hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチモーダル解析による低線量放射線細胞応答機構の解明

低線量電離放射線照射の細胞機能に与える影響を理解するために、様々な指標を用いて正常細胞の細胞内環境の変動を多面的に解析し全体像を理解するのが本研究の目的である。分子標的蛍光プローブ(ジクロロフルオレセイン、ローダミン1-2-3、BCECFなど)を用い、レドックス状態やミトコンドリア動態、pHなどを解析したところ、ヒト正常繊維芽細胞において100mGyのX線照射の前後で変動する指標が認められた。加えて、液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)によるディファレンシャルメタボローム解析を行い、放射線照射により変動する代謝物を同定した。これらの変動のDNA損傷シグナルと代謝調節の相関を観察するため、初期応答分子(ATM, DNAPK, NBS1, Ku70など)や代謝調節シグナル分子(AMPK, MTOR, TIGARなど)を標的としたshRNA発現レトロウイルスベクター導入ヒト繊維芽細胞をもちいて解析を行い、特定のshRNA導入によってもレドックス状態の変動などが認められることを確認した。また、特定のshRNA導入細胞では定常状態でDNA二本鎖切断が増加しているものがあり、損傷誘発と指標変動の相関が示唆された。メタボローム解析の結果、核酸代謝物や脂質代謝物の変動が再現性良く検出され、放射線照射でも認められるポリアミン代謝経路の分子の増減が特定のshRNA導入により認められた。また、shRNA導入細胞の低線量照射の結果、これら経路の代謝変動の増減が認められることから、低線量域においてもDNA鎖切断やラジカル生成を端緒とするシグナル応答が代謝調節を介して細胞機能を調節している可能性が示唆された。低線量放射線照射により生じたラジカルやDNA鎖切断が惹起する細胞環境、レドックスやミトコンドリア動態などがもたらす細胞内応答について、質量分析を用いた代謝物差分スクリーニングや分子標的プローブを用いた蛍光イメージングを併用した多モード解析により放射線誘発された細胞内/外環境調節を多面的に明らかにすることが本研究の目的である。初年度は、ヒト繊維芽細胞を用いて分子標的蛍光プローブ(dichlorofluorescein, Liperfluo,Rhodamine1-2-3, MitoRed, BCECF)染色の最適化および、蛍光顕微鏡観察条件の最適化を行った。また、DNA損傷応答から代謝調節へとつながるシグナル分子群の関与を解析するため、ATM遺伝子などを標的としたshRNA発現レトロウイルスベクターを作成してヒト繊維芽細胞に導入し、RNA/タンパク質レベルで発現減少を確認した。また、酸素分圧を4%に下げる、あるいは高・低グルコース条件で培養し放射線照射した繊維芽細胞のメタボローム解析も行い、細胞内代謝分子の変動が低線量放射線応答を変化させる可能性について検討を行った。メタボローム解析系については、従前に報告した分析法よりも多検体解析に適した親水クロマトグラフィー高速分析系を作成し、分子データベースを再構築している。脂溶性分子に適した逆相クロマトグラフィー分析系も構築し、分子データベースを作成中である。また、エクソソームに含まれるタンパク質の質量分析法の確立については現在進行中である。初年度は11月開始であったため、当初の実験計画の遂行が時間的に困難であった。本研究の目的は、低線量照射により生じたラジカルやDNA鎖切断を端緒とするシグナル応答、つづいて惹起される細胞内環境の変動を多面的な視点から解析することにある。本年度は前年度に続き、DNA損傷初期応答遺伝子(ATM, DNA-PK, Nbs1, Ku70など)を標的としたshRNA発現レトロウイルスベクターを構築し、複数のヒト繊維芽細胞に導入して安定発現させた細胞株を得た。RNA・タンパク質の発現減少を確認した細胞を用いて、逆相・親水クロマトグラフィー/質量分析によるメタボローム解析・分子標的蛍光プローブを用いたレドックス状態・ミトコンドリア動態を順次観察し、初期応答分子の発現低下がもたらす細胞環境の変化および分子プロファイルの変化、さらに低線量放射線応答の変化について解析を行っている。特異的な代謝物変動を示す特定遺伝子のノックダウン細胞が認められ、変動分子の診断マーカーとしての展開や防御機構への関与が想定された。DNA二本鎖切断の生細胞イメージング系については、GFP融合タンパク質を用いたプローブ作成を試みたが、DNA損傷を誘導した際のS/Nが低く解析に供することは困難であった。また代謝物解析の過程で多数の分子の定量化の必要性が生じたため、未精製同位体混合物を用いた複数の代謝物分子種の一斉定量分析系を構築しており、特に細胞内SH環境調節分子を定量化し、DNA損傷応答との相関を明らかにすることを試みる。初年度11月開始であったため、当初の計画達成にはやや時間が不十分である。本研究では、低線量放射線照射により生じる細胞内・外環境の変動について、分子標的プローブを用いた蛍光イメージングによりレドックス状態などを測定すると同時に、液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)による代謝物変動解析などを行い、多面的な理解をすることを目的としている。本年度は前年度に作成したDNA損傷初期応答遺伝子(ATM, ATR, DNAPK, NBS1, Ku70など)を標的としたshRNA発現レトロウイルスベクター導入ヒト繊維芽細胞をもちいて解析を進めた。蛍光プローブで解析した酸化ストレスでは、照射による増加に加え、特定のshRNA導入によっても増加が認められた。shRNA導入細胞ではgammaH2AXでモニターしたDNA二本鎖切断が増加していたことから、損傷誘発による増加と考えられた。

代謝変動については、我々が以前に報告した核酸代謝物や脂質代謝物の変動が再現性良く検出されたことに加え、shRNA導入によりポリアミン代謝経路の特定の分子の増減が認められた。また、shRNA導入細胞の低線量照射実験では、特定の経路の代謝変動の抑制や増強が認められることから、DNA鎖切断を端緒とする特徴的なシグナル応答が代謝調節を介して細胞機能に関与している可能性が示唆された。他方で、数十種の代謝物を同時に解析可能な、13C/15N同位体標識クロレラ抽出物を添加した親水クロマトグラフィーによるメタボローム解析系を構築することに成功した。さらにLC-MS条件の最適化と新規データベースを作成し、放射線誘発代謝変動の網羅性を上げることを試みている。初年度は11月開始であったため、当初の実験計画を遂行することが時間的に難しかった。低線量電離放射線照射の細胞機能に与える影響を理解するために、様々な指標を用いて正常細胞の細胞内環境の変動を多面的に解析し全体像を理解するのが本研究の目的である。分子標的蛍光プローブ(ジクロロフルオレセイン、ローダミン1-2-3、BCECFなど)を用い、レドックス状態やミトコンドリア動態、pHなどを解析したところ、ヒト正常繊維芽細胞において100mGyのX線照射の前後で変動する指標が認められた。加えて、液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)によるディファレンシャルメタボローム解析を行い、放射線照射により変動する代謝物を同定した。これらの変動のDNA損傷シグナルと代謝調節の相関を観察するため、初期応答分子(ATM, DNAPK, NBS1, Ku70など)や代謝調節シグナル分子(AMPK, MTOR, TIGARなど)を標的としたshRNA発現レトロウイルスベクター導入ヒト繊維芽細胞をもちいて解析を行い、特定のshRNA導入によってもレドックス状態の変動などが認められることを確認した。また、特定のshRNA導入細胞では定常状態でDNA二本鎖切断が増加しているものがあり、損傷誘発と指標変動の相関が示唆された。メタボローム解析の結果、核酸代謝物や脂質代謝物の変動が再現性良く検出され、放射線照射でも認められるポリアミン代謝経路の分子の増減が特定のshRNA導入により認められた。また、shRNA導入細胞の低線量照射の結果、これら経路の代謝変動の増減が認められることから、低線量域においてもDNA鎖切断やラジカル生成を端緒とするシグナル応答が代謝調節を介して細胞機能を調節している可能性が示唆された。今年度は昨年度完遂できなかった研究計画書に記載の項目について、照射細胞を用いた解析を順次行う。脂質やミトコンドリア分子などの標的蛍光プローブを用いた放射線照射細胞の動態追跡については、設定した測定条件で解析をしながら、同一の条件を用いた代謝物追跡も行い動態との相関を調べる。shRNAによるノックダウン細胞については、放射線照射による代謝物変動解析を行う。本年度はDSBのライブセルイメージング系を作成し、DSBと細胞応答の相関について蛍光プローブ及びメタボローム解析により検討を行う。
リズム形成における振動子群の引き込みと確率同期現象

本研究は、非線形力学で注目されている振動子集団の引き込み現象と確率同期現象を、非線形化学振動反応であるBelousov-Zhabotinsky (BZ)反応を用いた実験とそれを基にした数値シミュレーションから明らかにすることを目的に行なった。本年度は、以下の点を明らかにした。1.化学反応系における実験離散的な大自由度結合振動子系をビーズ振動子を用いて構成した。ビーズ振動子は、イオン交換樹脂ビーズに触媒を吸着させて、触媒を含まないBZ溶液に浸漬して構成される。複数のビーズ振動子を同じ溶液中に近づけて並べると、溶液中を拡散する化学物質によって互いに相互作用し、振動子間の距離に依存して引き込み現象が生じる。このビーズ振動子をマイクロ加工ガラス基板上に規則的に配列させ、様々な結合系(2振動子系、3×3格子系、10×10格子系)を構成した。実験の結果、(1)引き込み相転移の臨界距離がシステムサイズに依存すること、(2)臨界距離を超えると指数関数的に系の同期率が現象すること、(3)ペースメーカーをもつ1次元振動子鎖における引き込みと位相波の伝搬率の関係が明らかになった。2.数値シミュレーション光感受性オレゴネータモデルを用いて、実験で得られた結果を基に数値シミュレーションを行った。その結果、(1)引き込み転移点のシステムサイズ依存性がオレゴネータを単純に拡散で局所結合させたモデルでは再現できず、離散系の特徴をさらに考慮しなければならないこと、(2)同期率の指数関数的減少は拡散結合で説明できること、(3)ペースメーカーをもつ1次元振動子鎖における引き込み現象と結合強度の関係が明らかになった。3.生物リズムへの応用BZ反応の実験で得られた知見を生物系へ応用することを目的に、CAM植物の概日リズムを高感度CO_2計測器を用いて測定した。CAM植物は、高温連続明条件下で概日リズムを失うことが知られているが、本研究では一度失われたリズムが十分時間が経過した後に自然と回復することを実験的に明らかにした。本研究は、非線形力学で近年注目されている確率同期現象と確率共鳴現象を、ペローゾフ・ジャボチンスキー(BZ)反応を用いた実験とそれを基にした数値シミュレーションから明らかにすることを目的に行った。本年度は以下の点を明らかにした。1.化学反応系における実験離散的な大自由度の化学振動子系における確率同期現象は、これまで全く報告されていない。そこで、新たに大自由度離散系を実現する方法として、ガラス基板上にマイクロブラスト工法によって微細加工された格子パターンを用いてイオン交換樹脂ビーズを正確に配置する方法を考案し、2次元格子振動子系(10×10格子系)を作製した。この実験系を用いて大自由度離散系の引き込み実験を行い、新たな同期オーダーパラメータを定義して引き込み状態を数値化し、引き込み状態の結合強度依存性を明らかにした。また光感受性のBZ反応を採用し光照射によって全振動子に均一に雑音を与えた結果、最適雑音強度で同期率か最大になることが明らかになった。2.数値シミュレーション光感受性BZ反応のモデル方程式を用いて、実験で得られた結果を基に数値シミュレーションを行った。その結果、(1)振動子同士が適切な結合係数を持ち、かつ、分岐点に近いほど確率同期現象が強く起こること、(2)雑音が振動子間の結合強度やその特性長を変化させていることが明らかになった。また、(3)興奮状態に移る分岐点近傍において最適雑音強度下でマクロなリズムが最も誘起され、一種の確率共鳴現象が生じることが明らかになった。3.生物リズムへの応用植物におけるサーカディアンリズムの詳細な位相ダイナミクスと外部摂動に対する応答を調べた結果、(1)定常環境下において植物細胞群が脱同期と再同期を繰り返していることが示唆され、(2)パルス摂動による細胞群の強制同期に伴ってリズムの位相シフトが生じることが明らかになった。

その結果、(1)引き込み転移点のシステムサイズ依存性がオレゴネータを単純に拡散で局所結合させたモデルでは再現できず、離散系の特徴をさらに考慮しなければならないこと、(2)同期率の指数関数的減少は拡散結合で説明できること、(3)ペースメーカーをもつ1次元振動子鎖における引き込み現象と結合強度の関係が明らかになった。3.生物リズムへの応用BZ反応の実験で得られた知見を生物系へ応用することを目的に、CAM植物の概日リズムを高感度CO_2計測器を用いて測定した。CAM植物は、高温連続明条件下で概日リズムを失うことが知られているが、本研究では一度失われたリズムが十分時間が経過した後に自然と回復することを実験的に明らかにした。
効果的な遺伝子発現のための種々機能を組み込んだポリカチオンの分子設計

本年度は,昨年度までに物理化学的特性を明らかとしてきたポリアミドアミンデンドロンとポリ-L-リシンからなるヘッドーテイル型ブロック共重合体のヘッド部(ポリアミドアミンデンドロン)サイズの培養細胞系での遺伝子発現効率をルシフェラーゼアッセイにより評価し,物理化学的特性と遺伝子発現の相関について評価した。HeLa細胞への遺伝子発現効率はポリ-L-リシンの鎖長を一定としたときに最適なポリアミドアミンデンドロンサイズがあることが確認された。クロロキン,ナイジェリシン,バフイロマイシンなどの試薬を添加したことによる遺伝子発現効率への影響から,ポリアミドアミンデンドロンサイズの増大はプロトンスポンジ効果の増強に働くことが示唆された。しかしながら,ヘッド部のサイズが大きくなると,pDNAとの間で形成されるコンプレックスのサイズが著しく増加し,その結果として細胞への取込効率が低下することが確認された。適切なポリアミドアミンデンドロンサイズとすることによって,コンプレックスのサイズは130nm程度の小さなものとなり,分散安定性が向上する。その結果として細胞への取込効率が大きなヘッド部を有するものより高いことが確認された。つまり,遺伝子発現において重要であると考えられるコンプレックスサイズとプロトンスポンジ効果が,ポリアミドアミンデンドロンサイズの増加に対して逆の効果を示すため,結果的に遺伝子発現効率においては最適なポリアミドアミンデンドロンサイズが示されたと考えられる。非ウイルスベクターの開発に関しては、DNAがアニオン性であることを利用して、カチオン性のポリマーや脂質を用い、コンプレックス形成させる試みが数多く報告されてきている。良好な遺伝子発現を達成するには、血流中等の生体成分共存下で安定であるというのは絶対条件であり、それに加えて、目的細胞を認識する機能(標的認識機能)、細胞内エンドソームから細胞質へ脱出する機能(エンドソーム脱出機能)、核へ治療用遺伝子を送達する機能(核移行機能)が必要であると考えられる。本研究では、絶対条件である生体成分共存下での安定性を高めるためにPLLを利用する。このPLLの特性を維持しつつ種々機能を組み込むために、PLLとポリアミドデンドロンからなるヘッド-テイル型ポリカチオン(PAMAMA dendron-PLL)とする。この構造により、コンプレックス形成部位とエンドソーム脱出機能を有する分子となる。さらに、このヘッド-テイル型ポリカチオンのヘッド部の先端に標的認識機能を導入することによって、非ウイルスベクターとして理想的な機能を合目的に組み込んだポリカチオンによる遺伝子発現の増強を実現する。このPLLの特性を維持しつつ種々機能を組み込むために、PLLとポリアミドデンドロンからなるヘッド-テイル型ポリカチオンとする。本年度は、ヘッド-テイル型ポリカチオンのヘッド部とテイル部のバランスがin vitro遺伝子発現に及ぼす影響を中心に検討を行い、エンドソーム脱出機能を増強するためにヘッド部を大きくすることは、必ずしも遺伝子発現効率の向上につながらず、治療用遺伝子と複合体を形成した状態でのベクターのサイズが細胞への取り込み過程に大きな影響を及ぼすことが確認された。
Co合金超微粒子の相変態とHCP構造粒子の安定合成

Coはバルク状態において,420°Cの同素変態点を境に,高温相である面心立方(fcc)構造から低温相の六方稠密(hcp)構造に変態し,室温に於いてはhcp構造が安定となる。しかし,そのサイズが減少し,ミクロンオーダーの微粒子になると,fcc構造となることが数多くの研究から知られている。このCo微粒子の特異な結晶構造の発生機構についてはこれまで理論的考察は殆どなされておらず,またhcp-Co微粒子の合成に成功した例もない。一方,hcp-Coは高い一軸性の結晶磁気異方性を有するため,もし微粒子状態で安定に合成することが出来れば,超高密度記録材料への展開や巨視的量子効果の研究など,基礎及び応用の面で理想的な材料の一つとなる可能性がある。本研究では,我々が新たに開発した超微粒子スパッタ技術を用い,hcp-Co超微粒子を安定に合成すること,そしてその発生機構の解明を目的とした。研究の成果を簡潔にまとめると次のようになる。Co粒子のサイズ及び結晶構造は,スパッタ条件(特にスパッタガス圧力,放電電力)に強く依存し,粒子サイズの増加と共にhcp/fccの体積分率は著しく増加して,40nmのサイズでほぼ完全なhcp-Co微粒子となることがわかった。これらのhcp-Co粒子は,Wulff多面体の外形形状を有する単結晶粒子であることが確認された。表面,双晶境界,積層欠陥,弾性エネルギー全てを考慮した厳密な自由エネルギー計算を行い,微小サイズ(<10nm)における高温相fcc,そしてサイズ増加に伴うhcp相の出現は,微粒子特有の本質的表面効果に起因していることが明らかになった。この理論計算によれば,結晶相のサイズ依存性,そしてアニールに伴う結晶相安定性に関する実験結果を全て定量的に説明できる。本研究で得られたhcp-Co微粒子は20nm程度の3次元ランダム微粒子状態で1500Oeもの高い保磁力を示し,超高密度記録材料への応用および微粒子系における磁化反転機構の研究に極めて有用な材料と考えられる。Coはバルク状態において,420°Cの同素変態点を境に,高温相である面心立方(fcc)構造から低温相の六方稠密(hcp)構造に変態し,室温に於いてはhcp構造が安定となる.しかし,そのサイズが減少し,ミクロンオーダーの微粒子になると,fcc構造となることが数多くの研究から知られている.このCo微粒子の特異な結晶構造の発生機構についてはこれまで理論的考察は殆どなされておらず,またhcp-Co微粒子の合成に成功した例もない.一方,hcp-Coは高い一軸性の結晶磁気異方性を有するため,もし微粒子状態で安定に合成することが出来れば,超高密度記録材料への展開や巨視的量子効果の研究など,基礎及び応用の面で理想的な材料の一つとなる可能性がある.

本研究では,我々が新たに開発した超微粒子スパッタ技術を用い,hcp-Co超微粒子を安定に合成すること,そしてその発生機構の解明を目的とした.研究の成果を簡潔にまとめると次のようになる.Co粒子のサイズ及び結晶構造は,スパッタ条件(特にスパッタガス圧力,放電電力)に強く依存し,粒子サイズの増加と共にhcp/fccの体積分率は著しく増加して,40nmのサイズでほぼ完全なhcp-Co微粒子となることがわかった.これらのhcp-Co粒子は,Wulff多面体の外形形状を有し,マイクロディフラクションからも僅かな積層欠陥を含む単結晶粒子であることが確認された.このような結晶相のサイズ依存性を説明するために,表面エネルギーを考慮した自由エネルギー計算を行い,微小サイズ(<10nm)における高温相fcc,そしてサイズ増加に伴うhcp相の出現は,微粒子特有の表面効果により説明できることがわかった.現在,微粒子アニールによる相安定性の確認実験を行い,それらの結果を双晶境界,積層欠如に起因するエネルギー項を考慮に入れたより厳密な理論計算により説明することを試みている.Coはバルク状態において,420°Cの同素変態点を境に,高温相である面心立方(fcc)構造から低温相の六方稠密(hcp)構造に変態し,室温に於いてはhcp構造が安定となる.しかし,そのサイズが減少し,ミクロンオーダーの微粒子になると,fcc構造となることが数多くの研究から知られている.このCo微粒子の特異な結晶構造の発生機構についてはこれまで理論的考察は殆どなされておらず,またhcp-Co微粒子の合成に成功した例もない。一方,hcp-Coは高い一軸性の結晶磁気異方性を有するため,もし微粒子状態で安定に合成することが出来れば,超高密度記録材料への展開や巨視的量子効果の研究など,基礎及び応用の面で理想的な材料の一つとなる可能性がある。本研究では,我々が新たに開発した超微粒子スパッタ技術を用,hcp-Co超微粒子を安定に合成すること,そしてその発生機構の解明を目的とした.研究の成果を簡潔にまとめると次のようになる.Co粒子のサイズ及び結晶構造は,スパッタ条件(特にスパッタガス圧力,放電電力)に強く依存し,粒子サイズの増加と共にhcp/fccの体積分率は著しく増加して,40nmのサイズでほぼ完全なhcp-Co微粒子となることがわかった。これらのhcp-Co粒子は,Wulff多面体の外形形状を有する単結晶粒子であることが確認された.表面,双晶境界,積層欠陥,弾性エネルギー全てを考慮した厳密な自由エネルギー計算を行い,微小サイズ(<10nm)における高温相fcc,そしてサイズ増加に伴うhcp相の出現は,微粒子特有の本質的表面効果に起因していることが明らかになった.この理論計算によれば,結晶相のサイズ依存性,そしてアニールに伴う結晶相安定性に関する実験結果を全て定量的に説明できる.本研究で得られたhcp-Co微粒子は20nmの3次元ランダム微粒子状態で1500Oeもの高い保磁力を示し,超高密度記録材料への応用および微粒子系における磁化反転機構の研究に極めて有用な材料と考えられる。
表面効果翼艇の運動の解析

当初予定していたように、将来の超高速海上輸送機関としての表面効果翼艇の耐航性を既存の小型艇の運動を撮影した約20時間分のビデオ・テープから解析した。このため、予定通りカラービデオプリンターを備品として購入し、艇の運動の詳細な解析に用いた。この作業は、予想外に時間を要し、解析は全データには及んでいない。今後とも研究を続行する。数値解析は、当初予定していた空気力学特性データでは、途中で計算不安定が発生したため、再度空気力学特性のデータの計算をやり直している。このように、本研究は予定外の障害のため、やや遅れてはいるが、途中経過として得られた結果を「研究発表」に示した2編の論文として発表または発表予定となっている。残された研究は、幸にも、定常的研究経費の範囲で続行可能であるので、今後とも研究を続行し、順次成果をとりまとめて発表してゆく予定である。
ベックウィズウィードマン症候群および腎芽腫の刷り込み現象:その化学調節研究

腎芽腫を高率に合併するベックウィズウィードマン症候群の原因遺伝子座である11p15.5ではKvDMRドメインにおけるDNA脱メチル化(Loss of Imprinting)が生じている。すなわちKCNQ1OT1遺伝子の絶対的、相対的発現増加により周辺遺伝子の発現減少が生じ腎芽腫発生に関わっている。我々はKCNQ1OT1遺伝子の発現を抑制するPIポリアミドを新規に開発・合成した。このPIポリアミドを腎芽腫細胞株G401に投与し、KCNQ1OT1遺伝子の発現抑制および細胞増殖抑制効果を確認した。このPIポリアミドはLoss of Imprintingを生じている腎芽腫およびその他の腫瘍に対して新規抗腫瘍薬となり得ると考えられた。平成22年度はベックウィズヴィードマン症候群(BWS)のモデルマウスでKCQN1遺伝子の再発現が確認できたPIポリアミド化合物と同様に、ヒトBWSに対するPIポリアミド化合物を作製した。さらに使用するヒトBWS細胞株のcharacterizationを行った。1.ヒトKCLQ1OT1プロモーター領域に存在するCCAAT配列へのPIポリアミド化合物の作製ヒトKCLQ1OT1プロモーター領域に存在するCCMT配列を標的としたPIポリアミド化合物を作成した。同領域のCCMT配列に対する特異度を上げるために、CCAAT配列の一部を含む近傍に設計し、合計3種類のPIポリアミド化合物を作成した。2.ヒトBWS細胞株のcharacterizationヒトBWSの線維芽細胞株6種類中4種類に対してKCNQ1遺伝子の発現量を確認し、全ての細胞株で同遺伝子の発現がないことを確認した。さらにPIポリアミドの作用機序から、KvDMRのDNAが脱メチル化状態のもので効果があると考えられるため、MassARRAY epiTYPER法により同領域のメチル化の定量を行った。その結果2種類の細胞株で脱メチル化状態であることが確認できた。3.PIポリアミド化合物の至適条件の確認2.でcharacterizationされた細胞株2種類に対して1.で作製したPIポリアミド化合物を1μM、5μM投与した。24、48、72時間後に細胞を回収し、抽出したRNAからKCNQ1遺伝子の発現量を測定したところ、KCNQ1遺伝子の再発現は確認されなかった。平成23年度は、引き続き新規のPIポリアミド化合物の作製および至適条件の検討を行うとともに、gel shift assayおよびビアコアによるPIポリアミド化合物の標的配列への結合能の確認を行っていく予定である。本年度は昨年度に引き続きベックウィズヴィードマン症候群(BWS)に対するPIポリアミドのLIT1/KIP2ドメインへの効果の検討を行った。1.ヒトKCNQ10T1(LIT1)プロモーター領域に存在するCCAAT配列へのPIポリアミド化合物の効果の検討昨年度にPIポリアミド2種類を既に設計・合成している。脱メチル化状態であることを確認したヒトBWS線維芽細胞株2種類に対して、合成したPIポリアミド2種類をそれぞれ1μMずつ投与した。24、48、72時間培養後に細胞を回収し、抽出したRNAをcDNAに逆転写してからLIT1遺伝子の発現量を測定したところ、48、72時間後でLITI遺伝子の発現抑制(p<0.05)が確認された。同様に、LIT1遺伝子に発現抑制をされる腫瘍抑制遺伝子KIP2遺伝子の発現量を測定したところ、72時間後で発現上昇(p<0.05)が確認された。2.PIポリアミド化合物の細胞核内移行性の確認PIポリアミド化合物2種類のDp末端をFITCでラベリングしたものを合成し、それを2種類の細胞株に投与した。24時間後にホルムアルデヒドで固定し、同時に核染色を行い、スライドを作成した。蛍光顕微鏡にて核に一致する部位にFITC発光を認め、核内にPIポリアミド化合物が移行していることを確認した。引き続きgel shift assayおよびビアコアによるPIポリアミド化合物の標的配列への結合能の確認、腎芽腫細胞株などに対する抗腫瘍効果の検討、インプリンティング異常に対するPIポリアミドのDNAマイクロアレイによる網羅的発現解析を行っていく予定である。研究協力者として吉澤、星(大学院生)が研究に参画する。既に我々はPIポリアミド2種類を設計・合成し、LIT1プロモーター領域が脱メチル化状態であるヒトBWS線維芽細胞株に対して、LIT1の発現を抑制することを確認している。今回、LIT1の発現抑制による抗腫瘍効果の検討のためLIT1プロモーター領域が脱メチル化状態であると考えられるヒト腎芽腫細胞株G401に対してPIポリアミド2種類をそれぞれ1μMずつ投与した。その結果、WST-8法にてG401で約6070%の腫瘍細胞増殖抑制効果を認めた。またG401においてreal time RT-PCR法にてLIT1遺伝子の発現抑制も確認できた。2. LIT1発現抑制によるKIP2発現の検討

LIT1の相対的過剰発現により発現抑制されている周辺遺伝子のうちの1つであるKIP2は腫瘍抑制遺伝子であると報告されている。PIポリアミド投与により腫瘍増殖抑制効果を認めたG401を用いて、Western Blotting法にてPIポリアミド非投与群と比較して投与群にKIP2蛋白の発現増強を認めた。また、KIP2蛋白はミトコンドリア経路アポトーシスを促進することが報告されており、AnnexinVとPropidium Iodideを用いて染色してFACSにて解析したところ、PIポリアミド投与群でのアポトーシス亢進を認めた。我々は、LIT1プロモーター領域が脱メチル化している腎芽腫細胞株G401に対してLIT1プロモーター領域に結合し発現抑制するPIポリアミドを開発した。それを用いることでLIT1の発現抑制およびKIP2蛋白の発現増強によりアポトーシスを誘導し腫瘍細胞増殖抑制効果をin vitroの系で確認できた。現在、計画通り順調に進行している。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後はウエスタンブロット法にてKIP2蛋白の発現量を確認するとともに、LIT1遺伝子により発現抑制されている他の隣接遺伝子(IPL遺伝子、TSSC5遺伝子)の発現量をreal time RT-PCRで確認する。現在のPIポリアミドを数塩基延長して設計し、同領域に対する特異度を上げるように設計・合成し、至適条件を検討する。
ヘリコバクター・ピロリの毒素CagAの胃発がんにおよぼす影響

このデータを分析した結果、次のことが明らかとなった。(1)H.pylori陽性者の間では、CagAは胃がんのリスクと関連しなかった。(2)H.pylori陽性者の間では、血清抗CagA抗体価は胃がんのリスクと関連しなかった。(4)CagA陽性のH.pyloriと陰性のH.pyloriとも胃がんのリスクと有意な関連を認めた。本研究の胃がん症例は、85%がdiffuse typeであるので、diffuse typeの若年胃がんに関しては、CagAはリスクと関係しないと結論できる。例数が少なかったintestinal typeの胃がんに関して結論的なことはいえないが、本研究の結果には、CagAとintestinal typeの胃がんの関連を示すものは全く認められなかった。本研究と他の研究の結果が異ならないdiffuse typeの胃がんに関しては、H.pyloriはリスクと関連し、その関連の程度はCagAの有無で差がないと結論できるが、intestinal typeに関しては、他の研究とは結果が異なった。
メチル水銀を含む水銀動態のモデル化と曝露評価への応用

水銀に関する水俣条約が発効され、水銀の人為的排出量の削減に向けた国際的な取り組みが進められている。本課題では全球多媒体モデル、水産統計データ、発生源寄与率解析を統合し、人為排出量削減に伴う環境・生物中の水銀負荷への応答(条約の有効性)を定量評価するための数理手法を構築することを目的としている。H29年度には水産統計データを整理し、発生源を推定するためのポストプロセッサーを構築した。海洋における水銀の滞留時間は大気に比べてはるかに長く、このため、百年スケールの長期シミュレーションに基づく検討が必要である。H30年度には、人為排出量の長期インベントリを作成し、これを用いて、主要な人為排出の始まった1850年以降160年間のシミュレーションを行った。この結果を用いてソースーレセプター(SーR)解析を行い、2010年における、魚類中の水銀の起源を推定した。ソース地域は、東アジア、中央アジア、南アジア、北米、南米、ヨーロッパ、アフリカ、オセアニアの8地域を設定し、レセプターには国際連合食料農業機関(FAO)の主要漁業海域を設定した。SーR解析の結果、海洋の全漁業海域において、過去主要な排出地域であった北米ーヨーロッパが、現在における魚類中総水銀の最大の起源であることが明らかとなった。また、FAOの漁獲・生産・流通に関する全球のデータベース(FishStatJ)を用いて、漁業による水銀輸送量を推計した。水銀に関する水俣条約が採択・署名され、近い将来、人為的な排出量の削減に向けた国際的な対策が講じられることになる。本課題では、申請者がこれまでに化学物質の動態研究において蓄積してきたモデル、データ、知見を広く統合し、水銀条約の有効性を評価するための方法論を構築する。具体的には、水銀の全球多媒体モデル(FATE-Hg)に有害性の高いメチル水銀の生成と水産物への移行を取り扱うサブモデルを導入し、水産物中のメチル水銀の人への曝露と、この起源を推定するためのサブモデルを統合する。H28年度には、海水-底質中におけるメチル水銀の生成と分解と海洋低次(粒子状有機物;POM)-高次(魚類)への移行を計算するサブモデルを構築し、FATE-Hgに導入した。また、このサブモデルにおいて主要なモデルパラメーターとなる、水銀の海水中における形態変化の速度定数、メチル水銀の植物プランクトンへの生物濃縮係数、メチル水銀のPOMから魚類への食物網蓄積係数について文献調査を実施し、規定値を確定した。さらに、公文化されているモニタリングデータを収集し、FATE-Hgより推定された大気-海洋表層の水銀濃度を検証した。海洋における水銀濃度を予測可能な広域モデルはそもそも少なく、再現性も悪い。これらの先行研究と比較し、濃度レベル、分布、季節性ともに良好な検証結果が得られた。本課題の土台となる全球モデルの構築はほぼ完了したと考えるが、水銀動態に関するモデルパラメーターには全般に大きな不確実性がある。これらの精緻化を引き続き進める。H28年度には、遠洋海水中におけるメチル水銀の生成と海洋水産物への移行まで取り扱う全球モデルの構築を目標としており、この目標はほぼ達成できた。ただし、海水-底質中の形態変化の速度定数、生物濃縮係数、食物網蓄積係数等の情報は少なく不確実性が大きい。引き続き検討を進める必要がある。H29年度にはH29年度以降の研究計画の内、水産統計データの整理と、発生源を推定するためのポストプロセッサーの構築を行った。水産統計データには国際連合食料農業機関(FAO)の漁獲・生産・流通に関する全球のデータベース(FishStatJ)を用いた。2119魚種、26漁業海域、245ヵ国別に収集された、過去60年間分の統計データを整理し、魚種については、水棲動植物国際標準統計分類(ISSCAAP)に基づいて分類した。発生源の推定には排出量感度法を用いた。ソース地域は、東アジア、中央アジア、南アジア、北米、南米、ヨーロッパ、アフリカ、オセアニアの8地域を設定し、FAO主要漁業海域における、形態別水銀のこれらのソース地域からの寄与率を推定するプログラムを作成した。また、これまでに得られている成果を統合し、特に水銀濃度が高いとされる、マグロ、カツオ、カジキ類についての試験的な解析を実施した。この結果、北半球では、地中海を除く全海域において、東アジアからの寄与が最大となり、南半球では、東アジア、南米、アフリカ、オセアニアの寄与が大きくなる結果が得られた。これらの結果を国内外の学会において発表した。主要課題である、全球多媒体モデルの構築、全球水産統計データの整理、発生源推定のためのポストプロセッサーの作成は完了しており、おおむね計画通りに進んでいる。

H30年度には、人為排出量の長期インベントリを作成し、これを用いて、主要な人為排出の始まった1850年以降160年間のシミュレーションを行った。この結果を用いてソースーレセプター(SーR)解析を行い、2010年における、魚類中の水銀の起源を推定した。ソース地域は、東アジア、中央アジア、南アジア、北米、南米、ヨーロッパ、アフリカ、オセアニアの8地域を設定し、レセプターには国際連合食料農業機関(FAO)の主要漁業海域を設定した。SーR解析の結果、海洋の全漁業海域において、過去主要な排出地域であった北米ーヨーロッパが、現在における魚類中総水銀の最大の起源であることが明らかとなった。また、FAOの漁獲・生産・流通に関する全球のデータベース(FishStatJ)を用いて、漁業による水銀輸送量を推計した。これまで、おおむね計画通りに研究が進んでいる。研究実施計画に従い、H29年度には、水産統計データと流通経路の調査に基づき、人為的な要因(漁獲-流通-摂取)による、メチル水銀の人への曝露経路をモデル化する。また、国別の発生源を推定することができるポストプロセッサーを作成する。最終年度となるH30年度には、H28-29年度に構築したモデル、データ、知見を統合し、水銀条約に伴う人為的な排出量の削減が、人へのメチル水銀の曝露リスクをどの程度低減させることができるのかを地球規模で推定可能な数理手法を完成させる。水産物の摂取量に関する調査を進め、前年度までの成果を統合し、水銀に関する水俣条約の有効性評価を行うための数理手法を完成させる。引き続き、全球多媒体モデルの改良と検証を進め、モデルプロセス・パラメーターに関する不確実性を検討する。課題全般に関する成果を取りまとめ、公文化する。予定していた国際学会への参加を取りやめ、英文校閲等の論文投稿に関する経費を使用しなかったため。次年度使用額が生じた理由は、予定していた国際学会への参加費用が不要になったこと、論文投稿が次年度に持ち越されたことによる。前年度の未使用分は成果発表に関する経費であるため、学会参加、論文投稿費用として本年度使用する予定である。前年度未使用分は成果発表に関する経費である。学会発表、論文投稿費用として本年度以降に使用する。
歯肉線維芽細胞におけるスフィンゴ脂質の炎症応答に対する作用

スフィンゴ脂質から合成されるセラミドは細胞内シグナル伝達物質として炎症、細胞増殖、アポトーシスに関与することが知られている。本報告は歯肉線維芽細胞に対するセラミドの効果について平成14・15年度の2年間で以下の実験を行った。1.プロスタグランジンE_2産生歯肉線維芽細胞に膜透過型C_2-セラミドを作用させプロスタグランジンE_2(PGE_2)量をELISA法により測定した。C_2-セラミドは濃度依存および経時的にIL-1βによるPGE_2産生を抑制した。C_2-セラミド単独では対照とほとんど差がなくPGE_2産生を起こさなかった。またC_2-セラミドのアナログを同様に作用させたが、IL-1βによるPGE_2産生は影響を受けなかった。PGE_2産生酵素であるシクロオキシゲナーゼ-2(COX-2)mRNA発現をRT-PCR法により測定した。C_2-セラミド単独では弱いCOX-2mRNA発現が認められ、IL-1βによる発現に対しては増強傾向を示した。C_2-セラミドのアナログではCOX-2mRNA発現に対して影響しなかった。3.C_2-セラミド以外の効果C_2-セラミド以外のセラミド(C_6-,C_8-,C_<16>-セラミド)のIL-1βによるPGE_2産生に対する影響について測定した。C_2-セラミド以外のセラミドは、単独ではPGE_2産生を起こさなかった。しかし、IL-1βと同時に作用するとPGE_2産生を増加しC_<16>-セラミドがもっとも強い抑制を示した。以上の結果よりC_2-セラミドは歯肉線維芽細胞における炎症応答を抑制し、歯周疾患治療における適用が示唆された。スフィンゴ脂質からスフィンゴミエリナーゼにより産生されるセラミドは様々な疾患における病因・病態における重要な因子である。サイトカイン、ストレス刺激、Fasリガンドなどがスフィンゴ脂質からスフィンゴミエリナーゼによるセラミド産生系を介し、炎症、細胞増殖、分化、アポトーシスを引き起こすことが報告されている。平成14年度は以下の実験を行った。1.プロスタグランジンE_2歯肉線維芽細胞にC_2-セラミドを作用させプロスタグランジンE_2量をELISA法により測定しシクロオキシゲナーゼ-活性について測定した。C_2-セラミドは濃度依存的(10-50μM)および経時的(6-24時間)にIL-1βによる作用させプロスタグランジンE_2産生を抑制した。C_2-セラミド単独では対照と比較してごくわずかなプロスタグランジンE_2産生が認められた。またC_2-セラミドのアナログを同様に作用させたがIL-1βによるプロスタグランジンE_2産生は影響を受けなかった。2.細胞内カルシウムイオン濃度歯肉線維芽細胞におけるブラジキニンによる細胞内カルシウムイオン濃度の上昇はC_2-セラミド前処置により抑制された。C_2-セラミドのアナログは抑制を示さなかった。またC2-セラミド単独では細胞内カルシウムイオン濃度の変化に影響を与えなかった。以上の結果よりC_2-セラミドは歯肉線維芽細胞における炎症応答の即時的応答くブラジキニンに対する作用)と遅発応答(IL-1βに対する作用)の反応の両方を抑制し、抗炎症作用を有することが示唆された。スフィンゴ脂質からスフィンゴミエリナーゼにより産生されるセラミドは様々な疾患における病因・病態における重要な因子であり、スフィンゴ脂質からスフィンゴミエリナーゼによるセラミド産生系を介し炎症、細胞増殖、アポトーシスに関わることが報告されている。平成14・15年度の2年間で以下の実験を行った。1.プロスタグランジンE_2産生歯肉線維芽

細胞にC_2-セラミドを作用させプロスタグランジンE_2(PGE_2)量をELISA法により測定した。C_2-セラミドは濃度依存的(10-50μM)および経時的(6-24時間)にIL-1βによるPGE_2産生を抑制した。C_2-セラミド単独では対照と比較してわずかなPGE_2産生が認められた。C_2-セラミドのアナログを同様に作用させたがIL-1βによるPGE_2産生は影響を受けなかった。2.細胞内カルシウムイオン濃度歯肉線維芽細胞にブラジキニン作用させたことによる細胞内カルシウムイオン濃度上昇はC_2-セラミド前処置により抑制された。しかしC_2-セラミドのアナログは抑制を示さなかった。C_2-セラミド単独では細胞内カルシウムイオン濃度の変化に影響を与えなかった。PGE_2産生酵素であるシクロオキシゲナーゼ(COX-2)発現に対するC_2-セラミドの効果についてRT-PCR法により測定した。C_2-セラミド単独でCOX-2発現が認められ、C_2-セラミドのアナログではCOX-2は発現しなかった。さらにIL-1βによるCOX-2発現をC_2-セラミドは部分的な抑制を示したが、アナログは抑制作用を示さなかった。以上の結果よりC_2-セラミドは歯肉線維芽細胞における炎症応答の即時的応答(プラジキニンに対する作用)と遅発応答(1L-1βに対する作用)の反応の両方を抑制し、抗炎症作用を有することが示唆された。
労務サービス契約の研究

本稿は2部に分かれている。第1部:雇用と労働契約がその法的性質が異なることを、民法制定時からの学説史の分析から論じている。雇用・請負・委任を区別する意味と労働契約の類型的区分とは法的に異なる意味をもつことを論じている。実際の業務委託契約書・業務請負契約書を素材にして、業務委託契約の一部を、民法上の雇用と解するべきであること、業務請負契約を、これまでの契約類型とは異なる、「労務サービス契約」と位置づけるべきだと主張している。本研究の独創性は、委託労働者(受託者)及び請負労働者のユーザーとの法律関係を考えるうえで、労働法上の労働契約とは別に民法上の雇用ととらえ、その規範原理について論じていること、及び、業務請負の法律関係について、労働者派遣、労働者供給、請負、委任とは別に独自に第三者の労働力をユーザーに供給する契約を新たな類型として定義し、その規範原理を明らかにした点にある。第2部:まず、イギリス法を素材として、近代において生じたとされる契約法における契約の自由、および雇用契約法における契約の自由について明らかにし、近代雇用契約法が成立する基礎となった近代資本主義とはいかなるものとして成立したかを明らかにしている。次に近代雇用契約法と区別される労務供給契約法における契約の自由と従属について論じ、主に従属的自営業者について明らかにしている。雇用、請負、委任の区別に関し区別の困難な部分に着目して、それぞれの類似点が存在すること、そして類似点が生じた原因と沿革について考察し、最後に区別が困難な理論的根拠について明らかにしている。さらに現代雇用契約法・労働法の適用対象と被用者性について明らかにし、現代雇用契約法・労働法の基礎となる現代資本主義としての独占資本主義が労働関係に与えた影響について明らかにしている。独創的な点としては、まず、労務サービス契約の研究として、雇用契約から外れる労務提供の契約として従属的自営業者の結ぶ契約と、自営的労働者の結ぶ契約について明らかにしている点である。従属的自営業者について、自営業者の結ぶ契約の従属的な場合について明らかにし、雇用を従属的契約とし、委任や請負を独立的契約とする区別の基礎が失われていることを明らかにしている。また自営的労働者について、雇用契約の従属性から放逐され、社会から排除されている自営的労働者について明らかにし、彼らが共同体などの封建的従属からも解放され、また社会保障などを受けることもできないときは、生存の危機にさらされ、生きるため極端な従属に陥いらざるをえないこと、今日の社会不安を取り除くため法改正の必要なことを明らかにしている。1.調査実績;今年度は、首都圏コンピュータ技術者協同組合、日本損害保険代理業協会、日本テレワーク協会・マイクロ・ビジネス協議会、全国デジタル・オープン・ネットワーク事務協同組合、(株)キャリア・マム、在宅ワーク専門家に聞き取り調査を行った。また、諸外国の文献リサーチを行った。2.研究実績(1)委託の形態;サービス提供者は、(1)ユーザーと直接に契約を結ぶケースと

(2)仲介者との契約を介してユーザーに対しサービスを提供するケースがあるが、仲介者の役割はたんなる斡旋と労務管理を行うものがある。(2)サービス提供者とユーザーまたは仲介者との間の契約(労務サービス契約)は「業務委託契約」「作業契約」「代理店委託契約」など様々な名前を用いているが、その法的性質は、「請負」(ソフト開発作業契約)または「有償委任」(代理店委託契約)と解されているようであるが必ずしも明確ではない。(3)契約内容も多様だが、(1)原則としてサービス提供者自身が業務に従事する、(2)ユーザーからの委託を受けて業務に従事する、(3)契約締結時に業務内容がある程度特定されている、(4)報酬は出来高で算定されている場合と、稼働時間で算定される場合があるが、支払は定期(毎月)になされる、(5)契約期間の定めがあるといったところが多い。(4)問題点・課題は、(1)契約締結が明確ではない、契約しても内容がはっきりしない、(2)報酬・手数料は主としてユーザー側により決定される、(3)継続的に仕事依頼がない(生活が不安定)、(4)仕事の質にバラツキがあるなどである。厚生労働省は在宅ワークガイドラインにより書面による契約締結を促進しているが、効果があがっていない。(5)今後の研究課題として、労務サービス契約の定義、ユーザー(委託者)責任の根拠、労働法の適用の可否があげられる。1.調査実績2003年6月1日14日に、国際労働機関(ILO)の総会および「雇用関係の範囲」委員会に参加・傍聴した。また、国内では、あいおい損保代理店、人材派遣会社各社(ビッグ・アビリティ、アデコ、リクルート・スタッフィング、マンパワージャパン、パソナ、テンプスタッフ)の法務担当者および人材派遣協会、(社)全国労働基準関係団体連合会、出版ネッツを取材した。また、諸外国の法制度調査のために、文献リサーチを行った。2.研究実績労務サービス契約を(1)業務委託契約、(2)業務請負契約の二種類に分け、それぞれを以下のように定義した。業務委託とは、ある個人が他の企業(ユーザー)から委託を受けて、自営の形式で、委託者の指示の下に委託された業務を遂行し、これに対して報酬を得ることを意味し、この目的を達成するために当事者の間で結ぶ一個または複数の契約を業務委託契約という。業務委託の下で働く就業者を「委託労働者」と呼ぶ。業務請負とは、ある企業(労務請負企業)が他の企業(ユーザー)との契約に基づいて、その債務を履行するために労働者を提供して、ユーザーの指示の下に委託された業務に従事させ、これに対して報酬を得ることをいう。ユーザーの指示の下に働く労働者を「請負労働者」と呼ぶ。ここでは、労務請負企業とユーザーとの間の契約を業務請負契約という。法的課題として、委託労働者については、その労働者性が認められる場合と認められない場合に分け、後者については、保護されるべき委託労働者を「契約労働者」と定義し、労災保険法など労働法の一部を契約労働者に拡大適用する立法的解決が必要であること、また、現行法の枠内において業務委託契約への労働契約ルールの類推適用の可能性を検討した。
5配位状態のリンおよびケイ素からなる新規な結合の構築とその性質の解明

この研究の目的は、5配位リン原子および5配位ケイ素原子からなる結合を有する化合物を合成し、その新規な結合を有する化合物の物性や反応性を解明することである。今年度は5配位ケイ素原子同士が結合した初めてのジアニオン性化合物、ジシリカートの物性の評価を行った。サイクリックボルタンメトリーおよび紫外吸収スペクトル測定により、得られたジシリカートは一般的なジシランと比較して酸化電位が低く、吸収波長が長波長シフトすることを見出した。分子軌道計算を行ったところ、ジシリカートはジシランに比べてHOMOのエネルギーが高く、小さなHOMO-LUMOギャップを持つことがわかった。この計算結果は先述した測定結果とよく合致した。被占軌道であるSi-Si結合性軌道と酸素原子の非共有電子対との相互作用によってHOMOのエネルギーが上昇することを明らかにした。本研究を遂行中に開発した新規な高配位化合物の合成法を応用し、平成20年度にはアニオン性6配位リン化合物の合成に成功している。今年度はその性質について種々検討した。その効率的な合成法を確立するとともに、X線結晶構造解析やNMRスペクトルによってその構造を決定し、6配位リン原子が2つの水素原子と結合しているという特異な構造を確認した。そのリン上の水素原子は水のプロトンと交換可能であるにもかかわらず、カルボニル化合物との反応においてヒドリドとしてふるまうことを見出した。この特異な反応性を利用し、重水を用いたカルボニル化合物の還元的重水素化に成功した。5配位リン原子と5配位ケイ素原子が結合した化合物の合成を目的として、いずれもMartin配位子を二つ有する4配位ボスホラニドと4配位シランの反応をエーテル中で行ったが、反応は進行せず目的化合物は得られなかった。同様の反応をTHF中で行ったところ、溶媒であるTHFの開環反応が進行し、THFの開環によって生じる原子団[-(CH_2)_4O-]によって5配位リン原子と5配位ケイ素原子が架橋された化合物が高収率で得られることを見出した。これは5配位リン原子と5配位ケイ素原子を単一分子中に有する初めての化合物である。THFの開環は4配位ホスホラニドのみ、および4配位シランのみでは起こらないため、それらが協同的に作用してTHFの開環を行っていると考えられる。別の合成方法を用いてより短い原子団[-(CH_2)_nO-](n=3,2,1,0)で5配位リン原子と5配位ケイ素原子が架橋された化合物を合成し、それらのNMRスペクトルについて系統的な比較検討を行った。4配位シランをリチウムナフタレニドで還元した後に求電子試薬で処理することで5配位シリカートが生成することを見出した。また、リチウムを用いた還元的カップリングによって5配位ケイ素原子同士が結合したジシリカートの合成に成功した。生成物の同定は各種NMRおよびマススペクトルによって行った。今回用いた合成方法は5配位化合物の新規な合成手法であり、そのシンプルさゆえに高配位化合物の化学の発展に広く寄与すると期待される。前年度において合成に成功した5配位ケイ素原子同士が結合した初めてのジアニオン性化合物、ジシリカートの性質について検討を行った。得られたジシリカートに塩酸を作用させたところ、ケイ素-ケイ素結合を保ったままプロトン化か進行し、電気的に中性なジシランが得られた。得られたジシランのX線結晶構造解析により、ヒドロキシ基の配位を受けた5配位ケイ素原子同士が結合していることを確認できた。また、そのケイ素原子の配位状態はジアニオン性のジシリカートと比べると大きく変化しており、この構造の変化に伴ってUV吸収スペクトルが大きく変化することを見出した。また、ジシランに水素化リチウムを作用させて脱プロトン化し、ジシリカートに戻すことにも成功した。すなわち、ジシリカートとジシランは酸塩基反応によって可逆的に相互変換することができ、それによって構造や光学的性質をスイッチングできるということを明らかにした。これは基礎化学的に興味深いだけでなく、各種分子デバイスへの応用も期待される知見である。シランやその等電子体であるホスホニウム塩の2電子還元反応を検討し、目的化合物の有用な合成中間体と成り得る、ジアニオンケイ素化学種およびモノアニオンリン化学種の発生・捕捉に成功した。この方法の開発により、目的化合物の前駆体の選択肢が大きく広がった。この手法を応用し、新規なアニオン性6配位リン化合物の合成にも成功した。得られた化合物は6配位リン上に2つの水素原子を有しており、従来の方法では合成が困難であった興味深い化学種である。この方法は高配位超原子価化合物全般に幅広く適用可能と考えられ、これまでにない画期的な化合物の合成につながる可能性もある。

今年度は5配位ケイ素原子同士が結合した初めてのジアニオン性化合物、ジシリカートの物性の評価を行った。サイクリックボルタンメトリーおよび紫外吸収スペクトル測定により、得られたジシリカートは一般的なジシランと比較して酸化電位が低く、吸収波長が長波長シフトすることを見出した。分子軌道計算を行ったところ、ジシリカートはジシランに比べてHOMOのエネルギーが高く、小さなHOMO-LUMOギャップを持つことがわかった。この計算結果は先述した測定結果とよく合致した。被占軌道であるSi-Si結合性軌道と酸素原子の非共有電子対との相互作用によってHOMOのエネルギーが上昇することを明らかにした。本研究を遂行中に開発した新規な高配位化合物の合成法を応用し、平成20年度にはアニオン性6配位リン化合物の合成に成功している。今年度はその性質について種々検討した。その効率的な合成法を確立するとともに、X線結晶構造解析やNMRスペクトルによってその構造を決定し、6配位リン原子が2つの水素原子と結合しているという特異な構造を確認した。そのリン上の水素原子は水のプロトンと交換可能であるにもかかわらず、カルボニル化合物との反応においてヒドリドとしてふるまうことを見出した。この特異な反応性を利用し、重水を用いたカルボニル化合物の還元的重水素化に成功した。