Предел или лимит Хейфлика или Hayflick limit

Предел или лимит Хейфлика или Hayflick limit

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.