Mosaico (xenética)

En xenética, mosaico, mosaico xenético ou mosaicismo son termos que se aplican a individuos que se orixinaron a partir dunha soa célula ovo fertilizada (cigoto) pero que teñen no seu corpo dúas ou máis poboacións de células con diferentes xenotipos.
O fenómeno descubriuno Curt Stern. Na década de 1930, Stern demostrou que a recombinación xenética, que é normal na meiose, pode tamén ter lugar excepcionalmente na mitose. Cando isto ocorre orixínanse mosaicos somáticos. Estes son organismos que conteñen dous ou máis tipos xeneticamente distintos de tecidos. O termo mosaicismo somático utilizouno en 1956 C. W. Cotterman nunha publicación súa sobre variación antixénica. O mosaicismo pode tamén orixinarse debido a unha mutación que se produciu durante o desenvolvemento que se propaga a só un conxunto de células adultas.
Os mosaicos son diferentes das quimeras, nas que o individuo con células con dous ou máis xenotipos deriva da fusión de dous ou máis cigotos ou embrións nas fases máis iniciais do desenvolvemento. Tipos
Hai diferentes tipos de mosaicismo, como o mosaicismo gonadal (restrinxido aos gametos) ou mosaicismo somático ou dos tecidos. Nos tecidos da placenta tamén se pode detectar ás veces mosaicisimo.
Mosaicismo somático
O mosaicismo somático ocorre cando as células somáticas do corpo teñen máis dun xenotipo. Nos mosaicos máis comúns, os diferentes xenotipos orixínanse a partir dunha soa célula ovo fertilizada, debido a erros na mitose nas divisións embrionarias iniciais ou posteriores.
En raros casos, as condicións de intersexualidade poden estar causadas por mosaicismo. Nestes casos algunhas células do corpo teñen os cromosomas XX e outras os XY (condición 46, XX/46, XY).
As formas máis comúns de mosaicismo que se atopan nas diagnoses prenatais son as trisomías. Aínda que a maioría das formas de trisomía se deben a problemas xurdidos na meiose e afectan a todas as células do organismo, hai casos nos que a trisomía ocorre só nun conxunto seleccionado de células e entraría dentro do concepto de mosaico. Isto pode ser causado por un episodio de non-disxunción nunha das mitoses iniciais do embrión, que tivo como resultado a perda dun cromosoma en células trisómicas (esas pasan a ser normais e as outras seguen sendo trisómicas). Xeralmente isto dá lugar a un fenotipo menos grave que nos pacientes sen mosaico co mesmo trastorno trisómico.
Un exemplo disto é unha das formas suaves da síndrome de Klinefelter, a chamada 46/47 XY/XXY mosaico, na cal algunhas das células do paciente conteñen os cromosomas XY, e outras conteñen os cromosomas XXY. A notación 46/47 indica que as células XY teñen o número normal total (46) de cromosomas, e as células XXY teñen 47 cromosomas en total.
Arredor do 30% dos casos de síndrome de Turner mostran mosaicismo, e a monosomía completa (45, X) ocorre en 50–60% dos casos.
Non é necesario que o mosaicismo sexa sempre deletéreo. Un raro evento de recombinación é o mosaicismo somático revertente, no cal se produce a corrección espontánea dun alelo mutante patoxénico, que volve ao seu estado normal non patoxénico. No mosaicismo revertente, o tecido san formado por recombinación mitótica poden competir con éxito co tecido orixinal mutante que o rodea en tecidos como o sangue e epitelios que se rexeneran con frecuencia. No trastorno cutáneo conxénito ictiose variegata, aparecen manchas na pel normais nas primeiras etapas da vida e van incrementando o seu número e tamaño co tempo.
Outros factores endóxenos poden tamén causar mosaicismo, como os elementos móbiles, o esvaramento ou slippage da ADN polimerase, e a segregación cromosómica non equilibrada. Entre os factores exóxenos que actúan están a nicotina e a radiación UV. Creáronse mosaicos somáticos en Drosophila utilizando tratamentos de raios X e usando irradiación para inducir mutacións somáticas, que é unha técnica moi útil nos estudos xenéticos.
A mutación somática é a causa máis común de mosaicismo nas etapas iniciais e finais da vida humana. Os mosaicos somáticos son comúns na embrioxénese debido á retrotransposición de secuencias LINE L1 e os elementos transpoñibles Alu. Nas etapas iniciais do desenvolvemento, o ADN de tipos de células indiferenciadas pode ser máis susceptible á invasión de elementos móbiles debido a rexións non metiladas longas do xenoma. Ademais, a acumulación de erros na copia do ADN e danos ao longo da vida dan lugar a unha aparición máis frecuente de tecidos mosaico en humanos vellos. Como a lonxevidade humana aumentou moito en moitos países no último século, o noso xenoma pode que non tivese tempo de adaptarse ao efecto acumulativo desta mutaxénese. A investigación do cancro atopou que as mutacións somáticas se presentan en número crecente ao longo da vida e son responsables da maioría das leucemias, linfomas e tumores sólidos.
De todos modos, pódese dicir que todos os organismos pluricelulares son probablemente mosaicos somáticos nalgunha medida. Como a taxa de mutación interxeneracional humana é de aproximadamente 10−8 por posición por xenoma haploide e hai 1014 células no corpo humano, é probable que durante o curso da vida a maioría dos humanos tivesen moitas mutacións xenéticas nas células somáticas e así os humanos, e os demais organismos pluricelulares, son todos mosaicos somáticos nalgunha medida. Para estender a definición, os extremos dos cromosomas, chamados telómeros, acúrtanse con cada división e o acurtamento pode variar dunha célula a outra o que representaría un caso especial de mosaicismo somático. Tamén hai reordenacións xénicas nos xenes dos linfocitos que forman os anticorpos, polo que non todas as poboacións de linfocitos son xeneticamente iguais.
Diferenzas coa inactivación X
Aínda que ás veces a inactivación X se considera un tipo de mosaicismo, en realidade o verdadeiro mosaicismo non debería confundirse con dito fenómeno. Na inactivación X nas femias XX todas as células do organismo teñen o mesmo xenotipo, pero en diferentes conxuntos de células está inactivado un cromosoma X diferente dos dous que hai, polo que só se expresa o outro, polo que só un dos alelos se expresará, e os distintos conxuntos de células poden ter un fenotipo distinto. Por tanto, a inactivación dun dos X pode afectar ao fenotipo, pero non ao xenotipo, o cal é unha diferenza con respecto ao mosaicismo corrente. Un exemplo son os gatos calico.
Recombinación mitótica
Un mecanismo básico que pode producir tecidos mosaico é a recombinación mitótica ou sobrecruzamento somático. Foi descuberto inicialmente por Curt Stern en Drosophila en 1936. A cantidade de tecido mosaico depende do momento, na árbore de divisións celulares, no que ten lugar o intercambio.
Mosaicismo gonadal
O mosaicismo gonadal ou mosaicismo da liña xerminal é unha forma especial de mosaicismo, na cal algúns gametos, (espermatozoides, ovocitos) portan unha mutación, pero o resto son normais.
A causa é unha mutación que ocorre nunha célula troncal inicial que deu lugar a todo ou parte do tecido gonadal.
Isto pode causar que só algúns dos fillos se vexan afectados, mesmo en enfermidades dominantes xeneticamente. Como ocorre con outras mutacións, as mutacións que poden producir o mosaicismo gonadal increméntanse coa idade.
Mosaicismo na placenta
É un tipo específico de mosaicismo cromosómico que aparece cando o cariotipo da placenta presenta mosaicismo para unha determinada anomalía, xeralmente unha trisomía, mentres que o feto non presenta mosaicismo nin anomalía algunha. Esta situación pode orixinar que un feto ou un neonato sexa fenotipicamente anormal, a pesar de que o seu cariotipo é euploide. Ás veces as dúas copias do cromosoma que leva a anomalía son do mesmo proxenitor (talvez portador dunha mutación).
A interpretación deste fenómeno baseáse en que un embrión trisómico non viable pode perder no feto unha das copias do cromosoma implicado na trisomía. O cromosoma perdido pode ser a única copia achegada polo outro proxenitor, dando lugar a unha disomía uniparental nas células restantes.
O mosaicismo confinado á placenta constitúe un dilema no diagnóstico dos laboratorios de citoxenética e no consello xenético prenatal. Uso en bioloxía experimental
Os mosaicos xenéticos poden ser extraordinariamente útiles no estudo dos sistemas biolóxicos, e poden crearse deliberadamente en moitos organismos modelo de diversas maneiras. Permiten o estudo de xenes que son importantes para os eventos máis iniciais do desenvolvemento embrionario, os cales fan que sexa moi difícil obter organismos adultos nos que os efectos tardíos sexan aparentes. Ademais, poden utilizarse para determinar o tecido ou o tipo de célula no cal é necesaria a intervención dun xene dado e para determinar se un xene é autónomo da célula, é dicir, se o xene actúa ou non exclusivamente dentro da célula que ten ese xenotipo, ou se afecta tamén ás células veciñas que non teñen ese xenotipo, pero que adquiren ese fenotipo por diferenciación ambiental.
Os primeiros exemplos destes experimentos que implicaban facer un transplante de células (tecnicamente creando quimeras), consistían en transplantar células embrionarias do estado de blástula cunha dotación xenética determinada a outra blástula con diferente xenotipo.
Os mosaicos xenéticos son unha ferramenta especialmente poderosa nos estudos feitos coa mosca da froita Drosophila melanogaster, na que se crean por recombinación mitótica. Os mosaicos creáronse orixinalmente irradiando con raios X moscas heterocigotas para un alelo particular, inducindo roturas de dobre cadea, as cales, ao seren reparadas, podían orixinar unha célula homocigota para un dos dous alelos. Despois de varias roldas de replicación, esta célula orixinaría unha área, ou "clon" de células mutantes para o alelo estudado.
Máis recentemente o uso dun transxene incorporado no xenoma de Drosophila fixo o sistema moito máis flexible. A recombinase Flip (ou FLP) codifocada nun xene do lévedo Saccharomyces cerevisiae recoñece os sitios "Diana da Recombinase Flip" (FRT), que son curtas secuencias do ADN, e induce a recombinación entre eleas. Os sitios FRT foron inseridos transxenicamente preto de cada centrómero de cada brazo do cromosoma de Drosophila melanogaster. O xene FLP pode inducirse selectivamente, xeralmente usando o promotor de choque de calor ou o sistema GAL4/UAS. Os clons resultantes poden identificarse negativamente ou positivamente.
Nos clons marcados negativamente a mosca é transheterocigota para un xene que codifica un marcador visible (normalmente a proteína fluorescente verde GFP) e para un alelo dun xene que vai ser estudado (ambos os dous no cromosoma que leva os sitios FRT). Despois da indución da expresión de FLP, as células que sofren recombinación terán unha proxenie que é homcigota quer para o marcador quer para o alelo estudado. Por tanto, as células que non levan o marcador (que son escuras) poden ser identificadas como portadoras da mutación.
Ás veces non é conveniente usar clons marcados negativamente, especialmente cando se xeran áreas moi pequenas de células, xa que é máis difícil ver unha marca escura sobre un fondo moi brillante que un punto brillante sobre un fondo escuro. É posible, non obstante, crear clons marcados positivamente utilizando o chamado sistema MARCM (Mosaic Analysis with a Repressible Cell Marker, Análise de Mosaico cun Marcador Celular Reprimible). Este sistema constrúese sobre o sistema GAL4/UAS, que se utiliza para expresar a GFP en células específicas. Porén, utilízase un xene GAL80 expresado globalmente para reprimir a acción de GAL4, impedindo a expresión da GFP. En vez de usar a GFP para marcar o cromosoma de tipo salvaxe como antes, o GAL80 serve para ese propósito, de tal xeito que cando se elimina por recombinación mitótica, GAL4 pode funcionar, e a GFP brilla. Isto ten como resultado que as células que interesan están marcadas como brillantes nun fondo escuro.