東北大学
学際科学フロンティア研究所

【発表のポイント】 昆虫の脱皮を促進するホルモン「エクダイソン」とその受容体「DopEcR（注1）」についてショウジョウバエ成虫を使って研究しました。 重金属などの毒を含んだ餌を摂取すると、エクダイソンが腸に発現するDopEcRに作用し、解毒を促進することを明らかにしました。 同時に、エクダイソンは神経系に発現するDopEcRに作用し、毒を含んだ餌の摂取を抑制することがわかりました。 エクダイソンが腸と神経系という二つの異なる組織に作用し、協調的に毒物に対する生体防御を行う仕組みが明らかになりました。 他の昆虫種や環境毒への応答、さらには哺乳類におけるホルモン・行動制御の比較研究などへの発展が期待されます。   【概要】 昆虫の脱皮を促すホルモン「エクダイソン」は、すでに脱皮を終えた成虫でも分泌されており、近年その新たな役割が注目されています。 学際科学フロンティア研究所の市之瀬敏晴准教授らのグループは、成虫期のエクダイソンが毒物から体を守る重要な役割を果たしていることを明らかにしました。このホルモンはDopEcRという受容体を介して、腸では解毒遺伝子の発現を促し、神経系では毒を含む餌を避ける行動を引き起こしていました。つまり、腸と神経におけるエクダイソンとDopEcRによる協調的な働きにより、二段構えの生体防御が実現されていることになります。 本研究成果は、成虫期におけるエクダイソンの機能に新たな視点を加えるもので、害虫制御への応用も期待されます。 本成果は6月28日、生物学系の学術雑誌Current Biologyに掲載されました。   【詳細な説明】 研究の背景 昆虫の成長に欠かせないホルモン「エクダイソン」は、脱皮を促す働きでよく知られています。しかし、成虫になると昆虫は脱皮しなくなるにもかかわらず、エクダイソンは成虫の体内でも分泌され続けています。成虫期のエクダイソンの機能については、卵形成や求愛行動など一部を除き、多くは不明でした。本研究では、成虫期のエクダイソンとその受容体DopEcR（注1）（Dopamine/Ecdysome Receptor）が、毒物への二段構えの生体防御に機能するという新たな役割を発見しました。   今回の取り組み 東北大学 学際科学フロンティア研究所の市之瀬敏晴准教授らの研究チームは、ショウジョウバエを用いた実験により、成虫期のエクダイソンが毒物の摂食の回避と体内解毒の両面で重要な役割を果たしていることを明らかにしました。まず、Capillary feeding assay（CAFEアッセイ）（注2）という手法を用い、有害な重金属イオンである銅イオンを含む餌と含まない餌の両方を自由に食べることのできる環境を用意し、ショウジョウバエの摂食行動を詳細に観察しました。 その結果、野生型のハエは銅を含む餌を避ける一方で、エクダイソンを合成できない変異体（注3）やDopEcRの変異体では有害な餌を避けることができず、わずかな量の毒でも致死的となることがわかりました。さらに、DopEcRの働きを特定の臓器で阻害する実験（注4）により、エクダイソン-DopEcRシグナルが腸と神経系で異なる役割を担っていることが明らかになりました。具体的には、腸の細胞では銅の摂取に伴い、金属イオンや活性酸素の無毒化を行うメタロチオネイン（注5）という遺伝子群の発現が促進されていました。一方、神経系では銅を含んだ餌の摂食行動そのものを抑制する作用がみられました。この仕組みは、銅イオンだけでなく、様々な毒性物質や、コカイン、エタノール、覚醒剤など依存性薬物の摂取を抑制する可能性があり、毒物・依存性薬物全般に対する防御システムの構築に向けた新たなアプローチが示されました。   今後の展開 本研究により、エクダイソンは幼虫期に限らず、成虫期においても腸と神経系を協調的に制御し、生体を毒から守る「統合的な防御ホルモン」として機能していることが明らかになりました。このように時期によって機能が大きく変化するホルモンは我々ヒトにおいても知られており、例えば、代謝を制御することで知られる甲状腺ホルモンは、胎児・乳児期には脳の発達に不可欠な役割をもつことが知られています。時期や文脈によるホルモンの使い分け機構は、限られたリソースを最大限活用するための生物の工夫でもあるといえます。 興味深いことに、甲殻類では有害物質の体内蓄積により脱皮が促進され、毒を古い外骨格と共に体外に脱ぎ捨てるという現象が報告されています。エクダイソンが脱皮と解毒の両方を制御するようになった背景には、こうした進化的由来があるのかもしれません。さらに、一部の植物にはエクダイソンに類似した構造をもつ「フィトエクダイソン」と呼ばれる化合物が含まれています。本研究の結果から、フィトエクダイソンはDopEcRを介して草食性昆虫の摂食を抑制し、結果的に植物を保護する役割がある可能性が考えられます。 こうした知見は、農業における害虫制御の行動抑制といった応用にもつながる可能性があります。今後は、他の昆虫種や環境毒への応答、さらには哺乳類におけるホルモン・行動制御の比較研究などへの発展が期待されます。   図1. 本研究で示されたモデル。毒の摂取によりエクダイソンが神経系と腸のDopEcRに作用し、毒物の忌避行動と解毒をそれぞれ促進する。   【謝辞】 本研究は、以下の機関からの資金提供を受けて実施されました。科学研究費助成事業：21K06369、21H05713、22KK0106；科学技術振興機構（JST）：JPMJSP2114；上原記念生命科学財団；武田科学振興財団。   【用語説明】 注1.　DopEcR（Dopapmine/Ecdysone Receptor）: エクダイソンとドーパミンの両方が作用することのできるG-タンパク質共役型の受容体。タンパク質のリン酸化などを介して細胞内に情報を伝える役割をもつ。ちなみに、エクダイソンが脱皮を誘導する際には別の受容体EcR（Ecdysone Receptor）に作用する。 注2.　Capillary Feeding assay (CAFE assay)：昆虫の摂食量を測定するための実験手法。毛細管現象を使って液体の餌を含ませたガラス管を昆虫に提示し、摂食に伴う液面低下を測定することで摂食量を定量する。 注3.　変異体：ゲノムDNA配列の変異により特定の遺伝子の機能が改変または阻害された個体のこと。 注4.　DopEcRの働きを特定の臓器で阻害する実験：トランスジェニック技術によってマイクロRNAという分子を発現することにより、DopEcRの発現を特定細胞で阻害した。 注5.　タンパク質の一種で、チオール基をもつシステイン残基を多く有する。チオール基によるラジカル分子の無毒化や、重金属イオンとの結合能をもつ。   【論文情報】 タイトル：Ecdysteroid-DopEcR signaling in neuronal and midgut cells mediates toxin avoidance and detoxification in Drosophila 著者：西塔心路、菅野舞、谷本拓、市之瀬敏晴 *責任著者：東北大学学際科学フロンティア研究所、准教授、市之瀬敏晴 掲載誌：Current Biology DOI：10.1016/j.cub.2025.06.023 URL: https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(25)00752-3   プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/06/press20250630-01-toxin.html 東北大学生命科学研究科 https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/results/detail---id-52699.html  

親子の顔や性格が「似ている」と気づく瞬間は、誰でも経験することでしょう。しかし、親子が似ているのは日常の中で感じられる特徴ばかりではありません。実は脳の「かたち」も、他人同士の中から親子を識別できるほどによく似ることがわかっています。ただし、これまでの研究では母親と子に焦点が当てられており、父親を含めた検討は十分に行われていませんでした。   東北大学学際科学フロンティア研究所の松平泉助教、大学院医学系研究科の山口涼大学院生（日本学術振興会特別研究員）、加齢医学研究所の瀧靖之教授の研究グループは、父・母・子からなる「親子トリオ」の脳MRI画像を用いて、子の脳のどの部分が、父親と母親のどちらに似ているのかを詳細に調べました。その結果、子の脳には「父親にのみ似る部分」「母親にのみ似る部分」「両親に似る部分」「どちらにも似ない部分」が存在することを発見しました。さらに、これらの構成には子の性別によって違いがあることが明らかとなりました。 つまり、親子の脳の類似性は、「父と娘」「母と息子」など、親子の性別の組合せによって異なると言えます。今後は、「なぜ親子で脳が似るのか」「なぜ性別が関与するのか」「脳が似ていることは性格が似ていることとどう関係するか」といった問いに迫ります。本研究を手がかりとして、抑うつなどの心の不調が世代間で伝播する仕組みの理解が進むことも期待されます。   本研究成果は、2025年6月19日付で科学誌iScienceに掲載されました。 図：研究成果の概要。『家族の脳科学』では父・母・子からなる「親子トリオ」の脳のMRI画像を収集しています（図の左側）。脳のMRI画像からは、脳回指数、表面積、皮質厚、皮質下体積、といった脳の「かたち」の情報（特徴量）を得られます（図の中央）。本研究ではこれらの特徴量が親子で似ている脳領域を詳細に調べました（図の右側）。その結果、息子と娘のそれぞれにおいて、父親にのみ似る領域（脳の模式図のうち、青色で塗った部分）、母親にのみ似る領域（桃色で塗った部分）、両親に似る領域（紫色で塗った部分）、どちらにも似ない領域（鼠色で塗った部分）、があることが分かりました。この結果は、先行研究の多くが母子のみを対象としてきたのに対し、「親子トリオ」に着眼したことで得られた新しい知見です。なお、実際の分析結果では脳の左半球にも特徴量の親子間の類似性を確認していますが、簡略化のため、図には右半球のみを表示しています。 【論文情報】 タイトル：Parent–offspring brain similarity: Specificities and commonalities among sex combinations–the TRIO study 著者：Izumi Matsudaira*, Ryo Yamaguchi, and Yasuyuki Taki *責任著者：東北大学学際科学フロンティア研究所 助教 松平泉 掲載誌：iScience DOI：10.1016/j.isci.2025.112936 URL：https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(25)01197-6 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/06/press20250625-01-brain.html 東北大学加齢医学研究所 https://www.idac.tohoku.ac.jp/site_ja/news/22549/ 学際高等研究教育院 http://www.iiare.tohoku.ac.jp/news/press20250624-01/  

新領域創成研究部の田原淳士助教が、公益財団法人UBE学術振興財団 『第65回学術奨励賞』を受賞しました。   本賞は、有機化学、無機化学、高分子化学、機械・計測制御・システム、電気・電子、医学を含む幅広い自然科学分野の優れた独創的研究をしている者に対して授与されます。   受賞対象の研究テーマ： 研究課題「セルロース由来バイオマス化合物の非古典的な分子変換を基盤とした創薬科学・高分子化学の開拓（高分子）」    

学際科学フロンティア研究所の鈴木博人助教が、2025年6月22日（日）放送のNHK Eテレ「サイエンスZERO」に出演し、3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu（ナノテラス）を使った最新の研究成果について紹介します。   番組名：サイエンスZERO（NHK Eテレ） 放送日時：2025年6月22日（日）23:30〜24:00 （再放送）6月28日（土）11:00 〜11:30 番組ウェブサイト： https://www.nhk.jp/p/zero/ts/XK5VKV7V98/episode/te/PNRZNP4Z9L/

オンサイト開催（一部オンライン）   日時 / 2025年6月11日 (水) 15:00～ 　 ※いつもと開催時間が異なりますのでご注意ください。※   会場 / 学際科学フロンティア研究所 セミナー室 教育院生及び学際研関係者の方は申込不要です。 口頭発表者は以下の通りです。   １．柿沼 薫「人口動態と気候変動：2つの変化を重ねて見えること」 Population Dynamics and Climate Change: What Emerges at the Intersection of Two Dynamics   ２．倉持 円来「プロインスリンの酸化的フォールディング触媒機構 」 Catalytic mechanism of Proinsulin oxidative folding   なお、プログラムの時間配分は変更する場合がありますので、予めご了承下さい。     抄録集.pdf     問い合わせ先 学際高等研究教育院 総合戦略研究教育企画室 @ ■全領域合同研究交流会について

東北大学のウェブサイト「まなびの杜」にて、学際科学フロンティア研究所が特集されました。早瀬敏幸所長と齋藤勇士准教授が、異分野融合による学際的研究の魅力と展望を語ります。   まなびの杜 特集 #10 東北から世界へ。異分野融合で学際的研究を開拓 ―学際科学フロンティア研究所 https://web.tohoku.ac.jp/manabi/featured/sf10/

ハイブリッド開催 / Hybrid Event   　FRIS Hub Meetingは、FRISの研究者全員が参加する研究発表セミナーで、月に一度、8月を除く毎月第4金曜日に開催しています。Hub Meetingの趣旨は、発表者が全領域の研究者を対象として、研究のイントロと分かりやすい専門的内容の紹介を行い、新テーマ創成の芽を作ることです。2021年1月からは世界で活躍できる研究者戦略育成事業「学際融合グローバル研究者育成東北イニシアティブ（TI-FRIS）」のTI-FRIS Hub Meetingと合同で開催しています。   　Hub Meetingでは英語での発表を強く推奨しています。異分野研究者同士では共通の常識や考え方は望めません。参加者は発表中にどんどん質問し、討論し、理解を深めるようにしています。Hub Meeting参加対象（下記）の方は積極的にご参加ください。   【TI-FRISは、弘前大学、岩手大学、東北大学、秋田大学、山形大学、福島大学、宮城教育大学によるコンソーシアム事業です。】   第66回 FRIS Hub Meeting（TI-FRIS Hub Meetingとの合同開催） 日時：2025年6月27日（金）16：00－ 開催方式：ハイブリッド開催（オンライン/Zoom・学際科学フロンティア研究所セミナー室） Language: English 参加ご希望の方は、事前登録が必要になります。 参加申し込みフォームよりご登録ください。 登録締切：2025年6月26日（木）15：00   発表者： 後藤 太一 准教授 （東北大学電気通信研究所/情報・システム/TI-FRIS Fellow）   発表タイトル：Magneto-Optical Devices and Spin-Wave Devices Using Magnetic Garnets   発表内容の概要： Magneto-optical devices controlling light through magnetism fascinate researchers with their unique characteristics impossible to replicate elsewhere, also drawing significant attention from industry. The starring material in this field is magnetic garnet, a magnetic oxide crystal. I will introduce optical device development using this material, including thin-film Q-switch lasers for mechanical processing, magnetic hologram lenses for pest control, and optical isolators for data centers. My presentation covers material development involving ion beam sputtering, laser heat treatment, epitaxial growth, NanoTerasu synchrotron radiation, and Fugaku supercomputer. Furthermore, I will present spin wave logic devices, magnonic crystals, and magnetic sensors made from these same magnetic garnet materials.     Hub Meeting参加者 趣旨と守秘義務を理解・了解していることを条件に、以下の方が参加できます。 Hub Meetingメンバー 発表のターゲットとする参加者、アーカイブ視聴対象 ・東北大学学際科学フロンティア研究所教員 ・TI-FRISフェロー オブザーバー Hub Meetingに興味のある下記の参加者（質問・議論にも参加することができます） ・東北大学学際高等研究教育院研究教育院生 ・東北大学教職員・学生 ・TI-FRIS参画大学教職員・学生 ・TI-FRIS関係者（委員会委員等） ・「世界で活躍できる研究者戦略育成事業」の育成対象者 ・学際研所長/TI-FRISプログラムマネージャーが認めたもの   ◆FRIS Hub Meetingについて

新領域創成研究部の許勝助教と田原淳士助教が、公益財団法人インテリジェント・コスモス学術振興財団『第24回インテリジェント・コスモス奨励賞』を受賞しました。   本賞は、科学技術分野において独創的で優れた研究テーマを持つ、将来有望な若手研究者及び、東北の産業支援に貢献する優れた研究者・グループに対して授与されます。   受賞対象の研究テーマ： 許勝助教「弾性変形に特徴を有するバルク金属材料の開発とその応用」 田原淳士助教「次世代バイオマスの非古典的な分子変換法を用いた創薬および材料研究」   写真：授賞式の様子。前方左から1人目が許助教、後方左から5人目が田原助教。   第24回インテリジェント・コスモス奨励賞： http://www3.ic-net.or.jp/~incos/award/awlist24.html  

環境負荷の観点から、CO2排出量の削減および資源利用が産学問わず求められています。CO2から誘導されるギ酸塩は高温条件で二量化し、植物などにも含まれる有機酸であるシュウ酸となることが知られています。しかし二量化反応の過程で生成したシュウ酸の熱分解を伴うため、効率的な二量化を達成するための反応条件の探索が求められていました。   東北大学学際科学フロンティア研究所の田原淳士助教は、九州大学先導物質化学研究所の工藤真二准教授、林潤一郎教授らと共同で、CsOHを添加した際に高収率でシュウ酸が生成することを見出しました。得られたシュウ酸は還元剤として利用可能であり、特に鉄鉱石から還元鉄を得る製鉄法において、コークスを還元剤とする現行法と比較して大幅なCO2排出量の低下が可能な次世代還元剤としての利用が期待されます。   本成果は 2025 年 4 月 23 日付で、科学誌Frontiers in Chemistryの「Renewable Chemistry」特集号に掲載されました。   図：二酸化炭素からの誘導体であるギ酸塩を用いたシュウ酸合成において、水酸化セシウムを添加すると収率が向上することを見出した。 【論文情報】 タイトル：Effect of alkali metal cations on dehydrogenative coupling of formate anions to oxalate 著者：Atsushi Tahara*, Aska Mori, Jun-ichiro Hayashi, Shinji Kudo *責任著者：東北大学学際科学フロンティア研究所 助教 田原淳士 掲載誌：Frontiers in Chemistry DOI：10.3389/fchem.2025.1588773 URL：https://doi.org/10.3389/fchem.2025.1588773 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/05/press20250516-01-co2.html  

次世代の形状記憶合金として期待されるCu-Al-Mn系形状記憶合金は、原料が安価で加工しやすく、良好な超弾性を発現することから、耐震用構造材料や医療用デバイスなど幅広い分野での応用が期待されています。近年、この合金を単結晶化すると大きな形状回復を示すことが報告されていましたが、そのメカニズムは明らかとなっていませんでした。   長崎大学大学院総合生産科学研究科の赤嶺大志准教授（前九州大学大学院総合理工学研究院 助教）と、九州大学大学院総合理工学府修士2年の高松凌氏（研究当時。現株式会社デンソー）、九州大学の西田稔名誉教授、東北大学学際科学フロンティア研究所の許勝助教、東北大学大学院工学研究科の大森俊洋教授、貝沼亮介教授、東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センターの二宮翔助教、西堀麻衣子教授、株式会社古河テクノマテリアル（神奈川県平塚市、花谷健社長）の喜瀬純男博士らの共同研究グループは、電子顕微鏡観察と放射光X線回折測定を通じて、単結晶Cu-Al-Mn合金では多段階のマルテンサイト変態（注4）が生じていることを明らかにしました。また、この多段階のマルテンサイト変態が進行すると、相変態に伴うエネルギー吸収量が増大することがわかりました。   本研究の成果は、相変態の制御を通じてCu-Al-Mn系形状記憶合金のエネルギー吸収性能を自在に制御できる可能性を示すもので、制振材料や耐震用の土木・建築用材料等への幅広い応用が期待されます。   この成果は、2025年4月15日（米国時間）に材料科学分野の専門誌Acta Materialia誌にオンライン公開されました。 図：透過電子顕微鏡による結晶構造変化の観察結果 【論文情報】 タイトル：Successive stress-induced phase transformations with large stress-strain hysteresis in single crystal Cu-Al-Mn shape memory alloys 著者：Hiroshi Akamine, Ryo Takamatsu, Sheng Xu, Toshihiro Omori, Ryosuke Kainuma, Sumio Kise, Kakeru Ninomiya, Maiko Nishibori, Minoru Nishida 掲載誌：Acta Materialia DOI: 10.1016/j.actamat.2025.121054 URL: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121054 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/05/press20250516-02-metal.html 東北大学大学院工学研究科 https://www.eng.tohoku.ac.jp/news/detail-,-id,3213.html 東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター https://www.sris.tohoku.ac.jp/research/detail---id-194.html