い分野で最先端の研究が活発に展開されています。研究室紹介シリーズでは、ひとつの研究室にスポットを当てて研究テーマや研究成果を紹介。今回は、嗅神経系の成り立ちと機能の理解を目指し、遺伝子レベルから個体レベルでの研究を行っている、廣田研究室です。たちの研究室では、嗅神経系をモデルとして、神経細胞が幹細胞からどのような仕組みで作りされるのか?神経細胞の多様な個性創出の分子メカニズムはどのようになっているのか?そして「匂い」情報はどのように神経回路で処理され動物に特徴的な行動を誘導するのか?など、嗅神経系の成り立ちと機能の理解を目指し、遺伝子レベルから個体レベルでの研究をおこなっています。マウスゲノムを操作するためのゲノム工学技術の開発研究にも取り組んでいます。化学感覚研究(嗅覚)動物は環境中の化学物質を感知し、必要な適応行動をとります。食物探索や天敵などの危険からの回避は、匂い物質を受容することにより表れます。した化学情報の受容を担うのが嗅神経系(嗅覚)です。膨大な数の匂い分子を感知する嗅覚受容体は、ゲノム上で最大の遺伝子ファミリーを形成し、膨大な数の匂い情報の識別を可能にしています。その数はマウスで約1,100個(マウス全遺伝子の約5%で、ヒトでは約400個※ヒト全遺伝子の約2%)にも及びます。嗅覚受容体には、「クラスI(水棲型)」と「クラスII(陸棲型)」の2つのタイプが存在します。クラスIは最初に魚類で発見されたことから、哺乳動物のそれは進化の名残ではないかと考えられてきました。その後のゲノム解析の進展によって、魚類から哺乳類までの脊椎動物に広く共通して存在するタイプであることがわかり、何らかの重要な生理機能をもっていることが示唆されています。クラスIIは陸生動物特異的に進化してきたタイプです。興味深いことに、個々の嗅神経細胞は膨大な受容体遺伝子レパートリーの中から1種類の遺伝子のみを選択的に発現します。嗅神経細胞は発現する受容体によって規定される多種多様な個性をもった細胞集団として産生されることになり、これが膨大な匂い物質の認識を可能にする嗅神経系の分子、細胞基盤となっています。私たちの研究室では、転写因子やエピジェネティックな制御に着目して、この特徴的な嗅覚受容体遺伝子の発現機構の解明に取り組んでいます。マウス嗅上皮の構造ナスカの地上絵のようなひだ状構造は、効率よく空気中に匂い分子を感知するために自然が作り出した造形美である。この嗅上皮では、1000種類以上の異なる個性をもった嗅神経細胞がつくり出されている。前述の通り、嗅覚受容体ファミリーは、クラスI(水棲型)とクラスII(陸棲型)に大きく分類されます。おこない、その選択にしたがって受容体遺伝子の選択的発現をおこなうことがわかっています。創出の基盤となるこの運命選択の分子機構は受容体の発見から四半世紀たった今も未解明のままです。最近、私たちは嗅神経細胞の運命決定を制御する転写因子の同定に成功し、現在その分子機構の解明を進めているところです。遺伝子操作によってこの転写因子の機能をON/OFFすることで、マウス鼻腔内の神経細胞のほとんどをクラスI(水棲型)に、またはクラスII(陸棲型)にすることに成功しました。この運命選択の破綻がマウスの嗅覚行動にどのように影響するのか、その神経連絡の異常と行動異常の関係についても研究を進めています。転写調節領域(エンハンサー)を世界で初めて同定した。Communications)。哺乳動物にとって嗅覚は動物の生死に関わる重要な感覚です。視覚優位になったヒトなどの霊長類をのぞいて、嗅覚異常(嗅盲)は新生仔致死となります。これは新生仔が嗅覚を頼りにお母さんの匂いを嗅ぐことで、乳首を探し出し、吸引行動をとるからです。この最初期のミルクの吸引行動には胎仔期に暴露されていた羊水や初乳に含まれる匂いによって誘導されている考えられています。私たちは、哺乳動物にとっての水棲環境であった胎児期に暴露される羊水からの機能性匂い物質の単離、同定を目指す研究をおこなっています。化学感覚研究(味覚)ヒトや多くの動物は口腔内の味細胞によって味物質を感知しています。近年、味細胞と形態が類似し、味覚に関連する遺伝子を発現する細胞が、気道や消化器官をはじめ体中の様々な器官で見つかってきました。一般に、苦味を呈する化学物質は毒物であることが多く、ヒトは苦味を舌で感じたときに、それを吐き出し、自分の身を守ることができます。"苦味"の受容体を発現していることから、生体防御反応への関与の可能性が考えられています。私たちは、米国のモネル化学感覚研究所との共同研究で、全身の様々な機関に分布する化学感覚細胞の産生に必須な転写因子の同定に最近成功しました。この転写因子のノックアウトマウスでは、全身の化学感覚細胞が消失することから、このマウスをモデル動物として、各器官における化学感覚細胞の生理機能の解明が期待されています。対する生体防御メカニズムの解明、そして感染症や喘息などの疾病の治療に向けた創薬研究への発展が見込まれます。舌だけではない!体を守る味細胞(化学感覚細胞)の機能解明へSkn-1a機能欠損型マウスでは、全身の化学感覚細胞が消失する。Skn-1a機能欠損型マウスは、これら化学感覚細胞の生理機能解明のためのモデル動物になると考えられる。私たちの研究室では、化学感覚研究のほかにゲノム工学技術の応用開発研究もおこなっています。ゲノム解読の進展に伴い、非コードDNA領域を含むより長大なゲノムDNA領域の機能解析が重要性を増しており、そのための巨大DNA操作技術を含む新たなゲノム工学技術の開発が必要となってきており、慶應大学の板谷先生らが開発した枯草菌ゲノム(BGM)ベクターをマウスゲノムに適用し、長大なゲノムDNAを安定に操作するための技術開発とその応用研究をおこなっています。寺田寅彦の「科学者とあたま」は、一見相反する言葉から始まります。この随筆のなかに「頭の悪い人は、頭のいい人が考えて、はじめからだめにきまっているような試みを、一生懸命につづけている。それがだめとわかるころには、しかしたいてい何かしらだめでない他のものの糸口を取り上げている。自然は書卓の前で手をつかねて空中に絵を描いている人からは逃げ出て、自然のまん中へ赤裸で飛び込んで来る人にのみその神秘の扉を開いて見せるからである。研究室に入ると、学生実験とは違って、答えのわからない問題に取り組むことになり、日々の実験も失敗のほうが多いことがほとんどです。実験する前から結果を気にしても仕方がないので、まずは失敗を恐れずに、与えられた環境の中で出来ることを精一杯してみてください。自然はきっと何かしらの答えを返してくれると思います。世界で誰も知らないことを掴んでみてください。研究は楽しいものですよ。jhirota@bio.titech.ac.jp※この内容は掲載日時点の情報です。東工大の教育に関連するWebサイトの構成です。