hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
HTLVーI associated myelopathyに伴う膀胱病変の検討

長崎県内の関連施設を含めた疫学調査を行いHAMに随伴した神経因性膀胱患者35名のうち3名に比較的急速に進行した萎縮膀胱を特徴とする病変をみとめ、1名に難治性前立腺炎が持続する症例をみとめた。特に膀胱病変をみとめた3例は、全例、病変部に一致したリンパ球を主体とする細胞浸潤とレントゲン所見として、膀胱尿管逆流現象と萎縮膀胱をみとめ、その臨床所見と経過を、日本泌尿器科学会雑誌に投稿し受理された。難治性前立腺炎患者は、前立腺圧出液(EPS)にて検鏡上リンパ球を主体とする炎症細胞を多数みとめた。一方、下部尿路病変を有しないHAM患者および、前立腺癌骨転移による神経因性膀胱患者をコントロ-ルとして、下部尿路病変を有するHAM患者の血清と10倍濃縮尿について、HTLVーIに対する特異IgG,IgA,IgM抗体の有無について、EIA法およびウェスタンブロット法にて解析した。病変を有したHAM患者のみ、他のコントロ-ル群に比べ、尿中特異IgA抗体の上昇をみとめた。またHAMで膀胱病変合併例のうち膀胱を摘出した症例では、血清中特異IgA、IgGの抗体値は高値であったが尿中特異IaA抗体は低値であった。以上より尿中IgA抗体は、血中よりの漏出ではなく、局所特異的なものであると思われた。また尿中特異IgM抗体は検出できず、尿中への出現の可能性は、非常に低いと思われた。以上より、病理所見およびEPSの所見ともあわせ、この下部尿路病変が免疫学的関与をうけた特異的病変であろうと思われる。
ペプチドライブラリーを用いたMHC-ペプチド複合体の相補的安定化要因の解析

8アミノ酸長、9アミノ酸長のペプチドライブラリーを合成し、MHCのペプチド結合部位のアミノ酸選択度を判定量化した。ライブラリーの基本デザインは各々のアミノ酸位をひとつのアミノ酸で固定し、その他の部分には19アミノ酸等モルに代表された混合物(Xと表記する。例えばXXXGXXXX)を用いることにより、近傍のアミノ酸による効果を平均化させたものである。このライブラリーの結合度をすべての位置をランダム化させたXXXXXXXXと比較することにより固定したアミノ酸のMHCへの結合、構造の安定化に対する貢献度を単離した。貢献度はMHC-ペプチド複合体の熱安定性を50%達成させるペプチドの濃度で表した。この値はMHC-ペプチドの会合に要するGibb'sの自由エネルギーに相関すると考えられる。8-アミノ酸長のデータは論文に発表した。次に各アミノ酸の貢献度を加算的に扱い、任意のペプチド配列につき、結合度を予想させるプログラムを作成し、データベースに登録されたタンパク質中に存在するペプチドのMHC安定化能を予想させた。この方法ではなぜか主要アンカー位の評価がやや低く見積もられる傾向があるが、既知の主要アンカーの情報と組み合わせると、平均300アミノ酸長程度のタンパク質において自然な抗原プロセシングを経てMHCに結合していることが知られているペプチドのほとんどは結合能の高い上位5位に含まれていた。このことは、MHC-の構造の安定化にペプチドのアミノ酸側鎖から供給される結合エネルギーがある程度独立して貢献することを示している。一方、非加算的要素も含まれることを示すデータも得られた。
走査プローブ顕微鏡によるスピン流分布計測

スピントロニクスでは、スピン流の生成・検出技術の開発が極めて重要な課題である。近年の微細加工技術の発達によって、面内スピンバルブ構造の作成が実現されるようになり、実際にスピン流検出の報告がなされている。本研究では、走査プローブ顕微鏡(SPM)の探針を面内スピンバルブ構造における一電極とすることにより、スピン偏極トンネル電流を局所的に検出して、スピン流の空間分布を2次元的にマッピングすることを最終目標とした。我々は、その測定に必要となる走査トンネルポテンショメトリーの開発を行った。本研究では、走査プローブ顕微鏡(SPM)の探針を面内スピンバルブ構造における一電極とすることにより、スピン偏極トンネル電流を局所的に検出して、スピン流の空間分布を2次元的にマッピングすることを最終目標として、それに必要となる基礎技術の開発を行った。スピン流の情報をトンネル電流以外の方法でも検出できるように、原子間力顕微鏡(AFM)測定時において、励振させている力センサーに働くヒステリシスを有する力(非保存的相互作用)による励振エネルギーの散逸を測定する機能を、上記SPMに導入した。周波数変調型(FM)-AFMでは、共振振動数変化による力測定と同時に、励振振幅の変化からエネルギー散逸量を測定することができるので、トポグラフとの比較から表面局所構造との関連付けが可能である。静電気力・磁気力などに起因したエネルギー散逸測定により、帯電・誘電緩和・磁区構造の変化に関する情報を局所的に評価することも可能である。我々は、自然酸化膜に覆われたSi基板をテスト試料として、大気中と低真空中で測定したところ、エネルギー散逸像には両者の有益な差は見られなかったが、エネルギー散逸の探針-試料距離依存性においては、低真空ではヒステリシスに伴うエネルギー散逸と考えられるステップ関数的な振舞を明白に観察できることを見出した。スピン流検出のためには、スピン流が作り出す極めて微弱なスピン分圧を検出する必要がある。そこで、我々は、既に立ち上げた水晶振動子を用いたSPMに、新たに走査トンネルポテンショメトリー(STP)と呼ばれる機能を導入した。それは、試料表面に平行に電流が流れている領域の電位分布と表面像を、走査トンネル顕微鏡を用いて検出したトンネル電流から描き出す手法で、高い空間分解能とμVレベルの極めて高感度な電位分解能を有している。検出したスピン偏極トンネル電流を、このSTPで処理することにより、スピン流を高感度に測定できることが期待される。また、測定する試料が、非金属的な電圧・電流特性を持つ場合でも、測定を行えるように、通常のSTPに独自の改良を施した。このようにすることで、面内スピンバルブ構造の予期せぬ電圧電流特性があっても対応できると期待される。この装置を用いて、金薄膜を試料として測定したところ、78μVのノイズレベルで電位分布像を取得することに成功した。
ブラックホール降着流の大局的3次元磁気流体数値実験

ブラックホール降着流の時間発展を大局的3次元磁気流体(MHD)数値実験によって調べた。最大の成果はブラックホール候補天体への質量降着率の増大(アウトバースト)に伴う状態遷移過程を輻射冷却を含めた3次元MHDシミュレーションによって明らかにしたことである。質量供給源となる回転トーラスから降着円盤が形成される過程をシミュレートした結果、円盤密度が低く輻射が無視できる場合の高温降着流は粘性パラメータαの値がブラックホール近傍で0.1、遠方で0.01程度に変化する場合の移流優勢降着流(ADAF)の1次元遷音速定常解とよく一致することがわかった(Machida et al.2004)。降着率が増加して円盤密度が増えると輻射冷却が加熱項より大きくなり、円盤温度が低下してガス圧が減少する。この過程をシミュレートした結果、円盤は磁束をあまり失うことなく収縮するため円盤内部の磁束密度が増加し、磁気圧優勢になった。このように磁気圧で支えられた円盤は温度がさらに低下しても鉛直方向にはそれ以上収縮せず、光学的に薄い状態に保たれた。以上の過程により、ブラックホール候補GX339-4等のアウトバースト時に観測されるlow/hard状態からhard intermediate状態への遷移を説明することができた(Machida, Nakamura and Matsumoto2005ApJL投稿中)。降着円盤からのジェットの形成機構に関して、円盤を貫くポロイダルな磁気ループが円盤または中心天体の回転によって捻られ、膨張して磁気タワーを形成する過程をMHDシミュレーションによって明らかにした(Kato et al. 2004)。また、磁場が強い場合に、これらの磁気ループが相対論的速度で膨張することを相対論的force free方程式を解いて明らかにした(Asano et al. 2005 PASJ印刷中)。さらに相対論的MHDコードの数値的安定性とベクトル・並列効率を高める研究を進め、ローレンツ因子が10以上の問題への適用を可能にした。光学的に薄いブラックホール降着円盤の大局的3次元磁気流体(MHD)数値実験を実施し、時間変動のパワースペクトル(PSD)が銀河系内ブラックホール候補天体の1-100HzのPSDを再現することを明らかにした。また、シミュレーション結果はブラックホール近傍で角運動量輸送率が高くなる場合の移流優勢降着流(ADAF)の大局的1次元定常解と良く一致することを示した(町田・中村、松元2004,PASJ投稿中)。さらに、輻射冷却を含めた数値実験を実施し、low/hard state円盤の降着率が臨界値を越えるとhigh/soft stateに向けての状態遷移が起ること、この遷移の際、円盤温度が低下する一方で円盤はトロイダル磁束を保ったまま鉛直方向に収縮するため、円盤内部は磁気圧優勢な状態になることを明らかにした(町田ら2004投稿準備中)。加藤、林、松元(2004 ApJ)は、中性子星とそのまわりの降着円盤の磁気的相互作用のシミュレーションを実施し、円盤の回転によって捻られた磁場が回転軸に沿う磁気タワーを形成し、電磁エネルギーを輸送することを明らかにした。中心天体がブラックホールの場合でも同様な機構で磁気タワージェットが噴出し得る。相対論的MHDコードの計算効率と数値的安定性を改善するため、2003年8月に千葉大学にて「相対論的磁気流体ミニワークショップ」を開催し作業を進めた。また、研究支援者を雇用し、CIP法を用いた一般相対論的MHDコード開発を進めた。小出は、カーブラックホール近傍からのアウトフロー形成のシミュレーションを実施した。(小出2004,ApJL印刷中)。
生態系モデルを用いた気候変動に対する海洋生態系および物質循環の応答の解明

これまでのモデル開発から、ケイ酸濃度が若干過大評価ではあるものの、観測データが比較的充実している植物プランクトン全体量としての生物量や、メソ動物プランクトンの生物量、硝酸濃度などのバルク量については、適切に再現可能になっていた。しかし、観測データが不足していたために、シミュレートされる生態系の群集構造(生物の種組成など)が現実に則したものであるかの検証が難しかった。今年度は、新たな観測データセットとして、日本周辺の特徴的な5海域(親潮域、混合水域、黒潮内側域、黒潮外側域、東シナ海)における植物プランクトンおよび動物プランクトンについて組成データを、独)水産総合研究センターの観測グループから提供していただき、モデルとの詳細な比較を行うことができた。その結果、これまでのモデルは日本周辺海域において、ピコ植物が過小評価、ナノ植物が過大評価、マクロ動物が過大評価であることが明らかとなった。その原因としては、モデル中のピコ植物の低温阻害が強すぎること、ナノ植物への捕食圧が小さいこと、マクロ動物の死亡速度が遅いことなどが考えられ、それらをモデル中で規定している生理パラメータの調整を行った。それらの改良を施したモデルは、上記3点の問題点と共に、ケイ酸の過大評価についても改善され、これまで以上に観測結果と整合的になった。本研究により、日本周辺の特徴的な5海域における海洋生態系・生物地球科学的物質循環について、生態系の群集構造まで適切に再現できるようになった。日本周辺の多彩な海洋生態系を機能グループ毎に分け、観測と比較可能な形で取り扱うことができる生態系モデル"eNEMURO"を開発した。生態系の構造が大きく異なる3つの海域、(1)亜寒帯域(親潮域)、(2)亜熱帯域(黒潮外側域)、(3)陸棚域(東シナ海)において、水産総合研究センターのモニタリング研究で得られた時系列データを用いて、モデルの調整・改良を行った。その結果、亜寒帯・亜熱帯域の生態系の季節変化を観測とほぼ同じレベルで再現できるようにし、東シナ海の生態系をある程度観測に即した形で再現できるようにした。また、海水中の微量栄養元素である鉄の循環と生態系の応答の理解に向けて、東部北太平洋亜寒帯域における中規模鉄濃度調整実験"SERIES(Subarctic Ecosystem Response to Iron Enrichment Study)"のシミュレーションを行った。その結果、鉄濃度の変化に伴い植物プランクトンによるケイ酸/硝酸取り込み比が大きく変化し、海水中の物質循環に多大な影響を及ぼすことを明らかにした。これまで開発してきた生態系モデルを、共同研究者らと共に三次元海洋大循環モデルと結合させ、地球冷却効果ガスの一つであるDMSの全球的な分布を間接的に推定可能とした。また、植物プランクトンの光合成に大きな影響を及ぼす鉄循環をモデル中で取り扱えるように改良し、低次生態系の推定精度を向上させた。これまでの3海域(親潮域・黒潮外側域・東シナ海)に加え、多獲性浮魚類の産卵域として重要な黒潮内側域における独)水研セのモニタリングデータとモデルを比較した。モデルは、ケイ酸の季節変化幅を過小・オキアミを過大評価する傾向があったものの、おおむね観測される生態系の季節変化を再現できていた。モデルの感度解析から、群体を作る大型ケイ藻の温度依存性が、春季ブルームの規模・期間に大きな影響を及ぼすこと、ひいては温暖化に対する低次生態系の応答性を左右する可能性があることを明らかにし、それらの実測の重要性を示唆した。これまでのモデル開発により、日本周辺の特徴的な4海域の低次生態系・栄養塩ダイナミクスをおおむね再現できるようになった。この他に、独)水研セのSPINUP(西部北太平洋亜寒帯域のプランクトン・鉄ダイナミクス)計画により観測された光合成特性と環境要因の時空間的変化について詳細な解析を行い、春季ブルームに特異的な光合成特性の変化を明らかにし、モデル中の光合成過程を改良する必要性を示唆した。以上の成果は、原著論文と共に、第6回DGOP(プランクトン機能タイプモデル研究計画)国際ワークショップ、第1回GODAE(全球海洋データ同化実験)-IMBER(海洋生物地球化学・生態系統合研究)関係者会議、IAEA-MEL(国際原子力機関海洋環境研究室)国際セミナー、OSM2008(海洋科学総会)などの国際学会において積極的に口頭発表し、世界最先端をゆく海外の研究者らと活発な意見交換を行った。

それらの改良を施したモデルは、上記3点の問題点と共に、ケイ酸の過大評価についても改善され、これまで以上に観測結果と整合的になった。本研究により、日本周辺の特徴的な5海域における海洋生態系・生物地球科学的物質循環について、生態系の群集構造まで適切に再現できるようになった。
IP-10/CXCL10、CXCR3ノックアウトマウスにおける逆アルサス反応

ケモカインCXCL10とそのレセプターであるCXCR3それぞれのノックアウトマウスに対して免疫複合体疾患(3型アレルギー)の動物モデルである逆アルサス反応を用いた。皮膚血管に血管炎の病態を実験的に作り出し、血管炎におけるCXCL10-CXCR3シグナルの関与を調べるのがこの実験の目的である。CXCL10、CXCR3それぞれのノックアウトマウスと野生型マウス、計3系統のマウスを用いて逆アルサス反応における炎症反応の程度を比較した。具体的には、ニワトリ卵白アルブミンをマウスの尾静脈から注射し、その直後に抗ニワトリ卵白アルブミンIgG抗体を皮下注射した。その後皮下における浮腫(注射から4時間後)の程度を評価した。これまでに行った実験で、CXCR3ノックアウトマウスでは野生型マウスと比較して浮腫の程度はごくわずかに減弱するのみであったが、CXCL10ノックアウトマウスでは大きく浮腫の程度が減弱していた。また、浮腫を起こした部位を皮膚生検して免疫染色も含めて組織学的に検討したところ、好中球数は野生型マウスと比較してCXCL10ノックアウトマウスで減弱していた。一方、マスト細胞数には3系統のマウス間で差がみられなかった。さらに組織からmRNAを抽出してcDNAに変換し、定量的RT-PCR法で発現量を調べたところ、IL-6やIL-1βといった炎症性サイトカインの発現量が野生型マウスと比較してCXCL10ノックアウトマウス減少していた。一方、CXCR3ノックアウトマウスと野生型マウスでは皮膚における炎症性サイトカイン産生量に明らかな差はみられなかった。CXCL10とCXCR3はケモカインとケモカインレセプターの関係にあり、CXCL9, CXCL10, CXCL11がCXCR3のリガンドとなる。よって、仮説としてはCXCR3ノックアウトマウスでより逆アルサス反応が減弱すると予想していたが、実際には逆であった。ケモカインCXCL10が免疫複合体形成による血管炎において重要な役割を果たしていることが明らかとなった。一方で、CXCR3の欠損はこの実験系における血管炎に大きな影響を与えないことが示唆された。今後、CXCL10は血管炎における治療のターゲットとなる可能性がある。今回はマウスの実験系においてケモカインCXCL10が免疫複合体形成による血管炎における炎症反応増幅に関与していることを明らかとしたが、実際にはヒトの血管炎における関与は異なる可能性がある。ヒトの系で同様の実験を行うことは不可能であるが、血管炎患者から生検等により採取された皮膚組織を同意取得の上用いて免疫染色, FACSといった実験系でCXCL10の関与を確認する必要があると考える。また、今回はCXCL10ノックアウトマウスを用いた実験を行ったが、今後治療につなげるためにはCXCL10の中和抗体を用いてアルサス反応が減弱する事を確認する必要があると考える。今回の実験では、CXCL10、CXCR3それぞれのノックアウトマウスに対して免疫複合体疾患(III型アレルギー)の動物モデルである逆アルサス反応を用いた。この実験系で血管炎を中心とした免疫複合体疾患における白血球の炎症局所への誘導に対するCXCL10とCXCR3の役割を解明したい。まず、ニワトリ卵白アルブミンをマウスの尾静脈から注射し、その直後に抗ニワトリ卵白アルブミンIgG抗体を皮下注射した。これまでに行った実験で、CXCR3ノックアウトマウスでは野生型マウスと比較して浮腫の程度に明らかな変化はないものの、CXCL、10ノックアウトマウスでは有意に浮腫の程度が減弱していた。また、浮腫を起こした部位を皮膚生検して免疫染色も含めて組織学的に検討したところ、好中球数は野生型マウスと比較してCXCL10ノックアウトマウスで減弱していたが、マスト細胞数には変化がなかった。さらに組織からmRNAを抽出してQuantitative RT-PCR法で発現量を調べたところ、IL-6やIL-1βといった炎症性サイトカインが野生型マウスと比較してCXCL10ノックアウトマウス減少していた。よって、CXCL10が欠損すると好中球の遊走や炎症性サイトカインの産生が減少し、浮腫を初めとした炎症反応が減弱するのではないかと予想している。現在は8時間後の出血の程度の評価(視診、組織、PCR)とともに、腹水中のアルサス反応(タンパクレベルをEHSA kitで測定、フローサイトメトリーで白血球各分画におけるCXCR3陽性細胞数を評価)についても検討しているところである。CXCL10、CXCR3それぞれのノックアウトマウスに対して免疫複合体疾患(3型アレルギー)の動物モデルである逆アルサス反応を用いた。

その後皮下における浮腫(注射から4時間後)の程度を評価した。これまでに行った実験で、CXCR3ノックアウトマウスでは野生型マウスと比較して浮腫の程度に明らかな変化はないものの、CXCL10ノックアウトマウスでは有意に浮腫の程度が減弱していた。また、浮腫を起こした部位を皮膚生検して免疫染色も含めて組織学的に検討したところ、好中球数は野生型マウスと比較してCXCL10ノックアウトマウスで減弱していた。さらに組織からmRNAを抽出してQuantitative RT-PCR法で発現量を調べたところ、IL-6やIL-1βといった炎症性サイトカインが野生型マウスと比較してCXCL10ノックアウトマウス減少していた。CXCL10とCXCR3はケモカインとケモカインレセプターの関係にあり、CXCL9,CXCL10,CXCL11がCXCR3のリガンドとなる。よって、仮説としてはCXCR3ノックアウトマウスでより逆アルサス反応が減弱すると予想していたが、実際には逆であった。その理由としてCXCR3は制御性T細胞にも発現しているためCXCR3ノックアウトにより炎症の抑制機構も同時に減弱することを考えた。ただ、現時点までの実験ではこの仮説が事実であるかについてはまだ検証できていない。ケモカインCXCL10とそのレセプターであるCXCR3それぞれのノックアウトマウスに対して免疫複合体疾患(3型アレルギー)の動物モデルである逆アルサス反応を用いた。皮膚血管に血管炎の病態を実験的に作り出し、血管炎におけるCXCL10-CXCR3シグナルの関与を調べるのがこの実験の目的である。CXCL10、CXCR3それぞれのノックアウトマウスと野生型マウス、計3系統のマウスを用いて逆アルサス反応における炎症反応の程度を比較した。具体的には、ニワトリ卵白アルブミンをマウスの尾静脈から注射し、その直後に抗ニワトリ卵白アルブミンIgG抗体を皮下注射した。これまでに行った実験で、CXCR3ノックアウトマウスでは野生型マウスと比較して浮腫の程度はごくわずかに減弱するのみであったが、CXCL10ノックアウトマウスでは大きく浮腫の程度が減弱していた。一方、マスト細胞数には3系統のマウス間で差がみられなかった。さらに組織からmRNAを抽出してcDNAに変換し、定量的RT-PCR法で発現量を調べたところ、IL-6やIL-1βといった炎症性サイトカインの発現量が野生型マウスと比較してCXCL10ノックアウトマウス減少していた。一方、CXCR3ノックアウトマウスと野生型マウスでは皮膚における炎症性サイトカイン産生量に明らかな差はみられなかった。CXCL10とCXCR3はケモカインとケモカインレセプターの関係にあり、CXCL9, CXCL
膵癌の進展様式：特にＰａｎＩＮ，ＩＰＭＮとの関わりと浸潤形態について

膵癌が前駆病変から進行癌に進展していく過程を、その発生基盤と考えられるPanINやIPMNを中心に検討した。PanIN-3病変から浸潤性膵管癌が発生するルートはあるものの、de novo発生例の可能性も存在した。IPMN症例では浸潤癌の組織型がgastric typeとintestinal typeで異なる傾向がみられた。膵癌の周囲組織への浸潤に関しては、癌細胞が正常膵に浸潤していく際、ランゲルハンス島が最後まで温存される傾向がみられた。組織マイクロアレイでの検討では、稀ではあるが、HNF-1 beta、chromogranin A、p63などが免疫組織化学的に陽性を示す癌症例も存在した。IPMN症例について,MUC1, MUC2, MUC6, MUC5AC, CDXなどの粘液形質を中心に免疫組織化学を行い,その亜型分類を行った.そのうち,特にgastric typeとintestinal typeを抽出した.染色のdominantな部位で判断すると,前者が30例,後者が20例であったが,両者の移行を確実に指摘できる症例はみられなかった.その一方で,両亜型が混在していると言えるような症例は,その基準により左右されるが,少なくとも4例は存在した.大きさとの関係でみると,両者とも小型の病変でも独立してみられたことから,gastric typeからintestinal typeへの移行例は少なく,それぞれ独立して発生する可能性が示唆された.細胞増殖マーカー(Ki-67)や接着マーカー(E-cadherin)での染色性の有意差はみられなかった.IPMN由来の浸潤癌に関しては,症例数はすくないものの,gastric typeでは通常型の膵管癌が,intestinal typeでは粘液癌が発生することが多く,これは文献的に言われていることと一致していた.一方,膵癌において癌細胞がランゲルハンス島をどのように浸潤していくのかを免疫組織化学(3重染色)を行い,検討し,米国のThe Pathologists'meeting cap'13において発表した.癌細胞は正常膵に浸潤していく際に,腺房細胞へと浸潤し,ランゲルハンス島は最後まで温存される傾向がみられた.ただし,膵臓の面積比でみた場合,明らかに腺房細胞の面積が多く,ある程度の補正をする必要があるものと思われた.また,膵管癌で免疫組織化学的に神経内分泌への分化をみる際にはentrapされたランゲルハンス島を腫瘍細胞と誤認する可能性があり,注意が必要と思われた.膵癌が前駆病変から進行癌に進展していく過程を、その発生基盤と考えられるPanINやIPMNを中心に検討した。一方,膵癌および膵腫瘍の非癌部ではPanIN病変が認められたが,腫瘍から離れた部分ではPanIN1, PanIN-2がほとんどで,PanIN-3に関しては浸潤性膵管癌の主病巣近傍に認められるのみであった.また,この病変は浸潤性膵管癌の膵管内成分もしくはいわゆるcancerization of the ductsとの鑑別が困難であった.この点に関しては再度検討が必要と思われる.以前のわれわれの研究ではlow gradeのPanIN病変とgastric type IPMNは粘液形質が類似している点が明らかとなったが,今回,細胞増殖マーカー(Ki-67)や接着マーカー(E-cadherin)を免疫染色した結果でも両者の有意な差は得られなかった.膵癌がその前駆病変からどのように進行癌に進展していくのかを、その発生基盤と考えられるPanINやIPMNを中心に検討した。PanIN-1, PanIN-2は膵癌の非癌部では認められたが、PanIN-3に関しては浸潤性膵管癌の主病巣近傍に認められるのみであった。また、PanIN-3病変は浸潤性膵管癌の膵管内成分もしくはcancer ization of the ductsとの鑑別が困難であった(平成24年度)。IPMN症例における粘液形質を免疫組織化学的に検討すると、gastric typeとintestinal typeの移行を確実に指摘できる症例は認められなかったが、両亜型が混在する症例は少数ながら存在した。ただし、両者とも小病変において独立してみられることから両者の移行例は少なく、それぞれ独立して発生する可能性が示唆された。両亜型における細胞増殖マーカーや接着マーカーでの染色性の有意差はみられなかった。膵癌の周囲組織への浸潤に関しては、免疫3重染色で観察すると、癌細胞が正常膵に浸潤していく際には、ランゲルハンス島が最後まで温存される傾向がみられた(平成25年度)。人体病理学当初の目的はおおむに順調に行われたが,gastric typeとintstinal typeの移行例の判定が難しく,症例数も少ない点が今後の検討課題と思われた.Gastric type以外にintestinal type IPMNについてもPanIN病変との比較検討を行う予定であったが,腺扁平上皮癌での臨床病理学的なまとめを行った関係で少し予定が遅れた. EMT関連のマーカーなどについても検討を行う予定である.また,従来の免疫組織

化学をするのではなく,組織ティッシュアレイの形にしてもう少し効率よく,データが集められるようにしていく予定である.今回の検討ではやはりhigh grade PanINの定義がやや曖昧であるため,cancerization of the ductsとの異同を含め,より詳細な検討が必要と思われる.この点は当初平成26年度に予定していたが,少し計画を早めてやる方がよいのかもしれない.以上のように.まだ問題点も多く,本年度の達成度としては7割程度と言わざるを得ない.これまでの結果を踏まえ,最終年度は膵癌の浸潤様式について詳細な検討を行う予定である.その際,ティッシュアレイを用いて免疫組織化学的に検討を行う.また,IPMNやPanINについても時間があれば再度検討を加えたい.本年度の遅れを取り戻すとともに,今後はgastric type IPMNとintestinal IPMNの相互の関係について検討していく.最近の文献でもいくつか論文が出ているが,臨床的なものが多く,粘液形質以外の細胞マーカー,接着マーカーなどを用いて研究を進める予定である.また,膵癌の浸潤様式と既存組織の関わりについても当初平成26年度開始を予定していたが,少し早めに研究を開始する予定である.収支を完全に0にはできなかったが,額としては少なく,ほぼ計画の範囲内と考えている.少額のため,また,研究内容も一貫しているため次年度に使用することは可能である.我々のこれまでの研究でIPMNはgastric typeとintestinal typeに大きく2種類に分かれ,gastric typeからoncocytic typeやpancreatobiliary typeが発生すると考えている.しかしながら,gastric type IPMNとintestinal type IPMNがどのような関係にあるのかについては詳細な検討がなされていない.そこで,外科症例のうち一つの症例でgastric typeとintestinal typeが共存する症例を中心にこの両者の関係について詳細に検討する.これまで検討し,集積してきたIPMN症例を中心にgastric typeとintestinal typeが混在する症例を抽出する.そして,それぞれの症例での両者の移行部を選び,代表的な部位に関して組織ティッシュアレイ用の組織を作製する.両者の移行部が小さいような病変では,laser capture microdissectionを行う.上記の組織を用いて,粘液形質(MUC1, MUC2, MUC6, MUC5AC, CDXなど)をはじめとして,細胞マーカー,接着マーカー,さらにKRAS2, TP/p53, CDKN2A/p16, COX-2, SMAD4/DPC4などを中心に免疫組織化学的に検討を行う.また,膵癌症例に関して,その浸潤様式と既存組織の関わりについても同時進行の形で研究を進める予定である.
TNF-Rファミリーを介するNF-κB活性化のメカニズムの解析

1.TNF receptor-associated factor(TRAF)5の生体内における役割を明かにするためにTRAF5ノックアウトマウスを作製した。予想に反し、TNF,CD40やCD27刺激によるNF-κBやJNKの活性化に障害は認められなかった。しかしながら、CD40やCD27を介する増殖反応や細胞表面分子の発現上昇に障害が認められた。これらのことから、TRAF5はNF-κBやJNKの活性化を介さずにシグナルを伝達している可能性が示唆された。2.さらにTRAF2およびTRAF5の生体における役割を詳細に検討するため、TRAF2/TRAF5ダブルノックアウトマウス(DKO)を作製した。TNFによるNF-κBの活性化はTRAF2あるいはTRAF5のいずれのノックアウトマウスにおいても著明な障害がみられなかったものの、DKO由来の胎児線維芽細胞(MEF)においては著明なNF-κBの活性化の障害が認められた。さらにDKO由来のMEFはTNF誘導性の細胞死に対して、TRAF2KO由来MEF以上に感受性が上昇していることが明らかとなった。3.DKO由来MEFにおいて見られたTNF感受性の上昇したメカニズムを明らかにするために、TNF刺激前後において種々の抗アポトーシス遺伝子の発現を野性型MEFと比較した。検討した遺伝子のなかではBcl-2ファミリーに属するA1/Bfl-1の発現誘導が著明に低下していた。しかしながら、A1/Bfl-1をレトロウイルスベクターを用いてDKO由来MEFに発現させても部分的にしかTNF誘導性細胞死を抑制することはできなかった。これらのことを総合すると、TNF刺激時にNF-κB依存性に誘導されるA1/Bfl-1以外の抗アポトーシス遺伝子の発現の低下がDKOで見られたTNF誘導性細胞死の亢進の原因である可能性が示唆された。1.TNF receptor-associated protein 5(TRAF5)のin vivoにおける役割を明かにするためにTRAF5ノックアウトマウスを作製した。TRAF5はこれまでの我々の研究によりTNF-Rファミリーに属するlymphotoxin-βレセプターやCD27,CD30やCD40を介するシグナル伝達分子であることが示されてきた。予想に反し、TRAF5ノックアウトマウスにおいてはリンパ節やパイエル氏板の形成にはなんら異常が認められなかった。しかしながら、T細胞におけるCD27を介する補助シグナルの障害やB細胞におけるCD40刺激による増殖反応や表面分子の発現上昇に障害が認められた。一方、予想外なことにこれらのレセプターを介するNF-kBやJNKの活性化には障害が認められなかったことにより、TRAF5はNF-kBやJNKの活性化を介さずに、レセプターを介するシグナルを伝達していることが初めて明かとなった。今後はTRAF2とTRAF5のダブルノックアウトマウスを作製し、これらTRAFファミリー分子の生体における機能をより詳細に検討していく予定である。2.HTLV-1のコードするTaxを介するNF-kB活性化のメカニズムを検討した結果、TaxはIkB kinase(IKK)複合体の構成成分であり、それ自身キナーゼ活性を有するIKKαやIKKβとは直接会合せずに、アダプター分子であるIKKγと直接会合して、IKK複合体を活性化していることが明らかとなった。さらに種々のTax変異体を用いた結果、IKKγの会合とNF-kB活性化能は相関していることが明らかとなった。現在TaxがIKKに直接会合後、どのようなメカニズムでIKKを活性化しているかを検討中である。

1.TRAF2およびTRAF5の生体における役割を詳細に検討するため、TRAF2/TRAF5ダブルノックアウトマウス(DKO)を作製した。TNFによるNF-κBの活性化はTRAF2あるいはTRAF5のいずれのノックアウトマウスにおいても著明な障害がみられなかったものの、DKO由来の胎児線維芽細胞(MEF)においては著明なNF-κBの活性化の障害が認められた。さらにDKO由来のMEFはTNF誘導性の細胞死に対して、TRAF2 KO由来MEF以上に感受性が上昇していることが明らかとなった。2.DKO由来MEFにおいて見られたTNF感受性の上昇したメカニズムを明らかにするために、TNF刺激前後において種々の抗アポトーシス遺伝子の発現を野性型MEFと比較した。検討した遺伝子のなかではBcl-2ファミリーに属するA1/Bfl-1の発現誘導が著明に低下していた。しかしながら、A1/Bfl-1をレトロウイルスベクターを用いてDKO由来MEFに発現させても部分的にしかTNF誘導性細胞死を抑制することはできなかった。これらのことを総合すると、TNF刺激時にNF-κB依存性に誘導されるA1/Bfl-1以外の抗アポトーシス遺伝子の発現の低下がDKOで見られたTNF誘導性細胞死の亢進の原因である可能性が示唆された。
遷移金属クラスターとバイオ分子の複合化による新機軸機能性分子の創製

天然のタンパク質の多くは、補因子と呼ばれる低分子をポリペプチド鎖中の特定の位置に保持することで、触媒、電子伝達、分子認識などの様々な機能を獲得してきた。つまり、フラビン、ヘム、鉄-硫黄クラスターといった機能性低分子の能力をタンパク質は質的、量的に高次元に導くことが可能なわけである。本萌芽研究では、機能性低分子として酸化還元に応答して構造変化が可能な[4Fe-4C]クラスターを取り上げ、タンパク質のポリペプチド鎖に導入することで複合化分子を創製し、その性質を調べた。[4Fe-4C]骨格内の炭素上にspacerを介してlinker(マレイミド基)を導入し、クラスター1を収率76%で得た。クラスター1は対陰イオンとしてヘキサフルオロリン酸イオンを有し、アセトニトリルあるいは塩化メチレンなどの極性有機溶媒には可溶であるが水溶性は低く、タンパク質と複合化する上で障害となることから、対陰イオンを硝酸イオンで置換することで、その水溶性を著しく向上させることに成功した。[4Fe-4C]骨格と複合化するタンパク質としては、システイン残基をサブユニットあたり8つもつセレノシステインリアーゼを選択した。この反応の選択性は低く、タンパク質に[4Fe-4C]骨格が13個導入され、それぞれを分離精製することは困難であった。次にシステイン残基をサブユニットあたり2つもつチオレドキシレダクターゼとの反応を検討したところ、[4Fe-4C]骨格が2つ選択的にタンパク質に導入された複合化分子が高収率で得られた。得られた分子のキャラクタリゼーションは質量スペクトルおよびサイクリックブルタモグラムにより行った。天然のタンパク質には、機能性低分子をポリペプチド鎖中の特定の位置に保持し、触媒、電子伝達、分子認識などの様々な機能を獲得しているものが多く存在する。また、そのタンパク質の機能は、ポリペプチド鎖の構造変化により発現される。本研究では酸化還元という外部刺激に応答して、骨格構造の可逆的変換が可能な[4Fe-4C]骨格をタンパク質と複合化することで、新しい機能を有する人工金属タンパク質の創製を最終目標として実験を行った。Linkerとしてはポリペプチド鎖上のSH基に結合可能なマレイミド基を用い、spacerとしてはこれまで開発した[4Fe-4C]骨格への官能基導入法を考慮して、プロピニレンを用いることとした。ブロモアセチレンクラスター[(C_5H_4Me)_4Fe_4(HCCH)(HCCBr)](PF_6)をCuI/NHEt_2存在下、N-propynylmaleimideと反応させることで、マレイミド基をLinkerとして[4Fe-4C]骨格へ導入することに成功した(1,収率76%)。さらに、二臭素化体を出発原料として用いて同様な条件で反応を行うことにより、[4Fe-4C]骨格上に2つのLinkerを有するクラスター2の合成に成功した。2を二電子酸化すると、鉄-鉄結合の生成と炭素-炭素結合の開裂を伴って3が得られ、3を二電子還元すると、2が再生した。化合物のキャラクタリゼーションは、各種分光学的データおよび単結晶X線構造解析により行った。SH基を有するタンパク質のモデル化合物としてL-cysteine methyl ester hydrochlorideと1の反応を1HNMRにより追跡した。1のacetonitrile-d_3溶液にL-cysteine methyl ester hydrochlorideの重水溶液を加えたところ、付加生成物4がほぼ定量的に生成することがわかった。
生体内組織形成技術を用い人工物を使用せずに作成する循環器領域への代用組織の開発

生体内組織工学により患者皮下でシリコーン基材の周囲に形成される結合組織膜を、小口径代用血管・心血管補填組織として使用するための技術開発を行った。動物実験を繰り返し、2015年には小児心臓血管外科領域で臨床応用を開始した。更なる応用拡大を目指して、自家のみならず、同種・異種組織の移植についての試みも開始した。様々な化学処理・脱細胞化処理などを行って、得られた組織の力学的特性評価を行い、更にパイロットスタディーで動物移植実験を行ったが、自家移植に遜色ないグラフトとして機能することが明らかになりつつある。今後更に研究を進め臨床応用を目指す予定である。本研究では、自己の体をバイオリアクターとし自家細胞とマトリックス成分からなる自らの移植臓器を自在に設計・誘導・再生するという、再生医療工学的に全く新しい着想に基づく移植医療技術の開発を行う。これは人工臓器、移植臓器、in vitroならびにin vivo組織工学的臓器に続く次世代型臓器として位置づけることができる。ここで我々は、自家組織を用いて移植用組織をほぼ無尽蔵に提供できる「in body tissuearchitecture technology」(生体内組織形成技術)により心血管領域に用いる血管をはじめとした代用臓器を患者に最適なサイズ、形態で作成するオーダーメイド再生医療を提供する。1小口径代用血管への取り組み2shelf readyグラフトとしてのBiotube3人工物を用いない組織欠損部位の修復(シートとしての応用)本研究では、自己の体をバイオリアクターとし自家細胞とマトリックス成分からなる自らの移植臓器を自在に設計・誘導・再生する、再生医療工学的に全く新しい着想に基づく移植医療技術の開発を行う。これは人工臓器、移植臓器、in vitroならびにin vivo組織工学的臓器に続く次世代型臓器として位置づけることが出来る。ここで我々は、自家組織を用いて移植用組織をほぼ無尽蔵に提供できる「in vivo tissue architecture technology」(生体内組織形成技術)により、心血管領域に用いる血管をはじめとした代用臓器を患者に適切なサイズ、形態で作成する、オーダーメイド再生医療を提供する。1小口径代用血管への取り組み2shelf readyグラフトとしてのBiotube3人工物を用いない組織欠損部位の修復(シートとしての応用)1、2として従来と同様の方法によりミニブタでのバイオチューブ作成を行い、視覚的にはこれまでにビーグル、ウサギで作成したものと同様のバイオチューブが得られた。今後組織学的、力学的評価を行う。3としては、作成したバイオチューブを切り開き、シート状にし、バイオシートを作成した。人工心肺使用下にミニブタに心房中隔欠損を作成し、作成したバイオシートで閉鎖し得た。循環器領域の外科治療における補填材料としての使用が期待できる。共同研究者の病気療養により、移植手術等安定した輔助を必要とする実験は実施することが困難であった。そのため、27年度は基材の調整、グラフトの作成にとどまった。本研究では、自己の体をバイオリアクターとし自家細胞とマトリックス成分からなる自らの移植臓器を自在に設計・誘導・再生する、再生医療工学的に全く新しい着想に基づく移植医療技術の開発を行う。これは人工臓器、移植臓器、in vitroならびにin vivo組織工学的臓器に続く次世代型臓器として位置付けをることができる。1小口径代用血管への取り組み2shelf readyグラフトとしてのバイオチューブ3人工物を用いない組織欠損部位の修復(シートとしての応用)1、2として従来と同様の方法によりミニブタでのバイオチューブ作成を行い、視覚的にはこれまでにビーグル、ウサギで作成したものと同様のバイオチューブが得られた。今後、組織学学的、力学的評価を行う。3としては作成したバイオチューブを切り開き、シート状にし、バイオシートを作成した。循環器の外科治療における補填材料としての使用が期待できる。27年度は共同研究者の病気療養のため、28年度は研究代表者である自分の異動に伴う残務整理等のため、当初計画していた実験に遅延が生じた。29年度はこれまでに引き続き、自家動脈移植実験による代用血管としての確実性・安全性検証を継続した。さらにShelf Ready Graftとしての異種組織応用技術の開発も同時並行で継続した。28年度後半より開始した脱細胞化処理後組織の力学的強度測定結果をフィードバックして、処理方法の最適化を試みた。十分な脱細胞が行われておりかつ強度が十分に保たれている脱細胞条件を検討した。パイロットスタディーとして、脱細胞処理されたビーグル犬由来管状組織体をラット腹部大動脈に移植した。植込み後、自家由来管状組織体と同様の良好な組織再生を観察することが出来た。この間体循環(動脈)環境において十分な強度を保持し得た。また当初の計画通り同種移植の可能性についての検討も継続した。ブタを用いた脱細胞化同種組織の移植パイロットスタディーでは良好な結果が得られた。更に経時的変化を観察するためにビーグル犬を用いた超短期同種移植実験も開始し4週以内の早期に組織再生が誘導されることが明らかとなりつつある。

本治療技術は自家移植については既に臨床応用を開始したが、今後応用範囲を拡大していくにあたり適用が想定される、ハイリスク患者・高齢者・未熟児などでは組織再生能力が低下しており、組織化の不確実性が課題となると予測される。そこで、現在進めている自家移植用グラフトの開発にとどまらず、より確実に良好な代用血管を作成するために、異種動物で作成した組織の応用、健常な成人由来の同種グラフトの開発についても引き続き継続して行う必要があると考えられた。生体内組織工学により患者皮下でシリコーン基材の周囲に形成される結合組織膜を、小口径代用血管・心血管補填組織として使用するための技術開発を行った。動物実験を繰り返し、2015年には小児心臓血管外科領域で臨床応用を開始した。更なる応用拡大を目指して、自家のみならず、同種・異種組織の移植についての試みも開始した。様々な化学処理・脱細胞化処理などを行って、得られた組織の力学的特性評価を行い、更にパイロットスタディーで動物移植実験を行ったが、自家移植に遜色ないグラフトとして機能することが明らかになりつつある。今後更に研究を進め臨床応用を目指す予定である。基材の埋入、グラフトの作製、移植、作製したグラフトの保存用異種グラフトとしての前処理の最適化実験等ほぼ予定どおり進んでいる。27年度の遅れを取り戻すべく、1前臨床段階として臨床応用へ向け、長期安定性評価を継続し、自家移植データの集積を行う。2ヒトへの応用の前段階として、実験として、ミニブタでのBiotubeの作成い、これまでのウサギ、犬と視覚的には同様のBiotubeが形成されることを確認した。今後、組織学的、力学的評価を行い、異種グラフトとしての応用の可能性を検討する。3ウサギで作成したBiotubeをこれまでに開発した処理法により異種グラフト用に処理を行い、in vitroにおいて力学的特性を評価し、動脈グラフトとしての耐久性を検証する。ビーグル犬の頚動脈に異種移植を行い、開存性及び、免疫反応の有無・開存性・耐久性の評価を行う。また、石灰化を含めた病理組織学的検討を行う。さらに、異種ブラフト二対する抗血栓処理についても検討する。27年度、28年度の遅れを取り戻すべく、1前臨床段階として臨床応用に向け、長期安定性評価を継続し、自家移植データの集積を行う。2ヒトへの応用の前段階の実験としてミニブタでのバイオチューブの作成し、これまでののギ、犬と視覚的には同様のバイオチューブが形成されることが確認できた。3ウサギで作成したバイオチューブをこれまでに開発した処理方法により異種グラフト用に処理を行い、in vitroにおいて力学的特性を評価し、動脈グラフトとしての耐久性を検証する。ビーグル犬の頸動脈に異種移植を行い、開存性及び免疫反応の有無、耐久性の評価を行う。さらに、異種グラフトに対する抗血栓処理についても検討する。
STEM-CBED法による強誘電体の分極ナノドメインの構造解析・分極マッピング

この手法を用いて,典型的な強誘電体であるチタン酸バリウム(BaTiO3)の強誘電正方晶相の観察を行い,局所構造および分極が空間的に揺らいでいる様子を可視化した.その結果,チタン酸バリウムの正方晶相の局所構造は,平均構造とは異なる菱面体晶相の対称性を持っており,その局所構造の揺らぎのスケールはナノメーター程度で,分極の方向がそろったナノサイズのクラスター(分極クラスター)を形成していることを明らかにした.これは,構造相転移が単なる変位型ではなく秩序・無秩序性を持っていることを示している.より定量的な議論のために,第一原理分子動力学計算を援用して局所構造・分極揺らぎのモデルを構築し, CBED図形の動力学回折理論によるシミュレーションを行う準備を進めている.また,別の典型的な強誘電体であるチタン酸鉛(PbTiO3)の強誘電正方晶相において,チタン酸バリウムと対照的に,局所構造が平均構造と同じ正方晶相をとることを明らかにした.昨年度のチタン酸バリウム(BaTiO3)の正方晶相の解析に続いて,この手法を適用してニオブ酸カリウム(KNbO3)の斜方晶相の解析を試みた.KNbO3はBaTiO3と同様の逐次相転移系列を持つ強誘電体であり,BaTiO3正方晶相と同様のナノスケールの局所構造・分極の揺らぎの分布を,KNbO3正方晶相においても観察することに成功した.これらはどちらも室温相の観察であるが,液体窒素冷却試料ホルダーおよび加熱試料ホルダーを用いて各相の局所構造を調べる試みを行った.また.強誘電ドメイン境界近傍における局所構造変化をとらえる試みを行った.さらに,ナノ電子ビームの試料厚み方向の構造変化の情報を,試料を傾斜せずCBED図形から取り出す方法についても検討を開始した.STEM-CBED法を適用してBaTiO3の常誘電立方相における局所構造を調べた.その結果,常誘電相においてすでに立方晶対称性が破れているナノスケールの局所領域が現れることを明らかにした.これは,強誘電相への相転移前駆現象として,常誘電立方相においてもナノサイズの分極クラスターが存在していることを直接観察することに初めて成功したものである.強誘電-常誘電相転移点直上ではほとんどの領域で立方晶対称性が破れているが,試料温度を上昇させると立方晶対称性を示す局所領域が増加し,バーンズ温度付近の600K程度では試料のほとんどの領域が立方晶対称を持つことを示した.また,8サイトモデルをもとにして,新たに立方晶相の空間階層構造モデルを提案した.このモデルにより,これまで種々の実験・理論から報告されていた2つの異なる局所構造の対称性が,実験プローブの見る相関距離の違いにより説明できることを示した.STEM-CBED法をエネルギーフィルター透過電子顕微鏡JEM-2010FEF上で動作させ,KNbO3斜方晶相のナノメータースケールの局所構造揺らぎ・分極の分布を可視化することに成功した.さらに,強誘電体ヘテロ界面,強誘電ナノキューブ,リラクサーなど,広い範囲の試料に適用可能な段階に達した.27年度が最終年度であるため、記入しない。電子線結晶学,固体物理STEM-CBED法の開発・改良を継続し,強誘電体ヘテロ界面,強誘電ナノキューブ,リラクサーなど,広い範囲の試料に適用し,これまで得られなかったナノスケールの局所構造揺らぎ・分極分布の情報を得て,巨視的物性との相関を調べる.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。STEM-CBED法を適用して,チタン酸バリウムの構造相転移近傍での局所構造・分極揺らぎの温度依存性,90°および180°ドメイン壁近傍での局所構造・分極揺らぎについて調べる.さらに,ヘテロ強誘電体界面やナノキューブなどの新奇強誘電体への適用を試みる.第一原理分子動力学計算を援用して局所構造揺らぎのモデルを構築し,動力学回折強度計算によるCBED図形のシミュレーションを行って,実験と比較を行う.27年度が最終年度であるため、記入しない。
大型野生獣の餌環境に配慮したナラ枯れ跡地管理のための森林再生システム構築

ナラ枯れギャップの更新状況を明らかにし、母樹として更新に寄与する可能性があるブナと、それ以外のナラ林を空中写真上で識別し樹冠図を作成した。さらにブナ・ナラ類堅果から得られる栄養成分量分布図を作成した。ナラ枯れ被害地では大きさが異なるギャップ内での更新を比較し、ギャップの大きさが更新に与える影響を明らかにした。これらの結果をもとに、大型野生獣の餌環境に配慮したナラ枯れ跡地の更新について検討した。広域的なナラ枯れ林分の分布とナラ枯れに伴う樹種交代を景観スケールで把握する方法を確立するために、紅葉期に撮影された空中写真を使って、樹冠色の違いによる樹種判読の可能性を検討した。その結果、紅葉色の異なる数樹種で判読可能と認められたが、2009年度の春に開葉色の空中写真を撮影して、同じ樹冠を識別して併せて判読することによって、樹種判読の的中率が高められると結論づけられた。これら判読対象の樹種を数タイプに分類して、現地でそれら林冠構成樹種の違いと林冠下の光環境、出現した植物種の関係とを解析した。その結果、林冠がブナ優占タイプとナラ優占タイプでは、林床に出現する低木層と草本層の種構成が明瞭に異なることが明らかになった。すなわち、開葉が早く耐陰性の高いブナの厚い樹冠下には、低木層は発達しにくく、逆に開葉が遅く、樹冠の薄いナラ型樹冠下では常緑低木が有意に高い出現率を示した。さらに、15年目に入った人工ギャップ実験地がナラ枯れで拡大したことから、拡大型ギャップと縮小型ギャップにおける林床光環境の変化と更新パターンの違いを調査した。その結果、ギャップサイズに関係なく、ギャップ下で前半5年間に更新樹種が増減したケースが多かった。また、後半5年では高木種の樹高はギャップサイズが大きいほど高くなる傾向があった。ナラ枯れは植物種多様性を急速に低下させた。したがって、ギャップサイズは時間の経過によって、植生と高木種の更新に影響を及ぼすことが明らかになった。広域的なナラ枯れ林分の分布とナラ枯れに伴う樹種交代を景観スケールで把握する方法を確立するために、昨年度は、紅葉期に撮影された空中写真を使って、樹冠色の違いによる樹種判読の可能性を検討した。今年度は、ブナ・ナラ混交二次林を対象に、開葉が早いブナの特性を利用して早春に空中写真を撮影し、ブナ樹冠を特定して、景観スケールでブナとナラの樹冠分布図を作成した。この樹冠分布図を使って、豊作年のブナに加えて,豊作年のコナラ林の落下種子量から脂質と炭水化物量を算出して、1haメッシュ上に示した。脂質はブナ樹冠密度が高い部分に偏って分布した。一方,ブナを凶作年と仮定した場合、炭水化物の分布には影響が無かったのに対して,脂肪生産のレベルと範囲は著しく減少した。一方、季節的な光環境の変化を評価するために、ブナ・ナラ混交二次林40林分において展葉期と落葉期に一週間間隔で光量子センサーにより光合成有効光量子束密度を測定した。低木層を常緑優占・落葉優占・低木無しの3タイプに分類したところ、これらの構成比は林冠木のフェノロジーの違いによって有意に異なった。また、林冠優占種が同じタイプであっても低木層の組成の違いにより草本層の植物種の出現頻度には偏りがみられた。以上の結果より、落葉広葉樹林における林冠層と低木層の樹種構成の違いが林床に複雑な光環境を生み出し、そのことが林床植物相を多様にしていることが示唆された。閉鎖林冠下と大きさが異なるナラ枯れギャップ内での更新を比較し、ギャップの大きさが更新に与える影響を検討した。調査は2001年にナラ枯れが発生した新潟県阿賀町の落葉広葉樹二次林で行った。閉鎖林冠下に比べて、ギャップ内で更新している高木樹種は少なく、ギャップサイズが大きいほど個体数は少なかった。逆に、更新稚樹の成長はギャップサイズが大きいほど良かった。ナラ枯れギャップ周辺にブナの母樹が多いと、有意にブナの更新個体数が増加する傾向にあった。しかしながら、ブナ以外の鳥散布や風散布の樹種では、こうした傾向は見られなかった。以上の結果から集団枯損による大規模ギャップでは、十分な更新個体数は得にくいものの、被陰を脱した個体は良好な成長が望める。さらに、ブナが周辺に母樹として分布している場合には、原生植生のブナ林への遷移が促進される可能性が示唆された。一方、ナラ枯れ跡地に更新する広葉樹の樹種判読に有効な画像取得時期を決定することを目的として、新潟県阿賀町の落葉広葉樹二次林の主要6樹種を対象として、開葉と落葉フェノロジーを調査し、主要樹種の色特性から樹種判別を行った。

その結果、開葉期については、ブナが一斉開葉型であることと、画像の判別精度から、ブナ開葉直後に撮影した空中写真が有効であった。一方、紅葉期の葉の色づき方は、すべての樹種間で有意な差が見られる時期があった。これらの結果をもとに、開葉期と紅葉期の画像を組み合わせた樹種判別に最適な撮影時期を提案した。