Micronucleus
MN ovat peräisin kromosomifragmenteista tai kokonaisista kromosomeista, jotka jäävät anafaasista jäljessä ydinkeräimen jakautumisen aikana ja jotka eivät sisälly pääasiallisiin ytimiin.13,18,19 MN ovat pieniä ekstranukleaarisia elimiä, jotka syntyvät jakautuvissa soluissa akentrisista kromosomin/kromatidin fragmenteista tai kokonaisista kromosomeista/kromatidista, jotka jäävät jälkeen anafaasissa eivätkä sisälly tytärytimiin telopaasissa.20 Telofaasissa jäljessä olevien kromosomien ja fragmenttien ympärille muodostuu ydinkuori, joka sitten purkautuu ja omaksuu vähitellen interfaasin ytimen morfologian, paitsi että ne ovat pienempiä kuin solun pääasialliset ytimet (siksi termi ”mikrotuma”).19 Kromosomifragmentteja sisältävät MN:n kromosomifragmentit voivat olla seurausta suorasta DNA:n kaksoissäikeen katkeamisesta, yksisäikeisten katkeamisten muuntumisesta kaksoissäikeisiin katkeamisiin solun replikaatioiden jälkeen tai DNA-synteesin estymisestä.20
MN voi muodostua eri reittejä pitkin: nimittäin akentrisista kromosomi- tai kromatidifragmenteista. Pieni osa akentrisista kromosomifragmenteista voi yksinkertaisesti syntyä korjaamattomista kaksoissäikeisistä DNA-katkoksista. Muita mekanismeja, jotka voivat johtaa MN:n muodostumiseen akentrisista fragmenteista, ovat vaurioituneiden (esim. 8-okso-deoksiguanosiini) tai sopimattomien DNA:han sisällytettyjen emästen (esim. urasiili) samanaikainen eksisiokorjaus, kun ne ovat vastakkaisten komplementaaristen DNA-juosteiden läheisyydessä ja vastakkaisilla DNA-juosteilla.21 . Toinen mekanismi, joka voi johtaa MN:n syntymiseen kromosomien häviämistapahtumien seurauksena, on sytosiinin hypometylaatio sentromeerisissä ja perisentromeerisissä toistosekvensseissä, kuten klassisissa satelliittitoistosekvensseissä perisentromeerisillä alueilla ja satelliitti-DNA:n korkeamman järjestyksen toistosekvensseissä sentromeerisessä DNA:ssa.21 Koska kinetokoriproteiineilla on keskeinen rooli kromosomien kiinnittymisessä kierteeseen, on todennäköistä, että mutaatiot, jotka johtavat vikoihin kinetokorin ja mikrotubulusten vuorovaikutuksen dynamiikassa, voivat aiheuttaa MN:n muodostumisen anafaasivaiheen aikana tapahtuvan kromosomihäviön vuoksi. Muita muuttujia, jotka todennäköisesti lisäävät kromosomien menetyksestä johtuvaa MN:ää, ovat viat mitoottisen karan kokoonpanossa, mitoosin tarkistuspisteiden viat ja epänormaali sentrosomin monistuminen.21
MN:ien kohtalo sen jälkeen, kun ne ovat muodostuneet mikronukleoituneessa solussa, tunnetaan huonosti. Niiden postmitoottiseen kohtaloon kuuluu mm: (1) mikrotumaisen solun poistuminen apoptoosin seurauksena; (2) karkottaminen solusta (kun MN:n sisällä olevan DNA:n ei oleteta olevan toiminnallinen tai kykenevä replikoitumaan tarvittavien sytoplasmakomponenttien puuttumisen vuoksi); (3) uudelleenkytkeytyminen pääytimeen (jolloin uudelleenkytkeytynyt kromosomi voi olla erottamaton pääytimen kromosomeista ja saattaa jatkaa normaalia biologista toimintaa); ja (4) säilyminen solun sytoplasmassa solunulkoisena yksikkönä (jolloin MN voi suorittaa yhden tai useamman DNA:n/kromosomin replikaatiokierroksen).20,22
CBMN-määrityksen keskeinen etu on sen kyky havaita sekä klastogeeniset että aneugeeniset tapahtumat, jotka johtavat rakenteellisiin ja numeerisiin kromosomipoikkeavuuksiin.20 Klastogeenit aiheuttavat MN:n katkaisemalla DNA:n kaksoiskierteen, jolloin muodostuu akentrisia fragmentteja, jotka eivät kykene kiinnittymään karan kuituihin ja integroitumaan tytärytimiin ja jäävät siten pois mitoosin aikana. Sama tapahtuu kokonaisille kromosomeille, joiden kinetokuoret ovat vaurioituneet; ne eivät pysty kiinnittymään mikrotubuluksiin, jotka vetävät kromatideja kohti tytärsoluja mitoosin aikana, ja näin ollen ne jäävät uusien ytimien ulkopuolelle. Tämä vaurio voi syntyä kemikaaleista, jotka reagoivat kinetokoreja muodostavien proteiinien kanssa.23,24
Aneugeenit ovat kemikaaleja, jotka estävät karalaitteen muodostumisen mitoosin aikana. Nämä aineet synnyttävät paitsi kokonaisia kromatideja, jotka jäävät tuman ulkopuolelle ja muodostavat siten MN:n, myös monitumaisia soluja, joissa kussakin tumassa olisi eri määrä kromosomeja. Nämä aineet aiheuttavat todennäköisesti myös mitoottisten lukujen lisääntymistä, jotka näkyvät selvästi samoissa objektiolevyissä. CBMN-määrityksellä on mahdollista erottaa toisistaan kokonaisista kromosomeista peräisin olevat MN:t ja akentrisista kromosomifragmenteista peräisin olevat MN:t sekä määrittää, tapahtuuko kromosomien malsegregaatiota ytimien välillä kaksinukleaattisessa solussa, joka ei välttämättä sisällä MN:ää, käyttämällä sentromeerisiä koettimia.8,10,19
Pancentromeerisiä DNA-koettimia käytetään erottamaan toisistaan mistä tahansa kokonaisen kromosomin häviämistapahtumasta peräisin olevat MN:t ja ne MN:t, jotka sisältävät kromosomifragmentteja. Kromosomispesifisten sentromeristen DNA-luotaimien käyttö mahdollistaa sekä MN:n synnyttävien spesifisten kromosomien menetystapahtumien määrittämisen että spesifisten kromosomien epätasa-arvoisen jakautumisen tytärytimien kesken myös silloin, kun MN:ää ei synny.21 Pancentromerisia luotaimia tulisi käyttää ainoastaan kromosomikatkoista (sentromerinegatiivinen) ja kromosomien menetyksestä (sentromeripositiivinen) peräisin olevien MN:ien erottamiseen. Kromosomispesifisiä sentromeerikoettimia tulisi käyttää vain mittaamaan malsegregaatiota (joka johtuu nondisjunktiosta tai kromosomien menetyksestä), jossa on mukana yksilöllisiä kromosomeja.8,10,19,21,25 Yksittäisten MN:ien mekaanisen alkuperän arviointi sentromeerin ja kinetokoorin tunnistuksen avulla vaikuttaa osaltaan menetelmän korkeaan sensitiivisyyteen ja spesifisyyteen.20
Tärkeitä tekijöitä vaikuttaa MN:ien lähtötilanteen frekvenssiin ihmisen lymfosyyteissä. Ikä ja sukupuoli ovat tärkeimmät MN-indeksiin vaikuttavat demografiset muuttujat; naisilla MN-taajuudet ovat ikäryhmästä riippuen 1,2-1,6-kertaisesti suuremmat kuin miehillä.26 MN-taajuus korreloi merkitsevästi ja positiivisesti iän kanssa miehillä ja naisilla, ja siihen vaikuttavat ravitsemukselliset tekijät, kuten folaatin puute ja B12-vitamiinin ja homokysteiinin tasot plasmassa. On myös ehdotettu, että MN-indeksiin voivat vaikuttaa yksilön solujen taipumus apoptoosiin ja geneettiset tekijät, kuten geneettiset polymorfismit.10,20,27
Yleisessä muodossa MN:n muodostuminen johtuu erilaisista geneettiseen materiaaliin kohdistuvista loukkauksista, jotka voidaan luokitella eksogeenisiin ja endogeenisiin tekijöihin. Eksogeenisiin tekijöihin kuuluvat säteily, kemialliset aineet ja mikro-organismien invaasio. Endogeenisiin tekijöihin kuuluvat geneettiset viat, patologiset muutokset, välttämättömien ravintoaineiden (esim. foolihapon) puute ja haitallisten aineenvaihduntatuotteiden (kuten reaktiivisten happilajien) aiheuttamat vammat.28
Hypoteesia MN:n esiintymistiheyden ennustettavasta yhteydestä lymfosyyttien CBMN-määrityksessä ja syövän kehittymisen välillä tukevat useat löydökset: (1) MN-taajuuden ja syöpäriskin välinen yhteys päätellään mekanistisista yhtäläisyyksistä kromosomipoikkeavuuksien kanssa, joiden on osoitettu ennustavan syöpää; (2) kromosomipoikkeavuuksien ja MN-taajuuden välillä havaitaan in vitro suurta yhteneväisyyttä; (3) MN-taajuuden lisääntymistä havaitaan syöpäpotilaiden lymfosyyteissä ja potilailla, joilla on syöpäalttiiksi tekeviä oireyhtymiä, kuten Bloomin oireyhtymää ja ataksia-tenangiektasiaa; (4) MN-taajuus on merkittävästi yhteydessä veren vitamiinipitoisuuksiin, kuten folaattiin, jonka puutoksiin liittyy lisääntynyt riski sairastua joihinkin syöpiin; (5) MN-taajuuden ja karsinogeneesin varhaisvaiheiden välillä on suora yhteys: nimittäin merkitsevä yhteys lisääntyneiden MN-taajuuksien ja kohdunkaulan karsinogeneesin matala- ja korkea-asteisten diagnostisten luokkien välillä naisilla.20
Ydinanomalioiden, kuten MN:n, muodostuminen, kromosomien uudelleenjärjestelyt ja anafaasisillat (jotka johtavat murtuma-fuusio-silta-sykleihin ja uusien MN:ien syntymiseen) ovat tapahtumia, joita yleisesti nähdään karsinogeneesin varhaisvaiheissa. Kohonneet MN-pitoisuudet viittaavat DNA:n korjauksessa ja kromosomien segregaatiossa ilmeneviin vikoihin, jotka voivat johtaa sellaisten tytärsolujen syntyyn, joissa geenien annos on muuttunut, tai geeniekspression deregulaatioon, joka voi johtaa usein syövässä esiintyvän kromosomi-instabiiliusfenotyypin kehittymiseen. Nämä seikat antavat mekaanista tukea mahdolliselle syy-yhteydelle MN-taajuuden ja syöpäriskin välillä. Bonassin ym.29 tutkimuksessa havaittiin yhteys MN-tiheyden ja syöpäriskin välillä muissa kuin hematologisissa pahanlaatuisissa kasvaimissa, mikä viittaa siihen, että genomivauriotapahtumat lymfosyyteissä voivat korreloida syövän käynnistäviin tapahtumiin muissa kudoksissa jonkin yhteisen geneettisen, ravitsemuksellisen tai ympäristötekijän kautta.