第１回量子生命科学研究会〜技と好奇心のコヒーレンス〜“A New Era of Quantum Life Science is coming!”

講演要旨集

東京大学

山上会館２階

大会議室

平成 29 年 4 月 12 日（水） 10：00〜17：15
主催： 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
後援： 文部科学省、応用物理学会、日本癌学会、日本環境変異原学会、日本酸化ストレス学会
日本生物物理学会、 日本分子生物学会、日本放射線影響学会、日本放射線化学会、
日本免疫学会

開催にあたって
平成 29 年 4 月 12 日
量子科学は物理学や化学などの学問分野の根幹であり、それを応用した量子技術は我々の生活の中にも電子機器などの形で身近に利用されています。そして今、生命科学の分野に最先端の量子技術あるいは量子科学の知見を総合的に利活用することにより、従来は不可能であった、極微の空間・時間スケールにおける生命現象の予測・観察、超高感度での生体内部の温度・磁場等の計測や組織構造の画像化などを実現し、生命の本質に迫る新たな学問―量子生命科学―を誕生させようという機運が高まっています。
そこでこの度、量子生命科学の名のもと、新たな研究分野を立ち上げることを目的として、「第１回量子生命科学研究会」を開催することといたしました。
本日、関連する研究分野の国内の有識者が一堂に会す貴重な場が実現したことは、参加者、講演者ならびに関係者の皆様のご協力の賜物であり、ここに厚く御礼を申し上げます。
一方、「量子生命科学に関連する研究分野」は、いま私達が想像する範囲をはるかに超えて広がっているかもしれません。量子生命科学が力強い産声をあげるためには、幅広い学術分野から多くの研究者が結集することが重要です。本
研究会では、既存の観念にとらわれない多面的な議論を行い、第２回、第３回
へと繋げていくことによって、広く同志を募っていきたいと考えております。
またその一環として、本年 7 月 25 日～26 日には量子科学技術研究開発機構（QST）国際シンポジウム「Quantum Life Science」を予定しておりますので、こちらも合わせてご参加、ご協力いただければ幸いです。
今後とも、量子生命科学の誕生と健やかな成長のため、皆様と共に力を尽して参りたいと思います。ご協力を賜りますようお願い申し上げます。
謹白

第 1 回量子生命科学研究会
会長
副会長

平野 俊夫 (量子科学技術研究開発機構 理事長)
島田 義也 (量子科学技術研究開発機構 理事)
田島 保英 (量子科学技術研究開発機構 理事)

第１回量子生命科学研究会― 技と好奇心のコヒーレンス ―東京大学 山上会館 ２階 大会議室
平成 29 年 4 月 12 日（水）プログラム
10:00 - 10:10 ( 10 ) 開会あいさつ
10:10 - 10:18 (8 ) 来賓あいさつ

10:18 - 10:25 (7 ) 写真撮影

平野 俊夫

QST 理事長セッション１ 量子技術研究者から生命科学者への「メニュー」の提示
10:25 - 10:45 ( 20 ) 細胞内局所温度の計測と細胞機能への寄与の解明
岡部 弘基

東京大学大学院薬学系研究科、JST さきがけ

10:45 - 11:05 ( 20 ) 核スピン偏極技術を利用した高感度 MRI
山東 信介

東京大学大学院工学系研究科

11:05 - 11:25 ( 20 ) 光コヒーレンストモグラフィーの基礎と応用
安野 嘉晃

COG 筑波大学

11:25 - 11:45 ( 20 ) 超高速分子イメージングと人工知能で大規模 1 細胞解析
合田 圭介

東京大学大学院理学系研究科

11:45 - 12:45 ( 60 ) 昼食
セッション２ 生命科学者の関心事と量子技術研究者への注文
12:45 - 13:05 ( 20 ) 放射線影響科学から量子生命科学への期待
今岡 達彦

QST 放射線影響研究部

13:05 - 13:25 ( 20 ) 造血研究における挑戦的探索から応用への展開
加藤 尚志

早稲田大学大学院先進理工学研究科
生命理工学専攻／教育学部理学科生物学専修

13:25 - 13:45 ( 20 ) 回転分子モーターの酵素反応機構の完全理解に向けて村田 武士

千葉大学大学院理学研究院

13:45 - 14:05 ( 20 ) 量子論的認知システムから見た量子と脳の接点
山田 真希子QST 脳機能イメージング研究部

14:05 - 14:25 ( 20 ) クリプトクローム・光回復酵素ファミリー：生物の巧みな光環境適応戦略
藤堂 剛
14:25 - 14:40 ( 15 ) コーヒーブレイク

大阪大学医学系研究科ゲノム生物学セッション３ 量子技術と生命科学の橋渡し：理論研究と先行的実験研究
14:40 -

15:00 (

20 ) 量子生命科学の展望
田中 成典

15:00 -

15:20 (

20 ) 有機分子集合体の光物性と励起ダイナミクス
藤田 貴敏

15:20 -

15:40 (
16:00 (
16:20 (
16:40 (JST さきがけ

20 ) 放射光円二色性分光を用いたヒストンの DNA 損傷誘起二次構造変化の観測
泉 雄大

16:20 -

大阪大学蛋白質研究所

20 ) 「細胞を測る道具」としての量子センサー
五十嵐 龍治16:00 -

分子科学研究所

20 ) NV センターの生命科学計測への適用
原田 慶恵

15:40 -

神戸大学大学院システム情報学研究科

広島大学放射光科学研究センター20 ) 量子ドット・磁性ナノ粒子による単一幹細胞・がん細胞 in vivo イメージング
馬場 嘉信

名古屋大学工学研究科・医学系研究科・
先端ナノバイオデバイス研究センター

パネルディスカッション
進行役：横谷明徳（QST）
16:40 -

17:10 (

30 ) パネリスト：五十嵐龍治、田中成典、馬場嘉信、原田慶恵、
瀬藤光利（浜松医科大学）、上田光幸（文科省量子研究推進室長）

17:10 -

17:15 (

17:30 -

19:30 ( 120 ) 懇親会

5 ) 閉会あいさつ

島田 義也

QST 理事細胞内局所温度の計測と細胞機能への寄与の解明
岡部 弘基
東京大学大学院薬学系研究科、JST さきがけ
温度は、主要生理機能だけでなく、すべての生化学反応に重大な影響を与えているため、生命にとって重要性は自明であると認識されてきた一方で、複雑かつ高度に区画化された構造を有する細胞内の局所空間における温度の変動や意義については一切不明であった。
私は生細胞内に適応可能な蛍光性ポリマー温度センサーを開発し、この応答を定量
的蛍光イメージング法により検出することで、細胞内部の局所的な温度が時空間的に変動するとのユニークな現象を発見した。特に、定常状態において細胞内の核やミトコンドリアが周囲と比較して 1–2°C もの高温を示すなど、細胞内の不均一な温度分布
は、均一な水溶液中における熱のダイナミクスや、古典的生化学において想定される
緩慢な温度変化とは本質的に異なる性質であった。この結果は細胞内温度計測法の適応範囲や妥当性を吟味する機運の端緒となるとともに、細胞内局所の温度変化が細胞機能の駆動力、すなわち「温度シグナリング」として機能している可能性を示唆した。
そこで、現在、赤外（IR）レーザー照射を用いた細胞内局所の一過的加熱により、細胞内における熱のダイナミクスを記述するとともに、温度シグナリングの存在とその生理的意義の解明に取り組んでいる。
これまでに、細胞内における熱の拡散が試験管中と著しく異なることに加え、ストレス環境にある細胞内の RNA 顆粒形成において実際に温度シグナリングが形成開始機構を担うことを発見した。これらの結果は、細胞内局所環境としての温度が細胞機能にとって決定的に重要な役割を担うだけでなく、生物学における斬新な因子である
魅力的な可能性を提示している。

核スピン偏極技術を利用した高感度 MRI
山東 信介
東京大学大学院工学系研究科
分子の核スピンを検出する核磁気共鳴イメージング（MRI）は、主要な生体分子イメージング技術の１つである。特に、核スピンの物性計測から、標的とする分子の構
造や周辺環境情報を得ることができる点は大きな強みである。すなわち、原理上は、生体分子の代謝や生体微小環境など、より高次な情報を得ることができる。ただし、核磁気共鳴技術が本質的に低感度であることから、MRI の応用範囲は生体に多数存在する水分子などに限定されているのが現状である。
近年、この MRI の本質的な問題である低感度を克服する手法として、核偏極 MRIに注目が集まっている。核偏極技術は、特殊な量子操作により核スピンのゼーマン分裂における占有数の差を著しく増大させ、磁気共鳴における計測核の検出感度を飛躍的に情報させる手法である。例えば、13C 核の場合では数万倍以上の高感度化も可能である。実際に、核偏極によって高感度化した安定同位体ラベル化分子プローブを動物個体に導入し、その代謝過程をイメージングすることも実現されている。
本発表では、次世代分子イメージング技術として期待される「核偏極 MRI」の基礎と応用、現状、さらに克服すべき問題点も含めて紹介したい。

光コヒーレンストモグラフィーの基礎と応用
安野 嘉晃
COG 筑波大学
光コヒーレンストモグラフィー（OCT）は低コヒーレンス干渉の原理を用いた生体断層画像化手法である。OCT は横方向の像分解には光スポット操作を用い、深さ方向の分解には光源の低い時間コヒーレンス特性を用いたコヒーレンスゲートを用いる。
この画像化原理により、横方向、深さ方向ともに 10 ミクロン程度の分解能を得ることができる。
1991 年に最初に実現された OCT は時間領域の低コヒーレンス干渉を用いた点操作
イメージング装置であった。そのため、２次元の断層画像化のためには２次元の機械的操作を必要とした。しかし、1998 年にスペクトル領域での干渉を用いた OCT が考案されることにより、機械的走査無しで深さ方向の分解が可能になり、OCT の計測速度は劇的に向上した。この結果、数秒の計測時間での 3 次元トモグラフィー計測が可能なった。さらに近年では、毎秒数ボリュームの 3 次元データの取得が可能になり、
3 次元＋時間の 4 次元 OCT 撮影が可能になっている。
OCT はその開発当初より、眼科分野での応用がすすめられた。それは、一つには、眼が人体のなかで唯一の光学組織であり、光によるイメージングに適していたためである。さらに、眼は微細な神経構造によって構成される感覚器官であり、検査のために組織切片を採取することが難しい。このことが OCT の非侵襲性とあいまって、OCTの眼科分野への適応を急速に進める原動力となった。
本講演では OCT の動作原理を解説するとともに、眼科分野におけるその応用について概観する。

超高速分子イメージングと人工知能で大規模 1 細胞解析
合田 圭介
東京大学大学院理学系研究科
世の中は平均値であふれている。平均年収、平均気温、平均寿命、平均体重、日経平均株価。しかしながら、平均値は集団を代表する値とは限らない。この平均値問題
は生命科学分野において顕著である。実際に、従来のバルク（集団）で行う分析で得られる平均値では、細胞の多様性（Cellular Heterogeneity）を正しく理解することが出来ない。主な例に癌細胞の薬剤耐性、バクテリアの抗生物質耐性、代謝工学における微生物生産性がある。OECD によると 2030 年のバイオ産業の市場規模は約 200 兆円と見通されている一方で、この細胞の多様性を正しく活用することが出来ないため、バイオ産業を効果的に発展させることが困難である。
本講演では、この課題を解決するために現在開発中の超高速分子イメージング技術を紹介する。本技術により、多種多様な細胞集団を 1 細胞の分解能で高速・正確・網羅的に調べ上げる人工知能搭載の大規模 1 細胞解析が可能となる。具体的には、最先端の光量子技術（レーザー光源、光周波数コム、周波数多重化、誘導ラマン散乱など）を基盤とした複数の超高速分子イメージング法、及びそれによって取得する膨大な高次元データから仮説を導き出すことで未知なる生命現象の発見や応用展開を可能とするデータ駆動科学について紹介する。本技術により、従来の平均値的な細胞計測に
よりデータに埋もれていたセレンディピティ（砂浜から一粒の砂金）を計画的に創出する夢物語が実現可能となる。

放射線影響科学から量子生命科学への期待
今岡 達彦
QST 放射線影響研究部
放射線影響科学は、物理学の対象である放射線が生命に及ぼす影響を研究する学際的な科学である。放射線は DNA に電荷や励起を付与し、これらが DNA 分子内を移動して、化学的に安定な DNA 損傷が生成される。DNA 損傷を細胞が見つけ出し修復する化学反応において、低い確率で突然変異が生じる。組織幹細胞等の重要な細胞において、重要ながん関連遺伝子に突然変異が生じることで、発がん過程が開始されると考えられている。発がんは、線量のあまり高くない被ばくによってもそのリスクが増加する可能性があるため、社会的にも重要な研究対象である。
古くから、放射線が作る突然変異は（紫外線やある種の化学物質が作る突然変異と違って）ランダムであり、放射線が作ったがんと自然にできたがんを突然変異によって区別することはできないと考えられてきた。ところが、放医研を含むいくつかの研究グループが、実験動物やヒトのがん検体を用いた研究で、放射線被ばく後にできるがんのゲノムに特徴的な突然変異（radiation signature）があることがわかってきた。
量子生命科学には、どのような radiation signature が作られ得るかを理論及び実験によって予測すること、DNA 損傷の認識・修復の過程に量子生物学的現象が潜んでいな
いか探索すること、生きた生物体内で突然変異の生成から発がんまでを継続的に観察する技術を実現すること、を期待している。

造血研究における挑戦的探索から応用への展開
加藤 尚志
早稲田大学 大学院先進理工学研究科生命理工学専攻／教育学部理学科生物学専修
赤血球、そしてリンパ球を含む白血球や血小板はいずれも造血幹細胞を源とし、増殖、分化、成熟を経て誕生する。例えば赤血球は、絶えず酸素を要求する全身の細胞へ酸素を運ぶ。その数は、ヒトの全細胞数の 80％を超え、血液循環中の赤血球数の恒常性の維持は私達の健康に必須である。このような血球産生のプロセスを調節するホルモンが造血因子である。造血因子に加え、今日広く知られているサイトカイン、イ
ンターロイキンと呼ばれる生体機能分子の殆どは、分子量 2 万前後のペプチド鎖に糖鎖を付加した糖蛋白質であり、受容体への結合を介して細胞に作用する。バイオテク
ノロジーが勃興した 1980 年代以降、これらの分子は次から次へと発見され、遺伝子
組換え医薬が開発された（Handbook of Hormones, Academic Press, Elsevier, 2015）。そして低分子化合物が主役であった創薬、医療の流れを大きく変えたのである。構造生
物学による高分子の構造や挙動の解析例も増大した。特筆すべきことは、発見、基礎、
応用の過程で多くの日本人研究者の世界貢献があったことである。しかし生物学者と構造生物学者との協同は今でも十分とはいえない。それはなぜであろうか。今日、生物学ではゲノム情報を基盤とするオミクス（Omics）や、ゲノム編集技術の普及が始まった。ナショナル・バイオリソース・プロジェクト（日本医療研究開発機構〔AMED〕）
からは多様なモデル動物が提供されるようになり、比較生物学的アプローチにも注目が集まっている。こうした中で、構造生物学とともに切り拓く造血研究や実験生物学の将来展開を検討したい。

回転分子モーターの酵素反応機構の完全理解に向けて村田 武士
千葉大学大学院理学研究院
V 型 ATPase は、細菌からヒトまで多くの生体膜中に存在し、ATP のエネルギーを使って水素イオンを運ぶことで膜内外の pH を調整している。V 型 ATPase はがん細胞や破骨細胞の細胞膜にも存在し、がん細胞の増殖・転移や骨粗鬆症に関与していることが報告されている。V 型 ATPase の酵素反応機構を知ることは、これら疾病の理解に繋がり、V 型 ATPase の阻害剤は治療薬としても期待されている。V 型 ATPase
は、親水性の V1 部分と膜内在性の V0 部分から構成されている。触媒頭部（A3B3 複合体）で ATP が加水分解され、そのエネルギーを使って軸部分が回転し、これに伴って V0 部分でプロトンが輸送されるが、詳しい仕組みは未解明だった。我々は、腸球菌の V 型 ATPase がヒト V 型 ATPase と構造的にも機能的にもよく似ていることを明らかにし、その親水性回転軸 DG 複合体や A3B3 複合体複合体、V1 複合体（「ATP 加水分解待ち」構造）の X 線結晶構造による詳細構造を世界で初めて解明した。さらに、
V1 複合体の「ATP 結合待ち」と「ADP 解離待ち」構造に対応する新しいスナップシ
ョット構造を得ることに成功し、V1 複合体の回転機構の大枠を明らかにした。今後、本酵素の反応機構の完全理解に向けて、量子ビーム技術を駆使した全原子構造情報の解明が最重要であると考えている。

量子論的認知システムから見た量子と脳の接点
山田 真希子QST 脳機能イメージング研究部
量子力学がミクロな世界を記述してきたのと同様に、量子力学の数学的枠組みが人間の思考の流動性も説明できる可能性に関心が集まりつつある。これは「量子認知」
や「量子ゲーム理論」として提案されており、これまで古典的な理論を用いた認知科学研究やゲーム理論研究では説明が困難であったが故に、人間の思考の非合理性として扱われてきた現象に対し、新たな枠組みと心の法則を導き出すものとして期待できる。思考を生み出す脳活動も古典的な物理現象としてこれまで理解されているが、心の「重ね合わせ」状態や「量子もつれ」状態が量子力学の数学的モデルによって説明可能になれば、脳活動の量子状態についても、その存在が実証される日が来るかもしれない。
本講演では、主観確率を題材に、現在主流の古典的な理論に基づく心の法則と、量子物理学の理論に基づく心の法則を比較し、量子論的認知システム研究の今後の発展と脳科学研究との接点を見出したい。

クリプトクローム・光回復酵素ファミリー：生物の巧みな光環境適応戦略
藤堂 剛
大阪大学医学系研究科ゲノム生物学
生物は、地球環境により良く適応する為に様々な機能を獲得しながら進化を遂げてきた。太陽紫外線は地球光環境における最大の脅威であり、現存生物は極めて多様なDNA 修復機構を備える事によりこの脅威に対抗している。多様な DNA 修復機構の中で、光回復酵素による DNA 修復は最もシンプルで、しかも効率よい修復機構であり、生物が最初に獲得した太陽紫外線への抵抗手段であると考えられている。いっぽう、地表にとどく太陽紫外線量は地球環境変動により大きく変化してきた。変化する光環
境に生物がより上手く順応できるよう、光回復酵素は新たな機能を獲得してきた。光
回復酵素から機能変換した一群の蛋白質がクリプトクロームと呼ばれている。クリプト
クロームは、光受容体としての機能を持つもの、概日リズム形成の中心的役割を担う転写抑制因子として光非依存的な機能を持つもの等、生物種により異なる多様な生理現象に関与している。クリプトクローム・光回復酵素は、このように機能的に多様化しているものの、一次構造のみならず高次構造においても高い類似性を示す。また、いずれも補酵素として FAD（Flavin Adenine Dinucleotide）を持っている。本講演では、生物の巧みな地球環境適応戦
略の一例として、多様な機能を持つクリプトクローム・光回復酵素ファミリーを紹介したい。

量子生命科学の展望
田中 成典
神戸大学大学院システム情報学研究科
量子生命科学は、生命系に対して、熱力学、統計・情報科学、量子力学等の枠組・手法によりアプローチすることで構成されていくと理論的立場からは想定される。この地球上で実際に起きていること、あるいは地球外や過去の生命史にも目を向けて、実験・観測、そしてモデリングや仮説形成、シミュレーション等を行い、生命系を一から再構築することが求められる。ここでは、講演者が携わっている、医療・創薬、放射線損傷、光合成、生命の起源と進化、
タンパク質・核酸科学等の研究テーマの中から関わりの深い話題を選び、「量子生命科学」というものをどのように考えるべきか、また今後どのような展開が考えられるかについて、過去や現状の分析に加え、短期的・長期的な展望も含めて簡潔に論じ、会場に来られた皆さんの議論の呼び水としたい。量子性が多項式的な複雑さと指数関数的な複雑さをつなぐものだとしたら、量子性は本質的に生命性と結びついている。今後は「情報」をキーワードとして、量子性と生命性は一体となって探求されるだろう。

有機分子集合体の光物性と励起ダイナミクス
藤田 貴敏
分子科学研究所2007 年に Fleming らのグループから Fenna-Matthews-Olson タンパク質の２次元電子
スペクトルの実験結果が発表された。タンパク質-色素分子複合体において、従来考えられていたような局在化した励起状態が色素分子間をホッピング的に移動するのではなく、電子励起状態が波のように色素間を動き回っていることが示唆された。それ以来、光合成系の励起エネルギー移動における量子効果の役割について様々な議論が行われており、理論・実験の両面から研究が盛んに行われてきた。また、最近の試みとして生物系で解明された知見を用いて、新しい人工系のデザインにつなげようという議論もなされている。
我々は第一原理電子状態計算・分子動力学法・量子動力学法を組み合わせて、有機分子が凝集した系の励起エネルギー移動や電荷移動にアプローチしてきた。本講演では、生物系と人工系の分子集合体の励起ダイナミクスの研究を紹介する。生物系からは色素分子の自己組織化により形成された、光合成アンテナ系のクロロソームを取り上げて、光物性やエネルギー移動について議論する。人工系からは p 型有機半導体分子を取り上げ、励起ダイナミクスにおける電荷移動状態の役割について議論する。励起ダイナミクスにおける波動関数の局在性と遍歴性・生物系と人工系の比較という観点から議論を行う。

NV センターの生命科学計測への適用
原田 慶恵
大阪大学蛋白質研究所
生命科学分野における蛍光観察では様々な蛍光分子プローブが用いられてきた。最近、ダイヤモンド結晶内の窒素－空孔蛍光中心（NVC）を新規蛍光プローブとして利用する研究が注目を集めている。NVC は、ダイヤモンド自身の持つ生体親和性の高さに加えて、蛍光が褪色しない、光励起によるスピン偏極および光検出によるスピン
計測（光検出磁気共鳴、ODMR）が可能であるといった他の蛍光体にない優れた特徴を有する。このため単なる蛍光プローブとしての利用にとどまらず、磁場・電場・温度などの環境因子を局所的に計測する研究が進められている。静磁場の変化は、
ODMR 周波数の変化として捉えることができ、原理的には数十 fT/√Hz という超高感度が期待されている。また、NMR でよく知られたスピンエコー法と組み合わせることにより、一原子の核スピンさえ検出可能であることが理論的に示されている。
NVC の生体計測への適用方法としては、NVC を含むダイヤモンドナノ粒子（FND）
を細胞や生体分子に導入する方法と、NVC が含まれるダイヤモンド基板をカバーガ
ラスの代わりにして近接させる方法がある。前者の方法でこれまでに FND 自身の並進・回転運動を介して生体の運動を観察することに成功している。単一のタンパク質や細胞の観察（ナノ～ミクロ）に板ダイヤを用いる場合には、観察対象を磁気ビーズ
あるいはスピンラベルで標識するとともに、これら磁気プローブのサイズや板ダイヤ
表面からの距離に応じて NVC を板ダイヤ表面のごく浅い層に集中させることが重要である。一方、マクロ的な応用では、NVC を板ダイヤの厚さ全体に高濃度で生成することが重要である。

「細胞を測る道具」としての量子センサー
五十嵐 龍治JST さきがけ
細胞生物学の歴史は、細胞内の「どこで」「いつ」「何が」「どれくらい」起こっているかを解き明かすことに集約される。私たち生命科学者はこの謎を解明するために、生命科学の黎明期からイメージング技術を活用してきた。現代では１細胞イメージン
グや分子イメージングが普及し、これらの技術は「どこで」「いつ」「何が」について饒舌に語ってくれるようになった。しかし、「どれくらい」という話になると、既存のイメージング技術は急に歯切れが悪くなってしまう。なぜなら、細胞内のある場
所・ある時刻にある現象を定量しようとしても、生命科学者はそのような高い精度と再現性で物理量を読み取ってくれるナノサイズのセンサーを持っていなかったからである。私たちは、このような測量的な細胞イメージングを行うことを目的として、
ダイヤモンドの持つ「窒素 − 空孔中心」という量子センサーの活用法について研究している。本講演では主に、未だ分子生物学に残る大きな課題の１つ「生体分子の動的構造」への新たなアプローチに向けて、ナノダイヤモンドを 3D ジャイロセンサーとして活用した実験例について報告する。たとえば F1-ATPase モータータンパク質の構造変化や、細胞内ストレスファイバーの力に対する構造応答を三次元的に解析した実験を紹介する予定である。また、ナノダイヤモンドを用いた温度計測実験など、私たちが行った他の実験についても簡単に触れる予定である。

放射光円二色性分光を用いたヒストンの DNA 損傷誘起二次構造変化の観測
泉 雄大
広島大学 放射光科学研究センター
全長 2 m にも及ぶ 30 億塩基対（bp）から成るわれわれヒトの DNA は、H2A、H2B、H3、H4 と呼ばれるヒストンタンパク質各 2 分子から構成されるコアヒストンに
146-147 bp ずつ巻き付き、それらが連なったクロマチン構造を形成して細胞核内に格納されている。最近の分子生物学を中心とした研究成果から、最も重篤な DNA 損傷のひとつである二重鎖切断損傷の修復過程は、損傷周辺のヒストンの化学修飾をきっかけに、DNA 修復タンパク質が損傷部位に集合、結合することで進行していくと考えられている。しかしながら、修復タンパク質や修飾酵素がどのように損傷部位と非損傷部位、すなわち自分が行くべき場所と行く必要のない場所、を区別しているのかは明らかになっていない。
講演者らは、（1）細胞が DNA 損傷に応答して損傷周辺のヒストンの構造を変化させており、（2）修復タンパク質はそれを目印として損傷部位を識別しているのではな
いかと考えている。本研究では、仮説（1）の検証のため、放射光円二色性分光法を用いて DNA 損傷を与えた細胞から抽出したヒストンの構造を調査した。
DNA 損傷細胞から抽出した H2A-H2B は、非損傷細胞由来のものに比べて α-ヘリック
ス構造の割合が増加しているのに対して、H3-H4 では逆に α-ヘリックスの割合が減少していることがわかった。H2A-H2B、H3-H4 で見られた構造変化が一様でなかったことから、異なる原因で構造変化が生じていることが予測される。また、それぞれの構
造変化が細胞内で異なる機能を担っている可能性が考えられる。

量子ドット・磁性ナノ粒子による単一幹細胞・がん細胞 in vivo イメージング
馬場 嘉信
名古屋大学工学研究科・医学系研究科・先端ナノバイオデバイス研究センター
iPS 細胞の再生医療実現やがん細胞の超高感度検出によるがんの Precision Medicine 実
現のために、幹細胞・がん細胞の高感度な in vivo イメージング技術の開発が期待されている。
本講演では、我々が、文科省・AMED 再生医療実現拠点ネットワークプログラム、経産省・AMED 最先端の次世代がん診断システム開発等で進めている量子ドット等による幹細胞・がん細胞の in vivo イメージング技術開発の研究成果として、単一細胞計測に基づくがん超早期診断、がん治療・幹細胞治療のためのナノデバイス、iPS 細胞再生医療のための量子スイッチング in vivo イメージングなどの成果等、量子ドット技術の基礎研究から臨床応用・実用化に向けた研究動向について解説する 1)-14)。
1) Advanced Drug Delivery Reviews, 95, 2 (2015); 2) Anal. Chem., 89, in press (2017); 3) Nature Biotech., 22,1360 (2004); 4) JACS, 128, 629 (2006); 5) ACS Nano, 4, 121 (2010); 6) ACS Nano., 5, 493, (2011); 7) ACS
Nano, 5, 9264 (2011); 8) Nano Lett., 12, 6145 (2012); 9) Biomaterials, 33, 2177 (2012); 10) Nano Lett., 13, 1877
(2013); 11) Nanoscale, 8, 5435 (2016); 12) Nanoscale, 8, 9009 (2016); 13) Sci. Rep., 6, 25950(2016); 14) Sci.
Rep., 7, 40047 (2017).

第１回QST国際シンポジウム「量子生命科学 -Quantum Life Science-」■主 催：量子科学技術研究開発機構（QST）■日 時：2017年7月25日（火），26日（水）■会 場：東京ベイ幕張ホール（千葉県千葉市美浜区ひび野2-3）■参加費：無料■事前参加登録：qst2017@qst.go.jpまで、氏名、連絡先を明記のうえ、お申し込みください。