RESEARCH INTEREST

オルガネラのサイズのスケーリング

私たちの体は沢山の細胞で構成されていますが、その一つ一つの細胞のサイズは大きく異なります。例えば、受精卵は一般的な皮膚などの細胞に比べ約10倍大きいです。このような細胞の「外見」とともに、細胞の「中身」も異なります。細胞内オルガネラの代表ともいえる核を例に取ると、大きな受精卵は大きな核を、小さな皮膚の細胞は小さな核を持つように、細胞はあたかも細胞自身のサイズを感じとり、細胞のサイズと核のサイズの比率が一定になるように、核のサイズを調節しているように見えます（この現象を「細胞内スケーリング」と名付ける）。癌細胞ではこの細胞内スケーリングの関係性に異常が出ることが良く知られており、細胞内スケーリングが細胞を構築する上での基本原理として働いていることが推察されます。しかし、この細胞内スケーリングは顕微鏡が作られた100年も昔から知られているものの、それを制御するメカニズムの殆どは分かっていませんし、細胞が細胞内スケーリングの仕組みを持つ意味(細胞にとってどのような利点・欠点があるのか)についても分かっていません。私たちの研究室では、アフリカツメガエル卵抽出液の無細胞構成系や生体 (in vivo) 材料の核の観察と定量を通して、この1世紀以上にわたる謎の解明に挑戦しています。

細胞核の構造

細胞核は、その中に遺伝情報であるDNAを含んでおり、真核生物が必ず持つオルガネラです。どの生物を見ても、核の大きさは、細胞の大きさや細胞内の核の位置に合わせて制御されている様に見えます。近年、この核の大きさを制御する仕組みが少しずつ明らかになってきました。また、核の中の様々な構造やDNAの構造に関しても積極的に解析が行われています。これらの蓄積する研究成果を活かし、私たちの研究室では、様々な角度からこの核の大きさや構造を制御する仕組みの解析を行っています。

細胞核の機能

癌細胞や老化した細胞では、細胞核の構造に異常が散見されます。また核の大きさにも異常が生じます。しかしながら、この核の構造や大きさの異常が癌化や老化など、細胞の機能異常にどのように関与しているかについては明らかになっていません。私たちの研究室では、核の構造や大きさが細胞の機能にどのような影響を与えるかについても、解明していきたいと考えています。私たちの研究で、細胞の機能を改善するための薬剤開発や臨床処置の切っ掛けが生まれれば嬉しいです。

Scaling of Organelle Size

Our body is composed of trillions of cells. However, the size of each cell is not constant at all. For instance, a fertilized egg is quite larger than normal somatic cells (like skin cells). As well as the size of cells (i.e., outside feature of cells) is different, the inside feature of cell is also different. A typical example of this is a cell nucleus which is one of the representative organelles having genetic material inside; large fertilized cell has a large nucleus, while small somatic cell has a small nucleus. The size of nucleus is maintained as if cells know a certain ratio of nucleus-size to cell-size. This quantitative relationship between outside and inside features of the cell is called as “intracellular scaling”. Since this intracellular scaling, especially of nucleus-size to cell-size, is often disrupted in cancer cells, this scaling is expected to be a fundamental principle for organizing cells. However, it has been mostly overlooked how this scaling is regulated and how this scaling can contribute intracellular function. We am trying to resolve this long standing enigma using cell-free system of Xenopus laevis egg extract and imaging techniques of in vivo samples combined with some other techniques.

Structure and Mechanics of the Cell Nucleus

The cell nucleus is the one of fundamental organelles having genetic material in the eukaryotes. Across organisms, the size of nucleus is likely organized by the size of entire cell and its position inside the cell. Recent studies have addressed the mechanisms for controlling the nucleus size. Furthermore, structures and organization of the nucleus and DNA have been analyzed very well. So, using these accumulating knowledge, we are trying to unravel mechanisms how the nuclear size and structures are organized from different view points.

Function of the Cell Nucleus

The structure and morphology in the nuclei is often dis-organized in caner cells and aged cells. However, it has been unclear how these abnormalities of nuclear properties in these cells have impacts on the intracellular functions. We also challenge to understand these impacts on functions. These putative approaches may contribute to drug discovery in future.