Una mutación somática es un cambio en la secuencia del ADN de una célula somática de un organismo multicelular con células reproductoras dedicadas ; es decir, cualquier mutación que se produzca en una célula distinta de un gameto , célula germinal o gametocito . A diferencia de las mutaciones de la línea germinal , que pueden transmitirse a los descendientes de un organismo, las mutaciones somáticas no suelen transmitirse a los descendientes. Esta distinción es borrosa en las plantas, que carecen de una línea germinal dedicada , y en aquellos animales que pueden reproducirse asexualmente mediante mecanismos como la gemación , como en los miembros del género cnidario Hydra .
Si bien las mutaciones somáticas no se transmiten a la descendencia de un organismo, las mutaciones somáticas estarán presentes en todos los descendientes de una célula dentro del mismo organismo. Muchos cánceres son el resultado de mutaciones somáticas acumuladas.
El término somático generalmente se refiere a las células del cuerpo, a diferencia de las células reproductivas ( línea germinal ), que dan lugar al óvulo o al espermatozoide . Por ejemplo, en los mamíferos , las células somáticas forman los órganos internos, la piel, los huesos, la sangre y el tejido conectivo. [1]
En la mayoría de los animales, la separación de las células germinales de las células somáticas ( desarrollo de la línea germinal ) ocurre durante las primeras etapas del desarrollo . Una vez que se ha producido esta segregación en el embrión, cualquier mutación fuera de las células de la línea germinal no puede transmitirse a la descendencia de un organismo.
Sin embargo, las mutaciones somáticas se transmiten a toda la descendencia de una célula mutada dentro del mismo organismo. Por lo tanto, una sección importante de un organismo podría portar la misma mutación, especialmente si esa mutación ocurre en etapas anteriores de desarrollo. [2] Las mutaciones somáticas que ocurren más adelante en la vida de un organismo pueden ser difíciles de detectar, ya que pueden afectar sólo a una única célula, por ejemplo, una neurona postmitótica ; [3] [4] Las mejoras en la secuenciación de células individuales son, por lo tanto, una herramienta importante para el estudio de la mutación somática. [5] Tanto el ADN nuclear como el ADN mitocondrial de una célula pueden acumular mutaciones; Se han implicado mutaciones mitocondriales somáticas en el desarrollo de algunas enfermedades neurodegenerativas. [6]
Hay muchas excepciones a la regla de que la descendencia no puede heredar las mutaciones somáticas. Muchos organismos simplemente no dedican una línea germinal separada durante el desarrollo temprano. En cambio, las plantas y los animales basales , como las esponjas y los corales, generan gametos a partir de células madre pluripotentes en tejidos somáticos adultos. [7] [8] En las plantas con flores, por ejemplo, las células germinales pueden surgir de células somáticas adultas en el meristemo floral . Otros animales sin una línea germinal designada incluyen los tunicados y los platelmintos . [9]
Las mutaciones somáticas también pueden transmitirse a la descendencia en organismos que pueden reproducirse asexualmente , sin producción de gametos. Por ejemplo, los animales del género cnidario Hydra pueden reproducirse asexualmente mediante el mecanismo de gemación (también pueden reproducirse sexualmente). En la hidra , se desarrolla un nuevo brote directamente a partir de células somáticas de la hidra madre. [10] Una mutación presente en el tejido que da origen al organismo hijo se transmitiría a esa descendencia.
Muchas plantas se reproducen naturalmente a través de la reproducción vegetativa (crecimiento de una nueva planta a partir de un fragmento de la planta madre) propagando mutaciones somáticas sin el paso de la producción de semillas. Los humanos inducen artificialmente la reproducción vegetativa mediante injertos y esquejes de tallos.
Al igual que con las mutaciones de la línea germinal, las mutaciones en las células somáticas pueden surgir debido a factores endógenos, incluidos errores durante la replicación y reparación del ADN y la exposición a especies reactivas de oxígeno producidas por procesos celulares normales. Las mutaciones también pueden ser inducidas por el contacto con mutágenos , lo que puede aumentar la tasa de mutación.
La mayoría de los mutágenos actúan causando daños en el ADN: alteraciones en la estructura del ADN, como dímeros de pirimidina , o rotura de una o ambas cadenas de ADN. Los procesos de reparación del ADN pueden eliminar daños en el ADN que, de otro modo, tras la replicación del ADN, provocarían mutaciones. La mutación resulta de un daño cuando errores en el mecanismo de reparación del ADN causan un cambio en la secuencia de nucleótidos, o si la replicación ocurre antes de que se complete la reparación.
Los mutágenos pueden ser físicos, como la radiación de los rayos UV y los rayos X , o químicos (moléculas que interactúan directamente con el ADN), como los metabolitos del benzo[ a ]pireno , un potente carcinógeno que se encuentra en el humo del tabaco . [11] Los mutágenos asociados con el cáncer a menudo se estudian para aprender sobre el cáncer y su prevención.
Las investigaciones sugieren que la frecuencia de mutaciones es generalmente mayor en las células somáticas que en las células de la línea germinal; [12] además, existen diferencias en los tipos de mutación que se observan en el germen y en el soma. [13] Existe una variación en la frecuencia de mutaciones entre diferentes tejidos somáticos dentro del mismo organismo [13] y entre especies. [2]
Milholland et al. (2017) examinaron la tasa de mutación de los fibroblastos dérmicos (un tipo de célula somática) y las células de la línea germinal en humanos y ratones. Midieron la tasa de variantes de un solo nucleótido (SNV), la mayoría de las cuales son consecuencia de un error de replicación. Tanto en términos de carga mutacional (mutaciones totales presentes en una célula) como de tasa de mutación por división celular (nuevas mutaciones con cada mitosis ), las tasas de mutación somática fueron más de diez veces superiores a las de la línea germinal, en humanos y en ratones.
En humanos, la carga de mutaciones en los fibroblastos fue veinte veces mayor que la de la línea germinal (2,8 × 10 −7 en comparación con 1,2 × 10 −8 mutaciones por par de bases). Ajustada por las diferencias en el número estimado de divisiones celulares, la tasa de mutación de los fibroblastos fue aproximadamente 80 veces mayor que la del germen (respectivamente, 2,66 × 10 −9 frente a 3,3 × 10 −11 mutaciones por par de bases por mitosis). [2]
La disparidad en la tasa de mutación entre la línea germinal y los tejidos somáticos probablemente refleja la mayor importancia de la integridad genética en la línea germinal que en el soma. [12] La variación en la frecuencia de mutaciones puede deberse a diferencias en las tasas de daño del ADN o a diferencias en el proceso de reparación del ADN como resultado de niveles elevados de enzimas reparadoras del ADN. [13]
En abril de 2022, se informó que la mayoría de los mamíferos tienen aproximadamente la misma cantidad de mutaciones cuando llegan al final de su vida, por lo que aquellos que tienen una esperanza de vida similar tendrán tasas de mutación somática similares y aquellos que viven menos/más tendrán una tasa mayor/menor de mutaciones somáticas respectivamente. [14] [15]
Las neuronas posmitóticas acumulan mutaciones somáticas a un ritmo constante a lo largo de la vida, y este ritmo es más o menos similar a las tasas de mutación de los tejidos mitóticamente activos. [16] Las mutaciones en las neuronas pueden surgir como consecuencia del daño endógeno del ADN y la reparación algo imprecisa de dicho daño que ocurre todo el tiempo en las células. [dieciséis]
Como parte de la respuesta inmune adaptativa , las células B productoras de anticuerpos experimentan una tasa de mutación muchas veces mayor que la tasa de mutación normal. La tasa de mutación en las secuencias codificantes de unión a antígenos de los genes de inmunoglobulinas es hasta 1.000.000 de veces mayor que en líneas celulares fuera del sistema linfoide. Un paso importante en la maduración de la afinidad , la hipermutación somática ayuda a las células B a producir anticuerpos con mayor afinidad antigénica . [17]
Las mutaciones somáticas se acumulan dentro de las células de un organismo a medida que envejece y con cada ronda de división celular; el papel de las mutaciones somáticas en el desarrollo del cáncer está bien establecido y la acumulación de mutaciones somáticas está implicada en la biología del envejecimiento. [4]
Las mutaciones en las células madre neuronales (especialmente durante la neurogénesis ) [18] y en las neuronas posmitóticas conducen a una heterogeneidad genómica de las neuronas, lo que se denomina "mosaicismo cerebral somático". [3] La acumulación de mutaciones en las neuronas relacionadas con la edad puede estar relacionada con enfermedades neurodegenerativas , incluida la enfermedad de Alzheimer , pero la asociación no está probada. La mayoría de las células del sistema nervioso central en el adulto son posmitóticas y las mutaciones adultas pueden afectar solo a una neurona. A diferencia del cáncer, donde las mutaciones dan lugar a una proliferación clonal, las mutaciones somáticas perjudiciales podrían contribuir a la enfermedad neurodegenerativa mediante la muerte celular. [19] Por lo tanto, sigue siendo difícil evaluar con precisión la carga de mutaciones somáticas en las neuronas.
Si se produce una mutación en una célula de un organismo, esa mutación estará presente en todos los descendientes de esta célula dentro del mismo organismo. La acumulación de determinadas mutaciones a lo largo de generaciones de células somáticas forma parte del proceso de transformación maligna , de célula normal a célula cancerosa.
Las células con mutaciones heterocigotas con pérdida de función (una copia buena de un gen y una copia mutada) pueden funcionar normalmente con la copia no mutada hasta que la copia buena haya mutado somáticamente de forma espontánea. Este tipo de mutación ocurre a menudo en organismos vivos, pero es difícil medir la tasa. Medir esta tasa es importante para predecir la tasa a la que las personas pueden desarrollar cáncer.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )