MESO CONTROL | STEM CELLS京都大学 物質−細胞統合システム拠点（iCeMS= アイセムス） 概 要目次

02 メッセージ

06 組織図29 CeMI

04 WPIプログラム

07 連携機関・サテライト

30 構成員数

研究領域と目標

05 沿革
運営

組織的な若手研究者等海外派遣プログラム

財務状況

若手研究者探索融合研究助成

栄誉

08 研究グループ

31 施設

拠点長からのメッセージ

物質−細胞統合システム拠点が目指すもの

京都大学

物質−細胞統合システム拠点
拠点長

中辻

憲夫

文部科学省が 2007 年にスタートした「世界トップレベル研究

iCeMS での研究は、「メゾ制御（Meso-Control）」と「幹細胞拠点（WPI）プログラム」は、日本が世界に対し優位性を持ちうる（Stem Cells）」をキーワードとして、生命科学、化学、材料科学、先進的な研究領域の発展と、それを実現するための新しい研究組織

物理学が融合した新しい科学分野を開拓し、技術イノベーションをモデルの創出を目的としています。異分野の学問を融合させた新し推進することを目指しています。

い学際領域と、世界トップレベルの研究者が集い次世代の旗手となる有望な若手科学者を育む「場」の創造を目指しています。

メゾ空間とは、これまで広く研究対象とされてきた「ナノ空間（数ナノメーター以下の原子と分子の世界）」と「バルク空間（１

私どもの物質−細胞統合システム拠点（iCeMS＝アイセムス）は

マイクロメーター程度以上の日常経験の世界）」の中間に位置する

WPI プログラム拠点のひとつとして、京都大学が誇る物質科学と細もので、細胞内の場合は、数個から数十個の生体高分子が膜構造な

胞科学の両分野を統合した学際領域の創造と発展を目指していまどと共存して、絶え間ない分子運動と揺らぎの中にありながら、ほす。同時に、大学における研究環境と運営システムの面でも日本でぼ間違いなくシグナル伝達などの複雑な反応と機能をやり遂げていは前例のない、真にグローバルな組織の構築を目指し、実証モデルる空間を意味します。

としての役割を強く意識しています。

02 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

物質科学の分野でも、多孔性などの機能性新材料はこれまで、取私たちは細胞のメゾ制御を学ぶと同時に、人工のナノ・メゾ空間

り扱いやすさからマイクロメーターより大きいサイズのバルク材料

を作って原子・分子集団を操作することを目指しています。これらを対象としてその機能が用いられてきましたが、最近iCeMSなどでの機能性メゾ材料を自由自在にデザイン・合成して活用すること開発され注目されているのが、メゾ領域サイズの結晶粒子の合成とで、幹細胞を制御する画期的な新技術開拓、地球環境やエネルギー

構造機能の研究です。従来の1分子化学であるナノ領域や固い構造問題解決への応用などにつなげ、「物質−細胞科学を統合した新しを繰り返すバルク材料では、構造により機能は一義的に決まりまいメゾ制御」を実現することによって、医療や創薬、産業分野で人す。しかしながら、しなやかさを組み込んだメゾ領域結晶では、メ類に貢献する次世代技術イノベーションを目標としています。

ゾスペースの物理化学的環境に対応して、揺らぎや応答など協同的機能が生みだされ、これはまさに細胞内構造体が機能する世界に対応しています。

日本の科学研究の将来展望において深刻な問題は、国境を意識す
ることなく世界のトップレベルの研究者が行き交い集う場とも、世界の有望な若手科学者のキャリア形成の場としても日本が認識されナノ世界を扱う量子力学にとっては、メゾ空間は複雑すぎ、一ていないことです。これを解決しない限り、日本の科学技術は他の方、私たちの日常経験知・古典力学・統計力学は、メゾ世界では適先進国はおろか、新興国にも遅れをとることになるでしょう。この用が困難になります。このメゾ空間における主要な物質間相互作用

状況を打破する試みとして、iCeMSは1）拠点長による迅速な意思のメカニズムを解明し、メゾ空間レベルで複雑性と多機能性をもつ

決定、2）英語の公用語化、3）オープンオフィスと共用実験室

分子集団の動きと働きを見極めて制御するための革新的な知識と技といった「従来の発想にとらわれない」運営方針を打ち出すことに術を確立することができれば、医療や産業分野への応用に発展するしました。

事が期待されます。メゾ空間は、まさに「未開拓の可能性を秘めた宝庫」と言えるでしょう。

また、科学者には最先端の科学技術を正しくバランス良く社会に伝える能力に加え、自らが関わる科学研究に対するインテグリティ

多様で広範な意義をもつ「幹細胞」を代表例とする細胞は、「メを高く保持することが求められています。現代社会において科学者

ゾ制御」を生物進化の過程で編み出すことで、もし揺らぎのない頑が果たすべき責任を認識し、優れた見識を育てるべきです。iCeMS

強な構造物を構築することを選んでいたのであれば大量に必要にでは、研究者の科学コミュニケーション能力と社会リテラシーを高なったであろうリソースを浪費することなく、常温常圧の水溶液中

め、次世代を担う人材育成を視野に入れた拠点の形成を目指していで外界の変動をしなやかに受け止めながら、クリーンで精緻な化学ます。

反応を行い、しかも必然的に起きる揺らぎや間違いを織り込み済みの動的システムを作り上げることによって、見事に効率的なエネル

2010年5月

ギー転換、細胞増殖や細胞分化などの制御を行っています。

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WPI プログラム
文部科学省は「目に見える研究拠点」の形成を目指し、①世界最高レベルの研究 水準、②融合領域の創出、③国際的な研究環
境の充実、④研究組織の改革を要件とした、世界トップレベル研
究拠点（WPI）プログラムを2007年に開始しました。
平均14億円／年を10〜15年にわたって支援、5年ごとに評価を実施し、①世界トップレベルの主任研究者10〜20名、②総勢200名、③研究者のうち常に30%以上は外国人、といった人員構成を「目に見える研究拠点」のイメージとしています。
WPI採択拠点（2010年5月現在）• 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構（AIMR）• 東京大学 数物連携宇宙研究機構（IPMU）• 京都大学 物質−細胞統合システム拠点（iCeMS）• 大阪大学 免疫学フロンティア研究センター（IFReC）• 物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点（MANA）

研究領域と目標
iCeMSは「メゾ制御」と「幹細胞」をキーワードとし、物質科学と細胞科学を統合した新たな学際領域の創出を目的としています。
メゾ空間とは、これまで広く研究対象とされてきた「ナノ空間（数 nm 以下の原子と分子の世界）」と「バルク空間（１μm 程度以
上の日常経験の世界）」の中間に位置するものです。iCeMSでは細胞のメゾ制御機構を解明すると同時に、人工のメゾ空間を作って原子・分子集団を機能性構造体として操作する事を目指しています。
これらの構造体を自由自在にデザイン・合成して活用すること
で、幹細胞システムを制御する画期的な新技術を開拓します。さらに、地球環境やエネルギー問題解決への応用などにつなげ、医療や創薬、産業分野で人類に貢献する新たなメゾ科学と次世代技術イノベーションの創出を視野に入れています。
物質科学と細胞科学を統合した新たな学際領域
1 クロマチン構造・機能とメゾ制御●

ࠉߦ生体機能化合物・材料による遺伝子制御
2 細胞膜構造・機能とメゾ制御●

ࠉߦ生体機能化合物・材料によるイオンチャネル／ࠉ トランスポーター／レセプター制御
3 生体機能化合物・材料の細胞内送達●

ࠉߦ外部信号による制御
4 細胞環境構造・機能とメゾ制御●

ࠉߦナノ/メゾ/マイクロ加工材料と生体機能分子04 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

沿革
2007年

9月 12日
10月 1日

2008年

2009年

京都大学にiCeMSが設置される（初代拠点長：中辻憲夫教授）

1月 22日iPS細胞研究センター（CiRA）がiCeMS内に設置される（初代センター長：山中伸弥教授）

2月 19日iCeMS開所記念式典が京都大学百周年時計台記念館で挙行される

4月 28日iCeMS桂ラボラトリーの開所式が京都大学桂キャンパス船井交流センターで
挙行される

3月 3日

メゾバイオ1分子イメジングセンター（CeMI）がiCeMS内に設置される（初代センター長：楠見明弘教授）

4月 28日iCeMSコンプレックス1本館 竣工披露式典が挙行される

6月 26日iCeMS岐阜大学サテライト竣工披露式典が挙行される

11月 1日

2010年

文部科学省「世界トップレベル研究拠点（WPI）プログラム」にiCeMSが採択される

4月 1日

ケミカル スクリーニング センターがiCeMS内に設置される

CiRAが「iPS細胞研究所」として改組され、京都大学に設置される（初代所長：山中伸弥教授）

運営
WPIの基本方針を踏まえて、iCeMSでは、従来の日先端・学際研究の推進

本の大学にはない、新しい組織運営システムへの改革• 世界トップレベルの主任研究者（PI）の確保（18名）

を次のように進めています。

• iCeMS京都フェロー（若手PI）ポストの創設• 融合研究戦略会議の設置

管理運営体制の改善• 拠点長による迅速な意思決定システムの採用• 運営協議会、主任研究者（PI）会議、各種委員会などによる拠点長サポート体制の確立• 年功序列に捉われない年俸制度の採用• 定年に捉われない人事制度の採用• 施設運営委員会の設置、オープンオフィスと共用実験室の整備• 学際融合を促進するラウンジなどの環境整備• 学際共同研究推進のためのメゾバイオ１分子
イメジングセンター（CeMI）などの大規模施設の公開利用の実施• 学際融合セミナーの開催
国際化の推進• 国際化推進委員会の設置• 英語の公用語化の実施• 国際公募の実施と30%以上の外国人研究者の確保• 国際広報スタッフ、国際・企画スタッフの強化• 国際シンポジウムの開催（年3回程度）• iCeMS若手研究者間の学際研究を支援する
探索融合研究助成• 学内他部局の若手研究者との学際融合研究推進
プロジェクト• 外国人研究者支援室の設置• 英語に堪能な事務スタッフの確保（50%以上）• 多数の国際連携拠点の設置と相互交流の実現• 若手研究者海外派遣プログラムによる発信型国際化の推進• 著名外国人研究者によるiCeMSセミナーの実施（年30回程度）

その他• 積極的なアウトリーチ活動の推進などを通した
科学コミュニケーション理論の構築• 産官学連携、国際連携、学際融合研究の実践的な推進とイノベーション・マネジメント理論の構築• 科学インテグリティ（倫理や見識）の向上に向けた
リーディングクラブの開催

www.icems.kyoto-u.ac.jp 05

組織図2010年5月1日現在

運営協議会（執行部）

拠点長

副拠点長

主任研究者会議議長

事務部門長

中辻 憲夫

北川 進

上杉 志成

富田 眞治

主任研究者

事務部
副事務部門長山崎 猛司

Konstantin
Agladze

Yong Chen

橋田 充

柊 卓志

今堀 博

見学 美根子

総務セクション
神徳 啓之
国際・企画セクション
山田 大輔

木曽 真

北川 進

中辻 憲夫

杉山 弘

髙野 幹夫

植田 和光

外国人研究者支援室

国際広報セクション
飯島 由多加楠見 明弘

CeMIセンター長

原田 慶恵

John Heuser

田中 耕一郎

上杉 志成

山中 伸弥

メゾバイオ1分子イメジングセンター(CeMI)

財務セクション
坂本 雄美
外部資金セクション
中 定弘
施設・安全衛生セクション
田中 哲郎

iCeMS
京都フェロー

情報システム管理室
森村 吉貴
Peter Carlton

岐阜大学
サテライト

木曽 真

Ziya Kalay

イノベーション
マネジメント

仙石 慎太郎

科学コミュニケーション

加藤 和人(連携)連携機関• UCLA カリフォルニア・ナノシステム研究所• マックス・プランク分子細胞生物学・遺伝学研究所• インド国立生命科学研究センター• パデュー大学 基礎・応用膜科学センター• 理化学研究所 発生・再生科学総合研究センター• ケンブリッジ大学 ウェルカム・トラスト幹細胞研究センター

06 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

村上 達也

山本 拓也

連携教員
• 陰山 洋 (京都大学大学院 工学研究科)• 北川 宏 (京都大学大学院 理学研究科)• 林 民生 (京都大学大学院 理学研究科)• 斎藤 通紀 (京都大学大学院 医学研究科)• 篠原 隆司 (京都大学大学院 医学研究科)• 白川 昌宏 (京都大学大学院 工学研究科)

外部有識者委員会• Barbara Baird (コーネル大学)• Daniel Choquet (ボルドー第2大学)• Lee Eng-Hin (シンガポール国立大学)• 諸熊 奎治(京都大学)• 大隈 典子(東北大学)• Kenneth R. Poeppelmeier (ノースウェスタン大学)• Ferdi Schüth (マックス・プランク研究所)• 竹市 雅俊(理化学研究所)• Fiona Watt (ケンブリッジ大学)

連携機関・
サテライト

国内外の6つの連携機関及び岐阜大学サテライトと緊密に協力し合い、国際的な研究活動を展開しています。

• UCLA カリフォルニア・ナノシステム研究所（CNSI）• マックス・プランク分子細胞生物学・遺伝学研究所（MPI-CBG）• インド国立生命科学研究センター（NCBS）• パデュー大学 基礎・応用膜科学センター（PUBAMS）• 理化学研究所 発生・再生科学総合研究センター（CDB）• ケンブリッジ大学 ウェルカム・トラスト幹細胞研究センター（CSCR）• 岐阜大学サテライト

組織的な若手研究者等
海外派遣
プログラム

iCeMSでは、若手研究者の国際キャリアパス支援のため、日本学術振興会（JSPS）の支援を受けて、発信型の海外派遣事業である「組織的な若手研究者等海外派遣プログラム」を実施
しています。このプログラムには以下の2種類があります。
①長期型：国際セミナーへの派遣（対象：講師、助教など）
主として国際派研究者を目指す講師、助教に対し、長期（2〜3ヶ月）に渡る海外での研究者
間交流、共同研究の推進やネットワーキング（人脈構築）をサポートします。
【4〜6名／年】②短期型：海外面接への派遣（対象：研究員、大学院生など）
主として海外でのポジション獲得を目指す研究員や大学院生に対し、海外面接のための渡航（2 〜 3 週間）をサポートします。本制度を利用する事によって、事前のプレゼン指導や帰国後のフォローアップが受けられます。
【6〜9名／年】
どちらのプログラムにおいても「 派 遣 者が滞 在 先におけるiCeMSの 情 報 発 信 源 」となり、
iCeMSの知名度の向上に貢献することも期待されています。

若手研究者
探索融合
研究助成

学際融合研究を推進するため、iCeMSでは2つの研究助成プログラムを実施しています。
iCeMS若手研究者 探索融合研究助成
iCeMSの複数の研究グループの若手研究者が共同で新たに始める融合研究の提案を毎年募集し、有望なプロジェクトに対してスタートアップ資金の助成を行っています。多様な分野の探索的な融合研究推進を目指し、iCeMS以外の研究者の参画も受け入れています。
2010年度は28件を採用しました。
iCeMS学際融合研究推進プロジェクト
助成の対象をiCeMS研究者と共同研究を行う京都大学の若手研究者にも拡大し、広く学内から学際融合研究を誘致する『学際融合研究推進プロジェクト』を2010年度から開始しました。学内研究者及びiCeMS側研究者の双方にスタートアップ資金が提供されます。
2010年度は19件を採用しました。

www.icems.kyoto-u.ac.jp 07

研究グループ 01

Konstantin Agladze グループ
生物物理学、非線形科学
教員
Konstantin Agladze（教授）
馬籠 信之（助教）■ 研究概要Agladzeグループでは、生物物理学・化学・生物化学・物質科学・計算

4．心臓組織修復のための包括的実験モデルとしての、多能性細胞由来の機科学など多岐に亘る分野の研究者が、興奮性や自己組織化システムに心筋細胞と初代培養心筋細胞との相互作用ならびに共有ネットワーク

関する物理学と生物 物理学の学際融 合研究を共同で進めています。特形成の研究に、心臓組織内で起こる致命的にもなりかねないカオス状態（過度な興奮状態）への推移のメカニズムに着目しています。心臓がどのようにしてその組織的な統制機能を失うのかを理解することで、不整脈に対する効
果的な手法を確立することが可能となります。一般的に、心臓がそのような危機的状態になる前に、通常ならば直線的にしか進行しない興奮波の形状がラセン状となったり、あるいは同じ部分を回り続ける再侵 入状態（リエントリー）になったりするとされています。現在、私たちのグループ
では、下記の４テーマについて研究を行っています。
1．曲率に起因した進行波の途絶によって生じる、心臓でのリエントリー（あるいはラセン波）形成に関する基本的メカニズムの研究
2．心筋細胞における電位依存性チャンネルの光に対する可逆的応答と、それに続く心筋細胞機能に関与する膜―蛋白質複合体のメゾスケール
レベルでの変化に基づいた、心臓活動制御に関する新規な手法の開発
3．ナノサイズ径 の高分 子 繊 維と単一 細 胞との 接 着を考慮した、メゾス
ケールからのアプローチによる心臓組織工学のためのナノファイバー骨格の開発：この足場により、適切に制御された構造を有する機能的■ 主要論文Magome, N. and Agladze, K. Patterning and excitability control in
cardiomyocyte tissue culture. Phys. D 239, 1560–1566 (2010).
Horning, M., Isomura, A., Agladze, K. and Yoshikawa, K. Liberation of apinned spiral wave by a single stimulus in excitable media. Phys. Rev. E
79, 026218 (2009).
Isomura, A., Horning, M., Agladze, K. and Yoshikawa, K. Eliminating
spiral waves pinned to an anatomical obstacle in cardiac myocytes byhigh-frequency stimuli. Phys. Rev. E 78, 066216 (2008).
Pumir, A., Nikolski, V., Horning, M., Isomura, A., Agladze, K.,
Yoshikawa, K., Gilmour, R., Bodenschatz, E. and Krisky, V. Wave
emission from heterogeneities opens a way to controlling chaos in theheart. Phys. Rev. Lett. 99, 208101 (2007).
Agladze, K., Kay, M. W., Krinsky, V. and Sarvazyan, N. Interaction
between Spiral and Paced Waves in Cardiac Tissue. Am. J. Physiol.
Heart Circ. Physiol. 293, H503–H513 (2007).

な人工的心臓組織パッチが作成可能です。

培養心筋組織（免疫染色）

UV 照射によって制御された培養心筋組織での伝播経路

伝播する興奮波の蛍光画像

08 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

単一心筋細胞と PMGI ナノファ
イバーの相互作用

研究グループ 02

Yong Chen グループ
ナノバイオテクノロジー
教員
Yong Chen（教授）■ 研究概要Chenグループは、マイクロ流体技術とナノファブリケーション技術を専

学際融合プロジェクトとしてiCeMS内で下記のような共同研究を進め門としています。これらの技術を用い、細胞を取り巻く微小な環境を調節ています。

する手法や、多種多様な材料からより効果的なものを短時間で選び出す

1．ナノファブリケーション基盤とマイクロ流体チャンバを用いたES/iPS

ハイスループットスクリーニング手法を開発し、広く細胞生物学の研究に細胞の増殖及び分化制御（中辻グループ他）

役立てることを目的としています。具体的には、細胞外環境にある可溶性

2．心筋細胞解析用ナノ足場材料の構成（Agladzeグループ）の細胞制御因子、細胞外マトリクス、そして細胞−細胞間相互作用のメカ

3．神経 細胞の成長を支持するマイクロ・ナノ流 路ツールの開発（見学グ

ニズムの一切を詳しく調べることができるような新しい手法とツールを開 発しています。一 例として、幹 細 胞から誘 導してきた神経細胞ネット
ワークの形成に成功いたしました。これは基礎と応用との両面の研究に

ループ）
4．高分解 能の刺 激と単一 細 胞イメージング用ナノインジェクタの開発（楠見グループ）

有益なモデル実験系になりうると期待しています。
種々の基板表面と多電極アレイの作製には一般的なナノファブリケー
ション技術を用い、細胞培養液と分泌因子の厳密な投与にはマイクロ流路技術を用いました。複雑な形にデザインされた細胞ネットワークがどう機能するかは興味深い点であり、中でも特に注目しているのは、細胞と物質の相互作用が空間スケールによって異なる点です。また、ナノファブリケーション
基板やナノスキャフォールド（足場材料）の上で胚性幹（ES）細胞等種々の細胞を培養する実験を行い、疑似3次元形状のES細胞コロニーが未分化状態を安定に維持しうる、などの興味深い結果を得ることが出来ました。

■ 主要論文Liu, L., Luo, C. X., Ni, X. F., Wang, L., Yamauchi, K., Nomura, S. M.,
Nakatsuji, N. and Chen, Y. A micro-channel-well system for culture anddifferentiation of embryonic stem cells on different types of substrate.
Biomed. Microdevices 12, 505–11 (2010).
Hu, J., Shi, J., Zhang, F., Lei, L., Li, X., Wang, L., Liu, L. and Chen, Y.
High resolution and hybrid patterning for single cell attachment,
Microelectron. Eng. 87, 726–729 (2010).

最近では、パターンが刻まれた基板やニューロンチップの上に細胞ネッ
トワークの形成を確認し、多電極アレイと蛍光顕微鏡観察を使って特徴的な電気信号の伝達を記録することを検討しているところです。この研究における究極のゴールは、マイクロ流 体および多電極アレイ技 術を使って、幹細胞から誘導した神経細胞ネットワークを機能させ、高い時空間分解能で化学的・電気的刺激に対する応答を調べることのできる実験系を構築することです。
また、遺伝子発現システムを内包した細胞サイズのリポソームを用いて人工細胞モデルの構築も行っています。特に、機能的な膜タンパク質の発現に注目し、細胞生物学に役立つ、より実際的な細胞モデルの提供を目
指しています。

Luo, C. X., Ni, X. F., Liu, L., Nomura, S. M. and Chen, Y.
Degassing-Assisted Patterning of Cell Culture Surfaces. Biotechnol.
Bioeng. 105, 854–859 (2010).
Zhou, X. T., Shi, J., Zhang, F., Hu, J., Li, X., Wang, L., Ma, X. M. andChen, Y. Reversed cell imprinting, AFM imaging and adhesion analysesof cells on patterned surfaces. Lab Chip 10, 1182–1188 (2010).
Yamaji, K., Kanai, T., Nomura, S. I. M., Akiyoshi, K., Negishi, M., Chen,
Y., Atomi, H., Yoshikawa, K. and Imanaka, T. Protein synthesis in giant
liposomes using the in vitro translation system of Thermococcus
kodakaraensis. IEEE Trans. Nanobiosci. 8, 325–331 (2009).

ナノ足場材料とマイクロ流体技術

ナノ足場材料による
胚性幹細胞制御心筋細胞および神経細胞ネットワーク

遺伝子発現する
人工細胞モデル

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研究グループ 03

原田 慶恵 グループ
１分子生理学教員
原田 慶恵（教授）
有吉 眞理子（特任准教授）

横田 浩章（講師）
韓 龍雲（助教）■ 研究概要私たちの体の中で機能している生体分子の大きさはおよそ数nmから数百nmです。この大きさはちょうどミクロとマクロの接点 メゾ 領域です。生体分子の住む世界と私たちの住む世界の決定的な違いは、熱ゆらぎが無視できないという点です。生体分子は常に大きな熱ゆらぎにさらされています。そのため、生体分子は人工機械とは異なり、熱ゆらぎを巧みに利用しながら機能していると考えられます。たとえば、RNAポリメ
ラーゼはDNA上のプロモーター部位を探す時、DNA上を１次元拡散する
ことが知られています。このような生体分子の巧みな分子機構を明らかにすることが原田グループの究極の目的です。

■ 主要論文Miyazono, Y., Hayashi, M., Karagiannis, P., Harada, Y. and Tadakuma,
H. Strain through the neck linker ensures processive runs: a
DNA-kinesin hybrid nanomachine study. EMBO J. 29, 93–106 (2009).
Sasuga, Y., Iwasawa, T., Terada, K., Oe, Y., Sorimachi, H., Ohara, O.
and Harada, Y. Single-cell chemical lysis method for analyses of
intracellular molecules using an array of picoliter-scale microwells. Anal.
Chem. 80, 9141–9149 (2008).
Hayashi, M. and Harada, Y. Direct observation of the reversible
unwinding of a single DNA molecule caused by the intercalation ofethidium bromide. Nucleic Acids Res. 35, e125 (2007).

生体分子の働くしくみを知るためには、個々の分子の動きをみたり、分子に直接さわったりすることが非常に役に立ちます。そこで私たちのグループでは、個々の生体分子の動きや構造変化を直接観察することができる１分子イメージング顕微鏡や、分子を光ピンセットや磁気ピンセット
で捕まえて操作する方法、分子の発生する微小な力を測定する装置などを開発してきました。現在、それらを使って、DNAの複製・修復・組み換えに関わるタンパク質の機能を調べています。
DNAの複製・修復・組み換えは、種の遺伝的連続性を保証する最も重Han, Y., Tani, T., Hayashi, M., Hishida, T., Iwasaki, H., Shinagawa H.
and Harada, Y. Direct observation of DNA rotation during branchmigration of Holliday junction DNA by Escherichia coli RuvA-RuvB
protein complex. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 11544–11548(2006).
Sasuga, Y., Tani, T., Hayashi, M., Yamakawa, H., Ohara, O. andHarada, Y. Development of a microscopic platform for real-timemonitoring of biomolecular interactions. Genome Res. 16, 132–139(2006).

要な機構です。DNA複製が驚くほど複雑なのは、DNAの情報を子孫に正確に伝えなければいけないからです。DNA複製の際、さまざまなタン
パク質分子が実際にどのように相互作用し、非常に複雑な反応を速やかDNA ポリメラーゼに、そして絶妙の精度で触媒するのかについてのダイナミクスはわかっていません。
一本鎖DNA結合タンパク室

DNA ヘリカーゼ

そこで私たちは１分子測定技術をさらに発展させ、DNA−タンパク質
間、タンパク質−タンパク質間の相互作用の１分子イメージング測定と、磁気ビーズ相互作用しているDNA１分 子の力学測定の同時計 測を通して、DNA複製・修復・組み換え機構の１分子レベルでの解明をめざしています。

タンパク質

転写

損傷除去

組み換え

直径数μmのビーズ
蛍光ビーズ
損傷認識
DNA

タンパク質

10 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

蛍光色素
損傷DNA

研究グループ 04

橋田 充 グループ
薬物送達システム教員
橋田 充（教授）■ 研究概要ドラッグデリバリーシステム（DDS）は、薬物の体内動態を精密に制御

4．カーボンナノチューブなどの新規素材を用いたキャリアシステムの開発することによって薬物治療の最適化を図る投与技術の新しい概念です。バ

5．薬物の経粘膜、経皮膚吸収のインシリコ予測

イオ医薬品や遺伝子医薬品に代表される将来の薬物治療を支える基盤技術として、現在、創薬科学の重要分野の一つとされています。橋田グループ
では、現在、独特な性質を有する新しい物質を用いた医薬品や遺伝子送達のためのキャリア開発に主眼をおいています。その中の一つとして、カーボンナノチューブ（CNT）を用いたDDS開発に取り組んでいます。まず、CNTの生体内利用のためには水への可溶化が必要なため、私たちはペプチドを用いた水への分散法を開発しています。さらに、薬物送達キャ
リアとして利用するために、CNTに対する機能性の付与を行っています。この研究では、物性評価においては今堀グループと、糖鎖修飾においては木曽グループと共同研究を行っています。また、木曽グループと共同■ 主要論文Nakanishi, H., Higuchi, Y., Kawakami, S., Yamashita, F. and Hashida,
M. PiggyBac transposon-mediated long-term gene expression in mice.
Mol. Ther. 18, 707–14 (2010).
Un, K., Kawakami, S., Suzuki, R., Maruyama, K., Yamashita, F. andHashida, M. Enhanced transfection efficiency into macrophages anddendritic cells by a combination method using mannosylated lipoplexes
and bubble liposomes with ultrasound exposure. Hum. Gene Ther. 21,
65–74 (2010).

で新規薬物キャリアも行っています。電気的に中性なリンカーにより糖質とコレステロールの複合体を合成し、より細胞選択性の改良された薬物
キャリアの開発を行っています。

Higuchi, Y., Kawakami, S., Yamashita, F. and Hashida, M. The potential
role of fucosylated cationic liposome/NFkappaB decoy complexes inthe treatment of cytokine-related liver disease. Biomaterials 28, 532–9(2007).

他にも、私たちのグループでは、下記のようなドラッグデリバリー技術の開発に取り組んでいます。
1．薬物ターゲティングを目的とした高分子あるいは微粒子性キャリアの開発
2．化学的修飾を利用したタンパク質医薬品のインビボ動態制御とターゲ
ティング
3．遺伝子医薬品の細胞特異的デリバリー

www.icems.kyoto-u.ac.jp 11

研究グループ 05

John Heuser グループ
生物物理学、細胞生物学
教員
John Heuser（教授）諸根 信弘（講師）
Tatyana Tenkova-Heuser（特任助教）■ 研究概要Heuserグループの目標は、細胞内のメゾスケール分子機械を生きた状

れたES及びiPS細胞を開発及び解析する予定です。

態のまま瞬時に固定して、電子顕微鏡で観察する技術の開発です。基盤技術として、急速凍結・ディープエッチ電子顕微鏡法が挙げられます。こ2．上記のプロジェクトに関連して、フィブリル形成の高速１分子イメージ

れは、脳神経シナプスや神経 筋接 合部からの神経 伝達物質の量子的放ングを電子顕微鏡で相補的解析します。特に生きた細胞での細胞膜及出、シナプス小胞と呼ばれるメゾサイズの構成要素の分泌メカニズム等をびオルガネラ動態への影響を検討します。実際、楠見グループとの共可視化するために、私たちが独自に開発したものです。今やこの技術は世同研究では、先進高速１分子イメージングが持つ諸性能のうち、どれ界中に普及し、他の電子顕微鏡研究者でも細胞内の様々なメゾマシンのが電子顕微鏡に匹敵するかを決定する予定です。

構造やダイナミクス（受容体タンパク質によるシグナル分子複合体、アクトミオシンの細胞骨格ネットワーク、クラスリン被覆ピットやカベオラ、細3．iCeMS内で進行している多くの学際研究に対して、電子顕微鏡による胞小器官形成など様々な細胞膜の分化能）を可視化できるようになりま支援を提供しています。例えば、高野・北川グループによるナノ多孔質

した。

材料の開発、上田・楠見グループによる脂質輸送や脂質凝集体形成の可視化法の開発、柊、見学、中辻グループの研究における細胞小器官

私たちの技術は、神経伝達ばかりでなく筋収縮、ウィルス感染、免疫シ形成の時空間解析があります。

ナプス形成、小胞輸送、ニューロン新生に伴う細胞移動で見られる、極めて小規模で瞬時に起こる細胞内プロセスを捕捉→可視化→理解するのに利用されています。
さらに、細胞機能の根底にある分子メカニズムをメゾスケールで解明するため、フリーズエッチ法を改良して抽出及び精製タンパク質やDNA分子の可視化に取り組んでいます。細胞・オルガネラから巨大分子まで、私たちの急速凍結試料には細胞やオルガネラに元来存在する全てのメゾ構
造物が残っているため、生きた状態を反映した真に迫ったイメージが得られます。今日では、トモグラフィーやステレオグラフィーといった最新の3次元イメージングを導入することで、従来よりも高い解像度で可視化できるようになっています。
現在は、急速凍結した細胞を何も操作せずに直接可視化できるクライ
オSEMの開発にも着手し、3次元細胞内メゾ構造解析の領域で世界をリードしています。
iCeMSの他のグループと共に私たちが取り組んでいる学際融合研究は、以下の通りです。

■ 主要論文Hanson, P. I., Roth, R., Lin, Y. and Heuser, J. E. Plasma membrane
deformation by circular arrays of ESCRT-III protein filaments. J. Cell
Biol. 180, 389–402 (2008).
Morone, N., Nakada, C., Umemura, Y., Usukura, J. and Kusumi, A.
Three-dimensional molecular architecture of theplasma-membrane-associated cytoskeleton as reconstructed byfreeze-etch electron tomography. Methods Cell Biol. 88, 207–36 (2008).
Heuser, J. Evidence for recycling of contractile vacuole membrane
during osmoregulation in Dictyostelium amoebae – A tribute to Gunther
Gerisch. Eur. J. Cell Biol. 85, 859–871 (2006).
Morone, N., Fujiwara, T., Murase, K., Kasai, R. S., Ike, H., Yuasa, S.,
Usukura, J. and Kusumi, A. Three-dimensional reconstruction of themembrane skeleton at the plasma membrane interface by electron
tomography. J. Cell Biol. 174, 851–862 (2006).
Heuser, J. Deep-etch EM reveals that the early poxvirus envelope is asingle membrane bilayer stabilized by a geodetic “honeycomb” surface
coat. J. Cell Biol. 169, 269–283 (2005).

1．神経変性疾患にみられる神経及びグリア細胞での悪性化フィブリルのメゾ構成要素（アルツハイマー病で発現してくる老人班やパーキンソ
ン病、ハンチントン病、筋萎縮性側索硬化症等々で形成される細胞内
線維アミロイド凝集体）を電子顕微鏡で可視化します。中辻グループとの共同研究により、これらの疾患を概括できるように遺伝子設計さ試料：
1．クラスリン被覆ピット
2．アクチン膜骨格・カベオ
3．カベオラ4．酵母
5．小腸組織

12 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

研究グループ 06

柊 卓志 グループ
発生生物学
教員
柊 卓志（教授）■ 研究概要■ 主要論文

約60兆個もの細胞からなる我々の体は、たった一つの細胞である卵からどうやって作られるのだろう？ そのすべてのからくりが、どのようにして一つの細胞に記されているのだろう？

という疑問は、発生学の始まりです。私たちのグループは、この答えを求めて、まずは、丸い卵が最初の形を作り出す仕組みを理解しようとしています。
私たちの体の設計図の始まりがどのように描かれているかは、半世紀以上前から繰り返し議論されてきましたが、実は未だによく分かっていません。私たちのグループは、マウス初期発生をライブで観察するシステムを立ち上げ、その発生過程は非常にダイナミックなものであることに驚かされました。哺乳類初期発生では、運命決定因子や細胞系譜は重要な役

Honda, H., Motosugi, N., Nagai, T., Tanemura, M. and Hiiragi, T.
Computer simulation of emerging asymmetry in the mammalian
blastocyst. Development 135, 1407–1414 (2008).
Dietrich, J. E. and Hiiragi, T. Stochastic patterning in the mouse
pre-implantation embryo. Development 134, 4219–4231 (2007).
Hiiragi, T., Louvet-Vallee, S., Solter, D. and Maro, B. Does prepatterning
occur in the mouse egg? Nature 442, E3–4 (2006).
Motosugi, N., Dietrich, J. E., Polanski, Z., Solter, D. and Hiiragi, T.
Space asymmetry directs preferential sperm entry in the absence ofpolarity in the mouse oocyte. PLoS Biology 4, e135 (2006).

割を果たさず、哺乳類以外の動物種で用いられている決定論的メカニズ
ムでは胚発生を説明できません。偶発的要素を様々な局面で含み、8細胞期に形成される上皮細胞極性を基礎とした、細胞のかたちや機械的な情報を取り入れながら、自律的にかたち・パターン作りを行うというのが、哺Motosugi, N., Bauer, T., Polanski, Z., Solter, D. and Hiiragi, T. Polarity ofthe mouse embryo is established at blastocyst and is not prepatterned.
Gene. Dev. 19, 1081–1092 (2005).

乳類初期発生の基本原理のようです。
したがって、従来の概念にとらわれない自由な発想、胚を生物システム
として多角的に理解する姿勢が求められています。いっぽう、「形」の変化
を「観て」考えるという基 本姿勢を大 切にしています。私たちは、分子・細胞生物学を包括的に用いながら、顕微鏡の開発や、数学、物理学的アプローチも試み、必要なあらゆる手段を駆使して、生命の謎に取り組みます。

全能性を宿す卵

マウス初期胚、胞胚の形成

マウス初期胚形成のコンピュータシミュレーション

初期細胞系列特異的な蛍光発現をもつレポーターマウス

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研究グループ 07

今堀 博 グループ
有機化学、光化学、薬物送達システム
教員
今堀 博（教授）■ 研究概要私たちのグループでは人工光合成と太陽エネルギー変換システムの構築を目指しています。特に、高効率の太陽エネルギー変換に有利であると考えられるフラーレンの優れた電子移動特性（小さな最配列エネルギー）を見出しました。すなわち、フラーレンを用いれば、光励起により高効率・長寿命の電荷分離状態を生成することが可能となります。また、この特性を活かして有機太陽電池を始めとした有機エレクトロニクスへの広範な応■ 主要論文Sagawa, T., Yoshikawa, S. and Imahori, H. One-dimensional
nanostructured semiconducting materials for organic photovoltaics. J.
Phys. Chem. Lett. 1, 1020–1025 (2010).
Imahori, H., Umeyama, T. and Ito. S. Large π aromatic molecules aspotential sensitizers in dye-sensitized solar cells. Acc. Chem. Res. 42,
1809–1818 (2009).

用が期待されています。以上のようにフラーレンを用いた人工光合成と太陽エネルギー変換は国内外で高い評価を受けています。
化石燃料の枯渇と地球環境の悪化から持続可能な太陽エネルギーを電気に変換する太陽電池に注目が集まっています。しかしながら、シリコンに代表される無機太陽電池の発電コストは水力・火力発電コストを大幅に上回っています。有機太陽電池は現状では変換効率が低いものの、柔軟性、
軽量性、彩色性などの利点を有していることから、今後の性能向上に期待が集まっています。
私たちのグループでは色素増感太陽電池、バルクヘテロ接合太陽電池、
新型太陽電池などの様々な有機太陽電池の研究を行っています。特に、上Matano, Y. and Imahori, H. Phosphole-containing calixpyrroles,
calixphyrins, and porphyrins: Synthesis and coordination chemistry.
Acc. Chem. Res. 42, 1193–1204 (2009).
Imahori, H. and Umeyama, T. Donor-acceptor nanoarchitecture on
semiconducting electrodes for solar energy conversion. J. Phys. Chem.
C 113, 9029–9039 (2009).
Kira, A., Umeyama, T., Matano, Y., Yoshida, K., Isoda, S., Park, J.-K.,
Kim, D. and Imahori, H. Supramolecular donor-acceptor heterojunctions
by vectorial stepwise assembly of porphyrins and coordination-bonded
fullerene arrays for photocurrent generation. J. Am. Chem. Soc. 131,
3198–3200 (2009).

記の特性を併せ持つ新型ハイブリッド有機太陽電池の開発に成功しています。また、現在、変換効率8%以上を達成しています。
有機化学と光化学を基盤にして、私たちはiCeMSの他のグループとの新規な学際融合研究を展開しています。
1．光治療のための光捕集メゾ材料および細胞を可視化するための多機能性発光メゾ材料の開発（村上フェロー、橋田グループ）
2．細胞機能の解明や幹細胞の制御を目指した光機能性メゾ材料による人工膜輸送系の構築（植田グループ）

分子レベルのバイコンティニュアスドナー・アクセプターネットワーク
による高効率ホール・電子輸送

理想的なバルクヘテロ接合太陽電池の模式図

14 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

ポルフィリン色素増感太陽電池における光電流発生

研究グループ 08

見学 美根子 グループ
神経発生生物学、細胞生物学
教員
見学 美根子（准教授）■ 研究概要■ 主要論文

多細胞生物の組織が形作られ機能を発現する上で、細胞の形と位置が正しく制御されることが必須です。哺乳類脳では数百億個と概算されるニューロンが整然と配置し、それぞれ複雑な突起を伸展して特異的な神経回路を形成しています。発生中のニューロンは極めて躍動的で、分裂層から脳内の機能部位まで長距離を細胞移動し、さらに複雑に分岐した樹状突
起と軸索を伸展させることによって特定の相手とシナプス結合します。これらの細胞運動は細胞骨格および細胞膜分子の構造的・化学的活性の動的な変化により制御されると考えられますが、その複雑な時空間的制御についてはほとんど明らかでありません。私達はニューロンの細胞運動、特にニューロン移動と樹状突起形成過程において、細胞内のメゾ空間で起こる
ダイナミックな分子間相互作用を明らかにすることを目指します。また
ニューロンの細胞・分子運動を可視化するためのイメージング技術を同時に開発していきます。
以下3つを主な研究テーマとします。
1．ニューロン移動におけるオルガネラ輸送を司る細胞骨格運動のライブ
イメージング解析

Kurisu. J., Fukuda. T., Yokoyama. S., Hirano, T. and Kengaku, M.
Polarized targeting of DNER into dendritic plasma membrane inhippocampal neurons depends on endocytosis. J. Neurochem. 113,
1598–1610 (2010).
Fukazawa, N., Yokoyama, S., Eiraku, M., Kengaku, M. and Maeda, N.
Receptor type protein tyrosine phosphatase zeta-pleiotrophin signaling
controls endocytic trafficking of DNER that regulates neuritogenesis.
Mol. Cell. Biol. 28, 4494–4506 (2008).
Umeshima, H., Hirano, T. and Kengaku, M. Microtubule-based nuclear
movement occurs independently of centrosome positioning in migratingneurons. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104,16182–7 (2007).
Fujishima, K., Kiyonari, H., Kurisu, J., Hirano, T. and Kengaku, M.
Targeted disruption of Sept3, a heteromeric assembly partner of Sept5
and Sept7 in axons, has no effect on developing CNS neurons. J.
Neurochem. 102, 77–92 (2007).
Eiraku, M., Tohgo, A., Ono, K., Fujishima, K., Kaneko, M., Hirano, T.
and Kengaku, M. DNER acts as a neuron-specific Notch ligand during
Bergmann glial development. Nat. Neurosci. 8, 873–880 (2005).

2．樹状突起分岐パターン形成の生物学的・物理学的原理の解明
3．ニューロンの細胞運動の分子動態を可視化するイメージング技術の開発

哺乳動物小脳皮質の細胞構築

小脳発生における顆粒細胞移動のタイムラプス観察像

蛍光標識した小脳プルキンエ細胞とグラフィック画像

www.icems.kyoto-u.ac.jp 15

研究グループ 09

木曽 真 グループ
応用生物有機化学、生理活性天然物化学
教員
木曽 真（教授）
安藤 弘宗（准教授）■ 研究概要iCeMS岐阜大学サテライトでは糖質（とくに「糖鎖」と呼ばれている分子）が様々な生命現象で発揮している多様な機能を化学的な手法によりカーボンナノチューブおよびリポソームを薬物キャリヤーとして用いる
革新的薬物送達システム（DDS）の開発

分子レベルで解明し、その機能を医薬へと応用することを目指しています。
そのために、私たちの研究は糖鎖を自在に化学合成することができる強力な方法の確立と、生物学的に重要な糖鎖および機能化した糖鎖プロー■ 主要論文

物理学との学際研究を展開し、糖鎖の機能理解と機能応用を展開します。

Fujikawa, K., Nohara, T., Imamura, A., Ando, H., Ishida, H. and Kiso, M.
A cyclic glucosyl ceramide acceptor as a versatile building block forcomplex ganglioside synthesis. Tetrahedron Lett. 51, 1126–1130(2010).

これまでに私たちが合成した糖鎖は、免疫系、ウィルスの感染、癌の転

Iwayama, Y., Ando, H., Ishida, H. and Kiso, M. A first total synthesis ofganglioside HLG-2. Chem. Eur. J. 15, 4637–4648 (2009).

ブを多様に擁するグライコバンクの創生に注力します。さらに、グライコ
バンクの糖鎖分子を用いて分子生物学、発生生物学、構造生物学、生物移などに関わる様々な生物学の研究に利用されています。iCeMSでは、
グライコバンクの糖鎖分子を用いた、以下のような新たな分野横断的な研究を開始しています。
1．幹細胞科学（中辻グループ、山中グループ）とナノ材料科学（Chenグループ）との共同による、幹細胞（ES細胞、iPS細胞）の分化、増殖を誘導する（と考えられる）構造均一の合成糖鎖から成る幹細胞制御のための糖鎖ディレクターシステムの創製
2．１分子細胞生物物理学（楠見グループ）との共同による、膜成分の機能性複合体である「ラフト」の形成と機能を解明するための、細胞膜１分子追跡用糖鎖プローブの開発
3．薬品動態制御学（橋田グループ）とナノ材料科学、バイオマテリアル科
学（北 川グループ、今 堀グループ）との共同による、糖鎖修飾機能性

グライコバンク構想の概念図

16 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

Imamura, A., Ando, H., Ishida, H. and Kiso, M. Ganglioside GQ1b:
Efficient total synthesis and the expansion to synthetic derivatives to
elucidate its biological roles. J. Org. Chem. 74, 3009–3023 (2009).
Stenmark, P., Dupuy, J., Imamura, A., Kiso, M. and Stevens, R. C.
Crystal structure of botulinum neurotoxin type a in complex with the cellsurface co-receptor GT1b–insight into the toxin–neuron interaction.
PLoS Pathog. 4, 1–10 (2008).
Abdu-Allah, H. H. M., Tamanaka, T., Yu, J., Lu, Z., Sadagopan, M.,
Adachi, T., Tsubata, T., Kelm, S., Ishida, H. and Kiso, M. Design,synthesis, and structure-affinity relationships of novel series of sialosides
as CD22-specific inhibitors. J. Med. Chem. 51, 6665–6681 (2008).

研究グループ 10

北川 進 グループ
錯体化学、生物無機化学、多孔性材料、バイオマテリアル
教員
北川 進（教授）
上野 隆史（准教授）古川 修平（特任准教授）

松田 亮太郎（特任准教授）
小林 浩和（特定助教［産官学連携］）
Stéphane Diring（助教）■ 研究概要北川グループでは、1nmよりも小さいサイズから数nmのサイズにわた

4．多孔性材料を蛋白質等の生体物質で作製することができれば、より細る大きさの空間をもつ多孔性材料を開発し、その空間内に取り込まれた分胞に親和性の高い、機能性材料となり得ます。そのために、蛋白質に子やイオンが主役となって引き起こすサイエンスを研究しています。私た

望みの機能を設計し、細胞へ 導入可能な多孔性材料の作製を進めるちが対象とするこの多孔性材料は、無機−有機ハイブリッド材料（多孔性ことができます。

配位高分子、porous coordination polymer（PCP）またはmetalorganic framework（MOF）と呼ばれる）や多孔性蛋白質結晶です。
P CPは、地 球 環 境、エネルギー、生 命にとって重 要なH 2、O 2、CH 4 、
CO 2、NO等を自在に分離、貯蔵、徐放等の機能を持つ材料で世界的に注■ 主要論文Horike, S., Shimomura, S. and Kitagawa, S. Soft porous crystals. Nat.
Chem. 1, 695–704 (2009).

目されています。また気体のみならず細胞の機能に重要な役割を担うイオンを選択的に貯蔵、放出、輸送をおこなう機能も期待できます。蛋白質
結晶はナノ粒子の生成、貯蔵、触媒機能などを合理的に設計できる新しい生体材料です。これらの多孔性材料はこれまで、取り扱いやすさからマイクロメータより大きいサイズの量、いわゆるバルク材料を対象としてその機能が用いられてきましたが、最近、私たちは5〜100nm程度のサイ
ズの結晶粒子（メゾ領域サイズ）に注目してその合成、構造と機能を研究しています。5nmより小さい場合は、いわゆる従来の１分子の化学であり、構造が明らかになるとその機能は一義的に決定されます。一方、バル
クサイズも 固い 構造でその機能は固有のものです。しかしメゾ領域にある結晶では、化学的、物理的環境に対して、構造は揺らいだり、敏感に応答するなどこれまでにない協同的機能が期待されます。このメゾサイズ
はまさに細胞が機能を生み出している領域に対応しています。現在、我々が開発してきたこれら材料の地球環境、エネルギー問題解決への応用、細胞への応用、そして空間物質-細胞による新しいサイエンスを拓きつつあります。

Bureekaew, S., Horike, S., Higuchi, M., Mizuno, M., Kawamura, T.,
Tanaka, D., Yanai, N. and Kitagawa, S. One-dimensional imidazole
aggregate in aluminium porous coordination polymers with high proton
conductivity. Nat. Mater. 8, 831–836 (2009).
Abe, S., Hirata, K., Ueno, T., Morino, K., Shimizu, N., Yamamoto, M.,
Takata, M., Yashima, E. and Watanabe, Y. Polymerization of
Phenylacetylene by Rhodium Complexes within a Discrete Space of
apo-Ferritin. J. Am. Chem. Soc. 131, 6958–6960 (2009).
Maji, T. K., Matsuda, R. and Kitagawa, S. A Flexible Interpenetrating
Coordination Framework with a Bimodal Porous Functionality. Nat.
Mater. 6, 142–148 (2007).
Matsuda, R., Kitaura, R., Kitagawa, S., Kubota, Y., Belosludov, R. V.,
Kobayashi, T. C., Sakamoto, H., Chiba, T., Takata, M., Kawazoe, Y.
and Mita, Y. Highly controlled acetylene accommodation in a
metal–organic microporous material. Nature 436, 238–241 (2005).

1．天然ガス、バイオガスなどの石油を源としない材料生産のための、混合ガスの低エネルギー、高効率分離、貯蔵材料の開発
2．多孔性材料を分子、イオン（そして薬物）の輸送体として利用：生命活動に関わるCO、NO、NH 3 等の小分子の吸着、放出を制御できるような多孔性材料を作製する事ができれば、それらを用いて、細胞の解毒や、機能制御が可能となります。
3．細胞膜への組み込み：人工的に合成した多孔性材料を細胞膜に定着させ、気体分子、イオンの細胞内取り込み、細胞外へ放出等、細胞膜機能を人工物質で制御、または細胞機能を刺激するなど、細胞活動の理解をすすめることができます。
外部刺激による細孔機能の制御

多孔性配位高分子の表面修飾

メゾサイズ結晶作成による
多孔性配位高分子機能

蛋白質結晶細孔への金属イオン集積と機能化

www.icems.kyoto-u.ac.jp 17

研究グループ 11

楠見 明弘 グループ
1 分子細胞生物物理学
教員
楠見 明弘（教授）鈴木 健一（特任講師）■ 研究概要楠見グループでは、生きている細胞の中で、細胞膜上の受容体やシグナル分子を 1 個ずつ（1 種の分子という意味ではなく、ホントに 1 個の分子 !!）、
直接に見たり、引っ張って動かしたりしています。それによって、
1. 細胞のシグナル伝達系がシステムとしてどのような機構で働くのか、
2. 神経回路網はどのようにして形成されるのか、の2つの「作動機構」の問題にアプローチしています。生物が進化によって獲得してきた、シグナル系や細胞の社会の働かせ方の「基本的／一般的な戦略」を理解するのが目標です。
このような研究によって、最近、細胞膜の多くの機能が、メゾスケール（1-100nm、iCeMS の定 義よりナノの方にやや広げ た 定 義）のダイナ
ミックに変化し続ける構造体によって担われていることがわかってきました。これらは、主に3種に大別され、①細胞膜の内側表面に結合している
アクチン線維の網目によるコンパートメント、②コレステロールが中心となって作られるラフトドメイン、③膜タンパク質や膜表面分子の作る会合体です。
これらの研究は、将来のナノ・メゾテクノロジー、ナノ・メゾ再生医工学の基礎となるものです。
図1（左）：１分子追跡法。蛍光分子や金コロイドを特異抗体Fabなどを介して、膜タンパク質や脂質に結合させ、運動を可視化する。我々は、世界最高速の1分子イメジング法を開発してきており、１金コロイド粒子と1蛍光分子の観察の時間分解能は、それぞれ、6と100マイクロ秒（位置決め精度は、17と35nm）である。
図1（右）：光ピンセットによって、金コロイドを捕捉し、細胞膜に沿って膜タンパク質を1分子ずつ動かし、膜骨格やラフトの効果を調べる。
図2：細胞膜の内側表面にあるシグナル伝達分子 Ras が、活性化された

図3：細胞膜の構造とその働き方に関して、パラダイムシフトを要求する
発見ができた。細胞膜は膜骨格（フェンス，左）とそれに結合している膜貫通型タンパク質（ピケット，右）によって30-200nmのコンパートメン
トに仕切られており、そのために、シグナル複合体が形成されると、そこでシグナルの閉じ込めが起こることが分かってきた。

■ 主要論文Kusumi, A., Shirai, Y. M., Koyama-Honda, I., Suzuki, K. G. N. andFujiwara, T. K. Hierarchical organization of the plasma membrane:
investigations by single-molecule tracking vs. fluorescence correlation
spectroscopy (review). FEBS Lett. 584, 1814–1823 (2010).
Umemura, Y. M., Vrljic, M., Nishimura, S. Y., Fujiwara, T. K., Suzuki, K.
G. N. and Kusumi, A. Both MHC class II and its GPI-anchored form
undergo hop diffusion as observed by single-molecule tracking.
Biophys. J. 95, 435–450 (2008).
Suzuki, K. G. N., Fujiwara, T. K., Sanematsu, F., Iino, R., Edidin, M. andKusumi, A. GPI-anchored receptor clusters transiently recruit Lyn andGα for temporary cluster immobilization and Lyn activation:
single-molecule tracking study 1. J. Cell Biol. 177, 717–730 (2007).
Morone, N., Fujiwara, T., Murase, K., Kasai, R. S., Ike, H., Yuasa, S.,
Usukura, J. and Kusumi, A. Three-dimensional reconstruction of themembrane skeleton at the plasma membrane interface by electron
tomography. J. Cell Biol. 174, 851–62 (2006).
Kusumi, A., Nakada, C., Ritchie, K., Murase, K., Suzuki, K., Murakoshi,
H., Kasai, R. S., Kondo, J. and Fujiwara, T. Paradigm shift of theplasma membrane concept from the two-dimensional continuum fluid
to the partitioned fluid: high-speed single-molecule tracking of
membrane molecules. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 34,
351–378 (2005).

瞬間を１分子観察した画像（活性化したときに、分子が発する蛍光が緑から赤く変わる）。この図では上が細胞質。細胞膜の画像はRasを１分子追跡した画像。軌跡は、この分子が制御がかかったブラウン運動をしている
ことを示す。Rasの活性化に伴って、多数の細胞内分子が、急速に、協同
的に、シグナル複合体を作ることがわかった。さらに興味深いことに、この複合体は、１秒以内に分解される。つまり、細胞のシグナルはパルス的で、デジタル式のシグナリングをやっているようだ。このような発見は、普通の多数分子観察では不可能であり、１分子観察の独壇場である。
図2

図1

18 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

図3

研究グループ 12

中辻 憲夫 グループ
幹細胞生物学、発生生物学
教員
中辻 憲夫（教授）
Dongju Jung（講師）饗庭 一博（講師）■ 研究概要多能性幹細胞株（ES／iPS細胞株）は、無制限の増殖能力によって莫3．幹 細 胞の 制 御にとって重 要な 遺伝子発 現を人 工 的な合成化合 物に大な数の細胞を無尽蔵に供給する能力を持つだけでなく、体を作るすべ

よって人為的制御できるようになれば、幹細胞制御技術のブレークスての種類の細胞に分化して作り出す多能性を持っています。従って、多能ルー（飛躍的進歩）になります。私たちは、細胞に内在する転写因子と性幹細胞を未分化な状態で大量に増殖させ、必要に応じて遺伝子導入な

類似の機能を果たす化合物をデザインし合成したのち、幹細胞などへどで加工したのち、目的とする細胞種へと分化させ、必要な機能を果たす

導入する研究を杉山グループ、上杉グループと共同で進めています。

分化細胞を集めて、医学や創薬などに活用することができます。

■ 主要論文
私たちの研究グループは、マウス、サル、ヒトES細胞株の樹立と利用研究を長年にわたって進めてきました。それらの研究成果を基にして、最近ではiPS細胞株への応用、そして化学および微細工学との学際融合研究を進めています。
1．多能 性幹 細 胞 株に疾 患 原 因 遺 伝 子を導入するなどの 遺伝子改 変を行ったのち、症状が起きる種類の細胞へと分化させることにより、疾患モデル細胞を作成することができます。それを用いて、神経変性疾患などの発症機能の解明や、新薬開発に活用することが可能です。異常たんぱく質/ペプチドの生成や疾病メカニズムの分析はCeMI（メゾバイオ１分子イメジングセンター）を含む他のiCeMSグループとの共同研究で進められています。
2．幹細胞の増殖や分化を制御できる低分子化合物をスクリーニングして発見することができれば、幹細胞の研究や応用に貢献する重要なツー
ルとなります。それに加えて、幹細胞の増殖分化や機能制御に役立つ
マイクロデバイスを微細加工によって作りだすことは、創薬など多方面への応用につながります。これらの研究を上杉グループやChenグループと共同で進めています。

Cre/loxPによる部位特異的な遺伝子組み込み

ヒトES細胞

Sakurai, K., Shimoji, M., Tahimic, C. G. T., Aiba, K., Kawase, E.,
Hasegawa, K., Amagai, Y., Suemori, H. and Nakatsuji, N. Efficient
integration of transgenes into a defined locus in human embryonic stem
cells. Nucleic Acids Res. 38, e96 (2010).
Shoji, M., Tanaka, T., Hosokawa, M., Reuter, M., Stark, A., Kato, Y.,
Kondoh, G., Okawa, K., Chujo, T., Suzuki, T., Hata, K., Martin, S. L.,
Noce, T., Kuramochi-Miyagawa, S., Nakano, T., Sasaki, H., Pillai, R. S.,
Nakatsuji, N. and Chuma, S. The TDRD9-MIWI2 complex is essential
for piRNA-mediated retrotransposon silencing in the mouse malegermline. Dev. Cell 17, 775–787 (2009).
Wada, T., Honda, M., Minami, I., Tooi, N., Amagai, Y., Nakatsuji, N. andAiba, K. Highly efficient differentiation and enrichment of spinal motor
neurons derived from human and monkey embryonic stem cells. PLoS
ONE 4, e6722 (2009).
Suzuki, K., Mitsui, K., Aizawa, E., Hasegawa, K., Kawase, E.,
Yamagishi, T., Shimizu, Y., Suemori, H., Nakatsuji, N. and Mitani, K.
Highly efficient transient gene expression and gene targeting in primate
embryonic stem cells with helper-dependent adenoviral vectors. Proc.
Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 13781–13786 (2008).

神経幹／前駆細胞

ドーパミンニューロン

冷却型CCDカメラ

イルミネーションドライバ
蛍光用シャッター

光源 (Hg/Xe)
倒立型蛍光顕微鏡
MAC5000コントローラー

データ解析装置

転写活性因子
最適化された レンチノロール

96穴プレートスキャニング画像
GFP発光

有効化合物の化学スクリーニング

運動ニューロン

www.icems.kyoto-u.ac.jp 19

研究グループ 13

杉山 弘 グループ
ゲノム化学、ケミカルバイオロジー
教員
杉山 弘（教授）
遠藤 政幸（准教授）■ 研究概要杉山グループは核酸のケミカルバイオロジーについて研究を行ってい空間内での生体分子反応の制御と操作、(4) DNAナノ空間での１分子ます。有機合成と分子生物学を用いて、核酸の分子認識、反応性、構造に挙動の解析を検討しています。これらの研究のため、私たちのグルー

ついて化学的な原理を追求し、効率の高い配列特異的DNA作用剤の開プでは、実時間測定可能な原子間力顕微鏡（AFM）を備えています。

発、核酸の構造と機能を理解するための非天然核酸のデザイン、DNAナ
ノ構造による１分子挙動や反応の制御と解析、生細胞内でのDNAの構造解析の手法の開発を行っています。長期的な目標は、エピジェネティック
な制御因子の動的な解析と機能解明と、iPS細胞の作成や目標細胞への分化、さらに様々な病気の治療に用いることのできる、人工遺伝子スイッチの開発です。
1．塩基配列特異的DNA結合分子であるピロール・イミダゾールポリアミ
ドの分子設計と細胞生物学への応用について研究を行っています。特
異的な遺伝子発現の抑制や活性化などの制御をDNAアルキル化分子
や転写活性化分子を結合して分子の開発を行っています。これらの遺伝子発現制御系を構築することで、細胞の初期化や分化につながる方法を開発しています。

■ 主要論文Endo, M., Sugita, T., Katsuda, Y., Hidaka, K. and Sugiyama, H.
Programmed-Assembly System Using DNA Jigsaw Pieces. Chem. Eur.
J. 16, 5362–5368 (2010).
Shinohara, K., Sannohe, Y., Kaieda, S., Tanaka, K., Osuga, H., Tahara,
H., Xu, Y., Kawase, T., Bando, T. and Sugiyama, H. A Chiral Wedge
Molecule Inhibits Telomerase Activity. J. Am. Chem. Soc. 132,
3778–3782 (2010).
Endo, M., Katsuda, Y., Hidaka, K. and Sugiyama, H. Regulation of DNA
Methylation Using Different Tensions of Double Strands Constructed in
a Defined DNA Nanostructure. J. Am. Chem. Soc. 132, 1592–1597(2010).

2．さまざ まな 2 次 元 構 造 の 構 築 を行えるDN A オリガミ法を用いて、DNA配列の設計を行い、ナノスケール構造の構築を行うことで、(1) 2
次元DNA構造体の配列プログラムに従った精密な配列と機能化、(2)
新規な2次元及び3次元ナノ構造体の構築とその操作、(3)20 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

DNAナノ

Endo, M., Hidaka, K., Kato, T., Namba, K. and Sugiyama, H. DNA
Prism Structures Constructed by Folding of Multiple Rectangular Arms.
J. Am. Chem. Soc. 131, 15570–15571 (2009).

研究グループ 14

髙野 幹夫 グループ
固体化学
教員
山本 真平（助教）髙野 幹夫（教授）
古屋仲 秀樹（准教授） 李 兆飛（助教）■ 研究概要髙野グル ープは、チタン、マンガン、鉄、ニッケルなどの 3d遷移金属

素をPhotosystem Ⅱとよびます。その活性部位には4個のマンガンイ（3dTM と略記）を含む物質について固体化学的研究を行っています。具オンと１個のカルシウムイオンからなるクラスター、Mn 4Caが含まれて体的には、合成、結晶構造解析、物理的・化学的性質の解明を行います。

います。水分解の機構はまだ完全には解明されていませんが、クラス

これらの元素は地殻に比較的多く含まれているので入手しやすく安価でターのもつ、反応中の電子数の変化に柔軟に対応できる能力がその根す。また化学的な活性が高いため、これらを含む物質は非常に数多く存在

底にあることには疑う余地はありません。我々は、単純、安価、そしてします。人類は、これらから厳選された単体や化合物を着色剤（例えば、取り扱いやすい3d遷移金属酸化物にそのような機能をもたせたいと

べんがらα-Fe 2O 3）、触媒（TiO 2、Ni）、誘電材料（BaTiO 3）、磁石（α

考えています。現在最も注目しているのは、R型二酸化マンガンです。

-Fe、Fe 3 O 4）、超伝導体（Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O10）、電 池電極（MnO 2、
LiCoO 2）などとして利用してきました。
私たちの活動内容は多層的です。中心にあるのは多彩な合成法を用いる新物質の探索であり、杉山グループ、チェングループ、橋田グループなど■ 主要論文Tamada, Y., Yamamoto, S., Nasu, S. and Ono, T. Fixation of Orientated
L1(0)-FePt Nanoparticles on Si Substrates. Appl. Phys. Express 2,123001 (2009).

のiCeMSのバイオサイエンスグループとの学際融合研究は最表面にあります。研究の最も望ましいかたちは、自ら見出した新物質が革新的な材料として実用されることです。
以下に、私たちのグループの主な活動内容を示します。
1. ナノ磁性体
ナノサイズの磁性体粒子が、バイオサイエンスや医科学の研究によく利用されています。私たちは、耐蝕性が高く、整ったかたちをもち、加えて非常に分散性のよい磁性粒子を作製してきましたが、最近、生体親
和性と生体機能性を付与するのに必要な、有機分子で粒子表面をコートする新しい化学プロセスを開発することに成功しました。
現 在 は 金 属 鉄を 主 な 対 象 磁 性 体 にして い ま す が、間 も なく窒 化 鉄
Fe16N 2も採り上げます。これは金属鉄より優れた特性をもつ新材料ですが、実 用化に至るには純 度と耐 蝕 性の向上を図る必要があります。我々はこれまでの蓄積を生かして、その実用化に取り組みます。
2. マンガン酸化物によるグリーンケミストリー
太陽光を利用して水を分解すること（2H 2O → 4H + + 4e - + O 2）にKawakami, T., Tsujimoto, Y., Kageyama, H., Chen, X.-Q., Fu, C. L.,
Tassel, C., Kitada, A., Suto, S., Hirama, K., Sekiya, Y., Makino, Y.,
Okada, T., Yagi, T., Hayashi, N., Yoshimura, K., Nasu, S., Podloucky R.
and Takano, M. Spin transition in a four-coordinate iron oxide. Nat.
Chem. 1, 371–376 (2009).
Kurosaki, F., Koyanaka, H., Tsujimoto, M. and Imamura, Y.
Shape-controlled multi-porous carbon with hierarchicalmicro-meso-macro pores synthesized by flash heating of woodbiomass. Carbon 46, 850–857 (2008).
Tsujimoto, Y., Tassel, C., Hayashi, N., Watanabe, T., Kageyama, H.,
Yoshimura, K., Takano, M., Ceretti, M., Ritter, C. and Paulus, W.
Infinite-Layer Iron Oxide with a Square-Planar Coordination. Nature 450,
1062–1066 (2007).
Yamamoto, S., Morimoto, Y., Ono T. and Takano, M. Magneticallysuperior and easy to handle L1(0)-FePt nanocrystals. Appl. Phys. Lett.
87, 032503 (2005).

成功し、そしてそれにより爆発的な進化の引き金を引くことになった酵

図1 耐 蝕 性、分 散性、生体 機能性、整った形態を兼備し、生命科学や医学的研究に供されるナノ鉄粒子。出発粒子は酸化 鉄を 中 心 に含 む が、これを20 0℃
程度の低温で、より優れた磁性体である金属鉄に還元する。

図1

図3

図2 a: 紡錘状の鉄核／シリカ／有機物複合粒子。長さはほぼ500nm。
b: 溶媒に分散したこれらの粒子は、ポケットサイズの磁石で簡単に回収できる。
図3 R - MnO 2 粒子 の 電 子 顕 微 鏡 像 。粒子は、ある特定の結晶軸に沿って成長する傾向をもつ。
図4 R型二酸化マンガンの水分解機能を示す水( H 218 O)からの 酸 素(18 O 2 )の 発
生。

図2

図4

www.icems.kyoto-u.ac.jp 21

研究グループ 15

田中 耕一郎 グループ
光物性・テラヘルツ科学
教員
田中 耕一郎（教授）白井 正伸（助教）■ 研究概要テラヘルツ光は0.1から10THz(1THz=1012Hz)の周波数帯の電磁波*であり、光科学技術の最前線の一つであるといわれています。テラヘルツ
光を用いることで、固体や液体の電子状態や振動状態の解析や複雑な材料の組成解析をおこなうことができます。特に、生体関連材料のセンシン
グや生物細胞のイメージングはテラヘルツ光の応用の中で最も期待されている分野です。生物科学への応用を考える上で重要なテラヘルツ光の特徴は以下の3点です。
• 指紋情報−多くの生体関連分子の振動・回転準位はTHｚ帯にあることか
ら、それらの識別にもちいることができます。
• 水に敏感−水によく吸収されます。水の温度や物質の溶解に対して敏感に応答が変化することから、水の動的な応答や水和状態に関する知見が得られます。
• 安全性−光量子のエネルギーは4meVと可視光の500分の1であることから、生体分子を破壊することなく検出可能です。
このように期待されているテラヘルツ光ですが、周辺の周波数帯̶エレク
トロニクスにもちいるマイクロ波やオプトロニクスの主役である可視光−に比べると技術開発は遅れています。この最たる原因は、光源技術や検出技術がマイクロ波や可視光に比べると非常に遅れていることにあります。
より一層の基礎研究、新しい発想や先進技術開拓が必要とされています。
田中グループはこの数年間に渡って高出力のテラヘルツ光の発生と検出、生物科学への応用を精力的に進めてきました。私たちの高出力テラヘルツ光 の発 生 方法は高出力のフェムト秒レーザー（パ ルスあたり1〜4mJ）を用いる手法であり、LiNbO3 結晶を用いたチェレンコフ型の光整流過程またはレーザー誘起ガスプラズマを用いた四光波混合過程を利用し て い ま す。現 在 の 典 型 的 な 出 力 は 、電 場 の 大 き さ に 換 算 し て
200kV/cmを超えるものであり、1KHzの繰り返しで約0.5mWの平均出力が 得られています。光 子の数だけで比 較すれば250mWの可視 光のレーザーに相当するものです。現 在、このテラヘルツ光 源を用いて、固体、液体、生体物質を対象とした究極的なテラヘルツ非線形分光技術を探求しています。すでに、半導体のバンド構造の動的変化や非摂動論的非線形光学応答などの新たな発見に成功しています。今後、この技術を用いて波長の100分の1の分解能を有する実時間動作顕微鏡や生体関連材料の高度検出などへの応用が期待されます。
iCeMSにおいては、高出力テラヘルツ光を用いて以下のような新しい
学際研究を展開しています。
1．テラヘルツ顕微鏡の生命科学への応用
私たちは近接場領域のテラヘルツ光を可視域の光に変換する非線形光学技術の開発をおこなっています。これにより、回折限界（200マイ
クロメーター）を遥かに超える空間分解能を有するテラヘルツ顕微鏡が可能となります。現在の目標空間分解能は5マイクロメーターです。
高出力テラヘルツ光のおかげでリアルタイムの観測が可能になっています。現在楠見グループや原田グループと共同で細胞や関連した生体関連材料のイメージングの研究が進行中です。
2．高出力テラヘルツ光による物質材料制御へのチャレンジ
テラヘルツ光は様々な機能性材料の機能を制御できる可能性を秘めています。たとえば、半導体におけるテラヘルツ光によるバンド構造
制御や励起子制御は将来の高速情報通信への応用が期待されています。また。蛍光マーカーとして期待されている半導体量子ドットはブリ
ンキング効果や光ダークニング効果などの発光を抑制する過程が存在することが知られています。これを克服するために、発光しない準

22 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

位から発光する準位にテラヘルツ光で励起を行う手法が考えられます。このような新たな物質制御手法の開拓を進めています。
3．細胞での生命活動の理解を目指した、メゾ空間での水と物質との間の相互作用の研究
テラヘルツ帯での高感度な分光検出・液体の精密な光学定数決定に適した全反射分光（ATR）システムの開拓およびその応用を進めています。これにより、メゾ空間における水と物質との間の相互作用、特に水和に関する知見が得られてきています。
4．メゾ空間における超高速ダイナミクスの解明
私たちは光化学反応を10フェムト秒（10 -14 秒）の時間分解能で精密に追 跡することが 可能 な分 光システムの開発を行いました。これによって、メゾ空間での光と物質との相互作用を明らかにしようとしています。北川グループとはメゾ空孔を有するタンパク質における光誘起
電子移動過程の研究を進めています。
テラヘルツ波の振動数は、他の単位系では1THz=1ps=300µm=33cm -1=4.1meV=47.6K.のような対応になっています。

■ 主要論文Hirori, H., Nagai, M. and Tanaka, K. Excitonic interactions with intense
terahertz pulses in ZnSe/ZnMgSSe multiple quantum wells. Phys. Rev.
B 81, 081305 (2010).
Brefuel, N., Watanabe, H., Toupet, L., Come, J., Matsumoto, N., Collet,
E., Tanaka, K. and Tuchagues, J.P. Concerted Spin Crossover andSymmetry Breaking Yield Three Thermally and One Light-Induced
Crystallographic Phases of a Molecular Material. Angew. Chem., Int. Ed.
48, 9304–9307 (2009).
Nagai, M., Jewariya, M., Ichikawa, Y., Ohtake, H., Sugiura, T., Uehara,
Y. and Tanaka, K. Broadband and high power terahertz pulse
generation beyond excitation bandwidth limitation via χ(2) cascaded
processes in LiNbO3. Opt. Express 17, 11543–11549 (2009).
Watanabe, H., Hirori, H., Molnar, G., Bousseksou, A. and K. Tanaka.
Temporal decoupling of spin and crystallographic phase transitions inFe(PTZ)6(BF4)2. Phys. Rev. B 79, 180405 (2009).
Bousseksou, A., Molnar, G., Real, J. A. and Tanaka, K. Spin crossoverand photomagnetism in dinuclear iron(II) compounds. Coord. Chem.
Rev. 251, 1822–1833 (2007).

研究グループ 16

植田 和光 グループ
細胞生化学
教員
植田 和光（教授）■ 研究概要ABC蛋白質ファミリーは、ATP加水分解のエネルギーを利用してさま

3．私たちのグループは、X線結晶構造解析、超低温電顕を用いた1分子

ざまな化合物を輸送する膜蛋白質ファミリーで、微生物からヒトまでほと観察によってABC蛋白質の機能的三次元構造を解明しようとしていんどすべての生物の細胞で重要な働きをしています。ヒトでは約50種類ます。その知見を生かし、北川グループ、今堀グループと共同で、合成のABC蛋白質が、環境中の有害物に対する生体防御、代謝産物の体内循

化合物による人為的制御を可能な人工トランスポーター、人工イオン

環、血中グルコース濃度の維持、脂質恒常性維持など、重要な生理的役割

チャネルのデザインを目指しています。細胞に内在する膜蛋白質と類を担っています。ABC蛋白質の異常は、糖尿病、高脂血症、動脈硬化、呼似の機能を果たす化合物を合成したのち、人工膜、培養細胞、そして吸不全、失明、脳神経疾患、皮膚疾患など多くの疾病を引き起こします。

幹細胞などへ導入する研究を進めています。

ヒトABC蛋白質ファミリーの機能・制御の分子レベルでの解明は多くの■ 主要論文疾病の予防と治療につながります。
植田グループは、iCeMSのさまざまなグループと次のような学際融合研究を展開しています。
1．中辻グループ、山中グループ、上杉グループと共同で、多能性幹細胞株（ES ／ iPS 細胞株）における ABC 蛋白質の発現プロファイルを明らかにし、それら ABC 蛋白質の機能を調節できる低分子化合物を発見することによって、多能性幹細胞における ABC 蛋白質の生理的役割の解明とともに、幹細胞の増殖や分化の制御のための重要なツールを開発します。
2．ABCA1やABCG1などのABC蛋白質は、細胞内の過剰コレステロー
ルを高密度リポ蛋白質（善玉コレステロール）として除去し、動脈硬化の抑制に重要な役割を果たし、さらに膜リン脂質を動かすことによって細胞膜上の特異なメゾドメインの形成と再構成に関与し、炎症や免疫応答の調節に関与すると考えられています。CeMI(メゾバイオ1分
子イメジングセンター)の楠見グループ、Heuserグループとの共同研
究によって細胞膜上でのABC蛋白質の働きを可視化し、作用機構を解明しようとしています。

ヒトES細胞

機能的構造

Nagao, K., Kimura, Y., Matsuo, M. and Ueda, K. Lipid outward
translocation by ABC proteins. FEBS Lett. 584, 2717–2723 (2010).
Hozoji, M., Kimura, Y., Kioka, N., and Ueda, K. Formation of two
intramolecular disulfide bonds is necessary for apoA-I-dependentcholesterol efflux mediated by ABCA1. J. Biol. Chem. 284,
11293–11300 (2009).
Hozoji, M., Munehira, Y., Ikeda, Y., Makishima, M., Matsuo, M., Kioka,
N. and Ueda, K. Direct interaction of nuclear receptor LXRβ withABCA1 modulates cholesterol efflux. J. Biol. Chem. 283, 30057–30063(2008).
Nagao, K., Takahashi, K., Hanada, K., Kioka, N., Matsuo, M. and Ueda,
K. Enhanced apoA-I-dependent cholesterol efflux by ABCA1 fromsphingomyelin-deficient CHO cells. J Biol Chem. 282, 14868–74 (2007).
Morita, S.-y., Kobayashi, A., Takanezawa, Y., Kioka, N., Handa, T., Arai,
H., Matsuo, M. and Ueda, K. Bile Salt-Dependent Efflux of Cellular
Phospholipids Mediated by ATP Binding Cassette Protein B4.
Hepatology 46, 188–199 (2007).

ES細胞におけるABCたんぱく質の生理的役割

トランスポーターとチャネル

ABCたんぱく質の活性化剤と阻害剤の開発

膜メゾ領域の形成

www.icems.kyoto-u.ac.jp 23

研究グループ 17

上杉 志成 グループ
ケミカルバイオロジー
教員
上杉 志成（教授）佐藤 慎一（助教）■ 研究概要ケミカルバイオロジーとは、化学を起点とした生物学です。生命の営み

御は真核生物の生命現象のほとんどに関わっています。私たちの研究

は、せんじつめれば化学反応でできています。逆に化学を使って生命現象

室では、この転写因子を有機化合物でつくることが可能だということをを理解したり、操ることができるはず。上杉グループでは、細胞の基本的以前に示しました。天然の転写因子をさらに精密に模倣する小分子化

な性質を変えてしまう有機化合物を見つける、もしくはデザインし、それ合物は細胞生物学と幹細胞生物学の道具となるでしょう。

らを道具として生命現象を探究・操作しています。このような化合物は、細胞生物学や細胞治療の道具となります。細胞の仕組みは複雑ですが、有機化合物を起爆剤として用いることで、新たな切り口で細胞を研究し、細胞治療の実現化に貢献することができます。私たちの研究目標は生物学研究のための化合物ツールを提供することですが、同時に将来の化合物の利用法に新しいアイデアを与えることができればと思うのです。
研究プロジェクトの例をいくつか下に挙げます。
• 小分子フィブロネクチンの発見と利用

人間の細胞は細胞外マトリック

スに接着することで組織や臓器を形成しています。そのような細胞接
着は、フィブロネクチンと呼ばれる巨大タンパク質によって仲介されています。私たちの研究室では、この440キロダルトンのタンパク質を模倣する小分子化合物をデザインしています。「小分子フィブロネクチ
ン」は、ヒト細胞の安価な培養、増殖、移植を可能にし、基礎細胞生物■ 主要論文Hoshino, M., Tsujimoto, T., Yamazoe, S., Uesugi, M. and Terada, S.
Adhesamine, a New Synthetic Molecule, Accelerates Differentiation and
Prolongs Survival of Primary-Cultured Mouse Hippocampal Neurons.
Biochem. J. 427, 297–304 (2010).
Kamisuki, S., Mao, Q., Abu-Elheiga, L., Gu, Z., Kugimiya, A., Kwon, Y.,
Shinohara, T., Kawazoe, Y., Sato, S., Asakura, K., Choo, H., Sakai, J.,
Wakil, S. J. and Uesugi, M. A Small Molecule that Blocks Fat Synthesis
by Inhibiting the Activation of SREBP. Chem. Biol. 16, 882–892 (2009).
Yamazoe, S., Shimogawa, H., Sato, S., Esko, J. D. and Uesugi, M. A
Dumbbell-Shaped Small Molecule that Promotes Cell Adhesion and
Growth. Chem. Biol. 16, 773–782 (2009).

学研究と細胞治療の両方に役立つでしょう。
• 細胞治療に有用な化合物ツールの発見と利用 細胞治療のひとつの問題
点は高コストでしょう。細胞治療のための化合物ツールには低コストの大量生産という利点があります。ゆえに、細胞治療に化合物を利用すれば、世界中で細胞治療がより安価により身近なものとなります。さらに重要なのは、安定で性質が明確な合成化合物は、不安定で不確定な細胞治療を補うでしょう。
• 小分子転写因子による転写の外部制御 転写因子による遺伝子発現の制24 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

Jung, D., Shimogawa, H., Kwon, Y., Mao, Q., Sato, S., Kamisuki, S.,
Kigoshi, H. and Uesugi, M. Wrenchnolol Derivative Optimized for Gene
Activation in Cells. J. Am. Chem. Soc. 131, 4774–4782 (2009).
Sato, S., Kwon, Y., Kamisuki, S., Srivastava, N., Mao, Q., Kawazoe, Y.
and Uesugi, M. Polyproline-rod approach to isolating protein targets ofbioactive small molecules: Isolation of a new target of indomethacin. J.
Am. Chem. Soc. 129, 873–880 (2007).

研究グループ 18

山中 伸弥 グループ
幹細胞生物学、発生工学
教員
山中 伸弥（教授） 堀田 秋津（助教）山田 泰広（教授） 渡辺 亮（助教）吉田 善紀（講師） Knut Woltjen（助教）■ 研究概要山中グループは幹細胞生物学、発生工学の研究を行っています。特にし、その知見を新たなiPS細胞作製技術を用いて、がん細胞のエピジェネ

私たちは、マウスおよびヒトの人工多能性幹細胞(iPS細胞)の作製に成功

ティック異常をリセットすることにより、 エピジェネティックがん治療しました。そして私たちはiPS細胞技術を用いてさまざまな側面から基礎開発へと発展させることを目指しています。

研究および応用研究を進めています。

■ 主要論文iPS細胞はさまざまな種類の体細胞から樹立することが可能で、また樹立する方法も多様な方法が報告されています。しかしこれらのiPS細胞とES細胞はその性質が全く同一ではないと考えられます。私たちは細胞
生物学的手法と分子生物学的手法を組み合わせ、これらの細胞の分化多能性や安全性の評価を行うことにより、リプログラミング、分化多能性の維 持 のメカニズムについて理 解を 進めるとともに、臨 床 応 用が 可能 な
iPS細胞の樹立、培養法の確立を目指します。また患者さん由来の細胞から樹立したiPS細胞を用いて、疾患のメカニズムや治療薬の開発のための研究も進めています。
私たちは未分化の分化多能性幹細胞だけで特異的に緑色蛍光タンパク質（GFP）および薬剤耐性遺伝子を発現させることにより、高効率でヒト

Yamada, Y., Aoki, H., Kunisada T. and Hara, A. Rest promotes the early
differentiation of mouse ESCs but is not required for their maintenance.
Cell stem cell 6, 10–15 (2010).
Hong, H., Takahashi, K., Ichisaka, T., Aoi, T., Kanagawa, O.,
Nakagawa, M., Okita, K. and Yamanaka, S. Suppression of induced
pluripotent stem cell generation by the p53-p21 pathway. Nature 460,
1132–1135 (2009).
Hotta, A., Cheung, A. Y., Farra, N., Vijayaragavan, K., Seguin, C. A.,
Draper, J. S., Pasceri, P., Maksakova, I. A., Mager, D. L., Rossant, J.,
Bhatia, M. and Ellis, J. Isolation of human iPS cells using EOS lentiviral
vectors to select for pluripotency. Nat. Methods 6, 370–376 (2009).

iPS細胞を選別する事に成功しました。この特性を利用し、新規因子によるリプログラミング法の探索や、様々な疾患特異的iPS細胞の樹立、リプ
ログラミングに伴う細胞核内変化の研究を行ってきました。私たちはこれらの経験を生かし、より安全なヒトiPS細胞の作製・選別・方法開発を目Yoshida, Y., Takahashi, K., Okita, K., Ichisaka, T. and Yamanaka, S.
Hypoxia enhances the generation of induced pluripotent stem cells. Cell
Stem Cell 5, 237–241 (2009).

指すと共に、血友病などの先天性疾患をターゲットとして、iPS細胞を利用した新しい遺伝子治療の実現に向けた研究に取り組んでいきます。
私たちはがん細胞のエピジェネティック状態をiPS細胞作製技術により、積極的に変化させます。がん細胞において、遺伝子配列異常とエピ
ジェネティック状態との解離をもたらすことにより、がん細胞の生物学的特徴がどのように変化するのかを検討し、がん細胞におけるエピジェネ
ティック異常の意義を 明らかにしたいと考えています。さらには、エピジェネティック状態強制変化後のがん細胞のエピジェネティック修飾変化を解 析することで、がんにおけるエピジェネティック異常の起 源を同定

マウス iPS 細胞

ヒト iPS 細胞

大腸腫瘍細胞における細胞異常増殖

大腸腫瘍細胞における分化異常

Nanog-iPS 細胞のキメラマウスから生まれたマウス

低酸素によるプログラミング効率の改善

EOS レンチウィルスによるヒト iPS 細胞の選択システム

www.icems.kyoto-u.ac.jp 25

研究グループ 19

仙石 慎太郎（イノベーションマネジメントグループ）
イノベーションマネジメント論、科学技術経営論
教員
仙石 慎太郎（准教授）■ 研究概要21世紀の大学には、高度な研究教育の府であることに加え、「社会に実装可能な知」の提供が求められています。そのためには、先進的発明・発見の成果を社会に還元するという大学人のマインドセット、実現のための仕組みと体系的な運用が必要となります。

Sengoku, S., Takahashi, K. and Kimura, H. Transaction process
redesign in the pharmaceutical industry: an institutional approach torealize open innovation. Journal of Intellectual Property Association ofJapan 5, 48–64 (2009).

私たちのグループは、トランザクションに根差したナレッジ・マネジメン
ト（図1）、異分野融合・学際連携研究のマネジメント（図2）、及び産官学連携のマネジメントの3つの研究課題を設定し、真のイノベーションを着実に実現していくためのイノベーションマネジメント様式を開発・提供し

図1
トランザクション・ベース
ド・マネジメント様式の概念図ていきます。

■ 主要論文Sengoku, S., Sumikura, K. and Oki, T. The uptake and diffusion of
innovations: a case of stem cell technology. Proceedings of the XXIIInternational Society for Professional Innovation Management (ISPIM)
Conference (2010).
Sengoku, S., Yoda, T. and Seki, A. Fresh look at the valuation of drug
R&D. Diamond Harvard Business Review 137–139 (April 2010).

図2
iCeMSにおける異分野融合・学際連携研究ネットワークの分析例（暫定的）

研究グループ 20

加藤 和人（科学コミュニケーショングループ）
科学コミュニケーション
教員
加藤 和人（連携准教授）

加納 圭（助教）■ 研究概要近 年 の急 速 な科 学 の 発 展に伴い、科 学が 社 会に与える影 響も大きくなってきています。研究者自身が自らの研究の社会的影響と意義を認識することが求められるでしょう。
私たちの研究グループでは、研究者が科学コミュニケーション能力をKano, K., Yahata, S., Muroi, K., Kawakami, M., Tomoda, M., Miyaki, K.,
Nakayama, T., Kosugi, S. and Kato, K. Multimedia presentations on thehuman genome: Implementation and assessment of a teaching
program for the introduction to genome science using a poster andanimations. Biochem. Mol. Biol. Educ. 36, 395–401 (2008).

身につけるための教育プログラムを開発することを目的として、3つの活動（3C）を実施し、その検証を行っています（図）。私たちが考える科学
コミュニケーションとは、「研究者コミュニティーと社会との間」のコミュ
ニケーションだけでなく、「異なる分野の研究者間」のコミュニケーショ
ンも含めています。

■ 主要論文Kato, K., Kano, K. and Shirai, T. Science Communication: Significancefor Genome-Based Personalized Medicine – A View from theAsia-Pacific. Curr. Pharmacogenomics Pers. Med. 8, 92–96 (2010).
Zarzeczny, A., Scott, C., Hyun, I., Bennett, J., Chandler, J., Chargé, S.,
Heine, H., Isasi, R., Kato, K., Lovell-Badge, R., McNagny, K., Pei, D.,
Rossant, J., Surani, A., Taylor, P. L., Ogbogu, U. and Caulfield, T. iPS
Cells: Mapping the Policy Issues. Cell 139, 1032–1037 (2009).

26 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

カフェ（ C a f e）：i C e M S の 主 任 研 究 者（PI）と研究室のメンバーらが、一 般の 参
加者と共に、お茶やお菓子、そして科 学に関する会話を楽しむ場です。若手研究者にとって科学コミュニケーション能力の向上の場となるようにデザインされています。
クロストーク（Crosstalk）：iCeMSの若手 研 究 者 が、今 最 も 話 をしたい P Iと 対 談
し、研究に対する姿勢や研究者としての生き方などについて話し合います。
クラスルーム（Classroom）：iCeMSの若手研究者が、学校の教員と共に、最先端科学を扱う教育プログラムを開発します。児
童・生徒は「実 験 」や「ディスカッション」
を通して、「科学の営み」を体験します。

3つの科学コミュニケーション活動（3C）

研究グループ 21

Peter Carlton
減数分裂、染色体生物学、光学顕微鏡学
教員
Peter Carlton（助教／ iCeMS 京都フェロー）■ 研究概要Carltonグループは、減数分裂において相同染色体同士がどのようにお互いの相同性を認識し、シナプトネマ構造の形成、相同組み換えを行うのか？ということに注目して研究を行っています。減数分裂は二倍体の前駆細胞から一倍体の配偶子を作るプロセスです。減数分裂中のエラーは、不妊や染色体異常による疾患につながります。私たちは遺伝学的、細胞学的手法を用い、モデル生物（線虫など）を使って減数分裂のメカニズムを研究しています。私たちの研究の特色は超解像度顕微鏡（3D-SIM）や
1分 子解像 度 顕微 鏡を用い、光学顕微 鏡の回折限界を超えて（200〜
20ナノメートルまで）染色体構造をメゾスケールで解析することです。また染色体のライブイメージング技術の向上（細胞にダメージを与えない低量の励起光を用いた長時間イメージング）や、iCeMSの他のグループとの 共 同 研 究として、幹 細 胞 の 核 構 造、ほ 乳 類 細 胞にお ける減 数 分 裂、ニューロンの発達過程などを可視化する技術の向上を目指しています。

■ 主要論文Wang, C. J. R.*, Carlton P. M.*, Golubovskaya, I. and Cande, W. Z. Interlock
formation and coiling of meiotic chromosome axes during synapsis. Genetics
183, 905–915 (2009).
Schermellleh, L.*, Carlton, P. M.*, Haase, S., Shao, L., Gustafsson, M.G.,
Winoto, L., Burke, B., Leonhardt, H. and Sedat, J. W. Subdiffraction imagingof the nuclear periphery with 3D structured illumination microscopy. Science
320, 1332–1336 (2008).

Carlton, P. M. Three dimensional structured illumination microscopy and its
application to chromosome structure. Chromosome Res. 16, 351–365 (2008).
*co-first authors
12

3

1．減数分裂前期、染色体末端は核膜に局在し、核膜と相互作用する。この核膜との連携が染色体のダイナミックな動きを生み、相同染色体は効率的に対合することができる（a）。対合した相同染色体は、相同組み換えにより遺伝情報を再編成することができる。
2．3 D - S I Mは光 学 顕 微 鏡 の 解 像 度 を 倍 増 することを目的 に作ら れ た 顕 微 鏡 であ る。
3D-SIMは、縞状の光(a)で蛍光物質を励起することにより、モアレ現象という光学効果を起こすことで、通常の光学顕微鏡の解像度を超えた分解能を可能にする(b)。マウス
筋原細胞（間期）：通常の光学顕微鏡(c)と3D-SIM(d)による観察。核膜付近のクロマチ
ンが核膜孔複合体の存在する部分から排除されている様子が、直径150ナノメーター以下の穴状構造として観察できる。
3．通常の光学顕微鏡と3D-SIMによるイメージングの比較。マウス生殖細胞のシナプトネ
マ構造タンパク質（Sycp3）の可視化。相同染色体上の2本のシナプトネマ構造軸と、縄状構造は3D-SIMの分解能をもって始めて可視化される。
（再生医科学研究所中馬グ
ループとの共同研究）

研究グループ 22

Ziya Kalay
統計物理学
教員
Ziya Kalay（研究員／ iCeMS 京都フェロー）■ 研究概要考えている系の時間発展を予想しようとするとき、系の大きさと系を構成する粒子の個数によって、物理理論の枠組みを変える必要があります。
数個の原子の時には量子力学を使うことができ、アヴォガドロ数個の分子があるときには統計力学が準備されています。ところが、これら両極端の間にあるメゾスケールの系については、適切な物理理論がありません。しかし、それらのメゾスケール系には生体分子の集合体など、実に興味深いものが多数存在しているのです。私たちは、それらの面白い具体的問題を解きつつ、メゾスケールの理論ギャップを埋めたいと考えています。例えば、メゾサイズの生体分子の系では、機能発現に熱揺らぎを利用しているか？もし利用しているならどのようにしているのか？細胞膜が30−300nmのコンパートメントに仕切られていることは、膜分子間の反応速度をどのように変えるか？…といった問題に答えを出そうとしています。
これはナノ−メゾ−ミクロンスケールにわたる細胞膜の階層構造を理解するための様々な取り組みの一つです。さらに、例えば神経回路のように、多くの生物系は結合振動子の集団としてモデル化されていますが、それに刺激が加わったときの挙動を記述する理論を構築したいと考えています。

■ 主要論文Kenkre, V. M., Kalay, Z. and Parris, P. E. Extensions of effective-medium
theory of transport in disordered systems. Phys. Rev. E 79, 011114 (2009).

Kalay, Z., Parris, P. E. and Kenkre, V. M. Effects of disorder in location andsize of fence barriers on molecular motion in cell membranes. J. Phys.:
Condens. Matter 20, 245105 (2008).
Kenkre, V. M., Giuggioli, L. and Kalay, Z. Molecular motion in cell
membranes: analytic study of fence-hindered random walks. Phys. Rev. E
77, 051907 (2008).

2次元空間中で拡散している2個の分子が2量体を形成する過程：（左）自由空間の場合；（右）部分透過性の障壁が並んでいる場合。障壁による閉じ込め効果は、一度解離した2分子が再び衝突する確率を上げるので反 応性を上げる可能性がある。生 細胞中の細胞膜では、脂質や膜タンパク質が、L〜30-300nmの領域に短時間閉じ込められることが観察されている (Kusumi et al., Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 34 (2005) 351)。

www.icems.kyoto-u.ac.jp 27

研究グループ 23

村上 達也
細胞工学、蛋白質工学
教員
村上 達也（助教／ iCeMS 京都フェロー）■ 研究概要■ 主要論文近年のナノテクノロジーの進歩により、様々なナノ構造体が創製されてきています。その形は、粒子状、ディスク状、キューブ状、ロッド状、ファイバー状など様々で、中には外部刺激応答性のナノ構造体もあります。一般
的に、これらの大きさがメゾスケールだと、細胞に取り込まれやすくなったり、また生体内で良好な血中滞留性を示すことが知られています。特に後者は、ドラッグデリバリーシステムの開発に必須の性質です。これらの性質を含めて、ナノ構造体の本来の性質を生理的条件下で発現させるためには、その表面構造を精密に制御し、生体適合性や必要な機能を付与することが非常に重要です。

Murakami, T., Wijagkanalan, W., Hashida, M. and Tsuchida, K.
Intracellular drug delivery by genetically engineered high density
lipoprotein nanoparticles. Nanomed in press (2010).

私たちのグループでは、カーボンナノ粒子の新しい表面修飾方法の開発、その外部刺激応答性を利用した新規癌治療の開発、タンパク質−脂質ナノディスクのメゾスケールでのサイズコントロール、そして生体適合性の細胞内デリバリー用キャリアの開発、について研究を行ってきました。

Murakami, T., Tsuchida, K., Hashida, M. and Imahori, H. Size control oflipid-based drug carriers by drug loading. Mol. BioSyst. 6, 789–791 (2010).
Zhang, M., Murakami, T., Ajima, K., Tsuchida, K., Sandanayaka, A. S.,
Ito, O., Iijima, S. and Yudasaka, M. Fabrication of ZnPc/protein
nanohorns for double photodynamic and hyperthermic cancer
phototherapy. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 14773–14778 (2008).
細胞膜透過タンパク質−脂質ナノディスク

上記の研究成果を基にして、iCeMS内外のグループと、以下に示すような学際的な研究プロジェクトを進めています。
1．蛋白質工学を利用した生体適合性分散剤の開発
2．外部刺激応答性ナノ構造体による細胞機能制御
3．外部刺激応答性ナノ構造体による時空間制御された薬物療法の開発

カーボンナノ材料

細胞膜透過ナノディスクで処理された細胞の共焦点画像研究グループ 24

山本 拓也
分子生物学、バイオインフォマティクス
教員
山本 拓也（助教／ iCeMS 京都フェロー）■ 研究概要■ 主要論文iPS細胞の誘導プロセスにおける分 子メカニズムを解明することは、
iPS細胞を再生医療等の応用へ繋げていくための重要なステップの一つです。近年、生命科学の分野においては、マイクロアレイや次世代シーケ
ンサーに代表される解析装置の目覚ましい進歩によって、膨大なデータ量を短時間で入手することが可能になりました。そのような大量データから生物学的に意味のあるデータを抽出するには、バイオインフォマティクス等の知識や解析技術（dry）とともに、分子生物学的および細胞生物学的な実験技術（wet）が必要不可欠です。

Honjoh, S., Yamamoto, T., Uno, M. and Nishida, E. Signalling throughRheb mediates intermittent fasting-induced longevity in C. elegans.
Nature 457, 726–730 (2009).

私たちの研究グループでは、全ゲノムにわたる網羅的解析を多角的なアプローチによって行い、dryとwetをそれぞれフィードバックさせながら融合させ、統合的にiPS細胞の誘導プロセスの分子的メカニズムの解明を目指します。これらの研究は、iPS細胞誘導効率の上昇、誘導時間の短縮に繋がると考えています。
1．マイクロアレイおよび次世代シークエンサーを用いて、iPS細胞やES細胞におけるトランスクリプトーム解析を行い、多能性幹細胞を規定す
る遺伝子発現の全体像を明らかにします。
2．次世代シークエンサーで、エピジェネティック修飾、染色体構造、タンパ
ク質−DNA相互作用をゲノムワイドに解析することにより、多能性幹細胞の核内制御機構を明らかにします。

28 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

Ebisuya, M., Yamamoto, T., Nakajima, M. and Nishida, E. Ripples fromneighbouring transcription. Nat. Cell Biol. 10, 1106–1113 (2008).
Yamamoto T., Ebisuya M., Ashida F., Okamoto K., Yonehara S. andNishida E. Continuous ERK activation downregulates antiproliferative
genes throughout G1 phase to allow cell-cycle progression. Curr. Biol.
16, 1171–1182 (2006).

ゲノムワイドな網羅的解析により、iPS細胞の誘導プロセスの解明を目指す。

CeMI
メゾバイオ１分子イメジングセンター

Center for
Meso-Bio Single-Molecule
Imaging

CeMIは、「細胞メゾ科学を発展させるための鍵となるテクノロジーである、ナノ・メゾスケール1分子イメジング法の開発を強力に推進するためのセンター」として、2009
年3月3日にiCeMS内に設立されました。CeMIの使命は、次の2点です。

• 生細胞内で熱揺らぎを利用して働くナノ・メゾスケール分
子集合体システムの構造と機能を、１分子が働く時空間
分解能でイメジングする技術の開発• 開発した技術を実用化し、世界から共同研究を受け入れることによって、さらにナノ・メゾイメジング技術を発展させ、細 胞 メゾ 科 学 を 進 展させること。この 過 程で、
iCeMSを世界のメゾ科学研究者が集うハブにするという目的に寄与すること
特に、1分子イメジング・追跡とテラヘルツ分光・顕微鏡法に力を入れています。
現在、以下の自家製・特注の装置が働いています。
⑴4台の1分子蛍光追跡装置：それぞれが、3色同時1分子追跡（世界唯一、写真参照）、光活性化、世界最高速（1万コマ／秒）などの特徴を持ち、すべてが37℃、炭酸ガス存在下で生細胞の観察が可能。
⑵世界最高速で画像取得できるテラヘルツ顕微鏡（10 Hz）。
他に、共焦 点（多光 子）蛍光顕微 鏡、タイムラプス蛍光顕微鏡などの市販装置も頻繁に利用されています。

CeMIは、以下の4方面で活動を展開しています。
1．コア研究：技術開発と最初の応用。これらは、CeMI参
加教員の研究室とCeMI実験室の両方でおこなわれています。
2．共同研究：新しい萌芽的技術や装置がコア研究で生まれると、最初の実用装置をCeMIに設置し、世界レベルで共同研究に供します。新しい多方面にわたる応用を共同でおこなうことにより、さらに画期的な新技術として成長させることを目指します。一方、CeMI外で開発された新しい方法や装置を、CeMIの判断で実用機のレベルにまで開発を進め、共同研究に供することもあります。
3．教育と訓練：シンポジウム、セミナー、ワークショップ、
ハンズオン・トレーニングを開催し、世界中からの参加を受け入れます。
4．サービス：CeMI関連職員が希望者の試料を用いてデー
タ取得をすることも特例としてありますが、その場合にも、希望者が実際にその場に居ることを求めています。
一方、市 販 装 置 類 は i C e M S 関 係 者 の 研 究 、お よび
iCeMS外の研究者がiCeMS関係者と実施する共同研
究のため使用することができます。
CeMIはメゾバイオ・1分子イメジング研究のため、さらにそれを用いて細胞のメゾ科学を発展させる研究のために、世界から研究者が集うセンターとすることを目指し、努力を続けています。

コアメンバーCeMI 参加PI:

Peter Carlton、原田慶恵、John Heuser、Ziya Kalay、
楠見明弘（CeMIセンター長）、田中耕一郎（名字アルファベット順）

CeMI 運営責任者: 藤原敬宏 講師
技術員:

土方博子、坪井久恵

協力企業 オリンパス株式会社、カールツァイスマイクロイメージング株式会社、
株式会社ニコン インストルメンツカンパニー、株式会社ニコンインステック、
日本電子株式会社、浜松ホトニクス株式会社、株式会社フォトロン、

藤原講師（中央）とCeMI 技術員

ライカマイクロシステムズ株式会社（五十音順）

www.icems.kyoto-u.ac.jp 29

構成員数

2010年5月1日現在

教授

18

准教授

9

講師

7

助教

13

研究員

58

iCeMS京都フェロー

4

連携教員

7

客員教員

29

研究支援員

54

事務部

27

合計

226

財務状況

2010年5月1日現在
1USドル=100円

国際研究拠点形成促進事業費補助金

単位：100万USドル／1億円

平成19年度

6.8

平成20年度

15.6

平成21年度

13.5

外部資金
6.4

平成19年度
産学連携等研究費

4.8

科学研究費補助金

1.5

寄附金

0.1
35.6

平成20年度
産学連携等研究費

23.6

科学研究費補助金

5.6

寄附金

6.3
56.4

平成21年度
産学連携等研究費

46.1

科学研究費補助金

9.7

寄附金

0.6

栄誉
年月

賞名

受賞者

2010年

3月

日本農芸化学会賞

植田 和光

2010年

3月

ABC2010最優秀若手研究者賞

永田 紅

2010年

3月

恩賜賞・日本学士院賞

山中 伸弥

2010年

1月

発生生物学マーチ・オブ・ダイムズ賞

山中 伸弥

2009年 11月

テキサスA&M大学先端化学レクチャーシップ賞

北川 進

2009年 11月

最優秀論文賞（アジア生物学教育協議会）

加納 圭

2009年

9月

アルバート・ラスカー基礎医学研究賞

山中 伸弥

2009年

6月

クリタ水・環境科学研究優秀賞

古屋仲 秀樹

2009年

4月

カナダ・ガードナー国際賞

山中 伸弥

2009年

3月

日本化学会第89回春季年会優秀講演賞（学術）

古川 修平

2009年

1月

第61回日本化学会賞

北川 進

2008年 11月

平成20年秋の紫綬褒章

山中 伸弥

2008年

7月

有機合成化学協会東海支部奨励賞

安藤 弘宗

2008年

4月

フンボルト賞

北川 進

2008年

4月

平成20年度科学技術特別賞（科学技術分野の文部科学大臣表彰）

山中 伸弥

2008年

2月

ロベルト・コッホ賞

山中 伸弥

2008年

1月

2007年度朝日賞

山中 伸弥

2007年 12月

科学技術への顕著な貢献2007：ナイスステップな研究者（科学技術政策研究所）

今堀 博

2007年 11月

アメリカ薬学会 製剤学・DDS部門学術賞

橋田 充

2007年 11月

第25回大阪科学賞

今堀 博

30 Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Kyoto University

施設

2010年5月1日現在

iCeMS コンプレックス1
延べ面積：約5,000㎡• 本館 ｜ 2009年3月竣工• 西館 ｜ 2008年9月竣工

iCeMSの本部として機能し、本館と西館から成ります。本 館には共同研究スペース以外に、大型セミナー室、研究者の交流の場として活用されているラ
ウンジ、会議スペースにも利用できる展示室等があります。西館には共同研究スペースと会議スペースがあります。
本館 :東大路通りと東一条通りの交差点「東山東一条」北西角。
東大路通りをはさんで大学本部棟のすぐ向かい側に位置する。

ケミカルスクリーニングセンター（本館2階）2009年11月設置
自動化されたスクリーニングシステムや細胞培養の設備、2万個以上の化合物ライブラリーを維持するこの研究基盤施設では、幹細胞やiPS細胞を含めた哺乳類細胞の基本的性質を変調する小分子有機化合物を探索しています。

iCeMS コンプレックス 2
延べ面積：約6,000㎡• 研究棟1号館（総合研究1号館・プロジェクトラボ）｜ 2008年9月竣工• 研究棟2号館 ｜ 2009年7月竣工• 研究棟3号館 ｜ 2010年11月竣工予定

研究棟 3 号館（パース図）：
百万遍交差点南東角に位置し、iCeMS コンプレックス 1からの距離は約 200 メートル。

3つの研究棟から成ります。共同研究室や開放的なオフィススペースを備え、様々な分野のグル ープ が 共 に学 際 融 合 研 究 を 進 めて います。

オープンオフィス（パース図）：
両コンプレックスにおいて様々な分野の研究グループがオフィスを共有し、日常的に交流が深まるようにデザインされている。

www.icems.kyoto-u.ac.jp 31アクセス
京都大学 吉田キャンパス
N

堅田
国際会館
京都大学
桂キャンパス

琵琶湖

出町柳

今出川

亀岡 二条 烏丸御池
三条京阪
桂
河原町
新大阪
山科 大津
京都
尼崎

新神戸
三宮

梅田

大阪

淀屋橋

大阪湾

竹田

JR
東海道新幹線
阪急電車
京阪電車
京都市営地下鉄

天王寺

関西国際空港

六地蔵

京橋

広域図

京都大学 吉田キャンパス

iCeMSコンプレックス1
N

東大路通

川端通

■ iCeMS コンプレックス1

本館
西館

iCeMSコンプレックス2
研究棟1号館
（総合研究1号館・プロジェクトラボ）

研究棟2号館
研究棟3号館

• 本館
出町柳駅

• 西館
京都市左京区吉田牛ノ宮町
京阪鴨東線

本部構内

京大正門前

■ iCeMS コンプレックス2• 研究棟2号館

近衛通

近衛通

熊野神社前

丸太町通

薬学部構内
病院構内

• 研究棟3号館
京都市左京区吉田本町■ iPS細胞研究所（CiRA＝サイラ）

東一条通

吉田南構内

医学部構内

• 研究棟1号館（総合研究1号館・プロジェクトラボ）（京都市バス「百万遍」バス停から徒歩1分）

今出川通

西部構内
鴨川

（京都市バス「京大正門前」バス停から徒歩1分）

百万遍

神宮丸太町駅

iPS細胞研究所（CiRA=サイラ）

バス停

京都大学 吉田キャンパス

京都市左京区聖護院川原町53（京阪電車「神宮丸太町」駅から徒歩5分）
N

Cクラスター

桂御陵坂

京都大学 桂キャンパス
Bクラスター■ iCeMS 機能性構造体メゾ制御 桂研究室

Aクラスター

京都市西京区京都大学桂バス停

桂イノベーションパーク前

バス停から徒歩3分）
京都大学 桂キャンパス

iCeMS 概要

| 2010年7月発行

Copyright © 2010 Institute for Integrated Cell-Material Sciences,
Kyoto University. All rights reserved.
「研究グループ」ページの教員リストは2010年5月1日現在です。

Eメール : info@icems.kyoto-u.ac.jp
電話 :075-753-9753

Fax :075-753-9759

住所 :〒606-8501 京都市左京区吉田牛ノ宮町

URL :www.icems.kyoto-u.ac.jp（船井交流センター内）

京大桂キャンパス前（船井交流センター内）（京都市バス・京阪京都交通バス「京大桂キャンパス前」

iCeMS 機能性構造体
メゾ制御 桂研究室