Genoma Humano - genoma . unsam . edu . ar

Genoma Humano
Genoma mitocondrial Genoma nuclear
16,6 kb
3.000 Mb
El genoma mitocondrial y el
humano
Tamaño
No. de molec DNA difer.
No total de Mol. DNA/cel.
Proteínas asociadas
No de genes
Densidad Génica
DNA repetitivo
Transcripción
Intrones
% de DNA codif.
Recombinación
Herencia
Genoma nuclear
Genoma mitocondrial
3000 Mb
23 (XX) o 24 (XY) linear
23 (hapl); 46 (dipl)
Varias clases de hist y nohistonas
~65000-80000
~1/40 kb
Gran proporción
La mayor parte de los genes
son transcriptos individualmente
En la mayoría de los genes
~3%
Al menos una para cada par de
homólogos en la meiosis
Mendeliana para sec. en X y
autosomas, paterna para sec. en Y
16.6 kb
Una molécula DNA circular
Varias x 103
Mayorit. libre de proteínas
37
1/0.45 kb
Muy poco
Transcripción continua de
multiples genes
Ausentes
~93%
Ninguna
Exclusivamente materna
Genoma Mitocondrial Humano
❧ 16569 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
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
Experimentos de reasociación
muestran tres fracciones mayores de
DNA en eucariotes
El genoma de eucariotes contiene
secuencias de DNA repetidas
❧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
Repetición
en tandem
interdispersa
Organización del genoma
Secuencias en Tandem
❧3
Los DNAs de simple secuencia están
concentrados en localizaciones cromosomales
específicas
DNA de secuencia simple
❧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
rep.
Localización cromosomal
ADN satélite
(bloques de 100 kb
a varias Mb)
5 a 171
posiblemente en todos los
cromosomas
ADN minisatélite
(bloques de 0.1
a 20 kb)
6 a 24
telómeros, en todos los
cromosomas
1a4
en todos los cromosomas
ADN microsatélite
(bloques de menos
de 150 pb)
Los mutaciones en microsatélites
son más altas que en secuencias
no repetitivas
Enfermedades por expansión de
tripletes
Enfermedad
FRAX A
DM
AF
SBMA
SCA1
SCA3 MJD
DRPLA
HD
Transmisión Loc. gen
Ligado al X
Dominante
Recesivo
Ligado al X
Dominante
Dominante
Dominante
Dominante
Xq27.3
19q13
9q13
Xq21
6p22.23
14q32.1
12p12.ter
4p16.3
Loc. rep.
5´UTR
3’UTR
Intrón
Codif.
Codif.
Codif.
Codif.
Codif.
Sec. Rep.
CGG
CTG
GAA
CAG
CAG
CAG
CAG
CAG
Long. Repetición
Normal Premut. Enfermo
6-54 50 a 200 200->1000
5-35 50 a 80
50-4000
7 a 22
nd
200 a 900
17-24
nd
40-55
19-36
...
43-81
12-36
nd
67->79
7-23
nd
49->75
9-35
36 a 39
40-100
Transm.
Materna
Mat-Pat
Materna
Paterna
Paterna
Paterna
Paterna
Paterna
Más Estable
Menos Estable
❧4
Análisis de ataxia spinocerebelar
Alelo normal. Nº total repet CAG = 19-36
-(CAG)m CAT CAG CAT (CAG)n- m = 7-17
n = 8 -18
Alelo expandido. Nº total repet CAG = 43-81
-(CAG)n-
n = 43-81
Sindrome Fragil X
❧5
Enfermedades por expansión de
tripletes
Enfermedad
FRAX A
DM
AF
SBMA
SCA1
SCA3 MJD
DRPLA
HD
Transmisión Loc. gen
Ligado al X
Dominante
Recesivo
Ligado al X
Dominante
Dominante
Dominante
Dominante
Xq27.3
19q13
9q13
Xq21
6p22.23
14q32.1
12p12.ter
4p16.3
Loc. rep.
5´UTR
3’UTR
Intrón
Codif.
Codif.
Codif.
Codif.
Codif.
Sec. Rep.
CGG
CTG
GAA
CAG
CAG
CAG
CAG
CAG
Long. Repetición
Normal Premut. Enfermo
6-54 50 a 200 200->1000
5-35 50 a 80
50-4000
7 a 22
nd
200 a 900
17-24
nd
40-55
19-36
...
43-81
12-36
nd
67->79
7-23
nd
49->75
9-35
36 a 39
40-100
Transm.
Materna
Mat-Pat
Materna
Paterna
Paterna
Paterna
Paterna
Paterna
Las repeticiones expandidas de
glutamina producen agregados
nucleares y matan neuronas aún
en Drosophila melanogaster
❧6
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
Variación Racial en el gen de la
Huntingtina
80
Población (%)
80
Edad
60
40
20
0
35
40
45
50
Número de repeticiones
Tres generaciones con diversos
grados de distrofia miotónica
60
40
20
0
13
25
17
21
23
Número CAG
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
Existirían evidencias que estas
proteínas interactuarían con
factores de transcripción
Elementos Móviles
Secuencias Interdispersas
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.
❧ 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
™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
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:
❧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
●
●
Retrotransposones virales
Retrotransposones no virales
❧9
Clases más importantes de DNA
repetitivo humano interdisperso
Clase de copias
repet
Tamaño de la unidad repetida
No total de unidades
Familia Alu
LINE-1 Fam.(Kpn)
Fam MER
Aprox. 280 pb, gmte menos
6.1 kb, vs copias truncadas de x 1.4 kb
Variable en las dif. familias,
pero gmente unos cent pb
FamiliaTHE-1
Alrededor de 2.3 kb
Fam. HERV/RTLV
Generalmente 6-10 kb
~700 000-1 000 000
~60 000-100 000
Colectivamente
~100 000-200 000;
~200-10 000 en familias
individuales
~10 000 más 10 000
LTRs solitarios
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
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.
❧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
Familia Alu y Enfermedades
Familia Alu y Enfermedades
Familia Alu y Enfermedades
Familia Alu y Enfermedades
Familia Alu y Enfermedades
❧11
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