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El salto de la doble hélice. Consecuencias
del Proyecto Genoma Humano
Rev. Arg. Anest (2004), 62, 5: 329-333
Artículo de revisión
El salto de la doble hélice.
Consecuencias del Proyecto
Genoma Humano en la medicina del
siglo XXI (Primera Parte)
Dr. *Barbieri Pedro
Dra. **Moya Graciela
“...en un sentido estricto, la evolución de la vida, tal como la conocemos,
es la evolución de las estructuras macromoleculares...” 1
Comentario del editor: Este artículo consta de tres partes que serán publicados en números sucesivos. En el de hoy
iniciamos la Introducción al tema mediante un diccionario
de los términos más usuales que serán usados en el texto.
Comentario de los autores: en el texto se encuentran
palabras resaltadas entre paréntesis (), lo que indica que es
una abreviatura o resume una frase; otras están entre corchetes [], cuyo significado se desarrolla en el diccionario;
finalmente hay términos entre llaves {}, que son referencias
en lengua inglesa más común de palabras que aparecen en
el texto.
Diccionario
Acido desoxirribonucleico (ADN) {DNA}: polímero lineal compuesto por cuatro tipos de nucleótidos de
desoxirribosa (adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina
(T)), que contiene la información genética. En su estado
nativo, el ADN es una doble hélice compuesta por dos hebras antiparalelas unidas por enlaces de hidrógeno entre
bases púricas y pirimídicas complementarias.
Acido nucleico: polímero de nucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiester (ej: ADN, ARN).
Acido ribonucleico (ARN) {RNA}: cadena simple de ácidos nucleicos que contiene las bases adenina (A), citosina
(C), guanina (G) y uracilo (U), y tiene un importante rol en
la síntesis de proteínas y otras actividades químicas de la
célula. Existen diversas clases de ARN (ARN mensajero, ARN
de transferencia, ARN ribosomal y otros pequeños ARNs)
ADN complementario (ADNc) {cDNA}: molécula de
ADN copiada de una molécula de ARNm mediante la
transcriptasa inversa, por lo que carece de los intrones presentes en el ADN genómico. La determinación de la secuencia de bases de un ADNc permite deducir la secuencia de
aminoácidos de la proteína codificada. La expresión de ADNc
en células recombinantes se puede utilizar para producir
grandes cantidades de proteínas codificadas in vitro.
ADN doble cadena (ADNdc) {dsDNA}: estructura
tridimensional más común del ADN celular, en la que las dos
hebras de polinucleótidos son antiparalalelas y se enrollan
una alrededor de la otra, con uniones puente de hidrógeno entre las bases complementarias.
ADN genómico: secuencia de nucleótidos que compone el material genético de una célula u organismo. Incluye
al ADN cromosómico y al ADN mitocondrial.
ADN polimerasa (ADNpol) {DNApol}: enzima que copia
una hebra de ADN (plantilla o patrón) para formar la hebra
complementaria, que compone una nueva molécula bicatenaria
de ADN. Todas las ADN polimerasas agregan desoxirribonucleótidos de a uno por vez, en dirección 5´ → 3´, a un corto
cebador {primer} ya existente de ADN o ARN.
ADN de secuencia simple: cortas secuencias (menos
de 20 nucleótidos) altamente repetidas en tandem que se
encuentran en los centrómeros y telómeros, también en
otras ubicaciones cromosómicas, y no son transcriptas.
Alelo: una de dos o más formas alternativas de una secuencia localizada en un sitio (locus) sobre cromosomas
homólogos.
Alelo nulo {Null allele}: variante alélica no funcionante.
Alelo “wild type”: variante de secuencia que es tomada como la presentación standard u original.
Ambiente: factores externos al cuerpo humano. Para los
genetistas, el ambiente es todo lo que no es genotipo. Algunos aspectos del ambiente que influyen sobre la salud y
la enfermedad: -dieta, -aire, -agua, -radiación,- infección.
Aminoácido: compuesto orgánico que contiene en su
grupo funcional un grupo amino y uno carboxilo. Componentes de las proteínas.
Anticodón: secuencia de tres nucleótidos en un ARNt,
complementaria de un codón en un ARNm. Durante la sín-
*Servicio de Anestesiología. Hospital Británico de Buenos Aires, [email protected]
** Instituto Genos. Buenos Aires, [email protected]
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Artículo de revisión
tesis proteica, el apareamiento de las bases del codón y el
anticodón alinean el ARNt portador del correspondiente
aminoácido para agregarlo a la cadena peptídica en crecimiento.
Adenosin trifosfato (ATP)« molécula con capacidad de
captación y entrega de energía celular.
Biblioteca de ADN: fragmentos de ADN genómico
clonado que en su conjunto componen la totalidad del
genoma (biblioteca genómica) o ADNc de todos los ARNm
producidos por un tipo celular (biblioteca de ADNc).
Biología molecular: rama de la biología que estudia las
moléculas participantes en los constituyentes celulares (citoplasma y organelas citoplasmáticas, núcleo y componentes
nucleares). En especial busca las bases moleculares de los
procesos genéticos.
Caja TATA {TATA BOX}: secuencia conservada en el promotor de genes eucariontes, donde se ensambla el complejo
de iniciación de la transcripción.
Cariotipo: visualización del número, tamaño y forma de
todo el conjunto de cromosomas en metafase de una célula eucarionte (Figura 1).
Cebador {primer}: corta secuencia de ácido nucleico que
contiene un grupo hidroxilo 3´, que hibrida con una hebra
patrón complementaria y actúa como punto de inicio para
la adición de nucleótidos, con la finalidad de copiar la hebra patrón.
Centrómero: parte adelgazada de un cromosoma durante la mitosis, donde se adosan las cromátides hermanas
y de la que se extienden las fibras del cinetocoro hacia un
polo del huso; es necesario para la migración correcta de
los cromosomas durante la mitosis y la meiosis (Figura 2).
Cistrón: unidad genética que codifica un único polipéptido.
Código genético: correspondencia entre tripletes en
ADN (o ARN) y aminoácidos en proteínas. Incluye a 64
tripletes, de los cuales 61 tripletes tienen sentido al codificar para alguno de los 20 aminoácidos conocidos. Tres
tripletes no codifican para aminoácidos (UAA, UAG y UGA)
y se conocen como tripletes o codones de terminación.
Codón: secuencia de tres nucleótidos en el ADN o el
ARNm que codifica para un aminoácido particular durante
la síntesis de proteínas; también se denomina triplete. De
los 64 codones posibles, tres son de detención, es decir que
no codifican para ningún aminoácido y determinan la finalización de la síntesis proteica.
Control genético: todos los mecanismos que intervienen en la regulación de la expresión génica. El más común
es la regulación de la transcripción, si bien los mecanismos
que influyen sobre el procesamiento, la estabilización y la
traducción de ARNm contribuyen también a controlar la expresión de algunos genes.
Cromatina: complejo de ADN, histonas y proteínas no
histonas a partir de las cuales se forman los cromosomas
eucariontes. La condensación de la cromatina durante la
mitosis produce los cromosomas visibles en la metafase.
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Cromatografía líquida: técnica para separar mezclas de
proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas celulares. Se
basa en el principio de que las moléculas disueltas en una
solución interactúan (se unen y disocian) con una superficie sólida. Si se permite que la solución fluya a través de la
superficie, las moléculas que interactúan con frecuencia con
la superficie permanecerán más tiempo ligadas a ella, por
lo que se desplazarán a menor velocidad que las que
interactúen poco con la superficie. La cromatografía líquida se lleva a cabo en una columna en la que hay perlas esféricas en un empaquetamiento denso. La naturaleza de
estas perlas determina si la separación de las proteínas depende de diferencias de masa, carga o afinidad de unión.
Las tres técnicas comunes de cromatografía líquida son –
por filtración en gel; -por intercambio iónico; -por afinidad
con anticuerpo.
Cromosoma: en eucariontes, la unidad estructural del
material genético, que consiste en una única molécula de
ADN lineal bicatenaria y las proteínas asociadas. Durante la
mitosis, los cromosomas se condensan en unidades compactas visibles a la microscopía óptica (Figura 1).
Deleción: pérdida de una porción del ADN. La deleción
de un gen o parte de un gen puede producir enfermedades
o anomalías (Figura 11).
Desequilibrio de enlace o ligamiento {linkage disequilibrium}: asociación de genes y/o marcadores que se
presentan cerca uno del otro en un cromosoma. Cuando hay
desequilibrio de ligamiento, los genes y/o marcadores asociados tienden a heredarse en forma conjunta.
Desnaturalización: alteración drástica de la conformación de una proteína o un ácido nucleico, debida a la ruptura de diversos enlaces no covalentes, como consecuencia
de calentamiento o exposición a agentes químicos determinados; por lo general se pierde la función biológica.
Diploide: organismo o célula con dos conjuntos completos de cromosomas homólogos y las consecuentes dos copias (alelos) de cada gen o sitio genético. Las células
somáticas contienen el número diploide de cromosomas
(2n) característico de la especie.
Dominante: alelo de un gen que se expresa en el fenotipo
de un heterocigota; el alelo cuya expresión es enmascarada
por el dominante en un heterocigota se denomina recesivo.
Elemento móvil de ADN: Cualquier secuencia de ADN
que no se encuentra en la misma ubicación cromosómica
en todos los individuos de una especie.
Elemento promotor proximal: cualquier secuencia
reguladora del ADN eucarionte localizada dentro de los
200 pares de bases río arriba {upstream} del sitio de iniciación de la transcripción. La transcripción de muchos
genes es controlada por múltiples elementos promotores
proximales.
Empalmosoma {spliceosoma}: gran complejo de
ribonucleoproteínas que se ensambla sobre un pre ARNm y
lleva a cabo la eliminación de intrones y el consecuente
empalme de exones que da origen al ARNm maduro.
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del Proyecto Genoma Humano
Enlace covalente: fuerza química estable que mantiene unidos los átomos moleculares, dado que comparten uno
o más pares de electrones.
Enlace no covalente: unión química débil en la que no
se comparten electrones. A menudo los enlaces no covalentes múltiples estabilizan la conformación de macromoléculas y median interacciones muy específicas entre moléculas.
Ensamblaje de ARN {splicing}: proceso por el cual se
logra quitar los intrones y se unen los exones del ARNm.
Enzimas de Restricción (endonucleasas): enzimas que
reconocen y escinden una secuencia corta específica, el sitio de restricción, en las moléculas de ADN bicatenario. Se
utilizan ampliamente en la tecnología de ADN recombinante.
Estructura primaria: en las proteínas, la disposición lineal (secuencia) de aminoácidos y la ubicación de los enlaces covalentes (en su mayoría uniones disulfuro) dentro de
una cadena polipeptídica.
Estructura secundaria: en las proteínas, el plegamiento local de una cadena polipeptídica para formar estructuras regulares, por ejemplo, la hélice alfa, la lámina beta, y
los giros y asas en forma de U.
Estructura terciaria: en proteínas, forma tridimensional
global de una cadena polipeptídica que se estabiliza mediante múltiples interacciones no covalentes entre las cadenas
laterales.
Eucariontes: clase de organismos, compuestos por una
o más células, que contienen un núcleo y organelas rodeados por membrana. Constituye uno de los tres linajes evolutivos diferenciados de los organismos actuales.
Eucromatina: porciones menos condensadas de cromatina transcripcionalmente activas, que se encuentran en
los cromosomas en interfase.
Exón: segmentos de un gen eucarionte que llega al citoplasma como parte de una molécula de ARNm, ARNt, o
ARNr. Generalmente corresponden a la región génica
codificante de proteínas.
Expresión génica: proceso global a través del cual se
convierte la información codificada en un gen, en un
fenotipo observable (el ARNm ya es expresión).
Factor de elongación: una de varias proteínas no
ribosómicas requeridas para la traducción continua de
ARNm, después de la iniciación.
Factor de iniciación: una de un conjunto de proteínas
que favorecen la adecuada asociación de los ribosomas y el
ARNm, fundamentales para el inicio de la síntesis proteica.
Factor de terminación: una de varias proteínas que actúan para finalizar la síntesis proteica a través del reconocimiento de un codón de detención en el ARNm, con la consiguiente liberación de las subunidades ribosomales.
Factor de transcripción: término general para cualquier
proteína, distinta de la ARN polimerasa, requerida para iniciar o regular la transcripción en las células eucariontes. En
la formación del complejo de iniciación de la transcripción,
cerca del sitio iniciador, participan factores generales, requeridos para la transcripción de todos los genes. Factores específicos estimulan o reprimen la transcripción de genes
particulares a través de la unión con sus secuencias
reguladoras.
Fenómica: rama de la biología molecular que estudia la
expresión génica.
Fenotipo: características observables de una célula u organismo, como consecuencia de la expresión de su
genotipo, y en el cual contribuye el medio ambiente. En
farmacogenómica, involucra el efecto clínico ante un tratamiento con drogas, o el grado de metabolización de las
mismas.
Fragmentos de Okazaki: secuencias de ADN monocatenarios de menos de 1000 bases, formados durante la síntesis de una hebra discontinua durante la replicación del
ADN, que rápidamente es unido por la ADN ligasa, para formar una hebra de ADN continua (Figura 6).
Gen: unidad física y funcional de la herencia, que transporta información de una generación a otra. Secuencia de
ADN que incluye exones, intrones y regiones de control
regulatorias, necesarias para la producción de una proteína o un ARN funcionales.
Genética reversa: metodología empleada en biología
molecular para, a partir de una determinada secuencia
aminoacídica (proteína) obtener las secuencias de ARNs
mensajeros posibles, con la finalidad de obtener la secuencia génica que originó la proteína en cuestión.
Genoma: la totalidad de la información genética existente en una célula u organismo. El genoma humano está compuesto por el genoma nuclear y el genoma mitocondrial.
Genómica: estudio no solo del gen en sí mismo, sino de
su función e interacción con los demás genes del genoma y
el medio ambiente. Se encarga del análisis comparativo de
las secuencias genómicas completas de distintos organismos. Se utiliza para evaluar las relaciones evolutivas entre
especies (genómica evolutiva) y predecir la cantidad y tipos
generales de proteínas producidas por un organismo.
Genotipificación: determinación de marcadores
genéticos con características singulares (marcadores de
enfermedad, de pronósticos, etc). Determinación del
genotipo para un locus determinado en uno o más individuos.
Genotipo: secuencia genética completa de una célula u
organismo aislado.
Haploide: organismo o célula que solo posee un miembro de cada par de cromosomas homólogos, y en consecuencia, una única copia (alelo) de cada gen o sitio genético.
Los gametos y las células bacterianas (tienen un solo
cromosoma) son haploides.
Helicasa: enzima que se desplaza a lo largo de un
ADN doble cadena, utilizando la energía liberada por
hidrólisis de ATP, para liberar (desenrollar) las dos hebras. Utilizada en la replicación y la transcripción del
ADN (Figura 6).
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Heterocigoto: célula u organismo diploide que contiene dos alelos diferentes de un gen particular.
Heterocromatina: región de cromatina que permanece muy condensada y transcripcionalmente inactiva, durante
la interfase.
Histonas: familia de proteínas pequeñas básicas muy
conservadas que se encuentran en la cromatina de todas las
células eucariontes; se asocian con el ADN en el nucleosoma.
Iniciador {primer}: secuencia promotora eucarionte de
la ARN polimerasa II, que especifica la iniciación de la transcripción dentro de la secuencia.
Inserción: agregado de un nucleótido o más en una secuencia nucleotídica. La inserción de una o más bases en
una secuencia génica puede generar una patología o anomalía.
Intrón: secuencia de bases de ADN que interrumpen las
secuencias codificantes de proteínas (exones) en un gen;
estas secuencias son transcriptas en un ARNm inmaduro,
pero son eliminadas del ARNm antes de ser traducido en una
proteína.
Locus: es la posición de una determinada secuencia (SNP,
gen u otro rasgo), en el genoma (plural: loci).
Mapeo: es el proceso de deducir representaciones esquemáticas del ADN. Se pueden construir tres tipos de mapas
de ADN: mapas físicos, mapas genéticos y mapas citogenéticos.
Marco de lectura: secuencia de tripletes, desde el codón
inicio hasta el codón terminal, que dará origen a una proteína (Figura 7).
Metabonómica: análisis de los procesos metabólicos y
sus moléculas en salud y enfermedad, mediante medición
cuantitativa de la respuesta metabólica multiparamétrica de
los sistemas ante estímulos fisiopatológicos o modificaciones genéticas. Animales y humanos presentan una consistente respuesta metabólica a la enfermedad, y efectos (deseables y adversos) a las drogas. Estas respuestas son complejas, y a menudo un solo marcador no puede ser identificado. Esta ciencia provee los medios para caracterizar este
perfil holístico. Gracias a la espectroscopía RMN se puede
identificar un amplio rango de componentes en sangre u
orina. Tiene muchos usos, desde la identificación de nuevas rutas metabólicas asociadas a enfermedad, hasta el diagnóstico clínico de enfermedad.
Metafase: estadio de la mitosis en el cual los cromosomas
están en su máximo estado de compactación. Adosados al
huso mitótico en el ecuador, aún no han iniciado la separación hacia los polos opuestos del huso (Figura 1).
Microarray: la posibilidad de evaluar la variación individual en un solo ensayo genético, es decir, determinar la variación de por lo menos 20.000 SNPs en cada individuo, es
factible gracias a desarrollos en el campo de la microelectrónica aplicada a la genética molecular. El desarrollo recibe el nombre de chip genético (microarray) y tiene el tamaño de una estampilla en la cual se imprimen hasta 400.000
secuencias de ADN diferentes de aproximadamente 30
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nucleótidos de longitud, que son inmovilizadas en una superficie sólida por técnicas de fotolitografía, semejantes a
las utilizadas en la construcción de semiconductores. Un
conjunto de sondas que abarcan la variabilidad genómica
de un individuo se harán reaccionar con el chip y permitirá
obtener un patrón de hibridación que representa su perfil
genómico. Este se analiza en un lector confocal integrado
con un procesador electrónico. Este análisis múltiple de
marcadores individuales permitirá, no solo continuar el
análisis de las enfermedades genéticas monofactoriales, sino
también comenzar con mayores posibilidades de éxito el
análisis de enfermedades multifactoriales y el desarrollo de
la farmacogenómica.
Monómero: unidades químicas aisladas (ej: nucleótidosA, T, etc).
Nucleótido: Unidad monomérica de ácidos nucleicos.
Base organica (A, T, C, G) más el azúcar de cinco carbonos
(pentosa) más los fosfatos, componentes de los ácidos
nucleicos.
Operón: en el ADN procarionte es un cúmulo de genes
contiguos transcriptos por un promotor, que da origen a
ARNm policistrónico.
Polímero: múltiples unidades químicas, resultantes de la
unión de secuencias monoméricas.
Polimorfismo: secuencia de ADN que presenta dos o
más variantes en una población. El polimorfismo de un solo
nucleótido {SNP} (se pronuncia SNIP en inglés) es el cambio en sólo un nucleótido en la secuencia.
Procesamiento del ARNm: mecanismo por medio del
cual el ARNm copiado del duplex pierde partes de la secuencia de nucleótidos (intrones) para dar origen al “transcripto
maduro”.
Promotor: porción inicial del gen, responsable de su activación o desactivación. Secuencias consenso a las que se
unen los factores de transcripción y la ARN polimerasa para
activar la expresión de un gen.
Reacción en cadena de la polimerasa {PCR}: es un
método in vitro para la amplificación enzimática de secuencias específicas de ADN. La amplificación ocurre a través de
ciclos de desnaturalización, annealing (recocción o templado) de primers y extensión con Taq ADN polimerasa. Es una
técnica rápida y barata para hacer un número ilimitado de
copias de cualquier segmento de ADN. (“fotocopia
molecular”).
Superenrollamientos del ADN: regiones del ADN que
presentan enrollamientos de la doble hélice, debidos al estrés
de torsión por el desenrollado local.
Terapia génica: terapia en evolución que pretende estudiar y evaluar la posibilidad de reparar, sustituir o silenciar parte del repertorio genético de las células con fines terapéuticos.
Topoisomerasa: clase de enzimas que controlan la cantidad y la topología de los superenrollamientos del ADN.
Las enzimas tipo I cortan las hebras del ADN, las rotan una
respecto de la otra y vuelven a sellar los extremos. Las
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enzimas de tipo II cortan y vuelven a sellar ambas hebras
de ADN.
Traducción: producción de un polipéptido a partir de la
secuencia de nucleótidos de un ARN mensajero. Intervienen
en ella los ribosomas, ARNm, ARNt y aminoácidos
Transcripción: mecanismo nuclear gracias al cual una
cadena de ADN es copiada a un ARN complementario, por
medio de la acción de una ARN polimerasa.
Transcripto primario: producto inicial de ARN, que contiene intrones y exones, obtenido por transcripción del ADN.
Los transcriptos primarios son sometidos al [procesamiento del ARN] para formar las especies de ARN con actividad
fisiológica específica.
Transcriptómica: es una manera global de estudiar los
patrones de expresión génica, analizando el transcriptoma
(set completo de ARNs producidos por el genoma en un
determinado tiempo). Es la medición cuantitativa de la expresión génica en una célula o tejido. Generalmente esto
involucra la medición de niveles de ARNm por varios métodos, el más común de los cuales involucra chips génicos. Los
problemas aquí involucrados son: que los chips son muy
Aceptado: 11/12/04
caros, que algunos genes o secuencias no tienen una función conocida, y que las relaciones entre variaciones cuantitativas o patrones en la expresión y las influencias de la
célula o caminos celulares son pobremente conocidos. Además, los ARNm no son químicamente estables, por lo cual
se tienen que tomar recaudos para asegurar la confiabilidad
de las mediciones del chip. En una muestra de tejido, aun
en los relativamente homogéneos como el hígado, hay
docenas de tipos celulares en diferentes localizaciones
topográficas realizando diferentes funciones, y presentando diferentes niveles de actividad genética. El chip génico
mide un promedio de esas actividades, cuyo significado aún
es incierto.
Translocación: ruptura y remoción de un gran segmento
de ADN de un cromosoma, seguido por la unión del segmento a otro cromosoma diferente.
Xenobióticos: sustancias o drogas extrañas no terapéuticas; contaminantes ambientales.
Las figuras citadas serán incluidas en el texto a partir de
la RAA Vol. 63 Nº 1.
Dirección postal: Dr. Pedro Barbieri
E-mail: [email protected]
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