国立遺伝学研究所

ONLINE公開講演会2021

情報研究系

有田 正規 研究室
生命ネットワーク研究室

有田研究室（生命ネットワーク）

CONTACT: arita@nig.ac.jp

いわゆるバイオインフォマティクスを実施し、生物学実験は原則行いません。
ゲノムやメタボロームを中心に生態系や生命全体を見渡す研究をしています。
学生には海外渡航を勧め、多様な環境を経験してもらっています。
最近の学生による研究例
M Satti (2021 年 9 月学位。米国ポスドク ): 「ビフィズス菌属の糖代謝と宿主の関係」
草食・雑食など、食餌によりビフィズス菌の糖資化遺伝子が異なることを明らかにしました。ボローニャ
大学（伊）との共同研究です。

M Noureen (2021 年 9 月学位。米国ポスドク ) ：「世界のピロリ菌ゲノム構造」

世界中のピロリ菌ゲノムを比較し、アジアやオーストラリア特有のリアレンジメントを明らかにしました。米国 NCI との共同研究です。

竹中伸巧郎 (2022 年学位取得予定 ) ：「乳酸菌属の水平伝搬遺伝子と糖代謝」

24 属 178 菌株の乳酸菌を比較し、糖代謝能の豊富さと水辺伝搬遺伝子との関連を見出しました。

D Zakaria (2020 年 10 月入学）：「ビブリオ属の分泌装置 T3SS の解析」
大腸菌なども持つ T3SS と呼ばれる分子機械の進化や分布を調べています。

教員による論文・取得する研究費

有名誌への論文掲載もおこなっていますが、商業学術出版の仕組みをどう変えたらよいかを考えています。
１０月に岩波科学ライブラリーより「学術出版のきた道」を出版します。
具体的な論文は ResearchMap や Google Scholar において教員名を検索してください。実験系と連携しつつ年間 10 報程度、論文を発表しています。現在は、メタボローム向けデータベース、脂質向けデータベースの開発、新型コロナウイルスの解析などが主研究テーマです。

ラボメンバー（コロナ前の写真です）

今年は入れ替わりが多いため、年末時点でのメンバーリストです。
教授

有田正規

（理研 CSRS を兼務。理研にもチームあり）
助教

川島武士（犬山在住、今年度限り）

DDBJ 特任准教授
特任研究員

研究方針
データや成果を再利用できるよう幅広く公開することを心掛けています。 DDBJ という
公共データベースの運営も行っています。
DDBJ について： https://www.ddbj.nig.ac.jp/
連絡先： arita@nig.ac.jp

櫻井望（メタボロミクス）
細木藍（センサー開発）特命准教授

クリュコフ・キリル（コロナゲノム解析 10 月着任）

特任研究員

時松敏明（メタボロミクス）

技術補佐員

吉本美和（脂質分析 , メタボロ）

技術補佐員

パク・ジェヒョク（ 10 月着任）

秘書 槇、村方、山本で多くいます）（ DDBJ 運営があるの学生１年目：ドゥアー・ザカリア
学生は募集中国立遺伝学研究所

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情報研究系

川本 祥子 研究室
系統情報研究室

国立遺伝学研究所

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情報研究系

森 宙史 研究室
ゲノム多様性研究室

ゲノム多様性研究室 Genome Diversity Laboratory
今年度できた新しい研究室です

准教授

森 宙史
Hiroshi Mori
連絡先: hmori@nig.ac.jp

1. ゲノムの多様性と普遍性についての法則を明らかにする
2. 遺伝⼦組成と⽣息環境との関係性の解明（主に微⽣物が対象）
公共の塩基配列データベースへのゲノム登録数微⽣物、特にBacteriaは著しいスピード
でゲノム配列データが蓄積している。
微⽣物が集まった微⽣物群集を解析するメタゲノム解析も盛んに研究が⾏われ、データが蓄積している。
グラフのデータはhttps://gold.jgi.doe.gov/から取得

バイオインフォマティクスの技術を⽤いてゲノムデータを解析する

古代DNA (ancient DNA)解析の流れ
古い生物の骨・歯等の組織標本ドリル等で削る・絶滅した巨⼤な⿃（エピオルニス）の進化系統の推定 Curr. Biol. 2017
・本州にかつて⽣息していた
ヒグマの起源の解明

粉状のサンプル
DNA抽出

DNAシークエンス用サンプル調整

DNAシークエンシング
Togo picture gallery by DBCLS islicensed under a Creative Commons
Attribution 2.1 Japan license (c)Royal Soc. Open Sci. 2021

ゲノム配列データの情報解析

国立遺伝学研究所

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ゲノム・進化研究系

池尾 一穂 研究室
遺伝情報分析研究室

)
ゲノム配列や遺伝子発現情報比較に基づく分子進化学 ？
!

&% $

#




&%
 

 

最初の生命が誕生して以来約４０億年、今日のような多様な生物はどのようにして進化してきたのでしょうか？
また、このような進化をもたらした分子基盤と分子進化
過程とはどのようなものでしょうか？
我々の研究室では、大量の塩基配列データを用いてこの謎に迫ろうと試みています。
以下のように多様な研究テーマが進行中ですが，共通のキーワードは、「進化」、 「次世代シーケンサー」、「ゲノム」、「トランスクリプトーム」です。

"&% $' DNA RNA  






 










 $ !#" #
https://www.nig.ac.jp/labs/DnaData/index.html

国立遺伝学研究所

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ゲノム・進化研究系

北野 潤 研究室
生態遺伝学研究室

研究内容 | ⽣態遺伝学研究室 北野研究室

2020/9/25

研究内容 | ⽣態遺伝学研究室 北野研究室

2020/9/25

種分化 遺伝機構
種分化

近縁種間

生殖隔離機構 機構 迫

二種 性染色 体転座
無理

合

日本

核型 点 異交配方向化 種分化 深雑種
分

日本海型 太平洋型 二種

求愛行動 異
不妊

連鎖解析

二種

生殖隔離

生息

交配
解析 結果

性染色体 進原因遺伝子 迫研究内容
本研究室

研究 原動力年

野外 観察

多様 表現型本 著
進化 適応 関序文

実験的研究

最 重点 置

進化

野外 進行
適応進化

原因

遺 伝子及 変異 特定

実際 野外集団 半野外環境下

変異

生態遺伝学

遺伝学 融合生物進化 遺伝 機構 研究

単純 自然選択化 適応能力 限界 雑種不妊

好奇心

野外調査 実験室内
説明

振 舞

手法 用

学問

行
現在

性的装飾 進化 核型 進

遺伝子

原因突然変異観察

特定

新規

進化機 構 統合的理解

進出 遺伝機構

新考侵入

後 適応放散 誘導

新規
野外

魚 採集

地道 観察

集団 種間

解析

用

重要 考

生体

行

苦手 手法

作業 連続

振 舞
必要 応

時間

分

世界 発信

発見

必要

型 用

複数形質 同時的 変化 引 起

間

新規環境

適応進化
研究

適応 重要

仮

分化 機構 明

発表
言

現在

論文

当初 予定通仲間

知恵 出 合

向
世界

一

一

試行錯誤
驚

世界 中 似 研究

研究 世界
数十年後

自分

異

予想外 展開思 出出会思手法 考 方 学

真似

研究 自

百年後

世界

思

実 以外 多

圧倒的 多
姿勢

嬉

刺激 与 続

気 入

新

人

本当 面白
自分 論文

自分自身 共同研究者 一喜一憂
瞬間

代謝能力

塩分適応能 異解析

国内外 理解
一喜一憂

小

喜

自分

異

魚

柔軟 共同研究 行

地道

発見

続

返

内分泌系 進化説

比較理論集団遺伝学的手法

過程

読

遺伝基盤

適応放散 遂
新規

明

国内外

過程 見

解析 全

生 出 原因淡水域 進出
分類群 存在原因遺伝子 特定 行原因遺伝子座 野外

未知 扉 開形質 候補原因遺伝子

生化学的／分子生物学的 解析 試験管内 行

機能解析

遺伝研所内 人工池 用

誰

違

出来 限 詳細 観察 記載

場合

分類群

探索

候補遺伝子

利用

雑種異常

重要 第一歩 考
生物 適応度得行動 生理機能 違

侵入複数

予想外 結果重要性 気

考 方 受 入今 論文 読

自然界
忙
気持

我

何

語

性染色体

言 訳 目
予 想外

出会

性染色体

待 受

我

常 感

進化 果
中
性染色体

役割

進化速度 速 領域
転換

析 遺伝的連鎖解析 候補遺伝子 同定 集団遺伝理論解析

魚類

近縁種間

性染色体

種分化 性的二型 多様化 果
通

異

多

役割

解

解明

進行中 研究課題
科
科魚類

約万年以内 多様化 遂

日本 含 東南ecogen.sakura.ne.jp/research.html

著

多様化 遂

生物多様性進化 研究 格好
利用

生物
以下 課題 迫1/3

ecogen.sakura.ne.jp/research.html

2/3

研究内容 | ⽣態遺伝学研究室 北野研究室

2020/9/25

進化生物学 応用的側面
人為的環境改変 急速 環境 改変

生物 与外生物 影響 与考

外来種 新規環境 適応

変化 対

反応

生物

絶滅

影響
軽減

懸念

津波
拡散

環境変動 野

社会問題

急速 環境

外来種 如何新規環境 適応研究©

ecogen.sakura.ne.jp/research.html

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ゲノム・進化研究系

工樂 樹洋 研究室
分子生命史研究室

分子生命史 研究室 Molecular Life History Laboratory 教授 工樂 樹洋
多様な動物種間の違いは進化の過程でどう生じたのか？
これを理解するため、違いの原因となるゲノムDNA配列の変化を見つけ出す
水族館でのジンベエサメからの採血

FoxG遺伝子群の分子系統樹
ゲノムを構成するすべての遺伝子には各々の歴史があり、現存種のDNA情報からその変遷を推測できる

巨大なゲノムからでもより正確かつ効率的に配列情報を取得

大量の配列を高速に整列し可視化

DNA分子の核内3D構造など
配列以外の情報も駆使

どの遺伝子が体のどこで働いているかを総覧

研究しにくい生物でも分子レベルの多様な解析を実現実験動物ではない生物で分子研究を
ゲノムDNAを読み取り実施するための基盤づくり
過去にいつ何が起きたのかを解釈

ゲノム全体を調べるための
情報解析手法の高度化

分子進化学・ゲノム情報学・発生生物学などの知見を統合

軟骨魚類（サメやエイ）のゲノム進化
同じ「サカナ」とはいえ、多くの食用魚が含まれる硬骨魚類（条鰭類）とは別の進化をたどってきた

ゲノム中に残る「必須」ではない遺伝子
進化の過程では、新規形質に寄与する遺伝子の「獲得」に加えて遺伝子の「欠失」も断続的に起きてきた哺乳類との意外な共通点
光受容タンパク質オプシンの種類が乏しい
一部は体サイズが巨大化し、長寿命に
ゲノムサイズが大きめ
一部は胎生で、卵黄以外の栄養供給も培養したジンベエザメのリンパ球培養細胞に由来する
染色体標本「必須」な遺伝子（ ）→機能は種間で類似消えやすい遺伝子（ ）→機能に傾向は？

進化上重要な位置を占めるサメを調べずに脊椎動物は語れない

ジンベエザメの染色体数（2n=102）を初めて報告

遺伝子は「付け加え」だけで多様化したのではない「消えやすい遺伝子」を残しているサメ（トラザメ）の胚でそれらが働く場所を調べ、機能を推測

サメ・エイの卵を見たことはありますか？
10μm

これら１０２本のDNA配列と対応付け、種間で比較

ゲノム配列の比較から分かってきたこと
ゲノムの肥大化は、反復配列の増加による
ちなみに、最大の魚類ジンベエザメは胎生（卵ではなく赤ちゃんを産む）です

FoxG1

FoxG2

「消えやすい遺伝子」（FoxG2など）は機能活性部位が狭く、ゲノム内で偏在

ジンベエザメとヒトのゲノムサイズは同程度
サメ類ではDNA配列が変化する速度が低下

海の中の「スローライフ」を支える分子メカニズムを解析中

FoxG3

大学院生をはじめとする研究メンバーを募集中
Twitter: @KurakuLabMSM

国立遺伝学研究所

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ゲノム・進化研究系

佐藤 豊 研究室
植物遺伝研究室

イネ分子遺伝学による植物初期発生機構の解明
植物遺伝研究室(R3年度)
教授：佐藤 豊／助教：鈴木俊哉・高橋（野坂）実鈴
ポスドク：Kim Nhung TA、吉田祐里、縣歩美
学生：手塚拓海（5年一貫のD3）

植物遺伝研究室のテーマ(1) イネ分子遺伝学による植物初期発生機構の解明(2) 野生イネの比較ゲノム解析および
進化解析





   (3) イネ遺伝資源保存事業と統合
データベース「Oryzabase」の開発・構築

国立遺伝学研究所

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遺伝形質研究系

岩里 琢治 研究室
神経回路構築研究室

マウスを用いた “脳神経回路”の発達と機能の研究
神経回路構築研究室
研究テーマ：脳の神経回路がどうやって構築され、機能するのか？
特に、子供の時期の神経回路の発達に興味をもっています。

胎児
現メンバー （計10名）

教授： 岩里 琢治
助教： 中川 直樹
大学院生：
５名（日本人2名、留学生3名）
技術支援員： ３名

おおまかな神経回路（ゲノム情報による画一的な脳の形成）

出生

子ども

環境からの刺激をうけて、環境からの刺激をうけて、使われることによって使われながら
神経回路が調整される。
神経回路が調整される。
例： 母国語の獲得（臨界期の存在！）

3日齢
4日齢
5日齢
7日齢

子ども期に特有の神経回路発達を子どものマウス（！）で研究

成熟

おとな

精密な神経回路（脳の高度な働き）

子ども期に特有の神経回路の発達を、独自手法で解析
これまでの主な研究成果
標的遺伝子を、大脳皮質だけでノックアウトすることに成功（世界初！）
Iwasato et al., Nature 2000

Supernova法の開発：
脳の神経細胞を疎らに明るく標識し、さらに、遺伝子操作できる新手法
Mizuno et al., Neuron 2014
Luo et al., Sci. Rep. 2016

脳の中での、樹状突起の発達を観察・解析することに成功（世界初！）子ども脳での、自発的な神経細胞の発火の特徴を解明
Mizuno et al., Cell Rep. 2018
Nakazawa et al., J. Neurosci. 2020

Mizuno et al., Neuron 2014
Nakazawa et al., Nature Commun. 20182

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遺伝形質研究系

小出 剛 研究室
マウス開発研究室

マウス開発研究室（小出研究室）【研究グループ】
准教授： 小出 剛
TEL:055-981-5843
FAX:
055-981-5844
e-mail: tkoide@nig.ac.jp
Home page: 「行動遺伝学」で検索！

助教：
高浪 景子
総研大生：
４名

行動は遺伝しますか？
21世紀の遺伝学は個人差を決める遺伝的機構の解明が重要になります
ヒトの顔や体質と同様に、性格や行動も遺伝的要因の影響を強く受けることがこれまでの研究から示唆されてきました。 私たちは、遺伝的多様性に富む野生由来マウス系統を用いて、行動
表現型の多様性を明らかにし、その原因となる遺伝的機構を明らかにしてい
こうと研究を進めています。さらに行
動遺伝学で見つかった遺伝子について、
CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集の手法を用いて遺伝子改変マウスを作製し、その遺伝子機能と神経機能の解明を進めています。

母性行動に関わる遺伝子多型解析

痒みの感受性の遺伝学的・神経学的基盤母親が示す哺育行動は複雑な遺伝子によるネットワークで形成されています。私たちは、エストロゲン受容体(ERα)の多型を
ゲノム編集により導入することで顕著な母性行動異常を示すマ
ウスの作製に成功しました。このマウスを用いて母性行動の分子基盤と神経基盤の解明に取り組んでいます。

痒みの感受性は絶対的なものではなく、環境要因や社会的要因により大きな個人差が生まれます。また、ストレスを受けると痒みが悪化したり、痒みを連想するだけで痒くなったり、情動や認知機構と痒みは密接にリンクしています。
私たちは、行動遺伝学・神経解剖学という観点から、社会性が痒み感覚に与える影響とその遺伝的基盤の解明に取り組んでいます。

ERα遺伝子多型と母性行動の解析

精神的ストレス

かゆい

かゆい

かゆみ伝達分子

かゆみの指標となる掻き行動解析

ヒトになつくマウスの遺伝学的・神経学的基盤

アフリカの大型齧歯類グラス
カッターの家畜化

家畜化された動物の従順性とは「動物個体が人を避ける傾向が弱くなる」か、あるいは「積極的に人に近づく傾向が強くなること」の二つに分けられます。私たちは、
この二つの従順性を分けて調べる
行動テストを考案しました。この行動テストを用いて、その結果を基に遺伝的に多様な野生由来マウス集団を選択交配することで、自 遺伝的にヒトに「なつく」
行動を示すマウス
らヒトに「なつく」マウスを作出することに成功しました。このヒトになつくマウスを用いて、遺伝的基盤、神経回路、行動学的基盤について研究しています。

西アフリカに生息する大型齧歯類であるグラスカッターはその肉が美味であることから現地で食用として珍重されています。しかし、もっぱら野生個体の捕獲により食されているため環境への悪影響や感染症の広がりが懸念されます。
そこで、グラスカッターを家畜化するためのプロジェクトに参加し、アフリカの大型齧歯類グラスカッター
ガーナ大学、エジンバラ大学、京都大学と共同でゲノム育種を進めています。

国立遺伝学研究所

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遺伝形質研究系

宮城島 進也 研究室
共生細胞進化研究室

共⽣細胞進化研究室
細胞内共⽣による異種細胞の統合と進化の機構を探る

アルファー
プロテオ細菌

藍⾊細菌

ミトコンドリア
（呼吸）

葉緑体
（光合成）

藻⾷

盗葉緑体

任意共⽣
絶対共⽣（葉緑体）

国立遺伝学研究所

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遺伝形質研究系

野々村 賢一 研究室
植物細胞遺伝研究室

植物細胞遺伝研究室（野々村研究室）
植物の生殖細胞形成に必要な遺伝子群と染色体動態に関する研究
将来の生殖細胞の形成

カロース（赤）の蓄積

減数分裂

葯の輪切り図カロースの分解と再蓄積
小胞子の形成葯壁体細胞の退化
花粉殻の形成花粉分裂・成熟

葯の開裂

受粉
花粉菅の伸長

受精

種子の形成
胚乳

胚（子供）

植物の生殖細胞形成のうち、特に初期過程（図の上段）について研究植物細胞遺伝研究室（野々村研究室）
植物の生殖細胞形成に必要な遺伝子群と染色体動態に関する研究
将来の生殖細胞の形成

カロース（赤）の蓄積

減数分裂

葯の輪切り図

染色体

MEL1

正常型

msp1変異体

GSL5

MEL2

EAT1

生殖に関連する遺伝子・タンパク質の同定と機能解析

植物の生殖細胞形成を支える遺伝メカニズムの解明
地球の環境変動に伴う作物収量低下の改善に役立つ情報の提供

PAIR2

国立遺伝学研究所

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遺伝形質研究系

小田 祥久 研究室
細胞制御研究室

細胞制御研究室（小田研究室）
細胞内の空間秩序はどのようにして生み出されるのか？
細胞骨格

丈夫な
細胞壁
道管の細胞壁パターン

細胞の中は無数の分子や細胞小器官で満たされていますが、これらはときに驚くほど秩序立った構造を作ります。植物細胞では秩序立った細胞骨格構造が細胞壁の量、位置、方向を制御ことで細胞の形や機能を実現します。
当研究室では植物の道管や分裂組織に着目して細胞内に秩序を作り出す未知のシグナルを明らかにしようとしています。

細胞板

道管分化
細胞分裂

独自の実験技術・リソースを駆使して空間シグナルの実体に迫る

道管分化・細胞分裂の細胞/組織培養系

細胞壁パターンの再構成系パターンを自律的に作り出すタンパク質ネットワーク

イメージング

道管変異体
コレクションモデリング
シミュレーション

構成員：教授、助教、研究員3名、技術補佐3名

国立遺伝学研究所

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遺伝形質研究系

澤 斉 研究室
多細胞構築研究室

多細胞構築研究室

多種多様な細胞を作り出す⾮対称分裂の研究
受精卵や幹細胞など細胞は⾮対称に分裂し、異なる性質（運命）を持った娘細胞を作り出します。これにより多種多様な細胞が作られます。
研究室
ホームページ⾮対称細胞分裂機構

線⾍において、細胞分
細胞分裂前裂のたびごとに、Wnt
Wnt受容体bカテニン
シグナルに関与する蛋(Frizzled)
APC
Dvl
⽩質が細胞内で⾮対称
Frizzled
Dvlに局在し、異なる細胞
前
後
APC
bカテニン
を作っていることを発⾒しています。
(g)
どのようにして局在細胞分裂後するのか、どうやって
βカテニン
POP-1(TCF)
POP-1(TCF)
細胞は前後⽅向を知る
POP-1
bカテニン
前
後 のか研究しています。

国立遺伝学研究所

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遺伝形質研究系

米原 圭祐 研究室
多階層感覚構造研究室

国立遺伝学研究所

多階層感覚構造研究室

教授: 米原 圭祐（YONEHARA Keisuke）
連絡先: keisuke.yonehara@nig.ac.jp

2021 年 10 月にデンマーク・オーフス大学医学部から移動して来た新しい研究室です。
視覚神経回路研究の世界拠点を三島に確立することを目指しています。
１. 研究概要
見ることによって外界の情報を収集することは動物の生存にとって重要です。例えば、空から猛禽類が飛んでくるのが見えたら、ネズ
ミなどの小動物は直ちに隠れるか逃げるかしなければ、見つかって食べられてしまいます。このように、物体の動きを素早く察知する
ことは動物の視覚系の重要な機能です。私たちはマウスやサルの視覚がどのようにして物体の動きを察知できるのかを理解しようとしています。このために、遺伝子（gene function）、分子（molecules）、細胞種（cell types）、回路（circuits）、神経演算（computation）、脳機能（brain function）などの多階層で研究を行い、感覚機能の成り立ちに関する普遍的な原理を理解することを目指しています。このために、遺伝学、分子生物学、２光子イメージング、電気生
理学、トランスシナプス標識、１細胞遺伝子発現解析、機械学習など多様な技術を組み合わせます。このような研究により、同じ哺乳類である
ヒトの感覚疾患の原因解明やその治療などへの道も拓かれると考えています。
２. 最近の研究の例

摘出網膜の方向選択性細胞の樹状突起から２光子グルタミン酸イメージングを行い、遅く持続的な入力と早く一過性の入力が空間的に分離していることを発見した。数理モデリングにより、この時空間構造が速度と方向へのチューニングを生み出す基盤となっていることが示唆された。
Matsumoto A, Briggman KL, Yonehara K. (2019)
Spatiotemporally asymmetric excitation supports mammalian
retinal motion sensitivity. Curr Biol 29: 3277-3288.
博士研究員(松本)の業績

網膜の細胞種特異的遺伝学的操作とマウス視覚皮質からの生体２光子
カルシウムイメージングを組み合わせることで、網膜の方向選択性細胞からのシグナルが Rostrolateral (RL)と呼ばれる高次視覚領野に選択的に到達することを発見。視覚情報処理の基盤構造の一端が明らかに。
Rasmussen R.*, Matsumoto A.*, Dahlstrup Sietam M, Yonehara
K. (2020) A segregated cortical stream for retinal direction
selectivity. Nat Commun 11: 831. *equallycontributed. 大学院生(Rasmussen)の業績

先天性眼振の原因遺伝子である FRMD7 が網膜の水平方向への方向
選択性の形成に必須であることを明らかにした。神経疾患の原因細胞が同定されたレアな事例となった。重要なことに、マウスとヒト
で網膜の運動方向処理を司る神経回路機構が保存されていることが示唆された。
Yonehara K, et al. (2016) Congenital nystagmus gene FRMD7
is necessary for establishing a neuronal circuit asymmetry fordirection selectivity. Neuron 89: 177-193.
Selected for “Best of Neuron 2016”.

国立遺伝学研究所

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遺伝メカニズム研究系

鐘巻 将人 研究室
分子細胞工学研究室

分子細胞工学研究室
教授

鐘巻将人

オーキシンデグロン（AID）技術

Yesbolatova et al. Nature Communications, 2020

DNA複製研究

Natsume et al. Genes & Development, 2017

新遺伝学技術を使って染色体DNA複製の謎を解き明かす
1. オーキシンデグロン技術を基軸に、マウスへの応用と新遺伝学技術開発
2. ヒト細胞内で染色体DNA複製がどのように起きているのかを理解する国立遺伝学研究所

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遺伝メカニズム研究系

木村 暁 研究室
細胞建築研究室

国⽴遺伝学研究所 細胞建築研究室（教授︓⽊村暁、助教︓⿃澤嵩征）

さいぼう-けんちく 【細胞建築】［名］建築物として捉えた細胞, またはその視点．
-学 [名] ① 細胞の形作りや間取り, 動きを担う力の計算や測定を行う学問, ② タンパク質などの分子の集団が, 一つの細胞として秩序だった振る舞いをする秘密を探り, コンピュータ・
シミュレーションや試験管内での再現を目指す学問, ③ 力や秩序を担う遺伝子を同定し, それらの物質的基盤を明らかにする学問．
-研究室 [名] 国立遺伝学研究所内にある細胞建築学の研究室

細胞建築研究室の研究テーマ①⼒学的に理解する
核の中央配置の研究︓ ⼒学モデルの構築、遺伝⼦ﾉｯｸﾀﾞｳﾝ実験、遠⼼顕微鏡による⼒測定②多様性を理解する

細胞配置の研究︓ モデル＆実細胞での卵殻変形③⾃発性を理解する

細胞質流動の研究︓ 発⽣、逆転、多様性を細胞とモデルで再現④時間変遷を理解する

⼯学社 2019

核中央化

紡錘体伸⻑

細胞質分裂

細胞配置

Nat Cell Biol 2017
MBoC 2020

Dev Cell 2005
JCB 2007,2016
PNAS 2011

Curr Biol 2009
MBoC 2019

PLoS ONE 2012

Development 2017

ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 実細胞

細胞質流動1 細胞質流動2

PNAS 2011
PLoS ONE 2016

国立遺伝学研究所

ONLINE公開講演会2021

遺伝メカニズム研究系

前島 一博 研究室
ゲノムダイナミクス研究室

ゲノムダイナミクス研究室（前島研究室）http://maeshima-lab.sakura.ne.jp/

全長2メートルのヒトゲノムDNAは核や染色体のなかにどのように折り畳まれているの??

教科書の”ゲノム収納モデル”は正しいの︖
2 ナノメートル
ヒストン

DNA
ヌクレオソーム

11 ナノメートル

これまでの定説:

新たな知見:

30 ナノメートルの規則的なクロマチン線維

不規則な折りたたみ構造

30 ナノメートル

教授
助教

前島
井手

一博（kmaeshim@nig.ac.jp） 日本学術振興会特別研究員 PD 1 名，
聖 • 日比野 佳代
総研大・大学院生 5 名，テクニシャン 2 名

キーワード︓

規則的な階層構造

分裂期染色体細胞核● 染色体・遺伝疾患・ガン・テロメアの定量細胞生物学● 超解像イメージング・ライブセルイメージング● クロマチン・転写因子動態の計算機シミュレーション● ES 細胞・エピジェネティクス”ゲノムDNAは不規則に折り畳まれ，ゆらゆら動いている”という従来のモデルとは全く合わない証拠を沢山つかんできました．

遺伝情報の検索・読み出しのメカニズム

超解像ライブセルイメージング
核内1分子顕微鏡
斜光照明

細胞

ヌクレオソームに目印をつける

計算機シミュレーションとゲノミクス解析
転写OFF

転写ON
DNAの塊
（クロマチンドメイン）

レーザー

転写ハブ

構造を調べる
DNA の塊（ドメイン）

1分子イメージング

超解像顕微鏡像

RNAポリメラーゼ

細胞の中のゲノムDNA 環境をコンピュータ上で再構成して，転写因子などが遺伝情報を検索・読み出しするメカニズムを調べます．

ヌクレオソーム

0

動きを調べる
5µm

10

20

30 Mb

蛍光標識した
転写領域
蛍光標識した
非転写領域

5µm

遺伝子領域

100 nm

次世代シークエンサーデータをイメージングと統合し、エピジェネ
ティクスによりゲノム構造が制御される仕組みを明らかにします．

超解像・ライブイメージングで，生きた細胞の中のゲノムDNAの折り畳み構造や動きを直接観察できるようになりました．

新しいゲノム収納モデル

ドメイン

細胞核

・ガンなどの疾病メカニズムの解明
・病気の診断などへの医療応用

ヌクレオソーム

コヒーシン
転写複合体
ドメイン

mRNA

・エピジェネティクスとゲノム構造・ダイナミクス
・革新的メモリーデバイスの開発への展開が期待されます．

国立遺伝学研究所

ONLINE公開講演会2021

遺伝メカニズム研究系

齋藤 都暁 研究室
無脊椎動物遺伝研究室

無脊椎動物遺伝研究室

齋藤都暁

バクテリア
ゲノム編集
CRISPR/Cas9

トランスポゾン制御
Piwi-piRNA

線虫、ハエ、
マウス、ヒトなど

ファージDNAの取り込み
CRISPR遺伝子座
piRNA遺伝子座
CRISPR RNAの転写

piRNAの転写

切断

切断

クリスパーRNApiRNA
Cas9蛋白質との結合

Cas

Cas

Cas

DNA切断

RNA分子による
免疫システムPiwiとの結合
Piwi

Piwi

Piwi
RNAの切断クロマチン制御(since April 2017) 無脊椎動物遺伝研究室
教授1、助教1、学生2、技術職員1名

RNAが関与するゲノム防衛システムを遺伝学と分子生物学を駆使して明らかにする

1

2

3

anti-Armi

n.i.

ハエ個体

anti-Armi

ハエ個体や細胞を使って生化学を駆使し遺伝子発現 発見した因子の制御に関わる 機能を追って因子を発見し個体や細胞内でどんなことが起こっているかを想像する

4
ミトコンドリアpiRNA産生ゲノム領域

OSC+ - + lysate
220k 160k 120k 100k -ミトコンドリアpiRNA前駆体] Armi- p120

Zucchini

- p90

80k -

Piwi

70k 60k -

h.c.

Yb

50k 40k -

- p37

培養細胞

30k (Da)] l.c.

Yb body

Piwi

Vret

Yb body
Armi

Shu

piRNA

Piwi-piRNA複合体の形成

ラボホームページ（PC・スマートフォン対応）http://ksaitolab.org/

国立遺伝学研究所

ONLINE公開講演会2021

遺伝メカニズム研究系

島本 勇太 研究室
物理細胞生物学研究室

物理細胞生物学研究室「オルガネラの軟らかさが支える細胞の生理機能」

研究テーマ：
1. 有糸分裂紡錘体の形成・染色体分配メカニズム
2. 核の構造と遺伝子発現動態制御のメカニズム

生細胞イメージング顕微鏡

一分子計測顕微鏡

ラボの様子

研究テーマの例：
紡錘体が細胞内で適切に構造形成し、機能するしくみ

紡錘体の顕微操作（触って知る）

紡錘体の再構成（造って知る）

キネシン5 微小管

国立遺伝学研究所

ONLINE公開講演会2021

新分野創造センター

久保 郁 研究室
システム神経科学研究室

システム神経科学研究室（久保研究室）

動物はどうやって見たものに応じて行動を選び出すのか?

視覚情報

神経回路

行動の選択

神経細胞

透明で小型な脳を持つ脊椎動物モデル
ゼブラフィッシュを用いて脳の基本原理を明らかにしたい。
受精後６日目 ゼブラフィッシュ稚魚

11

生きたままの個体における神経活動のイメージング

3

細胞タイプ特異的な神経活動の操作

Kubo et al., Neuron (2014)
Kramer, Wu, Baier, Kubo, Neuron (2019)
Wu, dal Maschio, Kubo*, Baier, Neuron (2020)
Matsuda & Kubo, Front. Neural Circuits (2021)

2

神経活動データの定量的な解析

4

神経回路モデル構築

2

国立遺伝学研究所

ONLINE公開講演会2021

新分野創造センター

村山 泰斗 研究室
染色体生化学研究室

染色体生化学研究室

村山泰斗

1

准教授

試験管の中で染色体構造をつくる過程を再構成する

ヒト細胞では、DNA は総長 2 メートルにもなり、計 46 の染色体として分かれて存在します。細胞という僅かな空間で、全てのセットの染色体を複製し、次世代に均等に分配するという作業がいかに
アクロバティックなことであるかは、想像に難くありません。
私たちの研究室では酵母をモデル生物として、細胞がどのように染色体を作り、正確な数を保ったまま分配するのかという分子機構について研究しています。特に、染色体の構造形成で中心的な役割を果たしている SMC 複合体の作動機構の解明に力を入れています。
コヒーシン
ヌクレオソーム
複製マシナリー分裂酵母

姉妹染色分体接着
SMC1

SMC2

Nse5 Nse6

SMC4
SMC6

SMC5
Nse2

SMC3

クロマチンループ

ATP
ATP

ATP

コンデンシン

1

コヒーシン

CAP-G

ATP

ATP

Nse

Rad21

D

Psc3

P-

A

CAP-H

Nse3

C

ATP

Nse4

Smc5/6 複合体

試験管内再構成実験は、タンパク質のメカニズム解析を行う上で、非常に強力なアプローチです。
私たちは、これまでに染色体間の接着構造の形成に機能するコヒーシンを精製し、その機能的な DNA 結合反応を再構成しました。現在、一分子イメジングによって、コヒーシンの DNA 結合における動作機構を直接解析しようとしています。コヒーシンの系を主軸に、他の SMC 複合体の機能解析を展開し、染色体構造形成の謎を明らかにしていきたいと考えています。

DNAに結合した
コヒーシンの回収

25
20
15
10

L

NC

RC

Beads
Beads

30
Bound (%)

50
37

コントロール

コヒーシンに結合したDNA
CCC
RC
NC
L

SMC1
SMC3
Psc3
Rad21

コヒーシン

CCC
RC
NC
L

250
150
100
75

環状DNA

CCC

input

+ATP

(kDa)

20
10

CCC
RC
環状DNA
NC
L
直鎖DNA

0

コヒーシンの精製

コヒーシンの機能的な DNA 結合反応の再構成

発表論文
Kurokawa Y, Murayama Y* .
DNA Binding by the Mis4Scc2 Loader Promotes Topological DNA Entrapment by the
Cohesin Ring.
Cell Reports, 33, 6, 108357, 2020
Murayama Y*, Samora CP, Kurokawa Y, Iwasaki H, Uhlmann F.
Establishment of DNA-DNA Interactions by the Cohesin Ring.
Cell, 172, 465-477, 2018 .

2

Murayama Y*, Uhlmann F*.
DNA Entry Into and Exit Out of the Cohesin Ring by an Interlocking Gate Mechanism.
Cell, 163, 1628-40, 2015