宮脇 敦史, M.D., Ph.D.

研究内容

細胞の中を動き回る生体分子の挙動を追跡しながら、大洋を泳ぐクジラの群れをふと想うことがあります。クジラの回遊を人工衛星で追うアルゴスシステムのことです。背びれに電波発信器を装着したクジラを海に戻す時、なんとか自分の種の群に戻ってくれることをスタッフは願います。今でこそ小型化された発信器ですが昔はこれがかなり大きかった。やっかいなものをぶら下げた奴と、仲間から警戒され村八分にされてしまう危険がありました。クジラの回遊が潮の流れや餌となる小魚の群とどう関わっているのか、種の異なるクジラの群の間にどのような相互作用があるのか。捕鯨の時代を超えて、人間は海の同胞の真の姿を理解しようと試みてきました。バイオイメージング技術において、電波発信器の代わりに活躍するものとして蛍光プローブがあります。生体分子の特定部位に蛍光プローブをラベルし細胞内に帰してやれば、外界の刺激に伴って生体分子が踊ったり走ったりする様を実時間で観察することができます。蛍光は物理現象であり、その特性を活かせば様々な生命情報を抽出することができます。例えば、蛍光分子ドナー（エネルギー供与体）の励起エネルギーがアクセプター（エネルギー受容体）へ移動する現象（蛍光のエネルギー移動）は、ドナーとアクセプター間の距離および向きに依存するので、これを利用して生体分子間の相互作用や生体分子の構造変化を観ることができます。蛍光のエネルギー移動に限らず、蛍光の偏光、消光、退色、光異性化反応など、あらゆる特性が活用できます。細胞内のシグナル伝達系を記述するための同時観測可能なパラメータをどんどん増やす試みが重要でしょう。我々は、細胞の心をつかむためのスパイ分子を開発しています。材料となるのは主に蛍光タンパク質です。自ら発色団を形成して蛍光活性を獲得するタンパク質です。遺伝子導入技術の進歩のおかげで、蛍光タンパク質を利用したスパイ分子がますます活躍しています。我々はまた、新しい蛍光タンパク質を求めて、様々な生き物からの遺伝子クローニングを行っています。様々な物理特性を蛍光タンパク質から引き出して、新しいスタイルのイメージング技術を開発することを狙っています。超ミクロ決死隊を結成し、微小管の上をジェットコースターのように滑走したり、核移行シグナルの旗を掲げてクロマチンのジャングルに潜り込んだりして細胞の中をクルージングする、そんなadventurousな遊び心を保持したいと思います。大切なのは、科学の力を総動員すること、想像力をたくましくすること、そしてwhale watchingを楽しむような心のゆとりがserendipitousな発見を引き寄せるのだと信じています。

キーワード

• バイオイメージング
• 蛍光タンパク質
• 発色団

主要論文

1. Ando R., Shimozono S., Ago H., Takagi M., Sugiyama M., Kurokawa H., Hirano M., Niino Y., Ueno G., Ishidate F., Fujiwara T., Okada Y., Yamamoto M., Miyawaki A.:
   “StayGold variants for molecular fusion and membrane-targeting applications.”
   Nature Methods 21(4):648-656. (2024)
2. Hirano M., Ando R., Shimozono S., Sugiyama M., Takeda N., Kurokawa H., Deguchi R., Endo K., Haga K., Takai-Todaka R., Inaura S., Matsumura Y., Hama H., Okada Y., Fujiwara T., Morimoto T., Katayama K., Miyawaki A.:
   “A highly photostable and bright green fluorescent protein.”
   Nature Biotechnology 40:1132-1142. (2022)
3. Michikawa T., Yoshida T., Kuroki S., Ishikawa T., Kakei S., Kimizuka R., Saito A., Yokota H., Shimizu A., Itohara S., Miyawaki A.:
   “Distributed sensory coding by cerebellar complex spikes in units of cortical segments.”
   Cell Reports 37(6):109966. (2021)
4. Katayama H., Hama H., Nagasawa K., Kurokawa H., Sugiyama M., Ando R., Funata M., Yoshida N., Homma M., Nishimura T., Takahashi M., Ishida Y., Hioki H., Tsujihata Y., Miyawaki A.:
   “Visualizing and modulating mitophagy for therapeutic studies of neurodegeneration.”
   Cell 181: 1176-1187 (2020)
5. Iwano S., Sugiyama M., Hama H., Watakabe A., Hasegawa N., Kuchimaru T., Tanaka K. Z., Takahashi M., Ishida Y., Hata J., Shimozono S., Namiki K., Fukano T., Kiyama M., Okano, S., Kizaka-Kondoh H., McHugh, T.J., Yamamori T., Hioki H., Maki S., Miyawaki A.:
   “Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals.”
   Science 359: 935-939. (2018)
6. Sakaue-Sawano A., Yo M., Komatsu N., Hiratsuka T., Kogure T., Hoshida T., Goshima N., Matsuda M., Miyoshi H., Miyawaki A.:
   “Genetically Encoded Tools for Optical Dissection of the Mammalian Cell Cycle.”
   Molecular Cell 68: 626-640. (2017)
7. Miyawaki A.:
   Roger Y. Tsien (1952-2016).”
   Cell 167 (2): 298-300. (2016)
8. Miyawaki A.:
   "Exploiting the cyanobacterial light-harvesting machinery for developing fluorescent probes."
   Nature Methods, 13 (9): 729-730 (2016).
   10.1038/nmeth.3983
9. Hama H, Hioki H, Namiki K, Hoshida T, Kurokawa H, Ishidate F, Kaneko T, Akagi T, Saito T, Saido T, Miyawaki A.:
   "ScaleS: an optical clearing palette for biological imaging."
   Nature Neuroscience, 18 (10): 1518-1529 (2015).
   10.1038/nn.4107
10. Miyawaki A, Niino Y.:
    "Molecular spies for bioimaging - Fluorescent protein-based probes."
    Molecular Cell, 48 (4): 632–643 (2015).
    10.1016/j.molcel.2015.03.002