Research

ヒトのゲノムDNAには、おおよそ20,000種類の遺伝子（正確には蛋白質コード遺伝子）が書き込まれています。これらの遺伝子は、DNAの配列情報がmRNAへと写し取られ（転写）、そのmRNAの配列情報をもとに蛋白質が作られることで（翻訳）、それぞれの機能を発現します。小林研究室では、この遺伝子発現の後半部分、「翻訳」について研究を行っています。

The human genome contains around 20,000 protein-coding genes. For these genes to be expressed, their DNA sequences are transcribed into mRNAs, which are then translated into proteins. Our laboratory focuses on the latter part of gene expression known as “translation”.

翻訳は生命の基盤となる現象であり、これまで半世紀以上にわたり世界中で研究が行われてきました。ですが、実はその多くは生化学的な実験手法（例えば、細胞をすり潰し、回収したmRNAを試験管内で解析するような手法）によるものです。そのため、翻訳がどういった因子によってどのように制御されているのかという「Who・How」については理解が進んでいる一方、それが細胞内において一体いつ・どこで起こっているのかという「When・Where」についてはいまだ謎に包まれています。さらに、これまでの生化学的な実験手法では、数多くの細胞から回収した数多くのmRNAがまとめて解析され、翻訳の「総量」が測定されてきました。そのため、細胞一つ一つ、mRNA一つ一つがどういった翻訳の挙動を示すのかという点も長年にわたり見落とされています。

As translation is a fundamental process of life, it has been extensively studied for over half a century. However, an issue is that most of the past research on translation has predominantly relied on biochemical methods. While biochemical methods are powerful for addressing molecular mechanisms of “how” translation is regulated, experiments conducted in test tubes fail to obtain spatiotemporal information inside cells. As such, it remains mostly unknown “when” and “where” translation is regulated in cells. Furthermore, traditional biochemical approaches, which analyze a bulk collection of cells and mRNAs collectively, have overlooked the behavior of individual cells and mRNAs for several decades.

そこで私たちは、こうした翻訳の謎に迫るべく、翻訳の制御過程を（試験管内ではなく）細胞内において、（数多くの細胞・数多くのmRNAの総和ではなく）1細胞・1分子mRNAの解像度で可視化できる新しいイメージング技術を作りました。小林研究室では、この細胞内1分子イメージング技術を自分たちの武器として、これまでにない解像度で翻訳を実際に「見る」ことで、その隠された秘密（翻訳の時空間的な側面、1細胞・1分子mRNAの挙動）を「知る」べく研究を行っています。また、こうした基礎研究から得られる知見を活かし、新型コロナウイルスのパンデミックで脚光を浴びたmRNAワクチンの改良につなげるなど、ひいては翻訳を自在に「操る」ことを目指しています。

To explore the unknown of translation, we have developed a novel method to image translational regulation as it is at single-cell and single-mRNA resolution. Leveraging this method, our laboratory observes translational regulation of individual cells and mRNAs in situ to understand the hidden secrets of this process – the spatiotemporal aspects of translation, as well as the behavior of individual cells and mRNAs. Additionally, we strive to develop a novel technique to manipulate translation at the single-cell and single-mRNA levels.