生命システム論

Biological Systems

990C103

03BIMEB501

久保　允人、北村　大介、小園　晴生、水田　龍信、小川　修平、中村　岳史、松島　綱治、伊川　友活、櫻井　雅之、昆　俊亮、上羽　悟史、寺島　裕也、波江野　洋、落合　淳志、後飯塚　僚

Ryo Goitsuka, Masato Kubo, Daisuke Kitamura, Haruo Kozono, Naoko Nakano, Ryusin Mizuta, Shuhei Ogawa, Takeshi Nakamura, Tomokatsu Ikawa, Masayuki Sakurai, Shunsuke Kon, Satoshi Ueha, Yuya Terashima, Hiroshi Haeno, Atsushi Ochiai

2023年度前期

2023 First Semester

水曜3限

Wednesday 3rd. Period

生命科学研究科　生命科学専攻

Department of Biological Sciences, Graduate School of Biological Sciences

2.0単位

講義

Lecture

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対面授業/On-site class　

生命体は外界からの刺激、情報に対して反応し、細胞分化、増殖、細胞死などの様々な素過程の連携およびその破綻なき恒常性を基盤として、組織や器官を維持・再生し、死に至る個体としての「生」と、子孫として引き継がれていく「生」の動的システムである。本講義では、生命システムの基礎を理解することができる。

Living organisms respond and influence on stimuli and information from the outside world, and cooperation of various elementary processes such as cell differentiation, proliferation, and cell death occur. Consequently, maintenance and regeneration of tissues and organs are continually occurred based on homeostatic regulation. There are systems as individual cells and dynamic systems that should be succeeded to next generations.
In this course, students can understand the basics of the life system.

本講義では、遺伝子、ゲノム、転写、そのエピジェネティックな制御、蛋白の構造および機能、細胞機能発現のためのシグナル伝達機構など、生命システムの基礎知識を理解する。また、生体恒常性の破綻によ起因する病態発現機構ならびに新しい治療戦略の開発などの基礎的かつ公汎な知識を滋養する。

本研究科のディプロマポリシー「生命科学分野における最先端の知識を体系的に理解し、それに基づいて生命科学諸分野の課題を論理的に掌握できる高度な専門知識」を実現する科目である。

In this course, students will understand the basic knowledge of life system such as gene, genome, transcription, the epigenetic control, structure and function of the protein, and signal transduction mechanism related to cell function. In addition, students will obtain basic and public knowledge such as the onset mechanisms of diseases caused by the dysregulation of homeostasis, and the development of new therapeutic strategies.

This is the subject that corresponds to the Diploma Policy "It is possible to understand the cutting-edge knowledge of the life sciences systematically, and possible to accumulate experiences about the various issues related to life sciences" in the Graduate School.

１）　ゲノムの修復と維持機構、遺伝子発現制御（ エピジェネティクスも含む）について、概説できる。
２）タンパク質の基本構造と高次構造形成と、その機能との関連について概説できる。
３）細胞間コミュニケーションによって成立している動的システムの例として、造血系や免疫系の成立機構を概説できる。
４）システムの破綻に伴う病態発現機構ならびに新しい治療戦略の開発や臨床応用（ヒトゲノムと癌治療を１例として）について、概説できるようになる。

１）Students will be able to outline the repair and maintenance mechanism of the genome, and the gene expression control including epigenetics.
２）Students will be able to outline the basic structure and the high-order structure formation of a protein, and the association with the function.
３）Students can outline the established mechanism of the hematopoietic system and immune system, with taking the dynamic system as an example, which is established by the cell-to-cell communication.
４）Students will be able to outline the pathological expression mechanism associated with the collapse of the system and the development and clinical application of new therapeutic strategies “with taking the human genome and cancer treatment as examples”.

本科目を履修するにあたっては、生化学、分子遺伝学、細胞生物学、生物物理化学等に関連する知識を有していることが望ましい。　また、履修者には「準備学習・復習」に記載した事項を自らの意志で熱意を持って受講することを望む。

In taking this course, you would better to have basic knowledge about biochemistry, molecular genetics, cell biology, biophysical chemistry. Your active participation in the lecture, especially in the discussion, will be expected with your own preparation as well as review before and after the lecture.

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test／ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion

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毎回の講義の数日前に、講義で用いる教材ならびに関連する資料を、CLASSに掲示するので、その記載事項について、参考書の中の該当箇所を２時間程度かけて調べ、充分に理解した上で、講義に参加すること。
講義後は、講義内容の関連分野の図書や論文を参考に２時間程度復習し、各自の疑問の解決に努めること。

The content of lecture will be uploaded on the CLASS system before the lecture for your preparation and review.

80%: 各講師による小テスト、または、課題レポート。
20%: 講義での質問、議論など、授業に向かう姿勢、熱意。

To be evaluated by internal report or test (80%) and positiveness of participation in discussion (20%)

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

N

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

The followings are recommended to read.

Molecular Biology of the Cell (6th Edition), B. Alberts et al. （Garland Science）
　和訳：細胞の分子生物学（原著第5版）
Molecular Biology of the Gene (7th Edition), J.D. Watson et al. (Benjamin Cummings)
　和訳：ワトソン遺伝子の分子生物学（原著第6版）（東京電機大学出版局）
Janeway's Immunobiology (8th edition), K. Murphy (Garland Science)
　和訳：免疫生物学（原書第7版）」（南江堂）
Cellular and Molecular Immunology (8th edition), A.K. Abbas et al (Saunders)
　和訳：分子細胞免疫学（原著第7版）（エルゼビア・ジャパン）

1.遺伝子の構造と機能: 北村大介
ゲノムの中の遺伝子の構造とその機能を理解し、また主な遺伝子工学技術について理解する。
Structure and function of the gene: KITAMURA Daisuke
Students will understand the structure and function of genes in the genome and the major genetic engineering technology.

2. 遺伝子の組換え: 水田龍信
DNAの切断と修復による遺伝情報改編のメカニズムと、その生理的意義について理解する。
Gene recombination: MIZUTA Ryushin
Students will understand the mechanism of genetic information reorganization by cutting and repairing DNA. Further, Students will understand the physiological significance of that mechanism.

3. たんぱく質の高次構造と機能発現: 小園晴生
タンパク質が機能を発揮するためには高次構造が重要である。免疫系で発現するタンパク質の高次構造を中心に抗原認識の分子機構を理解する。
High dimensional structure and Function of Protein: KOZONO Haruo
Higher-order structure is essential for protein to exert the function. Students will understand the molecular mechanism of antigen recognition with focusing on higher-order structure of the protein to be expressed in the immune system.

4. 生命システム解析のための新しいイメージング技術: 中村岳史
分子から細胞、個体に至る生命システムをその複雑さのまま解析するためには最先端のイメージング技術（二光子励起顕微鏡、超解像顕微鏡、光シート顕微鏡など）が有効である。顕微鏡の基礎を把握した上で、これらのイメージング技術の概要を理解する。
New imaging technology for life system analysis: NAKANURA Takeshi
State-of-the-art imaging technology (two-photon excitation microscope, super-resolution microscope, FRET imaging, etc.) is effective for analyzing the life system from molecules to cells and whole animals. Students will be able to understand the fundamentals of the microscope and the outline of these imaging techniques.

5. 幹細胞システム: 後飯塚僚
造血幹細胞に代表される組織幹細胞は生体の恒常性を維持するために重要な細胞群である。幹細胞の発生、維持ならびに微小環境との関わりについて理解する。
Stem cell biology: GOISUKA Ryo
Tissue stem cells represented by hematopoietic stem cells are important groups of cells to maintain homeostasis of the living organism. Students will understand the development and maintenance of stem cells, and the relationship of stem cells and the microenvironment.

6. RNA塩基修飾による内在性遺伝子配列改造システムとその応用技術:櫻井雅之
DNAから転写されたRNAは通常A,G,C,Uの4塩基から成るが、生体内では、Aの脱アミノ化によるイノシン塩基を始めとした数々の塩基の酵素的化学修飾による改造を受けることで、適切な遺伝子発現が制御されている。この機構と近年の生命科学への応用技術を理解する。
Gene regulation and advanced techniques by RNA editing & modifications: SAKURAI Masayuki
RNA transcribed from DNA are known to be composed of four bases; A, G, C and U. However, RNA bases are further modified or edited enzymatically such as inosine produced by deamination of A. Students will understand the mechanisms of RNA editing & modifications known as “epitranscriptomics” and the recent applied techniques for the regulation of gene expression and the cure for diseases.

7.細胞の発生・分化とエピジェネティクス: 伊川友活
幹細胞が分化・成熟するためには、ゲノムDNAから必要なときに必要な情報を読み取る必要がある。このためにはDNAのメチル化やヒストンの修飾などによるエピジェネティック制御が欠かせない。細胞の維持や分化におけるエピジェネティック制御の分子機構を理解する。
Epigenetic control in developmental biology: IKAWA Tomokatsu”
In differentiation process of stem cells, epigenetic control is necessary switch to read necessary information on the genomic DNA. Students will understand the molecular mechanism of epigenetic regulation, including DNA methylation and histone modification, in cell maintenance and differentiation.

8. 免疫系の分化と成立: 中野直子
血球系幹細胞から機能の異なる免疫系細胞が分化し、系列決定が行われる分子機構を理解する。
Lineage determination and development of the immune system: NAKANO Naoko
Students need to understand the molecular mechanism, that is, immune system cells with different function differentiated from hematopoietic stem cells, and lineage decision is taken place.

9. 細胞競合と発がん: 昆俊亮
上皮細胞を起源とするがんの発生から伸展までを概説し、上皮細胞層にがん変異を有する細胞が少数産生されたときに生じる細胞競合現象について理解を深める。
Cell competition and carcinogenesis: KON Shunsuke
This class starts with general remarks on oncogenesis and tumor progression, and mainly deals with cell competition between normal and transformed epithelial cells.　

10. がん微小環境　落合淳志
「がん」とは「がん細胞」と「線維芽細胞」、「血管」、「炎症細胞」、「細胞外マトリックス」などにより構成される「がん組織」であり、がん微小環境の理解が新しい診断や治療法開発に関わることを理解する。
Cancer Microenvironment 　OCHIAI Atsushi
Cancer is a “Cancer tissue” that composed of cancer cells, fibroblasts, blood vessels inflammatory cells and their extracellular matrices. You will learn the importance of cancer microenvironment on understanding cancer biology and development of new diagnostics and therapeutics for cancer patients.

11. サイトカインと疾患・新しいアレルギーに対する考え方: 久保允人
サイトカインを起点とする疾患を理解するとともに、サイトカインを分子標的とした医療の現状とその問題点について理解する。アレルギー病態の分子機構について、治療も含めた最近の動向を紹介する。
Cytokines and disease; New insight in allergy: KUBO Masato
Students will understand the mechanism of diseases caused by the dysregulation of cytokines. Also, students will understand the current status of medical care with biologic targeting cytokine function. Moreover, students will understand the molecular basis of many allergic diseases.

12. サイトカイン・ケモカインによる炎症・免疫制御: 寺島裕也
ヒトにおける疾患のほとんど全ては、炎症・免疫疾患であり、その基盤には生体侵襲ストレスに対する炎症・免疫応答としての特異的白血球の組織浸潤がある。炎症・免疫反応のサイトカイン・ケモカインによる基本制御並びにこれらを標的とした疾患治療について理解する。
Regulation of inflammation and immunity by cytokines and chemokines:TERASHIMA Yuya
Most of the human diseases are inflammatory and immune diseases. Tissue infiltration of specific types of leukocytes underlies the inflammatory and immune responses to invasive stress. In this lecture, students will learn basic mechanisms of the inflammatory and immune responses regulated by cytokines and chemokines, and understand the bases for disease treatments which target cytokines and chemokines.

13. 獲得免疫応答とシグナル伝達：小川修平
抗原受容体や補助シグナル分子、サイトカインレセプターからシグナルが伝わる際、どのような分子が活性化され伝達されるのかを理解する。それぞれのシグナル伝達経路の活性化がT細胞やB細胞の活性化や機能発現にどのような役割を果たすのかを理解する。
Acquired immune response and signaling：OGAWA Syuuhei
Students will understand what molecule is activated and transmitted, when the signal is transmitted from antigen receptor, auxiliary signal molecule, and the cytokine receptor. Students will understand what kind of role the activation of each signaling pathway perform for the activation and expression function in T cells and B cells

14. 生命科学におけるデータサイエンスと数理モデリング： 波江野洋
計測技術の発展によって、DNA変異情報や遺伝子発現情報などについて大量のデータが取得できるようになってきた。がんを例に取り、データ解析の手順と手法を学び、がんの発生から診断に至る進化動態を理解し、非自己に対する防御機構としての免疫の働きに関する知識を習得する。
Data science and mathematical modeling in life sciences: HAENO Hiroshi
Large datasets about DNA mutations, gene expression, and so on have become easily available due to the development of measurement technology. In this lecture, students will learn how to analyze such big data, understand the evolutionary dynamics of tumor progression from initiation to diagnosis, and acquire basic knowledge about immunity as a defense mechanism against non-self organisms.

15. マクロファージ・樹状細胞の生体内ダイナミズム：上羽悟史
炎症・免疫反応の制御に中心的な役割を担うマクロファージおよび樹状細胞の起源と炎症部位への動員メカニズムを理解するとともに、炎症・免疫疾患の治療標的としての可能性を理解する。
Population dynamics of macrophages and dendritic cells in vivo: UEHA Satoshi
Macrophages and dendritic cells play a pivotal role in the regulation of inflammatory and immune responses. In this lecture, students learn the origin of macrophages and dendritic cells and mechanisms underlying their recruitment to the inflammatory site. Through this lecture, students will understand the potential of macrophages and dendritic cells as a therapeutic target of inflammatory and immune diseases.

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