チミジンキナーゼ
ハイブリドーマは、腫瘍細胞(無限に分裂することができる)と免疫グロブリン産生リンパ球(形質細胞)との融合によって得られる細胞である。ハイブリドーマは特定の特異性を持った免疫グロブリン(モノクローナル抗体)の大量生産を行うために増殖させることができる。その過程で問題となることの1つは、細胞融合処理後に大量の非融合細胞の中からハイブリドーマを単離することである。この問題を解決する一般的手法の1つは、チミジンキナーゼ陰性(TK-)腫瘍細胞株を融合に用いることである。TK-細胞は、チミジンキナーゼ陽性(TK+)細胞を死滅させるチミジンアナログの存在下で腫瘍細胞株を生育することで得られる。その後、TK-細胞を増殖し、TK+形質細胞との融合に利用する。融合後、メトトレキサートもしくはアミノプテリン(英語版)含有培地で生育を行う。これらはジヒドロ葉酸レダクターゼを阻害し、チミジン一リン酸のde novo合成を遮断する。こうした培地で広く用いられているのはHAT培地であり、ヒポキサンチン、アミノプテリン、チミジンを含有する。TK-細胞に由来する非融合細胞はチミジン一リン酸の供給源を失うため、死滅する。また、リンパ球は不死化していないため、こちらも最終的には死滅し、TK-腫瘍細胞由来の不死性と形質細胞由来のチミジンキナーゼを併せ持つハイブリドーマのみが生存する。その後、目的の抗体を産生するハイブリドーマが選択され、モノクローナル抗体の生産のために培養される。ハイブリドーマ細胞は、HGPRT遺伝子に対して同様の原理を用いることでも単離することができる。HGPRTはサルベージ経路のGMP合成に必要なIMPを合成する。
チミジンキナーゼ(英: thymidine kinase、略称: TK、EC 2.7.1.21)は酵素(ホスホトランスフェラーゼ、キナーゼ)であり、より具体的には2'-デオキシチミジンキナーゼ(2'-deoxythymidine kinase)、ATP-チミジン 5'-ホスホトランスフェラーゼ(ATP-thymidine 5'-phosphotransferase)である。大部分の細胞に存在し、哺乳類細胞にはTK1(英語版)、TK2(英語版)という2種類が存在する。特定のウイルスもチミジンキナーゼを発現するための遺伝情報を保有している。チミジンキナーゼは次の反応を触媒する。
チミジン + ATP → TMP + ADP
チミジンキナーゼはチミジンをDNAに導入するための反応の一部を構成しており、DNA合成、そして細胞分裂に重要である。また、チミジンキナーゼは多くの抗ウイルス薬の作用に必要である。モノクローナル抗体産生のためのハイブリドーマ細胞株の選別にも用いられる。臨床化学においては、悪性腫瘍、主に血液の腫瘍の診断、治療の制御、治療後フォローアップにおける増殖のマーカーとして利用される。
ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼ遺伝子は「自殺遺伝子」として、遺伝子治療実験における安全装置として利用されている。この遺伝子を発現する細胞はガンシクロビルを用いて死滅させることができ、このことは組換え遺伝子が無制御な細胞成長をもたらすような変異(挿入変異)を引き起こした場合に都合が良い。こうした改変細胞で産生される細胞傷害性産物が周囲へ拡散することで周辺の細胞も同様にガンシクロビル感受性となる可能性があり、この現象は「バイスタンダー効果」として知られる。このアプローチは動物モデルでのがんの治療に利用されており、遺伝子を発現する悪性細胞がわずか10%程度であっても腫瘍を死滅させる可能性がある点で優位性がある。トマトのチミジンキナーゼとAZTを用いた同様の系の試みもなされている。さらに、チミジンキナーゼは造血幹細胞移植時の移植片対宿主病に対処する自殺遺伝子としても利用されており、Zalmoxisの名称で2016年にEUで条件付き承認が行われた。