hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模稲作生産における新栽培システムの構築と最適化に関する研究

1.各種稲作栽培技術システムの比較評価:(1)湛水土壌中直播栽培技術システム(湛苗システム)の作業性・生産性を稚苗移植栽培技術システム(稚苗システム)と比較検討した。(1)主に農作業面から乳苗移植栽培システム(乳苗システム)と稚苗システムの比較評価を行った。その結果、(2)播種・植え付けに至る全作業時間は湛直システムで稚苗システムの20%以下となり、また、(2)育苗作業時間では乳苗システムで稚苗システムの39%以下とそれぞれ大幅な省力化が認められた。乳苗システムと稚苗システムでは収量差はなく、湛直システムで不安定となった。2.新乳苗稲作栽培技術システムの標準化と実験的・実証的評価:(1)標準施肥・多肥条件で栽植密度が乳苗の生育・収量に及ぼす影響について、(2)窒素施肥法が乳苗の生育・収量に及ぼす影響について、(3)低農薬栽培条件下の乳苗栽培が病害の発生、生育収量に及ぼす影響について比較検討した。その結果、(1)乳苗低密度(疎植)栽培での稲郡落は良好な状態を維持し、倒伏も少なく、安定した収量が確保された。また、(2)基肥に緩行性肥料を施し、基肥窒素量を抑えて追肥を主体にした側条施肥法により、安定した収量が得られた。(3)低農薬条件(殺菌剤1回程度散布)でも疎植栽培で稲体のSiO_2/N比、稈の挫折抵抗値を高め、病害発生が顕著に抑制されることが認められた。また、低農薬条件でも安定収量が得られた。3.乳苗・稚苗・湛直システムの最適化法の検討と評価:乳苗栽培は高い作業性を示し、側条施肥法により安定した収量が得られることが明らかになった。また、湛直システムでは大幅な省力化は認められるが、現状の栽培技術では収量の安定が確保できない。最適湛直システム化のためには、苗立ち歩合の向上と安定化、野鳥対策、倒伏対策など解決すべき課題が残された。これらについては今後引き続き検討していきたい。(1)稚苗移植システム並びに直播システムの比較素材としてのモデル化:新乳苗稲作技術のシステム化に必要な基礎資料を得る目的で、稚苗、直播栽培を比較素材として、大学水田、茨城県の優良農家(5戸)を用いて実用規模で栽培試験を実施し、それぞれの作業性・生産性について比較評価した。その結果、播種後7日の乳苗でも健全な苗が得られ、稚苗同様に田植機により移植が可能であることが確認された。また、乳苗・稚苗・直播の作業性は育苗段階で稚苗を100とした場合、乳苗が50、直播が10となり、大幅な省力化が可能であることが確認された。さらに、乳苗栽培は側条施肥法により安定多収量が得られることが確認された。これらの成績から類型別モデルに必要な技術の単位、能率などについて検討を加えた。

(2)新乳苗移植システムの標準化と比較評価による最適システムモデルの検討:大学並びに茨城県優良農家の水田を用い、乳苗育苗、乳苗移植、水管理、肥培管理から収穫までの部分技術相互間について検討し、それらの作業性、生産性、改善点などを明らかにした。さらに、乳苗栽培技術の中で問題となった点の改善をはかるため、(1)移植時の植付精度を向上させるための田植機の植付爪、(2)窒素施肥法、(3)裁植密度なども併せて実験を実施し、それぞれ改善方策についての知見を得た。これらの成績をもとにして新乳苗移植栽培システムの標準化、最適システム構築に向けての基礎データの整理を行った。(3)シミュレーションによる新しい栽培システムの構築と最適化:標準化、評価法の検討と整理、また最適化に必要なデータの加工法などについて検討した。1.各種稲作栽培技術システムの比較評価:(1)湛水土壌中直播栽培技術システム(湛直システム)の作業性・生産性を稚苗移植栽培技術システム(稚苗システム)と比較検討した。(2)主に農作業面から乳苗移植栽培システム(乳苗システム)と稚苗システムの比較評価を行った。その結果、(1)播種・植え付けに至る全作業時間は湛直システムで稚苗システムの20%以下となり、また、(2)育苗作業時間では乳苗システムで稚苗システムの39%以下とそれぞれ大幅な省力化が認められた。乳苗システムと稚苗システムでは収量差はなく、湛直システムで不安定となった。2.新乳苗稲作栽培技術システムの標準化と実験的・実証的評価:(1)標準施肥・多肥条件で栽植密度が乳苗の生育・収量に及ぼす影響について、(2)窒素施肥法が乳苗の生育・収量に及ぼす影響について、(3)低農薬条件下の乳苗栽培が病害の発生、生育収量に及ぼす影響について、比較検討した。その結果、(1)乳苗低密度(疎植)栽培で稲群落は良好な状態を維持し、倒伏も少なく、安定した収量が確保された。また、(2)基肥に緩効性肥料を施し、基肥窒素量を抑えて、追肥を主体にした側条施肥法により、安定した収量が得られた。(3)低農薬条件(殺菌剤1回程度散布)でも疎植栽培で稲体のSiO_2/N比、稈の挫折抵抗値を高め、病害発生が顕著に抑制されることが認められた。また、低農薬条件でも安定収量が得られた。3.乳苗・稚苗・湛直システムの最適化法の検討と評価:乳苗栽培は高い作業性を示し、側条施肥法により安定した収量が得られることが明らかになった。また、稚直システムでは大幅な省力化は得られるが、現状の栽培技術では収量の安定が確保できない。最適湛直システム化のためには、苗立ち歩合の向上と安定化、野鳥対策、倒伏対策など解決すべき課題が残された。これらについては、今後引きつづき検討していきたい。
産褥期うつ状態の精神生理学的研究

本研究では、産褥期うつ状態の母親の睡眠を知るためには、産褥期に適応している母親の睡眠の構造を検討する必要があった。適応群の睡眠の特徴は、以下のとうりである。1、産褥早期(1週から6週)では、母親の平均睡眠時間は、322分であり、睡眠率は77%と低いが、それは子供の世話による覚醒時間の増加によるもので、中等度の深さの睡眠が減少するが、深い睡眠やREM睡眠は減少せず、効率のよい睡眠をとっていることが明確となった。さらに、母親の中途の覚醒は、子供の動きとよく同期していた。2、子供の概日睡眠覚醒リズムができる9,12週では、Interrupted sleepとNon-interrupted sleepが存在した。、Interrupted sleepは、産褥早期の睡眠に類似するが、Non-interrupted sleepは、非妊娠女性と比べると大差がなく、むしろ深い睡眠が増加し、Interrupted sleepからくる断眠の回復睡眠をとっていた。すなわち適応している産褥婦は、眠れる時には良質の睡眠をとっていた。一方、産褥期うつ状態の生理学的研究は、症状が出ている時に患者から同意を得ることは、かなり困難であったが、睡眠ポリグラフィで1名、アクティグラフィで1名の協力を得られた。共通の知見として、第1点は、眠っていても睡眠の自覚的評価は低いこと、2点目は、子供の動きへの対応が遅いことであった。これらの所見は、例数が少ないので今後さらに例数を増やして検討する予定である。本研究でもう少し睡眠ポリグラフィに協力を願えるかと推測したが状況は厳しく、途中より方法を検討した結果、actiwatchを母子に装着する方が簡易で、被験者の協力を得ることができた。アクティグラフィが、今後、産褥期うつ状態の精神生理学的研究の有力な武器になるであろう。産褥期うつ状態、いわゆる産褥ブルース症候群は、特に不眠の訴えが多いことから、本研究は、産褥期の睡眠について焦点をあてた。産褥期に適応した健康な褥婦についての睡眠ポリグラフ的研究が、ほとんどないため、平成9年度は、健康な褥婦の睡眠パターンの特徴を明らかにすることを目的とした。子供の日内リズムができる出産9,12週に、健康な褥婦の終夜睡眠ポリグラフ記録と睡眠の主観的評価を行った。さらに子供の動きが褥婦の睡眠に影響を与えると予想されるので、母親の睡眠ポリグラフ記録と同時に子供の足の動きを測定した。5組の母子の記録を行い、以下の結果を得た。母親の睡眠のパターンは、9,12週の間に有意の差がなく、むしろ子供の授乳等の世話で起きた夜と起きなかった夜によって睡眠パターンが異なった。子供の世話で起きた夜の覚醒率(就床時間に対する覚醒時間の割合)は18.3%で、起きなかった夜の1.1%に比較して有意に多く、起きなかった夜は、徐波睡眠が増加していた。子供の動きは、母親が起きた夜は多く、起きなかった夜は少なかった。母親が記録していた子供の睡眠日誌より、子供の睡眠・覚醒の日内リズムが12週には、形成されていることを確認した。結論として、子供の日内リズムが形成されていても、母親の睡眠パターンは、産褥早期の覚醒率の多いパターン(1-6週)と少ないパターンの両方が混在することが明らかになった。以上の成果をアメリカ睡眠学会(サンフランシスコ)に発表した。

今後、産褥期に適応できた褥婦のデータをふやすとともに、産褥期うつ状態の褥婦の睡眠ポリグラフィを記録し、不眠を訴えるほどの睡眠障害が健康な褥婦に比較して存在しているのかを精神生理学的に明らかにしていく予定である。本年度は、産褥期に適応した母親(健康な褥婦)の睡眠パターンについていくつかの報告をした。健康な褥婦の睡眠の特徴は、ポイント測定のポリグラフと連続測定の睡眠日誌から以下のような特徴があることが明らかになった。出産1, 3, 6週の母親の睡眠パターンは、子供のFeeding Rhythm.によって中途の覚醒が増加し、睡眠率は低下する。しかし徐波唾眠量、REM睡眠量は保持される事から、褥婦は、睡眠時間は短いが良質な睡眠をとっている事が推測された(Perceptual Motor Skill,1998)。さらに9,12週では、1週から6週のパターンである中途の覚醒がある睡眠と中途の覚醒がない睡眠が混在することがわかった(Proceedings of Conference,1998)。これは、子供の概日リズムの形成によって影響されていることが明らかになった(Psychiatr.Clin.Neurosci.,1999)。不眠を主に訴えるうつ状態の褥婦は、上記の健康な褥婦とポリグラフ上どのような差があるのか興味深いのであるが、現段階では、うつ状態の褥婦にポリグラフ記録の協力がなかなか得られず、方法をさらに再検討をする必要がでてきた。不眠状態を客観的に測定す方法として、ポリグラフ方法より大まかではあるが、簡単で、被験者にとって負担が少ない方法として行動量を測定するactigaphがあるので、この方法を入れてさらに検討を始めた。健康な褥婦にて、3,6,9, 12週に連続5日間のactigraphを母子ともに行っているが、ポリグラフと同様な結果が得られている。今後は、うつ状態の被験者にポリグラフ記録が不可能なら、actigraphの記録を行い、うつ状態の不眠が果たして健康な褥婦と比較して厳しいのか明らかにする。本年度は、睡眠ポリグラフィより簡易なアクティグラフィの方が、産褥期うつ状態の患者の同意を得やすいと考え、産褥3,6,9,12週の母子のアクティグラフィを行った。この方法は、腕時計のように手に装着して、行動量を測定する方法である。被験者は、11名で、まず産褥期に適応している母親と子供の行動量を連続3日から5日にかけて測定した。母親の夜間の覚醒は、出産3週から12週にかけて、有意に減少した。子供の概日リズムは、行動量の自己相関係数から、出産6週から観察され、12週には全員24時間の概日リズムができ、母親の覚醒が子供の概日リズムに影響されていることが明らかになった。(Psychiatry and Clinical Neurosciences,2000(in press))睡眠ポリグラフィでは、産褥期に適応している母親の産褥9,12週に見られたNon-interrupted sleepの評価を、非妊娠女性の睡眠ポリグラフィと比較して検討した結果、Non-interrupted sleepは、深い睡眠が増加していることが明確になった。これは断眠後の回復睡眠と考えられ、母親は眠られる時には良質の睡眠をとっていることが分かった。(SLEEP,(in pressabstr.),2000)さて、産褥期うつ状態の生理学的研究は、症状が出ている時に患者から同意を得ることは、かなり困難であったが、睡眠ポリグラフィで1名、アクティグラフィで1名の協力を得られた。
ＥＢウイルス複製ファクトリー内部構造の可視化と機能との連関

EBV溶解感染においては、核内の局在した部位が複製の場(RC)となっている。1) RCの内部にBMRF1コアがあること、2)ウイルスゲノムは、合成後BMRF1コアの内部に移行することを明らかにした。さらに1)EBVのプロカプシドの組み立てはBMRF1-coreの局在とは無関係に起こる。2)組み立てられたEBVプロカプシドはBMRF1-coreの内部のウイルスDNA貯蔵の場に輸送される。3)ウイルスDNAの貯蔵の場でプロカプシド内にウイルスDNAがパッケージングされ、成熟したカプシド粒子ができる。4)ウイルスの早期転写はBMRF1コアの周囲でおこり、後期転写はコアの中でおきることを見いだした。EBVは、潜伏感染と溶解感染という2つのライフサイクルを持っている。EBV陽性がんの大部分は潜伏感染状態にあるが、一部は溶解感染状態にあり、そこから分泌されるサイトカインによりEBV潜伏感染細胞の増殖を促進している。そのため、EBV感染制御のためには、溶解感染を理解することが必須といえる。これまでの研究で、EBV溶解感染の際には、replication compartment (RC)と呼ばれる核内の局在した部位にウイルス由来の複製蛋白質や宿主蛋白質がリクルートされ、複製の場となっていることがわかっている。さらに我々はこれまでの研究によって、1) RCの内部に二本鎖DNA結合能を持つウイルスタンパクであるBMRF1で構成される構造物(BMRF1-コアと名付けた)があること2) BMRF1-coreの外部に局在するウイルスゲノムは、経時的にBMRF1-coreの内部に移行することを明らかにしてきた。我々はEBVのカプシドの形成の場を明らかにする目的で、EBVのカプシド形成に関わる蛋白質(カプシド構造蛋白質およびDNAパッケージ蛋白質)とBMRF1-コアの位置関係を免疫蛍光染色と3次元再構築を組み合わせた観察法で観察した。その結果、DNAパッケージ蛋白質はBMRF1-コアの内部で貯蔵されているウイルスDNAの内部に局在していることが明らかとなった。一方、カプシド構造蛋白質はBMRF1-コアの外側および内側に局在していた。以上の研究結果から、我々はEBVカプシド形成に関して、以下に示す新しいモデルを提案した。1)EBVのプロカプシドの組み立てはBMRF1-コアの局在とは無関係に起こる。2)組み立てられたEBVプロカプシドはBMRF1-コアの内部のウイルスDNA貯蔵の場に輸送される。Epstein-Barrウイルス(EBV)ゲノム複製は宿主細胞核内の局在した部位で始まり、そこではウイルスゲノムの複製・転写・ウイルスカプシドの組み立て、カプシドへのパッケージング等の各種イベントが連続的におき、ヌクレオカプシドが組立てられる工場(EBV複製ファクトリー)となっている。本研究の目標はこのEBV複製ファクトリーの内部構造を時間的空間的に視覚化し、複製・転写・ウイルスカプシドへのパッケージング等の各イベントが複製ファクトリー内のいつ、どこで行われているのかを明らかにすることである。この解析により、これまでわからなかった複製工場内の製造組み立ての詳細を時間軸に沿って把握することが期待できる。我々はEBV複製ファクトリー内にBMRF1コアと呼ぶ構造物が存在することを発見し、EBVのゲノム複製はコアの外側で主におこり,その後ウイルスゲノムはコアの内部に貯蔵されることを見いだした。本研究ではさらにそれを発展させ、RC内にあるBMRF1コアに対して最早期、早期,及び後期転写の場、カプシド組み立て、カプシドへのパッケージングの場を明らかにし、RCにおける各種イベントの時間的・空間的位置関係とこれまで蓄積しているウイルスゲノムの複製・転写・ヌクレオカプシド組み立ての情報の体系化を目指している。ウイルスゲノムの転写はその時期により,最早期、早期,後期に分類される。早期転写はウイルス複製蛋白質やヌクレオチド代謝に関与する遺伝子が転写され,後期転写ではウイルス構造遺伝子が転写される。平成24年度においては早期転写は主にコアの外側でおこり、後期転写はコアの内部でおきることを見いだした。EBV複製ファクトリーの内部で複製及び転写が感染の進行と共に仕分けられていることを世界で初めて明らかにすることが出来た。今後はEBV複製ファクトリーのどこでウイルスカプシドが組み立てられ,その中にウイルスゲノムが注入されるのかを明らかにする。ウイルス蛋白質発現ベクターを作成し、またタグ抗体を購入する予定である。
クローバー絡み目のミルナー不変量

本研究の目的は、クローバー絡み目の辺ホモトピー分類を与えることである。分類を与える手段として、クローバー絡み目のミルナー不変量を用いることが本研究の特色である。ここで、n葉クローバー絡み目のミルナー不変量とは、1からnの数字を項にもつ数列に対して定義される不変量である。本研究目的を達成するために「二つのクローバー絡み目が辺ホモトピー同値であるための必要十分条件は、それらの繰り返しのない任意の数列に対するミルナー不変量の値が一致することである」という主張の証明に取り組んだ。昨年度(平成29年度)は上記主張の必要条件が成り立つことを証明できた。そこで当該年度は十分条件が成り立つこと、すなわち「繰り返しのない任意の数列に対するミルナー不変量の値が一致する二つのクローバー絡み目は辺ホモトピー同値である」という主張の証明に取り組んだ。研究計画に従いクラスパー理論を用いて研究の進展を図ったが、残念ながら満足のいく結果を得ることはできなかった。一方で、当該年度は「n移動」と呼ばれる絡み目の局所変形と「絡み目のバーンサイド群」と呼ばれる絡み目の不変量に関する研究に対して一定の成果を得た。この研究成果は、津田塾大学の宮澤治子氏と早稲田大学の安原晃氏との共同研究によるものである。この研究成果をまとめた共著論文は、査読付き国際学術雑誌へ掲載受理された。また当該年度に得られた研究成果を公開するために、国内の学会や研究集会およびセミナーにおいて口頭発表を計6件行い、国外でもジョージ・ワシントン大学で開催された結び目理論の国際研究集会において1件の口頭発表を行った。その際の旅費を特別研究員奨励費から捻出した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は,クローバー絡み目の辺ホモトピー分類を与えることである.分類を与える手段としてクローバー絡み目のミルナー不変量を用いる.ここで,n葉クローバー絡み目のミルナー不変量とは,n以下の自然数を項にもつ数列に対して定義される不変量である.解決すべき問題は,クローバー絡み目のミルナー不変量が辺ホモトピー完全不変量であることを示すことである.この問題を解決する為に当該年度(平成29年度)は研究計画に従い,クローバー絡み目に対するミルナー不変量の辺ホモトピー不変性を示すことに取り組んだ.数列Iに対して,r(I)をIの中に同じ数が現れる回数の最大値とする.例えば,r(1323221)=3である.当該年度の成果として次の結果を得た.「r(I)=mである数列Iに対して,クローバー絡み目のミルナー不変量は自己C_m同値不変量である.」特にm=1の場合は自己C_1同値は辺ホモトピー同値であるので,上記の結果の系として次が成り立つ.「r(I)=1である,すなわち項に繰り返しがない数列Iに対して,クローバー絡み目のミルナー不変量は辺ホモトピー不変量である.」当該年度は,新たに3編の査読付き共著論文が国際雑誌に掲載された.その他,国内の4つの研究集会(東京,大阪,名古屋,大阪)において本研究に関連する招待講演を行った.また,日本数学会2017年度秋季総合分科会(山形)においても講演を行った.さらに,米国と仏国に2週間程度ずつ滞在し,その間に米国では南アラバマ大学と南フロリダ大学,仏国ではグルノーブル・アルプ大学フーリエ研究所に訪問し,各大学の研究者との研究交流および本研究に関連する招待講演を3度行った.当初の研究計画通りに,当該年度に掲げた目標を達成することができたため.本研究の目的は、クローバー絡み目の辺ホモトピー分類を与えることである。クローバー絡み目のミルナー不変量が,辺ホモトピー完全不変量であることを示すことに取り組む.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ＸＦＥＬコヒーレント回折イメージングによる細胞周期依存的ＤＮＡ核内分布の解明

本研究は、X線自由電子レーザーを利用したコヒーレント回折イメージングにより、1マイクロメートル程度の出芽酵母細胞核を「丸ごと」、「ありのまま」の姿で三次元的に可視化することを目的としている。昨年度得られた三次元構造は、有効分解能が約170 nmと低かった。これを高分解能化すべく、3点の高度化を行った。1、「阿修羅」の自動化:昨年度開発を行った、回折パターンから高信頼度で位相回復計算を行うソフトウェア「阿修羅」であるが、一部でユーザーの入力が不可欠な部分があり、自動化が困難となっていた。このアルゴリズムを自動化し、計算資源さえあればほぼ自動で膨大な投影像回復を行うことができるようにした。2、粒子投影像構造精密化手法の開発:二次元投影像が十分高分解能であることが、投影像を組み合わせて高分解能三次元再構成の大前提である。そこで、低分解能の投影像を、焼きなまし法で高分解能化する手法を開発した。3、回折パターンのピックアップ手法の開発:一度の実験で150万程度の十分な強度を持った回折パターンが得られるが、真に良好なデータをここから選び出すには、目で1つ1つ見るほかなく、解析上の律速となっていた。そこで、機械学習を利用し、予め人が目で見た選んだものと似たものを自動で取得することを可能にした。これらの高度化を行った後、出芽酵母細胞核について測定を重ね、前年度の10倍以上の投影像を得た後、高分解能化を行った。更に、電子顕微鏡の単粒子解析で行われている三次元クラス分け手法を用いた。これらの試行錯誤を経た後、得られた三次元構造の最終有効分解能は150 nmであった。10倍に投影像を増やしても大きく改善しない所を見ると、各個体の構造が150 nm分解能程度でしか共通していない可能性が考えられる。構造の多様性をこのような大きさの生体粒子で検討することが出来たのは、本研究が初めてだろう。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、線自由電子レーザー(XFEL)を利用したコヒーレントX線回折イメージング(CXDI)により、これまで観察が困難であった、1マイクロメートル程度の出芽酵母細胞核子を「丸ごと」、「ありのまま」の姿で三次元的に可視化することを目的としている。様々な方向から集めた出芽酵母細胞核の投影像を使って三次元構造の再構成を行う必要があるため、大量のデータ測定が必須である。平成27年度は、(1)大量のXFEL施設SACLAにおける大量のデータ測定と、(2)高信頼度の解析を行うためのソフトウェア開発を通じて、(3)低分解能ながら出芽酵母細胞核の三次元構造を再構成した。(1)研究室で開発された「高砂六号」という装置と、本年度に開発された大面積の試料保持薄膜により、XFEL施設SACLAにおけるデータ測定効率が向上し、試料に撃ちこむことの出来たパルスの総数が、21万(2015年3月)→31万(2015年7月)→194万(2016年2月)と順調に伸びていった。また、データ数が増えたため、過去に開発を行ったデータ処理ソフトウェアを改良し、処理速度を向上させた。(2)このような膨大なデータから、試料の尤もらしい投影像を回復するべく、「阿修羅」というソフトウェアの開発を行った。このソフトウェアは、大量の投影像回復計算試行と多変量解析を組み合わせることで、より尤もらしい投影像を得るものである。このソフトウェアにより、膨大なデータの解析が相当に容易になった。(3)2015年7月の実験で得られた1000枚程度の良好な回折パターンデータに「阿修羅」を適用することで、G2/M期に細胞周期を固定した出芽酵母核の投影像を約400得た。この投影像群に対し、電子顕微鏡分野で開発されたソフトウェアを適用することで、細胞核の三次元構造を有効分解能170ナノメートルで再構成することができた。長らく問題になっていた、回折パターンデータから回復した投影像の正しさをどう評価するか、という困難に一定の指針を与えるソフトウェア「阿修羅」を早い内に開発できたため。また、この開発の成功が、計画であれば次年度行うはずであった三次元再構成を本年度中に低分解能ながら行うことを可能にしたため。

3、回折パターンのピックアップ手法の開発:一度の実験で150万程度の十分な強度を持った回折パターンが得られるが、真に良好なデータをここから選び出すには、目で1つ1つ見るほかなく、解析上の律速となっていた。そこで、機械学習を利用し、予め人が目で見た選んだものと似たものを自動で取得することを可能にした。これらの高度化を行った後、出芽酵母細胞核について測定を重ね、前年度の10倍以上の投影像を得た後、高分解能化を行った。更に、電子顕微鏡の単粒子解析で行われている三次元クラス分け手法を用いた。これらの試行錯誤を経た後、得られた三次元構造の最終有効分解能は150 nmであった。10倍に投影像を増やしても大きく改善しない所を見ると、各個体の構造が150 nm分解能程度でしか共通していない可能性が考えられる。構造の多様性をこのような大きさの生体粒子で検討することが出来たのは、本研究が初めてだろう。出芽酵母細胞核の二次元投影像の分解能が100ナノメートル程度であっても、三次元再構成を行うと170ナノメートル程度の三次元分解能にしかならないということが判明した。これは、核の構造が170ナノメートル程度の分解能では共通であるが、それ以上細かい構造には個体差があることを示唆している。当初の目標は50ナノメートルの三次元分解能であったが、これを達成するためには、更に大量にデータを集め、分解能が高い投影像を多数得た後、構造の多様性を考慮した三次元再構成を行う必要がある。すなわち、構造が似た個体同士からの二次元投影像を集め、少しずつ異なる構造毎に三次元再構成を行う。これを実現するべく、電子顕微鏡ソフトウェアの活用や、構造分類手法の検討を行っていく。28年度が最終年度であるため、記入しない。
オークション型環境直接支払による生態系保全と農業強化に関する研究

本研究は、環境直接支払におけるオークション制度およびボーナス制度が、農地の生態系保全および生産性に与える影響について、経済実験および計量経済モデルにより分析した。計量経済モデルでは、秋田県、福井県、滋賀県、島根県を対象とした大規模稲作アンケート調査を実施して、約500戸の農家より回答を得た。このデータを基に、仮想的な環境直接支払における規模ボーナス(取組面積の増加による交付単価の上乗せ)、新規ボーナス(新規取得農地に対する交付単価の上乗せ)、隣接ボーナス(取組圃場同士が隣接している場合の交付単価の上乗せ)に対する反応を検証した。その結果、回答農家は規模ボーナスおよび隣接ボーナスに有意に反応し、交付単価の上乗せによる参加面積の増加は、ボーナス制度の導入による費用増加を上回ることが示された。いずれのボーナスも保全型農業の連担化につながる制度であり、保全行為の集積を通じた生態系保全の改善と、保全コストの削減による生産性の改善が期待できる。経済実験では、EU地域で近年注目される結果支払制度(生態系保全の効果が認められた農地に対してのみ、事後的に交付金を支払う制度)による環境直接支払の効率性を検証した。滋賀大学の学生を対象とした実験の結果、結果支払は参加面積では従来型の行為支払に及ばないものの、環境便益の水準は行為支払を上回ることが確認された。全体として、費用対効果の面で結果支払は行為支払よりも優れており、生態系保全において効率的な制度であることが示された。本研究の目的は、オークション型環境直接支払の導入が、生態系保全と農業強化を両立させ得ることを実証することである。オークション型環境直接支払とは、農家(オークションの売り手)が環境直接支払に参加する際の希望交付単価を入札し、その内容に応じて自治体(オークションの買い手)が参加農家を選定する制度である。入札単価が低いほど選定されやすい「競り下げ方式」であることから、一般的な競り上げオークションと区別して逆オークションとも呼ばれる。理論上は、農家は環境直接支払に参加する機会費用を入札するため、あらゆる政策オプションの中でもっとも効率的な制度になる可能性がある。研究初年度はまず、オークション型環境直接支払に関連したアンケート調査を稲作農家を対象として実施した。そのなかで、オークション型環境直接支払のインセンティブとしての各種ボーナス制度(規模ボーナス・新規ボーナス・隣接ボーナス)への反応を定量的に分析した。初年度は経済実験に先立ち、オークション型環境直接支払の可能性について稲作農家を対象としたアンケート調査を実施した。このアンケートでは、オークション型環境直接支払においてインセンティブとなりうる、各種ボーナス制度(規模ボーナス・新規ボーナス・隣接ボーナス)に対する仮想的な採択の可否を尋ねた。得られた反応を統計的に処理することで、農家ごとのボーナス制度に対する機会費用を定量化した。分析の結果、農家は規模ボーナス、隣接ボーナスに対しては有意に反応する傾向があり、その機会費用は農家により大きく異なることが示された。この結果から、これらのボーナス制度の導入においては、オークション型環境直接支払の導入が、費用対効果を大きく改善させる可能性が高いといえる。一方、新規ボーナスについては統計的に有意な反応はみられなかった。新規農地を取得して環境保全型農業を実施するには初期コストが大きく、環境直接支払が想定するインセンティブでは十分でないものと考えられる。このことから、本プロジェクトにおける制度設計では、規模ボーナス・隣接ボーナスに注力していく方針である。研究2年目の2017年度は、オークション型環境直接支払の経済実験に関するの試行的調査を重ねるとともに、滋賀県および石川県を対象に、オークション型環境直接支払における追加的インセンティブになり得る各種ボーナス制度(規模ボーナス、新規ボーナス、隣接ボーナス)に対する農家の反応についてアンケートによる調査をおこなった。その上で、農家が環境直接支払に参加するに十分なインセンティブを、農家の異質性を考慮しつつ定量化した。これらの調査結果から、農家は規模ボーナスおよび隣接ボーナスの導入に対して有意に反応することが示された。また、インセンティブとして最低限必要なボーナスの水準は、農家により大きく異なることも示された。より重要な点として、ボーナス制度を含めない従来型の環境直接支払と比較して、農家の異質性を考慮したボーナス制度は制度の効率性を大幅に高める可能性が示された。予備的調査とアンケートデータの収集により、本研究が狙いとする、オークション型環境直接支払による生態系保全と農業強化について、かなりの知見を蓄積することができた。経済実験については、実施時期が予定よりも若干遅れているが、その分試行的な調査を重ねることができ、次年度の本格実施に向けた準備は十分にできている。過去2年間の研究蓄積を踏まえ、本研究の到達目標を期間内に達成できると考えている。

経済実験では、EU地域で近年注目される結果支払制度(生態系保全の効果が認められた農地に対してのみ、事後的に交付金を支払う制度)による環境直接支払の効率性を検証した。滋賀大学の学生を対象とした実験の結果、結果支払は参加面積では従来型の行為支払に及ばないものの、環境便益の水準は行為支払を上回ることが確認された。全体として、費用対効果の面で結果支払は行為支払よりも優れており、生態系保全において効率的な制度であることが示された。初年度に得られた分析結果をもとに、オークション型環境直接支払の制度設計にむけた、経済実験を実施していく。県内農家団体との調整も進んでおり、小規模な実験を複数回実施することで、制度に対する農家の反応についてデータ収集・統計分析をおこなう方針である。これまでに得られた結果をもとに、研究最終年度はオークション型環境直接支払の経済実験を本格的に実施していく。対象となるフィールドは、滋賀県および栃木県を予定しており、対象となる集落との調整もすでに完了している。また、アンケートによる追加的な情報収集を、石川県羽咋市を対象に実施する予定である。農業を取り巻く状況の異なるこれらの県における実験結果から、環境直接支払を通じた生態系保全と農業強化について最終的な分析をおこなう。得られた結果から、他の地域にも適用可能な一般化された知見を導出することを目指していく。経済実験で発生する費用の多くが研究2年目以降に発生する見込みとなり、海外事例分析に関する海外出張も次年度に実施することになったため、初年度の支出実績は当初計画を下回った。経済実験および海外現地調査を、次年度に集中的に実施することになったため。前年度に支出する予定だった項目も含め、今年度は計画通りに支出する計画である。
ペプチドモデルを用いた構成的アプローチによるコラーゲンの3本らせん形成過程の解明

1.2,2'-bipyridine含有コラーゲンモデルによるコラーゲン3本らせん検出法の改良末端にbipyridyl基を有するコラーゲンモデルペプチドを、種々の遷移金属イオンの存在下において錯形成させ、その分光学的性質を検討した。その結果、従来用いていた二価鉄イオンがコラーゲンヘリックスの検出には最も適していることがわかった。また、bipyridyl基をコラーゲンモデルペプチド鎖の内部に組み込めるようにするため、アミノ基およびカルボキシル基両方を有するbipyridine誘導体を新規に合成した。2.HSP47およびプロリン4-水酸化酵素のシャペロン機能の解明プロコラーゲン特異的シャペロンHSP47が3本らせんを形成したX-Arg-Gly配列を特異的に認識するという知見に基づいて、種々のアルギニンおよびプロリン誘導体を含有するコラーゲンモデルペプチドを合成し、HSP47との相互作用を解析した。その結果、HSP47との結合には側鎖グアニジノ基が重要であることが明らかになった。また、構築した1本鎖型ペプチドライブラリーを用いた網羅的解析により、プロリン4-水酸化酵素タイプIとタイプIIの基質結合プロファイルがほぼ同じであることが明らかになった。この結果は、いずれのタイプのプロリン4-水酸化酵素も1本鎖のコラーゲンに結合する分子シャペロンとして機能していることを意味する。本研究から得られた知見は、小胞体内におけるプロコラーゲンのフォールディング過程で、プロリン4-水酸化酵素からHSP47へとプロコラーゲンが受け渡たされることを示唆している。1.分光学的手法による2,2'-bipyridine含有コラーゲンモデルの物性とフォールディングに関する検討および3本らせんフォールディング過程解析法の開発アミノ末端に鉄-ビピリジン錯体を有するコラーゲンモデルペプチドを合成し、円二色性スペクトルを用いてペプチド部分の立体構造と錯体部分のキラリティーとの関連を調べた。その結果、錯体のキラリティーはペプチド部分の3本らせん構造依存的にΔ-異性体に片寄ることが明らかになった。このdiastereoselectiveな錯体形成はペプチド末端アミノ酸を堅いProから柔軟なGly残基に変換することで現弱することも解った。また、鉄-ビピリジン錯体の形成によりペプチドの3本らせん構造の熱安定性を向上させることにも成功した。更に、錯体形成によってコラーゲン3本らせん形成が促進されることが明らかになった。2.コラーゲン特異的分子シャペロン(HSP47およびプロリン4-水酸化酵素)のシャペロン機能の解明多数の合成コラーゲンモデルペプチドをもちいてHSP47およびプロリン4-水酸化酵素の基質結合を解析した。その結果、HSP47が3本らせんを形成したX-Arg-Gly配列を特異的に認識することによりプロコラーゲンに結合することが明らかになった。この結果は、HSP47がプロコラーゲンフォールディング中間体の3本らせん構造を安定化する機能を有することを示唆するものである。また、プロリン4-水酸化酵素は1本鎖のコラーゲン様配列に広いスペクトルをもって結合することが明らかになった。このことから、本酵素は修飾酵素としての機能以外に、プロコラーゲンのフォールディングにも関わる分子シャペロンであることが推定された。
離婚母子家庭の子どもと、別れて暮らす父親との面会交流に関する心理学的縦断研究

本研究は離婚(非婚・未婚)母子家庭の子どもと父親との関わりについて調査を行い、長期的に見て父親の存在・関わりが子どもの心理的成長にどのような影響を及ぼすのか検討するものである。20152016年度は、母子家庭の子どもを対象としたインタビューにより、父親との関わりを肯定的にとらえる男子学生のアイデンティティ形成について検討を行い、さらに、臨床場面における事例をもとに、心理的問題を抱えた思春期女子の父親不在についての葛藤とそれを乗り越えるプロセスについて検討を行った。20172018年度は量的調査として、母子家庭の二つの団体に所属する母親256名を対象とする実態および意識調査を実施した。その結果、139.5%の回答者が父子面会交流を実施し、59.8%が実施しておらず、実施していない回答者が実施している回答者を上回る結果であった。22011年民法改正により面会交流は「子の利益を最優先に考慮すべき」とされたが、今回の調査では面会交流について子どもの意思確認を行ったのは離婚/別居の場合22.4%に過ぎなかった。3面会交流を実施している母親に、面会交流が子どもの成長に役に立っていると思うかどうかを尋ねたところ、役に立っていると答えた回答者が57.4%で、役に立っていないと答えた39.6%を上回った。4面会交流を実施しているか否かに関わらず、全回答者を対象に、父子面会交流が子どもにとって必要だと思うかどうか尋ねたところ、調査時点で43.0%が必要度を肯定的に認識していた一方、50.8%が否定的な認識であり、否定が肯定を上回る結果となった。5母親が子どもにとって面会交流が必要であると認識しながらも、面会交流に至っていない回答者が全体の17.6%おり、その逆のパターン、つまり面会交流が子どもにとって必要ないと認識しながらも、面会交流を実施しているという回答者は13.3%であった。子どもを対象にしたインタビュー調査に加えて、母親を対象とした量的調査を行うことに成功し、計画全体としては順調に進んでいると言える。量的調査の解析を継続するとともに、母子家庭の母親を対象とした面接調査を継続的に行い、研究全体をまとめる。離婚後子どもと別々に暮らす父親の存在は子どもの発達に良くも悪くも影響を与え続けている。今年度は、両親の離婚を体験し父親と別れて暮らしている20代の息子へのインタビューをもとに、良好な関わりの続いている父息子の関係について考察した。発達的に見ると、学童期までは、父子交流が離婚しても父親であり続けてくれることの証として体験されたことが語られたが、思春期に入ると部活やアルバイトで父子の関わりは少なくなる。やがて、母親からの心理的自立が進むと、父親との関わりは再び多くなる。そこで生じる現象としては、1母親から受け継いだ父親の否定的イメージの見直し、2母親の客観的評価のし直し、3離婚の原因の客観的認識、4離婚家庭の子どもというアイデンティティの捉えなおしがある。また、この間、父親と離れて暮らすことで生じる現象として語られたのは、1母親とは異なる父親の行動・価値観の持つ新規性への興味関心、2離れて暮らしているからこそ維持される父親の肯定的イメージ、3短い時間だからこそ拡大化される父親の存在感である。性役割の観点から見ると、父親の父性性は時に恐ろしく感じられることもあり、父息子との間に受容的母性的な愛着関係が形成されて始めて父性的な関わりが有効に機能する。また、同居している母親が担う役割との相補的な機能を担う傾向にある。家族システムの観点から見ると、思春期において、別れて暮らす父親との間に心理的葛藤が生じにくく、反抗の対象は母親になることが多い。離婚母子家庭と父親の家族システムでは、父息子連合が、母親の難しさを共有し、子どもに母親理解を促し、母親との距離をとることを促す。父親は離れているがゆえに理想的な男性像として、同時に、離婚という失敗から立ち直る男性像として機能しており、離婚家庭においても、息子は父親に同一化しながら男性役割を形成することが見いだされた。今年度は20代青年を対象としたインタビューを行い、全体としておおむね順調に進展していると言える。本研究は離婚母子家庭の子どもと父親との関わりについての調査を行い、長期的に見て父親の存在・関わりが子どもの心理的成長にどのような影響を及ぼすのか検討するものである。2016年度は、2015年度に引き続き、父親との関わりを肯定的にとらえる学生を対象に、子どもと父親との長期的な関わりが子どものアイデンティティ形成に与える影響を検討している。また、病院臨床の場で出会う患者を対象に、別れて暮らす父親と会うことを希望しても、父親側がそれを拒否して会えないこと、あるいは、一旦開始された面会交流が父親側の理由で途切れることの子どもへの悪影響と、それをどのように乗り越えていくかについても、引き続き検討を行っている。いずれの場合も、父親側の要因、離婚成立以前から現在に至るまでの父母の葛藤の高さが子どもと父親との関係に影響を与えているであろうことが推察された。新しく量的調査として、母子家庭の母親を対象とするアンケート調査を作成した。平成24年施行された民法改正で、「子の利益を優先して」面会交流が定められるようになったが、母親の意に反して、父親と子どもとの面会交流が認められることも現実のものとなっている。また、家庭裁判所の調査官による子どもの意見聴取も始まっているが、その難しさも指摘されている。

今回の調査では、面会交流決定までのプロセス(離婚前の父親の子どもへの関わり、離婚の仕方、子どもへの意見聴取等)も含めて、その後の面会交流の実態(内容、頻度等)を知り、さらに、母親側の意識調査(面会交流の問題点、必要度、満足度等)を行う。また、母親の面会交流についての必要度、満足度等と、その他の要因との関連を調べる。面会交流がどのような条件の下で、本当に子どもの利益になるのか、母親側からの調査を行うものである。インタビュー調査、および、アンケート調査を主とする研究であるが、調査協力者を募ることに予定よりも時間がかかっている。これを解決するために、2017年度は、母子家庭の母親、あるいは別れて暮らす父親の自助団体等に協力依頼をする予定である。本研究は離婚(非婚・未婚)母子家庭の子どもと父親との関わりについて調査を行い、長期的に見て父親の存在・関わりが子どもの心理的成長にどのような影響を及ぼすのか検討するものである。2016年度は、2015年度に引き続き、母子家庭の子どもを対象としたインタビューにより、父親との関わりを肯定的にとらえる男子学生のアイデンティティ形成について検討を行い、さらに、臨床場面における事例をもとに、心理的問題を抱えた思春期女子の父親不在についての葛藤とそれを乗り越えるプロセスについて検討を行った。2017年度は量的調査として、母子家庭の母親を対象とする実態および意識調査を実施した。平成24年施行された民法改正で、「子の利益を優先して」面会交流が定められるようになり、家庭裁判所の調査官による子どもの意見聴取も始まっているが、どのような面会交流が子どもの幸せにつながると判断するか、その難しさも指摘されている。今回の調査では、面会交流決定までのプロセス(離婚前の父親の子どもへの関わり、離婚の仕方、現在の父親の状況、子どもへの意見聴取の有無等)、その後の面会交流の実態(内容、頻度等)を調査し、さらに、母親側(離婚、別居、非婚・未婚)の意識(面会交流の問題点、必要度、満足度等)を調査した。今後、母親の面会交流についての必要度、満足度等と、その他の要因との関連を、母親の経済状況や同居家族の有無、子ども年齢などの要因も交えて分析し、面会交流がどのような条件の下で、本当に子どもの利益になるのか、母親側の意識をもとにした考察を行いたい。インタビュー調査、事例調査に加えて、質問紙調査も実施し、おおむね順調に進展していると考えられる。20152016年度は、母子家庭の子どもを対象としたインタビューにより、父親との関わりを肯定的にとらえる男子学生のアイデンティティ形成について検討を行い、さらに、臨床場面における事例をもとに、心理的問題を抱えた思春期女子の父親不在についての葛藤とそれを乗り越えるプロセスについて検討を行った。20172018年度は量的調査として、母子家庭の二つの団体に所属する母親256名を対象とする実態および意識調査を実施した。その結果、139.5%の回答者が父子面会交流を実施し、59.8%が実施しておらず、実施していない回答者が実施している回答者を上回る結果であった。
結晶構造の時間変化からみるオロチジン-リン酸脱炭酸酵素の反応触媒機構

オロチジンーリン酸脱炭酸酵素の中でも、これまでの研究から比較的很質な結晶を得る条件が明らかとなっているMethanobacterium thermoautotrophicum由来の酵素を用いて研究をすすめた。反応進行中の酵素の結晶を瞬間凍結し、結晶構造の時間変化を観察することについては、これまでに見いだした、野生形ODCaseが6-cyano-UMPをBMPに変換する系以外にも、結晶内でも進行するいくつかの副反応を見いだした。これらの系について、詳しい解析をすすめた。今までに得た系を統合すると、ODCaseは通常の求核置換様の反応に加えて、いくつかの種類の求電子置換様の反応も触媒することが明らかになった。中性子回折・超高分解能X線解析については、結晶の質を改善するため、ODCaseのアミノ酸残基のうち、タンパク質間相互作用(すなわち結晶格子の形成)に関わる残基に着目し、部位特異的変異を導入することでより安定な結晶格子を形成できるようにする変異をいくつか導入した。共同研究先の、Lakshmi P. Kotra准教授らによって合成された基質アナログを用いて、ODCaseとの複合体を作成し、これらと野生型・変異型ODCase複合体の結晶構造解析を、1.2-1.8Å分解能で行った。以上の知見を基にした、ODCaseの反応触媒機構についでは、現在論文執筆中である。オロチジン一リン酸脱炭酸酵素(ODCase)は、オロチジン一リン酸(OMP)を脱炭酸しウリジン一リン酸(UMP)を合成する酵素として知られてきた。我々はこの酵素の10の17乗に及ぶ反応加速機構を明らかにするために、基質OMPに類似の構造を持つ競争阻害剤6-CN-UMPを合成し、これとODCaseの共結晶を構造解析したところ、6-CN-UMPはODCaseにより、ODCaseの最も強力な阻害剤である6-OH-UMP(BMP)に変換されることを見いだした。この新しい反応は3つの独立した実験で確認した。第一に、1.45Å分解能で行った結晶構造解析は明らかに6-CN-UMPではなくBMPの電子密度を示していた。第二に質量分析を用いた実験を行った。ODCaseと6-CN-UMPを混合し、すぐに質量分析したところ、ODCaseと6-CN-UMP複合体のピークが得られた。しかし混合後7日間静置し質量分析を行ったところ、BMPとODCase複合体のピークが得られた。第三に、6-CN-UMPはODCaseのOMPをUMPに変換する反応をあまり阻害しないが、BMPは強くこの反応を阻害する事を利用した酵素学的アッセイを行った。ODCaseと6-CN-UMPの混合物は混合直後はOMPをUMPに変換するが、混合して7日間おいたものはほとんど変換活性を持たなかった。これは6-CN-UMPのBMPへの変換を示している。通常のODCaseのOMPをUMPに変換する反応は求電子置換反応と考えられるが、この新しく発見した反応は求核置換反応と考えられる。また両反応が同じ部位で触媒されることは確認している。同じ酵素の同じ反応触媒部位が、求電子置換反応と求核置換反応を行う例は非常に珍しく、全く新しいタイプの反応触媒機構の存在が示唆される。この酵素は、基質と共有結合性の中間体を作らずに反応を触媒することが知られている。我々は、基質OMPに類似の構造を持つ6-iodo-UMPが、ODCaseの触媒反応を不可逆に阻害することを見いだした。この不可逆阻害は、Methanobacterium thermoautrophicum(Mt)とPlasmodium falciparum(Pf)由来ODCaseを用いた実験で確認した。まず質量分析により、この酵素と阻害剤はヨウ素原子1つと水素原子2つを失って、共有結合を形作っていることを確認した。また1.6Å分解能のMt酵素と6-iodo-UMP複合体の構造解析により、活性中心のLys72が阻害剤のピリミジン環と結合していることを確認した。この複合体中にヨウ素原子は見いだされなかった。この反応は、これまでに知られていた脱炭酸反応やシアノ基の水酸基への置換反応とは異なる新しいものであり、ODCaseの反応機構の理解に大きく貢献すると期待できる。この他に共同研究により、この6-iodo-UMPの抗プラズモジウム(マラリアの原因)活性を調べた。また、ODCaseの競争阻害剤である6-cyano-UMP,6-azaUMP,6-amino-UMPなどのKi値をマイクロカロリメトリー法で調べた。

中性子回折・超高分解能X線解析については、結晶の質を改善するため、ODCaseのアミノ酸残基のうち、タンパク質間相互作用(すなわち結晶格子の形成)に関わる残基に着目し、部位特異的変異を導入することでより安定な結晶格子を形成できるようにする変異をいくつか導入した。共同研究先の、Lakshmi P. Kotra准教授らによって合成された基質アナログを用いて、ODCaseとの複合体を作成し、これらと野生型・変異型ODCase複合体の結晶構造解析を、1.2-1.8Å分解能で行った。以上の知見を基にした、ODCaseの反応触媒機構についでは、現在論文執筆中である。
慢性関節リウマチの関節破壊における神経ペプタイドの役割についての研究

慢性関節リウマチ(RA)における軟骨破壊の機序として、末梢神経終末から放出される神経伝達物質のサブスタンスPが注目されている。平成8年度の研究から、in vitroにおいて神経ペプタイドの一種であるサブスタンスPが関節軟骨細胞からのストロメリシンやコラゲナーゼの酵素活性の放出を増強することが明らかとなった。一方、関節軟骨細胞の細胞外基質産生に関しては、関節液中で検出されるサブスタンスPと同程度(10^<-9>M)を添加しても、軟骨細胞のグリコサミノグリカン合成に影響は認められなかった。また、疼痛の発現に重要なプロスタグランディンの産生調節に関与するシクロオキシゲナーゼ(COX)のうち、炎症下でアラキドン酸カスケードの律速段階として重要な意義を持つCOX-2は、炎症性サイトカインの刺激により誘導され疼痛の発現に重要な役割を演じるが、平成9年度の研究では、滑膜細胞をIL-1βおよびTNFαで刺激することにより、このCOX-2mRNAの発現の誘導が明らかとなった。すなわち、RAにおいても、炎症刺激により産生されたプロスタグランディンが疼痛を誘発する結果、末梢神経終末から放出されるサブスタンスPが、関節軟骨からのマトリックスメタロプロテアーゼの産生を介して、炎症下における関節破壊に重要な役割を演じている可能性が示唆された。さて、RAでは手指の変形は徐々に進行し、日常生活動作において重大な能力低下をもたらす。そこで平成9年度に、RA患者に対する疼痛誘発を抑制するための関節保護動作指導の有用性を検討した結果、関節保護動作指導は関節変形の進行を阻止することはできないが、早期RA患者では、疼痛誘発抑制により変形の進行を遅らせ得ることが明らかとなった。以上より、関節破壊には疼痛伝達物質であるサブスタンスPが重要な役割を演じている可能性が示唆された。慢性関節リウマチにおける軟骨破壊の機序として種々の破壊機序が報告されているが、近年、神経系と免疫系との関わりが重要視され、炎症性疾患の発症や増悪因子として、末梢神経終末から放出される神経伝達物質であるサブタンスPなどの神経ペプタイドの作用が注目されている。そこで、本研究では慢性関節リウマチの病態と神経ペプタイドの関連性を検討するために、まずin vitroにおいて軟骨細胞に対する神経ペプタイドの作用を検討した。関節軟骨細胞はウシ関節軟骨細胞より分離培養し、関節破壊に重要な役割を演じているマトリックスメタロプロテアーゼの一種であるストロメリシンの関節軟骨細胞からの放出に及ぼすサブスタンスPの影響について検討した。関節軟骨細胞に炎症性サイトカインの一種であるインターロイキン1βを添加すると、軟骨細胞培養上清中のストロメリシンの酵素活性は増加した。また、神経ペプタイドの一種であるサブスタンスPを添加すると軟骨細胞培養上清中のストロメリシンの酵素活性はインターロイキン1βと同様に、添加したサブスタンスPの濃度に依存して増加し、関節液中で検出されるサブスタンスPと同濃度のサブスタンスP(10^<-9>M)を添加することにより統計学的に有意な酵素活性の上昇が認められた。一方、関節軟骨細胞の細胞外基質産生に及ぼす影響について検討したが、10^<-6>MのサブスタンスPを添加しても、軟骨細胞のグリコサミノグリカン合成に影響は認められなかった。すなわち、神経ペプタイドの一種であるサブスタンスPは関節軟骨からのマトリックスメタロプロテアーゼの放出を促進することにより、炎症下における関節破壊に重要な役割を演じていることが明らかとなった。慢性関節リウマチ(RA)では、疼痛時に神経終末から放出されるサブスタンスPが、関節軟骨細胞からのストロメリシンやコラゲナーゼの放出を増強することが明らかとなった。

さて、この疼痛の発現にはプロスタグランディンが重要な役割を演じているが、アラキドン酸カスケードの律速段階として重要なシクロオキシゲナーゼ-2(COX-2)は、炎症性サイトカインの刺激により誘導され、疼痛の発現に関与している。平成9年度の研究では、まず、神経根性疼痛を主徴とする腰椎椎間板へルニア組織におけるCOX-2の局在とその発現を検討し、神経根性疼痛の発生におけるCOX-2の関与を考察した。組織学的に検討したところ、ヘルニア組織内の髄核細胞にはCOX-2、IL-1βおよびTNFαの局在が認められた。またRT-PCR法を用いて検討したところ、椎間板由来細胞をIL-1βおよびTNFαで刺激するとCOX-2 mRNAの発現が誘導された。そしてこの手法を用いてIL-1βおよびTNFαで刺激することにより、RA滑膜細胞でもCOX-2 mRNAの発現が誘導されることを明らかにした(未発表データ)。すなわち、RAにおいても、炎症刺激により産生されたプロスタグランディンが疼痛を誘発する結果、末梢神経終末から放出されるサブスタンスPが、関節軟骨からのマトリックスメタロプロテアーゼの産生を介して、炎症下における関節破壊に重要な役割を演じている可能性がある。さて、RAでは手指の変形は徐々に進行し、日常生活動作において重大な能力低下をもたらす。そこで平成9年度に、RA患者に対する疼痛誘発を抑制するための関節保護動作指導を行い。この指導の有用性を検討した。その結果、RA患者に対する関節保護動作指導は関節変形の進行を阻止することはできないが、早期RA患者では、疼痛誘発の抑制により関節変形の進行を遅らせ得ることが明らかとなった。