hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
上皮成長因子の情報伝達網の細胞内1分子可視化解析

本研究は、上皮成長因子(EGF)により活性化される細胞増殖のための細胞内情報伝達網の働きを、細胞内で1分子計測し、解析することにより、増殖信号の伝達機構を解明することを目的とする。細胞における1分子測定は、これまでに報告がなかった。最近、我々は細胞の細胞表面でEGF分子の1分子可視化に成功し、EGF受容体の局在と運動、さらに分子間相互作用を細胞内で1分子測定することが可能になった。これらの1分子測定法をさらに発展させることにより、研究を進めている。本年度はEGFの情報伝達素過程の細胞内1分子追跡法の開発をおこなった。その結果、EGFの活性化を認識する抗体や、各種緑色蛍光蛋白質(GFP)との融合蛋白質などを用いて、以下の情報伝達素過程を細胞内で1分子追跡することができるようになった。(1)EGF受容体の自己リン酸化反応の1分子可視化自己リン酸化により構造変化したEGF受容体を特異的に認識する抗体を蛍光標識し、EGF受容体に結合した蛍光EGFと2色同時観察することによる。(2)EGF受容体とアダプター蛋白質の相互作用の1分子可視化EGF受容体を認識するアダプターGrb2タンパク質のSH2ドメインを大腸菌で発現・精製し蛍光標識した。(3)Ras,Raf-1の細胞内1分子可視化GFP変異体のひとつYFPとの融合タンパク質として細胞内に発現させたRas,Raf1を生きている細胞内で1分子可視化し、その運動を追跡することができるようになった。
進行直腸癌における細胞接着分子を標的とした転移・浸潤機構の解明と制御

大腸癌細胞株においてc-kitの発現を比較し、c-kit発現が増殖能、浸潤能に与える影響およびc-kitチロシンキナーゼ受容体阻害剤であるメシル酸イマチニブの増殖、浸潤抑制効果について検討した。COLO320DM、DLD-1、HT29、WiDrの4種類の大腸癌細胞株においてc-kitの発現をRT-PCR、ウェスタンブロット、フローサイトメトリーにより調べた。大腸癌細胞株においてCOLO320DM、DLD-1にはc-kitの発現を認めたが、WiDr、HT29にはc-kitの発現を認めなかった。c-kit受容体のリガンドであるstemcell factor(SCF)によるc-kit受容体の活性化を調べるためウェスタンブロットを行った。c-kit陽性株ではSCF刺激によりc-kit受容体のリン酸化がおこり、SCFによってc-kit受容体が活性化されていることが確認された。SCFにて大腸癌細胞株を刺激しその増殖能の変化をWST-1assayで検討したところ、c-kit陽性大腸癌細胞株ではSCF刺激により増殖能が有意に充進したが、c-kit陰性株では増殖能に変化はなかった。浸潤能についてはマトリゲルを用いた実験により評価した。増殖実験と同様にc-kit陽性株ではSCF刺激により浸潤能は有意に充進したが、c-kit陰性株では浸潤能に変化はなかった。SCFによるc-kit受容体のリン酸化はメシル酸イマチニブによって抑制されることがウェスタンブロットで示され、充進した増殖能、浸潤能はメシル酸イマチニブ投与によって、SCF未刺激と同程度まで抑制されることも明らかになった。以上のような結果よりメシル酸イマチニブを用いたc-kit陽性大腸癌の治療の可能性が示唆された。c-kit受容体から下流のシグナル伝達経路として、p44/42MAPK、PI3K/Akt経路について確認したところ、受容体の活性化により両経路が活性化され、その中でもPI3K/Akt経路が強く関与していることが示された。以上よりCOLO320DM、DLD-1をc-kit陽性株、WiDr、HT29をc-kit陰性株とし研究を行った。SCFにて大腸癌細胞株を刺激しその増殖能の変化をWST-1 assayで検討したところ、c-kit陽性大腸癌細胞株ではSCF刺激により増殖能が有意に亢進したが、c-kit陰性株では増殖能に変化はなかった。

浸潤能についてはマトリゲルを用いた実験により評価した。増殖実験と同様にc-kit陽性株ではSCF刺激により浸潤能は有意に亢進したが、c-kit陰性株では浸潤能に変化はなかった。SCFによるc-kit受容体のリン酸化はメシル酸イマチニブによって抑制されることがウェスタンブロットで示され、亢進した増殖能、浸潤能はメシル酸イマチニブ投与によって、SCF未刺激と同程度まで抑制されることも明らかになった。以上のような結果よりメシル酸イマチニブを用いたc-kit陽性大腸癌の治療の可能性が示唆された。大腸癌細胞株においてc-kitの発現を比較し、c-kit発現が増殖能、浸潤能に与える影響およびc-kitチロシンキナーゼ受容体阻害剤であるメシル酸イマチニブの増殖、浸潤抑制効果について検討した。COLO320DM、DLD-1、HT29、WiDrの4種類の大腸癌細胞株においてc-kitの発現をRT-PCR、ウェスタンブロット、フローサイトメトリーにより調べた。大腸癌細胞株においてCOLO320DM、DLD-1にはc-kitの発現を認めたが、WiDr、HT29にはc-kitの発現を認めなかった。c-kit受容体のリガンドであるstemcell factor(SCF)によるc-kit受容体の活性化を調べるためウェスタンブロットを行った。c-kit陽性株ではSCF刺激によりc-kit受容体のリン酸化がおこり、SCFによってc-kit受容体が活性化されていることが確認された。SCFにて大腸癌細胞株を刺激しその増殖能の変化をWST-1 assayで検討したところ、c-kit陽性大腸癌細胞株ではSCF刺激により増殖能が有意に亢進したが、c-kit陰性株では増殖能に変化はなかった。c-kit受容体から下流のシグナル伝達経路として、p44/42MAPK、PI3K/Akt経路について確認したところ、受容体の活性化により両経路が活性化され、その中でもPI3K/Akt経路が強く関与していることが示された。
新興ボルナウイルスの宿主域および病原性に関する分子基盤の解明

新興ボルナウイルスの病原性・宿主域を解析するために、鳥ボルナウイルスの1種であるParrot bornavirus-4 (PaBV-4)の人工合成系(リバースジェネティクス)を確立した。本法の確立により任意の変異をウイルスゲノムに導入でき、かつレポーター遺伝子を同時に感染細胞で発現する組み換えウイルスを作成することが可能になった。まず初めにドイツで分離されたPaBV-4野生株のアンチゲノム配列をベクタープラスミドに組み込み、細胞内で転写後RNAが切断されるようゲノムの両末端にリボザイムを挿入した。このリボザイム配列は、すでに確立されている哺乳類ボルナウイルスBoDV-1ベクターを参考にした。またBoDV-1ベクターと同様、容易に感染細胞を同定しウイルスの増殖を解析できるよう、PおよびM遺伝子間にレポーター遺伝子GFP,mCherry,luciferase)を組み込んだ。つぎに、このPaBV-4ベクターの作出に特化した鳥類細胞を作成した。前年度までの結果より、PaBV-4が属するClade 3鳥ボルナウイルスは哺乳類細胞へ感染しないことが明らかとなっていた。このことから人工合成系に適した鳥類細胞が不可欠であることが示唆された。PaBV-4に感受性を示すウズラ由来のQT6細胞にpiggybac systemを用いてSV40 large T antigenをゲノムに挿入し、T antigen恒常発現QT6細胞(QT6-T)を作成した。さらに同細胞にプラスミドを高効率に導入するためトランスフェクション試薬を検討した。このQT6-T細胞に作成したPaBV-4ベクタープラスミドおよびPaBV-4のN, P, Lタンパク質発現プラスミドをトランスフェクションし継代を45日間続けた結果、感染性を示す組み換えPaBV-4を得た。前年度までの結果より、ボルナウイルスの宿主域を規定するウイルス因子を同定し詳細な分子機構まで明らかとしている。また今年度実施した鳥ボルナウイルスの人工合成系の確立により、哺乳類ボルナウイルスだけでなく鳥ボルナウイルスの変異体を作成できることから、さらに宿主域規定に関する解析の発展が見込まれる。また新興ボルナウイルスである鳥ボルナウイルスはオウム目へ感染することで前胃拡張症を引き起こし高い病原性を示す。絶滅危惧種であるオウム目の保全のため鳥ボルナウイルスの疫学調査は非常に重要である。このため国内での、特に主にオウム目を取り扱う繁殖場での鳥ボルナウイルスの実態を調査した。疫学調査を実施するにあたって、ウイルス検出法の開発が必須であったため、鳥ボルナウイルスの中でも優占種であるPaBV-4の迅速かつ高感度で簡便な検出法RT-LAMP法を開発した。本法はRNAを逆転写するのための操作は不要であり、また目視で陽性陰性を判別できる。実際に開発したRT-LAMP法を繁殖場で実施し、試験した個体のうちおよそ半数がPaBV-4陽性であることがわかった。鳥ボルナウイルスの人工合成系の確立、および繁殖場での疫学調査とPaBV-4の検出法確立について現在論文執筆中である。宿主域規定の分子基盤に関して、より詳細に解明するため今年度確立した鳥ボルナウイルスPaBV-4の人工合成系を用いて変異体を作成し、鳥類および哺乳類細胞への感染性を解析する。昨年度同定した宿主域規定にかかわるウイルス因子の領域を哺乳類ボルナウイルスBoDV-1の同領域に置換した組み換えPaBV-4を作成後、培養細胞への感染性およびLewisラットへの感染性を解析する。病原性発現の分子基盤を解明するため、感染することでヒトに脳炎を引き起こす新興ボルナウイルスの1種であるVSBV-1の人工合成系を確立する。今年度実施したPaBV-4の人工合成系と同様、VSBV-1に適した哺乳類細胞を検討し、またアンチゲノム配列を組み込んだベクタープラスミドから組み換えウイルスを作成する。その後、ウイルス溶液をLewisラットへ脳内投与、静脈投与および鼻腔内投与することで感染を成立させるか検討する。感染した場合、体重変化やISG発現、病理解析を行うことでVSBV-1の病原性を明らかにする。ボルナウイルスの宿主域を規定する分子メカニズムの解明を目的に、哺乳類および鳥類細胞株を用いて各遺伝子型の宿主特異性をin vitroで評価した。また、細胞侵入過程に重要なGタンパク質を各遺伝子型にいれかえたGタンパク質シュードタイプウイルスを作製し、それぞれの感染性を解析した結果、ボルナウイルスの宿主特異性は細胞侵入過程では規定されないことが明らかとなった。さらに、ミニゲノムアッセイにより哺乳類および鳥類細胞内でのポリメラーゼ活性を測定したところ、鳥類細胞にのみ感染性を示す鳥ボルナウイルスParrot bornavirus-4(PaBV-4)は、哺乳類細胞において顕著に転写・複製が抑制されることが明らかとなった。これらのことから、ボルナウイルスの宿主特異性は、細胞内での転写および複製過程に規定されることが示唆された。つぎに、各遺伝子型のウイルスタンパク質(N, P, Xタンパク質)の細胞内局在を免疫染色法にて解析した結果、哺乳類細胞に感染性を示すBorna disease virus-1(BoDV-1)のNタンパク質は核内に局在しているのに対し、PaBV-4は哺乳類細胞において有意に細胞質に多く局在していることが明らかとなった。鳥類細胞では、どちらのNタンパク質も細胞核内に局在していた。Nタンパク質はN末端側に核移行シグナル(NLS)を有しており、このNLSを介して細胞核に移行することが既に明らかとなっている。そこでPaBV-4のNタンパク質のNLS配列をBoDV-1の配列に置換したキメラNタンパク質を作製し、細胞内局在を解析した結果、哺乳類細胞において核内に局在し、かつポリメラーゼ活性も有意に増加した。

これらの事から、転写・複製に重要なNタンパク質の核移行活性がボルナウイルスの宿主特異性に関与していることが示唆された。ボルナウイルスの宿主特異性に関与しているウイルス因子を同定し、また宿主特異性を制限する分子基盤の一端を明らかにした。また来年度計画していたneonatal Lewisラット、および3週齢ラットを用いた脳内投与によるボルナウイルスのin vivo感染実験系を既に確立し、新興ボルナウイルスの感染性を確認中である。ヒトに脳炎を引き起こし高病原性であると疑われている遺伝子型VSBV-1を、リバースジェネティクス法により人工的にウイルスを作製するためウイルスゲノムプラスミドおよびミニレプリコンプラスミドを作製した。現在HEK293T細胞を用いて条件検討を行っている。またボルナウイルス科に属する各遺伝子型のウイルスゲノム配列を進化学的に解析することで、ボルナウイルスの進化過程に深く関与しているウイルス遺伝子領域を探索し、またその領域が宿主特異性に影響を与えたか、タンパク質変異体およびウイルス変異体を作製し評価を行っている。新興ボルナウイルスの病原性・宿主域を解析するために、鳥ボルナウイルスの1種であるParrot bornavirus-4 (PaBV-4)の人工合成系(リバースジェネティクス)を確立した。本法の確立により任意の変異をウイルスゲノムに導入でき、かつレポーター遺伝子を同時に感染細胞で発現する組み換えウイルスを作成することが可能になった。まず初めにドイツで分離されたPaBV-4野生株のアンチゲノム配列をベクタープラスミドに組み込み、細胞内で転写後RNAが切断されるようゲノムの両末端にリボザイムを挿入した。このリボザイム配列は、すでに確立されている哺乳類ボルナウイルスBoDV-1ベクターを参考にした。またBoDV-1ベクターと同様、容易に感染細胞を同定しウイルスの増殖を解析できるよう、PおよびM遺伝子間にレポーター遺伝子GFP,mCherry,luciferase)を組み込んだ。つぎに、このPaBV-4ベクターの作出に特化した鳥類細胞を作成した。前年度までの結果より、PaBV-4が属するClade 3鳥ボルナウイルスは哺乳類細胞へ感染しないことが明らかとなっていた。このことから人工合成系に適した鳥類細胞が不可欠であることが示唆された。PaBV-4に感受性を示すウズラ由来のQT6細胞にpiggybac systemを用いてSV40 large T antigenをゲノムに挿入し、T antigen恒常発現QT6細胞(QT6-T)を作成した。さらに同細胞にプラスミドを高効率に導入するためトランスフェクション試薬を検討した。このQT6-T細胞に作成したPaBV-4ベクタープラスミドおよびPaBV-4のN, P, Lタンパク質発現プラスミドをトランスフェクションし継代を45日間続けた結果、感染性を示す組み換えPaBV-4を得た。
硬骨魚類の遺伝・育種・繁殖学的研究

本研究の主要目的はこれまで我国の科学研究の一般的傾向として情報の交換・人的交流が欧米に偏り,隣国韓国とは充分な交流が行われてこなかったとの認識に立って,今後両国がアジアの先進国として,アジア地域の繁殖のために水産増養殖研究,特にその基礎となる魚類の遺伝・育種・繁殖に関する研究分野において,科学研究協力の基礎作りとすることにあった。現在韓国から水産研究の分野で多数の留学生が我国で学んでいるが,韓国における水産増養殖の研究,特に今回の研究テーマである硬骨魚類の遺伝・育種・繁殖に関する研究の実体が十分に把握されていなかった。今回の国際学術研究において建国大学,畜産学科,家畜遺伝育種研究室の朴弘陽教授の協力を得て,建国大学において魚類の遺伝育種に関するセミナーを開催し,建国大学における研究の実体を把握した。現在ソウル地域には水産培養殖研究にかかわる大学,研究機関は存在せず,建国大学に将来,水産に関する学科を新設する計画があり,我々との研究を強く希望していた。また韓国のアジアに誇るベき規模を有する,韓国海洋研究において魚類の遺伝・育種に関する研究報告会を開催し,関連の研究者と情報交換を行った。済州島では韓国国立水産振興院,水産種苗培養場を訪れ,ヒラメの種苗生産と親魚の繁殖,受精卵の管理と稚魚の飼育,養成に関する問題点について情報交換を行った。釜山地域では,韓国唯一の釜山水産大学校と水産振興院を訪れた。水産振興院では,魚の遺伝解析をアイソザイムを指標として行い,また魚類の培数体統卸の研究を行っており,これらの研究の実情を視察した。釜山大学においては特に将来の研究協力について積極的な提言があり,アジアの指導国として日本の科学研究の推進と国際協力について,水産大学校学長から発言があり,情報交換の場においては,日本と韓国の類似性が強調され,また過去の不幸な厂史を卆直に受け止めて将来の友と親善を基調とした研究協力の必要性について話し合いが行われた。また個別研究者との交流において特にヒラメの性統御と染色体操作,ウナギの性決定機構に関する研究の現状と日本の研究の実状について討論した。本研究を通して韓国の魚類の遺伝・育種・繁殖に関する研究の現状を把握した。我々の研究は韓国の研究レベルと比較すると高いレベルであるが,今後の研究はやはり,それぞれが地域の特性を生かして独自の道を進むことが重要と思われる。韓国の水産増養殖研究で注目すベき研究は,釜山水産大学の現名誉教授,金仁培氏が行っている省エネを基調とした親魚養成法の開発に関する研究である。我国では結果的にエネルギー消費の増大を伴う親魚の養成,飼育管理が行われており,今後の大きな課題となる。今回韓国との学術研究で遂行しようとした研究は,魚類の染色体操作の有用性と問題点と魚類の発生,統御,魚類精子の凍結とその応用,魚類の卵黄形成と肝機能について明らかにすることであった。魚類の染色体操作は原理的には単純な技術によって行われており,現在新しい手法が生まれる見透しは少ない。性の統御,不妊性雌3倍体の作出に応用の道が拓らかれる可能性があるが,現在我々の研究で,操作によって染色体自体に形態的異常を引き起こすことが明らかになり,育種への応用に慎重性が求められる。魚類の発生工学的研究により初期発生胚の融合によりキメラの作成が可能であることからまた卵の機械的分割技術を応用した発生操作研究により胚軸形成に不可欠な物質とその存在部位に関して新知見を得た。魚卵の精子凍結法はコイ科の魚およびサケ・マス類で開発され,一般にペレット法の有用性が指摘されているが,本研究ではこれをヒラメに応用し,有効性を明らかにした。この方法により生殖期を異にするカレイ類の交雑も可能となる。肝臓でのビテロゲニンの合成は魚類の成熟の基本的な現象であり,本研究で肝細胞の培養によって初めてウナギのビテロゲニンの合成には下垂体のGTが関与することを初めて明らかにした。韓国側から朴教授が日本を訪れ,今後予定として化学標識による個体識別,性転換,精子長期保存等の技術を利用しながら有用品種を作出する研究を次回からは韓国政府の援助により共同研究を継続することとなった。

済州島では韓国国立水産振興院,水産種苗培養場を訪れ,ヒラメの種苗生産と親魚の繁殖,受精卵の管理と稚魚の飼育,養成に関する問題点について情報交換を行った。釜山地域では,韓国唯一の釜山水産大学校と水産振興院を訪れた。水産振興院では,魚の遺伝解析をアイソザイムを指標として行い,また魚類の培数体統卸の研究を行っており,これらの研究の実情を視察した。釜山大学においては特に将来の研究協力について積極的な提言があり,アジアの指導国として日本の科学研究の推進と国際協力について,水産大学校学長から発言があり,情報交換の場においては,日本と韓国の類似性が強調され,また過去の不幸な厂史を卆直に受け止めて将来の友と親善を基調とした研究協力の必要性について話し合いが行われた。また個別研究者との交流において特にヒラメの性統御と染色体操作,ウナギの性決定機構に関する研究の現状と日本の研究の実状について討論した。本研究を通して韓国の魚類の遺伝・育種・繁殖に関する研究の現状を把握した。我々の研究は韓国の研究レベルと比較すると高いレベルであるが,今後の研究はやはり,それぞれが地域の特性を生かして独自の道を進むことが重要と思われる。韓国の水産増養殖研究で注目すベき研究は,釜山水産大学の現名誉教授,金仁培氏が行っている省エネを基調とした親魚養成法の開発に関する研究である。我国では結果的にエネルギー消費の増大を伴う親魚の養成,飼育管理が行われており,今後の大きな課題となる。今回韓国との学術研究で遂行しようとした研究は,魚類の染色体操作の有用性と問題点と魚類の発生,統御,魚類精子の凍結とその応用,魚類の卵黄形成と肝機能について明らかにすることであった。魚類の染色体操作は原理的には単純な技術によって行われており,現在新しい手法が生まれる見透しは少ない。性の統御,不妊性雌3倍体の作出に応用の道が拓らかれる可能性があるが,現在我々の研究で,操作によって染色体自体に形態的異常を引き起こすことが明らかになり,育種への応用に慎重性が求められる。魚類の発生工学的研究により初期発生胚の融合によりキメラの作成が可能であることからまた卵の機械的分割技術を応用した発生操作研究により胚軸形成に不可欠な物質とその存在部位に関して新知見を得た。魚卵の精子凍結法はコイ科の魚およびサケ・マス類で開発され,一般にペレット法の有用性が指摘されているが,本研究ではこれをヒラメに応用し,有効性を明らかにした。この方法により生殖期を異にするカレイ類の交雑も可能となる。肝臓でのビテロゲニンの合成は魚類の成熟の基本的な現象であり,本研究で肝細胞の培養によって初めてウナギのビテロゲニンの合成には下垂体のGTが関与することを初めて明らかにした。韓国側から朴教授が日本を訪れ,今後予定として化学標識による個体識別,性転換,精子長期保存等の技術を利用しながら有用品種を作出する研究を次回からは韓国政府の援助により共同研究を継続することとなった。
思春期・青年期におけるうつ状態と食行動異常との関連性についての疫学研究

本研究の目的は,思春期・青年期の一般集団・臨床集団に,うつ状態判定質問票と摂食障害判定質問票を同時に実施し,両者の関連性を疫学的に検討し,その知見を用いて疾患判定のスクリーニング精度を上げ,学校や家庭におけるリスクグループの早期発見・早期介入に結びつけることである.本研究の対象は,群馬県下の一般中学生,高校生,大学生および児童思春期外来に通院する思春期患者であり,測定手段は米国精神医学協会の診断基準DSMに基づく自記式うつ状態判定用尺度DSD(27項目)と自記式摂食障害判定用尺度EAT-26である.初年度に行われた予備調査では,一般公立中学生485名,一般私立大学生159名,あわせて644名よりデータを採取した.DSDにより測定されたうつ状態の症状と,EAT-26により測定された摂食障害の症状に関する各質問項目あるいは尺度得点が,どのように関連しているかを因子分析等を用いて解析した.この結果から,DSDに過食要因の6項目を付け加え,新たなうつ状態判定アルゴリズムを構成した.次年度に行われた本調査では,一般群として中学生480名,高校生164名,大学生141名(計785名)からデータを採取し,臨床群として県内の精神病院の児童思春期外来に通院する13歳から21歳までの男女30名からデータを採取した.うつ状態の新しい判定基準の妥当性を検証するため,臨床群の一部に半構造的診断面接(修正SCID)を実施した.その結果,一致度は従来の基準に比べ新しい基準により若干の改善を見た.しかし,標本数が少ないこともあり,新基準の有効性の確定については今後,標本サイズの大きい一般群での調査実施を待って結論付けたい.また,臨床群,一般群とも,思春期・青年期におけるうつ状態の症状と食行動異常の各症状との間には,特に女子において強い関連性が見られた.臨床群において両者の関連性が顕著であったが,一般群においても学年が上がるにつれて臨床群に近づくことが示唆された.本研究の目的は,思春期・青年期の一般集団・臨床集団に,うつ状態判定質問票と摂食障害判定質問票を同時に実施し,両者の関連性を疫学的に検討し,その知見を用いて疾患判定のスクリーニング精度を上げ,学校や家庭におけるリスクグループの早期発見・早期介入に結びつけることである.本研究の対象は,群馬県下の一般中学生,高校生,大学生および児童思春期外来に通院する思春期患者であり,測定手段は米国精神医学協会の診断基準DSMに基づく自記式うつ状態判定用尺度DSD(27項目)と自記式摂食障害判定用尺度EAT-26である.初年度に行われた予備調査では,一般公立中学生485名,一般私立大学生159名,あわせて644名よりデータを採取した.DSDにより測定されたうつ状態の症状と,EAT-26により測定された摂食障害の症状に関する各質問項目あるいは尺度得点が,どのように関連しているかを因子分析等を用いて解析した.この結果から,DSDに過食要因の6項目を付け加え,新たなうつ状態判定アルゴリズムを構成した.次年度に行われた本調査では,一般群として中学生480名,高校生164名,大学生141名(計785名)からデータを採取し,臨床群として県内の精神病院の児童思春期外来に通院する13歳から21歳までの男女30名からデータを採取した.うつ状態の新しい判定基準の妥当性を検証するため,臨床群の一部に半構造的診断面接(修正SCID)を実施した.その結果,一致度は従来の基準に比べ新しい基準により若干の改善を見た.しかし,標本数が少ないこともあり,新基準の有効性の確定については今後,標本サイズの大きい一般群での調査実施を待って結論付けたい.また,臨床群,一般群とも,思春期・青年期におけるうつ状態の症状と食行動異常の各症状との間には,特に女子において強い関連性が見られた.臨床群において両者の関連性が顕著であったが,一般群においても学年が上がるにつれて臨床群に近づくことが示唆された.初年度の研究目的は,思春期・青年期の一般集団・臨床集団に,うつ状態判定質問票と摂食障害判定質問票を同時に実施し,そのデータから新たな判定質問票を構成することである.ただし,臨床群については次年度に行うこととし,代わりに一般群について規模を拡大してデータを収集した.調査票はDSMに基づく自記式うつ状態判定用尺度DSD(27項目)と自記式摂食障害判定用尺度EDQ-R(54項目)を予定していたが,対象者からの要請もあり,自記式摂食障害判定用尺度としてはEAT-26を用いた.一般公立中学生485名,一般私立大学生159名,あわせて644名よりデータを採取したほか,DSDの標準化のため一般国立大学大学生1487名のデータを採取した.また,一部の対象者には,各尺度の併存的妥当性,構造的妥当性を検証するため,別の抑うつ尺度CES-Dおよび不安尺度STAIのデータも採取した.現在入力作業が終了し,データクリーニングが行われている.今後,2尺度の信頼性・妥当性の検証を行った上で,DSDによりうつ状態の有無を判定し,陽性群と陰性群に分けた上で,この2群の判別に摂食障害に関する各質問項目あるいは尺度得点がどのように寄与してるかを判別分析(あるいは重回帰分析)を用いて解析する.この結果により,DSDに摂食障害関係の項目をいくつか付け加え,うつ状態判定アルゴリズムに修正を加えて,新たな質問票を構成する.

次年度は臨床群を中心に,再構成された質問票による群分けが診断的面接結果とどの程度一致するかを検討することにより,スクリーニング精度の改善を試みる予定である.初年度は、予備調査として思春期・青年期の一般群(中学生485名、大学生159名)からうつ状態判定質問票(DSD)と摂食障害判定質問票(EAT-26)のデータを採取した。本年度は、初年度で採取したデータから多変量解析を用いて新たな判定用質問票を構成し、その有用性を一般群と臨床群で検討することを目的とした。本年度は一般群として中学生480名、高校生164名、大学生141名(計785名)よりデータを採取し、臨床群として県内の精神病院の児童思春期外来に通院する13歳から21歳までの男女30名からデータを採取した。新しい尺度の信頼性・妥当性を検証するため、一般群の対象者の一部に状態不安尺度なども実施し、臨床群の一部に半構造的診断面接(修正SCID)を実施した。先行研究においては、うつ状態判定質問票DSDは米国精神医学会の精神科診断のためのマニュアルDSMに準拠したアルゴリズム判定を可能とした評価尺度であるが、食欲の変化といった部分で診断的面接結果とのずれが若干見られたとされている。今回の調査では、摂食障害判定質問票EAT-26から関連性の強い項目を編入して再構成することによって診断的面接における一致度の改善が見られた。また、新しい判定尺度は一定の信頼性・妥当性が認められた。総じて思春期・青年期におけるうつ状態の症状と食行動異常の各症状との間には強い関連性が見られ、これらを考慮して判定尺度を構成する試みが有効であることが明らかになった。
食品増粘素材多糖キサンタンガムの免疫調節機能

食品増粘素材として多用されている多糖であるキサンタンガムの新たな健康機能を明らかにして、食生活上の有益性を確立することを目的として、免疫細胞に与える影響をマウスのマクロファージ培養細胞と脾臓細胞を用いて検討した。その結果、細胞性免疫を増強させるサイトカインであるインターロイキン-12とンターフェロン-γの産生誘導が乳酸菌と同様に認められたことから、細胞性免疫の賦活化作用といった乳酸菌と同様な健康機能効果があると考えられた。食品増粘素材として多用されている多糖であるキサンタンガムの新たな健康機能を明らかにして、食生活上の有益性を確立することを目的として、免疫賦活化能を検討した。キサンタンガム、乳酸菌菌体と大腸菌リポ多糖(LPS)によるマウス脾臓細胞での各種サイトカインの産生を検討した。マウスC3H/HeN(リポ多糖LPSに対する応答性が高い)系の脾臓細胞にキサンタンガム(50μg/ml)、乳酸菌(10μg/ml)あるいはLPS(0.1μg/ml)を添加して、培養3日後の培養上清中の、体液性免疫の指標であるインターロイキン(IL)-4、ヘルパーT細胞17型が産生するIL-17とその産生細胞を分化・誘導するマクロファージが産生するIL-6、さらに、好中球の浸潤を誘導して細菌の貪食に関与するマクロファージが産生する腫瘍壊死因子(TNF-α)を酵素免疫測定法で定量した。検討したキサンタンガム、乳酸菌とLPSはすべてIL-6とTNF-αの産生を増強した。IL-4産生に対しては、キサンタンガム、乳酸菌とLPSは抑制効果が認められた。また、IL-17産生に対しては、キサンタンガムと乳酸菌は産生増強効果を示したが、LPSは産生を抑制した。IL-4の産生低下はヘルパーT細胞1型と2型の免疫バランスを1型つまり細胞性免疫の増強へと向かわせるので、相対的にアレルギーが抑制される。また、IL-17は、いくつかの自己免疫疾患の発症にも関与するが、健康な状態では好中球の浸潤を誘導し、炎症反応を起こさせ細菌に対する防御反応を行う。したがって、キサンタンガムは乳酸菌と同様にアレルギー抑制効果と好中球による細菌に対する防御という免疫機能性があると考えられた。食品増粘素材として多用されている多糖であるキサンタンガムの新たな健康機能を明らかにして食生活上の有益性を確立することを目的に免疫賦活化能を検討した。マウスマクロファージ培養細胞株J774.1をキサンタンガム多糖(50μg/ml)、マクロファージ上のトール様受容体(TLR)-4を介して活性化することが知られている大腸菌リポ多糖(LPS、0.1μg/ml)あるいはTLR-2を介して活性化する植物性乳酸菌加熱死菌菌体懸濁液(10μg/ml)存在下で24時間培養して、培養上清中の活性化の指標となるサイトカインであるインターロイキン(IL)-12の産生増強を酵素免疫測定法で定量した結果、すべての試料においてIL-12の産生増強が認められた。LPSで刺激したJ774.1細胞にキサンタンガムあるいは乳酸菌を加えると、IL-12産生の相乗効果が乳酸菌には認められたが、本多糖には認められなかった。マウスから調製した脾臓細胞をキサンタンガム多糖、LPSあるいは乳酸菌存在下で24時間培養後の培養上清中のIL-12とインターフェロン(IFN)-γの産生増強を定量した。その結果、遺伝的にLPSに対する応答性の高いC3H/HeNとナチュラルキラー細胞はあるがその活性の低下したC57/BL6JHam系統の脾臓細胞で、すべての試料においてIL-12とIFN-γの産生増強が認められたが、IFN-γの産生はC57/BL6J Ham系統がC3H/HeN系統より低下していた。LPSに対する応答性の低いC3H/HeJ系統の脾臓細胞では、すべての試料においてIL-12の産生増強は認められたが、IFN-γの産生増強は認められなかった。以上の事から、食品増粘素材多糖であるキサンタンガムには乳酸菌と同様な細胞性免疫賦活化作用があり、マクロファージ細胞上TLR-4を介して活性化していることが示唆された。食品増粘素材として多用されている多糖であるキサンタンガムの新たな健康機能を明らかにして、食生活上の有益性を確立することを目的として、本多糖のヒト腸管上皮様細胞株Caco-2細胞での抗炎症作用と高速液体クロマトグラフィーによる分析・定量方法を検討した。9日培養したCaco-2細胞に腫瘍壊死因子(TNF)-α(0.1μg/ml)あるいは過酸化水素(60μg/ml)で刺激し本多糖を加えさらに2日間培養後、細胞間の密着結合の程度を電気抵抗値(TER)で測定するとともに炎症性のIL-8産生量を酵素免疫測定で定量した。

その結果、キサンタンガムには明確なTERで測定した腸管のバリア損傷に対する抑制効果とIL-8の産生抑制効果を確認できなかった。N-アセチル基を持つ以外の単糖や二糖は分光学的に検出できないので、示差熱検出系が用いられているが、その感度は低い。しかしながら、アミノベンジルエチルエステルで標識すると紫外でも蛍光でも検出できるようになる。そこで、キサンタンガムのトリフルロオ酢酸部分分解物の分析を行った。その結果、構成単糖であるグルコース、マンノースと二糖セロビオースが検出できた。このクロマトパターンにより化粧液製品中のキサンタンガムの定性と定量が可能であった。動物細胞工学本研究では、食品増粘素材多糖であるキサンタンガムの免疫細胞に与える影響についてマウスのマクロファージ培養細胞株と脾臓細胞を用いて細胞性免疫応答の増強効果とアレルギー応答の抑制効果を、マウス脾臓細胞と腸管上皮様細胞株を用いて抗炎症作用を検討することにより、食品増粘素材多糖の新たな健康機能を明らかにして、食生活上の有益性を確立することを目的としている。25年度はこの目的の中で、マウス脾臓細胞を用いて、アレルギー抑制の指標であるIL-4の産生低下と炎症性の指標であるIL-17の産生増強効果を検討して、キサンタンガム多糖の抗アレルギー効果と好中球による細菌に対する防御効果を明確にできた。したがって、「研究の目的」の達成度は、おおむね順調に進展していると判断した。本研究では、食品増粘素材多糖であるキサンタンガムの免疫細胞に与える影響についてマウスのマクロファージ培養細胞株と脾臓細胞を用いて細胞性免疫応答の増強効果とアレルギー応答の抑制効果を、マウス脾臓細胞と腸管上皮様細胞株を用いて抗炎症作用を検討することにより、食品増粘素材多糖の新たな健康機能を明らかにして、食生活上の有益性を確立することを目的としている。24年度はこの目的の中で、マウスのマクロファージ培養細胞株と脾臓細胞を用いて細胞性免疫応答の増強効果を明らかにすることでき、ほぼ期待した結果が得られた。また、マクロファージ細胞上のトール様受容体(TLR)-4を介して活性化していることが示唆された。1.腸管上皮様細胞株Caco-2細胞を用いたキサンタンガム多糖の抗炎症作用トランスウエル内でヒトCaco-2腸管細胞株を3日ごとに培養液交換を行いながら15日間培養して腸管細胞様に誘導する。キサンタンガムあるいは植物性乳酸菌をあらかじめ作用させたCaco-2細胞を基底膜側からTNF-αで刺激しながら2日培養して炎症状態を誘導する。Caco-2細胞間の密着結合の程度を経上皮電気抵抗値で測定するとともにIL-8産生量を酵素免疫測定法で定量する。2.高速液体クロマトグラフィーによるキサンタンガムの分析・定量方法の開発単糖や二糖は分光学的に検出できないので、示差熱検出系が用いられているが、その感度は低い。酸で部分分解したキサンタンガムの構成単糖や二糖を標識して高感度に分析するとともに、食品や化粧品中のキサンタンガムを分析・定量する。・多糖キサンタンガムは、マクロファージ細胞上のトール様受容体(TLR)-4を介して活性化していることが示唆されたが、このことをさらに明確化するため、前年度購入した単一のトール様受容体2あるいは4を発現している遺伝子導入細胞を用いて検討する。
滑膜細胞、T細胞およびB細胞のクローニングによる抗リウマチ作用機序の検討

慢性関節リウマチ(RA)におけるメトトレキサート(MTX)少量パルス療法の作用機序について検討した。RA患者滑膜由来のT細胞、B細胞のクローナルな細胞増殖に及ぼす低濃度領域でのMTXの影響を検討では、末梢血由来の場合と同様、RAに対する治療で達成可能と考えられる血中濃度のとほぼ同様の0.0250.05μMのMTXにより増殖抑制されたが、滑膜付着細胞の増殖は50μMのMTXにも抵抗性を示した。このことからMTXの抗リウマチ効果発現機序にはリンパ球系の細胞増殖抑制効果が関係していることが示唆された。滑膜細胞がMTXに抵抗性を示す機序を検討するため、滑膜細胞と同じ付着細胞であるヒト線維肉腫細胞株HT1080用いて検討したところ、増殖速度の速いHT1080は低濃度のMTXで増殖抑制されたが、増殖速度の遅いHT1080は抑制されずMTXの細胞増殖抑制効果には細胞増殖速度が関与している可能性が示唆された。6-サイオグアニンにより選択されたHGPRT欠損HT1080では、増殖速度の遅い細胞もMTXにより増殖抑制されたことから、細胞増殖速度の遅い細胞ではHGPRTを利用したサルベ-ジ回路のみで増殖を維持し、MTXに抵抗性になっている機序が考えられた。次に、RAに対してMTXが週1回投与で有効な理由を検討するため、レクチン刺激後24時間毎に末梢血単核球に種々のスケジュールで24時間だけ0.1μMのMTXを添加したところ、刺激後4872時間のほぼS期と考えられる時期にMTXを添加した条件でのみ細胞数の減少がみられた。残存した細胞に対してその後MTXを除去した条件下でクローニングを行うとクローニング効率には差は認められず、MTXは培養液中に存在しているときにのみ細胞増殖抑制効果を発揮し、その効果は残存しないことが示唆された。以上より、MTXが週1日投与でも有効な理由は、MTXの効果が残存するためでなく、週1日投与でも細胞増殖抑制効果が強力なためと考えられた。
国際市場を前提としたファッションのマーケティング・設計・製造過程と工学的体系化

日本のファッション衣料の国際プレゼンスが低い原因は、国境を超えた着用者への製品の提案力の欠如にあった。日本のmodelismeは良好だがstylisme(ことに一次設計)は脆弱だ。スタイルの代替案想起・期待・選択作業は、設計者に対し、グローバルな着用者の行動空間に関する知見を求める。これはまた事業者の決定の価値前提の問題に関係する。大規模なファッション事業者の官僚組織が生み出す「逆機能」とも密接に係る。単にブランドの問題だけではなく、事業規模・裁量・ルーチン・経営資源配分に関わることが判明した。製品展示を半年以上前倒しするテキスタイル設計過程は、衣服デザイナーの決定前提の一部を説明していた。国際市場における日本のファッション(服飾とテキスタイルを含み、服飾とは身体表現に重きを置く既製服を注視)ビジネスは存在感が薄い。その要因を技術的経営的視点から究明し、ソリューションの模索を可能とするファッション工学の体系化を、繊維工学の延長上に提示しようとする。本年度の研究実施計画に沿い、【分野1・服飾分野】では、(1)国際市場を持つクチュールメゾン(以下CM)に関する先行調査(08-10年度基盤研究A20240067)内容について、テキスタイルとの関係に配慮しつつレビューし、さらに(2)近年有力視される国際市場を前提としたファストファッション(以下FF)業態をフィールド加え、a)ジャカルタ(含バンドン)、ダッカ・プノンペン(各含近郊圏域)にある製造工程の実態から設計過程を推測するとともに、b)ニューヨーク・パリ・ソウル・上海・東京・ジャカルタなどにあるFF営業店の店頭商品から商品化計画を推定、さらにc)各店から試料を得て実施したリバースエンジニアリングによるデータから設計過程を推測した。以上の作業から、「70億人市場」の概念を抽出し、それに適合するファッション製品の設計過程・製造工程の構築しつつある。ついで【分野2・テキスタイル分野】では、服飾設計者のテキスタイル設計者提示に対する認知的限界を探る手掛かりとして、(1)分野1で得たデータからCM・FF両服飾事業業態におけるテキスタイルの選択・発注過程を推量する一方、(2)両業態に存在する設計主務者の選択過程を解明するため、a)繊維工学的には既存体系による総合的な検討を行い、あわせて大規模な国際繊維機械展であるITAM(Barcelona/2011年9月22-29日)にて確認した本研究競合ソフトXを用いた実験を計画したほか、b)認知科学においては、シナリオ構築・課題推進・美的感性など服飾設計に密接な関わりがあると思われる人間の認知活動について検討、c)感性工学との関連で触覚代替に関する文献等の研究を進めた。本研究の究極のテーマは、日本のアパレルは若干の例外を除き、なぜパリ・ミラノ、ニューヨークで売れないのかを、素朴ブランド論を排し、設計・製造に遡って探ることにあった。2012年度まではおもにアパレル(既製服に限る)につき、メゾン、ファストファッション(FF)の設計過程・製造工程を解明しようとした。2012ー2013年度に、相応の準備をして、メゾンのstudio(stylisme )&atelier(modelisme)両部門関係者へのヒアリングのほか、パリ・ミラノメゾンのプロトタイプの試作を実験的に再現し、可能な範囲で画像音声に収め検討を始めたほか、ニューヨーク'sport wear'でも類似の実験に参加した。すでに指摘した日本の主流の百貨店アパレル(製造卸)にあってはstylisme機能(本研究でいう一次設計≒創案段階)の欠如ないし弱点を、さらに追及しようとした。また、設計過程を追跡するうちに、当初に企図したごとく、1創案の具体的作業内容、および2テキスタイル選択の過程の究明に移行し、2013年度から徐々にこの問題を解くべく、Premiere Vision Paris(世界的テキスタイル展示会)での購入実験、イタリアおよび日本のテキスタイルメーカーの製造事情について調査を行い、クライアント(メゾン)との相互作用(密着営業)に相当な差異があると推定した。一方、FFの製造工程については一部解明し、その原義は「展示会をしない」(≒完全見込生産)にあり、日本で通説にいう「はやく」はむしろ二義的で、Annual_Reportから推定される商品回転日数の根拠をみたが、しかし、その設計過程は謎であり、テキスタイルメーカー(≒サプライヤー)による製品提案以外は、テキスタイルの選択も解明できていない。その一端は、中国での調査実験が滞ったことにあり、繰越して補完する予定である。本年度の目標は、残った課題の「中国現地調査」を、中国研究機関との協力で推進する。13SSの百貨店アパレル相当の推定売れ筋商品を試料とし、計15点を東京・北京の百貨店店頭で購入、日中ファッション専門家(業界経験者と研究者)の評価を求め商品属性を検討し、両市場に着眼点の差異があることを見い出した。

つまり、東京で売れる商品が北京で売れるとは限らない(その逆も可)ゆえ、各市場のニーズに合わせた商品の設計という課題と合わせて、本研究では「両方の市場に有効な商品の設計は如何」というテーマを設定した。14A15Wを課題にして、任意制作を依頼し、その設計過程と見本の製造工程を追跡した。また、北京と杭州のアパレルメーカーを訪問し、業界事情をヒアリングするとともに、可能な範囲でstudio(設計)部門を訪れ、設計主務者(高級服飾工程師など)から設計の思考過程を引き出そうとした。テーマの設定、情報収集、ムードの作成、スタイルの代替案作成・・・という一連の手順自体はオーソドックであったが、主務者を含め「若い」者が中心であったこと、かなりの権限(裁量枠)があること、収益で成果を査定する(ことに製造小売りでは顕著)ことを指摘できる。情報収集では、ファッション主要都市(パリ・ミラノ・ロンドン・ニューヨーク、これに東京を含める場合もある)および情報拠点として香港を十分に意識するも、一例を除き、これらを販売市場と位置付けるる認識は薄い。中国側のある有力専門家は「世界の主要都市に既に業界秩序がある」「国内ハイエンドは中国アパレルに決定権はない」「国内のボリュームゾーンが重要」「20世紀は工業化の延長、今世紀は多様化個性化」「自分の位置を作る契機」「そこに成功者が生まれる」と論評するが、本研究では、むしろ中国アパレルによる外国市場におけるフュージョン(fusion)の可能性に関心がある。26年度が最終年度であるため、記入しない。経営学感性経営ファッション事業26年度が最終年度であるため、記入しない。【分野1】国際市場前提のファッショシ製品の設計を推測するという作業のため、ことにファストファッション(FF)のビジネススキームについて、より明解に説明できるよう掲記の研究を順調に進めたが、FFのフィールドは想像以上に、あるいはクチュールメゾン(CM)以上に、ダイナミックに国際化しており、そのフォローが重要である。【分野2】テキスタイルに関わる設計者(含主務者)の認知限界を探る作業に向けて、実験の準備が整いつつあり、実質的な展開を急いでいる。【分野1】国際市場前提のファッション製品の設計過程・製造工程を推測にかんする作業のうち、パリメゾン・ミラノカーザ(何れも既製服)での設計過程・製造工程の実験的に再現により、このクラスの製品についてはかなり解明できた。例えば国や地域ごとに平均的な体系が異なるという制約条件に対して、物理的な制約を優先させる設計ではなく、ある程度の着心地が確保されれば、シルエットを優先して設計するなど、省略すべきところを大胆に省略し、かつ過剰品質を避けるなどの工夫により、国際展開を図っている可能性が見えている。ただし中国由来の問題については、外部要因に起因する諸般の事情から1年延びた。ファストファッションについては、サプライヤー(≒テキスタイルメーカー)ルートはおおむね解明できたが、全体の生産設計(おそらくは大日程に相当するもの)は、中国ルートも含め今後の推論による。
ヒューマンフレンドリーな人工股関節システムの構築に関する研究

全置換型人工股関節における構成部品の中で,ポリエチレンライナとカップルを組む骨頭に化学的安定性が高いセラミックスの適用が試みられている。しかし,じん性の点で問題を残しライナによる衝撃緩和が必要とされている。これの改善策として内部に生ずる応力解析より適切な内部構造の提案と衝撃緩和構造の提案を行い,衝撃緩和機能付加の観点から新たなソリッド+粉末充填構造を提案し,この構造が衝撃緩和特性と塑性変形特性の両面で優れることが明らかとした。また,摺動部から発生するU.H.M.W.P.E.の摩耗粉を抑制することを目的として,コーテッドU.H.M.W.P.E.の摩擦摩耗実験し,非晶質炭素の被膜が人工股関節ライナの摩耗粉抑制に対する効果を検討した結果,HND(DLC)被膜を施したU.H.M.W.P.E.は摺動回数や摩耗量で長寿命延長効果が期待できることを明らかとした。現在、大腿骨インプラントシステムの中で最も損傷が激しく、人工関節再置換の原因と目されているものにポリエチレンライナーの摩耗がある。同ライナーは摩耗粉が生ずるとマクロファージが貧食することにより破骨細胞を活性化させることが問題視されている。本年度は骨頭の負荷される衝撃を受けるライナー部分の摩耗の低減に関する検討と人工関節装着後の患部応力分布の解析より適切な形状設計を行う。前者の摺動部から発生するU.H.M.W.P.E.の摩耗粉を抑制することを目的として,コーテッドU.H.M.W.P.E.の摩擦摩耗実験し,非晶質炭素の被膜が人工股関節ライナの摩耗粉抑制に対する効果を検討した結果,被膜厚さが500nmのHND被膜を施したU.H.M.W.P.E.は摺動回数が25万回を超え,およそ4か月に相当する寿命延長効果が期待できることを明らかとした。発泡化したU.H.M.W.P.E.の衝撃実験により,発泡体が有する衝撃緩和特性について検討した結果,衝撃緩和,塑性変形量の観点から体積率60vol.%が最も満足した結果が得られた.また,ソリッド体と発泡体とを複合化することで,変形抵抗率の改善に対して非常に有益であることが明らかとなった.一方、3次元応力解析を用いた人工関節挿入部の応力解析によるインプラントシステムの最適化ステムの構築については、変形性股関節症の進行に伴い患部骨盤に加わる応力分布がどのように変化するかを検討し,進行状況に適した人工股関節挿入位置を明らかとした.全置換型人工股関節における構成部品の中でポリエチレンライナは最も損傷が激しく、人工関節再置換のための大きな原因と目されている。同ライナは摺動使用される際に摩耗粉が生じ、これをマクロファージが貧食することにより破骨細胞を活性化させることが問題視されている。本年度は骨頭-ライナ間で生ずる負荷により同ライナ内部に生ずる応力解析より適切な内部構造の提案を行う。また,前者の摺動部から発生するU.H.M.W.P.E.の摩耗粉を抑制することを目的として,コーテッドU.H.M.W.P.E.の摩擦摩耗実験し,非晶質炭素の被膜が人工股関節ライナの摩耗粉抑制に対する効果を検討した結果,被膜厚さが500nmのDLC被膜を施したU.H.M.W.P.E.は摺動回数や摩耗量で長寿命延長効果が期待できることを明らかとした。また、一方では衝撃緩和の観点から発泡化したU.H.M.W.P.E.の衝撃実験により、発泡体が有する衝撃緩和機能について検討した結果、衝撃緩和機能は優れるものの塑性変形量が著しく生ずることから、新たなソリッド+粉末充填構造を提案し、この構造による衝撃力の低減を試みた結果、衝撃緩和特性と塑性変形特性の両面で優れることが明らかとした。
有機ケイ素還元剤による低原子価金属錯体の発生を鍵とした窒素―窒素多重結合活性化

本研究代表者は、前周期遷移金属の低原子価金属錯体を用いた窒素ー窒素多重結合の還元的切断反応および官能基化反応の検討を行ってきた。今回、切断したアゾ化合物のさらなる変換反応の一つとして、アゾ化合物を窒素源とした多置換ピロール合成反応に着目した。ピロールは最も単純な含窒素芳香族化合物の一つであり、多くの天然物や医薬品、染料、機能性物質などに含まれる基本骨格である。そのため多置換ピロールの合成意義は高く、簡便かつ効率的な合成手法の開発は重要な研究対象である。前年度までに、アルキンとアゾ化合物の環化反応による多置換ピロールの触媒的合成反応に対してバナジウム錯体とアニリン誘導体を組み合わせた触媒系が高い反応活性を示すことを明らかにしている。本触媒反応はアルキンとアゾ化合物のみを出発原料に用いており、出発原料由来の副生物を伴わないため、環境負荷が少なく原子効率に優れた反応である。本年度は本触媒反応の詳細な反応機構解析に注力し、コントロール実験、中間体の単離、速度論解析を行った。その結果、ビスイミドバナジウム5価錯体が本反応の活性種であることを明らかにした。実際に、別途合成単離したビスイミドバナジウム5価錯体を触媒に用いて本ピロール合成反応を行ったところ、高収率で目的のピロールが得られた。この結果は、アゾ化合物を窒素源とした有機合成反応の効率的な触媒系を開発する研究において重要な知見である。本研究成果は学術論文としてまとめ、アメリカ化学会の総合学術誌に掲載された。また、国内の学会でも発表を行った。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本申請者が開発した有機ケイ素化合物由来の還元剤により前周期遷移金属の低原子価錯体を発生させ、その高い反応性を活かすことでアゾ化合物や窒素分子などの窒素ー窒素多重結合切断反応の開発を行ってきた。本年度、有機ケイ素還元剤により反応系中で発生させた低原子価状態の5族金属塩化物(塩化タンタル、塩化ニオブおよび塩化バナジウム)を用いることでアゾベンゼンおよびアゾピリジンの窒素ー窒素二重結合の還元的切断反応を達成し、対応する金属イミド錯体が生成することを明らかにした。本切断反応の反応機構に関する知見を得るために、アゾピリジンと四塩化タンタルまたは四塩化ニオブを反応させたところ、アゾピリジンで架橋された二核金属錯体が生成することを明らかにした。X線結晶構造解析の結果より、これら二核金属錯体中の窒素ー窒素結合は単結合性を有しており、二つの金属中心から二電子還元されていることが分かった。また、これらの二核金属錯体を有機ケイ素還元剤を用いてさらに還元することで、窒素ー窒素単結合の切断を経て、イミド配位子で架橋された錯体が生成することが分かった。従来の金属還元剤を用いた還元反応とは異なり、有機ケイ素還元剤の「塩を副生しない」という特徴を利用することで、段階的に窒素ー窒素二重結合切断反応を追跡することに成功した。また、タンタル、ニオブおよびバナジウムそれぞれの低原子価塩化物の窒素ー窒素二重結合に対する還元力の評価を系統的に行ったところ、タンタルおよびニオブは3価、バナジウムは1価まで還元することで窒素ー窒素二重結合を還元的に切断できることを明らかにした。本研究成果は複数の国内・国際学会において発表しており、現在、学術論文として投稿準備中である。有機ケイ素還元剤を用いて発生させた低原子価金属錯体による窒素ー窒素二重結合の還元的切断反応を達成した。窒素ー窒素二重結合切断反応は、窒素固定化反応における素反応であることから、研究課題の一つである窒素分子の活性化反応、すなわち、窒素ー窒素三重結合活性化反応へと展開することのできる重要な成果である。2017年度は、切断したアゾ化合物のさらなる変換反応の一つとしてアゾ化合物を窒素源としたピロールの合成に着目した。ピロールは最も単純かつ重要な複素環化合物の一つであり、天然物や医薬品、染料、機能性物質などに含まれる基本骨格であることからその合成意義は高く、新たな合成手法の開発は魅力的な研究対象である。種々金属触媒のスクリーニングの結果、反応系中で発生させた低原子価バナジウム錯体を用いることで多置換ピロールを触媒的に合成できることを見出した。本反応は低原子価バナジウム錯体によりアゾ化合物の窒素ー窒素二重結合を切断し、得られたイミドバナジウム種とアルキンの環化反応により進行していると推定している。本反応はアゾ化合物とアルキンのみを出発原料に用いており、出発原料由来の副生物を伴わないため原子効率に優れたピロール合成法である。また、購入可能なバナジウム塩化物と容易に調製可能なビスシリルアニリンを触媒に用いることで、対応する多置換ピロールを高収率で得られることを見出しており、本ピロール合成反応のより単純かつ高活性な触媒系を構築することにも成功した。さらに、本ピロール合成反応の新たな触媒系を探索する中で、ルイス酸の添加によりバナジウムオキソ触媒を活性化できることを見出した。