(2017年新設)生体構造解剖学分野：仁田研究室

 私たちの研究室では、「かたち」の詳細な観察から、その「はたらき」を知ることを基本姿勢としています。この形態学的手法は、歴史的には肉眼で見える形態の観察（マクロ形態学Morphology・解剖学Anatomy）から始まりましたが、時代とともに大きく進歩し、現在ではナノメートルレベルの分子の「かたち」やさらに小さい原子までも観察することが可能になりました（分子形態学Molecular Morphology）。私たちは、クライオ電子顕微鏡法とX線結晶構造解析法を使用して様々な分子の「かたち」を観察してその「はたらき」に迫ります。生物・人体の生理的なメカニズムを解明したり、難病の発症機構を明らかにすることで治療法の開発にも繋げたいと考えています。

主な研究課題
1) 微小管ダイナミクス制御の生理・病理機構（学術変革領域(A)クロススケール新生物学）
細胞は、器官・組織に特異的な機能を発現するため、その機能に適した形態へと「かたち」を変える。それを先導するのが微小管をはじめとした細胞骨格であり、またその異常により、神経変性疾患や心不全などの病態を発症する。本課題では、細胞によって異なる様相を呈する微小管ネットワークがどのように形成されるのか、その根本のメカニズムを解明するとともに、その破綻による疾病発症のメカニズムにも迫る。
＊非中心体性微小管ネットワーク形成の分子機構：神経細胞、上皮細胞、（心）筋細胞など、中心体に依存しない微小管ネットワーク形成機構を解明する。(Imasaki et al., bioRxiv 2021; Shigematsu et al., JCB 2018)
＊神経細胞軸索における微小管ネットワーク形成・制御の分子機構。(Shima et al., JCB 2018; Yajima et al., JCB 2012; Niwa et al., Sci. Rep 2017; Sumi et al., Cell Struct. Funct. 2018
＊微小管モーターキネシンの動作機構と微小管ダイナミクス制御：細胞内の物質輸送を司る微小管モーターキネシンは、微小管の安定性の制御にも関わっている。本研究では、キネシンの運動機構解明に加え、キネシンがどのように微小管の安定性を制御するのか、その分子機構を解明する。(Shima et al., JCB 2018; Morikawa et al., EMBO J. 2015; Hirokawa et al., Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009; Nitta et al., NSMB 2008; Nitta et al., Science 2004; Chang et al., JMB 2013; Taguchi et al., bioRxiv 2022; Wang et al,, eLife 2016; Ogawa et al, Cell 2004; Yamagishi et al., Structure 2016)
2) 転写制御を切り口とした生理・病理機構解明
＊個体の恒常性を司る幹細胞制御システムの解明:造血幹細胞の維持機構からその破綻による白血病発症、老化メカニズムの解明
＊新規白血病治療法開発に向けた転写メディエーター複合体CDKモジュールの転写制御機構の解析
3) 心筋メカノバイオロジー機構の構造基盤の解明（AMED-CREST メカノバイオロジー）
心臓は自律拍動する器官であり、また常に血圧＝メカニカルストレスにさらされている。拡張型心筋症などの心疾患では、メカニカルストレス応答機構の異常がその増悪に関与する。本研究では、メカニカルストレスにより正常・異常心筋細胞内で起こる分子構造変化を、クライオ電子顕微鏡技術により分子レベルで明らかにし、疾患の発症原理を解明するとともに、新規治療法創出に貢献する。
＊拡張型心筋症のクロススケール構造解析による分子病理機構の解明 (Yamada et al., submitted, 2022)
＊心筋一細胞ストレッチ技術と電子顕微鏡技術との融合
4) 神経変性疾患モデル細胞を用いたクライオ電子顕微鏡分子構造解析（JSTムーンショット目標2）
認知症の原因の三大疾患であるアルツハイマー型認知症、パーキンソン病、血管型認知症の分子・細胞レベルの構造異常を解明し、新たな治療薬早出へとつなげる。
5) 原子レベルで解明するトキソプラズマ寄生胞膜破壊と病原性因子によるその破綻（AMED 新興・再興感染症）
人体には、トキソプラズマなどの寄生虫感染時に働く生体防御機構が存在する。その中心的な役割を担うタンパク質群が、インターフェロン誘導性GTPaseである。これらのタンパク質群が、どのように寄生胞膜（寄生虫を内部に匿う膜構造）を破壊するのか、その分子機構を原子レベルの構造解析により解明する。 (Saijo et al., Life Sci. Alli. 2022)
6) クライオ電子線トモグラフィー技術の整備（学術変革領域(A)クロススケール新生物学）
クライオ電子線トモグラフィー法（Cryo-ET）は、細胞内の分子構造をサブナノメートルの分解能で可視化できる画期的な技術である。本手法のスループットを上げるとともに、時間軸・空間軸の異なる様々な手法を併用して、将来的な分子病理診断学への応用を目指す。  

主要な研究手法
クライオ電子顕微鏡構造解析：単粒子解析、クライオ電子線トモグラフィー
X線結晶構造解析
超分子複合体の組換えタンパク質調整
フローサイトメトリー(FCM)／蛍光活性化セルソーティング(FACS)
次世代シークエンス解析
バキュロウイルス-昆虫細胞組換えタンパク質発現システムによる超分子複合体の組換えタンパク質調整
主要な研究設備
透過型電子顕微鏡：日本電子JEM 1400-Plus
クライオトランスファーホルダー：Gatan 626
真空蒸着装置：日本電子IB029510VET
急速凍結装置：Leica EM GP2, Thermo Fisher Vitrobot MARK IV
光電子相関顕微鏡：Leica Cryo-CLEM
液体クロマトグラフィーFPLC：Cytiva Acta pure, BioRad NGC Quest 10 Plus
全反射照明蛍光顕微鏡：NIKON Ti2-LAPPシステム全反射エバネッセント顕微鏡  


仁田研究室の主な研究成果

仁田研究室は2017年6月に新設された研究室です。
2022年に発表された論文
2021年以前に発表された主要論文