研究テーマ

 細胞は微小な存在でありますが、その内部にはオルガネラと呼ばれるナノスケールの構造体が多数詰め込まれています。オルガネラは、独自の微小空間と高度に分化した機能を持ち、お互いが輸送システムによってダイナミックに結ばれ、細胞内に、まるで都市のような一大ネットワークを構成しています。電子顕微鏡法を主軸に遺伝子工学を併用して、小胞体、ゴルジ体、ライソゾームなどのオルガネラの形成機構と輸送システムについて研究しています。

(1) 電子顕微鏡技術の開発。細胞や組織をナノスケールで解析するための電子顕微鏡技術の開発と応用を進めています。通常の電子顕微鏡技術に加えて、抗体を用いてタンパク質などの局在を解析する免疫電子顕微鏡、コンピュータ断層技術を用いてナノ空間を3次元的に解析する電子線トモグラフィー、光学顕微鏡と電子顕微鏡の対応法などについても研究を進めています。

(2) オートファジーの解明;オートファジーは、細胞内構造の分解を通じて、生命の維持に重要な役割を果たしています。たとえば、飢餓時には、オートファジーが亢進して自らの細胞の一部を分解して栄養素を調達し細胞を飢餓から守ります。また、異常タンパク質や細胞内感染した病原菌などを分解し、アルツハイマー病などの脳疾患、心不全、糖尿病、癌などの病気を防ぐことが最近明らかになりました。私たちは、オートファジーが、
1.小胞体から新たな膜が形成されておこること、
2.エイズウイルスの増殖に関与すること、
3.急性膵炎の発症に関与すること、
4.哺乳類の初期発生に必須であること、
5.脳の異常タンパク質を分解して脳の変性疾患を防いでいること、
6.哺乳類の出生直後の母乳栄養へ切り替わる時期の栄養飢餓を克服していること、
7.細胞内に侵入した細菌の除去能力を持つことなどを明らかにしました。


          


電子線トモグラフィーで見た隔離膜(黄色)。青は小胞体



GFP-LC3を発現したMEF細胞によるオートファジーの解析
 

Topic of research

In the cells, there exist numerous nano-scale structures called organelles. Each organelle possesses its own space and highly differenciated functions in the cells. These organelles build up a huge network similar to a city, by connecting each other using membrane traffic system. We are studying the mechanisms of the organelle formation and the membrane traffic.

1. Development of electronmicroscopy. For the purpose to analyze cells and tissues in nano-scale resolution, we developed and applied the techniques for electron microscopy, including immuno-electron microscopy, three dimensional analysis by electron tomography, and correlative light and electron microscopy.

2. Clarification of autophagy. Autophagy is a process that degrades cytoplasmic constituents and has diverse physiological functions, including starvation adaptation,intracellular protein and organelle clearance, development,immunity, tumour suppression and cell death. We found 1. autophagosomal membrane is derived from endoplasmic reticulum (ER) by electron tomography, 2. autophagy promotes HIV infection, 3. autophagy is involved in acute pancreatitis, 4. autophagy is required for early development of mammalian embryos, 5. autophagy prevents neurodegenerative disease, 6. autophagy is indispensable to survive the early neonatal starvation period. 7. autophagy defends cells against invading bacteria.

 


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