Micronúcleo

En citoloxía un micronúcleo é un pequeno núcleo celular que se forma cando un cromosoma ou fagmento de cromosoma non se incorpora a un dos núcleos normais das células fillas durante a división celular. Xeralmente é un signo de que aconteceu algún evento xenotóxico e unha inestabilidade cromosómica. Os micronúcleos vense comunmente en células cancerosas e poden indicar danos xenómicos que poden incrementar o risco de aparición de doenzas dexenerativas ou do desenvolvemento.
Os micronúcleos nas células animais anormais fórmanse durante a anafase a partir de cromosomas acéntricos que quedan atrasados ou fragmentos de cromátides orixinados pola reparación incorrecta ou non reparación de roturas do ADN ou por non-disxunción de cromosomas. Esta segregación inapropiada de cromosomas pode ser o resultado da hipometilación de secuencias repetidas presentes no ADN pericentromérico, irregularidades en proteínas do cinetocoro ou na súa ensamblaxe, un aparato do fuso disfuncional, ou xenes do checkpoint da anafase defectuosos. Os micronúcleos poden contribuír á inestabilidade xenómica promovendo un evento mutacional catastrófico chamado cromotripse. Desenvolvéronse moitos ensaios de micronucleos para testar a presenza destas estruturas e determinar a súa frecuencia en células expostas a certos compostos químicos ou sometidas a condicións estresantes.
O termo micronúcleo pode tamén referirse a un núcleo celular máis pequeno dos protozoos ciliados, como Paramecium. Na mitose estes protozoos divídense por fisión, e na conxugación un par de micronúcleos, que funcionan como gametos, sofren unha fusión recíproca para formar un núcleo cigótico, que dará lugar aos macronúcleos (de gran tamaño) e micronúcleos (pequenos) dos individuos do seguinte ciclo de fisión.
O termo micronúcleo tamén se usa en informática. En informática un núcleo, xeralmente sinónimo de kernel, é un programa informático no centro do sistema operativo dun computador que sempre ten un control completo sobre todo o sistema. Ao principio os máis usados foron os chamados kernels monolíticos, pero en 1969, o RC 4000 Multiprogramming System introduciu unha filosofía de deseño de sistemas de núcleo pequeno (micronúcleo ou microkernel) "sobre o cal poderían construírse sistemas operativos para diferentes propósitos de maneira ordenada", que se fixo a preferida. Descubrimento
Os micronúcleos en eritrocitos humanos acabados de formar coñécense como corpos de Howell-Jolly porque estas estruturas foron identificadas e descritas en eritrocitos polos hematólogos William Howell e Justin Jolly. Atopouse despois que estas estruturas estaban asociadas con deficiencias en vitaminas como o folato e a B12. Das relacións entre a formación de micronúcleos e a exposición a factores ambientais informouse primeiro en raíces de células do extremo da raíz de plantas expostas a radiación ionizante. A indución de micronúcleos por un composto químico descubriuse en células tumoral de ascite de Ehrlich tratadas con colchicina. Formación
Os micronúcleos orixínanse fundamentalmente a partir de fragmentos de cromosomas acéntricos ou de cromosomas enteiros que quedan atrasados no seu desprazamento pola célula e non son incluídos nos núcleos das células fillas producidos por mitose porque non conseguen engancharse correctamente ao fuso acromático durante a segegación dos cromosomas na anafase. Estes cromosomas completos ou fragmentos de cromátides quedan finalmente encerrados por membranas nucleares e son estruturalmente similares a núcleos convencionais, aínda que de menor tamaño. Este pequeno núcleo denomínase micronúcleo. A formación de micronúcleos pode observarse soamente en células que están realizando a división nuclear e poden verse claramente usando citocalasina B para bloquear a citocinese para producir unha célula binucleada.
Os fragmentos de cromosomas acéntricos pode orixinarse de diversos xeitos. Unha das maneiras é que a non reparación de roturas de dobre febra do ADN pode orixinar cromátidas simétricas ou asimétricas e intercambios cromosómicos, así como fragmentos de cromátidas ou de cromosomas. Se os danos no ADN exceden a capacidade de reparación da célula, as roturas de dobre febra non reparadas poden tamén dar lugar á formación de fragmentos de cromosomas acéntricos. Outro modo en que poden xerarse fragmentos de cromosomas excéntricos é cando defectos en xenes relacionados coa reparación recombinacional homóloga (por exemplo: ATM, BRCA1, BRCA2 e RAD51) causa que sexa disfuncional a vía de reparación do ADN recombinacional homóloga (que está libre de erros) e causa que a célula recorra á vía de reparación do ADN de extremos non homólogos (que é máis tendente ao erro), incrementando a posibilidade de reparacións incorrectas das roturas do ADN, formación de cromosomas dicéntricos e de fragmentos de cromosomas acéntricos. Se encimas da vía de reparación de extremos non homólogos son tamén defectuosos, as roturas do ADN poderían non ser reparadas en absoluto. Ademais, a reparación por escisión simultánea de bases danadas ou incorporadas incorrectamente ao ADN que están próximas e en febras do ADN complementarias opostas poden causar roturas de dobre febra e formación de micronúcleos, especialmente se a etapa de recheo de ocos da vía de reparación non se completa.
Os micronúcleos poden tamén formarse a partir de cromosomas fragmentados cando se formaron pontes nucleoplásmicas, se estiraron e romperon durante a telofase.
A formación de micronúcleos pode tamén producirse por unha mala segregación de cromosomas durante a anafase. A hipometilación da citosina en áreas pericentroméricas e centroméricas e repeticións de orde superior de ADN satélite en ADN centromérico orixina episodios de perdas de cromosomas. O ADN satélite clásico está normalmente moi metilado en residuos de citosina pero poden quedar case totalmente desmetilados debido á síndrome de inmunodeficiencia–inestabiliade centrómerica–anomalías faciais ou despois dun tratamento cun inhibidores da ADN metil transferase. Como a ensamblaxe das proteínas do cinetocoro nos centrómeros é afectada pola metilación das citosinas e das proteínas histonas, unha redución da integridade da heterocromatina como resultado de hipometilación pode interferir co enganche dos microtúbulos do fuso aos cromosomas e coa percepción da tensión nas conexións correctas microtúbulo-cinetocoro. Outras posibles causas da perda de cromosomas que poderían levar á formación de micronúcleos son os defectos nas interaccións entre o cinetocoro e os mirotúbulos, defectos na ensamblaxe do fuso mitótico, defectos nos checkpoint da mitose, amplificación anormal do centrosoma, e fusións dos extremos teloméricos que producen cromosomas dicéntricos que se despegan do fuso durante a anafase. Os micronúcleos orixínanse de eventos de perda de cromosomas e os fragmentos de cromosomas acéntricos poden ser distinguidos usando sondas de ADN pancentroméricas. Identificación
O número de micronúcleos por célula pode ser predito usando a seguinte fórmula: M N / c e l u l a
A F / c e l u l a ∗ F {\displaystyle MN/celula
AF/celula*F} AF é o número de fragmentos acéntricos e F 0, 5 - 0, 5P, onde P é a probabilidade de fragmentos que son incluídos no núcleo tradicional e non forman un micronúcleo.
Un estudo, no que se usou a tinguidura Giemsa para tinguir o material nuclear, estableceu os seguintes criterios para a identificación de micronúcleos: 1) diámetro de menos de 1/3 do núcleo primario, 2) non retractilidade (exclúe as pequenas partículas de tinguidura), 3) cor igual ou máis lixeiro que o núcleo principal (exclúe as grandes partículas de tinguidura), 4) localización dentro de 3 ou 4 diámetros nucleares do núcleo principal sen tocalo, e 5) non máis de dous asociados cun núcleo primario (3 ou máis micronúcleos son probablemente polimorfos ou prorrubicitas con fragmentos nucleares). Ensaios
O test de micronúcleos proporciona importante información sobre a capacidade dun composto químico de interferir coa estrutura e función do cromosoma. Por exemplo, moitos carcinóxenos humanos coñecidos dan un test positivo en tests de micronúcleos de mamíferos. Neses tests os organismos son tratados cun composto químico e mídese a frecuencia resultante de células micronucleadas. Se hai un incremento marcado no número de células con micronúcleos, pode concluírse que o composto induce danos cromosómicos estruturais ou numéricos. Como os tests de micronúcleos deben realizarse en células que se dividen activamente, as células nais da medula ósea e os eritrocitos que producen nas súas división celulares son candidatos ideais. Estas células experimentan un recambio rápido e constante e a falta nelas dun verdadeiro núcleo fai que os micronúcleos sexan doadamente visibles ao microscopio. Os sistemas de ensaios de micronúcleos son moi económicos, requiren moita menos habilidade para contar que os tests de metafase convencionais, e son moito máis rápidos que ditos tests convencionais. Dado que os ensaios de micronúcleos reflicten as aberracións cromosómicas de forma fiable e rápida, son extremadamente útiles para unha avaliación rápida dos danos cromosómicos. En particular, o ensaio CBMNcyt (do inglés cytokinesis-block micronucleus cytome, citoma de micronúcleo de bloqueo da citocinese) é extremadamente versátil e é un dos métodos preferidos para medir o nivel de danos cromosómicos e inestabilidade cromosómica nas células. O ensaio de micronúcleos de citocinese bloqueada (CBMN) foi inicialmente desenvolvido para contar micronúcleos en células que completaron a división nuclear ao bloquealas no estadio binucleado antes da citocinese. Posteriormente evolucionou ao ensaio "citoma" CBMN para explorar mellor a morte celular, a citostase, e os biomarcadores de danos ao ADN. O principal inconveniente de usar tests de micronúcleos é que non poden determinar diferentes tipos de aberracións cromosómicas e poden ser influídos pola taxa mitótica e a proporción de células mortas, alterando os resultados. Padróns da formación
En moitos estudos atopouse que a frecuencia de micronúcleos en mulleres é maior que en homes e que o número de micronúcleos se incrementa arredor dos 70 anos de idade. O nivel de micronúcleos vai de 0, 5 a 1, 4 % en homes e de 0, 9 a 1, 8 % en mulleres. As diferenzas relacionadas co xénero obsérvanse principalmente nos grupos de idade máis novos (≤ 50 anos) con case unha diferenza do dobre entre homes e mulleres. Os padróns no número de micronúcleos despois dos 70 anos de idade é controvertido. Algúns estudos mostraron que en individuos de máis de 70 anos de idade a frecuencia de micronúcleos aumenta en ambos os sexos. Por outra parte, outros estudos atoparon que nos grupos de idade máis vellos, o nivel de frecuencias de micronúcleos estaba equilibrado. A deficiencia de micronúcleos nalgúns dos grupos de idade máis vellos pode explicarse porque as células micronucleadas son preferentemente eliminadas por apoptose. Porén, unha frecuencia de micronúcleos máis alta corresponde a unha diminución da eficiencia da reparación do ADN e un incremento da inestabilidade xenómica, o que é típico en suxeitos máis vellos. O incremento relacionado coa idade en frecuencias de micronúcleos tamén se corresponde ben cun incremento relacionado coa idade na hipoploidía e o incremento relacionado coa idade na perda de cromosomas sexuais. Alternativamente, a nivelación da frecuencia de micronúcleos en suxeitos máis vellos suxeriría un limiar de inestabilidade xenómica que non se pode cruzar se a persoa vai sobrevivir. Se é ese o caso, as mulleres parecen acadar este limiar máis rápido que os homes.
Os cromosomas sexuais contribúen á maioría de eventos de perda de cromosomas co aumento da idade. En mulleres o cromosoma X pode explicar ata o 72 % dos micronúcleos observados dos cales o 37 % parece carecer dunha ensamblaxe do cinetocoro funcional posiblemente debido á inactivación do cromosoma X. Múltiples estudos mostraron que as frecuencias de micronúcleos autosoma-positivos en ambos os xéneros e de micronúcleos cromosoma sexual-positivos en homes eran similares e permanecían sen cambiar nos grupos máis vellos mentres que a frecuencia de micronúcleos X-positivos en mulleres era maior que a frecuencia media de micronúcleos autosoma-positivos e continuaba incrementándose nas idades máis vellas.
As frecuencias de aberracións cromosómicas, células danadas e micronúcleos son significativamente maiores en fumadores que en non fumadores.
Na xente normal e en moitos outros mamíferos, que non teñen núcleos nos seus eritrocitos, os micronúcleos son eliminados rapidamente polo bazo. Por tanto, as altas frecuencias de micronúcleos no sangue periférico humano indica unha dano ou ausencia de bazo. En ratos, non se eliminan, o que é a base para o test de micronúcleos in vivo.