加藤 尚志 (カトウ タカシ)

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所属

教育・総合科学学術院 教育学部

職名

教授

ホームページ

http://www.f.waseda.jp/tkato/index.html

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1982年

    早稲田大学   理工学研究科   物理学及応用物理学専攻  

  •  
    -
    1982年

    早稲田大学   理工学研究科   物理学及応用物理学専攻  

  •  
    -
    1980年

    早稲田大学   教育学部   理学科 生物学専修  

学位 【 表示 / 非表示

  • Waseda University   D.Sc.

  • 早稲田大学   博士(理学)

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2010年04月
    -
     

    静岡大学 大学院 客員教授

  • 2010年04月
    -
     

    独立行政法人 日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門 客員研究員

  • 2007年04月
    -
     

    早稲田大学 教育・総合科学学術院 教授   Faculty of Education and Integrated Arts and Sciences

  • 2006年04月
    -
     

    独立行政法人 日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門 研究嘱託

  • 2005年10月
    -
     

    〜2008年3月 慶応義塾大学 医学部 訪問教授

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    国際実験血液学会

  •  
     
     

    米国血液学会

  •  
     
     

    日本比較内分泌学会

  •  
     
     

    日本生化学会

  •  
     
     

    日本血液学会

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • 医療薬学

  • 生理学

  • 生物分子化学

  • 細胞生物学

  • 形態、構造

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 生体高分子、生体機能関連物質、分子生理学、細胞生理学、動物生理・化学、造血制御、蛋白質化学、造血因子/サイトカイン

論文 【 表示 / 非表示

  • Flow cytometric analysis of Xenopus laevis and X. tropicalis blood cells using acridine orange

       2018年11月

    DOI

  • Multiple origins of embryonic and tadpole myeloid cells in Xenopus laevis

    Yasutaka Imai, Keisuke Ishida, Maya Nemoto, Keisuke Nakata, Takashi Kato, Mitsugu Maeno

    CELL AND TISSUE RESEARCH   369 ( 2 ) 341 - 352  2017年08月  [査読有り]

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    Rabbit anti-serum against a myeloid-cell-specific peroxidase (Mpo) of Xenopus laevis was generated to identify myeloid cells in adult and larval animals. Smears of blood samples from adult hematopoietic organs were co-stained with Mpo and with XL-2, a mouse monoclonal antibody against a leukocyte common antigen. Lymphocytes found in the thymus and spleen were XL-2(+)Mpo(-) and granulocytes found in peripheral blood cells and the spleen were XL-2(+)Mpo(+), indicating that double-staining with these two antibodies allowed classification of the leukocyte lineages. Immunohistochemical analysis of larval organs showed that XL-2(+)Mpo(-) cells were scattered throughout the liver, whereas XL-2(+)Mpo(+) cells were present mainly in the cortex region. Interestingly, a cluster of XL-2(+)Mpo(+) cells was found in the region of the larval mesonephric rudiment. The ratio of XL-2(+)Mpo(+) cells to XL-2(+) cells in the mesonephric region was approximately 80%, which was much higher than that found in other hematopoietic organs. In order to elucidate the embryonic origin of the myeloid cells in the tadpole mesonephros, grafting experiments between X. laevis and X. borealis embryos were performed to trace the X. borealis cells as donor cells. Among the embryonic tissues examined, the tailbud tissue at the early neurula stage contributed greatly to the myeloid cluster in the mesonephric region at stage 48. Therefore, at least four independent origins of the myeloid cell population can be traced in the Xenopus embryo.

    DOI

  • An insight into the thermodynamic characteristics of human thrombopoietin complexation with TN1 antibody

    Shigeki Arai, Chie Shibazaki, Motoyasu Adachi, Eijiro Honjo, Taro Tamada, Yoshitake Maeda, Tomoyuki Tahara, Takashi Kato, Hiroshi Miyazaki, Michael Blaber, Ryota Kuroki

    PROTEIN SCIENCE   25 ( 10 ) 1786 - 1796  2016年10月  [査読有り]

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    Human thrombopoietin (hTPO) primarily stimulates megakaryocytopoiesis and platelet production and is neutralized by the mouse TN1 antibody. The thermodynamic characteristics of TN1 antibody-hTPO complexation were analyzed by isothermal titration calorimetry (ITC) using an antigen-binding fragment (Fab) derived from the TN1 antibody (TN1-Fab). To clarify the mechanism by which hTPO is recognized by TN1-Fab the conformation of free TN1-Fab was determined to a resolution of 2.0 angstrom using X-ray crystallography and compared with the hTPO-bound form of TN1-Fab determined by a previous study. This structural comparison revealed that the conformation of TN1-Fab does not substantially change after hTPO binding and a set of 15 water molecules is released from the antigen-binding site (paratope) of TN1-Fab upon hTPO complexation. Interestingly, the heat capacity change (Cp) measured by ITC (-1.52 +/- 0.05 kJmol(-1)K(-1)) differed significantly from calculations based upon the X-ray structure data of the hTPO-bound and unbound forms of TN1-Fab (-1.02 approximate to 0.25 kJmol(-1)K(-1)) suggesting that hTPO undergoes an induced-fit conformational change combined with significant desolvation upon TN1-Fab binding. The results shed light on the structural biology associated with neutralizing antibody recognition.

    DOI

  • An insight into the thermodynamic characteristics of human thrombopoietin complexation with TN1 antibody

    Shigeki Arai, Chie Shibazaki, Motoyasu Adachi, Eijiro Honjo, Taro Tamada, Yoshitake Maeda, Tomoyuki Tahara, Takashi Kato, Hiroshi Miyazaki, Michael Blaber, Ryota Kuroki

    PROTEIN SCIENCE   25 ( 10 ) 1786 - 1796  2016年10月  [査読有り]

     概要を見る

    Human thrombopoietin (hTPO) primarily stimulates megakaryocytopoiesis and platelet production and is neutralized by the mouse TN1 antibody. The thermodynamic characteristics of TN1 antibody-hTPO complexation were analyzed by isothermal titration calorimetry (ITC) using an antigen-binding fragment (Fab) derived from the TN1 antibody (TN1-Fab). To clarify the mechanism by which hTPO is recognized by TN1-Fab the conformation of free TN1-Fab was determined to a resolution of 2.0 angstrom using X-ray crystallography and compared with the hTPO-bound form of TN1-Fab determined by a previous study. This structural comparison revealed that the conformation of TN1-Fab does not substantially change after hTPO binding and a set of 15 water molecules is released from the antigen-binding site (paratope) of TN1-Fab upon hTPO complexation. Interestingly, the heat capacity change (Cp) measured by ITC (-1.52 +/- 0.05 kJmol(-1)K(-1)) differed significantly from calculations based upon the X-ray structure data of the hTPO-bound and unbound forms of TN1-Fab (-1.02 approximate to 0.25 kJmol(-1)K(-1)) suggesting that hTPO undergoes an induced-fit conformational change combined with significant desolvation upon TN1-Fab binding. The results shed light on the structural biology associated with neutralizing antibody recognition.

    DOI PubMed

  • Characterization of rabbit limbal epithelial side population cells using RNA sequencing and single-cell qRT-PCR

    Sumako Kameishi, Terumasa Umemoto, Yu Matsuzaki, Masako Fujita, Teruo Okano, Takashi Kato, Masayuki Yamato

    BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS   473 ( 3 ) 704 - 709  2016年05月  [査読有り]

     概要を見る

    Corneal epithelial stem cells reside in the limbus, a transitional zone between the cornea and conjunctiva, and are essential for maintaining homeostasis in the corneal epithelium. Although our previous studies demonstrated that rabbit limbal epithelial side population (SP) cells exhibit stem cell-like phenotypes with Hoechst 33342 staining, the different characteristics and/or populations of these cells remain unclear. Therefore, in this study, we determined the gene expression profiles of limbal epithelial SP cells by RNA sequencing using not only present public databases but also contigs that were created by de novo transcriptome assembly as references for mapping. Our transcriptome data indicated that limbal epithelial SP cells exhibited a stem cell-like phenotype compared with non-SP cells. Importantly, gene ontology analysis following RNA sequencing demonstrated that limbal epithelial SP cells exhibited significantly enhanced expression of mesenchymal/endothelial cell markers rather than epithelial cell markers. Furthermore, single-cell quantitative real-time reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) demonstrated that the limbal epithelial SP population consisted of at least two immature cell populations with endothelial- or mesenchymal-like phenotypes. Therefore, our present results may propose the presence of a novel population of corneal epithelial stem cells distinct from conventional epithelial stem cells. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 両生類の肝臓・脾臓・骨髄における造血幹細胞の分布と血球産生調節に関する研究

    研究期間:

    2020年04月
    -
    2023年03月
     

     概要を見る

    両生類のアフリカツメガエルやネッタイツメガエルの造血は肝臓,脾臓,骨髄が担う。各々の造血器には,全ての血球の源になる造血幹細胞(HSC)が存在する。各々の造血器から出現する血球種に偏りがあり,肝臓は赤血球,脾臓は栓球(哺乳類の血小板に相当),骨髄は白血球の産生が優勢である。本研究はHSCの局在や性質と,HSCを囲む組織環境を比較し,血球分化能の偏向性が生じる仕組みを明らかにす

  • 両生類の造血および血球形態・機能の低温応答に関する研究

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

     概要を見る

    5℃低温曝露後のアフリカツメガエルで観察される栓球減少症について,肝臓,脾臓,骨髄。肺,腎,血管の組織切片を作製し,アフリカツメガエル栓球特異的マウスモノクローナル抗体(T12)による免疫組織染色により栓球の臓器局在性を調べた。脾臓では低温曝露により3倍に栓球数が増加した。細胞のクリアランス(細胞代謝回転)にはマクロファージ貪食能が関与するが,蛍光ビーズ法では25℃と5℃との比較で有意な栓球貪食亢進は認めなかった。従って低温曝露における循環栓球数減少の機序は,細胞貪食亢進ではなく,栓球と血管内皮細胞との接着にあると結論した。常温/低温暴露後の栓球と,血管内皮細胞を模したXLgoos細胞(北里大学・伊藤道彦博士樹立)の各々について,第2年度終盤からLC-MS/MSによる網羅的蛋白質解析(プロテオミクス)に着手し,ジーンオントロジー(GO)と分子パスウエイを精査した。ツメガエル分子のアノテーション情報は不足しているため,ヒトオルソログ分子に変換後にGO解析し,細胞接着,カルシウムイオン(Ca2+)の流出入,細胞骨格変化に関わる経路を検出した。この結果は,低温刺激後の栓球の形態が紡錘型から球形に変化することを支持し,細胞内Ca2+濃度の上昇を伴う細胞構造関連分子群の変動を明らかにした。またin vitro共培養ではCa2+の添加/除去により,XLgoo細胞への栓球接着が促進/阻害されたため,栓球と血管内皮の接着はCa2+依存的であると考えられる。一方,低温曝露による赤血球数減少の機序は栓球とは異なること示唆されたため,栓球減少症の解析と同様にプロテオミクスで調べる準備を進めた。特に,赤血球膜と肝臓組織,特に類洞内皮との相互作用の変動を検出するための細胞膜分画試料の調製について検討した。赤血球膜については,ヘモグロビンなどのメジャーな細胞内蛋白質の除去と膜分画法の確立が重要である

  • 両生類で発見された新たな胚体起源に由来する骨髄球の性状と発生意義

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2019年03月
     

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    本研究では、アフリカツメガエル初期幼生の中腎原基に集積する骨髄球の胚体起源、性状解析を、主に免疫組織学的手法を用いておこなった。その結果、これらの細胞は、これまでに血球の由来としては報告のない、尾芽胚尾部に由来していることが明らかになった。次に、骨髄球に特異的に発現する遺伝子mpoのエンハンサーを同定し、骨髄球特異的にGFPを発現するカエル個体を作成した。これにより生細胞において骨髄球を可視化することに初めて成功した。また成体末梢血の白血球の分画化の方法を確立した。最後に、ツメガエル卵母細胞特異的な発現を担う転写制御のしくみを、hb4遺伝子を用いて解明した。私たち脊椎動物は、基本的に同じ原理に従って、個体形成がおこなっています。本研究では、母体とは無関係に発生する両生類を実験材料に、胚における血球発生の起源を調べました。血球のなかでも、マクロファージ、顆粒球のような白血球の発生についてはまだまだ未知なことが多く、追跡実験などの結果、新たな胚体起源をもつ白血球集団を発見しました。発生の過程で、様々な場所で分化してくる白血球集団それぞれには、何らかの必要性があると考えられ、今後の生理機能の解明が重要となってきました

  • 両生類における血球産生調節の環境応答に関する研究

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    脊椎動物のもつ生理調節系の多様性と普遍性の理解を進めるため,両生類アフリカツメガエル及びネッタイツメガエルの環境ストレス(酸素,温度)に応答する造血変動の機序を解析した。まず,ツメガエルの低酸素環境曝露モデル,低温環境曝露モデルを確立した。低酸素曝露モデルでは,肺と肝臓の95%以上の細胞が低酸素化し肺障害を認め,肺で高発現する赤血球造血因子の組織障害修復活性を調べる有用なモデルが確立した。汎血球減少症を誘導する低温曝露モデルでは,栓球の血管壁への可逆的が栓球減少の一因であることが判明した

  • 軟体動物の貝殻色素:その正体から模様形成へ

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    動物の色彩パターンの進化史解明のためには、色素化合物の同定は必須である。本研究では様々な分類群の軟体動物と腕足動物の貝殻色素について、ラマン分光法による構造推定を行い、分類群や食性により色素化合物が異なる傾向を得た。その結果をもとに、貝殻を形成する外套膜から、色素化合物の代謝にかかわる遺伝子やタンパク質を見出した

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 両生類の造血幹細胞の表現型と臓器分布に関する研究

    2020年  

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    本年度はコロナ禍の影響を受けて,当初予定していた研究の中でも実施可能な内容を吟味し,ツメガエル赤血球と栓球の細胞学的特徴と機能を精査することに集中した。抗ツメガエルEPORモノクローナル抗体を用いたフローサイトメトリーでは、ネッタイツメガエルの末梢赤血球の95%がEPORを発現していた。赤血球をEPOとともに室温でインキュベートしたところ,1.8±0.6個のEPO分子が1つの赤血球に結合できることがわかった。ツメガエル末梢栓球に関しては,ヒト血小板発現糖蛋白質のアミノ酸配列をゲノムデータベース上でBLAST検索したところ、GPIIbとGPIbβのオルソログ遺伝子の登録を確認した。ツメガエル末梢栓球におけるこれらの遺伝子発現は栓球・白血球層で発現を認めたが、赤血球では発現を認めなかった。またGPIIbは、アフリカツメガエルの脾臓で発現を認めた。

  • 低温刺激で作動する脂肪髄の造血スイッチの研究

    2017年   佐藤圭

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    ツメガエル(ゼノパス)成体の造血は主に肝臓が担い,骨髄は脂肪髄化している。しかし低温刺激により,骨髄は赤色髄化し造血を開始する。このモデルを基礎にして,造血系に作用する組織環境の諸要素と分子機序を明らかにしたい。本研究では,加齢に伴う骨髄の脂肪髄化と環境低温応答の共役系の探索を進めた。本期間内では特に,低温曝露アフリカツメガエル(Xenopus laevis)モデルで,脂肪髄における血管新生と造血能亢進と,間葉系幹細胞からの脂肪細胞分化・骨形成能との間で連鎖する分子機序を探索した。

  • 造血制御における低温応答系の分子機序の探索

    2016年   谷崎祐太, 佐藤圭

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    変温あるいは恒温動物とも,in vivo低温曝露によって,急性に末梢血球数が変動するが,造血や血球数調節の低温応答の分子機序は不明である。本研究では,両生類アフリカツメガエルに加え,新たにネッタイツメガエル(ナショナル・バイオリソース・プロジェクトより分与)の末梢血球数変化の低温応答を解析した。これらより,低温ストレスによる栓球の血管内皮への可逆的接着,骨髄造血の変動等の現象の詳細を明らかにした。

  • 質量分析による血球特異的抗体の抗原分子の解析

    2015年   谷崎祐太(Yuta Tanizaki)

     概要を見る

    脊椎動物の血液には多種多様の血球が存在し,これらの血球の形態や細胞腫には多様性が見いだされる。例えば哺乳動物は,無核赤血球,白血球,無核血小板をもつ。しかし魚類,両生類,爬虫類,鳥類は,赤血球は有核であり,小型細胞の血小板のかわりに有核栓球をもつ。このような血球あるいは血球産生(造血)の仕組みの違いは,脊椎動物の進化を考察する上で極めて重要な指標になると考えられる。ヒトやマウスの細胞の種類や性質を調べるためには,細胞発現蛋白質を特異的に認識する抗体が作出されて市販され,免疫染色によるフローサイトメトリーや組織染色が一般に普及している。あるいは全自動血算装置が市販されており機会計測による鑑別と計数が可能である。また,ゲノム情報を活用して分取した細胞に特異的に発現する遺伝子も容易に同定可能である。ところがヒトやマウス以外の動物の血球鑑別では利用可能な特異抗体は殆ど存在せず,免疫染色の適用はできず,機会計測法も利用できずにいる。我々はアフリカツメガエル,ネッタイツメガエル,メダカを対象に造血制御解析の新しいモデル動物確立を展開してきた(現在遂行中の科学研究費課題)。本研究では,表現型となる遺伝子が未知の動物血球に対して,その血球そのものを免疫抗原としてマウスに免疫(細胞免疫)してモノクローナル抗体を作出し,その未知抗原分子を同定する手法の開発を展開した。抗体の抗原分子決定法には,ペプチドオーバーラップ法,発現クローニング法など複数の選択肢がある。本研究では,我々が得意とするショットガン質量分析法(LC-MS/MS)を選択した。そして次の1)~5)の手順にて分析を進めた。1)抗体が認識する抗原細胞と抗体とを結合させる,2)両者をビーズ破砕する。3)Protein Gビーズによる免疫沈降法により,抗原抗体複合体を回収する,4)核酸・脂質除去後のトリプシン消化部分ペプチド群を質量分析へ進める,5)in silico解析し,抗原を同定する。このプロトコルでは界面活性剤の使用の有無,ビーズ破砕の条件,抗原抗体複合体の回収方法などについて,かなり厳密な最適化が必要であった。他にも細胞膜分子の糖鎖をビオチン化し,抗体が認識するビオチン化分子を濃縮後,同様の手順で質量分析し抗原分子を同定するなどの検討も必要だとおもわれた。本年度では,モデル実験によって再現性あるモノクローナル抗体の抗原分子同定までは至らずにいる。しかし細胞の前処理や蛋白質分子調製に関して,最適化に至る課題を洗い出すことができたため,どの研究室でも実施可能な標準手法の確立に向けて努力したい。

  • スポンジモデル検証を基礎とする両生類の血球産生調節の研究

    2013年  

     概要を見る

    本研究の最終目標は,動物における血球や血球産生(造血)の仕組みの多様性と普遍性を明らかにすることである。血球産生(造血)は,脊椎動物に共通した生命機構であり,地球上の様々な動物の多様性と普遍性の探求のすぐれた題材である。酸素運搬を担う赤血球,生体防御を担う白血球,止血血栓形成を担う栓球(哺乳類の脱核した血小板も栓球に含まれる)のそれぞれは,いずれも造血幹細胞を源とする細胞である。本研究期間では,両生類(アフリカツメガエル;Xenopus laevis,以後ツメガエル)の造血を精査するために,血球関連分子と抗体の作出/赤血球造血因子エリスロポエチン(EPO)定量系/in vitro及び in vivoモデル確立など,各種の予備検討を進めた。ツメガエル赤血球造血器の肝臓には,ヒトやマウスに比較して1細胞あたりのEPO受容体数が圧倒的に多いと考えられ,この結果,過剰のEPO受容体がフリーのEPOを吸着し,赤血球産生量を決定する造血因子量を規定している可能性がある(スポンジモデル)。このことを実験的に検証するためには,様々な生物学的実験資源の調製が必要になる。その中でも,赤血球系細胞を特異的に検出するモノクローナル抗体と,EPO受容体を認識するモノクローナル抗体(xlEPOR MoAb)を作出することができた。特に後者に関しては,抗原免疫マウス脾臓とミエローマ細胞を融合させて得た約3000クローンのハイブリドーマの中から,本研究に有益を考えられる4クローンを選別した。それぞれのクローンが産生するモノクローナル抗体の化学的性質を精査し,さらにツメガエル肝臓,末梢赤血球,ツメガエルEPO受容体強制発現ヒト白血病細胞株などのEPO受容体に関して,免疫染色像,フローダイトグラムを検討することができた。今後,さらに獲得抗体の抗原特異性,細胞認識特異性,結合特異性を調べ,ツメガエル造血系解析に積極的に利用展開する。

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海外研究活動 【 表示 / 非表示

  • 血球の性質と造血動態に関する総合的研究

    2013年10月
    -
    2014年03月

    アメリカ   スミソニアン博物館

 

現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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