分子生理研究系

神経機能素子研究部門

イオンチャネル，受容体，G蛋白質等の膜関連蛋白は，神経細胞の興奮性とその調節に重要な役割を果たし，脳機能を支えている。本研究部門では，これらの神経機能素子を対象として，生物物理学的興味から「その精妙な分子機能のメカニズムと動的構造機能連関についての研究」に取り組み，また，神経科学的興味から「各素子の持つ特性の脳神経系における機能的意義を知るための個体・スライスレベルでの研究」を目指している。

具体的には，分子生物学的手法により，神経機能素子の遺伝子の単離，変異体の作成，蛍光蛋白やマーカーの付加等を行い，卵母細胞，HEK293細胞等の遺伝子発現系に再構成し，パッチクランプ等の電気生理学的手法，細胞内Ca²⁺イメージング・全反射照明下での FRET 計測等の光生理学的手法，細胞生物学的研究手法により，その分子機能を解析している。また，外部研究室との連携により，構造生物学的アプローチ，遺伝子改変マウスの作成も現在進行中である。

研究課題は以下の通りである。

1. 内向き整流性K⁺チャネルの構造機能連関
2. 代謝型グルタミン酸受容体の多価陽イオン感知機能の分子基盤と生理的意義
3. 膜機能蛋白の動的構造変化のFRET法による光生理学的解析
4. M - チャネルのムスカリニック刺激による電流変化の分子機構
5. イオンチャネル型ATP受容体P2X₂ポアの発現密度依存的変化
6. ミトコンドリア分裂に関与する新規高分子量GTP結合タンパク質の機能解析
7. G蛋白質調節因子RGSの機能解析
8. イオンチャネル型ATP受容体の単粒子構造解析のための蛋白精製
9. G蛋白質結合型内向き整流性 K⁺チャネルのリン酸化による機能修飾

図1　内向き整流性 K チャネルと膜電位依存性 K チャネルの構造の比較。

図2 グルタミン酸結合に伴う代謝型グルタミン酸受容体細胞内領域の二量体構造の動的変化。-- 全反射照明下での FRET解析 --

図3 ムスカリン性アセチルコリン受容体活性化時のPIP2の減少とPKCの活性化は，KCNQ/Mチャネルを異なる方法で抑制する。

図4 開状態にあるチャネルの密度に依存するATP 受容体チャネル P2X2のポア構造の変化。

図5 遺伝子導入したmOPA1 蛋白は，ミトコンドリアに発現し，ミトコンドリアを断片化する。

職　　員

	教　授　　久　保　義　弘　　KUBO，Yoshihiro 東京大学医学部卒，同医学系研究科博士課程修了，医学博士。カリフォルニア大学サンフランシスコ校・ポスドク，東京都神経科学総合研究所・副参事研究員，東京医科歯科大学医学部・教授を経て，平成１５年１２月から現職。 専攻：分子生理学，神経生物学。
	助教授　　立　山　充　博　　TATEYAMA，Michihiro 東京大学薬学部卒，同大学院修了，薬学博士。順天堂大学助手，米国コロンビア大学博士研究員，CREST研究員を経て，平成１６年６月から現職。 専攻：薬理学，生理学。
	助　手　　中　條　浩　一　　NAKAJO，Koichi 東京大学教養学部卒，同大学院終了，博士（学術）。井上フェロー，生理学研究所非常勤研究員を経て，平成１７年４月から現職。 専攻：分子細胞生理学。
	日本学術振興会特別研究員　　藤　原　祐一郎　　FUJIWARA，Yuichiro 広島大学医学部卒，東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科博士課程修了。博士（医学）。平成１６年４月から現職。 専攻：一般生理学 。

分子神経生理研究部門

（１）神経系の発生過程において，神経系を構成する多くの細胞は共通の前駆細胞である神経上皮細胞から発生・分化してくる。分子神経生理部門では，神経上皮細胞からどのようにして種々の細胞種への分化決定がなされるのか分子・細胞生物学的に研究している。その中でも，グリア細胞の系譜については，未だ不明の点が多く，遺伝子改変マウスの作製，免疫組織学的手法やin situ hybridization法並びにレトロウイルスによる細胞系譜解析を駆使して解析を進めている。また，再生医療を目指して神経幹細胞移植により脱髄マウスを治療することを試みている。

（２）神経上皮層で増殖し分化の方向の決まった細胞は，機能する部位に向かって移動することが知られている。神経系で見られる細胞移動は，大脳や小脳の皮質形成過程でみられるニューロンの放射状移動については詳細に調べられているが，比較的長距離を移動する正接方向への移動やグリア前駆細胞の移動に関しては，不明な点が多い。このような細胞の移動様式や制御機構を明らかにするために，発達途上の脳内に様々な遺伝子を導入して，形態学的に解析している。

（３）神経幹細胞は，脳を構成する全ての神経細胞・アストロサイト・オリゴデンドロサイトの前駆細胞である。発達期の胎仔脳のみならず成体脳にも存在し，成体脳の特定の部位における神経細胞の新生に関与している。神経幹細胞の発生から，増殖・維持・分化さらに老化に至るまでを制御している分子機構を解明し，神経幹細胞の生体内での挙動を明らかにすることを目指している。

（４）脳の発達段階における糖蛋白質糖鎖構造を独自に開発した方法を用いて解析したところ，個人間で極めてよく保存されていることが明らかとなった。現在，脳の領域化や癌の発生・転移におけるＮ-結合型糖鎖の重要性について研究している。

（５）以上の研究において開発した神経系における遺伝子導入技術を利用して遺伝子治療の基礎的研究を行っている。

Ａ）レトロウイルスによるマウス胎児脳内への遺伝子導入法の確立レトロウイルスベクターの力価を従来の約1000倍に高めることができたので，これをマウス胎児脳内に注入した。成体になったマウスの脳を調べたところ，効率よく遺伝子導入されていることが分かった。青色がレトロウイルス感染細胞を示す。	Ｂ）エレクトロポレーション法によるマウス胎児脳への遺伝子導入 マウス脳室内に緑色蛍光遺伝子（GFP）発現ベクターを注入した後，エレクトロポレーションを行った胎児脳の限局した領域に効率よく遺伝子導入できることが分かった。

C)オリゴデンドロサイトの発生 左） オリゴデンドロサイト前駆細胞を生み出すpMNドメイン。Olig2遺伝子のin situ hybridizationにより，マウス胎生12日脊髄腹側のpMNドメインが青く染色されている。 中央） 移動中のオリゴデンドロサイト前駆細胞。GFP（緑）とマーカー抗体のO4（赤）で二重標識されている。 右） ミエリンを形成するオリゴデンドロサイト。軸索に複数の突起を伸ばし，ミエリンを形成している成熟オリゴデンドロサイト（緑色）が観察される。

職　　員

	教　授　　池　中　一　裕　　IKENAKA，Kazuhiro 大阪大学理学部卒，同大学院理学研究科修了，理学博士。大阪大学蛋白質研究所助手，助教授を経て，平成４年１１月から現職。 専攻：分子神経生物学。
	助教授　　小　野　勝　彦　　ONO，Katsuhiko 岡山大学理学部卒，同大学院理学研究科修士課程修了，医学博士。岡山大学医学部助手，講師，米国ケースウェスタンリザーブ大学研究員，島根医科大学助教授を経て，平成１５年３月から現職。 専攻：神経発生学。
	助教授　　等　　誠　司　　HITOSHI，Seiji 東京大学医学部卒，臨床研修および神経内科トレーニングの後，同大学院医学系研究科博士課程修了，医学博士。理化学研究所基礎科学特別研究員，カナダ・トロント大学ポスドク，東京大学医学部助手を経て，平成１５年９月から現職。 専攻：神経発生学，臨床神経学。
	助　手　　竹　林　浩　秀（休職中）　　TAKEBAYASHI，Hirohide 京都大学医学部卒，同大学院医学研究科修了，医学博士。日本学術振興会特別研究員を経て，平成１４年８月から現職。 専攻：分子神経生物学。
	助　手　　田　中　謙　二　　TANAKA，Kenji 慶応義塾大学医学部卒，同大学病院精神神経科研修医修了，同大学院医学研究科博士課程修了。医学博士。生理学研究所リサーチ・アソシエイトを経て，平成１６年６月から現職。 専攻：神経生化学，精神神経生物学。
	研究員　　石　井　章　寛　　ISHII，Akihiro 岡山理科大学理学部卒，同大学修士課程修了。総合研究大学院大学生命科学研究科生理科学専攻修了。博士（理学）。平成１６年４月から現職。
	学振外国人特別研究員　　丁　　雷　　DING，Lei 大連医科大学卒，北海道大学大学院医学研究科博士課程修了。平成１５年４月から現職。 専攻：神経発生学。

細胞内代謝研究部門（客員研究部門）

細胞がエネルギーを消費しながら，刺激に対して適切に応答する細胞シグナリングこそ命の源であり，そのからくりを究めることが生命科学の最終目標の一つです。本部門では，電気生理学と先端バイオイメージングを主要な武器にしてイオンチャネルや細胞内シグナル分子の動態を測定し，細胞応答に至るシグナルネットワークの時空間統御機構の解明を目指しています。具体的には以下の通りです。

（１）機械刺激に対する細胞シグナリング機構：
すべての細胞は事実上何らかの機械刺激に晒されており，これに適切に応答しています。内耳有毛細胞や皮膚機械感覚器の電気的応答をはじめ，筋・骨の廃用性萎縮・脱灰や内皮細胞の血流依存的NO分泌などがその典型例です。しかし機械受容機構が明らかでないためにその分子機構は全く謎です。そこで，代表的な細胞機械センサーであるSAチャネルや細胞骨格/接着斑を対象にして，その構造機能連関や細胞シグナリングとの関わりを色々な機械刺激法を開発して研究しています（図１）。課題の一つとして，内皮細胞における伸展依存性リモデリング（一軸周期伸展刺激に対して細胞が伸展軸に垂直に伸張する応答）を対象にしています（図２）。この中には，機械刺激の大きさや方向の感知，シグナリングの時空間分業機構など，未知で面白そうな問題が詰まっています。この反応の全過程を理解することが当面の目標です。

（２）細胞内Ca²⁺のシグナリング：
細胞に，機械刺激や生物活性物質などの刺激，あるいは他の細胞による刺激が加わった時に，細胞は細胞内伝達物質としてカルシウムイオン(Ca²⁺)を増減させ，様々な細胞機能を制御発現します。このようなCa²⁺のシグナリングに注目してその機構の解明を目指しています。Ca²⁺イメージングはCa²⁺結合性指示薬を用いてCa²⁺を視覚化することによって行います。さらに顕微操作や電気生理学的手法を加えて，生きた細胞の経時的，空間的計測を行います。（１）で述べた機械刺激時や細胞移動時の細胞内Ca²⁺イメージングを中心に，研究を進めています。また受精時のCa²⁺増加やCa²⁺振動機構を通して受精機構，卵成熟機構の研究もしています。

（３）プロトンシグナリング：
水素イオン（プロトン，H⁺）は，pHを決定すると共に，骨リモデリング・感染初期の自然免疫過程・痛みの発生など多様な機能に関わる重要なシグナルイオンです。H⁺を輸送するトランスポータやチャネルが発達した細胞膜は，細胞内外のH⁺動態をダイナミックに調節する現場となります。中でも膜電位依存性H⁺チャネルは，鋭敏なH⁺センサーと精巧なH⁺シグナル発信器としての役割を兼ね備えるユニークな分子です。現在，H⁺チャネルを手がかりに，H⁺動態と細胞機能の関わりを明らかにすることを目指しています。

図１：細胞骨格（ストレスファイバー）を介した局所機械刺激法の模式図（左）。基質（細胞外マトリックス）であるフィブロネクチンをコートしたガラスビーズを細胞上面に付着させると，その接着面に接着斑様構造と，そこから底面の接着斑に連結するストレスファイバーが形成される。このビーズをピエゾ駆動のガラスピペットで動かし，ストレスファイバーを介して底面の接着斑に機械刺激を与えながら，底面でのインテグリンやCa 2+の動態を近接場蛍光顕微鏡でリアルタイム測定する。右図は接着斑（上段，緑色の斑点構造）とストレスファイバー（中段，赤色の線維構造）とその重ね像（下段）で，細胞の側面投影蛍光イメージ。

図２：伸展依存性リモデリング。内皮細胞をシリコン膜上で培養し，周期的な一方向伸展刺激（ここでは水平方向）を与えると，最初不定形であった細胞が1-2時間で伸展軸に垂直に配向した紡錘形へとリモデルする（左図）。このとき細胞内のストレスファイバー（オレンジ色の線維状構造）と接着斑（緑色の斑点構造）は右図のように大きく変化する。

職　　員

	教　授　　曽我部　正　博　　SOKABE，Masahiro 大阪大学大学院基礎工学研究科（生物工学）博士課程中退，工学博士。大阪大学人間科学部助手を経て平成４年より名古屋大学医学部教授，平成１５年４月から現職を併任。 専攻：イオンチャネル，細胞生物物理学。
	助教授　　久　野　みゆき　　KUNO, Miyuki 大阪市立大学大学院医学研究科博士課程中退，医学博士。大阪市立大学医学部助教授を経て平成１２年度より同大学院医学研究科助教授，平成１６年１０月から現職を併任。 専攻：イオンチャネル，細胞生理学。
	助　手　　毛　利　達　磨　　MOHRI，Tatsuma 東京工業大学大学院総合理工学研究科博士課程修了，理学博士。スタンフォード大学ホプキンス海洋研究所，マイアミ大学，カリフォルニア大学デービス校博士後研究員を経て平成８年４月から現職。 専攻：細胞生物学，細胞生理学。
	研究員　　平　田　宏　聡　　HIRATA，Hiroaki 東北大学理学部卒，同大学院理学研究科博士課程修了，理学博士。科学技術振興事業団技術員を経て平成１５年１１月から現職。 専攻：細胞生物物理学。