hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光誘導分極反転とその電気光学素子応用

LiNbO_3やLiTaO_3などの電気光学結晶の分極反転では,主に電界印加法などの反転法が利用されており,結晶の光軸に沿って表面から裏面にわたって一様に微細な形状の分極反転部が形成されることが知られている.このため任意の二次元形状の分極反転部を電気光学結晶内に作り込むことが可能であるが,反転可能な結晶厚さが現状では約1mmまでと限られており,また任意の三次元形状の分極反転部を形成することはいまだに実現されていない.本研究では,光照射を利用することによつて分極反転を制御し,厚い結晶中に三次元的な分極反転形状を形成することによって,新しい電気光学素子を開発することを目的として研究を進めた.研究の前段階として通常の電界印加分極反転法,およびパルス電界印加分極反転法について,詳細な検討を行い,電界印加分極反転の条件を明らかにした.分極反転制御においては,電荷量制御が重要であり,反転電流の減少から停止条件を正確に見極めることが求められる.光照射による分極反転開始/停止の制御可能性を明らかにするため実験を行った.まず,電気光学結晶のパルスレーザー照射による損傷閾値について実験的に検討し,その結果をもとに,結晶に損傷が生じない範囲において電気光学結晶に引き起こされる屈折率変化を確認し,その分極反転との関係を検討している.その結果,パルスYAGレーザーの三倍波による強力な青のレーザーパルスを電気光学結晶LiTaO_3(z板)に垂直照射すると,パルスエネルギーに対応して結晶内に円形の屈折率変化が引き起こされる.この屈折率変化部が重なるような複数のパルス照射では,全エネルギーが損傷閾値以下であっても損傷が生じやすいことがわかった.なお,この照射条件による屈折率変化に異方性はなかった.パルス照射後の結晶において電界印加による分極反転実験を行ったが,照射部であっても通常の分極反転が可能なことがわかった.LiNbO_3やLiTaO_3などの電気光学結晶の分極反転では,主に電界印加法などの反転法が利用されており,結晶の光軸に沿って表面から裏面にわたって一様に微細な形状の分極反転部が形成されることが知られている.このため任意の二次元形状の分極反転部を電気光学結晶内に作り込むことが可能であるが,反転可能な結晶厚さが現状では約1mmまでと限られており,また任意の三次元形状の分極反転部を形成することはいまだに実現されていない.本研究では,光照射を利用することによつて分極反転を制御し,厚い結晶中に三次元的な分極反転形状を形成することによって,新しい電気光学素子を開発することを目的として研究を進めた.研究の前段階として通常の電界印加分極反転法,およびパルス電界印加分極反転法について,詳細な検討を行い,電界印加分極反転の条件を明らかにした.分極反転制御においては,電荷量制御が重要であり,反転電流の減少から停止条件を正確に見極めることが求められる.光照射による分極反転開始/停止の制御可能性を明らかにするため実験を行った.まず,電気光学結晶のパルスレーザー照射による損傷閾値について実験的に検討し,その結果をもとに,結晶に損傷が生じない範囲において電気光学結晶に引き起こされる屈折率変化を確認し,その分極反転との関係を検討している.その結果,パルスYAGレーザーの三倍波による強力な青のレーザーパルスを電気光学結晶LiTaO_3(z板)に垂直照射すると,パルスエネルギーに対応して結晶内に円形の屈折率変化が引き起こされる.この屈折率変化部が重なるような複数のパルス照射では,全エネルギーが損傷閾値以下であっても損傷が生じやすいことがわかった.なお,この照射条件による屈折率変化に異方性はなかった.パルス照射後の結晶において電界印加による分極反転実験を行ったが,照射部であっても通常の分極反転が可能なことがわかった.強誘電結晶の分極反転は,非線形光学結晶の疑似位相整合による高調波発生に利用されるなど,光エレクトロニクス分野での利用が期待されている。電気光学結晶も強誘電結晶であり,分極反転を行うことによってさまざまな光制御素子が実現できる。電気光学素子は超高速動作が可能であり,超高速光変調器,光空間変調器への利用が研究されている。LiNbO_3やLiTaO_3などの電気光学結晶の分極反転では,主に電界印加法などの反転法が利用されており,結晶の光軸に沿って表面から裏面にわたって一様に微細な形状の分極反転部が形成されることが知られている。このため任意の二次元形状の分極反転部を電気光学結晶内に作り込むことが可能であるが,反転可能な結晶厚さが現状では約1mmまでと限られており,また任意の三次元形状の分極反転部を形成することはいまだに実現されていない。本研究では,光照射を利用することによって分極反転を制御し,厚い結晶中に三次元的な分極反転形状を形成することによって,新しい電気光学素子を開発することを目的として研究を進めた。本年度は,YAGレーザーの倍波および三倍波による強力な緑および青のレーザーパルスを電気光学結晶LiTaO_3に照射することによって引き起こされる屈折率変化(内部電界)と結晶の光耐力を実験的に検討した。その結果,電気光学結晶の光損傷条件を明らかにし,分極への影響が表れる限界を明らかにできた。

波長335nm,パルス幅5nsの場合,LiTaO_3の損傷閾値は数GW/cm^2,数十J/cm^2であった。今後,パルスレーザー照射後の結晶に直流高電界を印加することによって分極反転を行い,光照射の効果を検討する。電気光学素子は超高速動作が可能であり,超高速光変調器,光空間変調器への利用が研究されている.LiNbO_3やLiTaO_3などの電気光学結晶では,分極反転によるさまざまな光制御素子への応用が期待されている.この分極反転には電界印加法などが利用されており,結晶の光軸に沿って表面から裏面にわたって一様に微細な形状の分極反転部が形成されることが知られている.このため任意の二次元形状の分極反転部を電気光学結晶内に作り込むことが可能であるが、反転可能な結晶厚さが現状では約1mmまでと限られており,また任意の三次元形状の分極反転部を形成することはいまだに実現されていない.本研究では,光照射を利用することによって分極反転を制御し,厚い結晶中に分極反転形状を形成することによって,新しい電気光学素子を開発することを目的として研究を進めた.昨年度は電気光学結晶のパルスレーザー照射による損傷閾値について実験的に検討したが,本年度は本年度はその結果をもとに,結晶に損傷が生じない範囲において電気光学結晶に引き起こされる屈折率変化を明らかにし,その分極反転との関係を検討した.パルスYAGレーザーの三倍波による強力な青のレーザーパルスを電気光学結晶LiTaO_3(z板)に垂直照射すると,パルスエネルギーに対応して結晶内に円形の屈折率変化が引き起こされる.この屈折率変化部が重なるような複数のパルス照射では,全エネルギーが損傷閾値以下であっても損傷が生じやすいことがわかった.なお,この照射条件による屈折率変化に異方牲はなかった.パルス照射後の結晶において電界印加による分極反転実験を行ったが,照射部であっても通常の分極反転が可能なことがわかった.また,LiTaO_3の電界印加分極反転についてその条件を詳細に検討し,パルス電界印加が分極反転精度の向上に有効であることを確認するとともに,従来から実施されてきたパルス幅よりもかなり長い0.1s程度のパルスでも,25μm以下の反転幅を実現できることが明らかした.
植物の多機能輸送体GTR1における輸送基質スイッチング現象の化学的制御

植物ホルモンは、植物の発生、成長、環境変化や外敵への防御応答など、ほぼ全ての生理機能制御に関わる化学因子である。その植物体内での時空間的分布は、輸送体タンパク質によって厳密に制御されている。我々は、植物の免疫ホルモンジャスモノイルイソロイシン(JA-Ile)の輸送体GTR1を発見した。GTR1は53種の膜輸送体が属するNPFファミリーのメンバーであり、既知の硝酸イオン輸送体NPF6.3と同様に膜上で二量体を形成する。応募者らは偶然、GTR1が二量体を形成する際、そのパートナーによって輸送基質のスイッチングが起こるという画期的な現象を発見した。GTR1はこれまでの輸送体の概念を一新する新しいタイプの輸送体である。本計画は、この発見を検証するとともに、二量体形成の制御によって植物ホルモンなどの生理的に重要な化学因子の体内分布を人為的にコントロールする分子技術の開発を行うことを目的とする。本年度は、NRT輸送体との相同性に着目することで、GTR1の二量体化にリン酸化が関与することを示すと共に、そのリン酸化配列を特定することに成功した。またそのリン酸化配列のリン酸化アナログ(アスパラギン酸)、および脱リン酸化アナログ(トレオニン)を用いて、二量化をコントロールできることを示した。また、GTR1二量化を網羅的に評価できる系として、酵母スクリーニング系の構築を行った。これによって、53種の膜輸送体が属するNPFファミリーの各々の輸送体とGTR1との相互作用を検証できる系を作り上げることができた。GTR1二量体化の分子機構として、GTR1のリン酸化配列を特定することに成功し、そのリン酸化アナログ、および脱リン酸化アナログを用いて、二量化をコントロールできた。また、研究の遂行上、最も手間と時間を要する酵母スクリーニング系の構築を行った。GTR1二量化を網羅的に評価できる系を用いて、53種の膜輸送体が属するNPFファミリーの各々の輸送体とGTR1との相互作用を検証できる系を作り上げることができた。今後は、構築した酵母スクリーニング系を用いて、安定したデータを取れる実験条件を設定することが必須である。現在の所、輸送体サブタイプの発現効率に差が見られるせいか、輸送量の安定しない組み合わせが見られる。今後は各種の条件検討を行う。本年度発注の軽微な消耗品に関して、実験計画の関係上次年度に発注することになったため、次年度使用額が発生した。
スフィンゴ糖脂質による癌性形質の増強に関わる分子群の生細胞膜上での時空間的解析

酸性スフィンゴ糖脂質GD3が発現するヒトメラノーマ細胞では、メラノーマの増殖に重要なHGF刺激と接着刺激を同時に加えることにより、Akt及びErkの著明なリン酸化の増強が認められた。よって、GD3発現細胞膜上では接着と増殖刺激によるPI3K-Akt及びRas-Erkシグナルが収斂し、癌性形質が相乗的に増強すると推察された。また、EMARS反応により生細胞膜のGD3近傍にNeogeninやIntegrin等が同定され、GD3とこれらの分子の相互作用が示唆された。1分子観察では、酸性糖脂質GM1発現細胞においてGM1分子同士の会合が示され、GD3についても1分子観察の動態解析が進行中である。H24年度は次の実績が得られた。1)糖脂質糖鎖の違いによる細胞膜脂質ラフトの構造と機能の異同を1分子観察により解析するために、GD3発現ヒトメラノーマ細胞株SK-MEL-28の亜株でGD3非発現細胞株SK-MEL-28-N1(N1細胞)に種々の糖鎖合成酵素遺伝子を導入して1GD3発現N1(GD3(+)N1)細胞、2GD2発現N1細胞、3GM2発現N1細胞、及び4GM1発現N1細胞を樹立し、これらの細胞を1分子観察による脂質ラフト解析のために連携研究者(京大、鈴木)に提供した。そして、蛍光標識GM1をN1細胞(GM3のみ発現)、GM2発現N1細胞、およびGM1発現N1細胞に添加し、蛍光標識GM1の細胞膜上での動態を検討した。その結果、GM1発現細胞膜上の蛍光標識GM1の会合時間は、N1細胞およびGM2発現細胞上の蛍光標識GM1の会合時間の約1/2となり、細胞膜上でのGM1同士の会合が示唆された。2)種々の糖鎖合成酵素遺伝子を導入して樹立したGD3発現細胞、GD2発現細胞、GM2発現細胞、及びGM1発現細胞の糖脂質組成について、細胞から酸性糖脂質を抽出してTLCにより分析した。その結果、GD3発現細胞、GD2発現細胞、およびGM2発現細胞の主要な糖脂質は、各々GD3, GD2, GM2であったが、GM1発現細胞では、GM1とGD1aが検出された。3)これまでに、GD3(+)N1細胞ではGD3(-)N1細胞に比べて、I型コラーゲンに対する接着刺激によりAktのリン酸化が増強することを明らかにしたが、その強度は強くなかった。また、Erkのリン酸化は差異が認められなかった。しかし、HGF刺激と接着刺激を同時に加えることにより、GD3(+)N1細胞では、AktとErkの顕著なリン酸化の増強が認められ、更にアポトーシスの抑制効果の増大および細胞増殖能の亢進が認められた。平成25年度は次の実績が得られた。これまでに、GD3発現(GD3(+))ヒトメラノーマ細胞(GD3(+)細胞)とGD3非発現コントロール細胞(GD3(-)細胞)において、HGF-Metの単独刺激では、GD3(+)細胞とGD3(-)細胞の間でAktおよびErkのリン酸化レベルの明らかな差異は認められないが、これにCL-Iに対する接着刺激を同時に加えることにより、GD(+)細胞のAktとErkのリン酸化レベルが著明に増強することを示してきた。今年度は、GD3発現ヒトメラノーマ細胞株SK-MEL-28にGD3合成酵素遺伝子のshRNAを導入して本酵素遺伝子をノックダンしたGD3抑制細胞を用い、GD3抑制細胞では、HGFとCL-Iによる同時刺激を与えてもAktおよびErkのリン酸化の増強が認められないことを示した。更に、GD3(+)細胞およびGD3(-)細胞に抗GD3モノクローナル抗体(R24 mAb)を反応させた後、HGFとCL-Iによる同時刺激を加えた場合、GD3(+)細胞においては、R24 mAbによりAktおよびErkのリン酸化レベルが抑制されることも示した。また、GD3(+)細胞について、細胞膜のGD3近傍の分子群をEMARS反応により解析した結果、Neogeninが同定され、γ-secretaseによりNeogeninのcleavageが増加することが明らかになった。一方、NeogeninがGD3と結合することも生化学的に示した。更に、Neogeninを強発現させた細胞では浸潤性の亢進も認められ、Neogeninは細胞膜上でGD3と相互作用し、細胞の浸潤性に関与するものと推察された。cleavageされたNeogeninの細胞内ドメイン(NeICD)は転写因子として機能するので、今後、メラノーマにおけるNeICDの標的遺伝子の同定を行う。H23年度は次の実績が得られた。

1)糖脂質糖鎖の違いによる細胞膜脂質ラフトの構造と機能の異同を1分子観察により解析するために、各種の糖脂質糖鎖合成酵素遺伝子を導入し、糖鎖が異なるモデル細胞を樹立した。具体的には、GD3発現ヒトメラノーマ細胞株SK-MEL-28の亜株でGD3非発現細胞株SK-MEL-28-N1(N1細胞)に、(1)GD3合成酵素、(2)GD3合成酵素+GM2/GD2合成酵素、(3)GM2/GD2合成酵素、及び(4)GM2/GD2合成酵素+GM1/GD1b/GA1合成酵素の各遺伝子を導入し、(1)GD3発現N1(GD3(+)N1)細胞、(2)GD2発現N1細胞、(3)GM2発現N1細胞、及び(4)GM1発現N1細胞を樹立した。これらの細胞を1分子観察による脂質ラフト解析の連携研究者(京大、鈴木)に提供した。2)質量分析(MS)による脂質ラフト組成の解析の為に、TLC-MSによる糖脂質分析法を確立した。即ち、既知の酸性または中性糖脂質をTLCで展開後、PVDF膜にblottingし、これらをLESA(Liquid Extraction Surface Analysis)法によりPVDF膜からスポット抽出し、MS装置にインフュージョンスプレイした。得られたデータを解析した結果、既知のものと一致し、この手法の有用性が実証された。今後、未知のサンプル解析に応用する。3)GD3(+)N1細胞について、細胞膜のGD3近傍の分子群をEMARS反応により解析した結果、Neogenin, Netrin, Integrin等の分子が同定された。私達は、GD3+細胞においてインテグリンからの接着シグナルによりAktの活性が増強することを報告してきた。また、Netrin非存在化ではDCC等の受容体はアポトーシスを誘導することが報告されている。従って、GD3はアポトーシスの抑制に重要であることが推察された。(1)1分子観察による脂質ラフトの解析に必要な細胞株、1GD3発現N1細胞、2GD2発現N1細胞、3GM2発現N1細胞、及び4GM1発現N1細胞を樹立し、共同研究者に提供できた。その結果、細胞膜上でのGM1同士の会合を示唆する結果が得られた。(2)1GD3発現N1細胞、2GD2発現N1細胞、3GM2発現N1細胞、及び4GM1発現N1細胞の糖脂質組成を生化学的に分析して、主要な酸性糖脂質を同定した。(3)GD3(+)N1細胞において、接着刺激とHGFによる増殖刺激を同時に加えることによりAktおよびErkのリン酸化が相乗的に増強することを明らかにし、その結果、アポトーシスの抑制効果の増大および細胞増殖能の亢進が認められることを示した。(4)脂質ラフト組成の質量分析(MS)解析のために、LESA(Liquid Extraction Surface Analysis)を利用したTLC-MSによる糖脂質分析法を確立した。(5)GD3(+)N1細胞について、細胞膜のGD3近傍の分子群をEMARS反応により解析した結果、Neogenin, Netrin, Integrin等の分子が同定された。平成2324年度の研究成果をもとに、1)糖脂質糖鎖の違いによる細胞膜上での分子動態の異同について、酸性糖脂質GM1に加えて、GM2, GD3およびGD2についても1分子観察により解析する。また、シグナル分子であるインテグリンおよびAkt等の分子動態についても検討する。2)EMARS反応により同定された分子の中で、Neogenin, Netrin,およびIntegrinとGD3との相互作用について解析する。
海鳥を食物網と汚染のトレーサーとした海洋生態系モニタリング

海鳥の移動と体組織の汚染物質をつかって汚染分布をモニタリングする新しい手法を開発した。ミズナギドリ類2種130個体以上をバイオロギング手法で追跡した。繁殖期において、尾腺ワックス中の残留性有機汚染物質濃度は異なる海域で採食する個体毎に異なり、PCBs,DDTs,HCHsでそのパタンが違った。越冬中に生える羽の水銀濃度にも、異なる海で越冬期を過ごす個体毎で差があった。これらの地域差は汚染物質の放出源と拡散によって説明できた。この手法によって海洋汚染を海洋区プラニングで必要とされる空間スケールで測定できる。本研究の目的は以下の3点である。(1)物質循環指標である安定同位体比、餌情報源である脂肪酸組成、および残留性有機汚染物質(POPs)の回転率と濃縮係数を、飼育実験によって組織ごとに明らかにして、異なる時間スケールでの物質取り込みを推定する方法を確立する。(2)海鳥個体の移動軌跡を装着型記録計で精密に測定し、行動の空間スケールを明らかにし、同時に採取した血液、皮下脂肪、尾腺ワックス、羽などの安定同位体比、脂肪酸組成とPOPs濃度・異性体組成を測定する。(3)海鳥の採食強度およびその汚染度の地図をつかって、高次動物と生態系との相互作用の強度の高い場所、ホットスポットを定義する。1)物質循環指標である安定同位体比、餌情報源である脂肪酸組成、海洋汚染物質であるPOPsのターンオーバーレイトを、海鳥の飼育実験によって組織ごとに明らかにして、異なる組織の測定値から異なる時間スケールでの物質取り込みを推定する方法を確立する。2)海鳥個体の移動軌跡と行動を装着型記録計で精密に測定し、行動の空間スケールを明らかにし、装着時と回収時に採取したその個体の異なる組織(血液、皮下脂肪、尾腺ワックス、羽など)の安定同位体比、脂肪酸組成とPOPs濃度やプロファイルを測定する。3)高次動物による採食強度およびその汚染度の地図をつかって、高次動物と生態系との相互作用の強度の高い場所、ホットスポットを定義する。20年度はこのうち、主に2)に関するサンプル採取とその分析を一部行った。日本海の粟島(新潟県)と太平洋三陸沿岸の三貫島(岩手県)に繁殖するオオミズナギドリの越冬地をジオロケーターで、育雛中の採食場所をGPSデータロガーで測定した。その結果、両島の親は、ニューギニア北のビズマーク海、ニューギニア南のアラフラ海、および南シナ海のいずれかで越冬した。粟島の親は、佐渡から粟島周辺から津軽半島日本海沿岸のほか、津軽海峡を抜けて北海道太平洋沿岸で採食し、三貫島の親は三陸沿岸あるいは北海道太平洋沿岸および外洋域で採食した。予備的分析の結果、尾腺ワックスのPCB濃度は三貫に比べ粟島のオスで高い傾向があったが、メスでは差がないようだった。このように、繁殖期の採食場所による汚染度の差が予想された。1.物質循環指標である安定同位体比、餌情報源である脂肪酸組成、海洋汚染物質であるPOPsの回転率と濃縮係数を、海鳥の飼育実験によって組織ごとに明らかにして、異なる組織の測定値から異なる時間スケールでの物質取り込みを推定する方法を確立する。2.海鳥個体の移動軌跡と行動を装着型記録計で精密に測定し、行動の空間スケールを明らかにし、装着時と回収時に採取したその個体の異なる組織(血液、皮下脂肪、尾腺ワックス、羽など)の安定同位体比、脂肪酸組成とPOPs濃度やプロファイルを測定する。3.高次動物による採食強度およびその汚染度の地図をつかって、高次動物と生態系との相互作用の強度の高い場所、ホットスポットを定義する。21年度は、1.安定同位体比や脂肪酸組成、POPsの回転率や濃縮係数を求めるためウトウの飼育実験を実施し、十分な数の血液、羽毛、尾腺ワックス資料を得た。2.昨年に引き続き、オオミズナギドリの索餌範囲を装着型のGPS位置録装置であきらかにし、その個体の汚染度も同時に調べた。その結果、新潟県粟島で繁殖する個体は日本海北部でだけ索餌する場合と北海道太平洋沿岸で索餌する場合があること、岩手県タブの大島で繁殖する個体はすべて三陸沖か北海道太平洋沿岸で索餌すること、があきらかとなった。また、日本海北部で索餌した個体の尾腺ワックス中のPOPs濃度は、太平洋沿岸で索餌した個体よりも2倍程度高いことがわかった。そのため、従来予想された通り、日本海での汚染は太平洋側より進んでいると考えられた。さらに、今年度は、光記録からの位置推定により、オオミズナギドリは、パプアニューギニア周辺のアラフラ海とビスマーク海、及び南シナ海で越冬することを明らかにした。また、皮下脂肪と尾腺ワックスの脂肪酸組成とPOPsの分析を行った。

その結果、ワックスで高塩素PCBsが高いという、今までとは多少異なる傾向が見られた。そのため皮下脂肪にも最近の汚染の傾向が反映される可能性がある。ワックスでも脂肪酸組成を得ることができ、それは皮下脂肪の組成とは異なっていた。回転率の違いや代謝作用を考慮して餌生物の推定に役立てる必要がある。日本鳥学会函館大会において、シンポジウム「バイオロギングによる鳥類研究」(オーガナイザー高橋晃周・依田憲)を開催し、本研究で利用する手法について議論を深めた。本研究は、海鳥による採食強度とその汚染度の地図をつかって、高次動物と生態系との相互作用の強度の高い場所、ホットスポットを定義することを目的とする。今年度は以下の4点を実施した1)物質循環指標である安定同位体比、餌情報源である脂肪酸組成、残留性有機汚染物質POPsの回転率と濃縮係数を推定するため、昨年度の飼育実験によって得た、ウトウ体組織の、POPs、脂肪酸、安定同位対比の分析をおこなった。2)昨年度のオオミズナギドリの研究から、汚染度は太平洋に比べ日本海で高く、日本海粟島の個体は、日本海と太平洋の両方で採食することがわかった。本年度は、粟島において採食トリップごとに、GPSロガーで採食場所をあきらかにし、日本海と太平洋それぞれを利用した個体の尾腺ワックスを採取した。またそれぞれにおいてとった餌も採取した。今後、これらのPOPsを分析し、モデルをたて統計的手法によってPOPs回転率と採食海域の汚染度を推定する。2)光記録からの位置推定(ジオロケーター)により、オオミズナギドリは、パプアニューギニアとオーストラリアの間のアラフラ海、ニューギニア北方海域、南シナ海で越冬することがわかった。うち、粟島繁殖個体の、皮下脂肪と尾腺ワックスの脂肪酸組成とPOPsの分析、羽の安定同位対比の分析を行った。その結果、PCBs,DDE濃度は、栄養段階を反映する脂肪酸組成比や安定同位対比にはよらず、南シナ海で越冬した個体の方が、アラフラ海とニューギニア北方海域で越冬した個体より高く、外洋域での汚染度の違いが初めて明らかになった。また複数年追跡できた場合は、年を追って濃度が低下する傾向が見られた。4)これらとは別に、昨年度にタスマニアで繁殖中のハシボソミズナギドリにジオロケーターを装着し、今年度回収し、体組織サンプルも得た。繁殖期にはオーストラリアから南極大陸沿岸部で採食し、北日本を含む太平洋北西部、アリューシャン列島、アラスカ半島周辺部、ベーリング海峡のいずれかで越冬することがわかった。これらの成果は、日本鳥学会大会、日本生態学会大会、世界海鳥会議(カナダ)で発表した。また、国際鳥学会ブラジル大会において、シンポジウム「空中と水中での飛行」(オーガナイザーWatanuki,Weimerskirch)を開催し、本研究で利用する手法について議論を深めた。本研究は、海鳥の移動軌跡とその汚染度の地図をつかって、高次動物と生態系との相互作用の強度の高い場所、ホットスポットを定義することを目的とする。今年度は以下の3点を実施した。まず、新潟県粟島、岩手県タブの大島、山口県宇和島、および沖縄県仲の神島の4カ所で繁殖するオオミズナギドリの採食海域を明らかにした上で、尾腺ワックスのPOPsを分析した。これらの結果から、瀬戸内海の宇和島ではPCBが、東シナ海に近い仲の神島ではDDTの濃度が高く、日本海で採食する粟島個体ではHCHの濃度が高いことがわかった。
潮下帯生物による転石潮間帯生物群集に対する捕食圧

潮下帯及び潮間帯群集構造:動物相は潮間帯が圧倒的に豊富であり,潮間帯と潮下帯では優占種はまったく共通せず,共通して出現する種類も少なかった.潮間帯では(付着珪藻・バクテリアを食べる)藻食性の貝類が個体数・重量ともに圧倒的に多かった.潮下帯では貝類は重要であるものの,圧倒的ではなくなり,棘皮動物,甲殻類が相対的に多くなっていた.また,食性では肉食者やろ過食者の割合が増加していた.潮下帯のベントス捕食者としてはイトマキヒトデ,巻貝のヒメヨウラク,ヤドカリ類,オウギガニ類が見られたが,前2種を除けば密度は非常に低かった.このため,潮間帯に侵入するベントス捕食者としてはイトマキヒトデに注目し,垂直移動調査,野外捕食行動観察を実施した.その結果,イトマキヒトデは潮間帯への侵入は稀であり,また海藻食を主としているため,潮間帯群集への捕食圧はほとんど無いことが示された.潮下帯生物による潮間帯への侵入:潮間帯での潜水観察により,魚類のカサゴ・ササノハベラ・クサフグによる潮間帯ベントスの捕食が確認された.魚類の胃内容観察:満潮時に低潮線近辺で刺し網を仕掛けることにより,潮間帯に侵入した魚類を効率的に採集し,その胃内容を分析した.カサゴ・ササノハベラの両種が多数を占めた.カサゴはヒライソガニを中心とした甲殻類,ササノハベラは貝類を主に多くのベントスを食べていた.潮下帯において採集したカサゴ・ベラも潮間帯のベントスを食べていることが確認され,潮間帯がこれらの魚の重要な餌場となっていることが示された.潮下帯及び潮間帯群集構造:動物相は潮間帯が圧倒的に豊富であり,潮間帯と潮下帯では優占種はまったく共通せず,共通して出現する種類も少なかった.潮間帯では(付着珪藻・バクテリアを食べる)藻食性の貝類が個体数・重量ともに圧倒的に多かった.潮下帯では貝類は重要であるものの,圧倒的ではなくなり,棘皮動物,甲殻類が相対的に多くなっていた.また,食性では肉食者やろ過食者の割合が増加していた.潮下帯のベントス捕食者としてはイトマキヒトデ,巻貝のヒメヨウラク,ヤドカリ類,オウギガニ類が見られたが,前2種を除けば密度は非常に低かった.このため,潮間帯に侵入するベントス捕食者としてはイトマキヒトデに注目し,垂直移動調査,野外捕食行動観察を実施した.その結果,イトマキヒトデは潮間帯への侵入は稀であり,また海藻食を主としているため,潮間帯群集への捕食圧はほとんど無いことが示された.潮下帯生物による潮間帯への侵入:潮間帯での潜水観察により,魚類のカサゴ・ササノハベラ・クサフグによる潮間帯ベントスの捕食が確認された.魚類の胃内容観察:満潮時に低潮線近辺で刺し網を仕掛けることにより,潮間帯に侵入した魚類を効率的に採集し,その胃内容を分析した.カサゴ・ササノハベラの両種が多数を占めた.カサゴはヒライソガニを中心とした甲殻類,ササノハベラは貝類を主に多くのベントスを食べていた.潮下帯において採集したカサゴ・ベラも潮間帯のベントスを食べていることが確認され,潮間帯がこれらの魚の重要な餌場となっていることが示された.本研究は転石潮間帯群集における捕食圧の影響を定量化することを目的とし,次の3調査を実施した.1。転石地潮間帯及び潮下帯の群集構造解明のための定量調査を天草および水俣において実施した.潮間帯2潮位,潮下帯2潮位から6潮位の定量調査を実施し,2種の貝類を除いて潮間帯と潮下帯では優占種が入れ替わり,重複が少ないことが明らかになった.つまり,潮間帯群集と潮下帯群集は隣接しているものの,かなり独立性が高いといえる.2。潮下帯生物による潮間帯への侵入について,定期的な潜水観察を実施したところ,ベントス捕食者(イトマキヒトデ、レイシ等の捕食性巻貝)はほとんどあがって来ないことがわかった.一方,魚類のベラ・クサフグ・カサゴは高い移動力を示し,潮間帯の餌に極めて敏感に反応することがわかった.但し,潮下帯にはガザミ・イシガニ等の大型カニ類・タコの存在が確認されており,個体数は少ないながら,これらの種類の捕食効率は高いので,次年度の課題として残されている.3。満潮時に低潮線付近に刺し網を設置し、次の干潮時に回収、潮間帯に侵入した魚類を採集し,胃内容物を調査したところ,潮間帯の餌,特にヒライソガニを利用していることが明らかとなった.また,潮下帯で採集された魚類からも潮間帯生物が餌として高頻度で利用されていることから,魚類による潮間帯の利用は日常的であると考えられた.以上の結果,通常ベントス群集を対象とした定量調査では採集できないものが,重要な捕食者となっていることが明らかとなった.潮間帯及び潮下帯の群集

調査:昨年度と合わせて4季節分の群集データが得られ,一部のデータ解析が終了した.動物相は潮間帯が圧倒的に豊富であり,潮間帯と潮下帯では優占種はまったく共通せず,共通して出現する種類も少なかったため,異なる群集構造を持つと考えられた.潮下帯のベントス捕食者としてはイトマキヒトデ,巻貝のヒメヨウラク,ヤドカリ類,オウギガニ類が見られたが,前2種を除けば密度は非常に低かった.このため,潮間帯に侵入するベントス捕食者としてはイトマキヒデを対象として餌選択実験,野外捕食行動観察を実施した.その結果,イトマキヒトデは海藻食を主としており,潮間帯群集の主要構成種である移動性貝類はほとんど食べないことが明らかになった.潮下帯生物による潮間帯への侵入:潮間帯に侵入する潮下帯生物の潜水観察では,ササノハベラ(以下ベラ)・クサフグが多く見られ,その他はほとんど確認されなかった.また実験的に餌を用意して,捕食者の出現状況を見た所,近辺のイソニナ・シマベッコウバイ・ヤドカリ類がすばやく集まり,次いで上記の魚類が見られた.魚類の胃内容観察:潮間帯に侵入した魚類を採集し,胃内容物を検鏡したところ,カサゴはヒライソガニを中心とした甲殻類,ササノハベラが貝類を主に多くの種類を食べていた.。潮下帯において採集したカサゴ・ベラも潮間帯のベントスを食べていることが確認され,潮間帯がこれらの魚の重要な餌場となっていることが示された.潜水観察ではかなり見られたクサフグは刺し網ではほとんど取れず,食性を明らかにすることは出来なかった.魚類の食性や潮間帯への侵入状況および魚類を頂点とした食物網について2度の学会講演を行った.潮間帯群集構造の一部として,フジツボパッチと貝類群集について雑誌論文として発表した.
色変化を利用した匂い判別方法の構築と光ファイバセンサシステムの開発

本課題は色素分子の溶媒極性による色変化を利用し、匂いセンサの開発を行っている。色素を光ファイバに塗布し光強度の変化による簡易な装置の開発を行った。また同時に感度の向上のため実験装置の改良等を行い、基準臭での応答及び多変量解析を行った。2種類の色素(Alizarin Yellow,Phenol Pthalein)とアルコールや基準臭などの匂い成分を用いて実験を行った。匂い成分によって変化量や応答のパターンの違いが明確に見られた。この違いを数値化して比較を行うために、多変量解析の主成分分析を行った。色素分子の溶媒極性による色変化を利用し、匂い成分のセンサの開発を行った。色素含有の濾紙を用いたRGB変化による判別を行い有効な色素を探索し、次にその色素を光ファイバに塗布し光強度の変化による簡易な装置の開発を行った。また同時に感度の向上のため実験装置の改良等を行った。応答素子の作成:クラッド径1mmの石英製光ファイバを80mmに切断し、その両端をサンドペーパーで研磨し、ファイバの片側の先端に1.0mMの色素溶液を滴下し、乾燥させた。これを5回繰り返し応答素子とした。応答実験:作成したファイバ膜と二股型ファイバを接続し、10分間空気中に放置した後、5分間におい成分の入ったサンプル管にファイバを入れ、再び10分間空気中に放置した。このとき各時間での光強度を測定した。BTBでは酢酸ガスで一番応答量が大きくなった。これはBTBがpH指示薬として使われている色素であるため、酸性である酢酸に対して大きな色変化を示したと考えられる。またR-dyeでは各匂い成分で応答の形が異なっていた。これはR-dyeが溶媒によって色が変わる色素であることが要因と考えられる。この2種類の色素と3種類の匂い成分による主成分分析により匂い成分の分布が確認された。次にこれらの色素を用いて流通系において濃度依存性の確認を行った。乾燥空気中では光強度がほぼ一定であり、匂い成分に曝すと強度は下がり、再び空気中に戻すと光強度はほぼ元の状態に戻った。また濃度によって応答量の大きさが変わり濃度依存性が確認できた。今後は更なる感度向上のため、使用する色素の探索と、色素の混合使用、併用使用等による複数の匂い成分の同時測定を目指す。応答実験:作成したファイバ膜と二股型ファイバを接続し、10分間空気に曝した後、5分間におい成分に曝し、再び10分間空気に戻した。次に,この2種類の色素を混合し,応答膜とした.それぞれの色素単独の場合と比べて,応答は複雑になったが,単独色素膜の加算で評価する事ができ,バンドル化の効果を確認できた.感度の向上と精度の向上を目指し,ランプ光源の改良を試みた.光源には青色成分の強い光源を用いた方が,応答感度が向上し,さらに,安定化電源を用いる事で,数10の光強度の変化を安定的に得ることができ,におい成分の濃度に換算して,数ppmの感度を達成できた.色素分子の溶媒極性による色変化を利用し、匂い成分のセンサの開発を行った。

混合ガスでの応答実験を行い,その応答パターン(主成分分析のマッピング)は,それぞれの単独ガスの応答の加成性が成り立つ事を見出だし,複雑な匂いの分析への応用の糸口を見出す事が出来た.次に,ファイバの細い径を用い,光源との接続を工夫し,操作性の向上を図った.色素膜を塗布した場所を固定するのではなく,サンプルの場所にファイバを近づけるだけで応答を確認し,再現性の確認を行った.これにより,実際の現場でも容易に使う事ができる仕様であると考えられる.
標準化定型負荷食を用いた段階的食物経口負荷試験方法の確立に関する研究

【概要】食物アレルギーの診断は食物経口負荷試験(以下負荷試験)がゴールドスタンダードとされるが、煩雑さと負荷食準備の困難さから、十分に実施されているとは言えない。本研究では粉末状の容易に準備可能な定型負荷食を用いた標準化された負荷試験方法を用い、多施設で負荷試験を行なった結果を検討し、1標準化されたより安全な負荷試験方法の確立および2多施設での負荷試験結果から陽性、重症反応に対するリスク因子を明らかにすることを目的とする。【研究実績】2016年2018年に約1000件の食物経口負荷試験を行い、ファイルメーカーを用いた症例登録システムに登録した。多くの施設で10例以上の症例登録を行なうことができた。【結果】陽性率は20%程度であった。アナフィラキシーガイドラインのグレード評価による重症の症状は2例のみであり、負荷試験は極めて安全に施行できた。安全に施行できた結果、陽性率が低く、自院以外の施設での陽性症例が少ないため、誘発症状の重篤度に関する施設毎の比較はできなかった。鶏卵の症例数は十分に集まったが、牛乳に関してはアメリカで牛乳の食物経口負荷試験中に事故があったことから、一時登録が中断されており、十分な症例数が集まるのに2018年度末まで要した。【研究成果の発表】本研究のうち鶏卵の食物経口負荷試験について、JACI in practiceに掲載された。また、遅れて症例数が集まった牛乳に関しては現在投稿準備中である。予定通り、Pediatric Allergy and Immunology、JACI in practiceなど多数の英文誌に研究結果が掲載され、ガイドラインにも本研究の段階別の負荷試験の考え方が反映された。多施設の前向きの研究に関して鶏卵は症例数は十分に集積することができ、英文誌に掲載されたが、牛乳に関してはアメリカでの事故などの関係もあり、症例数が十分に集まるのに時間がかかったため、2019年現在、投稿準備中である。牛乳の負荷試験に関して、投稿のプロセスを進めていく予定である。また、この多施設での食物経口負荷試験の経験を活かして、標準的な負荷食品を全国的に使用できる体制作りを進めているところである。【研究実績】2016年8月にスタートアップ会議を行ない、プロトコールを確定した。負荷試験食を準備した。各医療機関で倫理申請を進め、2017年1月までに全施設で倫理審査が終了した。ファイルメーカーを用いた症例登録システムを確立した。10-11月に各施設に負荷食品を送付した。【症例登録】多くの施設で10例以上の症例登録を行なうことができた。総登録症例数は551例である。【結果】551例に対して負荷試験を行ない、66例が陽性であった。【研究成果の発表】本研究の元となる卵黄の負荷試験について、Pediatric Allergy and Immunologyに投稿し、掲載された。また、鶏卵、牛乳、小麦の負荷試験に関する論文を米国の英文雑誌に投稿中である。牛乳のデータに関して当院で検討した結果を2016年小児アレルギー学会学術集会で発表した。【進捗状況】551例と予定以上の症例数を登録できた。本研究の基礎となる論文もPediatricAllergyand Immunologyに掲載された。このため、進捗状況としては概ね順調に進展していると判断している。【研究実績】2016年8月にプロトコールを確定した。さらに症例数を蓄積中である。また、鶏卵と同様に牛乳に関しても症例を集積している。【結果】鶏卵アレルギー児551例に対して負荷試験を行ない、66例が陽性であった。

安全に施行できた結果、陽性率が低く、自院以外の施設での陽性症例が少ないため、誘発症状の重篤度に関する施設毎の比較はできなかった。【研究成果の発表】研究成果をもとに英文論文が3編掲載された。研究成果に関して、即時型アレルギーの内容に関してヨーロッパアレルギー学会(2018年5月)、全体の内容については日本アレルギー学会(2018年6月)に発表予定である。メインの結果について英文誌として論文投稿中である。メインの結果となる論文に関しては現在投稿中である。【概要】食物アレルギーの診断は食物経口負荷試験(以下負荷試験)がゴールドスタンダードとされるが、煩雑さと負荷食準備の困難さから、十分に実施されているとは言えない。本研究では粉末状の容易に準備可能な定型負荷食を用いた標準化された負荷試験方法を用い、多施設で負荷試験を行なった結果を検討し、1標準化されたより安全な負荷試験方法の確立および2多施設での負荷試験結果から陽性、重症反応に対するリスク因子を明らかにすることを目的とする。【研究実績】2016年2018年に約1000件の食物経口負荷試験を行い、ファイルメーカーを用いた症例登録システムに登録した。多くの施設で10例以上の症例登録を行なうことができた。【結果】陽性率は20%程度であった。アナフィラキシーガイドラインのグレード評価による重症の症状は2例のみであり、負荷試験は極めて安全に施行できた。鶏卵の症例数は十分に集まったが、牛乳に関してはアメリカで牛乳の食物経口負荷試験中に事故があったことから、一時登録が中断されており、十分な症例数が集まるのに2018年度末まで要した。【研究成果の発表】本研究のうち鶏卵の食物経口負荷試験について、JACI in practiceに掲載された。また、遅れて症例数が集まった牛乳に関しては現在投稿準備中である。予定通り、Pediatric Allergy and Immunology、JACI in practiceなど多数の英文誌に研究結果が掲載され、ガイドラインにも本研究の段階別の負荷試験の考え方が反映された。多施設の前向きの研究に関して鶏卵は症例数は十分に集積することができ、英文誌に掲載されたが、牛乳に関してはアメリカでの事故などの関係もあり、症例数が十分に集まるのに時間がかかったため、2019年現在、投稿準備中である。2017年7月に多施設が参加した会議を行ない、牛乳に関する負荷試験のプロトコールを確定する。各施設での負荷試験症例数の目標は10例である。今後はさらに症例数を追加し、抗原を鶏卵に加えて牛乳も追加し、検討を進めていく予定である。2017年9月までに牛乳の負荷食品の準備を行ない、各施設に発送する。2017年中に各施設で牛乳の負荷試験を開始する。鶏卵に関しては症例数を追加し、検討を続ける予定である。2018年8月に会議を予定している。アメリカで牛乳負荷試験で死亡事例が発生したため、牛乳に関しては多施設での施行は見合わせ、少数(3施設)に限って実施中である。
極低温用酸化物蓄冷材の開発

本研究では金属間化合物や鉛に対して安価で製造が簡単な酸化物磁性体による高性能な蓄冷材の開発を目的としておりABO3型ペロブスカイト酸化物にrare earthをPr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Erとして置換物質の試料作製を行い、比熱測定と磁化測定を試みた。また、BサイトをMn, Fe, Crに置換したペロブスカイト酸化物も作成し、同様に測定を行った。その結果より極低温用酸化物蓄冷材としての可能性を考察した。それぞれの酸化物物質の磁化と比熱の比較から、BサイトがMnの場合に原子番号順に系統性が認められた。また、AサイトがGdからTbに代わると低温部における比熱のピーク位置が高温側にシフトする事が確かめられた。そして、AサイトがHoの場合比熱の値が20K以下においてゼロに近づかず、ある程度の値を持つことも確かめられた。本研究では金属間化合物や鉛に対して安価で製造が簡単な酸化物磁性体による高性能な蓄冷材の開発を目的としており本年度の研究計画として1.高品質酸化物蓄冷材試料の作製と、物性測定を掲げた。本年度の研究計画では磁性酸化物に注目し、蓄冷材として満たすべき条件として(1)低温において比熱が大きいこと(2)熱伝導率が高いこと(3)加工性の良いこと(4)化学的に安定なこと(5)原料価格が安いことを念頭におき次の実験を行った。ABO_3ペロブスカイト構造を持つ酸化物蓄冷材の開発を行った。酸化物蓄冷材の作製に使用したのは高性能3ゾーン電気炉(0.2°C/200mm)及び磁化率測定用の直流磁化率軌定装置(DC SQUID)、標準物質として高温用にPb、低温用にEr_3Niを使用して、新たに作成した酸化物磁性体と冷却性能試験の比較を行った。特に蓄冷材の性能が顕著に影響する20K以下については注意深く行った。具体的には高品質酸化物蓄冷材試料の作製、Aサイト置換効果の測定、Bサイト置換効果の測定、X線回折装置による試料評価の測定、直流磁化率測、低温比熱の測定、冷却性能試験を行った。作製した試料の中でRCoO_3系のGd_<0.7>Sr_<0.3>CoO_3とRMnO_3系のHoMnO_3については5Kから10Kでの比熱がPbに比べて大きくこの温度領域において酸化物蓄冷材として有望であることを見出した。今後はAサイトとしては希土類元素の磁化の大きいものを対象としてBサイトについては3価元素置換を行う予定である。また、冷凍機による実機での冷却試験を行う予定である。本研究では金属間化合物や鉛に対して安価で製造が簡単な酸化物磁性体による高性能な蓄冷材の開発を目的としており、本年度の研究計画として、RMO_3(R:希土類元素、M:金属元素)のペロブスカイト型酸化物に注目し、蓄冷材の開発を目指してきた。本年度作成した試料はRをPr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Erと固定し、MをMn,Co,Ti,V,Cr,Gaと換えて試料の作成を試みた。HoMnO_3を始めとする幾つかの物質で10K以下の温度領域で比熱が異常増大することを見出した。新たにR及びMを系統的に換えた試料を作成することにより新たな展開を期待した。試料評価として比熱測定と磁化率測定を行い、比熱の振る舞いをPbと比較して比較検討を行った。その結果をまとめると我々が行ったBサイト置換による金属元素のMn,Co,Ti,V,Cr,Gaにより磁化の振舞いや比熱の性質は大きく異なることが分かった。一方、Aサイト置換による影響は5K付近ではGd、Tb、Hoの比熱がPbに比べて大きく、今後さらなる研究が必要である。さらに本年度はGM冷凍機を利用して、作成した試料を冷凍機に取り付け実用試験として冷却特性の試験を行った。これにより今後、有望な試料の実用試験が可能となった。これらの結果は、低温工学会で2回発表し、クライオジェニクス誌に論文を投稿した。本研究の対象物質であるrare earthと金属との化合物であるABO3型ペロブスカイト酸化物については、電子のスピンが非常に強く相互作用しているため、巨大磁気抵抗をはじめとした様々な素材や、基礎研究の対象としてよく研究されている。

しかし、これらrare earth置換物質について個々の研究はなされているものの、系統的なデータに関しての報告は決しておおくはない。そこで本年度の研究目的として我々はこのrareearthをPr,Nd,S皿,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Erとして置換物質の試料作製を行い、比熱測定と磁化測定を試みた。また、BサイトをMn,Fe,Crに置換したペロブスカイト酸化物も作成し、同様に測定を行った。その結果より極低温用酸化物蓄冷材としての可能性を考察した。それぞれの酸化物物質の磁化と比熱の比較から、BサイトがMnの場合に原子番号順に系統性が認められた。また、AサイトがGdからTbに代わると低温部における比熱のピーク位置が高温側にシフトする事が確かめられた。そして、AサイトがHoの場合比熱の値が20K以下においてゼロに近づかず、ある程度の値を持つことも確かめられた。
糖部4'位に置換基を有するヌクレオシド誘導体の新規合成法の開発と生物活性評価

本研究は新規抗ウイルス剤及び抗腫瘍剤の創製を目的とし、糖部4'位に置換基を有するコルジセピン誘導体の合成法の開発を行った。鍵段階としてオレフィンに対するヒドロフェニルスルフェニル化を用い、引き続く官能基変換により多数の新規コルジセピン誘導体の合成に成功した。得られた4'位置換コルジセピン誘導体の生物活性評価を行い、抗ウイルス活性を有する化合物を見出した。申請者は新規抗ウイルス剤及び抗腫瘍剤の創生を目的とし、糖部4'位に置換基を有するコルジセピン誘導体の合成法の開発を行った。その鍵段階として、申請者が見出したオレフィンに対するヒドロフェニルスルファニル化を用いることにした。出発原料としてアデノシンを用い、既知の方法により3',4'-不飽和アデノシン誘導体を調整した。引き続き、塩化メチレン中、NISの存在下、チオフェノールを反応させた。反応は3分で完了し、79%の収率で糖部4'位にフェニルスルファニル基を有する誘導体をジアステレオマーの混合物として得ることができた。本反応のメカニズムを調べる目的で、種々の添加物や試薬の当量数を精査したところ、反応活性種としてのヨウ化水素の存在が考えられた。加えて、反応の立体選択性を調べる目的で重水素化したチオフェノールを用い、上記の反応を行った。得られた生成物は4種の混合物であり、プロトンNMRの測定結果から、反応機構の詳細を解明することに成功した。得られた4'位フェニルスルファニル体の官能基変換を検討した。初めにアルコキシ基の導入を行った。NBSの存在下、種々のアルコールを反応させることで様々な4'位アルコシキコルジセピン誘導体を合成することができた。また、アルコールの代わりにフッ素化剤であるDASTを用いることで4'位フッ素体の合成にも成功した。引き続きラジカル的なアルキル基の導入を検討した。その結果、アリル基及びシアノエチル基を導入を達成した。更なるアルキル基の導入を目指し、スルファニル基の酸化により得られるスルホニル基を基質に用い有機アルミニウム試薬による求核置換反応を行った。反応は円滑に進行し、様々なアルキル基の導入に成功した。これまでに得られた4'位置換コルジセピン誘導体の脱保護を行い、生物活性の測定を行ったところ、抗ウイルス活性を有する化合物を見出すことに成功した。本研究では糖部4'位に置換基を有するコルジセピン誘導体の合成法の開発とその生物活性評価を目的とした。当初予定していた平成23年度の研究計画通り、3'、4'-不飽和アデノシン誘導体に対するN-ヨードコハク酸イミドの存在下、チオフェノールによる求電子付加反応を検討した。反応条件の最適化にあたり、反応溶媒、反応温度及び試薬の当量数の検討を行った。その結果、良好な収率で付加体である4'-ベンゼンスルフェニル体を得ることができた。また、その反応機構を検討した。アデノシン誘導体の代わりにTHFを基質に用いると開環反応が起こった4-ヨードブタノールが生成したことから、本反応の実質的な活性種はヨウ化水素であることが示唆された。また、重水素化したチオフェノールを用いる条件に付すことで、本求電子付加反応の立体化学を解明することができた。引き続き、得られた4'-ベンゼンスルフェニル体の官能基変換を検討した。基質に4'-ベンゼンスルフェニル体を用い、N-ブロモコハク酸イミドの存在下、各種アルコールを反応させた。その結果、高収率で対応する4'-アルコシキ体を得ることができた。また、アルコールの代わりにジエチルアミノスルファトリフルオリドを求核試薬に用いることで、4'位にフッ素原子を有するコルジセピン誘導体を合成することができた。炭素官能基の導入に関しては、ラジカル条件下、有機スズ化合物による置換反応を用いることで達成した。次に、ベンゼンスルフェニル基の酸化反応を検討した。m-クロロ過安息香酸によるスルフォキシドへの酸化は、生成物が不安定であり単離精製に至らなかった。一方、スルホンへの酸化は高収率で調製することができた。得られたスルホンに対する有機アルミニウム試薬による求核置換反応は現在検討中である。一部ではあるが、得られた4'位置換コルジセピンを脱保護することで、表題化合物に変換することができた。当初計画していた求電子付加反応の最適化及び反応機構の検討は順調に進展した。すなわち、THFを基質に用いた実験における反応活性種の同定、及び重チオフェノールを用いた詳細な立体化学の実験で、申請者が立てた仮説が速やかに証明できたことから、時期早々に官能基変換の検討に移行できた。官能基変換においては、4'-フェニルスルファニル体に対するNBS存在下の求核置換反応の検討が終了した。

求核試薬としてアルコールを用いることで、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ基などの直鎖状のアルコキシ基のみならず、イソブトキシ基やtert-ブトキシ基などの分岐鎖アルコキシ基を導入することができた。更に、ジエチルアミノスルファトリフルオリドを求核試薬に用いることで、4'位にフッ素原子を導入することができた。加えて、ラジカル条件によるアリル基やシアノエチル基などの炭素官能基の導入も良好な結果を残すことができた。現在、酸化成績体であるベンゼンスルホニル体に対する有機アルミニウム試薬を用いる求核置換反応を検討している。以上のように、平成24年度で計画していた4'位置換コルジセピンの合成研究に既に着手できていることから、本研究全体の進展は良好であると考えられる。平成24年度の研究計画に従い、様々な4'位置換コルジセピンの合成検討を行う。現在、4'-スルホニル体に対する有機アルミニウム試薬による求核置換反応を検討中であり、これによりメチル基、エチル基、イソブチル基などのアルキル鎖のみならず、エチニル基、シアノ基などの炭素官能基を導入することが可能である。また、アジド基などの窒素官能基を導入予定である。有機アルミニウム試薬以外のルイス酸を用いる官能基変換も検討する。また、合成した4'-アルコキシ体、フッ素体、ベンゼンスルフェニル体、ベンゼンスルホニル体、アルキル体などのコルジセピン誘導体の大量合成を行う。引き続く脱保護により表題化合物を得ることを計画している。最終化合物の生物活性評価に関して、抗ウイルス活性を測定する。抗HIV活性は鹿児島大学及びイェール大学に、抗HCV活性は岡山大学に協力を要請している。その他のウイルスに関してはベルギーのRega研究所に評価協力を依頼する予定である。得られた全ての結果をまとめて、学術雑誌に投稿及び学会等において発表する。現在検討を継続している、有機アルミニウム試薬による炭素官能基の導入の際に、種々の市販アルミニウム試剤を購入する必要となる。具体例として、塩化アルミニウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム及び二塩化エチルアルミニウム等が挙げられる。これに加え、アジ化ナトリウムや塩化エチニルマグネシウムなども試薬調製に必要となる。試薬の調製の際には高度に脱水された有機溶媒が必要となる。多くの新規表題化合物の生物活性評価を行うために、その大量合成が必要になる。その際に原料となるアデノシン、官能基の保護に用いるシリル化剤やアシル化剤、N-ハロコハク酸イミドやチオフェノールを購入する。脱保護においては、トリエチルアミンやトリブチルアンモニウムフルオリドなどを用い、それに伴う有機溶媒を購入する。分離精製にはシリカゲルカラムを用いる。適宜、高速液体クロマトグラフィーを用いることで高度に精製する。研究結果を学術学会にて参加・発表するための旅費として使用する。また、学術雑誌に投稿・掲載のために必要な費用として使用する。