hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ハロゲン元素をドープしたC_<60>結晶の構造、磁性及び電子物性

同研究者らは、平成5年度において、C_<60>にIBrをドープして新機能を創製する研究を行ってきた。同研究者らは、試料の生成条件の最適化をSQUIDでの磁化曲線の測定、構造解析、及びNMR等の電子物性的測定と同時並行の形で行った。その結果、比較的大きな磁化を得るための組成・熱処理条件をおおよそ把握し、精密な構造解析の結果、結晶構造がbco(底心立方格子)であることを確認した。また、再現性よく強磁性的現象を得ている。さらに、ICIのドープを予備的に行い、ICIとC_<60>の仕込みモル比がおよそ1.5:1のときに、SQUIDによるシグナルは小さいが、ZFC(零磁場冷却)とFC(磁場中冷却)の場合のMT(磁化-温度)曲線に相違がみられる実験結果を得た。また、IBrドープとICIドープでは結晶構造や磁気的転移点が全く異なることも確認した。さらに、同研究者らは、IBrドープC_<60>とICIドープC_<60>(予備実験試料)を用い、ドーピングによる電子状態の変化などを調べるために、NMRの測定を行った。その結果、まだ予備的段階ではあるが、IBrドープでは、ドーピングによってNMRの共鳴周波数の位置が明らかに異なることをみいだした。ハロゲンのような電子受容体のドープによってC60結晶の電子状態の変化をみいだしたのは初めてであり、興味ある成果といえる。今後、生成条件の適正化、構造及び磁性の比較及びNMRの測定等を組み合わせて、より掘り下げた研究を行う予定である。特にICIドープに関しては、IBrドープの研究で得た生成に関する多くのノウハウを生かして、より適正な生成条件を把握し、磁性の正体を明かにするする方針である。
パターン認識による化学物質の毒性予測:ヒト経口急性毒性および魚毒性

化学物質の毒性が化学構造から予測できれば、製品開発、環境汚染等の面でその恩恵ははかり知れない。本研究は、ヒト経口急性毒性(以下、ヒト毒性)および魚毒性の予測について適応最小二乗法(ALS81)、ファジイ適応最小二乗法(FALS88)を用いて検討を行った。1.データソース:ヒト毒性は、CTCP(5版)、RTECS(1981-82版)および日本薬局方等から収集し、総数504個、魚毒性はRTECSから329個の有機化合物に関するデータを収集し、各々毒性の強さに従って3等級に分類して用いた。2.構造記述子:化合物の化学構造の特徴を表すものとして、ヒト毒性は分子量、特定の原子(C、O、S等)、環(ベンゼン、キノン、等)、各種官能基、特徴的な部分構造については数、又は準数量変数、魚毒性は数、又はダミー変数であり、検討した記述子は各々60および63種である。3.構造・毒性相関モデルの生成:計算は東大計算機センターの電算機およびNEWSで行い、得られた最良の識別関数には、ヒト毒性では41種(ALS81)および40種(FALS88)、魚毒性では35種(ALS81)の記述子が含まれている。4.識別・予測の信頼性:識別関数による毒性等級の識別計算は、ヒト毒性ではALS81、FALS88とも439個(87.1%)および魚毒性では280個(85.1%)が正しく識別され、スピアマン順位相関係数(Rs)は0.858、0.860、および0.825であった。またリーブワンアウト法による予測計算は、411個(81.5%)、412個(81.7%)および256個(77.8%)の化合物の等級が正しく予測された。以上の識別・予測ともすべて0.1%の危険率で有意であり、所期の目的が達成できたと考えられる。現在、化学物質の毒性評価はほとんどが実験動物等を用いて行われ、経済的にも時間的にも効率が悪く、社会的にも実験動物の大量使用について多くの批判がある。従って、ある程度の信頼性をもって毒性が化学構造から予測できれば、その恩恵ははかり知れない。本年度の研究では、まず魚毒性については、米国国立産業医学研究所(NIOSH)編集のRTECSから、構造的に多様な約300種の有機化合物の急性魚毒性に関する等級データを採録し、主として部分構造を記述子として用い、適応最小二乗法を利用して推測モデル(識別関数)の算出を行った。38個の記述子を用い310種の化合物のデータから得られた推測モデルでは、毒性等級(3等級)の識別及び予測に関するスピアマンの順位相関係数(Rs)はそれぞれ0.837及び0.771であり、ともに1%未満の危険率で有意な信頼性を示した。次に、ヒト急性毒性については、米国CISに収載されている中毒情報CTCP(5版)の等級データを用いた。分子構造に関する記述子には、主として部分構造の数、あるいは有無(ダミー変数)を用い、今後取り扱う対象化合物の拡張を考慮して、できるだけ汎用的なものを採択した。また、複数の部分構造の相乗効果や、分子全体の特性を示すパラメータ等も試みた。構造的に多様な129化合物(市販の医薬品、家庭用化学薬品等)より成るモデルセットについて、17個の記述子を用いた解析では、毒性等級の識別においてはRs0.861,また予測においてはRs0.734であり、これもともに1%未満の危険率で有意な信頼性を示した。

次年度に向けて、さらに化合物をふやし、構造記述子をさらに検討し、環境改善や新薬開発等の場面で実際に役立つものとするために、適用対象の拡大と予測精度の向上を図って行きたい。化学物質の毒性がその化学構造から予測できれば,製品開発,環境汚染,動物愛護等の面で社会的にも経済的にもその恩恵ははかり知れない.昭和62年度の研究は,主としてヒト経口急性毒性の予測について行った.その概要は次のとおりである.(1)データソース:前年度にひき続き,評価の高い米国の中毒情報CTCP(5版)を用い,今回はさらに米国NIOSH編集のRTECS等からもデータを収集し,総数504個の化合物を毒性の強さに従って3等級に分類して用いた.これらの化合物は,商品として家庭で入手できる医薬,農薬,殺虫剤,化成品等であり,工業薬品や中間体等は含まれていない.(2)構造記述子:化合物の化学構造の特徴を表す構造記述子としては,分子量,特定の原子,環,各種官能基,及び若干の特徴的な部分構造について,それらの数,有無等を用いた.検討した記述子は61種であった.(3)構造・毒性相関モデルの生成:本研究室で開発したALS81(適応最小二乗法, 1981年版)を用い,東大大形計算機センターの電算機,及び本研究室のNEWSワークステーションで自作のプログラムにより計算を行った.得られた最良の相関モデル(識別関数)には, 39種の記述子が含まれている.(4)識別・予測の信頼性:相関モデルによる毒性等級の識別計算では, 438個(86.9%)の化合物が正しく識別され,スピアマン順位相関計数(Rg)は0.860であった.またリーブワンアウト法による予測計算では, 413個(81.9%)の化合物の毒性等級が正しく予測され, Rgは0.813であった.識別,予測の信頼性はともに0.1%の危険率で高度に有意であり,扱ったデータの質と量を考慮するとき,満足すべき成果が得られたと考えられる.ヒト経口急性毒性(以下、ヒト毒性)および魚毒性の予測について前年度までに得られたデータの再点検と拡充を行い、最終的な構造・毒性相関モデルの生成とその信頼性の評価を行った。その概要は次の通りである。1.データソース:ヒト毒性は、前年度に引き続きCTCP(5版)、RTECS(1981ー82版)および日本薬局方等から収集し、総数504個、魚毒性はRTECSから329個の有機化合物に関するデータを収集し、各々毒性の強さに従って3等級に分類して用いた。2.構造記述子:化合物の化学構造の特徴を表すものとして、ヒト毒性では分子量、特定の原子(C、O、S、等)、環(ベンゼン、キノン、等)、各種官能基、特徴的な部分構造について数、又は準数量変数、魚毒性では数、又はダミー変数を用いた。検討した記述子は各々60および63種である。3.構造・毒性相関モデルの生成:東大大型計算機センターの電算機およびNEWSワークステーションで自作のプログラム(ALS81:適応最小二乗法)により計算を行った。得られた最良の識別関数には、41種(ヒト毒性)、35種(魚毒性)の記述子が含まれている。4.識別・予測の信頼性:識別関数による毒性等級の識別計算は、ヒト毒性および魚毒性で439個(87.1%)および280個(85.1%)が正しく識別され、スピアマン順位相関係数(Rs)は0.858および0.825であった。またリーブワンアウト法による予測計算は、411個(81.5%)および256個(77.8%)の化合物の等級が正しく予測された。Rsは各々0.806、0.707であった。識別・予測の信頼性はすべて0.1%の危険率で高度に有意であり満足すべき成果が得られた。
アト秒フーリエ分子分光による分子内電荷移動過程の解明

高強度アト秒パルスを用いたポンプ・プローブ計測において、アミノ酸分子を含む多原子分子内の分子内電荷移動過程を実時間追跡するために有効な計測手法の開発を行った。レーザー誘起音響脱離法を用いた非揮発性分子の安定な真空導入手法の確立、非線形過程由来のフラグメントイオンの角度分布を抽出することができる周波数分解運動量画像法の開発および全フラグメントイオンの運動量画像を同時に観測することが可能なフラグメント分解運動量画像法の開発を行った。生体分子における分子内の電荷移動反応を、アト秒パルスを用いて実時間追跡するためには、生体分子を真空中に導入する必要がある。生体分子は蒸気圧が低く、熱分解しやすいため、アト秒パルスを用いたポンプ・プローブ計測に適応可能な、フラグメント化を回避可能な高密度の中性生体分子発生装置を製作する必要がある。また、アト秒パルスを照射することによって生成するあらゆるフラグメントイオン種の運動量画像を同時に計測することが可能な運動量画像計測装置の開発が不可欠である。本年度は高密度中性生体分子発生装置の製作とそれを組み込むことが可能なフラグメント分解速度投影型運動量画像計測装置の開発および製作を行った。中性生体分子発生装置は、レーザー誘起音響脱離法に基づく装置であり、タンタル薄膜上にアミノ酸分子を塗布したものを物理吸着させたものを真空対応の回転ステージに設置し、可動とすることにより、レーザー誘起音響脱離を誘起するレーザー光が薄膜の同じ場所を照射することが無いように変化させることを可能とした。検出器としては、残留ガス分析装置を組み込みコンパクトな試験装置を製作した。光源としては、Nd:YAGレーザーの二倍波を用意し、数mJ/pulseの出力を薄膜上に1 mm程度のスポット径で照射することによりアミノ酸分子の脱離を誘起した。現時点では、サンプル量の調整が不十分であり、十分な量のアミノ酸中性分子を生成するに至っていない。また、並行して中性生体分子発生装置を組み込むことが可能な速度投影型運動量画像計測装置の設計および製作を行った。金属薄膜そのものをリペラー電極として用いる配置とし、金属薄膜を超高真空対応中空XYステージ上に設置することによって、走査可能とした。さらに、全てのフラグメントイオン種の運動量画像を同時に観測可能とするフラグメント運動量画像法の開発に着手した。当初の予定では、2色アト秒パルスの発生およびキャラクタリゼーションを行う予定であったが、本年度は、中性生体試料の導入装置の開発に専念した。具体的には、高密度中性生体試料の導入装置を組み込める形の運動量画像計測装置を製作するとともに、平成28年度以降に予定していたフラグメント分解運動量画像計測装置の開発を前倒しで行った。脱離生体分子量の最適化は年度内に完了できなかったが、試料作成条件の調整により、平成28年度内に高密度中性生体試料の導入装置を完成させる。本年度は、フラグメント分解運動量画像計測法の開発と原理実証および、レーザー誘起音響脱離法を用いた生体分子の真空導入装置の開発を行った。フラグメント分解運動量画像計測装置については、PLZTを用いた空間光強度時間変調装置を用いて、フラグメントイオンの飛行時間に合わせて透過光強度を単調に変化させることによって、複数のフラグメントイオン種の運動量画像の同時観測を実現するものである。開発装置を用いて、二酸化炭素分子において、アト秒パルスを照射した場合に生成する3種類のフラグメントイオンC+, O+およびCO+が同時観測できることを確認した。並行して、既存のイオン運動量画像計測装置のサンプル導入部の改良を行い、従来よりもバックグランド信号を1桁低減することが可能となった。一方、レーザー誘起音響脱離法を用いた生体分子の真空導入装置については、タンタル薄膜上にアミノ酸分子(グリシン)を物理吸着させるためにスピンコーターの導入を行った。波長532 nmの出力(最大1 mJ/pulse)を金属薄膜上に裏面から照射することによって、グリシン分子の脱離を誘起した。グリシン分子由来のイオンが増加することを、残留ガス分析装置を用いて確認を行った。また、生体分子の真空導入装置を実際に組み込む、多層円筒電極から構成されるイオン運動量画像計測装置の性能評価を行い、イオン光学シミュレーション結果と合致する電圧条件で、フラグメントイオンの運動量画像が計測できることの確認を行った。フラグメント分解運動量画像計測装置の開発については、当初の計画通り進んでいる。原理実証を終了しており、多原子分子のアト秒分子ダイナミクスの計測が可能な状況である。一方、レーザー誘起音響脱離法を用いた生体分子の真空導入装置については、金属薄膜の種類および厚さ、吸着分子量、脱離に用いるレーザーのパラメーターおよび金属薄膜の走査等、多数のパラメーターがあるため、最適なパラメーターを見出すことができていないのが現状である。最適化を難しくしている要因の一つとして、分子が脱離している時間のデューディー比が小さいため、残留ガス分析装置による脱離分子数の定量に限界がある。本年度は、フラグメント分解運動量画像計測法の時間分解能の改善および、レーザー誘起音響脱離法を用いた生体分子の真空導入装置への高分解能イオン運動量画像計測装置への組み込みを行った。フラグメント分解運動量画像計測装置においてフラグメントイオンの2次元検出器への到達時間を復元するための装置として用いる透光性セラミックスを用いた空間光強度時間変調装置の電極間隔を広げることで静電容量を小さくすることにより、約1桁の時間応答の向上を実現した。光強度変化(10%-90%)を1マイクロ秒以下で実現可能となったため、質量電荷比が近いフラグメントイオンの分別が可能となった。

一方、レーザー誘起音響脱離法を用いた生体分子の真空導入については、多層円筒電極から構成されるイオン運動量画像計測装置に組み込み、背面より波長527nmのナノ秒レーザーを照射することで蒸気圧の熱分解しやすい有機分子がスピンコーターを用いてコートを行った有機分子をコート面から脱離可能であることを確認した。本年度は新たに、金属薄膜試料を超高真空対応の中空XY電動ステージ上に設置しラスタースキャンを行うことで、ダメ金属薄膜にダメージが入ること無く継続的に計測できる装置の構築を行った。今後は上記の開発装置を用いて、アト秒パルスで誘起されるサブフェムト秒から数フェムト秒の時間スケールで進行するアミノ酸分子を含む多原子分子内の電荷移動過程をポンプ・プローブ計測法で実時間追跡を行う予定である。高強度アト秒パルスを用いたポンプ・プローブ計測において、アミノ酸分子を含む多原子分子内の分子内電荷移動過程を実時間追跡するために有効な計測手法の開発を行った。レーザー誘起音響脱離法を用いた非揮発性分子の安定な真空導入手法の確立、非線形過程由来のフラグメントイオンの角度分布を抽出することができる周波数分解運動量画像法の開発および全フラグメントイオンの運動量画像を同時に観測することが可能なフラグメント分解運動量画像法の開発を行った。平成27年度に製作を行った高密度生体分子導入装置の性能評価を行うとともに、フラグメント分解運動量画像法の原理実証を行う。具体的には、アミノ酸分子の金属薄膜表面への準備条件を調整し、脱離分子数の最適化を行う。フラグメント分解運動量画像法については、二酸化炭素分子を用いて、3種類(C+, O+, CO+)のフラグメントイオン種の運動量画像が同時に観測できることを実証する。フラグメント運動量画像計測装置については、PLZT空間光強度変調素子の電極構造の改良によって、高速化を実現することで、全フラグメントイオン種の3次元運動量画像の同時観測の実現を目標とする。一方、レーザー誘起音響脱離法を用いた生体分子の真空導入装置については、薄膜に穴が開くことを回避するためには、薄膜試料を連続的に動かすことが必要であることが判明したため、レーザーの繰り返し周波数にあわせた走査速度の最適化を行う。開発済みのフラグメント運動量計測装置を用いて、アト秒パルスを用いた多原子分子における分子内電荷移動過程の実時間追跡を行うことと並行して、イオン運動量画像計測装置に実際に生体分子の真空導入装置を組み込み、近赤外光を用いたイオン化による運動量画像の観測を行う。29年度が最終年度であるため、記入しない。物理化学29年度が最終年度であるため、記入しない。
熱ストレス負荷が骨格筋萎縮を抑制するメカニズムの解明

本年度得られた新たな知見として、カスパーゼ非依存的なアポトーシス誘導因子であるEndoGの発現量は、12時間のMVにより有意に増加するが、複数回の熱ストレス負荷はその増加を有意に低下することを示した。一方で、AIF発現量は熱ストレス負荷によって低下する傾向が認められたものの、MVによる効果は認められなかった。加えて、MVによって増加した筋原線維分画のユビキチン化タンパク質発現量には、熱ストレス負荷による抑制効果は認められなかった。さらに、本年度は新たに摘出筋を用いたEx vivoの実験を実施した。実験動物には14週齢のWistar系雄性ラットを用い、ペントバルビタールナトリウムを腹腔内に過剰投与することにより安楽死させた後、横隔膜を単離した。単離した横隔膜からストリップを作成し、以下の条件でインキュベートした;1) Krebs溶液(37°C)、2) Krebs溶液(37°C)+阻害剤(Akt, mTOR, Caspase-3, Calpain阻害剤)、3) Krebs溶液(42°C)、4) Krebs溶液(42°C)+阻害剤。インキュベーション終了後、筋ストリップの余分な水分を拭き取り液体窒素で凍結させ、その後ウェスタンブロット法による生化学的な分析を行った。その結果、オートファジー系の指標であるLC3IIタンパク質は熱ストレス負荷により53%程度低下したが、Akt阻害剤存在下では、その低下は34%程度に抑えられた(p<0.05)。また、Aktの下流のmTORの阻害剤存在下でも同様の傾向が認められた(p=0.080)。しかしながら、他の阻害剤の存在下では、熱ストレスによる細胞内シグナル伝達の変化には影響を与えなかった。これらことから、熱ストレス負荷による萎縮抑制効果にはAkt/FoxO-Autophagy系のクロストークが関与している可能性が示唆される。おおむね計画通りに研究を遂行することができ、本年度の研究目的としては十分に達成することができたため。(抄録なし)これまで、骨格筋萎縮に関する研究では、抗重力筋である遅筋に焦点が当てられ、そのメカニズムについてはここ数年で急速に解明されてきた。それに伴い遅筋であるヒラメ筋の萎縮に対する熱ストレス負荷の抑制効果が多くの研究で示されつつあるものの、速筋の萎縮に対する効果については不明な点が多い。近年、機械的人工換気(Mechanical Ventilation;MV)モデルでは、速筋優位の横隔膜が僅か12時間という短い時間で急激に萎縮することが報告されている。本年度は、速筋線維優位の骨格筋である横隔膜の萎縮に着目し、熱ストレス負荷がラットのMVに誘発される横隔膜の萎縮の抑制に効果的であるか否かを明らかにすることを目的とした。実験動物には3ヶ月齢のWistar系雄性ラットを用い、対照(CT)群、12時間のMV群または熱ストレス負荷+MV(HM)群に群分けした。HM群は12時間のMVの24時間前にラットを41°Cで60分間の暑熱環境に曝露した。12時間のMV後速やかに横隔膜を摘出し、生化学的な分析を行った。その結果、12時間のMVは先行研究と同様に筋の張力を15%程度低下させたが、筋機能の抑制に熱ストレス負荷の効果は見られなかった。しかし、カスパーゼ3および7の活性化に代表されるアポトーシスは、MV群では有意に増加したが、熱ストレス負荷によりその活性化は抑制される傾向が認められた。これは、MV前の一過性の熱ストレス負荷は、MV誘発性のアポトーシスを抑制し、横隔膜の萎縮抑制に効果的に働く可能性を示唆している。今後は熱ストレス負荷がMV誘発性の筋萎縮時のシグナル伝達応答に及ぼす影響について、更に長時間のMVや異なった熱ストレス負荷条件の観点から研究を進めていく予定である。機械的人工換気(Mechanical Ventilation; MV)モデルを用いることにより、遅筋のみならず速筋優位の骨格筋における萎縮メカニズムについても解明されつつある。昨年度は、長年にわたりブラックボックスであった速筋の萎縮に対する熱ストレスの萎縮抑制効果に関して、アポトーシス系の亢進を軽減させることによって筋横断面積の低下が抑制できるが、横隔膜の収縮機能の低下は抑制できないことを明らかにした。本年度は、複数回の熱ストレス負荷によりラットのMVに誘発される横隔膜の萎縮に対する抑制効果が高まるか否かについて明らかにすることを目的とした。実験動物には3ヶ月齢のWistar系雄性ラットを用い、対照(CT)群、12時間のMV群または単回の熱ストレス負荷+MV(HM)群、複数回(3回)の熱ストレス負荷+MV(3HM)群に群分けした。HM群は12時間のMVの1日前に、3HM群はMVの1,3,5日前にラットを41°Cで60分間の暑熱環境に曝露した。12時間のMV後速やかに横隔膜を摘出し、横隔膜の張力測定および生化学的な分析を行った。その結果、12時間のMVによって横隔膜の張力は15%程度有意に低下したが、発生張力の低下は3HM群でのみ有意に軽減された。また、MV誘発性のアポトーシス系(Caspase-3および7発現量)の亢進は、単回の熱ストレス負荷では軽減させるにとどまったが、複数回の熱ストレス負荷によってσ群レベルまで抑制することができた。さらに、複数回の熱ストレス負荷はMVに誘発されるオートファジー系の活性化も有意に抑制した。

これらのことは、複数回の熱ストレス負荷は、単回の負荷と比較して、アポトーシス系およびオートファジー系に関わる指標を有意に抑制することによって、萎縮抑制効果を高めることができる可能性が示唆される。本年度得られた新たな知見として、カスパーゼ非依存的なアポトーシス誘導因子であるEndoGの発現量は、12時間のMVにより有意に増加するが、複数回の熱ストレス負荷はその増加を有意に低下することを示した。一方で、AIF発現量は熱ストレス負荷によって低下する傾向が認められたものの、MVによる効果は認められなかった。加えて、MVによって増加した筋原線維分画のユビキチン化タンパク質発現量には、熱ストレス負荷による抑制効果は認められなかった。さらに、本年度は新たに摘出筋を用いたEx vivoの実験を実施した。実験動物には14週齢のWistar系雄性ラットを用い、ペントバルビタールナトリウムを腹腔内に過剰投与することにより安楽死させた後、横隔膜を単離した。単離した横隔膜からストリップを作成し、以下の条件でインキュベートした;1) Krebs溶液(37°C)、2) Krebs溶液(37°C)+阻害剤(Akt, mTOR, Caspase-3, Calpain阻害剤)、3) Krebs溶液(42°C)、4) Krebs溶液(42°C)+阻害剤。インキュベーション終了後、筋ストリップの余分な水分を拭き取り液体窒素で凍結させ、その後ウェスタンブロット法による生化学的な分析を行った。その結果、オートファジー系の指標であるLC3IIタンパク質は熱ストレス負荷により53%程度低下したが、Akt阻害剤存在下では、その低下は34%程度に抑えられた(p<0.05)。また、Aktの下流のmTORの阻害剤存在下でも同様の傾向が認められた(p=0.080)。しかしながら、他の阻害剤の存在下では、熱ストレスによる細胞内シグナル伝達の変化には影響を与えなかった。これらことから、熱ストレス負荷による萎縮抑制効果にはAkt/FoxO-Autophagy系のクロストークが関与している可能性が示唆される。東日本大震災やそれに伴う緊急の財源確保により、多少の影響は受けたものの、実験自体はおおむね順調に進展している。まだ検討すべき点は残されているものの、本年度の研究の目的としては達成することができたのではないかと考えている。おおむね計画通りに研究を遂行することができ、本年度の研究目的としては十分に達成することができたため。次年度は熱ストレス負荷の温度条件について検討を行う予定であったが、いくつかの分析項目の結果から熱ストレス負荷の一過性の影響が残っている可能性が見られたため、今後は熱ストレス負荷のタイミングや回数に着目し、一過性の影響が見られない条件での検討が必要であると考えられる。また、機械的人工間を行う時間を延長することにより、更に大きな横隔膜の萎縮が引き起こされるという報告から、18時間あるいは24時間といった長時間のMVにおける熱ストレス負荷の効果についても検討を行う必要があるかもしれない。来年度はin vitroの実験系を用いて、本年度までに明らかにしてきた熱ストレス負荷による萎縮抑制に関わるシグナル伝達経路について、タンパク質合成および分解系間のクロストークについて検討する。
情報変換機能をもつ有機薄膜

1)総合成果報告会を昭和62年9月28日, 29日東京,三会堂ビル(石垣記念ホール)で開催した.各班長が各班の総合報告を行なうと共に,計画研究班員より14名が成果をとりまとめ発表した.班会議と総括班会議を行ない今後の日程について検討した.2)第2回「大学と科学」公開シンポジウムが東京のニッショーホールで開催され,特定研究「有機薄膜」も参加し,研究成果を発表した.本シンポジウムの主題は「エレクトロニック・デバイスの将来展望」でありこの分野に関係する分担者3名が講演した.4)本特定研究による研究成果を整理,累積し,本特定研究に関心のある研究者へ,効果的に広く公表する方法を検討するために班長会議と総括班会議及び幹事会を東京,福岡で開催した.1)総合成果報告会を昭和62年9月28日, 29日東京,三会堂ビル(石垣記念ホール)で開催した.各班長が各班の総合報告を行なうと共に,計画研究班員より14名が成果をとりまとめ発表した.班会議と総括班会議を行ない今後の日程について検討した.2)第2回「大学と科学」公開シンポジウムが東京のニッショーホールで開催され,特定研究「有機薄膜」も参加し,研究成果を発表した.本シンポジウムの主題は「エレクトロニック・デバイスの将来展望」でありこの分野に関係する分担者3名が講演した.4)本特定研究による研究成果を整理,累積し,本特定研究に関心のある研究者へ,効果的に広く公表する方法を検討するために班長会議と総括班会議及び幹事会を東京,福岡で開催した.
アミノ酸含有ポリマーの動的結合再編成によるモノマー配列の制御と高次構造の創出

アミノ酸含有ジアミンモノマーを二硫化炭素と反応させたのちにジハロゲン化物モノマーと重縮合することにより、ジチオカルバメート基を主鎖中に有するポリペプチド類似ポリマーを合成した。このポリマーに光照射を行った結果、ジチオカルバメート基を介した動的な主鎖結合組換えが可能であることが明らかとなった。また、ポリ(L-リシン)の側鎖にイミン結合を導入し、低分子量アルデヒド存在下においてポリマー側鎖の組換え反応を行ったところ、比較的速やかな組換えの進行が確認された。L-フェニルアラニンメチルエステルを過剰のエチレンジアミンと反応させることによりアミノ酸含有ジアミンモノマーを合成した。このジアミンモノマーを二硫化炭素と反応させ、さらにジハロゲン化物モノマーと重縮合することにより、光刺激型動的共有結合部位として期待されるジチオカルバメート基を主鎖中に有するポリペプチド類似ポリマーを合成した。得られたポリマーの数平均分子量は7000から10000程度であった。また、CDスペクトル測定においてはジチオカルバメート基に由来するコットン効果が観測され、ポリマー主鎖が高次構造とっていることが示唆された。D-フェニルアラニンを原料として用いたポリマーについても合成したところ、L-フェニルアラニン由来のポリマーと同じ波長域において対称的なコットン効果が観測された。続いて、光照射による結合組換えについて検討するために、ポリマー溶液に高圧水銀灯からの紫外光を照射した。その結果、照射時間の増加とともに分子量分布が最確分布に近づいていくことが示された。また、数平均分子量が8000であるポリマーと低分子ジチオカルバメート化合物との混合溶液への光照射について検討したところ、照射時間の増加とともに分子量の低下が確認され、8時間後には数平均分子量は4100となった。以上の結果より、ジチオカルバメート基を光刺激型動的共有結合として用いた結合組み換えが実際に可能であることが明らかとなった。また、ポリ(L-リシン)とアルデヒドとの反応により、側鎖に動的共有結合部位としてのイミン結合を有するポリマーを合成し、低分子アルデヒド存在下でのポリマー側鎖の組み換え反応について検討したところ、比較的速やかな組み換えの進行が確認された。側鎖にアミンを持つポリペブチドであるポリ(L-リシン)の塩酸塩をトリエテルアミンと反応させたのちにp-トルアルデヒドとの高分子反応を行うことにより、動的共有結合であるイミン結合を側鎖に有するホモポリペプチドPLTIを合成した。次に、種々の官能基(フェノール性OH基、アルコール性OH基、イミダゾリル基)を持つアルデヒドとPLTI側鎖のイミン結合との動的結合組換えに伴うポリペプチド側鎖構造の変化について、重水素化2,2,2-トリフルオロエタノール(TFE)を溶媒として用いた1H-NMRスペクトル測定により追跡した。その結果、反応時間の進行に伴い1H-NMRスペクトルにおけるアルデヒド-C(O)-H由来のピーク比に変化が現れ、側鎖組換え反応の進行が確認された。一方、側鎖組換えに伴うポリペプチドの高次構造の変化についてTFE溶媒中でのCDスペクトル測定により追跡したところ、組換えの進行に伴いスペクトル形状に変化が現れ、側鎖官能基への多様性の導入が高次構造の変化を引き起こすことが示された。また、1H-NMRスペクトルにおいて側鎖の組成比がほぼ一定になりたのちにもCDスペクトルの形状変化が続いており、この結果は「側鎖組成の変化」ではなく「側鎖配列の変化」に基づいた高次構造変化が起こっていることを示唆していると考えられる。以上の結果より、側鎖に動的共有結合を有するポリペプチドの合成および側鎖組換え反応が実現可能であること、および側鎖組換えに伴うコポリマー配列変化が高次構造の変化を誘発することが明らかとなった。
基質と酵素間の精密構造認識と反応機構

小倉らはイソプレノイド生合成の炭素鎖延長反応を触媒するプレニルトランスフェラ-ゼのうち、C_<40>,C_<45>およびC_<50>までのE型鎖延長をそれぞれ触媒する3つの酵素には蛋白性の活性化因子が存在することを見いだし、その活性化機構を明らかにした。また、この活性化因子の発見により、これらの長鎖プレニル二リン酸合成酵素の高度精製が初めて可能となった。電気泳動的に均一になったソラネシル二リン酸合成酵素は34KDaのサブユニットからなるホモダイマ-蛋白質であり、それ自体の触媒活性は低いが、活性化因子の添加により著しく活性が増大すること、および、この活性化因子は、非水溶性の反応生成物を酵素の活性部位から取り除き、触媒のタ-ンオ-バ-を維持するように働くものであることを明らかにした。また、長鎖プレニル二リン酸合成酵素による反応生成物の鎖長を決定する要因を明らかにし、鎖延長反応をin vitroで制御できることを示した。三川らはイソフラボノイド生合成におけるPー450関与の反応でフェニル基が分子内で転位する反応機序を証明し、類似の機構で他の多くの天然物生合成の反応を説明できることを示した。中島らはハチ毒ペプチドであるマストラパランの構造類似体を用いてカルモジュリン依存性の酵素の活性阻害効果を調べ、それを指標にして酵素の分子認識機構が追求できることを示した。左右田らは耐熱性細菌由来のDーアミノ酸のトランスアミナ-ゼの一次構造決定に続いて、活性中心のリジンをアルギニンまたはアラニンに変えた変異体を作り、前者が低速度ではあるが、アミノ基転移の触媒活性を示すのに対し、後者はそれ自身では触媒機能をもたないが、アルキルアミンの存在下では機能を発現することを見いだした。また、耐熱性Lーアスパラギン酸トランスアミナ-ゼの活性中心のリジンをSー(βーアミノエチル)システインに変えたものは野生型酵素の14%の活性を示すことがわかった。
１９世紀フランスにおける犯罪者表象の研究－３）１９世紀後半の犯罪者表象について－

本研究は、犯罪者の表象を、学者や議員らによるもの、作家たちによるものに分けて比較し、19世紀後半の犯罪者処遇の歴史、犯罪に関する知の発展のようす、そして作家たちの犯罪者描写の特徴・意義を明らかにすることを目的としている。4月には、19世紀後半に行なわれたパリ大改造を多角的に論じる共著『パリという首都風景の誕生』が出版され、監獄改革をめぐる言説と首都改造をめぐる言説の類似を指摘した。6月には監獄図書コンクールをめぐる論文が、犯罪学史に関するオンライン紀要Criminocorpusに日仏両語で掲載された。この紀要に文学研究家の論文が載ることは初めてであることから、掲載は歴史、文学、犯罪学に跨る当該研究が世界的に認められた証と言えるだろう。8月には受入教授との共訳『ラスネール回想録』が出版された。多くの歴史家たちに注目されてきた犯罪者であり、さまざまな作家に霊感を与えてきた人物でもあるラスネールの回想録を初めて邦訳し、さらには自伝・歴史・文学という3つの異なる視点からのあとがきを付したことにより、日本の歴史家、文学研究家たちの研究に貢献するとともに、当該研究についても広めることができた。9月にはゴンクール兄弟と監獄問題に関するフランス語論文が、日本フランス語フランス文学会の紀要に掲載された。10月には日本フランス語フランス文学会秋季大会においてワークショップ「文学は知をどのように取り込むか」を受入教授とともに企画した。12月には南山大学地域研究センター共同研究において、ベルギーの犯罪学者ド・グレーフと文学の関係について発表した。3月には、日本フランス語フランス文学会関東支部大会において、ロートレアモンとラスネールについて発表した。また、南山大学地域研究センターでの共同研究者たちとの共著『近代科学と芸術創造ー19-20世紀ヨーロッパにおける科学と文学の関係ー』が出版された。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、19世紀後半のさまざまな資料に見られる犯罪者表象の変化を追った学際研究である。初年度は、前半は日本での文学博士論文の執筆に、後半はフランスでの調査に充てられる予定だったが、受入研究者との協議の結果、今後の活躍の場を開拓するために、初年度は日本での研究成果の発表に充てられることとなった。そこで、5月にはユゴーと監獄論争に関する論文を日本フランス語フランス文学会の紀要に送り、掲載されることとなった。6月には文学とその周縁をめぐるワークショップに出席し発言した。また、受入研究者とともに、歴史家アラン・コルバンの最新作を翻訳した。7月には『世界史論叢』に、囚人と文学に関する論文を投稿した。また、近代科学の問題点について考える研究会に参加し、監獄学という視点から発表を行なった。この成果は、平成25年秋に、共著として出版される。8月にはフランスで、文学と隠語に関する文献を閲覧した。そしてその結果をもとに、10月には日本フランス語フランス文学会において口頭発表を行なった。11月には、科研費補助金プロジェクト「パリという首都風景の誕生」に参加し、監獄改革と19世紀後半の首都改造について発表した。この成果は平成26年春に共著として出版される。12月には南山大学の研究会「19-20世紀のヨーロッパにおける科学と文学の関係」において、犯罪学と文学について発表した。これは平成27年に共著の形で出版される。1月にはドミニク・カリファの19世紀新聞史に関する小論文を翻訳し、『日仏文化』に掲載された。2月にはふたたびフランスで調査するかたわら、ジュネーブでのベッカリーア国際シンポジウムに参加し、国内外の研究者と意見交換した。以上のように、予定よりも多くの場で発表を行ない、活躍の場を得、評価されることとなった。こうした国内での研究成果のほか、カリファの最新作『下層』において申請者の研究が評価・引用されたことも加えておく。本研究は、1848年以降のフランスにおける犯罪者表象の変化を、学者や議員らによるものと作家たちによるものに分けて比較することで、19世紀後半の犯罪者処遇の歴史、犯罪に関する諸知の発展のようすをまず理解し、その上で作家たちの犯罪者表象の特徴と社会的意義を知ることを目的としている。平成25年度は、当初の予定どおり、19世紀の社会と文学に大きな影響を与えた犯罪者ラスネールの『回想録』(1836)の翻訳を行ない、年度内に出版社に訳稿を提出した。また、同じく当初の予定どおり、監獄における狂気を描いたゴンクールの『娼婦エリザ』(1877)に関し、日本フランス語フランス文学会秋季大会(於別府大学)において口頭発表を行なった。さらに、南山大学地域研究センターと東京大学ドイツ語研究室との主催によるシンポジウム「科学知の詩学」(於東京大学駒場キャンパス)において、監獄学と文学に関する口頭研究発表を行なった。そのほか、当初の予定にはなかったこととして、パリ第1大学19世紀史研究センターのセミナーで、作家ユゴーと監獄問題に関するフランス語での口頭発表を行なった。また、19世紀中期の文学と隠語についての論文が上智大学フランス文学研究室紀要に掲載されたほか、前述の犯罪者ラスネールに関するフランス語論文が慶應義塾大学日吉紀要に掲載された。さらに共著として、近代の科学について論じた『近代の超克』(2013)が出版されたほか、19世紀後半のパリ改造を多角的に論じた『パリという首都風景の誕生』も年度内に出版社に念校を提出した。

また、共訳としてアラン・コルバン『英雄はいかに作られてきたか』(2014)も出版された。このように平成25年度の研究成果は、近代フランスの知られざる側面、そして本研究の意義を、フランスのみならずヨーロッパの文学、歴史の研究家、さらには一般聴衆、一般読者にまで広めることとなった。本研究は、犯罪者の表象を、学者や議員らによるもの、作家たちによるものに分けて比較し、19世紀後半の犯罪者処遇の歴史、犯罪に関する知の発展のようす、そして作家たちの犯罪者描写の特徴・意義を明らかにすることを目的としている。4月には、19世紀後半に行なわれたパリ大改造を多角的に論じる共著『パリという首都風景の誕生』が出版され、監獄改革をめぐる言説と首都改造をめぐる言説の類似を指摘した。6月には監獄図書コンクールをめぐる論文が、犯罪学史に関するオンライン紀要Criminocorpusに日仏両語で掲載された。この紀要に文学研究家の論文が載ることは初めてであることから、掲載は歴史、文学、犯罪学に跨る当該研究が世界的に認められた証と言えるだろう。8月には受入教授との共訳『ラスネール回想録』が出版された。多くの歴史家たちに注目されてきた犯罪者であり、さまざまな作家に霊感を与えてきた人物でもあるラスネールの回想録を初めて邦訳し、さらには自伝・歴史・文学という3つの異なる視点からのあとがきを付したことにより、日本の歴史家、文学研究家たちの研究に貢献するとともに、当該研究についても広めることができた。9月にはゴンクール兄弟と監獄問題に関するフランス語論文が、日本フランス語フランス文学会の紀要に掲載された。10月には日本フランス語フランス文学会秋季大会においてワークショップ「文学は知をどのように取り込むか」を受入教授とともに企画した。12月には南山大学地域研究センター共同研究において、ベルギーの犯罪学者ド・グレーフと文学の関係について発表した。3月には、日本フランス語フランス文学会関東支部大会において、ロートレアモンとラスネールについて発表した。また、南山大学地域研究センターでの共同研究者たちとの共著『近代科学と芸術創造ー19-20世紀ヨーロッパにおける科学と文学の関係ー』が出版された。26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画においては、初年度のうちに文学の博士論文を提出する予定だったが、さまざまな場所で発表の機会を得る中で、まだ明らかにしなければならない点がいくつかあることに気づいた。結果として論文執筆はやや遅れることにはなっているが、そのぶんいざ執筆となれば、短期間に、かなり密度の濃いものが書けると自負している。フランスでの調査に関しては、4か月かかる予定だったものを2か月で終わらせ、研究結果を次々に発表している。全体的に見て、研究はおおむね順調に進展していると言えるだろう。研究発表に関しては、単独での発表のほか、さまざまなシンポジウムや共著に参加することとなり、当初の計画を上回って進展している。しかし単著の計画に関しては、こうした発表に時間を取られるあまり、執筆はやや遅れ気味である。よって自己評価は2おおむね順調に進展している、とする。
教育機関における障害学生を対象とする情報コミュニケーション支援システムの構築

平成20年度の研究実施結果について報告する。平成17年度に完成したアプリケーションソフトウェア(以下、ソフト)を前年度に引続いて、本学における障害学生ならびに支援者の意見を取り入れ、バージョンアップした。その結果、本学で便用するWindowsVista搭載のすべてのパーソナルコンピュータ(以下、パソコン)において安定したが実現した。現時点において、動作上の不都合が生じることはなく、静岡福祉大学における障害学生への情報コミュニケーション支援体制を支えるソフトとして活用されている。なお前年度、報告したように、同ソフトは、聴覚に障害のある生徒及び学生を対象とし授業における音声言語を、パソコンのキーボードを通じて入力者が要約入力し、書記言語に変換し、生徒及び学生に伝達する機能を有し、昨年度には、盲ろう学生にも対応可能な点字ディスプレーへの出力機能を付与したものの、新機能に関する今年度中の実証実験ならびに検証は実現しなかった。対象学生の不在、準備における時間不足がその理由である。しかしながら、本研究の継続的研究ともいえる「日中韓の高等教育機関における障害学生『情報コミュニケーション』支援システムの構築」(平成21年度科研費基盤研究(B))において、同ソフトを活用した実践事例に本研究成果を引き継ぐ予定である。また、本ソフトの動作中に、パソコン画面に表示された文字列を読み上げるスクリーンリーダー(画面読み上げソフト)が並行して動作する機能を付与したが、その事例研究についても、平成21年度科研費研究に引き継ぎたい。本研究は、障害の種別を超えた情報コミュニケーション支援という従来見られなかった発想の枠組みを提供したこと、少子高齢化時代における横断的なボランティア活動の可能性を示したことから、「独創的な発想に基づく、挑戦的で高い目標設定を掲げた芽生え期の研究」である萌芽研究としての役割を果たし得た内容と考える。今年度の研究実施結果は以下の通りである。1.アプリケーションソフトウェアの制作東京都立中央ろう学校及び静岡福祉大学に在籍する聴覚に障害のある生徒及び学生を対象とし、授業における音声言語をパーソナルコンピュータ(以下、パソコン)入力者が要約入力し、書記言語に変換して生徒及び学生に伝達するためのアプリケーションソフトウェア(以下、ソフト)を監修、発注した。LANケーブルにより接続したパソコン間でデータの送受信を実現する機能はすでに存在する先行ソフトと共通するが、独自の機能として、(1)日本語変換ソフトの操作時に文字列を確定すると同時に、データを生徒及び学生のパソコンに送信する即時データ送信機能、(2)手書き文字及び手書き図形を筆記ならびに描写すると同時に、上記同様、筆順に沿って即時にデータ送信する機能、(3)漢字変換時に入力した文字列をルビとして認識し、括弧付きで送信するルビ付与機能等を付与した。2.アプリケーションソフトウェアを活用した実証実験完成した同ソフトを活用し、上記の2校における授業現場で情報コミュニケーション支援を実施した。東京都立中央ろう学校においては、英語教師の協力により、聴覚障害生徒を対象に、上記ソフト独自の機能を活用した授業を実施し、単に文字入力にとどまらず、発音記号の手書き入力を通じて、効率的な習熟をはかった。静岡福祉大学においては、教員の協力により、週20コマ程度の授業において同ソフトを活用した情報コミュニケーション支援を実施した。3.当事者の開発過程への参加上記ソフトの監修、制作会社への発注にあたり、支援を受ける立場である聴覚に障害のある学生を同席させ、当事者としての意見を開発に反映させた。4.米メイン州立大学の視察米メイン州立大学における聴覚障害学生支援体制を視察し、情報コミュニケーション支援サービスの体系、システム等の情報を収集した。平成19年度の研究実施結果は以下の通りである。平成18年度に完成したアプリケーションソフトウェア(以下、ソフト)を今年度は利用者の意見を取り入れ、バージョンアップした。同ソフトは、聴覚に障害のある生徒及び学生を対象とし授業における音声言語を、パーソナルコンピュータ(以下、パソコン)のキーボードを通じて入力者が要約入力し、書記言語に変換し、生徒及び学生に伝達する機能を有する。その独自の機能的特徴は以下の通りである。1.日本語変換ソフトの操作時に文字列を確定すると同時に、データをLANを通じて接続した生徒及び学生のパソコンに送信する即時データ送信機能。2.手書き文字及び手書き図形を筆記ならびに描写すると同時に、上記同様、筆順に沿って即時にデータ送信する機能3.漢字変換時に入力した文字列をルビとして認識し、括弧付きで送信するルビ付与機能以上の機能に加え、今年度は以下の機能を付与しバージョンアップを実施した。1.聴覚障害にとどまらず、視覚にも障害のある「盲ろう」学生を対象に、触覚を通じて情報を入手することを可能とするための、点字ディスプレーへの出力機能を付与した。2.視覚に障害のある生徒、学生が、副音声として情報を入手することを可能とするためにスクリーンリーダー(画面に表示された文字を読み上げるソフト)を活用し、出力されたテキストを音声として入手可能な機能を付与した。3.ビアボイス等の市販の音声認識ソフトを活用し、支援者がマイクを通じて障害のある生徒、学生に文字情報を伝達する機能を付与した。新機能の付与により、障害の種別を超えた情報コミュニケーション支援という従来見られなかった発想の枠組みを提供したこと、少子高齢化時代における横断的なボランティア活動の可能性を広げた点が、バージョンアップしたソフトの意義である。

なお前年度、報告したように、同ソフトは、聴覚に障害のある生徒及び学生を対象とし授業における音声言語を、パソコンのキーボードを通じて入力者が要約入力し、書記言語に変換し、生徒及び学生に伝達する機能を有し、昨年度には、盲ろう学生にも対応可能な点字ディスプレーへの出力機能を付与したものの、新機能に関する今年度中の実証実験ならびに検証は実現しなかった。対象学生の不在、準備における時間不足がその理由である。しかしながら、本研究の継続的研究ともいえる「日中韓の高等教育機関における障害学生『情報コミュニケーション』支援システムの構築」(平成21年度科研費基盤研究(B))において、同ソフトを活用した実践事例に本研究成果を引き継ぐ予定である。また、本ソフトの動作中に、パソコン画面に表示された文字列を読み上げるスクリーンリーダー(画面読み上げソフト)が並行して動作する機能を付与したが、その事例研究についても、平成21年度科研費研究に引き継ぎたい。本研究は、障害の種別を超えた情報コミュニケーション支援という従来見られなかった発想の枠組みを提供したこと、少子高齢化時代における横断的なボランティア活動の可能性を示したことから、「独創的な発想に基づく、挑戦的で高い目標設定を掲げた芽生え期の研究」である萌芽研究としての役割を果たし得た内容と考える。
コウモリカズラ培養根におけるストリゴール生合成の解明

5-deoxystrigol(5DS)の重水素標識体を合成し、UPLC-ESI-MSによるSL分析系を確立した。strigol(SG)を高生産するコウモリカズラ培養根による5DS標識体の代謝変換実験を行った結果、標識5DSはSGに取り込まれなかったことから、SGは5DSを経由せずに生合成されることが示唆された。一方、SL合成アナログであるGR24を投与した結果、7-OH-GR24への変換を確認した。つぎに、sorgomolを高生産するソルガムを用いて5DSの代謝実験を行った結果、sorgomolは5DSの9位水酸化により生合成されることが明らかとなり、P450による水酸化が示唆された。コウモリカズラ培養根は(+)-ストリゴール(SG)を高生産することから、ストリゴラクトン(SL)類の生合成研究には最適な植物材料である。本研究では、コウモリカズラ培養根におけるストリゴール生合成を解明することを目的とする。(1)コウモリカズラ培養根を用いたストライゴラクトンの代謝実験H23年度の調製したストライゴラクトンの重水素標識体(±)-[6'-D]-5-deoxystrigol(5DS)をコウモリカズラ培養根の培地中に投与し、24時間インキュベートしたのち培地と根組織を回収した。溶媒抽出およびシリカゲルカラムを用いてSL画分を精製し、LC-MS/MSを用いてStrigolの同位体比、および標識5DSが水酸化を受けたと考えられる化合物を分析した。その結果、標識5DSを投与した培養根と未処理サンプルのStrigolの同位体比に変化は見られず、標識5DSからstrigolへの変換を確認することができなかった。一方、標識5DSが水酸化を受けたと考えられる複数のstrigol異性体のピークが検出された。1つは8-epi-sorgomolと保持時間が一致した。このことからコウモリカズラ培養根は、5DSをstrigolの直sつの生合成前駆体とはしないものの、5DSの10位をはじめとする複数の位置を水酸化する活性を示すことが示唆された。(2)コウモリカズラ培養根におけるストライゴラクトン生合成遺伝子の発現様式の解析コウモリカズラ培養根からstrigol生合成に関わる候補遺伝子としてCCD7, CCD8, D27, CYP711の全長cDNAをクローニングした。得られた遺伝子配列を元にReal-timePCR用のプライマーを合成し、成長段階およびリン酸栄養条件における各遺伝子の発現量を解析した結果、リン酸投与によりStrigol量は減少し、生合成遺伝子の発現量も減少した。本研究では、strigol(SG)を高生産するコウモリカズラ培養根を用いてストリゴラクトン(SL)生合成を解明することを目的とした。昨年度までの結果から、コウモリカズラでは5-deoxystrigol(5DS)はSGの直接の前駆体ではないこと、つまり、SGはSL生合成中間体であるcarlactone(CL)から5DSを経由せず生合成されることが示唆された。そこで、本年度は(1)SL生合成酵素であるD27, CCD7, CCD8の組換え酵素を用いてCLの酵素合成を試みた。(2)コウモリカズラ培養根にSLアナログであるGR24を投与して代謝実験を行った。(3)sorgomolを高生産するソルガムを用いて5DSの代謝実験を行った。(1)D27, CCD7, CCD8の組換え酵素を大腸菌発現系により作成し、各酵素の酵素活性を確認した。βカロテン生産大腸菌に3種酵素を導入したがCL生成を確認できなかった。藻類ドナリエラから9-cis-b-caroteneを抽出精製し、CCD7とCCD8によりin vitro系でCLの酵素合成に成功した。(2)コウモリカズラ培養根にGR24を投与しLCMSにより代謝物を分析した結果、GR24水酸化物と推定される代謝物を検出した。水酸化GR24標品を有機合成し代謝物との比較解析を行った結果、GR24代謝物は7-OH-GR24であると同定した。(3)ソルガムに重水素標識5DSを投与し根浸出液中のSLをLCMS分析した結果、sorgomolに有意に5DSが取り込まれることを確認した。つまり、ソルガムではsorgomolは5DS経由で生合成されることが強く示唆された。次に、ソルガム根からミクロソームを調製し5DSからsorgomolへのin vitro変換試験を行った結果、5DSの水酸化にはシトクロムP450の関与が示唆された。コウモリ

カズラ培養根は(+)-ストリゴール(SG)を高生産することから、ストリゴラクトン(SL)類の生合成研究には最適な植物材料である。本研究では、コウモリカズラ培養根におけるストリゴール生合成を解明することを目的とする。(1)生合成を研究するためのリソースの整備1)重水素標識化合物の合成:標識体として(±)-[6'-D]-5-deoxystrigolを合成した。2)SL生合成の誘導/阻害条件の検討:培養根によるSL生合成を薬剤などで阻害することにより生合成中間体の探索を行なうため、カロテノイド生合成阻害剤によるSG生合成阻害を検討した結果、フロリドンが生合成を強く阻害した。また、中間体の増加や生合成遺伝子発現の変動を引き起こす条件を探索するため、SG生合成を誘導あるいは抑制する薬剤(植物ホルモンなど)や培養条件(低リン/窒素など)を検討した結果、培地リン酸濃度が高いと抑制され、低いと生合成が誘導することを確認した。3)SL分析法の確立: UPLC-ESI-MS分析によりSGなど各種SL類の分析法を確立した。(2)GR24の代謝変換物の解析コウモリカズラ培養根に合成SLであるGR24を投与し代謝物をLC-MS/MSで分析した結果、既知の4-hydroxy GR24ではない未知の代謝物へ変換されることが明らかとなった。MS解析から代謝物はA環部分のいずれかの炭素が水酸化されている構造未知の化合物であると推定された。5, 6, 7, 8位のいずれかが水酸化されたGR24を有機合成し、LC-MS/MSを用いて保持時間の挙動を比較することで構造解析した結果、培養根によるGR24代謝物は7-hydroxy GR24であることが判明した。合成した重水素標識体(±)-[6'-D]-5-deoxystrigol(5DS)を用いて5DS代謝実験を行い、コウモリカズラ培養根では5DSはstrigolへ変換されないことを明らかとした。また、5DS生合成の候補遺伝子をコウモリカズラ培養根からクローニングすることに成功した。SL生合成を研究するためのリソース整備(重水素標識化合物の合成、分析法の確立)は順調に進めることができた。また、培養根によるGR24代謝物は7-hydroxy GR24であることを合成標品との比較分析により決定することができた。(1)コウモリカズラ以外の植物を用いて標識5DSの代謝実験を行う。具体的には、5DSの代謝物と推定されるsorgomolやorobancholを生産することが知られているソルガムやササゲなどを用いる予定である。(2)コウモリカズラ由来の生合成遺伝子を用いて、ストライゴラクトン生合成中間体の酵素合成を行う。具体的にはD27, CCD7, CCD8を用いてcarlactoneを酵素合成する。続いて、CYP711Aを用いてcarlaconeの酸化的代謝を検討する。(1)SGの前駆体と推定される5-デオキシストリゴールの重水素標識体を培養根へ投与し、SGへと代謝変換されるかどうかLC-MS分析により検討する。(2)コウモリカズラ培養根からSG生合成に関わる候補遺伝子としてCCD7, CCD8, D27, CYP711のクローニングを行うとともに、5位水酸化酵素の候補遺伝子の探索を行う。(3)SL生合成中間体の探索をLC-MS分析により進める。重水素標識化合物を分析するため、LCMSを多用する。