脳を構成する細胞であるニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイトは神経幹細胞から産生されます。胎児発生期から生後脳・成体脳にいたるまで、神経幹細胞は脳内に存在し、ニューロンやグリア細胞を産生します。神経幹細胞の増殖・維持・細胞分化・休眠には厳密な制御機構が存在しています。当研究室では、特に遺伝子発現や細胞内シグナルのダイナミックな変動が、神経幹細胞の制御において担う役割を研究しています。特に、bHLH型転写因子の発現動態の変化が、神経幹細胞の自己複製と多分化能の維持に必須である役割について明らかにしてきました。この研究を契機に、遺伝子発現の光操作手法を取り入れ、新規技術開発も推進しています。

近年、光応答性の機能性タンパク質分子とそれらの遺伝子が多数同定され、遺伝子発現を含む、多くの細胞機能の光操作が可能になってきています。そのような光遺伝学と呼ばれる手法により、これまでの手法では不可能であったような時間的・空間的分解能にて、細胞や細胞集団の人為的な制御が可能になってきています。私たちは、青色や近赤外光によって制御可能な遺伝子発現制御システムの開発を行なっており、さまざまな遺伝子の発現の光操作を可能にする技術の開発を行なっています。また、産学連携研究も通じて、これらの光遺伝学技術を様々な生物学分野や基礎医学に拡張させるために、先端イメージングや光操作を可能にする光学技術・顕微鏡開発にも取り組んでいます。

従来、ニューロンの産生は発生期においてしか行われないと考えられていましたが、ヒトを含めた哺乳類の成体の脳においても神経幹細胞が存在し、海馬や嗅球という領域では、ニューロンの新生が一生涯続いている事が解ってきました。新生ニューロンが既存の神経回路に組み込まれる様式と、高次脳機能との関係について、研究を行なっています。