Войти
Анимация структуры секции ДНК. Основания лежат горизонтально между двумя спиральными нитями. Азот : синий, кислород : красный, углерод : зеленый, водород : белый, фосфор : оранжевый Предел Хейфлика или феномен Хейфлика - это количество раз, когда нормальная популяция клеток человека будет делиться до того, как деление клеток остановится.
Концепция предела Хейфлика была выдвинута американским анатомом Леонардом Хейфликом в 1961 году в Институте Вистар в Филадельфии, Пенсильвания, США. Хейфлик продемонстрировал, что нормальная популяция клеток человека эмбриона будет делиться от 40 до 60 раз в культуре клеток перед тем, как вступить в фазу старения. Это открытие опровергло утверждение французского лауреата Нобелевской премии Алексиса Карреля о том, что нормальные клетки бессмертны.
Каждый раз, когда клетка подвергается митозу, теломеры на концах каждой хромосомы немного укорачиваются. Деление клеток прекращается, как только теломеры укорачиваются до критической длины. Хейфлик интерпретировал свое открытие как старение на клеточном уровне. Старение популяций клеток, по-видимому, коррелирует с общим физическим старением организма.
австралийский лауреат Нобелевской премии сэр Макфарлейн Бернет придумал название «предел Хейфлика» в своей книге «Внутренний мутагенез: генетика». Подход к старению, опубликовано в 1974 г.
До открытия Леонарда Хейфлика считалось, что клетки позвоночных обладали неограниченным потенциалом к репликации. Алексис Каррел, лауреат Нобелевской премии хирург, заявил, что «все клетки, эксплантированные в культуру ткани, бессмертны, и что отсутствие непрерывной репликации клеток было из-за незнания того, как лучше культивировать клетки ». Он утверждал, что культивировал фибробласты из сердец цыплят (которые обычно живут от 5 до 10 лет) и поддерживал рост культуры в течение 34 лет.
Однако другие ученые не смогли воспроизвести результаты Карреля, и подозревают, что они возникли из-за ошибки в экспериментальной процедуре. Чтобы обеспечить необходимые питательные вещества, эмбриональные стволовые клетки цыплят можно было повторно добавлять в культуру ежедневно. Это легко позволило бы культивировать новые свежие клетки в культуре, так что не было бесконечного воспроизводства исходных клеток. Было высказано предположение, что Каррел знал об этой ошибке, но никогда не признавал ее.
Кроме того, было высказано предположение, что использованные Каррелом клетки были достаточно молодыми, чтобы содержать плюрипотентные стволовые клетки, которые, если бы они снабжались поддерживающим питательным веществом для активации теломеразы, были бы способны предотвратить репликативное старение или даже, возможно, обратить его вспять. Культуры, не содержащие теломеразно-активные плюрипотентные стволовые клетки, были бы заселены теломеразно-неактивными клетками, которые подвергались бы пределу митозов 50 ± 10 до тех пор, пока не произойдет клеточное старение, как описано в выводах Хейфлика.
Хейфлик впервые с подозрением отнесся к заявлениям Карреля, когда работал в лаборатории института Вистар. Хейфлик заметил, что одна из его культур эмбриональных человеческих фибробластов приобрела необычный вид и что деление клеток замедлилось. Первоначально он отмахнулся от этого, как от аномалии, вызванной загрязнением или технической ошибкой. Однако позже он наблюдал другие культуры клеток, демонстрирующие аналогичные проявления. Хейфлик проверил свой исследовательский блокнот и с удивлением обнаружил, что все атипичные клеточные культуры были культивированы примерно до их 40-го удвоения, в то время как более молодые культуры никогда не демонстрировали таких проблем. Кроме того, условия были схожими между молодой и старой культурами, которые он наблюдал - та же питательная среда, контейнеры для культур и техник. Это заставило его усомниться в том, что эти проявления были вызваны контаминацией или технической ошибкой.
Затем Хейфлик намеревался доказать, что прекращение нормальной репликативной способности клеток, которое он наблюдал, не было результатом вирусного заражения или плохих условий культивирования. или какой-то неизвестный артефакт. Хейфлик объединился для окончательного эксперимента по устранению этих причинных факторов. Как опытный цитогенетик, Мурхед умел различать мужские и женские клетки в культуре. Эксперимент проходил следующим образом: Хейфлик смешал равное количество нормальных мужских фибробластов человека, которые делились много раз (клетки при 40-м удвоении популяции) с женскими фибробластами, которые делились меньше раз (клетки при 15-м удвоении популяции). Несмешанные популяции клеток сохраняли в качестве контроля. После 20 удвоений смешанной культуры остались только женские клетки. деление клеток прекратилось в несмешанных контрольных культурах в ожидаемые сроки; Когда мужская контрольная культура перестала делиться, в смешанной культуре остались только женские клетки. Это позволило предположить, что технические ошибки или заражение вирусами были маловероятным объяснением того, почему деление клеток прекратилось в более старых клетках, и доказало, что, если вирус или артефакт не может различать мужские и женские клетки (чего он не мог), тогда Прекращение нормальной репликации клеток регулировалось внутренним механизмом подсчета.
Эти результаты опровергли утверждения Каррела о бессмертии и установили предел Хейфлика как достоверную биологическую теорию. В отличие от эксперимента Каррела, другие ученые успешно повторили эксперимент Хейфлика.
Хейфлик описывает три фазы жизни нормальных культивируемых клеток. В начале своего эксперимента он назвал первичную культуру «первой фазой». Вторая фаза определяется как период пролиферации клеток; Хейфлик назвал это временем «пышного роста». После нескольких месяцев удвоения клетки в конечном итоге достигают третьей фазы, феномен, который он назвал «старением », когда скорость репликации клеток замедляется, прежде чем полностью остановиться.
Типичная нормальная плодная клетка человека делится от 50 до 70 раз, прежде чем начнет стареть. По мере деления клетки теломеры на концах хромосом укорачиваются. Предел Хейфлика - это предел репликации клеток, налагаемый укорачиванием теломер с каждым делением. Эта конечная стадия известна как клеточное старение.Было обнаружено, что предел Хейфлика коррелирует с длиной теломерной области на конце хромосом. В процессе репликации ДНК хромосомы небольшие сегменты ДНК в каждой теломере не могут копироваться и теряются. Это происходит из-за неравномерного характера репликации ДНК, когда ведущая и отстающая нити реплицируются несимметрично. Теломерная область ДНК не кодирует какой-либо белок; это просто повторяющийся код в концевой области линейных эукариотических хромосом. После многих делений теломеры достигают критической длины, и клетка стареет. Именно в этот момент клетка достигла своего предела Хейфлика.
Хейфлик был первым, кто сообщил, что только раковые клетки бессмертны. Это не могло быть продемонстрировано, пока он не продемонстрировал, что только нормальные клетки смертны. Клеточное старение не возникает в большинстве раковых клеток из-за экспрессии фермента называется теломераза. Этот фермент удлиняет теломеры, предотвращая укорочение теломер раковых клеток и придавая им бесконечный репликативный потенциал. Предлагаемое лечение рака - это использование ингибиторов теломеразы , которые могут предотвратить восстановление теломер, позволяя клетке умирать, как другие клетки организма.
Хейфлик предположил, что его результаты, в которых нормальные клетки обладают ограниченной репликативной способностью, могут иметь значение для понимания старения человека на клеточном уровне.
Сообщалось, что ограниченная репликативная способность человека фибробластов, наблюдаемых в клеточной культуре, намного больше, чем количество событий репликации, которые испытывают не стволовые клетки in vivo в течение нормальной постнатальной продолжительности жизни. Кроме того, было высказано предположение, что не существует обратной корреляции между репликативной способностью нормальных штаммов клеток человека и возрастом донора-человека, от которого были получены клетки, как утверждалось ранее. Теперь ясно, что по крайней мере некоторые из этих переменных результатов можно отнести к мозаицизму количества репликаций клеток в разных участках тела, где клетки были взяты.
Сравнение различных видов показывает, что репликационная способность клеток может коррелировать в первую очередь с видами масса тела, но больше вероятность продолжительности жизни вида. Таким образом, ограниченная способность клеток к репликации в культуре может иметь прямое отношение к старению организма.
