大阪大學蛋白質研究所的西村多喜教授、東京大學生產技術研究所的坪山幸太郎講師、東京大學研究生院藥學系研究科的石野雄己特任研究員、河野望副教授、大阪大學研究生院齒學研究科的Lu Shiou-Ling助教、野田健司教授、慶應義塾大學研究生院理工學研究科的中垣友希（研究當時）、山本詠士副教授、東京大學研究生院醫學系研究科的水島昇教授等人的研究團隊，開發出一種用於檢測蛋白質與脂質結合的新型實驗系統——CLiB（Cell surface Liposome Binding）檢測法。CLiB檢測法不僅能夠以較少的實驗步驟解析蛋白質與脂質的結合，還可通過與次世代測序分析相結合，實現對數千種蛋白質的高通量分析。相關研究成果已線上發表於《Nature Cell Biology》。
圖1 生物膜的膜脂質環境具有多樣性
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Credit: Taki Nishimura
構成生物膜的脂質分子在決定細胞的功能和狀態方面發揮著重要作用。然而，由於細胞內存在上千種脂質分子，要捕捉特定脂質分子種類在細胞內的具體位置和分佈方式並非易事。
若要追蹤脂質分子在細胞內的動態行為，研究中通常會使用可與特定脂質亞型特異性結合的蛋白質（脂質探針）。然而，目前使用的大多數脂質探針僅僅是直接套用（借用）自然界已存在的脂質結合結構域，並不存在能夠根據研究目的按需製備具有所需特性的脂質探針的通用方法。
研究團隊首先利用酵母展示法，成功構建了能夠在酵母細胞表面再現蛋白質與脂質結合的實驗體系。所開發的CLiB檢測法可在約2小時內快速完成蛋白質與脂質選擇性結合的檢測。該方法與次世代測序分析相容性良好，即使樣本中混合了多個選殖，也能分別獲取各選殖的脂質結合數據。利用這一機制，研究團隊還成功一次性獲取了6000種以上不同蛋白質與靶標脂質的結合數據。
接下來，研究團隊利用CLiB檢測法開展了脂質結合結構域的人工改造。已知PX-SnxA能夠與磷脂酰肌醇磷酸PI(3,5)P₂結合，但存在二者結合能力較弱的問題。為此，研究團隊將分子進化方法與CLiB檢測法的高效篩選相結合，成功分離出結合能力增強的選殖PX-SnxAGV，並通過分子動力學（MD）模擬闡明了其結合模式。將PX‑SnxAGV在細胞內表達為綠色螢光蛋白（GFP）融合蛋白後，可觀察到該蛋白定位於富含PI(3,5)P₂的膜結構區域。此外，研究還發現，在特定應激條件下，酵母細胞的液泡膜和巨噬細胞樣培養細胞的溶酶體樣胞器膜上，會出現PI(3,5)P₂富集的膜結構。
本次研發成果為研究者根據實驗需求設計與開發脂質探針提供了可行技術路徑，有望極大推動人類對細胞內多樣化膜脂質微環境的理解。
西村教授表示：「利用CLiB檢測法，可以高效開發靶向各種膜脂質的脂質探針。該技術不僅可應用於多種膜脂質微環境視覺化、脂質結合能力預測等基礎研究，還有望應用於靶向特定脂質的VHH抗體開發等AI輔助藥物研發領域。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Cell Biology
論文：Cell surface Liposome Binding (CLiB) allows lipid-binding probe engineering via high-throughput screening
DOI：doi.org/10.1038/s41556-026-01996-8
