Micronúcleos: mecanismos de formación, factores de riesgo y sus aplicaciones en ensayos de genotoxicidad.

Micronúcleos: mecanismos de formación, factores de riesgo y sus aplicaciones en ensayos de genotoxicidad.

Resumen

Los micronúcleos son pequeños cuerpos extranucleares formados por fragmentos de cromosomas o cromosomas enteros rezagados en la anafase durante la división nuclear, los cuales pueden ser originados por un gran número de factores, bien sea genéticos,  ambientales, estilos de vida, por exposición ocupacional, entre muchos otros. El ensayo de micronúcleos ha sido ampliamente utilizado para como prueba para evaluar la genotoxicidad debido a distintos agentes y actualmente ha cobrado un gran auge debido a su sensibilidad para detectar sustancias clastógenas, con resultados obtenidos en corto tiempo. En Colombia, existen pocos estudios que utilizan esta técnica para evaluar distintas exposiciones a genotóxicos. El objetivo de esta revisión fue describir los mecanismos de formación de micronúcleos y las aplicaciones prácticas de distintos tipos celulares, los criterios de medición, aspectos epidemiológios y un estado del arte de estudios realizados en Colombia y a nivel mundial. Se realizó una búsqueda sistemática de información en diferentes bases de datos SCIENCE DIRECT, NCBI (PubMed y PubMed Central), Biomed Search, MEDLINE, LILACS y Google Académico, hasta Enero de 2016. Para la estrategia de búsqueda fueron utilizados los términos: “micronúcleos” ó “micronuclei”, en combinación con “frecuencia”, “linfocitos periféricos” “bucal”, “nasal”, “mucosa cervical”, “uterina”, “células exfoliadas”, “biomonitoreo”, “criterios de medición” “ formación de micronúcleos”, “factores de riesgo”, “exposición ocupacional”. Fueron considerados artículos en inglés, español y portugués, los cuales fueron revisados y evaluados críticamente de acuerdo a su calidad, basado en el rigor científico, congruencia entre los objetivos y metodología, credibilidad, relevancia y aplicabilidad de los resultados sobre los temas abordados. Finalmente fueron seleccionados 86 artículos, los cuales se enfocan en proveer una información actualizada sobre la presencia de micronúcleos y su aplicación en poblaciones humanas.

Palabras clave: biomarcador, micronúcleos, células exfoliadas, carcinógenos, genotóxicos.

1. Introducción

Los micronúcleos (MN) son pequeños cuerpos extranucleares formados por fragmentos de cromosomas o cromosomas enteros rezagados en la anafase durante la división nuclear que no logran ser incorporados a núcleos hijos derivados (Holland et al, 2008). Estos eventos pueden ser inducidos por estrés oxidativo, exposición a agentes clastogénicos o aneugénicos, defectos genéticos en puntos de control del ciclo celular o en genes que participan en la reparación del ADN y también por la deficiencia de nutrientes como cofactores en el metabolismo del ADN y la maquinaria de segregación de cromosomas (Kimura et al., 2004; Umegaki y Fenech, 2000). Todos estos sucesos pueden conllevar a la formación de micronúcleos a través de re-arreglos cromosómicos, alteración de la expresión de genes o aneuploidia, efectos asociados con fenotipos de inestabilidad cromosómica frecuentemente observados en cáncer (Rajagopalan et al., 2004; Fenech, 2002).

El ensayo de micronúcleos es una técnica que permite evaluar la capacidad de los compuestos químicos y físicos para inducir rompimientos cromosómicos en epitelios y linfocitos de sangre periférica. Es ampliamente utilizada para pruebas de genotoxicidad y actualmente ha cobrado un gran auge debido a su sensibilidad para detectar sustancias clastógenas, y los resultados se obtienen en corto tiempo (Gosh et al., 2006). Desde hace dos décadas hasta la fecha, se ha incrementado considerablemente el uso del ensayo de micronúcleos (MN) en pruebas de toxicología genética in vitro, biodosimetría de radiación y para el biomonitoreo de poblaciones para el estudio de los impactos genotóxicos de las interacciones de genes del ambiente (Fenech et al 2013). En el año 1997 fue creado el proyecto HUMN (por sus siglas en ingles HUman MicroNucleus), o también conocido como el proyecto internacional colaborativo de frecuencia de micronúcleos en poblaciones humanas. Su enfoque inicial fue el de analizar la frecuencia de micronúcleos en linfocitos periféricos y células exfoliadas epiteliales de humanos y mamíferos, a fin de biomonitorear la exposición a sustancias tóxicas y como posibles predictores de efectos adversos para la salud. La finalidad del proyecto es el de estandarizar metodologías, determinar las tasas de frecuencia de MN, caracterizar los efectos de demográficos, genéticos y factores metodológicos de estas frecuencias, y determinar si las frecuencias de MN en diferentes tejidos son predictivos de riesgo de cáncer (Fenech et al, 1999).

El objetivo de la presente revisión fue contribuir con el estado biológico de la formación de micronúcleos en poblaciones expuestas, describir los aspectos biológicos de la formación de micronúcleos y sus aplicaciones en linfocitos y distintos epitelios como mucosa cervico-uterina, nasal y oral, los criterios de medición, aspectos epidemiológios y un estado del arte de estudios realizados en Colombia y a nivel mundial. Se realizó una búsqueda sistemática de información en diferentes bases de datos SCIENCE DIRECT, NCBI (PubMed y PubMed Central), Biomed Search, MEDLINE, LILACS y Google Académico, hasta Enero de 2016. Para la estrategia de búsqueda fueron utilizados los términos: “micronúcleos” ó “micronuclei”, en combinación con “frecuencia”, “linfocitos periféricos” “bucal”, “nasal”, “mucosa cervical”, “uterina”, “células exfoliadas”, “biomonitoreo”, “criterios de medición” “ formación de micronúcleos”, “factores de riesgo”, “exposición ocupacional”. Se realizó también una búsqueda manual del listado de referencias de artículos y revisiones, para incluir artículos que podrían ser omitidos en la búsqueda en bases de datos.

Fueron considerados artículos en inglés, español y portugués, los cuales fueron revisados y evaluados críticamente de acuerdo a su calidad, basado en el rigor científico, congruencia entre los objetivos y metodología, credibilidad, relevancia y aplicabilidad de los resultados sobre los temas abordados. Finalmente fueron seleccionados 86 artículos, los cuales se enfocan en proveer una información actualizada sobre los micronúcleos y su aplicación en poblaciones expuestas a genotóxicos.

1. Mecanismos de formación de micronúcleos y otras anomalías nucleares

Los micronúcleos se originan principalmente de fragmentos de cromosomas acéntricos, fragmentos de cromátidas acéntricas o cromosomas enteros que no logran ser incluidos en los núcleos hijos al final de la telofase durante la mitosis, debido a que no se adhieren correctamente con el huso durante el proceso de segregación en anafase. Una vez segregados, los fragmentos cromosómicos son rodeados por una membrana nuclear, por lo cual presentan una morfología similar a los núcleos, pero con un tamaño más pequeño, dando origen a los micronúcleos (Fenech et al, 2011).

Cuando un micronúcleo está formado por fragmentos acéntricos, se considera de tipo clastogénico y si está formado por cromosomas completos se considera de tipo aneugénico. Existen diversos mecanismos que pueden dar origen a fragmentos de cromosomas acéntricos, entre ellos puede deberse a una a mala reparación del rompimiento del ADN de doble cadena o pueden surgir por roturas en el ADN que no logran ser reparadas (Fenech et al, 2011). Asimismo, la reparación por escisión simultánea de ADN dañado (por ejemplo, 8-oxo-desoxiguanosina) o por la incorporación de bases inapropiadas en el ADN (por ejemplo, uracilo) que se encuentran en proximidad y en el lado opuesto de hebras de ADN complementarias, conducen al rompimiento de la doble cadena de ADN (Fenech et al 2002), que si no es reparado adecuadamente da como resultado el re-arreglo asimétrico de cromosomas e intercambio de los mismos.

Los cromosomas enteros mal segregados pueden surgir a partir de cromosomas que no son unidos al huso. Este evento puede ser producido por varios mecanismos, entre ellos la hipometilacion de citosina en secuencias repetidas pericentroméricas o centroméricas (Schueler et al, 2006; Pironon et al, 2010) o cuando se ven ligados a microtúbulos procedentes de ambos polos del huso (Cimini, et al 2002). También se producen por daños en el cinetocoro, cuando el ensamblaje de las proteínas del cinetocoro (CENPA y CENPB) en los centromeros es afectada por el estado de metilación de la citosina, así como por la metilación de las histonas (Gieni et al, 2008). En  este último caso, una reducción en la integridad de la heterocromatina podría interferir tanto en la fijación de los microtúbulos con los cromosomas, como con una detección adecuada de la tensión de las conexiones entre los microtúbulos y el cinetocoro (Gieni et al, 2008; Heit et al, 2009). Dado a que las proteínas del cinetocoro son importantes en el acoplamiento de los cromosomas con el huso, probablemente las mutaciones que producen defectos en la dinámica de interacción del cinetocoro y los microtúbulos también conduzcan a la formación de micronúcleos por la pérdida de cromosomas en anafase (Bakhoum et al 2009). Otras variables que pueden generar micronúcleos de cromosomas perdidos son defectos del ensamblaje del huso mitótico, defectos puntuales de verificación de la mitosis, la amplificación anormal del centrosoma (Gisselsson, 2008; Zyss, D. and Gergely, F. 2009) o debido a alteraciones en la regulación del ciclo celular (Mateuca et al. 2006)

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