Límite de Hayflick

O límite de Hayflick (ou fenómeno de Hayflick) é o número máximo de divisións celulares que pode realizar unha poboación celular normal antes de que, probablemente debido ao acurtamento dos telómeros dos cromosomas, estes cheguen a unha lonxitude crítica, que impide que teñan lugar máis divisións.

O límite de Hayflick foi descuberto por Leonard Hayflick en 1961, cando traballaba no Instituto Wistar de Filadelfia. Hayflick demostrou que unha poboación de células fetais humanas normais en cultivo celular se dividen entre 40 e 60 veces como máximo. Despois entran nunha fase de senescencia (o que refutaba a idea formulada por Alexis Carrel de que as células normais son inmortais). Cada mitose causa un acurtamento dos telómeros dos cromosomas ata que a división se fai imposible. Este mecanismo parece impedir a inestabilidade xenómica e o desenvolvemento do cancro.

 Historia 
 Crenza na inmortalidade celular 
Antes do descubrimento de Hayflick, pensábase que as células dos vertebrados tiñan un potencial ilimitado de replicación. Alexis Carrel, cirurxián gañador do premio Nobel, afirmara que "todas as células explantadas en cultivo son inmortais, e que a ausencia dunha replicación continua era debida ao descoñecemento de cales son as condicións óptimas para cultivar as células". Apoiaba a súa hipótese no feito de que se mantiveran en cultivo fibroblastos de corazón de polo durante 34 anos sen que parasen de crecer.Carrel, A. & Ebeling, A. H. Age and multiplication of fibroblasts. J. Exp. Med. 34, 599–606 (1921). Isto indicaba que as células de vertebrados podían seguir dividíndose indefinidamente en cultivo. Porén, outros científicos non puideron reproducir os resultados de Carrel.

De feito, os resultados de Carrel debíanse a un erro no seu procedemento experimental: engadíanse células nai embrionarias de polo ao cultivo diariamente, o que estaba permitindo o cultivo de novas células frescas, e non simplemente a reprodución infinita das células orixinais. Especulouse que Carrel se decatou do seu erro, pero que nunca o admitiu.Witkowski, J. A., "The myth of cell immortality", Trends Biochem. Sci. 10, 258–260 (1985).Witkowski, J. A., "Dr. Carrel’s immortal cells", Med. Hist. 24, 129–142 (1980).

 Experimentos e descubrimento 
O Dr. Leonard Hayflick empezou a dubidar da teoría de Carrel cando traballaba no Instituto Wistar. Hayflick estaba preparando células humanas normais para expoñelas a extractos de células cancerosas cando se deu conta de que as células normais paraban de proliferar chegado a un determinado momento. Ao primeiro pensou que cometera algún erro técnico ao preparar o experimento, pero despois empezou a pensar que os procesos de división celular tiñan algún mecanismo de contaxe do número de divisións. Traballando con Paul Morehead, deseñou un experimento que mostrou o que ocorre realmente nas divisións celulares.

O experimento consistiu no seguinte: Hayflick e Morehead mesturaron igual número de fibroblastos humanos masculinos normais que se dividiran xa moitas veces (eran da 40ª poboación de duplicación) con fibroblastos femininos que se dividiran só unhas poucas veces (da 10ª poboación de duplicación). Preparáronse tamén como control poboacións celulares non mesturadas. Cando os cultivos de células masculinas soas de "control" pararon de dividirse, examináronse os cultivos mixtos e viuse que só contiñan células femininas. Isto indicaba que as células vellas dalgunhas maneira "lembraban" que eran vellas, mesmo se estaban rodeadas de células máis novas, e que erros técnicos ou contaminación por virus eran explicacións improbables do fenómeno, xa que só as células masculinas morrían. 
As células pararan de dividirse e fixéranse senescentes dependendo unicamente do número de veces que se dividiran.

Estes resultados refutaban a teoría da inmortalidade de Carrel e establecían o límite de Hayflick como unha teoría biolóxica acreditada cuxos resultados, a diferenza do que ocorreu co experimento de Carrel, foron reproducidos por outros científicos. Porén, non está claro que o límite de divisións e a senescencia observadas en cultivo se corresponda co que se produce nos organismos vivos Rubin H. The disparity between human cell senescence in vitro and lifelong replication in vivo. Nat Biotechnol. 2002 Jul;20(7):675-81. Review. PMID 12089551. .

 Fases da vida da célula 
Hayflick describe tres fases na vida das células. Ao cultivo primario do comezo do seu experimento denominouno "fase 1." A fase 2 defínese como o período no que as células están proliferando (Hayflick chamouna o momento do “crecemento vizoso” ou exuberante). despois de meses de divisións celulares finalmente chegaba a fase 3, un fenómeno de senescencia (o crecemento celular diminúe e despois para).

 Lonxitude dos telómeros 

O límite nas divisións celulares viuse que está correlacionado coa lonxitude da rexión dos telómeros situada ao final das fibras do ADN dos cromosomas. Durante o proceso de replicación do ADN, pequenos segmentos de ADN de cada extremo da fibra de ADN (os telómeros) non poden ser copiados e pérdense fragmentos cada vez que o ADN se duplica, polo que se fan cada vez máis curtos.Watson, J. D. Origin of concatemeric T7 DNA. Nature New Biol. 239, 197–201 (1972). A rexión do telómero non codifica proteínas, e consta simplemente de secuencias repetidas. Despois de moitas divisións, os telómeros acaban por desaparecer e a célula entra en apoptose. Este é un mecanismo que impide os erros de replicación que causarían mutacións no ADN. Unha vez que os telómeros desapareceron debido ás moitas divisións celulares, a célula atinxe o seu límite de Hayflick e xa non se divide máis.Olovnikov, A. M. Telomeres, telomerase and aging: Origin of the theory. Exp. Gerontol. 31, 443–448 (1996).

Este proceso non funciona nas células cancerosas. As células cancerosas teñen activo un encima chamado telomerase, que pode restaurar a lonxitude dos telómeros. Deste modo, os telómeros das células cancerosas nunca se acurtan, dándolles a estas células un potencial de replicación infinito.Feng, F. et al. The RNA component of human telomerase.Science 269, 1236–1241 (1995). Un tratamento que foi proposto para o cancro é un inhibidor da telomerase que actuaría impedindo a restauración dos telómeros, e faría que as células cancerosas morresen despois de certo número de divisións como as demais células.Wright, W. E. & Shay, J. W. Telomere dynamics in cancer progression and prevention: Fundamental differences in human and mouse telomere biology. Nature Med. 6, 849–851 (2000).

A carnosina pode incrementar o límite de Hayflick nos fibroblastos humanos, e tamén parece que reduce o grao de acurtamento dos telómeros.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Apoptose
 Células HeLa
 Telómero
 Telomerase

 Bibliografía 
 Harley C, Futcher A & Greider C (1990) Telomeres shorten during ageing of human fibroblasts, Nature, 345, 458–460.
 Leonid A. Gavrilov & Natalia S. Gavrilova (1991) The Biology of Life Span: A Quantitative Approach. Nova York: Harwood Academic Publisher, ISBN 3-7186-4983-7 (see section 5.6 there)
 Gavrilov, L.A., Gavrilova, N.S. (1993). How many cell divisions in 'old' cells? Int. J. Geriatric Psychiatry, 8(6): 528-528.
 Wang R, Smogorzewska A & Lange T (2004) Homologous Recombination Generates T-Loop-Sized Deletions at Human Telomeres, Cell, 119, 355–368.
 Watson J & Shippen D (2007) Telomere Rapid Deletion Regulates Telomere Length in Arabidopsis thaliana, Molecular and Cellular Biology, 27(5), 1706-1715.

 Ligazóns externas 
 Historical review of studies on cell division limit
 Cell immortality and cancer
 WNYC RadioLab Episode on Mortality 

Categoría:Xenética
Categoría:Bioloxía celular