Лимит Хейфлика - Википедия - Hayflick limit

Анимация структуры раздела ДНК. В базы лежать горизонтально между двумя спиралевидными прядями. Азот: синий, кислород: красный, углерод: зеленый, водород: белый, фосфор: апельсин

В Лимит Хейфлика, или же Феномен Хейфлика, - это количество раз, когда нормальная популяция клеток человека будет делиться до деление клеток останавливается.

Концепция предела Хейфлика была выдвинута американским анатомом. Леонард Хейфлик в 1961 г.,[1] на Институт Вистар в Филадельфия, Пенсильвания, Соединенные Штаты. Хейфлик продемонстрировал, что нормальный человек плод популяция клеток будет делиться от 40 до 60 раз в культура клеток перед входом в старение фаза. Это открытие опровергло утверждение французского Нобелевский лауреат Алексис Каррел что нормальные клетки бессмертный.

Каждый раз, когда клетка подвергается митоз, то теломеры на концах каждого хромосома немного укоротить. Деление клеток прекращается, когда теломеры укорачиваются до критической длины. Хейфлик интерпретировал свое открытие как старение на клеточном уровне. Старение популяций клеток коррелирует с общим физическим старением организма.[1][2]

Австралийский лауреат Нобелевской премии сэр Макфарлейн Бернет придумал название «предел Хейфлика» в своей книге Внутренний мутагенез: генетический подход к старению, опубликовано в 1974 г.[3]

История

Вера в бессмертие клеток

До открытия Леонарда Хейфлика считалось, что позвоночное животное клетки имели неограниченный потенциал к репликации. Алексис Каррел, а Нобелевская премия Хирург-победитель заявил, что «все клетки эксплантированы в культура ткани бессмертны, и что отсутствие непрерывной репликации клеток произошло из-за незнания того, как лучше всего культивировать клетки ".[3] Он утверждал, что выращивал фибробласты из сердец куры (которые обычно живут от 5 до 10 лет) и сохраняют культуру в течение 34 лет.[4]

Однако другим ученым не удалось воспроизвести результаты Карреля.[3] и предполагается, что они возникли из-за ошибки в экспериментальной процедуре. Чтобы обеспечить необходимые питательные вещества, эмбриональные стволовые клетки цыплят, возможно, повторно добавляли в культуру ежедневно. Это легко позволило бы культивировать новые свежие клетки в культуре, так что не было бесконечного воспроизводства исходных клеток.[1] Было высказано предположение, что Каррел знал об этой ошибке, но никогда не признавал ее.[5][6]

Кроме того, было высказано предположение, что клетки, которые использовал Каррел, были достаточно молоды, чтобы содержать плюрипотентные стволовые клетки, который, если он снабжен опорой теломераза -активационное питательное вещество, могло бы предотвратить репликативное старение или даже, возможно, обратить его вспять. Культуры, не содержащие теломеразно-активные плюрипотентные стволовые клетки, были бы заселены теломеразно-неактивными клетками, которые были бы подвержены пределу митозов 50 ± 10 до тех пор, пока клеточное старение происходит, как описано в выводах Хейфлика.[2]

Эксперимент и открытие

Хейфлик впервые с подозрением отнесся к заявлениям Карреля, когда работал в лаборатории института Вистар. Хейфлик заметил, что одна из его культур эмбрионального человека фибробласты приобрела необычный вид, и 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 культуры клеток были культивированы примерно до их 40-го удвоения, в то время как более молодые культуры никогда не выказывали 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 загрязнением или технической ошибкой.[7]

Затем Хейфлик намеревался доказать, что прекращение нормальной репликативной способности клеток, которое он наблюдал, не было результатом вирусного заражения, плохих условий культивирования или какого-то неизвестного артефакта. Hayflick объединился с Пол Мурхед для окончательного эксперимента по устранению этих причинных факторов. Как опытный цитогенетик Мурхед смог различить 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 прекратились в несмешанных контрольных культурах в ожидаемые сроки; Когда мужская контрольная культура перестала делиться, в смешанной культуре остались только женские клетки. Это наводило на мысль, что технические ошибки или загрязняющие вирусы были маловероятным объяснением того, почему деление клеток прекратилось в более старых клетках, и доказали, что если вирус или артефакт не может различать мужские и женские клетки (чего он не мог), то прекращение нормальной репликации клеток регулируется внутренним механизмом подсчета.[1][3][7]

Эти результаты опровергли утверждения Каррела о бессмертии и установили предел Хейфлика как надежную биологическую теорию. В отличие от эксперимента Каррела, другие ученые успешно повторили эксперимент Хейфлика.

Фазы клеток

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 - феномена, который он назвал "старение ", где скорость репликации клеток замедляется перед полной остановкой.

Длина теломер

Типичная нормальная эмбриональная 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. Этот конечный этап известен как клеточное старение.

Было обнаружено, что предел Хейфлика коррелирует с длиной теломерной области на конце хромосом. В процессе Репликация ДНК хромосомы, небольшие сегменты ДНК в каждом теломер не могут быть скопированы и потеряны.[8] Это происходит из-за неравномерного характера репликации ДНК, когда ведущая и отстающая нити реплицируются несимметрично.[9] 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 ячейка достигла своего предела Хейфлика.[10][11]

Хейфлик был первым, кто сообщил, что бессмертны только раковые клетки. Это не могло быть продемонстрировано, пока он не продемонстрировал, что нормальные клетки смертны.[1][2] Клеточное старение не встречается в большинстве раковые клетки из-за выражения фермент называется теломераза. Этот фермент удлиняет теломеры, предотвращая укорочение теломер раковых клеток и придавая им бесконечный репликативный потенциал.[12] Предлагаемый лечение рака использование теломеразы ингибиторы это предотвратит восстановление теломер, позволяя клетке умирать, как и другим клеткам тела.[13]

Органическое старение

Хейфлик предположил, что его результаты, в которых нормальные клетки обладают ограниченной репликативной способностью, могут иметь значение для понимания старения человека на клеточном уровне.[2]

Сообщалось, что ограниченная репликативная способность человека фибробласты наблюдается в культура клеток намного больше, чем количество событий репликации, которые испытывают не стволовые клетки in vivo в течение нормальной послеродовой жизни.[14] 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 мозаичному количеству репликаций клеток в разных участках тела, где клетки были взяты.[14]

Сравнение различных видов показывает, что репликационная способность клеток может коррелировать в первую очередь с массой тела вида, но более вероятно, с продолжительностью жизни вида. Таким образом, ограниченная способность клеток к репликации в культуре может иметь прямое отношение к старению организма.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Хейфлик Л., Мурхед П.С. (1961). «Серийное культивирование штаммов диплоидных клеток человека». Exp Cell Res. 25 (3): 585–621. Дои:10.1016/0014-4827(61)90192-6. PMID  13905658.
  2. ^ а б c d Хейфлик Л. (1965). «Ограниченное время жизни штаммов диплоидных клеток человека in vitro». Exp. Cell Res. 37 (3): 614–636. Дои:10.1016/0014-4827(65)90211-9. PMID  14315085.
  3. ^ а б c d Шэй, JW; Райт, США (октябрь 2000 г.). «Хейфлик, его предел и клеточное старение». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 1 (1): 72–6. Дои:10.1038/35036093. PMID  11413492. S2CID  6821048.
  4. ^ Каррель А., Эбелинг А. Х. (1921). «Возраст и увеличение фибробластов». J. Exp. Med. 34 (6): 599–606. Дои:10.1084 / jem.34.6.599. ЧВК  2128071. PMID  19868581.
  5. ^ Витковский Я.А. (1985). «Миф о бессмертии клетки». Trends Biochem. Наука. 10 (7): 258–260. Дои:10.1016/0968-0004(85)90076-3.
  6. ^ Витковский Я.А. (1980). «Бессмертные клетки доктора Каррела». Med. Hist. 24 (2): 129–142. Дои:10.1017 / S0025727300040126. ЧВК  1082700. PMID  6990125.
  7. ^ а б Хейфлик, Л. (19 мая 2016 г.). «В отличие от старения, долголетие определяется половым путем». In Bengtson, VL; Сеттерстен, РА (ред.). Справочник по теориям старения (Третье изд.). Издательская компания Springer. С. 31–52. ISBN  9780826129420.
  8. ^ Уотсон Дж. Д. (1972). «Происхождение конкатемерной ДНК Т7». Природа Новая Биология. 239 (94): 197–201. Дои:10.1038 / newbio239197a0. PMID  4507727.
  9. ^ Руссо, Филипп; Autexier, Chantal (октябрь 2015 г.). «Биология теломер: обоснование диагностики и лечения рака». РНК Биология. 12 (10): 1078–1082. Дои:10.1080/15476286.2015.1081329. ЧВК  4829327. PMID  26291128.
  10. ^ Оловников А.М. (1996). «Теломеры, теломераза и старение: истоки теории». Exp. Геронтол. 31 (4): 443–448. Дои:10.1016/0531-5565(96)00005-8. PMID  9415101. S2CID  26381790.
  11. ^ Оловников, А. М. (1971). «Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов» [Принципы маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов]. Доклады Академии Наук СССР. 201: 1496–1499.
  12. ^ Feng F; и другие. (1995). «РНК-компонент теломеразы человека». Наука. 269 (5228): 1236–1241. Дои:10.1126 / science.7544491. PMID  7544491. S2CID  9440710.
  13. ^ Райт WE, Шей JW (2000). «Динамика теломер в прогрессировании и профилактике рака: фундаментальные различия в биологии теломер человека и мыши». Природа Медицина. 6 (8): 849–851. Дои:10.1038/78592. PMID  10932210. S2CID  20339035.
  14. ^ а б Кристофало В.Дж., Аллен Р.Г., Пиньоло Р.Дж., Мартин Б.Г., Бек Дж.С. (1998). «Взаимосвязь между возрастом донора и продолжительностью репликативной жизни человеческих клеток в культуре: переоценка». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 95 (18): 10614–9. Дои:10.1073 / пнас.95.18.10614. ЧВК  27943. PMID  9724752.

дальнейшее чтение