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伊藤 浩史(いとう ひろし) データ更新日:2019.06.07

准教授 /  芸術工学研究院 デザイン人間科学部門 モデリング・最適化


主な研究テーマ
シアノバクテリア概日リズムの生理学
キーワード:生物リズム、同期現象、シアノバクテリア
2011.10~2014.04.
研究業績
主要著書
主要原著論文
1. Takuma Sugi, Hiroshi Ito, Masaki Nishimura, Ken H. Nagai, C. elegans collectively forms dynamical networks, Nature communications, 10.1038/s41467-019-08537-y, 10, 1, 2019.01, [URL], Understanding physical rules underlying collective motions requires perturbation of controllable parameters in self-propelled particles. However, controlling parameters in animals is generally not easy, which makes collective behaviours of animals elusive. Here, we report an experimental system in which a conventional model animal, Caenorhabditis elegans, collectively forms dynamical networks of bundle-shaped aggregates. We investigate the dependence of our experimental system on various extrinsic parameters (material of substrate, ambient humidity and density of worms). Taking advantage of well-established C. elegans genetics, we also control intrinsic parameters (genetically determined motility) by mutations and by forced neural activation via optogenetics. Furthermore, we develop a minimal agent-based model that reproduces the dynamical network formation and its dependence on the parameters, suggesting that the key factors are alignment of worms after collision and smooth turning. Our findings imply that the concepts of active matter physics may help us to understand biological functions of animal groups..
2. Murayama Y, Kori H, Oshima C, Kondo T, Iwasaki H, Ito H, Low temperature nullifies the circadian clock in cyanobacteria through Hopf bifurcation, Proceedings of National Academy of Sciences, 114, 5641-5646, 2017.05, Cold temperatures lead to nullification of circadian rhythms in many organisms. Two typical scenarios explain the disappearance of rhythmicity: the first is oscillation death, which is the transition from self-sustained oscillation to damped oscillation that occurs at a critical temperature. The second scenario is oscillation arrest, in which oscillation terminates at a certain phase. In the field of nonlinear dynamics, these mechanisms are called the Hopf bifurcation and the saddle-node on an invariant circle bifurcation, respectively. Although these mechanisms lead to distinct dynamical properties near the critical temperature, it is unclear to which scenario the circadian clock belongs. Here we reduced the temperature to dampen the reconstituted circadian rhythm of phosphorylation of the recombinant cyanobacterial clock protein KaiC. The data led us to conclude that Hopf bifurcation occurred at ∼19 °C. Below this critical temperature, the self-sustained rhythms of KaiC phosphorylation transformed to damped oscillations, which are predicted by the Hopf bifurcation theory. Moreover, we detected resonant oscillations below the critical temperature when temperature was periodically varied, which was reproduced by numerical simulations. Our findings suggest that the transition to a damped oscillation through Hopf bifurcation contributes to maintaining the circadian rhythm of cyanobacteria through resonance at cold temperatures..
3. Shingo Gibo, Hiroshi Ito, Discrete and ultradiscrete models for biological rhythms comprising a simple negative feedback loop, Journal of Theoretical Biology, 2015.05.
4. Yuuki Kawasaki, Hiroshi Ito*(corresponding author), Hisashi Kajimura, Equilibrium frequency of endosymbionts in multiple infections based on the balance between vertical transmission and cytoplasmic incompatibility, PLoS ONE, 10.1371/journal.pone.0094900, 9, e94900, 2014.04.
5. Nakajima M*, Ito H*, Kondo T.(*Equally contributed), In vitro regulation of circadian phosphorylation rhythm of cyanobacterial clock protein KaiC by KaiA and KaiB , FEBS Letters, 10.1016/j.febslet.2010.01.016, 584, 898-902 , , 2010.01.
6. Ito H*, Mutsuda M, Murayama Y, Tomita J, Hosokawa N, Terauchi K, Sugita C, Sugita M, Kondo T, Iwasaki H*. (*Equally contributed), Cyanobacterial daily life with Kai-based circadian and diurnal genome-wide transcriptional control in Synechococcus elongatus., Proceedings of National Academy of Sciences , 10.1073/pnas.0902587106, 106 (2009), 14168-14173, 2011.07.
7. Ito H, Kageyama H, Mutsuda M, Nakajima M, Oyama T, Kondo T., Autonomous synchronization of the circadian KaiC phosphorylation rhythm, Nature Structural and Molecular Biology, 10.1038/nsmb1312, 14, 1084-1088, 2007.11, [URL].
8. Yoshida T*, Murayama Y*, Ito H*, Kageyama H, Kondo T. (*Equally contributed), Non-parametric entrainment of the in vitro circadian phosphorylation rhythm of cyanobacterial KaiC by temperature cycle
, Proceedings of National Academy of Sciences, 10.1073/pnas.0806741106, 106, 1648-1653, 2009.01.
主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等
1. 伊藤浩史、郡宏, 生物リズムの生まれ方:数学的視点から

, 2011.12, [URL].
主要学会発表等
1. 伊藤浩史, 概日リズムと温度に関する理論的研究または落ちこぼれの時間生物学, 時間生物学会, 2018.10.
2. 伊藤浩史, Exposing light, temperature and electric stimulations to squid’s ultradian rhythm, 九州山口沖縄リズム研究会6, 2017.04.
3. 伊藤浩史, Chronobiology based on amplitude, 時間生物学会, 2018.10.
4. 伊藤浩史, Enhancement of circadian amplitude via resonance

, circadian clock of cyanobacteria during 1991-2017, 2017.03.
5. 伊藤浩史, Circadian rhythms under low temperature conditions, 時間生物学会, 2016.11.
6. 伊東晋、伊藤浩史, シアノバクテリア概日リズムダークパルスに対する頑健性, 時間生物学会, 2016.11.
7. 伊藤浩史, ケンサキイカ色素胞収縮リズムの温度依存性, 頭足類学を紡ぐ, 2015.08.
8. 伊藤浩史, 生物リズムの制御:光・温度・電気, 九州山口リズム研究会第四回, 2015.03.
9. 伊藤浩史, 生物リズムと温度, 時間生物学会年会, 2014.11.
10. 上妻多紀子、伊藤 浩史, 植物の概日リズムに及ぼす環境温度の影響, 時間生物学会年会, 2014.11.
11. 大島 千明、伊藤 浩史, 低温下におけるシアノバクテリアの概日リズムの共鳴現象, 時間生物学会年会, 2014.11.
12. 伊東 晋、牧野雄一郎、伊藤 浩史, シアノバクテリア概日リズムに対する短いダークパルスが与える影響, 時間生物学会年会, 2014.11.
13. 儀保 伸吾 、伊藤 浩史, 差分法・超離散法による体内時計のモデル化, 時間生物学会年会, 2014.11.
14. 伊藤浩史, ケンサキイカ色素胞から探るリズムと温度の関係, 動物行動学会, 2014.11.
15. 伊藤浩史, ケンサキイカの色素胞収縮リズムの温度依存性
, 日本動物学会年会, 2014.09.
16. 伊藤浩史, Cyanobacterial circadian clock is nullified by low temperature through Hopf bifurcation, JSMB/SMB 2014, 2014.07.
17. 伊藤浩史, 生物リズムと温度, 九州山口リズム研究会第三回, 2014.03.
18. 伊藤浩史, Cyanobacterial circadian rhythms are nullified under low temperature conditions via Hopf bifurcation
, Q-bio winter, 2013.02.
19. 伊藤浩史, Cyanobacterial circadian rhythms are nullified under low temperature conditions via Hopf bifurcation
, AROB 2013, 2013.01.
20. 伊藤 浩史, 村山 依子, 郡 宏, 八木田和弘, 低温環境下の概日リズムの普遍性, 時間生物学会, 2012.09.
21. 伊藤 浩史, 村山 依子, 郡 宏, 八木田和弘, 低温環境下の概日リズムの普遍性, 時間生物学会, 2012.09.
22. 伊藤浩史, 縮約の思想と生物学, 定量生物の会第四回年会, 2012.01, 第三回年会に引き続き、カピカピの理論研究者と、乾ききりたくない実験研究者の問答形式によって、理論研究者の生命現象に対する経験、知識、ものの見方についてお伝えします。そのようなものが果たして生物学の実験研究の役に立つのか? これを考えるためにも、まずは共有することから始めたいと思います。
 今回は生物のリズム現象に話題を絞ります。例えば、毎日の寝起きのリズムを作る概日時計や、体節の節構造を作るときに現れる遺伝子発現のリズムなどが良い例です。さて、リズムという現象をどのように研究していけばいいのでしょうか?
 一つは、解像度をできる限りあげて、リズムを生み出す分子メカニズムを明らかにするという立場があります。ここ10年ほどは分子生物学のツールの発展に伴ってこのアプローチは成功し、リズムの生成に関係する分子をたくさん同定しました。この結果わかってきたことの1つは、分子の種類や、分子のネットワークはリズムごとに異なっていて、必ずしも共通性があるわけではないということです。
 一方、理論研究者の持つ「縮約」という思想は、「むしろ解像度を下げて現象を観察せよ」という教えです。逆説的ですが、逆に見えていなかった共通性が見えてくることがあります。そして様々な現象を見通しよく理解する助けになることがあります。このチュートリアルでは、神経発火や概日リズムを具体例に、理論研究者が縮約の視点からどのように現象と向き合っているのかを解説します。また、理論的視点から取り組んだ実験研究についても紹介します。.
学会活動
所属学会名
日本時間生物学会
学協会役員等への就任
2010.04~2015.03, 日本時間生物学会, 評議員.
学会大会・会議・シンポジウム等における役割
2014.11.08~2014.11.09, 時間生物学会, 座長(Chairmanship).
2012.11.24~2012.11.25, 時間生物学会, 座長(Chairmanship).
2017.04.07~2017.04.09, 九州山口リズム研究会6, 世話人.
2016.04.09~2016.04.09, 九州山口リズム研究会5, 世話人.
2015.03.07~2015.03.08, 九州山口リズム研究会4, 世話人.
2014.11.07~2014.11.09, 時間生物学会年会, シンポジウム世話人.
2014.03.14~2013.03.15, 九州山口リズム研究会3, 世話人.
2013.03.16~2013.03.18, 九州山口リズム研究会2, 世話人.
2012.03.02~2012.03.02, 九州山口リズム研究会, 世話人.
2011.08.06~2011.08.07, 生物リズム若手研究者の集い2011, 世話人.
2010.08.07~2010.08.08, 生物リズム夏の学校, 世話人.
学術論文等の審査
年度 外国語雑誌査読論文数 日本語雑誌査読論文数 国際会議録査読論文数 国内会議録査読論文数 合計
2016年度    
2015年度      
2014年度      
2013年度    
2012年度    
その他の研究活動
海外渡航状況, 海外での教育研究歴
Universite de Grenoble Alps, France, 2018.07~2018.07.
Universite de Grenoble Alps, France, 2018.03~2018.03.
Universite de Grenoble Alps, France, 2017.08~2018.01.
ジョセフ・フーリエ大学, France, 2016.02~2016.03.
ジョセフ・フーリエ大学, France, 2015.08~2015.11.
受賞
日本時間生物学会学術奨励賞, 日本時間生物学会, 2018.10.
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2018年度~2022年度, 新学術領域研究, 代表, コントローラブルな生物リズム・パターンの創成.
2017年度~2018年度, 若手研究(B), 代表, ノイズ刺激による概日リズムの同期.
2014年度~2015年度, 挑戦的萌芽研究, 代表, 温度補償性を持つ生物リズムの探索.
2012年度~2013年度, 新学術領域研究, 代表, 試験管内概日リズム同期現象のモデル化.
2012年度~2013年度, 若手研究(B), 代表, 低温環境下の概日リズムの普遍的振る舞い.
2009年度~2011年度, 特別研究員奨励費, 代表, 明確な明暗サイクルの無い条件下での概日時計の同期.
2007年度~2008年度, 特別研究員奨励費, 代表, In Silico再構成による生化学振動子を中核とした生物時計の機能解析.
日本学術振興会への採択状況(科学研究費補助金以外)
2008年度~2011年度, 特別研究員, 代表, ノイズ.
寄附金の受入状況
2017年度, 柿原財団.
2014年度, 武田科学振興財団, 武田ライフサイエンス研究奨励.
2014年度, 稲盛財団研究助成金.
学内資金・基金等への採択状況
2017年度~2017年度, 芸術工学研究院教員海外派遣制度, 芸術工学研究院教員海外派遣.
2015年度~2016年度, 研究大学強化促進事業における 研究者短期招聘・派遣プログラム, 代表, シアノバクテリア1細胞の概日リズムの観察に関する国際共同研究の設立.
2015年度~2015年度, 教職員の海外派遣等支援, 代表, シアノバクテリア1細胞の概日リズムの観察に関する国際共同研究の設立.
2013年度~2013年度, 大型外部資金獲得のためのプロジェクト研究, 代表, 共鳴による概日リズムの振幅制御.

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