Лимит Хейфлика

Эксперимент Леонарда Хейфлика

Доктор Хейфлик заметил, что клетки, выращенные в культурах, размножаются путем деления. Они производят копии самих себя (с помощью процесса, известного как митоз) конечное число раз, прежде чем процесс окончательно останавливается, и клетка умирает. Кроме того, клетки, замороженные при жизни и позднее вернувшиеся в активное состояние, обладали своего рода клеточной памятью: они продолжали работу с того момента, на котором остановились. Другими словами, прерывание жизнедеятельности клеток не привело к продлению их жизни.

Хейфлик обнаружил, что клетки проходят три фазы. Во-первых, это быстрое и здоровое их деление. Во второй фазе митоз замедляется. На третьей стадии — старении — клетки полностью перестают делиться. Они остаются живыми еще  какое-то время, а затем подвергается апоптозу.

Когда новая клетка рождается из более старой в результате клеточного деления, она начинает свой собственный жизненный цикл. Этот диапазон, по-видимому, регулируется ДНК, расположенной в ядре клетки. Позже ученик Хейфлика обнаружил, что, когда он удалил ядро старой клетки и заменил его ядром молодой, старая клетка обрела “второе дыхание”. Ее продолжительность жизни стала аналогичной продолжительности жизни молодой клетки.

В 1965 году Леонард Хейфлик опубликовал в журнале Experimental Cell Research свою статью «Ограниченное время жизни диплоидных клеточных штаммов человека in vitro». В ней были представлены результаты исследования, направленного на оценку количества максимальных делений, которым подвергаются клетки человека в контролируемых условиях до достижения апоптоза или запрограммированной смерти.

Хейфлик обнаружил, что культивируемые клетки находятся в оптимальном состоянии до 50-го деления, но к этому времени ошибки, накопленные после нескольких поколений исходной клетки, проявляются снижением ее качества жизни, что в итоге приводит к её апоптозу. 

Суть открытия доктора Хейфлика в том, что у организмов есть молекулярные часы, которые неумолимо истощаются с момента рождения. 

Если все клетки, созданные в организме человека до рождения (и все клетки, которые их производят), умножить на среднее время, необходимое клеткам для достижения конца своей жизни, мы получим примерно 120 лет. Это окончательный предел Хейфлика — максимальное количество лет, которое может прожить человек. 

Теломераза и возможность клеточного бессмертия

Открытие предела Хейфлика радикально изменило взгляд науки на клеточное размножение. До открытия доктора считалось, что клетки могут быть бессмертными. Хотя феномен лимита Хейфлика изучался только in vitro, в конечном итоге научное сообщество его приняло как факт. На протяжении десятилетий казалось, что предел непреодолим. 

Однако открытие в клетках сегмент нереплицирующейся ДНК, называемого теломерами, что пролило свет на возможность клеточного бессмертия.

Теломеры — это повторяющиеся цепочки ДНК, состоящие из шести нуклеотидов TTAGGG, находящиеся на концах пар хромосом в диплоидных клетках. Их обычно сравнивают с пластиковыми концами шнурков, которые предохраняют их от изнашивания. Теломеры обеспечивают защиту хромосом, однако они укорачиваются при каждом клеточном делении. В конце концов теломеры истощаются и начинается апоптоз.

Открытие теломер подтвердило предел Хейфлика; в конце концов, это был физический механизм, посредством которого клетки вступали в старение. 

Однако чуть менее десяти лет спустя в 1984 году учеными Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак  был сделан еще один прорыв в области клеточного старения. В 2009 году они были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. 

Теломераза — это фермент, который добавляет TTAGGG повторы на 3-конец цепи ДНК на участках теломер на концах хромосом в стареющих клетках. Данный фермент присутствует во всех клетках, но в нормальных он обычно “отключен” и бездействует. Однако в аномальных клетках, таких как клетки опухоли, теломераза весьма активна.

Теломераза волнует исследовательское сообщество по двум причинам. Во-первых, поскольку теломераза естественным образом активна в опухолях и может быть обнаружена в образцах мочи, тестирование на наличие теломеразы может привести к более эффективному обследованию больных раком. 

Во-вторых, исследователи придумали, как извлечь теломеразу и синтезировать ее. Потенциально, если активная теломераза будет добавлена к нормальным взрослым клеткам, они будут продолжать реплицироваться намного дольше, чем предел Хейфлика. Авторы одного исследования сообщили, что клетки, в которые они ввели теломеразу, реплицировались в 20 раз больше, чем можно было бы ожидать при их нормальной продолжительности жизни.

Науке еще предстоит окончательно доказать, что теломераза может обеспечить клеточное бессмертие. Ведь, вероятнее всего, в запрограммированную клеточную смерть вовлечено множество факторов, помимо разрушения теломер. 

Семинары по антивозрастной медицине

Получайте знания, основанные на доказательной медицине из первых уст ведущих мировых специалистов. В рамках Модульной Школы Anti-Age Expert каждый месяц проходят очные двухдневные семинары, где раскрываются тонкости anti-age медицины для врачей более 25 специальностей

Узнать подробнее

Краткие выводы

Американский биолог Леонард Хейфлик в результате экспериментов ввел понятие “лимит (предел) Хейфлика”, которым обозначается оптимальное количество делений клеток, после чего наступает их запрограммированная смерть - апоптоз.

Более поздние исследования показали, что клетки могут делиться большее количество раз, если в них ввести теломеразу. Однако может ли она обеспечить клеточное бессмертие, наука до конца не знает - необходимо дальнейшее изучение вопроса. 

Список использованной литературы

1. Hayflick, L. & Moorhead, P. S. The serial cultivation of human diploid cell strains. Exp. Cell Res. 25, 585–621 (1961).

2. Hayflick, L. The limited in vitro lifetime of human diploid cell strains. Exp. Cell Res. 37, 614–636 (1965).

3. Witkowski, J. A. Dr. Carrel's immortal cells. Med. Hist. 24, 129–142 (1980).

4. Witkowski, J. A. The myth of cell immortality. Trends Biochem. Sci. 10, 258–260 (1985).

5. Rubin, H. Telomerase and cellular lifespan: ending the debate? Nature Biotechnol. 16, 396–397 (1998).