hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
間葉系幹細胞由来破骨細胞分化抑制ペプチドの作用機序と炎症性骨吸収抑制効果の解明

平成29年11月1日より平成31年3月31日まで、産前産後の休暇または育児休業を取得した。したがって、平成30年度は研究を行うことができなかった。今後の研究内容としては、破骨細胞分化を促進する細胞内シグナル伝達系(NFκB、c-fos/NFATの活性化など)に対するSCRG1の抑制効果の確認、またはSCRG1受容体としての、BST1/integrinβ1複合体を基点とするシグナル伝達経路の全容を確認し解明するとともに、SCRG1による未分化機能維持を検証するために、炎症性サイトカインの分泌や遊走能を評価していく。平成29年11月1日より平成31年3月31日まで、産前産後の休暇又は育児休業を取得した。そのため、平成30年度は研究を行なっていないことから、やや遅れていると判断する。今後の研究計画は、2019年度に破骨細胞前駆細胞未分化能維持の評価を行い、2020年度にSCRG1過剰発現MSCの樹立ならびにIn vivoにおける炎症性骨吸収の評価を行う。これらの結果は、2020年度に海外学術誌への投稿するとともに、日本生化学会と日本矯正歯科学会において成果を発表する。歯科矯正治療時における圧迫側歯根膜では、単球/マクロファージ(Mφ)が炎症性サイトカインを分泌し、これらがオートクリン/パラクリンに作用することによって、効率良く破骨細胞前駆細胞が破骨細胞へと分化するが炎症反応は認められない。一方、矯正治療時に歯の移動に深く関与する歯根膜には、免疫抑制作用が備わっている骨髄由来間葉系幹細胞(MSC)が存在することが知られているが、破骨細胞分化におけるMSCの役割については報告されていない。そこで本研究では、申請者が新たに見出したMSC由来分泌型ペプチドSCRG1による破骨細胞分化抑制効果や炎症性骨吸収に対する作用メカニズムについて解明する。これまでに報告のないMSCの破骨細胞分化抑制作用の分子メカニズムを解明することを目的とした。特にMSCが特異的に分泌するペプチドSCRG1に着目し、破骨細胞分化抑制ならびに未分化能維持を明らかにすることを第一とした。初年度はで破骨細胞分化を促進する細胞内シグナル伝達系(NFκB、c-fos/NFATの活性化など)に対するSCRG1の抑制効果を確認しようとした。またSCRG1受容体としてのBST1/integrin β1複合体を基点とするシグナル伝達経路の全容を解明しようとした。in vitroの実験系で、細胞内伝達系の解明を中心に実験を行った。なかなか安定したデータが出なかった。破骨細胞分化抑制ならびに未分化能維持を明らかにすることはできなかったが、SCRG1がRAW264.7細胞におけるERK1 / 2活性化を介してLPS誘導CCL22の産生を抑制するというということを解明できた。間葉系幹細胞(MSC)が組織再生作用以外にも、免疫抑制作用などの生命維持のために重要な役割を担っている。本研究ではMSCによる炎症性骨吸収抑制効果の発現メカニズムについて明らかにする。特に、MSC由来分泌型ペプチドSCRG1による破骨細胞分化抑制効果や炎症性骨吸収に対する作用メカニズムについて解明する。これまでに、破骨細胞分化を促進する細胞内シグナル伝達系の活性化に対するSCRG1の抑制効果を、さらに炎症性サイトカインの分泌や遊走能を評価することによってSCRG1の破骨細胞前駆細胞の未分化能維持を検証した。マウスマクロファージ様細胞Raw264.7を破骨細胞前駆細胞として用いた。最初にRaw264.7のSCRG1発現と、細胞表面に存在するBST-1ならびにβインテグリンの発現を確認した。Raw264.7を組換えSCRG1ペプチド(rSCRG1)と可溶性RANKL(sRANKL)で処理し、破骨細胞分化におけるSCRG1の影響を検討した。またrSCRG1刺激による細胞内シグナル伝達経路の活性化について、抗リン酸化抗体を用いたウェスタンブロットで検討した。その結果、Raw264.7はSCRG1を発現せず、さらにはSCRG1受容体としてのBST1とβ2インテグリンを発現することが確認された。Raw264.7をsRANKL単独で処理すると効率良くTRAP陽性かつ多核の破骨細胞形成が誘導されるのに対し、sRANKLとともにrSCRG1と共処理すると破骨細胞の形成は有意に抑制された。このことからSCRG1はRANKL誘導性の破骨細胞分化を抑制することが示された。またSCRG1刺激は細胞内シグナル伝達因子であるERKのリン酸化を増強した。したがって、SCRG1は受容体BST1/β2インテグリン複合体を介してERK経路を活性化することで破骨細胞分化を抑制することが示唆された。平成29年度途中で研究が中断されたため、やや遅れていると判断する。

平成29年11月1日より平成31年3月31日まで、産前産後の休暇又は育児休業を取得した。そのため、平成30年度は研究を行なっていないことから、やや遅れていると判断する。今年度は、破骨細胞分化を促進する細胞内シグナル伝達系(NFκB、c-fos/NFATの活性化など)に対するSCRG1の抑制効果を確認、またSCRG1受容体としてのBST1/integrin β1複合体を基点とするシグナル伝達経路の全容を解明するとともに、SCRG1による未分化能維持を検証するために、炎症性サイトカインの分泌や遊走能を評価していく。平成29年11月1日より平成31年3月31日まで産前産後の休暇又は育児休業を取得したため、研究実施の再開は平成31年4月1日となる予定である。今後の研究計画は、平成31年度に破骨細胞前駆細胞未分化能維持の評価を行い、平成32年度にSCRG1過剰発現MSCの樹立ならびにIn vivoにおける炎症性骨吸収の評価を行う。これらの結果は、平成32年度に海外学術誌への投稿するとともに、日本生化学会と日本矯正歯科学会において成果を発表する。今後の研究計画は、2019年度に破骨細胞前駆細胞未分化能維持の評価を行い、2020年度にSCRG1過剰発現MSCの樹立ならびにIn vivoにおける炎症性骨吸収の評価を行う。これらの結果は、2020年度に海外学術誌への投稿するとともに、日本生化学会と日本矯正歯科学会において成果を発表する。平成29年11月1日より平成31年3月31日まで産前産後の休暇又は育児休業を取得した。したがって、平成30年度は助成金を使用しない。研究再開は平成31年4月1日の予定であることから、平成31年度より助成金を使用して研究実施を再開する。交付申請書等に記載の平成30年度直接経費は平成31年度に申請して、研究を継続する。研究再開後の研究実施計画にしたがい、研究に必要な物品購入に使用し、得られた研究成果は国際学術誌へ投稿するとともに、学会発表において成果を公開する。2017年11月1日より2019年3月31日まで産前産後の休暇又は育児休業を取得した。したがって、2018年度は助成金を使用していない。研究再開は2019年4月1日であることから、2019年度より助成金を使用して研究実施を再開する。研究再開後は、細胞内シグナル伝達系、またはSCRG1受容体としてのBST1/integrinβ1複合体を基点とするシグナル伝達経路の解明をするとともに、SCRG1による炎症性サイトカインの分泌や遊走能を評価していくため、研究に必要な物品購入に使用し、得られた研究成果は国際学術誌へ投稿するとともに、学会発表において成果を公開する。
地方債格付けの効果に関する実証分析：市場公募資金の低利・安定的な調達に向けて

本研究の目的は、自治体が発行する地方債のうち市場公募債(直接金融)を対象として、以下の点について定量的な分析を通じて解明することである。1依頼格付けを取得することの費用対効果(ミクロの効果)、2地方債市場において信用リスクのスピルオーバー(=コンテイジョン・ショックの伝播)は観察されるのか、そして、3観察されるならば格付けはそれを軽減できるのか(マクロの効果)、の3つである平成30年度は上記のうち1と2について一定の研究結果が得られ、書籍として公刊されるに至った。まず、1の格付け取得の費用対効果については、格付けを取得することで金利スプレッドが1.72.3bp(ベーシスポイント、万分率)だけ低下することが判明し、格付けを取得することに効果があることが認められた。さらに、市場公募債の発行金額が大きい団体や財政状況が良い団体ほど格付けを取得に積極的であることも明らかとなった。つまり、市場公募団体は、自身の財政状況が良好であれば、また、格付け取得による金利軽減効果が取得費用を上回りそうであれば、格付けを取得する傾向にあることが分かった。つぎに、2の信用リスクのスピルオーバーについては、財政状況が類似する他団体で金利スプレッドが上昇すると、自身の金利スプレッドも上昇する傾向にあることから、日本の地方債市場においてもその存在が確認された。また、団体および年度の個別効果を除去しても金利スプレッドには発行団体の信用リスクが織り込まれており、市場による規律付けも認められる。以上より、日本の地方債市場では、信用リスクのスピルオーバーの存在により、自らの信用リスクを他団体に共有・希釈させることから、市場による規律付けは認められるものの、それは十分に機能していないことが示唆された。本研究の3つの目的のうち、1依頼格付けを取得することの効果、および2信用リスクのスピルオーバーの存在、のふたつについては、その研究成果を公刊することができたことから、おおむね順調に進展していると考えている。信用リスクのスピルオーバーの存在が認められたことから、追加的な課題として、信用リスクのスピルオーバーをどのようにして軽減していくのか、言い換えれば、ある団体において財政状況が悪化したときに、その悪影響を他団体に波及させないようにするためにはどうすればよいかを考察する必要がある。現時点では、依頼格付けがその役割の一部を担うことができるのではないかと考えているが、他にも信用リスクのスピルオーバーを軽減する手段があるかもしれない(市場との対話を増やす、など)。そこで、2019年度は、格付けのほか、自治体によるIR政策などが信用リスクのスピルオーバーを軽減できるかを検証していきたい。我が国における市場公募債の金利の決定要因を探った既存研究の多くは、マーケットが「暗黙の政府保証」をどのように評価しているかを明らかにすることに主眼が置かれており、市場は「暗黙の政府保証」を全面的に支持しているわけではないと結論付けている。本研究では、既存研究が指摘したような市場の認識を与件として、次のステージである「自治体はマーケットとどのように向き合えばよいのか?」を検討する。具体的には、本研究では次のふたつを定量的な分析を通じて解明することを目的としている。(1)依頼格付けを取得することの費用対効果(ミクロの効果)(2)地方債市場において信用リスクの伝播は観察されるのか?観察されるならば、格付けは信用リスクの伝播を軽減できるのか?(マクロの効果)平成29年度は、データ収集を終えて、データベースの構築に着手する予定であった。しかし、後述するように、データ収集に時間を要したたため、若干の遅れが見られる。その一方で、先行研究のサーベイを通じて、当初予定していた検証方法を精査する機会を得ることができたので、平成30年度以降に予定されている実証分析の段階でその知見を活かしたい。当初の予定では、平成29年度半ばまでに市場公募債の金利データおよび格付けデータの収集を終えて、データベースの構築に着手する予定だった。しかし、データ収集の段階で不備が発覚したことから、データ収集に時間を要してしまった。

以上より、日本の地方債市場では、信用リスクのスピルオーバーの存在により、自らの信用リスクを他団体に共有・希釈させることから、市場による規律付けは認められるものの、それは十分に機能していないことが示唆された。本研究の3つの目的のうち、1依頼格付けを取得することの効果、および2信用リスクのスピルオーバーの存在、のふたつについては、その研究成果を公刊することができたことから、おおむね順調に進展していると考えている。現在、データ収集を終えて、データベース構築の途上にあるが、その作業を速やかに行うことにより、早期に実証分析に着手したい。信用リスクのスピルオーバーの存在が認められたことから、追加的な課題として、信用リスクのスピルオーバーをどのようにして軽減していくのか、言い換えれば、ある団体において財政状況が悪化したときに、その悪影響を他団体に波及させないようにするためにはどうすればよいかを考察する必要がある。現時点では、依頼格付けがその役割の一部を担うことができるのではないかと考えているが、他にも信用リスクのスピルオーバーを軽減する手段があるかもしれない(市場との対話を増やす、など)。そこで、2019年度は、格付けのほか、自治体によるIR政策などが信用リスクのスピルオーバーを軽減できるかを検証していきたい。当初、平成29年度の直接経費は150万円を想定していたが、予想よりも支出が多く見込まれたので、50万円分を前倒しすることとした。しかし、最終的にはほぼ当初の予定通りの支出額(150万円)の範囲に収まっていることから、使用計画についてはおおむね順調であると考えている。市場公募債に関するデータの収集に一定の費用が発生すると想定していたが、無償で提供を受けたため、それに関する費用を抑えることができた。次年度は、論文の発表や投稿の機会を増やすほか、実務担当者との意見交換の回数を増やすことで、研究の厚みを増すような取り組みを行いたい。
フラーレンＣ６０の生体内代謝排泄機構に関する研究

C60の生体内代謝物として存在する可能性があるフラーレン誘導体(C60O、C60O2、C60O3およびC60(OH)2)について、LC/MS/MSを用いた高感度分析法の検討及びin vitro系を想定した試料からのフラーレン誘導体の抽出等の前処理法を検討し、それぞれ確立した。in vitro系でのフラーレン誘導体の細胞毒性について評価した結果、C60Oで濃度依存的に細胞生存率が低下することや、C60O2およびC60O3はC60より低毒性であることを見出した。また、肝ミクロゾームを用いたC60の代謝試験の結果、本研究の条件ではフラーレン誘導体が生成しないことが明らかとなった。昨年度の研究実績において測定対象としたC60(OH)2に加え、同様に生体内でC60の代謝物として存在する可能性がある酸化フラーレン(C60O、C60O2、及びC60O3)について、高純度試薬を合成・精製し、C60、C70、C60(OH)2との一斉分析法の検討を行った。検討には昨年度に開発したC60、C70、C60(OH)2の一斉分析法の条件を基に、LC-ESI-MS/MS法を用いた。トルエン/メタノール溶液の測定溶液をインフュージョン法でMSに導入し、スキャン分析でスペクトログラムを確認した結果、C60O、C60O2、C60O3の各化合物由来のシグナルが最も強い強度で確認された。このシグナルをモニターしながら、キャピラリー電圧、コーン電圧等のMSの測定条件を最適化した。LCの分離条件については、昨年度に開発したC60、C70、C60(OH)2の一斉分析法の条件を基に検討した結果、C60、C70、C60(OH)2と同様に、分離カラムにF5C6系カラムを、移動相条件にトルエン/メタノールのアイソクラティック法を用いた条件で、ピーク形状、検出感度ともに良好な結果が得られたが、C60O、C60O2、及びC60O3の3物質のピークが近接していたため、移動相の流速を0.1mL/minとした結果、3物質のピークの分離は許容となり、この条件を採用することとした。この条件でC60、C70、C60(OH)2のピークは良好に分離できている。採用したLCおよびMS/MSの測定条件を用い、各化合物の定量下限値を算出した結果、2μg/L (C60O)5μg/L (C60O2及びC60O3)となり、良好な定量下限値が得られることを確認した。昨年度の研究実績において測定対象とした、生体内でC60の代謝物として存在する可能性がある酸化フラーレン(C60O、C60O2、及びC60O3)について、in vitro試験を想定し、培地からの代謝物を抽出するために、酸化フラーレンの添加回収試験を行った。添加回収試験には培地(10%FCS Minimum essential medium eagle)を用いて評価した結果、各酸化フラーレンについて、ピーク形状は良好であった。また、各化合物の回収率については81.591.2%、C70で回収率補正した場合でも99.4104%とそれぞれ良好な結果が得られ、in vitro系からの酸化フラーレンの抽出法を確立できた。生体内でのC60の代謝を評価するため、ラット肝ミクロゾームを用い、チトクロームP450(CYP)による代謝試験を実施した。雄ラット(SD)でタンパク濃度は20 mg/mLの肝ミクロゾームを用い、反応時間1及び2時間で行った反応液について、上記の前処理法を用いて対象物質を抽出した。測定溶液についてLC/MS/MSによるフラーレン及び酸化フラーレン等の定量分析を行った結果、反応時間1時間及び2時間においても酸化フラーレン類等の代謝物の存在は確認できなかった。LC-MS/MSを用い、生体内でのC60の代謝物として存在する可能性のあるC60(OH)2について、高純度試薬を合成・精製し、C60、C70との一斉分析法の検討を行った。我々が以前に開発したC60、C70を測定対象としたLC-APCI-MS/MS法を用い、C60(OH)2の定量分析法について検討した結果、上記分析法ではC60(OH)2のピークは観察されず、C60(OH)2の定量分析は困難であった。そこで、プローブをESIプローブに変更し、分析条件を検討した。トルエン/メタノール溶液の測定溶液をインフュージョン法でMSに導入し、スキャン分析でスペクトログラムを確認した結果、C60、C70、C60(OH)2の各化合物由来のシグナルが最も強い強度で確認された。

次に、LCの分離条件を検討した。検討にはC8系カラム、C18系カラム、C30系カラム、F5C6系カラムの4種の異なる充填剤の分離カラムを、移動相には、トルエン、メタノール、アセトニトリルを選択した。検討の結果、分離カラムにC8系カラム、C18系カラム、C30系カラムを、移動相にトルエン、メタノール、アセトニトリルを組み合わせたアイソクラティック法による送液条件では、C60、C70、C60(OH)2のピークの形状、分離状況、検出感度ともに良好な結果は得られなかった。一方、分離カラムにF5C6系カラムを、移動相条件にトルエン/メタノールのアイソクラティック法を用いた条件で、ピーク形状、分離状況、検出感度ともに良好な結果が得られ、それぞれの定量下限値は、0.1μg/L1μg/Lの高感度分析が可能となった。本研究の結果は、フラーレン類とフラーレン誘導体の一斉定量分析法を初めて示したものである。研究計画作成当初、測定対象としていなかった酸化フラーレンについても実施することとしたため、若干の遅れはあるが、in vitro系での影響評価試験と前処理法の開発についても併行しておこなっているため、概ね順調と考えている。in vitro系での毒性影響試験はすでに実施しているが、現在検証作業を行っている。また、in vitro系を想定した前処理法についても現在行っている。測定対象の水酸化フラーレンの合成・精製に数か月間を要したが、その後の定量分析法の開発はほぼ予定通り順調に行えた。in vitro系を想定した前処理法の検討は現在行っている。水酸化フラーレンおよび酸化フラーレンについて、in vitro系での細胞毒性試験の追試、前処理操作の確認試験の実施後、in vitro系で薬物代謝によるフラーレン誘導体の生成の有無を確認する。in vitro系を想定した前処理法の検討を引き続き行い、平成24年度の研究計画に記載しているフラーレンのin vitro系薬物代謝反応による代謝物の同定・定量のための検討を行う。平成24年度の残額193324円については、平成25年度購入予定の消耗品等の購入にあてる。平成23年度の残額28619円の使用計画は、平成24年度購入予定の消耗品等購入費にあてる。
増殖型細胞移植による肝硬変症に対する新しい治療法の研究

マウス、ラットに四塩化炭素を長期投与し硬変肝モデルを作製、このモデルを用いて70%肝切除では生存し得ないことを明らかにした。上記の硬変肝作製過程ならびに、四塩化炭素中止後経時的に、肝繊維化の律速酵素の一つであるhydroxyprolyl dehydrogenaseの酵素活性を測定し、硬変肝の作製過程で硬変肝の程度とhydroxyprolyl dehydrogenaseの活性が相関して増加することを明らかにした。またマウスの胎児肝細胞の分化誘導をおこない、この細胞株が肝の上皮系細胞に分化することを明らかにした。移入細胞作製のために新たにレーザー光による選択的細胞融合装置を設計、試作し、細胞のトラッピングの条件、融合のためのパルスの波長、照射時間を検討した。ミエローマ細胞とリンパ球を用いた融合実験では2030%の確立で融合が成功し、融合細胞がoriginalの細胞の性格を持っていることを確認した。目下、肝実質細胞とリンパ球との融合条件の検討を行っている。また遺伝子操作を行うためのmRNAのアンチセンスをいれるHVJリポゾームの作成に取り掛かった。均一な大きさのリン脂質のリポゾームの作成、センダイウィルスの紫外線による不活化などの作業を行なった。現在TNFのmRNAのアンチセンスを用いて、肝灌流モデルにおいて実質細胞、非実質細胞のどちらに遺伝子導入がなされるか検討中である。今後の展開:硬変肝に対する遺伝子治療を行うための基礎となる正常肝が硬変肝に変化していく過程、ならびにその治癒過程で、コラーゲンの合成酵素がどの様に変化していくことに関する研究はほぼ予定どおり進んだ。また胎児肝細胞と肝細胞を選択的に融合させるためのレーザー装置も完成し、遺伝子導入を行うためのHVJリポゾームの作成もほぼ予定通りに進んだ。しかし、collagenase inhibitorのmRNAの分析、このmRNAに対するアンチセンス・クレオチドの合成に関する研究が遅れており、これらに関する研究は今後に持ち越された。本研究の目的はは、マウス硬変肝モデルに正常な肝機能を持たせるために、1)コラゲナーゼ・インヒビターの発現の抑制遺伝子を作成し、2)肝をアイソレーションした後常温潅流を行いながら遺伝子操作を加えてコラゲナーゼ・インヒビターの発現を抑制し、3)硬変肝を部分切除し経門脈的に胎児肝細胞移植をおこなったうえで、4)正常な肝組織を分化誘導させ、最終的には臨床で硬変肝を治療する事であった。しかし、今年度に行ないえた研究の成果は、正常な肝機能を維持しつつ潅流する方法に加えて、エルトリエーションによる肝の各構成細胞(肝実質細胞、類洞内皮細胞、クッパー細胞など)をピュアリティー90%以上で分離する方法の確立ならびに、レーザー顕微鏡下レーザー・ピンセットを用いての細胞融合手技の確立にとどまった。その理由として、1)細胞融合装置よりも効率良く目的の細胞同志を融合できるレーザー・トラッピング法では肝細胞と胎児肝細胞のように細胞に大小不同があった場合、非常に手技的に難しくその確立に時間を要したこと、2)当教室の遺伝子操作実験室(p2レベル)の設置に時間を要し1995年4月からの使用開始となったためである。このためコラゲナーゼ・インヒビターに対するアンチ・センス・ヌクレオチドの作成は次年度以降に持越しとなった。現在コラゲナーゼ・インヒビターの発現の変化を現在検討中である。その結果からアンチ・センス・ヌクレオチドの導入時期、量などを今後詳細に検討する必要がある。今年度の研究成果

1.マウス、ラットに四塩化炭素を長期投与し、硬変肝モデルを作製した。また両硬変肝モデルを用いて30%、70%肝切除をおこない70%肝切除では生存し得ないことを明らかにした。2.上記の硬変肝作製過程ならびに、四塩化炭素中止後3か月間経時的に血液をサンプリングし肝繊維化の律速酵素の一つであるハイドロオキシ・プロリル・デハドロゲナーゼの酵素活性を測定し、肝の繊維化の過程およびその消失過程におけるハイドロオキシ・プロリル・デハドロゲナーゼの酵素活性変化を観察した。その結果硬変肝の作成過程で硬変肝の程度とハイドロオキシ・プロリル・デハドロゲナーゼの活性が相関して増加することを明らかにした。3.実験2と同様に硬変肝作製過程ならびに、四塩化炭素中止後3か月間経時的に肝臓をサンプリングし、肝繊維化のマーカーであるコラーゲン量、コラゲナーゼ活性、コラーゲン・インヒビター活性を測定中である。4.マウス胎児肝細胞の分化誘導実験をおこない、この胎児肝細胞株が肝の上皮系細胞に分化することを明らかにした。5.移入細胞作製のために新たにレーザー光による選択的細胞融合装置を開発した。
結び目高分子のダイナミクスと高分子ネットワーク : ミクロなトポロジーからマクロへ

高分子のトポロジーに起因する絡み合い効果を、トポロジー的絡み合い効果とよぶ。環状高分子や高分子網目のトポロジーは合成の際に決定され、その後変化しない。ミクロなトポロジーからマクロを解明する以下の研究を行った。(1)自己排除体積をもつ二本の環状鎖を重心間の距離Rの位置にランダムに生成したとき、絡み目Lを生成する確率を、数値シミュレーションで求めた。距離Rの依存性を表す関数形としてカイ自乗検定で有効なものを、今回はじめて求めることに成功した。ここで求めれた絡み目を生成する確率は、環状高分子溶液の浸透圧測定によって実験で検証可能である。(2)溶液中の結び目環状高分子の拡散定数を、流体力学的相互作用を取り入れたブラウン動力学を用いて求め、結び目依存性が理想結び目の平均交点数で表されることを明らかにした。FENEポテンシャルとLJポテンシャルをセグメント間のボンドがすり抜けしないように設定した。さらに、結び目高分子の慣性半径と流体力学的半径の比を求めた。これは実験と比較可能である。(3)結び目環状高分子溶液の固有粘度をブラウン動力学計算により求めた。本研究目的は、ミクロなトポロジーの違いがどのようにマクロな振る舞いに反映されるのかを明らかにすることである。希薄溶液中に存在する結び目をもつ環状高分子の時間発展をブラウン動力学によってシミュレーションした。そして、拡散定数などを線形鎖と比較し、さらに結び目依存性を調べた。本研究の特徴は、流体力学的相互作用を取り入れたことである。また、時間発展の際にすり抜けが生じないように、FENEポテンシャルを設定した。この結果、環状鎖と線形鎖の拡散定数の比は、重合度依存性が非常に小さいことが分かった。すなわち、こと拡散定数比ほ重合度に関してはほぼ一定と近似できる。さらに、その比の値1.1は合成高分子の実験値にほぼ一致し、DNAの場合の実験値1.3と異なっている。さらに、拡散定数の結び目依存性は、理想結び目(ideal knots)の平均交差点数の関数として非常に良く近似できることが分かった。
ビタミンEおよびタウリンの自律神経系に及ぼす影響について

1.ラット摘出精管を二分し、単発及び連続刺激にて、経壁的に交感神経刺激を行なうと一過性の収縮(ATPを介する反応)に続く持続性の収縮(NAを介する反応)が得られた。ATPを介する収縮に対して、メチオニン、システイン、シスチン、システイン酸は10^<ー5>Mより濃度依存性に増強作用を示した。一方タウリンでは、両収縮に対して、10^<ー4>-3×10^<ー3>Mで抑制作用がみられたが、NAの投与による収縮に対しては影響はみられなかった。またビタミンE及びその溶媒であるエタノ-ルでは、ともにNAを介する収縮に対して抑制がみられた。ビタミンEについては、脂溶性のため、生体内投与によりさらに検討を要すると思われる。2.ラット胸部大動脈輪状標本において、NAにより収縮させた血管に対しATPにより弛緩がみられた。この弛緩反応に対して、メチオニン、システイン、システイン酸により10^<ー5>-3×10^<ー3>Mで著明な増強作用がみられた。一方、タウリンでも3×10^<ー3>Mで同じく弛緩作用の増強がみられた例もあったが、これについてはさらに検討を要すると思われた。これに対して、KClで収縮を起こした血管においてもATPで弛緩がみられたが、この弛緩作用に対しては、メチオニン、システイン、システイン酸ともに影響はみられなかった。一方内皮細胞を破壊した標本では、NA収縮下におけるATPの弛緩作用の消失がみられた。これ等の結果より、タウリンは、精管において、交感神経終末部に対して抑制作用を有するものと思われる。また血管においては、最近の報告ではATPは内皮由来血管弛緩因子およびPGI_2を介して血管の弛緩を起こすことが知られているが、メチオニン、システイン等の含硫アミノ酸はこのATPの作用に対して増強作用を有し、間接的に交感神経による血管の収縮を抑制するものと思われた。また同様の実験を、攣縮の緩解という観点から、冠、脳血管でも行う必要があると思われる。
モルヒネ受容体の機能発現機構の研究

細胞膜上に存在する受容体の機能発現機構を研究する上で、まず行う必要のあることは受容体タンパクを同定することである。オピオイド受容体の同定には、受容体と放射性標識リガンドを適当な試薬を用いた架橋反応を利用したアフィニティラベル法がよく用いられている。我々は本研究において、放射性リガンドと受容体を、ただ単に254nmの紫外線を照射するのみで架橋する方法についてマウス脳P_2膜を用いて検討し、モルヒネ受容体等の同定に関して良好な結果を得た。マウス脳P_2膜では、紫外線照射によって^3H-モルヒネと架橋される膜タンパクは主として58kDaの分子量を持つものであり、その他、53kDaのタンパクも弱いながら架橋された。モルヒネの受容体に対する結合特異性から、前者はミュ-、後者はデルタ受容体であると考えられる。このような架橋はβーエンドルフィンを用いても同様な結果が得られた。したがって、受容体の紫外線照射によるアフィニティラベルは、広くオピオイド受容体の同定法として利用することができるものと考えられる。架橋反応の反応機構については未だ不明の点も多いが、リガンドまたは受容体のフェノ-ル性残基が関与するものと思われる。一方、モルヒネなどのアゴニストがミュ-受容体に結合したときに起こる生化学的反応についても、本研究では特に受容体のリン酸化反応に焦点を絞り検討した。その結果、ミュ-受容体はモルヒネあるいは〔DーAla^2,DーLeu^5〕エンケファリンアミドなどのアゴニストの結合により、リン酸化が促進されること、および、ナロキソンのようなアンタゴニストによって、このリン酸化反応が抑制されることが明らかとなった。これらの事実は、モルヒネ等の受容体を介しての機能発現には、受容体のリン酸化反応が関与することを強く示唆するものである。モルヒネ受容体の機能発現機構を解明する研究の一環として、モルヒネ受容体のリン酸化反応と機能発現の関係を中心に研究を進めた。マウス脳から調整したP_2膜にモルヒネ、または〔D-Ala^2、D-Leu^2〕エンケファリンアミドを作用させると、分子量58kDaのタンパクのリン酸化が特異的に促進されることが明らかとなった。リン酸化の50%促進効果を示すモルヒネ濃度は1×10^<-8>Mであった。このタンパクは次の1)5)の理由から、モルヒネ受容体のうちのミュー(μ)受容体であると結論した。1)^<125>I-β-エンドルフィンとμ受容体をDSSを用いて架橋すると、58kDaのタンパクが架橋される。2)我々のこれまでの研究を含め、いくつかの研究結果から、μ受容体の分子量は58kDaであると推定されている。3)μ受容体は糖タンパク質であり、WGAが結合することが報告されているが、リン酸化された58kDaタンパクはWGAカラムで精製することができる。4)μ受容体の特異的アンタゴニストであるナロキソンは58kDaタンパクのリン酸化を阻害する。5)モルフィノンアガロースを用いたアフィニティクロマトグラフィーによって、リン酸化58kDaタンパクを単離することができる。58kDaタンパクのどのアミノ酸にリン酸化が起こるかを検討した結果、大部分はセリン残基に起こっていることが明らかとなった。以上の結果は、モルヒネ受容体のうち、μ受容体はそれ自体がタンパクリン酸化酵素であるか、または膜上でタンパクリン酸化酵素と連動しており、アゴニストのμ受容体への結合によって促進される受容体のリン酸化反応が機能発現に関与している可能性を示唆している。

モルヒネ等のオピオイド受容体の簡易同定法を開発する目的で,紫外線照射によるオピオイドと受容体の架橋法について検討した。^3Hーモルヒネ,^3ーDPDPEまたは^<125>Iーβーエンドルフィンをマウス脳から調製したP_2膜上の受容体と結合させたのち,波長254nmの紫外線を照射した。このように処理したP_2膜をSDSで可溶化後、タンパクをSDSーポリアクリルアミドゲル電気泳動にかけ、放射性リガンドと架橋を起したタンパクをオ-トラジオグラフィ-によって検索した結果,^3Hーモルヒネおよび^<125>Iーβーエンドルフィンは主として分子量58kDaのタンパクと架橋していることが判明した。モルヒネはオピエ-ト受容体のうち,ミュ-受容体に対して高い特異性を示すこと,βーエンドルフィンもミュ-受容体と結合すること,およびミュ-受容体のアンタゴニストであるナロキソンによって,この58kDaタンパクとの架橋は完全に阻止されることから,モルヒネまたはβーエンドルフィンとミュ-受容体のP_2膜上での複合体は,紫外線照射によって架橋されるものと結論される。同様に,デルタ受容体に特異性の高いDPDPEをP_2膜と結合させ紫外線照射したものをSDSーポリアクリルアミドゲル電気泳動で調べたところ,54kDa附近に分子量を持ったタンパクが架橋されていた。オピオイド受容体は,ミュ-,デルタ,カッパその他の異なったタイプのものが存在することが,主として薬理学的手段によって示されているが,本研究によって示された,標識リガンドを用いた紫外線照射によるアフィニティラベル法によれば、市販の放射性標識リガンドを用いることによって、これらタイプの異なる受容体の同定が簡単に行えるものと考えられる。
超低侵襲性癌診断装置により採取した血液循環癌細胞の性状解析

本研究は,研究代表者の所属先で開発している超低侵襲性血液中循環癌細胞(CTC)分離回収装置を使って,安定的に遺伝子解析を行う方法の開発を目的として行った。リキッドバイオプシーとしてCTCを用いることで,リアルタイムで腫瘍の性状を把握し、分子生物学的な情報に基づいて,より的確な治療を提供するためのクリニカルシーケンスの実用化を目指す。本機は非常に分離回収単離を高速に行うことができるため,簡便で再現性の高い遺伝子解析方法が整うことで,CTCの遺伝子解析の高速化が実現できる。本研究では、血中循環がん細胞(Circulating tumor cell,以下CTC)の遺伝子診断を実用化するため、安定的遺伝子解析法の確立を進めている。本年度は研究実施計画に基づき、1個から数個の培養細胞からの安定的cDNA合成の方法開発を行った。まず第一に、遺伝子発現解析を行うため、1個から数個の培養細胞株をマイクロインジェクターを用いて採取し、cDNA合成を試みた。微量の全RNAからcDNAを得る試薬は数種が市販されている。これら市販試薬は、推定1細胞含有量まで希釈した全RNAを試料として用いて逆転写反応を行い性能評価を行っている。実際に同法で評価すると、pgオーダーの極微量な全RNAからも十分量のcDNA合成は可能であった。しかし、CTC遺伝子診断では、抽出の段階で1細胞単位から全RNAを抽出するため、実際に回収できるRNA量は推定1細胞含有量を大幅に下回ると推定できる。そのため、本年度の研究代表者が行った実験では、遺伝子発現解析の定量性は最低でも10細胞以上なければ認められなかった。また培養細胞株を用いた検討法だけでは、実際のCTC遺伝子診断解析を模倣するには不十分と考え、研究協力者とともに、ヒト由来癌細胞株を用いたCTCモデルマウスの開発を行った。このCTCモデルマウスでは、高転移性のヒト由来培養癌細胞を皮下移植し、一定期間経過すると多数のCTCが末梢血中にて検出できる。このモデルマウスを使用することで、担がん患者からの採血、CTCの分離、解析までの一連の流れを模倣する事が可能で、より実践に即した課題解決を行う事が可能となった。最後に、CTCの有力なマーカー候補と考えられるへパラン硫酸糖鎖GlcA-GlcNH3+(JM403抗原)の発現を研究した。この抗原は、胎児の上皮細胞に特異的に認められたことから、悪性腫瘍のうちでも頻度の高い癌(癌腫)のマーカーとして有望であることが判明した。本研究では、血中循環がん細胞(circulating tumor cell、以下CTC)の遺伝子診断を実用化するため、再現性よく遺伝子解析を行う方法の確立に取り組んだ。平成27年度は、前年度までに検証した希釈微量精製RNAを用いた場合の条件をもとに、培養細胞を用いた場合での検証を行った。また実際に血液から回収した患者血由来CTCに対しても検証を行った。平成26年度までの研究で、pgオーダーの極微量RNAをスタート材料としてcDNAを合成することは可能であった。しかし、従来のqPCRによる遺伝子解析に必要な十分量のcDNAを一細胞から調整するのは、リスクが高い。その理由は、PCRをcDNA増幅の基本技術として用いているため、PCR効率に起因する増幅バイアスは避けられないからである。そこで、平成27年度はより高感度で、網羅的な解析を行うことができる遺伝子解析法として、qPCRアレイから次世代シーケンサー(NGS)による解析法へ転換することとした。よって最終年度は、比較的安価に再現性良く解析できるNGSライブラリ調整法および解析法の検討を行った。NGSは、取り扱う情報量が多いため、少数の遺伝子を解析するには適しているとは言いにくいが、微量な試料量でも網羅的解析が可能であり、標的遺伝子を決定できれば、遺伝子数を限定して解析することで、多検体で高速に解析可能であるというメリットがある。今回取り組んだ範囲では、一細胞からのRNA-seqは可能であった。しかし結論として、安定的に解析するために必要な条件は、cDNA合成のプロセスよりもむしろ、微量ハンドリングの効率化や細胞の単離回収の精度向上といった点にあるようである。【2014年4月6月および2015年3月の研究実績】既知の限られた遺伝子に関して、解析方法はqRT-PCRを用いる予定であった。しかし、少数の細胞から得た極微量な試料では、多数の遺伝子解析を行うには不十分であった。そこで、増幅バイアスが少なく、実験操作が簡潔なcDNA増幅法を検討した。2013年にSasagawaらによって報告されたQuartz-seq法を用いることで,一つのCTCに含まれると推定される数pgオーダーのtotal RNAから種々の解析に用いることが可能な十分量のcDNAを得ることができた。また、ヘパラン硫酸糖鎖GlcA-GlcNH3+(JM403抗原)の生合成に関する情報を取得するためin situ hybridization解析を行った。

マウス腸管を対象に解析をすすめたが、まだ明確な回答は得られていない。産前産後の休暇および育児休業の取得に伴い補助事業を中断した。中断期間:2014年7月1日から2015年2月28日研究実績の概要に記載した通り、補助事業を中断していたため、当初予定していた計画は達成できていない。腫瘍生物学平成26年度の研究計画では、癌細胞株と正常血液細胞のMSプロファイリングを行い、診断イオンの特定を行う計画であった。しかしながら平成25年、26年度の研究からCTCの遺伝子解析法の確立を引き続き行う必要性が認められた。よって平成27年度も引き続き、安定した遺伝子解析法の確立を継続実施することとする。加えて、CTC診断を想定して一細胞遺伝子発現プロファイリング法をデザインする。また、これまでに申請者は、JM403抗原の癌マーカーとしての有用性を示してきた。当初の計画に沿って、このJM403抗原が、癌細胞株と正常血液細胞のMSプロファイリングに有用かどうかを検証する。さらにJM403の未解明な生物学的特性を解明するための実験を行う。採取した試料の全RNAの安定性はまだ十分に検討できておらず、研究計画に比して最適化条件の確立はまだ達成できていない。また、安定的遺伝子解析法の確立と平行して、プロファイリング用遺伝子の検討は進めているが、最適化条件の確立が未達であるため、十分に評価できていない。産前産後の休暇および育児休業取得のため、補助事業を中断したため次年度に繰り越すこととなった。研究計画に従い、適宜使用する。引き続き、全RNAの安定的遺伝子解析条件の検討を行い、最適条件を確立する。本法により得られた試料が従来の解析法に適用可能な品質かどうか評価した上で、当初の計画に従い、CTC遺伝子解析のための遺伝子セット及び解析システムをデザインする。また、研究計画に従い,平成26年度の研究を開始する。物品費の主な用途は、解析費用等であった。研究目的の達成度が計画段階よりやや遅れているため執行できず、次年度に持ち越すこととなった。前年度行う予定であった解析等は、本年度実施する。次年度使用額は主にそのために用いる。
RFベースバンド統合信号処理による超低消費電力無線ノードの実現

本研究ではIEEE802.15.4に基づく周波数拡散方式にESPAR (Electronically Steerable Passive Array Radiator)アンテナを適用し,その指向性を非常に高速に変化させることにより,信号処理を行うことなくダイバーシチ効果が得られる方式を提案し,その効果を明らかにした.本方式では,指向性をIEEE802.15.4のシンボル速度である62.5kHzで指向性を変化させる.指向性を高速に変化させることで波形歪みが生じるが,周波数拡散方式ではその波形歪みが伝送特性に与える影響は小さいため,受信機の復調部はダイバーシチを行わない通常の受信機をそのまま用いることが可能である.提案方式を用いることで最大約20dBのダイバーシチ利得を得ることが可能であることを示した本研究ではIEEE802.15.4に基づく周波数拡散方式にESPAR (Electronically Steerable Passive Array Radiator)アンテナを適用し,その指向性を非常に高速に変化させることにより,信号処理を行うことなくダイバーシチ効果が得られる方式を提案し,その効果を明らかにした.本方式では,指向性をIEEE802.15.4のシンボル速度である62.5kHzで指向性を変化させる.指向性を高速に変化させることで波形歪みが生じるが,周波数拡散方式ではその波形歪みが伝送特性に与える影響は小さいため,受信機の復調部はダイバーシチを行わない通常の受信機をそのまま用いることが可能である.提案方式を用いることで最大約20dBのダイバーシチ利得を得ることが可能であることを示した本研究の目的は,RF(Radio Frequency)部,ベースバンド部およびメディアアクセスコントロール部(MAC:Media Access Control)を総合的に制御することで,消費電力を大幅に削減した無線ノードを実現することである.携帯電話や携帯情報端末に加え,さまざまな情報をセンサーによって収集し,無線ノードを通じて集約する無線センサーネットワークが検討されている.これらの無線センサーネットワークノードや携帯機器はバッテリサイズの制限から消費電力が極めて小さく制限されている.そこで,本研究では,無線インタフェースのベースバンド信号処理,RF送受信モジュールのアナログ回路の消費電力を検討し,無線伝搬路の状況や通信トラフィックの状況,要求される通信品質(QoS:Quality of Service)に応じて各ブロックを適応制御することでインタフェース全体の消費電力を削減する手法について検討を行った.平成20年度は,通信ノードの基本的な設計を行い,ベースバンド信号処理部のビット幅の最適化および周辺環境に応じた適用制御アルゴリズムを提案した.その結果,高速に伝搬環境が変動するマルチパスフェージング環境において,受信電力の削減が大幅に可能となることを明らかにした.このアルゴリズムを地上ディジタルテレビ放送の携帯受信機へ適用し,その消費電力の測定を行い,大幅な消費電力削減効果が見込めることを明らかにした.さらに,通信ノードが中継を行う時の消費電力を削減するため,中継器送信電力の適応制御について検討を行い,効果的に,送信電力が削減可能であることを示した.本研究の目的はRF、ベースバンドおよびアクセスプロトコルを総合的に制御することで消費電力を大幅に削減する無線ノードを実現することにある。本年度は、RFベースバンド統合信号処理により消費電力の削減を検討した。その中で、ESPARアンテナ(Electronically Steerable Passive Array Radiator)の指向性を高速可変することでシンボル内の振幅位相変動を発生させ、その変動量を平均化することでRFチューナ部を増加させることなくダイバーシチ効果が得られるシングルRF方式の802.11無線LANおよびZig-Bee方式を提案した。本方式では、複数のRFチューナを用いることなく、最大比合成ダイバーシチと等価な効果が可能である。提案方式について計算機シミュレーションを行った結果、消費電力を増加させることなく大幅な伝送特性の改善が可能であることを明らかにした。また、ESPARアンテナとZigBee無線ノードを接続し、基礎実験を行った。その結果、実環境においても効果があることが明らかとなった。次に、マルチルートダイバーシチのZigBeeノード上への実装のため、超小型プロセッサとZigBeeから構成される無線ノードを用い、プロトコルの基本設計を行った。各ノード上に畳み込み符号化および複数のルートに分割して伝送を行う符号化部および、複数のルートからの情報を合成した、復号を行い、マルチルートダイバーシチ効果を得る復号部の実装を行い、基本的な性能評価を行った。ESPAR (Electronically Steerable Passive Array Radiator)アンテナの指向性をシンボルレートと同じ周波数で高速に変化させることで、シンボル内の振幅位相変動を発生させ、その変動量を平均化することでRF回路やデジタル信号処理部の規模を増加させることなくダイバーシチ効果を得ることができるシングルRFダイバーシチ方式の伝送特性を解析及び実験を行い明らかにした。消費電力の小さい無線伝送方式として広く用いられているIEEE802.15.4の物理層標準を仮定し、提案ESPARアンテナによるSingle-RFダイバーシチ方式のシンボル誤り率特性の理論式を導出した。導出した理論式を用いて数値解析を行った結果、ESPARアンテナの寄生素子数および制御周波数の組を複数用意することでダイバーシチ利得を大幅に向上させることが可能であることを明らかにした。また、本方式に基づくESPARアンテナを試作し、IEEE802.15.4を物理インタフェースとして用いるZig-Beeモジュールを試作アンテナに接続して伝送実験を行った。その結果、提案方式を用いることで、スループットを向上できることが明らかになった。また、MACプロトコルについては、マルチルート符号化を用いたマルチホップネットワークの実装を行った。実装においては、省電力かつ開発コストの低い組込みJavaプロセッサを利用した。
ステップ系の統計力学と結晶形のダイナミクス

結晶平衡形ファセット端近傍の形のダイナミクスをステップの多体問題として解析し平衡形への緩和現象を調べた。平衡形では,ファセットからの距離を△rとして表面グラジエントp(△r)^<1/2>というGruberーMullinsーPokrovskyーTalapov(GMPT)型の振る舞いをすることが,理論的に知られている。我々の調べた緩和過程においては,ファセット端からやや離れたところではGMPT型の振る舞いをするが,ファセット端ごく近傍ではp△rとなることが示され,臨界現象クラスの動的変化が得られた。この結果は,ファセット端臨界現象における理論と実験のくいちがいの説明のひとつとなる。GaAs型結晶構造の2成分定比化合物における,(III)面上の単一ステップの性質を調べた。(III)面上の単一ステップを,部分格子構造をもつ二次元蜂の巣格子気体中の相境界面とみなし,さらに一様外場中の二次元反強磁性イジングモデルへ写像する。この写像により,環境蒸気分圧比が一様外場に対応することとなる。反強磁性イジング系の一次元相境界面へランダムウォ-ク法を適用することにより,異方的ステップ張力,二次元結晶平衡形(ファセット形),異方的ステップ・スティフネス,異方的ステップ・エントロピ-をそれぞれ温度と外場の関数として精密に求める表式を与え,具体的にいくつかの温度,外場について計算した。さらに,二次元結晶平衡形がファセット形を与えることから,(三次元)結晶平衡形の温度,環境蒸気分圧比変化にともなう晶相・晶癖変化をもとめた。
大腸における酸塩基輸送の調節メカニズムに関する研究

大腸における(H^++K^+)-ATPa-seを介する酸分泌機構に関して,どの様な調節を行い,以下の様な成果を得た.1.アセチルコリン,アドレナリン,ヒスタミン等は酸分泌速度を変化させなかった.2.アルドステロンも2時間以内には有意な変化をもたらさなかった.3.アデニル酸シクラーゼを活性化するフォルスコリンでは酸分泌は約30%抑制された.4.CaイオノフォアA23187では酸分泌速度にはっきりした変化はみとめられなかった.5.短鎖脂肪酸の一種プロピオン酸により酸分泌は約40%抑制された.6.メジウム中の炭酸ガス濃度を0から5%に上昇させると,わずかではあるが有意に酸分泌は増加した.次に以上の様な変化の細胞メカニズムをより明らかにする目的で,酸分泌活性のあると思われる表層上皮細胞を単離し集める方法を確立した.これは, CafreeでEDTA存圧下に大腸をincubateし,一定時間ごとに単離してくる細胞を集めることにより行った.はじめの1時間は主として表層上皮細胞が,次の12時間には主として陰蒿部の細胞が単離されることを,形態的にと,ムチンの組織化学により確認した.今後この標本で蛍光測定および生化学的手法を用いて研究を進める予定である.さらに,蛍光顕微鏡下で細胞レベルでのpH変化およびCa濃度変化を測定するための予備実験を行い,チャンバーの設計,標本,実験システム等について進展を見た.大腸における(H^++K^+)-ATPa-seを介する酸分泌機構に関して,どの様な調節を行い,以下の様な成果を得た.1.アセチルコリン,アドレナリン,ヒスタミン等は酸分泌速度を変化させなかった.2.アルドステロンも2時間以内には有意な変化をもたらさなかった.3.アデニル酸シクラーゼを活性化するフォルスコリンでは酸分泌は約30%抑制された.4.CaイオノフォアA23187では酸分泌速度にはっきりした変化はみとめられなかった.5.短鎖脂肪酸の一種プロピオン酸により酸分泌は約40%抑制された.6.メジウム中の炭酸ガス濃度を0から5%に上昇させると,わずかではあるが有意に酸分泌は増加した.次に以上の様な変化の細胞メカニズムをより明らかにする目的で,酸分泌活性のあると思われる表層上皮細胞を単離し集める方法を確立した.これは, CafreeでEDTA存圧下に大腸をincubateし,一定時間ごとに単離してくる細胞を集めることにより行った.はじめの1時間は主として表層上皮細胞が,次の12時間には主として陰蒿部の細胞が単離されることを,形態的にと,ムチンの組織化学により確認した.今後この標本で蛍光測定および生化学的手法を用いて研究を進める予定である.さらに,蛍光顕微鏡下で細胞レベルでのpH変化およびCa濃度変化を測定するための予備実験を行い,チャンバーの設計,標本,実験システム等について進展を見た.
凝縮相および生体内における電子・水素移動の協同現象に対する理論的研究

動的な閉じ込め効果が重要な系として、フラーレン内に水素分子とBe原子が内包されている系の理論計算を行った。特に、C_<60>内でのBe原子の動的な振る舞いを調べるため、有効電荷の時間変化を半経験的QM/MM分子動力学法により解析し、温度と有効電荷や内部運動の関係を明らかにした。内包水素分子数がn=2の場合には全ての温度領域において電荷揺らぎが非常に大きく、さらに温度を変化させることによって、その分布が著しく変化することを数値的に明らかにした。また、低温100Kに比べて高温200300Kでは、電荷分布のピーク位置が負の方へ大きくシフトしている。この2つの差異を調べるためトラジェクトリーを解析すると、大きな電荷揺らぎの原因はBeとC_<60>の中心方向を結ぶ運動に起因し、温度変化によるピーク位置の負の方向へのシフトは隣の6員環への遷移によるものであることが判明した。マロンアルデヒドは分子内水素結合を有する非常に有名な分子である。この分子はまた光吸収によって、3つの結合に関してcis-trans異性化反応を起こす。とくに、希ガスマトリックス中において、マロンアルデヒドに紫外線を照射すると、4つの異性体へと特異的に異性化することが知られている。この異性化反応生成物の収量は不活性の希ガスの種類に大きく依存し、溶媒効果の効く系であるといえる。そこで、凝縮相中での反応前段階の吸収波長を調べるためにQM/MM法を用いた励起状態計算法を開発した。8種類の異性体に対して孤立分子、無極性の四塩化炭素中での基底状態の構造、励起エネルギーを評価した。無極性溶媒中では構造変化、並びに励起エネルギーがほとんど変化しないことから、この反応収率の変化は励起後の動的な過程によって記述されることが推察される。現在、励起状態ダイナミクスのプログラムを作成中である。多重プロトン-電子移動反応は生命機能において最も基本的で重要な反応の一つである。例えば、DNA中では塩基対間のプロトン移動(PT)反応は塩基対間の電子移動(ET)だけでなくやらせん軸方向のETと結合している。今までの水素移動反応の動力学的研究はプロトンの運動を古典的に取り扱うものが殆どであるが、プロトンと電子を量子力学的に取り扱う方法も極めて限られた系に対して適用されている。Fangらは、1つの水素移動サイト内のプロトン-電子移動(PET)における溶媒モードの効果を、1次元モデル系を用いて解析し、逐次移動機構や同時移動機構を明らかにした。しかし、多重反応では1サイトの水素移動反応にはない協同効果が問題となってくるなど、より複雑な反応機構が予想される。本研究ではFangらの研究とは異なり、溶媒モードではなく、分子内運動と結合した1次元モデル系でのPET反応機構を調べ、さらに、多重水素移動反応へと展開した。分子内運動をプロトンドナーとアクセプター上の有効電荷の時間依存変化としてモデル化し、反応機構を量子ダイナミクスを用いて解析する。まず、1サイトのPET反応機構を電子とプロトンに対するポテンシャル面の時間変化を推定した。特に、初期電荷と電荷揺らぎの大きさの関係に着目し、その符号(正・負)の組み合わせ。例として、D、Aの電荷が両方とも正の場合を解析した。初期時刻ではD-A間のETが主であるのに対し、非断熱遷移が起こると電子とプロトンの同時移動が主となり、電子がA上にいてPTが起こる反応経路も存在することを明らかにした。2重水素移動に対するモデルとしては、1サイトモデルを拡張し、互変異性よって誘起される電荷揺らぎと結合する2本の1次元電子-プロトン系を取り上げる。特に、カルボン酸2量体のモデルに対しては、2つの電荷揺らぎが同期している場合とそうでない場合の2重水素移動反応機構(同時反応・逐次反応)の違いやモード間カップリングの有無による形状依存性を調べた。やはり、2量体のように環状の分子では同時移動が起こる場合があるが、線形の場合は2つのプロトンが独立に移動する反応が起こりやすいことが判明した。

8種類の異性体に対して孤立分子、無極性の四塩化炭素中での基底状態の構造、励起エネルギーを評価した。無極性溶媒中では構造変化、並びに励起エネルギーがほとんど変化しないことから、この反応収率の変化は励起後の動的な過程によって記述されることが推察される。現在、励起状態ダイナミクスのプログラムを作成中である。