hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
組織工学技術を用いたバイオ筋肉モジュールの開発

本研究では、コラーゲンゲルに包埋した樹立筋芽細胞の伸張培養によって作製した三次元培養骨格筋を、工学的に応用することを目的としている。特に、これまでに得ている1,000μN弱の収縮力を有する培養骨格筋を用いたバイオアクチュエータを、実用モジュールにまで昇華させることを目的としている。このため、培養骨格筋の強力化(課題1)、伸縮運動機構の導入(課題2)、ならびに、3ヶ月間の駆動時間を目標とした体外培養機構の開発(課題3)について取り組み、そしてクリアする。平成30年度では、培養骨格筋の強力化(課題1)と伸縮運動機構の導入(課題2)について取り組んだ。特に課題1について、培養骨格筋においては培養期間に伴って収縮力が増加するが、固定した両端の人工腱間の張力も大きくなる。両端を固定せずに張力と釣り合う力を負荷しない場合は、培養筋の変形による短縮が引き起こされ、収縮力は減少する。このような特性より、収縮性を維持して骨格筋を培養するには、両端部に張力と同等の適切な抗力を常にかけることで構造を保ち続ける必要があるが、これまでは不可能であった。そこで今年度は、浮力を用いることで、収縮可能でかつ長期培養可能な新規自由端培養方法の開発について検討した。培養3週間後に収縮力を測定し、その後HE染色を行った結果、新規方法で培養したものはこれまでの倍以上大きな収縮力を示した。また、HE染色の結果、筋管が太くなっていることがわかった。平成30年度は、課題1と2について検討した。課題1では新たな三次元培養環境を開発し、その有効性を検討したところ、これまでに比べて倍以上の収縮力を示す培養骨格筋が得られ、現在、特許出願準備中である。課題2では、2本の培養骨格筋を配置することで、連続的な伸縮運動を行うことに成功した。以上のことから、平成30年度の達成度はおおむね順調であると自己評価する。ただし、このための追加実験が必要となり、研究期間を1年間延長することとした。令和1年度は、特に課題1の成果について特許を出願すると共に、論文をまとめる。そのための追加実験を実施すると共に、得られた培養骨格筋の電子顕微鏡標本を作製し、超微細構造について検証する予定である。続けて、次年度以降の研究基盤として、収縮運動によって生じるマイオカイン産生について検討すべく、本研究によって得られたアクチュエータの応用を図る予定である。平成28年度は、まず、培養骨格筋の強力化について取り組んだ。機械刺激ならびに温熱刺激、そしてビタミンCなどの薬物刺激を与えて培養することで、培養骨格筋の強力化を図った。筋芽細胞としては、マウス筋芽細胞由来樹立株であり、筋管細胞への分化能を有するC2C12細胞を用いた。その結果、自動伸展機構を有する機械刺激装置やビタミンCを加えることで、収縮力の増大が観察された。温熱刺激については、一時的に収縮力が減弱するものの、通常温度に戻して培養することで急激に回復することを見出した。また、コラーゲンスポンジを用いた培養骨格筋の大型化にも取り組んだ。その結果、血管構造を有するスポンジを足場として培養骨格筋を作製することで、大型化の達成が示唆されたが、徐々にスポンジが収縮し、血管構造が破壊されていくことによって深部の細胞死が観察された(論文投稿中)。いずれも、さらなる改良および最適化を図っていく計画である。平成28年度は、課題1について主として検討した。まず、培養骨格筋の強力化については、機械刺激の最適化、温熱刺激による影響、そしてビタミンC濃度の影響について、より詳細に検討した。機械刺激については、循環培養装置を組み込んだ自動伸展刺激装置を研究協力者の筒井が開発し、その収縮力への影響を検討したところ、適度は機械刺激を与えることで培養骨格筋の収縮力は増大するが、切断されることもあった。そのため、より最適な刺激条件の検索が必要であると示唆された。温熱刺激については、前述の通り、また、ビタミンC濃度については、添加によって収縮力は増大したものの、濃度が高い場合はpH変化などにより、減少することがわかった。コラーゲンスポンジについては、前述のように徐々にスポンジが収縮し、血管構造が破壊されていくことが課題であることが判明したため、収縮運動をするための適度な柔軟性を持ちつつ、栄養の供給路を確保するため、化学架橋などでスポンジの構造を維持させる必要性について検討する必要があると思われた。現在、これらについて、一部は既に論文投稿済み、また、一部は論文投稿準備中である。以上のことから、平成28年度の達成度は順調であると自己評価する。

このため、培養骨格筋の強力化(課題1)、伸縮運動機構の導入(課題2)、ならびに、3ヶ月間の駆動時間を目標とした体外培養機構の開発(課題3)について取り組み、そしてクリアする。平成28年度に引き続き、平成29年度では、培養骨格筋の強力化について取り組んだ。特に、電気刺激を与えて培養することで、培養骨格筋の強力化を図り、さらに長時間起動の課題を探るため、電気刺激後の疲労について検討した。様々な周波数の電気刺激を持続して印加し、経時的に等尺性収縮力の測定を行うことで、収縮力の変化を検討したところ、単収縮反応は収縮力の増加傾向を示し、完全強縮反応は収縮力を減少させることが明らかとなった。また、同じ完全強縮を起こさせる電気刺激でも周波数の違いによって、収縮力の回復が可能な電気刺激と不可能な電気刺激があることが明らかとなった。また、培養骨格筋をリン酸生理食塩水に浸して電気刺激を印加することで等尺性収縮力を0%にした後、培養液に浸すことによる等尺性収縮力の回復について検討し、リン酸生理食塩水中で完全強縮を持続的に惹起することによって15分で等尺性収縮力を0%にでき、その後培養液に浸すと10分で90%まで回復することが明らかになった。さらに、培養骨格筋に長時間の単収縮反応を惹起させることによる等尺性収縮力の変化について検討し、より長期間連続して単収縮反応を起こさせることで、有意に等尺性収縮力の増加を示すことが明らかとなった。平成29年度は、課題1と3について検討した。昨年度に引き続いて行った温熱刺激の影響については、39°Cの温熱ストレスを筋芽細胞の初期分化段階に与えると収縮力が著しく低下することから、温熱は分化に影響を与えることが示唆された。また、その後は一時的に収縮力が低下するものの、37°Cの通常培養温度に戻すことで回復する事がわかった。これらを論文として公開した。また、電気刺激の影響とその後の疲労について、詳細に検討した。電気刺激を与えてから収縮するまでの時間測定から、持続的な単収縮、完全強縮を起こす条件を求め、その継続的な刺激による収縮力への影響について検討した。その結果、継続的な単収縮では収縮力の低下は生じないが、完全恐縮では著しく低下するものの、一定条件下では刺激を除去することで回復し得ることが明らかとなった。現在、論文投稿準備中である。以上のことから、平成29年度の達成度は順調であると自己評価する。本研究では、コラーゲンゲルに包埋した樹立筋芽細胞の伸張培養によって作製した三次元培養骨格筋を、工学的に応用することを目的としている。特に、これまでに得ている1,000μN弱の収縮力を有する培養骨格筋を用いたバイオアクチュエータを、実用モジュールにまで昇華させることを目的としている。平成30年度では、培養骨格筋の強力化(課題1)と伸縮運動機構の導入(課題2)について取り組んだ。特に課題1について、培養骨格筋においては培養期間に伴って収縮力が増加するが、固定した両端の人工腱間の張力も大きくなる。両端を固定せずに張力と釣り合う力を負荷しない場合は、培養筋の変形による短縮が引き起こされ、収縮力は減少する。
フッ化ピリミジン系抗がん剤による味覚障害の発生機序の解明と治療法の開発

抗がん剤による味覚障害の発生機序は未だ不明であるため、その解明を研究目的とした。S-1を3週間内服させたラットの舌を摘出し、有郭乳頭の組織学的変化を観察した。その結果、S-1投与により、粘膜上皮や味蕾には形態学的変化は認められなかった。しかし、免疫染色にて、上皮下層に存在する味神経線維の減少や神経節の変性が、S-1投与ラットに有意に認められた。それにより、S-1投与による味覚障害の発生機序は味神経の障害によるものと推測された。抗がん剤による口腔内有害事象の一つに味覚障害がある。この障害はがん治療の生存率に直接影響をあたえるものではないことから軽視されがちであり、その原因は不明である。亜鉛の投与や食事の工夫など対処療法は行われているが、未だ有効な治療法がないのが現状である。本研究では、抗がん剤を投与したラットから有郭乳頭切片を作製し、舌上皮、味蕾、味神経などの障害と回復の過程を組織学的に明らかにすることにより、化学療法中における味覚障害発生機序の解明と有効な治療法の開発を目的とする。抗がん剤としては、臨床的によく使用され、口腔粘膜炎の発現頻度が高いテガフール・ギメラシル・オテラシルカリウム(ティーエスワン)(S-1)を用いた。S-1の投与量は20mg、10mg、2mg/kg/dayとした。5日間連続経口投与後2日間休薬を1クールとし、3クール施行した後に舌を摘出した。3クール施行中に苦味物質である塩酸キニーネを用いた2瓶選択法による行動学的実験を行い、味覚障害の有無を検証した。摘出した舌より有郭乳頭を中心にパラフィン切片を作製した。HE染色による舌上皮細胞と味蕾の変化を観察した。また抗ニューロフィラメント抗体および抗PGP9.5抗体を用いた免疫染色を行い、味神経線維の変化を観察した。これまでに得られた結果として、2瓶選択法による行動学的実験において味覚障害が確認された個体においても、抗がん剤投与による舌上皮細胞や味蕾の明らかな形態変化は認められなかった。今後はさらに味神経の変化に着目し検討していく予定である。また回復過程を明らかにすることにより、治療法の検討も行っていく予定である。S-1の投与量は、予備的検討から20mg、10mg、2mg/kg/dayとした。3クール施行中に苦味物質である塩酸キニーネを用いた2瓶選択法による行動学的実験を行い、塩酸キニーネ水を優位に飲むかどうかで味覚障害を判定した。HE染色による舌上皮細胞と味蕾の変化を観察した、抗PGP9.5抗体を用いた免疫染色を行い、味神経線維および舌内神経節の変化を観察した。これまでに得られた結果として、2瓶選択法による行動学的実験において味覚障害が確認された個体においても、S-1による舌上皮細胞や味蕾の明らかな形態変化は認められなかったが、一方で味神経線維の減少と舌内神経節細胞の変性を認めた。S-1投与による味覚障害には、味神経の障害が原因である可能性が示唆された。
平安時代の任官制度と王権の関連性

当該年度は、初年度より継続していた年給制度研究のうち、年官による郡司任用制度を検討したものを論文化し発表することができた。発表論文の概要は以下のとおりである。いわゆる通常の年官で給主が私的に申任者を選出するのに対し、年官の利用による郡司の任用例においては、本来の郡司任用制度に則って申文を国擬に副える必要があり国司の介入が明確化される点が注目される。そのいっぽうで、確認できる年官による郡司任用例は、すべてが本来の郡司任用制度には違反するものであった。そうした場合に宣旨をもって任用する方法が、貞観・元慶年間には制度として整備されていたと考えられることが既に先行研究により指摘されていたが、私見は『仁和寺文書』所収「貞観寺田地目録」にみえる安八郡大領守部秀名とその男氏岑父子の例が、そうした宣旨を用いた郡司の任用例に該当し、さらに「任大領之料」という経済的やり取りがあることから、年官による郡司の任用と類似した例と判断できることを指摘した。また以上のような年官による郡司の任用方法においては国司が従来以上に大きな影響力を持ち、したがって郡司が国司の下僚として積極的に位置付けられていくに足る制度であった可能性を提示した。すなわち年官による郡司の任用における国司と郡司の在り方は、国司に対捍する郡司といったような両者の対立関係とは異なる側面であり、国司と郡司の積極的な協力関係の形成により在地社会に一種の変質をもたらす可能性をもった制度であるという結論を得た。上記論文の発表には当初の予定よりやや長い期間を要する結果となったが、その間に外部セミナーで口頭報告を行い、研究成果の発表は問題なく実行できたと考える。今回の研究成果は年官制度に関わる郡司任用の様相の一端を明らかにするとともに、平安時代の在地支配の在り方を再検討するための材料として、今後の研究の問題設定にも活かせるものとなった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。28年度の研究では、平安時代における任官制度を明らかにするという課題のひとつとして年官の郡司の任用、および宣旨による郡司の任用について考察した。そのために、まず先行研究の整理を行った。先行研究では、郡司の銓擬については弘仁年間に式部銓擬に対する国擬の優先が定められ、国司が郡司の任用に対して非常に大きな影響力を持つようになったことが既に指摘されている。しかし弘仁以降も、郡司任用における様々な規定に違反する者に対しては、その任用を不可とする権限を式部省が引き続き有していた。いっぽう『類聚符宣抄』には郡司任用制度に違反する者たちを宣旨によって任用した実例が収録されており、宣旨による郡司の任用は制度に違反する者の任用を可能とするためのものであり、また宣旨が用いられることから天皇と郡司の直接的な結びつきを示唆するものであると指摘する。以上の先行研究を踏まえ、改めて史料の精読を行った。結果、以下の結論を得た。『類聚符宣抄』にみえる宣旨による郡司任用例においては、年官郡司を含めて、その任用が宣旨によるということよりも、任用手続きのなかで式部省の銓擬権がほとんど失われており、相対的に郡司任用における国司の権限が強化されていることに注目した。そもそも国擬は国の段階で郡司に相応しい譜第や能力をもつ者を選定するもので、式部省は国擬が任用制度にかなっているかどうかをチェックする機能をもっていた。しかし式部銓擬が省略される、すなわち制度違反があっても基本的に任用されるとなると、相対的に国擬の権限が強化されるのに対して、「国擬」としての実質的な役割は形骸化していたとも考えられる。そこには国司と郡司の結託が推測でき、式部銓擬を経ない郡司任用方法において、もはや国擬は国司による単なる推薦状のようなものとなり、その郡司任用の「申請」は国司任用における「国請」制度に類似した性質を持っていたと考える。28年度は、本研究課題の1年目であり、まずは修士論文をブラッシュアップし雑誌論文として発表することを目的に研究に取り組んだ。そのために修士論文段階でまだ考察が不十分であると感じた部分について、関連する先行研究と史料のさらなる検討をおこなった。結果、受け入れ研究者である指導教授からも、より主張を明確にし、先行研究との差別化をはかることができたという評価を受け、論文を雑誌に投稿することができた。論文は現在査読中である。また、上記の研究活動と同時に、博士論文の執筆を視野に入れた研究活動もおこなった。主に、研究課題を遂行するにあたって必要となる基本的資料の収集につとめた。その際、科研費を適切に執行し、研究課題にふさわしい書籍等を多く入手することができた。本年度は昨年度の研究から引き続き、平安時代の任官制度のひとつである年給制度を主に取上げた研究を行った。年官の郡司の任用については、類似した任用方法が既に貞観年間にみられ、かつその方法がある程度制度として整備されていた可能性が先行研究により指摘されている。よって年官の郡司は、貞観年間頃にみられる本来の任用制度には違反する郡司候補者の申請を任料の納入によって認めることで、在地社会の要求を満たすという仕組みを嚆矢とする制度であったのではないかと考えた。

また年官の郡司の任用における式部省および国司による郡司の銓擬権に注目すると、弘仁年間以降の郡司任用制度においては、式部銓擬に対する国擬の優先が定められたことによる郡司の国司下僚化が指摘される。しかし十世紀に入っても、郡司任用規定の違反者については、その任用を不可とする権限を式部省が引き続き有していたことが明らかである。にもかかわらず年官の郡司任用においては任用手続きのなかで式部省の銓擬権がほとんど失われており、相対的に国擬(=国司)の権限が強化されていることに注目した。そこには国司と郡司の結託が推測でき、年官の郡司の郡司任用方法において、もはや国司は郡司任用における絶対的な選定権を得るに至ったという結論を導いた。すなわち、郡司は年官制度の利用によって従来の任用制度を超越することが可能となり、国司もまた任用制度に縛られない絶対的な郡司決定を保有することとなったのである。こうした国司と郡司の在り方はそれまで論じられてきた両者の対立関係とは異なる側面であり、年官における郡司の任用は在地社会を変質させる可能性をもった一制度であるという結論を得た。29年度は28年度に引き続き、平安時代の任官制度の中でも年給制度と郡司制度にかかわる問題を課題として研究したが、そのなかで28年度の研究成果はさらにブラッシュアップできる余地があるという考えに至り、年官制度における郡司任用がもたらす歴史的意義についてより深く検討することにした。その結果、28年度までの研究では年官による郡司任用制度の成立の背景およびその本質の考察にとどまっていたものが、昨年度の研究によって、当該制度成立が当時の在地社会にどのような影響を及ぼし得たか、また当該制度が従来指摘されていた国司と郡司の対立構造とはまた違う、むしろ国司と郡司の結託による在地社会の一側面を推測し得る制度であることという、これまである程度定説化されていた平安時代の郡司制に対する新たな議論を生み出すに足る研究成果が得られたと感じている。以上の研究成果をまとめたものを査読付論文雑誌に投稿したところ、掲載決定の通知を得た。現在は論文掲載の準備中である。また上記の成果と関連して、博士論文を見据えた研究においての足がかりも十分に得ることができた。資料の収集や整理も科研費の適切な執行により当初の予定どおり進展している。よって現在までの進捗状況はおおむね順調であると評価する。当該年度は、初年度より継続していた年給制度研究のうち、年官による郡司任用制度を検討したものを論文化し発表することができた。発表論文の概要は以下のとおりである。いわゆる通常の年官で給主が私的に申任者を選出するのに対し、年官の利用による郡司の任用例においては、本来の郡司任用制度に則って申文を国擬に副える必要があり国司の介入が明確化される点が注目される。そのいっぽうで、確認できる年官による郡司任用例は、すべてが本来の郡司任用制度には違反するものであった。そうした場合に宣旨をもって任用する方法が、貞観・元慶年間には制度として整備されていたと考えられることが既に先行研究により指摘されていたが、私見は『仁和寺文書』所収「貞観寺田地目録」にみえる安八郡大領守部秀名とその男氏岑父子の例が、そうした宣旨を用いた郡司の任用例に該当し、さらに「任大領之料」という経済的やり取りがあることから、年官による郡司の任用と類似した例と判断できることを指摘した。また以上のような年官による郡司の任用方法においては国司が従来以上に大きな影響力を持ち、したがって郡司が国司の下僚として積極的に位置付けられていくに足る制度であった可能性を提示した。
骨髄異形成症候群の発症メカニズムに与える活性酸素（ROS)の影響

加齢とともに造血幹細胞に遺伝子変異が蓄積すると、一見無症状な状態を経た後に、骨髄異形成症候群を発症するが、この一連の段階がどのように起こり、またどういった介入によって阻止しうるのかは明らかでない。研究代表者らは、ミトコンドリア由来ROSの過剰な産生をコンディショナルに誘導する変異マウスの造血幹細胞に造血再構築ストレスを与えた場合に、老化造血/造血幹細胞機能障害が移植後早期から出現し、骨髄異形成症候群様造血を呈することを明らかにした。加齢とともに造血幹細胞に遺伝子変異が蓄積すると、clonal hematopoiesisと呼ばれる一見無症状な状態を経た後に、骨髄異形成症候群(MDS)を発症し、血液細胞の形態異常と血球減少といった造血機能の不全を呈する。しかし、その発症機序には不明な点が多く、社会の高齢化に伴い増加している本疾患の有効な治療法の開発の妨げとなっている。その解決には、何を原因としてclonal hematopoiesisが始まり、どのような遺伝子変異が蓄積するのかを解明することが重要な鍵となる。すでに我々は、老化によって造血幹細胞に活性酸素(ROS)が蓄積しDNAを傷害することが造血機能不全の原因であることを明らかにしている(Blood, 2011)。すなわち、造血幹細胞におけるROSの発生がclonal hematopoiesisのきっかけであり、ひいてはMDS発症の重要な原因であることが強く疑われるが、この一連の段階的発症は直接証明されてはいない。本研究ではROS蓄積→老化造血/遺伝子変異獲得→MDS発症という一連の段階を証明し、抗酸化物質による介入が遺伝子変異獲得やMDS発症を阻止しうるか検討することを目的とした。ROSを過剰産生するSdhc変異を有するマウスおよび野生型マウスの末梢血、骨髄を経時的に評価したところ、変異マウスは3か月齢時点ではごく軽度の貧血をきたすのみだが、徐々に末梢血中リンパ球分画の減少や骨髄における造血幹細胞分画の数的増加などの加齢マウスに類似した造血が明らかになり、その後末梢血中に未熟な骨髄球系細胞や異形成のある細胞が増加し、骨髄異形成症候群様造血を呈した。ROSの蓄積からMDS様の血球変化が導かれる現象を確認出来たことは、本研究の進捗としては概ね良好と考える。致死量放射線照射後のレシピエントマウスに、変異マウスの骨髄のみ、もしくはコントロールマウスの骨髄のみを移植し、血液細胞を完全にドナー由来のものに置換する系を用いて、抗酸化物質の投与が造血幹細胞におけるROS蓄積、DNA障害、そして老化造血を軽減できるかどうかについて検証を行う。また、同マウスの血液細胞がMDSで既知の遺伝子変異を獲得しているかどうか、そして抗酸化物質が遺伝子変異獲得を防ぐことができるかどうかを検証する。さらに、変異マウス由来の造血幹細胞のミトコンドリアについて電子顕微鏡観察を行い、実際にROSが蓄積した幹細胞において異常なミトコンドリアが観察できるかどうかを検証する予定である。

致死量放射線照射後のレシピエントマウスに、変異マウスの骨髄のみ、もしくはコントロールマウスの骨髄のみを移植し、血液細胞を完全にドナー由来のものに置換する系を用いて、抗酸化物質の投与が造血幹細胞におけるROS蓄積、DNA障害、そして老化造血を軽減できるかどうかについて検証を行う。また、同マウスの血液細胞がMDSで既知の遺伝子変異を獲得しているかどうか、そして抗酸化物質が遺伝子変異獲得を防ぐことができるかどうかを検証する。さらに、変異マウス由来の造血幹細胞のミトコンドリアについて電子顕微鏡観察を行い、実際にROSが蓄積した幹細胞において異常なミトコンドリアが観察できるかどうかを検証する予定である。本年度使用の消耗品等で若干の残金が残りましたが、概算より安価であったため残金が生じました。次年度においても重要な研究事案をこのテーマで予定していますので、残金を消耗品等に充当しての使用する予定です。
IP_3受容体とリアノジン受容体のヘテロ会合による新しいチャネル分子に関する研究

本研究では細胞内Ca^<2+>放出チャネルであるIP_3受容体(IP_3R)及びリアノジン受容体(RYR)のサブユニット間に見られるヘテロな相互作用様式について解析した。1.可溶化したラット小脳膜分画に対して抗RYR抗体あるいは抗IP_3Rl抗体を用いた免疫沈降実験を行うと、IP_3R1サブユニットとRYR2サブユニットの共免疫沈降が見られた。免疫前血清あるいは抗原ペプチドで抗原認識部位をブロックした抗体を用いたコントロール実験からIP_3R1とRYR2サブユニットの共免疫沈降は抗体の特異的反応により起こることが確認された。さらに膜分画中のタンパク質をあらかじめ熱変性させ、会合しているサブユニットを解離させるとIP_3R1とRYR2サブユニットの共免疫沈降は見られなくなった。これらの結果はラット小脳膜分画に含まれるIP_3R1サブユニットとRYR2サブユニットの間に物理的相互作用が存在することを示しており、両者が会合していることが示唆された。ラット大脳膜分画を用いた同様の実験から、小脳だけではなく大脳においてもIP_3R1とRYR2サブユニットが免疫共沈してくることがわかった。2.複数種類のCa^<2+>放出チャネルサブユニットからなるヘテロオリゴマーが果たして四量体構造を持つか否かを解析した。ラット肝膜蛋白質を化学的に架橋し、会合しているポリペプチド鎖(サブユニット)が解離しないようにしたサンプルに対して抗IP_3R1抗体を用いた免疫沈降実験を行った。免疫沈降産物に対してagarose-PAGE法と抗IP_3R2抗体を用いたWestern blotを組み合わせて解析を行った結果IP_33R1及びIP_3R2サブユニットからなるヘテロオリゴマーが四量体であることが明かとなった。この結果から異なるサブタイプのサブユニットからなるIP_3Rヘテロ体も四量体構造を持つ機能的チャネルであることが示唆された。本研究はIP_3RサブユニットとRYRサブユニットからなるヘテロオリゴマーの存在を明らかにすることを目的としている。1.可溶化したラット小脳膜分画に対して抗RYR抗体を用いた免疫沈降実験を行うと、RYR2サブユニットとともにIP_3R1サブユニットが沈澱し、逆に抗IP_3R1抗体を用いて同様の実験を行うとIP_3R1サブユニットとともにRYR2サブユニットが沈澱した。IP_3R1あるいはRYR2サブユニットのProtein G-sepharose(免疫沈降担体)への非特異的な吸着は見られなかった。このIP_3R1とRYR2サブユニットの免疫共沈は抗体を抗原ペブチド処理する、あるいは膜分画中のタンパク質をあらかじめ変性させ高次構造を破壊しておくと抑制された。これらの結果を現在投稿準備中である。2.複数種類のCa^<2+>放出チャネルサブユニットからなるヘテロオリゴマーがはたして四量体構造を持つか否かの解析に着手した。その過程でラット肝膜分画に存在するIP_3R1及びIP_3R2サブユニットからなるヘテロオリゴマーが四量体であることがagarose-PAGE法とWestern blot解析により明かとなったので投稿準備中である。

1.可溶化したラット小脳膜分画に対して抗RYR抗体あるいは抗IP_3R1抗体を用いた免疫沈降実験を行うと、IP_3R1サブユニットとRYR2サブユニットの共免疫沈降が見られた。免疫前血清あるいは抗原ペプチドで抗原認識部位をブロックした抗体を用いたコントロール実験からIP_3R1とRYR2サブユニットの共免疫沈降は抗体の特異的反応により起こることが確認された。さらに膜分画中のタンパク質をあらかじめ熱変性させ、会合しているサブユニットを解離させるとIP_3R1とRYR2サブユニットの共免疫沈降は見られなくなった。これらの結果はラット小脳膜分画に含まれるIP_3R1サブユニットとRYR2サブユニットの間に物理的相互作用が存在することを示しており、両者が会合していることが示唆された。最近ラット大脳膜分画を用いた同様の実験から、小脳だけではなく大脳においてもIP_3R1とRYR2サブユニットが会合している可能性が示唆する結果を得た。2.複数種類のCa^<2+>放出チャネルサブユニットからなるヘテロオリゴマーが果たして四量体構造を持つか否かを解析した。ラット肝膜蛋白質を化学的に架橋し、会合しているポリペプチド鎖(サブユニット)が解離しないようにしたサンプルに対して抗IP_3R1抗体を用いた免疫沈降実験を行った。免疫沈降産物に対してagarose-PAGE法と抗IP_3R2抗体を用いたWestem blotを組み合わせて解析を行った結果IP_3R1及びIP_3R2のサブユニットからなるヘテロオリゴマーが四量体であることが明かとなった。この結果から異なるサブタイプのサブユニットからなるIP_3Rヘテロ体も四量体構造を持つ機能的チャネルであることが示唆された。
自己組織化ペプチドナノファイバーの微細構造チューニング

ナノスケールの構造体を制御して構築する技術は、次世代高機能材料設計のための必須技術である。本研究では、人工ペプチドの精密設計に基づいて、自己組織的に形成されるナノファイバーの微細構造を制御する新しい分子システムの開発を行った。分子構造に由来する(a)疎水性相互作用(b)静電相互作用(c)分岐性(d)キラリティーと自己組織化特性との関連を明らかにし、超分子ナノファイバー設計の新たな指針を得ることに成功した。ナノスケールの物質や構造を制御して構築する技術は、ナノテクノロジー推進の基盤であり、次世代高機能材料を設計するための必須技術である。本研究は、人工ポリペプチドの自己組織化によるナノ構造形成に焦点を合わせ、分子構造の精密設計に基づいてナノファイバーの微細構造を制御するという新しいボトムアップ型の分子論の確立を目指している。これまでの研究で、疎水性のロイシン(L)と親水性のリシン(K)からなるトリブロック型ペプチド(L_4K_8L_4)が特定の条件下(pH9付近)で自己集合し、ナノファイバーを形成することを見出している。本年度は、このアミノ酸配列を基本に、キラリティーや疎水性アミノ酸種の異なる両親媒性ペプチドや分岐構造を導入したペプチドを新規に分子設計・合成し、二次構造や自己集合特性を明らかにした。主たる研究成果を以下にまとめる。(1)D体およびL体のロイシンとリシンを様々に組み合わせた8種類のL_4K_8L_4、ならびに疎水性アミノ酸種としてイソロイシン、フェニルアラニン、アラニンを用いたI_4K_8I_4、F_4K_8F_4、A_4K_8A_4を新規に合成することに成功した。(2)構成アミノ酸のキラリティーの異なる8種類のL_4K_8L_4と同一キラリティーを有する2種類のL_4K_8L_4の水中(pH9)での自己集合特性を明らかにし、構成アミノ酸のキラリティーの組み合わせを様々に変化させることで、得られる自己組織構造の形態(ファイバー状、球状、プレート状)やナノファイバー長を制御できることを見いだした。(3)Lysを分岐点に用いてL_4K_8L_4を三本結合させた三分岐型ペプチド(K-(L_4K_8L_4)_3)の新規合成に成功し、これがpH9付近の水中で折れ曲がり構造を含む形状特異ナノファイバーを形成することを見出した。ナノスケールの構造体を制御して構築する技術は、次世代高機能材料を設計するための必須技術である。本研究では、人工ペプチドの精密設計に基づいて自己組織的に形成されるナノファイバーの微細構造を制御する新しい分子システムの開発を行った。本年度の主たる成果を述べる。(1)自己組織化に及ぼす疎水性ドメインの影響を明らかにした。基本となる両親媒性ペプチドL_4K_8L_4のLeuドメインをそれぞれIIe、Val、Phe、Alaに置換したI_4K_8I_4、V_4K_8V_4、F_4K_8F_4、A_4K_8A_4を用いて、水中(pH9付近)での自己集合特性を検討した結果、ナノファイバーの形成・形態が疎水性度に強く依存することを見いだした。特に、疎水性の低いA_4K_8A_4ではファイバー形成は見られず、逆に疎水性が高くπ-π相互作用も働くF_4K_8F_4ではL_4K_8L_4よりも直径が大きいナノファイバーを形成することを明らかにした。(2)ナノファイバー形成に及ぼす親水性ドメインの影響について、L_4K_8L_4のLysをすべてGluに置換したL_4E_8L_4やKIEの組み合わせ配列に置換したL_4(KE)_4L_4, L_4(K_3E_2K_3)L_4等を用いて検討した。L_4E_8L_4ではpH6付近で、K/E配列ではその組み合わせに応じてpH3-4.5の領域で効率的にナノファイバーに自己組織化することを明らかにした。すなわちペプチドの等電点や静電相互作用のチューニングにより、様々なpH領域での自己組織化を達成した。(3)自己組織化ナノファイバーの新しい分子素子となり得る三重らせんフォルダマーの開発にも成功した。以上、昨年の成果とあわせて、ペプチド構造に由来する(a)疎水性相互作用(b)静電相互作用(c)分岐性(d)キラリティーと自己組織化特性との関連を明らかにし、超分子ナノファイバー設計のための重要かつ新たな指針を提唱することができた。
非線形な波動特性を示す微動発生源の数理モデル構築

火口直上に設置した広帯域地震計を含む稠密地震観測網の観測により,2004年9月の浅間山噴火に先行する地震活動の中に,噴火に先行する特異な地震・微動が発生していることが明らかになった.同様な火山性地震・微動は浅間山を含む他の安山岩質火山でも過去に観測されており,単に今回の噴火活動に限られたものではなく安山岩質火山におけるより一般的な現象と考えられる.そこで,本研究では,非線形な波動特性を持つ微動の観測データから,その背後にひそむ微動励起の数理モデル及びその制約条件の導出を目指す.この数理モデル及びその制約条件は微動発生の物理プロセスを解明する上での大きな知見を与える.さらに,個々の微動発生の物理プロセスについては,それらが発生する場についての物理環境を考慮して個別にモデル化を進めることが可能となる.2004年6月23日には非線形な波動特性を持つ微動が約6時間おきに3個発生した.先ず,これらの3つの微動を対し,時間遅れ座標系への埋め込み写像を実現するための最小の埋め込み次元の推定とGP法による相関次元推定,及びサロゲートデータ解析による波動の非線形性検証を行った.微動の高周波成分はかなりランダムな特性を有しているため,微動の低周波成分に対して埋め込み次元と相関次元の推定を行った.埋め込み次元を求めるための最適な時間遅れ値の推定は,高次の自己相関係数を用いる方法を採用し,3つの微動に78次元というほぼ同一の最小埋め込み次元が推定された.また,この埋め込み次元を使って再現したアトラクターから求めた相関積分は,1オーダー以上の範囲で同一の傾きを持ち,安定に相関次元を推定することが出来た.さらに,この解析手法の妥当性を検証するため,Julianの非線形微動モデルを使って微動をシミュレートし,その中のある1次元のデータから最小埋め込み次元と再構成したアトラクターから相関次元の推定を行ったが,それらの値が元の力学系の次元と合致しこの手法が有効であることを確認した.KM_2O-Langevin方程式論に基づく非線形予測手法を用いるという別のアプローチからの解析も試みた.再構成状態空間へのアトラクター再構成による解析で用いた微動に対しても,非線形項を加えたKM_2O-Langevin方程式論に基づく非線形予測を試み,ある特定の非線形項を加えたときに予測値が大きくなる事を明らかにした.また,KM_2O-Langevin方程式理論を使った地震波初動や孤立した位相を同定するアルゴリズムを作り,実際の観測データに適用して良好な結果を得た.さらに,微動の周波数構造を解明する目的でKM_2O-Langevin方程式論を拡張した「平均散逸スペクトル」という新しい解析手法を開発し,四国西部に発生する極めて微弱なシグナルである深部低周波微動にこの手法を使うことにより,初めて1Hz5Hzの間に0.5Hz間隔のスペクトルのピークを持つという微動の周波数構造を明らかにした.当初,本研究計画では,非線形な波動特性を持つ微動のみを解析対象として考えていたが,研究の進展の中で,継続時間の長い非線形な長周期地震も,微動と同様な非線形なダイナミクスに関する制約条件を持つことが明らかになった.そこで,非線形な微動・長周期地震を統一的に説明する数理モデルの検討を行い,火道浅部での流体の噴出率係数をコントロールパラメータとした数理モデルで,微動と継続時間の長い長周期地震が統一的に説明できる可能性を示した.対象とした非線形な微動と長周期地震は一見非常に異なる波形を示しているが,周期1秒以上の長周期成分に注目して,時間遅れの埋め込み座標系を用いた再構成状態空間へのアトラクター再構成による力学系システムの次元推定を行うと,同じ範囲の次元を持つ非線形ダイナミクスであることが明らかになった.そこで,推定される次元範囲の最小次元の元で,すき間流モデルとコントロール・バルブモデルをベースに検討を行った結果,微動・長周期地震両者の波形的特徴を説明できる流体の噴出率係数をコントロールパラメータとした数理モデルの構築に至った.流体噴出率係数を変化させたときのバルブの動きと微動・長周期地震の波形を比較をすると,バルブの動きは観測された波動特性をきわめてよく再現している事が確認できた.この数理モデルが,本申請の研究課題で基礎と成る数理モデルと成っている.火口直上に設置した広帯域地震計を含む稠密地震観測網の観測により,2004年9月の浅間山噴火に先行する地震活動の中に,噴火に先行する特異な地震・微動が発生していることが明らかになった.同様な火山性地震・微動は浅間山を含む他の安山岩質火山でも過去に観測されており,単に今回の噴火活動に限られたものではなく安山岩質火山におけるより一般的な現象と考えられる.

そこで,本研究では,非線形な波動特性を持つ微動の観測データから,その背後にひそむ微動励起の数理モデル及びその制約条件の導出を目指す.この数理モデル及びその制約条件は微動発生の物理プロセスを解明する上での大きな知見を与える.さらに,個々の微動発生の物理プロセスについては,それらが発生する場についての物理環境を考慮して個別にモデル化を進めることが可能となる.2004年6月23日には非線形な波動特性を持つ微動が約6時間おきに3個発生した.先ず,これらの3つの微動を対し,時間遅れ座標系への埋め込み写像を実現するための最小の埋め込み次元の推定とGP法による相関次元推定,及びサロゲートデータ解析による波動の非線形性検証を行った.微動の高周波成分はかなりランダムな特性を有しているため,微動の低周波成分に対して埋め込み次元と相関次元の推定を行った.埋め込み次元を求めるための最適な時間遅れ値の推定は,高次の自己相関係数を用いる方法を採用し,3つの微動に78次元というほぼ同一の最小埋め込み次元が推定された.また,この埋め込み次元を使って再現したアトラクターから求めた相関積分は,1オーダー以上の範囲で同一の傾きを持ち,安定に相関次元を推定することが出来た.さらに,この解析手法の妥当性を検証するため,Julianの非線形微動モデルを使って微動をシミュレートし,その中のある1次元のデータから最小埋め込み次元と再構成したアトラクターから相関次元の推定を行ったが,それらの値が元の力学系の次元と合致しこの手法が有効であることを確認した.KM_2O-Langevin方程式論に基づく非線形予測手法を用いるという別のアプローチからの解析も試みた.再構成状態空間へのアトラクター再構成による解析で用いた微動に対しても,非線形項を加えたKM_2O-Langevin方程式論に基づく非線形予測を試み,ある特定の非線形項を加えたときに予測値が大きくなる事を明らかにした.また,KM_2O-Langevin方程式理論を使った地震波初動や孤立した位相を同定するアルゴリズムを作り,実際の観測データに適用して良好な結果を得た.さらに,微動の周波数構造を解明する目的でKM_2O-Langevin方程式論を拡張した「平均散逸スペクトル」という新しい解析手法を開発し,四国西部に発生する極めて微弱なシグナルである深部低周波微動にこの手法を使うことにより,初めて1Hz5Hzの間に0.5Hz間隔のスペクトルのピークを持つという微動の周波数構造を明らかにした.当初,本研究計画では,非線形な波動特性を持つ微動のみを解析対象として考えていたが,研究の進展の中で,継続時間の長い非線形な長周期地震も,微動と同様な非線形なダイナミクスに関する制約条件を持つことが明らかになった.そこで,非線形な微動・長周期地震を統一的に説明する数理モデルの検討を行い,火道浅部での流体の噴出率係数をコントロールパラメータとした数理モデルで,微動と継続時間の長い長周期地震が統一的に説明できる可能性を示した.対象とした非線形な微動と長周期地震は一見非常に異なる波形を示しているが,周期1秒以上の長周期成分に注目して,時間遅れの埋め込み座標系を用いた再構成状態空間へのアトラクター再構成による力学系システムの次元推定を行うと,同じ範囲の次元を持つ非線形ダイナミクスであることが明らかになった.そこで,推定される次元範囲の最小次元の元で,すき間流モデルとコントロール・バルブモデルをベースに検討を行った結果,微動・長周期地震両者の波形的特徴を説明できる流体の噴出率係数をコントロールパラメータとした数理モデルの構築に至った.流体噴出率係数を変化させたときのバルブの動きと微動・長周期地震の波形を比較をすると,バルブの動きは観測された波動特性をきわめてよく再現している事が確認できた.この数理モデルが,本申請の研究課題で基礎と成る数理モデルと成っている.2004年6月23日には非線形な波動特性を持つ微動が約6時間おきに3個発生した.これらの3つの微動を対し,時間遅れ座標系への埋め込み写像を実現するための最小の埋め込み次元の推定とGP法による相関次元推定,及びサロゲートデータ解析による波動の非線形性検証を行った.1Hz以上の高周波成分はかなりランダムな特性を有しているため,微動の低周波成分に対して埋め込み次元と相関次元の推定を行った.
妊娠時の生理的インスリン抵抗性の発現機序とその異常

1.レプチンは妊娠後期に母体血中に増加しその主要な産正源は胎盤であることが知られているがその生理的意義については不明である。我々は妊娠後期の生理的なインスリン抵抗性の発現にレプチンが関与していることを明らかにした。レプチンはさらに妊娠中の母体の脂肪蓄積にも関与していることを明らかにした。これは妊娠中の耐糖能や脂質の生理的変化のメカニズムを解明する一助となることが期待される。3.いまだその成因が不明である妊娠中毒症の発症に、妊娠中期の脂質、特に遊離脂肪酸が関連し、妊娠中毒症の発症予測因子として臨床応用できる可能性を明らかにした。さらに同時期の母体血中のTNF-αが関連していることを明らかにした。これからはいずれも,我々がこれまで明らかにしてきた妊娠中毒症の発症にインスリン抵抗性異常が関連しているという仮説を補強する知見である。4.糖尿病母体から生まれた児は正常体重であっても皮下脂肪蓄積が多いことを明らかにするとともに、その脂肪蓄積過剰が胎児の超音波診断で予測可能であることを明らかにした。母体のインスリン抵抗性異常による胎児への栄養供給状態が正常胎児とは異なることを示唆し、巨大児予防のストラテジーに寄与する知見である。妊娠中のインスリン抵抗性の指標として、空腹時トリグリセリド値が簡便で有用であることを解明し、さらに妊娠中期の母体血清トリグリセリド値が新生児の出生時体重と有意な相関があることを明らかにした。さらに、母体血清トリグリセリドの妊娠中の変化と母体の空腹時および糖負荷後の母体血清中の血糖、Insulin、C-peptide、Tumor Necrosis Factorα、Tumor Necrosis Factor受容体I、Tumor Necrosis Factor受容体II、Leptin、Human Chorionic GonadotropinおよびHuman Placental Lactogenといった妊娠中のインスリン抵抗性への関与が推測される母体の各種代謝因子や、母体体脂肪率等の妊娠中の変化との関連から、妊娠中の生理的インスリン抵抗性に関与する生理的因子と妊娠糖尿病発症機構を現在検討中である。また、本来妊娠後期に発症するとされる妊娠糖尿病の妊娠前期におけるスクリーニング法の有用性を確認し、現在妊娠早期発見の妊娠糖尿病症例の発症因子について前述の各種母体代謝因子の関与を検討している。一方、我々は超音波断層法による非侵襲的な胎児皮下脂肪測定法を新たに開発した。妊娠の各時期における胎児の肥満度とインスリン抵抗性との関連の検討や胎児発育の評価、妊娠糖尿病の治療効果判定などの新たな指標としてその有用性が期待できる。妊娠中のインスリン抵抗性の指標として、空腹時トリグリセリド値が簡便で有用であることを確認した。さらに妊娠中期の母体血清トリグリセリド値が新生児の出生時体重と有意な相関があること、この関連は従来の児の発育に強い関連がるとされてきた母体の血糖値や肥満度から独立した関連であることを明らかにした(Maternal Serum Triglyceride at 24-32 Weeks of Gestation and Newborn Weight in Non-diabetic Women with Positive Diabetic Screens. Obstetrics Gynecology 2001;in press)。これは、胎児発育における母体の脂質代謝の関与という新しい知見を得るとともに、胎児発育における母体のインスリン抵抗性の発現の重要性を強く示唆するものである。
顕生代浅海性炭酸塩の炭素同位体組成経時変動

本研究は、浅海で堆積した炭酸塩岩の炭素同位体組成は、海洋表層の海水の炭素同位体組成を反映する、という事実をふまえて、本邦およびイランで採取した変質していない石灰岩、ドロマイト岩を試料として、顕生代の海洋の炭素同位体組成変動(経時変動)の一端を明らかにする事を目的とした。初年度は調査とサンプリングを中心とし、分析は主に2年度目に行い、以下の成果を得た。1、南部北上地域に分布する石灰紀の石灰岩、鬼丸層と長岩層の調査と詳細なサンプリングを行った。鬼丸層の最下部にわずかにドロマイトが見られたが、他はすべてカルサイトだけからなる石灰岩であった。Viseanではやや軽く(03パ-ミル)NamurianとWestpharianではやや重い(35パ-ミル)傾向が認められた。懸念された、貫入岩の影響は認められなかった。2、内陸の環境を推定出来るかどうか検討するため、白骨温泉のトラバーチンの分析をした。炭素同位体組成は、0+6パ-ミルとかなり重く、現在の温泉水と非平衡である。沈殿が急速に起こったか、あるいは、温泉水のpHが関係している可能性が指摘される。3、韓國のカンブリア-オルドビス系石灰岩、ドロマイトを使って、東アジアにおいて、始めて、この時代の経時変動を明らかに出来た。中部上部カンブリア紀の正異常はイランでも認められ、グローバル変動を考えられる。下部オルドビス紀へ向かって軽くなる傾向の意義は今後の検討課題として残された。4、イラン北部の先カンブリア系から三畳系の浅海性炭酸塩岩主として砂岩、シルト岩からなるデボン系と石灰岩-マ-ルからなる層状石灰岩の石灰系から得たサンプルを分析した。研究対象のセクションには、顕生代の絶滅事変の一つであるファメニアン/フラニアン境界が含まれるはずである。デボン紀には、ほぼ13パ-ミルであり、今の所、顕著な変動は検知していない。Viseanでは北上と同様に、時代とともに軽くなる傾向を見出し、これはグローバル変動を考えられる。一般研究C95-96実績報告1、本邦の石炭紀、ペルム紀、トリアス紀石灰岩の調査と分析用試料の採取。石炭紀前期の層状石灰岩が模式的に分布している南部北上において、詳細な地質調査を行った。その結果、礁性石灰岩および砕屑岩と互層するプラットフォーム型石灰岩を識別し、多数の分析用試料を得た。一方、ペルム紀、トリアス紀の境界が露出する丹波地域でも、炭酸塩部分から同位体測定用試料を採取した。2、韓國・朝鮮層群のカンブリアオルドビス紀炭酸塩試料の採取。韓國への地質巡検の際、標記炭酸塩を詳細に調査した。ここでは、カンブリア紀後期からオルドビス紀の、サブカプラットフォーム型炭酸塩がほぼ連続的に分布しており、ストロマトライト様の石灰岩も確認された。3、試料の分析。粉末エックス線分析による鉱物組成の決定およびガス質量分析計による、炭酸塩鉱物中の炭素・酸素同位体組成の分析を行った。本邦石炭紀の試料は全てカルサイトからなるのに対し、ペルム紀、トリアス紀のものにはドロマイトが含まれていた。

韓國のカンブリア系には、粗粒のドロマイトからなる厚いドロマイト岩が発達、オルドビス系には、特徴的なサブカ構造を持つ堆積物中に細粒のドロマイトが生成している。ドロマイト化を受けていない部分の炭素同位体組成は、イランのカンブリアオルドビス系で観察されたと同様の変動を示し、グローバルに正と負の異常が起きたことが示唆された。イラン試料については、デボン石炭紀の層上石灰岩を主対象に同位体組成の分析作業を進めた。その結果、石灰岩、頁岩の周期堆積と同調する炭素同位体組成の変動、厚い黒色頁岩中での強い負の異常が見つかった。これらは、グローバル変動に対比される可能性が強い。1.本邦の炭酸塩岩(1)白骨温泉のトラバーチン:白濁した温泉で有名な白骨温泉の噴湯丘や球状石灰岩は、土石流によってせき止められた湖を満たした温泉から沈殿した石灰質堆積物である事が明らかになった。同位体組成は、現在の温泉水と非平衡であり、沈殿が急速に起こったか、あるいは、当時の水温が大変高かったことを示唆している。(2)北上の石炭系の同位体組成変動:南部北上に分布する石炭紀の石灰岩、鬼丸層と長岩層の調査と詳細なサンプリングを行った。炭酸塩のセクションにはかなりの頻度でタ-ビダイト性の砂岩の挟みが見られ、又、玄武岩のシルも頻繁に見られた。鬼丸層の最下部にわずかにドロマイトが見られたが、他はすべてカルサイトだけからなる石灰岩であった。現在、同位体組成の測定を進めている所である。2.イラン北部の先カンブリア系から三畳系の浅海性炭酸塩岩(1)先カンブリア/カンブリア境界事変:エルブールズ山脈の当該境界層で得られたサンプルについて同位体組成、微量元素組成の分析を行った。これまで知られていた、境界直上での正の炭素同位体組成異常の他に、境界直下での著しい負の異常を見出した。微量元素の異常とも同調する事から、初生的なシグナルである。(2)デボン系-石炭系の変動:主として砂岩、シルト岩からなるデボン系と石灰岩-マ-ルからなる層状石灰岩の石炭系から得たサンプルを分析した。研究対象のセクションには、顕生代の絶滅事変の一つであるファメニアン/フラニアン境界が含まれるはずである。境界の発見と、境界付近での他の環境パラメーター異常の発見につとめた。現在の所、顕著な負の炭素同位体異常が見出されたが、その意義については、現在検討中である。
多元素環状化合物の新規分子骨格構築法の開発と天然物合成

北里研究所で発見されたIL-6阻害剤マジンドリンAおよびBは、特異な3a-ヒドロキシフロインドリン骨格にジケトシクロペンテン部分がメチレン鎖で架橋した特徴的な構造を有している。我々は始めに、絶対配置を決定する目的で、すべての立体異性体の作り分け可能な不斉全合成ルートの開発を行い、初の全合成を達成した。そして最近、我々は大量合成に適した、より短工程で高立体選択的な第2世代の全合成ルートの開発に成功した。この第2世代の全合成における鍵反応は、最初の全合成過程で見つけた不斉酸化環化反応により容易に得られるキラルな3a-ヒドロキシフロインドリン分子を不斉リガントとして用い、キレーション効果を利用した立体選択的アシル化反応である。すなわち、ジケトシクロペンテン環上の4級炭素の選択的構築を、光学活性な3a-ヒドロキシフロインドリンから導いたエステル体を用い、3a-ヒドロキシフロインドリン部分と金属によるキレーション構造を形成することにより、酸クロライドとの反応面を制御したものである。そして、更にもう一つの鍵反応は、ジケトシクロペンテン部分をアリルシランを用いた分子内アシル化反応により一挙に構築する反応であり、計9ステップ、総収率はマジンドリンAが16%、Bが19%と短行程かつ高立体選択的な全合成ルートの確立に成功した。更に、北里研究所で発見された細胞周期阻害剤ネオキサリンは、特異なスピロアミナール構造を有するインドールアルカロイドで、絶対並びに相対配置は未決定である。今回、構造的に興味深い本化合物の新規分子骨格構築法ならびに構造決定を視野に入れた全合成研究を検討し、ネオキサリンの最も特徴的な官能基であるスピロアミナール構造の構築はモデル化合物を用いて検討を行ったところ、目的とするスピロアミナール体の合成に成功した。北里研究所で見出されたマジンドリンの効率的な分子骨格構築法の開発を行った。マジンドリンAおよびBは、特異な3a-ヒドロキシフロインドリン骨格にジケトシクロペンテン部分がメチレン鎖で架橋した特徴的な構造を有している。そして、更にもう一つの鍵反応は、ジケトシクロペンテン部分をアリルシランを用いた分子内アシル化反応により一挙に構築する反応であり(Scheme 1)、計9ステップ、総収率はマジンドリンAが16%、Bが19%と短行程かつ高立体選択的な全合成ルートの確立に成功した。

すなわち、ジケトシクロペンテン環上の4級炭素の選択的構築を、光学活性な3a-ヒドロキシフロインドリンから導いたエステル体を用い、3a-ヒドロキシフロインドリン部分と金属によるキレーション構造を形成することにより、酸クロライドとの反応面を制御したものである。そして、更にもう一つの鍵反応は、ジケトシクロペンテン部分をアリルシランを用いた分子内アシル化反応により一挙に構築する反応であり、計9ステップ、総収率はマジンドリンAが16%、Bが19%と短行程かつ高立体選択的な全合成ルートの確立に成功した。更に、北里研究所で発見された細胞周期阻害剤ネオキサリンは、特異なスピロアミナール構造を有するインドールアルカロイドで、絶対並びに相対配置は未決定である。今回、構造的に興味深い本化合物の新規分子骨格構築法ならびに構造決定を視野に入れた全合成研究を検討し、ネオキサリンの最も特徴的な官能基であるスピロアミナール構造の構築はモデル化合物を用いて検討を行ったところ、目的とするスピロアミナール体の合成に成功した。
粒子シミュレーションによる相対論的電子ビームのビ-ト波加速の研究

ビ-ト波によるプラズマ中の電子の加速と加熱は次世代の粒子加速器に関連していることのみならず、核融合の研究にもかかわる重要なテーマである。これらの一つとして非線形ランダウ減衰による粒子加速があげられ、理論的研究^<1)>により次の場合に電子加速が効率よくおこることがわかっている。(1)2つの電磁波が電子ビームを伴う冷たいプラズマ中に入射されている。それらの角周波数、波数ベクトル、電場の強さは(ω_κ,k,E_κ)と(ω_<κ'>,k',E_<κ'>)とする。(2)ビームの平均速度をv_bとするとき共鳴条件ω_κ-ω_<κ'>-(k-k′)・v_b【similar or equal】0を満たす。(3)ビ-ト波の角周波数ω_<κ">=ω_κ-ω_<κ'>はプラズマ角周波数ω_<pe>にきわめて近い。文献1)によれば波動方程式は(∂U_K)/(∂t)=-w_kA_<k,k′>U_kU_<k′>,(∂U_<k′>)/(∂t)=w_<k′>A_<k,k′>U_kU_<k′>,で与えられる。ここで、U_κ,U_<κ'>は2つの波のエネルギーである。この式を数値計算により解けばビ-ト波の電場の大きさE_<κ">を得ることができる。このとき、様々な初期条件のテスト粒子に関して運動方程式mdv/dt=-eE_<κ">を解いてその振るまいを調べた。その結果、入射された2つの波の振幅が十分大きい場合ビーム電子の一部は2mγ^2_pc^2まで加速されることが明らかになった^2)。ここで、γ_pはビ-ト波の相対論パラメータである。さらに、いわゆるcloud-in-cellのシミュレーションコードの開発を行なったが、現時点で報告すべき結果を出すに至っていない。最近、これらのビ-ト波加速ではストークスモードによるカスケード型の非線形ランダウ減衰においてさらに効率のよい加速がおこることが示されており^3)、シミュレーションによる研究の必要性が高まっている。