• Author / Uploaded
• Ignacio Andrés Loyola Vidal

Citation preview

Genoma Humano 2014 El genoma se define como toda la información genética de un individuo o una especie. Este se divide en las cientos de moléculas de DNA que tenemos en cada una de nuestras células, incluyendo el DNA presente en el núcleo (46 moléculas) y aquél que se encuentra en las mitocondrias. Su estudio se puede organizar de dos maneras: A nivel cromosómico y a nivel de secuencia de pares de bases. Nivel Cromosómico Lo que se ve en la siguiente imagen representa un preparado microscópico donde se pueden ver los cromosomas que se presentan en una célula en metafase, esto se conoce como placa metafásica. La imagen de la derecha se denomina cariograma, es una representación ordenada de los cromosomas metafásicos según una convención, en la cual se decidió separar a los cromosomas en grupos desde la A a la G, siguiendo ciertas características de estos.

Algunas características son el tamaño y la posición del telómero. En relación a esto último obtenemos la siguiente definición. Metacéntricos: centrómero casi equidistante de ambos telómeros. Submetacéntrico: se puede identificar un brazo más corto y uno más largo. Acrocéntrico: Presentan un brazo corto poco diferenciable. Telocéntrico: Presenta solo un brazo largo, no existe en la especie humana. Método de preparación de placa metafásica: En un cultivo sanguíneo se estimula a que los linfocitos proliferen, se espera 72 horas para tener suficiente células en ciclo celular y se le agrega colcinina, el cual inhibe la formación del huso mitótico, por lo que las células quedan detenidas en metafase. Luego se agrega una solución hipotónica, por lo que las células se hinchan, y después de eso se fijan estos linfocitos. Finalmente se sueltan gotas de esta solución sobre el portaobjetos y los linfocitos hinchados revientan, liberando los cromosomas, los cuales después de teñirse se ven como en la foto.

Método de bandeo G: En este método, se toman los cromosomas obtenidos en la placa metafásica y se los hace pasar por un medio ácido y en presencia de tripsina, la cual digiere proteínas, por lo que va a degradar las proteínas asociadas al DNA.Luego de esta digestión proteica se teñirá la muestra, por lo que se verá esto: Como podemos observar, existen bandas más oscuras (Bandas G+) y bandas más claras (Bandas G-) dentro de cada cromosoma. Esto ocurre ya que la tripsina digiere selectivamente las proteínas que forman parte de la estructura del DNA. Aquellas zonas más oscuras son menos sensibles a la digestión, ya que estas representan zonas de cromatina más compacta, por lo cual la tripsina no podrá “entrar” y digerir la proteína presente en su interior, en cambio, las zonas claras son más sensibles, ya que son más laxas. Dependiendo de la fase en la que se encuentre la célula, los cromosomas estarán más o menos compactados, compactándose más y más a medida que se acerquen a la profase.Este bandeo es sumamente útil para identificar a los cromosomas y su composición, como si fuera un “código de barra”. Cabe destacar que este patrón representado por bandeo G es único para cada par cromosómico, por lo que se pueden diferenciar del resto usando este criterio.

Como podemos ver, se identifican unos números a la izquierda de las bandas. Esto nos sirve para identificar la posición de un gen dentro del cariotipo. Los números de abajo indican el número del cromosoma, las letras p y q indican brazo largo o brazo corto (p de petit, q porque es la letra que viene después de la p) y los números a la izquierda se refieren a las bandas. Si nos dieran una nomenclatura “7p11”, significa que se están refiriendo al cromosoma 7, brazo corto y banda 11 1. Existen cromosomas (13, 14, 15, 21 y 22) que presentan una constricción secundaria (la primaria es el centrómero) la cual está compuesta por genes rRNA, es decir, que codifica rRNA. 1

No significa que sea la banda Nº 11, sino que es la banda 1, sub-banda 1.

Organización secuencial Genoma Mitocondrial Como mencionamos anteriormente, el genoma humano se compone de DNA nuclear y mitocondrial. Lo más importante que deben saber sobre estos dos se encuentra en las siguientes tablas de resumen:

El siguiente es una esquema del genoma mitocondrial, en el centro está una hebra, y hacia exterior está la otra hebra. Además, como son antiparalelas, existen genes que están solo afuera o genes que estén solo adentro. La mitocondria no codifica ninguna proteína o RNA que cumpla funciones extramitocondriales, pero si existen proteínas o RNA que ingresan a la mitocondria para cumplir su función.

Nos manejamos entre los cientos de mitocondrias por célula, y las mitocondrias tienden a presentar mutaciones en su DNA. Sin embargo existe un concepto que se llama “heteroplasmia”, que refiere que en una célula puede existir una fracción de mitocondrias con mutaciones. Un individuo sano muestra aproximadamente 10% de mitocondrias con mutaciones, lo que al ser tan bajo, diluye entre las mitocondrias buenas y no se muestran síntomas, pero a partir de 70% de mutaciones ya pasa a ser una enfermedad mitocondrial y puede tener desenlaces graves. Al segregar aleatoriamente los organelos al dividirse la célula, se pueden heredar un porcentaje grande de mitocondrias afectadas, aún si la madre posee en sí un porcentaje bajo al segregar específicamente las que están mutadas.

Genoma Nuclear El proyecto “Genoma Humano” fue una iniciativa surgida en EEUU en 1990, y que en el año 1999 entregó por primera vez la secuencia de un cromosoma humano (cromosoma 22). A partir de ahí se fueron secuenciando los demás cromosomas, para finalmente en el año 2003 entregar el primer borrador de genoma humano, terminando ahí este proyecto. Tomó 13 años ya que la tecnología de esa época permitía leer 500 bases por vez, y considerando que el genoma humano contiene 3 mil millones de bases, tuvieron que dividir el trabajo entre varios laboratorios alrededor del mundo para poder llegar al resultado final. Cabe destacar la diferencia entre código genético y secuencia del genoma; el código genético se refiere a los tripletes de bases y al aminoácido al que se traducen, lo que fue descubierto por los años 60, en cambio la secuencia del genoma humano se refiere a la secuencia de las bases en los distintos cromosomas que conforman el cariotipo humano. Estos descubrimientos permitieron comprender un poco más la funcionalidad de nuestro DNA, entregando el siguiente gráfico, que muestra el porcentaje del DNA que tiene cada función.

Podemos apreciar como el genoma mitocondrial está compuesto principalmente por DNA codificante de proteínas y RNA, como el DNA bacteriano. Sin embargo, nuestro genoma nuclear está representado en un 44% por secuencias no codificantes, siendo solo un 4% lo que se traduce a RNA funcional y un 1% lo que finalmente se traducirá a proteínas. Llama la atención también la enorme cantidad de secuencias repetitivas, llegando a ser un 45% del genoma nuclear humano. Hay que recordar que como el DNA es una doble hebra antiparalelo, que se lee de 5’ a 3’, por lo que pueden existir genes diferentes en cada hebra, como se ve en la siguiente figura.

Los genes pueden variar ampliamente entre ellos, presentan diferentes tamaños (cantidad de pares de bases), por ejemplo el gen SRY (responsable de la diferenciación masculino/femenino en el humano) posee 900 pares de bases, mientras el gen de la distrofina posee 2400000 pares de bases. Además pueden variar en cuanto al número de exones, teniendo en promedio entre 10 y 40 exones, por ejemplo. Pseudogenes Son genes que se encuentran en el genoma, pero provienen por duplicación de un gen preexistente, pero no son funcionales, es decir, no se expresa. Esto puede ocurrir por dos maneras: 1- Pseudogen clásico: Cuando el DNA se duplica, puede que se cree una copia de este2 y a la vez esta copia sea “silenciada”, ya sea por una mutación o porque le falta un pedazo funcional. Esto da como producto una copia de un gen preexistente, es decir, una secuencia que se parece mucho a un gen, pero que debido a este cambio, no es funciona, no se expresa. 2- Pseudogen procesado: En algún momento de la historia evolutiva del genoma humano, ingresó por retrotransposición (o sea, hizo retrotranscripción o transcripción inversa RNAmcDNA) una secuencia de RNAm, quedando en forma de DNA. Es básicamente como el mecanismo de los retrovirus, pero con un RNAm de un gen existente. Al pasar de RNAm de vuelta a DNA, pierda los promotores, ya que estos no se traducen al RNA, por lo que este cDNA no puede ser traducido.

2

El profe menciona que el mecanismo por el cual esto sucede no importa.

A modo general, la gran mayoría, sino todos, de los pseudogenes presentes en el genoma humano se encuentran inactivos, es decir durante la vida de cada organismo no se activa la transcripción de este gen. También hay genes codificantes de RNA no traducible o funcional (en inglés ncRNA, non-coding RNA) distinto a los típicos RNA que se conocen que se traducen o están asociados a los ribosomas. Es importante recordar que los ribosomas están conformados por distintos tipos de RNAr, por coeficientes de sedimentación. Estos RNAr no aparecen de la nada como la mayoría piensa, sino que también vienen de genes Las zonas electrodensas de esta imagen, los “arbolitos de pascua”, nos dijeron en biología celular que eran ribosomas en formación, pero en genética debemos considerarlos como genes que codifican a RNA funcionales llamados RNAr.

Los tRNA tampoco vienen de la nada, vienen de los genes que codifican tRNA, que se ubican en todos los cromosomas sin ningún orden particular (que no significa azaroso). Otros tipos de RNA funcionales: -RNA pequeños nucleares (snRNA), que participan en el splicing (lo lleva a cabo el spliceosoma, conformado por ribonucleoproteinas). -RNA pequeños nucleonares (snoRNA), que participan en el procesamiento general de los ribosomas -Micro RNA (miRNA), que regulan la expresión génica. Tras ser trascritos y salir del núcleo, los pre-miRNA se unen en una de sus dos hebras a proteínas que los dirigen a un RNAm blanco que lo va a reconocer por complementaridad de bases, y el miRNA silenciará la traducción de este RNAm (puede bloquear el ribosoma o incluso degradar el mensajero), regulando así la expresión génica a nivel traduccional. Pero no silencia a cualquiera, sino a aquel que tenga los 20 nucleótidos del miRNA (hace de seleccionador). Son importantes porque al parecer sus mutaciones son causantes de enfermedades. Hay 3.055 genes codificantes de ellos ya contados. -RNA pequeños de transferencia (siRNA), no se sabe mucho de ellos, solo aparecen. -piRNA, que bloquean la expresión de pseudogenes.

-RNA no codificantes largos (lncRNA), tienen más de 200 bases, regulan la expresión génica de diferentes maneras, en la epigenética, en el desarrollo. Un ejemplo es el XIST, que participa en el silenciamiento de un cromosoma X en la mujer. DNA Repetido Como vimos anteriormente, gran parte del genoma corresponde a DNA repetitivo, este se subclasifica en dos tipos: agrupado (6,5%) y disperso (40%). De los agrupados hay algunos importantes para esta clase: -DNA satélite centromérico, es un DNA que contiene 171 nucleótidos que se repiten en bloques de manera agrupada (o en tándem). Y es la secuencia de DNA repetido en los centrómeros, que por su característica de repetitividad agrupada, al momento de formar nucleosomas, histonas modificadas que compactan altamente la cromatina y sirven de anclaje para que se forme el cinetocóro. Sin esta secuencia, no habría centrómero. -Minisatélite de telómero, son 7 nucleótidos que se repiten uno tras otro y que determinan la función asignada al telómero. -Microsatélites, son secuencia de 2 a 5 o 6 nucleótidos repetidos. Están en muchos cromosomas, hay cientos de ellos, y sirven como marcador polimórfico (es decir, si hay 7 repeticiones en un cromosoma de un gameto y lo fecunda un gameto con 8 repeticiones, el individuo que se forme tendrá 7 en un cromosoma y 8 en el otro, “son casi como alelos”). La función de estos microsatélites es que parece que participan en el crossingover como puntos de reconocimiento de homología (para los nódulos de recombinación) y mantener el complejo sinaptonémico a lo largo. El DNA repetido disperso se refiere a secuencias repetidas pero no juntas, sino incluso en otro cromosoma, que vienen de elementos móviles del DNA (los transposones) que estuvieron activos en la evolución. Los transposones no están activados comúnmente, pero algunos tienen la posibilidad de encenderse y moverse en el genoma. *Dato extra: En el proyecto genoma humano, se estima que el costo para secuenciar fue de 1 dólar por base, es decir, el proyecto en total tuvo un costo de 3 mil millones de dólares. El costo de secuenciar un genoma ha bajado considerablemente tras el proyecto genoma humano, existen empresas de estudios genéticos a personas comunes y corrientes por casi 500 mil pesos.

Profesor: Patricio González Hormázabal Trascrito por: Francisca Pizarro Lucas Prato