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Biochemical study of maintenance DNA methylation regulated by histone modification(s)

Research Project

Project/Area Number 18K06095
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
Research InstitutionNakamura Gakuen College (2020-2021)
Koshien University (2018-2019)

Principal Investigator

末武 勲  中村学園大学, 栄養科学部, 教授 (80304054)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 茶谷 絵理  神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00432493)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
KeywordsHP1 / ヒストン修飾 / DNAメチル化 / Dnmt1 / Dnmt1 / DNAメチル化 / histone / nucleosome
Outline of Annual Research Achievements

エピジェネティクス制御の一つには、DNAメチル化修飾がある。一旦、細胞特異的なDNAメチル化模様がゲノム上に形成されると、安定に維持されようとする。その維持酵素として、Dnmt1がある。これが機能するためには、他のエピジェネティクス制御とも関連する必要があることが分かっている。その代表として、ヒストンの化学修飾がある。ヒストンの化学修飾には、Dnmt1が直接認識するヒストンのモノユビキチン化に加えて、間接的に関わるメチル化修飾(H3K9me3)がある。間接的であるというのは、H3K9me3を認識する分子としてHP1があるが、それがDnmt1と結合することが知られているからである。
本年度は、HP1分子をより深く調べる目的で、HP1分子に電子スピンを導入して、その運動性について検討した(Suetake et al., BBRC 2021)。その結果、ヒトHP1は、酵母と違う制御があることが分かった。HP1は、H3K9me3を認識するドメインとしてクロモドメイン(CD)があるが、酵母ではH3K9me3が存在しない場合、CDが2量体を形成し、H3K9me3が存在することよりCDーCD相互作用がなくなることが知られている。本研究では、ヒトではH3K9me3が存在しなくても、CDは2量体を形成せず、H3K9me3を常に探しているような状態であることが分かった。
一方、HP1には、もう一つのドメインとして、クロモシャドウドメイン(CSD)がある。CSDを介して、HP1は、2量体形成をすることが知られており、CSDの結晶構造などが明らかとなっている。しかし、分子全体で、その2量体構造が揺らいでいるか、安定なのかが明らかでないため、CSDに電子スピンを導入し、CSDの運動性ならびに、CSD間の距離を測定した。その結果、全長のHP1においても、CSDは結晶構造とほぼ変わらない配置を安定にしていることが分かった。
このように、電子スピンを用いることで、HP1の新たな物性が明らかにすることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

DNAメチル化酵素について研究を進めようとしているが、現在のところ、昆虫細胞を使って発現する設備が整っていない。それが整うまで、DNAメチル化酵素の制御にかかわる因子(HP1)の分子について調べることにしている。現在、論文も出すことができ、順調に研究が進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

HP1分子は、研究の歴史が長いので、多くのことが明らかにされていると考えていたが、研究を進めてみると、予想外に新たな性質を見出すことができた。今後、さら詳細に研究をすすめ、新たな物性を明らかにしようと考えている。それら結果をもとにして、DNAメチル化の制御を新視点で理解したい。

Report

(4 results)
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report

Research Products

(55 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 8 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 8 results) Book (6 results)

  • [Journal Article] DNMT1 regulates the timing of DNA methylation by DNMT3in an enzymatic activity-dependent manner in mouse embryonic stem cells2022

    • Author(s)
      Ito T, Kubiura-Ichimaru M, Bogutz A, Lefebvre L, Suetake I, Tajima S, Tada M.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 17

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0262277

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural dynamics of the chromo-shadow domain and chromodomain of HP1 bound to histone H3K9 methylated peptide, as measured by site-directed spin-labeling EPR spectroscopy2022

    • Author(s)
      Suetake Isao、Nakazawa Shigeaki、Sato Kazunobu、Mutoh Risa、Mishima Yuichi、Kawakami Toru、Takei Toshiki、Watanabe Mikio、Sakai Norio、Fujiwara Toshimichi、Takui Takeji、Miyata Makoto、Shinohara Akira、Hojo Hironobu、Arata Toshiaki
    • Journal Title

      Biochem Biophys Res Comm.

      Volume: 567 Pages: 42-48

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.06.010

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chemical synthesis of palmitoylated histone H42020

    • Author(s)
      Hojo Hironobu、Suetake Isao
    • Journal Title

      Arkivoc

      Volume: 2021 Pages: 186-197

    • DOI

      10.24820/ark.5550190.p011.361

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synaptic control of DNA methylation involves activity-dependent degradation of DNMT3A1 in the nucleus2020

    • Author(s)
      Bayraktar Gonca、Yuanxiang PingAn、Confettura Alessandro D.、Gomes Guilherme M.、Raza Syed A.、Stork Oliver、Tajima Shoji、Suetake Isao、Karpova Anna、Yildirim Ferah、Kreutz Michael R.
    • Journal Title

      Neuropsychopharmacology

      Volume: 45 Pages: 2120-2130

    • DOI

      10.1038/s41386-020-0780-2

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epigenetic Protection of Vertebrate Lymphoid Progenitor Cells by Dnmt12020

    • Author(s)
      Iwanami Norimasa、Takeshita Kohei、Lawir Divine-Fondzenyuy、Suetake Isao、Tajima Shoji、Sikora Katarzyna、Trancoso In?s、?Meara Connor、Siamishi Iliana、Takahama Yousuke、Furutani-Seiki Makoto、Kondoh Hisato、Yonezawa Yasushige、Schorpp Michael、Boehm Thomas
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 23 Pages: 101260-101260

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101260

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Protective effects of nicotinamide mononucleotide against oxidative stressinduced PC12 cell death via mitochondrial enhancement2020

    • Author(s)
      Ito S, Gotow T, Suetake I, Nagai K
    • Journal Title

      PharmaNutrition

      Volume: 11 Pages: 100175-100175

    • DOI

      10.1016/j.phanu.2019.100175

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced processivity of Dnmt1 by monoubiquitinated histone H32020

    • Author(s)
      Y. Mishima, L. Brueckner, S. Takahashi, T. Kawakami, J. Otani, A. Shinohara, K. Takeshita, R. G. Garvilles, M. Watanabe, N. Sakai, H. Takeshima, C. Nachtegael, A. Nishiyama, M. Nakanishi, K. Arita, K. Nakashima, H. Hojo, I. Suetake
    • Journal Title

      Genes to Cells

      Volume: 25 Pages: 22-32

    • DOI

      10.1111/gtc.12732

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Chemical synthesis of the ubiquitinated form of histone H3 and its effect on DNA methyltransferase 12019

    • Author(s)
      T. Kawakami, Y. Mishima, M. Takazawa, H. Hojo, I. Suetake
    • Journal Title

      Journal of Peptide Science

      Volume: 25

    • DOI

      10.1002/psc.3200

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interactions of HP1 bound to H3K9me3 di-nucleosome by molecular simulations and biochemical assays2018

    • Author(s)
      Watanabe S, Mishima Y, Shimizua M, Suetake I*, Takada S*
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 114 Pages: 2336-2351

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2018.03.025

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Delayed male germ cell sex-specification permits transition into embryonal carcinoma cells with features of primed pluripotency2018

    • Author(s)
      Dawson EP, Lanza DG, Webster NJ, Benton SM, Suetake I, Heaney JD*
    • Journal Title

      Development

      Volume: 145

    • DOI

      10.1242/dev.156612

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanism‐Based Inhibitor of DNA Cytosine‐5 Methyltransferase by a SNAr Reaction with an Oligodeoxyribonucleotide Containing a 2‐Amino‐4‐Halopyridine‐C‐Nucleoside2018

    • Author(s)
      K. Sato, Y. Kunitomo, Y. Kasai, S. Usumi, I. Suetake, S. Tajima, S. Ichikwa, A. Matsuda
    • Journal Title

      ChemBioChem

      Volume: 19 Pages: 865-872

    • DOI

      10.1002/cbic.201700688

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthetic-Molecule/Protein Hybrid Probe with Fluorogenic Switch for Live-Cell Imaging of DNA Methylation2018

    • Author(s)
      Yuichiro Hori, Norimichi Otomura, Ayuko Nishida, Miyako Nishiura, Maho Umeno, Isao Suetake, Kazuya Kikuchi
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 140 Pages: 1686-1690

    • DOI

      10.1021/jacs.7b09713

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 化学修飾認識タンパク質(HP1)の分子ダイナミクス2021

    • Author(s)
      末武勲
    • Organizer
      阪大 蛋白研セミナー「多角的な視点によるタンパク質修飾の機能解明」
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    • Invited
  • [Presentation] Establishment of HP1 semi-synthesis and structural dynamics of its N-tail detected with ESR2021

    • Author(s)
      Isao Suetake, Toshiaki Arata, Toru Kawakami, Risa Mutoh, Yuichi Mishima, Kazunobu Sato, Takeji Takui, Toshiki Takei , Toshimichi Fujiwara , Makoto Miyata , Hironobu Hojo
    • Organizer
      第58回ペプチド討論会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] パルミトイル化されたヒストンH4の化学合成および機能解析2021

    • Author(s)
      中谷 文香、末武 勲、北條 裕信
    • Organizer
      日本農芸化学会
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  • [Presentation] シリコン微粒子の継続摂取がラットの成長ならびに腸管腔内水素発生に及ぼす影響2021

    • Author(s)
      田辺賢一、奥田明日香、末武勲
    • Organizer
      日本栄養食糧学会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Structural dynamics of epi-genome related heterochromatin protein HP1 as studied by spin labeling EPR spectroscopy2021

    • Author(s)
      Toshiaki Arata, Shigeaki Nakazawa, Kazunobu Sato, Risa Muto, Yuichi Mishima, Toru Kawakami, Hironobu Hojo, Akira Shinohara, Takeji Takui, Toshimichi Fujiwara, Makoto Miyata, Isao Suetake
    • Organizer
      ISMAR (IEEE international symposium on mixed and augmented reality)
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural study of heterochromatin protein 1 using chemical synthesis2021

    • Author(s)
      Risa Muto, Masatomo So, Toru Kawakami, Toshiki Takei, Hironobu Hojo, Toshimichi Fujiwara, Toshiaki Arata, Isao Suetake
    • Organizer
      ISMAR (IEEE international symposium on mixed and augmented reality)
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DNA結合に伴うヘテロクロマチンタンパク質HP1の天然変性領域のESR動的構造解析2021

    • Author(s)
      荒田敏昭,佐藤和信,平居永名,武藤梨沙,三島優一,工位武治,川上徹,北條裕信,藤原敏道,宮田真人,末武勳
    • Organizer
      第94回 生化学会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] DNA結合に伴うヘテロクロマチンタンパク質HP1の天然変性領域のESR動的構造解析2021

    • Author(s)
      末武勳,佐藤和信, 武藤梨沙,三島優一,工位武治,川上徹,北條裕信,藤原敏道,宮田真人, 荒田敏昭
    • Organizer
      第59回 日本生物物理学会
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  • [Presentation] DNA結合に伴うヘテロクロマチンタンパク質HP1の天然変性領域のESR動的構造解析2021

    • Author(s)
      末武勲、佐藤和信,平居永名,武藤梨沙,三島優一,工位武治,川上徹,北條裕信,藤原敏道,宮田真人, 荒田敏昭
    • Organizer
      第44回 分子生物学会
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  • [Presentation] パルミトイル化ヒストンH4の化学合成とその機能解析2021

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      中谷文香、末武勲、北條裕信
    • Organizer
      第44回 分子生物学会
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  • [Presentation] 腸管腔内水素ガス発生機序の異なる素材の継続摂取がラットの体内水素ガス保持 ならびに体外排出動態に及ぼす影響2021

    • Author(s)
      田辺賢一、後藤美里、山根典子、中村禎子、奥 恒行、末武 勲
    • Organizer
      栄養食糧学会九州沖縄支部大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Synthesis and functional study of histone proteins2020

    • Author(s)
      Toru Kawakami, Yuichi Mishima, Isao Suetake, Hironobu Hojo
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2020
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スピンラベルESRによるヘテロクロマチンタンパク質HP1の天然変性構造の動的研究:ヒンジDNA結合とN末端リン酸化2020

    • Author(s)
      荒田敏昭,佐藤和信,平居永名,武藤梨沙,三島優一,工位武治,川上徹,北條裕信,藤原敏道、宮田真人,末武勲
    • Organizer
      電子スピンサイエンス学会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Synthesis of Ubiquitinated Histone H3 and Its Effect on DNA Methyltransferase 12020

    • Author(s)
      Toru Kawakami, Yuichi Mishima, Masaya Takazawa, Hironobu Hojo, Isao Suetake
    • Organizer
      36th European and 12th International Peptide Symposium,
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スピンラベルESRによるヘテロクロマチンタンパク質HP1の天然変性構造の動的研究:ヒンジDNA結合とN末 端リン酸化2020

    • Author(s)
      荒田敏昭、佐藤和信、平井永名、武藤梨沙、三島優一、工位武治、川上徹、北條裕信、藤原敏通、宮田真人、末武勲
    • Organizer
      第93回 日本生化学会大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] スピンラベルESRによるヘテロクロマチンタンパク質HP1の天然変性構造の動的研究:ヒンジDNA結合とN末端リン酸化の影響2020

    • Author(s)
      荒田敏昭、佐藤和信、平井永名、武藤梨沙、三島優一、工位武治、川上徹、北條裕信、藤原敏通、宮田真人、末武勲
    • Organizer
      第43回 日本分子生物学会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Synthesis of Ubiquitinated Histone H3 and Its Effect on DNA Methyltransferase 12019

    • Author(s)
      Kawakami T, Mishima Y, Takazawa M, Hojo H, Suetake I
    • Organizer
      36th European and 12th International Peptide Symposium
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural dynamics of heterochromatin protein HP1 studied by site-directed spin labeling ESR spectroscopy: Isoform specificity and phosphorylation2019

    • Author(s)
      Arata T, Nakazawa S, Mishima Y, Sato K, Takui K, Kawakami T, Hojo H, Fujiwara T, Miyata M, Suetake I.
    • Organizer
      6th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 修飾ヒストンを認識するHP1の性質について2019

    • Author(s)
      末武勲
    • Organizer
      大阪大学 蛋白質研究所セミナー
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      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 維持DNAメチル化酵素の制御2019

    • Author(s)
      末武勲
    • Organizer
      第42回日本分子生物学会年会 フォーラム
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    • Invited
  • [Presentation] Structural dynamics of epi-genome related heterochromatin protein HP1 studied by spin labeling ESR spectroscopy2019

    • Author(s)
      Arata T, Shigeaki Nakazawa S , Mishima Y , Sato K , Takui T, Kawakami T , Hojo H , Fujiwara T , Miyata M, Suetake I
    • Organizer
      第10回OCARINA国際シンポジウム
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  • [Presentation] ESR によるヘテロクロマチンタンパク質 HP1 の動的構造の研究2019

    • Author(s)
      荒田敏昭,中澤重顕,三島優一,佐藤和信,工位武治,川上徹,北條裕信,藤原敏道,宮田真人,末武勲
    • Organizer
      第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
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  • [Presentation] ユビキチン化ヒストンH3の化学合成2019

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      川上 徹,高澤雅也,三島優一,北條裕信,末武 勲
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      荒田敏昭、中澤重顕、三島優一、佐藤和信、工位武治、川上徹、北條裕信、藤原敏道、宮田真人、末武勲
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
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  • [Presentation] Structural dynamics of heterochromatin protein HP1 studied by spin labeling ESR spectroscopy: Isoform specificity and phosphorylatio2019

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      荒田 敏昭,中澤 重顕、三島 優一、 佐藤 和信、工位 武治、川上 徹、北條 裕信 、藤原 敏道、宮田 真人、 末武 勲
    • Organizer
      第57回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] 子宮体癌におけるメチル化DNA結合タンパク質を用いた,DNAメチル化解析2019

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      坂本真吾1)2) 末武勲、窪田裕美、門屋孝志、三好陽子、石原香菜子、松本優衣、髙石治彦、水野洋輔、大城由美、 檜枝美紀
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      第58回 日本臨床細胞学会
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  • [Presentation] ユビキチン化ヒストンH3の化学合成とその効果2019

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      荒田敏昭,佐藤和信,中澤重顕,三島優一,工位武治,川上徹,北條裕信,藤原敏道,宮田真人,末武勳
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      川上徹、三島優一、北條裕信、末武勲
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      日本化学会第98春季年会2018
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      末武 勲
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      第91回日本生化学会大会
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    • Author(s)
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      10th International Peptide Symposium
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    • Author(s)
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    • Author(s)
      田辺賢一、末武勲
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    • Publisher
      中村大学薬膳科学研究所 研究紀要 第13号
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  • [Book] ガスバイオロジー -食物繊維と腸内細菌と水素ガス-2021

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      末武勲,田辺賢一
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      7
    • Publisher
      中村大学薬膳科学研究所 研究紀要 第13号
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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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