研究内容

山東研究室では、新しい化学ツールを開発し、これまで捉えられなかった生命現象を観ること・操ることに挑戦しています。

テーマ1.生体における分子化学 ‘’In vivo Chemistry’’ 分野の開拓

私たちの身体は化学分子の集合体で出来ています。タンパク質、核酸、脂質、金属イオンなどの様々な分子によって細胞が作られ、細胞が集合し機能化することで組織となり、組織が集合し、さらに高次の機能体である生体を成しています。これらの生体を構成している分子の数、動き、集まり方、構造変化、元気さなどが私たちの生命活動の元になっており、これら分子活動の異常は、がんや精神疾患等の種々の疾病や機能不全に繋がっています。そのため、これまで数多くの研究者により、細胞内における分子の活動を見る試みが継続的になされ、私たちの生活に役立ってきています。しかし、細胞のより高次な集合体である生体に対しては、生体での十分な分子観測技術や制御技術が無いため、分子の観測や制御は未だ困難な状況です。

 生体での分子観測技術や分子動態制御には、生体内の情報を伝える分子センサー(分子プローブ)、特定の場所に薬剤や分子プローブを届ける仕組み、特定の場所や環境で機能を発揮する分子デザインなどの、多数のブレイクスルーが必要です。私たちの研究室では、オリジナルの分子デザインと化学を中心として、関連学問分野であるの物理学、工学、医学の知識を融合させることで、これらの実現を目指しています。具体例を挙げると、分子に含まれる特定の核を高感度・高選択的に検出する技術や、生体の中で目的の分子の動きを制御する技術などを開発することで、次世代のサイエンス ‘’In vivo Chemistry (生体内分子化学)’’ 分野の開拓を目指しています。In vivo Chemistryを通して得られる分子情報は、疾病の早期診断・未知の生体制御メカニズムの解明などに有用な情報になります。
 In vivo Chemistryは、確立された分野ではありませんので、様々なアプローチが考えられます。私たちの研究室では、様々な分野の研究者とのディスカッション・共同研究を通して、In vivo Chemistryの実現に向けて研究を進めています。

これまでの共同研究先
大阪大学、九州大学、京都大学、高知大学、スイスEPFL、理化学研究所

代表的な成果
R. Hata et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1765-1768.
T. Nishihara et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10626-10629.
K. Yamaguchi et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14208-14211.
T. Nishihara et al., Chem. Sci. 2012, 3, 800-806.
R. Ueki et al., J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12398-12401.
T. Doura et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 10114-10117.
H. Nonaka et al., Nat. Commun. 2013, 4, 2411, doi: 10.1038/ncomms3411