生物科学セミナー

第322回(2016年2月)以降の生物科学セミナー情報は、
以下のPDFファイルをご覧下さい。

bs_seminar_info.pdf




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過去の生物科学セミナー

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第321回生物科学セミナー
日時: 2016年1月18日 (火) 16:00- 17:30
場所: B302講義室
講師: Martin Baron 先生
所属: マンチェスター大学
演題: Tuning Notch signalling through and an endocytic regulatory network:- revisiting old genetic problems with new insights
要旨:
For over a century the fruit fly Drosophila has been driving scientific discovery across a wide range of important fields of biology from inheritance and evolutionary theory through developmental biology and cell signalling, to important concepts in biomedicine. However it remains an important challenge to understand the links between genotype and phenotype and the relative inputs of genes and environment, a question with far reaching consequences for science and society.

The Notch gene encodes a fundamentally important, highly conserved cell signalling receptor and there are few biological processes that are not impacted on by its activity, from organogenesis to stem cell regulation, from brain development to memory formation, with widespread implications for human health. There have been 100 years of study of the Notch gene following pioneering work on mechanisms of inheritance by Thomas Hunt Morgan. Mutational analysis of Notch subsequently revealed its complex genetics with many different context-dependent alleles exhibiting tissue specific, often temperature-sensitive phenotypes, whose mechanistic bases are poorly understood. Combining cell biology studies with computational simulation of Notch regulatory networks, we showed that the setting of Notch signalling levels is deeply embedded in the physiology of the cell through the operation of an endocytic trafficking network that tunes signal activity by regulating Notch flux towards inhibitory or signal activation outcomes. Our new model can explain long-standing observations of temperature-dependent mutant phenotypes and is providing new insights into the molecular mechanisms linking the structure and function of Notch to its diverse mutant phenotypes.
世話人: 松野健治先生
世話人(松野先生)よりコメント
招聘教授として2週間滞在している、英国マンチェスター大学のMartin Baron博士のセミナーです。卒業生の清水さんがCellに昨年発表した研究内容を含んだ発表です。
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第320回生物科学セミナー
日時: 2015年12月22日 (火) 17:00 - 18:30
場所: D401講義室
講師: 酒泉満 先生
所属: 新潟大学 理学部・教授
演題: 脊椎動物における性決定の遺伝学
要旨:
メダカの多様性を用いた遺伝学的研究例として、(1)魚類の性決定機構の多様性、(2)浸透圧順応の遺伝的制御、(3)染色体置換系統を用いた生殖隔離関連遺伝子の探索、について紹介します。(1)では、メダカから発見された哺乳類以外の脊椎動物で最初の性決定遺伝子Dmyとメダカ近縁種で同定されたDmy以外の性決定遺伝子の起源を中心に“性決定遺伝子の転換”機構について、(2)では、インドネシア・スラベシ島産メダカ近縁種間の交配実験から明らかになった“耐塩性”の遺伝子機構について、(3)では、ミナミメダカ由来の近交系の遺伝的背景に、キタノメダカ由来の近交系の染色体をホモ接合でもつ「コンソミック系統」を用いた“遺伝子間不和合”現象についてお話しします。
世話人:西田宏記 先生

世話人(西田先生)よりコメント
このセミナーは、集中講義の一環として行われます。興味のある方は、集中講義の方にも出席してください。酒泉満先生は、野外から分子レベルの研究まで幅広い手法を用いて活躍されています。魚類で雄と雌の決定がどのようにして起こるのかを中心にして研究されています。動物学会賞の受賞者でもあります。
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第319回生物科学セミナー
日時: 2015年12月14日 (月) 10:30 - 11:30
場所: B301講義室
講師: 平賀 信一郎 先生
所属: Institute of Medical Sciences, University of Aberdeen, Aberdeen, UK
演題: RIF1とProtein Phosphatase 1による真核生物細胞におけるDNA複製制御
要旨:
真核細胞におけるDNA複製の開始はCyclin-dependent kinase (CDK)とDbf4-depnednet kinase (DDK)の二つのS期特異的タンパク質リン酸化酵素の活性を必要とすることはよく知られている。DDKの主なリン酸化ターゲットはMCMタンパク複合体であり、そのリン酸化は複製開始に必須なDNAヘリカーゼ複合体の形成を促進する。  我々のグループは、これら二つのタンパク質リン酸化酵素による正の制御に加えて、タンパク質脱リン酸化酵素 Protein Phosphatase 1 (PP1) がDNA複製を負に制御していること を、出芽酵母をモデル生物として新たに示した。Rif1タンパクが MCMタンパク複合体に対してPP1をリクルートすることにより、DDKによりリン酸化をキャンセルする。さらにDDKはRif1とPP1の結合を負に制御する。この結果、特にG1期においてRif1-PP1はMCMのリン酸化状態を低く保つ働きをすることを示した(Hiraga et al, 2014. Genes Dev. 28: 372-383)。  Rif1タンパクは全ての真核生物に存在するようであるが、全体のアミノ酸相同性は低い。しかしながらPP1結合部位は同定された全てのRif1タンパクにおいて保存されている。このことから、PP1ターゲティングが真核生物 RIF1の主要な分子機 能であるとの仮定に基づき、現在ヒトRIF1タンパクの機能におけるPP1結合能の生物学的意義について調べている。今回のセミナーではDNA複製制御における出芽酵母およびヒトRIF1タンパクの機能を中心に議論する予定である。
”Control of DNA replication by RIF1 and Protein Phosphatase 1" Initiation of DNA replication at eukaryotic DNA replication origins is regulated by concerted action of two S-phase specific protein kinases, Cyclin-dependent kinase (CDK) and Dbf-dependent protein kinase (DDK). The major target of DDK is MCM protein complex at DNA replication origins. Phosphorylation of MCM complex is an essential step to initiate DNA replication, in order to allow the formation of CMG complex, which acts as an active DNA helicase at replication forks. In addition the positive regulations by CDK and DDK, we recently discovered that Protein Phosphatase 1 (PP1) negatively regulates DNA replication in budding yeast. Rif1 protein targets PP1 to MCM complex, and promotes dephosphorylation of MCM proteins, thus counteracts phosphorylation by DDK. Consequently, the phosphorylation level of MCM can be maintained low, particularly in G1 phase (Hiraga et al, 2014. Genes Dev. 28: 372-383). The recent efforts of genome sequencing suggest that Rif1 protein is present in all eukaryotic genomes, although the primary amino acid sequences seem to be fairly diverged. Despite poor conservation of overall amino acid sequences, however, the presence of PP1-interaction motifs is a conserved feature of all the identified Rif1 proteins, implying that PP1-interaction is the core function of Rif1 conserved during evolution. To test the hypothesis, we are now investigating the biological significance of PP1-interaction motifs in human RIF1 protein. In this seminar, I will present our data demonstrating the implication of RIF1 proteins in controlling DNA replication in budding yeast and human cells.
世話人:升方久夫 先生
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第318回生物科学セミナー
日時: 2015年12月11日 (金) 13:00 - 14:30
場所: B308 講義室
講師: Dr. Namiko Mitarai
所属: Center for Models of Life, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
http://www.nbi.dk/~mitarai/
演題:Population dynamics of phage and bacteria in spatially structured habitats using Phage λ and Escherichia coli 要旨: Bacteria living in physically structured habitats are exposed heterogeneously to both resources and different types of parasitic phages. While there have been numerous experimental approaches to examine spatially distributed bacteria exposed to phages, there is little theory to guide the design of these experiments, interpret their results or expand the inferences drawn to a broader ecological and evolutionary context. Plaque formation provides a window into understanding phage-bacteria interactions in physically structured populations, including surfaces, semi-solids and bio-films. We develop models to address the plaque dynamics for a temperate phage and its virulent mutants. The models are validated by comparison with phage λ-Escherichia coli system. We found that temperate phages give increasing number of gradually smaller colonies as the distance increased from the plaque center. For low lysogen frequency this resulted in plaques with most visible colonies at an intermediate distance between center and periphery. Using spot inoculation, where phages in excess of bacteria were inoculated in a circular area, we measured the frequency and spatial distribution of lysogens. The spot morphology of cII− and cIII− mutants of phage λ displays concentric rings of high density lysogenic colonies. The simplest of these ring morphologies was reproduced by including Multiplicity of Infection (MOI) sensitivity in lysis-lysogeny decisions, but its failure to explain the occasional observation of multiple rings in cIII− mutant phages highlights unknown features of this phage. Our overall findings demonstrated advantages of temperate phages in exploiting limited resources in spatially distributed bacterial populations.
This seminar will be held in Japanese.
世話人:藤本仰一先生

世話人(藤本先生)よりコメント
御手洗菜美子さんは理論生物と理論物理の分野で活躍中の若手PIです。様々な興味を持つ方々の参加を歓迎します。
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第317回生物科学セミナー
日時: 2015年12月10日 (木) 16:45 -
場所: D301講義室
講師: 二木杉子 先生
所属: 大阪医科大学医学部解剖学教室 助教
演題: 胚発生における基底膜の動態と組織形成
要旨:
一個の受精卵から多細胞組織を形作るためには、細胞が相互に連携をとりつつ増殖・分化・配列し、協調して機能を発揮する必要がある。このような組織づくりのプロセスに細胞外マトリックスが重要な役割を果たしていることが近年注目されつつある。中でも基底膜は上皮や内皮細胞と間質組織の境界面に形成されるシート状の細胞外マトリックス構造で、組織の形成や維持に不可欠な働きをしている。基底膜にはラミニンなどの細胞接着蛋白質が組み込まれており、細胞表面の接着受容体等を介して接着・生存・増殖・分化などのシグナルを伝え、細胞の挙動を制御する。同時に基底膜の形成・分解やリモデリングも細胞によって調節されている。このような細胞と基底膜の相互作用は胚発生・器官形成の場面で重要であり、基底膜を欠く遺伝子変異マウスでは正常に発生が行われない。また、基底膜を構成する蛋白質には多くの種類が存在しており、マウス胎仔では基底膜の組成が臓器や発生段階によって大きく変化することがこれまでの研究で明らかとなった。しかしながら、発生における基底膜の詳細な動態や、基底膜を介した細胞制御の機構については未だ明らかになっていない部分が多い。本セミナーでは、これまでに明らかになったマウス胎仔組織における基底膜組成の多様性を紹介する。さらに基底膜の動態をin vivoで明 らかにするためのライブイメージングにも取り組んでおり、最近の成果と基底膜イメージングを用いた解析の展望についても検討したい。
世話人:高木 慎吾 先生
--------------------------------------------------------------------- 第316回生物科学セミナー
日時: 2015年12月9日 (水) 15:00 -16:30
場所: D407講義室
講師: 植村壽公 先生
所属: 独立行政法人産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門
演題: 再生医療、創薬を目指した3次元培養法の開発と自動培養装置を用いたシステム化 ―軟骨再生、iPS細胞の大量培養、肝臓毒性評価などへの応用ー
要旨:
再生医療、創薬研究開発において、細胞の3次元培養による組織構築は必須の技術であり、早期の技術開発が切望されている。我々はNASAが最初開発した回転培養システム(RWVバイオリアクター)を基盤とし、種々の応用技術に展開すべく、改良、新たな開発を行ってきた。間葉系幹細胞からの骨・軟骨の再生、特に耳介軟骨膜幹細胞による弾性軟骨再生について形成外科領域における臨床応用を目指した技術開発を行っている。iPS細胞の実用化には10の10乗個の細胞が必要とされているが、2次元継代培養では実現できない。回転培養システムを利用したスフェロイド培養によるiPS細胞の大量培養技術が有用でありシステム開発を進めている。さらには、創薬分野では、肝臓毒性の評価が実用化において重要な技術であるが、未だ有効な手法が確立されていない。3次元培養により、毒性評価の極めて高い感度が得られることを見出し、創薬用システム開発を進めている。これらの現状について解説する。
世話人:柿本 辰男 先生

世話人(柿本先生)よりコメント
植村先生は阪大理学研究科物理学専攻で博士を取られ、現在は生物・医療系の研究者としてご活躍です。産総研では上級主任研究員をしておられ、理学懇話会委員としても理学研究科をサポートしてくださっています。4月からは、阪大吹田地区にラボを持たれます。技術員・研究員(吹田地区ラボ)を募集中とも聞いております。
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第315回生物科学セミナー
日時: 2015年12月7日 (月) 16:00 - 17:00
場所: B302講義室
講師: 水内 清 博士
所属: 米国国立衛生研究所(LMB/NIDDK, NIH)
演題: Meso-scale intracellular molecular-patterning in bacteria: plasmid DNA mobilization by the ParA/B system to cell division septum positioning by the Min system
要旨:
In bacteria, the ParA family of Walker-type ATPases are involved in self-organized dynamic molecular distribution pattern formation on intracellular surfaces to mobilize and control the position of large cargos, and also to impose positional control on cell division processes. Bacterial chromosome and plasmid partition systems assure stable heritance of genomes, commonly involving a ParA family partition ATPase, centromere-like parS DNA site, and a centromere-binding protein ParB. ParA is an ATP-dependent non-specific DNA binding protein and the ParB protein stimulates ParA DNA dissociation through ATPase activation. We study plasmid partition systems in a flow cell under a TIRF microscope, and reproduced the ATP-driven cargo motion. Our studies provide direct evidence for a mode of transport that does not use a classical cytoskeletal filament or motor protein. Instead, we demonstrate that ParA-type DNA segregation systems establish a propagating ParA ATPase gradient on the nucleoid surface, which generates the force required for the directed movement of spatially confined cargoes, such as plasmids or large organelles, and distributes multiple cargos equidistant to each other inside cells. We will discuss the further details of plasmid partition mechanism. The mid-cell localization of cell division septum in many bacteria is controlled by a set of Min proteins, which limits polymerization of FtsZ, the initiator of septation, to mid-cell. MinC inhibits FtsZ polymerization, and MinC distribution on the membrane is dictated by MinD to which it binds. MinD, a ParA family member ATPase, is an ATP-dependent membrane binding protein, whose ATPase activity is controlled by MinE, which associates with membrane-bound MinD. Together, membrane-bound MinD and MinE oscillate between the cell poles in vivo. This generates time-averaged distribution minimum of MinC at the mid-cell, assuring the cell division at the mid-cell. We have reconstituted cell-free MinD/E oscillation in a flow cell. Based on our recent results, we will discuss the system oscillation mechanism that is based on periodic substrate depletion coupled with autocatalytic MinD/E membrane association and dissociation steps, which are controlled by MinD/E stoichiometry-based switch.
世話人:升方久夫 先生
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第314回生物科学セミナー
日時: 2015年11月20日 (金) 14:00 - 16:00
場所: A427セミナー室
講師: 浦野明央 先生
所属: 北海道大学 名誉教授
演題: Functional Morphology/Microscopyの歴史と現状
要旨:
生物が営む生命現象を明らかにするためには,形態を生理機能と結びつけて理解する必要がある.そのため,かつては大きく解剖学と生理学に分けられていた生物学の研究が,分子レベルの研究の進展に刺激されて融合し,形態と生理機能を同時的に解析できるようになってきた.その流れを,脊椎動物の神経内分泌系を扱ってきた演者の経験を中心に概観し,現在感じている問題点を指摘しておきたい.
形態観察の宿命−固定の問題 顕微鏡下で生物の微細形態を観察するため,通常は組織標本を作成する.標本作製の一般的な流れは,固定−包埋−薄切であるが,固定にはタンパク質の変性,包埋には加熱処理,という問題がある.
酵素組織化学 「視床下部におけるモノアミン酸化酵素の分布」を調べるというのが,60年代に演者が手がけた最初の研究テーマであった.タンパク質である酵素の多くは,固定−包埋によって失活するため,活性を指標に組織中の酵素の分布を調べる酵素組織化学では,クリオスタットによる新鮮凍結切片の作製が必須であった.現在でも形態学の主要な武器であるこのクリオスタットの開発と利用について若干ふれたい.
免疫組織/細胞化学 免疫染色が始まった頃は,抗体を蛍光標識していたが,現在はアビジン−ビオチンを用いるABC法が一般的である.ABC法には旧来の方式に較べて知っておいて欲しい大きな利点があるため,演者は製品の販売開始とともに利用を開始したが,免疫染色すなわち抗体の利用には忘れてはいけない落とし穴がある.深刻なのは,免疫染色は細胞が蓄積している抗原を染色していることで,神経系や内分泌系の研究ではこれが致命的になる.
in situハイブリダイゼーション(ISH) 上に述べた免疫染色の深刻な欠陥を克服するため,演者は,協和発酵の協力を得て,80年代半ばに世界に先駆けISHを開発した.その際に配慮したのは特異性と定量性であった.やがてISHにも問題点があることに気づき,single cell PCRの開発を手掛けた.
バイオイメージング 上に述べた形態学的な方法を,特定の細胞の生理現象と結びつける有力な方法の1つは,バイオイメージング法の利用で,顕微鏡下で生理的な刺激に対する応答性を確認した個々の細胞について,上記の方法を用いてその特性を明らかにするのである.現在では,あらかじめ特定の遺伝子を導入し発現させた細胞の生理機能を解析するとともに,single cell PCRにより遺伝子の発 現レベルを定量的に示すことができるようになっている.
世話人:小沼健 先生
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第313回生物科学セミナー
日時: 2015年11月14日 (土) 15:00 - 16:00
場所: D407講義室
講師: 申惠媛 先生
所属: 京都大学薬学研究科 准教授
演題: 膜脂質の組成変容による生体膜ダイナミクスの調節
要旨:
細胞膜やオルガネラ膜の脂質二重層は、細胞質側と細胞の外側(または内腔側)において脂質の非対称性を有する。脂質非対称性の調節は、血液凝固、アポトーシス、分泌顆粒の分泌、筋芽細胞の融合などに重要であることが示されている。その一方で、時空間的脂質組成変化の調節メカニズムが細胞機能にどのように関与しているのかほとんど不明である。そこで、私たちは脂質二重層間の時空間的な脂質組成の変化が、生体膜の変形や細胞機能の恒常性に重要な役割を果たしていると考え、P4-ATPase(flippase)を中心に研究を進めてきた。P4-ATPaseはP-type ATPaseのサブ ファミリーであり、膜10回貫通型タンパク質である。多くのP-type ATPaseがイオンを輸送するのに対して、P4-ATPaseはイオンよりはるかに大きいリン脂質を細胞外側(または内腔側)から細胞質側へflipすることにより、脂質二重層における脂質分布の非対称性を調節する。これまでに、各々P4-ATPaseが特異的な細胞内オルガネラに局在することを明らかにし、細胞膜に局在するP4-ATPaseのflippase活性および基質特異性を決定した。そのなかで、基質特異的なflippase活性と細胞接着の関連を見出し、脂質組成変化が細胞膜ダイナミクスに関与することを示唆した。さらに、遺伝性胆汁うっ滞症の原因遺伝子産物のひとつであるP4-ATPaseの基質特異性を決定し、flippase活性の欠損と病態との関連を見出した。本セミナーでは、生体膜ダイナミクスと細胞機能を中心に紹介し、特にP4-ATPaseよるリン脂質の組成変化とそれによって制御される細胞機能という観点から議論したい。
世話人:西田宏記 先生
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第312回生物科学セミナー
日時: 2015年11月14日 (土) 13:00 - 14:00
場所: D407講義室
講師: 磯野江利香 先生
所属: ミュンヘン工科大学
演題: 細胞内輸送を介したユビキチン依存的なタンパク質分解の制御と植物における生理学的機能
要旨:
個体をとりまく環境の変化に応答したさまざまなシグナル伝達系の制御は、細胞の機能調節のみならず個体の生存戦略において大変重要である。素早い環境応答には複数の因子が関わっているが、多くの場合、特定のタンパク質を特定のタイミングで分解することがシグナル伝達制御の重要な鍵となっている。真核生物における26Sプロテアソームまたはリソソーム・液胞内のタンパク質分解酵素による選択的タンパク質分解は、ユビキチンによる翻訳後修飾系に依ることが知られているが、ユビキチン化制御の分子機構にはまだまだ未知の部分が多い。演者の研究室では細胞膜上に局在する膜タンパク質の分解が、ユビキチン化を制御する脱ユビキチン化酵素群によってどのように制御されているかを分子レベルで解明し、またこれらの酵素群が植物の生長や環境応答にどのように寄与しているかを明らかとすることを目標として研究を進めてきた。シロイヌナズナを用いた最近の研究では脱ユビキチン化酵素であるAMSHタンパク質ファミリーが、膜タンパク質の分解、細胞内輸送、オートファジー等に関与していることが分かり、植物細胞においてはタンパク質分解を担うオルガネラである液胞のバイオジェネシスにも必要であることが明らかとなった。さらに、相互作用因子の解析を通して、脱ユビキチン化酵素自身の局在制御に関わると推測される因子の同定も行ってきた。変異体を用いたこれまでの解析では、ユビキチン依存的な細胞内の輸送経路が植物の生長だけでなく病原菌応答にも関与することが示されてきている。本セミナーでは、今後の展望も含めて、植物におけるユビキチン化の制御機構とその多岐にわたる生物学的意味について考察したい。
世話人:西田宏記 先生
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第311回生物科学セミナー
日時: 2015年11月14日 (土) 10:00 - 11:00
場所: D407講義室
講師: 志賀向子 先生
所属: 大阪市立大学大学院理学研究科 教授
演題: 昆虫脳が刻む様々な時間
要旨:
生物に普遍的に存在する概日時計は、1日周期のリズムを作るだけでは なく、様々な時間設定に関わると考えられる。例えば、昆虫の季節適応として重 要な光周 反応では、概日時計と明るい時間の長さを照らし合わせることにより 日長を計測し、一年の中で休眠するタイミングを決める。また、概日時計 とサ イクル数カウンターを組み合わせることにより、n日周期のリズムを生みだすこ とも理論上は可能である。しかしながら、概日リズムの形成以外、 これらの時 間決定に関する神経機構はほとんどわかっていない。本セミナーでは、ルリキン バエの光周反応の神経機構と、オオクロコガネの少 し変 わった二日リズムにつ いて紹介する。
ルリキンバエは、光周期を頼りに休眠を調節する。私たちはこれまでに脳の微 小破壊から、概日時計細胞(s-LNv)と脳側方部神経分泌 細胞 が光周性に重要 であり、両者間にシナプス結合があることを示した。また、s-LNvは光周期に よって異なる反応を示すこと、脳には数日間の光 周期に反応し発現量が変化す る遺伝子が存在することがわかった。たった一日の光周期情報では休眠と非休眠 は切り替わらない。休眠誘導の性 質を 考えると、この神経ネットワークでは、 連続した毎日の光周期情報が神経接続様式あるいは遺伝子発現を次第に変化させ る結果、脳側方部細胞の活 動状態を切り替え休眠を調節するのではないかと考 えている。オオクロコガネは、二日に一度の日暮れに一斉に地上へ出現すること が知られて い る。野外での標識再補実験と実験室内の活動記録により、生態と 活動リズムの性質を調べた。その結果、本種は約48時間周期の概倍日リズムを持 つこと、光パルスに対する位相反応から、このリズムは概日時計により駆動され ていると考えられた。今後、これら二種を含めて、脳が概日時 計を 用いてどの ように時間を設定しているのか、その神経機構に迫りたい。
世話人:西田宏記 先生
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第310回生物科学セミナー
日時: 2015年9月30日 (水) 16:00 - 17:00
場所: D401講義室
講師: 坂本 亘 先生
所属: 岡山大学・植物資源科学研究所 教授
演題: 葉緑体ゲノムの組織特異的分解:なぜ葉緑体がDNAを維持するのか
要旨:
葉緑体(プラスチド)は、今から10億年前にシアノバクテリアの細胞内共生により生じた。進化の過程で殆どの遺伝情報を核に移行させたが、一部を葉緑体ゲノムとして保持し続けている。こうして共生により生じた葉緑体は核の支配下となり、プラスチド分化能を得て植物の多様な機能を発揮することになった。そのため、葉緑体の分化と光合成機能の維持には、核と葉緑体ゲノムが協調して制御されなければならない。演者らの研究室では、葉緑体分化の分子機構を明らかするための研究を様々な手法を用いて進めている。今回は最近明らかにした、葉緑体ゲノムが組織特異的に分解される現象について紹介する。  葉緑体はミトコンドリアと同様、細胞内で新たに形成されることなく分裂して増殖し、次代へと伝わる。葉緑体あたりに複数コピーのゲノムを持っており、被子植物の多くは母性遺伝を示す。演者は母性遺伝に関連して「雄側(花粉)のオルガネラDNAが分解される」という仮説を立て、これを検証するための研究を行ってきた。その結果、オルガネラDNAが分解されない突然変異体の解析からDPD1と呼ばれるヌクレアーゼを明らかにした。DPD1は葉緑体とミトコンドリアに共局在してオルガネラDNAを分解する。ところが、このDNA分解が母性遺伝を決定する絶対的な因子ではなく、他の生長過程(葉老化)でもDNAを分解していることがわかってきた。植物は生長に応じて複数コピーあるオルガネラDNAを分解して再利用しているようである。DPD1による組織特異的なDNA分解とともに、植物がなぜプラスチドDNAを維持し続けるのかについても考えてみる。
世話人:高木 慎吾 先生
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第309回生物科学セミナー
日時: 2015年9月25日 (金) 16:30 -
場所: D401講義室
講師: 西井 一郎 先生
所属: 奈良女子大学 理学部 准教授(本教室OB)
演題: ボルボックスから解き明かす多細胞化の仕組み
要旨:
動物や植物のからだは、膨大な数の多種多様な細胞によって形作られています。こうした多細胞生物の形作りは、その起源である単細胞生物からどのように進化してきたのでしょうか。ボルボックスというシンプルな生き物を通してこの謎を紐解けたらと考えています。
説明(上田先生より):
9月24、25日に西井一郎先生(奈良女子大学)に英語コースの集中講義をお願いしています。講義の後に、セミナーを行なっていただく予定です。西井先生は生物科学専攻出身で、ボルボックス等の藻類の形態形成、発生、進化等を研究されています。
世話人:上田 昌宏 先生
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第308回生物科学セミナー
日時: 2015年9月25日 (金) 16:30 -
場所: D401講義室
講師: 西井 一郎 先生
所属: 奈良女子大学 理学部 准教授(本教室OB)
演題: ボルボックスから解き明かす多細胞化の仕組み
要旨:
動物や植物のからだは、膨大な数の多種多様な細胞によって形作られています。こうした多細胞生物の形作りは、その起源である単細胞生物からどのように進化してきたのでしょうか。ボルボックスというシンプルな生き物を通してこの謎を紐解けたらと考えています。
説明(上田先生より):
9月24、25日に西井一郎先生(奈良女子大学)に英語コースの集中講義をお願いしています。講義の後に、セミナーを行なっていただく予定です。西井先生は生物科学専攻出身で、ボルボックス等の藻類の形態形成、発生、進化等を研究されています。
世話人:上田 昌宏 先生
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第307回生物科学セミナー
日時: 2015年9月15日 (火) 10:00 -
場所: D307講義室
講師: 望月 敦史 博士
所属: 理化学研究所・望月理論生物学研究室/CREST, JST
演題: 複雑な制御ネットワークを数理的に解明する(第一部)
要旨:
近年の生命科学の発展によって、生命現象に関わる多数の生体分子が同定され、それらの分子の制御関係が複雑なネットワークを作っていることが、様々な現象において明らかにされてきた。しかし、制御ネットワークは生体分子活性の依存関係だけを示しており、ネットワークだけではダイナミクスを決定できない。これに対して私は、制御ネットワークの構造とダイナミクスとの関係を明らかにする強力な理論を構築した。基本アイデアはしごく簡単である。「各生体分子の活性ダイナミクスは、それを制御する因子の活性状態の関数である」、という自明の論理だけを用いる。例えば、ホヤの初期発生にかかわる遺伝子ネットワークを解析したところ、多数の遺伝子を含む制御ネットワークの中から、遺伝子発現多様性に重要な、ごく少数の遺伝子を抽出できた。その他、シグナル伝達系における生体分子反応など、複数のネットワークを対象にした解析を紹介する。この理論を様々な生命現象に適用し、ダイナミクスとしての理解に貢献したいと考えている。
参考文献
Mochizuki A., et al. (2013) Dynamics and control at feedback vertex sets. II: A faithful monitor to determine the diversity of molecular activities in regulatory networks. J. Theor. Biol. 335, 130-146.
世話人:柿本 辰男 先生
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第308回生物科学セミナー
日時: 2015年9月15日 (火) 13:00 -
場所: D307講義室
講師: 望月 敦史 博士
所属: 理化学研究所・望月理論生物学研究室/CREST, JST
演題: 化学反応システムの摂動応答をネットワークだけから決定する(第二部)
要旨:
生体内の化学反応は連鎖的につながり、ネットワークを形成することが知られている。このシステムのダイナミクスを理解する目的で、反応を司る酵素に操作的撹乱を与え、化学物質の濃度変化を測定する実験がなされ始めている。しかしそうした摂動実験の結果は、直感的に理解しづらいと考えられてきた。これに対して我々は、化学反応ネットワークの構造だけから、摂動に対するシステムの応答を定性的に予測する数理理論を構築した。様々な仮想的ネットワークに対して解析を行った結果、これまでに知られていなかった化学反応系の振る舞い、すなわちネットワークの形と摂動を与える箇所に依存して応答は大きく変化し、階層構造などの特徴的なパターンを示すことが、分かった。さらに解析を進め、ネットワークの形と摂動応答パターンを結びつける一般則を発見した。現在、この理論を中心代謝系ネットワークに適用する共同研究を進めている。中心代謝系のネットワークには、未知の反応や制御が存在する可能性が高い。実験と我々の理論を比較することで、未知の制御の予測と検証を行い、実際の化学反応系を解明できると期待している。
参考文献
Mochizuki A. & Fiedler B. J. Theor. Biol. (2015) 367, 189-202.
世話人:柿本 辰男 先生
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第306回生物科学セミナー
日時: 2015年9月14日 (月) 15:00 -
場所: A427セミナー室
講師: 木村 啓志 先生
所属: 東海大学工学部機械工学科 准教授
演題: マイクロ流体デバイスのバイオ応用
要旨:
細胞や組織の挙動を総合的に理解して制御する上で、それらを取り巻く微 小環境が大きな役割を果たすことが指摘されて久しいが、従来の細胞培養法では、 微小空間を精密に制御することが困難である。我々は、微細加工技術を活用して 製作することができるマイクロ流体デバイスを用いて、生体内環境を模倣した微 小空間を再構築することで、細胞の機能維持、挙動制御、動態計測を実現する新 規の細胞アッセイプラットフォームの開発を進めている。本セミナーでは、現在 研究を進めているマイクロ流体デバイスの応用例を紹介する。
世話人:松野 健治 先生
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第305回生物科学セミナー
日時: 2015年9月11日 (金) 16:00 - 17:00
場所: D403講義室
講師: 湖城 恵 先生
所属: エクピクセル株式会社 技術アドバイザー
演題: 画像不正と疑われないための画像処理
要旨:
得られた原画像を客観的・定量的に評価するためには、画像処理を活用 することは必要です。しかし適切な画像処理を行わないと、正確な研究 結果が 得られないばかりか、画像不正と疑われてしまう可能性もあります。本セミナー では、研究画像を処理するうえで知っておきたい知識と方法をお 伝えします。
世話人:松野 健治 先生
説明(松野先生より):顕微鏡を用いた研究を進めるうえで、画像処理が必要な場合があります。場合によっては、画像処理が発見の鍵を握る場合もあります。しかし、いかな る場合でも、不正でない画像処理を行わなければなりません。そこで、今回、アドビシステムズのご協力によって、「画像不正と疑われないための画像処理」についてご講演をいただきます。
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第304回生物科学セミナー
日時: 2015年9月9日 (水) 17:00 - 18:00
場所: A427セミナー室
講師: 遠山 祐典 先生
所属: 国立シンガポール大学生物科学科/メカノバイオロジー研究所/テマセック生物科学研究所
演題: 形態形成におけるアポトーシスの力学的寄与
要旨: 数〜数万の細胞が時間的・空間的に連動する個体発生の形態形成において、機械 的「力」は重要な役割を担う。この役割の理解には、1) 分子レベルでの「力」 の発生、2) 細胞個々の動きや形状変化、3) 細胞間の能動的・受動的な力のやり 取り、4) 細胞の創発的な振舞いとその組織への影響、5) 組織・個体レベルで働 いている力が外的因子として細胞個々の分子動態に与える影響、と分子-細胞-組 織の階層を念頭におきつつ解明する必要がある。 我々は、アポトーシス(プログラム細胞死)の個体発生(特に上皮組織形成)へ の能動的な力学的寄与について研究を行っている。アポトーシスは多細 胞生物 の細胞で増殖制御機構として働く能動的な細胞死である。上皮組織細胞がアポ トーシスを起こす際の形態変化のひとつとして、細胞が急速に縮小 し周辺細胞 から剥離する事が挙げられる。この縮小・剥離は、アポトーシス細胞からのシグ ナルにより、アポトーシス細胞と周辺の非アポトーシス細胞 内に誘導形成され るアクトミオシンケーブルの収縮によって引き起こされる事が知られている。今 回の講演では、ショウジョウバエの蛹発生期の上皮組 織ダイナミクスを例に、 アポトーシスの「力」の発生源としての役割について、アポトーシスに伴う1) 細胞内生化学シグナルと力学的動態の関係、2) アポトーシス細胞、周辺非アポ トーシス細胞の形状変化と力の細胞間伝搬、3) 細胞接着の制御、を中心に発表 する。
世話人:松野 健治 先生
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第303回生物科学セミナー
日時: 2015年9月4日 (金) 17:00 -
場所: A427セミナー室(予定)
講師: 松尾 直毅 先生
所属: 大阪大学大学院 医学系研究科 分子行動神経科学 独立准教授(本教室OB)
演題: 記憶の脳内表現の可視化と操作
要旨:
私たちの日々の経験により得られる様々な記憶情報が、どこで、どのように表現・保持されているのであろうか?という記憶痕跡に関わる素朴な疑問は古来より多くの哲学者、科学者を魅了してきた。しかし、未だに多くが謎に包まれている。第一に、記憶という目に見えないものの実体は何なのであろうか?
現代の神経科学では、記憶情報は脳内の一部の特定の神経細胞群の活動(神経アンサンブル)によって担われていると信じられている。しかし、これらの細胞群は脳内で散在していると考えられるため、脳内に星の数ほどもある神経細胞のうち、どの組み合わせが任意の記憶情報を担っているのか同定することさえ極めて困難である。そこで、私たちはimmediate early genes(IEGs)のひとつc-fos遺伝子のプロモーターとテトラサイクリン誘導発現系を活用したトランスジェニックマウスの開発を行い、脳の各階層における記憶痕跡の可視化とその解析を行ってきた。さらに、個々の細胞レベルで神経活動を操作する遺伝学的手法を組み合わせることにより、記憶情報を担う特定の神経細胞群の活動制御を介した記憶の操作を行うことも可能となりつつある。
本講演では、これらの技術を活用した私たちの研究を紹介し、記憶の脳内表現と、その行動表出の制御の仕組みについて議論を交わしたい。
説明(木村先生より):脳科学の分野での若手注目株の松尾先生にセミナーしていただく事になりました。松尾先生は、マウスで遺伝子工学的手法を駆使して、いつ・どこで記憶が生ずるかを明らかにし、さらにその記憶を人為的に操作されたりしています。分かりやすいセミナーをお願いしていますので、お気軽にご参加下さい。なお、松尾先生は本教室のOBであり、縦断合宿でもご講演していただく事になりました。(縦断合宿では、これまでの人生経験などをお話しいただく事になると思います。)
世話人:木村 幸太郎 先生
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第302回生物科学セミナー
日時: 2015年9月2日 (水) 10:00 - 11:30
場所: 理学研究科A427セミナー室
講師: Dr. Tzu-Yin Liu
所属: National Tsing Hua University
演題: What more to learn about phosphate transport in and out of plant cells?
要旨:
Phosphorus (P) acquired in the form of inorganic phosphate (Pi) is one of the most abundant macronutrients in plant tissues. Due to its chemical properties, Pi forms insoluble complexes or precipitates with organic matter or mineral cations that are easily immobilized in the soil, rendering Pi availability a limiting factor for plant growth and development. To ensure the productivity of crops, farmers apply large quantities of Pi fertilizers produced from the non-renewable rock phosphate. Concern over the gradual depletion of global P reserves as well as the increasing demand for high crop yield owing to the increasing world population over the past decades have resulted in a need to better understand how to develop crop varieties with efficient usage of Pi, thereby cutting down the huge costs incurred by fertilizer consumption and providing a means to achieve sustainable agriculture. We anticipate that deciphering the regulatory network of Pi signaling and homeostasis involving the control of Pi transporter activities across discrete cellular/subcellular membranes will provide insight into how plants adapt to environmental changes in Pi availability. Our recent discoveries showed that microRNAs are an effective way for plants to monitor the turnover of Pi transporters in the membrane system by modulating the functioning of the membrane-associated ubiquitin machinery. In addition, we are currently characterizing a novel group of Pi transporters in the vacuolar membranes that regulate the cytoplasmic Pi homeostasis required for the fitness of plant growth. As searching for novel protein-protein interactions becomes a major and challenging task to elucidate the function of membrane protein as well as its regulation, we are also adapting a biomolecular fluorescence complementation (BiFC)-based molecular tool exploited for high-throughput screens of membrane protein-protein interactions in planta.
研究室HP: http://tzliu.strikingly.com/
説明(世話人・柿本先生より):Dr. Tzu-Yin Liu is a young researcher and started her lab on 2014 in Tsing Hua University. Please attend the seminar and become friends. Tzu-Yin
Liu博士は清華大学で研究室をもたれたばかりの若手女性研究者です。miRNA--ユビキチン化酵素--トランスポーターがリン酸ホメオスタシス制御ループを作っているようです。みなさん、ぜひ参加して気軽に話をしてください。学生の交流ワークショッップと重なりますが、どちらかを選んで参加してください。
世話人:柿本 辰男 先生
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第301回生物科学セミナー
清華大学‐大阪大学の国際学生シンポジュウム
日時: 2015年9月2日 (水) 10:05 - 17:00(昼休み:12:00 - 13:30)
場所: 大阪大学会館2階講堂
講師、所属: 清華大学生命科学系と生物科学専攻のそれぞれ9名の博士課程大学院生が研究内容を英語で発表します。
説明(松野先生より):清華大学生命科学系大学院と理学研究科は、本年度よりダブルディグリー・プログラムを開始しました。清華大学は、台湾の主要国立大学であり、生命科学系大学院では世界的に評価の高い研究が行われています。
大阪大学大学院生のシンポジュウムへの参加を期待しています。大学院の単位は、午前の部、午後の部の聴講で、それぞれ1出席とします。
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第300回生物科学セミナー
國立清華大学生命科学院(台湾)・大阪大学大学院理学研究科
ダブルディグリープログラム調印記念 國立清華大学特別講演会
日時: 2015年7月27日 (月) 13:30 - 16:00
場所: 理学研究科大講義室D501
13:30 神経コネクトーム
Toward integrative connectome in Drosophila
Prof. Ann-Shyn Chiang
(Tsing Hua Distinguished Chair Professor, Dean of College of Life Science, Director of Brain Research Center)
14:00 主要プロトンポンプとしての膜ピロフォスファターゼ
Membrane-Bound Pyrophosphatase: A Primary Proton Pump
Prof. Yu-Ju Sun
(Director, Institute of Bioinformatics and Structural Biology)
short break
14:40 蛇毒ミクス、そして細胞外マトリックス
From snake venomics to extracellular matrix
Prof. Wen-guey Wu
(Tsing Hua Chair Professor, Institute of Bioinformatics and Structural Biology)
15:10 ケミカルバイオロジーによる一次繊毛制御
Rapidly manipulating molecular activities in primary cilia by chemical biology approaches
Prof. Yu-Chun Lin
(Institute of Molecular Medicine)
15:40 台湾・国立清華大学での生活と研究
Life and Science at Tsing Hua
Prof. Linyi Chen
(Institute of Molecular Medicine)
高田より:台湾清華大学特別講演会は生物科学セミナー二回分とします。参考文献は7月6日に添付したファイルを参照して下さい。
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第299回生物科学セミナー
日時: 2015年7月24日 (金) 17:00 -
場所: D401講義室
講師: 高橋 晋 准教授
所属: 同志社大学 研究開発推進機構・大学院脳科学研究科
演題: 海馬場所細胞の活動からナビゲーションの神経基盤を探る
要旨:
我々は、地図を使うことで自分自身が現在居る場所から目的地へ導くナビゲーションをしている。では、自然環境下において驚異的なナビゲーション能力を誇る動物は、地図を使わずにどのように迷わず餌場を見つけているのだろうか? 脳の深部にあり記憶を司る海馬には、動物が特定の場所を通過したときに高頻度に活動する神経細胞―場所細胞―が発見されている。最近の研究により、場所細胞が示す位置情報は、動物が想起・展望する過去、現在、未来の位置であることが示唆された。すなわち、場所細胞が示す地図は、単なる外部環境の測量図ではなく、目的地へ導くナビゲーションに特化した地図(認知地図)かもしれない。本講演ではまず、場所細胞活動を計測するための電気生理学的手法―マルチニューロン活動記録法―について解説する。そして、場所細胞が表現する地図情報が動的に変化するRemapping現象(Takahashi, eLife, 2013)や、動物が立ち止まっている際に、動物が経験した道程に沿ってあたかも走っているかのように場所細胞群の活動が約10倍速で再生されるAwake replay現象(Takahashi, submitted)を紹介する。そして、場所細胞がナビゲーションに果たす役割を議論したい。
参考資料
1. Takahashi, S., Hierarchical organization of context in the hippocampal episodic code, eLife, 2:e00321, 1-17, 2013. (doi: 10.7554/eLife.00321)
2. 高橋 晋, 海馬場所細胞の活動からエピソード記憶を支える神経基盤を探る, 心理学評論, Vol.56, No.2, pp.186-200, 2013.
3. 高橋 晋、櫻井 芳雄(2013). 脳科学辞典、場所細胞, DOI:10.14931/bsd.1167
4. 高橋 晋、脳内ナビゲーション・システム ―場所細胞と格子細胞の発見―, 現代化学, 525, 22-26, 2014. (無料公開中(2015年6月現在),
http://www.tkd-pbl.com/news/nc243.html)
5. 「青色LEDだけじゃない! ノーベル賞特集」, NHK Eテレ サイエンスZERO, 2014年11月30日.
説明(木村先生より):昨年度ノーベル賞受賞で話題になった「場所細胞」の研究をしていらっしゃる高橋晋先生にセミナーをお願いしました。高橋先生は、工学系出身で、さまざまな特別な装置や解析手法を開発することで、迷路を探索しているラットの何百個もの「場所細胞」の活動を独立に同時に測定し、地図記憶と場所細胞の新たな関係を明らかにして来ています。なお、本教室の多くの皆さんは神経科学に詳しくありませんので、「分かりやすい説明を」とお願いしています。お気軽にご参加下さい。
世話人:木村 幸太郎 先生
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第298回生物科学セミナー
日時: 2015年7月15日 (水) 8:50 - 10:20(1限)
場所: D303講義室
講師: 吉田 賢右 先生(東京工業大学名誉教授)
所属: 京都産業大学
演題: モーターポンプATP合成酵素の機能と制御
要旨:
細胞の中で、ATPの使い方は何千とある。しかし、ATPの合成法は、たった2つしかない。解糖系とATP合成酵素である。ATP合成酵素は細菌細胞膜、ミトコンドリア内膜、葉緑体チラコイド膜に存在し、地上の全ての細胞が所有する進化的にも重要性からも根源的な酵素である。しかし、その作用機構はまったく類例が無いもので、イオン流(downhill/uphill)⇔中心軸の回転(右回り/左回り)⇔ATP(合成/分解)、という2回のエネルギー変換を行う。その機構の突飛さのゆえに、この酵素の研究は独特の曲折をたどってきた。この講演では、若干の研究史エピソードをまじえて、どのようにATP合成/分解が回転トルクと相互変換できるのか、変換の際にエネルギーロスがあれば致命的であるが〜100%近いエネルギー変換をどうやって実現しているのか、細胞のエネルギー環境はさだめなく変動しているがこの酵素はそれにどう対処しているのか、その失調はどんな病態をもたらすか、そもそも生物はどんな理由でイオン流⇔ATPとせずにわざわざ回転するのか、などについて私たちの研究(生化学、生物物理学、構造生物学、細胞生物学、個体)を中心に、現在の理解の到達点を紹介し議論する。
世話人:栗栖 源嗣 先生
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第297回生物科学セミナー
日時: 2015年7月13日 (月) 14:00 -
場所: A427セミナー室
講師: 倉石 貴透 先生
所属: 慶應義塾大学医学部微生物学・免疫学教室 講師
演題: TBA
要旨: TBA
世話人:松野 健治 先生
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第296回生物科学セミナー
日時: 2015年7月6日 (月) 15:30 - 17:00
場所: A427セミナー室
講師: 幾井 恵見 (Amy Ikui) 博士
所属:The City University of New York, Brooklyn College (Assistant Professor)
演題: Inhibition of DNA re-replication in response to stress
要旨:
Population growth of a single cell organism relies on its ability to adapt various environmental changes. Yeast cells need to rapidly change their cell cycle profile, gene expression or protein stability in respect to stress response pathways. DNA replication is also precisely regulated to avoid continuous S-phase progression under stress that is harmful for the cells. We have previously shown that a yeast GSK-3 kinase (Mck1p) promotes Cdc6 protein degradation, a part of pre-replicative complex, to inhibit DNA replication. The Mck1-depedent Cdc6 degradation patway protects cells against unfavorable environmental conditions such as DNA damage and cell membrane stress in order to minimize the damage that negatively affects cell's integrity. We will discuss the stress signaling pathways mediated by a yeast GSK-3 kinase (Mck1p) that are linked to DNA replication and cell cycle control.
説明(升方先生より):幾井先生はニューヨーク市立大学ブルックリンカレッジで独立した研究室をもって研究されており、幾井先生がラボをもたれるようになった経緯などの紹介記事が「実験医学」7月(今月)号に掲載されています。幾井先生は、環境ストレスとDNA複製のリンクに関してつい先日も論文を発表されてご活躍中です。ちょうど本理学研究科特任教員として升方研に滞在されていることからセミナーをお願い致しました。
NYでは英語で授業されていますが、今回は日本語でお話しくださいます。 参考資料
"Cdc6 degradation requires phospho-degron created by GSK-3 and Cdk1 for SCFCdc4 recognition in S. cerevisiae."
Al-Zain A, Schroeder L, Sheglov A, Ikui AE.
Mol Biol Cell. 2015 May 20. pii: mbc.E14-07-1213. [Epub ahead of print]
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=ikui+A%2C+New+York%2C+2015
世話人:升方 久夫 先生
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第295回生物科学セミナー
日時: 2015年6月26日 (金) 9:00 - 9:55
場所: A427セミナー室 
講師: 山本 遼介 先生
所属:筑波大学下田臨海実験センター 研究員
演題: 新規繊毛運動制御複合体『MIA複合体』の同定
要旨:
繊毛はほとんど全ての動物細胞に存在する細胞小器官である。繊毛は運動性と非運動性とに分けられ、運動性繊毛は人体の脳室・気管・精巣・卵巣等の細胞に存在している。近年、運動性繊毛の運動異常が水頭症・不妊・気管支炎を含む重篤な人体疾患(原発性繊毛運動不全症/Primary Ciliary Dyskinesia)を引き起こすことが相次いで報告され(For Review: Fliegauf et al., 2007)、運動性繊毛の運動制御機構・構造・形成機構に大きな関心が集まっている。
運動性繊毛の運動は繊毛内に複数種存在する巨大モータータンパク質『ダイニン(Dynein)』により駆動される。ダイニンは繊毛内における局在から1種類の「外腕ダイニン」と7種類の「内腕ダイニン」に分けられ、繊毛運動において各々異なった役割を担っている。比較的構造が単純で単離が容易な「外腕ダイニン」に比べ、「内腕ダイニン」は分子種の多さと単離の困難さから繊毛波形調節における重要性にも関わらず研究が大きく遅れていた。
演者は2本の繊毛を持つ単細胞緑藻クラミドモナス(Chlamydomonas reinhardtii)を用い、繊毛運動異常変異株の解析から新規繊毛運動制御複合体(『MIA複合体』と命名)を同定した(Yamamoto et al., 2013)。遺伝学・生化学的解析から、『MIA複合体』は複数種ある内腕ダイニンの1種(内腕ダイニン“f/I1”)の活性を主に制御することが示唆された。また、クライオ電子顕微鏡観察法を用いた構造学的解析から、『MIA複合体』の詳細な繊毛内局在を決定することに成功した。本セミナーでは、現在までに得られた『MIA複合体』に関する解析結果と、そこから予想される『MIA複合体』による繊毛運動制御機構について議論したい。
Reference
Fliegauf M, Benzing T, Omran H. When cilia go bad: cilia defects and ciliopathies. Nat Rev Mol Cell Biol. 8(11):880-893, 2007.
Yamamoto R, Song K, Yanagisawa HA, Fox L, Yagi T, Wirschell M, Hirono M, Kamiya R, Nicastro D, Sale WS. The MIA complex is a conserved and novel dynein
regulator essential for normal ciliary motility. J Cell Biol. 201(2):263-278, 2013.
世話人:昆 隆英 先生
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第294回生物科学セミナー
日時: 2015年6月5日 (金) 14:00 - 15:30
場所: A427セミナー室
講師: Alexander Lorenz博士
所属: The Institute of Medical Sciences, University of Aberdeen, UK
演題: Modulation and Governance of Homologous Recombination during Meiosis
要旨:
Meiosis is a highly-conserved process that produces haploid sex cells during sexual reproduction. Human sexual reproduction is remarkably error-prone with ~30% of oocytes containing the wrong number of chromosomes as a consequence of meiotic defects. This failure to perform meiosis accurately causes inability to conceive in ~10% of otherwise healthy couples, miscarriage in 6-12% of pregnancies, as well as congenital disorders such as Down-syndrome. Because it has major implications for human health, it is of the utmost importance to understand the regulation of meiosis on a mechanistic-biological level.
Meiosis is a specialized type of cell division employed to halve the genetic material of a diploid parental cell to produce haploid gametes.
Remarkably, correct segregation of chromosomes in meiosis requires the deliberate formation of double-stranded DNA breaks followed by repair through a process called homologous recombination. Recombination establishes physical connections between maternal and paternal chromosomes that guide their proper segregation, and promotes reciprocal exchange of maternal and paternal genetic information, thus sustaining genetic diversity and providing a driving force for evolution. Careful regulation of this complex process is imperative to ensure the required number of physical links between the correct partner chromosomes, and that all breaks are mended. Currently, my research focuses on how meiotic recombination decisions are made and regulated, and on how meiotic recombination processes are integrated into the meiosis-specific chromosome axis.
世話人:中川 拓郎先生
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第293回生物科学セミナー
日時: 2015年5月22日 (金) 10:40 - 11:40
場所: A427セミナー室
講師: 稲木美紀子先生
所属: 大阪大学大学院理学研究科 生物科学専攻 細胞生物学教室
演題: 組織形成過程における細胞移動と変形の動的機構の解明
要旨:
生体内の組織は、細胞の運命が決定したのち、細胞移動や変形によって機能的な組織へと形作られます。私は、この動的な過程に興味をもち研究を行ってきました。本セミナーでは、ショウジョウバエの卵巣および後腸をモデルとして、ライブイメージングにより明らかにした組織形成過程における細胞移動および変形の動的メカニズムについて紹介します。ショウジョウバエ卵巣に存在するボーダー細胞は、卵母細胞を取り囲む一層の上皮細胞から分化し、上皮細胞層からのデラミネーション、集団で保育細胞の間を通過する細胞移動を経て、卵母細胞へ到達し、精子の挿入を助ける働きをもちます。この系を用いて、がんの浸潤転移でもみられる上皮細胞から移動性をもつ細胞へと変化する過程および細胞が集団として移動する機構をライブイメージングとその定量解析により明らかにしました。また、現在松野研究室で行っている、ショウジョウバエ胚の後腸の左右非対称な捻転における組織変形の動的メカニズムの解析についても紹介します。
世話人:松野 健治 先生
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第292回生物科学セミナー
日時: 2015年5月15日 (金) 16:30 - 17:30
場所: A427セミナー室
講師: Angeliki Louvi先生
所属: Departments of Neurosurgery and Neurobiology, Program on Neurogenetics, Yale School of Medicine
演題: Investigating Mechanisms of Brain Disease Using Animal Models
要旨:
Our research is generally concerned with the study of the molecular mechanisms governing mammalian brain development. We are interested in understanding how perturbations of basic biological processes lead to clinically significant pathologies. We are currently investigating the biology of CCM3, which is implicated in the pathogenesis of cerebral cavernous malformations, using animal models. Our research has led to the identification of cell autonomous and cell non-autonomous functions of CCM3 in the neurovascular unit.
世話人:松野 健治 先生
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第291回生物科学セミナー
日時: 2015年5月8日 (金) 16:30 -
場所: D403講義室
講師: 尾崎 まみこ 先生
所属: 神戸大学・理学研究科
演題: アリ社会における「敵・味方識別感覚」のしくみ
要旨:
アリ類は、嗅覚システムを高度に発達させ、 フェロモンと呼ばれる匂いのシグ ナルを多用して個体間コミュニケーションをとっている。コロニーと呼ばれる大 家族社会で生活している 働きアリにとって仲間どうしで協力や分業を行い、他 コロニーに対抗して自コロニーを維持・拡大していくために、フェロモンを介し たコ ミュニケーションは便利である。なかでも重要になってくるのは、自己 を、所属するコロニーの仲間に協調させつつ、他コロニーの個体を 敵と認めて 撃退するための、フェロモンを指標とする自他(敵・味方)識別に基づく行動選 択である。自他(敵・味方)識別というと、免 疫反応拒絶反応など異物を排除す る機構を思い浮かべることができるが、これらは生体機能分子や細胞や生体組織 による完全に無意識的な 働きであり、意識的な実感を伴わない。一方で、人が 意識して行うような、敵・味方感覚に基づく行動選択がどのようにして実現され るか については不明であるが、アリの社会行動を観察していると、敵・味方識 別シグナルとして働く匂いのカクテルの生成と、それを検出する 嗅覚受容セン サーの作動機序と整備のしくみを通じて、敵・味方感覚の本質が顕れてくるよう にも思われる。今日は、アリの敵・味方識別 センサーの作動機序と整備につい てのメカニズムを探っていくことから始めて、脳へ、そして認識の相対性といっ たことにも少し触れてみ たい。
世話人: 冨永 恵子 先生
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第290回生物科学セミナー
日時: 2015年4月24日 (金) 16:00 - 18:00
場所: A427セミナー室
講師: 岡本 直樹 先生
所属: 理化学研究所 多細胞システム形成研究センター(CDB)
演題: インスリン様ペプチドの機能を調節するメカニズム
要旨:
インスリンと類似の構造を持つペプチドホルモン(インスリン様ペプチド)は、我々ヒトを含む脊椎動物ばかりでなく昆虫を始めとする無脊椎動物にも広く存在しており、それらは成長、代謝、生殖、寿命など多岐にわたる生命現象を制御している。インスリンの発見から約90年、ボンビキシン(カイコガインスリン様ペプチド)の発見から約30年の時を経て、近年のキイロショウジョウバエや線虫を用いた精力的な研究により、ヒトと無脊椎動物の間で驚くほど似通ったインスリン様ペプチドのはたらきに改めて注目が集まっている。我々の研究チームでは、キイロショウジョウバエをモデル生物として、組織間の内分泌シグナルによる個体成長、代謝の制御機構について研究を行っている。ショウジョウバエにおいて、インスリン様ペプチドの機能欠損個体は血糖値の上昇に加え、著しい体サイズの減少を示す。これまでの研究により、インスリン受容体を介した細胞内シグナル伝達の理解は進んでいる一方で、インスリン様ペプチドの機能を調節する機構については不明な点が多い。  本セミナーでは、キイロショウジョウバエにおける知見を中心に、昆虫のインスリン様ペプチドの構造と機能について概観するとともに、最近我々が明らかにしたインスリン様ペプチドの機能調節機構について紹介する。また、哺乳類のインスリンやインスリン様成長因子の機能調節機構との関連性についても述べる。
<参考文献>
1) Okamoto N. et al., FEBS J. 276, 1221−1232. (2009).
2) Okamoto N. et al., Dev. Cell 17, 885−891. (2009).
3) Okamoto N. et al., Gen. Comp. Endocrinol.173, 171−182. (2011). 4) Okamoto N. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 109, 2406−2411. (2012).
5) Okamoto N. et al., Genes. Dev. 27, 87−97. (2013).
6) Mizoguchi A. & Okamoto N., Front. Physiol. 4, 217. (2013).
世話人: 小沼 健 先生
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第289回生物科学セミナー
日時: 2015年4月9日 (木) 14:40
場所: A427セミナー室
講師: Prof. Lars Juhl Jensen
所属: University of Copenhagen
演題: Medical data and text mining: Linking diseases, drugs, and adverse reactions
要旨:
Clinical data describing the phenotypes and treatment of patients is an underused data source that has much greater research potential than is currently realized. Mining of electronic health records (EHRs) has the potential for revealing unknown disease correlations and for improving post-approval monitoring of drugs. In my presentation I will introduce the centralized Danish health registries and show how we use them for identification of temporal disease correlations and discovery of common diagnosis trajectories of patients. I will also describe how we perform text mining of the clinical narrative from electronic health records and use this for identification of new adverse reactions of drugs.
世話人: Thorsten Henrich 先生
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第288回生物科学セミナー
日時: 2015年3月20日 (金) 16:00 - 17:30
場所: A427セミナー室
講師: Ralf Schnabel 教授 (http://www.ifg.tu-bs.de/Schnabel/ce-home.html)
所属: Institut fuer Genetik, Technische Universität Braunschweig, ドイツ
演題: " Phainothea: Creation of form by cell focussing in the C. elegans embryo ".
説明:
Schnabel氏は、線虫の発生における細胞系譜や細胞運命決定、細胞移動などに関して研究しておられ、Cell, Science, Natureにも多くの論文を発表しておられます。オタマボヤの胚発生における細胞系譜も彼の顕微鏡を用いて記録されました。今回は、線虫の発生における細胞の移動に関して、システムバイオロジー的なアプローチの発表になると思います。また、以下にあるように本セミナーの後、5時からは顕微鏡の使い方に関してinformalなセミナーを1時間程度お願いしています。多くの方のご来場を歓迎します。
要旨:
4D-microscopic observations of mutant C. elegans embryos showed that the nematode follows a binary logic to assign cell fates in the embryo. Pattern formation, however, is achieved by sorting cells - through far-ranging movements - into coherent regions before morphogenesis is initiated. The sorting of cells is coupled to their particular fate. A new method called "Phainothea" shows that cells with new identities are rerouted to positions appropriate to their new fates, even across the whole embryo. It appears that cells navigate by reading the identities of their neighbours. This global cell sorting by cell identity may define a new mechanism of pattern formation. We call this mechanism "cell focussing", which may be also the basis for biological form, since the specific neighbourhood relations of cells define form. Cell focussing has also the potential to explain the de novo formation of organs from a few stem cells reported recently. Currently we investigate the molecular basis for directing cells during focussing. It appears that glycoproteins and homoeotic genes are essential for the process. Very briefly improvements of live imaging of GFP transgenic C. elegans embryos using 4D bright field microscopy will be discussed, which can be applied to any organism. These allow better survival and resolution and even less bleaching than confocal and 2-photon microscopy. Phainothea (emergence of phenotype) is a bioinformatical method depicting cell positions in the embryo in pictures by showing all cell distances using a colour code. Below on the left the internal structure of a wild-type embryo is shown. On the right side cell positions of an embryo mutant in GLP-1 (Notch) are depicted. The lack of the receptor obviously causes a complete but systematic reorganisation of cell positions in the embryo. It will be discussed how the method can be used to build hypotheses about cell behavior and to test them in a "systems" biological approach.
世話人:西田宏記 先生
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第287回生物科学セミナー
日時: 2015年2月4日 (水) 16:30 - 17:30
場所: D303号室
講師: 中垣俊之 教授
所属: 北海道大学・電子科学研究所
演題: 単細胞生物の物理エソロジー
要旨:
私たちはこれまで、単細胞生物を主な対象として、生物の情報処理能力の高さを実験により評価し、 さらにそのしくみをダイナミクスの観点から解明しようとしてきました。従来、生物の行動における 学習や知能などが論じられてきたのは、主にエソロジー(動物行動学)という学問分野でした。 そこで、エソロジーを物理的な視点から押し進めてみようということで、「物理エソロジー」なる 言葉が生まれました。  今回は、ゾウリムシやテトラヒメナなどの繊毛虫が、ある種の空間学習をすることについてお話し ます。たとえば、転回できない程細長い空間に迷い込むと、後ろ向きにも泳ぐようになりますし、 1ミリメートル程の広がりしかもたない狭い空間を経験すると、広い空間に出てきても直前に経験し た空間の狭さに添って泳ぐようになります。このような空間形状に対する適応性が生じるしくみに ついて、膜電位方程式に基づいて考察します。  繊毛虫の運動は、体表面に沢山生えている繊毛が波打つ事によってもたらされます。繊毛虫が向き を変える時には、この繊毛の波打ち具合を変調します。繊毛の波打ち具合は、膜電位の動態に深く 依存していることが知られておりますから、膜電位の運動を解き明かす事が肝要です。ゾウリムシの 膜電位については、1970年頃からはじめられた内藤豊氏らの研究で、ホジキンハクスレー型の 運動方程式がすでに提案されています。この方程式に基づいて、繊毛虫の空間学習能の可能なしくみ について考えてみたい。
世話人: 上田昌宏 先生
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第286回生物科学セミナー
日時: 2015年1月16日 (金) 17:00 - 19:00
場所: A427セミナー室
講師: 原口 省吾 先生
所属: 早稲田大学 教育・総合科学学術院/先端生命医科学センター 助手
演題: 松果体ニューロステロイドによる脳機能の制御
要旨:
 1980年代頃より脳が独自にステロイドホルモンを合成していることが相次いで報告されるようになった。この脳が合成するステロイドは精巣・卵巣といった末梢内分泌器官が合成するステロイドと区別するためにニューロステロイドと名付けられた。このニューロステロイドは脳の中でも特に海馬や間脳で活発に合成されており、脳において記憶学習や本能行動の制御などに関与することが多く報告されている。このようにして現在では、脳で合成されるニューロステロイドは様々な脳機能の制御に重要な役割を担ってることが分かっている。 しかし、最近の我々の研究により脳の中に存在する内分泌器官である松果体が他の脳領域に比べて非常に活発にニューロステロイドを合成していることがわかった。さらに、松果体で合成される主要なニューロステロイドはアロプレグナノロンと7?-ヒドロキシプレグネノロンであり、これらの松果体ニューロステロイドは他の脳領域に分泌されて、アロプレグナノロンは小脳の代表的な神経細胞であるプルキンエ細胞の生存に不可欠であること、7?-ヒドロキシプレグネノロンは中脳のドーパミンニューロンに作用して自発運動の概日リズムを制御することを明らかにした。
世話人: 小沼 健 先生
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第285回生物科学セミナー
日時:2015年1月7日(水)15:00 -
場所:D303講義室
講師:高木 慎吾 先生
所属:大阪大学 理学部 生物科学科 学際グループ 植物科学
演題:植物細胞内運動の制御
要旨:
 植物は静的と見られがちですが、細胞レベル、器官レベルでさまざまなタイプの運動を示します。それらは現象としての面白さから研究対象になることが多かったのですが、研究の進展に伴い、運動の制御の仕組みと共に、生物学的意義が明らかになってきた例もあります。本セミナーでは、原形質流動の光制御、葉緑体の分布制御について紹介します。前者は、アクトミオシン系に依存した原形質流動の光誘発に、光合成によって活性化される細胞膜プロトンATPアーゼがカルシウム輸送の駆動を介して関与しているのではないか、後者は、葉緑体を細胞内の特定の位置にとどめるアンカー機構に、カルシウム感受性のアクチン結合蛋白質であるビリンが関与しているのではないかという内容です。
世話人: 米崎 哲朗 先生
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第284回生物科学セミナー
日時:2015年1月7日(水)13:00 -
場所:D303講義室
講師:中川 拓郎 先生
所属:大阪大学 理学部 生物科学科 分子遺伝学グループ
演題:セントロメア領域で起こる染色体再編の分子メカニズム
要旨:
 特殊なクロマチン構造を形成するセントロメアは染色体の分配に重要である。しかし、ヒトを含む多くのセントロメアはリピート配列により構成されており、様々な染色体再編が起こることが知られている。特に、左右の染色体腕が同一で鏡像関係となっている同腕染色体はダウン症などの遺伝病との関連が報告されている。しかし、セントロメア再編が起こるメカニズムやその抑制機構については明らかになっていない。我々はこれまでに分裂酵母S. pombeを用いた解析から、相同組換え因子Rad51が同腕染色体の形成を抑制することを明らかにした。そこで、セントロメア・リピート間のDNA組換えと染色体再編との関連について解析を進めた。その結果、Rad51はセントロメア・リピート間で遺伝子変換型組換えを起こすことで染色体再編に進まないようにしていることが示唆された。興味深いことに、染色体腕部と異なり、セントロメアではRad51依存的な組換えしか起きないこと、また、交叉型組換えが抑制されていることが明らかとなった。様々な解析から、動原体(キネトコア)形成に関与するCENP-S,X (MHF1,2)とその結合因子Fml1(FANCM)ヘリケースが交叉型組換えの抑制に必要であることが分かった。また、これらは同腕染色体の抑制にも必要であったことから、交叉型組換えとセントロメア再編は一部共通したメカニズムにより起こると考えられる。これらの結果から、CENP-S,Xは正確な染色体分配を保障すると同時に交叉型組換えを抑制することでセントロメアの機能と構造の両面に寄与すると考えられる。
世話人:米崎 哲朗 先生
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第283回生物科学セミナー

日時:2014年12月19日(金)
場所:A427セミナー室
講師:大久保 佑亮 先生
所属:国立医薬品食品衛生研究所 安全性生物試験センター毒性部 第三室
演題:脊椎動物の繰り返し構造をつくる時計遺伝子発現の細胞間同調機構
要旨:
私たち脊椎動物は脊椎骨に代表されるように多くの繰り返し構造から成り立っている。この繰り返し構造は発生過程で一過的に形成される体節構造が基となっており、それらは体節時計と呼ばれる遺伝子群が細胞間で同調した発現振動を示すことにより周期性を持って形成される。これまでに隣接細胞間で直接シグナル伝達を行うNotch-Deltaがこの発現振動に必須であることは報告されていたが、ノックアウトマウスによる解析では遺伝子発現自身が異常となってしまうため、その同調機構の解析は進んでいなかった。この問題を解決するために演者らは、野生型細胞とリガンドDelta1欠失細胞からなり、正常な遺伝子発現振動を保持しつつ一部のNotch-Deltaシグナルのみ欠失するキメラ胚を作製した。解析の結果、体節時計遺伝子発現の細胞間同調機構がNotch-Deltaシグナルにより制御されることを明らかにした。加えて、数理モデルシミュレーションによってモデルの妥当性を検証した。本講演では、Notch-Deltaシグナルを介した局所の細胞間相互作用が多細胞からなる組織形成を制御する発生現象について述べる。
世話人:松野 健治 先生
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第282回生物科学セミナー

日時:2014年12月8日(月)16:00 から
場所:A427セミナー室
講師:早坂 直人 先生
所属:山口大学大学院医学研究科機能神経解剖学准教授、JSTさきがけ
演題:概日時計は何をしているのか?遺伝子操作とイメージングで読み解く生命機能との関わり
要旨:
毎日劇的な変動を繰り返す環境にうまく合わせるかのように、体中の多くの細胞の中に自律的に駆動する概日時計が存在する。しかし、なぜ個々の細胞に時計が必要なのか、個体の生命活動にとって、概日時計はどのような役割を果たしているのかについては、長年答えが見つからなかった。最近になって、ヒトの生理機能との関わりや、それが破綻した結果である疾患とのリンクに関する報告がされ始め、少しずつ疑問解決の糸口が見つかりつつある。例えば、概日時計破壊マウスにおいて、動脈硬化症、自己免疫疾患、神経変性疾患、精神疾患、代謝疾患(メタボリックシンドローム、糖尿病)など多岐にわたる疾患と概日リズム異常の相関を示唆するデータが蓄積しつつある。また、これらの疾患と密接な関係のある「老化」のプロセスも、概日時計の機能低下との関連が報告されている。一方、報告の多くは現象論の記述にとどまり、概日リズム変容と特定疾患の発症、進展との因果関係や相関を裏打ちする分子基盤について言及するには至っていないというのが現状である。  本セミナーでは、近年の概日時計分子基盤研究の進展について概説し、その中で最近行って来た基礎医学研究の成果の一部を紹介する。まず、概日リズムが多様な生理機能と個体の恒常性維持に重要な役割を果たし、概日時計の機能不全が複数の病態に関与する例を報告し、リズム破綻と疾患の関連について考察する。また、体内時計研究の興味深いトピックとして、脳視床下部視交叉上核に局在する概日リズム中枢における、グリアの能動的な寄与について、最新の成果を紹介する。
世話人:松野 健治 先生
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第281回生物科学セミナー

日時:2014年11月17日(月)17:00 から
場所: A427セミナー室
講師:諸熊淳治 Research Associate
所属:米国 タフツ大学 再生・発生生物学センター 兼 生物学部
Tufts Center for Regenerative and Developmental Biology (TCRDB) & Department of Biology、Tufts University
  演題:「分子生体電気的視点からの発生、再生、およびガン化機構の研究」
"Probing the mechanisms of molecular bioelectricity in development, regeneration, and cancer".
講演は、日本語で行われます。
要旨:
「パターンの形成は、生化学的な情報伝達や遺伝子ネットーワークに加え、非常におもしろいことに内在の「生体電気的特性」という生物物理学的な刺激によっても調節されている。Levin研究室では、非神経系細胞の静止膜電位が示す時空間的パターンが、どのようにして発生や再生、あるいはガン化を導いているのかを研究している。モデル動物として、カエル、プラナリア、ニワトリ、ゼブラフィッシュなどを用いて、静止膜電位の電圧勾配によって、幹細胞の分化、臓器の自己認識や位置情報、そしてこれらを総合した解剖学的構造を形作られる分子機構を探索している。我々はこの過程で、生体内の電気的勾配を分子レベルで検出し、更にはそれを操作する幾つかの新規の手法を開発した。これらの手法を用いて、頭蓋顔面のパターン形成、目の誘導、左右の非対称性、両生類の尾の再生、およびプラナリア再生時の頭尾軸の形成などにおいて、生体電気情報がいかに重要な役割を担っているのかを示してきた。その他、分子生理学、発生遺伝学、コンピューター算出モデルや、生物物理学的な手法も合わせて、静止膜電位の電圧勾配が更に下流の転写制御や後成的エピジェネティックに及ぼす影響も調べている。更に我々は、特定の静止膜電位の勾配を変化されることにより臓器レベルでの細胞の再プログラム(完全な目・四肢・心臓・他の臓器の異所への誘導)が可能なことも示してきた。今回は、「発生生体電気学」なる分野の概要を、その手法や分子機構、最新の研究成果などを交えつつ、この分野が先天性異常や再生医療、生物工学への重要な可能性を秘めていることを紹介する。」
"In addition to biochemical signaling and gene-regulatory networks, pattern formation is regulated by a fascinating system of biophysical cues: endogenous bioelectrical properties. The Levin lab studies the mechanisms by which spatio-temporal patterns of resting potential among non-neural cells guides embryogenesis, regeneration, and cancer. Using model systems such as frog, planaria, chick, and zebrafish, we probe the molecular mechanisms by which natural voltage gradients instruct stem cell differentiation, organ identity, positional information, and overall anatomical structure. We have developed novel tools for detecting and functionally modulating bioelectrical gradients in vivo, at the molecular level, and used these methods to show that bioelectrical signaling is an important part of craniofacial patterning, eye induction, left-right asymmetry, amphibian tail regeneration, and head-tail polarity during planarian regeneration. Combining molecule physiology, developmental genetics, computational modeling, and biophysics, we dissect the pathways by which voltage gradients modulate downstream transcriptional and epigenetic targets. Moreover, we have shown that specific modulation of these gradients can reprogram cells at the organ level, inducing entire eyes, limbs, hearts, and other organs at various positions in the body. In this talk, I will present an overview of the field of developmental bioelectricity, showing methods, molecular mechanisms and recent results, and illustrate the potential of novel application of these data to birth defects, regenerative medicine, and synthetic bioengineering.
” 世話人:西田宏記 先生
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第280回生物科学セミナー

日時:2014年11月14日(金)17:00 - 18:00
場所:A427セミナー室
講師:M. Todd Washington 先生
所属:Department of Biochemistry, University of Iowa Carver College of Medicine, USA
演題:PCNA structure and function: mutant and post-translationally modified proteins

要旨:
Proliferating cell nuclear antigen (PCNA) is a protein that is essential for many DNA metabolic processes including replication, repair, and recombination. PCNA is a homo-trimer that encircles DNA and acts as a sliding scaffold for binding many proteins involved in DNA metabolism. Its multiple functions are coordinated in part by post-translational modifications such as ubiquitylation, which promotes translesion synthesis, and SUMOylation, which prevents unwanted recombination. To understand the role of PCNA in these various processes, we have carried out biochemical and structural studies of both separation-of-function mutant PCNA proteins and post-translationally modified PCNA proteins.

References:
1. Freudenthal, B.D., Gakhar, L., Ramaswamy, S., and Washington, M.T. (2010) “Structure of monoubiquitinated PCNA and implications for translesion synthesis and DNA polymerase exchange.”
Nat. Struct. Mol. Biol. 17, 479-484
2. Freudenthal, B.D., Brogie, J.E., Gakhar, L., Kondratick, C.M., and Washington, M.T. (2011) “Crystal structure of SUMO-modified proliferating cell nuclear antigen.” J. Mol. Biol. 406, 9-17
3. Dieckman, L.M. and Washington, M.T. (2013) “PCNA trimer instability inhibits translesion synthesis by DNA polymerase eta and by DNA polymerase delta.” DNA Repair 12, 367-376
4. Dieckman, L.M., Boehm, E.M., Hingorani, M.M., and Washington, M.T. (2013) “Distinct structural alterations in proliferating cell nuclear antigen block DNA mismatch repair.” Biochemistry 52, 6511-5619

世話人:倉光成紀 先生
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第279回生物科学セミナー

日時:2014年11月14日(金)16:00 - 17:00
場所:A427セミナー室
講師:Maria Spies 先生
所属:Department of Biochemistry, University of Iowa Carver College of Medicine, USA
演題:Single-molecule studies of FeS-containing DNA helicases: kinetics, conformational dynamics and molecular mechanism

要旨:
DNA helicases are integral components of molecular machines that orchestrate and regulate a broad range of cellular processes including DNA replication, repair, and recombination. XPD is a DNA helicase with a critical role in the nucleotide excision repair (NER). Two biochemical activities of XPD are critical for NER: it separates duplex DNA at the site of DNA damage and it verifies that the damage is indeed NER-reparable.
XPD-like helicases are composed of a Superfamily II motor core and two family-specific auxiliary domains: FeS cluster domain and ARCH domain. My lab employs total internal reflection fluorescent microscopy to study activity and domain dynamics of these enzymes at the level of individual molecules. I will discuss our findings regarding the mechanism by which XPD auxiliary domains define translocation polarity, ability to translocate on the protein-coated DNA and to signal the presence of DNA damage. To probe the motions of the XPD auxiliary domains, we developed a dual illumination single-molecule assay which enabled direct visualization of the binding and dissociation of single, fluorescently labeled DNA molecules while simultaneously observing changes in the distance between the ARCH and FeS domains. We show that ARCH domain undergoes thermally driven open-close transitions. The presence of CPD, a prototypical UV lesion, stabilizes a closed state of the ARCH. Direct access to the microscopic dynamics of XPD revealed how the DNA binding and the ARCH domain conformational transitions are connected to kinetically enhance the damage detection and to recruit downstream NER factors.

References:
1. Maria Spies, “Two steps forward, one step back: determining XPD helicase mechanism by single-molecule fluorescence and high-resolution optical tweezers” (2014) DNA Repair 20, 58-70
(recent review on XPD single molecule studies)
2. Honda, M., Park, J., Pugh R.A., Ha, T. and Spies, M., “Single-molecule analysis reveals differential effect of ssDNA-binding proteins on DNA translocation by XPD helicase.” (2009) Mol. Cell 35, 694-703
3. Pugh, R. A., Wu, C. G., and Spies, M., “Regulation of translocation polarity by helicase domain 1 in SF2B helicases.” (2012) EMBO J 31, 503-514
4. Qi, Z., Pugh, R.A., Spies, M., and Chemla, Y.R., “Sequence-dependent base-pair stepping dynamics in XPD helicase unwinding.” (2013) eLife 2:e00334
5. Ghoneim, M. and Spies, M., “Direct correlation of DNA binding and single protein domain motion via dual illumination fluorescence microscopy.” (2014) Nano Lett in print

世話人:倉光成紀 先生
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第278回生物科学セミナー

日時:2014年11月11日(火)16:00から
場所:蛋白質研究所1階講堂
講師:Louise Brown 博士
所属:Department of Chemistry and Biomolecular Sciences, Faculty of Science, Macquarie University, Australia
演題:Dynamics, Disease, and Diamonds − understanding the regulation of cardiac muscle contraction by Troponin(3D:ダイナミクス・ディジース・ダイヤモンドートロポニンの心筋収縮調節の理解)
手法:NMR, ESR, ナノダイヤモンド(発光、スピン)

要旨
 The Troponin protein complex is one such large multi-protein complex which is the switch used to control both heart and skeletal muscle contraction in the body. Troponin responds to increasing cellular calcium levels, switching the muscle ‘on’ at high calcium.
Our research has been the elucidation of structural basis for the control of normal cardiac muscle function by the Troponin protein complex; and examination of the effects of genetic mutations within Troponin linked to heart disease.This talk will therefore focus on the structural biology of the cardiac Troponin protein complex. We have used spin labeling of the Troponin complex, with NMR and EPR spectroscopy, to study the in vitro structures and dynamics of individual proteins in the cardiac troponin complex, the interactions between the proteins in the complex, and the modulation of these interactions by cardiac specific events such as phosphorylation. Our results using spin labeling methodology on the Troponin complex have allowed for an appreciation of the role that dynamics plays in the regulation of cardiac muscle. We are also pursuing the development of a new class of ‘bio-labels’ (nanodiamonds) to better examine regulatory proteins, and other protein systems, in !
vivo.

世話人:荒田敏昭 先生
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第277回生物科学セミナー

日時:2014年11月10日(月)15:30 - 17:00
場所:シグマホール
講師:北島 智也 先生
所属:理研CDB 染色体分配チームリーダー、大阪大学理学研究科連携講座
演題:卵母細胞における老化依存的な染色体分配エラーの原因

要旨
卵母細胞の減数第一分裂における染色体分配のエラーは、染色体数異常の卵子を生む。このような卵子は受精しても正常に発生せず、出産まで至った場合にはダウン症(21番トリソミー)などの先天性疾患を引き起こす。染色体分配のエラー頻度は母体の年齢とともに上昇することが知られており、社会的関心も高まりつつある「卵子の老化」の重大側面である。
なぜ、卵母細胞は老化とともに染色体分配を誤りやすくなるのだろうか。最近、マウスやヒトにおいて、老化とともに卵母細胞の染色体から染色体接着因子コヒーシンが減少することが分かってきた。しかし、それが実際に染色体分配エラーの原因であるかは明らかになっていない。
我々は、マウス卵母細胞の高解像度かつハイスループットのライブイメージングを確立し、老化したマウス卵母細胞における染色体分配エラーの過程を初めて撮影することに成功した。減数第一分裂を通して染色体の動態を三次元追跡することで、ある1本の染色体が実際にどのような動態を経て染色体分配エラーに至ったかを明らかにした。この結果とこれまでの知見を合わせることで、老化した卵母細胞において染色体分配エラーが起こる理由について、統一的なモデルを提案したい。

世話人:柿本 辰男 先生
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第276回生物科学セミナー

日時:2014年11月10日(月)14:00 - 15:20
場所:シグマホール
講師:猪股秀彦 先生
所属:理研CDB 体軸動態研究チームリーダー、大阪大学理学研究科連携講座
演題:動物胚の相似性維持 -濃度勾配のスケーリング-

要旨
地球は多種多様な「形」の生命で満ちあふれている。このような形状の多様性は、個々の種を特徴づける最も基本的な要素の一つである。しかし、見かけ上は多様に見える「形」も、実は多くの共通する基本構造からできている。例えば、ほ乳類の大部分は頭部・手足・胴体からできている。形の多様性は、この基本構造の比率を変えることによって作り出している可能性がある。個々の種は「固有の比率」を維持することによって、他の生物とは異なる形状を保持しているのかもしれない。
生物固有の形は、主に受精卵から胚が発生する過程で形づくられる。この発生過程においても、「固有の比率」は頑なに維持されている。1975年にCookeは、アフリカツメガエルの初期胚を用いて背側と腹側で外科的に半割にした。すると、背側の半割胚から相似形を維持した半分のサイズの小さなオタマジャクシが誕生したのである。このような、胚のサイズによらず相似形を維持する現象をスケーリングという。
しかし、発生システムがどのようにしてスケーリングを保証しているのかは長い間謎であった。脊椎動物の複雑な組織は、初期胚に存在するシュペーマン形成体から分泌されるタンパク質Chordinなどの濃度勾配によって形成される。今回の講演では、スケーリングが保証されるメカニズムをChordin濃度勾配の観点から紹介したい。

世話人:柿本 辰男 先生
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第275回生物科学セミナー

日時:2014年10月28日(火)17:00 から
場所:A427セミナー室
講師:David Sprinzak 先生
所属:Department of Biochemistry and Molecular Biology, Tel Aviv University, Israel
演題:Know Thy Neighbor: The role of contact area geometry on cell-cell signaling

要旨:
During development, cells undergo dramatic changes in their morphology. These morphological changes can have a strong influence on the ability of cells to communicate, and ultimately on the differentiation patterns generated in the developing organism. However, very little is known about the effect of cell morphology on cell-cell signaling. In this talk, I will focus on the effect of cell morphology on Notch signaling, which is the canonical juxtacrine signaling pathway in Metazoans, and is often involved in coordinated patterning processes such as lateral inhibition. We use both quantitative experiments and mathematical models to study the role of contact geometry on Notch signaling. We combine micropatterning technology with live cell imaging to track signaling dynamics between pairs of sender and receiver cells in a controlled geometry. We find that the magnitude of signaling correlates with the contact area between the cells. Using a mathematical model we show that such dependence can strongly bias the selection of differentiated cells in lateral inhibition patterning. These results highlight the importance of cell morphology on Notch mediated developmental processes.

世話人:松野健治 先生
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第274回生物科学セミナー

日時:2014年10月27日(月)16:00 から
場所:A427セミナー室
講師:結城伸泰 先生
所属:シンガポール国立大学 医学部 内科・生理学
演題:糖鎖相同性による自己免疫性疾患の発症機序

要旨:
 これまで自己免疫病発症における分子相同性の研究は、ペプチドに対する自己反応性T細胞に主として目が向けられていたため、分子相同性仮説の立証には至らなかった。演者は、Campylobacter jejuni腸炎後に自己免疫性末梢神経疾患(ギラン・バレー症候群やフィッシャー症候群)の発症機序を解明すべく研究に取り組んできた。そして、糖脂質の糖鎖に対する自己抗体という別の着眼点から切り込むことにより、分子相同性仮説を完全に証明し、糖鎖相同性によって自己免疫病が発症しうることを示した。さらに、「感染微生物の遺伝子多型が、自己免疫病患者の臨床像まで規定してしまう」という、新しいパラダイム提出に至った。そうした研究の経緯を披露したい。

世話人:松野健治 先生
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