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脳神経科学研究センター細胞機能探索技術研究チーム

チームリーダー宮脇敦史（M.D., Ph.D.）

English Page

研究概要

細胞の中を動き回る生体分子の挙動を追跡しながら、ふと大洋を泳ぐクジラの群を想い起こします。クジラの回遊を人工衛星で追うアルゴスシステムのことです。背びれに電波発信器を装着したクジラを海に戻す時、なんとか自分の種の群に戻ってくれることをスタッフは願います。今でこそ小型化された発信器だが昔はこれが大きかったのです。やっかいなものをぶら下げた奴と、仲間から警戒され村八分にされてしまう危険がありました。クジラの回遊が潮の流れや餌となる小魚の群とどう関わっているのか、種の異なるクジラの群の間にどのようなinteractionがあるのか。捕鯨の時代を超えて、人間は海の同胞の真の姿を理解しようと試みてきました。ライブイメージング技術において、電波発信器の代わりに活躍するものとして蛍光プローブがあります。生体分子の特定部位に蛍光プローブをラベルし細胞内に帰してやれば、外界の刺激に伴って生体分子が踊ったり走ったりする様が実時間で可視化できます。蛍光は物理現象であるから、その特性を活かせば様々な情報を抽出できます。例えば、ある蛍光分子ドナー（エネルギー供与体）の励起エネルギーがアクセプター（エネルギー受容体）へ移動する現象（蛍光のエネルギー移動）は、ドナーとアクセプター間の距離および向きに依存するので、これを利用して生体分子間の相互作用や生体分子の構造変化を観ることができます。蛍光のエネルギー移動に限らず、蛍光の偏光、消光、退色、光異性化反応など、あらゆる特性が活用できます。今生物学はポストゲノム時代に突入したと言われています。ポストゲノムプロジェクトを云々するに、より実際的な意味において、細胞内シグナル伝達系を記述するための同時観測可能なパラメータをどんどん増やす試みが重要です。細胞の心をつかむためのスパイ分子を我々は開発しています。材料となるのは主に蛍光タンパク質です。自ら発色団を形成して蛍光活性を獲得するタンパク質です。遺伝子導入技術の進歩のおかげで、蛍光タンパク質を利用したスパイ分子がますます活躍しています。我々はまた、新しい蛍光タンパク質を求めて、様々な生き物（主に刺胞動物）からのクローニングを行っています。狙いのひとつは、蛍光の様々な物理特性を、蛍光タンパク質から引き出して、新しいスタイルのイメージング技術を開発することです。超ミクロ決死隊を結成し、微小管の上をジェットコースターのように滑走したり、核移行シグナルの旗を掲げてクロマチンのジャングルに潜り込んだりして細胞の中をクルージングする、そんなadventurousな遊び心をもちたいと思います。大切なのは科学の力を総動員することと、想像力をたくましくすること。そしてwhale watchingを楽しむような心のゆとりがserendipitousな発見を引き寄せるのだと信じています。

キーワード

バイオイメージング
蛍光タンパク質
発色団

主要論文

1.Watanabe T, Seki T, Fukano T, Sakaue-Sawano A, Karasawa S, Kubota M, Kurokawa H, Inoue K, Akatsuka J, Miyawaki A.:
"Genetic visualization of protein interactions harnessing liquid phase transitions."
Sci. Rep., 7: 46380. doi: 10.1038/srep46380 (2017).
2.Miyawaki A.:
"Exploiting the cyanobacterial light-harvesting machinery for developing fluorescent probes."
Nat. Methods, 13 (9): 729-730 (2016).
3.Hama H, Hioki H, Namiki K, Hoshida T, Kurokawa H, Ishidate F, Kaneko T, Akagi T, Saito T, Saido T, Miyawaki A.:
"Deep Imaging of Cleared Brain by Confocal Laser-Scanning Microscopy."
Protocol Exchange, doi:10.1038/protex.2016.019 (2016).
4.Hama H, Hioki H, Namiki K, Hoshida T, Kurokawa H, Ishidate F, Kaneko T, Akagi T, Saito T, Saido T, Miyawaki A.:
"ScaleS: an optical clearing palette for biological imaging."
Nat. Neurosci., 18 (10): 1518-1529 (2015).
5.Miyawaki A, Jaffrey SR.:
"Editorial overview: Molecular imaging: Cellular imaging approaches."
Curr. Opin. Chem. Biol., 27: v-vi (2015).
6.Miyawaki A, Niino Y.:
"Molecular spies for bioimaging - Fluorescent protein-based probes."
Mol. Cell, 48 (4): 632–643 (2015).
7.Tsutsui H, Jinno Y, Shoda K,Tomita A, Matsuda M,Yamashita E, Katayama H, Nakagawa A, Miyawaki A.:
"A Diffraction-Quality Protein Crystal Processed as an Autophagic Cargo."
Mol. Cell, 58 (1), 186-193 (2015).
8.Sakaue-Sawano A, Hoshida T, Yo M, Takahashi R, Ohtawa K, Arai T, Takahashi E, Noda S, Miyoshi H, Miyawaki A.:
"Visualizing developmentally programmed endoreplication in mammals using ubiquitin oscillators."
Development, 140 (22), 4624-4632 (2013).
9.Kumagai A, Ando R, Miyatake H, Greimel P, Kobayashi T, Hirabayashi Y, Shimogori T, Miyawaki A.:
"A Bilirubin-Inducible Fluorescent Protein from Eel Muscle."
Cell, 153 (7): 1602-1611 (2013).
10.Shimozono S, Iimura T, Kitaguchi T, Higashijima SI, Miyawaki A.:
"Visualization of an endogenous retinoic acid gradient across embryonic development."
Nature, 496 (7445): 363-366 (2013).