研究室・教員

神経システム生物学 (稲垣研究室)

稲垣直之教授の顔写真
教授
稲垣 直之
助教
浦﨑 明宏、 鳥山 道則
Email
{ ninagaki, aurasaki, toriyama }@bs.naist.jp
研究室HP
http://bsw3.naist.jp/inagaki/

研究・教育の概要

私たちの脳神経系は精巧な神経回路網を形づくっています。そして神経細胞同士が回路網を介してコミュニケーションをとることにより、ヒトは感じたり、考えたり、うまく運動したりできるわけです。

本研究室では、神経極性形成、軸索形成・ガイダンス、細胞移動といった脳内における神経回路網形成の重要なステップに焦点を絞り、これらの分子機構を解析しています。また、プロテオミクス、細胞内1分子計測、ライブイメージング、光ピンセット、ノックアウトマウス、ゼブラフィッシュ、コンピュータを用いたモデリングを取り入れて解析を進めており、障害を受けた軸索再生などの脳神経疾患の治療法の開発につながることを目指しています。

主な研究テーマ

神経細胞の極性形成と軸索形成・ガイダンスの分子機構

神経細胞は脳内においてコンピュータの半導体のように働きます。そのためには神経細胞のもつ極性(方向性)が重要です。神経細胞は一本の軸索と複数の樹状突起を持ち、樹状突起で情報を受け取り、軸索の終末より情報を出力します。その結果、神経細胞でのシグナルの流れには樹状突起から軸索への方向性が生じます(図1)。神経極性が生み出される仕組みや、軸索形成・ガイダンスの機構を、本研究室で発見されたタンパク質シンガー(図2)やシューティン(図3)の働きを解析して調べています。

軸索伸長や細胞移動のために細胞が牽引力を生みだすしくみ

私たちの体は運動するために筋肉が生み出す力を利用しますが、細胞が突起をのばしたり移動するために、どの様にして力を生み出すのかよくわかっていません。最近、シューティン(図3)が軸索を伸ばすための牽引力を生み出すことを見出しました。現在、マイクロ粒子やナノ粒子を用いた力の計測システムと分子イメージングを併用して、神経細胞がいかにして軸索伸長や細胞移動のための力を生み出すのかを解析しています。

細胞のパターン形成のための基本原理の解明

以上のテーマに加えて、神経細胞の形態形成の研究を通じて、「対称性の破れ」、「フィードバックループ」、「側方抑制」、「細胞のサイズと長さのセンシング」(図3)、「分子のゆらぎ」といった生物のパターン形成のための基本原理を分子レベル・数理数式レベル(図4)で解明し(論文2,3参照)、生物の形づくりのしくみを深く理解することを目指しています。

(図1) 神経細胞の極性とシグナルの流れ
(図1) 神経細胞の極性とシグナルの流れ
(図2) 細胞内のタンパク質シンガーの量を減らすと神経極性形成に異常がおこり、複数の軸索(赤)ができます。
(図2) 細胞内のタンパク質シンガーの量を減らすと神経極性形成に異常がおこり、複数の軸索(赤)ができます。
(図3) 神経軸索内のシューティンの分子拡散(赤)が軸索の長さのセンシングに重要な役割を果たすと考えられます。
(図3) 神経軸索内のシューティンの分子拡散(赤)が軸索の長さのセンシングに重要な役割を果たすと考えられます。
(図4) 神経突起内のシューティンの動きを記述する微分方程式。細胞内の分子の動きを定量的に計測して数式で記述することは、細胞の形づくりを深く理解することに役立ちます。
(図4) 神経突起内のシューティンの動きを記述する微分方程式。細胞内の分子の動きを定量的に計測して数式で記述することは、細胞の形づくりを深く理解することに役立ちます。

主な発表論文・著作

  1. Katsuno H. et al., Cell Reports 12, 648-660, 2015
  2. Kubo Y. et al., J. Cell Biol. 210, 663-676, 2015
  3. Toriyama M. et al., Curr. Biol., 23, 529-534, 2013
  4. Nakazawa H. et al., J. Neurosci., 32, 12712-12725, 2012
  5. Inagaki N. et al., Dev. Neurobiol., 71, 584-593, 2011
  6. Toriyama M. et al., Mol. Syst. Biol., 6, 394, 2010
  7. Shimada T. et al., J. Cell Biol., 181, 817-829, 2008
  8. Urasaki A. et al., Proc. Natl, Acad. Sci. USA. 105, 19827-19832, 2008
  9. Mori T. et al., J. Biol. Chem., 282, 19884, 2007
  10. Toriyama M. et al., J. Cell Biol., 175, 147-157, 2006
  11. Oguri T. et al., Proteomics, 2, 666-672, 2002
  12. Fukata Y. et al., Nature Cell Biol., 4, 583-591, 2002
  13. Inagaki N. et al., Nature Neurosci., 4, 872-873, 2001
  14. 稲垣直之 他, 生化学, 79, 799-802, 2007