Micronúcleo es el nombre que se le da al pequeño núcleo que se forma cuando un cromosoma o un fragmento de un cromosoma no se incorpora a uno de los núcleos hijos durante la división celular. Por lo general, es un signo de eventos genotóxicos e inestabilidad cromosómica. Los micronúcleos se ven comúnmente en las células cancerosas y pueden indicar eventos de daño genómico que pueden aumentar el riesgo de enfermedades degenerativas o del desarrollo. [1]Los micronúcleos se forman durante la anafase a partir de un cromosoma acéntrico retrasado o fragmentos de cromátida causados por roturas del ADN reparadas incorrectamente o no reparadas o por no disyunción de los cromosomas. Esta segregación incorrecta de los cromosomas puede resultar de la hipometilación de secuencias repetidas presentes en el ADN pericentromérico, irregularidades en las proteínas cinetocoros o su ensamblaje, aparato del huso disfuncional o genes de puntos de control de anafase defectuosos. [2] El micronúcleo puede contribuir a la inestabilidad del genoma al promover un evento mutacional catastrófico llamado cromotripsis . [3] Se han desarrollado muchos ensayos de micronúcleos para probar la presencia de estas estructuras y determinar su frecuencia en células expuestas a ciertas sustancias químicas o sometidas a condiciones estresantes.
El término micronúcleo también puede referirse al núcleo más pequeño en protozoos ciliados , como el Paramecium . En la fisión se divide por mitosis , y en la conjugación proporciona el apareamiento de núcleos de gametos , por cuya fusión recíproca se forma un núcleo de cigoto , que da lugar a los macronúcleos y micronúcleos de los individuos del siguiente ciclo de fisión. [4]
Descubrimiento
Los micronúcleos en los glóbulos rojos recién formados en humanos se conocen como cuerpos de Howell-Jolly porque estas estructuras fueron identificadas y descritas por primera vez en los eritrocitos por los hematólogos William Howell y Justin Jolly. Más tarde se descubrió que estas estructuras estaban asociadas con deficiencias de vitaminas como el ácido fólico y la B12. La relación entre la formación de micronúcleos y la exposición a factores ambientales se informó por primera vez en las células de la punta de la raíz expuestas a radiación ionizante. La inducción de micronúcleos por una sustancia química se informó por primera vez en células tumorales de ascitis de Ehrlich tratadas con colchicina. [2]
Formación
Los micronúcleos resultan principalmente de fragmentos de cromosomas acéntricos o cromosomas completos rezagados que no están incluidos en los núcleos hijos producidos por la mitosis porque no se adhieren correctamente al huso durante la segregación de cromosomas en anafase. Estos cromosomas completos o fragmentos de cromátida finalmente quedan encerrados por membranas nucleares y son estructuralmente similares a los núcleos convencionales, aunque de menor tamaño. Este pequeño núcleo se conoce como micronúcleo. La formación de micronúcleos solo se puede observar en células que experimentan división nuclear y se puede ver claramente usando citocalasina B para bloquear la citocinesis para producir células binucleadas . [2]
Los fragmentos de cromosomas acéntricos pueden surgir de diversas formas. Una forma es que el deterioro de las roturas de la doble hebra del ADN puede conducir a intercambios de cromátidas y cromosomas simétricos o asimétricos, así como a fragmentos de cromátidas y cromosomas. Si el daño del ADN excede la capacidad de reparación de la célula, las roturas no reparadas del ADN bicatenario también pueden resultar en fragmentos de cromosomas acéntricos. Otra forma en que pueden surgir fragmentos de cromosomas excéntricos es cuando los defectos en genes relacionados con la reparación recombinacional homóloga (por ejemplo: ATM, BRCA1, BRCA2 y RAD51) dan como resultado una vía de reparación del ADN recombinacional homólogo disfuncional libre de errores y hace que la célula recurra al error. Vía de reparación de unión terminal no homóloga propensa a (NHEJ), que aumenta la probabilidad de reparación incorrecta de roturas del ADN, formación de cromosomas dicéntricos y fragmentos cromosómicos acéntricos. Si las enzimas en la vía de reparación del NHEJ también son defectuosas, es posible que las roturas del ADN no se reparen en absoluto. Además, la reparación por escisión simultánea de bases dañadas o inapropiadas incorporadas en el ADN que están en las proximidades y en cadenas de ADN complementarias opuestas puede conducir a roturas de doble cadena de ADN y formación de micronúcleos, especialmente si no se completa el paso de llenado de espacios de la vía de reparación. [2]
Los micronúcleos también pueden formarse a partir de cromosomas fragmentados cuando se forman, estiran y rompen puentes nucleoplasmáticos (NPB) durante la telofase. [2]
La formación de micronúcleos también puede resultar de una mala segregación cromosómica durante la anafase. La hipometilación de la citosina en las áreas centroméricas y pericentroméricas y las repeticiones de orden superior del ADN satélite en el ADN centromérico pueden provocar tales eventos de pérdida cromosómica. El ADN satélite clásico normalmente está muy metilado en los residuos de citosina, pero puede llegar a desmetilar casi por completo debido al síndrome de ICF (inmunodeficiencia, inestabilidad del centrómero y síndrome de anomalías faciales) o después del tratamiento con inhibidores de la metiltransferasa de ADN. Dado que el ensamblaje de las proteínas del cinetocoro en los centrómeros se ve afectado por la metilación de las proteínas citosina e histona, una reducción en la integridad de la heterocromatina como resultado de la hipometilación puede interferir con la unión de los microtúbulos a los cromosomas y con la detección de la tensión de las conexiones correctas entre microtúbulos y cinetocoros. Otras posibles causas de pérdida de cromosomas que podrían conducir a la formación de micronúcleos son defectos en las interacciones del cinetocoro y microtúbulos, defectos en el ensamblaje del huso mitótico, defectos en el punto de control de la mitosis, amplificación anormal del centrosoma y fusiones terminales teloméricas que dan como resultado cromosomas dicéntricos que se desprenden del huso durante anafase. Los micronúcleos que se originan a partir de eventos de pérdida de cromosomas y los fragmentos de cromosomas acéntricos se pueden distinguir usando sondas de ADN pancentroméricas. [2]
Identificación
El número de micronúcleos por célula se puede predecir utilizando la siguiente fórmula:
AF es el número de fragmentos acéntricos y F = 0,5 - 0,5 P, donde P es igual a la probabilidad de que los fragmentos se incluyan en el núcleo tradicional y no formen un micronúcleo. [5]
Un estudio, que utilizó tinción de Giemsa para teñir material nuclear, estableció los siguientes criterios para identificar micronúcleos:
1) diámetro menor a 1/3 del núcleo primario,
2) no retractilidad (excluye pequeñas partículas de tinción),
3) color del mismo como o más ligero que el núcleo principal (excluye las partículas de tinción grandes),
4) ubicación dentro de 3 o 4 diámetros nucleares del núcleo principal sin tocarlo, y
5) no más de dos asociados con un núcleo primario (es probable que 3 o más micronúcleos polimorfos o prorubicitos con fragmentos nucleares). [6]
Ensayos
Las pruebas de micronúcleos proporcionan información importante sobre la capacidad de una sustancia química para interferir con la estructura y función de los cromosomas. Por ejemplo, muchos carcinógenos humanos conocidos dan positivo en las pruebas de micronúcleos de mamíferos. En estas pruebas, los organismos se tratan con una sustancia química y se mide la frecuencia resultante de llamadas micronucleadas. Si hay un aumento marcado en el número de células con micronúcleos, se puede concluir que la sustancia química induce daño cromosómico estructural y / o numérico. Dado que las pruebas de micronúcleos deben realizarse en células en división activa, las células madre de la médula ósea y los eritrocitos que producen a través de las divisiones celulares son candidatos ideales. Estas células experimentan un recambio rápido y constante y la falta de un núcleo verdadero en los eritrocitos hace que los micronúcleos sean fácilmente visibles al microscopio. [1]
Los sistemas de ensayo de micronúcleos son muy económicos, requieren mucha menos habilidad para puntuar que las pruebas de metafase convencionales y son mucho más rápidos que estas pruebas convencionales. Dado que los ensayos de micronúcleos reflejan las aberraciones cromosómicas de manera confiable y rápida, son extremadamente útiles para una evaluación rápida del daño cromosómico. En particular, el ensayo CBMNcyt (citoma de micronúcleo de bloqueo de citocinesis) es extremadamente versátil y es uno de los métodos preferidos para medir el nivel de daño cromosómico e inestabilidad cromosómica en las células. El ensayo de micronúcleos de bloqueo de citocinesis (CBMN) se desarrolló por primera vez para puntuar micronúcleos en células que completaron la división nuclear bloqueándolas en la etapa binucleada antes de la citocinesis. Más tarde se convirtió en el ensayo de 'citoma' CBMN para explorar más a fondo la muerte celular, la citostasis y los biomarcadores del daño del ADN. El principal inconveniente de usar pruebas de micronúcleos es que no pueden determinar diferentes tipos de aberraciones cromosómicas y pueden verse influenciadas por la tasa mitótica y la proporción de muerte celular, sesgando los resultados. [2]
Patrones en formación
Múltiples estudios han encontrado que la frecuencia de micronúcleos en las mujeres es mayor que en los hombres y que el número de micronúcleos aumenta hasta alrededor de los 70 años. Los niveles de micronúcleos variaron de 0,5 a 1,4% en hombres a 0,9 a 1,8% en mujeres. Las diferencias relacionadas con el género se observaron principalmente en los grupos de edad más jóvenes (<= 50 años) con una diferencia de casi el doble entre hombres y mujeres. Los patrones en el número de micronúcleos después de los 70 años son controvertidos. Algunos estudios han demostrado que en personas mayores de 70 años, la frecuencia de micronúcleos aumenta en ambos sexos. Por otro lado, otros estudios han encontrado que en los grupos de mayor edad, las frecuencias de los micronúcleos se estabilizan. La deficiencia de micronúcleos en algunos de los grupos de mayor edad puede explicarse por el hecho de que las células micro nucleadas se eliminan preferentemente por apoptosis. Sin embargo, una mayor frecuencia de micronúcleos corresponde a una menor eficiencia de reparación del ADN y una mayor inestabilidad genómica, que son típicos en sujetos mayores. Los aumentos relacionados con la edad en la frecuencia de micronúcleos también se corresponden bien con los aumentos relacionados con la edad en la hipoploidía y con el aumento relacionado con la edad en la pérdida de cromosomas sexuales. Alternativamente, la nivelación de la frecuencia de micronúcleos en sujetos mayores sugeriría un umbral de inestabilidad genómica que no se puede cruzar para que la persona sobreviva. Si este fuera el caso, las mujeres parecen alcanzar este umbral más rápido que los hombres. [7]
Los cromosomas sexuales contribuyen a la mayoría de los eventos de pérdida de cromosomas con la edad. En las mujeres, el cromosoma X puede representar hasta el 72% de los micronúcleos observados, de los cuales el 37% parece carecer de un conjunto de cinetocoro funcional posiblemente debido a la inactivación del cromosoma X. Múltiples estudios han demostrado que las frecuencias de micronúcleos positivos para autosoma en ambos sexos y de MN positivos para cromosomas sexuales en hombres fueron similares y permanecieron sin cambios en los grupos de mayor edad, mientras que la frecuencia de MN positivos para X en mujeres fue más alta que la frecuencia promedio de autosomas. -MN positivo y siguió aumentando hasta la edad avanzada. [2]
Las frecuencias de aberraciones cromosómicas, células dañadas y micronúcleos son significativamente más altas en fumadores que en no fumadores. [8]
En personas normales y muchos otros mamíferos, que no tienen núcleos en sus glóbulos rojos, los micronúcleos son eliminados rápidamente por el bazo . Por tanto, las altas frecuencias de micronúcleos en la sangre periférica humana indican un bazo roto o ausente. En ratones, estos no se eliminan, que es la base para la prueba de micronúcleos in vivo .
Ver también
Referencias
- ^ a b "Micronúcleo" . ntp.niehs.nih.gov . Archivado desde el original el 18 de octubre de 2016 . Consultado el 14 de octubre de 2016 .
- ^ a b c d e f g h Fenech, M .; Kirsch-Volders, M .; Natarajan, AT; Surralles, J .; Crott, JW; Parry, J .; Norppa, H .; Eastmond, DA; Tucker, JD (1 de enero de 2011). "Mecanismos moleculares de micronúcleo, puente nucleoplasmático y formación de brotes nucleares en células de mamíferos y humanos" . Mutagénesis . 26 (1): 125-132. doi : 10.1093 / mutage / geq052 . ISSN 0267-8357 . PMID 21164193 .
- ^ Umbreit, Neil T .; Zhang, Cheng-Zhong; Lynch, Luke D .; Blaine, Logan J .; Cheng, Anna M .; Tourdot, Richard; Sol, Lili; Almubarak, Hannah F .; Juez, Kim; Mitchell, Thomas J .; Spektor, Alexander (17 de abril de 2020). "Mecanismos que generan la complejidad del genoma del cáncer a partir de un solo error de división celular" . Ciencia . 368 (6488): eaba0712. doi : 10.1126 / science.aba0712 . ISSN 0036-8075 . PMC 7347108 . PMID 32299917 .
- ^ Una o más de las oraciones anteriores incorporan texto de una publicación que ahora es de dominio público : Chisholm, Hugh, ed. (1911). " Micronúcleo ". Encyclopædia Britannica . 18 (11ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 391.
- ^ Savage, John RK (1 de enero de 1988). "Un comentario sobre la relación cuantitativa entre micronúcleos y aberraciones cromosómicas". Cartas de investigación de mutaciones . 207 (1): 33–36. doi : 10.1016 / 0165-7992 (88) 90008-5 . PMID 3336377 .
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