hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
小胞輸送によるRhoファミリーG蛋白質の空間的制御機構

研究代表者は、FRET原理を利用したモニター分子を作成し、それを用いたイメージング実験により、現在までに、哺乳類細胞の極性運動時のRhoファミリーG蛋白質(RhoA、Rac、Cdc42)活性の時空間情報を明らかにしてきた。そこで、細胞の小胞輸送系を乱す薬剤などを用いて極性をもって運動している哺乳類細胞のRhoファミリーG蛋白質活性分布を調べた。その結果、薬剤処理によりRhoファミリーG蛋白質の活性分布が乱れることが明らかになった。また、小胞輸送には細胞骨格系が関与していることが知られているがこれらを阻害してもRhoファミリーG蛋白質活性の分布が乱れ、Rac及びCdc42の細胞先端での活性化は、アクチン重合阻害剤で抑制されるが、RhoAの細胞先端での活性化は阻害されなかった。一方、出芽酵母は、他精度の高い遺伝解析と自由度の高い遺伝子操作が可能であり、小胞輸送関連の多くの変異株も利用できる。そこで出芽酵母のRhoファミリーG蛋白質活性分布を解析できる系の作製もおこない、出芽酵母内のRhoとCdc42活性分布を解析した。その結果、これらのG蛋白質が出芽部で顕著に活性化していることを可視化することができた。出芽した娘細胞の成長と活性化を比較したところ、Rhoの活性化はCdc42よりも長く続く結果が得られた。これらのプローブを出芽酵母温度感受性sec変異株に発現させ、イメージングすることにより小胞輸送のRhoファミリー活性化に対する影響を解析できると考え、準備をしている。1哺乳類細胞が極性をもって運動している際に、RhoファミリーG蛋白質(RhoA、Rac、Cdc42)がどのような活性分布を示すかを明らかにするためにFRET原理を利用したモニター分子を用いたイメージング実験を行った。RacとCdc42の活性分布はすでに報告したが、本年度はRhoの活性分布を明らかにし、発表した(Kurokawa K and Matsuda M.Mol Biol Cell.16, 2005, 4294-4303)。これまで予想されていたこととは異なり、Rhoは細胞が収縮する領域と伸展する領域の両方で活性化することを明らかにした。また、増殖因子等は細胞の形態変化を誘導するが、このとき誘導されるメンブレンラフルでRhoA、Rac、Cdc42のすべての活性が高いことも明らかにした。2 1の結果を受けて、細胞の小胞輸送系を乱す薬剤などを用いて極性をもって運動している哺乳類細胞のRhoファミリーG蛋白質活性分布を調べた。また、小胞輸送には細胞骨格系が関与していることが知られているがこれらを阻害してもRhoファミリーG蛋白質活性の分布が乱れることも明らかになった。3一方、出芽酵母は、他精度の高い遺伝解析と自由度の高い遺伝子操作が可能であり、小胞輸送関連の多くの変異株も利用できる。そこで出芽酵母のRhoファミリーG蛋白質活性分布を解析できる系の作製もおこなっている。今までに作製したプローブを用いて出芽酵母内のRhoとCdc42活性分布を解析した結果、これらのG蛋白質が出芽部で顕著に活性化しているのが観察された。
アルコール燃料の燃焼特性に及ぼす雰囲気条件の影響

噴霧燃焼法を用いる内燃機関の高効率化には、噴霧を構成する要素の最小単位である単一液滴の燃焼特性を詳細に理解することが重要である。本研究では、再生可能エネルギの一つであるバイオマス由来のアルコール燃料である1-ブタノールと環境負荷物質低減が期待される排気再循環(EGR)技術に着目した。EGRガス中には二酸化炭素および水蒸気が含まれているため、それら微速流の組成が液滴燃焼特性に及ぼす影響を明らかにすることが目的である。本研究では、液滴燃焼特性として瞬時液滴燃焼速度に着目した。2018年度は、昨年度に準備を行ったマスフローコントローラと気化器からなる微速流組成を任意に変更することが可能な装置を設置した。液滴は2本のSiCファイバ(0.014mm)の交点に懸垂させた。液滴の着火には2対のヒータを用いた。高速度カメラを用いて液滴燃焼時の液滴の影画像を取得し、それらから瞬時液滴直径および瞬時液滴燃焼速度の導出を行った。また、デジタルビデオカメラにより火炎の様子の撮影を行った。まず、微速流の組成を窒素79%、酸素21%とし、流速および温度を変更し、実験を行った。その結果、同一瞬時液滴直径では、瞬時液滴燃焼速度は微速流流速および温度の上昇にともない上昇することが確認できた。微速流中における瞬時液滴燃焼速度は、瞬時液滴直径が小さくなると微小重力環境で得られた値に近づくことがわかった。微速流の組成組成を変更した(酸素濃度は21%で固定)実験を行い、瞬時液滴燃焼速度に及ぼす組成の影響を取得した。EGRガス中には二酸化炭素および水蒸気が含まれているため、それらが液滴燃焼特性に及ぼす影響を明らかにすることが目的である。平成29年度は、微小重力実験が可能な装置の作製および空気微速流中における液滴燃焼に及ぼす温度の影響について研究を行った。これまで、液滴下部に1つのコイル状ヒータを設置することで液滴を着火させていたが、着火後の擾乱が計測精度に影響を及ぼす可能性があったため、2対のヒータで着火する装置に変更し、ヒータの形、太さおよび通電時間の最適化を行った。そして、新しい着火装置を用いて、微速流流速0.240.45 m/s、温度300363 Kで実験を行った。実験で得られた影画像から瞬時液滴燃焼速度の導出を行い、瞬時液滴直径が同一の場合、周囲微速流流速および温度が増加すると瞬時液滴燃焼速度が増加することがわかった。実験装置を加熱することで、微速流への水蒸気の添加ができる。また、微小重力環境で使用可能な実験装置を作成し、動作確認を目的として通常重力下において予備実験を行った。次年度の実験項目である微速流の組成を変更するためのマスフローコントローラおよび気化器の準備を行った。当初予定では、平成29年度中に微小重力環境で用いる実験装置を完成し、データを得る予定であったが、実験装置の作製に予想以上の時間を要したため、通常重力環境下における実験までにとどまった。また、微速流の組成制御装置を完成する予定であったが、現在作成中であり、やや遅れている。これらより「やや遅れている」と判断した。平成30年度は、平成29年度に作成した微小重力実験用装置を用い、参照データとする対流のない条件における瞬時液滴燃焼速度の取得を行う。

また、微速流の組成の影響(二酸化炭素および水蒸気の割合)を明らかにするために、現在準備中の微速流作成装置を完成させ、微速流流速0.45 m/s、温度363 Kで実験を行う。得られた結果から、微速流中の1-ブタノールの瞬時液滴燃焼速度に及ぼす、流速、温度、組成(二酸化炭素および水蒸気の割合)の影響について検討し、実験式等の整理を試みる。今年度は予備実験に当初予定より時間を要し、微速流の組成制御装置に関して、水蒸気添加用のみの作成にとどまったため、当初予算より低くなった。当初予定どおり、微速流組成制御装置(二酸化炭素添加装置)の作成に使用する。
マウス由来ペプチジルアルギニンデイミナ-ゼの大腸菌での発現とその応用

ペプチジルアルギニンデイミナ-ゼ〔EC3、5、3、15〕(以下PADと略記)は、Ca^<2+>存在下で蛋白貭のArg残基を脱イミノ反応によりCit残基に変換する全く新しいタイプの蛋白質修飾酵素であり、生理機能のみならず応用的にも注目される性質を有している。PちDは、脊椎動物の各種組織に存在しているが、最近我々はマウス子宮からPADのmRNAをカバ-する2個のcDNAクロ-ンを得てその全一次構造を決定した。本研究では、まず上記のcDNAを継なぎ合わせ全翻訳領域を含むクロ-ンを作製した。次に3 ́非翻訳領域の大部分をBAL31eronuclease法を用いて削除し、また翻訳領域の5 ́末端には合計4種の異なる合成DNAリンカ-(SDーATG間の塩基配列の異なるもの)を挿入後それぞれpKK223ー3発左ベクタ-に組み込んだ。これら各種発現プラスミドにより大腸菌JM105株を形質転換させた所、1つのプラスミド(pKKPADー4)は大腸菌体内においてPADを発現することが見出された。このプラスミドはSDーATG間に余分なシストロンを1個挿入したものであり、菌総蛋白質量の115%を活性型として発現することが出来た。つぎに、pkkPADー4発現組み換え酵素の精製法について検討した所、大豆Kunitz型trypsin inhibitorーSepharoxeアフィニティ-クロマトを用いることにより1段階のクロマトにより収率30%でほぼ均一な精製酵素を得ることが出来る方法を確立した。精製組み換え酵素の蛋白質化学的性質および酵素化学的諸性質をマウスより得たPADのそれと比較した結果、組み換えPADはN末端アミノ酸がメチオニンである以外(マウスPADはアセチル化メチオニン)は一次構造上は同一であることが確認出来た。またCDスペクトラムも両者では殆んど差がなく高次構造の点でも変化がないことが確認出来た。その他、各種基質に対するKm kcat値やCa^<2+>依存性も天然型PADと同様であることから、本研究により確立したPADの大腸菌での発現系は今後の発展に十分答えられるものであると確信している。
多分散ナノコロイドの湿式分級を目的とした超高空隙率ナノファイバー膜の開発

ナノファイバー膜は、同等の孔径を持つ精密濾過膜より水透過流束がかなり大きく、精密濾過膜に匹敵する粒子捕捉性能を持つ。また、繊維径の減少とともに孔径が減少し、粒子捕捉性能は向上する。ナノファイバー膜をコロイド粒子の湿式分級に応用すると、ナノファイバー膜特有の三次元ネットワーク構造と高空隙率が効果的に働き、大粒子群は膜層内部に侵入して捕捉され、小粒子群は膜層内部の空隙をスムーズに透過する。このように、ナノファイバー膜は篩分級に適した濾材である。分級精度の向上のためには、膜面上に大きな剪断力を与えることができるダイナミック濾過の適用と、粒子間の静電反発力が大きくなるような溶液環境の調整が有効である。本研究で使用するナノファイバー膜の湿式分級用ふるいとしての優位性について検証するため、従来より広く分離操作に使用されている高分子精密濾過膜を比較対照に用いて、それぞれの膜の基本的な分離性能を実験的に調査した。その結果、ナノファイバー膜は次の特長を持つことを明らかにした。(1)従来の高分子精密濾過膜より有効厚さが薄く、空隙率が著しく大きい。(2)同等の孔径を持つ高分子精密濾過膜より水透過流束が圧倒的に大きい。(3)高分子精密濾過膜に匹敵する粒子捕捉性能を持ち、サブミクロンサイズの微粒子の分離に有効である。さらに、分離の機能を担うナノファイバー層の特性に着目し、ナノファイバー層の形成条件(繊維径、目付量)と基本的な分離性能(孔径、粒子阻止率)との相関関係について実験的に調査した。その結果、次の結論を得た。(1)孔径は繊維径の減少とともに小さくなる。この傾向は、繊維径が小さくなるにつれて繊維層の比表面積が増大することに起因する。(2)孔径は繊維径の約6倍である。(3)粒子阻止率は繊維径の減少とともに向上する。この傾向は、繊維径が小さいほど孔径が小さくなる結果に対応するものである。(4)孔径より小さな粒子でも、ある程度のサイズまでであれば捕捉可能である。これは、複雑な三次元ネットワーク構造により粒子の透過がさえぎられたり、粒子が繊維表面に付着したり、複数の粒子が繊維層内で架橋して目詰まりしたりするためである。(5)分離したい粒子サイズの0.9倍以下の繊維径を持つナノファイバー膜を用いれば、その粒子を完全に捕捉することが可能になる。(6)孔径および粒子捕捉性能に及ぼす目付量の影響はそれほど大きくない。以上より、ナノファイバー膜は繊維径の調整により粒子の捕捉性能および透過性能を自由にコントロールすることができ、目的に応じた分級性能の制御が可能になる。エレクトロ・スピニング装置で種々の繊維径のナノファイバー膜を作製した。孔径を測定し、同等の孔径をもつ従来の高分子精密濾過膜を用意した。この孔径よりわずかに大きなサイズの粒子と、この孔径の半分程度の粒子を用意し、これら粒度の異なる大小2成分を分散させて混合コロイドを調製した。これを試料液に用いてナノファイバー膜、高分子精密濾過膜の各膜による湿式分級試験を行った。その結果、いずれの膜でも大粒子は完全に捕捉されているが、小粒子の透過率は常にナノファイバー膜の方が高かった。すなわち、ナノファイバー膜の方が高い分級精度が得られ、その優位性が証明された。これは、ナノファイバー膜特有の三次元ネットワーク構造により大粒子が効果的に捕捉され、ナノファイバー膜特有の超高空隙率構造により小粒子がスムーズに透過するためである。実際に、ナノファイバー膜の粒子捕捉状態を走査型電子顕微鏡で観察したところ、大粒子が膜内部に侵入し、小粒子の透過を阻害しない程度の空隙を残しつつ膜内部で逐次的に捕捉されている様子が観察された。次に、ナノファイバー膜による大小2成分の湿式分級試験を種々のpH環境下で行った。その結果、酸性および中性領域では分級精度の低下が観察されたが、アルカリ性領域では高い分級精度を維持することがわかった。この理由を明らかにするため、大小各粒子とナノファイバー膜のゼータ電位をそれぞれ測定した。その結果、アルカリ性領域では粒子、膜ともに極めて大きなマイナス電荷を持っているが、酸性側に移行するに従いマイナス電荷が急激にゼロに近づくことがわかった。すなわち、アルカリ性領域では粒子同士および粒子と膜との静電反発がかなり大きくなるため、大粒子はより内部まで侵入することができ、小粒子は大粒子群や膜の阻害を受けにくくなる。このように、静電的な反発力が大きくなるpH環境に調整することで高い分級精度が維持できる。本研究では、ナノコロイドの湿式篩分級に適した膜のタイプについて検討し、複雑な三次元ネットワーク構造と高い空隙率を持つナノファイバー膜に着眼した。ナノファイバー膜は、三次元ネットワーク構造であることから大粒子を効果的に捕捉することができ、高空隙率であることから小粒子をスムーズに透過させることができると予想される。そこで、ナノファイバー膜と従来の精密濾過膜を用いて最も基本的な大小2成分のコロイド粒子からなる混合試料の湿式分級試験を行い、各膜の篩機能について検証した。その結果、いずれの膜でも大粒子は完全に捕捉されたが、各膜の小粒子透過率を比較すると、精密濾過膜は濾過が進行するにつれて透過率が減少する傾向を示すのに対し、ナノファイバー膜は濾過期間を通じて高い透過率を維持し、ナノファイバー膜の優位性が示された。

これは、ナノファイバー膜の三次元ネットワーク構造と高空隙率の相互の結果によるものと考えられる。膜による湿式分級操作において、撹拌による剪断流れを利用したダイナミック濾過法を適用し、種々の撹拌速度の条件下で大粒子堆積層の継続的な除去を試みた。非撹拌の濾過では濾過初期から小粒子は顕著に阻止され、分級精度は低い結果となった。しかし、撹拌操作を行い膜面上に剪断力を与えることにより大粒子の堆積量を大幅に低減することができ、回転数が大きくなるにつれて分級精度は向上した。さらに回転数を増加させると、逆に分級精度の顕著な低下が見られた。このように、膜面に作用させる剪断力には最適値があり、撹拌速度の精密なコントロールが極めて重要であることを明らかにした。さらに、粒子や膜の荷電状態を支配する溶液環境の影響について実験的に検討した。その結果、高い分級精度を得るためには、粒子間の静電反発力、ならびに粒子ー膜間の静電反発力が最も大きくなる溶液環境に調整することが必要不可欠であることを明らかにした。ナノファイバー膜は、同等の孔径を持つ精密濾過膜より水透過流束がかなり大きく、精密濾過膜に匹敵する粒子捕捉性能を持つ。また、繊維径の減少とともに孔径が減少し、粒子捕捉性能は向上する。ナノファイバー膜をコロイド粒子の湿式分級に応用すると、ナノファイバー膜特有の三次元ネットワーク構造と高空隙率が効果的に働き、大粒子群は膜層内部に侵入して捕捉され、小粒子群は膜層内部の空隙をスムーズに透過する。このように、ナノファイバー膜は篩分級に適した濾材である。分級精度の向上のためには、膜面上に大きな剪断力を与えることができるダイナミック濾過の適用と、粒子間の静電反発力が大きくなるような溶液環境の調整が有効である。主要設備のエレクトロ・スピニング装置を導入し、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ナイロン6など、種々の高分子材料でナノファイバー膜を製造することができ、100nm500nmの範囲で繊維径を種々にコントロールすることができるようになった。積層方法の工夫により空隙率の制御も可能になり、最大で95%の超空隙率構造を実現することができた。当初の計画通りpH環境が分級精度に及ぼす影響を明らかにし、高精度の湿式分級精度を維持するための有力な操作指針を獲得した。また、研究計画に沿ってナノファイバー膜の大粒子捕捉メカニズムと小粒子透過メカニズムを解明し、ナノファイバー膜が湿式分級のための濾材として優位である理由を明らかにした。分離工学主として、次の4点より研究を進める。1)前年度に引き続き、種々の高分子材料を原料としてナノファイバー膜を製造し、最適な材質、繊維径、繊維長さ、積層密度、積層厚さ、有効細孔径などの諸条件を探究する。2)撹拌式濾過システムを導入し、膜面上に剪断流れを作用させつつ分級操作を行い、分級精度に及ぼす撹拌速度の影響を明らかにし、膜面への蓄積粒子群を効果的に排除して分級精度を最も向上させる操作方法を究明する。3)撹拌式濾過システムに超音波を照射しつつ分級操作を行い、蓄積粒子群の排除効果に及ぼす超音波強度や発振周波数、照射方向の影響を明らかにし、最も分級精度を向上させる操作方法を究明する。4)これまでの研究成果を総括し、また、速度的な観点からの検討も加え、目的の分級精度と高い分離速度を両立する最適な操作指針を獲得する。
組織安定性に対する分岐理論の発展と新高温材料への応用

本研究は、材料科学上重要である組織分岐現象を種々の合金系で調査し、この現象の出現条件を実験・理論両面で明らかにするとともに、これを利用した高性能耐熱合金の開発を目指すものである。本研究にて得られた研究成果は以下のようにまとめられる。1.本研究において、粒子成長の遅滞現象を実験的に確認したNi-Al-Ti合金系について、具体的に組織分岐理論を適用し、Bifurcation diagramを理論的に計算した結果、粒子成長の遅滞現象が観察された粒子サイズの実験値と理論的導かれたサイズが非常に良い一致を示した。従来、組織分岐理論は組織形態の分岐に対する定性的な理論と考えられがちであったが、本理論がある程度、定量性を有することが明らかとなった。2.Al-Zn合金のGPゾーン組織の粗大化過程において、粒子成長の遅滞現象を実験的に確認した。さらに非線形拡散方程式に基づき同組織形成過程の計算機シミュレーションを行った結果、実験的に得られた粒子成長の遅滞現象が計算においても再現された。さらに粒子サイズ成長の時間依存性を定量的に算出することができた。これより、組織分岐理論を動力学的に検証する新しい方法論が確立した。3.Fe基規則合金は低コストの高性能耐熱合金として現在種々の研究が進められている。今回、当研究グループが提案した「組成傾斜時効法」を利用して、Fe基規則合金の規則-不規則変態線近傍の組織形成過程を実験的に追究した。特にFe-Si2元系において、析出線近傍において微細なドメイン組織が観察され、逆位相境界を伴うトポロジカルな組織欠陥が2次相転移の臨界現象に深く関与していることが明らかとなった。今年度までに得られた研究成果は以下のようにまとめられる。1.粒子成長の遅滞現象を新たに実験的に確認した合金系は、Ni-Al-Tiおよび実用耐熱合金であるIn100に組成の近いNi-Co-Al-Ti-Crである。特に、Ni-Co-Al-Ti-Crでは析出粒子サイズの均一化現象が顕著であり、相分解初期から析出粒子の粗大化の停滞が認められた。2.近年我々の研究グループが提案した、透過型分析電子顕微鏡を利用した、材料学における新しい実験手法である「組成傾斜時効法」を利用して、Ni基耐熱合金のγ ́析出粒子の核形成挙動を調べた。その結果、状態図の析出線の極近傍において、核形成サイズの異常な増大を実験的に世界で始めて捉えることが出来た。さらにこの現象を定量的に解析することによって、粒子粗大化現象の基礎物性データである界面エネルギー密度の値を精度良く導出することができることが明らかになった。3.弾性拘束下における析出粒子成長過程の計算機シミュレーションを行った。計算の結果、変調構造の形成、析出粒子サイズの均一化,析出粒子の分裂現象、弾性異方性の効果、弾性率不均質性の効果など、弾性拘束下にける特徴的な組織形態変化が全て計算から導かれた。得られた計算結果と本実験結果を比較検討したところ、両者に非常に良い一致が認められ、弾性拘束下における組織形成過程を速度論的に正確に解析する方法論を確立することができた。1.昨年度、粒子成長の遅滞現象を実験的に確認したNi-Al-

Ti合金系について、さらに遅滞現象の温度依存性について追究した結果、析出粒子の形状変化と粒子集団ラットの形成が、粒子の成長に影響を及ぼしていることが明らかになった。2.昨年度に引き続き、当研究グループが提案した「組成傾斜時効法」を利用して、Ni基耐熱合金のγ'析出粒子の核形成挙動を調べた。特にNi-Si2元系において、析出線近傍における核形成挙動の温度依存性を実験的に調査した結果、核生成挙動が、スケーリング可能であることが見出された。さらにこの現象を定量的に解析することによって、粒子粗大化現象の基礎物性データである界面エネルギー密度の値を精度良く導出可能であることが示された。3.弾性拘束下における析出粒子分裂過程の3次元計算機シミュレーションを行った。計算の結果、粒子の中心部が弾性歪エネルギーによって不安定化し、その位置から母相が核形成することによって、分裂現象が進行することが明らかとなった。本研究は、材料科学上重要である組織分岐現象を種々の合金系で調査し、この現象の出現条件を実験・理論両面で明らかにするとともに、これを利用した高性能耐熱合金の開発を目指すものである。今年度に得られた研究成果は以下のようにまとめられる。1.本研究において、粒子成長の遅滞現象を実験的に確認したNi-Al-Ti合金系について、具体的に組織分岐理論を適用し、Bifurcation diagramを理論的に計算した結果、粒子成長の遅滞現象が観察された粒子サイズの実験値と理論的導かれたサイズが非常に良い一致を示した。従来、組織分岐理論は組織形態の分岐に対する定性的な理論と考えられがちであったが、本理論がある程度、定量性を有することが明らかとなった。2.Al-Zn合金のGPゾーン組織の粗大化過程において、粒子成長の遅滞現象を実験的に確認した。さらに非線形拡散方程式に基づき同組織形成過程の計算機シミュレーションを行った結果、実験的に得られた粒子成長の遅滞現象が計算においても再現された。さらに粒子サイズ成長の時間依存性を定量的に算出することができた。これより、組織分岐理論を動力学的に検証する新しい方法論が確立した。3.Fe基規則合金は低コストの高性能耐熱合金として現在種々の研究が進められている。今回、当研究グループが提案した「組成傾斜時効法」を利用して、Fe基規則合金の規則-不規則変態線近傍の組織形成過程を実験的に追及した。特にFe-Si2元系において、析出線近傍において微細なドメイン組織が観察され、逆位相境界を伴うトポロジカルな組織欠陥が2次相転移の臨界現象に深く関与していることが明らかとなった。
島弧玄武岩質マグマの深部結晶作用に関する研究

島孤型ソレアイト玄武岩が卓越する岩手火山において高密度サンプリングを行い,それらの顕微鏡観察・主成分元素・微量成分元素組成の定量を行った.その結果,以下のことが明らかになった.(1)島弧火山岩の斑晶モードと全岩化学組成の関係を検討し,斑晶効果は軽微であることを示し,全岩組成によりマグマ(液)組成変化を詳細に検討できること明らかにした.(2)玄武岩から安山岩の組成多様性は,液相濃集元素比により,結晶分化作用で形成されたと考えられるが,斑晶鉱物組成の分別では説明できず,斑晶が晶出するよりも深部での結晶分化の影響が強い.(3)玄武岩から安山岩までの組成多様性を検討すると,カンラン石+単斜輝石の結晶分別からそれに様々の割合で斜長石斑晶が加わる,複数の結晶分化トレンドの合成であることが判明した.この複数のトレンドは同じ活動期でも共在する.(4)3で示された結晶分化作用は,高温・高圧実験を考慮すると,斜長石の晶出の圧力依存から,モホ面近傍から78kb以浅までの広い深度でのポリバリックな性質で特徴づけられる.(5)複数の結晶分化トレンドを持つことになった原因は,初生マグマの段階での微妙な組成差があった可能性が最も高く,これは玄武岩マグマ発生時の部分溶融度の違い,あるいは地殻物質との反応の程度差と考えられる.(6)島孤玄武岩は一般に分化が進んでおり,深部での長時間のマグマの停滞を意味するが,その深度はモホ面近傍から地殻中部にかけてで,斑晶鉱物が晶出するような浅部のマグマ溜まりでは効果的に結晶分別をするほどは停滞していない.このことは地球物理学的観測事実と調和的である.島孤型ソレアイト玄武岩が卓越する岩手火山において高密度サンプリングを行い,それらの顕微鏡観察・主成分元素・微量成分元素組成の定量を行った.その結果,以下のことが明らかになった.(1)島弧火山岩の斑晶モードと全岩化学組成の関係を検討し,斑晶効果は軽微であることを示し,全岩組成によりマグマ(液)組成変化を詳細に検討できること明らかにした.(2)玄武岩から安山岩の組成多様性は,液相濃集元素比により,結晶分化作用で形成されたと考えられるが,斑晶鉱物組成の分別では説明できず,斑晶が晶出するよりも深部での結晶分化の影響が強い.(3)玄武岩から安山岩までの組成多様性を検討すると,カンラン石+単斜輝石の結晶分別からそれに様々の割合で斜長石斑晶が加わる,複数の結晶分化トレンドの合成であることが判明した.この複数のトレンドは同じ活動期でも共在する.(4)3で示された結晶分化作用は,高温・高圧実験を考慮すると,斜長石の晶出の圧力依存から,モホ面近傍から78kb以浅までの広い深度でのポリバリックな性質で特徴づけられる.(5)複数の結晶分化トレンドを持つことになった原因は,初生マグマの段階での微妙な組成差があった可能性が最も高く,これは玄武岩マグマ発生時の部分溶融度の違い,あるいは地殻物質との反応の程度差と考えられる.(6)島孤玄武岩は一般に分化が進んでおり,深部での長時間のマグマの停滞を意味するが,その深度はモホ面近傍から地殻中部にかけてで,斑晶鉱物が晶出するような浅部のマグマ溜まりでは効果的に結晶分別をするほどは停滞していない.このことは地球物理学的観測事実と調和的である.
歯周病とインスリン抵抗性の連関における分子メカニズムの解明

近年、歯周病や歯の喪失がさまざまな生活習慣病の危険因子になる可能性が指摘されている。この研究は、歯周病が生活習慣病の発症や増悪に働く分子メカニズムを解明する目的で行なわれた。歯周病の原因菌であるジンジバリス菌をマウスに感染させると典型的な高脂血症を呈した。感染によって、生活習慣病予防因子の血中アディポネクチンやレプチンは減少し、危険因子であるTNFαが増加した。解剖学的には肝臓および膵臓に異常を認めた。この菌の病原因子であるジンジパインという酵素を欠損した菌では、このような変化は軽微であったことから、本菌がジンジパインを介して、動脈硬化症や糖尿病増悪をきたすことが示唆された。歯周病が生活習慣病の増悪に働くメカニズムを解明するために、P.gingivalis感染とインスリン抵抗性増悪ならびに動脈硬化症との関係を調べた。動物実験モデルとしては、免疫学的にTh1優位なC57BL/6とTh2優位なBALB/cを用いた。P.gingivalisのジンジパイン欠損株であるKDP136は、ヒト大動脈血管内皮細胞に感染させると、その親株であるATCC33277と同様にファゴソームに輸送されるが、野生株に比べてジンジパイン欠損株は非常に速い速度で生存が低下することがわかり、ジンジパインが生体リソソーム内での殺菌作用に耐性を付与していることが明らかとなったことを認めた。そこでジンジパイン欠損株を野生株の10倍多く投与し、経時的に体重や血中サイトカイン量、血糖値、脂質を解析するとともに、動脈硬化症病巣形成を調べた。BALB/cマウスにおいてもC57BL/6においてもP.gingwalis感染に伴ない、総コレステロール量とLDL-コレステロールの増加と、HDL-コレステロールの減少を認め、典型的な高脂血症を呈していることがわかった。血中アディポサイトカインは感染に伴って減少していた。ジンジパイン欠損株投与群は野生株より大量に感染させているにも関わらず、このような変化はかなり軽微であり、本菌の病原性においてジンジパインの寄与が大きいことが示唆された。すなわち、P.gingivalis感染はジンジパインを介して動脈硬化症やインスリン抵抗性増悪に重要な影響を及ぼすことが示された。しかも、妊娠マウスにP.gingivalis野生株を投与すると早産・死産するが、ジンジパイン欠損株を投与しても早産しないこともわかってきた。動物実験モデルとしては、免疫学的にTh1優位なC57BL/61とTh2優位なBALB/cならびに免疫異常を呈するカテプシンE欠損マウスを用いて高脂肪食を与えた。すでに我々は、P.gingivalisのジンジパイン欠損株が、その親株である野生株に比べて感染マウス体内から速い速度でクリアランスされることを認めていたので、野生株10^7CFU、ジンジパイン欠損株10^8CFUを、週1回、最長30週間静脈内投与し、経時的に体重や血中サイトカイン量、血糖値、脂質を解析するとともに、動脈硬化症病巣形成を調べた。BALB/cマウスにおいてもC57BL/6マウスにおいてもP.gingivalis感染に伴ない、総コレステロールおよびLDLの増加と、HDLの減少を認め、典型的な高脂血症を呈した。感染によって血中アディポネクチンやレプチンは減少し、TNFαが増加していた。解剖学的には肝臓および膵臓に器質的変化を認め、血中インスリン濃度もコントロール群に比べて低下していた。ジンジパイン欠損株感染群は野生株の10倍量を投与しているにも関わらず、このような変化は軽度であり、本菌の全身的な病原性においてジンジパインの寄与が大きいことが示唆された。エンドソーム・リソソーム酵素であるカテプシンE欠損マウスは免疫異常を呈するが、本マウスに高脂肪食を給餌すると同様の病態が観察され、高脂血症ならびに肝臓の病的変化が認められることから、P.gingivalis感染がジンジパインを介して生体のエンドソームシステムに影響を与え、生活習慣病を誘導している可能性が示唆された。
1947-1965年間における日本のLocal Labor Marketの研究-一般雇用者と新規学卒者の地域間移動のDatabaseの作成と分析-

戦後日本の経済発展に新規学卒労働者の安価で安定的な供給が寄与したといわれる。しかし、この労働力が一般労働者あるいは自営業と比べてどの程度のインパクトを日本経済に与えたのかは明らかになっていない。本研究は、新規学卒、一般雇用者、自営業などの地域間移動を長期的に把握するために、各省庁個別に提供されている統計を統一フォーマットで収集・整理し、また都道府県別に集計されたデータを付加することで1947-1965年のデータ・ベースを作成し、上記の課題を可能にする。データ・ベースは、新規学卒、一般雇用者、自営業(各男女、部分的に年齢コホート)別に[総リスト]-[調査名]-[統計表]という層構成をもち、統計表の画像とExcel変換表で収蔵してある。集計した統計は、不定期調査については、(1)国勢調査(1950年、1955年、1960年、1965年)に加え、(2)1944年、1945年、1946年の人口調査、(3)1947年の臨時国勢調査、(4)1948年の常住人口調査、(5)就業構造基本調査(1956年、1959年、1962年)のデータを収集し、都道府県別に整理を行った。各年度調査については、(1)職業安定業務統計(労働市場年報:1951年)、(2)学校基本調査(1955年)、(3)人口移動報告年報(1954年)を同様の形式で収蔵し、(1)については各職業安定所単位で、(2)(3)については都道府県別に集計整理した。団塊の世代によってピークを迎える当時の社会移動・地域間移動は、同世代人口に対する移動率のインパクトとしてみると収集期間中において安定的である。当時のインパクトとしては、移動パターンが問題なのではなく、同世代人口数の増加を背景とする若年移動の絶対量が顕著に評価されていると考えられる。本年度は当初の研究計画に沿って次のような進展をみた。1.関東近県における1947-1965年代の公刊されたデータの所在の確認を行った。具体的には、茨城県、福島県、千葉県、東京都、神奈川県を中心に1947-1965年代データの探索を行った。2.労働省職業安定局を対象とした資料・データの入力・整理をおこなった。さらに、特殊な事例として、3.当時、米国の管理化にあった沖縄県において、1947-1965年代のデータが所在するのか否かを確認した。4.上記1と2は特定の時代についてデータの保存が十分であるかを探索している。その探索方法に加えて、各調査データがどの調査年まで遡ることが可能であるかの調査を開始した。平成14年度は、この研究計画の初年度であり、当初の計画に加えて(1と2)、上記4の方法を併用して使用しようとしたために、今年度に整理できたものは当初の予定よりも不十分なものに終わった。来年度以降に継続して未達成部分の補完・拡充を行う必要がある。数県のデータ探索の結論としてみれば、労働省職業安定局単位のデータは公刊されたものが残っていることが多く、その他の関係省庁公刊あるいは各都道府県別に調査収集された公的データについては、ほとんどが散逸していることがわかった。商業統計、工業統計等地域別の統計は所蔵状況が個々に異なっており、統一フォーマットで整理できるかは現段階で微妙になっている。3.沖縄県の場合は、1947-1965年代の調査を体系的に把握することが今回の研究調査では地理的な問題もあり、次年度以降の課題とするほかはなかった。4の付加的作業は、2のデータをベースに行うことが望ましいと判断したが、データの入力作業は十分ではなく、次年度以降にデータの整理を終了する予定である。本研究は、1947-1965年間における労働者の地域間移動の実態を把握するために、その基礎的作業として、都道府県別の就労移動データ・ベースを作成することにある。データ・ベースは、就業上理由を考慮した移動に注目するために、一般雇用者、自営業などに加え、新規学卒者という3つのカテゴリーごとに収集・整理を行う。産業復興期の労働力移動の実態を散逸が激しい時期に限定して収集・整理し、そのインパクトの測定に利用することを視野に入れている。都道府県別に刊行されている統計資料の収集を広範囲に行い、統一形式によって整理を行う。労働力移動に関しては、労働省の職業安定業務統計など、職業安定所別のデータも存在する。基本は都道府県別であるが、このような職安別の移動表の作成も行う。平成14年、15年は国勢調査(1944年、1945年、1946年の人口調査をはじめ、1947年の臨時国勢調査、1948年の常住人口調査、1950年、1955年、1960年、1965年)のデータを収集し、都道府県別に整理を行った。また職業安定業務統計については、各職業安定所で集計されたものを収集している。労働力調査、就業構造基本調査などの収集を行っている。平成14年度においては、データの直接入力による収集・整理をおこなっていたが、平成15年度には、画像ファイルとして一旦保存したものを文字認識用のOCRソフトで読み込む作業を取り入れた。使用機器の性能向上により、資料としての保管を重視した作業工程に切り替えることが可能になった。入力作業の遅延をもたらしたが、この方法の採用により、資料散逸の保全を強化することになった。

戦後日本の経済発展に新規学卒労働者の安価で安定的な供給が寄与したといわれる。しかし、この労働力が一般労働者あるいは自営業と比べてどの程度のインパクトを日本経済に与えたのかは明らかになっていない。本研究は、新規学卒、一般雇用者、自営業などの地域間移動を長期的に把握するために、各省庁個別に提供されている統計を統一フォーマットで収集・整理し、また都道府県別に集計されたデータを付加することで1947-1965年のデータ・ベースを作成し、上記の課題を可能にする。データ・ベースは、新規学卒、一般雇用者、自営業(各男女、部分的に年齢コホート)別に[総リスト]-[調査名]-[統計表]という層構成をもち、統計表の画像とExcel変換表で収蔵してある。集計した統計は、不定期調査については、(1)国勢調査(1950年、1955年、1960年、1965年)に加え、(2)1944年、1945年、1946年の人口調査、(3)1947年の臨時国勢調査、(4)1948年の常住人口調査、(5)就業構造基本調査(1956年、1959年、1962年)のデータを収集し、都道府県別に整理を行った。各年度調査については、(1)職業安定業務統計(労働市場年報:1951年)、(2)学校基本調査(1955年)、(3)人口移動報告年報(1954年)を同様の形式で収蔵し、(1)については各職業安定所単位で、(2)(3)については都道府県別に集計整理した。団塊の世代によってピークを迎える当時の社会移動・地域間移動は、同世代人口に対する移動率のインパクトとしてみると収集期間中において安定的である。当時のインパクトとしては、移動パターンが問題なのではなく、同世代人口数の増加を背景とする若年移動の絶対量が顕著に評価されていると考えられる。
細胞核内タンパク質品質管理機構の解明によるポリグルタミン病の新規病態解明

ポリグルタミン(pQ)病は遺伝子内のCAG繰り返しの延長により翻訳産物中のグルタミン(Q)鎖の延長が生じて発症する.Q鎖は遺伝子産物全体の構造を不安定にし,凝集させ細胞核内での毒性を発揮する.pQ病の治療戦略を考える際には細胞核内の凝集タンパク質分解経路を理解する事が重要となる.細胞核内ではオートファジーが機能せず,ユビキチンプロテアソーム(UPS)系のみが主なタンパク質分解経路となる.我々は,まず細胞核内で機能するpQ認識E3としてUHRF2を特定した.このため,このUHRF2の活性化は治療戦略の一つとなる事を示した.さらに,我々は,HDAC3が細胞核内のUPS系を制御する事を発見した.細胞質,細胞核において異なる働きを持つタンパク質品質管理機構に注目し,スクリーニングを行った.検出系としてはポリグルタミンタンパク質ハンチンチンのexon-1にGFPを付加したコンストラクトを安定的に発現する細胞系を構築した.ポリグルタミン鎖は25,47,72,97の4種類であり,それぞれNES,NLSを付加しており,細胞核特異的,細胞質特異的な発現を実現している.細胞株の確立にはフローサイトメトリー(FACS)を利用したため,従来のコロニー採取による細胞株の構築の際に問題となるクローニングによる特異的形質の獲得は回避されている.これらの細胞を使用して,HDACの機能をスクリーニングした.その結果特定のHDACにおいて細胞質と細胞核で凝集タンパク質の量に与える影響の異なることを同定した.方法としてはRNAi,過剰発現,そして特異的阻害薬の3方法を使用し,同様の結果を得ている.これらについて,凝集タンパク質の発現は蛍光顕微鏡ウェスタンブロットにて確認している.今年度はこのメカニズムを詳細に理解する事を目標とした.HDACによるアセチル化増加をきたす分子についてスクリーニングし,ポリグルタミンタンパク質,特定の分子シャペロン等のHDACによるアセチル化亢進の程度を評価した.これにより,ポリグルタミンタンパク質のアセチル化の亢進,分子シャペロンのアセチル化亢進は否定されたため,現在はタンパク質品質管理機構に関与する様々なタンパク質についてHDACの影響を検討する事とした.引き続き細胞核内におけるユビキチンプロテアソーム系の機能につき検討しつつ,神経変性において細胞核内で生じる特異的変化の検討へと検索範囲を広げた.前者については,細胞核内と細胞質でのポリグルタミン凝集タンパク質の挙動を変化させる新規分子を同定し,その機能解析を行った.この新規分子は1)細胞核内のポリグルタミン凝集タンパク質に特異的に結合し,細胞質でのユビキチンプロテアソーム系の機能を強化するが細胞核内のユビキチンプロテアソーム系の機能は阻害するという非常に興味深い特性を有していることが判明した.この成果については現在論文投稿へ向けた最終的な実験を行っている.後者については,アルツハイマー病やレビー小体型認知症の死後脳を多数解析し,その細胞核内におけるゲノムDNAのメチル化異常が疾患特異的にまた遺伝子特異的に生じている事を見いだした.この成果はHuman Molecular Genetics誌に発表した.ポリグルタミンタンパク質を安定的に発現する培養細胞ラインを複数確立し,それらを用いて各種薬剤の効果を検討した結果,細胞核,細胞質においてポリグルタミンタンパク質の分解において異なる働きをする分子histone deacetylase (HDAC) 3を同定した.HDAC3の特異的阻害薬を共同研究者より入手し,HDAC3の特異的発現knock-downの結果と併せて,HDAC3は細胞質においてはポリグルタミンタンパク質の分解には全く影響せず,細胞核においては分解促進の機能があることを同定した.同結果はPLOS One(Mano et al, 2014)に発表した.すなわち,HDAC3の特異的阻害剤を用いてポリグルタミン凝集タンパク質の分解を検討したところ,HDAC3阻害薬は細胞質のポリグルタミン凝集タンパク質の分解を促進したにもかかわらず,細胞核のポリグルタミン凝集タンパク質の分解は阻害した.この結果は我々が想定していたものと全く異なる結果であった.想定していた結果は,細胞核及び細胞質でのポリグルタミン凝集タンパク質の分解は同等に行われているはずであるというものであったためである.HDAC3の強制発現は細胞核のポリグルタミン凝集タンパク質の分解促進に働くため,ポリグルタミン病の治療のためにはHDAC3の機能強化が重要であるという結論が得られた.この結果は,ポリグルタミン病の治療という観点以上に,細胞質と細胞核におけるタンパク質分解機構が異なるという生物学的意義を有している.治療方法の探索のためには今後はHDAC3の機能強化を行う方法を検討することとした.ポリグルタミン(pQ)病のモデル動物では,細胞質よりも細胞核内での異常タンパク質の凝集阻止により神経細胞機能障害を効率よく抑制できるが,核内では細胞質特有の異常タンパク質分解機構は機能しないため,凝集タンパク質の存在する細胞内分画の違いによる分解機構の理解が病態解明に重要である.細胞質ではプロテアソーム及びライソゾーム系がその役割を担うが,核内ではプロテアソームのみが機能している.しかしながら,細胞核内でのプロテアソームの働きについてはほとんど知見がない.本研究では細胞死を生じないpQ病細胞モデルを利用し,核内でタンパク質品質管理機構を担うユビキチンリガーゼ,機能的小分子,ユビキチン様タンパクを探索,その機能解析を行うことによって,凝集タンパク質の細胞内の分画別分布による,細胞死を介さない新規病態機構を明らかにすることを目的とした.

まず,本研究では細胞核特異的に機能し,pQ凝集タンパク質を認識してユビキチン化を促進するライゲースUHRF2の機能を検討した.UHRF2のライゲースドメイン,核移行シグナルの変異体の双方は細胞核内pQ凝集体の増加を生じ,細胞核内での機能の特異性が証明された.細胞モデルではUHRF2のノックダウンが凝集体の増加を,強制発現は減少に繋がり,pQ凝集体の分解に深く関与していることも示された.同様の結果はマウス初代神経培養細胞でも確認された.一方で,細胞核内におけるヒストンデアセチレースの機能にも注目した.そのうちHDAC3は細胞核内のpQタンパク質に特異的に結合し,可溶化を促進していることが示された.この働きはHDAC3の特異的阻害剤によってブロックされたことより,HDAC3の活性そのものがpQタンパク質の可溶化に深く関与していることが示された.以上の知見より,細胞核内におけるpQ凝集体の分解機構がより明らかになった.ポリグルタミン(pQ)病は遺伝子内のCAG繰り返しの延長により翻訳産物中のグルタミン(Q)鎖の延長が生じて発症する.Q鎖は遺伝子産物全体の構造を不安定にし,凝集させ細胞核内での毒性を発揮する.pQ病の治療戦略を考える際には細胞核内の凝集タンパク質分解経路を理解する事が重要となる.細胞核内ではオートファジーが機能せず,ユビキチンプロテアソーム(UPS)系のみが主なタンパク質分解経路となる.我々は,まず細胞核内で機能するpQ認識E3としてUHRF2を特定した.このため,このUHRF2の活性化は治療戦略の一つとなる事を示した.さらに,我々は,HDAC3が細胞核内のUPS系を制御する事を発見した.ポリグルタミン病の新規治療ターゲットHDAC3の存在を明らかにした点が,一つの目標として達成したと考える.また,ポリグルタミン凝集タンパク質の細胞核内における分解機構をユビキチン・プロテアソーム系の促進,及び阻害という観点で明らかにしたことは,目標として適切であったと考える.27年度が最終年度であるため、記入しない。神経内科学HDAC3が細胞質,細胞核においてポリグルタミン凝集タンパク質の分解について正反対の働きを持つことを突き止めた.この結果は,細胞質と細胞核でのユビキチン・プロテアソーム系が異なる制御を受けていることを示唆している.これは今まで誰も想像し得なかった事実であり,ポリグルタミン病の病態研究の範疇を超えて,分子生物学的探索を行っていくだけの新しい意義を有していると考えられる結果であった.のこの1年間において,細胞質と細胞核でのユビキチン・プロテアソーム系の制御系統の違いを明らかにすべく実験を行っていくこととしている.ポリグルタミン病の治療という観点からは,今後はHDAC3の機能強化を行う方法を検討することとした.細胞核,細胞質においてポリグルタミンタンパク質の分解に関与する異なる働きを持つ重要分子を同定しているため.細胞核内におけるポリグルタミン凝集タンパク質の挙動を変化させる新規分子を同定し,その機能解析に目途が付いたから.27年度が最終年度であるため、記入しない。
新規膜結合型転写因子CREB-Hのエネルギー代謝調節メカニズム

新たなRipにより制御される新たな膜結合型転写因子としてCREB-Hに着目している。CREB-Hはエネルギー代謝調節の責任臓器である肝臓に発現が限局しており、加えて、栄養状態により、その発現量を変化させる。このことから、CREB-Hのエネルギー代謝、生活習慣病との関連に焦点を当て研究を行っている。プレリミナリーなデータとして、CREB-Hの発現はマウス個体において、血糖値、血中インスリン値の低下を引き起こすこと、摂食意欲(食欲)の低下を引き起こすデータを得ている。さらに、CREB-Hの標的の一つとして肥満改善機能を有する液性因子FGF21(Kharitonenkov A JCI 2005)の発現を上昇させるデータを得ている。FGF21は絶食時、CREB-Hと同様に発現が上昇する点、生活習慣病を改善する機能を有すること、また、食欲などの行動性の低下が報告されており(Badman MK Cell Metab.2007,Inagaki T Cell Metab.2007,2008)、CREB-Hの機能の一部はFGF21を介した経路によるものと推測される。
デンドリマーの大量合成法の確立とそれを利用した機能性ナノマテリアルの調製

本申請課題では、球状高分子化合物であるデンドリマーの大量合成法を開拓し、単分散性に優れたデンドリマーを100グラムスケールで簡便に合成可能であることを見出した。得られたデンドリマーを骨格母体とし、光重合/光架橋性部位を末端導入したところ、デンドリマー系に特異的な高活性な光反応挙動を見出すことができた。また、水素結合性部位を末端導入したデンドリマーを合成し、有機小分子ゲストと混合した結果、自発的に良好なナノ球状複合体を形成することが分かった。本申請では、デンドリマーの新規な大量合成法を開拓し、それらを利用した機能性ナノマテリアルを創製することが主たる目的である。昨年度は、多段階交互付加(AMA)法という新規な手法を用いることにより、ポリオール/ポリアクリレートデンドリマーを100グラムスケールで大量合成可能であることを見出すことができた。本年度は、新たに以下の2項目の成果を見出すことができた。(1)デンドリマー合成のワンポット化昨年度、AMA法の合成条件の最適化を行ったが、得られた知見を利用してさらに検討を行うことにより、デンドリマーのワンポット合成法(各段階で単離せず、1つの容器内で世代拡張を行う方法)を確立することができた。(2)新規な光応答性を示すポリケイ皮酸デンドリマーの開発AMA法により得られたポリアクリレートデンドリマーの末端に、ケイ皮酸部位をエステル結合させた新規なデンドリマーを合成した。本デンドリマーの3次元構造は、顕著な溶媒効果を示し、THF溶媒中では末端ケイ皮酸がデンドリマーの外側に孤立して存在する一方、クロロホルム溶媒中では、末端基がデンドリマー内部にバックホールディングして存在することがわかった。結果として、THF中では分子間二量化反応を優先的に、クロロホルム中では光異性化反応のみを進行させることができるようになった。有機溶媒の種類を選択することより、分子内二量化反応を優先的に進行させることも可能となった。このように、分子のコンフォメーションを変化させることにより、ケイ皮酸の光反応性を制御できるという、これまでに例を見ない知見を得ることができた。本研究課題では、デンドリマーの新規な大量合成法を開拓し、得られたデンドリマーを利用し機能性ナノ材料を創製することを目的としている。平成23年度は、多段階交互付加(AMA)法という新規なデンドリマー合成法を用いることにより、ポリオール/ポリアクリレートデンドリマーを100グラムスケールで大量合成可能であることを見出した。平成24年度には、デンドリマーのワンポット合成法を開拓し、新規なポリケイ皮酸デンドリマーを合成した。本デンドリマーは、特徴的な化学構造のコンフォメーション変化に伴い、特異的な光反応挙動を示すことを見出すことができた。本年度は、新たに以下の2項目の成果を見出した。(1)光重合性デンドリマーの合成と特性評価、および光ナノインプリント感光樹脂への応用展開末端にオレフィン部位を有するポリエンデンドリマーを合成し、汎用の光重合開始剤およびポリチオールと混合し、新規なエン・チオールUV硬化材料を創製した。エン化合物をデンドリマー化することにより、光硬化速度(感度)が大幅に向上するとともに、重合収縮率を3%程度まで軽減させることができた。また、反応性希釈剤(低分子エン化合物)を共存させることにより、感度を低下させず、樹脂粘度を調節できることを見出した。このようなポリエンデンドリマー/反応性希釈剤/ポリチオールー3成分系UV硬化材料は、良好な光ナノインプリント感光材料として機能することを見出した。(2)水素結合性デンドリマーの合成と末端修飾末端にピリジル基を有する水素結合受容性デンドリマーを合成し、任意のカルボン酸誘導体(水素結合供与性ゲスト分子)との水素結合能を検討した。その結果、カルボキシル基/ピリジル基間での水素結合が自発的に形成することにより、両者を混合するだけで、デンドリマー末端を良好に所望の機能性部位で末端就職できることを見出すことができた。本申請では、デンドリマーの新規な大量合成法を開拓することが第一目標である。そこで、当該年度は、申請者らが提案している多段階交互付加法によるデンドリマー合成について、その反応条件を再検討した。用いる反応溶媒や温度、触媒の種類や添加量の最適化を行った結果、短時間で精度良く単分散性に優れたデンドリマーを合成できるようになった。このようにして得られたデンドリマーの最外殻は、水酸基、あるいはアクリル基が多数露出しており、化学反応性に富んでいる。すなわち、エステル化反応、あるいはマイケル付加反応を用いることにより、合成化学的にデンドリマー末端に所望の官能基を導入することが可能である。当該年度は、モデル官能基を合成化学的に導入した後、詳細な構造解析を行うことにより、精度良く末端修飾が可能であることを実証できた。

上記のような末端修飾法を用い、デンドリマー末端に機能性官能基を導入し、球状ナノマテリアルへの展開を検討するのが第二目的である。当初の予定では、本手法は平成24年度に検討する予定であったが、骨格母体であるデンドリマーの大量供給を見込むことができたため、これらについても前倒しで検討を始めた。具体的には、オレフィン部位や桂皮酸部位などをデンドリマー末端に導入し、それぞれの官能基が分子表面に局在化した状態における光反応性を検討した。その結果、各官能基の光重合性、光架橋性がデンドリマー末端では大幅に活性化されるという特異的な反応挙動を見出すことができている。昨年度得られた知見に基づき、さらに簡便なデンドリマーの大量合成法を提案することができた。また、得られたデンドリマーを用いて、新規な光反応性デンドリマーを合成し、これまでにない光反応挙動を見出すことができた。以上の結果より、現在までの研究進捗状況は、おおむね順調であると考える。平成23年度は、(1)申請者らが提案しているデンドリマーの大量合成法(多段階交互付加法)の反応条件を最適化すること、および(2)新規なデンドリマーを量産することが主な目的であった。そのうち、前者(1)については、ほぼ予定通り進捗している。一方、後者(2)については、ビルディングブロックの具体化と合成に予想以上の時間がかかってしまい、当該年度内だけでの開発には至らなかった。そのため、平成24年度以降の研究開発が急務となっている。しかしながら、平成24年度に行う予定であった研究内容の一部を、平成23年度に前倒しで検討しており、すでにまとまった結果が出ていることから、全体としての進捗状況は順調であると考える。デンドリマーの新規な大量合成法は順調に開拓できているが、デンドリマー構造にバリエーションを持たすという観点では、若干の遅れがみられる。今後は、新たなビルディングブロックの検討も視野に入れ、検討を進めていく予定である。デンドリマーを利用した機能性ナノマテリアルの創製という観点では、多くの新規化合物の合成と、これまでに例のない示唆に富む現象を見出すことができており、今後は、そのメカニズムの推定とさらなる応用展開に重点を置きたい。なお、平成24年度の予算で8万円程度が次年度繰り越しとなっている。これは、当初、学会発表のための旅費として利用予定だった予算を、学内の別の研究費で支払ったためである。この残額については、次年度の学会参加費や旅費として利用するとともに、一部は消耗品購入に充てる予定である。平成23年度に予定されていた項目の一部に、まだ達成できていない部分があるため、これについては今後も検討を進めていくものとする。また、計画書に本来記載されている研究項目も、予定通り、研究を行っていくものとする。一方で、平成24年度以降に行う予定であった研究項目の一部について、すでに前倒しで検討を進めている部分もある。これについては、今後も検討を進める。平成24年度の予算使用状況はほぼ予定通りであったが、2千円程度が次年度に繰越となっている。これについては、次年度の消耗品購入に充てるものとする。次年度の直接経費の利用可能額は58万円程度である。そのため、大半は試薬類やガラス器具類などの消耗品購入に利用することを想定している。