hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
疼痛制御機序における物理的刺激の広範性侵害抑制調節DNIC効果の検討

平成24年度は,(1)平成23年度に引き続き,健常ボランティアを対象に侵害的または非侵害的強度の振動刺激,熱刺激を右前腕に加え,刺激部とその対側,遠隔の左頬部の機械痛覚閾値と熱痛覚閾値および心拍変動を計測,(2)健常ボランティアならびに慢性頚肩痛有訴者を対象に全身,下肢,上肢運動または運動制御,運動イメージ課題を負荷し,運動の影響を受けにくい遠隔の僧帽筋の機械・熱痛覚閾値,組織ヘモグロビン濃度,心拍変動,前頭前野近傍の脳波を解析した。結果,健常ボランティアでは,侵害的(46.5°C温水)のみならず非侵害的な熱刺激(ホットパック),振動刺激(8.5 Hz低周波数)さらに運動によって遠隔部の痛覚閾値が低下し,生理的な自律神経応答が確認され,広汎性疼痛抑制効果が得られた。また,前頭前野近傍のα波の増加する刺激によって疼痛抑制効果が得られた。一方,慢性頚肩痛有訴者では,痛覚閾値の上昇は認めにくく,血液循環動態ならびに自律神経活動の変調を認めた。以上のことから,物理的刺激による広汎性疼痛抑制効果は侵害的のみならず非侵害的負荷であっても誘起され,何らかの中枢神経系を含む疼痛抑制機序を介することが示唆された。しかしながら,慢性疼痛を有する場合,これらの中枢性疼痛調節機序に変調をきたしていることから疼痛抑制が得られにくい可能性が示された。さまざまな物理的刺激の疼痛抑制効果と生理学的機序について実験をすすめているが,臨床で経験則に用いられている多種多様な物理的刺激の鎮痛効果を徹底的に検証するために,当初予定していたよりも刺激の種類や様式を大幅に増やし,多くの科学的根拠を構築することができた。一方,まずは増やした刺激の種類と様式で生理学的検証が必須であるため健常ボランティアの対象数を増やしたため,慢性疼痛患者における効果検証には至っていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。非侵害的高周波数(100Hz,無痛強度)または侵害的低周波数(2Hz,限界強度)の電気刺激による効果,振動刺激による熱痛覚閾値変化,非侵害的熱刺激(ホットパック)による遠隔部の熱痛覚閾値など,確認できていない様式・強度の刺激による疼痛抑制効果および計測できていないパラメータ,解析できていない自律神経活動や脳活動について確認し,spinal/supraspinalな疼痛抑制機序について検証を進める予定である。多種多様な刺激による生理学的な検証を推進し,物理療法のエビデンスを構築することを優先する。そのうえで,可能であれば,慢性頚肩痛有訴者ならびに脳卒中後疼痛(肩手痛)患者を対象とし,これまで健常者で行ってきた各刺激(圧,電気,振動,熱)を有痛部局所または遠隔の前腕経穴に加え,直後効果と持続効果を検証する。
分子結晶表面超構造の光化学・電気化学的な協同制御

本研究の目的としていた光による結晶表面における構造の制御を行うべく、弱いファン・デル・ワールス力により結合している分子性結晶に注目し、その表面でのミクロな光誘起分子配列変化に起因するマクロな構造変化を、主に原子間力顕微鏡(AFM)を用いて直接観察した。分子性結晶として、強い励起子-格子相互作用のため励起子が自己束縛されるα-ペリレンの単結晶を減圧昇華法を用いて作製し、結晶構造はXRDにおいて確認した。また、AFM観察はコンタクトモードで行い、光照射前後の表面構造を観察した。得られた単結晶において(001)面では単原子層のテラスからなるステップが数多く存在している。この表面にある一定強度の光を一定時間照射した後AFMにより観察を行うと、テラスの端側が照射時間に応じて盛り上がるという構造変化が観察された。この構造変化は自己束縛励起子に強く関係しているものであることが他の実験より確認された。この構造変化における光強度依存性を確認した結果、光強度にしきい値が存在する上に、結晶性と密接な関係が有ることが示された。この構造変化がテラスの端に限って生じる理由として層構造の端は結晶構造の中で最も分子の自由度が大きいという構造的要因と、自己束縛励起子が層構造のような界面に存在することで並進運動の自由度が低下し、より安定化するというエネルギー的要因の二つの要因が考えられる。また、光強度にしきい値が存在したことから、自己束縛励起子の集団的な相互作用が構造変化を誘起したことが示唆されたため、結晶に欠陥サイトが多く存在すると自己束縛励起子同士の相互作用を阻害するため構造変化を起こしにくくなることも明らかとなった。以上に示した本研究を行ったことで分子性自己束縛励起子に起因する僅かな格子歪みでも、それが集団的に相互作用することにより結晶表面構造変化を誘起することを初めて示すと同時に、自己束縛励起子の振る舞いについても新たな知見が得られた。この結果はこれまでの表面における光異性化反応を見いだしたことに端を発し、新たな自己束縛励起子に起因した光による表面構造変化を見いだしたことで、最終的な目標としている高感度光スイッチングなど数限りない次世代の光エレクトロニクス材料開発に向けて大きく前進したものと考えられる。
膜貫通ヘリックス間相互作用の一分子ダイナミクス計測：アミノ酸配列・脂質組成の影響

膜タンパク質は多くの薬の標的となっているが、膜内での蛋白質安定性に寄与する駆動力がどのような性質か不明な点が多い。本課題では膜タンパク質の基本骨格である膜貫通ヘリックスを形成するモデルペプチドを用いて、リポソーム内での会合ー解離挙動を一分子蛍光励起エネルギー移動法で検出する手法を確立した。ヘリックス会合モチーフGXXXG導入により平行型ヘリックス会合が見られ、二回膜貫通同士も会合する事が明らかになった。また多くの膜タンパク質活性に影響するコレステロール添加により、GXXXGヘリックスの平行型会合は抑制された。このようにアミノ酸配列と脂質の両方がヘリックス間相互作用に影響することが実証された。膜貫通ヘリックス(AALALAA)3の会合の一分子蛍光エネルギー移動(FRET)測定法をより迅速、正確に行うために、ジスルフィド架橋した2量体膜貫通ヘリックスの合成に取り組んだ。N末端にシステインおよびFRETドナー色素Cy3Bを導入したペプチド(1)とC末端にシステイン、N末端にFRETアクセプター色素Cy5を導入したペプチド(2)をクロスリンクすることで、逆平行型に配向を固定したペプチドを合成した。ギ酸/アセトニトリルを移動相としたHPLCで精製可能であることがわかった。次に、精製したペプチドをリポソームに組み込み、2量体の還元を試みた。クロスリンク状態ではCy3B励起時にFRETが起こりCy5からの蛍光が見られる。2ーメルカプトエタノールで還元することで、ペプチドがモノマーに解離しCy3B蛍光の回復が見られる。フォスファチジルコリン/コレステロール膜中に組み込んだヘリックスの還元を行い一分子FRET測定を行ったところ、大部分の輝点(86%, n = 28)において、会合ー解離に伴うFRET揺らぎが観測された。一方で、配向を制御していないヘリックスでは、約半数(57%, n = 93)の輝点でしかFRETが観測されなかった。これらの結果は、逆平行型の配向で二量体化が起こっていることを示している。今後同様の手法で平行型に配向制御したヘリックスも測定する。今回確立した膜貫通ヘリックスの配向制御法は、脂質の種類やペプチドの配列依存的な膜貫通ヘリックス会合の駆動力を議論する際に重要な情報を与える。GXXXGモチーフを導入し平行型に配向制御したペプチドの合成も行い、一分子FRETを観測した。前年度に引き続きジスルフィド架橋した2量体膜貫通ヘリックスの合成と一分子蛍光エネルギー移動測定を行った。平行型に配向固定したホスト膜貫通ヘリックス((AALALAA)3ではコレステロール存在下でも会合が見られなかったため、前年度の逆平行型で会合が見られた結果と併せて、ジスルフィド法により2つのヘリックスの相対配向を制御できることが確かめられた。次に代表的な膜中ヘリックス会合モチーフであるGXXXGをホストの中心部位に導入した膜貫通ヘリックスを合成し。平行型会合を調べた。POPC中で、ホスト配列が会合を示さないのに対して、GXXXGヘリックスではサブ秒オーダーの会合ー解離揺らぎが見られた。コレステロール添加によってこの会合は見られなくなったことから、GXXXGモチーフとステロールが直接相互作用する可能性が考えられたが蛍光ステロールであるでヒドロエルゴステロールを用いた実験では選択的相互作用は見られなかった。従ってコレステロールの作用は間接的なものであり、GXXXGにより安定化される2量体はコレステロールが安定化する2量体と異なる構造を持つと考えられる。またGXXXGモチーフは逆平行型会合も駆動する事が明らかになった。これらの結果は代表的な膜貫通会合モチーフGXXXGにより促進される会合の動的安定性を計測した初めての例であり、粘度の高い膜環境でも迅速なダイナミクスが見られうる事を示すことが明らかになった。重要な創薬標的である膜受容体を含む膜タンパク質構造安定性原理の理解に役立つと考えられる。前年度までに確立した蛍光標識膜貫通ペプチド調製法、リポソーム内一分子FRET測定法を用いて、二回膜貫通型のモデルペプチド(AALALAA)3-G5-(AALALAA)3の膜内自己会合挙動を調べた。無細胞合成法とFmoc固相法による合成を試みたところ、無細胞合成では全長のペプチドが検出されなかったが、Fmoc法でペプチドを化学合成できる事が明らかになった。蛍光色素Cy3B、Cy5でそれぞれN末端を標識したペプチドを合成し、リポソームに組み込んで全反射顕微鏡観察した。リン脂質POPCからなるリポソーム中で、一回膜貫通ヘリックスでは会合が検出できないのと対照的に、二回膜貫通ヘリックスでは過渡的なFRETシグナルが観測され会合ー解離を繰り返している事が明らかになった。コレステロールを添加した膜ではさらに強い会合が見られた。また、同程度の会合自由エネルギー変化の条件では、二回膜貫通ヘリックスの会合ダイナミクスは一回膜貫通の場合よりも遅いことが明らかになった。以上の結果より、これまでの研究で主に調べてきた膜貫通ヘリックス二量体が最安定な構造ではなく、それら同士に、より強いbasalな会合駆動力が働くという新知見が得られた。この駆動力は、複数回膜タンパク質の構造形成や膜タンパク質会合に寄与する可能性がある。

本課題では膜タンパク質の基本骨格である膜貫通ヘリックスを形成するモデルペプチドを用いて、リポソーム内での会合ー解離挙動を一分子蛍光励起エネルギー移動法で検出する手法を確立した。ヘリックス会合モチーフGXXXG導入により平行型ヘリックス会合が見られ、二回膜貫通同士も会合する事が明らかになった。また多くの膜タンパク質活性に影響するコレステロール添加により、GXXXGヘリックスの平行型会合は抑制された。このようにアミノ酸配列と脂質の両方がヘリックス間相互作用に影響することが実証された。ジスルフィド結合によるヘリックス二量体の配向制御が可能になったことで、より詳細な解析が行えるようになった。また代表的な膜中ヘリックス会合モチーフであるGXXXGの持つ駆動力の一分子蛍光測定法による解析について、かなりの進展が見られた。2回膜貫通ヘリックス同士の自己会合や他の会合モチーフを測定していく上での基盤技術をほぼ確立できた。生体膜の生物物理化学2回膜貫通ヘリックスに関して、無細胞合成で合成する手法を確立し蛍光標識、一分子FRET測定を行う。またSer残基、Pro残基を導入したヘリックスを合成し会合を調べる。非対称組成を持つリポソーム中でのヘリックス会合も一分子FRET測定する。平成25年度の目標であった、クロスリンク化ペプチドの合成と、膜中での還元、一分子FRET測定を行うことができ、会合モチーフ導入ペプチドについても測定を開始する段階に進展している。見積額と納入額が異なり誤差が生じた。引き続き会合もチーフを導入したヘリックスの合成と会合測定を行うと共に、FTIR測定による膜貫通配向の確認も行う。ヘリックス量体形成に関しては、無細胞合成系での合成を試みる。次年度分と併せて一分子計測関連試薬を購入する。
新たな自己免疫モデルマウスを用いた疾患感受性遺伝子の同定

OX40(CD134)はT細胞が活性化する際、発現する。本研究で我々は、CD25+CD4+regulatoryT細胞にOX40が発現することを明らかにした。OX40ノックアウトマウスでは、脾臓のregulatoryT細胞は減少する。OX40リガンドのトランスジニックマウスでは脾臓のregulatoryT細胞が増加している。このことより、regulatoryT細胞の分化や維持にはOX40が関与していると推測されていた。また、リンパ球を欠損したマウスへの移入実験で、regulatoryT細胞の増殖にOX40-OX40リガンドの相互作用が必要であることが明らかになっていた。さらに、regulatoryT細胞によるT細胞応答の抑制は、OX40が必要であった。我々は、CD25+CD4+T細胞は、リガンド発現細胞に接すると、あるいはOX40に対する抗体で刺激すると、regulatoryT細胞の抑制作用を受けなくなることを見い出した。regulatoryT細胞は実験的炎症性腸炎を抑制する効果がある。OX40からのシグナルは、このregulatoryT細胞の抑制作用を減弱させることがわかった。これらのことは、OX40シグナルはregulatoryT細胞の分化、増殖に重要であるが、同じOX40シグナルがナイーブT細胞では、regulatoryT細胞による抑制効果を打ち消していることを示唆している。
絶滅危惧山野草ユキモチソウの繁殖及び生育開花生理の解明

ユキモチソウの花芽分化は,5月に新軸の先端で開始された.6-7月には包の内部で付属体の原基が形成され,8月下旬より小花原基の分化が認められ,その後も小花原基の分化と発達はゆっくりと進み11月にほぼ小花原基の分化が終了した。ユキモチソウは2年サイクルの仮軸分枝型の生長をしていた.低温に十分遭遇した小球の発芽適温は,20-25°Cであった.休眠打破に必要な低温要求量は,10月で4°C,60日以上,11月では30日以上であり,低温が満たされていると適温下40日程度で発芽に至った.開花サイズのユキモチソウ球茎は,自然低温遭遇後の12月15日以降に加温すると2月中旬より揃って開花した.また11月15日から4°C30日の低温処理後加温することにより,1月下旬より開花させることが可能であった.果実内種子数は0-2粒の割合が多く,果実内種子数が多いと一粒重は小さくなる傾向にあったが,総種子数と平均種子重に相関関係はなかった.種子重が大きいと生産された植物体の地上部も大きくなり,収穫された球根重も大きくなる傾向にあった.開花初期の最大CO_2同化速度(A_<sat>)と日中の電子伝達速度(ETR)は,雄よりも雌で高い傾向にあった.雌雄に共通して,より大きな光強度の下で生育する個体ほどA_<sat>とETRが高く,日中の光利用効率(ΔF/Fm')は低下していた.雄個体では日中の非光化学的エネルギー放散(NPQ)を大きくすることによって,光合成の日中低下を回避していることが示唆された.光利用効率は夕方にはほぼ回復し,顕著な強光阻害は見られなかった.開花終了時には,雌雄にかかわりなくA_<sat>とETRが低下し,光利用効率は夕方までに回復しなかった.相対光量子密度4%14%の弱光下では,雌雄や時期に係わらず一定の光合成能を維持していた.ユキモチソウの花芽分化は,5月に新軸の先端で開始された.6-7月には包の内部で付属体の原基が形成され,8月下旬より小花原基の分化が認められ,その後も小花原基の分化と発達はゆっくりと進み11月にほぼ小花原基の分化が終了した。ユキモチソウは2年サイクルの仮軸分枝型の生長をしていた.低温に十分遭遇した小球の発芽適温は,20-25°Cであった.休眠打破に必要な低温要求量は,10月で4°C,60日以上,11月では30日以上であり,低温が満たされていると適温下40日程度で発芽に至った.開花サイズのユキモチソウ球茎は,自然低温遭遇後の12月15日以降に加温すると2月中旬より揃って開花した.また11月15日から4°C30日の低温処理後加温することにより,1月下旬より開花させることが可能であった.果実内種子数は0-2粒の割合が多く,果実内種子数が多いと一粒重は小さくなる傾向にあったが,総種子数と平均種子重に相関関係はなかった.種子重が大きいと生産された植物体の地上部も大きくなり,収穫された球根重も大きくなる傾向にあった.開花初期の最大CO_2同化速度(A_<sat>)と日中の電子伝達速度(ETR)は,雄よりも雌で高い傾向にあった.雌雄に共通して,より大きな光強度の下で生育する個体ほどA_<sat>とETRが高く,日中の光利用効率(ΔF/Fm')は低下していた.雄個体では日中の非光化学的エネルギー放散(NPQ)を大きくすることによって,光合成の日中低下を回避していることが示唆された.光利用効率は夕方にはほぼ回復し,顕著な強光阻害は見られなかった.開花終了時には,雌雄にかかわりなくA_<sat>とETRが低下し,光利用効率は夕方までに回復しなかった.相対光量子密度4%14%の弱光下では,雌雄や時期に係わらず一定の光合成能を維持していた.低温に十分遭遇した小球の発芽適温は,20°Cであった.休眠打破に必要な低温要求量は,10月で4°C,60日以上,11月では30日以上であり,低温が満たされていると適温下で40日程度で発芽に至った.開花時の地上部は6枚の鞘葉と2枚の本葉と花で構成されていた.この時球内のノーズは約7枚の葉で構成され生長点は栄養状態であった.5月にはノーズは8枚の葉と包葉で構成され花芽分化を開始した.6-7月には包の内部は徐々に肥大し付属体の原基となった.早いものでは8月下旬には小花原基の分化が認めれ,その後も小花原基の分化と発達は大きな個体間差を示しながらゆっくりと進み11月にかけてほぼ小花原基の分化が終了した.小花原基は始め丸い突起として現れ,雌性小花では,その後周辺部が盛り上がってドーナツ状を呈し,まもなくその底の部分に胚珠原基が出現した(基底胎座).その後さらに周縁部が盛り上がり,開口部が閉じその先端部分が柱頭となった.一方雄性小花では丸い突起が不整形となり,10月には頂部が徐々に2-3のひだ状にわかれ,その後ひだの先端が肥厚して葯となった.

雌性,雄性ともに小花は花被を欠いた.球内の新シュートにおいて花芽形成が起きた6月にその新シュートの第2本葉の腋芽が葉原基1-2枚を形成し翌々年のシュートとして始発し,12月までに3枚の葉原基を分化した.この事からユキモチソウは2年サイクルの仮軸分枝型の生長をしていることが明らかとなった.またユキモチソウは弱光に適応的である一方で,光合成の光阻害を受けやすかった.小サイズの個体は貯蔵器官へのバイオマス分配を維持し,次年の成長と開花・結実に備えていた.相対光量子密度15%前後が生育に適した光強度であると考えられた.自生地における個体群の開花株の大部分はオスの性表現をし,メス/オス比は,0.17-0.11であった.一方,栽培下では多くの個体がメス化した.ユキモチソウは前年に蓄積した貯蔵物質を用いて地上部を展開する.人工被陰下での3年間にわたる成長モニタリングから,前年度の生育光強度が当年の成長量に影響を及ぼすことが明らかとなった.すなわち,前年度よりも光強度を減じて生育させた場合では,成長量(1年間あたりの乾物増加)は減退する傾向がみられた.また,2年間にわたり連続して強光条件で生育させた場合においても,成長量は減退する傾向にあった.これに対し,2年間にわたり連続して弱光条件で生育させた場合では,成長量は維持されやすい傾向にあった.栄養成長段階あるいは雄性段階の個体では,光強度が約4%のとき成長量は最も維持されやすかった.しかし,開花・結実を行う雌個体では,光強度にかかわらず成長量は小さかった.人工強制受粉処理により結実量を制御した場合,結実を強いられた雌個体の成長は著しく制限され,成長量は負になるに至った.成長量の経年減退が見られる個体では,個体の性表現も雌から雄,あるいは雄から無性へと生育段階が「逆戻り」する傾向があった.以上の結果から,1)ユキモチソウの持続的な成長・開花の維持には強度の被陰が重要である,2)光強度の変化に対するユキモチソウの適応には数年にわたる順化期間を要する,3)ユキモチソウの種子生産は個体の成長バランスを失わせやすい,ということが示唆された.野外生育地や園芸生産においては注意深い管理が必要なものと考えられた.開花サイズのユキモチソウ球茎は,自然低温遭遇後の12月15日以降に加温すると2月中旬より揃って開花した.また11月15日から4°C30日の低温処理後加温することにより,1月下旬より開花させることが可能であった.ユキモチソウの果実内種子数は0-2粒の割合が多く,果実内種子数が多いと一粒重は小さくなる傾向にあったが,総種子数と平均種子重に相関関係はなかった.種子重が大きいと生産された植物体の地上部も大きくなり,収穫された球根重も大きくなる傾向にあった.雌性および雄性のユキモチソウをポットに植え,生育時の光強度を寒冷紗で調節(相対光量子密度28,14および4%)し,出芽および地上部を展開させた.よく発達した小葉を対象として,MINI-PAMによるクロロフィル蛍光を晴天日の日の出前から日没まで追跡した.開花期(5月)では,より強い光条件で生育する個体ほど日中の光化学系IIの光利用効率(ΔF/Fm')が低下していた.一方,日中の電子伝達速度(ETR)はより高く,非光化学的エネルギー放散(NPQ)によって光合成の日中低下を回避していることが示唆された.この傾向は雌個体で顕著だった.光利用効率は夕方にはほぼ回復し,顕著な強光阻害も見られなかった.しかし,開花終了時(6月)には,雌雄にかかわりなく日中のETRの上昇は鈍く,光利用効率は夕方までに回復しなかった.相対光量子密度4%14%の弱光下では,雌雄や時期に係わらず一定の光合成能を維持していた.以上の結果から,弱光下で生育するユキモチソウは,性表現または光強度の影響を受けずに光合成の光応答性を維持する機構を持ち,より強い光条件におかれた雌個体は生育期の早期から光合成能力を高め繁殖活動を支持する一方で,葉の老化も早期から生じる可能性が示唆された.
ショウジョウバエキノコ体をモデルとする高次構造構築機構の分子遺伝学的解析

キノコ体はショウジョウバエにおけ発達した脳構造であり、学習・記憶をはじめと知る多様な高次機能の中枢としで機能する。我々はこれまでに、キノコ体の形成と可塑性を支える遺伝子網の理解を目的に、マイクロアレーによる発現遺伝子の体系的解析を行い,キノコ体で発現する多数の遺伝子を同定してきた。さらに、キノコ体特異的RNAiにより神経構造に異常を誘起する遺伝子を多数選別Lしてきた。19年度はこれらの遺伝子の機能解析を行い、とりわけ、Hr46遺伝子についてはMARCM神経モザイク解析によりキノコ体神経幹細胞の経時的特異性の維持に重要な役割を果たすことを明らかにした。また、CG9296をはじめとする複数の遺伝子について、嗅覚連合学習に機能する結果を得た。さらに、遺伝子機能の基盤となる神経回路の解析を視野に、幼虫を使用した新しい学習・記憶パラダイムの解折を推進した。これにより、ショ糖報酬学習ではCREB依存性中期記憶が生成されるが、キニーネ罰学習では20分で消失する短期記憶しか形成されないことを明らかにした。さらに、特異的GAL4系統と温度感受性shibireタンパク質を使用したシナプス伝達阻害実験により、これらの記憶が、いずれも、幼虫のキノコ体もしくはその上流に位置する触角葉に保持されていることを明らかにした。加えて、報酬記憶の形成にはオクトパミた。幼虫脳においては、これら二つのカテコールアミン系神経のキノコ体と触角葉への入力パターン大きく異なっている。これらの結果は、報酬記憶と罰記憶の安定度の違いが、経験によるものではなく、それぞれの味覚因子により活性される神経系の入力様式の違いに起因するものであり、先天的かつ遺伝的に神経回路発生過程において決定されていることを示唆している。キノコ体は、節足動物の脳に公汎に存在する発達した神経構造であり、学習・記憶・認知などの多様な高次機能の中枢である。ショウジョウバエ成虫のキノコ体は約2500個の神経細胞から構成されるが、そのすべてが、わずか4個の特異的幹細胞の継続的分裂により生み出されることが示されており、幹細胞分裂,軸索誘導、神経総形成等の高次構造構築過程の解析にまたとない解析モデルを提供している。キノコ体の形成と機能を支える遺伝子網を包括的に理解するために、マイクロアレーによる発現遺伝子の解析を行い、1400余の発現遺伝子を同定しその機能を解析した。薬剤処理によりキノコ体を特的に欠損させた脳の遺伝子発現プロファイルの解析により、キノコ体で選択的発現を示す遺伝子を体系的に選別し、さらに、in situハイブリダイゼーションによる発現解析により、最終的に70個の遺伝子をキノコ体形成と可塑性制御因子の有力候補として選別した。これらのうち42個の遺伝子についてRNAi解析を行い、キノコ体神経構造に異常をもたらす8個の遺伝子を選別した。加えて、変異体が入手可能な遺伝子についてAMRCM法による神経モザイク解析を行ない、中でもHr46遺伝子の変異がキノコ体神経幹細胞の経時的特異性の維持に機能する結果を得た。また、成虫キノコ体発現遺伝子の解析と平行して、キノコ体の初期形成を制御する遺伝子を探索するために、これまでに総計3116個の遺伝子の胚発生期脳における発現パターンをスクリーニングし、キノコ体前駆細胞で発現する68個の遺伝子を同定してきた。これらのうち、RNAi系統が入手可能な20個の遺伝子についてキノコ体特異的なRNAi解析を行い、キノコ体神経構造に異常を誘起する遺伝子を選別した。これらの結果は、脳における高次構造構築過程を制御する分子機能の理解に重要な手がかりを与えるものと期待される。
2-オキソアルデヒドの食品・生体における意義

平成9年度:(1)リゾチームーグルコース系(LG系)およびリゾチームーフルクトース系(LF系)では、グルコソン(GLCO)、3-デオキシグルコソン(3DG)、グリオキサール(GO)、メチルグリオキサール(MG)の2-オキソアルデヒド(2-OA)が検出された。GLCOとGOの生成には遷移金属イオンが重要であった。一方、3DGの生成には酸素が必要でないことが明らかとなった。(2) 3DG2分子とN^ω-benzoylarginine amide(BzArgNH2)が1分子からなるS11を単離し、新規imidazoleと同定した。また、タンパク質で生成するリジンのε-アミノ基と3DGが反応したリジル-ピロピリジンを同定した。平成10年度:(1) LG系、LF系、L-3DG系においてリジル-ピロピリジン、ペントシジンの生成量を測定し、LG系、LF系ではペントシジンが、L-3DG系ではリジル-ピロピリジンが多く生成した。(2) 3DGを生理的条件下、50°Cで反応では各種ヌクレオシドと反応させた結果、2'-deoxyguanosine(dG)との反応性が最も高かった。その主要な反応生成物(GA,GB)を3DGとdGがアミド結合した、N-(l-oxo2,4,5,6-hydroxy)-2'-deoxyguanosineのジアステレオマーと同定した。また、3DGとcalfthymusDNAの反応によってもGA,GBが検出された。また、3DGと同様な2-オキソアルデヒド(2-OA)であるグリオキサール(GO)の10μM添加以上で肝臓細胞に対し、細胞毒性が認められ、発ガンマーカーであるgulutathione-S-transferase mRNAも増大した。グルコースのみの系(G系)およびリゾチーム-グルコース系(LG系)を生理的条件下でキレート剤であるDETAPACの無添加および添加した溶液を50°C、7日間インキュベートしたとこい生成する2-オキソアルデヒドをbenzo-[g]-quinoline誘導体としてHPLC分析に供した。LG系ではグルコソン(GLCO)、3-デオキシグルコソン(3DG)、グリオキサール(GO)、メチルグリオキサール(MG)のジカルボニル化合物が検出された。この系に、DETAPACを添加した系ではGLCOの生成は認められず、GO,MG共にその生成が減少した。GLCOはG系で0.01mM生成したが、キレート剤添加により生成は認められなかった。また、LG系ではGLCO生成がG系に比較して約50%減少した。一方、3DGはG系よりもLG系で顕著に生成した。さらにキレート剤添加によってやや増加傾向を示した。GOはG系でのみ顕著に生成し、他の系では生成は抑制された。キレート剤添加によっても顕著に減少した。MGはその生成量は低かったが、G, GD, LG, LGD系において生成し,キレート剤添加によって減少傾向を示した。以上の結果より3DGの生成には酸素が必要でないことが明らかとなった。3DGはアルギニン残基を修飾し、メイラード反応後期段階生成物の反応種となる。そこで、3DGとN "-benzoylarginine amide (BzArgNH2)を生理的条件下で反応させS11を単離し、2-(N "-benzoyl-N" -ornithylamide)-5,6a-di (2, 3, 4-trihydroxybutyl)-5, 6-dihydroxydehydrofuro [2, 3-d] imidazoleと同定した。S11は3DG2分子とBzArgNH2 1分子からなる新規化合物であった。

メイラード反応の中間体である3-deoxyglucosone(3DG)は生理的条件下、50°Cで反応ではヌクレオシドのうち2'-deoxyguanosine(dG)との反応性が最も高かった。その主要な反応生成物(GA,GB)を3DGとdGがアミド結合した、N-(1-oxo-2,4,5,6-hydroxy)-2'-deoxyguanosineのジアステレオマーと同定した。また、3DGとcalf thymus DNAの反応によってもGA,GBが検出された。また、3DGと同様な2-オキソアルデヒド(2-OA)であるグリオキサール(GO)の10μM添加以上で肝臓細胞に対し、細胞毒性が認められ、発ガンマーカーであるgulutathione-S-transferase mRNAも増大した。一方、タンパク質とフルクトースのメイラード反応機構を解明するためにリゾチーム-フルクトース系を生理的条件下でDETAPAC(キレート剤)の無添加および添加した溶液を50°C、7日間インキュベートしたときの低分子量画分のbenzo-[g]-quinoxaline誘導体をHPLC分析した。リゾチーム-フルクトース系(LF系)ではグルコソン(GLCO)、3DG、G0、メチルグリオキサール(MG)のジカルボニル化合物が検出された。上記4種のジカルボニル化合物以外にも未知化合物が生成した。この系に、DETAPACを添加した系ではGLCOの生成は認められず、GO,MG共にその生成が減少した。GOはF系で0.07mM生成した。また、LF系ではGOの生成がF系に比較してl,7倍増加した。一方、3DGはF系よりもLF系で約50%減少した。DETAPAC添加によってはやや増加傾向を示した。GOはF系でのみ顕著に生成し、他の系では生成は抑制された。MGはその生成量は低かったが、F,FD,LF,LFD系において生成した。3DGが関与するAGE(メイラード反応生成物)はピラリン、イミダゾロン、ピロピリジンであった。
振動ポンプの開発に関する研究

本研究は、液体の共振現象を積極的に液体輸送装置に応用することによって、有用な制御機能を有し、しかも、耐蝕性の強化と無漏洩化を可能にした揚液ポンプを開発するものである。すなわち、揚液は短管を管軸方向に振動させ、管内の液体の振動による管内圧力を管上端の弁で制御することによって行われる。このような液体振動を直接利用した揚液原理は従来の揚液方式とは異なるものであり、液体輸送装置として構造がきわめて簡単で、小型、安価に製造でき、しかも、耐蝕性材料の選定の容易さ、保守管理の容易さなど従来のポンプにない優れた特徴を持っている。したがって、強酸、強アルカリなどの高腐食性化学薬液の輸送、血液などの生態関連液の輸送、各種液体の微小液面制御機器への応用など幅広い分野で利用可能なポンプが試作された。さらに、本研究は液体のみが持つ特有の振動機能を直接工業技術へ応用したものであるから、この試作機をもとにして異なる性質を持つ種々の液体に適用することも可能であることを証明したい。すなわち、本研究は二年間の結果をふまえて、揚液原理に基づいた本装置の特色とその実用化の見直しについて考察した。さらに、円筒短管上端部に直管とは別に固定したばね弁を設置し、種々の形状流路に対して短管を特定の振動数および振幅のもとに垂直方向に上下運動させ、管内の気体-液体系の圧力変動に伴う自吸性能を実験的に究明するとともに、自吸性能の向上に必要な吸込管路形状について理論的に予測した。また、環境運転状態におけるポンプ性能を実験的に詳細に明らかにして、総合的ポンプ性能の向上に必要な設計要素を明らかにした。これらの結果、この揚液効果を効果的に利用することによって流体輸送機械の実用化が可能であることを具体的に実証した。初年度に引続き本年度は、液体の共振現象の工業技術への応用を目標として、振動液性を利用した揚液現象の流体力学的解明に主力を注いだ。すなわち、揚液効果の最も良好な加振条件と弁付振動管の幾何形状を明らかにするため、本研究計画で申請した超音波スキャン装置を購入し、既存の波形アナライザ波形記録計等と併用して実験を行った。一連の基礎研究によって明らかにされた比較的良好と考えられる振動管を用いて、垂直方向の加振振幅と加振振動数を変えたときの揚液特性を実験的に定量的に明らかにし、流量および揚程の最適制御条件を求めた。また、吸込管内の液体の挙動を解析し、揚液時の液体の流動機構を明らかにした。主な成果は以下のようなものである。(1)揚程曲線は流量の増加とともに単調に減少するが、振動条件の選定によって広い流量範囲の運転が可能である。(2)振動管の振動特性と揚液流量の関係を定量的に測定し、ポンプ流量の増加に必要な要因を明確にした。さらに、広い流量範囲にわたったポンプ性能を実測し、本装置が有する固有のポンプ特性を明らかにした。なお、上記(1)、(2)は振動源には動電型のものとモータ式のものとを考案し、振動ポンプの試作実験を行った結果、得られたものである。さらに、これらの研究成果をふまえて、自吸性能のさらに良い揚液装置を目指して、吸込管内の液柱の振動特性をより定量的に計測することを試みた。また、液体循環装置としての作動時におけるポンプ性能についても明らかにして、より信頼性の高い高性能のポンプに必要な基礎資料を蓄積した。二年度にわたるこれらの研究成果によって実用に供する新形式ポンプの具体的な設計基準が確立され、高性能化が実現した。
活性部位の原子レベル厳密組成制御技術の駆使による水分解光触媒材料の高活性化

クリーンな水素製造材料の一つとして、水と太陽光から水素を発生させることが可能な、水分解光触媒が注目を集めている。光触媒の高活性化には、助触媒として金属ナノ粒子を担持する必要がある。私たちはこれまでに、原子レベルで組成が制御された金クラスターを助触媒の前駆体として用いることで、微小金クラスターを単分散に光触媒上に担持させることに成功した。本研究では、金クラスター助触媒の効果を厳密に調べると共に、得られた知見から、金クラスター助触媒を効率的に水分解反応へと利用するための方法について検討した。異なるサイズの助触媒の担持された光触媒(BaLa4Ti4O15)の水分解活性を測定したところ、両者の活性に大きな違いは観測されなかった。一方で、Au25-BaLa4Ti4O15の水素生成量はAuNP-BaLa4Ti4O15のそれよりも2倍以上大きいことが分かった。このことは、酸素存在下ではAu25-BaLa4Ti4O15の高い水素生成能が、水分解活性に反映されていないことを示している。これらの結果より、Au25-BaLa4Ti4O15においては、高い水素生成能を有する一方で、酸素による副反応(光酸素還元反応や水素と酸素の再結合など)も進行しやすいことが明らかになった。こうした知見から、もし副反応を抑制することができれば、金クラスター助触媒を用いることで、高い水分解活性が得られると推測される。そこで、K2CrO4を混合させたところ、Au25-BaLa4Ti4O15とAuNP-BaLa4Ti4O15、どちらも活性が大きく向上し、Au25-BaLa4Ti4O15が特に高い活性を示した。このことは、副反応を抑制すれば、金クラスター助触媒のもつ高い水素生成能を水分解活性へと利用できることを実証している。28年度が最終年度であるため、記入しない。水分解光触媒は太陽光と水から水素を生成することができるため、クリーンなエネルギー材料として注目を集めている。我々はこうした水分解光触媒反応を効率よく進行させるために、微細なチオラート保護金クラスターを助触媒(反応サイト)の前駆体として用いる研究を行っている。本研究では、様々なサイズのクラスターおよび異原子ドープクラスターの水分解光触媒上への精密担持に取り組み、その水分解活性について調べた。本実験で助触媒の前駆体として用いた疎水性チオラート保護金クラスター(Au25(SR)18、Au38(SR)24、Au144(SR)60、Au329(SR)84、Au24Pd(SR)18、Au25-nAgn(SR)18、Au25-nCun(SR)18)は液相還元法により合成した。しかし、これらのクラスターは光触媒上へ吸着させる際に必要な親水性配位子を持たない。そこで、クラスターを効率よく吸着させるために、配位子交換反応により親水性配位子である4-メルカプト安息香酸(p-MBA)を複数個クラスターに導入する、新たな吸着方法を用いた。サイズごとの活性に注目してみると、Au25(SR)18を前駆体に用いた際に最も高い活性を示すことが分かった。これは助触媒サイズの微細化により反応表面積が増大したためと考えられる。一方で活性は、前駆体に用いるクラスターサイズの増大と共に連続的に低下するのではなく、Au144(SR)60を前駆体に用いた際に一度向上し、その後再び低下した。以上の結果より、助触媒の微細化による光触媒活性の向上は、単純に反応サイトの表面積の増大だけでは説明がつかない、他の要因も含んでいる可能性が示唆された。また異原子ドープクラスターについては、Pdをドープすることで水分解活性を向上させられること、一方でAgやCuのドープは活性を低下させることも分かった。本研究の達成目標は以下の通りである。1)水分解半導体光触媒上に、「原子精度で組成制御された」「1nm程度の粒径の」「一連の化学組成の」金属ナノクラスターを水分解光触媒上へ担持させる。2)得られた光触媒の触媒活性を測定することで、担持金属ナノクラスターの化学組成と光触媒活性の相関を「原子精度にて」明らかにする。3)得られた光触媒の構造解析を行うことで、電子/幾何構造が光触媒活性に与える影響を明らかにする。4)以上の研究を通して、光触媒活性向上に対するキーパラメータを炙り出し、高活性水分解光触媒創製に対する新たな設計指針を打ち立てる。初年度の研究により、1)と2)を達成した。これは当初の計画通りであるため、本研究課題は順調に進行していると判断する。

異なるサイズの助触媒の担持された光触媒(BaLa4Ti4O15)の水分解活性を測定したところ、両者の活性に大きな違いは観測されなかった。一方で、Au25-BaLa4Ti4O15の水素生成量はAuNP-BaLa4Ti4O15のそれよりも2倍以上大きいことが分かった。このことは、酸素存在下ではAu25-BaLa4Ti4O15の高い水素生成能が、水分解活性に反映されていないことを示している。これらの結果より、Au25-BaLa4Ti4O15においては、高い水素生成能を有する一方で、酸素による副反応(光酸素還元反応や水素と酸素の再結合など)も進行しやすいことが明らかになった。こうした知見から、もし副反応を抑制することができれば、金クラスター助触媒を用いることで、高い水分解活性が得られると推測される。そこで、K2CrO4を混合させたところ、Au25-BaLa4Ti4O15とAuNP-BaLa4Ti4O15、どちらも活性が大きく向上し、Au25-BaLa4Ti4O15が特に高い活性を示した。このことは、副反応を抑制すれば、金クラスター助触媒のもつ高い水素生成能を水分解活性へと利用できることを実証している。今後は、電子/幾何構造が光触媒活性に与える影響について知見を得るため、担持金属ナノクラスターの電子/幾何構造を、拡散反射分光、X線光電子分光、X線吸収端近傍構造測定などにより評価する。しかしながら、構造&#8212;機能相関について深い理解を得るためには、より最先端かつ高分解能な実験および計算を用いて担持金属ナノクラスターの構造評価を行うことが不可欠である。そこで、計測や理論計算を得意とする本領域の研究者と協力し、超高分解能ナノ計測や高精度計算などを行う事で、厳密な構造情報を得ることを目指す。得られた結果をもとに、光触媒活性向上に対するキーパラメータを炙り出し、高活性水分解光触媒創製に対する新たな設計指針を打ち立てる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
肺高血圧症治療における遺伝薬理学の応用

本研究の目的は、肺動脈陛肺高血圧症(PA正Dや慢性血栓塞栓性肺高血圧症(CTEPH)に対する肺高血圧症治療薬の反応性及び右心不全合併や進行に関連する遺伝子的素因を明らかにし、個別化治療への道筋をつけることである。結果、シルデナフィルの臨床状態悪化までの期間は、Gpr。teinβ3遺伝子多型CT/CCタイプとACE遺伝子多型deletionfdeletionタ/rプの組み合わせで短いこと、一方、ボセンタンの効果に関しては、両多型の関与は認めないことが明らかとなった。右心不全の合併に関しては、NOS786CIT多型CCで多い事を見いだした。また、CTEP且の予後因子として、ヱンドセリン・1Lys198Asp(GIT)多型Tアレル、エンドセリンA受容体N323H(CIT)多型のTTタイプの組み合わせが不良であることが判明した。本研究の目的は、肺動脈性肺高血圧症(PAH)や慢性血栓塞栓性肺高血圧症(CTEPH)に対するシルデナフィルやボセンタン等新規治療薬の効果と、ACE deletion/insertion多型、GNB3 C825Tの多型、NOS3 G894T多型等との関係を明らかにすること、さらに、右心機能とこれらの多型の関係を明らかにすることである。そして最終的には、有効群を明らかにし、個別化医療につなげることである。本年は、シルデナフィル既使用PAHおよびCTEPH37例について、ACE遺伝子多型およびGNB3 C825Tの多型と、臨床状態悪化までの期間、心エコーによる推定肺動脈圧、BNP値、6分間歩行距離の変化との関連について検討した。結果、ACE遺伝子多型と臨床効果には明らかな関連を認めなかったが、GNB3 C825T多型のTT群で、臨床状態悪化までの期間が有意に長く、6分間歩行距離の増加が大きい傾向であることが判明した。このTT群は、勃起不全に使用した場合もその効果が大きいとされる群であることから、肺高血圧症における肺血管反応性にも、本多型が影響し、TT群でより有効であることが判明した。この結果は、本年の日本呼吸器学会ならびに、American thoracic society (ATS)にて発表予定である。また、右心機能の評価法として、320列造影CTにおける右室左室容積比、中隔の変形度、駆出率など、新しい評価法を開発し、昨年のAmerican Heart Associationで発表した。今後、右心機能と多型との関係を検討予定である。また、CTEPHに関しては、フィブリノーゲンαの遺伝子多型が発症素因であることを明らかにし報告した。本多型については、いまのところ、治療薬や予後との関係は明らかでない。今後他の治療薬や他の多型についても検討予定である。本研究の目的は、肺動脈性肺高血圧症(PAH)や、慢性血栓塞栓性肺高血圧症(CTEPH)に対する薬剤の反応性と遺伝子多型の関連について、明らかにすることであるが、今年の研究計画は、(1)シルデナフィルの効果とGprotein β3遺伝子多型の関連について、症例を追加し、検討を加えること、(2)ボセンタンおよびシルデナフィル使用例について、各種多型と血行動態や予後との関連を明らかにすること、(3)これらの多型と右心機能との関連を明らかにすることであった。(1)に関しては、症例を59例に増やし、臨床状態悪化までの期間が、勃起不全で治療反応良好とされるTT群(15例)が、CC(16例+CT(28例)群に比して、長く良好であること、6分間歩行距離の改善が良好な傾向であること(p=0.07)、治療後のNYHA分類が良好であること(p=0.028)が明らかとなった。一方、同様の検討をボセンタンとG protein β3遺伝子多型で行うと、関連がなかった。(2)に関しては、NOS3G894T多型、エンドセリン-1 Lys 198As(G/T)、エンドセリンA受容体H323H多型(C/T)とシルデナフィルやボセンタンとの効果の関連については、有意なものを認めなかった。一方、CTEPH内科治療例で検討すると、血中エンドセリン高値と関連するエンドセリン-1多型Gアレルを有し、エンドセリンA受容体多型TTをもつ群がそれ以外の群に比して、予後不良であることが、明らかとなった。今回の研究は、本年日本呼吸器学会シンポジウムで発表予定であり、さらに症例を集積し、検討する予定である。

(3)右心機能と遺伝子多型との関連については、右房圧や右室拡張末期圧と相関がなかったが、さらにその評価法として、造影CTによる駆出率、中隔圧排の程度を曲率で評価する方法を開発し、今後症例を増やし検討する予定である。本研究の目的は、肺動脈性肺高血圧症(PAH)や慢性血栓塞栓性肺高血圧症(CTEPH)に対する肺高血圧症治療薬の反応性及び右心不全合併や進行に関連する遺伝子的素因を明らかにし、個別化治療への道筋をつけることである。今年の研究計画は、(1)シルデナフィルとGprotein β3遺伝子多型の関連について、3年間における臨床効果との関連を明らかにすること、(2)エンドセリン-1 Lys 198As(G/T)、エンドセリンA受容体H323H多型(C/T)とCTEPHの予後との関連について検討すること、(3)NOS3(eNOS)多型と薬物の反応との関連について、および右心機能と遺伝子多型との関連について検討すること、であった。(1)に関しては、59例で、シルデナフィル使用後の臨床状態悪化までの期間が、TTtypeでは、CC+CTtypeに比して、長く良好であることが明らかとなり、現在投稿中である。加えて、ACE遺伝子deletion/insertion (D/I)多型のDD typeは、ID IIに比べて、シルデナフィル使用後の臨床状態悪化までの期間が短いこと、さらに、G protein TTおよびACE II/ID両者を有する患者では、増悪する例がみられず、両者を有さない群では不良で、両遺伝子多型は、独立した増悪予測因子であることが判明した。(2)に関してはCTEPH内科治療例について、エンドセリン-1 G、エンドセリンA受容体TTをもつ群が予後不良であることが判明した。(3)に関しては、NOS3 786C/T多型で、NOS活性低下と関連するCC typeにおいて、右房圧や、右室拡張末期圧が高いことが判明した。中隔圧排の程度を曲率で評価する方法は、収縮期肺動脈圧や肺血管抵抗と良好に相関することをChestに報告した。ACE NOS3多型と中隔弯曲度との関連は明らかでなかった。本年の研究計画は、(1)シルデナフィルの効果とGproteinβ3遺伝子多型の関連について、症例を追加し、検討を加えること、さらに、(2)ボセンタンおよびシルデナフィル使用例について、NOS3G894T多型、エンドセリン1Lys198As、エンドセリンA受容体H323H多型と血行動態や予後との関連を明らかにすること、また、(3)これらの多型と右心機能との関連を明らかにすることであった。(1)の研究に関しては、症例を増やしても同様の傾向であること、(2)に関しては、有意なものを認めなかったが、エンドセリン-1とA受容体多型がCTEPHの予後因子であることが明らかとなった。(3)の研究に関しては、新しい右心機能評価法を開発した。24年度が最終年度であるため、記入しない。遺伝薬理学的見地から、今回明らかとならなかったNO33(eNOS)に関しては、786T/C、922A/G、1468T/A等、他の多型と薬物の反応との関連について、検討する。エンドセリン-1、・A受容体多型に関しては、さらに症例を追加し、今回明らかになった予後因子に関する検討加えて、薬物に対する反応の影響について解析する。右心機能に関しては、ACE遺伝子(deletion/insertion)多型、βadernagicreceptor多型、NOS3の786T/C、922A/G、1468TIA多型との関連にてついて、右心カテーテルならびに造影CTによる右心機能評価法を用いて、検討する予定である。
自己集合性ポルフィリンとフラーレンを用いるπ複合体の構築と機能化

これまで本研究員は、ピリジル基を導入した環状ポルフィリン二量体のニッケル錯体(Ni_2-CPD_<py>,)およびフリーベース体(H_4-CPD_<py>)とフラーレンC_<60>のπ複合体について、原子レベルでの超分子構造および光誘起電子移動ダイナミクスを報告した。さらに、C_<60>の規則的な配列に沿って比較的高い電荷移動度を示すことを明らかにした。当該年度は、これらのπ複合体の光電変換能について調べた。光電変換能を調べるためのデバイスとして、π複合体の溶液を貧溶媒で希釈してナノクラスターを形成させ、電気泳動によって透明電極上に修飾したものを用いた。その結果、当てる光の波長依存性のエネルギー変換効率IPCE値はNi_2-CPD_<py>の場合4%、H_4-CPD_<py>の場合17%であった。このような違いは、H_4-CPD_<py>とC_<60>のπ複合体の高次元に組織化されたクラスターの形成と電荷分離状態の安定性によるものであると考えられる。また、Ni_2-CPD_<py>についてC_<70>の包接挙動についても調べた。溶液中における包接は、紫外可視吸収スペクトル、ESI-MS、^<13>C NMRによって明らかにした。また、X線結晶構造解析によって結晶中における包接も確認した。興味深いことに、結晶中での包接において、ラグビーボール型の形をしたC_<70>がポルフィリンに対して縦向きに包接されたものと、横向きに包接されたものの二種類が存在することが確認された。このため当該年度は、環状ポルフィリン二量体とC_<60>とのπ複合体が光電変換能を有することを明らかにした。また、電子ドナーである環状ポルフィリン二量体に対して、アクセプターとしてフラーレンC_<70>を用いることが可能であることを示した。これまで本研究員は、ピリジル基を導入した環状ニッケルポルフィリン二量体(Ni_2-CPD_<Py>)とC_<60>のπ複合体が、結晶中でポルフィリンナノチューブおよびC_<60>の一次元配列を形成することを報告している。当該年度は、時間分解吸収マイクロ波伝導度測定法により、この結晶がC_<60>の一次元配列方向に沿って高い電子移動度(0.72cm^2V^<-1>s^<-1>)を示すことが分かった。さらに、フェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスの結果より、明確な電荷分離状態の生成は確認されなかったが、34psの寿命のCT性を帯びた三重項励起錯体を生成すると考えられる。対応するフリーベース体(H_4-CPD_<Py>)も結晶中でC_<60>を包接し、b軸に沿ってC_<60>がお互いにファンデルワールス接触しながらジグザグに配列する構造を形成した(隣接C_<60>中心間距離10.0A)。フェムト秒レーザーフラッシュフォトリシスより、1070nmにC_<60>のアニオンラジカルに帰属されるピークが確認でき、複合体内でポルフィリンからC_<60>への光誘起電子移動が起こり、470psの寿命を持つ電荷分離状態が生成することが分かった。また、この結晶は時間分解吸収マイクロ波伝導度測定法により、C_<60>のジグザグ配列方向(b軸から45°ずれた方向及びb軸方向)に沿って異方的な電荷移動度(0.16及び0.13cm^2V^<-1>s^<-1>)を示すことが分かった。このため、当該年度は「原子レベルでの構造」と「光電変換のメカニズム」の関係を議論できるπ複合体が合成できたことになる。また、光電変換の過程では(1)光捕集、(2)電荷分離、(3)キャリア輸送の3つの過程が重要とされており、合成したπ複合体がこれら3つの過程を効率良く行えることは、光電変換特性に対する高いポテンシャルを有していると言える。

興味深いことに、結晶中での包接において、ラグビーボール型の形をしたC_<70>がポルフィリンに対して縦向きに包接されたものと、横向きに包接されたものの二種類が存在することが確認された。このため当該年度は、環状ポルフィリン二量体とC_<60>とのπ複合体が光電変換能を有することを明らかにした。また、電子ドナーである環状ポルフィリン二量体に対して、アクセプターとしてフラーレンC_<70>を用いることが可能であることを示した。