WELCOME TO TSUTSUI LAB.

Department of Material Science, JAIST

Principal Investigator: 筒井秀和(准教授)Hidekazu Tsutsui, Ph.D 

Voice:  0761-51-1520   FAX : 0761-51-1505  Email: tsutsui+jaist.ac.jp  (+ => @)

Office: MI-50  

Profile: 神奈川県浅野高等学校、東京大学 理科T類、東京大学大学院 理学系研究科(理学博士)、学術振興会特別研究員、理化学研究所 基礎科学特別研究員、理化学研究所 脳センター研究員、大阪大学医学系研究科 助教、などを経て20143月より、マテリアルサイエンス研究科 准教授。科学技術振興機構さきがけ研究員(兼任)

 

Research Introduction:  生体電気信号の解読と制御に向けたマテリアル開発

@生き物も電気信号を使っている!

「電気信号」というとコンピュータや携帯端末などの電子機器がすぐに思い浮かびますが、私たち生き物も電気信号を巧みに使っています。そう、このwebページを見て頂いている時も、眼や頭の中のたくさんの細胞でインパルスという電気信号が出ているはずです。細胞の膜をよぎる電圧が変動するもので、例えば、このような波形をしています

 

A生体電気信号は謎だらけ!

電子機器の電気信号は通常、明確な意味を持っています。例えば、ディスプレイのある画素を点灯させるかどうか、などです。しかし生体電気信号の場合、そう明確ではなく、情報はより分散的に表現されている、と一般的に言われています。現在まだ、詳しいことは良くわかっていませんが、多くの科学者が未知の原理の解明に少しでも近づく事を目指して研究を行っています。

 

B生体電気信号を「点」で測る!

微小なガラス管を用いることで、実際に生体電気信号を測る事が出来ます。

 

例えば、Neher, Sakmann らにより開発されたパッチクランプ法という技術はその一つで、1991年のノーベル賞の対象になりました。四半世紀経った現在でも、極めて強力な計測手法です。しかしながらこの手法では一度に多くの細胞の信号を見る事は困難です。しかし分散的に表現されているのであれば、やはりそれは避けて通れない関門です。私たちは、この課題に挑戦しています。

 

C 生体電気信号を「面」で測る!

生き物は実際に生体電気信号を巧みに解読して、信号を増幅したり、化学反応を引き起こしたりしています。細胞膜には電圧変化を感じ取って動くような蛋白質があります。このような蛋白質を分子の部品として使うことで、例えば下左図のような人工膜電位センサーを創り、電気信号の時空間動態を光学的に可視化する事が出来ます。

 

これ以外にも、基礎的な研究を多角的に行っています。例えば、蛍光蛋白質の物性、電位センサー蛋白質の状態遷移機構、微細加工を用いた新しい実験・計測系の構築などに関するものです。一見関連の低いこれらのテーマも電気信号を読み取ろうとする上では重要です。また、多次元計測を可能にするための革新的な原理も常に探索していきます。そのために、例えば、特に様々な分野の研究者や加工・分析技術が集結するマテリアルサイエンス研究科の資質を最大限に活用して行きたいと考えています。そして、このような技術・マテリアルの開発は、生体電気信号の原理の解明に近づく事のみならず、例えばより良い薬をより速く創る事など、実社会にも役立つ様々な可能性を秘めています。

 

Selected Publications:

·         Tsutsui, H, Jinno Y., Shoda K, Tomita A, Matsuda, M., Yamashita, E., Katayama, H., Nakagawa A., and Miyawaki, A. A diffraction-quality protein crystal processed as an autophagic cargo, Molecular Cell, 58, 186-93 (2015).

·         Jinno, Y., Shoda, K., Rial-Verde, E., Yuste, R., Miyawaki, A., *Tsutsui, H. Engineering a genetically-encoded SHG chromophore by electrostatic targeting to the membrane. Front Mol Neurosci., 7:93, (2014).

·         *Tsutsui, H., Y. Jinno, A. Tomita, Y. Okamura. Rapid evaluation of a protein-based voltage probe using a field-induced membrane potential change. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, 1838, 1730-1737 (2014).

·         Tsutsui, H., Y. Jinno, A. Tomita, Y. Niino, Y. Yamada, K. Mikoshiba, A. Miyawaki, Y. Okamura. Improved detection of electrical activity with a voltage probe based on a voltage-sensing phosphatase. J. Physiol., 591, 4427- 4437 (2013).

·         Tsutsui, H., Y. Jinno, A. Tomita, Y. Okamura. Optically Detected Structural Change in the N-Terminal Region of the Voltage-Sensor Domain. Biophys. J., 105, 108-15 (2013).

·         Tsutsui, H., S. Higashijima, A. Miyawaki, and Y. Okamura, Visualizing voltage dynamics in zebrafish heart. J.  Physiol. 588, 2017-21 (2010).

·         Tsutsui, H., H. Shimizu, H. Mizuno, N. Nukina, T. Furuta, and A. Miyawaki, The E1 mechanism in photo-induced beta-elimination reactions for green-to-red conversion of fluorescent proteins. Chem. Biol, 16, 1140-1147 (2009).

·         Tsutsui, H., S. Karasawa, Y. Okamura, and A. Miyawaki, Improving membrane voltage measurements using FRET with new fluorescent proteins. Nature Methods, 2008. 5(8): p. 683-5.

·         #Habuchi, S., H. #Tsutsui, A.B. Kochaniak, A. Miyawaki, and A.M. van *Oijen, mKikGR, A monomeric photoswitchable fluorescent protein. PLoS One, 2008. 3(12): p. e3944.

·         Tsutsui, H., S. Karasawa, H. Shimizu, N. Nukina, and A. Miyawaki, Semi-rational engineering of a coral fluorescent protein into an efficient highlighter. EMBO Report, 2005. 6(3): p. 233-8.

·         Tsutsui, H. and Y. Oka, Slow removal of Na(+) channel inactivation underlies the temporal filtering property in the teleost thalamic neurons. Journal of Physiology, 2002. 539(Pt 3): p. 743-53.

·         筒井秀和  「細胞電気活動の時空間計測に向けた蛋白質プローブ」日本化学会ニュースレター Vol. 28, No.4 (2014)

·         筒井秀和、生体の科学 641号(201347-51. 膜電位の可視化

·         筒井秀和・東島眞一・宮脇敦史・岡村康司、日本薬理学雑誌138 (2011) 234-238, ゼブラフィッシュ心臓の膜電位動態を可視化する.

 

Lab member 募集中!

遊び心を忘れずに、しかし、慎重さ、几帳面さも常に大切にして研究を行います。生体電気信号に興味のある方、面白いアイディアを実現したい方、是非一緒に探求しましょう。