Download - Estructura Y Funciones Del Genoma Humano
M en C Alicia Cervantes Peredo
Curso de Preparación para el Examen Nacional de Aspirantes a Residencias Médicas
Módulo de Génetica
AGOSTO, 7, 2004
Estructura de los ácidos nucleícos DNA y RNA
Dogma Central Biología Molecular
proteína
ribosomaproteína
REPLICACIÓN autoduplicación DNA
TRANSCRIPCIÓN síntesis RNA
TRADUCCIÓN síntesis proteínas
información
información
información
núcleo
citoplasma
MUTACIÓN
Funciones DNA como material
genético
transcriptoma
proteoma
genoma
DNA. Secuencia de nucleótidos
DNA codificante
DNA codificante
Marcos de lectura abiertos ORF
Cromatina y cromosomas
Algunos genomas secuenciados PGH
ORGANISMO
TAMAÑO GENOMA
(MB)
No DE GENES
AÑO
Methanococcus jannaschii 1.66 2,493 1996
Haemophilus influenzae 1.83 1,791 1995
Escherichia coli 4.64 4,397 1996
Mycobacterium tuberculosis 4.41 3,924 1998
Saccharomyces cerevisiae 12 6,548 1997
Caenorhabditis elegans 97 > 20,000 1998
Drosophila melanogaster 170 ~16,000 2000
Arabidopsis thaliana 120 ~20,000 2000
Oryza sativa 415 ~20,000 2002
Homo sapiens sapiens 3,300 ~35,000 2001
CARACTERISTICAS NUCLEAR MITOCONDRIAL
• Tamaño 3 300 Mb 16.6 kb
• No. moléculas diferentes 23 (XX) ó 24 (XY) Una molécula
dobles cadenas lineales doble cadena circular
• No. total moléc DNA/cél 23 (haploides)ó 46(diplodes) Varios miles
• Proteínas asociadas Histonas y no histonas Casi libre de proteínas
• No. genes Aprox. 35 000 37
• % DNA codificante Aprox. 3% Aprox. 93%
polipéptidos y RNA
• % Genes codificantes 5% 65%
para RNA (3000-4000/35 000 genes) (24/37 genes)
• Densidad génica Aprox. 1/40 kb 1/0.45 kb
• Intrones en mayoría de genes ausentes
• DNA repetitivo fracción importante muy poco
• Transcripción individual mayoría de genes continua de genes múltiples
• Recombinación al menos un evento entre ausente
cada par de homólogos (meiosis)
•Tipo de herencia Mendeliana (X y autosomas) Exclusivamente materna
paterna (Y)
GENOMA HUMANO
10%
25% 75%
genes y DNAsecuencias extragénicorelacionadas
DNA DNA codificante no codificante
repetidos en repetidostándem dispersos
GENOMA HUMANO
Genoma mitocondrial 16.6 Kb 37 genes
2 genes 22 genes 13 genesRNAr RNAt Polipéptidos
Genoma nuclear 3 300 Mb 35 000 genes
Único o mod. repetitivo
90%
pseudogenes fragmentos intrones, génicos secuencias no traducidas
60 % copia únicao bajo # copias
40 % moderada-altamente repetitivo
DNA satélite
DNA mini satélite
DNA microsatélite
LINES
SINES
LTRs
Transposones
Genoma mitocondrial humano
10%
25% 75%
genes y DNAsecuencias extragénicorelacionadas
DNA DNA codificante no codificante
repetidos en repetidostándem dispersos
GENOMA HUMANO
Genoma mitocondrial 16.6 Kb 37 genes
2 genes 22 genes 13 genesRNAr RNAt Polipéptidos
Genoma nuclear 3 300 Mb 35 000 genes
Único o mod. repetitivo
90%
pseudogenes fragmentos intrones, génicos secuencias no traducidas
60 % copia únicao bajo # copias
40 % moderada-altamente repetitivo
DNA satélite
DNA mini satélite
DNA microsatélite
LINES
SINES
LTRs
Transposones
GENES Y SUS FUNCIONES
Distribución islas CpG
Densidad génica
Tamaño de los genes humanos
Intrones y Exones Procesamiento alternativo
Tamaño promedio de exones e intrones en algunos genes humanos
Producto génico Tamaño del gen (kb) Número de
exones Tamaño promedio del exón (bp) Tamaño promedio
del intrón (bp) RNAt tyr 0.1 2 50 20 Insulina 1.4 3 155 480 globina 1.6 3 150 490 HLA clase I 3.5 8 187 260 Albúmina sérica 18 14 137 1 100 Colágena tipo VII 31 118 77 190 Complemento C3 41 29 122 900 Fenilalanina hidroxilasa 90 26 96 3 500 Factor VIII coagulación
186 26 375 7 100 CFTR (fibrosis quística
250 27 227 9 100 Distrofina 2400 79 180 30 000
Genes que codifican para RNA
RNA ribosomal
RNAr
RNAt
RNAsn
genes histonas
Familias génicas genes de globinas
Genes homeóticos
Superfamilia de inmunoglobulinas
10%
25% 75%
genes y DNAsecuencias extragénicorelacionadas
DNA DNA codificante no codificante
repetidos en repetidostándem dispersos
GENOMA HUMANO
Genoma mitocondrial 16.6 Kb 37 genes
2 genes 22 genes 13 genesRNAr RNAt Polipéptidos
Genoma nuclear 3 300 Mb 35 000 genes
Único o mod. repetitivo
90%
pseudogenes fragmentos intrones, génicos secuencias no traducidas
60 % copia únicao bajo # copias
40 % moderada-altamente repetitivo
DNA satélite
DNA mini satélite
DNA microsatélite
LINES
SINES
LTRs
Transposones
Secuencias repetidas en tándem
Tipo Tamaño del repetido
Localización cromosómica
DNA megasatélite (bloques de cientos kb) RS447 Sin nombre Sin nonbre
Algunas kb 4.7 kb 2.5 kb 3.0 kb
Varios sitios cromosomas específicos ~50-70 copias en 4p15 y algunas en 8p ~400 copias en 4q31 y 19q13 ~50 copias en cromosoma
DNA satélite (bloques de 100 kb a Mb) (DNA alfoide) (familia Sau 3 A )
Satélite 1 ( rico en A-T) Satélites 2 y 3
5-171 pb 171 pb 68 pb
25-48 pb 5 pb
Especialmente en centrómeros Heterocromatina centromérica todos cromosomas Heterocromatina centromérica del 1, 9, 13 14, 15, 21, 22 y Y Regiones heterocromáticas de mayoría de cromosomas La mayoría o posiblemente todos los cromosomas
DNA minisatélite (bloques de 0.1 – 20 kb) Familia telomérica Familia hipervariable
6-64 pb 6 pb
9 – 64 pb En o cerca de todos los telómeros Todos los telómeros Todos los cromosomas, cerca de los telómeros
DNA microsatélite (bloques de menos de 150 pb 1 – 4 pb Disperso por todos los cromosomas
Centrómeros humanos
telómeros
Secuencias minisatélites hipervariables subteloméricas de los cromosomas humanos
microsatélites
Microsatélites en el genoma humano
Repetidos dispersos en el genoma humano
retrotransposones
Genomas retrovirales
Pseudogenes procesados
Isocoras, secuencia de los cromosomas 21 y22 y patrones de bandas Q/G y R
Secuencia genoma humano/isocoras/patrones bandas Q/G y R
Dogma Central Biología Molecular
proteína
ribosomaproteína
REPLICACIÓN autoduplicación DNA
TRANSCRIPCIÓN síntesis RNA
TRADUCCIÓN síntesis proteínas
información
información
información
núcleo
citoplasma
MUTACIÓN
Funciones DNA como material
genético
transcriptoma
proteoma
genoma
Replicación
Replicación
Ciclo Celular Mitosis
Expresión del genoma
Sitios DNasa I hipersensibles
Promotores RNA pol II
RNAm y RNAsn
Factores de transcipción
Receptores de hormonas esteroides
Michael Levine & Robert Tjian NATURE |VOL 424 | 10 JULY 2003 | www.nature.com/nature
Cromatina activa/silenciamientotranscripcional
EPIGENÉTICA
Islas CpG inactivación transcripcional
M
MBD2
MBD3
MeCP1=MBD2 + Mi2/NuRD
HDACSin3A
MeCP2
MBD1
CA TF
COMPLEJO ACTIVADOR DE LA TRANSCRIPCIÓN
COMPLEJOS REPRESORES DE LA TRANSCRIPCIÓN
TF
CA
HMT
HAT
HAT
PROTEINA ACTIVADORA
HAT
HMT
METILTRANSFERASA DE HISTONAS
CpG METILADA
OCTÁMERODE HISTONAS
CpG
ACETILTRANSFERASA DE HISTONAS
TFFACTORES DE TRANSCRIPCION
CA
METILACIÓN DE H3 EN K9
METILACIÓN DE H3 EN K4
Histona metil transferasas HMT
Modificaciones de histonas
Regulación epigenética
Inactivación del cromosoma X
Procesamiento RNAm
complejo removedor de intrones y empalmador de exones
Diferentes tipos de procesamiento alternativo
Procesamiento alternativo
Human Molecular Genetics, 2002, Vol. 11, No. 20 2409–2416
Vías de degradación de RNAm
Expresión del genoma
RNAt
activación aminoácidos
Inicio síntesis de proteínas
Annu. Rev. Biochem. 2004. 73:657–704
elongación
Terminación síntesis proteínas
Aparato de localización de proteínas
Degradación de proteínas
ubiquitinación
Rearreglos cadenas pesadas de inmunoglobulinas
Mutación y reparación del DNA
Daño - reparación
Meiosis -variabilidad
formación DSB
resección extremos
invasión de cadenas e intercambio
reparación DNA
síntesis
Resolución intermediarios de Hollyday
conversión génica entrecruzamiento
Ensamblado de complejos para intercambio de cadenas
SSBP
proteínas mediadoras
Proteínas intercambio cadenas
Reparación bases mal aparedadas en DNA heterodúplex
Remoción DNA ss incluyendo base mal apareada
síntesis DNA usando cromátida integra como molde
Recombinación meiótica
5’.… ATG TCT CAA GAA TTT ACG CGT .…3’
3’…. TAC AGA GTT CTT AAA TGC GCA ….5’
met ser gln glu phe thr arg
5’.… ATG TCT CAA TAA TTT ACG CGT .…3’
3’…. TAC AGA GTT ATT AAA TGC GCA ….5’
met ser gln alto
5’.… ATG TCT CAA GAA ATT TAC GCG .…3’
3’…. TAC AGA GTT CTT TAA ATG CGC ….5’
met ser gln glu ile tyr ala
5’.… ATG TCT CAA AAA TTT ACG CGT .…3’
3’…. TAC AGA GTT TTT AAA TGC GCA ….5’
met ser gln lys phe thr arg
5’.… ATG TCT CAA AAG TTT ACG CGT .…3’
3’…. TAC AGA GTT TTC AAA TGC GCA ….5’
met ser gln lys phe thr arg
5’.… ATG TCT CAA AGA TTT ACG CGT .…3’
3’…. TAC AGA GTT TCT AAA TGC GCA ….5’
met ser gln arg phe thr arg
A
B
C
D
E
F
Secuencia normal
Mutación silenciosa o sinónima
Mutación de sentido equivocado conservativa o neutra
Mutación de sentido equivocado no conservativa
Mutación sin sentido
Mutación por cambio en el marco de lectura
MUTACIONES y POLIMORFISMOS
MUTACIÓN
HbS anemia de células falciformes GAA-GTA glu GAA - GUA val
Colágena . Osteogénesis imperfecta
Fibrosis quística
CFTR1
Errores en la recombinación
Conversión génica
Rearreglos cromosómicos originados por recombinación entre secuencias repetidas de bajo número de copias
(LCR)
Amplificación de repetidos
Enfermedades Multifactoriales
Cáncer
diabetes
Grupos sanguíneos sistema ABO
Polimorfismos
Marcadores genéticos
VIH/sida
CD4
CCR5
FARMACOGENÓMICAFARMACOGENÓMICAPOLIMORFISMOS GENÉTICOS EN ENZIMAS POLIMORFISMOS GENÉTICOS EN ENZIMAS
METABOLIZADORAS DE DROGAS (DME)METABOLIZADORAS DE DROGAS (DME)
Evans WE, Relling MV (1999) Evans WE, Relling MV (1999) ScienceScience 286:487-491 286:487-491
Polimorfismos genéticos
IDENTIFICACIÓN DE ALELOS RESPONSABLES DE ENFERMEDADES MONOGÉNICAS
LIGAMIENTO MAPA DE HAPLOTIPOS
Hemocromatosis
POLIMORFISMOS DE NUCLEÓTIDO POLIMORFISMOS DE NUCLEÓTIDO SENCILLOSENCILLO
(SNP)(SNP) SNPSNP - Single Nucleotide - Single Nucleotide PolymorphismsPolymorphisms
…………. G G . G G TT A A C T G …… A A C T G ………………. G G . G G CC A A C T G …... A A C T G …...
1 SNP / 300-3000 pb1 SNP / 300-3000 pbDiferencia entre 2 individuos = 1-10 millones pbDiferencia entre 2 individuos = 1-10 millones pbVariantes genéticas más comunesVariantes genéticas más comunesTécnicamente accesiblesTécnicamente accesibles
Identificación de polimorfismos genéticos, SNPs
HapMap
Dogma Central Biología Molecular
proteína
ribosomaproteína
REPLICACIÓN autoduplicación DNA
TRANSCRIPCIÓN síntesis RNA
TRADUCCIÓN síntesis proteínas
información
información
información
núcleo
citoplasma
MUTACIÓN
Funciones DNA como material
genético
transcriptoma
proteoma
genoma