hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
限量子消去法を用いたパラメトリックメカニズム設計技術の確立

本研究課題では,パラメトリックメカニズム設計という,メカニズム自動設計の新しいフレームワークを提案した.提案したフレームワークは,限量子消去法を内部で動作させることにより,与えられた制約を満足するパラメータの範囲を導出する.各入札者が予算制約を持つ単一財オークションについて,提案手法を用いることにより,誘因両立的かつ主催者収入を最大化する,非自明なオークションメカニズムの設計に成功した.研究成果について,マルチエージェントシステム分野で最難関の国際会議であるAAMASにてポスター発表を行った.平成26年度は,限量子消去法を用いた自動メカニズム設計手法の確立を目標に,単一財オークションを例題として検討を重ねた.限量子消去法を用いることで,いくつかの基本的な性質を満足するメカニズムの抽象的な記述方法,すなわちパラメータの範囲によるメカニズムのプロトタイプの表現方法を得た.特に,各入札者が予算制約を持つ単一財オークション関して,誘因両立性を満足するオークションメカニズムのプロトタイプを自動生成することに成功した.さらに,パラメータを適切に設定することによって,オークション主催者の期待収入を最大化するオークションメカニズムが得られることを示した.この研究成果の一部は,国際会議AAMAS-15 (The 14th International Conference on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems)にポスターとして採択されている(採択率46.8%).これまでに得られた研究成果をまとめ,英文論文誌投稿へ向けて準備を進めている.また,組合せオークションを含む,より一般のオークションモデルや,ベイズナッシュ誘因両立性をはじめとする,より複雑な性質への対応についても既に議論を開始している.平成27年度は前年度に引き続き,限量子消去法を基盤技術とする,パラメトリックメカニズムデザインに関する研究を遂行した.特に,入札者が予算制約を持つ単一財オークションに関して,誘因両立性を満足するメカニズムの自動設計手法を検討し,主催者の期待収入を最大化するオークションのプロトタイプを確立した.本研究成果について,人工知能/マルチエージェント分野の最難関国際会議であるAAMAS-15にてポスター発表を行った.また,複数のエージェントが交互に非分割財を選び合う,選択順序問題(picking sequence problem)に関しても検討を行った.順序がランダムに決まる問題を定式化し,エージェントが2人のケースで,相手の戦略が観測可能な場合には,与えられた財の集合を獲得できるか否かの確認が多項式時間でできることを示した.さらに,自分の期待効用を最大化させる戦略を求める手続きが多項式時間で動作することを示した.本研究成果は,国際会議AAMAS-16にて報告予定である.パラメトリックメカニズムデザインのオークション理論以外の応用先として,研修医配属のマッチングについての関連研究を調査し,本研究課題で提案した技術を適用する際の課題について討議を行った.このほか,繰り返しゲーム,分散制約充足への応用についても研究討議を行った.本研究課題では,パラメトリックメカニズム設計という,メカニズム自動設計の新しいフレームワークを提案した.提案したフレームワークは,限量子消去法を内部で動作させることにより,与えられた制約を満足するパラメータの範囲を導出する.各入札者が予算制約を持つ単一財オークションについて,提案手法を用いることにより,誘因両立的かつ主催者収入を最大化する,非自明なオークションメカニズムの設計に成功した.研究成果について,マルチエージェントシステム分野で最難関の国際会議であるAAMASにてポスター発表を行った.従来,数理計画法に頼り,人手による結果の検証が必要不可欠であった自動メカニズム設計の理論に対し,全く新しい限量子消去法による理論を構築した.得られた成果は主に,各参加者が予算に関する制約を持つという,オークションの特殊ケースに制限されている.しかしながら,その特殊ケースにおいては,誘因両立性を満足するオークションメカニズムのプロトタイプを得ることに成功しただけでなく,主催者の収入を最大化するオークションメカニズムを発見するなど,当初の予定以上に進捗している.特に,研究成果の一部をまとめた論文が人工知能・エージェント分野で最難関の国際会議AAMAS-15に採択されており,その研究成果は国際的に一定の評価を得ている.組合せオークションなどへの拡張に関しても既に検討を開始しており,平成26年度の計画は十分に達成したと言える.人工知能今年度に得られた研究成果を拡張するとともに,より複雑かつ大規模な問題への対応を行う.今年度の研究成果の拡張に関しては,既に検討を開始している,組合せオークションとベイズナッシュ誘因両立性を主に扱う.まずは,組合せオークションにおけるベイズナッシュ誘因両立性を論理式で表現することを試みる.必要に応じて,単一バンドル指向(single-minded)な入札者のみを議論の対象とするなど,問題の簡単化を行い,具体的な結果を得ることに注力する.複雑かつ大規模な問題への対応に関しては,性質の分割方法と簡略表現方法を主に検討し,提案した自動メカニズム設計手法の大規模な問題への適用可能性を探る.海外協力研究者であるMingyu Guo氏(オーストラリア・アデレード大学)との研究打合せが,双方の日程の都合でキャンセルとなったため.なお,打ち合わせ予定であった事項はメールによるディスカッションにて代替したため,本事業の進展への影響はなかった.海外協力研究者と綿密なディスカッションを行うため,次年度にも研究打合せを計画し,そのための旅費に充てる.
骨髄幹細胞由来マスト細胞の温度依存性外向き電流の性質と活性化機構

本年度の研究からマウス骨髄幹細胞由来マスト細胞(以下BMMCと略す)の温度依存性外向き電流について以下のことが明らかになった。(1)24から36度の範囲で温度上昇によって可逆的に、また反復して外向き電流が活性化された。Q_<10>値は、11.3±6・8(mean±SD,n=6)で温度依存性が極めて高いことがわかった。(2)細胞内外溶液のCl,K,Naイオン組成を変えても電流振幅、逆転電位とも一定の変化がなかった。細胞内pHを7.3から5.5に低下させると活性化電位が0から約-40mVへと過分極側に移動した。細胞外pHを6.0から8.7の間で上昇させると活性化電位は過分極側に移動した。逆転電位は内外のpHの差に比例し、他のイオン濃度には依存しないことから、温度依存性の電流はプロトン(H^+)電流であると結論された。(3)脱分極による活性化過程はsingle exponential curveに一致し、時定数は脱分極するほど、温度が高くなるほど、また外液のpHが高くなるほど小さくなった。(4)細胞内溶液からATPを除去したりATPをATPγSで置換するとH^+電流は有意に(P<0.05)減少した。また細胞外ZnによってH^+電流は可逆的にブロックされた。以上のように、BMMCは外向きH^+電流を有している。その高い温度依存性はAPTの分解によるエネルギーを必要とする活性化メカニズムを反映していると推定される。現在このようなH^+電流の報告はない。今回の実験で安定したH^+電流の測定には高濃度(120mM)細胞内bufferを要したことを考えると、BMMCには強力なbufferあるいはpH調節機構が内在していることが示唆される。BMMCは増殖・分化の良いモデル系であり、細胞周期や分化過程においてこのH^+電流がどのような役割を果たしているのかを更に解明していきたい。
赤ワインのおいしさと関係するタンパク質非結合性タンニンの解析

市販ワイン中の全ポリフェノール,BSA沈殿性および非沈殿性のタンニンの濃度を分析した。Cabernet Sauvignon 18点,Merlot 17点,Muscat Bailey A 21点を分析した結果,Cabernet Sauvignonでは,全ポリフェノールが2205 mg/Lであり,そのうち沈殿性が627 mg/L,非沈殿性が431mg/Lであった。Merlotでは,全ポリフェノールが2207 mg/L,沈殿性が583 mg/L,非沈殿性が443 mg/L,Muscat Bailey Aでは,それぞれ,1211,191,117となった。以上の結果から,ワイン中にはBSA非沈殿性のタンニンが多量に存在することが明らかとなった。BSA沈殿法はワインのタンニンの定量法として広く用いられているが,本結果はこの方法でタンニンを測定することの意味を部分的に否定するものであり,重要な知見であるとともに,ワインポリフェノールの約半分がタンニンであるという,従前の知見を裏付けるものとなった。ワイン醸造中のこれらの画分についても予定通り分析を行った。その結果,ワイン製造の極初期からBSA非沈殿性のタンニンが認められ,この化合物が水溶性が高いこと,原料ブドウの中で既に非沈殿性として存在していることが考えられた。他の実験でHPLC-MS/MSによるタンニンの加水分解を試みているが,回収率が低く,ワインタンニンの加水分解率が低いことが示唆された。本結果はCheynierら,世界的な実験を行う研究者と同じ結果であり,タンニン実験の難しさが明らかになった。そこで,今後は,沈殿性の有無を決定する要因を,タンパク質等の観点から分析する予定である。また,不溶性多糖類などとのタンニンの結合条件に関する論文をとりまとめ,投稿中である。実験当初に推定されたように,塩酸加水分解によるタンニンの構造決定は難しいことが明らかになった。一方,BSA非沈殿性タンニンが,ワイン中に多量に存在すること,また,原料ブドウ中に存在する可能性が示唆されたことなどは,当初の予想より大きな進歩となった。引き続き,市販ワインの分析,および醸造中でのこれらの化合物の挙動を分析する。また,タンニンの分析が困難となったことから,沈殿性に影響を与えるブドウ由来,あるいは酵母由来のタンパク質が沈殿性に与える影響を分析することで,BSA結合性と非結合性のタンニンの違いの解明を進める。ワイン中に存在するタンニンを,牛血清アルブミン(BSA)に結合するものとしないものに分割する方法を開発した。具体的には,ワイン試料にBSAを添加し,沈殿させた後,遠心分離により上清と沈殿を回収した。それぞれの画分をToyopearl HW-40やODSを充填した固相に吸着させた。これを50%メタノールで溶出することで,低分子ポリフェノール画分を得た。さらに67%アセトンで溶出することで,タンニン画分を溶出した。これらの組成を確認するため,フォーリンシオカルト法でフェノール成分を,6N塩酸で加水分解後アミノ酸を測定することで,タンパク質を,フェノール硫酸法により中性糖類を,オルト-ヒドロキシジフェニル法により酸性糖を定量した。また,タンニン画分を,フロログルシノリシス法で加水分解し,ポリフェノール組成を調べたところ,エピカテキンやカテキンなどが検出され,タンニンが非沈殿性画分にも多量に含まれていることを確認できた。また,予備的な試験の結果,タンニンにタンパク質が結合している可能性が示唆された。ワイン製造中にタンパク質が結合することで,タンパク質との結合性が低下している可能性も考えられる。このことは,BSA非沈殿性タンニンを含んだワインを飲んだ場合,口中で唾液タンパク質(Proline rich proteinと考えられている)との結合が起こらず,収斂味が惹起されないと予想される。このようなタンニンがワインの味にとってどういう意味を持つかが重要となる。市販ワインの分析を行ったところ,BSA溶液による沈殿が溶解しない場合が散見された。理由はよくわからないが,定量性に影響するため,超音波処理や,界面活性剤などの濃度などを変化させ,条件について検討を行った。その結果,ほとんどの沈殿が溶解すること,不溶性の物も,続くカラム処理で用いる50%メタノール等で可溶化でき,定量性に影響は少ないことが明らかになった。29年度は市販ワインを数十本分析する予定であったが,その実験を4月以降行っており,遅れは取り戻せると考えている。

BSA沈殿法はワインのタンニンの定量法として広く用いられているが,本結果はこの方法でタンニンを測定することの意味を部分的に否定するものであり,重要な知見であるとともに,ワインポリフェノールの約半分がタンニンであるという,従前の知見を裏付けるものとなった。ワイン醸造中のこれらの画分についても予定通り分析を行った。その結果,ワイン製造の極初期からBSA非沈殿性のタンニンが認められ,この化合物が水溶性が高いこと,原料ブドウの中で既に非沈殿性として存在していることが考えられた。他の実験でHPLC-MS/MSによるタンニンの加水分解を試みているが,回収率が低く,ワインタンニンの加水分解率が低いことが示唆された。本結果はCheynierら,世界的な実験を行う研究者と同じ結果であり,タンニン実験の難しさが明らかになった。そこで,今後は,沈殿性の有無を決定する要因を,タンパク質等の観点から分析する予定である。また,不溶性多糖類などとのタンニンの結合条件に関する論文をとりまとめ,投稿中である。実験当初に推定されたように,塩酸加水分解によるタンニンの構造決定は難しいことが明らかになった。一方,BSA非沈殿性タンニンが,ワイン中に多量に存在すること,また,原料ブドウ中に存在する可能性が示唆されたことなどは,当初の予想より大きな進歩となった。市販ワインの分析後,本来の予定通り,組成の分析を行う予定である。既に,予備的な試験を行っているが,タンパク質量に差があるようで,興味が持たれる。すなわち,ワイン製造時に,ブドウ由来,あるいは酵母由来のタンパク質が,予めタンニンに結合することで,BSAへの結合性が失われることが考えられる。今後は,タンパク質の性質についても検討したい。また,沈殿に用いるBSAがどの程度タンニンに結合しているのかも分析した観点である。引き続き,市販ワインの分析,および醸造中でのこれらの化合物の挙動を分析する。また,タンニンの分析が困難となったことから,沈殿性に影響を与えるブドウ由来,あるいは酵母由来のタンパク質が沈殿性に与える影響を分析することで,BSA結合性と非結合性のタンニンの違いの解明を進める。
医学データにおける統計的変換モデルの研究

多変量回帰モデルにBox-Cox変換を施し,パラメータの推定法やモデル誤特定を考慮したパラメータのロバスト推測法を導出した.これらの結果から,ランダム化比較試験において,群・時点間で分布形状が異なる場合に利用可能な群間でのモデル中央値の差の推測法を開発した.この手法は柔軟性と解釈可能性の両方を兼ね備えている.シミュレーション研究から,従来法と比べて,治療効果のバイアスの面から性能が高いことが示された.経時的に観測される歪んだ連続アウトカムを主要エンドポイントとしたランダム化比較臨床試験において,治療群,時点間でアウトカムの分布形状が異なる場合には,単純なBox-Cox変換では変換後のアウトカムの正規性が十分に達成されない恐れがある.本研究では,そのような状況においても柔軟にフィッティング可能な群・時点間で異なった変換パラメータを許容した,拡張Box-Coxモデルを提案する.また,そのモデルに基づき特定の時点・群のモデル中央値を推測することで,治療効果の差を評価するための方法を開発している.また,このモデルの適用可能性を評価するために,単一変量におけるBox-Cox変換前の分布であるベキ正規分布の柔軟さを評価している.平成28年度の研究成果は以下のとおりである.拡張Box-Coxモデルにおいては,モデルを構築し,モデル中央値のモデル誤特定を考慮したロバスト分散推定量を導出したうえで,モデルパラメータの推定プログラムを開発し,実データに提案モデルをあてはめた.その結果を2016年度統計関連学会連合大会において招待講演にて発表した.ベキ正規分布の柔軟性の評価については,ベキ正規分布以外のパラメトリック単峰分布(例えば,一般化ガンマ分布や歪形状正規分布など)が真の分布の場合に,誤ってベキ正規分布をあてはめた際の中央値の推定量等の挙動を評価し,この結果を日本計算機統計学会第30回シンポジウムで発表した.モデル構築・適用可能性評価ともに国内学会で成果を発表済みであり,構築モデルの評価のためのシミュレーションプログラム作成についても進捗が順調であるため.経時的に観測される歪んだ連続アウトカムを主要エンドポイントとしたランダム化比較臨床試験において,Box-Cox変換に基づく統計モデルがしばしば用いられるが,治療群,時点間でアウトカムの分布形状が異なる場合には,単純なBox-Cox変換では,各治療群,時点の変換後のアウトカムの正規性が同時に達成されない恐れがある.この場合,治療効果へのバイアスの混入や推定効率の低下などの弊害が懸念される.本研究では,群・時点で異なる形状パラメータを許容した柔軟なBox-Cox変換に基づく経時対応統計モデルを開発し,臨床試験の各時点におけるモデル中央値の群間差の推測方法を導出した.上記モデルは非常に柔軟ではあるが,パラメータ数が多く単純な従来の統計モデルが当てはまる際には推定効率の低下が懸念されるため,より単純な複数のモデルを含んだ階層モデルを構築し,TICに基づくモデル選択法を実装した.また,これらの推測過程を実際に実行するためのRプログラムを開発し,提案手法の性能を従来法との性能比較のためのシミュレーション実験に基づき評価し,従来法と比較して治療効果に対するバイアスが小さいことが示唆された.さらに,AIDSの臨床試験データに対して提案手法を当てはめ,実データに対する適用可能性及び実データにおける特徴評価を行った.これらの研究成果を38th Annual Conference of the International Society for Clinical Biostatisticsおよび日本計算機統計学会第31回シンポジウムで発表した.多変量回帰モデルにBox-Cox変換を施し,パラメータの推定法やモデル誤特定を考慮したパラメータのロバスト推測法を導出した.これらの結果から,ランダム化比較試験において,群・時点間で分布形状が異なる場合に利用可能な群間でのモデル中央値の差の推測法を開発した.この手法は柔軟性と解釈可能性の両方を兼ね備えている.シミュレーション研究から,従来法と比べて,治療効果のバイアスの面から性能が高いことが示された.平成29年度においては,新規モデルと従来モデルを含んだモデル族の中でのモデル選択法の開発と,新規モデルの性能評価を行うためのシミュレーションを引き続き行う.また,ベキ正規分布の柔軟性評価についても,真の分布としてより多くの他のパラメトリック分布を仮定して,結果の一般化可能性を拡充する.これらの結果を別々の論文にまとめ,学術誌に投稿する予定である.29年度が最終年度であるため、記入しない。生物統計学29年度が最終年度であるため、記入しない。
界面制御に基づいたGaNへの金属電極形成技術の開発研究

本研究では、GaN表面の詳細な評価に基づく金属/半導体界面制御を試み、安定なショットキー接合と、低接合抵抗オーミック電極形成のための作製プロセスを確立することを目的とする。得られた主な成果を以下にまとめる。(1)n-GaNに対して安定なショットキー接合法を確立することを目的として、プロセス直前のGaN表面の表面フェルミ準位の位置を光電子分光(XPS)法を用いて測定し、表面のバンド曲がりを詳細に評価した。(1)大気に曝した表面のバンド曲がりは1.4eVと大きく、フェルミ準位が強くピンニングされていることが分った。(2)アンモニア溶液処理と窒素プラズマ処理を行うことでバンド曲がりは0.5eV程度緩和し、分子線エピタキシー法で成長した表面と同等の電子状態が得られることが明らかになった。(2)電子デバイスのショットキーゲート構造への応用を目的として、逆方向リーク電流特性を詳しく調べた。(1)n-GaNに対するショットキー接合の逆方向リーク電流は熱電子放出理論で計算される値よりも数ケタ高く、かつ、バイアス依存性が強く温度依存性が弱い。(2)逆方向リーク電流はショットキー電極とオーミック電極間の表面状態や表面構造に敏感であり、バイアス掃引に対してヒステリシスを持つ。これらの結果より、n-GaNに対するショットキー接合の電流輸送特性には、接合界面および電極間表面のトラップに起因するリーク機構が影響していることが強く示唆された。(3)AlGaN表面に超真空中で金属Alを約1nm蒸着後、真空アニール(800°C、10min)することで、金属AlとAlGaN表面に残留している自然酸化膜が反応して形成された極薄Al酸化膜を表面不活性化膜として利用し、GaN/AlGaNヘテロ構造上のショットキーゲート特性の改善を実現した(4)MgドープP-GaN表面のXPS分析を行った。Mg原子の表面蓄積に伴うMg-O結合ピークが強く検出され、GaおよびNの内殼ピークの半値幅がn-GaNと比較して1.5倍程度に増加していることが分った。表面でのバンド曲がりは1.3eVと強く、Mg蓄積による表面乱れ層により、高密度の表面欠陥準位が存在していることが示唆された。ECR励起のN2プラズマによる表面処理で、表面乱れは回復し、ほぼフラツトな表面バンドを実現できることが明らかになった。本研究では、GaN表面の詳細な評価に基づく金属/半導体界面制御を試み、安定なショットキー接合と、低接合抵抗オーミック電極形成のための作製プロセスを確立することを目的とした。今年度得られた主な成果を以下にまとめる。(1)ショットキー接合形成前の表面処理法を確立することを目的として、種々のプロセス後のGaN表面を詳細に評価した。その結果、(a)大気に曝したGaN表面にCa酸化物を主成分とする自然酸化膜が存在すること、(b)900°C以上の高温領域でGaN表面の酸化過程が進行すること、(c)HCl/HF混合溶液あるいはアンモニア溶液による表面処理が自然酸化膜の除去に効果が大きいこと、を明らかにした。

(2)通常の蒸着法でショットキー接合を形成する場合、蒸着直前のGaN表面の処理法に、ショットキー接合特性が大きく依存することを見いだした。自然酸化膜が残存する場合のショットキー接合の電流輸送特性は熱電子放出理論から大きくはずれるが、アンモニア溶液処理後の表面に形成した接合は、熱電子放出理論から期待される特性を示し、その障壁高の金属仕事関数依存性が顕著になった。(3)アンモニア処理による自然酸化膜除去プロセスは、安定なオーミック接合を形成する前処理プロセスとして重要であることが見いだされた。(4)独自に開発した電気化学プロセスにより、n-GaN表面のエッチングと金属形成を、同一電解液中で「その場」で行い、ショットキー接合を形成した。このプロセスにより作成した接合の電流輸送特性は熱電子放出理論に従い、障壁高の金属仕事関数依存性を表す界面定数Sは0.49を示し、これまでの報告で最高の値となった。本研究では、GaN表面の詳細な評価に基づく金属/半導体界面制御を試み、安定なショットキー接合と、低接合抵抗オーミック電極形成のための作製プロセスを確立することを目的とする。今年度得られた主な成果を以下にまとめる。(1)n-GaNに対して安定なショットキー接合法を確立することを目的として、プロセス直前のGaN表面の表面フェルミ準位の位置を光電子分光(XPS)法を用いて測定し、表面のバンド曲がりを詳細に評価した。(1)大気に曝した表面のバンド曲がりは1.4eVと大きく、フェルミ準位が強くピンニングされていることが分った。(2)アンモニア溶液処理と窒素プラズマ処理を行うことでバンド曲がりは0.5eV程度緩和し、分子線エピタキシー法で成長した表面と同等の電子状態が得られることが明らかになった。(2)電子デバイスのショットキーゲート構造への応用を目的として、逆方向リーク電流特性を詳しく調べた。(1)n-GaNに対するショットキー接合の逆方向リーク電流は熱電子放出理論で計算される値よりも数ケタ高く、かつ、バイアス依存性が強く温度依存性が弱い。(2)逆方向リーク電流はショットキー電極とオーミック電極間の表面状態や表面構造に敏感であり、バイアス掃引に対してヒステリシスを持つ。これらの結果より、n-GaNに対するショットキー接合の電流輸送特性には、接合界面および電極間表面のトラップに起因するリーク機構が影響していることが強く示唆された。(3)p-GaN表面のXPS分析を行った。Mgを高濃度にドープした表面には、Mg-O結合ピークが強く検出され、n-GaNとは異なり、化学溶液処理によってもこの酸化物ピークは容易に消滅しない。この結果は、p-GaNに対して低抵抗オーミック電極を形成するために、酸化物の除去を含む表面制御が極めて重要であることを示している。本年度に得られた主な成果を以下にまとめる。(1)電子デバイスのショットキーゲート構造への応用を目的として、逆方向リーク電流特性を詳しく調べた。(1)n-
興奮と抑制の中枢神経伝達を制御する海洋天然物の探索

海洋生物毒・生理活性物質は神経伝達やその調整を司る受容体やチャンネルの宝庫である。本研究では海綿やホヤなどの無脊椎動物より新規の神経毒ペプチドであるアーキュレイン、グルタミン酸受容体の糖鎖を認識して機能を変調する海綿ガレクチンCchG、新規NMDA型グルタミン酸受容体のアゴニストであるHDDA、神経疾患薬のターゲットであるGータンパク質共役型受容体(GPCR)に作用する新規のアルカロイドを見出し、それらの構造決定を行うとともに生理活性について詳細に検討した。西表産海綿Cinachyrellaに含まれるレクチンIRI35の精製を行い、ガラクトース結合型の16kDのタンパク質であることを明らかにした。IRI35は培養細胞の発現グルタミン酸受容体の脱感作を阻害することで電流を増強した。この活性は培養神経細胞や脳スライスでも観測されることを見出し、ガラクトース結合型レクチンが神経調節において重要な役割を担う可能性を示唆した。新規ペプチドAculeineは45アミノ酸残基とN-末端にある長鎖ポリアミンを含む構造未知のユニットから構成される。今回AculeineAとBの精密質量分析を行いその分子式から両者とも3つのジスルフィド結合を持つことがわかった。また海綿の抽出物にAcu BのN-末端と類似する構造を持つポリアミン化合物を見出しその分離と構造解析を行った。その結果新規のポリアミンを含むトリプトファン誘導体を見出した。この化合物の分子式はAcu BのN-末端に推定される分子式と完全に一致した。海綿やホヤ等の海洋生物の水抽出物は神経に作用する化合物の宝庫であることが示唆されたのでさらにその探索を行ったところ、パラオ産海綿Cribrochalina olemda,Amphimedonvilidis,Haliclona sp.より新規のイソグアニン類を見出しその構造とシナプス変調作用について詳細に検討した。その結果、新規化合物として単離した1,9-ジメチル-8-オキソイソグアニンが抑制性神経伝達を著しく阻害すること、しかしGABA受容体に直接作用しないことを見出した。この化合物は、α-アドレナリン受容体、セロトニン受容体オピオイド受容体等に弱い親和性を示したことから多様な受容体に作用することで神経調節機構を変調する作用を示す可能性が示唆された。新規ペプチド毒アーキュレイン(ACU)の構造解析:ACUはアミノ酸残基45個からなる海綿Axynissaaculeata由来の新規ペプチドであるがN末端の残基が高度な翻訳後修飾を受けており、その構造は不明である。また、分子量が大きく(5000-7000)直接NMR等で構造を決めることが困難であるため、構造決定は挑戦的な課題である。本研究ではこの構造決定に挑むため、機器分析と分子生物学的手法を組み合わせて構造解析を行った。今回、超高分解能質量分析技術の導入でペプチドそのものの精密分子量測定を行い、ACU-AとBの精密分子量の測定を行った。さらに、抽出物にACU-BのN末端部分に相当すると思われる新規化合物を見出したので、それをプロトアーキュレイン1072と命名し、その構造解析を行った。その結果、トリプトファンにポリアミンが結合したこれまでに無い構造を有する化合物であることがわかった。これらの結果を総合してACUの分子式が決定された。すなわち、アーキュレインAの分子式はC298H518N84069S6、BのそれはC252H413N69069S6となり、これらの化合物に含まれる6つのシステイン残基が全てジスルフィド結合を形成していることが明らかとなった。シナプス受容体調節作用を持つレクチンの構造:海綿Cynachyrellaから分離されたレクチン(CchG)と命名には発現グルタミン酸受容体の脱感作を阻害する興味深い活性が見られた。そこで、レクチンのアミノ酸配列を決定するためにN-末端構造解析ならびにcDNAクローニングを行った。その結果、CchGはガレクチンファミリーに属するタンパク質であることが示された。この結果は動物ガレクチンそのものにもグルタミン酸受容体を調節する活性があることを示唆する。そこで発現ヒトガレクチン1をグルタミン酸受容体に作用させたところ、活性が確認された。海綿Axinyssaaculeata由来の新規ペプチドであるアーキュレイン類のN-末端側のアミノ酸残基プロトアーキュレイン(pACU-B)の構造解析を合成モデル化合物を用いて比較検討することで完了した。この結果から、これまで例を見ない構造を持つ分子量5700のACU-Bの作業構造を提出することができた。また、ACUは強い溶血作用を示すが、陰イオン性のリン脂質、へパラン硫酸、レクチンによっても強く阻害されたことから、ACUが細胞表面の陰イオン性物質を認識し、結合することが溶血活性に必要であることが示唆された。

海綿Cinachyrellaから分離されたレクチン(CchG)は、ドーナッツ型の4量体構造のガレクチンであるが、発現AMPA/カイニン酸型グルタミン酸受容体の脱感作を阻害する活性を持つ。この結果は、人の脳内で発現するガレクチンもグルタミン酸受容体の機能を変調している可能性を示していたので、その可能性をさらに検証するためマアナゴガレクチン、コンジェリンIおよび発現ガレクチンIを用いて発現グルタミン酸受容体及び神経細胞に対する作用を調べた。その結果、構造上安定性が高いガレクチンほど強い作用を示すこと、作用は糖鎖のプロセッシングに依存的であることが分かった。したがってAMPA/カイニン酸型グルタミン酸受容体は糖鎖プロッセッシングの度合いに応じてガレクチンにより様々な変調を受け、中枢の生理または病理的な状態に影響を及ぼしている可能性を提唱した。また、パラオ産海綿およびホヤよりNMDA受容体やGタンパク質共役受容体に強い親和性を示す新規モチーフを持つアルカロイドを計8種単離し海洋生物が新規の神経活性化合物の宝庫であるという考えを立証した。ガレクチン:海綿から見出した新規ガレクチンCchGは、グルタミン酸受容体の糖鎖に結合してそのチャンネルの動態を制御する。これまでにCchGはアミノ酸146個からなるプロトタイプガレクチンで少なくとも2種の分離できないアイソフォームからなることがわかっている。今回、X結晶解析を行ったところ通常のガレクチンが2量体であるのに対しCchGは4量体を形成し、特異なドーナッツ型の構造をとることが示された。また、純粋なCchGに活性があることを確認するためリコンビナントタンパク質rCchGを作製した。rCchGは天然物と等価の性状を示したので、その活性を調べたところ天然物同様にグルタミン酸受容体の脱感作を阻害した。また、その阻害はラクトースの添加で完全に阻害された。一方、脊椎動物由来のガレクチン:マアナゴガレクチンCongerin IおよびガレクチンIについてそれぞれ活性を調べたところ、CchGと類似の脱感作抑制作用が観測された。これらの結果はガレクチンが脳内で何らかの受容体調節機能を持つことを示唆する。アーキュレイン:アーキュレインの構造単位として単離したプロトアーキュレインBの構造決定を行い、トリプトファンにポリアミンが結合したこれまでに無いアミノ酸であることを明らかにした。この化合物にペプチド部分が結合し、ジスルフィド結合を形成したものがアーキュレインBであると推定している。低分子神経活性化合物:マウス、ゼブラフィッシュ幼魚、そして培養神経細胞を用いたスクリーニングで興味深い活性を示した海綿より活性成分として構造既知のアミノ酸を単離し、それが新規のNMDA型グルタミン酸受容体のアゴニストであることを見出した。また、ホヤより新規の芳香族化合物2種を単離し、現在その構造決定を遂行している。申請書ではレクチンのクローニングおよびアーキュレインの構造解析を行うことを目標としており、それらは順調に達成されているが、アーキュレインの構造にはこれまでの天然物にはない特異な構造が含まれるので、その構造決定には更なる研究の進展が必要である。レクチンの生理活性はこれまでに知られていながった動物ガレクチンの脳における作用を示唆する重要な発見と位置づけている。25年度が最終年度であるため、記入しない。
動的インドースフォールディングと統計法則

1配列のデザイン原理カルシウム結合蛋白を例により、経験的力場によってnative構造にフォールドする配列を、人工的に生成した。フォールド能力のある配列は、native構造だけでなくフォールディング経路に沿って広い範囲で適正なエネルギー曲面を持つ必要があること、native構造に無関係な構造を多く参照してもフォールド能力のある配列の選択には有効でないこと、一定速度で配列を試行的に変化させても、残基間の多体相関のため、選択された配列の変化速度は一定にならず揺らぐこと、などの知見が得られた。2水の動的ゆらぎと水和蛋白質のまわりの水和水のゆらぎと蛋白質のゆらぎと相関を解析するために、水の構造を表現する局所構造指数と呼ばれる新しい統計量が開発、分析された。分子動力学計算により、水素結合ネットワーク構造が局所的に発達する時期と発達していない時期がランダムに間欠的に交替することが示された。常温のバルクの水では、構造の寿命は数100フェムト秒から10ピコ秒程度まで階層的に分布し、構造を持った分子は互いに集まってバッチを形成する傾向ある。ネットワークのゆらぎは構造の形成と崩壊を伴った振幅の大きい非線型ゆらぎであることが示された。3立体構造の起源とゆらぎ生命進化の初期に蛋白質構造のグランドデザインがなされたとすれば、それはどのように行われたのであろうか、どのような構造や配列が出現しうるか、という統計法則を得るために、"活性中心の構造を粗く保持する能力をもつようにデザインされる"という選択過程を模した理論的モデルを構築している。経験的力場を用いたモデル、およびスピングラス理論を用いたモデルの開発を行い、選択された配列のフォールディングのキネティックス、構造の分析が進んでいる。
アディポネクチンの肺癌及び肺疾患に与える影響

肺癌及び肺疾患に与える影響について、ヒト由来アディポネクチンを高発現しているトランスジェニック(Tg)マウスを使用して、エラスターゼ吸入モデル、VEGF受容体阻害モデル、LPS(lipopolysaccaride)投与による急性肺障害モデルを作成したが、アディポネクチンによる抑制効果はみられなかった。肺癌の皮下移植モデルでは、予想に反して自由摂食群のTgマウスの腫瘍だけが有意に増大した。この原因として、病理組織像では、Tgマウスの脂肪細胞はwild typeに比べ小さく、遺伝子発現ではp21、p16のmRNA発現は抑制され、p21、p53の蛋白発現も抑制されていたことから、Tgマウスでは、脂肪組織内の恒常性が、"若い状態"に保たれ、そのため肺癌細胞株がTgマウス皮下に移植された場合、腫瘍がむしろ増殖してくるのではないかと考える。アディポネクチン(Adiponectin)は、脂肪より産生される血清タンパク質で、現在までに抗糖尿病、抗動脈硬化等が報告されている。最近、ヒト由来アディポネクチンを高発現しているトランスジェニック(Tg)マウスが、摂食量に関係なく寿命を延長させることが報告され、Tgマウスで腫瘍の発生率が低く、抗炎症作用もあることが分かってきた。このような観点から、ヒト由来アディポネクチンTgマウスを使用して、肺癌モデル、肺気腫モデルを作製し、コントロール群と比較して、どれだけその病態に抑制的に働くか、あるいは誘導的に働くのか評価したいと考えた。具体的な目的として、肺において、1)ヒト由来アディポネクチンTgマウスを使用して、アディポネクチンが実際に癌や線維化に対して抑制的に働くのか、病理組織学的に明らかにする。2)どのような機序で発癌や癌の発育を抑えるのか、また線維化を抑制するのか、採取した組織より遺伝子、蛋白を抽出し、網羅的解析を行う。3)細胞培養系を使用し、網羅的解析より予想されるシグナル伝達経路が、実際に動いているのか証明する。以上を、3年にわたり、実験、解析することとした。現在、エラスターゼ吸入モデルとVEGF受容体阻害モデルの2つの肺気腫誘発モデルを作成し、Tgマウスと野生型マウスの反応の形態学的変化を比較したが、大きな差はみられなかった。分子生物学的な差を比較検討している。また、LPS(lipopolysaccaride)投与による急性肺障害モデルでは、Tgマウスで有意に生存率が改善し、分泌蛋白作成の場である小胞体へのストレスがかかりにくい状態となっていることが分かり、アディポネクチンの小胞体ストレスへの影響の研究も始めている。肺癌に対する効果の実験については、マウスの繁殖が難しいこともあり、モデルの作成中である。アディポネクチン(Adiponectin;APN)は、脂肪より産生される血清タンパク質で、現在までに抗糖尿病、抗動脈硬化等が報告されている。最近、ヒト由来APNを高発現しているトランスジェニック(Tg)マウスが、摂食量に関係なく寿命を延長させることが報告され、Tgマウスで腫瘍の発生率が低く、抗炎症作用もあることが分かってきた。このような観点から、ヒト由来APN-Tgマウスを使用して、肺癌モデル、肺気腫モデルを作製し、コントロール群と比較して、どれだけその病態に抑制的に働くか、あるいは誘導的に働くのか評価したいと考えた。具体的な目的として、肺において、1)ヒト由来APN-Tgマウスを使用して、APNが実際に癌や線維化に対して抑制的に働くのか、病理組織学的に明らかにする。以上を、3年にわたり実験、解析することとした。研究の成果;エラスターゼ吸入モデルとVEGF受容体阻害モデルの2つの肺気腫誘発モデルを作成し、Tgマウスと野生型マウスの反応の形態学的、分子生物学的変化を比較したが、大きな差はみられなかった。また、LPS(lipopolysaccaride)投与による急性肺障害モデルでは、Tgマウスで有意に生存率が改善し、分泌蛋白作成の場である小胞体へのストレスがかかりにくい状態となっていることが分かり、APNの小胞体ストレスへの影響の研究も始めている。

肺癌に対する効果の実験については、Urethane誘発肺腺腫モデルを作成、飼育中であり、Urethane投与後36週で屠殺し、APN-Tgマウスと正常マウスとの腫瘍の発生頻度の差や、形態学的および分子生物学的差異を比較する予定である。また、Lewis肺癌細胞株皮下接種モデルで、APNによる腫瘍の増殖抑制や分子生物的差異を検討する予定である。アディポネクチン(Adiponectin)は、脂肪より産生される血清タンパク質で、現在までに抗糖尿病、抗動脈硬化等が報告されている。ヒト由来アディポネクチンを高発現しているトランスジェニック(Tg)マウスが、摂食量に関係なく寿命を延長させ、腫瘍の発生率が低く、抗炎症作用もあることが分かっている。肺において、1)Tgマウスでは、アディポネクチンが実際に癌や線維化に対して抑制的に働くのか、病理組織学的に明らかにする。2)どのような機序で発癌や癌の発育を抑えるのか、また線維化を抑制するのか、採取した組織より遺伝子、蛋白を抽出し、網羅的解析を行う。3)細胞培養系を使用し、網羅的解析より予想されるシグナル伝達経路が、実際に動いているのか証明する。を計画した。まず、エラスターゼ吸入モデルとVEGF受容体阻害モデルの2つの肺気腫誘発モデルを作成し、Tgマウスと野生型の反応の形態学的変化を比較したが、差はみられなかった。また、LPS(lipopolysaccaride)投与による急性肺障害モデルでは、Tgマウスで有意に生存率が改善し、分泌蛋白作成の場である小胞体へのストレスが低下していたが、病理学的有意差はみられなかった。肺癌に対する効果の実験については、雄Tgマウス(n=1520)と野生型マウス(n=1520)を無作為にregular diet (RD)、およびhigh fat diet (HFD)の2群に分けて約20週間飼育し、皮下にLewis肺癌細胞株(1.5×10^5個)を注入した。投与後2週間後に屠殺、腫瘍を摘出したところ、予想に反してRD群のTgマウスの腫瘍だけが有意に増大した。この原因として、Tgマウスでは脂肪組織における老化シグナルの著明な低下と炎症性サイトカインやアポトーシス関連遺伝子の発現低下が認められたこと関連があるかもしれない。現在マイクロアレイによって発現解析を行っている。以上を3年で行い、3)の実験には到達できなかった。
日本列島周辺海洋流動の回転系乱流論的プロセス研究

当該研究期間に得られた研究成果は、以下のようにまとめられる。(1)NOAA/HRPT直接受信によって、日本列島周辺海洋乱流場の実時間モニタリングが継続された。それによって、海洋流動における乱流の逆カスケード過程および海岸海底地形による組織的渦構造のインターロッキング過程の現象論的記述が獲得された。(2)高解像度HRPTデータにシ-マーク追跡法を適用した瞬間乱流場計測が施こされ、上記の乱流現象が定量的に記録された。(3)以上の衛星観測によって得られたデータや成果物(各種強調処理衛星画像、海面流速ベクトル分布図、海面渦度分布図、その他各種主題図)はア-カイブされた。(4)回転系水理模型実験および数値実験を行ない、カスプ状の岬からの渦の供給のメカニズム、乱流の逆カスケード過程および海底地形による組織的渦構造のロッキング過程を室内に再現した。(5)本研究によって得られた成果がインタネットを経由して公開された。1.NOAA/AVHRR APT直接受信によって、日本列島周辺海洋乱流場の実時間モニタリングが継続された。それによって、日本列島周辺の海洋流動における乱流の逆カスケード過程および海岸海底地形による組織的渦構造のインターロッキング過程の現象論的記述が獲得されつつある。2.主として1987年以降のNOAA/AVHRRの高解像度HRPTデータ対象に、シ-マーク追跡法を適用した瞬間乱流場計測が継続され、上記の乱流現象が定量的に記述されつつある。3.以上の衛星観測によって得られたデータや成果物(各種強調処理衛星画像、海面流速ベクトル分布図、海面渦度分布図、その他各種主題図)はア-カイブされている。4.カスプ状の岬からの渦の供給のメカニズムに関連して、回転系水理模型実験がなされた。それによって、黒潮の振る舞いに対する日本列島太平洋岸の役割と大気擾乱によるい外部からの強制パルスの役割が確認されつつある。5.乱流のカスケード過程の水理実験と海底地形による組織的渦構造のインターロッキング過程に着目した水理模型実験を行なわれた。それによって、閉じた容器内の回転系乱流場としての本研究対象の取り扱いの妥当性が確認されている。6.海面上150mの大鳴門橋主塔上から、鳴門の渦潮の時系列的斜め写真計測およびVTR映像計測を行なった。それによって、高いReynolds数(10^8)における自由乱流境界槽内部における組織的渦構造の逆カスケード過程のプロセスが記録された。1.NOAA/AVHRR APT直接受信およびHRPT直接受信によって、日本列島周辺海洋乱流場の実時間モニタリングが継続された。それによって、海洋流動における乱流の逆カスケード過程および海岸海底地形による組織的渦構造のインターロッキング過程の現象論的記述が獲得されつつある。2.本年度より直接受信可能となったNOAA/AVHRRの高解像度HRPTデータに、シ-マーク追跡法を適用した瞬間乱流場計測が施こされ、上記の乱流現象が定量的に記述されつつある。それによって、黒潮、親潮あるいは対馬暖流の渦構造の振る舞いに対する海岸地形形状および惑星β効果の役割が確認されつつある。5.乱流の逆カスケード過程の水理実験と海底地形による組織的渦構造のロッキング過程に着目した水理模型実験が行われた。6.大鳴門橋主塔上からの鳴門の渦潮の時系列的斜め写真計測結果およびVTR映像計測結果の乱流論的解析を行なった。それによって、高いReynolds数(10^8)における自由乱流境界層内部における組織的渦構造の逆カスケード過程のプロセスが明らかになった。平成9年度の研究実績は以下のとおりである。それによって、海洋流動における乱流の逆カスケード過程および海洋海底地形による組織的渦構造のインターロッキング過程の現象論的記述が獲得された。

(2)高解像度HRPTデータにシ-マーク追跡法を適用した瞬間乱流場計測が施こされ、上記の乱流現象が定量的に記録された。(3)以上の衛星観測によって得られたデータや成果物(各種強調処理衛星画像、海面流速ベクトル分布図、海面渦度分布図、その他各種主題図)はア-カイブされた。(4)回転系水理模型実験および数値実験を行ない、カスプ状の岬からの渦の供給のメカニズム、乱流の逆カスケード過程および海底地形による組織的渦構造のロッキング過程を室内に再現した。(5)本研究によって得られた成果がインタネットを経由して公開された。
アルミニウム毒性の発現機構-還元型NADPの生成反応の阻害と活性酸素の関与の解析

1.アルミニウムによる活性酸素傷害促進機構の解析アルミニウムは遷移金属触媒による膜脂質の酸化傷害を促進するが、その機構について二価鉄イオンの自動酸化を指標として解析した。アルミニウムが鉄イオンを二価の還元状態に保つことによって、プロオキシダントとして作用することを明らかにした。2. NADP-イソクエン酸脱水素酵素の金属イオンによる調節と活性酸素傷害NADP-イソクエン酸脱水素酵素は反応生成物NADPHによって還元型グルタチオンを再生し、抗酸化系酵素として働く。本酵素はアルカリ土類・遷移金属のイオン半径に依存したアロステリックな機能を示した。さらに活性部位に結合させた二価鉄イオンを触媒としたフェントン反応を介して生成するヒドロキシルラジカルによって本酵素を特異的に失活させることが可能となった。好気条件で増加するクエン酸とMg,Mnの共存はこの酸化失活を強く防御し、活性酸素に対する本酵素の抵抗性を説明する。3.アルミニウム/ATP相互作用とポリアミンによるアルミニウム阻害の解除機構アルミニウムはグリセロールキナーゼ、ヘキソキナーゼに対し、Al/ATPとして基質Mg/ATPに対して拮抗的に阻害する。スペルミンはAl/ATPから特異的にATPを奪ってスペルミン-ATP複合体を形成して、アルミニウム阻害を解除することを核磁気共鳴法を用いて明らかにした。4.アルミニウムによる活性酸素傷害の培養神経細胞PC12における発現アルミニウムをマルトールとの複合体としてPC12に与えることにより、活性酸素傷害を介したアポトーシスを誘導させた。アルミニウム単独の投与では影響を与えない。アルミニウムイオンは(1)プロオキシダントとなる鉄イオンの還元状態の維持、及び(2)NADPイソクエン酸脱水素酵素の阻害、及び酸化傷害による還元型NADP生成の低下に基づく活性酸素消去能の低下によって、毒性を発揮することを明らかにした。アルミニウムは生体膜の脂質過酸化反応を促進する。アルミニウムのプロオキシダント作用発現機構の解析と活性酸素傷害発現における還元型NADP供給反応の役割について解析を行った。1.NADP-イソクエン酸脱水素酵素に対する金属イオンの調節機能還元型NADPの供給によって還元型グルタチオンを再生し、抗酸化作用の中心的な位置を占めるNADP-イソクエン酸脱水素酵素と金属イオンの相互作用を解析し、本酵素が必須金属のイオン半径に依存したアロステリックな機能をもつことを明らかにした。アルミニウムは本酵素の強力な阻害剤であり、プロオキシダント作用と遷移金属の酸化傷害促進作用をNADP-イソクエン酸脱水素酵素の調節機能と関連して考察した。2.遷移金属イオンとの相互作用を利用した酸化促進・抗酸化機構の解析二価鉄イオンの自動酸化を指標としてin vitroの条件でプロオキシダント、アンチオキシダントの作用を解析する方法を開発した。従来抗酸化物質とされているものは二価鉄イオンの酸化を促進するタイプと逆に還元作用を示すものに分類され、前者にフラボノイド、後者に他の非フラボノイド系ポリフェノールがある。アルミニウムはフラボノイドと逆に鉄イオンをプロオキシダント作用をもつ還元状態に維持して膜脂質の酸化を引き起こす作用を表すことを明らかにした。3.活性酸素によるNADP-イソクエン酸脱水素酵素の傷害と失活第一の研究で明らかにした二価鉄がMg,Mnに代って活性部位に結合することを応用して、二価鉄と過酸化水素からフェントン反応によってヒドロキシルラジカルをNADP-イソクエン酸脱水素酵素の活性中心で発生させ、本酵素を特異的に失活させることを可能とした。この酸化失活に対する防御物質の検討を行い、とくに好気状態で増加するクエン酸とMg,Mnの共存が強い防御効果をもつことを明らかにした。以上の結果からアルミニウムは鉄イオンを二価の還元状態に維持することによってプロオキシダントとして機能させ、脂質過酸化反応を引き起こすと考えられた。

さらに還元型NADP生成反応として酵素的抗酸化系を構成するNADP-イソクエン酸脱水素酵素を阻害するとともに、遷移金属を介してこの酵素に傷害を与えることが生体の活性酸素傷害発現の機構であると結論された。1.アルミニウム/ATP相互作用とポリアミンによるアルミニウム阻害の解除機構アルミニウムはグリセロールキナーゼに対し、Al/ATPとして基質Mg/ATPに対して拮抗する形式で阻害しこの阻害はポリアミン、とくにスペルミンによって解除された。Al-ATPに対するスペルミンの作用を核磁気共鳴法(NMR)を用いて解析した。酸性ではAl^<3+>は対称性のよいAl(H_2O)_6^<3+>として存在し、鋭い信号を与えるが、ATPの添加により約4ppm高磁場にAl-ATPと考えられるブロードな信号となって現れる。スペルミンの過剰添加によってAl-ATPの信号は小さくなり、Al(H_2O)_6^<3+>のシャープな信号が大きくなることから、スペルミンはAl-ATPからATPを奪ってスペルミン-ATP複合体を形成し、アルミニウムの阻害活性を消失させたものと考えられた。一方スペルミンはMg-ATP,Mn-ATP複合体からのMg,Mnの遊離は起こさず、ATP-金属複合体の結合がより強固になる傾向が認められた。ポリアミンによるグリセロールキナーゼのアルミニウム阻害の解除機構はNMRのデータによってよく説明される。2.アルミニウムによる活性酸素傷害促進機構の解析遷移金属触媒による膜脂質の酸化傷害をアルミニウムが促進することを見出し、アルミニウムが鉄イオンを二価の還元状態に保つことによって、プロオキシダントとして作用することを明らかにした。さらに神経由来の培養細胞としてPC12を用い、アルミニウムと複合体を作るマルトールを加えて細胞に取り込ませることによって、活性酸素傷害から、アポトーシスを引き起こすことに成功した。3.活性酸素消去系酵素のアルミニウムによる阻害と酸化傷害の生理機能還元型NADPを生成することによって活性酸素消去系酵素として働くNADP-イソクエン酸脱水素酵素がアルミニウムによって阻害されることに加えて、本酵素が遷移金属を引き金とした酸化傷害を受け、さらにアルミニウムにより酸化傷害が促進されることを明らかにした。アルミニウムイオンは(1)プロオキシダントとなる鉄イオンの還元状態の維持、および(2)NADPイソクエン酸脱水素酵素の阻害、並びに酵素の酸化傷害による還元型NADP生成の低下に基づく活性酸素消去能の低下を引き起こすことによって、毒性を発揮することを明らかにした。
有機半導体薄膜上に付着した金属クラスターの反応性・拡散性の研究

1.PTCDA薄膜上へのアルミニウムクラスター蒸着代表的な有機半導体である3,4,9,10-perylenetetracalboxylic dianhydride(PTCDA)の薄膜上に1000量体前後のアルミニウム(Al)クラスターを蒸着し、透過型電子顕微鏡(TEM)と電子線回折(LEED)で調べた。また、通常の真空蒸着法によりAl原子を蒸着し比較した。この結果、クラスター蒸着では、Al微粒子が確認されたが、通常法ではAl微粒子は観測されなかった。このことは、Al原子はPTCDA薄膜中に容易に拡散するのに対し、Alクラスターは拡散しにくいことを示している。しかし、TEMで観測された粒子径は、もとのクラスターの粒子径よりも2倍以上大きく、PTCDA上のAl微粒子からもAlがPTCDA薄膜中に拡散しうることがわかった。2.PTCDA薄膜へのアルミニウムの拡散機構の検討PTCDA上のAlの拡散について、角度分解X線光電子分光法(ARXPS)により調べた。この結果、(a)蒸着中のAl原子と(b)蒸着後の金属Al(Al薄膜またはAl微粒子)は、ともにPTCDA薄膜中に拡散し、PTCDA分子と反応することがわかった。上の1の結果とあわせると、PTCDAとAlでは、通常蒸着法では(a)と(b)が同時に起こり、クラスター蒸着では(a)が抑制され主に(b)が起こると考えられる。3.クラスター蒸着法の特徴をいかしうる有機半導体と金属クラスターの探査PTCDAとAlの組み合わせでは、(b)が大きいため通常蒸着とクラスター蒸着のどちらでも有機薄膜中への金属の拡散が起こり、頭書の目的であるクラスター蒸着による有機・金属界面の制御には不向きである。そこで通常蒸着法とARXPSにより(b)が小さい有機薄膜と金属の組み合わせを探した。その結果、ペンタセン薄膜と金の組み合わせが蒸着後の金属の拡散が少ないことがわかった。そこで、現在、金クラスターの生成を試みている。平成16年度は、下記の(1),(2)に示すように、おもに有機薄膜上へのクラスター蒸着への準備を行なった。これと並行して、(3)のクラスター生成を進めた。(1).まずクラスター発生装置にロードロックを取り付け、大気開放せずに試料基板の出し入れができるようにした。これにより、試料作成の効率が大きく向上すると期待される。このロードロック用真空槽にターボ分子ポンプを取り付けて真空排気を行い、10^<-8>Pa台まで到達することを確認した。本研究で作成する有機薄膜と金属クラスターは、大気中の酸素や水によって大きく影響される。このことから、すべての操作を真空中で行えるようにするのが望ましい、そこで、このロードロック用真空槽に有機分子蒸着源と水晶振動子膜厚計をとりつけ、有機薄膜作成後、大気にさらさずにクラスター蒸着できるようにした。また、作成した試料を大気開放せずに既存のXPSで分析できるように、試料の移送装置を製作した。ポンプにはゲッタポンプを用いて排気することにより簡便に移動できるようにした。(2).大きな質量数のクラスターでは、マイクロチャンネルプレートの検出効率が低下することが知られている。これを克服するため、高いエネルギーに加速することが広く行われている。このようなことから、これまで3kVの電圧で加速していたものを15kVで加速できるように電源や制御系を設計・製作した。(3).蒸着に用いる金属クラスターについては、アルミニウムをターゲットに用いて生成実験を進めている。当初、会合数数10までのアルミニウムクラスターが検出できたが、炭化水素と思われる不純物が含まれていることが分かり、真空槽やクラスター源の分解洗浄を行ない、不純物の除去に努めた。3.クラスター蒸着法の特徴をいかしうる有機半導体と金属クラスターの探査

PTCDAとAlの組み合わせでは、(b)が大きいため通常蒸着とクラスター蒸着のどちらでも有機薄膜中への金属の拡散が起こり、頭書の目的であるクラスター蒸着による有機・金属界面の制御には不向きである。そこで通常蒸着法とARXPSにより(b)が小さい有機薄膜と金属の組み合わせを探した。その結果、ペンタセン薄膜と金の組み合わせが蒸着後の金属の拡散が少ないことがわかった。そこで、現在、金クラスターの生成を試みている。