Un micronúcleo es un núcleo pequeño 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 observan comúnmente en 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 cromosomas acéntricos rezagados o fragmentos de cromátidas causados por roturas de ADN reparadas incorrectamente o no reparadas o por no disyunción de cromosomas. Esta segregación incorrecta de cromosomas puede ser resultado de la hipometilación de secuencias repetidas presentes en el ADN pericentromérico, irregularidades en las proteínas cinetocóricas o su ensamblaje, un aparato del huso disfuncional o genes de punto de control de anafase defectuosos. [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 probar la presencia de estas estructuras y determinar su frecuencia en células expuestas a ciertas sustancias químicas o sujetas a condiciones estresantes.
El término micronúcleo también puede referirse al núcleo más pequeño en los protozoos ciliados , como el Paramecio . En la mitosis se divide por fisión , y en la conjugación un par de micronúcleos de gametos experimentan una fusión recíproca para formar un núcleo cigoto , que da lugar a los macronúcleos y micronúcleos de los individuos del siguiente ciclo de fisión. [4]
Los micronúcleos de los glóbulos rojos recién formados en los seres 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 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 tumorales de ascitis de Ehrlich tratadas con colchicina. [2]
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 logran unirse correctamente al huso durante la segregación de cromosomas en anafase. Estos cromosomas completos o fragmentos de cromátidas finalmente quedan encerrados por una membrana nuclear 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 utilizando citocalasina B para bloquear la citocinesis y producir células binucleadas . [2]
Los fragmentos cromosómicos acéntricos pueden surgir de diversas formas. Una de ellas es que la reparación incorrecta de las roturas de doble cadena de ADN puede dar lugar a intercambios simétricos o asimétricos de cromátidas y cromosomas, así como a fragmentos de cromátidas y cromosomas. Si el daño del ADN supera la capacidad de reparación de la célula, las roturas de doble cadena de ADN no reparadas también pueden dar lugar a fragmentos cromosómicos acéntricos. Otra forma en que pueden surgir fragmentos cromosómicos excéntricos es cuando los defectos en los genes relacionados con la reparación por recombinación homóloga (por ejemplo, ATM, BRCA1, BRCA2 y RAD51) dan lugar a una vía de reparación del ADN por recombinación homóloga disfuncional y libre de errores, y hacen que la célula recurra a la vía de reparación de unión de extremos no homólogos (NHEJ), propensa a errores, lo que aumenta la probabilidad de reparación incorrecta de las roturas de ADN, 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 de ADN no se reparen en absoluto. Además, la reparación por escisión simultánea de bases dañadas o inapropiadas incorporadas en el ADN que están próximas y en cadenas 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 llenado 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 resultado de una segregación deficiente de los cromosomas 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 dar lugar a estos eventos de pérdida cromosómica. El ADN satélite clásico normalmente está muy metilado en los residuos de citosina, pero puede llegar a estar casi totalmente desmetilado debido al síndrome de inmunodeficiencia, inestabilidad del centrómero y anomalías faciales (ICF) o después del tratamiento con inhibidores de la metiltransferasa del ADN. Dado que el ensamblaje de las proteínas del cinetocoro en los centrómeros se ve afectado por la metilación de las proteínas citosina e histonas, una reducción de 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 de cromosomas que podrían conducir a la formación de micronúcleos son defectos en las interacciones entre el cinetocoro y los microtúbulos, defectos en el ensamblaje del huso mitótico, defectos en los puntos de control de la mitosis, amplificación anormal del centrosoma y fusiones de extremos teloméricos que dan lugar a cromosomas dicéntricos que se desprenden del huso durante la anafase. Los micronúcleos que se originan a partir de eventos de pérdida de cromosomas y fragmentos de cromosomas acéntricos se pueden distinguir utilizando sondas de ADN pancentroméricas. [2]
El número de micronúcleos por célula se puede predecir utilizando la siguiente fórmula:
AF es el número de fragmentos acéntricos y F = 0,5 - 0,5P, 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 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 retractilidad (excluye partículas pequeñas de tinción),
3) color igual o más claro que el núcleo principal (excluye partículas grandes de tinción),
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 (3 o más micronúcleos son probablemente polimorfos o prorubicitos con fragmentos nucleares). [6]
Las pruebas de micronúcleos proporcionan información importante sobre la capacidad de una sustancia química para interferir en la estructura y función de los cromosomas. 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 que se dividen activamente, las células madre de la médula ósea y los eritrocitos que producen a través de las divisiones celulares son candidatos ideales. Estas células experimentan una renovación constante y rápida y la falta de un núcleo verdadero en los eritrocitos hace que los micronúcleos sean fácilmente visibles bajo un microscopio. [1]
Los sistemas de análisis de micronúcleos son muy económicos, requieren mucha menos habilidad para la puntuación que las pruebas de metafase convencionales y son mucho más rápidos que estas pruebas convencionales. Dado que los análisis de micronúcleos reflejan las aberraciones cromosómicas de manera confiable y rápida, son extremadamente útiles para una evaluación rápida del daño cromosómico. En particular, el análisis CBMNcyt (citoma de micronúcleos con 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 análisis de micronúcleos con bloqueo de citocinesis (CBMN) se desarrolló primero para puntuar los micronúcleos en células que completaron la división nuclear bloqueándolos en la etapa binucleada antes de la citocinesis. Más tarde evolucionó hacia el análisis de "citoma" CBMN para explorar más a fondo la muerte celular, la citostasis y los biomarcadores del daño del ADN. La principal desventaja 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, sesgando los resultados. [2]
Múltiples estudios han encontrado que la frecuencia de micronúcleos en mujeres es mayor que en hombres y que el número de micronúcleos aumenta hasta alrededor de los 70 años de edad. 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 de edad son controvertidos. Algunos estudios han demostrado que en individuos mayores de 70 años de edad, 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 puede explicarse por el hecho de que las células micronucleares son eliminadas preferentemente por apoptosis. Sin embargo, una mayor frecuencia de micronúcleos corresponde a una menor eficiencia de reparación del ADN y un aumento de la inestabilidad genómica, que son típicos en sujetos de mayor edad. 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 el aumento relacionado con la edad en el aumento de la pérdida de cromosomas sexuales. Alternativamente, la estabilización de la frecuencia de micronúcleos en sujetos mayores sugeriría un umbral de inestabilidad genómica que no se puede cruzar si la persona ha de sobrevivir. 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 el aumento de 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 ensamblaje de cinetocoro funcional, 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 autosómicos positivos en los hombres fueron similares y se mantuvieron sin cambios en los grupos de mayor edad, mientras que la frecuencia de MN autosómicos positivos en las 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 los fumadores que en los no fumadores. [8]
En las personas normales y en muchos otros mamíferos, que no tienen núcleos en sus glóbulos rojos, los micronúcleos son eliminados rápidamente por el bazo . Por lo tanto, las altas frecuencias de micronúcleos en la sangre periférica humana indican una rotura o ausencia del bazo. En los ratones, estos micronúcleos no se eliminan, lo que constituye la base de la prueba de micronúcleos in vivo .
