Non-disxunción

A non-disxunción^[1][2] ou non disxunción^[3] é un erro que se produce durante a separación dos cromosomas na división celular que consiste en que os cromosomas homólogos ou as cromátides irmás non conseguen separarse da maneira axeitada durante a mitose ou meiose. Hai tres formas de non-disxunción: (1) un par de cromosomas homólogos non se separan na meiose I; (2) un par de cromátides irmás non se separan na meiose II, e (3) un par de cromátides irmás non se separan na mitose.^[4][5][6] Como resultado da non-disxunción orixínanse células fillas cun número anormal de cromosomas (aneuploidía).

1. Meiose I
2. Meiose II
3. Fecundación
4. Cigoto
A imaxe da esquerda na frecha azul é a non-disxunción que ten lugar durante a meiose II. A imaxe da dereita na frecha verde é unha non-disxunción que ten lugar na meiose I. A non-disxunción prodúcese cando os comosomas non conseguen separarse normalmente, causando unha ganancia de cromosomas extra ou unha perda de cromosomas nas células fillas.

Atribúese a Calvin Bridges e Thomas Hunt Morgan o descubrimento da non-disxunción nos cromosomas sexuais de Drosophila melanogaster na primavera de 1910, mentres traballaban no Laboratorio Zoolóxico da Universidade de Columbia.^[7] As probas da teoría cromosómica da herdanza xurdiron destes estudos da non-disxunción de cromosomas.^[8]

Tipos

En xeral, a non-disxunción pode producirse en calquera forma de división celular que implique a distribución ordenada do material cromosómico. Os animais superiores teñen tres formas de división celular: meiose , dividida nas etapas de meiose I e meiose II, que é unha forma especializada de división celular na que se orixinan os gametos (óvulos e espermatozoides) para a reprodución sexual, e mitose, que é a forma de división celular usada polas outras células do corpo.

Meiose

Na ovoxénese, durante a 1º división meiótica (meiose I) nun ovocito primario prodúcese a separación dos cromosomas homólogos, que estaban unidos formando bivalentes; ditos cromosomas homólogos teñen dúas cromátides e acaban nun ovocito secundario e nunha pequena célula chamada 1º corpúsculo polar. Despois prodúcese a 2ª división meiótica (meiose II), na cal se separan as cromátides. Porén, os ovocitos que son ovulados están detidos na metafase II ata o momento da fecundación. Cando se produce a fecundación, volve a activarse a 2ª división meiótica ata completarse.^[9] A segregación cromosómica na meiose II é similar ao que ocorre na mitose, xa que se separan as cromátides irmáns de cada cromosoma na anafase II. Nos ovocitos secundarios, se a non-disxunción non altera o resultado, unha cromátide irmá de cada cromosoma sepárase e vai a parar a unha célula filla de pequeno tamaño chamada 2º corpúsculo polar, mentres que a outra cromátide dese cromosoma queda na outra célula filla ou óvulo. Durante a espermatoxénese, cada división meiótica é simétrica (non se forman corpúsculos polares pequenos), de tal maneira que un espermatocito primario realiza a meiose I dando lugar a dous espermatocitos secundarios, os cales na meiose II forman 4 espermátidas, que deberían levar cada unha unha cromátide de cada cromosoma se todo vai ben (se non hai non-disxunción). Se ben pode producirse non-disxunción na meiose II (durante a separación de cromátides) que orixina síndromes aneuploides, é máis frecuente que esta se produza na meiose I (durante a separación de homólogos).^[10]

Non-disxunción de cromátides irmás durante a mitose:
Esquerda: Metafase da mitose. Os cromosomas están aliñados no plano ecuatorial da célula, fórmase o fuso mitótico e os cinetocoros das cromátides irmás únense aos microtúbulos.
Dereita: A anafase da mitose, na cal se separan as cromátidas irmás e os microtúbulos arrástranas en direccións opostas.
Os cromosomas mostrados en vermello non conseguen separarse axeitadamente, as súas cromátidas quedan pegadas entre si e son arrastradas ao mesmo lado, orixinando a non-disxunción mitótica deste cromosoma.

Mitose

A división das células somáticas por mitose é precedida pola duplicación do material xenético durante a fase S da interfase. Como resultado, cada cromosoma consta de dúas cromátides irmás que se manteñen xuntas unidas polos centrómeros. Na anafase da mitose, as cromátides irmás sepáranse e migran a polos opostos da célula antes de que a célula se divida (citocinese). A non-disxunción durante a mitose causa que unha célula filla reciba as dúas cromátides irmás do cromosoma afectado, mentres que a outra non recibe ningunha (carecerá dese cromosoma).^[5][6] A causa é a ligazón permanente entre as dúas cromátides, o que se coñece como ponte de cromatina ou ponte da anafase, na cal as cromátides irmás quedan unidas polos telómeros, o que impide a segregación. A non-disxunción mitótica ten como resultado o mosaicismo somático, xa que só unha célula filla orixinada da célula que sufriu o evento de non-disxnción terá un número anormal de cromosomas.^[6] A non-disxunción durante a mitose pode contribuír ao desenvolvemento dalgunhas formas de cancro, por exemplo, o retinoblastoma (ver máis abaixo).^[11]

A non-disxunción de cromosomas na mitose pode atribuírse á inactivación dos encimas topoisomerase II, condensina ou separase.^[12] A non-disxunción foi ben estudada en Saccharomyces cerevisiae. Este lévedo realiza mitoses igual que outros eucariotas. Aparecen as pontes cromosómicas cando as cromátides irmás se manteñen xuntas despois da replicación polo enlazamento topolóxico ADN-ADN e o complexo de cohesión.^[13] Durante a anafase, a cohesina é cortada pola separase.^[14] A topoisomerase II e a condensina son as responsables de eliminaren as catenacións.^[15]

Mecanismos moleculares

Papel central do punto de control da ensamblaxe do fuso

O punto de control da ensamblaxe do fuso é un mecanismo molecular de salvagarda que controla a correcta segregación dos cromosomas nas células eucariotas.^[16] Este punto de control inhibe a progresión á anafase ata que todos os cromosomas homólogos (bivalentes ou tétrades) queden debidamente aliñados no aparato do fuso. Soamente entón, o punto de control deixa de inhibir o complexo promotor da anafase, que á súa vez desencadea irreversiblemente a progresión á anafase.^[17]

Diferenzas específicas de sexo na meiose

Os exames de casos de síndromes aneuploides humanas indicaron que a maioría deles teñen orixe materna.^[9] Isto formula a cuestión de por que a meiose feminina é máis proclive ao erro. A diferenza máis obvia entre a ovoxénese feminina e a espermatoxénese masculina é a detención prolongada dos ovocitos nos estadios finais da profase I ás veces por moitos anos ou mesmo décadas. Ao contrario, os gametos masculinos pasan rapidamente por todos os estadios da meiose I e II. Outra importane diferenza entre a meiose masculina e feminina ten que ver coa frecuencia de recombinación entre cromosomas homólogos: No macho, case todos os pares cromosómicos se xuntan para realizaren polo menos un sobrecruzamento, mentres que máis do 10 % dos ovocitos humanos conteñen polo menos un bivlente sen ningún evento de sobrecruzamento. Están ben documentados os fallos na recombinación ou os sobrecruzamentos situados inapropiadamente como eventos que contribúen á aparición de casos de non-disxunción en humanos.^[9]

Perda relacionada coa idade das ligazóns de cohesina

Debido á detención prolongada da meiose dos ovocitos humanos, o debilitamento das ligazóns cohesivas que manteñen xuntos os cromosomas e a actividade reducida do punto de control da ensamblaxe do fuso poden contribuír a erros relacionados coa idade materna no control da segregación dos cromosomas.^[10][18] O complexo da cohesina é responsable de que se manteñan xuntas as cromátides irmás e proporciona sitios de unión para a unión do fuso. A cohesina cárgase sobre os cromosomas que acaban de replicarse nas oogonias durante o desenvolvemento fetal. Os ovocitos maduros teñen só unha capacidade limitada de recargar a cohesina despois de que se complete a fase S. A detención prolongada dos ovocitos humanos antes de completar a meiose pode, polo tanto, ter como resultado unha perda considerable de cohesina conforme pasa o tempo. A perda de cohesina suponse que contribúe á unión incorrecta entre microtúbulos e cinetocoro e a erros na segregación dos cromosomas durante as divisións meióticas.^[10]

Consecuencias

O resultado deste erro é unha célula cun desequilibrio de cromosomas. Dita célula, que non ten o número de cromosomas normal nalgún par concreto, denomínase aneuploide. A perda dun só cromosoma (2n-1), na cal a(s) célula(s) filla(s) co defecto perderon un cromosoma dun dos seus pares, chámase monosomía. A ganancia dun cromosoma, na cal a(s) célula(s) filla(s) co defecto teñen un cromosoma de máis nalgúns dos pares cromosómicos denomínase trisomía.^[6] Cando se fecunda un gameto aneuploide, poden orixinarse diversas síndromes.

Monosomía

A única monosomía completa coñecida na que o individuo sobrevive en humanos é a síndrome de Turner, na cal o individuo afectado é monosómico para o cromosoma X (ver máis abaixo). Outras monosomías adoitan ser letais durante o desenvolvemento fetal e a supervivencia só é posible se non todas as células do corpo están afectadas, é dicir, en casos de mosaicismo (ver máis abaixo), ou se o número normal de cromosomas se restaura por duplicación dun só cromosoma monosómico ("rescate cromosómico").^[5]

Síndrome de Turner (monosomía X) (45,X0)

Cariotipo da mosonomía X (síndrome de Turner)
Esta condición caracterízase pola presenza de só un cromosoma X e ningún cromosoma Y (ver esquina dereita inferior).

A perda completa dun cromosoma X enteiro explica aproximadmente a metade dos casos de síndrome de Turner. A importancia de ter ambos os cromosomas X durante o desenvolvemento embrionario é subliñada polo feito de que a esmagadora maioría (>99 %) dos fetos cun só cromosoma X (cariotipo 45,X0) sofren un aborto espontáneo.^[19]

Trisomía autosómica

O termo trisomía autosómica significa que outro cromosoma distinto do X ou o Y está presente con 3 copias en vez do número normal de dúas nas células diploides.

Síndrome de Down (trisomía 21)

Cariotipo da trisomía 21 (síndrome de Down)
Nótese que hai tres copias docromosoma 21, mentres que todos os outros cromosomas mostran o estado diploide normal con dúas copias. A maioría dos casos de trisomía do cromosoma 21 son causados por un episodio de non-disxunción durante a meiose I (ver texto).

A síndrome de Down, unha trisomía do cromosoma 21, é a anomalía máis común no número de cromosomas en humanos.^[5] A maioría dos casos son o resultado de non-disxunción durane a meiose I materna.^[19] Esta trisomía dáse en polo menos o 0,3 % dos neonatos e en case o 25 % dos abortos espontáneos. É a principal causa de perda dun embarazo e a causa máis común de discapacidade intelectual.^[20] Está ben documentado que a idade materna avanzada está asociada con ter un maior risco de non-disxuncións meióticas que orixinan a síndrome de Down. Isto pode estar asociado coa prolongada detención meiótica dos ovocitos humanos, que potencialmente pode durar máis de catro décadas.^[18]

Síndromes de Edwards (trisomía 18) e de Patau (trisomía 13)

As trisomías autosómicas humanas compatibles cun nacemento vivo, ademais da síndrome de Down, son a síndrome de Edwards (trisomía 18) e a síndrome de Patau (trisomía 13).^[4][5] As trisomías completas doutros cromosomas non adoitan ser viables e representan unha causa relativamente frecuente de aborto espontáneo. Soamente en raros casos de mosaicismo, a presenza dunha liña celular normal, ademais da liña celular trisómica, pode soster o desenvolvemento dunha trisomía viable dos outros cromosomas.^[5]

Aneuploidías dos cromosomas sexuais

O termo aneuploidía dos cromosomas sexuais aplícase ás condicións cun número anormal de cromosomas sexuais, é dicir, distintos das combinacións XX (femias) or XY (machos). Formalmente, a monosomía do cromosoma X (síndrome de Turner, ver máis arriba) pode clasificarse tamén como unha forma de aneuploidía dos cromosomas sexuais.

Síndrome de Klinefelter (47,XXY)

A síndrome de Klinefelter é a aneuploidía dos cromosomas sexuais máis común en humanos. Representa a causa máis frecuente de hipogonadismo e infertilidade en homes. A maioría dos casos son causados por erros de non-disxunción na meiose I paterna.^[5] Aproximadamente o 80 % dos individuos con esta síndrome teñen un cromosoma X extra orixinando un cariotipo XXY. Os casos restantes teñen varios cromosomas X adicionais (48,XXXY; 48,XXYY; 49,XXXXY), mosaicismo (46,XY/47,XXY), ou anormalidades estruturais.^[5]

Macho XYY (47,XYY)

A incidencia da síndrome XYY é de aproximadamente 1 de cada 800–1.000 nacementos masculinos. Moitos casos permanecen sen diagnosticar debido á súa aparencia e fertilidade normais, e a ausencia de síntomas graves. O cromosoma Y extra é xeralmente o resultado de non-disxunción durante a meiose II paterna.^[5]

Trisomía X (47,XXX)

A trisomía X é unha forma de aneuploidía dos cromosomas sexuais no que as mulleres teñen 3 cromosomas X no canto de 2. A maioría das pacientes só están levemente afectadas por síntomas neuropsicolóxicos e físicos. Os estudos que examinaron a orixe do cromosoma X extra observaron que un 58–63 % dos casos estaban causados por non-disxunción na meiose I materna, un 16–18 % por non-disxunción na meiose II materna, e os casos restantes por non-disxunción poscigótica, é dicir, mitótica.^[21]

Disomía uniparental

A disomía uniparental denota a situación na que se herdan ambos os cromosomas dun par cromosómico do mesmo proxenitor e son, polo tanto, idénticos. Este fenómeno o máis probable é que sexa o resultado dun embarazo que empezou como unha trisomía debida a non-disxunción. Como a maioría das trisomías son letais, o feto só sobrevive grazas a que perde un dos tres cromosomas e convértese así en disómico. A disomía uniparental do cromosoma 15 dáse, por exemplo, nalgúns casos de síndrome de Prader-Willi e síndrome de Angelman.^[19]

Síndromes de mosaicismo

As síndromes de mosaicismo poden ser causadas por unha non-disxunción mitótica no desenvolvemento fetal temperán. Como consecuencia, o organismo evoluciona como unha mestura de liñas celulares con diferente ploidía (número de cromosomas). O mosaicismo pode presentarse nalgúns tecidos, mais non noutros. Os individuos afectados poden ter unha aparencia asimétrica ou parcheada. Exemplos de síndromes de mosaicismo son a síndrome de Pallister-Killian e a hipomelanose de Ito.^[19]

Mosaicismo en transformacións malignas

A perda dun xene supresor de tumores segundo o modelo de dous impactos:
No primeiro impacto, o xene supresor de tumores nun dos dous cromosomas é afectado por unha mutación que crea un produto xénico non funcional. Esta mutación pode orixinarse espontaneamente como un erro na replicación do ADN ou pode ser inducido por un axente que dana o ADN. O segundo impacto elimina o restante cromosoma de tipo salvaxe, por exemplo por medio dun evento de non-disxunción mitótica. Hai outros varios mecanismos potenciais para cada unha dos dous pasos, por exemplo unha mutación adicional, unha translocación desequilibrada, ou unha deleción de xenes por recombinación. Como resultado da lesión dobre, a célula pode converterse en maligna porque xa non pode expresar a proteína supresora de tumores.

O desenvolvemento do cancro a miúdo implica múltiples alteracións do xenoma celular (hipótese de Knudson). O retinoblastoma humano é un exemplo ben estudado dun tipo de cancro no que a non-disxunción mitótica pode contribuír á transformación maligna: as mutacións do xene RB1, que está localizado no cromosoma 13 e codifica a proteína do retinoblastoma supresora de tumores, poden detectarse por análise citoxenética en moitos casos de retinoblastoma. As mutacións do locus RB1 nunha copia do cromosoma 13 están ás veces acompañadas pola perda do outro cromosoma 13 de tipo salvaxe por medio de non-disxunción mitótica. Por esta combinación de lesións, as células afectadas perden completamente a expresión da proteína supresora de tumores funcional.^[11]

Diagnose

Diagnose xenética preimplantación

A diagnose xenética preimplantación (DXP ou DXPI) é unha técnica usada para identificar embrións xeneticamente normais e é útil para as parellas que teñan unha historia familiar de trastornos xenéticos. Esta é unha opción para persoas que elixen procrear por medio de fertilización in vitro (FIV). A DXP considérase difícil de facer porque leva moito tempo e ten taxas de éxito comparables á FIV de rutina.^[22]

Cariotipaxe

A cariotipaxe supón realizar unha amniocentese para estudar as células dun feto no seo materno durante a metafase I. Pode utilizarse a microscopia óptica para determinar visualmente se hai un problema de aneuploidía.^[23]

Diagnose de corpos polares

Pode utilizarse a diagnose de corpos polares (DCP) para detectar as aneuploidías cromosómicas orixinadas na nai, así como translocacións en ovocitos. A vantaxe da DCP sobre a diagnose xenética preimplantación é que pode realizarse en pouco tempo. Isto realízase por unha peforación da zona ou perforación láser.^[24]

Biopsia de blastómeros

A biopsia de blastómeros é unha técnica na cal se retiran os blastómeros da zona pelúcida. Utilízase comunmente para detectar aneuploidías.^[25] Realízase a análise xenética unha vez que o procedemento se completa. Cómpren estudos adicionais para avaliar o risco asociado co procedemento.^[26]

Perigos ambientais

A exposición dos espermatozoides a certos estilos de vida, perigos ambientais ou laborais pode incrementar o risco de aneuploidía. O fume dos cigarros é un coñecido anéuxeno (axente que induce a aneuploidía). Está asociado cun incremento das aneuploidías, multiplicándoo por de 1,5 a 3,0.^[27][28] Outros estudos indican que factores como o consumo de alcohol,^[29] exposición laboral ao benceno,^[30] e exposición aos insecticidas fenvalerato^[31] e carbaril^[32] tamén incrementan as aneuploidías.