Historia powstania teorii Hayflicka
Leonard Hayflick (ur. 20 maja 1928 w Filadelfii), profesor anatomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco, rozwinął swoją teorię podczas pracy w Instytucie Wistar w Filadelfii w stanie Pensylwania w 1965 roku. Frank MacFarlane Burnet nazwał tę teorię po Hayflicku w jego książka zatytułowana Internal Mutagenesis, opublikowana w 1974 roku. Koncepcja limitu Hayflicka pomogła naukowcom zbadać skutki starzenia się komórek w organizmie człowieka, rozwój komórek od stadium embrionalnego do śmierci, w tym efekt skrócenia długości końców chromosomów zwanych telomery.
W 1961 roku Hayflick rozpoczął pracę w Instytucie Wistar, gdzie zaobserwował poprzez obserwację, że komórki ludzkie nie dzielą się w nieskończoność. Hayflick i Paul Moorehead opisali to zjawisko w monografii zatytułowanej Serial Cultivation of Human Diploid Cell Strains. Praca Hayflicka w Instytucie Wistar miała na celu dostarczenie roztworu odżywczego naukowcom, którzy prowadzili eksperymenty w instytucie, ale jednocześnie Hayflick prowadził własne badania nad wpływem wirusów na komórki. W 1965 Hayflick rozwinął koncepcję limitu Hayflicka w monografii zatytułowanej „Limited Lifespan of Human Diploid Cell Strains in the Artificial Environment”.
Hayflick doszedł do wniosku, że komórka jest zdolna do zakończenia mitozy, czyli procesu rozmnażania przez podział, tylko czterdzieści do sześćdziesięciu razy, po czym następuje śmierć. Ten wniosek dotyczył wszystkich odmian komórek, zarówno dorosłych, jak i zarodkowych. Hayflick postawił hipotezę, zgodnie z którą minimalna zdolność komórki do replikacji jest związana z jej starzeniem się, a zatem z procesem starzenia się organizmu ludzkiego.
W 1974 Hayflick był współzałożycielem National Institute on Aging w Bethesda w stanie Maryland.
Ta instytucja jest oddziałem amerykańskiego National Institutes of Health. W 1982 roku Hayflick został również wiceprzewodniczącym Amerykańskiego Towarzystwa Gerontologicznego, założonego w 1945 roku w Nowym Jorku. Następnie Hayflick pracował nad popularyzacją swojej teorii i obaleniem teorii nieśmiertelności komórkowej Carrela.
Obalenie teorii Carrela
Alexis Carrel, francuski chirurg, który pracował z tkanką serca kurczaka na początku XX wieku, wierzył, że komórki mogą się rozmnażać w nieskończoność poprzez podział. Carrel twierdził, że był w stanie osiągnąć podział komórek serca kurczaka w pożywce – proces ten trwał ponad dwadzieścia lat. Jego eksperymenty z tkanką serca kurczaka wzmocniły teorię niekończącego się podziału komórek. Naukowcy wielokrotnie próbowali powtórzyć pracę Carrela, ale ich eksperymenty nie potwierdziły „odkrycia” Carrela.
Krytyka teorii Hayflicka
W latach 1990. niektórzy naukowcy, tacy jak Harry Rubin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, stwierdzili, że limit Hayflicka dotyczy tylko uszkodzonych komórek. Rubin zasugerował, że uszkodzenie komórek może być spowodowane tym, że komórki znajdują się w środowisku innym niż ich pierwotne środowisko w ciele lub przez naukowców odsłaniających komórki w laboratorium.
Dalsze badania nad zjawiskiem starzenia
Mimo krytyki, inni naukowcy wykorzystali teorię Hayflicka jako podstawę do dalszych badań nad zjawiskiem starzenia się komórek, zwłaszcza telomerów, które są końcowymi odcinkami chromosomów. Telomery chronią chromosomy i redukują mutacje w DNA. W 1973 roku rosyjski naukowiec A. Olovnikov zastosował teorię śmierci komórkowej Hayflicka w swoich badaniach końców chromosomów, które nie rozmnażają się podczas mitozy. Według Olovnikova proces podziału komórki kończy się, gdy komórka nie może już odtwarzać końców swoich chromosomów.
Rok później, w 1974, Burnet nazwał teorię Hayflicka limitem Hayflicka, używając tej nazwy w swoim artykule, Mutageneza wewnętrzna. Sednem pracy Burneta było założenie, że starzenie się jest nieodłącznym czynnikiem tkwiącym w komórkach różnych form życia, a ich aktywność życiowa odpowiada teorii znanej jako granica Hayflicka, która określa czas śmierci organizmu.
Elizabeth Blackburn z University of San Francisco i jej kolega Jack Szostak z Harvard Medical School w Bostonie, Massachusetts, zwrócili się do teorii granicy Hayflicka w swoich badaniach struktury telomerów w 1982 roku, kiedy udało im się sklonować i wyizolować telomery.
W 1989 roku Greider i Blackburn podjęli kolejny krok w badaniu zjawiska starzenia się komórek, odkrywając enzym zwany telomerazą (enzym z grupy transferaz, który kontroluje wielkość, liczbę i skład nukleotydów telomerów chromosomowych). Greider i Blackburn odkryli, że obecność telomerazy pomaga komórkom ciała uniknąć zaprogramowanej śmierci.
W 2009 roku Blackburn, D. Szostak i K. Greider otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w sformułowaniu „za odkrycie mechanizmów ochrony chromosomów przez telomery i enzym telomerazę”. Ich badania opierały się na limicie Hayflicka.