システム生命科学とは?(九州大学システム生命科学府:概要)

 20世紀の生物学は、分子レベルでの研究によって飛躍的に発展し近代化してきました。
特に遺伝子操作技術の進歩とDNA塩基配列(遺伝子情報)決定法の高速化によって膨大な情報が生み出され、これは、分子生物学だけでなく、オーダーメイド医療、ゲノム創薬、生物生産の飛躍的増加を目指す農業など、生物学全分野においてゲノム(遺伝情報)を基礎とする新展開をもたらしています。

特に、今後の再生医療やナノ診断・治療(夢の医療技術)に関しては、その応用が期待されています。これらの新分野はどれも情報科学と融合して進展しつつあります。

日々目覚ましい発展を遂げる生命科学に対処していくためには、生物学、情報科学、工学などの諸科学の融合が必要となり、こうしたボーダレスで世界水準の教育研究領域としてシステム生命科学府が設立されました。
生物学(医学を含む)と情報科学、あるいは生物学と工学という複数の知識を持つ人材が研究機関や産業界で求められており、このようなニーズにこたえられる人材育成を目指しています。

各学科研究内容の紹介

生命医科学

ヒトのゲノム(遺伝子)情報から見た,病気の治療・予防法の開発などを行うために,ヒト生物学に関する膨大なデータと医学的知識を駆使し,ゲノム(遺伝子)科学を基礎にして細胞生物学、分子生物学的手法も含めて,疾患・素因・個性等のヒトの属性にかかわる重要問題を解明するための教育研究を行っています。

細胞工学

機能高分子設計学

真核生物の内部は膜によって仕切られた複数の機能的コンパートメント(オルガネラ)から構成され、それらは細胞の状況に応じて構造をダイナミックに変化させ、独自の生体反応を営んでいます。当研究室ではインターフェースとしての機能が集積されている 「膜」に焦点をあて、代表的なオルガネラであるミトコンドリアを対象に生体膜の構築とそのダイナミックな変化を調節する機構を研究しています。
ゲノム医学情報学

ゲノム構造学

当研究室ではゲノム突然変異検出を含む種々のDNA構造解析技術の開発、ゲノム構造不安定性の解析および種々の遺伝病要因遺伝子の解明によるヒトゲノム計画への寄与と、癌遺伝子発現調節機構の解明を目的として研究を行っています。

ゲノム機能学

本研究室では、環境への応答などの基本的生命現象や、精神活動などの高次生命現象に関わる遺伝子の機能とその制御を研究対象にして、ヒトをはじめとしたホ乳類に的を絞り、統計遺伝学、ゲノム機能学、細胞および発生工学を含めた種々の解析手法を用いてその分子機構を明らかにすることを目指しています。

ゲノム生体高分子学

本研究室では生体高分子の立体構造を決定し、それをもとに構造と機能の関連を明らかにすることを目標としています。X線結晶解析やNMR、その他の物理科学的測定を総合的に駆使して蛋白質-蛋白質相互作用に基ずく分子認識の構造的基盤を明らかにします。

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生命工学

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分子生命科学

生物が生きている仕組みを分子のレベルから理解することを目指しています。
この目標を達成するためには、まずは「細胞」の生き様を分子のレベルで解析しなければなりません。
なぜなら、細胞こそが生物学的な最小機能基本単位であるからです。 そこで分子生命科学講座の各研究室は、様々な視点からその解明に取り組んでいます。

分子発生細胞生物学

発生生物学研究室

体細胞周期はG1→S→G2→Mの4つの相から成り、この基本的な制御機構は確立されつつあります。これに対して、初期発生の細胞周期は目まぐるしく変化し特別な制御を受けています。私たちは以下のような研究プロジェクトを推進しています。

  1. 初期発生に特異的な細胞周期がどのように制御されているのか、また脊椎動物や昆虫などの種間でそのメカニズムがどの程度保存され、あるいは特殊化されているのかを明らかにすることを目的として研究を行っています。
  2. G2/M細胞周期・チェックポイント制御タンパク質の構造と機能を明らかにすることを目的として研究を行っています。

生命の第3の鎖である「糖鎖」は細胞の顔とも言われ、糖鎖はウィルスや細菌と特異的に結合して細胞に侵入します。
癌になると特定の糖鎖が現れたり、特定の糖鎖がなくなると癌が転移しやすくなったりします。
このように生体と糖鎖とは密接に関連しています。そこで私たちは、器官形成、分化、細胞間相互作用、細胞分裂などにおける「糖鎖」の役割の解明を行っています。

植物分子生理学

植物生理学研究室

植物の細胞機能や環境適応に関して、遺伝子工学的な手法を積極的に取り入れて研究しています。
特に、モデル植物であるアラビドプシスやイネ、タバコなどを用いて、温度、CO2、乾燥などの環境要因や、病原菌・ウィルス感染などの生物ストレスに対する抵抗性に関係した鍵遺伝子の探索を行っています。
それらの遺伝子の解析、植物の環境適応のメカニズムの解析を通じて、地球規模で進行している環境変動(例えば温暖化など)にも対応できるような植物の開発を目指しています。
私たちは以下のような研究プロジェクトを推進しています。

  1. 高等植物における環境応答の分子機構
  2. 植物の環境ストレス耐性遺伝子の分子機構
  3. 植物の葉緑体分化の分子機構の解析
好気性光合成細菌の電子伝達系の解明のため、これらの細菌がどのような呼吸鎖末端酸化酵素を持ち、どのようにそれらを使い分けているのか研究を進めています。
また、ベンケイソウ型酸代謝の概日リズムの形成・制御機構にセントラルオシレーターがどのように関わっていのかに興味を持っています。
脂質細胞生物学

代謝生理学研究室

我々は、上皮細胞の細胞接着構造および細胞極性形成に関するタンパク質に関して研究を進めてきた。
これらタンパク質の研究に加えて、細胞膜のもう一方の主たる構成成分である脂質にも焦点を当てて、上皮細胞の細胞接着や極性形成の分子機構の全体像を明らかにしようとしている。
細胞膜脂質は、数千種類にも及ぶ多様な分子種で構成されているにもかかわらず、その細胞内局在や機能について現在なお不明な点が多い。研究ツールの開発も視野に入れて、独創性の高い成果を目指したい。
また正常な上皮細胞の研究から得られた知見を元に、上皮細胞の異常によっておこる癌や線維症などの病態の解明を目指している。

分子神経生理学

生体物理化学研究室

高等動物の脳の働きは多様なものがありますが、とくにものを学習したり記憶したりするときに、脳の神経細胞のなかでどのようなことが起こっているのか―どのような遺伝子発現や細胞機能・構造変化が起こっているのか分子レベルで解析しています。
また、脳の神経細胞は大人になっても新たに生まれ続けています。
このような神経細胞の新生は、脳をどのように使うことで促進されるのか理解するために、神経細胞の新生機序の解明に取り組んでいます。
ヒトの脳は、右脳と左脳で機能的に異なります。
しかし、なぜ右左の脳のあいだに機能的差異が存在するのかほとんどわかっていません。
そこで私たちは、左右の脳の機能的差異をもたらす機構の解明に取り組んでいます。
最近、マウスを用いた実験で左右の脳が機能的にも構造的にも異なっていることを世界で初めて分子レベルで明らかにしました。
私たちは分子レベルから個体レベル(行動解析)までの一貫した実験系を立ち上げることで、脳の左右差のもつ意味を分子レベルで明らかにしたいと考えています。

構造生物学

生物化学研究室

遺伝情報をアミノ酸配列へと読み取る翻訳反応は、遺伝情報の鋳型となるmRNA、アミノ酸の運搬役であるtRNA、開始、伸長、終結の各ステップで作用する翻訳因子がリボソームと相互作用して遂行される複雑な反応です。
私たちは、超好熱古細菌Pyrococcus horikoshii OT3と高等植物Nicotiana glutinosaを研究対象として、それらの遺伝情報変換関連生体高分子に焦点を絞り、その高次構造を網羅的に決定することにより遺伝情報変換反応における各生体高分子の構造・機能相関について解析しています。
スルホトランスフェラーゼ(硫酸転移酵素)と糖転移酵素について、主にX線結晶構造解析を行うことで、基質特異性と酵素反応メカニズムについて詳細に研究することを目指しています。


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