慶應義塾研究者情報データベース

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2009年09月

  -

  2023年03月

  名古屋大学 理学(系)研究科(研究院), 助教

• 2023年04月

  -

  継続中

  慶應義塾大学, 理工学部 生命情報学科, 専任講師（有期）

学歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 1998年04月

  -

  2002年03月

  国際基督教大学, 教養学部, 理学科

• 2004年04月

  -

  2008年12月

  奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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• ライフサイエンス / 神経科学一般

研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

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• 包括脳ネットワーク

著書 【 表示 ／ 非表示 】

著書 【 表示 ／ 非表示 】

• Optogenetics in Caenorhabditis elegans

  Y Tsukada, I Mori, Springer, 2021年

  , 査読有り

• "個体行動の定量生物学" 定量生物学 小林 徹也 編

  塚田祐基, 化学同人, 2018年

• "細胞運動の定量生物学" 定量生物学 小林 徹也 編

  高木 拓明, 塚田 祐基, 化学同人, 2018年

• "ImageJではじめる生物画像解析"

  三浦 耕太, 塚田 祐基, 学研メディカル秀潤社, 2016年

• "Behavioral Analysis in Caenorhabditis elegans" Methods in Neuroethological Research

  Tsukada, Y, Mori, I, Springer, 2013年

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• cGMP dynamics that underlies thermosensation in temperature-sensing neuron regulates thermotaxis behavior in C. elegans

  I Aok, M Shiota, Y Tsukada, S Nakano, I Mori

  PLOS ONE （PLoS ONE）  17 （ 12 ） e0278343 2022年12月

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  Living organisms including bacteria, plants and animals sense ambient temperature so that they can avoid noxious temperature or adapt to new environmental temperature. A nematode C. elegans can sense innocuous temperature, and navigate themselves towards memorize past cultivation temperature (Tc) of their preference. For this thermotaxis, AFD thermosensory neuron is pivotal, which stereotypically responds to warming by increasing intracellular Ca2+ level in a manner dependent on the remembered past Tc. We aimed to reveal how AFD encodes the information of temperature into neural activities. cGMP synthesis in AFD is crucial for thermosensation in AFD and thermotaxis behavior. Here we characterized the dynamic change of cGMP level in AFD by imaging animals expressing a fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based cGMP probe specifically in AFD and found that cGMP dynamically responded to both warming and cooling in a manner dependent on past Tc. Moreover, we characterized mutant animals that lack guanylyl cyclases (GCYs) or phosphodiesterases (PDEs), which synthesize and hydrolyze cGMP, respectively, and uncovered how GCYs and PDEs contribute to cGMP and Ca2+ dynamics in AFD and to thermotaxis behavior.

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• Genetic screens identified dual roles of microtubule-associated serine threonine kinase and CREB within a single thermosensory neuron in the regulation of Caenorhabditis elegans thermotaxis behavior

  S Nakano, A Nakayama, H Kuroyanagi, R Yamashiro, Y Tsukada, I Mori

  G3 Genes|Genomes|Genetics （G3: Genes, Genomes, Genetics）  12 （ 11 ）  2022年11月

  査読有り

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  Animals integrate sensory stimuli presented at the past and present, assess the changes in their surroundings and navigate themselves toward preferred environment. Identifying the neural mechanisms of such sensory integration is pivotal to understand how the nervous system generates perception and behavior. Previous studies on thermotaxis behavior of Caenorhabditis elegans suggested that a single thermosensory neuron AFD plays an important role in integrating the past and present temperature information and is essential for the neural computation that drives the animal toward the preferred temperature region. However, the molecular mechanisms by which AFD executes this neural function remained elusive. Here we report multiple forward genetic screens to identify genes required for thermotaxis. We reveal that kin-4, which encodes the C. elegans homolog of microtubule-associated serine threonine kinase, plays dual roles in thermotaxis and can promote both cryophilic and thermophilic drives. We also uncover that a thermophilic defect of mutants for mec-2, which encodes a C. elegans homolog of stomatin, can be suppressed by a loss-of-function mutation in the gene crh-1, encoding a C. elegans homolog CREB transcription factor. Expression of crh-1 in AFD restored the crh-1-dependent suppression of the mec-2 thermotaxis phenotype, indicating that crh-1 can function in AFD to regulate thermotaxis. Calcium imaging analysis from freely moving animals suggest that mec-2 and crh-1 regulate the neuronal activity of the AIY interneuron, a postsynaptic partner of the AFD neuron. Our results suggest that a stomatin family protein can control the dynamics of neural circuitry through the CREB-dependent transcriptional regulation within a sensory neuron.

  • Access to Document (DOI)

• Age‐dependent changes in response property and morphology of a thermosensory neuron and thermotaxis behavior in Caenorhabditis elegans

  TT Huang, HJ Matsuyama, Y Tsukada, A Singhvi, RT Syu, Y Lu, ...

  Aging cell 19 (5), e13146 （Wiley）  19 （ 5 ）  2020年05月

  査読有り,  ISSN  1474-9718

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• Presynaptic MAST kinase controls opposing postsynaptic responses to convey stimulus valence in Caenorhabditis elegans

  S Nakano, M Ikeda, Y Tsukada, X Fei, T Suzuki, Y Niino, R Ahluwalia, ...

  Proceedings of the National Academy of Sciences 117 (3), 1638-1647 117 （ 3 ） 1638 - 1647 2020年01月

  査読有り

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  Presynaptic plasticity is known to modulate the strength of synaptic transmission. However, it remains unknown whether regulation in presynaptic neurons can evoke excitatory and inhibitory postsynaptic responses. We report here that the Caenorhabditis elegans homologs of MAST kinase, Stomatin, and Diacylglycerol kinase act in a thermosensory neuron to elicit in its postsynaptic neuron an excitatory or inhibitory response that correlates with the valence of thermal stimuli. By monitoring neural activity of the valence-coding interneuron in freely behaving animals, we show that the alteration between excitatory and inhibitory responses of the interneuron is mediated by controlling the balance of two opposing signals released from the presynaptic neuron. These alternative transmissions further generate opposing behavioral outputs necessary for the navigation on thermal gradients. Our findings suggest that valence-encoding interneuronal activity is determined by a presynaptic mechanism whereby MAST kinase, Stomatin, and Diacylglycerol kinase influence presynaptic outputs.

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• A behavior-based drug screening system using a Caenorhabditis elegans model of motor neuron disease

  Ikenaka K, Tsukada Y, Giles AC, Arai T, Nakadera Y, Nakano S, Kawai K, Mochizuki H, Katsuno M, Sobue G, Mori I

  Scientific Reports 9 （ 1 ） 10104 2019年07月

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総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

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• ImageJ定量階梯(第4回)簡単な画像処理とその応用(色符号化,マスク,鮮鋭化)

  塚田 祐基

  細胞工学 （学研メディカル秀潤社 ; 1982-）  33 （ 3 ） 337 - 342 2014年

  ISSN  0287-3796

• ImageJ定量階梯(第8回)形態の定量・形状の検出(静止画像)

  塚田 祐基

  細胞工学 （学研メディカル秀潤社 ; 1982-）  33 （ 7 ） 778 - 783 2014年

  ISSN  0287-3796

• Japanese studies on neural circuits and behavior of Caenorhabditis elegans

  H Sasakura, Y Tsukada, S Takagi, I Mori

  Frontiers in neural circuits 7, 187 （FRONTIERS MEDIA SA）  7 （ 187 ） doi: 10.3389/fncir.2013.00187 2013年11月

  ISSN  1662-5110

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  The nematode Caenorhabditis elegans is an ideal organism for studying neural plasticity and animal behaviors. A total of 302 neurons of a C. elegans hermaphrodite have been classified into 118 neuronal groups. This simple neural circuit provides a solid basis for understanding the mechanisms of the brains of higher animals, including humans. Recent studies that employ modern imaging and manipulation techniques enable researchers to study the dynamic properties of nervous systems with great precision. Behavioral and molecular genetic analyses of this tiny animal have contributed greatly to the advancement of neural circuit research. Here, we will review the recent studies on the neural circuits of C. elegans that have been conducted in Japan. Several laboratories have established unique and clever methods to study the underlying neuronal substrates of behavioral regulation in C. elegans. The technological advances applied to studies of C. elegans have allowed new approaches for the studies of complex neural systems. Through reviewing the studies on the neuronal circuits of C. elegans in Japan, we will analyze and discuss the directions of neural circuit studies.

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• システム神経科学スプリングスクール2013開催報告

  中江 健, 本田 直樹, 浦久保 秀俊, 山尾 将隆, 塚田 祐基, 石井 信

  日本神経回路学会誌 = The Brain & neural networks （日本神経回路学会）  20 （ 2 ） 84 - 87 2013年06月

  ISSN  1340-766X

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• Feedback regulation of microscopes by image processing

  Y Tsukada, K Hashimoto

  Development, growth & differentiation 55 (4), 550-562 55 （ 4 ） 550 - 562 2013年05月

  ISSN  0012-1592

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  Computational microscope systems are becoming a major part of imaging biological phenomena, and the development of such systems requires the design of automated regulation of microscopes. An important aspect of automated regulation is feedback regulation, which is the focus of this review. As modern microscope systems become more complex, often with many independent components that must work together, computer control is inevitable since the exact orchestration of parameters and timings for these multiple components is critical to acquire proper images. A number of techniques have been developed for biological imaging to accomplish this. Here, we summarize the basics of computational microscopy for the purpose of building automatically regulated microscopes focus on feedback regulation by image processing. These techniques allow high throughput data acquisition while monitoring both short- and long-term dynamic phenomena, which cannot be achieved without an automated system. Development, Growth &amp
  Differentiation © 2013 Japanese Society of Developmental Biologists.

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

• 動物の探索行動に対する情報物理学

  2022年04月

  -

  2024年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型), 塚田 祐基, 新学術領域研究(研究領域提案型), 研究代表者

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  線虫は温度勾配上に置かれると、それまでに餌を得ていた温度へ向かって探索しながら移動する（温度走性）。このときトラッキングシステムで温度勾配上を探索している個体の行動を計測すると同時に、蛍光画像で非侵襲に特定の神経活動を計測する。
  計測には申請者が開発したトラッキング顕微鏡システムを用い、行動中の線虫を自動的に顕微鏡視野内に捕捉し、神経活動と行動の同時計測を行う。これらのデータを情報量と神経活動の情報伝達に注目して定量的に解析する。また探索行動戦略について数理モデルを構築し、シミュレーション解析を行う。さらにシミュレーション予測に基づいて光遺伝学を用いた検証実験を行う。

• 神経情報伝達におけるシナプス数と位置の役割

  2020年04月

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  2023年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 塚田 祐基, 基盤研究(C), 研究代表者

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  本研究では、神経回路に対して光を用いたマイクロ-ナノメートル単位の時空間操作を行い、その影響を神経活動と個体行動の計測として定量することで、神経回路の構造が回路全体の機能においてもつ役割の理解を進めることを目的とする。この目的達成のため、本年度は主に以下の項目について進捗があった。異所局在の解消、インテグラントの作成、蛍光3色イメージングの実現、パルスを用いた光毒性の軽減、AIY介在神 経細胞の応答ばらつき解消。まず異所局在の解消については、光遺伝学によるシナプスレベルの神経活動制御に対してminiSOGを用いた方法を進めているが、miniSOGを標的神経細胞へ発現させる際、シナプスへの局在と共に、細胞体のERらしき場所にも発現する問題があった。そのためER移行シグナルを付加させたタンパク質を新たに作成し、標的神経細胞のプロモーターと共に導入したところ、この異所局在が解消された。これにより光によるERへの不必要なダメージが低減されることが期待できる。これらのタンパク質を発現した線虫系統は、染色体外に導入遺伝子を保持するものであったため、ゲノムに挿入させたインテグラント系統の作成することで、遺伝子発現の安定化と系統のばらつき抑制を実現した。さらにこれまでGCaMPとRCaMPで神経活動を計測していた線虫系統に、633nmの長波長で励起される蛍光タンパクを導入し、シナプスをラベルした。この3色イメージングにより、シナプス位置を計測しながらレーザー手術を行うことが実現できた。また、連続光ではなくパルス光を使うことによる光毒性の低減、さらには実験操作の工夫により、ばらつきの多かったAIY介在神経細胞の応答を均一化することに成功した。

• 少数細胞の分裂異常が個体機能を喪失させる原理の解明

  2019年10月

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  2024年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)), 上原 亮太, 塚田 祐基, 松尾 和哉, 塚田 祐基, 松尾 和哉, 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B)), 研究分担者

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  本研究では、生体内で起こる少数細胞の分裂制御エラーが、個体発生や機能に及ぼす影響を定量的に明らかにして、細胞分裂異常に起因する病態形成のメカニズムを理解することを目的としている。2020年度は、前年度に作成に成功した光応答性CenpE阻害剤をゼブラフィッシュ初期胚に導入し、同化合物を用いた生体局所分裂障害の導入の実現性を明らかにすることを主な目標とした。化合物が水溶性に比較的乏しいため、投薬条件の特定に、当初予定以上に多くの検証を要した。しかし、最終的に最適処理条件を見出すことに成功し、受精直後からの投薬によって、受精後３時間程度の発生胚から再現性よく、照射光波長依存的に細胞分裂期の染色体運動をon/off制御することに成功した（固定胚を用いた蛍光抗体法および、蛍光ヒストン安定発現系統を用いた生細胞観察により確認した）。さらに、異なる光照射条件下で、同化合物処理胚の発生、生存性を追跡したところ、CenpE活性を阻害する光照射条件下（可視光照射）では、受精後１０時間前後で重篤な発生障害をともなってすべての胚が死滅するのに対し、CenpE活性阻害を解除する照射条件下（UV光照射）においては、すべての胚が、無処理コントロールと差異なく正常な発生を行うことができることを見出した。このことから、同化合物を用いた分裂阻害が、CenpE阻害条件では生体機能を阻害するのに十分に高効率な分裂阻害能をもつ一方で、阻害解除条件では優れた低侵襲性を保っていることが明らかになった。一方で、より多様な細胞分裂の空間制御を実現するために、光学異性化特性の異なる数種の分裂期モータータンパク質の光応答性阻害剤の作成に着手し、そのうちの一部について、培養細胞モデルにおいて、高い時空間分解能で細胞分裂進行をon/off制御できることを見出した。

• 染色体倍加に伴う慢性的な中心体異常の発生原理と細胞不均一性への寄与

  2019年04月

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  2022年03月

  日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(B), 上原 亮太, 塚田 祐基, 塚田 祐基, 基盤研究(B), 研究分担者

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  本研究では、申請者が最近発見したヒト体細胞における染色体倍加現象に伴う中心体の増大、機能亢進および複製亢進現象の発生原理と、それらが細胞形質変化に及ぼす影響を理解することを目的としている。2019年度はまず、染色体倍加細胞で見られる中心体増大の実態を理解するために、種々の染色体マーカーや微小管形成能評価アッセイを用いて、染色体倍加に伴い、細胞分裂期の中心体に具体的にどのような変化が起こっているかを調べた。ヒト大腸がん由来HCT116細胞の二倍体コントロールおよび染色体倍加細胞株の比較によって、染色体倍加に伴い中心体周辺物質の主要構成因子の中心体への集積がいずれも有意に増大し、微小管重合能も倍増していることを定量的に突き止めた。さらに、染色体倍加細胞における中心体増大の生理・病理的意義を検証するために、人為的に中心体増大現象を抑制することができる染色体倍加HCT116細胞株の確立を試みた。具体的には、中心体周辺物質の集積の足場を提供する中心体構成遺伝子の発現量を、オーキシンデグロンシステムでコンディショナルに半減できる細胞株を作成し、実際にオーキシン添加によって染色体倍加細胞における中心体サイズ、中心体周辺物質の集積、微小管形成能を、二倍体レベルにまで低減させることに成功した。興味深いことに、この人為的に中心体増大を抑制した染色体倍加細胞では、著しい細胞増殖能の低下が見られた。さらにライブイメージング解析により、この中心体増大抑制細胞株では、細胞死の頻度が増加し、他の細胞分裂擾乱処理への感受性が著しく増加することを見出した。このことから、新奇中心体増大現象は、染色体倍加細胞において、その生存性や増殖の堅牢性を担保する役割を果たす可能性が示唆された。

• 複数のカメラを用いた顕微鏡オートフォーカスアルゴリズムの開発

  2017年04月

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  2018年03月

  公益財団法人堀科学芸術振興財団, 第2部研究助成, 塚田祐基, 研究代表者

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知的財産権等 【 表示 ／ 非表示 】

知的財産権等 【 表示 ／ 非表示 】

• Composition for maintenance and/or improvement of memory/learning ability, and food, medicine and feed each containing said composition

  公開日： US Patent App. 17/628,744   

  特許権, 共同

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 生命情報特別講義第２

  2024年度

• 生命情報輪講

  2024年度

• 自然科学実験

  2024年度

• 現代生物学概論

  2024年度

• 細胞生物学第３

  2024年度

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