細胞遺伝子工学 自然免疫に重要なKIR遺伝子領域の構造を解明～高深度シークエンス技術と配列決定アルゴリズムを実装～
2022-03-10 国立遺伝学研究所大阪大学大学院医学系研究科の坂上沙央里助教(研究当時、現ハーバード大学医学部博士研究員)、岡田随象教授(遺伝統計学 / 理化学研究所生命医科学研究センター システム遺伝学チーム チームリーダー)、金沢大...
東京大学
細胞遺伝子工学 
生物化学工学 タンパク質の新たな分解システム～ファイロジェンによる葉化誘導メカニズム解明で発見!～
ファイトプラズマ の葉化誘導因子ファイロジェンが、植物に花を咲かせる因子 (MADS転写因子)をこれまでにないしくみで分解することを発見しました。ファイロジェンは、MADS転写因子と輸送タンパク質と三者複合体を形成することで、MADS転写因子をタンパク質分解装置に輸送し分解していました。
医療・健康 がん病理組織画像の特徴を数値化する人工知能技術の開発
人工知能技術を用いてがんの病理組織画像の特徴を数値化することに成功しました。病理組織画像の特徴の数値化により、類似症例の検索や定量的な病理組織学的分類、がん遺伝子変異予測など、病理組織像の定量的データとしての扱いが可能になりました。
有機化学・薬学 光でイオンを輸送する膜タンパク質の巧妙な仕組み～XFELが捉えた光駆動型イオンポンプロドプシンの構造変化～
太陽光などの光を受けて塩化物イオン(Cl-)を細胞内に輸送する海洋細菌由来の「光駆動型イオンポンプロドプシン」の構造変化を、X線自由電子レーザー(XFEL)施設「SACLA」を用いた高解像度の構造解析により解明しました。
医療・健康 認知症の病因「タウタンパク質」が脳から除去されるメカニズムを解明
タウは、アルツハイマー病をはじめとする様々な神経変性疾患で脳に蓄積して、神経細胞の死を招く、認知症の原因となるタンパク質です。タウが脳内から除去される仕組みを明らかにすることが認知症の発症予防に繋がると考え、脳の細胞外での体液の流れに着目しました。マウスを用いた実験で脳内の老廃物を除去するグリアリンパ系(グリンパティックシステム)の仕組みによって、タウタンパク質が脳内から脳脊髄液に移動し、その後、頚部のリンパ節を通って脳の外へ除去されていること、またこの過程にアクアポリン4というタンパク質が関与していることを明らかにしました。
生物化学工学 スプレーで植物を改変～簡便な非遺伝子組換え植物改変法の開発～
「細胞透過性ペプチド(CPP)」を基盤としたナノサイズの担体を用いてスプレーで噴霧することで、核酸を植物へ導入することに成功しました。この手法により、植物細胞内または葉緑体内で、導入した外来DNAから一過的にそのタンパク質を産生させ、また、siRNAの導入により植物細胞内で目的タンパク質の発現を抑制することに成功しました。
生物化学工学 トンボの幼虫から成虫への変態に必須な遺伝子群の同定に成功
トンボが幼虫から成虫への変態に必要な遺伝子群を解析し、重要な3種類の転写因子を同定した。その中の一つで他の昆虫の「さなぎ」の形質を決定する転写因子が、さなぎの時期を持たないトンボでは、幼虫の形質を作り出す遺伝子と成虫の形質を作り出す遺伝子の両方をコントロールしていることを発見した。これは、昆虫の多様性を担う変態を解明する重要な成果である。
医療・健康 睡眠時の神経活動を作り出す数学的メカニズムの解明
睡眠時に特定の神経細胞で観察される活動パターン(睡眠紡ぼう錘すい波発火パターン)の新規数理モデルを構築し、モデルのシミュレーションと力学系理論に基づいて睡眠紡錘波発火パターンの制御メカニズムを明らかにしました。本モデルについて分子的・数学的に詳細に解析し、①カリウムチャネルの特性が睡眠紡錘波発火パターンの生成に重要な役割を果たすこと、および②神経細胞膜を通過する内向き・外向き電流のバランスが睡眠紡錘波発火パターンの密度および細胞内カルシウム濃度を制御し得ることを明らかにしました。
細胞遺伝子工学 外部から遺伝物質を持ち込まずにゲノムを改良する新技術「TAQing2.0」を開発
外部から遺伝物質を持ち込まずに生物のゲノムDNAを大規模に再編成し、生物機能の改良を加速する新技術「TAQing2.0」の開発に成功しました。細胞膜貫通ペプチドを用いてDNA切断活性をもつタンパク質を細胞内に導入し、大規模かつランダムにゲノム全体を再編成させることができます。生物の交配(有性生殖)が不能で通常の交配による育種が不可能な産業用微生物において、形質の効率的な改良が可能になりました。
生物工学一般 生物はどこまで賢く匂いを探索するのか?～ノイズに負けない探索戦略を紐解く新理論を構築～
生物が匂いの源を探索する際にとるべき最適な行動制御の原理を、生物に見られるノイズや非線形性を考慮した上で扱える理論を構築した。構築した理論が実際の生物の探索行動を理解する上で役立つことを、大腸菌の嗅覚・運動制御系を例に示した。
細胞遺伝子工学 植物ゲノムに不活性領域を作り出す機構
シロイヌナズナという植物の変異体を用いた研究の結果、DNAメチル化の間の局所的な正のフィードバックと、ゲノム全体での負のフィードバックを見出した。この両方の経路により、働くべき遺伝子を働かせながら、不活化領域に限定した抑制が可能となり、ゲノムの不安定化を防いでいると考えられる。
生物工学一般 脳の神経活動を可視化する新規マウス系統を開発
高感度・高速カルシウムセンサーを安定して発現する遺伝子改変マウスの開発に成功しました。正確な神経活動の計測を実現するため、高感度・高速カルシウムセンサー(G-CaMP9a)の開発と、この新規センサーを細胞種特異的に発現誘導可能な遺伝子改変マウス(G-CaMP9aノックインマウスの作製をおこないました。2光子励起顕微鏡注2を用いた生体イメージングにより神経細胞の活動を観察したところ、このマウスは感覚刺激に対する神経細胞の応答をより正確に検出できることが明らかとなりました。