hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
化学物質の油/水分配係数の評価システムに関する研究

一般に、化学物質の有機溶媒/水系における分配係数の対数値log Pは、各部分構造の疎水性の寄与fと、部分構造間の相互作用による成分Fとの総和によって表される。しかしながらこの方法に従って目的とする化合物のlog P値を予測しようとすれば、化学構造が複雑になるにつれΣF項の寄与が予測値のなかに占める比重が大きくなり、log P予測値の信頼性が低くなってしまうことが欠点として指摘されている。そこで、むしろ目的とする化合物にできるだけ類似した化学構造を有する化合物の実測log P値を基準にとれば、両者の化学構造間の差に由来する疎水性の寄与Σπと相互作用の寄与ΣFとの和として、log Pを予測できるはずである。本研究は、この方式にしたがって目的とする化合物のlog P値を予測、評価するためのシステムを構築するものである。log P値を評価しようとする化合物の構造式が入力されると、原子の種類や結合状態を表す結合表が作成される。その化合物に含まれているあらゆる可能な部分構造を数え上げ、化合物のタイプや分子内相互作用の種類を調べあげる。これらの情報は、log Pデ-タベ-ス、log P経験則デ-タベ-スの検索や、ΣFの評価に際して必要とされるものである。Log Pデ-タベ-スは、化合物ファイル、京都大学農学部農薬化学研究室で得られたlog P実測値および文献値から構成されている。本システムでは、最大共通部分構造自動認識プログラム'MAXFIT'によって目的とする化合物と構造のよく似た化合物を選び出し、そのlog P値に、構造変換によるlog P値の増分(π)および部分構造間の相互作用に基づく成分(F)を加えて目的化合物のlog P値を予測する。本研究では、π値やF値に関する知見を得るために、一連の類縁化合物についてlog Pを実測して、その値を基本的な物性パラメ-タとしての置換基定数によって解析し、得られた関係式をlog P経験則デ-タベ-スとして活用している。1.分配係数データの完備とlog Pの変化に関する経験則の確立。前年度に引き続き置換ピラジン、置換ピリミジンなどの含窒素異項環化合物およびオリゴペプチド類の1ーオクタノール/水系における分配係数Pを測定した。含窒素異項環化合物については1ーオクタノール/水系のみならず、クロロホルム/水系、プチルエーテル/水系など、異なる分配系に対するlog Pをも測定し、水素結合性置換基の効果をいっそう明らかにすることを試みた。また高脂溶性農薬であるピレスロイド類縁体のlog Pを、高速液体クロマトグラフ法により決定した。得られたlog Pを従属変数、分子の部分構造パラメータや自由エネルギー関係パラメータを独立変数として定量的解析を試み、log Pの変化に対する経験的関係式を導き、新しい知見を付け加えた。含窒素異項環化合物については、環窒素の存在が、置換基上での水素結合性溶媒和の挙動に重要な影響を与えることが明らかとなり、オリゴペプチドにおいては、構成アミノ酸側鎖の近接効果および水素結合能も重要であることが示された。さらに高速液体クロマトグラフ法でlog Pを決定する場合、化合物の系列により最適の移動相溶媒および溶媒比を慎重に選ぶ必要性が認められた。2.log P評価システムの部分的構築。MDL社のMACCSシステムの入力形式を取り入れた立体構造入力を完成させ、測定したデータを分配係数データベースに入力した。log Pデータベースから、与えられた物質の化学構造に最も近縁の構造を持つ物質を検索し、それを母核物質としてlog Pを検索するアルゴリズムの作成を行なった。これには最大共通部分構造認識プログラム

'MAXFIT'を利用した。今後は、log P予測システムの入力データを詳細に検討するとともに、人工知能(エキスパートシステム)を利用して、さらにこのシステムの拡張を図る予定である。1.分配係数デ-タの完備とlog Pの変化に関する経験則の確立。前年度および前前年度に引き続き置換ピラジン、置換ピリミジンなどの含窒素異項環化合物およびオリゴペプチド類の1-オクタノ-ル/水系における分配係数Pを測定した。また高脂溶性農薬であるベンゾイルフェニルウレアおよびピレスロイド類縁体のlog Pを、高速液体クロマトグラフ法により決定した。得られたlog Pを従属変数、分子の部分構造パラメ-タや自由エネルギ-関係パラメ-タを独立変数として定量的解析を試み、log Pの変化に対する経験的関係式を導き、新しい知見を付け加えた。二置換ピラジンのπχは、一置換ピラジンのπ値を基準にとると、置換基χと固定基、環窒素相互の間の電子的相互作用を考慮すれば評価できることがわかった。これは我々が以前に提案した二置換ベンゼンにおける解析法が、含窒素異項環化合物にも適用できることを示すものである。オリゴペプチドにおいては、環状ペプチドのlog Pも直鎖ペプチドの場合とほぼ同じ関係式で表されることがわかった。また化学物質のlog Pの変化を支配する経験則を導くうえで、官能基同士の相互作用が重要な要因であることが示唆され、極性原子の電子密度を客観的に評価する方法が要求された。AM1,PM3などの量子化学的計算を用いて電子密度の計算を行なったが、どの方法が最適であるかについては、検討の余地がある。2.log P評価システムの構築。MDL社のMACCSシステムの入力形式を取り入れた立体構造入力で、測定したデ-タを分配係数デ-タベ-スに入力した。これらの入力デ-タについては、詳細な検討を行なった。特に文献記載の化合物名は、慣用名や異なった命名規則に基づいてなされているので、同じ化合物が重複してデ-タベ-スに採録されないよう化合物名の統一を図った。デ-タの入力、検索をインタクティブに使用可能な状態とし、log P予測システムを完成させた。
ある幾何学的発展方程式の解析的研究

m,n【greater than or equal】3のとき,(P__-)はあるデータψ∈W^<1,∞>(D^m,D^n)に対して,有限時間で勾配爆発(gradient blowup)することを示しているので,m=n=2のとき爆発が起るか,あるいは常になめらかな大域解が存在するかについて考える。我々は回転対称なデータψに対しては必ずなめらかな時間大域解が存在することを示した。ここで,m【greater than or equal】2,|▽u|^2=Σ^m_<i=1>|▽u^i|^2.また,"縮小写像の原理"に基づいた議論によって,任意の初期値u_0∈C^1_b(R^n,R^m)に対して時間局所的な古典解uが一意に存在することが示される.そして解uの最大存在時間Tはノルム‖▽u‖_<L^∞>にのみに依存することも容易にわかる.この問題のポイントは方程式がベクトル値(m【greater than or equal】2)にある.単独方程式の場合(m=1),υ=∫^u_0e^<s^2/2>dsと変数変換を施すと,線形熱方程式υ_t=Δυをみたし,これにより任意の初期値u_0∈L^∞(R^n,R)に対して,なめらかな大域解uが必ず得られる.一方,ベクトル値のとき,有限時間でなめらかさを失いうることがある特別な幾何学的シチュエーションにおいて知られている.例えば,単位球面S^<m-1>に値をとる調和写像の熱流である次のCauchy問題:は,n【greater than or equal】3かつm=n+1ならばある回転対称な初期値u_0に対して解uは有限時間で特異点を形成することがCoron-Ghidagliaによって示された.さらに,n=2かつm=3のときも,有限時間での爆発現象が起こることも後に示された(Chang-Ding-Yeによる).したがって,本研究では幾何学的な拘束条件を取り除いたときには,爆発現象についていったいどのようなことがわかるかに興味がある.得られた結果は次である:この結果を論文としてまとめた.論文雑誌に投稿中である.次の2階半線形放物型方程式系の初期値問題:本研究で実際に有限時間爆発が生じることを証明した:m,n【greater than or equal】3のとき,(P__-)はあるデータψ∈W^<1,∞>(D^m,D^n)に対して,有限時間で勾配爆発(gradient blowup)することを示しているので,m=n=2のとき爆発が起るか,あるいは常になめらかな大域解が存在するかについて考える。
有羊膜類の性分化における脳と生殖腺の相互関係の解析

有羊膜類の脳の性分化は生殖線のステロイドホルモンによって制御されていると考えられている。しかし最近、脳の自律的性分化の可能性が鳥類や爬虫類で報告されるようになった。私の今までの研究で、Ad4BP/SF-1というステロイド産生酵素の制御因子が生殖線の性決定よりも早い孵卵5.5日目の胚の脳で強く発現していることを明らかにした。このことから本研究はこの時期のSF-1の発現を詳しく調べると共に脳の自律的性分化への関与の可能性を探るために企画された。先ず、RT-PCRによるmRNA発現を調べったが、孵卵3.5日には既に検出された。In situ hybridizationも同じ時期から脳の間脳の腹側部で明らかな発現が検出された。しかし、その発現の第3脳室に接した神経上皮細胞では全く検出されず、その外側の細胞からでのみ検出された。このSF-1発現部位は間脳の成長と共に広くなり、SF-1発現細胞の数も増えた。そして、BrdU取込みによりSF-1発現細胞は神経上皮細胞から移動してきた細胞が発現している可能性が示唆されたが、より詳細な実験が必要である。現在SF-1のタンパク質との発現を調べるためのタンクローなる抗体作成を行っており、さらに研究を深める予定である。本研究は、ヒョウモントカゲモドキとニワ.トリを用いて、有羊膜類の性分化における脳と生殖腺の従属性と自律性のメカニズムを解明することを目的として開始した。本年度では有鱗目爬虫類に属し孵卵時の温度によって性が決定されるヒョウモントカゲモドキーを用いた研究から、性分化初期の脳で雄の多く生まれる温度ではP450sccの発現が高くなり、P450aromの発現は温度に比例して高くなることを明らかにし、発表した。この時期での生殖線はまだ機能的な性分化が完了していないので、性決定因子である孵卵時の温度によるこれら遺伝子発現の性差は生殖線に依存しない脳の性決定機構が存在していることを強く示唆するものである。一方、温度感受期における生殖線でのDMRT-1の発現を調べ、孵卵温度による発現量を調べた。結果、オスの多く生まれる温度でDMRT-1の発現も高くなる傾向を見つけ出した。最も雄が多く生まれる温度でも80%ほどのみがオスになることから、今後個体数を更に増やして詳しく解析する必要がある。ニワトリでも生殖線が機能的に性分化する時期(孵卵6.5日)以前で性決定に重要な役割をしているSF-1の発現をin situ hybridizationで詳しく解析するとともに、DAPIで細胞核を染めて細胞核の分布と比較解析を行った。その結果、視床下部広い範囲にSF-1が発現しており、発生とともにその発現部位が広がることも確認した。今後、細胞増殖や移動など脳の器官形成に重要な指標も同時に解析し、SF-1の機能を究明していく予定である。一方、本研究で重要な研究対象となるヒョウモントカゲモドキを有鱗目動物の実験動物として確立するため、その管理方法の改善と確立も行った。今年度は飼育ケージや栄養補助剤など新たに改善させ、動物の健康状態は大きく改善させた。しかし、本研究で必要となる受精卵を多く獲得するために必要な産卵率の改善は十分得られなかった。今後、飼育温度管理での改善策も調べて対応していく予定である。本研究は、鳥類と有鱗目爬虫類を用いて、有羊膜類の性分化における脳と生殖腺の従属性と自律性のメカニズムを解明することを目的として展開している。ニワトリのSF-1は生殖腺の発生より早い時期(孵卵4.5日)から間脳の腹側部で強く発現し、その発現部位は発生と共に急に増大した。DAPIによる核染色の結果から細胞の数も大きく増えていることから、増えた細胞が外部からの流入したものなのか、または間脳の中で増えたものなのかをBrdU取込みで調べた。その結果、1日間BrdUを取込ませると、SF-1発現細胞にはBrdUが検出されず、神経上皮にのみ強く検出された。このことから、SF-

1発現細胞は神経上皮で増えた細胞が間脳に移動して、その後にSF-1を発現するようになることが強く示唆された。一方生殖腺での研究は、精巣の性分化の早い時期から精巣特異的に発現するDMRT-1の機能解明を精巣の分化と機能獲得における機能も捉える為、トカゲでのTex27の遺伝子クローニングも行った。Tex27は本研究の過程で偶然見つけられた精巣特異的な因子で、脊椎動物において非常に高く保存されていた。哺乳類の精巣機能は温度、鳥類の精巣機能は光に強く影響されることから、これらの現象にTex27を含めたDMRT-1などの性分化関連遺伝子がどのように発現変動を示すかを調べていくことになる。一方、外温性有羊膜類動物での研究材料を安定して確保するため、ヒョウモントカゲモドキの繁殖管理方法の改善を進めている。本年度は飼育ゲージ内に異なる温度の区域を設け、動物が自由に好む温度を選べられるようにした。結果、冬の乾燥斯間での脱皮不全が大きく改善され、産卵率への影響が期待された。なお、消化器官の活性の指標となりうる膵臓のホルモンであるインスリンとグルカーゴン、そしてソマトスタチンの分子同定を行った。ニワトリの間脳では生殖腺の性決定の時期より早い時期(孵卵4,5日)からSF-1の発現がみられ、そのの発現は間脳の発生とともに急激に拡大される。DAPIによる細胞核の分布とBrdU取り込みによる細胞増殖の分布を調べた結果、SF-1を発現する部位の拡大部位にはBrdU陽性細胞が極めて少なく殆どが上皮細胞層にあった。さらにBrdUの取り込み時間を変えることでBrdU陽性細胞の分布の変化を調べたが、細胞の移動を明確に示すことはできなかった。今後in vitroでの実験法を用いて解析する予定である。また、SF-1の発現をタンパク質として検出し細胞増殖との関連を解析するために鳥類SF-1特異的なモノクローナル抗体の作成も現在行っている。一方生殖線での研究で発見されたTex27の解析もさらに進め、この遺伝子からは2種類のmRNAが産生され、精巣のみならず卵巣でも発現することを明らかにした。また2種のmRNAには非常に特徴的な配列が3'-UTRに存在することも明らかにしその結果は現在投稿中である。また精巣特異的に発現し性決定と性分化に関わる遺伝子であるDMRT-1の全配列をトカゲとウズラで同定した。そしてウズラでは短日処理によるSF-1、Tex27、DMRT-1の発現変動を調べた。今後他の性決定・性分化関連遺伝子も加え解析を行う予定である。外温性有羊膜類の研究ではニホンヤモリでの研究を進め、研究に必要な遺伝子の同定を進める一方、解析に必要なサンプリングも定期的に進めている。また外温性動物の代謝機能の活性の指標となりうる因子としてインスリンとグルカーゴンの分子同定を行った。その結果、鳥類と爬虫類のグルカーゴンmRNA構造が他の脊椎動物とは異なり、トカゲでは特徴的なアミノ酸配列の変化が多いことも明らかにし、さらにその解析を進めている。
３次元ドローンメッシュネットワークにおける高効率アクセス制御に関する研究

ドローン用無線メッシュネットワーク(NW)の実現には「無指向性アンテナを用いた場合の伝送効率の低下」およびドローンが障害物の少ない空中を飛行することによる「自由空間伝搬による想定以上のオーバーリーチ干渉」の二つの問題がある.これらの問題はNWの形状や物理層の干渉などを考慮した方式の検討が必要となる.そのため,本研究ではドローン用無線メッシュNWを実現するために,これらの課題を解決する高効率なアクセス制御プロトコルの考案/評価する.最終的には考案方式を無線デバイスに実装し,実際にドローンを飛行させて方式の有効性を確認する.ドローン用無線メッシュネットワーク(NW)の実現には「無指向性アンテナを用いた場合の伝送効率の低下」およびドローンが障害物の少ない空中を飛行することによる「自由空間伝搬による想定以上のオーバーリーチ干渉」の二つの問題がある.これらの問題はNWの形状や物理層の干渉などを考慮した方式の検討が必要となる.そのため,本研究ではドローン用無線メッシュNWを実現するために,これらの課題を解決する高効率なアクセス制御プロトコルの考案/評価する.最終的には考案方式を無線デバイスに実装し,実際にドローンを飛行させて方式の有効性を確認する.
脳機能イメージングによる視覚情報統合の神経基盤解明

第一実験では視覚刺激として表情のついた顔画像を用い,顔が持つidentityと表情という2種類の情報を(1)統合する必要がある揚合,(2)identityのみ処理すれば良い場合,(3)表情のみを処理すれば良い場合,(4)どちらも必要ない場合という4つの条件を設定しevent-relatef fMRI実験を行った.被験者の行動的パフォーマンスには大きな違いは見られなかったものの,条件別に分けて脳活動パタンを評価したところ,課題達成に必要な情報によって活動パタンが大きく異なることが示された.データの解析は現在も継続中であり,終了次第,結果は公表する予定である.第二実験では,顔表情と被験者の個人的特性との関係をepoch-related fMRIによって調べた.この実験は情動的情報と感覚情報が脳内でどのように統合されるかを,個人の性格差との関連から明らかにすることを目的としたため,広範な活動を得るために活動の検出の容易なepoch-related法を用いたものである.その結果,社会的不安の高い被験者とそうではない被験者間では情動的情報処理に関わる脳活動部位が大きく異なることが示された.本実験の結果は平成20年度の日本心理学会で発表するほか,雑誌論文として公表するために準備中である.いずれの実験においても,脳内での情報統合に多くの領域が関わることが示された.さらに領域間の詳細な相互作用の実態を明らかにするための端緒は捉えることができたと考える.視覚情報統合に関わる神経メカニズムを明らかにするために,視覚刺激を用いた課題遂行中の脳活動をevent-related functional MRIによって測定した.本研究では視覚的情報として筆者が従来の研究で用いてきた幾何学図形ではなく,人間の顔表情を用いることとした.これは主に(1)社会的コミュニケーションツールとしての顔の重要性,(2)顔処理に関連すると考えられている脳領域が広範にわたるため,視覚情報統合メカニズムの包括的理解に適していることという2点の理由から行った変更である.実験では視覚刺激として表情のついた顔画像を用い,顔が持つidentityと表情という2種類の情報を(1)統合する必要がある場合,(2)identityのみ処理すれば良い場合,(3)表情のみ処理すれば良い場合,(4)どちらも必要ないという4つの条件を設定した.被験者の行動パフォーマンスには大きな違いは見られなかったものの,条件別に分けて脳活動パタンを評価したところ課題達成に必要な情報によって脳活動パタンが異なる可能性が示唆された.現時点では十分なデータ数が集まっていないため予備的な結果であるが,情報統合が必要な場合には,顔処理に関わるとされる紡錘状回の活動に加え,両側の背側前頭皮質に活動が見られる傾向があった.これにより,現在用いている実験パラダイムの有効性が確認できたため,今後はさらにデータを収集することで結果の信頼性を高めることを第一の目標として実験をすすめる.第一実験では視覚刺激として表情のついた顔画像を用い,顔が持つidentityと表情という2種類の情報を(1)統合する必要がある揚合,(2)identityのみ処理すれば良い場合,(3)表情のみを処理すれば良い場合,(4)どちらも必要ない場合という4つの条件を設定しevent-relatef fMRI実験を行った.被験者の行動的パフォーマンスには大きな違いは見られなかったものの,条件別に分けて脳活動パタンを評価したところ,課題達成に必要な情報によって活動パタンが大きく異なることが示された.データの解析は現在も継続中であり,終了次第,結果は公表する予定である.第二実験では,顔表情と被験者の個人的特性との関係をepoch-related fMRIによって調べた.この実験は情動的情報と感覚情報が脳内でどのように統合されるかを,個人の性格差との関連から明らかにすることを目的としたため,広範な活動を得るために活動の検出の容易なepoch-related法を用いたものである.その結果,社会的不安の高い被験者とそうではない被験者間では情動的情報処理に関わる脳活動部位が大きく異なることが示された.本実験の結果は平成20年度の日本心理学会で発表するほか,雑誌論文として公表するために準備中である.いずれの実験においても,脳内での情報統合に多くの領域が関わることが示された.さらに領域間の詳細な相互作用の実態を明らかにするための端緒は捉えることができたと考える.
シュート多能性幹細胞群の永続性を支える茎頂分裂組織の成長パターン制御機構の解析

今年度は茎頂分裂組織形成の制御因子であるCUC1・CUC2・CUC3とオーキシンおよび幹細胞との関連を明らかにするため、以下の研究を進めた。1)CUC遺伝子とオーキシンの生合成との関係を調べるため、胚発生における主要なオーキシン生合成遺伝子であるYUC1およびYUC4について発現解析を行ったところ、どちらの発現もcuc2 cuc3二重変異体において著しく減少することがわかった。これらの遺伝子はいずれもオーキシン生合成の律速酵素をコードすることから、CUC2とCUC3はYUC1・YUC4の発現の活性化を介して、胚頂端部におけるオーキシンの生合成を促進することが示唆された。2)CUC遺伝子とオーキシン極性輸送との関係を調べるため、極性輸送の阻害剤であるNPAをcuc2 cuc3二重変異体に投与する実験を行った。オーキシン応答性リポーターであるDR5の発現を指標にNPAの影響を調べたところ、二重変異体は野生型よりもNPAに対して耐性を持つことがわかった。このことから、二重変異体ではオーキシンの極性輸送の活性が低いことが示唆された。3)CUC1の過剰発現が幹細胞制御因子であるWUSの発現に与える影響を調べたところ、CUC1はWUSの発現を促進する能力を持つことがわかった。以上から、CUC遺伝子はオーキシンの生合成、極性輸送、およびWUSの発現を促進することが示唆される。オーキシンはシュートにおいて幹細胞の活性を抑制することが知られていることから、CUC遺伝子は胚の茎頂部においてオーキシンの活性を抑制することで、茎頂の幹細胞活性を促進する可能性が浮かび上がった。今後はこの点を更に詳しく検証することで、CUC遺伝子がシュートの幹細胞活性を制御する仕組みを明らかにできると考えている。本研究課題では転写因子CUC1・CUC2・CUC3およびその下流で、茎頂分裂組織の成長パターンに影響を与えるKNOX遺伝子群とオーキシン関連遺伝子群との相互関係を明らかにすること、およびこれらの遺伝子群とシュート幹細胞との関係を明らかにすることを目的としている。今年度はCUC遺伝子がオーキシン経路のうち、特に生合成と極性輸送に影響を与えることを明確にすることができた。加えてCUC遺伝子と幹細胞の制御因子であるWUSとの関係を示唆する重要なデータを初めて得ることができた。今後は、CUC遺伝子がオーキシン経路に与える影響を詳細かつ包括的に明らかにした上で、オーキシン経路とKNOX遺伝子経路との関係を明らかにしていく方針である。以下の研究を予定している。1)CUCがオーキシン経路の遺伝子を制御するメカニズムを明らかにするために、クロマチン免疫沈降による結合解析を行う。2)オーキシンの応答に関わる因子の役割がまだ不明確なため、オーキシン応答の制御因子とCUC遺伝子との関係を明らかにする。3)オーキシン関連遺伝子が茎頂分裂組織の成長方向および幹細胞に関連した遺伝子群の発現に与える影響を明らかにする。4)CUCの制御下でオーキシンの生合成・極性輸送・応答を制御する各種遺伝子群について、KNOX遺伝子との関係を明らかにする。

加えてCUC遺伝子と幹細胞の制御因子であるWUSとの関係を示唆する重要なデータを初めて得ることができた。今後は、CUC遺伝子がオーキシン経路に与える影響を詳細かつ包括的に明らかにした上で、オーキシン経路とKNOX遺伝子経路との関係を明らかにしていく方針である。以下の研究を予定している。1)CUCがオーキシン経路の遺伝子を制御するメカニズムを明らかにするために、クロマチン免疫沈降による結合解析を行う。2)オーキシンの応答に関わる因子の役割がまだ不明確なため、オーキシン応答の制御因子とCUC遺伝子との関係を明らかにする。3)オーキシン関連遺伝子が茎頂分裂組織の成長方向および幹細胞に関連した遺伝子群の発現に与える影響を明らかにする。4)CUCの制御下でオーキシンの生合成・極性輸送・応答を制御する各種遺伝子群について、KNOX遺伝子との関係を明らかにする。
排尿筋低活動におけるウイルスベクターを用いたニューロトロピン遺伝子治療の検討

GFPを搭載した単純ヘルペスウイルスベクターを作成し、ラットの膀胱壁に20ul注入した。2週間後に後根神経節を採取し、蛍光顕微鏡で観察したところ、GFPと考えられる緑色の蛍光を示す細胞が散見された。これをもってウイルスベクターが膀胱壁より逆行性に上行し、後根神経節に感染したことが証明された。続いて、NGF、BDNF、GDNF、NT-3を搭載した単純ヘルペスウイルスベクターを作成した。両側の骨盤神経クラッシュによる排尿筋低活動モデルラットを作成した。本モデルでは4週間後にも膀胱内圧測定において、排尿収縮圧の低下、排尿効率の低下、残尿量の増加が認められた。本モデルを使用し、上記の4種類のウイルスベクター以外に、GFPのみを搭載したウイルスベクター、PBSのみを投与する6つの群で検討を行った。排尿筋低活動モデルを作成し、2週間後にそれぞれのウイルスベクターあるいはPBSを膀胱壁内に注入した。2週間後に膀胱内圧測定、muscle strip studyを行った。膀胱内圧測定において、NGF、BDNFを搭載しウイルスベクターの群では、GDP群、PBS群に比べて有意に排尿収縮圧及び排尿効率の上昇、残尿量の低下が認められた。また、muscle strip studyでは、NGF、BDNFを搭載しウイルスベクターの群では、コリン作動性の筋収縮反応が、その他の群に比べて有意に大きかった。同様に、電気刺激及びカリウム刺激による筋収縮反応もNGF、BDNF群において有意に大きかった。2018年は、先行研究のようにウイルスベクターが後根神経節まで上行せず研究がすすめられなかったが、ウイルスベクターのバックボーンを先行研究に近いものに改良することにより、改善が認められた。以降の研究では想定内の結果が得られ、おおむね予定していた研究スケジュールで進められている。今後は、今回効果の認められたウイルスベクターを使用し、さらに効果の評価を組織学的に、分子生物学的に行う。また、2種類の遺伝子を同時に搭載したウイルスベクターを作成し、相加相乗効果について評価を行う予定である。はじめに排尿筋低活動モデルについて検討した。オスラットを用いて、両側骨盤神経を圧挫することにより排尿筋低活動モデルを作成した。モデル作成後、半数以上のラットが尿閉状態となることが分かった。オスラットでは導尿手技は非常に難しく、モデル作成後多くのラットが膀胱破裂や、腎不全で死亡することが分かった。従ってメスラットを用いることに変更した。メスラットを用いて、両側骨盤神経を圧挫することにより、2週後、4週後いずれも、膀胱内圧測定により、シャム手術を受けた群に比べて、排尿間隔の延長、排尿効率の低下、残尿量の増加が認められた。従って、排尿筋活動の最適なモデルと考えられた。続いて、アデノ随伴ウイルスベクターの膀胱、骨盤神経節、後根神経節への導入効果について検討を行った。GFPを搭載したアデノ随伴ウイルスベクター1、5、6型を膀胱壁に注入し、1週間、2週間、4週間後に膀胱、後根神経節、骨盤神経節を採取した。それぞれの部位におけるGFPの発現について検討を行ったが、いずれのウイルス型も骨盤神経節において微量の発現が認められるだけであった。従って、これらのウイルスベクターでは目的とした遺伝子を効率よく導入することは困難と考えられた。続いて、GFPを搭載した単純ヘルペスウイルスベクターを用いて膀胱壁に注入したが、後根神経節においてGFPの発現が認められた。しかしながら、以前我々が行った別のヘルペスウイルスベクター(ピッツバーグ大学において作成されたベクター)を用いた研究に比べて、有意に発現量が少なかった。これはベクター作成法に問題があると考えられたため、現在改良を重ねているところである。単純ヘルペスウイルスベクターがピッツバーグ大学で使用していたものと異なり、予想外に神経節への感染効率が悪く、次へ進めない状況でいる。現在改良を重ねているところである。

2018年は、先行研究のようにウイルスベクターが後根神経節まで上行せず研究がすすめられなかったが、ウイルスベクターのバックボーンを先行研究に近いものに改良することにより、改善が認められた。以降の研究では想定内の結果が得られ、おおむね予定していた研究スケジュールで進められている。単純ヘルペスウイルスベクターの作製法を改良し、神経節への感染効率を高める。その後、排尿筋低活動モデルに対し、ニューロトロピン遺伝子を搭載した単純ヘルペスウイルスベクターを作成し、膀胱壁に注入する。膀胱内圧測定により排尿筋低活動の改善を評価する。また、圧挫した部位の神経を採取し、免疫染色し、神経再生の程度を評価する。また、膀胱における組織学的変化についても同様に免疫染色にて評価する。さらには、後根神経節、骨盤神経節などにおけるニューロトロピン遺伝子の発現量について解析を行う予定である。今後は、今回効果の認められたウイルスベクターを使用し、さらに効果の評価を組織学的に、分子生物学的に行う。また、2種類の遺伝子を同時に搭載したウイルスベクターを作成し、相加相乗効果について評価を行う予定である。当該年度に購入予定の消耗品が予定より少なく、次年度使用額が生じたが、次年度の消耗品購入に充てる予定である。実験計画が予定よりスムースに進み、予定していたラット及びin vivo実験に関する経費が少なかった。次年度使用額が生じたが、次年度の消耗品購入(ラット、免疫染色のための抗体、PCRなどのmolecular実験のための試薬など)に充てる予定である。
リンパ球の増殖と分化を抑制する蛋白性因子の作用機序と分子構造の解析

1987年、ヒトのマクロファ-ジ様細胞株U937の培養上清に新しいリンパ球増殖阻止因子、LBIFを同定し、その分子構造と作用機序の解析を進めた。以下にその結果を要約する。1.本抑制因子、LBIFはU937細胞に感染したMycoplasma argininiが産生するアルギニンデイミナ-ゼ(EC3・5・3・6)であり、分子量45,000の一本鎖ポリペプチド、等電点pI4.5の蛋白分子である。2.本抑制因子をコ-ドする遺伝子クロ-ニングが達成され、その全塩基配列および推定されるアミノ酸一次配列を明らかにした。次にこのアルギニンデイミナ-ゼを用いた免疫抑性の分子機序の解析結果を要約する。全身性自己免疫疾患はB細胞の過活性化を特徴とするが、その分子機序は依然として不明である。本研究ではヒトの全身性エリトマト-デス(S L E)疾患モデルマウス(M R L)の病因について調べた。その結果を要約すると、3.MRLマウスで発生する内因性のB細胞過活性化はr鎖陽性B細胞に選択的に起こっており、Lーシトルリン代謝が異常高進している。4.正常リンパ球はLーシトリン代謝は全くできない(ヒト)かきわめて低い(マウス)活性しか示さない。この代謝により生成されるLーアルギニンはリンパ球の増殖と抗体産生を濃度依存性に増強する。これらの結果は本疾患の病態とよく一致していることが注目され、疾患モデル動物に認められる加齢により疾病の進展、また食事療法による劇的な発症予防効果をきわめて明解に説明する。この知見は、臓器特異的自己免疫とは異なり、全身性自己免疫疾患の病理はリンパ球に選択的に発生する先天性の代謝異常である可能性を示唆した。以上、本研究はヒトのSLEの病理に新しい見解を提示する成果をあげた。本研究の課題の遂行により、ヒトマクロファージ様細胞下部U937が産生する新しいサイトカイン(LBIF、リンパ球幼若化阻止因子)を発見し、その分子構造と機能の解析を進めた。以下にその概要を記す。1.LBIFの構造について(1)LBIFは高速液体クロマトグラフィーにより単一に精製され、分子量45,000、等電点pI=4.5の一本鎖ポリペプチドである。(2)単一精製標品のトリプシン消化断片についてアミノ産配列を決定し、コンピューター解析によりLBIFは新規サイトカインであることが判明した。(3)LBIFのアミノ酸配列の4ヶ所について合成DNAプローブを合成した。(4)LBIFを分泌するヒトマクロファージ様細胞下部U937の遺伝子ライブラリーを作製した。2.LBIFの機能について高速液体クロマトグラフィーにより単一に精製されたLBIF標品を用いLBIFの機能の検討を進めた。(1)LBIFは細胞傷害性を示すことなく、Tリンパ腺の増殖を阻止し、細胞周期のG_1初期に停止させる。(2)これはLBIFがIL-2レセプターβ鎖(p75)の発現を抑制することによるものであることが判明した。(3)LBIFはリンパ球(T及びB細胞)の増殖のみならず、種々の癌細胞の増殖を阻止することが明らかとなった。以上、LBIFはリンパ球に限らず広い範囲の組織細胞に働くことから細胞増殖制御因子として重要な役割を果たしており、免疫異常症や癌を含め諸々の病態と係わっている可能性が強く示唆された。

1987年、ヒトのマクロファ-ジ様細胞株U937の培養上清に新しいリンパ球増殖阻止因子、LBIFを同定し、その分子構造と作用機序の解析を進めた。以下にその結果を要約する。(1)高速液体クロマトグラフィ-により単一精製されたLBIFをトリプシンおよびシアン化臭素にて部分消化し、それらのフラグメント23個についてN末アミノ酸配列を決定した。この成績をもとにオリゴヌクレオチドプロ-プを化学合成し、LBIF遺伝子を単離し、その遺伝子の全配列を決定した。(2)LBIFの精製標品を用いて、Tリンパ球活性化の細胞内情報伝達プロセスにおよぼすLBIFの影響を調べた結果、Caイオンの動態、イノシト-ル3リン酸の代謝、プロテインキナ-ゼCの活性化に影響を与えないことが明らかになった。(3)全身性自己免疫疾患モデルマウス、MRL1pr/1prの過活性化B細胞に及ぼすLBIFの効果の解析から極めて興味ある結果が明らかとなった。即ち、発症マウスのBγリンパ球のみがLBIFに無反応性を示し、BμおよびBαは正常マウスと同様、LBIFに強く反応し、その抗体産生は抑制される。即ち、LBIFの作用機序を解析することにより、MRLマウスに認められる過活性化B細胞の発生機構の解明を期待できる。さらに、ヒトのSLEの病因解明の糸口となる可能性がある。
インフォマティクス手法によるキー転写因子の推定法の確立

カロテノイド代謝酵素遺伝子の発現制御には多数の転写因子が関与し、転写因子の関係性の統一的な理解が、代謝制御のキーとなる遺伝子の同定と成分育種に向けた代謝デザインにとって重要と考えられた。そこで、カロテノイド生合成系をモデルとして、カロテノイド代謝酵素遺伝子と転写因子遺伝子から構成される有向の遺伝子ネットワークを推定するソフトウエアSiGN-BNを用いて、遺伝子ネットワークを構成した。そして、構成された遺伝子ネットワークの最上流域に位置する遺伝子が代謝制御のキーとなる遺伝子として推定することができた。マイクロアレイデータを用いて,カロテノイド代謝制御に関連する転写因子候補群を包含する遺伝子ネットワークを推定し,最上流に位置する転写因子を特定するインフォマティクス手法を確立することが,本研究の目的である.平成28年度の計画は,遺伝子ネットワーク推定のための入力データとなるウンシュウミカン果実に由来するマイクロアレイデータの取得を行うことである.平成29年度は,平成28年度に得られたマイクロアレイデータと過去に得られたマイクロアレイデータとを合わせて,遺伝子ネットワーク推定ソフトウエアに投入し,カロテノイド代謝系制御を最もよく説明する遺伝子ネットワークを推定するとともに,最上位に位置する転写因子を特定することにより,インフォマティクス手法による転写制御の解明をめざす.現在行われているexpression-QTLのような遺伝統計学的な方法では,代謝酵素遺伝子を制御する転写因子候補をリスト化するとはできても,代謝制御の上下関係を示すことができない.また,実験的な方法による転写制御の上位下位性の解明は,時間がかかるか,困難であることがほとんどである.このため,本研究ではインフォマティクス手法により転写制御の上位下位性の解明のための手法の確立を図ることを目的としている.平成28年度は,計画通り,ウンシュウミカンのさじょうに7種類の植物ホルモン処理と3段階の温度処理を行い,さじょうを対象にしたマイクロアレイ解析を行い,32実験分のマイクロアレイによる遺伝子発現データを計画通りに取得することができた.平成28年度の目的は32実験分のマイクロアレイデータを得ることである.当初の計画では,露地におけるウンシュウミカン果実を成熟に沿ってサンプリングを行い,その果肉を対象にしたマイクロアレイ解析を行うことにしていた.しかし,露地のサンプリングでは,気象条件の変動が遺伝子発現に大きく影響することが予想され,そのことが遺伝子発現のノイズとしてカロテノイド代謝制御に関わる遺伝子ネットワーク推定を困難にするのではないかという懸念が生じた.一方,ウンシュウミカン果実のさじょうをインキュベータ内で培養する技術を利用することができるようになり,安定した環境で安定した遺伝子発現が期待される培養さじょうを対象にしたマイクロアレイ解析を行うことにした.カロテノイド代謝はカンキツ果実の成熟に関連しており,植物ホルモン制御や温度や光のような物理条件と関わりがある.そこで,マイクロアレイ解析にあたり,植物ホルモンと温度処理に重点を置いた.具体的には,ウンシュウミカンのさじょうを7種類の植物ホルモン,ジベレリン,オーキシン,エチレン,ブラシノライド,サリチル酸,ジャスモン酸,サイトカインそれぞれを含む培地で,20°Cの条件下で,24,48,72時間培養し,それぞれの植物ホルモンおよび培養時間でのさじょうを回収した.また,植物ホルモンを含まない培地で,15,20,30°Cの温度条件下で,24,48,72時間培養し,それぞれのさじょうを回収した.対照区も含めて,回収した32処理区のさじょうから得たmRNAを独自に開発したカンキツの全遺伝子マイクロアレイを用いて発現解析を行なった.得られたマイクロアレイによる遺伝子発現解析結果を評価したところ,いずれも十分なクオリティで発現解析が行われていた.上記のとおり,平成28年度は32実験分のマイクロアレイによる遺伝子発現データを計画通りに取得することができた.代謝酵素遺伝子を制御する転写因子遺伝子を推定する方法としては,expression-QTLのような遺伝統計学的な方法があるが,代謝酵素遺伝子を制御する転写因子遺伝子候補をリスト化することはできても,転写因子間の上下関係を知ることができない.また,実験による転写制御の上位下位性の解明は,困難であることがほとんどである.このため,本研究ではインフォマティクス手法により転写制御の上位下位性の解明のための手法の確立を図ることを目的とする.転写因子遺伝子の上位下位性の解明の手法として,大規模遺伝子ネットワーク推定ソフトウエアSiGN-BNを用いて遺伝子ネットワークを推定することとした.SiGN-BNは遺伝子制御の方向性,すなわち,上位下位性を推定することができるので目的に沿っている.著者はカンキツにおけるカロテノイド代謝について研究を蓄積してきたことから,解析のターゲットをカンキツのカロテノイド代謝系とした.SiGN-BNの入力データはマイクロアレイによる発現データであるため,独自に開発したカンキツの全遺伝子マイクロアレイの発現データ68シリーズと,本研究で新たに解析した32シリーズを加えた100シリーズのマイクロアレイ発現データを入力データとした.SiGN-BNで同時に解析可能な遺伝子数は1000遺伝子であるため,カロテノイド代謝に関連する124遺伝子をと1705の転写因子遺伝子を対象に,転写制御関係を見落とさないように組み合わせを変えた計算を行った.その結果,カロテノイド代謝制御に関連する遺伝子ネットワークの推定を行うことができた.これにより,転写因子遺伝子群の最上位に位置する転写因子遺伝子を特定することができた.また,各カロテノイド代謝酵素遺伝子を制御する転写因子遺伝子群も推定することができた.カロテノイド代謝酵素遺伝子の発現制御には多数の転写因子が関与し、転写因子の関係性の統一的な理解が、代謝制御のキーとなる遺伝子の同定と成分育種に向けた代謝デザインにとって重要と考えられた。

そこで、カロテノイド生合成系をモデルとして、カロテノイド代謝酵素遺伝子と転写因子遺伝子から構成される有向の遺伝子ネットワークを推定するソフトウエアSiGN-BNを用いて、遺伝子ネットワークを構成した。そして、構成された遺伝子ネットワークの最上流域に位置する遺伝子が代謝制御のキーとなる遺伝子として推定することができた。平成28年度に得られた32実験分のカンキツの全遺伝子マイクロアレイデータと過去に得られている68実験分のマイクロアレイデータの合わせて100実験分のデータを投入データとして,遺伝子ネットワーク推定ソフトウエアであるSiGN-BNを用いて,遺伝子ネットワークを推定する.SiGN-BNは,同時に投入できる遺伝子数が1000個に限定されているので,1000遺伝子で構成される30種類の遺伝子セットを作成して投入データとし,遺伝子ネットワーク推定のための計算を繰り返す.各遺伝子セットの組み合わせは,カロテノイド代謝酵素遺伝子,既往の成果として得られているカロテノイドを制御すると推定されている転写因子候補およびマイクロアレイに搭載されている約2000個の転写因子から選抜することとする.得られた30種類の遺伝子セットについて,SiGNを用いて遺伝子ネットワーク推定を行う.上記で推定された遺伝子ネットワーク候補を構成する遺伝子について,ネットワーク内での重要性を評価し,重要性の高い遺伝子を選抜することにより,投入遺伝子セットを再構成し,再構成した遺伝子セットをSiGNに投入して遺伝子ネットワーク推定計算をする.この過程を繰り返すことにより,カロテノイド代謝制御を最もよく説明する遺伝子ネットワークを選定し,最上流に位置する転写因子を特定する.バイオインフォマティクス平成28年度は契約職員の採用が遅れたため,人件費・謝金の支出額が想定よりも少なかった.平成29年度は年度当初から契約職員を雇用するため,人件費・謝金として支出する.
大腸がん予防効果のある食品および食品成分の探索・同定およびメカニズムの解明

がんは老化性疾患の一つであり、老化を抑制することにより発症を抑制すると考えられる。一方、アブラナ科植物の成分に老化を抑制する成分が見出されている。がん予防研究や発がんメカニズム解明において、疫学研究と細胞を用いた基礎研究は行われているが、その間を埋める基礎研究はほとんど行われていない。そこで、本研究は、がんが老化性疾患であるという着眼点の元、アブラナ科植物に含まれる成分が、老化の抑制に重要である白色脂肪組織の代謝にどの様に影響し、さらに組織間コミュニケーションによって、腸管がんに作用するのかを、炎症・酸化ストレス・ミトコンドリア活性を評価することにより明らかにすることにした。
多段階発がん過程における細胞競合の関与

マウス腸間上皮細胞にタモキシフェン依存的に恒常活性化型Ras変異を導入できるVillin/CreERT2;LoxP-Stop-LoxP(LSL)/RasV12-eGFPマウスを用い、タモキシフェンの投与量を調節することによって、モザイク状にRas変異を発現誘導できるin vivo細胞競合モデルを世界に先駆けて開発した。このマウスを用いた解析の結果、正常細胞に囲まれたRas変異細胞が管腔側へ排除される様子をex vivo、in vivoの両系で観察した。続けて、APC遺伝子に変異を有するAPCminマウスを上記の細胞競合マウスと交配することによって、多段階の変異蓄積(APC→Ras)によるRas変異細胞の排除率の変化を検討した。その結果、APC変異上皮細胞層に出現したRas変異細胞の一部は基底膜を抜け間質組織へと進行・浸潤することを見出した。さらには、基底膜側へ進行したAPC/Ras二重変異細胞は絨毛上部間質内で増殖・拡張し、リンパ管への選択的な侵襲も認められた。この絨毛内間質のがん発生領域の周辺には腺腫様の病変は明らかでなかったことから、de novoがんを発症したと結論づけた。これらの結果より、APC変異により細胞競合のバランスが脱制御され、Ras変異細胞の一部が間質へと浸潤し、発がんすることが示された。27年度が最終年度であるため、記入しない。腸上皮細胞にタモキシフェン依存的にKRas変異を導入できるVillin/CreERT;LoxP-Stop-LoxP(LSL)/KRasV12-eGFPマウスを用い、タモキシフェンの投与量を調節することによって、モザイク状にKRas変異を発現誘導するin vivo細胞競合モデルを世界に先駆けて開発した。このマウスを用いた解析の結果、正常細胞に囲まれたKRas変異細胞が管腔側へ排除される様子を観察することに成功した。現在、APC遺伝子に変異をもつAPCminマウスを上記の細胞競合マウスと交雑することによって、多段階の変異蓄積(APC→KRas)によって、細胞競合による変異細胞の排除機構に影響があるか現在解析中である。ヒトがんの中で最も高頻度に見られる遺伝子異常であるTP53遺伝子にミスセンス変異を有する変異細胞と正常細胞との細胞競合実験を行った。その結果、p53変異細胞を単独培養したときには何も異常は認められなかったが、正常細胞と混合培養したときにはp53変異細胞の細胞死が顕著に誘導され基底膜側へと逸脱することを突き止めた。このことから、p53変異細胞の細胞死は周辺正常細胞の存在を要する細胞非自律的な事象であることが示された。さらには、その細胞死プログラムをより詳細に検討した結果、古典的なアポトーシスとは異なるネクロプトーシス様細胞死によりp53変異細胞は細胞死に至ることが分かった。さらに、恒常活性化型Rasを発現する細胞群にp53変異をモザイク状に誘導すると、細胞死が顕著に抑制された。この結果より、Ras/p53二重変異細胞は細胞競合による排除圧に対して抵抗性を獲得することが現在までに分かっている。in vitro細胞競合モデルシステムとして、イヌ腎上皮由来のMDCK細胞を用いてこれまで研究を行ってきた。平成26年度には、あらたにヒト正常膵上皮細胞HPDE6を用いて異種薬剤添加による2段階変異誘導制御(組み合わせ/順序の変更も可能)を可能とする多段階変異誘導性ヒト上皮細胞株の樹立を目指した。そこでまず始めに、テトラサイクリン誘導性に恒常活性化型Rasを発現できる細胞株の樹立を試みたが、そのようなクローンを得ることが出来なかった。現在は、HPDE6細胞に代わるヒト由来正常上皮細胞の使用を検討している。現在解析を行っている細胞競合モデルマウスは腸上皮にモザイク状にRas変異を誘導できる。このマウスモデルに加え、膵上皮特異的に変異を導入することが可能なPdx/CreERTマウスの導入を研究計画当初考えたが、Pdx分子は膵上皮細胞の分化過程において広範に発現する。

そこで、分化した膵導管細胞特異的なプロモーターを用いたCK-19/CreERTマウスを東京大学消化器内科病態栄養治療部の伊地知秀明准教授より譲渡していただき、現在交配中である。生体内でおこるRas変異細胞と周囲正常細胞との細胞競合現象を捉えるため、ex vivoモデルではスピニングディスクを搭載した共焦点顕微鏡により観察を試みた。スピニングディスク型の共焦点顕微鏡はレーザーによるダメージを大幅に軽減できるため、24時間を超える長時間のタイムラプス観察が可能となり、実際にRas変異細胞が排除される様子をモニタリングすることに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。マウス腸上皮よりRas変異細胞が排除される様子を二光子顕微鏡を用いてリアルタイム観察に挑戦する。このため、生体内イメージングの高度専門家である大阪大学医学部石井優教授と共同実験を進める。またp53変異細胞と正常細胞との細胞競合マウスモデルを新たに開発する。そのために、cre依存的にp53変異を誘導でき、かつGFPにより変異細胞を追跡できるノックインマウスの作成にあたる。このマウスモデルを用いて、細胞競合によりp53変異細胞が生体内でも細胞死するかどうか検証を行う。また、APC遺伝子に変異を有するAPCminマウスを導入することにより、多段階の変異蓄積(APC→KRasもしくはAPC→p53)によって、細胞競合による変異細胞の排除機構に影響があるかマウスモデルで検証を行う予定である。並行して、細胞培養系においても同様の多段階で変異が蓄積する系を構築し、細胞競合の挙動に変化が認められた場合、その分子機構の解明に努める。
CCDによる全天Hαサーベイ-マゼラン雲流の光学的検出

本研究の目的は、新しいアイデイアに基づく観測装置によりHα輝線で全天を深く撮像し、シュミット望遠鏡(写野6度角程度)でもとらえられないような大きな拡がりをもつ天体を検出することである。その第1のターゲットはマゼラン雲流の光学的対応物であるが、その他にも、North Polar Spurや、HIやIRASサーベイ等でみられる銀河系内の様々な構造、そしてedge-on銀河等にみられる銀河面から噴出するガスなども発見される可能性がある。その観測装置とはCCDカメラに広角カメラレンズを組み合わせた「広角撮像装置」(写野19度角、分解能1'/pixcel)であるが、これは前年度までに完成し、木曽観測所でのテスト観測をへて、今年度2回(4月と8月)にわたってオーストラリアのMt Kent天文台(クイーンズランド州)で観測を行った。しかし天候や装置のトラブルにより全天の約10%程度と、期待したほどの進展が得られず、観測した天域もとびとびで、新しい興味ある構造はまだ検出にいたっていない。そこで戦略を見直し、方針を転換することにした。それは、CCDカメラに魚眼レンズを組み合わせて写野角100度四方程度が得られる「超広角撮像装置」を新たに製作して全天をまず荒くサーベイし、それにより検出された興味ある構造のある天域のみを当初の広角撮像装置で詳細観測する、というものである。目下この超広角撮像装置の製作に向け、そのモデルとなる東北大学地球物理学教室のオーロラ観測用全天カメラに我々のCCDカメラを組み込んでテスト観測を実施しようとしているところである。来年度秋までには本観測に入ることができる見込みである。
新規熱可塑性セルロースエステル誘導体類の調製

微結晶セルロース粉末(重合度250)を塩化リチウム/1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンに溶解させ、溶解均一状態を維持しながら種々のアルキルケテンダイマーあるいはアルケニルケテンダイマーを塩基触媒としてセルロースに反応させ、得られたセルロース誘導体の化学構造、収率、溶液物性、熱的性質、固体構造解析等を進めた。その結果、以下の結果が得られた。(1)常温で液体状態であるオレイン酸ケテンダイマーを反応試薬として、反応時間、反応温度、試薬添加量、塩基触媒の添加量等の観点から、セルロース水酸基へのケテンダイマーの導入量を検討した。その結果、最大で置換度2.1のセルロース/オレイン酸ケテンダイマーによるβ-ケトエステル誘導体が得られた。(2)最大置換度を与える反応条件は、室温下で塩基触媒を加えて3時間以上の攪拌であった。一方、反応時に60°Cあるいは100°Cに加熱すると置換度は低下した。これは、ケテンダイマーが加熱によって多量体に変換する副反応のためであることが判明した。なお、この副反応物質はケテンダイマー2量体20量体のオリゴマーであり、MALDI-TOF/MAS分析から、環状構造を有した特異的な化学構造を有していることが示唆され、現在詳細な検討を進めている。(3)得られた長鎖アルキル基あるいはアルケニル基を有するセルロースβ-ケトエステルは、有機溶剤に可溶で熱可塑性を有していた。また、溶液状態では、屈曲性のコンフォメーションを有しながらも、セルロース主鎖部分は固体状態のような運動の強い拘束を受けており、特異的な溶液物性を示すことがSEC-MALS分析、NMR分析等から明らかになった。(4)セルロース以外でも、アミロース、カードラン、プルラン、ポリビニルアルコール等にケテンダイマーをベータケトエステル結合で導入した場合も、上記と同様な特異的溶液物性を示すことから、長鎖アルキル基あるいはアルケニル基を有したβ-ケトエステルに共通する機能である。1.熱可塑性のないセルロースに熱可塑性を付与する目的で、製紙において検討されているサイズ剤である、アルケニルケテンダイマー(オレイン酸由来のケテンダイマー)をエステル結合でセルロース水酸基に導入する条件検討を行った。今回の検討では、均一系反応による置換度制御を目的として、安定なセルロース溶剤である、塩化リチウム/ジメチルミミダゾリジノン系を用いてセルロースを溶解させ、塩基触媒として1,3-ジメチルイミダゾールを用いて反応を行い、反応条件と置換度との関係を検討した。2.その結果、オレイン酸由来のケテンダイマーという長鎖アルケニル基を有するため、最も高い置換度でも1.4程度であった。これは立体障害の影響と考えられる。また、反応時間よりも反応温度、塩基触媒の有無が置換度に大きく影響を与えた。3.一方、セルロースのエステル化反応とは別の粘着性副生成物の存在が確認された。GPC分析、NMR分析の結果、これらはオレイン酸ケテンダイマー由来のオリゴマーであることが確認された。これらの副生成物の制御は、反応効率の向上に大きな影響を与える可能性がある。4.精製処理によって副生成物を除去したセルロース/オレイン酸ケテンダイマーエステルは、置換度1.4でTHF等に可溶となり、常温で粘着性を有した物質であった。置換度が0.7程度ではこれらの溶媒に膨潤するのみであったが、熱可塑性は有していた。5.得られたセルロース/オレイン酸ケテンダイマーエステルの^<13>C-NMR分析結果から、得られた新規セルロースエステルがポリマーブラシ状構造を有しているとともに、中心のセルロース鎖はあたかも固体状態のように運動が拘束された新規物質であることが示された。

また、溶液状態では、屈曲性のコンフォメーションを有しながらも、セルロース主鎖部分は固体状態のような運動の強い拘束を受けており、特異的な溶液物性を示すことがSEC-MALS分析、NMR分析等から明らかになった。(4)セルロース以外でも、アミロース、カードラン、プルラン、ポリビニルアルコール等にケテンダイマーをベータケトエステル結合で導入した場合も、上記と同様な特異的溶液物性を示すことから、長鎖アルキル基あるいはアルケニル基を有したβ-ケトエステルに共通する機能である。