hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
キラル1,2-ジアミンを含む高分子化デンドリマーを用いる不斉触媒の創製

我々が開発した方法により、ベンゾイン誘導体またはその原料であるベンズアルデヒド誘導体から、2つのフェノール性水酸基を分子内に有する光学活性1,2-ジアミンを合成した。1,2-ジアミン型キラルリガンドをコア部に有するデンドリティックキラルリガンドの合成を検討した。デンドリマー部分の構造としては、ベンジルフェニルエーテル型(Frechet型)を採用した。デンドリマーのペリフェラル部位にビニルフェニル基を導入した形の末端に、ビニルベンジルエーテルを有するベンジルブロミドを合成した。スチレンとの共重合を行い、架橋高分子を得ることに成功した。1,2-ジアミン構造を含むデンドリティック架橋高分子の、キラルリガンドとしての性能を評価するため、BINAP-RuCl_2錯体を用いて高分子触媒を調製した。デンドリマー構造を世代を上げると、反応性、選択性が若干低下することが認められたため、コア部分に存在する、1,2-ジアミンの固定について、詳細に検討を行った。2つのフェノール性水酸基のうち、片方をエーテルに変換し、もう片方の水酸基を用いて重合性官能基を導入した。この方法により、1,2-ジアミン部分の自由度が増し、錯体形成において、無理のないコンフォメーションが可能になったものと思われる。これらモノマーおよびスチレンとの共重合体を用いてBINAP-RuCl_2-ジアミン錯体を調製し、ケトンの不斉水素化反応を行った。反応は、速やかに進行し、低分子錯体を用いた場合と同レベルのエナンチオ選択性を実現することができた。高分子触媒は、反応終了後、反応系からの分離が容易であり、再使用にも適している。我々の開発した高分子不斉触媒についても、リサイクル実験を試みたところ、20回に及ぶ使用に充分用いることができ、反応性、選択性共にまったく減少することはなかった。フェノール性水酸基を分子内に2個有する光学活性1,2-ジアミンを合成し、1,2-ジアミン型キラルリガンドをコア部に有するデンドリマーの合成を検討した。デンドリマー構造の合成には、ベンジルフェニルエーテル型(Frechet型)が合成的にも容易であり、これを採用した。デンドリマーのペリフェラル部位にはビニルフェニル基を導入して、これをスチレン等のアキラルモノマーと共重合を行うために末端にビニルベンジルエーテルを有するベンジルブロミドを合成した。これを1,2-ジアミンのフェノール性水酸基と反応させることで、2つの水酸基にデンドリティックな置換基を導入した。スチレンとの共重合を試みたところ速やかに重合が進行し、キラル1,2-ジアミンモノマーのペリフェラル部のスチリル基が重合に取り込まれることにより、デンドリティックキラル1,2-ジアミン構造を有する架橋高分子を合成することができた。得られる高分子は1,2-ジアミンモノマーに複数の重合性官能基を有するため架橋構造をとり、不溶性高分子が得られる。一方、末端にビニルベンジルエーテルを有するベンジルブロミドを先に懸濁重合することで、ビーズ状の反応性架橋高分子が得られる。これに対する1,2-ジアミンのフェノール性水酸基の反応によっても同様に高分子固定化型キラル1,2-ジアミンが合成できた。これらの高分子化1,2-ジアミンは有機溶媒中で充分膨潤し、不斉触媒のキラルリガンドとして用いることができる。キラルリガンドとしての性能を確認するためにBINAP-RuCl_2錯体を用いて高分子触媒を調整した。ケトンの不斉水素化反応に用いたところ、低分子と同程度の反応性、立体選択性を実現することができた。

さらに高分子化触媒はリサイクルが可能であり、数回のリサイクルで触媒の失活はまったく見られなかった。我々が開発した方法により、ベンゾイン誘導体またはその原料であるベンズアルデヒド誘導体から、2つのフェノール性水酸基を分子内に有する光学活性1,2-ジアミンを合成した。1,2-ジアミン型キラルリガンドをコア部に有するデンドリティックキラルリガンドの合成を検討した。デンドリマー部分の構造としては、ベンジルフェニルエーテル型(Frechet型)を採用した。デンドリマーのペリフェラル部位にビニルフェニル基を導入した形の末端に、ビニルベンジルエーテルを有するベンジルブロミドを合成した。スチレンとの共重合を行い、架橋高分子を得ることに成功した。1,2-ジアミン構造を含むデンドリティック架橋高分子の、キラルリガンドとしての性能を評価するため、BINAP-RuCl_2錯体を用いて高分子触媒を調製した。デンドリマー構造を世代を上げると、反応性、選択性が若干低下することが認められたため、コア部分に存在する、1,2-ジアミンの固定について、詳細に検討を行った。2つのフェノール性水酸基のうち、片方をエーテルに変換し、もう片方の水酸基を用いて重合性官能基を導入した。この方法により、1,2-ジアミン部分の自由度が増し、錯体形成において、無理のないコンフォメーションが可能になったものと思われる。これらモノマーおよびスチレンとの共重合体を用いてBINAP-RuCl_2-ジアミン錯体を調製し、ケトンの不斉水素化反応を行った。反応は、速やかに進行し、低分子錯体を用いた場合と同レベルのエナンチオ選択性を実現することができた。高分子触媒は、反応終了後、反応系からの分離が容易であり、再使用にも適している。我々の開発した高分子不斉触媒についても、リサイクル実験を試みたところ、20回に及ぶ使用に充分用いることができ、反応性、選択性共にまったく減少することはなかった。
胃粘膜における熱ショック蛋白質の発現及び細胞防御機構に関する研究

本研究は消化管粘膜、特に胃粘膜におけるadaptive cytoprotectionのメカニズムにおける熱ショック蛋白質(heat shock protein, HSP)の分子シャペロン機能の関与を解明し、胃粘膜におけるHSPの発現量に対する中枢神経系の関与に関しても検討することにより、ストレスと消化管疾患の病態、粘膜防御機構を解明することを目的とした。平成12年度までに明らかにしたことは以下の通りである。1)水浸拘束ストレス負荷により胃粘膜ではHSP60,HSP72の合成が誘導され、粘膜防御能が亢進する。2)ストレス関連中枢性神経ペプチドであるTRHの投与によりHSP72が、神経アミンである5-HTの投与ではHSP60が特異的に誘導される。3)特異的にHSP60またはHSP72を前誘導した実験により、胃粘膜で細胞保護作用を有するのはHSP72で、胃粘膜におけるadaptive cytoprotectionのメカニズムにはHSP72が必須であることが明らかとなった。これらの結果をもとに、平成13年度には下記のことを明らかにした。1)胃粘膜でHSP72を前誘導すると、エタノール、塩酸、NSAID(アスピリン)による粘膜傷害が抑制し得ることを明らかにし報告した。2)非ステロイド系抗炎症薬(NSAID)の長期少量投与時における胃粘膜の耐性能獲得の機序に関してはこれまで不明であったが、我々の研究で胃粘膜のHSP72の発現誘導が重要であることが明らかとなった。3)亜鉛製剤の経口投与により胃粘膜で効率よくHSP72が誘導できることも明らかとなり、これらの研究成果により、「分子シャペロン誘導療法」が、様々な原因によって惹起される潰瘍に対する新しい治療法として効果が期待できるものであることが明らかになった。平成10年度に得られた知見は以下の通りである。消化管機能と関連の深い、各種のストレス関連神経ペプチドをラットに投与し、胃粘膜における各種熱ショック蛋白質(heat shock proteins,以下HSPs)の発現量の変化を、immunoblot,densitometryを用いて検討し、水浸拘束ストレス等の全身性のストレスを負荷した場合との差異に関しても検討した。また、HSPsの局在の変化に関しては免疫組織学的に検討した。その結果、1.水浸拘束ストレスを負荷した場合、胃粘膜において60-kDa heat shock protein(HSP60)および、72-kDa heat shock protein(HSP72)が誘導される。これに対し、serotonin(5-HT)を投与した際には1224時間後をピークにHSP60のみが、thyrotropin releasing homone(TRH)を投与した際には3時間後をピークにHSP72のみが、胃粘膜で誘導されることが明らかとなった。corticotropin releasing factor(CRF)には、HSP誘導作用は認められなかった。2.ストレス負荷、5-HT,TRH投与によってHSPsは、胃粘膜上皮細胞を中心に誘導された。HSP72は通常の状態では、主に細胞質に発現していたが、ストレス負荷後には、核に多く移行していた。3.水浸拘束ストレス胃潰瘍の治癒過程で、潰瘍底部や、再生上皮にHSP60が極めて多く発現していた。これまで、in vivoにおいて各種HSPsを胃粘膜で、特異的に誘導する方法は知られていなかったが、5-HT,TRHを単独で投与することにより、HSP60、HSP72を特異的に誘導し得ることが明らかとなった。これらの誘導法を利用することにより、今後、当初目的としていた、HSPsの機能的な差異をinvivoの実験系で検討し得るものと考えられる。平成11年度に得られた知見は以下の通りである。

平成10年度までに、中枢性神経ペプチドであるserotonin (5-HT)を投与した際には1224時間後をピークにHSP60のみが、thyrotropin relesing hormone(TRH)を投与した際には36時間後をピークにHSP72のみが、胃粘膜で誘導されることが明らかとなった。これらの実験結果をもとに、平成11年度には、ラットを用いた実験系で以下のことを明らかにした。1)胃粘膜においてTRH投与によりHSP72を前誘導した際には、0.6N塩酸による胃粘膜障害がコントロール群に比し、有意に抑制された。2)一方、5-HTの投与により、胃粘膜においてHSP60のみを特異的に誘導した際には、塩酸による胃粘膜障害の発生は抑制できなかった。これまで、in vivoにおいて各種HSPsを胃粘膜で、特異的に誘導する方法は知られていなかったが、5-HT,TRHを単独で投与することにより、HSP60、HSP72を特異的に誘導し、分子シャペロン機能(主に細胞保護作用)に関する検討をin vivoの実験系で行うことができた。上述したように、HSP72とHSP60は、胃粘膜細胞保護作用という観点からは異なる機能を有する可能性が示唆された。ともに、胃粘膜においてHSP72を誘導することは胃粘膜傷害に対する治療法の一つとなる可能性が示唆された。今後、当初の目的としていた、HSP72の細胞保護作用の機序を解明していくとともに、HSP60の発現の意義に関しても検討を行う。平成12年度に得られた知見は以下の通りである。平成11年度までに、in vivoにおいて5-HT,TRHを単独で投与することにより、胃粘膜でHSP60、HSP72をそれぞれ特異的に誘導し得ることが明らかにした。胃粘膜防御機構にはHSP72の発現が必須であることを明らかにした。これらの結果をもとに、消化性潰瘍に対する治療を念頭に置いた、胃粘膜におけるHSP誘導法を開発すべく研究を進め、以下のことを明らかにした。1)培養胃粘膜細胞におけるHSP72の発現量は、生体内必須微量元素である亜鉛の添加によって著明に増加すること。2)in vivoの実験系でも亜鉛製剤を経口投与することにより、胃粘膜HSP72の発現を増加させることができること。3)1),2)の実験系でHSP72の誘導により細胞保護作用が増強すること。これらのことから胃粘膜におけるHSP72誘導が、消化性潰瘍をはじめとする胃粘膜病変の新しい治療法となり得る可能性が示唆され、今後、亜鉛の用量や投与法に関する詳細な検討を進める予定である。平成12年度までに1)水浸拘束ストレス負荷により胃粘膜ではHSP60, HSP72の合成が誘導され、粘膜防御能が亢進すること、2)ストレス関連中枢性神経ペプチドであるTRHの投与によりHSP72が、神経アミンである5-HTの投与ではHSP60が特異的に誘導されること、3)特異的にHSP60またはHSP72を前誘導した実験により、胃粘膜で細胞保護作用を有するのはHSP72で、胃粘膜におけるadaptive cytoprotectionのメカニズムにはHSP72が必須であることを明らかにした。これらの結果をもとに、平成13年度には下記のことを明らかにした。
高精度電子論に基づく磁気分光シミュレーション法による金属酵素・触媒の反応性解明

本課題では、密度行列繰り込み群(DMRG)法に基づく量子化学計算から、二種類の磁気分光プロパティー値(超微細構造とΔg-値)を算出する手法開発を行ってきた。この計算法を用いて、分子構造を入力することで第一原理的にEPRスペクトルをシミュレートできる一連の計算スキームの確立を目指している。高精度波動関数は、密度行列繰り込み群(DMRG)と呼ばれる一電子近似を超えた多配置理論から求める。H29年度では、基底状態に加えて複数の励起状態を数値的に安定に取り扱う理論手法である多状態多参照波動関数理論をベースとする拡張二次摂動理論CASPT2法の開発を行い、その計算プログラムの実装を達成した(Yanai et al. JCTC 2017)。本拡張理論では、零次ハミルトニアンを通じた複数状態間のカップリングを厳密に取り入れることにより、摂動波動関数の記述における数値的安定性や精度の向上がもたらされた。これは、同波動関数をベースとするEPRスペクトルのシミュレーションの精度向上に直結する成果である。また、量子化学計算の計算効率の向上を目指して、射影補強波(PAW)法とよばれる擬ポテンシャルを分子軌道計算に組み入れる手法開発を行った(Xiong et al. JCTC 2017)。PAW法は、固体物理の第一原理計算で高精度かつ高効率にバンド構造を求める基盤的手法として成功していることが知られている。PAW法は、価電子軌道を数値的に滑らかな表現へと変換することで、その計算コストを効果的に軽減可能な方法である。本研究ではPAW法をガウス型基底を用いた分子系の計算に組み合わせる初めての開発を達成し、その有効性を数値的に実証した。同手法は、EPR計算にも適用されることが知られ、本研究開発のボトムアップとして用いることができる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。H28年度では、多参照波動関数をベースとする二次摂動理論に基づき、高精度な電子状態を行うことができるCASPT2法の拡張を行った。本拡張では、複数の励起状態を高精度に計算するための多状態理論および超微細構造の磁気物性値を求めるためのアルゴリズム開発を行なった。前者では、密度行列繰り込み群波動関数を組み入れるための新しい定式化に成功することができた。また、後者では、スピン非依存の密度行列から緩和スピン密度を求めるための手法開発が達成された。新しく開発されたCASPT2レベルでの超微細構造計算を、金属錯体系に応用し、その計算精度を検証した。CASPT2で記述される動的電子相関が精度に重要な役割を担うことが実証された。また、当手法を用いて、ナフタレンダイマー分子のエキシマー発光に関して、電子励起反応機構を解明することができた。本研究では、DMRG法を用いて、多配置性の異なる両状態をバランスよく記述する計算上の難しさに対応し、LaーLbの逆転を再現し、かつ吸収・蛍光エネルギー等を高精度に計算できた。多状態のDMRG-CASPT2計算を行うための高速化・高度化を進めることができた。当手法を用いて、ナフタレンダイマー分子のエキシマー発光に関して、電子励起反応機構を解明することができた。ナフタレン励起二量体の電子状態は、実験および半経験的手法による解析の結果、単量体のLa励起状態(主配置:HOMO→LUMO一電子励起)由来と考えられている。それに対し、単量体のS1はHOMOー1→LUMOおよびHOMO→LUMO+1を主配置とするLb励起状態であり、LaはS2に対応する。励起二量体形成の過程におけるLa, Lbの準位の逆転が示唆されるが、これに対して、本研究では、DMRG法を用いて、多配置性の異なる両状態をバランスよく記述する計算上の難しさに対応し、LaーLbの逆転を再現し、かつ吸収・蛍光エネルギー等を高精度に計算できた。また、超微細構造の磁気物性値を求めるためのアルゴリズム開発を行なってきた。H29年度では、基底状態に加えて複数の励起状態を数値的に安定に取り扱う理論手法である多状態多参照波動関数理論をベースとする拡張

二次摂動理論CASPT2法の開発を行い、その計算プログラムの実装を達成した(Yanai et al. JCTC 2017)。本拡張理論では、零次ハミルトニアンを通じた複数状態間のカップリングを厳密に取り入れることにより、摂動波動関数の記述における数値的安定性や精度の向上がもたらされた。これは、同波動関数をベースとするEPRスペクトルのシミュレーションの精度向上に直結する成果である。また、量子化学計算の計算効率の向上を目指して、射影補強波(PAW)法とよばれる擬ポテンシャルを分子軌道計算に組み入れる手法開発を行った(Xiong et al. JCTC 2017)。PAW法は、固体物理の第一原理計算で高精度かつ高効率にバンド構造を求める基盤的手法として成功していることが知られている。PAW法は、価電子軌道を数値的に滑らかな表現へと変換することで、その計算コストを効果的に軽減可能な方法である。本研究ではPAW法をガウス型基底を用いた分子系の計算に組み合わせる初めての開発を達成し、その有効性を数値的に実証した。同手法は、EPR計算にも適用されることが知られ、本研究開発のボトムアップとして用いることができる。拡張多状態理論を取り入れた多状態DMRG-CASPT2計算を行うための高速化・高度化を進めることができた。高精度波動関数は、密度行列繰り込み群(DMRG)と呼ばれる一電子近似を超えた多配置理論から決定し、大規模な活性空間に基づく量子的重ね合わせ状態による電子波動関数を用いる。超微細構造の磁気物性値を求めるためのアルゴリズム開発を行なってきた。新しく開発されたCASPT2レベルでの超微細構造計算を、金属錯体系に応用し、その計算精度を検証した。CASPT2で記述される動的電子相関が精度に重要な役割を担うことが実証された。分子に対する磁気分光パラメータを波動関数計算の線形応答から求める理論開発を進めている。具体的には、密度行列繰り込み群(DMRG)の波動関数計算に対して、外部磁場の応答を組み入れる手法開発を行っている。また、更に、その応答計算をDMRG-CASPT2レベルの精度で実行できるような手法のプロトタイプも行った。量子化学計算の効率化を目指して、射影補強波(PAW)法とよばれる擬ポテンシャルを分子軌道計算に組み入れるアプローチを開発した。本課題では、密度行列繰り込み群(DMRG)法に基づく量子化学計算から、二種類の磁気分光プロパティー値(超微細構造とΔg-値)を算出する手法開発を行ってきた。この計算法を用いて、分子構造を入力することで第一原理的にEPRスペクトルをシミュレートできる一連の計算スキームの確立を目指している。高精度波動関数は、密度行列繰り込み群(DMRG)と呼ばれる一電子近似を超えた多配置理論から求める。H29年度では、基底状態に加えて複数の励起状態を数値的に安定に取り扱う理論手法である多状態多参照波動関数理論をベースとする拡張二次摂動理論CASPT2法の開発を行い、その計算プログラムの実装を達成した(Yanai et al. JCTC 2017)。
データ解析システムにおけるビジュアルプログラミング環境の研究と開発

データ解析システムにおけるユーザインタフェースとして,ビジュアルプログラミング環境を実現した.具体的にはアイコンを組み合わせることによりデータ解析の流れを視覚的に組み立てることができる.これにより,初心者においても直感的な操作および解析が可能となる.また,表現方法としてはUML (Unified Modeling Language)を採用することにより,他のさまざまなシステムとのデータのやりとりが可能となる拡張性をもたせることも実現した.本研究は,ビジュアル操作環境を発展させ統計解析システムのユーザインタフェースとして展開することで,従来のシステムに比べ利便性,効率性を高めたシステムを実現することが目的である.従来の統計解析システムにおいては,その操作環境(=ユーザインタフェース)としては,文字を入力することで操作を行うCUI(Character User Interface)と,メニューやアイコン等で操作を行うGUI(Graphical User Interface)の両方が利用されている.しかしながら,この2つの操作環境は互いに連携はとれてはいなかった.統計解析の専門家やシステムに精通した利用者はCUIを主に利用し,一方初心者などはGUIを使うことが多い.これはそれぞれの操作環境には得手不得手があるが,これは従来のシステムにはこの2つの操作環境間の連携が有機的にとれていないことがその一因と思われる.本年度は,昨年度行ったシステムの設計をベースにシステム全体の実装を行ってきた.また,その実装に並行して既存のさまざまなシステムにおけるビジュアル操作環境も含めて多くの操作環境の調査,分析については引き続き行っていた.その中で,すでに実現した部分の検証も含め,本研究システムの設計において改良すべき観点がいくつか存在した.これを受け,システムの設計を見直し,より実用性の高い操作環境の実現を目指すべく一部再設計を行った.本研究は,直感的な操作を用いたビジュアルプログラミング環境をデータ解析システムに適用することで,従来は専門的な知識や経験が必要とされる統計解析を,より身近で一般的に活用できるようにし,これによりさらなる統計学の発展を目指すものである.統計解析システムの多くは文字ベースで操作,処理するものが多く,実際の利用にはそれなりの知識と経験が必要となる.現在のコンピュータシステムは一般的にGUI (Graphical User Interface)が主流となり,コンピュータおよび統計学の初心者にはこのGUIを利用したビジュアルプログラミングが効果的といえる.本年度は,昨年度に行った設計の見直しをさらに進め,実際にその設計に従いシステム実装を行った.具体的な設計の見直しは,ベースとなるシステムを統計解析システムJaspから,オープンソースの統計解析システムであるRに変更した.Rは現在においてさまざまな分野で世界的に広く利用されているフリーのソフトウェアであり,このRをベースシステムとして採用することで,より実用的なシステムとなったといえる.また,ビジュアルプログラミングとしての統計処理のGUIの記述は,UML (Unified Modeling Language)を採用し,また,内部言語としてXMI (XML Metadata Interchange)を用いているため,他の統計解析システムや異なる別分野のシステムとの相互利用の拡張性も実現している.実際の研究成果としては,途中での大きな設計変更があり,システム構築に膨大な時間がとられることになり,当初の研究期間としての研究結果のとりまとめ,および公表についての対応ができていない.今後は実用上の検証と更新をしつつ,並行で本研究の成果の公表を学会発表および学会論文の投稿などの形で行っていく予定である.データ解析システムにおけるユーザインタフェースとして,ビジュアルプログラミング環境を実現した.具体的にはアイコンを組み合わせることによりデータ解析の流れを視覚的に組み立てることができる.これにより,初心者においても直感的な操作および解析が可能となる.また,表現方法としてはUML (Unified Modeling Language)を採用することにより,他のさまざまなシステムとのデータのやりとりが可能となる拡張性をもたせることも実現した.本研究は,統計解析システムにおいての新しいユーザインタフェースとして,先進的なビジュアル操作環境を実現し,統計学の幅広い発展に寄与することである.従来の統計解析システムの操作環境としてのインタフェースは,CUIとGUIの2つが用いられている.一般的に前者は定型処理や詳細な処理の記述など,どちらかといえばシステムに精通したユーザが利用し,一方後者は探索的な処理やあらかじめひとまとまりになった処理を実行させるなどシステム初心者が利用するものである.ビジュアル操作環境はGUIの一種であり,上記GUIの特徴を有することになるが,本研究ではさらに,従来CUIで得意としていた処理の記述にも踏み込み,これら2つのユーザインタフェースの両方の特長をもたせることを目指している.本年度は,申請時にすでに開発を行っていたプロトタイプをもとに,実際の統計解析の処理において,どのようなインタフェースが適切で効率的な処理を指示,および構築できるかを検証した.具体的には,既存のさまざまな汎用的なビジュアルプログラミング言語,およびいくつかの統計解析に特化したビジュアル操作環境を精査し,比較検討することで本システムの方向性を定めた.それらの検証においては,データとその処理をいかに客観的に分かりやすく表現,操作できるようにするかが問題となる.これには,従来のビジュアルプログラミング言語等が一方向の側面で表現,操作していたのに対して,本研究では,データ処理の履歴,処理自体の流れ,処理およびデータの静的な関係,という複数の側面で表現,操作が必要があるとの見解をみた.その意味でソフトウェア設計で用いられているUML(Unified Modeling Language)のダイアグラムを応用した操作環境を採用し,システムのベースを設計した.本年度は昨年度の設計をうけ,実装を完了させ,次年度はその実現の具体的な検証を行う予定であった.しかしながら,実装を一部行いながら,ある程度の検証を行った結果,より有用で効果的なビジュアル操作環境として実現するための改善をおこなった方が本研究の重要な研究成果となりうる可能性を見いだした.

そのため,他のシステムや研究成果の検証,本システムにおける一部設計の見直し,およびそれにともなう実装の変更を行ったためである.本年度は次年度に向け,実現するシステムの設計を完了させる予定であったが,若干まだ検討の余地を残した.これは現在のコンピュータ環境の変化が劇的であり,とくにタブレット端末に代表されるようなマルチタッチ式のユーザインタフェースなど,さまざまな操作環境が一般的に使われるようになってきたため,このような新しいインタフェースをビジュアルプログラミング環境として導入するかどうか,導入する場合にどのように,またそれがどのような利点や効果をもたらすかを,すでにおこなった設計をベースに再度検討する必要があるためである.本年度では,システムの実装を行うとともにその検証のなかで一部設計の見直しを行った.次年度は,その改良し構成し直した設計に基づいて本年度時間的に実現できなかった部分の実装を行う.その後,実現した本研究システム上での具体的な検証に入る.統計解析において,対象とする分析データ,およびその分析手法は多種多様であり,さまざまレベルにおいて,本システムで実現するビジュアル操作環境が有用であるかを精査する.また,本研究で得られた成果をまとめ,国内および国外の研究学会で発表を行うとともに,研究論文として構成を行い投稿を行う予定である.次年度は,本年度に行った統計解析システムにおけるビジュアル操作環境の精査の結果,すなわち既存の汎用的なビジュアルプログラミング環境,および統計解析システムにおける統計処理の実際について融合した上で,どのような操作環境が統計解析システムに適切で効果的であるかの指針および設計方針をより具体的にまとめる.さらに,上記の「現在までの達成度」にも示したが,現在の普及されつつある新しい操作環境を本研究において導入するかの検討を行い,最終的なシステム設計を行う.その設計を踏まえ,実際に開発言語によるプログラムを実装し,ある程度の統計処理が行えるレベルのシステムの完成を目指す.最終年度は,システムの完成度を上げるとともに,実証的な統計解析を本研究で開発したシステムで実施し,システムの先進性について客観的な評価を行う.最終的にこれらの結果を含め,国内および海外における学会研究発表および学会誌における投稿をおこない,本研究の成果を国内外に積極的に発信していく.次年度は,上記今後の研究の推進方策の予定で述べたとおり,本システムの実装の一部と,具体的なデータを用いた本システム上での分析を行う.
カラマツの天然更新を活用した革新的施業技術の確立

1.カラマツ人工林における更新伐施業によるカラマツ天然更新の誘導とコスト評価南佐久郡南牧村と北相木村のカラマツ人工林において、球果の着果が認められた2014年に帯状伐採(南牧)と小面積皆伐(北相木)を実施し、地表かき起こしを行うことにより天然更新を誘導した。いずれの試験地でも2015年には多数のカラマツ実生の発生が確認できたが、実生数は漸次減少し競合植生の影響を受けやすいところほどその傾向は大きかった。カラマツ実生の樹高は帯状伐採地では光環境の影響を強く受けることが確認された。2.カラマツ天然更新成功地における立地条件解明天然下種更新したカラマツ実生発生地において、下刈りの効果と手法を検討することを目的として、実生密度および個体サイズと他種との競合状態の定量化を試みた。良好な成長を示した個体の割合は、下刈り処理区では約40%であったのに対し、無処理区では13%と大幅に少なく、順調な成林を促すうえでは、初期本数密度と競合状態を考慮し、状況に応じて下刈り処理を行う必要があると考えられた。また、蓼科アソシエイツスキー場跡地にパッチ状に成立した6・11・18年生のカラマツ天然更新林分の林分構造を調査した。個体数密度は6年生から順に53300本、41400本、11700本/haであり、林齢が上がるにつれて樹高が成長するとともに自己間引きが生じ個体数が減少することが確認された。3.カラマツ天然更新材の特性調査カラマツ天然更新木と人工植栽木の強度特性を調査した結果、両者の比重、平均年輪幅及び曲げ強さ等で統計的な差は確認できなかった。これは、天然更新木においても下刈り等保育作業が行われ、成立本数に大きな差がなく、結果として未成熟材・成熟材の割合に差が生じなかったためと推察された。ただし、各試験体においては、木口断面内の成熟材率が高くなると曲げ強さも高くなる傾向が確認された。(1)カラマツ人工林における更新伐施業によるカラマツ天然更新の誘導とコスト評価南牧県有林においてカラマツ雌花の着花が確認されたため,帯状伐採を実施した。伐採帯幅は,10m,20m,40mとし,伐採帯長は林道から50m70mとした。伐出作業は,伐倒(チェーンソー),木寄せ(グラップル,トラクタ),造材(プロセッサ)の各功程をビデオ撮影し時間解析により生産性を算出した。その結果,伐出作業にかかるシステム労働生産性は14.3m3/人日,伐出コストは2,640円/m3であった。また,カラマツの天然更新を誘導するために,バックホウのバケットにより林床のササの根を土壌ごと剥ぎ取り,B層が露出する程度まで地表処理を行った。その結果,生産性は平均275m2/時,コストは平均235千円/haと試算され,岩石が多い箇所で時間を要していた。比較対照のため行った裸苗及びコンテナ苗の植栽作業の生産性は,裸苗が52.9本/時であったのに対して,コンテナ苗は37%高効率の72.3本/時であった。しかし,苗木代は裸苗が82円/本であるのに対してコンテナ苗はその約2.4倍の194円/本であることから,活着率及び成長量に格段の差が認められない限り,低コスト化にはつながらないと考えられた。なお,植栽にかかるコストは,2400本/haの植栽密度の場合,裸苗が311千円/ha,コンテナ苗が550千円/haと試算された。これらの結果から,現時点における更新コストは,天然更新<裸苗植栽<コンテナ苗植栽と判断された。(2)カラマツ天然更新成功地における立地条件解明佐久市,南牧村,川上村の3箇所の天然更新成功地を踏査し,今後の調査計画を検討した。(3)カラマツ天然更新材の特性調査1986年に天然更新及び人工植栽したカラマツ林の材質比較試験に供するため,2015年に行う伐採及びサンプリング法を現地で検討した。(1)カラマツ人工林における更新伐施業によるカラマツ天然更新の誘導とコスト評価南牧県有林の67年生カラマツ人工林において、平成26年にカラマツ球果の着果が確認されたことから、種子が成熟し落下する前の9月中旬に帯状伐採と地表処理作業を行った。その結果、30万粒/ha程度の種子が供給され、そのうちの10%余りに相当する3万本/ha程度のカラマツ実生が発生した。このことから、カラマツ球果が多数確認された年であれば、帯状伐採と地表処理によるカラマツ天然更新の誘導が可能であることが確認された。(2)カラマツ天然更新成功地における立地条件解明カラマツ天然更新林分の構造が間伐時の生産性および価格評価に及ぼす影響を明らかにするために、浅間山国有林カラマツ天然更新試験地において列状間伐を実施した。作業前に対照として設けた人工林も含めて標準地調査を実施し、林分情報を把握した。さらに作業時にビデオカメラによる功程調査を実施するとともに、山土場および木材センターで選木された材の用途割合と、それぞれの価格把握を行った。

K関数法を用いた立木配置評価の結果、林分構造はそれぞれでやや違いが見られたものの、直径階や歩留りのバラつきおよび平均値に有意差は認められなかった。時間解析の結果、作業時の生産性は人工林でやや高かったが、伐採率および選木、用途割合と取引価格反映の結果、販売総額に対する間伐時の主作業費は天然更新林分の方がやや低く抑えられる結果となった。(3)カラマツ天然更新材の特性調査カラマツの天然更新林と隣接林分で人工植栽した同齢のカラマツ人工林において、間伐材各40体計80体の丸太の縦振動法による動的ヤング係数(Efr)を測定した。胸高直径2028cm及び1620cmの直径階から各20体計80体のEfrに統計的な差はなかった。なお、年輪幅等との関係は、年輪解析調査の結果を待って検討する。(1)カラマツ人工林における更新伐施業によるカラマツ天然更新の誘導とコスト評価カラマツ種子の散布,実生の発芽,秋までの定着が確認され,カラマツ天然更新における初期条件を評価することができた。(2)カラマツ天然更新成功地における立地条件解明昨年度は,カラマツ天然更新地における間伐作業の生産性等を隣接した同林齢の人工植栽林分とともに調査し,維持管理のコストを比較することができた。(3)カラマツ天然更新材の特性調査カラマツの天然更新木と人工植栽木の動的ヤング係数(Efr)を測定することができた。1.カラマツ人工林における更新伐施業によるカラマツ天然更新の誘導とコスト評価カラマツ人工林においてカラマツの天然下種更新を確実に誘導できるか検討した。2014年に南牧村及び北相木村のカラマツ人工林において,新たな球果を確認した上で帯状伐採及び小面積皆伐を実施し地表かき起こしを行った。翌年の2015年には,帯状伐採地では313万本/haのカラマツ実生が発生し,伐採幅と実生発生量には負の相関が認められた。2成長期後には個体数は29万本/haに減少した。一方,小面積皆伐地では母樹群に近い林縁部の方が伐区中央より多数の実生が発生した。かき起こし実施箇所の実生発生密度は610万本/haで,2成長期後には25万本/haに減少した。2.カラマツ天然更新成功地における立地条件解明天然下種更新したカラマツ実生発生地において,下刈りの効果と手法を検討することを目的として,実生密度および個体サイズと他種との競合状態の定量化を試みた。北相木村有林において20m×2mのベルト状のプロットを3箇所設置し,それぞれプロットA, B, Cとした。各プロットをさらに1m×1mのグリッドに分け,実生調査とデジタルカメラを用いた競合状態の把握を行った。撮影した写真を合成,3D化し,グリッドごとの表層モデルを作成した。その結果,下刈りの効果や競合状態と成長量の明瞭な関係性は認められないが,下刈りは直径成長を促進させる効果が認められた。また,蓼科アソシエイツスキー場跡地にパッチ状に成立した6,11,18年生のカラマツ天然更新林分の林分構造を調査した。個体数密度は6年生から順に53300本,41400本,11700本/haであり,樹高は2.1m,3.4m,5.1mであった。発生年は異なるものの,林齢が上がるにつれて樹高が成長するとともに自己間引きが生じることにより個体数が減少することが確認された。1.カラマツ人工林における更新伐施業によるカラマツ天然更新の誘導とコスト評価南牧県有林と北相木村有林のカラマツ人工林において,カラマツの天然更新を誘導するための伐採,地表かき起こしを行い,実生の消長調査を継続的に行っている。2.カラマツ天然更新成功地における立地条件解明カラマツ天然更新後の下刈りの必要性の有無を検討中であり,施業を加えることによって天然更新の成功率が高まるか,検証を進めている。
ヌクレオシドを側鎖に有するオリゴおよびポリアミノ酸誘導体の合成と性質に関する研究

これまで核酸の機能を安定な合成高分子に付与した核酸アナログ、特に水溶性核酸アナログについて一連の研究を行ってきた。配列を有するアナログは相互作用の特異性の向上さらに核酸機能の基礎的な解明、最近注目されているアンチセンスRNA療法への応用等に不可欠である。本研究では親水性の高いヌクレオシドを側鎖に有するアミノ酸誘導体を合成した後、縮重合することによりオリゴマーさらにポリマーを合成し、得られた配列を制御した核酸アナログの構造さらにオリゴ・ポリヌクレオチドとの相互作用等について検討し、配列制御型核酸アナログの機能について明らかにする事が目的であるが、まずそのポリマーモデルとして高分子反応により、核酸塩基より親水性の高いヌクレオシドのポリアミノ酸誘導体を合成した。核酸類との相互作用検討には水溶性アナログの合成が不可欠であるため、ポリアミノ酸としてはこれまで用いてきたポリグルタミン酸のL-およびD-体を用い、ヌクレオシドとしても既に報告したウリジンを用いた。ポリグルタミン酸へのヌクレオシド導入はアミド結合により行った。ヌクレオシドの5'-水酸基をアミノ化し、これをグルタミン酸のgamma位に活性エステル法により導入した。得られたヌクレオシドのポリアミノ酸誘導体の高次構造をCDスペクトルにより検討し、ポリアミノ酸の種類やL-体D-体などの光学異性体による影響について検討した。この研究結果を配列を制御した核酸アナログの合成へのステップとし、その性質が明らかとなる基礎的研究であり、その成果はより幅広い応用に展開できると考えている。
複雑現象の数理的構造の理解と研究方法の開拓のための複雑系の構成論および計算論

研究課題明の研究集会を二回行なった。複雑現象の具体例として、嗅球神経回路網の複雑現象、進化過程におけるDNA変化、細胞分化における複雑代謝追程、コウモリやフクロウの音源定位に関する神経興奮、イソアワモケやラットの複雑な神経活動DNA鑑定にみられる統計性の複雑さ、市場経済にみられる複雑さ、多種分子混合による熱力学的諸量の複雑な決定機構等をとりあげた。これらは一見種々雑多な現象とみられるが、これらの現象を統一的に理解するための方法論、及び新しい概念を抽出することに成功した。方法論的には、力学系、確率論、トポロジー、計算理論からカオス的力学系の幾何的及び確率統計的手法、さらにはカオス的力学系の計算機械(オートマトン)表現、現象を幾何学的にみる見方を確率現象にまで拡張した統計的幾何、複雑現象内部の要素間の種々の関係性をとらえる因果解析の手法が抽出され、開発された。されらの手法を個々の現象に適用することで多くの成果が得られた。代表的なものをまとめると次のようになる。(1)カオス的力学系で従来知られていなかった新しいクラスが構成された。微分可能力学系の構造安定なクラスの中に、連続でいたるところ微分不可能なアトラクターをもつクラスが存在し、そのアトラクターのハウスドルフ次元とトポロジカル次元の差が1を越えることがあり、その数学的機構がほぼ明らかになった。また、このクラスは、神経回路網ではむしろ一般的な現象であることも判明した。(2)細胞分化の機械に関する数理的表現が得られた。(3)代謝追程での関数関係が得られた。(4)1970年代の市場変動の日米解析によりマネーサプライがキ-になっていることが判明した。その他多くの成果が得られている。
ピロール・イミダゾールポリアミドおよび食品由来物質による前立腺癌新規治療の開発

各前立腺癌細胞株におけるTMPRSS2-ERG融合遺伝子の発現をreal time PCRにて測定したところ、VCaP細胞は通常状態で発現しているが、LNCaP細胞はDHT刺激を行った場合のみ検出可能なレベルでその発現が観察された。また、PC3細胞では融合遺伝子の発現は観察されなかった。次に既に特許出願しているTMPRSS2-ERG抑制ポリアミドを各細胞株に投与して融合遺伝子の発現レベルを調べたところ、ポリアミド投与下のLNCaPでは有意に発現が抑制されていた。VCaP細胞においてはTMPRSS2-ERG抑制ポリアミドによる発現抑制効果は観察されなかった。MTS assayによる細胞生存率の定量では、DHT刺激とポリアミド処理したLNCaP細胞において、細胞増殖の有意な減少を示した。また、PC3細胞とVCaP細胞では増殖抑制は認められなかった。このことより、TMPRSS2-ERG抑制ポリアミドは、すでに発現している融合遺伝子には影響を与え無い代わりに、新規発生ならびに染色体転座を抑制させ、細胞増殖能に影響を与えることが判明した。一方、同様の実験手法で、LNCaP細胞に大豆由来イソフラボンの代謝産物であるエコールを投与し、アンドロゲン依存性細胞増殖能および遊走能への影響、ならびにTMPRSS2-ERG融合遺伝子の発現を検討したところ、エコール投与したLNCaPにおいて、有意に細胞増殖能、遊走能が抑制され、TMPRSS2-ERG遺伝子の発現抑制が確認された。結論として、TMPRSS2-ERG抑制ポリアミドならびにエコールは、融合遺伝子の発現を抑制することにより前立腺癌の発癌ならびに進行を抑制しており、上記2剤を併用することにより、強力な抑制と癌細胞増殖抑制効果が得られる可能性が示唆された。
矯正力に対する歯根膜の部位特異的な組織応答メカニズムの解明

歯列矯正で行う歯の移動は、歯と顎の骨を繋ぐ靭帯組織である歯根膜を介して制御されている。しかし、歯根膜の細胞がどのように外からの力を感知し、歯の移動を制御しているかについては依然として不明な点が多い。本研究は、歯根膜の細胞が発現しているアンテナ様の構造・プライマリーシリアに着目し、外力に対する新たな細胞応答メカニズムを明らかにしようとするものである。本研究計画では、歯根膜特異的にプライマリーシリアを欠失する新規動物実験モデルを構築し、高精度な組織学的解析を行う。
連立非線形方程式系の大域における数値解法とその応用

非線形常微分方程式系dx/dt=X(x,t)の準周期解および概周期解の数値解析的研究を,京都大学数理解析研究所の短期共同研究「常微分方程式系の数値解析とその応用」(研究代表者:篠原能材,1994年11月14日11月16日)を通じて行った。研究課題の目的を達成するために,第1日は,Prof.Linda PETZOLD(ミネソタ大)の講演「ComputationalChallenge in the Solution of nonlinear oscillatorg multibody Systems」から始まり,大石進一(早稲田大・理工)は「非線形常微分方程式の2点境界値問題の精度保証つき数値解析について」,新谷尚義(広島大・学校教育)は「微分・代数方程式の準陽公式について」,柳原弘毅(九州産業大)は「予測子・修正子法の安定性について」の各研究発表があった。第2日は柏木雅英(早稲田大・理工)は「テーラー級数法による精度保証つき数値解法」,香田温人(徳島大・工)は「非線形振動解析のためのガレルキン法について」,渡辺二太(核融合科学研)は「HIOMによる微分・代数方程式の数値計算法」,川上博(徳島大・工)は「電子回路に現れる常微分方程式のカオス現象について」,牛田明夫(徳島大・工)は「分布定数回路の解析手法について」,室谷義昭・石渡恵美子(早稲田大・理工)は「特異摂動問題から得られる非対称行列に対する順序付き改良SOR法について」,早川透(早稲田大・理工)は「抵抗回路の区間解析について」の各研究成果を報告した。第3日は小藤俊幸(電気通信大)は「時間おくれをもつ微分方程式に対するルンゲ・クッタ法の安定性について」,小野令美(千葉大・工)は「ある8段陽的ルンゲ・クッタ法について」,小沢一文(東北大)は「微分方程式y′′=f(x,y)に対する4次のP安定ブロツク法について」,山田進(東北大)は「BDF型ブロツク法の並列性と計算効率の解析」,鈴木千里(静岡工科大)は「2点エルミートーバーコフ型のA安定な数値積分公式のクラスについて」の各研究成果を報告した。
スパースなニューラルネットワークに関する研究

本研究では、スパースなニューラルネットワークに関する研究を、次のような方法で行った。1)パーセプトロン型ニューラルネットワークにおいて、シナプスの間引きを、対象的に行い、性能の変化を調べる。2)ホップフィールド型ニューラルネットワークにおいて、シナプスの間引きを、対象的に行い、性能の変化を調べる。1)、2)共に、学習させるデータやニューラルネットワーク構造などに、その結果は左右される。また、性能の評価も、「与えられた基礎記憶が記憶された事を評価する」あるいは、「連想能力、あるいは、不必要な記憶が無い事を含めて評価する」等の方法が考えられ、一意ではない。また、この時の学習の方法にも、その性能は依存する。これらの評価の問題があるものの、いくつかのニューラルネットワークにおいて、性能の評価を行った。たとえば、入力層256、中間層12、出力層3のパーセプトロン型ルネットワークにおいて、入力層と中間層の間のシナプスを、384、768、1152、1536、1920、2304、2688、3072(全て接続)として、3種類の出力に対してそれぞれ30個の入力パターンを用いて連想実験を行った。この場合、シナプスの数を768まで減らしても、あまり性能の変化はなかった。この性能とは、基礎記憶の90(3種類の出力×各30種類の入力パターン)パターンを記憶していることである。しかし、出力ニューロンを10とし、10種類の出力に対してそれぞれ30個の入力パターンを用いて実験を行った場合には、シナプスの数を1920まで減らしても性能の劣化が認められた。この実験結果もわかるように、スパースなニューラルネットワークにおける評価は、その基礎記憶に依存し、逆に基礎記憶が与えられたときに必要なシナプスとニューロンの数の関係を得る事が重要である事は、言うまでもない。このため、このことを理論的に検討したが、現在のところ、芳しい結果は得られていない。今後もこの研究を続行し、芳しい成果が出たところで、学会等に発表する予定である。
脳特異的発現新規スルホトランスフェラーゼのアンチセンスmRNA法を用いた機能解析

本研究では、脳において特異的に発現している新規スルホトランスフェラーゼ(ST)の機能を解明することであり、その実験手法としてアデノウイルス(Ad)ベクターを用い、アンチセンスmRNAを発現させ、脳に導入して一過性に酵素の発現を抑え、マウスにおける本酵素の機能解析を行い、ヒトにおける生理機能を予測することを目的とした。まず申請者らは、マウスデータベースの塩基配列をもとに脳から新規ST5cDNAを単離し、大腸菌を用いてタンパクを発現させ、さらにこのタンパクを精製して抗体を作成した。次に、哺乳動物発現ベクターにこのcDNAを挿入し(pCMVST5)、培養細胞中で発現を試みた。タンパクの発現は先に作成した抗体によって確認した。一方、アンチセンスmRNAを発現させるためのAdベクター作成については、cDNAを逆向きに挿入することで検討していたが、このST5に先立ち他の遺伝子を同様な方法でアンチセンスmRNA発現Adベクターを作成し、培養細胞に発現を試みたところ細胞死を引き起こした。同時期に長いアンチセンスmRNA発現は、細胞死を引き起こすとの報告がなされた。そこで申請者は、18-23bpによるRNA interferenceの現象に注目し、そのAd発現ベクターを作成することにした。そのためにRNAポリメラーゼIIIを転写に用いるマウスH1およびヒトU6RNAプロモーターDNAを単離した。これらのプロモーターを改変し、発現Adベクターに組み込んだ。次にST5 mRNA配列の中から2カ所19ベースを選択し、small double strand RNA(sdRNA)が発現するように先に発現Adスベクターに構築した。現在、2種のST5 sdRNA発現ウイルスの作成を完了した。これに先立ち、他の遺伝子について同様に発現AdベクターによってsdRNAを発現させたところ、培養細胞中でその遺伝子産物であるタンパクが約90%以上発現抑制を引き起こすことに成功している。本研究においては、当研究室でタンパク発現抑制が可能なsdRNA発現システムを独自に開発した。またST5の機能解析までには至らなかったが、ST5 sdRNA発現ウイルスの作成に成功した。我々は、マウスおよびヒトとの脳において特異的に発現しているが、その機能が不明な新規スルホトランスフェラーゼを見出した。本研究の目的は脳における本酵素の機能を解明することであり、その実験手法としてアデノウイルスベクターを用い、アンチセンスmRNAを発現させる。このウイルスを用い脳に導入して一過性に酵素の発現を抑え、マウスにおける本酵素の機能解析を行い、ヒトにおける生理機能を予測することである。本年度の研究は、単離したマウスあるいはヒトST5cDNAをバクテリアに発現させ、リコンビナントタンパクを単離精製した。この精製タンパクを用いて特異性の高い抗体を作成した。現在組織染色にて、脳のどのような部位あるいは細胞にST5が発現しているのかの検討を行っている。また、基質となる化合物は、高い基質濃度においては、多少の触媒活性をしますことが判明したが、特性の高い基質はまだ見いだせていない。一方、アデノウイルスベクターを用いたアンチセンスmRNAの発現については、長いアンチセンスRNAを発現すると細胞死を起こすため、本研究では現在注目されているRNAi手法を用いることにした。RNAiを効率よく発現させるためには、RNAポリメラーゼIII依存性のU6 snRNAあるいはRNA H1のプロモーターを用いることが好ましい。そこでヒトU6snRNAあるいはマウスRNA H1のプロモーターをそれぞれのゲノムDNAよりPCRによって単離し、これをアデノウイルスターゲットベクターに組み込むことにより、RNAi発現アデノウイルスベクターを開発した。現在、マウスRNA H1のプロモーターの下流に細胞内でRNAiを生成する様に工夫されたマウス,ST5A断片を組み込み、ST5A-RNAi発現アデノウイルスベクターを作成中である。来年度は、ST5A-RNAi発現アデノウイルスを培養細胞に発現させ、ST5Aの発現を抑えることを確認した後に、マウスにウイルスを投与しST5Aの機能の解析を行う予定である。

これに先立ち、他の遺伝子について同様に発現AdベクターによってsdRNAを発現させたところ、培養細胞中でその遺伝子産物であるタンパクが約90%以上発現抑制を引き起こすことに成功している。本研究においては、当研究室でタンパク発現抑制が可能なsdRNA発現システムを独自に開発した。またST5の機能解析までには至らなかったが、ST5 sdRNA発現ウイルスの作成に成功した。