hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
3次元フロアプランの符号化と数理

VLSIレイアウト設計への応用を動機として,1990年代半ばから様々なフロアプランの表現法が提案されてきた。本研究では3次元フロアプランの多層モデルおよび3次元モデルの2つに対し、それらの符号化に関する幾つかの結果を与えた:多層モデル(2次元モデル)に対しては、フロアプランの符号化、数え上げ、列挙アルゴリズムなどを与えた。3次元モデルに対しては、符号化手法を与えた。本研究の目的は3次元VLSIのレイアウト設計における3次元フロアプランに対する数理的基盤を与え、レイアウトアルゴリズムの開発に貢献することである。本年度の研究計画では3次元フロアプランモデルの中でも、現在の製造技術を反映している、多層モデルを対象としてその数理の解明と符号化を試みることであった。また、同時に、3次元フロアプランモデルとして多層モデルという選択が、主に実用的か(技術的に製造可能か)、数理的に実りがあるか(簡明な符号化が可能か)という2つの観点から適切であるかどうかの検討も課題の1つであった。多層モデルは2次元フロアプランを重ねたものであり、2次元フロアプランに関するこれまでの結果を利用できると考えられていた。残念ながら、本年度の研究開始直後に、こうした単純な拡張が困難であることが判明した。そのため、公表に至るまでの成果を得ることができず、23年度以降に計画している多層モデル以外のフロアプランモデルも視野に入れざるを得なくなった。(ただし、この経緯を記した原稿を研究会あるいはホームページで非公式な資料として配布している。)23年度は早期に多層モデル以外のフロアプランモデルに関する結果を発表したいと考えている。これまで2次元フロアプランモデルを多層化した3次元フロアプランモデルに対する数理の解明と符号化を試みたが、研究開始後に判明した多層化の困難を克服するまでには至らなかった。しかしながら、平成23年度は多層フロアプランの基礎となる2次元フロアプランに対する成果を得ることができた:1つ目は2次元フロアプランとして広く知られているスライス構造フロアプランの列挙アルゴリズムを与えたことである。このアルゴリズムはすべてのスライス構造フロアプランを重複も漏れもなく、1つあたり定数時間で列挙することができる。2つ目は2次元フロアプランの1つである矩形分割の数を与える簡明な漸化式を導出したことである。特にその数はBaxter Numberと呼ばれており、これまでに知られている漸化式や公式は複雑なものであった。さらに、その値を計算するアルゴリズムも与えることができた。この結果はフロアプランの数理が単にフロアプランにとどまらず、数学の他の分野にも貢献することを示している。本研究はVLSIの3次元レイアウト設計をその直接の動機とした:チップの高集積化、微細化により、1チップ内に詰め込まれるゲートの数は億単位となり、これまで平面(2次元)上で設計されていたレイアウトも、3次元的に行わなければならないことが認識され始めた。そのため、レイアウト設計アルゴリズムの基盤となる3次元フロアプランの数理を確立することが必要となった。現在のところ、3次元フロアプランモデルは(i)真の意味での3次元フロアプラン、すなわち回路モジュールを直方体などの立体とみなし、その空間への配置を定めるもの、(ii)多層モデル、すなわち2次元フロアプランを積層して3次元化するものに大別できる。本年度はそれぞれに対し、成果を発表した。(i)3次元フロアプラン:直方体を平面で分割して得られる3次元フロアプランに対する新たな符号化法の提案。(ii)2次元フロアプラン:より良い符号化法の提案と列挙アルゴリズム。なお、成果から2件を国際会議に投稿したが、1件は採択(International Technical Conference on Circuits/Systems,Computers and Communications)、1件は不採択((The International Symposium on Physical Design)であった。後者は3次元フロアプランの符号化の提案であるが、会議のテーマが年々実際的なレイアウト設計を重要視する傾向にあり、理論的な内容が受け入れられにくくなっているように見受けられた。平成23年度は2次元フロアプランに対する複数の結果をえることができたが、最終目的はあくまでも3次元フロアプランに対する結果を得ることである。24年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は多層モデルでない3次元フロアプランモデルの確立を行う。前年度までの研究から2次元フロアプランから得られたような数理的な深みのある結果を得るには、多層モデルでない(純粋な)3次元フロアプランモデルを対象とした方がよいと思われる。具体的には直方体分割の部分クラスを対象とする符号化とそのアルゴリズムを目指す。
リンパ球ホーミング改変薬剤による肝炎治療法の開発

肝臓内Tリンパ球の活性化は自己免疫性肝炎を含む肝傷害において重要な役割を演ずる。本研究では、リンパ球のホーミング改変薬剤の肝臓内リンパ球への影響を探り、次いでConcanavaline A(ConA)肝炎における実験的肝傷害に対するリンパ球ホーミング改変薬剤の効果を検討した。これまでリンパ球ホーミング改変薬剤としてFTY720が使用されてきたが、新たに開発されたKRP-203の効果についても検討を行なった。マウスBALB/Cの肝臓からの灌流リンパ球を回収し、FTY720およびKRP-203の投与の有無による各成分の変化及び絶対数をFACSにより解析した。新規KRP-203はFTY720と同程度に肝臓内と末梢血のリンパ球減少を誘導した。また、ConA投与により惹起されるマウス肝炎モデルでは、同量投与(1mg/kg)にもかかわらず、KRP-203はFTY720よりも優れた炎症抑制効果(24時間後のALT上昇の抑制)を示した(p<0.05)。KRP-203による肝炎軽減につき、用量依存的な試験を行なった結果、0.1mg/kg程度の投与で十分なALT上昇を抑制することができた(p=0.0289 vs. control)。さらにFACS解析では、ConAによる肝炎の成因の一つとなるCD4陽性細胞は、リンパ球ホーミング改変薬剤によりほぼ半減し、CD4陽性細胞の減少と肝傷害の軽減が平行関係することが判明した。さらに定量的RT-PCR法により標的細胞のSIP1受容体の発現を解析した結果、KRP-203投与における標的リンパ球のS1P1受容体の発現量に差がないものの、肝臓への恒常的なリンパ球ホーミングに重要なケモカイン受容体CXCR4の発現が高いことが示された。実際、抗CXCR4抗体によるFACS解析では、KRP-203に暴露された肝CD4陽性リンパ球分布に変化を受けないことが明らかとなった。先に観察されたCXCR4の高発現はKRP-203によってホーミング修飾を受けないCXCR4+CD4+リンパ球の相対的な濃縮によって引き起こされていたことを示唆するものであり、KRP-203の標的となる細胞集団は末梢血中のCXCR4+CD4+リンパ球であることが示唆された。したがって、リンパ球ホーミング改変薬は自己免疫性肝炎などのT細胞を介して惹起される肝傷害を軽減する付加的な有効薬剤となりうる。本年度は、リンパ球ホーミング改変薬剤としてFTY720を使用し実験を行った。FTY720投与により、リンパ球ホーミング改変が生じ、末梢血リンパ球が減ることは既に多くの実験で示されている。しかし、その肝臓内リンパ球に対する影響は示されていない。肝臓は、胎生期には、肝臓内造血系として働き、成体での骨髄と同じ働きを有しているが、リンパ球ホーミングをきたす薬剤により、その肝臓内でのリンパ球が末梢血と同じように動くかどうかは非常に興味が持たれるところである。0.1%EDTA-

PBSによりマウスBALB/Cの肝臓を灌流、その液を回収し、FTY720の投与の有無で肝臓内単核球の各成分の変化及び絶対数の変化をFACSにより解析した。FTY720投与により肝臓から回収される単核球の総数は、投与なしの2.64x10^6から、1.07x10^6へと減少した。また、CD4,CD8,CD3陽性のTリンパ球およびBリンパ球はそのパーセンテージで減り、実数で見ると、FTY720投与群は、コントロールに比し、CD4陽性リンパ球は、34%、CD8陽性リンパ球は、26%、Bリンパ球は、21%と減少していた。FTY720投与により、肝臓内からは末梢血と同様にリンパ球が減少することが明らかとなった。そこで、正常マウスにおける検討を踏まえ、ConcanavalinA肝炎モデルでリンパ球ホーミング改変薬剤による肝炎発症阻止が可能であるかを検討した。ConA投与により、コントロールでは、平均で7724あったALTがFTY720投与群では4762と低下した。FACSによる解析では、ConAによる炎症状態の下でもやはりConA肝障害の成因のひとつとなるCD4陽性細胞はほぼ半分へと減少していることが明らかとなり、このCD4陽性細胞減少により肝障害が低減されたことが想定された。現在さらなる解析を続けている。本年度は、最初にリンパ球のホーミング改変薬剤の肝臓内リンパ球への影響を探り、次いでConcanavaline A(ConA)肝炎においてリンパ球ホーミング改変薬剤の実験的肝障害に対する効果を検討した。これまでリンパ球ホーミング改変薬剤としてFTY720を使用したが、新たにKRP-203の効果についても検討を行なった。0.1%DTA-PBSによりマウスBALB/Cの肝臓を灌流、その液を回収し、FTY720およびKRP-203の投与の有無で肝臓内単核球の各成分の変化及び絶対数の変化をFACSにより解析した。その結果、KRP-203はFTY720と同程度に肝臓内と末梢血のリンパ球減少を誘導することができた。また、ConA投与により惹起されるT細胞を介した肝炎モデルでは、同量投与(1mg/kg)にもかかわらず、KRP-203はFTY720よりも優れた炎症抑制効果(24時間後のALT上昇の抑制)を示した(p<0.05)。KRP-203による肝炎軽減につき、用量依存的な試験を行なった結果、0.1mg/kg程度の投与で十分にALT上昇を抑制できることが示された(p=0.0289 vs.control)。またFACS解析では、ConAによる炎症状態でもやはりConA肝障害の成因のひとつとなるCD4陽性細胞はほぼ半分へと減少していることが明らかとなり、このCD4陽性細胞減少により肝障害が低減されたことが想定された。さらに定量的RT-PCR法により標的細胞のS1P1受容体の発現を解析した。KRP-203投与における標的リンパ球のS1P1受容体の発現量に差がないものの、肝臓への恒常的なリンパ球ホーミングに重要なケモカイン受容体CXCR4の発現が高いことが示された。実際、抗CXCR4抗体によるFACS解析では、KRP-203に暴露された肝CD4陽性リンパ球分布に変化を受けないことが明らかとなった。先に観察されたCXCR4の高発現はKRP-203によってホーミング修飾を受けない
阻害性TSH受容体抗体の作用部位に関する研究

甲状腺機能亢進症と甲状腺機能低下症にはそれぞれ刺激型抗体(TSAb)と阻害型抗体(TSBAb)が病態に関与していることが知られている。自己免疫性甲状腺疾患患者血中にはTSAbやTSBAbが混在する症例、TSAbからTSBAbに移行した症例や逆にTSBAbからTSAbへ移行した症例が報告されている。今回の研究で、TSBAb活性はブタ甲状腺細胞膜で吸収されるがモルモット副睾丸脂肪膜で吸収されない場合があるので、TSHレセプター(R)以外のの部位へ作用するもの、とくにTSH binding inhibitory immunoglobulin (TBII)陰性例においてレセプター(R)以外の部位へ作用するものがある。また、単離ブタ甲状腺細胞膜にて、フォルスコリン、GTPγ、NaF、PACAPなどのcAMP増加作用をTSBAbは抑制しないことから、post receptorに作用する場合はないことを見出した。可溶化ブタ甲状腺細胞膜をウサギに免疫して抗体を作成すると、TRAb (TBII)活性陰性であるがTSBAb活性陽性の抗体が作成されるので、TRAbはTBII陰性例でもTSHRへ直接働いて甲状腺刺激作用を抑制するものがあることが示唆された。TSBAb-IgGをProteinLでIgG(κ)とIgG(λ)に分画した。この両IgGにTSBAb活性があるので、TSBAbの多くはポリクロナール抗体であると推定した。TSBAb-IgGをパパインまたはペプシンで加水分解したのち、cAMP増加作用を認めた。ProteinA-Sepharoseで未吸着と吸着分画に分け、Sephadex G-100に分画した。甲状腺刺激活性はFabと、さらに小分子分画(Mr 23万)のところに認められた。このTSBAbのプロテアーゼ処理による甲状腺刺激作用の出現は、TSBAbとTSAbが混在していてTSBAbが多量のためTSAbの活性が抑制されていたが、プロテアーゼ処理によってTSBAbが分解され、TSAbのFab分画の甲状腺刺激活性が出現したことも否定できない。しかし、実験に用いたTSBAbは典型的な甲状腺機能低下症であるため、TSBAb-IgG内に内蔵された甲状腺刺激活性がプロテアーゼしょりにより露出、出現したことが示唆される。TSBAb-IgG中の甲状腺刺激活性部位の同定が、阻害性抗体の甲状腺細胞膜への作用部位や作用機序の解明の緒となりえると思われる。阻害性抗体(TSBAb)の甲状腺細胞膜におよぼす影響について検討した。1.単離ブタ甲状腺細胞膜にてフォルスコリン、GTPγS、NaFなどのcAMP増加作用をTSBAbは抑制しなかったので、post receptor(R)での作用はないと推定した。2.TSBAbがTSH(R)に直接作用するか否かについて、TSBAbをブタ甲状腺細胞膜またはモルモット副睾丸脂肪膜での吸収実験から、TSBAbはTSH(R)を介するものと介さないものがあることが推定された。4.λgt-11ファージにヒトTSH(R)cDNA

[細胞外領域を150残基ずつの3部分(13168残基、159-308残基、299448残基)]を組み込んだのち大腸菌(Y1090)に感染させ、ガラクトシダーゼとの融合蛋白としてのTSH(R)部分を作成し、標識TSHとの結合からTSH(R)のN端の方に多くTSHが結合することを報告した。この標識TSHのTSH(R)への結合抑制実験から、TSAb(甲状腺刺激抗体)もTSBAbもTSH(R)のN端に主に結合することを見い出した。また、TSH(R)をトランスフェクトしたCHO細胞にてTSHのcAMP増加反応におよぼすTSBAbの影響を検討している。阻害性抗体(TSBAb)の甲状腺細胞膜におよぼす影響について検討した。(1)TSBAbがTSHレセプター(R)に直接作用するか否かについて、TSBAbをブタ甲状腺細胞膜またはモルモット副睾丸脂肪膜での吸収実験で検討した。ブタ甲状腺細胞膜やモルモット副睾丸脂肪膜で吸収するとTSHRアッセイ法での標識TSHのTSHRへの結合抑制活性(TSH binding inhibition;TBI)は消失した。しかし、TSBAbはブタ甲状腺細胞膜で吸収されるが、モルモット副睾丸脂肪膜で吸収されない場合があるので、TSBAbはTSHR以外の部位へ作用している可能性が示唆された。また、単離ブタ甲状腺細胞膜にてフォルスコリン、GTPγS、NaFなどのcAMP増加作用をTSBAbは抑制しなかったので、post receptorでの作用はないと推定した。(2)TSBAbはTSHR抗体(TRAb)が陰性例でも陽性例を示す症例のあることから、動物で検討した。可溶化甲状腺細胞膜でウサギを免疫し、細胞膜抗体を作成した場合、TRAbは陰性であるが、TSBAb活性は陽性を示した。人間の場合でもTRAb陰性例でのTSBAbは同様の機序で惹起される可能性が示唆された。(3)TSBAb陽性血清からproteinA法でIgGを単離した。このIgGをパパインまたはペプシンで加水分解をしたのち、ProteinA-セファローズに未結合分画と結合分画に分けた。未結合分画をSephadex G-100にて分画した場合、パパイン処理の場合にはMr5万のFab分画とさらに小分子分画(Mr23万)のところに甲状腺刺激活性(ブタ甲状腺でのcAMP増量で測定が認められた。また、IgGをProteinL(κ鎖と特異的に反応する)-セファローズにて未結合分画(IgG(λ))と結合型分画(IgG(κ))に分画した。TSBAbはポリクロナール抗体であることを見出した。TSBAbはほとんどがポリクローナル抗体であり、プロテアーゼ処理によって甲状腺刺激活性が出現することを見出した。(1)このTSBAbのTSHレセプター(R)への直接作用について、TSBAbをブタ甲状腺細胞膜(TSHRと甲状腺細胞膜を有する)、またはモルモット副睾丸脂肪膜(TSHRとモルモット細胞膜を有する)での吸収実験を検討した。ブタ甲状腺細胞膜やモルモット副睾丸脂肪膜で吸収すると、TSHRアッセイ法での標識TSHのTSHRへの結合抑制活性(TSH binding inhibition;TBI)は消失した。
ニトロゲナーゼ機能モデルとなる金属ー硫黄クラスターの創出

H30年度の本研究では、主に以下の二項目を達成した。(a) H29年度に引き続きTi-N=N-Ti型クラスターの同定を進めた。まず、15N2を用いた同位体標識実験と共鳴ラマンスペクトル(兵庫県立大学、太田雄大博士との共同研究)から、Ti-N=N-Ti部位のN-N伸縮振動を明らかにした。また、捕捉したN2からNH3やN2H4への変換反応を達成し、ここで生じたNH3がTi-N=N-Ti部位に由来することを、15N2標識実験に基づいて確認した。さらに、ハワイ大学(Roger E. Cramer教授)との共同研究により、Ti-N=N-Ti型クラスター等の結晶構造解析を詳細に進めた。一連の成果を論文としてまとめ、Nature Communications誌に発表した。(b)本研究で一貫して進めてきた、(C5Me5)Mo部位を持つキュバン型[Mo3S4M]クラスター(M = Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni)の合成と同定、電気化学的性質を総括するとともに、特にM = Feのクラスターについては、57Feメスバウアー分光測定(大同大、酒井陽一教授との共同研究)ならびにDFT計算に基づく構造最適化とスペクトルのシミュレーション(北大、W. M. C. Sameera助教との共同研究)により、Fe(II)中心を含むS = 1状態が基底状態であることを決定した。また、取り込んだ金属Mとハロゲンの比は1:2 (Ti)から1:1.5 (V, Cr)、1:1 (Mn, Fe, Co, Ni)へと段階的に変化し、前周期金属原子が相対的に大きい原子半径と高い酸化状態を取りやすい傾向を反映していた。以上を論文としてまとめ、Chem. Eur. J.誌に発表した。本論文はHot Paerとして高く評価された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(a)本研究で主に用いる反応前駆体である三核錯体(C5Me5)3Mo3S4の大量合成法を開発した。既法の反応ではNa/Hgが用いられていたが、当該反応はスケールアップすると反応物とNa/Hgの接触効率低下を招くことから、少量の合成反応でしか成立しないことが判明した。そこで別途合成するため、まずカチオン性三核錯体[(C5Me5)3Mo3S4]+を大量かつ簡便に合成する反応・精製条件を確立した。さらにカチオン性三核錯体をKC8で一電子還元する反応から、十分な純度の(C5Me5)3Mo3S4が再現性よく大量に合成できることを確認した。大量合成に成功した(C5Me5)3Mo3S4を前駆体として用い、第四の遷移金属原子を取り込ませることで、キュバン型金属-硫黄クラスターが得られることも見出している。(b)本研究開始前より合成していた、ニトロゲナーゼ活性中心FeMo-cofactorのモデルとなるMo/Fe/Sクラスター[(C5Me5)MoFe5S9(SH)]3-を反応前駆体として、ニトロゲナーゼ関連基質の触媒的な還元反応を検討した。その結果、タンパクの存在しない条件下で、プロトン源として[Et3NH][BF4]、還元剤としてSmI2を用いることで、[CN]-やCOの還元反応が触媒的に進行し、炭化水素を与えることが分かった。特に興味深いのは、C-C結合形成を伴ってC2C5までの炭化水素が40%の選択性で生成したことと、モデルクラスターの触媒回転数がタンパクより抽出したFeMo-cofactorを用いる反応の約1/3に達したことであり、両者に共通する構造的な特徴が本反応を進行させる上で重要なことが示唆される。当初予定通りに(C5Me5)3Mo3S4を大量合成し、種々のキュバン型金属-硫黄クラスターを合成する基盤を確立した。また、従来研究で合成していたFeMo-cofactorモデルを用いるC1基質還元反応が触媒的に進行することを見出し、学術論文としてまとめた。以上から、研究の進展は順調と評価できる。(a) H29年度の本研究では、まずモリブデン-硫黄三核錯体を合成する短工程の反応を新たに開発した。標的の三核錯体がCp系配位子、モリブデン、硫黄で構成されることを考慮し、C5Me4H基を補助配位子とする半サンドイッチ型Mo(V)テトラクロリド錯体に対して硫黄化試剤Li2S2と還元剤KC8を加えて硫黄原子を導入しつつ余剰の塩素を除去する反応を検討した結果、適切な反応条件下ではカチオン性の三核錯体が選択性よく生成することが明らかになった。ただし生成物の種類と選択性は反応試剤の混合比や補助配位子の種類に強く依存し、例えば加えるKC8を増やすと、キュバン型(立方体型)のMo4クラスターが主に生成することも明らかになった。さらに短工程の合成法開拓を目指し、比較的解離しやすいH2OやCH3CN, THFをモリブデンに配位させた既知化合物[Mo3S4(solv)9]4+を文献記載の手法に従って合成し、これらへのCp系補助配位子の導入を検討したが、この反応からは複雑な混合物が生じ、少なくとも嵩高いCp系配位子の導入には適していないことが明らかになった。(b) Tiを反応点とするキュバン型(立方体型)

金属-硫黄クラスターをN2雰囲気下で還元剤処理すると、2つのキュバン型クラスターを用いてN2を捕捉した、Ti-N=N-Ti型クラスターが生成することを見出した。捕捉されたN2部位の窒素原子間結合は、二重結合と単結合の中間程度まで弱められていることが、分子構造から示唆された。生成したTi-N=N-Ti型クラスターは反磁性であったことから、NMRスペクトルによる同定も進めた。研究開始当初に考察した、N2還元機能を発現する上で重要と考えた要素をを満たすクラスター分子を設計・合成し、金属-硫黄クラスターによるN2の捕捉と還元が可能であることを実証した。金属-硫黄クラスターであるニトロゲナーゼ活性中心FeMo-cofactorは、タンパクから抽出するとN2還元機能を失う。また、これまで合成されてきた金属-硫黄クラスターのうち、N2の還元反応を実証できるものは存在しなかったことから、本研究の結果は酵素模倣型の金属-硫黄クラスターによるN2還元反応を明確に達成した初めての例であるとともに、機能発現に必要な要素を正しく反映させることで酵素模倣型の反応が実現できることを示している。H30年度の本研究では、主に以下の二項目を達成した。(a) H29年度に引き続きTi-N=N-Ti型クラスターの同定を進めた。まず、15N2を用いた同位体標識実験と共鳴ラマンスペクトル(兵庫県立大学、太田雄大博士との共同研究)から、Ti-N=N-Ti部位のN-N伸縮振動を明らかにした。また、捕捉したN2からNH3やN2H4への変換反応を達成し、ここで生じたNH3がTi-N=N-Ti部位に由来することを、15N2標識実験に基づいて確認した。さらに、ハワイ大学(Roger E. Cramer教授)との共同研究により、Ti-N=N-Ti型クラスター等の結晶構造解析を詳細に進めた。一連の成果を論文としてまとめ、Nature Communications誌に発表した。(b)本研究で一貫して進めてきた、(C5Me5)Mo部位を持つキュバン型[Mo3S4M]クラスター(M = Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni)の合成と同定、電気化学的性質を総括するとともに、特にM = Feのクラスターについては、57Feメスバウアー分光測定(大同大、酒井陽一教授との共同研究)ならびにDFT計算に基づく構造最適化とスペクトルのシミュレーション(北大、W. M. C. Sameera助教との共同研究)により、Fe(II)中心を含むS = 1状態が基底状態であることを決定した。また、取り込んだ金属Mとハロゲンの比は1:2 (Ti)から1:1.5 (V, Cr)、1:1 (Mn, Fe, Co, Ni)へと段階的に変化し、前周期金属原子が相対的に大きい原子半径と高い酸化状態を取りやすい傾向を反映していた。以上を論文としてまとめ、Chem. Eur. J.誌に発表した。本論文はHot Paerとして高く評価された。本研究で合成する化合物群はほぼ全て新規化合物であり、かつ常磁性でNMRによる同定が困難なことから、当初計画よりも分光測定データを充実させる方向へ労力を傾ける。また、酵素との関連性や合成難易度とのバランスを見極めつつ、Ti, Mo, Feを第四の金属原子として(C5Me5)3Mo3S4に取り込ませる反応を優先的に検討する。反応・化合物設計指針が基本的に正しいと実証されたことから、より緻密な化合物設計および合成を進め、反応性の立体・電子的制御を目指す。
恒常的活性化型JAK2(V617F)変異体による真性赤血球増加症発症機序の解析

真性赤血球増加症患者で見出されたJAK2 V617F変異体は、恒常的な活性化を示すことが報告されていたが、その詳細な活性化機構およびJAK2変異体の機能は不明であった。本研究では、JAK2の活性に重要なチロシン残基として613を、また新規リン酸化部位としてY913を同定した。また、JAK2V617F変異体発現細胞が異常な増殖を示し、ヌードマウスに投与すると、腫瘍を形成することを明らかにした。真性赤血球増加症患者において認められるJAK2の点変異(V617F)は、JAK2の恒常的な活性化を誘導することが報告されているが、その詳細な活性化機構は不明である。本研究では1)詳細なJAK2の活性化機構の解析を行うと共に、2) JAK2V617F変異体の下流因子を同定し、恒常的活性化型JAK2による赤血球分化・増殖機構の解明を行うことを目的としている。平成19年度は、(1)白血病由来の点変異L611SあるいはY613EもまたJAK2の恒常的な活性化を誘導することを明らかにし、JAK2の活性制御に重要な部位を同定した(Funakoshi-Tago, et. al. Mol Cell Biol. 2008)。(2)新規リン酸化部位としてY913を同定し、Y913のリン酸化はJAK2の活性を負に制御することを見出した(論文投稿準備中)。また、(3)Mass spectrometryにより同定した新規リン酸化部位(Y423)に対する特異的リン酸化抗体を作製した。現在、Y423リン酸化の役割を解析しており、リン酸化によるJAK2の活性化機構が明らかになると期待される。さらに、(4)JAK2V617F変異体は、STATだけでなくPI3KやMAPKの恒常的な活性化を誘導することにより、サイトカイン除去によるアポトーシスに耐性を示すことを見出している。以上の結果を踏まえ、より詳細な下流シグナル伝達経路を解析することにより、V617F点変異が慢性骨髄増殖性疾患を誘導する作用機序の解明へと繋がることが期待される。真性赤血球増加症患者で見出された点変異V617Fにより、JAK2は恒常的な活性化を示すことが報告されているが、その詳細な活性化機構およびJAK2変異体の機能は不明であった。本研究では、まず、1.JAK2の活性化機構を解明する目的で、活性を制御する新たな自己リン酸化部位の探索を行い、新規のリン酸化部位としてY913を同定した。さらに、変異体を用いた実験から、Y913のリン酸化によりJAK2は不活性化されることを明らかにし、自己リン酸化によるJAK2の活性制御機構が存在することを示した。続いて、2.JAK2変異体の機能解析を行った。JAK2V617F変異体発現細胞は、抗アポトーシス作用を示し、異常な増殖を誘導した。また、ヌードマウスにJAK2V617F変異体発現細胞を投与すると、各臓器への腫瘍細胞の浸潤、脾臓・肝臓の肥大が観察され、JAK2変異体は腫瘍形成能を有することが明らかになった。さらに、JAK2変異体発現細胞を移植後、JAK2特異的阻害剤(AG490)を腹腔内投与することにより、腫瘍形成が有意に抑制され、生存目数が延長された。この結果より、JAK2阻害剤がin vivoにおいても治療薬として応用できる可能性が示された。3.V617F変異体同様、小児白血病患者より同定されたL611S変異を有するJAK2遺伝子が抗アポトーシス作用および腫瘍形成能を有することを見出した。以上の病態由来のJAK2変異体を用いた機能解析により、JAK2の活性制御には分子内のJH2ドメインが重要な役割を果たしていることが明らかになった。現在、4.JAK2V617F変異体のシグナル伝達機構を解析するために、転写因子SW5の活性化を介して発現が誘導された遺伝子をDNAarrayにより探索し、その発現機構の解析を行っている。
椎間板変性メカニズムの解析

ラット尾椎の変性椎間板髄核細胞における遺伝子動向の調査。昨年度に確立した、SDラットの尾椎にイリザロフ型創外固定器を装着させた椎間板変性モデルの椎間板髄核細胞を採取して各種遺伝子の動向を調査した。研究計画では本年度にFasおよびFasLの会合分子の調査と細胞アポトーシスに起因するカスパーゼの活性の調査を行う予定であったが、Fas、FasLともに正常髄核と変性髄核細胞の間で有意な発現量の差を認めなかったために計画を断念した。ラット尾椎では採取できる髄核細胞量が少ないことに加え、Fas、FasL遺伝子の絶対発現量そのものが少ないことが原因ではないかと考えられた。一方で変性椎間板には炎症細胞の浸潤を伴った血管侵入がみられることが報告されていることから血管新生のマーカーとしてVascular Endothelial Growth Factor (VEGF)およびVEGF-receptor (VEGFR)の発現量をPCR法で調査した。昨年度の報告において変性髄核細胞ではVEGFおよびVEGFR-1の発現増幅がみられたとしているが、繰り返し実験では再現性が得られなかった。上記のような結果を踏まえて、椎間板変性モデルそのものの妥当性を再評価する目的と椎間板変性に関与する新たな遺伝子を調査する目的でGrowth factor、炎症性マーカーなどの数種類の遺伝子についてPCR法による評価を行った。結果、炎症性マーカーの一つであるMMP-3の発現量が明らかに増幅し、また再現性を認めた。時間経過によるMMP-3の発現量の推移では約1週間で発現量が増大し、その後約2週間でピークを迎える結果となった。変性椎間板においてMMP-3の発現量が増大することは既に報告されているが、時間経過による発現量の推移を調査した報告はみられない。今後MMP-3周辺遺伝子の動向を評価した上で結果を報告する予定である。(1)椎間板変性モデルの作成SDラットの尾椎にイリザロフ型の創外固定器を装着させた椎間板変性モデルを確立した。まず約1.3MPaの負荷を創外固定器を通してラット尾椎に加えて固定した。加圧に関しては人体の腰椎にかかるとされる負荷をラットの体重で換算した値で行った。創外固定器装着1週間および4週間後にラット尾椎のMRI撮影を行ったところ、いずれも加圧した椎間板髄核が低信号となり変性しているものと考えられた。(2)ラット変性椎間板の髄核細胞の採取、培養および遺伝子動向の評価計画通り上記操作で変性所見を認めた椎間板髄核細胞と正常髄核細胞を採取培養した。Westernblottingによる膜タンパクFas、FasLの定量は髄核細胞の量が少なく培養そのものが困難であったためPCR法での定量を行った。Fas、FasLともに正常髄核と変性髄核細胞の間で有意な発現量の差は認められなかった。同時に人の手術材料で行ったFas、FasLの定量では変性髄核細胞でFasLの発現量が有意に減少していた。ラットでは細胞量が少ないことが結果に影響している可能性が示唆されたため引き続き細胞培養を継続し十分な細胞数が得られた段階で再実験を行う予定である。一方で変性椎間板には炎症細胞の浸潤を伴った血管侵入がみられることが報告されている。そこで髄核におけるVascular Endothelial Growth Factor(VEGF)およびVEGF-receptor(VEGFR)の発現を上記椎間板変性モデルから採取した髄核細胞を使用してPCR法による解析を行った。変性髄核細胞ではVEGFおよびVEGFR-1の発現増幅がみられた。VEGFR-1はVEGFと結合することで炎症を伴う血管新生を誘導することが知られており、椎間板変性にこのメカニズムの関与が示唆された。今後MMP-
造血器腫瘍における異常シグナル伝達の解析と治療法の開発

本研究では造血器腫瘍に関わる新しいシグナル分子の異常の探索を行い、特異性の高いシグナル伝達阻害剤の開発に向けた基礎研究を行うことにある。本年度は造血器腫瘍におけるJAK-STAT径路に注目し、変異解析を進めた。JAK2におけるV617F変異について急性白血病における変異をスクリーニングし、MPDから急性白血病へ急性転化した7例(AML6例、ALL1例)で両アレルあるいは片アレルの変異を認めた。P53、N-RAS、FLT3の変異はいずれも認められず、染色体構造異常を5例に認めた。付加的な異常が急性転化に関わるメカニズムであることが推測される。一方、活性型JAK3変異探索を進め成人AML(M7)、Down症に伴うM7、Down症に伴うTransient Myeloproliferative Disease (TMD)で、pseudokinaseあるいはreceptor binding domainにおける点突然変異を確認した。この径路が新しい治療標的となりうるかもしれない。次に標的分子として研究が先行しているFLT3について、その阻害剤による標的キナーゼの阻害をモニター可能なサロゲートマーカーについて研究を行った。我々は変異FLT3では下流シグナルであるSTAT5がリン酸化し、これは野生型FLT3では認められないこと、そのメカニズムとしては、変異FLT3はSrcファミリーキナーゼをリクルートすることでSTAT5をリン酸化すること、STAT5のリン酸化レベル低下が、FLT3阻害剤の増殖抑制・アポトーシス誘導に先行しサロゲートマーカーとして使用出来ることを明らかにした。本研究においては、(1)我々が開発した発現クローニング法を用いて、造血器腫瘍の原因となる新しいシグナル分子異常の探索を行う、(2)特異性の高いチロシンキナーゼ阻害剤の探索と、臨床応用に向けた基礎研究を行うことを、目標とした。(1)我々は、TEL遺伝子と融合することにより活性化し増殖を促進する遺伝子を発現クローニング法でスクリーニングする方法を開発した。次に、50名AML患者検体混合RNAからcDNAを合成し、FLT3遺伝子全長をPCR法で増幅し、32D細胞株を用いた発現クローニング法にて、変異FLT3が抽出できるかを検討した。6クローンが得られ、うち5クローンはITD型、1クローンはD835変異を有していた。このスクリーニング法の有用性が検証されたと考えられる。現在他のキナーゼ遺伝子で同様の検索を進め、一例において、新しいキナーゼ変異の可能性が示された。(2)FLT3遺伝子変異を有するヒト白血病細胞株における増殖とFLT3キナーゼ酵素活性の抑制効果を指標に、FLT3特異的キナーゼ阻害剤の探索と構造展開を行った。FLT3阻害活性を有する新規リード化合物を数種類見出した。これらは、FLT3を含むがそれぞれ異なったキナーゼ阻害プロフィールを示した。これらは、変異FLT3を導入したマウスIL3依存性細胞株あるいは変異FLT3を有する白血病細胞株に対し、μM以下でアポトーシスを誘導した。また、上記の濃度でFLT3のリン酸化阻害、STAT5のリン酸化阻害効果を認めた。マウスへのマウスIL3依存性細胞株あるいは変異FLT3を有する白血病細胞株移植系において、腫瘍縮小効果ならびに生存延長効果を認めた。同時に腫瘍内のFLT3のリン酸化阻害、STAT5のリン酸化阻害効果も認めた。現在臨床検体を用いた検討を行っている。造血器腫瘍における異常シグナル伝達を解明し、(1)治療の標的となりうる分子を明らかにすること、(2)特異性の高いキナーゼ阻害剤を開発し、臨床応用に向けた基礎研究・前臨床研究を行うことを目的とした。(結果と考察)●近年、骨髄増殖性疾患(MPD)とりわけ真性多血症から高頻度にJAK2キナーゼのV617F変異が見出されている。我々はMPDから急性白血病に移行した7例について、その分子病態を解析し、いずれもV617F変異を有するが、FLT3,N-RAS,p53など他の変異は認めないこと、一定の染色体異常を認めないこと、1例ではALLが発症していたことを明らかにした。JAK2は優勢型変異であり、MPDの発症に最も基本的かつ安定的な変異であり、有望な標的分子であることが確認された。

●昨年見出されたNPMに関しても研究を進めた。de novo急性骨髄性白血病の1/4の症例において、C末におけるフレームシフト変異が見出され、いずれも場合も4bpの挿入により、フレームシフトが生じていること、変異はM3を除くすべての病型に見出されること、正常核形に多いこと、FLT3遺伝子変異と強く相関すること、化学療法に反応性が高いことなどを明らかにした。変異NPM1は、COS細胞への強制発現系では核小体のみならず、核全体や細胞質に局在が広がること、また変異によって特定のリン酸化を受けないことから、変異NPMには局在変位のみならず機能的な欠失があることを明らかにしつつある。●変異FLT3発現細胞株に対する特異的細胞抑制効果を指標に、2種類のリード化合物ならびに構造展開物を得た。このうち、このうち、B化合物の誘導体からは、FLT3のみならず、KIT、KDRに特異性の高い化合物が見出され、白血病細胞株移植マウスモデルにおいても延命効果を認めた。一方、A化合物の誘導体からも、恒常的に活性化したFLT3キナーゼに高い選択性と阻害活性を示す化合物が得られた。いずれも、白血病細胞株移植マウスモデルにおいて白血病の治癒が得られただけでなく、FLT3遺伝子変異を有するヒト白血病細胞に対してもnMレベルの低濃度で増殖阻害活性を示した。今後、毒性試験や薬効や栗試験を通れば、極めて有望なキナーゼ阻害剤となりうると考えられた。・変異FDT3の下流にはSTAT5が特異的に活性しているが、その機序は不明であった。我々は、変異FDT3にはSrcファミリーキナーゼのメンバーであるLynが結合し、その結合はFDT3リン酸化およびLynのSH2に依存的であることを示した。siRNAによるLyn発現低下により、STAT5のリン酸化ならびに変異FDT3導入32D細胞株の増殖が抑制された。またLynキナーゼ阻害剤PP2でも同様の抑制がvitroのみならずマウスに接種した変異FDT3導入32D細胞株でも認められた。LynはFDT3変異白血病における標的分子となりうると考えられる。・近年、MPDから高頻度にJAK2キナーゼ変異V617Fが見出されている。我々はMPDから急性白血病に移行した7例の解析を行い、いずれも片アレルあるいは両アレルのV617F変異を認めた。しかし、FDT3、N-RAS、p53については野生型であった。またJAK3変異についても検索を進め、成人AML (M7)8例中1例にM576L変異を、ダウン症候群に伴う小児AML (M7)11例中1例にA573VとA593T変異を、およびダウン症候群に伴うtransient myeloprohfbrative disorderの2例中1例に187T変異を見出した。JAK2およびJAK3が新たな標的分子となりうるかもしれない。
(p)RRを抑制するmicroRNAはグリオーマの腫瘍形成能を失わせるか？

神経膠腫(グリオーマ)の中でも膠芽腫は最も予後の悪い脳腫瘍であり、早急な追加療法の開発が望まれている。申請者らは、本研究計画のターゲットである(プロ)レニン受容体((p)RR)が、Wnt/βカテニン経路を介して、がん形成に関わる重要分子であり、グリオーマにおいてもグレードに関わらず恒常的に(p)RRが発現しており、これを抑制することで膠芽腫の増殖能が抑えられることを報告してきた。また、microRNA(miR)は平均22塩基対程度の短いnon-coding RNAでmessenger RNA(mRNA)の主に3'-UTRと相補的に結合することで、その翻訳抑制に関わる。MiRの抑制効果は一般に他のsmall interference RNA (siRNA)と比較して弱いものの、siRNAは人工的なもので、新たな脳内投与方法の開発が必要であるが、miRは遺伝子に組み込まれた内在性の因子であるため、その発現量はプロモーター領域に結合する転写因子に依存し、これを解析することにより、miRの発現量を調節するような新薬の開発につながりやすい。本研究計画は、これらを発展させ、(p)RRの発現を制御するmiRは存在するのか?存在するならば、(p)RRの働きを抑制することで、ドライバー分子を失ったグリオーマの腫瘍形成能は失われるか?について解明し、膠芽腫に対する新規治療法の開発を目指す。さらにそのmiRの発現を促す転写因子を解析することで、その転写因子がグリオーマの腫瘍形成能を失わせるような新規薬剤となりうるか?を模索することを目的とする。初年度目標として、プロレニン((p)RR)を抑制するmicroRNAの候補を予想し、これらのmicroRNAを強制発現させることによって、細胞内の(p)RR発現が抑制されることをしめした。5候補のうち、1候補が通常の(p)RR発現より40%抑制しており、microRNAの抑制としてはかなり強い効果であると考えられた。この効果はタンパクレベルにおいても発現抑制されることを示しており、将来の治療ターゲットとして有力候補であると考えられた。今後は、このmicroRNAが脳腫瘍細胞株に対して、増殖能、郵送能、アポトーシスなど、どのような効果をもたらすか検証するため、セルカウンター、スクラッチアッセイ、Tunel染色など行っていく。また、microRNAのmRNAへの直接結合をしめすため、レポーターアッセイを行う。また、いまのところ有力な候補が1つであるため、そのほかのmicroRNA候補を探索するため、ことなるデータベースを利用するなど、うまくいかない場合に備えて、予備候補を模索していく。概ね当初の計画通りの使用額であるが、以前より使用していた個人用パーソナルコンピューターが故障したため、研究費用の一部を別予算から捻出し、本研究費用から必要な物品として請求したため。
戦後政治史のなかの主権と人権の創発と定着に関する研究

研究成果は次の通りである。(1)近代日本の安全保障政策構想と日米安保体制の分析を通じ、憲法制定議会において憲法9条の非武装平和主義が国連の集団安全保障と不可分のものとして構想されていたことが明らかになった。(2)戦前戦後改憲論の検討を通じ、国体論が、敗戦、ポツダム宣言受諾、日本国憲法制定を帝国憲法の法理との連続性で説明する論理となっていたことがわかった。(3)戦後原子力開発の研究を通じ、岸内閣の自主防衛力整備計画は、安保破棄という非常事態が生じた場合に対処するため核能力を保有しておくことを目的として構想されていたことが示された。以上を通じ戦後史における主権と人権の創発と定着の形を明らかにした。今年度は、戦前の国際法思想、安全保障論の研究を踏まえた日米安保体制の研究、戦前の改憲問題の文脈を踏まえた戦後改憲論(運動)の研究を行った。【近代日本の安全保障政策構想と日米安保体制に関する研究】日本外交の原則である国連中心主義、日米安保中心主義の確立過程、その思想的背景を検討することを通じて、戦後日本の主権国家とは何であるのかを問題にした。このことを、憲法制定議会における憲法第9条と国連加盟をめぐる政府見解、平和条約・安保条約締結にむけての準備過程における外務省の基本方針及び日本の日米安全保障条約案にみられる安全保障構想、国連加盟における憲法論議を分析することで試みた。憲法制定議会において、憲法第9条の非武装平和主義が堅持される前提条件として、国連の集団安全保障措置に基づいて日本の安全保障を確保することが指向されていたこと、そして、日本において独立後の、再軍備=自主防衛力の整備は、日米安保体制を効果的に補完する潜在的自主防衛力として位置づけられ、必要最小限度の戦力保持にとどめることができたことが明らかになった。【戦前戦後改憲論に関する研究】戦後改憲思想・運動の歴史に関する先行研究の整理・検討を行った上で、国民精神文化研究所所員井上孚麿と大串兎代夫の国体論を検討することで、戦時期の非常大権論と戦後の改憲思想との連続性を明らかにした。さらに、非常大権論に依拠してポツダム宣言受諾、日本国憲法制定を帝国憲法の法理から説明していたことを明らかにし、その点から帝国憲法の法的有効性が戦後においても継続しているという前提を改憲思想が共有していたという見解を提示した。以上の研究成果を学会誌での論文掲載、学会報告という形で公表した。最終年度は、前年度に引き続いて、戦前の国際法思想、安全保障論に関する研究を踏まえて、戦後平和主義の研究、そして、安全保障の観点に基づく戦後原子力開発の研究を行った。【近代日本の安全保障政策構想と日米安保体制に関する研究】戦前戦後の安全保障政策構想を通時的に把握し分析することで、戦前立憲主義が敗戦を経て平和主義という国際立憲主義に転換したことの意味を解き明かした。満州事変以後、「大東亜共栄圏」建設を掲げるまでに激化した対外膨張に比例して、天皇大権を代位する実質的統治主体を生み出す近衛新体制運動が起こり、その運動の挫折、帝国憲法体制の崩壊による「敗戦」が主権を超えた普遍的安全保障機関(国連)に帰属することで自己を制限しようとする主権意思(国際立憲主義)を生み出す契機となったことを明らかにした。以上の研究成果を『立憲主義の「危機」とは何か』(すずさわ書店)の刊行という形で公表した。また、公表が遅れていた「戦前戦後改憲論に関する研究」の成果を『立命館文学』への掲載という形で公表した。上記の研究以外にも「戦後原子力開発に関する研究」の計画にも着手し、小路田泰直他編『核の世紀』での論文掲載という形でその成果を公表することができた。その要旨は以下の通りである。【戦後原子力開発に関する研究】戦後の吉田茂内閣、鳩山一郎内閣、岸信介内閣の第9条に関する憲法解釈と防衛政策の検討を通じて、原子力開発体制が潜在的な自主防衛体制であることを明らかにした。岸信介内閣が核兵器合憲論を打ち出すとともに、国連中心主義、日米安保中心主義、平和主義に基づいた「国防の基本方針」のもとでの防衛力整備を進めたのは、秘密裏に核武装の潜在能力を確保するためであった。自主防衛力は日米安保体制が解消された場合の核保有のオプションとして構築されていたのである。本年度の研究計画では、1「近代日本の安全保障政策構想と日米安保体制に関する研究」2「戦前戦後改憲論に関する研究」を二つの目標に掲げていたが、12ともに完了することができた。国会図書館憲政資料室での資料調査・収集が頗る捗り、研究計画を順調に進めることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。

近現代史研究成果の公表については、1は『立命館文学』に掲載されたが、2に関しては投稿時期が遅れたため、現在掲載に至っていない。史料の収集と読み込みに時間をかけたことで、論文執筆が年度末になり、成果の公表が遅れてしまったことが要因である。次年度以降はこの点を反省して、史料の収集と史料の読解、分析を早い時期に行うなどより計画的に研究を進め、学会報告や学会誌への投稿を通じて、研究成果の発信を積極的に行っていきたい。27年度が最終年度であるため、記入しない。
複核金属内包フラーレンの磁性

本研究では、複核金属内包フラーレンにおける内包金属の磁気モーメント問の相互作用を明らかにすることと、磁気モーメント間の相互作用に、金属原子の電子配置が与える影響について明らかにすることを目的としていた。最初の目標では、Ce_2@C_<80>とGd_2@C_<80>、および、CeGd@C_<80>を合成することを目的としていたが、結果として、Gdを含む複核金属内包フラーレンを単離するにはいたらなかった。実際に合成・単離し、磁気測定を行うことができたのは、Ce_2@C_<80>とCeLa@C_<80>およびPr_2@C_<80>であった。Ce_2@C_<80>とCeLa@C_<80>については、^<13>C NMRの常磁性シフトの解析をしていく過程で、これまでの標準的な解析のための式として用いられていたBleaneyの式が前提としている仮定が崩れている可能性に気付き、新たに解析式を導出し、解析を行った。2つの複核金属内包フラーレンの磁気的性質を比較することで、内包された2つのCe間の磁気的相互作用は、余り大きく無いことを明らかにすることができた。Pr_2@C_<80>については、Ce_2@C_<80>とCeLa@C_<80>と同様の抽出方法では、反応してしまうような傾向が見られ、新たに抽出方法を検討する必要があった。その結果、NMR測定を行うところまでしかできていないが、これを解析し、Ce_2@C_<80>の結果と比較することにより、内包金属の電子配置の違いによる磁気的相互作用の違いを明らかにできるものと期待している。本研究の目的の一つは、金属原子を2個内包した複核金属内包フラーレンにおいて、内包金属の磁気モーメント間の相互作用を調べることであり、また一方で、内包金属の電子配置が、相互作用に及ぼす影響を調べることも目的に一つとしている。本年度は、ホモ金属内包フラーレンとして、Ce_2@C_<80>とGd_2@C_<80>を合成・単離し、その性質を調べることを計画していた。結果として、以下のことが分かった。1.Ce_2@C_<80>の合成と単離を行い、^<13>C NMRとESRの測定を行った。単離できた量が少なかったため、SQUIDの測定は行わなかった。Ce_2@C_<80>の解析を行うにあたり、比較対象としてCeLa@C_<80>を合成し、^<13>C NMRスペクトルの測定を行い、合わせて解析を行った。^<13>CNMRスペクトルはCeの磁気モーメントに由来する常磁気性シフトを示し、この常磁性シフトの温度変化を解析することにより、Ce_2@C_<80>の2つのCeの磁気モーメント間の磁気的相互作用は非常に小さく、ほぼ独立とみなせるということが分かった。ESRの測定では、極低温においてもシグナルを得ることができなかった。これは、内包金属のCeの4f電子の緩和時間が速いためと考えられる。2.Gd_2@C_<80>の合成と単離を試みたところ、Ce_2@C_<80>とは異なるC_<80>ケージにGdを内包したものを単離することができた。単離できた量が非常に少なかったため、NMR等の測定を行うことはできなかった。今後、合成量を増やして、磁性測定を行う予定である。
海産廃棄物から調整した貝殻系複合金属酸化物を触媒とするバイオディーゼル燃料の合成

機械的エネルギー負荷による原子・分子レベルでの固体-固体複合化が可能なメカノケミカル効果を利用して、貝殻より容易に得られるCaOとMgOの複合金属酸化物触媒を調整し、得られた触媒を用いて菜種油とメタノールを原料とするバイオディーゼル燃料(BDF)合成実験を行った。バイオディーゼル燃料(Bio Diesel Fuel,以下BDF)は油と低級アルコールに、KOHなどの強アルカリ均相触媒を作用させたエステル交換反応により合成されている。しかしこの方法は、1)劇物である強アルカリの取り扱いが面倒である、2)回分操作ゆえ処理量が低い、3)反応終了後に溶液中からの触媒除去工程が必要である、などの問題が存在する。これらの問題がBDFの販売価格の高さに反映し、BDF普及の阻害要因となっているのが実状である。本研究では、海産廃棄物として排出される貝殻とMgOおよびZrO_2を媒体ボールミルを用いて複合旨化し、その塩基性粉末を触媒とした流通式反応器によるBDF量産化技術の確立を目指す。平成19年度では、水酸化ストロンチウム水和物と酸化カルシウム粉を粉体物として、遊星ボールミルを用いてメカノケミカル粉砕を施すことで、混和性のよい粉体物を得ることができた。そして、これを電気炉にて焼結処理することで高活性バイオディーゼル合成触媒を調製することができた。これらの酸化ストロンチウムを主触媒とする基礎検討結果を踏まえて、触媒成分をコーティングした酸化ジルコニア球担持触媒を調製した。この触媒の調製では、上述の粉体物のメカノケミカル処理物と径が3mmのジルコニア球を遊星ボールミル内で1時間処理し、ジルコニア球表面を水酸化ストロンチウムおよび酸化カルシウムでコーティングして1100°Cの条件下で焼結することで、膨潤層型反応器の使用に適した高密度、高活性の触媒を調製することができた。本研究では、原子・分子レベルでの固体-固体複合化や粉体表面の活性化が可能なメカノケミカル(MC)法を用いてバイオディーゼル燃料合成用CaO-MgO触媒を調製し、各条件で調製した触媒の反応活性について検討した。まず、MC効果の有無を確認するために、CaOとMgOの混合粉をMC処理したものと、MC処理せずそのまま触媒として用い、菜種油-メタノールの基質混合液に投入して実験を行った。MC処理物は未処理物と比較して著しく反応活性が高くなり、MC処理の効果が確認された。次に反応挙動に及ぼすMC処理時間の影響について検討した。触媒の調製法としては、CaOとMgOのモル比が1:4の混合粉を原料として、遊星ボールミルを用いて所定時間MC処理した。MC処理時間が長い触媒ほど反応開始時間が早く反応速度も高くなった。これはMC処理の効果により触媒活性の高いCaO-MgO複合面が生成したためと考えられる。また、MC処理3時間ではCaOのみのMC処理物と同様の反応挙動を示し、CaO-MgO複合金属酸化物が高い触媒活性を持つことが示された。粉末CaO-MgO触媒を成型利用することを想定して、MC処理後の粉末を種々の温度で焼結して調製した触媒の反応活性について検討した。焼結温度が500,600,700°Cでは反応活性に差異は顕れないが、800°Cでは反応速度が有意に遅くなる現象が観察された。これは、MC処理により現れた表面エネルギーの高い活性点同士が結合して、比較的安定な表面構造に移行したためと考えられる。また、各焼結温度処理物表面をFT-IRで観察したところ、800°C処理物のCO2の吸収ピークがシャープで、その他の温度処理物ではブロード状となった。これより焼結温度が低いと表面構造がアモルファス様であることが示唆された。
作用素の正値性に関する総合的研究

昭和63年度は、C-半群の研究から始まった。Davies-Pangによって再導入されたC-半群(初めて導入したのはDa Prato)は指数型有界の場合には主要な問題が解決され、指数型有界でない場合の研究が始まるべき状態にあった。研究代表者岡沢は早大の田中直樹の協力を得て、一般に指数型有界ではないC-半群の生成定理と関連事項をまとめたプレプリントを完成した(投稿中)。ここでC-半群の代表例に、レゾルベントが正作用素であるような線形作用素によって生成されるものがあることを注意しておこう。研究分担者宮島はC-半群の特別な場合どある積分半群について、西独Tiibingen大学の学期報告中の論文に基づいた連続講義を行い本研究グループのメンバーの啓蒙に貢献した。一方で、宮島は単一の正作用素がその既約成分に分解されるという結果の一般化ともみなせる「正作用素の作る半群をその既約成分に分解する」ことを意図し、連続巻数空間上の正半群の場合にそれを実現した。さて交付申請書でLaplacianについて述べたことは、それに摂動を加えたSchrodinger型作用素についても多くの場合正しいことが知られているが、本研究により若干の新知見が得られつつあることに触れておこう。他に、Banach空間における2階線形微分方程式に対する抽象的Cauchy問題の適切性についての竹中俊美(中部大)と岡沢の共同研究がある。