全ゲノム解析で明らかになる日本人の遺伝的起源と特徴
理化学研究所（理研）生命医科学研究センター ゲノム解析応用研究チームの寺尾 知可史 チームリーダー（静岡県立総合病院 臨床研究部 免疫研究部長、静岡県立大学 薬学部ゲノム病態解析講座 特任教授）、劉 暁渓 上級研究員（研究当時：ゲノム解析応用研究チーム 研究員; 静岡県立総合病院 臨床研究部 研究員）、東京大学医科学研究所附属ヒトゲノム解析センター シークエンス技術開発分野の松田 浩一 特任教授らの共同研究グループは、大規模な日本人の全ゲノムシークエンス（WGS）[1]情報を分析し、日本人集団の遺伝的構造、ネアンデルタール人[2]およびデニソワ人[3]由来のDNAと病気の関連性、そしてゲノムの自然選択が影響を及ぼしている領域を複数発見しました。 本研究成果は、日本人集団の遺伝的特徴や起源の理解、さらには個別化医療[4]や創薬研究への貢献が期待されます。 今回、共同研究グループは、バイオバン
カマキリを操るハリガネムシ遺伝子の驚くべき由来
理化学研究所（理研）生命機能科学研究センター 染色体分配研究チームの三品 達平 基礎科学特別研究員（研究当時、現 客員研究員）、京都大学 生態学研究センターの佐藤 拓哉 准教授、国立台湾大学の邱 名鍾 助教、大阪医科薬科大学 医学部の橋口 康之 講師（研究当時）、神戸大学 理学研究科の佐倉 緑 准教授、岡田 龍一 学術研究員、東京農業大学 農学部の佐々木 剛 教授、福井県立大学 海洋生物資源学部の武島 弘彦 客員研究員らの国際共同研究グループは、ハリガネムシのゲノムにカマキリ由来と考えられる大量の遺伝子を発見し、この大規模な遺伝子水平伝播[1]がハリガネムシによるカマキリの行動改変（宿主操作[2]）の成立に関与している可能性を示しました。 本研究成果は、寄生生物が系統的に大きく異なる宿主の行動をなぜ操作できるのかという謎を分子レベルで解明することに貢献すると期待されます。 自然界では、寄生
転写の瞬間を撮影して、生物学上の長年の謎を解決！
生命の設計図、ゲノムDNAは糸巻きのようなタンパク質に巻き付いて、細胞の核の中にコンパクトに収納されています。DNAの中にある遺伝子を読み取るときにはDNAを糸巻きから外す必要がありますが、外した後の糸巻きがどうなるかは謎でした。関根 俊一 チームリーダーらの研究グループは、外れた糸巻きが元通りになるまでの一連の過程を撮影することに成功し、この謎を解決に導きました。 遺伝子発現に潜む謎 私たちの細胞の中にある染色体46本分のDNAを全部つなぐと、約2メートルの長さになる。DNAは「ヒストン」というタンパク質に2周ほど巻き付いて「ヌクレオソーム」という小さな構造をつくる。膨大な数のヌクレオソームが数珠つなぎになったものが「クロマチン」である。「クロマチン構造は、長大なDNAを小さな核の中に収納する仕組みであるとともに、DNAのどの部分をいつ働かせるかということを制御する重要な機能を担っていま
神経回路は潜在的な統計学者
理化学研究所（理研）脳神経科学研究センターの磯村拓哉ユニットリーダーらの国際共同研究グループは、どのような神経回路も「自由エネルギー原理[1]」と呼ばれる近年注目される脳理論に従っており、潜在的に統計学的な推論[2]を行っていることを数理解析により明らかにしました。 本研究成果は、自由エネルギー原理の神経基盤への理解を進め、将来的には精神疾患の早期診断・治療への応用や、ヒトのように学習する脳型コンピュータ・人工知能の開発に貢献すると期待できます。 私たちは目や耳から受けた感覚入力が背後の原因からつくられる仕組みを推論することで、将来を予測し適切に行動できます。自由エネルギー原理は、それらを統一的に説明できる脳の理論です。しかし、脳の基本単位である神経細胞やシナプス結合[3]がどのように自由エネルギー原理を実装しているかは未解明です。 今回、国際共同研究グループは、神経活動の方程式から神経生
培養神経回路において自由エネルギー原理を実証
理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター 脳型知能理論研究ユニットの磯村 拓哉 ユニットリーダーらの国際共同研究グループは、近年注目される脳理論「自由エネルギー原理[1]」により培養神経回路の自己組織化[2]を予測できることを明らかにし、自由エネルギー原理に予測的妥当性があることを実証しました。 本研究成果は、神経回路の自己組織化原理の解明、ならびに生物の脳の自己組織化を予測するデジタル脳[3]開発に向けた重要なステップであると言えます。将来的には、薬品が知覚に影響を及ぼすメカニズムの理解や、自律的に学習するニューロモルフィックデバイス[4]の創出に貢献すると期待できます。 自由エネルギー原理はさまざまな脳機能を説明できる仮説ですが、検証不可能なものであると見なす専門家も多く、自由エネルギー原理が神経回路レベルにおいて正しいかどうかは、これまで本格的に検証されていませんでした。 今回、国
炭素はどのようにしてつくられたのか
私たちの体にも植物にも炭素はたくさん含まれています。この炭素という元素、そもそもどのようにしてつくられたのでしょうか。その解明のために、スーパーコンピュータ「富岳」で原子核の構造を計算したのが阿部喬協力研究員（以下、研究員）らです。研究開始から10年余り、これまでの理論物理の常識を覆す発見がありました。 誰も答えにたどりつけなかった難題 138億年前にビッグバンが起きたとき、宇宙に存在した元素は、ほぼ、水素とヘリウムだけ。核子（陽子と中性子）でできた原子核が衝突を繰り返し、核子数の多い元素がつくられてきた。英国の天文学者フレッド・ホイルは核子が12個の炭素について「核子が4個のヘリウムが3個合体する過程で生じる不安定状態があるはず」と1954年に予言した。後に、「ホイル状態」と呼ばれるようになったが、その構造は謎だった。 図1 炭素の原子核の成り立ち 陽子2個と中性子2個のヘリウムの原子核
理化学研究所数理創造プログラム、東京大学教養学部と京都大学理学部 オンライン授業を用いた新しい大学間連携講義を開設
理化学研究所数理創造プログラム、東京大学教養学部と京都大学理学部 オンライン授業を用いた新しい大学間連携講義を開設 理化学研究所（理研）数理創造プログラム[1]および東京大学教養学部[2]、京都大学理学部[3]は、2022年4月より大学間連携オンライン講義システムを新たに開設し、両学部生を対象として数理科学のさまざまな側面に関する授業を開始します。東京大学、京都大学の教員だけでなく、理研をはじめとする研究機関に所属する若手研究者が連続講義を行い、受講者はそれぞれの大学の科目として履修し、単位を取得できます。 この新しい形態の講義により、受講者は学部の早い段階で現代社会の基盤となる数理科学の基礎と応用を最前線の研究者から学ぶことができます。同時に、大学の壁を越えた若手人材の育成が可能となります。授業の中で若手研究者と学生が活発な議論を行うことで、基礎科学研究の発展はもちろんのこと、将来の社会
脳の基本単位回路を発見 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター局所神経回路研究チームの細谷俊彦チームリーダー、丸岡久人研究員らの研究チーム※は、哺乳類の大脳皮質[1]が単純な機能単位回路の繰り返しからなる六方格子状の構造を持つことを発見しました。 大脳はさまざまな皮質領野[2]に分かれており、それぞれ感覚処理、運動制御、言語、思考など異なる機能をつかさどっています。大脳は極めて複雑な組織なため、その回路の構造には不明な点が多く残っています。特に、単一の回路が繰り返した構造が存在するか否かは不明でした。 今回、研究チームは、大脳皮質に6層ある細胞層の一つである第5層をマウス脳を用いて解析し、大部分の神経細胞が細胞タイプ特異的なカラム状の小さなクラスター（マイクロカラム）を形成していることを発見しました。マイクロカラムは六方格子状の規則的な配置をとっており、機能の異なるさまざまな大脳皮質領野に共通に存在して
蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述
理化学研究所（理研）数理創造プログラムの横倉祐貴上級研究員らの共同研究チームは、量子力学[1]と一般相対性理論[2]を用いて、蒸発するブラックホールの内部を理論的に記述しました。 本研究成果は、ブラックホールの正体に迫るものであり、遠い未来、情報[1]を蓄えるデバイスとしてブラックホールを活用する「ブラックホール工学」の基礎理論になると期待できます。 近年の観測により、ブラックホールの周辺のことについては徐々に分かってきましたが、その内部については、極めて強い重力によって信号が外にほとんど出てこられないため、何も分かっていません。また、ブラックホールは「ホーキング輻射[3]」によって蒸発することが理論的に示されており、内部にあった物質の持つ情報が蒸発後にどうなってしまうのかは、現代物理学における大きな未解決問題の一つです。 今回、共同研究チームは、ブラックホールの形成段階から蒸発の効果を直
硫化水素の産生過剰が統合失調症に影響
2019年10月28日 理化学研究所 日本医療研究開発機構 筑波大学 山陽小野田市立山口東京理科大学 福島県立医科大学 東京大学 理化学研究所（理研）脳神経科学研究センター分子精神遺伝研究チームの井出政行客員研究員（筑波大学医学医療系講師）、大西哲生副チームリーダー、吉川武男チームリーダー、山陽小野田市立山口東京理科大学薬学部の木村英雄教授、福島県立医科大学医学部神経精神医学講座の國井泰人准教授、東京大学大学院医学系研究科の廣川信隆特任教授らの共同研究グループは、脳内の硫化水素の産生過剰が統合失調症[1]の病理に関係していることを発見しました。 本研究成果は、硫化水素というシグナル分子[2]を標的とした、統合失調症に対する新たな創薬の切り口になると期待できます。 今回、共同研究グループは、統合失調症に関係するマウス系統とそうではない系統で、網羅的なプロテオミクス解析[3]を行い、硫化水素産
水に特有の物理的特性の起源を解明 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）放射光科学総合研究センター ビームライン開発チームの片山哲夫客員研究員（高輝度光科学研究センターXFEL利用研究推進室研究員）、ストックホルム大学のキョンホァン・キム研究員、アンダース・ニルソン教授らの国際共同研究グループは、X線自由電子レーザー（XFEL）[1]施設SACLA[2]を利用し、過冷却状態[3]にある水（H2O）の構造を捉えることに成功しました。 水は生命に不可欠な液体ですが、その挙動に関する理解は不完全です。例えば、温度を下げていくときの密度、熱容量[4]、等温圧縮率[5]といった熱力学的な特性の変化は、水と他の液体とでは逆の挙動を示します。そのため、水の熱力学的な特性については長年議論されており、いくつかの仮説が提唱されています。そのうちの一つが、水には密度の異なる二つの相があり、その間を揺らいでいるという仮説です。しかし、温度を0℃未満に下げた
化学反応ネットワークの新原理「限局則」を発見 | 理化学研究所
要旨 理化学研究所（理研）望月理論生物学研究室の岡田崇特別研究員と望月敦史主任研究員（理論科学連携研究推進グループ 階層縦断型理論生物学研究チーム チームリーダー）の研究チームは、生体内でみられる化学反応系の酵素変化に対する応答の範囲がネットワークの局所的な形だけから決まるという新原理（以下、「限局則」）を理論的に証明しました。 生体内で起こる化学反応は連鎖的につながり、ネットワークを形成しています。このシステム全体のダイナミクスから細胞の生理機能が生まれ、さらに反応をつかさどる酵素の量や活性が変化することで、生理機能の調節が行われると考えられています。これまで、化学反応系のダイナミクスや調節機能を理解する目的で、各酵素の量や活性に撹乱を与え、化学物質の濃度変化を測定する摂動実験が行われてきました。しかし、ネットワークから化学反応系を合理的に理解することはほとんどできていませんでした。 研
脳細胞の先端が、右ねじの方向に回転することを発見 | 理化学研究所
脳細胞の先端が、右ねじの方向に回転することを発見 －神経突起は、毎分１回のスピードで回転しながら右に曲がる－ ポイント 神経細胞から伸びる神経突起の動きを3次元的に捉えることに成功 回転モーターはミオシンＶ、止めると神経突起は直線的に伸長 左右の脳で同じ右ねじ回転、脳の左右非対称性を生み出すメカニズム解明へ 要旨 独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、国立大学法人大阪大学（鷲田清一総長）とともに、脳の神経回路を形成する神経細胞の細長い突起部分「神経突起※1」の動きを3次元的に捉えることに成功し、神経突起が時計回り（右ねじ方向）に回転していることを世界で初めて発見しました。理研脳科学総合研究センター（利根川進センター長）神経成長機構研究チームの上口裕之チームリーダーと玉田篤史研究員らが、大阪大学大学院生命機能研究科の村上富士夫教授と共同で研究した成果です。 脳の働きを担う神経回路は、
均一と考えられていた液体の水に不均一な微細構造を発見 | 理化学研究所
ポイント 不均一性は水の中の2種類の微細構造混在が原因 氷とよく似た不均一な微細構造の大きさは約1nm程度 微細構造は温度で変化、生物の中の水、化学反応の水などさまざまな水を解く鍵に 要旨 独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、大型放射光施設SPring-8※1、米国のSSRL※1の2つの放射光施設を利用した共同研究で、均一な密度と考えられていた液体の水の分子が、ミクロ観察すると実は不均一な状態であることを発見しました。これは、理研放射光科学総合研究センター（石川哲也センター長）量子秩序研究グループ励起秩序研究チームの辛埴チームリーダー（国立大学法人東京大学物性研究所教授兼任）、国立大学法人広島大学理学部の高橋修助教、米国SLAC国立加速器研究所のA.ニルソン（A.Nilsson）教授らを中心とする研究グループ※2の共同研究による成果です。 水の密度の不均一性は、2008年に発見し
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