hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
薬剤分子標的シアン耐性酸化酵素のケミカルバイオロジー

我々は寄生虫のエネルギー代謝系酵素群が極めて特殊な性質を持ち、宿主中での寄生適応に重要な役割を果している事を明らかにして来た。シアン耐性酸化酵素(Trypanosome alternative oxidase)は宿主の血流中に生息するアフリカトリパノソーマの増殖に必要不可欠であり、薬剤標的として有望な酵素である。そこで我々が見出した特異的阻害剤アスコフラノンに着目し、化学の領域から生命現象を捉え、その応用を視野に入れたケミカルバイオロジーの観点により酵素の特徴、阻害剤との相互作用、そしてアスコフラノンの生合成経路を明らかにした。我々は寄生虫のエネルギー代謝に焦点を絞り、寄生適応の分子機構の解明を目的として研究を進めている。その結果、寄生虫では多様な酵素系が機能し、生活環における環境の変化に巧妙に適応している事が判って来た。中でもエネルギー代謝系酵素群が極めて特殊な性質を持ち、宿主中での寄生適応に重要な役割を果している事が明らかになりつつある。そこでこれらの酵素のうち、宿主の血流中に生息するアフリカトリパノソーマの増殖に必要不可欠であり、しかも解析が遅れているシアン耐性酸化酵素(Trypanosome alternative oxidase:TAO)と特異的阻害剤アスコフラノンに着目し、ケミカルバイオロジーの観点により酵素の特徴、阻害剤との相互作用、生理的意義を明らかにする事を目的としている。平成26年度は以下の成果を得た。1)TAOの分子構築と結晶解析:これまでのアスコフラノン誘導体とTAOの共結晶解析及び共同研究を行なって来た連携研究者の鳥取大学の斎本博之教授の合成した200種の誘導体を用いた構造活性相関の結果の総合的解析から、ユビキノンの結合部位とアスコフラノンの強力な阻害に重要な役割を果たしているTAOの疎水性ポケットを構成するアミノ酸残基群を明らかにする事ができた。2)アスコフラノン生合成経路の解明:我々が所有するAF産生菌である田村株はAscochyta viciaeと分類されていたが、A. viciaeの分子情報はなく系統学的位置や近縁菌株の有無が不明であった。そこで、リボソームDNA配列を決定したところ、田村株はAcremonium sclerotigenumの配列と完全に一致し、これまで用いてきた糸状菌はA. sclerotigenumである事が明らかになった。この菌株を用いてAF高産生培養条件を検討し、培養液1Lあたり約1gを得られる条件を見出した。我々は寄生虫のエネルギー代謝に焦点を絞り、寄生適応の分子機構の解明を目的として研究を進めて来た。そこでこれらの酵素のうち、宿主の血流中に生息するアフリカトリパノソーマの増殖に必要不可欠であり、しかも解析が非常に遅れているシアン耐性酸化酵素(Trypanosome alternative oxidase:TAO)と特異的阻害剤アスコフラノンに着目し、化学の領域から生命現象を捉え、その応用を視野に入れたケミカルバイオロジーの観点により酵素の特徴、阻害剤との相互作用、生理的意義を明らかにする事を目的に本研究を進めている。平成27年度の研究実績は以下の通りである。前年度に引き続き、これまでのアスコフラノン誘導体とTAOの共結晶解析及び共同研究を行なって来た連携研究者の鳥取大学の斎本博之教授の合成した200種の誘導体を用いた構造活性相関を原虫の培養系を用いたin vitroおよびマウスを用いたin vivoの系で解析した。その結果、フラノン環部分を置換することによりin vitroおよびin vivoの両者で効果を示す完全化学合成誘導体4種を見出す事ができた。2)アスコフラノン生合成経路の解明前年度までの研究で、これまで用いてきた糸状菌はA. sclerotigenumである事が明らかになった。そこでこの菌株の培養系でアスコフラノン合成量の大きく異なる条件で発現する遺伝子群の詳細な解析から、アスコフラノンの生合成に関わる遺伝子群がクラスターを構成している事を突き止めた。さらにその全ての遺伝子を同定した。シアン耐性酸化酵素は極めて不安定な酵素で、しかも膜タンパク質であり、植物ミトコンドリアの酵素も含め、どの研究グループも結晶化に成功していなかった。我々はその結晶化に初めて成功した事により本研究を開始する事が可能となった。その後、多くの誘導体との共結晶から阻害活性に必須なアスコフラノンの部位を特定する事が可能となり、トリパノソーマの培養系のみならず、マウスを用いたin vivoの系で完治させる完全合成誘導体を4種類も見出した事は予想以上の成果と考えられる。しかもマウスの系に置いて、併用効果を示すグリセロールなしでアスコフラノン以上の効果を示す誘導体を見出した事は、今後の臨床応用を考えた時、特筆に値する。また、アスコフラノン生合成に関わる全ての遺伝子を明らかにした点は、本薬剤の実用化のみならず、フラノン環の生成過程と言うこれまで未知であった環構造形成過程の解明に大きく近づいた事から高く評価できる。

そこでこれら酵素のうち、宿主の血流中に生息するアフリカトリパノソーマの増殖に必要不可欠であり、しかも解析が非常に遅れているシアン耐性酸化酵素(Trypanosome alternative oxidase:TAO)と特異的阻害剤アスコフラノンに着目し、化学の領域から生命現象を捉え、その応用を視野に入れたケミカルバイオロジーの観点により酵素の特徴、阻害剤との相互作用、生理的意義を明らかにする事を目的に本研究を進めてきた。平成28年度の研究実績は以下の通りである。1)TAOの分子構築と結晶解析アスコフラノン誘導体とTAOの共結晶解析及び共同研究を行なって来た連携研究者の鳥取大学の斎本博之教授の合成した誘導体群を用いた構造活性相関の結果から、疎水性のユビキノンの結合部位にアスコフラノンが結合している事を見出したが、さらにユビキノン関連酵素群の阻害活性を調べたところ、エキノコックス(多胞虫)ミトコンドリアの複合体II(コハク酸脱水素酵素複合体)をnMオーダーで阻害するアスコフラノン誘導体を見出した。2)アスコフラノン生合成経路の解明我々が所有するAF産生菌である田村株はAscochyta viciaeと分類されていた。その系統学的位置や近縁菌株の有無が不明であったが、実はAcremonium sclerotigenumである事を明らかにした。前年度でクラスターを形成している事を明らかにした全遺伝子の配列を決定し、生合成における各遺伝子の役割を明確にする事ができた。我々は寄生虫のエネルギー代謝系酵素群が極めて特殊な性質を持ち、宿主中での寄生適応に重要な役割を果している事を明らかにして来た。シアン耐性酸化酵素(Trypanosome alternative oxidase)は宿主の血流中に生息するアフリカトリパノソーマの増殖に必要不可欠であり、薬剤標的として有望な酵素である。そこで我々が見出した特異的阻害剤アスコフラノンに着目し、化学の領域から生命現象を捉え、その応用を視野に入れたケミカルバイオロジーの観点により酵素の特徴、阻害剤との相互作用、そしてアスコフラノンの生合成経路を明らかにした。TAOは膜タンパク質であることから組換え酵素の精製には界面活性剤による可溶化が必須であり、また精製過程から結晶化まで常に界面活性剤の存在下で行う必要がある。これが現在まで、他のグループがTAOを含むいわゆるalternative oxidese (AOX)の結晶化に成功していなかった理由である。しかし、我々はこの問題点を克服してTAOの結晶化に成功し、さらに多くの誘導体を用いた構造活性相関およびアスコフラノン誘導体とTAOの共結晶解析から、特に芳香環の置換基のそれぞれがTAOの疎水性ポケットを構成するアミノ酸残基によって厳密に認識されている事が判った点は、アスコフラノンが0.13 nMと言う極めて低いIC50を示す理由を明確に示したものであり、その意義は大きい。また、アスコフラノンを産生する糸状菌がこれまでAscochyta viciaeと考えられていたが、実はAcremonium sclerotigenumと判明した事は今後の生合成経路の解明にとって重要な知見である。
粒状圧力伝達媒体を用いた等分圧付加焼結に関する研究

アルミナ粒状体を圧力伝達媒体として用いた擬似等方圧付熱間成形における緻密化と組織形成について実験研究を行った。平均粒径53μmのアトマイズステンレス鋼粉をあらかじめガラスカプセル中に真空封入して、8001000°Cに加熱後、圧力伝達媒体のアルミナ粉末とともに耐熱合金を内張りした金型に装填して加圧する。本成形過程におけるプロセス条件、すなわち、試料成形温度および成形時間、成形圧力などと、成形密度および成形体組織との関係を明らかにした。成形体を完全に緻密化するための、成形温度および付加圧力の条件を決定した。また、成形過程において組織形成は3段階に分けられることがわかった。すなわち、原料粉の樹枝状組織の溶体化、再結晶過程および結晶粒成長過程である。これらの進行は主として予熱および成形温度に依存している。本成型法においては、円柱状試料の径方向変形量は、軸方向の変形量に比して小さい。両方向の変形量の比は約0.2であった。成形温度10501150°C、成形圧力600800MPaの成形条件で、サブミクロンサイズの結晶粒径を有する成形体を得ることができた。成形圧と成形温度の効果をこれまで提案されている緻密比機構の理論にもとづいて解析した結果、塑性流動が本成形法の支配機構であり、塑性流動により達成される限界相対密度に沿って緻密化することが明らかになった。あらかじめ金型成形した金属粉末プレフォームを,ガラスカプセル中に真空封入して800°1000°Cに加熱後,圧力伝達媒体のアルミナ粉末と共に耐熱合金を内張りした金型に装填して圧力を付加した.粉末試料としは粒径4474μmのステンレス綱粉を用いた.試料装填から加圧成形終了までの所要時間は約120秒であり,そのうち圧力付加時間は約60秒であった.成形プロセスにおける試料温度は,予備実験において経時変化を測定し,実際の作業における成形温度を推定した.低温緻密化の観点からは,本方法は極めて有効であることがわかった.すなわち,成形温度および付加圧力がそれぞれ790°Cおよび694MPaあるいは950°Cおよび347MPa,成形時間が60秒の条件でほぼ完全に緻密な成形体を得ることができた.一方,結晶粒組織の形成という観点からみれば,本方法は強い結晶粒抑制効果を示す.すなわち,原料粉末の粒子表面が結晶粒界として完全に保存されており,結晶粒成長した形跡は認められなかった.もう一つの重要な側面は,圧力の伝達の不均等性である.当初予想していたよりも,加圧方向と横方向の変形量の差は大きく,等方圧付加状態は満足されていないことが明らかとなった.以上の知見にもとづいて,高速度綱粉の成形を試みた結果,常圧焼結に比較してかなり低温で緻密で微細結晶粒を有する成形体を得ることができた.昭和62年度に実施した、実験の成果を踏まえて、ステンレス鋼粉の擬似等方圧成形における緻密化と組織形成について、補足実験およびメカニズムについての解析を行った。試料温度の推定法の確立、完全緻密化のための成形温度および圧力条件の決定、軸方向と径方向の寸法比の決定、成形過程における組織形成の特徴の把握、および緻密化のメカニズムの解明などが本年度の成果である。成形過程において試料温度は成形時間に対して簡単なべき関数で表されることがわかった。すなわち、成形時(圧力付加時)の温度は、一義的に決定できた。完全緻密化のための成形温度および圧力条件は、前年度に報告した通り、790°Cで694MPa、950°Cで347MPaであった。成形過程において、原料粉の凝固組織は溶体化し、ついで成形温度に依存して再結晶が起こり、さらに高温になると正常粒成長が起こるといった組織変化過程をたどる。付加圧力が600800MPa以上、成形温度が10501150°Cの範囲にサブミクロンの粒径を有し、かつ完全緻密な成形体を得る条件が存在する。

緻密化速度をこれまで提案されている緻密化機構にもとづいて解析した結果、本成形法の場合、塑性流動が主な緻密化機構であり、一定の成形温度に対して、どの程度の成形圧力が必要であるかが明確になった。
種内多数全ゲノム解析によるピロリ菌日本株のヒト胃への適応進化機構の解明

まず、ピロリ菌の地理的な集団構造と、集団の垣根を越えた相同組み換えによる遺伝情報のフローを明らかにする研究を完成させた。新たにゲノムの解読された沖縄株を含め、トータルの解析対象の株数を昨年度の約3倍に増加させた上で、欧州で開発されたchromosome paintingとfineSTRUCTURE(当初はヒトゲノム解析のために開発された方法)を、世界で初めて細菌のゲノム解析に応用した。その結果、従来の研究では見出されてこなかった、より細かな集団構造が明らかになると同時に、集団の垣根を越えた遺伝情報のフローの定量的な理解が可能になった(Yahara et al. (2013), Molecular Biology and Evolution)。次に、英国に長期滞在しながら、細菌ゲノムの中で、自然選択が作用し適応進化に寄与している可能性の高い相同組み換えのホット領域を、100を越える多数のゲノムの塩基配列データから推定する方法の開発に注力した。系統樹に依存せず、クローンの存在に頑健で、相同組み換えの相対強度を一塩基単位で推定可能にするために、予めゲノムを順序付で並び替えた上でchromosome paintingを実行し、ゲノム平均に対する各サイトのコピー確率行列の乖離度を足し込む、というアイディアに基づいて、その開発に成功した。シミュレーションによる性能評価を行った上で、現実のゲノムデータに適用してその有効性を示し、オープンソースのプログラムorderedPainting (https://github.com/bioprojects/orderedPainting)として実装・公開した(Yahara et al. inpress, Molecular Biology and Evolution)。(抄録なし)まず、研究対象であるピロリ菌の適応進化機構を理解する上での基盤となる、相同組み換えの痕跡のゲノム内における分布の解明に取り組んだ。当初の計画通り、日本株4株と非日本株6株の全ゲノム解読データを用い、相同組み換えがゲノム全域に渡って生じていることを、複数の指標を組み合わせて示した。全遺伝子に対してほぼ一様に相同組み換えが作用していることを、各遺伝子の有する変異量の違いを考慮に入れて示した上で、全体の傾向から外れて相同組み換えの頻度が高い(および低い)遺伝子群を同定した。この研究成果は、年度初頭に国際誌に受理され、その後の国内・国外双方の学会で研究代表者が発表した。次に、相同組み換えが適応進化に果たす役割を理解するために、相同組み換えの痕跡と多様化選択を受けた遺伝子の分布の関係に関するゲノムワイドな研究を推進した。高頻度な相同組み換えを想定した上で多様化選択の作用を検出可能な唯一の方法を、スーパーコンピュータを駆使して初めて全遺伝子に適用し、多様化選択によりアミノ酸置換の蓄積したタンパク質残基を網羅的に同定した。欧州のタンパク質科学の研究室の協力を得て、それらの残基をタンパク質の立体構造にマップし、その生物学的意義を吟味した。さらに、多様化選択と相同組み換えの間に、塩基多様度による交絡の効果を差し引いた後でも、統計的に有意な関連が存在することを明らかにした。この研究成果は、国内・国外双方の学会発表で研究代表者が発表した。今後、相同組み換えの検出の方法論を改良した上で、論文化を進めていく予定である。さらに、新たに沖縄株のゲノムを解読した上で、世界各地と日本・沖縄のピロリ菌の地理的な集団構造と遺伝子フローの詳細を、初めて明らかにすることに成功した。この研究成果は、年度末に分子進化学のトップジャーナルに受理された。ピロリ菌は、相同組み換え率が突出して高いために既存の方法が役に立たず、新たな方法論の開発が必要であることが明らかになったため。平成25年度中は、海外の研究者と議論を重ね、相同組み換え率が突出して高い細菌ゲノムを解析するための、新たな方法論の開発に注力する。(抄録なし)
育児期のマザリーズ発話による親の脳内活動と対児感情との相関分析

乳幼児に向かって話しかける際、私たち大人は独特の話し方をする。マザリーズともよばれる声高く、ゆっくり話す話し方は、老若男女問わず、ほぼ全ての言語圏・文化圏でみられる。このマザリーズの脳内処理に関して、喃語期乳児の母親に有意な活動があることを昨年度に明らかにした。今年度はこの活動が子どもの言語発達に合わせてどのように変化していくのかを明らかにするため、二語文期の幼児(平均年齢2才)の母親、小学一年生児童(平均年齢7才)の母親を対象に、マザリーズの脳内処理を探った。その結果、これら2群の母親には有意な活動は見られなかった。すなわち、マザリーズを最も頻用する喃語期乳児の母親においてのみ脳活動が見られることが分かった。有意な活動は言語野である左脳・下前頭葉(ブローカ野)および左脳・側頭平面の一部(Spt野)に見られた。左脳Spt野は音声と発話の変換部、ブローカは調音に関わる領域と考えられている。発話に関するこの2領域が、音声を聴取しただけで活動したのである。日常からマザリーズを頻用する母親群でこの活動が見られたことから、発話に関するミラーニューロンが駆動したと考えることができる。また社交性の心理指標である「外向性」の得点が高い喃語期乳児の母親ほど、マザリーズ聴取時における口唇運動領野の活動が高まった。以上の結果から、マザリーズの脳内処理は、男女差だけでなく、マザリーズの使用頻度や個人差を反映していることが分かった。わたしたちが乳幼児に話しかけるとき、声が高くなり、口調がゆっくりになる。さらに、抑揚をつけて話すようになる。また、「あんよ」、「ねんね」、など幼児語を使って話すことが多くなる。マザリーズとよばれ、ほぼ全ての言語圏・文化圏で見られるこの現象の脳内メカニズムを探った。言語学的にマザリーズは韻律的な側面と語彙的な側面を合わせもつ。生理学的には韻律情報は右脳語彙情報は左脳に分かれて表現されている。しかし、マザリーズの場合2つの情報が同時に表出されるため機能的に融合しており、そのため脳内表現も部位の融合化が見られるのか否か、また育児経験、男女差などが反映されているかどうかを調べた。この目的のために、生後半年から1年以下の第一子をもっている父親(15名)母親(20名)、および育児経験のない男性(12名)女性(15名)を対象に、マザリーズの脳内表現をfMRIによって調べた。その結果、言語情報の意味理解を司る左脳のウェルニッケ野とよばれる領域において、韻律および語彙情報表現の融合化が見られた。興味深いことにこの融合化は母親群でのみ観測され、さらに右脳に表現されていると予想されたマザリーズの韻律情報が、母親の左脳ブローカ野を賦活した。これら結果は韻律情報が語彙情報を促進していることを示唆し、それが育児経験と男女の違いを反映して表現されていた。母親には当然個人差があり、個性としての社会的外向性をアンケート用紙により調査した。その結果、外向性の高い母親ほど、マザリーズの韻律情報を聞いただけで運動を表現する脳内部位が強く活動することが分かった。この部位は口唇を動かす筋肉を調節する部位であり、母親では慣れ親しんだマザリーズの聞き取り→発話という行動の促通化を表現しているものと考えられた。以上の結果からマザリーズの脳内表現を育児経験、男女差、個人差の観点から調べることができた。
創薬の基礎となる高選択的精密有機合成

本研究は,極めて複雑な構造をもつマクロリド,ポリエーテル抗生物質などの選択的効率的合成のための方法論を開発し,現代精密有機合成化学の進歩に寄与し,さらに次代の創薬への合成化学的基盤の向上を目指したものである。4年間の研究により,以下に概要を示す5研究項目で成果を上げることができ,当初の目的に達しえたと考えられる。1.マクロリド合成:NMRの精密測定とMM2-CONFLEX3計算によるセコ酸のコンホメーション解析とDMAPによる活性化による超効率ラクトン化法を開発し,エリスロノリドAの合成を行った。また16員環ラクトンのコンホメーション解析と制御によるカルボノリド,ロイコノリド,マリドノリドなどの立体選択的合成を完成した。2.ポリエーテル合成:イソラサロシド,ラサロシド,サリノマイシン,リソセリンなどの立体選択的合成法を確立した。3.ポリエーテルマクロリド合成:海洋産のハリコンドリンBの4つのフラグメントをそれぞれ立体選択的に合成し,フラグメント間の縮合を検討中であり,近い将来に合成が完了する。4.不斉ラジカル環化反応:ルイス酸存在下,アセチレンとα,β-不飽和エステルとの間の不斉ラジカル環化反応を開発し,これにより光学活性5員環,6員環化合物の合成を行った。不斉ラジカル反応は新しい研究領域といえる。5.ヘテロジールスアルダー反応:トシルイミンとジエンの光学活性誘導体間のジールスアルダー反応により不斉のジヒドロピリジン誘導体を1工程で合成する方法を開発し,ポリアミンアルカロイドのカンナビサチビンの全合成を行った。付加価値の高い医薬の創製などの知識集約型産業の育成が我国の将来にとって極めて重要であり,精密有機合成化学はその基礎を支えるものである。本研究は,極めて複雑な化学構造を有するマクロリド,ポリエ-テル抗生物質などを,平易で選択的高効率合成するための方法論の開発研究を通じて,現代精密有機合成化学の進歩に寄与すると共に,次代の創薬への合成化学的基盤の向上に資することを目的に行われる。数年来,我々は一般性の高い新反応を種々開発し,これらを一連の代表的マクロリド,ポリエ-テル抗生物質などの合成に応用し,グルコ-スをはじめとする糖などをキラル源とし,メチノリド,ピクロノリド,エリスロノリドA,タイロノリド,サリノマイシンなどを基本的には同一の方法論により高選択的に合成し,これらの新反応,新方法論の精密有機合成化学における有用性を示してきた。以上の成果の上に立って本年度は以下の3点を中心に研究がなされた。1)マクロリド合成に関しては,最近開発したセコ酸,マクロ環のコンホメ-ション制御法(NMRとMMP2計算によるコンホメ-ション解析と保護基による制御)により12ー16員環典型アグリコンの合成を行ない,エリスロノリドAの超効率合成法の開発に成功し,更にロイコノリド類,マリドノリド類の完全立体選択的合成にも成功した。2)ポリエ-テル系では,熱力学的条件下におけるキレ-ション制御によるテトラヒドロフラン環の合成を行ない,これを利用してラサロシドA,イソラサロシドAの新合成法を完成させた。3)ポリエ-テルマクロリドでは海産性ハリコンドリンBのフラグメント類の一部の合成も行われた。本研究は、極めて複雑な構造を有するマクロライド、ポリエ-テル抗生物質などを、平易で選択的高効率的に合成するための方法論を開発し、これによって現代精密有機合成化学の進歩に寄与するとともに、次代の創薬への合成化学的基盤の飛躍的向上に資することを目的になされている。

1.マクロライド合成:最近開発したセコ酸、マクロ環のコンホメ-ション制御法(NMRとMMP2計算によるコンホメ-ション解析と保護基による制御)とアグリコン合成法(ウイテッヒ・ホ-ナ-閉環或は山口改良法による超効率ラクトン化を中心とする)とにより1216員環の代表的アグリコン合成の一般法確立をめざしてきた。その中本年度は14員環エリスノリド、16員環マリドノリドなどの改良合成法が完成し、ランカノリド、オレアンドノリドのフラグメント合成が完了し、次年度全合成が達成されることが期待される。2.ポリエ-テル合成:懸案であったリソセリンシリ-ズの代表抗生物質リソセリン自体の全合成が完了した。即ち、C_1ーC_9及びC_<10>ーC_<23>フラグメントをDーグルコ-ス及びDーマンニト-ルより立体選択的に合成し、アルド-ル縮合によりリソセリンが初めて合成された。3.ポリエ-テルマクロライド合成:極めて複雑な構造を有する海洋産ハリコンドリンBの合成にチャレンジしているが現在までにC_<54>の主鎖、32ケの不斉中心の中、約半分の合成を行うことができた。本研究は,極めて複雑な構造を有し,強い生理薬理活性をもつマクロリド,ポリエーテル抗生物質などを平易で選択的高効率的に合成するための方法論を開発し,これによって現代精密有機合成化学の進歩に寄与するとともに,次代の創薬への合成化学基盤の飛躍的向上に資することを目的になされている。以下,本年度成果の概要を記す。1.マクロリド合成:最近我々が開発したMM2-CONFLEX計算とNMR解析によるセコ酸,マクロ環のコンホメーション制御法を複雑なマクロリド合成に応用し,エリスロノリドAの超高効率合成に成功したが,これをオレアンドノリド,ランカノリド合成に応用し,それぞれのセコ酸を合成し,マクロ閉環を検討中である。ヒグロリジンモデルのセコ酸合も近々完成する。2.ポリエーテル合成:サリノマイシン,イソラサロシド合成研究の成果の上に立って,リソセリン系ポリエーテルの代表抗生物質リソセリン自体の合成に成功し,さらに改良合成も完成した。3.ポリエーテルマクロリドの合成:強い抗腫瘍活性と極めて複雑な構造を有する海洋産ポリエーテルマクロリドは,ハリコンドリンBに代表される一群の化合物である。ハリコンドリンBは主鎖C54ケ,不斉中心32ケ有するが,現在までにC_<113>,C_<1627>,C_<28-36>,C_<3954>のフラグメントの立体選択的合成が完了し,現在,それらフラグメント間の縮合とマクロラクトン化の検討のための中間体の大量合成が進められている。次年度中に立体選択的全合成を完成させる予定である。本研究は、極めて複雑な構造を有し、強い生理・薬理活性をもつマクロリド、ポリエーテル抗生物質などを平易で選択的・高効率的に合成するための方法論を開発し、これによって現代精密有機合成化学の進歩に寄与するとともに、次代の創薬への合成化学的基盤の飛躍的向上に資することを目的になされてきた。4年間の研究により、具体的には、マクロリド合成、ポリエーテル合成、ポリエーテルマクロリド合成、不斉ラジカル環化反応、ヘテロジールスアルダー反応などで成果を上げることができ、当初の目的を達しえたと考え、以下に概要を記す。1.マクロリド合成:マクロリド合成における最重要ステップはマクロラクトン化である。NMRの精密測定とMM2-CONFLEX3計算によるセコ酸のコンホメーション解析とDMAPによる活性化による超効率ラクトン化法を開発し、エリスロノリドAの合成を行った。
造血制御中枢としての骨組織の評価

カルシウム代謝に中心的役割を果たすビタミンD受容体(VDR)とリン代謝に必須のホルモンFGF23について、骨髄造血や造血器疾患における役割を解析した。骨髄造血と骨代謝の関係のひずみが不可逆性になった場合に造血器疾患が発症する例として骨髄線維症のモデルを確立し、このひずみの中心に造血幹細胞でのVDRがあることを証明し、ヒト骨髄線維症と同じ遺伝子変異を持つマウスモデルでもVDRを標的として病勢を抑制することに成功した。また、骨髄でFGF23が神経シグナルを受けて働き、造血前駆細胞の骨髄から末梢血への移動をサポートしている構図を明らかにできた。平成27年度は、ニッチ細胞特異的ビタミンD受容体(VDR)欠損マウスのin vivo解析を中心に行った。骨細胞特異的ないしは骨芽細胞特異的VDR欠損マウスを作製し、特に骨細胞特異的VDR欠損マウスにおいては、酵素法を用いて骨組織内の骨細胞を分取し、定量的PCRにて骨細胞特異的遺伝子の発現とともにVDR mRNAを測定した。骨細胞分取の安定性の問題か、得られる骨細胞特異的遺伝子のレベルやVDR mRNAのレベルに実験間で差はあるものの、おおむね欠損マウスでVDR mRNAの低下を捉えた。骨細胞特異的VDR欠損マウスはほぼ正常に発育し、まだ骨代謝マーカーの検討は行っていないが、骨が硬く骨形成有位になっていることが示唆されている。末梢血データに大きな異常はないが、G-CSF投与では造血前駆細胞の末梢血への動員は、個体間差が大きいもののやや低下する傾向にあった。今後実験を繰り返し、優意な差であるかどうかを確認していく予定である。また、骨細胞特異的VDR欠損マウスの中には、未分化造血細胞分画におけるSca-1の発現強度が低下しているものもあり、今後その再現性と意義について検討していく予定である。骨芽細胞特異的(Osx(-GFP)-Cre)VDR欠損マウスは、原因は不明ながらVDR欠損でなくてもOsx(-GFP)-Creを持っているだけで8週齢位までに野性型マウスと比較して骨格が弱く小さいことが明らかとなったため、これが回復して野性型マウスと同様な骨格まで回復してくる12週齢まで待って実験を行うこととなり、現在各種アッセイをはじめたところである。また、予定していたin vitroの実験よりもin vivoでのFGF23の造血システムにおける機能確立を優先するため、平成28年度以降に作製予定であったFGF23ノックアウトマウス、FGF23 floxマウスの作製に既に着手している。In vivoの解析はほぼ順調に進行しており、平成28年度以降に手がける新たなマウスモデルの作製にも着手している。このため、in vitroの実験は当初の予定より遅れがある。In vivoのデータをin vitroの単純化した系で再現していく方向で現在は考えており、H28-H29年度に両研究が融合していくものと考えている。平成28年度は、ニッチ細胞特異的ビタミンD受容(VDR)欠損マウスのin vivo解析、野性型マウスを用いたFGF23の体内での変動、FGF23遺伝子改変マウスの作製を行った。まず、ニッチ細胞特異的VDR欠損マウスについて、DMP-1-CreやOsx-CreマウスとVDR floxマウスとの交配で、骨細胞特異的ないしは骨芽細胞特異的VDR欠損マウスを作製した。これらのマウスの定常状態での末梢血血球数に異常はなく、G-CSF投与にても造血幹前駆細胞の動員効率に明らかな異常はみられなかった。これらのマウスの未分化造血細胞におけるSca-1の発現が減弱している個体がみられたが、通常の発現をしているマウスもあり、この理由は我々のこれまでの検討では分かっていない。次に、野性型マウスを用いた生体内FGF23の変動についての検討において、G-CSF投与により骨髄中のFGF23 mRNAが上昇することが明らかとなった。これはELISAを用いて骨髄細胞外液を測定しても同様で、定常状態では測定感度以下であるものがG-CSF投与により測定できるようになり、投与回数を重ねるごとに上昇傾向にあった。現在、この現象の再現性の確認と、G-CSF投与時の骨髄でのFGF23産生細胞が、従来言われている骨細胞かどうかの検討を行っているところである。ゲノム編集で新しく作成したFGF23 large deletionマウスは生後3-4週齢から発育が不良となる。このマウスの造血システムを解析中であるが、現在までのところ4-5週齢の若いマウスでは明らかな異常を認めていない。同時にFGF23 floxマウスを用い、骨細胞特異的FGF23欠損マウスの作製を進め実際の目的のマウスが得られはじめたところであり、造血システムの解析を開始している。実験計画に沿って進めており、作製計画のマウスはほぼ予定通りできあがっている。現在の我々の実験手法では骨細胞特異的ないしは骨芽細胞特異的VDR欠損マウスでの造血システムの異常が明らかな形ではみつかっておらず、positiveな成果の蓄積としては遅れている。本研究では、カルシウム代謝に必須の因子であるビタミンDの受容体(VDR)とリン代謝に必須のホルモンであるFGF23に注目し、これらが造血制御中枢として骨組織と造血システムとの関連でどう作用しているのかについて研究を進めている。

平成29年度には、まずVDRについては当初の予定からやや変更し、骨代謝と造血システムのひずみにより発症することを我々自身で捉えていた骨髄線維症の理論を発展させ、JAK2V617Fトランスジェニック(JAK Tg)マウスをVDRシグナルを標的とする事で病勢を改善することができるかどうか検討を行った。JAK TgマウスとVDRノックアウトマウスを交配し、これをドナーとして野性型に移植する系において、VDR欠損JAK Tgを移植したマウスではVDR野性型JAK Tgを移植したマウスと比較して脾臓も小さく骨髄の線維化も優意に低下することを捉えた。すなわち、VDRは正常造血環境に必須であるだけでなく、造血器疾患の血球側の病勢促進分子としての意義付けができた。一方、FGF23については、交感神経シグナル刺激であるG-CSFによる造血前駆細胞動員処置において骨髄ではFGF23が遺伝子、蛋白両方とも大きく上昇することを捉え、FGF23のglobalノックアウトマウスやこのマウスの骨髄を野性型マウスに骨髄移植したキメラマウスにおける造血前駆細胞の動員効率が大きく低下していることをほぼ確定できた。すなわち、血球から産生されるFGF23が骨髄造血微小環境の正常な反応に必須である可能性を捉えている。現在、骨組織埋没骨細胞特異的FGF23ノックアウトマウスにて動員効率がどう変化するのかを解析中であるが、少なくとも低下はなさそうであるため、骨組織由来FGF23と血球由来FGF23は未分化造血細胞の移動に対して反対の効果をもたらしている可能性がある。カルシウム代謝に中心的役割を果たすビタミンD受容体(VDR)とリン代謝に必須のホルモンFGF23について、骨髄造血や造血器疾患における役割を解析した。骨髄造血と骨代謝の関係のひずみが不可逆性になった場合に造血器疾患が発症する例として骨髄線維症のモデルを確立し、このひずみの中心に造血幹細胞でのVDRがあることを証明し、ヒト骨髄線維症と同じ遺伝子変異を持つマウスモデルでもVDRを標的として病勢を抑制することに成功した。また、骨髄でFGF23が神経シグナルを受けて働き、造血前駆細胞の骨髄から末梢血への移動をサポートしている構図を明らかにできた。引き続き、骨細胞、骨芽細胞特異的VDR欠損マウスの骨髄造血環境の解析を継続する。また、FGF23ノックアウトマウス、FGF23 floxマウスの作製を加速させ、リン代謝のin vivoでの解析を進め、結果をin vitroの研究に反映させる予定である。本年度の実施計画通り、FGF23 large deletionマウスと骨細胞特異的FGF23欠損マウスを用いた実験に注力し、リン代謝関連で得られた成果をもとに、再度VDRやカルシウム代謝との関係を検討し直す方針である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
健康を創出する生きいき食教育プログラム評価指標の開発

食教育プログラム評価指標を作成することをめざし、注目すべきライフステージとして、中学生と特定保健指導に参加する地域住民を対象として、研究にとりくんできた。中学生を対象とした食教育では、平成28年度に行った調査結果をもとに、指導者が開発した朝食の摂取と野菜の摂取に焦点をあてた食教育プログラムの指導案と受講者用教材を使用して実践を行った。影響評価を行うために、平成29年度に1回目の受講者調査を実施していたが、平成30年度には、2回目と3回目の受講者調査を行い、実践による影響評価を測定した。最終的に、これらの実践研究に基づき、食教育プログラム評価指標を作成することができ、評価指標について一定の妥当性を確認することができた。地域住民を対象とした調査では、対象者の健康課題が極めて多様であり、画一化されたプログラムを実施することが実態にそぐわないことが明らかとなり、食教育プログラム評価指標に変えて開発したアセスメントツールの精緻化を行った。これは指導者が保健指導を行う中で、食生活も含めた生活習慣に関する指導についてアセスメントするものである。これら研究では、影響評価として朝食の栄養バランスや野菜の摂取量、食事調査、MetS関連指標を評価するととものに、健康な食生活を送ることへの動機づけといった食行動も測定した。またあわせて、ソーシャルサポート、well-beingといった健康生成要因にも注目している。食行動の変容には、これらの健康生成要因への働きかけが有効であることが示され、健康生成要因に焦点をあてた我が国、初の食教育プログラムの標準化を目ざした評価指標の開発に手掛けることができた。本研究は、他の健康行動研究にも重要な情報を提供することとなり、自律的な健康寿命の延伸につなげることが期待できる。補助事業の目的をより精緻に達成するために、リーフレットの作成に取り掛かることとしたため。また、研究分担者が所属を異動したことから、異動に伴い日常の業務内容に変化が生じた。そのため研究分担者が、一時的に多忙となった。生活習慣や健康と密接な関連のある健康生成要因を強化・支援することに焦点をあてた食教育プログラムの標準化をめざし、食教育プログラム評価指標の開発に手掛けることができた。しかし、食教育をはじめとして健康教育に対する指導者の行動科学への理解は必ずしも十分ではない。そこで、今後はこの指標のさらなる精緻化を行うとともに、評価指標の活用を推進するための方策について検討する必要がある。不健康な食生活は,肥満やメタボリックシンドローム(MetS)などの身体的健康問題の原因となるとともに,精神的,社会的健康にも影響する。また,ここ30年の間に健康をとらえる概念は疾病生成モデルから健康生成モデルへと大きく進展している。健康生成モデルとは,人は健康を生成する資源を持っており,この資源を活用し積極的に健康を獲得しようとするモデルである。人が医療に過剰に頼ることなく,自律的に健康を維持するためには極めて有効な概念であり,我が国においても健康生成要因の強化が推進されている。またこれまでも,行動理論に基づいた食教育プログラムの開発が行われ,その有効性が報告されているが,食教育プログラムを実施する際は,受講者,指導者とこれらを取り巻く環境の独自性を考慮する必要がある。これらの独自性に対応した効果的な食教育プログラムを展開するためには,プログラムが共通して備えることが望ましい指標を明らかにする必要がある。本研究の目的は,生活習慣や健康と密接な関連のある健康生成要因を強化・支援することに焦点をあてた食教育プログラムの標準化をめざし,食教育プログラム評価指標を開発することである。これをふまえ調査を行い,行動変容ステージ別に動機づけ,Sense of Coherense,ソーシャルサポートなどの特徴を見出した。また,これらの要因とMetSやWell-beingとの関連性,動機づけに影響する要因についても一定の知見を得ることができた。超少子高齢化社会を持続可能とすることが経済的にも国家の急務の課題である日本において,個人の持つ健康生成要因について明らかにし,これを有効に活用するための食教育プログラム標準化の評価指標を作成することは,他の健康行動研究にも重要な情報を提供することとなり自律的な健康寿命の延伸につながる。大学生以上を対象とした調査については一定の知見を得ることができ,その結果の一部を複数の学会で発表するととも,論文としても結果を発表することができた。また,見出された評価指標項目に基づいて特定保健指導の指導者を対象とした講習会を行う計画も進んでいる。中学生から高校生については,当初の計画より若干の遅れはあるものの研究対象校からの協力を得て順調にデータの収集が進んでいる。そして実践研究に参加する指導者との研修会も進めている。本研究の目的は、生活習慣や健康と密接な関連のある健康生成要因を強化・支援することに焦点をあてた食教育プログラムの標準化をめざし、食教育プログラム評価指標を開発することである。中学生、高校生、大学生、一般住民を対象に調査を行った結果を分析し、ソーシャルサポート、首尾一貫感覚(Sense of Coherence: SOC)、Well-being、健康な食生活を送る動機づけ等の間に関連性を見出すことができた。そして、健康生成資源を活用した食教育プログラム評価指標に関するモデルを構築することができた。中高生と大学生以上とでは、これらの変数に異なった傾向が見られた。そこで、中高生と大学生以上の二つのグループを対象として食教育プログラムの作成を検討することとした。中高生では、特に他者からの健康支援が比較的効果があると考えられる中学生を対象とすることとした。

そして一般住民については、高血圧傾向にある住民を対象に介入を行うこととした。また、研究結果にもとづいて食教育プログラム評価指標を検討した。中学生を対象とした食教育プログラムの作成については、研究協力者である栄養教諭と綿密な打ち合わせを行っており、検討した評価指標に基づいて、指導案、教材の開発に取り組んだ。一方、高血圧傾向にある住民を対象とした食教育プログラムの作成については、実際に指導にあたる管理栄養士や保健師等の指導者を対象に、行動理論への理解度等について調査したところ、健康生成要因に関する研修を行う必要性があることが明らかとなった。そこで健康生成要因に関するワークショップを3回開催し、指導案と教材の開発の準備を行った。食教育プログラム評価指標を作成する注目すべきライフステージを選定することができた。中高生については、中学一年生から高校三年生まで合計918名からデータを収集することができ、年齢発達的な特徴について分析することができた。そして具体的に中学生を対象とした食教育プログラムの指導案、受講者用教材の開発に取り組むことができた。一方、一般住民を対象とした食教育プログラムを開発するためには、指導者に時間をかけて研修を行う必要があることが明らかとなり、研修会を開催した。そのため、一般住民を対象とした食教育プログラムの指導案等の作成は多少遅れているものの、研究全体としては、おおむね順調に進展している。食育プログラム評価指標を作成するうえで,注目すべきライフステージとして,中学生と特定保健指導に参加する地域住民を対象として実践研究に取り組んだ。中学生を対象とした食教育では,平成28年度に行った調査結果をもとに,朝食の摂取と野菜の摂取に焦点をあてた食教育プログラムの指導案と受講者用教材を開発した。そして,これを使用して実践を行った。実践の過程で,指導者とともにプログラム実践に関する形成的評価を行った。また影響評価を測定するために,受講者調査票を作成した。そして実践の前に調査をおこない,影響評価に関する分析の準備を進めている最中である。平成30年度に2回目と3回目の受講者調査を予定しており,2年にわたる介入に対する影響の評価の完成をめざして準備を整えている。一般住民を対象とした特定保健指導については,食教育プログラムを作成するといった当初の予定とは異なった方法で実施した。その理由は,特定保健指導では画一化されたプログラムを実施することが,実態とは著しくそぐわないと判断したからである。つまり,特定保健指導では対象者個々の健康課題が極めて多様で,個別化しており,介入対象地域の指導者が,それぞれ個人の持ち味を生かした個別の指導スキルを持っていることが指導者を対象とした研修を通じて明らかとなった。そこで,食教育プログラムの作成に変えて,指導者が保健指導で利用する生活習慣に関するアセスメントツールを開発した。
疾患特異的犬猫iPS細胞を用いた疾患発症機序の解明と臨床応用基盤技術の開発

臨床応用可能な犬猫のiPS細胞の樹立を目指し、様々な未分化関連遺伝子と培養添加物を組み合わせた260回におよぶ樹立実験を実施した。いくつかの条件で形質転換細胞を得たが、真に多分化能を維持するiPS細胞は樹立できなかった。網羅的メタボローム解析から犬猫の細胞では初期化時に極度の酸化ストレスを受け、リプログラミングの障害となっていることが明らかとなった。一方で、犬猫細胞からヒトiPS細胞の培養維持が可能なFeeder細胞の作出、マウスES細胞の培養維持が可能な犬LIFの作製に成功し、臨床応用に向けたiPS細胞の周辺技術基盤は整備できた。さらにネコグルタル酸尿症II型の遺伝子診断技術を確立した。イヌやネコは偏った交配によって疾患原因遺伝子の濃縮を伴ってきた。このためヒトにおいて希少疾患と言われるものがこれらの動物では高頻度に自然発症するケースが多い。それ故、疾患動物由来人工多能性幹細胞(iPS細胞)を用いた難病原因の解明、診断、治療法の技術基盤の確立は獣医療への応用ばかりでなくヒト疾患モデルとしてヒト医療応用への貢献度も非常に高い。これら疾患伴侶動物からのiPS細胞樹立を目的とし、イヌおよびネコiPS細胞の作成法を検討した。単離・樹立した正常イヌ細胞にOCT4、SOX2、KLF4、c-MYC、NANOG、LIN28遺伝子等をドライブしたレトロウィルスベクターあるいはエピソーマルベクターと培養添加物LIF、bFGF、GSK-3阻害剤、MEK1阻害剤、FGFR1阻害剤、ヒトiPS細胞のconditionedmedium添加等による48通りの各複数組み合わせによるイヌiPS細胞作成を試みた。いくつかの組み合わせにおいて、遺伝子導入後14-20日前後で細胞コロニーの形成が確認され、細胞集団ではALP活性およびOCT4遺伝子の発現を不均一に認めたが、培養維持はできず、完全なiPS細胞の作成には至らなかった。同様の方法でヒトiPS細胞の樹立には成功していることから、イヌiPS細胞の樹立には種特異的な障害が存在することが明らかとなった。この大きな原因は予備的実験からエピジェネティクスリプログラミングの障害が示唆された。一方でイヌ、ネコ、ウシ間葉系細胞を用いたフィーダー細胞の樹立条件の検討では、ヒトiPS細胞を未分化状態のまま培養維持できるイヌ脂肪由来間葉系フィーダー細胞を作成法した。今後、種特異的な障害をマイクロアレイやメタボローム解析などを通して明らかにし、各動物種に最適化されたiPS細胞作成法の開発を行う。しかし、イヌ、ネコ、ウシなどペットや産業動物のiPS細胞の効率的な作成法は確立していない。本研究ではヒトiPS細胞の定義に準じたイヌ、ネコ、ウシiPS細胞の樹立を目的として、ヒトiPS細胞の樹立条件を基にリプログラミング因子(412遺伝子の組み合わせ)をイヌ、ネコ、ウシの細胞に導入し、多様な組成の培養液の条件(27条件)を組み合わせた260回に及ぶiPS細胞の樹立実験を行い、いくつかの条件で形質転換細胞を得たが、培養細胞株として樹立することはできなかった。このことからリプログラミング因子を導入した動物細胞においてiPS細胞への形質転換を阻害する要因の存在が示唆された。そこで、iPS細胞への形質転換を阻害する動物特異的な要因の探索を目的として、OCT3/4, SOX2, KLF4, c-MYCを導入したイヌ、ネコ、ウシ、ヒトの細胞に含まれる代謝物質の網羅的な定量及び比較を行った。CE-TOFMS法による網羅的メタボローム解析からヒトと比較して動物種ではスペルミジン、アスコルビン酸、リブロース5リン酸、還元型グルタチオンなどの検出値が低く、酸化型グルタチオンは高い傾向を示した。このように、動物細胞では抗酸化物質が少なく、酸化物質が多い傾向が示され、酸化ストレスの影響を強く受けていることが示唆された。リプログラミング因子を導入したヒト、イヌ、ネコ、ウシ細胞を用いて実施した網羅的メタボローム解析の結果、iPS細胞誘導因子を導入したイヌ、ネコ細胞では、ヒト細胞に比べて強い酸化ストレスの影響を受けていることが明らかとなった。これらの結果を踏まえ抗酸化剤や低酸素培養の条件を加え、またiPS細胞作成に用いる導入遺伝子の精査、選択および、培養液の組成、サイトカイン等の添加物の精査、選択、さらにLIF、bFGFおよび3つのinhibitor (GSK-3阻害剤、MEK1阻害剤、FGFR1阻害剤)、さらにp53、MBD3のsiRNA、OCT4, SOX2, KLF4, c-MYC遺伝子の他にLIN28, NANOG, TET1, DNMT3B, KDM4D遺伝子など各種組み合わせによる検討を行った結果、いくつかの条件で形質転換細胞を得たが、培養細胞株として樹立することはできなかった。酸化ストレス以外にも動物種特異的なリプログラミング阻害要因の存在が示唆された。

網羅的メタボローム解析から犬猫の細胞では初期化時に極度の酸化ストレスを受け、リプログラミングの障害となっていることが明らかとなった。一方で、犬猫細胞からヒトiPS細胞の培養維持が可能なFeeder細胞の作出、マウスES細胞の培養維持が可能な犬LIFの作製に成功し、臨床応用に向けたiPS細胞の周辺技術基盤は整備できた。さらにネコグルタル酸尿症II型の遺伝子診断技術を確立した。従来のヒト細胞で樹立可能な方法では成犬、成猫からはiPS細胞が樹立できなかった。イヌ、ネコiPS細胞の作成には種特異的な障害が存在していることが示唆され、各動物種に最適化されたiPS細胞作成法の開発を行う必要が生じ、動物iPS細胞作成に障害となる因子の同定を行ったため。27年度が最終年度であるため、記入しない。幹細胞生物学昨年度に実施した網羅的メタボローム解析の結果、iPS細胞誘導因子を導入したイヌ、ネコ細胞では、ヒト細胞に比べて強い酸化ストレスの影響を受けていることが明らかとなった。これらの結果を基に、抗酸化剤や低酸素培養などの条件を組み入れたイヌ、ネコiPS細胞の効率的な作成法を開発する。従来のヒト細胞では樹立可能な方法では成犬の細胞からはiPS細胞が樹立できなかった。イヌiPS細胞の作成には種特異的な障害が存在することが明らかとなり、各動物種に最適化されたiPS細胞作成法の開発を行う必要が生じた。一方、ヒトiPS細胞を培養維持可能なイヌ細胞フィーダー細胞の作成に成功し、イヌiPS細胞の周辺技術の確立は順調に進んでいる。購入備品や試薬の価格変動(キャンペーンの利用等)のため購入金額を抑えられたため。イヌ、ネコ、ウシなど各動物種に最適化されたiPS細胞作成法開発のため、各動物の細胞の性質の特性解析や培養条件の最適化が必要である。それらの問題解決のため、マイクロアレイやメタボローム解析など、遺伝子発現や代謝系の網羅的なデータ収集と、マウス、ヒトを含め各動物間との比較横断的解析解析から最適化条件の探索を行い、イヌ、ネコiPS細胞の効率的な作成法を開発する。次年度の培養関連消耗品、および研究消耗品の購入に充てる。購入備品や試薬の価格変動(キャンペーンの利用等)のため購入費を抑えられたため。
マルチスケール多孔性動的構造の可視化に向けた時間分解粉末回折法の確立

本研究では、そのナノ機能空間へのガス吸着・脱着過程を明らかにするために、ミリ秒時間分解能を持つガス圧力制御システムと同期し、放射光の高エネルギーX線を利用して空間分解能を向上させた高精度粉末回折データが取得可能な時間分解構造計測システムの構築を目指している。今年度は、半導体検出器を新たにカメラ長220mm程度に設置し、外部トリガーとガス圧力制御システムを同期させることにより、放射光粉末回折測定での計測時間を最短で10ms程度で可能とさせた。また、一定圧を瞬時に印加するガスショットモードと、圧力を掃引しながら連続計測を行う測定手法を開発した。前者では、吸着時の構造変化から速度論的な解釈を行うことができ、これまで、多孔性配位高分子CPL-1のガス吸着時の速度定数を導出することに成功している。これらの解析では、数千データに及ぶ回折データを数秒で解析可能なソフトウェアをLabviewとPythonで独自に構築したものを利用している。また、空間分解能を高めるために新たに小型イメージングプレート検出器を開発し、高エネルギーX線を用いることでQ38Å-1程度まで統計精度の良いデータを得ることに成功している。また、局所構造解析に関連してその解析法や実験技術を習得するため、フランスの放射光施設ESRFに滞在し、実験および解析法について議論を行った。現在、開発した装置やソフトウェア、成果をまとめた論文を執筆中であるとともに、今後、他物質にも適用しながら構造ダイナミクスと物性・機能との相関解明について議論を進めていく。今年度は、当初の目的計画どおり、ガス圧力制御システムを改良し、可搬型かつ10msでのガスシステムとの通信を可能とし、ガス圧力制御下での連続計測を可能とした。時間分解データに対しては、数千データに及ぶ回折データを数秒で解析可能なソフトウェアをLabviewとPythonで構築した。また、多孔性配位錯体のガス吸脱着過程における時間分解粉末回折実験も順調に進んでおり、ガスショットモードでのガス吸着時の速度定数の算出まで成功している。さらに、空間分解能を高めた計測手法についても順調に進んでいることから、おおむね当初の計画通り進展していると考えている。2019年度は、予定通り、昨年度開発された装置およびソフトウェアを駆使して、従来の静的な構造解析では得られない情報を引き出すために、多孔性配位錯体のガス吸脱着過程での時間分解測定、X線全散乱計測を実施していく予定である。飽和ガス吸着状態が良く知られているが、動的ガス圧力制御下での構造が調査されていない多孔性配位錯体や、ガス圧力やガス種に対しスピンクロスオーバー転移を示すことが知られる2次元層状ホフマン型錯体の時間分解放射光粉末回折測定を実施する。具体的には、高エネルギーX線を用いてガスに対する吸着等温線に対応したガス圧力を制御しながら、ミリ秒で検出器のシャッターをきることにより、時間分解された放射光粉末回折データを得る。時間分解粉末回折データから、速度論的な解釈、構造の安定性、局所構造の変化等についてさらなる知見を得るため、様々な温度、圧力、時間の条件下で時間分解粉末回折測定を実施する。そして、得られた回折データより、独自に開発したソフトウェアにより解析を行い、吸着相やその他条件で得られた構造との比較により、ガス吸脱着過程における構造変化の機構を明らかにし、本研究目標の達成を図る予定である。

また、多孔性配位錯体のガス吸脱着過程における時間分解粉末回折実験も順調に進んでおり、ガスショットモードでのガス吸着時の速度定数の算出まで成功している。さらに、空間分解能を高めた計測手法についても順調に進んでいることから、おおむね当初の計画通り進展していると考えている。2019年度は、予定通り、昨年度開発された装置およびソフトウェアを駆使して、従来の静的な構造解析では得られない情報を引き出すために、多孔性配位錯体のガス吸脱着過程での時間分解測定、X線全散乱計測を実施していく予定である。飽和ガス吸着状態が良く知られているが、動的ガス圧力制御下での構造が調査されていない多孔性配位錯体や、ガス圧力やガス種に対しスピンクロスオーバー転移を示すことが知られる2次元層状ホフマン型錯体の時間分解放射光粉末回折測定を実施する。具体的には、高エネルギーX線を用いてガスに対する吸着等温線に対応したガス圧力を制御しながら、ミリ秒で検出器のシャッターをきることにより、時間分解された放射光粉末回折データを得る。時間分解粉末回折データから、速度論的な解釈、構造の安定性、局所構造の変化等についてさらなる知見を得るため、様々な温度、圧力、時間の条件下で時間分解粉末回折測定を実施する。そして、得られた回折データより、独自に開発したソフトウェアにより解析を行い、吸着相やその他条件で得られた構造との比較により、ガス吸脱着過程における構造変化の機構を明らかにし、本研究目標の達成を図る予定である。本年度は当該研究がおおむね当初の計画どおり進展したが、実験に関わる消耗品、装置の細微な仕様を変更したため一部繰り越した。次年度の予算は主に、消耗品費(ガス真空ライン、ガラス器具、回折測定用の試料セルなどおよび旅費(研究成果報告,情報収集,研究打ち合わせ)として使用する予定である。