История создания теории Хейфлика
Леонард Хейфлик (родился 20 мая 1928 года в Филадельфии), профессор анатомии Калифорнийского университета в Сан-Франциско, разработал свою теорию во время работы в Институте Вистар в Филадельфии, штат Пенсильвания, в 1965 году. Фрэнк Макфарлейн Бёрнет назвал эту теорию в честь Хейфлика в его книга под названием «Внутренний мутагенез», опубликованная в 1974 году. Концепция предела Хейфлика помогла ученым изучить последствия старения клеток в организме человека, развитие клеток от эмбриональной стадии до смерти, включая эффект укорочения длины концов хромосом, называемый теломеры.
В 1961 году Хейфлик начал работать в Институте Вистар, где посредством наблюдений обнаружил, что человеческие клетки не делятся бесконечно. Хейфлик и Пол Мурхед описали это явление в монографии под названием «Серийное культивирование штаммов диплоидных клеток человека». Работа Хейфлика в Институте Вистар была призвана обеспечить питательным раствором ученых, проводивших эксперименты в институте, но в то же время Хейфлик занимался собственными исследованиями воздействия вирусов на клетки. В 1965 году Хейфлик развил концепцию предела Хейфлика в монографии под названием «Ограниченная продолжительность жизни штаммов диплоидных клеток человека в искусственной среде».
Хейфлик пришел к выводу, что клетка способна завершить митоз, т. е. процесс размножения путем деления, лишь сорок — шестьдесят раз, после чего наступает гибель. Этот вывод применим ко всем разновидностям клеток, будь то взрослые или половые клетки. Хейфлик выдвинул гипотезу, согласно которой минимальная репликационная способность клетки связана с ее старением и, соответственно, с процессом старения человеческого организма.
В 1974 году Хейфлик стал соучредителем Национального института старения в Бетесде, штат Мэриленд.
Это учреждение является филиалом Национального института здравоохранения США. В 1982 году Хейфлик также стал вице-председателем Американского общества геронтологии, основанного в 1945 году в Нью-Йорке. Впоследствии Хейфлик работал над популяризацией своей теории и опровержением теории клеточного бессмертия Каррела.
Опровержение теории Карреля
Алексис Каррель, французский хирург, работавший с тканями куриного сердца в начале двадцатого века, считал, что клетки могут воспроизводиться бесконечно путем деления. Каррел утверждал, что ему удалось добиться деления клеток куриного сердца в питательной среде – этот процесс продолжался более двадцати лет. Его эксперименты с тканями куриного сердца подтвердили теорию бесконечного деления клеток. Ученые неоднократно пытались повторить работу Каррела, но их эксперименты не подтвердили «открытие» Каррела.
Критика теории Хейфлика
В 1990-х годах некоторые ученые, такие как Гарри Рубин из Калифорнийского университета в Беркли, заявили, что предел Хейфлика применим только к поврежденным клеткам. Рубин предположил, что повреждение клеток может быть вызвано тем, что клетки находятся в среде, отличной от их первоначальной среды в организме, или тем, что ученые подвергают клетки воздействию в лаборатории.
Дальнейшие исследования феномена старения
Несмотря на критику, другие учёные использовали теорию Хейфлика как основу для дальнейших исследований феномена старения клеток, особенно теломер, которые представляют собой конечные участки хромосом. Теломеры защищают хромосомы и уменьшают мутации в ДНК. В 1973 году русский учёный А. Оловников применил теорию гибели клеток Хейфлика в своих исследованиях концов хромосом, не воспроизводящихся во время митоза. По мнению Оловникова, процесс деления клетки заканчивается, как только клетка больше не может воспроизводить концы своих хромосом.
Год спустя, в 1974 году, Бернет назвал теорию Хейфлика пределом Хейфлика, используя это название в своей статье «Внутренний мутагенез». В основе работы Бёрнета лежало предположение, что старение является внутренним фактором, присущим клеткам различных форм жизни, и что их жизнедеятельность соответствует теории, известной как предел Хейфлика, устанавливающей время смерти организма.
Элизабет Блэкберн из Университета Сан-Франциско и ее коллега Джек Шостак из Гарвардской медицинской школы в Бостоне, штат Массачусетс, обратились к теории предела Хейфлика в своих исследованиях структуры теломер в 1982 году, когда им удалось клонировать и изолировать теломеры.
В 1989 году Грейдер и Блэкберн сделали следующий шаг в изучении феномена старения клеток, открыв фермент теломеразу (фермент из группы трансфераз, контролирующий размер, количество и нуклеотидный состав теломер хромосом). Грейдер и Блэкберн обнаружили, что наличие теломеразы помогает клеткам организма избежать запрограммированной смерти.
В 2009 году Блэкберн, Д. Шостак и К. Грейдер получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине с формулировкой «за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и ферментом теломеразой». Их исследование было основано на пределе Хейфлика.