見えなかった膜脂質が見える―新技術CLiBアッセイで膜脂質可視化ツールを開発

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2026-07-06 東京大学

大阪大学、東京大学、慶應義塾大学などの共同研究グループは、タンパク質と脂質の結合を高速かつ大規模に解析できる新技術「CLiB(Cell surface Liposome Binding)アッセイ」を開発した。従来は解析可能なタンパク質と脂質の組み合わせが限られていたが、CLiBアッセイは酵母ディスプレイ法と次世代シークエンス解析を組み合わせることで、6,000種類以上のタンパク質について脂質結合を一度に評価できる。さらに、この技術を用いた分子進化により、リン脂質PI(3,5)P2に高い親和性を持つ脂質プローブ「PX-SnxAGV」を開発し、酵母やマクロファージ様細胞でストレス条件下に形成されるPI(3,5)P2が濃縮した特殊な膜脂質環境の可視化に成功した。本成果は、多様な膜脂質環境の理解を大きく進展させるとともに、タンパク質―脂質相互作用の大規模データを活用したAIによる脂質結合予測や、膜脂質を標的とするVHH抗体設計など、新たなAI創薬技術への応用が期待される。研究成果は「Nature Cell Biology」に掲載された。

見えなかった膜脂質が見える―新技術CLiBアッセイで膜脂質可視化ツールを開発
図1 生体膜の膜脂質環境は多様である

<関連情報>

細胞表面リポソーム結合(CLiB)により、ハイスループットスクリーニングを介した脂質結合プローブの設計が可能になる Cell surface liposome binding (CLiB) allows lipid-binding probe engineering via high-throughput screening

Taki Nishimura,Kotaro Tsuboyama,Yuki Nakagaki,Shiou-Ling Lu,Yuki Ishino,Nozomu Kono,Takeshi Noda,Eiji Yamamoto & Noboru Mizushima
Nature Cell Biology  Published:02 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41556-026-01996-8

Abstract

Lipid-binding domains, traditionally isolated from natural proteins, are essential tools for probing membrane lipid dynamics and specialized cellular compartments. Despite diverse applications, a general strategy for their engineering remains elusive. Here we present a robust and high-throughput method for monitoring protein–lipid interactions, named the cell surface liposome binding (CLiB) assay. Using the assay, we conducted directed evolution of the PX domain from SnxA, isolating high-affinity variants specific for phosphatidylinositol 3,5-bisphosphate (PI(3,5)P2). Combining the CLiB assay with next-generation sequencing enabled parallel analysis of >6,000 clones, comprehensively identifying key residues critical for lipid binding. An engineered variant, PX-SnxAGV, functioned as a lipid biosensor in yeast and mammalian cells, visualizing PI(3,5)P2-enriched membrane subdomains upon hyperosmotic shock and during microautophagy, thereby suggesting localized PI(3,5)P2 synthesis within spatially restricted regions. This study provides a framework for on-demand generation of lipid-binding probes, facilitating the discovery of membrane compartments characterized by unique lipid compositions.

生物化学工学
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