私たちの研究室では、主に光学顕微鏡ライブイメージングと画像情報処理、ビッグデータ解析、計算機シミュレーションの技術を駆使し、多細胞システムの４次元的な動態の定量的な計測や、数理モデルの構築、未来の予測等を行う技術を開発し、多細胞生物の発生と多細胞システムの創成の予測可能な理解を目指した研究開発を展開しています。

近年の分子生物学と構造生物学の進歩は著しく、CG を駆使した美麗なイラストや動画を目にする機会も増えました。しかし、「生命とは何か？」には、まだ答えられません。私たちは、想像図ではなく、生きた細胞の中で生命現象の現場を分子レベルで直接見ることで「生命とは何か？」を理解したいと考え、そのための技術開発とそれを利用した計測に並行して取り組んでいます。具体的な研究対象としては、キネシンなどの分子モーターによる細胞内輸送を中心に、シグナル伝達分子の核輸送から遺伝子発現調節まで、細胞の中での輸送・動きを一分子レベルで直接イメージングすることで解析しています。

我々の健康寿命は、食環境により大きく影響されていますが、そのメカニズムの多くは不明です。当研究室では、食餌によって変化する各種栄養素や腸内細菌の生理機能を研究しています。ショウジョウバエを利用し、生物の老化・寿命を規定する普遍的な分子機構を解明します。

哺乳類卵母細胞における染色体分配の機構を研究しています。ライブイメージングや分子生物学、細胞生物学、生殖工学的なアプローチを使っています。卵子の老化で見られる染色体数異常の原因を明らかにしたいと考えています。

組織は常に新陳代謝を行うことで恒常性を保っており、中でも腸管上皮は特に新陳代謝の速い組織です。腸管上皮の分化過程における正確な細胞増殖制御は組織恒常性維持に極めて重要であり、その破綻が組織の萎縮やがん化につながることが知られています。当研究室では、腸管上皮において細胞増殖と細胞分化がどのように協調して制御されているかについて研究を行っています。特にマウス腸オルガノイドのライブイメージングや組織の多色イメージング、そして定量的な解析により、腸管上皮幹細胞の運命を決定する分子メカニズムを解明します。研究に熱い大学院生を募集しています！

発生はダイナミックで美しい現象で、全体としてはとても正確に進行します。一方で、細胞レベルや遺伝子レベルといった細部ではある程度の不確かさが見られます。私たちは、この全体としての発生の正確性を保証する原理を解き明かしたいと考えています。発生を遺伝子発現・細胞分化と形態形成の間での双方向性の情報フィードバックを基盤としたゲノム-細胞-組織の多階層ネットワークシステムとして捉え、1細胞ゲノミクスやイメージングなどを駆使したダイナミクスの定量的な観察・計測と大規模データ解析を通じて、その基本設計を理解することを目指しています。

フィジカルバイオロジー研究チームでは、物理学や数理科学のアイデアにもとづいて理論と定量的な実験を組み合わせて細胞生物学や発生生物学の問題に取り組むことで、生命を構成する部品が統合されて生命の機能が発現する仕組みの解明を目指しています。特に、細胞のキラリティ創発の機構の解明、細胞集団や体の左右非対称性の形成機構の解明、遊走細胞による細胞の集団運動の創発機構の解明などに取り組んでいます。

試験管の中で生体内の分子を組み合わせて生命システムの一端を再現するという試みを通じて、生命とは何かを解き明かすことを目的に合成生物学研究を行っています。特に、情報分子（核酸）と機能分子（タンパク質）を繋ぐリボソームを基盤としたタンパク質合成システムに着目し、プロテオーム解析やタンパク質エンジニアリングなどの技術革新にも貢献できる形で研究を展開しています。

細胞外からの刺激に応じて、どのように細胞内の生体分子が構造変化を引き起こし、局在や結合相手を変えてシグナルが伝達されるのか、その仕組みを理解するため、クライオ電子顕微鏡単粒子解析などの手法を用いて生体分子複合体の立体構造を解析しています。

冬眠は一部の哺乳類が自ら代謝を低下させる省エネ状態（能動的低代謝）です。当研究室では人間を冬眠させるための研究開発を行っています。人間を安全に冬眠状態に誘導できれば、救命できない症例を減らしたり、重症患者の搬送、臓器の長期保存、全身麻酔の安全化など、臨床の様々な問題点をクリアできます。さらに、人工冬眠によって寿命を延伸できれば、未来へいく、遠くの宇宙に旅するなど、人類の時空感覚を大きく拡張できる非連続的イノベーションにつながると考えています。

私たちは、細胞内で生体分子が働く仕組みを分子・原子レベルで明らかにするために、クライオ電子顕微鏡等 最先端の技術を用いた構造生物学研究を行っています。特に、遺伝子の発現を担う転写系のタンパク質群に着目し、転写の過程で形成される様々な複合体の立体構造やダイナミクスを明らかにすることで、クロマチン内での転写やウイルス増殖の仕組みの理解を目指しています。

私たちは、試験管内で任意の臓器を完全な形で創り上げることが、その再生医療研究の究極的な目標の一つであると考えています。この目標に近づくため、当研究チームでは、ヒトiPS細胞から腎臓オルガノイドを作成する系を利用して、移植可能な、更に高次のレベルの腎臓組織の構築を目指すとともに、腎臓以外の尿路系組織の再構築にも挑戦しています。また、純粋なヒト発生学への貢献も目指し、分化誘導過程のヒトiPS細胞の挙動を詳しく観察することで、ヒトの中胚葉系臓器や腎臓の発生メカニズムを解明したいと考えています。

私達の研究室では合成生物学・構造生物学的手法を用いて機能性生体高分子の開発に取り組んでいます。具体的には、ペプチド・RNA の試験管内進化、タンパク質のX 線結晶構造解析などの技術を組み合わせることで細胞の動態を制御する分子を作成し、医療や基礎生物学への応用を目指しています。さらに、同様の技術を活用して、生命誕生・進化過程の再現にも挑戦しています。

私たちは、既存の解析手法ではまだ見えていないゲノム高次構造変化とその意義を明らかにすべく、メガベース（100万塩基対）単位のゲノム三次元構造「3Dゲノム」に着目し、胚発生・細胞分化に伴う3Dゲノム変化を１細胞レベルで全ゲノム解析しています。1細胞全ゲノムデータを丹念に見たり、1細胞全ゲノム解析手法にさらに改良したり、時には視点を変えてみたりすることで、これまで誰も気がつかなかった3Dゲノム変化、そしてそれを生み出す仕組みや意義の解明に取り組み、ゲノム・染色体が持つ知られざるポテンシャルを明らかにしたいと考えています。

組織幹細胞は、組織の発生や再生に中心的な役割を果たします。幹細胞の挙動や運命は、細胞外マトリックス、増殖因子、周囲細胞などからなる「ニッチ」と呼ばれる幹細胞独自の細胞外環境からのシグナルによって制御されています。我々のグループでは、幹細胞とニッチの間のダイナミックな相互作用をよりよく理解するために、新しいイメージングツールを導入・開発し、それらをシングルセル・トランスクリプトミクスなどと組み合わせて研究を進めています。幹細胞の機能不全は先天性疾患や癌などのさまざまな病気の原因となるため、幹細胞とニッチのコミュニケーションの理解は今後の医療の発展に大きく貢献すると期待されます。

遺伝子解析技術や構造生物学などの発展により、細胞を構成する部品（＝分子）についてはたくさんの情報が得られつつあります。しかし分子がどのように協調することで細胞が成り立っているのか、すなわち「物質から生命が成立する仕組み」は依然として大きな謎に包まれたままです。私たちの研究室では、分子から人工細胞をつくるという構成的手法で、この謎の解明に挑んでいます。

私のたちの一生の間に神経回路はどのように変化するでしょうか？当研究室は、主にマウスをモデルに、性成熟や妊娠・出産など大きなライフイベントに伴う神経回路の変化を捉え、その分子機構や意義を研究しています。

生物の体を一から組み立てる“発生”と、失った体を取り戻そうとする“再生”では共通する細胞間シグナルが寄与することが知られています。その全体像を理解することができれば生物の生涯を通して保存された重要な基本原理が理解され、ヒトの疾患の原因解明や新規治療法の開発にもつながります。私たちは呼吸器を題材に、マウス遺伝学、ES/iPS細胞、オルガノイド、１細胞転写解析、ライブイメージングなどを使って、臓器の発生、再生、疾患の研究に取り組んでいます。

生体における組織恒常性は非常にダイナミックで、そのダイナミズムの維持が恒常性に大事です。癌や老化といった病気は、このダイナミックな組織恒常性が乱れる状況です。私たちは、健康時の組織恒常性の維持メカニズム、そしてそれが破綻するメカニズムを、細胞・組織・個体レベルで研究しています。具体的には、ショウジョウバエを使い、老化・癌・組織幹細胞・細胞死・エレボーシス・栄養といった切り口で研究を行なっています。

私たちは、初期胚/幹細胞の初期分化を観察対象とし、生命現象の根底にある多階層に再帰的に存在するであろうメカニズムの発見と解明を目指しています。また、その目的達成のために、顕微鏡技術、培養技術、タンパク質工学技術、電子制御技術、プログラミング技術等を駆使し、特化した計測技術を開発します。遺伝子発現から社会活動に至るまでの階層を思考の対象としており、開発された技術の実用化にも積極的に取り組んでいます。