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構成員プロフィール

 

澤井 哲 (准教授)  さわいさとし

cssawai @ mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

 

略 歴

早稲田大学理工学部応用物理学科卒業、同大学院(相澤洋二教授:非線形力学系)修士、東北大学(沢田康次教授:非線形・非平衡の物理学)博士課程修了。博士(情報科学)。プリンストン大学分子生物学部博士研究員 2001-2005年、JST ERATO複雑系生命プロジェクト(総括:金子邦彦教授)グループリーダーを経て、2008年より現職。 H24年文部科学大臣表彰若手科学者賞受賞。 

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担当講義 

振動波動論(教養学部前期課程)、構成・システム生物学(教養学部後期課程統合自然科学科)、数理生物学(教養学部後期課程統合自然科学科)、生命の物理学特論(大学院)

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(研究分野) 生物の非平衡構造、時空間ダイナミクス

(研究テーマ)細胞性粘菌の細胞間相互作用、細胞運動、走化性

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(所属学会)日本生物物理学会、日本分子生物学会、日本細胞性粘菌学会

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主な研究内容  

生物の非平衡構造の特徴と情報処理特性について、真核細胞の運動、刺激検出、走化性、パターン形成過程を題材に探求しています。実験材料として主にあつかっている細胞性粘菌(Dictyostelium discoideum)は単細胞生物でありながら、栄養が不足すると、多数の細胞が集合し、それらが分化して子実体を作ることで知られ、単細胞から多細胞生物へ至る道を理解する上でも注目すべき対象です。特に、集合の際に、多数の粘菌細胞からcAMPが周期的に放出され、その濃淡が、波を作り、それをもとに集合する。この背後にある細胞の走化性や、パターン形成過程は数理科学・非平衡物理学の分野でも大変興味をもたれていますが、その一方、走化性はヒト白血球などの分子機構との共通性も多く、またcAMP を介した細胞間コミュニケーションは動物発生における細胞外ATPによるものを連想させます。こうした機構は飢餓を克服して胞子を作る合図であり、生物学としても重要なものですが、同時に動物などでは測定しにくい現象について、定量的な測定で一刀両断に答えを与えてくれる、モデル実験系としてのメリットがあります。

これまで、遺伝子操作をした数千株の変異体について、cAMPの波や細胞集合からなる生活史を克明に調べ、どのような遺伝子と反応が関与して波パターンが決定しているかを明らかにしています(Sawai et al Nature 2005, Genome Biol 2007)。この研究成果は発生を定量的な計測とモデルシミレーションによって理解した成功例として、各方面で取り上げられています(例えば、Tomlin et al., (2007) Nature Rev. Genet 8, 331-)。また、蛍光プローブを用いた可視化技術によってcAMPの波と振動やそれと連動する転写制御を直接捉え、集団の振動現象が出現する仕組みを明らかにし(Gregor et al, Science 2010,Masaki et al Biophys J 2013)、細胞の集団的振る舞いの基礎的な理解につなげました(Fujimoto & Sawai, PLoS Comp Biol, 2013)。また、マイクロ流体デバイスをもちいた動的な勾配刺激形成系と、生細胞イメージング解析から、cAMP が経時的に増加する場合のみ、先導端形成が生じることを示し、この性質が適応的な応答と拡散によるパターン形成によって無矛盾に理解できることを示しました(Nakajima et al, Nature Commmun., 2014)。Dictyostelium細胞はこの性質によって波の前面だけで勾配検出し、集合できていると考えられます。さらに意外なことに、こうした自己組織的な波ダイナミクスがアメーバ細胞の形状変化の背後にもあることがわかり(Taniguchi and Ishihara et al, PNAS 2013)、単一細胞の動態の特徴も次第に明らかになってきました。こうした階層を超えた複雑な時空間ダイナミクスは、粘菌にとどまらず他の生命現象の理解にも資することが期待されます。

細胞や細胞集団に特徴的な動態特性、情報処理特性を特徴づけは、将来、細胞の動態を精密に制御し操作するなどの応用面への発展にも必要となるものです。幸い、こうした研究を一緒に研究していただけている同僚と学生に恵まれ、現在、分子遺伝学、様々な計測と操作手法、数理的手法による定量的解析、理論モデルのシミュレーションなどを通じて研究をすすめています。研究室のスタッフ、院生は、数理、物理、化学、生物系の学部卒と多岐にわたり、それぞれの得意なところを出し合って、また足りないところは補い合いながら協力して研究を進めています。

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発表論文

K. Kamino, Y. Kondo, A. Nakajima, M. Honda-Kitahara, K. Kaneko, S. Sawai (2017) Fold-change detection and scale-invariance of cell-cell signaling in social amoeba. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, E4149-E4157.

A. Nakajima, M. Ishida, T. Fujimori, Y. Wakamoto, S. Sawai (2016) The Microfluidic lighthouse: an omnidirectional gradient generator. Lab Chip 16, 4382-4394.

A. Miki, J. Galipon, S. Sawai, T. Inada, K. Ohta (2016) RNA decay systems enhance reciprocal switching of sense and antisense transcripts in response to glucose starvation. Genes to Cells 21, 1276-1289.

S. Kuwana, H. Senoo, S. Sawai and M. Fukuzawa (2016) A novel, lineage-primed prestalk cell subtype involved in the morphogenesis of D. discoideum. Dev. Biol. 416, 286-299.

F. Fumihito, A. Nakajima, N. Shimada and S. Sawai (2016) Self-organization of chemoattractant waves in Dictyostelium depends on F-actin and cell–substrate adhesion. J. Roy. Soc. Interface 13, 20160233.

A. Nakajima, S. Ishihara, D. Imoto and S. Sawai (2014) Recified directional sensing in long range cell migration. Nat. Commun. 5, 5367.

J. A. Brzostowski, S. Sawai, O. Rozov, X. Liao, D. Imoto, C. A. Parent and A. R. Kimmel (2013) Phosphorylation of chemoattractant receptors regulates chemotaxis, actin re-organization, and signal-relay.  J. Cell Sci. 126, 4614-4626.

K. Fujimoto and S. Sawai (2013) A design principle of group-level decision making in cell populations. PLoS Comp. Biol. 9(6): e1003110. 

D. Taniguchi‡, S. Ishihara‡, T. Oonuki, M. Honda-Kitahara, K. Kaneko and S. Sawai (2013) Phase geometries of two-dimensional excitable waves govern self-organized morphodynamics of amoeboid cells.  Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 110, 5016-5021. (‡ Equal contribution)

K. J. McQuade, A. Nakajima, A. N. Ilacqua1, N. Shimada and S. Sawai. (2013) The green tea catechin epigallocatechin gallate (EGCG) blocks cell motility, chemotaxis and development in Dictyostelium discoideum. PLoS ONE 8(3) e59275.

N. Masaki‡, K. Fujimoto‡, M. Honda-Kitahara, E. Hada and S. Sawai (2013) Robustness of Self-Organizing Chemoattractant Field Arising from Precise Pulse Induction of Its Breakdown Enzyme: A Single-Cell Level Analysis of PDE Expression in Dictyostelium. Biophys. J. 104, 1191–1202. (‡ Equal contribution)

K. Kamino, K. Fujimoto and S. Sawai (2011) The collective oscillations in developing cells: Insights from simple systems. Dev. Growth Diff. 53, 503-517. (review article)

T. Gregor, K. Fujimoto, N. Masaki and S. Sawai (2010) The onset of collective behavior in social amoebae.  Science 328, 1021-1025.

N. Shimada, K. Inoue, S. Sawai and T. Kawata (2010) SunB, a novel SUN domain-containing protein required for development of Dictyostelium discoideum.  Dev. Growth Diff. 52, 577-590.

S. Sawai, X.-J. Guan, A. Kuspa and E.C. Cox (2007)  High-throughput analysis of spatiotemporal dynamics in DictyosteliumGenome Biology 8, R144. 

M. Zhang, M. Goswami, S. Sawai, E.C. Cox, D. Hereld (2007) Regulation of G protein-coupled cAMP receptor activation by a hydrophobic residue in transmembrane helix 3  Mol. Microbiol. 65, 508-520.

P.T. Thomason, S. Sawai, J.B.Stock and E.C. Cox (2006) Histidine kinase homologue DhkK/Sombrero controls morphogenesis in DictyosteliumDev. Biol. 292, 358-370.

Y. Chen, I. Golding, S. Sawai, L. Guo and E.C. Cox (2005) Population fitness and the regulation of Escherichia coli genes by bacterial viruses.  PLoS Biology 3, 1276-1282.

S. Sawai, P.T. Thomason and E.C. Cox  (2005) An autoregulatory circuit for long-range self-organization in Dictyostelium cell populations. Nature 433, 323-326.

J.-P. Rieu, C. Barentin, S. Sawai, Y. Maeda and Y. Sawada  (2004) Cell movements and mechanical force distribution during the migration Dictyostelium slugs. Journal of Biological Physics 30, 345-364.

J.-P. Rieu, K. Tsuchiya, S. Sawai, Y. Maeda and Y. Sawada  (2003) Cell movements and traction forces during the migration of 2-dimensional Dictyostelium slugs. Journal of Biological Physics 23, SN1-SN4.

S. Sawai, T. Hirano, Y. Maeda and Y. Sawada (2002) Rapid patterning and zonal differentiation in a two-dimensional Dictyostelium cell mass: the role of pH and ammonia. Journal of Experimental Biology 205, 2583-2590.

T. Hirano, S. Sawai, Y. Maeda and Y. Sawada (2000) Rapid patterning in 2D-cultures of Dictyostelium cells and its relation to zonal differentiation. Development Growth and Differentiation 42, 551-560.

S. Sawai, Y. Maeda and Y. Sawada (2000) Spontaneous symmetry breaking Turing-type patterning in a confined Dictyostelium cell mass. Physical Review Letters 85, 2212-2215.

S. Sawai and Y. Aizawa (1998) Coupled Oscillators with Chemotaxis. Journal of Physical Society of Japan 67, 2557-2560.

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解説、教科書、著作等

澤井哲 「時空間的なシグナルの検出とは何か —這いまわる細胞の走化性を例に」実験医学35(5) p. 195-199羊土社(2017) 増刊「生命科学で使えるはじめての数理モデルとシミュレーション」

中島昭彦 石原秀至 澤井哲  「動く細胞が読み取る時間と空間:走化性のパラドクスと整流作用」生物物理 56 (2) p. 98-101. 2016年 (カバーイラスト)

Akihiko Nakajima & Satoshi Sawai   Dissecting Spatial and Temporal Sensing in Dictyostelium Chemotaxis Using a Wave Gradient Generator in Chemotaxis: Methods and Protocols 2nd Ed. (ed. Dale Hereld, Tian Jin) Methods in Molecular Biology Springer 1407, 107-122. Springer (2016)

澤井哲 「いきいきとした状態の科学 — 細胞性粘菌でさぐる自己組織化のメカニズム」高校生のための東大授業ライブ 学問からの挑戦 (東京大学教養学部編) 第9講 pp. 131-149 東京大学出版会 (2015)

石原秀至 澤井哲 「反応‒拡散‒駆動系として理解する細胞の形態変化」 日本物理学会誌 70(1)  p.25-30 (2015)

澤井哲 井元大輔 福神史仁 中島昭彦 「動く細胞の定量的動態解析」 画像解析手取り足とりガイド (青木一洋 小林徹也 編)2章−10 羊土社 (2014)

澤井哲 「細胞レベルと集団レベルの振動性」生体の科学 65巻5号 p. 474-475. 医学書院 2014年

澤井哲 石原秀至 中島昭彦 「興奮系の自己組織化現象からみる細胞動態」実験医学 Vol 31(8) 羊土社 2013年4月号 p. 1217-1223.

Koichi Fujimoto & Satoshi Sawai “Collective  decision-making and oscillatory behaviors in cell populations”in Engineering of Chemical Complexity (A. Mikhailov ed.)  World Scientific (2013) p.279-297.

澤井哲 「生細胞イメージング」 『細胞性粘菌(研究の新展開)〜モデル生物、創薬資源、バイオ〜』(阿部知顕、前田靖男 編) 第2章 アイピーシー出版 2012年

中島昭彦 澤井哲 「自己組織化の研究:細胞性粘菌の生物物理学」 『細胞性粘菌(研究の新展開)〜モデル生物、創薬資源、バイオ〜』(阿部知顕、前田靖男 編)第8章 アイピーシー出版 2012年

澤井哲 東京大学教養学部報547号 「秘められているということ」 2012年

澤井哲 「RESEARCH 研究を通して - 粘菌のふるまいに見る自己組織化の始まり」 JT生命誌研究館 生命誌季刊号(65-68号)pp. 133-140 新曜社 2012年3月

澤井哲 「パターン形成リズムのデザイン」細胞工学 30, 1262-1267 秀潤社 2011 年12月号

澤井哲 「微生物の集団的な振る舞い」 『理論生物学 – 生命科学の新しい潮流』(望月敦史・編)第3章2節 pp. 116-136. 共立出版 2011年

澤井哲 「きらいきらいも好きのうち —大島泰郎先生に応えて −」 生物物理50, 266-267. 2010年

澤井哲 「粘菌のcAMP振動と波」細胞工学26(7), 759-765秀潤社 2007年

澤井哲 沢田康次 「発生のミクローマクロ関係性・細胞性粘菌からのアプローチ」 シリーズ・ニューバイオフィジックスII 第7巻 『複雑系のバイオフィジックス』 第2章 (金子邦彦・編) 共立出版 2000年

澤井哲 沢田康次 「自己組織化からみた細胞性粘菌」 モデル生物・細胞性粘菌 第8章 (前田靖男・編) IPL出版 2000年

澤井哲 相澤洋二  “Motile Coupled Oscillators for Modeling Collective Motion of the Cellular Slime Mold.”   生物物理 226, 367-371, 1999年.

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招待講演・依頼講演

東京大学 21st 世紀 COE シンポジウム, 2005年3月6日.

広島大学INSAM2004 シンポジウム, 2005年3月9日.

New York Medical School, 2005年5月25日.

自律分散システムワークショップ, 早稲田大学 2005年10月28日

Tamura Symposium - Frontiers in Dynamics, 東京大学, 2006年5月 23日.

北海道大学, COEシンポジウム, 2006年10月18日

APCTP Workshop of Biological Complex Systems, 釜山大学, 2007年11月9日

The third Yamada Symposium, 湘南国際村 2007年11月19日

International Symposium on Hierarchy and Holism, 自然科学研究機構 2008年2月 "Individual Versus Collective Dynamics in Social Amoebae Dictyostelium"

第60回日本細胞生物学会年会ミニシンポジウム「生命システムを理解する -新しい理論生物学を目指して」, パシフィコ横浜 2008年6月

理研シンポジウム 「細胞・発生研究への数理科学的アプローチ」 “細胞と細胞集団の自己組織化” 神戸理研 2008年9月

MesoMolSys 研究会  2008年9月

Dynamics days Asia Pacific 2008 2008年9月 "Phase transition to collective behavior in eukaryotic cell populations"

東京大学理学部生物科学セミナー 2008年10月

第31回日本分子生物学会シンポジウム「生命システムの階層間をまたぐイメージング技術」 ”A Phase transition to collective behavior in eukaryotic cell populations” 2008年12月

第1回定量生物学の会年会 “細胞レベルと細胞集団の自己組織化” 2009年1月

理研シンポジウム 「細胞システムの動態と論理」”粘菌の密度依存的な転移現象” 2009年4月 (和光)

International Workshop on Cell Regulations and divisions and arrest.  “Starvation induced transition to synchronized oscillations in Dictyostelium”  Okinawa Institute of Science and Techonology 2009年12月

第32回日本分子生物学会シンポジウム「生物サイクルの統合的制御機構の理解をめざして」 2009年12月

第43回発生生物学会シンポジウム ”Quantitative biology of spatiotemporal dynamics in development” 2010年6月

第49回日本生体医工学会 シンポジウム「生物のリズム戦略」 2010年6月

CBI学会2010年大会 オーガナイズドセッション 「数理モデルとシミュレーション」 2010年9月
第19回イメージング学会 シンポジウム「バイオイメージングと定量生物学」2010年9月

第48回生物物理学会年会 シンポジウム「システムレベルの生物物理学 多細胞ダイナミクス」

第4回学融合ビジュアライザーションシンポジウム 東京大学 基盤科学領域創成研究教育プログラム)2011年1月11日(東大駒場)

第1回新学術領域「哺乳類初期発生の細胞コミュニティー」公開シンポジウム「異分野の融合による新たな発生生物学の幕開け」 2011年1月 (九州大学)

International conference on Engineering of Chemical Complexity, Mini-symposium – Applications to Cell Biology “Spatial phase singularities and cell shape dynamics”2011年7月7 日 (ベルリン)

基研研究会2011 非平衡系の物理—ミクロとマクロの架け橋 「細胞と細胞集団にみる自己組織化現象」2011年8月19日 (京大・基礎物理学研究所)

生物物理若手の会夏の学校 メインシンポジウム -生物における運動とエネルギーの物理「いきいきした状態の物理学を目指して」 2011年8月26日 (関西セミナーハウス)

第49回日本生物物理学会年会 シンポジウム 「生命システムの情報処理」 “Adaptive fold-change detection in chemotactic cells and its underlying network topology” 2011年9月17日 (姫路大学)

奈良先端科学技術大学院大学COEセミナー 「細胞と細胞集団に自己組織化する振動と波」 2011年10月27日(奈良先端大)

新学術領域研究「動く​​​​​細胞と​秩序​」公開​シンポ​ジウ​ム 「アメーバ運動を誘起する場のリズムと波」2012年1月27日 (名古屋大学)

JSTとBBSRCの日英共同研究のプログラム システム生物学とバイオイメージングのシンポジウム “Imaging analysis of self-organization in moving amoebae” 2012年1月30日 (東大本郷)

分子ロボティクス研究会2月月例会「アメーバの自発的形状変化とリン脂質シグナルの自己組織化パターンとの関係」 2012年2月13日(東京工業大学・田町キャンパス)

CDB Symposium 2012 on Quantitative Developmental Biology “Information Processing and Self-organization in Developing Cells” 2012年3月28日 (神戸 理研)

International workshop on  "Active Dynamics on Microscales: Molecular Motors and Self-Propelling Particles"  (オランダ Lorentz Center)  “Geometries of phosphatidylinositol waves and large-scale membrane deformation during spreading and random movement of Dictyostelium” 2012年9月

東京大学 高校生のための金曜特別講義 「粘菌からさぐるいきいきとした状態の科学」(駒場キャンパス  2012年11月30日)

第51回東京大学物理学教室コロキアム 「細胞動態と自己組織化現象:反応-拡散-駆動系」(本郷 2013年1月13日)T

10th NIBB-EMBL Symposium 2013 on Quantitative Bioimaging (岡崎基礎生物学研究所 2013年3月17日) “Wave geometries and cell shape dynamics”

7th International Conference on Engineering Complexity “Resolving traveling wave chemotaxis” (ドイツ Warnemuende 2013年6月11日)

International Symposium on Systems Biology of Cellular Signaling “Resolving front and back of ‘chemotactic wave paradox'“(東大 本郷 小柴ホール 2013年7月1日)

NIBB conference Cellular community in mammalian embryogenesis “ How cells get together with right tempo and orientation - an example from social amoeba” (岡崎基礎生物学研究所 2013年7月予定)

日本バイオイメージング学会 第22回学術集会シンポジウム (2013年9月16日 本郷)「階層間をつなぐ細胞ダイナミクス」

International Workshop From Soft Matter to Protocell (2013年9月18日 東北大学 仙台片平キャンパス)”Analysis and manipulation of self-organizing lipid signaling”

理研細胞システムコロキアム (2013年11月8日)  「細胞機能と自己組織化現象」 (理化学研究所和光キャンパス 鈴木梅太郎記念ホール)

細胞を創る研究会6.0 (2013年11月15日) 「アメーバ状の膜変形に関わる自己組織化ダイナミクス」(慶応大学鶴岡キャンパス)

時間生物学会サテライトシンポジウム 「生物リズム現象の数理フロンティア」 (2013年11月11日)  「走化性の場とリズム」近畿大学東大阪キャンパス

大阪大学蛋白質研究所セミナー「細胞が集団になって初めて発現する機能」(2013年11月28日)  「細胞の運動性と走化性誘引場の自己組織化」吹田キャンパス

第36回分子生物学会年会 ワークショップ 「生命における自己組織化のメカニズム」(2013年12月6日) 神戸ポートアイランド

名古屋大学生物理学特別講義セミナー「自己組織化するダイナミクスと細胞動態」(2013年12月12日) 名古屋大学理学部

数学・数理科学と諸科学・産業との恊働によるイノベーション創出のための研究促進プログラム「生命ダイナミックスの数理とその応用」(2014年1月20日) 東京大学数理科学研究科 (駒場キャンパス)

京都大学 発生・細胞生物学・システム生物学コース 招待講演 “Cellular Sensing of Space and Time” (2014年4月25日)(医学部記念講堂)

「生物の非平衡構造と時空間ダイナミクス」 日本物理学会科学セミナー「非平衡の世界 ―凝縮系から地震、経済、生命まで」(2014年8月7日)(東大駒場数理科学研究科大講堂)

「階層をつなぐ細胞ダイナミクス」バイオイメージング学会第23回学術集会 シンポジウム1「生命・イメージング・データベース」 (2014年9月4日)(大阪大学 銀杏会館)

“Integration of temporal and spatial information in eukaryotic gradient sensing.” 4th Symposium on Artificial Life and Biomimetic Functional Materials (2014/11/28)  (Univ. Tokyo Komaba)

“Collective migration and rectified directional sensing.” Mechano-Biology Institute-Japan Joint Symposium on “Mechanobiology of Development and Multicellular Dynamics” (2014年12月4日) (National University of Singapore )

「整流作用と細胞集合の協同性」非線形反応と協同現象研究会 (2014年12月6日)(東京電機大学東京千住キャンパス)

「細胞運動にみる興奮性の時空間ダイナミクス」国際高等研究所 研究プロジェクト「分子基盤に基づく生体機能への揺らぎとダイナミックネットワークの解明」2014年度第1回研究会 (2014年12月14日) 国際高等研究所

"Integration of space and time information in long-range cell migration" The 59th Annual Biophysical Society Meeting Symposium “Emergent Properties and Collective Behaviors of Complex Systems” (2015年2月8日) (米国Baltimore Convention Center, Baltimore MD)

Focus Meeting of the Kyoto Winter School for Statistical Mechanics: From Non-equilibrium Fluctuations to Active Matter. "Collective movement of ameboid cells driven by attachment-dependent ordering of directionality" (2015年2月16日 京都大学益川ホール)

「細胞移動における濃度勾配検出と整流作用」生命動態システム科学四拠点・CREST・PRESTO合同シンポジウム「生命動態の分子メカニズムと数理」 (2015年3月17日)(京都大学芝蘭会館)

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