はじめに

そのU2OS細胞 この細胞株（U-2 OS、U-2OS、U-2-OS、U2-OS、U20-S、U20S、2T とも呼ばれる）は、今日でも活発に利用されている、最も初期に樹立されたヒトがん細胞株の一つである。 この細胞株は1960年代半ばに、脛骨の中等度分化型骨肉腫から樹立され、1967年にポンテンとサクセラによって初めて報告された。[1]. この細胞株の確立により、研究者たちは、骨腫瘍、腫瘍生物学、および基礎的な細胞生物学を研究するための、取り扱いやすく、接着性があり、上皮様形態を持つモデルを得ることとなった。その後数十年にわたり、U2OSは、DNA修復研究、骨肉腫の創薬、細胞周期解析、およびゲノムプロファイリングの礎となった。 この細胞株は、骨肉腫細胞株の中では比較的珍しい、野生型TP53の機能を保持しており、p53依存性シグナル伝達経路、DNA損傷応答、および概日リズムの調節を解明する上で特に有用である。 膨大なオミクスデータセットと数百件に及ぶ公表された研究により、U2OSは、生物医学研究者にとって利用可能なヒトがんモデルの中でも、最も多く引用され、詳細に特徴付けられているもののひとつであり続けている。

主なポイント

• U2OS（Cellosaurus アクセス番号 CVCL_0042）は、1960年代半ばに脛骨の骨組織から樹立され、1967年に初めて報告されたヒト骨肉腫細胞株である。
• この細胞株は野生型のTP53を保有しており、p53依存性の細胞周期およびDNA損傷の研究において、好ましいモデルとなっている。
• U2OS細胞は、付着性の上皮様形態を示す単層として増殖し、その倍加時間は約25～30時間（DSMZ ACC-785）から36時間（Mohseny et al.）と報告されている。
• この細胞株は、ゲノミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクス、および「がん細胞株エンサイクロペディア（Cancer Cell Line Encyclopedia）」を含む薬剤スクリーニングデータセットにおいて、広範に解析されています。
• U2OSは、GPCRアッセイ、蛍光レポーター研究、およびCRISPRを用いた機能スクリーニングに使用される、数百種類の派生エンジニアリング細胞株のプラットフォームとして活用されてきました。
• 現在の研究分野は、骨肉腫の創薬、DNA修復メカニズム、概日生物学、エンドサイトーシス、代謝リプログラミングなどに及んでいます。

U2OSとは何ですか？

U2OSは、骨肉腫を患う15歳の女性患者の脛骨から分離された。この細胞株は1960年代半ばに樹立され、1967年にポンテンとサクセラによって初めて報告された。[1]、その後、がん研究用のヒト腫瘍細胞株として登録された[2]. 初期の免疫学的特性評価により、HeLa細胞の混入がないことが確認された[3] そして、その細胞株のHLA抗原プロファイルを明らかにした[4] [5]. この細胞株は、上皮様形態を示す付着性単層として増殖する。報告されている倍加時間は情報源によって異なり、DSMZカタログ（ACC-785）によれば約25～30時間、Mohsenyらによる機能特性評価では約36時間となっている。[13] [61]。これは、野生型のTP53を保持する中分化型骨肉腫細胞株に分類され、p53の発現を完全に欠くSaos-2などの他の骨肉腫細胞株とは区別される。 比較特性解析の結果、U2OS細胞は、より成熟した骨肉腫細胞株と比較して比較的未分化な状態にあることを反映して、ほとんどの古典的な骨芽細胞マーカーに対して陰性であることが示された。[6]. この系統はマイクロサテライト安定（MSS）であり、ヘテロ接合体のPPM1D截断変異（p.Arg458Ter、c.1372C>T）を有しており、これはCellosaurusおよびDepMap（ACH-000364）においてU2OSとして記録されている。[61]. この種のC末端が欠失した機能獲得型PPM1D対立遺伝子がもたらす機能的影響、すなわちp53依存性G1チェックポイントの機能不全については、Kleiblovaらによって解明された。[7].

比較ゲノムハイブリダイゼーションによる染色体解析の結果、U2OSを含む骨肉腫細胞株全体に複雑なゲノム異常が認められ、1株あたりの平均異常数は20.8件（範囲：10～31）であった。[8]. 高解像度アレイCGHにより、さらに隠れた微小異常が同定され、U-2 OSは、検査対象となった4つの骨肉腫細胞株の中で、こうした事象の数が最も少なく——6件で、このパネル中では最低の発生率——そのTP53野生型という背景と一致していた。一方、TP53変異型であるSAOS-2では17件が確認された。[9]. EuroBoNeTコンソーシアム内で実施された分子レベルの解析により、U2OS細胞株のTP53が野生型であることが確認され、骨腫瘍パネル全体において最も頻度の高い単一の変異として、ホモ接合性のCDKN2A欠失が同定された（36系統中15系統）。これはp16タンパク質の欠如と密接に関連している。 Cellosaurusにおいては、U2OS自体についてCDKN2A欠失は記録されていない。[10] [61]. p53遺伝子の再構成は、原発性骨肉腫および関連する細胞株において報告されている[11]、また、野生型p53の過剰発現により、骨肉腫細胞の増殖が阻害されることが示された[12]、p53シグナル伝達経路の研究におけるU2OSモデルの有用性を裏付けている。機能解析により、U2OS細胞は皮下注入後に生体内で腫瘍を形成することが確認され、代表的な骨肉腫モデルとしての有用性が実証された。[13].

細胞培養に関する情報

U2OS細胞の利点

U2OSの最も重要な利点の一つは、野生型TP53が保持されていることです。この特性により、この細胞株は、DNA損傷チェックポイント、細胞周期停止、アポトーシス、および遺伝毒性ストレスに対する転写応答など、p53依存性プロセスの研究に最適です。 多くの骨肉腫およびがん細胞株はp53変異を有しているため、U2OSは、機能喪失型変異による交絡効果を受けずにp53経路の薬理学的評価が可能となる骨腫瘍モデルとして、極めて重要な役割を果たしています。MDM2拮抗薬の研究は、この違いがなぜ重要であるかを如実に示しています。 一連の肉腫細胞株において、MDM2拮抗薬であるNutlin-3Aは、MDM2が増幅している細胞株ではp53を安定化させ、下流のp53依存性転写およびアポトーシスを効率的に誘導した。 一方、野生型のTP53を持ちながらMDM2の増幅がない細胞株（U2OSに見られる構成）では、Nutlinに対するある程度の反応は観察されたものの、アポトーシスは誘導されなかった。[14]. したがって、p53機能が正常な骨腫瘍モデルを用いることで、p53の状態とMDM2の発現量の寄与を、混同することなく個別に解明することができる。

U2OS細胞は、平坦で付着性の上皮様形態と比較的大きな核サイズを特徴とするため、生細胞顕微鏡観察や蛍光レポーターアッセイに非常に適しています。これらの特性により、以下を含む数百もの派生改変細胞株が作出されてきました――U2OS-CRISPR-NUP96-SNAP細胞 さらに、数多くのPathHunterおよびLanthaScreenの亜種があり、これらはすべてCVCL_0042の子エントリとして登録されている[61] — 親系統のトランスフェクタビリティと光学的な透明性を活かしたものです。 また、この細胞株は、「Cancer Dependency Map」プロジェクト（DepMap ACH-000364、Cancer Cell Line Encyclopediaを統合）や「Human Protein Atlas」細胞アトラスパネルなど、複数の主要なゲノムおよびプロテオームプロファイリングイニシアチブにも参加しており、研究者に実験結果のベンチマークとして活用できる豊富な背景データセットを提供している。[15] [16] [61].

この細胞株は、遺伝子操作に極めて適していることが実証されており、安定および一過性のトランスフェクション、CRISPR-Cas9による遺伝子編集、RNAiによるノックダウン、ならびにウイルス媒介による導入に対応しています。外因性構築物の効率的な組み込みと堅牢な増殖動態により、ハイスループットスクリーニングプラットフォームにおいて実用的な主力細胞株となっています。 U2OS細胞における5,259種類の薬剤の「セルペインティング」プロファイルは、化学生物学分野において最大規模の形態学的参照データセットの一つを構成しており、これらは熱プロテオームプロファイリングと組み合わされることで、化合物の作用機序を大規模に推定することが可能となっている。[17]. 骨がんの生物学、基礎的な細胞生物学、創薬といった幅広い分野に適用できるこの特長こそが、U2OSが長きにわたり支持され続けている理由である。

U2OS細胞の限界

多くの長所がある一方で、U2OSには解釈を複雑にする可能性のある染色体の複雑性が認められる。8つの骨肉腫細胞株を対象とした比較ゲノムハイブリダイゼーションにより、1株あたり平均20.8件の染色体異常が明らかとなり、U2OSでは複数の領域にわたって染色体数の増加および減少が認められた。[8]. PPM1Dのヘテロ接合性機能獲得型截断変異（p.Arg458Ter）は、p53依存性のG1チェックポイントを損なう。つまり、p53は存在し、配列レベルでは野生型であるが、その下流のシグナル伝達は部分的に弱まっている[7] [61]. p53シグナル伝達経路の精密な薬理学を研究している研究者は、結果を解釈する際にこの修飾因子を考慮に入れるべきである。

U2OSは中分化型の骨肉腫細胞株であるため、成熟した骨芽細胞の表現型を忠実に再現しているわけではない。免疫細胞化学的解析の結果、より成熟した細胞とは対照的に、U2OSはほとんどの骨芽細胞マーカーに対して陰性であることが示された。SaOS-2細胞 行[6]。したがって、確固たる骨形成分化マーカーや石灰化反応を必要とする研究においては、U2OSは後期段階の骨芽細胞の生物学的特性を十分に反映していない可能性がある。さらに、他の確立された細胞株と同様に、U2OSも体外培養による適応が蓄積しており、特に間質との相互作用や三次元構造の観点において、原発腫瘍の生物学的特性を忠実に反映していない可能性がある。[13].

U2OS細胞株は、他の細胞株と同様、長期にわたる継代を行うと、遺伝的ドリフトやサブクローン間の表現型の変動が生じるリスクがあります。研究室間で再現性を確保するため、短鎖タンデム反復配列（STR）プロファイリングによる真正性確認を強く推奨します。[18]。また、研究者らは、U2OSが古典的な骨芽細胞由来の細胞外マトリックスタンパク質の一部のみを発現していることに留意すべきである。このため、コラーゲンIやその他の成熟骨芽細胞由来の産物に依存する骨微小環境の研究における代替モデルとしての利用には限界がある。

詳細な仕様を確認し、ご注文ください

応用分野

骨肉腫の創薬および治療薬スクリーニング

U2OS細胞株は、骨肉腫に対する新規化合物および既存薬の転用化合物を評価するための主要なモデル系である。これまでの研究では、この細胞株を用いて、多様な天然物および合成化合物の抗腫瘍活性が検討されてきた。発芽後のジャトロファ・クルカス（Jatropha curcas）種子由来のI型リボソーム不活性化タンパク質であるカーシンCは、 発芽後のジャトロファ・クルカス（Jatropha curcas）種子由来のI型リボソーム不活性化タンパク質であるカーシンCは、ROSを介したアポトーシス、オートファジー、およびS期およびG2/M期の両方の細胞周期停止を通じてU2OS細胞の増殖を抑制することが示されており、その効果はERK経路の阻害に加え、JNKシグナル伝達の活性化に起因すると考えられている。 ROSスカベンジャーであるNACおよびJNK阻害剤SP600125は、それぞれこの反応を弱め、提案されたシグナル伝達カスケードを裏付けた[53]。 その後の研究により、U2OS細胞においてCurcin CがCurcinに比べて高い効力を示す理由は、主にLRP1を介したクラトリン依存性エンドサイトーシスによるものであり、Curcin Cはこの経路を利用できるが、Curcinは利用できないことが明らかになった。

天然アルカロイドであるアロペリンは、MG-63およびU2OS骨肉腫細胞の両方において増殖とコロニー形成能を抑制し、フローサイトメトリーによって確認されたようにアポトーシスを誘導し、スクラッチアッセイおよびトランスウェルアッセイにおいて浸潤を抑制するとともに、MMP-2、MMP-9、 PI3K、p-AKT1の発現を低下させた[54]。この研究は、天然アルカロイドが成長と転移能を同時に阻害し得る、複数の収束する経路を浮き彫りにした。 これとは別に、天然甘味料代謝産物であるステビオールは、用量依存的かつ時間依存的にU2OSの増殖を抑制することが示され、そのメカニズムの解明により、G1期の細胞周期停止およびBax/Bcl-2比の上昇によって示されるミトコンドリアアポトーシス経路が明らかになった [55] — これらの知見により、天然代謝産物は骨肉腫の化学予防研究における有力な候補として位置づけられている。

タンニン酸はU2OS細胞においてシスプラチンの細胞毒性を増強したが、その相互作用は比率に強く依存することが判明した： タンニン酸とシスプラチンの比率が90:10および85:15のときは相乗効果が観察されたのに対し、75:25および50:50の比率では拮抗作用が認められ、タンニン酸単独では正常なhFOB 1.19骨芽細胞を有意に抑制しなかった [56]。したがって、ポリフェノールに基づく感受性増強戦略は、単純な併用投与ではなく、投与比の慎重な最適化に依存する。 同様に、没食子酸はU2OS細胞およびオラパリブ耐性派生細胞（U2OS-PIR）において、オラパリブによる細胞死を増強し、獲得されたオラパリブ耐性を軽減し、血管新生を抑制し、cPARP、 Bcl-2およびBaxを調節した[57]。これにより、骨肉腫治療研究に適用可能な天然化合物の組み合わせのレパートリーが拡大した。 承認済みのマルチキナーゼ阻害剤であるレンバチニブは、p-STAT3/p53/xCT軸を介してU2OSおよび143B細胞においてフェロプトーシスに関連する変化を誘導することが示され、この薬剤が従来の血管新生阻害作用を超えて骨肉腫の進行を抑制し得る新たなメカニズムが明らかになった [19]。U2OSを含む一連の骨肉腫細胞株を対象に、ナチュラルキラー（NK）細胞を用いた免疫療法が評価され、NKG2Dリガンドの発現がNK細胞による殺傷効率と相関し、エアロゾル投与のインターロイキン-2がin vivoにおいて臓器特異的なNK細胞活性を向上させることが示された[20]。

63のヒト細胞株と400以上の抗がん化合物を網羅した、より広範な肉腫向け薬剤スクリーニングにより、U2OSの薬剤感受性プロファイルが遺伝子およびマイクロRNA発現データと共に記録され、この分野にとって豊富なファーマコゲノミクス参照資料が提供された[21]。 画期的な「Cancer Cell Line Encyclopedia」プロジェクトでは、U2OSを含む約950の細胞株からの遺伝子発現、コピー数、シーケンシングデータを統合し、これらを薬剤感受性プロファイルと相関させることで、治療反応を予測するバイオマーカーを特定した[15]。 その後のファーマコゲノミクス・ランドスケープ研究では、1,000以上のアノテーション付き細胞株にわたるがんに起因する変異と薬剤感受性の関連性をマッピングし、より広範な腫瘍学の領域においてU2OSの反応をさらに文脈化しました [22]。

miR-16-1-3p/MDM2/p53 軸は、骨肉腫における TGF-β1 シグナル伝達出力の重要な調節因子として浮上している。 Xueらは、miR-16-1-3pの過剰発現がU2OS細胞の増殖能およびクローン形成能を著しく低下させることを実証した。一方、TGF-β治療との併用により、G1期停止が強力に促進され、腫瘍の増殖能力がほぼ消失した [23]。 同研究では、miR-16-1-3pがTGF-βによるアクチンリモデリングおよび上皮間葉転換に関連する変化を抑制すること、 また、併用投与により野生型U2OS細胞におけるシスプラチン感受性が増加し、ニワトリ絨毛尿膜膜モデルにおいて腫瘍結節の体積および転移が減少したことが示され、このマイクロRNAがTGF-βシグナル伝達の転移促進経路をどのように抑制するかについて、メカニズム的な知見が得られた。 骨芽細胞由来の細胞外小胞（OB-EVs）は、細胞株に依存した形で骨肉腫細胞の挙動を変化させることが示された。 U2OS細胞では代謝活性（1.30倍）と増殖（1.70倍）を低下させ、アポトーシス（1.15倍）を増加させたのに対し、MG-63細胞では増殖が4.9倍に増加した。 併せてMNNG/HOS細胞においてトランスクリプトームプロファイリングが実施され、296個の遺伝子の発現に差異が認められた。著者らは、miRNAのシャトル現象が寄与するメカニズムの一つとして提唱しているが、これについては機能的な検証が依然として必要である[24]。 骨肉腫における代謝のリプログラミングは、単一細胞トランスクリプトミクスによって調査され、スタニオカルシン-2（STC2）が糖代謝の中核的な調節因子であることが特定され、Seahorse 細胞外フラックス分析を用いて MG-63 細胞および U2OS 細胞においてその機能が検証された [25]。

DNA修復、細胞周期制御、およびDNA損傷応答

U2OSは、DNA修復研究において最も広く使用されているモデルの一つである。その主な理由は、その野生型p53の背景により、p53依存性の損傷応答の全範囲を詳細に解析できる点にある。 ゲノム規模の研究により、U2OS の細胞周期制御トランスクリプトームがマッピングされ、複数の同期細胞周期にわたって、1,871 の固有の遺伝子に対応する 2,140 の周期的に発現する転写産物が同定された [52]。 G2/M転写因子FOXM1のChIP-seqデータと、E2F1、E2F4、 E2F6、GABPA、およびDREAM複合体に関する既発表のChIP-seqデータを組み合わせることで、著者らは、FOXM1がG2/M期遺伝子のプロモーターを強力に活性化させる一方で、S期に誘導される遺伝子のプロモーターをわずかにしか活性化しないこと、また、U2OSとHeLaに共通する細胞周期遺伝子のコアセットが、複数の細胞周期転写因子によって結合されていることを示した。 このデータセットにより、U2OSは細胞周期トランスクリプトームのマッピングを行うための、独立して特徴づけられた2番目の人類モデルとして確立され、現在もヒト細胞分裂周期の遺伝子制御研究において広く利用されている参照モデルとなっている。

p53を不活性化させるホスファターゼであるPPM1D/Wip1における機能獲得型変異は、C末端が欠失した過剰活性型のWip1を生成し、DNA損傷後のp53依存性G1チェックポイントを損なう。 U2OS細胞は、このような切断型対立遺伝子（p.Arg458Ter）をヘテロ接合体として保有している[7] [61]。このため、U2OS細胞は、Wip1の切断がDNA損傷応答を弱めることで、いかにして選択的な増殖優位性をもたらすかを研究するための有用なモデルとなっている。 2 Gyの光子に曝露されたU2OS細胞において、DNA損傷応答における単一細胞間の変動が定量化された。二核細胞の姉妹核における53BP1およびγH2AXのフォーカスを比較することにより、 Płódowskaらは、ランダムに分布するDNA損傷に重畳する、修復フォーカスの形成における細胞間の確率的ノイズを実証し、このノイズが53BP1フォーカスの総変動の28％、γH2AXフォーカスの50％を占めることを明らかにした[26]。 U2OS対照株を含む軟部組織肉腫細胞株における姉妹染色分体交換解析により、内因性のγH2AX形成がゲノム不安定性と相関し、DNA損傷治療への反応を予測し得ることが確認された[27]。

ハンチントン病における体細胞性CAG反復配列の拡張を調査するために、U2OS細胞が用いられた。MSH3のY245/K246 IDL結合ポケットの遺伝子破壊は、変異型HTTエクソン1を発現するU2OS細胞株においてDNA相互作用を著しく減少させ、反復配列の拡張を阻止した。また、同部位の薬理学的遮断は、U2OS細胞における反復配列の拡張を抑制しただけでなく、重要なことに、HD患者由来のiPS細胞から樹立された中型棘細胞においても拡張を遅らせた[28]。 U2OS DR-GFP派生細胞株は、相同組換え修復アッセイに広く使用されており、特定の修復経路の構成要素を解析するために、RAD52、TBK1、OPTNのノックアウトを含む複数のノックアウト派生株が作成されており、これらはすべてCVCL_0042の子エントリとしてカタログ化されている [61]としてカタログ化されている。TSC2腫瘍抑制遺伝子はストレス顆粒抑制因子として同定された。 この研究を報告したプレプリントによれば、U2OS細胞においてsiRNAを介したTSC2の部分的な減少は、マウス胚性線維芽細胞で観察された完全な喪失とは対照的に、自発的なストレス顆粒を誘導しなかった。これにより、TSC2はストレス顆粒の形成における閾値依存性の調節因子であることが確立された[29]。 がん細胞株パネルにおけるホモ接合欠失および極性複合体遺伝子の破壊に関するゲノムワイドスクリーニングにもU2OSデータが組み込まれており、劣性がん遺伝子や脆弱部位のシグネチャの同定に寄与している[30] [31]。

概日生物学と遺伝子制御

U2OSは、哺乳類の概日時計研究における主要なモデルとなっている。これらの細胞は、強固で自己維持型の概日リズムを示し、リアルタイム発光測定のために概日時計遺伝子のルシフェラーゼレポーターと組み合わせて日常的に使用されている。 Burkeらは、時計遺伝子ルシフェラーゼレポーターを発現するU2OS細胞を用いて、カフェインが用量依存的に概日周期を延長することを示し、薬理学的解析およびsiRNAによるノックダウンを通じて、この効果はリアノジン受容体やホスホジエステラーゼ活性ではなく、アデノシン受容体シグナル伝達によるものであることを明らかにした [59]。 この同じシステムは、大規模な化学物質スクリーニングにも対応している。U2OS細胞を用いた既存薬剤のハイスループットスクリーニングにより、約5％の薬剤が概日周期を変化させることが判明し、デヒドロエピアンドロステロンが周期を短縮する化合物であることが特定され、ABL1、ABL2、およびBCRキナーゼが周期の調節に関与していることが示唆された [60]。 これらの特性は、中核となるBMAL1/CLOCK転写・翻訳フィードバックループおよびその発癌経路との相互作用を支配する分子メカニズムを解明するために、広く活用されてきた。

最近のプレプリントでは、U2OS 細胞における c-MYC の内因性概日特性について調査が行われました。 c-MYCレポーターを作成し、その振動位相をBMAL1およびPER2レポーターと比較した結果、Kalyanaramanらは、c-MYCプロモーターが、本来MYCレベルが低いU2OS細胞においてリズミカルに振動し、中核時計成分に対して位相がずれて振動することを報告した [32]。これらの知見に基づいて構築された計算モデルは、MYCが時計の撹乱因子として作用し、そのタイミングが概日リズムの維持に対する悪影響を最小限に抑えていることを示唆しており、この知見は、発癌性MYCの過剰発現が概日生理機能をどのように乱すかを理解する上で重要な意味を持つ。 本研究はプレプリントであるため、まだ査読は完了していない。とはいえ、この研究は、U2OS細胞株が、発がん遺伝子の機能と概日調節を同時に解明するのに適していることを示している。

U2OSはテロメラーゼ陰性であり、ブライアンら[58]によって一部の腫瘍および腫瘍由来細胞株で初めて報告された、組換えに基づくメカニズムである「代替テロメア伸長（ALT）」を通じてテロメアを維持している。 このため、U2OSはALT研究の標準モデルとなっており、このメカニズムは骨肉腫を含む一部のがんにおいて活性化している。また、この細胞株は、その大きな核と光学的な扱いやすさを活かして、ヒストン修飾の動態、核構造、およびクロマチン組織の研究にも頻繁に用いられている。 蛍光標識されたヒストンおよび核孔タンパク質誘導体（U2OS EGFP-H2Bや、U2OS由来の複数のCRISPR標識NUP96系統など）により、高い空間分解能でクロマチンおよび核内輸送プロセスの定量的イメージングが可能となった[61]。

エンドサイトーシスおよび細胞内輸送

U2OSは、その強力な受容体内取り込み活性と、トランスフェリン-Alexa594の取り込みを測定する定量的蛍光ベースのCMEアッセイへの適性により、クラトリン依存性エンドサイトーシス（CME）およびダイナミンGTPase活性の研究における標準モデルとして台頭してきた。 一連のスルフォナジン化合物（ダンシルカダベリン類似体から派生したアリールスルホンアミド）は、U2OS 細胞を主要な CME アッセイプラットフォームとして用いて、GTP 競合型ダイナミン I およびダイナミン II 阻害剤として特性評価された [33]。 このシステムにおけるミカエリス・メンテン速度論的解析により、阻害メカニズムが確認され、最も強力な類似体は動物モデルにおいて抗てんかん活性も示したことから、U2OS を用いた CME アッセイは、神経系創薬のためのトランスレーショナルなツールとしての地位を確立した。

これとは別に、海洋由来のヒドロキシキノンセスキテルペンであるボリナキノンおよび関連するナフトキノン類似体について、U2OS細胞におけるCME阻害活性が評価された。密度汎関数理論に基づく構造最適化により、ダイナミンGTPaseおよびCMEの両方に対して効力が大幅に改善された類似体が得られた [34]。これらの研究は、U2OS細胞を用いたCMEアッセイが、エンドサイトーシス阻害剤の構造活性相関（SAR）研究において、高感度かつ再現性の高いプラットフォームとして機能することを示している。この細胞株は、受容体の発現が安定しており、内部化の動態も予測可能であるため、この種の研究において好ましい細胞系となっている。

細胞内取り込み後のアンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）の動態は、U2OS細胞において、生細胞顕微鏡観察、比色pH測定、および3次元集束イオンビーム走査型電子顕微鏡を用いて追跡された。この研究を報告したプレプリントにおいて、 Sitarskaらは、標的RNAを90%以上減少させる条件下であっても、取り込まれたASOのうち核に到達したのは4%未満であり、ASOは後期エンドソーム、エンドリソソーム、およびリソソームに蓄積し、そこでガレクチン-3の動員や制限膜の破裂を伴わずに内腔の中和を誘導したことを示した [35]。著者らは、実効的な脱出はむしろエンドサイトーシスのより早い段階、おそらく初期エンドソームまたはリサイクリングエンドソームにおいて発生すると提唱している。 また、U2OS細胞は、cAMP感受性Nomadバイオセンサーを発現するU2OS細胞株を用いたGLP-1R活性化アッセイにも使用され、リン脂質製剤化されたベルガモット抽出物の代謝効果を評価し、天然物薬理学のための遺伝子改変受容体発現プラットフォームとしての同細胞株の有用性が実証された[36]。 ミトコンドリアDNA変異の研究のためのサイブリッド技術は、HCT116、HT1080、およびU2OSの新たに開発されたmtDNAフリー（ρ0）派生株を、トランスミトコンドリアル・サイブリッド生成のための受容体細胞株として検証することで、さらなる進展を遂げた[37]。

プロテオミクス、ゲノミクス、およびマルチオミクス・プラットフォーム

U2OSは、大規模プロテオミクス研究において重要な参照細胞株となっている。U2OSの最初の専用プロテオームプロファイルは、Niforouらによって、2次元ゲル電気泳動とMALDI質量分析法を組み合わせた手法を用いて作成された： 2枚の2次元電気泳動（2-DE）ゲルから約3,000個のスポットが切り出され、分析された結果、237種類の異なる遺伝子産物が同定され、その中にはこの細胞株のがん状態に関連する11個の癌原遺伝子が含まれていた[16]。 その後の質量分析法に基づく研究では、この細胞株の間期および有糸分裂における絶対プロテオームが定量化された。この細胞株は、当該論文では「一般的に使用されるヒト細胞株」として記述され、CellosaurusではU2OSとして分類されており、細胞内存在量が7桁の範囲に及ぶ少なくとも約10,000種類のタンパク質の発現が確認され、 1細胞あたり最大2,000万コピーに及ぶことが示された[38] [61]。11の一般的な細胞株を対象とした比較プロテオミクスにより、U2OSは普遍的に発現するタンパク質の中核を共有しつつ、機能的なサブセットにおいて細胞タイプ特異的な変動を示すことが明らかになった[39]。

Cell Surface Capture技術を用いた大規模な細胞表面プロテオミクスにより、U2OSおよび他の40種類のヒト細胞タイプ（合計でヒト41種類、マウス31種類）のサーフェスオームがカタログ化され、薬理学的にアクセス可能な表面標的を同定するためのリソースが提供された[40]。 HLAタイピングおよびネオエピトープ予測の研究では、がん免疫療法の標的開発を支援するためにU2OSが組み込まれた[41] [42]。 650以上のがん細胞株を対象とした逆相タンパク質アレイによる特性評価にはU2OSが含まれており、リン酸化プロテオミクスデータが、mRNA測定のみから得られるものを上回る薬剤感受性の予測能力を持つことが実証された[43]。 949の細胞株を網羅する汎がんプロテオミクスマップでは、U2OSのプロテオミクスデータをCRISPR必須性スクリーニングおよび薬剤反応データとさらに統合し、がんの脆弱性を示す数千のタンパク質バイオマーカーを明らかにした[44]。

RNAシーケンシングによる675のがん細胞株のトランスクリプトームワイドな解析により、U2OSにおける遺伝子融合、変異シグネチャ、および非ヒト配列の発現がカタログ化された[45]。 次世代CCLE解析により、1,072の細胞株にわたるDNAメチル化、ヒストン修飾、マイクロRNA発現、およびRNAスプライシングデータがプロファイリングに組み込まれ、U2OSは薬剤応答の基盤となる分子的特徴の統合的解析に貢献した[46]。 CCLEパネルに対する定量的プロテオミクス解析により、ゲノムデータやトランスクリプトームデータだけでは明らかにならなかった、タンパク質レベルでの経路の調節異常が同定された[47]。U2OS細胞における「セル・ペインティング」と「サーマル・プロテオーム・プロファイリング」の組み合わせは、形態学的プロファイリングとバイアスのないタンパク質ターゲット検出を統合することで、薬剤の作用機序を推定するための強力な戦略であることを実証した [17]。U2OSプロテオミクスデータセットは、バイロームレベルの品質管理の対象ともなっている。プロテオミクスデータ中のウイルスタンパク質を非標的検出するための「異種プロテオミクス」ワークフローが一般的なスクリーニング手順として開発され、著者らは、すべての細胞プロテオームデータセットについて、発表前に非ヒトタンパク質の有無を検査することを推奨している[48]。 U2OSを組み込んだ骨肉腫の統合的エピゲノム解析により、遺伝的およびエピゲノム的な異常が一致する350個の遺伝子が同定され、骨腫瘍の進行を支配する調節メカニズムの理解が深められた[49]。 また、アガロースマトリックスに封入されたU2OS細胞を用いて、細胞マイクロアレイにおけるタンパク質発現を評価し、組織マイクロアレイ形式で複数の細胞株の同時プロファイリングを可能にした[50]。ヒアルロン酸でコーティングされた異種骨移植片の抽出物に対するU2OS細胞の初期マーカー応答をqRT-PCRにより解析したところ、 RUNX2は2.61倍の上昇（p = 0.01）を示したが、COL1A1については有意な影響は報告されず、代謝活性における観察された差異はFDR補正後には有意でなくなった[51]。 著者らは本研究を探索的研究と位置づけ、初代細胞およびin vivoモデルにおける検証の必要性を訴えている。

結論

U2OS（CVCL_0042）は、骨腫瘍研究、DNA修復生物学、概日リズム科学、エンドサイトーシス薬理学、および大規模オミクスプロファイリングにおける基礎的な進歩に貢献してきた、極めて汎用性の高いヒト骨肉腫細胞株である。 その野生型TP53の背景、付着性上皮形態、短い倍加時間、そして詳細なマルチオミクス解析により、U2OSは極めて信頼性の高い実験モデルとなっています。初期のHLAタイピング研究から、現代のCRISPRを用いた機能スクリーニングやセルペインティングによる薬剤プロファイリングに至るまで、U2OSは生物医学研究コミュニティのニーズに絶えず適応してきました。 骨肉腫の生物学、細胞周期の制御、DNA損傷応答、あるいはハイスループット化合物スクリーニングのための、信頼性が高く、詳細なデータが蓄積されたモデルを求める研究者にとって、U2OSは不可欠なツールとなるでしょう。詳細な仕様をご覧になるか、cytion.comからU2OS細胞を直接ご注文ください。

主な参考文献

1. Pontén J, Saksela E (1967) ヒト間葉系腫瘍由来の2つの確立されたin vitro細胞株。International journal of cancer. PMID: 6081590
2. Fogh J (1986) がん研究のためのヒト腫瘍細胞株。Cancer investigation. PMID: 3518877
3. Fogh J, Wright WC, Loveless JD (1977) ヒト腫瘍由来の169の細胞株におけるHeLa細胞の混入の欠如。Journal of the National Cancer Institute. PMID: 833871
4. Espmark JA、Ahlqvist-Roth L、Särne L (1978) 培養細胞の組織型判定。III. 確立されたヒト細胞株のHLA抗原。『Tissue antigens』。PMID: 77569
5. Pollack MS、Heagney SD、Livingston PO (1981) 46の培養ヒト腫瘍細胞株におけるHLA-A、B、CおよびDRアロ抗原の発現。『Journal of the National Cancer Institute』 PMID: 7017212
6. Pautke C、Schieker M、Tischer T (2004) ヒト骨芽細胞との比較による骨肉腫細胞株MG-63、Saos-2およびU-2 OSの特性評価。『Anticancer research』. PMID: 15736406
7. Kleiblova P、Shaltiel IA、Benada J (2013) PPM1D/Wip1の機能獲得型変異は、p53依存性G1チェックポイントを損なう。『The Journal of Cell Biology』. PMID: 23649806
8. Ozaki T、Neumann T、Wai D (2003) 比較ゲノムハイブリダイゼーションおよび多色核型分析によって明らかになった骨肉腫細胞株における染色体異常。『Cancer Genetics and Cytogenetics』. PMID: 12645653
9. Selvarajah S、Yoshimoto M、Maire G (2007) 高解像度オリゴヌクレオチドアレイ比較ゲノムハイブリダイゼーションによる骨肉腫における隠れた微小異常の同定。『Cancer genetics and cytogenetics』. PMID: 17981215
10. Ottaviano L、Schaefer KL、Gajewski M (2010) 骨腫瘍研究で一般的に使用される細胞株の分子的特徴付け：欧州横断的なEuroBoNetプロジェクト。Genes, chromosomes & cancer. PMID: 19787792
11. Masuda H、Miller C、Koeffler HP (1987) ヒト骨肉腫におけるp53遺伝子の再構成。『米国科学アカデミー紀要』。PMID: 2823272
12. Diller L、Kassel J、Nelson CE (1990) p53は骨肉腫において細胞周期制御タンパク質として機能する。Molecular and cellular biology. PMID: 2233717
13. Mohseny AB、Machado I、Cai Y (2011) 骨肉腫細胞株の機能的特徴付けは、ヒトの疾患を研究するための代表的なモデルを提供する。『Laboratory investigation; a journal of technical methods and pathology』. PMID: 21519327
14. Müller CR、Paulsen EB、Noordhuis P (2007) MDM2拮抗薬Nutlin-3Aによる脂肪肉腫治療の可能性。『International Journal of Cancer』. PMID: 17354236
15. Barretina J、Caponigro G、Stransky N (2012) 「がん細胞株百科事典（Cancer Cell Line Encyclopedia）」は、抗がん剤感受性の予測モデリングを可能にする。『Nature』。PMID: 22460905
16. Niforou KM、Anagnostopoulos AK、Vougas K (2008) ヒト骨肉腫 U2OS 細胞株のプロテオームプロファイル。Cancer genomics & proteomics。PMID: 18359981
17. Johansson C、Johansson M、Kasi PB (2026) 薬剤標的および作用機序の推定のためのセルペインティングおよび熱プロテオームプロファイリング。Molecular Systems Biology. PMID: 42141265
18. Yu M、Selvaraj SK、Liang-Chu MM (2015) 細胞株の真正性確認、アノテーション、および品質管理のためのリソース。Nature。PMID: 25877200
19. Yang C、Ma Y、Shen W (2026) レンバチニブは、p-STAT3/p53/xCT軸を介して骨肉腫細胞にフェロプトーシス関連の変化を誘導する。Frontiers in Oncology. PMID: 42294277
20. Guma SR、Lee DA、Yu L (2014) 骨肉腫の肺転移治療におけるナチュラルキラー細胞療法およびエアロゾルインターロイキン-2. Pediatric blood & cancer. PMID: 24136885
21. Teicher BA、Polley E、Kunkel M (2015) 肉腫細胞株を用いた抗がん剤および治験薬のスクリーニングにより、遺伝子およびマイクロRNAの発現に関連するパターンが同定された。Molecular Cancer Therapeutics. PMID: 26351324
22. Iorio F、Knijnenburg TA、Vis DJ (2016) がんにおける薬理ゲノム学的相互作用の全体像。Cell。PMID: 27397505
23. Xue W、Wang Y、Smirnova AV (2026) miR-16-1-3pは、骨肉腫におけるTGF-β1シグナル伝達経路のMDM2-p53軸を介して増殖および浸潤性を抑制する。Molecular Therapy. Oncology. PMID: 42318056
24. Giacchi L、Ucci A、Zelli V (2026) 骨芽細胞由来の細胞外小胞が骨肉腫細胞の転写プロファイルに及ぼす影響：シャトルmiRNAの役割。Biomedicines. PMID: 42193365
25. Hu X、Wang Q、Lin S (2026) 単一細胞トランスクリプトミクス解析により、骨肉腫における解糖系の不均一性が明らかになり、STC2が代謝リプログラミングの主要な調節因子であることが同定された。Molecular and cellular biochemistry. PMID: 42166004
26. Płódowska M、Drzazga D、Węgierek-Ciuk A (2026) 光子放射線に曝露された個々のヒト細胞におけるDNA損傷応答の変動の評価。Radiation and environmental biophysics. PMID: 42301301
27. Salawu A、Wright K、Al-Kathiri A (2018) 軟部組織肉腫における姉妹染色分体交換とゲノム不安定性：DNA損傷治療への反応に対する潜在的な示唆。『Sarcoma』 PMID: 29853780
28. Goold R、Donaldson J、Gidney F (2026) MSH3のY245/K246 IDL結合ポケットの遺伝的または薬理学的阻害は、CAG反復配列の拡張を遅らせる。NAR分子医学。PMID: 42317610
29. Ma Y、Farny NG (2026) TSC2はストレス顆粒の抑制因子である。bioRxiv。プレプリント — 査読未了。PMID: 42239325
30. Bignell GR, Greenman CD, Davies H (2010) がんゲノムにおける突然変異と選択の痕跡。Nature. PMID: 20164919
31. Rothenberg SM, Mohapatra G, Rivera MN (2010) マイクロ欠失のゲノムワイドスクリーニングにより、多様なヒトがんにおいて極性複合体遺伝子の破壊が明らかになった。Cancer research. PMID: 20215515
32. Kalyanaraman B、Ganesh D、Kunte VA (2026) c-MYCは概日リズムに従って転写され、その影響を最小限に抑えるタイミングを持つ時計撹乱因子として作用する。bioRxiv。プレプリント — 査読未了。PMID: 42244582
33. Jones NC、Robertson MJ、Odell LR (2026) スルフォナディン化合物：ダイナミンGTPaseおよびクラトリン依存性エンドサイトーシスを阻害し、動物モデルにおいて抗てんかん作用を示すアリールスルホンアミドの一群。ACS Chemical Biology。 PMID: 42313002
34. O'Brien NS, Ghods A, Xue J (2025) 海洋由来のヒドロキシキノン系セスキテルペンであるボリナキノンから、クラトリン阻害作用を有するナフトキノンへの展開。RSC Medicinal Chemistry. PMID: 41884311
35. Sitarska E、Saminathan A、Scanavachi G (2026) 誘導された膜損傷にもかかわらず、裸のアンチセンスオリゴヌクレオチドはエンドリソソーム内に封じ込められたままである。bioRxiv。プレプリント — 査読なし。PMID: 42182263
36. Khan A、Mella RM、Villacé P (2026) 持続性のある標準化されたリン脂質製剤のベルガモット抽出物のGLP-1R関連活性のin vitro評価。Biomedicines。PMID: 42193436
37. Weaver L、Alexeyev MF (2026) ミトコンドリア間サイブリッド生成のための改良法。Cells. PMID: 42193905
38. Beck M、Schmidt A、Malmstroem J (2011) ヒト細胞株の定量的プロテオーム。Molecular systems biology. PMID: 22068332
39. Geiger T、Wehner A、Schaab C (2012) 11の一般的な細胞株の比較プロテオミクス解析により、ほとんどのタンパク質が遍在的であるが発現量にばらつきがあることが明らかになった。Molecular & cellular proteomics. PMID: 22278370
40. Bausch-Fluck D、Hofmann A、Bock T (2015) 質量分析法に基づく細胞表面タンパク質アトラス。PLoS One。PMID: 25894527
41. Boegel S、Löwer M、Bukur T (2014) ヒトがん細胞株におけるHLA型、HLA発現、およびネオエピトープ候補のカタログ。Oncoimmunology。PMID: 25960936
42. Scholtalbers J、Boegel S、Bukur T (2015) TCLP：HLA型、予測ネオエピトープ、ウイルスおよび遺伝子発現を統合したオンラインがん細胞株カタログ。Genome medicine. PMID: 26589293
43. Li J、Zhao W、Akbani R (2017) 逆相タンパク質アレイによるヒトがん細胞株の特性解析。Cancer Cell. PMID: 28196595
44. Gonçalves E、Poulos RC、Cai Z (2022) 949の人類細胞株の汎がんプロテオミクスマップ。Cancer Cell. PMID: 35839778
45. Klijn C、Durinck S、Stawiski EW (2015) ヒトがん細胞株の包括的な転写プロファイル。Nature Biotechnology. PMID: 25485619
46. Ghandi M、Huang FW、Jané-Valbuena J (2019) 「がん細胞株エンサイクロペディア」の次世代特性解析。Nature。PMID: 31068700
47. Nusinow DP、Szpyt J、Ghandi M (2020) 「がん細胞株エンサイクロペディア」の定量的プロテオミクス解析。Cell。PMID: 31978347
48. Chernobrovkin AL、Zubarev RA (2014) 異種プロテオミクスによるヒト細胞株中のウイルスタンパク質の検出：すべての細胞プロテオームデータセットについてウイルスタンパク質の検査を行わないという、最後の正当な言い訳の排除。PloS one. PMID: 24618588
49. Kresse SH, Rydbeck H, Skårn M (2012) 統合的解析により明らかになった骨肉腫における遺伝的およびエピジェネティックな変化の関係。PloS one. PMID: 23144859
50. Andersson AC、Strömberg S、Bäckvall H (2006) 細胞マイクロアレイにおけるタンパク質発現の解析：抗体ベースのプロテオミクスためのツール。The Journal of Histochemistry and Cytochemistry。PMID: 16957166
51. Mayer Y、Abu Sada H、Zigdon Giladi H (2026) ヒアルロン酸被覆異種骨移植片に対する骨芽細胞様および骨髄間質細胞株の初期の骨形成および間質マーカー反応：探索的 in vitro 解析。 『Dentistry Journal』. PMID: 42187668
52. Grant GD、Brooks L 3rd、Zhang X（2013）U2OS細胞で周期的に発現する細胞周期制御遺伝子の同定、およびFOXM1およびE2F転写因子によるそれらの調節。Molecular biology of the cell. PMID: 24109597
53. Wang F、Wu P、Qin S (2021) クルシンCは、JNKシグナル伝達経路の活性化を介して、ROSによるアポトーシス、オートファジー、および細胞周期停止を誘導し、骨肉腫細胞株U2OSの増殖を抑制する。『International journal of biological macromolecules』 PMID: 34896468
54. Chen S、Jin Z、Dai L (2017) アロペリンは、ヒト骨肉腫細胞株MG-63およびU2OSにおいてアポトーシスを誘導し、浸潤を抑制する。『Biomedicine & pharmacotherapy』 PMID: 29080457
55. Chen JM、Zhang J、Xia YM（2018）天然甘味料代謝物ステビオールは、ヒト骨肉腫U2OS細胞株の増殖を抑制する。『Oncology Letters』。PMID: 29552164
56. Kasiram MZ、Hapidin H、Abdullah H (2022) タンニン酸は、ヒト骨肉腫細胞株（U2OS）の細胞増殖およびアポトーシスに対するシスプラチンの効果を増強する。『Pharmacological reports』. PMID: 34652600
57. Erdogan MK, Usca AB (2025) 没食子酸は、ヒト骨肉腫U2OS細胞株においてオラパリブによる細胞死を増強し、オラパリブ耐性を軽減する。Current issues in molecular biology. PMID: 39996825
58. Bryan TM、Englezou A、Dalla-Pozza L (1997) ヒト腫瘍および腫瘍由来細胞株におけるテロメア長を維持する代替メカニズムの証拠。『Nature Medicine』. PMID: 9359704
59. Burke TM、Markwald RR、McHill AW (2015) 生体内および生体外におけるヒトの概日時計に対するカフェインの影響。Science Translational Medicine. PMID: 26378246
60. Tamai TK, Nakane Y, Ota W (2018) 既存薬剤からの概日時計調節因子の同定。EMBO Molecular Medicine. PMID: 29666146
61. Cellosaurus. U2OS (CVCL_0042). SIB スイス生物情報学研究所. 参照先: https://www.cellosaurus.org/CVCL_0042 (2026年8月11日アクセス)