Unidad 12. ALGUNOS ASPECTOS DE LA GENÉTICA HUMANA

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1 Unidad 12. ALGUNOS ASPECTOS DE LA GENÉTICA HUMANA Documento elaborado con fines docentes por: GUSTAVO LOZANO CASABIANCA Biólogo M. Sc. Profesor asociado Escuela de Nutrición y Dietética Universidad de Antioquia YOENIS GARCÍA HERRERA Biólogo M. Sc. Profesor de cátedra Escuela de Nutrición y Dietética Universidad de Antioquia SEBASTIAN GARCÍA RESTREPO Estudiante Instituto de Biología Universidad de Antioquia CLARA I. ORTIZ RAMIREZ Bióloga Estudiante de maestría en Biología Universidad de Antioquia Cromosomas y determinación del sexo en humanos. Quizás la propiedad fundamental de todos los seres vivos es la capacidad de reproducirse y heredar de sus progenitores la información genética que especifica la función y la forma (2). En la especie humana el cariotipo del núcleo de una célula somática generalmente tiene 46 cromosomas (serie diploide= 2n, con 44 autosomas y 2 cromosomas sexuales). Los cromosomas sexuales son un par de cromosomas X en la mujer y los cromosomas XY en el hombre. Los gametos solo tienen 23 cromosomas (serie haploide= n), generalmente contienen 22 cromosomas autosómicos más un cromosoma sexual que puede ser X o Y (2). El conocimiento del cromosoma mitocondrial hace que algunos autores hablen de 24 cromosomas en la serie haploide (2).

2 Ilustración 56. Cromosoma mitótico en Metafase El cromosoma poseen un estrechamiento o constricción primaria que lo divide en dos brazos, corto (p) y largo (q) denominado centrómero (1). Tipos de cromosomas según centrómero Cada cromosoma posee dos brazos que se encuentran separados por el centrómero y se clasifican de acuerdo a la posición de éste en el cromosoma. Un cromosoma cuyo centrómero se encuentra en la mitad, dando lugar a brazos de igual longitud, se denomina metacéntrico. Si el centrómero se ubica de tal manera que un brazo es ligeramente más corto que el otro, se nombra como submetacéntrico. A su vez, aquel cromosoma donde la ubicación del centrómero da lugar a un brazo muy corto (denotado como p) y el otro muy largo (llamado q) recibe el nombre de acrocéntrico (6). Variaciones en el número de cromosomas La variación en el número de cromosomas va desde la adición o pérdida de uno o más cromosomas a la adición de una o más dotaciones haploides de cromosomas.

3 En la situación conocida como aneuploidía, un organismo gana o pierde uno o más cromosomas, pero no una dotación completa. La pérdida de un solo cromosoma en un genoma diploide se denomina monosomía, mientras la ganancia de un cromosoma da lugar a la trisomía (3). Tales cambios contrastan con la situación de euploidía, en donde están presentes dotaciones haploides completas de cromosomas. Si hay más de dos dotaciones, el término que se aplica es poliploidía. Los organismos con tres dotaciones son concretamente triplóides; con cuatro dotaciones se denominan tetraplóides, y así sucesivamente. En la Tabla 16 se presenta un compendio de cada uno de los tipos y subtipos de aneuploidías y euploidías (3). Tabla 16. Tipos de Aneuploidías y Euploidías Aneuploidías (2n + x cromosomas) Término Explicación Monosomía 2n 1 Trisomía 2n + 1 Tetrasomía 2n + 2 Euploidías (Múltiplos de n) Diploidía Poliploidía 2n (diploidía, condición normal) 3n (triploidía), 4n (tetraploidía), 5n (pentaploidía),... Al considerar los casos de ganancia o pérdida de cromosomas es útil examinar cómo se originan tales anormalidades. En humanos la ganancia (47,XXY) o pérdida (45,X) de un cromosoma sexual en el genoma diploide altera el fenotipo normal, dando lugar a los síndromes de Klinefelter o de Turner, respectivamente (3).También se sabe que hay mujeres que tienen cromosomas X extra (47,XXX; 49,XXXX), y varones que tienen un cromosoma Y extra (47,XYY). Tal variación cromosómica se origina como un error aleatorio durante la producción de gametos por la no disyunción de los cromosomas, o de las cromátidas, en la división celular meiótica (3).

4 Ilustración 57. Disyunción y no disyunción meiótica El cromosoma afectado puede dar lugar a gametos anormales con dos miembros o con ninguno. La fecundación de éstos con un gameto haploide normal da lugar a cigotos con tres miembros (trisomía) o con sólo uno (monosomía) de este cromosoma. La no disyunción da lugar a una serie de situaciones aneuplóides autosómicas tanto en la especie humana y en otros organismos (3). Trastornos por números anormales de cromosomas sexuales Dado que los cromosomas X y Y se emparentan durante la meiosis, el espermatozoide lleva un cromosoma X o uno Y. La no disyunción de los cromosomas sexuales en los hombres produce espermatozoides sin cromosoma sexual, pero con cromosomas autosómicos (llamado espermatozoide O ) o bien espermatozoides con el número normal de cromosomas autosómicos más dos cromosomas sexuales (XX, YY o XY, dependiendo de que la no disyunción ocurra en la meiosis I o la II) (4). La no disyunción de los cromosomas sexuales en las mujeres produce óvulos O (sin cromosomas sexuales) o bien XX en lugar de óvulos con un cromosoma X. Cuando los gametos normales se fusionan con un espermatozoide o un óvulo

5 defectuoso, los cigotos tienen un número normal de autosomas, pero un número anormal de cromosomas sexuales (4). Las anormalidades más comunes son XO, XXX, XXY y XYY (los genes del cromosoma X son esenciales para la supervivencia, así que un embrión sin por lo menos un cromosoma X se aborta espontáneamente muy al comienzo de la gestación) (4). Síndrome de Turner. (XO) Aproximadamente una de cada 3000 bebes fenotípicamente mujeres tienen un sólo cromosoma X, una condición conocida como Síndrome de Turner. En la pubertad, la deficiencia de hormonas impide que las niñas XO menstrúen y desarrollen las características sexuales secundarias, como el crecimiento de las mamas (4). El tratamiento con estrógenos favorece el desarrollo físico; sin embargo, como casi todas las mujeres con el síndrome de Turner carecen de óvulos maduros, el tratamiento hormonal no permite que tengan hijos. Otras características de las mujeres con éste síndrome son estatura baja, pliegues cutáneos alrededor del cuello, mayor riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares y defectos renales (4). Como tienen únicamente un cromosoma X, exhiben los trastornos recesivos ligados al cromosoma X, como hemofilia y ceguera al color, mucho más a menudo que las mujeres XX (4). Trisomía X. (XXX) Alrededor de una de cada 1000 mujeres tienen tres cromosomas X. La mayoría de estas mujeres no tienen fenotipos detectables, salvo por una tendencia a ser altas y mayor incidencia de problemas de aprendizaje. A diferencia de las mujeres con el síndrome de Turner, casi todas las mujeres que tienen trisomía X son fértiles y por lo regular tienen hijos XX y XY normales. Debe operar algún mecanismo desconocido en la meiosis gracias al cual el cromosoma X adicional no pasa a los óvulos (4). Síndrome de Klinefelter. (XXY) Aproximadamente uno de cada 1000 hombres nace con dos cromosomas X y uno Y, algunos llevan una vida normal sin saber que tienen un cromosoma X de más,

6 pero algunos, en la pubertad, muestran algunas características sexuales secundarias mixtas, como desarrollo parcial de mamas, ensanchamiento de las caderas y testículos pequeños. Por lo regular, los hombres XXY son estériles (por su bajo recuento de espermatozoides) (4). Síndrome de Jacob. (XYY) Se presenta más o menos en uno de cada 1000 hombres. Se esperaría que un cromosoma Y de más, que tiene pocos genes activos, no marque una gran diferencia y, en efecto, así pasa en la mayor parte de los casos. Sin embargo, los hombres XYY tienen concentraciones elevadas de testosterona, tienden a sufrir de acné grave y suelen ser muy altos (generalmente miden más de 1.83 metros) (4). Trastornos por números anormales de autosomas Cuando ocurre una no disyunción de los autosomas, se producen óvulos o espermatozoides a los que les falta un autosoma o tienen dos copias de un autosoma. La fusión con un gameto normal (que lleva una copia de cada autosoma) crea un embrión con una o tres copias del autosoma afectado. Los embriones que tienen sólo una copia de uno de los autosomas se abortan tan al comienzo del desarrollo, que la mujer nunca se entera de que estuvo embarazada. Los embriones con tres copias de un autosoma (trisomía) también se abortan espontáneamente. Sin embargo, una pequeña fracción de los embriones con tres copias de los cromosomas 13, 18 o 21 sobrevive al nacimiento. En el caso de la trisomía 21, el hijo puede llegar a la edad adulta (4). Trisomía 21. (Síndrome de Down) En aproximadamente uno de cada 900 nacimientos, el hijo hereda una copia de más del cromosoma 21. Los niños tienen varias características físicas distintivas, como tono muscular débil, boca pequeña que se mantiene parcialmente abierta (porque no pueden acomodar la lengua) y una forma peculiar de los párpados. Defectos mucho más graves son: poca resistencia a las enfermedades infecciosas, malformaciones del corazón y grados diversos de retraso mental, muchas veces grave (4).

7 La frecuencia de la no disyunción aumenta con la edad de los padres, especialmente el de la madre; más de 3% de los hijos de mujeres de más de 45 años presentan síndrome de Down. La no disyunción de los espermatozoides suma alrededor de 10% de los casos de síndrome de Down, y al parecer sólo hay un aumento ligero de espermatozoides defectuosos conforme aumenta la edad del padre (4). La trisomía puede diagnosticarse antes del nacimiento examinando los cromosomas de las células fetales y, con menor certidumbre, mediante pruebas biológicas y examen de ultrasonido del feto (4). Variaciones cromosómicas estructurales Históricamente se han clasificado las mutaciones cromosómicas en estructurales y numéricas dependiendo si afectan a la estructura de los cromosomas o al número de ellos (Tabla 17). Tabla 17. Mutaciones cromosómicas Diferencias entre mutaciones estructurales (afectan la estructura de los cromosomas, forma y tamaño) y numéricas (afectan el número de cromosomas). Estructurales Numéricas Variación en el número de genes Variación en la disposición de los genes Variación en el número de juegos cromosómicos Variación en el número de cromosomas Deleciones Duplicaciones Inversiones Translocaciones Haploidía Poliploidía Aneuploidía La ruptura de un cromosoma puede producir cuatro tipos de cambios en su estructura (Ilustración 58). Se produce una deleción cuando se pierde un fragmento cromosómico carente de centrómero. El cromosoma afectado pierde algunos genes. En algunos casos, si la meiosis está en curso, el fragmento eliminado se puede unir a una cromátide hermana como un segmento extra para producir una duplicación (5).

8 Un fragmento cromosómico puede también readherirse al cromosoma original, pero en una orientación inversa, produciendo una inversión. Un cuarto resultado posible de la ruptura cromosómica es que el fragmento se una a un cromosoma no homólogo, en una disposición llamada translocación (5). En una translocación recíproca los cromosomas homólogos intercambian fragmentos. En las translocaciones no recíprocas, un cromosoma transfiere un fragmento sin recibir ninguno (5). Las deleciones y duplicaciones se producen con mayor probabilidad durante la meiosis. En el entrecruzamiento, las cromátides hermanas a veces se rompen y se reagrupan en sitios incorrectos, de modo que una de ellas da más genes de los que recibe. El producto de semejante entrecruzamiento no recíproco es un cromosoma con una deleción y otro con una duplicación (5). Por su parte, las translocaciones e inversiones pueden alterar el fenotipo porque la localización de un gen entre sus vecinos puede influir en su expresión (5). Ilustración 58. Alteraciones en la estructura cromosómica a) Una deleción elimina un segmento cromosómico; b) La duplicación repite un segmento; c) Una inversión invierte un segmento dentro de un cromosoma; d) Una translocación mueve un segmento de un cromosoma a otro no homólogo.

9 REFERENCIAS 1. Oliva R, Ballesta F, Oriola J, Claria J. Genética Médica. 3a ed. Barcelona: Publicacions i edicions de la universitat de Barcelona; Disponible en: %ADndrome+de+Klinefelter&hl=en&sa=X&ei=fV6OU7ThDubisAS40oG4CQ&v ed=0cciq6aewaa#v=onepage&q=s%c3%adndrome%20de%20klinefelter&f =false 2. Cooper G, Hausman R. La célula. 5a ed. Madrid: Marbá Libros, S.L; Klug WS, Cummings MR, Spencer CA. Conceptos de Genética. 8a ed. Madrid: Pearson Educación; Audesirk T, Audesirk G, Byers BE. Biología, la vida en la tierra, con fisiología. 9a ed. México: Pearson Educación de México, S.S de C.V; Cambell, NA. Biología. 7a ed. Madrid: Editorial Médica Panamericana; Posición del Centrómero. Publicada por William Alvaro, Disponible en: