
近年の分子生物学と構造生物学の進歩は著しく、CG を駆使した美麗なイラストや動画を目にする機会も増えました。しかし、「生命とは何か?」には、まだ答えられません。私たちは、想像図ではなく、生きた細胞の中で生命現象の現場を分子レベルで直接見ることで「生命とは何か?」を理解したいと考え、そのための技術開発とそれを利用した計測に並行して取り組んでいます。具体的な研究対象としては、キネシンなどの分子モーターによる細胞内輸送を中心に、シグナル伝達分子の核輸送から遺伝子発現調節まで、細胞の中での輸送・動きを一分子レベルで直接イメージングすることで解析しています。
たとえば、分子モーターによる細胞内の物質輸送は、文字通り細胞の生命線で、速く正確に届けることが出来なくなることで様々な疾病を引き起こすことが知られています。しかし、細胞の中で分子モーターが迷うことなく目的地へと荷物を届ける「細胞内のカーナビ」については全く判っていません。我々は、最先端のイメージング技術で「細胞内の宅配便」を直接観察することで、この問題に取り組んでいます。
軸索輸送の蛍光ライブセルイメージ

SDSRMで観察したERの3次元超解像ライブ像
研究テーマ
- 細胞内物質輸送およびその制御の分子機構解明
- 1分子計測および超解像イメージングのための顕微鏡・プローブ開発
- 1分子計測および超解像イメージングによる生命現象の可視化
主要論文
Fujioka Y, Alam JM, Noshiro D, et al.
Phase separation organizes the site of autophagosome formation.
Nature
578(7794), 301-305 (2020)
doi: 10.1038/s41586-020-1977-6
Kono K, Yoshiura S, Fujita I, et al.
Reconstruction of Par-dependent polarity in apolar cells reveals a dynamic process of cortical polarization.
eLife
8, e45559 (2019)
doi: 10.7554/eLife.45559.001
Wang C, Taki M, Sato Y, et al.
A photostable fluorescent marker for the superresolution live imaging of the dynamic structure of the mitochondrial cristae.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
116(32), 15817-15822 (2019)
doi: 10.1073/pnas.1905924116
Shima T, Morikawa M, Kaneshiro J, et al.
Kinesin-binding-triggered conformation switching of microtubules contributes to polarized transport.
The Journal of cell biology
217(12), 4164-4183 (2018)
doi: 10.1083/jcb.201711178
Hayashi K, Tsuchizawa Y, Iwaki M, Okada Y.
Application of the fluctuation theorem for noninvasive force measurement in living neuronal axons.
Molecular biology of the cell
29(25), 3017-3025 (2018)
doi: 10.1091/mbc.E18-01-0022
Grzybowski M, Taki M, Senda K, et al.
A Highly Photostable Near-Infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine for Long-Term and Deep Imaging.
Angewandte Chemie (International ed. in English)
57(32), 10137-10141 (2018)
doi: 10.1002/anie.201804731
Takai A, Nakano M, Saito K, et al.
Expanded palette of Nano-lanterns for real-time multicolor luminescence imaging.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
112(14), 4352-4356 (2015)
doi: 10.1073/pnas.1418468112
Hayashi S, Okada Y.
Ultrafast superresolution fluorescence imaging with spinning disk confocal microscope optics.
Molecular Biology Of The Cell
26(9), 1743-1751 (2015)
doi: 10.1091/mbc.E14-08-1287
Okada Y, Nakagawa S.
Super-resolution imaging of nuclear bodies by STED microscopy.
Methods in Molecular Biology
1262, 21-35 (2015)
doi: 10.1007/978-1-4939-2253-6_2
Uno S, Kamiya M, Yoshihara T, et al.
A spontaneously blinking fluorophore based on intramolecular spirocyclization for live-cell super-resolution imaging.
Nature Chemistry
6(8), 681-689 (2014)
doi: 10.1038/nchem.2002
Yajima H, Ogura T, Nitta R, et al.
Conformational changes in tubulin in GMPCPP and GDP-taxol microtubules observed by cryoelectron microscopy.
Journal Of Cell Biology
198(3), 315-322 (2012)
doi: 10.1083/jcb.201201161
Hirokawa N, Tanaka Y, Okada Y.
Cilia, KIF3 molecular motor and nodal flow.
Current Opinion In Cell Biology
24(1), 31-39 (2012)
doi: 10.1016/j.ceb.2012.01.002
Nakata T, Niwa S, Okada Y, et al.
Preferential binding of a kinesin-1 motor to GTP-tubulin-rich microtubules underlies polarized vesicle transport.
Journal Of Cell Biology
194(2), 245-255 (2011)
doi: 10.1083/jcb.201104034
Hirokawa N, Nitta R, Okada Y.
The mechanisms of kinesin motor motility: lessons from the monomeric motor KIF1A.
Nature Reviews Molecular Cell Biology
10(12), 877-884 (2009)
doi: 10.1038/nrm2807
Nagao Y, Sakamoto M, Chinen T, et al.
Robust classification of cell cycle phase and biological feature extraction by image-based deep learning.
ニュース

2024年11月19日 研究成果
新型バイオセンサーの開発プラットフォームを確立

2024年2月29日 研究成果
耐光性に優れたライブセルイメージング用近赤外蛍光標識剤を開発

2024年2月26日 BDRニュース
第16回中谷賞 大賞・奨励賞の受賞について

2023年10月31日 研究成果
99%が水からできた固体なのに、水となじみにくい「ゲル・ゲル相分離材料」を発明

2023年7月3日 研究成果
世界最小のコイル状バネを設計し、細胞への“微小な力”の計測に成功

2023年5月16日 研究成果
新規ミトコンドリア分裂因子を発見

2023年1月12日 研究成果
体づくりの左右非対称性を決める「力」の発見

2020年4月23日 研究成果
細胞画像のわずかな特徴の違いの見分け方を教えてくれるAIの開発に成功

2020年2月6日 研究成果
液-液相分離がオートファジーを制御する仕組みを発見

2019年7月24日 研究成果
細胞が生きたままでミトコンドリアの内膜構造が鮮明に見えた

2019年7月11日 研究成果
細胞が対称性を破る仕組み

2019年3月22日 BDRニュース
学生向けイベント
「理研BDRスプリングコース2019」を開催

2019年3月20日 研究成果
「ゆらぎの定理」から、細胞内での軸索輸送にかかる力を測定できる

2018年7月9日 研究成果
長時間蛍光イメージングを可能にする近赤外蛍光標識剤を開発~蛍光1分子追跡から生体深部イメージングまで生命科学・医療分野に幅広く応用可能~