В 1882 году немецкий биолог А. Вейсманн в своей работе постулировал, что соматические клетки способны к ограниченному числу делений, что и обусловливается ограниченную продолжительность жизни. Различная продолжительность жизни животным объяснялась им различным числом возможных клеточных делений. Его идея об истощении способности клеток делиться с возрастом стала очень популярной.
В 1912-1913 годах А. Каррель и А. Эбелинг, опираясь на опыты с фибробластами сердца цыпленка вне организма, показали, что при соответствующих условиях клетки могут размножаться практически неограниченно. В научном мире утвердилось прямо противоположное представление, что соматические клетки, входящие в состав смертного организма, потенциально бессмертны.
Поэтому причины ограничения продолжительности жизни стали искать на надклеточном физиологическом уровне, в том числе и на уровне гормональной регуляции. Популярность этой идеи была очень велика, поэтому на различные исключения из этого «правила» просто не обращали внимания.
Э. Свим в 1956 году после изучения многих работ и проведения своих собственных исследований решился на пересмотр учения Карреля. Он пришел к выводу, что клетки, способные к неограниченному делению, претерпевают неспецифическую дегенерацию. Был также сделан важный вывод, что прекращение размножения клеток – это не методический артефакт, обусловленный такими факторами, как размер инокулята, токсичная среда или неспособность клеток пролиферировать на стекле. Клетки имеют предел числа делений. Однако, победить прежнюю концепцию оказалось нелегко.
В 60-х и 70-х годах Л. Хейфлик опубликовал серию научных и научно-популярных статей, посвященных результатам длительного культивирования фибробластов человека. Его статьи подтверждали выводы Свима и вызвали большой интерес и широкую известность. Это явление получило название лимита Хейфлика.
В чем же причина ограничения деления клеток? Существует ли счетчик деления клеток? Клетки тканей организма специализированны и некоторые в процессе своей дифференцировки просто утрачивают способность делиться, например, нервные клетки. С возрастом изнашиваются клеточные структуры, механизмы репарации (восстановления), сложная система митоза клеток работают с меньшей интенсивностью.
Безусловно, это имеет место. Относительно недавно было обращено внимание на зависимость длины теломер хромосом и возрастом человека. Теломеры являются концевыми участками хромосом. Оказалось, что чем старше человек, тем средняя длина их меньше. Каждое деление клетки приводит к уменьшению длины теломер, что объясняется механизмом удвоения хромосом, если быть точным, спецификой работы полимеразы.
Экспериментально было продемонстрировано, что увеличение длины теломер приводит к увеличению числа делений клеток. Около области теломер собрано большое количество различных генов. Вполне возможно, что изменение длины теломеры отражается на экспрессии тех или иных участков, расположенных поблизости от теломеры. В настоящее время изучение этих участков проводится довольно активно.
Задавались ли вы вопросом, почему раковые клетки физиологически молоды и обладают способностью к бесконечному делению? Многие линии раковых клеток существуют десятилетиями и не обнаруживают тенденции к снижению своей активности. Конечно, раковые клетки претерпевают упрощение.
У раковых клеток существуют различные механизмы обхода этого лимита. Эти клетки имеют более активный, чем у здоровых клеток обмен веществ. Частое деление приводит к тому, что им приходится постоянно воссоздавать свои элементы, поскольку они распределились по дочерним клеткам.
Поэтому, они всегда имеют молодые белки, которые имеют более высокий потенциал, по сравнению со старыми. Клетка поэтому практически не изнашивается. Возникает вопрос, а что если нам попробовать преодолеть лимит Хейфлика для здоровых клеток? Оказалось, что эта задача не является абсолютно фантастичной. Оказалось, что существует такой фермент теломераза. В ее задачу входит наращивание теломер хромосом, только в дифференцированных (специализированных) клетках она неактивна.
Что если попробовать ее активизировать? Долгое время все упиралось в то, что дифференцированные клетки с активной теломеразой приобретали черты раковых клеток. В результате исследований удалось изменить теломеразу таким образом, чтобы клетки с работающей теломеразой имели нормальные свойства.
С одной стороны, если мы преодолеем лимит Хейфлика, то мы сможем получить достаточное количество некоторых типов дифференцированных клеток. Но лимит этот природой установлен, так сказать, с защитной целью. Если клетка по каким-либо причинам выйдет из-под контроля, и организму не удастся ее убить или заставить саму покончить с собой (апоптоз), то она будет делиться долго, угнетая соседние нормальные клетки как в случае рака. Поэтому идти по этому пути нужно очень осторожно.
