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研究テーマ

シグナル分子の光スイッチを作製し、細胞を光で操作します。
細胞生物学の最新の手法を用いて、細胞やシグナル分子の機能の新しい見方の提唱を目指します。


20世紀後半から生命科学は大発展を遂げ、いまや人ゲノムが全て解読され、構成蛋白の網羅的解析が行われ、遺伝子ノックアウトマウスが作られています。しかし、これまで生物学の殆どの研究は、結局のところ様々な条件での生物機能を描写(describe)するものでした。実際、実験に対する批判として、しばしば“生理的でない”という言葉が使われてきました。

我々は21世紀の生物学はこれと異なると考えています。
我々は生物システムを解明すべく、積極的に細胞機能を操作していきます。
光を使えば、時間空間的に細胞機能を活性化できます。
入力を様々に変化させ、その出力からシステムの構造を明らかにします。
もし有益な性質を細胞に付与できれば、産業に結び付くかもしれません。

(1) シグナル分子の光制御

ヒマワリの向日性  Photo by Yokaphoto.net

生物学研究の1つの目標は、生命現象を物理や化学の法則で説明することです。そうなれば、生物学は物理や化学に包含されてしまうわけですが、そういう状況は当分起こりそうにありません。その理由としては、生物学は未だ多くの場合、現象の記載が主で、各ファクターを変化させるとシステムにどのような変化がおこるかの測定には至っていないこと、従って数理的記述ができていないことがあると思います。

蛍光蛋白を使った研究の進展から、細胞内での機能分子の活性の分布などは分かるようになってきました。しかし、細胞内のシグナル分子の刺激法は立ち遅れています。 例えば、神経や上皮のような極性のある細胞では、機能分子を細胞全体で、或いは一部だけ活性化するのかで、その細胞の反応は異なってくるでしょうし、一定の強さの刺激なのか、パルス刺激なのかで結果はことなるでしょう。また、細胞は一つ一つ大きくちがうので、同一細胞で一連の実験を行えることも重要です。

これらの条件をみたす、時間空間的に可変な刺激のよい方法はこれまでありませんでした。この問題にアプローチするため、私たちは、シグナル分子の光スイッチをつくり、細胞内シグナルの時間空間的制御の研究をはじめています。典型的には、植物細胞の光感受シグナルシステムを用いて、動物細胞のシグナル分子の光スイッチを作製し、その特性を明らかにし、細胞や個体に応用することで、光を使って細胞機能を操作します。光を使わない場合も、細胞内のシステムにこれまで以上に積極的な介入を試みたいと思います。

私たちは新しい道具(光スイッチ)の開発も行いますが、私たちのゴールではそこではなく、道具を使って、基本的な生物学的問題を見つけ、解決することです。

(2) 嗅覚系を用いた個体レベルの神経細胞生物学の展開

生命科学の急速な発展は喜ばしいことですが、その結果、求められる研究水準も非常に高くなっています。細胞生物学においても個体レベルの研究は益々重要になっています。嗅覚系は、Richard Axel, Linda Buckらのノーベル賞受賞からもわかるように、神経系の中で最も研究の進んだ分野の一つです。国内外にも優れた研究者が多く、多くのことがわかっています。
 
さて、神経の研究には二つの立場があると思います。それぞれの神経細胞の違いに着目して、各システムのユニークな点を探究する立場。もうひとつは、神経細胞全体に、更には細胞全体に共通のメカニズムを研究するためのモデル系として神経を研究する立場です。嗅覚系研究は、これまで前者が多く、視覚、聴覚と同じく神経科学の感覚器の分野の一部と捉えられてきたと思います。

私たちは、嗅覚系を 後者の神経細胞に普遍的な性質を研究する神経細胞生物学のよいモデルと捉えています。軸索の投射、シナプス形成、成体でもおこる神経再生など、神経細胞にとって普遍的な問題を研究するのに大変適しています。さらにこれらが、脳の極表層でおこるので生きたまま個体レベルで観察可能であり、光スイッチによる刺激も可能です。

私たちは、光スイッチの作製、細胞レベルの研究、個体レベルの研究を通して生物学研究の新しいスタイルを模索していきたいと思います。


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