Organización y estructura de genomas

Transcripción

1 Organización y estructura de genomas

2 ORGANIZACIÓN DE LOS GENOMAS 1. Un gene es un segmento de DNA que al expresarse da un producto funcional que puede ser una proteína o un RNA. 2. Un genoma es el conjunto de genes que contiene la información necesaria para que una célula pueda existir y reproducirse, es decir, son todos los genes de un organismo. 3. Los genomas de eucariontes son muy grandes y mucha de su estructura corresponde a regiones que no codifican para ningún producto funcional (secuencias no-codificantes) 4. Algunas de estas secuencias no codificantes son secuencias espaciadoras entre los genes 5. Otras secuencias no codificantes (intrones) interrumpen a genes 6. Algunos genes se repiten muchas veces en el genoma, formando familias de genes (eucariontes).

3 Comparación de Genomas

4 Cuántos genes se necesitan para formar un organismo?

5 Qué tan similares somos a otros organismos?

6 Tamaño relativo de los genomas de distintos organismos Pares de Bases

7 Tipos de secuencias en el DNA - Codificantes - No codificantes - Exones (codificantes) - Intrones (no codificantes) - Regiones intergenicas (no codificantes) No repetidas Moderadamente repetidas Altamente repetidas Centromero Telomeros

8 % de DNA no-codificante para proteínas A mayor complejidad del organismo, mayor proporción de las regiones NO codificantes en el genoma

9 El genoma de E. coli está compuesto casi completamente por genes mientras que organismos más complejos presentan menor densidad génica

10 Un gene eucariote contiene intrones El gene se transcribe completo produciendo un prerna El prerna debe procesarse para quitar los intrones (splicing) El mrna maduro no contiene intrones

11 Comparación de densidad génica de diferentes organismos

12 Relación entre el tamaño del gen y del mrna en varias especies Especie # exones Long. media del gen (kb) Long. media del RNAm (kb) Haemophilus influenzae Methanococcus jannaschii Saccharomyces cerevisiae Aspergillus nidulans Caenorhabditis elegans Drosophila melanogaster Aves Mamíferos

13 Bacteriófago lambda Genoma viral: DNA o RNA Cadena sencilla ó doble Virus del mosaico de tabaco

14 1 cromosoma (nucleoide) DNA circular doble cadena sin envoltura de membrana DNA de bacteria (4.2 x 10 6 pb)

15 En eucariontes los organelos mitocondria y cloroplasto tienen su propio material genético Teoría endosimbióntica Los cloroplastos y las mitocondrias provienen de bacterias de vida libre que fueron secuestradas por células eucarióticas Algunos genes de estos organelos han sido pasados al núcleo por lo cual requieren de la actividad transcripcional del núcleo para tener algunas proteínas que requieren para funcionar correctamente

16 DNA mitocondrial

17 El DNA mitocondrial humano no tiene regiones intergénicas

18 Compactación del DNA en los cromosomas eucariontes nm

19 El DNA eucarionte se compacta en diferentes tipos de Cromatina Eucromatina Heterocromatina La Eucromatina es transcripcionalmente activa La Heterocromatina es electrodensa y es transcripcionalmente inactiva

20 Constitutiva: NO se expresa. Incluye secuencias cortas repetidas (DNA satélite). Papel estructural en el cromosoma: centrómeros y telómeros. Heterocromatina Facultativa: Puede ocupar cromosomas enteros inactivos en un tipo celular, y expresados en otro. P. ej. Compensación de dosis del cromosoma X

21 Unidad básica del DNA eucarionte La estructura que forma la fibra de 10 nm es el nucleosoma DNA enrollado en histonas: 147 pb El nucleosoma incluye al DNA enrollado a histonas + DNA unidor: 200 pb

22 Estructura del nucleosoma

23 Composición de los nucleosomas El DNA que rodea a la médula de histonas (147 pb) + DNA unidor: en total 200pb El núcleo es de 8 histonas: 2 H2A, 2 H2B, 2 H3, y 2 H4 Una histona H1 se encuentra uniendo entre si los nucleosomas Las histonas son proteínas básicas (ricas en Lys y Arg que se unen al DNA) Empaquetamiento de 6 X por nucleosoma

24 CONTENIDO DE LYS Y ARG DE LAS HISTONAS Esquema de una sección de la cromatina HISTONA %LYS %ARG H H2A H2B H H INTERACCIONES ENTRE LAS HISTONAS Y EL DNA EN LOS EUCARIOTES

25 El octámero de histonas se asocia por interacciones hidrofóbicas Un nucleosoma consiste en 147 pb de DNA enrrollados en el octámero de histonas.

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27 EMPAQUETAMIENTO 6 X Solenoide 40 X Bucles 680 X Espiral condensada (Solenoide mayor) 1.2 x 10 4 X Cromosoma

28 Video

29 Qué se necesita para tener un cromosoma estable? Secuencias únicas (genes) Repetidas dispersas y múltiples orígenes de replicación centrómero telómeros varios origenes de replicación

30 Importancia del centrómero

31 Centrómeros Son regiones repetitivas de DNA ( pb) n Constituyen el sitio de unión de las fibras del huso mitótico. Componen del 1% al 3% de la secuencia de un genoma. Su posición varía en los distintos cromosomas.

32 Secuencia centromerica en S. cerevisiae

33 Telómeros Se encuentran en los extremos de los cromosomas. Se requieren para la replicación y estabilidad de los cromosomas. Son secuencias repetidas de DNA, en humanos: -TTAGGG- que se repite entre 250 a 1,500 veces.

34 Características del telómero Hay hexanucleótidos repetidos entre 1000 y 1700 veces en los extremos 3 del DNA de cada cromosoma

35 Heterocromatina y Eucromatina Heterocromatina: Segmentos del cromosoma que se tiñen fuertemente y permanecen visibles, prácticamente, durante todo el ciclo celular. Hay pocos genes en estas regiones y por lo tanto, baja actividad transcripcional. Regiones supercondensadas. Secuencias repetitivas de DNA, regiones no transcribibles en el genoma. Eucromatina: Segmentos del cromosoma que no son visibles durante la telofase e interfase, sólo en metafase. Regiones que se condensan y se descondensan. Corresponde a regiones menos compactas y en las que hay una mayor densidad génica. Hay mayor actividad transcripcional.

36 Modificaciones epigenéticas GENÉTICA: Herencia debida a cambios en la secuencia de bases del DNA. EPIGENÉTICA: Herencia en la cual la secuencia del DNA no se ve alterada, hay modificación química de bases, de histonas, remodelación de cromatina, entre otros. Estos cambios también se heredan.

37 La ACETILACIÓN es la principal modificación covalente (es reversible). La acetilación y desacetilación es llevada a cabo por acetiltransferasas y desacetilasas de histonas. Otras modificaciones son la metilación, fosforilación, ubiquitinación y sumoilación. Las bases del DNA también son modificadas por metilación.

38 Remodelación de la cromatina Los nucleosomas son intrínsicamente dinámicos lo cual permite el acceso de proteínas a ciertas regiones del DNA. Los complejos remodeladores de cromatina se unen al DNA a través de otras proteínas (factores de transcripción) e influencian estabilidad de nucleosomas. El complejo multiprotéico reconoce también la combinatoria de histonas. Tienen actividad de ATPasa. El nucleosoma se desplaza exponiendo u ocultando secuencias de unión a factores de transcripción.

39 El complejo remodelador de cromatina SWI/SNF ATP-dependiente de la levadura Saccharomyces cerevisiae

40 La remodelación de cromatina es esencial para el avance adecuado del ciclo celular

41 Alteraciones en las proteínas que forman parte del complejo remodelador de cromatina SWI/SNF se relacionan con cáncer Weissman & Knudsen, 2009