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局所破断面のイオン流動に関する量子・分子動力学法の展開

本研究では,量子・分子流体科学の分野において独創技術の提案と基礎研究を行った.一つに,局所破断面に見られる微細流路に生じるイオンと分子の流動現象の計測と理論的検証を行った.局所的にイオンが遍在することが実現されれば,2 V程度の印加電圧で生じる弱い電場でも電気流体力学的流れが生成することが見出された.一方,化学反応系に見られる分子運動に伴う電荷移動の効果を分子流体力学に考慮するため,分子軌道に基づく電子波動関数の時間発展を試み,計算効率の改善について考察した.さらに,対称性を考慮することによるBurnsideの補題に基づいた状態数の数え上げに着目し,量子分子動力学法への適用を検討した.本研究では,量子・分子流体科学の分野において独創技術の提案と基礎研究を行った.一つに,局所破断面に見られる微細流路に生じるイオンと分子の流動現象の計測と理論的検証を行った.局所的にイオンが遍在することが実現されれば,2 V程度の印加電圧で生じる弱い電場でも電気流体力学的流れが生成することが見出された.一方,化学反応系に見られる分子運動に伴う電荷移動の効果を分子流体力学に考慮するため,分子軌道に基づく電子波動関数の時間発展を試み,計算効率の改善について考察した.さらに,対称性を考慮することによるBurnsideの補題に基づいた状態数の数え上げに着目し,量子分子動力学法への適用を検討した.本研究は,量子分子流体科学の学術分野において,(1)「微細流路の局所破壊によるイオン・分子流動評価法」,(2)「電子と分子運動の特性時間の差異に着目したTwo-Path量子分子動力学法」および(3)「非ガウス型関数積分に対する群論の応用」のテーマで,実験および応用数学理論を深化した新しい分子流動予測・評価法を考案することを目的としている.本年度において,課題(1)に関連して実験装置を構築し,イオン流動の電気計測に関する基礎実験を行った.特に,イオン交換膜を介したプロトン流動について計測を行い,電解質膜を介したプロトン伝導率の評価ならびにプロトンの電場応答を測定することに成功した.膜中を移動するプロトンに対してその振る舞いを能動的に制御することが可能となり,本課題を達成するための第一歩を踏み出した.さらに,固体高分子形燃料電池を用いて実験を行ったが,プロトン流動を制御することにより発電効率の向上が可能となることが示された.そのことについて,理論モデルを用いた解析を行った.課題(2)に関して,電子波動関数の時間発展を効率良く計算するための新手法を提案した.量子分子動力学法では,原子核の運動に連動して電子波動関数も時間発展するが,各時刻における原子配置を二点間の線形補完で表し,そのポテンシャル場を電子が運動するとして計算効率の向上を試みた.これより,電荷移動の影響が顕著でないポテンシャル場においては,始状態と終状態が良く一致することが示された.つまり,第一原理分子動力学法を基として,二状態間を量子分子動力学法で記述することができることが示された.一方で,電荷移動が生じる系では,その効果が正確に記述できていない結果となる.この点の改善については,今後の課題とするところである.課題(3)は課題(2)に関連するテーマでもあり,平成24年度において具体的に取り組む.本研究では,量子分子流体科学の学術分野において,実験計測,シミュレーションおよび応用数学理論を駆使した新しい分子流動予測・評価法を考案することを目標とする.本課題は,難題として知られる超微細流体計測,量子力学と分子運動論の融合,量子化学理論の高度化に対して積極果敢に挑戦するものであり,これらのブレークスルーと統合化により,分子流体科学における学術体系の先導と先端機械の創製による直接的な社会貢献を目指している.特に,環境保全と高度医療への応用に取り組み,次世代電池,創薬および遺伝子治療開発に特化した独創研究を展開し,科学技術創造立国の理念を具現化する.平成24年度までに,電解質溶液中におけるイオン流動に基づく流体計測を行うための実験系の構築を行い,予備実験により電気計測と可視化観察の同時計測の実現可能性を模索してきた.また,電極表面における電荷移動を伴う電気化学反応と電流電圧特性を評価するための量子分子科学に基づく新理論の展開を進めてきた.平成25年度において,昨年度までに構築してきた実験系を用いて本実験を行った.電気化学反応による電流信号に対応した電解質溶液の流動現象の可視化が可能となった.さらに実験を重ね,同時計測技術の確立を目指す.その一方で,溶液中における非定常イオン流動現象に関する理論モデルを構築し,実験結果との比較を進めてきた.現実系におけるイオンの振る舞いについて現象の時空間スケールを理論的に説明することに成功した.これにより,実験系における現象の予測が可能となり,系の最適化とともに高精度の実験結果を得ることが期待される.量子力学に基づく電荷移動現象の解明と電流電圧特性の評価について,DNAの塩基分子を対象とした解析を行い,他者の実験結果および理論解析の結果との一致が得られた.平成24年度は,電解質溶液中にマイクロポアを有したイオン交換膜を配置し,そこにマイクロメートルサイズの微粒子を添加してイオン流動の可視化を行った.微粒子の運動が印加電場の向きに従って移動するイオンの向きに一致していることが確かめられ,局所的に電気的中性条件の破れた場におけるイオン流動の可視化に成功した.一方,イオン流動によるイオン交換膜の変形は見られず,力学的な振動を捉えることはできていない.

今後は,イオンの運動方程式をもとにイオン流動と微粒子の相互作用を考慮した理論モデルを構築することにより,流動場の定量的評価に取り組む.もう一つの課題として,電荷移動を考慮した分子動力学手法の開発について,本年度は微小電極間のナノギャップに単分子が置かれた場合の電流電圧特性の解析を行うことにより,電荷が移動するときの分子やそのポテンシャル場の影響について考察を行った.その結果,電極から放出される電荷が分子の静電ポテンシャルに散乱されながら定常状態に至る過程でコンダクタンスの値が決まり,DNA塩基分子について行われた実験結果と定性的に一致することが示された.今後さらに,量子力学・量子化学解析に基づく定量的評価に取り組む.さらに,電解質溶液中のイオン流動について,Nernst-Planck方程式,Poisson方程式および分子動力学解析を融合した解析手法を提案した.これにより,溶液中に外部電場が印加された場合の分子動力学解析が可能となった.以上の結果について,原著論文として出版または投稿中であり,国内外の学術会議においても成果発表を行った.本研究は,量子分子流体科学の学術分野において,実験計測,シミュレーションおよび応用数学理論を駆使した新しい分子流動予測・評価法を考案することを目標とする.本課題は,難題として知られる超微細流体計測,量子力学と分子運動論の融合,量子化学理論の高度化に対して積極果敢に挑戦するものであり,これらのブレークスルーと統合化により,分子流体科学における学術体系の先導と先端機械の創製による直接的な社会貢献を目指している.特に,環境保全と高度医療への応用に取り組み,次世代電池,創薬および遺伝子治療開発に特化した独創研究を展開し,科学技術創造立国の理念を具現化する.平成25年度までに,本課題で開発してきたイオン交換膜の局所破断面におけるイオン流動の可視化を実現し,流動場の計測を行うとともに,理論モデルを用いた検証を重ねてきた.この間,カリフォルニア大学サンディエゴ校に滞在する機会を得て,理論物理学を専門とするDi Ventra教授と共同研究を行った.平成26年度には,電解質溶液に印加された電場に対するイオン電流の応答特性を理論的に解析し,現象の時空間スケールを明らかにした.さらに,局所的なイオン濃度を制御することにより溶媒の流動を誘起することができることを示した.イオン交換膜を介したElectrohydrodynamic流れを可視化し,その流れ場を実験と理論の両面から明らかにした.26年度が最終年度であるため、記入しない。量子分子動力学26年度が最終年度であるため、記入しない。上述の3課題について,申請時に計画したロードマップにしたがって順調に目標が達成されていると言える.基礎実験においても,その結果を確実に評価し,成果へとつなげることができている.本年度の成果については,国際会議等において発表を行った.平成25年度は,非定常イオン流動現象の解明に関する顕著な成果を得ることができた.特に,微小電流環境下における電気計測の結果に対して,ナノスケールにおける現象からミリメートルまでの現象を理論的に予測することを可能とし,一部の実験結果と良い一致が得られることを示すことができた.また,電極表面近傍の電気化学反応による電流電圧特性についても,塩基分子の応答特性を評価し,他者の結果とも一致を確かめている.
酸化的傷害後に長期に遺残する造血前駆細胞機能不全を反映するエキソソーム核酸の探索

これまで白血病誘発線量とされる2 Gyの電離放射線(ガンマ線)の単回全身照射によって、造血幹・前駆細胞の酸化的ストレス状態は照射1.5年を経ても対照群より高値をとることや、その細胞回転は直後の抑制状態からの回復後、照射10カ月以後は亢進状態が持続すること、Fyn, PiK3r1, Ccnd1などの細胞回転関連遺伝子が造血幹細胞分画に限局して過剰発現していること、などを見出した。本研究では、若年期に受けた2Gyの照射による急性期の障害性からの回復後に惹き起こされる白血病を含む遷延性病変の発症機序をなすと考えられるこれらの知見の分子基盤を、特に末梢血中のエクソソームRNAに焦点をあてて、NMUやパラコート、ベンゼンなどの化学物質による酸化的障害や加齢に伴う修飾等と比較しつつ、明らかにすることを企図している。即ち、照射後経時的に変化してゆく造血幹前駆細胞側のみならず、造血を支えるニッチ(niche)との相互作用をも包含する指標として、病態や組織傷害の指標への適用の可能性が期待される末梢血中のエクソソームRNAに着目し、未分化な造血幹前駆細胞の長期にわたる遷延性の回復遅延のマーカー遺伝子の探索を行う。これによって、白血病発症につながる機構解明の手がかりが得られるものと期待される。平成30年度は、エクソソームRNAの計測条件の設定を行った。無処置のC57BL/6Jマウスの採血方法及び、そこから血液中のエクソソームを分離する条件について検討し、次世代シーケンスによる網羅的解析によりエクソソーム中に含まれるRNAの遺伝子発現プロファイル獲得に成功した。今後、同様の方法を用いて電離放射線を全身照射したマウスと非照射のマウス(18カ月齢)とについて解析を進め、遷延性の障害や加齢影響のバイオマーカー候補を選別する。γ線照射装置を含む、移転に伴うさまざまな研究環境のセットアップのため、骨髄造血微小環境の検討については、条件設定にとどまったものの、エクソソーム解析については、計画通り、まずは、対照群のマウスからの抽出条件検討を行った。即ち、マウスから採血を行い、エクソソームRNAの次世代シーケンスによる網羅的解析によりエクソソームRNAの遺伝子発現プロファイル獲得に成功している。計画にしたがい、平成30年度に確立したエクソソームRNAの解析手法を用いた、さまざまな条件下での解析を進める。移転に伴い、余剰マウスの活用などによる予備検討が主体となったことや、日程の上の都合により予定していた国際学会の参加をとりやめたことなどから、次年度使用額が生じた。本年度は、昨年度の検討結果をもとに、種々の条件下での実験を予定しているほか、成果の一部を発表するべく国際会議を含めた、学会参加費等に充当する。
距離画像を用いた3次元粒子画像流速分布測定法の開発

本研究では、1台のカメラを用いて撮影した画像から3次元流速分布を測定する画像処理手法の開発を行い、その性能評価を行うことを目的としている。本年度は内容を2つに分け、トレーサ粒子による3次元流れの可視化像を2次元距離画像として記録する方法と、距離画像から3次元速度ベクトルを求める方法の検討を行った。1.まず前者では、波動光学で求められる微小円形像のフランフォーファ回折像を求め、コヒーレント光およびインコヒーレント光で照明した場合の違いを計算機で求め、それぞれについて、焦点からのずれ量(奥行き座標)を回折像の光強度分布(画像ぼけ)から求める階層型ニューラルネットを構築した。このニューラルネットの性能を検討したところ、インコヒーレント光照明の方が測定誤差が低くなることがわかった。また、実際のトレーサ粒子をCCDカメラで撮影し、理論分布と比較したが、現実の像は空間分解能が著しく低いため、精度の高い距離画像を構成することが出来ず、何らかの改善法もしくは別途の手法を検討する必要のあることがわかった。2.後者では、計算機内で模擬距離画像を作成し、これに2次元フーリエ変換法を適用して性能試験を行った。フーリエ(0,0)成分より可視化パターンの奥行き移動距離が理論的に求められるが、測定体積へ流入または測定体積から流出するトレーサ粒子が測定精度に悪影響を及ぼすことがモデル試験より明らかになった。その対策として、距離画像面内の移動距離をフーリエ変換法、奥行き方向の移動距離を速度ベクトルヒストグラムで求めたところ、変動移動量の標準偏差が1のとき、平均自乗誤差が約3画素に低減出来た。さらに、応用として、立方体キャビティ内流れの数値解析解を用いて3次元可視化パターンおよびその距離画像を作成し、これに本手法を適用したところ、3次元速度分布が量子化誤差程度の平均自乗誤差で求められることが明らかになった。
西部太平洋沿岸性甲殻類の生物地理とその生成過程の総括研究

日本列島沿岸およびオーストラリア・ニュージーランド海域には,分類学上,きわめて近縁な甲殻類が存在する。これらの類似性と近縁性を解明し,生物地理の成立過程を明らかにすることを目的としている。3ケ年の現地調査で,介形虫類は本地域のほぼ全域(沿岸部)から試料を得たが,他の分類群は地域が限られた。この種の研究は固体の抽出,分類学的検討に時間を要するため,これまでになされた研究はその一部にすぎない。これらの標本に基づいて,今後引き続き分類群ごとの詳しい研究がなされる予定である。以下には,これまでになされた結果の一部を報告する。介形虫類:沿岸より含介形虫試料307点を採取した。ニュージーランドを除くオーストラリアについて,個体の抽出と分類がほぼ完了し,生息環境と群集解析が行われ,気候区分に対応した生物地理区の存在が明らかにされた。北半球と関連づけた特定種の形態解析および生化学的検討は続行中である。蔓脚類:クロフジツボ類4種の生態および形態解析が完了し,mtDNAの塩基配列から系統関係を明らかにすると共に,赤道を挟んで南北に分布する両集団の種分化過程が考察された。十脚類(エビ):海草分布と極めてよく一致し,低から高緯度に向かって多様度が減少し,さらに南極海では「もえび」科に替わって「テナガエビ」科が出現することが知られた。詳しい種の同定は目下継続中である。十脚類(カニ):スナガニ科の生息特性を分類および地理学的に類型化し,その行動様式とmtDNAの塩基配列から種分化と系統関係を明らかにした。海藻類:アヤギヌについて,日本種との生殖的和合性を検討し,その分化過程を考察した。またスギモク属について分類学的類似性と系統学的検討を行なった。日本列島沿岸およびオーストラリア・ニュージーランド海域には、分類学上,きわめて近縁な甲殻類が存在する。3ヶ年の現地調査で,介形忠類は本地域のほぼ全域(沿岸部)から試料を得たが,他の分類群は地域が限られた.この種の研究は個体の抽出,分類学的検討に時間を要するため,これまでになされた研究はその一部にすぎない.これらの標本に基づいて,今後引き続き分類群ごとの詳しい研究がなされる予定である。以下には、これまでになされた結果の一部を報告する.介形虫類:沿岸より含介形虫試料307点を採取した.ニュージーランドを除くオーストラリアについて,個体の抽出と分類がほぼ完了し,生息環境と群集解析が行われ,気候区分に対応した生物地理区の存在が明らかにされた。北半球と関連づけた特定種の形態解析および生化学的検討は続行中である.蔓脚類:クロフジツボ類4種の生態および形態解析が完了し,mtDNAの塩基配列から系統関係を明らかにすると共に,赤道を挟んで南北に分布する両集団の種分化過程が考察された.十脚類(エビ):海草分布と極めてよく一致し,低から高緯度に向かって多様度が減少し,さらに南極海では「もえび」科に替わって「テナガエビ」科が出現することが知られた.詳しい種の同定は目下継続中である.十脚類(カニ):スナガニ科の生息特性を分類および地理学的に類型化し,その行動様式とmtDNAの塩基配列から種分化と系統関係を明らかにした.海藻類:アヤギヌについて,日本種との生殖的和合性を検討し,その分化過程を考察した.またスギモク属について分類学的類似性と系統学的検討を行なった.
胆管細胞癌の転移・浸潤規定遺伝子の同定と機能解析

胆管細胞癌の頻度は原発性肝癌の10%を占め、増加傾向にある。しかし肝細胞癌のような危険群(ウイルス肝炎)を設定出来ないこともあり、発見時にはそのほとんどが進行癌である。その上、早期に腹膜播種やリンパ節転移、肝内・肝外転移を来しやすく、消化器領域で最も予後不良な癌の一つで、切除以外に有効性を証明しえた治療法はないのが現状である。よって、治療成績の向上には新しい治療法の開発が急務である。一方、癌細胞の転移・浸潤に関する遺伝子を同定するという研究は古くからあるものの、胆管癌での転移・浸潤規定遺伝子に関する報告は皆無に等しい。今回の検討において、1.ヒト胆管細胞癌株HUCCT-1より、高腹膜播種転移株、高肺転移株、高リンパ節転移株を樹立した。2.cDNAマイクロアレイにて、親株を対照に各転移株の遺伝子発現プロファイルを解析した。2.各転移株において共通変化を示した遺伝子群、特徴的変化を示した遺伝子群を同定した。3.各転移株に共通して発現が増強していた遺伝子群(2倍以上;8遺伝子)の一つはIL-1βであった。レトロウイルスベクターを用い樹立したstable transfectantは、in vitroで浸潤能が亢進し、さらに血管新生や浸潤に関連するIL-8やMMP-1の発現を亢進させていた。in vivoでも、腹膜播種を高頻度に形成した。5.肺転移株において高発現を認めたDickopff-1は肺転移株細胞質に高発現しており、臨床検体を用いた免疫組織化学染色での検討では、予後不良因子であることが明らかとなった。
εマルテンサイト変態を利用した鉄系形状記憶合金のトレ-ニング効果の機構

Feー高Mn系形状記憶合金におけるトレ-ニング効果の機構および形状記憶特性の向上に関する基礎的知見を得るべく,FeーMnーSi合金のγ→ε正変態,ε→γ逆変態および繰り返し変態挙動に関する研究を行った.得られた主な成果を以下に示す.[1.繰り返し変態による変態温度および組織の変化]Ms点が室温以上にあるFeー24%Mnー6%Siを用いて,室温とAf点以上の573Kとで加熱冷却を繰り返し,変態温度および組織変化を観察した.その結果,Feー24%Mn2元合金と異なり,Feー24Mnー6Siでは,繰り返し変態によりMs点はほとんど変化せず,microstructure memory(εが前回の生成位置と同じ位置に生成すること)が発現することを見いだした.また,繰り返し変態後の母相γには転位等の格子欠陥はほとんど認められず,γ【double arrow】ε・正・逆変態は部分転位の運動は可逆的であることを明らかとした.[2.応力誘起εマルテンサイトの正・逆変態挙動]Ms点が室温直下にあるFeー33%Mnー6%Si合金を用いて,室温での引張変形により生成する応力誘起εマルテンサイトの組織観察,さらにε→γ逆変態挙動を観察した.TEM観察によりバ-ガ-スベクトルの解析から,応力誘起変態では,熱誘起変態と異なり,1種類の部分転位の活動で1つのε板が形成されることを明らかにした.また,未変態の母相γ中には数多くの積層欠陥が認められた.このような格子欠陥は,逆変態処理後の再度の形状変形時に応力誘起εマルテンサイトの核として働くと考えられる.さらに,応力誘起εマルテンサイトのγへの逆変態は,熱誘起εと比べて,より低温から開始するが完了はむしろ遅いことを見いだした.[3.形状回復率におよぼす繰り返し変態の影響]Feー33%Mnー6%Si合金に,77Kへの冷却による熱誘起εマルテンサイトの生成および873Kへの加熱によりε→γ逆変態を繰り返した試片の形状回復率を測定したところ,形状回復率に変化は認められず,トレ-ニング処理に必然的にともなうγ→ε繰り返し変態そのものは,形状回復率の向上に寄与しないことが明らかとなった.以上13の結果より,トレ-ニング処理による形状回復率の向上は,形状変形時における母相γ中への格子欠陥の導入に起因すると結論できる.Feー高Mn系形状記憶合金におけるトレ-ニング効果の機構および形状記憶特性の向上に関する基礎的知見を得るべく,FeーMnーSi合金のγ→ε正変態,ε→γ逆変態および繰り返し変態挙動に関する研究を行った.得られた主な成果を以下に示す.[1.繰り返し変態による変態温度および組織の変化]Ms点が室温以上にあるFeー24%Mnー6%Siを用いて,室温とAf点以上の573Kとで加熱冷却を繰り返し,変態温度および組織変化を観察した.その結果,Feー24%Mn2元合金と異なり,Feー24Mnー6Siでは,繰り返し変態によりMs点はほとんど変化せず,microstructure memory(εが前回の生成位置と同じ位置に生成すること)が発現することを見いだした.また,繰り返し変態後の母相γには転位等の格子欠陥はほとんど認められず,γ【double arrow】ε・正・逆変態は部分転位の運動は可逆的であることを明らかとした.[2.応力誘起εマルテンサイトの正・逆変態挙動]Ms点が室温直下にあるFeー33%Mnー6%Si合金を用いて,室温での引張変形により生成する応力誘起εマルテンサイトの組織観察,さらにε→γ逆変態挙動を観察した.TEM観察によりバ-ガ-スベクトルの解析から,応力誘起変態では,熱誘起変態と異なり,1種類の部分転位の活動で1つのε板が形成されることを明らかにした.また,未変態の母相γ中には数多くの積層欠陥が認められた.このような格子欠陥は,逆変態処理後の再度の形状変形時に応力誘起εマルテンサイトの核として働くと考えられる.さらに,応力誘起εマルテンサイトのγへの逆変態は,熱誘起εと比べて,より低温から開始するが完了はむしろ遅いことを見いだした.[3.形状回復率におよぼす繰り返し変態の影響]Feー33%Mnー6%Si合金に,77Kへの冷却による熱誘起εマルテンサイトの生成および873Kへの加熱によりε→γ逆変態を繰り返した試片の形状回復率を測定したところ,形状回復率に変化は認められず,トレ-ニング処理に必然的にともなうγ→ε繰り返し変態そのものは,形状回復率の向上に寄与しないことが明らかとなった.以上13の結果より,トレ-ニング処理による形状回復率の向上は,形状変形時における母相γ中への格子欠陥の導入に起因すると結論できる.当初研究計画に対応させて,平成2年度に得られた研究結果を以下に示す.[1.繰り返し変態による正変態点・逆変態点および組織の変化]試料としてFeー24MnおよびFeー24Mnー6Siを溶製した.これらの試料を1273Kでγ化後,室温とAf点以上の573Kとで加熱冷却を繰り返し,正変態点・逆変態点および室温でのε量の変化を熱膨張計により観察した.

その結果,Feー24Mnの場合,繰り返し変態によりMs点が低下し8回の繰り返しによって室温でγ単相となるが,Feー24Mnー6Siの場合は,繰り返し変態によりMs点はほとんど変化せず室温でのε量は増加することが明らかとなった.さらに光顕による同一視野観察の結果,Feー24Mnではmicrostructure memory(εが前回の生成位置と同じ位置に生成すること)は認められないが,Feー24Mnー6Siではmicrostructure memoryがあることを見いだした.また,繰り返し変態により母相γの強度が上昇することを明らかにした.[2.応力誘起εマルテンサイトの逆変態挙動]Feー24Mnー6Si合金を用いて平行部長さ50mmの円柱状引張試験片を作製し,γ化後,室温にて2%の引張変形を施し応力誘起εマルテンサイトを生成させた.この試験片より熱膨張計用試片を切り出し,等速加熱して熱膨張変化よりε→γ逆変態挙動を観察した.その結果,変形を施さない試片と比べて,応力誘起εマルテンサイトを含む試上の逆変態は,より低温から開始するが完了はむしろ遅いことを明らかにした.Feー高Mn系計状記憶合金の特性向上およびトレ-ニング効果の機構に関する基礎的知見を得るべく,Ms点が室温直下にあるFeー33%Mnー6%Si形状記憶合金を用いて実験研究を行った。得られた主な成果を以下に示す。1.室温での2.5%引張変形およびAf点以上の873Kへの加熱を繰り返すトレ-ニング処理を試料に施したところ,従来報告されているように繰り返し回数とともに形状回復率の向上が観察された。一方,77Kへの冷却による熱誘起εマルテンサイトの生成および873Kへの加熱によるε→γ逆変態を繰り返した試片の形状回復率を測定したところ,形状回復率に変化を認められず,トレ-ニング処理に必然的にともなうγ〓ε繰り返し変態は,形状回復率の向上に寄与しないことが明らかとなった。2.Ms点以下の77Kへの冷却およびAf点以上の573Kへの加熱によるγ〓ε繰り返し変態を施した試料を透過電顕により観察したところ,母相γには転位等の格子欠陥はほとんど認められず,溶体化処理材と同じ組識を呈していた。このことは,γ〓ε正・逆変態は部分転位の可逆的な運動で起こること示しており,この結果,FeーMnーSi合金では前年度報告したようなMicrostructure Memory(εが前回の生成位置と同じ位置に生成すること)が発現することが明らかとなった。3.室温での引張変形により応力誘起εマルテンサイトを生成させた試料を誘過電顕観察したところ,未変態の母相γ中には数多くの積層欠陥が認められた。このような格子欠陥は,逆変態処理後の再度の形状変形時に応力誘起εマルテンサイトの核として働くと考えられる。以上より,トレ-ニング処理による形状回復率向上は,形状変形時における母相γ中への格子欠陥の導入に起因すると結論される。
がんの浸潤・転移における細胞接着分子異常の関与

E-cadherinを介する細胞接着-がん浸潤抑制系は、従来一般にE-cadherinの発現低下によって不活化されると考えられてきたが、本研究において同系不活化の分子機構をさらに詳細に検討した。細胞間接着性を欠くヒト胃がん由来細胞株において、E-cadherin遺伝子変異がmRNAスプライシング異常を惹起し同系の機能不全に帰結することを報告した。これらの細胞株において第16染色体ヘテロ接合性喪失を認めたことから、E-cadherinが1アリルの欠失と残存するアリルにおける遺伝子変異の2ヒットによって不活化される可能性を提唱した。第16染色体ヘテロ接合性喪失を伴う乳腺の浸潤性小葉がん手術材料において、E-cadherin遺伝子異常を報告した。他のヒト胃がん由来細胞株において、β-catenin遺伝子変異がE-cadherinとα-cateninの相互作用を阻害し、同系の機能不全を来すことを見いだした。Cadherin-catenin複合体構成分子の発現低下および遺伝子変異を欠き細胞間接着性異常を呈すヒトがん由来細胞株においては、β-cateninおよびE-cadherinに強いチロシンリン酸化を認めた。以上より、cadherin・catenin複合体構成分子の発現低下・遺伝子変異ならびにチロシンリン酸化といった多様な機構により、E-cadherinを介するがん浸潤抑制系が不活化されることが明らかになった。さらに、cadherin・catenin複合体構成分子のチロシンリン酸化に寄与するキナーゼを検索し、c-erbB-2がん遺伝子産物とcadherin・catenin複合体の相互作用を証明して、がん遺伝子産物と細胞間接着分子のクロストークががん細胞間接着と細胞増殖の制御に寄与する可能性を呈示した。
極超微粒子(分子クラスター)の物性

上記研究課題に関する研究分野について,国内外の共同研究を促進させるため,1)研究内容の現状分析と国内外における特微,2)共同研究主要課題の選定,3)共同研究組織の人選,について,小規模研究集会を3回,全研究分担者を対象とする研究会を1回行なった.特に当研究班におるける研究内容として特色のある課題は, I)理論について1,1)金属クラスターの構造とその安定性の解析(菅野,里子,上村,中村ら)1,2)金属クラスターへの種々の粒子付着に関する動的解析(塚田,大野ら),又II)実験について2,1)高分解能質量分析器による銀クラスターのマジック数の同定(交久瀬),2,2)レーザー照射による団体表面でのクラスター生成とその解離過程の同定(仁科ら)2,3)液体金属イオン源のクラスター生成(斎藤ら)2,4)半導体マトリックス中の微粒子,分子クラスターとその光物性(山本,後藤ら)2,5)微粒子の光応答(新井,岡ら)2,6)微粒子の粒子線回析(美浜ら)2,7)微粒子によるX線散乱(原田ら)などである国外の研究者も含む共同研究を行なう研究組織を国内約70名,国外8名の研究者によって発足させることが望ましいとの結論が上記一連の研究会によって得られた.実質的な研究計画とてして,A)理論による団体と分子にまたがる物質中間相の解明,B)超高時間/空間分解能を有する質量分析法を用いた分子クラスターの動的解析C)極強磁場とペニングストラップ質量分析法の組合せにより,比較的安定な分子クラスターの内部結合状態の解析を行なうことを策定中である.以上の成果を踏えた研究計画を昭和64年度重点領域研究申請としてまとめ,当該研究グループによる研究の急速な発展を計ることとした.又国外との共同研究の本格的な発足に備え,若干名の国外研究者を招致して具体策を予め作成することとした.上記研究課題に関する研究分野について,国内外の共同研究を促進させるため,1)研究内容の現状分析と国内外における特微,2)共同研究主要課題の選定,3)共同研究組織の人選,について,小規模研究集会を3回,全研究分担者を対象とする研究会を1回行なった.特に当研究班におるける研究内容として特色のある課題は, I)理論について1,1)金属クラスターの構造とその安定性の解析(菅野,里子,上村,中村ら)1,2)金属クラスターへの種々の粒子付着に関する動的解析(塚田,大野ら),又II)実験について2,1)高分解能質量分析器による銀クラスターのマジック数の同定(交久瀬),2,2)レーザー照射による団体表面でのクラスター生成とその解離過程の同定(仁科ら)2,3)液体金属イオン源のクラスター生成(斎藤ら)2,4)半導体マトリックス中の微粒子,分子クラスターとその光物性(山本,後藤ら)2,5)微粒子の光応答(新井,岡ら)2,6)微粒子の粒子線回析(美浜ら)2,7)微粒子によるX線散乱(原田ら)などである国外の研究者も含む共同研究を行なう研究組織を国内約70名,国外8名の研究者によって発足させることが望ましいとの結論が上記一連の研究会によって得られた.実質的な研究計画とてして,A)理論による団体と分子にまたがる物質中間相の解明,B)超高時間/空間分解能を有する質量分析法を用いた分子クラスターの動的解析C)極強磁場とペニングストラップ質量分析法の組合せにより,比較的安定な分子クラスターの内部結合状態の解析を行なうことを策定中である.以上の成果を踏えた研究計画を昭和64年度重点領域研究申請としてまとめ,当該研究グループによる研究の急速な発展を計ることとした.又国外との共同研究の本格的な発足に備え,若干名の国外研究者を招致して具体策を予め作成することとした.
次世代シーケンサデータを活用した新規好塩性細菌利用基盤技術の開発

チュニジア乾燥地、緑地帯より分離した中等度好塩性細菌を用いて環境浄化機能(特に石油系化合物分解)を発現させるために基盤技術について検討した。多様な好塩性細菌分離条件最適化、次世代シーケンサによるゲノム情報取得、ベクター構築、形質転換系確立、遺伝子破壊株ライブラリー構築、石油系化合物分解遺伝子の収集などを達成した。今後、好塩濃度条件下での石油分解菌構築・評価を進める予定である。1.発現ベクターの構築と性質検討プラスミド保有の報告がある好塩性細菌Halomonassp.から内在性プラスミドを抽出分離し、その塩基配列解析結果から複製に関係する領域を増幅してE.coli用のプラスミドベクターにサブクローニングすることによりHalomonas-E.coliシャトルベクターのプロトタイプを作成した。当該ベクターは21a株および一部のHalomonas sp.に電気パルス法で形質転換可能であった。好塩性細菌への電気パルス法による形質転換はこれまでに報告がない。さらに得られた形質転換体の産業利用の可能性を検証するために非抗生物質添加条件でのプラスミド安定性を検討した。その結果、培養時の塩濃度とプラスミド安定性に相関があることが明らかとなった。これまでの成果について投稿準備中である。2.高塩濃度条件下での芳香族化合物に対する分解活性評価沖縄土壌より分離したPseudomonas putida HKT554は、ナフタレン、ナフトチオフェン、ベンゾチアゾール等の各種芳香族化合物を分解し、ナフタレンジオキシゲナーゼ系(NDO)が関与していることを明らかにしてきた。当該菌株のNDO遺伝子群(nahAa,Ab,Ac,Ad約4kb)をE.coli用の発現ベクターpKK223-3にクローニングし、栄養培地で青いコロニーを形成し、NDOの発現を確認した。好塩性細菌での発現ベクター構築と並行して塩濃度とNDO活性の関連について評価する必要がある。3.次世代シーケンサによるドラフトゲノム遺伝子解析パイロシーケンスによるドラフトゲノム解析を行い、アセンブル、アノテーションを実施した。コンティグ数314、0.1-10kb、推定ゲノム長3.4Mbaseとほぼ期待通りの結果が得られた。塩耐性に関わる適合溶質エクトイン、グリシンベタイン生合成遺伝子が認められた。1.各種石油関連化合物分解菌の機能評価と遺伝子クローニング前年度クローニングした芳香族化合物分解遺伝子nahAに加え、石油関連化合物分解菌の機能評価と分解関連遺伝子の検討を行った。既に分離済みの耐塩性アルカン分解細菌についてGCによる分解能評価を行ったが、有意な分解が認められず、耐塩性細菌のアルカン分解関連遺伝子を取得することはできなかった。芳香族炭化水素分解細菌Pseudomonasputida HKT554株の機能評価および生産性向上を目的に当該菌株の高密度培養と微生物変換を検討した。培養条件の最適化により40時間で乾燥菌体重量として114g/lの高密度培養系を構築すると共に光学活性メチルフェニルスルホキシドの生産を達成した。次に、各種石油関連化合物分解細菌から分解関連遺伝子の取得を試みた。アルカンやテルペン系炭化水素水酸化能を有するRhodococcus sp. 11B由来のP450モノオキシゲナーゼahp遺伝子クラスター(2.9kb)、Mycobacterium sp. E16由来のエチレンモノオキシゲナーゼetn遺伝子クラスター(4.1kb)を分離した。また、既報の塩基配列を元にNocardia coralina B276のアルケンモノオキシゲナーゼ(amo)、Pseudomonas putida S12のスチレンモノオキシゲナーゼ(sty)をクローニングした。インドールからのインジゴ生成を指標にnah、sty遺伝子群の大腸菌での発現を確認した。2.次世代シーケンサによるドラフトゲノム遺伝子解析上記Rhodococcus sp. 11Bについてパイロシーケンスによるドラフトゲノム解析を行い、アセンブル、アノテーションを実施した。総塩基数65Mb、平均長454bp、コンティグ数850とほぼ期待通りの結果が得られた。炭化水素分解に関連すると推測されるP450遺伝子を抽出したところ、30近いアイソザイムが検出された。上記ahp遺伝子だけでなく、補酵素酸化還元機能を同一分子に有するself sufficient型P450が見出された。1.遺伝子破壊株ライブラリーの構築:上記実施に先立ち、チュニジア環境試料より分離した好塩性細菌21aの各種性質評価を実施した。本菌株は16SrRNA配列よりHalomonasaquamarinaの近縁種と同定され、NaCl 0.172.5Mの濃度範囲(最適濃度0.5M)で生育する中度好塩性細菌であった。プロテオバクテリア用トランスポゾンベクターとトランスポゾン複合型ベクターを用いて検討したところ、遺伝子破壊株ライブラリー作成用のベクターとしては後者が有効であり、ランダム挿入、一カ所のみの挿入が起こっていることが確認できた。2.次世代シーケンサによるドラフトゲノム遺伝子解析:パイロシーケンス解析型次世代

シーケンサ454GSJrを用いて21a株等新規分離株のゲノム解析を実施した。いずれも期待通りの情報出力が得られた。現在、オープンソースのデータベース解析エンジンが停止中であるが、再開次第、アノテーションを実施する予定。3.好塩性細菌の新規スクリーニング:これまで、乾燥試料、高塩低栄養地域からの好塩性細菌を得ることができなかったため、分離条件を変更して同一試料からの好塩性細菌スクリーニングを実施した。(試料には、チュニジア国内の緑地帯、砂漠、塩湖など7カ所から採取したものを用いた)NaCl 10または15%を含む0.1×LB培地により分離した結果、生育が認められた試料は緑地帯(Chebika)由来のものだけであったが、硫酸マグネシウム濃度を高くした場合に砂漠(Sahara)、塩湖(Chott El Jerid)から分離菌が得られた。16SrRNA塩基配列による分類の結果、Halobacillus等のFirmicutesおよびChromohalobacter, Halomonas等のγ-proteobacteriaに属していた。1)構築したシャトルベクターが好塩性細菌内で機能したこと、2)これまで接合法でしか報告のなかった好塩性細菌の形質転換が簡便な電気パルス法で可能となったこと、さらに、3)得られた形質転換体のプラスミド安定性と培養条件に関する新しい知見が得られたこと、等から、前年度の菌学的性質の結果とあわせて研究成果を投稿する段階まで来た。好塩濃度環境下での石油類分解に使用する酵素遺伝子NDOのクローニングとE.coliでの発現が確認できたことにより、NDOの各種条件下での活性評価が可能となった。さらに、Halomonas sp. 21a株のドラフトゲノムが明らかになったことで、本課題により達成される好塩性細菌の遺伝子組み換え基盤技術を活用した各種有用生理活性物質(エクトイン、グリシンベタインなど)の生産などへの展開が期待できるようになった。以上のことから、当該年度計画事項に関しては概ね順調に進展していると言える。センターで購入したパイロシーケンス型次世代シーケンサ454GSJrの運転が順調に進むかどうかが、不確定要素であったが、順調に立ち上げることができ、期待通りの出力が得られた。オープンソース(DDBJ)のアノテーション機能が一時停止しており、一部ペンディングとなっている。保有菌株の遺伝子解析に関しては、取得済みの遺伝子破壊株を用いた塩基配列解析等を実施し、期待通りの結果が得られている。今後は形質転換効率と再現性が課題と考えられ、現在検討中である。以上のことから、初年度計画事項に関しては概ね順調に進展していると言える。昨年度は対象好塩性細菌の形質転換株を得ることができたため、今後は、具体的な遺伝子機能解析と発現、より新規な(できれば特許性のある)遺伝子ツールの開発も考慮した基盤構築を進めていく。1.好塩性細菌育種の基盤構築・形質転換効率条件の最適化を継続して実施し、遺伝子破壊株ライブラリーを作成すると共に、各種機能解析を進める。
学童期の高機能広汎性発達障害児における多動性と不注意

学童期の高機能広汎性発達障害児における多動、不注意症状について、注意欠如/多動性障害と比較したところ、不注意症状や多動衝動性症状の重症度、関連症状等が類似していたため、広汎性発達障害児に併存する多動、不注意症状を、注意欠如/多動性障害として併存診断することの妥当性が示唆された。【はじめに】DSM-IVなど現在の診断基準では,広汎性発達障害(以下PDD)と診断されれば,注意欠陥多動性障害(以下ADHD)は併存診断されないとされている。しかしPDD児はしばしばADHD様症状を伴う議論となっているものの一定の見解を得られていない。そこで,高機能PDD児における多動や不注意症状について調査することにした。【対象】大阪市立大学医学部附属病院神経精神科に通院中の,精神遅滞を伴わない615歳のPDD児73例(10.0±2.5歳)とADHD児34例(8.7±2.2歳)を対象とした。【結果】ADHDRSに関しては,PDD群と比較して,ADHDC群とPDD+ADHDC群は,不注意,多動一衝動性の両得点が有意に高く,一方,ADHDC,PDD+ADHDCの2群間において有意差が認められなかった。【結論】高機能PDD児における多動,不注意症状について,ADHDと比較して類似しており,PDDに併存する多動,不注意症状をADHDと併存診断することの妥当性が示唆され,さらなる行動特徴の比較検討を要すると考えられた。【目的】DSM-IVなど現在の診断基準では、広汎性発達障害(以下PDD)と診断されれば、注意欠陥多動性障害(以下ADHD)は併存診断されないとされている。そこで、高機能PDD児における多動や不注意症状について調査することにした。【対象】大阪市立大学医学部附属病院神経精神科に通院中の、精神遅滞を伴わない6-15歳のPDD児73例(10.0±2.5歳)とADHD児34例(8.7±2.2歳)を対象とした。【結果】ADHDRSに関しては、PDD群と比較して、ADHDC群とPDD+ADHDC群は、不注意、多動-衝動性の両得点が有意に高く、一方、ADHDC,PDD+ADHDCの2群間において有意差が認められなかった。CBCLに関しては、PDD群と比較して、ADHDC群とPDD+ADHDC群は、非行的行動、攻撃的行動、外向得点の得点が有意に高く、一方、ADHDC, PDD+ADHDCの2群間において有意差が認められなかった。【結論】高機能PDD児における多動、不注意症状について、ADHDと比較して、不注意症状や多動衝動性症状の重症度、関連症状等が類似しており、PDDに併存する多動、不注意症状をADHDと併存診断することの妥当性が示唆された。
国際的ハ-モナイゼーションのための結晶多形を含む製剤処方の安定性評価法の確立

最近のあらゆる分野の国際化の流れの中で,国際ハ-モナイゼイションが進められている.医薬品の安定性に関する合理的な合意を得るためには製剤の物理化学的な特性が生物学的利用能や製剤の安定性に与える影響を基礎的に検討しなければならない.そこで,医薬品原末の物理化学的特性が溶解性や成形性などの製剤特性に与える影響とその保存条件下における安定性を定量的に検討し,その機構と溶解性の関係を解明する方法を学問として確立するために以下の研究を行った.1)各種の温度水準(15-55°C)と湿度水準(0-100%RH)を組み合わせた保存条件下でカルバマゼピンの結晶多形について表面分解率の経時変化を赤外線吸収スペクトル正反射法を用いることにより克明に追跡する.得られたデータに固体反応に関係する種々のモデル式を適用し,表面での分解機構を解明した.2)フェノバルビタール結晶多形の安定性試験から算出された誘導期および転移速度定数の各々について重回帰分析を行い,添加物の特性値と結晶の溶解性との関係に及ぼす温度および湿度の影響を結晶間で統計的に比較検討した.DSCにより測定される転移過程における活性化エネルギーや半減期に及ぼす湿度の影響を各結晶毎に求めた吸着等温線と関連させて検討し,有用な知見を得た.3)ピレタニド結晶多形の保存条件下での多形転移に伴う各結晶の溶解性の変化を、回転円盤法によって求められる溶解速度定数と粉末分散法による飽和溶解度の両面から検討し,添加物の溶解特性に及ぼす転移の影響を比較検討し,本結晶の安定性を証明した.最近のあらゆる分野の国際化の流れの中で,国際ハ-モナイゼイションが進められている.医薬品の安定性に関する合理的な合意を得るためには製剤の物理化学的な特性が生物学的利用能や製剤の安定性に与える影響を基礎的に検討しなければならない.そこで,医薬品原末の物理化学的特性が溶解性や成形性などの製剤特性に与える影響とその保存条件下における安定性を定量的に検討し,その機構と溶解性の関係を解明する方法を学問として確立するために以下の研究を行った.1)各種の温度水準(15-55°C)と湿度水準(0-100%RH)を組み合わせた保存条件下でカルバマゼピンの結晶多形について表面分解率の経時変化を赤外線吸収スペクトル正反射法を用いることにより克明に追跡する.得られたデータに固体反応に関係する種々のモデル式を適用し,表面での分解機構を解明した.2)フェノバルビタール結晶多形の安定性試験から算出された誘導期および転移速度定数の各々について重回帰分析を行い,添加物の特性値と結晶の溶解性との関係に及ぼす温度および湿度の影響を結晶間で統計的に比較検討した.DSCにより測定される転移過程における活性化エネルギーや半減期に及ぼす湿度の影響を各結晶毎に求めた吸着等温線と関連させて検討し,有用な知見を得た.3)ピレタニド結晶多形の保存条件下での多形転移に伴う各結晶の溶解性の変化を、回転円盤法によって求められる溶解速度定数と粉末分散法による飽和溶解度の両面から検討し,添加物の溶解特性に及ぼす転移の影響を比較検討し,本結晶の安定性を証明した.最近のあらゆる分野の国際化の流れの中で,国際ハ-モナイゼイションが進められている.医薬品の安定性に関する合理的な合意を得るためには製剤の物理化学的な特性が生物学的利用能や製剤の安定性に与える影響を基礎的に検討しなければならない.そこで,医薬品原末の物理化学的特性が溶解性や成形性などの製剤特性に与える影響とその保存条件下における安定性を定量的に検討し,その機構と溶解性の関係を解明する方法を学問として確立するために以下の研究を行った.1)各種の温度水準(15-55°C)と湿度水準(0-100%RH)を組み合わせた保存条件下でカルバマゼピンの結晶多形について表面分解率の経時変化を赤外線吸収スペクトル正反射法を用いることにより克明に追跡する.得られたデータに固体反応に関係する種々のモデル式を適用し,表面での分解機構を解明した.2)フェノバルビタール結晶多形の安定性試験から算出された誘導期および転移速度定数の各々について重回帰分析を行い,添加物の特性値と結晶の溶解性との関係に及ぼす温度および湿度の影響を結晶間で統計的に比較検討した.DSCにより測定される転移過程における活性化エネルギーや半減期に及ぼす湿度の影響を各結晶毎に求めた吸着等温線と関連させて検討し,有用な知見を得た.3)ピレタニド結晶多形の保存条件下での多形転移に伴う各結晶の溶解性の変化を、回転円盤法によって求められる溶解速度定数と粉末分散法による飽和溶解度の両面から検討し,添加物の溶解特性に及ぼす転移の影響を比較検討し,本結晶の安定性を証明した.最近のあらゆる分野の国際化の流れの中で,国際ハ-モナイゼイションが進められている.医薬品の安定性に関する合理的な合意を得るためには製剤の物理化学的な特性が生物学的利用能や製剤の安定性に与える影響を基礎的に検討しなければならない.そこで,医薬品原末の物理化学的特性が溶解性や成形性などの製剤特性に与える影響とその保存条件下における安定性を定量的に検討し,その機構と溶解性の関係を解明する方法を学問として確立するために以下の研究を行った.

1)各種の温度水準(15-55°C)と湿度水準(0-100%RH)を組み合わせた保存条件下でカルバマゼビンの結晶多形について表面分解率の経時変化を赤外線吸収スペクトル正反射法を用いることにより克明に追跡する.得られたデータに固体反応に関係する種々のモデル式を適用し,表面での分解機構を解明した.2)フェノバルビタール結晶多形の安定性試験から算出された誘導期および転移速度定数の各々について重回帰分析を行い,添加物の特性値と結晶の溶解性との関係に及ぼす温度および湿度の影響を結晶間で統計的に比較検討した.DSCにより測定される転移過程における活性化エネルギーや半減期に及ぼす湿度の影響を各結晶毎に求めた吸着等温線と関連させて検討し,有用な知見を得た.3)ピレタニド結晶多形の保存条件下での多形転移に伴う各結晶の溶解性の変化を、回転円盤法によって求められる溶解速度定数と粉末分散法による飽和溶解度の両面から検討し,添加物の溶解特性に及ぼす転移の影響を比較検討し,本結晶の安定性を証明した.
高フラクタル次元界面を持つ溶射皮膜の形成に関する研究

セラミックス溶射皮膜の密着性の鍵をにぎるのが、ブラストによる基材表面の粗面トポグラフィーである。しかし、このトポグラフィーの評価は、これまでは表面粗さのみで評価してきたが、著者らの研究でMandelbrotが確立したフラクタル次元が非常に有効であるとの結果が導かれた。特に、ブラストによる基材の粗面過程にてグリットを斜め衝突させることで、これまでの垂直衝突に比較して、高フラクタル次元の界面や特徴的な粗面トポグラフィーが得られることがわかった。本研究で得られた結果を要約すると次のようになる。1)斜め衝突によるブラスト粗面の平均表面粗さは、衝突角度によらずほとんど一定である。しかし、フラクタル次元は変化する。2)従って、斜め衝突によって表面粗さが一定でフラクタル次元のみが変化する特殊な粗面を形成することが可能である。3)グリットの垂直衝突に比較して斜め衝突にて形成した粗面は、75度の衝突角度にて最大のフラクタル次元を持つ。この場合のフラクタル次元は垂直衝突に比較して約5%向上する。4)これによって得られた皮膜の密着強度増加は、約10%にも達する。5)衝突角度を変化させたブラストによる粗面形成の結果、粗面トポグラフィーの評価量としての表面粗さは溶射皮膜の密着強度の評価には不適当であり、むしろフラクタル次元を採用すべきである。
高反応性化学種を駆使した極性転換戦略による高歪み抗がん活性天然物の合成研究

強力な電子求引性基であるニトロソ基を有した高反応性化学種ニトロソアレンを世界で初めて合成し、その反応性や化学的性質を明らかにした。具体的には、高い反応性を巧みに利用した極性転換的置換反応の開発によって、通常の化学的性質では合成ができない、α位が求核剤で置換された不飽和オキシムを合成した。本手法により創薬分子に見られるフッ素などを導入できたほか、炭素-炭素結合や窒素・酸素結合の形成を迅速に達成することができた。また分子内反応により、不飽和結合を有した炭素環状骨格を含む分子構造の構築に成功したことから、抗がん活性天然物などにみられる高い歪みを持つ骨格の構築への本戦略の有用性が示された。本年度はニトロソアレンの前駆体となる基質の合成法の確立、ニトロソアレンを用いた極性転換反応の開発、ならびにその求核剤の適用範囲の検討を中心に行った。新規化学種ニトロソアレンを発生させるための前駆体としてN-シロキシスルホニルアレンアミドを選定しフッ素イオンを作用させたところ、系内にてニトロソアレンを、世界で初めて発生させることに成功した。また、発生したニトロソアレンは脱離したスルフィン酸と速やかに反応し、α-スルホニル不飽和オキシムが得られた。そこでスルフィン酸の捕捉剤を用いたところ、アミン、フッ素、アミド、シアニドなどの様々な求核剤を導入することに成功した。また、得られた基質は速やかに創薬分子の構造として重要なキノリン骨格やイソキサゾリン骨格へと変換することができ、これまでに合成できなかったような創薬分子の合成への展開が期待できる結果となった。また求核剤としてカルボニル類を用いたところ、単純な付加反応ではなく、[3+2]環化付加反応を通じ、これまでにない複雑な不飽和環状ニトロン分子を得た。エステルやニトリル、ケトンを用いてニトロソアレンとの反応性を検討したところ、その化学種に応じて異なるタイプの環状ニトロンを与えることが分かった。環状ニトロンはそれ自身が複雑分子の合成に多用されている化学種であり、新しい多環性骨格分子の合成法としての有用性を示す結果となった。このニトロソアレンは今までに知られている不飽和ニトロソ化合物とは大きく違う反応性を示したことから、DFT軌道計算を行ったところ、反応に寄与するLUMO軌道の分布がほかの化合物と異なることが判明した。以上より、長い歴史を持つニトロソ化合物において、これまでにない化学種の創出と新規化学変換手法を提案することができ、今後の複雑分子の合成に有望な結果を得た。新規化学種であるニトロソアレンの生成と、それを利用した極性転換的反応の開発に成功し、最終的な合成ターゲットとなるTaxolやFR182877に必要な炭素ー炭素結合、炭素ー酸素結合の構築が可能であることも明らかにできた。また、当初想定していなかった複雑な環状ニトロンの合成反応を見出すことができ、その反応性について計算化学的アプローチからの解明を行うことができた。今後はより汎用性の高い反応前駆体合成法を確立し、分子内反応へと展開させることによって天然物の骨格形成へと展開できると考えられる。本年度はニトロソアレンとカルボニル化合物との反応によるヘテロ環状ニトロンの合成、並びに本課題の応用である分子内反応による不飽和結合含有ヘテロ小中員環骨格の構築を行った。前年度までの成果をもとに高い反応性を持つニトロソアレンとカルボニル化合物を反応させたところ、これまでの化学種ではみられない独特の反応性を示し、単純な合成法では得られない複雑な複素環状ニトロン分子を得た。ニトリルやエステル、ケトンとでもその化学種に応じて異なる種類の環状ニトロンを与えることが明らかとなった。環状ニトロンは複雑分子の合成に用いられる化合物であり、当初の研究から想定していなかった成果ではあるが、複雑分子合成におけるニトロソアレンの新しい利用法を提案することができた。また、この検討により、エステル類の置換基が、付加反応の位置選択性に重要な影響を与えることを見出し、最終目的となる分子内反応における重要な知見を得た。これらの知見を活かし、分子内反応によるヘテロ中員環の合成を検討した。残念ながらクロスカップリングや異性化反応によるニトロソアレン前駆体の合成ならびに8員環骨格は形成できなかったものの、温和な条件にて迅速に7, 6, 5員環骨格を形成できることを明らかにし、ニトロソアレンを用いることで窒素、硫黄、酸素含有の中小員環複素環骨格を容易に合成できることが実証された。また、先の結果を受けた検討により、炭素求核剤を用いた炭素環状骨格の形成にも成功した。一方、本研究におけるendo型環化は小サイズの環状骨格程不利になるはずであるが、興味深いことに、ニトロソアレンを用いた本骨格形成では小サイズでもきわめて迅速に環化反応が進行することが分かった。そこで、本研究をさらに環サイズの小さい、これまでの歴史上全く実現しえなかった4-endo-dig型環化の達成を目指し研究を継続している。当初の目的である2環性骨格は基質合成の問題から達成できなかったものの、芳香族置換基を持ったきわめて嵩高い官能基を有していても、7員環といった中員環合成が達成できていることからおおよその目的は達成できたと考えている。しかし、本研究において、ニトロソアレン類は中員環合成だけでなくきわめて環ひずみの大きい4,5員環といった環状骨格の形成に有効に活用できる可能性が見出されたため、中員環だけでなく小員環における(複素)環骨格形成を実証する必要性が生じた。