hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロテオミクス法によるHIF-1α複合体精製および口腔癌細胞における機能解析

生命の維持に酸素は必須であり,細胞には酸素欠乏(低酸素状態)を感知し,酸素供給の維持を厳密にコントロールするシステムが備わっている。その中心的役割を果たしていると考えられるhyboxia-inducible factor-1(HIF-1)は低酸素刺激に応答する転写因子で,赤血球生成因子,血管新生因子,解糖系酵素や糖輸送に関する因子等,様々なストレス応答因子を転写制御していることが知られている。近年,その幅広い標的遺伝子群からみて,その機能変化が,がんを含む様々な疾病で重要な役割を果たしていることが予想されている。しかしながら,その転写制御機構の詳細,特に結合因子群(HIF-1蛋白複合体)に関する解析は進んでいないのが現状である。本研究では,HIF-1蛋白複合体解析を通して,HIF-1機能調節因子を見出し,将来的には分子標的治療へ応用展開することを目的としている。これまでに,ビオチン標識3xHREオリゴを用いて,核抽出液からHIF-1複合体を精製するシステムの構築に成功し.様々な細胞株,様々な低酸素環境下における新規結合蛋白の探索を継続的に行っている。そうした中,DNA損傷応答に関わり,幾つかの転写因子の調整を行っていることが報告されているTip60がHIF-1転写活性を増強する可能性を見出した。Tip60は低酸素下におけるHIF-1の転写活性を,2つの活性化領域N-TADおよがC-TADを介して増強すること,HIF-1活性を抑制することが明らかとなっているpVHLと拮抗的に作用することが明らかとなった。さらに,網羅的遺伝子発現解析により,HIF-1シグナルの下流に多くのDNA修復遺伝子群が含まれ,低酸素下ではそれらの機能が抑制されている可能性も見出された。以上より,癌細胞では低酸素下におけるDNA修復機構が抑制されており,HIF-1機能の調節因子として同定されたTip60が同機構の抑制作用を増強している可能性が示された。生命の維持に酸素は必須であり,細胞には酸素欠乏(低酸素状態)を感知し,酸素供給の維持を厳密にコントロールするシステムが備わっている.その中心的役割を果たしていると考えられるhypoxia-inducible factor-1(HIF-1)は低酸素刺激に応答する転写因子で,赤血球生成因子,血管新生因子,解糖系酵素や糖輸送に関する因子等,様々なストレス応答因子を転写制御していることが知られている.近年,その幅広い標的遺伝子群からみて,その機能変化が,がんを含む様々な疾病で重要な役割を果たしていることが予想されている.しかしながら,その転写制御機構の詳細,特に結合因子群(HIF-1蛋白複合体)に関する解析は進んでいないのが現状である.本研究では,HIF-1蛋白複合体解析を通して,HIF-1機能調節因子を見出し,将来的には分子標的治療へ応用展開することを目的としている.本年度は主にHIF-1複合体精製システムの構築を行った.すなわち,機能的HIF-1複合体を抽出するために3回繰り返しのHypoxia-response element (3xHRE)をpGEM-3Zにクローニングした.ビオチン標識のT7プライマーとSP6プライマーを用いたPCR法にて,ビオチン標識3xHREオリゴを大量に調製した.低酸素培養下HepG2細胞の核抽出液とビオチン標識3xHREをインキュベートし,ストレプトアビジンコート磁気ビーズを用いて沈降することにより,HRE結合蛋白複合体を精製し,同複合体にHIF-1αが含まれることをimmunoblotting法にて確認した.現在,様々な低酸素条件下のHepG2より核抽出液を調製し,HIF-1複合体の変化を確認している.また,結合蛋白の網羅的解析へ進む予定である.生命の維持に酸素は必須であり,細胞には酸素欠乏(低酸素状態)を感知し,酸素供給の維持を厳密にコントロールするシステムが備わっている。その中心的役割を果たしていると考えられるhypoxia-inducible factor-1(HIF-1)は低酸素刺激に応答する転写因子で,赤血球生成因子,血管新生因子,解糖系酵素や糖輸送に関する因子等,様々なストレス応答因子を転写制御していることが知られている。昨年度は,ビオチン標識3xHREオリゴを用いて,核抽出液からHIF-1複合体を精製するシステムの構築を行った.本年度は,同システムを用いてHIF-1機能調節因子の探索を行った。その結果,DNA損傷応答に関わり,幾つかの転写因子の調整を行っていることが報告されているTip60によるHIF-1転写活性可能の増強を見出した。Tip60は低酸素下におけるHIF-1の転写活性を,2つの活性化領域N-TADおよびC-TADを介して増強することが明らかとなった。さらに,HIF-1の下流でのDNA損傷シグナルの役割を検討した結果,低酸素下におけるDNA修復遺伝子群の発現低下を見出した。それらの内幾つかの遺伝子は,HIF-1の標的遺伝子の中で,転写抑制因子であるDEC1およびDEC2による転写抑制機構が明らかとなった。

以上より,癌細胞では低酸素下におけるDNA修復機構全体が抑制されており,同抑制をTip60が増強している可能性が考えられた。現在,同機構の確定作業とともに,さらなるHIF-1調整因子の探索を継続して行っている。生命の維持に酸素は必須であり,細胞には酸素欠乏(低酸素状態)を感知し,酸素供給の維持を厳密にコントロールするシステムが備わっている。その中心的役割を果たしていると考えられるhyboxia-inducible factor-1(HIF-1)は低酸素刺激に応答する転写因子で,赤血球生成因子,血管新生因子,解糖系酵素や糖輸送に関する因子等,様々なストレス応答因子を転写制御していることが知られている。近年,その幅広い標的遺伝子群からみて,その機能変化が,がんを含む様々な疾病で重要な役割を果たしていることが予想されている。しかしながら,その転写制御機構の詳細,特に結合因子群(HIF-1蛋白複合体)に関する解析は進んでいないのが現状である。本研究では,HIF-1蛋白複合体解析を通して,HIF-1機能調節因子を見出し,将来的には分子標的治療へ応用展開することを目的としている。これまでに,ビオチン標識3xHREオリゴを用いて,核抽出液からHIF-1複合体を精製するシステムの構築に成功し.様々な細胞株,様々な低酸素環境下における新規結合蛋白の探索を継続的に行っている。そうした中,DNA損傷応答に関わり,幾つかの転写因子の調整を行っていることが報告されているTip60がHIF-1転写活性を増強する可能性を見出した。Tip60は低酸素下におけるHIF-1の転写活性を,2つの活性化領域N-TADおよがC-TADを介して増強すること,HIF-1活性を抑制することが明らかとなっているpVHLと拮抗的に作用することが明らかとなった。さらに,網羅的遺伝子発現解析により,HIF-1シグナルの下流に多くのDNA修復遺伝子群が含まれ,低酸素下ではそれらの機能が抑制されている可能性も見出された。以上より,癌細胞では低酸素下におけるDNA修復機構が抑制されており,HIF-1機能の調節因子として同定されたTip60が同機構の抑制作用を増強している可能性が示された。
生殖幹細胞の増殖分化転換と核ダイナミクス連携

生殖細胞ゲノムの安定な保持と伝達は個体、種の継続に重要であると共に減数分裂による相同遺伝子組換えと1倍体化によって遺伝情報の多様性が生まれる。減数分裂の制御機構の研究は主に酵母等の単細胞生物を用いて行われる一方、多細胞生物においてその分子基盤の解明は進んでいない。申請者はマウス生殖幹細胞株が体細胞型増殖から第1減数分裂前期に同調して移行する培養実験条件を作出した。本研究では生殖幹細胞から減数分裂移行を制御する分子プログラム及び生殖幹細胞の増殖分化転換に伴うクロマチン動態の解析を進める事を目的とする。これまでに生殖幹細胞のヒストン修飾、RNA pol II、RAR等のChIP-seq解析を進め、生殖幹細胞株とES細胞株の比較によりオープンなクロマチン修飾が両者で類似していること、生殖幹細胞株のH3トリメチル化のbivalent修飾はES細胞と同様に初期発生で働く遺伝子群が占めること、RARは両細胞でターゲットが異なり生殖幹細胞株では減数分裂遺伝子群に結合すること等が明らかとなった。本年度は減数分裂誘導に伴いRNA発現やエピゲノム修飾が変化する遺伝子群をクラスタリングしシスエレメントのde novoモチーフ抽出を行い複数の機能候補因子を同定した。候補遺伝子群について誘導性レンチウィルスベクターを用いたcDNA、shRNAの発現ベクターを構築し生殖幹細胞株へのtransductionと機能スクリーニングを開始した。本研究課題は科学研究費補助金の重複制限により年度途中で廃止する事となったが、新学術領域「ゲノムアダプテーションのシステム的理解」公募班に対する支援によって、新たな研究成果を得ると共に今後の研究の発展の為の実験材料の作出や実験手法の開発を進める事が可能となった事をここに深謝する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
組合せ構造を持つ問題を解くアルゴリズムの研究

本年度の研究実績は大きく3つに分けて述べることができる。1)グラフの連結度(カット、フロー等)に関する種々の問題に対して高速アルゴリズムを開発した。まず,グラフのパス,フロー型の問題に対して,指定された要求を満たすある種のフロー(パスや木)を求める問題に対してにおいて効率の良いアルゴリズムを与えた.ネットワークにおける信頼性問題や表データのセキュリティ問題に現れる連結度増大問題に対し,いくつかの効率の良いアルゴリズムを得た.特に,提案するアルゴリズムによれば辺連結度と点連結度の増大を同時に考慮した新しいタイプの増大問題が多項式時間で解けるようになった。さらに,連結度に関する問題として,連結度を保つ疎なグラフを抽出する並列アルゴリズム,グラフの最小3分割,4分割を行う高速アルゴリズムを設計した.特に,最小3分割アルゴリズムを拡張して対称劣モジュラ集合関数上での3分割問題が効率良く解けることも示した.2)近似アルゴリズムとしては直線グラフ上の配送車スケジューリング問題に対する1.5倍近似アルゴリズム,最小点被覆問題に対する2-(8m)/(13n^2+8m)倍近似アルゴリズムを与えた(ここで,nは点数,mは辺数).3)アルゴリズムの設計手法の開発を目的として,グラフの連結度問題,協力ゲーム理論に共通する集合関数の理論における研究を行い,「正モジュラ性」という新しい概念を導入し,その基本構造を明らかにした.さらに得られた手法をグラフの連結度増大問題,協力ゲーム理論等へ応用した場合のアルゴリズムについても種々の結果を得た.本年度の研究実績は大きく3つに分けて述べることができる。第一に、グラフ、ネットワークの連結性に関する結果。与えられたグラフの連結度を増大させる問題は、ネットワークにおける信頼性問題や表データのセキュリティ問題に現れる。従来、辺連結度の増大と点連結度の増大問題は別々に定式化されて解かれていたが、我々は、これら2つの性能を同じグラフ上で同時に向上させる方法について研究を行った。その結果、与えられたグラフを2点連結(あるいは3点連結)かつk辺連結にするために加えるべき最小本数の辺を計算する多項式時間のアルゴリズムを与えた。これに類似する問題としてグラフの平面性を保存したまま辺連結度を増大させる問題に対しても、グラフが外平面的であれば偶数値辺連結度に最適増大させるアルゴリズムを与えた。この他、複数端子間の整数値フローを計算するアルゴリズムの計算量についても改善を行った。次に、1つの資源(あるいは費用)を複数のプレイヤーで分担する妥当な方法を論ずる協力ゲームの理論において、ゲームがグラフ問題を背景とする組合せ構造を持つ場合にコアと呼ばれる配分値の計算複雑度について研究を行った。従来、個々の組合せ的協力ゲームは独立に研究されることが多かったが、01-行列を主体とした組合せ的協力ゲームのクラスを定義することにより、多くの組合せ的協力ゲームを統一的に扱い、この視点から個々のゲームのスコア計算の複雑度を論じた。最後に、木状の搬送路を移動して作業を行う配送車スケジューリング問題について、一般にはこの問題が強NP-困難であることを示した。従来、NP-困難しか示されていなかったが、強NP-困難性が示されたことにより疑似多項式アルゴリズムの存在も否定的となった。また、2倍の近似アルゴリズムが知られていたが、グラフがパス状である場合には近似度を1.5倍まで向上させることができた。さらに,連結度に関する問題として,連結度を保つ疎なグラフを抽出する並列アルゴリズム,グラフの最小3分割,4分割を行う高速アルゴリズムを設計した.特に,最小3分割アルゴリズムを拡張して対称劣モジュラ集合関数上での3分割問題が効率良く解けることも示した.2)近似アルゴリズムとしては直線グラフ上の配送車スケジューリング問題に対する1.5倍近似アルゴリズム,最小点被覆問題に対する2-(8m)/(13n^2+8m)倍近似アルゴリズムを与えた(ここで,nは点数,mは辺数).3)アルゴリズムの設計手法の開発を目的として,グラフの連結度問題,協力ゲーム理論に共通する集合関数の理論における研究を行い,「正モジュラ性」という新しい概念を導入し,その基本構造を明らかにした.さらに得られた手法をグラフの連結度増大問題,協力ゲーム理論等へ応用した場合のアルゴリズムについても種々の結果を得た.
病院および地域おける医療サービスシステムの工学的モデル化と検証

筑波大学附属病院における2年間にわたる産科入院患者について、入院から退院までの病棟間移動に関するログデータを分析し、待ち行列ネットワークの確率過程としてモデル化して、各病棟の毎日の在院患者数の度数分布が予測できることを実証した。また、横浜南共済病院における手術スケジューリングの効率化のために、医師による手術申込で記載された電子カルテの術式名や手術部位等をまとめて、毎週の手術予定表に記入する簡易術式名称に半自動的に変換するシステムを試作した。さらに、関連する待ち行列モデルとして、複数のサーバが待合せ放棄のある客を優先順位に基づいて処理する確率過程を解析した。筑波大学附属病院医療情報部から平成2223年度における全ての入院患者について入院から退院までの病棟間移動のログの提供を受け(患者名は暗号化)、まず、産科患者だけを抽出して、患者の流れを待ち行列ネットワークでモデル化した。その結果、毎日の平均入院数と患者の在院日数の確率分布が与えられると、各病棟に毎晩在院する患者数の確率分布が計算でき、それが実際に観測されたデータとよく一致することが確認できた。その研究をfull paperとしてまとめ、この分野の専門誌である審査付き学術論文誌Health Care Management Sceince誌に投稿した。これに続けて、平成26年度には、同病院の小児科患者の病棟間移動のデータを整理し、解析が可能な状況を作った。また、連携研究者が勤務するつくばセントラル病院の研究倫理委員会の承認を経て、同病院の平成25年度における全ての入院患者に関するデータが得られたところである。理論的研究においては、人間にサービスするシステムの特徴をとらえた「複数のサーバが客の優先度に応じた順序でサービスを行い、待ちきれなくなった客が離脱することがある待ち行列モデル」の研究結果が海外の審査付き学術論文誌に採択・発行されている。同じ優先度の客どうしでは、先着順にサービスされる場合と後着順にサービスされる場合を解析した。さらに、優先度が高い客によるサービスの割り込まれ方として、サービス中には割り込まない「非割り込み式」の場合は解析が完了し、サービス中でも割り込む「割り込み式」の場合について、解析を進めた。筑波大学附属病院における平成2223年度の産科入院患者の病棟間移動について待ち行列ネットワークモデルを構築した論文は、2回の改訂を経て、審査付き論文誌Health Care Management Scienceに採択され、オンライン掲載された。また、米国有名病院であるMayo Clinicが主催したDelivery Science Summit 2015で発表した。続いて、同病院における小児科入院患者の病棟間移動のモデル化に取り組み、同じ期間にわたるデータを分析して、主要経路を特定したところである。主に2つの病棟間を移動する産科患者に比べて、小児科患者は3つの病棟間で移動するので、より複雑なネットワークモデルが必要であり、試行錯誤を重ねている。病院の患者マネジメントに関する別の研究課題として、神奈川県横須賀市の横浜南共済病医院との共同研究として、手術室スケジューリングの最適化アルゴリズムの開発に取り掛かった。10室の手術室を有する同病院で平成27年の数か月間に実施された全手術について、手術室の入退室時間、麻酔の開始終了時間そして手術本体の開始終了時間の履歴を統計的に分析し、すべての術式の時間的特徴を抽出した。関連する理論研究として、複数のサーバが優先順位付きの客を割り込み処理方式でサービスする待ち行列モデルを、指数分布に従うサービス時間の場合に厳密解を求め、その結果を国際会議で発表し、論文は審査付き論文誌Journal of Industrial and Management Optimizationに採択された。続いて、待ち切れなくなった客が離脱することが起こる(病院の患者への応用では、死亡退院に相当する)モデルの解析を進めている。所期の研究課題として挙げた入院患者の病棟間移動の待ち行列ネットワークモデルの研究成果が審査付き論文誌に掲載された。また、新しい課題として、手術室スケジューリングの最適化アルゴリズム開発という有用な研究を横浜南共済病医院と共同で開始した。さらに、関連する複数サーバーをもつ優先処理待ち行列モデルの理論研究も進んでいる。昨年度までの病院入院患者の病棟間移動の待ち行列ネットワークモデルの研究は、筑波大学附属病院の産科患者に関するモデル化の論文が英文論文誌に刊行された。同病院の小児科患者の病棟内移動については、実データの分析を行った。他の病院の一般の診療科の患者も扱うことができる一般モデルについては、理論的基礎を固めているところである。続いて、総合病院の手術スケジューリングの実践的研究に取りかかった。そのために、国家公務員共済組合連合会横浜南共済病院(神奈川県横浜市)の協力を得て、同病院における手術実施データ(患者名・病名・診療情報等を除く)の提供を受け、集計および統計的分析を行った。手術スケジューリングに係る一連の作業工程を、手作業からできるだけ自動化・効率化する方法の開発を始めた。横浜南共済病院からデータの提供を受けるので、筑波大学システム情報系研究倫理委員会と横浜南共済病院臨床研究倫理委員会に研究倫理審査を申請し、前者から2017年2月25日に、後者から2017年4月26日に承認を得た。研究面では、同病院における2015年7月2016年3月及び2016年4月9月の全手術に関する実施時間や術式等、個人情報に関わらないデータを統計的に分析した。

データマイニングの手法を2015年7月2016年3月の手術データに適用して、医者から手術申込み時に指示される「術式名称」の多様な用語から「術式名称(術式CD)」の候補を決定する「アソシエーション規則」を作り、それを2016年4月9月の手術データに適用して、規則の有効性を検証した。まだ、病院外部の学会等での研究発表には至っていない。また、手術室の最適介スケジューリングは、0/1整数計画法による定式化を考え、横浜南共済病院内で使用できるパソコンに、最適化ソフトウェアIBM ILOG CPLEX(無償)上でプログラムを作成し、試行している。関連する理論研究として、複数のサーバが離脱のある客をサービスする待ち行列モデルの確率過程の研究成果は、学会で発表するとともに、論文誌に投稿した。病院入院患者の病棟間移動の待ち行列ネットワークモデルの研究では、新生児患者の病棟内移動について、実データの統計的分析を行い、3つの病棟間を移動する患者の流れを表す待ち行列ネットワークと、離散時間Markov連鎖でモデル化する方法を確立した。国家公務員共済組合連合会横浜南共済病院(神奈川県横浜市)の協力を得て、同病院における手術実施データ(患者名・病名・診療情報等を除く)の提供を受け、集計および統計的分析を行った。手術スケジューリングに係る一連の作業工程を、手作業からできるだけ自動化・効率化する方法の開発を始めた。まず、術式の変換の自動化を研究した。この研究における申込術式から予定術式への自動変換の試みでは、医学・医療の専門知識を用いず,過去における両術式間の対応事例を統計的に分析し、その結果を利用して,毎週、新たに与えられる申込術式に対して予定術式を推定することを目指した。申込術式名称は不定文字数の非構造化データである。そのために、術式の形態素解析、データマイニングにおけるトピックモデル等の方法を利用することが考えられる。しかし、現場スタッフの理解と利用可能な計算機環境を考慮して、Excelの操作と関数だけで推定できる方法を試作した。関連する理論研究として、複数のサーバ(手術室に対応)が離脱のある客(患者に対応)をサービス(手術に対応)する待ち行列モデルの確率過程を解析する新しい理論的方法を発見した。その結果、これまでは客の待ち時間等の分布のモーメントしか計算できなかったものが、確率分布関数もラプラス変換の形で明示的に得ることに成功した。筑波大学附属病院における2年間にわたる産科入院患者について、入院から退院までの病棟間移動に関するログデータを分析し、待ち行列ネットワークの確率過程としてモデル化して、各病棟の毎日の在院患者数の度数分布が予測できることを実証した。また、横浜南共済病院における手術スケジューリングの効率化のために、医師による手術申込で記載された電子カルテの術式名や手術部位等をまとめて、毎週の手術予定表に記入する簡易術式名称に半自動的に変換するシステムを試作した。さらに、関連する待ち行列モデルとして、複数のサーバが待合せ放棄のある客を優先順位に基づいて処理する確率過程を解析した。また、複数サーバがある優先度処理待ち行列モデルの理論的解析に関する一連の論文が着実に海外の審査付き学術論文誌に採択されている。
トリアリールメタン型構造を持つ高分子磁性体の構築

1.目的:本研究は、メタ位で連結したトリアリールメタン型ラジカルを磁性の根源とする高分子磁性体を構築することを最終目標としている。今年度は、【.encircled1.】高フッ素化トリアリールメタン型樹脂からのラジカルの発生条件の確立、【.encircled2.】フェロセンを含むトリアリールメタン型樹脂の構造解析と電荷移動型錯体の合成および磁性測定について研究することにした。2.研究成果:2-1.高フッ素化トリアリールメタン型樹脂:3,5-ジフルオロフェノールとペンタフルオロベンズアルデヒドとを酸触媒の存在下で130°Cで2時間程度加熱したのち、樹脂生成物を溶媒で精製した。ついで、蒸留水で再度精製したのち、これを十分乾燥させて高フッ素化トリアリールメタン型樹脂を得た。これをエーテル/ジメチルスルホキシド溶液中で水酸化ナトリウムと一緒に48時間撹拌して樹脂ポリアニオンを生成させたのち、ヨウ素で酸化することによって高フッ素化トリアリールメタン型ポリラジカルが生成することがESRスペクトルやUV-VISスペクトルなどの測定によって明らかになった。2-2.フェロセン系トリアリールメタン型樹脂:ピレンとフェロセンカルボキシアルデヒドとから合成した樹脂にテトラシアノキノジメタン(TCNQ)やテトラシアノエチレン(TCNE)などの電子受容体をトルエン中で混合溶解させて3日間放置しておくと電荷移動型錯体が沈殿してくることがわかった。これをSQUIDを用いて磁気測定を行なうと室温から磁化の飽和が観測され、4.5Kでは磁気ヒステリシスが観測された。飽和磁化は錯体の形成前に比べて最高で約2倍近く大きくなることがわかった。また、^<57>Feメスバウアースペクトルの測定結果では、フェロセン核の酸化によってフェロセニウムイオンが生成し、それが磁性の発現に寄与しているらしいことがわかった。また、ピレン/フェロセンカルボキシアルデヒド系樹脂はフェロセンカルボキシアルデヒド同士が自己重縮合して樹脂が生成し、ピレンとフェロセンカルボキシアルデヒドとの重縮合体と混合していることがわかった。本研究は、A01班の木下ら(東大物性研)や、本重点領域総括責任者の伊藤らおよびA01班の工位ら(阪市大理)との共同研究を通して行なわれた。
菌細胞塊形成の分子発生機構解明　－　共生器官の進化発生学

少なからぬ昆虫種が自らの生存に必須な共生細菌を維持するための特殊な共生器官を発達させる.本研究では,昆虫ー微生物間の必須共生関係が進化する過程で,どのように共生器官が獲得されたのかを解明するため,多様な細胞内共生系を獲得したナガカメムシ類を対象とし,菌細胞塊の進化発生学的起源と共生器官の形成を制御する分子機構の同定を目指す.本年度は,ヒメナガカメムシNysius plebeiusの菌細胞形成について詳細なRNA-seq解析を行った.具体的には,ヒメナガカメムシの菌細胞形成に必須な転写因子Ubx遺伝子のRNAi処理胚,無処理胚において,菌細胞が形成される部位の細胞群で発現が変動する遺伝子を探索した.Bowtie2,RSEMを用いてヒメナガカメムシ遺伝子の参照配列にマッピングし,edgeRで時間,処理区ごとに発現量を比較したところ,598個の遺伝子が有意に変動していることが明らかになった(FDR, p<0.001).次に,発現量が大きく変動していた遺伝子群のうち,コントロール区と比べて,Ubx-RNAi処理によって発現量が大きく減少している遺伝子群に注目した.これらの遺伝子群には,共生器官そのものの役割として重要と思われる栄養代謝関連の遺伝子,細胞形態を制御する遺伝子や免疫関連遺伝子が多く見られることがわかった.この結果は、本来昆虫の自然免疫系が体腔中に侵入してくる病原微生物を攻撃するのとは対照的に,免疫関連遺伝子が共生細菌の取り込みや維持に何らかの重要な役割を担っている可能性があることを示唆している.最後に,共生器官を有する6種のナガカメムシの胚発生を蛍光in situハイブリダイゼーション法と共焦点顕微鏡によって観察し,多様な共生器官の形成過程を明らかにした結果について,ドイツの協力者とともに画像データ解析,考察したのち,論文執筆をすすめた.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。多くの昆虫種は共生器官を発達させ、生存に有利となる共生微生物をその内部に維持している。本研究では、昆虫-微生物間の必須共生関係の進化の過程で、どのように共生器官が獲得されたのか理解するために、菌細胞塊形成を制御する分子発生機構の解明を目指している。対象として、多様な共生器官が進化したナガカメムシ類を用い、近年発達した遺伝子発現解析技術を駆使して研究を進める。まず、菌細胞塊の細胞分化と器官形成を制御する遺伝子群を同定するため、ヒメナガカメムシの胚発生時に発現する遺伝子をRNA-seqにより以下のように取得した。これまでの研究により、菌細胞で特異的な発現を示し、その分化と形成に重要であることがわかっているUbx伝子にたいして、RNAiによるノックダウン処理を行い、それらの胚からRNAを抽出し、ライブラリーを作製した。HiSeq2500によりシークエンスを行ったのち、得られた668,589,582リードをアセンブルし、234,029のコンティグを得た(N50=1,966, Max=76,750)。現在、これらの配列に対して、相同性検索とマッピングによる遺伝子のアノテーションと発現解析を行い、Ubxによって発現調節を受ける遺伝子群を探索している。また、菌細胞だけを切り出すレーザーマイクロダイセクションとRNA-seqを組み合わせた手法の予備情報として、胚発生時の菌細胞のサイズと数を透過電顕によって調べたところ、胚帯腹部の側面に直径約10-15umの菌細胞がおよそ3-4個ずつの塊で存在していることが明らかとなった。次に、多様なナガカメムシ類の菌細胞塊の発生学的起源を調べるため、ヨーロッパに生息するナガカメムシ種を採集し、それらの胚を数時間ごとに固定して菌細胞塊の形成過程を観察した。結果、それぞれの形成様式はヒメナガカメムシのそれと大きく異なり、独自の経路を持つことが明らかになった。多くの昆虫種は自らの生存に必須な共生微生物を維持するための特殊な共生器官を発達させる.本研究では,昆虫と微生物の間に必須共生関係が進化する過程で,いかに共生器官が獲得されたのかを解明するため,多様な共生器官を発達させるナガカメムシ類を対象とし,菌細胞塊の進化発生学的起源とその発生を制御する分子機構の同定を目指す.本年度は,名古屋大およびケルン大学に滞在し,発生学の研究に頻繁に用いられるカメムシ種Oncopeltus fasciatusを用いて,遺伝子機能解析のための卵への微量注射およびトランスジェニックカメムシの作製に取り組んだ.本種はゲノムが解読されており,ヒメナガカメムシに近縁であることから形質転換実験のテストとしてふさわしい.まず,注射法を確立するため,卵の後極側から蛍光色素を注射し,蛍光顕微鏡によって経時的に観察することで,色素の卵内への浸透の確認と半数近くの孵化数確保を達成した.この手法を活かせば,今後さまざまな遺伝学的ツールの導入が可能である.続いて,GFP,DsRedタンパク発現ベクターとヘルパープラスミドを400個の卵に注射し,2世代にわたるスクリーニングを行ったところ,全てのG0世代の親のDNAに挿入配列は確認されず,計2974個のG1卵には蛍光が見られなかったことから,今回用いた手法はナガカメムシの形質転換には最適ではないことがわかった.

次に,菌細胞塊の発生を制御する遺伝子群を同定するため,前年度に得られたヒメナガカメムシ胚全体の遺伝子発現データに加え,レーザーキャプチャーマイクロダイセクション(LCM)法により単離した局所的な細胞群由来のRNA-seqを行い,組織特異的な遺伝子発現のデータを取得した.結果,300個以上の遺伝子発現が大きく変動していることが判明し,菌細胞共生の成立に重要な遺伝子群の候補を得ることに成功した.少なからぬ昆虫種が自らの生存に必須な共生細菌を維持するための特殊な共生器官を発達させる.本研究では,昆虫ー微生物間の必須共生関係が進化する過程で,どのように共生器官が獲得されたのかを解明するため,多様な細胞内共生系を獲得したナガカメムシ類を対象とし,菌細胞塊の進化発生学的起源と共生器官の形成を制御する分子機構の同定を目指す.本年度は,ヒメナガカメムシNysius plebeiusの菌細胞形成について詳細なRNA-seq解析を行った.具体的には,ヒメナガカメムシの菌細胞形成に必須な転写因子Ubx遺伝子のRNAi処理胚,無処理胚において,菌細胞が形成される部位の細胞群で発現が変動する遺伝子を探索した.Bowtie2,RSEMを用いてヒメナガカメムシ遺伝子の参照配列にマッピングし,edgeRで時間,処理区ごとに発現量を比較したところ,598個の遺伝子が有意に変動していることが明らかになった(FDR, p<0.001).次に,発現量が大きく変動していた遺伝子群のうち,コントロール区と比べて,Ubx-RNAi処理によって発現量が大きく減少している遺伝子群に注目した.これらの遺伝子群には,共生器官そのものの役割として重要と思われる栄養代謝関連の遺伝子,細胞形態を制御する遺伝子や免疫関連遺伝子が多く見られることがわかった.この結果は、本来昆虫の自然免疫系が体腔中に侵入してくる病原微生物を攻撃するのとは対照的に,免疫関連遺伝子が共生細菌の取り込みや維持に何らかの重要な役割を担っている可能性があることを示唆している.最後に,共生器官を有する6種のナガカメムシの胚発生を蛍光in situハイブリダイゼーション法と共焦点顕微鏡によって観察し,多様な共生器官の形成過程を明らかにした結果について,ドイツの協力者とともに画像データ解析,考察したのち,論文執筆をすすめた.卵注射および形質転換実験については,成功はしなかったものの,基礎となる技術を習得することができ,今後の課題が明確になった.加えて,海外の研究者との協力体制を築くことができた.また,研究対象の遺伝子発現変動のデータを十分に取得したことにより,これから機能解析実験にスムーズに移行することが可能である.総じて,研究は順調に進展している.27年度が最終年度であるため、記入しない。今後,形質転換については注射するベクター配列や発現プロモーター等を改変し,実験の成功を目指す.また,遺伝子発現データの解析結果から,有意に変動していた候補遺伝子を厳選し,すみやかに機能の解析,発現局在の確認を行い,本年度中の成果発表を目指す.また,これまでに得られている成果についても積極的に国内外の学会で発表するとともに、随時学術論文として投稿する予定である.RNA-seqによるシークエンス、多様なナガカメムシ類の胚発生観察については、本年度の計画を達成しており、今後具体的に遺伝子群の発現と機能の解析を行うために必要十分な研究基盤を構築できた。27年度が最終年度であるため、記入しない。新規技術であるレーザーキャプチャーマイクロダイセクション法を用いた遺伝子発現の解析については、基礎生物学研究所にて技術研修をうけ、すみやかに導入、実行に移す。
結合神経ベクトル場のカオス的遍歴とその情報処理への応用

高次元力学系の特徴的な遷移ダイナミクスのひとつとしてカオス的遍歴を神経情報モデルで研究することによって、ソフトコンピューティングの新しい方式を明らかにすることを目的として研究を行なった。カオス的遍歴は高次元相空間における擬似アトラクター間のカオス的な遷移過程である。I型ニューロンの結合系のモデルを結合した微分方程式で与えた。このI型ニューロンのモデルの中で最も簡単なモデルとしてμモデルを提案した。これはII型ニューロンの最も簡単な数学モデルであるFitzHugh-Nagumo方程式に対応するものである。μモデルのサドル・ノード分岐後のサドルとノードが対消滅した状態にパラメーターを固定し、この状態でモデルを最近接結合させた。全同期解を不安定化させる第一モードは非対称のメタクロナール波である。このモードはそれ自体不安定である。それらの解をすべて求め、ダイナミクスにおけるこれらの解の間の関係、トポロジーを求めた。対称メタクロナール波解、全同期解、位相カオス解は鏡映対称な不変部分空間解に存在するという群構造を持つ。非対称メタクロナール波解はこの不変部分空間の外に存在し、これらの間の遷移がin-out間欠性で与えられることがわかった。次に、どの神経クラスでこのような遍歴現象が見られるかを調べた。リミットサイクルが基本になっている神経クラスに関して、二つの力学系の結合系における位相差の安定性を決める位相応答関数に同期状態が安定なものと不安定なものの二つのタイプがあり、応答関数の複雑さよりもこの二つのさが遍歴現象が出やすいか否かを決めているように見える。ただし、例外があるので、これに限らない。今後の研究課題である。I型ニューロンの典型的なモデルであるCannorモデルからの縮約によって得られる典型的なモデルとしてμモデルを提案している。これは三変数のRose-Hindmarshモデルの遅い変数がないスパイキングニューロンモデルのなかで最も簡単なものであり、数学的な議論が可能である。これはHodgkin-Huxleyモデルに対するFitzHugh-Nagumo方程式への対応に当たるという位置づけである。μモデルのサドル・ノード分岐後のサドルとノードが対消滅した状態の近傍において、モデルを最近接結合させる。全同期解の線形安定性を解析した。全同期解の不安定化の固有関数はCOS関数であり、それは非対称なメタクロナール波に対応する。この解は、鏡映対称解からなる不変部分空間内に存在していない。全同期解の不安定化によって、対称なメタクロナール波が出現するが、これはこの不変部分空間内での分岐である。さらに、対称メタクロナール解から全同期解に向かう位相乱流状態が現れ、これも不変部分空間内にとどまる。これらの不変部分空間内の複数の不変集合と不変部分空間の外にある非対称メタクロナール解への転移はIn-Out Intermittencyであることが判明した。この不変部分空間とこの外の大振幅カオスの間の転移に関しては、In-OutでもOn-Offでもないことも、滞在確率分布の計算からわかった。また、不変部分空間に対する横断的なリアプノフ指数を計算したが、非常に難しく、明確な答えは出せなかった。ただし、部分的にはリドルドベイスンの存在が示唆された。また、これらの結果は有限個のニューロンの数値計算によって得られたが、結合強度とニューロン数の間にスケーリング側が成り立つことがわかった。このモデルの境界条件はオープンにしているが、連続極限のノイマン条件に対応している。従って、ニューロン数無限大で反応拡散系におけるノイマン条件の下での結弱結合極限に対応し、過去の研究成果が使える。この検討は次年度に行う。高次元力学系の特徴的なダイナミックスのひとつとしてカオス的遍歴を神経情報モテルで研究することによって、ソフトコンピューティングの新しい方式を明らかにすることを目的として研究を行なった。カオス的遍歴は擬似アトラクター間のカオス的な遷移過程である。全同期解を不安定化させる第一モードは非対称のメタクロナール波であり、その固有関数は三角関数であらわされることがわかった。それらの解をすべて求め、ダイナミックスにおけるこれらの解の間の関係、トポロジーを求めた。前同期解を与える第一成分の値でボアンカレ断面を定義し、ボアンカレ写像を数値的に求め、カオス的遍歴の出現機構を研究した。不変部分空間に横断的なリアプノフ指数を計算した結果、リドルドベイスンが存在することを確認した。しかし、これが遍歴のすべての機構を与えるかどうかはまだ解析できていない。

I型ニューロンの結合系のモデルを結合した微分方程式で与えた。このI型ニューロンのモデルの中で最も簡単なモデルとしてμモデルを提案した。これはII型ニューロンの最も簡単な数学モデルであるFitzHugh-Nagumo方程式に対応するものである。μモデルのサドル・ノード分岐後のサドルとノードが対消滅した状態にパラメーターを固定し、この状態でモデルを最近接結合させた。全同期解を不安定化させる第一モードは非対称のメタクロナール波である。このモードはそれ自体不安定である。それらの解をすべて求め、ダイナミクスにおけるこれらの解の間の関係、トポロジーを求めた。対称メタクロナール波解、全同期解、位相カオス解は鏡映対称な不変部分空間解に存在するという群構造を持つ。非対称メタクロナール波解はこの不変部分空間の外に存在し、これらの間の遷移がin-out間欠性で与えられることがわかった。次に、どの神経クラスでこのような遍歴現象が見られるかを調べた。リミットサイクルが基本になっている神経クラスに関して、二つの力学系の結合系における位相差の安定性を決める位相応答関数に同期状態が安定なものと不安定なものの二つのタイプがあり、応答関数の複雑さよりもこの二つのさが遍歴現象が出やすいか否かを決めているように見える。ただし、例外があるので、これに限らない。今後の研究課題である。
葉層構造論

本研究では葉層構造の性質についてさまざまな観点から研究するのが目的であった。今年度においては次のような研究を行なった。1.葉層構造の定性論の研究を進めるために「Hectorの一様収束定理」として知られている定理を深く理解する必要にせまられた。この定理の証明は未発表であり本当に正しいのかどうか不明なので自分で証明を試みそれに成功した。これはSackstederの定理の証明を整理・拡張することによって行なった。これはオリジナルでないので論文にはならないが以後の研究の役に立つと思われる。2.今までの定性論は余次元1葉層のみに対して行なわれていたのであるが、余次元の高い場合に定性論を展開することを考えた。そのままでは一般の自励系の常微分方程式の定性論まで含んでしまうので当然何らかの制限をおかなければ意味のある結果は期待できない。横断的相似構造をもつ葉層という対象がここでの目的にふさわしいということがわかった。そこでまず横断的な閉部分多様体が存在するという場合に少し条件をつけてそれらを分類することに成功した。3.構断的相似構造をもつ葉層に対してSackstederの定理のアナロジーが行なえないかということを考えた。構断的泡構造をもつ葉という概念を得て高次元での定性論的な最初の定理を得た。この方面の研究をさらに進めることを計画している。4.その証明が未発表であったDuminyの定理に対して最近CantwellとConlonがその証明を試みた。この定理は重要なのでその証明が正しいかどうか検討を急いでいる。それが解明されればいくつかの応用がうまれると思われる。
ラマンスペクトルによるミオシン、アクチンの分子内構造の解析

筋収縮の本質アクチン、ミオシンそしてATPの相互作用によるものであることはよく知られている。最近Gーアクチンを二価性化学修飾試薬(mーマレイミドベンゾイル)ーNーヒドロキシサクシニミドエステルでマレイミドベンゾイル化(MBSーアクチン)すると、その重合性は失われてしまうが、ミオシン(Sー1)との結合能は保存されるという報告がなされた。我々は昨年来アクチン、ミオシンのラマンスペクトルによ構造解析を行ってきたが、本年度はMGSーアクチンを用いて、アクチンとSー1との相互作用によりそれぞれの構造がどのように変化するのかをラマンスペクトルによ解析を行った。MBSーアクチンのラマンスペクトルからMBSーアクチンではβーsheetまたはrandom coilを示すバンドの強度がnormal Gーアクチンの場合と比べて弱く、このことから、αーhelixが増加し、より構造化したと考えられる。この領域はFーアクチンとGーアクチンとの間でスペクトルの差が無い。それ故Gーアクチンは重合しても高次構造の変化はないと思われるが、重合しないMBSーアクチンの場合はそれ自体の構造が変化しているらしい。この事及びMBSーアクチンがnormal Gーアクチンと同じくSー1と結合できることを考えると、高次構造の変化は主として重合に関与する部位で起きており、Sー1と結合する部位では起きていないと思われる。この推れる。この推測が正しいものなら、Sー1と結合する部位はαーhelixの多い部分であり、重合に関与する部位はβまたはγーcoilの多い部分であるのかもしれない。またVal,Leu残基はMBSーアクチンにおいてGーアクチンより表面に出ている可能性がある。逆に重合すれば内に包み込まれる傾向にあるらしい。つまり重合すれば内に入り安定化するがMBSーアクチンで外に出ていて重合しにくくなっているのではないか。Sー1及びMBSーアクチン両方のスペクトルにαーhelixのCC伸縮振動に相当する弱いbandが認められるが、これがかなり大きくなっている。この理由はアクチンの方のhelix化がSー1に結合することにより進むのではないだろうか。一方Sー1のαーhelixを示すと言われている1264cm^<ー1>bandがSー1のみのスペクトルと比較すると極めて小さくなっている。それ故SーlはMBSーアクチンと結合することによりαーhelixの占める割合が減少し、βまたはγーcoilが増大している可能性がある。また先に述べたように940cm^<ー1>bandは大きくなるのでアクチンの方のhelixが増大し、それがこのbandに反映していると考えられる。この推れる。
ＰＥＴによる冠動脈ステント留置部位の炎症反応の非侵襲的評価

[目的]ステント留置部の炎症反応の評価におけるFDG-PETの有用性を検討した。[方法]左冠動脈前下行枝近位部に薬剤溶出性ステントが留置された患者に対し、2か月後にFDG-PETを10か月後に冠動脈造影と光干渉断層法(OCT)を施行し、FDG-PETがステント内膜被覆の予測に有用かを検討した。[結果]FDG集積症例とFDG非集積症例において平均のステント内の新生内膜の厚みに有意な差はなかったが、被覆されていないストラットと圧着不良となっているストラットの観察頻度がFDG集積例で有意に高かった。[結論]ステント留置後のFDG-PETによる炎症評価の有用性が示唆された。本研究では、心筋集積抑制プロトコールを用いた2-[18F]-fluoro-deoxy-D-glucose (FDG)-PETを冠動脈ステント留置後の患者に行い、非侵襲的な方法で冠動脈ステント留置部位の局所炎症反応を評価し、その臨床的意義を検討している。急性冠症候群と安定型狭心症の大半の症例でステント留置直後にFDG-PETの集積を認めるが、プラークの発達もしくは治療によって生じた炎症がどの程度持続するか、それに個体差があるか、さらにその炎症の持続時間が将来のステント留置部のイベントと関連しているのかは判っていない。本研究では、冠動脈ステント留置患者に対し、ステント留置直後と3ヶ月後にFDG-PETを行い、その集積の経過が、遠隔期のステント留置部の状態に関連しているかを検討している。具体的には、ステント留置直後に集積を認めた患者に対し3ヶ月後に再度FDG-PETを行い、集積の有無により集積遷延群と集積消失群の2群に分ける。12ヵ月後に行う冠動脈造影時に、光干渉断層法および血管内視鏡検査を行い、再狭窄の有無、内膜のステント被覆状況、プラークの黄色度、さらに3年間の追跡調査中の心血管イベントの有無に関して、二群間で差があるかを、カイ二乗検定、t検定あるいはマン・ホイットニーのU検定を用いて比較する。冠動脈ステント留置部の限局した炎症を検出できる方法は現時点ではなく、本方法はそれを非侵襲的方法によって観察できる画期的な画像診断となると考えられる。FDG集積の遷延が再狭窄やステント血栓症発症の危険因子となることが明らかとなれば、再造影の必要性や二剤による抗血小板療法の継続の良い指標となり得る。急性冠症候群と安定型狭心症の大半の症例でステント留置直後にFDG集積を認めるが、プラークの発達もしくは治療によって生じた炎症がどの程度持続するか、それに個体差があるか、さらにその炎症の持続時間が将来のステント留置部のイベントと関連しているのかは判っていない。本研究では、冠動脈左前下行枝近位部に冠動脈ステント留置術を受けた患者に対し、ステント留置3ヵ月後にFDG-PETを行い、その集積の経過が遠隔期のステント留置部の状態に関連しているかを検討している。具体的には、冠動脈ステント留置術3ヵ月後のステント留置部位のFDGの集積の有無と術後10ヶ月後に行うフォローアップ造影所見及びこの時に得る血管内視鏡及び光干渉断層法などの血管内イメージング所見との関係を解析し、FDG-PETがステント再狭窄やステント血栓症を発症するstentのvulnerabilityを反映しているかを検討している。冠動脈ステント留置部の限局した炎症を検出できる方法は過去になく、本方法はそれを非侵襲的方法によって観察できる画期的な画像診断となると考えられる。そして、FDG集積の遷延が再狭窄やステント血栓症発症の危険因子となることが明らかとなれば、再造影の必要性や二剤による抗血小板療法の継続の良い指標となることから、有益な情報が提供されると考えている。冠動脈ステント留置後のステント留置部位の炎症が続発するステントに関する有害事象の発症に影響を与えるという仮説をたて、冠動脈留置2か月後のFDG-PET所見とステント血栓症の発症頻度ならびに10か月後の冠動脈造影所見・光干渉断層法による血管内イメージング所見を比較・検討した。検討項目は、造影における再狭窄の有無、光干渉断層法での新生内膜肥厚とそのステント内の占拠率、非被覆部の頻度、不完全圧着部の頻度であった。結果は、ステント留置部のFDG-PET集積の有無にかかわらずステント血栓症や造影上で再狭窄を認めた症例はゼロであった。FDG-PETでステント留置部に集積を認めたFDG陽性例と集積を認めないFDG陰性例の間に新生内膜肥厚、新生内膜占拠率に関しては有意差を認めなかった。一方、スFDG陽性例では陰性例に比し有意にステントが申請内膜に覆われていない非被覆部の観察頻度が有意に高率で、不完全圧着の頻度も同様にFDG-PET陽性例で有意に高率であった。結果をまとめると以下の通りであった。1.今回の対象症例ではステント有害事象の発症がなく、FDG-PETによりそれが予測できるかに関しては判定が不能であった。

2.ステント有害事象のうち、ステント血栓症のサロゲートマーカーとされる非被覆部位の頻度や不完全圧着の出現頻度はFDG陽性例で優位に高く、FDG-PETがステント血栓症のリスク層別化に役立つ可能性が示された。[目的]ステント留置部の炎症反応の評価におけるFDG-PETの有用性を検討した。[方法]左冠動脈前下行枝近位部に薬剤溶出性ステントが留置された患者に対し、2か月後にFDG-PETを10か月後に冠動脈造影と光干渉断層法(OCT)を施行し、FDG-PETがステント内膜被覆の予測に有用かを検討した。[結果]FDG集積症例とFDG非集積症例において平均のステント内の新生内膜の厚みに有意な差はなかったが、被覆されていないストラットと圧着不良となっているストラットの観察頻度がFDG集積例で有意に高かった。[結論]ステント留置後のFDG-PETによる炎症評価の有用性が示唆された。平成24年度に40例の症例登録を目標としたが、右冠動脈や左回旋枝にステントが留置された症例ではFDGの集積の有無の判定が不明瞭となることが判りそれらの症例を除外する必要があることが判明した。その結果、20例しか症例が集まらずに登録が遅れていた。本年はこの結果を踏まえ、ステント留置がFDG-PETの判定に適している左前下行枝の近位部に行われた患者に限定した。そのため、症例は14例と本年の目標である20例には到達しなかったものの除外例がなくなった。現在34例が登録されている。医学病変を左冠動脈近位部に限定したことにより、データの分散が少なくなることが予想され、当初予定していた登録患者数60例が、40例に減らすことが可能となることが推測される。よって、来年度の早期に登録を終了することが可能と推測され、予定期間内にフォローアップ血管造影が終了できるものと考えている。Pilot Studyでは、大多数の患者でFDG-PETの集積が確認できたが、実際に本試験で症例を重ねた結果、ステント留置部位が左冠動脈の近位部では集積が明瞭に確認できるが、動きの大きい右冠動脈や左冠動脈でも遠位部では集積が確認できないことが判明した。ステント留置直後に集積が確認できない患者では、3ヶ月後にFDG-PETを行っても、集積が無かった場合にそれが消失したのか、確認できない部位であったからかが判定できないため、そのような患者を除外した。その結果、40例行う予定が、20例しか集まっていない。症例登録の遅延により、フォローアップ血管造影時に使用するOCTの使用状況も遅延している。また、体調不良により海外出張をキャンセルしたため海外出張旅費を使用していない状況にある。FDG-PETの画像処理において、バックグラウンド補正の方法を試行錯誤で検討した結果、検出力が飛躍的に向上した。今後は、その方法で行うことにより、偽陰性例が減少し、症例確保がスムーズに進むものと考えている。次年度に本年度登録した患者の血管造影検査が予定されており、OCTカテーテルの購入が必要となる。また、海外出張も予定しており出張旅費を計上する必要がある。症例の登録数が当初の計画より少なかったため、予算を使いきることができませんでした。次年度は症例登録の不足分を上乗せして行う予定であり、そのための予算として行う予定です。
遷移金属触媒を用いるクムレン類の多成分重縮合反応の開発

3成分以上の連結反応からなる重縮合反応が開発できれば多彩な高分子設計が可能となるのみならず、高分子への機能性の付与に基づく様々な応用展開が期待できる。本研究では、アレン類(およびその前駆体のアセチレン類)をモノマーとして用い、遷移金属触媒による芳香族ハロゲン化物、求核剤との多成分カップリング反応を応用し、またさらに素反応を開発し、既存の重縮合、重付加では困難である3成分以上のモノマーを同時に高分子骨格に秩序立てて導入できる重縮合反応を開拓し、機能材料の構築へと展開を図ることを目的に以下に示す研究を行った。まず、アレン類、アリールハライド類、求核剤とのカップリング反応を用い、3つのモノマー成分の高分子構造への導入を検討し、目的の骨格をもつポリマーが得られることを明らかにした。さらに本重合反応における求核剤、アレン骨格等の高分子構造に及ぼす影響を詳細に評価し、置換ポリアリーレンビニレンなどの材料への展開、および得られたポリマーのEL素子への応用の可能性を評価した。また、アレン類、アリールハライド類、求核剤のカップリング反応を基盤とした種々の重合設計の可能性を検討した。すなわち、単可能性アレン類と求核部位をもつアリールハライドとの重合、アリールハライド部位をもつアレン類と求核剤との重合反応をそれぞれ行い、目的のポリマーが得られることを明らかにした。さらに、本重合反応に高分子求核剤を用いた場合、重縮合反応と同時に別のポリマー鎖をグラフト化できることを明らかにした。アレン類の他にアセチレン類を用いる重合反応についても別途検討を行い、分子内環化によりベンゾフラン、インドール環等を生成しながら進行する重合反応、マロン酸エステル類をヒドリド源とするカップリング重合などへと展開した。