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心筋ミトコンドリア薬理学

平成6年3月、京都における第67回日本薬理学会年会シンポジウムにおいて虚血心筋保護薬開発の新しいアプローチ;「虚血心筋の収縮能と電解質動態の立場より」と題して虚血心臓の電解質、エネルギー燐酸化合物の動態検索から、ミトコンドリアの重要性を強調した。特に、細胞内カルシューム信号と虚血心筋の収縮能の分離について更に研究の必要性を感じた。平成6年度の科学研究費が交付されるやエネルギー産生機構である内膜のプロトン輸送機構を失わせるDNPを用い、急性ポンプ不全の原因がエネルギー利用機構の障害にあることを電解質動態と31P-NMR信号の成績から推論し、この成果を10月イタリーのフローレンスの「PHARMACOLOGICAL CONTROL OF Ca AND K HOMOESTASIS」において発表した。さらに、平成7年3月26日、名古屋における第68回日本薬理学会総会の招待講演において、「心筋の収縮能調節機構と薬」に関し、発表した中で、ミトコンドリアのエネルギー転送機構のクレアチン燐酸シャトルとイオン動態が心筋収縮能にとって極めて重要であり、心不全をミトコンドリア病として認識する必要性を述べた。その後も科研費で、従来の機器にイオン電極を加え、研究中である。平成6年度に、虚血心筋の収縮能には、細胞質内Ca^<2+>よりも、ミトコンドリアのエネルギー通貨ATP,CP,Pi,ADP産生による自由エネルギー変化(ΔG)が大きく影響することを明らかにした(H.6.10,イタリー)。その後、更に、エネルギー転送機構のクレアチン燐酸CPシャトルとイオン動態と収縮能との密接な関係を示した(H.7.3,名古屋,第68回日本薬理学会年会)平成7年度に至って、エネルギー産生/利用とH^+,電解質動態との連関が重要であるとの認識を得るに至り、この見地から、電解質のうち、ミトコンドリアのATP産生の元となるプロトントと他の電解質Na^+,K^+,Ca^<2+>との交換系に注目して研究を行った。これら電解質とH^+との交換系は心筋細胞膜とミトコンドリア内膜にあるので、この部位を区別するべく、単離ミトコンドリアをポリリジンに付着固定させてその表面を灌流し、顕微鏡下に主要イオンを蛍光測定し、イオン輸送の交換阻害があると思われる物質(EIPA,omeprasol)や条件について検討した。この結果、ミトコンドリア内膜には、H^+-Na^+,H^+-K^+交換系が存在し、ミトコンドリア内pHは、Na^+,K^+,Ca^<2+>との関係に於いて変化した。また、ミトコンドリアは高濃度処理後の生理濃度Ca^<2+>やpHの酸性化で、急上昇し再灌流障害をミトコンドリアレベルで説明する知見を得た。また、心筋の前負荷変化にミトコンドリアのエネルギー産生と電解質輸送が大きく変化するとの結論に達した。(H.8.3,長崎,第69回日本薬理学会年会)。
ヒトP450による有機溶剤の代謝および毒性発現機構の解析

1.遺伝子工学的に合成されたヒトP450による有機溶剤の代謝を検討した。これらのP450のトルエン,エチルベンゼン,スチレンの代謝への寄与は類似しており,最も代謝活性が高いのはCYP2B6で,CYP2F1,CYP2E1,CYP1A2,CYP2C8,CYD4B1がこれに次いでいた。CYP3A3,CYP3A4,CYP3A5も活性を示したが,その程度は僅かであった。CYP2A6,CYP2C9,CYP2D6の有機溶剤の代謝活性は殆ど認められなかった。一方ベンゼンとフェノールの代謝活性が最も高いのはCYD2E1であった。CYP1A2,CYP2B6,CYP2C8,CYP2F1のこれらの代謝への寄与は非常に低かった。しかしCYP1A2/1は骨髄で発現されているが、CYP2E1は発現していないので、ベンゼンの骨髄毒性という観点からはCYP1A2の方が重要である。2.トルエンの代謝をモデルとして、CYP2B1-次構造とトルエンの代謝物生成との関連性を検討した。58番目のLenをPheに置換するとベンジルアルコール(BA)の生成は60%以上保持されるが、O-とP-クレゾールの生成は消失していた。114番目のlleをPheに置換するとすべての代謝物が50%以下に低下したが、トルエン環の水酸化は確実に保持されていた。282番目の置換(Glu→Val)はトルエンの代謝に大きな影響を与えなかった。CYP2B1によるトルエン環の水酸化には58番目のLeuが重要な役割を果しているといえよう。3.ヒトの肝のみならず肺ミクロソームにおいて多くの有機溶剤が代謝された。しかし肺における代謝速度は肝の数パーセントであった。喫煙は肝においてトルエンからO-クレゾールの生成を促進させ、肺におけるスチレンの代謝を亢進させた。飲酒の有機溶剤の代謝に与える影響は認められなかった。ヒトの肺におけるトルエンの代謝のパターンは肝におけるパターンと異っていた。すなわち、肝ではO-とP-クレゾールの生成比率は10%以下であったが、肺においてはそれぞれ20%と30%であった。ワクシニアウイルスーヘパト-マ法で発現させた12種のヒトP450とそれぞれ2種類のラットマウスのP450による有機溶剤の代謝を検討した。1.IIB7とIIE1におけるトルエンの代謝(ベンジルアルコ-ル、BA、の生成)の経時変化をみると、IIE1によりBAは4時間まで直線的に増加し、その後24時間まで非直線的に増加した。一方、IIB7によりBAは2時間まで直線的に増加し、その後8時間まで非直線的な増加をしたが、24時間後は逆に減少していた。すなわち、有機溶剤のように揮発性を有する化学物質の代謝速度は培養開始から1ー2時間の時点で測定することが望ましいといえる。2.12種類のヒトP450のうち、6種類のP450(IA2,IIB7,IIC8,IIE1,IIF1,IVB

1)によってトルエンが代謝された。その代謝経路はいずれもトルエンからBAであり、o^-,p^-クレゾ-ルへの代謝経路は検出されなかった。トルエン代謝に関与しているアイソザイムのうち、最も代謝活性の大きいのはIIB7であり、次いでIIE1とIIF1であった。3.マウスとヒトのIA2のトルエン代謝速度はよく類似していた。ヒトIIB7とラットIIB1のトルエン代謝速度を比較すると、BA生成に関してはよく類似していた。しかしIIB1はo^-,p^-クレゾ-ルを生成するが、IIB7はこれらの代謝経路には関与していなかった。IIB1とIIB7は約87%の構造的類似性をもっているが、このたった13%の構造上の相違がo^-とp^-クレゾ-ルの生成を決定づけているものと解され、興味深い。また、トルエンはIIB1とIIF1によって代謝される。これらのアイソザイムは肝のみならず肺組織にも分布することが知られており、トルエンは凝いもなく肺でも代謝されることが明かとなった。4.トルエン以外にベンゼン、エチルベンゼン、スチレン、フェノ-ル、N<Nージメチルホルムアミドおよびトリクロロエチレンについても同様の検討を行った。エチルベンゼンとスチレンに関してはトルエンの結果と類似していた。ワクシニアウイルス-ヘパトーマ法で発現させた12種のヒトP450アイソザイムによるスチレンとベンゼンの代謝速度を測定し、2種のマウスとラットのP450アイソザイムとの比較およびこれらの有機溶剤の毒性発現に関与するP450アイソザイムの同定を行った。1.ヒトP450アイソザイムの中でスチレンの代謝活性が最も高いのはCYP2B6とCYP2F1であり、CYP2E1とCYP1A2がこれに次いでいた。CYP2C8のスチレン代謝活性は2B6の約半分であった。CYP3A3,CYP3A4,CYP3A5とCYP4B1もスチレンの代謝を触媒したが、その活性は低かった。スチレンは代謝的に活性化される。従ってスチレンの毒性にこれらののP450が関与していると推察される。CYP2A6,CYP2C9およびCYP2D6のスチレン代謝活性は極めて低かった。2.マウスCYP1A1とCYP1A2もスチレンの代謝を触媒し、その程度はCYP1A1の方がはるかに強かった。ヒトCYP1A2とマウスCYP1A2のスチレン代謝活性をを比較すると、ヒトCYP1A2の方がはるかに高く、若干のP450一次構造の変化がスチレンの代謝に大きな影響を与えることが判明した。3.ラットCYP2B1とCYP2B2もスチレンの代謝に関与しており、その程度は前者の方がはるかに高かった。ヒトCYP2B6とラットCYP2B1のスチレン代謝活性を比べるとラットの方が約2倍高かった。4.ベンゼンとフェノールの代謝に関与しているP450の中で、CYP2E1の代謝活性は最も高く、CYP1A2がこれに次いでいた。CYP2B6あるいはCYP2C8もこれらの代謝に関与していたが、その程度は低かった。5.マウスCYP1A1とCYP1A2もベンゼンとフェノールの代謝に関与していた。ベンゼンの代謝に関しては両アイソザイムの間に活性の差が認められないが、フェノールの代謝活性はCYP1A2の方が5倍も高かった。6.ラットCYP2B1とCYP2B2はベンゼンとフェノールの代謝に関与していた。ベンゼンの代謝活性はCYP2B1の方が高かったが、フェノールの代謝活性はCYP2B2の方が高かった。1.ヒト肝における有機溶剤の代謝。ヒト肝ミクロソームにおいて、トルエン、エチルベンゼン、トリクロロエチレン、キシレンおよびスチレンはいずれも代謝された。
腫瘍微小環境に着目した新規予後予測因子の解明と分子標的治療への応用

本研究は、悪性腫瘍の予後予測因子及び新規分子標的治療ターゲット分子の解明を目的として研究を行う。腫瘍の浸潤や転移に大きな影響を与える腫瘍間質の免疫担当細胞の分布と臨床病理学的因子との関連、末梢血血液細胞数データとの関連を検討する。腫瘍増殖に関わるサイトカインに着目し、正常領域と腫瘍領域でのタンパク質及びmRNAレベルでの発現を解析し、増殖因子産生細胞を同定する。さらに、健常人末梢血からリンパ球や単球を分取し、腫瘍細胞株へ投与し、腫瘍細胞増殖に与える影響と産生されるサイトカインの検出を行う。
脊髄虚血に対するナノバブル発生技術を応用した脊髄液酸素化による脊髄保護法の開発

本研究は胸腹部大動脈瘤手術時に合併する虚血性脊髄障害に対する脊髄保護法の開発を目的とした。ナノバブル発生技術を用いた酸素化人工髄液を作製し、それをウサギの髄腔内に持続注入することで、脳脊髄液酸素化を達成した。さらに、その状態で腹部大動脈をバルーン閉塞させることで、脊髄虚血を発生させると、脳脊髄液中の酸素分圧の上昇と相関して、下肢運動機能の温存が認められた。そのことから、脳脊髄液を酸素化することによって、虚血に伴う脊髄障害に対する脊髄保護効果がもたらされることが示唆された。さらなる検討を行い、胸腹部大動脈瘤手術に合併する脊髄障害に対する保護戦略の一助となることが期待される。本研究は胸腹部大動脈瘤手術の最も重篤な合併症である対麻痺に対する脊髄保護法に関するものである。脊髄虚血中に髄液中の酸素飽和度が低下することはこれまでに報告されているが、これは脊髄組織が髄液中の酸素を消費するのではないかという仮説を立て、さらに髄液中の酸素飽和度を上昇させることが出来れば、脊髄虚血に伴う低酸素状態を回避できるのではないかと仮説を立てた。髄液中の酸素飽和度を上昇させる方法として、我々が着目したのがナノバブル発生装置であり、これを用いることで、生体内で投与しても気泡化せず、通常よりも高い酸素飽和度を示す液体が産生可能となる。研究の第一段階としてナノバブル発生装置を用いた過飽和酸素化人工髄液の作成に着手した。人工髄液に対して、ナノバブル発生前後での酸素飽和度を測定した結果、発生前は平均180mmHgであったものが、発生後は平均780mmHgまで上昇していることが確認された。これは松木らの先行論文の実証を行ったこととなり、改めてナノバブルの有用性と今後の可能性を確認するものであった。次の段階ではウサギの髄液中にこの酸素化人工髄液を持続注入する動物モデル作成に取り掛かった。ウサギの髄腔内に細径カテーテルを留置し、酸素化人工髄液を注入した。当初は24時間かけて注入していたが、酸素飽和度の上昇が不十分であることがわかり、1時間急速注入モデルを作成した。このモデルでは1時間注入後の髄液酸素飽和度が約350mmHgまで上昇しており、髄液圧の上昇は見られたが、明らかな神経学的合併症は認めておらず、許容される範囲の侵襲と判断した。現段階は髄液酸素化群と髄液酸非素化群に対する15分脊髄虚血モデルを作成しており、群間比較を試みている段階であり、当初の予定より前倒しで実験が進行している。脊髄虚血中に脳脊髄液中の酸素飽和度が低下することは既に報告されているが、これは脊髄組織が脳脊髄液中の酸素を消費するのではないかという仮説を立て、さらに脳脊髄液中の酸素飽和度を上昇させることが出来れば、脊髄虚血に伴う低酸素状態を回避できるのではないかと仮説を立てた。脳脊髄液中の酸素飽和度を上昇させる方法として、我々が着目したのがナノバブル発生装置であり、生体内で投与しても気泡化せず、通常よりも高い酸素飽和度を示す液体が産生可能となる。前年度に既にナノバブル発生技術を用いた酸素化人工髄液を脳脊髄液中に1時間持続注入することで、脳脊髄液中の酸素飽和度の上昇が達成された動物モデルを確立しており、当年度は介入群と対照群との群間比較に着手した。sham群、対照群、非酸素化人工髄液投与群、酸素化人工髄液投与群(介入群)の4群(各n=5)を設定し、15分間の脊髄虚血を発生(sham群はsham操作のみ)させることで、虚血性脊髄障害に対する脊髄保護効果の評価を行った。研究結果は脳脊髄液酸素化を行った群では、対照群と比較して、神経学的評価、病理学的評価ともに有意差を持って、脊髄保護効果が優れているというものであり、仮説に対する動物実験による裏付けが行われたと考えている。このような方法での脊髄保護効果を検討した研究は過去になく、有効性が示されたことで虚血性脊髄障害に対する新たな脊髄保護戦略の構築の可能性が示された。現段階は上記の結果を受けて、実験を終了し、学術集会と学術論文にて結果の公表の準備を進めている段階であり、2016年5月アメリカ胸部外科学会にて口演予定である。またJournal of Thoracic and Cardiovascular Surgeryに投稿中である。本研究は3年目で研究結果の解析と学術集会での発表、学術論文化を計画していたが、既に結果の解析は終了し、学術集会での発表も予定されている。学術論文化の計画も既に海外誌へ投稿中で、改訂を経て、査読中という段階まで進展している。

昨年度までに市販の人工髄液の過飽和酸素化の達成、それを用いてのウサギの脳脊髄液酸素化、その条件下での脊髄虚血発生で、脊髄障害発症率の低下と程度の軽症化が得られることを確認し、報告している。本年度は昨年度までに得られた知見と成果をまとめ、一般に公表していく学術活動が研究の中心となった。学会報告としては、当領域では最も権威ある学術集会の一つである米国胸部外科学会議で、口頭発表の機会が得られた。また、学術論文として編纂したものがThe Journal of Cardiovascular Surgeryに掲載された。これも当領域では最も権威ある学術誌であり、世間からの衆目も集めるものと考えられる。本年度は本研究の集大成であり、当初の計画通り、研究成果を公に報告した。この報告を基にして、今後は発展的な基礎研究および臨床応用への模索を展開していく計画である。本研究は胸腹部大動脈瘤手術時に合併する虚血性脊髄障害に対する脊髄保護法の開発を目的とした。ナノバブル発生技術を用いた酸素化人工髄液を作製し、それをウサギの髄腔内に持続注入することで、脳脊髄液酸素化を達成した。さらに、その状態で腹部大動脈をバルーン閉塞させることで、脊髄虚血を発生させると、脳脊髄液中の酸素分圧の上昇と相関して、下肢運動機能の温存が認められた。そのことから、脳脊髄液を酸素化することによって、虚血に伴う脊髄障害に対する脊髄保護効果がもたらされることが示唆された。さらなる検討を行い、胸腹部大動脈瘤手術に合併する脊髄障害に対する保護戦略の一助となることが期待される。実験計画では初年度は脊髄酸素化動物モデルの作成までを目標としており、初年度の目標はすでに達成され、次のステップまで移行していると考えている。酸素化人工髄液投与モデルに対する15分脊髄虚血では今のところ、対麻痺の発生を認めていないが、コントロール群の作成や適切な群間比較の設定、外部環境の統一などに時間を取られており、まだ実際の群間比較はモデル作成が開始されたばかりである。次年度はこの群間比較を施行し、ウサギにおいて髄液酸素化された個体の脊髄虚血耐用能の評価を進めていく。今後の展望として、脳脊髄液酸素化モデルが確立したウサギを用いて、15分間以上の脊髄虚血発生時における虚血耐容能の検討が必要と考えられる。同時にウサギよりも大型動物を用いて、実際の臨床使用を念頭に置いた実験計画の検討と作成を進めていく予定としている。本研究では脳脊髄液酸素化による有効性が示された一方で、脳脊髄液圧上昇が確認されている。髄液圧上昇は臨床上では脊髄障害のリスク因子と考えられており、髄液ドレナージは既に広く浸透した脊髄保護戦略である。酸素化人工髄液の髄腔内投与と髄液ドレナージが同時に可能になるようなデバイス開発(例えばダブルルーメン髄腔内カテーテル)が可能かの検討も併せて必要になると予想される。また、本研究で示された脊髄保護法は既存の脊髄保護法と独立した性格をもつものであり、既存のものとの併用にて更なる脊髄保護効果が得られる可能性が想定され、実験計画の立案に取り組みたいと考えている。心臓大血管外科、補助人工心臓、心臓移植前述した通り、2年度目はウサギにおける髄液酸素化個体の脊髄虚血耐用能の証明を行っていく。また、15分脊髄虚血モデルのみならず、20分、30分など虚血耐用時間がどれくらいあるのかを合わせて検討していき、実臨床に導入する際の基礎データを採取していく予定である。
慢性肺アスペルギルス症マウスモデルの作成と治療法の開発

侵襲性肺アスペルギルス症に関する動物モデルは種々、作成され、研究が進められているが、慢性肺アスペルギルス症に関する動物モデルは過去に作成されたことはない。本研究は、臨床背景を反映したモデルとして、慢性気道感染症をベースとした慢性肺アスペルギルス症のマウスモデルを作成し、病態解析や新たな治療法の開発を目指すものである。我々は、ポリ塩化ビニルチューブにアスペルギルスのバイオフィルムを付着させ、それをマウスの気管支内に留置する方法を用いた。それにより肺に器質的な傷害を加え、さらに、経口ステロイドによる軽度の免疫抑制をかけるという臨床に近い方法でモデル作成を行った。感染(チューブ留置)後、4週間以上生存可能かつ菌保持可能(生菌数:10^<34>/lung)となり、病理学的にも、慢性壊死性肺アスペルギルス症に矛盾しない結果が得られている。本モデルを確立する事により、肺局所の免疫応答を中心とする病態解析を行う事で、詳細な発症機序の解明や、新たな診断方法を確立できる可能性がある。また、慢性肺アスペルギルス症に対する治療として抗真菌薬の併用療法、抗真菌薬の吸入療法などについて、治療評価が可能となり、きわめて有意義な研究を継続できると考える。また、近年、アゾール系抗真菌薬耐性のアスペルギルスが注目されているが、本モデルを使用し、今後、慢性肺アスペルギルス症におけるアゾール系抗真菌薬への耐性機序や、その治療上の意義についても解析できる可能性がある。
防汚剤の汚損付着生物に対する付着防止機構の解明～付着生物核内受容体の性状解析～

汚損付着生物として知られているシロスジフジツボおよびムラサキイガイのretinoid X receptor (RXR)のDNA結合領域(DBD)配列およびリガンド結合領域(LBD)配列の解明に成功した。ムラサキイガイRXR LBDではヒトと約80 %の相同性が確認されたが、シロスジフジツボRXR LBDでは約60 %程度の相同性しか有していなかった。リガンド応答性については、9-cisレチノイン酸に対してムラサキイガイRXRで反応が認められたが、有機スズに対してはどちらのRXRも反応しなかった。以上より、汚損付着生物のRXRはリガンド応答性が脊椎動物のものとは異なることが示唆された。汚損付着生物として知られているシロスジフジツボ、ムラサキイガイからRNAを抽出し、それを鋳型にcDNAを作成した。この内、シロスジフジツボおよびムラサキイガイにおいてretinoid X receptor (RXR)のDNA結合領域(DBD)配列の増幅に成功した。さらにDBD配列を基に3'RACE法により、DBDより3'側に存在するリガンド結合領域(LBD)配列の解明にも成功した。明らかになった配列情報からアミノ酸配列を予測し、他動物種と比較を行った。その結果、ムラサキイガイRXR LBDはヒトと約80 %の相同性があることが確認された。また、巻貝類とは約90 %の相同性を有している事が確認され、ムラサキイガイRXRのアミノ酸配列は巻貝類RXRに近い配列である可能性が示唆された。一方で、シロスジフジツボRXR LBDはヒト、巻貝類のどちらに対しても約60 %の相同性しか有していなかった。また、他の生物種のRXRに対しても同程度の相同性であり、データベース上にはシロスジフジツボRXRと特に相同性が高い配列は認められなかった。次にシロスジフジツボおよびムラサキイガイのRXR LBDと酵母の転写因子であるGAL4のDBDとを融合したキメラタンパク質を発現させるプラスミドを作成してレポーターアッセイを行ったところ、どちらのRXRも脊椎動物の内因性アゴニストである9-cisレチノイン酸には反応しなかった。一方でRXRアゴニスト作用を有するトリフェニルスズに対しては、ムラサキイガイRXRで反応が認められた。以上の結果から、汚損付着生物のRXRはリガンド応答性が脊椎動物のものとは大きく異なる可能性が示唆された。汚損付着生物として知られているシロスジフジツボ、ムラサキイガイおよびミドリイガイからRNAを抽出し、それを鋳型にcDNAを作成した。また、他の生物種に対しても同程度の相同性であり、データベース上にはシロスジフジツボRXRと特に相同性が高い配列は認められなかった。シロスジフジツボについてはRXR LBDとグルタチオンS-トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質を発現させるプラスミドを作製し、これを大腸菌内で発現させることで組換えタンパク質を作製可能であることを確認した。また、酵母の転写因子であるGAL4のDBDとRXR LBDを融合したキメラタンパク質を発現させるプラスミドを作製した。これにより、シロスジフジツボRXRのリガンド結合能および転写活性化能の評価が可能となった。汚損付着生物における核内受容体のクローニングに関しては、RXR全長のクローニングは完了していないものの、シロスジフジツボおよびムラサキイガイにおいてはRXR LBD配列の解明まで進んでおり、5'RACE法を行うことで全長配列の解明の目処が立っている状況である。また、各種リガンドの受容体結合試験についても、各生物のRXRの組換えタンパクの作製が完了しており、現在リガンド結合能の評価を行っている状況である。

転写活性化に関する検討は平成25年度に行う計画であったが、シロスジフジツボに関しては、計画を前倒ししてGAL4 DBDとRXR LBDを融合したキメラタンパク質を発現するプラスミドを作製し、すでに評価可能な状況にある。このように、当初の計画と前後している部分があるものの、研究の進行に大きな問題はなく、申請書に記載した研究目的を達成できている状況にあると考えている。まず、5'RACE法によりRXRの全長クローニングを完了させるとともに、peroxisome proliferator-activated receptor(PPAR)のクローニングを試みる。RXRの全長クローニングを完了した後、それを基に精製タンパク質を作製し、RXRのDNA結合性および二量体形成性等、核内受容体としての特性の検討を進める。一方で、既にシロスジフジツボおよびムラサキイガイにおいてはRXR LBD配列の解明は完了しているため、RXRのリガンド結合能および転写活性化能を評価する体制は整っている。受容体結合試験およびレポーターアッセイによりどのような化合物がリガンドとなるかを明らかにする。これらの結果をまとめ、付着生物で発現するRXRがどのような機能を持つかを解明し、哺乳動物RXRと比較する。PPARについてもクローニングできたものについてはRXRと同様に検討を進める。RXRについては概ね順調に解析が進んでいるが、PPARについては遺伝子クローニングに少し手こずっているため、繰り越した研究費により受託サービス等も活用して、精力的に進めていく予定である。
モジュール構造ニューラルネットの機能形成モデルとヘルスモニタリングへの応用

構造物の健全度を非破壊で調べるヘルスモニタリングの基本技術として,ウェーブレット解析と階層型ニューラルネットのハイブリッド化手法を提案した。ウェーブレット解析は観測信号(構造物の加速度や速度情報)から正常/異常の判断に用いる特徴量の抽出に利用され,ニューラルネットは構造物の劣化を推定するのに用いられる。構造物を3自由度ダイナミカルシステムで近似し,観測信号から解析的に解が求まらない設定のもとで,バネ定数および減衰定数の劣化の程度を推定する問題に提案したハイブリッド手法を適用した。計算機シミュレーションによって推定精度を調べた結果,バネ定数はある程度の精度で推定可能であったが,減衰定数については十分な推定精度が得られなかった.ここで用いたニューラルネットはモジュール構造をもたないものであるが,この代わりに創発的に機能獲得が可能なモジュール構造ニューラルネットを適用することで,前述の問題を改善できる可能性がある.そこで,まずニューラルネットの基本特性を調べる際によく取り上げられる連想記憶の問題を取り上げ,モジュール構造ニューラルネットの有効性を検討した.モジュール構造を決定するパラメータの探索に遺伝的アルゴリズムを用い,所望の特性に適合したモジュール構造(各モジュールは異なる機能をもつ)が自動的に決定されるニューラルシステムを開発した。シミュレーション実験の結果,試行錯誤では発見の難い高性能なモジュール構造の探索が,本システムで可能になることを確認した.最終的には,これをヘルスモニタリングに適用して性能が改善されることを確認する必要がある.しかし,本研究期間内では残念ながらこれを達成できなかった.今後の研究課題としたい.また,特徴抽出手法として,ウェーブレット解析の代わりに最近ブラインド信号分離問題で盛んに研究されている独立成分分析の適用も検討したことを付記しておく.本研究計画の初年度では、以下の2つのアプローチによって研究を進めた.(1)モジュール構造ニューラルネットにおける構造最適化アルゴリズムの開発(2)ニューラルネットモデルのヘルスモニタリングへの応用(1)では,所望した機能をもつためにどのようなモジュール構造を持てばよいかを主題にした.本研究では,構造パラメータを遺伝子型,ニューラルネットを表現型とした遺伝的アルゴリズムを用いて実現した.具体的には,モジュール構造ニューラルネットとしてクロス結合ホップフィールドネットを用い,この構造パラメータ(モジュールの個数、モジュールのユニット数、モジュール間の結合トポロジー、相互作用の種類、モジュールの情報処理と相互作用のネットワーク全体に対する貢献度など)を最適化するアルゴリズムの開発を行った.このシステムを連想記憶の設計に応用したところ,引き込み特性をある程度制御することが可能であることを示した.なお,この成果をInternational Conference on Neural Processing 98,Kitakyushuで報告した.また,モジュール数を1とした上で本システムの連想特性を調べた結果をNeural ProcessingLetters(Kluwer Pub)に投稿し受理された.現在,印刷中である.(2)では,ビルや橋などの構造物の健全度を推定するヘルスモニタリングシステムにニューラルネットを応用した.本年度では構造物の実測値を利用せず,多自由度の運動モデルを用いたシミュレーションデータを利用した.前処理として測定データをウェーブレット変換し,構造物の健全度を出力とした階層型ニューラルネットに入力した.学習の結果,ニューラルネットの出力から構造物の健全度パラメータの劣化を検知できることを示した.この結果をSecond World Conference on Structural Control,Kyotoで発表した.構造物の健全度を非破壊で調べるヘルスモニタリングの基本技術として,ウェーブレット解析と階層型ニューラルネットのハイブリッド化手法を提案した。シミュレーション実験の結果,試行錯誤では発見の難い高性能なモジュール構造の探索が,本システムで可能になることを確認した.最終的には,これをヘルスモニタリングに適用して性能が改善されることを確認する必要がある.しかし,本研究期間内では残念ながらこれを達成できなかった.今後の研究課題としたい.また,特徴抽出手法として,ウェーブレット解析の代わりに最近ブラインド信号分離問題で盛んに研究されている独立成分分析の適用も検討したことを付記しておく.
両性花植物から雌雄異株への進化…花芽形態形成遺伝子群の発現制御機構の比較解析

(1)アスパラガス属植物の系統解析10種のアスパラガス属植物の葉緑体DNAをRAPD法により解析した結果、作に作成した葉緑体DNAのRELP法による系統樹と同様に雌雄異株のアスパラガス属植物は両性花株のアスパラガス属植物から単系統で生じてきたことが示唆された。(2)花芽形態形成遺伝子群の単離花芽形態形成に関与している遺伝子群の単離を試みた結果、ABCモデルのクラスCに属するAGAMOUS(AG)のホモログとクラスBに属するAPETALA3(AP3)のホモログの断片が得られた。AGのホモログは約170bpが単離され、アミノ酸配列で95%のホモロジーが確認され、MADSboxも保存されていた。さらに、全長cDNAを得るため、単離されたホモログの塩基配列を基にRACE法を用いて3'側の塩基配列の単離を試みた結果、600bpの塩基配列が単離されている。AP3のホモログは約250bpの塩基配列が単離され、アミノ酸配列で約74%のホモロジーが確認され、MADSboxも保存されていることが分かった。(3)アスパラガス属植物の染色体解析昨年度までに第1-4・第7-10番染色体に関して核型決定し、本年度は第5・6番染色体に関して性別の分かっている個体・数サンプルについて核型を分析し、栽培アスパラガスの核型を完成させアスパラガス属植物の両性花植物種と比較検討した。その結果、栽培アスパラガスでは性染色体であるとされている第5番染色体のX及びY染色体に形態的な差があることが明かになった。さらに、45SrDNAをプローブに用いたFISHを行った結果から、栽培アスパラガス植物には少なくても2対のサテライト染色体を持っていることが明かになった。
鉄鋼業における「チャンドラー・モデル」の移転・変容と東アジア国際分業の動態分析

鉄鋼業における「チャンドラー・モデル」の進化類型=「日本モデル」は韓国・中国・台湾・タイへ移転し、変容しつつ定着したことを現地調査によって確定した。また現時点におけるこれら各国鉄鋼業の相互補完関係を、貿易統計によって解明した。本研究の実証作業における作業仮説は2つある。すなわち(1)各国の鉄鋼業のビジネスモデルは、各国の国内需要構造の対応によって決まる。」、(2)「鉄鋼業の国際市場は、各国に独自のビジネスモデルの相互補完関係によって形成される」である。われわれは、まず各国の経済発展に対応して違う需要構造の展開を時系列で考察した。つぎにアメリカにおける「チャンドラー・モデル」の変質について輸入鋼材に対抗する薄板専用型一貫生産体制と捉えた。また日本での「チャンドラー・モデル」の展開を「日本モデル」としてモデル構成し、これを石油危機に対応した高級鋼フルライン「製販統合」型一貫生産体制とした。「日本モデル」は、韓国では普通鋼フルライン型銑鋼一貫生産体制へ、中国では国内建設に対応した建設用形鋼型銑鋼一貫体制へ、台湾さらにタイ・ベトナムでは日本に粗鋼を依存する普通鋼の単純圧延体制へ、とそれぞれ現地適応して、変質していった。現地調査によってこのような現状認識がおこなわれるのは、研究史上はじめてのことである。これまで本研究のようなモデル分析による東アジア鉄鋼地域市場像はなかったのである。本研究の作業仮説は、実証作業によってほぼ確認できたといえる。本研究の第1年目として9月上旬に、本研究の分析基準である「チャンドラー・モデル」の原点であるアメリカ鉄鋼業の現況を調査した。アメリカ鉄鋼業の大きな変容を確認できた。まず(1)アメリカの伝統的製鉄地帯ピッツバーグを調査、国際圧力をうけた厳しいリストラの結果、5つの製鉄所が1つに集約されている実態を調査した。さらに(2)新興南部地域のくず鉄リサイクル型の「ミニミル」台頭を実態調査をし、工場見学と質疑応答で鉄鋼業での先端的な新動向を確認した。つぎに5大湖沿岸の旧製鉄地帯を調査し、(3)日本の自動車工場の対米進出に対応した、インランド鉄鋼(現ミタル)と新日鉄との合弁による高級鋼板への日本からの技術移転と現地日本メーカーとの取引の実態を工場調査と質疑応答で確認した。日本メーカーの高品質要求に伝統的なアメリカ鉄鋼メーカーは応えることが出来なかった実情を調査できた。また(4)アメリカ最大手U・Sスチール社のゲーリー製鉄所と世界鉄鋼業のグローバル再編を狙うミタルのアメリカでの拠点製鉄所を調査し、工場見学と質疑応答によって、両社ともに日本メーカーへ納入することを重要な戦略としており、設備の刷新・高度化に取り組んでいる現況を確認できた。これら(1)(4)は、日本人の本格的な学術調査としては、これが初めてのものである。研究分担者のうちの一人は、8月下旬に東アジアのタイ鉄鋼業を調査している。これは東アジア国際分業の一環を捉えるためのものである。また12月には、名古屋地区で「コイルセンター」という製鉄メーカーと顧客ユーザーの間に介在する業態を調査した。日本製鉄業の高度な「製版統合」の意義は国際競争から見て大きい。12月には、これらすべての調査を集約するために、名古屋市立大学で研究会を実施した。研究分担者全員がレポートを提出し、全体像の討論と次年度への課題を確認した。本研究の第2年目として8月に2次にわたる東アジア鉄鋼業の実態調査を実施し、「チャンドラー・モデル」の日本版である鉄鋼業の「日本モデル」について、その各国への移転にともなう変容を確認した。1.まず第1次調査(8月18、19,20,21日)として、韓国最大のPOSCOの浦項製鉄所と光陽製鉄所を調査し、「日本モデル」の汎用型大規模化の実態を認識した。またソウル本社のPOSCO経営研究所(POSRI)を訪問し、研究員と移転・変容について長時間にわたる討論を行った。

2.つぎに第2次調査(8月27,28,29,30日)として、台湾最大の中国鋼鉄・高雄製鉄所を調査し、「日本モデル」の不完全な汎用型大規模化の実態を認識した。さらに台北の東和鋼鉄の本社およびH形鋼圧延工場を調査、「日本モデル」に依存する単圧メーカーの存在とその実態を認識した。このようにして、今年度は「日本モデル」の移転と変容という主題そのものに挑戦し、現地調査によって、文献では見えてこない実態を多く捉えていくことができた。鉄鋼業のビジネスモデルは直接的には各国の内需構造にまず対応して、各国ごとに違ってくるという動態を捉えることができたと考える。本研究の成果を出版すべく、7月には出版社:昭和堂(京都)と出版契約を締結することができた。次年度は、この成果を踏まえて、出版作業に移るつもりである。1年目のアメリカ調査、2年目の韓国・台湾調査を踏まえて、3年目の今年度はその実態調査を総括し出版に向けた作業をおこなった。まず、3年目の初頭でわれわれ共通の3つの作業仮説を設定した。(1)中期的には各国の国内需要との最適適応で各国高炉メーカーのビジネスモデルが決まっていく。(2)そのビジネスモデルが決定される場合、各企業の戦略選択問題は必ずしも進化論的対応ではない。(3)輸出、国際分業対応は各国における内需対応の延長線上で決まる。-以上である。このような分析視角から、各国の高炉メーカーの代表的事例について国際比較をおこなった。2009年7月中旬に箱根教育研究支援施設で2泊3日の合宿研究会を実施し、各自が分担の日・米・韓・中・台・タイについて研究報告を行った後、討論をおこなった。この場合、われわれの関心は、「日本モデル」の韓・中・台・タイへの移転と各国での現地化の具体的なプロセスとその変容の実態である。われわれは、各国が得意分野へ棲み分けを展開する動向を解明し、ここから東アジア地域経済圏での鉄鋼業の相互依存関係が格段に深化していることを確認した。この研究会での成果を持って各自は論文作成にすすんでいる。2010年後半に出版の予定でそれぞれ作業を進めている。本研究によって、従来なかったビジネスモデル視角から見た東アジア像が提起できるものと考えている。
脳の発達におけるグルタミン酸トランスポーターの役割

グルタミン酸は、ほ乳類の中枢神経系において記憶・学習などの脳高次機能に重要な役割を果たす神経伝達物質としての作用だけでなく、神経系の発生・分化にも関与するシグナル分子としての作用を持っていると考えられている。しかし、その詳細は不明な点が多い。我々は、細胞外グルタミン酸濃度調節にとって重要な役割を果たす2種類のグリア型グルタミン酸トランスポーター欠損マウス(GLT1,GLAST)を作成した。GLT1欠損マウス、GLAST欠損マウスには、脳の形態異常は観察されなかった。しかし、これら2つの欠損マウスを掛け合わせダリア型グルタミン酸トランスポーターを全く持たない(DKマウス)を作成したところ、DKマウスは胎生17日頃に死亡し、その中枢神経系には嗅球の僧帽細胞の消失・海馬錐体細胞の層形成不全・大脳皮質の層形成不全・小脳の小葉形成不全など様々な形態異常が観察された。今年度は、DKマウス大脳皮質の層形成不全の機序を解析した。DKマウスの大脳皮質の異常は、胎生12日(E12)に生まれた神経細胞の移動障害、E15以降の神経幹細胞の分裂障害、subplate neuronの消失による大脳皮質-視床間結合の消失、交連線維の交差異常によることが明らかになった。また、これらの異常は、グルタミン酸受容体のアンタゴニストを投与することにより回復した。従ってDKマウスでは、細胞外グルタミン酸濃度の上昇により、グルタミン酸受容体が過剰に活性化され、脳形成に異常が起きることが明らかになった。本研究は、過剰な細胞外グルタミン酸は、脳形成の全ての過程を制御し、脳形成に重要な役割を果たすことをin vivoで最初に示したものである。グルタミン酸トランスポーターは、細胞外グルタミン酸濃度を制御することにより、神経幹細胞の分裂、神経細胞の移動、神経細胞の分化(軸作の伸長)を制御し、大脳皮質の形成にとって重要な役割を果たしている。
ダストを中心とした実験室・宇宙プラズマの自己組織化及び集団運動に関する研究

プラズマ粒子は一般にクーロンエネルギーが運動エネルギーに比較して小さく弱結合の状態にあるが、原子サイズと比較して大きな微粒子群はプラズマ中で負に帯電し強結合の状態にある。微粒子系が、プラズマという系と相互作用をしている複合系はコンプレックスプラズマとして一つの研究分野を確立しつつある。2001年には10以上のグループでダストプラズマ研究会を発足することができ、これまでに4回研究会を開いている。我々の研究はシミュレーションを中心としてプラズマ中に置かれた微粒子の挙動を調べてきた。プラズマ中では110ミクロン程度の微粒子は表面に負の電荷を集め、微粒子群は相互作用を強め、それ自身が格子状の構造を作り出す。粒子シミュレーションでは重力と閉じ込め電場により局所的に微粒子を集め、自己組織化によりいかに構造が決定されるかを見た。平面状に並んだ粒子数が6以下では正多角形となり、それ以上の数になると規則正しい格子状になっていくことが見出された.実験室プラズマ中で観測されたものとのよい一致を見た。また実験室実験で磁場中での微粒子の自転を含む回転運動に刺激されて理論解析およびシミュレーションを行った。微粒子のまわりのイオン流の不均一性が自転を引き起こし、釣り合いの位置からのずれによって生じる電場と磁場の相互作用が構造回転を引き起こす機構を提案した。また微粒子近傍のイオンの挙動について解析的に調べ、微粒子相互作用に及ぼすプラズマ粒子のはたらきをあきらかにした。研究結果は物理学会、ダストプラズマ研究会(核融合科学研究所)、スペースプラズマ研究会(宇宙科学研究所)、プラズマ科学国際会議(ICOPS)、プラズマ物理国際会議(ICPP)、ダストプラズマワークショップ(US)で発表。原子サイズと比較して大きな微粒子系が、プラズマという系と相互作用をしている複合系はコンプレックスプラズマとして一つの研究分野を確立しつつある。それはこの2年間の我々のダストプラズマの理論的研究が他の実験研究グループとのかかわりで広がりをもってきたともいえるだろう。10以上のグループでダストプラズマ研究会を発足することができた。プラズマ中では110ミクロン程度の微粒子は表面に負の電荷を集め、微粒子群はクーロンポテンシャルエネルギーが運動エネルギーを超えるため強く結びつき、それ自身が格子状の構造を作り出す。平面状に並んだ粒子数が6以下では正多角形となり、それ以上の数になると規則正しい格子状になっていくことが見出された。実験室プラズマ中で観測されたものとのよい一致を見た。研究結果は微粒子の集団運動についてスペースプラズマ研究会(招待講演、宇宙科学研究所、3月)、微粒子の自転に関してはプラズマ科学国際会議(ICOPS,ラスベガス6月)で発表、微粒子群回転に関しては物理学会(招待講演、徳島、9月)、プラズマ科学のフロンテイア研究会(招待講演、土岐、10月)、ダストプラズマ研究会(世話人、土岐、12月)にて発表。微粒子をプラズマ中に含むダストプラズマはさまざまなあたらしい集団運動を生み出し、プラズマ物理の分野でコンプレヅクスプラズマと呼ばれる新しい学問領域を形成しつつある。2001年秋、物理学会と核融合研究所におけるフロンティア科学研究会でコンプレックスプラズマ、特にプラズマ中微粒子群回転についての招待講演を行ったが、その結果物理学会誌の解説を書くことになり、「コンプレックスプラズマの物理」と題して2002年7月号の物理学会誌O.Ishihara, Butsuri, Vol.57,476-482(2002))に掲載された。

また、プラズマ核融合学会誌2002年4月号で「ダストプラズマの基礎物理とその広がり」と題した特集記事の編集(O.Ishihara et. al., Journal of Plasma and Fusion Research, Vol.78,293-294(2002))にも携わった。3年にわたったダストプラズマ研究の成果があらわれたものと考えられる。磁場中におかれた帯電微粒子の回転運動については、理論、シミュレーション、実験と完全な形で結論付けることができ、Physical Review Eに掲載された。またその結果はオーストラリア、シドニーで開かれた第11回プラズマ物理国際会議(ICPP, July, 2003)で招待講演(0.Ishihara, T.Kamimura, K.Hirose, and N.Sato, Dynamicsof Dust Particulates in Magnetic Field)として紹介することができた。
立体選択的タンデム反応の開発と生物活性物質の集積合成への活用

反応活性種に基づく集積反応開発と生物活性天然物の全合成、(1)アニオン:スキャブロニンG,A,DとエピスキャブロニンAの不斉全合成、高立体選択的連続マイケル反応の開発、(2)カチオン:タキソールの形式不斉全合成とオフィオボリンAの不斉全合成、(3)遷移金属:ハイパーフォリンの全合成、ネモロソン、ガルスベリンA、クルシアノンの形式不斉全合成、高エナンチオ選択的不斉エポキシ化を触媒する鉄(III)錯体の合成、(+)-コレト酸の最初の不斉全合成、プラテンシン、プラテンシマイシンの形式不斉全合成、α-アルキリデン-β-ケトイミドの集積合成、高エナンチオ選択的[4+2]環化付加、細見-櫻井反応を達成した。独自に開発した同一時空間反応集積化法である触媒的不斉分子内シクロプロパン化反応を活用し,同一合成中間体から新しい作用機序を持つ抗生物質,(-)-platoncin,(-)-platensimycinの形式的不斉全合成を達成した。β-位に置換基のないα,β-不飽和カルボニル化合物に対する求核剤の1,4-付加反応は速いため,優先して反応が進行し,分子内の適切な位置に電子求引性基の置換した不飽和結合があれば,生じたエノラートはさらに1,4-付加反応を起こすと予想される。求核剤としてヒドリドを用いると,橋頭位にメチル基を有する含四級連続不斉炭素の構築が期待できるため,モデル化合物を合成し,THF中-78oCでL-Selectrideと反応させたところ,期待した生成物が高立体選択的に得られた(62%,dr=>20/1)。この生成物は四級炭素を含む連続不斉炭素を有しているので,多環式天然物のキラルビルディングブロックとして有用である。この手法を適用し,優れた抗腫瘍性抗生物質bruceantinに含まれる四級不斉炭素を含むトランス縮環部位の高立体選択的構築に成功した。β-位に置換基のないα,β-不飽和カルボニル化合物の反応から開始するタンデム1,4-付加反応は,他の求核剤を用いても同様に進行すると考えられるため,アルコキシドを用いれば,橋頭位メチル基に酸素原子を導入した環構築が見込まれるので検討中である。大環状β-ケトエステルの渡環型タンデム1,4-付加反応を検討した。その結果,対応する基質の渡環型Diels-Alder(TADA)反応の主生成物とジアステレオマーの関係にある生成物が高立体選択的に生成することを見出した。渡環型タンデム1,4-付加反応を多環式天然物の全合成に適用した例は限られているので,更なる展開を進めている。1,5-ヒドリドシフトを鍵反応とする連続不斉中心の構築とPd触媒を用いたメチルケトンの分子内アルケニル化によるタキサン骨格の構築を活用する(-)-taxolの形式的不斉全合成を検討した。(-)-taxolのA環とC環のフラグメントのカップリングは収率95%で単一の生成物を与えた。生成物の立体選択的エポキシ化により得たエポキシドにBF3•OEt2を作用させると1,5-ヒドリドシフト-ベンジリデン形成反応が連続的に進行した。この反応条件下ではエトキシエチル基の脱保護が一部進行するので、引き続きエトキシエチル基を脱保護した。生成物の1級水酸基を選択的にDess-Martin酸化し、続いて残った2級水酸基をTES基で保護し、アルデヒドへのMeMgIの付加、生じたアルコールのDess-Martin酸化によりメチルケトンを合成した。このメチルケトンのPd触媒を用いた分子内アルケニル化反応は速やかに進行し、所望の環化体を収率96%で与えた。この化合物は数工程を経てNicolaoouらの(-)-taxolの合成中間体へ変換することができ、その構造確認と形式的不斉全合成を達成した。α、β-不飽和カルボニル化合物の反応から開始するタンデム1、4-付加反応の研究においては、渡環型Diels-Alder反応を組み合わせることにより天然物合成の有用な中間体を立体選択的に合成することに成功した。同一時空間反応集積化法としてα-ジアゾ-β-ケトジフェニルボスフィンオキシドの触媒的不斉分子内シクロプロパン化を検討した。その結果、反応は高エナンチオ選択的に進行し泉高90%_の生成物を与えることを見出した。分子内タンデム

Michae1反応により単一生成物として得た化合物Aから基質を合成し、DBU存在下、MeOH中でPhSHを反応させた。その結果,渡環型連続Michael反応が進行し、3環式トランス-トランス縮環構造を持つ化合物が73%,dr=5.6/1で立体選択的に得られた。この化合物はfusidicacid同族体である抗生物質helvolic acidに含まれる縮環構造を持つ。また、化合物Aをチオールエステルに誘導し,Pd存在下にビニルスズ化合物を反応させるとLiebeskind-Srog1反応と続く分子内Diels-Alder反応が連続的に進行し、3環式トランス-シス縮環構造を持つ化合物が単一生成物として66%で得られた。この化合物の鏡像異性体は抗腫瘍性抗生物質oridonineに含まれる3環式縮環構造を持つ。対称ジエステルの豚肝臓エステラーゼによる不斉加水分解により得た化合物から合成したヨウ化物を別途合成したγ-ラクトンとカップリングした。この化合物の分子内細見-桜井反応により68%,dr=4/1で所望の化合物Bを立体選択的に得た。化合物Bから誘導したアルデヒドと別途不斉合成したα-プロモケトンのカップリングは,内本らにより報告された条件を用いて成功し,引き続きBurgess試薬による脱水Raney-Niを用いた立体選択的水素添加,MeLiの立体選択的付加を経由し、閉環メタセシスの基質を合成できた。閉環メタセシスは基質の構造を変化させることにより高収率で進行させることができた。その後、数工程を経て(+)-ophiobolin Aの世界初不斉全合成に成功した。ω-アルケニルチオールエステルと9-BBNにより得たアルキル9-BBNの分子内Liebeskind-Sroglカップリングは比較的合成しにくい下記中員環ケトンを好収率で与えることを見出した。分子内シクロプロパン化、立体選択的アルキル化、シクロプロパンの位置選択的開裂、さらなる変換によりPPAP類であるhyperforin、clusianoneの全合成に成功した。α-ジアゾ-β-ケトスルホンの触媒的不斉分子内シクロプロパン化(CAIMCP)を見出し、PPAP類であるnemorosone、garsubellin Aの形式的不斉全合成を達成した。CAIMCPを活用するとPPAP類とその誘導体の多くが不斉合成可能であることを示した。Pd触媒とトリエチルシランによるチオウレアからイミダゾリニウム塩への新規変換反応を開発した。この反応はTMSOTf存在下、温和な条件下に進行する。金属カリウムを用いる方法は発火の危険を伴い、還元され易い化合物には適用できないが、本手法は安全で基質適用範囲が広いため有用である。本手法はスルホキシドの除去にも適用可能である。BiCl3触媒とトリエチルシランによる直接還元的アミノ化反応を開発した。本反応においては、電子求引性基の置換したアニリンや求核性の低いカルバミン酸エチルの反応が進行する点が特徴である。また、発生したBi(0)が反応に関与していることも見出している。Liebeskind-Sroglカップリング-分子内Diels-Alder反応により三環式化合物を得る手法を開発した。本手法を数種類の基質に適用した結果、単一生成物を与えるケースをいくつか確認した。構造解析の結果,主生成物の縮環部位はいずれもシスの関係であった。α-ジアゾケトンの分子内シクロプロパン化に続く立体選択的アルキル化,シクロプロパンの位置選択的開裂によりPPAP
ミトコンドリア蛋白質の移行過程におけるストレス蛋白質の機能

ミトコンドリアタンパク質の大部分はサイトソルでN末端に延長ペプチド(プレシークエンス)を持つ前駆体として合成され、その後ミトコンドリアに移行して成熟タンパク質に転換される。サイトソルで合成された前駆体が高等動物のミトコンドリア膜を認識するためには、前駆体のプレシークエンスに加えて、サイトソル中のHsp70およびその他の因子が必要である。しかし、高等動物におけるHsp70の役割は必ずしも明らかではない。今回、高等動物のHsp70ファミリーの1つであるHsc70に特異的なモノクローナル抗体(1B5)を用いて、ラットオルニチントランスカルバミラーゼ(OTC)前駆体のラットミトコンドリアへの取り込みにHsc70が果たす役割を検討した。まず、ウサギ網状赤血球ライセ-ト中のHsc70を1B5モノクローナル抗体によって除去した後、in vitro翻訳を行い、ミトコンドリアへの取り込みを調べたところ、コントロールに対して取り込みが1/4に低下した。この低下は、翻訳前に精製したマウスHsc70を再添加することによって回復したが、翻訳後の再添加では無効であった。ついで、種々の前駆体タンパク質や融合タンパク質を用いてHsc70の要求性を検討した。Hsc70抗体をin vitro翻訳時に加えると、これらの前駆体のミトコンドリア移行は530%阻害された。いくつかのtruncateしたOTC前駆体を用いた場合、最も短い前駆体pOTC(1-90)の移行は2分間で最大となり、Hsc70の阻害はほとんど見られなかった。またOTC前駆体をHsc70を除去したライセ-トで翻訳した時の状態をショ糖密度勾配遠心法によって解析した。その結果、Hsc70を含む未処理のライセ-トで合成したOTC前駆体は11Sを中心とするブロードな沈降パターンを示したが、Hsc70非存在下ではこの複合体が消失した。
枯草菌ゲノム情報の解析

1.枯草菌は大腸菌と並んで分子遺伝学の対象として40年以上研究されている。グラム陽性菌の枯草菌は陰性の大腸菌と複製開始領域を初め多くの生存必須な遺伝子を共有している。一方枯草菌には胞子発芽に代表されるような固有な機能が発達しておりそれに関与する新しい遺伝子が進化している。このように枯草菌と大腸菌の比較は原核生物の遺伝情報の全体像と進化を解明する上に欠かすことができない。この様な観点からECと日本において枯草菌が大腸菌とならんでゲノム解析プロジェクトの対象として採用されている。本研究は枯草菌ゲノム配列決定プロジェクトからの配列情報を収集し、各種の解析に広く利用可能な枯草菌ゲノムデーターベースの作成とその分子遺伝学的、分子進化学的解析を行うことを目的とした。2.現在までに日本の枯草菌グループにより新たに決定された配列とGenBankに登録されている枯草菌染色体の配列より重複を取り除き、整理を行った結果、190cotntig、統計1,115Kbの配列が得られており、京大秋山先生・奈良先端森先生により開発された配列表示プログラムGeomatica上で公開する準備を進めている。3.我々の研究室で配列決定を完成した180Kbの領域について、リボゾーム結合配列の候補を伴うORFを探索したところ、既知のものを含めて154個のものが同定された。同時に、そうしたORFの空白部には、リボゾーム結合配列が明確には認められないが一定の大きさを持ち、他と重ならない5個のORFが存在していた。このことは枯草菌ではコード領域の推定が比較的容易であることを示している。上記の159ORFについて解析した結果、既知の33遺伝子に加えて、15ORFについてその機能が相同性により明らかになり、加えて11ORFの機能が示唆された。しかしながら、残る99ORFの機能に関しては情報は得られていない。
3次元地震動ベクトルの伝達関数マトリックスを用いた入力地震動作成手法

1.非定常相互相関解析法を用いた地震動記録の分析により、基盤の水平動と地表の上下動の記録間の相関と時間遅れの時刻歴変化について検討し、記録間の相関の高い時間領域、すなわち、"基盤の水平動が地表の上下動に変化している時間領域"を見つけることを行った。その結果、地震波の主要動部分で入射P波が地層境界で反射してS波が発生し、上下動が水平動に変換されている現象を捉えることができた。また、入射S波が多方向に反射波を発生させているために水平動成分間で変換が行われていることも捉えた。2.3次元地震動ベクトルの伝達関数マトリクスは地震動の立体的な波動伝播システムを表現し、且つ、その伝達関数の非対角項は水平動(上下動)のスペクトルが上下動(水平動)のスペクトルに変化する率を表していることに着目し、多次元システム関数推定法により基盤と地表間の3次元地震動ベクトルの伝達関数マトリクスを地震動記録から推定を行った。そして、この伝達関数の非対角項の振動数特性と地盤の地層構成や周期得性と地震波の関係について検討を行った。その結果、主要動部分では、地層境界で発生する反射S波は入射P波の成分与の入射S波による多方向反射S成分が多いことが捉えられた。また、地層構成により、反射S波の成分比が異なることも捉えた。上記の結果を基に実記録で得られた3次元地震動ベクトルの伝達関数をモデル化し、このモデルを用いた3次元入力地震動を作成する手法の開発を行っている。