10.12.2016
Предел или лимит Хейфлика (англ. Hayflick limit) - граница количества делений соматических клеток, названа в честь её открывателя Леонарда Хейфлика. В 1961 году Хейфлик наблюдал, как клетки человека, делящиеся в клеточной культуре, умирают приблизительно после 50 делений и проявляют признаки старения при приближении к этой границе.
Для большинства человеческих клеток предел Хейфлика составляет 52 деления.
Ход эксперимента Леонарда Хейфлика и Пола Мурхеда.
Были взяты фибробласты - клетки соединительной ткани организма, синтезирующие внеклеточный матрикс. Фибробласты секретируют предшественники белков коллагена и эластина, а также мукополисахариды. В эмбриогенезе фибробласты происходят из стволовых клеток мезенхимного происхождения. Играют важную роль в заживлении ран, основной функцией является синтез компонентов межклеточного вещества: белков (коллагена и эластина).
Были смешены равные части нормальных мужских и женских фибробластов, различавшихся по количеству пройденных клеточных делений (мужские - 40 делений, женские - 10 делений) для того, чтобы фибробласты можно было отличить друг от друга в дальнейшем. Параллельно был поставлен контроль с мужскими 40-дневными фибробластами. Когда же контрольная несмешанная популяция мужских клеток перестала делиться, то смешанная опытная культура содержала только женские клетки, ведь все мужские клетки уже погибли. На основании этого, Хейфлик сделал вывод, что нормальные клетки имеют ограниченную способность к делению в отличие от раковых клеток, которые иммортальны.
Было выдвинуто предположение, что так называемые "митотические часы" находятся внутри каждой клетки, на основании следующих наблюдений:
1. Нормальные фетальные фибробласты человека в культуре способны удваивать популяцию только ограниченное количество раз.
2. Клетки, которые подверглись криогенной обработке "помнят" сколько раз они делились до заморозки.
Биологический смысл явления.
В настоящее время главенствует точка зрения, связывающая лимит Хейфлика с проявлением механизма подавления опухолеобразования, возникшего у многоклеточных организмов. Другими словами, опухолесупрессорные механизмы, такие как репликативное старение и апоптоз, бесспорно полезны в раннем онтогенезе и зрелости, но побочно являются причиной старения - ограничивают продолжительность жизни в результате накопления дисфункциональных стареющих клеток или избыточной гибели функциональных.
В основе главной из них лежит накопление случайных повреждений гена при репликации клетки. При каждом клеточном делении действуют факторы среды, например, дым, радиация, химикаты, известные под названием свободных гидроксильных радикалов, и продукты распада клеток, которые мешают точному воспроизведению ДНК в следующем поколении клетки. В организме существует много ферментов восстановления ДНК, которые следят за процессом копирования и устраняют неполадки транскрипции по мере их возникновения, но все ошибки они отловить не в состоянии. При неоднократной репликации клетки повреждения ДНК накапливаются, приводя к неверному синтезу белков и неправильному функционированию. Эти ошибки функционирования являются, в свою очередь, причиной болезней, характерных для старения, например, артериосклероза, заболеваний сердца и злокачественных опухолей.
Эта граница была найдена в культурах всех полностью дифференцированных клеток как человека, так и других многоклеточных организмов. Максимальное число делений клетки различно в зависимости от типа клетки и ещё сильнее различается в зависимости от организма, которому эта клетка принадлежит. Граница Хейфлика связана с сокращением размера теломер, участков ДНК на концах хромосом. Как известно, молекула ДНК способна к репликации перед каждым делением клетки. При этом, имеющиеся у нее на концах теломеры после каждого деления клетки укорачиваются. Теломеры укорачиваются весьма медленно - по несколько (3-6) нуклеотидов за клеточный цикл, то есть за количество делений, соответствующее лимиту Хейфлика, они укоротятся всего на 150-300 нуклеотидов. Таким образом, чем короче у ДНК "теломерный хвост", тем больше делений у нее прошло, а значит - тем старше клетка.
В клетке существует фермент теломеразы, активность которого может обеспечивать удлинение теломер, при этом удлиняется и жизнь клетки. Клетки, в которых функционирует теломераза (половые, раковые), бессмертны. В обычных (соматических) клетках, из которых в основном и состоит организм, теломераза "не работает", поэтому теломеры при каждом делении клетки укорачиваются, что в конечном итоге приводит к ее гибели в пределах лимита Хейфлика, потому что другой фермент - ДНК-полимераза не способен реплицировать концы молекулы ДНК.
В настоящее время предложена эпигенетическая теория старения, которая объясняет эрозию теломер прежде всего активностью клеточных рекомбиназ, активизирующихся в ответ на повреждения ДНК, вызванные, главным образом, возрастной депрессией мобильных элементов генома. Когда после определённого числа делений теломеры исчезают совсем, клетка замирает в определённой стадии клеточного цикла или запускает программу апоптоза - открытого во второй половине 20 века явления плавного разрушения клетки, проявляющегося в уменьшении размера клетки и минимизации количества вещества, попадающего в межклеточное пространство после её разрушения.
Существование методик со стволовыми клетками некоторыми исследователями, например, профессором С. В. Савельевым, подвергается сомнению. Есть мнение, что это просто идеологическое обоснование существованию высокодоходной индустрии по поддержанию пациентов в состоянии комы-2, чтобы был аргумент для родственников пациента о возможности его реабилитации.
Леонард Хейфлик обнаружил границу числа делений соматических клеток, которая составляет примерно 50-52 деления.
«Есть два типа человеческих клеток: половые, то есть женская яйцеклетка и сперма мужчин, и соматические, включающие порядка сотни триллионов других клеток, составляющих остальное тело. Все клетки размножаются делением.
В 1961 году Леонард Хейфлик открыл, что у соматических клеток есть верхний предел общего числа делений, и число возможных делений уменьшается с возрастом клетки. Существует не одна теория, объясняющая, почему существует этот так называемый предел Хейфлика.
В основе главной из них лежит накопление случайных повреждений гена при репликации клетки. При каждом клеточном делении действуют факторы среды, например, дым, радиация, химикаты, известные под названием свободных гидроксильных радикалов, и продукты распада клеток, которые мешают точному воспроизведению ДНК в следующем поколении клетки. В организме существует много ферментов восстановления ДНК, которые следят за процессом копирования и устраняют неполадки транскрипции по мере их возникновения, но все ошибки они отловить не в состоянии. При неоднократной репликации клетки повреждения ДНК накапливаются, приводя к неверному синтезу белков и неправильному функционированию. Эти ошибки функционирования являются, в свою очередь, причиной болезней, характерных для старения, например, артериосклероза, заболеваний сердца и злокачественных опухолей.
Ещё одна теория утверждает, что барьер Хейфлика связан с теломерами, то есть некодирующими участками ДНК, присоединенными к концу каждой хромосомы. Теломеры действуют как лидеры кинопленки, обеспечивая точную репликацию ДНК. В процессе деления клетки происходит расплетание двух нитей ДНК и создание новых полных копий этой молекулы в дочерних клетках. Но при каждом делении клетки теломеры становятся чуть короче, и в итоге они уже не в состоянии защитить концы нитей ДНК; тогда клетка, сочтя короткие теломеры за поврежденные ДНК, прекращает рост. У овечки Долли, клонированной из соматической клетки взрослого животного, оказались укороченные теломеры взрослого организма, а не теломеры новорождённого ягнёнка, и, возможно, она не проживёт столь же долго, сколь её нормально рожденные братья и сестры.
Есть три основных типа клеток, для которых не существует лимита Хейфлика: половые клетки, раковые клетки и некоторые типы стволовых клеток.
Причина, из-за которой эти клетки способны к бесконечному размножению, связана с наличием фермента теломеразы, впервые выделенного в 1989 году - этот фермент препятствует укорочению теломер. Вот что позволяет клеткам зародышевого пути продолжаться через поколения, и вот что лежит в основе взрывного роста раковых опухолей».
Фрэнсис Фукуяма , Наше постчеловеческое будущее: последствия биотехнологической революции, М., «Аст», 2004 г., с. 89-90.
Введение
Проблема старения организма и продления жизни человека является одной из важнейших тем, интересовавших практически любую человеческую цивилизацию. Изучение механизмов старения человеческого организма остается крайне актуальной проблемой и в настоящее время. Укажем лишь на один демографический показатель: к началу XXI века в развитых странах доля населения, достигшего возраста 65 лет и более составляет 10-14%. По имеющимся прогнозам через 20 лет этот показатель удвоится. Старение населения ставит перед современной медициной множество пока еще не решенных задач, в том числе - и задачу по продлению жизни в состоянии активной старости на значительный промежуток времени. Решать эту грандиозную задачу, не имея представления о механизмах старения организма, не возможно. Мы остановимся лишь на обсуждении механизмов старения клеток, причем тех из них, которые детерминированы генетически, то есть, присущи организму человека от его рождения и до смерти.
Лимит Хейфлика
В 1961 году американский цитолог Леонард Хейфлик провел совместно с другим ученым П. Мурхедом эксперименты по культивации фибробластов человеческих эмбрионов. Эти исследователи помещали в питательную среду отдельные клетки (перед инкубацией ткань обрабатывалась трипсинов, благодаря чему ткань диссоциировалась на отдельные клетки). Кроме того, Л. Хейфлик и П. Мурхед применяли в качестве питательной среды раствор аминокислот, солей и некоторых других низкомолекулярных компонентов.
В культуре ткани начиналось деление фибробластов, и когда клеточный слой достигал определенного размера, его делили пополам, вновь обрабатывали трипсином и переносили в новый сосуд. Подобные пассажи продолжались до тех пор, пока деление клеток не прекращалось. Регулярно это явление наступало после 50 делений. Переставшие делиться клетки через некоторое время погибали. Опыты Л. Хейфлика и П. Мурхеда были многократно повторены в самых различных лабораториях во многих странах мира. Во всех случаях результат был один и тот же: делящиеся клетки (причем не только фибробласты, но и другие соматические клетки) прекращали свое деление после 50-60 пересевов. Критическое число делений соматических клеток получило название «лимита Хейфлика». Интересно, что для соматических клеток различных видов позвоночных животных лимит Хейфлика оказался различным и коррелировался с продолжительностью жизни этих организмов.
Году Хейфлик наблюдал, как клетки человека, делящиеся в клеточной культуре , умирают приблизительно после 50 делений и проявляют признаки старения при приближении к этой границе.
Данная граница была найдена в культурах всех полностью дифференцированных клеток как человека , так и других многоклеточных организмов . Максимальное число делений клетки различно в зависимости от её типа и ещё сильнее различается в зависимости от организма, которому эта клетка принадлежит. Для большинства человеческих клеток предел Хейфлика составляет 52 деления.
Граница Хейфлика связана с сокращением размера теломер , участков ДНК на концах хромосом . Как известно, молекула ДНК способна к репликации перед каждым делением клетки. При этом имеющиеся у неё на концах теломеры после каждого деления клетки укорачиваются. Теломеры укорачиваются весьма медленно - по несколько (3-6) нуклеотидов за клеточный цикл, то есть за количество делений, соответствующее лимиту Хейфлика, они укоротятся всего на 150-300 нуклеотидов. Таким образом, чем короче у ДНК «теломерный хвост», тем больше делений у неё прошло, а значит - тем старше клетка.
В клетке существует фермент теломеразы , активность которого может обеспечивать удлинение теломер, при этом удлиняется и жизнь клетки. Клетки, в которых функционирует теломераза (половые, раковые), бессмертны. В обычных (соматических) клетках, из которых в основном и состоит организм, теломераза «не работает», поэтому теломеры при каждом делении клетки укорачиваются, что в конечном итоге приводит к её гибели в пределах лимита Хейфлика, потому что другой фермент - ДНК-полимераза - не способен реплицировать концы молекулы ДНК.
В настоящее время предложена эпигенетическая теория старения, которая объясняет эрозию теломер прежде всего активностью клеточных рекомбиназ, активизирующихся в ответ на повреждения ДНК, вызванные, главным образом, возрастной депрессией мобильных элементов генома . Когда после определённого числа делений теломеры исчезают совсем, клетка замирает в определённой стадии клеточного цикла или запускает программу апоптоза - открытого во второй половине 20 века явления плавного разрушения клетки, проявляющегося в уменьшении размера клетки и минимизации количества вещества, попадающего в межклеточное пространство после её разрушения.
Принцип эксперимента
Принципиально, эксперимент проведённый Леонардом Хейфликом в коллаборации с Полом Мурхедом, был довольно простым: смешивали равные части нормальных мужских и женских фибробластов, различавшихся по количеству пройденных клеточных делений (мужские - 40 делений, женские - 10 делений) для того, чтобы фибробласты можно было отличить друг от друга в дальнейшем. Параллельно был поставлен контроль с мужскими 40-дневными фибробластами. Когда же контрольная несмешанная популяция мужских клеток перестала делиться, то смешанная опытная культура содержала только женские клетки, ведь все мужские клетки уже погибли. На основании этого Хейфлик сделал вывод, что нормальные клетки имеют ограниченную способность к делению в отличие от раковых клеток, которые иммортальны . Так было выдвинуто предположение, что так называемые «митотические часы» находятся внутри каждой клетки, на основании следующих наблюдений:
- Нормальные фетальные фибробласты человека в культуре способны удваивать популяцию только ограниченное количество раз;
- Клетки, которые подверглись криогенной обработке, «помнят», сколько раз они делились до заморозки.
Биологический смысл явления
В настоящее время главенствует точка зрения, связывающая лимит Хейфлика с проявлением механизма подавления опухолеобразования, возникшего у многоклеточных организмов. Другими словами, опухолесупрессорные механизмы, такие как репликативное старение и апоптоз, бесспорно полезны в раннем онтогенезе и зрелости, но побочно являются причиной старения - ограничивают продолжительность жизни в результате накопления дисфункциональных стареющих клеток или избыточной гибели функциональных .
См. также
Примечания
- Hayflick L., Moorhead P.S. // Exp. Cell Res., 1961, v. 253, p. 585-621.
- Галицкий В.А. (2009). “Эпигенетическая природа старения” (PDF) . Цитология . 51 : 388-397.
- L. Hayflick, P. S. Moorhead. The serial cultivation of human diploid cell strains // Experimental Cell Research. - 1961-12-01. - Т. 25 . - С. 585–621 . - ISSN 0014-4827 .
- J. W. Shay, W. E. Wright. Hayflick, his limit, and cellular ageing // Nature Reviews. Molecular Cell Biology. - 2000-10-01. - Т. 1 , вып. 1 . - С. 72–76 . -
Умирают приблизительно после 50 делений и проявляют признаки старения при приближении к этой границе.
Эта граница была найдена в культурах всех полностью дифференцированных клеток как человека , так и других многоклеточных организмов . Максимальное число делений различно в зависимости от типа клеток и еще сильнее различается в зависимости от организма. Для большинства человеческих клеток предел Хейфлика составляет 52 деления.
Граница Хейфлика связана с сокращением размера теломер , участков ДНК на концах хромосом . Если клетка не имеет активной теломеразы , как преимущественное большинство соматических клеток, при каждом делении клетки размер теломер сокращается, потому что ДНК-полимераза не способна реплицировать концы молекулы ДНК. Тем не менее, вследствие данного явления теломеры должны укорачиваться весьма медленно - по несколько (3-6) нуклеотидов за клеточный цикл, то есть за количество делений, соответствующее лимиту Хейфлика, они укоротятся всего на 150-300 нуклеотидов. В настоящее время предложена эпигенетическая теория старения, которая объясняет эрозию теломер прежде всего активностью клеточных рекомбиназ, активизирующихся в ответ на повреждения ДНК, вызванные, главным образом, возрастной дерепрессией мобильных элементов генома . Когда после определённого числа делений теломеры исчезают совсем, клетка замирает в определённой стадии клеточного цикла или запускает программу апоптоза - открытого во второй половине 20 века явления плавного разрушения клетки, проявляющегося в уменьшении размера клетки и минимизации количества вещества, попадающего в межклеточное пространство после ее разрушения.
Примечания
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Предел Хейфлика" в других словарях:
Предел или лимит Хейфлика (англ. Hayflick limit) граница деления соматичных клеток, названа в честь её открывателя Леонарда Хейфлика. В 1965 году Хейфлик наблюдал, как клетки человека, делящиеся в клеточной культуре, умирают приблизительно после … Википедия
Предел или лимит Хейфлика (англ. Hayflick limit) граница деления соматичных клеток, названа в честь её открывателя Леонарда Хейфлика. В 1965 году Хейфлик наблюдал, как клетки человека, делящиеся в клеточной культуре, умирают приблизительно после … Википедия
Предел или лимит Хейфлика (англ. Hayflick limit) граница деления соматичных клеток, названа в честь её открывателя Леонарда Хейфлика. В 1965 году Хейфлик наблюдал, как клетки человека, делящиеся в клеточной культуре, умирают приблизительно после … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Старение. Старая женщина. Анн Поудер 8 апреля 1917 года в свой 110 й день рождения. Сморщенная и сухая кожа типичный признак старения человека … Википедия
Теломераза фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК (TTAGGG у позвоночных) к 3 концу цепи ДНК на участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в эукариотических клетках. Теломеры содержат уплотненную ДНК … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Старение. Старение человека как и старение других организмов, это биологический процесс постепенной деградации частей и систем тела человека и последствия этого процесса. Тогда как… … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Бессмертие. Биологическое бессмертие отсутствие увеличения функции смертности для конкретного биологического вида начиная с некоторого возраста. Такие биологические виды считаются… … Википедия
Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности … Википедия
Деление клеток HeLa под электронным микроскопом HeLa линия «бессмертных» клеток, используемая в научных исследованиях. Была пол … Википедия