大阪大学蛋白质研究所的西村多喜教授、东京大学生产技术研究所的坪山幸太郎讲师、东京大学研究生院药学系研究科的石野雄己特任研究员、河野望副教授、大阪大学研究生院齿学研究科的Lu Shiou-Ling助教、野田健司教授、庆应义塾大学研究生院理工学研究科的中垣友希（研究当时）、山本咏士副教授、东京大学研究生院医学系研究科的水岛昇教授等人的研究团队，开发出一种用于检测蛋白质与脂质结合的新型实验系统——CLiB（Cell surface Liposome Binding）检测法。CLiB检测法不仅能够以较少的实验步骤解析蛋白质与脂质的结合，还可通过与下一代测序分析相结合，实现对数千种蛋白质的高通量分析。相关研究成果已在线发表于《Nature Cell Biology》。
图1 生物膜的膜脂质环境具有多样性
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Credit: Taki Nishimura
构成生物膜的脂质分子在决定细胞的功能和状态方面发挥着重要作用。然而，由于细胞内存在上千种脂质分子，要捕捉特定脂质分子种类在细胞内的具体位置和分布方式并非易事。
若要追踪脂质分子在细胞内的动态行为，研究中通常会使用可与特定脂质亚型特异性结合的蛋白质（脂质探针）。然而，目前使用的大多数脂质探针仅仅是直接套用（借用）自然界已存在的脂质结合结构域，并不存在能够根据研究目的按需制备具有所需特性的脂质探针的通用方法。
研究团队首先利用酵母展示法，成功构建了能够在酵母细胞表面再现蛋白质与脂质结合的实验体系。所开发的CLiB检测法可在约2小时内快速完成蛋白质与脂质选择性结合的检测。该方法与下一代测序分析兼容性良好，即使样本中混合了多个克隆，也能分别获取各克隆的脂质结合数据。利用这一机制，研究团队还成功一次性获取了6000种以上不同蛋白质与靶标脂质的结合数据。
接下来，研究团队利用CLiB检测法开展了脂质结合结构域的人工改造。已知PX-SnxA能够与磷脂酰肌醇磷酸PI(3,5)P₂结合，但存在二者结合能力较弱的问题。为此，研究团队将分子进化方法与CLiB检测法的高效筛选相结合，成功分离出结合能力增强的克隆PX-SnxAGV，并通过分子动力学（MD）模拟阐明了其结合模式。将PX‑SnxAGV在细胞内表达为绿色荧光蛋白（GFP）融合蛋白后，可观察到该蛋白定位于富含PI(3,5)P₂的膜结构区域。此外，研究还发现，在特定应激条件下，酵母细胞的液泡膜和巨噬细胞样培养细胞的溶酶体样细胞器膜上，会出现PI(3,5)P₂富集的膜结构。
本次研发成果为研究者根据实验需求设计与开发脂质探针提供了可行技术路径，有望极大推动人类对细胞内多样化膜脂质微环境的理解。
西村教授表示：“利用CLiB检测法，可以高效开发靶向各种膜脂质的脂质探针。该技术不仅可应用于多种膜脂质微环境可视化、脂质结合能力预测等基础研究，还有望应用于靶向特定脂质的VHH抗体开发等AI辅助药物研发领域。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Cell Biology
论文：Cell surface Liposome Binding (CLiB) allows lipid-binding probe engineering via high-throughput screening
DOI：doi.org/10.1038/s41556-026-01996-8
