hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生理活性物質JAとABAの多面的相互作用の解明および圃場で効果的なJA誘導体の合成

マンゴー果実のプレクライマクテック期とクライマクテリック期でのJA処理が内生ABA濃度に及ぼす影響を検討した。プレクライマクテリック期では内生ABA濃度に大きな変化はみられなかったが、クライマクテリック期でのJA処理は内生ABAを減少させた。クライマクテリック期ではエチレン濃度も高いことから、JAとABAの関係にエチレンも関連していると考えられた。果実発育に大きな影響を持物質ジャスモン酸(JA)とアブシシン酸(ABA)の機能および相互作用の解明のため、ABAの前駆物質キサントキシンの合成および同定を行った。抽出はホウレンソウの葉およびカボチャ果実の10kgを供試し、始めにアセトン等有機溶媒を用いて抽出分配し、HPLCにて精製しビオラキサンチンおよびネオキサンチンの単離を行った。その後の紫外線照射および酸化反応によりキサントキシンを得た。キサントキシンの同定は^1HNMRにて行った。環境ストレスへのABAの関わりを解明するため、熱帯果実マンゴスティンを供試し、7°Cと13°C下に貯蔵し低温障害とABAレベルおよびこれらの温度下での代謝を検討した。低温障害を誘発した7°C下の果皮では有為にABAレベルが増加し、しかしながら低温下でも障害発生を抑制したポリアミン処理果ではABAレベルの増加は観察されず、組織障害へのABAの関与が示唆された。ABA代謝は各温度で異なった。ABAの減少とその代謝物ジヒドロファゼイン酸(DPA)の増加は13°C下では観察されたが、7°C下では認められなかった。低温下でABAは、速やかにDPAより下流の代謝物に代謝されるか、ABAグリコシルエステルに代謝されることが推察された。カルス形成に及ぼすジャスモン酸の影響が検討された。低濃度のJAはオウトウ果実の細胞分裂期の果肉細胞からのカルス形成を促進した。しかしながらその作用は、細胞肥大期の組織では観察されず、また高濃度のJAは逆にカルス形成を抑制した。以上の結果は、低濃度のJAが細胞分裂促進に寄与していることを示す。オウトウの果肉ディスクを供試しABAとJAの相互作用を検討した。各発育段階でABAはJAレベルに影響しなかった。一方、JAはABAレベルを減少させ、ABA合成経路への関与を伺わせた。JA処理によるオウトウ果実のアントシアニン合成への関与は観察されなかった。生理活性物質ジャスモン酸(JA)とアブシシン酸(ABA)の果実発育への影響およびこれらの相互関係の解明のため、リンゴ果実の発育過程での果肉および種子における、ABA生合成の上流物質であるキサントキシン(XAN)から下流のジヒドロファゼイン酸(DPA)までの代謝を検討した。モル換算で、未熟果でのXAN濃度はABA濃度に一致した。また追熟過程の進行とともに、XANは減少し一方ABAは増加した。プレクライマクテリックおよびクライマクテリック期で、ABA濃度はXAN濃度より高かった。追熟果でのXANの低濃度はABAへの急速な転換を示唆した。XAN濃度は種子中では未熟期に高かったが、種子成熟に向けて減少し、一方ABAは増加した。すなわち果肉および種子の両者において、XANの減少はABAの増加につながり、このことはABA前駆体としてのXANの役割を示すものと考えられた。
原子核実験用窓なし固体水素標的の実用化のための開発研究

固体水素を新しい方法で作成することにより、いくつかの原子核実験用固体水素標的を開発した。1つめは、薄膜容器を用いたタイプで直径50mm、長さ30mmと100mmのこれまでにない大きさの固体水素標的を開発した。これを用いて理化学研究所におけるビーム実験を2度行った。2つめは、水素ガス吹きつけ方式により直径5mm厚さ0.35mmの窓なし固体水素標的を30μmの純銀薄箔上に作成することに成功した。こちらは2011年から行われるTRIUMF(バンクーバー・カナダ)での原子核実験に用いられる。原子核実験用の固体水素標的の実用化のための開発研究を行う。固体水素を「窓なし、薄膜、吹きつけ」の3種類の方法により作成し、実際の物理実験に使用可能な実用機を製作実用化する。原子核実験用の水素標的に要求される「均一な厚さと密度を持つ平板標的」を作ることを目的とする。そのため固体水素を真空中に取り出す「窓なし固体水素標的」の実用化開発を行う。固体水素の温度が3K以下になると、固体水素の蒸気圧は10^<-9>mbar以下になる。このため固体水素を長時間標的質量が変化することなしで真空中に保持できる。しかし、窓なし固体水素標的を用いて長時間原子核実験を行う場合は到達温度2-2.5Kの冷凍機が必要で、現在の到達温度3.64.0Kの小型冷凍機をそのまま用いたのでは実用化できない。ヘリウムガスを小型冷凍機4.2K(1.5W)で液化し、液体ヘリウムを小型ポンプで減圧する方法で比較的容易に2Kに到達することができる。ポンプで排気されたヘリウムガスは循環再使用することで、液体ヘリウムの冷媒なしで長時間の連続運転が可能となる。また、実験用の実用標的として「薄膜固体水素ターゲット」、「厚い窓なし固体水素標的」を開発しているが、初年度は以下の開発・研究を行った。(1)実験用の窓なし薄膜固体水素装置(T=0.5mm)の設計と製作。(2)2Kクライオスタットの熱計算と設計。(3)実験用の厚い固体水素装置(T=50,100mm)の設計。(4)実験に必要な設備の整備。現在、これらのテーマで冷却実験ができるようさらに設備の整備と実験準備を継続している。J-PARCハドロン実験およびRIビーム実験のための厚い固体水素(Long-SHT,D=50,L=30-100)の設計と製作を行った。冷却テストを繰り返しD=50,L=100までの固体水素ターゲットが空洞や不均一な部分がほとんどない高品質なものが安定して製作できるようになった。このサイズはJ-PARCでの原子核実験用としても使用できるものである。この固体水素ターゲットを用いた理研RIビーム実験(筑波大-小沢)のプロポーザルを行い採択された。本研究では理研BigRIPSなどでの高エネルギー反応断面積実験用に、固体水素ターゲット(SHT)の開発を行なった。固体水素ターゲットは反応率が高い、多重散乱が低い、またその形状の安定性などのメリットから原子核実験において近年使われるようになってきた。2cm以上の厚さの固体水素ターゲットはまだ実用化されていないので、210cmのターゲット開発を試みた。小型GM冷却機(1.5W@4.2K)を用いて45K程度までセルを冷却した後、室温の水素を供給した。その際、水素供給圧力をコントロール(100Torr)し、3重点(13.8K)近傍で液体にしてから凝結させることにより、固体水素の凝固したときに空洞ができやすいという問題点を克服した。また、セルの水素ガス供給口において水素固体による閉塞が起こりにくい構造にした。その結果、直径50mm厚さ100mmの空洞がほとんどない固体水素の作成に初めて成功した。固化時間は140分であった。原子核実験用の固体水素標的の実用化のための開発研究をKEK・理研・東北大・阪大等との協力で行っている。我々は固体水素を「窓なし、薄膜、吹きつけ」の3種類の方法により製作し、実際の物理実験に即した実用機を研究・開発する事を目指している。この研究を開始する以前は固体水素標的の厚さは最小2mm、最大10mmまでの厚さのものしか製作できなかったが、今回の研究の結果、直径50mm、長さ100mmの大きなサイズの固体水素標的が空洞等の欠陥がほとんどない状態で安定して製作可能になった。今回この大きさの固体水素標的が初めて実用化できたため、J-PARC等での中・高エネルギーの原子核実験にも固体水素標的が使用可能になった。この固体水素標的システムを用いて第1回の原子核実験を理研のBigRIPSで行った。その結果、極めて安定したオペレーションと断面積測定実験が可能であった。

さらに第1回の実験が成功したため、第2回の別のテーマでの原子核実験を理研RIPSで行うことを計画、準備している。なお、このとき実験に用いた固体水素標的の長さと形状測定を行う予定である。これは、散乱断面積を精度よく測定するためにも重要な測定となる。さらに、小型冷凍機を用いた水素ガス吹きつけ方式の窓なし固体水素標的の開発を目指す。この開発は低エネルギー原子核実験にとって重要な標的となる。次に、固体水素の昇華時間を長くして、より長時間厚さの変化がない窓なし固体水素標的の開発を目指し、小型冷凍機を用いてより低温が得られるよう開発を行う。原子核実験用固体水素標的の実用化のための開発研究をKEKと各大学等との協力で行っている。我々は固体水素を「窓なし、薄膜、吹きつけ」の3種類の方法により製作し、実際の物理実験に即した実用機を研究・開発する事を目指している。この研究を開始する以前は固体水素標的の厚さは310mmの範囲しか製作できなかったが、今回の研究開発の結果、直径50mm、長さ100mmの大きなサイズの固体水素標的が製作可能になった。今回この大きさの固体水素標的が初めて実用化できたため、J-PARC等での中・高エネルギーの原子核実験にも固体水素標的が使用できるようになった。この固体水素標的を用いた最初の原子核実験を理研Big-RIPSで行った。その結果、極めて安定したオペレーションと断面積測定実験ができた。さらに第2回目の原子核実験を理研RIPSで行い、今回も安定して物理データの取得ができた。この実験データは現在解析中である。さらに、低エネルギー原子核実験にとって重要な厚さ1mm以下の窓なし固体水素ターゲットの開発を行った。これは小型冷凍機を用いた水素ガス吹きつけ方式の固体水素標的である。小型冷凍機で4K以下まで冷却された厚さ0.03mm、直径5mmの純銀フォイル上に厚さ0.35mmの固体水素ターゲットを作成することに成功した。この装置は現在もTRIUMF(Vancouver, Canada)での原子核実験に向けて開発を継続している。今後、固体水素の蒸発速度測定などの詳しい性能試験を行う予定である。さらに散乱実験のバックブラウンドレベルを下げるために、純銀フォイルの厚さを35ミクロンの極限まで薄くすること、輻射シールドの開口部を大きくし、散乱粒子検出器への立体角を大きくするなどの開発を行う予定である。来年(2011年)には今回開発した固体水素標的を用いてTRIUMFにてビーム実験を計画している。
人狼ゲーム研究：他者中の自己モデルを考えた説得的人工知能の開発に向けて

本研究の最終目的は,人と一緒に人狼ゲームをプレイできるエージェントの実現にある.研究期間内にはその第一歩として,人狼ゲーム専用のプロトコルを設計し,それを用いてコミュニケーションを行うエージェントに関する研究を実施した.特に,自分から他者がどう見えるかという「自己の心理モデル」に加え,他者から見て自分がどう見えるかという「他者から見た自己のモデル化」の2つの階層的な心理モデルを持つエージェントを構築した.また,ゲーム研究においては,多くの人が参加して競い合うことで,集合知を集められる環境の整備が重要である.そこで研究開発基盤を整備し,一般参加可能なコンピュータ人狼大会を開催した.本研究では人狼ゲームを人にかわってプレイできる人工知能(人狼知能)の実現を目指している.それに並行し,コンピュータ人狼大会開催による集合知を集めることで,人工知能による人との高度なコミュニケーションの実現のための課題に取り組んでいる.平成27年度は以下の2項目について研究を実施した.1.コンピュータ人狼大会の実施.2015年8月に横浜で行われたCEDEC2015において,大会を実施した.また,そのための人狼知能構築のためのプラットホームの構築を行った.本大会では,38チームが大会に参加した.参加チームのソースコードはホームページ上で公開している.また,2016年3月には電気通信大学で行われた第一回GATでミニ大会を実施した.参加チームは15チームであった.来年度も引き続き大会を実施していく予定である.2.他者から見た自己モデルのための基礎検討.他者から見た自己モデルとは,自分がどう見られるかを考えた上で行動することで信頼を勝ち取り,他者に対する説得を進めるためのモデルである.本年度はその基礎検討として,ある状況の時に,人狼プレイヤーはどのように思考するかというアンケートの収集を行った.計画通りに順調に進んでいるため.ゲーム情報学の技術発展は,社会的なインパクトだけではなく,並列計算や情報探索などの技術にも多大な貢献をもたらしてきた.近年,コンピュータは二人完全情報ゲームにおいて人間を圧倒しつつあり,次の研究対象となるゲームが模索されている.そこで申請者らはコミュニケーションゲームとして知られる「人狼ゲーム」に着目した.人狼ゲームは他者とのコミュニケーション能力が勝敗を分ける.人狼ゲームは会話のみから相手の意図を理解し,背景を推理し,協調し,時には説得を試みるといった,我々の持つ極めて高度な知的能力を駆使して行うゲームであり,今後,人工知能が社会に浸透するうえで大きな障壁であるコミュニケーションの課題を多分に含んでいる.本研究では人狼ゲーム研究を通じ,大会開催による集合知を集めることで,人工知能による人との高度なコミュニケーションの実現のための課題に取り組んでいる.本年度も8月にパシフィコ横浜で開催されたCEDEC2016において,2回目となる大会を開催した.大会予選の登録チーム数は前回を大幅に超えた98チームであり,聴衆も400人を超えるなど,大きな注目を集めた大会となった.また,出場したエージェントの性能も大きく向上しており,一定の目標を達成した.また,人狼プレイヤーから収集したアンケートをもとに,他者の心理モデル及び他者から見た自己のモデルを備えた階層的心理モデルを備えるエージェントを構築し,評価を行った.また,国際会議において本研究成果を報告した.ほぼ計画通りに進展している.本研究では人狼ゲーム研究を通じ,大会開催による集合知を集めることで,人工知能による人との高度なコミュニケーションの実現のための課題に取り組んでいる.平成28年, 2 9年に人狼ゲームをプレイする人工知能の大会である人狼知能大会を開催したが,本年度も8月にパシフィコ横浜で開催されたCEDEC2017において3回目となる大会を開催した.第一回,第二回の大会では,プレイヤーはコンビュータに理解しやすい「人狼知能プロトコル」を用いて議論を行うエージェントにより対戦を行ったが,今回はプロトコルではなく自然営語(日本語)により議論を行う「自然言語部門」を新設した.従来と同じくプロトコルを用いて対戦を行う「プロトコル部門」では,ゲームを繰り返す中でエージェントの発現パターンと役職を紐づけて学習を行うエージェントが現れるなどの技術的な進展が見られた.自然言語部門では、比較的自然な対話が可能であったが,質間に適切に応答することは難しく,課題も明らかとなった.また,参加チームも5チームとプロトコル部門と比べ非常に少なかったことから.その参加障壁の高さが伺えた.そこで,自然言語部門のエージェント構築に有用なコーパスの構築を行った.本コーパスは人間同士が人狼ゲームを行ったログに対し,対話行為を付与したものである.本コーパスは自然言語部門のエージェントの実装に必要な自然言語理解のための学習データとして利用が可能である,なお,本コーパスはGitHub上ですでに公開済みである.本研究の最終目的は,人と一緒に人狼ゲームをプレイできるエージェントの実現にある.研究期間内にはその第一歩として,人狼ゲーム専用のプロトコルを設計し,それを用いてコミュニケーションを行うエージェントに関する研究を実施した.特に,自分から他者がどう見えるかという「自己の心理モデル」に加え,他者から見て自分がどう見えるかという「他者から見た自己のモデル化」の2つの階層的な心理モデルを持つエージェントを構築した.また,ゲーム研究においては,多くの人が参加して競い合うことで,集合知を集められる環境の整備が重要である.そこで研究開発基盤を整備し,一般参加可能なコンピュータ人狼大会を開催した.

今後は,継続して大会を実施するとともに,他者から見た自己モデルを用いた人狼知能を構築し,その有効性の検証を進める.今後は大会においてプロトコルではなく,自然言語でコミュニケーションを行う部門を追加で設置するとともに,自然言語エージェントの検討を実施する.対話型ゲーム国際会議に投稿していた論文が不採択となり,海外発表を行わなかったため.国内での打ち合わせの回数が予定よりも少なくなったため.論文を修正し,現在再投稿中である.その旅費に当てる予定である.打ち合わせのための旅費として使用予定.
オジギ草の接触傾性に関与する生理活性物質に関する研究

オジギ草は、各種の刺激に対して、小葉が閉じ、葉柄が垂れ下がる接触傾性運動を示すことが知られている。この運動の発現には、化学物質が作用していることが明らかとなっているが、超微量の水溶性物質である為、分離が困難であり、今日まで活性本体の構造は末決定のままである。申請者は、この活性物質の構造を決定する為、種々のクロマトグラフィーを用いた分離法を確立し、その単離に成功したので以下に報告する。オジギ草(200Kg)のメタノール抽出物を水-酢酸エチル、次にn-ブタノールで分配し、活性物質を含む水溶性部(2Kg)を得た。この水溶性部をオジギ草の枝葉を用いた活性テストを指標して、セファデックスG-10、トヨパールHW-40を担体とした分子ふるい系カラムクロマトグラフィーにより粗分し、続いてトヨパールHW(SF)、MCIゲル、数種の逆相系の充填剤を用いた中圧クロマトグラフィーにより分離し、オジギ草に対して10^<-3>g/lの濃度で活性を示す分画500mgを得た。さらに、この分画をShodex OHpak B-2005,B-804及び各種ODSカラムを用いた高速液体クロマトグラフィーにより分離し、最終的には、46本のカラムを直列に連結して、数種の溶媒系を用いて繰り返し精製することにより、約0.2mgの活性物質を白色粉末として得ることに成功した。この活性物質は、10^<-6>g/l以下の低濃度で活性を示し、オジギ草の熱水抽出物の活性の強さを再現かつ説明できる初めての物質である。現在、この物質の^1H及び^<13>C-NMRスペクトルを測定し、得られたデータを詳細に解析することによって、活性物質の全構造の決定を急いでいる。また、各種誘導反応に必要な量を得る為に、活性物質の最終精製も進行中である。
前頭皮質・線条体システムのシナプス結合の定量的解析

前頭皮質のGABA作働性回路の特質を明らかにするため、(1)GABAニューロンのサブタイプごとのシナプス結合の特徴、(2)アセチルコリンのGABAニューロン・シナプス電流への作用、(3)皮質同期的活動時のタイプごとの発火様式を検討した。(1)サブタイプの一つであるFS細胞は、樹状突起、細胞体、スパインにシナプスを作っていたのに対して、マルティノッティ細胞は、主に細い樹状突起やスパインに結合していた。FS細胞とダブルブーケ細胞のシナプス結合面積は、後シナプスの樹状突起の大きさに比例して大きくなり、マルティノッティ細胞のシナプス面積は、後シナプスのスパインの大きさに応じて大きくなる傾向があった。(2)コリン作働性のアゴニストであるカルバコールやムスカリンは皮質細胞のGABA作働性電流の頻度を上昇させ、増加の時間的パターンには二種類あることがわかった。一つはアゴニストを与えている間、増加した抑制性電流がほぼ一定頻度で出現するもので、もう一つは抑制性電流が0.2ヘルツで周期的に増大するものである。近傍にある二個の皮質細胞の周期的増加は、バーストの開始や終了はずれることがあるがほぼ同期していた。皮質の抑制性ニューロン群には、興奮性ニューロンとは独立に0.1から0.3ヘルツのリズムをつくる機構が皮質内に内在的にあるとことが分かった。さらにGABA細胞のサブタイプであるソマトスタチン細胞が、ムスカリンによって内在的な性質でこの0.2ヘルツでリズムを作ることができることを明らかにした。(3)グルタミン酸の受容体のうち、NMDA受容体を刺激することで、錐体細胞の相互結合によって作られる0.1ヘルツと10ヘルツの興奮性電位のリズムを引き起こすことができた。この二つの興奮性リズムにおいては、錐体細胞、ソマトスタチン細胞、パルブアルブミン細胞はそれぞれ特徴的な発火パターンを示した。昨年度までに、前頭皮質のGABA作働性介在ニューロンである非錐体細胞を発火様式、軸索分布の特徴、カルシウム結合蛋白質やペプチドの発現パターンからいくつかのグループに分けた。今年度は、各ニューロンタイプごとにシナプス結合の特徴を調べるとともに、軸索やそのブトンの空間分布を定量化する試みを始めた。ホールセル記録して、細胞内通電パルスによって引き起こした発火の仕方から、FS細胞、LS細胞、non-FS細胞のどれに属するかを決めた後、バイオサイチンで細胞内染色を行い、電子顕微鏡観察用に包埋した。FS細胞と、non-FS細胞のダブルブーケ細胞とマルティノッティ細胞の軸索終末の後シナプス構造を調べ、シナプス結合部位の面積、前・後シナプス構造の大きさなどの定量化を試みた。解析したFS細胞は、軸索側枝を細胞の近傍に多くだし、さらに水平方向に軸索を伸ばし、また2、3本の下行性の側枝をだしていた。マルティノッティ細胞は軸索を一層まで伸ばし、多くの上行性の側枝がでていた。ダブルブーケ細胞の軸索側枝は主に下行性であった。FS細胞とダブルブーケ細胞は、樹状突起、細胞体、スパインにシナプスを作っていたのに対して、ダブルブーケ細胞は、主に細い樹状突起やスパインに結合していた。軸索やブトンの分布を解析するために、ニューロルシダを使って、これらをコンピューターにいれて定量化した。

また、層構造・コラム構造との関係を解析するためのソフトウエアの作成を試みた。これらをもとに今後、前頭皮質の神経結合の定量的解析を進めたい。前脳基底部からの大脳皮質へのコリン作動性入力は皮質の周期的・同期的活動に影響する。皮質内のGABAによる抑制がアセチルコリンによってどのような影響を受けるかを調べるために、スライス標本でラットの前頭皮質細胞からホールセル記録を行い、コリン作働性のアゴニストであるカルバコールやムスカリンによってGABA作働性の抑制性シナプス電流がどのように変化をするかを検討した。カルバコールやムスカリンは抑制性電流の頻度を上昇させたが、増加の時間的パターンには二種類あることがわかった。一つはアゴニストを与えている間、増加した抑制性電流がほぼ定頻度で出現するもので、もう一つは抑制性電流が平均して0.2ヘルツ(0.1から0.3ヘルツ)で周期的に増大するものである。後者の周期的に起きる抑制性電流のバーストの持続は平均2.2秒(1.2から4.3秒)で、バーストの中の単一シナプス電流の頻度は24ヘルツ(6から69ヘルツ)であった。どちらの抑制性電流の増加も、ムスカリン受容体、M1受容体の拮抗薬であるアトロピン、ピレンゼピンでそれぞれ抑えられたが、興奮性グルタミン酸受容体の拮抗薬では影響を受けなかった。近傍にある二個の皮質細胞の周期的増加は、バーストの開始や終了はずれることがあるがほぼ同期していた。一方、二個の細胞のバースト中の個々のシナプス電流の開始点の相互相関を調べると低かった。従って、複数のGABAニューロンがバースト期間中に同期して発火するが、バーストを起こすGABAニューロン間でスパイク発射レベルの時間的同期はしていないと考えられる。皮質の抑制性ニューロン群には、興奮性ニューロンとは独立に0.1から0.3ヘルツのリズムをつくる機構が皮質内に内在的にあると考えられる。前頭皮質のGABA作働性の介在細胞は、生理的・形態的・化学的特徴が異なる複数のサブタイプからできている。これらのサブタイプが、皮質局所回路て機能的にどのような役割をしているかを明らかにするために、アセチルコリンやグルタミン酸受容体を活性化させ、周期的・同期的活動をスライス標本で起こさせ、その時の各サブタイプの活動様式を調べた。一つは、アセチルコリンの受容体のサブタイプである、ムスカリン受容体を刺激することで、皮質細胞の抑制性電流を0.2ヘルツで周期的に増大さぜることができた。これは、抑制性ニューロンの発火で起きることがわかった。GABA細胞のサブタイプであるソマトスタチン細胞が、ムスカリンによって内在的な性質でこの0.2ヘルツでリズムを作ることができることを明らかにした。また、グルタミン酸の受容体のうち、NMDA受容体を刺激することで、錐体細胞の相互結合によって作られる0.1ヘルツと10ヘルツの興奮性電位のリズムを引き起こすことができた。この二つの興奮性リズムにおいては、錐体細胞、ソマトスタチン細胞、もう一つの主な介在細胞である、パルブアルブミン細胞はそれぞれ特徴的な発火パターンを示した。これらから、介在細胞はサブタイプごとに異なる機能的役割をしていると考えられた。次の段階として、各サブタイプの皮質神経回路内の機能的位置づけを明らかにするために、(1)軸索の分枝パターン、終末ブトンの空間・軸索上分布、
腫瘍内酸素濃度変動の定量計測に基づくがん放射線療法の最適照射条件の探索

本研究では腫瘍内の酸素濃度を発光をモニターするだけでリアルタイムに計測する診断システムを構築し、がんの放射線治療における照射の指針を与え得る分子システムの構築を試みた。具体的には、ルテニウム錯体の酸素濃度依存的なりん光発光を活用した酸素濃度定量プローブを作成すると共に、動物に投与し、腫瘍内の酸素濃度とその変動をリアルタイム計測できるか評価した。また、酸素濃度の計測ができた腫瘍から放射線を照射し、その殺細胞効果を評価することを目指した。固形がんなどの疾患部位には低酸素細胞が発生することが知られている。本年度は、まず、蛍光色素クマリン部を備えたルテニウム錯体(Ru-Cou)を作成し、細胞内酸素濃度変動のレシオ測定を試みた。ルテニウム錯体は、600 nm付近に発光極大をもつりん光を発する。このりん光は酸素分子により消光される一方、酸素が除去されると発光は回復する。すなわち、酸素濃度に対応した可逆的な発光挙動を示す。一方、クマリン部は470 nm付近に酸素非応答性の蛍光発光を示す。これらルテニウム錯体とクマリン分子の二つの発光を用いて、酸素濃度のレシオ測定が可能となる。合成したRu-Couをヒト肺がん細胞A549に投与した後、ルテニウム錯体ならびにクマリンの発光を共焦点顕微鏡で観察した。その結果、低酸素環境ではルテニウム錯体の発光、クマリンの発光が共に強く観測された。一方、酸素濃度を上げると、クマリンの発光は見られるものの、ルテニウム錯体の発光は大きく抑えられた。続いて、再度低酸素環境に戻すと、ルテニウム錯体の発光は回復し、クマリンの発光とともに強く観測された。これらの結果は、Ru-Couは酸素濃度変動をレシオ測定によって可視化する分子プローブとして機能することを示している。次に、細胞核内の酸素濃度を検出する分子プローブの構築を目的として掲げ、ルテニウム錯体に細胞核染色試薬であるヘキスト分子を導入した分子プローブを設計、合成した。数段階を経て、ルテニウムの配位子フェナントロリン基にヘキスト分子を導入した新規核内酸素濃度センサー(Ru-Hoechst)を合成した。Ru-HoechstをA549細胞に投与したところ、核内に取り込まれることを明らかにした。また、脱共役剤を用いて細胞内の酸素濃度変動を誘起したところ、核内の酸素濃度変化に伴って、Ru-Hoechstの発光強度が変化することを確認した。細胞核は、がん放射線治療の標的となるDNAを安定に保持する細胞内器官である。放射線によるDNAへのダメージと殺細胞効果は、酸素濃度に大きく影響されることから、核内の酸素濃度を計測することは非常に重要である。しかし、核へのプローブ分子の送達は核膜の透過が必要となるため難しく、これまでに細胞核を標的としての酸素濃度を計測する手法は確立されてこなかった。本年度は、腫瘍細胞内の酸素濃度計測法開発の一環として、腫瘍細胞内の核内酸素濃度を測定可能な分子プローブの開発に取り組んだ。酸素応答性のりん光を発するルテニウム錯体に核集積性を付与し、核内酸素濃度の変動を可視化することを試みた。Hoechst33258分子は速やかに核膜を透過し、核内のDNAと結合する性質を持つことから細胞核染色試薬として汎用されている。この特性をルテニウム錯体に付与することができれば、錯体は核内に送達され、核内の酸素濃度に応答したりん光を発するものと考えた。そこで、Hoechst33258を導入したルテニウム錯体(Ru-Hoechst)を核内酸素濃度検出プローブとして設計した。次に、Ru-Hoechstの機能をヒト肺がん細胞A549を用いて調べた。Ru-Hoechstを細胞に投与した後、蛍光顕微鏡で観察したところ、一部の細胞ではあるものの、細胞核に取り込まれ、ルテニウム錯体の発光が確認できた。培地中の酸素濃度を20%から0%へと変化させ、続いて酸素濃度を20%に戻したところ、酸素濃度の変化に応じてルテニウム錯体の発光が増減した。以上のように、Ru-Hoechstを用いて細胞核内の酸素濃度変動を可視化することに成功した。本年度は、放射線治療の標的となるゲノムが格納されている細胞核内の酸素濃度計測に成功した。また、開発した核内酸素検出プローブを用いることによって、細胞外部の酸素濃度変化によって核内の酸素濃度が変化することを明らかにした。これまでに、りん光プローブを化学修飾を用いて閣内に送達した例はなく、本研究によって細胞器官の新たな酸素濃度検出手法を提案できた。他方、細胞核は巨大なゲノムを安定に保持すると共に、ゲノム情報から機能の異なる分化細胞を作り出す仕組みを備えた動的な細胞内器官であり、細胞機能の重要な担い手である。核内酸素濃度の把握は、分化・発生のような高次レベルの生命現象への理解に結び付くことから、放射線治療だけでなく、生命科学の基礎研究にも本プローブは貢献できると期待している。平成28年度は、これまでに開発を進めてきた酸素プローブであるりん光発光性ルテニウム錯体の高感度化を目的として、同錯体にさらなる修飾を加えた。

具体的には、ルテニウム錯体と同程度のエネルギーレベルの三重項励起状態を示すピレン基にハロゲン基を導入するとりん光の酸素応答特性が向上することを明らかにしたりん光の酸素感受性は、ルテニウム錯体の三重項励起状態の寿命に大きく依存する。すなわち、長寿命化すれば酸素感受性は向上する一方、短寿命化すれば感受性は下がる。ピレン基の導入による酸素感受性の向上は、ルテニウム錯体ーピレン間のエネルギー移動とピレン基の長寿命励起状態に起因して生じると考えられている。そこで今回は、ピレン基にブロモ基を導入した誘導体を合成し、ルテニウム錯体のりん光の酸素感受性が変化するか調べた。ブロモ基を備えたRu錯体(Ru-PyBr)と参照化合物である無置換ピレン基をもつRu錯体(Ru-Py)の発光スペクトルを水溶液中の酸素濃度を変えて測定したところ、いずれの場合も、酸素濃度の増加に伴うりん光強度の減少が確認できた。また、Stern-Volmer plotを行い、Ksv値を算出したところ、Ru-PyBrが9045 M-1、Ru-Pyが6701 M-1となり、酸素感受性はRu-PyBrが高いことがわかった。これらの結果は、ブロモ基の導入により、エネルギーレベルの低いブロモピレン基へのルテニウム錯体からの三重項エネルギー移動が促され、りん光寿命が長寿命化したことを示唆している。また、腫瘍の放射線感受性を調査するために、担癌マウスを作成した。各種ルテニウム錯体を投与したところ、特にDNA鎖を基本骨格として持ち、かつ低酸素蓄積性のニトロイミダゾール基をもつDNA-Ruが腫瘍に集積し、酸素応答性のりん光を発することを確認した。現在、放射線感受性の検討を行う準備を進めている。本研究では腫瘍内の酸素濃度を発光をモニターするだけでリアルタイムに計測する診断システムを構築し、がんの放射線治療における照射の指針を与え得る分子システムの構築を試みた。具体的には、ルテニウム錯体の酸素濃度依存的なりん光発光を活用した酸素濃度定量プローブを作成すると共に、動物に投与し、腫瘍内の酸素濃度とその変動をリアルタイム計測できるか評価した。また、酸素濃度の計測ができた腫瘍から放射線を照射し、その殺細胞効果を評価することを目指した。当初の予定通り、本年度はルテニウム錯体の発光を利用した酸素センサーの構築を試みた。特に、レシオ型プローブおよび核内の酸素濃度を検出するプローブの合成は速やかに進み、それぞれ細胞質および核内に取り込まれることが確認できた。さらに、薬剤を用いて酸素濃度の変動を誘起したところ、予想どおりの応答を示したため。今後は、Ru-Hoechstを用いて細胞分裂時の細胞核における酸素濃度変化などを可視化し、放射線治療における酸素の役割を明らかにすることを目指す。また、他の細胞内器官内における酸素の変動と比較することにより、包括的に細胞機能と酸素の関係を明らかにしたいと考えている。さらに、実験動物の腫瘍組織における酸素濃度計測を試み、放射線治療における照射の最適環境を探索する。28年度が最終年度であるため、記入しない。生体分析化学引き続き、ルテニウム錯体の骨格をもつ酸素センサーを合成する。また、機能が確認できた誘導体を担癌動物に投与し、腫瘍の酸素濃度を測定できるか確認する。当初は合成した分子プローブの細胞実験による機能評価を2015年秋ごろから行う予定であったが、細胞実験の実施許可がおりたのが12月頃にずれ込んだため、細胞実験用の経費が次年度使用額として生じた。今年度から本格化する細胞実験および動物実験などの生化学実験の諸費用として使用する予定である。
ケミカルバイオロジーによるアルツハイマー病治療薬創製を目指した分子基盤解明

γセクレターゼはアルツハイマー病発症に決定的な役割を果たすAβペプチドの産生を担う膜内配列切断プロテアーゼであり、その活性制御法は根本的治療法に結び付くことが期待されている。申請者は低分子化合物を用いたケミカルバイオロジー・構造生物学的研究を駆使し、その活性を制御する新たな分子機構を見出し、阻害薬のラショナルデザインに成功した。本研究成果は、将来的に新規アルツハイマー病治療薬の創薬の礎となることが期待される。高齢化社会を迎え、認知症の原因として最も頻度が高いアルツハイマー病(AD)に対する根本的治療・予防薬の必要性が高まっている。γセクレターゼは、AD発症機構に決定的な役割を果たすAβペプチドの産生を担うプロテアーゼであり、その活性制御によるAβ産生抑制は根治的AD治療法として最も有望な方法と考えられている。このためγセクレターゼの切断機構の理解と、その分子基盤に基づいた低分子阻害剤の開発は、画期的なAD治療・予防薬に至ることが期待されている。当該研究においては、薬学というマルチディシプリナリーな研究背景を生かし、低分子化合物を分子プローブとして利用するケミカルバイオロジーを基点とし、生化学・分子細胞生物学・薬理学・構造生物学を駆使し、γセクレターゼ阻害剤の作用点と分子機構を明らかにすることを目的として研究を進める。γセクレターゼは、アルツハイマー病(AD)発症機構に決定的な役割を果たすAbetaペプチドの産生を担うプロテアーゼであり、その活性制御は根本的治療法に結び付くことが期待されている。しかし同時にγセクレターゼはNotchなど様々な一回膜貫通型蛋白の切断・シグナル伝達にも関与している。そのため単純な活性阻害では重篤な副作用が生じることが明らかとなっており、AD治療においてはAbeta産生特異的なγセクレターゼ活性の制御法開発が求められている。現在までにいくつかの基質特異性を持つ低分子化合物が同定されているが、しかしその分子機構は明らかではない。申請者は本研究課題において、γセクレターゼの生化学・分子生物学、さらには低分子化合物を用いたケミカルバイオロジー・構造生物学的研究を駆使し、γセクレターゼに基質特異性を付与する分子機構の解明を目的として研究を遂行した。今年度においては、特に光親和性標識プローブ化したスルホンアミド型阻害剤について解析を行い、ICD産生に比べてAbeta産生を優位に抑制すること、またその標的分子候補を複数見出した。またシステインスキャニング法によって明らかとなったPSの構造に対して、AD発症にかかわるAbeta42産生を特異的に変化させるγセクレターゼモジュレーターについて解析を行い、これらの化合物が活性中心ポアに構造変化を起こさせ、活性に変化を与える可能性を見出した。また蛍光標識したγセクレターゼ阻害剤を用いた活性染色法の確立を目指し検討を行った。γセクレターゼは、アルツハイマー病(AD)発症機構に決定的な役割を果たすAβペプチドの産生を担うプロテアーゼであり、その活性制御は根本的治療法に結び付くことが期待されている。そのため単純な活性阻害では重篤な副作用が生じることが明らかとなっており、AD治療においてはAβ産生特異的なγセクレターゼ活性の制御法開発が求められている。今年度においては、βアミノ酸をビルディングブロックとするヘリックスペプチドがγセクレターゼ阻害剤となることを見出し、その改変を行ってAβ42を優位に抑制するペプチドの創成に成功した。またNotchシグナルを抑制することなくAbeta産生を抑制するγセクレターゼモジュレーターの新規骨格を持つ化合物群の開発に成功した。一方、Notchシグナルを抑制するγセクレターゼ阻害剤が抗がん活性を発揮すると同時に抗血管新生作用を持つことを生体を用いて示した。また化合物の標的分子同定において効率良く精製を行うことが可能となる新規ニトロベンゼンする本リンカーの開発に成功した。ニカストリンを標的とするモノクローナル抗体を元に改変を行い、その単鎖抗体がγセクレターゼを不安定化させることを見出し、ニカストリンが阻害剤の標的分子となりうることを示した。

現在までにいくつかの基質特異性を持つ低分子化合物が同定されているが、しかしその分子機構は明らかではない。申請者は本研究課題において、γセクレターゼの生化学・分子生物学、さらには低分子化合物を用いたケミカルバイオロジー・構造生物学的研究を駆使し、γセクレターゼに基質特異性を付与する分子機構の解明を目的として研究を遂行した。今年度においては、活性中心サブユニットプレセニリンの構造活性相関解析を進め、第一・四膜貫通領域が活性中心ボアの形成に関与し、第二・六膜貫通領域が基質認識に関わっていることを明らかにした。またケミカルバイオロジー的手法により、Aβ産生を優位に抑制する第二世代γセクレターゼ阻害剤が第六親水性ループに、凝集性の高いAβ42産生を特異的に抑制するγセクレターゼモジュレーターが第一膜貫通領域に結合することを明らかにした。各種セクレターゼ阻害剤のカクテル療法が高効率なAβ産生低下につながることを示した。γセクレターゼは、アルツハイマー病(AD)発症機構に決定的な役割を果たすAβペプチドの産生を担うプロテアーゼであり、その活性制御は根本的治療法に結び付くことが期待されている。しかし同時にγセクレターゼはNotchなど様々な一回膜貫通型蛋白の切断・シグナル伝達にも関与している。そのため単純な活性阻害では重篤な副作用が生じることが明らかとなっており、AD治療においてはAβ産生特異的なγセクレターゼ活性の制御法開発が求められている。当該年度においては、システインケミストリーを利用して活性中心サブユニットプレセニリンの第三膜貫通領域がやはり活性中心を構成していることを明らかにした。またAβ42産生を上昇させるγセクレターゼモジュレーターFenofibrateがGSM-1と同様にプレセニリンの第一膜貫通領域に結合し、活性中心構造に直接影響をあたえることを見出した。またその機能解析の過程で、第一膜貫通領域がγセクレターゼによる切断において基質と直接相互作用し最終産物の切断長を決定するドメインであることを明らかにした。この第一膜貫通領域の構造を安定化するモノクローナル抗体がγセクレターゼ阻害剤となることを示した。一方、プレセニリン内腔側に存在する親水性第一ループが基質認識に必要な領域であること、APPの内腔側領域がAβ産生に必要であることを明らかにし、γセクレターゼによる基質認識過程において内腔側に重要な領域が存在することを見出した。
eQTLデータベースを活用した新規関節リウマチ治療戦略の検討：CD83を焦点に

ゲノムワイド関連解析(Genome wide association study: GWAS)によって、関節リウマチ(RA)と関連するリスク多型が同定されている。これらのリスク多型の多くは、タンパク質のアミノ酸配列には影響を与えず、特定の細胞種・特定の刺激条件下で遺伝子発現に影響を与え、疾患の発症に関与していると考えられている。そのため、遺伝子発現に影響を与える多型(expression quantitative trait locus: eQTL)を解析することで、リスク多型が、どの細胞でどのような遺伝子に影響を与えるか明らかにすることができ、病態生理の解明につながると考えられる。申請者らは、日本人末梢血の免疫担当細胞のeQTLカタログを既に作成し(Nat Genet. 2017;49:1120-1125)、本研究においては、そのカタログとGWASの情報を統合することにより、関節リウマチの新たな治療ターゲットをなり得る候補分子を同定し、その機能解析を行っている。今年度は、まずB細胞上のCD83に着目した。CD83遺伝子の近傍の遺伝子多型が、RAに関連することは以前から報告されており(Okada et al. Nat Genet 2012;44:511.)、今回のeQTLカタログを参照すると、このリスク多型は、B細胞上のCD83の発現を低下させる。公共データベースのデータを参照することにより、このeQTL効果は、B細胞特異的に、CD83遺伝子上流へのNFκBの結合が変化することによって生じると推測された。また、健常人末梢血において、リスク多型の有無によりB細胞分画に変化が見られ、CD83はヒトB細胞の分化に重要である可能性が示唆された。当初2019年度に予定していた刺激されたCD4陽性T細胞のeQTLデータベースの構築、および、それをもとにした他の候補分子の同定・機能解析については、当初の予定より早く進行し、データベースの構築は、ほぼ完了した。本データベースによると、関節リウマチにおけるメトトレキサート反応性と関連するリスク多型の一つは、活性化されたCD4陽性T細胞における遺伝子Xの発現に影響を与える。そのため、遺伝子Xが、関節リウマチの病態、メトトレキサートの作用に重要である可能性が推測される。遺伝子XのヒトCD4陽性T細胞における機能の報告は乏しく、現在siRNAなどにより試験管内でヒトCD4陽性T細胞における遺伝子Xの解析を開始した。今後は、刺激されたCD4陽性T細胞のeQTLデータベースから同定された、RA治療ターゲットの候補分子の機能解析を中心に行う予定である。具体的な候補分子としては、まずは遺伝子Xに関する検討を継続する。また、eQTLデータベースからは、RAのリスク多型は、刺激されたCD4陽性T細胞における遺伝子Yの発現に影響を与えると推測される。遺伝子Yは、RAの病態において、主に関節局所の滑膜線維芽細胞・マクロファージにおいて着目されていた分子であるが、CD4陽性T細胞においても重要である可能性も示唆される。今後、試験管内でCD4陽性T細胞における遺伝子Yの機能解析も行う予定である。今後は、刺激されたCD4陽性

T細胞のeQTLデータベースから同定された、RA治療ターゲットの候補分子の機能解析を中心に行う予定である。具体的な候補分子としては、まずは遺伝子Xに関する検討を継続する。また、eQTLデータベースからは、RAのリスク多型は、刺激されたCD4陽性T細胞における遺伝子Yの発現に影響を与えると推測される。遺伝子Yは、RAの病態において、主に関節局所の滑膜線維芽細胞・マクロファージにおいて着目されていた分子であるが、CD4陽性T細胞においても重要である可能性も示唆される。今後、試験管内でCD4陽性T細胞における遺伝子Yの機能解析も行う予定である。物品費を節約したため次年度使用額が生じた。次年度の試薬購入に使用する予定である。
ビス(ホスフィン)ボロニウム塩を利用するかさ高いジホスフィン類の新規合成法の開発

本研究はかさ高いジホスフィン配位子の新規合成法を開発する目的で行ってきた。近年、かさ高いホスフィン配位子を用いた各種遷移金属触媒反応が盛んに研究され、かさ高いホスフィン配位子の有用性が示されている。しかし、それ自身の立体障害のため合成が困難である。特に、かさ高いジホスフィン配位子に関してはその構造が制限され、これまでに十分な議論が行われていなかった。そこで、私は今までに合成が困難であった隣接位に二つのホスフィノ基を有するジホスフィノベンゼン誘導体の合成法の開発研究を行った。前年度に確立した"ビス(ホスフィン)ボロニウム塩を利用したかさ高いジホスフィノベンゼン誘導体の合成法"を用いて合成した各種ジホスフィン化合物についてその有用性を確認する意味から、種々の遷移金属触媒反応への適用を検討した。ビス(ジ-tert-ブチルホスフィノ)ベンゼンはオレフィン類のパラジウム触媒ヒドロエステル化反応にて高い位置選択性で直鎖型の生成物を与えている。また、リン原子上に不斉中心を有するジホスフィンのロジウム錯体については、デヒドロアミノ酸をはじめとするエナミド類の不斉水素化をきわめて高い活性と選択性にて触媒することが明らかにした。また、芳香族複素環化合物の不斉水素化においては、イリジウム錯体が2-置換キノリン誘導体の不斉水素化を90%の不斉収率にて触媒することが明らかになった。ジホスフィン合成の鍵中間体として合成したビス(ホスフィン)ボロニウム塩に関しても、銅触媒によるアルデヒド類へのアルキル亜鉛の1,2-付加反応において、初期検討ながら60%以上の不斉収率を与えることを確認している。かさ高いジホスフィン配位子はその有用性が示されているものの、それ自身の立体障害のため合成が困難である。特に隣接位に二つのホスフィノ基を有するジホスフィノベンゼン誘導体の合成については現在に至るまでごく少数の例が報告されるのみであった。そこで、私は二つのホスフィンをホウ素で架橋したビス(ホスフィン)ボロニウム塩を開発し、これらを新しいジホスフィン合成用のビルディングブロックとして用いた。脱プロトン化したビス(ホスフィン)ボロニウム塩に、求電子剤としてオルトジフルオロベンゼンη6-クロム錯体を反応させることにより、連続的な芳香族求核置換反応を起こすことが可能となり、オルトジホスフィノベンゼン中間生成物を合成することができた。さらに、クロロベンゼン中フッ化テトラブチルアンモニウムを70°Cで反応させることにより脱ボロニウム化を行い、目的とするオルトジホスフィノベンゼンの合成に成功した。光学活性なビス(ホスフィン)ボロニウム塩を用いることにより光学活性なオルトジホスフィノベンゼン化合物の合成も可能である。さらに本反応の改良として、ビス(ホスフィン)ボロニウム塩を用いない合成法も開発した。この改良により、調製が比較的煩雑であった光学活性ビス(ホスフィン)ボロニウム塩を用いることなく容易に光学活性なオルトジホスフィノベンゼン化合物を合成することができるようになった。また、本題の研究課題を遂行している間に、オルトジフルオロベンゼンη^6-クロム錯体に過剰の脱プロトン化した二級ホスフィンを作用させるとパラビス(ボラナトホスフィノ)ベンゼンが得られることを見出した。本反応では二分子目の求核剤がテレ芳香族求核置換反応にて導入されている。このようなアレーンクロム錯体へのテレ置換反応は数例報告があるが限られた求核剤での報告のみであった。そこで私は求核剤として各種ホスフィン化合物を利用し、テレ芳香族求核置換反応によるパラビス(ボラナトホスフィノ)ベンゼンの合成を実施するとともに、その反応機構について、解析を行った。
デンドリマーに包接された金属ナノクラスターを反応場とする炭素―炭素結合の形成

デンドリマーは明確な構造と単一の分子量を有する巨大分子であり、その特異な構造に由来して特徴的な物理的、化学的性質を有する。特に、デンドリマー内部に金属を導入することは新規な機能発現の面から注目を集めている。もし、デンドリマーの内部にFT合成反応に一般的に用いられるFeやCo等のナノクラスターを合成できれば、非常に均一な反応場が形成されるため、特異な活性や選択性が期待できる。このような研究を行なう上で、通常の担体上に形成させた金属クラスターのサイズとその活性、選択性との関係を明らかにすることは、基礎的な知見を得るという意味で重要である。そのため、昨年度はSiO2担持Co触媒を種々のCo前駆体を使用して調製し、担体上の金属CoクラスターのサイズとFT合成活性との関連を検討した。その結果、調製した触媒のCO転化率はCo前駆体の種類によって異なることが明らかとなった。さらに、各触媒のCo周囲の微細構造をCo K-edge EXAFSによって調べたところ、金属Coクラスターの微細構造も前駆体の種類に依存して異なることが示された。この結果に基づき、本年度は各触媒の金属Coクラスターのサイズ(分散度)をH_2吸着量測定法により調べ、表面Co当たりのCO転化率(TOF)と金属Coクラスターのサイズとの関連を調べた。その結果、H_2吸着量は前駆体の種類に依存して異なること、H_2吸着量が多い触媒ほど高いCO転化率を示すことが分かった。つまり、金属CoクラスターのサイズはCo前駆体の種類に依存して異なるが、TOFはクラスターサイズに依存しないことが分かった。一方、生成物選択性とクラスターサイズとの関連を調べたところ、金属Coクラスターのサイズが大きい触媒ほどCH_4の選択率が低く、ワックス分の選択性が高い傾向を示すことが明かとなった。本年度は,デンドリマーの内部に導入された金属ナノクラスターをFT合成触媒に用いるための基礎的な知見(金属クラスターのサイズと活性,選択性との関係)を得るため,通常のシリカ担体上に様々な方法で金属Coクラスターを生成させ,そのFT合成活性,選択性を調べた。これまで,シリカ上に金属Coクラスターを生成させるためCoの硝酸塩あるいは酢酸塩をシリカに含浸した後,それをH_2で還元するという方法が行なわれてきた。酢酸塩を用いたほうがより微小のCoクラスターが生成するが,これはシリカとの相互作用が強いため,容易に還元されず,結果的に低い活性しかえられない。一方,硝酸塩と酢酸塩を混合したものを用いると,単独の塩を用いた時より高い活性が得られる。これは,はじめにCo硝酸塩が金属Coに還元され,そこで生成したスピルオーバーH_2がCo酢酸塩の還元を促進するためと推定されている。本研究では,酢酸塩の還元をさらに効果的に行なうため,これまでより高い温度(これまでは673K,本研究では573K-873K)で還元した時のFT合成活性,選択性を調べた。反応はすべてスラリー床式反応装置を用いて行なった。硝酸塩を用いて調製した試料の活性(CO転化率)は,773K以上でH_2処理した時のほうが673Kの時より低かった。これに対して,酢酸塩および硝酸塩と酢酸塩の混合物を用いて調製した試料の活性は,773Kで処理した時のほうが673Kの時より高く,H_2処理温度が773Kを超えた時の活性は673Kの時のものより低かった。興味深いことに,773Kで還元した場合,酢酸塩を用いて調製した試料の活性は混合物を用いて調製したものとほぼ同じであった。また,生成物はいずれも主として直鎖のn-パラフィンで,連鎖成長確率は約0.9とこれまで報告されているものと同程度であった。還元した試料のEXAFSを測定し,Coクラスターの微細構造を調べた結果,混合物を用いて調製した試料の場合,773Kで還元することにより,金属Coクラスターが凝集することなく,Co酸化物の割合が減少することが分かった。一方,酢酸塩を用いた試料の場合は,673Kで処理しても大部分のCoは酸化物として存在しており,773Kでようやく一部のCoが金属クラスターとして存在することが明かとなった。この金属Coクラスターは混合物を用いて調製したものと比較すると,きわめて微小であった。EXAFSの結果は、TOFがクラスターサイズに依存する可能性があることを示している。一方,生成物選択性はクラスターサイズに依存しない。

その結果、調製した触媒のCO転化率はCo前駆体の種類によって異なることが明らかとなった。さらに、各触媒のCo周囲の微細構造をCo K-edge EXAFSによって調べたところ、金属Coクラスターの微細構造も前駆体の種類に依存して異なることが示された。この結果に基づき、本年度は各触媒の金属Coクラスターのサイズ(分散度)をH_2吸着量測定法により調べ、表面Co当たりのCO転化率(TOF)と金属Coクラスターのサイズとの関連を調べた。その結果、H_2吸着量は前駆体の種類に依存して異なること、H_2吸着量が多い触媒ほど高いCO転化率を示すことが分かった。つまり、金属CoクラスターのサイズはCo前駆体の種類に依存して異なるが、TOFはクラスターサイズに依存しないことが分かった。一方、生成物選択性とクラスターサイズとの関連を調べたところ、金属Coクラスターのサイズが大きい触媒ほどCH_4の選択率が低く、ワックス分の選択性が高い傾向を示すことが明かとなった。
芳香族アミンの酵素重合とポリマーの磁気的性質

窒素などのヘテロ原子で連結された芳香族環を有するポリマーは、その酸化によって不対電子が生成し、その分子内配置がOvchinnikov則を満たすとき磁性の発現が期待される。このような新規の有機磁性材料の合成を目的として、西洋わさび由来のペルオキシダーゼを触媒として、過酸化水素を酸化剤に用いてフェニレンジアミン類の酸化重合を水/1,4-ジオキサンの混合溶媒系で行った。各種の反応条件の効果を検討した結果、ポリマー収率は溶媒組成に強く依存し、ジオキサン濃度が15-30%で80%以上の収率を得た。円二色性スペクトルの測定から、溶媒組成による収率の変化は、主に高次構造の変化による酵素活性の変化に起因すると考えられる。重合中または重合後に反応溶液をステンレススチールと接触させると、微量の鉄およびニッケルがポリマー中に包含された。これらのポリマーについて超伝導量子干渉計(SQUID)による磁気測定を行った。m-フェニレンジアミンからのポリマーの磁化ー磁場曲線は300-800KでS字型となるが残留磁化および保磁力を示さず、軟強磁性的挙動を示した。o-およびp-フェニレンジアミンからのポリマーも同様の挙動を示したが、飽和磁化の値はm-フェニレンジアミンポリマーより低下した。これらの結果から、フェニレンジアミンポリマーは微量の鉄またはニッケルと錯体を形成し、軟強磁性材料となり得る事が示された。窒素などのへテロ原子で連結された芳香族環を有するポリマーは、その酸化によって不対電子が生成し、その分子内配置がOvchinnikov則を満たすとき磁性の発現が期待される。このような新規の有機磁性材料の合成を目的として、西洋わさび由来のペルオキシダーゼを触媒として、過酸化水素を酸化剤に用いてフェニレンジアミン類の酸化重合を水/l,4-ジオキサンの混合溶媒系で行った。高濃度のジオキサン中では、ベルオキシダーゼの高次構造が変化することが円二色性スペクトルの変化から明らかにされた。すなわち、溶媒組成による収率の変化は、酵素構造の変化を反映すると考えられる。ポリマーの赤外吸収スペクトルから、ぴおよびpフェニレンジアミンのポリマーは、二置換ベンゼン核をかなり保持していることが示され、これはポリマーの成長が主に窒素-窒素結合により進行することを示唆すると思われる。これらのポリマーの一部は、磁場に反応するため詳細な磁気測定を行っている。一方、イソオクタン中で界面活性剤(AOT)が形成する逆ミセル中でフェニレンジアミンの酸化重合を行った。この場合酵素的にも、また非酵素的にも反応が進行することを見出した。すなわち、逆ミセルは一種の人工酵素としての作用をし、また逆ミセル中では有機溶媒が大量に存在するにもかかわらず酵素はその本来の高次構造を保持することを見出した。