Algunas cosas solo funcionan bien en parejas. Ejemplos de todos los días incluyen zapatos, guantes y auriculares en un reproductor de música.
Si te falta un miembro de un par, es probable que sea una molestia, e incluso podría ser un problema grave (por ejemplo, si ya llegas tarde a la escuela). Los pares también son importantes en genética.
La mayoría de sus células contienen 46 cromosomas, estructuras similares a varillas hechas de ADN y proteínas, que vienen en 23 pares perfectamente combinados.
Estos cromosomas llevan decenas de miles de genes, que le indicaron a su cuerpo cómo desarrollarlo y mantenerlo funcionando de momento a momento durante su vida .
Si un par de cromosomas pierde o gana un miembro, o incluso parte de un miembro, el delicado equilibrio del cuerpo humano puede verse afectado.
En este artículo, examinaremos cómo se producen los cambios en el número y la estructura de los cromosomas, y cómo pueden afectar la salud humana.
Aneuploidía: cromosomas extra o faltantes
Los cambios en el material genético de una célula se llaman mutaciones. En una forma de mutación, las células pueden terminar con un cromosoma extra o faltante.
Cada especie tiene un número de cromosoma característico, como 46 cromosomas para una típica célula del cuerpo humano.
En organismos con dos conjuntos de cromosomas completos, como los humanos, a este número se le da el nombre 2n.
Cuando un organismo o célula contiene 2n, n cromosomas (o algún otro múltiplo de n), se dice que es euploide, lo que significa que contiene cromosomas correctamente organizados en conjuntos completos (eu- = bueno).
Si a una célula le falta uno o más cromosomas, se dice que es aneuploide (an- = no, «no es bueno»).
Por ejemplo, células somáticas humanas con números de cromosomas de (2n-1) = 45 (2n-1) = 45, 45 o (2n + 1) = 47 (2n +1) = 47, 47 son aneuploides.
Del mismo modo, un espermatozoide o espermatozoide humano normal tiene solo un conjunto de cromosomas (n = 23n = 23n, es igual a 23).
Un huevo o esperma con (n-1) = 22 (n-1) = 22 , 22 o (n + 1) = 24 (n + 1) = 24, 24 cromosomas se considera aneuploide.
Dos tipos comunes de aneuploidía tienen sus propios nombres especiales:
- La monosomía es cuando un organismo tiene solo una copia de un cromosoma que debe estar presente en dos copias (2n-1) (2n-1).
- La trisomía es cuando un organismo tiene una tercera copia de un cromosoma que debe estar presente en dos copias (2n + 1) (2n + 1).
La aneuploidía también incluye casos en los que una célula tiene un mayor número de cromosomas extra o faltantes, como en (2n – 2), (2n + 3) (2n-2), (2n + 3), etc.
Sin embargo, si hay un conjunto de cromosomas extra o faltantes (p. ej., 3n), esto no se considera formalmente aneuploidía , aunque todavía puede ser malo para la célula o el organismo.
Se dice que los organismos con más de dos conjuntos completos de cromosomas son poliploides.
No disyunción de los cromosomas
Los trastornos del número de cromosomas se deben a la falta de disyunción, que ocurre cuando pares de cromosomas homólogos o cromátidas hermanas no se separan durante la meiosis I o II (o durante la mitosis).
Meiosis I
La no disyunción puede tener lugar durante la meiosis I si los homólogos no se separan, y cómo esto puede conducir a la producción de gametos aneuploides (óvulos o espermatozoides).
Un par de cromosomas homólogos no se separan durante la meiosis I, lo que lleva a dos células anormales como productos de la meiosis I, una célula con un cromosoma extra y uno con un cromosoma faltante.
Meiosis II
En la meiosis II, la cromátida de los cromosomas se separa normalmente. Esto lleva a la producción de dos gametos con un cromosoma extra (n + 1 gametos) y dos gametos con un cromosoma faltante (n-1 gametos) .
La no disyunción también puede ocurrir en la meiosis II, y las cromátidas hermanas (en lugar de los cromosomas homólogos) no se separan.
Una vez más, algunos gametos contienen cromosomas extra o faltantes. Los cromosomas homólogos se separan normalmente durante la meiosis I.
Sin embargo, las cromátidas hermanas de un cromosoma no se separan durante la meiosis II, sino que se mueven al mismo polo de la célula y se segregan en el mismo gameto.
En este caso, los productos de la meiosis son dos gametos euploides normales (n), un gameto con un cromosoma adicional (n + 1) y un gameto con un cromosoma faltante (n-1).
Mitosis
La no disyunción también puede ocurrir durante la mitosis.
En los humanos, los cambios cromosómicos debido a la falta de disyunción durante la mitosis en las células del cuerpo no se transmitirán a los niños (porque estas células no producen espermatozoides y óvulos).
Pero la no disyunción mitótica puede causar otros problemas, las células cancerosas a menudo tienen números anormales de cromosomas .
Un par de cromátidas hermanas no se separan normalmente y en su lugar se mueven al mismo polo de la celda divisoria y se segregan en la misma celda hija.
Este error da como resultado una célula hija con un cromosoma adicional (2n + 1) y una célula hija con un cromosoma faltante (2n-1).
Cuando un espermatozoide aneuploide se combina con un espermatozoide o óvulo normal en la fecundación, produce un cigoto y este también es aneuploide
Por ejemplo, si un espermatozoide con un cromosoma adicional (n + 1n + 1n) se combina con un óvulo normal (n), el cigoto resultante o embrión unicelular tendrá un número cromosómico de 2n + 12n + 12.
El cigoto formado por la fecundación es aneuploide (2n +1).
Trastornos genéticos causados por la aneuploidía
Los embriones humanos a los que les falta una copia de cualquier autosoma (cromosoma no sexual) no se desarrollan hasta el nacimiento.
En otras palabras, las monosomías autosómicas humanas son siempre letales.
Esto se debe a que los embriones tienen una «dosificación» demasiado baja de las proteínas y otros productos genéticos codificados por genes en el cromosoma desaparecido.
La mayoría de las trisomías autosómicas también evitan que un embrión se desarrolle hasta el nacimiento.
Sin embargo, una copia extra de algunos de los cromosomas más pequeños (13, 15, 18, 21 o 22) puede permitir que la persona afectada viva durante un corto período después del nacimiento o durante muchos años.
Cuando hay un cromosoma extra presente, puede causar problemas en el desarrollo debido a un desequilibrio entre los productos génicos del cromosoma duplicado y los de otros cromosomas.
La trisomía más común entre los embriones que sobreviven hasta el nacimiento es síndrome de Down o trisomía 21.
Las personas con este trastorno hereditario tienen estatura y dígitos cortos, distinciones faciales que incluyen un cráneo ancho y una lengua grande, y retrasos en el desarrollo.
Una persona con síndrome de Down muestra las tres copias características del cromosoma 21. La mayoría de los pares de autosomas y el par de cromosomas sexuales X-Y son normales.
Sin embargo, el cromosoma 21 está presente en tres copias.
Aproximadamente 1 de cada 800 recién nacidos nacen con síndrome de Down.
Sin embargo, la probabilidad de que un embarazo dé lugar a un embrión con síndrome de Down aumenta con la edad de la mujer, particularmente por encima de 40 años.
Esto es probablemente debido a la falta de disyunción más frecuente en los huevos en desarrollo de mujeres mayores.
Los trastornos genéticos humanos también pueden ser causados por aneuploidías que involucran cromosomas sexuales.
Estas aneuploidías son mejor toleradas que las autosómicas porque las células humanas tienen la capacidad de cerrar los cromosomas X adicionales en un proceso llamado inactivación de X.
Reordenamientos cromosómicos
En otra clase de mutaciones a gran escala, grandes fragmentos de cromosomas (pero no cromosomas enteros) se ven afectados.
Tales cambios se llaman reordenamientos cromosómicos. Incluyen:
- Una duplicación, donde se copia parte de un cromosoma.
- Una eliminación, donde el par t de un cromosoma se elimina.
- Una inversión, donde la región cromosómica se da la vuelta para que apunte en la dirección opuesta.
Supresión
Se elimina una región del cromosoma original, lo que lleva a una cromosoma más corto que falta una sección.
Duplicación
Una región del cromosoma original se duplica, dando lugar a un cromosoma más largo con una copia adicional de una sección particular.
Inversión
Una región del cromosoma original se separa del resto del cromosoma y se reemplaza en su lugar original, pero en la orientación opuesta,
Translocación
Donde una pieza de un cromosoma se une a otro cromosoma.
Una translocación recíproca implica dos cromosomas que intercambian segmentos; una translocación no recíproca significa que un trozo de un cromosoma se mueve a otro.
Translocación recíproca
Dos cromosomas no homólogos intercambian fragmentos.
No se pierde ningún material genético, pero los cromosomas resultantes son híbridos, y cada uno contiene segmentos que normalmente se encuentran en un cromosoma diferente.
Translocación no recíproca
Un fragmento se extrae de un cromosoma del donante y se inserta en un cromosoma receptor.
El cromosoma del donante pierde una región, mientras que el cromosoma del receptor gana una región que normalmente no se encuentra en ese cromosoma.
En algunos casos, una reestructuración cromosómica causa síntomas similares a la pérdida o ganancia de un cromosoma completo.
Por ejemplo, el síndrome de Down generalmente es causado por una tercera copia del cromosoma 21.
Pero también puede ocurrir cuando una porción grande del cromosoma 21 se mueve a otro cromosoma (y se transmite a la descendencia junto con un cromosoma regular 21).
En otros casos, los reordenamientos causan trastornos únicos, que no están asociados con aneuploidía.
Aneuploidía meiótica
La aneuploidía meiótica causa abortos espontáneos en la mayoría de los casos. Si el feto sobrevive a término, por lo general tiene defectos de nacimiento. El defecto específico depende de los detalles del error aneuploide.
Por ejemplo, cuando hay una copia extra del cromosoma 21, como se muestra en el cariotipo de la izquierda, el bebé tiene Síndrome de Down. Alternativamente, si solo hay una copia del cromosoma X presente, entonces el bebé sufre del síndrome de Turner.
Mientras que el síndrome de Turner es relativamente raro en las personas (aproximadamente uno de cada 2.500 nacidos vivos) los estudios revelan que aproximadamente el 10% de los fetos abortados espontáneamente tienen este trastorno.
Esto indica que la mayoría de las víctimas del síndrome de Turner no sobreviven a la vida fetal. En general, la falta de uno o más cromosomas suele ser fatal.
En general, la ausencia de uno de los cromosomas cromosómicos autosómicos conduce a la muerte embrionaria, es decir, aborto espontáneo.
Las copias adicionales de los cromosomas autosómicos también suelen causar la muerte. Una copia adicional se llama «trisomía».
La trisomía de tres de los cromosomas más pequeños (números 13, 18, 21) por lo general no da como resultado la muerte fetal, sino que produce graves defectos de nacimiento y, en la mayoría de los casos, la muerte en la primera infancia.
Como se señaló anteriormente, las personas con copias adicionales de los cromosomas 21 desarrollan el síndrome de Down. Pueden sobrevivir hasta la edad adulta, pero tienen importantes problemas de salud y retrasos en el desarrollo, y casi siempre son retrasados mentales.
Las copias adicionales de los cromosomas sexuales también causan errores de desarrollo, aunque los efectos no son fatales.
Los casos que dan como resultado un embrión con dos cromosomas X y uno Y (que los genetistas llaman XXY) desarrollan el síndrome de Klinefelter: un varón estéril con muchas características corporales femeninas y, en algunos casos, retraso mental. Un individuo con tres cromosomas X ( XXX ) se desarrolla en una mujer estéril.
Copias adicionales del cromosoma Y (XYY) dan como resultado machos aparentemente normales. Hay alguna indicación estadística de que los hombres XYY tienen más probabilidades de terminar en la cárcel, lo que sugiere un impacto en el desarrollo neurocognitivo.
Como revela la discusión anterior, se sabe mucho sobre los efectos de la aneuploidía. Mucho menos se entiende sobre los mecanismos biológicos que lo causan.
La investigación sobre las causas de la aneuploidía ahora se centra en el patrón de alineación de los cromosomas durante la división celular.
Las personas heredan una copia de cada cromosoma de sus padres y, por lo tanto, tienen lo que se denominan «pares homólogos» de cromosomas en cada célula.
Antes de la meiosis, cada cromosoma ha realizado una copia de sí mismo a través de la replicación del ADN. Por lo tanto, al comienzo de la meiosis, cada célula comienza con dos copias de cada par.
En la primera fase de la meiosis, los cromosomas normalmente se alinean con su par homólogo dentro del núcleo en un patrón característico, perpendicular al «aparato del eje microtubular».
Los pares homólogos se separan unos de otros y migran a lo largo del aparato de huso hacia los extremos opuestos de la célula. Entonces se forma una hendidura que separa los dos polos y completa la división celular. En esta primera fase de la meiosis, las células hijas terminan con dos copias de cada cromosoma.
Esto se debe a que antes del inicio de la meiosis, cada cromosoma se duplicaba en un proceso llamado replicación del ADN.
Una segunda fase de la meiosis (no se muestra) repite este patrón, excepto que continúa sin la replicación inicial del ADN. El resultado de esa segunda fase es que las células hijas tengan solo una copia de cada cromosoma.
En las mujeres, el proceso de meiosis se lleva a cabo en dos etapas. Las células que se convertirán en óvulos de la mujer en realidad comienzan la meiosis durante la vida fetal, pero el proceso se detiene durante lo que los científicos llaman la «primera profase», la celda más a la izquierda en el dibujo de arriba.
Luego, después de la pubertad, durante cada ciclo menstrual, una pequeña cantidad de ovocitos reanuda la meiosis. La etapa final de la meiosis ocurre después de la fertilización por un esperma.
Un estudio cuidadoso de las disposiciones cromosómicas en los óvulos humanos antes de la fertilización ha revelado una alta frecuencia de desalineación cromosómica en relación con el huso, llamada falla de congreso , en mujeres de 35 años en adelante.
El riesgo de aneuploidía aumenta rápidamente a medida que las mujeres alcanzan la edad de 35 años y más.
Se cree que la falla de congreso es un signo temprano de aneuploidía, porque es poco probable que los cromosomas que no están organizados correctamente en el aparato del eje de microtúbulos migren correctamente hacia los polos.
Los errores en la migración podrían colocar los cromosomas en la celda hija incorrecta, terminando con una celda que tiene una copia extra y la otra sin copia.
Una explicación actualmente en estudio es que el ambiente hormonal de las células que rodean al ovocito en desarrollo está involucrado en dirigir la meiosis y garantizar que se desarrolle normalmente.
Esta interpretación sugiere que las variaciones en las condiciones hormonales, ya sea debido a los cambios intrínsecos relacionados con el envejecimiento en las mujeres, o la contaminación por compuestos hormonalmente activos como el bisfenol A, pueden conducir a una falla del congreso y, por lo tanto, a aneuploidía.
La demostración de que el bisfenol A causa una falla en el congreso es consistente con esta interpretación.
Prueba de aneuploidía
¿Qué es el DGP para la aneuploidía?
El examen de aneuploidía reduce la posibilidad de que un embrión transferido tenga una anomalía cromosómica. Aprende más sobre los cromosomas y los genes.
Las anormalidades cromosómicas más comunes en abortos involuntarios incluyen: trisomía (tres copias de un cromosoma) o monosomía (una copia de un cromosoma) para los cromosomas 13, 15, 16, 18, 21 o 22; triploidía (tres copias de todos los cromosomas); y anormalidades de los cromosomas sexuales.
Aproximadamente tres de cada cuatro (75%) embriones creados por FIV no serán capaces de producir un niño nacido vivo. Algunos no podrán implantarse en el útero, mientras que otros se implantarán pero no podrán llevar a cabo el desarrollo embrionario temprano.
Finalmente, como en el embarazo natural, aproximadamente 15% -20% de las concepciones se perderán como un aborto espontáneo clínico.
Si bien hay muchas razones para el fracaso de un embrión para tener un bebé, el factor más importante es la anormalidad de los cromosomas.
De manera similar, para la mayoría de las parejas, una cantidad significativa de los embriones creados por FIV tendrán anormalidades cromosómicas.
El porcentaje exacto de embriones cromosómicamente anormales que produce cada pareja se relaciona con muchos factores, como la edad materna, el número de ciclos de FIV fallidos y el tipo de esperma utilizado.
¿Cuándo ocurre el DPG en el ciclo de FIV?
Después de que los embriones se crean en el laboratorio, crecen durante tres días. El día tres, se realiza la biopsia de DPG y se extraen una o dos células del embrión. El material genético dentro de estas células se prueba para detectar anomalías.
El día cinco, la mujer regresa para hablar sobre los resultados de su prueba de DPG. Las decisiones con respecto a la selección de embriones para transferir al útero se realizan con el asesoramiento del equipo médico.
¿Es seguro el DPG?
Sí. Los datos de muchos años de DGP en animales y aproximadamente miles de nacimientos vivos en humanos indican que el DGP no conduce a un aumento en los defectos de nacimiento o trastornos cromosómicos. El DGP se realiza antes de que el material genético del embrión se vuelva «activo».
Como se hace tan temprano, las células dentro del embrión siguen siendo idénticas y cada célula puede convertirse en parte de un bebé. La eliminación de algunas de las células del embrión temprano no altera la capacidad de ese embrión para convertirse en un embarazo completo y normal.
¿Cómo obtienen las células del embrión?
Los embriones creados en un ciclo de FIV se cultivan en el laboratorio durante tres días. En este momento, contienen aproximadamente ocho células. Cada embrión en este punto se llama blastómero.
A los embriones con desarrollo normal en el tercer día se les extraerán una o dos células para analizarlas en un procedimiento llamado biopsia. Los embriones se colocan bajo un poderoso microscopio y se utiliza un láser para crear una pequeña abertura en la zona pelúcida, una membrana externa resistente que sostiene al embrión.
Una o dos celdas se eliminan. Luego, la abertura se cierra y ninguna celda puede «caerse» accidentalmente.
Para obtener los resultados de la biopsia, la una o dos células eliminadas debe contener un núcleo, ya que el núcleo contiene la información genética necesaria para la prueba. Si la célula eliminada no tiene núcleo o si el núcleo se rompe mientras se está preparando, la prueba no se puede realizar en esa célula.
Además, dado que los embriones están creciendo y dividiéndose activamente, a veces la célula extraída contiene dos núcleos. Esto podría significar que la célula es anormal o está atrapada en el proceso de división. Las pruebas de estas células pueden ser difíciles de interpretar.
¿Cómo se hace exactamente la prueba de DGP?
La prueba de DGP es diferente a la mayoría de las pruebas genéticas, ya que se realiza solo en una o dos células embrionarias y se completa dentro de las 48 horas posteriores a la transferencia de embriones frescos para el día cinco.
Como el análisis cromosómico estándar lleva varios días, se realiza un método diferente denominado hibridación fluorescente in situ (FISH).
Cada cromosoma tiene áreas únicas de ADN presentes solo en ese cromosoma. Una pequeña sonda de ADN se usa para reconocer estos patrones únicos y emitir fluorescencia o encenderse cuando se une al cromosoma. Cada sonda ilumina la luz en un color diferente, lo que permite probar varios cromosomas al mismo tiempo.
Esta técnica se llama FISH. Se usa FISH para los cromosomas 13, 15, 16, 18, 21, 22, X e Y porque estos son los cromosomas que con mayor frecuencia son anormales.
Una celda normal debería mostrar dos señales FISH (o luces) para cada uno de los cromosomas numerados, y dos señales X para una hembra o una X y una Y para un macho. Solo se pueden usar cinco colores diferentes, por lo que la mayoría de las pruebas se realizan en dos partes.
Los primeros cinco cromosomas se prueban, esas sondas se lavan y luego se prueban los cromosomas restantes. El proceso de lavado puede afectar la integridad de cada cromosoma, por lo tanto, se utiliza un máximo de dos ciclos de FISH por célula. Por esta razón, cada cromosoma no puede ser probado.
¿Cuándo ocurre el DPG en el ciclo de FIV?
Después de que los embriones se crean en el laboratorio, crecen durante tres días. El día tres, se realiza la biopsia de DPG y se extraen una o dos células del embrión. El material genético dentro de estas células se prueba para detectar anomalías.
El día cinco, la mujer regresa para hablar sobre los resultados de su prueba de DPG. Las decisiones con respecto a la selección de embriones para transferir al útero se realizan con el asesoramiento del equipo médico.
¿Es seguro el DPG?
Sí. Los datos de muchos años de DGP en animales y aproximadamente miles de nacimientos vivos en humanos indican que el DGP no conduce a un aumento en los defectos de nacimiento o trastornos cromosómicos. El DGP se realiza antes de que el material genético del embrión se vuelva «activo».
Como se hace tan temprano, las células dentro del embrión siguen siendo idénticas y cada célula puede convertirse en parte de un bebé. La eliminación de algunas de las células del embrión temprano no altera la capacidad de ese embrión para convertirse en un embarazo completo y normal.
¿Cómo obtienen las células del embrión?
Los embriones creados en un ciclo de FIV se cultivan en el laboratorio durante tres días. En este momento, contienen aproximadamente ocho células. Cada embrión en este punto se llama blastómero.
A los embriones con desarrollo normal en el tercer día se les extraerán una o dos células para analizarlas en un procedimiento llamado biopsia. Los embriones se colocan bajo un poderoso microscopio y se utiliza un láser para crear una pequeña abertura en la zona pelúcida, una membrana externa resistente que sostiene al embrión.
Una o dos celdas se eliminan. Luego, la abertura se cierra y ninguna celda puede «caerse» accidentalmente.
Para obtener los resultados de la biopsia, la una o dos células eliminadas debe contener un núcleo, ya que el núcleo contiene la información genética necesaria para la prueba. Si la célula eliminada no tiene núcleo o si el núcleo se rompe mientras se está preparando, la prueba no se puede realizar en esa célula.
Además, dado que los embriones están creciendo y dividiéndose activamente, a veces la célula extraída contiene dos núcleos. Esto podría significar que la célula es anormal o está atrapada en el proceso de división. Las pruebas de estas células pueden ser difíciles de interpretar.
¿Cómo se hace exactamente la prueba de DGP?
La prueba de DGP es diferente a la mayoría de las pruebas genéticas, ya que se realiza solo en una o dos células embrionarias y se completa dentro de las 48 horas posteriores a la transferencia de embriones frescos para el día cinco.
Como el análisis cromosómico estándar lleva varios días, se realiza un método diferente denominado hibridación fluorescente in situ (FISH).
Cada cromosoma tiene áreas únicas de ADN presentes solo en ese cromosoma. Una pequeña sonda de ADN se usa para reconocer estos patrones únicos y emitir fluorescencia o encenderse cuando se une al cromosoma. Cada sonda ilumina la luz en un color diferente, lo que permite probar varios cromosomas al mismo tiempo.
Esta técnica se llama FISH. Se usa FISH para los cromosomas 13, 15, 16, 18, 21, 22, X e Y porque estos son los cromosomas que con mayor frecuencia son anormales.
Una celda normal debería mostrar dos señales FISH (o luces) para cada uno de los cromosomas numerados, y dos señales X para una hembra o una X y una Y para un macho. Solo se pueden usar cinco colores diferentes, por lo que la mayoría de las pruebas se realizan en dos partes.
Los primeros cinco cromosomas se prueban, esas sondas se lavan y luego se prueban los cromosomas restantes. El proceso de lavado puede afectar la integridad de cada cromosoma, por lo tanto, se utiliza un máximo de dos ciclos de FISH por célula. Por esta razón, cada cromosoma no puede ser probado.
