Evolución de Genes y Genomas Nicolás Jouve

Transcripción

1 6.-Tipos de mutaciones: Génicas, estructurales, cromosómicas Las mutaciones puntuales, estructurales y numéricas cromosómicas. Distribución espacial de las mutaciones. Evolución de genes. Evolución por duplicación génica y mezcla de dominios. Los genes reguladores y su importancia evolutiva. Genes ortólogos y parálogos. Evolución de las familias multigénicas Las mutaciones puntuales, estructurales y numéricas cromosómicas. 2 Por regiones afectadas No codificantes - intergénicas No codificantes - Intrones odificantes - reguladoras odificantes - exones de genes, genes de ARNt No codificantes - intergénicas Menor importancia por no repercutir ni en la regulación genética ni en estructura de proteínas Modificaciones tipo SNPs, repeticiones en tandem en microsatélites y minisatélites, repeticiones dispersas, etc. 3 No codificantes - intrones odificantes - reguladoras Pueden afectar a los mecanismos de eliminación en la maduración del ARN-m Pueden ser causa de enfermedades en el hombre (ej.: b-talasemias ) De gran importancia por sus efectos sobre la expresión de genes estructurales Repercusiones Importantes en el desarrollo morfogenético De importancia en procesos de remodelación ontogenética y macroevolución 5 6 1

2 odificantes - exones de genes estructurales, genes de ARN-t odificantes - exones de genes estructurales, genes de ARN-t 7 8 Tipos de mutaciones génicas en exones sustitución de bases: Mismo sentido. Diferente sentido Sin sentido. ambio de pauta de lectura (indel = insercióndeleción de bases En procariotas la transcripción y traducción son simultáneas En procariotas 9 10 En eucariotas La traducción la transcripción y traducción no son simultáneas. El ARN-m se traslada al citoplasma sobre los ribosomas El código genético es «degenerado», lo que explica distintos tipos de mutaciones

3 Mutaciones de sustitución de bases Sustitución Núm. % Total en todos los codones Sinónimos No sinónimos - Diferente sentido - Sin sentido Total en 1ª posición Sinónimos No sinónimos - Diferente sentido - Sin sentido Total en 2ª posición Sinónimos No sinónimos - Diferente sentido - Sin sentido Total en 3ª posición Sinónimos No sinónimos - Diferente sentido - Sin sentido Mutaciones de sustitución de bases Val por Glu La sustitución de una base en un exón del gen de la globina-b causa de la anemia falciforme 1 Mutaciones del gen FTR: fibrosis quística (gen de 250 kb; Proteína de 180 aa) La sustitución de una base en un exón del gen de la globina-b causa de la anemia falciforme 15 Proteína FTR Mutación del gen NF1 que determina neurofibromatosis Pérdida de Fenilalanina en posición 508 Alelo Alterado STOP

4 Mutaciones de tipo indel (inserción deleción de bases) odificantes - exones de genes estructurales, genes de ARN-t Ser Ile - Leu - ys Pro - STOP Inserción de bases en un exón del gen HEXA (Hexosaminidasa A), lo que determina la enfermedad de Tay-Sachs Mutaciones en genes de ARN-t (entre 65 y 110 bases) en Escherichia coli hay 8 ARN-t diferentes codificados por un total de 93 genes para los 20 aminoácidos en Saccharomyces cerevisiae hay unos 61 tipos diferentes, uno para cada ARN-t, y cada uno posee varias copias repartidas por todo el genoma hasta un total de 262 genes En Drosophila melanogaster, cada gen de ARN-t está repetido unas 13 veces en el genoma. erca de un total de 850 genes En Homo sapiens, 61 tipos, cada gen de ARN-t repetido unas veces. Total de unos 1150 genes Mutaciones en genes de ARN-t Ambiguas Supresoras Ambiguas En el ADN cambia una base correspondiente al anticodón y el nuevo anticodón reconoce el codón de otro aa. gen ARN-t-leu gen ARN-t-leu (mutación) Supresoras g e n A R N - t - tir o s in a TA TA 3' GAU A 3' GGU Leu A Leu A GAU GGU Tir Leu A Leu A A TA G 3' AU GAU UA A 3' ARNm Leu Pro GGU UA A 3' ARNm Leu Pro 23 Tir A AU ARNm P A R O UAG 3' AU En el ADN cambia una base correspondiente al anticodón y el nuevo anticodón reconoce un codón de paro Gen ARN t-tirosina TA 3 TAG AU 5 Tir AU Tir AU UAG PARO ARNm 2

5 Solo un 0,0 % de las mutaciones pueden ser beneficiosas Table II. Results of Literature Search Database Searched Search Limiter Biological Abstracts Medline Total* Total Mutation(s) 170, ,205 53,732 Beneficial Mutation(s) Percent Beneficial Total Records Searched 6,3,067 12,373,719 18,807,786 * The search method used produces some overlap between databases that must be eliminated by manual inspection. The literature data base covered from 1966 to October 27, Jerry Bergman, Ph.D. Darwinism and the Deterioration of the Genome (2005) Mutaciones cromosómicas estructurales Para que se produzca un cambio estructural sin pérdida de genes, se deben producir al menos dos roturas en uno o dos cromosomas. Los extremos de los cromosomas producidos por rotura son inestables y muestran tendencia a fusionarse con otros extremos de rotura, ya en el mismo orden lineal (restitución), ya en un orden nuevo (reunión). Los extremos de rotura inestables no se fusionan con extremos naturales o telómeros. Los extremos de rotura no persisten indefinidamente sino que se reúnen con otros extremos de rotura o bien cicatrizan formando un nuevo extremo cromosómico Mutaciones cromosómicas estructurales deleciones, duplicaciones, inversiones y translocaciones, pericéntrica (segmentos 3-5) Otras: romosomas en anillo Isocromosomas Fusiones Robertsonianas Mutaciones cromosómicas estructurales Tipos según White (1968) Las que son deletéreas y por ello son eliminadas rápidamente por selección natural. Las que dan origen a polimorfismos que se mantienen en las poblaciones. Las que pueden tener un papel importante en la aparición de mecanismos de aislamiento Mutaciones cromosómicas numéricas Equilibradas Ploidía Desequilibradas Aneuplodía

6 Haploidía Un solo juego Variaciones en el número de los cromosomas Triticum urartu (2n=1, AA) duplication AB Aegilops speltoides? (2n=1, BB) Poliploidía - (Haploidía) ambio en el número de juegos cromosómicos Autopoliploide Iguales Alopoliploide Diferentes Mixoploidía Dos o más líneas celulares con diferente número de cromosomas Aneuploidía ambio en el número ciertos cromosomas T. Monococcum (2n=1, AA) Triticum turgidum (2n=28, AABB) Aegilops squarrosa (2n=1, DD) Quimeras Líneas diferentes originadas en diferentes cigotos Poliploide (diploide/triploide) Mosaicos Líneas diferentes originadas en de un único cigoto Aneuploide (2n/2n+1) Triticum aestivum (2n=2, AABBDD) ABD duplication Distribución espacial de las mutaciones. Existen puntos calientes: en eucariotas 5 G3 5 TG3 y repeticiones en tandem en eucariotas, repeticiones en tandem (micro y minisats.) en bacterias 5 TT3 y palíndromos Evolución de genes. Evolución por duplicación génica y mezcla de dominios La mutación Bar ejemplo de duplicación génica Ejemplos de genes duplicados Tipo de genes Nº de repeticiones ARN-t (20-60 tipos, cada gen) 2-18 Actinas 5-15 Tubulinas 5-15 Miosina (cadena pesada) 5-10 Histonas -0 Queratinas > 20 Ovoalbumina (gallina) 3 Proteínas cubierta huevo (insectos) >

7 Los genes reguladores y su importancia evolutiva. 37 Ant- BX nucleótidos = homeobox. 60 amino ácidos = homeodominio 39 0 Genes que controlan estructuras de la cabeza Genes que controlan estructuras abdominale s y caudales Homología de las mutaciones Hox-8, Hom-, Ubx 1 2 7

8 D. Noordermeer, M. Leleu, E. Splinter, J. Rougemont, W. De Laat, D. Duboule. The Dynamic Architecture of Hox Gene lusters. Science 1 October 2011: Vol. 33 no pp DOI: /science uando mutan los genes homeóticos, surgen alteraciones morfogenéticas En el desarrollo embrionario, cada hora y media se genera un nuevo segmento. En este proceso, los genes correspondientes a las vértebras cervicales, a las vértebras torácicas, a las vértebras lumbares y al cóccix se activan con exactitud en el momento preciso, uno detrás de otro. El sistema funciona como un reloj mecánico: ada noventa minutos se activa un nuevo gen de la cadena, lo que se corresponde con el tiempo necesario para que se desarrolle una nueva capa en el embrión. Lleva dos días que la cadena se deshaga completamente: el mismo tiempo que precisa completar todas las capas embrionarias 3 Genes ortólogos y parálogos. La anulación del gen Ubx del complejo Hom- de Drosophila deriva de la morfología del tercer segmento torácico hacia la que corresponde al segundo segmento. La anulación del gen Hox-8, en ratón da lugar a la aparición de costillas unidas a la primera vértebra lumbar, siendo ésta la primera vértebra sin costillas en el desarrollo E.G.G de - N.Jouve la columna vertebral de todos los mamíferos kb 70 kb 600 m.a

9 Otra fuente de duplicaciones Pseudogenes procesados: PDHA2, familia Alu (=SINE) Retrotransposones: Kpn (=LINE) 9 50 Evolución de las familias multigénicas Los Mamíferos tendrían cuatro veces el juego básico de Invertebrados y cordados primitivos ARNr 2000 copias de ARNr 5S (1 locus- romosoma 1 Homo) 280 copias de ARNr 28S-5,8S-18S (5 loci romosomas 1, 1,15, 21 y 22) Inmunoglobulinas: 5 copias gen Aldolasas en el genoma humano Familia multigénica romosoma y locus Número de segmentos génicos V D J IgH 1q Ig k 2p Ig l 22q TRA 1q TRB 7q TRG 7p TRD 1q