Las dobleces de los cromosomas mitóticos y su relación con la estructura del núcleo interfásico

Abstract

Se ha analizado la frecuencia, localización y posible significado de los dobleces presentes en los cromosomas mitóticos obtenidos con técnicas citogenéticas convencionales. No se trata de un fenómeno aleatorio y los dobleces cromosómicos pueden ser remanentes de una disposición del cromosoma interfásico, facilitando la implicación de ciertas bandas frente a otras en reorganizaciones cromosómicas tales como los fragmentos isoacéntricos y contribuyendo a la elevada frecuencia de deleciones intersticiales e inversiones duplicaciones isodicéntricas de la región 15q11q13.<br/>Se han analizado 2262 dobleces centroméricos y 2718 dobleces no centroméricos de cultivos de sangre periférica pertenecientes a 11 individuos de ambos sexos.<br/>La frecuencia de los dobleces centroméricos se correlaciona con la longitud relativa de los cromosomas y se han identificado al menos 69 bandas no centroméricas que se doblan con una frecuencia superior a la esperada por azar. El doblez no centromérico más frecuente en las metafases obtenidas a partir de cultivos de linfocitos está situado en 15q11q13, una región bien conocida por su inestabilidad y cuya deleción es una causa frecuente de los síndromes de Prader Willi y Angelman. Estudios de FISH y alta resolución demuestran que el doblez se circunscribe a la banda 15q12.<br/>El análisis de metafases obtenidas a partir de líquido amniótico (867 dobleces centroméricos y 1118 no centroméricos) y cultivos de vellosidad corial (737 dobleces centroméricos y 874 no centroméricos) confirman los hallazgos en linfocitos con dos notables discrepancias: en líquido amniótico y vellosidad corial, el doblez 15q11q13 es mucho menos frecuente y los dobleces en Xq21 y Xq22 son mucho más frecuentes, especialmente en las hembras. Un estudio adicional en 100 metafases consecutivas de sangre, líquido amniótico y vellosidad corial confirman estas diferencias entre tejidos. Nuestra hipótesis es que los cromosomas se doblan de forma invariable en el núcleo interfásico, pero que las regiones de replicación más tardía tienen menos tiempo para rectificar los dobleces antes de entrar en metafase. <br/>Existen varias líneas de evidencia que apoyan la hipótesis de que los dobleces en los cromosomas metafásicos son un remanente de la organización del cromosoma interfásico:<br/>- En el cromosoma 12 hay una correspondencia casi perfecta entre nuestros datos y los dobleces asumidos en el modelo de disposición de este cromosoma en el núcleo interfásico en G0 (G1).<br/>- El análisis de los dobleces en los cromosomas 5 y 12 en metafases de alta resolución sugiere que los dobleces únicamente se producen en las bandas G de tinción oscura, lo cual se adapta bien a los modelos actuales de distribución de la heterocromatina (periferia nuclear) y eucromatina (interior nuclear).<br/>- Las anomalías cromosómicas son sucesos que se producen en el núcleo interfásico. Una determinada disposición de los cromosomas interfásicos debería favorecer ciertos puntos de rotura frente a otros. Ocho de los nueve puntos de rotura no aleatorios identificados en la formación de una aberración inestable denominada isoacéntrico, coinciden con puntos de doblez. Hemos propuesto un modelo de formación de este tipo de figura basado en la presencia de un doblez. Una de las consecuencias de este modelo es la formación de dos tipos de isoacéntricos: con duplicación y sin duplicación del punto de rotura. Se ha podido confirmar la presencia de ambos tipos de isoacéntricos en cultivos de sangre periférica.<br/>El significado de los dobleces en los cromosomas interfásicos es incierto. Proponemos un modelo en que los cromosomas interfásicos plegados en zigzag se unen por sus bandas G de tinción oscura a la envoltura nuclear permitiendo la rápida salida del RNA recién sintetizado al exterior nuclear.

We have investigated the frequency, localization and possible significance of bends in mitotic chromosomes in conventional cytogenetic preparations. Bends are not a random phenomena, they may be remnants of a folded chromosome state in the nucleus and may facilitate the preferential involvement of some chromosomal bands in structural reorganizations such as the isoacentric fragments or contribute to the high frequency of interstitial deletions and isodicentric inversion duplications involving the 15q11q13 region.<br/>A total of 2262 centromeric and 2718 non-centromeric bends from blood cultures of 11 individuals were recorded. <br/>Centromeric bends frequency correlates with relative chromosome length and 69 non-centromeric sites were found not to bend at random. 15q11-13, an unstable chromosome region frequently deleted in patients with Prader Willi or Angelman syndrome, shows the highest bending frequency. FISH and high-resolution cytogenetic studies localize this bend on 15q12.<br/>All these findings in lymphocyte cultures are confirmed in amniotic fluid (867 centromeric and 1118 non-centromeric bends analyzed) and corion villus cultures (737 centromeric and 874 non-centromeric bends analyzed) with two important divergences: amniotic fluid and corion villus cultures show a lower frequency of bending on 15q11-13 and a higher frequency of bending on Xq21 as compared with lymphocyte cultures. These differences were confirmed in an independent study performed on 100 consecutive metaphases of blood, amniotic fluid and corion villus cultures. We propose the hypothesis that these bends are present in all interphasic chromosomes and delayed replication regions have less time to rectify them, so having a higher probability of being observed in metaphase.<br/>Several evidences support the idea that mitotic bends may be remnants of a folded chromosome state in the nucleus:<br/>- The striking correspondence between our bending data and the model of the intranuclear arrangement of human chromosome 12 in G0 (G1) nuclei developed by other authors <br/>- Bends in high-resolution chromosomes 5 and 12 strongly suggest that bends are restricted to G dark bands. This finding is in close agreement with the observed peripheral nuclear localization of heterochromatin and the central localization of euchromatin.<br/>- A folded chromosome state in the nucleus may facilitate the preferential involvement of some chromosomal bands in structural reorganizations such as the isoacentric fragments. Eight of nine breakage points identified in 86 isoacentric fragments reported in the literature are also non-random bending sites identified in our data. We have proposed a model of isoacentric formation based in chromosome bends. This model produces two types of isoacentric, with and without duplication at the breakpoint. We had found both types of isoacentric in blood cultures.<br/>The significance of bends in interphasic chromosomes remains unknown. We have proposed an interphasic chromosome model in that chromosomes form a zigzag anchored to the nuclear periphery. That disposition may provide a shortcut in the migration of newly synthesized RNA to cytoplasm.