Download a. Genes idénticos en sentido funcional

GENOMA HUMANO
Prof. CRUZ BRICEÑO MARIA
DPTO DE MORFOLOGIA HUMANA
GENOMA
Es el conjunto completo de información
almacenada en el ADN de un organismo, en
particular en cada una de sus células
FUNCIONES:
Incluye:
Proteínas involucradas en el
transporte de proteínas
Proteínas involucradas en los
procesos bioquímicos
Plegamiento de Proteínas
Proteínas inmunológicas
Proteínas estructural
30 ,000
GENOMA NUCLEAR
Pares de base : 3x109 pares de bases
Genes :
Cromosomas : 22 - X - Y ( 50 – 263Mb)
Cromosoma
Cantidad
de DNA
(Mb)
Cromosoma
Cantidad
de DNA
(Mb)
1
279
13
118
2
251
14
107
3
221
15
100
4
197
16
104
5
198
17
88
6
176
18
86
7
163
19
72
8
148
20
66
9
140
21
45
10
143
22
48
11
1448
X
163
12
142
Y
51
30000
FILOGENIA
1982
DIFRENCIAS ENTRE LAS ESPECIES
1. Inversiones pericentricas: cromosomas 1 y 18
2. Inversiones paracentricas: 4,5,9,12,15 y 16 del hombre y el chimpancés
3. Inversiones peri y paracentricas: cromosoma 16 del hombre y del gorila
4. Heterocromatina constitutiva
a. Variaciones en la cantidad centromérica en la cuatro especies,
cromosomas 1,9,16,13,15,21,22
b. Diferencias en el tamaño del Y
c. Presencia de otras bandas
5. Presencia banda telómericas terminales en cromosoma X
6. Localización de los organizadores nucleolares
a. Humano: 13,14,15,21,22
b. Chimpancés: 13,14,18,21,22
c. Gorila: 13, 21,22
d. Orangután: 2p, 3p, 7q, 13,14,15 y 22
De mono
al hombre
Fusión del cromosoma 2p y 2q reduce de 24 a 23 pares de Cromosomas
C1
Inv. pericentrica
C2
Fusión
C18
Inv. pericentrica
CX
Bandas
telómericas
CY
Tamaño del
cromosoma Y
Cromosomas
Comparación con el cariotipo humano
Chimpancé
Gorila
orangután
1
Ausencia de constricción
Ausencia de constricción
Ausencia de constricción
2
Fusión telomérica
Fusión telomérica
Fusión telomérica
3
Similar
Similar
Inversión pericentrica
4
Inversión pericentrica
Inversión pericentrica
Inversión pericentrica
5
Inversión pericentrica
Inversión pericentrica
Similar
6
Similar
Similar
Similar
7
Similar
Similar
Rearreglo
8
Similar
Inversión pericentrica
Rearreglo
9
Ausencia de Constricción
Rearreglo
Rearreglo
10
Similar
Inversión pericentrica
Rearreglo
11
Similar
Similar
Similar
12
Inversión pericentrica
Inversión pericentrica
Similar
13
Similar
Similar
Similar
14
Similar
Similar
Similar
15
Similar
Similar
Similar
16
Ausencia de constricción
Rearreglo
Rearreglo
17
Inversión pericentrica
Inversión pericentrica
Inversión pericentrica
18
Rearreglo
Rearreglo
Rearreglo
19
Similar
Similar
Similar
20
Similar
Similar
Similar
21
Similar
Similar
Similar
22
Similar
Similar
Similar
X
Similar
Similar
Similar
Y
Ausencia del segmento distal
Similar
Similar
SECUENCIAS DE GENOMA NUCLEAR
•SEGÚN SU FUNCION
TIPOS
DENOMINACION
CODIFICANTE Elementos Propios
Elementos
accesorios
NO
Función estructural
CODIFICANTE
Función reguladora
Función
desconocida
CARACTERISTICAS
ARNr, ARNt, ARNm
Retroposones
Transposones
ADNsat centromerico
ADN Telomerico
Promotores
Intensificadores
Silenciadores
ADN intergénico
I. SECUENCIAS CODIFICANTES
1. SECUENCIAS CODIFICANTES GENES RNA
• Existen 700-800 genes
•
•
•
•
•
RIBOSOMICOS
TRANSFERENCIA
NUCLEAR PEQUEÑO
NUCLEOLAR PEQUEÑO
OTROS: MICRO-RNA
rRNA
tRNA
snRNA
snoRNA
miRNA
rRNA:
 Unidad transcripcional de 45 S (28, 5.8 y 18 S)
 Con 30 – 40 repeticiones
 Localizado en: 13, 14,15,21, 22
 Unidad 5S: 200 – 300 genes1p41-42
miRNA (≈ 22nt)
300 genes miRNA (>dentro de intrones), 7 en C13
se transcriben por ARNpol II
pri-miRNA --RN-asa III (DROSHA)---- pre miRNA --- RN-asa(DICER)--- miRNA
(núcleo)
FUNCION
Reguladores antisentido
de otros genes
Se enlazan al 3’ UTR del ARMm
Inhiben la traducción
•
Reprimen la síntesis
de proteínas del gen blanco
Degrada el mRNA
(Bicatenario) 70 nt
(citoplasma)
22nt
RNAsn
 SnRNA U3
 RNA espliceosómico
- 44 genes snRNA U6
- 16 genessnRNA U1 locus RNU1 en 1p36.1
(6 - mas de 30repeticiones)
- Genes  snRNA U2 locus de 6.1kb RNU2 17q21-22
GENES ARNt
497 GENES -- 49 familias
según anticodon
61 codones son reconocidos por
40 tRNA
Loci: todos cromosomas
(excepto 22 y Y)
-6 (4Mb) residen 286
- 1 residen genes tRNA Asn y
Glu
- 7 18 /30 tRNA Cys
GENES ARN
2: GENES
CODIFICANTES DE POLIPEPTIDOS
GENES QUE CODIFICAN POLIPEPTIDOS
1. Tamaño del gen es Variable
2. Tamaño del exón (<200pb) es independiente del tamaño del gen
3. Tamaño del intrón es proporcional al tamaño del gen
La fracción del DNA codificante es inversa al tamaño del gen
Correlación entre tamaño de gen – tamaño del producto, con excepciones*
4563 aa
*
3685 aa
*
2. Diversidad de organización intron -exon
3. Tipo de genes:
a. Genes idénticos en sentido funcional
 Genes de Histonas:
http://research.nhgri.nih.gov/histones/web/chrmap.shtml
 86 sec. En 10 Cromosoma diferentes (1,2,4,5,6,11,12,15,21,22)
 2 grupos grandes en cromosoma 6p 21.3
 Genes Ubiquitinas
○ Localización en varios cromosomas
○ En serie de repeticiones (cotranscripción / policistrónicos)
○ En unidades monómeras pero unidos a otros genes –Unidades
de transcripción biscitrónica
b. Genes similares en sentido funcional
 Genes muy relacionados pero no son idénticos en su
secuencia
 Agrupados / Consecuencia de duplicaciones
 Cromosomas diferentes
Genes HOX
Familia génica: grupo de 10 genes en cuatro cromosomas dif.
Cromosoma:
13q13-14
Xq13-22
4q11-12
5q31-33
c. Genes relacionados en sentido funcional
• Secuencia sin relación física pero con relación
funcional
• Sus productos pueden ser:
– Subunidades de la misma proteína
• globina α 11p
Globina β 16p
• Ferritina cad. Pesada 11q
Cadena liviana 22q
– Subunidades de la misma estructura macromolecular
– Componentes de la misma vía metabólica o de desarrollo
• (hidroxilasas)
– Proteínas ligando – receptor
• Insulina 11p
• Interferon β 9p
Receptor 19p
Receptor 21q
d. Genes bidireccionales / superpuestos / dentro de
genes/ policistronicos
 No son comunes
 Son muy cercanos
d.1. Organización génica bidireccional.
Se transcriben de cadenas opuestas:
○ Genes de reparación de DNA
d.2. Genes superpuestos de forma parcial
 Ejm. Genes HLA
d.3. Genes dentro de genes
Localizados dentro de otros genes
 snoRNA
en genes de proteínas ribosomales / proteína nucleolares
Incluidos en intrones de genes grandes
 Ejm. Gen del factor VIII de la coagulación
 Gen RB1
 Gen NF1
OGMP: glucoproteina de mielina del oligodendrocito
d.4. Unidades policistrónicas
• Grupos > de los Genes rRNA
• Genes UBA52
UBA80
Ubiquitinas
Proteína ribosómica S27 / L40
e. Familia génicas comunes
i. Familias génicas comunes:
– Muestran gran homología de secuencia codificante
Ejm.
– Genes de histonas
– Genes de globinas
• αyβ
ii. Familia de genes que codifican proteínas
con dominios grandes y muy conservados
• Homología notable en regiones conservadas
• Homología baja en regiones no conservadas
Ejm. Familia de factores de Transcripción del desarrollo
sec conservada codifica un dominio de unión al DNA
iii. Familia de genes que codifican productos
con secuencias conservadas cortas
•Familia génica de Caja DEAD = asp – Glu – Ala – Asp
Ejm. Proteína que participan en el splicing
• Familia génica de Caja WD: Triptofano - aspartato (4-16 repeticiones tanden)
(44-66 aa)
Ejm. Proteínas reguladoras: División celular,
Transcripción y Modificaciones de mRNA
Señalamiento transmembranoso
Gli - His
Trp - Asp
iv. Superfamilias
-Codifican productos relacionados desde el punto de vista
funcional en sentido general y muestran débil homología de
secuencia.
Ejm. - Ig, RCT, HLA
- Globinas: globinas α y β, Mioglobia, neuroglobina
- Receptores acoplados a proteínas G (7 hélice α tm)
v. Familias génicas agrupadas:
v.a. Familias génicas organizadas en un grupo
único
 Organización génica tánden:
○ Genes relacionados en secuencia y función
○ Ejm: Genes RNA: (rRNA, U2, snRNA.
○ Genes polipeptídicos: Poli-ubiquitina
 Grupo cerrado: no en tánden, pueden estar
○ Agrupados de manera estrecha y regulados por región de
control de locus único (globinas)
○ Individuales e idénticos en secuencia y función
 Grupo compuesto: relación física, pero no en
secuencia, ni en función
Ejm. Complejo HLA en 6p21.3
HLA I y II - Fact. Complemento sérico - Hidrolasas esteroides
v.b. Familia de genes organizadas en múltiples
grupos génicos
• Relacionados muy de cerca o distribuidos en (uno),
dos o mas sitios cromosómicos
• Similitud alta o baja entre genes de diferentes
grupos
Ejm
– Receptores olfatorios (900 unid) : 25 grupos
– HOX (38 copias)
2p,7, 12, 17
– Histonas (61 copias) 10 cromosomas
vi. Familia de génicas dispersas
 Dispersos y difieren en secuencia (salvo dup)
 Los miembros de la familia se origina por:
○ Genomas diferentes:
○ isoformas de proteínas mitocondriales y nucleares
○ Duplicaciones del gen/genoma
Presentan homología secuencial en dominios
 Familia PAX
○ Retrotranscripción
En los genes funcionales pueden tener intro y copia procesada
funcional
 cDNA natural
Características de las Familias multigénicas
Poseen genes de copias defectuosas: pseudogenes
• Pseudogenes no procesado en un grupo génico
Pueden originarse por:
– Duplicaciones: alteran regiones codificantes o reguladores
No funcional
– Inserciones de secuencia de ADN complementario
Transcripto (sin sec. Promotoras)
transcriptasa inversa
ADNc
– Inserciones de codones terminales
Ejemplo:
- globinas
• Genes truncados y fragmento de genes internos en
un grupo génico
Contiene : pseudogenes no procesados
Copias de genes truncados
Copias de fragmentos génicos
Origen: Duplicaciones / entrecruzamiento desigual
Ejm. HLA I
mRNA HLA I
Genes de
Cadena pesada
HLA I 6p21.3
- 6 genes
- 4 seudogenes
- Copias génicas
parciales
6p21.3
• Pseudogenes no procesados en una familia génica
dispersa
– Duplicación
segmentaria.
Ej. NF1 (pericentromérico C 1 7q11.2)
PKD (enf poliquística del riñón) (subtelomerico C 16p)
Duplicaciones segmentarias
La duplicaciones segmentarias:
2 o mas segmentos
cromosomicos >1 Kb con >90
% de identidad de secuencia
Tipos:
D. Intracromosomicas: 100Kb
D. Intercromosomicas: 10-50Kb
Pseudogenes procesados: Son mas frecuentes
Caracteriza por :
Extremo 3` con poli A (≈ARNm)
 No tiene intrones
 Carecen de promotor (no se expresa)
 Truncados 5`(falla transcriptasa)
Ejemplos: genes B tubulina, Inmunoglobulina
Mecanismo
de origen:
II. SECUENCIAS DE NO CODIFICANTES
1. DE REPETICIÓN EN TANDEN
Tipos DNA: Satelite, minisatelite y microsatelites
a. DNA SATÉLITE:
• Repeticiones: simple(1-10 nt) / Complejas (>10 nt)
•
10 al 15% de secuencias repetidas del genoma.
•
Secuencias cientos Kb repetidas en tanden
•
Mayormente se localiza en la región pericentromérica en
los cromosomas, tiene función estructural, carece de
orígenes de replicación
•
La menor parte de DNA Sat. está disperso por todo el
genoma, tiene función amortiguadora de las mutaciones.
. DNA Sat. alfoide: : centrómeros
•Unidades de 5-171 pb longitud mll de pb
•Motivo: CTTCGTTGGAAACGGGA
• Fija proteínas centroméricas CENP-B:
•Es específico para cada cromosoma
:
. DNA : 68 pb
Cromosomas: 13-15, 21,22,9,1, Y
ADN Sat-1: 42 pb pericentromérico
ADN Sat-3: 5 pb (>cromosomas) conservado
b. ADN MINISATÉLITE : 102 - 103
VNRT : repetición en tánden de número variables
Muy polimórficos,
i. DNA minisatelite hipervariable:
- Presente en proximidades del telómero (otros lugares)
-Secuencias cortas de 9-64pb repetidas en tánden
- Secuencia común GGGCAGGAXG, que constituye una
secuencia señal para la recombinación general
→ identificación de individuos (“fingerprint”)
- No transcriben, excepto MUC1 en 1p -- codifica
proteína polimórfica
ii. DNA minisatélite telomérico 104
- Porción terminal de telómeros:10-15 Kb
- Secuencia repetida:
5’ TTAGGG 3’ dispuesta de 2000 a 10000 veces seguidas
Su longitud varía con la edad de la célula
Espermatozoide tiene 15 Kb
Célula somática 1,2 Kb
Linfocitos en cultivo:
normales
47
7.7 pb menos por año
S. Down
133
5.5 pb menos por año
c. DNA MICROSATELITE: 104
•Muy polimorfico. Localizados por todo el genoma (60Mb)
•Unidades repetitivas: de 2,3 ó 4 (<10) nt
• Comunes: (CA)n/(TG)n una x 36kb)
AT/TA (una x 50kb)
AG/CT (una x 125kb)
• Raras : CG/GC (una x 10Mb)
•Origen: deslizamiento de replicación
•Raro aparecen en secuencias codificantes excepto trinucleotidos en
ciertas alteraciones hereditarias
CTG exon 1 del FMR1 implicado en S. X frágil
CTG extremo 3’ del gen de la distrofia miotónica
CAG en el gen de Huntingtina del S. Corea de Huntington
(informa una sec. poliglutamina)
Ejemplo: SNP (polimorfismo de un solo nucleótido)
Ejemplos – Una repeticion de 2 pb :
GTGTGTGTGT
Una repeticion de 3 pb : CAGCAGCAGCAGCAG
.
...TCCAGACAAGGTGGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTTTCTCCAGTGAGATTTA…
2. DNA NO CODIFICANTE REPETIDO DISPERSO
Retroposones y transposones
A. RETROPOSONES o SECUENCIAS INTERCALARES: 10 - 102
a. LINES: Long interspersed nuclear elements :
1- a 5-kb
•
L1 o L1H 6.4 Kb
•
Localizados en bandas G , 20,000 a 40,000 Copias
•
Origen: ARN transcriptasa inversa ADN integra al genoma
6.1kb
•
Existen 3 familias: LINE-1, LINE-2, LINE-3
•
Implicado en mutaciones, proveer sitios de recombinación
anormales tanto intra como intercromosómicos
•
L1 cromosoma 22 transloca X gen Factor VIII Coagulación
Hemofilia
B. SINES: Short interspersed nuclear elements
• Alu 150 Mb (5% del genoma humano)
•Sitio de restricción 5’AGCT 3’ para enzima Alu I
(Artrhrobacter lacteus)
•Existen 500000 copias de secuencias de 300 pb
•Localizados en las banda R
•Estas secuencias se originaron por retrotranscripción
•ARN 7SL ---Transcriptasa inversaADN que se integra al genoma
ARN: partícula señal ( participa en la síntesis de proteínas)
c. Elementos parecidos a retrovirus con repeticiones
terminales largas (RTL): Transposones RTL
Pueden ser autónomos o no autónomos con RTL
Autónomos: secuencias retrovirales endogenas(SRE)
Contiene genes gap y pol proteasa, transcriptasa inversa, RNAasa, integrasa
Tipos: SER H (SER humana) 4.6% del genoma , > defectuosos
SER H-K
conserva genes retrovirales intactos
SERH-K10
sufre de transposición
No autónomos: MaLR
3.8% del genoma
Carecen de gen pol y a veces del gap
Elementos repetitivos encontrados en Gen de la enzima del hígado,
la oxidasa homogentistica HGO (alcaptonuria)
Modificó de B. Granadino, D. Beltrán-Valero de Bernabé, J. M. Fernández-Cañón, M. A. Peñalva, y S. Rodríguez de Córdoba,
B. TRANSPOSONES: 10 – 102
Móviles, representan 3% del genomas
Codifican una transposasa
Sec. como retrovirus.
Tienen repeticiones terminales invertidas
Ejm. THE humano
MER1
MER2
GENOMA MITOCONDRIAL
•Bicatenario circular, 16569 pb (0,5% del genoma)
•Presenta dos cadenas con secuencias de bases diferentes:
Cadena pesada H: rica en G
Cadena ligera L: rica en C
•N° ADN: cientos o miles de copias por mitocondria
•Posee poco ADN repetitivo, no intrones
•Expuesto a radicales libres (liberados por Fosforilación oxidativa)
Mutaciones de mayor frecuencia
•Los sistemas de reparación son menos eficientes que los del ADN
nuclear
Código genético diferente al del núcleo
Es transmitido por herencia materna
GENES MITOCONDRIALES:
37 genes:
28 en la cadena pesada
9 en la cadena ligera
24 codifican ARN: 2 ARNr,
22 ARNt
8x 4
14 x 2
60 codones
13 polipeptidos: 7 subunidades del complejo I: ND1- NAD6
1 subunidad del citocromo b
3 subbunidades citocromo oxidasa COI-COIII
2 subunidades de ATPasa: 6 y 8
Genes parcialmente
solapados
37 Genes
H : 28
L: 9
22 : ARNt
2 : ARNr
13 : polipeptidos
GENETICA MITOCONDRIAL
A. Responde a un modelo de Herencia Materna
B. Presenta segregación mitótica
C. Muestra una elevada tasa de mutación
Son 10 veces más rápidas que el ADN nuclear