Genoma Humano. El genoma mitocondrial y el humano. Genoma Mitocondrial Humano. Proteínas Codificadas por el ADN Mitocondrial

Transcripción

1 Genoma Humano Genoma mitocondrial Genoma nuclear 16,6 kb Mb El genoma mitocondrial y el humano Genoma nuclear Genoma mitocondrial Tamaño 3000 Mb 16.6 kb No. de molec DNA difer. 23 (XX) o 24 (XY) linear Una molécula DNA circular No total de Mol. DNA/cel. 23 (hapl); 46 (dipl) Varias x 10 3 Proteínas asociadas Varias clases de hist y nohistonas Mayorit. libre de proteínas No de genes ~ Densidad Génica ~1/40 kb 1/0.45 kb DNA repetitivo Gran proporción Muy poco Transcripción La mayor parte de los genes Transcripción continua de son transcriptos individualmente multiples genes Intrones En la mayoría de los genes Ausentes % de DNA codif. ~3% ~93% Recombinación Al menos una para cada par de Ninguna homólogos en la meiosis Herencia Mendeliana para sec. en X y Exclusivamente materna autosomas, paterna para sec. en Y Genoma Mitocondrial Humano pb ADN circular, doble cadena Posee su propio código genético (AUA codifica para metionina en mtadn, e isoleucina para ADN nuclear) Los productos de los genes mitocondriales no son exportados Proteínas Codificadas por el ADN Mitocondrial Citocromo b Citocromo oxidasa (3 subunidades) ATPasa (1 subunidad) NADH dehidrgenasa (6 subunidades) 2 Regiones de marco de lectura abierto no identificadas Proteínas Codificadas por el ADN Mitocondrial El ADN Mt también codifica para: 2 rarns 22 trnas 1

2 Genética Mitocondrial Mutaciones en el ADN mitocondrial El ADN mt muta más rápidamente que el ADN nuclear. La herencia del ADN mt es exclusivamente materna en humanos. Se ha encontrado que durante la fertilización del óvulo, éste degrada las pocas mitocondrias que provienen del espermatozoide. 2

3 El genoma de eucariotes contiene secuencias de DNA repetidas Experimentos de reasociación muestran tres fracciones mayores de DNA en eucariotes DNA copia única (50-60%) DNA moderadamente repetido/dna repetición intermedia(25-40%) Incluyendo elementos móviles DNA secuencia simple(10-15%) Secuencias ADN repetidas Repetición en tandem Repetición interdispersa Organización del genoma Secuencias en Tandem 3

4 DNA de secuencia simple Los DNAs de simple secuencia están concentrados en localizaciones cromosomales específicas Los organismos contienen varios tipos de DNA de secuencia simple (satélite) La mayoría del DNA de secuencia simple está localizado en el centrómero y telómero El DNA de secuencia simple está conservado en secuencia pero no en el número de repeticiones DNA fingerprint o tipificación del DNA Clase Tamaño Localización cromosomal rep. ADN satélite (bloques de 100 kb 5 a 171 posiblemente en todos los a varias Mb) cromosomas ADN minisatélite (bloques de a 24 telómeros, en todos los a 20 kb) cromosomas Los mutaciones en microsatélites son más altas que en secuencias no repetitivas ADN microsatélite 1 a 4 en todos los cromosomas (bloques de menos de 150 pb) Enfermedades por expansión de tripletes Enfermedad Transmisión Loc. gen Loc. rep. Sec. Rep. Long. Repetición Transm. Normal Premut. Enfermo FRAX A Ligado al X Xq UTR CGG a >1000 Materna DM Dominante 19q13 3 UTR CTG a Mat-Pat AF Recesivo 9q13 Intrón GAA 7 a 22 nd 200 a 900 Materna SBMA Ligado al X Xq21 Codif. CAG nd Paterna SCA1 Dominante 6p22.23 Codif. CAG Paterna SCA3 MJD Dominante 14q32.1 Codif. CAG nd 67->79 Paterna DRPLA Dominante 12p12.ter Codif. CAG 7-23 nd 49->75 Paterna HD Dominante 4p16.3 Codif. CAG a Paterna Más Estable Menos Estable 4

5 Análisis de ataxia spinocerebelar Alelo normal. Nº total repet CAG = (CAG)m CAT CAG CAT (CAG)n- m = 7-17 n= 8-18 Alelo expandido. Nº total repet CAG = (CAG)n- n = Sindrome Fragil X 5

6 Enfermedades por expansión de tripletes Enfermedad Transmisión Loc. gen Loc. rep. Sec. Rep. Long. Repetición Transm. Normal Premut. Enfermo FRAX A Ligado al X Xq UTR CGG a >1000 Materna DM Dominante 19q13 3 UTR CTG a Mat-Pat AF Recesivo 9q13 Intrón GAA 7 a 22 nd 200 a 900 Materna SBMA Ligado al X Xq21 Codif. CAG nd Paterna SCA1 Dominante 6p22.23 Codif. CAG Paterna SCA3 MJD Dominante 14q32.1 Codif. CAG nd 67->79 Paterna DRPLA Dominante 12p12.ter Codif. CAG 7-23 nd 49->75 Paterna HD Dominante 4p16.3 Codif. CAG a Paterna Las repeticiones expandidas de glutamina producen agregados nucleares y matan neuronas aún en Drosophila melanogaster 6

7 Agregado fibroso en el núcleo de una neurona de una paciente con Huntington Agregados fibrilares de proteínas conteniendo 100 residuos de glutamina Número de repeticiones CAG y edad de aparición de la enfermedad de Huntington Edad Variación Racial en el gen de la Huntingtina Población (%) Número de repeticiones Número CAG Tres generaciones con diversos grados de distrofia miotónica Las mutaciones dinámicas son específicas de la especie humana. En la especie murina las repeticiones son más cortas e invariables, mientras que en el mono los fenómenos de polimorfismo son más moderados. 7

8 Existirían evidencias que estas proteínas interactuarían con factores de transcripción Elementos Móviles Secuencias Interdispersas Los elementos móviles comprenden alrededor del 45% del genoma humano Estos elementos continúan amplificándose y como resultado negativo de su transposición pueden contribuir al desarrollo de enfermedades Todos los genomas de eucariotes contienen elementos móviles, aunque la proporción es variable Estos elementos son importantes en eventos de mutagénesis por inserción y recombinación homóloga desigual DNA Móvil Secuencias móviles de ADN, moderadamente repetidas se encuentran interdispersas a lo largo del genoma de procariotes, plantas superiores y animales El tamaño de estas secuencias pueden variar de unas centenas hasta algunos miles de pb. Estas secuencias son copiadas e insertadas en un nuevo sitio del genoma por el proceso llamado transposición. DNA Móvil Estos elementos móviles parecen haberse acumulado lentamente en el tiempo hasta llegar a un balance entre nuevas transposiciones y la eliminación de estos elementos por el genoma Estas secuencias no parecen tener una función de utilidad. 8

9 La transposición juega un rol fundamental en la plasticidad del genoma causando rearreglos cromosómicos, inserción de ADN mutaciones por deleciones y transferencia genética. Este proceso contribuye a la evolución DNA Móvil Los elementos pueden moverse a través de ADN o pueden moverse a través de un intermediario de ARN Retrotransposones Los elementos móviles que se mueven a través de ADN como intermediarios se conocen como transposones Aquellos que los hacen a través de ARN se conocen como retrotransposones Los retrotransposones se pueden dividir en dos categorías: Retrotransposones virales Retrotransposones no virales Los retrovirus pueden asimilarse a retrotransposones que evolucionaron mediante la expresión de genes codificantes para cubiertas virales, permitiendo que puedan moverse entre células LINES y SINES son los elementos móviles más abundantes en mamíferos. Son retrotransposones no virales 9

10 Clases más importantes de DNA repetitivo humano interdisperso Clase de copias Tamaño de la unidad repetida No total de unidades repet Familia Alu Aprox. 280 pb, gmte menos ~ LINE-1 Fam.(Kpn) 6.1 kb, vs copias truncadas de x 1.4 kb ~ Fam MER Variable en las dif. familias, Colectivamente pero gmente unos cent pb ~ ; ~ en familias individuales FamiliaTHE-1 Alrededor de 2.3 kb ~ más LTRs solitarios Fam. HERV/RTLV Generalmente 6-10 kb pocas x 1000 Secuencias Alu Los elementos Alu representan una secuencia de 300 nt aprox. transcriptos por Pol III. El ARN transcripto es retrotranscripto e insertado en una nueva localización en el genoma. Existen pequeñas diferencias entre los diferentes elementos Alu, siendo los más homogéneos los integrados recientemente. Secuencias Alu Se calcula una inserción Alu cada 200 nuevos nacimientos. Los elementos Alu no contienen secuencias codificantes. Son homólogas a la secuencia 7SL ARN. Este ARN de 300 nt es un componente esencial de la partícula de reconocimiento de la señal (SRP) que media la traslocación de proteínas de secreción a través del retículo endoplasmico. Secuencias Alu La prueba que las secuencias Alu resultan de retro-transposiciones a sido demostrada recientemente, al encontrar un caso de neurofibromatosis de tipo I debido a una inserción Alu en el gen NF1. El mecanismo de retro-transposición todavía no está aclarado. Comparación secuencia Alu y 7SL ARN Estructura de secuencias Alu 10

11 Familia Alu y Enfermedades Familia Alu y Enfermedades Familia Alu y Enfermedades Familia Alu y Enfermedades Familia Alu y Enfermedades 11

12 Repetición L1 Las repeticiones L1 contienen dos marcos de lectura abiertos, uno de ellos codifica aparentemente para una proteína de unión al ARN, el otro para una transcriptasa reversa. Transposones Esto indicaría que en el hombre existiría un mecanismo de defensa. Existirían dos mecanismos de defensa: Degradación del ARN Metilación de las repeticiones Transposones La mayoría de los transposones humanos no son activos En el ratón se estima 3000 y en el hombre 40 los transposones activos En Drosophila la mitad de las mutaciones están relacionadas a transposones Se estima que el genoma del maíz se duplicó en los últimos tres millones de años debido a retrotransposiciones 12