チャイニーズハムスター卵巣細胞
位相差顕微鏡で観察した表面に接着したCHO細胞

チャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞は、チャイニーズハムスターの卵巣上皮細胞に由来する不死化細胞株[ 1 ]の一種で、生物学・医学研究や組換え治療用タンパク質の生産に広く利用されている。[ 1 ] [ 2 ]遺伝学、毒性スクリーニング、栄養学、遺伝子発現の研究​​に広く利用されており、特に1980年代以降は組換えタンパク質の発現に利用されている。CHO細胞は、組換えタンパク質治療薬の工業生産において最も一般的に用いられる哺乳類宿主である。[ 2 ]

歴史

チャイニーズハムスターが初めて医学研究に使用されたのは1919年、北京協和医学院のE.T.謝博士が地元の野原から捕獲したハムスターを肺炎球菌の型別研究に使用した時でした。[ 3 ]その後、同じ研究所の別の医師であるジョセリン・スマイリーとチャールズ・ヤングによって、チャイニーズハムスターがカラアザール（内臓リーシュマニア症）の優れた媒介動物であることが発見され、リーシュマニア症の研究が促進されました。[ 4 ] [ 5 ]

1928年に北京協和医学院で初めて、その後米国のハーバード大学医学部で150匹のハムスターの群れを用いて飼育下での齧歯動物の繁殖が試みられたが、これも失敗に終わった。研究者らがハーバード大学比較病理学棟の地下室に大規模な自然交尾用の巣穴を造り、その後外の芝生の庭に作ったにもかかわらず、ハムスターはニューイングランドの厳しい冬を生き延びたものの、繁殖はしなかった。

1943年、イタリアの遺伝学者グイド・ポンテコルボは、マウスの40個、ラットの42個と比較して、チャイニーズハムスターの細胞には比較的大きな染色体がわずか14個しかないことを発見した。染色体が少なく、大きいため、分離、特徴付け、マッピングが容易であり、げっ歯類はゲノム研究の対象として求められていた。

1948年、中国内戦の影の下、北京陥落の数週間前に、胡正祥博士は雄10匹、雌10匹の計20匹のチャイニーズハムスターを、南京でマラリアを研究していたアメリカ人、ロバート・ブリッグス・ワトソン博士に送った。ワトソン博士は、激しい雨の中、共産党軍の徘徊する一団を間一髪で避けながら11時間かけて動物たちを上海まで運び、パンアメリカン航空の最後の便の一つに乗せて米国へ運んだ。ハムスターはニューヨーク州北部の熟練した齧歯類ブリーダー、ビクター・シュウェンカーに送られ、ハーバード大学の大学院生、ジョージ・イェルガニアンが彼から数匹の動物を購入して独自の繁殖プログラムを開始し、正しい染色体数（2n=22）を決定した。現代のCHO細胞はすべて、胡博士が1948年に提供した20匹の個体から生まれたものである。アメリカの科学者たちと協力したため、彼は朝鮮戦争におけるアメリカの細菌戦を支援したとして「反動的な学術的権威」として迫害され、6ヶ月間の再教育キャンプに収監された。数十年後、 1966年8月の中国文化大革命の際に、これらの非難が再び浮上し、自宅で紅衛兵による残忍な暴行を受けた。その後まもなく、彼と妻は自殺した。[ 6 ] [ 7 ]

1957年、セオドア・T・パックは、ボストン癌研究財団のジョージ・ヤーガニアン博士（現ボストン癌研究財団）の研究室から雌のチャイニーズハムスターを入手し、それを用いてオリジナルのチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞株を樹立しました。それ以来、CHO細胞は、懸濁培養での急速な増殖、高タンパク質生産、そして哺乳類特有の転写後糖化を伴うタンパク質生産能力から、様々な研究で好んで用いられる細胞株となっています。[ 4 ] [ 8 ]

心筋梗塞に対する血栓溶解薬アルテプラーゼ（アクチバーゼ）は、1987年に米国食品医薬品局（FDA）によって承認されました。これは、CHO細胞から製造された最初の市販の組み換えタンパク質でした。 [ 4 ] [ 9 ] CHO細胞は、組み換えタンパク質治療薬および予防薬の製造に最も広く使用されている方法です。[ 10 ] [ 11 ] 2019年には、最も売れた10の医薬品のうち6つがCHO細胞で製造されました。[ 12 ]

プロパティ

すべてのCHO細胞株はプロリン合成能が欠損している。[ 13 ]また、CHO細胞は上皮成長因子受容体（EGFR）を発現しないため、様々なEGFR変異の研究には理想的である。[ 14 ]

さらに、チャイニーズハムスター卵巣細胞は、ヒトで産生されるタンパク質と同様の複雑な糖鎖修飾や翻訳後修飾（PTM）を持つタンパク質を産生することができます。大規模培養が容易で生存率も高いため、 GMPタンパク質の生産に最適です。また、CHO細胞は、酸素濃度、 pH値、温度、細胞密度といったパラメータの変動に対して耐性があります。[ 15 ]

チャイニーズハムスターは哺乳類としては非常に少ない染色体数（2n=22）を有し、放射線細胞遺伝学や組織培養の優れたモデルでもある。 [ 16 ] 組み換え医薬品の製造に使用された最初の細胞株であるため、内因性レトロウイルス配列（ERS）に関する規制上の懸念が提起された。CHO細胞には約1000個のERS配列が含まれており、その一部は嚢内A型粒子とC型粒子の合成を誘導することができる。また、逆転写酵素の発現が低いことが観察されている。しかし、ERSの大部分は欠陥があり（すべての読み枠に終止コドンがある）、推定レトロウイルスゲノムの大規模な欠失を含んでいる。[ 17 ] [ 18 ]

変種

オリジナルのCHO細胞株が1956年に発表されて以来、様々な目的で多くの細胞株の変異体が開発されてきた。[ 13 ] 1957年にCHO-K1がCHO細胞の単一クローンから生成された。[ 19 ] しかし、業界筋によると、科学者セオドア・パックが1968年に初めてCHO-K1を単離したという。[ 1 ] パックとその同僚は1957年にチャイニーズハムスター卵巣由来の細胞株を開始したと報告した。[ 20 ] [ 21 ] K1の変異体には、ATCC、ECACCに寄託されたものや、無タンパク質培地での増殖に適応したバージョンなどがある。[ 19 ]

CHO-K1は1970年代にエチルメタンスルホン酸で変異誘発され、ジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）活性を欠く細胞株が生成され、CHO-DXB11（CHO-DUKXとも呼ばれる）と呼ばれています。[ 22 ]しかし、これらの細胞は、変異するとDHFR活性に戻る可能性があり、研究における有用性がいくらか制限されています。[ 22 ]その後、1983年に、CHO細胞はガンマ線で変異誘発され、 DHFR遺伝子座の両方の対立遺伝子が完全に除去された細胞株が生成され、CHO-DG44と呼ばれています。[ 23 ]これらのDHFR欠損株は、成長にグリシン、ヒポキサンチン、およびチミジンを必要とします。 [ 23 ]変異DHFRを持つ細胞株は、目的遺伝子とDHFR遺伝子の機能的コピーを導入した細胞をチミジン欠乏培地で容易にスクリーニングできるため、遺伝子操作に有用である。このため、DHFRを欠損したCHO細胞は、工業用タンパク質生産において最も広く使用されているCHO細胞である。

近年、他の選択システムが普及し、CHO細胞中の活性クロマチンをより効率的に標的とするベクターシステムでは、抗生物質選択（ピューロマイシン）を用いて高レベルのタンパク質発現を示す組換え細胞を作製することが可能になりました。この種のシステムは特別な変異を必要としないため、DHFRを欠損していない宿主細胞培養でも優れたレベルのタンパク質産生が認められています。

CHO細胞は（他の不死化細胞と同様に）遺伝的に不安定な傾向が非常に強いため、その名称が製造用途での有用性を示すとは考えるべきではありません。例えば、2013年に入手可能な3つのK1子孫培養物は、それぞれが互いに比較して顕著な変異を蓄積しています。[ 19 ]工業的に使用されているCHO細胞株のほとんど、あるいは全ては、動物性成分を含まない培地または化学的に定義された培地で培養され、大規模バイオリアクターで懸濁培養されています。[ 13 ] [ 19 ] CHO細胞の複雑な遺伝学と細胞集団のクローン由来に関する問題については、広く議論されました。[ 24 ] [ 25 ]

遺伝子操作

CHO細胞で行う遺伝子操作の多くは、DHFR酵素を欠く細胞で行われる。この遺伝子選択スキームは、組換え治療用タンパク質の生産のためのトランスフェクトCHO細胞株を確立するための標準的な方法の1つであり続けている。このプロセスは、目的の遺伝子とDHFR遺伝子を単一の哺乳類発現システムに分子クローニングすることから始まる。次に、2つの遺伝子を含むプラスミドDNAを細胞にトランスフェクトし、細胞をチミジン欠乏培地で選択条件下で増殖させる。生き残った細胞は、ゲノムに目的の遺伝子とともに外因性のDHFR遺伝子が組み込まれている。[ 26 ] [ 27 ]各細胞株の増殖速度と組換えタンパク質の生産レベルは大きく異なる。望ましい表現型特性を持つ、安定的にトランスフェクトされた少数の細胞株を得るためには、数百の候補細胞株を評価する必要があるかもしれない。

CHO細胞株およびCHO-K1細胞株は、保健保護庁（HPA）の培養コレクションの一部である欧州細胞培養コレクションなど、多くの生物資源センターから入手できます。これらの組織は、成長曲線、成長のタイムラプスビデオ、画像、継代培養の手順情報などのデータも保管しています。[ 28 ]

工業用途

CHO細胞は、モノクローナル抗体などの治療用タンパク質の大量生産に用いられる最も一般的な哺乳類細胞株であり、治療用mAbの70%に用いられている。[ 2 ]培養液1リットルあたり3～10グラムの規模で組換えタンパク質を生産することができる。 [ 13 ] CHO細胞産物は、これらの哺乳類細胞が組換えタンパク質に対してヒトと同様の翻訳後修飾を行うため、ヒトへの応用に適している。この修飾は、いくつかのタンパク質の機能に重要である。 [ 29 ] CHO-K1トランスジェニック細胞は、バイオマス蓄積を犠牲にしてモノクローナル抗体の発現が高いことが特徴であると考えられている。 [ 30 ]例えば、CHO-K1に基づいて、1リットルあたり最大6.5グラムの生産性を持つモノクローナル抗体産生細胞株が選抜されている。[ 31 ]

参照

ウィキメディア コモンズには、 CHO 細胞に関連するメディアがあります。

参考文献

  1. ^ a b c Eberle, Christian (2022年5月3日). 「CHO細胞 – チャイニーズハムスターの卵巣由来の細胞株に関する7つの事実」 evitria . 2024年1月30日閲覧。
  2. ^ a b c Wurm FM (2004). 「培養哺乳類細胞における組換えタンパク質治療薬の生産」. Nature Biotechnology . 22 (11): 1393– 1398. doi : 10.1038/nbt1026 . PMID 15529164. S2CID 20428452 .  
  3. ^ 「Vital Tools: CHO細胞の簡潔な歴史」(PDF) . LSF Magazine . 2025年4月21日閲覧。
  4. ^ a b c「Vital Tools A Brief History of CHO Cells」（PDF） LSF Magazine 2015年冬号 38～ 47頁2023年4月5日閲覧。
  5. ^ Young C, Smyly H, Brown C (1924年3月). 「ハムスターにおける実験的カラアザール」.実験生物学・医学. 21 (6): 357– 359. doi : 10.3181/00379727-21-182 . ISSN 1535-3702 . 
  6. ^ 「Vital Tools: CHO細胞の簡潔な歴史」(PDF) . LSF Magazine . 2025年4月21日閲覧。
  7. ^ 「Hu Zhengxiang」 .中国病理学者協会. 2025年4月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年4月21日閲覧。
  8. ^ Fanelli, Alex (2016). 「CHO細胞」 . 2017年11月28日閲覧。
  9. ^ Du C; Webb C (2011). 「細胞システム」.包括的バイオテクノロジー.エルゼビア. pp.  11– 23. doi : 10.1016/b978-0-08-088504-9.00080-5 . ISBN 978-0-08-088504-9。
  10. ^ Tihanyi B, Nyitray L (2020年12月). 「組み換えタンパク質生産のためのCHO細胞株開発における最近の進歩」. Drug Discovery Today . 38 : 25–34 . doi : 10.1016/j.ddtec.2021.02.003 . hdl : 10831/82853 . PMID 34895638.しかしながら、バイオ医薬品の70%、そしてほぼすべてのmAbは、バイオ医薬品タンパク質生産において最も一般的に使用され、推奨されている宿主であるチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞で生産されています。 
  11. ^ Liang K, Luo H, Li Q (2023). 「最適化された灌流培養戦略によるチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞によるモノクローナル抗体産生の増強と安定化」 . Frontiers in Bioengineering and Biotechnology . 11 1112349. doi : 10.3389/fbioe.2023.1112349 . PMC 9895834. PMID 36741761. 2016年以降、rBPおよびmAbの約70%がチャイニーズハムスター卵巣（CHO）細胞株から生産された。  
  12. ^ Li ZM, Fan ZL, Wang XY, Wang TY (2022). 「チャイニーズハムスター卵巣細胞における組換えタンパク質の発現に影響を与える因子と改善戦略」 . Frontiers in Bioengineering and Biotechnology . 10 880155. doi : 10.3389/fbioe.2022.880155 . PMC 9289362. PMID 35860329. 2019年までに、売上高上位10位の医薬品のうち6つすべてがCHO細胞で生産されました（Urquhart, 2020）。  
  13. ^ a b c d Wurm FM; Hacker D (2011). 「最初のCHOゲノム」. Nature Biotechnology . 29 (8): 718–20 . doi : 10.1038/nbt.1943 . PMID 21822249 . S2CID 8422581 .  
  14. ^ Ahsan, A.; SM Hiniker; MA Davis; TS Lawrence; MK Nyati (2009). 「上皮成長因子受容体阻害剤による放射線増感における細胞周期の役割」 . Cancer Research . 69 (12): 5108– 5114. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-09-0466 . PMC 2697971. PMID 19509222 .  
  15. ^ 「CHO細胞 - チャイニーズハムスターの卵巣由来の細胞株に関する7つの事実」 evitria AG、2022年5月3日。
  16. ^ Tjio JH; Puck TT (1958). 「哺乳類体細胞の遺伝学. II. 組織培養における細胞の染色体構成」 . J. Exp. Med . 108 (2): 259– 271. doi : 10.1084/jem.108.2.259 . PMC 2136870. PMID 13563760 .  
  17. ^ Anderson, KP, Lie, YS, Low, M.-A., Williams, SR, Fennie, EH, Nguyen, TP, Wurm, FM (1990) CHO細胞における嚢内A粒子関連配列の存在と転写．J. Virology 64,5,2021-2032
  18. ^ Lie, YS, Penuel, EM, Low, MA, Nguyen, TP, Managahas, JO, Anderson, KP, Petropoulos, CJ (1994) 「チャイニーズハムスター卵巣細胞には転写活性のある全長C型プロウイルスが含まれている」 J. Virology, 68, 2 7840-7849
  19. ^ a b c d Lewis NE; Liu X; Li Y; Nagarajan H; Yerganian G; O'Brien E; et al. (2013). 「Cricetulus griseusドラフトゲノムによって明らかになったチャイニーズハムスター卵巣細胞株のゲノムランドスケープ」 Nature Biotechnology . 31 (8): 759– 765. doi : 10.1038/nbt.2624 . PMID 23873082 . 
  20. ^ Puck TT, Cieciura SJ, Robinson A (1958). 「哺乳類体細胞遺伝学：III. ヒトおよび動物由来の正倍数体細胞の長期培養」 . Journal of Experimental Biology . 108 (6): 945– 956. doi : 10.1084/jem.108.6.945 . PMC 2136918. PMID 13598821 .  
  21. ^ Ham RG (1965). 「化学的に定義された合成培地における哺乳類細胞のクローン増殖」 .米国科学アカデミー紀要. 53 (2): 288– 293. Bibcode : 1965PNAS...53..288H . doi : 10.1073 / pnas.53.2.288 . PMC 219509. PMID 14294058 .  
  22. ^ a b Urlaub G; Chasin LA (1980年7月). 「ジヒドロ葉酸還元酵素活性を欠損したチャイニーズハムスター細胞変異体の単離」 .米国科学アカデミー紀要. 77 (7): 4216– 4220. Bibcode : 1980PNAS...77.4216U . doi : 10.1073/ pnas.77.7.4216 . PMC 349802. PMID 6933469 .  
  23. ^ a b Urlaub G; Kas E; Carothers AD; Chasin LA (1983年6月). 「培養哺乳類細胞からの二倍体ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子座の欠失」 . Cell . 33 (2): 405– 412. doi : 10.1016/0092-8674(83)90422-1 . PMID 6305508 . 
  24. ^ Wurm, Florian; Wurm, Maria (2017). 「CHO細胞のクローニング、生産性、遺伝的安定性に関する考察」 . Processes . 5 (4): 20. doi : 10.3390/pr5020020 .
  25. ^ Reinhart, D; Damjanovic, L; Kaisermayer, C; Sommeregger, W; Gili, A; Gasselhuber, B; Castan, A; Mayrhofer, P; Grünwald-Gruber, C; Kunert, R (2019年3月). 「組換えCHO-K1、CHO-DG44、およびCHO-Sのバイオプロセシング：CHO発現宿主はmAb産生またはバイオマス合成のいずれかを好む」 . Biotechnology Journal . 14 (3) e1700686. doi : 10.1002/biot.201700686 . PMID 29701329. S2CID 13844297 .  
  26. ^ Lee F; Mulligan R; Berg P; Ringold G (1981年11月19日). 「グルココルチコイドはマウス乳がんウイルスキメラプラスミドにおけるジヒドロ葉酸還元酵素cDNAの発現を制御する」Nature . 294 (5838): 228– 232. Bibcode : 1981Natur.294..228L . doi : 10.1038/294228a0 . PMID 6272123 . S2CID 2501119 .  
  27. ^ Kaufman RJ; Sharp PA (1982年8月25日). 「モジュラージヒドロ葉酸還元酵素相補DNA遺伝子を共導入した配列の増幅と発現」. Journal of Molecular Biology . 159 (4): 601– 621. doi : 10.1016/0022-2836(82)90103-6 . PMID 6292436 . 
  28. ^ 「一般細胞コレクション：CHO-K1」 . Hpacultures.org.uk. 2000年1月1日. 2013年5月21日閲覧。
  29. ^ Tingfeng, Lai; et al. (2013). 「組換えタンパク質生産のための哺乳類細胞株開発技術の進歩」 .医薬品. 6 (5): 579– 603. doi : 10.3390/ph6050579 . PMC 3817724. PMID 24276168 .  
  30. ^ Reinhart, David; Damjanovic, Lukas; Kaisermayer, Christian; Sommeregger, Wolfgang; Gili, Andreas; Gasselhuber, Bernhard; Castan, Andreas; Mayrhofer, Patrick; Grünwald-Gruber, Clemens; Kunert, Renate (2019年3月). 「組換えCHO-K1、CHO-DG44、およびCHO-Sのバイオプロセシング：CHO発現宿主はmAb産生またはバイオマス合成のいずれかを好む」 . Biotechnology Journal . 14 (3) 1700686. doi : 10.1002/biot.201700686 .
  31. ^ Timonova, SS; Kirik, IA; Filatova, MA; Anfilatova, AI; Shubina, SS; Polupanova, AA; Gabdrakhmanova, AF; Ivanov, ES; Bade, VN; Piskunov, AA; Khamitov, RA (2025-09-29). 「デノスマブを事例とした組換え治療用タンパク質産生細胞株の開発」 .生物学的製品. 予防・診断・治療. 25 (3): 245– 257. doi : 10.30895/2221-996X-2025-553 . ISSN 2619-1156 . 
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Chinese_hamster_ovary_cell&oldid=1334525748」より取得