hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アセチレンジコバルト錯体を利用した中員環骨格構築法の開発

(1)[5+2]型付加環化反応の新展開エノールシリルエーテル部位とアセチレンジコバルト錯体部位を合わせ持つ5炭素ユニットとエノールシリルエーテルとの[5+2]型付加環化反応の適用範囲を拡大する目的で、種々の電子豊富オレフィンおよび芳香族化合物を2炭素ユニットとして検討を行い、シロキシアレンが新たな置換形式の7員環化合物を高収率で与えることを見出した。(2)高次付加環化反応の開発先に開発した5炭素ユニットを一炭素伸長した6炭素ユニットを用いると、エノールシリルエーテルとの[6+2]型付加環化反応が進行し、8員環化合物が高収率かつ高立体選択的に合成できた。さらに、エノールシリルエーテルをアリルシリルエーテルに換えると[6+3]型付加環化反応が進行し、9員環アセチレンジコバルト錯体が単一の立体異性体として得られた。この付加環化体は、硝酸アンモニウムセリウムを作用させることにより、対応する9員環アセチレンに変換された。9員環アセチレンは環歪みを有するため通常の方法では合成困難とされており、今回開発した[6+3]型付加環化反応は、全く新しくかつ実用的な合成手法として特筆される。一方、フランは4炭素ユニットとして働くことを見出し、[5+4]型および[6+4]型付加環化反応による中員環骨格構築法を開発することができた。(3)天然物合成への展開シロキシアレンの[5+2]型付加環化反応を鍵反応とするヒドロアズレン骨格構築法を開発し、天然物フランエーテルBの全合成を達成した。また、海産天然物スクレロフィチンAがエーテル渡環部を含む10員環炭素骨格を含むことに着目し、フランの[6+4]型付加環化反応を用いる効率的な基本骨格構築法を開発した。まず、アセチレンジコバルト錯体部位と求核部位としての芳香環を合わせ持つ新規な5炭素ユニットを合成し.これと電子豊富オレフィンとの[5+2]型付加環化反応を試みたところ、分子間付加反応は進行するものの続く分子内閉環が起らず、鎖状付加体のみが生成することが判明した。この結果から、5炭素ユニットの設計において成功の鍵を握るのが、2炭素ユニットよりも求核性が低くかつ分子内閉環には十分な反応性を示すという条件を満たす求核部位の選択にあることが確認された。そこで、芳香環に換えて環状エノールシリルエーテル部位を導入した5炭素ユニットを設計し、これと鎖状エノールシリルエーテルとの反応を検討したところ、目的とする付加環化反応が進行し双環性化合物が好収率かつ高立体選択的に得られることを見出した。さらに、2炭素ユニットとしてシロキシアレンを用いた場合にも、[5+2]型付加環化反応が円滑に進行することが明らかとなった。一方、[6+2]型付加環化反応に関しては、先に開発したエノールシリルエーテル部位を有する6炭素ユニットに加え、新たにアリルシラン部位を有するアセチレンジコバルト錯体を合成し、これと種々の置換基を有するエノールトリイソプロピルシリルエーテルとの反応を検討した。その結果、いずれの場合もメチレンシクロオクタン誘導体が高収率かつ高立体選択的に得られ、[6+2]型付加環化反応による8員環化合物合成法の有用性を大幅に拡張することができた。これらの反応で合成された環状コバルト錯体は、還元反応により対応するオレフィンに、また酸化反応によりマレイン酸無水物にそれぞれ高収率で変換された。前年度に開発した、アセチレンジコバルト錯体部位とアリルシラン部位を合わせ持つ

6炭素ユニットとエノールシリルエーテルとの[6+2]型付加環化反応の適用範囲を拡張する目的で、種々の求核剤との反応を検討した。まず、芳香族化合物との反応を試みたが、フェノールのシリルエーテルやアニリン誘導体からは鎖状の付加体が少量生成するのみであり、目的の付加環化体は全く得られなかった。一方これとは対照的に、フランを用いた場合には[6+4]型付加環化反応が進行し、10員環炭素骨格中に渡環エーテル構造を含む化合物が高収率で得られることが判明した。このような高次付加環化反応は従来ほとんど知られておらず、また生成物の構造はsclerophytinなどの天然物に共通して見出されることから、本反応は極めて独創的かつ効率的な全合成に応用可能と考えられる。なお、目的物の収率は若干低下するものの、フランと5炭素ユニットとの[5+4]型付加環化反応も同様に進行することを確認している。次に、2炭素ユニットとしてシロキシアレンを用いた[5+2]型付加環化反応をヒドロアズレン骨格の構築に応用し、天然物furanether Bの全合成研究を行った。すなわち、末端位にヨウ素を導入したシロキシアレンの[5+2]型付加環化反応により合成した7員環化合物から、分子内アルキル化反応により5員環を形成してヒドロアズレン骨格を構築した。アセチレンジコバルト錯体部位を無水マレイン酸に変換後、数工程を経てフラン環に導いてfuranether Bの全合成を達成した。前年までに開発した6炭素ユニットをさらに一炭素伸長した7炭素ユニットを新たに合成し、各種エノールシリルエーテルとの[7+2]型付加環化反応の検討を行った。コバルトアセチレン錯体の大きな結合角から、対応する6炭素ユニットが分子内環化反応を起こしにくいのに対して、7炭素ユニットは容易に7員環を形成する。このため、[7+2]型付加環化反応を実現するためには、反応条件の選択が極めて重要であることが判明した。具体的には、溶媒量を極力減らして基質濃度を高めることで、分子間反応を進行させることが可能であり、目的の9員環化合物が約40%の収率で得られることを見出した。さらに、競合する分子内環化反応を抑制するために、アリルシラン部位にメチル基を導入した7炭素ユニットを設計し、その[7+2]型付加環化反応を行ったところ、目的物の収率は約60%まで向上した。次に、先に見出した6炭素ユニットとフランとの[6+4]型付加環化反応を応用した海洋産天然物sclerophytin Aの全合成研究に着手した。この付加環化反応では、10員環炭素骨格中に渡環エーテル構造を含むアセチレンジコバルト錯体が高収率で得られるが、その脱錯体化反応をまず検討した。従来の硝酸アンモニウムセリウム(IV)を用いる酸化反応では、10員環アセチレンが低収率で得られるのみであったが、ヨウ素を作用させることでエーテル環の転位を伴う脱錯体化反応が進行し、エノールエーテル部を有するジヨウ化物が好収率で生成することを見出した。この反応を用いて合成した10員環エノンに共役付加反応および分子内アルドール反応を適用して6員環を融着し、sclerophytin Aの基本骨格の構築に成功した。
着生植物の進化に関する研究

1.インドネシア,タイ.マレーシア.インド.パプアニューギニアで着生植物の進化について現地調査と標本調査を行った.国内の学会および.イギリス.アイルランド.オーストリアで開かれた学会で成果を発表した.2.これまで着生植物とされてきた種類が,真正着生植物.二次的半着生.つる植物に区別されることを確かめた.2.シノブ科と近縁シダについてrbcL.accD遺伝子の分子系統解析を行い,シノブ科はウラボシ科と単系統をなし,さらにその基部に半着生植物が姉妹群となった.これより,着生植物の両科は地生植物からつる植物.二次的半着生植物を経て進化したとする説を提唱した.3.シノブ科などの鱗片を形態比較し.着生性と有柄で盾状の鱗片構造に強い相関があることを確かめた.進化した種では,根茎を密に被う盾状鱗片は鱗片間のすき間に保水する能力があり,さらに柄が根茎に陥没した隙間も保水に役立ち.着生生活への適応形態であるという説を展開した.4.ラン科の着生種および近縁な地上種について系統解析.形質比較を行い.着生種が地上種から進化し.それに伴い種子の大型化.強光発芽能などを獲得したことが推定された.5.岩上着生植物であり水生植物でもあるカワゴケソウ科の系統分類学.生物地理学.進化形態学的研究を行った.その結果.茎頂分裂組織の扁平特殊化によるシュートの葉状化.茎頂分裂組織の消失による茎の退化と特異な葉形成.幼芽.幼根の消失による垂直基軸の消失とそれに変わる不定根形成による水平基軸の獲得を伴ったボディプランの変更.など特殊環境への適応進化を明らかにした.1.インドネシア,タイ.マレーシア.インド.パプアニューギニアで着生植物の進化について現地調査と標本調査を行った.国内の学会および.イギリス.アイルランド.オーストリアで開かれた学会で成果を発表した.2.これまで着生植物とされてきた種類が,真正着生植物.二次的半着生.つる植物に区別されることを確かめた.2.シノブ科と近縁シダについてrbcL.accD遺伝子の分子系統解析を行い,シノブ科はウラボシ科と単系統をなし,さらにその基部に半着生植物が姉妹群となった.これより,着生植物の両科は地生植物からつる植物.二次的半着生植物を経て進化したとする説を提唱した.3.シノブ科などの鱗片を形態比較し.着生性と有柄で盾状の鱗片構造に強い相関があることを確かめた.進化した種では,根茎を密に被う盾状鱗片は鱗片間のすき間に保水する能力があり,さらに柄が根茎に陥没した隙間も保水に役立ち.着生生活への適応形態であるという説を展開した.4.ラン科の着生種および近縁な地上種について系統解析.形質比較を行い.着生種が地上種から進化し.それに伴い種子の大型化.強光発芽能などを獲得したことが推定された.5.岩上着生植物であり水生植物でもあるカワゴケソウ科の系統分類学.生物地理学.進化形態学的研究を行った.その結果.茎頂分裂組織の扁平特殊化によるシュートの葉状化.茎頂分裂組織の消失による茎の退化と特異な葉形成.幼芽.幼根の消失による垂直基軸の消失とそれに変わる不定根形成による水平基軸の獲得を伴ったボディプランの変更.など特殊環境への適応進化を明らかにした.1.インドネシア,タイなどで着生植物の進化について現地調査した。その結果,これまで着生植物とされてきた種類に,全生活史を通じて樹上で過ごす真正着生植物と,生活史の初期は地生生活するが後に着生に移り,茎が枯死して地中と繋がらない植物(着生性半着生と呼称)がいることが明らかになった.さらに,着生性半着生植物は,終生地中と繋がる地生性半着生植物とも区別された.2.シノブ科と近縁シダの分子系統解析を行い,狭義のシノブ科はウラボシ科と単系統をなし,さらにその基部にOleandra属などの半着生植物が姉妹群となった.これより,着生植物の両科は地生植物から着生性半着生植物を経て進化したことが示唆された.3.根茎上の鱗片を形態観察したところ,着生植物,半着生植物の鱗片は一般的に有柄で盾状,一方,地生植物の鱗片は無柄で基部付着型であり,着生性と鱗片構造に相関があることが確かめられた.また,同じ盾状鱗片でも柄が根茎陥没部にめり込んでいるタイプと,平板な根茎表面についているタイプがあることがわかった.4.鱗片の盾状構造の形成を確かめるために,いくつかの種について発生を比較観察した.その結果,発生途中までは二次元的に扁平な基部付着鱗片と同じ発生を示すが,基部近くの細胞から盾状後部が生じるために有柄・盾状構造になることがわかった.これより,盾状鱗片は基部付着鱗片から派生したと推定された.5.盾状鱗片のはたらきを明らかにするために,保水・吸水の生理的な特徴について予備的な実験を行った.

根茎を密に被う盾状鱗片は鱗片間のすき間に水分を溜める能力があり,その一部は鱗片柄を通って根茎内部に吸水される可能性が示唆され,鱗片が根の役割を分担しているのかもしれないと推定された.1.インドネシア,タイ,マレーシアなどで着生植物の進化について現地調査した.その結果,広義の着生植物に,真正着生植物の他,着生性半着生植物,つる(よじ登り)植物が含まれることがさらに確かめられた.また,個体発生の途中でつる(よじ登り)植物から着生性半着生植物に変わる幼期つる(よじ登り)植物が存在することがわかった.珠によっては,複数の生活形をもつものがあった.2.rbcLの他,accD遺伝子も加えてシノブ科と近縁シダの分子系統解析を行い,狭義のシノブ科はウラボシ科と単系統をなし,さらにその基部にOleandra属などの半着生植物が姉妹群となり,これより,着生植物の両科は地生植物から着生性半着生植物を経て進化したことが一層確かめられた.分子系統樹を基に形質進化を推定したところ,地生植物からつる植物へ,つる植物から着生性半着生植物へ,さらにそれから真正着生植物へと進化した可能性が高いことがわかった.3.野外では着生シダ植物と地生シダ植物の間で胞子発芽と配偶体成長の場所が異なるため,まず,着生シダ植物と地生シダ植物の間で胞子のサイズを比較したところ,系統関係とは無関係に着生シダ植物の胞子のほうが地生シダ植物よりも大きいという結果が得られた.また,胞子壁の組成にも違いがありそうなことが示唆された.4.岩上着生植物であり川の水生植物でもあるカワゴケソウ科のうち,シュートが葉状に扁平になったDalzelliazeylanicaのシュートの成長を調べた.茎頂分裂組織に背腹性があり,有限成長を示すが,一部から新たな分裂組織がつくられ,その繰り返しによって無限成長することがわかった.また,シュートは実生段階で子葉の基部から生じる二次的なものであることが確かめられた.1.インド、タイ、パプアニューギニアで植物調査を行い、岩上着生植物カワゴケソウ科の生態観察と資料収集を行った。イギリス・エディンバラ植物園とキュー植物園で着生植物の標本調査を行った。イギリス・エディンバラ植物園のシンポジウムで着生シダ植物シノブ科の系統関係と着生に関わる形質進化について発表した。2.得られた資料を用いてカワゴケソウ科の分子系統解析を行い、属間および種間の系統関係を推定した。3.分子系統データと形態データに基づきThawatchaiaをカワゴケソウ科の新属として提唱した。さらに、タイ産のカワゴケソウ科の分類学的研究を行い、新しい植物相を明らかにした。4.数種属の生物地理学学的解析を行い、Tristicha trifariaはアフリカで分化した後、西アフリカの集団からアメリカに移動したこと、一方カワゴロモ属とカワゴケソウ属は東南アジアで起源し、東アジアに分布を拡大したことを推定した。5.Dalzellia zeylanicaとMalaccotristicha malayana(いずれもカワゴケソウ科)の発生形態学的研究を行い、前者では茎頂分裂組織が扁平で背腹性のある特異な構造をしているため、葉状の茎がつくられること、後者では実生において幼根を生じることを確認して、カワゴケソウ科内で幼根の退化が起こった可能性を指摘した。6.Cladopus queenslandicus(カワゴケソウ科)の茎頂分裂組織の動態を観察し、典型的な分裂組織は存在せずに葉の形成が起こり、しかも他の被子植物では茎頂分裂組織の位置にある細胞が離脱するという特異な発生様式をとることを明らかにした。7.樹上着生植物シノブ科の分子系統解析を行い、従来の分類体系とは合致しない系統関係を推定した。また、得られた系統関係に基づいて、つる植物から半着生植物へ、さらには真性着生植物へと進化した道筋を推定した。
自動車運転者のドップラーセンサ計測信号データベース構築と運転者センシング法の研究

当該年度は,自動車ドライバのバイタルサインデータベースのもととなる生体計測を完了した。また,我々が提案してきた新しい信号解析アルゴリズムARSに付随するあらたな手法を多数提案するとともに,ハードウェア実装も行った。ARSのハードウェア実装では当初,Field Programmable Gate Array (FPGA)による実装を計画していたが,それよりはるかに安価で低消費電力となるマイコンによる実装を行い,実験も行った。この結果については現在,投稿準備中である。マイコンによる実装により,100Hzでサンプリングされたデータをリアルタイムで処理しながら,消費電力を6 mAまで抑えることができた。これは,現状で実現できる信号解析法の中で世界最低の消費電力となっている可能性がある。マイコンは安価な一方,計算能力に限界があるため高速フーリエ変換(FFT)をリアルタイムで動作させることは不可能である。また,固定小数点演算となるため,そもそもFFTを実現できない。これにより,極めて安価な自動車ドライバモニタリングシステムを開発できる可能性がある。くわえて,信号処理方式ARSがもつ低周波数領域における解像度の高さについても理論的検討を行った。FFTでは低周波数領域の信号解析で高い解像度を実現するのが困難であることは従来から知られている。FFTでこれを行おうとすると,非常に多くのサンプルが必要となるためメモリや計算量が膨大となるばかりでなく,サンプル取得の段階でも長い時間がかかることになり,容易ではない。ARSは短い時間で低い周波数帯において高い解像度の解析を行うことができることを理論的にも明確にした。結果について現在,論文投稿準備中である。ARSハードウェア実装で,当初の予想をはるかに超えた成果をあげることができた。当初の段階で予定していたFPGAによる実装よりも難易度が高く,また消費電力とコストを大幅に下げたハードウェア実装ができた。FPGAによる実装も準備は完了し,その評価は完了している。マイコンによる処理により,単価を大幅に削減できる。具体的には,AD変換器内蔵の8ビットマイコン「AVR ATMEGA328P」を使用した。実勢価格は約230円となっている。ここでは演算が8ビットと限られ,しかも浮動小数点数演算は行えない。したがって,FFTをここに実装することは不可能である。整数演算で実現が可能なARSであるからこそ,こうしたデバイスによる実現が可能であることを明らかにするとともに,消費電力が6 mAであることを実験により明らかにした。これで100 Hzでサンプリングした生体データのリアルタイム処理を行っており,これは現状の段階で世界的にみても最低消費電力の周期信号解析法の実装である可能性があり,現在,論文投稿準備を進めている。今後は,上記のハードウェア実装について論文をまとめるとともに,さらなる消費電力の削減に向け,最新の低消費電力デバイスを用いて実装を試みる予定である。具体的にはルネサス製組み込み用コントローラ「R7F0E」がリリースされることとなり,これを使用することで消費電力をさらに下げられる可能性がある。また,現状のAVR ATMEGA328Pによる実装を国際的な場へ発表すべく,論文投稿の準備中である。【具体的な内容】心拍や呼吸といったバイタルサインの計測は近年,様々な分野で注目されており,その自動車応用も大きなテーマとなっている。たとえば,心拍や呼吸を監視することで運転中の急病を検出し,自動車を安全に停止させるシステムが求められている。心拍や呼吸の計測を行うには体に電極やセンサを取り付ける必要があるが,運転のたびに装着するのは不便である。そこでドップラーセンサを用いた電波による非接触生体計測に注目する。ドップラーセンサは微弱な電波を放射し,人体に反射して戻った信号を受信する。そして放射した電波と受信した電波との周波数差に比例した電圧を出力するデバイスである。この電圧をサンプリングして信号処理を施すことにより,心拍,呼吸を検出することができる。本研究の内容の第1は,自動車運転中のドップラーセンサ出力信号のデータを様々な環境において取得し,そのサンプルをデータベース化して同分野の研究者が研究に使用できる形態で公開することである。第2は,従来より高精度かつ簡単なドップラーセンサ信号処理アルゴリズムを提案することである。【意義と重要性】自動車へのドップラーセンサ応用を考えたとき,その条件は多様である。たとえば衣類は季節によって異なるし,被測定者の年齢も多様である。さらに運転中の動作の影響もあり,それらへの対応は実験によって確認するしかない。しかし,実車を用いてそうしたデータを取得するためには手間がかかり,すべての研究者が手軽に行えることではない。そこで,本研究において取得したデータを,各種のパラメータの記載とともにデータベースとして公開し,同分野の研究者が気軽に試すことができるように提供することは,この分野の研究全体を進展させるためにきわめて重要であると言える。また同時に,世界における日本の研究のプレゼンスを高める意味でも重要である。2017年度は2つのテーマ,すなわち(1)ドライバ異常検出アルゴリズムの研究,及び(2)データ取得の準備および実験,が当初の計画以上に進展した。以下,それぞれの項目について説明する。【(1)ドライバ異常検出アルゴリズムの研究】本研究ではまず,従来の高速フーリエ変換に基づく信号解析に比較して1/100まで計算量を減らせる可能性がある信号処理アルゴリズムARSを提案した。これについて理論検討,計算機シミュレーションのみならず,実験を行い,2017年6月にオーストリア・ウィーンにおいて開催された自動車安全技術に関する著名な国際会議2017 IEEE Int'l Conf. on Vehicular ElectronicsandSafety (ICVES2017)において最優秀論文賞(Best paper award)を受賞した。

また,ARSの弱点を補う方法としてGMRSおよびCARSを新たに提案し,いずれも自動制御連合講演会および計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウム2017で発表した。これらはARSの弱点,すなわち(1)複数の対象を同時計測する際,それらの信号に電力差があると低電力の信号のパラメータ推定ができなくなること,および(2)測定対象者の体動があると正確な測定ができなくなること,の2点に対応したものである。さらにARSを発展させて信号の数,それぞれの信号の周期および基本波形の推定に加え,到来角度の推定も行う構成を明らかにし,著名な国際会議IEEE EMBC2017で発表した。【(2)データ取得の準備および実験】実験に必要な倫理審査を受けるとともに機材の購入を終え,実験を進める枠組みを確立した。次に,実車を対象としたドップラーセンサ取り付けなどの付帯技術を確立して実験を行った。本実験は今年度も引き続き,サンプル数の拡充を目的として進める予定である。当該年度は,自動車ドライバのバイタルサインデータベースのもととなる生体計測を完了した。また,我々が提案してきた新しい信号解析アルゴリズムARSに付随するあらたな手法を多数提案するとともに,ハードウェア実装も行った。ARSのハードウェア実装では当初,Field Programmable Gate Array (FPGA)による実装を計画していたが,それよりはるかに安価で低消費電力となるマイコンによる実装を行い,実験も行った。この結果については現在,投稿準備中である。マイコンによる実装により,100Hzでサンプリングされたデータをリアルタイムで処理しながら,消費電力を6 mAまで抑えることができた。これは,現状で実現できる信号解析法の中で世界最低の消費電力となっている可能性がある。マイコンは安価な一方,計算能力に限界があるため高速フーリエ変換(FFT)をリアルタイムで動作させることは不可能である。また,固定小数点演算となるため,そもそもFFTを実現できない。これにより,極めて安価な自動車ドライバモニタリングシステムを開発できる可能性がある。くわえて,信号処理方式ARSがもつ低周波数領域における解像度の高さについても理論的検討を行った。FFTでは低周波数領域の信号解析で高い解像度を実現するのが困難であることは従来から知られている。FFTでこれを行おうとすると,非常に多くのサンプルが必要となるためメモリや計算量が膨大となるばかりでなく,サンプル取得の段階でも長い時間がかかることになり,容易ではない。
リン酸オクタカルシウム・コラーゲン複合体埋入後の再生骨内における未萌出歯の動態

骨再生材料としてリン酸オクタカルシウムとコラーゲンの複合体(OCP/Col)を,未萌出永久歯のある顎裂部自家骨移植の代替に適用可能か検討した.生後2か月齢ビーグル幼犬(♂)の下顎左側第2,第3乳臼歯の連続抜歯窩に, OCP/Colまたは既存SS-TCPを埋入した結果, OCP/Col埋入部では後続第3,第4前臼歯(P3, P4)の萌出障害はなかったが, SS-TCP埋入部の一部にP3, P4の完全埋伏が見られた.以上より自家骨移植の代替にOCP/Col臨床応用の可能性が示唆された.骨再生材料としてリン酸オクタカルシウムとコラーゲンの複合体(OCP/Col)を,未萌出永久歯のある顎裂部自家骨移植の代替に適用可能か検討した.生後2か月齢ビーグル幼犬(♂)の下顎左側第2,第3乳臼歯の連続抜歯窩に, OCP/Colまたは既存SS-TCPを埋入した結果, OCP/Col埋入部では後続第3,第4前臼歯(P3, P4)の萌出障害はなかったが, SS-TCP埋入部の一部にP3, P4の完全埋伏が見られた.以上より自家骨移植の代替にOCP/Col臨床応用の可能性が示唆された.骨再生のための生体材料として開発中のリン酸オクタカルシウム(OCP)とコラーゲンの複合体(OCP/Col)について,ビーグル犬の頭蓋冠臨界骨欠損部,口腔内の拡大抜歯窩および人工的顎裂部において優れた骨再生能を確認しているが,再生された骨組織内には僅かだがOCPの残存顆粒が認められ,完全な骨組織への転換のために改善すべき点があると思われる.臨床応用上とくに顎裂部への骨移植の代替治療法として適用するには,再生骨内への歯の移動はもちろん,再生骨内から障害なく未萌出永久歯が自然萌出しなければならない.そこで本研究の目的は形成された再生骨組織内に歯が自然萌出するか否かを確認し,永久歯萌出前の顎裂閉鎖に本材料の使用が妥当であるか,さらには本材料の最適化についての検討を行うことである.今年度は,生後2か月乳歯列期のビーグル幼犬において,下顎左側第2・第3乳臼歯と後続永久歯の第3・第4前臼歯との萌出交換の時期を確認するために,経時的な口内X線写真撮影と口腔内診査を行った.それによって文献的報告同様に生後155日前後に萌出交換がみられ,本実験の対照となる基礎的資料が獲得できた.また,本実験である下顎左側第2・第3乳臼歯抜去後に歯槽中隔の残存骨を除去して拡大した抜歯窩に対しOCP/Colの埋入実験を行い,後続永久歯の形成状況と萌出交換について2週間毎の口内X線写真撮影と口腔内診査による経過観察中である.次年度は本実験数を増やし,各種材料の埋入実験を継続して行う予定である.骨再生材料として開発中の人工合成リン酸オクタカルシウム(OCP)とコラーゲンの複合体(OCP/Col)の優れた骨再生能は既に確認されているが,形成された骨組織の性状については研究の余地がある,すなわち,臨床応用上とくに顎裂部への自家骨移植の代替治療として適用するには,再生骨内へ歯が移動可能であること,再生骨内から未萌出永久歯の自然萌出が要求される.そこで本研究の目的は形成された新生骨組織内に歯が自然萌出するかを確認し,永久歯萌出前の顎裂閉鎖に本材料の使用が妥当であるか,さらには本材料の最適化についての検討を行うことである.本年度は昨年度に引き続き,ビーグル犬(生後2か月齢,♂)を用いて材料の埋入実験を行い,後続の下顎第3・第4前臼歯(P3・P4)の萌出状態について検討した.実験内容は下顎左側第2,第3乳臼歯の抜歯窩に残存する歯槽中隔の骨を可及的に除去し連続した骨欠損とし,OCP/Col埋入群,β-TCP埋入群,さらに抜歯のみで閉鎖する抜歯単独群の計3グループを作製した.なお下顎右側乳臼歯部は未処置とし,乳歯の自然脱落,後続永久歯萌出時期の指標とした.抜歯および材料埋入実験から10週目までは2週毎,1116週までは1週毎に,口腔内X線写真撮影と口腔内診査を行い,17週後に経過観察終了とした.その結果,OCP/Col埋入部位のP3,P4の萌出障害は見られなかった.β-TCP埋入部の一部にP4埋伏が認められた.本実験により,永久歯萌出前のヒト顎裂に対する自家骨移植の代替治療として,OCP/Colの臨床応用の可能性が示唆された.骨再生材料として開発中の人工合成リン酸オクタカルシウム(OCP)とコラーゲンの複合体(OCP/Col)の優れた骨再生能は既に報告されているが,形成された骨組織の性状については研究の余地がある.すなわち,臨床応用上とくに顎裂部への自家骨移植の代替治療として適用するためには,再生骨内へ歯が移動可能であること,さらに再生された骨内から未萌出後続永久歯が自然萌出しなければならない.

そこで本研究の目的は形成された新生骨組織内に歯が自然萌出するかを確認し,永久歯萌出前の顎裂閉鎖に本材料の使用が妥当であるか,さらには本材料の最適化についての検討を行うために立案された.本年度は研究期間の最終年度であり昨年度までに行った実験の継続と結果の解析を行った.これまでの実験内容はビーグル幼犬(生後2か月齢,♂)の下顎左側第2,第3乳臼歯の抜歯窩に残存する歯槽中隔の骨を可及的に除去し連続した骨欠損とし,OCP/Col埋入群,既存の骨補填材のβ-TCP埋入群,さらに抜歯のみで閉鎖する抜歯単独群の計3グループを作製した.なお下顎右側乳臼歯部は未処置とし,乳歯の自然脱落,後続永久歯萌出時期の指標とした.抜歯および材料埋入実験から10週目までは2週毎,1116週までは1週毎に,口腔内X線写真撮影と口腔内診査を行い,17週後に経過観察終了とした.本実験の結果,OCP/Col埋入部位には未処置のコントロール側と比較して第3前臼歯(P3),第4前臼歯(P4)の萌出遅延や埋伏などの障害は見られなかった.しかしβ-TCP埋入部位の一部にP3埋伏,P4埋伏,P4の萌出遅延を伴う半埋伏状態の萌出障害が認められた.以上より,永久歯萌出前のヒト顎裂に対する自家骨移植の代替治療として,既存の骨補填材のβ-TCPに比較して後続永久歯の萌出障害が認められないOCP/Colの臨床応用の可能性が示唆された
植民地期朝鮮の住民登録と名前に関する研究

植民地期朝鮮における戸籍(1923年までは民籍)を住民登録のシステムとしてとらえ、それが身分関係を公示する戸籍でありながら、それとは異なる性格を合わせ持つものであったことを明らかにした。附籍(主家に従属する者を登録した民籍)の存在、職業や種痘成績の記載などがそれを表わしている。また、民籍・戸籍に登録される朝鮮人の名前がどのように変化したかを見ることによって、住民がいかに把握されたかを知ることができる。女性の命名や子どもの名づけ、ハングル名の禁止など、植民地権力が住民を把握ためにとった措置を明らかにした。これらの問題については、韓国の行政機関に保管されている除籍簿(植民地期の民籍・戸籍)を閲覧・調査して、実際の例を検出することに努めた。植民地権力が住民把握に力を注いだにもかかわらず、戸籍に登録されていない者が多数にのぼる状況は、植民地支配末期になっても改善されなかった。その実態を当時の実地調査報告によって検討した上で、その一因として植民地支配への朝鮮人の抵抗があったことを明らかにした。また、1940年に実施された「創氏改名」が、戸籍上の本名を姓名から氏名に変えさせるものであったこと、家族制度の面では同化を図りながら、一方で日本人と朝鮮人との差異を維持するものであったこと、創氏改名に対して朝鮮人が受容、抵抗を含む多様な対応を示したことなどを明らかにした。その成果を『創氏改名』(岩波新書)として公表した。日本の植民地支配期の朝鮮における住民登録制度の始まりと見ることのできる民籍制度(1909年民籍法にもとづいて編製)の実態を解明するために、その前の時期の朝鮮戸籍と比較するという方法で研究する計画を立て、そのために、京都大学の保管されている朝鮮戸籍を調査した上で、それと比較対照のできる地域として全羅北道鎮安郡を選んだ。2度にわたって同郡の面事務所を訪れ、植民地期の民籍(現在は除籍簿として保管)の閲覧を申請したが、自由な閲覧は許可されず、一部の除籍簿を閲覧したにとどまり、植民地化以前と以後とを比較対照し得る資料を見出すことができなかった。そのため、民籍(のち戸籍)を住民登録のシステムとして把握するために、その全般的な特徴を一次資料である民籍にもとづいて明らかにするとともに、それに登録される姓名に関わる政策の実態を検討する方法をとることとした。鎮安郡の面事務所で除籍簿の閲覧と一部の撮影を行なったほか、韓国の成均館大学東アジア学術院などが収集している民籍から必要部分を複写した。これと並行して、当時の刊行物・雑誌・新聞から関係記事を調査・収集した。民籍制度そのものについては論文を作成するに至らなかったが、朝鮮人の名前に関わる政策を明らかにする研究の一環として、1940年に実施された「創氏改名」に関する口頭発表を韓国・延世大学でのシンポジウムで行ない、それにもとづく論文(韓国語)を発表した。日本の植民地支配期の朝鮮における民籍制度(1909年民籍法にもとづいて編製)および戸籍制度(1923年朝鮮戸籍令による)の実態、特にそれらに登録される名前(姓名)のありようを解明するために、韓国の役所に保管されている除籍簿の閲覧に力を注いだ。韓国の研究者の協力を得て、慶尚北道金泉市の面事務所、ソウル市の区庁で除籍簿を閲覧できたほか、済州道西帰浦市の洞事務所に保管されている民籍簿(自治組織としての洞が作成した名簿)を調査することができた。これらによって、民籍編製時期の住民登録の様相、女性などの名前の変化などを解明するための資料を、不充分ではあるが入手することができた。前年度に収集した民籍・戸籍資料、および文献資料と合わせて、それらの資料を分析し、民籍・戸籍制度の変遷、名前の変化の大要を明らかにした。

特に、これまで明らかでなかった女性め命名・改名、仏教僧侶の民籍編製、朝鮮人側の対応などを解明する手がかりをつかむことができた。これと並行して、名前に関わる研究の一環として、植民地支配末期に実施された「創氏改名」について政策決定過程、実施過程、さらに朝鮮人側の対応などを分析・考察し、創氏に関しては朝鮮総督府の組織的な強制がなされたこと、しかし他方で朝鮮人と日本人との間に名前の差異を維持する枠組みが残されたことなどを明らかにした。その成果を単行本として公刊した。また、朝鮮人の名前に対する朝鮮総督府の政策を概観した論文を収めた単行本を、一部修正のうえ翻訳した韓国語版を刊行した。
多体クーロン相互作用を含む利得理論計算の実用化と高品質量子細線レーザーによる検証

半導体レーザーの利得性能計算には、自由電子近似に基づくバンド理論が用いられてきた。本研究では、計算パラメータをk・p摂動論に基づいて決定し、1次元量子細線系と2次元量子井戸系用のキャリア間多体クーロン相互作用を平均場近似で取り入れ、レーザーのモード利得を定量的に計算する理論を、コードとして試作した。遮蔽クーロン相互作用の波数依存性を無視した計算も行った。実験では、高品質3周期T型量子細線試料を用いて、利得スペクトルのキャリア密度依存性を精密測定した。理論により得られた定量的利得スペクトルやピーク利得値を実験と比較して、開発した理論の有用性を明らかにした。電子正孔プラズマ系について、キャリア間多体クーロン相互作用を平均場近似(静的遮蔽ハートリーフォックレベル近似)で1体グリーン関数の自己エネルギー評価し、電子正孔2体グリーン関数を静的遮蔽クーロン相互作用をはしご近似で取り入れて評価するレベルの理論の定式化を行い、レーザーのモード利得を定量的に計算する数値計算コードの開発を行った。計算パラメータのk・p摂動論に基づく決定法や、スピン自由度を含む係数の与え方など、具体的な問題点を解決して、正しい定式化や計算アルゴリズムを導き出すことができた。以前に開発し用いた経験のある定性計算コードを定量計算コードへ修正・改良し、Linuxマシン上のFortran数値計算コードとして完成させ、1次元量子細線系と2次元量子井戸系について定量計算ができるようにした。k空間でメッシュを切って波数を離散化して光学スペクトルの数値計算を行う際には、エネルギー固有値の数値計算の場合と比べて、メッシュの粗さによる誤差が敏感に効くことが解った。エクセルをもちいたビューアーソフトの開発も行い、大量の数値データのパラメータ依存性を一覧することができるようにした。実験では、へき開再成長法というその場へき開を介した2段階のMBE成長法と成長中断アニール法による界面均一化により、世界的に最高レベルの高品質を持つT型量子細線レーザー素子を、フォトリソグラフィーとドライエッチングを用いて量子井戸レーザー素子を作製し、オリジナルの顕微分光計測系を用いた透過計測法およびハッキ-パオリ-キャシディ法を実行することにより、利得吸収スペクトルの精密定量測定を行った。これらの理論と実験の結果得られた定量的利得スペクトルやピーク利得値についての詳細な比較を行い、理論の有用性と限界を明らかにした。本研究では、キャリア間多体クーロン相互作用を平均場近似で取り入れて、レーザーのモード利得を定量的に計算する理論の定式化および数値計算コード化を行った。この理論の有用性・必要性を明らかにして実用化に資するため、高品質T型量子細線レーザー及び量子井戸レーザーに対して、吸収や利得スペクトルの精密定量計測を行い、その理論計算結果との比較を行った。また、1次元励起子の温度依存定量吸収スペクトルと吸収断面積絶対値を評価した。高品質100周期T型量子細線試料を用いて、1次元励起子の吸収断面積の定量評価実験を行った。アインシュタインA-B係数関係式の1次元版に相当する一般式の導出に基づき、1次元励起子固有輻射寿命を評価し、蛍光寿命の温度依存性測定による方法との一致を確かめた。半導体量子井戸2次元連続帯吸収の計測標準応用について、詳細平衡関係式を用いた励起子非平衡分布評価の実験を行った。理論計算では、計算パラメータをk・p摂動論に基づいて決定し、1次元量子細線系と2次元量子井戸系用のキャリア間多体クーロン相互作用を平均場近似で取り入れ、レーザーのモード利得を定量的に計算する理論を、コードとして試作した。k空間上を離散化して得たメッシュ数Nに対応するN×N非エルミート行列の対角化を行う必要がありメッシュサイズによっては計算が重たくなる場合があった。そこで、遮蔽クーロン相互作用の波数依存性を無視したた計算も行った。これらの理論により得られた定量的利得スペクトルやピーク利得値を実験と比較して、開発した理論の有用性を明らかにした。キャリア間多体クーロン相互作用を平均場近似で取り入れたレーザーのモード利得を定量的に計算する理論の定式化とコード化を進めた。計算パラメータをk・p摂動論に基づいて決定し、1次元量子細線系と2次元量子井戸系用の定量計算コードを、Linuxマシン上のFortran数値計算コードとして完成させた。また、等価な計算をMathematica上のコードに作り直した。

遮蔽されたクーロン相互作用の波数依存性を無視する近似を行うと解析的に処理できる部分が増えて計算が容易になり、しかも計算結果を大きくは変えないということが解ってきたので、この方式での半定量計算の定式化とコード化も開始した。普及しているTDDFT計算用の量子化学計算ソフトGaussianを用いた量子化学計算も行った。上記の計算コードの使い勝手向上に役立てた。実験では、2点励起内部発光減衰透過計測法を開発し、オリジナルの顕微分光計測系を用いてその実証実験を行った。さらに、ハッキ-パオリ-キャシディ法と組み合わせた評価計測により、ダイナミックレンジの高い利得吸収スペクトルの精密定量測定を確立した。高品質T型量子細線レーザー素子をMBEへき開再成長法により、また3周期量子井戸レーザー素子をMBE成長・フォトリソグラフィー・ドライエッチングにより作製した。さらに10周期量子井戸やパラメータを変えた量子井戸レーザーのMBE成長までを行った。これらの試料に、上記定量計測法を適用し、得られた定量的利得スペクトルやピーク利得値について、理論計算との比較を行った。実験は非常に順調に進展しているが、論文執筆および論文査読段階での改訂や反論などの面で予想以上の労力がかかっており、総合的にみて上記の自己評価とした。25年度が最終年度であるため、記入しない。実験データを理論計算と比較するに当たり、キャリアの温度を決定する必要があり、その試行錯誤を行ってきたが、その結果ケナード・ステファノフ関係式(詳細平衡関係式、久保・マーティン・シュヴィンガー関係式、ルーズブルック・ショックレー関係式など分野によって様々な呼ばれ方がされている)という関係式を手がかりに、キャリア温度やさらには非平衡分布を評価する優れた方法が見出された(論文投稿・受理決定済み)。また、比較検討のため進めてきたTDDFTの理論計算でも、計算結果に一部実験結果から得られた補正を加えることにより、pH変化に伴い複数のイオン化状態の平衡が存在し濃度変化する溶液中分子の濃度をけっている方法が見出され、生物発光のpHに伴う色変化のスペクトル解析に有用な結果が得られた。変更や問題点はない。論文執筆および論文査読対応に一層努力する。当初計画どおりに、1次元量子細線系と2次元量子井戸系用のキャリア間多体クーロン相互作用を平均場近似で取り入れ、レーザーのモード利得を定量的に計算する理論の数値計算コードの開発・試用と、理論により得られた定量的利得スペクトルやピーク利得値を実験と比較して検証する方針で研究を進める。これまでよりも更に高品質を持つT型量子細線レーザー素子、量子井戸レーザー素子を作製し、利得吸収スペクトルの精密定量測定を行い、計算と比較をする。研究の進捗により新たに見出されてきた、非平衡分布の寄与や、TDDFT理論計算の優れた点を考慮に入れつつ、基礎研究を推進する。
妊娠母体血管の内皮機能と弾性変化からみる子宮内環境悪化とその修復の可能性

卵胞ホルモンの調節によりヒト血管内川前駆細胞(EPC)数は妊娠週数と共に上昇し、胎盤形成や血管新生に関与することが示唆された。また、子宮内環境の悪化モデルとして、母獣低栄養(低蛋白、葉酸欠乏)の解析により、低栄養が胎仔発育不全や胎仔組織にエピジェネティックな遺伝子発現を起こす事、低栄養に子宮内炎症が加わると新生児脳障害を起こす可能性があることが分かった。以上より母体栄養摂取が胎児発育において重要であることが直接的に示された。マウス母獣低栄養モデルにおいて胎仔への影響を解析した。妊娠全期間を通して蛋白摂取量を制限した群ではコントロール群に比べ胎仔体重には有意な変化が見られなかったが、妊娠後半期に制限した群では有意な減少を認め、特に妊娠後半の母体低栄養が胎児発育不全に関与することが明らかとなった。また、この制御機構には胎仔肝臓Igf2遺伝子のピストン修飾が関与していることを見出した。さらに興味深いデータとしてこの妊娠後半蛋白制限マウスに葉酸、ビタミンB6、12を補充すると胎仔体重がコントロール群と同じレベルに回復することが分かり、妊娠中のビタミン摂取の重要性が示された。さらに、早産児脳障害機構の解析として母体低蛋白と子宮内炎症負荷について検討したが、母獣蛋白制限に子宮内炎症が加わると、胎仔脳における稀突起膠細胞が傷害されることが分かつた。また、妊娠後半葉酸欠乏食による胎仔への影響を解析したが胎仔体重がコントロール群に比べ有意に減少しておりこの傾向は特にメスで顕著であった。この胎仔脳の解析により、Hdac7aというピストン修飾に関わる遺伝子発現がメスにおいて有意に減少していることも分かつた。これらの結果により、母獣の栄養摂取が胎仔のエピジェネティックな遺伝子発現に関与し胎児プログラミングに影響を及ぼすことが示された。今後の妊娠管理において母体の栄養状態を十分に考慮することが重要であることが明らかとなった。
シマオオタニワタリ類における生物学的種の網羅的探索と生殖的隔離の進化過程の解明

シダ植物の形態は非常に単純であるが、従来、ほとんど形態形質のみにもとついて種(species)の認識・記載が行われてきた。したがって、シダ植物では一つの形態種の中に複数の生物学的種(隠蔽種)が含まれていることが十分期待できる。実際、我々がrbcL遺伝子の塩基配列解析と人工交配実験を組み合わせて調べてみたところ、シマオオタニワタリには多数の隠蔽種が含まれていることが強く示唆された。そこで、rbcLの塩基配列情報に基づく分子α-分類の手法により、西マレシア地域(マレー半島、スマトラ、ジャワ、ボルネオ)およびマダガスカルに分布するシマオオタニワタリ類に含まれる生物学的種を網羅的に認識し、同時に自然界におけるその存在様式および地理的分布域の広がりを明らかにすることを目的として研究を行った。その結果、これらの地域に約50の隠蔽種を認識することができた。一方、似通ったrbcLの塩基配列をもつタイプ(おそらく同一の隠蔽種)は、スマトラとボルネオなど比較的離れた島に分布している場合でも、海抜高度などで似通った環境に生育していることもわかった。さらに、rbcLの塩基配列が様々な程度に異なる組み合わせで多くの人工交配実験を行い、rbcL遺伝子の違いを遺伝的距離として横軸におき、これら様々なステップでのシダ植物の生殖的隔離がどのように進化してきたかを明らかにすることを試みた。その結果、予想通り、遺伝的距離が大きくなるにつれて生殖的隔離が強くなる傾向が見られた。また、F1雑種も形成されないような強い生殖的隔離が比較的短時間に形成されることもあることがわかった。さらに、生殖的隔離が完全になる前の段階では、一方の個体を母親にしたときだけ、F1雑種が形成されるような例も複数見出された。種分化の過程でこのように特定の交配の方向性でのみF1雑種が形成可能な状態を経ることは非常に興味深い結果である。本研究では、まず、西マレシア地域及びその関連地域で広く植物材料であるシマオオタニワタリ類を採集する必要がある。今年度は東南アジアとの深い植物地理学的関連が示唆されているマダガスカル島の材料を集めた。平成15年の12月に研究支援者の瀬尾明弘をマダガスカルに派遣して、北部のアンタラハ周辺、東部のアンダシベ付近及びアンチラベ付近でシマオオタニワタリ類を採集した。入手できた植物材料からDNAを抽出して、rbcL遺伝子の約1300bpの塩基配列を決定して、その塩基配列から植物材料をタイプ分けし、それぞれのrbcLタイプごとに形態の違いはないか、生育環境が分化していないかを検討した。また、同じrbcLタイプが地理的にどの範囲に分布しているかも検討した。その結果、マダガスカルには2つのrbcLタイプが存在し、それらは樹に着生する位置が異なり、生態的分化が見られた。これは、東南アジアのインドネシア、ジャワ島のハリムン国立公園のシマオオタニワタリ類で見られたのときわめて似通った棲み分けの仕方である。しかしながら、マダガスカルとジャワ島では、得られたシマオオタニワタリのrbcL遺伝子の塩基配列は大きく異なっていた。したがって、このようなrbcLタイプ間の生態的分化は独立に何回も起きていることが明らかとなった。一方、マダガスカルと同一、あるいは非常に配列の似通ったものが東南アジアにも存在することもわかった。マダガスカル産の2つのrbcLタイプは、スマトラ島あるいはベトナム産のものと、それぞれ似通った配列を持っていた。現在、東南アジア産の材料まで含めて、識別されたrbcLタイプごとに定量的な人工交配実験も行っているところである。

東南アジアとマダガスカルほど離れた地域間でも似通ったrbcLの塩基配列をもつ個体同士が交配できるのかどうかは興味深いところである。今年度は、スマトラ沖地震があって、当初、計画していた年度後半のスマトラ島での植物材料採集は、実行することが出来なかった。しかし、これまでに東南アジアおよびマダガスカルから既に採集している植物材料及び胞子を用いて、生物学的種の網羅的探索と生殖的隔離の進化過程を解明する研究は、問題なく進めることが出来た。具体的には、マレーシア(マレー半島、ボルネオ島サバ州のキナバル山周辺)及びインドネシア(ジャワ島、スマトラ島)、およびマダガスカル東部で採集した個体のrbcL遺伝子の塩基配列解析、および同じ個体から採取した胞子を用いた定量的人工交配実験を継続的に行った。その結果、rbcLの塩基配列が様々な程度(0約30塩基)に異なるシマオオタニワタリの多数の個体が既に得られていることがわかった。また、それらの間の人工交配実験によって、個体間の遺伝的距離と交配可能性の関係についてのデータが増えた。個体間の遺伝的距離が、それらが分化してからの時間を反映していると仮定できるとすると(これは無理のない仮定である)、分化してからの時間に対して、どのように生殖的隔離が確立していくかという、まさに種分化の過程を明らかにすることになっていると我々は考えている。実際に、2個体間のrbcLの塩基配列の異なる程度が大きくなるにつれて、生殖的隔離の程度が強くなっていく傾向が顕著に見られている。今後、受精から胚発生までのどのステップで止まることによって、交雑が出来なくなっているかを調べることで、さらに生殖的隔離の機構についても、明らかにしていけることを期待している。今年度は、西マレシア地域のマレーシア・サラワク州ランビル国立公園に研究協力者のIzu Andry Fijridiyanto(京都大学理学研究科修士2年)を3週間派遣してシマオオタニワタリ類の補足的な採集を行った。入手できた植物材料については、これまで同様、DNAを抽出して、rbcL遺伝子の約1300bpの塩基配列を決定した。得られたrbcLの塩基配列から植物材料をタイプ分けし、それぞれのrbcLタイプごとに形態の違いはないか、生育環境が分化していないかを検討した。また、同じrbcLタイプが地理的にどの範囲に分布しているかも検討した。ランビル国立公園で見出された6つのrbcLタイプは、形態ではほとんど区別ができなかったものの、生育環境には差が見られた。次に識別されたrbcLタイプごとに定量的な人工交配実験およびアロザイム解析を行なった。ランビル国立公園で見出された6タイプは、コントロールでは胞子体が多数形成されたのに対して、遺伝マーカーをヘテロにもつF1雑種が全く見られなかった。したがって、生殖的隔離が既に確立している異なる生物学的種であることがわかった。さらに、これまでに得られていた様々な程度にrbcLの塩基配列が異なるタイプ間の人工交雑実験の結果とも合わせて、rbcLの塩基配列の違いと生殖的隔離の程度の関係を調べた。その結果、予想通り、遺伝的距離が大きくなるにつれて生殖的隔離が強くなる傾向が見られた。また、F1雑種も形成されないような強い生殖的隔離が比較的短時間に形成されることもあることがわかった。
エピジェネティック活性をもつ化学物質の影響把握と新たな環境リスクの予防策

環境化学物質の早期な生物反応影響を検出するため、多能性幹細胞におけるエピジェネティックな変動を引き起こす物質の迅速な検出法の開発を検討した。MBD-GFPとHP1-mCherryを導入したヒトiPS細胞を用いて、DNAメチル化及びヒストンメチル化修飾を指標としたグローバルなエピジェネティック状態を可視的に検出する手法を開発した。同様に、より安定したレポーター発現を得るために、Rosa26遺伝子座にMBD-mCherryとHP1b-EGFPをノックインしたマウスES細胞株を樹立した。ヒト及びラットに心毒性、肝毒性、腎毒性及び神経毒性が報告されている135種の化学物質について解析した。顕著に影響が認められた11種の化学物質は、網羅的遺伝子発現解析、DNAメチル化状態、ヒストン修飾の状態を指標に、そのの詳細を調べた。化学物質の多能性幹細胞に対する影響を高感度に検出するため、より未分化な状態にあるナイーブ型の細胞100個をもちいて検証したとろ、少ない細胞数でも明らかな分化度の違いによるエピジェネティック状態の差を検出できた。エピジェネティック変異原による発現動態制御の標的となりうるハプロ不全性疾患原因遺伝子の解析から、プロモーター領域でのDNAメチル化の偶然の変動が疾患原因遺伝子の発現量に影響を与えることを明らかにした。他の環境因子では、ヒトのiPS細胞の初期に低線量放射線の照射による網膜神経節細胞への分化誘導に対する影響を調べた。DNAの二本鎖切断のマーカー分子γ-H2AXが増加する低線量被ばく条件下で、網膜神経節細胞の分化に必須とされる転写因子が抑制されることが分かった。以上の結果は、多能性幹細胞を用いたDNAメチル化およびヒストンメチル化修飾の変動の迅速な検出により、化学物質や環境要因のエピジェネティック毒性を把握し、後発影響の予測に活用できる可能性を示した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。ヒト型多能性幹細胞モデルであるマウスEpiSC細胞株を均質な状態で効率良く樹立する培養技術に成功し、GFP標識メチル化結合蛋白質(MBD-GFP)とmCherry標識ヘテロクロマチン蛋白質(HP1b-mCherry)のコンストラクトを導入したグローバルなエピジェネティック状態(DNAメチル化、ヒストンH3K9メチル化修飾)を可視化するEpiSC細胞(プライム型多能性幹細胞)を樹立した。ヒストン修飾部位特異的抗体を組み合わせた免疫染色法による化学物質の特異性を検出する系も開発している。さらに、低メチル化アリル検出とウルトラディープ解析の組み合わせによるヘテロな細胞集団で特定の遺伝子を発現する細胞の検出法を確立し、細胞集団のごく一部であっても、DNAメチル化状態の変化する遺伝子の同定が可能となった。従来のバイサルファイト法を改良した手法で1細胞メチル化解析を行なう実験系を確立した。他の環境要因との比較研究では、セシウム137の低線量被ばく条件下によって、DNAの二本鎖切断のマーカー分子であるγ-H2AXが増加し、それと同時に転写変動が確認され、抗ヒストンH4K3トリメチル化抗体を用いたChIP-seq法で多数の発現変動を反映するゲノム修飾箇所が観察された。予防策研究では、QSARに基く分子記述子と幹細胞の遺伝子ネットワークにおいて、それぞれをSVM機械学習による毒性予測を行った結果、予測率に大きな差が生じることが検証された。分担研究者の協力により、化学物質及び環境因子のスクリーニングのための細胞アッセイが確立できつつある。また、平成28年度に実施予定のスクリーニングのため、平成27年度内に、本研究課題全体で実施する化学物質100種及び放射線核種を既存の健康影響及び生態影響から情報科学の手法を活用して選定し、既存の毒性作用機構でグループごとに選別する予定であった。化学物質100種の選定にどのような基準で、選定をするのが最良なのかを各種のデータベースを活用して、選定作業をおこなっている。しかし、エピジェネティックな放射線影響をinvitroで評価するアッセイに最適な細胞が十分には存在しないため、今回新たに、iPS細胞から網膜神経節細胞の分化アッセイ方法の確立に着手している。本研究課題では、「エピミュータジェン」の存在を把握するために、エピジェネティック制御機構のうち、DNA(CpG)メチル化及びヒストン修飾変動を指標とする検出法の開発を進めている。既存の遺伝毒性物質や非遺伝毒性物質、化学物質以外の環境要因とエピゲノム毒性物質の影響比較と予測を行うために、被試験化学物質の選定作業を進めた。マウスES細胞の神経分化の過程に農薬及び環境有害物質を曝露し、多様なヒストン修飾酵素の組み合わせ変動を指標に、エピゲノム毒性物質の検出に関する研究を進めた。化学物質が複数のエピゲノム修飾に対して影響を与えることが考えられるため、DNAメチル化およびヒストンメチル化修飾の変動を異なる蛍光レポーターで可視化する細胞を作製し、影響の違いを把握できる複合評価システムを構築した。ヒト細胞における「エピミュータジェン」の影響を確認するための実験系として、ヒトiPS細胞を網膜神経節細胞に分化するプロトコールを確立し、ここに紫外線、LED、低線量放射線などの刺激を与えた。特に注目されたのは、低線量放射線照射において網羅的遺伝子発現解析を行うことで、高感度の遺伝子発現変動検出が可能であると確認できたことである。これらのシステムを用いて、早期影響マーカーの検出に関する研究を進めた。1細胞における高効率メチル化解析の手法の開発を進め、リファレンスとなるヒト及びマウスのDNAメチロームデータの収集を行った。また、ベイジアンネットワークの改良や機械学習による判別解析を検討した。