拠点メンバー

小椋　利彦（分子生物学）

研究内容の紹介

中枢神経系をはじめとする諸器官の形態形成は、個々の細胞の秩序ある分化、移動、再集合を基礎として起る。我々はこれまで、このような複雑な生命現象が多様な遺伝子の緻密な働きによって成し遂げられると考えてきた。しかし、ゲノムは、形態形成、パターン形成の過程を詳細にプログラム化して保持し、これを正確に遂行するのだろうか？また、ゲノム情報、遺伝子は、生命現象をどこまで規定しているのだろうか？

物理や化学の分野では、ベナールの不安定、テーラーの不安定といった現象が知られており、均一な分子集団においても、臨界値を超えた時点で一定のパターン形成を起こす秩序化現象が起る。また、ベロウソフ・ザボチンスキー（BZ）反応のように、均一な混合物でも酸化還元状態が定期的な時間的振動、摂動を起こす。このような自律的なパターン形成は、生命現象の中に出現している可能性があり、事実、チューリングやマインハルトによってreaction-diffusion として詳細に数式化され、熱帯魚の縞模様形成などで確認されている。

我々の研究室は、個々の遺伝子、とくに転写因子をコードする遺伝子の機能を中心に、中枢神経系、肢芽、心臓の形態形成を、遺伝プログラムとしてどのように調節しているかを研究してきた。しかしながら、ここ数年、形態形成を考える上で、細胞が作り出す物理的な力、機械的刺激の受容と反応、組織形成力学的な解釈と数理化が必須であると認識し、これを新しい研究テーマとしている。神経細胞の移動を力学的に解釈し、機械的刺激や物理的な力を細胞はどのように受容し反応するか、組織形成は力学的な原則でどこまで自律的に行なわれるかなどを分子レベルで考える。

図1説明文
脳形成の分子基盤研究として、 Irx2 による小脳形成誘導、神経細胞の運命決定や分化メカニズムの解析、細胞移動のメカニズムを探っている。また、神経回路形成の分子基盤研究として、網膜視神経の軸索投射、神経細胞の集合、移動の問題を探っている。

図2説明文
神経細胞、神経回路は、とくに小脳において規則正しい幾何学的なパターンを形成する。一様な細胞集団が、どのようにしてこのような一定のパターンを作り上げるか、そのメカニズムを研究している。また、細胞移動、細胞形態の変化を力学的に解釈し直し、機械的、物理的な刺激がどのように生化学的な反応に転換されて遺伝子発現を引き起こすのかを探っている。

代表的な論文

1. 1. Daam1 regulates the endocytosis of EphB during the convergent extension of the zebrafish notochord.
   Yasuyuki S. Kida, Takayuki Sato, Kota Y. Miyasaka, Asami Suto and Toshihiko Ogura Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104, 6708-6713 (2007)
2. 2. Tbx genes specify posterior digit identity through Shh and BMP signaling. Takayuki Suzuki, Jun Takeuchi, Kazuko Koshiba-Takeuchi, and Toshihiko Ogura Developmental Cell 6, 43-53 (2004)
3. 3. The Iroquois prepattern gene Irx2 induces the complete transformation of tectum to cerebellum.
   Ken Matsumoto, Shigeki Nishihara, Mika Kamimura, Takao Otoguro, Masayuki Uehara, Yukiko Maeda, Keiko Ogura, Andrew Lumsden, and Toshihiko Ogura Nature Neuroscience 7: 605-612, 2004.
4. 4. Tbx5 and the retinotectum projection.
   Koshiba-Takeuchi, K., Takeuchi, J.K., Matsumoto, K., Momose, T., Uno, K., Hoepker, V., Ogura, K., Takahashi, N., Nakamura, H., Yasuda, K. and Ogura, T. Science 287、134-137　（2000）
5. 5. Tbx5 and Tbx4 genes determine the wing/leg identity of limb buds.,
   Takeuchi JK, Koshiba-Takeuchi K, Matsumoto K, Vogel-Hopker A, Naitoh-Matsuo M, Ogura K, Takahashi N, Yasuda K, Ogura T Nature 398, 810-814 (1999)