東京大学産学連携プロポーザル

免疫系は多様な外敵を認識・排除し我々の体を守るシステムである。多様な外敵を認識しうるメカニズムは獲得免疫を担うＴ細胞・Ｂ細胞の受容体が有する多様体（受容体レパトア）に帰着される。この受容体多様性を次世代シーケンスによって解読することは、我々の免疫状態やその変化を定量することにつながる。 この研究室は次世代シーケンサーによって得られた受容体レパトアの解析技術の開発を行っている。特に、可能な免疫受容体の多様性に対して、大幅に制限されて観測されるシーケンスデータ数が極めて少ないことに着目し、低次元化に基づくデータ表現探索、および受容体多様性に背後に働く受容体選択や増幅の動態を考慮した解析技術の開発に取り組んでいる。

近年の蛍光タンパク質技術・顕微鏡技術の発展に伴い、分子・細胞・発生・神経・免疫などの様々な現象をバイオイメージングデータが創薬・再生科学・免疫学・脳神経科学の実験現場で加速的に生産されつつある。日本は蛍光タンパク開発および顕微鏡技術の開発において産学ともに世界をリードする研究を行ってきているが、そこから得られるデータの活用については世界の後塵を拝している。 本研究室ではイメージングデータを対象とした画像解析およびそこからえられる定量データの統計的解析技術開発を、特に哺乳類胚を対象とした3Dデータを用いて進めている。具体的には、狭小点顕微鏡で経時的に計測された初期胚の核の3D画像から自動でその位置関係を同定し、その後手動での確認・補正を経て、自動にて発生中の分裂や移動を追跡するシステムを構築している。

この研究室では、ショウジョウバエの成虫肢形成系をモデルとして分化過程における遺伝子発現制御のメカニズム解明に取り組んでいる。多数の遺伝子が複雑に関与しており、組織細胞のレベルにおいて錯綜した遺伝子発現プロセスを解明する必要があるため、個別の遺伝子発現をリアルタイムに把握する必要があるが、従来の蛍光タンパク質は、発光強度及びターンオーバー速度の点からこの目的に適さない。

地球温暖化が進行し、全地球規模の環境劣化が懸念される中、食料となる海洋生物資源 (水産資源) の安定的な確保は極めて重要な課題の一つとなっている。最近の研究によると、海洋生物資源の変動は海水温や海流といった海洋の物理環境の変動と密接に関係することが明らかになっており、海洋物理環境の変動メカニズムの解明と将来予測の実現は、資源管理を適切に行い、漁業の生産性を上げるための喫緊の課題となっている。近年、コンピュータ技術が急速に進展し、人工衛星や自動観測ブイ等の観測機器の発達により、現時点では物理環境のみに限定されるものの、2カ月程度先までの海洋環境を天気予報のようにスーパーコンピュータを用いて予測することが可能である。そして、次のステップとして、プランクトンや魚類も含めた海洋生態系の変動予測の実現に期待が集まっている。この研究室では、海洋生態系の変動機構の解明と将来予測の実現に向けて、人工衛星の海面水温・高度データをシミュレーションモデルに融合した海洋大循環モデルをベースとし、これに食物連鎖や魚類の回遊・生残といった海洋生態系のプロセスを組み込んだ高精度の「3次元海洋データ同化生態系モデル」を世界で初めて開発し、各種の研究課題に取り組んでいる。下記に代表的なものを列挙する。 (1) 全球規模の気候変動が海洋生態系に及ぼす影響の予測 地球温暖化に代表される全球規模の気候変動によって数10年～100年後の海洋生態系がどのように変化し、海洋生物資源の分布や生物量がどのように変化するかといった影響予測の研究を実施している。図1は、モデルで推定した日本周辺海域の植物プランクトンの分布で、人工衛星による観測値を良く再現していることが分かる。 (2)　日本近海の多獲性魚類の資源加入量の変動メカニズムの解明と予測 例えば、日本近海で漁獲されるマアジは主に東シナ海南部で発生していることが知られており、このモデルを適用してマアジの卵・仔稚魚の輸送過程を追跡したところ、仔稚魚の生残は東シナ海域の海流と水温に密接に関係し、近年の資源加入量の変動は、仔稚魚の輸送経路上の水温変動と高い相関関係にあることが分かった。図2は、九州西方沖～日本海で漁獲された当該年生まれのマアジの尾数とモデルによる推定結果の比較である。モデルは年ごとの変動を良く再現していることが分かる。 (3) 有害生物・物質の拡散・輸送予測 このモデルは、近年日本海の定置網漁業等に甚大な被害をもたらしているエチゼンクラゲの発生海域と発生時期の推定、並びに黄海・東シナ海沿岸域から日本沿岸域への来遊予測や流出原油等の有害汚染物質の拡散・輸送予測にも利用されている。

脂質は生体における最大のエネルギー源であり、細胞膜を構成する主要成分であり、シグナル分子としても働く。また脂質は食品から摂取される環境栄養因子であると同時に、適宜代謝を受けて時空間的に生体応答を制御する組織環境調節因子でもある。 本研究室では、脂質ならびにその代謝産物が関与する脂質ネットワークにフォーカスを当て、脂質代謝に関わる酵素（特にホスホリパーゼA2分子群）や受容体の遺伝子改変マウスに脂質の網羅的分析（リピドミクス）を展開することで、多様な疾患の分子病態を解明し、これを基盤に、脂質代謝の変容が関わる疾患の診断・予防・治療に向けた臨床展開を目指している。具体的には、脂質代謝関連の遺伝子改変マウスにおける疾患関連の表現型を精査するとともに、組織・細胞から抽出した脂質をリピドミクス解析して当該疾患における脂質の量的・質的な変動を調べることで、疾患と相関する新規脂質経路を同定する。特定の脂質経路の異常は、代謝疾患・免疫アレルギー疾患・循環器疾患・皮膚疾患・神経疾患・不妊症などの多岐に渡る疾患と密接に関連している。このことから、疾患と結びつく脂質分子やその産生に関わる代謝酵素を標的とした創薬は、疾患の新規治療法やバイオマーカーの開発に結びつくポテンシャルを秘めている。

この研究室では、機能性薄膜や界面の開発と分析技術の研究を進めている。これまでに、高速イオンを用いた軽元素（特に水素）のナノメートルレベルの３次元空間分布測定法を開発した。この手法をさらにリチウムなどの元素への展開をはかりつつある。また，レーザー分光を用いた水素の分光法も開発している。  

本研究室では、海洋地球化学研究の一環として、海洋における微量金属元素（鉄・亜鉛・コバルト・銅など）の挙動に関する研究を行っている。海水中の微量元素、特に鉄は、その供給不足が海洋一次生産の制限因子となっている海域が存在する。しかし、その存在が極微量であるため、未知な点が多い。このような海水中の微量金属元素をより簡便に分析する方法の開発に現在取り組んでいる。 海水中の鉄を始めとする極微量金属元素の分析法として、電気化学的手法は有望であり、その改良によって新たな展開が可能になると期待されている。

この研究室では海底の地形、地磁気、重力やソナー画像の解析をもとに、海底がどのような歴史をたどって現在の姿になったのか、更にその背後にある物理過程は何なのかを研究している。現在の主な対象は新しい海底を生み出している中央海嶺や背弧の拡大プロセスである。 深海域の海底観測においては、船上からのリモートセンシング（音波、重磁力場）の分解能に限界があり、高精度探査のために無人・有人の潜水船や曳航型測器の充実が必須である。

この研究室では、「分子ほぞ」という分子を噛み合わせることで一義自己集合体を形成するという手法を開発し、これにより1辺2 nmの立方体である「ナノキューブ」を開発した。ナノキューブの特徴は以下の通りである。 (1) 構成要素となる歯車状両親媒性分子を水に溶かすことで2 nmサイズの一義的な集合体を容易に調製できる。 (2) ナノキューブは高い安定性を示し最も安定なものの分解温度は142 ℃である。 (3) ナノキューブの内部に形成される疎水性空間に有機分子や陰イオンを包接できる。 (4) 歯車状両親媒性分子の合成の最終段階でナノキューブを表面修飾する分子を導入可能である。 (5) 安価な出発原料から歯車状両親媒性分子をグラムスケールで合成できる。

最近の新興企業における企業犯罪や、薬害・食品公害などに見られるように、企業のコンプライアンスに対する取り組みが重要な時代となっている。 この研究室では企業犯罪や公害がどのように起こるか、これらの問題を法制度によってどのようにコントロールできるかといった、コンプライアンスを含む企業とそれを取り巻く法制度との関係について研究している。