Organización del material hereditario

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Ana Belén Montero Henríquez
hace 7 años
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1 Organización del material hereditario Necesidad de compactación Volumen limitado Neutralización de cargas del ADN Organización funcional del ADN Mecanismos de segregación en duplicación Accesibilidad de proteínas reguladoras de la expresión génica 1

Organización funcional del ADN Mecanismos de segregación en

2 El nucleoide bacteriano El genoma bacteriano incluye un cromosoma circular y moléculas pequeñas circulares (plásmidos). No existe núcleo definido. ADN en región nucleoide. Varios dominios de Kb superenrollados asociado a ARN y proteínas 2

3 El núcleo eucariota 10,000 nm El genoma nuclear humano comprende 46 moléculas de ADN lineales El largo sumado de este ADN es más de 1.5 metros El diámetro del núcleo es aprox. 10 nm 3

4 El nucleo interfásico Cromatina complejo compuesto por ADN y proteínas Eucromatina zonas menos condensadas Heterocromatina zonas más condensadas Toda la cromatina se condensa previamente a la división celular 4

condensadas Heterocromatina zonas más condensadas

5 El ciclo celular Durante la división se visualizan cromosomas individuales. Los cromosomas metafásicos son la forma más condensada de la cromatina. Los cromosomas son herramientas de segregación del material hereditario Cuáles son los pasos de compactación? 5

6 La cromatina: microscopía A partir de núcleos aislados se puede aislarse cromatina Al microscopio electrónico se observan fibras de 30 nm y collar de cuentas de 10 nm 6

7 La cromatina: bioquímica Análisis bioquímico Cantidades similares de ADN y proteínas Digestión de ADN con nucleasas repetidos de pb Proteínas básicas HISTONAS 7

8 Las histonas Proteínas básicas pequeñas Altamente conservadas Centro globular y colas ricas en Lys y Arg Sitios de acetilación de Lys en colas N terminales (+) Sitios de fosforilación en Ser en colas de H1 H1 H2A H2B hélice Histone Fold H2A/H2B Dimer handshake H3 H4 variable conservado 8

colas N terminales (+) Sitios de fosforilación en Ser en colas de H1 H1

9 El octámero de histonas Las histonas H2A y H2B forman un dímero. Dos H3 y dos H4 forman un tetrámero. Dos dímeros H2A-H2B y un tetrámero H3-H4 forman un octámero con forma de disco aplanado. 9

10 El nucleosoma Sobre el octámero se enrolla el ADN. Cada octámero organiza 145 pb en 1 ¾ vuelta. 48 nm ADN en un disco de 6x11nm. Sitios distantes en el ADN se aproximan (accesibilidad). Otros sitios quedan cubiertos (en la cara interna). 10

11 Las colas de las histonas del core Cargadas positivamente Pasan entre las vueltas de ADN Contactan con el ADN adyacente y del octámero próximo 11

12 La histona H1 No forma parte del octámero Organiza el ADN a la entrada y salida del octámero 12

13 El solenoide Hélice nucleosomal 6 nucleosomas por vuelta 13

14 Correlación Estructura-Función La modificación de histonas es VITAL en la expresión génica. La acetilación y desacetilación de histonas es cíclica. Colas cargadas + Se unen al ADN de nucleosomes adyacentes Alto nivel de histona H1 Colas acetiladas NO se unen al ADN Bajo nivel de histona H1 NO es posible la transcripción Existe transcripción génica Fibra de 30 nm Cuentas 10 nm 14

Colas cargadas + Se unen al ADN de nucleosomes adyacentes Alto nivel de histona H1 Colas

15 Proteínas no histonas en la cromatina Eliminación de histonas (Tratamiento con detergentes leves o altas concentraciones salinas) Matriz nuclear proteica y bucles de ADN unidos a la matriz DNA loops + 2M NaCl Matriz nuclear histonas 15

concentraciones salinas) Matriz nuclear proteica y bucles

16 El andamiaje (scaffold) Igual tratamiento en cromosomas metafásicos revela un esqueleto proteico del cromosoma (scaffold) del que salen bucles de ADN de 30 a 100 Kb. La matriz nuclear proteica es el scaffold durante la interfase. 16

(scaffold) del que salen bucles de ADN de 30 a 100 Kb.

17 Bucles de cromatina Existen regiones de ADN que se unen al scaffold: SARs (scaffold attachment regions) MARs (matrix attachment regions) SARs=MARs Loops of kb 17

18 Bucles como dominios de cromatina Cada bucle fijado al scaffold puede presentar una estructura diferente, mas o menos condensada. Pueden ser dominios funcionalmente independientes. 18

19 Visualización in vivo de niveles superiores de compactación: cromosomas plumulados Lampbrush chromosomes: Cromosomas meióticos apareados parcialmente condensados y pausados durante la profase meiótica para sintetizar ARNs y proteinas a ser almacenadas para el desarrollo temprano del huevo. 19

parcialmente condensados y pausados durante la profase meiótica para

20 Dominios condensados Los bucles de ADN fijados al scaffold se pliegan formando una superhélice radial loop chrosomosome model 10 μm Cromosoma mitótico 1μm cromátida cromátidas 20

21 El cromosoma metafásico Forma de máxima compactación de la cromatina Unidad estructural segregacional de la información hereditaria Constricción secundaria Región organizadora nucleolar Con genes ribosomales Centrómero Constricción primaria Sitio de unión de proteínas que forman cinetocoro Brazos Porciones del cromosoma entre el centrómero y el telómero 21

22 El cromosoma Unidad funcional de la información hereditaria Telómeros Regiones terminales de los cromosomas Secuencias repetidas particulares Mecanismo de duplicación particular Función = Integridad cromosómica Orígenes de replicación ARS (sec. de replicación autónomas) Varios por cromosoma Función = replicación Centrómero Constricción primaria Rico en secuencias repetidas Sitio de unión de proteínas que forman cinetocoro Función = segregación 22

23 Citogenética: técnicas de estudio de los cromosomas La CITOGENETICA analiza la cantidad y morfología de los cromosomas. Los cromosomas se pueden describir en base a la posición del centromero. Bandeo cromosómico: Tratamiento desnaturalizante o enzimático del cromosoma y posterior tinción. Cada cromosoma revela un patrón específico de bandas claras y oscuras. 23

24 Técnicas de bandeo cromosómico Revelan diferencias estructurales en la cromatina que constituye cada banda. Tratamiento desnaturalizante o enzimático y tinción Bandas oscuras y claras (1-10 Mb) Bandeo G tratamiento con tripsina Bandas claras zonas activas replicación temprana Bandas oscuras zonas inactivas replicación tardía Bandeo R patrón opuesto a Bandeo G Bandeo C heterocromatina constitutiva pericentromérica 24

25 FISH Técnicas de localización cromosómicas Hibridación in situ sobre cromosomas con sondas fluorescentes Cariotipo Espectral Múltiple FISH con sondas específicas de cada cromosoma marcadas con un fluorocromo diferente. 25

26 Niveles de compactación Compactación debida al scaffold / matriz nuclear Compactación debida a histonas Tamaño compacto DNA longitud compactado Núcleo (humano) 2 x 23 = 46 cromosomas 92 moléculas ADN 10 μm esfera 12,000 Mbp 4 m DNA 400,000 x Cromosma mitótico 2 cromátides, 1 μm espesor 2 moléculas ADN 10 μm forma X 2x 130 Mbp 2x 43 mm DNA 10,000 x Dominio de ADN Bucle de AND anclado 1 replicón? 60 nm x 0.5 μm 60 kbp 20 μm DNA 35 x Fibra de cromatina approx. 6 nucleosomas por vuelta of 11 nm 30 nm diámetro 1200 bp 400 nm DNA 35 x nucleosoma disco 1 ¾ vueltas de ADN (146 bp) + ADN linker 6 x 11 nm 200 bp 66 nm DNA 6-11 x 26 Par de bases 0.33 x 1.1 nm 1 bp 0.33 nm DNA 1 x

27 mecanismos de segregación en duplicación Correlación estructura-función Dominios topológicos independientes ( Regulación independiente) Compactación Represor transcripcional Neutralización de cargas del ADN Problemas Que sucede durante la duplicación y la transcripción? 27

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