hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
定量的画像バイオマーカーとしてのMRE実現に向けた評価法確立とデータベース作成

MRIを用いて生体組織の硬さ(弾性)を測定するMR elastography (MRE)は,肝線維症の病期判定に利用されており,今後様々な疾患に適用されることが期待される.MREを定量的画像バイオマーカーとして利用するには,測定システムとしての定量性と再現性が高く,病期判定に利用できる統一的なカットオフ値がまとめられたデータベースが整備されることが望ましい.しかし,現状ではシステム更新前後や施設が異なると測定値に差が生じている.統一的なカットオフ値を求めるためには,システム特性に基づく誤差要因の理解と適切な撮像プロトコルの利用が必要である.本研究では,MREシステムの特性評価法の確立と,特性に基づく適切な撮像プロトコルの選定,適切なプロトコルにより計測された硬さ情報に基づく疾患データベースの構築を目的としている.当該年度では,1)標準評価プロトコルの検討:昨年度開発したMRE評価用ファントムを用いる標準評価プロトコルは,ファントムの特性と北米放射線学会の定量的画像バイオマーカー連合(quantitative imaging biomarkers alliance, QIBA)におけるMRE委員会の発行しているプロファイルを参考にして作成した.2)多施設評価の調整と実施: MRE導入施設.また,MREシステムの開発元であるMayo Clinicとも連携し,情報交換を行った.3)臨床例における肝線維化診断のデータベース構築:データベースサーバの選定や仕様について検討した.昨年度開発したMRE評価用ファントムを用いた標準評価プロトコルを作成し,MREシステムの定量性と再現性を施設間・操作者間で比較するなど,計画した内容を進めることができた.当該年度に開発した標準評価プロトコルを用い,多施設評価を実施する.臨床例における肝線維化診断のデータベース構築を進めていく.MRIを用いて生体組織の硬さ(弾性)を測定するMR elastography (MRE)は,肝線維症の病期判定に利用されており,今後様々な疾患に適用されることが期待される.MREを定量的画像バイオマーカーとして利用するには,測定システムとしての定量性と再現性が高く,病期判定に利用できる統一的なカットオフ値がまとめられたデータベースが整備されることが望ましい.しかし,現状ではシステム更新前後や施設が異なると測定値に差が生じている.統一的なカットオフ値を求めるためには,システム特性に基づく誤差要因の理解と適切な撮像プロトコルの利用が必要である.本研究では,MREシステムの特性評価法の確立と,特性に基づく適切な撮像プロトコルの選定,適切なプロトコルにより計測された硬さ情報に基づく疾患データベースの構築を目的としている.当該年度では,1)MRE評価用ファントムの設計と作製:MREシステムの定量性と再現性,空間分解能を評価するために,粘弾性が物理測定により既知で,1年以上の長期安定性を確認した生体粘弾性疑似モデル(MRE用ゲルファントム)を開発した.2)MRE評価用ファントムを用いたMREシステムの定量性と再現性,空間分解能の評価:作製したMRE評価用ファントムを利用して, MREシステムの定量性と再現性,空間分解能を評価した.3)臨床例における肝線維化診断の再現性評価:MRE撮像により取得した弾性波画像を参考にして,複数の作業者がエラストグラムに設定した関心領域における硬度を比較した.MRE評価用ファントムの設計と作製,MRE評価用ファントムを用いたMREシステムの定量性と再現性,空間分解能の評価,臨床例における肝線維化診断の再現性評価など,計画した内容を進めることができた.MRIを用いて生体組織の硬さ(弾性)を測定するMR elastography (MRE)は,肝線維症の病期判定に利用されており,今後様々な疾患に適用されることが期待される.MREを定量的画像バイオマーカーとして利用するには,測定システムとしての定量性と再現性が高く,病期判定に利用できる統一的なカットオフ値がまとめられたデータベースが整備されることが望ましい.しかし,現状ではシステム更新前後や施設が異なると測定値に差が生じている.統一的なカットオフ値を求めるためには,システム特性に基づく誤差要因の理解と適切な撮像プロトコルの利用が必要である.本研究では,MREシステムの特性評価法の確立と,特性に基づく適切な撮像プロトコルの選定,適切なプロトコルにより計測された硬さ情報に基づく疾患データベースの構築を目的としている.当該年度では,1)標準評価プロトコルの検討:昨年度開発したMRE評価用ファントムを用いる標準評価プロトコルは,ファントムの特性と北米放射線学会の定量的画像バイオマーカー連合(quantitative imaging biomarkers alliance, QIBA)におけるMRE委員会の発行しているプロファイルを参考にして作成した.2)多施設評価の調整と実施: MRE導入施設.また,MREシステムの開発元であるMayo Clinicとも連携し,情報交換を行った.3)臨床例における肝線維化診断のデータベース構築:データベースサーバの選定や仕様について検討した.昨年度開発したMRE評価用ファントムを用いた標準評価プロトコルを作成し,MREシステムの定量性と再現性を施設間・操作者間で比較するなど,計画した内容を進めることができた.当該年度に開発したMRE評価用ファントムを用い,標準評価プロトコルの検討や多施設評価の調整と実施,臨床例における肝線維化診断のデータベース構築を進めていく.当該年度に開発した標準評価プロトコルを用い,多施設評価を実施する.臨床例における肝線維化診断のデータベース構築を進めていく.
死因究明に係る諸問題の発展的研究―法学・医学双方向的アプローチ―

1)司法解剖をめぐる遺族への対応について過去に自研究の一環として行った司法解剖遺族への質問紙調査より、司法解剖時に警察官や法医学教室関係者からの遺族への対応に制度的な不備があることが示唆された。そこで、死因究明に係る遺族対応の発展的研究の一環として、司法解剖をめぐる遺族への司法関係者からの対応のあり方について検討することを目的として、従前から行なわれてきた行政・承諾を含めた法医解剖前後における関係者への対応の現状と、「診療行為に関連した死亡の調査分析モデル事業」における調整看護師の対応・支援を検討した。本検討から、司法解剖をめぐる関係者への対応のあり方について、特に直近で解決すべき問題点として司法解剖時の司法サイドの専任担当者の配置・育成並びにリーフレット等有形ツールの整備・配布が検討され、これら検討の一部は学術雑誌に掲載されている。2)法医学領域における人体由来試料の取扱い法医解剖時に採取する人体由来資料の管理や医学研究への利用といった取扱いについて、法的にも生命倫理上も共にルールが未整備であり、このことが法医学教室に多くの混乱をもたらしていることを感じた。そこで、法医学領域における人体由来試料をめぐる問題の実態を把握することだけでなく、将来的なルールの整備につながる議論をすることを目的として、全国の法医学教室を対象に、我が国初となる人体由来試料の管理取扱いに関する実態調査を行った。結果は学会発表を行ったほか、現在、論文を作成中である。また、この調査の前提となった、諸外国における人体由来試料の取扱いをめぐる問題と我が国の法医学領域での人体由来試料の取扱いについて総論的理解を図る論文を作成し、学術雑誌に掲載された。本年度は下記のとおり現状分析を行うことから研究を開始した。1.解剖実施時の遺族対応に関する研究。医学部法医学教室にて行われる司法解剖前後の応対が遺族にとってトラウマとなりやすく、情緒的影響を及ぼすことが既に明らかになっていることから、司法解剖に限らず解剖時をめぐる遺族への関係者からの対応について次の通り検討を加えた。(1)司法解剖、監察医制度施行地域で行なわれている行政解剖、診療行為に関連した死亡の調査分析モデル事業の下で執り行われている解剖の各種解剖時における遺族への応対とそれに対する遺族の評価・反応を、文献検索および関係者に対するヒアリングの結果を元に検討した。(2)犯罪被害者遺族としての側面をも併せ持つ司法解剖遺族が、司法手続きを経る中で受けるストレスについて、犯罪被害や遺族対応を専門とする医師らの他、中央省庁の関係者らと情報交換を行ない、今後の方向性について議論を重ねた。2.人体由来試料取扱いに関する実態調査および法的整備の研究。本邦では司法解剖後の人体由来試料保管について統一された基準が存在しないことが既に明らかにされている。このことにつき、問題点を整理すると共に、議論の方向性を明確にすることを目的に、(1)国内外での人体由来試料の取扱いとその歴史的経緯等について文献調査を行なったほか、医療倫理学者と議論を重ねた。(2)司法解剖にまつわる人体試料取扱いの実態把握を目的に、所属機関所定の研究倫理審査を通過した上で、自記式郵送法に基づく質問紙調査を行った。既存の倫理的指針が対応できない問題が散見されることや人体試料の取扱いをめぐって法医学教室としてどこまで対応すべきなのか境界が不明瞭であることなどが判明し、今後、法医学領域での対応策を検討していく上での大変示唆に富んだ結果が得られた。次年度以降も引き続き、死因究明にまつわる諸問題について包括的な考察を前提とした研究を重ねていく予定である。
大脳皮質特異的なノックアウト動物作成法の開発

本研究では、子宮内エレクトロポレーションとCRISPR/Cas9システムとを組み合わせることにより、大脳皮質特異的な遺伝子ノックアウト法の確立を目指した。マウス大脳皮質にSatb2遺伝子に対するCRISPRコンストラクトを導入し、Satb2の発現を免疫染色により調べた。その結果、Satb2に対するCRISPRコンストラクトが導入された細胞のほとんどで、Satb2の発現が消失していた。これらの結果から、子宮内エレクトロポレーション法を用いたCRISPR/Cas9の導入により大脳皮質神経細胞において効果的に標的遺伝子をノックアウトできることが分かった。ヒトなどの高等哺乳動物では大脳皮質は特に発達しており、表面には明瞭なしわ(脳回)が存在する。脳回の獲得は脳機能の発達の基盤であると考えられており、従ってその形成メカニズムの解明は神経科学の重要研究課題の一つである。しかし分子遺伝学的研究に用いられるマウスでは脳回は存在せずに、マウスを用いた解析が困難であるために脳回の形成機構は不明な点が多い。イタチ科に属するフェレットは、脳回や眼優位性カラムなど高等哺乳動物に特徴的な発達した脳神経構築を持つことから形態学的および生理学的研究に多く用いられてきたが、分子遺伝学的研究は解析手法が確立されておらず遅れていた。そこで申請者の所属研究室ではこれまでにフェレットでの分子遺伝学的解析を可能とするために、子宮内エレクトロポレーション法を応用しフェレット大脳皮質への遺伝子導入を世界に先駆けて成功させてきた。次の大きな課題は、loss-of-function実験を行うための遺伝子ノックアウト技術の開発である。そこで本研究では、子宮内エレクトロポレーションとCRISPR/Cas9システムとを組み合わせることにより、フェレット大脳皮質特異的な遺伝子ノックアウト法の確立を行う。Satb2遺伝子に着目して、最初に、マウス大脳皮質での遺伝子ノックアウト法の確立を試みた。マウス胎仔15日目の大脳皮質にSatb2に対するCRISPRコンストラクトを導入した。出生後5日目で脳を固定して、Satb2の発現を免疫染色により調べた。子宮内エレクトロポレーション法を用いたCRISPR/Cas9の導入により大脳皮質神経細胞において効果的に標的遺伝子をノックアウトできることを明らかにしたため。そこで本研究では、子宮内エレクトロポレーションとCRISPR/Cas9システムとを組み合わせることにより、フェレット大脳皮質特異的な遺伝子ノックアウト法の確立を目指した。その結果、子宮内エレクトロポレーション法を用いたCRISPR/Cas9の導入により大脳皮質神経細胞において効果的に標的遺伝子をノックアウトできることが分かった。現在、フェレットにおいて同様の方法で遺伝子ノックアウト法の確立を目指している。今後Satb2をノックアウトしたマウスの表現型解析を行う。さらに、Satb2のノックアウトフェレットを作成する。神経発生生物高額なフェレットを用いた実験を翌年度に行う方がよいと判断したため。当該年度は、安価なマウスを用いた実験を中心に行った。未使用額は、主にフェレットの購入にあてる。
アレキサンドロフ空間の位相構造

本研究はアレキサンドロフ空間の位相構造を研究する事を主題として、多様体構造、単体的複体構造を明らかにする事であるが、本年度は、塩谷はアレキサンドロフ空間が単体的複体にホモトピー同値となる事を証明することを目的として、曲率が有界である事を用いる議論によって、段階的証明を与える事、証明を完成するまでの手順の考察と整理を行った。本研究は、いうまでもなく、リーマン幾何学からの研究、位相幾何学からの研究と深く関わりをもつものであり、この研究の分担者のそれぞれの分野での研究成果は次の通りである。まず、塩浜は下記の論文において、リーマン多様体の曲率と位相の関係を部分多様体の立場から考察し、種々の球面同相定理を曲率の値域の制限なしで証明した。鎌田は下記の論文においてコンパクト微分可能多様体のユークリッド空間へのimmersionが多重点で完全に横断的になっている場合について、この多重点の個数が偶数か奇数かを判別する基準を同境理論を用いて求めた。
立方晶炭化ケイ素の電子サイクロトロン共鳴プラズマ酸化によるダイヤモンドの合成

β-SiCはダイヤモンド構造を有し,電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを用い,CO-CO_2雰囲気中で酸化することにより,透明なダイヤモンド状の物質が得られることが示唆された.また,O_2およびAr-O_2雰囲気中400900Kで顕著な酸化膜の生成を伴う酸化が起こることがわかった.(III)面に強く配向したSiCでは,単結晶SiCと同様,Si面とC面の酸化挙動の違いが認められた.C面の方がSi面よりも酸化速度が大きく,C面では放物線則,Si面では対数則に従って酸化が進行した.Si面上に生成する酸化膜は非晶質のSiO_2であったが,C面上に生成する酸化膜は表面付近では非晶質SiO_2,中心部からSiCとの界面部分では非晶質Si-C-Oであった.SiCはGaNなどと同様,次世代のパワー半導体として期待されており,1000K以下の低温域で良好な酸化膜を表面に形成する方法が求められている.本研究によりCVD SiCがECRプラズマにより効率的に酸化することが初めて示され,SiCの応用の可能性が大きく広がった.また,CVD SiCをAr-O_2中でECRプラズマにより酸化することにより酸化膜(SiO_2)中に数nmの径の結晶質Siが微細に分散することがわかった.このようないわゆるナノコンポジットは新しい発光材料として期待されており,ECRプラズマ酸化が新しい材料合成プロセスとしても有用であることが示された.β-SiCの構造は、SiとCが規則化したダイヤモンド構造と見なすことができ、構造自体はダイヤモンドと同じ結晶構造を有している。もし、β-SiC中のSiだけを酸化によって取り除くことができれば、β-SiCをダイヤモンドに変化させることが可能であると考えられる。そこで、本研究では、β-SiCの電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマによる低温酸化を行った。O_2中、Ar-O_2中、CO-CO_2中など各種雰囲気で酸化を行った結果、CO/CO_2中では、非晶質の透明なSiO2とCの混合物が得られることが明らかになった。sp^2結合を有する通常の非晶質Cが透明であることは考えにくく、ダイヤモンドと類似のsp^3結合を有する可能性が高い。しかし、現段階では、生成する透明Cの量が極めて微量であるため、その詳細な構造や結合様式を明らかにするには至っていない。また、O_2およびAr-O_2雰囲気中では、β-SiCを500K付近の低温でも高速で酸化させることができることが明らかになった。この酸化手法は、β-SiCを次世代のパワー半導体素子を作製する際に不可欠な、ゲート絶縁膜などの酸化膜を形成するために極めて有効であることが明らかになった。さらに、(111)配向が顕著なCVDβ-SiCを酸化用試料として用いた場合には、SiCの結晶面の極性(いわゆるSi面とC面)による酸化速度の違いが顕著であり、またそれらの面の酸化の機構も異なることが明らかになってきた。これらの成果は、SiCの物性を解明するために重要であるばかりでなく、各種工業部品にCVD-SiCを耐酸化被覆する際にも重要な示唆を与えている。β-SiCはダイヤモンド構造を有し,電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマを用い,CO-CO_2雰囲気中で酸化することにより,透明なダイヤモンド状の物質が得られることが示唆された.また,O_2およびAr-O_2雰囲気中400900Kで顕著な酸化膜の生成を伴う酸化が起こることがわかった.(III)面に強く配向したSiCでは,単結晶SiCと同様,Si面とC面の酸化挙動の違いが認められた.C面の方がSi面よりも酸化速度が大きく,C面では放物線則,Si面では対数則に従って酸化が進行した.Si面上に生成する酸化膜は非晶質のSiO_2であったが,C面上に生成する酸化膜は表面付近では非晶質SiO_2,中心部からSiCとの界面部分では非晶質Si-C-Oであった.SiCはGaNなどと同様,次世代のパワー半導体として期待されており,1000K以下の低温域で良好な酸化膜を表面に形成する方法が求められている.本研究によりCVD SiCがECRプラズマにより効率的に酸化することが初めて示され,SiCの応用の可能性が大きく広がった.また,CVD SiCをAr-O_2中でECRプラズマにより酸化することにより酸化膜(SiO_2)中に数nmの径の結晶質Siが微細に分散することがわかった.このようないわゆるナノコンポジットは新しい発光材料として期待されており,ECRプラズマ酸化が新しい材料合成プロセスとしても有用であることが示された.
共役EPAと放射線の併用効果の検討

魚油の主成分であるエイコサペンタエン酸(EPA)の二重結合を共役化したcEPAは、DNA合成酵素の阻害活性に基づいた抗がん活性を示した。ヒト大腸がん細胞において、放射線照射後にcEPAを添加すると細胞増殖抑制やアポトーシスの相乗効果を示した。また、cEPAは既存の抗がん剤ゲムシタビンの細胞増殖抑制活性を向上させた。cEPAをはじめとする食品成分や栄養素は、がんの放射線療法と化学療法に対して併用効果をもたらす可能性が示唆された。EPAは魚油に含まれる高度不飽和脂肪酸、エイコサペンタエン酸(EPA)をアルカリ異性化して合成した共役脂肪酸である。我々はこれまでに、cEPAにはDNA代謝系酵素であるDNAポリメラーゼ(Pol)やDNAトポイソメラーゼ(Tbpo)の阻害活性があること、また、培養細胞を用いた実験において癌細胞増殖抑制活性、細胞周期G1/S期停止作用、アポトーシス誘導作用があることを報告してきた。本研究では、更なる癌治療効果の向上を目的とし、cEPAと放射線の併用による細胞増殖抑制効果について、またその作用機序について調査した。ヒト大腸癌細胞(HCT116 cells)を用い、コロニーアッセイによる細胞の増殖能評価実験を行った。共役EPAと放射線の併用のタイミングについて、(1)共役EPA投与に引き続き照射を施行(sequential)(2)共役EPA投与と照射を同時に施行(concurrent)(3)共役EPA投与と照射を交互に施行(altemating)の3条件で最も有効な照射条件を比較検討した。更に、照射の回数を増やす等、現在行われている併用療法の手順を参考に様々な条件で比較検討を行った。また、放射線照射装置を使用し、それに伴うapoptosisをAnnexin V法で検出した。apoptosisは、コメットアッセイによる細胞単位のDNA損傷度(一本鎖切断および二本鎖切断)についても検討を行い、初期障害、修復動態、残存障害を考察した。更にreal-time PCRを用いて、RNAレベルでの細胞内Pol活性の放射線照射による影響を調査した。ヒト大腸癌細胞(HCT116 cells)にcEPAを添加し放射線を照射することで、細胞増殖能が放射線無照射よりも有意な低下を示した。放射線照射によりPol δ、εのmRNAレベルが上昇したが、cEPA存在下で放射線照射をするとPolδ、εのmRNAレベルが低下した。以上の結果から、cEPAと放射線照射の併用は有用であると考えられた。また放射線照射によるDNAダメージ修復にPolδ、εが関与している可能性が示唆された。魚油に多く存在する高度不飽和脂肪酸であるエイコサペンタエン酸(EPA)の共役型であるconjugatedEPA (cEPA)に注目して、ヒト由来がん細胞に対するcEPAの化学療法と放射線療法と併用効果の詳細を解析している。今年度(H22年度)は、食品由来の栄養素であるビタミンKや非栄養素であるカテキンとEPAをはじめとする直鎖の長鎖脂肪酸を結合させた化合物(脂肪酸誘導体)を合成して、その抗がん作用について解析した。具体的な研究内容と成果は、次のとおりである。(1)EPAとビタミンK3誘導体(Joglone)を結合させた化合物の準備EPAにJugloneを結合させた化合物(アシル化ジュグロン)の有機化学合成に成功した。(2)直鎖脂肪酸とカテキン・エピカテキンを結合させた化合物の準備炭素数618の直鎖脂肪酸にカテキン(C)やエピカテキン(EC)を結合させたアシル化C、アシル化ECの有機化学合成に成功した。(3)アシル化合物のDM合成酵素(DNAポリメラーゼ,pol)阻害活性EPAおよびJugloneは、それぞれ哺乳類由来のpolを阻害するが、これらを結合させたアシル化ジュグロンは単体よりも強いpol阻害活性を示した。脂肪酸・カテキン・エピカテキンは、それぞれ単独ではpol阻害活性がほとんど見られないが、アシル化合物にすることでpol阻害活性が見られた。その活性は、脂肪酸鎖が長くなるほど強くなる傾向が見られ、アシル化ECよりもアシル化Cの方がより強いpol阻害活性を示した。(4)アシル化合物のヒト大腸がん細胞(HCT116 cells)増殖抑制活性と放射線との併用効果アシル化ジュグロンおよびアシル化C、アシル化ECは、ヒトがん細胞の増殖を抑制した。細胞周期をDNA合成準備期(G1期)およびDNA合成期(S期)で停止させて、アポトーシスを誘導した。また、放射線と併用することでHCT116 cellsの増殖抑制活性が増強された。魚油め主成分であるエイコサペンタエン酸(EPA)に注目して、その共役EPA(cEPA)を化学合成した。cEPAの「抗がん」作用について、今年度(平成23年度)は次のような基礎研究的知見が得られた。【1】ヒト大腸がん細胞における放射線とcEPAの併用効果のマイクロアレイ解析ヒト大腸がん細胞(HCT116 cells)へ(1)cEPA添加のみ、(2)放射線照射のみ、

(3)放射線照射→cEPA添加、これら3群を48時間培養後、細胞を回収してから常法により全mRNAを抽出・精製した。そして、マイクロアレイ解析した結果、無処理の細胞と比較して、(1)はDNAポリメラーゼ(pol)など一部のDNA代謝系酵素、炎症メディエーター、コレステロール代謝系酵素などの遺伝子発現量が増大、(2)はアポトーシス誘導因子などの遺伝子発現量が増大、(3)は(1)と(2)の遺伝子発現量がともに増大していることが分かった。特に、(3)においては、(1),(2)の単独における遺伝子発現量よりも顕著に増大したことから、(1)と(2)の併用は相加効果ではなく「相乗効果」を発揮することが示唆された。【2】cEPAと抗がん剤ゲムシタビン(GEM)との抗がん活性における併用効果臨床で使用されている抗がん剤GEMの三リン酸化体(GEM-TP)とcEPAは、哺乳類のpolを阻害するが阻害様式が異なることを見出した。そこで、GEM-TPとcEPAを同時に添加してpol阻害活性を調査した結果、単独よりも3倍以上強い阻害活性を示したことから「相乗効果」が示唆された。また、ヒト大腸がん細胞増殖抑制活性においても同時添加による相乗効果を示した。【3】cEPAとホウレン草糖脂質のヒト大腸がん細胞における放射線の併用効果ヒト大腸がん細胞増殖抑制活性において、cEPAと同様にホウレン草糖脂質においても放射線との併用効果が見られた。そこで、cEPA、ホウレン草糖脂質、放射線の3者による併用効果試験を実施した。その結果、cEPAとホウレン草糖質では併用効果は見られず、それぞれが放射線との併用効果を示した。
骨および神経細胞の増殖・分化におけるビオプテリン補酵素の作用機序の探査

私は、骨芽細胞へのセピアプテリン還元酵素(SPR)アンチセンスオリゴヌクレオチドの導入で、SPRおよびSPRが生成する物質であるビオプテリン補酵素(BH4)が骨芽細胞の増殖能に関係していることを見つけ出した(平成17年度科学研究費補助金による)。また、BH4は一酸化窒素合成酵素(NOS)の補酵素であるため、神経伝達物質合成に不可欠な因子である。さらに、NO-cGMP系が、神経細胞の樹状突起の伸長に関与しているとの報告がある。以上のように、骨吸収や神経細胞の分化に関与する酵素がBH4を必須の補酵素として要求することから、SPRおよびSPRの生成するBH4がどのように細胞の増殖分化に関与するのか検討した。(1)BH4の関与する転写因子の検索:BH4を骨芽細胞で大量に生成させ、細胞の核抽出物をELISA法を用いた転写因子発現量の変化を検討したところ、BH4が細胞増殖に関与する転写因子c-junの発現を増強させることが判明した。十数種の転写因子について調査したが、この転写因子以外に発現量に変化は認められなかった。(2)SPR結合タンパク質の探査:Strep・Tactin-Tagを融合させたSPR酵素を骨芽細胞で発現させた。細胞抽出物をStrep・Tactin抗体で免疫沈降させ、そのタンパク質をSDS電気泳動で分析したところ、SPRに数種のタンパク質が結合していることが判明した。今回、細胞内BH4量変化により細胞増殖に関与する転写因子c-junの発現の増強がみられ、また、数種のタンパク質がSPRタンパク質と結合するという事実が判明した。これらのタンパク質は、現在、MSで分析中であり、結果の分析が待たれる。骨芽細胞へのセピアプテリン還元酵素(SPR)アンチセンスオリゴヌクレオチドの導入で、SPRおよびSPRが生成する物質であるビオプテリン補酵素(BH4)が骨芽細胞の増殖能に関係していることを見つけ出した。以上のように、骨吸収や神経細胞の分化に関与する酵素がBH4を必須の補酵素として要求することから、SPR遺伝子ノックアウトマウスを用い、SPRおよびSPRの生成するBH4がどのように細胞の増殖分化に関与するのか検討した。SPR遺伝子ノックアウトマウスは最長約半年の短命であった。Wild-typeおよびhetero-typeのマウスの体重を比較すると、生後1週間後ではほぼ同じであるが、生後4週間後では体重は約半分と非常に生育が遅い事が判明した。また、摂食行動以外の行動はほとんど見られなかった。SPR遺伝子ノックアウトマウスの脳におけるネオプテリン量とBH4量を測定すると、BH4生合成の初段階に見られるネオプテリン量に変化は見られないが、最終段階に働くSPRの生成物のBH4量はWild-typeと比較して約40%である事が判明した。さらに、マウス形態および各臓器の切片を作製したところ、どの臓器も構造に変化は見られなかったが、wild-typeおよびhetero-typeのマウスと比較して、大きさが約1/4程度であった。In vivo実験で、SPRの発現抑制および強制発現により、細胞の分化増殖が促進および抑制された事実からも、SPRおよびSPRが生成する物質であるBH4は、細胞の増殖に必要不可欠の因子であると考えられる。
脳腫瘍の進展・予後に密接に関連するプロテインホスファターゼの同定

膠芽腫の発症の機序としてタンパクのリン酸化異状が報告され、幾つかのキナーゼの異状が報告されているが、脱リン酸化側からの関与については不明な点が多い。本課題は、悪性形質の原因となる脱リン酸化酵素(プロテインホスファターゼ)の異常の存在を明らかにし、それを標的とした新規治療開発をめざした研究である。リン酸化酵素を標的とする治療に加えて、それを補完する治療法の開発が期待できる。課題1:PTPRZ発現亢進・スプライシング異常による悪性化の機構当センター組織バンクの膠芽腫について、チロシンホスファターゼの発現の異常の有無を検討した。正常脳組織に比べて著しく発現が高かったのが、PTPZとCDC25Aであった。CDC25Aの発現亢進がgliomaの悪性化に関わるタイプ、PTPZの発現亢進が、膠芽腫の悪性化に関わるタイプがある可能性を検討した。課題2:Ppp6c(PP6の触媒サブユニット)発現低下による腫瘍増大の機構Prognoscanによると、膠芽腫予後不良因子として、PP6の触媒サブユニット(Ppp6c)が同定された。我々は、Ppp6cが、がんの抑制遺伝子である可能性を考えた。生体内において、がん遺伝子として働くか否かを調べる系として、スタンダードに用いられている「マウス皮膚発がん実験」がある。そこで、本システムを採用することにした。TCGAゲノムプロジェクトのデータでは、ほとんどのgliomaにはRTK-RAS-PI3Kシグナルの何れかに変異があり、結果的に「増殖と生存」に進む。我々は、仮説「PP6活性低下は、RAS-PI3Kシグナルを増強し、gliomaの急速な増大の原因になる」を持った。これを証明する実験を行っている。グリオーマ悪性形質の原因となるプロテインホスファターゼ(脱リン酸化酵素)異常を標的とした治療開発をめざす。キナーゼを標的とする従来法以外の、革新的治療法の可能性が期待できる。課題1:PTPRZ発現亢進・スプライシング異常による悪性化の機構当センター組織バンクのグリオーマについて、チロシンホスファターゼ約80種類の発現を調べたところ、正常脳組織に比べて著しく発現が高かったのが、PTPZとCDC25Aであった。CDC25Aに関しては、グリオーマ細胞株の一部は、その増殖がCDC25Aに依存していることを示した。本実験によって、PTPZが治療の標的となる可能性を検討している。PTPZはスプライシングにより3つのアイソフォームを持つ。本実験は、悪性化とスプライシングの関連を検討している。課題2:Ppp6c(PP6の触媒サブユニット)発現低下による腫瘍増大の機構我々は、グリオーマ予後不良と関連するホスファターゼを同定するため、Prognoscanを検索し、ホスファターゼであるPP6の触媒サブユニット(Ppp6c)を、予後不良因子として見いだした。これは、Ppp6cが、グリオーマを含むがんの抑制遺伝子である可能性を示したが、その証明はなされていなかった。そこで我々は、一般に用いられる「マウス皮膚発がん実験」で検討を加えることを考えた。た。答えはイエスであった。DMBA塗布により、Ppp6c欠失皮膚で、早期にパピローマが発生した。TCGAゲノムプロジェクトのデータでは、ほとんどのグリオーマにはRTK-RAS-PI3Kシグナルの何れかに変異があり、結果的に「増殖と生存」に進む。我々は、仮説「PP6活性低下は、RAS-PI3Kシグナルを増強し、グリオーマの急速な増大の原因になる」と持った。現在、これを証明する実験を行っている。課題1:PTPRZには、エクソン12のスプライシングの違いで、3つのスプライシングバリアント(PTPRZ-A PTPRZ-B、およびPTPRZ-S)があるが、我々は東北大組織バンクのサンプルを用いて、予後との関係を調べた。PTPRZ-Sの高い発現は予後が悪い傾向にあった。次に、我々は、グリオーマの株細胞でSox2(神経幹細胞のマーカー)をノックダウンさせるとPTPRZの発現がほぼ完全に抑制されることを見いだした。さらに、ChIPアッセイによりSox2がPTPRZのプロモーターに結合することも確認した。従って、PTPRZは、転写因子Sox2の直接の標的遺伝子であると結論できた。課題2:皮膚においてconditionalに、Ppp6c欠損および変異型KRASを発現するマウスを用いて、PP6欠損が変異型KRASによる腫瘍発生を促進することを示唆する結果を得た。KRAS変異のみでは腫瘍発生がない時期で、2重変異を持つマウスでは、口唇、指、肛門等で顕著な腫瘍発生が認められたgliomaの悪性形質の原因となる脱リン酸化酵素(プロテインホスファターゼ)の異常の存在を明らかにし、それを標的とした新規治療開発をめざした研究である。課題1:PTPRZ発現亢進・スプライシング異常による悪性化の機構当センター組織バンクのgliomaについて、チロシンホスファターゼ(PTP)の発現の異常の有無を検討した。CDC25Aに関しては、glioma細胞株の一部は、その増殖がCDC25Aに依存していることを示した。本実験によって、PTPZが治療の標的となる可能性を検討した。

課題2:Ppp6c(PP6の触媒サブユニット)発現低下による腫瘍増大の機構Prognoscan(遺伝子の発現と予後の相関に関するデータベース)によると、glioma予後不良因子として、PP6の触媒サブユニット(Ppp6c)が同定された。我々は、Ppp6cが、がんの抑制遺伝子である可能性を考えた。そこで我々は、その可能性を検討するために、「マウス皮膚発がん実験」で検討を加えることを考えた。DMBA塗布により、Ppp6c欠失皮膚で、早期にパピローマが発生した。TCGAゲノムプロジェクトのデータでは、ほとんどのgliomaにはRTK-RAS-PI3Kシグナルの何れかに変異があり、結果的に「増殖と生存」に進む。我々は、仮説「PP6活性低下は、RAS-PI3Kシグナルを増強し、gliomaの急速な増大の原因になる」を持った。現在、これを証明する実験を行っている。課題1:PTPのリセプタータイプの1つPTPRZには、3つのスプライシングバリアント(PTPRZ-A PTPRZ-B、およびPTPRZ-S)があるが、我々は組織バンクのサンプルを用いて、予後との関係を調べた。PTPRZ-Sの高い発現は予後が悪い傾向にあった。次に、我々は、グリオーマの株細胞でSox2(神経幹細胞のマーカー)をノックダウンさせるとPTPRZの発現がほぼ完全に抑制されることを見いだした。さらに、ChIPアッセイによりSox2がPTPRZのプロモーターに結合することも確認した。従って、PTPRZは、転写因子Sox2の直接の標的遺伝子であると結論できた。課題2:皮膚ケラチノサイトにおいて、タモキシフェン投与により、2重変異(Ppp6c欠損および変異型KRASの発現)が誘導できるマウスの作製に成功した。本2重変異マウスを用いて、PP6欠損が変異型KRASによる腫瘍発生を促進することを示す結果を得た。KRAS変異のみでは腫瘍発生がない時期で、2重変異を持つマウスでは、口唇、指、肛門等で顕著な腫瘍発生が認められた。膠芽腫の発症の機序としてタンパクのリン酸化異状が報告され、幾つかのキナーゼの異状が報告されているが、脱リン酸化側からの関与については不明な点が多い。本課題は、悪性形質の原因となる脱リン酸化酵素(プロテインホスファターゼ)の異常の存在を明らかにし、それを標的とした新規治療開発をめざした研究である。リン酸化酵素を標的とする治療に加えて、それを補完する治療法の開発が期待できる。課題1:PTPRZ発現亢進・スプライシング異常による悪性化の機構当センター組織バンクの膠芽腫について、チロシンホスファターゼの発現の異常の有無を検討した。正常脳組織に比べて著しく発現が高かったのが、PTPZとCDC25Aであった。CDC25Aの発現亢進がgliomaの悪性化に関わるタイプ、PTPZの発現亢進が、膠芽腫の悪性化に関わるタイプがある可能性を検討した。課題2:Ppp6c(PP6の触媒サブユニット)発現低下による腫瘍増大の機構Prognoscanによると、膠芽腫予後不良因子として、PP6の触媒サブユニット(Ppp6c)が同定された。
半導体ナノ構造体の界面エンジニアリングとキャリアダイナミクスの極微分光

界面エンジニアリングによって界面制御したII-VI族化合物半導体(CdS,CdSe,CdTe,PbS)のナノ構造体や貴金属ナノ微粒子を接合したナノ構造体をコロイド合成した。これらの系のキャリアダイナミクスをフェムト秒過渡吸収分光,時間分解発光分光,および単一微粒子分光で解析し,温度依存性の実験と併せて,単一励起子の緩和や複数励起子によるオージェ再結合の界面構造依存性およびフォノン効果を明らかにした。1.有機物を保護剤としたCdTe量子ドット(QDs)を用いて複数励起子を発生させ、BiexcitonやTriexitonの結合エネルギーをストリークカメラによる時間分解発光スペクトルから解析した。その結果、Biexcitonの結合エネルギーは3060meV、Triexcitonは80160meVと粒径の減少と共に大きくなり、CdSe QDsの値よりも大きく量子閉じ込め効果を強く受けていること、Triexcitonは1P状態の性質を持っており分極しやすい為に結合エネルギーが大きい事が示唆された。2. CdTe QDsを用いて、励起子発光寿命の励起光強度依存性を詳細に解析する事によりオージェ再結合の温度依存性(10298K)を明らかにした。その結果、(1)CdTe QDsのオージェ再結合寿命は温度の低下と共に緩やかに増加すること、(2)バルクのオージェ再結合にあるような活性化障壁が存在しないこと、(3)オージェ再結合の終状態にフォノンが関与していること等が明らかになった。3. SiO_2でコートした、内部にCdSナノクラスターを含むCdTe QDsのオージェ再結合を過渡吸収分光法により解析した。その結果、クラスターサイズが大きくなるとCdTeそのものに比べて再結合寿命が4倍近く長くなり、直接のシェル構造を持たなくてもCdTe QDs周りにCdSクラスターが存在するだけでオージェ再結合を抑制できることが明らかになった。4. CdSナノロッドとCdS QDsの3次の非線形効果である2光子吸収を2光子蛍光法を用いて解析したところ、CdSナノロッドの2光子吸収断面積はQDsに比べ1桁以上大きな値を持つことが分かった。界面エンジニアリングによって界面制御したII-VI族化合物半導体のナノ構造体をコロイド合成し,キャリアダイナミクスを時間分解レーザー分光や単一微粒子分光で解明する事により,構造とキャリア間相互作用,キャリア緩和の関係を明らかにすることを目的として研究を行った。CdSeナノロッド(NRs)に金ナノ微粒子が接合したハイブリッドナノ構造体の単一微粒子分光により,CdSe NRsの発光は単一でも単一指数関数からずれる事,励起子間相互作用によってオージェイオン化したCdSe NRsは寿命が短くなる事,金ナノ微粒子接合系では中性およびイオン化状態から電子移動する事を明らかにした。サイズ分散の小さなコアシェル型Au/PbSハイブリッドナノ構造体を合成し,FDTD計算とフェムト秒過渡吸収分光で緩和ダイナミクスを解析した。吸収スペクトルの帰属と観測されたコヒーレント音響フォノンから粒子全体のbreathingモードによる振動を明らかにし,電子ーフォノンカップリング時定数を求めた。さらに,シェル厚みの異なったCdTe/CdSコアシェルQDsを新規な水熱合成で合成すると共に,そのキャリアダイナミクスを時間分解発光分光で解析した。シェルの厚みが増加すると,波動関数のpenetrationによって吸収,発光共に著しく長波長シフトし,発光のブロードニングと発光寿命が一桁以上長くなる現象が観測された。また,一次元的に半導体ナノ構造体を配列させる手法として,DNAをテンプレートとして用いCdTe QDsを吸着配列させる手法を開発すると共に,単一DNA-QDs系の時間分解発光スペクトルおよび発光寿命から,一次元的に配列したCdTe QDs間の励起エネルギー移動速度を解析した。CdTe,CdS半導体における表面電子状態の第一原理計算による解析も試みた。界面エンジニアリングによって界面制御したII-VI族化合物半導体のナノ構造体や貴金属ナノ微粒子を接合したナノ構造体をコロイド合成すると共に,キャリアダイナミクスを時間分解レーザー分光や単一微粒子分光で解析し,構造とキャリア間相互作用,キャリア緩和の関係を明らかにすることを目的として研究を行った。金ナノ微粒子を接合したCdSe NRsでは,励起波長を変えた状態選択励起によるフェムト秒過渡吸収分光によりキャリアダイナミクスを解析した。その結果,1σ励起による1σブリーチの立ち上がりは,金ナノ微粒子の接合にかかわらずパルス応答と同じであったが,高エネルギー励起すると金接合系でCdSe NRsより1σの立ち上がりが早くなり,ブリーチ収率も低下した。立ち上がりと収率の解析から,CdSe NRsのホットな高励起状態から金に電子移動が起こる事,ホット電子移動速度は金ナノ微粒の粒径に応じて0.51.0 psである事を明らかにした。金ナノ微粒子を接合したCdTe NRsでは,高励起状態からのホット電子移動とコヒーレント音響フォノンを観測した。

PbS-金ハイブリッドナノ構造体では,TEM測定から金ナノ微粒子がPbS QDsに複数個接合している事,近赤外過渡吸収分光と近赤外発光寿命測定により, PbS QDsから金へ電子移動しているがCdSeやCdTe系と異なりホット電子移動は観測されない事などが明らかになかった。CdTe/CdSコアシェルQDsでは,キャリア間相互作用の解析によりquasi-Type IIである事を明らかにした。カルコパイライト型半導体であるZnSとAgInS2の固溶体(ZAIS)に関しても,組成の異なった幾つかのZAISナノ微粒子を用い,時間分解発光分光とフェムト秒過渡吸収分光によりキャリア間相互作用や欠陥発光の解析を行い,組成との関係を明らかにした。界面構造を制御した種々の半導体ナノ構造体,CdTe/CdSコアシェルQDs,コアシェル型Au/PbSハイブリッドナノ構造体などの合成に成功し,その時間分解レーザー分光から新規な興味深い現象を見いだした。CdSeナノロッド(NRs)ー金ナノ微粒子接合系の単一微粒子分光では,ON状態だけで無くイオン化したOFF状態からも電子道が起こる事を明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。CdTe/CdSコアシェルQDsに関して,オージェ再結合などのキャリア間相互作用の解析を推進すること,また界面構造を制御した種々の半導体ナノ構造体や貴金属ナノ微粒子の接合したナノ微粒子系におけるキャリアダイナミクスを解析し,キャリア緩和のメカニズム解明を目指す。
サマリウムエノラートの触媒的不斉プロトン化の研究

筆者は,SmI_2を用いて非対称ジアルキルケテンをアリル化し,サマリウムエノラートを生成させ,これの半量を0.15倍モルのC_2対称性を持ったキラルジオール(DHPEX)と反応させた後(-78°C→RT),トリフルオロ酢酸(0.3モル当量)でDHPEXを再生させ(RT),これに残りのサマリウムエノラートを加えて反応を行う(-78°C→RT)と,89%eeで対応するアリル付加体が得られ,触媒的に不斉プロトン化反応が進行することを明らかにしている.この触媒的不斉プロトン化反応を実用的な反応にするため,1.97%ee以上のエナンチオ選択性を実現すること,2.上述した方法は擬触媒的な反応なので,本質的に触媒的な不斉プロトン化反応を行える手法を見いだすことを目的にして研究を行った.その結果,1についてはサマリウムエノラートのモル比が少なくともDHPEXの2/3以下になるように分割数を増やして検討したところ,サマリウムエノラートを6回に分けて反応させると,93%eeのアリル付加体が得られた.2ついては,まず,-78°Cと室温の間を上下させなくともよい温度を見いだすため,種々の温度で化学量論量の不斉プロトン化反応を行ったところ,-45°Cが最適温度であることが明らかとなった.また,サマリウムエノラートを-45°Cで1.5当量のDHPEXと1当量のアキラルプロトン源の混合物で処理したところ,得られたアリル付加体の光学収率は全く低下しなかった.そこで,サマリウエノラートを-45°Cで0.15当量のDHPEXで処理し,20分後,1当量の種々のアキラルプロトン源をゆっくり滴下した.その結果,トリチルアルコールをアキラルプロトン源として,26時間かけて滴下したとき,93%eeのアリル付加体を得ることができ,高エナンチオ選択的な触媒的不斉プロトン化反応が進行することを明らかにすることができた.筆者は,SmI_2を用いて非対称ジアルキルケテンをアリル化し,サマリウムエノラートを生成させ,これの半量を0.15倍モルのC_2対称性を持ったキラルジオール(DHPEX)と反応させた後(-78°C→RT),トリフルオロ酢酸(0.3モル当量)でDHPEXを再生させ(RT),これに残りのサマリウムエノラートを加えて反応を行う(-78°C→RT)と,89%eeで対応するアリル付加体が得られ,触媒的に不斉プロトン化反応が進行することを明らかにしている.この触媒的不斉プロトン化反応を実用的な反応にするため,1.97%ee以上のエナンチオ選択性を実現すること,2.上述した方法は擬触媒的な反応なので,本質的に触媒的な不斉プロトン化反応を行える手法を見いだすことを目的にして研究を行った.その結果,1についてはサマリウムエノラートのモル比が少なくともDHPEXの2/3以下になるように分割数を増やして検討したところ,サマリウムエノラートを6回に分けて反応させると,93%eeのアリル付加体が得られた.2ついては,まず,-78°Cと室温の間を上下させなくともよい温度を見いだすため,種々の温度で化学量論量の不斉プロトン化反応を行ったところ,-45°Cが最適温度であることが明らかとなった.また,サマリウムエノラートを-45°Cで1.5当量のDHPEXと1当量のアキラルプロトン源の混合物で処理したところ,得られたアリル付加体の光学収率は全く低下しなかった.そこで,サマリウエノラートを-45°Cで0.15当量のDHPEXで処理し,20分後,1当量の種々のアキラルプロトン源をゆっくり滴下した.その結果,トリチルアルコールをアキラルプロトン源として,26時間かけて滴下したとき,93%eeのアリル付加体を得ることができ,高エナンチオ選択的な触媒的不斉プロトン化反応が進行することを明らかにすることができた.
歯周病の発症と進行に関わる交叉免疫応答を誘導する抗原蛋白

Prophyromonas gingivalis由来の分子量53kDaの外膜蛋白(Ag53)は,多くの歯周炎患者由来のIgG抗体およびヘルパーT細胞株によって共通して認識される領域(Ag53p141-161)を有する。本研究において我々は、歯周病細菌抗原由来蛋白を認識するT細胞が他の抗原蛋白と交叉応答し得ることを明らかにすることを目的とした。昨年度我々は、早期発症型歯周炎患者の末梢血単核球からAg53p141-161をHLA-DRB1^*1501拘束的に認識するTh細胞クローン(HT8.3)を樹立した。さらに,Ag53p141-161のアミノ酸配列と相同性を示す領域を有する蛋白5種類をデータベースから探り当てた。しかし,相同性を示す領域の合成ペプチドを作成したが,これらペプチドに対してHT8.3は応答性を示さなかった。このことは,Ag53p141-161の領域において,どの部位がT細胞の抗原認識に関わるかについての詳細を明らかにすることが必須であることを示唆するものである。以上のことから本年度は,1)HT8.3の抗原認識に関わる詳細な部分を知ること,さらには2)Ag53p141-161において抗原認識に関わる詳細な部分のアミノ酸置換ペプチドに対するTh細胞の応答性を調べることを行なった。その結果,1)Ag53p141-161において,T細胞の抗原認識に関わる領域はAg53p144-155であること,2)Ag53p144-155においてp147(V)を1leにp151(A)をGlyにそれぞれ1残基置換したペプチドは,野性型ペプチドよりも低濃度でHT8-3の増殖応答を誘導することを突き止めた。これらのペプチドの発見によって,歯周病細菌抗原由来蛋白を認識するT細胞が他の抗原蛋白と交叉応答し得ることの可能性,さらにはアナログペプチドを用いた免疫療法の進展への可能性が示唆された。Porphyromonas gingivalis由来の分子量53kDaの外膜蛋白(Ag53)は,多くの歯周炎患者由来のIgG抗体およびヘルパーT細胞株によって共通して認識される領域(Ag53p141-161)を有する。本研究は,歯周病細菌抗原由来蛋白を認識するT細胞が他の抗原蛋白と交叉応答し得ることを明らかにすることを目的に,1)Ag53に対して高い血清IgG抗体価を示す患者から,Ag53p141-161を認識する歯周病患者末梢血由来ヘルパーT細胞クローンを樹立すること,2)そのT細胞クローンがAg53p141-161のアミノ酸配列に類似した合成ペプチドに対してどの様な応答性を示すかを評価するものである。この計画のもと,本年度は以下の成果を得ることができた。1)歯周病治療の進行に伴い,歯周ポケット内の抗原量が減少したにも関わらず,Ag53に対する血清抗体価の値が下がらない歯周病患者の末梢血単核球からAg53p141-161を特異的に認識するT細胞クローン(HT8.3)を樹立した。このT細胞クローンはHLA-DRB1^*1501拘束性であり,またそのサイトカイン産生パターンからTh0クローンと特徴付けた。2)Ag53p141-161のアミノ酸配列と相同性を示す領域を有する蛋白5種類を,データベース検索を行うことによって探り当てた。これら蛋白において,相同性を示す領域の合成ペプチドを作成したが,これらペプチドに対してHT8.3は応答性を示さなかった。以上の結果を踏まえて,今後コンビナトリアル・ケミストリーを応用してHT8.3に増殖応答性およびサイトカイン産生性を誘導するペプチドを同定する予定である。

これらのペプチドの発見によって,歯周病細菌抗原由来蛋白を認識するT細胞が他の抗原蛋白と交叉応答し得ることの可能性,さらにはアナログペプチドを用いた免疫療法の進展への可能性が示唆された。
電極反応を利用したピロリジンおよびピペリジンアルカロイドの実用的合成法の開発

電極反応を利用して含窒素化合物の合成研究を行い、以下の成果を得た。I)環状アミンの窒素原子上およびα位置換基がα′位に導入されるアルキル基の立体化学に及ぼす影響を系統的に検討し、窒素原子上の置換基が嵩高いときに極めて高い立体選択性が得られることを明らかにした。この結果、光学活性の置換ピロリジン誘導体の新規合成法が拓かれた。II)電極酸化を利用して、ピペリジン骨格のα、β、γ位を活性化してグリニャ-ル試薬およびアルキル銅試剤を反応させることにより、αおよびγ位へアルキル基を選択的に導入できることを見い出した。III)電極還元脱シアノ化の効率的条件を見い出し、この反応を利用してαーアルキルピロリジンおよびピペリジン誘導体の新しい合成法を開拓した。また、αーシアノ環状アミン誘導体の窒素原子上の置換基がベンゾイル基のとき脱シアノ化ではなくNーC結合の開裂が起こり、開環生成物が得られることを見い出した。IV)カルバメ-トのα位を電極酸化を利用することによりチオフェニル化し、次いで電子移動型還元剤を用いれば電子移動が起ってチオフェニル基が脱離、αーアミノカルバニオンが生成することを見い出した。このようにして生成したαーアミノカルバニオンは求電子剤と容易に反応し、結果として、窒素原子のα位に求電子剤を導入できた。また、α位に燐原子を含む置換基を導入することによりα位にビッティヒ型反応を起こすこともできた。本研究は、近年注目されているピロリジン、ピペリジンアルカロイドなどの脂環式アルカロイドを有機電極反応を利用して効率的に合成する方法を開発することを目的として行なったものである。既に本研究者等は電極酸化を鍵反応としてピロリジン骨格、ピペリジン骨格のα,β、およびτ位へ選択的にアルキル基を導入する方法を開発しているので、本年度はこの方法を利用した以下のアルカロイド合成を行なった。1.メセンブリンの合成N-メチルアミノマロン酸エステルのメタノ-ル中での電極酸化反応によって得られるα-メトキシメチルアミノマロン酸エステルをルイス酸触媒およびトリエチルアミンの存在下にアリ-ルオレフィンと反応させると擬〔3+2〕付加反応が起こり、α,α-ビスメトキシカルボニル-β-アリ-ルピロリジンが一挙に生成することを見出した。この生成物から7段階でメセンブリンの合成に成功した。2.メロキニン,エピメロキニンの合成N-メトキシカルボニルピペリジンをメタノ-ル中で電極酸化するとN-メトキシカルボニル-α-メトキシピペリジンが得られた。これをNH_4Clの存在下に過熱することによってN-メトキシカルボニル-1,2,3,4-テトラヒドロピリジンに変換した。この化合物を鍵中間体としてその5位にビニル基、4位にメトキシカルボニルメチル基を立体選択的に導入してメロキニン、エピメロキニンを合成できた。3.トロパン骨格の合成N-メトキシカルボニルピロリジンをメタノ-ル中で4電子電極酸化して得られるN-メトキシカルボニル-α,α'-ジメトキシピロリジンにアセトンジカルボン酸ジエステルを反応させることによって、トロパン骨格が容易に形成できることを見出した。電極反応を用いて以下の成果を得た。i)カルバメ-トをメタノ-ル中で電極酸化することによって得られるαーメトキシカルバメ-トをルイス酸で処理してαーアミノカチオンを生成させ,これに求核剤としてアリ-ルオレフィンを反応させ,中間に生じるカチオンをα′位で補足することによりβーアリ-ルピロリジンが容易に合成できることを見出しこの方法をメセンブリンの合成に応用した。ii)環状アミンのN原子上およびα位置換基を利用して光学活性の置換ピロリジン誘導体合成の道を開拓した。iii)電極酸化によるピペリジン環のβ位の活性化法を用いて光学活性Nーメチルシュウドコンヒドリンを合成できた。iv)

ピペリジン環のα位およびγ位ヘアルキル基を選択的に導入する方法を開発した。v)ピペリジン骨核へ活性メチレン基を選択的に導入することができた。この反応を利用して,キニ-ネの前駆体であるメロキネン,光学活性βーエチルーγーヒドロキシエチルピペリジンあるいはシンコロイポンエステルの合成を行った。vi)コカイン,プレコシネリン合成を目指してαとα′位およびαとγ位にカチオンを発生させ,ジアニオン等価体との反応により含窒素双環化合物を合成することができた。vii)電極還元脱シアノ化の効率的条件を見い出し,これを利用してα位アルキル置換ピロリジンおよびピペリジン誘導体の新しい合成法を開発した。また,αーシアノ環状アミン誘導体の窒素原子上の置換基がベンゾイル基のとき,脱シアノ化ではなく,NーC結合開裂が起こることを見い出した。viii)カルバメ-トのα位を電極酸化を利用することによりチオフェニル化し次いで電子移動型還元剤を用いてこのチオフェニル基を脱離してαーアミノカルバニオンを発生,アルキル化する方法を開発した。また,α位に燐原子を含む置換基を導入することによりα位のビッティヒ型反応を起こすこともできた。