Sem. 1 GEN: Genóma humano

Programa

SG1:

• GENOMA HUMANO Tamaño y organización del genoma humano. Genoma nuclear ymitocondrial. Comparación del genoma humano con el genoma de otras especies. Tipos de secuencias de ADN: repetitivas, de secuencia única. ADN codificante y no codificante. Concepto de gen. Concepto de locus y alelo. Características de un gen humano promedio. Conceptos de genotipo y fenotipo. ¿Cómo se logró conocer y caracterizar las secuencias del genoma humano?
  Secuenciación de ADN. Método de Sanger y métodos de secuenciación de alto rendimiento (high‐throughput). Técnicas involucradas en la caracterización del transcriptoma: Aplicación de métodos de alto rendimiento para secuenciar ARN (RNA‐seq) Proyecto ENCODE. Proyecto POBLAR Argentina

 

Introducción

Todos los organismos vivos estamos compuestos por células. La información genética está contenida en el ADN (ácido desoxirribonucleico). Esta sustancia química es el componente principal de los cromosomas del núcleo de las células. Las células del cuerpo humano tienen 46 cromosomas, en realidad, 23 pares. De cada par, uno de los cromosomas proviene del padre y el otro de la madre, y se dice que los dos cromosomas de cada par son homólogos entre sí. La molécula de ADN está formada por la repetición de unidades químicas menores llamadas bases

Hay cuatro bases identificadas por las letras A, T, C y G, por adenina, timina, citosina y guanina, respectivamente. Dos hebras de ADN se aparean para formar la estructura en doble hélice descubierta por Watson y Crick en 1953. Las bases de cada hebra se enfrentan o aparean con las bases de la otra, siguiendo siempre la misma regla: frente a A sólo se ubica T y frente a C sólo se ubica G. Se dice que dos hebras que se aparean según estas reglas son complementarias. La complementariedad de bases permite que el ADN se duplique fielmente. Para esto primero se separan las dos hebras y cada una de ellas sirve de molde para fabricar, por medio de enzimas de la célula, otra complementaria y así tener dos dobles hélices idénticas a la original, es decir, con la misma secuencia, la misma información. Una vez duplicada, la información se transmite equitativamente de una célula madre a sus dos células hijas a través de la mitosis, o división celular. Otro tipo de división celular, llamada meiosis, ocurre en las células madres de las gametas (espermatozoides en el hombre y óvulos en la mujer). En la meiosis, se reduce a la mitad el número de cromosomas

En los humanos, al igual que en la mayoría de los mamíferos, la información genética contenida en los 23 cromosomas de una gameta (célula haploide) tiene aproximadamente 3.300 millones de bases de longitud

Al poseer 46 cromosomas, el resto de las células (llamadas diploides) tiene el doble. Cuando decimos que se ha “secuenciado” el genoma humano, lo que queremos decir es que se ha determinado experimentalmente cuál es el ordenamiento preciso de esos 3.300 millones de bases del núcleo de una gameta humana. Todas las células de un organismo pluricelular, como los humanos, tienen la misma información genética, porque todas ellas derivan, por mitosis, de una única célula, el cigoto, que se forma por la fusión del espermatozoide con el óvulo

Genoma y genes

Llamamos genoma al conjunto de todo el ADN de una célula de una especie y los genes que éste contiene. En sentido estricto, el genoma humano no sólo comprende al ADN del núcleo sino también al de las mitocondrias que, aunque sólo tiene 16.000 bases de longitud, es esencial para el funcionamiento celular. Los genes son segmentos de ADN capaces de ser transcriptos –es decir, copiados– a una molécula de ARN (ácido ribonucleico) con igual secuencia que el gen. Los genes no se encuentran yuxtapuestos a lo largo de los cromosomas, sino más bien esparcidos y separados a grandes distancias por secuencias de ADN intergénicas (intrones). Las regiones intergénicas constituyen el 70% del genoma, mientras que los genes representan sólo un 30%. Se estima que el genoma humano tiene unos 20.000 genes. Estos genes codifican distintos tipos de ARN, entre los que se encuentran los llamados ARNs mensajeros, que codifican a su vez proteínas. Los otros ARNs, los que no son mensajeros, reciben el nombre genérico de ARNs no codificantes: no son intermediarios entre el gen y la proteína sino que cumplen funciones en sí mismos. Entre éstos están los ARNs ribosomales, de transferencia, nucleares pequeños, los micro ARNs y las ribozimas. Por lo tanto, la definición según la cual un gen es el segmento de ADN que codifica una proteína, no es estrictamente correcta: muchos genes codifican proteínas, pero no todos. Cada uno de los genes que codifican proteínas tiene regiones que estarán representadas en el ARN mensajero maduro intercaladas por otras cuyas secuencias no estarán representadas allí. Las primeras regiones se llaman exones, en tanto que las segundas son los intrones. Mientras los intrones no son codificantes, la mayoría de los exones son las regiones del genoma que codifican proteínas. Estas regiones constituyen sólo el 1,5% del genoma

Cada cromosoma tiene muchos genes, y la posición que ocupa cada gen a lo largo del cromosoma se denomina locus (del latín, lugar). Cada gen tiene entonces su copia homóloga en el locus equivalente del otro cromosoma del par. Cada una de las dos copias del gen se llama alelo

Digamos, entonces, que una célula humana tiene dos alelos para cada uno de sus 20.000 genes distintos. No todos los genes se expresan (es decir, se transcriben y se traducen) al mismo tiempo y en el mismo lugar. En un tejido o tipo celular determinado se expresa un subconjunto del conjunto de todos los genes. Uno de los puntos clave de la regulación de la expresión de los genes, es el control de la transcripción. Este control no sólo se ocupa de “encender” o “apagar” genes (efecto del todo o nada), sino también de regular la cantidad de producto (ARN o proteína) de los genes “encendidos”

 

Comparación del genoma humano con el genoma de otras especies , proyecto ENCODE

Las técnicas de secuenciación genómica y los estudios de genómica comparativa están siendo un generador importantísimo de información sobre la biología de los seres vivos. Diferentes proyectos internacionales están tratando de desentrañar el ADN humano y de otras especies para poder conocer su base molecular y con ella dar respuesta a muchas preguntas para las que no se tiene ninguna, como ciertas enfermedades. Esta semana (27/08/2014) la revista Nature publica cinco estudios que serán un referente para miles de científicos de todo el mundo, aunque su efecto en la sociedad tardará todavía años

Se trata de estudios elaborados a partir de los dos proyectos científicos: el ENCODE -generado en 2003 para establecer la enciclopedia de los elementos del ADN humano- y el modENCODE, -creado en 2007 para generar un catálogo de los elementos funcionales de la mosca de la fruta (D. melanogaster) y del genoma del gusano C. elegans. Ambos han sido financiados por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, que forma parte de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos. Estos dos proyectos han integrado ahora los datos de las tres especies, muy estudiadas en investigación y muy distantes en la evolución

Su estudio comparativo, en el que se han utilizado más de 67.000 millones de secuencias genéticas, ha descubierto un patrón genético de expresión de las tres especies, particularmente de los genes involucrados en el desarrollo. «Lo que hemos encontrado son un conjunto de genes que parecen funcionar al mismo tiempo en cada animal en su desarrollo embrionario y de manera común. Esto viene a confirmar una hipótesis que había sobre el tema que establecía que hay un momento en el desarrollo embrionario donde la expresión de los genes es igual en todos los animales. Serían como los genes que son la base de la vida», explica a EL MUNDO Sarah Djebali, co-autora de este trabajo e investigadora en el Centro de Regulación Genómica en Barcelona

De esta manera, moscas, gusanos y hombres comparten programas de apagado y encendido de genes de una manera coordinada, es decir, utilizan un patrón para expresar ciertos genes necesarios para el desarrollo y que funcionan en paralelo en cada una de ellas

Diario EL MUNDO

Gen humano promedio

A, estructura simple concebida como secuencia de ADN constituida por exones e intrones; B, estructura que incluye regiones reguladoras y promotoras

¿Qué es un gen y cuál es su composición?

Un gen es la unidad física y funcional básica de la herencia. Los genes, que se componen de ADN, actúan como instrucciones para hacer moléculas llamadas proteínas. En los seres humanos, los genes varían en tamaño desde unos pocos cientos de bases de ADN a más de 2 millones de bases. Cada persona tiene dos copias de cada gen, una heredada de cada progenitor

Molecularmente el gen es una secuencia de nucleótidos contiguos en la molécula de ADN (o de ARN en el caso de algunos virus) que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica, es decir, vinculados al desarrollo o funcionamiento de una función fisiológica

• Exones

Los exones son la región de un gen que contiene ADN codificante para una proteína

• Intrones

Los intrones son la sección de un gen que no contiene ninguna instrucción para la síntesis proteica

• Región reguladora

En determinados lugares de la molécula de ADN hay secuencias reguladoras, los promotores, que son cruciales para el inicio de la transcripción por medio de la enzima ARN polimerasa II (esta enzima cataliza la síntesis del ARN) También hay otras regiones del ADN que determinan el grado en que se expresa un gen. Esas regiones se denominan “amplificadoras” (también llamadas enhancers) o “silenciadoras” según sea su efecto sobre la transcripción. Aunque es común que se encuentren cercanos al gen, también pueden ubicarse en sitios muy distantes al gen, a miles de pares de bases de este. Por lo tanto, en cada gen, la transcripción comienza en su promotor. Pero para que esto ocurra, se requiere de la interacción de muchas proteínas que se unen de manera específica, posibilitando la acción de la ARN polimerasa II

 

• Región 5′ UTR

La región 5’ no traducida (5’UTR; en ocasiones llamada la líder) es una secuencia de nucleótidos del extremo 5’ del mRNA, que no codifica la secuencia de aminoácidos de una proteína.

• Región 3′ UTR

La última región del ARNm es la región 3’ no traducida, una secuencia de nucleótidos en el extremo 3’ del ARNm que no se traduce a proteínas. La región 3’ no traducida afecta la estabilidad de ARNm y la traducción de la secuencia de ARNm que codifica la proteína

¿Cuántos genes tiene el ser humano?

El Proyecto Genoma Humano ha estimado que los seres humanos tienen entre 20.000 y 25.000 genes. Esto es un poco más que lo que tiene un chimpancé o un ratón, pero nada espectacular. Los científicos esperaban encontrar muchos más genes ya que en teoría somos más complejos que el resto de animales. Aún más sorprendente, los científicos descubrieron que una gran parte de nuestro genoma está compuesto de ADN que no codifica genes

 

Genotipo y fenotipo

Al conjunto de la información genética particular de un individuo lo llamamos
genotipo. El genotipo es esencialmente la secuencia de ADN. Todo aquello que “vemos” y que no es secuencia de ADN es el fenotipo (del griego, fainein, visible). El fenotipo es tanto lo macroscópico (forma, anatomía, fisiología, patología y comportamiento), como lo más pequeño (histología,bioquímica y estructura molecular). El fenotipo siempre es el resultado de la interacción de un determinado genotipo con un determinado ambiente, lo cual se expresa con la fórmula:

FENOTIPO = GENOTIPO + AMBIENTE

Para algunos fenotipos, la influencia del componente genético es mayoritaria o determinante y, en consecuencia, la ambiental es virtualmente nula. Un buen ejemplo son las enfermedades hereditarias como la fibrosis quística, la corea de Huntington y la distrofia muscular: quien haya heredado el gen de la distrofina mutado padecerá la enfermedad, no importa en qué ambiente se encuentre. En otros fenotipos, la influencia del componente ambiental es mayoritaria y la del genético despreciable. Las enfermedades infecciosas producidas por contagio son un ejemplo

Para la mayoría de los rasgos fenotípicos hay tanto un componente genético como uno ambiental

 

¿Cómo se logró conocer y caracterizar las secuencias del genoma humano?

El proyecto genoma Humano El Proyecto Genoma Humano internacional, financiado por los gobiernos y por instituciones benéficas, se puso en marcha en  1990 bajo la dirección de James Watson. Su objetivo era la lectura de los 3.000 millones de pares de bases en los que están escritas las instrucciones genéticas de la humanidad; los investigadores señalaron  que sería necesaria una inversión de 15 años y de 3.000 millones de dólares, es decir, un dolar por cada letra de ADN

El proyecto era de tal alcance que lo último que se esperaba es que hubiera competencia. Sin embargo, en 1998, cuando el consorcio público ya había descifrado el 3% del código, apareció un competidor en el sector privado. John Craig Venter, el especialista en genética que había identificado más genes que nadie, estableció un acuerdo de 300 millones de dólares con la principal compañía fabricante de máquinas de secuenciación del ADN con el objetivo de conseguir su propia versión del genoma

Sobre la base de una nueva técnica que denominó «secuenciación genómica completa en disparo» (whole-genome shotgun sequencing), Venter y su compañía (Celera Genomics) se comprometieron a finalizar el proyecto en sólo dos o tres años, mucho antes de la fecha propuesta por el consorcio público

El genoma humano es demasiado grande como para ser leído de una sola pasada. Por ello, era necesario fragmentarlo en segmentos que las máquinas de secuenciación pudieran manejar, y los equipos rivales adoptaron estrategias distintas para resolver este problema. En el proyecto público, el ADN se segmentó inicialmente en fragmentos grandes de 150.000 pares de bases, con clonación de miles de copias en las bacterias y, finalmente, con determinación de las posiciones de estos clones en sus cromosomas. Después, cada clon se segmentaba en fragmentos aleatorios todavía más pequeños que después se secuenciaban y reunían mediante la combinación de los extremos superpuestos de los fragmentos. Finalmente, los clones secuenciados se cartografiaban en sus posiciones cromosómicas para definir el código completo

La técnica era exhaustiva, pero extremadamente lenta. Celera Genomics consideró que lo podía hacer mejor saltando la fase de cartografía y ensamblando todo el genoma de una sola vez a partir de fragmentos pequeños. Este método de «disparo» ya se había utilizado para secuenciar bacterias y virus, pero muchos expertos dudaban de que pudiera funcionar en el genoma humano, que es 500 o más veces mayor. Sin embargo, Venter demostró su utilidad mediante la secuenciación del genoma de un viejo amigo de los especialistas en genética, la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) y, después, se puso a trabajar en el código humano

Si la estrategia profesional hubiera sido la único que separaba a los dos grupos, las relaciones podrían haber sido cordiales; sin embargo, también diferían en su visión del mundo. El Proyecto Genoma Humano contemplaba el código genético como propiedad de la humanidad, de modo que introdujo todos sus resultados en una base de datos pública,GenBank, tan pronto como los obtuvo. Celera Genomics, en cambio, era una compañía con el objetivo de lucrarse

Aunque Venter había forzado a sus patrocinadores financieros a aceptar que publicaría los resultados libremente, también tenía un negocio en marcha. Celera Genomics esperaba comercializar el acceso a una potente base de datos genética, además del software necesario para que otras compañías pudieran localizar nuevos genes y desarrollar medicamentos. Los investigadores universitarios podrían acceder gratuitamente a la base  de datos, pero tendrían que pagar derechos de patente de cualquier producto comercial que pudieran desarrollar a partir de ella.

Esta actitud resultaba odiosa para científicos como John Sulston, quien dirigió la rama británica del proyecto público. Consideraban a Venter un pirata de la genética que intentaba adueñarse, junto con sus inversores, de algo que pertenecía a toda la humanidad. Aunque Venter siempre había señalado que el genoma es algo en sí mismo no patentable, existía el temor de que Celera Genomics estuviera persiguiendo su privatización. El Proyecto Genoma Humano aceleró el ritmo de sus esfuerzos en el intento de impedir cualquier tipo de conflicto sobre los datos finales, consiguiendo que fueran del dominio público antes de que su rival pudiera reclamar cualquier derecho

Venter terminó primero la tarea, pero el proyecto público lo hizo tan poco tiempo después que se acordó un empate. Un elemento clave para esta inestable tregua fueron las dos intervenciones del entonces presidente de Estados Unidos, Bill Clinton. En abril de 2000, anunció que consideraba que el genoma debía ser de propiedad pública, y esta declaración hizo que el valor de las acciones de las compañías de biotecnología (incluyendo las de Celera Genomics) cayera en picado. Desconcertado con esta consecuencia no pretendida, Clinton intentó después enmendarla aproximando a las dos partes en conflicto. Negoció un anuncio conjunto en la Casa Blanca relativo al fin del proyecto, y él mismo se mantuvo en un terreno neutral desde el cual reconoció formalmente la contribución de Venter. En el evento estuvo acompañado de Francis Collins, director del proyecto público, que realizaba el NIH

El ex-presidente Bill Clinton, acompañado por J. Craig Venter, presidente de Celera Genomics y Francis Collins, director del NIH, durante el anuncio del desciframiento del genoma humano, el 26 de junio de 2001

Celera Genomics mantuvo su palabra y sus declaraciones, y su base de datos de valor añadido demostró tener tanta utilidad que la mayor parte de las instituciones científicas públicas y las compañías farmacéuticas se suscribieron para su uso. Sin embargo, el «cambio de velocidad» impreso al proyecto público evitó cualquier posibilidad de que el genoma pudiera ser patentado. En 2004, después de una serie de problemas con sus inversores, Venter dimitió como presidente de Celera Genomics e incluso su genoma fue añadido al GeneBank sin ningún tipo de restricción de acceso. El genoma ya se había descifrado y la encarnizada rivalidad había resultado muy provechosa para la humanidad. El estímulo de la competición hizo que el genoma pudiera se secuenciado con una rapidez impensable sólo 10 años antes

 

Bibliografía utilizada:

https://cefegen.es/blog/que-es-un-gen-cuantos-genes-tiene-el-ser-humano

https://www.elmundo.es/salud/2014/08/27/53fe05a0ca4741d03f8b4575.html

https://mundogenetica.jimdo.com/tem%C3%A1ticas/1-bases-moleculares-de-la-herencia/1-2-estructura-y-partes-de-un-gen/

dels_-_genoma_humano_-_2017-04-26

50 Cosas que hay que saber sobre genética. 2010. Mark Henderson. Editorial Ariel

 

Sem. 2 GEN: Técnicas I

Programa

SG2: TECNICAS DE BIOLOGÌA MOLECULAR APLICADAS A LA INVESTIGACIÒN Y DIAGNOSTICO EN GENETICA Técnicas involucradas en la caracterización del genoma: Extracción de ADN. Utilización
de Enzimas de restricción, Electroforesis de los ácidos nucleicos. Secuenciación de ADN. Método
de Sanger y métodos de secuenciación de alto rendimiento (high‐throughput). Southern blot; PCR
y subtipos (alelo específica, RFLP: Restriction Fragment Length Polymorphism). Aplicación en la
detección de variantes y su aplicación en pruebas de paternidad e identificación forense.
Concepto de haplotipo. Uso de modelos animales y técnicas de biología molecular en
investigación biomédica: Bibliotecas génicas. Vectores. Obtención de ratones knock‐out y
knock‐in mediante la técnica de CRISPR/Cas.

Técnicas 1

• Secuenciación del ADN:

Método de Sanger y secuenciación de alto rendimiento

• Southern Blot
• PCR: variantes de PCR
• Crispr/Cas9

 

Southern Blot

Esquema Southern Blot

• Evidencia la presencia de determinadas secuencias en el genoma
• 8 pasos clave:

1. Extraemos ADN en sangre periférica (es requerido bastante material genético)
2. Fragmentamos moléculas de ADN, disminuyendo su complejidad, quedando fragmentos más pequeños. Se utilizarán endonucleasas bacterianas que cortan cuando encuentran una secuencia específica, siendo este el sitio específico de reconocimiento. Hay enzimas que cortan fragmentos más grandes y otos más pequeños. Se fragmentarán de manera ordenada
3. Se separan fragmentos por su tamaño gracias a electroforesis en geles de agarosa
4. Se realiza el blot (transferencia) del gel hacia una membrana
5. Se utilizan sondas de ADN para determinar la presencia. Las sondas serán complementarias a las secuencias de ADN que se buscarán, además estarán marcadas con fluoróforo. Las sondas pueden hibridar cuando existe alta homología, tolerando algunos «missmatches». Por este motivo, no se detectarán cambios en un único par de bases
6. Se elevará la temperatura, uniéndose sondas a cadena complementaria
7. Se bajará la temperatura
8. Se lavará y quitarán sondas libres

 

Genes ortólogos

Son genes que están presentes en organismos de distintas especies, pero provienen de un ancestro en común. Un ejemplo: gen de la ARN polimerasa 2

Usos de genes ortólogos: enfermedad de Huntington. Será necesario conocer gen de posible patología para aplicar un Southern Blot.

Dato:

«A finales de la década de 1970, Nancy Wexler inició la investigación de la mutación genética que causa la enfermedad de Huntington…

Tras averiguar que en Venezuela había un clan familiar que mostraba una incidencia elevada de la enfermedad de Huntington, Wexler viajó a lago de Maracaibo en 1979 para obtener muestras de sangre de 500 personas… Hacia 1983 se descubrió que el problema se localizaba en el brazo corto del cromosoma 4. Sin embargo, todavía tuvo que transcurrir otra década para la identificación de un gen  que elabora una proteína llamada huntingtina.

El descubrimiento de ese gen en 1993 constituyó uno de los mayores éxitos de la genética de enfermedades. El proyecto duró 14 años… «

                                                                               50 Cosas que hay que saber sobre genética

 

PCR: variantes aplicativas

• Se pueden realizar pruebas para determinar ciertas mutaciones
• Detecciones de inserciones y deleciones por PCR: darán fragmentos con longitud diferentes entre wild type/mutados

PCR alelo específica (técnica extremadamente específica)

• Mutaciones puntuales por sustitución
• Se busca diseñar un primer que sólo pueda unirse de manera perfecta excepto en el último nucléotido wild type, pero sí en su 100% al patogénico
• Wild type: se encontrará sin amplificación (paciente sano)
• Mutación: se encontrará amplificada

PCR RFLP

• Mutación puntual por sustitución de bases
• Alelo wild type es el blanco de enzima de restricción
• Ante una mutación dicha enzima no podrá actuar

1. Se amplifican ambas variantes
2. Se utiliza enzima de restricción
3. Material genético mutado será más largo, no se encontrará «cortado», siendo más pesado. Wild type estará cortado

 

CRISPR/Cas9

Esquema CRISPR/Cas9

Adjunto información de otra entrada: Sem. 5 BC: Técnicas

La tecnología CRISPR/Cas9 es una herramienta molecular utilizada para “editar” o “corregir” el genoma de cualquier célula. Eso incluye, claro está, a las células humanas. Sería algo así como unas tijeras moleculares que son capaces de cortar cualquier molécula de ADN haciéndolo además de una manera muy precisa y totalmente controlada.  Esa capacidad de cortar el ADN es lo que permite modificar su secuencia, eliminando o insertando nuevo ADN

Todo comienza con el diseño de una molécula de ARN (CRISPR o ARN guía) que luego va  a ser insertada en una célula. Una vez dentro reconoce el sitio exacto del genoma donde la enzima Cas9 deberá cortar

El proceso de editar un genoma con CRISPR/Cas9 incluye dos etapas. En la primer atapa el ARN guía se asocia con la enzima Cas9. Este ARN guía es específico de una secuencia concreta del ADN, de tal manera que por las reglas de complementariedad de nucleótidos se hibridará en esa secuencia (la que nos interesa editar o corregir). Entonces actúa Cas9, que es una enzima endonucleasa (es decir, una proteína que es capaz de romper un enlace en la cadena de los ácidos nucléicos), cortando el ADN. Básicamente podemos decir que el ARN guía actúa de perro lazarillo llevando a Cas9, el ejecutor, al sitio donde ha de realizar su función

En la segunda etapa se activan al menos dos mecanismos naturales de reparación del ADN cortado. El primero llamado indel (inserción-deleción) hace que, después del sitio de corte (la secuencia específica del ADN donde se unió el ARN guía), bien aparezca un hueco en la cadena, bien se inserte un trocito más de cadena. Esto conlleva a la perdida de la función original del segmento de ADN cortado

Un segundo mecanismo permite la incorporación de una secuencia concreta exactamente en el sitio original de corte. Para esto, lógicamente, hemos de darle a la célula la secuencia que queremos que se integre en el ADN

Desde 2013, el sistema CRISPR/Cas se ha utilizado para la edición de genes (agregando, interrumpiendo o cambiando las secuencias de genes específicos) y para la regulación génica en varias especies. Al administrar la proteína Cas9 y los ARN guía apropiados a una célula, el genoma de esta puede cortarse en los lugares deseados, cuyas secuencias serán complementarias a las de los ARN guía utilizados. Esto permite la eliminación funcional de genes o la introducción de mutaciones (tras la reparación del corte realizado por la maquinaria celular de reparación del ADN) para estudiar sus efectos. Modificaciones recientes del sistema CRISPR/Cas9 permiten también actuar sobre la transcripción de los genes, modificando así solo su nivel de funcionamiento, pero no la información genética

 

Link de interés:

https://aprobemosjuntos.wordpress.com/category/proyecto-2018/biologia/sem-5-bc/

Sem. 9 GEN: Cromosopatías 2, anomalías cromosómicas numéricas

Programa:

SG9: CROMOSOMOPATÍAS II ANOMALIAS CROMOSÒMICAS NUMÈRICAS

Anomalías cromosómicas numéricas: Aneuplodias (trisomías, monosomías) y Poliploidías

(triploidías, tetraploidías). Mecanismos involucrados en la producción de aneuploidías:

no‐disyunción anafásica meiótica y mitótica. Mosaicismos cromosómicos. Aplicación de los

conceptos de aneuplodías, mecanismos involucrados, y técnicas diagnósticas, en ejemplos de

enfermedades frecuentes en nacidos vivos: Síndrome de Down (trisomía del cromosoma 21),

Síndrome de Edwards (trisomía del cromosoma 18), Síndrome de Patau (trisomía del cromosoma

13), Síndrome de Turner (Monosomía del cromosoma X) Síndrome de Klinefelter (Trisomía XXY).

Relación entre edad materna avanzada como factor de riesgo y la producción de trisomías.

Mecanismos involucrados en la producción de poliploidías: Fallas en la citocinesis ovocito‐cuerpo

polar; poliespermia. Aplicación de los conceptos de poliplodías, mecanismos involucrados, y

técnicas diagnósticas, en el ejemplo de gestaciones triploides.

 

¡! 50% de los abortos espontáneos -> anomalías cromosómicas

¡!15% de los varones infértiles -> anomalías cromosómicas

 

• Número de cromosomas -> se ve afectado en las numéricas. Existen dos grandes grupos:

1. Poliploides
2. Aneuploidías

• Aneuploidías: son las “trisomías”, un cromosoma de más o un cromosoma de menos en los cromosomas homólogos, se rompe euploidía: trisomías y monosomías
• Poliploidías: juegos cromosómicos enteros extra. Ej: triploidías, tetraploidías

 

ANEUPLODÍAS

• Ocurren en el momento de formación de las gametas: espermatogénesis y ovogénesis
• No disyunción meiótica: no separación de los cromosomas en meiosis (cualquiera de las dos) -> puede fallar en anafase, por ejemplo: una gameta no tiene par 21 y otro tiene toda la carga genética al no producirse la disyunción
• Fallo en arrastre de los cromosomas
• Entonces, la no disyunción puede generar cigotas: trisómicas y monosómicas
• El 90% de las aneuploidías en clínica, tiene origen materno, o sea, que ocurre en ovogénesis
• Depende fuertemente de la edad materna -> aumento exponencial

No disyunción, esquema

¿Por qué ocurre esto en mujeres y en hombres no?

• Arresto en meiosis I desde etapa fetal materna
• Son mismas células de vida fetal, puede fallar el huso mitótico en anafase
• Contrasta mucho con el sexo masculino, que es más probables generar mutaciones puntuales
• Entonces, pueden pasar (por ej) 40 años hasta que el ovocito sea fecundado (lo cual representa riesgo de tener hijo con cromosopatías)

Aumento exponencial, edad vs riesgo cromosopatías

• La monosomía de un par homólogo en humanos es letal -> no hay individuos monosomicos en los autosomas (1 al 22)
• No todas las trisomías son compatibles con la vida, la mayoría son eliminados en abortos tempranos
• Sólo tres pueden ser halladas en humanos vivos:

1.Síndrome de Down (47,XY o XX + 21) -> trisomía par 21

2.Síndrome de Edwards (47, XY o XX + 18) -> trisomía par 18

3.Síndrome de Turner (47, XY o XX + 13) -> trisomía par 13

• Los abortos en otros pares es muy temprano, no hay viabilidad fetal

 

Síndrome de Down

• Trisomía par 21
• Aneuploidía: triploide ( cromosoma extra par 21)
• Malformaciones cardiovasculares, intestinales, agudeza visual, auditiva
• Discapacidad intelectual (50 IQ) de media a severa (aunque el rango varía de 40 a 90)
• Cuando son adecuadamente estimulados, la performance aumenta muchísimo en los test de IQ
• Por este sesgo, sus auto-percepciones afecta en su relación con la sociedad, piensan que no pueden hacer nada por sí mismos, poniéndolos en un lugar bastante complejo, dificultando su desarrollo como personas
• Aproximadamente 8% tiene autismo
• Única trisomía compatible con la vida adulta. Vida media de 40-50 años (en Canadá)
• Es neurodegenerativa
• Un 2% presenta mosaicismo ( con grupos de células portadoras de la trisomía que conviven con células euploides)

¿Cómo es posible el mosaicismo?

• No disyunción mitótica, en desarrollo embrionario temprano, lo que representa un porcentaje muy bajo del total de células

¿Cuáles son los genes extras responsables de los signos y síntomas?

• Exceso de carga genética puede generar signos y síntomas. Si introducimos en x ratón un cromosoma 21 humano completo vemos deficiencias IQ, hidrocefalia, etc
• En el 2010: se genera una duplicación exacta de los genes del par 21 en ratón: reproduce muchos signos y síntomas que aparecen en humanos

 

Síndrome de Edwards

• Trisomía par 18
• 5% llegan a nacer
• Alta letalidad
• Edad materna avanzada
• Retardo en el crecimiento intrauterino
• Problemas cardíacos
• No suelen llegar al año de vida

¿Por qué hay ciertos pacientes trisómicos que sobreviven y otros que no?

• Rpta: por el contenido génico de los mismos -> alta letalidad
• Ej: cromosoma 1 es el más grandes -> inviabilidad
• Cromosoma 21 es el más pequeño (contiene relativamente en comparación al 1, pocos genes)

Aneuploidías par sexual: par 23

• Mucha menos severidad que en autosomas
• Existe monosomía: único par X -> síndrome de Turner

Síndrome de Turner

• 45, X
• Torax ancho, “en forma de escudo”
• Cuello corto, ancho
• Infertilidad: digenecia ovárica -> infantilismo sexual -> atrofia en desarrollo ovárico
• Problemas cardíacos
• Baja estatura
• IQ normal
• Se suele tratar con estrógenos
• Sufrimiento ppal -> aspecto social
• 80% de los casos es de origen PATERNO

Síndrome de Klinefelter

• 47, XXY -> aneuplodía más frecuente
• Menor severidad en signos y síntomas

¿Por qué son menos severos?

• Par 23:

1. No hay homología
2. Enormes diferencias de tamaño
3. Pequeñas regiones homologas = regiones pseudoautosómicas, que puede llegar a realizar crossing-over
4. Cromosoma Y: es muy pobre en cantidad de genes (SRY el más importante)
5. Los individuos XX: inactivación del cromosoma X (transcripcional), en etapas tempranas del desarrollo

¿Por qué el síndrome de Turner presenta signos y síntomas?

• Por la inactivación del X, no es completa. Posee regiones que escapan al silenciamiento. Por ej. regiones pseudoautosómicas
• Turner, entonces, presenta hemicigosis para las regiones pseudoautosómicas del par sexual
• Número de genes cambia de dosis, es relativamente bajo
• Lo mismo ocurre en pacientes Klinefelter -> se silencia un cromosoma X -> genes en porciones pseudoautosómicas en exceso

 

Poliploidías

• Juegos cromosómicos completos de más
• Triploidías o tetraploidías
• Ej: 69, XXY -> 3 juegos completos -> aborto espontáneo
• Expectativa de vida muy baja
• Se generan:

1. Triplodía: fallo en bloqueo de poliespermia, cigota triploide o falla completa en producción de gametas
2. Tetraploidía: endomitosis. Ocurre duplicación del genoma, pero falla su separación

• MUY POCO COMUNES

Lectura recomendada: Jorde 4ta edición, capítulo 6

Sem. 7 GEN: Enfermedades multifactoriales

Programa

SG7: HERENCIA MULTIFACTORIAL. Características de la herencia multifactorial. Consanguinidad
como factor de riesgo. Poligenia en rasgos de valores continuos. La regresión a la media. Hipótesis
del umbral. Genética de los desórdenes comunes del adulto: diabetes, hipertensión, enfermedad
coronaria, malformaciones congénitas aisladas, enfermedad de Parkinson. Los riesgos de
recurrencia en las enfermedades de herencia multifactorial. Concepto de SNP (sigla de Single
Nucleotide Polymorphism: Polimorfismos de un único nucleótido) y su uso en el estudio de loci
predisponentes en enfermedades multifactoriales. Bases genéticas de entidades tumorales
esporádicas y hereditarias.

Enfermedades multifactoriales

• Enfermedades prevalentes -> poseen alto riesgo de recurrencia
• Las monofactoriales o monogénicas, poseen aún más riesgo de recurrencia, los cuales siguen un patrón de herencia determinado
• Existen patrones que no se explican por las leyes de Mendel
• Por ejemplo, las malformaciones congénitas son muy frecuentes en los recién nacidos, muy prevalentes -> origen multifactorial

Algunos conceptos claves:

• Las enfermedades genéticas de origen multifactorial son más frecuentes en algunas familias que en otras -> poseen cierta contribución de carga genética
• La probabilidad de recurrencia no responde a las leyes Mendelianas, en consecuencia, es falso suponer que un único gen es afectado
• Hay enfermedades con ciertos porcentajes de aparición ya establecidos para la población general
• En riesgo de recurrencia en valor porcentual es mucho más bajo en comparación con las enfermedades monogénicas
• Están fuertemente condicionadas por factores ambientales, los cuales pueden ser muy variados, llegando a poder desencadenar alguna patología
• La carga genética da sólo una susceptibilidad a la patología, la cual puede estar gatillada por factores ambientales

Factores ambientales que pueden ayudar a aparición de patología multifactorial:

• Teratógenos, por ejemplo, fiebre en mujer embarazada
• Atiestaminicos
• Fármacos
• Etc

Concepto de heredabilidad: implica pensar en la contribución genética cuantitativamente, en qué porcentaje los genes contribuyen a la aparición de un rasgo, podré determinar su heredabilidad

• Para estudiar esto, se utilizan los estudios de concordancia en gemelos monocigotas, los cuales son genéticamente hablando, clones -> ¿Cuan frecuente es que un gemelo esté afectado y su hermano posea la misma patología? Estos estudios basados en la heredabilidad son sólo una aproximación, ya que no se puede “disecar” de manera completa el factor ambiental del genético

Ahora bien, ¿cómo se evalúa el factor ambiental?: Estudios con padres adoptivos

• Si un hijo llega a desarrollar mismas patologías de los padres adoptivos, se puede especular que el factor ambiental será clave
• Por otro lado, si el hijo adoptivo tiene un gemelo monocigotico y ambos desarrollan una misma patología en ambientes totalmente diferentes, se puede especular que esta poseía una fuerte carga genética

A modo de concluir este tema, ambos estudios se tratan de complementar para poder llegar a porcentajes  acertados de carga genética y carga ambienta, siendo hasta el momento, bastante especulativos

 

¿Existe entonces algún modelo teórico que explique la aparición de una enfermedad multifactorial?

Ya responderemos a esta pregunta

 

¿Cómo se heredan los rasgos cuantitativos? -> nos ayudará a entender cómo se comportan enfermedades multifactoriales

• Altura
• Peso
• Colesterolemia
• Color de piel
• Color de ojos

Este tipo de rasgos, se van a distribuir de manera normal (Gaussiana)

• La mayoría pertenece al promedio, donde el valor más frecuente es el promedio. Lo cual no es algo que ocurra en todos los aspectos de la vida, por ejemplo en una empresa, donde el promedio de ingreso por trabajador no representa el salario de la mayoría (donde la media no es la moda)
• La población, entonces va EN GENERAL tender al promedio
• Un ejemplo burdo: la tendencia de la población general es tener ojos cafes, en los extremos se ubicarían las personas con ojos color azul

Todo lo anterior mencionado, termina en cierta teoría:

• Son varios los genes los cuales están dando un rasgo determinado
• Cada porción alélica va a contribuir mucho/poco dependiendo de la misma al rasgo
• Los fenotipos que se ubican en los extremos son los menos probables
• Mientras más sean los genes que contribuyen a determinar el rasgo, la distribución se asemeja más a la campana de Gauss
• Las enfermedades multifactoriales, lo más probables es que estén determinadas por múltiples genes y además por cierta modulación del ambiente

A modo de conclusión, la herencia multifactorial:

• Poligénica
• Regulada por factores ambientales en menor o mayor medida
• Posee una distribución Gaussiana

 

Entonces, si se nos presentase un paciente que tuvo un hijo, por ejemplo con luxación congénita de cadera (enfermedad multifactorial) y nos preguntase cual es el riesgo de que tenga nuevamente un hijo con la patología: ¿cómo le respondemos?

Será explicado gracias al modelo de umbral de susceptibilidad:

• Recordando que se distribuyen de manera normal
• Al no ser una magnitud directamente cuantificable, se puede reemplazar por la susceptibilidad a poseer una patología
• Muy pocos sujetos con el porcentaje de susceptibilidad de JAMAS poseer la enfermedad
• Muchos sujetos con el porcentaje de susceptibilidad MEDIA a poseer la enfermedad
• Muy pocos sujetos con el porcentaje de susceptibilidad de SI o SI poseer la enfermedad
• Aquellos que han superado este umbral, son los que van a presentar signos y síntomas

Sabiendo esto de antemano, una familia tiene un riesgo de recurrencia incrementado con respecto a la población general donde:

• F = población
• √F = riesgo de familia

Ejemplo:

• 1/30.000 = población general = %00003333333 chances
• √1/30.000 = familia = %00577350269 chances

Entonces:

• El porcentaje de recurrencia en la familia será mayor que en la población general
• Se ajustan ambos criterios (genético y ambiental) para dar riesgo de recurrencia a la familia
• En relaciones incestuosas aumenta mucho el riesgo de recurrencia, pues no existen variaciones necesarias en el genoma del próximo descendiente
• Cuando la porción de genes compartidos en menor, cae muchísimo el riesgo de recurrencia. Esto se explica por el proceso de selección natural, de manera que las personas (inconscientemente) tienen a emparejarse con aquellas que no se asimilen a sus familiares
• Es difícil conseguir una alta susceptibilidad, si la carga genética de la patología es muy alta, la probabilidad de recurrencia será mayor
• Es riesgo de recurrencia, también será mayor si un miembro de la familia también está afectado por la patología

Algo clave:

• Se pone en evidencia el riesgo de recurrencia al tener, por ejemplo 2 o 3 hijos con la misma patología
• No es que aumenten las chances de tener un hijo enfermo, sino que se logra evidenciar con mayor claridad lo que antes no se pudo
• En estos casos la carga genética es mayor, evidentemente
• Lamentablemente, son datos que se logran a posteriori del nacimiento, pero son datos que las parejas deben manejar

Un individuo severamente afectado, cruzó por mucho el umbral de susceptibilidad y por ende el riesgo de recurrencia será mayor que el de la población general

A veces hay algunas que afecta más a los hijos masculinos  o femeninos, ejemplo:

Estenosis pilórica:

• 1 (fem) : 5 (masc)
• Riesgo de recurrencia en misma familia, 6,5% en hijos y 2,5% en hijas
• Pero, si el afectado es una hija, el riesgo que se pondrá en evidencia será muchísimo mayor (recordar que no aumenta, sino que se pondrá en evidencia)
• Entonces, el nacimiento de una mujer afectada nos hizo ver y poder dar de mejor manera el verdadero porcentaje de riesgo de recurrencia real, antes oculto

¿Podemos saber para cada patología las variantes alélicas involucrada?

• Primero se necesitó de codificar el genoma humano por completo
• Luego, mediante ciertas técnicas se ha logrado establecer una base de datos de polimorfismo de nucleótidos únicos, 85.000 aprox.
• Se han podido identificar algunas variantes características de patologías multifactoriales
• Al ser una tarea colosal tratar de identificar cada variante para cada enfermedad multifactorial, (90% de las enfermedades) es muy difícil ser precisos en este punto

Algunos ejemplos clásicos:

• Esquizofrenia
• Hipertensión arterial
• Arterioesclerosis
• Enfermedad de Alzheimer
• Asma
• Diabetes mellitus
• Varios tipos de cáncer
• Incluso la obesidad

Sem. 6: Patrones de herencia no clásicos

Programa

G6: PATRONES DE HERENCIA IV (NO CLASICA): Concepto de mutaciones dinámicas por
expansión de tripletes. Correlación con el fenómeno de la anticipación. Concepto de alelos
premutados y con mutación completa. Ejemplos de enfermedades y mecanismo molecular
involucrado (Enfermedad de Huntington, Fragilidad del cromosoma X). Concepto de Impronta
genómica (Imprinting). Ciclos de conversión de impronta materna y paterna en las células
germinales. Mecanismos moleculares involucrados. Casos de alteraciones en los patrones de
impronta: mutaciones de centros reguladores de impronta; deleción en regiones genéticas
sometidas a impronta; el caso de la Disomía uniparental. Aplicación de estos conceptos en las
siguientes entidades clínicas: Síndromes de Prader‐Willi y Angelman. Revisión de las
características del genoma mitocondrial y su diferencia con el nuclear. Distinción entre los
conceptos de enfermedades mitocondriales y enfermedades de herencia mitocondrial.
Características de la herencia mitocondrial. Conceptos de heteroplasmia, segregación replicativa y
efecto umbral. Aplicación de estos conceptos en las siguientes entidades clínicas: Neuropatía
óptica del Leber (LHON), Síndrome de Kearn‐Sayre.

Patrones de herencia no clásicos

Clasificación:

• Monogénicas: alteran genes únicos
• No clásicos (este seminario): mutaciones en el ADN mitocondrial, expansión de tripletes, fenómenos epigenéticos
• Multifactoriales: múltiples causas genéticas y ambientales
• Cromosómicas: como por ejemplo el síndrome de Down

Herencia mitocondrial

• Desordenes en cadena respiratoria -> disfunción
• Recordar, que las proteínas de las mitocondrias pueden ser codificadas por el genoma nuclear o el mitocondrial
• El genoma mitocondrial posee 37 genes -> 13 prot -> estas 13 va a colaborar en la cadena respiratoria de las mitocondrias
• Una mutación tendrá un efecto negativo en la producción del ATP
• OJO: el OVOCITO aporta el factor citoplasmático en la fecundación. Entonces, la herencia de las mitocondrias dependerá exclusivamente de las madres

Ciertas características:

• El ADN mitocondrial posee una tasa elevada de mutación, mucho más alta que la del ADN nuclear debido principalmente, a su proximidad con especies reactivas del oxígeno
• El ADN mitocondrial es poliploide: dentro de una mitocondria, hay 2-10 cadenas de ADN
• En cada célula hay entre 100 a 1.000 mitocondrias, por lo que hay entre 200 a 10.000 copias de ADN mitocondrial por célula

Variabilidad de la expresión:

• Heteroplasmía
• Segregación replicativa
• Efecto umbral

Heteroplasmía:

• Se dice de un individuo que es heteroplasmático cuando presenta una mezcla de dos poblaciones diferentes de mitocondrias. Si, por el contrario, todas las mitocondrias tienen el mismo genoma, se dice que es homoplasmático
• Segregación replicativa de mitocondrias normales y mutadas. Al generarse un ovocito, pueden contenerse gran cantidad de mitocondrias normales/mutadas
• Mientras mayor sea la heteroplasmía, mayor será el grado de síntomas y signos
• Mientras menor sea la heteroplasmía, menor será el grado de signos y síntomas

Efecto umbral:

• Sobre cierto límite (por ej, de heteroplasmía), comienzan a manifestarse signos y síntomas
• Si por ejemplo, existen pocas variantes mutadas, la patología al estar por debajo del umbral puede no presentar ningún signo ni síntoma
• Gracias a la segregación: el hijo puede estar enfermo y la madre sana, ya que heredó muchas mitocondrias heteroplásmicas
• Tejido nervioso, muscular, corazón, riñon, hígado -> principales asociados a disfunción de las mitocondrias

Enfermedades producidas por expansión de triplete:

• Expansión de una repetición de 3 nucleótidos dentro del gen afectado
• Aumentan de una generación a otra: dinámica
• Se produce por un error de la ADN polimerasa -> deslizamiento de la ADN pol.
• Las regiones con secuencia repetidas son inestables: poseen una elevada tasa de mutación
• Fenómeno de anticipación: en una familia, al pasar las generaciones se espera encontrar afectados a edades más tempranas y con signos y síntomas aún más severos que las generaciones anteriores
• Por lo tanto, la edad de aparición de los síntomas es más temprana mientras mayor sea el número de repeticiones de tripletes
• Un ejemplo clásico: enfermedad de Huntington

Impronta genética/Imprinting

• Es un proceso fisiológico -> las patologías se ven modeladas
• Los genomas parentales NO son equivalentes
• Hace referencia a la expresión DIFERENCIAL de un alelo según su origen parental
• Será entonces, una expresión mono-alélica y no bi-alélica como en la mayoría de los genes
• Depende del origen parental: impronta materna/paterna
• Su mecanismo, se basa en la metilación de histonas -> condensación del material genético
• Alrededor del 1% de los genes en humanos posee imprinting
• La mayoría, de estos genes, funcionan como reguladores del crecimiento fetal o neonatal
• Durante la formación de gametas, se elimina la impronta. Tal como sucede con la lionización

OJO:

• Si un gen posee impronta materna, se expresará alelo paterno
• Si un gen posee impronta paterna, se expresará el alelo materno

Enfermedades clásicas de este tipo de mutaciones:

• Angelman
• Prader-Willi
• En ambos casos se pierden genes con impronta genética materna/paterna, dependiendo de la patología

 

Sem. 5 GEN: Enfermedades ligadas al cromosoma X

Programa

SG5: PATRONES DE HERENCIA CLASICA II Y DIFERENCIACIÓN SEXUAL PRIMARIA
Bases genéticas de la diferenciación sexual primaria (sexo génico y sexo gonadal) en individuos XX
y XY. Individuos XY; características de la recombinación meiótica de los cromosomas sexuales.
Individuos XX e Inactivación del cromosoma X (Lyonización): mecanismos moleculares implicados
en la inactivación del cromosoma X: XIC (centro de inactivación en el cromosoma X); expresión del
gen Xist; rol del ARN‐XIST; modificación de histonas. Fases: inicio (apareamiento meiòtico, conteo,
elección del X a inactivar; expresión de XIST y tXist); amplificación; mantenimiento‐estabilización
de X inactivado). Mosaico de inactivación. Regiones de ADN en el X inactivado que escapan al
proceso de inactivación. Características del patrón de herencia ligada al X. Concepto de
“portadora” en mujeres heterocigotas para genes con locus en cromosoma X y su correlación
fenotípica. Aplicación del concepto de Patrón de herencia ligada al X (recesivo/dominante) y
mecanismo molecular involucrado, en ejemplos de enfermedades: Distrofia muscular de
Duchenne, Hemofilia A, Incontinencia Pigmenti, Raquitismo hiposfosfatemico, Síndrome de Rett.
Nociones de diagnóstico molecular, aplicación de técnicas analizadas en el SG1 y en el SG2.
Concepto de patrón de herencia ligada al cromosoma Y.

 

Enfermedades ligadas al cromosoma X

• Poseemos 22 pares de cromosomas autosómicos
• 1 par sexual
• En el caso de ser mujer: XX
• En el caso de ser hombre: XY
• El cromosoma X posee alrededor de 1000 genes, muchos más que el cromosoma Y
• El cromosoma Y posee alrededor de 14 genes, siendo el gen SRY el más importante
• Ambos, poseen pequeñas regiones homologas, en meiosis se asocian ambos cromosomas (regiones pseudoautosómicas)
• Ambos, codifican proteínas que van a colaborar con la determinación sexual

Existen varios tipos de sexo

• Sexo cromosómico: XX o XY
• Sexo génico: presencia (fenotipo masculino) o no (fenotipo femenino) del gen SRY
• Sexo gonadal: testículos u ovarios
• Sexo fenotípico: genitales externos, gracias a este sexo el médico le asigna un sexo al neonato
• Sexo psicológico
• Sexo legal

Nosotros nos avocaremos al sexo cromosómico y génico

Determinación sexual primaria

• Diferenciación de las gónada en cierto sentido, ya sea masculino o femenino
• Testículos -> hormonas (ej, testosterona, DHT, etc) -> genitales externos en sentido masculino
• Ovarios -> hormonas (ej, progesterona, estrógeno, etc) -> genitales externos en sentido femenino

Recordemos que todos estuvimos en un estado bi-potencial, por más que tuviésemos el cromosoma X o el Y

XX:

• FGF-9 (extracelular) y SOX-9 (intracelular) -> desarrollo en sentido femenino
• Ambos provienen de los autosomas
• Entre ellos generan feedback positivo
• Se desarrollan conductos de Müller, degenerando los de Wölff
• Desarrollo consecuente de genitales externos en sentido femenino

XY:

• SRY -> inhibe a FGF-9 y SOX-9 -> testículo
• Células de Sertoli -> factor inhibitorio de Müller -> conductos de Müller degeneran
• Células de Leydig -> secretan testosterona y DHT -> supervivencia de conductos de Wölff
• Desarrollo consecuente de genitales externos en sentido masculino

 

Lionización/Inactivación del cromosoma X

• En el caso de las mujeres, si expresaran ambos cromosomas en su totalidad, poseerían prácticamente el doble de las proteínas producidas en el par sexual
• Hombre y mujer tienen igual dosis de proteínas
• Uno de los dos cromosomas en cada célula se inactiva, a excepción de las regiones pseudoautosómicas
• Esto ocurre en etapas tempranas del desarrollo embrionario de manera randomizada (aleatoria), lográndose una condensación de aprox. el 95% del material genético
• Recordar que el hombre siempre es hemicigota para el par sexual
• Esta lionización, puede estar dada entonces, en el cromosoma X paterno o materno
• Las células descendientes mantienen este cambio epigenético a lo largo de los ciclos replicativos
• Entonces, en células autosómicas, las mujeres poseerán un mosaicismo para la expresión del cromosoma X

En el trofoblasto, se inactiva el cromosoma X paterno, pero no gracias al proceso de lionización, sino debido a una impronta genética. No es el caso del epiblasto, donde ya ocurre el proceso de inactivación del X

Las mutaciones en el X, los hombres no pueden compensarla por su hemicigosis. En las mujeres, esto dependerá del patrón de lionización

En gametas, la lionización no ocurre. Será exclusiva de células somaticas

¿De qué gen depende todo este proceso?

• Gen CIS: resulta en un ARN largo no codificante, que impide la expresión del otro cromosoma
• Rodea al ADN, impidiendo su expresión. Activa modificadores de histonas: metilasas y desacetilasas -> condensa el ADN
• Es un proceso totalmente randomizado (50/50)
• En el cromosoma que logra expresar CIS ocurren acetilaciones y desmetilaciones, favoreciendo la expresión del material genético

 

Algunos conceptos claves de enfermedades ligadas al cromosoma X:

• Un padre enfermo, jamás transmitirá la misma a un hijo varón
• Un padre enfermo, transmite en un 100% de los casos su X a una hija
• Existen dominantes y recesivas
• Las dominantes en hombres suelen ser letales o con mucho grado de afectación, muy raras
• Las recesivas -> frecuentes en hombres, con mujeres portadoras

 

Enfermedades ligadas al cromosoma Y

• Muy raras
• Solo hombres se ven afectados
• De varón -> varón
• Riesgo de recurrencia: 100% en hombres y 0% en mujeres

 

Las más importantes, en este caso, son las enfermedades ligadas al X recesivas:

• Normalmente se da con más frecuencia en hombres dado que tienen un solo cromosoma X, por lo que si heredan el alelo mutado desarrollaran la enfermedad
• Las mujeres al tener dos cromosomas X si solo heredan un alelo mutado serán portadoras pero no desarrollaran la enfermedad, para esto tendrían que heredar dos alelos mutados.
• Una mujer afectada por una enfermedad recesiva ligada al cromosoma X trasmitirá el alelo mutado a todos sus descendientes, todas las hijas serán portadoras (pero no afectadas) y todos los hijos afectados por la enfermedad
• Un hombre afectado trasmitirá el alelo mutado a todas sus hijas, que serán portadoras, pero a ninguno de sus hijos
• Una mujer portadora tiene una probabilidad del 50% con cada hijo o hija (independientemente de su sexo) de que este herede el alelo mutado, si lo hereda un niño desarrollará la enfermedad y si lo hereda una niña será portadora de la enfermedad

Ligado al X, recesiva

 

Sem. 4 GEN: Enfermedades monogénicas

Programa:

SG4: PATRONES DE HERENCIA CLASICA I Características de la herencia monogénica mendeliana.
Conceptos de dominancia y recesividad. Características diferenciales entre los patrones de
herencia: autosómico dominante, autosómico recesivo. Correlación genotipo‐fenotipo. Aplicación

de los conceptos de: variante wild type (salvaje); patogénica y polimorfismo. Conceptos de:
homocigota; heterocigota; compuesto heterocigota y hemicigota. Variabilidad de las
manifestaciones fenotípicas: expresividad variable; penetrancia incompleta; modulación por
producto de genes modificadores. Aplicación del concepto de Patrón de herencia autosómico
dominante y mecanismo molecular involucrado, en ejemplos de enfermedades: Acondroplasia,
Hipercolesterolemia familiar, Neurofibromatosis 1. Aplicación del concepto de Patrón de herencia
autosómico recesivo y mecanismo molecular involucrado, en ejemplos de enfermedades: Fibrosis
quística, Fenilcetonuria, Albinismo, Hiperplasia Suprarrenal Congénita. Nociones de diagnóstico
molecular, aplicación de técnicas analizadas en el SG1 y SG2. Factores de riesgo en relación a la
herencia autosómica recesiva: consanguinidad y endogamia. Implicancia en salud pública:
Pesquisa neonatal de enfermedades metabólicas.

Enfermedades monogénicas

Aspectos claves:

• Siguen leyes de Gregor Mendel, de manera muy precisa
• No son las más prevalentes (ya se verá que son las enfermedades multifactoriales las que presentan más incidencia en la población general)
• Representan un porcentaje bastante bajo

Principios de Mendel:

• Principio de dominancia
• Principio de segregación
• Principio de distribución independiente

Principio de dominancia:

• Ciertas variantes alélicas, pueden determinar la aparición de un determinado fenotipo por más que esté en una dosis en el genoma (dominante). En otros casos se necesita de ambas variantes alélicas (recesivas)
• Lo dominante/recesivo hace referencia al aspecto FENOTIPICO que se observa, queda entonces hacerse la pregunta: ¿está afectado o no?
• Si el afectado está con una sola variante alélica para el rasgo -> dominante
• Si el afectado, en cambio, presenta ambas -> recesivo
• Las enfermedades dominantes son iguales en casos heterocigóticos como en homocigóticos: SE PRESENTA PATOLOGIA EN AMBOS CASOS, no necesitándose ambos alelos con mutación. En medicina generalmente, se trata de pacientes heterocigotos, ya que la homocigosidad suele ser letal en el caso de las enfermedades dominantes

 

Principio de segregación:

• Durante la formación de gametas, ocurre la separación de cromosomas homólogos, dando células haploides. Luego de la fecundación, se vuelve a establecer la diploidia

 

Principio de distribución independiente: ¿Cómo se distribuyen aleatoriamente las variantes alélicas en las gametas?

• Se segregan de manera independiente en la anafase II de la meiosis
• Si dos genes están en el mismo par cromosómico y en cercanía, tenderán a migrar juntos a una misma gameta (se deja de cumplir este principio)

 

Muchas veces, el pedigree o árbol genealógico es el único indicio para dar con la patología monogénica. A lo largo de las generaciones se puede presentar cierto patrón de herencia Mendeliano. Aún, si no conocemos el gen responsable se puede dar el porcentaje de posible aparición de x enfermedad en un futuro hijo. Se necesita, para conformar este pedigree, tener la información de al menos 3 generaciones dentro de una familia para dar con un diagnóstico

 

Particularidades del patrón de herencia autosómico dominante:

• Afectados: poseen un progenitor afectado y este a su vez un progenitor también afectado
• NO HAY SALTOS GENERACIONALES -> “verticalidad de herencia”
• Genes localizados en autosomas
• Alto porcentaje de riesgo de recurrencia

Ahora bien, ¿qué pasa cuando no hay ningún progenitor afectado?

• En el caso de la acondroplasia es muy frecuente
• Lo más plausible: mutaciones de NOVO, nuevas
• Se pudo producir en la línea germinal de los progenitores
• Pasa en el 80% de los casos de afectados por acondroplasia, muy relacionado con la edad paterna avanzada
• Aumentan chances de mutaciones a medida que avanza edad por diferentes replicaciones a lo largo de los años, en este caso del padre

 

Conceptos MUY CLAVES:

• Salto generacional: “no salta”, sino que un individuo no presenta patología (todo esto asociado a las dominantes), contiene carga genética. Puede afectar componente ambiental a que no se presente

 

• Penetrancia: una variante es completamente penetrante cuando su presencia es 100% fenotípica. Existen algunas patologías con penetrancia reducida (incompleta), que se manifiesta en un salto generacional. Una persona con un genotipo causante de enfermedad podría no mostrar el fenotipo de la enfermedad en absoluto, a pesar de que puede transmitir la mutación causante de enfermedad a la generación siguiente. Es un fenómeno de todo o nada: o se tiene el fenotipo de la enfermedad o no se tiene. Suele estar dado por factores ambientales

 

• Expresión variable: se refiere al GRADO de gravedad del fenotipo de la enfermedad. La gravedad de la expresión variable de muchas enfermedades genéticas puede variar enormemente. Suele estar dado por factor ambientales

En conclusión, el peso genético es muy importante en enfermedades autosómicas dominantes, pero puede ser alterado de manera muy discreta el grado de penetrancia de las mismas. En otros casos, como es el de las enfermedades multifactoriales, la balanza se inclina hacia el componente ambiental

 

Particularidades del patrón de herencia autosómico recesivo:

• Suelen estar, los afectados, en una horizontalidad (pedigree)
• Suelen ser hermanos afectados
• Consanguinidad -> es un factor de riesgo en este tipo de enfermedades
• Suelen, los afectados, tener padres no afectados (portadores)
• Se necesitan ambos alelos mutados para expresar enfermedad
• Por un proceso de selección natural, los afectados suelen ser muy pocos

 

Factores de riesgo en enfermedades autosómicas recesivas:

• Consanguineidad: principal factor de riesgo -> alta letalidad de futuros hijos
• Aislamiento geográfico
• Factores de aislamiento consentido, ej: menonitas, tribus

En los casos recién mencionados, todos (o eso se espera) comparten cierta porción del genoma

En promedio:

• Los hermanos se parecen genéticamente: 50%
• Los primos se parecen genéticamente: 25%

Hay variantes patogénicas con elevada prevalencia poblacional (arriba del 1%), que la selección natural no pudo “callar” de manera absoluta. Existe un alto número de individuos afectados

Fibrosis quística:

• Niños morían al poco de nacer
• Taponamiento de las vías respiratorias, conductos biliares, aparto reproductivo, vías pancreáticas, etc
• La apertura máxima de los canales de cloruro se ve afectado
• Tiene un patrón de herencia recesivo
• ¿Qué proporción de la variante wild type necesita para que no se exprese la enfermedad? El 50% de la proteína bien plegada es suficiente para no manifestarla
• Debido a que quizá, en algún momento nos sirvió esta mutación, se explica su prevalencia poblacional alta (sobre todo en Argentina)

Bibliografía recomendada: Jorde, capítulo 4. Recomiendo además practicar mucho: cuadros de Punnett y árboles genealógicos

Sem. GEN 3: Mutaciones

Programa:

SG3: MUTACIONES Mutaciones: definición y clasificación. Mecanismos mutacionales. Agentes
considerados mutagénicos. Mutaciones en la evolución. Distinción entre los conceptos de:
variante wild type (salvaje); patogénica, de significado incierto y polimorfismos. Familias génicas.
Pseudogenes. Mutaciones en células somáticas y en células germinales. Concepto de mosaicismo.
Conceptos de genotipo y fenotipo. Efectos fenotípicos de las mutaciones en diferentes niveles de
organización de un individuo. Concepto de anomalías congénitas. Clasificación etiopatológica:
monogénicas, cromosómicas, multifactoriales y ambientales. Heterogeneidad genética y
fenocopias.

 

Mutaciones

• Todo cambio permanente que ocurre en la secuencia de nucleótidos
• Ocurren a nivel molecular
• Su detección se va a por técnicas de rutina de citogenéntica clásica. PCR, secuenciación, MLPA, etc
• Pueden darse en la línea germinal (nuestro foco principal), o sea, que se van a heredar y afectar a la descendencia
• Pueden darse en células somáticas, que no van a ser heredadas, resultando probablemente en un tumor o malformaciones en el desarrollo temprano
• Pueden darse en el aspecto estructural o numérico (ambos van a ser desarrolladas a lo largo de los seminarios)

Las mutaciones poseen cierta “morfología”, pueden ser puntuales o con cierta extensión

Puntuales:

• Transición: purina-purina / pirimidina-pirimidina
• Transversión: purina-pirimidina / pirimidina-purina
• Deleciones: pérdida de un nucleótido, corriendo el marco de lectura
• Inserciones: corriendo marco de lectura

 

Con cierta extensión:

• Inserciones
• Deleciones
• Duplicaciones
• Expansiones de tripletes

Deleciones:

• Elimina una o más bases
• Corre marco de lectura totalmente
• Produce proteína de función mala, resultando en un plegamiento erróneo
• Fibrosis quística -> ejemplo clásico de deleción más común

Inserciones:

• Se agregan bases
• Nuevamente se corre totalmente el marco de lectura
• Se generan proteínas de secuencia incorrecta -> mal plegamiento

Duplicación:

• Una secuencia de ADN que puede duplicarse
• Si es muy grande, puede llegar a verse por un estudio por cariotipo clásico
• Sino, se evidencia con otros tipos de técnica más específicos, como una PCR

Funcionalmente

• Silenciosas -> sin efecto alguno
• Cambio en el marco de lectura
• Cambio de sentido (miss-sense)
• Sin sentido (non-sense)
• En puntos de control
• En sitios donde ocurre el splicing
• Expansiones de tripletes -> clásicos de enfermedades con el fenómeno de anticipación

Silenciosas:

• Son “silenciosas”, debido a que el genoma posee la característica de ser degenerado
• Y al hecho de ser redundante
• Aminoácido afectado por esta mutación es igualmente codificado
• No afecta fenotípicamente

Cambio de sentido (miss-sense):

• Cambia proteína (mal funcionamiento)
• La mutación no tiene un gran impacto, proteína puede seguir funcionando
• Hay casos más severos donde se pierde el funcionamiento

Sin sentido (non-sense)

• La mutación genera un CODON STOP PREMATURO: UGA, UAA, UAG
• Codón de terminación -> proteína acortada -> función totalmente alterada

Corrimiento marco de lectura:

• Se corren los tripletes (exones e intrones)
• Da como resultado aminoácidos totalmente distintos al original

Expansión de tripletes

• Ocurre en secuencias repetitivas
• Es sobrepasado el umbral esperado de repeticiones normales
• Al ocurrir esto se presenta el fenotipo
• Contiene el fenómeno de anticipación: los fenotipos (enfermedades), se presentan a edad más temprana y con mayor grado de afectación en generaciones consecuentes de una familia, presentando una gran susceptibilidad a seguirse expandiendo a lo largo de las futuras descendencias

Mutaciones en sitios de splicing:

• Crea señales para que por ejemplo, un intron pase a ser un exón
• Se puede dar una pérdida de exones
• Puede alterar el splicing alternativo -> perdiéndose exones
• Pueden anularse señales de splicing
• Cambia totalmente el marco de lectura

Mutaciones en puntos de control:

• Afectan regiones promotoras, enharcers, regiones intensificadores, silenciadores, etc
• Pueden, en fin, alterar muchas regiones controladoras de la expresión génica

 

OJO: no toda mutación termina en una enfermedad (fenotípicamente hablando)

 

Mutaciones por ganancia de función:

• Producen, generalmente hablando, enfermedades de tipo DOMINANTE
• Se ganan funciones o la actividad de una proteína se ve incrementada

Mutaciones por pérdida de función:

• Características de enfermedades recesivas
• Producen insuficiencias, como por ejemplo, la fibrosis quística

Mutaciones dominantes negativas:

• El producto anormal de la proteína mutada interfiere en la función de la que es producida por el alelo wild type (normal)
• Puede producir por ejemplo, una degradación de la proteína “sana”

Mutaciones espontáneas:

• “Normales”, producidas en el proceso de replicaciones del ADN (recordemos que la tasa de fallos de nuestro hermoso proceso de replicación del material genetico es de 10^-9)
• Generalmente son silenciosas

OJO: existen mutaciones en genes que afectan a varios tejidos y órganos. Una proteína que es expresada en más de un tejido, afectará en consecuencia a más de uno. Imaginemos entonces, una mutación en el ADN de las mitocondrias, claramente, se verán afectados principalmente los tejidos nerviosos y musculares del paciente

 

Algunas consecuencias de mutaciones en el genoma:

• Patologías
• Insuficiencias
• Malformaciones
• Ninguna (silenciosas)
• Etc

Agentes mutágenos:

• Tienen una clara tendencia a afectar la estructura molecular del ADN
• Su mecanismo de acción es de atacar a las bases (en su estructura química) o a los enlaces (puentes de hidrógeno, por ejemplo)
• Algunos agentes: agentes radioactivos, rayos UV, agentes químicos

Algunos métodos de reparación (no es el objetivo de esta parte de la cursada, ya fueron vistos en biología):

• Escisión de bases
• Escisión de nucleótidos
• Unión de extremos homólogos y no homólogos
• Etc

Tasa de mutación:

• Ya mencionada, 1×10^-9
• Hay algunos genes (los que poseen mayor actividad transcripcional, por ejemplo) de poseer mayor susceptibilidad a mutaciones
• VA MUY RELACIONADA CON LA EDAD PATERNA/MATERNA

 

¿Existen mutaciones favorables?

• Si, éstas de hecho, tratan de expandirse a lo largo de la población
• Buscan dar más sobrevida o en algún aspecto beneficiar al portador de ésta (como por ejemplo, en el aspecto reproductivo)
• Pueden darse por 3 puntos clave
• Selección natural: aumenta mutaciones favorables y disminuye, claramente las desfavorables. Ayuda a la sobrevivencia
• Deriva: se da en poblaciones específicas, generalmente aisladas
• Flujo: da una mezcla de genes, entre diferentes poblaciones, especies, familias, subfamilias por ejemplo

Lectura recomendada: Jorde, capítulo 3

Sem. BC 12: Biología celular en la célula tumoral y muerte celular programada

Programa

– Proteínas codificadas por protooncogenes. Proteínas codificadas por genes supresores de tumores. Pérdida de control del crecimiento normal. Mutaciones oncogénicas en las proteínas que promueven la proliferación celular.

-Mutaciones que provocan la pérdida de la inhibición del crecimiento celular y control del ciclo celular.

-Concepto de neoplasia. Adquisición de fenotipo invasivo. Crecimiento tumoral y metástasis. Tropismo celular metastásico. Angiogénesis tumoral.

-Enfoques moleculares para el diseño de estrategias para el tratamiento de neoplasias.

Antes de comenzar esta última entrega de biología celular, quisiera pedir disculpas por haber tenido tan tirada la página. La verdad es que, como todos, estuve muy ocupado con el parcial de anatomía, le di mucha importancia a pasarlo , dejando un poco de lado las publicaciones.

Un punto que me parece relevante a una semana de rendir el examen, es el cómo se estudia la materia. INTEGRAR Y NO MEMORIZAR, pues la mitad del parcial consta de casos clínicos.  Traten de darle mucha importancia a los siguientes temas:

• Cáncer, diría que es lo mas tomado
• Señalización
•  ADN, ARN todo
• Citoesqueleto

Obvio el resto es importante, pero ya con el parcial encima es preferible priorizar

Muy feliz, por terminar ya con los seminarios de esta parte de la materia, no molesto más y los dejo

 

Las células neoplásicas o tumorales tienen una capacidad proliferativa descontrolada y deficiente proceso de apoptosis. Se expanden en una forma autónoma (clones) y no cumplen un rol funcional para el organismo

Las células tumorales que se hallan confinadas al sector de origen sin capacidad de invadir tejidos vecinos normales conforman los llamados tumores benignos, mientras que la malignidad se manifiesta cuando las células neoplásicas alcanzan los tejidos vecinos a través de las vías sanguíneas o linfáticas diseminándose por otras partes del organismo, la metástasis

Una diferencia relacionada entre las células normales y cancerosas es que muchas de estas últimas son capaces de crecer en ausencia de factores de crecimiento necesarios para las células normales, lo que contribuye a la proliferación descontrolada de las células tumorales. En algunos casos, las células cancerosas producen factores de crecimiento que estimulan su propia proliferación, el cáncer autocrino o estimulación autocrina del crecimiento, por lo que las células cancerosas dependen en menor medida de los factores de crecimiento que provengan de otras fuentes fisiológicas normales

La regulación de las células cancerosas mediante las interacciones célula-célula y célula-matriz, también se produce de una manera menos rigurosa que en el caso de las células normales. La mayoría de las células cancerosas tiene menos capacidad de adhesión que las células normales, lo que es debido, generalmente, a una expresión reducida de las moléculas de adhesión de la superficie celular

Debido a que las moléculas de adhesión celular tienen un bajo nivel de expresión, las células cancerosas están poco restringidas por las interacciones con otras células y con otros componentes tisulares, lo que proporciona a las células malignas la capacidad de invadir y dar lugar a metástasis. La poca adhesividad de las células cancerosas también da lugar a alteraciones morfológicas y del citoesqueleto: muchas células tumorales son más redondeadas que las normales, en parte debido a que no se unen de una manera tan firme ni a la matriz extracelular ni a la células vecinas

Otras características importantísimas de las células tumorales:

• Las células transformadas suelen secretar proteasas que digieren los componentes de la matriz extracelular, lo que permite a las células cancerosas invadir los tejidos normales adyacentes. Por ejemplo, la secreción de proteasas que degradan colágeno parece ser un factor importante en la capacidad de los carcinomas (cánceres que afectan a los epitelios, 90%) de digerir y penetrar a través de la lámina basal invadiendo el tejido conectivo subyacente
• Las células cancerosas secretan factores de crecimiento que promueven la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis). La angiogénesis es necesaria para mantener el crecimiento de un tumor por encima de un tamaño de 1.000.000 de células, punto en el que se requieren nuevos vasos sanguíneos para proporcionar oxígeno y nutrientes a las células tumorales en proliferación. La formación de estos nuevos vasos es importante no sólo para mantener el crecimiento del tumor, sino también en la metástasis. Las células tumorales pueden penetrar fácilmente en los nuevos capilares formados en respuesta a la estimulación angiogénica, lo que proporciona una nueva oportunidad para que las células cancerosas entren en el sistema circulatorio y comience el proceso de metástasis
• La mayoría de células diferenciadas o se dividen con muy poca frecuencia o no se dividen. Las células cancerosas en vez de llevar a cabo su programa de diferenciación normal, se bloquean en un estado temprano de diferenciación, lo que concuerda con su proliferación activa continua
• La muerte celular programada o apoptosis, es un componente del programa de diferenciación celular de muchos tipos celulares, incluyendo a las cuerpos formes. Muchas células cancerosas no sufren apoptosis, por lo que tienen ciclos vitales más largos en comparación con las células normales. Esta incapacidad de las células cancerosas de sufrir la muerte celular programada contribuye de una manera sustancial al desarrollo del tumor.
• Las células normales sufren apoptosis tras la lesión del ADN, mientras que esto no les sucede a las células cancerosas. En este caso, la incapacidad de sufrir apoptosis contribuye a que las células tumorales sean resistentes a la radiación y a muchas drogas quimioterapéuticas, que actúan dañando el ADN. Por tanto, la supervivencia celular anómala, así como la proliferación celular, desempeñan un papel fundamental en el crecimiento inexorable de las células cancerosas en el animal

Proto-oncogenes y oncogenes

Los proto-oncogenes, son genes reguladores importantes ya que en muchos casos codifican proteínas que intervienen en las vías de la transducción de señales que controlan la proliferación celular normal. Los oncogenes son formas de sus correspondientes proto-oncogenes que se expresan de manera anómala o que han mutado. Debido a estas alteraciones, los oncogenes inducen una proliferación anormal y el desarrollo del tumor

Cuando un proto-oncogen sufre una alteración por mutación, una alteración en sus funciones o pierde la regulación por parte de los genes supresores de tumores, adquiere una actividad promotora de crecimiento tumoral. O sea, induce la proliferación celular descontrolada y una amplificación génica, que da como resultado una expresión génica elevada

La amplificación del ADN es frecuente en las células tumorales, con una frecuencia 1.000 veces mayor que en las células normales, y la amplificación de los oncogenes puede desempeñar un papel en la progresión de muchos tumores hacia un crecimiento más rápido y un mayor carácter maligno

Los protooncogenes codifican las proteínas necesarias que intervienen en el control de la mayor parte de los mecanismos por los que se regula la proliferación celular como:

• Factores de crecimiento
• Receptores de factores de crecimiento
• Receptores hormonales

Factores de transmisión intracelular o segundos mensajeros como:

• Proteínas con actividad tirosinquinasa
• Proteínas de unión a guanosina trifosfato
• Factores de transcripción nuclear

 

Genes supresores de tumores

Un gen supresor tumoral es un gen que reduce la probabilidad de que una célula en un organismo multicelular se transforme en una célula cancerígena.​ Los genes supresores de tumores se encuentran en las células normales y generalmente inhiben la proliferación celular excesiva. Una mutación o una deleción de un gen supresor tumoral, aumentará la probabilidad de que se produzca un tumor, al perder su función. De esa manera, un gen supresor tumoral alterado es similar a un oncogén

En las células normales, las proteínas codificadas por los genes supresores de tumores detienen la progresión del ciclo celular en respuesta a un daño en el ADN o a señales de supresión del crecimiento provenientes del medio extracelular. Cuando los genes supresores de tumores están mutados o son inactivos, las células no pueden responder normalmente a los puntos de control del ciclo celular, o son incapaces de realizar muerte celular programada si el daño del ADN es demasiado importante. Esto conduce a un incremento en las mutaciones y a la incapacidad de la célula de dejar el ciclo celular cuando debería convertirse en quiescente. Cuando los dos alelos de un gen supresor de tumores son inactivos, y hay otros cambios en la célula que la mantienen creciendo y dividiéndose, las células pueden convertirse en tumorigénicas. En muchos tumores, estos genes están ausentes o inactivados, por lo que no intervienen reguladores negativos de la proliferación celular, lo que contribuye a la proliferación anormal de las células tumorales

Las proteínas codificadas por la mayoría de los genes supresores de tumores inhiben la proliferación o la supervivencia de la célula. Por lo tanto, la inactivación de los genes supresores de tumores conduce al desarrollo del tumor eliminando proteínas de regulación negativa. En varios casos las proteínas supresoras de tumores inhiben las mismas vías reguladoras que se activan por los productos de los oncogenes. Varios genes supresores de tumores codifican proteínas reguladoras de transcripción. Otros de los productos de estos genes regulan la progresión del ciclo celular siendo capaces de actuar como oncogenes. Los productos de los genes supresores de tumor inhiben la proliferación celular, por lo que su pérdida funcional da lugar a que la célula prolifere con más facilidad

Los productos de estos genes actúan a través de mecanismos muy diversos:

• Inhibiendo la progresión de las células a través del ciclo celular
• Haciendo que las células entren en apoptosis
• Manteniendo la estabilidad del genoma (replicación, reparación y segregación)

A diferencia de los protooncogenes, en los genes de supresión tumoral es necesario que los dos alelos estén inactivados para que se altere el comportamiento celular. Los genes supresores de tumores pertenecen a distintos tipos de proteínas, como factores de crecimiento, de adhesión celular, control del ciclo celular, factores de transcripción, reparación del ADN

El desarrollo del cáncer es un proceso con numerosas etapas en el que las células sanas progresan de forma gradual hasta convertirse en células cancerosas. En estas etapas, tanto la activación de los oncogenes como la inactivación de los genes supresores de tumores son pasos críticos en la iniciación y progresión del tumor. Con el paso del tiempo, el daño acumulado en varios genes es el responsable del incremento de la capacidad de proliferar, de invadir otros tejidos y de generar metástasis, característico de células cancerosas.

Estos tumores implican mutaciones de oncogenes o genes supresores de tumores con cuatro actividades distintas:

• Oncogenes ras o raf que afectan a la vía ERK
• Proteínas supresoras de tumores implicadas en la señalización de TGF-β
• Componentes supresores de tumores de la vía Wnt
• p53

p53

“La p53 no es un componente de la regulación del ciclo de una célula sana, sino que sería un guardián que se forma ante todo daño del ADN siendo extremadamente sensible ya que pequeñas dosis de radiación desencadenan su producción. La p53 tiene la capacidad de interrumpir el ciclo en cualquier momento del ciclo celular, estimulando la producción de un inhibidor universal de todas las kinasas dependiente de ciclinas, p21”

 

Rb

Rb (también denominada pRB) es la proteína del retinoblastoma, una proteína supresora de tumores que se encuentra alterada en muchos tipos de cáncer, como el cáncer de pulmón, el melanoma, el cáncer de próstata o el cáncer de mama, entre otros. Originalmente se detectó esta alteración en cáncer de retina, de donde deriva su nombre

Una de las funciones principales de pRb es la inhibición de la progresión del ciclo celular antes de la entrada en mitosis, de manera que la célula no entra en división hasta que está preparada para ello y se dan las condiciones adecuadas: pRb impide por tanto la proliferación celular. Por ello, la inactivación de pRb puede suponer la aparición de un cáncer, ya que con ello se elimina un importante freno a la proliferación celular

 

BCRA 1 y 2

Tanto el gen BRCA 1 como el gen BRCA 2 son genes humanos que producen proteínas supresoras de tumores. Estas proteínas, a su vez, ayudan a reparar el ADN dañado y, por lo tanto, garantizan la estabilidad del material genético de las células. Sin embargo, cuando uno de estos dos genes tiene una mutación o alteración y, por ejemplo, deja de producir la proteína supresora, las células presentan un riesgo mayor de desarrollar alteraciones genéticas que podrían conducir al cáncer.

Las mutaciones que afectan a estos dos genes aumentan concretamente el riesgo de sufrir cáncer de mama y cáncer de ovario en las mujeres. En el caso concreto del cáncer de ovario, las mutaciones en ambos genes son las responsables de hasta el 15% de los casos de esta enfermedad. Los cánceres asociados a estas mutaciones también tienden a presentarse a una edad más joven que los no hereditarios.

¿Qué provoca estas mutaciones?

Se trata de mutaciones hereditarias, de forma que pueden heredarse de la madre o del padre. El hijo de un padre portador de una mutación tiene un 50% de probabilidades de heredar la mutación

 

MicroARN en cáncer

Dejo un paper sobre éste asunto, muy simple y fácil de entender:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1665920116300803

Bibliografía recomendada:

La Célula, por Cooper & Hausman. 6ta Edición. Capítulo 18.

Sem. BC 10: Señalización celular

Programa

-Interacciones célula-matriz y célula-célula (cercanas y a distancia: autócrino; yuxtacrino, parácrino, endocrino)

– Vías y redes de señalización y transducción: tipos de moléculas señalizadoras; tipos de receptores; moléculas adaptadoras, cascadas de amplificación intracelular, redes de transducción, retroalimentación, relaciones cruzadas y redundancia.

– Análisis de las vías de señalización:

1. a) según criterio topológico: vías de señalización con amplificación de señal global en la célula/ vías de señalización localizada: balsas lipídicas (microdominios de membrana y señalizaciones focales) y su importancia biomédica.
2. b) según criterio funcional: vías de señalización que regulan expresión génica/ vías de señalización que regulan permeabilidad de membrana / vías de señalización que regulan dinámica del citoesqueleto (remodelación)/ vías de señalización que regulan actividades metabólicas.
3. c) vías de señalización a analizar:

Vías de señalización con receptor acoplado a proteína G: cAMP-PKA-CREB /// PLC-IP3 y DAG

Vías de señalización con receptor tirosina kinasa (RTK): Ras-MAPkinasas (Erk) /// PI-3 kinasa-Akt

Vías de señalización de hormonas esteroideas (Dominios HRE en genes diana)

Vías de señalización bidireccionales EphA/B-EphrinA/B

 

El organismo se comporta de manera unitaria, ante la ausencia de señales las células entran en apoptosis

Existen muchos tipos de señales y varias maneras de clasificares estas señales:

• Molécula de señalización
• Espacialmente
• Naturaleza química

Moléculas que funcionan como señalizadores:

• Hormonas: que pueden tener origen lipídico (testosterona, estrógeno, etc) o peptídico (como la parathormona[PTH])
• Factores de crecimiento: como por ejemplo, epidérmico, fibroblástico, etc
• Neurotransmisores: actuando en la sinápsis química, como por ejemplo, la noradrenalina, acetilcolina, etc
• Morfógenos: como por ejemplo, ácido retinoico
• Moléculas de adhesión celular, por ejemplo, cadherinas, integrinas

Espacial:

• Endócrina: la población que emite la señal es lejana a la población que la recibe (es transmitida por el torrente sanguíneo)
• Paracrinas: la población que recibe la señal es cercana a la población que la recibe (distintos grupos celulares)
• Autocrinas: la población que recibe la señal es cercana a la población que la recibe (mismos grupos celulares)
• Yuxtacrinas o dependientes de contacto: la señal está ligada a la superficie de la célula o matriz extracelular
• Sináptica: dada entre neuronas y células efectoras (otra neurona o fibra muscular), cercanía muy grande -> pequeño espacio “espacio sináptico”

Naturaleza química:

• Peptídicas: (hidrofilica), que van a tener sus receptores en la membrana de las células
• Lipídicas: (hidrofobica), que van a tener sus receptores en el interior de la célula, pues pueden atravesar fácilmente esta

Existen tres grandes receptores de membrana:

• Canales iónicos: se abre un canal (temporalmente) que permite el paso de iones como Ca, K, Na, etc
• Receptores de membrana acoplados a proteína G
• Receptores de membrana acoplados a enzimas o que tienen actividad enzimática

Ejemplos de señalización:

Contracción muscular

El mecanismo responsable del acortamiento del sarcomero se inicia en la placa neuromuscular. Cuando un impulso nervioso provoca la descarga de acetilcolina en la placa neuromuscular, la unión de este neurotransmisor con su receptor produce la despolarización de la membrana plasmática de la fibra por la entrada de sodio a través de canales de receptores ionotrópicos; de este modo, el interior de la célula se hace más positivo, es decir, que la célula se despolariza

Este cambio de polaridad se extiende rápidamente en forma de onda de despolarización a lo largo de toda la membrana plasmática y, a través de los tubos T, llega a la profundidad de la fibra muscular

En los tubos T existen complejos moleculares que se consideran marcadores de canales de calcio y se ubican enfrentados a subunidades proteicas equivalentes en las cisternas terminales del retículo sarcoplásmico. Al producirse la despolarización de la fibra muscular, se da un cambio conformacional de los receptores presentes en los tubos T que, como ya se ha mencionado, están estrechamente relacionados con las cisternas terminales. Este cambio conformacional provoca la activación de canales de calcio presentes en las cisternas del retículos sarcoplásmico y la salida de este ión, difundiéndose rápidamente hacia todo el sarcoplasma

El calcio así liberado por el retículo sarcoplásmico se une a la troponina C presente en los filamentos finos del sarcómero (actina), lo que genera un cambio conformacional de esta molécula

Este cambio de conformación de la troponina C tracciona otro componente de ese complejo proteico, la troponina T, que se encuentra unida a la Se produce así un deslizamiento de la tropoomiosina hacia el surco existente en la doble cadena de actina del filamento fino; de este modo libera los sitios de unión de la actina con la miosina y permite la unión de estas dos moléculas

Incialmente, la miosina se une fuertemente a la actina. La cabeza globular de la miosina en esta etapa se mantiene en un ángulo de 90° con relación a su porción fibrilar, y en esta posición acumula energía generando un estado de tensión

Es en este momento cuando el ATP se fija a la región con actividad ATPasa de la cabeza de miosina. Se hidroliza el ATP generando ADP, y la energía liberada promueve una modificación de la posición de la cabeza de miosina con relación a su porción fibrilar pasando de 90° a 45°, produciendo un desplazamiento de 10 nm hacia el centro del sarcómero. Disminuye entonces la afinidad de la unión entre la miosina y la actina y ambas moléculas se separan

Al recuperar su posición original en un ángulo de 90° con relación a su porción fibrilar, la cabeza de miosina se desplaza enfrentándose a un nuevo sitio de unión con la actina del filamento fino

En este momento, la cabeza de la miosina se encuentra enfrentada (no unida) a la actina y ante la presencia de calcio se une fuertemente a ella y vuelve a iniciarse el ciclo

Este ciclo se repite numerosas veces y con cada ciclo los filamentos de actina son traccionados por la miosina una y otra vez hacia el centro del sarcómero

La contracción cesa con la repolarización de la membrana plasmática de la fibra muscular y el reingreso de calcio desde el sarcoplasma hacia la luz del retículo sarcoplásmico. La relajación del músculo estriado esquelético es pasiva y se debe a la contracción del músculo antagónico

Crecimiento axonal -> músculo

• Gracias a efrina y EPH
• No es ligando soluble
• Se da cuando dos células se encuentran yuxtapuestas
• Unión provoca autofosforilación y una cascada de señalización
• Bidireccional, puede transmitir (el ligando) señales intracelulares

 

Receptores acoplados a proteína G

Los receptores acoplados a proteína G (GPCR) son una gran familia de receptores de superficie celular

Todos los miembros de la familia GPCR tienen siete segmentos de proteína diferentes que cruzan la membrana y transmiten señales dentro de la célula mediante un tipo de proteína llamada proteína G

Los GPCR son diversos y se unen a muchos tipos de ligandos diferentes. Una clase particularmente interesante de GPCR son los receptores olfativos (de olor). Hay alrededor de 800 de ellos en los humanos y cada uno se une a su propia «molécula de olor», como un químico particular en un perfume o cierto compuesto producido por el pescado en descomposición, y produce una señal que se envía al cerebro

Cuando su ligando no está presente, el receptor acoplado a proteína G espera inactivo en la membrana plasmática. En algunos tipos de GPCR el receptor inactivo ya se encuentra unido a su blanco señalizador, una proteína G

Las proteínas G son de diferentes tipos pero todas se unen al nucleótido trifosfato de guanosina (GTP), al que pueden degradar (hidrolizar) para formar GDP. Una proteína G unida a GTP está activa o «encendida», mientras que si está unida a un GDP, estará inactiva o «apagada». Las proteínas G que se asocian a GPCR son de un tipo compuesto por tres subunidades conocido como proteínas G heterotriméricas. Cuando se unen a un receptor inactivo, están en su forma «apagada» (unidas a un GDP)

Sin embargo, la unión con un ligando cambia el panorama: el GPCR se activa y hace que la proteína G cambie el GDP por GTP. La proteína G activada se divide en dos partes (una de ellas se denomina subunidad α, la otra consta de las subunidades β y γ), que se separan del GPCR. Las subunidades pueden interactuar con otras proteínas, lo que desencadena una vía de señalización que conduce a una respuesta

Finalmente la subunidad α hidroliza el GTP a GDP, lo que inactiva la proteína G. Luego la proteína G inactiva se reensambla como una unidad de tres partes asociada al GPCR. La señalización celular que utiliza receptores asociados a proteína G es cíclica y puede repetirse una y otra vez en respuesta a la unión con el ligando

Los receptores acoplados a proteína G tienen diferentes funciones en el cuerpo humano y la alteración de la señalización por GPCR puede provocar enfermedades

Balsas lipídicas

Las balsas de lípidos son microdominios moleculares situados en la membrana plasmática, que consisten en asociaciones estables entre los esfingolípidos, glicolipidos y el colesterol

Por ello, estos grupos forman una fase lipídica más densa que los glicerofosfolípidos, y así constituyen zonas especiales de la membrana plasmática que funcionan como «balsas» que flotan entre el conjunto de los demás lípidos

Se sabe que estas balsas intervienen en gran número de funciones celulares (y cada vez se descubren más), como pueden ser la respuesta a la invasión de patógenos, la homeostasis del colesterol, angiogénesis, transducción de señales, etc

Formarían una pequeña plataforma, donde están integrados una serie de receptores. La función sería la de generar un micro-dominio, donde los estados de fosforilación podrían ser modificados por kinasas y fosfatasas locales, generando una cascada de transducción. Por otro lado, las balsas perecen estar implicadas también en in mecanismo de protección de la señalización

Estas unidades en la membrana plasmática son muy diversas y dinámicas en cuanto a tamaño y composición, y tienen asociadas proteínas de membrana que les confieren distintas propiedades y funciones. Por lo tanto, teniendo en cuenta estas balsas de lípidos, debemos ver la membrana plasmática como un componente celular heterogéneo en el cual se disponen numerosas balsas de lípidos que cambian en sus propiedades y definen funciones distintas en las regiones de la membrana celular

Recomiendo muchísimo este articulo para entender las bases de la señalización:

https://es.khanacademy.org/science/biology/cell-signaling/mechanisms-of-cell-signaling/a/introduction-to-cell-signaling

Bibliografía recomendada:

La Célula, por Cooper & Hausman. 6ta Edición. Capítulo 10