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Qu es la Citogentica?
Una parte de la Gentica
que se encarga del estudio
de los cromosomas
humanos.
Finalidad de identificar las
alteraciones cromosmicas
numricas y estructurales.
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Clasificacin Operacional de la Cromatina:
EUCROMATINA: Transcripcionalmente activaFibras de 11nm y 30nm,
incluso DNA
desnudo.
Genes estructurales, ribosmicos,
secuencias reguladoras , etc.)
HETEROCROMATINA: Transcripionalmente inactivaFibras de 30nm
densamente
empaquetadas.
Centrmeros, telmeros, regiones
unin membrana nuclear.
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EUCROMATINA: Cromatina laxa, menos condensada que vuelve al
estado disperso.
HETEROCROMATINA:
El 10% del material cromosmico en la mayora
de las clulas permanece en
forma condensada durante la
interfase.
Esta cromatina condensada se observa se observa en la
periferia del ncleo.
H. CONSTITUTIVA:
Permanece en estado condensado en todas las clulas y en todo
momento, por lo tanto representa el
ADN permanentemente silencioso.
El ADN consta principalmente de secuencias altamente repetitivas
y al
parecer est desprovisto de genes
que codifican protenas.
H. FACULTATIVA:
Es una cromatina especficamente inactivada durante ciertas fases
de la
vida de un organismo.
Inactivacin del cromosoma X.
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Cromatina Nuclear
La Heterocromatina Facultativa
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EUCROMATINA HETEROCROMATINA
DIFERENCIAS
GENICAS
MAYOR CANTIDAD DE
GENES ACTIVOS
NO PRESENTAN GENES
DIFERENCIAS
CITOLOGICAS
MENOR GRADO DE
EMPAQUETAMIENTO
MAYOR GRADO DE
EMPAQUETAMIENTO
ALOCICLIA NO PRESENTA SI PRESENTA (puede estar
ms o menos intensamente
teida dependiendo del CC.)
REPLICACION
del ADN
REPLICACION
TEMPRANA
REPLICACION TARDIA
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El ADN en los cromosomas
metafsicos debe
acortarse unas 10.000
veces por un sistema
empaquetamiento
muy eficiente.
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
Nucleosoma: El menor nivel
de organizacin de los
Cromosomas.
El empaquetamiento ordenado
del ADN eucariota depende de
Histonas.
A principios de 1970 se
descubri que el tratamiento
de la cromatina con Nucleasas
daban lugar a fragmentos de
200 pb de longitud.
1974: Roger Kornberg, de la
Univ. Harvard, sugiri que el
ADN y las histonas se organi-
zaban en unidades repetitivas
llamadas nucleosomas.
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
EL NUCLEOSOMA: es la subunidad fundamental de DNA e
histonas en los cromosomas en
interfase, o cromatina.
Un nucleosoma presenta alrededor
de 146 pb de DNA enroscados dos
veces alrededor de un octmero de
histonas.
El octmero de histonas forma un
cilindro de 11 nm de dimetro y 6
nm de altura.
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
. Las histonas son protenas conuna alta proporcin de carga
positiva (lisina y arginina), lo
que les permite unirse con
firmeza a las cargas negativas de
la doble cadena del DNA.
. Desde el punto de vista evolutivo
la conservacin de las histonas es
muy significativa.
. Hay una relacin espacial en
particular estrecha entre el DNA y
las histonas en las regiones ricas en
A+T de los surcos menores. All, la
doble hlice del DNA se dobla con
ms facilidad.
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
. Composicin Proteca:
1.- Histonas: H1 , H2A , H2b , H3 , H4
.- Las Histonas se encuentran en una relacin de peso con el DNA
de 1/1
.- Las Histonas deben su basicidad al alto contenido de arginina
y lisina (10-
20%) .
.- As: H3 y H4 : Muy ricas en arginina
H2A y H2B : Moderadamente ricas en lisina
.- H2A , H2B , H3 y H4 : protenas globulares
.- H1 adquiere formas de acuerdo a la especie
2.- Protenas no Histnicas:
2.1.- Protenas estructurales : HMG , LMG , Ubiquitinas
2.2.- Protenas enzimticas
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
Las partes ms hidrofbicas,
partes no cargadas de las
histonas, ocupan el centro del
nucleosoma y por lo tanto
promueven su agregacin en
un ncleo apretado.
La interaccin entre histonas
y ADN es principalmente
estructural y relativamente
independiente de la secuencia
de nucletidos.
.
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
Las microfotografas electr-
nicas demuestran que la
cromatina nuclear presenta
numerosos puntos pequeos
de unos 30 nm de dimetro
que representan a las Fibras
de 30 nm.
La estructura del filamento
de 30 nm incrementa la rela-
cin de empaquetamiento del
ADN unas 6 veces ms.
Modelo de Solenoide explica
la forma de plegarse la fibra
de 10 nm para formar la fibra
de cromatina de 30 nm
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El mantenimiento de los filamentos de 30 nm depende de la
interaccin entre
molculas de H1 de los nucleosomas vecinos
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Cromosomas Eucariticos Los nucleosomas se pliegan sobre s mismos
para formar una estructura
densamente empaquetada con forma de solenoide que tiene 30nm
de
grosor.
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
El siguiente nivel de
empaquetamiento es el
Modelo propuesto por
Marsdem y Lammli.
Ocurre cuando los filamentos de cromatina de 30nm se organizan
en
una serie de asas amplias
superenrrolladas.
Se estima que cada asa contiene
entre 10 a 150 Kb de ADN.
Las asas de ADN pueden actuar para dividir el genoma en
dominios que contengan un solo
gen o un pequeo conjunto de
genes enlazados expresados por un
mecanismo regulador comn
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Cromosomas Eucariticos La fibra de 30 nm constituida por los
nucleosomas empaquetados se
pliega formando bucles sobre un armazn de protenas no
histonas
dando lugar a la fibra de cromatina (300 nm).
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Cromosomas Eucariticos
La fibra de cromatina sufre un enrollamiento helicoidal para
formar la estructura que se
observa en metafase: la
cromtida (700 nm)
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..
.
Un cromosoma presenta una sola molcula de DNA muy larga, que
contiene una serie de genes. Est plegado y enrollado en una forma
compleja. El ordenamiento espacial est asegurado por los
nucleosomas
En la cromatina de loscromosomas en mitosis no se produce la
transcripcin. La sntesis de ARN se interrumpe cuando se establece
la condensacin del cromosoma.
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
Cromosoma metafsico (microscopio
electrnico de transmisin)
. Los cromosomas mitticos repre-
sentan la etapa ltima del empaque-
tamiento de la cromatina.
. Un cromosoma mittico de 1 micra
de longitud tpicamente contiene
casi 1 cm de ADN.
Cromosoma Metafsico (microscopio electrnico de barrido)
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. Los cromosomas se ven como estructuras separadas slo durante
la mitosis. En la interfase nopueden diferenciarse dentro de la
cromatina. En los cromosomas metafsicos el empaquetamiento
del DNA es alrededor de 10,000 veces ms denso que en la
interfase
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Cromosomas EucariticosLos cromosomas tienen dos funciones
biolgicas fundamentales:
Perpetuar el material hereditario durante el desarrollo de un
individuo, a travs
de la mitosis celular
Redistribuir el material hereditario entre generaciones
sucesivas, a travs de la
meiosis celular
Las funciones de los cromosomas dependen de tres clases de
elementos del DNA:
Los centrmeros
Los telmeros
Los orgenes de replicacin
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Cromosomas Humanos
ELEMENTOS BASICOS DEL CROMOSOMA
1. Centrmeros
2. Telmeros
3. Origenes de Replicacin
.- El centrmero y los Telmeroscontienen DNA con secuencias
repetitivas, conservadas evolutiva-
mente porque son importantes
para la estabilidad del cromosoma.
.- En las bandas G claras el DNA
forma bucles en los que se ubican
los genes codificadores de
protenas.
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Cromosomas Humanos
. Un modelo tridimensional de un segmento de un cromosoma
en interfase muestra que en la
regin del centrmero la
heterocromatina constitutiva
(banda C) est plegada con gran
firmeza.
. En las bandas G clara la
eucromatina est empaquetada
en forma relativamente laxa, y en
las oscuras, de alguna forma est
plegada con ms fuerza.
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PROBLEMA DE LA REPLICACIN EN EL
EXTREMO DE DNA LINEAL
Replicacin(5->3) Remocin
de Primer
En el extremo 5 una brecha
remanente que no puede ser
cerrado, por ausencia del primer .
Rellenado de los gaps
Los cromosomas de los eucariotas son lineales. Cada extremo est
sellado medianteuna regin especial, EL TELOMERO..
El DNA slo se sintetiza en direccin 5 a 3 en la hebra molde que
va de 3 a 5 la sntesis es en forma retrasada. Por este motivo a
unos 8-12 bases en el extremo de la hebra retrasada la DNA pol no
puede sintetizarlas por el cebador. Entonces en cada divisin
celular en los extremos telomricos se perdern estos 8-12
nucletidos. Para compensar est perdida en algunos organismos
participa la TELOMERASA.
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Cromosomas Humanos
El DNA de los TELOMEROS presenta secuencias en tndem
ricas en G:
Invertebrados: 5TTAGGG3
Levaduras: 5TGTGGG3
Protozoos: 5TTGGGG3.
Los extremos salientes de las
hebras G son importantes para
la proteccin de los telmeros
mediante la formacin de un
bucle de DNA de cadena doble
(dplex)
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Cromosomas Humanos
.
TELOMEROSEstructuras especializadas que forman los extremos de
los
cromosomas eucariotas
El ADN telomrico son regiones no codificantes
Repetidos (TTAGGG)n en tandem: -10Kb en clulas somticas
- 20Kb en clulas placenta
La longitud de las repeticiones est relacionada con el
envejecimiento y
dao celular.
Un Telmero normal, no solo es estable, sino que Ancla ese
extremo
al armazn nuclear.
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Cromosomas Humanos
ESTRUCTURA DE LOS
TELOMEROS:
Una de las cadenas de ADN tiene una extensin mayor que la otra
en 12pb
Se producen uniones tipo Hoogsteenformando un bucle cerrado.
La cadena sobreextendida es rica en G y va en direccin 5- 3
hacia el
extremo del Telmero (forma el extremo
3 del ADN cromosmico)
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FORMACION DEL BUCLE del DNA de Cadena Doble (bucle-t) en el
Telmero de mamferos:Griffith y Col (1999) demostraron que la cadena
doble del DNA telomrico forma un bucle-t para evitar de este modo
el problema de los extremos pegajosos.
La formacin del bucle est mediada por las dos protenas
relacionadas TRF1 y TRF2 que se unen a las repeticiones de los
telmeros de los mamferos, y el bucle se ancla mediante la insercin
del extremo saliente de la hebra G dentro de un segmento proximal
del dplex del DNA telomrico.
Representacin esquemtica de
los telmeros putativo T-loop.
Estructura de las protenas de
unon especficas de telmeros.
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FUNCION DE LOS TELOMEROS
1. Mantenimiento de la estabilidad cromosmica formando
estructuras
que evitan la fusin de cromosomas o la actuacin de
mecanismos
degradativos, evitando as la muerte celular y la prdida de
genes
importantes para la vida de la clula.
2. Su importancia en la mitosis. La longitud de los telmeros es
uno de los
parmetros que determinan el nmero de divisiones de una clula
y
por tanto la duracin de su vida.
3. Sirven como un reloj mittico.
4. Su importancia en la meiosis ya que facilitan el
reconocimiento de
cromosomas homlogos. Intervienen en el apareamiento de los
cromosomas homlogos y el entrecruzamiento durante la profase en
la
Meiosis I.
5. La activacin o desactivacin de la telomerasa influye en el
desarrollo
y el envejecimiento de los tejidos de un organismo.
6. La telomerasa juega un importante papel en alteraciones
fisiolgicas
como el desarrollo de carcinognesis o la infeccin por el
VIH.
Cromosomas Humanos
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Cromosomas Humanos
TELOMERASA
Enzima ribonuclecacompleja mayor 300 Kd.
2 Subunidades:
Subunidad cataltica o Tert(Telomerase reverse
transcriptase).
Una molcula de ARN o Terc(Telomerase ARN component)
de alrededor de 500
nucletidos, poseen secuencias
(AAUCCC) compleementaria al
ADN extremo del Telmero.
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Cromosomas Humanos
FUNCION DE LOS TELOMEROS
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ACORTAMIENTO DE LOS TELOMEROS
Cuando una lnea celular no tiene una telomerasa activa, los
telmeros se van acortando de unos 50 a 200 pares de bases en
cada
divisin. Si el acortamiento alcanza un nivel crtico se induce
la
senescencia de las clulas de esa lnea celular..
Los telmeros se pueden considerar como estructuras dinmicas que
actan a modo de reloj celular. Su longitud est en relacin con
el tiempo de vida y depende de varios factores como la velocidad
de
degradacin de los telmeros y la velocidad y el tiempo de
actuacin
de la telomerasa en cada cromosoma.
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Las secuencias del telmero presentan
alrededor de 250 a 1500 repeticiones ricas
en G (unos 9 Kb), que estn muy
conservadas entre las diferentes especies.
Los telmeros y la telomerasa son factores
centrales en la biologa del cncer, en las
clulas madre, en el envejecimiento y en
la disqueratosis congnita. La relacin
inicial entre la telomerasa y el cncer se
estableci cuando se observ que en la
mayora de los tumores humanos se sobre-
expresaba la enzima, cosa que no ocurra
en los tejidos sanos y en los cultivos de
clulas normales.
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TelmerosCentrmero
p
q
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CENTRMERO Regiones especializadas de
cromatina
Descubierto fortuitamente en 1985, con sueros de pacientes
de escleroderma,
reaccionaban con protenas
centromricas: CENP:A,B y C
(Earnshaw & Rothfield, 1985)
CENP-A , descubierta como variante de H3 encontrado
exclusivamente en el
centrmero. Homlogos en
todos los eucariotas: Funcin
conservada.
CENP-B:Pr- que se une muchas veces a una
secuencia simple repetitiva en
el DNA centromrico(DNA alfa
satlite). Acta como dmero.
ESTRUCTURA SECUNDARIA DE CENP-A
EN EL NUCLEOSOMA
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Cromosomas Humanos
CENTROMERO
Constriccin Primaria
El ADN alfoide es el principal componente de todos los
centromeros de los cromosomas humanos
ADN alfoide: Repeticiones en tandem de 171 pb.
Caja de CENP-B: secuencia de 17 pb que se une especficamente al
CENP-B
Estn ntimamente asociados a las Cromtides hermanas y los
cinetocros.
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Cromosomas Humanos
Los centrmeros humanos son secuencias ricas en repeticiones de
DNA,
conocido como alfa satlite, las cuales estn basados en monmeros
de 171
pb organizados en tndem, con una longitud variable de 0,2 5
Mb.
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PROTEINAS CENTROMERICAS
El ADN en la regin centromrica est asociaddo con protenas
especficas. Estas protenas han podido estudiarse gracias a los Acs
contra ellas en
enfermos con Esclerodermia tipo CREST, lograndose aislar y
purificar al
menos 6 protenas centromricas o CENPs
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La estructura de los centrmeros es compleja pero
al menos 3 componentes son
esenciales para un
centrmero funcional:
Una cantidad umbral de ADN alfoide
La protena CENP-B que se asocia al anterior; y
La CENP-C que es propia del cinetocoro funcional.
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La regin centromrica
comprende:
El centrmero propiamente dicho o constriccin primaria, y
que esta asociada ntimamente a
las cromtides hermanas ; y
Los Cinetocoros que son elementos cupuliformes que se
observan en la mitosis y en los
cuales se insertan los
microtbulos.
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Cromosomas Humanos
CINETOCORO
Acta como sitio de fijacin del cromosoma a
los microtbulos del huso
mittico.
Sitio donde residen algunas protenas motoras.
Desempean un papel clave en el movimiento de
los cromosomas durante la
mitosis.
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EL CINETOCORO
Es un complejo proteico del cromosoma que captura y colabora con
el transporte de cromosomas
Se forma en el centrmero, presenta una capa interna y otra
externa incrustadas en una corona fibrosa
Las cromtides hermanas de un cromosoma en metafase se
transportan hacia cada polo unidas a microtbulos de los
cinetocros.
Los microtbulosque se extienden desde el centrosoma al
cinetocoro se denominan microtubulos del cinetocoro y los
microtubulos que conectan los
dos polos de la clula se llaman microtubulos polares
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Cinetocoro.
Acta como sito de fijacin de los cromosomas
al microtbulo del huso mittico.
En los mamferos es una placa
trilaminar de 0.3 m de
dimetro y de 0.1 m de
espesor. Una de sus caras est
estrechamente unida al DNA
centromrico, la otra mira
hacia uno de los polos del huso
divisional y los microtbulos
se insertan en ella por una de
sus extremidades.
Desempea un papel clave en
el movimiento de los
cromosomas durante la
mitosis.
Dominio cinetocorico
Dominio central Dominio de apareamiento
INCEPs, CLIPs
CENP-C, CENP-D, CENP-E, Quinosina
CENP-A, CENP-B
Diagrama representativo de un centrmero de mamferos
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Funcin de los cinetocorosAtraparUnin de los extremos de los
microtbulos a los cromosomas, generan fuerza para mover a los
cromosomas a lo largo de los microtbulos y
regulan la separacin de los cromosomas y su translocacin a los
polos.
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FUNCION
CINETOCORO
Anclaje a los microtbulosdel huso: aneuplodia
Verificacin de esos anclajesDeteccin y correccin de errores:
checkpoint de mitosis
Generacin de fuerzas: motores moleculares
Anclaje de los cromosomas a los
microtbulos del huso mittico
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CAPTURA DE MICROTUBULOS (MTs)Los microtbulos que localizan un
cinetocoro se estabilizan, mientras que aquellos que no lo
encuentran se despolimeriza rpidamente.
Como los cromosomas presentan 2 cinetocoros asociados, cuando
uno de ellos se engancha a los MTs generado por uno de los polos
celulares, el
cinetocoro de la cromatide hermana queda expuesta hacia el otro
polo
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Verificacin de los anclajes al huso
Esquema de las diferentes configuraciones de anclaje de los
cromosomas al huso mittico.
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ORIGENES DE REPLICACION (OR)
Slo 1/10 parte son usados para constituir los Replicones o
unidades de replicacin del ADN.
Genoma Humano (46 Xs) hay alrededor de 20,000 replicones con una
longitud promedio de 150 Kb de ADN cada uno, y con una velocidad de
la horquilla de replicacin de alrededor de 1 Kb por minuto.
Los replicones slo actan durante el momento preciso del ciclo
celular (inicio de fase S).
Las bandas R se replican antes que las bandas G y stas antes que
las bandas C.
Todo segmento de ADN estable de un organismo debe poseer un
OR.
OR en levaduras
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Elementos caractersticos del cromosoma (metafsico)
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Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos
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TERRITORIOS CROMOSMICOS
Existen dos modelos: Modelo del Territorio
Cromosmico (by Carl Rabl,1885) El DNA de cada cromosoma ocupa un
volumen definido en el ncleo y sobrelapa con sus vecinos
inmediatos(Fig.A).
Modelo de Espagueti: la fibra de DNA de mltiples cromosomas
serpentea a travs del ncleo en una manera aleatoria, son por lo
tanto se entremezclados y enredados con cada otro (Fig.B).
Cmo lucen los cromosomas en el ncleo de una clula cuando no
est
en divisin celular (e.g. neurona)?
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Los cromosomas
eucariticos estn
ordenados y confinados
a regiones concretas
dentro del ncleo
celular que se
denominan territorios
cromosmicos.
Esta organizacin
espacial puede tener
implicaciones en la
regulacin funcional y
la estabilidad del genoma.
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TERRITORIOS CROMOSMICOS
Durante la interfase, los cromosomas existen como territorios
cromosmicos Los territorios cromosmicos estn definido como una
porcin nuclear tomado por ADN de un cromosoma determinado, el cual
tiene un volumen de 2-3
m de dimetro.
El ADN que se encuentra en los territorios estn relativamente
abiertos, lo que permite que algunos factores de transcripcin
funcionen. Los lmites de los
territorios cromosmicos no son fijos, de sta manera se puede
observar una
sobreposicin entre territorios vecinos.
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La organizacin jerrquica es importante para la
regulacingentica.
La alteracin de sta organizacin cromosmica puede causar
enfermedad.
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Las acetilaciones disminuyen la carga positiva de la histona y
esto hace
que se liberan la estructura de la cromatina y la hacen pasible
a ser
transcripta (activacin). Por el contrario la desacetilacion
son
compactadoras (silenciadoras) de la actividad trancriptiva del
ADN.
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LOS FACTORES EPIGENETICOS:
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ROLES DE LA EPIGENTICA
La epigentica participa en:
Desarrollo embrionario
Diferenciacin tisular
Imprinting gnico
Inactivacin del cromosoma X
Represin de DNA parsito (transposones)
Papel menor en la regulacin gnica (islas CpG normalmente no
metiladas), pero importante en patologa .
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MODIFICACIONES
ADN HISTONAS
ACETILACION FOSFORILACION
UBIQUITINACION METILACION
METILACION
ADP -
RIBOSILACION
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Esta investigacin tendr un gran
impacto en nuestra sociedad
postgenmica y mostrar que somos
ms que la suma de nuestros genes.
EL FUTURO DE LA EPIGENTICA
