Name

IWASAKI, Hideo

Official Title

Professor

Affiliation

(School of Advanced Science and Engineering)

Contact Information

Mail Address

Mail Address
hideo-iwasaki [at] waseda.jp

URL

Web Page URL

http://www.f.waseda.jp/hideo-iwasaki/

Grant-in-aids for Scientific Researcher Number
00324393

Sub-affiliation

Sub-affiliation

Faculty of Science and Engineering(Graduate School of Advanced Science and Engineering)

Affiliated Institutes

理工学総合研究センター

兼任研究員 2005-2006

スマートライフサイエンス研究所

研究所員 2014-2019

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2006-2018

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018-

スマートライフサイエンス研究所

研究所員 2019-

Educational background・Degree

Educational background

-1995 Nagoya University School of Agricultural Sciences
-2000 Nagoya University Graduate School of Science Division of Biological Science

Degree

Ph.D. Coursework Nagoya University Cell biology

Career

1997-1999: Research Associate, Japanese Society for Promotion of Science (JSPS, DC1)
1999-2000: Research Associate, Japanese Society for Promotion of Science (JSPS, DC1)
2000-2005: Assistant Professor, Graduate School of Science, Nagoya University
2004-Present: Visiting Researcher, Biomimetic Control Center, RIKEN
2005-Present: Associate Professor, Department of Electrical Engineering and Bioscience, Waseda University
2012-Waseda University, ProfessorProfessor

Academic Society Joined

Society for Bioinformatics

Japanese Society for History of Science, Division of History of Biology

Japanese Society for Biophysics

Japanese Society for Chronobiology

Japanese Society of Molecular Biology

Japanese Society for Cell Synthesis Research

Award

Scholar Award, Japanese Society for Genome Microbiology

2011

Outstanding Young Researcher Award, MEXT

2008

Toyota Triennale, Contemporary Art Award

2004/02

Research Award from Japanese Society for Chronobiology

2003/09

Inoue Research Award for Young Scientists

2001

Research Field

Keywords

Molecular Network in the Cell, Circadian Rhythm, Biological Clock, Bacteriology, BioAesthetics, Bioart

Grants-in-Aid for Scientific Research classification

Biology / Biological Science / Cell biology

Research interests Career

Molecular Network and Dynamics in Circadian Clock Systems

Current Research Theme Keywords:Biological Clock, Circadian, Cyanobacteria, Network

Individual research allowance

Paper

Low temperature nullifies the circadian clock in cyanobacteria through Hopf bifurcation

Murayama, Yoriko; Murayama, Yoriko; Kori, Hiroshi; Oshima, Chiaki; Kondo, Takao; Kondo, Takao; Iwasaki, Hideo; Ito, Hiroshi

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 114(22) p.5641 - 56462017/05-2017/05

DOIScopus

Detail

ISSN:00278424

Outline:Cold temperatures lead to nullification of circadian rhythms in many organisms. Two typical scenarios explain the disappearance of rhythmicity: The first is oscillation death, which is the transition from self-sustained oscillation to damped oscillation that occurs at a critical temperature. The second scenario is oscillation arrest, in which oscillation terminates at a certain phase. In the field of nonlinear dynamics, these mechanisms are called the Hopf bifurcation and the saddle-node on an invariant circle bifurcation, respectively. Although these mechanisms lead to distinct dynamical properties near the critical temperature, it is unclear to which scenario the circadian clock belongs. Here we reduced the temperature to dampen the reconstituted circadian rhythm of phosphorylation of the recombinant cyanobacterial clock protein KaiC. The data led us to conclude that Hopf bifurcation occurred at ∼ 19 °C. Below this critical temperature, the se lf-sustained rhythms of KaiC phosphorylation transformed to damped oscillations, which are predicted by the Hopf bifurcation theory. Moreover, we detected resonant oscillations below the critical temperature when temperature was periodically varied, which was reproduced by numerical simulations. Our findings suggest that the transition to a damped oscillation through Hopf bifurcation contributes to maintaining the circadian rhythm of cyanobacteria through resonance at cold temperatures.

Mathematical study of pattern formation accompanied by heterocyst differentiation in multicellular cyanobacterium

Ishihara, Jun-ichi;Tachikawa, Masashi;Iwasaki, Hideo;Mochizuki, Atsushi

JOURNAL OF THEORETICAL BIOLOGY 371p.9 - 232015-2015

DOIWoS

Detail

ISSN:0022-5193

The initiation of nocturnal dormancy in Synechococcus as an active process.

Takano Sotaro;Tomita Jun;Sonoike Kintake;Iwasaki Hideo

BMC biology 132015-2015

PubMedDOI

Detail

ISSN:1741-7007

Outline:BACKGROUND:Most organisms, especially photoautotrophs, alter their behaviours in response to day-night alternations adaptively because of their great reliance on light. Upon light-to-dark transition, dramatic and universal decreases in transcription level of the majority of the genes in the genome of the unicellular cyanobacterium, Synechococcus elongatus PCC 7942 are observed. Because Synechococcus is an obligate photoautotroph, it has been generally assumed that repression of the transcription in the dark (dark repression) would be caused by a nocturnal decrease in photosynthetic activities through the reduced availability of energy (e.g. adenosine triphosphate (ATP)) needed for mRNA synthesis.;RESULTS:However, against this general assumption, we obtained evidence that the rapid and dynamic dark repression is an active process. Although the addition of photosynthesis inhibitors to cells exposed to light mimicked transcription profiles in the dark, it did not significantly affect the cellular level of ATP. By contrast, when ATP levels were decreased by the inhibition of both photosynthesis and respiration, the transcriptional repression was attenuated through inhibition of RNA degradation. This observation indicates that Synechococcus actively downregulates genome-wide transcription in the dark. Even though the level of total mRNA dramatically decreased in the dark, Synechococcus cells were still viable, and they do not need de novo transcription for their survival in the dark for at least 48 hours.;CONCLUSIONS:Dark repression appears to enable cells to enter into nocturnal dormancy as a feed-forward process, which would be advantageous for their survival under periodic nocturnal conditions.

Hypersensitive Photic Responses and Intact Genome-Wide Transcriptional Control without the KaiC Phosphorylation Cycle in the Synechococcus Circadian System

Umetani, Miki;Hosokawa, Norimune;Kitayama, Yohko;Iwasaki, Hideo

JOURNAL OF BACTERIOLOGY 196(3) p.548 - 5552014-2014

DOIWoS

Detail

ISSN:0021-9193

Genome-Wide and Heterocyst-Specific Circadian Gene Expression in the Filamentous Cyanobacterium Anabaena sp Strain PCC 7120

Kushige, Hiroko;Kugenuma, Hideyuki;Matsuoka, Masaki;Ehira, Shigeki;Ohmori, Masayuki;Iwasaki, Hideo

JOURNAL OF BACTERIOLOGY 195(6) p.1276 - 12842013-2013

DOIWoS

Detail

ISSN:0021-9193

Attenuation of the posttranslational oscillator via transcription-translation feedback enhances circadian-phase shifts in Synechococcus

Hosokawa, Norimune;Kushige, Hiroko;Iwasaki, Hideo

PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 110(35) p.14486 - 144912013-2013

DOIWoS

Detail

ISSN:0027-8424

Circadian Yin-Yang Regulation and Its Manipulation to Globally Reprogram Gene Expression

Xu, Yao;Weyman, Philip D.;Umetani, Miki;Xiong, Jing;Qin, Ximing;Xu, Qing;Iwasaki, Hideo;Johnson, Carl Hirschie

CURRENT BIOLOGY 23(23) p.2365 - 23742013-2013

DOIWoS

Detail

ISSN:0960-9822

RpaB, Another Response Regulator Operating Circadian Clock-dependent Transcriptional Regulation in Synechococcus elongatus PCC 7942

Hanaoka, Mitsumasa;Takai, Naoki;Hosokawa, Norimune;Fujiwara, Masayuki;Akimoto, Yuki;Kobori, Nami;Iwasaki, Hideo;Kondo, Takao;Tanaka, Kan

JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 287(31) p.26321 - 263272012-2012

DOIWoS

Detail

ISSN:0021-9258

Cyanobacterial Cell Lineage Analysis of the Spatiotemporal hetR Expression Profile during Heterocyst Pattern Formation in Anabaena sp. PCC 7120

ISHIHARA Junichi;ASAI Hironori;IWAMORI Shunsuke;MIYAGI Yasuyuki;IWASAKI Hideo

26(1) p.91 - 922011/06-2011/06

CiNii

Detail

ISSN:09156089

The dynamics of colony pattern formation of motile cyanobacteria

FUKASAWA Yuki;IWASAKI Hideo

26(1) 2011/06-2011/06

CiNii

Detail

ISSN:09156089

Circadian transcriptional regulation by the posttranslational oscillator without de novo clock gene expression in Synechococcus

Hosokawa, Norimune;Hatakeyama, Tetsuhiro S.;Kojima, Takashi;Kikuchi, Yoshiyuki;Ito, Hiroshi;Iwasaki, Hideo

PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 108(37) p.15396 - 154012011-2011

DOIWoS

Detail

ISSN:0027-8424

生命リズムへの複眼的まなざし:生物リズムの文化誌と分子機構

岩崎秀雄

科学(岩波) 75(12) p.1388 - 13932005/12-

連載コラム「生命のリズム」〜第8回:構成的生物学への期待

岩崎秀雄

バイオニクス 2005/07-

連載コラム「生命のリズム」〜第7回:交錯するリズムイメージと生命イメージ

岩崎秀雄

バイオニクス 2005/06-

連載コラム「生命のリズム」〜第6回:体内時計の試験管内再構成に成功

岩崎秀雄

バイオニクス 2005/05-

連載コラム「生命のリズム」〜第5回:バイオリズム・ブーム

岩崎秀雄

バイオニクス 2005/04-

連載コラム「生命のリズム」〜第4回:体内時計の発振機構(II)時計遺伝子はいかに時を刻むのか?

岩崎秀雄

バイオニクス 2005/03-

連載コラム「生命のリズム」〜第3回:体内時計の発振機構(I)振り子は細胞の中にある!

岩崎秀雄

バイオニクス 2005/02-

連載コラム「生命のリズム」〜第2回:体内時計論争の科学史と文化史

岩崎秀雄

バイオニクス 2005/01-

Reconstitution of circadian oscillation of cyanobacterial KaiC phosphorylation in vitro

M. Nakajima, K. Imai, H. Ito, T. Nishiwaki, Y. Murayama, H. Iwasaki, T. Oyama, T. Kondo

Science 308(5720) p.414 - 4152005-

No transcription-translation feedback in circadian rhythm of KaiC phosphorylation.

Tomita J, Nakajima M, Kondo T, Iwasaki H*

Science 307(5707) p.251 - 2542005-

連載コラム「生命のリズム」〜第1回:体内時計:一日のリズムはどこから

岩崎秀雄

バイオニクス 2004/12-

シアノバクテリアの生物時計研究の舞台裏

岩崎秀雄

時間生物学 10(3) p.3 - 112004-

隠喩としての生命リズム:その歴史,文化,科学,芸術

岩崎秀雄

ドキュメント アートとレクチャーの10日間 COLD_SCHOOL MS004:「講義としての芸術」(メディアセレクト) 2004-

Role of KaiC phosphorylation in the circadian clock system of Synechococcus elongatus PCC 7942.

T. Nishiwaki, Satomi Y, Nakajima M, Lee C, Kiyohara R, Kageyama H,rKitayama Y, Temamoto M, Yamaguchi A, Hijikata A, Go M, Iwasaki H, Takao T, Kondo T

Proc Natl Acad Sci USA 101p.13927 - 139322004-

Circadian rhythms in the synthesis and degradation of a master clock protein KaiC in cyanobacteria.

Imai K, Nishiwaki T, Kondo T, Iwasaki H*

J Biol Chem 279p.36534 - 365392004-

Global gene repression by KaiC as a master process of prokaryotic circadian system.

Nakahira Y, Katayama M, Miyashita H, Kutsuna S, Iwasaki H, Oyama T, Kondo T

Proc Natl Acad Sci USA 101p.881 - 8852004-

Circadian timing mechanism in the prokaryotic clock system of cyanobacteria.

Iwasaki H, Kondo T.

J. Biol. Rhythms 19p.436 - 4442004-

シアノバクテリアの概日リズム制御機構研究の新展開

岩崎秀雄

細胞工学 22p.1309 - 13142003-

KaiB functions as an attenuator of KaiC phosphorylation in the cyanobacterial circadian clock system.

Kitayama Y, Iwasaki H, Nishiwaki T, Kondo T

EMBO J 22p.2127 - 21342003-

Circadian formation of clock protein complexes by KaiA, KaiB, KaiC, and SasA in cyanobacteria.

Kageyama H, Kondo T, Iwasaki H*

J Biol Chem 278p.2388 - 23952003-

KaiA-stimulated KaiC phosphorylation in circadian timing loops in cyanobacteria.

Iwasaki H*, Nishiwaki T, Kitayama Y, Nakajima M, Kondo T

Proc Natl Acad Sci USA 99p.15788 - 157932002-

バクテリアの生物時計:その高度な調節機構と複雑さ

岩崎秀雄

バイオサイエンスとバイオインダストリ- 60p.225 - 2302001-

シアノバクテリアの概日リズムの発振機構について

岩崎秀雄

日本時間生物学会誌 8(1) p.5 - 102001-

多重フィードバック制御による概日振動の安定化機構

岩崎秀雄,近藤孝男

細胞工学 20p.801 - 8072001-

Two KaiA-binding domains of cyanobacterial circadian clock protein KaiC.

Taniguchi Y, Yamaguchi A, Hijikata A, Iwasaki H, Kamagata K, Ishiura M, Go M, Kondo T

FEBS Lett. 496p.86 - 902001-

シアノバクテリアの概日時計機構:解析の現状と課題

岩崎秀雄,近藤孝男

脳の科学 22p.505 - 5072000-

Microbial circadian oscillatory systems in Neurospora and Synechococcus: Models for cellular clocks.

Iwasaki H, Dunlap JC

Curr Opin Microbiol 3p.189 - 1962000-

The current state and problems of circadian clock studies in cyanobacteria.

Iwasaki H, Kondo T

Plant Cell Physiol. 41p.1013 - 10202000-

A KaiC-interacting sensory histidine kinase, SasA, necessary to sustain robust circadian oscillation in cyanobacteria.

Iwasaki H, Williams SB, Kitayama Y, Ishiura M, Golden SS, Kondo T

Cell 101p.223 - 2332000-

Nucleotide binding and autophosphorylation of the clock protein KaiC as a circadian timing process of cyanobacteria.

Nishiwaki T, Iwasaki H, Ishiura M, Kondo T

Proc Natl Acad Sci USA 97p.495 - 4992000-

Spectroscopic and electrochemical studies on structural change of plastocyanin and its tyrosine 83 mutants induced by interaction with lysine peptides

S Hirota, K Hayamizu, T Okuno, M Kishi, H Iwasaki, T Kondo, T Hibino, T Takabe, T Kohzuma, O Yamauchi

Biochemistry 39p.6357 - 63642000-

Physical interactions among circadian clock proteins, KaiA, KaiB and KaiC, in cyanobacteria.

Iwasaki H, Taniguchi Y, Ishiura M, Kondo T

EMBO J 18p.1137 - 11451999-

Structural conservation of the isolated zinc site in archaeal zinc-containing ferredoxins as revealed by X-ray absorption spectroscopic analysis and its evolutionary implications.

NJ Cosper, C Stalhandske, H Iwasaki, T Oshima, R Scott, T Iwasaki

J. Biol. Chem. 274p.23160 - 261681999-

Expression of a gene cluster kaiABC as a circadian feedback process in cyanobacteria.

Ishiura, M, Kutsuna S, Aoki S, Iwasaki H, Andersson CR, Tanabe A, Golden SS, Johnson CH, Kondo T

Science 281p.1519 - 15231998-

Changing profiles of mRNA levels of Cdc2 and a novel Cdc2-related kinase (Bcdrk) in relation to ovarian development and embryonic diapause of Bombyx mori.

M Takahashi, H. Iwasaki, T. Niimi, O Yamashita, T Yaginuma

Appl. Entomol. Zool. 33p.551 - 5591998-

藍色細菌の生物時計

岩崎秀雄,石浦正寛,近藤孝男

遺伝 51(12) p.41 - 461997/12-

藍色細菌の概日時計

岩崎秀雄,石浦正寛,近藤孝男

日本時間生物学会会誌 3(1) p.6 - 241997-

Cloning of cDNAs encoding Bombyx homologues of Cdc2 and Cdc2-related kinase from eggs.

H Iwasaki, M Takahashi, T Niimi, O Yamashita, T Yaginuma

Insect Mol. Biol 6p.131 - 1411996-

Books And Publication

時を刻むバクテリア

岩崎秀雄

中村桂子編集『愛づるの話。』(JT生命誌研究館)2003-

Histidine kinases in the cyanobacterial circadian system

Iwasaki H, Kondo T

Histidine Kinases (Eds. M. Inouye and R. Dutta), Academic Press2002-

Research Grants & Projects

Grant-in-aids for Scientific Research Adoption Situation

Research Classification:

Temporal metabolic coordination of UV-resistance system via the circadian clock

2018/-0-2020/-0

Allocation Class:¥6240000

Research Classification:

Cyanobacterial strategy for survival under diurnal cycles with the clock system

2015/-0-2018/-0

Allocation Class:¥16250000

Research Classification:

Structure-function studies of bacterial mitoNEET system

2014/-0-2016/-0

Allocation Class:¥3510000

Research Classification:

Design Principle of Cyanoabacterial Colony Pattern Formations

2013/-0-2015/-0

Allocation Class:¥4160000

Research Classification:

Structure-function of bacterial mitoNEET homologs

2012/-0-2014/-0

Allocation Class:¥3640000

Research Classification:

Mechanism of transcriptional rhythms independent of the kai clock genes in cyanoabcteria.

2011/-0-2013/-0

Allocation Class:¥3900000

Research Classification:

Circadian clock mediated environmental adaptation dynamics in cyanobacteria

2011/-0-2013/-0

Allocation Class:¥28340000

Research Classification:

Surveillance Study on the Bio-media Art in the Post-genome Age

2010-2013

Allocation Class:¥4160000

Research Classification:

Circadian adaptation dynamics of cyanobacterial genome

Allocation Class:¥20670000

Research Classification:

Biochemical functions of a cyanobacterial clock protein KaiC

Allocation Class:¥15400000

Research Classification:

Temporal integration of cellular system by circadian clock in cyanobacteria

Allocation Class:¥413010000

Research Classification:

Phosphorylation in the cyanobacterial circadian clock

Allocation Class:¥3600000

On-campus Research System

Special Research Project

一細胞操作系の開発による多細胞性シアノバクテリアのパターン形成原理の解明

2009

Research Results Outline:多細胞性シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120は、窒素欠乏条件下でヘテロシストと呼ばれる細胞を、およそ10細胞に一つの割合で分化す多細胞性シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120は、窒素欠乏条件下でヘテロシストと呼ばれる細胞を、およそ10細胞に一つの割合で分化する。ヘテロシストは窒素固定に特化した細胞である。光合成によって生じる酸素に対して感受性があり、不可...多細胞性シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120は、窒素欠乏条件下でヘテロシストと呼ばれる細胞を、およそ10細胞に一つの割合で分化する。ヘテロシストは窒素固定に特化した細胞である。光合成によって生じる酸素に対して感受性があり、不可逆的に機能損傷を受ける窒素固定酵素が発現し、光合成系機能が抑制される。このヘテロシスト分化は、多細胞体制に見られる最も単純な秩序だった分化パターン(形態形成)の優れた研究モデルであり、分子遺伝学的解析から分化促進因子HetR、分化抑制因子PatSなど、多くの関連制御因子群が同定されてきた。 私たちは、これらの発生分化パターンの一細胞レベルでの動態を観察するため、蛍光顕微鏡と高感度の冷却CCDカメラを用いて詳細なタイムラプス解析を行い、バクテリアの細胞系譜解析を実現した。また、hetR遺伝子発現動態をリアルタイムで観察し、細胞系譜と合わせて詳細に解析した。その結果、細胞分化パターニングは、pre-deterministicに決っているのではなく、細胞間相互作用を伴って動的に運命決定されていくこと、細胞分裂を阻害しても、等間隔の細胞分化パターンを維持できることなどを見いだした。これは、細胞分裂が分化に決定的な役割を果たすとの先行研究でのモデルを覆す重要な知見である。 また、私たちは単細胞性シアノバクテリアを用いた概日リズムの研究で、さまざまな解析を行ってきた。その経験を踏まえ、Anabaenaにおける概日リズムの解析に着手し、概日リズムの発現に必須なkai遺伝子の相同遺伝子群の欠損株の作成や、ゲノムワイドな概日発現リズムを探索するためのマイクロアレイ解析を行った。マイクロアレイ解析についても今後さらに解析が必要であるが、単細胞性シアノバクテリアで得られた結果とは異なり、kai遺伝子の発現リズムがそれほど明確ではないこと、にもかかわらず一部の遺伝子の発現は高振幅リズムを示すことが分かってきた。また、kai遺伝子破壊株では、一部の概日発現遺伝子の発現リズムの異常が観察されたが、再現性を確認することが必要である。

シアノバクテリアの形態形成原理の解明とバイオメディア芸術への展開

2011

Research Results Outline:A. 多細胞性シアノバクテリアの時間パターン(概日システム)の解析: 細胞分化パターニングを示す糸状性シアノバクテリアAnabaena における概日シA. 多細胞性シアノバクテリアの時間パターン(概日システム)の解析: 細胞分化パターニングを示す糸状性シアノバクテリアAnabaena における概日システムの解析を行った。マイクロアレイ解析を複数回行い、単細胞性シアノバクテリアとは,時計遺伝子の発...A. 多細胞性シアノバクテリアの時間パターン(概日システム)の解析: 細胞分化パターニングを示す糸状性シアノバクテリアAnabaena における概日システムの解析を行った。マイクロアレイ解析を複数回行い、単細胞性シアノバクテリアとは,時計遺伝子の発現パターンや概日発現遺伝子群の発現位相分布に大きな違いがみられることを明らかにした。さらに、そこから二つの高振幅概日発現遺伝子群を抽出し、バクテリアルルシフェラーゼ遺伝子を用いた生物発光レポーター株を作製し、リアルタイムモニタリングを行うことで詳細な概日発現リズムの状態を解析することができ、連続明条件下における周期の温度補償性や暗パルスに対する光位相応答を確認した。B. シアノバクテリアの細胞分化パターニングの解析: Anabaena の細胞分化の中枢遺伝子hetR, patS は,確証されたわけではないが,転写因子および,その活性を阻害するオリゴペプチドをコードする。自己活性化ループと自己抑制がカップリングし,抑制因子が拡散性というTuring モデルが当てはまりそうだが,妥当性は検討されていない。そこで,顕微鏡下での連続培養観測系を立ち上げ,バクテリアでは世界初となる細胞分化系譜を構築し,位置情報の決定が初期値依存的ではなく,細胞間相互作用を介して動的に決定されることを明らかにした(PLoSONE,2009)。この成果を踏まえ,マイクロデバイス工学を援用した微小流路を用い,特定の分化制御・パターン制御遺伝子候補を局所的に発現させたり,分化誘導に重要な影響を与える代謝産物などを添加できる系を構築することを目標とし、複数のデザインのデバイスを用いて解析を行った。その結果、細胞フィラメントの流路への導入には成功するが、デバイス内での成長阻害が見られており、まだ詳細な解析には至っていない。今後引き続き検討する必要がある。C. シアノバクテリアのコロニー・パターン形成の解析: 申請者が西早稲田キャンパスの池から単離した、複雑なコロニーパターンを形成する2種(Pseuanabaena, Geitlerinema)を対象とし、これらのパターンがどのようなプロセスと原理で生成するのかを解析した。まず、さまざまな環境条件下での運動パターンの定量的な観測を行い,モルフォロジーダイアグラムの構築を行った。その結果、Geitlerinemaは比較的安定な集団軌道を自律的に形成し、特徴的な渦状コロニーを形成するのに対し、Pseudanabaenaはバンドル状、円盤状、彗星状の三つの形態を動的に遷移しながら複雑かつ流動的に多様なコロニーパターンを形成することを見いだし、それらの動的パターンの定量的な解析を進めた。D. シアノバクテリアを用いたバイオメディア・アートの試み: シアノバクテリアのパターン形成・運動過程を長期間撮影することで得られる映像に加え,細胞を用いた絵画・彫刻表現や,電気回路との接続による新たな形式のメディア芸術の展開を図った。この際,科学者・芸術家の双方にとって新しいこと(サイエンスとアートが未分化であり,双方を相補的に展開できること),ときとしてファインアートにおける造形行為を相対化する側面を持つこと,科学と芸術の境界面を鋭くえぐり出すものであること,新たな規範的な造形美の可能性を追求すること,をコンセプトとし、さまざまな作品を発表することが出来た。2010 年度はオーストリア・リンツにおいて個展およびライトアートビエンナーレへの招待展示、オランダ・ハーグにおけるオランダ国際ビエンナーレにおける招待展示を行った。2011年度はTokyo Designers Weekに多摩美術大学、慶應義塾大学SFCとの共同でバイオアートに関する展示、また岡本太郎生誕100周年記念展(岡本太郎美術館)での大規模な作品の展示を行い、多くの注目を集めた。metaPhorestと呼ばれる、生命論に興味を持つ芸術家たちがアーティスト・イン・レジデンス的に研究室に集うプラットフォームを本格化されることで、国内外でも有数の生命美学の拠点の一つを形成しつつあると考えている。岩崎は、さらに2010年に米国NSF+英国ESPRCの主宰で実現した、合成生物学に関わる芸術・デザインの国際プロジェクトSynthetic Aestheticsのメンバー(約400名の応募中12名)に選ばれ、生命美学に関するオーストラリアのアーティストとの共同プロジェクトを開始した。

シアノバクテリアの概日システムの統合的解析

2013

Research Results Outline:研究成果概要 本研究は,単細胞性および多細胞性シアノバクテリアを用いて,概日システムと光同調性,ゲノムワイドな概日発現リズムに関する基本的な性質を解析研究成果概要 本研究は,単細胞性および多細胞性シアノバクテリアを用いて,概日システムと光同調性,ゲノムワイドな概日発現リズムに関する基本的な性質を解析するものであり,以下に述べる4点に大きな進展を見た。1. 転写翻訳フィードバック様式と光同調に関す...研究成果概要 本研究は,単細胞性および多細胞性シアノバクテリアを用いて,概日システムと光同調性,ゲノムワイドな概日発現リズムに関する基本的な性質を解析するものであり,以下に述べる4点に大きな進展を見た。1. 転写翻訳フィードバック様式と光同調に関する解析:単細胞性シアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942は,連続明条件下(増殖時)ではゲノムワイドな転写リズムを誘導するが,連続暗条件下では時計遺伝子群kaiABCを含む大部分の転写翻訳が停止する。この条件や,転写・翻訳阻害剤を過剰に投与した条件においても,KaiC蛋白質のリン酸化振動が持続する(Science, 2005a)。さらに,時計蛋白質(KaiA, KaiB, KaiC)をATPとインキュベートするだけで, KaiCのリン酸化振動を試験管内で再構成できる(Science, 2005b)。 いっぽう,kai遺伝子群は連続明条件では顕著な発現振動を呈し,転写翻訳フィードバックが二次的に動作していることが分かっている。もし,中心振動子が翻訳後修飾レベルの事例振動であるとすれば,シアノバクテリアのこの転写翻訳フィードバックは何らかの機能を担っていないのであろうか。概日時計は明暗サイクルに同調するため,一定時間以上の暗期により,位相の調整(同調)が起こらねばならない。私たちは,明期に駆動される時計遺伝子群の周期的な発現変化が,暗パルスに対する時計の同調に時刻依存的な影響を強く及ぼしていることを示し,新たな光同調機構の存在を示した。すなわち,シアノバクテリアの時計の光同調には、翻訳後修飾レベルで生じる生化学的なKaiCリン酸化反応のリズムと,その振動状態を周期的に変化させる転写・翻訳フィードバック・ループの双方が密接に関連していることを初めて明らかにした。この成果をHosokawa et al. (2013)としてPNAS誌に発表した。2. 時計遺伝子kaiAとゲノムワイドな発現調節の関連についての解析:kaiAの過剰発現株では,kaiBC遺伝子を含め,主観的黄昏時にピークを持つ概日発現遺伝子の発現が軒並み活性化されること,逆に主観的明け方にピークを持つ概日発現遺伝子群の発現が著しく低下することをマイクロアレイ解析により明らかにした。つまり,kaiA過剰発現株は,事実上時計が主観的黄昏時で時計が停止した表現型を呈する。この我々の研究と,kaiA過剰発現株における外来遺伝子発現解析の結果を,Xu et al. (2013)としてCurr. Biol.誌に発表した。3.KaiCリン酸化振動を欠く変異株における入出力系の解析:KaiCの二か所のリン酸化部位(Ser431,Thr432)をグルタミン酸に置換したkaiCEE株では,リン酸化リズムは消失するが,約48時間の長大な周期のkaiC転写リズムが駆動されるが,そのメカニズムは明らかではない。そこで,このリン酸化リズム消失変異株の概日振動子と概日入出力特性を解析することで,概日システムにおけるKaiCリン酸化リズムの機能を解析した。まず,マイクロアレイを用いて,kaiCEE株の転写制御解析を試みたところ,意外にも安定かつ顕著な長周期リズムを観察することが出来た。KaiC蛋白質は,従来そのリン酸化状態の変化を,申請者が発見した二成分情報伝達系因子SasA-RpaA(Cell 2000; PNAS 2006)に直接相互作用することを介して,時刻情報をリン酸化リレーとして伝達すると考えられてきた。しかし,上記の結果は,その時刻情報伝達にKaiCのリン酸化サイクルが必ずしも必須でない可能性を示唆する。さらに,kaiCEE株における時刻依存的な位相応答や,暗期中の計時機構に関する解析とともに,その転写振動の安定性を評価するための温度補償性の解析を行った。その結果,野生株に比べて著しい位相応答を示すほか,この株が連続培養条件下で著しく明瞭な転写リズムを示すこと,そして明瞭な温度補償性を示すことを示し,Umetani et al. (2014)としてJ. Bacteriol.誌に発表した。4.多細胞性シアノバクテリアにおける概日システム解析: 従来,概日時計と発生・分化の高次クロストークの研究は高等生物に限定されていたが,窒素欠乏下で窒素固定に特化したヘテロシストを分化する多細胞性シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120は,両者の関わりを解析するもっとも単純で強力な系となる可能性が高い。そこで解析を行ったところ,単細胞性では最も高い振幅を誇るkaiBC遺伝子発現リズムはAnabaenaでは殆ど観察できなかったが,ゲノムワイドな転写リズムのプロファイル,kai遺伝子欠損株における転写リズムの停止などを確認した。さらに,ヘテロシスト内は,酸化還元状態,酸素分圧など,細胞内環境が光合成細胞と著しく異なるが,窒素欠乏下,ヘテロシストでのみ特異的に高振幅で発現振動する遺伝子群を発見し,ヘテロシスト分化における概日振動の役割を解析する端緒を得た。これらの成果は,Kushige (2013)として,J.Bacteriol.誌に発表した。

シアノバクテリアの概日明暗応答ダイナミクスの統合的解析

2014

Research Results Outline:シアノバクテリアSynechococcus elongatusPCC 7942を材料に,主として明->暗切り替えに伴う大規模なゲノムワイドな転写シアノバクテリアSynechococcus elongatusPCC 7942を材料に,主として明->暗切り替えに伴う大規模なゲノムワイドな転写パターンの相転移(ほとんどの遺伝子発現が直ちに停止し,総mRNA量が劇的に低下する)のメカニズムの...シアノバクテリアSynechococcus elongatusPCC 7942を材料に,主として明->暗切り替えに伴う大規模なゲノムワイドな転写パターンの相転移(ほとんどの遺伝子発現が直ちに停止し,総mRNA量が劇的に低下する)のメカニズムの解析を行った。その結果,当初はこの現象は光合成の停止に伴うATPの枯渇によってもたらされる受動的な影響と考えられていたのに対し,むしろエネルギー消費を積極的に行う能動的プロセスであることを明らかにした。

シアノバクテリアの巨大渦状コロニー形成の分子機構と数理的理解

2017

Research Results Outline:私たちは,糸状性シアノバクテリアGeitlerinemaが,環境に依存してサイズの異なる二種類の巨大な渦状コロニーを自己組織的に形成する現象を発見した私たちは,糸状性シアノバクテリアGeitlerinemaが,環境に依存してサイズの異なる二種類の巨大な渦状コロニーを自己組織的に形成する現象を発見した。このダイナミクスを解析するため,定量的な細胞・コロニーの時間発展パターンの観察と解析を行って定性...私たちは,糸状性シアノバクテリアGeitlerinemaが,環境に依存してサイズの異なる二種類の巨大な渦状コロニーを自己組織的に形成する現象を発見した。このダイナミクスを解析するため,定量的な細胞・コロニーの時間発展パターンの観察と解析を行って定性的なコロニーパターン発生モデルを提案し,数理モデルと計算機シミュレーションを行った。さらに分子遺伝学的な解析を試みるため,既に形質転換系が確立しているLeptolyngbyaを用いてGeitlerinemaの形態変異の相同原因遺伝子の解析を進めた。

古典的時計遺伝子kaiAを欠く減衰型概日リズムの発振メカニズムと生理的意義

2018Collaborator:河本尚大

Research Results Outline:シアノバクテリアSynechococcuselongatus PCC7942の概日時計は時計タンパク質KaiA, KaiB, KaiCからなり,これらシアノバクテリアSynechococcuselongatus PCC7942の概日時計は時計タンパク質KaiA, KaiB, KaiCからなり,これら三つの蛋白質とATPをインキュベートすることでKaiCのリン酸化振動を試験管内で再構成できる。この...シアノバクテリアSynechococcuselongatus PCC7942の概日時計は時計タンパク質KaiA, KaiB, KaiCからなり,これら三つの蛋白質とATPをインキュベートすることでKaiCのリン酸化振動を試験管内で再構成できる。このことから,三種類のKai蛋白質は「生物時計の最小構成単位」として広く認知されている。しかし,私たちは,必須の時計因子と考えられてきたKaiAの機能欠損株においても, kaiBC遺伝子発現(プロモーター活性)に減衰型の振動が再現よく見られることを発見した。2018年度は,この減衰振動の分子メカニズムを検討するうえで,Kai蛋白質の性質を踏まえるべくKaiA存在下および非存在下でのKai蛋白質複合体形成能に関してin vivoとin vitroで解析した。

シアノバクテリアを用いた細胞分化の構成的研究

2005

Research Results Outline:多細胞性シアノバクテリアのモデル種としてAnabaena PCC 7120の細胞分化の中枢遺伝子の一つhetR,patSは,それぞれ転写因子およびその多細胞性シアノバクテリアのモデル種としてAnabaena PCC 7120の細胞分化の中枢遺伝子の一つhetR,patSは,それぞれ転写因子およびその転写調節因子をコードしている。HetRは自身の転写の促進因子であり,patSの転写も促進する。いっ...多細胞性シアノバクテリアのモデル種としてAnabaena PCC 7120の細胞分化の中枢遺伝子の一つhetR,patSは,それぞれ転写因子およびその転写調節因子をコードしている。HetRは自身の転写の促進因子であり,patSの転写も促進する。いっぽう,PatSは拡散性のオリゴペプチドで,HetRの働きを抑制し,ネガティブフィードバックを生み出す。したがって,自己活性化ループと自己抑制ループのカップリングしたネットワークを含む,さらに抑制因子が拡散性であるようなネットワークであり,そのままTuring patternによる固定波形成ネットワーク・モデルに妥当している。当初は,この遺伝子ネットワークを異種生物である大腸菌に組み込み,大腸菌をテストチューブとして遺伝子機能やそのダイナミクスを解析することを目標とした。 そこで,まず大腸菌にhetRオペロンとpatSを遺伝子導入し,転写レベルの発現活性化・抑制を再現出来るかをチェックした。この際,レポーターとしてバクテリアルシフェラーゼを用い,遺伝子発現の経時変化のリアルタイムモニターを行ったが,発光を確認できず,hetRオペレーターは大腸菌では働かないことが明らかになった。 そこで,現実のシアノバクテリアにおけるhetRの遺伝子発現のリアルタイムモニタリング系の構築のほうが重要であると判断し,蛍光顕微鏡観察条件下で連続的にバクテリアを長期培養・遺伝子発現モニタリングできる系の開発に成功した。これにより,バクテリアの発生に関する細胞系譜を初めて取得することに成功した。 これらの成果は,バクテリアを用いた形態形成の研究を飛躍的に向上させるものとして,国際的にも大きなインパクトを与えつつある。

Lecture Course

Course TitleSchoolYearTerm
Science and Engineering Laboratory 1A IIISchool of Fundamental Science and Engineering2020spring semester
Science and Engineering Laboratory 1A IIISchool of Creative Science and Engineering2020spring semester
Science and Engineering Laboratory 1A IIISchool of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Science and Engineering Laboratory 1B IVSchool of Fundamental Science and Engineering2020fall semester
Science and Engineering Laboratory 1B IVSchool of Creative Science and Engineering2020fall semester
Science and Engineering Laboratory 1B IVSchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Frontiers of Electrical Engineering and BioscienceSchool of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Frontiers of Electrical Engineering and Bioscience [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Laboratory B on Electrical Engineering and Bioscience (A)School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Laboratory B on Electrical Engineering and Bioscience (B)School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Laboratory B on Electrical Engineering and Bioscience [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Laboratory B on Electrical Engineering and Bioscience [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Laboratory C on Electrical Engineering and BioscienceSchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Laboratory C on Electrical Engineering and Bioscience [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Project Laboratory ASchool of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Project Laboratory A [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Project Laboratory BSchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Project Laboratory B [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Graduation Thesis ASchool of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Graduation Thesis A [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Graduation Thesis BSchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Graduation Thesis B [Spring]School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Graduation Thesis B [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Graduation Thesis B [Spring] [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Historical and cultural studies of Life SciencesSchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Life science B (2)School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Life science B [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
ChronobiologySchool of Advanced Science and Engineering2020an intensive course(spring)
Systems BiologySchool of Advanced Science and Engineering2020an intensive course(fall)
Graduation Thesis ASchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Graduation Thesis BSchool of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Current Topics in BiosciencesSchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Current Topics in Biosciences [S Grade]School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Advanced Bioscience SeminarSchool of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Master's Thesis (Department of Electrical Engineering and Bioscience)Graduate School of Advanced Science and Engineering2020full year
Research on Molecular Networks in CellsGraduate School of Advanced Science and Engineering2020full year
Research on Molecular Networks in CellsGraduate School of Advanced Science and Engineering2020full year
Molecular Cell BiologyGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Molecular Cell BiologyGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Systems BiologyGraduate School of Advanced Science and Engineering2020an intensive course(fall)
Advanced Environmental PhysiologyGraduate School of Advanced Science and Engineering2020an intensive course(spring)
ChronobiologyGraduate School of Advanced Science and Engineering2020an intensive course(spring)
Advanced Seminar AGraduate School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Advanced Seminar AGraduate School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Advanced Seminar BGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Advanced Seminar BGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Seminar on Molecular Networks in Cells AGraduate School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Seminar on Molecular Networks in Cells AGraduate School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Seminar on Molecular Networks in Cells BGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Seminar on Molecular Networks in Cells BGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Seminar on Molecular Networks in Cells CGraduate School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Seminar on Molecular Networks in Cells CGraduate School of Advanced Science and Engineering2020spring semester
Seminar on Molecular Networks in Cells DGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Seminar on Molecular Networks in Cells DGraduate School of Advanced Science and Engineering2020fall semester
Master's Thesis (Department of Electrical Engineering and Bioscience)Graduate School of Advanced Science and Engineering2020full year
Research on Molecular Networks in CellsGraduate School of Advanced Science and Engineering2020full year