hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
先史時代における有用樹種クヌギおよびイチイガシの遺伝構造

葉緑体シーケンシングにより、イチイガシの現生の遺伝構造はおおむね天然の分布変遷を反映していると考えられた。このことは遺伝構造が存在しないクヌギとは異なり、両種の分布変遷に人為がかかわった程度に違いがあることが示唆された。さらに両種とも次世代シーケンサーを用いることによりさらに詳細な遺伝構造を検出できる可能性が示された。一方、先史時代のサンプルを入手しDNA抽出を行ったが、葉緑体シーケンシングおよび次世代シーケンサーでは解析ができず、今後の課題として残った。現生の遺伝構造については、クヌギおよびイチイガシともに順調に明らかにすることができている。また、最も難しいと考えていた縄文時代のサンプルの入手も、少なくはあるが協力してくださる方々のおかげで可能であった。一方、植物遺体からの古代DNAの抽出と増幅は、想像していたよりも困難であり、これまで従来のCTAB法やコンタミネーションを避けるため植物キットでの抽出、土壌キットでの抽出など様々な手法を試みたが、成功しなかった。現在、次世代シーケンサーを用いて、微量であっても分析できないか試行錯誤中である。以上のように、古代DNAの分析が成功していない点からやや遅れていると評価した。森林分子生態学今年度は、まず、第一に古代DNAの分析を可能にする技術開発に注力したい。上記のとおり、次世代シーケンサーを用いて解析が可能になるかどうか、可能性を追求したい。また、同時に、縄文時代のサンプルを提供してくださる組織をさらに探索し、より良い状態のサンプルを入手したい。現生のイチイガシの遺伝構造については、今年度開発した領域をマーカー化して、分析個体数を増やし、より詳細な遺伝構造を明らかにする予定である。本研究の目的は、古代有用樹木の遺伝構造に人為が与えた影響を明らかにするために、先史時代と現在のイチイガシとクヌギの遺伝構造を明らかにすることである。そのために、今年度はイチイガシの現在の遺伝構造を明らかにするためサンプリングと遺伝解析を行った。その結果、現在の遺伝構造が人為の影響を受けているが、その影響は限定的であろうと考えられた。しかし、先史時代の遺伝構造については、サンプルを入手することはできたが、遺伝解析手法を確立することができず、研究の達成度はやや遅れていると判断した。植物遺体からの古代DNAの抽出と増幅の結果が不良であった。そのため、研究段階が、古代DNAの抽出と増幅を可能にするための試行錯誤の段階で停滞しており、多くの試料の分析をすることができなかったため、次年度使用額が生じた。今年度、ドングリピットからの試料のDNAを分析する手法を確立することができなかった。そのため、さらに、様々な手法を試みる。また、今年度使用したサンプルが長年エタノールに浸けて保存されていたため解析が難しかった可能性がある。そのため、本年度はより新鮮なサンプルを入手する努力を重ねる。具体的には、市町村の教育委員会などに直接連絡をとり、提供可能なサンプルがないかを問い合わせる。次年度は古代DNAの抽出と増幅を可能にするため、次世代シーケンサーでの分析方法を改良する予定である。次世代シーケンサーでの解析は費用が掛かるため、次年度使用額はこれに充てる予定である。
IPNVに対するニジマス抵抗性への分子生物学的アプロ-チ

ニジマス肝臓より常法に従ってDNAを抽出し、種々の制限酵素で切断し、アガロ-ス電気泳動法でゲルを作製した。ナイロンメンブレンにDNAを転写し,サザンブロット法でインタ-フェロンβのDNAの探索を行った。探索のために使用したDNAプロ-ブは,大阪大学,谷口維紹博士より分与を受けたヒトインタ-フェロンβのcDNAを含むTPIF319ー13のプラスミドを大腸菌DH5αを用いて増殖させ、それより調製したPstIBglI断片である。ハイブリダイゼ-ションの条件を検討したところ、4XSSC,60°C,オ-バ-ナイトでハイブリダイゼ-ションを行い、3XSSC,55°C,30分の洗浄がDNA検出に最も好条件であることが明らかになった。この条件で行ったところ、XbaIで約25kbに、EcoRIでは約7kbと約5kbの2本にヒトインタ-フェロンβと相同性を示すバンドを検出できた。そこで、lowmeltingアガロ-スを用い、XbaI断片約25kbのDNAを回収し,ベクタ-としてCharomid9ー28を、宿主として大腸菌DH5を用いて、genomic DNAライブラリ-を作製した。このとき得られたコロニ-数は2×10^5であった。このDNAライブラリ-からコロニ-ハイブリダイゼ-ション法によって、ヒトインタ-フェロンβのプロ-ブと相同性を示すコロニ-を釣り出すことに成功した。現在、この陽性シグナルを示したコロニ-を増殖させ、Charomidを増やして制限酵素地図を作製中である。ヒトやマウスのインタ-フェロンβ遺伝子との相同性を確かめ,釣り出したニジマスDNAが真にインタ-フェロンβである可能性が高い場合には、インタ-フェロンの産生を確認して,RTGー2細胞とIPNウイルスの系を使って、ウイルス増殖抑制効果を確かめる予定である。また、mRNAレベルでの発現とニジマスのIPN抵抗性との関係についても調べる予定である。
ゼオライト触媒の結晶内および結晶外表面の酸強度分布の測定法

ゼオライト触媒の結晶内には炭化水素の分子の大きさと同じ大きさの細孔をもつ.活性点である酸点の多くは細孔内に存在するので,反応物と生成物の拡散速度に大きく反応の選択性が規制される(形状選択性).しかし,結晶外表面の酸点上では立体的制約を受けない反応が進行するので触媒活性・選択性が結晶内・外表面の酸強度分布に密接に関係する.本研究では以下の1.2.について研究を行なった.1.結晶内・外表面の酸強度分布の測定:我々は既に,ハメット指示薬の酸点への化学吸着等温線から酸強度分布を求める方法を提出している.そこで,ゼオライトの結晶内には入れない分子径が1nm以上の指示薬を用いて,本法により結晶外表面の酸強度分布を求めた.一方,我々は別に,アンモニアの昇温脱離スペクトルから酸強度分布を求める新しい方法を開発した.アンモニアの分子径は小さいため,結晶内・外表面の酸点を合わせた酸強度分布が得られる.二つの方法で求めた分布の差から結晶内の酸強度分布を得た.本法で, 6種類のHZSM-5ゼオライト触媒の結晶内・外表面の酸強度分布を得た.結晶内・外表面にはH_0=-14の強酸点が分布する.そして,結晶外表面にはH_0≧-4の弱酸点が多く分布しているのがわかった.2.形状選択性に与える結晶内・外表面の酸特性と結晶内拡散の影響:結晶内だけ,結晶外表面だけに酸点をもつHZSM-5触媒を調製し,この触媒を用いてトルエンのメチル化とキシレンの異性化反応を行なった.さらに,酸点をもたない触媒を用い,反応温度での反応物と生成物の結晶内拡散を測定した.そして,結晶内・外表面の酸特性と結晶内拡散の形状選択性への影響を解析した.形状選択性は結晶サイズと結晶外の酸量に強く依存し,これらの関係を線図にした.この図は触媒設計に非常に有用であることがわかった.ゼオライト触媒の結晶内には炭化水素の分子の大きさと同じ大きさの細孔をもつ.活性点である酸点の多くは細孔内に存在するので,反応物と生成物の拡散速度に大きく反応の選択性が規制される(形状選択性).しかし,結晶外表面の酸点上では立体的制約を受けない反応が進行するので触媒活性・選択性が結晶内・外表面の酸強度分布に密接に関係する.本研究では以下の1.2.について研究を行なった.1.結晶内・外表面の酸強度分布の測定:我々は既に,ハメット指示薬の酸点への化学吸着等温線から酸強度分布を求める方法を提出している.そこで,ゼオライトの結晶内には入れない分子径が1nm以上の指示薬を用いて,本法により結晶外表面の酸強度分布を求めた.一方,我々は別に,アンモニアの昇温脱離スペクトルから酸強度分布を求める新しい方法を開発した.アンモニアの分子径は小さいため,結晶内・外表面の酸点を合わせた酸強度分布が得られる.二つの方法で求めた分布の差から結晶内の酸強度分布を得た.本法で, 6種類のHZSM-5ゼオライト触媒の結晶内・外表面の酸強度分布を得た.結晶内・外表面にはH_0=-14の強酸点が分布する.そして,結晶外表面にはH_0≧-4の弱酸点が多く分布しているのがわかった.2.形状選択性に与える結晶内・外表面の酸特性と結晶内拡散の影響:結晶内だけ,結晶外表面だけに酸点をもつHZSM-5触媒を調製し,この触媒を用いてトルエンのメチル化とキシレンの異性化反応を行なった.さらに,酸点をもたない触媒を用い,反応温度での反応物と生成物の結晶内拡散を測定した.そして,結晶内・外表面の酸特性と結晶内拡散の形状選択性への影響を解析した.形状選択性は結晶サイズと結晶外の酸量に強く依存し,これらの関係を線図にした.この図は触媒設計に非常に有用であることがわかった.
家兎気管大欠損モデルにおける自然修復機構の組織生化学的解析と自然修復調節法の確立

本研究は、家兎気管大欠損モデルを用いて気管修復機構の解明を行い、それに関与する調節因子を選択的に修飾することで治癒過程を修飾し、肉芽や瘢痕のない治癒機転確立を目的とする。研究の初年度(平成28年)は、気管開窓部の免疫組織学的検討を行い、肉芽形成が1週目に75%に形成され、2週目に気管上皮再生が100%完成し、3週目に肉芽が消失し治癒過程が完了することから、以後の実験では、2週目の状態で薬物効果の判定を行った。研究2年目(平成29年)は、組織障害因子であるTNFαの阻害効果を検討した。抗ヒトTNFαモノクローナル抗体と、成長ホルモンの分泌を低下させることで間接的にTNFαの分泌を低下させるソマトスタチンの単独投与を行った。抗ヒトTNFαモノクローナル抗体投与群(A群:3mg/kgを1時間で静脈内投与し2週後に気管開窓)とソマトスタチン類似作用化合物投与群(B群:30μg/kg筋注し4週後に開窓、開窓時に50μgを皮下追加投与)では、両群ともに肉芽形成は抑制されるものの、A群では局所炎症細胞浸潤と炎症組織が開窓部に発生し、免疫抑制効果による易感染性が惹起され、B群では、75%に気管内出血という重篤な副作用が発生した。そこで、研究3年目は、投与量を減量するため2剤の併用効果を検討し、ソマトスタチン類似作用化合物(前年の半量)とラパマイシン(細胞内mTORシグナル活性を抑制し肉芽形成を阻害する;0.5 mg/kgを開窓1週後より隔日3回投与)の併用療法を試みた。併用療法では、肉芽の発生はなく、ラパマイシン単独投与で認められた気管上皮再生率の低下やソマトスタチン単独投与で認められた気管内出血もなく、重篤な副作用の発生はなかった。2剤を併用することで、副作用の発生を抑えた、肉芽形成のない気管上皮再生機構修復が可能と結論され、薬剤による安全な治癒機転修飾が可能と結論された。本研究では、家兎における気管大欠損部の修復機構とそれを調整する液性並びに細胞性因子を解明し、治癒過程を調整制御することで瘢痕を来さないより生理的修復機構誘導を目的としている。平成28年度は修復機構の詳細解明のため、家兎気管欠損モデルにおいて1週後、2週後、3週後に擬死させ、気管大欠損部修復組織の詳細な組織学的検討を行った。1週後の気管切開部には炎症組織のみを認め肉芽形成はなく、炎症組織の気管上皮再生率は5.8±10%と非常に乏しい状態で、粘膜下組織(基底膜)の再生も認められなかった。一方、2週後になると、8割で炎症組織の中に肉芽形成が認められたが気管支内腔への突出はなかった。気管上皮の再生は極めて良好で、気管切開部の殆どの領域が上皮で被覆され、上皮被覆率はほぼ100%であった。3週後の状態は、同じく上皮被覆率は100%であるが、肉芽組織は消失し、急性期の治癒過程がほぼ終了している状態と考えられた。一方、免疫組織学的検討では、PCNA(増殖細胞マーカ)、Vimentin(間葉系細胞マーカ)、P-P70S6K(mTORシグナル経路因子)を用いてそれぞれ細胞増殖、基底膜形成、mTOR活性を調べたが、1週後、2週後、3週後の順に、PCNA labelling index (LI)は40±4%、60±9%、54±9%、vimentin LIは4±5%、43±8%、39±23%、p-p70S6K LIは31±23%、51±26%、65±24%であった。このことは、細胞増殖活性と基底膜形成は2週後を最大として正常上皮に比べ低下した状態で修復が営まれ、mTOR活性は3週目まで増大していた。気管欠損部組織再生においては、正常組織よりも細胞活性が低下した状態で修復が営まれ、その期間も3週間と短い治癒経過と結論された。3年計画の初年度は、家兎気管大欠損モデルにおける修復機構の解明を到達目標としていたため、進捗状況としては予定通りである。平成28年の研究成果により、気管欠損部の修復過程が3週間で終了し、急性期反応は2週間までであり、この期間での薬物の影響をしらべればよいことを明らかにできた。また客観的に薬物の効果を検討するための基準値を作成することができた。すなわち、通常の修復過程における時期別の上皮化率、PCNA(増殖細胞マーカ)Labellingindex (LI)、Vimentin(間葉系細胞マーカ)LI、P-P70S6K(mTORシグナル経路因子)LIを平成28年度で確立することができ、観的な評価が可能となった。平成29年度は、この基準値用いて種々の液性因子や細胞性因子がどのように各パラメータに影響を与えるかを検討する。

研究初年度にあたる平成28年は、気管大欠損モデルにおける組織修復機構の免疫組織学的研究を行い、肉芽形成が1週間目、2週目に気管上皮再生が完成し、3週間目に肉芽が消失し治癒過程が完了することを明らかにできた。研究2年目の平成29年度は、この修復過程に作用すると考えられるTNFαの役割を検討した。TNFαは組織障害機転でIL-6など一緒に分泌されるサイトカインで、抗ヒトTNFαモノクローナル抗体(インフリキシマブ)は、TNFαの特異的抗体として選択的にTNFαの作用を減弱させる。一方、ソマトスタチンは成長ホルモンの分泌を低下させることで間接的にTNFαの分泌を低下させるが、半減期が3分程度と短く、今回用いたサンドスタチンはソマトスタチン類似作用化合物で、代謝安定性を向上させている。家兎の気管大欠損モデルにおいて、インフリキシマブを術前に投与した6羽では、H-E染色では気管欠損部の肉芽形成が抑制されていたが、気管上皮の再生には影響がなく、治癒機転の肉芽形成過程を修飾できていた。しかし、インフリキシマブの免疫抑制作用によると考えられる炎症性細胞浸潤が認められ、創感染を併発した家兎も2羽認められた。免疫組織学的検索では、インフリキシマブ投与により気管上皮細胞増殖活性は欠損部だけではなく正常部も低下し、両者で有意差がなくなっていた。一方、mTOR活性の評価のために測定したリン酸化p70S6K陽性率は、気管欠損部と正常部ともに活性が亢進し、TNFを抑制することでmTORシグナル経路が活性化された可能性が示唆された。サンドスタチンの効果は現在標本作製の状態で、今後インフリキシマブとの比較検討を行う。3年計画の初年度は、家兎気管大欠損モデルにおける修復機構の解明を到達目標とし、修復過程がほぼ3週間が完了し、各1週毎のステージでの特徴を明らかにすることができた。これら修復機構の客観的評価として免疫組織学的研究では、PCNA(増殖細胞マーカ)Labellingindex (LI)、Vimentin(間葉系細胞マーカ)LI、P-P70S6K(mTORシグナル経路因子)LIが有用であることを明らかにできた。平成29年度は、これらの研究成果をもとに治癒機転に影響を及ぼすサイトカインの効果を検討し、治癒機転の修飾が可能かどうかを検討した。薬剤としては種々の成長因子やサイトカインを検討したが、最終的にTNFαを選択した。TNFαは炎症反応の初期に分泌され、過剰分泌が組織障害性に作用することがわかっており、特異的抗体(インフリキシマブ)が存在することや、近年開発されたソマトスタチン類似化合物質(サンドスタチン)のように成長ホルモン分泌抑制を介して間接的にTNFα分泌を抑制できる薬剤が存在し、多角的にTNFαの抑制効果を検討できるからである。現在まで、インフリキシマブでは術後産生される肉芽が抑制され、選択的に治癒機転を修飾できることが明らかとなった。一方、TNFαを阻害することで、副作用として易感染性も出現することが明らかとなった。サンドスタチンの組織学的検討は現在進行中であるが、投与された家兎では易出血性が認められ、予期せぬ副作用も認められている。サンドスタチンの組織学的検討を待ってTNFαの抑制効果を総合的に検証する必要があるが、肉芽形成を抑制できる治癒機転修飾が薬剤投与で可能となったことは大きな進捗と考えられる。一方、薬剤投与による副作用への対応も課題として出現している。本研究は、家兎気管大欠損モデルを用いて気管修復機構の解明を行い、それに関与する調節因子を選択的に修飾することで治癒過程を修飾し、肉芽や瘢痕のない治癒機転確立を目的とする。研究の初年度(平成28年)は、気管開窓部の免疫組織学的検討を行い、肉芽形成が1週目に75%に形成され、2週目に気管上皮再生が100%完成し、3週目に肉芽が消失し治癒過程が完了することから、以後の実験では、2週目の状態で薬物効果の判定を行った。研究2年目(平成29年)は、組織障害因子であるTNFαの阻害効果を検討した。
希土類錯体を用いる生体関連化合物の認識・輸送系の構築

生体関連化合物に対して優れた分子認識を行なう機能分子素子の開発は、高度に洗練された生体機能の分子レベルでの理解や、生理活性物質の精密分離系や高感度センシング系への応用など基礎・応用両面にわたり大きな意義をもっている。本研究では、重要な生体物質である両性アミノ酸をターゲット基質として、両性アミノ酸輸送機能をもつ希土類錯体を開発するとともに、多彩な不斉希土類錯体を活用し、高配位型錯体の形成に基づく両性アミノ酸対掌体認識系を構築することに成功をおさめた。希土類錯体のもつユニークな配位特性を活用した両性アミノ酸の認識・輸送システムの構築を目指して、下記1および2を中心に研究した。1.希土類錯体をキャリヤ-とする液体膜輸送系の構築フッ素含有配位子を含む脂溶性希土類錯体をキャリアーとする液体膜系を構築し、両性アミノ酸に対して効率に富んだ輸送機能を示す「希土類錯体」キャリヤ-の構造最適化を図り、中性条件下に芳香族アミノ酸のみならず脂肪族アミノ酸の液体膜輸送系を構築した。2.光学活性希土類錯体を用いる両性アミノ酸の不斉認識機能を発現光学活性配位子を含む六配位「希土類錯体」による両性アミノ酸の認識系の開発のため、液-液抽出法を用いて希土類錯体の構造最適化を図り、最高49%eeにおよぶ高い不斉認識機能を発現させた。
マングローブ林の炭素循環　‐土壌生態学の創生‐

マングローブ林の巨大な土壌炭素プールの動態を解明するために、生態系生態学と土壌有機化学との連携研究を行った。森林の地上部リターのほとんどは潮位変動により系外へ流出したが、細根ネクロマスは土壌の深い場所で多かった。従来測定されていなかった、水面からのCO2フラックスとCWD分解呼吸を含めると分解呼吸量は2倍程度になった。一方で、河川源流部ではフミン物質(HS)の割合が大きく、マングローブ林内の塩の影響によって土壌へのHSの選択的な收着・保持が認められた。これらの結果から、細根の生産・枯死と河川上部からの有機物の流入がマングローブ林の土壌炭素蓄積に重要と考えられた。昨年度にプロットを設定したマングローブ林内で、植物バイオマスプールと土壌圏炭素(SOC)プールの推定を行った。河畔に近い混交林では地上部が27.1 ton C /ha、地下部が8.4 ton C /haであった。また上流のオヒルギ林では、地上部が110 ton C /ha、地下部が35 ton C /haと推定された。これは熱帯地域のマングローブ林と比較すると比較的小さな値であった。一方でSOCプール(1 m深度)は、混交林で238 ton C /ha、オヒルギ林では201 ton C /haであり、バイオマスに比べて土壌炭素ストックがかなり大きな森林である。また深度別の有機物含量をみると、両サイト共に深くなるほどC含量が多くなるような特異的な性質を示した。さらに各深度の土壌炭素のδ13Cの解析から、オヒルギ林ではδ13CはほぼC3植物の値と等しく、陸上植物起源の有機物が蓄積していると考えられるが、混交林では深度が深いところで、δ13Cが大きくなり陸上植物以外の有機物が土壌炭素に関与することが示唆された。一方で、吹通川の河川水に含まれる溶存有機物量は0.51.7 mgC/ L程度であり,季節的な変動よりもむしろ降雨などのイベントがあるとその濃度が高まる傾向があった。また,溶存有機物における難分解性の腐植成分の割合は平均60%と,日本の他地域の河川水よりも高い傾向にあり,おそらく陸域土壌に由来する腐植成分の寄与が大きい。さらにマングローブ林内土壌と海水を混合培養し、溶出した有機物含量と鉄含量を測定する実験から、土壌から溶出した有機物と結合して、河川水中に鉄が運搬されていることが示唆された。水界生態系での生物生産性向上に鉄が不可欠である事から、河川及び沿岸海洋の生産量にもマングローブ林が寄与することが示唆された。本年度は、まず吹通川の河川支流上部と支流下部の二カ所のマングローブ林(オヒルギ林及びオヒルギーヤエヤマヒルギ混交林)においてプロットを設置して、毎木調査と土壌呼吸の測定を行った。支流上部の森林では樹高10mを超えるオヒルギが主に優占する林内にヤエヤマヒルギがパッチ状に存在するが、支流下部の森林では河川からの距離によって帯状分布が見られ、河川に近い場所ではヤエヤマヒルギが、河川から遠い場所ではオヒルギが優占していた。二つの林分で、赤外線ガス分析機を用いたクローズドチャンバー法で4シーズンの土壌呼吸速度を測定した。その結果、干潮時のオヒルギ林と混交林の平均呼吸速度は、マングローブ林での先行研究と同様に、通常の陸上生態系に比べると極端に低い値(約150 mgCO2 m-2 h-1)であった。この事は干潮時でも地下水位の高さが還元的な環境を作り、微生物活性を抑えていることを示唆している。一方で陸上生態系で指摘されているような地温と土壌呼吸の指数関数的な関係性は認められなかった。そこでオヒルギ林において干潮から満潮にかけて断続的に土壌呼吸と環境要因の測定を行った結果、潮位の上昇にともなって、土壌呼吸の減少(20785 mgCO2 m-2 h-1)が確認された。これらの結果は、マングローブ林の土壌炭素蓄積の要因として、土壌有機物の分解にともなうCO2放出(土壌呼吸)量の低い事が関与していること、空間的なスケールアップのためには温度よりも潮汐の変動要因が大きいことを示している。またさらに二つの林内で深度1mまでの土壌をサンプリングして、土壌圏炭素プールの測定を行い、このマングローブ林内で非常にたくさんの有機物が蓄積していること、及び深い深度でも炭素濃度が高いことを確認し、腐植物質の質的な分析を継続している。マングローブ林の大きな炭素プールとNEPは、熱帯環境での高いNPPと冠水による低い分解呼吸(RH)により説明されてきた。

しかし潮位変動のあるマングローブ林では、固定された炭素の半分は行方不明で、本研究ではNEPが本当に大きいのか、炭素プールの起源が何処にあるのかを明らかにすることを目的とした。調査地の石垣島吹通川マングローブ林の地上部バイオマスは294トン/haであり、85%をオヒルギが、残りをヤエヤマヒルギが占めていた。また枯死木(CWD)が多くCWDプールは41トン/haに達した。地上部NPPは12.0トン/ha/yrと推定され、バイオマス蓄積が4.2トン、CWDプールへの供給が1.6トンであった。それ以外(6.2トン)は、リターとして土壌に供給されるが、潮位変動によりほぼ系外へ流出した。RHについては、土壌表面と水面からCO2放出量を測定した。その結果、満潮時でも水面からのCO2放出が認められ、さらにCWD分解呼吸も含めると、従来の干潮時の土壌表面からだけの推定値に比べて、30%程度大きな年間RH推定値が得られた。これは従来のマングローブ林のNEPが大きく過大評価であることを示唆した。さらに、深度1mまでの土壌圏有機物(SOM)プールは291トン/ha、細根バイオマスは3トン/haに達した。一方で細根ネクロマスが多く(24トン/ha)、細根ターンオーバーが短くて地下部リターが多いという可能性を示唆した。また河川水の溶存有機物について調べた結果、吹通川源流部では疎水性で難分解性であるフミン物質(HS)の割合が通常の河川に比べて高く、マングローブ林土壌へのHSの選択的な收着・保持が認められた。これらの結果から、巨大なSOMプールの一因として、大きな細根の生産量と河川上流部からの有機物の流入の2点が考えられた。生態学本研究では、1)マングローブ林内での有機物生産と分解、2)マングローブ林内での土壌腐植の質と堆積プロセス、3)川を通した流域レベルでの有機物動態の三つの側面から研究を行い、マングローブ林の巨大な土壌炭素蓄積に与える、森川海の連環と微生物学的・土壌有機化学的プロセスの影響の定量的な評価を目指している。1)については初年度の成果として既に報告しているが、今年度も植物生産量の推定のために、コドラート内の樹木の成長量の調査を行うと共に、リタートラップを設置して枯死脱落量についても継続的に調査している。さらに生態系内での分解速度に関係する土壌呼吸量についても、昨年度から継続して調査を行なっている。特に潮位変動と土壌呼吸量の関係について明らかにするために、自動開閉式チャンバーを用いて干潮から満潮までの変動を含むように土壌呼吸速度の連続測定を試行している(これらはデータの解析中で、本年度の結果には報告していない)。2)については土壌炭素プールの量を測定すると共に、起源解析のために土壌腐植の質として炭素・窒素含有量とδ13Cの解析を行った。場所と深度によってδ13C値は異なり、堆積プロセスも異なることが示唆された。3)については吹通川上流部の常緑樹林地域から、マングローブ林内を通って、海までの複数の地点で季節的に河川水をサンプリングして、溶存有機物(DOC)の量と質についての測定を行った。さらに河川への鉄供給にマングローブ林土壌と海水の混合が寄与していることが示唆された。これらの結果は、マングローブ林の河川では難分解性腐植成分が相対的に高いだけでなく、マングローブ林土壌が河川への鉄供給源となっていると言う点から、森川海の物質的な連環の一端を明らかにしつつある。このように本年度はそれぞれのグループでほぼ計画を達成した。
細胞内輸送方向を左右する細胞質ダイニン構造状態のライブイメージング

真核生物内での多くの生命機能にとって、細胞内で物質が正しい方向へ輸送されることは非常に重要である。そのためには、微小管上においてそれぞれ逆方向への輸送を担うキネシンと細胞質ダイニンの運動が適切に調節される必要がある。特に、小胞や目的地ごとに多種多様なキネシンが存在するのに対し、細胞質ダイニンは1種類でほぼすべての小胞輸送に対応するため、細胞質ダイニンの活性調節が輸送方向決定の鍵を握ると考えられている。この調節の分子機構として、最近、おもに構造学的な知見からダイニンの2つの重鎖が重なることによる自己阻害モデルが提唱された。しかし、細胞内において実際に自己阻害モデルの構造状態をとるのか、それが運動活性といかに連関するかという点については、明らかになっていない。本研究は上記の問題を検証するため、ダイニン1分子中に存在する2つの重鎖それぞれを蛍光標識し、その蛍光物質間の共鳴エネルギー移動を利用して、運動中および休止中のダイニン分子の構造状態を精査するものである。平成30年度の研究によって、3種類の位置に蛍光標識したダイニン遺伝子組換え体の構築および発現に成功し、そのすべてが運動活性を保っており、野生型と同じく多様な運動状態を示すことを確認した。また、そのうち1種については標識ダイニンの分子内蛍光共鳴エネルギー移動を捉えることも成功している。今後は、捉えた蛍光共鳴エネルギー移動のシグナルと構造状態の連関を確認したうえで、各運動状態におけるダイニンの構造状態を調査していく予定である。本研究は、最終的に細胞内での輸送状況とダイニンの構造状態との連関を検証することを目的としている。そのためには、まずダイニンの構造状態に応じて蛍光共鳴エネルギー移動効率が大きく変化する位置に蛍光物質を付与する必要がある。研究初年度にあたる平成30年度の研究によって、当初に計画した3か所の蛍光標識位置の候補すべてにおいて、ダイニン遺伝子組換え体の構築・発現・精製に成功し、予定していた蛍光標識ダイニン分子が得られた。さらに、実際の顕微鏡観察によって、得られた3種の蛍光標識ダイニンのすべてが微小管上を運動する活性を保持していることも確認できた。したがって、3種類の蛍光標識ダイニンを今後の研究に使用することができる状況が整い、蛍光標識による影響などを検証するうえで非常に有用であると期待できる。さらに、得られた蛍光標識ダイニンの1分子イメージングによって、蛍光共鳴エネルギー移動効率が経時変化している様子を捉えることに成功した。この蛍光共鳴エネルギー移動効率の変化とダイニンの構造状態の関係を実証していくことが必要にはなるが、これまでに得られた蛍光標識ダイニンを用いれば運動活性と構造状態の同時観察が可能になるものと強く期待できる結果である。今後の研究の方針としては、まず平成30年度の研究で得られた蛍光標識ダイニンの、蛍光共鳴エネルギー移動効率とダイニン構造状態との関係性について、自己疎外モデルで想定されている2つの重鎖が重なる構造状態を取れなくなる変異体を用いた実験や、クライオ電子顕微鏡観察など、多方面から検証していく。この検証を通じて、各蛍光共鳴エネルギー移動効率と対応したダイニンの構造状態を確定していく予定である。以上の検証が完了しだい、細胞質ダイニンの2つの重鎖の向きが、運動活性や細胞内輸送方向へ与える影響を調べるために、細胞内の内在性ダイニン重鎖に蛍光タンパク質をノックインする。上記の検証で有用な蛍光標識位置と確定した箇所に、CRISPR-Cas9ゲノム編集システムを用いて、遺伝子操作することを予定しており、すでに良好な予備データを得ている。細胞質ダイニンのノックアウトは致死であるため、従来、細胞内でのダイニンへの遺伝子操作は非常に困難であった。しかし、近年のゲノム編集技術の発展に伴い、内在性ダイニン重鎖への蛍光タンパク質の挿入が可能となり、これを応用すればダイニンの構造状態のライブイメージングが可能である。ノックインされた蛍光タンパク質の蛍光共鳴エネルギー移動効率を、生細胞イメージングにより計測することで、細胞内輸送時のダイニンの運動活性と構造状態の同時計測を実現し、輸送方向にも大きく影響する細胞質ダイニンの運動制御機構を明らかにしていく予定である。

今後は、捉えた蛍光共鳴エネルギー移動のシグナルと構造状態の連関を確認したうえで、各運動状態におけるダイニンの構造状態を調査していく予定である。本研究は、最終的に細胞内での輸送状況とダイニンの構造状態との連関を検証することを目的としている。そのためには、まずダイニンの構造状態に応じて蛍光共鳴エネルギー移動効率が大きく変化する位置に蛍光物質を付与する必要がある。研究初年度にあたる平成30年度の研究によって、当初に計画した3か所の蛍光標識位置の候補すべてにおいて、ダイニン遺伝子組換え体の構築・発現・精製に成功し、予定していた蛍光標識ダイニン分子が得られた。さらに、実際の顕微鏡観察によって、得られた3種の蛍光標識ダイニンのすべてが微小管上を運動する活性を保持していることも確認できた。したがって、3種類の蛍光標識ダイニンを今後の研究に使用することができる状況が整い、蛍光標識による影響などを検証するうえで非常に有用であると期待できる。さらに、得られた蛍光標識ダイニンの1分子イメージングによって、蛍光共鳴エネルギー移動効率が経時変化している様子を捉えることに成功した。この蛍光共鳴エネルギー移動効率の変化とダイニンの構造状態の関係を実証していくことが必要にはなるが、これまでに得られた蛍光標識ダイニンを用いれば運動活性と構造状態の同時観察が可能になるものと強く期待できる結果である。今後の研究の方針としては、まず平成30年度の研究で得られた蛍光標識ダイニンの、蛍光共鳴エネルギー移動効率とダイニン構造状態との関係性について、自己疎外モデルで想定されている2つの重鎖が重なる構造状態を取れなくなる変異体を用いた実験や、クライオ電子顕微鏡観察など、多方面から検証していく。この検証を通じて、各蛍光共鳴エネルギー移動効率と対応したダイニンの構造状態を確定していく予定である。以上の検証が完了しだい、細胞質ダイニンの2つの重鎖の向きが、運動活性や細胞内輸送方向へ与える影響を調べるために、細胞内の内在性ダイニン重鎖に蛍光タンパク質をノックインする。上記の検証で有用な蛍光標識位置と確定した箇所に、CRISPR-Cas9ゲノム編集システムを用いて、遺伝子操作することを予定しており、すでに良好な予備データを得ている。細胞質ダイニンのノックアウトは致死であるため、従来、細胞内でのダイニンへの遺伝子操作は非常に困難であった。しかし、近年のゲノム編集技術の発展に伴い、内在性ダイニン重鎖への蛍光タンパク質の挿入が可能となり、これを応用すればダイニンの構造状態のライブイメージングが可能である。ノックインされた蛍光タンパク質の蛍光共鳴エネルギー移動効率を、生細胞イメージングにより計測することで、細胞内輸送時のダイニンの運動活性と構造状態の同時計測を実現し、輸送方向にも大きく影響する細胞質ダイニンの運動制御機構を明らかにしていく予定である。蛍光共鳴エネルギー移動による実験方法論をまとめた論文が予定より早く完成し、その投稿料が必要になったことにより、物品費目で予定していた品目と購入できる品目に齟齬が生じたため。必要物品を購入することに使用する予定である。
病理検体における微量RNA組織局在検出法の低コピー数ウイルス検出への応用

目的感染細胞中のウイルスコピー数が非常に少ない腫瘍関連ウイルスについて、先端的RNA検出法により病理標本上での組織局在の検出を行い、その有用性や再現性の高い安定した方法の確立について検討する。方法ヒトヘルペスウイルス8型(HHV8)の関与が報告されている原発性滲出性リンパ腫(PEL)、カポジ肉腫、多巣性キャッスルマン病と診断されたホルマリン固定パラフィン包埋検体(以下パラフィン検体)および凍結検体の切片を用い、下記の検討を行った。(1)DNAを抽出後、PCR法によるHHV8存在のスクリーニング(4)(2)(3)の結果を比較し、検出感度や特異性、再現性手技上の問題点について検討し、実際の病理検査への応用の可能性について探る研究成果PCR法によりHHV8の存在が確認されたPELとカポジ肉腫の検体について、(2)(3)の検討を行った。両手法でproteinaseK濃度や反応時間、反応温度など様々な検出条件の検討を行った。その結果、(2)(3)ともにPELの凍結切片での検出は可能であった。しかし、同検体のパラフィン切片およびカポジ肉腫検体では検出ができなかった。カポジ肉腫ではPELと比較し感染コピー数が非常に少ないとされており、またパラフィン検体では凍結検体に比べ少なからず核酸の保存状態が低下するため、より高感度な検出が可能となる条件をさらに模索する必要がある。一方で凍結切片での検出可能例があったことから、検出系としては利用可能であると考えられた。特にin situ RT-LAMP法は必要機材や手技が比較的簡便であり、更なる条件検討を重ねることで実際の病理検査においてもその応用が期待されると考えられた。
ウルツ鉱構造をもつ機能性薄膜結晶のTEMによる極性判定とそのマッピングへの応用

窒化ガリウム(GaN)を始めとするIII族窒化物結晶は短波長域のレーザ素子材料として注目されている.GaN系結晶の多くは六方晶系に属するウルツ鉱構造をもつ.この結晶構造には対称中心が無く、[0001]と[0001^^-]が区別される.これは極性と呼ばれる.デバイス作製では多くは(0001)面方向に結晶成長させるので極性の区別は重要である.ところが、通常の回折実験ではフリーデル側により,回折強度からは極性を区別をつけることができないが、電子回折の動力学的効果を利用すれば可能となる.本研究では透過型電子顕微鏡を用いて、薄膜結晶の微細構造を解析しながら目的の部位での極性判定を行う手段の確立を目指したものである.解析技法としては、特性X線強度が解析条件に伴って変化する現象を利用したTEM-EDS法と、試料上に電子線を収斂させて得られる回折ディスクの強度プロフィルから判定するCBED法を採用した.種々のIII-V、II-VI族結晶について検証した結果、2種の元素の原子散乱因子が近い結晶ではTEM-EDS法が、はなれている結晶ではCBED法が有利であることが確認された.とくに、GaNではTEM-EDS法でも可能ではあるが、窒素の特性X線エネルギーが低いため、かなり精度良く測定する必要がある.CBED法では容易に判別できることが確かめられた.TEM-EDS法では、入射電子線方向を振りながら構成元素GaNであればガリウムと窒素)のX線強度を測定すると、その比の変化から極性を判定することができる.本研究の年限では、種々の結晶についてTEM-EDS法による極性判定基準を決めることができた.透過型電子顕微鏡の電子回路をわずかに改善することにより、試料の特定領域を走査させながら自動的に計測するで薄膜材料での極性を2次元的にマッピングすることが可能となる.本研究は、閃亜鉛鉱構造あるいはウルツ鉱構造をもつIII-V族およびII-VI族結晶の極性を透過電子顕微鏡を用いた判定方法の確立を目指したものである.透過電子顕微鏡による技法にはいくつかあるが、ここでは、回折条件を調整することによって電子線のチャネリング状態を変えて発生する特性X線の強度変化をみるもの(TEM-EDS法)と、収束電子線回折パターンの非対称性を見るもの(CBED法)を採用した。本年度はまず、動力学的回折理論に基づくNスライス法およびマトリクス法によるシミュレーションによって透過電子の振る舞いを求めた.その結果,GaAs系のように構成原子の原子番号が近い場合は、TEM-EDS法が、GaNのように離れているとCBEDの方が有利であること、それでも、GaNについてはTEM-EDS法でも判定可能であることが期待された.これらの結果を基にして、種々の機能性薄膜について判定を行った.その結果,GaN/GaAs(111),GaN/LT-AlN/sapphire(0001),AlN/Al-metalなどでは、それぞれ、(+),(+),(-)であることがわかった。とくにGaN/GaAs(111)では、基板の方位が(111)A,(111)Bのいずれでも、成長するGaNは(+)の極性を持って成長することが確かめられた.すなわち、成長の途中で極性の逆転が発生していることを示している.本方法の特徴である微細構造も同時に観察できることを利用して解析した結果,GaAs(111)B上には新たなブロック状の組織が形成され、その上では成長に優位な(+)の結晶粒が発展したことが明らかになった.次年度は、これらの成果を基にして,難解析のスパッタ試料の極性判定を行うとともに,TEM-EDSの取り込み信号をイメージと同調させることにより、極性のマッピングシステムの構築に向けて研究を発展させる.窒化ガリウム(GaN)を始めとするIII族窒化物結晶は短波長域のレーザ素子材料として注目されている.GaN系結晶の多くは六方晶系に属するウルツ鉱構造をもつ.この結晶構造には対称中心が無く、[0001]と[0001^^-]が区別される.これは極性と呼ばれる.デバイス作製では多くは(0001)面方向に結晶成長させるので極性の区別は重要である.ところが、通常の回折実験ではフリーデル側により,回折強度からは極性を区別をつけることができないが、電子回折の動力学的効果を利用すれば可能となる.本研究では透過型電子顕微鏡を用いて、薄膜結晶の微細構造を解析しながら目的の部位での極性判定を行う手段の確立を目指したものである.解析技法としては、特性X線強度が解析条件に伴って変化する現象を利用したTEM-EDS法と、試料上に電子線を収斂させて得られる回折ディスクの強度プロフィルから判定するCBED法を採用した.種々のIII-V、II-VI族結晶について検証した結果、2種の元素の原子散乱因子が近い結晶ではTEM-EDS法が、はなれている結晶ではCBED法が有利であることが確認された.とくに、GaNではTEM-EDS法でも可能ではあるが、窒素の特性X線エネルギーが低いため、かなり精度良く測定する必要がある.CBED法では容易に判別できることが確かめられた.TEM-EDS法では、入射電子線方向を振りながら構成元素GaNであればガリウムと窒素)のX線強度を測定すると、その比の変化から極性を判定することができる.本研究の年限では、種々の結晶についてTEM-EDS法による極性判定基準を決めることができた.

透過型電子顕微鏡の電子回路をわずかに改善することにより、試料の特定領域を走査させながら自動的に計測するで薄膜材料での極性を2次元的にマッピングすることが可能となる.
大規模で非定常な時系列・時空間データのモデル化とその推定・検定・予測法の研究

非定常な構造をもつ大規模な時空間系列を研究対象として、そのモデル化とその推定・検定・予測法を提案し、実データを使って実証研究を行った。本研究では時空間相関を時間相関と空間相関の積で与えられるセパラブルモデルを用い、空間相関にはContinuous Autoregressive Moving Average (CARMA)モデルを、時間相関にはARMAモデルをあてはめる時空間モデルを開発した。そしてアメリカ大陸6000地点で月次で観測される降雨量のデータに応用し、大規模データに対応する高速なパラメータ推定法、時空間相関のセパラビリティの検定、大規模データに対応する高速な予測法を提案した。東北大学大教育学研究科大会議室において平成25年12月4日(木)から6日(土)までシンポジウム「大規模で非定常な時系列・時空間データのモデル化とその推定・検定・予測法の研究」を開催した。2名の外国人ゲストスピーカーおよび18名の日本人講演者が出席して、時空間データの統計分析について、発表・議論を行った。特に、ランダムな位置で観測される空間データの時系列に対してwaveletによる直交化によるモデル化を行ったプレゼンテーションに対し、有益な議論を行うことができた。その発表では、Haar waveletを使って直交基底を構成し、ランダムな位置で観測される空間データをその直交基底によって表現するwaveletモデルを提案した。さらに状態空間モデルによって時空間モデルに拡張して時空間wavelet ARモデルを構成し、Whittle法によるパラメータ推定法を提案した。全米9000地点にわたる8月の降雨量を記録した時空間データにあてはめ応用研究をおこなった。その結果、北アメリカの東部と西部で8月降雨量には時系列相関に差があり、西部の方が高い自己相関を持つことがわかった。出席者より、直交化の方法としてwavelet以外にも、Kahunen Loeveによる方法や主成分分析による直交化の可能性も示唆された。また、Haar waveletにかえて連続なwaveletを用いることで滑らかな関数形によるwaveletモデルの可能性も検討された。以上、時空間データの新しい統計分析に向かって有意義な議論を展開することができた。The 3rd Institute of Mathematical Statistics Asia Pacific Rim Meeting in Taipei, June 2014に出席し,Topic Contributed Session: New Attempts for Spatio Temporal Data Analysisを企画・運営・発表を行った。本グループより4名のメンバーがプレゼンテーションを行い、時空間データ分析の研究者と新しい時空間モデル分析について議論を行った。その結果,新しい研究の方向性について次の問題点を明かにした.すなわち,1)我々の提案したwavelet modelに対して既存の有力な方法であるliftingとよばれる方法によっても分析できるとの指摘を受けて,wavelet modelとliftingの比較研究の必要性, 2)大規模データに対して通常のモンテカルロ法によるベイズ推定では時間がかかりすぎて大規模な時空間データには応用できない.モンテカルロ法によるベイズ推定を高速化する必要性,3)連続時間時系列モデルであるCARMAモデルを空間データに拡張しさらに時空間データに応用する可能性,最後に4)ファイナンス時系列で重要な変数であるボラティリティは空間・時空間データではほとんど考慮されていないが,時空間ボラティリティを分析する必要性と時空間GARCHモデルの有効性の検討とその提案,以上4点である.両会議における成果発表と意見交換により、大規模で非定常な時空間データのモデル化を進める2点の重要な成果をあげることができた。まず1点は、非定常性を表現するための既存にはない新しいモデルの構築法を空間非定常性の表現に応用することができたことである。次に、非定常モデルを推定するために、従来の最尤推定にとどまらず、パラメータに事前分布を導入してベイズMCMC法による推定を開発し同定できる時空間モデルの範囲を大きく広げることができたことである。以上の2点の成果により、大規模非定常性な時空間データのモデル化を大きく発展させることができた。空間非定常性をモデル化することに成功し、標本数が数万を超えると想定される大規模なデータに対して応用可能な推定方法をベイズMCMC法によって考案することができたからである。大規模空間データの分析を目的に時系列CARMAモデルの空間拡張を行った。空間CARMAモデルの構築を完了し、その相関構造を数学的に表現することに成功した。さらにパラメータをベイジアンMCMC法を用いて推定することを提案した。東京地価データに空間CARMAモデルを適用し、パラメータ推定とkrigingとよばれるスムージングを実行した。その結果、東京中心部と周辺部では地価の変動に違いがあり、中心部では地価にスパイクがしばしばみられ周辺部にくらべてラフな構造をもっていることを明らかにした。以上の結果を発表し共同研究者と議論を行うために、2016年12月2日に東北大学においてシンポジウムを開催した。そこに時系列CARMAモデルの提唱者であるPeterBrockwell教授を招待して時系列CARMAモデルの歴史と発展について講演をしていただいた。空間CARMAモデルの理論と地価データへの応用について研究代表者(松田)が発表を行い、Brockwell教授とパラメータ推定量の漸近理論について議論を行った。

そしてアメリカ大陸6000地点で月次で観測される降雨量のデータに応用し、大規模データに対応する高速なパラメータ推定法、時空間相関のセパラビリティの検定、大規模データに対応する高速な予測法を提案した。初年度にコンフェランス開催,2年目に台北での国際会議に出席してひとつのセッションを主催する研究成果をあげていると考えている.また,上記の会議に招待した研究者とは引き続き共同研究を継続し,論文にまとめつつあることからおおむね順調と考えている。現在までで構築した非定常時空間モデルとその推定方法を大規模なデータに応用して実証研究を行うことが今後の主要な研究推進方策である。具体的には北米大陸全体の降雨量を記録している時空間データに本研究で開発した時空間モデルを応用し、特に空間非定常性を検出すること、北米大陸降雨量の空間トレンドを推定すること、の2点を実行し、降雨量の観点から自然環境問題の現状と対策を分析していく。28年度が最終年度であるため、記入しない。時系列解析、時空間統計学連続時間時系列モデルを平面へさらに一般次元へ拡張した時空間モデルを提案し、その推定法、地価データへの応用を実行する.27年度にはP. M. Robinson教授(ロンドン・スクール・オブ・エコノミクス)を招待して,パラメータ推定量の一致性について共同研究を行う.ランダムに位置する時空間データについて、モデル化とパラメータ推定法の構築に成功し、全米降雨量データに対して説得力のある応用研究を行えた。また、国際シンポジウムも予定通り順調にすすめた。共同研究者の一人である矢島美寛氏を平成28年度より東北大学大学院経済学研究科客員教授として東北大学に招聘し、共同研究をじっこうするための費用とするため。The 3rd IMSAPRMにメンバー4名が出席する旅費・滞在費が見込みよりおさえられたため.矢島美寛氏の旅費・宿泊費・謝金として計上する。今後は提案した時空間wavelet ARモデルのパラメータ推定量の漸近的性質、標本特性を明らかにする。さらに時空間データの観測値が単変量から多変量になった場合に、wavelet ARモデルを多変量時空間モデルに拡張したい。次年度にPM Robinson教授を東北大学に招待する費用に用いる.28年度が最終年度であるため、記入しない。東北大学経済学研究科において開催した国際会議を開催するにあたり、基盤研究(A)25245054(代表照井伸彦)および東北大学重点戦略支援プログラム「東アジア長期持続的成長の経済システム科学研究拠点の形成と展開」より援助を得ることができたため。
金属－炭素配位子間の空軌道拡張による有機典型金属触媒の精密自在制御法の確立

金属と炭素配位子間の空軌道の相互作用により触媒機能を精密かつ自在に制御可能な有機典型金属触媒の合成を目標にPheo-およびPhebox配位子を有するアルミニウムおよびガリウム、インジウム錯体の合成を行った。金属と炭素配位子間の空軌道の相互作用により触媒機能を精密かつ自在に制御可能な有機典型金属触媒の合成を行う。炭素配位子として芳香環骨格を採用することで、効果的に金属上の空軌道が拡張される。この拡張した空軌道によって、ソフトなルイス酸性およびπ酸性が向上する。さらに、空軌道が相互作用しているために、炭素配位子上の置換基効果が鋭敏にルイス酸性に反映されるために、触媒能の精密自在制御が可能となる。元素戦略の観点から、希少な遷移金属に代わり、豊富な典型金属の活用は急務の課題であり、典型金属触媒の新奇触媒機能開発の意義は大きい。アルミニウム錯体に関しては、アルミニウム上のカウンターアニオンを変化させることでルイス酸性を変化させることが可能であった。このルイス酸性を制御できる有機アルミニウム錯体を触媒として用いることで、向山アルドール反応、アルデヒドのヒドロホウ素化反応を達成した。また、競争的ヘテロディールズアルダー反応において、通常の塩化アルミニウムとは異なる基質選択性をPheboxアルミニウム触が示すことを見出した。また、ガリウム錯体やインジウム錯体もルイス酸性を示し、いくつかの反応に触媒活性を示すことも判明した。このような背景の中、新規有機アルミニウム触媒の開発を行った。コンセプトである「金属と炭素配位子間の空軌道の拡張による触媒能の向上」と「分子内配位による有機典型金属の安定化」を具現化するモデル錯体を合成し、基本的な物性評価・機能評価を行った。母骨格としてはベンゼン環を選択することにより、金属と炭素配位子の空軌道相互作用により拡張した空軌道(LUMO)を発現させた。また、分子内配位子としてオキサゾリン骨格を採用した。これらの分子内配位子は種々の置換基を有するものが合成容易であり、不斉補助基への展開も容易である。さらに第二段階に向けて、官能基許容性の広い合成経路を確立しておく。予備実験にて、ガリウムのモデル錯体の合成に成功しており、さらにガリウム錯体に関しては、ケトンの向山アルドール反応を促進するルイス酸性を有していることが判明した。当初の予定通りの有機アルミニウム化合物の合成に成功し、触媒活性の評価も行えた。金属と炭素配位子間の空軌道の相互作用により触媒機能を精密かつ自在に制御可能な有機典型金属化合物の合成検討と機能評価を行った。そして、実際にPheox配位子もしくはPhebox配位子を有するアルミニウム、ガリウム、インジウム錯体の合成に成功した。アルミニウム錯体に関しては、触媒活性の重要な性質となるルイス酸性を評価することで、Pheox配位子およびPhebox配位子がルイス酸性に与える影響やアルミニウム上のカウンターアニオンの影響を明らかとした。また、合成したアルミニウム錯体はルイス酸触媒として機能をすることを見出し、向山アルドール反応や細見櫻井反応の有効な触媒となることも証明した。また、ガリウム錯体およびインジウム錯体に関しては不斉なPheox錯体とPhebox錯体の合成にも成功した。これらの不斉ガリウム錯体と不斉インジウム錯体をエナンチオ選択的反応へと適用した。この検討の中で、不斉Phebox錯体がアルデヒドとダニシェフスキージエンとによるエナンチオ選択的ヘテロディールズアルダー反応を促進することを見出した。Phebox錯体の不斉オキサゾリン部位の置換基がエナンチオ選択制に大きな影響があることが判明した。今後は、オキサゾリン部位をイミダゾリン部位に変えた錯体の合成を行い、高エナンチオ選択的反応の達成を目指す。また、Pheox錯体に関しては、分子内にルイス塩基部位を配置することで分子内ルイス酸ルイス塩基触媒として機能することを見出し、イソシアネートの活性化を達成した。当初の予定通り、アルミニウム錯体の合成にも成功し、触媒活性の評価も達成した。

元素戦略の観点から、希少な遷移金属に代わり、豊富な典型金属の活用は急務の課題であり、典型金属触媒の新奇触媒機能開発の意義は大きい。アルミニウム錯体に関しては、アルミニウム上のカウンターアニオンを変化させることでルイス酸性を変化させることが可能であった。このルイス酸性を制御できる有機アルミニウム錯体を触媒として用いることで、向山アルドール反応、アルデヒドのヒドロホウ素化反応を達成した。また、競争的ヘテロディールズアルダー反応において、通常の塩化アルミニウムとは異なる基質選択性をPheboxアルミニウム触が示すことを見出した。また、ガリウム錯体やインジウム錯体もルイス酸性を示し、いくつかの反応に触媒活性を示すことも判明した。合成した有機アルミニウム触媒を用いた新規有機合成反応の開発を目指す