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Target identification of bioactive molecules based on detection of protein denaturation state

Research Project

Project/Area Number 19H02848
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 37030:Chemical biology-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Sato Shinichi  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20633134)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Keywordsタンパク質化学修飾 / チロシン / ヒスチジン / proximity labeling / 熱変性 / タンパク質表面 / チロシン残基 / ヒスチジン残基 / タンパク質ラベル化 / 標的同定 / CETSA
Outline of Research at the Start

生物活性物質の作用メカニズムを明らかにする目的において、その標的(タンパク質)同定は重要である。これまでの標的同定研究においては、生物活性物質(化合物)を特定の機能団で標識したプローブ分子が必要であった。しかし、機能団の導入により活性が消失すること、機能団の導入位置や種類に検討を要する場合も多く、構造が複雑な化合物においてはプローブ分子の合成が困難で大きな研究障壁となる場合も多々ある。
そこで本研究においては、研究代表者の見出したタンパク質ラベル化法を駆使することで、生物活性物質をプローブ化することなく、標的同定を可能にする手法を確立する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we focused on the characteristics of aromatic amino acid residues that are buried within the internal structure of proteins in their native state but exposed on the protein surface during the thermal denaturation process. We have developed chemical modification methods targeting tyrosine and histidine residues.
The tyrosine residue-specific labeling reaction we developed specifically targets the exposed tyrosine residues on the protein surface. Our aim was to visualize the protein's thermal denaturation state, and for this purpose, we have developed a practical and efficient approach for modifying tyrosine residues in protein structures.
Additionally, as a secondary outcome of this study, we successfully developed a method for modifying histidine residues in proteins.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではタンパク質熱変性を可視化する手法を目指し、タンパク質構造上の芳香族アミノ酸残基の化学修飾法を開発した。本研究によって開発されたチロシン残基修飾法は従来法に比べ効率が高く、タンパク質表面上のチロシン残基に選択性が高いという特徴がある。本手法はタンパク質製剤の機能化、タンパク質間相互作用に寄与する部位構造の状態解析、翻訳後修飾状態の解析等、種々の用途での活用が期待できる。
また、本研究によって開発された触媒の近接環境で完結するヒスチジン残基修飾反応は、プロテオミクス解析技術と組みわせることによって、タンパク質の会合状態の把握を可能にする重要な基盤技術になると期待される。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (101 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (20 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 20 results,  Open Access: 4 results) Presentation (76 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 21 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results) (of which Overseas: 2 results)

  • [Journal Article] Switching Type I/Type II Reactions by Turning a Photoredox Catalyst into a Photo-Driven Artificial Metalloenzyme2023

    • Author(s)
      Okamoto Yasunori、Mabuchi Takuya、Nakane Keita、Ueno Akiko、Sato Shinichi
    • Journal Title

      ACS Catalysis

      Volume: 13 Issue: 7 Pages: 4134-4141

    • DOI

      10.1021/acscatal.2c05946

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      Nakane Keita、Nagasawa Haruto、Fujimura Chizu、Koyanagi Eri、Tomoshige Shusuke、Ishikawa Minoru、Sato Shinichi
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Issue: 19 Pages: 11622-11622

    • DOI

      10.3390/ijms231911622

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      Nakane Keita、Niwa Tatsuya、Tsushima Michihiko、Tomoshige Shusuke、Taguchi Hideki、Nakamura Hiroyuki、Ishikawa Minoru、Sato Shinichi
    • Journal Title

      ChemCatChem

      Volume: - Issue: 9

    • DOI

      10.1002/cctc.202200077

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      Tsushima Michihiko、Sato Shinichi、Miura Kazuki、Niwa Tatsuya、Taguchi Hideki、Nakamura Hiroyuki
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 58 Issue: 12 Pages: 1926-1929

    • DOI

      10.1039/d1cc05764b

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      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 143 Issue: 20 Pages: 7726-7731

    • DOI

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      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 22 Issue: 16 Pages: 8676-8676

    • DOI

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      Sato Shinichi、Matsumura Masaki、Ueda Hiroshi、Nakamura Hiroyuki
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      Chemical Communications

      Volume: 57 Issue: 76 Pages: 9760-9763

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      10.1039/d1cc03231c

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      Sato Shinichi、Nakamura Hiroyuki
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      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 68 Issue: 9 Pages: 885-890

    • DOI

      10.1248/cpb.c20-00434

    • NAID

      130007893822

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • Year and Date
      2020-09-01
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      K. Kawai, K. Nishimura, S. Okada, S. Sato, M. Suzuki, T. Takata, H. Nakamura
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      Mol. Pharm.

      Volume: 17 Issue: 10 Pages: 3740-3747

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      Masuzawa, T., Sato, S., Niwa, T., Tagushi, H., Nakamura, H., Oyoshi, T.
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      Chem. Comm.

      Volume: 56 Issue: 78 Pages: 11641-11644

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      10.1039/d0cc02571b

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      Fuse Shinichiro、Moriya Wataru、Sato Shinichi、Nakamura Hiroyuki
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      Volume: 28 Issue: 13 Pages: 115558-115558

    • DOI

      10.1016/j.bmc.2020.115558

    • NAID

      120006891235

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      Sato Shinichi、Nakane Keita、Nakamura Hiroyuki
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      Volume: 18 Issue: 19 Pages: 3664-3668

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      Volume: in press Issue: 5 Pages: 1417-1424

    • DOI

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      RSC Advances

      Volume: 10 Issue: 26 Pages: 15154-15162

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      Volume: 28(1) Issue: 1 Pages: 115207-115207

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      Volume: 9 Issue: 41 Pages: 23973-23978

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      Volume: 12 Issue: 11 Pages: 112004-112004

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab4a5d

    • NAID

      210000157252

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      Tsushima Michihiko、Sato Shinichi、Niwa Tatsuya、Taguchi Hideki、Nakamura Hiroyuki
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      Volume: 55 Issue: 88 Pages: 13275-13278

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      小原 紗月, 中根 啓太, 藤村 千鶴, 友重 秀介, 石川 稔, 佐藤 伸一
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
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  • [Presentation] 酸化酵素laccaseを用いた高効率チロシン残基特異的修飾2022

    • Author(s)
      中根 啓太, 宮野 翔伍, 友重 秀介, 石川 稔, 佐藤 伸一
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
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  • [Presentation] 細胞内タンパク質間相互作用解析のための光触媒近接タンパク質標識法の開発2021

    • Author(s)
      對馬理彦, 三浦一輝, 佐藤伸一, 丹羽達也, 田口英樹, 中村浩之
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会 第15回年会
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  • [Presentation] 一重項酸素を活用したヒスチジン残基近接標識法の開発2021

    • Author(s)
      中根啓太, 丹羽達也, 對馬理彦, 田口英樹, 友重秀介, 中村浩之, 石川稔, 佐藤伸一
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会 第16回年会
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  • [Presentation] 色素分子のレドックス特性と光増感特性を活用したタンパク質化学修飾2021

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      第43回日本光医学・光生物学会 シンポジウム 光機能分子の最前線:光と分子ができること
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    • Invited
  • [Presentation] 高反応性化学種を使った抗体の化学修飾2021

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      令和3年度 後期第3回 全領域合同研究交流会
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  • [Presentation] 生命科学研究への応用を指向したタンパク質化学修飾反応の開発2021

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      東北大学生命科学交流ミーティング
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    • Invited
  • [Presentation] 酸化酵素を用いた高効率チロシン残基修飾反応2021

    • Author(s)
      中根啓太, 宮野翔伍, 友重秀介, 石川稔, 佐藤伸一
    • Organizer
      生体機能関連化学部会若手の会 第32回サマースクール
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  • [Presentation] 酵素を用いたチロシン残基特異的修飾反応2021

    • Author(s)
      佐藤伸一, 中根啓太, 宮野翔吾, 友重秀介, 石川稔
    • Organizer
      第53回ペプチド夏の勉強会
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  • [Presentation] 一重項酸素を駆使したヒスチジン残基近接標識法2021

    • Author(s)
      中根啓太, 丹羽達也, 對馬理彦, 田口英樹, 友重秀介, 中村浩之, 石川稔, 佐藤 伸一
    • Organizer
      第53回ペプチド夏の勉強会
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  • [Presentation] 一重項酸素を活用したヒスチジン残基化学修飾2021

    • Author(s)
      佐藤伸一, 中根啓太, 丹羽達也, 對馬理彦, 田口英樹, 中村浩之, 友重秀介, 石川稔
    • Organizer
      第15回バイオ関連化学シンポジウム
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  • [Presentation] 酸化酵素 laccaseを用いた高効率チロシン残基特異的修飾2021

    • Author(s)
      中根啓太, 宮野翔伍, 友重秀介, 石川稔, 佐藤伸一
    • Organizer
      第15回バイオ関連化学シンポジウム
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  • [Presentation] 酸素代謝を活用したタンパク質化学修飾と近接標識への応用2021

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      第27回医用近赤外線分光法研究会・第25回酸素ダイナミクス研究会 合同研究会
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    • Invited
  • [Presentation] 有機化学の力でタンパク質を機能化する2021

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      明治薬科大学 令和3年度 第一回化学系若手研究者講談
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    • Invited
  • [Presentation] 生理活性ペプチド機能化ツールとしてのチロシン残基化学修飾法の開発2021

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      第94回日本生化学会大会 シンポジウム「生理活性ペプチドと中分子創薬~新たな創薬ブレイクスルーを目指して」
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    • Invited
  • [Presentation] Development of proximity labeling via histidine oxidation by singlet oxygen and Fc-selective functionalization of antibody2021

    • Author(s)
      Keita Nakane, Tatsuya Niwa, Michihiko Tsushima, Hideki Taguchi, ShusukeTomoshige, Hiroyuki Nakamura, Minoru Ishikawa, Shinichi Sato
    • Organizer
      The 10th Annual Conference of The International Chemical Biology Society
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 核酸結合タンパク質同定のための近接標識法開発2021

    • Author(s)
      佐藤伸一, 中根啓太, Ahmed Mostafa Abdelhady, 増澤樹, 大吉崇文, 友重秀介, 石川稔, 永次史, 鬼塚和光
    • Organizer
      第8回東北大学若手研究者アンサンブルワークショップ
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  • [Presentation] Site-specific modification of antibody using enzyme-catalyzed tyrosine click2021

    • Author(s)
      Shinichi Sato
    • Organizer
      Tohoku University FRIS-Konkuk University Joint Virtual Workshop 2021
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Site-selective antibody fluorescent labeling using single-electron transfer reaction2021

    • Author(s)
      Shinichi Sato
    • Organizer
      Pacifichem 2021, Scientific Program of Symposium “Fluorescent Chemical Tools for Exploring Protein Functions through Organic Chemistry”
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高反応性化学種を活用した抗体の残基・部位選択的武装化2021

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      星薬科大学-理研-東北大学医薬品開発研究センターシンポジウム 第4回 精密武装抗体の合成と機能評価
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    • Invited
  • [Presentation] タンパク質表面に露出するチロシン残基に選択的な化学修飾法と蛍光免疫センサー分子の作成技術2020

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      第3回COI学術交流会
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  • [Presentation] ペルオキシダーゼ活性の変化と近接標識を利用したグアニン四重鎖結合タンパク質の選択的化学修飾2020

    • Author(s)
      佐藤伸一、増澤樹、大吉崇文、丹羽達也、田口英樹、中村浩之
    • Organizer
      第14回バイオ関連化学シンポジウム2020
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  • [Presentation] ラジカル的タンパク質化学修飾法の開発と応用による制御2020

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      有機・生命・計測科学研究交流セミナー(東北大学多元物質科学研究所)
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    • Invited
  • [Presentation] Chemical Approach to Proximity-Labeling Proteomic Profiling2020

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      第 5回 FRIS若手研究者学際融合領域研究会
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  • [Presentation] タンパク質チロシン残基の化学修飾2020

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      学際高等研究教育院・学際科学フロンティア研究所共催 全領域合同研究交流会
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  • [Presentation] Development and Application of Photocatalyst-Proximity Protein Chemical Labeling2020

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      5th FRIS DIARE Joint Workshop
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  • [Presentation] チロシン残基化学修飾法の開発による生体機能の解明2020

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      日本薬学会 第141年会
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  • [Presentation] 新規修飾剤開発によるチロシン残基選択的修飾2020

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      宮野 翔伍、友重 秀介、石川 稔、佐藤 伸一
    • Organizer
      日本薬学会 第141年会
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  • [Presentation] 疎水性タグ法による凝集性タンパク質のケミカルノックダウン2020

    • Author(s)
      平井 景梧、山下 博子、友重 秀介、佐藤 伸一、橋本 祐一、石川 稔
    • Organizer
      日本薬学会 第141年会
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  • [Presentation] 中性子捕捉療法のための、インテグリンをターゲットとしたホウ素キャリア、環状RGDペプチド結合型ホウ素化アルブミンの開発2020

    • Author(s)
      西村 開、川井 一輝、岡田 智、佐藤 伸一、鈴木 実、高田 卓志、中村 浩之
    • Organizer
      日本薬学会 第141年会
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  • [Presentation] Ru錯体担持アフィニティービーズを用いた抗体のFc領域選択的ヒスチジン残基修飾法の開発2020

    • Author(s)
      中根 啓太、丹羽 達也、對馬 理彦、田口 英樹、友重 秀介、中村 浩之、石川 稔、佐藤 伸一
    • Organizer
      日本薬学会 第141年会
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  • [Presentation] 細胞内微小空間で起こるタンパク質間相互作用の解析を可能にする光触媒近接タンパク質ラベル化法の開発2020

    • Author(s)
      對馬 理彦、佐藤 伸一、中村 浩之
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
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  • [Presentation] ヘミンによって活性化したルミノール誘導体によるグアニン四重鎖結合タンパク質の選択的修飾2020

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      増澤樹、佐藤伸一、中村浩之、大吉崇文
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      日本化学会第100春季年会
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  • [Presentation] アフィニティー担体上でのチロシン残基修飾による抗体の部位選択的修飾2020

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      中根啓太、佐藤伸一、對馬理彦、丹羽達也、田口英樹、中村浩之
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
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  • [Presentation] チロシン残基ラベル化における触媒的手法と電気化学的手法の比較2020

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      佐藤伸一、中村浩之
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
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  • [Presentation] Site-Selective antibody modification using radical-mediated tyrosine click reaction2019

    • Author(s)
      佐藤伸一
    • Organizer
      第56回ペプチド討論会
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  • [Presentation] Photocatalyst-Proximity-Dependent Protein Chemical Labeling2019

    • Author(s)
      Shinichi Sato
    • Organizer
      The 2nd Organic Radical Chemisty Symposium of China
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  • [Presentation] ナノメートルスケールの局所反応場を利用したタンパク質ラベル化反応による抗体の部位特異的修飾2019

    • Author(s)
      佐藤伸一、中根啓太、對馬理彦、中村浩之
    • Organizer
      第78回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
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  • [Presentation] Site-selective antibody chemical modification using photocatalyst-proximity labeling reaction2019

    • Author(s)
      Shinichi Sato, Michihiko Tsushima, Keita Nakane, Hiroyuki Nakamura
    • Organizer
      The 2nd edition of the International Symposium of CEFMS-NCTU, RCAS-AS (Taiwan) and 5-star Alliance (Japan)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 標的タンパク質の部位選択的ラベル化を志向した光触媒担持ビーズ上での近接ラベル化法の開発2019

    • Author(s)
      對馬理彦、中根啓太、佐藤伸一、中村浩之
    • Organizer
      第9回CSJ化学フェスタ2019
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  • [Presentation] Photocatalyst-Proximity-Dependent Protein Chemical Modification2019

    • Author(s)
      Shinichi Sato, Michihiko Tsushima, Keita Nakane, Hiroyuki Nakamura
    • Organizer
      the 14th International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia (ICCEOCA-14)
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  • [Presentation] Ru光触媒担持アフィニティービーズを駆使した抗体のFc領域選択的化学修飾の開発2019

    • Author(s)
      中根啓太、對馬理彦、佐藤伸一、中村浩之
    • Organizer
      第13回バイオ関連化学シンポジウム
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  • [Presentation] チロシン残基修飾による抗体の部位選択的修飾と蛍光免疫センサー分子作成法への応用2019

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      佐藤伸一、松村雅喜、上田宏、中村浩之
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      第13回バイオ関連化学シンポジウム
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  • [Presentation] 中性子捕捉療法のためのcyclicRGDペプチドを用いた腫瘍選択的なホウ素送達法の開発2019

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      川井一輝、佐藤伸一、中村浩之
    • Organizer
      第35回DDS学会学術集会
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  • [Presentation] Development of photoimmunotherapy probe using a small antibody mimetic with structurally constrained anti-HER2 CDR peptides2019

    • Author(s)
      Wanaporn Yimchuen , Tetsuya Kadonosono , Shinichi Sato , Takahiro Nomoto , Kyra See , Hiroyuki Nakamura , Nobuhiro Nishiyama , Shinae Kizaka-Kondoh
    • Organizer
      11th International Peptide Symposium
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  • [Presentation] Protein Engineering Using Tyrosine-Specific Chemical Labeling Technology2019

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      Hiroyuki Nakamura, Shinichi Sato, Michihiko Tsushima, Keita Nakane
    • Organizer
      11th Workshop on Organic Chemistry for Junior Chemists(WOCJC-11)
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  • [Presentation] 抗体の部位選択的チロシン残基修飾に基づく蛍光免疫センサー分子の作成技術2019

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      佐藤伸一、松村雅喜、上田宏、中村浩之
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会第14回年会
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  • [Presentation] Ru光触媒担持アフィニティービーズを用いた抗体のFc領域選択的修飾法の開発2019

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      中根啓太、對馬理彦、佐藤伸一、中村浩之
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会第14回年会
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  • [Presentation] アフィニティービーズ上での触媒近接標識のためのラベル化剤開発2019

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      對馬理彦、佐藤伸一、中村浩之
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      日本ケミカルバイオロジー学会第14回年会
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  • [Presentation] Ru光触媒近傍で起こる一電子移動反応を利用した標的タンパク質のケミカルラベリング2019

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      對馬理彦、佐藤伸一、中村浩之
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      第115回有機合成シンポジウム
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  • [Presentation] Ru光触媒担持アフィニティービーズを用いた抗体の部位選択的修飾法の開発2019

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      中根啓太、對馬理彦、佐藤伸一、中村浩之
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      第77回有機合成化学協会関東支部シンポジウム
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  • [Remarks] 佐藤伸一研究グループホームページ

    • URL

      https://www2.fris.tohoku.ac.jp/~sato/

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  • [Remarks] 佐藤伸一研究グループ

    • URL

      https://www2.fris.tohoku.ac.jp/~sato/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 蛍光標識抗体又は抗体断片2019

    • Inventor(s)
      佐藤伸一、中村浩之、上田宏
    • Industrial Property Rights Holder
      佐藤伸一、中村浩之、上田宏
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
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    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電気化学的手法を用いたハロゲン化製剤の製造方法2019

    • Inventor(s)
      中村浩之、佐藤伸一、深瀬浩一
    • Industrial Property Rights Holder
      中村浩之、佐藤伸一、深瀬浩一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] チロシンの修飾方法2019

    • Inventor(s)
      佐藤伸一、中村浩之
    • Industrial Property Rights Holder
      佐藤伸一、中村浩之
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2019
    • Acquisition Date
      2019
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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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