Recombinación

• Puede definirse como el reordenamiento de las secuencias del DNA por medio del intercambio de segmentos de diferentes moléculas.

• Es principalmente causal de la diversidad de los seres vivos. Es una fuente importante de las variaciones que hacen posible la evolución.

• Es la fuente secundaria de variabilidad genética.

• Existen dos formas de recombinación: la recombinación general y la recombinación especifica.

• La recombinación general, que tiene lugar entre las moléculas homologas de DNA, se observa en general durante la meiosis.

• También llamada recombinación homologa, la cual sucede durante la profase I de la meiosis, tiene lugar entre las largas regiones del ADN cuyas secuencias son de homología perfecta, en otras palabras lo similar se une a lo similar.

• La meiosis es la división celular que genera células haploides (gametas) a partir de células diploides. El proceso se conoce como gametogénesis.

• La gametogénesis ocurre solo en las células sexuales de los individuos y su resultado es la formación de gametas (células) haploides, diferentes geneticamente entre sí.

• Las gametas femeninas, resultado de la meiosis o gametogenesis se llaman ovocitos y las masculinas espermatocitos.

• La recombinación especifica de sitio, que dependen mas de las interacciones proteínas-DNA. Estas regiones están flanqueadas por regiones extensas que no son homologas.

• En una variación de la recombinación especifica de sitio, que se denomina transposición, determinadas secuencias que se denominan elementos transponibles se mueven de un cromosoma, o región del cromosoma a otro.

RECOMBINACION ESPECIFICA Y TRANSPOSICION

• La recombinación especifica de sitio depende de segmentos cortos de DNA homologo llamados sitios de fijación o elementos de inserción (IS). La recombinación en estos sitios puede causar inserciones, inversiones, deleciones o transposiciones dañinas o perjudiciales para la célula.

• Entre los ejemplos de recombinación especifica de sitio se incluyen la inserción de DNA vírico en el genoma de una célula hospedadora, la adquisición de resistencia a antibióticos, la variación fenotípica de las plantas y la maduración de anticuerpos en los mamíferos.

Variación fenotípica de las plantas

• Barbara McClintock, una genetista que trabajaba con el maíz, comunico en la década de 1940 que determinados elementos genéticos móviles eran la causa de la variación fenotípica del color de los granos de maíz. La aceptación de esta idea fue lenta porque requería un cambio de paradigma que se apartaba del concepto de que el genoma es un componente estaticode la célula.

• En 1967 se confirmo la presencia de elementos transponibles (transpones o “genes migratorios”) en E. Coli, y al final se acepto el concepto de plasticidad del genoma. La doctora McClintock recibió el premio nobel de fisiología en medicina en 1983.

• Los elementos de IS de transpones procariotas simples constan del gen que codifica la enzima de transposición tranposasa, flanqueado por cortas repeticiones terminales invertidas que definen la frontera del trasposón.

• Los transpones mas complicados, que se denominan trasposones compuestos, consisten en uno o mas genes específicos flanqueados por elementos IS simples.

Transposición

• Se han observado dos mecanismos de transposición: replicativa y no replicativa.

Transposición replicativa

• Transposición replicativa. En la transposición replicativa solo una cadena de DNA donador se transfiere a la posición diana y la replicación seguida de recombinación especifica de sitio da por resultado la replicación del trasposón en vez de la inserción en el nuevo sitio. Entonces se forma un intermediario (el cointegrado), que consta del segmento donador unido de forma covalente al DNA diana. Una enzima adicional, que se denomina resolvasa, cataliza una recombinación especifica de sitio que permite la resolución del cointegrado en dos moléculas separadas.

Trasposición Replicativa.La transferencia de un DNA donador y un DNA diana es iniciada por una endonucleasa que realiza cortes de una sola cadena a ambos lados del trasposón en el DNA donador y el DNA diana. Las cadenas donadora y diana se separan en los sitios de melladura para formar extremos cohesivos. Ambos extremos 3´ del trasposón se ligan entonces a los dos extremos 5´del DNA diana

Transposón Diana

Cortes en cadenas simplexasproducen extremos escalonados

Reunión de los extremos del transposón y la diana

La maquinaria de replicación del DNA procede a llenar los espacios en ambas cadenas para formar una estructura llamada “cointegrado”. Una recombinación especifica de sitio, catalizada por resolvasa, causa la separación de las dos moléculas de DNA recombinante.

Reunión de los extremos del transposón y la diana

Replicación desde los extremos 3’. Se produce un cointegrado

Cointegrado extendido. Dos copias del transposón

Transposición no replicativa

• La transposasa realiza un corte en la doble cadena del DNA donador y lo empalma en los extremos cortados escalonados del ssDNA del sitio diana (un mecanismo de “corte y empalme”). El sistema de reparación de DNA de la célula llena los espacios en el DNA diana, de lo que resulta una repetición directa corta en algún lado de la inserción del trasposón. Sin embargo la reparación de espacios por recombinación homologa puede sustituir de manera eficaz el transposón donador, por lo que a menudo es difícil confirmar este tipo de transposición.

Trasposición no replicativa

(a) Se corta el DNA del hospedador de una forma escalonada (b). (c) El transposón esta unido de manera covalente a ambos extremos de una cadena del DNA del hospedador. (d) Tras rellenar los espacios mediante una actividad de polimerasa de DNA, hay nueve repeticiones de pares de bases del DNA que flanquean al transposón.

• Las repeticiones entremezcladas en todo el genoma humano son secuencias repetitivas que están dispersas por el genoma. La mayoría de estas secuencias son el resultado de eventos de transposición, un mecanismo por el cual determinadas secuencias de DNA, que reciben el nombre de elementos genéticos móviles, pueden duplicarse y moverse dentro del genoma. Los elementos transponibles del DNA, que se denominan transposones, se escinden a si mismos y luego se insertan en otro sitio.

• Con mayor frecuencia , sin embargo, los mecanismos de transposición implican un RNA transcrito intermediario. Estos últimos elementos del DNA se denominan transposones de RNA o retroposones (o retrotransposones).

• Los retrotransposones con longitudes de mas de 5 kb se denominan LINE (Elementos Nucleares Entremezclados Largos). Las secuencias LINE contienen un promotor (una secuencia de bases en flujo ascendente de un gen, necesaria para el inicio de la transcripción) fuerte, una secuencia de integración (una secuencia de bases necesaria para la integración en otra molécula de DNA) y las secuencias codificadoras para las enzimas de transposición. Los LINE han experimentado replicación y mutación con el tiempo, y solo un pequeño porcentaje de ellos son funcionales. Se calcula que en el ser humano una de cada 1200 mutaciones es resultado de la inserción de un LINE.

• Un ejemplo es la hemofilia A (un trastorno de la coagulación), que ocurre cuando una secuencia LINE se inserta en el gen que codifica el factor de la coagulación VIII.

• Los SINE (elementos nucleares entremezclados cortos) tienen menos de 500 bp; aunque contienen secuencias de insercion, no pueden transponerse sin la ayuda de una secuencia LINE funcional. Los SINE se han expandido mucho con el tiempo hasta constituir el 11% del genoma humano, con mas de un millon de copias. La unicainsercion de SINA vinculada con enfermedades humanas implica el elemento Alu, que media recombinaciones, inserciones, deleciones y reordenamientos cromosomicos. Mas de 20 enfermedades geneticas distintas del ser humano se han atribuido a mutaciones mediadas por la subfamilia Alu de SINE. Se han observado inserciones mediadas por el Alu que causan hemofilia B (factor de la coagulacion IX defectuoso) y determinadas recombinaciones desiguales debidas a inserciones mediadas por Alu que se vinculan con la enfermedad de Lesch-Nyhan y con la enfermedad de Tay-Sachs.

• La recombinación es la “mezcla” de secuencias de DNA mediante entrecruzamiento de cromosomas homólogos en las células que dan origen a los óvulos o a los espermatozoides. La recombinación desigual es un proceso aberrante que causa mutaciones por inserción o por delación.

Mutación

• Aun cuando el DNA pueda repararse, la restauración puede ser imperfecta y generar una mutación.

• Alteración hereditaria de la información genética.

• Son fenómenos que ocurren a nivel molecular y no son observables (en principio) mediante el examen de cromosomas con el microscopio.

• Los cambios cromosómicos, que ha veces han sido denominados “mutaciones cromosómicas”, tienen nombres específicos como: cambios numéricos (aneuploidias) y reordenamientos o rearreglos estructurales (inversiones, translocaciones, deleciones) y son diagnosticables con métodos microscópicos.

Tipos de mutaciones

• Las mutaciones puede clasificarse de acuerdo a un criterio morfológico o de acuerdo con un criterio funcional.

• De acuerdo a su morfología pueden ser: puntuales y de extensión variable o segmentarias.

• Desde el punto de vista funcional las mutaciones pueden ser: silenciosas, de cambio de encuadre, sin sentido, de cambio de sentido, de elementos de control, de expansión de repetición de tripletes.

Puntuales

• Afectan una única base, es decir, un par de bases complementarias. Este tipo de mutación consiste en un error en la estructura química de una base, lo que determina que al replicarse el ADN, en vez de incorporar la base complementaria correcta, se incorpore una diferente. Las mutaciones puntuales son sustituciones de bases y a su vez se clasifican en transiciones, cuando una de las dos purinas cambia a la otra y transversiones, en las que el cambio es de una piramidina a una purina o viceversa (p. ej. de una citosina a adenina).

De acuerdo a su morfología

De extensión variable o segmentarias

• Cuando pueden afectar mas de una base. Estas mutaciones pueden ser deleciones, inserciones o expansiones de repeticiones de tripletes.

De acuerdo a su morfología

Silenciosas

• En este caso no se observa ningun efecto del fenotipo y la selección natural no parece influir en ellas. Corresponden a cambios de bases en regiones no codificantes que tampoco contienen secuencias de control, por ejemplo, en retroposones.

Funcional.

De cambio de encuadre.

• Por delecion o por inserción. En este caso se produce un cambio en el “marco” de lectura de los tripletes por la perdida o la adicion de una o dos bases, o por la insercion de una o dos (o multiplos de dos). Dado que el efecto de la delecion de una base puede ser compensado por la insercion de otra (y viceversa), existen mutaciones “compensadoras” que revierten parcialmente el efecto de cambio de encuadre (corrigen el mensaje a partir del lugar de la segunda mutacion).

Funcional.

Sin sentido

• Corresponden al cambio de una base que convierte en triplete codificante en uno sin sentido, que al ser reconocido por los factores de terminacion produce la cesacion de la cadena polipeptidica en ese nivel (dan lugar a la interrupcion de la sintesis proteinica).

Funcional.

De expansión de repetición de tripletes.

• Este tipo de mutación ha sido reconocido en años recientes como un importante factor causal de varias enfermedades hereditarias, en especial de herencia “dominante”, como la corea de Huntington, la distrofia miotónica y el síndrome de X frágil.

Funcional.