えた。本年度までの研究内容を一層深めつつ、前年度の計画を急ぎ実施する。前年度に引き続き、タンパク質や生体高分子の誘電測定を続け、種々の分子についてTHz照射影響について検討する。また、THz波照射の条件(周波数、強度、照射時間)を変えた照射影響の違いや、THz光照射下におけるタンパク質運動性の測定により照射影響の機構についても知見を深める。THz光照射によるタンパク質機能制御の可能性を検討するためには、まずタンパク質機能とTHz誘電特性との関係を明らかにすることが重要である。本年度はタンパク質のアクチンや熱応答性高分子のP-NIPAAm溶液をモデルとし、それらの反応活性や構造を従来法である蛍光測定により評価すると共に、THz領域の誘電測定を行い、THz光照射による影響を検討した。その結果、アクチン溶液やPーNIPAAm溶液の温度依存的かつ特徴的なTHz帯誘電率の振る舞いを明らかにした。温度効果を調べるため、温調機能付きヒーターを用いることでTHz領域の精密誘電測定系の製作に着手した。水溶液温度の時間変動を0.1°C以下に抑えることができた。これは比較的温度感受性の高いタンパク質の反応活性でも約1%の誤差に相当するため、高精度な測定系だといえる。また、THz帯の周波数や強度の効果を調べるため、単色光源の周波数特性ならびに偏光子を組み合わせた光量可変の光学系を試作した。パワーメーターを用いて系の評価を行ったところ、強度安定性、再現性、単色性等の基礎的な特性を早い段階で確認することができた。タンパク質機能とTHz誘電特性との関係を調べてTHz波照射影響について検討した。またTHz光照射系と反応測定系を組み合わせることでTHz光照射がタンパク質反応系に及ぼす影響を明らかにするための実験系構築を進めた。さらに実際に照射実験を行いTHz光照射下におけるタンパク質溶液の反応性への影響を調べた。成果は国内外の会議で発表予定である。