Les micronoyaux résultent principalement de fragments de chromosomes acentriques ou de chromosomes entiers en retard qui ne sont pas inclus dans les noyaux filles produits par la mitose parce qu’ils ne parviennent pas à se fixer correctement au fuseau lors de la ségrégation des chromosomes en anaphase. Ces chromosomes entiers ou fragments de chromatides sont finalement enfermés par une membrane nucléaire et sont structurellement similaires aux noyaux conventionnels, bien que de plus petite taille. Ce petit noyau est appelé micronoyau. La formation de micronoyaux ne peut être observée que dans les cellules subissant une division nucléaire et peut être clairement observée en utilisant la cytochalasine B pour bloquer la cytokinèse afin de produire une cellule binucléée.
Les fragments de chromosomes centraux peuvent survenir de diverses manières. L’une d’entre elles est que la dégradation des cassures double brin de l’ADN peut entraîner des échanges symétriques ou asymétriques de chromatides et de chromosomes ainsi que des fragments de chromatides et de chromosomes. Si les lésions de l’ADN dépassent la capacité de réparation de la cellule, les cassures double brin de l’ADN non réparées peuvent également donner lieu à des fragments de chromosomes acentriques. Les fragments de chromosomes excentriques peuvent également apparaître lorsque des défauts dans les gènes liés à la réparation par recombinaison homologue (ex : ATM, BRCA1, BRCA2 et RAD51) entraînent un dysfonctionnement de la voie de réparation de l’ADN par recombinaison homologue sans erreur et amènent la cellule à recourir à la voie de réparation par jonction terminale non homologue (NHEJ) sujette aux erreurs, ce qui augmente la probabilité de réparation incorrecte des cassures de l’ADN, de formation de chromosomes dicentriques et de fragments de chromosomes acentriques. Si les enzymes de la voie de réparation NHEJ sont également défectueuses, les cassures de l’ADN peuvent ne pas être réparées du tout. En outre, la réparation par excision simultanée de bases endommagées ou inappropriées incorporées dans l’ADN qui sont à proximité et sur des brins d’ADN complémentaires opposés peut conduire à des cassures double brin de l’ADN et à la formation de micronoyaux, en particulier si l’étape de remplissage des lacunes de la voie de réparation n’est pas achevée.
Les micronoyaux peuvent également se former à partir de chromosomes fragmentés lorsque les ponts nucléoplasmiques (NPB) sont formés, étirés et rompus pendant la télophase.
La formation de micronoyaux peut également résulter d’une mal-ségrégation des chromosomes pendant l’anaphase. L’hypométhylation de la cytosine dans les zones centromériques et péricentromériques et les répétitions d’ordre supérieur de l’ADN satellite dans l’ADN centromérique peuvent entraîner de tels événements de perte chromosomique. L’ADN satellite classique est normalement fortement méthylé au niveau des résidus cytosine, mais peut devenir presque totalement non méthylé en raison du syndrome ICF (syndrome d’immunodéficience, d’instabilité des centromères et d’anomalies faciales) ou après un traitement par des inhibiteurs de l’ADN méthyltransférase. Étant donné que l’assemblage des protéines du kinétochore aux centromères est affecté par la méthylation de la cytosine et des protéines histones, une réduction de l’intégrité de l’hétérochromatine résultant d’une hypométhylation peut interférer avec la fixation des microtubules aux chromosomes et avec la détection de la tension des connexions correctes entre les microtubules et le kinétochore. D’autres causes possibles de perte de chromosomes pouvant conduire à la formation de micronoyaux sont des défauts dans les interactions entre le kinétochore et les microtubules, des défauts dans l’assemblage du fuseau mitotique, des défauts des points de contrôle de la mitose, une amplification anormale des centrosomes et des fusions des extrémités télomériques entraînant des chromosomes dicentriques qui se détachent du fuseau pendant l’anaphase. Les micronoyaux provenant d’événements de perte de chromosomes et les fragments de chromosomes acentriques peuvent être distingués à l’aide de sondes d’ADN pancentromériques.