hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
双生児のゲノム・エピゲノム比較解析に基づく先天異常の環境要因遺伝子に関する研究

一卵性双生児で一方が口蓋裂児で他方が非口蓋裂児のペア2組、一人が口蓋裂児で他2名が非口蓋裂児の三つ子1組の計3組を被験者として、双生児ゲノム・エピゲノム比較解析に基づく先天異常の環境要因遺伝子に関する研究を行った。前年度までは、ゲノム上の特異的SNPジェノタイピングを行い、SNPおよびCNVコピー数の双生児間差異を解析したが、有意差はなかった。そこで最終年度となる本年度は、ゲノムDNAメチル化領域の濃縮シーケンス解析、つまり、メチル化DNA領域をMethylated DNA Binding Domain(MBD)を用いて濃縮後、次世代DNAシーケンサー(Hiseq2500)を用いて配列解析を行った。さらに得られたリード配列を用いてシーケンスの品質評価、シーケンスリードのReference配列へのマッピング、ピーク同定、各ピークへのアノテーション付加、検体間比較双子間での比較3組の比較を、バイオインフォマティクス解析にて行った。結果、ゲノムは同一である。その上で罹患者側特異的なメチル化異常領域が幾つか発見された。先天異常である唇顎口蓋裂の一卵性双生児(裂児・非裂児ペア)を対象にゲノム・エピゲノムの網羅的解析を行い、双子間でのDNAメチル化発現の差異の有無・領域の同定、双子間の障害差異要因を探求することで唇顎口蓋裂の発生原因探索を行った。ゲノムDNAメチル化領域の濃縮シーケンス解析、メチル化DNA領域をMethylated DNA Binding Domein (MBD)を用いて濃縮後、次世代DNAシーケンサー(Hiseq 2500)にて全ゲノム配列解析を行った。Edge R検定の結果、口蓋裂罹患者側に特異的なPromoter領域/非Promoter領域における共通した高/低メチル化領域が同定された。平成25年度に行った下記解析結果を、本年度はさらに詳細に解析しあ結果、有意差はみられないとなった。1.卵性診断2.双子間差異を呈するCNV領域の同定実験3.関連遺伝子近傍のCNV選定そのため、裂児・非裂児のペアのほかに、裂児・裂児のペアである一卵性双生児を解析対象に加え、双生児間比較を多角的に行う必要性がでたため、期間を延期する必要があることから、やや遅れていると判断した。歯科矯正学今後、一卵性確認後、CNV差異の有無の確認、そして、裂児・非裂児ペア、裂児・裂児ペア間比較も行い、唇顎口蓋裂発生原因を探求する予定である。平成24年度では本研究を施行するにあたり昭和大学ヒトゲノム・遺伝子解析倫理審査委員会申請および承認を得るために多大な時間を要したため、本研究を開始することが不可能であった。そのため本年度では、平成24年度に計画していた研究内容も含め以下のように行った。卵性診断双子間差異を呈するCNV領域の同定実験関連遺伝子近傍のCNVの選定:双子間で差異のあったCNV領域のうち、領域内またはその近傍に関連遺伝子が存在するCNV(その遺伝子の発現に影響を与えうる)を、ゲノムデータベースをもとに選定する.昭和大学ゲノム・遺伝子解析倫理審査委員会に申請し、審査・承認を得るために、予定外に長い期間を要し、更にその後、当該一卵性双生児が低年齢で来院スケジュールが滞ったこともあり、説明・同意を得るにも時間を要した。平成25年度に行った卵性診断・双子間差異を呈するCNV領域の同定実験・関連遺伝子近傍のCNV選定解析結果を、本年度はさらに詳細に解析しあ結果、有意差はみられないとなった。そのため、裂児・非裂児のペアのほかに、裂児・裂児のペアである一卵性双生児を解析対象に加え、双生児間比較を多角的に行う必要性がでたため。平成26年度は1.双子間のメチル化差異領域の同定、2.関連メチル化差異遺伝子の選定、3.選定された遺伝子の双子間の発現差異の証明、4.双子間の差異症状の要因となった発現差異遺伝子の同定、を行う予定である。
縮退四光波混合による新しい分光法とコヒーレント制御法の開発

振動数ωの分子振動がある場合、縮退四光波混合の一種である3パルスフォトンエコー(3PPE)において、パルス1と3の時間差t_<13>を振動周期に同調させると振動の強度が弱まり、t_<13>を振動周期から半周期ずらすとt_<13>=0fsに比べて強度が強くなることを、既に論文(Y.Nagasawa, et al.,J.Phys.Chem.B109,11946-11952(2005))として発表している。当研究室で開発したフェムト秒Cr:forsteriteレーザーの第二高調波を使用し、色素オキサジン4(OX4)をドープしたポリビニルアルコール(PVA)のフィルムを10Kに冷却して3PPEの実験を行った。その結果、t_<13>を約50fsに設定すると、t_<13>=0fsの時に比べて、300cm^<-1>付近の振動の振幅が増幅されるということがわかった。このt_<13>=50fsという値は、これらの振動の約半周期に相当し、3PPEがコヒーレントな分子振動の増幅に応用できることが示された。また、t_<13>=100fsまで遅延すると、30cm^<-1>付近に非常に強くPVAのフォノンモードが出現した。さらに今年度は研究を進め、OX4以外の色素(オキサジン170、オキサジン1、ローダミン700、スチリル6)についても同様な実験を行った。その結果、PVAのフォノンモードとのカップリングが強い系においては増幅が起こらないことを見出した。さらに我々は液体用の真空セルを開発し、10Kの1-プロパノールガラス中のNK-2990というシアニン色素についても同様な実験を行った。その結果、この色素の165cm^<-1>の強いモードは振動の1/4周期に相当するt_<13>=60fs付近で強度が最大になることを見出した。当研究室で開発したキャビティダンプ型自己バンド同期Cr : forsteriteレーザーの第二高調波を使用し、色素オキサジン4をドープしたpolyvinyl alcoholのフィルムを10Kに冷却して、縮退四光波混合の測定を行った。その結果、パルス1と3の時間差t_<13>を約50fsに設定すると、t_<13>=0fsの時に比べて、300cm^<-1>付近の振動の振幅が増幅されるということがわかった。このt_<13>=50fsという値は、これらの振動の約半周期に相当し、縮退四光波混合がコヒーレントな分子振動の増幅に応用できることが示された。また、t_<13>を約100fsまで伸ばすと、30cm^<-1>付近に非常に強い低振動モードが現れた。オキサジン4の分子内振動はこのような低波数成分を持たないと考えられるので、ポリマーのフォノンモードであると帰属した。さらに、密度行列要素の時間発展を考慮したコンピュータシミュレーションを行った。その結果、この増幅効果が低波数で強度の弱い振動にのみ現れることを見出した。ただし、30cm^<-1>付近の低振動モードはフォノンモードそのものの波数を反映していない可能性も示唆され、今後も詳細な研究が必要である。
既存製品生産実績データを活用した新規開発製品向けスケールアップ支援技術の開発

製造業では,実験室で新製品の開発に成功した後,段階的に装置サイズを大きくしながら,優れた製品を安定して製造できる運転条件を探索する.しかし,商用スケールの装置での実験には多くの費用と時間がかかるため,実験回数をできるだけ少なくしたい.本研究では,スケールアップ前のデータをスケールアップ後のモデル構築に活用して,少数のサンプルを用いて高精度な操業条件最適化を実現する方法として,Combined Task Bayesian Optimization (CTBO)を開発した.実際の製剤造粒工程に適用した結果,従来法に比べて,少数の実験回数でより良い運転条件を導出できることを確認した.製造業では,実験室で新製品の開発に成功した後,段階的に装置サイズを大きくしながら,優れた製品を安定して製造できる運転条件を探索する.最終的には商用スケールの装置で運転条件を最適化する必要があるが,実験には多くの費用と時間がかかるため,商用スケールでの実験回数をできるだけ少なくしたい.本研究の目的は,この生産設備のスケールアップを支援する全く新しい方法を開発し,商用スケールでの少数の実験から効率的に運転条件を最適化できるようにすることである.本年度の研究では,まず,生産実績データを用いて,様々な制約条件の下で,目標とする製品特性を実現すると同時に製造コストを最小化する運転条件を導出する方法を開発した.Just-In-Time型モデリングの一種である局所PLSと自己適応型差分進化法(jDE)を組み合わせることで,従来よりも高い最適化性能を実現できた.さらに本研究では,商用(大)スケール生産設備での運転条件を最適化するために,この設備の少数の実験データだけでなく,パイロット(小)スケール生産設備の実験データを活用する方法を開発した.Combined Task Bayesian Optimization (CTBO)と名付けた提案法では,装置サイズも運転条件も異なるパイロットスケールと商用スケールのデータを統合するために,異種データの橋渡しをする変換行列を導入し,転移学習とベイズ的最適化を用いることで,目的を達成した.複数の数値例を通して,CTBOの有効性を確認した.以上の研究成果により,製造業が抱える大きな課題の一つであったスケールアップの問題を克服できる可能性が見えた.さらに,新たに開発した手法は,スケールアップだけでなく,マザー工場からコピー工場への技術移転にも適用できると期待される.初年度に,商用(大)スケール生産設備での運転条件を最適化するために,この設備の少数の実験データだけでなく,パイロット(小)スケール生産設備の実験データを活用する方法を開発できた.この研究成果は想定を大きく上回るものであり,当初の計画以上に進展している.製造業では,実験室で新製品の開発に成功した後,段階的に装置サイズを大きくしながら,優れた製品を安定して製造できる運転条件を探索する.最終的には商用スケールの装置で運転条件を最適化する必要があるが,実験には多くの費用と時間がかかるため,商用スケールでの実験回数をできるだけ少なくしたい.本研究の目的は,この生産設備のスケールアップを支援する全く新しい方法を開発し,商用スケールでの少数の実験から効率的に運転条件を最適化できるようにすることである.本年度の研究では,実際の製剤造粒工程を対象にして,パイロットスケールおよび商用スケールの生産設備から取得したデータを用いて,昨年度に開発したCombined Task Bayesian Optimization (CTBO)の有効性を検証した.その結果,Just-In-Time型モデリングの一種である局所PLSと自己適応型差分進化法(jDE)を組み合わせる従来法やベイズ的最適化のみを用いる方法に比べて,少数の実験回数でより良い運転条件を導出できることを確認した.さらに,本年度の研究では,ラボスケールおよびパイロットスケールで得られた実験データを用いて,商用スケールに適用可能なソフトセンサー(品質推定モデル)を構築する方法を開発した.この方法では,異なる機器のデータを用いてモデルを構築し,その推定値への寄与が大きい入力変数を製造機器間差の小さい入力変数として選択することで,製造機器間差に対してロバストなソフトセンサーを構築する.提案法を流動層造粒工程における水分含量の推定に適用したところ,従来法に比べて推定誤差を1/5以下にすることができ,また,近赤外分光分析による推定精度と同等の結果を得ることができた.以上の研究成果により,製造業が抱える大きな課題の一つであったスケールアップ問題の克服に向けて大きく前進した.初年度に開発した操業条件最適化手法(CTBO)の有効性を,実際の製造設備から取得したデータで確認できたことに加えて,ラボスケールとパイロットスケールの生産設備のデータだけから商用スケールに適用可能なソフトセンサーを構築できる方法を開発できたことは,当初の計画を上回る成果である.製造業では,実験室で新製品の開発に成功した後,段階的に装置サイズを大きくしながら,優れた製品を安定して製造できる運転条件を探索する.最終的には商用スケールの装置で運転条件を最適化する必要があるが,実験には多くの費用と時間がかかるため,商用スケールでの実験回数をできるだけ少なくしたい.本研究の目的は,この生産設備のスケールアップを支援する方法を開発し,商用スケールでの少数の実験から効率的に運転条件を最適化できるようにすることである.本研究では,まず,生産実績データを用いて,様々な制約条件の下で目標とする製品特性を実現すると同時に製造コストを最小化する運転条件を導出するために,Just-In-Time型モデリングの一種である局所PLSと自己適応型差分進化法(jDE)を組み合わせる方法を開発した.さらに,商用スケール生産設備での運転条件を最適化するために,この設備の少数の実験データだけでなく,パイロットスケール生産設備の実験データを活用する方法を開発した.

Combined Task Bayesian Optimization (CTBO)と名付けた提案法を製剤造粒工程のデータに適用した結果,従来法に比べて,少数の実験回数でより良い運転条件を導出できることを確認した.さらに,モデル構築と最適化を効率的に行うために,製品品質への影響の大きさを定量的に評価できる変数重要度の算出方法を開発すると共に,異なる機器のデータを用いてモデルを構築し,その推定値への寄与が大きい入力変数を製造機器間差の小さい入力変数として選択することで,製造機器間差に対してロバストなソフトセンサーを構築する方法を開発した.これらの提案法を製剤および鉄鋼プロセスに適用し,その有効性を示した.以上の研究成果により,製造業が抱える大きな課題の一つであったスケールアップ問題の克服に向けて大きく前進した.製造業では,実験室で新製品の開発に成功した後,段階的に装置サイズを大きくしながら,優れた製品を安定して製造できる運転条件を探索する.しかし,商用スケールの装置での実験には多くの費用と時間がかかるため,実験回数をできるだけ少なくしたい.本研究では,スケールアップ前のデータをスケールアップ後のモデル構築に活用して,少数のサンプルを用いて高精度な操業条件最適化を実現する方法として,Combined Task Bayesian Optimization (CTBO)を開発した.実際の製剤造粒工程に適用した結果,従来法に比べて,少数の実験回数でより良い運転条件を導出できることを確認した.様々な数値シミュレーションを通して開発した手法の検証を徹底的に行い,弱点を明確化すると同時に克服する.その上で,スケールアップ支援システムのプロトタイプを構築し,実際の産業プロセスに適用し,その有用性を確認する.これまでに開発した手法をもとに,スケールアップ支援システムのプロトタイプを構築し,その有効性を検証する.さらに,研究成果の発表に力を入れる.プロセスシステム工学次年度使用額は7502円であり,ほぼ予定通りの支出であった.次年度使用額が生じたのは,できるだけ無駄を排したことによる.次年度は,開発した方法を大規模な問題に適用して検証するため,計算機とソフトウェアを購入する.また,研究成果を発表するため,国際会議および国内会議旅費,さらにジャーナル掲載料に研究費を充てる.
哺乳類卵外被の精子結合機構ならびにマトリクス構築機構

哺乳類卵子は透明帯(zona pellucida: ZP)と呼ばれる卵外被によって覆われている。ZPは受精時の精子ー卵子間の種選択的認識,受精後の多精拒否,胚の保護などの役割を担う。ウシZPはZP2,ZP3,ZP4の3種類の糖タンパク質で構成されている。本研究ではZP3上のZP4相互作用部位同定を進めた。ZP3はZP-Nサブドメイン,ZP-N/ZP-Cリンカー領域,ZP-Cサブドメインからなるが,ZP-Nサブドメインおよびリンカー領域を含むArg32ーGlu178(ZP3(32-178))とZP4とが複合体を形成し精子結合能を示すこと,更に,この複合体形成にはZP3のTrp156ーArg160が特に重要であることを以前報告している。平成30年度は,Trp156ーArg160の領域に以下の変異を導入した組換えタンパク質をSf9細胞で発現させ,ZP4との共沈量への各変異の影響を調べた。ZP3(32-178)のTrp156ーArg160について1残基ずつAlaに変異させたところ,共沈量の有意な低下は見られなかった。種間でよく保存されているTrp156,Pro158,Phe159の3残基をAlaに変異させたところ共沈量が有意に低下した。ZP3(32-160)をC末端Arg160から1残基ずつ欠失させたところ,Phe159までの欠失により共沈量が有意に低下した。また,ZP-Nサブドメインの必要性を調べるためマルトース結合タンパク質(MBP)融合ZP3(140-160)を作製した。MBP融合ZP3(140-160)がZP4と共沈したことから,ZP3のリンカー領域が単独でZP4と相互作用することが示唆された。以上の結果から,Trp156ーPhe159の疎水性領域を中心とするZP3リンカー領域はZP4とのヘテロ複合体形成に関わると考えられた。ZP3とZP4との間の相互作用部位同定については順調に進んでいるが、他の項目については進捗がやや遅れている。ZP2フラグメントの高次構造解析についてはまだ良い結晶が得られていない。ZP3/ZP4複合体については,想定以上に分解しやすいことが判明し,また収量が低いことから高次構造解析用試料調製が遅れている。新たに開発した精子結合活性測定法の投稿論文について追加実験が終了せず,平成30年度内に再投稿できなかった。ウシ精子のZP4結合因子同定について3通りの方法を試みたが,特異的結合因子の同定には至らなかった。新たに開発した精子結合活性測定法に関する追加実験を終了させ論文発表する。ZP2フラグメントの糖鎖付加部位変異体を作成し結晶化条件を検討する。ZP3/ZP4複合体のZP3フラグメントの領域を微調整することにより,収量の改善を図る。また,プロテアーゼ阻害剤カクテルを添加し精製過程での分解を抑える。精子のZP4結合因子同定について,平成30年度に試みた3通りのビオチン標識法の特異性をそれぞれ確認し,研究分担者による質量分析へなるべく早く進める。

ZP3とZP4との間の相互作用部位同定については順調に進んでいるが、他の項目については進捗がやや遅れている。ZP2フラグメントの高次構造解析についてはまだ良い結晶が得られていない。ZP3/ZP4複合体については,想定以上に分解しやすいことが判明し,また収量が低いことから高次構造解析用試料調製が遅れている。新たに開発した精子結合活性測定法の投稿論文について追加実験が終了せず,平成30年度内に再投稿できなかった。ウシ精子のZP4結合因子同定について3通りの方法を試みたが,特異的結合因子の同定には至らなかった。新たに開発した精子結合活性測定法に関する追加実験を終了させ論文発表する。ZP2フラグメントの糖鎖付加部位変異体を作成し結晶化条件を検討する。ZP3/ZP4複合体のZP3フラグメントの領域を微調整することにより,収量の改善を図る。また,プロテアーゼ阻害剤カクテルを添加し精製過程での分解を抑える。精子のZP4結合因子同定について,平成30年度に試みた3通りのビオチン標識法の特異性をそれぞれ確認し,研究分担者による質量分析へなるべく早く進める。
長期データから紐解く堅果豊凶のレジームシフト

堅果の豊凶性は、ブナ科樹木の更新の規模やタイミングのほか、堅果を餌とする野生動物にも影響を与え、森林生態系理解の鍵となる現象である。近年、豊凶性は10数10年で大きく年代変化することが報告され始め、その一因として地球温暖化が指摘されているが、未だ確証は得られていない。そこで(1)長期データを元に、堅果豊凶性の年代変化を定量分析し、(2)「樹木は環境変動、特に気温上昇に伴って資源配分様式を変化させる」という仮説に基づく数理シミュレーションを行い、(1)で得た実測値との対応関係を分析する。さらに、(3)堅果豊凶性の年代変化が、樹木の更新規模やげっ歯類の動態へどのように波及するのか分析する。
プロモーターマイクロアレイを用いた卵巣癌の薬剤耐性化遺伝子の解析

プロモーター上にがんの浸潤・転移に関与する転写因子NFκBの結合部位を有するプロモーターマイクロアレイを作成し、卵巣癌の薬剤耐性化遺伝子の解析を行った。ヒト卵巣癌細胞株および卵巣癌各症例において、IAPファミリーの数種の遺伝子の関与が明らかとなった。今年度の目的は、薬剤耐性化のみならず、がんの浸潤・転移に関与する転写因子NFκBを介してその発現が誘導され耐性化に関与する遺伝子を同定することである。プロモーター上にNFκBの結合部位を有する10数種類のアポトーシス関連遺伝子などの腫瘍関連の遺伝子のプロモーター領域をPCR法にて増幅、精製した後、ハイブリスライド上にアレイプリンティングし、プロモーターマイクロチップを作成した。(1)シスプラチン耐性ヒト卵巣癌細胞株Caov-3細胞(2)タキソール耐性ヒト卵巣癌細胞株SW626細胞にシスプラチンおよびタキソールを添加し、IκBのリン酸化特異的抗体を用いchromatin immuno-precipitation (CHIP)を施行することによって、細胞内で活性化された転写因子NFκBが結合しているDNA-protein complex (cross-linked DNA)を選択的に抽出した。その後、cross-linkingを解除し、活性化状態の転写因子NFκBが結合しているDNA (active DNA)のみを精製・抽出し、そのDNAを蛍光色素にてラベルし、プロモーターマイクロチップ上でハイブリダイゼーションし解析した結果、IAPファミリーの数種の遺伝子とのハイブリダイゼーションを認めた。次に、IAPファミリーの数種の遺伝子の発現の特異的な塩基配列を解析し、siRNAを作成した。卵巣癌細胞株(Caov-3細胞とSW626細胞)に上記にて作成したsiRNAを形質導入すると、シスプラチンもしくはタキソールに対する耐性性が解除され感受性を示すようになった。さらに、siRNAをアデノウイルスのベクターに組み込んだsiRNA発現ウイルスベクターを作成し、それをマウス卵巣癌モデルに形質導入し、長期持続的に遺伝子の発現をノックダウンすれば、シスプラチンおよびタキソールの薬剤耐性性が解除され感受性を示すことをin vivoにおいても確かめた。卵巣癌はprimary cytoreductive surgeryとadjuvant chemotherapyが基本的治療であるが、生存率が最も低い婦人科癌である。我々は、初年度に転写因子nuclear factor-κB(NFκB)の結合部位を含むプロモーターマイクロアレイを作成し、シスプラチンおよびタキソールによりその発現が誘導され耐性化に関与する遺伝子を同定した。本年度は、標的遺伝子の発現を特異的にブロックさせるsiRNAをアデノウイルスのベクターに組み込んだsiRNA発現ウイルスベクターを、シスプラチン耐性細胞株Caov-3細胞およびタキソール耐性細胞株SW626細胞をメスヌードマウスの腹腔内に注入したマウス卵巣癌モデルに遺伝子導入し、標的遺伝子のシスプラチンおよびタキソールの耐性性におよぼす作用をin vivoにおいて検討した。siRNA発現ウイルスベクター導入により腹水量及び腫瘍の大きさが減少していた。さらに、腫瘍を4%paraformaldehydeで固定しパラフィン切片を作成し、siRNA発現ウイルスベクター導入によりIκBのリン酸化が抑制されている事を免疫組織染色にて、アポトーシスが増加している事をTUNEL法にて確かめた。すなわち、標的遺伝子の発現を特異的にブロックすれば、シスプラチンおよびタキソールの耐性性が解除され感受性を示すようになることをマウス卵巣癌モデルを用いin vivoにおいても明らかにした。今年度の目的は、卵巣癌各症例においてシスプラチンおよびタキソールの耐性化に関与する遺伝子が発現しているか否かをプロモーターマイクロアレイにより解析することである。初回手術により摘出した卵巣癌の各組織型の原発病巣と腹膜播種等の転移病巣、および初回手術後抗がん剤投与中に再発した症例の再発病巣を摘出したサンプルをhomogenateし、cell lysateを作成。また、手術により摘出した卵巣癌の原発病巣と腹膜播種等の転移病巣のサンプルより初代培養細胞を作成しシスプラチンおよびタキソールを添加。その後、IκBのリン酸化特異的抗体を用いchromatin immuno-precipitation (CHIP)を施行し、活性化状態の転写因子NFκBが結合しているDNAのみを精製・抽出した。そのDNAをCye-dyeにてラベルし、プロモーターマイクロチップ上でハイブリダイゼーションし解析した結果、IAPファミリーの数種の遺伝子とのハイブリダイゼーションを認めた。さらに、同定した遺伝子が、シスプラチンおよびタキソールにより卵巣癌症例の初代培養細胞で発現誘導されること、およびその遺伝子発現がNFκB依存性であることを確認した。それらの遺伝子の発現をsiRNA発現ウイルスベクターを導入し抑制すれば、シスプラチンとタキソールに対する耐性性が解除され感受性を示すようになった。
神経細胞樹状突起におけるmRNA輸送複合体の分子構成と機能解析

後シナプスにおける刺激依存的な局所的翻訳は,シナプス形成・可塑性の基盤となっている。我々はこれまでの研究により,RNG105が局所的翻訳の翻訳制御因子であることを示した。また,ノックアウトマウスを作成し,それらの神経ネットワーク形成が脆弱になることも示した。本年度は,RNG105結合タンパク質としてG3BP(RasGAP SH3-binding protein)を同定し、その解析をおこなった。RNG105とG3BPの組換え型タンパク質は,in vitroで1:1のモル比で直接結合することを示した。RNG105単独ではどのmRNAにもnonspecificに結合するが,G3BPとヘテロダイマーを形成することによって,結合するmRNAの構成比がin vivoに近くなることを示した。さらに培養細胞にRNG105とG3BPを同時に発現することにより,両者が同じ細胞質粒子,すなわちRNA granuleに局在することを示した。また,ノックアウトマウスの神経における興奮性・抑制性シナプスの機能について解析をおこなった。神経伝達物質アンタゴニストに対するノックアウト神経の感受性を調べたところ,GABAアンタゴニストには超感受性を示し,自発的Ca^<2+>スパイクの過剰な抑制が起こった。これに対して,AMPAアンタゴニストに対しては野生型に比べて感受性が鈍く,Ca^<2+>スパイクに対する阻害効果が見られなかった。これらの結果から,野生型ではAMPA依存的な神経活動が起きているのに対し,RNG105ノックアウトではAMPA依存性が著しく低下し,代わりにGABA依存的な神経活動が起きていることが分かった。この結果は,RNG105による局所的翻訳制御が,シナプス形成に関与していることを示唆する。(1)RNG105結合タンパク質の検索RNG105結合タンパク質としてG3BPを同定した。G3BPはRNPA結合タンパク質であることが報告されているが,これがin vitroでRNG105とヘテロダイマーを形成し,RNG105のRNA結合特異性を制御していることを見いだした。また,in vivoでRNA granuleに共局在することも見いだした。また,RNG105が抑制性後シナプスタンパク質gephyrinと結合し,抑制性後シナプスに高頻度に局在することを見いだした。この局在は,興奮性後シナプスタンパク質PSD95との共局在より顕著に高かった。この結果は,RNG105の機能が,興奮性後シナプスよりもむしろ抑制性シナプスに関連していることを示唆する。(2)RNG105タンパク質のドメイン解析RNG105の各種ドメイン欠失変異体を作成し,RNG105のmRNA結合および翻訳抑制活性に必要なドメインを同定した。mRNA結合活性については,N末端のcoiled-coilドメインがメジャーな結合ドメインで,C末端のRGG boxがマイナーな結合ドメインであることがわかった。また,翻訳抑制活性に関しては,in vitroおよびin vivoのどちらのアッセイにおいても,N末端のcoiled-coilドメインが必要であり,C末端のRGG boxは必要ではなかった。N末端のcoiled-coilドメインは,塩基性アミノ酸に富んだ領域であることを見いだした。これまで報告されているRNA結合モチーフはほとんどが塩基性アミノ酸に富んだ配列であり,RNG105も,塩基性アミノ酸のプラス電荷が核酸との相互作用に重要であると考えられた。
統制的抑制と自動的抑制-潜在指標と生態連続測定法を用いた自動化の検討-

日・米・欧の研究者たちとの国際的な共同研究を通じて,日常のメンタルコントロールにおいて,意識的で統制的な過程および無意識的で自動的な過程が果たす役割と,それらの関係を明らかにするための一連の研究が実施された。また,自動的な制御の個人差を測定するための新たな研究法が開発された。これらの成果の多くは国内外の学会発表や学会誌論文として報告済みだが,追加実験や論文投稿は現在も進行中である。本研究の目的は、統制性と自動性の関連を健在指標と潜在指標の組み合わせを用いて検討することにある。特に1)顕在指標と潜在指標との乖離とその影響、2)自動性から自動性へ(および統制性から自動性へ)の移行について明らかにすることに焦点を当てた。初年度である19年度には、おもに2点について行った。1)自動性と統制性の測定の準備を進め、初期調査および実験による検討を行った。本研究では、「性差」を採択した。それは、a)状況によって生じる自動行動(女性/男性らしさ)に合意があり、かつb)統制性によるコントロールが可能でありながら、c)性差にはある程度の個人差がみられ,本研究の検討に適しているためである。通常「女性」性を高く重んじる女性は、自動的に女性に関する刺激に反応する一方で、男性性を抑制していると考えられる。本年度は、まず、女性性に関する潜在指標AMP(感情誤帰属手続き)を作成した。まず、62名による予備調査から、女性に関心が高く、同時に男性になじみのない品(化粧品、小道具など)を特定し、その写真刺激による女性性AMP試作版を作成した。12名の女性協力者に行ってもらい、大まかな妥当性と信頼性が確かめられた。一方、顕在指標として性に関する信念や行動を尋ねる自己報告尺度、複数を88名の大学生に試験的に行った。2)自動性の影響はいつ、どのように消失するかについて、64名の大学生を対象にAMPを利用した検討(アンプライミング研究・開示研究)を行った。参加者は、ポジティブ(ネガティブ)刺激を提示されると、そこから生じるムードをその後に続く、中性刺激に帰属して評価する傾向(AMP効果)がみられるが、これは、いったん、最初の刺激について評価を行った後であれば、このプライミング効果が消え、中性刺激に対する評価の歪みが生じなくなった。このことから、影響の意識化が、自動性の効果の消失の鍵であることが示唆された。本研究の目的は,統制性と自動性の関連を顕在指標と潜在指標の組み合わせを用いて検討することにあった.具体的には,顕在指標と潜在指標との乖離とその影響,そして自動性と統制性の機能的な関係や統制性から自動性への移行について示すことに焦点を当てた.2年目である20年度には,主に3点について行った.2)顕在指標と潜在指標の乖離を見るために,新しい指標である感情誤帰属手続き(AMP:Payne et al.,2005)を用いた研究が行われ,『感情誤帰属手続きによる潜在目標の測定:潜在および顕在目標による日常行動の予測』として,教育心理学研究に掲載が決定した.これは,本邦初めてのAMPを用いた研究知見である.3)2009年3月には,この分野,自動性に関する集大成ともいえる本,Social psychology and the unconscious(Bargh教授編)の訳本『無意識と社会心理学』を出版することが叶った(ナカニシヤ出版),申請者は,企画,訳,編集に携わり,本邦での研究が一段と進むことを期待し,全力を尽くした.
下水道マンホール蓋の飛散現象とその防止対策に関するシミュレーションモデルの開発

近年,各地の下水道流域で,豪雨時,マンホール蓋の飛散事故が多発するようになってきている.マンホール蓋飛散の発生原因の一つは,豪雨時,下水道管渠網での遷移流(開水路流れ→圧力流れ)の発生により,マンホール内あるいは下水道管渠内に空気塊が封入され,遷移流れの拡大と伝播に伴って空気塊が圧縮されることにより,マンホール蓋に作用する空気圧が相当程度まで高まってゆくためと考えられる.また,マンホール蓋の飛散後,溢水した氾濫水がマンホール地点の路面上に湛水すると,マンホール蓋の飛散が通行する車両や人からは確認できないため,マンホール内への転落事故を招くこともあるなど,マンホール蓋飛散は早期に防止対策が見出されなければならない問題である.本研究は,マンホール蓋飛散のメカニズムを明らかにし,蓋飛散防止対策の効果を正確に評価・予測しえる雨水流出シミュレーションモデルの開発を目指したもので,(1)はじめに,マンホール部に空気塊を封入する下水道管渠網の圧力流れを精度高くシミュレートできる雨水流出解析モデルを提示し,下水道管渠システムの水理模型による流出実験を行って本モデルの適合性がかなり高いものであることを確かめた.(2)これにより,マンホール部に封入された空気塊に起因してマンホール蓋に作用する空気圧を精度良く算定することが可能となった.(3)次に,上の水理模型による流出実験を行ってマンホール蓋飛散の主要なメカニズムを明らかにするとともに,マンホール蓋の空気孔およびマンホール壁の吸排気ダクト(取付管)がマンホール蓋に作用する空気圧を軽減させる効果について,同様の流出実験を行って検討し,吸排気ダクト(取付管)を設置すれば,空気圧を大きく軽減する効果の得られること,すなわち,蓋飛散をかなりの程度まで軽減・抑止しえるであろうことを明らかにした.近年,各地の下水道流域で,豪雨時,マンホール蓋の飛散事故が多発するようになってきている.マンホール蓋飛散の発生原因の一つは,豪雨時,下水道管渠網での遷移流(開水路流れ→圧力流れ)の発生により,マンホール内あるいは下水道管渠内に空気塊が封入され,遷移流れの拡大と伝播に伴って空気塊が圧縮されることにより,マンホール蓋に作用する空気圧が相当程度まで高まってゆくためと考えられる.また,マンホール蓋の飛散後,溢水した氾濫水がマンホール地点の路面上に湛水すると,マンホール蓋の飛散が通行する車両や人からは確認できないため,マンホール内への転落事故を招くこともあるなど,マンホール蓋飛散は早期に防止対策が見出されなければならない問題である.本研究は,マンホール蓋飛散のメカニズムを明らかにし,蓋飛散防止対策の効果を正確に評価・予測しえる雨水流出シミュレーションモデルの開発を目指したもので,(1)はじめに,マンホール部に空気塊を封入する下水道管渠網の圧力流れを精度高くシミュレートできる雨水流出解析モデルを提示し,下水道管渠システムの水理模型による流出実験を行って本モデルの適合性がかなり高いものであることを確かめた.(2)これにより,マンホール部に封入された空気塊に起因してマンホール蓋に作用する空気圧を精度良く算定することが可能となった.(3)次に,上の水理模型による流出実験を行ってマンホール蓋飛散の主要なメカニズムを明らかにするとともに,マンホール蓋の空気孔およびマンホール壁の吸排気ダクト(取付管)がマンホール蓋に作用する空気圧を軽減させる効果について,同様の流出実験を行って検討し,吸排気ダクト(取付管)を設置すれば,空気圧を大きく軽減する効果の得られること,すなわち,蓋飛散をかなりの程度まで軽減・抑止しえるであろうことを明らかにした.各地の下水道管渠システムで,強雨時,サーチャージ流れの発生に伴って管渠システム内に空気塊が封入され,この空気塊が流れの変化によって圧縮されてマンホール蓋を飛散させるという事故がしばしば現れるようになってきている。本研究は,こうした空気塊を封入する下水道管渠システムの雨水流出と下水道マンホール蓋の飛散現象を精度高くシミュレートし得る水理解析モデルを開発すると共にマンホール蓋飛散防止対策を明らかにしようとするものである。本年度中に推進した研究では,(1)はじめに,マンホール部に空気塊を封入する下水管渠システムの圧力流れを正確にシミュレートできる水理解析モデルを提案すると共に,本モデルの流れの基礎式を無次元化した。(2)次いで,本解析モデルをマンホールを有する下水道管渠模型による流出実験に適用して,マンホール蓋に作用する空気圧の時間的変化の計算結果を実測結果と対比し,本モデルによりマンホール蓋に作用する空気圧力をかなり高い精度で予測し得ることを明らかにした。(3)さらに,上述の下水道管渠模型を用いてマンホール蓋飛散現象の流出実験を行い,マンホール蓋飛散の水理学的なメカニズムを明らかにした。すなわち,(1)まず,マンホール内水面の急激な上昇に伴って高圧となったマンホール内空気がほんの僅か蓋を持ち上げる。(2)これにより、マンホール内の空気がほとんど抜けて空気圧が急激に低下する。(3)したがって,蓋は再び元の位置にもどる。(4)しかしながら,(2)の急激に空気が抜けるに合わせてマンホール内水面が一気に上昇してそのまま蓋に激突する。(5)この衝撃的な水圧の作用により,蓋は大きく飛散させられる。

近年,各地の下水道流域で,豪雨時,マンホール蓋の飛散事故が多発するようになってきている.マンホール蓋飛散の発生原因の一つは,豪雨時,下水道管渠網での遷移流(開水路流れ→圧力流れ)の発生により,マンホール内あるいは下水道管渠内に空気塊が封入され,遷移流れの拡大と伝播に伴って空気塊が圧縮されることにより,マンホール蓋に作用する空気圧が相当程度まで高まってゆくためと考えられる.また,マンホール蓋の飛散後,溢水した氾濫水がマンホール地点の路面上に湛水すると,マンホール蓋の飛散が通行する車両や人からは確認できないため,マンホール内への転落事故を招くこともあるなど,マンホール蓋飛散は早期に防止対策が見出されなければならない問題である.本研究は,マンホール蓋飛散のメカニズムを明らかにし,蓋飛散防止対策の効果を正確に評価・予測しえる雨水流出シミュレーションモデルの開発を目指したもので,(1)はじめに,マンホール部に空気塊を封入する下水道管渠網の圧力流れを精度高くシミュレートできる雨水流出解析モデルを提示し,下水道管渠システムの水理模型による流出実験を行って本モデルの適合性がかなり高いものであることを確かめた.(2)これにより,マンホール部に封入された空気塊に起因してマンホール蓋に作用する空気圧を精度良く算定することが可能となった.(3)次に,上の水理模型による流出実験を行ってマンホール蓋飛散の主要なメカニズムを明らかにするとともに,マンホール蓋の空気孔およびマンホール壁の吸排気ダクト(取付管)がマンホール蓋に作用する空気圧を軽減させる効果について,同様の流出実験を行って検討し,吸排気ダクト(取付管)を設置すれば,空気圧を大きく軽減する効果の得られること,すなわち,蓋飛散をかなりの程度まで軽減・抑止しえるであろうことを明らかにした.
骨髄間質幹細胞を用いた錐体神経細胞分化誘導と、脳梗塞に対する移植再生治療法の開発

浮遊培養にてsphereを形成させることで濃縮分離した骨髄間葉系幹細胞にNotch細胞内ドメインおよび下垂体アデニレートサイクラーゼ活性化タンパクを遺伝子導入により一過性に発現させた上で、FGF-2等のサイトカインカクテルで刺激すると、明らかな形態変化と共に成熟神経細胞のマーカーを発現する細胞が分化誘導され、一部の細胞には錐体神経細胞の特徴であるEACC1(グルタミン酸輸送蛋白)の発現が確認された。このBMSCから分化転換させた神経系細胞をラット脳梗塞モデルの脳内へ移植したところ、移植後1ヶ月の時点において移植細胞の一部は脳虚血巣辺縁部に生着し、シナプスの形成を示唆する蛋白(スナプトフィジン等)の発現が観察された。研究目的:虚血損傷を受けた脳にBDNPCを移植する治療実験(経静脈移植・脳内直接移植)を行い、その治療効果を検討する。「研究内容」GFP transgenic SD-ratのBMSCからBDNPCを誘導した(以下GFP-BDNPC)。まず予備実験として、young adult SD ratを用いて2種類の脳虚血モデル(中大脳動脈閉塞モデル、および一過性4血管閉塞モデル)を作成し、controlとしてsham-operation動物をおいた。GFP-BDNPCのspheroidsを回収し、上記のモデル動物の脳内(大脳皮質下および線条体周辺)へstereotacticに直接移植を行った。「実験結果とその意義」移植後14日目の時点で動物をsacrificeし脳内に生着しているGFP陽性細胞の様子を組織学的に検討したところ、3群ともに移植部位にGFP陽性の細胞群が生着しているのが観察され、MCAOモデルでは移植部位から周辺組織へとmigrationしている細胞が認められた。4血管閉塞モデルおよびコントロール動物においてはGFP陽性細胞は移植部を中心に留まっておりmigrationしている細胞は非常に少なかった。移植3ヶ月後にsacrificeした組織の検討では、MCAOモデルにおいては虚血巣周囲だけでなく病変側の大脳および基底核の広範囲にGFP陽性細胞の生着が確認された。一方、4血管閉塞モデルとコントロール動物ではGFP陽性細胞は僅かであり、生着した移植細胞の割合は明らかに少なかった。以上の結果より移植したBDNPCsのうちhost脳内で長期に渡り生存し続けた細胞の生着・分化の様子を観察するにはMCAOモデルがより適している可能性が示唆されたため、同モデルを用いて治療効果の検討を含めた本実験を現在遂行中である。骨髄間葉系幹細胞(以下BMSC)は自家移植が可能であるため倫理的障壁が少なく、かつES細胞やiPS細胞と比較して腫瘍化の危険が少ないことから医学の多方面の分野において再生医療の細胞ソースとして注目されている。本研究ではBMSCを中枢神経組織の再生医療へ応用するためBMSCの神経前駆細胞への高効率な分化誘導法と、in vivoおける機能的神経細胞への成熟方法の確立を目指して研究を遂行した。神経の発生・分化に関わるNotchおよびadenylate cyclaseを活性化する視床下部ペプチドの一つで「神経突起伸長因子」としての生理作用が知られるPACAP(Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide)の遺伝子をラットBMSCに導入し、浮遊培養条件下で一過性の低酸素負荷をかけた後にFGF-2、NGF、およびErythropoietinによる分化誘導刺激を加えることによって神経細胞の形質を有する細胞へと効率よく分化誘導できることを見出した。またこのBMSC由来の神経前駆細胞を、虚血損傷を作成したラット脳に移植するとそれらの一部は脳梗塞の虚血分水界領域へとmigrationし、成熟神経細胞のマーカーであるMAP2等を発現した状態で6ヶ月の長期に渡り脳内で生着していることが確認された。また移植細胞の一部は免疫染色でシナプス関連蛋白であるシナプトフィジンが陽性に染まり、成熟した神経細胞としてhostの脳内で機能している可能性が示唆された。
西南日本背弧の下部地殻・マントルの電気伝導度構造の解明

日本海の鳥取県沖の海域と陸域での観測を連携させた電場・磁場観測を実施した。観測は、1)鳥取県と兵庫県の県境付近沖の海域を含む測線と、2)隠岐諸島周辺海域の日本海を含む測線で実施した。これらの測線に沿って、海域では海底磁力電位差計、および海底地電位差計を用いた観測を、また、陸域では、長周期電場・磁場観測を実施した。得られた広域比抵抗構造モデルによると、陸域では上部地殻が高比抵抗領域、下部地殻が低比抵抗領域として検出された。さらに日本海下深部に低比抵抗領域が見出された。本研究の目的は、鳥取・島根沖海底とその測線延長部陸域で磁場電場観測を実施し、各種の地球電磁気学的構造探査手法を併用して、山陰地方地域のこれまでの研究により見出されている下部地殻に存在する高電気伝導度領域の日本海側境界、深さ方向への広がりを高い精度で明らかにすることである。H19年度は主として、第1測線である鳥取-兵庫県境沖に位置する海域で南北測線に沿っての海底観測を実施した。また、南側延長陸域でも観測を同時期に実施した。海域での観測期間は6月下旬から8月下旬であり、海底電位差磁力計の設置および回収には、東京大学海洋研究所共同利用の海洋調査船「淡青丸(JAMSTECが運航)」および気象庁の「清風丸」の航海を利用した。H18年度にすでに実施していた3観測点を含め、海域では7点での観測が完了した。陸域でも海域での観測たあわせて長周期帯での電場磁場観測を実施し10地点で電場磁場データを取得できた。この結果、全測線は(東経134.3度、北緯37.3度)-(東経134.1度、北緯33.6度)の範囲をカパーする南北測線となっている。海域では、ほぼ良好な探査データが得られたが、陸域の観測点のうち瀬戸内海周辺での地点では漏洩電車等からのノイズが特に電場データでひどく、今後何らかのノイズ除去方法を開発するなどの工夫が必要である。しかし、四国でも高知県側では長周期帯(周期10,000秒)まで良好な探査情報が得られた。H19年3月末までに、約半数の観測点で時系列データ解析が完了した。また、第3測線に対応する島根沖の海域で、浅海での短期間の試験観測を実施し海流が電場磁場観測に与える影響を調べた。さらにその測線の最北端に位置する隠岐の西方沖の1地点で長周期帯型の海底電位差磁力計を10月に設置し現在観測を継続中である。回収は今年度6月の予定である。本研究の目的は、鳥取・島根沖の日本海海底、および、その測線延長部の陸域で長周期磁場電場観測を実施し、得られた電場・磁場データを基に、MT法のみならず、GDS法・VGS法といった複数の地球電磁気学的構造探査法を併用して、山陰地方での広帯域MT法観測により、すでに見出されている陸域の下部地殻に存在する高電気伝導度領域の日本海側境界、深さ方向への広がりを高い精度で明らかにすることである。平成20年度は第2測線となる鳥取・島根県沖の隠岐を通る東経133.2度の海域内の4地点で、3台の海底電位差磁力計(OBEM)および1台の浅海用の海底電位差計(OBE)を6月から8月の期間にほぼ南北測線となるように設置して海底でのMT観測を実施し、6月11日7月30日の期間の良好な電場磁場変化データを取得することができた。また、あわせて隠岐の陸域でも長周期MT観測および広帯域MT観測を実施して6月19日10月2日の期間の良好な電場磁場変動データを取得した。時系列データ解析に関しては、昨年度までに取得した第1測線(ほぼ東経134.3度に沿う南北測線)に沿った海域・陸域の各観測点でのデータ解析を実施し、ノイズの大きい瀬戸内周辺の観測点を除いた12観測点(内海域の観測点は5点)での位相と見かけ比抵抗曲線を得ることができた。さらに、第1測線に沿った予察的な電気伝導度構造モデルの推定も行なった。また今年度は、安価なアルミ耐圧容器の開発に力を入れ、浅海用に特化した観測装置の開発・作成も合わせて実施した。今年度の海域でのOBEMおよびOBEの設置と回収には、東京大学・海洋研究所共同利用の淡青丸、および、気象庁の清風丸を使用した。

本研究の目的は、鳥取・島根沖の日本海海底、および、その測線延長部の陸域で長周期磁場電場観測を実施し、得られた電場・磁場データを基に、MT法のみならず、GDS法・VGS法といった複数の地球電磁気学的構造探査法を併用して、山陰地方での広帯域MT法観測により、すでに見出されている陸域の下部地殻に存在する高電気伝導度領域の日本海側境界、深さ方向への広がりを高い精度で明らかにすることである。平成21年度は、観測に関しては陸域での長周期観測を4観測点で約4ヶ月間実施した。第1測線(東経134.3度)の瀬戸内地域周辺の補充観測、および、第2測線(東経133.2度)の南側延長部である。解析に関しては、平成21年度中に観測を実施した観測点を含め時系列データ解析を行い探査情報(見かけ比抵抗および位相情報)を得た。ただし、第1測線、第2測線共に日本海から脊梁を越え、南下するに従ってノイズの影響が予想以上に強く探査情報の長周期側の質がどうしても改善できなかった。そのため、陸側の長周期MT観測点は、山陰側から緯度35.1度付近までの観測点情報しか、比抵抗構造推定のための情報としては活用できない。海域・陸域の探査情報を基に、インダクション・ベクトルや位相テンソルの観測域の空間分布を求め海の薄層近似モデルによる結果と比較を行ったところ、地下比抵抗構造は単純な2次元構造ではないが電気伝導度の高い領域が北東-南西方向に走行を持ち存在している可能性を示唆していると考えられる。また、これらの観測・解析の実施と平行して浅海用のOBEMの開発も実施し、試作器を完成させた。
6族金属三核錯体を単位とする集積型錯体の電子状態と反応性

カルボン酸架橋クロム三核錯体とモリブデン三核錯体との結合体を合成し,電子状態の異なる多核ユニット同士の集積化から生じる新しい機能を調べた.単位となるクロム三核錯体[Cr_3(μ_3-O)(μ-RCO_2)_6L_3]^<n+>およびモリブデン三核錯体[Mo_3(μ_3-X)(μ_3-Y)(μ-RCO_2)_6L_3]^<n+>(X,Y=O,CCH_3)は,種々の置換基(R=H,CH_3,C_6H_4,など,L=H_2O,ピリジンおよび誘導体など)をもつ錯体の合成法を確立し,ターミナル位の配位子Lの置換反応速度など明らかにして,多量化のための連結配位子をLの代わりに配位させる反応の可能性を検討した.その推測に基づき,これらを連結配位子(BL=ピラジン(pz),4,4'-ビピリジン(bpy),1,3-ジ(4-ピリジル)プロパン(dpp))で連結した多量体の合成を試み,いくつかの二量体(六核錯体)四量体(十二核錯体)が得られた.クロム三核錯体同士では六核錯体{[Cr_3(μ_3-O)(μ-C_6H_5COO)_6(py)_2]_2(μ-BL)}Cl_2(BL=bpy,dpp)を合成し,元素分析およびエレクトロスプレー質量分析(ESI-MS)で組成を決定した.磁化率の温度変化やEPRおよび^2HNMRスペクトル測定から,三核ユニット間の磁気的相互作用がBLの種類により異なることがわかった.クロム三核錯体とモリブデン三核錯体からなる異種金属多量体を合成した.溶液の電子スペクトルとESI-MS測定から,BL=bpyでは四量体(Cr:Mo=3:1)および三量体(Cr:Mo=2:l),BL=dppでは二量体(Cr:Mo=1:1)が生成したことがわかった.カルボン酸架橋クロム三核錯体とモリブデン三核錯体との結合体を合成し,電子状態の異なる多核ユニット同士の集積化から生じる新しい機能を調べた.単位となるクロム三核錯体[Cr_3(μ_3-O)(μ-RCO_2)_6L_3]^<n+>およびモリブデン三核錯体[Mo_3(μ_3-X)(μ_3-Y)(μ-RCO_2)_6L_3]^<n+>(X,Y=O,CCH_3)は,種々の置換基(R=H,CH_3,C_6H_4,など,L=H_2O,ピリジンおよび誘導体など)をもつ錯体の合成法を確立し,ターミナル位の配位子Lの置換反応速度など明らかにして,多量化のための連結配位子をLの代わりに配位させる反応の可能性を検討した.その推測に基づき,これらを連結配位子(BL=ピラジン(pz),4,4'-ビピリジン(bpy),1,3-ジ(4-ピリジル)プロパン(dpp))で連結した多量体の合成を試み,いくつかの二量体(六核錯体)四量体(十二核錯体)が得られた.クロム三核錯体同士では六核錯体{[Cr_3(μ_3-O)(μ-C_6H_5COO)_6(py)_2]_2(μ-BL)}Cl_2(BL=bpy,dpp)を合成し,元素分析およびエレクトロスプレー質量分析(ESI-MS)で組成を決定した.磁化率の温度変化やEPRおよび^2HNMRスペクトル測定から,三核ユニット間の磁気的相互作用がBLの種類により異なることがわかった.クロム三核錯体とモリブデン三核錯体からなる異種金属多量体を合成した.溶液の電子スペクトルとESI-MS測定から,BL=bpyでは四量体(Cr:Mo=3:1)および三量体(Cr:Mo=2:l),BL=dppでは二量体(Cr:Mo=1:1)が生成したことがわかった.
無機・有機ハイブリッドナノクラスターの協奏的レドックス機能

双性イオン型配位子と種々の金属イオンを用いて新規な無機・有機ハイブリッドナノクラスターの合成を行った。合成したクラスターに関して,結晶構造・溶液内構造や電気化学的性質、分光学的性質について明らかにした。得られた知見を元に,多電子レドックス系における配位子ー金属イオン間や金属間の電子的な相互作用について検討を行った。併せて,計算科学の手法を用いて電子状態や構造の解析を行った。より複雑な多電子系レドックスを示す新規な双性イオン型配位子を開発した。これらの結果から,ナノマテリアルとしての機能性についての評価を試みた。得られた結果の一部に関しては論文投稿を行い,成果の公表を行った。本研究は「求電子、求核試薬のいずれとも反応し得る」特異な反応性を有し、電気化学的に非常に興味深い硫黄配位双性イオン(Twitter ion)型カルベニウムジチオカルボキシラートを配位子として、無機・有機ハイブリッドナノクラスターを合成し、配位子ー金属、金属ー金属間の相互作用によって「協奏的多電子レドックス機能」構築を目指して研究を行っている。本年度は、無機・有機ハイブリッドナノクラスターのコアとして注目されている金や銀イオンを中心に新規配位子との錯体形成を目指して合成を行った。配位子については,これまでのアルキル鎖をもつものに加えて,イミダゾール骨格を有する配位子の合成を試み,いくつかの新規配位子を得ることができた。さらに,この新規配位子と金属イオンを反応させ,組成の分析や単結晶が得られたものについては構造解析を行った。種々の対イオンを用いて結晶化を試み、対イオンの影響についても検討をしている。また、無機・有機ハイブリッドナノクラスターの反応性について検討するため、配位子の反応性や含硫黄配位子が配位した錯体の反応性を検討した。いくつかの錯体については触媒反応への応用が期待される結果が得られている。さらにいくつかの錯体については興味ある構造が得られたため,結晶構造について速報として論文誌に投稿した。これらの錯体の構造や電気化学的性質,分光学的性質を検討するため,量子化学計算ソフトウエアを用いた理論計算についても着手した。本研究課題は,双性イオン型配位子と種々の金属イオンを用いて無機・有機ハイブリッドナノクラスターを合成し,合成したクラスターに関して結晶構造・溶液内構造や電気化学的性質、分光学的性質を調べる。これらの知見より多電子レドックス系における配位子ー金属イオン間や金属間の電子的な相互作用について検討を行う。さらに、より複雑な多電子系レドックスを示す新規な双性イオン型配位子を開発し、ナノマテリアルとしての機能性についての評価を試みる事を目的とした研究である。今年度は,新たな置換基をもつ分子内塩の合成を試み,その錯体について合成法を探り、配位子とするために大きいスケール(1 g程度)で合成できるかを調べた。錯体の合成方法については前年度で得られた金、銀錯体の合成方法を参考に行い,その他の金属との錯形成についても検討を行った。得られた錯体について,いくつかの錯体は単結晶を得て構造解析を行い、様々な機器測定により溶液内構造や電子状態を明らかにすることができた。また,各種の分光学・電気化学的測定により、電子状態を明らかにするとともに,溶液内と固体でのサイクリックボルタンメトリーから、酸化還元特性を明らかにし、電解生成物の紫外可視吸収の測定などを行い、溶存状態の構造についても考察した。また、ナノマテリアルとしての機能性の検討、量子化学計算なども行った。得られた知見については学会発表及び,論文発表を行った。本年度は、無機・有機ハイブリッドナノクラスターのコアとして注目されている金や銀イオンについてまず合成を行った。ターゲットとなる金属イオンとしてはナノクラスターのコアとして注目されている金や銀を中心に、種々の金属イオンを用いた。配位子は基本的にエチル置換体を用いたが、置換基による構造の影響を調べるため、チル、プロピル置換体の合成も行った。得られた錯体は組成の分析や単結晶が得られたものについては構造解析を行った。さらに種々の対イオンを用いて結晶化を試み、いくつかの錯体については単結晶を得た。