「平らな膜」を好んで局在するタンパク質群を発見 ー細胞の膜の「形」とタンパク質の局在を網羅的に読み解く新技術ー

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2026-10-08 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)の研究グループは、細胞膜の曲がり方を認識するタンパク質を網羅的に探索できる新技術を開発し、平らな膜を好んで集まるタンパク質群を発見した。研究チームは、微細加工技術を用いて石英基板上に半球状の微小な構造を作り、その表面に人工脂質二重膜を形成することで、凸面、凹面、平面という3種類の曲率を同一の膜上に再現した。これを質量分析によるプロテオーム解析と組み合わせ、ヒト乳がん由来細胞のタンパク質を網羅的に調べた結果、スペクトリン複合体、アネキシンA1、コロニン1Cなど、曲面より平面に集まりやすいタンパク質群を特定した。研究チームは、この性質を「反曲率センシング」と命名した。本技術は、従来の方法では見逃されていた膜形状の認識機構を明らかにし、エンドサイトーシスやオートファジーなどの細胞機能の理解を深めるとともに、膜動態の異常に関連する疾患の解明や創薬基盤への応用が期待される。

「平らな膜」を好んで局在するタンパク質群を発見 ー細胞の膜の「形」とタンパク質の局在を網羅的に読み解く新技術ー
図1. 人工生体膜材料の作製
(a)作製した石英基板上のマイクロウェルアレイの一例。走査型電子顕微鏡による上面および断面像。
(b)蛍光標識脂質入りのリポソームをインキュベート(静置)することで、基板上に膜を修飾する。

<関連情報>

プロテオーム規模での膜曲率センサーの発見のための、バイアスのない幾何学的構造解析に基づく膜プラットフォーム An Unbiased Geometry-Resolved Membrane Platform for Proteome-Scale Discovery of Membrane Curvature Sensors

Takumi Komikawa, Rikuto Kawakami, Kunanon Chattrairat, Tatsuya Niwa, Taiga Ajiri, Takao Yasui, Masayoshi Tanaka
Advanced Science  Published: 08 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.77654

ABSTRACT

Membrane curvature organizes protein-driven biochemistry on cellular membranes. Conventional membrane curvature assays are inherently limited by both candidate-based experimental designs and restricted membrane geometries, preventing proteome-scale discovery of curvature-sensing proteins. Here, we present a geometry-resolved membrane platform that enables hypothesis-agnostic identification of curvature-sensing proteins. A supported lipid bilayer on a hemispherical microwell array simultaneously presents convex rims, concave well interiors, and flat planar regions, while providing sufficient membrane surface area for shotgun proteomics. Following validation using canonical BAR domain proteins, we applied the platform to proteomic screening of a cell-derived peripheral membrane protein fraction. This analysis identified 671 proteins, including 71 curvature-responsive candidates spanning preferences for positively curved, negatively curved, and flat membranes. Subsequent candidate prioritization using a protein–protein interaction-guided workflow, followed by validation with purified proteins, demonstrated that the platform provides a comprehensive pipeline linking proteomics-based discovery to imaging-based evaluation. By interrogating membranes of positive, negative, and zero curvature in parallel, this platform eliminates geometric bias, expands the experimentally accessible landscape of membrane curvature sensing, and enables the discovery of previously overlooked modes of membrane curvature recognition.

生物工学一般
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