Takeichi konnte wesentlich zur Aufklärung der molekularen Mechanismen der Zelladhäsion beitragen, insbesondere der Zell-Zell-Adhäsion. Hier konnte er nachweisen, dass es Calcium-abhängige und nicht-Calcium-abhängige Prozesse gibt, von denen erstere eine wesentliche Rolle dabei spielen, wie sich Zellen in höheren Lebewesen sortieren, und bei der Neigung bestimmter Tumoren, Metastasen zu bilden. Er entdeckte, dass Zellen verschiedener Gewebe unterschiedliche Transmembranproteine, die Cadherine, als Vertreter der Calcium-abhängigen Zelladhäsionsmoleküleexprimieren. Epithelien exprimieren das E-Cadherin, Nervenzellen das N-Cadherin und nicht-embryonale Zellen das P-Cadherin. Takeichi wies nach, dass insbesondere E-Cadherine und N-Cadherine als sogenannte klassische Cadherine homophil binden können, das heißt E- mit E-Cadherin und N- mit N-Cadherin. Takeichi konnte zeigen, dass Cadherine eine wichtige Rolle in der Embryonalentwicklung und im Nervensystem bei der Entstehung, Erhaltung und Funktion von Synapsen spielen. Durch den Nachweis der Cadherine auch bei Drosophila konnte er zeigen, dass die Proteinfamilie evolutionär stark konserviert ist. In der Proteinfamilie der Cadherine sind allein beim Menschen inzwischen über 80 verschiedene Cadherine bekannt.
Weitere Arbeiten Takeichis befassen sich mit dem α-Catenin und seiner Bedeutung für die Vermittlung der Zelladhäsion durch Cadherine. Er konnte zeigen, dass bei vielen Krebszellen das Cadherin-Catenin-System gestört ist. Neuere Arbeiten befassen sich mit der biologischen Funktion von weiteren, nicht-klassischen Mitgliedern der Cadherin-Familie (wie den Protocadherinen) und mit der Interaktion der Cadherine mit intrazellulären Strukturen und Prozessen wie dem Zytoskelett oder der Zellmotilität.
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