hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
双方向性神経成熟度変化のメカニズム解明とその制御

我々はこれまでに顕著な行動異常のプロファイルを示す遺伝子改変マウスに共通する脳内表現型として「非成熟歯状回」を見出している。本研究では、神経成熟度の双方向性変化が生じるメカニズム解明とその制御法の開発を目的として、各種の先端的手法を用いて検討を行った。インフォマティクス的解析により「非成熟歯状回」が生じる過程で変動している遺伝子群について新規の知見を得たほか、光遺伝学的手法より脱成熟が固定化する条件を明らかにした。初年度(H25.10H26.3;本課題はH25年10月末に繰り上げ採択)は、実験に用いるマウスの繁殖を行い、以下の各種実験の準備や予備的実験を行った。(1)「非成熟歯状回(immature dentate gyrus; iDG)」を引き起こす必須のコモンパスウェイを検討するため、iDGを示すマウス(iDGマウス)複数系統の遺伝子発現データにおいてイオインフォマティクス解析を行い、共通して生じている分子変化の絞り込みを開始した。(2)神経成熟度を薬物や各種刺激により自在に制御する方法の探索のため、同実験に用いるiDGマウスの繁殖を進めた。部位特異的遺伝子改変による神経成熟度の制御:iDG化を引き起こすことが知られている遺伝子(Shn2、カルシニューリン、αCaMKIIなど)について部位・細胞種特異的(歯状回、前脳、アストログリアなど)ノックアウトマウスの作製を開始。各種脳領域・細胞種特異的Creマウスと各種floxedマウスの掛け合わせと繁殖を進めた。(3)神経細胞の双方向性の成熟度の変化が神経細胞の形態に及ぼす効果の解析のため、3D電顕コネクトーム解析のためサンプルの準備や観察条件の最適化などの準備を進めた。前年度に引き続き以下の項目を進めた。(1)神経の双方向性成熟度変化の分子機序解明:「非成熟歯状回」を引き起こす必須のコモンパスウェイの検討のため、バイオインフォマティクス解析により複数の「非成熟歯状回」を示すマウス(iDGマウス)で共通して生じている分子変化を絞り込みをインフォマティクスツール・NextBio(米イルミナ社)を用い進めた。(2)神経成熟度を自在に制御する方法の探索と確立:部位特異的遺伝子改変による神経成熟度の制御方法の探索のため、iDG化を引き起こすことが知られているShn2遺伝子について前脳特異的ノックアウトマウスの作製を進めた。各種脳領域・細胞種特異的Creマウスとfloxedマウスの掛け合わせについても準備中。(3)神経細胞の双方向性成熟度変化の機能的意義の解明:Shn2 KOマウスについて3D電顕コネクトーム解析の準備を実施。前脳特異的Shn2 KOマウスについて網羅的行動解析を実施中。(1)神経の双方向性成熟度変化の分子機序解明:iDGマウスで共通して生じている分子変化の候補(炎症関連パスウェイなど)を複数見出した。(2)神経成熟度を自在に制御する方法の探索と確立:Shn2遺伝子について前脳特異的ノックアウトマウスは作製済み。各種脳領域(歯状回、線条体)・細胞種(アストログリア)特異的Creマウスとfloxedマウスの掛け合わせについては、特異性などを確認中。(3)神経細胞の双方向性成熟度変化の機能的意義の解明:Shn2 KOマウスについて3D電顕コネクトーム解析の準備を実施中。データ解析前脳特異的Shn2 KOマウスについて網羅的行動解析を行っている。(1)神経の双方向性成熟度変化の分子機序解明:iDGを引き起こす必須のコモンパスウェイの検討のため、バイオインフォマティクス解析により複数の「非成熟歯状回」を示すマウス(iDGマウス)で共通して生じている分子変化を絞り込みなどを進めた。(2)神経成熟度を自在に制御する方法の探索と確立:部位特異的遺伝子改変による神経成熟度の制御方法の探索のため、iDG化を引き起こすことが知られているShn2遺伝子について部位・細胞種特異的(歯状回、アストログリアなど)ノックアウトマウスの作製などを進めた。各種脳領域・細胞種特異的Creマウスとfloxed-Shn2マウスの掛け合わせと繁殖などを行った。(3)神経細胞の双方向性成熟度変化の機能的意義の解明:Shn2 KOマウス歯状回サンプルについて3D電顕コネクトーム解析を実施したほか、上記(2)の部位特異的遺伝子改変マウスについて網羅的行動解析を行い、各部位特異的遺伝子改変の行動レベルでの影響の検討などを行った。(1)神経の双方向性成熟度変化の分子機序解明iDGマウスで共通して生じている分子変化を絞り込みを進めた。炎症・免疫応答関連など関連が示唆される複数の候補パウスェイを見出している。(2)神経成熟度を自在に制御する方法の探索と確立Shn2遺伝子について各種脳領域・細胞種特異的Creマウスの掛け合わせと繁殖を行い、歯状回、線条体、アストロサイト特異的KOマウスを作製した。線条体、アストロサイト特異的KOマウスについては部位特異性を検証中。また、各マウスについて歯状回の成熟度を検討した。(3)神経細胞の双方向性成熟度変化の機能的意義の解明Shn2 KOマウス歯状回サンプルについて3D電顕コネクトーム解析を実施し、データ解析中。上記(2)の部位

特異的Shn2 KOマウスについて網羅的行動解析を行った。(1) [神経の双方向性の成熟度変化の分子機序の解明]・iDGを引き起こす必須のコモンパスウェイの検討:バイオインフォマティクスツール・BaseSpace (イルミナ)を用いたバイオインフォマティクス的解析により、非成熟歯状回で変動している遺伝子群の絞り込みを進めた。(2) [神経成熟度を薬物や各種刺激により自在に制御する方法の探索と確立]・部位特異的遺伝子改変による神経成熟度の制御:部位特異的遺伝子改変による神経成熟度の制御:Shn2遺伝子について各種脳領域・細胞種特異的Creマウスの掛け合わせたマウスについて繁殖を進め、部位特異性を検証した。線条体特異的KOマウスについては部位特異性が得られなかった。前頭葉および歯状回特異的KOマウスについて歯状回の成熟度を検討したが、顕著なiDG化は認められなかった。(3) [神経細胞の双方向性成熟度変化の機能的意義の解明]・成熟度の変化が神経細胞の形態に及ぼす効果の解析:非成熟歯状回では、遺伝子発現や神経細胞の電気生理学的興奮性が大きく変化していることから、シナプス、スパイン、樹状突起などの形態的変化も生じていることが予測される。Shn2欠損マウスの歯状回ニューロンについて、3D電顕コネクトーム解析により神経細胞の形態的変化を詳細に調べた。スパインやミトコンドリアに形態異常が生じている可能性が示された。・神経成熟度の変化が各種行動に及ぼす効果の解析:部位・細胞種ごとの神経成熟度が行動レベルでどのような効果を持つか、上述の部位特異的遺伝子改変マウスにおいて行動解析を実施した。歯状回特異的Shn2欠損マウスについて網羅的行動テストバッテリーにより行動表現型を調べた。(1) [神経の双方向性の成熟度変化の分子機序の解明]バイオインフォマティクス的解析により、非成熟歯状回が生じる過程で変動している遺伝子群について新規の知見を得た。(2) [神経成熟度を薬物や各種刺激により自在に制御する方法の探索と確立]作製した歯状回特異的な遺伝子改変マウスにより、iDGマウスの示す様々な表現型の発現において歯状回が果たす役割についてより詳細に評価できるようになった。(3) [神経細胞の双方向性成熟度変化の機能的意義の解明]3D電顕コネクトーム解析により、細胞レベルでの表現型について新たに知見を得た。(1) [神経の双方向性の成熟度変化の分子機序の解明]バイオインフォマティクスツール・BaseSpace (イルミナ)を用いたバイオインフォマティクス的解析により、非成熟歯状回で変動している遺伝子群の絞り込みを行い、i非成熟歯状回を引き起こす必須のコモンパスウェイの検討を進めた。(2) [神経成熟度を薬物や各種刺激により自在に制御する方法の探索と確立](1)で絞り込みを行ったパスウェイの中から、神経成熟度を制御できる可能性のある分子を検討し、薬剤投与により神経成熟度の制御を試みた。
エピゲノム情報のプロファイリングによる種子エピジェネティクスの分子基盤の確立

ゲノムDNAのメチル化やヒストンのメチル化・アセチル化・リン酸化は、塩基配列に基づかない遺伝情報(エピゲノム情報)として体細胞分裂や世代の壁を超えて伝達・維持される。しかし、植物体、特に種子の状態から発芽後までのエピゲノムのダイナミズムとしての情報は充分に得られていない。本研究では、イネ種子における野生型と遺伝子組換え型種子を実験モデルに使用し、それらの種子一粒毎についてそのゲノムDNAのメチル化パターンとヒストン修飾パターンを分析し、それらのデータを統合して多変量解析した。その結果、植物体への異種遺伝子導入は、イネ種子のゲノムに野生株とは異なるメチル化をもたらしていることが示唆された。遺伝子組換え種子ゲノムの修飾パターンを解析し、得られた情報を申請者らが開発した新しい多変量解析法であるPrincipal Component Similarity(PCS,主因子類似性解析)を用いてプロファイリングし、種子エピゲノムのダイナミズムとしての情報の取得を試みた。初年度では、植物体への異種遺伝子導入は、イネ種子(玄米)のゲノムに野生株とは異なるメチル化をもたらしていることを見出した。異種遺伝子導入が種子エピゲノムに及ぼす影響については、種子一粒毎のゲノムDNAメチル化パターンをバイサルファイトシーケンシングにて解析し、種子が発芽する際に最もその影響が強く表れると推測される結果を得た。解析し得られたゲノムDNAメチル化パターンを利用して、メチル化感受性制限酵素処理後のDNAを鋳型にリアルタイムPCR解析によるDNA配列のメチル化量の定量及びLC/MS/MS解析による修飾核酸量の定量を行った。得られたデータは、PCSプログラムによって解析した。最終年度においては、初年度で構築した種子DNAメチル化解析法に基づいて、供試玄米種子の発芽前後における様々な外的環境因子が遺伝子修飾に及ぼす影響について調べた。環境因子としては、温度、pH、薬剤、紫外線や溶存酸素濃度を設定した。野生株とGM株の種子間でのゲノム遺伝子のメチル化やヒストンの修飾様式のバラエティーに加えて、それらの修飾と排除、及び、付加した官能基の種類についても調べた。野生株とGM株種子中に存在するエピゲノムをPCSプログラムによって解析したことでこれまでにない種子を判別する情報を得ることができた。得られた結果は、GM検知法の新展開や作物へのGM技術の応用に関する情報を提供するものと期待される。初年度は、植物体への異種遺伝子導入は、イネ種子(玄米)のゲノムに野生株とは異なるメチル化をもたらしていることを見出した。近年、GM技術が新たな育種手法として認知されるようになったが、作物管理の不手際やコンプライアンスの欠如は、遺伝子情報の付帯しない未承認GM作物の市場での氾濫をもたらすに至る可能性がある。我が国では、安全性未審査のGM作物の流通は食品衛生法により認められていない。現在、安全性審査済みのGM作物の検出については、定性PCR法やリアルタイムPCR法(「GM食品の安全性について2011」、厚労省医薬食品局食品安全部)が確立しているが、未承認GM作物については、標的とすべきコンストラクト構造が不確定であることから、未だ手探りの状態が続いているのが現状である。そのような中で、玄米の野生種子とGM種子を調べたところ、ゲノムのメチル化パターンがまったく異なっていることを発見した。種子一粒毎についてそのゲノムDNAのメチル化パターンとヒストン修飾パターンを分析し、それらのデータを統合して多変量解析(PCS解析)し、エピゲノム情報としてのプロファイリングを行い、種子エピジェネティクスの分子基盤の確立を行った。乾燥状態の種子のゲノムDNA試料は、イネ由来actin1プロモーター制御下でGFPを発現させるコンストラクト構造を持つpSTARAR-4-sGFP及びpSTARA R-5-sGFPプラスミドを導入したGMと非GM日本晴イネの玄米から調整した。GMと非GM種子は、すでにGFPを発現・非発現が確認された株より収穫されたものを使用したため、容易に実験を開始することが可能であった。actin1プロモーターは、日本晴ゲノム解析より得られた配列を基にDNAメチル化修飾パターンをバイサルファイト法を用いて内在型と導入型で比較することができた。また、同様にイネとは別のシロイヌナズナ由来ALSプロモーターを有するpSTARA A-2-sGFPを導入したGM玄米のALSプロモーター及びactin1プロモーターを解析することが可能であった。内在型配列は、公開されているゲノムDNA配列を、また、GMイネに導入されたコンストラクト配列は、インプランタイノベーションズ(株)から提供されたものを参照し解析を遂行することができた。DNAメチレーション部位の特定は、MSAP法とバイサルファイト処理を行ったDNAをシーケンス解析するBSS法を使用することで広範囲の解析が可能であった。

得られたメチル化配列は、次のリアルタイムPCR用のメチル化及び非メチル化特異的プライマーの設計に供し、リアルタイムPCRを繰り返し、多変量解析に必要なデータを収集することが可能であった。また、ヒストン修飾のプロファイリングは、化学修飾特異的かつヒストンバリアント特異的な抗ヒストン抗体を用いたクロマチン免疫沈降法(ChIP法)を用いて解析可能であり、予想通り、一連の工程で得られるCt値とEnd-point値をPCS解析に付し、エピゲノム情報のプロファイリングを行うことができた。初年度において確立したゲノムDNAメチル化及びヒストンアセチル化に関するデータをPCS解析に付し、種子エピゲノム情報のプロファイリングを行う方法を次年度の発芽前後における環境刺激が修飾バラエティーに及ぼす影響に関する解析に応用する。すなわち、野生玄米及びGM玄米を発芽させる際に、種子を浸漬する溶液の薬剤(スターナ)濃度に加えて、温度(040°C)、pH(pH15)、溶存酸素濃度(5080%)及び紫外線強度(UV-A,UV-B, UV-C)のバリエーションを設定し、発芽前後における供試種子の種子間でのゲノムDNAのメチル化の領域特異性及びヒストンの化学修飾のバラエティーについて調べ、必要に応じてPCSプログラムを用いて、多変量解析を行う。並行して、供試試料からゲノムDNAを抽出し、ヌクレオチド組成について調べる。組成分析はLC/MS/MS装置(Thermo社製TSQ Quantum Ultra)を用いて行う。この項目の研究を遂行することによって、野生玄米及びGM玄米を、簡易迅速に峻別する視点を切り開く。種子の発芽前後における環境刺激に関して、条件検討を行うため実験環境の整備を行う。ゲノムDNAのメチル化及びヒストンアセチル化のデータを収集するためのMSAP法及びBSS法試薬、リアルタイムPCR試薬、ChIP法に使用する抗体、LC/MS/MS装置に使用するカラムの購入を中心とした消耗品を補充する。また、MeDIPを使用してメチル化DNAを回収し、次世代シーケンサーを使用した解析を計画しており、必要な経費を支出する予定である。
表層海水中の酸素/窒素比:生物地球化学的物質循環に果たす役割

本研究の最終的目的は、北太平洋水にとけ込んでいる二酸化炭素量を正確に求め、人間活動によって大気に放出された二酸化炭素の影響を評価することにある。この量は、単に海面における気体交換課程ばかりでなく、海水の動きや海洋での生物活動など多くの因子に支配されている。ここでは関係するすべての因子のうち、大きなものに注目して研究を進め、その研究手段として、酸素・窒素・アルゴン比を活用することを特に試みた。酸素・窒素・アルゴン比を正確に測定できれば、気体交換のメカニズム、交換速度、有機炭素フラックスの計算が可能になるからである。昨年度にガスクロマトグラフによって測定する方法を確立したので、米国ワシントン大学と北海道大学との間で相互検定を行った。そして、満足できる結果が得られたので、海洋観測船みらいに両者が約1ヶ月間乗り込み、北西部北太平洋での観測を行った。また、同時に海水中の炭酸種の測定を高精度で行い、得られたデータの解析を行った。また、沿岸域である噴火湾における過去のデータを解析し、酸素と二酸化炭素の交換速度を求め、両者の違いから交換のメカニズムの解析を行った。得られた結果をまとめると、表層海水において窒素は過飽和で溶けているだけでなく、その割合が、アルゴンよりも大きかった。このことは、気泡が取り込まれ、水圧でいったんすべてが溶け、表層近くで一部が再び大気に戻っていることを示している。噴火湾で見つけた水に溶けがたい酸素とかなり溶ける二酸化炭素の交換速度が異なることは、この気泡過程によるとすることができる。さらに、二酸化炭素そのものの交換量は、溶けにくい気体を用いて得た値よりも大きい湖とを示している。表層海水の窒素、酸素、アルゴンを正確に測定できれば、大気海洋間の気体交換(特に二酸化炭素の交換)と海洋表層における生物活動の双方についての情報を得ることができる。我々北海道大学のグループは主として前者、ワシントン大学のグループは主として後者に注目して研究を行っている。また、我々は、ガスクロマトグラフを用いて測定し、ワシントン大学のグループは質量分析計を用いて測定している。さらに、ワシントン大学のグループはすでにかなりの経験を有し、実績の蓄積があるのに対し、我々は始めたばかりである。そこで、今年度は、ガスクロマトグラフで測定する方法を完成させ、質量分析法と相互検定を行うことにより、その有用性を確かめ、実際の海水試料への応用することを開始した。また、気体試料分析用の海水採水器そのものも開発しなければならないが、それは来年度の課題とした。国際共同研究として行ったことは、まず、主にE-Mailを利用して、活発な意見交換を行い、問題点を整理した。サンプラー、サンプリング操作、測定までの保存、測定操作、標準物質についてであった。特に、3成分の比の測定は腰囲であるが、絶対値には大きな問題が残り、現状は、別に酸素を測定して求めている。平成12年度には、S.Emersonが来日し、名古屋において、得られた結果について討議し、生物による窒素固定の大きさが大きな問題となった。そして、3月には、日本から角皆と補助者がワシントン大学にこちらの標準物質を持参し、相互検定を行うとともに、米国側の濃度既知(米国側の標準物質で)の試料を持ち帰り、こちらの方法で測定した。

そして、満足できる結果が得られたので、海洋観測船みらいに両者が約1ヶ月間乗り込み、北西部北太平洋での観測を行った。また、同時に海水中の炭酸種の測定を高精度で行い、得られたデータの解析を行った。また、沿岸域である噴火湾における過去のデータを解析し、酸素と二酸化炭素の交換速度を求め、両者の違いから交換のメカニズムの解析を行った。得られた結果をまとめると、表層海水において窒素は過飽和で溶けているだけでなく、その割合が、アルゴンよりも大きかった。このことは、気泡が取り込まれ、水圧でいったんすべてが溶け、表層近くで一部が再び大気に戻っていることを示している。噴火湾で見つけた水に溶けがたい酸素とかなり溶ける二酸化炭素の交換速度が異なることは、この気泡過程によるとすることができる。さらに、二酸化炭素そのものの交換量は、溶けにくい気体を用いて得た値よりも大きい湖とを示している。
RNAレプリコン

本研究では、平成4年度発足予定の重点領域研究「RNAレプリコン」の研究組織作りを行うことを目的とした。「RNAレプリコン」では、主に動物に対し感染性を持つ病原性RNAウイルス(RNAをゲノムとして持つウイルス)を研究対象とし、その複製に関するメカニズムを宿主細胞側分子との関わり合いの中で追求する。それを基本に病原性発現に至るまでの多くの生物学的反応過程を分子レベルで解明し、生物界における一群の特徴的な自己増殖性RNA、すなわち「RNAレプリコン」の増殖機構を理解し、さらにこれらRNAウイルスによる病原性発現に関する分子機構を解析して行く。この目的のために、平成3年10月1日、北里大学薬学部会議室において、総括班会議を行い、「RNAレプリコン」領域研究推進のための具体的な研究費配分やニュ-スレタ-発行に関する事柄、またシンポジウムの日程などについて話し合いが行われた。その後、中心メンバ-による多数の研究打合せ会が行われ、計画研究班員を決定した。平成4年2月3日には、京王プラザホテルにおいて再び総括班員有志による班会議を行い、公募研究で採択する研究の範囲などについての討議を行った。平成4年2月13、14日の両日、名古屋大学医学部に多数のRNAレプリコン研究者を集め、シンポジウムを行い、日本におけるRNAレプリコン研究の現状を調査した。野本、水本、永井を中心とした討議の結果、ニュ-スレタ-発行を水本、シンポジウム開催を永井が担当することになった。またこの領域研究においては、ポリオウイルス、インフルエンザウイルス、およびパラミキソウイルスに重点を置くことに決定した。
解離システムを組み込んだ細胞内機能性ペプチド探索系の構築とその応用

本研究では、細胞内のエステラーゼにより分解されるエステル結合をCPPと機能性ペプチド間に形成させることで、CPPの影響を排除した細胞内機能性ペプチドの探索系の構築を目指す。具体的には、セリン側鎖の水酸基とFmoc保護アミノ酸のカルボン酸を縮合させ、分子内にエステルを形成させる合成手法を検討する。実際に、目的のペプチドが合成できるか、細胞内でCPPが解離するか検証を行い、新規探索系の構築を行う。また、構築した探索系を用いて、ALSの原因の一つであるTDP-43の凝集を防ぐペプチドの探索を行い、ALSの治療薬候補となりうるペプチドの発見を目指す。
タイミング制御課題学習と小脳機能に関する運動神経生理学的研究

我々の研究室では,これまで長期間の運動スキル練習が大脳皮質一次運動野(M1)の興奮性を高めること,また,新規運動学習においても学習早期段階に続く学習後期段階期間が長い(反復回数が多い)ほど,主働作筋支配のM1興奮性は増大し,その学習保持能力も高くなることを報告した.本研究課題では,これまで研究対象として来たM1機能からの視座を展開し,多くのスポーツ種目で見られる対象物とのタイミング制御に関する運動学習の中枢機序について,経頭蓋磁気刺激(TMS)を用いて小脳ーM1抑制(CBI)量の変化や,経頭蓋直流刺激(tDCS)による小脳皮質の興奮性操作介入が運動学習後のCBIに与える影響について調べる.我々の研究室では,これまで長期間の運動スキル練習が大脳皮質一次運動野(M1)の興奮性を高めること,また,新規運動学習においても学習早期段階に続く学習後期段階期間が長い(反復回数が多い)ほど,主働作筋支配のM1興奮性は増大し,その学習保持能力も高くなることを報告した.本研究課題では,これまで研究対象として来たM1機能からの視座を展開し,多くのスポーツ種目で見られる対象物とのタイミング制御に関する運動学習の中枢機序について,経頭蓋磁気刺激(TMS)を用いて小脳ーM1抑制(CBI)量の変化や,経頭蓋直流刺激(tDCS)による小脳皮質の興奮性操作介入が運動学習後のCBIに与える影響について調べる.
石井鶴三、島崎藤村先生木彫像の近代性に関する研究－木片の検証と制作工程の再現－

本研究は、石井鶴三の木彫代表作「島崎藤村先生像」の制作工程に残された木片の調査により、作品の制作工程の再現を行うとともに、それをもって近代彫刻の原理解明を目指すものである。制作工程の再現にかけては、東京藝術大学保存修復彫刻研究室の研究員山田修氏を研究分担者として協力を仰ぎ、現存する木片三分の一、作品1体、石膏原型1体の3Dデジタル形状計測を行った。計測された形状データを元に、木彫第一作目の一部の木片については、その空間配置が完了している。また、藤村像関連資料として、制作工程を記録した写真が多数残されており、それらは木彫第一作目、木彫第二作目それぞれに時系列で整理されたアルバムとして保管されている。しかしながら、それらと別に保管されるネガ(ガラス化乾板)との照合やアルバムに欠品している写真の特定など、参照資料としての整理状況には不十分な点も多く、そうした資料の現況に関する改善作業も行っている。石井鶴三の「島崎藤村像」の研究が明らかにする近代彫刻の原理については、石井の弟子であった笹村草家人によってイサム・ノグチに紹介されたところのものであるが、本研究では、これに関わる英文資料の新規発見を果たし、その翻訳版を研究紀要として公表している。また、木彫の作工程の内、木取りと呼ばれる初発の手法が持つ近代彫刻における意義についても、学術論文として一件の実績を得ている。加えて、藤村像制作事業から派生した木曽馬制作に関しても、藤村像関連資料より研究を展開し、一件の学会発表を果たした。島崎崎藤村木彫像は2体制作されており、鋸で切り落とされた木片は大小合わせて約130点に及ぶ。木彫の場合、制作工程の進展とともに木片は必然的に小さくなり、ここから先の工程再現には、ここまでに要した以上の必要時間数が想定される。木片の計測個数本自体は、当初の計画通りであるが、ここより増大すると思われる計測個体の数量およびその空間配置の困難さに照らすなら、研究の進捗状況はやや遅れている現状にあることになる。しかしながら、残る2年間の研究計画の中で、この状況は改善されていく見通しである。今後の研究は、東京藝術大学所蔵分の関連作品の形状計測および、未計測の全ての木片の3Dデジタルデータ化を果たし、デジタル画像上での制作工程の再現が目指される。計測された各個体のデータは、その空間配置が設定され、CGアニメーションによるシミュレーションシステムによって制作工程の再現が試みられる。3次元形状計測システムを駆使して得られた成果により、近代彫刻の原理を体系化し、それを以って近代彫刻史の再構築を目指す。次年度の使用額については、当初の年次予算配分計画から変更が生じている。これは、新規発見の資料の調査のため、海外出張を組み込んだことによるもので、その分の前倒し請求を行ったことによる。
D-typeサイクリンの造血器細胞での発現と分化における役割

細胞周期を制御するタンパクであるサイクリンは、現在13種類存在することが確認されており、種々の腫瘍細胞で過剰発現がみられることより腫瘍化との関連が指摘されている。D-typeサイクリンは、細胞周期のG1/S期の制御を行なうG1サイクリンに属し、相同性の高いサイクリンD1,D2,D3(以下D1,D2,D3)の3種類がある。マントル細胞リンパ腫(MCL)にD1の過剰発現が認められることが報告されているが、上記3種類のサイクリンが造血系細胞においてどのように使い分けされているのか不明であった。今回、種々の造血器悪性腫瘍及び健常人末梢血細胞(PBL)におけるD-typeサイクリンの発現様式をノーザン解析で検討したところ、次の事実が判明した。(1)D1はMCLとt(11;14)転座を有する骨髄腫、慢性リンパ性白血病で過剰発現している他、急性骨髄性白血病(AML)の一部にも発現を認めた。(2)D2は未分化な段階のT-ALL/リンパ芽球性リンパ腫を除くT細胞性腫瘍の大部分で発現しており、AMLでも発現している症例があった。(3)D3は多くの腫瘍で発現していたが、D1,D2の発現があるリンパ性腫瘍では発現の減弱を認め、多くのB細胞性腫瘍ではD3が主に発現していた。(4)PBLでは、T,B細胞ともD2,D3の発現を認めたが、T細胞分画はD2、B細胞分画はD3の発現が強かった。また、PHA刺激によりD2の発現は増強し、D3の発現は減弱した。以上の事実より、骨髄性白血病では一定の傾向はみられないが、リンパ性腫瘍ではD-typeサイクリンの使い分けに法則性があると考えられる。即ち、D1の発現はt(11;14)転座等の遺伝子変異を反映しているのに対し、D2の発現はT細胞系の系統特異性を反映しており、D3は普遍的に発現がみられるが、D1ないしD2の過剰発現がある場合は発現が減弱すると考えられる。
アフリカにおける障害者の宗教史研究

本研究の目的は、キリスト教圏であるアフリカ中部熱帯雨林とイスラーム圏であるアフリカ中部・西部サバンナ地域において、障害者のライフコースをとおした宗教史・地域史を再編するとともに、障害者の宗教ネットワークの解明を目指すものである。本年度はカメルーンにおけるイスラームとキリスト教の障害者に関する文献レビューをおこなった。加えて、中部アフリカのイスラーム研究の専門家であるカメルーン・マルア大学の講師と日本で研究打ち合わせを実施し、共同研究を実施するための意見交換をおこなった。またオックスフォード大学で開催されたCongo Research Network 2018Conferenceおよび日本アフリカ学会第55回学術大会いおいて研究成果を発信した。予定していた現地調査の一つが実施できなかったため。本年度予定していたが実施できなかった現地調査である、キリスト教圏であるカメルーン東南部熱帯雨林地域とイスラーム圏であるカメルーン北部における障害者のライフヒストリーの聞き取り調査を2019年度に実施する。前倒し支払請求額20万円としたが9万円の支払いで済んだため、残額を次年度に繰り越した。
ハムシ類の水生植物利用への進化における腸内微生物群集の役割

2018年度は、カメノコハムシ亜科およびサルハムシ亜科がもつ共生細菌の昆虫体内での局在や形態を電子顕微鏡写真やFISH法により可視化した。カメノコハムシ亜科の共生細菌は桿状および不定形の形態をしており、一方でサルハムシ亜科の共生細菌はロゼット状の形態をしていることが確認された。また、昨年度に引き続きカメノコハムシ亜科がもつ共生細菌の多様性と宿主との関係を解析した。多くの種で雌雄ともに前腸と中腸の間に2個または4個の小さな共生器官が見られたが、数種からは共生器官が見いだされなかった。雌の卵巣の近傍に次世代への共生細菌伝達に関わると思われる器官を同定した。共生細菌とカメノコハムシ類それぞれにおいて3つの遺伝子領域の塩基配列をもとに系統樹を作成したところ、共生細菌の系統関係は宿主カメノコハムシ類の系統関係と一致する傾向にあり、両者の共進化関係が示唆された。多くの種で高度に保存され、器官レベルの特殊化も見られることから、この共生細菌はカメノコハムシ類において重要な生理機能をもつ可能性が示唆された。さらに、カメノコハムシ亜科、サルハムシ亜科、およびネクイハムシ亜科の8種の昆虫より摘出した共生器官からDNAを抽出し、共生細菌の全ゲノム配列を決定した。共生細菌のゲノム長は、カメノコハムシ亜科が約25万塩基対、サルハムシ亜科が約18万塩基対、ネクイハムシ亜科が約45万塩基対であったことから、ハムシ類の共生細菌は極めて小さいゲノムであることが解明された。カメノコハムシ亜科の一種では、共生細菌が植物細胞壁の主要成分であるペクチンの分解酵素の生産に特化することが解明されており、サルハムシ亜科およびネクイハムシ亜科においても共生細菌の生物機能を推定中である。2018年度に予定していた、ハムシ類の共生細菌のゲノム配列の決定をおおむね終了することができた。また、カメノコハムシ亜科やサルハムシ亜科における共生細菌の形態や昆虫体内における局在を明らかにすることができた。さらに、カメノコハムシ亜科の共生細菌の多様性に関する論文の執筆も順調に進んでいる。2019年度は、ネクイハムシ亜科およびサルハムシ亜科がもつ共生細菌の多様性と宿主との共進化関係についての解析を進める予定である。また、他の多様なハムシ類がもつ新規の共生細菌を探索し、その生物機能を推定する。カメノコハムシ亜科の幼虫が、卵から共生細菌をどのように獲得して共生器官内に保持するのかをFISH法などを用いて明らかにする。2017年度は、日本産カメノコハムシ亜科23種について共生細菌を同定し、その多様性および宿主との共進化関係について明らかにすることを目的とした。カメノコハムシ類における共生細菌の体内局在をFISH法で可視化したところ、多くの種で雌雄ともに前腸と中腸の間に2個または4個の小さな共生器官が見られたが、2種からは共生器官が見いだされなかった。細菌16S rRNA遺伝子の系統解析の結果、中腸前方の共生器官および雌の伝達器官には同じ細菌が優占しており、ガンマプロテオバクテリア綱に属する新規共生細菌であることが判明した。共生細菌とカメノコハムシ類それぞれにおいて3つの遺伝子領域(共生細菌:16S rRNA, gyrB, groEL、カメノコハムシ類:COI, 16S, 28S)の塩基配列をもとに系統樹を作成したところ、共生細菌の系統関係は宿主カメノコハムシ類の系統関係と一致する傾向にあり、両者の共進化関係が示唆された。また、サルハムシ亜科のブドウサルハムシがもつ共生細菌の同定と系統解析に取り組んだ。カメノコハムシ亜科の昆虫と同様に、本種においても雌雄ともに前腸と中腸の間に指状の共生器官が見られた。また、雌は卵巣の近傍に共生細菌の伝達に関わると思われる器官をもっていた。共生器官内における共生細菌の局在をFISH法で可視化したところ、顆粒状の共生細菌が認められた中腸前方の共生器官にはガンマプロテオバクテリア綱に属する新規共生細菌が優占していることが判明した。現在、本研究成果について国際誌への論文投稿の準備中である。研究はおおむね順調に進展し、2017年3月に開催された第64会日本生態学会大会において発表することができた。また一部の内容については国際誌への投稿準備を進めている。カメノコハムシ亜科の消化管に付随する共生器官およびメス成虫の生殖器官に付随する伝達器官に存在する共生細菌は、1936年の先駆的な観察以来、全く調べられていなかった。本研究課題の目的は、日本産カメノコハムシ亜科がもつ共生細菌を同定し、その多様性および宿主ハムシとの系統関係について明らかにすることである。本年度は日本産カメノコハムシ亜科33種のうち、23種がγプロテオバクテリア内で単系統となる共生細菌を保有し、これらの種における共生細菌と宿主ハムシの系統関係は高度に一致することを明らかにした。

また、10種については共生細菌も共生器官も存在しないことが判明し、高度な共進化関係の一方で、数回にわたって共生関係の喪失が生じたことが示唆された。今年度の当初の計画通り、日本産カメノコハムシ亜科の多くの種について共生細菌を同定し、宿主ハムシとの系統関係を明らかにすることができた。2018年度は、カメノコハムシ亜科およびサルハムシ亜科がもつ共生細菌の昆虫体内での局在や形態を電子顕微鏡写真やFISH法により可視化した。カメノコハムシ亜科の共生細菌は桿状および不定形の形態をしており、一方でサルハムシ亜科の共生細菌はロゼット状の形態をしていることが確認された。また、昨年度に引き続きカメノコハムシ亜科がもつ共生細菌の多様性と宿主との関係を解析した。多くの種で雌雄ともに前腸と中腸の間に2個または4個の小さな共生器官が見られたが、数種からは共生器官が見いだされなかった。雌の卵巣の近傍に次世代への共生細菌伝達に関わると思われる器官を同定した。共生細菌とカメノコハムシ類それぞれにおいて3つの遺伝子領域の塩基配列をもとに系統樹を作成したところ、共生細菌の系統関係は宿主カメノコハムシ類の系統関係と一致する傾向にあり、両者の共進化関係が示唆された。多くの種で高度に保存され、器官レベルの特殊化も見られることから、この共生細菌はカメノコハムシ類において重要な生理機能をもつ可能性が示唆された。さらに、カメノコハムシ亜科、サルハムシ亜科、およびネクイハムシ亜科の8種の昆虫より摘出した共生器官からDNAを抽出し、共生細菌の全ゲノム配列を決定した。共生細菌のゲノム長は、カメノコハムシ亜科が約25万塩基対、サルハムシ亜科が約18万塩基対、ネクイハムシ亜科が約45万塩基対であったことから、ハムシ類の共生細菌は極めて小さいゲノムであることが解明された。カメノコハムシ亜科の一種では、共生細菌が植物細胞壁の主要成分であるペクチンの分解酵素の生産に特化することが解明されており、サルハムシ亜科およびネクイハムシ亜科においても共生細菌の生物機能を推定中である。2018年度に予定していた、ハムシ類の共生細菌のゲノム配列の決定をおおむね終了することができた。また、カメノコハムシ亜科やサルハムシ亜科における共生細菌の形態や昆虫体内における局在を明らかにすることができた。さらに、カメノコハムシ亜科の共生細菌の多様性に関する論文の執筆も順調に進んでいる。カメノコハムシ亜科の共生細菌の系統解析については、まだ読めていない遺伝子領域の分析を行い、系統樹を完成させて論文作成に取りかかる予定である。ブドウサルハムシの共生細菌の論文は、最終修正を行って国際誌に投稿する予定である。引き続き、カメノコハムシ亜科がもつ共生細菌の遺伝子塩基配列の解析を進め、その多様性と宿主との共進化関係についての理解を深めていきたい。2019年度は、ネクイハムシ亜科およびサルハムシ亜科がもつ共生細菌の多様性と宿主との共進化関係についての解析を進める予定である。また、他の多様なハムシ類がもつ新規の共生細菌を探索し、その生物機能を推定する。カメノコハムシ亜科の幼虫が、卵から共生細菌をどのように獲得して共生器官内に保持するのかをFISH法などを用いて明らかにする。
ターボ機械におけるマルチスケール流れの統合数値解法に関する研究

一般にターボ機械内の乱流解析に用いられるLES(Large Eddy Simulation)では,微細な乱流の渦粒子が発生する壁面近傍で結果の信頼性に欠ける.ターボ機械内の大小様々な渦を高精度に予測するためには,スケールに応じた計算手法で解析を行うマルチスケール解析が有効であるといえる.そこで,本研究では格子ボルツマン法を利用して,マルチスケール解析を実現する計算手法の構築を試みた.一般にターボ機械内の乱流解析に用いられるLES(Large Eddy Simulation)では,微細な乱流の渦粒子が発生する壁面近傍で結果の信頼性に欠ける.ターボ機械内の大小様々な渦を高精度に予測するためには,スケールに応じた計算手法で解析を行うマルチスケール解析が有効であるといえる.そこで,本研究では格子ボルツマン法を利用して,マルチスケール解析を実現する計算手法の構築を試みた.ターボ機械内では様々な大規模渦が形成される.これらの大規模渦は,より小さな多数の渦から構成されている.このような大規模渦と微小規模渦とで異なるスケールで異なる計算手法で解析を行うマルチスケール解析が高精度乱流解析に有効であると考えられる.マルチスケール解析では微小スケールの物理現象がより大きなスケールのそれへ影響を及ぼすようなものが対象とされるが,ターボ機械内の乱流解析もまた微小規模渦が大規模渦に影響を与えるためマルチスケール解析といえる.本研究の目的は,マルチスケール乱流解析を実現できる計算手法を新たに開発し,ターボ機械流れに適用することである.本研究では,LESと格子ボルツマン法(Lattice Boltzmann Method:LBM)を組み合わせたマルチスケール解析を企図している.格子ボルツマン法は仮想粒子の運動を取り扱うメゾスコピックな手法であるため,タービン翼面上のような乱流境界層内の微細な乱流渦を高精度に予測できる可能性を秘めていると考えられる.今年度は,格子ボルツマン法のコード開発に取り組み,孤立突起周りの流れなど,基礎的な乱流の流れ解析を実施して,格子ボルツマン法の乱流解析における有効性を調査した.また,ターボ機械内の流れ場の解析にも取り組んだ.このとき,従来の格子ボルツマン法では直行格子を使用するため任意物体形状での計算が困難であったことから,埋め込み境界法の導入も行った。ターボ機械内では様々な大規模渦が形成される.これらの大規模渦は,より小さな多数の渦から構成されている.このような大規模渦と微小規模渦とで異なるスケールで異なる計算手法で解析を行うマルチスケール解析が高精度乱流解析に有効であると考えられる.マルチスケール解析では微小スケールの物理現象がより大きなスケールのそれへ影響を及ぼすようなものが対象とされるが,ターボ機械内の乱流解析もまた微小規模渦が大規模渦に影響を与えるためマルチスケール解析といえる.本研究の目的は,マルチスケール乱流解析を実現できる計算手法を新たに開発し,ターボ機械流れに適用することである.格子ボルツマン法(Lattice Boltzmann Method : LBM)は仮想粒子の運動を取り扱うメゾスコピックな手法であるため,タービン翼面上のような乱流境界層内の微細な乱流渦を高精度に予測できる可能性を秘めていると考えられる.そこで,格子ボルツマン法を円柱周りの流れに適用し,従来乱流解析によく利用されるLES(Large-Eddy Simulation)の結果と比較して,その有効性を検証した.次に,格子ボルツマン法を用いたマルチスケール解析手法の開発を行った.キャビティー流れなどでコードの妥当性の検証を行った後,非定常的な剥離を伴うターボ機械の内部流れ場への適用を試みた.その結果, LESとほぼ同等の結果が得られることが明らかとなった.しかし,計算時間の面で格子ボルツマン法はLESに比べ,大きなメリットがあることが確認された.ターボ機械内では様々な大規模渦が形成される.これらの大規模渦は,より小さな多数の渦から構成されている.このような大規模渦と微小規模渦とで異なるスケールで異なる計算手法で解析を行うマルチスケール解析が高精度乱流解析に有効であると考えられる.マルチスケール解析では微小スケールの物理現象がより大きなスケールのそれへ影響を及ぼすようなものが対象とされるが,ターボ機械内の乱流解析もまた微小規模渦が大規模渦に影響を与えるためマルチスケール解析といえる.本研究の目的は,マルチスケール乱流解析を実現できる計算手法を新たに開発し,ターボ機械流れに適用することである.本研究では,格子ボルツマン法を用いたマルチスケール解析手法の開発に取り組んだ.格子ボルツマン法(Lattice Boltzmann Method : LBM)は,気体分子運動論をアナロジーとした,仮想粒子の運動から流れ場を再現するメゾスコピックな計算手法であり,タービン翼面上のような乱流境界層内の微細な乱流の渦粒子の挙動を高精度に予測できる可能性を秘めていると考えられる.本年度は,高負荷低圧タービン翼列における剥離遷移流れについて格子ボルツマン法による解析を試みた.比較のために,乱流解析に一般的に利用されるNavier-Stokes方程式をベースとしたLES (Large-Eddy Simulation)を実施し,その有効性を検証した.主に,翼負圧面上に形成される時間平均的な剥離泡に関して,速度およびそのRMSの分布を実験と比較した.その結果,格子ボルツマン法は高負荷低圧タービン翼列における剥離遷移流れを精度よく予測できることが明らかとなった.また,計算時間について,LESに比べて大きなメリットがあることが確認された.
アダプティブインターフェースに基づく建築構造物系の耐震設計法の開発

本研究では、建築構造物の耐震性能向上のために免震・制震(振)等の構造制御技術を適切に導入するための新しい耐震設計法の開発を目的として、従来の枠組みの耐震設計建物の具備する性能と動的応答制御システムによってもたらされる付加性能とを適切に結び付けるアダプティブインターフェースの基本構成を定量的に明らかにして行くために、まずこの分野の研究の現況把握が重要であると位置づけ、文献を中心として免震・制震(振)構造システムの研究・開発についての資料を収集し、現状の整理と分析を行った。これを参考とし、これら個々の構造制御技術の適応性についての問題点の検討とともに、構造制御型耐震設計の基礎となる同定・ヘルスモニタリング・耐震補強に関する課題の抽出を行った。続いて、適応型免震構造の枠組みを構築するために、すべり支承型免震装置、上下衝撃緩和装置付免震支承、上部構造のねじれを考慮した免震装置について基本的な検討を行った。さらに、受動型制震システムに対して最大塑性率応答を評価指標とした適応型性能評価法の提案を行い、中間層免震に拡張した受動型制震構造設計法に関する詳細な検討を行った。次に、能動型制震システムによるアダプティブインターフェースを実現するための制御アルゴリズムとして、準ニュートン法に基づくQN制御法、離散型最適制御法、モデル規範形適応制御法を用いた、制御系の設計法に関する詳細な検討を含め、適応型制御システムの全体構成についての定量的な検討を実施している。これらの研究成果をふまえ、抽出された将来への研究課題を解明して行くために、さらに、継続して強力に研究を推進して行くことが重要と考えている。本研究では、信頼性の高い免震・制震構造物系の最適設計問題の検証を行うことを目的としており、今年度は、免震支承に加え、耐震エレメント、制震構造デバイスを、アダプティブな制御装置群として用いたアダプティブインターフェースの構成に関する理論的、数値的検討を行うとともに、総合実験用制御装置の製作に着手した。1.地盤・構造物連成を考慮した制御系設計、並びに地震時における衝撃的入力に対するシステムの信頼性について、既往の研究成果に関するデータ収集、並びに理論的検証を行った。2.制御装置群をアダプティブインターフェースとして適用するために、個々の性能評価、並びにこれらを組み合わせた各種ハイブリッド型制震システムの複合効果に関する定量的検証を行った。3.アダプティブインターフェースを構成する制御アルゴリズム性能評価、並びに、これらを適用した制御系の数値シミュレーションを行った。(1)離散型最適制御法:・過大入力、システムのモデル化誤差等を考慮した非線形制御アルゴリズム・外乱に対するフィードフォワード性能の最適化(2)モデル規範形適応制御法:・地盤特性や構造パラメータの非線形特性等への適応化・制御力の飽和に対して動的安定性が保証される制御アルゴリズム4.システムコンディションに応じた適切な制御系の同定手法に関する検討を行った。(1)規範形適応制御法を応用した同定手法(2)予測誤差法を適用した非線形系のロバスト同定手法5.総合実験用の制御装置と、計測システムの製作を行い、これらの性能に関する予備検証を行った。6.以上の基本的検証により得られたデータを分析し、アダプティブインタ^フェースの構成に関する問題点を抽出するとともに、次年度の研究を進めていくための重要な方向性について明らかにした。本研究では、信頼性の高い免震・制震構造物系の最適設計手法の提案を行うことを目的としており、免震支承に加え、耐震エレメント、制震構造デバイスを、アダプティブな制御装置群として評価したハードウェアコンポーネントと、これらを適切に作動させうる制御ソフトウェアとを結び付けるアダプティブインターフェースの構成に関する解析的検討を行うとともに、総合実験に基づく実証的な検討を行った。1.地盤・構造物連成問題、並びに地震時における衝撃的入力に対するシステムの信頼性等の諸問題に対応可能な対地震制震構造システムとしての応用的手法の提案を行った。(1)地盤・構造物連成を考慮した制震構造物系に置ける制御装置の適正配置法

(2)中間層への免震支承の配置も含めた拡張免震構造設計法の提案(3)上下衝撃的入力考慮した構造物系の専用解析コードの開発2.制御装置群の個々のコンポーネントが有する性能を制御理論、制御設計法に組み込むための制御アルゴリズムのインターフェースについて検討を行った。(1)離散型最適制御法:・パッシブ型、アクティブ型の複合制御システムに対する適正設計法の検討・想定外乱や制御対象系の構造特性に応じた制御装置のキャパシティ設計手法の検討(2)モデル規範形適応制御法:・プラント出力が制限される場合の適応性に関する検討3.総合実験用制御装置を用い、実験的検証を実施した。(1)アクティブブレースシステムを利用した、各種ハイブリッド系のエミュレーション試験(2)アクティブ・エアバッグシステムを用いた衝撃緩和系の性能評価試験4.総合実験に基づくデータの分析に基づき、数値実験モデルの整合・修正を行った上で、数値シミュレーションにより、アダプティブインターフェースの適応性をパラメトリックに評価し、対地震制震構造システムとしての実用的な設計手法に要求される諸性能を抽出した。
窒素の分子開裂を利用した含窒素芳香族高分子の合成

本研究は、多核錯体系による窒素分子の開裂活性化を、有機基質の分子変換系に適応させるための反応場構築を目的とする。具体的には、構造明確な同時(一段階)多電子移動錯体系を対象に、窒素分子との反応がμ-dinltrido型錯体の形成を誘導することが、従来困難とされた窒素の68電子還元や、これを介した各種芳香族分子の酸化重合に有効な過程であるとする着想を実証することを目的としている。窒素は殆どの遷移金属に配位するが、窒素架橋配位錯体の具体例は少ない。既に代表者らにより確立されたμ-dioxoバナジウム複核錯体を利用する酸素4電子開裂法を窒素開裂に拡張するため、μ-dinitrido型錯体の具体例を探索、開裂過程を電極反応により観測できる錯体系として、ジエチルジチオカルバマ卜を配位子とするニオブ錯体系を選択し、単核錯体([Nb(dtc)_2CI_3],[Nb(dtc)_4])および窒素架橋複核錯体[(dtc)_3NbNNNb(dtc)_3])を合成した。電解質溶液において、ニオブ単核錯体が可逆的な酸化還元を示すこと、条件によりNb(III)Nb(V)までが関与した一段階2電子過程を示すこと、また、Nb(III)は窒素分子と反応してμ-dinitrido型錯体を生成することなどが解明された。次いで、金属種をバナジウムのほか広く第2周期遷移金属に展開し、反応場を利用して窒素の一段階多電子還元の確立を目指した.電子移動と連動する配位構造の変化をX線結晶解析により正確に決定、一段階多電子移動が可能となる錯体構造要件を詳細に把握した。また、合成した多核錯体全てについてサイクリックボルタンメトリー測定を実施、酸化還元電位、移動電子数、拡散定数を正確に決定、配位系の平衡電位測定も援用して、配位窒素への多電子分極の度合いを定量的に把握した。その結果、環状Schiff塩基配位子を有するμ-オキソ多核錯体では、窒素の架橋配位による4核形成に伴い、N-N結合次数が著しく低下することを、分子軌道計算および電解Ramanスペクトル同時測定から詳細に明らかにし、従来の単核錯体系に比べ、多電子移動が著しく容易に生起することを明らかにした。バナジウム錯体で得られた知見を拡張して、これが多核錯体に普遍的に観測される現象であることを、主に計算化学により解明し、今後実験的証明を展開する根拠を確立することが出来た。本研究は、機能錯体系による窒素の分子活性化を、基質分子変換に組合せるための反応場構築を目的とする。具体的には、構造明確な同時多電子移動錯体を対象に、窒素分子との反応によりμ-dinitrido型錯体を形成することが、窒素6電子還元に基づく芳香族分子の酸化重合に必要な過程であるとする着想の実証を目的とする。

窒素は殆どの遷移金属に配位するが、窒素架橋配位錯体の具体例は少ない。本年度は、既に代表者らにより確立されたμ-dioxoバナジウム複核錯体を利用する酸素4電子開裂法を窒素開裂に拡張するため、μ-dinitrido型錯体の具体例を探索、開裂過程を電極反応により観測できる錯体系として、ジエチルジチオカルバマトを配位子とするニオブ錯体系を選択し、単核錯体([Nb(dtc)_2Cl_3],[Nb(dtc)_4])および窒素架橋複核錯体[(dtc)_3NbNNNb(dtc)_3])を合成した。電解質溶液において、ニオブ単核錯体が可逆的な酸化還元を示すこと、条件によりNb(III)Nb(V)までが関与した一段階2電子過程を示すこと、また、Nb(III)は窒素分子と反応してμ-dinitorido型錯体を生成することなどが解明された。次いで、分子変換系への展開を目的として、架橋配位窒素と種々の芳香族アルデヒドとの反応が、アジンを効率高く生成することを明らかにした。以上の結果から、次年度において選択された錯体系を利用して、開裂窒素を利用した高分子合成に展開させるための手懸りが得られた。本研究は、多核錯体系による窒素分子の開裂活性化を、有機基質の分子変換系に適応させるための反応場構築を目的とする。具体的には、構造明確な同時(一段階)多電子移動錯体系を対象に、窒素分子との反応がμ-dinitrido型錯体の形成を誘導することが、従来困難とされた窒素の68電子還元や、これを介した各種芳香族分子の酸化重合に有効な過程であるとする着想を実証することを目的としている。複核バナジウム錯体における一段階2電子移動過程の観測を基礎とし、これを用いた窒素分子の多電子還元活性化との相関を観測した。金属種をバナジウムのほか広く第2周期遷移金属に展開し、反応場を利用して窒素の一段階多電子還元の確立を目指した。電子移動と連動する配位構造の変化をX線結晶解析により正確に決定、一段階多電子移動が可能となる錯体構造要件を詳細に把握した。また、合成した多核錯体全てについてサイクリックボルタンメトリー測定を実施、酸化還元電位、移動電子数、拡散定数を正確に決定、配位系の平衡電位測定も援用して、配位窒素への多電子分極の度合いを定量的に把握した。その結果、環状Schiff塩基配位子を有するμ-オキソ多核錯体では、窒素の架橋配位による4核形成に伴い、N-N結合次数が著しく低下することを、分子軌道計算および電解Ramanスペクトル同時測定から詳細に明らかにし、従来の単核錯体系に比べ、多電子移動が著しく容易に生起することを明らかにした。バナジウム錯体で得られた知見を拡張して、これが多核錯体に普遍的に観測される現象であることを、主に計算化学により解明し、今後実験的証明を展開する根拠を確立することが出来た。
医用X線管を用いた単一エネルギーX線発生装置の構築

医用X線管から発生する連続X線をシリコン単結晶により回折させる方法を用いて,単一エネルギーX線発生装置を構築した。本装置では,ステージ機構を用いることで人体撮影への適用が可能になるように工夫した。本年度は,乳房ファントムを用いて単一エネルギーX線によるマンモグラフイを行い,画像評価と,マンモグラフィの被曝線量の指標となる平均乳腺吸収線量について評価を行った。また,従来の撮影法と比較することで本装置の有用性について検討した。本年度の研究において、以下の新たな知見が得られた。1人体撮影に必要な単一エネルギーX線を得るには,高反射型結晶を使用する必要がある。2単一エネルギーX線マンモグラフィの画像コントラストを従来の撮影法と同じにしたとき,被曝線量は3分の1以下に改善する。3被曝線量を3分の1としたとき,従来の撮影法と比較して約30%の画像コントラストの改善になる。臨床に普及している医用X線管からのX線を単一エネルギーX線に変換すると,人体撮影に必要なX線出力が得られないと考えられた。十分なX線出力を得るにはシンクロトロン放射光を用いる方法もあるが,実用的・経済的な課題も多い。特殊な高反射型結晶を用い,かつ,エネルギー幅を調整することで,臨床に普及している医用X線管から人体撮影に必要なX線のみを取り出すことができる。実用的・経済的な観点からもこの方法は有用であるので,現在,乳房撮影領域で実用化を検討している。単一エネルギーX線を発生させる分光装置を構築し,基礎的な検討を行った。分光装置は,結晶回折法を応用したもので,医用X線管から発生する連続エネルギーX線をシリコン単結晶により分光させ単一エネルギーX線を得た。平成11年度は,この装置により得られた単一エネルギーX線の特性を、エネルギー分解能と出力X線量の観点から検討した。これらの研究により、以下の成果が得られた。(1)分光装置を構築したことで,医学画像診断で用いられているエネルギー領域の単一エネルギーX線が得られるようになった。この分光装置は,シリコン単結晶を用い連続エネルギーX線をブラッグ反射により分光し単一エネルギーX線を得る。しかし,ブラッグ反射による分光は,単一エネルギ一X線が1次元となるため,X軸ステージを利用してシリコン単結晶を駆動させることにより2次元的な単一エネルギーX線が得られるようした。(2)単一エネルギーX線のエネルギー分解能とX線線量などにより,構築した分光装置の基礎的な性能評価を行った。性能評価の測定には,コンピュータ解析装置,半導体検出器,マルチチャンネルアナライザー,X線線量計などを使用した。この結果,構築した分光装置においは、エネルギー分解能が2070keVの範囲でΔE/E×100=12%,反射強度が全白色X線(連続X線)の約1%を有していた。これらの研究成果は、画像検出器のエネルギー特性の評価ならびに単一エネルギーX線による撮影が行えることを示した。