Granica lub granica Hayflicka to teoria wyjaśniająca naturę mechanizmu stojącego za starzeniem się komórek. Zgodnie z tą teorią normalna komórka ludzka jest w stanie rozmnażać się i dzielić od czterdziestu do sześćdziesięciu razy, zanim utraci tę zdolność i zapadnie się w wyniku zaprogramowanej śmierci lub apoptozy.

Teoria, zwana granicą Hayflicka, skłoniła naukowców do zrewidowania wcześniejszej teorii Alexisa Carrela, mówiącej, że komórki mogą się rozmnażać w nieskończoność.

Historia powstania teorii Hayflicka

Leonard Hayflick (urodzony 20 maja 1928 w Filadelfii), profesor anatomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco, rozwinął swoją teorię podczas pracy w Instytucie Wistar w Filadelfii w Pensylwanii w 1965 roku. Frank McFarlane Burnet nazwał tę teorię w książce Hayflicka honor w swojej książce pt. Intrinsic Mutagenesis, opublikowanej w 1974 r. Koncepcja granicy Hayflicka pomogła naukowcom w badaniu skutków starzenia się komórek w organizmie człowieka, rozwoju komórki od stadium embrionalnego do śmierci, w tym wpływu skrócenia jej długości. długość końców chromosomów zwanych telomerami.

W 1961 roku Hayflick rozpoczął pracę w Instytucie Wistar, gdzie podczas swoich obserwacji zauważył, że komórki ludzkie nie dzielą się w nieskończoność. Hayflick i Paul Moorhead opisali to zjawisko w monografii zatytułowanej „Serial Cultivation of Human Diploid Cell Strains”. Praca Hayflicka w Instytucie Wistar miała na celu dostarczenie pożywki dla naukowców prowadzących eksperymenty w instytucie, ale Hayflick zajmował się także własnymi badaniami nad wpływem wirusów na komórki. W 1965 roku Hayflick bardziej szczegółowo nakreślił koncepcję granicy Hayflicka w monografii zatytułowanej „Ograniczona długość życia ludzkich szczepów komórek diploidalnych w sztucznym środowisku”.

Hayflick doszedł do wniosku, że komórka może zakończyć mitozę, czyli proces rozmnażania poprzez podział, czterdzieści do sześćdziesięciu razy, po czym następuje śmierć. Wniosek ten dotyczył wszystkich typów komórek, zarówno dorosłych, jak i komórek rozrodczych. Hayflick wysunął hipotezę, zgodnie z którą minimalna zdolność replikacyjna komórki jest związana z jej starzeniem się, a co za tym idzie, z procesem starzenia się organizmu człowieka.

W 1974 roku Hayflick był współzałożycielem Narodowego Instytutu ds. Starzenia się w Bethesda w stanie Maryland.

Instytucja ta jest oddziałem Amerykańskiego Narodowego Instytutu Zdrowia. W 1982 roku Hayflick został także wiceprezesem Amerykańskiego Towarzystwa Gerontologicznego, założonego w 1945 roku w Nowym Jorku. Następnie Hayflick pracował nad popularyzacją swojej teorii i obaleniem teorii Carrela o nieśmiertelności komórkowej.

Obalenie teorii Carrela

Alexis Carrel, francuski chirurg, który na początku XX wieku pracował z tkanką serca kurczaka, uważał, że komórki są zdolne do nieskończonej reprodukcji poprzez podział. Carrel twierdził, że udało mu się doprowadzić do podziału komórek serca kurczaka w pożywce – proces ten trwał ponad dwadzieścia lat. Jego eksperymenty z tkanką serca kurczaka wzmocniły teorię nieskończonego podziału komórek. Naukowcy wielokrotnie próbowali powtórzyć pracę Carrela, ale ich eksperymenty nigdy nie potwierdziły „odkrycia” Carrela.

Krytyka teorii Hayflicka

W latach 90. niektórzy naukowcy, na przykład Harry Rubin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, argumentowali, że granica Hayflicka dotyczy wyłącznie uszkodzonych komórek. Rubin spekulował, że uszkodzenie komórek może być spowodowane wystawieniem komórek na działanie środowiska innego niż ich pierwotne środowisko w organizmie lub wystawieniem komórek przez naukowców na warunki panujące w laboratorium.

Dalsze badania nad zjawiskiem starzenia się

Pomimo krytyki inni naukowcy wykorzystali teorię Hayflicka jako podstawę do dalszych badań nad zjawiskiem starzenia się komórek, zwłaszcza telomerów, które stanowią końce chromosomów. Telomery chronią chromosomy i redukują mutacje w DNA. W 1973 roku rosyjski naukowiec A. Olovnikov zastosował teorię śmierci komórki Hayflicka w swoich badaniach końców chromosomów, które nie rozmnażają się podczas mitozy. Według Ołownikowa proces podziału komórki kończy się, gdy komórka nie może już odtwarzać końców swoich chromosomów.

Rok później, w 1974, Burnet nazwał teorię Hayflicka granicą Hayflicka, używając tej nazwy w swojej pracy Intrinsic Mutagenesis. W centrum prac Burneta leżało założenie, że starzenie się jest nieodłącznym czynnikiem komórek różnych form życia, a ich aktywność życiowa odpowiada teorii zwanej granicą Hayflicka, która określa czas śmierci organizmu.

Elizabeth Blackburn z Uniwersytetu w San Francisco i jej kolega Jack Szostak, pracownik Harvard Medical School w Bostonie w stanie Massachusetts, zwrócili się ku teorii granicy Hayflicka w swoich badaniach nad strukturą telomerów w 1982 roku, kiedy udało im się sklonować i wyizolować telomery.

W 1989 roku Greider i Blackburn zrobili kolejny krok w badaniu zjawiska starzenia się komórek, odkrywając enzym zwany telomerazą (enzym z grupy transferaz, który kontroluje wielkość, liczbę i skład nukleotydowy telomerów chromosomowych). Greider i Blackburn odkryli, że obecność telomerazy pomaga komórkom organizmu uniknąć zaprogramowanej śmierci.

W 2009 roku Blackburn, D. Szostak i K. Greider otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny ze sformułowaniem „za odkrycie mechanizmów ochrony chromosomów przez telomery i enzym telomerazę”. Ich badania opierały się na granicy Hayflicka.

Pogląd, że starzenie się można stwierdzić od chwili urodzenia, wyraził niemiecki naukowiec-darwinista August Weismann (Friedrich Leopold August Weismann, 1834-1914). W swoim słynnym wykładzie z 1891 roku Weismann zasugerował, że śmierć ze starości nastąpiła w toku ewolucji:<Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, а как нечто приобретенное вторично в процессе адаптации:>.

Podejścia do klasyfikacji teorii starzenia

Teorie wyjaśniające starzenie się organizmów można klasyfikować na różne sposoby.
Na przykład istnieje podział na trzy grupy: teorie genetyczne, w których programuje się genetycznie kontrolowane<биологические часы>, takie jak telomery regulują wzrost, dojrzałość i starzenie się, teorie neuroendokrynne i teorie akumulacji uszkodzeń. Ogólnie rzecz biorąc, podział ten jest dość arbitralny, ponieważ wszystkie te mechanizmy są ważne i wzajemnie powiązane.

Są też 2 duże grupy: teorie stochastyczne (probabilistyczne) i teorie programowanego starzenia.
Teorie można klasyfikować według poziomu organizacji żywej materii.
Według V.N. Anisimova, szefa Rosyjskiego Towarzystwa Gerontologicznego, najbardziej uderzającymi teoriami pozostają teoria wolnorodnikowa wysunięta w 1956 roku przez D. Harmana (Harman, 1956, 1998), teoria starzenia komórkowego (replikacyjnego) L. Hayflicka (Hayflick, Moorhead , 1961; Hayflick, 1998), telomerowa teoria A.M. Olovnikova (Olovnikov, 1971; Olovnikov, 1996), teoria elewacji starzenia V.M. Dilmana (Dilman, 1987; Dilman, 1971, 1994) oraz teorię somy jednorazowej T. Kirkwooda (Kirkwood, 1997, 2002). teoria wolnych rodników wysunięta w 1956 r. przez D. Harmana, teoria starzenia komórkowego (replikacyjnego) L. Hayflicka i teoria telomerów A. M. Olovnikova, teoria elewacyjna starzenia się V. M. Dilmana.

Klasyfikacja teorii starzenia stochastycznego

(Schulz-Aellen, 1997)

• Teoria mutacji somatycznych - Mutacje somatyczne zakłócają informację genetyczną i ograniczają funkcjonowanie komórki
• Katastrofa błędów – błędy w procesach transkrypcji i/lub translacji zmniejszają wydajność komórki
• Uszkodzenia DNA, naprawa DNA - uszkodzenia DNA są stale naprawiane przez różne mechanizmy. Skuteczność naprawy jest dodatnio skorelowana z długością życia i maleje wraz z wiekiem
• Uszkodzenie białek - zaburzenia konformacyjne białek i enzymów (sieciowanie) uszkadzają funkcje komórkowe
• Sieciowanie - chemiczne sieciowanie ważnych makrocząsteczek (takich jak kolagen) prowadzi do dysfunkcji komórek i tkanek
• Zużycie - Nagromadzenie uszkodzeń w codziennym życiu zmniejsza wydajność organizmu

Klasyfikacja teorii programowanego starzenia

(Schulz-Aellen, 1997)

• Teorie genetyczne – Starzenie się jest spowodowane zaprogramowanymi zmianami w ekspresji genów lub ekspresji określonych białek
• Geny śmierci – istnieją geny śmierci komórki
• Śmierć selektywna – śmierć komórki jest spowodowana obecnością specyficznych receptorów błonowych
• Skrócenie telomerów – skracanie telomerów wraz z wiekiem in vitro i in vivo prowadzi do niestabilności chromosomów i śmierci komórek
• Zaburzenia różnicowania - Błędy w mechanizmach aktywacji-represji genów, prowadzące do syntezy zbędnych, nieistotnych lub niepotrzebnych białek
• Akumulacja<загрязнений>- Nagromadzenie odpadów metabolicznych zmniejsza żywotność komórek
• Teorie neuroendokrynne - Niewydolność układu nerwowego i układy hormonalne w utrzymaniu homeostazy. Utrata homeostazy prowadzi do starzenia się i śmierci
• Teoria immunologiczna - Niektóre allele mogą zwiększać lub zmniejszać długość życia.
• Teorie metaboliczne - Długość życia jest odwrotnie proporcjonalna do tempa metabolizmu
• Teoria wolnych rodników - Długowieczność jest odwrotnie proporcjonalna do stopnia uszkodzenia przez wolne rodniki i wprost proporcjonalna do skuteczności systemów antyoksydacyjnych
• Zegar starzenia się – starzenie się i śmierć są wynikiem z góry ustalonego planu biologicznego
• Teorie ewolucji - Naturalna selekcja eliminuje osobniki po wydaniu przez nie potomstwa

Klasyfikacja najważniejszych teorii starzenia się według poziomu integracji

(Yin, Chen, 2005)

Organiczny poziom integracji
Teoria zużycia - Sacher, 1966
Teoria katastrofy błędów - Orgel, 1963
Teoria uszkodzeń stresowych - Stlye, 1970
Teoria samozatrucia - Metchnikoff, 1904
Teoria ewolucji(teoria zaprogramowanego starzenia się) – Williams, 1957
Teoria retencji informacji (teoria zaprogramowanego starzenia)

Poziom organów
Teoria endokrynologiczna - Korenchevsky, 1961
Teoria immunologiczna - Walford, 1969
Zahamowanie mózgu

Poziom komórki
Teoria błony komórkowej - Zg-Nagy, 1978
Teoria mutacji somatycznych – Szillard, 1959
Teoria mitochondriów – Miquel i in., 1980
Teoria mitochondrialno-lizosomalna – Brunk, Terman, 2002
Teoria granicy proliferacji komórek (teoria zaprogramowanego starzenia) - Hayflick, Moorhead, 1961

Poziom molekularny
Teoria akumulacji uszkodzeń DNA – Vilenchik, 1970
Teoria pierwiastków śladowych - Eichhorn, 1979
Teoria wolnych rodników - Harman, 1956
Teoria usieciowań usieciowanych – Bjorksten, 1968
Teoria stresu oksydacyjnego – Sohal, Allen, 1990; Yu, Yang, 1996
Teoria nieenzymatycznej glikozylacji - Cerami, 1985
Teoria zatrucia karbonylem – Yin, Brunk, 1995
Teoria katastrofy zanieczyszczeń – Terman, 2001
Teoria mutacji genowych
Teoria skracania telomerów (teoria zaprogramowanego starzenia) – Olovnikov, 1971

Inne podejścia
Starzenie się jako entropia – Sacher, 1967; Bortza, 1986
Teorie matematyczne i różne teorie zunifikowane – Sohal, Alle, 1990;
Zg-Nagy, 1991; Kowald, Kirkwood, 1994

Wolnorodnikowa teoria starzenia Denhama Harmana

Teoria starzenia się komórek Leonarda Hayflicka

Elewacyjna teoria starzenia

Zaproponowany i uzasadniony na początku lat 50. ubiegłego wieku przez leningradzkiego naukowca Władimira Dilmana. Zgodnie z tą teorią mechanizm starzenia rozpoczyna swoje działanie wraz ze stałym wzrostem progu wrażliwości podwzgórza na poziom hormonów we krwi. W rezultacie wzrasta stężenie krążących hormonów. W efekcie powstają różne formy stanów patologicznych, w tym charakterystycznych dla wieku podeszłego: otyłość, cukrzyca, miażdżyca, kankriofilia, depresja, immunosupresja metaboliczna, nadciśnienie, hiperadaptoza, choroby autoimmunologiczne i menopauza. Choroby te prowadzą do starzenia się i ostatecznie do śmierci.
Innymi słowy, w organizmie znajduje się duży zegar biologiczny, który odlicza przydzielony mu czas życia od narodzin do śmierci. W pewnym momencie zegary te uruchamiają destrukcyjne procesy w organizmie, które powszechnie nazywane są starzeniem.
Według Dilmana starzenie się i choroby z nim związane są produktem ubocznym realizacji programu genetycznego ontogenezy – rozwoju organizmu.
Z modelu ontogenetycznego wynika, że ​​jeśli stan homeostazy ustabilizuje się na poziomie osiąganym pod koniec rozwoju organizmu, wówczas możliwe jest spowolnienie rozwoju chorób i naturalnych zmian starczych oraz zwiększenie granic gatunkowych człowieka. życie.
Pobierz książkę „Wielki zegar biologiczny” V. Dilmana

Teoria somy jednorazowej

Teoria sieciowania

Ten mechanizm starzenia przypomina trochę uszkodzenia spowodowane przez wolne rodniki. Jedynie rolę substancji agresywnych pełnią tutaj cukry, przede wszystkim glukoza, która zawsze jest obecna w organizmie. Cukry mogą reagować chemicznie z różnymi białkami. W takim przypadku oczywiście funkcje tych białek mogą zostać zakłócone. Ale o wiele gorsze jest to, że cząsteczki cukru w ​​połączeniu z białkami mają taką zdolność<сшивать>cząsteczki białka między sobą. Z tego powodu komórki zaczynają działać gorzej. Gromadzą się w nich szczątki komórkowe.
Jednym z przejawów takiego sieciowania białek jest utrata elastyczności tkanek. Zewnętrznie najbardziej zauważalną rzeczą jest pojawienie się zmarszczek na skórze. Ale o wiele więcej szkód wynika z utraty elastyczności naczyń krwionośnych i płuc. W zasadzie komórki posiadają mechanizmy rozbijania takich połączeń krzyżowych. Ale proces ten wymaga dużo energii od organizmu.
Dziś już istnieją leki, które rozkładają wewnętrzne wiązania poprzeczne i przekształcają je w składniki odżywcze dla komórki.

Teoria błędu

Hipoteza<старения по ошибке>został zaproponowany w 1954 roku przez amerykańskiego fizyka M. Szilarda. Badając wpływ promieniowania na organizmy żywe, wykazał, że działanie promieniowania jonizującego znacznie skraca życie ludzi i zwierząt. Pod wpływem promieniowania w cząsteczce DNA zachodzą liczne mutacje, które inicjują pewne objawy starzenia, takie jak siwienie włosów czy nowotwory nowotworowe. Ze swoich obserwacji Szilard doszedł do wniosku, że mutacje są bezpośrednią przyczyną starzenia się organizmów żywych. Nie wyjaśnił jednak faktu starzenia się ludzi i zwierząt, które nie były narażone na promieniowanie.
Jego zwolennik L. Orgel uważał, że mutacje w aparacie genetycznym komórki mogą być spontaniczne lub wystąpić w odpowiedzi na ekspozycję na agresywne czynniki - promieniowanie jonizujące, promieniowanie ultrafioletowe, narażenie na wirusy i substancje toksyczne (mutagenne) itp. Z biegiem czasu system naprawy DNA ulega zużyciu, co powoduje starzenie się organizmu.

Teoria apoptozy (samobójstwo komórki)

Akademik V.P. Skulachev nazywa swoją teorię teorią apoptozy komórek. Apoptoza (grecki)<листопад>) - proces programowanej śmierci komórki. Tak jak drzewa pozbywają się części, aby zachować całość, tak każda pojedyncza komórka, przechodząc przez swój cykl życiowy, musi obumrzeć, a na jej miejsce musi zająć się nowa. Jeśli komórka zostanie zainfekowana wirusem, nastąpi w niej mutacja prowadząca do nowotworu złośliwego lub jej żywotność po prostu dobiegnie końca, to aby nie zagrażać całemu organizmowi, musi umrzeć. W odróżnieniu od martwicy – ​​gwałtownej śmierci komórki na skutek urazu, oparzenia, zatrucia, braku tlenu na skutek zablokowania naczyń krwionośnych itp., w procesie apoptozy komórka ostrożnie rozkłada się na części, a sąsiednie komórki wykorzystują jej fragmenty jako budulec.
Mitochondria również ulegają samozniszczeniu - po przestudiowaniu tego procesu Skulachev nazwał go mitoptozą. Mitoptoza występuje, gdy w mitochondriach wytwarza się zbyt wiele wolnych rodników. Kiedy liczba martwych mitochondriów jest zbyt duża, produkty ich rozkładu zatruwają komórkę i prowadzą do jej apoptozy. Starzenie się, z punktu widzenia Skulacheva, wynika z faktu, że w organizmie więcej komórek umiera niż się rodzi, a umierające komórki funkcjonalne są zastępowane tkanka łączna. Istotą jego pracy jest poszukiwanie metod przeciwdziałania niszczeniu struktur komórkowych przez wolne rodniki. Zdaniem naukowca starość jest chorobą, którą można i należy leczyć; program starzenia się organizmu można unieruchomić, a tym samym wyłączyć mechanizm skracający nasze życie.
Według Skulacheva główną aktywną formą tlenu, która prowadzi do śmierci mitochondriów i komórek, jest nadtlenek wodoru. Obecnie pod jego kierownictwem testowany jest lek SKQ, mający zapobiegać oznakom starzenia.
Wywiad z „Nową Gazetą”.

Teoria adaptacyjno-regulacyjna

Model starzenia opracowany przez wybitnego ukraińskiego fizjologa i gerontologa V.V. Frolkisa z lat 60. i 70. XX w. opiera się na powszechnym przekonaniu, że starość i śmierć są zaprogramowane genetycznie.<Изюминка>Teoria Frolkisa jest taka rozwój wieku i oczekiwaną długość życia wyznacza równowaga dwóch procesów: wraz z destrukcyjnym procesem starzenia się proces ten postępuje<антистарения>, dla którego Frolkis zaproponował to określenie<витаукт>(łac. vita – życie, auctum – wzrost). Proces ten ma na celu utrzymanie witalności organizmu, jego adaptację i wydłużenie średniej długości życia. Koncepcja przeciwdziałania starzeniu się (vitauct) stała się powszechna. I tak w 1995 roku odbył się w USA pierwszy międzynarodowy kongres poświęcony tej problematyce.
Istotnym elementem teorii Frolkisa jest opracowana przez niego hipoteza regulacji genów, według której pierwotnymi mechanizmami starzenia są zaburzenia w funkcjonowaniu genów regulatorowych kontrolujących aktywność genów strukturalnych i w efekcie intensywność syntezy genów kodowanych w nich białek. Związane z wiekiem zaburzenia regulacji genów mogą prowadzić nie tylko do zmian w proporcji syntetyzowanych białek, ale także do ekspresji wcześniej nieaktywnych genów, pojawienia się wcześniej niezsyntetyzowanych białek, a w efekcie do starzenia się i śmierci komórki.
V.V. Frolkis uważał, że genowe mechanizmy regulacyjne starzenia są podstawą rozwoju powszechnych typów patologii związanych z wiekiem - miażdżycy, nowotworów, cukrzycy, chorób Parkinsona i Alzheimera. W zależności od aktywacji lub tłumienia funkcji niektórych genów, rozwinie się ten lub inny zespół starzenia, rozwinie się ta lub inna patologia. W oparciu o te pomysły wysunięto pomysł terapii genowo-regulacyjnej, mającej na celu zapobieganie zmianom leżącym u podstaw rozwoju patologii związanych z wiekiem.

Teoria redusomalna Ołownikowa

Pokryta białkiem liniowa redusomalna cząsteczka DNA jest kopią odcinka chromosomalnego DNA. gniazdo. Podobnie jak telomerowy DNA, liniowy redusomalny DNA ulega z czasem skróceniu. Dlatego maleńkie redusomy stopniowo zmniejszają swój rozmiar; stąd ich nazwa. Wraz z utratą DNA w redusomie zmniejsza się również liczba różnych zawartych w nim genów. Skrócenie cząsteczek redusomalnego DNA (i wynikająca z tego zmiana zestawu genów w redusomach) zmienia wraz z wiekiem poziom ekspresji różnych genów chromosomalnych i dzięki temu służy jako kluczowy sposób pomiaru czasu biologicznego w rozwoju indywidualnym.

W skrócie i prosto brzmi to tak: Nawet jeśli dana osoba uniknie chorób i wypadków, jego komórki w końcu przestaną się dzielić, ulegną zniszczeniu i ostatecznie umrą. Zjawisko to znane jest jako granica Hayflicka. Badania pokazują, że obecna maksymalna długość życia wynosi około 125 lat.

Tutaj więcej na ten temat...

Leonarda Hayflicka odkrył granicę liczby podziałów komórek somatycznych, która wynosi w przybliżeniu 50-52 dział.

„Istnieją dwa rodzaje komórek ludzkich: komórki rozrodcze, czyli żeńska komórka jajowa i męski plemnik, oraz komórki somatyczne, które obejmują około stu bilionów innych komórek tworzących resztę ciała. Wszystkie komórki rozmnażają się przez podział.

W 1961 r Leonarda Hayflicka odkryli, że komórki somatyczne mają górną granicę całkowitej liczby podziałów, a liczba możliwych podziałów maleje wraz z wiekiem komórki. Istnieje więcej niż jedna teoria wyjaśniająca, dlaczego istnieje tak zwana granica Hayflicka.

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 normalne komórki mają ograniczoną zdolność do podziału, w przeciwieństwie do komórek nowotworowych, które są nieśmiertelne. W związku z tym postawiono hipotezę, że w każdej komórce znajduje się tzw. „zegar mitotyczny”, opierając się na następujących obserwacjach:

1. Normalne ludzkie fibroblasty płodowe w hodowli są w stanie podwoić populację tylko ograniczoną liczbę razy;
2. Komórki poddane obróbce kriogenicznej „pamiętają”, ile razy dzieliły się przed zamrożeniem.

Najważniejszym z nich jest kumulacja przypadkowych uszkodzeń genów podczas replikacji komórek. W każdym podziale komórkowym biorą udział czynniki środowiskowe, takie jak dym, promieniowanie, substancje chemiczne zwane wolnymi rodnikami hydroksylowymi i produkty rozpadu komórek, które zakłócają dokładną reprodukcję DNA w komórkach następnej generacji. W organizmie znajduje się wiele enzymów naprawiających DNA, które monitorują proces kopiowania i korygują pojawiające się problemy z transkrypcją, ale nie są w stanie wychwycić wszystkich błędów. W miarę powtarzania się komórek, kumulują się uszkodzenia DNA, co prowadzi do nieprawidłowej syntezy białek i nieprawidłowego funkcjonowania. Te błędy funkcjonalne są z kolei przyczyną chorób charakterystycznych dla starzenia się, takich jak miażdżyca, choroby serca i nowotwory złośliwe.

Inna teoria głosi, że bariera Hayflicka jest powiązana z telomerami, czyli niekodującymi odcinkami DNA przyczepionymi do końca każdego chromosomu. Telomery pełnią rolę liderów filmu, zapewniając dokładną replikację DNA. Podczas podziału komórki dwie nici DNA rozwijają się, a w komórkach potomnych powstają nowe, kompletne kopie tej cząsteczki. Jednak z każdym podziałem komórki telomery stają się nieco krótsze i ostatecznie nie są już w stanie chronić końców nici DNA; wówczas komórka, myląc krótkie telomery z uszkodzonym DNA, przestaje rosnąć. Owca Dolly, sklonowana z komórki somatycznej dorosłego zwierzęcia, ma skrócone telomery dorosłego osobnika, a nie telomery nowonarodzonego baranka, i może nie żyć tak długo, jak jej normalnie urodzone rodzeństwo.

Istnieją trzy główne typy komórek, dla których nie ma limitu Hayflicka: komórki rozrodcze, komórki nowotworowe i niektóre typy komórek macierzystych.

Powodem, dla którego komórki te mogą się rozmnażać w nieskończoność, jest obecność enzymu telomerazy, wyizolowanego po raz pierwszy w 1989 roku, który zapobiega skracaniu się telomerów. To właśnie pozwala komórkom płciowym przetrwać przez pokolenia i to właśnie leży u podstaw gwałtownego wzrostu guzów nowotworowych.

źródła
Francis Fukuyama, Nasza postludzka przyszłość: konsekwencje rewolucji biotechnologicznej, M., „Ast”, 2004, s. 23-35. 89-90.

Leonarda Hayflicka odkrył granicę liczby podziałów komórek somatycznych, która wynosi w przybliżeniu 50-52 dział.

„Istnieją dwa rodzaje komórek ludzkich: komórki rozrodcze, czyli żeńska komórka jajowa i męski plemnik, oraz komórki somatyczne, które obejmują około stu bilionów innych komórek tworzących resztę ciała. Wszystkie komórki rozmnażają się przez podział.

W 1961 r Leonarda Hayflicka odkryli, że komórki somatyczne mają górną granicę całkowitej liczby podziałów, a liczba możliwych podziałów maleje wraz z wiekiem komórki. Istnieje więcej niż jedna teoria wyjaśniająca, dlaczego istnieje tak zwana granica Hayflicka.

Najważniejszym z nich jest kumulacja przypadkowych uszkodzeń genów podczas replikacji komórek. W każdym podziale komórkowym biorą udział czynniki środowiskowe, takie jak dym, promieniowanie, substancje chemiczne zwane wolnymi rodnikami hydroksylowymi i produkty rozpadu komórek, które zakłócają dokładną reprodukcję DNA w komórkach następnej generacji. W organizmie znajduje się wiele enzymów naprawiających DNA, które monitorują proces kopiowania i korygują pojawiające się problemy z transkrypcją, ale nie są w stanie wychwycić wszystkich błędów. W miarę powtarzania się komórek, kumulują się uszkodzenia DNA, co prowadzi do nieprawidłowej syntezy białek i nieprawidłowego funkcjonowania. Te błędy funkcjonalne są z kolei przyczyną chorób charakterystycznych dla starzenia się, takich jak miażdżyca, choroby serca i nowotwory złośliwe.

Inna teoria głosi, że bariera Hayflicka jest powiązana z telomerami, czyli niekodującymi odcinkami DNA przyczepionymi do końca każdego chromosomu. Telomery pełnią rolę liderów filmu, zapewniając dokładną replikację DNA. Podczas podziału komórki dwie nici DNA rozwijają się, a w komórkach potomnych powstają nowe, kompletne kopie tej cząsteczki. Jednak z każdym podziałem komórki telomery stają się nieco krótsze i ostatecznie nie są już w stanie chronić końców nici DNA; wówczas komórka, myląc krótkie telomery z uszkodzonym DNA, przestaje rosnąć. Owca Dolly, sklonowana z komórki somatycznej dorosłego zwierzęcia, ma skrócone telomery dorosłego osobnika, a nie telomery nowonarodzonego baranka, i może nie żyć tak długo, jak jej normalnie urodzone rodzeństwo.

Istnieją trzy główne typy komórek, dla których nie ma limitu Hayflicka: komórki rozrodcze, komórki nowotworowe i niektóre typy komórek macierzystych.

Powodem, dla którego komórki te mogą się rozmnażać w nieskończoność, jest obecność enzymu telomerazy, wyizolowanego po raz pierwszy w 1989 roku, który zapobiega skracaniu się telomerów. To właśnie pozwala komórkom płciowym przetrwać przez pokolenia i to właśnie leży u podstaw gwałtownego wzrostu guzów nowotworowych.

Francis Fukuyama, Nasza postludzka przyszłość: konsekwencje rewolucji biotechnologicznej, M., „Ast”, 2004, s. 23-35. 89-90.

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 istotne faktyczny problem i obecnie. Zwróćmy uwagę tylko na jeden wskaźnik demograficzny: na początku XXI wieku w krajach rozwiniętych odsetek ludności, która osiągnęła wiek 65 lat i więcej, wynosi 10–14%. Według dostępnych prognoz liczba ta za 20 lat ulegnie podwojeniu. Starzenie się społeczeństwa stwarza przed współczesną medycyną wiele nierozwiązanych dotychczas problemów, do których należy 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.