神経幹細胞はトポロジカル欠陥を選別して集積：日経バイオテクONLINE アカデミック版

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神経幹細胞はトポロジカル欠陥を選別して集積

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Harvardと東大、京大がNature誌で発表(2017.04.13 02:00)

河田孝雄
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日経バイオ年鑑2017ONLINE版を公開しました「世界の創薬パイプライン総覧」電子版も発売中

米Harvard Medical Schoolシステム生物学科の川口喬吾博士研究員と東京大学大学院理学系研究科物理学専攻の佐野雅己教授ら

書籍「新薬創製」

は、脳のもととなる神経幹細胞の集団において、トポロジカル欠陥の配置が細胞の集積・逃避を支配していることを見いだした。京都大学ウイルス・再生医科学研究所の影山龍一郎教授と3人共著の論文を、Nature誌で2017年4月13日に発表した。川口氏は東京大学大学院理学系研究科附属生物普遍性研究機構（UBI）の客員研究員、佐野教授はUBIの機構長をそれぞれ務めている。東京大はこの論文発表について4月11日に東京大の本郷キャンパスで記者会見を開催し、佐野教授が登壇した。研究成果の解説は米Bostonからの筆頭かつ責任著者の川口喬吾博士
画像のクリックで拡大表示

中継で参加した川口博士研究員が行い、佐野教授と共に記者からの質問に答えた。
この現象は、川口氏が東京大学大学院理学系博士課程在学中に京都大の影山研究室にて幹細胞の実験を修業している最中に発見した。その後、影山教授や佐野教授と共に行った研究を今回、論文として発表した。川口氏がHarvardに赴任したのは2015年4月。論文の投稿は、2016年5月で、追加の実験はHarvardで川口氏が行っ画像のクリックで拡大表示た。
トポロジカル欠陥とは、隣り合う要素が向きをそろえたがる状況があったときに局所的に多くの要素が同じ方向にそろって秩序立った状態が実現する中で、特異的に秩序方向が存在しない点を意味する。トポロジカル欠陥は、周囲を秩序立った状態に囲まれて保護されているため、幾何学的に安定であることが分かっている。液晶分子や磁性体の研究でよく知られている。自然界では台風や渦潮、樹木の年輪の中心なども一種のトポロジカル欠陥だ。
研究グループはまず、神経幹細胞を培養プレート上で観察し、高密度の状況では細胞がプレートの上をシート状に埋め尽くすことに着目した。このシートの中では、細長く伸びた細胞の向きは互いに新着一覧
若手研究者の肖像（第24回）

北海道大学遺伝子病制御研究所
三浦恭子 准教授そろっており、その結果として液晶によく見られるパターンが形成されていることを見つけた。
次に、この神経幹細胞のシートの中に見られるトポロジカル欠損付近での集団挙動を長時間観察したところ、＋1/2と番号付けられる欠陥には細胞が集まり、－1/2の欠陥からは細胞が逃避することを見いだした。特に＋1/2の欠陥の中心では、3次元的に盛り上がったマウント構造が形成された。

バイオイメージング最前線（第18回）

蛋白質発現を、光で精密操作する

さらには、新しい理論モデルの解析から、このような集積・逃避減少は神経幹細胞や生物に特有なものではなく、自己駆動する要素と等方的でない摩擦さえあれば、どのような物質でも起こり得ることを示した。
最後に、培養プレートに直線状の傷をつけることで、細胞を細長い領域に閉じ込めて配向方向をそろえることができることを実証した。このような状況下でも、細胞は互いにすれ違いながら移動するとともに、そろっている向きに並行に行ったり来たりを繰り返していることを見つけた。
このように細長い領域の中を細胞が前後方向に運動する様子は、マウスやヒトなどの成体の脳内で研究室探訪（第13回）

神経難病の原因蛋白質を探究、狙うはプリオン様拡散の機構
若手研究者の肖像（23回）

徳島大学藤井節郎記念医科学セン
ター初期発生研究分野

竹本龍也

助教

新しく生成されたニューロンが長距離を移動する際の挙動とよく類似しており、同じ状況が培養プレート上で再現されている可能性があるとしている。
生体内の混雑した環境における細胞の移動では、誘導因子に従って一直線に移動する方法に加え、細胞の形状と相互作用が生むパターンの影響を利用して集団が平均として流れていくという方法があることが分かったという。

https://bio.nikkeibp.co.jp/atclac/news/17/04/13/00375/?ST=?ST=academic

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神経幹細胞は、脳を作る主要な3つの細胞へ分化できる幹細胞。今回の研究では、マウスの胎児から採取した細胞を培養プレート上で増殖させ、蛍光ラベルなどを利用して蛍光顕微鏡で観察した。生体内でも、培養プレート上と同じように、細長い形状をしていることが知られている。
川口研究員や佐野教授は物理学の研究者。物理学の世界では、電子や原子などを最小単位と捉え、その集団としての振る舞いを理解する研究が大きな成功を収めてきた。
一方、生物の最小単位といえる細胞の場合、ヒトをはじめとする多細胞生物では、多数の細胞から成る器官が重要な機能を担っている。器官が正しく機能するには、数多くの細胞が適切な配置を自主的に探り当て、適切なタイミングで役割を果たす必要がある。「多細胞生物は、細胞集団の奇跡的な協調性の下に成り立っている。細胞の集団としての動的な振る舞いを調べていきたい」と、川口氏。
このように多数の細胞が寄り集まって示す挙動の理解は、人工臓器の作製などの観点からも重要といえる。
東京大の生物普遍性研究機構（UBI）は2016年10月1日に設立された。生命科学研究における究極の目標の1つ、生物に共通する普遍的な法則とメカニズムを解明するという問題に対して、東京大の理論的生物学と定量的生命実験科学の研究グループを結集して取り組もうという組織だ。設立日当日（10月1日）付で、理化学研究所生命システム研究センター（理研QBiC）との連携協力協定を締結した。佐野教授はUBIの機構長に就任した。23人の中には、理研QBiCでも研究を行っている研究者が複数いる。
東京大学大学院医学研究科の上田泰己教授は、理研QBiC細胞デザインコアのコア長を兼任している（本務は東京大）。
東京大学大学院理学系研究科の古澤力教授は、理研QBiC生命モデリングコア多階層生命動態研究チームのチームリーダーも務めている。
東京大学大学院理学系研究科の岡田康志教授は、理研QBiC細胞動態計測コア細胞極性統御チームのチームリーダーも務めている。
古澤氏と岡田氏は、クロスアポイントメント制度により、2016年5月に東京大の教授に着任した。両氏共に、もともと務めていた理研QBiCのチームリーダーも継続している。このようなクロスアポイントメントの場合は、理研も東京大も共に本務だ。2氏共にエフォート比率は現在のところ、理研60％対東京大40％だ。
この他、東京大学生産技術研究所/東京大学大学院情報理工学系研究科数理情報学専攻の合原一幸
教授は理研の特任顧問、東京大学大学院理学系研究科生物科学専攻の入江直樹准教授は理研倉谷形態進化研究室の客員研究員を務めている。
東京大UBIのような狙いを持つ「生物普遍性」と銘打った研究組織は国内外で例が無いという。強いていうなら、米航空宇宙局（NASA）が米University of Illinoisに設置している「Institute forUniversal Biology」が名称としては似ていると、佐野教授は話した。地球外生物を研究している組織として知られる。

【機能性食品 Vol.283】

論文の被引用で理研と国際農林センターなど突出
若手研究者の肖像（第9回）

東京大学大学院医学系研究科機能生物学専攻
システムズ薬理学教室 上田泰己 教授
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神経難病の原因蛋白質を探究、狙うはプリオン様拡散の機構※東京大学大学院理学系研究科附属生物普遍性研究機構（UBI）のメンバー25人（役職名、敬称略、＊は協力メンバー5人）○理論部門（解る）
本郷：古澤力、石原秀至、津留三良（部門は予定）
駒場：金子邦彦、合原一幸＊

関連サイト
日経バイオテクONLINE
日経バイオテクONLINE Webマスターの憂鬱 Premium○構成部門（創る）
本郷：岡田康志、樋口秀男、上田泰己＊
駒場：佐藤守俊、若本祐一○動態部門（辿る）
本郷：武田洋幸、入江直樹
駒場：太田邦史、道上達男、澤井哲○計測部門（測る）
本郷：菅裕明、野地博行＊
駒場：豊田太郎、竹内昌治＊○情報部門（統べる）
本郷：佐野雅己（機構長）、黒田真也、能瀬聡直
駒場：池上高志、福島孝治、小林徹也＊

https://bio.nikkeibp.co.jp/atclac/news/17/04/13/00375/?ST=?ST=academic

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