金井 昭夫 (カナイ アキオ)

Kanai, Akio

写真a

所属(所属キャンパス)

政策・メディア研究科 (湘南藤沢)

職名

教授

HP

外部リンク

プロフィール 【 表示 / 非表示

  • 略歴:1985年 早稲田大学教育学部 理学科生物学専修 卒業。87年 同大学院 理工学研究科 修士課程 物理学及び応用物理学専攻 修了。90年 東京大学大学院 薬学系研究科 博士課程 生命薬学専攻 修了。90年 米国国立衛生研究所 (米国NIH)博士訪問研究員、92年 東京都臨床医学総合研究所 研究員、96年 科学技術振興事業団 ERATOプロジェクト グループリーダー、技術参事を経て、2001年より慶應義塾大学 先端生命科学研究所 助教授。2006年 慶應義塾大学 先端生命科学研究所 教授 (同 環境情報学部 教授)。2022年より慶應義塾大学大学院 政策・メディア研究科 教授 (同 先端生命科学研究所 教授、同 環境情報学部 教授を兼任)。

教員からのメッセージ 【 表示 / 非表示

  • 研究紹介:
     我々は、生命情報科学と実験生物学を融合する形で、主にRNAの分子生物学、分子進化学に関連する研究を遂行してきました。代表的な研究としては機能性RNAの系統的な発見になります。例えば、実験的に集められたマウス完全長cDNAクローンの解析から、世界で初めて、哺乳類に長鎖ノンコーディングRNAが多量に存在することを示しました (Genome Research 2003、理化学研究所との共同研究)。その後、大腸菌の低分子RNA (BMC Genomics 2011)や、生きた化石生物と呼ばれるカブトエビからマイクロRNA (RNA 2015)の新しい分子種をゲノムレベルで見出し報告しています。また、人工合成した低分子RNAを用いれば大腸菌の増殖を抑制可能であることを報告しています (RNA Biology 2017)。さらに、ゲノム上を動く遺伝子として知られるグループIIイントロンの原核生物での進化を体系化しました (Frontiers in Microbiology 2022)。これらの新しい機能性RNAの研究と一部並行しながら、2006年から約10年をかけて、様々な形状で分断された転移RNA (tRNA)遺伝子やtRNA様の遺伝子の発見に貢献しました (Mol. Biol. Evol. 2008; PNAS. 2009; Nucleic Acids Res. 2011; Mol. Biol. Evol. 2016)。現在、世界で知られている様々な形状のtRNA遺伝子の約半分は我々が提唱したことになります。また、RNA分子の制御に関わる酵素群の性状やその分子進化についても報告してきました (RNA 2009; Nucleic Acids Res. 2011; Genome Biol. Evol. 2019)。最近では、CPRバクテリアと呼ばれる極小のバクテリアのリボソームが小型であることを報告し、その分子進化を議論しました (RNA 2022)。

    学部や大学院学生の教育について:
     RNA研究プロジェクトが目指すのは考えられる人材の創出です。これを学生時代にきちんと学ぶ必要があります。極端な言い方をすれば、実験技術は、正確に習得出来さえすれば、誰から学んでも問題ではありません。大切なのは、何を研究するのか、困った時にどうするか、どう展開していくのかということをきちんと考えられるようになることです。RNA研究グループ内では、学生の各々のテーマを通して、他のグループの大学院生ならば、私の大学院の授業である「先端分子細胞生物学」の演習を通して、このことに言及したいと思っています。すなわち、学生時代のテーマに縛られずに研究を展開していけるようにすることが重要であると判断しています。

総合紹介 【 表示 / 非表示

  • 遺伝情報の流れとしてDNA→RNA→蛋白質(セントラルドグマ)が提唱されたのは60年も前のことです。この考え方は基本軸として揺るがないでしょうが、1970-80年代における、逆転写酵素や酵素活性を有したRNA (リボザイム)の発見等で、その修正を要求されてきました。また、21世紀になってから極めて沢山のノンコーディングRNAが発見されたことで、セントラルドグマにおけるRNA分子そのものの働きが無視できない状況になってきました。本プロジェクトでは、遺伝子制御に関わる機能性RNAやRNA結合蛋白質およびRNA関連酵素に焦点をあて、RNAレベルで制御される新しいメカニズムの解明を目的とします。またこの研究を通して、遺伝情報制御および成立過程に関わる分子進化的な考察を行います。さらに、これらの知見を基盤として、生命の起源、進化、遺伝子制御について考察していきます。

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2022年04月
    -
    継続中

    慶應義塾大学大学院 政策・メディア研究科 教授, システム生物学専攻

  • 2006年04月
    -
    継続中

    慶應義塾大学 教授(環境情報学部・先端生命科学研究所)

  • 2001年04月
    -
    2006年03月

    慶應義塾大学 助教授 (有期)(環境情報学部・先端生命科学研究所)

  • 1996年04月
    -
    2001年03月

    科学技術振興事業団ERATOプロジェクト グループリーダー及び技術参事

  • 1992年11月
    -
    1996年03月

    (財)東京都臨床医学総合研究所, 研究員

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学歴 【 表示 / 非表示

  • 1987年04月
    -
    1990年03月

    東京大学, 薬学系研究科, 生命薬学専攻

    大学院, 修了, 博士

  • 1985年04月
    -
    1987年03月

    早稲田大学, 理工学研究科, 物理学及び応用物理学専攻

    大学院, 修了, 修士

  • 1981年04月
    -
    1985年03月

    早稲田大学, 教育学部, 生物学

    大学, 卒業

学位 【 表示 / 非表示

  • 薬学博士 , 東京大学, 課程, 1990年03月

    センチニクバエ抗菌蛋白ザルコトキシンIおよびII遺伝子ファミリーの構造と発現の解析

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ライフサイエンス / 分子生物学 (RNAの分子生物学)

  • ライフサイエンス / ゲノム生物学 (遺伝子の進化)

  • ライフサイエンス / 進化生物学 (分子進化学)

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • アーキア (古細菌)、バクテリア、RNAウイルス

  • システム生物学、合成生物学、ゲノム生物学

  • ノンコーディングRNA、転移RNA、リボソームRNA、RNA関連酵素

  • RNAプロセシング、前駆体tRNAスプライシング、RNA連結酵素、RNA分解酵素

  • 遺伝暗号、分子進化

研究テーマ 【 表示 / 非表示

  • (1) RNA-Binding Proteins & RNA-Related Enzymes, (2) Non-coding RNAs, (3) Origin of Life, (4) Molecular Evolution, (5) Microbiomes of Extreme Environments, (6) Systems Biology of Gene Regulation, (7) Evolution of RNA viruses, 

    2001年
    -
    継続中

 

著書 【 表示 / 非表示

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論文 【 表示 / 非表示

  • Identification of attenuators of transcriptional termination: implications for RNA regulation in Escherichia coli.

    Morita, T., Majdalani, N., Miura, M. C., Inose, R., Oshima, T., Tomita, M., Kanai, A., and Gottesman, S.

    mBio (The American Society for Microbiology (ASM))  2022年10月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

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    The regulatory function of many bacterial small RNAs (sRNAs) requires the binding of the RNA chaperone Hfq to the 3′ portion of the sRNA intrinsic terminator, and therefore sRNA signaling might be regulated by modulating its terminator. Here, using a multicopy screen developed with the terminator of sRNA SgrS, we identified an sRNA gene (cyaR) and three protein-coding genes (cspD, ygjH, and rof) that attenuate SgrS termination in Escherichia coli. Analyses of CyaR and YgjH, a putative tRNA binding protein, suggested that the CyaR activity was indirect and the effect of YgjH was moderate. Overproduction of the protein attenuators CspD and Rof resulted in more frequent readthrough at terminators of SgrS and two other sRNAs, and regulation by SgrS of target mRNAs was reduced. The effect of Rof, a known inhibitor of Rho, was mimicked by bicyclomycin or by a rho mutant, suggesting an unexpected role for Rho in sRNA termination. CspD, a member of the cold shock protein family, bound both terminated and readthrough transcripts, stabilizing them and attenuating termination. By RNA sequencing analysis of the CspD overexpression strain, we found global effects of CspD on gene expression across some termination sites. We further demonstrated effects of endogenous CspD under slow growth conditions where cspD is highly expressed. These findings provided evidence of changes in the efficiency of intrinsic termination, confirming this as an additional layer of the regulation of sRNA signaling.

  • Features of smaller ribosomes in Candidate Phyla Radiation (CPR) bacteria revealed with a molecular evolutionary analysis

    Megumi Tsurumaki, Motofumi Saito, Masaru Tomita, and Akio Kanai

    RNA (Cold Spring Harbor Laboratory Press)  28 ( 8 ) 1041 - 1057 2022年06月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 最終著者, 責任著者, 査読有り

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    The candidate phyla radiation (CPR) is a large bacterial group consisting mainly of uncultured lineages. They have small cells and small genomes, and they often lack ribosomal proteins uL1, bL9, and/or uL30, which are basically ubiquitous in non-CPR bacteria. Here, we comprehensively analyzed the genomic information on CPR bacteria and identified their unique properties. The distribution of protein lengths in CPR bacteria peaks at around 100-150 amino acids, whereas the position of the peak varies in the range of 100-300 amino acids in free-living non-CPR bacteria, and at around 100-200 amino acids in most symbiotic non-CPR bacteria. These results show that the proteins of CPR bacteria are smaller, on average, than those of free-living non-CPR bacteria, like those of symbiotic non-CPR bacteria. We found that ribosomal proteins bL28, uL29, bL32, and bL33 have been lost in CPR bacteria in a taxonomic lineage-specific manner. Moreover, the sequences of approximately half of all ribosomal proteins of CPR differ, in part, from those of non-CPR bacteria, with missing regions or specifically added regions. We also found that several regions in the 16S, 23S, and 5S rRNAs of CPR bacteria are lacking, which presumably caused the total predicted lengths of the three rRNAs of CPR bacteria to be smaller than those of non-CPR bacteria. The regions missing in the CPR ribosomal proteins and rRNAs are located near the surface of the ribosome, and some are close to one another. These observations suggest that ribosomes are smaller in CPR bacteria than those in free-living non-CPR bacteria, with simplified surface structures.

  • Distinct Expansion of Group II Introns During Evolution of Prokaryotes and Possible Factors Involved in Its Regulation

    Miura M.C., Nagata S., Tamaki S., Tomita M., Kanai A.

    Frontiers in Microbiology (Frontiers in Microbiology)  13   849080 2022年02月

    研究論文(学術雑誌), 最終著者, 責任著者, 査読有り

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    Group II introns (G2Is) are ribozymes that have retroelement characteristics in prokaryotes. Although G2Is are suggested to have been an important evolutionary factor in the prokaryote-to-eukaryote transition, comprehensive analyses of these introns among the tens of thousands of prokaryotic genomes currently available are still limited. Here, we developed a bioinformatic pipeline that systematically collects G2Is and applied it to prokaryotic genomes. We found that in bacteria, 25% (447 of 1,790) of the total representative genomes had an average of 5.3 G2Is, and in archaea, 9% (28 of 296) of the total representative genomes had an average of 3.0 G2Is. The greatest number of G2Is per genome was 101 in Arthrospira platensis (phylum Cyanobacteriota). A comprehensive sequence analysis of the intron-encoded protein (IEP) in each G2I sequence was conducted and resulted in the addition of three new IEP classes (U1–U3) to the previous classification. This analysis suggested that about 30% of all IEPs are non-canonical IEPs. The number of G2Is per genome was defined almost at the phylum level, and at least in the following two phyla, Firmicutes, and Cyanobacteriota, the type of IEP was largely associated as a factor in the G2I increase, i.e., there was an explosive increase in G2Is with bacterial C-type IEPs, mainly in the phylum Firmicutes, and in G2Is with CL-type IEPs, mainly in the phylum Cyanobacteriota. We also systematically analyzed the relationship between genomic signatures and the mechanism of these increases in G2Is. This is the first study to systematically characterize G2Is in the prokaryotic phylogenies.

  • Behavioral and brain-transcriptomic synchronization between the two opponents of a fighting pair of the fish Betta splendens

    Vu T.D., Iwasaki Y., Shigenobu S., Maruko A., Oshima K., Iioka E., Huang C.L., Abe T., Tamaki S., Lin Y.W., Chen C.K., Lu M.Y., Hojo M., Wang H.V., Tzeng S.F., Huang H.J., Kanai A., Gojobori T., Chiang T.Y., Sun H.S., Li W.H., Okada N.

    PLoS Genetics (PLoS Genetics)  16 ( 6 )  2020年06月

    研究論文(学術雑誌), 査読有り,  ISSN  15537390

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    Conspecific male animals fight for resources such as food and mating opportunities but typically stop fighting after assessing their relative fighting abilities to avoid serious injuries. Physiologically, how the fighting behavior is controlled remains unknown. Using the fighting fish Betta splendens, we studied behavioral and brain-transcriptomic changes during the fight between the two opponents. At the behavioral level, surface-breathing, and biting/striking occurred only during intervals between mouth-locking. Eventually, the behaviors of the two opponents became synchronized, with each pair showing a unique behavioral pattern. At the physiological level, we examined the expression patterns of 23,306 brain transcripts using RNA-sequencing data from brains of fighting pairs after a 20-min (D20) and a 60-min (D60) fight. The two opponents in each D60 fighting pair showed a strong gene expression correlation, whereas those in D20 fighting pairs showed a weak correlation. Moreover, each fighting pair in the D60 group showed pair-specific gene expression patterns in a grade of membership analysis (GoM) and were grouped as a pair in the heatmap clustering. The observed pair-specific individualization in brain-transcriptomic synchronization (PIBS) suggested that this synchronization provides a physiological basis for the behavioral synchronization. An analysis using the synchronized genes in fighting pairs of the D60 group found genes enriched for ion transport, synaptic function, and learning and memory. Brain-transcriptomic synchronization could be a general phenomenon and may provide a new cornerstone with which to investigate coordinating and sustaining social interactions between two interacting partners of vertebrates.

  • Large-Scale Molecular Evolutionary Analysis Uncovers a Variety of Polynucleotide Kinase Clp1 Family Proteins in the Three Domains of Life

    Saito M., Sato A., Nagata S., Tamaki S., Tomita M., Suzuki H., Kanai A.

    Genome Biology and Evolution (Genome Biology and Evolution)  11 ( 10 ) 2713 - 2726 2019年09月

    研究論文(学術雑誌), 最終著者, 責任著者, 査読有り

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    © 2019 The Author(s) 2019. Published by Oxford University Press on behalf of the Society for Molecular Biology and Evolution. Clp1, a polyribonucleotide 5′-hydroxyl kinase in eukaryotes, is involved in pretRNA splicing and mRNA 3′-end formation. Enzymes similar in amino acid sequence to Clp1, Nol9, and Grc3, are present in some eukaryotes and are involved in prerRNA processing. However, our knowledge of how these Clp1 family proteins evolved and diversified is limited. We conducted a large-scale molecular evolutionary analysis of the Clp1 family proteins in all living organisms for which protein sequences are available in public databases. The phylogenetic distribution and frequencies of the Clp1 family proteins were investigated in complete genomes of Bacteria, Archaea and Eukarya. In total, 3,557 Clp1 family proteins were detected in the three domains of life, Bacteria, Archaea, and Eukarya. Many were from Archaea and Eukarya, but a few were found in restricted, phylogenetically diverse bacterial species. The domain structures of the Clp1 family proteins also differed among the three domains of life. Although the proteins were, on average, 555 amino acids long (range, 196-2,728), 122 large proteins with >1,000 amino acids were detected in eukaryotes. These novel proteins contain the conserved Clp1 polynucleotide kinase domain and various other functional domains. Of these proteins, >80% were from Fungi or Protostomia. The polyribonucleotide kinase activity of Thermus scotoductus Clp1 (Ts-Clp1) was characterized experimentally. Ts-Clp1 preferentially phosphorylates single-stranded RNA oligonucleotides (Km value for ATP, 2.5 μM), or single-stranded DNA at higher enzyme concentrations. We propose a comprehensive assessment of the diversification of the Clp1 family proteins and the molecular evolution of their functional domains.

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KOARA(リポジトリ)収録論文等 【 表示 / 非表示

総説・解説等 【 表示 / 非表示

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競争的研究費の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 微生物生態系による原子炉内物体の腐食・変質に関する評価研究

    2019年10月
    -
    2020年12月

    文部科学省, 英知を結集した原子力科学技術・人材育成事業 国際協力型廃炉研究プログラム(廃炉加速化研究プログラム), 金井昭夫, 補助金,  研究代表者

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    高放射能環境でも一部の微生物は繁殖する。また、高放射能に繰り返し曝されることにより、放射能耐性を獲得する。福島第一原子力発電所(1F)事故では、定常的に微生物を含んだ地下水が流れ込んでおり、その内部に微生物群集が形作られている可能性が高い。このことから、1F敷地内外の地下水や放射能汚染水のメタゲノム解析により、それらの微生物群集の実態(生物種の群集構造と発現遺伝子プロファイル)を明らかにする。微生物群集の代謝反応経路を推定することにより、微生物生態系の原子炉内構造物に対する影響を調べ、微生物により燃料デブリや構造材(コンクリート、鉄材など)の腐食・変性が促進される可能性を検討する。それらを基に、微生物群集の制御に関する指針を提案するとともに、定常的な生物環境モニタリングのための拠点形成を進める。

  • 多様性を有するRNAキナーゼの進化情報解析とその情報に基づいた酵素機能の改変

    2017年04月
    -
    2020年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 金井 昭夫, 基盤研究(C), 補助金,  研究代表者

  • RNA鎖の連結に関与する酵素群の同定とその性状解析

    2010年04月
    -
    2012年03月

    日本学術振興会, 科研費 , 金井昭夫, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

受賞 【 表示 / 非表示

  • 「平成29年度『科研費』審査委員」表彰

    金井昭夫, 2017年09月, 独立行政法人 日本学術振興会

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    科学研究費助成事業の審査に関し、有意義な審査意見を付したことによる

 

担当授業科目 【 表示 / 非表示

  • 特別研究プロジェクトB

    2022年度

  • 研究会B

    2022年度

  • 修士研究会

    2022年度

  • 特別研究

    2022年度

  • 卒業プロジェクト2

    2022年度

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担当経験のある授業科目 【 表示 / 非表示

  • 先端分子細胞生物学

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    秋学期

  • 先端研究 (BI)

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    秋学期

  • ゲノム分子生物学2

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    秋学期

  • 概念構築 (BI)

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    春学期

  • ゲノム分子生物学1

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    春学期, 講義

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  • RNA Society, 

    1999年
    -
    継続中
  • American Association for the Advancement of Science (AAAS), 

    2001年
    -
    継続中
  • American Society for Microbiology (ASM)

     
  • 日本RNA学会 (2021年度 年会長), 

    2012年04月
    -
    継続中
  • 日本分子生物学会, 

    1990年
    -
    継続中

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委員歴 【 表示 / 非表示

  • 2020年05月
    -
    継続中

    山口大学大学院医学系研究科・客員教授

  • 2010年10月
    -
    継続中

    Frontiers in Genetics (RNA), Editorial Board – Associate Editor

  • 2010年08月
    -
    継続中

    PLOS ONE, Editorial Board - Academic Editor

  • 2010年06月
    -
    継続中

    Frontiers in Microbiology (Virology), Editorial Board - Review Editor