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

要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター神経適応理論研究チームの豊泉太郎チームリーダーらの研究チーム※は、神経回路型ハードウェア用いて複数の感覚入力を独立した成分に分解するためのアルゴリズム[1]を開発しました。 騒がしいパーティー会場で、複数の話者の話し声の中から注目する人の声を聞き分けることができるように、脳は複数の感覚入力を独立した成分に分解して処理することができます。この処理を「独立成分分析（ICA）[2]」と呼びます。これまで、計算機上でICAを実現するためのアルゴリズムが提案されていますが、神経ネットワークを模倣した神経回路型ハードウェア[3]への実装はさまざまな制限があり困難でした。 研究チームは、複数の信号源が混在する感覚入力を表現する入力神経細胞と感覚入力の中から元となる信号源の成分（独立成分）を抽出する出力神経細胞との間のシナプス強度[4]を、経験に応じてどのよ

要旨 理化学研究所（理研）理論科学連携研究推進グループ分野横断型計算科学連携研究チームの横倉祐貴基礎科学特別研究員と京都大学大学院理学研究科物理学宇宙物理学専攻の佐々真一教授の共同研究チームは、物質を構成する粒子の“乱雑さ”を決める時間の対称性[1]を発見しました。 乱雑さは、「エントロピー[2]」と呼ばれる量によって表わされます。エントロピーはマクロな物質の性質をつかさどる量として19世紀中頃に見い出され、その後、さまざまな分野に広がりました。20世紀初頭には、物理学者のボルツマン、ギブス、アインシュタインらの理論を踏まえて「多数のミクロな粒子を含んだ断熱容器の体積が非常にゆっくり変化する場合、乱雑さは一定に保たれ、エントロピーは変化しない」という性質が議論されました。同じ頃、数学者のネーターによって「対称性がある場合、時間変化のもとで一定に保たれる量（保存量）が存在する」という定理が証

要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター発生遺伝子制御研究チームの岡本仁チームリーダーらの研究チーム※は、動物が争う際にいつ降参するかを決めるのに重要な役割を果たす脳内の神経回路を発見しました。 動物の多くは、食物や縄張り、より良い生殖パートナーなどを求めて、同種同士でも争います。通常このような争いは、相手が死ぬまで続けられるのではなく、2匹のうちのどちらかが降参すれば終わります。争いの勝ち負けによってそれぞれの優劣を決める仕組みは、グループ全体の存続を脅かすことなく、グループ内で資源を共有できる点で有効です。しかし、このような争いで優劣を決める際に働く脳内メカニズムは、ほとんど分かっていませんでした。 研究チームは、闘争や逃走、すくみ反応など、動物のさまざまな防御行動に関わるとされる中脳水道周囲灰白質（PAG）[1]に情報を伝える、「手綱核—脚間核神経回路[2]」に注目しました。

要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター神経グリア回路研究チームの毛内拡研究員、平瀬肇チームリーダーらの共同研究グループ※は、経頭蓋（けいとうがい）直流電気刺激がマウス脳機能に及ぼす影響とその作用メカニズムを明らかにしました。 「経頭蓋直流電気刺激法（tDCS）[1]」は、頭蓋骨の上から極めて微弱な直流電気を流して脳を刺激する方法で、ヒトではうつ症状の改善、運動機能障害のリハビリテーション、記憶力の向上などへの効果が知られています。しかし、その詳しい作用メカニズムは解明されていませんでした。これまでの動物実験の結果からは、tDCSがシナプス伝達[2]を増強することが、電気生理学的手法[3]を用いて断片的に報告されていました。 理研の神経グリア回路研究チームはこれまで、シナプス伝達の増強がグリア細胞の1種であるアストロサイト[4]のカルシウム活動によって引き起こされること注1）に注目

要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合研究センター理研-MIT神経回路遺伝学研究センターの利根川進センター長らの研究チーム※は、アルツハイマー病モデルマウス（ADマウス）[1]の失われた記憶を、光遺伝学[2]を用いて人為的に復元することに成功し、このモデルマウスで記憶を思い出せなくなるメカニズムの一端を解明しました。 アルツハイマー病（AD）は、物忘れなどの記憶障害から始まり、徐々に認知機能全般が低下する病気で、世界で4,750万人と推定されている認知症患者のうちADは7割程度を占めています注1）。ADでは、記憶の形成、保存、想起に重要な海馬の周辺で神経細胞の変性が始まることから、海馬の異常が記憶障害を引き起こす可能性が指摘されていました。しかしAD初期における記憶障害の原因が、記憶を新しく形成できないためなのか、それとも形成された記憶を正しく思い出せないためなのか、そのメカニズムは全く不明

要旨 理化学研究所（理研）多細胞システム形成研究センター感覚神経回路形成研究チームの今井猛チームリーダー、柯孟岑（カ・モウシン）国際特別研究員、金沢大学新学術創成研究機構の佐藤純教授らの共同研究グループ※は、生体組織深部の超解像イメージングを可能とする新しい組織透明化試薬「SeeDB2（シーディービーツー）」を開発しました。SeeDB2と超解像顕微鏡[1]を用いて、マウスやショウジョウバエの脳の蛍光イメージングを行い、シナプス[2]の微細な3次元構造を大規模に解析できることを示しました。 神経細胞はシナプスと呼ばれる構造で互いに連絡し合い、脳内に神経回路を構成しています。しかし、その構造は1マイクロメートル（μm、1μmは1,000分の１mm）以下と小さく、従来の光学顕微鏡でその詳細を観察することは困難でした。また、近年、光の回折限界[3]を超える分解能[4]を持つ超解像顕微鏡が開発されて

要旨 理化学研究所（理研）倉谷形態進化研究室の倉谷滋主任研究員、兵庫医科大学教養部門生物学の菅原文昭講師（理研倉谷形態進化研究室客員研究員）らの共同研究グループ※は、顎（あご）を持たない脊椎動物「円口類」に属するヌタウナギ[1]とヤツメウナギ[2]の脳の発生過程を観察し、これらの動物では見つかっていなかった脳の中の2領域を新たに発見しました。これにより、段階的に進化してきたと考えられてきた脳の各領域のほとんどが、5億年以上前にすでに成立していたことを明らかにしました。 脳は細かく領域化された複雑な器官ですが、各領域が進化の過程でいつ獲得されたのかについては、未解明な点が多く残されています。現在、地球上に生息する脊椎動物の中で最初に分岐したのは、顎を持たない「円口類」と呼ばれる動物群です。円口類と、ヒトのように顎を持つ「顎口（がっこう）類」との比較により、脊椎動物の脳の初期進化を解明できると

要旨 理化学研究所（理研）生命システム研究センター合成生物学研究グループの上田泰己グループディレクター、砂川玄志郎 元研究員（現 理研多細胞システム形成研究センター網膜再生医療研究開発プロジェクト研究員）、鵜飼（蓼沼）磨貴テクニカルスタッフⅠ、ディミトリ・ペリン元研究員（現 客員研究員）、高速ゲノム変異マウス作製支援ユニットの隅山健太ユニットリーダーらの研究チームは、特定の遺伝子をノックアウトした個体を、交配を必要とせず効率よく作製する「トリプルCRISPR法」と、呼吸パターンを用いることで非侵襲かつ高効率に睡眠表現型解析[1]を行う「SSS（Snappy Sleep Stager）」を開発し、次世代型の逆遺伝学を実現するプラットフォームを確立しました。そして、この手法により新たな睡眠遺伝子「Nr3a」を、マウスを使った実験で発見しました。 特定の遺伝子を改変したりノックアウトし、どのよう

要旨 理化学研究所仁科加速器研究センター超重元素研究グループの森田浩介グループディレクター（九州大学大学院理学研究院教授）を中心とする研究グループ（森田グループ）[1]が発見した「113番元素」を、国際機関が新元素であると認定しました。12月31日、国際純正・応用化学連合（IUPAC）より森田グループディレクター宛てに通知がありました。これに伴い、森田グループには発見者として新元素の命名権が与えられます。欧米諸国以外の研究グループに命名権が与えられるのは初めてです。元素周期表にアジアの国としては初めて、日本発の元素が加わります。 森田グループは、理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー（RIBF）[2]」の重イオン線形加速器「RILAC[3]」を用いて、2003年9月から亜鉛（Zn:原子番号 30）のビームをビスマス（Bi:原子番号 83）に照射し、新元素の合成に挑戦してきました。

要旨 理化学研究所（理研）多細胞システム形成研究センター呼吸器形成研究チームの森本充チームリーダー、野口雅史研究員らの研究グループ※は、呼吸器学者の間で40年近く謎とされていた、神経内分泌細胞（NE細胞）[1]が気管支の分岐点に規則正しく配置され、クラスター（塊）を形成するメカニズムを解明しました。 私たちが吸い込んだ空気（吸気）は気管と気管支を通って肺胞に到達します。肺胞では血中の酸素と二酸化炭素のガス交換が行われますが、気管と気管支はたくさんの分岐によって吸気を分散することで、より広範囲の肺胞に吸気を送りガス交換の効率を上げています。加えて、気管と気管支は呼気に混ざった異物を体外に排出する浄化装置としても機能しています。NE細胞は気管と気管支の上皮細胞の1種で、酸素濃度のセンサーや幹細胞ニッチ[2]としての機能が知られていました。さらに肺がんの1種である小細胞肺がんの起源になるなど、疾

要旨 理化学研究所（理研）統合生命医科学研究センターゲノムシーケンス解析研究チームの中川英刀チームリーダー、藤本明洋副チームリーダーらが参画する国際共同研究グループ※は、がんの全ゲノムシーケンス解析[1]における、世界の代表的ながんゲノム解析機関の解析手法の比較およびベンチマーク評価を行うことにより、解析の問題点を明らかにし、新たなガイドラインを作成しました。この研究は、国際がんゲノムコンソーシアム（ICGC）[2]のプロジェクトの一環として行われました。 現在、ICGCや世界のさまざまながん研究機関、がん専門病院では、次世代シーケンサー（NGS）[3]と情報解析技術を駆使して、全ゲノムシーケンス解析が多くのがん患者に対して行われています。今後、全ゲノムシーケンスが、研究の分野のみならず、「ゲノムの病気」とも言えるがんの診断や個別化医療の分野においても、標準的な解析手法になるものと予測され

2015年11月20日 理化学研究所 ブルックヘブン国立研究所 コロンビア大学 コネチカット大学 エジンバラ大学 プリマス大学 サウサンプトン大学 要旨 理化学研究所（理研）仁科加速器研究センター 理研BNL研究センター計算物理研究グループの出渕卓グループリーダー、クリストファー・ケリー理研BNLセンター研究員らをはじめとする国際共同研究グループ※は、原子より小さい極微スケールで起こるK中間子[1]崩壊における「CP対称性の破れ[2]」のスーパーコンピュータを用いた計算に成功しました。今回の理論計算は、実験結果との比較をするにあたって最終的な結論を出すための精度がまだ不足していますが、長年の課題であったK中間子崩壊過程におけるCP対称性の破れの理論計算が可能であることを証明しました。 約138億年前、ビッグバンにおいて同数の粒子と反粒子が対生成されたと考えられています。しかし現在の宇宙には

要旨 理化学研究所（理研）多細胞システム形成研究センター成長シグナル研究チームの西村隆史チームリーダーらの研究チーム※は、体内の恒常性維持に必須な成長制御ホルモン「インスリン様ペプチド（ILP）[1]」が、栄養状態に依存して産生されるメカニズムを解明しました。 多細胞生物において、全身の成長は、環境に応じて柔軟に調節され、発育段階ごとに適切に制御されています。この全身の成長を調節する因子として最も良く研究されているのが、インスリンやインスリン様成長因子（IGF）[1]に代表される内分泌ホルモン1つであるILPです。ILPの機能は、環境変化、特に栄養状態に依存して適切かつ厳密に制御されることにより、全身の成長が調節されています。しかし、栄養状態の変化に応じてILPの産生がどのように制御されているか、そのメカニズムは未だ不明な点が多く残されていました。 研究チームは、モデル生物のキイロショウジ

肝細胞がんで活性化するレトロウイルス由来のRNA －肝細胞がんの病態解明、診断マーカーへの応用に期待－ 要旨 理化学研究所（理研）ライフサイエンス技術基盤研究センタートランスクリプトーム研究チームのピエロ・カルニンチ チームリーダーと橋本浩介研究員らの研究チームは、肝細胞がん[1]ではレトロウイルス[2]由来RNAの発現が活性化しており、がんの分化度や再発率などと関連していることを発見しました。 世界での肝臓がんによる死亡者数は全がん種の中で2位（日本では5位）で、国内の死亡者数は毎年3万人となるなど、その対策が重要な課題となっています注1）。肝臓がんの70～85％は、肝臓の細胞そのものががんになる肝細胞がんであり、ゲノム解析からがん化に関わる遺伝子の解明が進められています。近年、肝細胞がんでは転写を制御するタンパク質の遺伝子に変異があり、正常な転写ネットワークが破壊されている可能性が示唆

要旨 理化学研究所（理研）統合生命医科学研究センター 融合領域リーダー育成（YCI[1]）プログラムの伊川友活上級研究員、京都大学再生医科学研究所 再生免疫学教室の河本宏教授らの共同研究チーム※は、多能造血前駆細胞[2]を生体外で増幅させる新しい培養方法を開発することに成功しました。 血液のもととなる造血幹細胞[2]は成体では骨髄に存在し、赤血球や血小板、白血球[3]（免疫細胞）などの血液細胞を作ります。これまで、生体外で造血幹細胞を増幅させる方法が盛んに研究されていますが、実用的な方法は確立されていませんでした。2004年、伊川上級研究員らは転写因子E2A[4]を欠損させたマウスを使った実験により、E2Aを欠損するとB細胞の分化が初期段階で停止し、B前駆細胞が多能性をもつ造血前駆細胞（多能造血前駆細胞）としての特徴を示すことを報告しました。この知見からE2Aの機能を阻害することにより、多

要旨 理化学研究所（理研）脳科学総合センター親和性社会行動研究チームの黒田公美チームリーダー、恒岡洋右研究員（研究当時）、時田賢一研究員らの研究チーム※は、オスマウスの子育て（養育行動[1]）意欲が「cMPOA」と「BSTrh」の2つの脳部位の活性化状態から推定できることを発見しました。 ほ乳類の子は未発達な状態で生まれ栄養源を母乳に頼るため、親による養育が不可欠です。メスマウスは若い時から子の世話をすることが多く、さらに母親になる時には出産時の生理的変化[2]により養育行動が強化されます。一方、交尾未経験のオスマウスは養育せず、子に対して攻撃的ですが、メスとの交尾・同居を経て父親となると、よく養育するようになります（父性の目覚め）。黒田チームリーダーらは2013年に、フェロモンを検出する鋤鼻器（じょびき）[3]の阻害がオスマウスの子への攻撃を抑え、養育を促すことを見いだしています注1）。