Jaki jest limit Hayflicka? Granica Hayflicka i komórkowe podstawy starzenia Teoria starzenia się na wysokości

Wstęp

Problem starzenia się organizmu i przedłużania życia człowieka jest jednym z najważniejszych tematów interesujących niemal każdą cywilizację ludzką. Badanie mechanizmów starzenia się organizmu człowieka pozostaje niezwykle palącym problemem współczesności. Zwróćmy uwagę tylko na jeden wskaźnik demograficzny: na początku XXI wieku w krajach rozwiniętych odsetek ludności, która osiągnęła wiek 65 lat i więcej, wynosił 10–14%. Według dostępnych prognoz liczba ta za 20 lat ulegnie podwojeniu. Starzenie się społeczeństwa niesie ze sobą wiele nierozwiązanych dotychczas problemów współczesnej medycyny, do których zalicza się m.in. zadanie przedłużenia życia w stanie aktywnego starzenia się przez znaczny okres czasu. Nie da się rozwiązać tego ogromnego zadania bez wiedzy o mechanizmach starzenia się organizmu. Skupimy się jedynie na omówieniu mechanizmów starzenia się komórek, i to tych, które są zdeterminowane genetycznie, czyli tkwią w organizmie człowieka od urodzenia aż do śmierci.

Limit Hayflicka

W 1961 roku amerykański cytolog Leonard Hayflick wraz z innym naukowcem P. Moorheadem przeprowadzili eksperymenty nad hodowlą fibroblastów z ludzkich embrionów. Badacze ci umieścili poszczególne komórki w pożywce (przed inkubacją tkankę traktowano trypsyną, dzięki czemu tkanka rozdzieliła się na pojedyncze komórki). Ponadto L. Hayflick i P. Moorhead jako pożywkę zastosowali roztwór aminokwasów, soli i niektórych innych składników niskocząsteczkowych.

W hodowli tkankowej fibroblasty zaczęły się dzielić, a gdy warstwa komórek osiągnęła określoną wielkość, dzielono ją na pół, ponownie traktowano trypsyną i przenoszono do nowego naczynia. Takie pasaże trwały aż do ustania podziału komórek. Zjawisko to występowało regularnie po 50 podziałach. Komórki, które przestały się dzielić, po pewnym czasie obumierały. Eksperymenty L. Hayflicka i P. Moorheada powtarzano wielokrotnie w różnych laboratoriach w wielu krajach świata. We wszystkich przypadkach wynik był taki sam: dzielące się komórki (nie tylko fibroblasty, ale także inne komórki somatyczne) przestały się dzielić po 50-60 subkulturach. Krytyczna liczba podziałów komórek somatycznych nazywana jest „limitem Hayflicka”. Co ciekawe, dla komórek somatycznych różnych gatunków kręgowców granica Hayflicka okazała się różna i skorelowana z długością życia tych organizmów.

Jak wyjść poza granicę Hayflicka, czyli wszystkie sposoby na przedłużenie życia

Tekst: Nadieżda Markina

JAK NAJLEPIEJ ROBIĄ TO LUDZIE OKRĄGLI Nicienie. NAUKOWCY ZWIĘKSZYLI SWOJĄ DŁUGOŚĆ ŻYCIA DZIESIĘĆ RAZY.

Badania demograficzne przekonująco pokazują, że oczekiwana długość życia człowieka zależy głównie od czynników społecznych - poziomu życia i stanu medycyny w kraju, w którym mieszka. Na przykład w Japonii średnia długość życia w ciągu ostatnich 20 lat wzrosła do 82,15 lat, a w Królestwie Suazi również wzrosła – do 32,3. Dlatego trudno jest obliczyć biologiczną „długość życia” człowieka, zwłaszcza od tego czasu

Większość starszych ludzi umiera z powodu chorób, a nie starości. Większość, ale nie wszystkie. W XIX wieku naukowcy odkryli prawo noszące imiona Gompertza i Makehama, opisujące zależność śmiertelności od wieku. Początkowo, wraz ze wzrostem wieku, śmiertelność wzrasta wykładniczo. Wydaje się jasne, że umiera więcej 70-latków niż 60-latków i więcej 80-latków niż 70-latków. Krzywa opisująca to prawo kryje jednak jedną tajemnicę: po 90. roku życia osiąga ona plateau. Oznacza to, że jeśli dana osoba przekroczyła

(Dziewczyna urodzona dzisiaj może żyć średnio 71 lat. Na początku XXI wieku liczba ta wynosiła 68 lat. Mężczyźni nadal żyją krócej niż kobiety – średnio o 5 lat. Najwyższe stawki za czas trwania życie w Japonii: 86 lat dla kobiet i 79 lat dla mężczyzn.)

Ten wiek, a następnie prawdopodobieństwo śmierci - w wieku 90 lat, w wieku 100 lub więcej lat jest dla niego w przybliżeniu takie samo. Naukowcy nie potrafią wyjaśnić fenomenu stulatków. Najprawdopodobniej szczęśliwcy, którym udało się uniknąć chorób wieku podeszłego, osiągają plateau. Można również założyć, że proces starzenia wydaje się zatrzymywać w tym zaawansowanym wieku. Starzenie się stwarza jednak przed badaczami jeszcze więcej wyzwań. tajemnice niż długowieczność. Świadczy o tym przede wszystkim sama liczba teorii starzenia.

Starzenie się jest... ...programem

Postulat ten leży u podstaw teorii jeden z głównych ekspertów ds. starzenia się w Rosji, Władimir Skulachev. Wprowadził pojęcie „fenoptozy” – zaprogramowanej śmierci organizmu, przez analogię do apoptozy, czyli zaprogramowanej śmierci komórki. Wydawałoby się, po co nam program na śmierć? Ponieważ jest to korzystne dla populacji i gatunku. Według Skulacheva w przyrodzie istnieje „samurajskie prawo biologii”, które mówi: „Lepiej umrzeć, niż popełnić błąd”. Oznacza to, że organizm nie jest już potrzebny. Ale skoro starzenie się jest programem, uważa Władimir Skulachev, oznacza to, że „można go anulować”. Na poparcie swojej teorii podaje przykłady organizmów niestarzejących się w przyrodzie, w których śmierć następuje bez starzenia się.

Inni naukowcy są zwolennikami evolu Narodowe teorie starzenia podkreślają, że organizm dokonuje wyboru między naprawą a reprodukcją. Naprawa komórek i tkanek wymaga dużo energii – taniej jest szybciej się rozmnażać.

...kumulacja szkód

Ponieważ z wiekiem organizm zaczyna to robić działa gorzej, czyli coś się w nim psuje. Pytanie co dokładnie. Niektórzy eksperci uważają, że najważniejsze jest to, że białka się psują. Na przykład w cząsteczkach kolagenu, który stanowi około jednej trzeciej wszystkich białek strukturalnych w organizmie, pomiędzy długimi spiralnymi nitkami tworzą się poprzeczne „mostki”, które zszywają nici, w wyniku czego tkanki tracą swoją elastyczność. Na poziomie komórkowym mitochondria ulegają zniszczeniu

– podstacje energii komórkowej. Może to doprowadzić komórkę do wejścia na ścieżkę zaprogramowanej śmierci. Telomery to odcinki DNA znajdujące się na końcach chromosomów. Składają się z szeregu powtarzających się sekwencji nukleotydowych i u wszystkich kręgowców powtórzenia te mają tę samą strukturę (TTA YGG). Telomery skracają się przy każdym podziale komórki i dlatego służą jako licznik liczb podział komórek. Licznik działa, ponieważ enzym polimeraza DNA, która podwaja DNA podczas podziału komórki, nie jest w stanie odczytać informacji z jej końca, więc każdy

następna kopia DNA staje się krótsza niż poprzednia. Według Davida Sinclaira z Harvardu białka sirtuiny odgrywają kluczową rolę w mechanizmach regulacji genów. Są to enzymy biorące udział w procesie pakowania cząsteczki DNA w otoczkę białkową w jądrze komórkowym w postaci chromatyny. W tej formie geny są nieaktywne. Aby można było z nich policzyć informację genetyczną, należy je rozpakować. Sirtuiny zapobiegają rozpakowaniu genów, które w danym miejscu i momencie nie powinny działać. Sirtuiny pełnią rolę strażników: pilnują, aby ciche geny milczały i nie próbowały pojawiać się tam, gdzie nie są potrzebne. Ale oprócz regulacji biorą także udział w naprawie uszkodzonego DNA. Łączenie dwóch stanowisk – kontrolera ruchu i mechanika – nie jest na korzyść klatki. Z wiekiem kumulują się uszkodzenia DNA, sirtuiny zostają przeciążone procesami naprawczymi i nie radzą sobie już z regulacją genów. W miarę starzenia się organizmu następuje więcej uszkodzeń DNA, a sirtuiny muszą coraz spieszyć się z naprawą. Jeśli kontroler ruchu stale odchodzi ze swojego stanowiska, aby naprawiać samochody, zamiast regulować ruch, nie skończy się to dobrze. Regulacja genów rozpada się. Geny rozpakowane bez nadzoru nie mogą się już pakować i uciszyć.

Gigantyczne żółwie (Megalochelys gigantea).

Żyją do 150 lat, zachowują zdolność

do reprodukcji. Umierają, bo

skorupa staje się zbyt ciężka.

Łosoś atlantycki (Salmo salar).

Zwykle starzeje się szybko „według programu”

ja” – zaraz po tarle i jego rozkładzie

pozostałe szczątki przyciągają skorupiaki, które

Służą one jako pokarm dla narybku łososia.

„Poświęca się”.

Wędrujące albatrosy (Diomedea

eksulany). Żyją średnio 50 lat, nie

W miarę starzenia się składają jaja. I wtedy

umrzeć nagle, z nieznanego powodu

powód.

Podczas pracy mitochondriów tworzą się w nich śmiercionośne związki - formy aktywne azot i tlen. Są to wolne rodniki z niesparowanym elektronem. Są bardzo reaktywne i bezkrytycznie atakują pierwszą napotkaną cząsteczkę, niezależnie od tego, czy jest to DNA, czy nie. lok. Oczywiście po takiej przemocy cząsteczki stają się nieodpowiednie i nie działają poprawnie.

...uszkodzenie genów

Wreszcie, uszkodzenia genetyczne pojawiają się w starszym wieku. Gdy organizm przestaje się rozmnażać, gromadzi się w nim szkodliwe mutacje. Nie ma już ryzyka przekazania ich potomstwu, co oznacza, że możesz „zepsuć” tyle, ile chcesz. Szkodliwe mutacje mogą prowadzić na przykład do zakłócenia syntezy białek i raka. Wiele osób uważa również, że wciąż tajemniczy mos to genetyczne czynniki starzenia. Elementy bioniczne to krótkie sekwencje, które poruszają się wzdłuż cząsteczki DNA i wpływają na funkcjonowanie genów. Z wiekiem jest ich więcej. Istnieją mutacje, które bezpośrednio powodują przedwczesne starzenie– progeria, czyli odwrotnie „wieczna młodość”…regulacja

Około dziesięć lat temu amerykańscy naukowcy odkryli, dlaczego drożdże się starzeją – załamuje się ich mechanizm regulacji genów. Nowe badanie wykazało, że u ssaków wszystko jest dokładnie takie samo. Naukowcy twierdzą, że powód ten jest uniwersalny. Oznacza to, że przyczyny starzenia się mogą nie być genetyczne, ale epigenetyczne, czyli leżące obok genów.

...uszkodzenie „opakowania” DNA

W jądrze komórkowym cząsteczka DNA jest owinięta wokół białek histonowych. Białka te można modyfikować, co determinuje gęstość upakowania. Z wiekiem chromatyna w jądrze staje się luźniejsza, co prowadzi do tego, że zaczynają działać niepotrzebne i szkodliwe geny. Opakowanie jest szczelne – geny nie działają, opakowanie

luźno - geny działają.

...utlenianie przez wolne rodniki

Jedną z najpopularniejszych teorii starzenia jest teoria wolnych rodników. Jej autor, Danchen Harman, zasugerował w 1956 roku: starzejemy się, ponieważ nasze cząsteczki są narażone na działanie silnego systemu obrony antyoksydacyjnej emitowanego przez mitochondria. Jednak z wiekiem słabnie, przez co szkody powodowane przez wolne rodniki stają się coraz liczniejsze.

Korzenie ewolucyjnego podejścia do starzenia się sięgają prac niemieckiego biologa

Augusta Weissmanna.

Jako pierwszy zasugerował, że starzenie się następuje w sposób ewolucyjny

program usuwający z populacji osoby stare i niepotrzebne.

Weissmann uważał, że kluczem do tego są ograniczone możliwości komórek

do podziału.

Umierają po około 50 podziałach i wykazują oznaki starzenia w miarę zbliżania się do tej granicy.

Granicę tę stwierdzono w kulturach wszystkich w pełni zróżnicowanych komórek, zarówno ludzkich, jak i innych organizmów wielokomórkowych. Maksymalna liczba podziałów różni się w zależności od typu komórki, a jeszcze bardziej w zależności od organizmu. W przypadku większości komórek ludzkich granica Hayflicka wynosi 52 podziały.

Limit Hayflicka jest związany ze zmniejszeniem rozmiaru telomerów, odcinków DNA na końcach chromosomów. Jeśli komórka nie ma aktywnej telomerazy, jak ma to miejsce w przypadku zdecydowanej większości komórek somatycznych, rozmiar telomerów zmniejsza się z każdym podziałem komórki, ponieważ polimeraza DNA nie jest w stanie replikować końców cząsteczki DNA. Jednak w wyniku tego zjawiska telomery powinny skracać się bardzo powoli – kilka (3-6) nukleotydów na cykl komórkowy, czyli dla liczby podziałów odpowiadającej limitowi Hayflicka ulegną one skróceniu jedynie o 150-300 nukleotydów. Obecnie zaproponowano epigenetyczną teorię starzenia, która wyjaśnia erozję telomerów przede wszystkim aktywnością rekombinaz komórkowych aktywowanych w odpowiedzi na uszkodzenia DNA spowodowane głównie związaną z wiekiem derepresją ruchomych elementów genomu. Kiedy po określonej liczbie podziałów telomery całkowicie zanikają, komórka na pewnym etapie zamarza cykl komórkowy lub uruchamia program apoptozy – odkryte w drugiej połowie XX wieku zjawisko gładkiego niszczenia komórek, objawiające się zmniejszeniem rozmiaru komórki i minimalizacją ilości substancji przedostającej się do przestrzeni międzykomórkowej po jej zniszczeniu.

Notatki

Zobacz też

Fundacja Wikimedia. 2010.

Zobacz, co oznacza „limit Hayflicka” w innych słownikach:

Granica Hayflicka to granica podziału komórek somatycznych, nazwana na cześć jej odkrywcy Leonarda Hayflicka. W 1965 roku Hayflick zaobserwował, jak komórki ludzkie dzielące się w hodowli komórkowej umierają po około… Wikipedii

Termin ten ma inne znaczenia, patrz Starzenie się. Staruszka. Ann Powder 8 kwietnia 1917 r., w swoje 110. urodziny. Pomarszczona i sucha skóra jest typową oznaką starzenia się człowieka... Wikipedia

Telomeraza jest enzymem, który dodaje specjalne powtarzające się sekwencje DNA (TTAGGG u kręgowców) do trzeciego końca nici DNA w regionach telomerów, które znajdują się na końcach chromosomów w komórkach eukariotycznych. Telomery zawierają zagęszczony DNA... Wikipedia

Termin ten ma inne znaczenia, patrz Starzenie się. Starzenie się człowieka, podobnie jak starzenie się innych organizmów, jest biologicznym procesem stopniowej degradacji części i układów organizmu człowieka oraz konsekwencjami tego procesu. Zatem jak... ...Wikipedia

Termin ten ma inne znaczenia, patrz Nieśmiertelność. Nieśmiertelność biologiczna to brak wzrostu funkcji śmiertelności dla określonego gatunku biologicznego, począwszy od określonego wieku. Za takie gatunki biologiczne uważa się... ... Wikipedię

Sprawdź neutralność. Szczegóły powinny być na stronie dyskusji... Wikipedia

Podział komórek HeLa pod mikroskopem elektronowym Linia „nieśmiertelnych” komórek HeLa stosowana w badania naukowe. Była podłoga... Wikipedia

Ludzie mają niezwykle długą żywotność w porównaniu z większością organizmów żywych na Ziemi, zwłaszcza ssakami podobnej wielkości. Chociaż zaproponowano wiele teorii wyjaśniających, dlaczego tak się dzieje, nadal toczy się debata na temat tego, co decyduje o długości życia różnych gatunków.

Najstarszą osobą w historii – o ile wiemy dzisiaj – była 122-letnia Francuzka imieniem Jeanne, która zmarła w 1997 r. Jednak ludzie żyjący 100 lat i dłużej nie są już dziś niczym niezwykłym.

Uważamy, że jest to obecnie dość powszechne, ale należy pamiętać, że zaledwie dwa wieki temu średnia długość życia człowieka była znacznie krótsza. Powszechnie uważa się, że w 1900 roku średnia długość życia na świecie wynosiła zaledwie 31 lat. Dzięki szybkiemu rozwojowi wiedzy medycznej w XX wieku, a także globalizacji tej wiedzy na dużych obszarach świata, średnia długość życia na całym świecie wzrosła w 2014 roku do około 72 lat.

Oznacza to, że w ciągu setek tysięcy lat ewolucji jako gatunek prawdopodobnie żył nie dłużej niż 25-30 lat. Można to porównać do długości życia szympansów, które na wolności żyją średnio 40–50 lat i 50–60 lat w niewoli, lub goryli, które żyją około 40 lat.

Biorąc pod uwagę, jak blisko jesteśmy spokrewnieni z małpami człekokształtnymi – dzielimy mniej więcej 99% tej samej średniej długości życia co szympansy i goryle – nasza współczesna długość życia jest imponująca.

Chociaż w ciągu ostatniego stulecia średnia długość życia na całym świecie stale rosła, pojawia się pytanie, czy istnieje granica życia ludzkiego, czy też stały postęp medycyny wydłuży średnią długość życia z 72 do 100 lat.

Dlaczego ludzie żyją tak długo w porównaniu do większości innych gatunków?
Jak wspomniano powyżej, dokładny mechanizm określania długości życia stworzenia jest przedmiotem gorących dyskusji, ale jednymi z najsilniejszych pretendentów do wyjaśnienia są całkowity wydatek energii i górna granica liczby cykli podziału komórki.

Zużycie energii
W porównaniu z większością innych gatunków, ludziom i małpom osiągnięcie dojrzałości zajmuje dużo czasu. Na przykład nowonarodzone antylopy potrafią biegać 90 minut po urodzeniu, podczas gdy ludzie często chodzą dopiero po ukończeniu 1 roku życia.

Niektóre gatunki ryjówek, ssaków takich jak ludzie, żyją krócej niż rok i często umierają w ciągu kilku tygodni od urodzenia jedynego potomstwa. Z drugiej strony ludzie nie osiągają dojrzałości płciowej przynajmniej przez pierwszą dekadę, a średni wiek kobiet rodzących pierwsze dziecko w krajach na całym świecie waha się od 18 do 31 lat.

Wszystko to sugeruje, że inne gatunki rozwijają się, dojrzewają i rozmnażają znacznie szybciej, a co za tym idzie, wymagają znacznie większego zużycia energii, ponieważ ich wydatek energetyczny jest znacznie większy. Wspomniane ryjówki codziennie zjadają owady niemal całą swoją masą ciała, ponieważ ich metabolizm jest niesamowicie szybki, a serce bije ponad 600 razy na minutę!

Oznacza to, że inne gatunki rozwijają się i rozmnażają szybciej, osiągając dojrzałość w ciągu 1-2 lat i rozmnażając się tak często, jak to możliwe, w rozsądnym okresie lęgowym.

Ludzie i inne naczelne są tego całkowitym przeciwieństwem, a ich tempo metabolizmu jest stosunkowo niższe – około połowę mniejsze niż u innych ssaków. Oddychanie komórkowe i zużycie energii prowadzą do szybszego wyczerpywania się organizmu i jego układów i nie tylko niski poziom metabolizm może przedłużyć życie o dziesięciolecia.

Podziały komórek
Innym potencjalnym wyjaśnieniem jest wbudowane ograniczenie liczby podziałów populacji komórek, zanim staną się starzejące, to znaczy nie będą w stanie dalej się dzielić.

Granica ta nazywana jest granicą Hayflicka i dla komórek ludzkich wynosi około 52 cykli podziału. Ta granica wygaśnięcia podziałów komórkowych wydaje się wskazywać na naturalny punkt odcięcia życia ludzkiego i odnosi się to do innych zwierząt.

Gatunki o notorycznie krótkiej długości życia, takie jak myszy (2-3 lata), mają granicę Hayflicka wynoszącą 15 podziałów, podczas gdy zwierzęta o jeszcze dłuższej długości życia niż ludzie mają wyższą granicę Hayflicka (np. żółwie morskie, których oczekiwana długość życia wynosi ponad dwa stulecia) mają limit Hayflicka wynoszący około 110.

W miarę starzenia się komórek ich telomery, czyli odcinki DNA na końcach chromosomów, zmniejszają się, co ostatecznie uniemożliwia komórkom dalszy dokładny podział. ludzie wykazują oznaki starzenia się, gdy zbliżają się do tej granicy i umierają po około 52 podziałach.

U wielu innych prostych gatunków odkryto gen, który skutecznie ogranicza długość życia poprzez aktywację innych genów kontrolujących wszystko, od transkrypcji i produkcji białek po czynniki wyzwalające reprodukcję. Odkryto, że mutacja tego pojedynczego genu u niektórych dżdżownic może spowodować podwojenie ich życia.

Limit Hayflicka. Przeciętna komórka dzieli się około 50-70 razy, zanim umrze. W miarę podziału komórki telomery na końcu chromosomu stają się mniejsze.
© CC BY-SA 4.0, Azmistowski17

Gen ten wydaje się być wczesnym prekursorem genu kontrolującego produkcję insuliny u ludzi, który może również działać jako mechanizm kontrolny hamujący i aktywujący inne geny. Odkrycia te są ekscytujące, ponieważ mogą wskazywać na podstawowy plan genetyczny życia organizmu. Dla badaczy poszukujących „fontanny młodości” czy „nieśmiertelności” te granice badawcze są szczególnie interesujące.

Wyjątki od reguły
Chociaż ludzie mają potencjał, aby żyć przez sto lat lub dłużej, w żadnym wypadku nie jesteśmy najdłużej żyjącym organizmem na planecie. Wiadomo, że gigantyczne żółwie żyjące na Wyspach Galapagos żyją ponad 150 lat, a najstarszy okaz rekina grenlandzkiego ma ponad 400 lat. Jeśli chodzi o bezkręgowce, istnieje kilka gatunków mięczaków, które na ogół mogą żyć dłużej niż pięć stuleci!

Tak, to dość niezwykłe, że oczekiwana długość życia człowieka wzrosła ponad dwukrotnie w ciągu zaledwie jednego stulecia, ale z tego, co wiemy do tej pory, istnieje średnia granica tego, jak długo możemy żyć, jeśli nie znajdziemy sposobu na genetyczne przedłużenie życia.

W miarę jak komórki i tkanki starzeją się i gromadzą coraz więcej błędów w swoim kodzie genetycznym, organizm zaczyna się rozkładać, ryzyko chorób staje się coraz większe, a zdolność do gojenia staje się trudniejsza. Trzeba to przyjąć ze spokojem, bo jak wszyscy wiemy, życie jest wspaniałe i nieprzewidywalne, dlatego najlepiej żyć póki mamy na to szansę!

God Hayflick zaobserwował, jak ludzkie komórki dzielące się w hodowli komórkowej umierają po około 50 podziałach i wykazują oznaki starzenia, gdy zbliżają się do tej granicy.

Granicę tę stwierdzono w kulturach wszystkich w pełni zróżnicowanych komórek, zarówno ludzkich, jak i innych organizmów wielokomórkowych. Maksymalna liczba podziałów komórki jest różna w zależności od jej rodzaju, a jeszcze bardziej w zależności od organizmu, do którego należy komórka. W przypadku większości komórek ludzkich granica Hayflicka wynosi 52 podziały.

Limit Hayflicka jest związany ze zmniejszeniem rozmiaru telomerów, odcinków DNA na końcach chromosomów. Jak wiadomo, cząsteczka DNA jest zdolna do replikacji przed każdym podziałem komórki. Jednocześnie telomery na jej końcach ulegają skróceniu po każdym podziale komórki. Telomery skracają się bardzo powoli – kilka (3-6) nukleotydów na cykl komórkowy, czyli dla liczby podziałów odpowiadającej granicy Hayflicka skracają się jedynie o 150-300 nukleotydów. Zatem im krótszy „ogon telomerowy” DNA, tym więcej przeszedł podziałów, co oznacza, że komórka jest starsza.

W komórce znajduje się enzym zwany telomerazą, którego działanie może zapewnić wydłużenie telomerów, co również wydłuża życie komórki. Komórki, w których działa telomeraza (komórki płciowe, komórki nowotworowe) są nieśmiertelne. W zwykłych (somatycznych) komórkach, z których głównie składa się organizm, telomeraza „nie działa”, zatem przy każdym podziale komórki telomery ulegają skracaniu, co ostatecznie prowadzi do jej śmierci w granicach Hayflicka, gdyż kolejnym enzymem jest polimeraza DNA – niezdolna do replikują końce cząsteczki DNA.

Obecnie zaproponowano epigenetyczną teorię starzenia, która wyjaśnia erozję telomerów przede wszystkim aktywnością rekombinaz komórkowych aktywowanych w odpowiedzi na uszkodzenia DNA spowodowane głównie związaną z wiekiem depresją ruchomych elementów genomu. Kiedy po określonej liczbie podziałów telomery całkowicie zanikają, komórka zatrzymuje się na pewnym etapie cyklu komórkowego lub rozpoczyna program apoptozy – odkryte w drugiej połowie XX wieku zjawisko stopniowego niszczenia komórek, objawiające się m.in. zmniejszenie rozmiaru komórek i minimalizacja ilości substancji przedostającej się do przestrzeni międzykomórkowej po jej zniszczeniu.

Zasada eksperymentalna

Zasadniczo eksperyment przeprowadzony przez Leonarda Hayflicka we współpracy z Paulem Moorheadem był dość prosty: zmieszano równe części prawidłowych fibroblastów męskich i żeńskich, różniących się liczbą przeszłych podziałów komórkowych (męski - 40 podziałów, żeński - 10 podziałów). aby w przyszłości można było od siebie odróżnić fibroblasty. Równolegle umieszczono kontrolę z męskimi 40-dniowymi fibroblastami. Kiedy kontrolna niezmieszana populacja komórek męskich przestała się dzielić, mieszana kultura eksperymentalna zawierała tylko komórki żeńskie, ponieważ wszystkie komórki męskie już obumarły. Na tej podstawie Hayflick doszedł do wniosku, że w przeciwieństwie do normalnych komórek normalne komórki mają ograniczoną zdolność do dzielenia się Komórki nowotworowe które są nieśmiertelne. W związku z tym postawiono hipotezę, że w każdej komórce znajduje się tzw. „zegar mitotyczny”, opierając się na następujących obserwacjach:

Normalne ludzkie fibroblasty płodowe w hodowli są zdolne do podwojenia populacji tylko ograniczoną liczbę razy;
Komórki poddane obróbce kriogenicznej „pamiętają”, ile razy dzieliły się przed zamrożeniem.

Biologiczne znaczenie zjawiska

Obecnie dominujący punkt widzenia wiąże granicę Hayflicka z manifestacją mechanizmu hamowania powstawania nowotworów powstałych w organizmach wielokomórkowych. Innymi słowy, mechanizmy supresorowe nowotworów, takie jak starzenie replikacyjne i apoptoza, są niewątpliwie przydatne we wczesnej ontogenezie i dorosłości, ale pośrednio powodują starzenie się – ograniczają oczekiwaną długość życia w wyniku gromadzenia się dysfunkcjonalnych starzejących się komórek lub nadmiernej śmierci funkcjonalnych.

Zobacz też

Notatki

Hayflick L., Moorhead P.S. // Do potęgi. Cell Res., 1961, t. 253, s. 585-621.
Galitsky V.A. (2009). „Epigenetyczna natura” starzenia się (PDF). Cytologia. 51 : 388-397.
L. Hayflick, PS Moorhead.„Seryjna” hodowla „ludzkich” szczepów komórek „diploidalnych” // Eksperymentalne badania komórek. - 1961-12-01. - T. 25. - s. 585–621. - ISSN 0014-4827.
J. W. Shay, WE Wright. Hayflick, „jego” limit, i starzenie się komórkowe // Nature Reviews. Biologia molekularna komórki. - 2000-10-01. - T. 1, wyd. 1. - s. 72–76. -