Mutación somática - Somatic mutation
Una mutación somática es un cambio en la secuencia de ADN de una célula somática de un organismo multicelular con células reproductoras dedicadas ; es decir, cualquier mutación que se produzca en una célula que no sea un gameto , una célula germinal o un gametocito . A diferencia de las mutaciones de la línea germinal , que pueden transmitirse a los descendientes de un organismo, las mutaciones somáticas no suelen transmitirse a los descendientes. Esta distinción se difumina en las plantas, que carecen de una línea germinal dedicada , y en aquellos animales que pueden reproducirse asexualmente a través de mecanismos como la gemación , como en los miembros del género cnidario Hydra .
Si bien las mutaciones somáticas no se transmiten a la descendencia de un organismo, las mutaciones somáticas estarán presentes en todos los descendientes de una célula dentro del mismo organismo. Muchos cánceres son el resultado de mutaciones somáticas acumuladas.
Fracción de células afectadas
El término somático generalmente se refiere a las células del cuerpo, en contraste con las células reproductoras ( línea germinal ), que dan lugar al óvulo o al esperma . Por ejemplo, en los mamíferos , las células somáticas componen todos los órganos internos, piel, huesos, sangre y tejido conectivo. Hay aproximadamente 220 tipos de células somáticas en el cuerpo humano.
En la mayoría de los animales, la separación de las células germinales de las células somáticas ( desarrollo de la línea germinal ) ocurre durante las primeras etapas del desarrollo . Una vez que se ha producido esta segregación en el embrión, cualquier mutación fuera de las células de la línea germinal no puede transmitirse a la descendencia de un organismo. Sin embargo, las mutaciones somáticas se transmiten a toda la progenie de una célula mutada dentro del mismo organismo. Por lo tanto, una parte importante de un organismo podría portar la misma mutación, especialmente si esa mutación ocurre en etapas anteriores del desarrollo. Las mutaciones somáticas que ocurren más adelante en la vida de un organismo pueden ser difíciles de detectar, ya que pueden afectar solo a una sola célula, por ejemplo, una neurona posmitótica; Las mejoras en la secuenciación unicelular son, por tanto, una herramienta importante para el estudio de la mutación somática. Tanto el ADN nuclear como el ADN mitocondrial de una célula pueden acumular mutaciones; Se han implicado mutaciones mitocondriales somáticas en el desarrollo de algunas enfermedades neurodegenerativas.
Excepciones a la herencia
La definición de mutación somática como cualquier mutación que no puede transmitirse a la descendencia es útil en animales que tienen una línea germinal dedicada a producir células reproductivas. Sin embargo, tiene poco valor para comprender la herencia de la mutación somática en organismos multicelulares que no designan células germinales en el desarrollo temprano. Las plantas y los animales basales como las esponjas y los corales no tienen una línea germinal; en cambio, generan gametos a partir de células madre pluripotentes en tejidos somáticos adultos. En las plantas con flores, por ejemplo, las células germinales pueden surgir de células somáticas adultas en el meristemo floral . Otros animales sin una línea germinal designada incluyen tunicados y gusanos planos .
Esta distinción también se difumina en organismos que pueden reproducirse asexualmente , sin producción de gametos. Por ejemplo, los animales del género cnidario Hydra pueden reproducirse asexualmente a través del mecanismo de gemación (también pueden reproducirse sexualmente). En la hidra , se desarrolla un nuevo brote directamente a partir de las células somáticas de la hidra parental. Una mutación presente en el tejido que da lugar al organismo hijo pasaría a esa descendencia.
Muchas plantas se reproducen naturalmente a través de la reproducción vegetativa (el crecimiento de una nueva planta a partir de un fragmento de la planta madre) propagando mutaciones somáticas sin el paso de la producción de semillas. Los seres humanos inducen artificialmente la reproducción vegetativa mediante injertos y esquejes de tallos.
Causas
Al igual que con las mutaciones de la línea germinal, las mutaciones en las células somáticas pueden surgir debido a factores endógenos, incluidos errores durante la replicación y reparación del ADN , y la exposición a especies reactivas de oxígeno producidas por procesos celulares normales. Las mutaciones también pueden inducirse por contacto con mutágenos , que pueden aumentar la tasa de mutación.
La mayoría de los mutágenos actúan provocando daños en el ADN: alteraciones en la estructura del ADN, como dímeros de pirimidina , o rotura de una o ambas cadenas de ADN. Los procesos de reparación del ADN pueden eliminar los daños en el ADN que, de lo contrario, causarían mutación tras la replicación del ADN. La mutación resulta del daño cuando los errores en el mecanismo de reparación del ADN provocan un cambio en la secuencia de nucleótidos, o si la replicación ocurre antes de que se complete la reparación.
Los mutágenos pueden ser físicos, como la radiación de los rayos ultravioleta y los rayos X , o químicos (moléculas que interactúan directamente con el ADN), como los metabolitos del benzo [ a ] pireno , un potente carcinógeno que se encuentra en el humo del tabaco . Los mutágenos asociados con el cáncer a menudo se estudian para aprender sobre el cáncer y su prevención.
Frecuencia de mutación
La investigación sugiere que la frecuencia de mutaciones es generalmente más alta en las células somáticas que en las células de la línea germinal; además, existen diferencias en los tipos de mutación que se observan en el germen y en el soma. Existe una variación en la frecuencia de mutación entre diferentes tejidos somáticos dentro del mismo organismo y entre especies.
Milholland y col. (2017) examinaron la tasa de mutación de los fibroblastos dérmicos (un tipo de célula somática) y las células de la línea germinal en humanos y ratones. Midieron la tasa de variantes de un solo nucleótido (SNV), la mayoría de las cuales son consecuencia de un error de replicación. Tanto en términos de carga mutacional (mutaciones totales presentes en una célula) como de tasa de mutación por división celular (nuevas mutaciones con cada mitosis ), las tasas de mutación somática fueron más de diez veces superiores a las de la línea germinal, en humanos y en ratones.
En los seres humanos, la carga de mutaciones en los fibroblastos fue más de veinte veces mayor que la línea germinal (2,8 × 10 −7 en comparación con 1,2 × 10 −8 mutaciones por par de bases). Ajustada por las diferencias en el número estimado de divisiones celulares, la tasa de mutación de fibroblastos fue aproximadamente 80 veces mayor que la del germen (respectivamente, 2.66 × 10 −9 frente a 3.3 × 10 −11 mutaciones por par de bases por mitosis).
La disparidad en la tasa de mutación entre la línea germinal y los tejidos somáticos probablemente refleja la mayor importancia de la integridad genética en la línea germinal que en el soma. La variación en la frecuencia de mutación puede deberse a diferencias en las tasas de daño del ADN o a diferencias en el proceso de reparación del ADN como resultado de niveles elevados de enzimas reparadoras del ADN.
Hipermutación somática
Como parte de la respuesta inmune adaptativa , las células B productoras de anticuerpos experimentan una tasa de mutación muchas veces mayor que la tasa normal de mutación. La tasa de mutación en las secuencias codificantes de unión a antígenos de los genes de inmunoglobulina es hasta 1.000.000 de veces mayor que en las líneas celulares fuera del sistema linfoide. Un paso importante en la maduración de la afinidad , la hipermutación somática ayuda a las células B a producir anticuerpos con mayor afinidad antigénica .
Enfermedad
Las mutaciones somáticas se acumulan dentro de las células de un organismo a medida que envejece y con cada ronda de división celular; el papel de las mutaciones somáticas en el desarrollo del cáncer está bien establecido y está implicado en la biología del envejecimiento.
Las mutaciones en las células madre neuronales (especialmente durante la neurogénesis ) y en las neuronas posmitóticas conducen a la heterogeneidad genómica de las neuronas, lo que se conoce como "mosaicismo cerebral somático". La acumulación de mutaciones relacionadas con la edad en las neuronas puede estar relacionada con enfermedades neurodegenerativas , incluida la enfermedad de Alzheimer , pero la asociación no está probada. La mayoría de las células del sistema nervioso central en el adulto son posmitóticas y las mutaciones adultas pueden afectar solo a una neurona. A diferencia del cáncer, donde las mutaciones dan como resultado la proliferación clonal, las mutaciones somáticas perjudiciales podrían contribuir a la enfermedad neurodegenerativa por muerte celular. Por lo tanto, la evaluación precisa de la carga de mutaciones somáticas en las neuronas sigue siendo difícil de evaluar.
Papel en la carcinogénesis
Si ocurre una mutación en una célula somática de un organismo, estará presente en todos los descendientes de esta célula dentro del mismo organismo. La acumulación de ciertas mutaciones a lo largo de generaciones de células somáticas es parte del proceso de transformación maligna , de célula normal a célula cancerosa.
Las células con mutaciones heterocigóticas con pérdida de función (una copia buena de un gen y una copia mutada) pueden funcionar normalmente con la copia no mutada hasta que la copia buena haya mutado somáticamente de forma espontánea. Este tipo de mutación ocurre a menudo en organismos vivos, pero es difícil medir la tasa. Medir esta tasa es importante para predecir la tasa a la que las personas pueden desarrollar cáncer.