学術的背景 糖尿病は、世界中で5億人以上に影響を与えるグローバルな健康問題です。1型糖尿病（T1D）と2型糖尿病（T2D）の両方に共通する特徴は、機能的なインスリンを分泌するβ細胞の数が著しく減少することです。そのため、β細胞の数を回復または増加させることは、糖尿病治療の重要な戦略の一つと考えられています。現在、膵臓移植、膵島移植、または幹細胞由来のβ細胞移植などの方法で一定の進展が見られていますが、これらの方法はコストが高く、ドナーが不足しており、大規模な応用が難しい状況です。そのため、内因性のβ細胞再生を促進する薬剤の開発が研究の焦点となっています。 近年、DYRK1A阻害剤（ハルミンなど）などの低分子薬剤がβ細胞の増殖を促進し、その分化と機能を強化することが明らかになりました。しかし、...
火星の水の歴史の探求：季節循環から長期進化へ 学術的背景 火星は太陽系の中で地球に最も近い惑星の一つであり、長年にわたって科学者たちの注目を集めてきました。特に火星における水の存在とその進化の歴史は、火星がかつて生命を支える条件を備えていたかどうかを探る上で重要な手がかりとなります。火星の水の歴史を理解することは、その地質と気候の進化を明らかにするだけでなく、火星における生命の存在可能性を探る上でも重要な意味を持ちます。しかし、多くの研究が行われているにもかかわらず、火星の水の歴史にはまだ多くの不確実性が残されています。本論文では、火星の水の季節循環、長期進化、および宇宙への水の喪失過程を分析し、火星の水の歴史とその居住可能性への影響を探ります。 論文の出典 本論文はBruce M. Jak...
熱力学マップを用いた限られた観測からの相転移と臨界指数の推論 学術的背景 相転移（phase transitions）は自然界に普遍的に存在する現象であり、水の沸騰から磁性材料の強磁性-常磁性転移、さらにはタンパク質や核酸などの生体高分子の構造変化に至るまで、さまざまな科学分野で重要な役割を果たしています。しかし、特にデータが少ない場合や複雑な場合、相転移とその温度依存性を正確に定量化することは依然として大きな課題です。従来の統計力学的手法は相転移を研究するための理論的枠組みを提供していますが、実際の応用では、相転移領域のサンプリングが困難であるため、臨界温度、熱容量、臨界指数などの相転移特性を計算するには膨大な計算リソースが必要となります。 この問題を解決するため、Lukas Herron...
システム農業生態学に向けて：間作の設計と制御 学術的背景 気候変動や肥沃な土壌や水資源などの自然資源の減少に伴い、今日の工業的な単一作物栽培に代わる農業手法の探求が不可欠となっています。間作（Intercropping, IC）は、2つ以上の作物を同じ土地で同時に栽培する有望な農業手法です。多くの実験が、特定の条件下で間作が土壌侵食や肥料の使用を減らし、土壌の健康と土地管理を改善しながら、作物の生産量を維持できることを示しています。しかし、特定の環境や農業条件に適した間作の実施を予測、設計、制御し、その堅牢性を評価するための定量的なアプローチはこれまで存在しませんでした。本論文では、データ科学とシステム生物学の手法と概念に基づいて、そのようなアプローチを開発しました。 論文の出典 本論文は、...
MINFLUXナノ顕微鏡の生物組織への応用：蛍光顕微鏡の分解能限界を突破 学術的背景 蛍光顕微鏡は生物学研究において重要な役割を果たしていますが、その分解能は回折限界によって制約され、通常は約200ナノメートル程度に留まります。近年、超解像顕微鏡（super-resolution microscopy, SR）技術の発展により、この限界を突破し、ナノスケールで生物分子の分布を観察することが可能になりました。しかし、複雑な生物組織、特に厚いサンプルでは、光学収差や光の吸収・散乱などの問題が超解像顕微鏡の性能に深刻な影響を与えます。生理学的に関連する環境でナノスケールのタンパク質分布を可視化するために、研究者たちは新しいイメージング技術の探索を続けています。 MINFLUX（minimal ph...
双半整数表面ディスクリネーションからなるキラルπドメインウォールの研究 学術的背景 強誘電体材料におけるπドメインウォール（π domain walls）は、異なる分極領域を分離する界面であり、その構造は基礎研究において重要な意義を持つだけでなく、多くの実用的な応用においても重要な価値を持っています。強誘電性ネマティック液晶（ferroelectric nematic liquid crystals）は、微視的な配向秩序と巨視的な自発分極を特徴とする極性流体です。従来の強誘電性結晶とは異なり、強誘電性ネマティック液晶は連続的な並進対称性を持ち、低駆動電場、高い光学非線形応答、極性トポロジー構造などの独特な特性を示します。これらの特性は科学的な意義を持つだけでなく、非線形光学や光電子応用におい...
光化学系IIにおける水酸化過程でのプロトン放出メカニズムの研究 学術的背景 光化学系II（Photosystem II, PSII）は自然界で唯一水分解を触媒する酵素であり、その反応は酸素を放出するだけでなく、生物質の合成に必要な電子を提供します。水分解反応で放出されたプロトンはチラコイド腔に入り、プロトン動力（proton-motive force, PMF）を形成し、ATPの合成を駆動します。近年、PSIIの構造と機能に関する研究が大きく進展していますが、水酸化反応の重要なステップ、特に脱プロトン化プロセスのメカニズムについてはまだ議論が続いています。本研究では、量子/古典（QM/MM）自由エネルギー計算と原子分子動力学（MD）シミュレーションを組み合わせ、PSIIにおける酸素発生マンガ...
研究背景 単細胞胚において、タンパク質の非対称分布は細胞極性と発生の重要なステップである。この非対称分布は通常、複雑な反応-拡散メカニズム（reaction-diffusion mechanisms）に依存し、複数のフィードバックループが関与している。Caenorhabditis elegans（線虫）の単細胞胚において、RNA結合タンパク質MEX-5とMEX-6、および有糸分裂キナーゼPLK-1は、細胞極性の確立と維持に重要な役割を果たしている。MEX-5とMEX-6は配列上高度に相同であるが、それらの非対称分布メカニズムとその制御方法は完全には解明されていない。本研究は、MEX-6の勾配形成の生物物理学的メカニズムを明らかにし、MEX-5、MEX-6、およびPLK-1の間の複雑な相互作用...
ゲノムワイドな単一細胞および単一分子レベルでの転写因子フットプリント解析 学術的背景 ヒトや他の哺乳類において、すべての体細胞は基本的に同じゲノムを持っていますが、異なる細胞タイプはそれぞれ異なる機能を果たします。この違いは主に、転写因子（Transcription Factors, TFs）が遺伝子の調節領域に結合することによって決定されます。TFsはDNAからRNAへの転写を制御することで遺伝子発現を調節します。TFsがどのようにゲノムに結合するかを理解することは、機能ゲノミクス研究の中核的な課題の一つです。しかし、既存の研究方法には一定の限界があります。従来の「ボトムアップ」アプローチ（原子分解能構造や単一分子イメージングなど）や「トップダウン」アプローチ（古典的な遺伝学や分子生物学な...
軟らかい楕円体マイクロゲルの気-水界面における毛細管駆動自己組織化 研究背景 流体界面（例えば気-水界面）において、コロイド粒子の吸着は界面変形を引き起こし、異方性の界面媒介相互作用を生み出し、超構造を形成します。特に、軟らかい楕円体マイクロゲルは、その調整可能なアスペクト比、制御可能な機能性、および柔軟性のため、自発的な毛細管駆動自己組織化を研究するための理想的なモデルです。マイクロゲルは通常、ポリスチレン（PS）コアと架橋された蛍光標識ポリ（N-イソプロピルメタクリルアミド）（PNIPMAM）シェルで構成されています。ポリビニルアルコール（PVA）フィルムに埋め込まれた粒子を一軸延伸することで、アスペクト比（aspect ratio, ）を微調整できます。研究によると、アスペクト比は1...