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Hayflick-limiet

Das Hayflick-Limit wenn es Hayflick-Phänomen teilt sich eine normale menschliche Zellpopulation in Freigabeprozess stoppt. Erfahrungsweisheit Ist das das Telomere, die Enden der DNA-Moleküle in einer Zelle, bei jeder Zellteilung verkürzen. Dies geschieht immer wieder, bis die Länge eine kritische Untergrenze erreicht hat. Dann hört die Teilung auf.[1][2]

Die Idee des Hayflick-Limits wurde erstmals 1961 von den Vereinigten Staaten artikuliert AnatomLeonard Hayflick.[1] Hayflick zeigte, dass eine gemeinsame Population von fötal menschliche Zellen in a Zellkultur wird zwischen 40 und 60 mal geteilt. Die Bevölkerung befindet sich dann in einem Zustand der Alterung. Dieser Befund widersprach der Aussage von NobelpreisträgerAlexis Carrel, der argumentierte, dass gewöhnliche Zellen praktisch sind unsterblich Waren.

Das australisch Nobelpreisträger Sir Macfarlane Burnet den Namen "Hayflicklimit" erstmals 1974 in seinem Buch verwendet Intrinsische Mutagenese: Ein genetischer Ansatz für das Altern.[3]

Die unsterbliche Zelle

Geschichte

Vor Hayflicks Entdeckung war die allgemeine Überzeugung, dass Zellen von Wirbeltiere kann sich im Prinzip unbegrenzt teilen. Alexis Carrel, Chirurg und Nobelpreisträger, hatte zuvor erklärt, dass "Alle[4] Zellen, die in eine Zellkultur transferiert werden, sind unsterblich. Das Stoppen der fortlaufenden Zellteilung ist das Ergebnis der Unkenntnis darüber, wie Zellen am besten wachsen können".[3] Er hat seine Behauptung mit der Behauptung untermauert, dass er in der Lage sei Fibroblasten aus einem Hühnerherzen in Zellkultur seit 34 Jahren.[5] Dies zeigte laut Carrel, dass sich Wirbeltierzellen in einer Zellkultur unbegrenzt weiter teilen könnten. Andere Wissenschaftler waren jedoch nicht in der Lage, seine Ergebnisse zu replizieren.[3] Heute geht man davon aus, dass Carrels Ergebnisse mit einem Fehler im Experiment zusammenhängen. Es ist eine reale Möglichkeit, dass mit der täglichen Zugabe von notwendigen Nährstoffe außerdem wurden der Kultur versehentlich neue Stammzellen hinzugefügt. Dadurch konnte die Kultur überleben, obwohl sie keine unendliche Fortsetzung der ursprünglichen Zelllinie war.[1][6][7]

Das Experiment

Während der Arbeit bei der Wistar-Institut Hayflick begann zunächst an Carrels Ergebnissen und Theorie zu zweifeln. Hayflick setzte Zellen einer gewöhnlichen menschlichen Zelllinie einem Extrakt aus Krebszellen aus. Er stellte fest, dass sich die Zellen ab einem bestimmten Punkt nicht mehr weiter teilten. Obwohl zunächst ein technischer Fehler offensichtlich war, stellte er später fest, dass während der during Zellteilungen eine Art Zählmechanismus war am Werk. Mit Paul Moorhead, a Zytogenetiker er entwarf ein Experiment, um die Frage zu beantworten, ob Zellen ewiges Leben haben oder nicht.

Hayflick und Moorhead stellten eine Mischung aus gleicher Anzahl menschlicher Fibroblasten her. Eine Gruppe von Zellen stammte von einem Mann und bestand aus Zellen, die sich bereits 40 Mal geteilt hatten. Die andere Gruppe bestand aus Zellen einer Frau, die sich nur zehnmal geteilt hatte. Die Unterscheidung zwischen diesen beiden Gruppen ist unter dem Mikroskop leicht zu machen. Als Kontrollen wurden reine Populationen verwendet. Als sich die männlichen Kontrollzellen nicht mehr teilten, stellte sich heraus, dass die Mischung nur aus weiblichen Zellen bestand. Dies zeigte deutlich, dass keine technischen Fehler gemacht worden waren oder ein Virus einen Strich durch die Rechnung gemacht hatte (sowohl männliche als auch weibliche Zellen wären betroffen gewesen). Außerdem war auch klar, dass sich die älteren Zellen trotz der umgebenden jüngeren Zellen an ihr Alter „erinnerten“.[1][3]

Diese Ergebnisse widerlegten die Theorie der unsterblichen Zellen und machten andererseits klar, dass die Hayflick-Grenze eine akzeptable biologische Theorie ist. Im Gegensatz zu den Ergebnissen von Carrel wurden die Ergebnisse von Hayflick von anderen bestätigt.

Zellphasen

Hayflick erkennt drei Phasen in der Existenz einer Zellpopulation. Zu Beginn des Experiments befindet sich die Kultur in Phase 1. In Phase 2 teilen sich die Zellen überschwänglich. Phase 3 ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Teilungsrate, bis die Teilung vollständig beendet ist; Die Kultur ist veraltet.

Telomerlänge

Die durchschnittliche Zelle teilt sich zwischen 50 und 70 Mal, bevor sie stirbt. Bei jeder Zellteilung verkürzen sich die Telomere am Ende der Chromosomen. Das Hayflick-Limit beschreibt die Verkürzung der Telomere bei jeder Teilung, bis sie schließlich verschwinden. Diese Theorie verbindet die Alterung der Zelle mit molekularbiologischen Prozessen.

Es scheint einen klaren Zusammenhang zwischen der Hayflick-Grenze und der Telomerlänge zu geben. Bei der Zellteilung gehen jedes Mal kleine Stücke verloren.[8] Der Grund dafür liegt in der Asymmetrie bei der Replikation der DNA.[9] Die Telomerregion kodiert nicht für Proteine. Es ist ein einfaches, sich wiederholendes DNA-Stück am Ende des linearen eukaryotischen Chromosoms, das verloren geht. Nach vielen Teilungen sind die Telomere erschöpft und die Apoptose. Dieser Mechanismus verhindert Kopierfehler, die Mutationen könnte führen. Wenn die Telomere durch die Anzahl der Zellteilungen erschöpft sind, hört die Zelle auf, sich zu teilen. Die Zelle hat ihr Hayflick-Limit erreicht.[10][11]

Im Krebszellen Dieser Vorgang findet aufgrund der Anwesenheit des Enzyms Telomerase nicht statt. Dieses Enzym hält die Telomere lang, sodass eine Krebszelle nie an ihre Hayflick-Grenze gelangt und sich somit unbegrenzt teilen kann.[12] Eine mögliche Krebsbehandlung basiert auf dem Einsatz von Telomerasehemmer, verhindert es, dass die Telomere wieder auf Länge gebracht werden, sodass die Krebszellen wie normale Zellen absterben können.[13] Andererseits, Aktivatoren von Telomerase kann verwendet werden, um die Telomere ansonsten gesunder Zellen zu verlängern, wodurch ihre Hayflick-Grenze verlängert wird.

Alterung eines Organismus

Obwohl die Zahl der Zellteilungen in der Zellkultur, in vitro viel größer ist, als für Nicht-Stammzellen im normalen Leben zu erwarten wäre, warf die Entdeckung die Frage auf, ob diese begrenzte Zahl von Teilungen auch für die in vivo Alterungsprozess eines vielzelligen Organismus als Ganzes.[14] Obwohl erwartet wurde, dass die Teilungsfähigkeit einer Zellkultur umgekehrt mit dem Alter des Kulturspenders zusammenhängt, erwies sich dies als nicht der Fall.[14]

Vergleichende Untersuchungen verschiedener Tierarten machen deutlich, dass das Teilungsvermögen eher vom Körpergewicht der betreffenden Tierart als von der Lebenserwartung abhängt.[15] Bisher scheint kein direkter Zusammenhang zwischen der Hayflick-Grenze und der Alterung des gesamten Organismus zu bestehen.

Siehe auch