Vision
我々の身体を構成する細胞は、タンパク質・核酸・代謝物などの多彩な生体分子から成る、有機分子集合体です。このような細胞は、変化のない静的な存在ではなく、個体発生や外部環境変化に応じて時々刻々と変化する動的なシステムを言えます。言い換えると、細胞の状態がどのように制御されるかを理解することは、我々がどのように形作られるかを理解することへと繋がります。
細胞の状態は、細胞内生体分子の組成により決定されます。一方、これらの生体分子は単独で制御されるものではありません。例えば、ある遺伝子の発現は転写因子による発現制御を受け、その転写因子自体も別のタンパク質の制御を受けます。このように細胞内の生体分子は、互いに影響することで巨大な情報伝達ネットワークを形成し、その状態が連鎖的に引き継がれます。すなわち、細胞がどのように変化するかは、情報伝達ネットワークの構造や物理特性により決定されていると捉えることができます。
我々の研究プロジェクトでは、細胞内を流れる生体情報の定量・解析を通じて、細胞の駆動原理を解明することを目指しています。そのためには従来の分子細胞生物学実験だけでなく、微分方程式を用いたシミュレーションや、システム同定、統計モデル、情報理論など様々な数理解析手法が必要となります。このように複数分野を融合した研究を推進する点は、私たちのプロジェクトの特徴のひとつです。また我々のプロジェクトで培った解析技術は、細胞の種類や状態を問わず、様々な対象に適用可能です。これまでにも共同研究等を通して、これらの解析技術を広く社会に還元しています。
Themes
1. 細胞の情報伝達ネットワークを再構築する「トランスオミクス解析」の確立
我々の細胞は、細胞外環境の情報を内部へと伝達することで、その状態を制御します。これらの情報伝達には、タンパク質や遺伝子の発現、代謝などの様々な制御が影響を与えます。
ここでは複数分子種の網羅的計測データ (=オミクスデータ) を事前知識依存的に統合することで、細胞内制御ネットワークを再構築する「トランスオミクス解析」技術を確立しました。
本研究により、外部刺激に対する細胞応答の全体像を明らかにすることが可能となり、新規薬剤の開発などにつながることが期待されます。
2. 細胞内RNAの制御活性を解明する「RNA kinetics」計測の開発
遺伝子発現は、細胞状態を決定する基本的因子のひとつです。細胞内RNAは遺伝子の転写物として生成されますが、その量はそれぞれの転写活性と分解活性のバランスで制御されます。
そこで我々は、細胞内RNAの転写活性と分解活性を、同時かつ網羅的に計測する新規手法を開発しました。また数理モデルを用いた解析により、RNAの分解活性が遺伝子発現量だけでなく細胞刺激に対する応答の早さや感受性の決定要因となることを明らかにしました。
これにより細胞状態制御や創薬標的探索において、より精密な標的探索につながることが期待されます。
3. 細胞内の情報の流れを定量する「Infomics理論」の構築
細胞は多数の因子を介して、時々刻々とその状態を変化させる動的システムとみなすことができます。これらの細胞内因子は互いに情報をやり取りすることで、細胞の状態を決定します。言い換えると、分化など細胞の状態変化を理解するためには、細胞制御ネットワークの、いつ・どこを・どれくらいの情報が流れるかを理解することが必須となります。
私たちは、一細胞NGS計測と情報理論を組み合わせることで、細胞制御ネットワーク内を流れる情報を定量する "Infomics" の概念を提唱しています。これにより、細胞制御ネットワークの動的特性を理解することが可能となり、将来的には目的細胞の高精度な分化誘導技術に貢献することが期待されます。