Limite Hayflick - Hayflick limit

Animação da estrutura de uma seção de DNA . As bases ficam horizontalmente entre os dois fios em espiral. Nitrogênio : azul, oxigênio : vermelho, carbono : verde, hidrogênio : branco, fósforo : laranja

O limite de Hayflick , ou fenômeno de Hayflick , é o número de vezes que uma população normal de células somáticas e diferenciadas se divide antes que a divisão celular pare. No entanto, esse limite não se aplica às células-tronco .

O conceito de limite de Hayflick foi desenvolvido pelo anatomista americano Leonard Hayflick em 1961, no Instituto Wistar na Filadélfia , Pensilvânia . Hayflick demonstrou que uma população normal de células fetais humanas se divide entre 40 e 60 vezes em cultura de células antes de entrar na fase de senescência . Essa descoberta refutou a afirmação de Alexis Carrel de que as células normais são imortais .

Cada vez que uma célula sofre mitose , os telômeros nas extremidades de cada cromossomo encurtam ligeiramente. A divisão celular cessará quando os telômeros se encurtarem para um comprimento crítico. Hayflick interpretou sua descoberta como o envelhecimento no nível celular. O envelhecimento das populações de células parece estar correlacionado ao envelhecimento físico geral de um organismo.

Macfarlane Burnet cunhou o nome de "limite de Hayflick" em seu livro Intrinsic Mutagenesis: A Genetic Approach to Aging , publicado em 1974.

História

A crença na imortalidade celular

Antes da descoberta de Leonard Hayflick, acreditava-se que as células de vertebrados tinham um potencial ilimitado de replicação. Alexis Carrel , um cirurgião ganhador do prêmio Nobel , afirmou "que todas as células explantadas em cultura de tecidos são imortais e que a falta de replicação celular contínua se deve à ignorância sobre a melhor forma de cultivar as células". Ele alegou ter cultivado fibroblastos do coração de galinhas (que normalmente vivem de 5 a 10 anos) e ter mantido a cultura crescendo por 34 anos.

No entanto, outros cientistas não conseguiram reproduzir os resultados de Carrel e suspeita-se que isso se deva a um erro no procedimento experimental. Para fornecer os nutrientes necessários, as células-tronco embrionárias de galinhas podem ter sido readicionadas à cultura diariamente. Isso teria facilmente permitido o cultivo de células novas e frescas na cultura, de modo que não havia uma reprodução infinita das células originais. Especula-se que Carrel sabia desse erro, mas nunca o admitiu.

Além disso, foi teorizado que as células usadas por Carrel eram jovens o suficiente para conter células-tronco pluripotentes , que, se fornecidas com um nutriente de ativação de telomerase de suporte , seriam capazes de retardar a senescência replicativa, ou mesmo possivelmente revertê-la. As culturas que não continham células-tronco pluripotentes ativas para a telomerase teriam sido povoadas com células inativas para a telomerase, que estariam sujeitas ao limite de eventos de 50 ± 10 mitose até que ocorresse a senescência celular, conforme descrito nas descobertas de Hayflick.

Experiência e descoberta

Hayflick começou a suspeitar das alegações de Carrel enquanto trabalhava em um laboratório no Instituto Wistar. Hayflick notou que uma de suas culturas de fibroblastos humanos embrionários havia desenvolvido uma aparência incomum e que a divisão celular havia diminuído. Inicialmente, ele descartou isso como uma anomalia causada por contaminação ou erro técnico. No entanto, ele mais tarde observou outras culturas de células exibindo manifestações semelhantes. Hayflick checou seu caderno de pesquisa e ficou surpreso ao descobrir que as culturas de células atípicas haviam sido todas cultivadas até aproximadamente a 40ª duplicação, enquanto as culturas mais jovens nunca exibiram os mesmos problemas. Além disso, as condições eram semelhantes entre as culturas mais jovens e mais velhas que ele observou - mesmo meio de cultura, recipientes de cultura e técnico. Isso o levou a duvidar que as manifestações fossem por contaminação ou erro técnico.

Hayflick começou a provar que a cessação da capacidade replicativa de células normais que ele observou não era o resultado de contaminação viral, más condições de cultura ou algum artefato desconhecido. Hayflick se juntou a Paul Moorhead para o experimento definitivo para eliminar estes como fatores causais. Como citogeneticista habilidoso , Moorhead foi capaz de distinguir entre células masculinas e femininas em cultura. O experimento prosseguiu da seguinte forma: Hayflick misturou números iguais de fibroblastos masculinos humanos normais que se dividiram muitas vezes (células na 40ª população dobrando) com fibroblastos femininos que se dividiram menos vezes (células na 15ª população dobrando). Populações de células não misturadas foram mantidas como controles. Após 20 duplicações da cultura mista, apenas as células femininas permaneceram. A divisão celular cessou nas culturas de controle não misturadas nos tempos previstos; Quando a cultura de controle masculino parou de se dividir, apenas as células femininas permaneceram na cultura mista. Isso sugeriu que erros técnicos ou vírus contaminantes eram explicações improváveis ​​do motivo pelo qual a divisão celular cessou nas células mais antigas e provou que, a menos que o vírus ou artefato pudesse distinguir entre células masculinas e femininas (o que não poderia), então a cessação da replicação celular normal foi governado por um mecanismo de contagem interno.

Esses resultados refutaram as reivindicações de imortalidade de Carrel e estabeleceram o limite de Hayflick como uma teoria biológica confiável. Ao contrário do experimento de Carrel, o de Hayflick foi repetido com sucesso por outros cientistas.

No entanto, L. Franks e outros (Loo et al. 1987; Nooden e Tompson 1995; Frolkis 1988a), mostraram que o número de divisões celulares pode ser consideravelmente maior do que o estipulado pelo "Limite de Hayflick", praticamente sem limite em tudo.

Fases da célula

Hayflick descreve três fases na vida de células normais em cultura. No início de seu experimento, ele chamou a cultura primária de "fase um". A fase dois é definida como o período em que as células estão se proliferando; Hayflick chamou essa época de "crescimento exuberante". Após meses de duplicação, as células finalmente atingem a fase três, um fenômeno que ele chamou de " senescência ", em que a taxa de replicação celular diminui antes de parar completamente.

Comprimento do telômero

A célula fetal humana normal típica se divide entre 50 e 70 vezes antes de experimentar a senescência. À medida que a célula se divide, os telômeros nas extremidades dos cromossomos encurtam. O limite de Hayflick é o limite da replicação celular imposto pelo encurtamento dos telômeros a cada divisão. Este estágio final é conhecido como senescência celular .

O limite de Hayflick foi encontrado para se correlacionar com o comprimento da região telomérica no final dos cromossomos. Durante o processo de replicação do DNA de um cromossomo, pequenos segmentos de DNA dentro de cada telômero não podem ser copiados e são perdidos. Isso ocorre devido à natureza desigual da replicação do DNA, onde as fitas principais e posteriores não são replicadas simetricamente. A região telomérica do DNA não codifica nenhuma proteína; é simplesmente um código repetido na região final dos cromossomos eucarióticos lineares. Após muitas divisões, os telômeros atingem um comprimento crítico e a célula torna-se senescente. É neste ponto que uma célula atingiu seu limite Hayflick.

Hayflick foi o primeiro a relatar que apenas as células cancerosas são imortais. Isso não poderia ter sido demonstrado até que ele demonstrasse que as células normais são mortais. A senescência celular não ocorre na maioria das células cancerosas devido à expressão de uma enzima chamada telomerase . Esta enzima estende os telômeros, evitando que os telômeros das células cancerosas encurtem e dando a eles um potencial replicativo infinito. Um tratamento proposto para o câncer é o uso de inibidores da telomerase que impediriam a restauração do telômero, permitindo que a célula morresse como outras células do corpo.

Envelhecimento Organismal

Hayflick sugeriu que seus resultados em que as células normais têm uma capacidade replicativa limitada podem ter significado para a compreensão do envelhecimento humano no nível celular.

Foi relatado que a capacidade replicativa limitada de fibroblastos humanos observada em cultura de células é muito maior do que o número de eventos de replicação experimentados por células não-tronco in vivo durante uma vida normal pós-natal. Além disso, foi sugerido que não existe correlação inversa entre a capacidade replicativa de cepas de células humanas normais e a idade do doador humano do qual as células foram derivadas, como argumentado anteriormente. Agora está claro que pelo menos alguns desses resultados variáveis ​​são atribuíveis ao mosaicismo dos números de replicação celular em diferentes locais do corpo para onde as células foram retiradas.

As comparações de diferentes espécies indicam que a capacidade replicativa celular pode se correlacionar principalmente com a massa corporal da espécie, mas mais provavelmente com o tempo de vida da espécie. Assim, a capacidade limitada das células de se replicar em cultura pode ser diretamente relevante para o envelhecimento do organismo.

Veja também

Referências


Leitura adicional