Micronúcleo

Un micronúcleo es un núcleo pequeño . En la mayoría de las especies, es un producto anormal que se forma cuando un cromosoma o un fragmento de cromosoma no se incorpora a uno de los núcleos hijos durante la división celular . Generalmente es un signo de eventos genotóxicos e inestabilidad cromosómica . Los micronúcleos se observan comúnmente en células cancerosas y pueden indicar daños genómicos que pueden aumentar el riesgo de enfermedades del desarrollo o degenerativas. ^{[ 1 ]}

Los micronúcleos se forman durante la anafase a partir de cromosomas acéntricos rezagados o fragmentos de cromátidas causados ​​por roturas de ADN reparadas incorrectamente o no reparadas, o por la no disyunción de los cromosomas. Esta segregación incorrecta de los cromosomas puede resultar de la hipometilación de secuencias repetitivas presentes en el ADN pericentromérico, irregularidades en las proteínas del cinetocoro o su ensamblaje, un aparato del huso disfuncional o genes defectuosos del punto de control de la anafase. ^{[ 2 ]} Los micronúcleos pueden contribuir a la inestabilidad del genoma al promover un evento mutacional catastrófico llamado cromotripsis . ^{[ 3 ]} Se han desarrollado muchos ensayos de micronúcleos para detectar la presencia de estas estructuras y determinar su frecuencia en células expuestas a ciertos químicos o sometidas a condiciones de estrés.

El término micronúcleo también puede referirse al núcleo más pequeño de los protozoos ciliados , como el Paramecio . En la mitosis se divide por fisión , y en la conjugación un par de micronúcleos gaméticos se fusionan recíprocamente para formar un núcleo cigoto , que da origen a los macronúcleos y micronúcleos de los individuos del siguiente ciclo de fisión. ^{[ 4 ]} En otras palabras, actúan como un almacenamiento separado para el ADN de la línea germinal . ^{[ 5 ]}

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 eritrocitos por los hematólogos William Howell y Justin Jolly. Posteriormente, se descubrió que estas estructuras estaban asociadas con deficiencias de vitaminas como el folato y la B12. La relación entre la formación de micronúcleos y la exposición a factores ambientales se informó por primera vez en 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 de tumor de ascitis de Ehrlich tratadas con colchicina. ^{[ 2 ]}

Los micronúcleos se originan principalmente a partir de fragmentos cromosómicos acéntricos o cromosomas completos rezagados que no se incluyen en los núcleos hijos producidos por la mitosis debido a que no se unen correctamente al huso durante la segregación cromosómica en la anafase. Estos cromosomas completos o fragmentos de cromátidas quedan finalmente rodeados por membranas nucleares y son estructuralmente similares a los núcleos convencionales, aunque de menor tamaño. Este pequeño núcleo se denomina micronúcleo. La formación de micronúcleos solo se puede observar en células que experimentan división nuclear y se puede visualizar claramente utilizando citocalasina B para bloquear la citocinesis y producir células binucleadas . ^{[ 2 ]}

Los fragmentos cromosómicos acéntricos pueden surgir de diversas maneras. Una de ellas es que la reparación defectuosa de las roturas de doble cadena del ADN puede provocar intercambios simétricos o asimétricos de cromátidas y cromosomas, así como la formación de fragmentos de cromátidas y cromosomas. Si el daño al ADN supera la capacidad de reparación de la célula, las roturas de doble cadena no reparadas también pueden dar lugar a fragmentos cromosómicos acéntricos. Otra forma en que pueden surgir fragmentos cromosómicos excéntricos es cuando los defectos en genes relacionados con la reparación por recombinación homóloga (por ejemplo, ATM, BRCA1, BRCA2 y RAD51) provocan una vía de reparación del ADN por recombinación homóloga disfuncional y sin errores, lo que lleva a la célula a recurrir a la vía de reparación por unión de extremos no homólogos (NHEJ), propensa a errores, aumentando la probabilidad de una reparación incorrecta de las roturas del ADN, la formación de cromosomas dicéntricos y fragmentos cromosómicos acéntricos. Si las enzimas de la vía de reparación 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 se encuentran próximas y en hebras de ADN complementarias opuestas puede provocar roturas de doble cadena de ADN y la formación de micronúcleos, especialmente si no se completa el paso de relleno de huecos de la vía de reparación. ^{[ 2 ]}

Los micronúcleos también pueden formarse a partir de cromosomas fragmentados cuando los puentes nucleoplásmicos (NPB) se forman, se estiran y se rompen durante la telofase. ^{[ 2 ]}

La formación de micronúcleos también puede ser consecuencia de la segregación cromosómica anómala durante la anafase. La hipometilación de la citosina en las regiones centroméricas y pericentroméricas, así como las repeticiones de orden superior del ADN satélite en el ADN centromérico, pueden provocar este tipo de pérdida cromosómica. El ADN satélite clásico normalmente está fuertemente metilado en los residuos de citosina, pero puede quedar casi completamente desmetilado debido al síndrome ICF (síndrome de inmunodeficiencia, inestabilidad centromérica y anomalías faciales) o tras el tratamiento con inhibidores de la ADN metiltransferasa. Dado que el ensamblaje de las proteínas del cinetocoro en los centrómeros se ve afectado por la metilación de la citosina y las proteínas histonas, 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 los microtúbulos y el cinetocoro. Otras posibles causas de pérdida cromosómica que podrían conducir a la formación de micronúcleos son defectos en las interacciones entre cinetocoros y microtúbulos, defectos en el ensamblaje del huso mitótico, defectos en el punto de control de la mitosis, amplificación anormal del centrosoma y fusiones de los extremos teloméricos que dan lugar a cromosomas dicéntricos que se desprenden del huso durante la anafase. Los micronúcleos originados por eventos de pérdida cromosómica y fragmentos cromosómicos acéntricos pueden distinguirse mediante sondas de ADN pancentroméricas. ^{[ 2 ]}

El número de micronúcleos por célula se puede predecir utilizando la siguiente fórmula: ${\displaystyle MN/celda=AF/celda*F}$ AF es el número de fragmentos acéntricos y F = 0,5 - 0,5P, donde P es igual a la probabilidad de que los fragmentos se incluyan en el núcleo tradicional y no formen un micronúcleo. ^{[ 6 ]}

Un estudio, que utilizó la tinción de Giemsa para teñir el material nuclear, estableció los siguientes criterios para identificar micronúcleos: 1) diámetro menor a 1/3 del núcleo primario, 2) no retráctilidad (excluye partículas de tinción pequeñas), 3) color igual o más claro que el núcleo principal (excluye 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 a un núcleo primario (3 o más micronúcleos probablemente sean polimorfos o prorubicitos con fragmentos nucleares). ^{[ 7 ]}

Las pruebas de micronúcleos proporcionan información importante sobre la capacidad de una sustancia química para interferir con la estructura y función cromosómica. Por ejemplo, muchos carcinógenos humanos conocidos dan positivo en las pruebas de micronúcleos en mamíferos. En estas pruebas, los organismos se tratan con una sustancia química y se mide la frecuencia resultante de células 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 mediante la división celular son candidatos ideales. Estas células experimentan una renovación constante y rápida, y la ausencia 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 su evaluación que las pruebas convencionales de metafase y son mucho más rápidos. Dado que los ensayos de micronúcleos reflejan las aberraciones cromosómicas de forma fiable y rápida, son extremadamente útiles para una evaluación rápida del daño cromosómico. En particular, el ensayo CBMNcyt (citoma de micronúcleos con bloqueo de citocinesis) es extremadamente versátil y es uno de los métodos preferidos para medir el nivel de daño e inestabilidad cromosómica en las células. El ensayo de micronúcleos con bloqueo de citocinesis (CBMN) se desarrolló inicialmente para evaluar los micronúcleos en células que habían completado la división nuclear, bloqueándolos en la etapa binucleada antes de la citocinesis. Posteriormente, evolucionó al ensayo CBMN "citoma" para explorar con mayor profundidad la muerte celular, la citostasis y los biomarcadores de daño en el ADN. El principal inconveniente de utilizar 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, lo que distorsiona los resultados. ^{[ 2 ]}

Diversos estudios han demostrado que la frecuencia de micronúcleos en mujeres es mayor que en hombres y que su número aumenta hasta aproximadamente los 70 años. Los niveles de micronúcleos oscilaron entre el 0,5 y el 1,4 % en hombres y entre el 0,9 y el 1,8 % en mujeres. Las diferencias relacionadas con el sexo 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 individuos 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 micronúcleos se estabilizan. La deficiencia de micronúcleos en algunos de los grupos de mayor edad podría explicarse por el hecho de que las células micronucleadas se eliminan preferentemente por apoptosis. Sin embargo, una mayor frecuencia de micronúcleos se corresponde con una menor eficiencia en la reparación del ADN y una mayor inestabilidad genómica, características típicas de las personas mayores. Los aumentos en la frecuencia de micronúcleos relacionados con la edad también se corresponden bien con los aumentos en la hipoploidía y la pérdida de cromosomas sexuales relacionados con la edad. Alternativamente, la estabilización de la frecuencia de micronúcleos en sujetos mayores sugeriría un umbral de inestabilidad genómica que no se puede superar para sobrevivir. Si este fuera el caso, las mujeres parecen alcanzar este umbral más rápidamente que los hombres. ^{[ 8 ]}

Los cromosomas sexuales contribuyen a la mayoría de los eventos de pérdida cromosómica con el aumento de la edad. En las mujeres, el cromosoma X puede ser responsable de hasta el 72 % de los micronúcleos observados, de los cuales el 37 % parecen carecer de un ensamblaje funcional del cinetocoro, posiblemente debido a la inactivación del cromosoma X. Múltiples estudios han demostrado que las frecuencias de micronúcleos autosómicos positivos en ambos sexos y de MN con cromosomas sexuales positivos en hombres fueron similares y se mantuvieron sin cambios en grupos de mayor edad, mientras que la frecuencia de MN con cromosoma X positivo en mujeres fue mayor que la frecuencia promedio de MN autosómicos positivos y continuó aumentando hasta la edad más avanzada. ^{[ 2 ]}

Las frecuencias de aberraciones cromosómicas, células dañadas y micronúcleos son significativamente más altas en fumadores que en no fumadores. ^{[ 9 ]}

En personas sanas y muchos otros mamíferos, cuyos glóbulos rojos carecen de núcleo, el bazo elimina rápidamente los micronúcleos . Por lo tanto, una alta frecuencia de micronúcleos en la sangre periférica humana indica una rotura o ausencia del bazo. En ratones, estos micronúcleos no se eliminan, lo que constituye la base de la prueba de micronúcleos in vivo .

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