ウイルスや細菌毒素が 細胞に侵入する機構を 世界で初めて明らかに！
岐阜大学サテライト
iCeMS = Institute for Integrated Cell-Material Sciences（物質-細胞統合システム拠点）とは，平成19年10月，文部科学省の「世界トップレベル研究拠点プログラム（WPI=World PremierInternational Research Center Initiative）」の採択を受けた京都大学の研究施設。WPIとは，世界最高レベルの研究水準，国際的な研究環境の実現，研究組織の改革，融合領域の創出の4つを要件に開始された事業のこと。iCeMSでは，「細胞生物学」で細胞全体を見る大きな視点と，「化学」や「分子生物学」でタンパク質やDNAを見る小さな視点との中間，いわば"物質と生命の境界"を探究する「物質－細胞統合科学」という学際領域の創出を目指す。岐阜大学は全国で唯一の単独サテライト研究機関として，iCeMSに参画。主任研究者の木曽特任教授を中心に，糖鎖合成に関する知見を生かし，数多くの共同研究を行う。
细胞膜上で重要な働きをする「ガングリオシド」の化学合成に成功。
新たな治疗や创薬に繋がる世界初の研究に大きく贡献。
长年解明されてこなかった
ガングリオシドの谜に迫る
私はウイルスの感染や疾患に関与する「糖锁」という天然物の合成を専门に研究しています。大学时代の讲义で有机化学や细胞に兴味を持った私は，木曽真先生の研究室に所属し，糖が多种多様に连なった糖锁が，细胞上に豊富に存在し，様々な生命现象を解き明かす键を握っていることを学びました。しかし，糖锁の机能を明らかにするには，细胞が作り出す微量な糖锁を人工的に大量に作る必要があり，この技术を确立するのは非常に困难です。私はそんなハードルの高さに魅力を感じ，これまで糖锁合成を研究してきました。
细胞膜上には，糖锁と脂质が结合した「糖脂质」という分子があります。この糖脂质の中には「ガングリオシド」と呼ばれるものがあり，この分子は単に细胞膜を构成するだけでなく，様々な机能に関与すると推定されてきました。また，ウイルスや细菌毒素が细胞に侵入する时，细胞膜上にある「筏（いかだ）ナノドメイン」という分子の集合体を上手に乗っ取って侵入することが示唆されていますが，この筏ナノドメインの形成にもガングリオシドが関与していると提唱されてきたのです。ところが，ガングリオシドは今まで，生きた细胞の细胞膜内で検出する手法が确立されていませんでした。そのため，筏ナノドメインは本当に存在するのか，そして，ガングリオシドがこの筏ナノドメインにどう関与するのかの解明は，この20年あまり大きな课题となってきたのです。
ガングリオシドを"见える化"するために通常考えられる方法は，まずガングリオシドを化学合成し，蛍光を発するマーカー分子（蛍光分子）で目印を付け，その蛍光を细胞膜上で観察する，というものです。ただ，この方法は成功していませんでした。なぜなら，ガングリオシドの合成自体が难しく，そこから蛍光分子を付ける作业はさらに困难を极めるからです。蛍光分子が狙った部位とは违う场所に结合してしまったり，その结合部位によってガングリオシドの机能自体がなくなったりするのが原因でした。
ガングリオシドや筏ナノドメインの働きを解明するには，蛍光分子を结合させた「蛍光ガングリオシドプローブ」を作り，生きた细胞上での振る舞いを１分子ずつ捉える技术の确立が望まれました。そうした中，実は岐阜大学では，すでにガングリオシドを全て人工的に合成することに成功していました。そこで颈颁别惭厂において私たちの研究室と，细胞内の分子の运动を１分子単位で観察する「1分子イメージング」を开発した京都大学の楠见明弘先生，铃木健一先生らとの融合研究が始动したのです。
脂质が复数集まってできた集合体「筏ナノドメイン」の形成に、糖脂质の一种であるガングリオシドが深く関与していると推测されてきた（図1）。
本研究ではその働きを解明するため、蛍光分子を付けたガングリオシドを化学合成（図2）。
これを蛍光顕微鏡で1分子ずつ観察し、その様子を世界で初めて捉えた（図3）。※μm...長さの単位でマイクロメートル。1 μmは0.001mm。
２５０以上の工程を繰り返し，
世界初となる合成に成功
きる「核磁気共鳴（ NMR）装置」を設置。世界トッ
プレベルの研究环境が整备されている。
プロジェクトは初めに蛍光ガングリオシドの合成から始まりました。私は，ガングリオシドをまず５つの部品に分けて合成し，この部品の段阶で蛍光分子が付けられるように加工し，その上で部品を组み立てて完成させる方法を考案しました。修士课程１年生の时から取り组み始めたのですが，最初の一つ目を完成させたのは１年半后でした。その后も２５０以上の工程の顺序や方法を探索し続け，平成26年には17种类の蛍光ガングリオシドプローブの生成に成功しました。そして17种类の分子のうち，7种类が天然のガングリオシドと同様の振る舞いをすると分かったのです。
フラスコ内で粉末（原料）を溶液に溶かし，试薬と反応させた上で不纯物を取り出し，さらに狈惭搁と呼ばれる分析机器で本当にできているかを确认します。この一连の作业が１工程で，これを250回以上繰り返します。しかも，全てが顺调にいくわけではなく，途中で失败が起こるたびに计画を练り直し，时には振り出しに戻ることも。最初の１年半は一人で作业を行いましたが，颈颁别惭厂の特定研究支援者となってからは研究室の２年后辈にあたる小西美红さんなどの手を借り，地道な作业を根気强く続けました。小西さんはとても器用でミスがありません。私と同じく特定研究支援者になった以降は，まるで自分がもう一人いるように仕事を分担してきました。今振り返ってみても一人では絶対に达成できなかったと思います。
作业を地道に繰り返し、目的となる化合物を生
成していく。
この蛍光ガングリオシドプローブを用いて，京都大学の楠见先生や铃木先生が生きた细胞膜中での1分子イメージングを行った结果，ガングリオシドがタンパク质受容体と结合し，筏ナノドメインを形成する様子を见たり，筏ナノドメインが动く様子を解析することに成功しました。これにより，ガングリオシドには筏ナノドメインを作る重要な働きがあることや，今まで见えなかったのは，10～50ミリ秒※という非常に短い時間で入れ替わり，筏ナノドメインを構成していたことが原因だったことも判明しました。そして今回，世界初となる成果を論文として米科学誌『Nature Chemical Biology』にて発表するに至りました。今後はこれらの研究成果が，ウイルスや毒素が侵入する構造を解明する一歩となり，さらにはがんや糖尿病などの疾患の治療や創薬の開発にも繋がるだろうと期待しています。
※ミリ秒...1秒の1/1000
研究に取り组む上での私の信念は，常に感谢を忘れないことです。苦しい时もありますが，その都度，木曽先生や安藤弘宗先生など恩师の颜を思い浮かべ，今までのご恩を研究成果で返そうと顽张っています。今后の目标は，まずは研究を続けて博士号を取得したうえで，ガングリオシドよりもさらに复雑な糖脂质の合成に挑戦したり，様々な糖脂质を作るうえで共通の问题点を克服するための研究などに力を注いでいきたいです。
研究に尽力した若手研究者
世界的な研究に携われて
とても光栄な気持ちです
大学３年生の时，化学合成に兴味を持ったのがきっかけで木曽先生の研究室に所属。５年前からは颈颁别惭厂の特定研究支援者となり，ガングリオシドの合成を研究し続けています。今回発表された研究には一部しか携われていませんが，それでも世界的なプロジェクトに関わることができ，本当に光栄です。初めて作る化合物で，うまくいかない场面も结构ありましたが，先辈や先生に助言を求めたり，世界の文献を调べたりしながら新しい方法を考えていきました。苦労を重ねた分，うまくいった时にはとても达成感がありましたね。
河村先辈はとても頼りになります。２年上の先辈ですが，化学系の研究室は男性が多いこともあり，相谈しやすい同性の先辈がいるのは本当に心强いです。今回の研究ではガングリオシドを蛍光化しましたが，今后はガングリオシドと相互作用するタンパク质の蛍光プローブも合成し，この２つの関係性を観察していきたいと考えています。
iCeMS 京都大学 物質-細胞統合システム拠点
－岐阜大学のトップレベルの糖锁研究室が参画－
私たちが40年以上続けてきた
糖锁合成の研究の赐物です。
私は42年前に岐阜大学へ赴任しました。そして当时，アミノグリコシド系抗生物质という糖锁の一种の全合成を达成して39歳で教授になられた长谷川明先生の下で，助手として糖锁研究を始めました。当时の研究环境は决して満足いくものではありませんでしたが，长谷川先生と一绪に「世界的な糖锁の研究拠点を作る」という目标を掲げ，系统的にガングリオシドを合成する技术の研究などを进め，着実に成果を积み重ねてきました。
平成19年には，京都大学に设置された「颈颁别惭厂」に参画することが决定。私たちの糖锁の合成技术が高く评価された结果でした。今回発表した研究は，1分子観察の分野で世界をリードする楠见先生，铃木先生のグループと共同で始めたテーマでしたが，私たちが长年培ってきた糖锁合成の技术が大きく贡献し，10年目にしてようやく一つの成果としてまとまったわけです。
河村さんと小西さんには，研究者としての能力に驚かされます。非常に難しい化学合成を笑顔で完成させてしまう。年1 回実施されるiCeMS Site Visitでも「岐阜大学の研究室は素晴らしい」と感心されています。優秀な研究員がきちんとした構造の化合物を作り出す。これは学生時代からトレーニングを積み重ねてきた岐阜大学でしかできない強みです。河村さんにはこの研究を通じて博士号を取得してほしいですし，岐阜大学から科学誌『Nature』で博士論文を出す第一号になってもらいたいですね。
ガングリオシドの合成を成功させ、
その技术の高さに惊きました。
京都大学の颈颁别惭厂は，异分野融合を通じて细胞に関わる様々な现象を明らかにしていくのが目的です。そこで私たちが着目したのが，生きている细胞上での动态がほとんど研究されていないガングリオシドでした。私たちの研究の基本的な戦略は，细胞膜上の分子を蛍光1分子観察することです。平成19年には2色の蛍光1分子を同时に捉えることで，分子の反応の频度や长さを详しく観察することに世界で初めて成功していました。ただ，ガングリオシドの1分子観察を行うには，蛍光プローブの合成が不可欠です。そこで，糖锁合成の世界的な権威である木曽先生，安藤先生にお愿いし，全部で17种类の蛍光ガングリオシドプローブを合成していただいたのです。
天然のガングリオシドと同じ働きをする7种类を1分子観察した结果，生きている细胞膜上での动态を世界で初めて観察でき，筏ナノドメインの働きを详しく知ることに成功しました。ガングリオシドは様々な疾患に関わっていることから，今回の研究结果が，病気の治疗や创薬の研究に繋がっていけばと期待しています。
今回，ガングリオシドの合成を担当された河村さんや小西さんの存在は，とても心强いです。まだ20代と若く，独创性があり，何事にもトライしようという意欲が强い。合成の素人からすると，无理なのではと思うようなものを作り上げてしまう。その技术には惊かされましたし，私たちも责任を持って観察しないといけないという使命感を持って研究に励むことができました。
