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Genoma Humano

Genoma mitocondrial Genoma nuclear

16,6 kb 3.000 Mb

El genoma mitocondrial y el humano

Genoma nuclear Genoma mitocondrial Tamaño 3000 Mb 16.6 kb No. de molec DNA difer. 23 (XX) o 24 (XY) linear Una molécula DNA circularNo total de Mol. DNA/cel. 23 (hapl); 46 (dipl) Varias x 103 Proteínas asociadas Varias clases de hist y nohistonas Mayorit. libre de proteínas No de genes ~65000-80000 37 Densidad Génica ~1/40 kb 1/0.45 kb DNA repetitivo Gran proporción Muy poco Transcripción La mayor parte de los genes Transcripción continua de son transcriptos individualmente multiples genes Intrones En la mayoría de los genes Ausentes % de DNA codif. ~3% ~93% Recombinación Al menos una para cada par de Ninguna homólogos en la meiosis Herencia Mendeliana para sec. en X y Exclusivamente materna autosomas, paterna para sec. en Y

Genoma Mitocondrial Humano

❧ 16569 pb❧ ADN circular, doble cadena ❧ Posee su propio código genético (AUA

codifica para metionina en mtADN, e isoleucina para ADN nuclear)

❧ Los productos de los genes mitocondrialesno son exportados

Proteínas Codificadas por el ADN Mitocondrial

❧ Citocromo b❧ Citocromo oxidasa (3 subunidades)❧ ATPasa (1 subunidad)❧ NADH dehidrgenasa (6 subunidades)❧ 2 Regiones de marco de lectura abierto no

identificadas

Proteínas Codificadas por el ADN Mitocondrial

❧ El ADN Mt también codifica para:❧ 2 rARNs❧ 22 tRNAs

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Genética Mitocondrial

❧ El ADN mt muta más rápidamente que el ADN nuclear.

❧ La herencia del ADN mt es exclusivamente materna en humanos.

❧ Se ha encontrado que durante la fertilización del óvulo, éste degrada las pocas mitocondrias que provienen del espermatozoide.

Mutaciones en el ADN mitocondrial

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El genoma de eucariotes contiene secuencias de DNA repetidas

Experimentos de reasociaciónmuestran tres fracciones mayores de

DNA en eucariotes

❧ DNA copia única (50-60%)❧ DNA moderadamente repetido/DNA

repetición intermedia(25-40%)Incluyendo elementos móviles

❧ DNA secuencia simple(10-15%)

Secuencias ADN repetidas

Repetición Repetición

en tandem interdispersa

Organización del genoma

Secuencias en Tandem

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DNA de secuencia simple

❧ Los organismos contienen varios tipos de DNA de secuencia simple (satélite)

❧ La mayoría del DNA de secuencia simple está localizado en el centrómero y telómero

❧ El DNA de secuencia simple está conservado en secuencia pero no en el número de repeticiones

❧ DNA fingerprint o tipificación del DNA

Los DNAs de simple secuencia estánconcentrados en localizaciones cromosomales

específicas

Clase Tamaño Localización cromosomalrep.

ADN satélite(bloques de 100 kb 5 a 171 posiblemente en todos losa varias Mb) cromosomas

ADN minisatélite(bloques de 0.1 6 a 24 telómeros, en todos losa 20 kb) cromosomas

ADN microsatélite 1 a 4 en todos los cromosomas(bloques de menos de 150 pb)

Los mutaciones en microsatélites son más altas que en secuencias no repetitivas

Enfermedades por expansión de tripletes

EEnnffeerrmmeeddaadd TTrraannssmmiissiióónn LLoocc.. ggeenn LLoocc.. rreepp.. SSeecc.. RReepp.. LLoonngg.. RReeppeettiicciióónn TTrraannssmm.. NNoorrmmaall PPrreemmuutt.. EEnnffeerrmmoo

FRAX A Ligado al X Xq27.3 5´UTR CGG 6-54 50 a 200 200->1000 MaternaDM Dominante 19q13 3’UTR CTG 5-35 50 a 80 50-4000 Mat-PatAF Recesivo 9q13 Intrón GAA 7 a 22 nd 200 a 900 MaternaSBMA Ligado al X Xq21 Codif. CAG 17-24 nd 40-55 PaternaSCA1 Dominante 6p22.23 Codif. CAG 19-36 ... 43-81 PaternaSCA3 MJD Dominante 14q32.1 Codif. CAG 12-36 nd 67->79 PaternaDRPLA Dominante 12p12.ter Codif. CAG 7-23 nd 49->75 PaternaHD Dominante 4p16.3 Codif. CAG 9-35 36 a 39 40-100 Paterna

Más Estable Menos Estable

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Análisis de ataxia spinocerebelar

Alelo normal. Nº total repet CAG = 19-36

-(CAG)m CAT CAG CAT (CAG)n- m = 7-17

n = 8 -18

Alelo expandido. Nº total repet CAG = 43-81

-(CAG)n- n = 43-81

Sindrome Fragil X

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Enfermedades por expansión de tripletes

EEnnffeerrmmeeddaadd TTrraannssmmiissiióónn LLoocc.. ggeenn LLoocc.. rreepp.. SSeecc.. RReepp.. LLoonngg.. RReeppeettiicciióónn TTrraannssmm.. NNoorrmmaall PPrreemmuutt.. EEnnffeerrmmoo

FRAX A Ligado al X Xq27.3 5´UTR CGG 6-54 50 a 200 200->1000 MaternaDM Dominante 19q13 3’UTR CTG 5-35 50 a 80 50-4000 Mat-PatAF Recesivo 9q13 Intrón GAA 7 a 22 nd 200 a 900 MaternaSBMA Ligado al X Xq21 Codif. CAG 17-24 nd 40-55 PaternaSCA1 Dominante 6p22.23 Codif. CAG 19-36 ... 43-81 PaternaSCA3 MJD Dominante 14q32.1 Codif. CAG 12-36 nd 67->79 PaternaDRPLA Dominante 12p12.ter Codif. CAG 7-23 nd 49->75 PaternaHD Dominante 4p16.3 Codif. CAG 9-35 36 a 39 40-100 Paterna

Las repeticiones expandidas de glutamina producen agregados nucleares y matan neuronas aún en Drosophila melanogaster

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Agregado fibroso en el núcleo de una neurona de una paciente con

Huntington

Agregados fibrilares de proteínas conteniendo 100 residuos de

glutamina

Número de repeticiones CAG y edad de aparición de la

enfermedad de Huntington

0

20

40

60

80

Número de repeticiones

Edad

35 40 45 50

Variación Racial en el gen de la Huntingtina

0

20

40

60

80

Número CAG

Pobl

ació

n (%

)

13 17 21 23 25

Tres generaciones con diversos grados de distrofia miotónica

Las mutaciones dinámicas son específicas de la especie humana.

En la especie murina las repeticiones son más cortas e

invariables, mientras que en el mono los fenómenos de polimorfismo son más

moderados.

❧ 8

Existirían evidencias que estas proteínas interactuarían con

factores de transcripción

Secuencias Interdispersas

Elementos Móviles❧ Los elementos móviles comprenden alrededor del

45% del genoma humano❧ Estos elementos continúan amplificándose y

como resultado negativo de su transposición pueden contribuir al desarrollo de enfermedades

❧ Todos los genomas de eucariotes contienen elementos móviles, aunque la proporción es variable

❧ Estos elementos son importantes en eventos de mutagénesis por inserción y recombinación homóloga desigual

DNA Móvil❧ Secuencias móviles de ADN, moderadamente

repetidas se encuentran interdispersas a lo largo del genoma de procariotes, plantassuperiores y animales

❧ El tamaño de estas secuencias pueden variar de unas centenas hasta algunos miles de pb.

❧ Estas secuencias son copiadas e insertadas en un nuevo sitio del genoma por el procesollamado transposición.

DNA MóvilEstos elementos móviles parecen haberseacumulado lentamente en el tiempo hastallegar a un balance entre nuevastransposiciones y la eliminación de estoselementos por el genoma

❧ Estas secuencias no parecen tener una funciónde utilidad.

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La transposición juega un rol fundamental en la plasticidad del

genoma causando rearregloscromosómicos, inserción de ADN

mutaciones por deleciones y transferencia genética. Este

proceso contribuye a la evolución

DNA Móvil

❧ Los elementos pueden moverse a través de ADN o pueden moverse a través de un intermediario de ARN

❧ Los elementos móviles que se mueven a través de ADN como intermediarios se conocen como transposones

❧ Aquellos que los hacen a través de ARN se conocen como retrotransposones

Retrotransposones

❧ Los retrotransposones se pueden dividir en dos categorías:

● Retrotransposones virales● Retrotransposones no virales

❧ Los retrovirus pueden asimilarse a retrotransposones que evolucionaron mediante la expresión de genes codificantes para cubiertas virales, permitiendo que puedan moverse entre células

LINES y SINES son los elementos móviles más abundantes en

mamíferos. Son retrotransposones no virales

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Clases más importantes de DNA repetitivo humano interdisperso

Clase de copias Tamaño de la unidad repetida No total de unidadesrepet

Familia Alu Aprox. 280 pb, gmte menos ~700 000-1 000 000LINE-1 Fam.(Kpn) 6.1 kb, vs copias truncadas de x 1.4 kb ~60 000-100 000Fam MER Variable en las dif. familias, Colectivamente

pero gmente unos cent pb ~100 000-200 000;~200-10 000 en familiasindividuales

FamiliaTHE-1 Alrededor de 2.3 kb ~10 000 más 10 000LTRs solitarios

Fam. HERV/RTLV Generalmente 6-10 kb pocas x 1000

Secuencias Alu

❧ Los elementos Alu representan una secuencia de 300 nt aprox. transcriptos por Pol III.

❧ El ARN transcripto es retrotranscripto e insertado en una nueva localización en el genoma.

❧ Existen pequeñas diferencias entre los diferentes elementos Alu, siendo los más homogéneos los integrados recientemente.

Secuencias Alu❧ Se calcula una inserción Alu cada 200

nuevos nacimientos.❧ Los elementos Alu no contienen secuencias

codificantes.❧ Son homólogas a la secuencia 7SL ARN.

Este ARN de 300 nt es un componente esencial de la partícula de reconocimiento de la señal (SRP) que media la traslocaciónde proteínas de secreción a través del retículo endoplasmico.

Secuencias Alu❧ La prueba que las secuencias Alu resultan

de retro-transposiciones a sido demostrada recientemente, al encontrar un caso de neurofibromatosis de tipo I debido a una inserción Alu en el gen NF1.

❧ El mecanismo de retro-transposición todavía no está aclarado.

Comparación secuencia Alu y 7SL ARN Estructura de secuencias Alu

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Familia Alu y Enfermedades Familia Alu y Enfermedades

Familia Alu y Enfermedades Familia Alu y Enfermedades

Familia Alu y Enfermedades

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Repetición L1

❧ Las repeticiones L1 contienen dos marcos de lectura abiertos, uno de ellos codifica aparentemente para una proteína de unión al ARN, el otro para una transcriptasareversa.

Transposones

❧ Esto indicaría que en el hombre existiría un mecanismo de defensa.

❧ Existirían dos mecanismos de defensa:♦ Degradación del ARN♦ Metilación de las repeticiones

Transposones❧ La mayoría de los transposones humanos no

son activos❧ En el ratón se estima 3000 y en el hombre 40

los transposones activos❧ En Drosophila la mitad de las mutaciones

están relacionadas a transposones❧ Se estima que el genoma del maíz se duplicó

en los últimos tres millones de años debido a retrotransposiciones