生体機能医科学研究室
概要
生体の機能は、様々な細胞ごとの役割が、環境変化に対応して調節されることで発揮されます。私達は、遺伝情報やタンパク質がどのように機能を発揮し、調節されるかについて、1）遺伝子の発現調節機構と細胞の環境応答、2）細胞骨格因子の構造と機能、といった課題を挙げ、分子レベルでの理解と疾患への応用展開に向けた探求を行なっています。特に、1）では細胞分化の背景にある転写調節機構の理解と、その破綻によって起きる疾患（グルコース代謝と糖尿病、カルシウム代謝と腎疾患など）の克服について、2）では細胞分化における形態形成の中心的役割を担う微小管とその関連因子について、力点を置いた研究を展開しています。
准教授 片岡 浩介(かたおか こうすけ) ResearchMap →
＜略歴＞
東京大学大学院理学系研究科博士課程修了（1994年）理学博士。1994年から東京大学医科学研究所・癌ウイルス研究部・助手。2000年から東京工業大学・フロンティア創造共同研究センター・助手。2003年から奈良先端科学技術大学院大学・バイオサイエンス研究科・准教授。2013年より現職（大学院生命医科学研究科准教授）。
＜メッセージ＞
分子生物学と生化学を基盤に、培養細胞や疾患モデルマウスを駆使して、疾患の分子基盤の解明を目指します。最先端研究を展開しながら、単に実験技術を習得するのではなく、科学的・論理的思考を身につけ、研究計画の立案から実行までを行える総合力のある人材の育成を目指します。また、研究分野以外の道でも大切な文章表現やプレゼンテーション能力の習得・向上にも重点を置きます。
東京大学大学院理学系研究科博士課程修了（1994年）理学博士。1994年から東京大学医科学研究所・癌ウイルス研究部・助手。2000年から東京工業大学・フロンティア創造共同研究センター・助手。2003年から奈良先端科学技術大学院大学・バイオサイエンス研究科・准教授。2013年より現職（大学院生命医科学研究科准教授）。
＜メッセージ＞
分子生物学と生化学を基盤に、培養細胞や疾患モデルマウスを駆使して、疾患の分子基盤の解明を目指します。最先端研究を展開しながら、単に実験技術を習得するのではなく、科学的・論理的思考を身につけ、研究計画の立案から実行までを行える総合力のある人材の育成を目指します。また、研究分野以外の道でも大切な文章表現やプレゼンテーション能力の習得・向上にも重点を置きます。
准教授 林 郁子(はやし いくこ) ResearchMap →
東京大学大学院工学系研究科博士課程修了（1997年）工学博士。1996年より日本学術振興会特別研究員、1997年生物分子工学研究所博士研究員、2000年バーナム研究所（米）博士研究員、2002年トロント大学オンタリオがん研究所（カナダ）博士研究員を経て現職（大学院生命医科学研究科准教授）。
＜メッセージ＞
細胞の形態形成・染色体分配に必須の微小管細胞骨格について、分子レベルでの制御機構を解明すべく研究を進めています。真核生物に普遍的に存在し恒常性の維持に寄与する細胞骨格ですが、バクテリアにも存在し病原性にも関わることがわかってきました。結晶構造解析、生化学、分子生物学など様々な手法を用いて、進化的に保存された微小管関連細胞骨格による細胞内ダイナミクスの分子メカニズムを解明することを目指しています。
＜メッセージ＞
細胞の形態形成・染色体分配に必須の微小管細胞骨格について、分子レベルでの制御機構を解明すべく研究を進めています。真核生物に普遍的に存在し恒常性の維持に寄与する細胞骨格ですが、バクテリアにも存在し病原性にも関わることがわかってきました。結晶構造解析、生化学、分子生物学など様々な手法を用いて、進化的に保存された微小管関連細胞骨格による細胞内ダイナミクスの分子メカニズムを解明することを目指しています。
研究内容
1）細胞機能の維持機構とその破綻による疾患の解明（片岡）
体を構成するさまざまな種類の細胞の機能は、特異的に発現する遺伝子群が支えています。その発現をコントロールするのは、それぞれの細胞で働く転写制御因子です。例えば、私たちが発見した転写因子MafAは、膵島β細胞（インスリンを分泌し、血糖値を下げる）で他の転写因子（Pdx1やBeta2）と恊働してβ細胞の遺伝子発現と機能（cell identity）を支えています。特定の転写因子の組み合わせがiPS細胞を生み出すように、これらの転写因子群はβ細胞を生み出すリプログラミング技術にも応用されています。また、２型糖尿病の病態・要因であるβ細胞の機能不全は、さまざまなストレスによって起きるとされながらも、そのメカニズムは長年にわたって不明でした。私たちは、MafAの発現・活性調節の仕組みが破綻してMafAの量と機能が低下することが大きな問題であることを突き止めました。このように、転写因子の機能と制御の研究は疾患の分子基盤の理解に欠かせません。私たちは、疾患モデルマウスや培養細胞系を利用し、生化学・分子生物学や次世代シーケンス技術などを使って、MafAが関わる膵島β細胞／糖尿病や、MafBが関わる副甲状腺／カルシウム代謝疾患／腎不全などを対象にした研究を展開しています。
2）細胞形態を司る微小管細胞骨格因子の構造機能解析（林）
細胞内で線維構造を形成する細胞骨格因子は、細胞の形や強度を保つばかりでなく様々な生体機能の維持に関与します。なかでも微小管は染色体分配や形態形成に深く関わり、その機能不全により細胞のがん化がひき起こされます。微小管の線維構造はチューブリンの重合体であり、集合・離散を繰り返す動的な線維です。このダイナミックな動きが細胞の中でのはたらきに必要ですが、詳細な制御機構は不明な点が多いです。近年、中心体につながれていない微小管線維、すなわち線維の両末端が露出した状態の微小管が、動物・植物細胞の分化や形態形成に必須であることがわかってきました。植物細胞は中心体をもたず、伸長組織における微小管は細胞の膜直下に整列します。光屈性の際に微小管は切断され再編成されることで、物理的に植物個体の屈性に至らしめることが知られています。私たちは植物ばかりでなく動物でも保存された微小管切断酵素カタニンの分子解析を中心に、微小管の動態および微小管と細胞小器官とをつなぐ微小管末端集積タンパク質群について研究を進めています。また植物細胞由来の微小管細胞骨格をモデルとして扱うばかりでなく、原核生物の毒素遺伝子分配に関わるチューブリン相同タンパク質を標的として感染症に対する分子基盤を築くことも目指しています。
主要文献（Selected Publications）
‣ Onishi S. and Kataoka K. PIASy is a SUMOylation–independent negative regulator of the insulin transactivator MafA. J.Mol. Endocrinol. 63: 297-308 (2019).
‣ Tsunekage Y, Takeiri M, Yoshioka Y, Matsumura S, Kimura Y, and Kataoka K. Nasturtium officinale extract suppresses osteoclastogenesis in RAW 264 cells by inhibiting IB-kinase . Nat. Prod. Commun. 16:1-9 (2021).
‣ Ono Y. and Kataoka K. MafA, NeuroD1, and HNF1 synergistically activate Slc2a2 (Glut2) gene in -cells. J.Mol. Endocrinol. 67: 71-82 (2021).
‣ Hayashi I., Oda T., Sato M., and Fuchigami S. Cooperative DNA Binding of the Plasmid Partitioning Protein TubR from the Bacillus cereus pXO1 Plasmid. J Mol Biol 430: 5015-5028 (2018).
‣ Hayashi I. The C-terminal region of the plasmid partitioning protein TubY is a tetramer that can bind membranes and DNA. J Biol Chem 295: 17770-17780 (2020).
‣ Ohno M, Higuchi Y, Hayashi I. Crystal structure of the C-terminal domain of the plant-specific microtubule-associated protein Spiral2. Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 79:17-22 (2023).
‣ Tsunekage Y, Takeiri M, Yoshioka Y, Matsumura S, Kimura Y, and Kataoka K. Nasturtium officinale extract suppresses osteoclastogenesis in RAW 264 cells by inhibiting IB-kinase . Nat. Prod. Commun. 16:1-9 (2021).
‣ Ono Y. and Kataoka K. MafA, NeuroD1, and HNF1 synergistically activate Slc2a2 (Glut2) gene in -cells. J.Mol. Endocrinol. 67: 71-82 (2021).
‣ Hayashi I., Oda T., Sato M., and Fuchigami S. Cooperative DNA Binding of the Plasmid Partitioning Protein TubR from the Bacillus cereus pXO1 Plasmid. J Mol Biol 430: 5015-5028 (2018).
‣ Hayashi I. The C-terminal region of the plasmid partitioning protein TubY is a tetramer that can bind membranes and DNA. J Biol Chem 295: 17770-17780 (2020).
‣ Ohno M, Higuchi Y, Hayashi I. Crystal structure of the C-terminal domain of the plant-specific microtubule-associated protein Spiral2. Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 79:17-22 (2023).