蛍光・発光イメージングを用いたバイオロジー
形態形成システムに関する研究
多細胞生物の神経発生に関わる神経軸索ガイダンス因子や成長因子などは，極めて低い濃度で神経細胞に作用します．例えば、神経の軸索伸長や持続的な生存を誘導する神経成長因子を、その作用濃度（10-11 M程度）で神経細胞に投与し、これを適当な方法で観察すると，受容体に結合したこの因子が１分子毎に数えられます（図）．このように，細胞スケールでみると指折り数えられる程度の少数分子が，どのようなしくみで，神経回路形成や個体の体制構築といった、より高次の秩序正しい生命現象を引き起こすことができるのでしょうか．我々は蛍光を目印とした生体分子の１分子観察技術と、遺伝子工学的に作成された蛍光プローブを用いて、神経回路形成をつかさどる分子のふるまいを生きた細胞や組織内で観察することにより、このような問題にアプローチしています。
シグナル伝達の時間と空間のパターンの変化に関する研究
「リズム」には心を引きつける何かがあります。一匹のホタルだけでも十分魅力的ですが、たくさんのホタルが集まるとその様相は一変します。あるときは全てのホタルがリズムを揃えて明滅し、またあるときは光のウェーブを生み出すことすらあります。意外なことに、こうした集団全体のパターンを生み出すのに特別なリーダーは必要なく、隣同士の単純なルールだけから全体の秩序が作り出されます。このような自己組織化と呼ばれる現象は細胞や分子の世界にも見いだすことができ、私たちは研究材料の一つに細胞性粘菌を用いています。１万個をこえる細胞が走化性シグナルを互いにリレーすることで同心円や螺旋状の集合流をつくり出します。この現象の背後に潜むルールを理解するには、細胞間でやりとりされる情報を可視化することが有効です。わたしたちは、�〆挧ζ睇瑤離�ルシウムイオンやその他のシグナル伝達分子の活性化状態を計測する方法を開発し、�⊃�万個の細胞を対象に、シグナル伝達の時間と空間のパターンがどのように変化するか明らかにしようと試みています。
植物の耐病性機構に関わる分子の動的メカニズムを理解するための技術
病原微生物に対する植物の耐病性機構に重要な役割をもつ遺伝子がシロイヌナズナを中心に分子生物学的手法により単離され、発現制御機構についても多くの知見が得られています。例えば、植物は病原体の感染や害虫・動物の摂食によりサリチル酸（SA）やジャスモン酸（JA）の生合成を活性化します。これにより植物体全身が再感染に対する抵抗性を獲得することになります。これらの知見は、主として変異体を使った解析から明らかにされたものであり、耐病性機構の各ステージにおける各遺伝子の機能は正確には解明されていません。これらの機能解析には、遺伝子の発現やその機能を個体、細胞レベルで“生きたまま”可視化するバイオイメージングの技術が有効な手法です。我々は、植物の耐病性機構に関わる分子の動的メカニズムについて包括的な知見を得るために、時間的・空間的制御機構の理解を目指します。