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生体内信号伝達の機能解明に迫る融合光科学研究拠点

【ライフサイエンス】 三沢チーム

  • 研究概要

    光科学は、物理学の主要な分野の中でも他分野との親和性が高く、学際的な融合新領域を形成するのに横断的な役割を果たす。例えば、生命科学の分野において、光科学を駆使した技術開発が期待されている未解決課題の一つとしては、生体内信号伝達機構がある。 生体内信号伝達機構を解明するためには、非侵襲で信号分子の局在・動態・相互作用を検出する必要があるが、それらの信号分子は多くは低分子であるため、生理活性を失わずに蛍光タグなどで標識することができない。

    本研究チームでは、受容体を発現させた細胞と信号分子が水環境下で相互作用する系(下図)をモデルとして、信号伝達分子を無標識イメージングする基盤システムを構築する。

  • 研究目的

    細胞や組織の機能は様々な分子を介した信号伝達により制御されている。多くの医薬品はこの信号伝達機構を操作することで、細胞の機能や分化・増殖を制御している。本研究では、これまでに我々が独自に開発した分子イメージングの手法を用い、生体細胞中における信号分子の局在分布測定に活用することで、生体内信号伝達機構の解明につなげる。

    サブテーマ1:分子の時空間イメージング
    ・信号分子の局在分布を無標識で可視化する。

    サブテーマ2:細胞の環境応答イメージング
    ・信号分子が受容体へ結合した場合の応答を、光学顕微鏡でイメージングすることにより空間情報を取得する。

    サブテーマ3:動画像解析により粒子追跡
    ・薄水膜中でナノ粒子を用いて信号分子を捕集して局所濃度を上げ、流体中で捕集ナノ粒子の挙動を追跡する。

  • 研究計画

    光科学を基盤として物理工学・生命工学・流体工学の学際的分野融合を図り、生体内伝達機構を解明する。

    1. 分子の時空間イメージング技術の開発
    時間分解分光法と位相制御コヒーレントラマン顕微分光法とを組み合わせ、生体細胞中における信号分子の
    局在分布測定に活用する。

    2. 嗅覚受容体を利用した匂い分子の無標識イメージング法の開発
    哺乳類の嗅覚システムの機能発現に必要な嗅覚受容体と関連タンパク質の操作に着手する。嗅覚受容体を利
    用した匂い分子の無標識イメージング手法の基盤システムを構築する。

    3. 液中ナノ粒子の超解像イメージング法の開発
    粒子追跡技術を発展させ、液中での分子イメージング技術の開発に着手する。モデル系の液薄膜と受容体細
    胞の界面における信号分子と受容体との相互作用の研究に活用する。

    4. 生体内信号伝達の分野融合モデル化
    各サブテーマの成果を集約し、生体内信号伝達の機構解明に向けて展開する。

代表者について

外国人研究者について

その他の研究者

養王田 正文 (工学研究院・教授)
亀田 正治 (工学研究院・教授)
田川 義之 (工学研究院・准教授(テニュアトラック))
小原 祐樹 (工学研究院・助教)

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