Limita Hayflick

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Animația structurii unei secțiuni de ADN . Bazele sunt prezente orizontal între cele două fire spirale. Azot : albastru, oxigen : roșu, carbon : verde, hidrogen : alb, fosfor : portocaliu

Limita Hayflick , sau fenomenul Hayflick, este de câte ori se împarte o populație normală de celule umane înainte ca oprirea diviziunii celulare .

Conceptul de limită Hayflick a fost ipotezat de anatomistul american Leonard Hayflick în 1961, [1] la Wistar Institute din Philadelphia , Pennsylvania , în Statele Unite. Hayflick a demonstrat că o populație normală de celule fetale umane se împarte între 40 și 60 de ori în cultura celulară înainte de a intra într-o fază de senescență . Această descoperire a infirmat afirmația laureatului Nobel francez Alexis Carrel conform căreia celulele normale sunt nemuritoare .

De fiecare dată când o celulă efectuează mitoză , telomerii de la capetele fiecărui cromozom se scurtează ușor. Diviziunea celulară va înceta atunci când telomerii se scurtează la o lungime critică. Hayflick și-a interpretat descoperirea ca pe un efect al îmbătrânirii la nivel celular. Îmbătrânirea populațiilor de celule pare să fie legată de îmbătrânirea fizică generală a unui organism. [1] [2]

Laureatul Nobel australian Sir Macfarlane Burnet a inventat termenul „limită Hayflick” în cartea sa Intrinsec Mutagenesis: A Genetic Approach to Aging , publicată în 1974. [3]

Istorie

Conceptul de nemurire celulară

Înainte de descoperirea lui Leonard Hayflick, se credea că celulele vertebrate au un potențial nelimitat de replicare. Alexis Carrel , chirurg premiat cu Premiul Nobel , a declarat că „toate celulele explantate în culturile de țesuturi sunt nemuritoare și că lipsa replicării continue a celulelor s-a datorat necunoașterii modului cel mai bun de cultivare a celulelor”. [3] El a susținut că a crescut fibroblaste din inima găinilor (care trăiesc de obicei între 5 și 10 ani) și că a menținut cultura în creștere timp de 34 de ani. [4]

Alți oameni de știință nu au reușit să reproducă rezultatele lui Carrel [3] și se suspectează că acestea se datorează unei erori în procedura experimentală. Pentru a furniza nutrienții necesari, celulele stem embrionare de la pui ar fi putut fi adăugate înapoi în cultură în fiecare zi. Toate acestea ar fi permis cu ușurință cultivarea de noi celule proaspete în cultură, deci nu a existat o reproducere infinită a celulelor originale. [1] S-a speculat că Carrel a fost conștient de această eroare, dar nu a recunoscut-o niciodată. [5] [6]

Mai mult, s-a teoretizat că celulele utilizate de Carrel erau suficient de tinere pentru a conține celule stem pluripotente, care, dacă ar fi furnizate cu un nutrient de susținere pentru activarea telomerazei , ar fi capabile să îndepărteze senescența replicativă sau chiar să o inverseze. Culturile care nu conțin celule stem pluripotente active cu telomerază ar fi populate cu celule inactive cu telomerază, care ar fi supuse limitei de 50 ± 10 evenimente mitotice până la apariția senescenței celulare așa cum este descris în rezultatele Hayflick. [2]

Experiment și descoperire

Hayflick a devenit suspect de afirmațiile lui Carrel în timp ce lucra într-un laborator la Institutul Wistar. Hayflick a remarcat că una dintre culturile sale de fibroblaste embrionare umane a dezvoltat un aspect neobișnuit și că diviziunea celulară a încetinit. Inițial, a eliminat acest lucru ca o anomalie cauzată de contaminare sau erori. Cu toate acestea, el a observat ulterior alte culturi de celule care prezentau manifestări similare. Hayflick și-a verificat carnetul de cercetare și a fost surprins să constate că culturile celulare atipice crescuseră până la 40, dublându-se, în timp ce culturile mai tinere nu au prezentat niciodată aceleași probleme. Mai mult, condițiile au fost similare între culturile mai tinere și cele mai vechi pe care le-a observat: același mediu de cultură, vase de cultură și tehnician. Acest lucru l-a determinat să se îndoiască că demonstrațiile s-au datorat contaminării sau erorilor tehnice. [7]

Hayflick și-a propus apoi să arate că încetarea capacității normale de replicare celulară pe care a observat-o nu a fost rezultatul contaminării virale, a condițiilor slabe de cultură sau a unui artefact necunoscut. Hayflick a făcut echipă cu Paul Moorhead la experimentul definitiv pentru a elimina acești factori cauzali. În calitate de expert citogenetic , Moorhead a reușit să facă distincția între celulele masculine și cele feminine din cultură. Experimentul a procedat după cum urmează: Hayflick a amestecat un număr egal de fibroblasti umani masculi normali care s-au împărțit de multe ori (celule din a 40-a populație dublându-se) cu fibroblaste feminine care s-au împărțit de mai puține ori (celule din a 15-a populație care s-au dublat). Populațiile de celule neamestecate au fost păstrate ca martori. După 20 de dublări ale culturii mixte, au rămas doar celule feminine. Diviziunea celulară a încetat în culturile martor neamestecate la timp; Când cultura martor masculină a încetat să se împartă, numai celulele femele au rămas în cultura mixtă. Acest lucru a sugerat că erorile tehnice sau virusurile contaminante erau explicații improbabile pentru motivul pentru care diviziunea celulară a încetat în celulele mai vechi și a arătat că, cu excepția cazului în care virusul sau artefactul ar putea distinge între celulele masculine și feminine (ceea ce nu ar putea), atunci încetarea replicării celulare normale a fost guvernate de un mecanism intern de numărare. [1] [3] [7]

Aceste descoperiri au respins afirmațiile lui Carrel de nemurire și au stabilit limita Hayflick ca o teorie biologică credibilă. Spre deosebire de experimentul lui Carrel, al lui Hayflick a fost repetat cu succes de alți oameni de știință.

Fazele celulare

Hayflick împarte viața celulelor normale cultivate în trei etape. La începutul experimentului său, el a numit cultura primară „prima fază”. Faza a doua este definită ca perioada în care proliferează celulele; Hayflick a numit acest timp „creșterea luxuriantă”. După luni de dublare, celulele ajung în cele din urmă la stadiul trei, fenomen pe care l-a numit „ senescență ” , în care rata de replicare a celulelor încetinește înainte ca aceasta să se oprească complet.

Lungimea telomerilor

Celula fetală umană normală tipică se împarte între 50 și 70 de ori înainte de a experimenta senescența. Pe măsură ce celula se împarte, telomerii de la capetele cromozomilor se scurtează. Limita Hayflick este limita de replicare celulară impusă de scurtarea telomerilor cu fiecare diviziune. Această etapă finală este cunoscută sub numele de senescență celulară .

S-a constatat că limita Hayflick este legată de lungimea regiunii telomerilor la capătul cromozomilor. În timpul procesului de replicare a ADN-ului unui cromozom, segmente mici de ADN din fiecare telomer nu pot fi copiate și se pierd. [8] Acest lucru se întâmplă din cauza naturii neuniforme a replicării ADN-ului, în care firele de conducere și de întârziere nu sunt reproduse simetric. [9] Regiunea telomerică a ADN-ului nu codifică nicio proteină; este pur și simplu un cod repetat pe regiunea terminală a cromozomilor eucarioti liniari. După multe diviziuni, telomerii ating o lungime critică și celula devine senescentă. În acest moment, o celulă a atins limita Hayflick. [10] [11]

Hayflick a fost primul care a raportat că doar celulele canceroase sunt nemuritoare. Acest lucru nu ar fi putut fi demonstrat până când nu ar fi demonstrat că numai celulele normale sunt muritoare. [1] [2] Senescența celulară nu apare în majoritatea celulelor canceroase datorită expresiei unei enzime numite telomerază . Această enzimă extinde telomerii, împiedicând telomerii celulelor canceroase să se scurteze și oferindu-le un potențial de replicare infinit. [12] Un tratament propus pentru cancer este utilizarea inhibitorilor telomerazei care ar împiedica refacerea telomerului, permițând celulei să moară ca și celulele corpului. [13]

Îmbătrânirea organică

Hayflick a sugerat că descoperirile sale conform cărora celulele normale au o capacitate de replicare limitată pot avea semnificație pentru înțelegerea îmbătrânirii umane la nivel celular. [2]

Capacitatea replicativă limitată a fibroblastelor umane observată în culturile celulare a fost raportată a fi mult mai mare decât numărul de evenimente de replicare experimentate de celulele non-stem in vivo în timpul unei durate normale de viață postnatală. [14] Mai mult, s-a sugerat că nu există nicio corelație inversă între capacitatea de replicare a tulpinilor normale de celule umane și vârsta donatorului uman din care sunt derivate celulele, așa cum sa menționat anterior. Acum este clar că cel puțin unele dintre aceste rezultate variabile sunt atribuite mozaicismului numerelor de replicare a celulelor la diferite locuri din corpul în care au fost luate celulele.

Comparațiile între diferitele specii indică faptul că capacitatea de replicare celulară poate fi legată în principal de masa corporală a speciei, dar mai probabil cu durata de viață a speciei. Prin urmare, capacitatea limitată a celulelor de a se replica în cultură poate fi direct relevantă pentru îmbătrânirea organismului.

Elemente conexe

Cultura populara

  • Limita lui Hayflick este o carte din 2005 de Leonardo Tomasetta ISBN 8873711758
  • Limita lui Hayflick este prezentă în seria animată Evangelion [15]

Surse

  1. ^ a b c d și Hayflick L, Moorhead PS, Cultivarea în serie a tulpinilor de celule diploide umane , în Exp Cell Res , vol. 25, nr. 3, 1961, pp. 585-621, DOI : 10.1016 / 0014-4827 (61) 90192-6 , PMID 13905658 .
  2. ^ a b c d Hayflick L., Durata de viață limitată in vitro a tulpinilor de celule diploide umane , în Exp. Cell Res. , vol. 37, n. 3, 1965, pp. 614-636, DOI : 10.1016 / 0014-4827 (65) 90211-9 , PMID 14315085 .
  3. ^ a b c d JW Shay și WE Wright, Hayflick, limita sa și îmbătrânirea celulară. , în Nature Reviews Molecular Cell Biology , voi. 1, nr. 1, octombrie 2000, pp. 72-6, DOI : 10.1038 / 35036093 , PMID 11413492 .
  4. ^ Carrel A, Ebeling AH, Vârsta și multiplicarea fibroblastelor , în J. Exp. Med. , Vol. 34, nr. 6, 1921, pp. 599–606, DOI : 10.1084 / jem.34.6.599 , PMID 19868581 .
  5. ^ Witkowski JA, Mitul nemuririi celulare , în Trends Biochem. Știință , vol. 10, nr. 7, 1985, pp. 258-260, DOI : 10.1016 / 0968-0004 (85) 90076-3 .
  6. ^ Witkowski JA, celulele nemuritoare ale Dr. Carrel , în Med. Hist. , vol. 24, n. 2, 1980, pp. 129–142, DOI : 10.1017 / S0025727300040126 , PMID 6990125 .
  7. ^ a b L Hayflick, spre deosebire de îmbătrânire, longevitatea este determinată sexual , în Bengtson (ed.), Manual de teorii ale îmbătrânirii , ediția a treia, Springer Publishing Company, 19 mai 2016, pp. 31–52 , ISBN 9780826129420 .
  8. ^ Watson JD, Originea ADN-ului concatemeric T7 , în Nature New Biology , vol. 239, nr. 94, 1972, pp. 197–201, DOI : 10.1038 / newbio239197a0 , PMID 4507727 .
  9. ^ (EN) Philippe Rousseau și Chantal Autexier, Telomere biology: Raționament pentru diagnostic și terapie în cancer , în RNA Biology, vol. 12, nr. 10, octombrie 2015, pp. 1078-1082, DOI : 10.1080 / 15476286.2015.1081329 , PMID 26291128 .
  10. ^ Olovnikov AM, Telomeres, telomerase and aging: Origin of the theory , în Exp. Gerontol. , vol. 31, n. 4, 1996, pp. 443–448, DOI : 10.1016 / 0531-5565 (96) 00005-8 , PMID 9415101 .
  11. ^ AM Olovnikov, Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов, în Doklady Akademii Nauk SSSR , vol. 201, 1971, pp. 1496–1499.
  12. ^ Feng F, WD Funk și SS Wang, componenta ARN a telomerazei umane , în Știință , vol. 269, nr. 5228, 1995, pp. 1236–1241, DOI : 10.1126 / science.7544491 , PMID 7544491 .
  13. ^ Wright WE, Shay JW, Dinamica telomerilor în progresia și prevenirea cancerului: Diferențe fundamentale în biologia telomerilor umani și de șoareci , în Nature Medicine , vol. 6, nr. 8, 2000, pp. 849–851, DOI : 10.1038 / 78592 , PMID 10932210 .
  14. ^ Relația dintre vârsta donatorului și durata de viață replicativă a celulelor umane în cultură: o reevaluare , în Proc. Natl. Acad. Sci. SUA , vol. 95, nr. 18, 1998, pp. 10614-9, DOI : 10.1073 / pnas . 95.18.10614 , PMID 9724752 .
  15. ^ Limita Hayflick , Evangelion Wiki . Adus la 26 iulie 2021 .

Perspective

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Limite_di_Hayflick&oldid=122392674 ”