hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超分子複合体を用いる人工酸素運搬体の創製

安定した血液供給を維持するために人工酸素運搬体の開発は不可欠である。人工血液には血液型や感染症の問題がなく、長時間保存できるなどの利点がある。ミオグロビンはヘモグロビンと違い、酸素親和性はアロステリック因子や溶液pHの影響を受けない。また、単量体タンパク質なのでヘモグロビンに比べて安定である。しかし、人工血液材料として用いられることはなかった。これはミオグロビンの酸素結合が強すぎるためである。申請者はミオグロビンに適度な酸素放出能を付与して人工酸素運搬体として利用する研究を行った。その結果、コルフィセンという台形ヘム異性体をもつミオグロビンが優れた酸素運搬能をもつことが判明した。人工血液は、輸血者の減少傾向に対応できるだけでなく、輸血による感染症や血液型不一致などの問題も解消できる切り札になる。しかし、期限切れ血液から得たヘモグロビンを使うカプセル型人工赤血球などでは、血管収縮作用や心筋損傷などの重篤な副作用が報告されている。申請者はヘモグロビンと類似構造をもつが、より安定なミオグロビンを用いた人工酸素運搬物質を開発する研究をすすめている。ミオグロビンは酸素親和性が強すぎで、結合酸素を放出しないといわれている。しかし、酸素結合部位である鉄ポルフィリンの分子構造を変換した鉄ポルフィリンを使うと酸素親和性が低下して、ミオグロビンが酸素を放出できるようになることを研究の過程でみつけた。このために、台形分子である鉄コルフィセンとよばれる物質を開発し、ミオグロビンを再構成すると酸素解離定数は37mmHgとなり、ミオグロビンにヘモグロビンなみの酸素運搬能力をもたせることに成功したこの結果はすぐに注目されることとなり、平成25年3月に横浜で開かれた日本薬学会第133年会でのシンポジウム「元素から見た生命活動研究の新展開」で採択され招待講演として発表した。会場からは、多くの関連質問を受けた。実際にミオグロビンを使う場合に、そのソースをどこに求めるのかという質問には、馬や牛などの動物で食肉以外の部位からの調達が考えられるとの回答を行った。また、ミオグロビンのヘムの入れ替え操作の実験方法についても質問があり、これには、大量に行うことも容易であり、技術的な難点はないと答え、納得していただいた。今回の講演内容は総説としてMolecules (2013)18, 3168-3182に論文発表し、研究進展の様子を公表することができた。医療現場での血液供給はすべて献血に依存している、しかし、わが国では少子化による若年層の減少により、献血者が減り続けている。一方、人口高齢化にともない血液需要は増加している。人工血液開発は急務である。献血液の保存期間は3週間と短く、血液型不適合や感染症の問題もある。こうした問題を解決する切り札が人工血液である。人工血液は人類の夢であり、開発の歴史は長い。現在、人工血液として最も有望なものは、保存期限切れのヒト血液や動物血液を化学修飾して適切な酸素運搬能をもたせた「ヘモグロビンに基づく酸素運搬体」である。しかし、ヘモグロビンを利用する人工血液には問題がある。化学修飾ヘモグロビンは血管収縮、血圧亢進のほかに心筋損傷などの重篤な副作用があると判明した。この報告を受けて、ヘモグロビン以外の素材を開発する動きが急速に高まっている。本研究で利用したミオグロビンは筋肉中の酸素貯蔵タンパク質である。ヘモグロビンと同様に酸素を可逆的に脱着するタンパク質で、ヘモグロビンのサブユニットと類似した分子構造をもつ。しかし、ヘモグロビンよりも酸素親和性は高く酸素放出能力が劣るため、酸素運搬物質として着目されてこなかった。ミオグロビンは単量体分子でヘモグロビンよりも安定である。しかも、動物筋肉から大量に抽出できる。その酸素親和性はヘモグロビンとは違い、pHや有機リン酸による変動がない。遺伝子工学などでの発現量もヘモグロビンに比べて相当多い。このようにミオグロビンは人工酸素運搬体素材として有望である。本研究で申請者は非平面ヘムを利用する新たな方法論を展開した。ミオグロビンに酸素運搬能をもたせてつくる人工酸素運搬物質は世界的にも申請者以外の研究室では報告例がなく、赤血球と同様の機能をもつ人工酸素運搬体を目指して研究を展開した。人工酸素運搬体はヒトの体内にある血液を開発して輸血事業に資するものある。人工酸素運搬体ができれば、血液型や血液経由の感染症問題などが解決できるなどの利点が期待される。

従来は、期限切れの赤血球から取り出されるヘモグロビンを利用したカプセル化ヘモグロビンなど開発されてきたが、血管収縮作用や心筋損傷などの重篤な副作用が見つかり、開発が危ぶまれている。申請者はヘモグロビン類似の分子構造をもつミオグロビンを人工酸素運搬体の新素材として用いることを提案した。しかし、天然ミオグロビンは酸素親和性が高すぎるために、結合酸素を放出しにくい欠点がある。この問題を解決するために、申請者はミオグロビンの酸素結合部位である鉄ポルフィリン部分(=ヘム)を非平面化することを発案した。ヘムを非平面化すれば、ミオグロビン内部でヘム鉄に結合する近位ヒスチジンとヘム鉄との相互作用が強まるとともに、その反対側での鉄ー酸素結合が弱まると考えられるからである。この考えを実証するために、申請者はポルフィリンのメソ位にエチル基を導入した非平面性ヘムを合成した。これは、人工的に歪ませたヘムをもつ人工ミオグロビンとしては最初の例である。この人工ミオグロビンの構造を核磁気共鳴法で調べると、鉄は予想通り近位ヒスチジンに引き寄せられていることが判明した。その酸素結合定数を、平面型ヘムを含む参照ミオグロビンを比較したところ、酸素親和性はおよそ1/26まで激減すると判明した。言い換えると、ミオグロビンが酸素運搬能力を獲得できることが明らかになった。これらの成果は、アメリカ合衆国の人工臓器学会より刊行されているArtificial Organs (2012) 23, 220-223に成果として発表した。また、その結果を平成23年度の日本薬学会第132年会(札幌市)で口頭発表し、多数の参加者からの活発な質問を受け大きな反響があった。本申請では人工酸素運搬物質開発に向けて二つの提唱をしている。ひとつは、ミオグロビンの補欠分子を改変して酸素酸素放出能を上げる(=酸素親和性を下げる)こと、および人工補欠分子族で再構成したミオグロビンを有機ナノチューブに封じ込めることである。前者の計画は順調に進み、ミオグロビンの酸素親和性を下げる人工ヘムを見つけることができた。このヘムはコルフィセンとよばれる異性体分子であり、従来は有機化学的観点から興味をもたれている分子である。これをミオグロビンに組み込んで、酸素親和性を測定する生化学的な応用は今回が初めてである。当初は、この人工ヘムをアポミオグロビンを混ぜると沈殿物となり、うまく再構成できなかった。しかし、再構成時のpHや温度を選択すると、沈殿せずにうまく再構成できることをみつけた。現在、この計画をさらに進展させている。一方、有機ナノチューブの合成であるが、小スケールでの予備実験は昨年度の報告で述べたように、うまく進めることができた。しかし、数グラムオーダーでの合成を試みると、反応が順調に進まず、不純物の多い標品しか得られなかった。電子顕微鏡での観察によると、チューブ構造と非晶質の混ざり合った物質であることが判明した。これを再結晶などで精製することをこころみたが、高分子量のナノチューブの結晶化は難しく、溶媒や結晶化温度の選定に手間取っている。その他、ゲル濾過法になどによる精製も試みているが、芳しい結果は現在えられていない。この問題は、有機ナノチューブの前駆体であるβ-D-グルコピラノシルアミンの純度にも原因があると考えられため、その精製にも力を入れている。
腸内細菌により誘導されるＩｍｄ経路を介したシグナル伝達制御と腸管の恒常性維持

腸内の共生細菌は、宿主の免疫反応から免れて増殖し、腸管の恒常性に寄与するとともに、ビタミンなどの必須栄養源の供給を行っている。これまで、腸内共生細菌に対する宿主の免疫寛容の分子機構は不明のままであった。本研究代表者らは、キイロショウジョウバエを用いて、タンパク質同士を糊付けする酵素であるトランスグルタミナーゼ(TG)が、共生細菌の抗原に対して免疫応答する特定の情報伝達因子を糊付けして機能抑制することで、免疫寛容となっていることを明らかにした。哺乳類のTGは、血液凝固や皮膚角質化のタンパク質架橋反応に重要な役割を果たしている。研究代表者らは、TGに対するRNA干渉(RNAi)実験により、ショウジョウバエTGが腸管の常在細菌に対する自然免疫応答の情報伝達系を抑制していることを見出した。TG-RNAiにより通常飼育した非滅菌ハエの生存率が有意に減少したが、生存率低下はジャームフリーのハエでは観察されず、腸管のIMD経路の抗菌ペプチド産生は、TG-RNAiした非滅菌ハエにおいて著しく亢進していた。さらに、TG-RNAiした非滅菌ハエの腸管抽出物を、ジャームフリーの野生型ハエに経口投与すると、生存率の低下を引き起こした。非滅菌ハエにTG-RNAiを行うと、腸管上皮細胞のアポトーシスの原因となり、IMD経路のNF-κB様転写因子であるRelishの核移行を誘導することが判明した。TGのタンパク質架橋反応を阻害する合成アミン試薬の経口投与は、Relishの核移行を促進し、結果的にIMD経路の抗菌ペプチド産生を増強した。以上のことから、TGがIMD経路の転写因子Relishを架橋して不活性化させ、腸内常在細菌に対する過剰な免疫応答を抑制することで、腸管免疫の恒常性維持に寄与していると結論した。25年度が最終年度であるため、記入しない。トランスグルタミナーゼ(TG)は、タンパク質の架橋反応を触媒する酵素である。最近、キイロショウジョウバエTGのRNAi実験により、TGは腸管免疫の制御に関与していることが示唆された。腸管免疫制御の分子機構は未解決の問題である。そこで、本研究では腸管免疫におけるTGの機能を調べた。TGをRNAiした系統と、コントロール系統の、腸管における各種免疫関連因子の産生量をリアルタイムPCR法により定量化した。その結果、主要な免疫経路であるIMD経路の抗菌ペプチドが、RNAi系統において著しく亢進していることが判明した。また、腸管特異的にTGをRNAiした系統では、コントロール系統と比較して生存率が有意に減少した。興味深いことに、RNAi系統を無菌状態にすると、生存率は大幅に回復した。さらに、TGのRNAi系統の腸管抽出物を、無菌化した野生型系統に経口投与すると、TGをRNAiしたときと同様に生存率が低下した。以上より、TGは腸管免疫を負に制御し、腸内細菌叢の維持を行っている可能性が高い。また、TGの合成基質を用いてIMD経路の基質タンパク質を同定した。この基質タンパク質とTGを昆虫細胞により共発現させたところ、基質タンパク質はTGにより高度に架橋された。以上のことから、TGはIMD経路の因子を架橋して不活性化させ、腸管免疫の恒常性維持に寄与していることが判明した。また、腸管ではPeritropic membrane (PM)が、腸内細菌と腸管上皮を隔てるフィルターの役割を果たす。サイズの異なる蛍光標識dextranを野生型とTGノックダウンのハエに与えたところ、dextranのPM透過性が促進していることが判明し、TGによるタンパク質架橋反応がPM形成に重要な働きをしていることが示唆された。

今年度は、下記に示す項目に関する研究を遂行し、すべてに関してデータを得て現在、原著論文を投稿中であり、当初計画を十分に達成できたと考える。1)GAL4/UASシステムを用い、腸管特異的にdTGをRNAiによりノックダウンした。腸管からmRNAを回収し、リアルタイムPCR法によって、腸管におけるImd経路、およびToll経路依存的な各種抗菌ペプチド(セクロピン、ドロソマイシン、ジプテリシンなど)の発現量を定量化した。dTGをノックダウンあるいは過剰発現した系統と野生型の抗菌ペプチドの発現量をそれぞれ比較した。2)TGの合成基質であるペンチルアミン(ビオチン化)と腸管抽出液を混合し、dTG活性により抽出液中のタンパク質を特異的にビオチン化し、アビジン-磁気ビーズで回収後、質量分析することで、dTGの標的基質が転写因子Relishであることを同定した。3)同定した標的基質の組換えタンパク質を調製して、dTGによる架橋反応を生化学的に解析するとともに、標的基質の架橋部位がN末端部位に局在していることを同定した。さらに、標的基質に対する抗体を作製して、標的基質の腸管上皮における細胞内局在性を調べた。腸内細菌の有無による標的基質の細胞内局在性の変化も調べた。今後は、以下の項目について研究推進する予定である。dTGノックダウンがおよぼす腸内細菌叢への影響を解明する。1)dTG-RNAiハエでは、野生型とは異なる腸内細菌叢を有していると推定される。dTG-RNAiハエと野生型ハエの腸管からDNAを抽出し、細菌の16S rRNAの保存領域に対応するPCRプライマーを用いてDNAを増幅し、その塩基配列を解析する。2)上記1)の結果をもとに、dTG-RNAiハエに特異的な腸管の細菌群を同定する。それらの細菌群が短命の原因となる可能性があるため、野生型の無菌バエに同定した細菌を感染させて、生存日数をコントロールのハエと比較する。経口感染やPAMPs投与による抗菌ペプチド発現量を解析する。1)野生型ハエ、およびdTG-RNAiハエに対して常在細菌や病原細菌を経口感染させて、リアルタイムPCR法によって腸管における各種抗菌ペプチドの発現量の変化を経時的に調べる。2)同様の実験を、細菌由来の種々のPAMPsを経口投与して行い、dTGによる生存率低下の原因を明らかにするとともに、腸管の恒常性維持の分子機構を解明する。腸管の新規のPAMPs受容体を同定する。1)腸管内には、PGRP-LCやPGRP-LE以外の未知のPAMPs受容体が存在する可能性がある。そこで、ビオチンラベルした各種PAMPsを経口摂取させ、腸管抽出液からアビジンビーズを用いてラベル化タンパク質を回収し、質量分析により同定する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
緑内障関連遺伝子の解明・診断用DNAチップの開発と治療用ベクターの開発

日本人の原発開放隅角緑内障(POAG)と正常眼圧緑内障(NTG)患者に対し、緑内障遺伝子OPTN遺伝子とMYOC遺伝子の解析を行った。OPTN変異とMYOC変異の頻度は、0.2%(1/433)と2.9%(5/171)であった。OPTN変異は、日本人緑内障患者において非常にまれであったが、T34T多型が緑内障発症と関連していたことから、日本人においては緑内障発症の危険因子であった。緑内障遺伝子MYOC、OPTN、CYP1B1において、日本人患者で報告された変異を簡単に検出する方法として、Invader法を用いる方法で診断パネルを開発した。緑内障感受性遺伝子の解明に向けてCase-control studyによりSNPsを検討し、幾つかの危険因子が同定された。OPTN遺伝子とMYOC遺伝子のブタ遺伝子をクローニングし、種々のストレス負荷による反応を解析し機能解析を行い、異なる機序で緑内障発症を来すころが推定された。AOC2(RAO)遺伝子の発現が角膜内皮に強く確認されたため、遺伝子導入実験を神経節細胞から培養マウス角膜内皮細胞を用いることが可能になった。マウスのプロモーター領域は1527bpsであるが、更にイントロン1を含むもの、5'上流の遺伝子エキソン11および3'領域を含む幾つかのコンストラクトを作成し、発現効率を調べた結果、イントロン1を含むものは抑制された。AOC2はAOC3(VAP1)とホモロジーが65%であり、接着分子としての機能の存在が推定された。N末端とC末端を部分発現させた結果、N末端が細胞膜貫通ドメインとして重要と思われた。緑内障の原因遺伝子ミオシリンを発現・精製して水晶発振子を用いて生体分子との相互作用を検証した。ミオシリンcDNAをpMIB昆虫発現用ベクターに挿入して昆虫細胞sf21にトランスフォームした。ベクターが組み込まれた細胞のみを選択して、浮遊培養を行った。培養液を3日おきに回収して、これを透析・濃縮してニッケルカラムによるアフィニティー・カラムさらにゲルろ過によって精製を行った。精製ミオシリンは水晶発振子上に固定され、反応チャンパー内で安定した後に、細胞内局在が同一であると考えられているコラーゲンタイプ4やファイブロネクチン等とのタンパク質間相互作用を測定した。ミオシリン・タンパク質を85%の純度で精製した。水晶発振子によってコラーゲンタイプ4やファイブロネクチンとの相互作用が確認された。昆虫細胞を用いることによりタンパク質の修飾が行われ、その結果分解産物がなく、水溶液に溶解できるミオシリンを発現できたと推測する。緑内障遣伝子であるミオシリン(MYOC)、オプチニューリン(OPTN)の、チトクロームP4501B1(CYP1B1)において、日本人患者で報告された変異を簡単に検出する方法として、Invader法を用いる方法を開発した。Invader法はPCR法を使用せず、1塩基置換を多数検体において短時間で検出できる方法である。Invader法は、2セットの特異的なシグナルプローブ、インベーダーオリゴ、FRETプローブと2色の蛍光標識を用いて、同時に野生型と変異型1塩基置換を検出する方法である。今回。MYOC変異4種類、OPTN変異2種類、CYP1B1変異13種類のアッセイを検討した。通常のDNAチップ法はPCR法で目的の遺伝子領域を増幅するが、PCR法+DNAチップ法の測定精度は約90%とされているが、本法は99.7%の測定精度をもつ。さらにInvader法は迅速かつ容易に検出が可能である。Invader法は、既知の遺伝子変異を多数症例において簡便にかつ短時間にスクリーニング出来る方法と思われる。

AOC2(RAO)遺伝子の発現が角膜内皮に強く確認されたため、遣伝子導入実験を神経節細胞から培養マウス角膜内皮細胞を用いることが可能になった。マウスのプロモーター領域は1527bpsであるが、更にイントロン1を含むもの、5'上流の遺伝子エキソン11および3'領域を含む幾つかのコンストラクトを作成し、発現効率を調べた結果、イントロン1を含むものは抑制された。AOC2はAOC3(VAP1)とホモロジーが65%であり、接着分子としての機能の存在が推定された。N末端とC末端を部分発現させた結果、N末端が細胞膜貫通ドメインとして重要と思われた。日本人の原発開放隅角緑内障(POAG)と正常眼圧緑内障(NTG)患者に対し、緑内障遺伝子OPTN遺伝子とMYOC遺伝子の解析を行った。POAG患者201名、NTG患者232名、正常コントロール218名から本研究の同意を取得後、採血・抽出したDNAを用い、各エキソン領域のスクリーニング(WAVE)を行った。OPTN遺伝子は、アミノ酸置換を伴うH26D(POAG患者1名),Leu47del(正常者1名),M98K,R545Qと、置換を伴わないT34T,P37P,T49T,H571Hの多型が検出された。M98KとR545Qは出現頻度で正常人と緑内障で差は無く多型であった。T34Tは、POAGおよび眼圧が16mmHg以上のNTGで、正常人に比べ出現頻度に有意差があった。MYOC遺伝子は4つの変異(I360N,A363T,F369L,T448P)と9つの多型が検出され、F369Lは新規変異であった。OPTN変異とMYOC変異の頻度は、0.2%(1/433)と2.9%(5/171)であった。OPTN変異は、日本人緑内障患者において非常にまれであったが、T34T多型が緑内障発症と関連していたことから、日本人においては緑内障発症の危険因子であった。MYOC変異の頻度はこれまでの報告と同様であった。緑内障は高眼圧や循環障害等により視神経萎縮を来す疾患で、成人失明原因の第2位の疾患である。40歳以降の有病率は約4%で、推定200万人存在する。緑内障は遺伝的要因と環境因子が関与する多遺伝子疾患とされているので、その危険因子としてのSNPsを明らかにする。PCR-RFLP法を用いて、Case-control studyによりSNPsを検討した。検討した遺伝子多型は、1)レニン-アンギオテンシン系では、REN,ACE,AT1R、2)PT53、3)SOD3、4)GSTM1,GSTT1、5)NOS3、6)WRNである。対象は正常人170名(採血時平均年齢70.7歳)、開放隅角緑内障112名(平均年齢65.6歳)、正常眼圧緑内障123名(平均年齢59.6歳)である。9種類12SNPsの検討により、RENおよびGSTT1で統計学的に有意差がみられた。RENはイントロン多型(Mbo I多型)であり、開放隅角緑内障で変異型ホモ(TT)が正常人より少なかった。また、開放隅角緑内障で有意にGSTT1(+)が正常人より多かった。REN多型は緑内障発症と関連する可能性が示唆された。GSTT1は悪性疾患において、GSTT1(-)が有意に増加していると報告されているが、今回は反対の結果であった。
中東イスラム世界における現代イスラムの動向とその思想的・歴史的背景

1.補助金交付内定の通知を受け、6月21日に研究方針を話し合う第1回会合が開かれた。最初に中村が現代イスラムの研究史を概観する基調報告を行ない、多様なイスラムのあり方を無視した「原理主義」偏重の研究動向に強い疑問を呈した。その後の共同討議では、この問題提起を受けて共通の関心を培うとともに、秋まで各自が個別研究を行ない、9月以降報告と共同討議を行なう方針を確認した。2.9月からは以下のような研究発表が順次行なわれた。まず、8月にアラブ諸国の現地調査を行なった飯塚が、イスラム政治運動参加者の実態について報告。イスラム的政治とは何か、不明確なまま運動に参加している者が数多く存在する事実を当事者も認めていることを指摘した。ついで鎌田が、イラン・シーア派世界の近代における思想史的展開と今日のイスラム共和国体制との関連・矛盾点を論じ、竹下は、1年間のエジプト現地調査の成果を踏まえて、現代イスラムの思想的・歴史的背景を考察する上でのネオ・スーフィズム(18世紀以降、従来のスーフィズムを批判して成立した新たなイスラム神秘主義)の重要性について報告した。最後に中村が、現代フランス思想の影響を受けながらイスラム思想史そのもののデコンストラクションを計っているムハンマド・アルクーンの思想について報告し、個別研究を終えた。3.以上の個別研究の結果、当面の共同研究テーマとして、現代イスラムに対するネオ・スーフィズムの影響を考察することとし、1月以降討議を続けている。討議の中では、現代イスラム大衆運動との組織構造上の類似性や倫理規範の重視などの面での共通性が指摘されているが、このテーマは巨大なテーマでもあり、今後も私的研究会による研究を継続したい。成果は23年後をめどに公表するつもりである。
高次認知機能に関わる電気生理信号の解読と電気刺激による制御

1.アイオワ大学2.シーダース・サイナイ病院(カリフォルニア)昨年から開始したシーダース・サイナイ病院との共同研究は非常に上手く行き、合計7人の患者からの記録を行なった。1月には、非常に稀な視覚皮質での記録を行なった。2010年5月に記録予定の、もう1人の患者での視覚皮質での記録と合わせ、来年には学会発表、論文執筆を行なう予定。2月、9月には1人ずつ前頭葉からの記録を行なった。主にギャンブル課題を行なった。3月、12月には1人ずつ、また5月には2人、特に扁桃体からの深部記録を行なった。特に12月の患者では、新しい記録システム(Neuralynx)を導入し、単一ニューロン記録に成功した。3.山形大学また、年末頃から、山形大学の丹治准教授との共同研究を始めた。丹治准教授は、山形大学の大学病院、仙台の広南病院のてんかん研究グループと共同研究をしており、私自身は、データの解析、タスクのデザインなどに関与することになった。現在、8人の患者のデータが集まって来ている。4.サルの電気生理実験データの解析また、人間での神経記録の解析以外にも、サルでの多チャンネル電気記録を行なっているラボとも共同研究をおこなった。NIHのDavid Leopold、Alex Maierとの共同研究では、サルが曖昧な刺激を見ているときの神経活動をディコーディング手法を用いて解析した。現在論文執筆中。玉川大学の坂上教授の指導のもと、横山氏との共同研究では、サルが3種類のジュースを自由意志で選ぶときの神経動をディコーディング手法を用いて解析した。現在2頭目のサルからの記録を行なっている。現在論文執筆中。
ソバ二花柱型自家不和合性の分子機構の解明とその進化学的解析

他殖性植物であるソバは自家花粉を受精することができない。このため品種の純化が難しく、イネやコムギなどと比べてその育種は進んでいない。われわれは自殖性ソバの作出の基盤を築くため、ソバの他殖性遺伝子の同定を試みた。本研究により、ソバの他殖性遺伝子はほとんど組換えを起こさない染色体領域に座上することが明らかになり、さらに本遺伝子を含むか、もしくはその極近傍の領域の同定に成功した他殖性植物であるソバは自家花粉を受精することができない。本研究により、ソバの他殖性遺伝子はほとんど組換えを起こさない染色体領域に座上することが明らかになり、さらに本遺伝子を含むか、もしくはその極近傍の領域の同定に成功した1.BACライブラリーのスクリーニング、及びマッピングcDNA-AFLPを用いることにより、約4000個体からなるマッピング集団において二花柱型自家不和合性遺伝子(S遺伝子)と完全に連鎖するDNAマーカーを発見した。このDNAマーカーを足がかりにクロモソーム・ウォーキングを進め、29個のBACクローンからなるコンティグを作成した。これらのBACクローン群がS遺伝子をカバーしていることを確認するため、新たに4800個体のマッピング集団を作成し、個体ごとにDNAを抽出し、コンティグの両端に作成したDNAマーカーを用いてマッピングを行った。残念ながらS遺伝子の極近傍での組み換えを検出することが出来なかったため、S遺伝子をカバーしているかどうかを確認することは出来なかった。今後、調査する個体数をさらに増やす必要がある。2.相補実験相補実験を行うため、ソバの形質転換系の確立を目指した。まず、すでに発表されているアグロバクテリウムのimplant法を試みた。これまでに親個体へのアグロバクテリウムの感染は確認できたが、次世代での形質転換個体を得るには至っていない。またソバの葉組織の脱分化一再分化系にアグロバクテリウムを感染させ、形質転換体の作出を試みた。これまでにハイグロマイシン耐性の形質転換カルスを得ており、現在、再分化個体の作成を目指しいる。3.cDNAライブラリーの作成ソバの花器には蜜成分などの糖が多く含まれるため、純度の高いmRNAの抽出が非常に困難であった。複数の手法を試みた結果、CTABを用いた手法により花器官や雌しべから純度の高いmRNAの抽出が可能となった。これまでに雌しべを500本から5μgのmRNAを抽出し、cDNAへの逆転写を完了している。今後適当なベクターと組み合わせてライブラリーとする予定である。(1)マッピングとゲノミックウォーキング:本年度は1400個体からなる分離集団を作成し、total DNAを抽出した。すでに作成していた集団を合わせると、合計7500個体の分離集団となった。この分離集団を用い、S遺伝子を2つのAFLPマーカーの間(0.04cM)に限定することができた。さらにこれらのマーカーからゲノミックウォーキングを進め、19個のBACからなるコンティグの作成を行った。また次世代シークエンサー(Solexaシークエンサー)を利用し、これらの19個のBACクローンの塩基配列を解読したところ、少なくとも6つの遺伝子が存在することが分かった。これら6つの遺伝子のうち3つは花器官で転写されていることがRT-PCRにより示された。これらの結果からこれらの3遺伝子はS遺伝子本体であるか、もしくはその関連遺伝子である可能性が高いと考えられる。(2)cDNAライブラリーの作成:短柱花および長柱花の雌しべからRNAを抽出し、cDNAライブラリーの作成を行った。このcDNAライブラリーを用いることにより、短柱花もしくは長柱花の雌しべで特異的に発現している遺伝子のスクリーニングが可能となった。(3)cDNA-AFLPによるS遺伝子のスクリーニング:cDNA-AFLPを用いて長柱花の雌しべと短柱花の雌しべ間で転写量に差があるcDNAのスクリーニングを行った。総計約6400本のDNA断片が検出され、このうち9断片で短柱花に強いシグナルが見られた。これらのDNA断片の内部配列を用いてRT-PCRを行ったところ、2組のプライマーでは短柱花に強いシグナルが見られた。これらの2つの遺伝子は細胞壁の合成とペクチン分解に関与する遺伝子であり、花柱の成長や花粉管伸長の阻害などを担っている可能性がある。今後、マッピングを行いS遺伝子との連鎖関係を調査する必要がある。(1)ゲノミックウォーキング約7000個体からなるマッピング集団をスクリーニングし、新たに2つのS遺伝子完全連鎖マーカー(Y3およびY5マーカー)を得ることができた。これらに既存のマーカー(M1)をくわえた3カ所からゲノミックウォーキングを行った。M1周辺には25クローンのBAC、Y3周辺には25クローンのBAC、Y5周辺には4クローンのBACからなるコンティグを作成することができた。(2)アソシエーション解析ゲノミックウォーキングに用いた短柱花に特異的な増幅がみられるPCRマーカーを利用してアソシエーション解析を行った。

中国(10集団)、ヨーロッパ(7集団)、インド(7集団)、日本(6集団)、ネパール(6集団)、パキスタン(6集団)およびブータン(3集団)から短柱花および長柱花個体を1個体ずつ任意に選んでトータルDNAを抽出した(全90個体)。M1およびY5周辺のPCRマーカーを用いた場合、花柱性とPCRの増幅には有為な相関が見られなかった。しかしながらY3周辺のほぼ全てのPCRマーカーを用いた場合、多くの短柱花個体でPCR増幅が見られ、ほとんどの長柱花個体では増幅が見られなかった。このことからソバの二花柱型自家不和合性遺伝子はY3周辺のコンティグ上、もしくはその極近傍に座上することが分かった。(3)次世代シークエンサーによる塩基配列決定Solexa Genome Analyzerを用いてY3周辺のBAC(15クローン)の塩基配列決定を行った。アセンブル後の塩基配列をBLAST検索したところ、3つの構造遺伝子の存在が示唆された。しかしこれらの遺伝子のORF中には終止コドンが見られたため、これらの遺伝子は偽遺伝子化していると考えられた。
メディアがもたらす女性の意識変化の研究―戦後女性雑誌の送り手・受け手分析

日本の女性雑誌は、近代以降のある時期の女性の生活や意識を探る格好の素材として、研究されてきた。女性の生活史という視点、日本の女性のあり方を知るという文化人類学的な観点、ジェンダー論的な視点などから研究されてきた。これらの研究は、メディアを対象とした研究に多くみられる二つのアプローチのいずれかあるいは双方をとっている。すなわち、メディアが同時代の人々の生活、心理状態やイデオロギーを表現しているという仮説(代理仮説)とメディアが同時代の人々の生活、心理状態やイデオロギーに影響を与えているという仮説(影響仮説)に基づく研究である。しかし、女性、および日本社会において女性雑誌がどのような存在かを考えるならば、これら二つの仮説のいずれも、また双方の組み合わせ・相互影響という形の仮説でも、適切ではない。そこで、本研究では、女性雑誌を、女性文化という視点から研究をおこない、広告資本、編集組織、読者というエージェントからなる資本主義文化としての女性雑誌の有り様を明らかにした。本研究の報告書は、三部構成となっている。第一部は、本研究の結果、期間中に発表あるいはこれから発表する予定で執筆した諸論文をまとめたものである。1章では、女性雑誌が資本主義を体現するまでの歴史的段階を明らかにし、2章では、女性雑誌におけるジェンダー概念の使用法を文芸投稿を例に分析した。3章では資本主義と相互利用しながら女性のエンパワーメントをおこなう新しい女性雑誌の出現を描き、4章では、資本・読者、編集者の相互関係について具体的事例をもとに分析した。5章では、グローバル化した女性雑誌の資本の論理と文化的差異の問題を扱った。第二部では、11大学の大学生を対象におこなった読者への女性雑誌と、その比較対象として男性雑誌の質問紙調査の結果をまとめ、女性雑誌がいかに女性の意識・生活に意味をもっているかを明らかにした。本年度は、女性雑誌の編集者に対するインタビュー調査、読者のインタビュー調査の試し、それらのテープ起こしと基礎分析、本研究テーマに関わる文献の収集と分析をおこなった。インタビュー調査は、『女性自身』の横田氏、『JJ』の牛木氏、『ハナコ』の椎名氏、『クラッシイ』『ヴエリイ』の並河氏、『アンアン』の淀川氏などに調査を依頼、インタビューをおこない、分析をすすめている。読者インタビューのほうは、お茶大の学生数名に、プレ調査をかねてインタビューをおこなった。また、8月末には、アメリカ、ニューヨークにてELLE社の編集者などとのインタビューをおこなったほか、ロマンス小説の分析で世界的に有名な、デューク大学のジャニス・ラドウエイ教授と会い、女性文化の研究についての意見交換をおこなった。また、ノースカロライナ大学では、同大学のバスリー教授の依頼で、日本の女性雑誌とアメリカの女性雑誌の比較について講演、同教授のゼミ学生と討論をおこない、日米の雑誌や読者の違いについて知見を得ることができた。本年度は、インタビューの分析のほうは、まだ公開できる段階にないが、文献を中心とした分析の一部を論文としてまとめた。平成13年度に出版される『お茶の水女子大学紀要』に、「女性雑誌にみる『女の子』の成立」として掲載される予定である。本年は、読者に対するアンケート調査を実施した。調査は、女子大学4校を含む11の大学の女子学生1086人の協力をえておこなわれた。有効回答は1009であった。年齢は1747才(98%が24才以下)、学年は14年生(12年生が81%)である。その結果、女性雑誌は女子学生の生活に思った以上に関わっていること、消費文化と女性雑誌が深く結びついていることが明らかとなった。まず、ほとんどの学生が女性雑誌を読んでいることがわかった(ほとんどみないは、6.5%)。過半数が4雑誌以上を読んでおり、女性雑誌の影響力は思った以上に大きい。また読まれている雑誌は偏っている。

読んでいる理由は、ファッションを参考にするため(75.8%)、洋服や化粧品・小物などの商品情報をうるため(56.8%)、何が流行しているかわかるから(44.9%)、暇つぶし(38.0%)である。買い物、食事など雑誌にのっている店や施設を、ときどき利用したことがある人(36.4%)、12回はある人(32.1%)と、雑誌は、商品購入や飲食の際の情報源としてよく利用されている。雑誌は商品の購買を促す作用も強い。雑誌をみると、つい雑誌にのっているものを買いたくなることがよくある(27.2%)、ときどきある(44.9%)と、大きな影響を受ける。逆に買いたいものがあるときは、参考になりそうな雑誌をチェックするという設問では、「よくある」が26.8%、「ときどきある」が39.6%と、これもなかなり多い。雑誌は、商品選択の重要な媒介となっていることが明確となった。また、とおりすがりの女性をみて、どんな雑誌を読んでいるか想像できることがよくある19.9%、ときどきある41.5%と、多くの人が雑誌を人の外見や好みと結びつけて考えている。このようなアイデンテイテイとの関わりも、次年度に向けて分析を進めたい。十代前半:1970年以前は、少女雑誌が人気があった。1960年代より、少女漫画が継続して人気をえている。1990年より「明星」が人気をえている。十代後半:戦前は、少女雑誌か「主婦の友」を読んでいたが、戦後は、少女雑誌は読まれなくなり、1950年代以降は主婦雑誌も人気を失っていった。戦後、「平凡」と「明星」が人気を博した。1970年代以後は「セブンティーン」と「ノンノ」が人気をえた。二十代:1975年まで、主婦雑誌が人気を集めた。1975年以後「ノンノ」が人気をえた。1985年から「モア」90年から「ウイズ」が人気をえた。三十代・四十代:1981年まで主婦雑誌が人気を集めた。1960年代以降「週刊新潮」が四十代に人気を集めている。この結果より、雑誌の読者市場が次のように変化していることがわかった。1900-1970年代:十代向け雑誌/主婦向け雑誌、1970年代:十代向け雑誌/二十前後未婚女性向け雑誌/主婦向け雑誌、1980年代:十代向け雑誌/二十前後未婚女性向け雑誌/二十代後半未婚女性向け雑誌/主婦向け雑誌、1990年代:十代向け雑誌/二十前後未婚女性向け雑誌/二十代後半未婚女性向け雑誌/成年向け雑誌。また、雑誌『アンアン』と『JJ』の内容分析と編集者へのインタビューにより、1970年代後半からの、いわゆるブランドもののブームが、女性たちのどのような欲求と関係していたかが明らかになった。今年度は、科学研究費助成による最終年度のため、不十分であった箇所の情報や資料を補い、研究成果をまとめることに重点をおいて研究を進めた。8月に、カリフォルニア大学バークレー校にて、日本の、女性雑誌読者の歴史的変遷と、女性雑誌の読者、編集者、広告主との関係についての研究成果を発表し、好評を博し、また有益なコメントをえた。
中世歌論史の再構築ー定家歌論の受容と変容ー

和歌の創作理論は中世に入って急速に深化した。その始原に位置するのが藤原定家である。現在、歌論書『毎月抄』は定家真作として扱われることが多い。しかし、子細に検討するとその記述には偽書としての刻印が見出される。本研究では、この『毎月抄』の成立時期を正確に見極め、偽書として定位し、定家歌論の受容と変容の史的展開を明らかにする。具体的には、『毎月抄』伝本を整理し、近年、研究の進展が著しい偽書論を踏まえ、これまで注目されていなかった書簡体というスタイルや夢の既述など文化史や宗教史に広がる視点から『毎月抄』を検討する。さらに『毎月抄』以降の歌論書を含め、定家歌論の受容と変容の様相を見極めることを目指す。
CRPCにおけるCAVEOLIN-１、２関連シグナル伝達を介した新規治療法の探索

去勢抵抗性前立腺癌(CRPC)患者36例とホルモン感受性前立腺癌(HSPC)患者22例の血液サンプルを用いて、Caveolin-1(CAV1)とCAV2蛋白の血漿中濃度を測定したところ、HSPC患者と比較して、有意にCRPC患者でCAV1とCAV2の発現が増加していた。癌細胞株にでは、同様にCRPC細胞株であるPC3やDU-145細胞でCAV1とCAV2の発現が増加していた。PC3細胞を用いたin vitroの実験系で、CAV1とCAV2のノックダウンにより、PC3細胞の遊走能の低下が確認された。ビメンチンやN-cadherinなど複数の分子の発現に変化がみられており、現在解析を進めている。患者血漿サンプルは去勢抵抗性前立腺癌(以下CRPC)36例、ホルモン感受性前立腺癌(non-CRPC)22例のtotal 58例から採取した(本学医の倫理委員会承認済:第847号)。得られた血漿サンプルを用いてCAV1,-2 levelを市販のELISA kitにて測定した。またそれぞれのcell lineからtotal RNAおよびタンパク質を抽出し、qRT-PCRおよびELISA法にて両分子の発現量をmRNAおよびprotein levelで検討した。さらにCAV1,-2特異的siRNAをCAV1,-2高発現株であるPC3に対して導入し、両分子のknock down(KD)を行いPC3 CAV1,-2 KD株とcontrol株との間でCAV関連分子に与える影響の差異をqRT-PCRおよびELISA法を用いて検討した。CAV1特異的siRNAを用いてCAV1,-2高発現細胞株であるPC3に対して導入し、CAV1のknock downを行いcontrol株との間でそのco-factorと言われるCAV2およびPI3K-AKT情報伝達系などのCAV関連分子に及ぼす影響を検討した結果、PC3 CAV1 KD株においてCAV2の発現抑制を認め、かつ興味深いことにこのCAV2をKDすると(PC3 CAV2 KD株において)同じくCAV1の発現が抑制されるといった連動性が確認できた。臨床検体を用いた解析はほぼ終了し、CAV-1とCAV-2の相関、臨床的意義について報告できた。次の実験に使用する細胞株、試薬は準備できており、細胞株における特定分子の発現解析まで終了している。臨床検体を用いた解析で、血漿Caveolin (Cav) 1 ,-2 levelはnon-CRPC群と比較してCRPC群で有意に増加していた(Cav-1: p=0.003/ Cav-2: p=0.002)。またcell lineにおいてもCav-1,-2はmRNAおよびprotein levelともにLNCaP(non-CRPC model)に比べてPC3(CRPC model)で有意に高発現していた(p<0.001)。さらに、PC3 Cav-1ノックダウン(KD)株ではそのco-factorと言われるCav-2の強い発現抑制を認め、かつこのCav-2をKDすると同じくCAV1の発現が強く抑制されるといった連動性も確認できた。前立腺癌細胞株から抽出した蛋白とmRNAを用いた免疫ブロット及びPCRでは、PC3において他細胞株と比較しCav-1, -2の高発現を認めた。siRNAによるPC3細胞におけるCav-1, -2のknockdownを行い、Cav-1, -2が十分knockdownされていることをreal time RT-PCRで確認した。さらにCav-1のknockdownでCav-2の発現が抑制され、同様にCav-2のknockdownによりCav-1の発現が抑制されていたことを再度確認した。Cav-1, -2をKDしたPC3を用いて、migration assayを行ったところ、controlと比べ有意に遊走能の低下を認めた。しかし、invasion assayではCav-1, -2のKDによる浸潤能の有意な変化はみられなかった。その要因を探るべくCav-1, -2のKDによるEMT関連分子の変化を解析した結果、Cav-1、2のKDによるE-cadherinの発現亢進がみられた。CaveolinのKDによる遊走能の変化に上皮間葉転換(EMT)現象が関与している可能性を考慮し、現在解析を進めている。Cav-1, 2がPC3細胞における遊走能に関与しており、その作用はE-cadherinを介している可能性があることが判明した。Cav-2の発現と前立腺癌細胞の遊走能やEMTに関連した報告はまだなく、現在遊走能に影響を与えるその他の要因・分子について、またE-cadherinの発現に関与するSnailファミリーの発現、機能解析を進めている。CAV1、CAV2のノックダウンにより、PC3細胞の遊走能は低下し、同細胞ではビメンチンとN-カドヘリンの発現が低下していた。さらに、PCRアレイによる解析で、MMP13とETS variant 4の関与が考えられた。

ビメンチンやN-cadherinなど複数の分子の発現に変化がみられており、現在解析を進めている。1.前立腺癌細胞株におけるCAVsのKDにより、性ホルモン受容体の発現に変化が出ることが確認できたため、そのメカニズムと癌進展との関連を明らかにする。2.CAV 2およびCAV1の恒常的KD細胞株の作製を行う。3.前立腺癌モデルマウスのさくせいと解析を行う。1.Cav-1, 2とEMTの関連について、それぞれのKD株におけるEMT関連分子の変化を解析する。2.Cav-1, 2の恒常的KD細胞を作成し、マウスモデルにおける解析を行う。泌尿器科
マウスKKIAMREキナーゼの発現制御機構と高次神経機能における役割

新規マウスセリン-スレオニンキナーゼ、Cdkl2(KKIAMRE)遺伝子の発現制御に関する解析。サイクリン依存性キナーゼ関連キナーゼ2(Cycling-depelldent kinase-like 2; Cdkl2、KKIAMRE)はウサギにおけるまばたき反射学習に伴って発現増強する新規キナーゼとして我々によって分離されたものである。マウスにおいてCdkl2の発現パターンと神経活動依存性を解析するために、ジーンターゲッティング法によりCdkl2遺伝子ノックアウトマウスを作製した。この変異マウスはコーディングエキソンのアミノ末端に外来性レポーター遺伝子であるLacZを挿入置換したものである。LacZ活性は、生後3日から7日の間に大脳皮質において認められ、その後徐々に活性の上昇が認められ、生後28日ほどで最大活性を示した。成体マウスの脳においてLacZ活性は、嗅球、大脳皮質、海馬、視床核、扁桃核、膝状体、赤核、小脳深部核、脳神経核あるいは脊髄といった部位において広範囲に渡って検出された。Cdkl2の局在と入力依存性発現制御を明らかにするために、小脳プルキンエ細胞を欠くミュータントマウス、LurcherとCdkl2遺伝子ノックアウトマウスを交配することによって、プルキンエ細胞から深部核への抑制性入力を排除した条件下での発現活性を検討した。その結果、この掛合わせマウスの小脳深部核においてCdkl2の発現様式に著明な変化を見い出すことはできなかった。また、Cdkl2遺伝子ノックアウトマウスに由来するニューロンの初代培養系においてグルタメート、高濃度カリウム(KCl)、ホルボールエステルあるいは白血病抑制因子(LIF)といった初期遺伝子群の発現誘導をおこす薬剤の作用について検討したところ、初期発現遺伝子c-fosで認められた発現誘導は、Cdkl2においては生じないことが明らかとなった。以上の結果から、Cdkl2は主に成熟したニューロンにおいて機能を果たしており、初期発現遺伝子とは異なる発現制御を受けていることが明かとなった。(1)マウスの瞬目反射学習系におけるKKIAMREの発現制御についての解析。C57BL/6Jマウスを用いて、遅延型課題において条件刺激(CS)と無条件刺激(US)をペアにして提示した学習群、CS-USをアンペアにて提示した対照群及びCS-USの非提示群の小脳深部核よりそれぞれ0.5ミリ角程度の領域を採材し、複数個体より組織をプールした後、ABI社製7700機を用いたTaqMan Probe法によってKKIAMREの転写産物を学習の成立過程において定量的に測定した。その結果、ウサギの学習系で認められた転写産物の増加は種を超えてマウスでは保存されていなかった。(2)KKIAMRE遺伝子変異マウスを用いた瞬目反射学習と発現制御についての解析。行動様式の可塑的変化におけるKKIAMREの機能的関与について、レポーター遺伝子(LacZ)を翻訳領域に置換挿入したヘテロ接合体を用いて瞬目条件反射学習を行なった。学習の成立に伴ない小脳深部核のニューロンにおいて遺伝子発現が誘導されるか否かについてLacZの発現をモニターすることによって定量的に調べた結果、(1)で得られた結果と同様に、内在性プロモーターによって制御されるLacZの小脳深部核における発現についてもマウスにおいては増強を認めなかった。これらのことは、学習や記憶の過程における全てが種を超えて同様に使われているとは限らないことを示唆している。変異マウスのC57BL/6J系コンジェニック系統の樹立とホモ接合体を用いた条件学習の障害の有無についても現在解析を進めている。

(1)マウスKKIAMRE遺伝子の発現制御に関する解析。KKIAMREの発現局在と入力依存性発現制御を明らかにするために、レポーター遺伝子(LacZ)を翻訳領域に置換挿入したヘテロ変異マウスを用いて解析した。脳においてLacZ活性は、種々のニューロンサブタイプにおいて認められ大脳皮質、海馬、視床、扁桃核、赤核あるいは小脳プルキンエ細胞および深部核といった広範囲に渡って検出された。また、生後3日より活性が検出され、生後4週で最大活性を示した。小脳プルキンエ細胞を欠くミュータントマウス、LurcherとKKIAMRE変異マウスとの交配によって、プルキンエ細胞から深部核への抑制性入力を排除した条件下での発現活性を検討した結果、小脳深部核におけるKKIAMREの発現様式に著明な変化は見出されなかった。また、ニューロンの初代培養系においてglutamate, KCl, phorbol ester,あるいはLIFといった初期発現遺伝子の発現誘導をおこす薬剤の作用についても検討したところ、初期発現遺伝子c-fosで認められた発現誘導はKKIAMREにおいて生じなかった。(2)KKIAMRE遺伝子変異マウスを用いた瞬目反射学習の解析。行動様式の可塑的変化におけるKKIAMREの機能的関与について、変異マウスのC57BL/6J系コンジェニック系統の樹立を行ない、遺伝子変異ホモ接合体を用いて条件学習および運動協調性の障害の有無について解析した。変異マウスにおいて、ローターロットテストにより四肢の協調と調節機能に障害は認められず、瞬目反射条件学習においても正常マウスと同等の条件反応の獲得を示した。これらの結果から、小脳に関する基本的回路機能および深部核を中心とした記憶形成機構において明らかな異常がないことが明らかとなった。新規マウスセリン-スレオニンキナーゼ、Cdkl2(KKIAMRE)遺伝子の発現制御に関する解析。サイクリン依存性キナーゼ関連キナーゼ2(Cycline-dependent kinase-like2;Cdkl2、KKIAMRE)はウサギにおけるまばたき反射学習に伴って発現増強する新規キナーゼとして我々によって分離されたものである。マウスにおいてCdkl2の発現パターンと神経活動依存性を解析するために、ジーンターゲッティング法によりCdkl2遺伝子ノックアウトマウスを作製した。この変異マウスはコーディングエキソンのアミノ末端に外来性レポーター遺伝子であるLacZを挿入置換したものである。LacZ活性は、生後3日から7日の間に大脳皮質において認められ、その後徐々に活性の上昇が認められ、生後28日ほどで最大活性を示した。成体マウスの脳においてLacZ活性は、嗅球、大脳皮質、海馬、視床核、扁桃核、膝状体、赤核、小脳深部核、脳神経核あるいは脊髄といった部位において広範囲に渡って検出された。Cdkl2の局在と入力依存性発現制御を明らかにするために、小脳プルキンエ細胞を欠くミュータントマウス、LurcherとCdkl
トップダウンアプローチによるボウル型3次元π共役化合物の合成と物性探索

ボウル型の分子構造をもち三次元的に拡がったπ共役系をもつ機能性有機化合物を、フラーレンのσ骨格ならびにπ共役系を自在に切断するというトップダウンアプローチにより合成した。得られた分子の官能基を化学変換することによって還元電位を制御し、比較的高い解放電圧をもつ有機薄膜太陽電池のn型材料として利用可能であることを見出した。また、ボウル型分子の内部へ小分子の挿入が可能であることを明らかにした。フラーレンC60とピリダジン誘導体との熱反応により、C60骨格上に8員環の開口部を形成させた。さらに、この8員環開口体に酸素存在下、可視光を照射することによって、開口部の炭素-炭素二重結合をジケトンとして開裂させることによって、12員環の開口部塗もつジケトン誘導体を合成した。このジケトンに対して、トリエチルフォスファイトを反応させることによって、二つのケトンをカップリングさせてエポキシドに導いた。次に、銅触媒存在下、酢酸ナトリウムをこのエポキシドへ付加させ、加水分解を行うことにより、ジオールへと変換した。さらにこのジオールを(AcO)2IPh存在下、可視光を照射することによって、ラジカル的な酸化反応を行うことによって、新しい形式の12員環の開口部をもつC60誘導体を合成することができた。これら一連の化合物の構造は、1H&13C NMR, IR, Ms, UV-Vis等の各種スペクトルによって同定した。UV-visスペクトルにおいては、今回の新しい12員環開口体は、最長波長吸収の吸収端が900nmを超えるところまで観測され、この誘導体のHOMO-LUMOギャップが通常のC60誘導体よりも小さくなっていることが明らかとなった。密度汎関数法を用いた理論計算により、分子軌道のエネルギーレベルと軌道の広がりを検討したところ、HOMO-LUMOギャップがこれまでの12員環開口体よりも狭くなっていることが示唆され、さらに、フラーレン骨格の3次元的に広がった球状のπ共役系と、付加した有機基に由来するターフェニレン部位のπ共役系が繋がり、新しい3次元π共役系が実現されていることが明らかとなった。開口フラーレンは、小分子内包フラーレンやヘテロフラーレンの前駆体として極めて魅力的であり、近年、ナノテクノロジーの急速な発展と共に注目を集めている。一方、チオフェンのオリゴマーやポリマーは、トランジスタなどの電気化学的デバイスへの応用が可能であり、そのπ共役系を拡張すれば、さらなる物性制御も可能となる。本研究では、チオフェンをフラーレンC60に導入し、C60部位のπ共役がチオフェン部位まで拡張された化合物の合成と電気化学的な挙動を検討した。C60とチエニル基をもつピリダジン誘導体の1-クロロナフタレン中の熱反応と、それに続く8員環開口部の酸化的開裂反応により、12員環開口体を収率27%で単離した。次にTHF中で(i-PrO)3Pを加え室温で2時間攪拌してエポキシドを発生させ、続いてCuCl存在下AcONaを加え室温で30時間攪拌し、加水分解することでジオールが収率33%で得られた。さらに、(AcO)2IPh/I2の存在下、可視光を照射することにより、中間体である12員環開口体の構造異性体を収率22%で合成した。その構造は1H & 13C NMR, MS, IRスペクトルにより決定された。そのUV-Vis-NIRスペクトルでは、最長吸収波長の吸収端は900nm付近におよび、π共役系の拡張に伴うHOMO-LUMO gapの減少が示唆された。また、酸化還元電位をベンゾニトリル中のCVにより測定したところ、可逆な第一還元波と非可逆な酸化波が観測され(Ered1=-0.56V, Epa=+0.87Vvs Fc/Fc+)、C60の値(Ered1=-0.91V, Epa=+1.40V)に比べてLUMOの低下とHOMOの上昇が示された。一方、ZnCl2共存下のCV測定では、より低い還元電位が観測された(Epc=-0.48V)。これは、カルボニル基へのZn2+の配位による影響であるものと考えられる。有機薄膜太陽電池は低コストな光エネルギー変換システムとして注目されており、これまでにも多くの研究が報告されているが、その実用化に向けてはさらなる光電変換効率の向上が必要である。太陽電池デバイスの活性層を構成するアクセプター分子の研究に関しては、標準的材料であるPCBMより高いLUMOレベルをもつフラーレン誘導体を合成することが、太陽電池デバイスにおける開放電圧(Voc)と光電変換効率(PCE)を向上させる上で重要である。一方、当研究室では最近、C60のσ骨格を変換することによりLUMO準位を精密制御した開口C60誘導体を合成した。開口C60誘導体のLUMO準位をサイクリックボルタンメトリー(CV)測定により決定した結果、エーテル誘導体はPCBMより高いLUMOレベルをもつことから、有機薄膜太陽電池のアクセプター材料として有用ではないかと考えた。

新規開口フラーレン誘導体をアクセプター、P3HTをドナーとして有機薄膜太陽電池のデバイスを作製し、特性評価を行った結果、いずれのデバイスも太陽電池特性を示すことがわかった。特に、エーテル誘導体はPCBMよりLUMOが高いことを反映して、デバイスの開放電圧(0.74V)はPCBMのデバイス(0.60V)より20%ほど高い値を示した。また、開口C60誘導体のLUWO準位とデバイスの開放電圧には相関があり、フラーレンのσ骨格の構造変換がLUMO準位ならびにデバイスの開放電圧の制御に有効であることを見出した。