Cariotipo humano. Taller repaso genética Docente: Andrea Borbón

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1 Cariotipo humano Un cariotipo es la técnica por la cual se hace un mapeo de los cromosomas que se encuentran en una célula y de este modo se pueden confirmar algunas aberraciones cromosómicas como el síndrome de Down (trisomía cromosoma 21), el síndrome de Patau (trisomía cromosoma 13), síndrome de Turner (monosomía del cromosoma X), síndrome de Klinefelter (Hombres con un cromosoma X adicional, XXY), entre otros. Es importante entender que cada cromosoma tiene cierta cantidad de genes que guardan información para funciones específicas dentro de nuestro organismo, y si algún cromosoma de ellos se encuentra afectado, esto se reflejará en alguna enfermedad o deficiencia en el organismo. Por ejemplo, el cromosoma 11 tiene el gen (información genética) necesario para expresar la hemoglobina, en algunos casos cuando hay una mutación en dicho gen, se produce la anemia falciforme. Cromosoma duplicado Cromosoma no duplicado Cromosomas homólogos: Los dos miembros de cada par de cromosomas. Estos van a tener información específica que no tienen otros cromosomas, y por esta razón es vital que una célula tenga todos sus cromosomas completos. En células diploides o somáticas habrá dos cromosomas

2 por par, uno proveniente de la y el otro proveniente del. En los gametos o células haploides sólo existe un cromosoma por cada par, estos después completarán el par cuando ocurra la fertilización con el otro gameto (óvulo y espermatozoide). Cromosomas homólogos Cromosomas homólogos Cromátides hermanas Cuando hablamos de cromátides hermanas nos referimos a los dos brazos del cromosoma replicado. Hay que recordar que el cromosoma con 2 brazos se encuentra duplicado durante la división celular, como está duplicado quiere decir que cada brazo tiene exactamente la misma información; la célula que no se está dividiendo sólo tiene un brazo por cada cromosoma. Cromátides hermanas Cromátides hermanas Patrones de herencia Cuáles son los patrones por los cuáles se heredan los rasgos fenotípicos? Por qué no todos aparecen con la misma frecuencia en la descendencia y hay algunos más frecuentes que otros? Esto puede ser explicado por los diferentes patrones de herencia que existen para los caracteres. Estos pueden ser de tres tipos: herencia autosómica dominante, herencia autosómica recesiva y herencia ligada al sexo. Cuando hablamos de herencia autosómica tanto dominante como recesiva nos referimos a la herencia asociada a los genes que se encuentran en los cromosomas

3 autosómicos (autosomas), aplica para características fenotípicas normales y para enfermedades, esta herencia sigue el patrón mendeliano, es decir, tal y como veíamos en el ejemplo de las plantas con semillas verdes y amarillas. Herencia autosómica recesiva Está asociada a los cromosomas somáticos o autosomas, es decir, todos aquellos cromosomas que no corresponden al par sexual. Nosotros poseemos 23 pares de cromosomas (22 pares de autosomas y 1 par sexual), este tipo de herencia corresponde a esos 22 pares de cromosomas. En este tipo de herencia, un individuo debe recibir los dos alelos recesivos para expresar ese fenotipo recesivo. Esto aplica para muchas características físicas como el pigmento en el pelo, ojos y piel, pero también aplica para algunas enfermedades como el albinismo. Para el caso de las enfermedades, el individuo será enfermo únicamente si recibe los dos alelos dañados (recesivos). Si es heterocigoto será un individuo sano pero portador de un alelo dañado y tendrá la probabilidad de pasarlo a las siguientes generaciones. En este tipo de herencia se afectan por igual hombres y mujeres. Algunos ejemplos de enfermedades que tienen este tipo de herencia: 1. Albinismo No se produce melanina, proteína que da la pigmentación 2. Anemia falciforme Mutación en gen de la hemoglobina, como consecuencia los glóbulos rojos adoptan forma de hoz, la cual no es óptima para el transporte de oxígeno. 3. Síndrome de Usher Esta herencia es como veíamos con los ejemplos de Mendel, cuando cruzábamos plantas de semillas amarillas con plantas de semillas verdes. Qué pasa en el caso de las enfermedades que siguen este tipo de herencia. Supongamos que una pareja donde ambos s son portadores del alelo del albinismo, tienen un hijo. Cuáles serían las probabilidades de tener un hijo enfermo o sano? Veamos A a A AA Aa a Aa aa Frecuencia fenotípica: 75% individuos sanos y 25% individuos sanos Frecuencia genotípica: 25% homocigotos dominante, 50% heterocigoto, 25% homocigoto recesivo. Esta pareja tiene una probabilidad de 25% de tener un hijo sano, aunque esos s sean fenotípicamente sanos, el hecho de tener el alelo dañado (recesivo) aumenta la probabilidad de tener un hijo enfermo.

4 Nota: El albinismo es una enfermedad que se caracteriza porque no hay producción de melanina, la proteína que da la pigmentación. Es decir, un individuo albino no tiene pigmentación en los ojos, la piel y el pelo. (No sólo sucede en humanos, hay muchos ejemplos en otros animales). Supongamos otro escenario, ahora tenemos una pareja donde la es enferma y el es portador. Cuál será la probabilidad de tener un hijo enfermo? a a A Aa Aa Frecuencias fenotípicas: 50% individuos sanos portadores y 50% individuos enfermos. Frecuencias genotípicas: 50% heterocigotos (portadores) y 50% homocigotos recesivos. a aa aa Otra situación. Una pareja donde el es portador y la es sana (no portadora) deciden tener un hijo Cuál será la probabilidad de tener un hijo enfermo? Y la de tener un hijo sano? A A A AA AA Frecuencias fenotípicas: Frecuencias genotípicas: a Aa Aa Y ahora, si una pareja donde el es sano y la es albina tienen un hijo. Existe la probabilidad de que este sea enfermo?

5 Frecuencias fenotípicas: Frecuencias genotípicas: Importante: Recuerden que pueden hacer los mismos cuadros y el mismo análisis siempre que les hablen de cualquier herencia autosómica recesiva! Por medio de un pedigree o árbol genealógico es posible rastrear este tipo de enfermedades en diferentes generaciones de una familia. De acuerdo al número de enfermos por generación podemos establecer cuál es el tipo de herencia que presenta cierta enfermedad (autosómica recesiva, autosómica dominante, ligada al sexo). Herencia autosómica dominante En este caso, el alelo que transmite la enfermedad es dominante y se expresará cuando esté en forma homocigota dominante o heterocigota, sólo serán sanos los individuos homocigotos. Para este caso no hablamos de individuos sanos y portadores, porque aquí el heterocigoto será enfermo. Para que un individuo sea enfermo es suficiente si recibe un alelo defectuoso. Existen muchas características físicas que siguen este patrón de herencia (no enfermedades), como por ejemplo el color oscuro en piel, pelo y ojos, también el pelo crespo, la nariz ancha, entre otros. Algunos ejemplos de enfermedades autosómicas dominantes: 1. Aniridia- Ausencia de coloración en el iris de los ojos 2. Enfermedad de Huntington- Enfermedad neurodegenerativa que genera demencia, convulsiones y muerte prematura. 3. Piebaldismo Una enfermedad que genera despigmentación en la piel (parecido al vitíligo) 4. Pseudoacondroplasia- Enanos fenotípicamente 5. Polidactilia Dedos extra en manos y pies Supongamos que una pareja donde ambos s son de pelo negro, tienen un hijo. Cuál sería el único genotipo que podrían tener los s para tener un hijo de pelo claro? Entonces Necesitamos que los s tengan al menos un alelo dominante, de otro modo no podrían tener pelo negro. Entonces tendríamos tres opciones de posibles apareamientos de los genotipos

6 Opción 1: A A A AA AA Frecuencia fenotípica: 100% individuos de pelo negro Frecuencia genotípica: 100% homocigotos dominantes. Estos genotipos no servirían porque el 100% de la descendencia es de pelo negro y necesitamos un hijo de pelo claro. A AA AA Opción 2: A a A AA Aa A AA Aa Frecuencias fenotípicas: 100% individuos de pelo negro. Frecuencias genotípicas: 50% heterocigotos y 50% homocigotos dominantes. Esta opción tampoco es viable porque el 100% de la descendencia es de pelo negro. Opción 3: A a Frecuencias fenotípicas: 75% individuos de pelo negro y 25% individuos de pelo claro. A AA Aa a Aa aa Frecuencias genotípicas: 25% homocigotos recesivos, 50% heterocigotos y 25% homocigotos recesivos. Ésta es la única opción viable para tener la probabilidad de tener hijos de pelo claro con papás de pelo negro! Y pueden hacer lo mismo para determinar lo que pasa con las enfermedades que tienen este tipo de herencia. Aquí siempre habrá más probabilidad de tener hijos enfermos que en la herencia autosómica recesiva. Para practicar 1. Cuál será la probabilidad de tener un hijo normal si una pareja donde el y la tienen pseudoacondroplasia (enanismo)? Cuáles serían los genotipos de los s? 2. Si una pareja donde el tiene la enfermedad de Huntington y la es una mujer sana tienen un hijo Cuáles son las frecuencias genotípicas y fenotípicas de la primera generación o F1? Considere todos los posibles genotipos de los s.

7 Herencia ligada al sexo En humanos se ha estudiado este patrón de herencia principalmente para las enfermedades. Este tipo de herencia constituye una de las excepciones de las 3 leyes de Mendel. Aquí el alelo estará asociado a un cromosoma sexual (X o Y) y su herencia estará relacionada con el sexo del individuo en la progenie. Por lo general, cuando se habla de herencia ligada al sexo, sólo se hace referencia al cromosoma X, pero ojo! También hay casos de herencia ligada al cromosoma Y, lo que pasa es que son menos frecuentes. Por qué ocurre esta diferencia? Los cromosomas sexuales (X e Y) tienen dos regiones pseudoautosómicas y una región diferencial. Todo lo que se encuentra en las regiones pseudoautosómicas es homólogo entre los dos cromosomas, son similares estas regiones. Sin embargo, la información contenida en las regiones diferenciales no tienen su contraparte en el otro cromosoma y es ahí. Cuando el gen está localizado en dichas regiones diferenciales hablamos de herencia asociada al cromosoma X o Y, dependiendo del cromosoma. La herencia ligada al sexo muestra diferentes proporciones fenotípicas en los dos sexos de la progenie, asimismo las proporciones cambian de acuerdo a los diferentes cruces que se puedan hacer entre diferentes tipos de parentales (enfermos, portadores o sanos). Herencia recesiva ligada al X En este caso se verán afectados con más frecuencia los hombres con respecto a las mujeres y podemos observar diferentes fenotipos de acuerdo al sexo. Los hombres únicamente serán sanos o enfermos, debido a que sólo poseen un cromosoma X; y aunque las mujeres también sean sanas o enfermas hay que recordar que existe la posibilidad de que hay mujeres fenotípicamente sanas, pero son portadoras de un alelo defectuoso y por tal razón aumenta la probabilidad de pasarlo a su descendencia. Algunas enfermedades de herencia recesiva ligada al cromosoma X: 1. Daltonismo 2. Hemofilia 3. Distrofia muscular de Duchenne

8 4. Síndrome de feminización testicular (resistencia androgénica congénita) Herencia dominante ligada al X Aquí no hay mujeres portadoras debido a que el patrón de herencia es dominante. Es suficiente que una mujer tenga un alelo defectuoso para desarrollar la enfermedad, igualmente en los hombres, la presencia del alelo defectuoso también genera enfermedad. Sólo serán sanos tanto las mujeres y los hombres cuando no tengan ningún alelo defectuoso. Los hombres afectados pasan la enfermedad o la condición a todas sus hijas pero nunca a sus hijos. Las mujeres heterocigotas enfermas casadas con hombres no afectados pasan la condición a la mitad de sus hijas e hijos. Aunque es poco común este patrón de herencia, existen algunos ejemplos como la hipofosfatemia. Herencia ligada al Y (holándrica) En el cromosoma Y se encuentra el gen SRY que determina la masculinidad en los hombres, es el factor determinante de testículos. Este gen es de herencia holándrica o ligada al cromosoma Y y se encuentra en la región diferencial del cromosoma Y, esa sólo es transmitida de s a hijos varones y nunca a las hijas. Algunos fenotipos similares a la hipertricosis, que se caracterizan por la aparición de vello abundante al nivel de las orejas presentan este patrón de herencia.

9 Análisis de pedigree o árbol genealógico

10 CÓMO SE VE LA HERENCIA AUTOSÓMICA RECESIVA EN UN ÁRBOL GENEALÓGICO O PEDIGREE? Fíjense que los individuos enfermos no aparecen en todas generaciones de la familia. Sólo aparece la enfermedad en pocos individuos y no necesariamente en todas las generaciones. Recuerden que en este tipo de herencia los individuos sanos pueden ser completamente sanos (homocigotos dominantes) o sanos portadores (heterocigotos) y esos portadores son los que transmiten el alelo dañado hasta que algún hijo en otra generación adquiere dos copias dañadas y resulta enfermo. Por qué en esta genealogía hay individuos enfermos en la generación III y IV? Miremos lo que pasa entre los individuos 4 y 5 de la tercera generación, está ocurriendo un caso de endogamia, (son primos y tienen hijos) Esto implica que es más probable que tengan hijos enfermos porque en este caso, evidentemente ambos s son portadores sanos y tuvieron un hijo enfermo. Recuerden que aquí se afectan por igual hombres y mujeres, y esto es muy importante para distinguir estos casos con aquellos de herencia ligada al sexo! CÓMO SE VE LA HERENCIA AUTOSÓMICA DOMINANTE EN UN ÁRBOL GENEALÓGICO O PEDIGREE? Aquí vemos que los individuos enfermos aparecen en todas las generaciones sin importar que sean hombres o mujeres. Aparece en cada generación porque normalmente el alelo anormal o dañado se hereda de los s. También puede aparecer espontáneamente en un individuo por mutación, y aunque es un caso relativamente raro también es posible.

11 Noten que en este ejemplo a cada individuo en el pedigree se le asigna su genotipo. Esta es una técnica muy útil porque nos permite saber cuál sería el patrón de herencia teniendo en cuenta los genotipos más probables para cada fenotipo. CÓMO SE VE LA HERENCIA LIGADA AL SEXO EN UN PEDIGREE O ÁRBOL GENEALÓGICO? 1. Habrá más hombres enfermos con respecto al número de mujeres enfermas. Esto ocurre debido a que en el hombre es suficiente tener el alelo dañado en un cromosoma X, mientras que en las mujeres es necesario tener las dos copias del alelo dañadas. 2. Ningún hijo varón de un enfermo tiene la enfermedad (El aporta el Y) pero todas las hijas serán portadoras de la enfermedad.

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