Los núcleos toroidales son un nuevo biomarcador de inestabilidad cromosómica que complementa al micronúcleo. Comprender las tensiones biológicas específicas que conducen a la formación de cada fenotipo asociado a dicha inestabilidad requiere la evaluación de grandes paneles de imágenes biológicas de diferentes orígenes genéticos y condiciones ambientales. Actualmente, la cuantificación de núcleos toroidales es un proceso manual e inviable a gran escala.
En este sentido, investigadores de la Universidad de Barcelona (UB) y del IRB Barcelona ha diseñado una nueva herramienta bioinformática para facilitar la identificación de las alteraciones cromosómicas que son características de las células tumorales. Este nuevo sistema de detección se conoce como QATS (QuAntification of Toroidal nuclei in biological imageS). Tal y como se expone en el estudio, publicado en la revista Bioinformatics, “es una herramienta que automatiza la identificación de núcleos toroidales, minimizando los falsos positivos y concordando altamente con las cuantificaciones manuales”.
Se trata de una herramienta computacional de procesamiento de imágenes biológicas que contribuirá a mejorar la investigación y la clasificación de los tumores gracias a su capacidad para identificar y cuantificar automáticamente fenotipos asociados a la inestabilidad de los cromosomas en el núcleo de las células tumorales. QATS identifica micronúcleos para una comparación conveniente de ambos biomarcadores de inestabilidad cromosómica.
Identificación de cambios cromosómicos
La inestabilidad cromosómica es muy frecuente en tumores sólidos, y está vinculada tanto al inicio como a la progresión del cáncer y la metástasis de las células tumorales. Este fenómeno causado por los cambios en el número y la estructura de los cromosomas durante la división celular, puede inducir cambios en el ADN y afectar también a toda la maquinaria celular. Además, la inestabilidad cromosómica también favorece a la heterogeneidad intratumoral y a la resistencia a los tratamientos antitumorales.
“Los núcleos toroidales son fenotípicamente diferentes de los núcleos normales, ya que presentan una forma de anillo y un vacío que contiene material citosólico”, explica Caroline Mauvezin, del Departamento de Biomedicina de la UB. “En el ámbito de la investigación, han sido caracterizados recientemente como biomarcadores importantes de la inestabilidad cromosómica, y representan una vía innovadora para comprender y combatir el cáncer”, señala la investigadora, que también añade que “tradicionalmente, el nivel de inestabilidad cromosómica en células cancerosas solo se evaluaba mediante la cuantificación de micronúcleos, que son estructuras irregulares derivadas del núcleo celular que pueden contener cromosomas o fragmentos cromosómicos”.
En este sentido, Carles Pons, investigador asociado del Laboratorio de Bioinformática Estructural y Biología de Redes del IRB Barcelona, detalla que “integrar la estrategia para evaluar los núcleos toroidales en la investigación y la práctica clínica tienen un inmenso potencial para la estratificación de los tumores y el diseño de tratamientos específicos para los pacientes”.
Resultados de QATS
Para poner a prueba este sistema utilizaron un conjunto diverso de 100 imágenes biológicas, cada una de las cuales consta de 20 a 100 células. Posteriormente, y de forma manual, los investigadores cuantificaron las imágenes y encontraron que el número de núcleos y micronúcleos toroidales está altamente correlacionado con las cuantificaciones QATS. Verificaron individualmente cada uno de los 209 núcleos toroidales identificados por QATS y encontramos que 194 eran correctos.
Asimismo, en cuanto a los errores los autores del estudio señalan que pueden explicarse por ADN condensado (células mitóticas o apoptóticas) que induce una señal más brillante; por huecos significativamente pequeños; y por orificios colocados junto a la envoltura nuclear. No obstante, “la precisión y la recuperación para la identificación de micronúcleos fueron de 0,99 y 0,65, respectivamente”, destacan en el estudio.
El sistema QATS ha demostrado hasta el momento su eficacia para identificar y cuantificar los núcleos toroidales en estudios preclínicos de líneas celulares cancerígenas. “De cara al futuro, la aplicación de QATS en escenarios biológicos más complejos, como muestras de tejidos humanos de biopsias de pacientes, representará un gran avance para las comunidades científica y médica para mejorar el diagnóstico y los tratamientos del cáncer en los pacientes”, concluyen los autores.
