Unidad Nº8: Herencia extranuclear

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1 Dra. Natalia Corbalan Unidad Nº8: Herencia extranuclear Unidad Nº8: Herencia extranuclear Contenidos: Herencia citoplásmica. Organización del material hereditario en orgánulos: mitocondrias y cloroplastos. Cloroplastos y variegación en don diego de noche. Segregación citoplasmática. Mutaciones en Chlamydomonas. Mitocondrias y mutaciones en Neurospora, Saccharomyces y el hombre. Efecto materno. Pigmentación en Ephestia, enrollamiento en Limnaea y desarrollo embrionario en Drosophila.

2

3 Las mitocondrias y los cloroplastos son orgánulos celulares autónomos, ambos poseen ADN que es capaz de replicarse, transcribirse y traducirse independientemente del nuclear. Teoría de endosimbiontes (Lynn Margulis): ancestro eucariote invadido por procariote(fotosintético o no fotosintético) * El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias. * Las mitocondria y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado covalentemente - al igual que los procariotas. * Las mitocondrias y los cloroplastos se dividen por fisión binaria al igual que los procariotas * En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma.

4 Diferencias entre DNA de los orgánulos y el de lo cromosomas: EL CROMOSOMA MITOCONDRIAL SE DENOMINA ADNmt Y EL DE LOS CLOROPLASTOS ADNcp DNA de cloroplasto de lechuga DNA de mitocondria de Xenopus Cromosomas Tamaño: / genes lineal condensado Una copia (haploide) o dos ( diploide) genes segregan en meiosis orgánulos Ej. mt17kb /37 genes Circular menos condensado, no esta en estado de eucromatina Muchas copias (cientos o miles) genes segregaran en mitosis

5 La herencia extranuclear es la trasmisión de información genética de una manera no convencional, no por los contenidos del núcleo de la célula, si no por el citoplasma. En esa unidad vamos a bordar el estudio de la herencia citoplásmica bajo tres puntos de vista, herencia debida a las mitocondrias herencia debida a los cloroplastos influencia del citoplasma en el desarrollo del individuo

6 HERENCIA DE LOS GENES Y MUTACIONES EN LOS ORGÁNULOS Al igual de lo que sucede en el DNA cromosómico el DNA de los orgánulos sufre mutaciones. Veremos tres aspectos relacionados a la herencia de estas mutaciones: LA EXPRESION, LA SEGREGACIÓN CITOPLÁSMICA Y LA HERENCIA MATERNA

7 1) EXPRESIÓN: Puesto que una célula contiene muchas copias del ADN de lo orgánulos, es difícil saber intuitivamente como una MUTACIÓN afectará al fenotipo del individuo. 2) Una célula en la que coexisten orgánulos con DNA silvestre y mutante recibe el nombre de heteroplasmonte. Cuando un heteroplasmonte se divide asexualmente, se observa que las células hijas contienen únicamente uno de los dos tipos de ADN en los orgánulos. Este tipo de herencia se denomina SEGREGACION CITOPLÁSMICA. 3) En el caso de organismos heterogaméticos (gametos de diferente tamaño) generalmente el gameto femenino es de mayor tamaño y aporta la mayor parte del citoplasma. Por lo que las mutaciones seguirán la transmición materna(herencia MATERNA)

8 EXPRESIÓN Cómo puede una mutación incrementar su frecuencias desde 1 a cientos o miles hasta un estado en el que se pueda expresar fenotipicamente? 1) Las mutaciones en los orgánulos son SUPRESIVAS, lo que significa que pueden replicarse más eficientemente que el genoma silvestre. Este fenómeno es frecuente en los genomas de los orgánulos, no así en el genoma nuclear. Ej. de mutación supresiva: mutación petiteen la levadura del pan 2) DERIVA ALEATORIA en este caso el aumento se da de forma aleatoria 3) El aumento se produzca como una forma de compensar un fenotipo deficiente. Por ejemplo si una mutación en la mitocondria causa un defecto energético este puede ser reconocido y para compensarlo la mitocondria se replique más rápidamente

9 SEGREGACION CITOPLÁSMICA. Cuando un heteroplasmase divide asexualmente, las células hijas tiendena obtener sólo uno de los 2 o más tipos de genoma. HETEROPLASMONTE

10 HERENCIA MATERNA En el caso de organismos heterogaméticos (gametos de diferente tamaño) generalmente el gameto femenino es de mayor tamaño y aporta la mayor parte del citoplasma. Por lo que las mutaciones seguirán la transmición materna

11 Genética de los cloroplastos El número de cloroplastos es regulado por la célula. Existen células que contienen apenas un cloroplasto, pero la mayoría de las células que realizan fotosíntesis contienen cerca de 40 a 200 cloroplastos. El genoma del cloroplasto consiste en una pequeña molécula de ADN circular (120 y 160 Kpb). Existen 30 a 200 copias de ADN por organelos conteniendo aproximadamente 120 genes. proteínas ribosómicas y de la fotosíntesis todos los ARNsribosómicos que componen los plastoribosomas algunas subunidades de RNA polimerasa. aprox. 90% de las proteínas de los cloroplastos son codificadas por los genes nucleares que son importados del citosol hacia el organelo.

12 HERENCIA MATERNA DE LOS PIGMENTOS DE LOS CLOROPLASTOS EN LAS PLANTAS

13 cpdna: hojas variegadas y herencia del cloroplasto Variegación en las hojas del dondiego de noche Mirabilis jalapa Carl Correns 1909

14 1-Hay diferenciasentre cruces recíprocos x x 2-El fenotipo parental materno es el único responsable de la determinación del fenotipo de la descendencia herencia (uniparental) Segregación citoplásmica: se producen células mutantes y silvestre a partir de un heteroplasmonte

15 Mutaciones en cloroplastos 1954 Sager aisló una mutante sensible al antibiótico estreptomicina con un patrón de herencia singular Chlamydomonas reinhardi (alga haploide) entre cruces recíprocos Herencia uniparental mt:gen sexual con los alelo + y - st S o st R : sensibilidadao resistencia a estreptomicina

16 Sagerobservòque otras mutaciones tambienmostraban HERENCIA UNIPARETAL. Cómo sucedía esto si no había ninguna diferencia física ni de contribución de citoplasma entre los tipos sexuales mat+ y mat- Se demostròque el cpadn del parental matera destruìdode alguna manera en el cigoto. En Chlamydomonasel mtadnase hereda también de forma uniparentalaunque al revés. Ya que se hereda del parental mat-

17 Herencia materna en los mutantes poky de Neurospora 1952 Mitchel Mutante crecimiento lento POKY En algunos hongos es posible realizar cruzamientos en el que uno de los parentales aporte la mayor parte del citoplasma Poky X silvestre toda la descendecia poky silvestre X poky toda la descendecia silvestre ad+ y ad- genes nucleares que sufriràn segregacion mendeliana, mientras que el determinante poky tendrá herencia uniparental.

18 Genética de las mitocondrias El ADN-mt es una molecula de doble hélice circular que oscila entre 15-18KB (animales), y KB en plantas. Cada mitocondria contiene entre decenas y cientos de moléculas de este ADN.

19 El auge del estudio del ADNmt se ha desarrollado mucho en los últimos años del siglo XX, debido principalmente a dos causas.. El ADNmt sólo se transmite por vía materna, su estudio sirve para establecer árboles filogenéticos y análisis evolutivo, en ciertas familias o grupos étnicos. Este tipo de análisis se realiza también en prácticas forenses. su relación con ciertas enfermedades humanas, que hasta entonces se habían relacionado con la vejez del individuo. Algunas de estas enfermedades tienen su base en el ADNmt, concretamente a un cúmulo de mutaciones que se van produciendo a lo largo de la vida del individuo

20 HERENCIA UNIPARENTAL DE LAS MUTACIONES MITOCONDRIALES EN LA LEVADURA DEL PAN Cruzamiento de levaduras los parentalescontribuyen por igual al citoplasma Saccharomyces cerevisiae Cigoto se divide mitòticamneten estado diploide antes de dividirse por meiosis, los ADMmt sufren segregació citoplasmática Herencia uniparetalen cada meiocito individual

21 HERENCIA MATERNA DE CITOPATIAS HUMANAS Las mutaciones puntuales en el ADMmthumano tiene herencia materna. Por ej.la mutaciònque causa MERRF (epilepsia mioclónicayragged-red-fibersofibras musculares rojas deshilachadas). Enfermedad multisistémicacaracterizada por mioclonias, epilepsia, ataxia debilidad y demencia asociada a fibras rojas rasgadas. Causada por una mutación en el ADN mitocondrial por lo que se transmite de forma materna. 1. Mioclonias 2. Epilepsia generalizada 3. Ataxia 4. Fibras musculares rojas rotas

22 Patron de herencia Monogénico Transmisión materna

23 La expresión Clínica depende de tres factores 1. Heteroplasmia 2. Distribución en tejidos de ADN Mitocondrial mutado 3. Efecto Umbral

24 Desarrollo y Efecto materno No siempre los efectos maternos son debidos a genes extranucleares. En los organismos multicelulares, en el inicio de su desarrollo embrionario, en el citoplasma están presentes las proteínas y los ARNm codificados por el núcleo. En el embrión las primeras divisiones celulares están determinadas por la codificación de genes maternos, y es posteriormente cuando empiezan a expresarse los genes presentes en el feto. tendrán influencia las proteínas (productos génicos de genes nucleares maternos) allí presentes sobre el fenotipo del individuo?

25 Efecto Materno Se explica por la acumulación de productos génicos (proteínas, RNAs) maternos en el cigoto El genotipo de la madre determina directamente el fenotipo de la descendencia. El genotipo de la descendencia es irrelevante El genotipo/fenotipo del padre es irrelevante Toda la progenie de una misma madre tiene el mismo fenotipo independientemente de su propio genotipo Es un efecto más común en algunos insectos, aunque también hay ejemplos en plantas y mamíferos. En su definición clásica, el efecto materno es la influencia del entorno provisto por la madre en el fenotipo de la descendencia. En una definición más amplia influencia causal del genotipo o fenotipo materno en el fenotipo de la descendencia.. No confundir con herencia materna!

26 Efecto materno o influencia materna 1. Influencia citoplasmática (pigmentación polillas) 2. Influencia del genotipo nuclear materno o herencia retardada (caparazón caracoles)

27 1. Influencia citoplasmática (pigmentación polillas) Pigmentación en Ephestia kuehniella. Color de la piel y ojos controlado por un gen con dos alelos. A: piel pigmentada, ojos marrones. a: piel pálida, ojos rojos. Cruzamientos: Se debe a la producción del pigmento en los óvulos de hembras Aa. Esto da color a las larvas pero se pierde en los adultos.

28 2. Influencia del genotipo nuclear materno o herencia retardada (concha caracoles)

29 Caracol hermafrodita (permiten tanto fecundación cruzada como autofecundación) DD y Dd: dextrógiro, dd: levógiro

30 Es en la siguiente generación cuando el individuo muestra su genotipo al codificar el enrollamiento de la concha de sus descendientes. Si observamos las generaciones, podemos darnos cuenta que las leyes de Mendel se cumplen pero con una generación de retraso, la F3 muestra las segregaciones de la F2 mendeliana (3:1), y la F2 es uniforme como la F1 mendeliana. Este tipo de herencia también se denomina, por este hecho, herencia retrasada.

31 El sentido de giro se decide por la orientación del huso mitótico en la primera división del zigoto. Esto estácontrolado por genes maternos que se expresan en el óvulo

32 El aporte de la genética en la búsqueda de la identidad Gracias a las Abuelas de Plaza de Mayo, En 1991 el BNDG (Banco Nacional de Datos Genéticos) estableció su propio sector de ADN mitocondrial con la finalidad de identificar a hijos de desaparecidos.

33 ANÁLISIS DE ADN MITOCONDRIAL CARACTERÍSTICAS DEL ADNmT Herencia materna: la herencia es estrictamente uniparental materna. Esto quiere decir, que salvo mutación, el ADNmt de hermanos, de hijos y madre y en general de aquellos individuos relacionados por vía materna es idéntico. Alto número de copias: Aunque el ADNmt contiene mucha menos información que el ADN nuclear, en cambio, tiene muchas mas copias por célula. Por término medio se estima que hay de mitocondrias por célula y de copias de ADNmt por mitocondria, lo que supone de copias de ADNmt por célula.

34 Identificar a los nietos "desaparecidos" y saber su verdadera identidas, para realizar esto se realizo el proyecto de " Indice de abuelidad" la región de control del ADN mitocondrial, que no codifica ningún producto, es altamente variable entre individuos. Las investigaciones de varios autores han demostrado que analizando una zona hipervariable de 347 bases de la región de control, la probabilidad de que dos individuos no emparentados puedan tener una secuencia idéntica por azar es de 1 en 370. Para el estudio del ADN mitocondrial sólo las regiones hipervariables HVI y II son amplificadas del material extraído de la célula entera

35 En la comunidad forense, generalmente se emplean estas reglas para concluir acerca de un análisis por ADN mitocondrial: a. Exclusión:si hay dos o más nucleótidos diferentes entre la muestra dubitaday la muestra de referencia. Las muestras se excluyen de provenir de la misma persona o de un familiar suyo por línea materna. b. Inconcluyente: si solamente se encuentra un nucleótido de diferencia entre la muestra de referencia y la muestra dubitada. c. No Exclusión: Si no existen diferencias de nucleótidos entre la muestra dubitada y la muestra de referencia.63 GAGCCGGAGC ACCCTATGTC Secuencia de Anderson GAGCCGGACC ACCCTATGTC Titular (Joven a comparar) GAGCCGGACC ACCCTATGTC Familiar materno alegado +

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