El desciframiento completo del genoma humano inaugura una nueva era de la medicina Diario EL PAÍS - 15 Abril 2003

El Proyecto Genoma, después de 13 años de investigación y una inversión superior a los 3.000 millones de euros, anunció ayer el desciframiento completo del ADN humano. El logro, alcanzado tres años después de trazarse el primer borrador del genoma, fue saludado por los jefes de Estado y Gobierno de los países que participan en esta iniciativa pública

• EE UU, Reino Unido, Alemania, Francia, China y Japón; como "una aportación fundamental al conocimiento de la especie humana, que permitirá avances revolucionarios". Como ejemplos de este nuevo horizonte médico, los científicos citaron, aunque con prudencia, la búsqueda de los genes de la buena salud, los fármacos a la carta o los superanálisis de sangre.

BBC: Miércoles, 5 de septiembre de 2012

• Científicos publicaron el análisis más detallado del genoma humano hasta la fecha.

• El equipo dijo que encontró

que una parte mucho mayor de lo que se pensaba del código genético es activa biológicamente.

Los científicos descubrieron, en efecto, que las largas tiras de ADN que habían sido calificadas como "basura" son cruciales para detallar la forma en que nuestro genoma funciona.

El 80% de nuestro genoma realiza una función específica y hasta ahora la atención se ha centrado en genes codificadores de proteínas, que representan sólo 2% del genoma.

05 MARZO 2014

• Venter, de 67 años, se ha asociado con el pionero de células madre Robert Hariri, y el fundador de X Prize Foundation, Peter Diamandis, para formar Human Longevity Inc, una empresa que va a utilizar tanto la genómica y terapias con células madre, para encontrar tratamientos que permitan a los adultos estar sanos el mayor tiempo posible.

• Craig Venter, el científico estadonunidense que trabajó para mapear el genoma humano hace más de una década, y creó la vida sintética en 2010, se encuentra ahora en una búsqueda para tratar las enfermedades relacionadas con la edad.

MUTACIONES

Dra. Pilar Suárez Tirado

FMH UNPRG 2013

OBJETIVOS

1. Definir Mutación génica y polimorfismo.

2. Comprender las bases moleculares de la mutación.

3. Diferenciar Tipos de mutaciones génicas.

4. Señalar mecanismos de mutaciones. Tasa de mutaciones.

5. Indicar tipos de agentes mutágenos.

6. Explicar mecanismos de reparación del DNA.

7. Señalar enfermedades humanas relacionadas con defectos en los mecanismos de reparación.

VARIACIÓN GENÉTICA

• Los seres humanos tienen secuencia de ADN nuclear idéntica en 99.9%

• Variación genética + ambiente

Variación fenotípica

SALUD ENFERMEDAD

Variabilidad genética: Se genera durante reproducción sexual

Segregación aleatoria de los cromosomas de cada progenitor a los gametos.

Intercambio de material genético durante la recombinación

MUTACIÓN • Cualquier cambio en la secuencia de bases o en la

organización del ADN.

HISTORIA

• En 1901 el botánico holandés Hugo de Vries, primero en utilizar el término “mutación”, lo aplicó a cambios en los caracteres de una especie.

• En 1910 el estadounidense Thomas Hunt Morgan

realizó investigaciones en Drosophila y observó que las mutaciones pueden provocar cambios muy pequeños.

HISTORIA

• En 1929 el biólogo estadounidense Germann Joseph Muller observó que la tasa de mutaciones aumentaba mucho con los rayos x.

• En 1943 Salvatore Luna y Max Delbrück

diseñaron una metodología para calcular la tasa de mutación.

• En 1951 – 57, B. Mc Clintock descubrió los

transposones.

•En 1960, M. Kimura desarrolló la teoría de la evolución biológica que se basa en el efecto neutral de la mayor parte de los cambios en el ADN. Polimorfismos. “Reloj molecular”.

GEN

• Fragmento de ADN de 20 – 30 kb que funciona como una unidad y codifica para un producto determinado, ya sea un ARN o una proteína.

Definiciones

Locus Alelos Genotipo Polimorfismo

Homocigoto - heterocigoto

ESTRUCTURA DEL ADN

MUTACIÓN GÉNICA

• Todo cambio permanente en la secuencia de bases del ADN de un organismo.

• Cambios estables y heredables en la secuencia de un gen.

• Cambios moleculares que afectan segmentos de ADN menores a unas 10 megabases.

• Son submicroscópicos.

ORIGEN de las mutaciones

• Errores en la replicación del ADN ADN polimerasa: un error c/104 nucleótidos. Sistema de edición ADN polimerasa un error c/107

• Errores en la reparación de ADN Procesos químicos espontáneos, mutágenos Mecanismos de reparación del ADN 1 nucleótido incorrecto c/1010

TIPOS DE MUTACIONES

A. Sustituciones de nucleótidos (m.puntuales)

m. silenciosas

m. de cambio de sentido(mis-sense)

m. sin sentido (non-sense)

m. del procesamiento del ARN

m. de regiones reguladoras

B. Deleciones e inserciones

Deleciones e inserciones de pequeño número de bases

Deleciones, inversiones, fusiones y duplicaciones más extensas

Inserción de elementos L1 o Alu

Expansión de secuencias repetidas

Tasa de mutaciones • La tasas varían con un rango de 10^(-4) a

10^(-6) mutaciones por locus por generación. • Es probable que 1 de cada 40 personas haya

recibido un gen mutado nuevo de uno de sus progenitores.

• INFLUYEN: 1. Tamaño génico 2.Puntos calientes 5’- C G – 3’ 3.Repeticiones de tripletes 4.Número y extensión de intrones 5.Edad y sexo de progenitor con mutación 6.Mecanismo de la mutación

^

Gen de la DISTROFINA de enorme tamaño 2.9 Mpb

En cromosoma X

Puntos calientes de mutación: CG

• En los mamíferos, cerca del 80% de los dinucleótidos CG son metilados

Desaminación 5-

Metilcitosina

Puntos calientes de Mutación

Gametogénesis y mutagénesis

Consecuencias de las mutaciones

Producción de una proteína distinta de la esperada o su falta de producción.

Malformaciones congénitas. Alteraciones funcionales o trastornos

metabólicos. En células somáticas puede producir cáncer En células germinales puede trasmitirse a la

descendencia

Consecuencias • Acondroplasia • Cáncer

Efectos fenotípicos de las mutaciones

Pérdida de función: en relación con dosis génica

desencadenan fenotipos recesivos,

Ganancia de función: altera la proteína, adquiere nueva función

desencadenan fenotipos dominantes

Pérdida de la función

Mutaciones en el propio gen: puntuales, deleciones o inserciones, alteraciones de las secuencias de ayuste, mutaciones que afectan la estabilidad del ARNm.

Mutaciones que afectan a los elementos que regulan la expresión génica: m. del promotor, gen que se mueve de su posición original.

Pérdida de función: Fibrosis quística

F. Chopin

• Gen de gran tamaño, 250 kb, 27 exones, regulador de transmembrana (CFTR)

• En cromosoma 7q

• 300 mutaciones diferentes

• FΔ 508 : deleción de 3 bases, pérdida de fenilalanina.

Ganancia de función

Mutación que altera la proteína y adquiere nueva función.

Ej. alelo Pittsburg de alfa 1 antitripsina Por sobreexpresión del gen. Ej. C-Myc en neuroblastoma Por efecto dominante negativo. Ej. mutación en 1 de 3 cadenas colágeno

NEUROBLASTOMA:

tumor de células de de la cresta neural neural

• Distintas mutaciones en un mismo gen pueden originar tanto una ganancia como una pérdida de función.

GEN: androgen receptor

LOCALIZACIÓN CROMOSÓMICA:

Xq11-q12

Atrofia muscular espinobulbar

INCIDENCIA: 1/50,000

HERENCIA: Ligada al X

Mutación: Expansión CAG

Síndrome de feminización

testicular

Mutación: puntuales, deleción

completa o parcial.

TIPOS DE MUTACIONES Y SUS EFECTOS

TIPOS DE MUTACIONES Y SUS EFECTOS

Sustitución de bases Cambio de un par de bases

en la secuencia de un gen. • Una transición consiste en

el cambio de una base púrica por otra púrica, y simultáneamente de una pirimídica por otra pirimídica.

• Una transversión es el cambio de una base púrica por una pirimídica y a la inversa.

Anemia de células falciformes

a) Proceso inicial : tautomerización

• Cada una de las cuatro bases puede aparecer en las células en una de dos formas denominadas tautómeros, debido a reacomodamientos de protones y electrones en las moléculas que ocasionan cambios en la posición de los átomos de hidrógeno; ambas formas se hallan naturalmente en equilibrio.

Estados moleculares de las bases : normal (A - G - T - C) y tautomerizado (A* - G* - T* - C*).

Apareamientos erróneos

Apareamientos erróneos

Transición

Transversión

b) Proceso inicial : despurinización

• Es la más común de las lesiones espontáneas

• Implica la interrupción del enlace glucosídico entre la base y la desoxirribosa, y la pérdida posterior de un residuo de G ó A del ADN

Despurinización

Los sitios sin purinas no pueden especificar una base complementaria a la purina original durante la replicación, conduciendo por lo tanto a una mutación :

c) Proceso inicial : desaminación

Afecta a las bases que poseen grupo amino (A y C). La desaminación de la C (por ej.), produce U (uracilo)

Esta base modificada queda en condiciones, durante la replicación del ADN, de aparearse con la adenina, originándose, por lo tanto, una transición

(C-G T-A).

En el caso de ser la adenina la base afectada, ésta se convierte en hipoxantina (H) que queda en condiciones de aparearse con la citosina, generándose también como mutación final una transición

(A-T G-C).

d) Proceso inicial : dímeros de pirimidinas

Son producidos por las radiaciones UV. Consisten en la unión de dos pirimidinas (principalmente timinas) contiguas, o sea ubicadas en la misma cadena de ADN.

Los dímeros de pirimidinas causan transiciones y/o transversiones al reducir la fidelidad de la replicación. Una situación es la siguiente :

Mutaciones de cambio de fase

• Estas mutaciones modifican el número de pares de bases.

• Ellas no sólo alteran el codón correspondiente como en los casos anteriores, sino que pueden alterar totalmente el mensaje genético,

hasta el extremo de producirse una proteína biológicamente inactiva, que si es una enzima vital, ocasiona la muerte de la célula o individuo.

a) Proceso inicial : lazo en el ADN durante la replicación

•Durante la replicación ocurre en una de las hebras un lazo o doblez que la ADN polimerasa pasa por alto, y que dará origen a una deleción si se produce en la hebra molde. •Mientras que dará origen a una adición si ocurre en la hebra nueva; se eliminarán o añadirán tantos nucleótidos como estén incluídos en el lazo.

b) Proceso inicial : sobrecruzamientos desiguales

Aunque pueden ocurrir a nivel de genes (estrictamente mutación génica), se presenta un caso más común, que es el de apareamientos erróneos durante la profase meiótica en zonas del cromosoma donde existan secuencias repetidas; los bloques de estas secuencias queden desplazados, generándose adiciones y deleciones.

Sobrecruzamiento desigual

Mutaciones inducidas

• Agente mutagénico, acelerador de la tasa espontánea de mutación.

• Es decir que la inducción de mutaciones, en general, no produce mutaciones específicas de un gen, sino una mayor frecuencia de todo tipo de mutaciones.

AGENTES QUÍMICOS CAUSANTES DE MUTACIONES

AGENTES FÍSICOS CAUSANTES DE MUTACIONES

RADIACIONES IONIZANTES

• Rayos cósmicos, X, , ,electrones,

neutrones, protones.

• De penetrancia elevada.

• Origina pares iónicos muy reactivos ADN

• Libera radicales que actúan en ADN

• Produce rotura de las hebras de ADN

Desastre de Chernobyl Abril 1986 – Ucrania: accidente nuclear más grave de todos los ocurridos en el mundo entero

• RADIACIONES NO IONIZANTES

UV

Poco penetrantes

Efecto: dímeros de pirimidinas

AGENTES FÍSICOS CAUSANTES DE MUTACIONES

• Rayos ultravioleta

Reparación del ADN

• ADN polimerasa produce un error cada 10^4 nucleótidos

• Sistema de edición reduce 1 error cada

10^7 nucleótidos

• Sistema de reparación 1 error cada

10^10 nucleótidos

Procesos químicos que con más frecuencia producen

mutaciones:

• Oxidaciones por radicales libres: formación de 8-oxoguanina, se une a T

• Reacciones hidrolíticas:

forma sitios apurinícos (AP)

Daños oxidativos en el ADN

Enfermedades

• Anemia de Fanconi

• Síndrome de Cockayne

• Xeroderma pigmentoso

• Síndrome de Bloom

• Síndrome de Werner

• Cáncer colorectal hereditario no polipósico

Xeroderma pigmentoso

Anemia de Fanconi