細胞株

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培養細胞から転送)

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中村 幸夫
独立行政法人理化学研究所 筑波研究所 バイオリソースセンター リソース基盤開発部 細胞材料開発室
DOI:10.14931/bsd.2303 原稿受付日:2012年月4日 原稿完成日:2012年12月12日
担当編集委員:河西 春郎(東京大学 大学院医学系研究科)

英語名:cell line 独:Zelllinie 仏:lignée cellulaire

 細胞特性及び遺伝的背景が均一な細胞集団を指す。個体から取り出した組織から細胞を培養し通称「線維芽細胞」と呼ばれる細胞集団や、「がん細胞株」に代表されるような不死化細胞株などが挙げられるが、様々な解釈が可能な言葉であり、細胞株という言葉だけで、それがどういう細胞集団を意味しているかを軽々に判断しない方が良い。

細胞株とは

 細胞株という言葉に明確な定義は存在せず、使用する研究者によって解釈が異なる。例えば、個体から取り出した組織から細胞を培養し、通称「[線維芽細胞」と呼ばれるような培養細胞を増幅した場合に、この細胞集団を細胞株と呼ぶ場合もあるし、「がん細胞株」に代表されるように長期間の培養(細胞分裂)を経て試験管内で半永久的に増殖することを確認した細胞集団(不死化細胞)に対してのみ細胞株と呼ぶ場合もある。また、研究者によっては、不死化細胞をクローニング(1個の細胞から増やす操作)した場合にのみ細胞株と呼ぶべきであるという主張も存在する。従って、細胞株という言葉だけで、それがどういう細胞集団を意味しているかを軽々に判断しない方が良い。

 しかしながら、一般論としては、「細胞株」という言葉を研究者が使用する際には、「細胞特性及び遺伝的背景が均一な細胞集団」を指して用いていることが多いと思われる。例えば、個体から取り出した組織から細胞を培養し通称「線維芽細胞」と呼ばれる細胞集団を得た場合には、培養期間が短いこともあり、比較的均一な細胞集団と考えて良いものと思われる。また、「がん細胞株」に代表されるような不死化細胞株も、長期培養後にはその細胞特性が比較的安定な状態にあることが多い。ただ、「がん細胞株」のような長期培養細胞の遺伝的背景に関しては注意が必要である。何故ならば、長期培養期間中に染色体変異や遺伝子変異が生じた細胞が混在している可能性があるからである。細胞のクローニングをした場合には、クローニング後のしばらくの期間はかなり均一な細胞集団であると言えるが、その後の培養期間が長期にわたれば、細胞集団は再び不均一になっている可能性を考慮する必要性がある。即ち、細胞株を「細胞特性及び遺伝的背景が均一な細胞集団」として実験に使用したいと考えた場合には、培養期間(細胞分裂回数)をなるべく少なくする工夫が重要である。

未培養細胞

 ヒトであれ、実験動物であれ、個体から取り出し、培養操作を施していない細胞。多くの場合、研究者が自ら入手し実験に使用する。しかし、ヒト臍帯血由来細胞(研究用)のように独立行政法人理化学研究所バイオリソースセンター(理研細胞バンク)のようなリソース機関から入手が可能なヒト未培養細胞(primary cells)もある。

培養細胞

初代培養細胞(継代培養なし)

primary cell culture

 多くの場合、研究者が自ら培養し実験に使用する。

詳細は初代培養の項目参照。

短期培養細胞(継代培養あり)

primary cell line

 通常は3ヶ月以内程度の期間の継代培養を経た細胞集団を指し、永続的に継代培養が可能であるとは確認できていない段階の細胞。しかし、この細胞集団に対しても細胞株と呼ぶことはある。尚、ヒト由来の細胞を遺伝子操作等なしで培養した際には、培養開始後2~3ヶ月でそれ以上増えない状態(増殖クライシス)に陥り、継代培養は不能となる。即ち、正常なヒト由来細胞を遺伝子操作等なしで不死化細胞とすることは不可能である。

線維芽細胞

 紡錘形をした細胞の集団。分化能を評価することなく、線維芽細胞と呼ばれているケースも多く、実際には次の例の間葉系幹細胞である場合もある[1]。従って、正確には線維芽細胞様細胞(又は紡錘形細胞)と呼ぶべき細胞集団が多い。

間葉系幹細胞

 骨髄中等に存在し、軟骨骨格筋心筋などに分化する多分化能を有する体性幹細胞。形態学的には線維芽細胞と区別することが不可能である。

神経幹細胞

 様々な神経系細胞に分化する多分化能を有する体性幹細胞。

詳細は神経幹細胞の項目参照。

長期培養細胞(不死化細胞)

permanent cell line

遺伝子操作等なしで樹立された不死化細胞

permanent cell lines established without in vitro gene manipulation

がん細胞株

cancer cell lines

 正常なヒト由来細胞を遺伝子操作等なしで継代培養のみで不死化細胞とすることは不可能であるが、ヒトがん細胞は継代培養のみで不死化細胞とすることが可能である。世界的に最初に樹立された「がん細胞株」は、子宮頚癌に由来するHeLa細胞であり、1952年に発表された細胞株である。その後、様々ながん細胞株が樹立され、現在ではきわめて多種類のがん細胞株が世界の主要細胞バンク機関から提供されている。

マウス細胞株

 ヒト細胞と異なり、マウス由来の正常細胞は遺伝子操作等なしでも継代培養のみで不死化細胞とすることが可能である。一番有名な樹立方法は3T3法である[2]

胚性幹細胞株

embryonic stem (ES) cell lines

 ES細胞株は胚細胞(通常は、胚盤胞期胚の内部細胞塊)に由来する細胞株であり、最初に樹立されたのはマウスES細胞株であった。既述のごとく、正常なヒト由来細胞を遺伝子操作等なしで継代培養のみで不死化細胞とすることは不可能であるため、ヒトES細胞株の樹立は不可能であると考えていた研究者も多いと思われるが、それは可能であった[3]。尚、一般的にES細胞と呼ばれているのは、多くの場合はES細胞株のことであり、不死化細胞集団を指している。ES細胞株を不死化細胞株とすることに異論を唱える研究者もいるが、試験管内で半永久的に培養が可能な細胞集団であり、不死化細胞に該当すると考えられる。

詳細は胚性幹細胞の項目参照。

遺伝子操作等により樹立された不死化細胞

permanent cell lines established with in vitro gene manipulation

EBV形質転換B細胞株

 Epstein-Barrウイルス (EBV)は伝染性単核球症バーキットリンパ腫の原因となるウイルスであるが、多くの日本人は当該ウイルスに対する抗体を有しており、危険なウイルスではない。EBVをB細胞に感染させることでB細胞を不死化細胞株として培養することが可能である(EBV形質転換B細胞株)。EBV形質転換B細胞株は染色体も正常に維持されることが多く、遺伝子解析研究等に汎用されている。

ウイルス由来分子の強制発現による不死化細胞株

 SV40 Large T 抗原ヒトパピローマウイルス 16 (HPV-16)-E6/E7 分子などを細胞に強制発現させることで樹立された不死化細胞株。

hTERTの強制発現による不死化細胞株

 ヒト線維芽細胞にヒトテロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)を強制発現させることで樹立された不死化細胞株。

人工多能性幹細胞

induced Pluripotent Stem (iPS) Cells

 体細胞に数種類(オリジナルの方法では4種類)の遺伝子(Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc等)を強制発現させることで、細胞に初期化(reprogramming)を誘導し樹立される多分化能を有する幹細胞株[4] [5]。ES細胞株と同様な多分化能を有する。ES細胞株と同様に再生医療での応用が期待されている他、疾患特異的iPS細胞(疾患者由来細胞から樹立したiPS細胞)を用いた疾患研究や創薬研究に期待が集まっている。ES細胞と同様に、単にiPS細胞と呼ばれている細胞は、iPS細胞株を指していることが多い。

詳細はiPS細胞の項目参照。

 以上は、培養細胞の培養期間や細胞株の樹立方法による分類であるが、培養細胞の分類には他にも様々な方法がある[2]

神経系の細胞株

 理化学研究所細胞バンクから提供している神経系の細胞株に、PC-12(細胞株名)がある。ラット褐色細胞腫pheochromocytoma)に由来する細胞株であり、神経成長因子 (Nerve Growth Factor, NGF) 添加により分化して神経突起を伸ばすという分化能を有する細胞であり、神経系の研究分野で汎用されている。理研細胞バンクから提供しているすべての細胞の中でも、提供数の多さが毎年10位以内に入る汎用細胞である。

 他には、マウス神経芽細胞腫neuroblastoma)に由来するNeuro 2a(細胞株名)や、マウス神経芽細胞腫(neuroblastoma)とラット神経膠腫(glioma)のハイブリッド細胞(融合細胞)である NG108(細胞株名)などが有名である。残念ながら、Neuro 2a及びNG108は理研細胞バンクからは提供していないが、市販されている細胞株であり、ネット検索で容易に把握が可能である。

 また、今後の神経研究分野においては、多能性幹細胞(ES/iPS細胞)から分化誘導した正常に近い神経系細胞も有用であり、分野によっては、上記の汎用細胞株よりも使用機会が多くなるものと推測される。

 加えて、神経系細胞に関しては、多能性幹細胞由来細胞の3次元培養により、高度に分化した神経系細胞の取得も可能となってきており[6] [7] [8] [9]、今後益々、多能性幹細胞(ES/iPS細胞)に由来する神経系細胞の研究利用が増えていくものと考えられる。

関連項目

外部リンク

参考文献

  1. Kazuhiro Sudo, Megumi Kanno, Kenichi Miharada, Saeri Ogawa, Takashi Hiroyama, Kaoru Saijo, Yukio Nakamura

    Mesenchymal progenitors able to differentiate into osteogenic, chondrogenic, and/or adipogenic cells in vitro are present in most primary fibroblast-like cell populations.
    Stem Cells: 2007, 25(7);1610-7 [PubMed:17395773] [WorldCat.org] [DOI]

  2. 2.0 2.1 『細胞培養プロトコール(実験医学別冊)』(羊土社)(2012)
  3. J A Thomson, J Itskovitz-Eldor, S S Shapiro, M A Waknitz, J J Swiergiel, V S Marshall, J M Jones

    Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts.
    Science: 1998, 282(5391);1145-7 [PubMed:9804556] [WorldCat.org]

  4. Kazutoshi Takahashi, Shinya Yamanaka

    Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors.
    Cell: 2006, 126(4);663-76 [PubMed:16904174] [WorldCat.org] [DOI]

  5. Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda, Shinya Yamanaka

    Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors.
    Cell: 2007, 131(5);861-72 [PubMed:18035408] [WorldCat.org] [DOI]

  6. Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai

    Self-formation of layered neural structures in three-dimensional culture of ES cells.
    Curr. Opin. Neurobiol.: 2012, 22(5);768-77 [PubMed:22405989] [WorldCat.org] [DOI]

  7. Tokushige Nakano, Satoshi Ando, Nozomu Takata, Masako Kawada, Keiko Muguruma, Kiyotoshi Sekiguchi, Koichi Saito, Shigenobu Yonemura, Mototsugu Eiraku, Yoshiki Sasai

    Self-formation of optic cups and storable stratified neural retina from human ESCs.
    Cell Stem Cell: 2012, 10(6);771-85 [PubMed:22704518] [WorldCat.org] [DOI]

  8. Hidetaka Suga, Taisuke Kadoshima, Maki Minaguchi, Masatoshi Ohgushi, Mika Soen, Tokushige Nakano, Nozomu Takata, Takafumi Wataya, Keiko Muguruma, Hiroyuki Miyoshi, Shigenobu Yonemura, Yutaka Oiso, Yoshiki Sasai

    Self-formation of functional adenohypophysis in three-dimensional culture.
    Nature: 2011, 480(7375);57-62 [PubMed:22080957] [WorldCat.org] [DOI]

  9. Mototsugu Eiraku, Nozomu Takata, Hiroki Ishibashi, Masako Kawada, Eriko Sakakura, Satoru Okuda, Kiyotoshi Sekiguchi, Taiji Adachi, Yoshiki Sasai

    Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture.
    Nature: 2011, 472(7341);51-6 [PubMed:21475194] [WorldCat.org] [DOI]