Aneuploïdia Radioinduïda

Abstract

La radiació ionitzant és un agent mutagènic, amb un conegut efecte clastogènic, que a nivell de DNA es pot traduir en la formació de reorganitzacions cromosòmiques estructurals. A part del DNA, la radiació podria afectar altres elements cel·lulars implicats en la segregació cromosòmica originant aneuploïdia, que és la condició on el nombre de cromosomes d'una cèl·lula o organisme difereix d'un múltiple exacte del nombre haploide. Podem distingir dos tipus d'aneuploïdia, la constitucional, quan totes les cèl·lules de l'organisme es veuen afectades i la podem trobar en avortaments espontanis i en defectes del naixement; i l'aneuploïdida no constitucional, quan afecta unes quantes cèl·lules de l'organisme, i la màxima importància la trobem en les cèl·lules tumorals. <br/>Es va valorar la inducció i persistència d'aneuploïdia pels raigs gamma en cèl·lules somàtiques i la sensibilitat de diferents estadis de la gametogènesi en cèl·lules germinals. <br/>L'anàlisi de la inducció d'anomalies cromosòmiques numèriques en limfòcits humans irradiats in vitro a 1, 2 i 4 Gy es va fer combinant les tècniques del bloqueig de la citocinesi i la hibridació in situ fluorescent (FISH) amb sondes de DNA específiques pel centròmer de tres cromosomes. D'aquesta manera les cèl·lules resultants de la primera divisió en cultiu queden englobades en un mateix citoplasma i es pot avaluar la distribució dels senyals entre els nuclis i/o els micronuclis. Es va observar un increment estadísticament significatiu de la freqüència de micronuclis totals, dependent de la dosi que s'ajustava a una corba lineal quadràtica; fet que indica que majoritàriament contindran fragments acèntrics resultants de l'efecte clastogèncic de la radiació. Pel què fa els mecanismes que originen aneuploïdia, com són la no disjunció i la pèrdua anafàsica, es va observar un increment significatiu a 1, 2 i 4 Gy per la no disjunció i a 2 i 4 Gy per la pèrdua anafàsica, sent superiors els valors de no disjunció. <br/>Per estudiar la inducció i la persistència de l'aneuploïdia es van irradiar ratolins in vivo a 1 i 2 Gy de raigs gamma i es van establir cultius de limfòcits de la melsa a 0, 1, 3 i 28 dies després d'haver irradiat als animals. L'anàlisi dels limfòcits binucleats amb sondes de DNA específiques de dos cromosomes no va mostrar increments significatius en la freqüència de no disjunció en cap dia ni dosi estudiada. Mentre que per la pèrdua anafàsica es van observar increments significatius en els cultius establers fins a tres dies després d'haver irradiat els animals, amb la característica que majoritàriament els micronuclis presentaven dos senyals pel mateix cromosoma deixant als nuclis principals monosòmics. A l'analitzar metafases de limfòcits de ratolins irradiats in vivo a 2 Gy es va observar que el 50% de les segregacions anòmales trobades en els nuclis interfàsics serien degudes a cromosomes sencers, mentre que el 50% restant s'originarien a partir d'anomalies cromosòmiques estructurals inestables, com poden ser els cromosomes dicèntrics i els fragments acèntrics. <br/>Finalment, el comportament observat en cèl·lules somàtiques no té perquè ser extrapolable a les cèl·lules germinals, i per això es va fer un estudi analitzant espermatozoides de ratolí que havien estat irradiats als estadis d'espermatogoni cèl·lula mare, espermatòcit I, espermàtide i espermatozoide en una localització testicular i epididimal. Aplicant la FISH amb sondes de DNA subcentromèriques per dos cromosomes es va valorar el grau de disomia i de diploïdia. Es van trobar increments significatius dels dos tipus d'anomalies cromosòmiques en els espermatozoides que havien estat irradiats en els estadis d'espermatogoni cèl·lula mare, espermatòcit I, espermàtide, resultant de segregacions anòmales en els dos primers estadis, i de trencaments dins de la regió marcada en l'últim.

Ionizing radiation is a mutagenic agent with a well-known clastogenic effect. At DNA level, effects of ionizing radiation can be detected as chromosome reorganizations. Apart from DNA, other cellular elements like those implicated in chromosome segregation, could be affected and originate aneuploidy, which is the condition where the cell or organism chromosome number differs from a multiple exact of the haploid number. We can distinguish two types of aneuploidy: constitutional aneuploidy and non-constitutional aneuploidy. In the first case, all cells of the organism are affected and it is present in miscarriages and birth defects. In the second case, few cells of the organism are affected and it has major importance in tumour cells. <br/>In this work, aneuploidy induction and persistence by gamma rays in somatic cells and the sensitivity of different stages of gametogenesis have been analyzed. <br/>The analysis of numerical chromosome abnormalities induced in human lymphocytes irradiated in vitro at 1, 2 and 4 Gy was made combining the techniques of cytokinesis-block micronucleus assay and fluorescent in situ hybridization (FISH) using three centromeric specific DNA probes. In this way, the binucleated cells resulting from the first division during the cell culture become included in the same cytoplasm and the distribution of the signals between the nuclei and/or the micronuclei can be evaluated. A dose-dependent significant increase in the micronuclei frequency was observed, which fits to a linear-quadratic curve; this fact indicates that most of them contain acentric fragments resulting from the clastogenic effect of radiation. Related to the mechanisms that originate aneuploidy, a significant increase was observed at 1, 2 and 4 Gy for nondisjunction and at 2 and 4 Gy for the chromosome loss, being higher for nondisjunction. <br/>The analysis of aneuploidy induction and persistence was made on splenocytes cell cultures established at 0, 1, 3 and 28 days post-irradiation (dpi) from mice irradiated in vivo at 1 and 2 Gy of gamma rays. The analysis of the binucleated lymphocytes with two subcentromeric specific DNA probes did not show significant increases in nondisjunction frequency at any day or dose studied. For chromosome loss significant increases in the cell cultures established at 0, 1 and 3 dpi were observed, with the characteristic that most micronuclei showed two signals for the same chromosome leaving the main nuclei monosomic. The metaphase analysis of mice lymphocytes irradiated in vivo at 2 Gy showed that 50% of the segregation abnormalities scored in the interphase nuclei analysis would correspond to whole chromosomes, while the remaining 50% would originate from unstable structural chromosomal abnormalities, as dicentric chromosomes and acentric fragments. <br/>Finally, we hypothesize that the behavior observed in somatic cells could be different from the behavior in germ cells. For this reason, an analysis of mouse sperm that had been irradiated in the stages of stem cell spermatogonium, spermatocyte I, spermatid and sperm in a testicular and epididimal location was made. Applying FISH with two subcentromeric DNA probes the degree of disomy and of diploidy was assessed. Significant increases of the two types of chromosome abnormalities in sperm irradiated at stem cell spermatogonium, spermatocyte I and spermatid stages were found, due to chromosome malsegregation in the first two stages and to breakage in the labeled region in the last stage.