hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
網羅的な遺伝子発現解析に基づく十二指腸上皮性腫瘍の発症機構の解明

本研究では、微小生検検体から全RNAを抽出する方法の確立に成功し、計11症例の十二指腸上皮性腫瘍から高精度の全RNAの抽出を施行した。さらにこの得られたRNAに対してmRNA microarrayによる網羅的遺伝子発現解析を施行し、RT-PCRによる検証実験を通して、極めて正確な遺伝子発現結果が得られたことを確認した。今後消化管腫瘍に対する遺伝子発現解析を確実に行い得る実験系の確立に成功し意義が大きい。さらに、バイオインフォマティクス解析から得られた結果を免疫組織学的手法により検証した。上記とは独立した20症例の十二指腸腺腫と30症例の大腸腺腫症例に対して、それぞれ同条件にてβcatenin免疫染色を施行した。その結果、十二指腸腺腫・大腸腺腫でβcatenin陽性率が80.0%/86.7%とほぼ同等であることが確認され、バイオインフォマティクス解析から得られた結果が他手法でも再現されることを確認した。結論として、十二指腸腺腫と大腸腺腫が遺伝学的に極めて類似しており、同様のWnt/βcatenin pathwayを介する発癌メカニズムを有する可能性が強く示唆された。我々はバイオインフォマティクス解析という手法によりこれを世界に先駆けて示した。本研究は、十二指腸腫瘍に対する網羅的遺伝子発現を行い、十二指腸腫瘍特異的マーカー遺伝子の同定ならびに十二指腸腫瘍の発生機序を解明することを第一の目標としている。現時点までに、十二指腸上皮性腫瘍に対する網羅的遺伝子発現解析を通じて、十二指腸癌・腺腫で有意な発現変化を示す遺伝子群(mRNA)の特定に成功しており、GEO databaseへ投稿(GSE102208)している。さらにこれらmRNAに対するゲノムインフォマティックス解析を通じて十二指腸上皮性腫瘍が大腸腺腫に極めて類似した遺伝子発現プロファイルを呈することを示し、Wnt/βcatenin pathwayが十二指腸上皮の腫瘍化メカニズムと強く相関していることを示した。これらの結果をリアルタイムRT-PCRで再現性を確認し、さらに当施設で切除された十二指腸腫瘍に対する免疫組織学的検討でも検証しており、国内・国際学会において発表し現在投稿準備中である。また現在ではさらに症例集積を継続するとともに、次の研究計画として十二指腸上皮性腫瘍とWnt/βcatenin pathwayの相関の機序について検討を続けている。十二指腸上皮性腫瘍に対する免疫組織学的検討の結果、十二指腸上皮性腫瘍においては大腸腺腫と同様のβcateninの発現上昇を認める反面、APCの発現低下は認めず、発癌メカニズムで根本的な差異があると考えられる。現在十二指腸上皮性腫瘍においてWnt/βcatenin pathwayが過剰発現する機序を特定すべく、APC mutationの有無を評価する目的でDNA sequencingを行っている。さらにmiRNAとmRNAの相関についても検討し、miRNAと発癌の関係につき解明を目指している。現在症例集積は予定より少し遅れており、まだ目標症例数に達していない。全ての症例データを同じ条件下で解析するため、遺伝子発現解析の段階にはまだ進んでいない状況である。H30年度中には目標症例数に達成する見込みであり、その段階で全ての遺伝子発現解析をほぼ同時に行う予定である。H30年度は引き続き症例集積を行い、preliminary結果を検証すべく多数の十二指腸上皮性腫瘍に対する遺伝子発現解析を行う予定である。また、現段階までのpreliminary結果から十二指腸上皮性腫瘍においてWnt/βcatenin pathwayが過剰発現していることが判明している。この機序を特定すべく、現在APC mutationの有無を評価する目的でDNA sequencingを行っている。APC mutationが認められる場合には大腸癌とほぼ同等のadenoma carcinoma sequenceによる発癌メカニズムが示唆されることになり、今後の十二指腸腫瘍に対する臨床治療に還元すべくdrug repositioningを含めた研究に発展できる可能性が考慮される。逆にAPC mutationと異なる機序によりWnt/βcatenin pathwayが活性化されていることが判明した場合には、分子生物学的な解析を通してその機序の特定を行い、十二指腸癌に対する分子標的薬の開発を目標とする。H30年4月現在、まだ目標症例集積に達していない。正確な遺伝子発現解析結果を得るためにはすべての検体に対して同じ条件下でRNA抽出を行い、さらに同じロットのmicroarrayを使用する必要があると判断している。

そのため、目標症例数に達した後に多数の症例の遺伝子発現解析を同時に行う予定である。目標症例数にはH30年度に達する見込みであり、H29年度の次年度使用額は全て遺伝子発現解析に使用する予定である。
タンパク質の特異的分解手法が切り拓く創薬化学の新カテゴリー

申請者らが開発したタンパク質ノックダウン法は、ユビキチンリガーゼの1種cIAP1と標的タンパク質の双方に結合する低分子により、標的タンパク質の分解を人工的・特異的に誘導する方法である。本研究では、タンパク質ノックダウン法を応用して、低分子の標的タンパク質の同定法と、異常コンフォメーション特異的な神経変性疾患原因タンパク質の分解誘導の2テーマについて取り組んだ。前者については、標的タンパク質が既知な化合物とcIAP1リガンドを連結した化合物を用いてコンセプト確認を行った。具体的には、細胞株に化合物を処理した後、細胞溶解物を二次元電気泳動し、減少したスポットを質量分析したところ、実際に既知の標的タンパク質が同定できた。次に、標的タンパク質がほとんど未知である生理活性物質とcIAP1リガンドを連結させた化合物を3種合成し、標的タンパク質同定を検討している。一方後者については、異常凝集型タンパク質リガンドとcIAP1リガンドを連結した化合物を2種類合成した。この化合物が、異常凝集型タンパク質の特徴的構造であるポリグルタミンペプチドに結合することを確認した。更に、神経変性疾患患者由来の細胞にこれらの化合物を処理したところ、ポリグルタミン抗体で染色されるタンパク質の量が減少する結果が得られた。申請者らが開発したタンパク質ノックダウン法は、ユビキチンリガーゼ(E3)と標的タンパク質の双方に結合する低分子化合物により、標的タンパク質の分解を人工的・特異的に誘導する方法である。本申請では、タンパク質ノックダウン法を応用して、低分子の標的タンパク質の同定法と、異常コンフォメーション特異的な神経変性疾患原因タンパク質の分解誘導の2テーマについて取り組んだ。前者については、タンパク質ノックダウン法の改良を行い、標的タンパク質を特異的に、または強く分解誘導する技術を開発して当研究の基盤を整えた。更に、標的タンパク質が既知な化合物とユビキチンリガーゼリガンドを連結した化合物を用いてコンセプト確認を行った。次に、標的タンパク質がほとんど未知である多重薬理を示す医薬の標的タンパク質同定を検討している。具体的には、多重薬理を示す医薬とユビキチンリガーゼリガンドを連結させた化合物を3種合成した。一方後者については、異常凝集型タンパク質リガンドとユビキチンリガーゼリガンドを連結した化合物を2種類合成した。更に、神経変性疾患者由来の細胞にこれらの化合物を処理したところ、ポリグルタミン抗体で染色されるタンパク質の量が減少する結果が得られており、このメカニズムを解析している。申請者らが開発したタンパク質ノックダウン法は、ユビキチンリガーゼ(E3)と標的タンパク質の両方に結合する低分子により、生理的な条件下で特異的に標的タンパク質をユビキチン化・分解誘導する方法である。このタンパク質ノックダウン法を用いて、創薬化学に有用な2つの新しい手法、[1]単離操作を回避した生物活性低分子の標的タンパク質同定法、[2]異常凝集・蓄積型タンパク質の分解誘導による神経変性疾患の新治療戦略、の確立を本研究で目指している。[1]標的分子が未知である低分子とE3リガンドを連結した化合物を合成・細胞に処理し、プロテオーム解析することを計画していた。最初に、タンパク質ノックダウン法の標的タンパク質に対する特異性を向上させ、また一般性も確認した。この結果より、標的分子が未知である低分子を連結させた化合物は、標的タンパク質を特異的且つ一般性良く減少させることが期待され、本提案の基盤が整ったと考えられた。次に、標的タンパク質が既知の低分子とE3リガンドを連結した化合物を用いて、本研究のコンセプトを確認した。即ち、この連結化合物を細胞に処理し、二次元電気泳動の結果を解析したところ、コントロール群と比較して消失したスポットを確認した。消失したスポットを質量分析により解析したところ、標的タンパク質と同定された。以上の結果より、タンパク質ノックダウン法とプロテオーム解析を組み合わせることにより、標的タンパク質を実際に同定できた事例を示すことができたと考えている。

[2]異常凝集・蓄積型タンパク質を特異的に認識するリガンドとE3リガンドを連結した化合物を用いて、神経変性疾患の異常タンパク質を特異的に減少させることを計画していた。この連結化合物を合成し、神経変性疾患原因タンパク質を遺伝子導入した細胞に処理したところ、この原因タンパク質量が変化することを確認した。[1]平成23年度計画であるコンセプト確認を達成した。即ち、標的タンパク質が既知の低分子とE3リガンドを連結した化合物を用いて、タンパク質ノックダウン法とプロテオーム解析を組み合わせることにより、標的タンパク質を実際に同定できた。更に平成24年度計画を前倒しをして、標的タンパク質が未知である1化合物を選定し、この低分子とE3リガンドをリンカーを介して連結した化合物を合成した。この際、リンカー長が分解誘導活性に影響を与えることが考えられた為、リンカー長を変更した3化合物を合成した。[2]連結化合物の設計・合成を完了した。また、神経変性疾患の原因タンパク質のプラスミド調製、遺伝子導入、安定細胞株の取得を完了した。次に、合成した連結化合物を神経変性疾患原因タンパク質を遺伝子導入した細胞に処理したところ、この原因タンパク質量が変化することまで確認することができた。以上、平成23年度計画の通りに概ね進行している。[1]当初の計画通り、標的分子が未知である低分子とE3リガンドをリンカーを介して連結した化合物を細胞に処理し、プロテオーム解析を行う。コントロール群と比較して減少したタンパク質が確認されれば、このスポットを質量分析により同定する計画である。アフィニティークロマトグラフィー法と同様に、低分子の連結部位が活性に影響を与えると考えられる。そこで成功確率の向上を目指し、連結部位を変更した化合物も幾つか合成し、生物活性が保持された化合物を選定する。具体的な生物活性低分子としては、当研究室で継続的に展開しているサリドマイド類縁体、申請者が誘導化実績を持つ血管新生阻害活性を有する天然物pseurotin類、標的タンパク質が不明の抗アレルギー薬、当研究室で見出された抗ウイルス活性を有する化合物などが挙げられる。[2]神経変性疾患治療薬は、脳へ移行する性質が必要となる。脳移行性を高める工夫として、分子量低減に取り組むことを当初は計画していた。この前に、神経変性疾患原因タンパク質の量が変化したメカニズムを最初に確認したい。具体的には、タンパク質ノックダウン法が利用している、生体内のユビキチンープロテアソーム系の関与を検証することから始めたい。研究を円滑に進行させるために、有機化学系および生物系の実験消耗品を購入する予定である。特に、プロテオーム解析には多くの実験消耗品が必要となると考えている。加えて、プロテオーム解析では微量のコンタミが問題になることがある。コンタミが課題となった場合、専用の実験器具を揃える必要があることも想定している。また、外部発表についても積極的に行っていきたいと考えており、そのための費用も計画している。
樹木の機能ゲノム学の創出に向けたブナ目のリファレンス・ゲノム構築法

ブナ目を代表してブナのゲノム構築法について検討を行い、ドラフトゲノムを構築した。ゲノム配列をアセンブリするソフトウェアはPlatanusが最良であった。ブナゲノムは対立する遺伝子座のヘテロ配列が大きく頻度が高い特徴をもつことが示唆された。RNA-seqのDe novoアセンブリは遺伝子の配列決定において配列数が収束せず、遺伝子推定にはゲノム配列情報が必須と考えられた。遺伝子ファミリー内での遺伝子の機能予測には、塩基配列情報に加えて遺伝子発現パターンが補助情報として有用であることが示唆された。最終的に523Mbp(カバー率96.9%)が完成した。ブナ目のリファレンスゲノムの構築法を研究するにあたり、ブナのドラフトゲノムの拡充と精緻化は研究精度を高めるために必須である。初年度はブナのドラフトゲノムの拡充を目的として、ブナのゲノムDNAの10 kライブラリーを作成し、次世代シーケンス解析(Illumina社製Hiseq2000)によりDNA配列を明らかにした。再ゲノムアセンブル(ALLPaths-LG)を行い、Contig最長が2 Mbp、Contig数(>1000 bp)が6,321、N50値(Contig)が318 Mbp、GC率が35.9%のドラフトゲノムを得た。これらは、既存のブナドラフトゲノムの配列よりも拡充した品質であった。並行して、最新の一分子リアルタイムシーケンス法(PacBio)によるブナのゲノムDNAシーケンス解析を行った。全塩基数が3.11Gbp、Contig最長は24Mbp、Contig平均長は1569.5 bp、Contig数が1.98 Mbp、GC率が35.7%であった。ブナと植物16種(キュウリ、リンゴ、モモ、イチゴ、ミヤコグサ、メディカゴ、ダイズ、ユーカリ、ブドウ、イネ、ポプラ、シロイヌナズナ、オレンジ、カカオ、アムボレラ、ドイツトウヒ)の核酸およびタンパク質の配列データを核ゲノムデータベースから入手した。ブナの全遺伝子に対してオーソログ遺伝子を同定するために相同性検索を行い、ベストマッチ遺伝子によるオーソログ遺伝子リストのデータベースを構築した。遺伝子ファミリーとしてPEBPファミリーとbHLHファミリーを取りあげ、ブナのドラフトゲノムならびに既知の植物ゲノムデータベースから遺伝子配列の探索を行い、ファミリー内の遺伝子数の違いと系統解析を行った。いずれのファミリーに於いてもブナのパラログ遺伝子の数が少なく、遺伝子ファミリー内の機能分化に進化的な変異があることが示された。ブナのドラフトゲノムのDe novoアセンブリとRNA-seqに基づく遺伝子推定を行い、野生樹木であるブナのゲノムの特徴を明らかにすると共に、野生樹木のドラフトゲノム構築法について検討した。アセンブラーはSOAP、ALLPATH-LG、Platanusを比較したところ、Platanusが最適だった。Platanusは対立遺伝子のヘテロ配列に対して頑強なアルゴリズムとして開発されており、翻ってブナゲノムは作物や果樹など選抜育種効果のあるゲノムに比べてヘテロ接合度が大きいと考えられた。アセンブリ結果では連結配列(scaffold)の長さが短かった。原因を検討するために任意の遺伝子のギャップ部位をサンガー法でシーケンスしたところ、イントロンに対立して長さの大きく異なる繰り返し配列の存在が認められ、アセンブリ阻害の原因と考えられた。RNA-seq解析を葉、枝、雌花、雄花、花粉、種子、子葉、根で行い、De novoアセンブリをtrinityで行った。RNA-seq量と配列数の関係を葉に限定して検討したところ飽和曲線型の関係が認められ、20GbのRNA-seq量で約8割の配列数が取得できた。ゲノムの遺伝子予測はAugustusを用い、ブナRNA-seqデータのヒント有り無しで比較したところ、ヒント有りで予測遺伝子数が少なく収束する傾向を示した。しかしRNA-seqデータを一部の器官に限定すると遺伝子予測で欠落が認められ、遺伝子推定の精度はRNA-seqデータの網羅性に依存した。ブナゲノムは全般的に遺伝子重複が少ない傾向がある一方で、一部では遺伝子重複の発達が認められた。ブナとシロイヌナズナの比較において、遺伝子ファミリー内では塩基配列の相同性と遺伝子発現パターンが一致するとは限らず、遺伝子機能の生態的役割を踏まえると遺伝子発現パターンから遺伝子機能を注釈する意義があると考えられた。ブナのドラフトゲノムの拡充に於いては、N50(Contig)が318 Mbpに達し、一般にドラフトゲノムとしてコンセンサスを得るのに十分な配列情報の水準に達した。またオーソログ遺伝子リストのデータベースの構築を完了することができた。以上はブナ(Fagus crenata)のドラフトゲノム配列がブナ目のリファレンスゲノムとして有用な機能情報量を持つレベルに到達したと考えられる点は初年度の目標を概ね達成できた理由である。森林生理生態学IlluminaプラットフォームとPacBioプラットフォームの両者のブナ・ドラフトゲノムの配列データの再アセンブリを実施して、ブナのドラフトゲノム配列を拡充させる。

ブナのドラフトゲノムの精緻化のため、RNA-seqデータに基づいて遺伝子推定を実施する。遺伝子の機能推定を配列と発現パターンの両方を基準に行うことで機能推定の精度向上を図ることが最終目標である。幾つかの遺伝子ファミリーを対象に発現パターンからの機能推定について検討を行い、発現パターンから機能推定についての妥当性を解析をして良好であればアルゴリズムを設計・提案する。ブナのドラフトゲノムに関する研究論文を投稿する。また論文化にあわせて未公開のブナゲノムデータベースのウェブサイトを公開する。
原始太陽系における始原物質の超急速結晶化

原始太陽系と同じ非接触環境を模擬した、コンドリュールメルト液滴からの結晶化の“その場"観察を行なった.その結果,天然の組織を再現するには、これまで考えられていた条件より遥かに大きい超過冷却度(300 1100 K)が必要で、数秒の短時間で完了することが分かった.さらに,過冷却度に応じて多様な凝固組織の出現を確認し、天然隕石に見られる多様性との対応を行った.この結果をもとにすることで、コンドリュール組織形成に関する速度論的な理論モデル化が初めて行えた。昨年までの研究において,水質変成を受けた石質隕石中に三次元規則配列したマグネタイトコロイド結晶を発見した。マグネタイトに磁化を持ち,強い粒子間引力が作用する粒子が規則配列するという観察事実は,コロイド科学の常識では説明ができない。宇宙空間におけるコロイド結晶形成過程の解明には,微小重力環境におけるコロイド粒子の振る舞い,特に粒子間相互作用を明らかにする必要がある。本実験では,・コロイド結晶の分野でよく使われるポリスチレン粒子(直径3μm)をコロイド粒子として使用し,分散溶液中におけるコロイド粒子の拡散係数が溶液状態に応じてどのように変化するかを,微小重力環境下において測定した。手法としては,脱イオン処理した分散溶液と未処理の分散溶液を準備し,溶液中のコロイド粒子のブラウン運動を追跡し,複数の粒子の初期位置からの移動距離の自乗平均から拡散係数を求めて,それぞれの結果を比較した。その結果,未処理溶液の場合の拡散係数の測定値は理論式(アインシュタイン・ストークスの式)とほぼ一致したのに対し,脱イオン処理をした溶液の場合は,拡散係数が2倍程度小さくなった。この結果は,溶液状態を敏感に反応して粒子間相互作用が変化したことを示している。これらの研究は、現在進めているレーザーピンセットで粒子操作した系でも適用できよう。これらの基礎研究の方法は隕石などの宇宙物質の創世や変質だけでなく、バイオミネラリゼーションで多い自己組織化による結晶化の研究にも適用出来よう。昨年度までは,コンドリュールを構成する主要な鉱物のひとつであるフォルステライト(Mg_2SiO_4)のガスジェット浮遊融液結晶化実験を実施した。その結果,フォルステライト融液は数100K1000Kもの大過冷却状態から,わずか0.1秒程度で急速凝固することが明らかとなった。このような急速凝固の場合,平衡状態で時間をかけて成長したフォルステライトと比べ,結晶欠陥,不純物の取り込み,キャリア濃度などが異なる可能性がある。これを確認するため,前回プログラムで合成した急冷凝固フォルステライトに対し,カソードルミネッセンス(CL)による分析を行なった。3つのサンプルについてCL分析を行なったところ,そのうちのひとつから未同定ピークを検出した。これらは,過去の研究で知られていた不純物Mh^<2+>などに依るものとは異なる。この未同定ピークは,結晶構造内の微細欠陥の存在を示唆している可能性がある。天然の限石に含まれるコンドリュールは多成分系であり,凝固過程において元素分配は避けられない。本研究では,Mg-Feオリビン(フォルステライトMg_2SiO_4とファヤライトFe_2SiO_4の固溶体)のフェーズフィールド計算コードを開発し,界面不安定によるオリビンバーの形成と冷却速度の関係について調べた。その結果,一方向凝固の空間二次元問題の計算を行ない,界面不安定によりリムからオリビンバーが生じる様子を再現した。このよう、理論と実験から多成分系からのコンドリュール組織が再現できるようになった。これは世界で最初の快挙であり、天然のコンドリュールでも、従来の考えに反して、短時間に高速で結晶化したことを強く示唆する。原始太陽系と同じ非接触環境を模擬した、オリビン組成のコンドリュールメルト液滴からの結晶化の“その場"観察をガスジェット浮遊法をもちいて行なった.その結果,天然の組織を再現するには、これまで考えられていた条件より遥かに大きい超過冷却度(300 1100 K)が必要で、数秒の短時間で完了することが分かった.それに反してエンスタタイト組成のメルトでは、いかなる過冷却であっても結晶化は起こらずガラスとして固化した。しかし、過冷却メルトに対してseeding(ミクロンサイズの微粒子の付着)をおこなったところ初めて結晶化が確認できた。ただ、その場合でも、予想に反して、数100度の大きな過冷却度が必要であった。したがって、いずれの場合でもコンドリュールの結晶化は急速でなくてはならないことを本研究における実験で明確に示した。これらの実験では、過冷却度に応じて天然にみられる多様な凝固組織の出現を初めて確認することができ、天然隕石に見られるコンドリュールの多様性と生成条件の関連を明らかにすることができた。この結果をもとに、コンドリュール組織形成に関する速度論的な理論モデル化が初めて行えた。その解析にはフェーズフィールド法をも用いた。

惑星科学の研究でフェーズフィールド法をもちいたのは、本研究が初めてである。この理論モデルでも、コンドリュールの形成は急速でなければならないという結果を強く指示している。これらの研究とは別に、隕石中にみられるマグネタイト・コロイド結晶の磁気的な性質を電子顕微鏡を利用した電子線ホログラフィーでの観察に初めて成功した。その結果をもとに、これらの集合体は46億年前に100°C以下の低温で母天体中で形成されたことを明らかにした。高温メルトが浮遊しながら冷却され急速にコンドリュールとして結晶化する様子を初めて3次元的に“その場"観察することができた。それによると、微結晶はまずメルト球の中心部に形成され、その後、表面に移動し表面で薄皮状態を形成することが分かった。この薄皮部はコンドリュールのリム部に相当する。これらのコンドリュール形成に関するカイネティカルな観察結果をもとに、界面不安定性でバー組織が形成されるモデルをつくり、フェーズフィールドモデルをもちいて理論的にも検証した。その結果、定性的にも定量的にも、これまでに我々の浮遊実験結果から得られた数100度/秒の高速な冷却が、リムとバーの形成には必要なことが理論的にも結論することができた。これらの研究結果は、コンドリュールメルトはゆっくり冷えて固まったという従来の考えを覆すことになる。この結果は、微量元素がなぜ蒸発しなかったかなど、従来の多くの疑問に対しても回答を与えるであろう。これらのコンドリュールを含む隕石中には、水質変性でできるマグネタイトコロイド結晶が含まれることがある。このコロイド結晶の成因に関してはすでに論文として発表している。本科研費では、これらのコロイド結晶の個々の粒子の詳細な磁気構造に対する解析を行って、どのような環境、どのような時間で水質変質が起きたかを解析した。この観察結果をもとにしたコロイド結晶の結晶化モデルについては、現在研究が進行中である。カソードルミネッセンス法を導入することで、コンドリュール成長速度と微細欠陥との関連があきらかになる可能性を強く示唆している。この関連が全く新しい概念である。25年度が最終年度であるため、記入しない。実験だけでなく理論的にも大きな発展があり、コンドリュール形成速度に関する理論と実験のギャップが埋められたことは特筆に値する。また、その後の変質に関するコロイド粒子の結晶化についても、予想以上の成果があがっている。はやぶさ計画などでサンプルリターンした試料との対比をおこない、新たな観点から、コンドリュールや宇宙塵の成因を明らかにしたい。実験データの解析にとどまらず、新しい理論の創出を目指す。特に、結晶の核形成速度に関しては、無重力や浮遊実験からの結果をあわせて総合的な判断をする必要がある。
アセアン諸国海域における希少ウミガメ類の回遊機構解明と保護に関する国際共同研究

ウミガメ類(オサガメ、アオウミガメ、アカウミガメ、タイマイ、ヒメウミガメ、ケンプヒメウミガメ、ヒラタウミガメ等)の分布は亜熱帯から熱帯域を中心に世界中にひろがり、大規模な摂餌・産卵回遊を行っている。これらウミガメ類全種で生息頭数が減少していると考えられている。アセアン諸国海域においてもその例外ではない。ウミガメ類の生息数の減少は、地球規模での海洋環境の変動などの自然要因に加えて、リゾート開発等に伴う砂浜の減少や灯火による産卵場の減少並びに漁業による混獲など人為的な要因も大きいと考えられている。特にエビ類を対象としたトロール漁業によるウミガメ類の混獲が近年問題とされている。本研究は、H13-15科研費「アセアン諸国海域におけるアオウミガメの大回遊機構解明」で設定していなかった稚ガメの回遊機構を明らかにするために、タイマイの回遊経路を把握した。また、人工的にふ化させて養成した稚ガメと天然海域で育った稚ガメとの行動に違いがあるか否かについて、成長段階毎に放流実験を行って検証した。この結果、ふ化直後に有する沖合へと向かって遊泳する能力が、成長と伴って失われていくこと、ならびに天然海域で育った稚ガメに比べて、人工的に養成された稚ガメは潜水能力には差はないものの、表層で滞在する時間が有意に長いことが分かった。平成16年度の研究では、まず、タイ湾側においてアオウミガメ幼体の回遊経路を把握するために、小型のアルゴス送信機を用いて追跡を行った。また、現在、アンダマン海側においてアオウミガメ成体にアルゴス送信機を装着し、追跡中である。タイマイについては同種が分布生息している石垣島において、その幼体の追跡を超音波発信器を用いて行うとともに、加速度データロガーを用いて摂餌行動の特徴把握を水槽内で実施した。今年度の成果および次年度以降の研究計画を議論するために、2004年12月にバンコクにおいて国際研究集会を開催した。本研究は、H13-15科研費「アセアン諸国海域におけるアオウミガメの大回遊機構解明」で設定していなかったアオウミガメ以外のウミガメ類の大回遊機構並びに稚ガメの回遊機構を明らかにする。また、日本列島に生息する同種のウミガメ類(タイマイ)については、行動の比較を行い、保護に資する知見を得る。平成17年度においては次の項目について研究を行った。1.人工衛星送信機による追跡タイ湾及びアンダマン海においてアルゴス送信機による追跡を行うためのGPSアルゴス送信機の新規開発を行った。2.マイクロデータロガーによるウミガメ類の潜水行動の詳細追跡速度・水深・水温データロガーを使って3次元の移動経路を追跡をアンダマン海シミラン諸島フーヨン島で行った。

3.超音波テレメトリーによる稚ガメの行動追跡タイマイの幼体に超音波発信器を装着し、その追跡を石垣島周辺海域で行った。4.国際ワークショップの開催2000年から開始し、毎年開催しているSEASTAR2000ワークショップをH17.12月13-14日にバンコクにおいて開催した。ウミガメ類(オサガメ、アオウミガメ、アカウミガメ、タイマイ、ヒメウミガメ、ケンプヒメウミガメ、ヒラタウミガメ等)の分布は亜熱帯から熱帯域を中心に世界中にひろがり、大規模な摂餌・産卵回遊を行っている。これらウミガメ類全種で生息頭数が減少していると考えられている。アセアン諸国海域においてもその例外ではない。ウミガメ類の生息数の減少は、地球規模での海洋環境の変動などの自然要因に加えて、リゾート開発等に伴う砂浜の減少や灯火による産卵場の減少並びに漁業による混獲など人為的な要因も大きいと考えられている。特にエビ類を対象としたトロール漁業によるウミガメ類の混獲が近年問題とされている。本研究は、アオウミガメ以外のウミガメ類の大回遊機構並びに稚ガメの回遊機構を明らかにする。また、日本列島に生息する同種のウミガメ類(タイマイ)については、行動の比較を行い、保護に資する知見を得る。平成18年度においては次の項目について研究を行った。1.人工衛星送信機による追跡タイ湾においてアオウミガメ幼体に小型のアルゴス送信機を装着して追跡を行った。2.マイクロデータロガーによるウミガメ類の潜水行動の詳細追跡速度・水深・水温データロガーを使って3次元の移動経路を追跡をアンダマン海シミラン諸島フーヨン島で行った。3.超音波テレメトリーによる稚ガメの行動追跡艀化直後から数ヶ月に亘ってアオウミガメ幼体の行動追跡を石垣島周辺海域で行った。4.国際ワークショップの開催2000年から開始し、毎年開催しているSEASTAR2000ワークショップをH18.12月13-14日にバンコクにおいて開催した。平成19年度においては、人工的にふ化させて養成した稚ガメと天然海域で育った稚ガメとの行動に違いがあるか否かについて、成長段階毎に放流実験を行って検証した。この結果、ふ化直後に有する沖合へと向かって遊泳する能力が、成長と伴って失われていくこと、ならびに天然海域で育った稚ガメに比べて、人工的に養成された稚ガメは潜水能力には差はないものの、表層で滞在する時間が有意に長いことが分かった。
母乳分泌量と関連要因の探紫:乳腺組織の発達・乳房形態・新生児の哺乳の観点から

本研究の目的は、乳腺の発達・乳房の形態(サイズ)・新生児の哺乳状態・母乳分泌量との関連を明らかにし、より包括的なデータに基づいた個別的な母乳育児支援に役立てることである。平成19年度の計画はデータ収集および分析、研究の総括であり、次のことが明らかになった。対象は、正常な経過をたどっている妊婦21名(初産婦、1経産婦、2経産婦、各7名)であった。妊娠期は4ヶ月、7か月、10か月、産褥期は0日4日までと1か月健診時に、乳腺組織の厚さを超音波診断装置にて測定した。同時に乳房のサイズを測定し、トップバストとアンダーバストの差を算出した。分析にはそれぞれ妊娠4ケ月の値からの変化率を用いた。母乳分泌量は、1日1回哺乳量(授乳前後の新生児の体重差)を測定した。乳腺組織の厚さの変化率(乳腺変化率)を平均すると、妊娠10ヶ月までに28%増加し、産後0日は42%、産後4日は92%となり、産後1ケ月は78%となった。また、乳腺変化率は、全ての時期で、2経産婦がもっとも大きく、初産婦がもっとも小さかった。乳腺の発達と乳房の形態について関係性をみると、全ての時期で、乳腺変化率と乳房サイズ変化率に有意な相関は認められなかった。乳腺の発達と新生児の哺乳状態では、産後3日、4日の乳腺変化率と、産後1日の授乳回数に有意な正の相関が認められた。乳腺の発達と母乳分泌量では、妊娠4ヶ月、および産後0日から産後1日にかけての乳腺変化率と、産後3日の母乳分泌量に有意な正の相関が認められた。また、妊娠4ヶ月、および産後0日から産後4日にかけての乳腺変化率と、産後4日の母乳分泌量にも有意な正の相関が認められた。以上より、乳房の外観から乳腺組織の発達を判断することは難しく、乳腺組織の発達の測定は、個別的な母乳育児支援を行うために有用であると考えられた。平成18年度の計画は以下の3点であった。1)文献・資料収集:母乳分泌の開始や維持には新生児の吸啜刺激が不可欠であるが、その吸啜刺激に反応して母乳を産生する乳腺組織の発達も同様に重要である。乳腺組織の発達は、乳房外観からは判断できないが、超音波断層法の進歩により乳腺の厚さを測定することで判断することが可能となった。その結果、1990年代後半から、乳腺の厚さと母乳分泌量との関連を明らかにするための研究が実施されている。中でも、乳腺の厚さが10mm未満の場合には分泌不良例が多く、また妊娠中の乳腺の発達状態が不良であると産褥6日目の分泌は少なく、1か月時点ではほとんどなくなる、ということが報告されている。しかしながら、母乳分泌には新生児の吸啜(哺乳)との関連も重要であるが、先行研究では調査されていない。また、臨床の実践活動の中では、乳腺組織の発達を超音波断層法によって判断することは容易ではない。乳腺の厚さと乳房の形態との関連が明らかになれば、乳房外観の変化を観察することによって、母乳分泌状態を予測することが考えられる。したがって、乳腺の発達・乳房の形態・新生児の哺乳状態・母乳分泌量との関連を記述的に明らかにし、より包括的なデータに基づいた個別的な母乳育児支援を導き出すことが必要であると確認できた。2)対象の選択と交渉:協力病院1施設において、病院長へ研究協力の依頼を行い同意を得た。さらに、超音波診断装置での乳腺組織の厚みの測定方法に関して、協力施設の臨床検査技師への講義および演習を済ませた。3)データ収集および分析:データ収集に入る前に、非妊女性、妊婦、褥婦それぞれの乳腺組織の厚みの測定を実施し、測定方法、測定部位を決定した。現在、妊娠初期の妊婦4名から同意を得て、データ収集を行っているところである。

乳腺の発達と新生児の哺乳状態では、産後3日、4日の乳腺変化率と、産後1日の授乳回数に有意な正の相関が認められた。乳腺の発達と母乳分泌量では、妊娠4ヶ月、および産後0日から産後1日にかけての乳腺変化率と、産後3日の母乳分泌量に有意な正の相関が認められた。また、妊娠4ヶ月、および産後0日から産後4日にかけての乳腺変化率と、産後4日の母乳分泌量にも有意な正の相関が認められた。以上より、乳房の外観から乳腺組織の発達を判断することは難しく、乳腺組織の発達の測定は、個別的な母乳育児支援を行うために有用であると考えられた。
ＤＮＡ損傷トレランス機構の分子制御メカニズムの解析

生物のゲノムDNAは、内的あるいは外的要因によって絶えず損傷を受けており、DNA損傷によるDNA複製阻害は、遺伝子突然変異やゲノムの不安定性を引き起こす。この複製阻害を回避する仕組み(DNA損傷トレランス機構)の制御メカニズムを明らかにするため、クロマチン動態や損傷トレランス関連因子に着目して解析を行った。本研究では、損傷トレランス経路を効率よく働かせるためには、クロマチンの動態制御が重要であることを明らかにした。また、損傷トレランスの制御に関与する新たな因子を同定することができた。ゲノムDNA損傷によるDNA複製の阻害は、突然変異頻度の上昇などのゲノム不安定性や細胞死を引き起こす。一方で、生物は、複製阻害を回避するDNA損傷トレランス機構を備えている。その中心的な役割を果たす因子として出芽酵母ではRad18やRad5が知られている。また、DNA複製阻害に伴って引き起こされるクロマチンの動態変化は、DNA損傷トレランス機構の制御と密接に関わっていることが予想されるものの、その実体はよくわかっていない。そこで、本研究ではクロマチン動態変化の中核を成すヒストンタンパク質のコード遺伝子の変異ライブラリーを用いて、DNA損傷トレランス機構の制御に関与するヒストン変異体の同定を行った。ヒストン変異体とRAD18遺伝子欠損の二重変異株を解析した結果、DNA損傷剤に対する感受性に変化が見られたものが多数単離された。それらのヒストン変異体について、更に解析を行った結果、数種の変異体についてはDNA相同組換えに異常が見出された。このことから、ヒストンはDNA相同組換えを制御することでDNA損傷トレランス機構の制御に寄与していることが示唆された。出芽酵母Mgs1は、高等真核生物まで高度に保存されている因子である。Mgs1はRad18と合成致死を示し、DNA損傷トレランス機構の制御に関与することが示唆されているものの、その分子機能はよくわかっていない。そこで、Mgs1とRad18の高温感受性二重変異株からマルチコピーサプレッサーの単離を行った結果、これまでに多数の候補因子が見出された。候補因子の中から原因因子の同定を行った結果、複数について遺伝子を含まないゲノム上の特定領域(非コード領域)が高温感受性株の抑圧に機能することがわかった。これらのことから、DNA損傷トレランス機構と同定した非コード領域とが密接に連携し、ゲノムの安定性を維持していることが示唆された。全ての生物において遺伝情報を担う染色体ゲノムDNAは、自然環境下における様々なストレスにより常に損傷を受けている。DNA損傷によるDNA複製の阻害は、細胞死や突然変異頻度の上昇などのゲノム不安定化を引き起こし、ヒトにおいてはガンや老化の原因となっている。一方で、生物はこのような慢性的に起こるDNA損傷ストレスに対して耐性能力を獲得することで様々な環境に適応している。損傷ストレス耐性経路の一つとして、DNA損傷部位での複製阻害を回避する仕組み(DNA損傷トレランス機構)が存在する。その中心的な役割を果たす因子として出芽酵母ではユビキチンライゲースであるRad18やRad5が知られている。また、DNA損傷に依存した複製阻害に伴って引き起こされるクロマチンの構造変化は、DNA損傷トレランス機構の制御に重要であると予想される。そこで、クロマチン構造変化の中心的役割をもつヒストンコード遺伝子の変異ライブラリーを用いて、DNA損傷トレランス機構の制御に機能するヒストン変異体の同定を行った。具体的には、486種類のヒストン変異体についてRAD18遺伝子を欠失させた二重変異株をそれぞれ作製し、様々なDNA損傷に対する感受性を測定した。その結果、それぞれの単独変異株よりも高感受性を示すものや耐性を示すものが単離された。出芽酵母Mgs1は原核生物から高等真核生物まで高度に保存されている因子である。Mgs1はRad18と合成致死を示し、DNA損傷トレランス機構に関与することが示唆されているものの、その具体的な分子機能はよくわかっていない。そこで、Mgs1の部分欠失変異体を複数作製し、細胞内での活性を測定した。その結果、Mgs1機能に必要な領域が同定できた。また、Mgs1とRad18の高温感受性二重変異株からマルチコピーサプレッサーの単離を行い、これまでに複数の候補因子が同定されている。生物のゲノムDNAは、内的・外的要因によって常に損傷を受けている。DNA損傷によるDNA複製阻害は、突然変異頻度の上昇やゲノム不安定化を引き起こすため、老化や細胞死の原因となりうる。一方で、生物は複製阻害を回避する機構(DNA損傷トレランス)を備えている。また、DNA複製阻害に伴って引き起こされるクロマチンの動態変化は、DNA損傷トレランスの制御と密接に関わっていることが予想されるが、それらの具体的な関係性は不明である。そこで、本研究ではクロマチン動態制御の中核を成すヒストンの遺伝子変異ライブラリーを用いて、DNA損傷トレランス機構の制御に関与するヒストン変異体の探索を行った。ヒストン変異体と、DNA損傷トレランスの中心的な役割を果たすRAD18遺伝子を欠損した二重変異株について解析した結果、DNA損傷剤に対する感受性に変化が見られたものが多数単離された。

また、それらのヒストン変異体の中には、DNA相同組換え経路に異常が生じているものが存在していた。最終年度において更に解析を進めた結果、ヒストンは相同組換えを抑制することで、リスクの少ないDNA損傷トレランスを促進していることが明らかになった。生物間で高度に保存された出芽酵母Mgs1は、DNA損傷トレランス経路の制御に関与する。DNA損傷トレランス経路の制御ネットワークを理解するため、MGS1とRAD18の高温感受性二重変異株を用いてマルチコピーサプレッサーの単離および同定を行った結果、遺伝子を含まないゲノム上の特定領域が高温感受性株の抑圧に機能することがわかった。また、最終年度の解析において、これまでDNA損傷トレランス経路との関係性が報告されていない新規の遺伝子も見出された。これらのことから、Mgs1やRad18を介したDNA損傷トレランス経路は多様な因子と密接に連携し、ゲノムの安定性を維持していることが示唆された。分子生物学本研究では、DNA損傷トレランス機構の制御メカニズムの解明を目指して研究を遂行している。特にクロマチン動態変化とDNA損傷トレランスの関連性について調べた結果、クロマチン構造の本体であるヒストンがDNA相同組換えを介してDNA損傷トレランスを制御しているという重要な知見が得られた。この重要な知見は、新たな制御メカニズムの発見・解明に繋がるものと考えられる。また、サプレッサー解析においても、DNA損傷トレランス機構と非コード領域とが密接に連携し、ゲノムの安定性を維持していることが示唆された。そのため、今後の詳細な解析により、更なるDNA損傷トレランス機構の制御メカニズム解明に向けての進展が期待される。一方で当初計画していた研究内容の一部については、上記解析を優先的に進めたことにより、計画以上には進んでいない。以上の成果を総合すると、当初予想していた結果以上に興味深いことが明らかになっており、本研究の進捗状況としては順調に進行しているものと考えられる。本研究の目的は、DNA損傷トレランス機構の制御メカニズムの解明である。研究初年度において、クロマチン構造変化との関連性およびMgs1の機能解析・サプレッサー解析という2つのアプローチから研究を進めており、新たな制御メカニズムの発見・解明に繋がる重要な結果が得られている。このため、今後の詳細な解析により更なる発展が期待される。一方で、初年度実施計画に挙げたRad5の機能解析およびDNA損傷トレランス機構に依存した染色体ゲノム領域の解析については、一定の成果が挙げられていない。そのため、総合すると当初の計画以上に進展しているとは評価し難いと思われる。これまでの研究結果を基づいて、さらに研究を展開・発展させて行く。研究内容については以下に記す。
高機能性光触媒を用いる光水素発生反応

新規な光増感剤と電子伝達体とを結合し、光励起分子内電子移動が容易に進行する錯体の合成を行った。この錯体は1分子で光増感剤と電子伝達体との両方の機能を持つことを明らかにした。具体的成果は以下の通りである。ビオローゲン結合型ポルフィリンの構造と機能との関係を調べるために一連の化合物を合成しこの化合物の蛍光強度、蛍光寿命、T-T吸収の減衰とメチレン鎖長との関係を調べ、特にポルフィリンの光励起一重項状態を経由したメチルビオローゲンへの電子移動過程に焦点をあてて実験を行った。ビオローゲン結合型ポルフィリンの蛍光強度は、ビオローゲンの結合していないポルフィリンの蛍光強度と比べて小さく、メチレン鎖長が短くなるほど小さくなることがわかったすなわち、メチレン鎖長が短くなるほどビオローゲンによる蛍光の消光がよく起こっていることを示している。ビオローゲン結合型ポルフィリンではいずれのメチレン鎖長の場合にも蛍光の減衰は2成分であった。長寿命の蛍光を示す成分はビオローゲンの結合していないポルフィリンの寿命とほぼ同一であるが、短寿命成分はメチレン鎖長に大きく依存していることがわかった。これらのビオローゲン結合型ポルフィリンには2種類のコンフォメーションがあり、短寿命成分は分子内電子移動が可能なコンフォメーションに起因していると思われる。ビオローゲン結合型亜鉛ポルフィリンではT-T吸収の減衰に対応して還元型ビオローゲンの生成も観測される。さらに生成した亜鉛ポルフィリンカチオンと還元型ビオローゲンとの反応(逆反応)過程を測定した。その結果、還元型ビオローゲンの寿命は約1μsと長寿命であることがわかった。これらビオローゲン結合型ポルフィリンを用いた光水素発生が見られた。光増感剤と電子伝達体とを結合し、光励起分子内電子移動が容易に進行する錯体を合成した。この錯体は1分子で光増感剤と電子伝達体との両方の機能を持つことがわかった。ビオローゲン結合型ポルフィリンの構造と機能との関係を調べるために一連の化合物を合成した。この化合物の蛍光強度、蛍光寿命、T-T吸収の減衰とメチレン鎖長との関係を調べた。ビオローゲン結合型ポルフィリンの蛍光強度は、ビオローゲンの結合していないポルフィリンの蛍光強度とくらべて小さく、メチレン鎖長が短くなるほど小さくなることがわかった。すなわち、メチレン鎖長が短くなるほどビオローゲンによる蛍光の消光がよく起こっていることを示している。これらのビオローゲン結合型ポルフィリンには2種類のコンフォーメーションがあり、短寿命成分は分子内電子移動が可能なコンフォーメーション(コンプレックスコンフォーマ-)に起因していると思われる。昨年に引き続き新規な光増感剤と電子伝達体とを結合し、光励起分子内電子移動が容易に進行する錯体の合成を行なった。

ビオローゲン結合型ポルフィリンの構造と機能との関係を調べるために一連の化合物を合成し、この化合物の蛍光強度、蛍光寿命、T-T吸収の減衰とメチレン鎖長との関係を調べ、特にポリフィリンの光励起一重項状態を経由したメチルビオローゲンへの電子移動過程に焦点をあてて実験を行った。ビオローゲン結合型ポリフィリンの蛍光強度は、ビオローゲンの結合していないポルフィリンの蛍光強度と比べて小さく、メチレン鎖長が短くなるほど小さくなることがわかった。すなわち、メチレン鎖長が短くなるほどビオローゲンによる蛍光の消光がよく起こっていることを示している。ビオローゲン結合型ポリフィリンではいずれのメチレン鎖長の場合にも蛍光の減衰は2成分であった。長寿命の蛍光を示す成分はビオローゲンの結合していないポリフィリンの寿命とほぼ同一であるが、短寿命成分はメチレン鎖長に大きく依存していることがわかった。これらのビオローゲン結合型ポルフィリンには2種類のコンフォーメーションがあり、短寿命成分は分子内電子移動が可能なコンフォーメーションに起因していると思われる。ビオローゲン結合型亜鉛ポルフィリンではT-T吸収の減衰に対応して還元型ビオローゲンの生成も観測される。さらに生成した亜鉛ポルフィリンカチオンと還元型ビオローゲンとの反応(逆反応)過程を測定した。その結果、還元型ビオローゲンの寿命は約1μsと長寿命であることがわかった。これらビオローゲン結合性ポルフィリンを用いた光水素発生が見られた。
内部重力波の制御と構造の解明

本研究室で開発された低乱温度成層風洞内に、温度および速度乱れが小さく、かつ、鉛直方向に大きな温度勾配(高温5000K/mまで)を有する強安定成層流を実現することにより、内部重力波を自然発生させることができる。本流れ場中において、同じく本研究の過程で開発された二線式温度流速計を用いることにより温度および速度変動の同時計測を行った。それらのデータを解析することにより以下のような結果が得られた。(1)温度成層風洞の測定部を延長して計測可能範囲を下流方向に拡張することにより、自然発生させた内部重力波の発生から発達、崩壊に至るまでの過程を捕らえることができた。(2)局所温度勾配が最大となる縮流胴上流の断面中心に挿入した直径10μmの金属細線を、内部重力波の三波共鳴条件を満たす単一周波数成分(励起電力0.27W、1.6Hz)で正弦波的に加熱し、流れの平均場を変形させない程度の微小な温度擾乱を温度成層流中に与えることにより、内部重力波の発生、発達、および波動の崩壊時期を制御することができた。この結果、内部重力波の発生のメカニズムの解明と、その制御の可能性、および、内部重力波の発生から崩壊までの遷移過程全体を一つの風洞内で解明することの可能性が示された。(3)内部重力波による乱流への遷移過程で、励起周波数を持つ波動とそれ以外の周波数を持つ波動との間に非線形干渉が生じ、Brunt-Vaisala周波数以下の周波数を持つ速度変動成分のエネルギーレベルが著しく増加することが明らかとなった。
分子スピニクスのための高磁場Wバンド量子位相FTパルス電子磁気共鳴法の開発

本研究課題の目的は、高磁場/高周波数バンド領域のマイクロ波パルス電子磁気共鳴分光法を、広い磁場領域において両極性モード高速度静磁場掃引を可能とする超伝導磁石バージョンを開発する要素技術を確立し、高スピン分子系に適用できる方法を確立すること、それによってパルスマイクロ波駆動振動磁場に同期するスピン磁化のコーヒレントな運動を量子位相論的に解析し、spin-medicted molecular electronics(分子スピニクス)のモデル系である高スピン分子系の電子状態の情報を得ることによって、次世代量子コンピュータ/量子情報処理(QC/QIP)の開拓、分子スピニクスの発展に寄与することである。量子状態の位相制御を中心的な量子スピン操作技術とする量子情報処理の開発のためには、実験的には、従来の電子磁気分光学にはない、新しいパルスプロトコルの開発が必要であり、「超密度符号化」のプロトコルや電子スピンを含む3量子スピン系の「量子絡み合い状態」を初めて生成し、実証した。新しいパルスプロトコルを開発するために、新規な開殻系分子スピン系を設計・合成し、分子構造・電子構造、及びそれらの磁気テンソルを明らかにしてきた。また。開発過程では、中周波数バンドのCW及び位相制御式パルス電子スピン磁気共鳴分光法を確立し、本課題実施中に極低温領域で安定に動作する測定系を完成させ、高周波数バージョンの補完的役割を持たせることを目的に、多くの新規な高スピン分子系に適用し、量子トンネル現象などを初めて見出してきた。複数の電子スピン間のマイクロ波位相制御技術を開発し、初めて開殻系に適用して、QC/QIP電子磁気分光学の端緒を開いた。また。本年度は、新分子・物質開発の課題では、強スピン分極型安定高スピンサイトを有し、自己集積化官能基をもたせるための化学修飾を容易にするπ共役骨格としてポリフェニレンをもつ高スピンポリフェニレンオリゴニトレン(スピン量子数S=2、3)とポリフェニレンオリゴカルベン(S=2,3)の前駆体を設計し、ニトレン系の合成を完了した。これらはいずれも、液晶モデル系と水素結合モデル系へ展開するための基本高スピン単位となる分子である。剛体溶媒中極低温にて、光照射によってビスおよびトリスニトレンを発生させ、通常のCW-ESR微細構造スペクトルを観測し、数値的な厳密解固有磁場法によってスペクトル全解析を行った。その結果、5重項および7重項の高スピン状態が安定な電子的な基底スピン状態であることが分かり、決定された微細構造定数にもとづいて分子構造を決定した。ポリフェニレン骨格では、強いπスピン分極を形成されており、その強さの程度はメタフェニレン骨格と同等であることが実験的に分かり、理論的な予想とよく一致したので、化学修飾可能なπ共役骨格であると結論できた。高周波/高磁場Wバンド電子スピン共鳴装置の立ち上げは、6T磁場掃引ヘルムホルツ型超伝導マグネットの高均一度磁場を発生するシム構造の部分設計から着手し、シム電流メイン電流一体型とした。掃引磁場領域が小さい場合には、外部コイルによる掃引方式とし、電源コントロール部を除いて製作を終了した。本研究でとりあげた人工磁性超格子系に固有の巨大磁気双極子由来のスピン定在波は、新しい物質波であるので、そのセミマクロな磁気的性質を明らかにするためのマイクロ波の平行励起実験装置のセットアップを完了した。2年度は、新分子・物質開発においては、これまでに我々が見出してきた強スピン分極型安定高スピン有機分子系を骨格とし、自己集積化の部位をもつ液晶モデル系の合成経路の開発を引き続き行った。また、これまでにモノアニオンラジカル結晶化に成功した例が2報なされているが、それらの手法を修飾し、新規な多価アニオン高スピン有機分子系クラスターの結晶化の試みを引き続き行った。磁気的な希釈系をガス・固体反応によって生成できる可能性があるので、C_<60>系結晶の手法を修飾してポリケトン系や平面性の高い高対称分子構造をもつ系について試みたが、目下のところ成功していない。

ヘテロ原子核を拡張π共役系にもつ新規な多価カチオン高スピン基底状態系の合成に成功した。2年度は新たに、今なお論争中のC_<60>多価アニオンの高スピン状態の生成と基底状態の実験的な帰属をFT電子スピンニューテーション分光法によって行い、論争に決着をつけた。高スピン状態と低スピン状態のエネルギーギャップを実験的に決定し、両状態間の転換を初めて見いだしこの転換過程がヤーン・テラー相互作用Assistedなものであることを証明した。CW及びパルス高周波・高磁場Wバンド電子スピン共鳴装置の立ち上げ作業の一部として、6Tの超伝導マグネット(ヘルムホルツ型)のセットアップとmK領域の測定を可能にする冷却部の設計を行った。2年度も高周波数化のための中間周波数(10GHz)の組み込みは、検出感度の点から重要な作業であるので平行して行った。引き続き、高周波・高磁場下での高スピン分子系におけるスピン系の液相系ダイナミクス・緩和過程の理論的な解析と予想を先行させて、スピンフラストレーション系を含む有機および無機系高スピン系の高周波・高磁場電子スピン共鳴分光の確立を理論と実験の両面から検討を続けた。人工磁性格子系に固有の巨大磁気双極子由来のスピン波は、新しい物質スピン波であるだけでなく、スピニクスデバイスの基本原形の一つであるので、強磁性共鳴の低温下マイクロ波平行励起実験を行い、磁気双極子スピン波のみが選択的に励起される現象を見いだした。これを説明するために、目下理論的解析を進めている。本年度も、新分子・物質開発においては当初の計画どおり、これまでに我々が見出してきた強スピン分極型安定高スピン有機分子系を骨格とし、自己集積化の部位をもつ液晶モデル系の合成経路の開発を引き続き行った。また、これまでにモノアニオンラジカル結晶化に成功した例が2報なされているが、それらの手法を修飾し、C_<60>をベースとする新規な多価アニオン高スピン有機分子系クラスターの結晶化の試みを引き続き行った。ヘテロ原子核を拡張π共役系にもつ新規な多価カチオン高スピン基底状態系の合成と2次元型超高スピンオリゴカルベン系のスピン同定を、パルスESR分光とベースとした遷移モーメント分光法の開発によっておこなった。引き続き、今なお論争中のC_<60>多価アニオンの高スピン状態の生成と基底状態の実験的な帰属をFT電子スピンニューテーション分光法によって行い、新たに異なるスピン状態間のインコヒーレントな共鳴トンネル現象を見出した。また、理論と実験の両面から、高スピン状態と低スピン状態間のコヒーレント共鳴的な量子スピントンネル現象を、ヤーン・テラー相互作用Assistedなスピンボトルネックに関連したものであることを証明した。その結果、アルカリ金属をドープしたCo_<60>結晶の超伝導機構を説明するヤーン・テラー理論に初めて実験的な証拠を提供した。C_<60>多価アニオン系ついて、高周波/高磁場WバンドESR測定を試み、微細構造定数の絶対符号の確定を試みた。