斎藤パネル
創発PO・創発アドバイザー一覧
創発PO： 斎藤 通紀（京都大学 高等研究院 教授）
【専門分野】 発生生物学・細胞生物学
京都大学医学部卒業、同大学院医学研究科にて博士号取得、英国ウェルカムトラスト発生生物学・がん研究所、理化学研究所を経て、2009年より京都大学大学院医学研究科 教授、2018年より京都大学高等研究院 教授、同ヒト生物学高等研究拠点 拠点長。
マウス・サルをモデルとして生殖細胞の発生機構を解明、その知見に基づき、マウス・サル・ヒト多能性幹細胞を起点に生殖細胞の発生過程を試験管内再構成する研究を確立、生殖生物学・医学に新しい可能性を提示、それら研究を発展させつつある。
武田医学賞、上原賞、朝日賞、恩賜賞・日本学士院賞、国際幹細胞学会(ISSCR) Momentum Award等を受賞、EMBO Associate Member、国際幹細胞学会(ISSCR) Board of Directors を務める。
創発アドバイザー（五十音順）
- 井垣 達吏
- 京都大学 生命科学研究科 教授
- 伊藤 武彦
- 東京科学大学 生命理工学院 教授
- 大川 恭行
- 九州大学 生体防御医学研究所 教授
- 工藤 洋
- 京都大学 生態学研究センター 教授
- 佐竹 暁子
- 九州大学 理学研究院 教授
- 鈴木 穣
- 東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授
- 中川 真一
- 北海道大学 薬学研究院 教授
- 西村 剛
- 大阪大学 大学院人間科学研究科 教授
- 西山 朋子
- 京都大学 大学院理学研究科 教授
- 東山 哲也
- 東京大学 大学院理学系研究科 教授
- 平谷 伊智朗
- 理化学研究所 生命機能科学研究センター チームディレクター
- 深川 竜郎
- 大阪大学 大学院生命機能研究科 教授
- 深津 武馬
- 産業技術総合研究所 モレキュラーバイオシステム研究部門 首席研究員
- 山田 泰広
- 東京大学 大学院医学系研究科 教授
- 吉田 松生
- 基礎生物学研究所 生殖細胞研究部門 教授
創発研究者一覧（斎藤パネル）
2024年度採択
（斎藤パネル）※研究開始の猶予制度を利用中
昆虫の訪花性の進化をもたらす神経機構の解明
昆虫は花から花へと花粉を運ぶことによって植物の繁殖を助け、生態系や人間社会を支えています。では昆虫はどのように花を認識し、花を訪れる性質を進化させたのでしょうか？本研究は、繁殖や採餌のために訪花する性質を持つカザリショウジョウバエの脳機能と神経系を、神経科学や遺伝学の知見が蓄積し訪花しないキイロショウジョウバエと比較することで、昆虫の訪花性の進化を実現した脳機能とそれを支える神経機構を解明します。
（斎藤パネル）
神経系における時空間の細胞多様性を駆動する翻訳制御メカニズム
脳には神経やグリアなど多種の細胞が存在し、外界刺激に応じてその性質を変化させます。これはそれぞれ、空間と時間の二つの軸に沿った細胞の多様性と理解できます。本研究ではmRNAからタンパク質が合成される翻訳に着目し、この時空間の細胞多様性のメカニズムを探求します。この成果は、これまで広く行われてきた転写に関する研究を相補し、脳機能の分子メカニズムについて新規性の高い知見を提供することが期待されます。
（斎藤パネル）
遺伝子発現制御予測から迫る形態進化可能性の変遷
生物が進化するポテンシャル（進化可能性）は、生物多様性の変遷を理解する上で重要な概念ですが、多細胞動物では定量的検証が難しく、進化学のフロンティアの一つとなっています。本研究は真骨魚類をモデルとし、形態形成を駆動する遺伝子発現制御を深層学習により予測し、ゲノム情報の変化に応じて遺伝子発現制御と形態がどのように変わるかを定量します。さらに、実験的検証を通し、進化可能性の進化の一般則を明らかにします。
（斎藤パネル）
発生における細胞の動きと遺伝子発現動態の相互作用の理解
動物の発生では細胞の動きが形態形成やパターン形成において重要な役割を担います。本研究では、脊椎動物の体節形成を対象として、細胞の動きと遺伝子発現動態の間の相互作用を統合的に扱うことができる数学的記述方法を開発します。さらにイメージングデータにモデルを同化させることで、直接的な実験観測が困難な組織部位においても遺伝子発現動態を推定できるプラットフォームを開発し、形態形成原理を解明します。
（斎藤パネル）
有性生殖を補償する中心小体の継承機構と機能進化の理解
中心小体は、染色体分配と繊毛・鞭毛形成という二つの異なる機能を担う細胞小器官です。受精の際、精子由来の中心小体が受精卵に継承されるという珍しい特徴を持ちますが、卵由来の中心小体が消失する分子機構は未解明です。本研究では、細胞生物学的手法と生化学的再構成を用いて、中心小体の継承機構と機能進化の基本原理を確立し、中心小体の機能不全が引き起こす不妊や遺伝性疾患の発症機序の理解につなげます。
（斎藤パネル）
オーガナイザーを用いてヒトの臓器を自在に創り出す技術の開発
器官形成期は、ヒトの体の基本構造がつくられる重要な時期です。しかし、この時期のヒト胚を研究に用いることは倫理的に困難です。本研究では、器官形成を誘導する活性を持つ細胞集団「オーガナイザー」の探索を通して、ヒトの器官を試験管内で自在に創り出す技術を開発します。本研究の成果は、これまでブラックボックスとされてきたヒトの初期発生を理解するための革新的な技術になると期待されます。
（斎藤パネル）
感覚・運動機能を調整するシナプス接続動的変化の分子機構解析
神経の繋がりは柔軟に変化し調整されますが、感覚神経（身体から脳への情報伝達）と運動神経（脳から身体への指令伝達）は適切な相手と特異的に繋がる必要があり、基本的に接続相手を変えません。この柔軟性の欠如は、ときに病態治療の制約となります。本研究では、例外的に接続変化を示すゼブラフィッシュの感覚・運動神経に着目し、新規手法でシナプス推移を捉え、接続特異性を失わずに回路再構築を実現する仕組みを解明します。
（斎藤パネル）
核内液滴と3次元ゲノム構造：相分離とクロマチンが織りなす細胞核の秩序
細胞の核内では、遺伝情報がクロマチンとして格納され、その構造が遺伝子発現やDNA修復に重要な役割を果たしています。近年、核内には核スペックルや核小体といった液滴構造が存在し、クロマチンと相互作用していることが明らかになっています。本研究では、細胞実験と数理モデルを用いて、核内液滴がクロマチン構造に及ぼす影響を解明します。これにより、細胞核内の秩序形成の仕組みを理解し、遺伝子発現制御の新たな知見を得ることを目指します。
（斎藤パネル）
エピゲノム継承が担う疾患感受性遺伝機構の解明
生活習慣病は、好ましくない生活習慣が主原因となりますが、しばしば家族性の発症高感受性が観察されます。しかし、原因遺伝子の変異は同定されない場合も多く、何が発症高感受性を次世代に受け渡しているのかは不明です。本研究では、親から子へと継承されるエピジェネティックな情報が、発症感受性の世代間継承を担っているという仮説を検証します。この研究は、将来的に生活習慣病の罹患率低減に寄与すると期待されます。
（斎藤パネル）
対の器官の左右非対称性を制御する新規機構
本研究では、体の正中線上で発生する体に一つしかない心臓や腸などの器官の左右非対称性とは異なり、付属肢など正中を隔て左右で独立に発生する対の器官における左右非対称性に着目します。そこで、左右１対の翅が形態的にも機能的にも異なる昆虫スズムシを対の器官の左右性のモデルとし、遺伝子制御ネットワーク解析技術やゲノム操作技術を駆使し、対の器官の左右非対称な表現型進化に寄与する遺伝子制御機構の解明に挑戦します。
（斎藤パネル）
脊椎動物における季節適応能の分子機構と獲得原理の解明
温帯では季節による大きな環境変動が繰り返され、そこに生息する動物は環境に応じて生理機能や行動を柔軟に変化させる優れた適応能を有しています。しかし、この適応能の分子進化機構は未解明です。本研究ではメダカとその近縁種をモデルとして比較解析を実施することで、季節適応能の分子機構と獲得原理を解明し、環境適応能を制御する技術を開発することで、気候変動下における持続可能な農水産業の実現に貢献します。
（斎藤パネル）
動物用メタバースによる横断的行動学研究
インターネットを介して動物同士が相互作用できるメタバースを構築し、遠隔地間の動物をつなぐ共同の行動学実験ネットワークを形成します。これにより動物間相互作用データの大規模な収集を進め、それらを横断的に解析することで、動物の行動や生態の包括的理解が飛躍的に進展すると期待できます。さらに、このメタバースを用いることで、飼育動物の環境改善や、人と動物の共生社会教育などの点で、実社会への応用も期待されます。
（斎藤パネル）
収斂進化を起点とした遺伝子機能予測と表現型予測
表現型を規定する遺伝⼦の探索は、現代⽣物学に不可⽋です。さらに、ゲノム上の遺伝情報をもとにした表現型の予測は、今世紀の⽣物学における主要な課題であり続けています。本研究では、複数回の進化に着⽬した独⾃の多種間ゲノム⽐較と機械学習アプローチにより、これらの課題に対するブレイクスルーを⽬指します。従来の遺伝学的解析が困難であった形質にこれを適⽤し、予測結果を実験的に検証することで概念実証とします。
2023年度採択
（斎藤パネル）※2025年9月終了
Bottom-up reconstitution of human post-gastrulation development
ボトムアップアプローチによるヒト原腸陥⼊後胚発⽣の再構成
ヒトの初期胚発生は、極めて重要な現象にも関わらず、倫理的問題などからその多くは未解明なままです。本研究では、独自に開発した試験管上で体節の発生過程を再構成するaxioloidモデルに、新たな構成要素を加えていく手法により、倫理的問題を回避しつつ、神経管や脊索、心臓など、より複雑なシステムの発生機序の理解につなげると共に、本モデルでの非ヒト霊長類との種間比較を通じて、我々ヒトを特徴づける原理の解明に貢献します。
（斎藤パネル）※終了（研究開始前）
多細胞生物の表現型進化の構成的理解
本研究では、生命進化の方向性を規定する平行進化遺伝子に着目します。離れた系統で収斂的に生じる染色体再編成や塩基置換が、多細胞生物の表現型を特定方向に進化させる分子基盤の解明を目指します。昆虫の色彩の進化を題材に、過去に生じた染色体再編成を現生生物で復元する技術や、体細胞で祖先の遺伝型を復元する技術を開拓し、多細胞生物の進化を実験室で組み上げて理解する「ゲノム再構成進化生物学」を創成します。
（斎藤パネル）
長距離シグナル波が制御する器官形成の新規機構
動物の器官が成長する過程では、細胞レベルのスケールを超えてマクロスケールにはたらく協調作用が必要であると考えられますが、その実体はほとんど不明です。本研究では、極端に長く伸長する器官である腸に注目し、そこで起こる「ぜん動波」と呼ばれる筋収縮の波をマクロスケールのサイズ調整を可能とするシグナルとして捉え、ぜん動波の人為操作とライブイメージングを駆使して、器官形成の新原理を提唱します。
（斎藤パネル）
ヒストン修飾を基軸とした卵子プログラミング仮説の検証
生物の形質や体質はどのように決まるのか、という根本的な問いに「エピゲノム遺伝学」の観点から迫ります。特に、ゲノム機能を制御するヒストンタンパク質が卵子から胎児へと母性伝承される現象に着目し、「親世代の環境ストレス等が卵子のヒストンの変化を介して胎児の発生や子の形質に長期作用する」という“卵子プログラミング仮説”を検証します。本研究は、ヒストンを基軸に遺伝と環境を繋ぐ初めての挑戦と位置付けられます。
（斎藤パネル）
盗葉緑体現象から探る藻類創生の進化原理の解明
盗葉緑体現象とは、もともと葉緑体を持たない生物が、藻類を取り込んで一時的な細胞内共生を結ぶ現象で、藻類になる進化の解明には有用なモデルです。本研究は、盗葉緑体性渦鞭毛虫ヌスットディニウムを用いて、宿主-共生体間の物質輸送に関わる因子、やり取りされる物質を特定し、一時的な細胞内共生における物質輸送機構を解明することで、非光合成生物が藻類になる藻類創生の進化研究に革新的な知見を与えることを目指します。
（斎藤パネル）
固有栄養感知機構の解明と応用
生命にとって栄養素を適切に摂取し利用することは必須命題です。しかし、構造や特性において多岐にわたる栄養分子をどのような機構で感知し、その増減に応答するかは不明です。本研究提案では、ショウジョウバエを用いて、個々の栄養素に固有の感知機構を遺伝学的に同定し、栄養不良に対する適応機構と栄養代謝ネットワークを統合的に理解することを目指します。これにより、健康寿命を最大化させる精密栄養の実現に貢献します。
（斎藤パネル）
初期胚が持つ特殊な複製様式の意義とメカニズムの解明
マウス1、2細胞期胚は、体細胞とは異なる特殊な複製様式を持ちます。この複製様式は、染色体異常を引き起こしやすく、その結果、初期胚は高いモザイク胚形成率を示すなどリスクを伴っているが、その意義については分かっていません。本研究では、リスクを負って1、2細胞期胚が特有の複製様式をとる生理的な意義とメカニズムを解明し、DNA複製様式と胚発生におけるイベントとの新たな関係を示すことで、発生生物学分野に一石を投じる新しい研究シーズの創出が期待されます。
（斎藤パネル）
菌従属栄養植物から読み解く菌根共生制御機構
菌根ネットワークを介した植物間の炭素交換の妥当性に関しては、現在も盛んに議論されています。一方で、菌根菌から炭素を収奪する菌従属栄養植物の存在は、こうした炭素の流れが実際に起こっている強力な証拠です。このエネルギー流の機序を明らかにすることは、持続可能な森林管理や農業の実践においても重要です。本研究では、菌従属栄養植物を足掛かりに、菌根共生を介した植物間炭素移動を包括的に理解することを目指します。
（斎藤パネル）
⼼臓構造による拍動創出原理の解明
心臓の拍動は全身の生理・精神状態に密接に関わります。本研究は心臓が拍動を生み出す基本原理を明らかにし、さらには拍動制御による全身状態の向上を目指します。ショウジョウバエ心臓や哺乳類心筋細胞を用い、機械刺激が動的なアクチン集合体を介して筋原繊維パターンを創出し、拍動を生み出す機構を解明します。そして、拍動を新しいアプローチで制御することで全身状態や神経活動を改善し、新規疾患治療法の開発につなげたいと考えています。
（斎藤パネル）
クマムシが無水生命状態を可能にする分子機構の解析
生命にとって水は必須であると考えられています。その一方で、クマムシという微小動物は、体内の水分量を約３％まで低下させた無水無代謝の状態に入ることができます。また、給水により約１５分で元の状態に戻ることから、クマムシの無水状態は生体の乾燥保存の良い手本であると考えられます。本研究では、クマムシの無水状態を可能にする分子機構を明らかにするため、細胞が脱水する過程で生じる現象の解明を目指します。
（斎藤パネル）
革新的mtDNA操作による病態発症機序の統合的理解
ミトコンドリアが有する独自のゲノムであるmtDNAは、生体の恒常性維持に必須です。mtDNA異常と疾患の関係性は50年以上前から提唱されていますが、mtDNAを標的とした遺伝子操作は未だ困難で、基礎研究や創薬において大きな障壁となっています。本研究では、これまでアンタッチャブルであったmtDNAを標的とした遺伝子工学技術を構築・発展させ、ミトコンドリア機能制御および疾患発症機序の解明を目指します。
（斎藤パネル）
パレオーム分析による日本列島の動物相形成史の解明
近年、更新世の動物化石などに残存するDNAやタンパク質の分析により、人類を含む絶滅動物の系統や生きざまが復元できるようになってきました。本研究では、こうしたパレオームの分析技術をさらに発展させ、私たちヒト以外の人類が日本列島に到達していたかを検証し、同時に、日本列島の動物相の形成史を明らかにします。進化の過程を記録した古代分子の直接分析により、人間観や持続可能な保全を古生物学の視点から深化させます。
（斎藤パネル）
原始後生動物における幹細胞の不均一性と可塑性の理解と制御
ヒトを含む高等動物は長期的な個体維持能力や再生能力を失っていますが、それらを再獲得することはできるでしょうか？本研究では、原始後生動物である刺胞動物のエダアシクラゲに注目して、幹細胞の特性や細胞可塑性の仕組みを体系的に理解します。そして、より複雑なモデル動物であるショウジョウバエを使って、クラゲの幹細胞機能や細胞可塑性の特性を腸管に適用することで、腸管恒常性や個体機能の長期維持や改善がみられるかどうかを検証します。
（斎藤パネル）
核構造動態を起点とする初期胚発生制御機構の解明
哺乳動物胚が発生するためには、生殖細胞ゲノムが受精後に初期胚の状態へと「初期化」される必要があります。初期化はエピゲノムの変化として理解されてきましたが、ゲノムを格納する核自体も特殊な状態に遷移するかはわかっていません。そこで本研究では、核の構造や機械的性質を制御する核骨格タンパク質に着目し、初期化に伴う核構造の動態を捉え、核自体の性質変化が遺伝子発現や胚発生を制御する作用機序の解明に挑みます。
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