hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
物質デザインへの展開のための量子多成分系分子理論の高度化

これまで我々は、従来の第一原理計算だけでは直接取込むことのできない、水素原子核やミューオン、陽電子の量子揺らぎも含めた量子多成分系分子理論を展開してきた。具体的には、分子軌道(MO)法や、量子モンテカルロ(QMC)法、さらには密度汎関数(DFT)法に基づく手法と、経路積分法に基づいた、量子多成分系分子理論手法である。その中でも本年度は、主に以下の項目を実施した。1.量子多成分系分子理論の高度化:(1A)大規模系への拡張ため、経路積分法にDFTB法をより効率的に実装し、計算コストを抑えた。(1C)並列化への実装を行い、具体的に東工大TSUBAMEおよび九州大学計算機センターで計算を実施した。2.物質デザインへの展開:(2A)ミューオンの量子効果も含めた精密計算を実現し、エチレン分子にミューオンが吸着した化合物の構造やμSRにおける超微細結合定数を定量的に求めることに成功した。(2B)低障壁水素結合たんぱく質のモデル化合物に関する計算を実施し、核の量子効果の重要性を提唱した。(2C)炭素材料への水素吸着・吸蔵機構の解析として、ゼオライト鋳型炭素への水素吸着計算を実施した。26年度が最終年度であるため、記入しない。1.量子多成分系分子理論の高度化: (1A)大規模系を計算するために、経路積分法に半経験的分子軌道法をより効率的に実装することに成功し、今まで以上に計算コストを抑えることができた。(1B)非平衡状態を解析するために、ダイナミクスへの拡張ルーチンを新たに加えている。(1C)ハイブリッド並列への実装を行っている。2.物質デザインへの展開:(2A)ミューオンの量子効果も含めた精密計算を実現し、ミューオン化合物の構造やμSRにおける超微細結合定数を定量的に求めることに成功した。(2B)ホルムアルデヒド分子の陽電子親和力を精密に予測することを目的とし、現在最も高精度な第一原理法の一つである量子モンテカルロ法を用い平衡構造における陽電子親和力を最高精度で算定し、さらに分子振動効果の陽電子親和力に対する影響を理論的に解析した。その結果、平衡構造における電子状態の高精度解析から、ホルムアルデヒド分子はその平衡構造において+25(3) meVのPAをもちうることが明らかとなった。また、分子振動を考慮したPAの解析から、各振動モードの励起が異なるPAの変化を生じさせること、特に、C=O伸縮振動の励起によって大きくPAが増大することを見出した。本研究より、VFRで観測されるホルムアルデヒド分子のPAは30.69(3) meVであると予測される。プログラムの改良により、具体的計算結果を得ることができた。またその成果をいくつかの論文も報告することもできたので、当初の計画以上に進展している。今まで以上にプログラムを洗練させるとともに、さらなる応用計算を実施してきいたい。
炎症性腸疾患とIL-16の関連について(蛋白および遺伝子レベルの解析)

【背景】IL-16は、CD8+T細胞や肥満細胞などから産生され、CD4+T細胞の遊走を促すサイトカインで、気管支喘息などのCD4+T細胞が増加する疾患において、病態との関連が注目されている。最近、IL-16は単球/マクロファージや好酸球などの遊走作用も有することが明らかとなった。炎症性腸疾患(IBD)の粘膜局所では活性化されたCD4+T細胞、マクロファージ、好酸球などの浸潤が特徴的で、本症の病態にIL-16が深く関与している可能性がある。実際、実験腸炎への抗IL-16抗体の投与により、炎症が軽減することが報告されている。しかし、IBD患者でのIL-16の役割についての報告はみられない。【方法】潰瘍性大腸炎(UC)30例、クローン病(CD)8例、正常対照12例で、大腸粘膜抽出液中のIL-16濃度をELISAで測定した。さらに、大腸組織でのIL-16陽性細胞とCD4+T細胞、CD8+T細胞、肥満細胞との関連について、レーザー顕微鏡を用いた蛍光免疫二重染色で観察した。【結果】活動期IBDの粘膜局所のIL-16濃度は、正常対照に比較して有意に上昇していた(UC45.0ng/mg,CD8.1,正常対照1.7)。また、非病変部粘膜のIL-16濃度は、病変部粘膜より低値、正常対照より高値であった。免疫染色による検討では、病変部組織でのIL-16陽性細胞数が増加し、そのIL-16陽性細胞の多くはCD8+T細胞であった。IL-16陽性細胞数とCD4+T細胞数には、相関関係が認められた。【結論】IBDの病変部粘膜ではIL-16の上昇がみられ、その産生細胞の主体はCD8+T細胞であった。IL-16は、CD4+T細胞数の粘膜浸潤を促し、IBDの病態形成に重要な役割を担っていることが示唆された。【目的】IL-16は、CD8+T細胞や肥満細胞などから産生され、CD4+T細胞の遊走を促すサイトカインで、気管支喘息などのCD4+T細胞が増加する疾患において、病態との関連が注目されている。【成績】活動期IBDの粘膜局所のIL-16濃度は、正常対照に比較して有意に上昇していた(UC45.0ng/mg,CD8.1,正常対照1.7)。また、非病変部粘膜のIL-

16濃度は、病変部粘膜より低値、正常対照より高値であった。免疫染色による検討では、病変部組織でのIL-16陽性細胞数が増加し、そのIL-16陽性細胞の多くはCD8+T細胞であった。IL-16陽性細胞数とCD4+T細胞数には、相関関係が認められた。【結論】IBDの病変部粘膜ではIL-16の上昇がみられ、その産生細胞の主体はCD8+T細胞であった。IL-16は、CD4+T細胞数の粘膜浸潤を促し、IBDの病態形成に重要な役割を担っていることが示唆された。
脊髄におけるプロスタグランジンF合成酵素I荘型とII型の局在の違いとその生理的意義

本研究の目的は、脊髄におけるプロスタグランジン(PG)F合成酵素PGFSIとPGFSIIの生理的意義を、生体内での酵素連関や受容体との関係を探ることにより解明することである。平成16年度の研究成果から、PGFS Iが神経細胞体と樹状突起においてPGF_<2α>受容体FPと共存すること。一方のPGF IIは神経要素とは異なる中心管周囲の上衣細胞とタニサイトに局在し、受容体との共存関係を示さないことが明らかとなった。このように、脊髄神経細胞においては、PGFS Iが生合成するPGF_<2α>がオートクライン反応で作用していることが考えられた。そこで、本年度は、ラットの脊髄損傷モデルを用いて、損傷後の神経の変性や再生過程におけるPGFS IとFPの発現動態について、生化学的、形態学的に解析を行った。ウエスタンブロットやRT-PCRで蛋白質あるいはmRNAレベルの発現量の変化を調べたところ、神経変性の指標として用いた細胞骨格要素であるmicrotubule-associated protein(MAP)2の発現量の変化よりも非常に早い段階でPGFS Iの発現は低下し、一方のFPの発現は上昇した。PGFS IとFPの反対の相関関係は、ネガティブフィードバックの効果によるものかもしれず、この点については、現在検討を行っている。さらに、免疫組織化学的な解析からも、生化学的なデータを裏付ける所見が得られた。形態学的には、損傷後の影響は灰白質において顕著に観察され、PGFS IとFP陽性の神経樹状突起の伸展が著しく低下していた。このように、脊髄の神経変性において、PGFS IあるいはFPが関与することが示唆された。その詳細を明らかにするために行った脊髄神経細胞の初代培養系や脊髄損傷モデルにおいて、PGF_<2α>やアンタゴニストの添加による影響についても所見を得ている。本酵素はPGH_2とPGD_2を親和性の高い基質とし、PGFSIIの方がよりPGD_2に対する親和性が高い。また、これ以外にもステロイドを基質にする可能性がある。脊髄においては、PGFSIとIIは異なる局在性を示す。すなわち、PGFSIは脊髄灰白質の神経細胞体と樹状突起に、PGFS IIは中心管周囲の上衣細胞とタニサイトに存在し、血管内皮細胞には両酵素とも存在する。以上の結果をふまえて行った平成16年度の研究実施内容を次に記す。1.正常脊髄における各酵素と受容体の発現を調べるために、RT-PCR、ウエスタンブロット、酵素活性測定を行った。PG関連ではPGF_<2α>受容体(FP)、シクロオキシゲナーゼ-1、リポカリン型PGD合成酵素(L-PGDS)などの発現が確認された。また、ステロイド代謝系で基質を供給する5α還元酵素(5αR)-1も発現していた。2.各酵素や受容体と各種マーカーに対する抗体を用いて、免疫組織化学的に解析した。受容体FPは灰白質の神経細胞体と樹状突起に発現しており、連続切片でPGFSIとFPの共存が確認された。しかしながら、他の細胞系ではFPの陽性反応が認められなかった。L-PGDSや5αR-1は、いずれもPGFSとの共存は認められなかった。以上の結果より、神経細胞体と樹状突起に存在するPGFS Iは主としてPGF_<2α>を合成し、PGF_<2α>はオートクライン反応でFPに結合することが考えられる。一方、上衣細胞やタニサイトに存在するPGFS IIは中心管腔を満たす脳脊髄液中に豊富に存在するPGD_2を基質として9α,11β-PGF_2の合成に役割を担っているのかもしれない。

その詳細を明らかにするために行った脊髄神経細胞の初代培養系や脊髄損傷モデルにおいて、PGF_<2α>やアンタゴニストの添加による影響についても所見を得ている。
成人先天性心疾患患者の就労と社会保障制度利用状況に関する包括的研究

平成30年度は、共同して研究を実施している厚生労働科学研究費研究班とともに、患者会が実施した会員対象の質問紙調査の分析を行った。18歳から65歳の先天性心疾患患者371名について分析した結果、299名(61%)が就労していること、就労者のうち、一般枠と障害者雇用枠での採用者がほぼ同数であることが示された。一方で、職場で上司や同僚に自身の疾患について説明している者は、障害者枠での採用者においても35割程度に限られることが示された。これらの結果から、障害者雇用枠で採用されていても一般枠と変わらない業務に従事している患者がいる可能性、病状を理解したうえで職場に適切に病気に関する説明をし必要な配慮を得る方法に関する研究の必要性が示唆された。さらに、厚生労働科学研究費研究班と合同で、従業員50名以上の企業採用担当者3354名を対象とした質問紙調査を行った。質問紙では、先天性心疾患と小児がん患者の2事例を提示し、各疾患の認知度、雇用可能性などについて尋ねた。質問紙に回答した1113名のうち、先天性心疾患を「知らない」と回答した者は272名(24%)、「名前だけ知っている」57%であり、小児がんの各8%、73%に比べて、認知度が低い結果であった。雇用可能性については、正規社員(障害者枠)で雇用可能と回答したものが300名(27%)であり、正規社員(一般枠)で雇用可能と回答した234名(21%)に比べて低かった。雇用にあたり知りたいこととして最も多くの対象者が選択したのは「どのような配慮が必要か」806名(72%)であった。この結果から、先天性心疾患の認知度は低く、病状、必要な配慮については患者本人や家族、医療者からの説明が不可欠であること、障害者手帳の取得が重要であることが改めて示唆された。平成27年度は今後予定している質的・量的研究の具体的な研究計画策定のために、まず、研究者が過去に実施した調査から本研究に関連したデータを抽出し、再分析を行った。対象は患者会に所属する20歳以上の会員373名で、年齢の中央値は28歳(範囲:20-78)であった。就労意欲が「とてもある」または「まあある」と回答したのは313名(83.9%)で、このうち、実際に就労していたのは211名(67.7%)であった。就労者の3割以上が就労に際して、「休暇を取得しやすい環境」「職務内容の調整(力仕事の回避など)」「医療面への配慮(通院・服薬管理など)」を希望していた。就労意欲はあるが現在就労していない者(退職者を含む)を対象とした、就労していない理由に関する自由記述では、「職場の理解が得られなかった」といった先行研究でも指摘されている問題に加え、「採用時、障害者であることを伝えていなかった」「障害者雇用枠で入社せず、一般雇用で入社してしまった」といった入職時の問題、「契約満期で雇い止めとなった」といった雇用形態に伴う問題が指摘されていた。さらに、「病状・体力にあった仕事が何かわからない」との指摘も見られた。本分析から、就労者に対しては、業務内容調整や通院休暇を取得しやすい環境の保証、就労希望の者に対しては職場探しから入職時の留意点までを包括的に支援できる体制整備が必要と考えられた。次に、成人先天性心疾患患者の就労に関する上記の分析結果に加え、関連文献レビューを行ったうえで、研究に協力する小児科医、心臓血管外科医、看護師計6名で協議し、現在の就労支援体制に関する問題点を抽出した。その結果、上記の分析結果に加え、就職時に影響力の大きい障害者手帳の認定手続き上の問題、障害者手帳取得に伴う就労支援と難病に対する就労支援との兼ね合い、就労支援と障害年金の相互の位置付けの整理が課題として抽出された。本年度予定していた患者、家族、医師、看護師、心理士、福祉専門職を対象とした面接調査は実施できていないが、既存データの再分析と医療専門職者からの意見聴取により、成人先天性心疾患患者の就労と社会保障利用に関する問題点を整理することができたため、研究プロセスは概ね順調に進展していると言える。平成28年度は、実施を予定している患者と家族、および企業関係者を対象とした先天性心疾患患者の就労と社会保障制度利用に関する実態調査の実施に向けたフィールド調整と倫理申請準備を行った。調査票、面接ガイド、フィールド調整は終了しており、次年度、倫理申請と研究実施を予定している。また、実態調査と並行して、雇用上の実際的な課題解決に向けた試みとして、患者と家族、および医療者を対象とした教育ツールの開発を行った。まず、平成27年度に実施した既存データの再分析から、先天性心疾患患者の就職・就業継続時の問題として、「職場の理解が得られなかった」「採用時、障害者であることを伝えていなかった」という疾患開示と職場環境調整があることが明らかとなったため、研究に協力する患者本人と小児心臓血管外科医と協議の上、先天性心疾患患者の職場での疾患開示、およびその前提となる患者本人による疾患理解を促すための動画教材を作成した。

移行期医療の観点から、疾患理解と疾患開示は就職前後にはじめるのではなく、小児期に担当医師や学校教員、友人などに対して行うことからはじめることが重要と考えられたため、動画のテーマは、「小学校低学年における疾患の伝え方」「小学校高学年における疾患の伝え方」「中学校進学時の疾患の伝え方」「就職前後の疾患の伝え方」の年代別とした。さらに、先天性心疾患患者の社会保障制度利用の円滑化を目的に、患者団体、循環器内科医、心臓血管外科医と協議し、各制度の利用条件や手続き、利用時の患者側・医療者側の留意点をまとめたフローチャートを作成した。当該資料は今後、学会およびウェブ上で公開予定である。次年度以降、作成した動画教材、およびフローチャートの有用性について検討する予定である。実態調査の実施には至っていないものの準備は進んでおり、また、課題解決に向けた教育ツールも開発されていることから、プロセスは概ね順調に進んでいると言える。平成29年度は、平成28年度に引き続き研究に協力する患者本人と小児心臓血管外科医と協議の上、先天性心疾患患者の職場での疾患開示、およびその前提となる患者本人による疾患理解を促すための動画教材を計10本作成し、ウェブにて公開を行った。また、その内容を関連学会およびセミナーで報告した。実施を予定していた患者と家族、および企業関係者を対象とした先天性心疾患患者の就労と社会保障制度利用に関する実態調査については、小児慢性特定疾病児童等自立支援事業の開始、移行期医療センターの新設といった社会情勢の変化に伴い、研究分担者等として参加している厚生労働科学研究費補助金事業における調査結果および情報共有結果を踏まえ、調査計画と調査票の一部修正を行った。このため、予定より1年遅れて平成31年度に倫理申請と研究実施を予定している。平成27年度から平成29年度にかけて指定難病の対象疾患の見直しが行われ、先天性心疾患の多くが含まれるようになった。また、小児慢性特定疾病児童等自立支援事業の開始、移行期医療センターの新設といった社会情勢の変化これに伴い先天性心疾患患者が利用できる社会保障制度の範囲が変更となり、本研究で実施する質問紙調査の内容の変更が必要となった。平成30年度は、共同して研究を実施している厚生労働科学研究費研究班とともに、患者会が実施した会員対象の質問紙調査の分析を行った。18歳から65歳の先天性心疾患患者371名について分析した結果、299名(61%)が就労していること、就労者のうち、一般枠と障害者雇用枠での採用者がほぼ同数であることが示された。一方で、職場で上司や同僚に自身の疾患について説明している者は、障害者枠での採用者においても35割程度に限られることが示された。これらの結果から、障害者雇用枠で採用されていても一般枠と変わらない業務に従事している患者がいる可能性、病状を理解したうえで職場に適切に病気に関する説明をし必要な配慮を得る方法に関する研究の必要性が示唆された。さらに、厚生労働科学研究費研究班と合同で、従業員50名以上の企業採用担当者3354名を対象とした質問紙調査を行った。質問紙では、先天性心疾患と小児がん患者の2事例を提示し、各疾患の認知度、雇用可能性などについて尋ねた。質問紙に回答した1113名のうち、先天性心疾患を「知らない」と回答した者は272名(24%)、「名前だけ知っている」57%であり、小児がんの各8%、73%に比べて、認知度が低い結果であった。雇用可能性については、正規社員(障害者枠)で雇用可能と回答したものが300名(27%)であり、正規社員(一般枠)で雇用可能と回答した234名(21%)に比べて低かった。雇用にあたり知りたいこととして最も多くの対象者が選択したのは「どのような配慮が必要か」806名(72%)であった。
ベスト・ワースト・スケーリングによる環境評価の手法開発と生態系の価値評価への適用

本研究では、海洋生態系保全政策に対する人々の支払意志額(WTP)を、ベスト・ワースト・スケーリング(BWS)により推計した。その結果、人々は、漁獲量を増やすことやレクリエーションが楽しめる場所を増やすこと以上に、絶滅のおそれがある生きものを救うことに高い価値を見出していることが明らかとなった。また、EMアルゴリズムを用いた潜在クラスモデルによる推計の結果、レクリエーションが楽しめる場所を増やすことに対する評価は、個人間で大きく異なることが明らかとなった。さらに、選択型実験や仮想ランキングとの比較より、BWSは他の質問形式と同様にWTP評価手法として有効であることが示された。本研究は、海域の生態系サービスの価値評価において、ベスト・ワースト・スケーリング(BWS)の支払意志額(WTP)推計手法としての性能を仮想ランキング(CR)や選択実験(CR)との比較で明らかにするとともに、信頼性向上のための改良を図ることを目的としている。平成26年度は、海域の生物多様性保全に関する現状の把握、BWSに関する先行研究のレビュー、推定方法の検討、調査票の作成等を行った。海域の生物多様性保全に関しては、愛知目標を受けて議論が行われている「海洋保護区」の制度を中心に現状の把握を行った。次に、図書・論文等に基づき、BWSに関する先行研究のレビューを行い、最新の研究動向について情報を収集した。推定方法の検討としては、BWSの分析に適用可能な各種の推定方法を比較し、特にmax-diff modelとexploded logit modelについて詳しく検討を行った。調査票の作成については、先行研究のレビューの結果を踏まえて行った。先行研究のレビューの結果、BWSについては、最も望ましいもの(best)と最も望ましくないもの(worst)に加えて、2番目に望ましいもの(second-best)を尋ねる形式に関する研究が行われていることが明らかとなったため、本研究でもこの形式を扱うことにした。また、CRについては、すべての選択肢を順序づけるフルランキング形式だけでなく、上位数個の選択肢を順序づける部分ランキング形式も多くの研究で用いられているため、本研究における比較に含めることが有益であると判断した。そこで、本研究では、CE、CR(フルランキング形式)、CR(部分ランキング形式)、BWS(ベスト・ワースト形式)、BWS(ベスト・ワースト・セカンドベスト形式)の5種類を比較することにした。平成27年度は、この調査票を用いたアンケート調査を行う予定である。本研究は、海域の生態系サービスの価値評価において、ベスト・ワースト・スケーリング(BWS)の支払意志額(WTP)推計手法としての性能を仮想ランキングや選択実験との比較で明らかにするとともに、信頼性向上のための改良を図ることを目的としている。平成26年度には、海域の生物多様性保全に関する現状の把握、BWSに関する先行研究のレビュー、推定方法の検討、調査票の作成等を行った。平成27年度には、平成26年度に作成した調査票を用いてアンケート調査を行った。アンケート調査では、選択実験、すべての選択肢を順位づける形式の仮想ランキング(フルランキング)、上位2位までを順位づける形式の仮想ランキング(部分ランキング)、最も望ましいもの(ベスト)と最も望ましくないもの(ワースト)を選択するBWS、最も望ましいもの(ベスト)と最も望ましくないもの(ワースト)に加えて2番目に望ましいもの(セカンドベスト)を選択するBWSの計5種類の質問形式で、海域の生態系サービスに対する選好を調べた。分析の結果、人々は海域の生態系保全に高い価値を見出していることが明らかとなった。また、質問形式間の比較より、BWSは他の質問形式と同様にWTP評価手法として有効であることが示された。推定方法に関しては、ランダムパラメータモデルや潜在クラスモデルによりBWSのデータを分析する方法を開発した。潜在クラスモデルでは、クラス数が増えても安定的にパラメータが推定できるようEMアルゴリズムを用いた。これらの手法を用いた分析の結果、海域の生態系サービスに対する一般市民の評価は多様であることが明らかとなった。特に、海域の漁業資源を提供する役割や生態系保全の役割と比較して、レクリエーションの場としての役割に対する評価は個人間で大きく異なることが明らかとなった。平成26年度に実施予定であった海域の生物多様性保全に関する現状の把握、BWSに関する先行研究のレビュー、推定方法の検討、調査票の作成が予定通り完了したので、概ね計画通りに研究を実施していると言える。環境経済学平成27年度は、平成26年度に作成した調査票を用いて、アンケート調査を実施する予定である。調査は4月上旬に実施することが確定している。本調査の内容をより充実させるために調査票のバージョン数を増加させたが、予算の制約から、代わりにプレテストの実施を取りやめた。その結果、調査会社との契約の時期がプレテストの実施を予定していた平成26年から本調査を実施する平成27年度(平成27年4月)に変更になったため、アンケート調査の予算を次年度使用することになった。なお、本調査の実施時期は当初の計画通りであり、研究スケジュールに変更は生じない。
低硝酸態窒素土壌における野菜の窒素獲得様式について

土壌の硝酸態窒素レベルを低く維持しながら野菜の生育を促進する方法として,雑草を地際で刈って畝上に敷く,'雑草の残渣マルチ'と,雑草をトマトの草丈の半分を超えない範囲で生育させる'雑草のリビングマルチ'の2種類の雑草管理を組み合わせた'雑草マルチ'が有効であるかどうかを調査した。雑草マルチは,残渣マルチの厚みを大きくした場合,窒素施肥と組み合わせることによって,茎葉乾物重と果実収量を増加させたが,無施肥では効果を及ぼさなかった。土壌微生物のよく繁殖した土壌では、微生物による窒素の可給化が活発であるだけでなく、その窒素源として重要な微生物バイオマス窒素も豊富に存在するため、硝酸態窒素レベルが低くても、作物の生育が高く維持される可能性がある。そのことを確かめ、また土壌の微生物バイオマスを増加させるような栽培管理技術を明らかにするため、土壌微生物の繁殖を抑制すると考えられる除草(雑草を根こそぎ除去する雑草管理)や耕起に着目し、これらの管理の有無が、施肥および無施肥条件でトマトの収量に及ぼす影響の調査を開始した。本試験の初年度となる本年度は、圃場を全面耕起したため、施肥の有無と除草の有無を組み合わせた4処理24試験区でトマトを栽培した。病害虫発生の有無も、作物の生育状態を示す一要素として重要であるため、農薬は不使用とした。オオタバコガや黄化葉巻病などと見られる病害虫が全試験区で発生し、トマト果実の収量レベルは全体として極めて低かったが、施肥と除草の両方を行った処理区では、その他の処理区に比べて収量が高くなった。不耕起や草生栽培、減肥の研究は、これまで個別にはなされてきたものの、施肥、除草、耕起のいずれも行わない栽培や、これらの栽培管理の影響の相互作用についてはほとんど研究がなされていない。本試験では、雑草を一定レベルを超えない範囲で生育させる雑草管理は、耕起条件下で行った場合、少なくとも1シーズンでは、植物の生育にプラスの効果を与えなかった。不耕起条件下での同様の雑草管理の効果を、次年度以降に検討することが必要である。そこで、土壌の微生物バイオマスを増加させるような栽培管理技術を明らかにするため、従来の農法において土壌微生物の繁殖を抑制してきたと考えられる、除草(雑草を根こそぎ除去する雑草管理)や耕起に着目し、これらの管理の有無が、施肥および無施肥条件でトマトの生育や収量に及ぼす影響の調査を開始した。本試験では、特にこうした管理の影響を受けやすい根系について調査した。トマトの株を中心とした縦10cm、横30cm、深さ30cmの土壌を採取し、含まれるトマトの根を、直径2mm以下、2-5mm、5-10mm、>10mmのものに分類して、それぞれの太さの根が、土壌の表面から0-5cm、5-15cm、15-30cmの層にどれだけ分布するかを、除草や施肥の有無を組み合わせた4処理24試験区について調べた。ただし、直径2mm以下の根については、それ自身の、あるいはそれが繋がっていた、直径2mm以上の根の部分がどの層に分布していたかを調査した。施肥によって、直径5-10mmの根を除いたいずれの太さの根も、伸長が促進された。しかし、その効果の多くは表層5cmに限られており、5-15cmの層では一部の根でのみ伸長が促進され、15-30cmの層では促進されなかった。肥料は表層15cm部分にほぼ均一に撒かれているから、表層5cmで特に伸長が促進された原因は、肥料そのものではないと考えられた。施肥区の表層5cmで、一部の根の伸長が雑草の存在によって促進されていることも、根の伸長が肥料成分以外の何かによってもたらされていることを示唆している。一方、表層から5-15cmや15-30cmの層への根の伸長は、除草によって、特に無施肥下で促進された。土壌の表層5cmとそれより深い層がトマトの根系形成に及ぼす影響の違いについて、今後、より詳しく調べることが必要である。従来の農法において土壌微生物の繁殖を抑制してきたと考えられる雑草管理の方法を改めることによって,土壌の硝酸態窒素レベルが低くても作物の生育が高く維持されるかどうかを確かめるため,前年度は,雑草管理と窒素施肥の2要因がトマトの収量に及ぼす影響を調査した。本年度は,前年度の試験区をさらに2つに分割し,一方は栽培前に耕起をし,もう一方は不耕起を維持して,雑草管理,耕起,窒素施肥の3要因がトマトの収量に及ぼす影響を調査した。

前年度同様,2つの雑草管理のうち1つは,雑草を根ごと引き抜く通常の除草とし,もう1つは,雑草の草マルチ(雑草を地際で刈ってその場に敷く)およびリビングマルチ(トマトの草丈を超えない範囲で生育させる)を併用する管理方法としたが,本年度は,草マルチの厚さを,土壌表面が見えなくなる程度にまで厚くなるよう,試験区周辺の雑草も持ち込んで調節した。1年間の不耕起はトマトの収量に影響を及ぼさなかった。雑草でマルチをした区では,窒素施肥によって,茎葉乾物重と果実収量がともに増加したが,雑草マルチをしなかった区では,窒素施肥によって茎葉乾物重のみが増加し,果実収量は変化しなかった。また,雑草マルチは,窒素施肥区においては,茎葉乾物重,果実収量をともに増加させたが,無施肥区ではいずれも変化させることはなかった。本研究によって,雑草マルチは,茎葉の生育を促進する効果に対する果実の生育促進効果の比率が,窒素肥料より高いことが示唆され,窒素肥料より効率的に果実の生育を促進すると考えられた。しかし,その効果が発揮されるためには,少なくとも本研究の土壌条件や栽培条件においては,土壌にある程度の可給態窒素が補われる必要があることが示唆された。雑草マルチの効果をより高め,窒素施用量をより少なくするためには,雑草マルチを施す時期を早めるなどの改善策を検討することが必要である。種々の理由から、試験区に修正を加えるための全面耕起をしたため、微生物のよく繁殖する土壌環境を与える条件として、不耕起が試行されていない。また、低NO_3土壌で作物の良好な生育を可能にするメカニズムを知るために必要な、土壌分析の一部がやり残されている。24年度が最終年度であるため、記入しない。不耕起と雑草リビングマルチとの組み合わせが、低NO_3土壌における作物の良好な生育を可能にするのかどうかを明らかにする。また、その際使用する土壌を分析し、低NO3土壌における作物の窒素源として、また、有機態窒素の可給化を担うものとして、土壌微生物バイオマスが重要であるのかどうかを調査する。さらに、低NO_3土壌における作物の良好な生育を可能にするメカニズムの詳細を知るため、今年度の調査でトマトの根の伸長が著しかった表層5cmの土壌が、5cm以上の深さの土壌とどのような違いがあるのか、またそれぞれの層で根が生育した場合のトマトの地上部地下部の生育反応がどのようになるのかを調査する。
microRNAを用いた自己免疫性ぶどう膜炎の炎症制御と神経保護作用

microRNA (miRNA)は、20-25塩基からなるnon-coding RNAであり標的mRNAの発現を制御することで細胞増殖・発生・分化、アポトーシス、代謝など様々な生体反応を制御していることが知られている。以前に我々はぶどう膜炎とmiRNAとの関連について検討するため、実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)を用いてEAUの発症初期、炎症極期、消退期の眼局所におけるmiRNAの発現を網羅的に検討した。その結果、炎症極期においてmiRNA-223、142、146などのmiRNA発現が上昇、またはmiRNA-124を含めた特定のmiRNAの発現が低下していることを報告した(Watanabe et al.Br J Ophthalmol.2016)。平成30年度はEAUにおける全身のmiRNAの変動について検討するためEAU発症前(免疫後7日目)、炎症極期(14日目)、炎症消退期(21日目)における末梢血(血清)中のmiRNAの発現について解析した。その結果、抗原接種前に比較して、抗原接種後14日目のEAU炎症極期において3倍以上発現の上昇したmiRNAが7日目で98分子、14日目で19分子、21日目で9分子、1/3倍以下に低下したmiRNAが0分子、14日目で43分子、21日目で85分子であった。さらに免疫後14日目の眼局所で発現の上昇がみられたmiRNA-142、146、223がEAU発症前から血清中で発現の上昇を認めており、ぶどう膜炎の発症を予測するバイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。次年度はこれらのmiRNAが血液中の細胞から産生されているのかを検証するため末梢血中から単核球、およびリンパ節や脾臓からmiRNAを抽出し、血清中のmiRNAの発現との関連についてさらに検討を行う予定である。平成30年度は1)実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)の発症前、炎症極期、炎症消退期における末梢血(血清)中のmiRNAの発現の変動、2)マクロファージや抗原提示細胞に対して免疫抑制作用が報告されているmiRNA-124 (miRNA -124 mimics)を実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)の誘導期、および発症期に局所、または全身投与しEAUの抑制効果の有無の臨床的、病理組織学的な検討を予定した。1)についてはEAU発症前(免疫後7日目)、炎症極期(14日目)、炎症消退期(21日目)における末梢血(血清)中のmiRNAの発現について解析した結果、抗原接種前(免疫前)に比較して、抗原接種後14日目のEAU炎症極期において3倍以上発現の上昇したmiRNAが7日目で98分子、14日目で19分子、21日目で9分子、1/3倍以下に低下したmiRNAが0分子、14日目で43分子、21日目で85分子であった。さらに免疫後14日目の眼局所で発現の上昇がみられたmiRNA-142、146、223がEAU発症前から血清中で発現の上昇を認めており、EAUの発症前から抗炎症分子として作用するものが多数含まれており、miRNAを介したぶどう膜炎に対する炎症制御作用が全身的にも生じている可能性が考えられた。またEAUの炎症極期の眼局所で高発現しているmiRNAがEAU発症前の血清中で上昇していることから血清中のmiRNAが発症を予測するバイオマーカーとして有用である可能性があり、今後もさらに検討を進めていく予定である。2)については1)の実験に時間を要したため投与量や投与時期について調整中である。以上から中程度の目標達成度と考える。令和元年度の研究計画として平成30年度に続いて1)実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)の末梢血(血清)中におけるmiRNAの発現の解析、2)miRNAが血液中の細胞由来か、または抗原特異的なリンパ球由来かを検証するため末梢血中から単核球、およびリンパ節や脾臓からmiRNAを抽出し、血清中のmiRNAの発現との関連、3) miRNA-124 (miRNA -124 mimics)を用いたEAUの抑制作用、について検討を予定している。1)については、これまでの結果から実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)を誘導したラットの末梢血(血清)中のmiRNAの発現が無処置群に比較して、EAU発症前、EAU極期、EAU消退期で変動していることが確認された。今後はこれらの結果を踏まえ、発現の上昇、または低下したmiRNAが、血液中の単核球から発現しているのか、また抗原特異的なリンパ球由来なのかを検討するため各炎症の病期別に血液を採取し単核球を分離、small RNAを含めたRNAを抽出、miRNAの遺伝子発現について確認する。また抗原刺激したリンパ球と刺激をしていないリンパ球でmiRNAの発現に違いがみられるか検討する。2)についてはmiRNA-124(miRNA-124 mimi)をトランスフェクション試薬であるリポフェクトアミンと混合し、濃度調整する。対照群としてnon-specific miRNAを合成し、リポフェクトアミンと混合する。これらの試薬を抗原接種時、接種後7日目、14日目に硝子体内に注入し、EAUに対する炎症抑制効果について検討する。また摘出した網膜におけるIL-1、IL-6、TNF-a、MCP-1の発現をELISA法と定量PCR法で確認する。

またmiRNA-124の細胞内への導入を評価するため、Cy3標識miRNA mimicsを導入し、蛍光顕微鏡を用いて局在部位を確認する。microRNA (miRNA)は、20-25塩基からなるnon-coding RNAであり標的mRNAの発現を制御することで細胞増殖・発生・分化、アポトーシス、代謝など様々な生体反応を制御していることが知られている。以前に我々はぶどう膜炎とmiRNAとの関連について検討するため、実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)を用いてEAUの発症初期、炎症極期、消退期の眼局所におけるmiRNAの発現を網羅的に検討した。その結果、炎症極期においてmiRNA-223、142、146などのmiRNA発現が上昇、またはmiRNA-124を含めた特定のmiRNAの発現が低下していることを報告した(Watanabe et al.Br J Ophthalmol.100:425-31,2016)。今年度はEAUにおける全身のmiRNAの変動について検討するため炎症極期における末梢血(血清)中のmiRNAの発現について解析した。その結果、コントロール群(抗原接種前)に比較して、抗原接種後14日目のEAU炎症極期において2倍以上発現の上昇したmiRNAが38分子、0.5倍以下に低下したmiRNAが54分子認められた。10倍以上の発現の上昇を認めたmiRNAとしてmiRNA-708、208、615、1/10以下に発現が低下したmiRNAとしてmiRNA-297、377、680などを認めた。さらに眼局所で発現の上昇がみられたmiRNA-142、146、223が血清中でも発現上昇しており、ぶどう膜炎の活動性性を示すバイオマーカーとして有用である可能性が示唆された。次年度はこれらのmiRNAがどのような細胞から産生されているのかを検証するため末梢血中から単核球を採取、T細胞、B細胞、単球へと分離し、どの細胞分画においてmiRNAの発現が上昇、または低下しているのかさらに詳細な検討を行う予定である。平成29年度は1)実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)の炎症極期における末梢血(血清)中のmiRNAの発現の変動、2)マクロファージや抗原提示細胞に対して免疫抑制作用が報告されているmiRNA-124 (miRNA -124 mimics)を実験的自己免疫性ぶどう膜網膜炎(EAU)の誘導期、および発症期に局所、または全身投与しEAUの抑制効果の有無の臨床的、病理組織学的な検討を予定した。1)については抗原接種後14日目のEAU炎症極期に血清を採取し、microRNAcardを用いてmiRNAの発現について網羅的な検討を行った。その結果、2倍以上発現の上昇したmiRNAが38分子、0.5倍以下に低下したmiRNAが54分子認められた。10倍以上の発現の上昇を認めたmiRNAとしてmiRNA-708、208、615、139、194、1/10以下に発現が低下したmiRNAとしてmiRNA-297、377、680、375、10a、34などを認めた。さらに眼局所で発現の上昇がみられたmiRNA-142、146、223が血清中でも上昇していた。これらのmiRNAには血管平滑筋のストレス刺激に伴い上昇し、抗炎症分子として作用するものが多数含まれており、miRNAを介したぶどう膜炎に対する炎症制御作用が全身的にも生じている可能性が考えられた。また眼局所で高発現しているmiRNAが血清中で上昇していることから眼炎症が血清中のmiRNAの発現に影響している可能性が示唆された。
北海道南部のアイヌ語の録音・録画と資料整理

1.音声・映像資料の収録・北海道日高と胆振の古老を訪問し、アイヌ語の単語の発音、短文、独語、会話、口承文学、および昔の生活の一部の復元を収録した(DATテープ35本、Hi8ビデオテ-53本)。2.音声・映像資料の整理・保存:(1)音声資料について:テープのDAT複製(約300本)、DATテープの内容目次のデータベース打ち込み目録の草稿。(2)映像資料について:ビデオテープの内容目次作成とデータベース打ち込み(150本分)、目録の草稿(50本分)。3.民族文化資料の研究・網走北方民族博物館において、アイヌ民族文化資料およびその整理方法についての情報交換、博物館フォーラム「アイヌ文化の成立を考える」での講演と討議を行なった。4.音声資料のまとめ・公刊:(1)テキスト:音声資料の筆記と入力を進め、その一部については、訳・注・索引つきのテキストを完成した。(2)索引・ユ-カラ資料の索引を作成した。(3)テープ:(1)韻文音声資料のテープ1巻を編集・公刊した。(2)散文資料の音質不良テープの音質を改良して聴き取りやすくし、何時に言い誤りの部分や音声の欠けた部分に手を加えた、教育用音声資料テープ1巻を作成・公刊した。5.資料を利用しての研究:(1)静内方言の接続助詞に関する研究をまとめた。(2)語彙研究の中間成果として『アイヌ語沙流方言辞典』を作成した(未刊)。(3)電子辞典のひな型を作成した(関係者に配布し意見や要望を聞いてから出版するものを作る。)1.音声・映像資料の収録・北海道日高と胆振の古老を訪問し、アイヌ語の単語の発音、短文、独語、会話、口承文学、および昔の生活の一部の復元を収録した(DATテープ35本、Hi8ビデオテ-53本)。)1.音声・映像資料の収録:北海道日高と胆振の古老を訪問し、アイヌ語の単語の発音、短文、会話、口承文学、および昔の生活の一部の復元を収録した。DATテープ14本、ビデオ(Hi8)テープ28本。2.音声・映像資料の整理・保存:(1)前年度までに収録した音声資料について、以下のことができた。-複製テープの重複調べ。-オリジナルテープからのDAT複製(約100本)。-音質不良テープの音質改良の試み。-テープの内容目次草稿(200本分)。-DATテープの内容目次のデータベース打ち込み。(2)映像資料については、ビデオテープの内容目次の草稿(100本分)ができた。(3)未筆記・未入力資料については、三篇の筆記と、20本のテープの第一次入力ができた。3.民族文化資料の研究:【.encircled1.】網走北方民族博物館を訪問し、アイヌ民族文化資料およびその整理方法について情報交換を行った。【.encircled2.】アイヌ民族文化の成立の問題を論じ合った。4.成果のまとめ・公刊:該当欄に記載したもののほか、『アイヌ語音声資料選集-韻文篇-』のテキストの原稿ができた。来年度にテープの音質改良・編集が終わってから刊行する予定。他のテキストおよび音声テープ・ビデオテープとその目録の整備・公刊も、来年度以降に逐次行う。1.録音・録画:北海道沙流郡平取町、静内郡静内町、勇払郡鵡川町おとび千歳市で、単語の発音、独話、口承文学などのビデオ撮影およびDATテープ録音を行なった。Hi8ビデオテープ22本、DATテープ26本。2.音声・映像資料の整理・保存:(1)音声資料について次のことができた:(1)オープンテープ・カセットテープからDATテープへの複製(約100本)。(2)内容目次作成、データベース打ち込み、目録の草稿(100本)。15EA03:(2)ビデオテープについて次のことができた:平成5-6(1993-94)年度までに撮影したビデオの内容

目次作成、データベース打ち込み、目録の草稿(50本分)。3.民族文化資料の研究:北方民族博物館フォーラム「アイヌ文化の成立を考える」で講演と討議を行なった。4.資料のまとめと公刊:(1)テキスト:音声資料の筆記と入力を進め、その一部については、訳・注・索引つきのテキストを完成した(「別紙様式5」に記載)。(2)索引:文脈つき行索引を含む『アイヌ語音声資料(7-9)索引』を作成した。(3)テープ:(1)既刊の韻文音声資料テキストのテープ1巻を編集し公刊した(「別紙様式5」に記載)。(2)散文音声資料の音質不良のテープの音質を改良して聴き取りやすくし、同時に言い誤りの部分や音声の欠けた部分を補正した、教育用音声資料テープ1巻を作成し公刊した(「別紙様式5」に記載)。5.資料を利用しての研究:(1)語彙研究の中間成果として『アイヌ語沙流方言辞典』を作成した(未刊)。(2)電子辞典のひな型を作成した(関係者に配布し意見や要望を聞いてから、出版するものを仕上げる)。
球面をはじめ,局所的にユークリッド空間と同じとみなせる多様体は,その構造の豊かさから様々な研究分野において重要な研究対象となっている。しかしながら,部分的に潰す,2つを接着する操作など,多様体をホモトピー論的に考察する場合,その構造は一般的には壊れてしまう。こうした操作で閉じている圏が,多様体を含むディフェオロジカル空間の圏Diffである。本研究は,トポロジー,幾何学,代数学分野での多くの応用可能性を持つde Rhamの定理を圏Diffにおいて定式化・証明し,さらには,ディフェオロジカル空間を代数的な枠組みから扱うための有理ホモトピー論,de Rhamホモトピー論の基礎理論構築を目的としている。
精製と結晶化が極めて困難な細胞機能継承因子CAF-I複合体の構造と機能の研究

真核細胞生物の細胞機能は、ゲノムDNAに書き込まれた情報だけでなく、ヒストンタンパク質の翻訳後修飾パターンなどのエピジェネティック情報によって規定されている。しかし細胞が分裂する際、ゲノムDNAは複製反応によって倍加するが、ヒストンは倍加しないため、新生ヒストンがゲノムDNA上に取り込まれる。新旧ヒストンの翻訳後修飾パターンは異なるため、細胞機能維持には新旧ヒストンの翻訳後修飾パターンを揃える分子機構が必要だが、CAF-I複合体はこの分子機構において中心的役割を果たす。本研究では、(A)複製反応経由の細胞機能のリセットを目指したCAF-I複合体の結晶構造解析を第一の目的とする。さらに、(B) CAF-I複合体を含む超分子複合体の結晶構造解析を通してCAF-Iの機能表面を明らかにし、細胞機能をリセットするCAF-I変異体やCAF-I機能阻害剤の作製を目的とする。H29年度は、目的として挙げた(A)に対応して、CAF-I複合体の大量精製系の確立を達成した。しかし、H30年度前半、クライオ電子顕微鏡での観察を行なった結果、CAF-I複合体がグリッド作製中に解離してしまうことが示唆され、なんらかの方法での安定化が必要なことがわかった。この結果を受けて、H30年度後半は架橋剤による安定化を試み、架橋+ゲル濾過の実験を行なったが、適切な条件を見出すことができなかった。ここで、CAF-I複合体の相互作用因子であるヒストンH3/H4について、CAF-IとH3/H4の解離定数はナノモーラーオーダーであるため、H3/H4の結合はCAF-Iを安定化することが期待される。H3/H4を共同研究先から分与してもらい、両者を混ぜてゲル濾過カラムを通したところ、高純度のCAF-I-H3/H4複合体を得ることができた。H30年度は、CAF-I複合体の精製だけでなく、CAF-I-H3/H4複合体の精製に成功している。生体内ではCAF-IはH3/H4と相互作用することによって細胞の機能維持を担うので、H30年度は、目的に掲げた(A)だけでなく、(B)についても、一定の成果を挙げることができたと考えている。H31年度は、H30年度に精製したCAF-I-H3/H4複合体について、クライオ電子顕微鏡によるデータ測定・グリッド条件の検討を進める。よいデータが得られた場合は、単粒子解析を行い、CAF-IとH3/H4の相互作用界面を明らかにする。可能であれば、相互作用を担うアミノ酸に変異を入れて、エピジェネティック情報伝達に関する機能解析を行う。平成29年度は、目的として挙げた(A)の中で、特にCAF-I複合体の精製に集中して研究を実施した。これまでに、培養スケールの拡大、精製に用いるレジンの検討、濃縮時の回収率向上の検討などを系統的に進めることで、CAF-I複合体の大量精製法を確立してきた。平成29年度は、既に確立した方法で繰り返して精製を行い、結晶化スクリーニングを行った。現状では320リットル培養菌体から約2mg/mL x 50μL・純度約90%の精製標品が得られている。当研究室が開発した全自動微量結晶化ロボットを使用すれば、約10μLで96条件の結晶化スクリーニングを行うことが可能で、既にいくつかの条件でCAF-Iの結晶(約1μm程度)が得られている。同時に、クライオ電子顕微鏡単粒子解析に適した精製方法もほぼ確立しつつある。これまで、CAF-Iの結晶化に適した大量精製法の確立だけでなく、クライオ電子顕微鏡単粒子解析に適した精製法もほぼ確立しつつある。今年度より、申請者の所属機関にクライオ電顕(Talos Arctica)が導入されたことから、今後、サンプルの精製とクライオ電顕による品質確認というサイクルが早まることが期待される。

H29年度は、目的として挙げた(A)に対応して、CAF-I複合体の大量精製系の確立を達成した。しかし、H30年度前半、クライオ電子顕微鏡での観察を行なった結果、CAF-I複合体がグリッド作製中に解離してしまうことが示唆され、なんらかの方法での安定化が必要なことがわかった。この結果を受けて、H30年度後半は架橋剤による安定化を試み、架橋+ゲル濾過の実験を行なったが、適切な条件を見出すことができなかった。ここで、CAF-I複合体の相互作用因子であるヒストンH3/H4について、CAF-IとH3/H4の解離定数はナノモーラーオーダーであるため、H3/H4の結合はCAF-Iを安定化することが期待される。H3/H4を共同研究先から分与してもらい、両者を混ぜてゲル濾過カラムを通したところ、高純度のCAF-I-H3/H4複合体を得ることができた。H30年度は、CAF-I複合体の精製だけでなく、CAF-I-H3/H4複合体の精製に成功している。生体内ではCAF-IはH3/H4と相互作用することによって細胞の機能維持を担うので、H30年度は、目的に掲げた(A)だけでなく、(B)についても、一定の成果を挙げることができたと考えている。平成30年度は、CAF-Iのクライオ電子顕微鏡単粒子解析に焦点をあてて、以下2点の研究を遂行する。第一に、大阪大学・藤井高志助教と大阪大学・難波啓一教授の研究室との共同研究により、すでにCAF-I複合体のクライオイメージを取得しているので、この画像に対するデータ解析を継続して行う。なお、クライオイメージにおいて、CAF-Iに対応する170kDaよりも明らかに小さな粒子が見られるので、凍結時にサブユニットが解離している可能性がある。これまで、精製後のサンプルを架橋してクライオイメージを撮影してきたが、さらに、架橋後にゲル濾過精製して、サンプルの均一度を上げてクライオイメージを撮影することを試みる。第二に、昨年度末より、研究代表者が所属する高エネ機構に新しいクライオ電子顕微鏡(FEI社・Talos Arctica)が導入されたので、今年度前半はKEKのクライオ電顕の立ち上げも行う。KEKのクライオ電顕の立ち上げが順調に進めば、サンプルの精製とクライオグリッドの品質確認というサイクルを早めることができると期待される。H31年度は、H30年度に精製したCAF-I-H3/H4複合体について、クライオ電子顕微鏡によるデータ測定・グリッド条件の検討を進める。よいデータが得られた場合は、単粒子解析を行い、CAF-IとH3/H4の相互作用界面を明らかにする。可能であれば、相互作用を担うアミノ酸に変異を入れて、エピジェネティック情報伝達に関する機能解析を行う。
環ひずみ解消を駆動力とするフォトクロミズムの高速化

2-フェニルチアゾールがcis-cisoid立体配置で4つ連結したテトラ(2-フェニルチアゾール)はヘリカル構造の安定コンホメーションを与える。このヘリカルテトラチアゾールの両末端をオレフィンメタセシス反応により連結した大環状フォトクロミックテトラチアゾールの合成に成功した。この化合物は大環状化の前後で異なるフォトクロミック挙動を示し、特に、着色状態の構造において異なる電子構造を有することが分かった。特に、大環状化合物の着色状態は二環性の化合物であり、二環性化合物特有のひずみにより非環状化合物と比較して吸収バンドが80nm長波長シフトすることが分かった。また、このひずみにより、着色状態の消色反応が加速されることが分かった。また、2015年より進めている、フォトクロミックターアリーレンへの置換基の導入による熱消色加速効果については、ターアリーレンの構成ヘテロ芳香族(チオフェン環)の選択と光反応点置換基としてフェニル基を導入することで、室温において数秒スケールで光着色状態の自発消色が起こることを見出した。これについては、X線や特定条件での紫外線照射においても速やかな消色が起こることを見出している。一方、大環状ヘリカル構造において、ヘリックス反転が抑制されているとすれば、それはキラルなエナンチオマーであり、キラルHLCにより分離可能である。そこで二環性の着色構造(キラル構造)における分離に成功したが、消色反応により円二色性が消失することが分かり、大環状ヘリカル構造において室温でヘリックス反転が起こっていることが明らかになった。そこで、大環状ヘリカル構造におけるヘリックス反転を抑制するために、光反応の反応点に相当する炭素上へかさ高い置換基の導入を行った。その結果、フェニル基をベースとする置換基の導入によりHPLCによるエナンチオマー分離に成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高効率な6π電子環状反応を示すフォトクロミックターアリーレンを基本骨格として、着色反応後、高速で熱消色反応を示す光応答性分子の構築に取り組んだ。平成27年度は主に、熱消色反応における、光反応性6π電子系両末端炭素上の置換基の効果について評価した。高効率の光着色性能を示すジチアゾリルベンゾチオフェンを基本骨格として、かさ高さの異なる置換基、メチル基、フェニル基、エチニルフェニル基を6π電子系の両末端に導入したターアリーレンの合成、HPLCによる精製を行い化合物の生成を確認した。これらのフォトクロミック分子について光着色反応と熱消色反応の評価を行った。また、量子化学計算による理論的な考察を行った。置換基効果の効果としては、嵩高い置換基を導入することで、消色体に対する着色体の相対安定性が低下し、熱消色を加速する事が分かった。これに加え、エチニル(三重結合)の導入による明確な加速効果が観測された。メチル基置換体と比較して、エチニルフェニル基を導入した化合物において1000倍以上の加速効果を観測した。嵩高さによる着色体の不安定化メカニズムとは異なる機構により熱消色が加速されている事が示唆された。量子化学計算の結果から、三重結合の対称伸縮振動が反応点間のC-C結合開裂に寄与している事が考察された。すなわち、三重結合の対称伸縮振動に伴い、結合開裂方向に炭素原子が変位し、結合開裂を補助している事が示唆された。高い光反応性を維持しつつ、熱戻り反応を加速するための分子設計を目標としており、平成27年度は置換基効果において明確なデータが得られている。特に、三重結合の寄与は当初予想していた通りであり、また、計算化学からも裏づけが取られている。高効率な6π電子環状反応を示す、フォトクロミックターアリーレンを基盤構造とし、高速で熱消色反応を示す光応答性分子の構築に取り組んだ。特に、光反応性の6π系の両末端炭素上の置換基の熱消色反応への効果について評価し、その相関を見出した。まず、置換基をメチル基から嵩高い置換基であるフェニル基に置換することで、消色反応が加速され、置換基の嵩高さの影響を確認した。更に、同一の嵩高さを有するエチルフェニル基とエチニルフェニル基の比較から、エチニル(三重結合)基において、効果的な加速が確認された。メチル基置換体と比較して1000倍以上の熱消色反応の加速を観察した。量子化学計算による理論的な考察から、この三重結合の効果は、遷移状態における三重結合の伸縮振動による化学結合点への摂動として帰属した。更に、ターアリーレンを伸長したテトラアリーレンを作成し、テトラアリーレンの両端を連結した大環状分子を合成した。この大環状分子は環構造内に光反応性の6π電子系を有する。6π電子系は光反応によりシスーシソイドコンホメーションのヘキサトリエンから、化学的に架橋された1,2ーシクロヘキサジエンへと構造変換する。このため、6π電子系を含有した大環状分子は、光反応によりさらに環構造を与え、最終的には2環性の化合物を与えた。2環性化合物は2つの環構造間で構造ストレスを与えるため、量環にひずみを与える。そのひずみを駆動力として熱消色反応を示す事が期待される。実際、合成した化合物は非環状の類似分子に比較して、20倍の熱消色反応の加速が認められた。今後、大環状分子の環縮小により更なる加速を実現する。