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Doble minuto

Los minutos dobles ( DM ) son pequeños fragmentos de ADN extracromosómico , que se han observado en una gran cantidad de tumores humanos , incluidos los de mama, pulmón, ovario, colon y, más notablemente, neuroblastoma . Son una manifestación de la amplificación genética como resultado de la cromotripsis , [1] durante el desarrollo de tumores, que otorgan a las células ventajas selectivas para el crecimiento y la supervivencia. Esta ventaja selectiva es el resultado de que los minutos dobles albergan con frecuencia oncogenes amplificados y genes involucrados en la resistencia a los fármacos . Los DM, como los cromosomas reales , están compuestos de cromatina y se replican en el núcleo de la célula durante la división celular . A diferencia de los cromosomas típicos, están compuestos de fragmentos circulares de ADN , de hasta solo unos pocos millones de pares de bases de tamaño, y no contienen centrómero ni telómero . Además de esto, a menudo carecen de elementos reguladores clave , lo que permite que los genes se expresen de forma constitutiva . El término ecDNA puede usarse para referirse a los DM de una manera más general. El término Doble Minuto tiene su origen en la visualización de estas características bajo el microscopio: doble porque los puntos se encontraron en pares, y minúsculo porque eran minúsculos.

Formación

El mecanismo más comúnmente propuesto para la formación de DM es a través de cromotripsis, donde hasta cientos de arreglos genómicos ocurren en un solo evento catastrófico, y fragmentos de cromosomas que no se reintegran se unen para crear DM. [1] También se han sugerido modelos específicos de formación de DM distintos de la cromotripsis. En el modelo de "deleción más episoma", también conocido como el "modelo del episoma", los segmentos de ADN se escinden de un cromosoma intacto, se circularizan y luego se amplifican como DM por recombinación mutua . [2] El modelo de "translocación-escisión-deleción-amplificación" sostiene que durante un evento de translocación , los DM se forman a partir de la región del punto de ruptura, en el proceso de eliminación de los genes que se amplifican del cromosoma. [3] Otro mecanismo sugerido es un proceso evolutivo de múltiples pasos, que se muestra en la línea celular GLC1, en el que una serie de eventos de mutación cromosómica dentro de los amplicones crean subpoblaciones de DM. [4] Además de estos modelos, varios estudios sugieren otros procesos para la formación de DM, como la ruptura de una región de tinción homogénea (HSR) después de la fusión celular, [5] a través de rupturas cromosómicas debido a la activación inducida por hipoxia de sitios frágiles , [6] o reducción en el nivel de metilación del ADN . [7]

Papel en la amplificación genética

La formación de DM es particularmente importante por su papel en la amplificación génica. Además de su capacidad para albergar genes, los DM se replican de forma autónoma, lo que facilita una mayor amplificación génica. [2] La estructura circular y menos comprimida de los DM también permite un mayor nivel transcripcional al tener una conformación más abierta que es más accesible a los elementos transcripcionales y al contacto con potenciadores. [8] El ciclo de “rotura-fusión-puente” , que describe un evento en el que la pérdida de telómeros causa la unión y separación repetidas de las cromátidas hermanas a medida que ocurre la división celular, es un modelo popular para explicar la amplificación de genes intracromosómicos. Si bien este proceso no produce directamente DM, se ha sugerido como un paso temprano en su formación, por lo que también puede contribuir a la amplificación génica por DM. [9]

Papel en el cáncer

La presencia de DM en células tumorales es una ocurrencia algo rara, pero se ha encontrado que ciertos cánceres tienen una alta tasa de incidencia. Una extensa búsqueda en una base de datos de cáncer encontró que alrededor del 1,4% de todos los casos son positivos para DM, y de los tipos de cáncer, el neuroblastoma tiene la frecuencia más alta de DM con un 31,7%. [10] La amplificación de genes específicos que apoyan el crecimiento de células tumorales, como oncogenes o genes resistentes a fármacos, es fundamental para la adopción celular de malignidad . [11] Debido a su papel en la amplificación genética, la presencia de DM puede ser un factor en la aceleración del crecimiento tumoral. Un ejemplo de esto es la amplificación facilitada por DM del gen MYC en pacientes con leucemia mieloide aguda , un evento que se correlaciona con una mala supervivencia. [12] Se ha demostrado que inducir la pérdida de genes amplificados extracromosómicamente en células tumorales humanas reduce la tumorigenicidad, por lo que la eliminación de DM u otros oncogenes portadores de ecADN es una vía sugerida para la investigación del tratamiento del cáncer. [13]

Aparte de la amplificación de genes, los DM desempeñan un papel en el cáncer al impulsar la evolución del tumor y la resistencia al tratamiento. Si bien los DM carecen de los centrómeros y telómeros generalmente esenciales para subdividir el material cromosómico durante la división celular, pueden segregarse al núcleo de la célula hija al asociarse con los extremos teloméricos de los cromosomas mitóticos. [14] Este proceso da como resultado una partición variada, y la división desigual en el número de DM que pasan a las células descendientes aumenta la heterogeneidad tumoral , impulsando la evolución tumoral y aumentando la posibilidad de que las células tumorales adquieran una ventaja selectiva. [15] Los genes amplificados, además de residir en los DM, también pueden ubicarse en los HSR cromosómicos. La interconversión entre DM y HSR se ha sugerido como un mecanismo para la resistencia a la quimioterapia, ya que los oncogenes a los que se dirige el tratamiento farmacológico se eliminan selectivamente del ADN extracromosómico pero resurgen después de la retirada del fármaco. [16]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Stephens PJ, Greenman CD, Fu B, et al. (2011). "Reordenamiento genómico masivo adquirido en un único evento catastrófico durante el desarrollo del cáncer". Cell . 144 (1): 27–40. doi :10.1016/j.cell.2010.11.055. PMC  3065307 . PMID  21215367.
  2. ^ ab Carroll, SM; DeRose, ML; Gaudray, P; Moore, CM; Needham-Vandevanter, DR; Von Hoff, DD; Wahl, GM (abril de 1988). "Los cromosomas doblemente diminutos pueden producirse a partir de precursores derivados de una deleción cromosómica". Biología molecular y celular . 8 (4): 1525–1533. doi :10.1128/mcb.8.4.1525-1533.1988. PMC 363312 . PMID  2898098. 
  3. ^ Van Roy, Nadine; Vandesompele, Jo; Menten, Björn; Nilsson, Helen; De Smet, Els; Rocchi, Mariano; De Paepe, Ana; Pahlman, Sven; Speleman, Frank (febrero de 2006). "Mecanismo de translocación-escisión-eliminación-amplificación que conduce a una coamplificación no sintética de MYC y ATBF1". Genes, cromosomas y cáncer . 45 (2): 107–117. doi :10.1002/gcc.20272. PMID  16235245. S2CID  37969207.
  4. ^ L'Abbate, Alberto; Macchia, Gemma; D'Addabbo, Pietro; Lonoce, Ángel; Tolomeo, Dorón; Trombetta, Domenico; Kok, Klaas; Bartenhagen, Christoph; Whelan, Christopher W.; Palumbo, Orazio; Severgnini, Marco; Cífola, Ingrid; Dugas, Martín; Carella, Massimo; De Bellis, Gianluca; Rocchi, Mariano; Carbone, Lucía; Storlazzi, Clelia Tiziana (18 de agosto de 2014). "Organización genómica y evolución de regiones de tinción homogénea / minutos dobles con amplificación de MYC en cáncer humano". Investigación de ácidos nucleicos . 42 (14): 9131–9145. doi : 10.1093/nar/gku590. PMC 4132716 . PMID  25034695. 
  5. ^ Iman, DS; Shay, JW (15 de agosto de 1989). "Modificación de la amplificación del gen myc en híbridos de células somáticas humanas". Cancer Research . 49 (16): 4417–22. PMID  2568170.
  6. ^ Coquelle, Arnaud; Toledo, Franck; Stern, Sabine; Bieth, Anne; Debatisse, Michelle (agosto de 1998). "Un nuevo papel de la hipoxia en la progresión tumoral". Molecular Cell . 2 (2): 259–265. doi : 10.1016/s1097-2765(00)80137-9 . PMID  9734364.
  7. ^ Shimizu, Noriaki; Hanada, Naoyuki; Utani, Kohichi; Sekiguchi, Naoki (1 de octubre de 2007). "Interconversión de sitios intra y extracromosómicos de amplificación génica mediante modulación de la expresión génica y metilación del ADN". Journal of Cellular Biochemistry . 102 (2): 515–529. doi :10.1002/jcb.21313. PMID  17390337. S2CID  29967930.
  8. ^ Wei, J; Wu, C; Meng, H; Li, M; Niu, W; Zhan, Y; Jin, L; Duan, Y; Zeng, Z; Xiong, W; Li, G; Zhou, M (2020). "La biogénesis y los roles del oncogén extracromosómico involucrado en la carcinogénesis y la evolución". Revista Estadounidense de Investigación del Cáncer . 10 (11): 3532–3550. PMC 7716155 . PMID  33294253. 
  9. ^ Lo, Anthony Wl; Sabatier, Laure; Fouladi, Bijan; Pottier, Géraldine; Ricoul, Michelle; Mumane, John P. (2002). "Amplificación de ADN por ciclos de rotura/fusión/puente iniciados por pérdida espontánea de telómeros en una línea celular de cáncer humano". Neoplasia . 4 (6): 531–538. doi :10.1038/sj.neo.7900267. PMC 1503667 . PMID  12407447. 
  10. ^ Movafagh, A; Mirfakhraei, R; Mousavi-Jarrahi, A (2011). "Incidencia frecuente de cromosomas dobles diminutos en cánceres, con especial referencia actualizada a la leucemia". Revista asiática del Pacífico para la prevención del cáncer . 12 (12): 3453–6. PMID  22471496.
  11. ^ Shimizu, N (28 de septiembre de 2021). "Amplificación genética y ADN circular extracromosómico". Genes . 12 (10): 1533. doi : 10.3390/genes12101533 . PMC 8535887 . PMID  34680928. 
  12. ^ Wong, KF; Siu, LL; Wong, WS (febrero de 2014). "Doble minuto y amplificación de MYC: un estudio combinado de hibridación in situ con fluorescencia y con Giemsa de May-Grunwald". American Journal of Clinical Pathology . 141 (2): 280–4. doi : 10.1309/AJCPWUBGT7C0LHIN . PMID  24436278.
  13. ^ Von Hoff, DD; McGill, JR; Forseth, BJ; Davidson, KK; Bradley, TP; Van Devanter, DR; Wahl, GM (1 de septiembre de 1992). "La eliminación de genes MYC amplificados extracromosómicamente de células tumorales humanas reduce su tumorigenicidad". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 89 (17): 8165–9. doi : 10.1073/pnas.89.17.8165 . PMC 49877 . PMID  1518843. 
  14. ^ Kanda, T; Otter, M; Wahl, GM (enero de 2001). "Segregación mitótica de moléculas extracromosómicas acéntricas virales y celulares mediante anclaje cromosómico". Journal of Cell Science . 114 (Pt 1): 49–58. doi :10.1242/jcs.114.1.49. PMID  11112689.
  15. ^ Verhaak, RGW; Bafna, V; Mischel, PS (mayo de 2019). "Amplificación de oncogenes extracromosómicos en la patogénesis y evolución de tumores". Nature Reviews. Cáncer . 19 (5): 283–288. doi :10.1038/s41568-019-0128-6. PMC 7168519. PMID  30872802 . 
  16. ^ Nathanson, fiscal del distrito; Gini, B; Mottahedeh, J; Visnyei, K; Koga, T; Gómez, G; Eskin, A; Hwang, K; Wang, J; Masui, K; Páucar, A; Yang, H; Ohashi, M; Zhu, S; Wykosky, J; Caña, R; Nelson, SF; Cloughesy, TF; James, CD; Rao, PN; Kornblum, Hawai; Heath, JR; Cavenee, WK; Furnari, FB; Mischel, PS (3 de enero de 2014). "Resistencia a la terapia dirigida mediada por la regulación dinámica del ADN EGFR mutante extracromosómico". Ciencia . 343 (6166): 72–6. Código Bib : 2014 Ciencia... 343... 72N. doi : 10.1126/ciencia.1241328. PMC 4049335 . Número de modelo:  PMID24310612.