jueves, 17 de noviembre de 2011

Diferenciación lineal de los cromosomas


Los cromosomas se dividen en varias regiones:
1-Constricción: centrómero.
2-Extremos: telómeros.
3-Resto: se trata de una masa homogénea.
4-En algunas especies hay constricciones secundarias.
Los centrómeros diferencian a los cromosomas en brazos.
1-Brazo corto: se sitúa en la parte superior, se denomina como p.
2-Brazo largo: se sitúa en la parte inferior, se denomina como q.
Los brazos son diferentes a las 2 cromátidas que presenta el cromosoma.
Cinetocoro: región en donde se unen las fibras del huso, que en anafase hacen que se separen las cromátidas.
En la mayoría de los organismos, sus cromosomas sólo tienen un centrómero, por lo que se denominan cromosomas monocéntricos.
El tamaño de los brazos se diferencia con el centrómero:
1-Cromosomas metacéntricos: ambos brazos son más o menos iguales.
2-Cromosomas submetacéntricos: El brazo corto es un poco más pequeño que el brazo largo.
3-Cromosomas acrocéntricos: El brazo largo es mucho más grande que el brazo corto.
4-Cromosomas telocéntricos: el brazo largo es casi todo el cromosoma.

Cromosoma homocéntrico: es aquel en el que las fibras del huso se unen a lo largo de todo el cromosoma.
Línea celular: cultivo de células inmortales en ellas se producen cambios cromosómicos, y algunos cromosomas presentan 2 ó 3 centrómeros; puede haber problemas al unirse las fibras del huso, el cromosoma puede romperse. Las células con más de un centrómero no son viables.
Tras el estudio de varios organismos se descubrió la función del centrómero.

Centrómero

1-En Saccharomyces cerevisiae:
Hay que aislar una región de su ADN y secuenciarla.
Se cogen fragmentos centroméricos y se clonan en un vector (bacterias, levaduras, etc.).
Se utiliza un plásmido que tiene que tener un origen de replicación.
ARS à Secuencia de Replicación Autónoma.
Hay que estudiar qué es lo que pasa con los plásmidos en mitosis y en meiosis, una vez replicado, las fibras del huso se unen a los plásmidos y se lo llevan a cada célula. Si no tienen la secuencia centromérica los plásmidos migran al azar.
Cada vez se cortan fragmentos de ADN más pequeños, hasta que llega un punto en el que el plásmido no pasa a las levaduras por descendencia, cuando se haya el fragmento mínimo éste ya se puede secuenciar.
En Saccharomyces cerevisiae hay secciones centroméricas específicas que llevan una enorme cantidad de proteínas necesarias en el centrómero.
Hay dos segmentos conservados con una región central rica en A y T.
En las regiones centroméricas hay unas 60 proteínas unidas a ellas, que permiten la unión a los microtúbulos.
En el resto de organismos:
La situación de las secuencias no es exactamente la misma.
Presentan secuencias en tándem repetidas, que son poco conservadas, y existen mecanismos epigenéticos que permiten la unión de los microtúbulos.

2-En plantas vasculares y metazoos:
A un centrómero se unen muchos microtúbulos.
3-En mamíferos:
Los centrómeros se ven a microscopio electrónico, se aísla cromatina para observarlos.
Al aislarlos con una fuerza iónica alta, en el centrómero se ve una estructura trilaminar, cuando se observa al microscopio electrónico:
Esta  estructura consiste en una zona electrondensa pegada al cromosoma, otra zona no electrondensa, y por último otra zona electrondensa.
Cuando los aislamos en un medio con baja fuerza iónica y los observamos al microscopio electrónico, desaparecen la estructura trilaminar, y los microtúbulos se unen directamente a la cromatina.
La estructura trilaminar aparece y desaparece, se forma y deshace el cinetocoro.
En el centrómero hay secuencias repetidas en tándem, a las que se unen proteínas específicas del centrómero, que son los nucleosomas.
La histona H3 es una histona especial específica de la región centromérica y está asociada a proteínas del cinetocoro.

En primates la región centromérica presenta repeticiones de una secuencia, denominadas α satélites, a las cuales se unen octámeros de histonas que forman el cinetocoro.
Se estudiaron individuos con enfermedades raras, como es la escleroderma; se utilizan anticuerpos de estos individuos para descubrir las histonas especiales:
CENP-A
CENP-B
CENP-C
CENP-I
Algunas de estas proteínas sólo aparecen en determinados momentos.
Centrómero: región del cromosoma a donde se unen los microtúbulos.
Cinetocoro: estructura proteica unida a esta región y que es importante para la unión de los microtúbulos.


Telómeros

Extremos: al microscopio son iguales que el resto, pero tienen algo diferente, ya que se si por algún motivo se rompen por el extremo, los extremos se vuelven inestables, y se unen a otros extremos rotos.
Los telómeros no sufren reparación, evitan la degradación de los cromosomas.
Se hacen experimentos utilizando plásmidos, con orígenes de replicación (ARS) y secuencias centroméricas (CEN).
Si nosotros a estos plásmidos los digerimos con enzimas de restricción y transformamos esta molécula en lineal, se espera que estas secuencias sigan repartiéndose a los polos, pero los extremos son inestables y pegajosos y hay problemas de segregación, si a estos extremos se les añade fragmentos de telómero se segregan, por lo que les confiere estabilidad a los antiguos plásmidos que hemos linealizado.

Organismo: Tetrahymena thermophila
Se trata de un ciliado con micro y macronúcleo (núcleo con muchas copias del DNA del micronúcleo).
En el micronúcleo hay 5 pares de cromosomas. En el macronúcleo hay moléculas lineales de cromosomas no pegajosos, estables, que presentan muchas secuencias teloméricas. En los extremos se observan secuencias de pequeño tamaño, repetidas cientos ó miles de veces.
Las secuencias teloméricas son ricas en Guanina, todos los animales tienen una variación sobre le mismo tema.
La función de estas secuencias es proteger los extremos de los cromosoma, en los extremos la hebra 5´à3´ siempre en mas larga que la hebra 3´à5´, esto se debe a que el último cebador de la cadena se degrada y queda el hueco.

Con este extremo se forman dúplex, triples o cuádruples de guanina. Después de repetir mucho la secuencia, se forman lazos en los que intervienen muchas proteínas que impiden que la degradación empiece por ahí.
En un cromosoma eucariótico, en el extremo hay una región de 30 a 20 kilobases donde sale una secuencia de 6 a 12 nucleótidos (TTAGGG) que se repite miles de veces, después hay una región con secuencias repetidas asociadas al telómero, y luego viene una zona de secuencias únicas. Se espera encontrar la señal en los extremos de todos los cromosomas.

Cuando se vendan secuencias de un determinado cromosoma, hablan de las secuencias subteloméricas únicas del cromosoma.

Hay especies en las que no hay secuencias teloméricas en los telómeros, éstos presentan secuencias parecidas a los retrotransposones.

Organización espacial de las secuencias de ADN
Las secuencias de ADN no son nada homogéneas, aunque al microscopio lo parezcan.
Los estudios realizados son de reasociación y aislamiento de secuencias repetidas.
Se desnaturaliza el ADN, y al bajar la temperatura éste se reasocia e hibrida.
Estos experimentos nos permitieron observar que al desnaturalizar el ADN en eucariotas porque lo calentamos, quedan todos los fragmentos en secuencias únicas y al bajar la temperatura se forman dobles hélices, pero no se forman todas a la misma velocidad; la velocidad depende de la probabilidad de encontrar una hebra complementaria. Hay secuencias muy repetidas, otras poco repetidas, y otras secuencias que son únicas.
Las secuencias altamente repetitivas se separan de las demás pasándolas por cadenas de hidroxiapatita, que hacen que pase una sola cadena por lo tanto queda el ADN bicatenario.
Otro método de separación sería la centrifugación en gradiente de densidad, se diferenciaría el ADN satélite, ya que tendría más o menos densidad que el resto del ADN.
En eucariotas, la inmensa mayoría del DNA es no codificante.
En E. coli prácticamente todo el DNA es codificante.
En levaduras también la gran parte del DNA es codificante.
En maíz y humanos hay una gran cantidad de ADN no codificante, y muy poco codificante.
En los genomas grandes, hay regiones más ricas en genes, y otras menos ricas en genes; no hay una distribución homogénea de los genes en el genoma.

Las secuencias de ADN se clasifican en:
1-ADN transcribible
Se traduce: exones.
Se transcribe pero no se traduce: intrones y genes de ARN.
2-ADN no transcribible
Secuencias reguladoras
Repeticiones centrosómicas, teloméricas y sueltas.
El genoma mitocondrial y cloroplástico tiene pocas secuencias que no se transcriben.
En el genoma nucleolar hay como unos 20000 genes; el 20% del ADN es génico, y el 75% restante no forma parte de genes.
El ADN que codifica proteínas es un 1-2% Dentro de este hay genes de copia única (25-50%) y genes con copias( de 2 a 1000 copias) (50-75% genes).
Familia génica: genes más o menos relacionados, con secuencias similares y funciones más o menos relacionadas (genes que codifican cada una de las cadenas de la hemoglobina).
Pseudogenes: genes que debido a cambios y mutaciones han quedado no funcionales.

También hay ADN cifrador repetido en tándem, el número de copias varía bastante la mayoría son genes que cifran ARNt, ARNr y genes de histonas, estos están repetidos en tándem.
En Drosophila se repiten las histonas del octámero y la H1.
En otras espécies se repiten en diferente orden.
Los genes que fijan los ARNt, ARNr ………………………..igual.
El ADN repetitivo constituye la mayor parte del genoma.
Se clasifican en función al tamaño.
1-Secuencia repetida simple (corta de 1 a 500pb), número de copias variables y agrupadas en regiones concretas, un ejemplo son las secuencias centroméricas y teloméricas.
2-Secuencias de ADN repetidas dispersas: Satélites, minisatélites y microsatélites.
3-Secuencias repetidas intermedias son más grandes de 2-3 kb y tienen muchas copias.

Retrotransposones LTR: se mueven generando copias
LTR: repeticiones terminales largas con extremos esenciales para la replicación de retrovirus.

Existen otros retrotransposones LTR, se agrupan en:
1-SINEs: secuencias cortas, son el 13% del genoma humano.
2-LINEs: secuencias largas son el 21% del genoma humano.

Pseudogenes procesados: no tienen función; son genes que se parecen mucho al ARNm, pero en forma de ADN, no pueden transcribirse y en un extremo tienen una cola poliA.
ADN espaciador: de longitud variable y no clasificada todavía, constituye el 22%.
Para situar una secuencia concreta en un cromosoma hay que realizar una hibridación de ácidos nucleicos.
La doble hebra unida por puentes de hidrógeno (son enlaces débiles), por lo que podemos romper los enlaces de hidrógeno en condiciones normales el equilibro de la reacción está desplazada hacia las formas enlazadas por puentes de hidrógeno. Si aumentamos la temperatura movemos, el equilibrio para que se degraden los puentes de hidrógeno.
Al calentar el ADN bicatenario se desnaturaliza y queda ADN monocatenario.
Tm: punto intermedio en el que la mitad del DNA está bicatenario y la otra mitad está monocatenario.
A mayor proporción guanina-citosina, mayor Tm.
Al bajar la temperatura las moléculas monocatenarias empiezan a chocar; sólo si hay un fragmento con alta compatibilidad de bases, los dos fragmentos se van a unir para formar ADN bicatenario.
Cuando la renaturalización se hace con ADN diferente se habla de hibridación.
Después de la hibridación hay que saber en dónde está la sonda, para ello hay que marcarla previamente, y así se podrá detectar cuando hibride con el DNA diana, después tratamos de detectarlo.
En cromosomas y tejidos realizamos una hibridación in situ; se puede estudiar la expresión génica en diferentes tejidos ó en diferentes fases de desarrollo.
Se puede hacer el experimento con ADN que migra en un gel, y luego el ADN se transfiere a una membrana, cuando el ADN está en la membrana, se hace una hibridación y se observa en donde hibrida.
La sonda de ADN se puede marcar radioactivamente, ó con un antígeno, y luego detectarlo con un anticuerpo por fluorescencia.

Los genes que cifran el ARNr están repetidos en tándem.
Pueden situarse los diferentes tipos de ARNr juntos ó separados.


Bandas cromosómicas.
Hasta finales de los años 50 no se sabía el número de cromosomas.
A finales de los años 60 en Dinamarca se utilizó un colorante fluorescente para teñir los cromosomas, y se observó que había regiones que se teñían más que otras.
Se podía diferenciar a los cromosomas por los patrones de fluorescencia.
A partir de los años 70 se empezó a utilizar la tinción giemsa, y los patrones de bandas se veían mucho mejor.
Cada cromosoma se puede identificar por un patrón de bandas característico.
Hay regiones muy características que permiten numerar a los cromosomas; dentro de cada región se pueden diferenciar más regiones. Ejemplo: 3Q27.3.
En humanos se hacen cultivos celulares, de los que se hacen preparaciones y se obtiene el cariotipo.

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