• 生きた細胞の内部を“工事する”技術群の開発
• 生命の最小単位＝細胞の内部を自由にデザインする合成生物学
• 生体分子のダイナミクスを“操作する・つくる”ことで理解する
• 細胞から組織・個体まで届く技術の開発を通じて薬学の未来を探る
• コロイド・高分子系の構造形成および材料応用（コロイド・高分子G）

【研究のビジョン：真核細胞の登場と生物多様性の謎】
地球上の生物のからだはすべて細胞からできています。また、たった一つの細胞であっても独立した生命として生きることができます。このため、細胞は“生命の最小単位”と言えます。この細胞の進化の歴史を通じて最大のイベントの一つが真核細胞の登場です。内部構造が比較的一様で数μm程度の原核細胞に対し、真核細胞はサイズが非常に大きく、その内部にはさまざまな構造体がぎっしりと詰まっています。興味深いことに、現在知られているすべての多細胞生物は真核生物であり、生命の多細胞化は真核生物の進化において複数回独立して起こりました。

このことは、真核細胞の「増大したサイズ」と「複雑化した内部空間デザイン」という特徴の獲得こそが、細胞機能や細胞間コミュニケーションを多様化させ、多細胞生物の誕生を通じて現在の生物界の多様性を生み出した一大転換点であることを示唆しています。しかし、生命進化の歴史は一度きりであり、その道筋を辿る手がかりは限られています。


【独自のアプローチ：合成細胞生物学による細胞内空間のデザイン】
私たちは、この細胞デザインの複雑化をめぐるストーリーの本質に迫るため、「ありのままを観察する」という従来の手法にとどまらず、生物物理学を基盤に、自らの手で細胞内の空間的秩序を人為的に再構成・操作する、合成細胞生物学（Synthetic Cell Biology）のアプローチをとっています。言い換えると、生きた細胞の内部空間を思い通りに“工事する”技術をつくることで細胞を理解しようとしています。

具体的には、生きた細胞内のタンパク質分子の“動き”や局在を、小分子化合物（ケミカルバイオロジー）や光の刺激（光遺伝学／オプトジェネティクス）を用いて、高い時空間精度で操作します。例えば、光応答性タンパク質ツールなどを活用し、天然変性タンパク質（IDP）など標的タンパク質の自己集合を光照射でコントロールする技術（図１）や、細胞内でアクチン細胞骨格の重合を人工的に誘導することで、生体膜や細胞内構造体の変形を操作する独自技術の開発（図２）を行っています。さらに、これらの技術を基に、「人工」RNA顆粒の生きた細胞内での形成、アミロイド線維の形成、「人工」細胞骨格-分子モーターを用いた細胞内の物質輸送、神経細胞のシナプス可塑性など、基礎生理学から病理学にわたる幅広い生命現象を自在に操作し、構成的に（＝“つくる”ことで）理解する試みを進めています。

【目指す未来：生命の基本原理の理解から医療・創薬へ】
私たちは、タンパク質の動態を操作し、細胞内部の空間を自在に改変・デザインする技術を通じて、「細胞」という生命システムの動作原理や限界、そして空間的秩序が細胞機能に与える影響を実証的に解明します。当研究室は、細胞システムの構成的理解により生命進化の謎という基礎科学的な問いに答えるだけでなく、将来的にはこれらの知見や独自に開発した細胞操作技術を、次世代の創薬基盤や新たな医療技術の創出へと応用展開し、広く社会に貢献することを目指します（図３）。

旧コロイド・高分子物性学分野（山中淳平元教授）のスタッフ（コロイド・高分子G）は、コロイド・高分子系の構造形成および材料応用に関する研究を継続しています。（詳細はコロイド・高分子GのHPまで）分野全体として、コロイド・高分子系の知見を生物学に活かし、あたらしい学際的研究分野の開拓にも挑戦します。

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名古屋市立大学 大学院薬学研究科 創薬生命科学専攻
動的生命デザイン学分野

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薬学研究科広報委員会