2009 Annual Report - 統合バイオサイエンスセンター

岡
崎
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合
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０
０
９
岡崎統合バイオサイエンスセンター
リポート2009
自然科学研究機構 岡崎共通研究施設
岡崎統合バイオサイエンスセンター
〒444-8787 愛知県岡崎市明大寺町字東山5-1
http://www.oib.orion.ac.jp/
自
然
科
学
研
究
機
構
岡
崎
共
通
研
究
施
設
岡
崎
統
合
バ
イ
オ
サ
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ー
自然科学研究機構 岡崎共通研究施設
岡崎統合バイオサイエンスセンター
岡崎統合バイオサイエンスセンター
リポート2009
自然科学研究機構 岡崎共通研究施設
岡崎統合バイオサイエンスセンター
岡崎統合バイオサイエンスセンター
リポート2009の刊行にあたって
岡崎統合バイオサイエンスセンターは、岡崎３機関（基礎生物学研究所、生
理学研究所、分子科学研究所）と連携し、新たなバイオサイエンスを切り開く
ことを目的として設置された、上記３研究所の共通研究施設である。新しい学
問分野を切り開くと言うことは容易いが、実際にこれを成し遂げることはそん
なに簡単なことではない。これに携わる研究者の研究レベルが、世界標準で見
てトップレベルであることは必要最小限の条件であるが、研究者が置かれてい
る環境にも大きく依存すると思われる。新しい学問分野は、既存の学問分野の
境界領域から誕生するということは、多くの人が認めるところである。この観
点からすると、基礎生物学、生理科学、分子科学という異なった研究分野をバ
ックグランドとする研究者が集まっている岡崎統合バイオサイエンスセンター
は、新たな学問分野創成には最適な環境であると言える。このような中にあっ
て、我々は、「新しいバイオサイエンス」とは何かという問題意識を共有し、
組織としての方向性を明確にした上で、それぞれの研究者が研究を進める必要
があるであろう。また、組織として目指す方向性の中での自分たちの研究の位
置づけを常に意識しながら、それぞれの研究を進めることも重要である。
岡崎統合バイオサイエンスセンターでは、大阪大学蛋白質研究所と連携し、
「生命の秩序化を担う膜蛋白質の構造・機能メカニズムの解明を目指す国際フ
ロンティア」連携研究を、平成17年度から５カ年計画として実施してきた。本
連携研究は、上で述べた「問題意識の共有」、「組織としての方向性の明確化」
を図る上で大きな役割を果たしてきた。本連携研究は本年度で終了したが、現
在、岡崎統合バイオサイエンスセンターでは、本連携研究で得られた成果をも
とに、より包括的な統合バイオサイエンスの創成を目指した研究プロジェクト
の準備が進んでいる。新しいプロジェクトを軌道に乗せ、目標とする成果を達
成するためには、我々のより一層の努力はもちろんのこと、岡崎３機関との連
携をこれまで以上に深めてゆく必要があると考えている。それとともに、関係
する皆様方のご理解とご支援をお願いする次第である。
第５期センター長 青野 重利
目 次
序 言
１ 平成21年度 構成員一覧 …………………………………………………………………
3
２ 研究領域の現状
１．時系列生命現象研究領域
1-1
発生遺伝 ………………………………………………………………………
7
1-2
分子発生 ……………………………………………………………………… 10
1-3
神経分化 ……………………………………………………………………… 12
２．戦略的方法論研究領域
2-1
ナノ形態生理 ………………………………………………………………… 16
2-2
生物無機 ……………………………………………………………………… 24
2-3
生体物理 ……………………………………………………………………… 27
2-4
生体分子物性 ………………………………………………………………… 30
３．生命環境研究領域
3-1
細胞生理 ……………………………………………………………………… 33
3-2
生命環境 ……………………………………………………………………… 38
3-3
生命分子 ……………………………………………………………………… 45
3-4
神経細胞生物 ………………………………………………………………… 53
3-5
客員部門 ……………………………………………………………………… 55
1 平成21年度 構成員一覧
平成21年度 構成員一覧
青 野 重 利 （岡崎統合バイオサイエンスセンター長）
時系列生命現象研究領域
発生遺伝研究部門
神経分化研究部門
吉村由美子（教授）
小林 悟（教授）
東島 眞一（准教授）
林 良樹（助教）
森 琢磨（助教）
佐藤 昌直（助教）
森 正浩（技術職員）
野田 千代（技術職員）
足澤 悦子（博士研究員）
熊田 裕司（博士研究員）
石川 理子（博士研究員）
橋山 一哉（博士研究員）
木村有希子（日本学術振興会特別研究員）
橋本 祥子（博士研究員）
佐藤 千恵（総研大生）
藤澤 千笑（博士研究員）
中川 直（総研大生）
重信 秀治（さきがけ研究員）
石神久美子（技術支援員）
影山 裕二（さきがけ研究員）
鈴木 幸子（研究支援員）
久保 悟（総研大生）
伊藤 浩子（研究支援員）
奥平 裕一（研究生）
伊木志成子（研究支援員）
新實香緒里（技術補佐員）
寺澤 洋子（研究支援員）
佐藤 香織（技術支援員）
比賀 昌子（事務支援員）
石原日登美（技術支援員）
本多 聡子（事務／技術支援員）
戦略的方法論研究領域
ナノ形態生理研究部門
分子発生研究部門
永山 國昭（教授）
高田 慎治（教授）
村上 政隆（准教授）
大久保 直（助教）
大橋 正人（助教）
内海 秀子（技術職員）
片岡 正典（計算科学研究センター、助教）
赤沼 啓志（博士研究員）
Radostin Danev（助教）
高田 律子（博士研究員）
小原 正裕（技術職員）
陳 秋紅（博士研究員）
重松 秀樹（博士研究員）
矢部泰二郎（博士研究員）
細木 直樹（博士研究員）
中山 啓（博士研究員）
香山 容子（博士研究員）
高橋 潤（博士研究員）
永田 麗子（博士研究員）
山下 晃人（受託研究員）
福田 善之（博士研究員）
石谷 閑（総研大生）
永谷 幸則（博士研究員）
高橋 浩之（総研大生）
飯島 寛文（総研大生）
Wanglar Chimwar（総研大生）
河口 美江（事務支援員）
高代加代子（技術支援員）
小瀧 弘子（秘書）
冨田 早苗（技術支援員）
永谷 恵（事務支援員）
大原かおり（技術支援員）
喜多 山篤（共同研究員）
鵜飼 咲枝（秘書）
杉谷 正三（共同研究員）
新田 浩二（共同研究員）
伊藤 俊幸（共同研究員）
児玉 英彦（共同研究員）
高瀬 弘嗣（共同研究員）
構成員一覧 3
生物無機研究部門
伊藤 嘉美（技術支援員）
青野 重利（教授）
福田阿由子（技術支援員）
吉岡 資郎（助教）
杉浦 由佳（技術支援員）
石川 春人（特任助教）
齋藤くれあ（技術支援員）
澤井 仁美（博士研究員）
谷澤三佐子（事務支援員）
生命環境研究部門
井口 泰泉（教授）
生体物理研究部門
藤井 浩（准教授）
渡邉 肇
（5月まで准教授、6月より大阪大教授、7月より兼任）
倉橋 拓也（助教）
宮川 信一（助教）
Cong Zhiqi（研究員）
水谷 健（技術職員）
Wang Chunlan（総研大生）
加藤 泰彦（日本学術振興会特別研究員）
中根 崇智（特別共同利用研究員）
小出 静代（NIBBリサーチフェロー）
谷澤三佐子（事務支援員）
漆谷 博志（非常勤研究員）
中村 武志（総研大生）
生体分子物性研究部門
菊池 直香（総研大生）
桑島 邦博（教授）
佐藤 優（総研大生）
真壁 幸樹（助教）
Tapas Chakraborty（総研大研究生）
中村 敬（博士研究員）
杉浦 直美（受託研修員）
向山 厚（博士研究員）
Anke Lange（Univ. Exeter, UK）
陳 進（博士研究員）
小林かおる（特定技術職員）
高橋 一暢（特別共同利用研究員）
林 友子（技術支援員）
水木 寛子（技術支援員）
松田 知里（技術支援員）
田中 景（事務支援員）
今泉妙依子（秘書）
生命環境研究領域
細胞生理研究部門
富永 真琴（教授）
山中 章弘（准教授）
柴崎 貢志（助教、６月より群馬大学講師）
曽我部隆彰（特任助教）
福田 直美（技術職員）
梅村 徹（博士研究員）
齋藤 茂（博士研究員）
小松 朋子（日本学術振興会特別研究員）
Boudaka Ammar
（日本学術振興会外国人特別研究員）
内田 邦敏（総研大生）
加塩麻紀子（総研大生）
常松 友美（総研大生）
生命分子研究部門
加藤 晃一（教授）
山口 拓実（助教）
神谷由紀子（特任助教）
Olivier Serve（博士研究員）
矢木 真穂（特別共同利用研究員）
西尾 美穂（特別共同利用研究員）
良川 須美（特別共同利用研究員）
文庫 有志（特別共同利用研究員）
杉原 隆広（特別訪問研究員）
鈴木万里子（技術支援員）
磯野裕貴子（技術支援員）
田中 景（事務支援員）
神経細胞生物学研究部門
椎名 伸之（准教授）
周 一鳴（総研大生）
高山 靖規（総研大生）
4
客員部門
松本恵理子（総研大生）
飯田 秀利（客員教授）
川口 仁（特別共同利用研究員）
最上 秀夫（客員准教授）
三原 弘（特別共同利用研究員）
夏目 和歌（特別訪問研究員）
水野 秀紀（特別共同利用研究員）
Medina Johan（特別訪問研究員）
構成員一覧
2 研究領域の現状
1．時系列生命現象研究領域
1-1
発生遺伝
小 林 悟（教授）
１）専門領域：発生生物学
２）研究課題：
ａ）極細胞中における Nanos タンパク質の機能
ｂ）雄生殖幹細胞ニッチ形成機構
ｃ）極細胞の自律的性決定機構
ｄ）生殖幹細胞ニッチにおけるヘパラン硫酸プロテオグリカンの役割
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）極細胞中における Nanos タンパク質の機能
ショウジョウバエの卵中には生殖質と呼ばれる特殊な細胞質が局在しており，これを取りこんだ極細胞のみ
が生殖細胞に分化する。生殖質中には，生殖細胞の形成に関わる複数の母性因子が局在しており，このような
因子の一つとして母性 Nanos タンパク質が知られている。Nanos タンパク質は，RNA 結合タンパク質である
Pumilio タンパク質とともに，特異的な mRNA の翻訳制御に関与する。本年度は，極細胞中において Nanos
タンパク質が翻訳制御するターゲット mRNA を網羅的に同定することを試みた。Pumilio タンパク質と結合
することが知られている165種類の mRNA から，極細胞で高発現する40種類を選択し，正常および nanos 突
然変異胚の極細胞中におけるそれら RNA の翻訳をレポーターを用いて解析した。その結果，６種類の mRNA
が極細胞中において Nanos により翻訳抑制を受けることが明らかとなった。また，２種類に関しては，
Nanos により翻訳が活性化されることが明らかとなった。この結果は，Nanos が翻訳抑制だけでなく翻訳の
活性化をも行なうことを示した初めての例である。現在，これらターゲット mRNA の機能解析を行なってい
る。
ｂ）雄生殖幹細胞ニッチ形成機構
極細胞は，生殖巣を構成する体細胞とともに胚生殖巣を構成する。これまでに，受容体型膜タンパク質
Notch を介した体細胞間の相互作用により雄の生殖幹細胞ニッチの形成が活性化されることが明らかになって
いる。また，受容体型膜蛋白質である Sevenless （Sev）および Egfr が胚生殖巣の後半部の体細胞で活性化し，
その領域に生殖幹細胞ニッチが形成されるのを阻害していることも明らかとなっている。これら受容体のリガ
ンドは，極細胞で発現することから，極細胞の減少に伴い生殖幹細胞ニッチ領域が胚生殖巣の後半部へと拡大
することが予想できる。本年度は，このことを確認するとともに，極細胞数が減少した場合であっても，生殖
幹細胞ニッチの拡大により，生殖幹細胞が確保されていることを明らかにした。
研究領域の現状 7
ｃ）極細胞の自律的性決定機構
これまでに，極細胞の雌化にSex lethal （Sxl）が細胞自律的に関与することを明らかにした。また，Sxl は，
雌の極細胞中でのみ発現すること，その発現時期は極細胞が生殖巣へと移動する短い期間に限られることも明
らかとなっている。本年度は，この短い期間に Sxl が発現することが極細胞の雌化に十分であることを明らか
にした。雄の極細胞で Sxl を強制発現させ，雌個体に移植すると，機能的な卵に分化する。今後は，Sxl 下流
の遺伝子カスケードを明らかにする予定である。
ｄ）生殖幹細胞ニッチにおけるヘパラン硫酸プロテオグリカンの役割
生殖幹細胞は生殖細胞に分化する細胞を継続的に生み出す。ショウジョウバエの生殖幹細胞は精巣および卵
巣の先端部分において，ニッチ細胞と呼ばれる特殊な生殖巣体細胞に接するように存在している。ニッチ細胞
は生殖幹細胞の維持に必要な細胞増殖因子を分泌することで，ニッチ細胞に接する生殖幹細胞を維持する。し
かし，分泌性の細胞増殖因子がなぜニッチ細胞の近傍にのみとどまり，その領域にのみ幹細胞を維持すること
ができるのか，その分子メカニズムは明らかになっていなかった。私たちは，細胞増殖因子を保持し，幹細胞
に安定したシグナルを伝える領域として，「ニッチの場」という新たな概念を提唱し，それを構成する分子の
特定を試みた。その結果，糖タンパク質の一種であるヘパラン硫酸プロテオグリカン（HSPG）がニッチの場
を構成する重要な因子であることを明らかにした。
HSPGはヘパラン硫酸を側鎖として持つ糖タンパク質の一種であり，細胞膜表面あるいは細胞外基質を構成
する主要な因子の一つである。HSPG は，細胞外領域において，その側鎖あるいはタンパク質部位に様々な細
胞増殖因子を結合することにより，増殖因子の空間的分布を制御する。私たちはこの HSPG の分子機能に着
目して研究を行った結果，HSPG の一種であるグリピカン分子の dally および dally-like が，それぞれ卵巣お
よび精巣のニッチ細胞で発現すること，そしてその働きが生殖幹細胞の維持に必要であることを明らかにした。
さらに，それらグリピカン分子の働きは生殖幹細胞維持に必要な増殖因子シグナルの活性に必要であることを
明らかにした。また，卵巣において dally をニッチ細胞以外で異所的に発現した場合，幹細胞の存在する領域
の拡大が誘導されることを明らかにした。これらの結果は，グリピカンがニッチの場を構成する重要な因子で
あり，増殖因子シグナルの及ぶ範囲を制御することによりニッチの場を分子的に規定していることを示してい
る。
４）学術論文
K. Hashiyama and S. Kobayashi, “Expression of genes involved in sumoylation in the Drosophila germline” Gene
Expression Patterns 9, 50-53 (2009).
T. Maezawa, K. Arita, S. Shigenobu and S. Kobayashi, “Expression of the apoptosis inducer gene head involution
defective in primordial germ cells of the Drosophila embryo requires eiger, p53 and loki function” Develop, Growth and
Differ. 51, 453-461 (2009).
Y. Hayashi, S. Kobayashi and H. Nakato “Drosophila glypicans regulate the germline stem cell niche” J. Cell Biol.
187, 473-480 (2009).
７）招待講演
小林悟，“ショウジョウバエ配偶子幹細胞の形成を制御するメカニズム” 日本動物学会大会，静岡，（2009.9）．
8
研究領域の現状
小林悟，シンポジウムオーガナイザー “配偶子幹細胞制御に関する研究の新展開” 日本動物学会大会，静岡，
（2009.９）．
林良樹，“ショウジョウバエ生殖幹細胞ニッチにおけるヘパラン硫酸プロテオグリカンの役割” 愛知医科大学
分子医科学研究所セミナー，
（2009.２）
．
８）学会および社会的活動
日本発生生物学会運営委員
９）他大学での非常勤講師，客員教授
藤田保健衛生大学医学部客員教授
筑波大学非常勤講師
11）外部獲得資金
科学研究費 新学術領域研究，「ショウジョウバエ卵巣／精巣におけるGSC／ニッチ・システムの解明」
，小林
悟（代表）(2008年−2012年）．
科学研究費 基盤研究（Ｂ），「ショウジョウバエ生殖細胞系列の運命決定機構および性差形成機構」，小林悟
（代表）(2009年−2011年）．
科学研究費 若手研究（Ｂ）
，「ショウジョウバエ生殖幹細胞の「ニッチの場」形成の分子メカニズムの解析」，
林良樹（代表）（2009年−2011年）．
科学研究費 若手研究（スタートアップ），「ショウジョウバエ生殖細胞系列における性決定機構」，橋山一哉
（代表）（2009年−2011年）
．
研究領域の現状 9
1-2
分子発生
高 田 慎 治（教授）
１）専門領域：発生生物学，分子生物学
２）研究課題：
ａ）脊椎動物の体節形成機構に関する研究
ｂ）脊椎動物の鰓弓の発生機構に関する研究
ｃ）脊椎動物の発生過程における細胞間シグナルの機能に関する研究
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）脊椎動物の体節は頭部側から尾部側にかけて逐次，周期的に形成される。個々の体節ユニットが時間経過と
ともに順次形成されていく仕組みは，すでにその理解が進んでいる多くの発生現象には認められていない独特
なものであり，その解明には興味がもたれる。本研究では体節の形成と維持の機構を解明することを目的とし
て，そこに関与する遺伝子の探索と機能解析を２つのアプローチにより行ってきた。
その一つは体節前駆細胞に特異的に発現する遺伝子の探索とその機能解析である。我々はこれまでに in
situ hybridization により，脊椎動物の体節前駆細胞に特異的に発現する遺伝子を数多く同定してきた。今年
度は，そのような遺伝子の一つ Ripply に着目し，その作用機構についての研究を進めた。脊椎動物において
は Ripply 遺伝子が３つ存在し，そのうち ripply１ と ２ は体節の発生過程で発現する。そこでこれら２つの遺
伝子の機能をともに欠落させた二重変異体マウスを作成したところ，体節内の前後極性に異常をきたし，ほぼ
完璧に前方化した。また，体節内の前後極性の確立過程では，Ripply を介したタンパク質分解が重要である
ことをつきとめた。Ripply による体節の前後極性の形成機構を調べるため，そのプロセスに重要な役割をは
たす転写制御因子 Mesp２ と Notch シグナルに注目し，その動的な挙動を解析するとともに，それをもとに
した数理解析を理研望月研究室と共同して行い，体節の前後極性の形成機構を説明する新たなモデルを提唱し
た。
ｂ）鰓弓は体節と同様に頭部側から尾部側にかけて逐次，周期的に形成されることが知られている。したがって，
体節形成と鰓弓形成の間には何らかの共通する分子メカニズムが存在するのではないかと考えられるが，その
実体は全くわかっていない。また，鰓から派生する様々な器官の発生機構にも大きな興味が持たれる。我々は
マウスの３つの ripply 遺伝子うち，Ripply３ が鰓弓で発現することを見いだした。そこで，鰓弓の分節形成
や鰓弓から派生する器官の発生に Ripply３ が不可欠であることが明らかとなった。
ｃ）形態形成が正しく進行するためには，分泌性シグナルタンパク質の分泌や拡散が厳密に制御される必要があ
る。我々は，分泌性シグナルタンパク質である Wnt タンパク質には特殊な不飽和脂肪酸が付加していること
を見いだし，この脂肪酸付加が Wnt の分泌には必要であることを明らかにした。今年度はこのような成果を
ふまえ，分泌された Wnt タンパク質の実体を生化学的に解析するとともに，ゼブラフィッシュを用いて脂肪
酸付加酵素の役割について解析を進めた。
10
研究領域の現状
４）学術論文
D. Agalliu, S. Takada, I. Agalliu, AP. McMahon, TM. Jessell, “Motor neurons with axial muscle projections specified
by Wnt4/5 signaling” Neuron 61, 708-720 (2009).
６）国際会議発表リスト
Q. Chen and S. Takada, “Roles of Porcupine in Zebrafish Development” 2009 Wnt Meeting, Washington DC (USA),
June 2009.
７）招待講演
S. Takada, “Specific lipidation and structure of secreted Wnt proteins” at Temasek Institute, Singapore, March 2009.
高田慎治，“Wnt タンパク質の脂質修飾”，Wnt 研究会，福岡，（2009.３）．
高田慎治，“咽頭弓と心血管発生における Tbx１ 調節因子の役割”，第13回 Molecular Cardiovascular
Conference，小樽，（2009.９）．
８）学会および社会的活動
日本発生生物学会運営委員，日本分子生物学会会員
研究領域の現状 11
1-3
神経分化
吉 村 由美子（教授）
１）専門領域：神経生理学
２）研究課題：
ａ）大脳皮質視覚野神経回路の経験依存的発達
ｂ）大脳皮質における錐体細胞間抑制性伝達の解析
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）大脳皮質視覚野の視覚機能は，生後の視覚経験に強く依存して成熟することが知られている。これまでに
我々は，ラット大脳皮質視覚野スライス標本を用いた研究により，興奮性シナプスで結合している 2/3 層錐体
細胞ペアは，その周辺の興奮性細胞からの入力を高い頻度で共有することを見出し，非常に微細なスケールの
特異的神経回路網が視覚野内に存在することを報告した。しかし，この微小神経回路網が視覚情報処理に関与
するかについては明らかではない。そこで，微小神経回路網の形成が，視覚機能と同様に，生後の視覚経験に
依存するかについて調べた。生後直後からの暗室飼育により視覚体験を経ていないラットの視覚野よりスライ
ス標本を作成し，ケージドグルタミン酸による局所刺激法と，複数の 2/3 層錐体細胞からの同時ホールセル記
録法を用いて解析した。その結果，暗室飼育したラット視覚野においては， 2/3 層錐体細胞が形成する興奮性
結合の検出確率は，正常な視覚体験を経た視覚野と比較して有意に低下し，結合が観察された場合も，誘発さ
れる興奮性シナプス電流の振幅は小さかった。以上の結果から，微小神経回路網の形成には，遺伝的機構のみ
ならず生後の正常な視覚入力に依存して神経結合が精緻化される過程が必要であると考えられ，この神経回路
は視覚野ニューロンの反応選択性の基盤であることが示唆された。
ｂ）大脳皮質における通常の抑制性伝達は，細胞体や樹状突起に閾値を越える入力を受けた抑制性ニューロンが
活動電位を発生し，それが軸索終末へ伝播した結果，抑制性伝達物質が放出されることによって行われる。最
近我々は大脳皮質切片標本を用いた電気生理学的実験で，興奮性であるはずの錐体細胞を活性化すると，近傍
の別の錐体細胞に，興奮性反応ではなく抑制性反応が生じることを見出した。 2/3 層において解析した結果，
錐体細胞の軸索が抑制性細胞の細胞体を介さずに，直接抑制性細胞の軸索終末を活性化し，抑制性伝達物質を
放出させるという全く新しいタイプの回路による抑制反応であることが判明した。この錐体細胞間抑制性伝達
を担う形態学的基盤を同定する目的で，凍結割断レプリカ標識法による形態学的解析を始めた。電気生理学的
実験により，抑制性軸索終末にはグルタミン酸受容体の中でもカイニン酸型が顕著に機能している結果が得ら
れているので，凍結割断レプリカ標識法に使用できる抗カイニン酸型受容体抗体の検索を行っている。
４）学術論文
E. Tarusawa, K. Matsui, T. Budisantoso, E. Molnár, M. Watanabe, M. Matsui, Y. Fukazawa and R. Shigemoto.
“Input-specific intrasynaptic arrangements of ionotropic glutamate receptors and their impact on postsynaptic responses”
J Neurosci. 29, 12896-12908 (2009).
12
研究領域の現状
M. Inaba, T. Maruyama, Y. Yoshimura, H. Hosoi and Y. Komatsu, “Facilitation of low-frequency stimulationinduced long-term potentiation by endogenous noradrenaline and serotonin in developing rat visual cortex” Neurosci.
Res., 64, 191-198 (2009).
A. Watakabe, Y. Komatsu, O. Sadakane, S. Shimegi, T. Takahata, N. Higo, S. Tochitani, T. Hashikawa, T. Naito,
H. Osaki, H. Sakamoto, M. Okamoto, A. Ishikawa, S. Hara, T. Akasaki, H. Sato and T. Yamamori, “Enriched
Expression of Serotonin 1B and 2A Receptor Genes in Macaque Visual Cortex and their Bidirectional Modulatory Effects
on Neuronal Responses” Cerebral Cortex, 19, 1915-1928 (2009).
７）招待講演
吉村由美子，“大脳皮質視覚野における特異的神経結合とその発達” 千里ライフサイエンス財団・新適塾，大阪，
（2009.6）
．
Y. Yoshimura, “Activity-dependent development of microcircuits in visual cortex” Neuro2009, Nagoya (Japan),
Septembe 2009.
８）学会および社会的活動
サイエンスアゴラにて一般市民向けの講演（2009年11月，東京）
９）他大学での非常勤講師，客員教授
名古屋大学，客員教授（環境医学研究所）
東京大学大学院医学研究科，特別講義
11）外部獲得資金
科研費 基盤研究（Ｂ）
，「大脳皮質錐体細胞間抑制性結合の機能的役割」
，吉村由美子（代表）（2009年−2011
年）．
科研費 特定領域研究 統合脳，「大脳皮質の経験依存的発達における NR2B-NMDA 受容体の役割」，吉村由
美子（代表）（2008年−2009年）
．
JST さきがけ，「視覚系をモデルとした，情報処理の基盤をなす神経回路の解析」，吉村由美子（代表）（2008
年−2011年）．
大幸財団 学術研究助成，「大脳皮質の錐体細胞間抑制を担う神経回路の構造基盤」，吉村由美子（代表）
（2009年−2010年）．
光科学技術研究振興財団 学術研究助成，「大脳皮質の領野をつなぐ神経回路の解析」，吉村由美子（代表）
（2008年−2009年）．
研究領域の現状 13
1-3
神経分化
東 島 眞 一（准教授）
１）専門領域：発生神経科学，神経生理学
２）研究課題：
ａ）ゼブラフィッシュを用いた，脊髄運動系神経回路網の解析
ｂ）ゼブラフィッシュの特定の神経細胞の活動を変化させることによる神経回路機能の解析
ｃ）逃避行動に関わる神経回路網の解析
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）異なった転写因子の発現の組み合わせにより，形態学的に異なったタイプの介在神経細胞が分化してくるこ
とが示されきている。しかしながら，これらの介在神経細胞が，最終的に神経回路網の中で，どのような役割
を果たす神経細胞へ分化していくかについてはまだよく分かっていない。ゼブラフィッシュは，その脊髄神経
回路が単純であるため，上記の課題を追求するためのよいモデル生物である。こういった背景の元，我々は，
特定の転写因子の発現する神経細胞の回路中での機能解析をゼブラフィッシュを用いて進めている。特定の種
類の神経細胞で，蛍光タンパク質を発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを作製して，それら神経細
胞を生きたまま可視化することを方法論の中心に据えて研究している。可視化することで，神経細胞の発生過
程をダイレクトに追跡することができ，また，機能している神経回路中で，蛍光を発する特定のクラスの神経
細胞をねらって電気生理学的な解析を行うことができる。このような解析を通じて，神経発生から神経機能解
析までをつなげていきたいと考えている。
ｂ）ａ）の項の研究により，特定のクラスの神経細胞を可視化できるようになり，その神経回路中での役割が推
測できるようになってくると，次なる課題は，その神経細胞の活動に人為的に変化を加えて，その結果（たと
えば動物の行動パターン）を見ることである。それにより，推測された神経細胞の役割を，より確かな因果関
係として提示することができるようになる。まず，神経細胞を不活化する系の開発を進め，テタナス毒素によ
り特定のクラスの神経細胞を不活化させることができる系を確立した。不活化とは逆に，神経活動を活性化さ
せる系の開発にも取り組んでいる。この目的のため，光により活性化される陽イオンチャネル
Channelrhodopsin２（ChR2）を発現するいくつかのトランスジェニックフィッシュの作製を進めた。得られ
たラインのうちの１つ，Tg［chx10:ChR２-YFP］については，光刺激により行動を誘発できることを確認し
た。今後，この系を用いて多くの成果が得られるものと期待される。
ｃ）動物が敵や侵害刺激からすばやく逃げる逃避運動は，危害を加える対象を瞬時に認識し最短時間で逃げるた
めに最適化された制御回路であり，その回路の構成と動作原理の解析は，脳回路網の仕組みの理解につながる
と考えられる。逃避行動に関与する神経回路を，ａ）の項で述べたトランスジェニックフィッシュ，および，
エンハンサートラップラインを用いて解析している。本年度は，エンハンサートラップ法を用いて，マウスナ
ー細胞から直接の電気シナプス入力を受ける脊髄交差型抑制性ニューロンを解剖学的，電気生理学的，行動学
的に詳細に解析し，それらが逃避行動において非常に重要な役割を果たしていることを明らかにした（Satou
14
研究領域の現状
et al 2009）。
４）学術論文
C. Satou, Y. Kimura, T. Kohashi, K. Horikawa, H. Takeda, Y. Oda and S. Higashijima, “Functional role of a specialized class of spinal commissural inhibitory neurons during fast escapes in zebrafish” J. Neuroscience 29, 6780-6793
(2009).
M. Sugiyama, A. Sakaue-Sawano, T. Iimura, K. Fukami, T. Kitaguchi, K. Kawakami, H. Okamoto, S. Higashijima
and A. Miyawaki, “Illuminating Cell-Cycle Progression in the Developing Zebrafish Embryo” Proc. Natl. Acad. Sci.
(USA) 106, 20812-20817 (2009).
Y. Bae, S. Kani, T. Shimizu, K. Tanabe, H. Nojima, Y. Kimura, S. Higashijima and M. Hibi, “Anatomy of zebrafish
cerebellum and screen for mutations affecting its development” Developmental Biology 300, 406-426 (2009).
N. Miyasaka, K. Morimoto, T. Tsubokawa, S. Higashijima, H. Okamoto and Y. Yoshihara. “From the Olfactory
Bulb to Higher Brain Centers: Genetic Visualization of Secondary Olfactory Pathways in Zebrafish. J. Neuroscience 29,
4756-4767 (2009).
M. Vitorino, P.R. Jusf, D. Maurus, Y. Kimura, S. Higashijima and W.A. Harris, “Vsx2 in the zebrafish retina:
restricted lineages through depression” Neural Development 4, Article#14 (2009).
６）国際会議発表リスト
S. Higashijima, “Development and function of spinal locomotor circuits in zebrafish” 3rd Viktor Hamburger
Symposium, Chicago (USA), October 2009.
７）招待講演
東島眞一，佐藤千恵，木村有希子，“Development and function of spinal locomotor circuits in zebrafish”，第
32回日本神経科学大会シンポジウム，名古屋，（2009.9）．
８）学会および社会的活動
日本分子生物学会，日本発生生物学会，日本神経科学会，北米神経科学会
11）外部獲得資金
科学研究費 基盤（Ｂ），「ゼブラフィッシュ脊髄運動系神経回路の形成機構および回路機能の解析」，東島眞一
（代表）（2007−2009年）．
科学研究費 新学術領域研究 分子行動学，
「ゼブラフィッシュを用いた，脊椎動物脊髄運動系神経回路の動作原
理の解明」
，東島眞一（代表）（2008−2012年）．
理化学研究所共同研究，「蛍光タンパク質を応用した in vivo イメージング技術の開発」，東島眞一（共同研究
担当者）
（2008-2010年）
．
ナショナルバイオリソースプロジェクト，「ゼブラフィッシュの収集，保存，提供」，東島眞一（分担）
（2007−2011年）．
研究領域の現状 15
2．戦略的方法論研究領域
2-1
ナノ形態生理
永 山 國 昭（教授）
１）専門領域：生物物理学，電子顕微鏡学，イメージングサイエンス
２）研究課題：
i）位相差電子顕微鏡の開発と生物学，医学への応用
ａ）蛋白質構造解析，ｂ）ウィルス構造解析，ｃ）細胞構造解析，ｄ）脳組織形態解析
ii）光子・電子相関顕微鏡法（CLEM）の開発応用
３）研究活動の概略と主な成果：
電子顕微鏡像が物質を通過するとき吸収はほとんどなく散乱が起こる。この散乱は電子波の位相変化となっ
て空間伝播する。位相変化を顕微鏡像に変換する手法として，電子顕微鏡ではボケを意識的に導入するデフォ
ーカス位相差法が実現されてきた。この方法は生物試料において低周波成分コントラストが弱いという欠点の
ため，現実には化学固定，重金属染色という試料調整法で代替してきたが，無染色試料の観察が望ましい。わ
れわれは，光学顕微鏡に対応する２つの位相差法を位相板を空間フィルターとして対物レンズ後方に挿入する
ことで実現した。このことにより“生”の試料（急速凍結試料）が無染色で観察できるようになり，生物試料
や有機物試料への応用の道が拓かれた。2009年度は，位相差低温トモグラフィー法を駆使し，新規軸を開きつ
つある。
ａ）新規位相法手法の開発
昨年に引き続き位相差低温トモグラフィーの開発を行った。特にゼルニケ位相板中心孔の有限さからくる像
のゆがみを補正するデフリンジ法開発に注力した。またトモグラフィーにおいて異なる傾斜像間の位置合わせ
向上の工夫を行った。
同一試料に対し光顕像・電顕像の相関を取る CLEM （Correlative Light-Electron Microscope）の開発を開
始した。
ｂ）蛋白質構造解析
客員教授の飯田氏と共同研究を引き続き行い，植物由来の機械センサー膜蛋白質，Mca1, Mca2 の単粒子解
析を行った。Mca2 について低分解能の立体構造を得た。また富永研との共同研究による TRPM Ⅳ の立体構
造解析が終わり論文投稿受理された。バクテリアのベン毛モーター基部の低温位相差トモグラフィーを開始，
天然型と変異型の比較から新しい構造の知見を得た。
ｃ）ウィルス構造解析
昨年に引き続き，各種ウィルスの構造解析を行った。ウィルス構造解析の常法は単粒子解析であるが，観測
される全ての粒子が同一構造を持っているという前提を必要とする。そこで，ウィルス，ファージにつき単独
粒子の立体像を再構成する位相差トモグラフィーの併用も行った。特に Baylor 医科大（ヒューストン）の
16
研究領域の現状
Wah Chiu グループとの共同研究によるエプシロン15ファージの単粒子構造解析は良い結果を得た（9Å分解）。
位相差法が通常法に比べ単粒子解析，トモグラフィーともに高効率の構造解析法であると示すことができた。
ｄ）細胞内 DNA 形態解析
大阪市大との共同研究で細胞内微小核の位相差低温トモグラフィーを開始した。
ｅ）脳組織の凍結切片試料に対する位相差電子顕微鏡研究の結果を論文投稿受理された。
４）学術論文
Danev Radostin, Robert M. Glaeser & Kuniaki Nagayama, “Practical factors affecting the performance of a thin-film
phase plate for transmission electron microscopy”, Ultramicroscopy 109 (2009) 312-325.
Vasily Kuvichkin, Radostin S. Danev, Hideki Shigematsu & Kuniaki Nagayama, “DNA-Induced Aggregation and
Fusion of Phosphatidylcholine Liposomes in the Presence of Multivalent Cations Observed by the Cryo-TEM
Technique”, J. Membrane Biol. 227 (2009) 95-103.
Kimie Atsuzawa, Nobuteru Usuda, Radostin Danev, Kuniaki Nagayama & Yasuko Kaneko, “High contrast imaging
of plastic embedded tissues by phase contrast electron microscopy”, J. Electron Microscopy. 58 (2009) 35-45.
Koji Nitta, Radostin Danev, Kuniaki Nagayama & Yasuko Kaneko, “Visualization of BrdU-labeled DNA in
cyanobacterial cells by Hilbert Differential Contrast Transmission Electron Microscopy”, J. Microscopy, 234 (2009) 118123.
Hidetaka Akita, Asako Kubo, Arisa Minoura, Masaya Yamaguchi, Ikramy A. Khalil, Rumiko Moriguchi, Tomoya
Masuda, Radostin Danev, Kuniaki Nagayama, Kentaro Kogure, & Hideyoshi Harashima, “Multi-layered nanoparticles for penetrating the endosome and nuclear membrane via a step-wise membrane fusion process”, Biomaterials, 30
(2009) 2940-2949.
Tomoya Masuda, Hidetaka Akita, Kenichi Niikura, Takashi Nishio, Masami Ukawa, Kaoru Endo, Radostin
Danev, Kuniaki Nagayama, Kuniharu Ijiro & Hideyoshi Harashima, “Envelope-type lipid nanoparticles incorporating a short PEG-lipid conjugate for improved control of intracellular trafficking and transgene transcription”,
Biomaterials, 30 (2009) 4806-4814.
Yoshiyuki Fukuda, Yugo Fukazawa, Radostin Danev, Ryuichi Shigemoto & Kuniaki Nagayama, “Tuning of the
Zernike Phase Plate for Visualization of Detailed Ultrastructure in Complex Biological Specimens”, J. Structural Biology,
168 (2009) 476-484
Hideki Shigematsu, Takaaki Sokabe, Radostin Danev, Makoto Tominaga & Kuniaki Nagayama, “A 2.5nm
Structure of rat TRPV4 Cation Channel Reveals a Hanging Gondola Shape with a Large Cavity in the Transmembrane
Region”, J. Biol. Chem., in press
５）著書，総説
永山國昭，曽我部正博，片岡幹雄，“第６回アジア生物物理連合シンポジウム”報告 −生物物理 49（2）
，100101（2009）
永山國昭，栗原和枝，“日本学術会議とは何か？”生物物理 49（3）147-150（2009）
研究領域の現状 17
６）国際会議発表リスト
R. Danev & K. Nagayama, Phase Contrast Cryo-Electron Tomography of Viruses, Japan Prize Associated Symposium
2009, Tokyo, April 2009.
K. Nagayama, “Nano-imaging with Phase Contrast Cryoelectron Tomography”, The 9 th NIBB-EMBL Symposium,
Okazaki, April 2009.
K. Nagayama, “Future Prospects of Biological Electron Microscopy”, Japan Society of Microscopy 60th Anniversary
Meeting, Sendai, May 2009.
R. Danev, “Phase Contrast Cryo-Electron Tomography of Viruses”, 65th Annual Meeting of The Japanese Society of
Microscopy, Sendai, May 2009.
K. Nagayama, “Phase Contrast Cryo-electron Tomography Reveals Close-to-life Ultrastructures in Three Dimension”
Joint Intl, Conf. Biophys. & 14th Annual Conf. Biophys. Soc, Tainan, ROC, June 2009.
R. Danev, “Zernike Phase Contrast Cryotomography”, Gordon Research Conference, New London (USA), July 2009.
K. Nagayama, “Phase Plate Electron Microscopy Revealing Close-to-Life Nano-Structure for Specimens from Protein to
Brain”, Iberoamerican Congress of Biophysics 2009, Rio de Janeiro, Brazil, September 2009.
K. Nagayama, “Phase Plate Electron Microscopy Revealing Close to Life Nano-Structure for Specimens from Proteins to
Tissues”, The 2nd International Biophysics Congress and Biotechnology GAP, Diyarbakir, Turkey, October 2009.
K. Nagayama, “49 years of IUPAB and 15 years of ABA”, The 2nd International Biophysics Congress and Biotechnology
GAP, Diyarbakir, Turkey, October 2009.
K. Nagayama, “Prion & Virus Infection”, BSJ – ABA Symposium in the 47th BSJ Annual Meeting, Tokushima, October
2009.
R. Danev, “Viral Structures Visualized by Zernike Phase Contrast Cryo-electron Tomography”, The 4 th Nagasaki
Symposium on Tropical and Emerging Infectious Diseases, Nagasaki, November 2009.
７）招待講演
R. Danev & K. Nagayama, Phase Contrast Cryo-Electron Tomography of Viruses, Japan Prize 2009, Okazaki, April
2009.
R. Danev, “Phase Contrast Cryo-Electron Tomography of Viruses”, Seminar in Nagasaki University Graduate School of
Biomedical Sciences, Nagasaki, April, 2009.
K. Nagayama, “Nano-imaging with Phase Contrast Cryoelectron Tomography”, The 9 th NIBB-EMBL Symposium,
Okazaki, April 2009.
K. Nagayama, “Future Prospects of Biological Electron Microscopy”, Japan Society M 60th Anniversary Meeting,
Sendai, May 2009.
K. Nagayama, “Phase Contrast Cryo-electron Tomography Reveals Close-to-life Ultrastructures in Three Dimension”
Joint Intl, Conf. Biophys. & 14th Annual Conf. Biophys. Soc, Tainan, ROC, June 2009.
R. Danev, “Zernike Phase Contrast Cryotomography”, Gordon Research Conference, New London (USA), July 2009.
K. Nagayama, “Phase Plate Electron Microscopy Revealing Close-to-Life Nano-Structure for Specimens from Protein to
Brain”, Iberoamerican Congress of Biophysics 2009, Rio de Janeiro, Brazil, September 2009.
18
研究領域の現状
K. Nagayama, “Phase Plate Electron Microscopy Revealing Close to Life Nano-Structure for Specimens from Proteins to
Tissues”, The 2nd International Biophysics Congress and Biotechnology GAP, Diyarbakir, Turkey, October 209.
K. Nagayama, “49 years of IUPAB and 15 years of ABA”, The 2nd International Biophysics Congress and Biotechnology
GAP, Diyarbakir, Turkey October 2009.
R. Danev, “Viral Structures Visualized by Zernike Phase Contrast Cryo-electron Tomography”, The 4 th Nagasaki
Symposium on Tropical and Emerging Infectious Diseases, Nagasaki, November 2009.
８）学会および社会的活動 国際純粋・応用生物物理学連合（IUPAB）
（会長）
アジア生物物理学連合（ABA）
（理事）
日本生物物理学会
日本顕微鏡学会
日本物理学会
日本化学会
科学技術振興機構科学コミュニケーション推進事業統括
日本学術会議IUPAB分科会委員長
群馬県立高崎高等学校スーパーサイエンスハイスクール授業
９）他大学での非常勤講師，客員教授
藤田保健衛生大学客員教授
11）外部獲得資金
CREST，｢ns-nm 分解能電子・光子ハイブリッド顕微鏡の開発｣，永山國昭（代表）（2006年−2009年）
．
12）特許
Ë）差分コントラスト電子顕微鏡および電子顕微鏡像のデータ処理方法（特許第4328044号）
Ì）Kuniaki Nagayama, METHOD OF DETERMINING BASE SEQUENCE OF DNA OR RNA AND DNA
SEQUENCER (US 7419833 B2, February 19, 2008)
Í）Kuniaki Nagayama, METHOD FOR NUCLEIC ACID SEQUENCING（US 7419833 B2, Sep. 2, 2008）
*Ì），Í）は前回記載漏れのため含めた．
研究領域の現状 19
2-1
ナノ形態生理
村 上 政 隆（准教授）
１）専門領域：生理学，分泌生理学
２）研究課題：
ａ）傍細胞輸送の形態学的生理学的基盤
ｂ）漢方薬の唾液水分分泌増強作用機構
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）上皮膜を構成する細胞間にはタイト結合が存在し，体内環境と外部環境を境界するバリアとして議論してき
た。水分を大量に分泌する唾液腺では持続分泌時に60％以上の水分がタイト結合を越えて分泌される（傍細胞
輸送）
。急速凍結固定試料の凍結割断試料を電子顕微鏡観察し，claudin 索は網目構造はとらず数本の平行に走
ることが明確になり，深部のアクチン線維網と直接結合し，傍細胞輸送が活性化されるとき網目が小さくなる
ことを観察していた。また，傍細胞経路の分子フィルタには半径５Å以下を小さい分子を通す経路と大きなサ
イズの粒子を通過させる経路があることを発見している。2008年には 傍細胞輸送は Ca 依存性であることを
示した。2009年には傍細胞輸送の駆動力に静水圧が寄与するか否かを検討する目的で，灌流動脈圧を測定しな
がら，灌流流速を変化させ，水分泌速度，蛍光マーカー（Lucifer Yellow）の分泌を測定した。その結果，灌
流圧に応じて，水分泌も蛍光マーカー分泌も変化し，傍細胞輸送の駆動力に静水圧が寄与することが判明した。
一方，ムスカリン受容体刺激で NO が産生され血管抵抗が低下し血流を増加させる機構が提示されていた。
Ｌ-NAME=0.3mM を与えると圧は 140 mmHg から 180 mmHg に上昇したが，CCh により111 ± ９ mmHg に
低下し, L-NAME がない場合の103 ± 5 mmHgに対し有意差はなく，分泌刺激中の動脈圧は NO には依存しな
いことが判明した。
ｂ）唾液腺の水分分泌を増加させる漢方薬のうち，この漢方薬のみで傍細胞経路の開閉を起す丹参（DS）につ
いて，小さい分子を通す傍細胞経路がより活性化されることが見つかっていたが，水分泌反応の用量依存性を
調べると，用量が大きくなると反応の潜時が短くなり，受容体が唾液腺細胞の表面ではないことが示唆された。
DS 水溶液の HPLC パターンを検討すると，水溶性有効成分として報告されている Salvianolic acid B がもっ
とも大きなピークとして測定された。今後このピークを注目し，経口投与により血液中に出現する濃度を検討
し，摘出灌流腺の結果と対応させ，生体内での DS 用量依存性を推定する。
４）学術論文
M. Murakami, M. Wei, W. Ding, Q. Zhang, “Effects of Chinese herbs on salivary fluid secretion by the isolated and
perfused rat submandibular gland” World J. Gastroentenol., 15, 3908-3915 (2009).
清水秀年，宮村広樹，松島秀，村上政隆，恵良聖一，内山良一，紀ノ定保臣，“Equivalent cross-relaxation
．
rate imaging を用いた耳下腺機能評価”生体医工学 47, 215−221（2009）
J. Ekstrom, M. Murakami, R. Inzitari, N. Khosravani, C. Fanali, T. Cabras, J. Fujita-Yoshigaki, H. Sugiya, I.
20
研究領域の現状
Messana, M. Castagnola, “RP-HPLC-ESI-MS characterization of novel peptide fragments related to rat parotid secretory protein in parasympathetic induced saliva” J. Sep. Sci. 32, 2944-2952 (2009).
５）著書，総説
村上政隆，“実験 MRS のための周辺技術:臓器潅流法と生理学モニター”，成瀬昭二編「磁気共鳴スペクトルの
医学応用−基礎から臨床まで−」インナービジョン，東京，第２章５節，印刷中（2009).
６）国際会議発表リスト
M. Murakami, S. Hashimoto, M. Wei and AE. Hill, “Morpho-physiological approach to the paracellular route for salivary secretion by isolated perfused submandibular gland”, 11 th International Symposium on Exocrine Secretion,
Tokushima (Japan) , July 2009.
T. Narita, B. Qi, M. Fukano, M. Matsuki-Fukushima, M. Murakami and H. Sugiya, “Characterization of neurokinin
A-evoked salivary secretion in the perfused rat submandibular gland”, 11 th International Symposium on Exocrine
Secretion, Tokushima (Japan) , July 2009.
B. Qi, T. Narita, H. Sugiya and M. Murakami, “Pilocarpine-induced salivary fluid secretion in the perfused submandibular gland of the rat”, 11th International Symposium on Exocrine Secretion, Tokushima (Japan) , July 2009.
T. Hayashi, M. Murakami and S. Era, “Study of modification of serum albumin through paracellular pathway of rat
submandibular gland”, 11th International Symposium on Exocrine Secretion, Tokushima (Japan) , July 2009.
S. Hashimoto and M. Murakami, “Morphological evidence of paracellular transport in perfused rat submandibular
gland”, 11th International Symposium on Exocrine Secretion, Tokushima (Japan) , July 2009.
T. Hayashi, M. Murakami, Y. Matsuyama and S. Era, “Oxidative modification of serum albumin through paracellular
pathway of rat salivary gland”, 36th Congress of the International Union of Physiological Sciences, Kyoto (Japan), July
2009.
M. Murakami, S. Hashimoto, H. Sugiya, T. Narita, B. Qi, M. Wei and Hill AE, “The control of paracellular transport
during salivary fluid secretion by the isolated perfused submandibular gland of rat”, 36th Congress of the International
Union of Physiological Sciences, Kyoto (Japan), July 2009.
H. Shimizu, H. Miyamura, S. Matsushima, M. Murakami, S. Era, Y. Uchiyama and Y. Kinosada, “New parameter
for evaluating function of the parotid gland”, 36th Congress of the International Union of Physiological Sciences, Kyoto
(Japan), July 2009.
８）学会および社会的活動
日本生理学会評議員および編集委員
日本磁気共鳴医学会評議員
日本唾液腺学会評議員
JST サイエンスパートナーシッププログラム（SPP）海陽中等教育学校の講義実習
第11回 外分泌国際シンポジウム（徳島大学）
副会長
研究領域の現状 21
９）他大学での非常勤講師，客員教授
日本大学松戸歯学部（非常勤講師）
岐阜大学医学部（非常勤講師）
岡山大学歯学部特別講義「唾液腺の水分泌機構」
（非常勤講師）
広島大学大学院特別講義「唾液腺の経細胞輸送と傍細胞輸送」
11）外部獲得資金
科学研究費 基盤研究（Ｃ），「唾液分泌における傍細胞輸送の駆動力と細胞内信号による調節」，村上政隆（代
表）（2008年−2010年）．
22
研究領域の現状
2-1
ナノ形態生理
大 橋 正 人（助教）
１）専門領域：細胞生物学
２）研究課題：
エンドサイトーシス選別輸送のメカニズムと生理機能
３）研究活動の概略と主な成果：
エンドサイトーシス経路を中心としたメンブレントラフィックによる細胞の増殖，分化におけるシグナル統
合機構を明らかにする事を目的として研究をすすめている。エンドサイトーシス経路は，細胞の環境応答の前
線となっているメンブレントラフィック経路であり，ゴルジ体や細胞膜への外向き輸送と，消化器官であるリ
ソソームへの内向き輸送間を選別し，細胞内膜系の分子の運命を決定する。このようなエンドサイトーシス経
路の作用は，細胞のシグナル伝達，極性形成などにおいて重要な役割を果たしているが，その機能，メカニズ
ムの詳細はわかっていない。
エンドソーム−ゴルジ系などの細胞内膜系が，極性細胞の形態形成シグナル制御において果たす役割を解析
するため，上皮系細胞の未だ数の限られているエンドソーム−ゴルジ細胞内膜系マーカー分子の，FL-REX
（fluorescence localization-based retrovirus -mediated expression cloning）法による探索・同定を進めてきた。
極性上皮細胞から cDNA-GFP 融合ライブラリーを構築し，上皮細胞株に発現させ，エンドソーム−ゴルジ細
胞内膜系様の局在を示す細胞をクローン化した。得られた GFP 融合蛋白質を解析したところ，これらはもと
になった細胞の cDNA ライブラリー内容を反映すると考えられる特徴的な膜蛋白質群からなり，特定の GFP
融合ライブラリーからは，発生における形態形成シグナル制御に関わっていることが既知である複数の膜蛋白
質も得られた。また，特定の膜オルガネラに局在するいくつかの機能詳細不明の蛋白質を同定した。
これまでに，強制発現やアンチセンスモルフォリーノオリゴを用いた機能解析実験の結果，FL-REX 法によ
りエンドソーム−ゴルジ系に局在することの判明した膜蛋白質の中から，初期発生に関与する新たな機能分子
の候補を挙げることに成功した。また，これらの蛋白質の作用メカニズムを解明するため，蛋白質への変異導
入により，エンドソーム−ゴルジへの局在シグナルとその制御についての解析を進めている。
４）学術論文
S. Takahashi, N. Iwamoto, H. Sasaki, M. Ohashi, Y. Oda, S. Tsukita and M. Furuse, “The E3 ubiquitin ligase
LNX1p80 downregulates claudins from tight junctions in MDCK cells.” J. Cell Sci. 122, 985-994 (2009).
研究領域の現状 23
2-2 生物無機
青 野 重 利（教授）
１）専門領域：生物無機化学
２）研究課題：
ａ）ヘム含有型気体分子センサータンパク質の構造と機能に関する研究
ｂ）ヘムを活性中心とする新規な脱水酵素の構造と機能に関する研究
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）近年，酸素（O2），一酸化炭素（CO），一酸化窒素（NO）などの気体分子が生理的なエフェクター分子とし
て機能し，遺伝子発現制御，走化性制御，セカンドメッセンジャー（cyclic di-GMP）の合成/分解制御など
様々な生理機能制御に関与していることが報告され，気体分子の新規生理機能として大きな注目を集めている。
当研究室では，これら気体分子が生理機能を発揮するために必要不可欠な気体分子センサータンパク質を研究
対象とし，それらの構造機能相関ならびに機能発現機構を分子レベルで明らかにすることを目的として研究を
進めている。バクテリアの酸素に対する走化性（Aerotaxis）制御系において酸素センサーとして機能するシ
グナルトランスデューサータンパク質 HemAT は，センサードメインとしてグロビンドメインを有しており，
グロビンドメイン中に含まれるヘムにO2が結合した場合にのみ，HemAT と複合体を形成している CheA タン
パク質の自己リン酸化活性を活性化する。HemAT センサードメインと大腸菌由来のシグナルトランスデュー
サータンパク質 Tsr タンパク質の MCP ドメインから調製したキメラタンパク質を用い，センサードメイン中
のヘムの酸化状態ならびに配位構造変化による CheA 自己リン酸化制御について検討した結果，本キメラタン
パク質においても，センサードメイン中のヘムにO2が結合した場合に，CheA の自己リン酸化反応が促進され
ることが分かった。
緑膿菌（Pseudomonas aerginosa）中に含まれる Aer2 タンパク質が，ヘムを活性中心とする新規な酸素セ
ンサータンパク質であることを見出した。Aer2 タンパク質では，分子中に存在する PAS ドメインがセンサー
ドメインとして機能しており，PAS ドメイン中にヘムが含まれていることが分かった。Aer2 は，センサード
メインとして機能する PAS ドメインの他に，MCP ドメインを有している。このことから，Aer2 の生理機能
は，HemAT と同様，Aerotaxis 制御系におけるシグナルトランスデューサータンパク質であると考えられる。
ｂ）アルドキシム脱水酵素（Oxd）はアルドキシムの脱水反応によりニトリルを生成する反応を触媒する新規な
ヘム含有酵素である。本酵素の活性は，分子中に含まれるヘムの酸化状態の違いによって制御されている。す
なわち，分子中のヘムがFe3+の状態にある酸化型 Oxd は酵素活性を示さず，ヘムがFe2+の状態にある還元型
Oxd のみが酵素活性を示す。Oxd が酸化還元酵素では無いにも関わらず，ヘムの酸化状態変化により酵素活
性が制御されているのは，基質であるアルドキシムのヘム鉄への配位モードが，ヘムの酸化状態の違いにより，
異なるためであることが分かった。酸化型 Oxd では，アルドキシム分子中の酸素原子がヘム鉄に配位するの
に対し，還元型 Oxd ではアルドキシム分子中の窒素原子がヘム鉄に配位する。このような，ヘムの酸化状態
変化に伴う基質分子の配位構造変化を利用した活性制御機構は，これまでに全く例の無い，新規な機構である。
24
研究領域の現状
酸化型 Oxd と基質であるアルドキシムが，不活性な酵素基質複合体を形成することを利用して，この不活
性な酵素基質複合体の結晶化に成功した。また，このようにして得られた結晶を低温下，Ｘ線照射により還元
することで，結晶状態を保ったまま，還元型 Oxd とアルドキシムの酵素基質複合体（Michaelis complex）へ
と変換することが可能であった。その結果，Oxd の酵素基質複合体（Michaelis complex）の結晶構造解析に
も成功した。得られた結晶構造に基づき，本酵素反応の反応機構を明らかにすることに成功した。
４）学術論文
H. Sawai, H. Sugimoto, Y. Kato, Y. Asano, Y. Shiro, S. Aono, “X-ray crystal structure of the Michaelis complex of
aldoxime dehydratase” J. Biol. Chem., 284, 32089-32096 (2009).
H. Sawai, S. Yoshioka, T. Uchida, M. Hyodo, Y. Hayakawa, K. Ishimori, S. Aono, “Molecular Oxygen regulates the
enzymatic activity of a heme-containing diguanylate cyclase (HemDGC) for the synthesis of cyclic di-GMP” Biochim.
Biophys. Acta – Proteins and Proteomics, 1804, 166-172 (2010).
６）国際会議発表リスト
S. Aono, “Physiological role of thiolate coordination to the heme in CooA from R. rubrum” 16th International Conference
on Cytoshrome P450, Okinawa (Japan), June 2009.
S. Aono, “Molecular oxygen regulates the enzymatic activity of a heme-containing diguanylate cyclase, HemDGC” 14th
International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-14), Nagoya (Japan), July 2009.
E. Pinakoulaki, H. Yoshimura, S. Yoshioka, S. Aono, C. Varotsis, “Recognition and discrimination of gases by the O2sensing signal transducer HemAT” 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-14), Nagoya
(Japan), July 2009.
K. Yoshimitsu, N. Takatani, H. Nakajima, S. Aono, Y. Watanabe, “Nitrogenase transcriptional activator, VnfA –
Identification of signal molecule by using in vivo activity assay system” 14th International Conference on Biological
Inorganic Chemistry (ICBIC-14), Nagoya (Japan), July 2009.
H. Nakajima, N. Takatani, K. Yoshimitsu, Y. Kanematsu, S. Aono, Y. Watanabe, “Functional analysis of vanadium
nitrogenase regulating protein in Azotobacter vinelandii” 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
(ICBIC-14), Nagoya (Japan), July 2009.
H. Sawai, H. Sugimoto, Y. Kato, Y. Asano, Y. Shiro, S. Aono, “Crystal structure of the Michaelis complex of aldoxime
dehydratase” 14th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-14), Nagoya (Japan), July 2009.
S. Aono, “Structure and function of aldoxime dehydratase containing a heme as the active center for dehydration reaction” Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry (SABIC-2009), Mumbai (India), November 2009.
H. Sawai, H. Sugimoto, Y. Kato, Y. Asano, Y. Shiro, S. Aono, “X-ray crystal structure of the Michaelis complex of a
novel heme enzyme, aldoxime dehydratase” Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry (SABIC-2009),
Mumbai (India), November 2009.
H. Sawai, H. Sugimoto, Y. Kato, Y. Asano, Y. Shiro, S. Aono, “Reaction mechanism of aldoxime dehydration revealed
by X-ray crystal structure of the Michaelis complex of aldoxime dehydratase” 2nd Japan-Korea Seminar on Biomolecular
Sciences Experiments and Simulations, Nagoya (Japan), December 2009.
研究領域の現状 25
７）招待講演
S. Aono, “Physiological role of thiolate coordination to the heme in CooA from R. rubrum” 16th International Conference
on Cytoshrome P450, Okinawa (Japan), June 2009.
S. Aono, “Molecular oxygen regulates the enzymatic activity of a heme-containing diguanylate cyclase, HemDGC” 14th
International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-14), Nagoya (Japan), July 2009.
S. Aono, “Structure and function of aldoxime dehydratase containing a heme as the active center for dehydration reaction” Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry (SABIC-2009), Mumbai (India), November 2009.
H. Sawai, H. Sugimoto, Y. Kato, Y. Asano, Y. Shiro, S. Aono, “Reaction mechanism of aldoxime dehydration revealed
by X-ray crystal structure of the Michaelis complex of aldoxime dehydratase” 2nd Japan-Korea Seminar on Biomolecular
Sciences Experiments and Simulations, Nagoya (Japan), December 2009.
青野重利，“一酸化炭素センサー機能を有する転写調節因子 CooA の構造機能相関”第82回日本生化学大会，
神戸，
（2009.10）
．
８）学会および社会的活動
触媒学会生体関連触媒研究会世話人（2002− ）
．
日本化学会生体機能関連化学部会幹事（2007− ）．
日本化学会東海支部常任幹事（2009− ）．
11）外部獲得資金
科学研究費 基盤研究（Ｂ），
「気体分子を生理的エフェクターとする金属含有センサータンパク質の構造と機
能」，青野重利（代表）（2007年−2009年）
．
科学研究費 特定領域研究（細胞感覚）
，「ガス分子により駆動される新規なセンサータンパク質の機能発現機
構」，青野重利（代表）（2007年−2010年）
．
26
研究領域の現状
2-3
生体物理
藤 井 浩（准教授）
１）専門領域：生物無機化学，磁気共鳴
２）研究課題：
ａ）酸化反応に関与する金属酵素反応中間体モデル錯体の合成
ｂ）亜硝酸還元酵素の反応機構の研究
ｃ）小分子をプローブとした金属酵素の活性中心の構造と機能の相関
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）酸化反応に関わる金属酵素の機能制御機構を解明するため，高酸化反応中間体のモデル錯体を合成し，電子
構造と反応性の関わりを研究した。オキソ鉄４価ポルフィリンπカチオンラジカル錯体は，軸位に配位する配
位子により酸素添加反応の反応性が大きく変化する。反応性を制御する機構を解明するため，オキソ鉄４価ポ
ルフィリンπカチオンラジカル錯体の種々の物理化学的性質と反応速度の相関を検討した。その結果，反応性
を制御する因子の解明に成功した。この結果から，軸配位子によりいかにして制御されているかを解明できた。
また，不斉酸化能を有するマンガン３価サレン錯体の反応選択性の機構を研究した。昨年度の研究で，マンガ
ンイオンが３価から４価に酸化されると，サレン骨格が不斉歪みを起こすことを見出した。本年度はさらに，
このサレン配位子の不斉歪みが，どのように誘起されているかを検討した。種々の軸配位子をもつ不斉サレン
マンガン４価錯体を合成し，結晶構造や溶液中の構造を CD スペクトルから調べた。その結果，軸配位子の配
位力の強さが，不斉歪みを制御する因子であることを見出した。
ｂ）地中のバクテリアの中には，嫌気条件で硝酸イオンを窒素に還元する一連の酵素が存在する。これらの過程
で，亜硝酸イオンを一酸化窒素に還元する過程を担う酵素が亜硝酸還元酵素である。亜硝酸還元酵素には，銅
型とヘム型の２種類が存在することが知られている。昨年度までの銅型酵素の研究をさらに発展させるため，
ヘム型亜硝酸還元酵素の研究を行った。ヘム型亜硝酸還元酵素は，ヘム d1 と呼ばれる特殊なヘムを活性部位
にもつ。このヘム d1 と酵素機能の関わりを反応中間体モデル錯体から研究した。ヘム，クロリン，ヘム d1 か
ら鉄２価亜硝酸錯体を合成し，反応性に違いを検討した。その結果，酵素と同じ配位子であるヘム d1 は，ヘ
ムの還元過程，亜硝酸イオンの結合過程を非常に大きく促進するが，鉄に配位した亜硝酸イオンのプロトン化
過程は他のヘムより遅いことが明らかとなった。この結果は，ヘム型亜硝酸還元酵素ではプロトン化活性は銅
型酵素と比較して十分に確保できているので，よりエネルギーを効率よく節約するためヘム d1 を利用してい
ることが示唆された。
ｃ）金属酵素と強く結合するシアンイオンをプローブとした金属酵素の構造・機能測定法の開発を行った。我々
はこれまで，ヘムタンパク質に結合したシアンイオンの 13C，15N NMR シグナルがヘム近傍の構造や水素結合
ネットワークを検索する優れたプローブであることを明らかにした。本年度は，この手法をペルオキシダーゼ
の変異体に適応した。２種類のペルオキシダーゼについて，ヘム近傍のアミノ酸を置換したさまざまな変異体
を作成し，水素結合ネットワークと酵素機能の関わりを研究した。作成した変異体のシアンイオンの 13C，15N NMR
研究領域の現状 27
を測定した結果，各アミノ酸残基が作る水素結合ネットワークの仕組みを解明することができた。さらに各変
異体の酵素活性との比較から，ヘム近傍の保存されたアミノ酸残基が機能発現でどのような役割をもつかを解
明することができた。
４）学術論文
T. Kurahashi, M. hada and H. Fujii, “Critical Role of External Axial Ligands in Chirality Amplification of transCyclohexane-1,2-diamine in Salen Complexes,” J. Am. Chem. Soc. 131, 12394-12405 (2009).
AJ. Mcgown, WD. Kerber, H. Fujii and DP. Goldenberg, “Catalytic Reactivity of a Meso-N-Substituted Corrole and
Evidence for a High-valent Iron-Oxo Species,” J. Am. Chem. Soc. 131, 8040-8048 (2009).
A. Takahashi, T. Kurahashi and H. Fujii, “Effect of Imidazole and Phenolate Axial Ligands on the Electronic Structure
and Reactivity of Oxoiron(IV) Porphyrin π-Cation Radical Complexes: Drastic Increase in Oxo-Transfer and Hydrogen
Abstraction Reactivities,” Inorg. Chem. 48, 2614-2625 (2009).
D. Nonaka, H. Waraishi and H. Fujii, “Paramagnetic 13C and 15N NMR Analyses of Cyanide(13C15N)-Ligated Ferric
Peroxidases: The Push-Effect, not Pull-Effect, modulates the Compound I Formation Rate,” Biochemistry 48, 898-905
(2009).
T. Sato, S. Nozawa, K. Ichiyanagi, A. Tomita, M. Chollet, H. Ichikawa, H. Fujii, S. Adachi and S. Koshihara,
“Capturing molecular structural dynamics by 100 ps time-resolved X-ray absorption spectroscopy,” J. Synchrotron Rad.
16, 110-115 (2009).
A. Takahashi, Y. Ohba, S. Yamauchi and H. Fujii, “ENDOR Study of Oxoiron(IV) Porphyrin π-Cation Radical
Complexes as Models for Compound I of Heme Enzymes,” Chem. Lett. 38, 68-69 (2009).
６）国際会議発表リスト
H. Fujii, “Reaction Mechanism and Molecular Mechanism of Copper-containing Nitrite Reductase” Korea-Japan
Seminars on Biomolecular Sciences-Experiments and Similations, Seoul (Korea), February 2009.
H. Fujii, “Axail Ligand Effect on Reactivity and Electronic Structure of Oxoiron(IV) Porphyrin π-Cation Radical
Complex” International Symposium on Picobiology, Hyogo (Japan), March 2009.
H. Fujii, “Functional Role of Heme d1 in Catalytic Nitrite Reduction by Heme-containing Nitrite Reductase” International
Conference on Bioinorganic Chemistry, Nagoya (Japan), July 2009.
T. Kurahashi and H. Fujii, “Chiral Distortion in MnIV(salen)(N3)2 Derived from Jacobsen’s Catalyst at a Possible
Conformation Model for its Enantioselective Reaction” International Conference on Bioinorganic Chemistry, Nagoya
(Japan), July 2009.
H. Fujii, “Functional Role of Heme d1 in Catalytic Nitrite Reduction by Heme-containing Nitrite Reductase” International
Workshop on Metalloprotein Functions, Hyogo (Japan), July (2009).
H.Fujii, “Electronic Structure and Reactivity of Heme Complexes and Heme Proteins” RIKEN Symposium-Molecular
Ensemble 2009, Saitama (Japan), December 2009.
H. Fujii and D. Nonaka, “13C and 15N NMR Spectroscopy of Heme-bound Cyanide (13C15N) in Ferric Heme Peroxidases”
Japan-Korea Seminars on Biomolecular Sciences-Experiments and Similations, Nagoya (Japan), December 2009.
28
研究領域の現状
７）招待講演
H. Fujii, “Functional Role of Heme d1 in Catalytic Nitrite Reduction by Heme-containing Nitrite Reductase” International
Conference on Bioinorganic Chemistry, Nagoya (Japan), July 2009.
H. Fujii, “Functional Role of Heme d1 in Catalytic Nitrite Reduction by Heme-containing Nitrite Reductase” International
Workshop on Metalloprotein Functions, Hyogo (Japan), July 2009.
H.Fujii, “Electronic Structure and Reactivity of Heme Complexes and Heme Proteins” RIKEN Symposium-Molecular
Ensemble 2009, Saitama (Japan), December 2009.
９）他大学での非常勤講師，客員教授
兵庫県立大学大学院生命理学研究科 客員准教授（2007年２月∼ ）
11）外部獲得資金
科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業（CREST），「多核 NMR による酵素およびそのモデル錯体の反応
場の機能計測」，藤井 浩（分担）（2005年−2010年）
．
グローバルＣＯＥプログラム「ピコバイオロジー：原子レベルの生命科学」拠点形成事業，藤井 浩（分担）
（2007年−2012年）．
研究領域の現状 29
2-4
生体分子物性
桑 島 邦 博（教授）
１）専門領域：蛋白質科学，生物物理学，生体分子科学
２）研究課題：
ａ）αラクトアルブミンのモルテン・グロビュール状態の特性と生物機能
ｂ）ヒトαラクトアルブミン変異体の結晶構造解析
ｃ）アミロイド形成能を持つβ２ミクログロブリンのフォールディング機構
ｄ）自己組織化ナノ繊維の形成機構
ｅ）大腸菌シャペロニンの GroEL のアロステリック転移
ｆ）GroEL/GroES複合体の構造揺らぎと生物機能
３）研究活動の概略と主な成果
ａ）腫瘍細胞選択的細胞死活性を持つヤギαラクトアルブミン-脂肪酸（オレイン酸）複合体の構造解析を，
NMR を用いて行っている。蛋白質部分の構造特性はモルテン・グロビュール状態に類似している，本年は，
ヤギαラクトアルブミン-脂肪酸複合体とヒトαラクトアルブミン-脂肪酸複合体の NMR スペクトルを 920
MHz の NMR 装置を用いて測定し，解析を行った。その結果，同じ抗腫瘍活性があるにもかかわらず，ヤギ
とヒトαラクトアルブミンでは脂肪酸結合部位が異なっていた。このことは，複合体の抗腫瘍活性をもたらす
特定の脂肪酸結合部位が蛋白質中に存在するのではない，ということを示唆している。結合部位はヤギ及びヒ
トαラクトアルブミンのモルテン・グロビュール状態において構造形成している領域と一致していたので，中
間体中で疎水性凝縮した部分が結合部位となっている可能性がある。
ｂ）ヒトαラクトアルブミン変異体（K1M）の結晶構造を，1.61Åの分解能で決定した。K1M の立体構造は真
生体ヒトαラクトアルブミンの立体構造とほぼ一致していた。
ｃ）前年に引き続き，透析アミロイドーシスの原因蛋白質であるβ2ミクログロブリンの複雑な巻き戻り過程を
明らかにするために，巻き戻り反応をストップトフロー法，実時間 NMR スペクトルを用いて解析した。その
結果，天然条件下において，プロリンのシス-トランスの異性化に起因する二つの分子種が存在することが明
らかとなった。このことが生体内において，β2ミクログロブリンが他の蛋白質に比べてアミロイド線維を形
成しやすい要因であると考えられる。
ｄ）単層βシートを持つモデル蛋白質，OspA のフォールディング機構を明らかにするため，尿素による変性状
態からの巻き戻り反応をストップトフロー蛍光スペクトルにより調査した。巻き戻り反応は遅延相とそれに続
くトリプトファン蛍光強度の減少からなる二つの指数関数的過程で表された。遅延相の存在は，巻き戻り経路
上の中間体の存在を示唆しており，現在，より詳細な解析を進めている。
ｅ）シャペロニン GroEL のATPにより誘起されるアロステリック転移の速度過程は ATP 濃度に対して二つのシ
グモイドで表され，今までの結果より，これは，GroEL 上に二つの ATP 結合部位があることによる。特に二
つ目のシグモイダルな ATP 濃度依存性が溶液中のカリウム・イオン（Ｋ+）濃度に大きく依存することが明ら
30
研究領域の現状
かとなった。現在，ストップトフロー法を用いて GroEL（Ｙ485Ｗ変異体）のアロステリック転移の速度過程
を，さまざまなＫ+濃度下で解析している。
ｆ） DMSO 停止水素交換標識二次元 NMR を用いて GroEL/ES 複合体の構造ダイナミクスを解析するために，
DMSO 溶液中における GroES のアミドプロトン・シグナルの帰属を行った。現在までに７割の帰属が完了し
ている。また GroES 単独での水素交換反応を測定し，溶液中での構造ゆらぎを特徴づけることに成功した。
今後は，GroEL/GroES 複合体の測定を行う予定である。
４）学術論文
S. Tsukamoto, T. Yamashita, Y. Yamada, K. Fujiwara, K. Maki, K. Kuwajima, Y. Mastuura, H. Kihara, H. Tsuge,
M. Ikeguchi, “Non-native α-helix formation is not necessary for folding of lipocalin: Comparison of burst-phase folding
between lipocalin and b-lactoglobulin,” Proteins 76, 226-236 (2009).
５）総説，著書
K. Kuwajima, T. Oroguchi, T. Nakamura, M. Ikeguchi, A. Kidera, “Experimental and simulation studies
of the folding/unfolding of goat a-lactalbumin,” In Water and Biomolecules: Physical Chemistry of Life Phenomena (K.
KUWAJIMA, Y. GOTO, F. HIRATA, M. KATAOKA, M. TERAZIMA, eds.), Springer-Verlag, Berlin & Heidelberg,
pp. 13-35 (2009).
７）招待講演
桑島邦博，“シャペロニンの構造揺らぎとフォールディング介助機能”，科研費新学術領域研究「揺らぎと生体
機能」第１回公開シンポジウム，京都，（2009.１）．
K. Kuwajima, “Pathway vs. funnel perspectives of protein folding,” Korea-Japan Seminars on Biomolecular
Sciences–Experiments and Simulations (Asian Core Program by JSPS), Korea Institute for Advanced Study (KIAS),
Korea, February 2009.
K. Makabe, “Structures of β -sheet self-assembly mimics,” Korea-Japan Seminars on Biomolecular
Sciences–Experiments and Simulations (Asian Core Program by JSPS), Korea Institute for Advanced Study (KIAS),
Korea, February 2009.
T. Nakamura, “Folding mechanism of homologous proteins: A comparative study of goat
α-lactalbumin and canine
milk lysozyme,” Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences–Experiments and Simulations (Asian Core Program by
JSPS), Korea Institute for Advanced Study (KIAS), Korea, February 2009.
A. Mukaiyama, “Equilibrium and kinetics of the acid transition of β2-microglobulin,” Korea-Japan Seminars on
Biomolecular Sciences–Experiments and Simulations (Asian Core Program by JSPS), Korea Institute for Advanced Study
(KIAS), Korea, February 2009.
K. Kuwajima，“Folding mechanism of homologous proteins: A comparative study between a-lactalbumin and
（2009.３）
．
lysozyme,” 科研費特定領域研究「水と生体分子」成果取りまとめ公開シンポジウム，岡崎，
桑島邦博，“相同蛋白質のフォールディング機構：αラクトアルブミンとリゾチームの比較研究”，次世代スパ
研究領域の現状 31
コンプロジェクト・ナノ分野グランドチャレンジ研究開発・ナノ統合拠点分子科学WG連続研究会「タンパク
質制御（フォールディング）」，東京，（2009.３）．
K. Makabe, “Protein design approach for beta-sheet characterization,” JSPS Exchange Program for East Asian Young
Researchers, Hokkaido University - Mahidol University Joint Symposium, Sapporo (Japan), May 2009.
桑島邦博，“大腸菌シャペロニンの構造ダイナミクスと機能発現”，第９回日本蛋白質科学会年会ワークショッ
プ「生体分子の揺らぎと機能」
，熊本，（2009.５）．
K. Kuwajima, “Hydrogen-exchange kinetics of the Escherichia coli chaperonin complex,” Japan-Korea Symposium on
Molecular Science 2009 “Chemical Dynamics in Materials and Biological Molecular Sciences,” (Asian Core Program by
JSPS), Awaji Yumebutai International Conference Center, July 2009.
桑島邦博，“大腸菌シャペロニンの構造ダイナミクスと機能発現”，第58高分子討論会シンポジウム「生体に学
ぶセンシング，物質輸送，分離」
，熊本，（2009.９）．
K. Kuwajima, “A minor component of native β2-microglobulin and its relationship to dialysis-related amyloidosis,” The
9th KIAS–SNU Conference on Protein Structure and Function, Seoul National University, Seoul (Korea), October 2009.
８）学会および社会的活動
学協会役員，委員
日本蛋白質科学会副会長（2008−）
日本生物物理学会中部支部長（2009−）
日本生化学会評議員（2005−）
．
学会の組織委員
KIAS Conference on Protein Structure and Function, Seoul（ Kore a）, 組織委員（2001−）
．
学会誌編集委員
Proteins: Strucuture, Function & Bioinformatics, Editorial Board,（1993−）
．
J. Mol. Biol., Editorial Manager,（2004−）．
BIOPHYSICS, Associate Editor,（2005−）
．
Spectroscopy -- Biomedical Applications, Editorial Board,（2002−）
．
10）受賞，表彰
真壁幸樹，2009年度日本蛋白質科学会若手奨励賞．
11）外部獲得資金
科学研究費 基盤研究（Ｂ），「シャペロニン GroEL の第二の ATP 結合部位とその機能的役割」，桑島邦博
（2008年−).
新学術領域（揺らぎと生体機能）計画研究，
「シャペロニンの構造揺らぎとフォールディング介助機能」
，桑島
邦博（2008年−).
科学研究費 若手研究（スタートアップ），「蛋白質デザインによる自己組織化ナノ繊維形成過程の解明」，真
壁幸樹（2008年−).
32
研究領域の現状
3．生命環境研究領域
3-1
細胞生理
富 永 真 琴（教授）
１）専門領域：分子細胞生理学，神経科学
２）研究課題：
ａ）温度感受性 TRP チャネルに関する研究
ｂ）睡眠・覚醒に関する研究
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）TRPV１ は初めて分子実体の明らかになった温度受容体であるが，哺乳類では９つの温度感受性 TRP チャ
ネル（TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPM2, TRPM4, TRPM5, TRPM8, TRPA1）が知られており，それぞ
れ特異的な活性化温度閾値がある。強い熱刺激と冷刺激は痛みを惹起することから，温度感受性 TRP チャネ
ルの一部は痛み受容体として捉えうる。① 低酸素・高グルコース環境下で PKCε によって TRPV1 のセリン
残基のリン酸化が促進し，TRPV1 の機能増強（細胞外Ca2+ 依存性脱感作の抑制）が起こることを見いだした
が，この応答には主に低酸素なかんずく HIF-1α が関与することを見いだした。また，PKCε の形質膜移行
の促進も低酸素 でHIF-1α 依存的に進むことが明らかになった。② 25度から20度への５度という小さな環境
温度低下が，交感神経機能亢進によるインスリン分泌低下を介した耐糖能の異常をもたらすことを見いだした。
また，熱産生をあまりもたらさないものの，糖の取り込みと脂肪酸代謝に関わる分子の皮下白色脂肪特異的な
発現増加を発見し，皮下白色脂肪特異的な脂肪酸合成が惹起されることを見いだした。③ ケラチノサイトに
は温度感受性TRPV3, TRPV４チャネルが発現している。イオンチャネル型 ATP 受容体 2X2 を強制発現させた
HEK293 細胞をバイオセンサーとして用いて，温度刺激したケラチノサイトから ATP が局所放出されること
を見いだした。TRPV3，TRPV4 欠損ケラチノサイトを用いた解析で，主に TRPV3 が関わっていることが明
らかになった。④ マウス膀胱移行上皮細胞に TRPV4 が発現しており，機械伸展刺激（あらたにシリコン膜上
に細胞を培養して伸展刺激を加える装置を開発した）に応じて TRPV4 が活性化して細胞内 Ca2+ 濃度の増加か
ら ATP 放出をもたらしていることを発見した。この応答は野生型マウスの膀胱上皮細胞では観察されるが，
TRPV4 欠損マウスでは観察されず，TRPV4 に強く依存することが明らかになった。⑤ 低分子 G 蛋白質 Rho
の標的蛋白質である mDia と結合する DIP のノックアウトマウスを作製して解析を行った。DIP 欠損線維芽
細胞が野生型線維芽細胞に比べて運動能，細胞接着能が有意に減弱していることを，細胞運動の経時解析・細
胞播種後の接着性解析・細胞運動や接着に関与する分子の発現解析等によって明らかにした。⑥ 名古屋大学
門脇辰彦博士との共同研究によって，キョウソヤドリバチの TRP チャネルを複数クローニングし，そのうち
NvHsTRPA チャネルに温度感受性があることを発見した。
ｂ）オレキシン神経に光活性化蛋白質（チャネルロドプシン，ハロロドプシン，メラノプシン）を発現するマウ
スを作成した。それらのマウス視床下部に特異的な波長の光をあてて，オレキシン神経を脱分極あるいは過分
研究領域の現状 33
極させることに成功した。神経活動を光で制御することによってマウスの睡眠覚醒を人為的に制御することを
試みている。
４）学術論文
Y. Iwasaki, M. Tanabe, Y. Kayama, M. Abe, M. Kashio, K. Koizumi, Y. Okumura, Y. Morimitsu, M. Tominaga,
Y. Ozawa and T. Watanabe T, “Miogadial and miogatrial with alpha,beta-unsaturated 1,4-dialdehyde moieties-novel
and potent TRPA1 agonists” Life Sci. 85, 60-69 (2009).
T. Mochizuki, T. Sokabe, I. Araki, K. Fujishita, K. Shibasaki, K. Uchida, K. Naruse, S. Koizumi, M. Takeda and
M. Tominaga, “The TRPV4 cation channel mediates stretch-evoked Ca2+ influx and ATP release in primary urothelial
cell cultures” J Biol Chem. 284, 21257-21264 (2009).
S. Mandadi, T. Sokabe, K. Shibasaki, K. Katanosaka, A. Mizuno, A. Moqrich, A. Patapoutian, T. FukumiTominaga, K. Mizumura and M. Tominaga, “TRPV3 in keratinocytes transmits temperatutre information to sensory
neurons via ATP” Pflüger Archiv Eur. J. Physiol. 458, 1093-1102 (2009).
E. Adachi, Y. Kazoe, Y. Sato, Y. Suzuki, T. Urano, T. Ueyama, N. Saito, VO. Nikolaev, MJ. Lohse, M. Tominaga
and H. Mogami H, “A technique for monitoring multiple signals with a combination of prism-based total internal reflection fluorescence microscopy and epifluorescence microscopy” Pflüger Archiv Eur. J. Physiol. 459, 227-234 (2009).
T. Fukumi-Tominaga, Y. Mori, A. Matsuura, K. Kaneko, M. Matsui, M. Ogata and M. Tominaga, “DIP/WISHDeficient Mice Reveal Dia- and N-WASP-interacting Protein (DIP/WISH) as a regulator of cytoskeletal dynamics in
embryonic fibroblasts” Genes to Cells 14, 1197-1207 (2009).
H. Matsuura, T. Sokabe, K. Kohno, M. Tominaga and T. Kadowaki, “Evolutionary conservation and changes in
insect TRP channels” BMC Evolutionary Biology 9, 228 (2009).
F. Fujita, T. Azuma, M. Tajiri, H. Okamoto, M. Sano and M. Tominaga, “Significance of hair-dye base-induced sensory irritation” International J Cosmetic Sci (2009, in press)
５）著書，総説
富永真琴，“カプサイシン受容体と痛み”Anesthesia network
13, 19-22（2009）．
富永真琴，“TRPチャネルの機能とアレルギー”アレルギーと神経ペプチド 5, 4-10（2009）．
曽我部隆彰，富永真琴，“哺乳類における温度受容の分子機構”BRAIN and NERVE 61, 867-873（2009）．
．
富永真琴，“カプサイシン受容体” 生体の科学 60, 470-471（2009）
６）国際会議発表リスト
M. Tominaga, “Thermosensation and nociception through TRP channels” The 17th Federation Meeting of Korean Basic
Medical Scientists, Seoul (Korea), April 2009.
S. Saito, “Evolution of the uncoupling protein1” 3rd International Symposium on Physiology and Pharmacology of
Temperature Regulation, Matsue (Japan), June 2009.
M. Tominaga, “Physiological significance of thermosensitive TRP channels” 36th International Congress of Physiological
Sciences, Kyoto (Japan), July 2009.
34 研究領域の現状
A. Yamanaka, “Electrophysiological recording and optical manipulation of orexin neural activity” 36th International
Congress of Physiological Sciences, Kyoto (Japan), July 2009.
A. Yamanaka, T. Tsunematsu and M. Tominaga, “Optical control of orexin neurons using transgenic mice in which
orexin neurons express a light-activated protein, halorhodopsin” 36th International Congress of Physiological Sciences,
Kyoto (Japan) July 2009.
F. Fujita, K. Uchida, T. Moriyama, A. Shima, K. Shibasaki, H. Inada, T. Sokabe and M. Tominaga, “Intracellular
alkalization causes pain sensation through activation ofTRPA1” 36th International Congress of Physiological Sciences,
Kyoto (Japan) July 2009.
K. Shibasaki, N. Murayama, K. Ono and M. Tominaga, “TRPV2 enhances axon outgrowth through membrane stretch
activated property in developing sensory and motor neurons” 36th International Congress of Physiological Sciences, Kyoto
(Japan) July 2009.
T. Sokabe, T. Fukumi-Tominaga, S. Yonemura and M. Tominaga, “The TRPV4 channel participates in intercellular
adhesion-dependent skin barrier function in mice” 36th International Congress of Physiological Sciences, Kyoto (Japan)
July 2009.
H. Mihara, A. Boudaka, K. Shibasaki, A. Yamanaka, T. Sugiyama and M. Tominaga, “Functional expression of
Transient Receptor Potential (TRP) V2 in mouse myenteric inhibitory motor neurons and sensory neurons” 36 th
International Congress of Physiological Sciences, Kyoto (Japan), July 2009.
K. Uchida, H. Inada, T. Shiuchi, Y. Minokoshi and M. Tominaga, “Cool environment induced modulation of glucose
homeostasis in mice” 36th International Congress of Physiological Sciences, Kyoto (Japan) July 2009.
VP. Ristoiu, K. Shibasaki, ML. Flonta and M. Tominaga, “Identification of critical determinants which potentiate
TRPV1 activity under diabetic conditions” 36th International Congress of Physiological Sciences, Kyoto (Japan), July
2009.
N. Tsujino, T. Tsunematsu, Y. Koyama, A. Yamanaka and T. Sakurai, “Alteration in monoaminergic neurons in
orexin neuron-ablated mice” 36th International Congress of Physiological Sciences, Kyoto (Japan), July 2009.
M. Tominaga, “Physiological significance of the thermosensitive TRP channels” 40th NIPS International Symposium in
conjunction with PAT-CVR2009, Okazaki (Japan), August 2009.
H. Mihara, A. Boudaka, K. Shibasaki, A. Yamanaka, T. Sugiyama and M. Tominaga, “Expression and function of
TRPV2 in mouse intestinal inhibitory motor neurons” Society for Neuroscience 39th Annual Meeting, Chicago (USA),
October 2009.
T. Tsunematsu, M. Tominaga and A. Yamanaka, “Optical control of orexin neurons using transgenic mice in which
orexin neurons express a light-activated protein, halorhodopsin” Society for Neuroscience 39th Annual Meeting, Chicago
(USA), October 2009.
M. Tominaga, “TRP channel functions in the skin keratinocytes” 5th International Workshop for the Study of ITCH,
Tokyo (Japan), October 2009.
７）招待講演
M. Tominaga, “Thermosensation and nociception through TRP channels” The 17th Federation Meeting of Korean Basic
研究領域の現状 35
Medical Scientists, Seoul (Korea), April 2009.
M. Tominaga, “Physiological significance of the thermosensitive TRP channels” 40th NIPS International Symposium in
conjunction with PAT-CVR2009, Okazaki (Japan) August 2009.
M. Tominaga, “TRP channel functions in the skin keratinocytes” 5th International Workshop for the Study of ITCH,
Tokyo (Japan) October 2009.
８）学会および社会的活動
国際疼痛学会倫理委員会委員（富永真琴）
日本疼痛学会理事（富永真琴）
The Journal of Physiological Sciences, Editor (M. Tominaga)
Pflüger Archiv European Journal of Physiology, Editor (M. Tominaga)
Molecular Pain, Editor (M. Tominaga)
９）他大学での非常勤講師，客員教授
三重大学大学院医学研究科 非常勤講師（富永真琴）
金沢大学医薬保健学域 非常勤講師（富永真琴）
九州大学大学院歯学府 非常勤講師（富永真琴）
財団法人国際科学振興財団研究員（富永真琴）
11）外部獲得資金
科学研究費 基盤研究（Ａ），「温度感受性 TRPM2 チャネルの生理学的意義の解明」，富永真琴（代表）（2007
年−2010年）．
科学研究費 挑戦的萌芽研究，「局所脳温の測定と脳温が神経活動に与える効果の解析」，富永真琴（代表）
（2009年−2010年）
．
科学研究費 特定領域研究 細胞感覚「温度センサー TRP チャネルの機能制御機構と生理学的意義の検討」，富
永真琴（代表）
（2006年−2010年）．
科学研究費 基盤研究（Ｂ），「下部尿路知覚神経伝達におけるイオンチャネルの役割と新規治療応用に関する
研究」
，富永真琴（分担）（2008年−2010年）．
科学研究費 基盤研究（Ｂ），「多様な季節的多型を誘導するホルモン協働作用の分子様式」，富永真琴（分担）
（2008年−2011年）
．
平成21年度葉山高等研究センター研究プロジェクト人間生命科学「生活習慣病の分子機構解明に挑む」，富永
真琴（代表）（2009年）．
（独）科学技術振興機構 さきがけ研究「本能機能を司る視床下部神経回路操作と行動制」，山中章弘（代表）
（2009年−2011年）
．
科学研究費若手研究（Ａ）
「睡眠覚醒制御に関わる神経機構統合的解明」
，山中章弘（代表）
（2008年−2011年）
．
科学研究費 萌芽研究「インビボにおける特定神経活動の制御法の開発」
，山中章弘（代表）
（2008年−2010年）．
科学研究費 特定領域研究「オレキシン神経活動制御による睡眠覚醒研究の新展開」，山中章弘（代表）（2008
36
研究領域の現状
年−2009年）．
上原記念生命科学財団 研究助成金「オレキシン神経活動の制御を用いた睡眠覚醒調節神経回路網の動作原理
解明」，山中章弘（代表）（2009年）
．
科学研究費 若手研究（Ｂ）「温度センサーによる脳機能調節」，柴崎貢志（代表）（2008年−2009年）
．
科学研究費 若手研究（Ｂ）
「温度感受性 TRP チャネルの活性化メカニズムと構造−機能連関解明−」
，曽我部
隆彰（代表）（2009年−2010年）
．
科学研究費 特定領域研究「多様な季節型を誘導するホルモン協働作用の分子解析」，曽我部隆彰（分担）
（2009年−2010年）．
科学研究費補助金 若手研究（Ｂ）「 TRP チャネルと相互作用分子の機能相関」，梅村徹（代表）（2009年−
2010年）
．
科学研究費補助金 若手研究（Ｂ）「恒温動物の体温調節機能の進化：温度感覚と非震え熱産生機構に関する遺
伝子の比較解析」
，齊藤茂（代表）（2008年−2009年）
．
奨励研究「温度刺激チャンバーの作製―アフリカツメガエル卵母細胞の膜電流測定用」，福田直美（代表）
（2009年）．
研究領域の現状 37
3-2
生命環境
井 口 泰 泉（教授）
１）専門領域：内分泌学，分子生物学，生殖生物学，環境科学
２）研究課題：
ａ）周生期のマウスに対する性ホルモンの組織不可逆化誘導機構に関する研究
ｂ）オオミジンコ性決定機構の解明
ｃ）爬虫類の温度依存性性分化機構の解明
ｄ）魚の性ホルモン受容体遺伝子の単離・機能解析および精巣卵誘導機構の解明
ｅ）エストロゲン受容体の分子進化の解析
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）周生期のマウスに対する性ホルモンの組織不可逆化誘導機構に関する研究
マウスの子宮および膣はエストロゲンの標的器官であり，エストロゲンに依存して細胞増殖および分化を示
す。しかし，生後３日以内にエストロゲンの投与を受けたマウスの膣は，エストロゲン非依存的に細胞増殖を
続け，癌化へと向かう。膣では臨界期でのエストロゲン投与により，上皮成長因子関連の遺伝子およびそれら
の受容体遺伝子のエストロゲン非依存の発現が起こることを明らかにしている。臨界期における内分泌かく乱
化学物質曝露が生体に影響を及ぼすメカニズムを明らかにすることを目的として，出生直後のマウスに合成エ
ストロゲン（DES）を投与し，膣上皮細胞のエストロゲン非依存の増殖を誘導した。この現象は，曝露影響
が不可逆的に持続することから，エピジェネティクスな観点から遺伝子発現制御機構について明らかにする必
要がある。DES 曝露マウスと対照群を用いて DNA マイクロアレイにより遺伝子発現レベルの解析を行うとと
もに，DNAメチル化状態を ChIP on chip 法で網羅的に解析した。さらにヒストン修飾をクロマチン免疫沈降
法 （ChIP）により解析した。その結果，特有の遺伝子について，新生児期曝露マウスにおいてクロマチン状
態が変化していることが明らかになった。現在，発現変化のある遺伝子関して，組織不可逆化に対する役割に
ついて，その機能解析を行っている。
ｂ）オオミジンコ性決定機構の解明
環境化学物質の影響を調べるのに汎用されるオオミジンコは，単為生殖により雌が雌を産んで増殖する。農
薬として用いられる幼若ホルモン類似物質が卵形成の特定の時期に作用すると雄を産むようになることを見出
している。前年度作成したマイクロアレイを用いて，幼若ホルモン類似物質に応答する遺伝子群の網羅的解析
を行った。オオミジンコで幼若ホルモン応答性を示すヘモグロビン遺伝子や，昆虫における幼若ホルモン応答
遺伝子が，発現の増加した遺伝子に含まれていたことから，本解析系は幼若ホルモン応答遺伝子の網羅的解析
に有用である。本解析法は，オオミジンコの性決定時期における幼若ホルモンのシグナル伝達の解析のみなら
ず，幼若ホルモン類似物質のスクリーニングのためにも利用できると考えられる。
ｃ）爬虫類の温度依存性性分化機構の解明
爬虫類の中には温度によって性が決定する種類（ワニ，大部分のカメ，一部のトカゲ）がいる。しかし，性
38
研究領域の現状
染色体に依存しない温度依存性性決定機構の分子メカニズムは解明されていない。性決定には温度よりも女性
ホルモンの作用が強いことから，性ホルモン受容体に着目して研究をすすめている。ベータ型のエストロゲン
受容体遺伝子の単離，エストロゲンに対する転写活性，また種特異性について解析した。また，膜に局在する
ホルモン受容体遺伝子の単離を試み，ワニとカメの膜型プロゲステロン受容体と膜型エストロゲン受容体の遺
伝子を単離した。現在，ベータ型のエストロゲン受容体や膜型ホルモン受容体の胚発生中の発現パターンを解
析中である。さらに，温度依存性に注目して，アメリカワニから，熱ショックタンパク質遺伝子のクローニン
グを行い，幾つかの熱ショックタンパク質遺伝子の発現に性差があることを明らかにした。また，温度感受性
蛋白質である TRP ファミリーに着目して，TRPV4 遺伝子を単離している。これらの蛋白質の発現解析・機能
解析とともに他の種類の熱ショックタンパク質や TRP ファミリー遺伝子の単離を進めている。
ｄ）魚の性ホルモン受容体遺伝子の単離・機能解析および精巣卵誘導機構の解明
イギリスの河川では，下水処理場からのエストロゲンおよびエストロゲン類似物質によるコイ科の魚のロー
チの精巣卵が問題となっている。精巣卵の発症機構を解明するために，ローチのステロイドホルモン産生に関
与する酵素の遺伝子群，性分化関連遺伝子およびホルモン受容体遺伝子のクローニングを行い，エストロゲン
受容体遺伝子（ER）を用いて転写活性を測定した。イギリスの河川中で見いだされている濃度（4 ng/L）の
エチニルエストラジオール（排卵抑制剤の成分）を受精直後のローチに 120 日曝露すると雄の３割の精巣に卵
ができ（精巣卵），250−720日曝露すると全て雌になることを示した。また，馬の尿中に含まれるエストロゲ
ンの一種であり，イギリスの河川中に存在しているエキリンとその代謝産物はホルモン補充療法に使用された
ものであり，ローチのエストロゲン受容体には非常に高い活性を持つことを明らかにした。魚類のERに対す
るエストロゲンや化学物質の感受性を解析するレポーター系を確立した。この系を用いて，ローチ，コイ，メ
ダカ，ミノー，ゼブラフィッシュ，イトヨ，ブルーギル，キンギョ，グッピーの９種類の魚のERに関して解
析を行ない，メダカとグッピーが他の魚よりも化学物質に対する感受性が高い事が示された。今後，in vitro
で得られた結果と個体への影響の相関を調べて行く予定である。
ｅ）エストロゲン受容体の分子進化の解析
女性ホルモンは，エストロゲン受容体を介して脊椎動物の生殖器官の発生・分化・維持機構に密接に関わっ
ている。しかし，この「エストロゲンーエストロゲン受容体」のシグナル伝達系が進化上どの段階から出来上
がってきているのかは不明である。エストロゲン受容体遺伝子の分子進化を解明する目的で，古代魚（ハイギ
ョ，ガー，チョウザメ）から，エストロゲン受容体アルファ型とベータ型の遺伝子を単離し，レポーターアッ
セイを確立した。真骨魚類ではベータ型は２タイプ存在するが，古代魚ではベータ型は１種類のみであること
を見出した。この結果は，遺伝子重複は真骨魚類への進化の際に起こった事が示唆される。両生類のアカハラ
イモリ，トウキョウサンショウウオ，アホロートル，アフリカ産のガマからエストロゲン受容体を単離し，レ
ポーターアッセイ確立した。さらに，無脊椎動物と脊椎動物の境界線上に位置するヤツメウナギとナメクジウ
オからエストロゲン受容体遺伝子の単離を行い，ナメクジウオではエストロゲン受容体にはエストロゲンは結
合せず，より祖先型のステロイド受容体にエストロゲンが結合して転写活性を上げることを見出した。
４）学術論文
H. Kim, S. Hayashi, P. Chambon, H. Watanabe, T. Iguchi and T. Sato, “Effects of diethylstilbestrol on ovarian follicle development in neonatal mice” Reprod. Toxicol., 27, 55-62 (2009).
研究領域の現状 39
A. Lange, G.C. Paull, T.S. Coe, Y. Katsu, H. Urushitani, T. Iguchi and C.R. Tyler, “Sexual reprogramming and
estrogenic sensitization in wild fish exposed to ethinylestradiol” Environ. Sci. Technol., 43, 1219-1225 (2009).
C.R. Tyler, A.L. Filby, L.K. Bickley, R.I. Cumming, R. Gibson, P. Labadie, Y. Katsu, K.E. Liney, J.A. Shears, V.
Silva-Castros, H. Urushitani, A. Lange, M.J. Winter, T. Iguchi and E.M. Hill, “Environmental health impacts of
equine estrogens derived from hormone replacement therapy” Enviorn. Sci. Technol., 43, 3897-3904 (2009).
K.C. Grim, M. Wolfe, T. Braunbeck, T.I guchi, Y. Ohta, O. Tooi, L. Touart, C. Douglas, D.C. Wolf, and J. Tietge,
“Thyroid histopathology assessments for the amphibian metamorphosis assay to detect thyroid-active substances” Tox.
Pathol., 37, 415-424 (2009).
S. Miyagawa, Y. Satoh, R. Haraguchi, K. Suzuki, T. Iguchi, M.M. Taketo, N. Nakagata, T. Matsumoto, K.
Takeyama, S. Kato and G. Yamada, “Genetic integrations of the androgen and Wnt /β-catenin pathways for the masculinization of external genitalia” Mol. Endocrinol., 23, 871-880 (2009).
T. Oka, M. Miyahara, J. Yamamoto, N. Mitsui, T. Fujii, O. Tooi, K. Kashiwagi, M. Takase, A. Kashiwagi and T.
Iguchi, “Application of metamorphosis assay to a native Japanese amphibian species, Rana rugosa, for assessing effects
of thyroid system affecting chemicals” Ecotoxicol. Environ. Safety, 72, 1400-1405 (2009).
T. Hikake, S. Hayashi, T. Iguchi and T. Sato, “The role of IGF1 on the differentiation of prolactin secreting cells in the
mouse anterior pituitary” J. Endocrinol., 203, 231-240 (2009).
S. Miyagawa, A. Moon, R. Haraguchi, C. Inoue, M. Harada, C. Nakahara, K. Suzuki, D. Matsumaru, T. Kaneko,
I. Matsuo, L. Yang, M.M. Taketo, T. Iguchi, S.M. Evans and G. Yamada, “Dosage-dependent hedgehog signals integrated with Wnt/β-catenin signaling regulate external genitalia formation as an appendicular program” Development,
136, 3969-3978 (2009).
H. Kim, S. Nakajima, S. Hayashi, P. Chambon, H. Watanabe, T. Iguchi and T. Sato, “Effects of diethylstilbestrol on
programmed oocyte death and induction of polyovular follicles in neonatal mouse ovaries” Biol. Reprod., 81, 1002-1009
(2009).
S. Kohno, Y. Katsu, H. Urushitani, Y. Ohta, T. Iguchi and L.J.Jr. Guillette, “Potential contributions of heat shock
proteins to temperature-dependent sex determination in the American alligator” Sex. Devel., (in press).
A. Kirigaya, H. Kim, S. Hayashi, P. Chambon, H. Watanabe, T. Iguchi and T. Sato, “Involvement of estrogen receptor β in the induction of polyovular follicles in mouse ovaries exposed neonatally to diethylstilbestrol” Zool. Sci., (in
press).
B.C. Moore, M.R. Milnes, S. Kohno, Y. Katsu, T. Iguchi and L.J.Jr. Guillette, “Influences of sex, incubation temperature, and environmental quality on gonadal estrogen and androgen receptor messenger RNA expression in juvenile
American alligators (Alligator mississippiensis)” Biol. Reprod., (in press).
S. Miyagawa, Y. Katsu, Y. Ohta, T. Sudo, D.B. Lubahn and T. Iguchi, “Estrogen receptorαis indispensable for the
induction of persistent vaginal change by neonatal 5α-dihydrotestosterone exposure” Biol. Reprod., (in press).
Y. Katsu, K. Kubokawa, H. Urushitani and T. Iguchi, “Estrogen-dependent transactivation of amphioxus steroid hormone receptor via both estrogen and androgen response elements” Endocrinolgoy, (in press).
40
研究領域の現状
５）著書，総説
J.P. Myers, F.S. vom Saal, B.T. Akingbemi, K. Arizono, S. Belcher, T. Colborn, I. Chahoud, D.A. Crain, F.
Farabollini, L.J.Jr. Guillette, T. Hassold, S.-M. Ho, P.A. Hunt, T. Iguchi, S. Jobling, J. Kanno, H. Laufer, M.
Marcus, J.A. McLachlan, A. Nadal, J. Oehlmann, N. Olea, P. Palanza, S. Parmigiani, B.S. Rubin, G. Schoenfelder,
C. Sonnenschein, A.M. Soto, C.E. Talsness, J.A. Taylor, L.N. Vandenberg, J.G. Vandenbergh, S. Vogel, C.S.
Watson, W.V. Welshons and R.T. Zoeller, “Why public health agencies cannot depend upon good laboratory practices
as a criterion for selecting data: The case of bisphenol A” Environ. Health Perspect., 117, 309–315 (2009).
T.M. Edwards, T. Iguchi and L.J.Jr. Guillette, “Genes to ecosystems: viviparous fishes and endocrine disruption” In:
Viviparous Fishes II. Carmen, M. ed. (in press).
T. Iguchi, S. Miyagawa and T. Sudo, “Modern genetics of reproductive biology” In: Environmental Impacts on
Reproductive Health and Fertility, Cambridge University Press, Woodruff, T., Guillette, L.J.Jr. (Eds.), (in press).
G. Van Aggelen, G.T. Ankley, W.S. Baldwin, D.W. Bearden, W.H. Benson, J.K. Chipman, T.W. Collette, J.A.
Craft, N.D. Denslow, M.R. Embry, F. Falciani, S.G. George, C.C. Helbing, P.F. Hoekstra, T. Iguchi, Y. Kagami, I.
Katsiadaki, P. Kille, L. Liu, P.G. Lord, T. McIntyre, A. O’Neill, H. Osachoff, E.J. Perkins, E.M. Santos, R.C.
Skirrow, J.R. Snape, C.R. Tyler, D. Versteeg, M.R. Viant, D.C. Volz, T.D. Williams and L. Yu, “Integrating omic
technologies into aquatic ecological risk assessment and environmental monitoring: Hurdles, achievements and future
outlook” Environ. Health Perspect., (in press).
M. Halder, M.A. Léonard, T. Iguchi, J.T. Oris, K. Ryder, S.E. Belanger, T.A. Braunbeck, M.R. Embry, G. Whale,
T. Norberg-King and A. Lillicrap, “Regulatory aspects on the use of fish embryos in environmental toxicology” Integ.
Environ. Assess. Manage., (in press).
M.C. Celander, J.V. Goldstone, N.D. Denslow, T. Iguchi, P. Kille, R.D. Meyerhoff, B.A. Smith, T.H. Hutchinson
and J.R. Wheeler, “Species extrapolation for the 21st century” Environ. Toxicol. Chem., (in press).
井口泰泉，“ビスフェノールAのリスク評価と研究に関する最近の話題” 環境ホルモンニュースレター ，12
（2）：3，2009.
井口泰泉，“水環境中の女性ホルモンによる生態影響” 水と水技術，76：32-39，2009.
６）国際会議発表リスト
S. Miyagawa, Y. Katsu, Y. Ohta, T. Sudo, D.B. Lubahn. and T. Iguchi, “Estrogen receptor α is indispensable for the
induction of persistent vaginal change by neonatal 5α-dihydrotestosterone exposure” e. hormone, Tulane University,
(USA), October 20-24, 2009.
Y. Ohta, H. Urushitani, T. Takeuchi, T. Iguchi, Y. Katsu, S. Kohno, N. Botteri, B. Moore and L.J.Jr. Guillette, “A
preliminary study on immunohistochemical detection of estrogen receptor in American alligator oviducts – specificity of
antibodies” e. hormone, Tulane University, (USA), October 20-24, 2009.
A. Lange, Y. Katsu, S. Miyagawa, T. Iguchi and C.R. Tyler, “Investigating mechanisms of feminization and oestrogenic response in fish” UK-Japan Cooperation Meeting, Osaka, November 13-15, 2009.
M.C. Celander, J.V. Goldstone, N.D. Denslow, T. Iguchi, P. Kille, R.D. Meyerhoff, B.A .Smith, T.H. Hutchinson
and J.R. Wheeler, “Species extrapolation for the 21st century” 29th SETAC North America, Tampa, Florida, (USA), Nov.
研究領域の現状 41
16-20, 2009.
７）招待講演
L.J.Jr. Guillette, B.C. Moore and T. Iguchi, “Endocrine disrupting contaminants and the developing ovary: altered
activin/inhibin and steroid signaling leads to modified folliculogenesis” 5th Copenhagen Workshop on Endocrine
Disrupters. Ubiquitous endocrine disrupters and possible human health effects, Rigshospitalet, Copehangen, (Denmark),
May 20-22, 2009.
T. Iguchi, “Current status of the endocrine disruptor research in Japan and OECD including my own laboratory”
International Symposium of Environmental Emerging Compound Measurement Technology and Management, National
Pingtung University of Science and Technology, Pingtung, (Taiwan), May 26, 2009.
T. Iguchi and N. Tatarazako, “Current research progress in Japan” OECD Validation and Management Group
Ecotoxicity, Invertebrate, OECD, Paris, (France), June 8-9, 2009.
T. Iguchi, Y. Kato, H. Watanabe, S. Oda and N. Tatarazako, “Modulation of sex determination by juvenile hormones
and their analogs in Daphnia magna” International Conference on Comparative Endocrinology, Symposium 4:
Environmental Toxicology and Endocrine Disruption. Organized by Glen Van Der Kraak and Taisen Iguchi, (Hong
Kong), June 22-26, 2009.
T. Iguchi, “Guidance on identifying endocrine disrupting effects” Organized by ECETOC, Barcelona, (Spain), June 2930, 2009.
T. Iguchi and K. Yamazaki, “Activities on testing and assessment of ED in Ministry of the Environment, Japan” OECD
Workshop on Endocrine Disruption Testing and Assessment, Copenhagen, (Denmark), Sept. 22-24. 2009.
T. Iguchi, “Endocrine disruption across multiple animal species - common mechanisms?“ e. hormone, Tulane University,
(U.S.A.) October 20-24, 2009.
T. Iguchi, S. Koide-Yoshida, H. Watanabe, K. Igarashi, J. Kanno and S. Miyagawa, “Genomic and epigenetic
approaches for analysis of developmental effect of neonatal estrogen on mouse vagina” Horiba Symposium, University of
Tokyo, October 26-27, 2009.
T. Iguchi, “Comparison of two-generation test with full life cycle test using medaka” USEPA, Washington DC, (USA),
November 16, 2009.
T. Iguchi, “Analysis of the comparative sensitivities of fish to environmental estrogens - in vitro assays” OECD
VMGnon-animal Meeting, Washington DC, (USA), Nov. 16-19, 2009.
井口泰泉, “雌性ホルモン系における毒性発現の分子メカニズム” 日本トキシコロジー学会生涯教育講習会，盛
岡，（2009.７）．
（2009.７）．
井口泰泉, “環境中の医薬品や内分泌かく乱物質の最近の研究動向” 河川環境管理財団講演会，東京，
井口泰泉, “生物―環境―化学物質” 愛知県立豊田西高等学校，岡崎，（2009.８）．
井口泰泉, “特別授業：環境ホルモン” 横浜雙葉高等学校，横浜，（2009.９）．
井口泰泉, “有毒化学物質と生物多様性―生態系への影響” EPOC セミナー，名古屋，（2009.11）．
42
研究領域の現状
８）学会および社会的活動
宮川信一，原口竜摩，加藤茂明，武山健一，松本高広，武藤誠，井口泰泉，山田源：「外生殖器の雄性化をコ
ントロールする増殖因子群の解析」
．第28回日本アンドロロジー学会，富山，７月３−４日，2009.
加藤泰彦，小林かおる，渡邉肇，井口泰泉：「エレクトロポレーションを用いたオオミジンコへの遺伝子導入」．
第80回日本動物学会，静岡，９月17−19日，2009.
佐藤友美，中島忠章，井口泰泉：「新生仔期のマウス子宮，膣における BMPs の役割」．第80回日本動物学会，
静岡，９月17−19日，2009.
中島忠章，井口泰泉，佐藤友美：「新生仔期の膣上皮細胞における FGF とHHの役割」．第80回日本動物学会，
静岡，９月17−19日，2009.
高瀬稔，後藤康之，宮原真紀，三井直子，岡知宏，小林かおる，渡邉肇，井口泰泉：「 EE２ 暴露のニシツメ
ガエル幼生生殖腺を用いたマイクロアレイ解析」
．第80回日本動物学会，静岡，９月17−19日，2009.
勝義直，窪川かおる，漆谷博志，井口泰泉：「ナメクジウオの２種類のステロイドホルモン受容体遺伝子の単
離と機能解析」．第80回日本動物学会，静岡，９月17−19日，2009.
鑪迫典久，斎藤和代，中川理緒，江藤千純，井口泰泉：「プロクロラズのメダカを用いた短期繁殖試験による
検討」．日本毒性学会，10月４日，2009.
渡邉肇，小出静代，五十嵐勝秀，菅野純，井口泰泉：「新生児期エストロゲン曝露によるエピジェネテイック
な影響」Epigenetic effect of estrogen exposure on neonatal mouse. 4S14p化学物質による遺伝子修飾と毒性発
現/ Toxic effects of chemical substances and gene modification. 第82回日本生化学会大会，神戸，10月21−24
日，2009.
加藤泰彦，小林かおる，小田重人，鑪迫典久，渡邉肇，井口泰泉：「エレクトロポレーションを用いたオオミ
ジンコにおける GFP 遺伝子の異所的発現」．第12回環境ホルモン学会研究発表会，東京，12月７−８日，2009
宮川信一，勝義直，井口泰泉：「Estrogen receptor a is indispensable for the induction of persistent vaginal
change by neonatal 5a-dihydrotestosterone exposure」．第32回日本分子生物学会，横浜，12月９−12日，2009.
環境省 中央環境審議会臨時委員
厚生労働省 薬事・食品衛生審議会臨時委員
内閣府 食品安全委員会容器包装部会委員
OECD Validation and Management Group 委員
OECD Endocrine Disruptor Testing and Assessment 委員
日本内分泌かく乱化学物質学会 副会長
Ecotoxicology and Environmental Safety 編集委員
Molecular and Cellular Endocrinology
編集委員
Biology of Reproduction 編集委員
横浜雙葉中学・高校 土曜講座講師
９）他大学での非常勤講師，客員教授
フロリダ大学客員教授（井口）
研究領域の現状 43
Kyung Hee University（井口）
東京工業大学非常勤講師（井口）
横浜市立大学非常勤講師（井口）
10）受賞，表彰
宮川信一 日本アンドロロジー学会学術奨励賞受賞（2009年７月）
11）外部獲得資金
環境省 日英研究「魚類精巣卵の発症機構」宮川信一，井口泰泉.
環境省 基盤研究「ミジンコにおける内分泌かく乱作用メカニズムの解析」
環境省「魚類エストロゲン受容体を用いた種特異性・リガンド特異性の in vitro スクリーニング系の開発」井
口泰泉.
環境省「環境中に放出されたヒトおよび動物医薬品の野生生物への影響の試験法開発」井口泰泉.
厚生労働科研費「化学物質リスク研究事業：内分泌かく乱化学物質の生体影響メカニズム（低用量効果・複合
効果を含む）に関する総合研究」井口泰泉（分担）
．
科学研究費 基盤研究Ｂ 「周産期ホルモン曝露により標的器官への不可逆的影響の分子メカニズム」（2007
年−2009年）井口泰泉（代表）
．
科研費 基盤研究Ｃ「婦人科悪性腫瘍におけるリガンド非依存性エストロゲン受容体（ER）活性化機構の解
明」（2008年−2009年）井口泰泉（分担）
．
日本化学工業協会長期自主研究「ミジンコ（Daphnia magna）の性決定機構の解明」井口泰泉
科学研究費 基盤研究（Ａ）「有機スズによる腹足類のインポセックス誘導：レチノイドＸ受容体関与説の高
度化」
（2009年−2011年）井口泰泉（分担）．
科学研究費 若手研究（Ｂ）「発生過程における“突出・伸長”現象のメカニズム解析」（2009年−2010年）
宮川信一（代表）．
科学研究費 特別研究員奨励費 「遺伝子操作を用いた枝角目甲殻類（ミジンコ類）の環境性決定メカニズム
の解明」
44
加藤泰彦（代表）．
研究領域の現状
3-3
生命分子
加 藤 晃 一（教授）
１）専門領域：構造生物学，タンパク質科学，糖鎖生物学，NMR 分光学
２）研究課題：
ａ）NMR 分光法をはじめとする物理化学的手法による複合糖質およびタンパク質の構造・ダイナミクス・相互
作用の解析
ｂ）生化学・分子生物学的アプローチによる複合糖質およびタンパク質の機能解析
ｃ）ナノテクノロジーと構造生物学の融合による生命分子科学研究
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）プロテインジスルフイドイソメラーゼ（PDI）は小胞体に豊富に存在する酵素であり，ジスルフィド結合形
成反応を触媒する作用を通じて他のタンパク質のフォールディングを補助する働きをしている。本酵素は a-b-
b'-a' という４つのチオレドキシン様ドメインを有しており，そのうち a および a' ドメインに２つのシステイ
ン残基を含む活性部位を配している。本酵素のシャペロン機能および酵素機能の発現メカニズムの構造基盤を
解明するため，好熱カビ由来の PDI の基質認識部位であることを明らかにした b'-a' 領域を対象に，NMR とX
線小角散乱（SAXS）を利用した構造解析を行った。NMR を利用して b' と a' の立体構造を決定し，さらに両
ドメインの境界領域に広がる疎水表面において基質と結合することが明らかになった。さらに，水素-重水素
交換速度と緩和解析の結果，a' ドメインの活性部位の酸化に伴って基質結合部位にあたる疎水領域は溶媒に露
出し，b' は高い運動性を獲得することが判明した。また，SAXS 解析により，a' ドメインの活性部位の酸化に
伴って両ドメインが離れるように構造変化が生じることが示された。以上の結果に基づいて，PDI は a' ドメ
インの酸化状態において b'-a' 領域の露出した疎水領域で基質を捕捉し，これを酸化するとともに，２つのド
メイン空間配置を変化して基質の解離を行うという作動メカニズムを提唱した。
一方，プロテアソーム活性化因子 PA28 複合体の溶液内における四次構造を明らかにするとともに，13C 検
出 NMR 法を利用した高分子量糖タンパク質の糖鎖シグナルの効率的帰属法の開発を行った。
ｂ）タンパク質のユビキチン化は，E1（ユビキチン活性化酵素），E2（ユビキチン結合酵素）および E3（ユビ
キチンリガーゼ）の連続的な酵素反応により引き起こされる。これまでの構造生物学研究により，E2 の活性
部位と E3 の基質認識部位までの距離は約50Åあることが示された。この空隙においてリシン残基が E2 方向
に向くように標的タンパク質が結合していると考えられている。しかしながら，標的タンパク質に形成された
ポリユビキチン鎖が伸長するに従って，ユビキチン化サイトとなるリシン残基と E2 との距離は離れていくも
のと予想される。遠ざかるユビキチン化サイトに対して E3−E2 複合体はどのようにしてポリユビキチン鎖の
伸長を効果的に触媒しているのかはこれまで明らかではなかった。我々は，E2 の１種である UbcH5b のユビ
キチンと連結した状態における結晶構造解析に成功し，この問題に対して１つの解答を与えた。すなわち，本
E2 酵素は活性部位におけるユビキチンとの連結とは別に，その反対側にあたる分子表面を用いて他の
研究領域の現状 45
UbcH5b ∼ユビキチン連結体のユビキチンと非共有結合により相互作用し，全体として巨大ならせん状の超分
子を形成していることが明らかとなった。これにより，基質との距離の空隙が埋められ効率的なユビキチン修
飾が実現されているというモデルを提唱した。さらに，分子生物学的実験により，このモデルを裏付ける結果
を得た。
ｃ）神経細胞に多く存在する GM1 ガングリオシドは細胞膜上でクラスターを形成し，シグナル伝達等の重要な
生体機能を担っている。こうした現象の分子基盤を理解するためには，NMR を用いた詳細な解析が必要とな
る。そこで細胞膜上の糖脂質クラスターを模倣した新規モデル化合物の開発を検討し，NMR 測定に適したナ
ノメートルサイズのディスク状二重膜構造を有するバイセルに，GM1 を組み込むことに成功した。GM1 クラ
スターはアルツハイマー病に関わるアミロイドβの凝集を促進することが知られており，調製した GM1 含有
バイセルが同様の作用を有することも明らかにした。
一方，溶液中での糖鎖の精密な構造解析を行うため，N 型糖鎖のコア構造であるジアセチルキトビオース
へ常磁性金属イオンを応用したプローブを導入した。その結果，金属との相対位置に依存した糖鎖由来の
NMR シグナルの変化を観測することに成功し，糖鎖の新たな立体構造情報を得られる可能性を示すことがで
きた。
４）学術論文
E. Y. Park, M. Ishikariyama, T. Nishina, T. Kato, H. Yagi, K. Kato and H. Ueda, “Human IgG1 Expression in
Silkworm Larval Hemolymph Using BmNPV Bacmids and Its N-Linked Glycan Structure” J. Biotechnol. 139, 108-114
(2009).
M. Shibata-Koyama, S. Iida, A. Okazaki, K. Mori, K. Kitajima-Miyama, S. Saitou, S. Kakita, Y. Kanda, K.
Shitara, K. Kato and M. Satoh, “The N-Linked Oligosaccharide at FcγRIIIa Asn-45: an Inhibitory Element for High
FcγRIIIa Binding Affinity to IgG Glycoforms Lacking Core Fucosylation” Glycobiology 19, 126-134 (2009).
M. Sugiyama, K. Hamada, K. Kato, E. Kurimoto, K. Okamoto, Y. Morimoto, S. Ikeda, S. Naito, M. Furusaka, K.
Itoh, K. Mori and T. Fukunaga, “SANS Simulation of Aggregated Protein in Aqueous Solution” Nucl. Instrum.
Methods Phys. Res. A. 600, 272-274 (2009).
Y. Yamaguchi, M. Wälchli, M. Nagano and K. Kato, “A 13C-detection NMR Approach for Large Glycoproteins”
Carbohyd. Res. 344, 535-538 (2009).
N. Sriwilaijaroen, S. Kondo, H. Yagi, P. Wilairat, H. Hiramatsu, M. Ito, Y. Ito, K. Kato and Y. Suzuki, “Analysis of
N-Glycans in Embryonated Chicken Egg Chorioallantoic and Amniotic Cells Responsible for Binding and Adaptation of
Human and Avian Influenza Viruses” Glycoconjugate J. 26, 433-443 (2009).
N. Hosokawa, Y. Kamiya, D. Kamiya, K. Kato and K. Nagata, “Human OS-9, a Lectin Required for Glycoprotein
Endoplasmic Reticulum-associated Degradation, Recognizes Mannose-trimmed N-Glycans” J. Biol. Chem. 284, 1706117068 (2009).
M. Ogata, M. Nakajima, T. Kato, T. Obara, H. Yagi, K. Kato, T. Usui and E. Y. Park, “Synthesis of
Sialoglycopolypeptide for Potentially Blocking Influenza Virus Infection Using a Rat
α2,6-Sialyltransferase Expressed
in BmNPV Bacmid-injected Silkworm Larvae” BMC Biotechnol. 9:54 (2009).
T. Dojima, T. Nishina, T. Kato, T. Uno, H. Yagi, K. Kato and E. Y. Park, “Comparison of the N-Linked
46
研究領域の現状
Glycosylation of Human β1,3-N-Acetylglucosaminyltransferase 2 Expressed in Insect Cells and Silkworm Larvae” J.
Biotechnol. 143, 27-33 (2009).
S. Thongratsakul, T. Songserm, C. Poolkhet, S. Kondo, H. Yagi, H. Hiramatsu, M. Tashiro, H. Okada, K. Kato
and Y. Suzuki, “Determination of N-Linked Sialyl-sugar Chains in the Lungs of Domestic Cats and Dogs in Thailand
Susceptible to the Highly Pathogenic Avian Influenza Virus (H5N1)” Open Glycoscience 2, 28-36 (2009).
K. Sasaki, M. Kajikawa, K. Kuroki, T. Motohashi, T. Shimojima, E. Y. Park, S. Kondo, H. Yagi, K. Kato and K.
Maenaka, “Silkworm Expression and Sugar Profiling of Human Immune Cell Surface Receptor, KIR2DL1” Biochem.
Biophys. Res. Commun. 387, 575-580 (2009).
T. Kohno, Y. Nakano, N. Kitoh, H. Yagi, K. Kato, A. Baba and M. Hattori, “C-terminal region-dependent change of
antibody-binding to the Eighth Reelin repeat reflects the signaling activity of Reelin” J. Neurosci. Res. 87, 3043-3053
(2009).
H. Dan, Y. Kamiya, K. Totani, D. Kamiya, N. Kawasaki, D. Yamaguchi, I. Matsuo, N. Matsumoto, Y. Ito, K. Kato
and K. Yamamoto, “Sugar-binding activity of the MRH domain in ER α-glucosidase II β subunit is important for efficient glucose trimming” Glycobiology 19, 1127-1135 (2009).
M. Utsumi, Y. Yamaguchi, H. Sasakawa, N. Yamamoto, K. Yanagisawa and K. Kato, “Up-and-down topological
mode of amyloid β-peptide lying on hydrophilic/hydrophobic interface of ganglioside clusters” Glycoconjugate J. 26,
999-1006 (2009).
M. Sugiyama, E. Kurimoto, Y. Morimoto, H. Sahashi, E. Sakata, K. Hamada, K. Itoh, K. Mori, T. Fukunaga, Y.
Minami and K. Kato, “Assembly state of proteasome activator 28 in an aqueous solution as studied by small-angle neutron scattering” J. Phys. Soc. Jpn. 78, 124802 (2009).
５）著書，総説
加藤晃一，“核磁気共鳴（ＮＭＲ）でわかる糖鎖のはたらき”，第３の生命鎖 糖鎖の謎が今，解る，クバプロ，
古川鋼一編，158-167（2009）
．
神谷由紀子，加藤晃一，“糖鎖認識を介した糖タンパク質の細胞内運命の決定機構”， 生物物理 ，49，62-69
（2009）．
矢木-内海真穂，加藤晃一，“超高磁場 NMR 分光法と多次元 HPLC 法による構造糖鎖生物学への体系的アプロ
ーチ”，化学と生物，47，261-268 （2009）．
Y. Kamiya, D. Kamiya, R. Urade, T. Suzuki and K. Kato, “Sophisticated Modes of Sugar Recognition by Intracellular
Lectins Involved in Quality Control of Glycoproteins” Glycobiology Research Trends, NOVA Science Publishers, G.
Powell and O. McCabe Eds., 27-40 (2009).
H. Yagi and K. Kato, “Multidimensional HPLC Mapping Method for the Structural Analysis of Anionic N-Glycans”
Trends Glycosci. Glycotech. 21, 95-104 (2009).
加藤晃一，坂田絵理，矢木宏和，“分子細胞生物学の研究手法の多様性−３ −構造生物学：低温電子顕微鏡
法，Ｘ線結晶構造解析，NMR 分光法−” 医学のための細胞生物学，南山堂，永田和宏，塩田浩平編，261-265
（2009）．
（2009）．
古川鋼一，遠藤玉夫，岡 昌吾，本家孝一，加藤晃一 編集，糖鎖情報の独自性と普遍性，共立出版，
研究領域の現状 47
Y. C. Lee and K. Kato Eds., “Multi-dimensional HPLC Mapping Method” Trends in Glycoscience and Glycotecnology,
Vol.21, FCCA (Forum: Carbohydrates Coming of Age) (2009).
R. Jefferis（加藤晃一訳），“健常時と病態におけるヒト IgG のグライコフォーム” Trends Glycosci. Glycotech.，
21，105-117（2009）．
６）国際会議発表リスト
M. Yagi-Utsumi, Y. Yamaguchi, H. Sasakawa, N. Yamamoto, K. Yanagisawa and K. Kato, “Up-and-down
Topological Mode of Amyloid β-Peptide Lying on Hydrophilic/Hydrophobic Interface of GM1 Micelles” Joint
International Open Symposium Molecular Science of Fluctuations toward Biological, Functions and Chemistry of
Biological Processes Created by Water and Biomolecules, Okazaki (Japan), March 2009.
D. Fujita, K. Suzuki, S. Sato, Y. Yamaguchi, E. Kurimoto, T. Yamaguchi, K. Kato and M. Fujita, “Encapsulation of
ubiquitin into a self-assembled coordination sphere” ISMSC2009, Maastricht (Netherland), June 2009.
O. Morohara, D. Fujita, S. Sato, Y. Yamaguchi, E. Kurimoto, T. Yamaguchi, K. Kato and M. Fujita, “Magnetically
oriented complexes to induce residual dipolar coupling” ISMSC2009, Maastricht (Netherland), June 2009.
A. Maeno, M. Nakano, Y. Kamiya, O. Serve, H. Sasakawa, K. Inaba, E. Kurimoto, K. Kato, T. Kajino and M.
Nakasako, “Redox-dependent domain rearrangement of protein disulfide isomerase coupled with exposure of its substrate-binding hydrophobic surface” EUROMAR 2009, Gothenburg (Sweden), July 2009.
T. Yamaguchi, M. Yamamoto, S. Yamamoto, H. Yagi, M. Erdelyi, C. Griesinger and K. Kato, “Introduction of a
paramagnetic tag for NMR conformational analysis of oligosaccharides” EUROMAR 2009, Gothenburg (Sweden), July
2009.
M. Yagi-Utsumi, Y. Yamaguchi, K. Yanagisawa and K. Kato, “NMR analyses of interaction mode of amyloid β-peptide with GM1 ganglioside clusters” 3rd APNMR 35th KMRS Joint Conference, Jeju-City (Korea), October 2009.
Y. Kamiya, M. Nishio, T. Mizushima, S. Wakatsuki, K. Yamamoto, S. Uchiyama, M. Noda, H.-P. Hauri and K.
Kato, “Structural basis of the molecular recognition by ERGIC-53 involved in the glycoprotein traffic in the cell” 20th
International Symposium on Glycoconjugates, San Juan (Puerto Rico), November 2009.
O. Serve, Y. Kamiya, M. Nakano, M. Yagi-Utsumi, M. Nakasako and K. Kato, “Consequences of redox state modifications on the structure and the dynamics of protein disulfide isomerase” SOKENDAI Asian Winter School 2009,
Okazaki (Japan), December 2009.
T. Yamaguchi, S. Yamamoto, M. Yamamoto, H. Yagi, M. Erdelyi, C. Griesinger and K. Kato, “Development of
NMR conformational analysis methods for oligosaccharides by using paramagnetic metal ions” SOKENDAI Asian
Winter School 2009, Okazaki (Japan), December 2009.
T. Yamaguchi, S. Yamamoto, M. Yamamoto, H. Yagi, M. Erdelyi, C. Griesinger and K. Kato, “Development of
NMR methods for structural analyses of oligosaccharides by using paramagnetic tags” The 4th Winter School of JSPS
Asian CORE Program for Frontiers of Materials, Photo-, and Theoretical Molecular Sciences, Seoul (Korea), December
2009.
R. Kitahara, K. Kato and K. Akasaka, “Comparative studies of conformational fluctuation of ubiquitin-like proteins by
high pressure NMR” The 3rd International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions,
48
研究領域の現状
Nagoya (Japan), December 2009.
O. Serve, Y. Kamiya, A. Maeno, M. Nakano, C. Murakami, H. Sasakawa, Y. Yamaguchi, T. Harada, E. Kurimoto,
M. Yagi-Utsumi, T. Iguchi, K. Inaba, J. Kikuchi, O. Asami, T Kajino, T. Oka, M. Nakasako and K. Kato,
“Bridging the sulfides: A study on the redox dependency of protein disulfide isomerase structure and dynamics” The 3rd
International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions, Nagoya (Japan), December
2009.
T. Hirano, M. Yagi, T. Mizushima, R. Kitahara and K. Kato, “Dynamics of di-ubiquitine as studied by NMR spectroscopy” The 3rd International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions, Nagoya
(Japan), December 2009.
M. Yagi, Y. Yamaguchi and K. Kato, “NMR studies of intrinsically disordered proteins involved in neurodegenerative
disorder” The 3rd International Symposium on Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions, Nagoya
(Japan), December 2009.
７）招待講演
K. Kato, “A Systematic Approach for Structural Glycobiology” 96th Indian Science Congress, Shillong (India), January
2009.
加藤晃一，山口拓実，神谷由紀子，“超高磁場 NMR によるタンパク質・複合糖質の動的高次構造解析”，新学
術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第１回公開シンポジウム，京都，
（2009.１）
．
K. Kato, “Structural Glycomics by Ultra-high Field NMR and Sugar Library Approaches” Bangladesh Chemical
Congress 2008, Dhaka (Bangladesh), January 2009.
K. Kato, “NMR (Chemistry/Biochemistry)” 3rd Annual Symposium of Japanese-French Frontier of Science, Hayama
(Japan), January 2009.
K. Kato, “NMR and sugar library approaches to structural glycobiology” Academia Sinica Lecture, Taipei (Taiwan),
February 2009.
K. Kato, “NMR approaches to structural glycobiology” Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences – Experiments
and Simulations, Seoul (Korea), February 2009.
Y. Kamiya, D. Kamiya, M. Nishio and K. Kato, “Molecular basis of fate-determination of glycoproteins governed by
the sugar-recognizing proteins in cells” Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences – Experiments and Simulations,
Seoul (Korea), February 2009.
M. Yagi, Y. Yamaguchi, H. Sasakawa, N. Yamamoto, K. Yanagisawa and K. Kato, “Ultra-high field NMR analyses
of amyloid β-peptide lying on hydrophilic/hydrophobic interface of GM1 micelles” Korea-Japan Seminars on
Biomolecular Sciences – Experiments and Simulations, Seoul (Korea), February 2009.
K. Kato, “Stable-isotope-assisted Structural Analyses of Post-translationally Diversified Proteins” ATI International
Forum 2009 “Protein Structure Determination and Applications”, Tokai (Japan), March 2009.
K. Kato, “Ultra-high field NMR approaches to dynamical structures of proteins hard to deal with” Joint International
Open Symposium Molecular Science of Fluctuations toward Biological, Functions and Chemistry of Biological Processes
Created by Water and Biomolecules, Okazaki (Japan), March 2009.
研究領域の現状 49
加藤晃一，“原始の囁きに耳を澄まし，分子の生き様を見る”，科学的発見とは何か「泥沼」から突然「見晴ら
し台」へ 東京国際フォーラム，東京，
（2009.３）
．
加藤晃一，“多次元 HPLC 法および NMR 法による糖鎖解析技術”，抗体/バイオ医薬品開発に向けた分析手
法・バリデーション，東京，（2009.４）．
（2009.５）．
加藤晃一，“タンパク質による糖鎖認識のダイナミクス”，第９回日本蛋白質科学会年会，熊本，
K. Kato, “Structural and Molecular Basis of Glycoprotein-fate Determination in Cells” Seminare am Biozentrum, Basel
(Switzerland), June 2009.
K. Kato, “Structural Glycobiology by NMR and Sugar Library Approaches” Seminar at ETH, Zurich (Switzerland), June
2009.
加藤晃一，“構造グライコミクスの産業展開”，理研ＮＭＲ利用者懇談会 第２回総会・講演会，横浜，（2009.
７）．
加藤晃一，“アミロイドβとガングリオシドクラスターの相互作用の超高磁場 NMR 解析”，大阪大学蛋白質研
究所セミナー「蛋白質立体構造を基盤とするプリオン現象の解明と制御」
，吹田，（2009.７）．
加藤晃一，“糖鎖構造解析の体系的戦略：プロファイリングから３次元構造解析まで”，「糖鎖新技術が開拓す
る未踏のバイオ分野とバイオシミラー」 2009 分析展 JAIMA コンファレンス，幕張，（2009.９）．
加藤晃一，“NMR を利用したタンパク質・複合糖質の揺らぎの検出とその機能連関の探査”，新学術領域研究
「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」平成21年度合同班会議，阿蘇，
（2009.９）
．
加藤晃一，“免疫グロブリンFc領域を舞台とする構造生物学”，よこはま NMR 構造生物学研究会第38回ワーク
ショップ「抗体医薬」
，横浜，（2009.10）．
加藤晃一，“糖鎖構造生物学の体系的戦略と産業展開”，千里ライフサイエンス新適塾「未来創薬への誘い」第
８回会合，豊中，（2009.10）．
K. Kato, “Structural Glycobiology by NMR and Sugar Library Approaches” 3rd APNMR 35th KMRS Joint Conference,
Jeju-City (Korea), October 2009.
K. Kato, “Development and application of strategic methodology of structural glycobiology” 第８回統合バイオサイエ
ンスシンポジウム，掛川，（2009.11）．
加藤晃一，“糖鎖によるタンパク質社会の秩序維持”，GlycoTOKYO 2009 シンポジウム，東京，（2009.11）．
加藤晃一，“超高磁場核磁気共鳴で見えてきた！ 役割分担として働くメ社会人モタンパク質”，日本科学未来
館シンポジウム 身体の中のにぎやかな世界∼ライブイメージング技術で見えてきた，細胞たちの働く姿∼，
東京，
（2009.11）
．
K. Kato, “Stable-isotope-assisted NMR approaches to structural glycomics” 20 th International Symposium on
Glycoconjugates, San Juan (Puerto Rico), November 2009.
K. Kato, “Structural basis for the functional mechanisms of the proteins involved in the ubiquitin-proteasome system” 2nd
Japan-Korea Seminar on Biomolecular Sciences – Experiments and Simulations, Nagoya (Japan), December 2009.
８）学会および社会的活動
学協会役員等
日本バイオイメージング学会 評議員 （1995年−）
．
50
研究領域の現状
日本生化学学会 評議員 （2002年−）
．
日本糖質学会 評議員 （2003年−）．
日本核磁気共鳴学会 理事（2008年−）．
NPO バイオものづくり中部 理事（2008年−）
．
日本学術振興会 科学研究費委員会専門委員
日本学術振興会 先端科学シンポジウム事業委員会 プランニング・グループ・メンバー
学会誌編集委員
Open Glycoscience, Editorial board member （2008年−）
．
Glycoconjugate Journal, Editorial board member （2009年−）．
その他
株式会社グライエンス 取締役 （2005年−）．
９）他大学での非常勤講師，客員教授
名古屋市立大学薬学部，大学院薬学研究科，特任教授
お茶の水女子大学，客員教授
名古屋大学大学院工学研究科，学位審査委員
理化学研究所，客員研究員
10）受賞，表彰
西尾美穂，第73回日本生化学会中部支部例会 奨励賞，
（2009）．
11）外部獲得資金
ターゲットタンパク研究プログラム，「巨大で複雑なタンパク分解装置の動態と作動機構」，加藤晃一（分担）
（2007年−）．
戦略的創造研究推進事業 CREST プログラム，「自己組織化有限ナノ界面の化学」，加藤晃一（分担）（2007
年−）．
新学術領域研究 揺らぎと生体機能，「NMR を利用したタンパク質および複合糖質の揺らぎの検出とその機
能連関の探査」，加藤晃一（代表）（2008年−）．
科学研究費 基盤研究（Ｂ），「ポスト小胞体品質管理における細胞内レクチンの分子認識と超分子形成の構造
基盤の解明」，加藤晃一（代表）
（2009年−）
．
科学研究費 基盤研究（Ｃ），「タンパク質高次構造におけるダイナミクスの解析」，加藤晃一（分担）（2009
年−）．
科学研究費 若手研究（スタートアップ）
，
「オリゴ糖鎖ナノクラスターの精密構築と生体分子認識機構の解明」，
山口拓実（代表）
（2009年−）．
科学研究費 若手研究（スタートアップ）
，「細胞内レクチンと Ca 結合タンパク質との連携による生体機能発現
の分子基盤の探究」
，神谷由紀子（代表）（2009年−）
．
研究領域の現状 51
12）特許
藤田 誠，佐藤宗太，諸原 理，加藤晃一，山口芳樹（国立大学法人東京大学，大学共同利用機関法人自然科
学研究機構，独立行政法人理化学研究所）
，
「残余双極子相互作用の解析方法及び残余双極子相互作用解析用試
薬」，特願2009-057080.
52
研究領域の現状
3-4
神経細胞生物
椎 名 伸 之（准教授）
１）専門領域：細胞生物学，神経科学
２）研究課題：
ａ）mRNA 輸送・局所的翻訳による神経ネットワーク形成の解析
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）神経樹状突起への mRNA 輸送とシナプス刺激依存的な局所的翻訳は，シナプス形成や可塑性に必須の基盤
であることが近年明らかにされつつある。mRNA 輸送および局所的翻訳制御は，RNA 粒子（RNA granule）
とよばれる核酸―タンパク質高次複合体によって主に担われている。我々は RNA granule の構成要素として
新規 RNA 結合タンパク質 RNG105 を同定し，その解析をおこなってきた。
RNG105 は特定の mRNA ，特に Na+/K+ ATPase サブユニットアイソフォームを含むイオンホメオスタシス
制御因子をコードする mRNA に結合し，その樹状突起への輸送を担うことを明らかにした。RNG105 ノック
アウトマウスの神経細胞において，Na+/K+ ATPase 活性が細胞体では正常であるのに対し，樹状突起ではそ
の活性が低下していることを明らかにした。それに伴い，RNG105 ノックアウト神経細胞では，神経ネットワ
ークの脆弱化，ネットワークにおける興奮性シナプスの減少，さらには神経細胞死が引き起こされることがわ
かった。これらの表現型は，Na+/K+ ATPase の阻害やノックダウンによって再現することができた。以上の
結果から，RNG105 の in vivo における役割として樹状突起への mRNA 輸送を明らかにし，さらにその
mRNA 輸送が神経ネットワークの機能維持に重要な役割を果たすことを明らかにした。
軸索の前シナプスからの刺激に応答して，樹状突起の後シナプスでは Na+ や Ca2+ の流入が起こり，活性酸
素種の上昇が引き起こされる。このような危険な状態から神経細胞を守るためには，これらの変化に対する防
御因子が樹状突起に局在することが必要だと考えられる。Na+/K+ ATPase を含むイオンホメオスタシス制御
因子は，そのような防御機構に深く関わると考えられる。それに加えて我々は，RNG105 結合 mRNA の中に
活性酸素種に対する防御に関与するものが含まれることも見いだした。以上の知見は，樹状突起における局所
的翻訳の役割として，従来知られていたシナプス形成・可塑性という役割に加えて，神経ダメージに対する防
御機構という新たな役割を示した。さらにこれらの知見は，RNA granule に局在するそれぞれの RNA 結合タ
ンパク質が，特定の一連の mRNA に結合することによって，それぞれ異なる生物学的機能に関わる可能性を
示唆した。
５）著書，総説
．
椎名伸之，“神経樹状突起における RNA 粒子と翻訳制御”蛋白質核酸酵素，54，2171−2176（2009）
．
椎名伸之，“生体高分子のショ糖密度勾配による超遠心分画”実験医学，27，2125−2130（2009）
研究領域の現状 53
７）招待講演
椎名伸之，“神経 RNA 粒子タンパク質 RNG105 による Na+/K+ ATPase サブユニットアイソフォーム mRNA
（2009.９）
．
の樹状突起への輸送とシナプス形成”，京都大学腫瘍生物学講座公開セミナー，京都，
11）外部獲得資金
科学研究費 特定領域分子脳，「局所的翻訳調節によるシナプス形成・可塑性制御メカニズムの解析」，椎名伸
之（代表）（2008−2009年）
．
科学研究費 基盤研究（C），「細胞増殖・ストレス応答・神経回路形成における mRNA 粒子による翻訳調節機
構の解析，椎名伸之（代表）（2008−2010年）
．
54
研究領域の現状
3-5
客員部門
飯 田 秀 利（客員教授）
１）専門領域：分子細胞生物学
２）研究課題：
ａ）シロイヌナズナの Ca2+ 透過性機械受容チャネル候補 MCA1 および MCA2 の構造と機能に関する研究
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）本研究の目的は，植物の機械刺激センサーとしてはたらく Ca2+ 透過性機械受容チャネル（MS チャネル）
候補の構造と機能を明らかにすることである。我々の研究グループは，シロイヌナズナの MS チャネル候補
。MCA1 と MCA2 はアミノ酸配列上互いに 73%
として MCA1 と MCA 2を特定した（Nakagawa et al., 2007）
同一であり，両者は共通の構造上の特徴をもっている。
（Ë）発現部位：植物体における MCA1 とMCA2の発現部位を調べた。その結果，両者とも共通して根と地上
部の維管束系に多く発現していた。ただし，両者は互いに異なる器官で発現していることも観察され，機能
分担がなされていることが示唆された。
（Ì）機能制御：酵母細胞で発現させたタンパク質を解析した結果，MCA1 と MCA2 はそれぞれジスルフィド
結合による２量体および４量体を形成することを見出した。同様の結果は昆虫培養細胞（sf9）で発現させ
た MCA1 と MCA2 の解析でも得られた。また，両タンパク質に存在する EF hand-like モチーフをもつポリ
ペプチドは Ca2+ を結合することを明らかにした。
（Í）立体構造：本統合バイオサイエンスセンターの永山國昭教授および重松秀樹博士との共同研究により，
sf9 細胞で MCA2-6xHis タンパク質を大量発現させ，アフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製
した。この融合タンパク質は非融合タンパク質と同レベルの Ca2+ 取込み活性をもつことを，sf9 細胞および
酵母細胞に発現させ確認した。精製した標品を用いて電子位相顕微鏡のゼルニケ位相差法により，MCA26xHis タンパク質の像を 24Å 解像度で得た。この像から MCA2-6xHis は４量体からなるチャネル様構造を
とっていることが示唆された。
（Î）多機能性： MCA1 と MCA2 が低温センサーとして機能する可能性を示す研究結果を得た。すなわち，
植物に低温刺激を加えると瞬時に細胞質 Ca2+ 濃度が一過的に上昇することが知られているが，mca1 欠損株，
mca2 欠損株，および mca1 mca2 二重欠損株において，その上昇が野生株に比べ小さいことを発見した。
４）学術論文
T. Yamanaka, Y. Nakagawa, K. Mori, M. Nakano, T. Imamura, H. Kataoka, K. Iida, I. Kojima, T. Katagiri, K.
Shinozaki and H. Iida, “MCA1 and MCA2 that mediate Ca2+ uptake have distinct and overlapping roles in Arabidopsis
thaliana” Plant Physiol. (2010), in press.
J. Teng, K. Iida, M. Ito, H. Izumi-Nakaseko, I. Kojima, S. Adachi-Akahane and H. Iida, “Role of glycine residues
研究領域の現状 55
highly conserved in the S2-S3 linkers of domains I and II of voltage-gated calcium channel
α subunits” Biochim.
1
Biophys. Acta - Biomembr. (2010), in press.
６）国際会議発表リスト
J. Teng, H. Izumi-Nakaseko, K. Iida, I. Kojima, S. Adachi-Akahane, H. Iida, “Role of glycine residues highly conserved in the domain I/II S2-S3 linkers of voltage-gated calcium channel α1 subunits” XXXVI International Congress of
Physiological Sciences, Kyoto (Japan) July 2009.
８）学会および社会的活動
日本宇宙フォーラム 生命科学系パネル委員
宇宙航空研究開発機構 公開市民講座講師
科学技術振興機構 理数系教員指導力向上研修事業実施協力
９）他大学での非常勤講師，客員教授
東京都医学研究機構 東京都臨床医学総合研究所 客員研究員
11）外部獲得資金
科学研究費 特定領域研究 （細胞感覚），「シロイヌナズナの新規カルシウム透過性機械刺激センサーの動作機
構」，飯田秀利（代表）（2009年−2010年）
．
科学研究費 基盤研究（Ｂ），「シロイヌナズナの物理刺激感受における新規機械受容性カルシウムチャネルの
役割解明」，飯田秀利（代表）（2009年−2011年）
．
科学研究費 基盤研究（Ｃ），「出芽酵母のカルシウムチャネルホモログ Cch1 の機能解析と制御分子の解明」，
飯田秀利（分担）（2008年−2010年）
．
56
研究領域の現状
3-5
客員部門
最 上 秀 夫（客員准教授）
１）専門領域： 分子細胞生理学
２）研究課題：
ａ）インスリン分泌シグナルと分泌機構の研究
ｂ）血栓・止血形成機構の研究
ｃ）膵島移植時の膵島破壊シグナルとその防止策の研究
ｄ）二次元 pH センサの開発と医療応用研究
３）研究活動の概略と主な成果：
ａ）食物摂取により体内に取り込まれた栄養素は，分解されてグルコース，アミノ酸や脂質として身体に吸収さ
れる。とりわけ，血液中のグルコース（血糖）濃度は，膵β細胞より分泌される体内で唯一の血糖降下作用の
あるホルモン，インスリンにより厳格にコントロールされている。インスリンの分泌不全による血糖の制御の
破綻は，糖尿病の中心病態のひとつと考えられているが，その病態メカニズムの詳細は依然として明らかでな
い。従って，インスリン分泌シグナルとインスリン分泌連関を明らかにすることが，糖尿病の病態メカニズム
解明への足がかりとなると考えている。血中のグルコース濃度の変化など様々な刺激により膵β細胞において
惹起されるインスリン分泌の主要シグナル分子は，Ca2+, cAMP, DAG（ジアシルグリセロール）ある。現在，
我々は上記インスリン分泌シグナルを同時に測定可能な新たな実験系を確立し，インスリン分泌効率との相関
を解析している。
ｂ）糖尿病の主要合併症は，病的血栓形成による臓器障害である。血栓形成過程は，血管内皮細胞傷害にはじま
り，同部位における血小板凝集および凝集塊状での血液凝固までの一連の事象よりなる。この過程には血管内
の血漿・血球成分，血管壁の性状および血流状態が深く関与している。従って，血管内での血栓形成過程の詳
細な検討が現在求められている。我々は，血管内での血栓形成過程をリアルタイムに検討できる新規実験系を
確立し以下の事実を明らかにした。１）血栓形成過程における血液凝固は，血流に曝されていない，しかもな
い細胞障害部位より離れた血小板凝集塊の中心部より時空間的進展していく様子が観察された。２）この実験
系を用いることにより血小板凝集能および血液凝固能を血管内で評価することが可能となった。一方，血管内
皮細胞は，血管内の抗血栓性を保つために様々な働きをしている。そのひとつとして血栓溶解療法に用いられ
ている組織プラスミノーゲンアクチベータ（tPA）を分泌している。生体内での分泌動態の詳細は明らかでは
ないが，今回，我々は全反射蛍光顕微鏡法を用いて特異な分泌動態を明らかにした。tPA の分泌（開口放出）
はインスリンや神経伝達物質など分泌などと比較して著しく開口放出過程が長く（秒単位，通常はミリ秒単位），
一部は細胞膜にアンカーしたまま滞留していることが観察された。この tPA の分泌様式は血管内の抗血栓性
を保持するために有利に働くと考えられた。
ｃ）膵島移植における膵島破壊シグナルとその防止策の基礎検討
インスリン投与を必要とする糖尿病患者にとって理想的な解決法は，インスリン分泌能のある膵β細胞を補っ
研究領域の現状 57
てあげることである。特に１型糖尿病患者にとって膵島移植（膵臓からインスリン分泌を含む内分泌細胞集団
である膵島ラ氏島だけを門脈より注入して肝臓に生着させる移植法）は臨床的に非常に魅力的な方法であるが，
その目的を達成するのは，様々な側面から困難であることがわかってきている。その最重要課題の一つは，膵
島移植後に起こる超急性期の炎症反応（instant blood-mediated inflammatory reaction; IBMIR）による膵島機
能の喪失を防止することである。本研究の目的は，超急性期における IBMIR のトリガーとなる１）門脈内血
液凝固反応を介した血管内膵島破壊シグナルの解析。これには環境センサチャネルである TRP チャネルの関
与が示唆され，現在，同部門 富永教授との共同研究を通じて詳細を検討している。２）遺伝子工学的手法を
用いた膵島の破壊防止策及び膵島移植前処理法の基礎的検討を行い，臨床応用の突破口を見出したいと考えて
いる。
ｄ）細胞内で必要とされる物質は，細胞内代謝システム通じて酸素とエネルギー（ATP）を用いることにより
最終代謝産物の水と二酸化炭素に変えられる。細胞はそのさまざまな反応過程で生ずるプロトン（H+）を主
に Na+/H+ 交換輸送体を介して細胞外に分泌する。この細胞外に分泌される H+ を測定することにより，逆に
細胞内の代謝状態やエネルギー消費率を予測することや，細胞内情報伝達経路が不明でも間接的に濃度依存的
な薬物の効果を測定することが可能である。我々は豊橋技科大学と共同研究を行ってシリコンチップ上で直接
細胞外 pH を計測するための cell-based bioassay システムを開発し，その医療応用研究を行っている。
４）学術論文
Y. Suzuki, H. Mogami, H. Ihara and T. Urano, T, “Unique secretory dynamics of tissue plasminogen activator and its
modulation by plasminogen activator inhibitor-1 in vascular endothelial cells” Blood 113, 470-478 (2009).
E. Adachi, Y. Kazoe, Y. Sato, Y. Suzuki, T. Urano, T. Ueyama, N. Saito, VO. Nikolaev, MJ. Lohse, M. Tominaga
and H. Mogami H “A technique for monitoring multiple signals with a combination of prism-based total internal reflection fluorescence microscopy and epifluorescence microscopy” Pflüger Archiv Eur. J. Physiol. 459, 227-234 (2009).
Y. Nakagawa, M. Nagasawa, S. Yamada, A. Hara, H. Mogami, VO. Nikolaev, MJ. Lohse, N. Shigemura, Y.
Ninomiya and I. Kojima, “Sweet taste receptor expressed in pancreatic beta-cells activates the calcium and cyclic AMP
signaling systems and stimulates insulin secretion” PLoS ONE 4, e5160 (2009).
５）著書，総説
浦野哲盟，鈴木優子，林 忠毅，最上秀夫，“技術講座「生体内リアルタイムイメージングによる血栓形成過
程の解析」” 血栓止血誌19（2009）．
６）国際会議発表リスト
H. Mogami, “Secretagogue-induced multiple signal interconnections in insulin secreting cells” 36th International congress
of physiological science, Kyoto (Japan), July 2009.
８）学会および社会的活動
浜松メディカルホトニクスコース運営委員
イメージング技術講習会，技術指導，浜松 2009.8
58 研究領域の現状
産業技術総合研究所ライブセルイメージング講習会
イメージング技術講習会，技術指導，筑波 2009.10
11）外部獲得資金
東海産業技術振興財団「新規プリズム式全反射顕微鏡装置に用いる専用観察容器の開発」最上秀夫（代表）
（2008-2009年）
．
科学研究費補助金 基盤（C）「膵β細胞におけるインスリン分泌シグナル及び分泌に及ぼす温度及び形態因子
の影響」最上秀夫（代表）
（2008年−2010年）．
光科学技術研究振興財団「バイオフォトマルの構築をめざして−血糖値を非侵襲検出する発光センサならびに
糖による光発生細胞の作成」最上秀夫（分担）（2008年−2009年）
．
文部科学省戦略的研究推進経費−光可視化技術を用いた生体防御反応研究による高齢社会の安心実現−「高脂
血症，糖尿病などの病的血栓形成機構の解明」，「骨機能の改善：破骨細胞機能の定量評価」最上秀夫（分担）
（2008年−2009年）．
文部科学省知的クラスター創成事業「イオン・光マルチモーダルイメージセンサシステムの開発と医療分野へ
の応用」最上秀夫（分担）
（2008年−2012年）．
CREST研究「プロセスインテグレーションによる機能発現ナノシステムの創製」領域「イオンイメージセン
サ技術を利用した医療生体ナノシステム構築」最上秀夫（分担）
（2008年−2014年）
．
研究領域の現状 59
特別教育研究経費
「生命の秩序化を担う膜蛋白質の構造・機能メ
カニズムの解明を目指す国際フロンティア」
平成17年度にスタートした大阪大学蛋白質研究所との連携研究事業「生命の
秩序化を担う膜蛋白質の構造・機能メカニズムの解明を目指す国際フロンティ
ア」は今年度で最終年度を迎えた。今年度は７件の重点研究、６件の一般研究、
さらに７件の一般共同利用研究が採択され、活発に研究が行われた。また、４
名の若手研究者を前年度より引き続き連携フェローとして採用し、若手研究者
の育成にも大きなの成果をあげた。
膜蛋白質連携研究担当 高田 慎治
60
研究領域の現状
岡崎統合バイオサイエンスセンター
リポート2009
2010年３月発行
自然科学研究機構（岡崎共通研究施設）
岡崎統合バイオサイエンスセンター
岡崎市明大寺町字東山5-1
電話 0564-59-5201
印刷・製本 ブラザー印刷株式会社
http://brother-p.com
この印刷物は再生紙を使用しています。
岡
崎
統
合
バ
イ
オ
サ
イ
エ
ン
ス
セ
ン
タ
ー
リ
ポ
ー
ト
２
０
０
９
岡崎統合バイオサイエンスセンター
リポート2009
自然科学研究機構 岡崎共通研究施設
岡崎統合バイオサイエンスセンター
〒444-8787 愛知県岡崎市明大寺町字東山5-1
http://www.oib.orion.ac.jp/
自
然
科
学
研
究
機
構
岡
崎
共
通
研
究
施
設
岡
崎
統
合
バ
イ
オ
サ
イ
エ
ン
ス
セ
ン
タ
ー
自然科学研究機構 岡崎共通研究施設
岡崎統合バイオサイエンスセンター