榊原 伸一 (サカキバラ シンイチ)

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所属

人間科学学術院 人間科学部

職名

教授

兼担 【 表示 / 非表示

  • 人間科学学術院   大学院人間科学研究科

  • 附属機関・学校   グローバルエデュケーションセンター

学位 【 表示 / 非表示

  • 東京大学   博士(医学)

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    日本神経科学会、日本神経化学会、日本解剖学会、日本分子生物学会、日本組織細胞化学会

  •  
     
     

    北米神経科学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 神経科学一般

  • 神経科学一般

  • 解剖学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 神経解剖、神経幹細胞、ニューロン新生、グリア

論文 【 表示 / 非表示

  • Minocycline Alleviates Cluster Formation of Activated Microglia and Age-dependent Dopaminergic Cell Death in the Substantia Nigra of Zitter Mutant Rat.

    Daisuke Taguchi, Ayuka Ehara, Taro Kadowaki, Shin-Ichi Sakakibara, Kazuhiko Nakadate, Koichi Hirata, Shuichi Ueda

    Acta histochemica et cytochemica   53 ( 6 ) 139 - 146  2020年12月  [査読有り]  [国内誌]

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    Microglial activation is a component of neurodegenerative pathology. Here, we examine whether activated microglia participate in age-related dopaminergic (DA) cell death in the substantia nigra pars compacta (SNc) of the zitter (zi/zi) rat, a mutant characterized by deletion of the attractin gene. Confocal microscopy with double-immunohistochemical staining revealed activated microglia-formed cell-clusters surrounding DA neurons in the SNc from 2 weeks after birth. An immunoelectron microscopic study showed that the cytoplasm of activated microglia usually contains phagosome-like vacuoles and lamellar inclusions. Expression levels of the pro-inflammatory cytokines interleukin-1β (IL-1β), tumor necrosis factor-α (TNF-α) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) were increased in the midbrain of 2-month-old zi/zi rats. Chronic treatment with the anti-inflammatory agent minocycline altered the morphology of the microglia, reduced cluster formation by the microglia, and attenuated DA cell death in the SNc, and reduced the expression of IL-1β in the midbrain. These results indicate that activated microglia, at least in part and especially at the initial phase, contribute to DA cell death in the SNc of the zi/zi rat.

    DOI PubMed

  • Control of cell migration by the novel protein phosphatase-2A interacting protein inka2.

    Hiroki Akiyama, Yumi Iwasaki, Seiya Yamada, Hiroyuki Kamiguchi, Shin-Ichi Sakakibara

    Cell and tissue research   380 ( 3 ) 527 - 537  2020年06月  [査読有り]  [国際誌]

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    Cell migration is essential for many physiological and pathological processes, including embryonic development, wound healing, immune response and cancer metastasis. Inka2 transcripts are observed in migrating cells during embryonic development, suggesting the involvement of inka2 in cell migration. However, its precise role remains unclear. Here, we found that inka2 controlled focal adhesion dynamics and cell migration, likely by regulating protein phosphatase-2A (PP2A) function. A scratch assay revealed that inka2 shRNA-transfected NIH3T3 cells showed rapid wound closure, indicating an inhibitory effect by inka2 on cell migration. Live-cell imaging of NIH3T3 cells expressing EGFP-paxillin using total internal reflection fluorescence microscopy revealed that inka2 knockdown increased the turnover rate of focal adhesions. Given that PP2A, which consists of catalytic (C), regulatory (B) and scaffolding (A) subunits, is known to regulate focal adhesions, we examined the inka2-PP2A interaction. Immunoprecipitation revealed an association between inka2 and the PP2A C subunit. Binding of Inka2 to the C subunit prevented the association between the A and C subunits, suggesting that inka2 can inhibit PP2A function. Furthermore, both inka2 expression and PP2A inhibition decreased focal adhesion kinase-paxillin interaction, resulting in reduced formation of focal adhesions. We assessed the effect of pharmacological PP2A inhibition on the inka2 knockdown-induced increase in cell migration speed and found that treatment with a PP2A inhibitor negated the accelerated migration of inka2 knockdown cells. These results suggest that inka2 knockdown exerts its effects through PP2A-dependent regulation of focal adhesions. Our findings contribute to a better understanding of the molecular mechanisms underlying cell migration.

    DOI PubMed

  • Nwd1 Regulates Neuronal Differentiation and Migration through Purinosome Formation in the Developing Cerebral Cortex.

    Seiya Yamada, Ayaka Sato, Shin-Ichi Sakakibara

    iScience   23 ( 5 ) 101058 - 101058  2020年05月  [査読有り]  [国際誌]

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    Engagement of neural stem/progenitor cells (NSPCs) into proper neuronal differentiation requires the spatiotemporally regulated generation of metabolites. Purines are essential building blocks for many signaling molecules. Enzymes that catalyze de novo purine synthesis are assembled as a huge multienzyme complex called "purinosome." However, there is no evidence of the formation or physiological function of the purinosome in the brain. Here, we showed that a signal transduction ATPases with numerous domains (STAND) protein, NACHT and WD repeat domain-containing 1 (Nwd1), interacted with Paics, a purine-synthesizing enzyme, to regulate purinosome assembly in NSPCs. Altered Nwd1 expression affected purinosome formation and induced the mitotic exit and premature differentiation of NSPCs, repressing neuronal migration and periventricular heterotopia. Overexpression/knockdown of Paics or Fgams, other purinosome enzymes, in the developing brain resulted in a phenocopy of Nwd1 defects. These findings indicate that strict regulation of purinosome assembly/disassembly is crucial for maintaining NSPCs and corticogenesis.

    DOI PubMed

  • Expression profile of the STAND protein Nwd1 in the developing and mature mouse central nervous system.

    Seiya Yamada, Shin-Ichi Sakakibara

    The Journal of comparative neurology   526 ( 13 ) 2099 - 2114  2018年09月  [査読有り]  [国際誌]

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    The orchestrated events required during brain development, as well as the maintenance of adult neuronal plasticity, highly depend on the accurate responses of neuronal cells to various cellular stress or environmental stimuli. Recent studies have defined a previously unrecognized, broad class of multidomain proteins, designated as signal transduction ATPases with numerous domains (STAND), which comprises a large number of proteins, including the apoptotic peptidase activating factor 1 (Apaf1) and nucleotide-binding oligomerization domain-like receptors (NLRs), central players in cell death and innate immune responses, respectively. Although the involvement of STANDs in the central nervous system (CNS) has been postulated in terms of neuronal development and function, it remains largely unclear. Here, we identified Nwd1 (NACHT and WD repeat domain-containing protein 1), as a novel STAND protein, expressed in neural stem/progenitor cells (NSPCs). Structurally, Nwd1 was most analogous to the apoptosis regulator Apaf1, also involved in mitosis and axonal outgrowth regulation in the CNS. Using a specific antibody, we show that, during the embryonic and postnatal period, Nwd1 is expressed in nestin-positive NSPCs in vivo and in vitro, while postnatally it is found in terminally differentiated neurons and blood vessels. At the subcellular level, we demonstrate that Nwd1 is preferentially located in the cytosolic compartment of cultured NSPCs, partially overlapping with cytochrome c. These observations imply that Nwd1 might be involved in the neuronal lineage as a new STAND gene, including having a pro-apoptotic or nonapoptotic role, similar to Apaf1.

    DOI PubMed

  • Synaptic localization of the SUMOylation-regulating protease SENP5 in the adult mouse brain.

    Hiroki Akiyama, Kazuhiko Nakadate, Shin-Ichi Sakakibara

    The Journal of comparative neurology   526 ( 6 ) 990 - 1005  2018年04月  [査読有り]  [国際誌]

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    Covalent conjugation of small ubiquitin-like modifiers (SUMOs) or SUMOylation is a reversible post-translational modification that regulates the stability and function of target proteins. SUMOs are removed from substrate proteins by sentrin/SUMO-specific proteases (SENPs). Numerous studies have implicated SUMOylation in various physiological and pathological processes in neurons. To understand the functional roles of SUMOylation, it is necessary to determine the distribution of enzymes regulating SUMO conjugation and deconjugation; yet, the localization of SENPs has not been described in detail in intact brain tissue. Here, we report the distribution and subcellular localization of SENP3 and 5 in the adult murine brain. Immunohistochemical analyses revealed the ubiquitous distribution of both SENPs across different brain regions. Within individual cells, SENP3 was confined to the nucleus, consistent with the conventional view that SENPs regulate nuclear events. In contrast, SENP5 was detected in the neuropil but not in cell bodies. Moreover, strong SENP5 immunoreactivity was observed in regions with high numbers of synapses such as the cerebellar glomeruli, suggesting that SENP5 localizes to pre- and/or postsynaptic structures. We performed double immunolabeling in cultured neurons and found that SENP5 co-localized with pre- and post-synaptic markers, as well as a mitochondrial marker. Immunoelectron microscopy confirmed this finding and revealed that SENP5 was localized to presynaptic terminals, postsynaptic spines, and mitochondria in axon terminals. These findings advance the current understanding of the functional roles of SUMOylation in neurons, especially in synaptic regulation, and have implications for future therapeutic strategies in neurodegenerative disorders mediated by mitochondrial dysfunction.

    DOI PubMed

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Misc 【 表示 / 非表示

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 樹状突起スパインの形成・安定性を担う新たなアクチン骨格制御機構の解明

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2022年03月
     

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    正常な脳発達においてニューロンの樹状突起スパインの数や形態のコントロールは神経可塑性の獲得・維持に重要であり,精神発達障害や幾つかの精神疾患ではスパイン密度の変化や異常な形態変化が起きる。inka2遺伝子は脳に強く発現し細胞骨格再編を通してニューロン突起形成を促進する。本研究ではinka2の発現の異常が、遺伝性の精神発達障害・自閉症である脆弱X症候群(FXS)の病態に関係する可能性を検討する。正常な脳発達においてニューロンの樹状突起スパインの数や形態のコントロールは神経可塑性の獲得・維持に重要であり、精神発達障害や幾つかの精神疾患ではスパイン密度の変化や異常な形態変化が起きる。Inka2は神経系前駆細胞に強く発現する新規遺伝子であり、細胞内のアクチン骨格再編成を促進し、細胞のフィロポディア形成を促進する働きがあると考えられる。生後のシナプス形成期のニューロンでinka2 mRNA発現は急速に上昇し、成体では海馬や大脳皮質などの前脳領域のニューロンに限局して強いmRNA発現が観察されるが、タンパク質への翻訳は抑制されていることが示唆された。本研究課題ではスパイン形成におけるinka2の役割の分子レベルでの解明を目指す。inka2 KOマウスの大脳皮質をゴルジ染色により組織学的に解析した結果、生後での樹状突起スパインの密度低下、特に成熟型マッシュルーム型スパインが顕著に減少することが明らかになった。さらにInka2 mRNAの翻訳制御に関わる機構を明らかにするため、マウス脳や神経系培養細胞を用いたRNA 免疫沈降(RIP)解析を行ったところ、inka2 mRNAはRNA結合タンパク質Fmr1やTDP43の標的候補の一つであることが示唆された。Fmr1は神経系に発現するRNA結合タンパク質であり、スパイン形成・安定性に異常を示す遺伝性の精神発達障害・自閉症である脆弱X症候群(FXS)の原因遺伝子である。in vitro BrU標識したinka2 RNAを用いて、それに結合するRNP(リボヌクレオタンパク質)を回収するRiboTrap解析を行った結果、Fmr1はinka2 CDS と3’UTRに存在するG4 RNA配列に結合しすること、TDP43はGU塩基に富む配列領域に結合することを明らかとした。当初の予定通りinka2 mRNAにFmr1 およびTDP43が強く結合することを示した。しかしinka2タンパク質をwestern blotで認識する抗体の作製が遅れており、inka2翻訳制御機構の解明には至っていない。Inka2のスパイン形成における役割と翻訳調節機構を検討する。胎児期後期から出生後~成体期の各発達時期でinka2 KOマウスの脳を採取しゴルジ染色を行い、大脳皮質V層錐体細胞および海馬錐体細胞を中心に樹状突起スパインの形態、密度をさらに詳細に観察し定量化する。スパインの形態異常・密度減少が発達早期から起きるのか、あるいは成熟後にスパイン変性が亢進するのか調べる。さらにシナプスマーカーやPAK4、CRMP等アクチン骨格関連分子の変化を調べる。またルシフェラーゼcDNAの下流にinka2 mRNA G4 RNA部位を連結したコンストラクトを作成し、fmr1発現ベクターと共に培養細胞に導入する。fmr1発現量に比例しルシフェラーゼの活性の低下、すなわち翻訳抑制が起こるか検討する

  • 新規SUMO化調節機構による神経突起発達制御

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2021年03月
     

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    SUMO化はタンパク質機能を制御する可逆的な翻訳後修飾の一種であり,がんや神経変性疾患などとの関連も指摘され,注目を集めている。しかし,神経系発生過程におけるSUMO化の機能の詳細は不明である。我々は,新規に同定したSENP5のペプチダーゼ活性欠失型アイソフォームが脱SUMO化を阻害することを見出した。神経突起発達が盛んな胎生後期の脳には,従来型・活性欠失型双方のSENP5が発現しており,このふたつのアイソフォームによる拮抗的SUMO化調節によって突起発達が制御される可能性がある。本研究課題では,この新規SUMO化調節を介した神経突起発達制御機構の詳細解明を目指しており,今年度は,SENP5の標的タンパク質の同定を目指した。これに加え,従来型・活性欠失型SENP5のマウス大脳皮質発生への影響を解析した。ミトコンドリアの分裂に必要なDrp-1はSENP5依存的なSUMO化状態の調節により安定性が変化することが知られている。Drp-1のSUMO化状態が従来型・活性欠失型SENP5により拮抗的に制御される可能性を検討するため,免疫沈降およびWestern blottingを行ったものの,それを示す実験結果は得られなかった。従来型・活性欠失型SENP5のマウス大脳皮質発生への影響を解析するため,E14.5のマウス胎仔にin utero electroporationを適用しSENP5 shRNAを導入した後,E17に脳切片を作成した。結果,SENP5のKDは皮質発生を遅延させることが明らかとなった。同様の手法により従来型・活性欠失型SENP5を導入したところ,従来型SENP5の強制発現によって皮質発生の遅延が確認された。これらの結果から,SENP5によるSUMO化制御が大脳皮質発生に重要な役割を果たすことが示された。当初の予定通り,SENP5の大脳皮質発生への影響を解析し,SENP5が正常な発生に必要な分子であることを明らかにした。しかし,SENP5依存的なSUMO化調節を受け,大脳皮質発生および神経突起発達を制御する分子の同定には至っていない。SENP5の標的タンパク質のうち,神経突起発達・大脳皮質発生に寄与するものの同定を目指す。昨年度は従来型・活性欠失型SENP5によるDrp-1のSUMO化状態制御を検出する実験系を確立できなかった。実験系に改良を加え,これを検出可能かどうか検討する。また,すでにSENP5によるSUMO化状態の制御をうけることが知られているNucleophosminを新たな標的候補として解析を進める。Nucleophosminはリボソーム生合成に関わっており,様々なタンパク質の翻訳に影響を与えることが予想されるため,神経突起発達や大脳皮質発生に寄与している可能性は高い

  • 神経変性疾患に関与する転写因子のSUMO化による機能変換の解析

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

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    Parkinの基質として同定された転写因子PARISがSUMO化されることを発見し、その機能とパーキンソン病発症へのSUMO化の関与を解析した。その結果、PARISのSUMO化依存的な転写活性調節を明らかにした。さらにPARISのSUMO化はそのユビキチン化も制御していることを明らかにした。さらにPARISのSUMO化を制御する因子を同定し、それらがPARISの転写活性やユビキチン化に与える影響を明らかにした。本研究の成果はパーキンソン病発症メカニズムにおけるSUMO化の重要性を示唆した

  • 眼優位可塑的変化における一次視覚野IV層内シナプスのコネクトミクス解析

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

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    本研究は神経回路再編のメカニズムを網羅的な形態学的に明らかにすることを目的とし、コネクトミクス解析を確立した。単眼遮蔽に伴い視覚入力の差が引き起こされた結果、視覚野内神経細胞はより入力を受ける側のシナプスに移行する。この変異を解析するため、Activity 依存性に発現するc-FosならびにFosB、CREBを用いて解析した結果、経時的に発現誘導される細胞数の増加が観察された。発現誘導されてきた細胞を同定後、コネクトミクス解析により網羅的にシナプス解析を行った。その結果、入力が減弱したシナプスが衰退したのち、3日目以降に入力が増強したシナプスがより増加する結果を得た

  • 神経前駆細胞の形態・移動を制御する新規分子群の機能解明

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

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    我々が同定したradmisは哺乳類の神経前駆細胞(NSPC)に強く発現し、NSPCの放射状突起と分裂紡錘体に局在する。強制発現・発現抑制実験、共免疫沈降・プロテオーム解析から,radmisは中心体複製・分離、紡錘体形成,分裂後の放射状突起の再構築・伸長など,NSPCの特性に深く関わることが示された。一方、inka2遺伝子はin situ hybridizationにより胎生期に移動性のオリゴデンドロサイト前駆細胞やニューロンに発現し、培養細胞での機能抑制実験からアクチン骨格の再編成を調節し,細胞形態変化や細胞移動の推進力を発生させるのに必要な新たな分子である事が示唆された

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • Inka2によるシナプス形成制御のメカニズム

    2020年  

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    ヒトを含め哺乳類の神経幹細胞は発生期~成体期まで継続的に脳内に維持され,放射状細胞突起や多分化能を特徴とする。一方,神経幹細胞から産生される増殖性 のニューロン・グリア前駆細胞は系譜がより制限されるが,目的の部位に向かう高い遊走能を持ち,神経発生過程だけでなく,神経変性病態での髄鞘再形成など 脳機能再生の観点からも重要な細胞である。しかし神経前駆細胞(NSPC)の形態維持や遊走メカニズムの分子的基盤には未解明な部分が多い。我々が神経系前駆細胞に発現する新規遺伝子として同定したinka2 はInkaドメイン(神経堤細胞の移動に機能すると考えられているInka1と類似の機能不明ドメイン)を持ち、細胞移動などに関与することが推定される。inka2KOマウスを作製し大脳皮質のシナプス構築を各発達時期でゴルジ染色を行い解析した結果、ニューロン、特に大脳皮質V層錐体細胞の樹状突起スパインの形態、密度の低下、異常シナプスの増加が出生後早期から見られた。

  • 神経前駆細の形態形成におけるradmisの機能

    2019年  

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     哺乳類の胎生期中枢神経系では,幾つかのタイプの形態・分化能を備える神経幹細胞・神経前駆細胞(NSPCと略)が存在し,それらが連続的に現れ協調的に機能することで脳が形成される。これらの細胞の分裂のタイミングや回数は時空間的にコントロールされており,その細胞分裂周期の変調や破綻は脳の発生異常・小頭症などの脳奇形に至る。ヒトの遺伝性小頭症Filippi症候群の原因遺伝子radmisは,胎児期~成体脳の神経前駆細胞の分裂紡錘体極・中心体に局在し,中心体複製や紡錘体形成を制御することで神経前駆細胞の正常分裂進行に必須の機能を担うと推定される。radmis蛋白質は神経幹細胞系譜の放射状突起と分裂時の紡錘体極中心体に局在する。放射状突起中での発現分布を二重免疫蛍光染色法により比較した結果、radmisの分布は中間径フィラメントnestin やvimentinの分布と一致していた。さらにRadmis強制発現により細胞内vimentin局在が変化し、異常な中間径フィラメント形成が誘導されることが示唆された。

  • 脳形成における中心体関連タンパク質Radmisの機能解明

    2018年  

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    ヒトの遺伝性小頭症Filippi症候群の原因遺伝子radmisは,胎児期~成体脳の神経前駆細胞の分裂紡錘体極・中心体に局在し,中心体複製や紡錘体形成を制御することで神経前駆細胞の正常分裂進行に必須の機能を担うと推定される。radmisタンパク質は神経幹細胞系譜の放射状突起と分裂時の紡錘体極中心体に局在する。radmis強制発現・発現抑制により細胞周期の停止の異常が観察される。本研究ではradmis抗体により脳分画からの共免疫沈降実験、胎仔脳の免疫電顕観察を行い、radmisが中心体タンパク質と複合体を形成すること,さらにradmisタンパク質が神経幹細胞で中間径フィラメントと結合し,放射状突起の維持・形成に必須の役割を持つことを示した。

  • 哺乳類脳形成における中心体関連タンパク質の機能解析

    2018年  

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    ヒトの遺伝性小頭症Filippi症候群の原因遺伝子radmisは,胎児期~成体脳の神経前駆細胞の分裂紡錘体極・中心体に局在し,中心体複製や紡錘体形成を制御することで神経前駆細胞の正常分裂進行に必須の機能を担うと推定される。radmis蛋白質は神経幹細胞系譜の放射状突起と分裂時の紡錘体極中心体に局在する。放射状突起中での発現分布を二重免疫蛍光染色法により比較した結果、radmisの分布は中間径フィラメントnestin やvimentinの分布と一致していた。さらに抗radmis抗体と抗vimentin抗体による金コロイド二重染色により免疫電子顕微鏡法で解析したところ、放射状突起内でradmisはvimentinの極めて近傍に存在し相互作用していることが示唆された。

  • 生理活性ペプチドプロセッシングによる脳炎症制御機構

    2017年  

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    炎症は、細菌やウイルスなどの異物を排除して生体の恒常性を維持するための防御反応である。しかし最近の研究から、体の中にもともと存在する細胞成分により引き起こされる非感染性の「自然炎症」と呼ばれる慢性炎症が多くの疾患の病態に深く関わっていることが明らかになりつつある。加齢と共に増加するガン、動脈硬化、肥満、虚血性脳疾患、アルツハイマー病などの種々の神経変性疾患、さらには老化そのものも、慢性的な自然炎症性の変化によって症状が進行する可能性が示唆されている。Attractin(Atrn)はヒトを含む哺乳類で保存された遺伝子で、脳神経細胞や活性化T細胞などに広く発現する。atrn遺伝子に変異を有するラット(zitter rat)は髄鞘の低形成、ニューロン変性、酸化ストレス上昇、ミクログリアの増殖・活性化、血管から脳実質へのマクロファージの浸潤など加齢に伴う脳実質の種々の炎症様変化を示すことから、Atrnが炎症発症・慢性的な炎症持続機構に深く関わっていることが予測される。タンパク質の一次構造情報から、AtrnがDPP-4(DipeptidylPeptidase-4)様のペプチダーゼ酵素活性を持つ可能性がある。神経細胞膜上および分泌型Atrnが、脳実質内に拡散・蓄積する炎症性サイトカイン、ケモカイン、神経ペプチドを基質としてDPP-4様にプロッセッシングすることで、その活性を変化・不活化し脳の炎症反応を抑制しているという可能性を検証することを目的として、まず膜結合型、および分泌型の組換えAtrnタンパク質を発現させるためのバキュロウイルスベクターの構築を行った。今後精製標品を用いて生理活性の測定、in vitroの標的ペプチドを同定する予定である。

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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