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。

生命は、驚くべき「時の設計図」を持っています。受精から始まり、体ができるまでの過程である胚発生は、厳密なスケジュールに従って進行し、この時間の管理は、遺伝子に組み込まれた時計機構によって行われていると考えられています。しかし、その具体的な分子メカニズムは、ほとんど解明されていません。ターコイズキリフィッシュ（N. furzeri）はアフリカ原産の卵生メダカで、雨季のみに出現する池に生息します。そのため、乾季の間は生きたままの状態で胚発生を停止し、長期間にわたって休眠状態になります。私たちは、時計が止まった状態においても悠々と生きるターコイズキリフィッシュの休眠現象に着目することで、胚の時間を制御する分子機構を見つけ出し、その機構を他の生物にも応用することで、未知の「時の設計図」の分子実態を明らかにすることを目指します。

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。

個別訪問実施なし、ショートトークのみ

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。

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、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。

当研究室は、細胞周りの微小環境を制御した実験プラットフォームを構築することで、創薬や発生メカニズム解明に繋がる生体機能を体外で再現するための研究を行っています。細胞集団形状・ECM局在・形態因子濃度勾配など、培養環境を制御し生体内環境を模倣することで、臓器本来の形態・機能の再構築を目指しています。発生・分子生物学と工学技術を高度に組合せ、多様な技術を駆使した学際的な研究を進めています。

生体脳の構造・機能・連絡性がどうなっているかヒトから霊長類動物にわたって高精度の解明を行い、その可塑性や機能異常を調べることで動物・ヒトの行動や社会性の理解や共通原理の解明をすすめます。 得られた生体機能構築可視化技術を応用し、神経難病や精神疾患の診断技術の開発・治療法の開発につなげます。

未分化細胞と分化細胞の本質的な違いの解明をめざしています。この違いがゲノム（染色体）の高次構造にあるという考えのもと、これを解析可能な独自の１細胞全ゲノム解析技術を開発してきました。正確にはDNA複製の１細胞全ゲノム解析技術ですが、DNA複製はゲノムの高次構造を読み取りながら進行するプロセスなので、間接的にゲノム高次構造が推定可能です。この独自技術を受精直後のマウス初期胚に適用すると、胚発生の進行と共に複製制御モードが２段階のステップを経て大きく切り替わることを発見しました。この現象の理解が冒頭の目標達成への近道と考えて研究しています。

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。

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。加えて、脳が全身のさまざまな臓器に影響を与える仕組みを探るため、交感神経の分子遺伝学的な解析を進めています。

個別ラボ訪問実施なし、ショートトークはビデオ

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。