Tema 6 (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Genètica
Año del apunte 2013
Páginas 11
Fecha de subida 17/10/2014
Descargas 32
Subido por

Vista previa del texto

Judith González Gallego Genètica T6 HERÈNCIA NO MENDELIANA I ELEMENTS GENÈTICS MÒBILS En l’herència mendeliana són aquells casos que siguin quina sigui la seva base quan un analitza les descendències no compleixen els principis que coneixem segons les segregacions mendelianes. En algun d’aquests casos els factors implicats en aquesta herència no mendeliana són els que anomenem elements genètics mòbils o transponibles; el seu nom ens diu que seran elements que en comptes d’estar situats en un lloc fix d’un cromosoma tenen la capacitat de poder desplaçar-se, moure’s.
HERÈNCIA CITOPLASMÀTICA Aquests caràcters tenen un base genètica i hem de pensar en que en els organismes, els mitocondris de les cèl·lules animals o en els plastidis de les cèl·lules vegetals també hi ha DNA i aquest no segueix unes proporcions mendelianes perquè no són parells de cromosomes que es reparteixen equitativament. Aquests genomes mitocondrials de plastidis tenen influències fenotípiques i genotípiques que no tenen relació amb la informació genètica del nucli, és informació doncs extranuclear. A vegades hi ha mutacions o alteracions d’aquests DNAs que tenen conseqüències importants per la cèl·lula o per algunes malalties, normalment quan un individu presenta ELEMENTS GENÈTICS TRANSPOSABLES Hi ha elements que es poden moure i aquests es poden diferenciar entre elements bacterians o eucariòtics:  Bacterians o procariòtics: els més coneguts són la seqüència de inserció i transposons (aquests són més complexos que els anteriors)  Eucariòtics: trobem de dos tipus o Classe I: necessiten replicar-se fent servir un RNA intermediari o Classe II: es repliquen per mitjà de la transposassa.
Veiem clarament que la presència d’elements mòbils pot causar en els individus que els presenten grans mutacions i aquestes mobilitzacions van associades normalment a canvis negatius en els individus que les presenten. En el cas de Drosophila quan parlem de la presència d’elements mòbils (P i F) en que hi ha una disgènesi híbrida o dels híbrids que presenta moltes deficiències.
1 Judith González Gallego Genètica T6 GENOMA MITOCONDRIAL Del genoma mitocondrial sabem en cada un dels llocs la informació a que respon i per tant podem veure si un fragment determinarà un RNA ribosòmic o algun alter factor. Hi ha un coneixement molt ampli a nivell molecular del DNA ja que són molècules circulars relativament petites. Observem una sèrie en que tenim les espècies i la mida d’aquest genoma mitocondrial, la quantitat de genoma expressada el kilobases (Kb): Observem que tot i que 2500 kb no és una mida molt espectacular el genoma mitocondrial pot incidir en alguna característica del individu però no correspon a tot el que determinarà les funcions d’un individu. En el genoma mitocondrial humà hi ha gens implicats en les cadenes respiratòries i en els ribosomes.
Llocs de mutació del mtDNA en malalties humanes Observem que hi ha un nombre significatiu de malalties humanes que avui sabem que estan influenciades per mutacions en el DNA mitocondrial. Això cada vegada és més interessant perquè el pare a través dels seus espermatozoides no transmet el citoplasma al zigot sinó que el citoplasma del zigot prové del òvul de manera que el pare mai no transmet mitocondris a la descendència i tot i que estigui malalt els descendents mai ho estaran.
Herència genoma mitocondrial Quan pensen en uns orgànuls, siguin mitocondris o plastidis, que es van passant de cèl·lula a cèl·lula a través de les divisions cel·lulars ens fixem que no estem parlant d’una transmissió cromosòmica (ni en mitosis ni en meiosis) en que hi ha unes proporcions i regles sinó que els mitocondris es reparteixen en dues cèl·lules sense que necessàriament el repartiment hagi de ser equitatiu. D’aquesta manera si tots els mitocondris no són iguals (tenim normals i mutats) i per tant tenim una barreja no podem determinar quina quantitat de cadascun estarà en cada cèl·lula.
2 Judith González Gallego Genètica T6 Genealogia d’una malaltia mitocondrial Una malaltia mitocondrial només es transmet per herència materna ja que el citoplasma del zigot l’aporta únicament la mare de manera que els mascles afectats no transmeten els seus gens perquè els mitocondris no són introduïts en el zigot. Quan no es coneixia la transmissió de mitocondris el fet que d’un pare afectat no apareguessin fills afectats era una cosa estranya ja que no seguia les lleis de Mendel.
GENOMA DEL PLASTIDI Observem en la taula la mida dels genomes dels plastidis i que tots es trobem al voltat de 200 kb de manera que són més petits que el genoma dels mitocondris i per tant tindran menys gens i menys alteracions degudes a mutacions en el seu genoma.
Herència en plasmidis: exemple fulles jaspiades Seguirem un exemple de la planta Mirabilis jalapa o més coneguda com la flor de nit.
Observem que les fulles a vegades són del mateix color o a vegades són jaspiades (tacades). Per part de mare observem que és blanca i per tant tots els plastidis són blancs, al elaborar un encreuament amb un mascle sigui quin sigui tenim un descendència totalment blanca. Una planta que pugui ser variada dependrà de la cèl·lula que jo tinc ja que en elaborar-se la divisió agafaré plastidis verds, blancs o ambdós. Quan el citoplasma conté els dos tipus de plastidis (normals i mutats) amb independència del pare la cèl·lula filla serà variegada (tacada). A partir d’aquesta filla quan es produeixi una divisió cel·lular es pot donar la casualitat de que unes cèl·lules tinguin només plastidis blancs i d’altres només plastidis verds però tot i que passes això i hi hagués una segregació perfecta i equitativa de verd i blanc, com que tinc moltes cèl·lules en el fons la planta seria variegada. Aquest aspecte en el seu moment tampoc no es va interpretar però després es va veure la diferència dels genoma dels plastidis i aquesta segregació es va acabar entenent.
3 Judith González Gallego Genètica T6 TRANPOSICIÓ EN PROCARIOTES Elements IS de procariotes El primer que investiga els elements transponibles va passar desapercebut fins que anys enrere es recuperen els seus treballs. Cap als anys 70 es van començar a investigar els elements mòbils més senzills que són les seqüències de inserció bacteriana i tots tenen un factor en comú (IS). L’element IS és dons l’element més simple en que observem que pot haver-hi variació en quant a la longitud i tenim una seqüència d’inserció IS (es bategen com IS1,IS2...) en que tenim uns extrems on hi ha una repetició invertida (IR = inverted repit) en cada extrem i una repetició directa també.
Aquest DNA (en groc) només porta informació perquè l’element pugui canviar de lloc, perquè es produeixi la transposició, la mobilització. Ens fixem que això és interessant perquè si imaginem que la seqüència d’inversió, que és l’element genètic més senzill, salt i marxa a un altre lloc no transfereix una informació genètica per una altra característica com la resistència a antibiòtics o a temperatura elevada sinó que aquesta seqüència només permet que pugui saltar.
Els IS són els elements més senzills, quan parlem de transposo en canvi ja tenim una informació per alguna característica. Els transposons estan composats per un gen X i recoberts per un gen IS1, és a dir: IS1 – gen X – IS2. D’aquesta manera que si només salten els elements IS1 per separat no li aporten cap característica al genoma però si salten els dos elements conjuntament permetran que el gen X es pugui integrar en una altre part del genoma o en un genoma nou. Aquest fet permet traslladar de lloc o de genoma una informació que abans no hi era. En general hi ha factors que permeten augmentar la transposició, com seria un exemple el xoc tèrmic.
Aquests transposons s’han generat perquè a partir de dos seqüències que van saltar simultàniament i es van emportar una part central, constituint així un transposo. D’aquest fet hi ha evidències evolutives en alguns casos i en d’altres no. Quan podem trobar exemples que ens donin un nombre de parells de bases molt específics és perquè estan referits a un element molt complet però molts cops els parells de bases en aquestes repeticions són els mateixos o s’assemblen.
4 Judith González Gallego Genètica T6 Integració de l’element IS En general quan un IS vol marxar i salta diem que la inserció és aleatòria però cal tenir present que no sempre es així: pot ser aleatori que salti però quan s’ha d’integrar en un genoma normalment hi ha uns targets o ns senyals de reconeixement que són uns quants parells de bases. Així doncs, normalment es troba una diana però cal saber que no es produeix un tall rom sinó un tall escalona, queden extrems en el cap i la cua que no són iguals.
L’element s’integra amb els IR però ara en el lloc receptor, en la molècula receptora quedarà un “forat”, un a dalt i un a baix corresponent al tall escalonat.
Si la integració funciona correctament tenim la informació suficient perquè es posi la base complementaria en aquests “forats” que falten. La copia que es fa aquí és una copia ben feta que no introdueix canvis mutacionals i per tant tenim un DNA que correspon al genoma vell i un DNA de nova síntesis per omplir aquest forat o gap generat.
Mecanismes de transposició Quan es descobreixen els elements mòbils es va pensar que quan un element marxa a d’un lloc a un nou genoma deixa d’estar en el genoma anterior però a mesura que es van elaborar investigacions s’adonen que aquesta teoria era certa en alguns casos i en d’altres no, de manera que hi havia vegades que havia existit una mobilització i a més el transposó es mantenia en el lloc original. Així doncs podem dir que hi ha dos mecanismes:  Transposició conservativa: es conserva o es manté el nombre total d’elements, marxen d’un lloc i s’insereixen en un altre de diferent.
 Transposició replicativa: prèviament a la migració hi ha una replicació, en cada generació de transposició incrementem el nombre d’elements mòbils.
Ens fixem que el més important de la transposició és que pot passar gens de manera horitzontal en les generacions, sense esperar a una generació nova o entre diferents organismes.
5 Judith González Gallego Genètica T6 Transposons en procariotes Dos IS i per exemple a la meitat d’ells trobem un gen Tn10, el gen responsable de la resistència a la tetraciclina, un antibiòtic. Això és important perquè precisament fa uns anys es va començar a receptar antibiòtics també es van adonar que moltes vegades hi havia molts bacteris que adquirien una resistència creuada a més d’un antibiòtic en molt poc període de temps. La causa d’aquest fet era la transposició de gens resistents a diferents tipus d’antibiòtics.
Depenen dels models, observant el segon transposó, podem tenir més o menys gens situats entre els dos IR però cal tenir present que no podem trobar més de 3 gens i conjuntament altes factors com la transposasa.
Gens de resistència en plasmidis Un plasmidi el trobem a un bacteri que té un cromosoma principal, una molècula de DNA circular que porta tota la informació necessària pel bacteri. A la cèl·lula vegetal, a més del nucli podíem trobar plastidis i als bacteris, de forma anàloga podem trobar plasmidis, que a nivell estructural són equivalents, són molècules de DNA de cadena doble i circular però que si els comparem amb el genoma bacterià cal tenir presents que són molt més petits que el cromosoma del bacteri.
En aquests plasmidis resideixen molts cops gens que codifiquen per la resistència a antibiòtics com la ampicil·lina. El DNA dels plastidis també es pot mobilitzar i pot passar d’un plasmidi a un altre o fins i tot al cromosoma principal.
La integració del plasmidi al cromosoma principal no es aleatòria, d’alguna manera aquest podria entrar a formar par del cromosoma i quan està integrat rep el nom de episomes (forma integrada d’un plasmidi). Cal tenir present que igual que es pot integrar es pot desintegrar: ni la integració ni la autonomia són permanents. Si ara aquest episoma es torna a individualitzar i ho fa de manera perfecta no s’emportarà gens del material del nucli principal i per tant tornarà a ser el mateix plasmidi que era abans. Si per el contrari, durant el procés de desintegració no s’elabora el procés correctament sabem que es pot emportar un fragment del cromosoma principal que si és un fragment petit no importarà però si és suficientment gran com per portar un gen codificat tindrà molta importància de manera que podem trobar plasmidis o episomes amb gens que corresponen al cromosoma principal.
6 Judith González Gallego Genètica T6 ELEMENTS TRANSPOSABLES EN EUCARIOTES Hi ha diferents maneres de classificar els elements transposables en eucariotes tot i que en general diferenciem dos tipus: Elements de classe I Aquests elements per poder-se replicar necessiten de la participació de la transcriptasa inversa. Dins d’aquesta categoria tenim el que coneixem com retrotransposons. De manera més específica podem classificar-los en funció de si presenten repeticions terminals llargues (LTR) o sense aquestes repeticions. En general diferenciem entre:  Retrovirus  Ty, elements molt característics de llevats  Elements copia presents en Drosophila  En humans trobem entre d’altes els elements LINE (L) tot i que cal tenir present que aquest nom és un acrònim de Long interspered nuclear elements (elements llargs dispersos pel genoma nuclear).
També trobem els elements SINE (short), uns elements més curts.
Aquests elements tenen la seva importància perquè poden estar implicats en alguna patologia, i com que es poden mobilitzar poden passar de les cèl·lules germinals a les cèl·lules somàtiques.
Com hem dit anteriorment necessiten de la participació de la Retrotranscriptasa o transcriptasa inversa. Sabem que el DNA fabrica un RNA per tal de produir les proteïnes codificades en el genoma, fa uns anys es va descobrir un enzim anomenat transcriptasa inversa que era capaç d’agafar com a motlle el RNA i sintetitzar DNA, d’aquesta manera es trencava amb el dogma de la biologia molecular (DNA  RNA  proteïna) tot i que el flux d’informació convencional en general sí que es manté però en alguns casos existeix un altre procés. Així doncs a partir de la molècula de DNA obtinguda per acció de la retrotranscriptasa obtens una copia de DNA que es pot inserir en un altre cromosoma, de manera que el que integrem és un DNA que s’ha fabricat gràcies a una retrotranscripció.
Classe II Aquests elements no necessiten la transcriptasa inversa, el seu procés de replicació no ve determinat per l’acció de la retrotranscriptasa sinó que existeix una transpoassa que permet tallar i tornar a unir el tros de genoma a inserir, que és incorporat sempre en una determinada diana.
7 Judith González Gallego Genètica T6 EL GENOMA DINÀMIC Quan la presència d’elements mòbils o transposons es posa de manifest en qualsevol espècie que s’hagi estudiat, sempre trobem mobilitzacions i per tant arribem a la conclusió que és un procés general i no particular d’una única espècie. Si això és general i coneixem molts elements que es poden anar transposat això ens fa tenir una idea més dinàmica del genoma quan ho comparem amb situacions estrictament cromosòmiques en que sembla que sigui una arquitectura molt prefixada. Cal tenir present que els elements mòbils tenen freqüències variables en funció de la espècie.
Observem exemples d’elements mòbils humans:  LINEs: elements relativament importants per la seva magnitud, poden haver-hi en un genoma fins a 850.000 elements i representen doncs el 21% de la fracció total del genoma, és a dir, són aproximadament la cinquena part.
 SINEs: elements més petits que els anteriors ja que contenen com a màxim 300 pb i al comparar-los sabem que tenim més elements SINE que no pas LINE però aquests representen com a molt el 13% del genoma.
 Retrovirus – like elements: és un element que s’assembla molt a un retrovirus però no ho és tot i que la constitució recordi a la de un retrovirus. Podem trobar també elements copia – like en Drosophila i segueixen el mateix principi.
En general aquests elements representen només el 8 % del genoma.
 DNA transposons fòssils: es consideren que són elements que fa milions d’anys que estan al nostre genoma, que poden correspondre a altres estructures i que en principi no se sap quina estructura tenen però si que es poden mobilitzar.
En tots aquests elements cal diferenciar dues categories: autònoms, si dins la seva constitució porten el gen de la tranposassa i per tant no necessiten cap altre contribució per poder saltar o no autònoms si no el porten.
Amb independència d’aquests valors, que són indicatius, el que si és cert és que si sumem tota la fracció del genoma representada per elements mòbils aquesta és una fracció molt important que ens fa pensar en diferents teories:  Com que és un DNA que no està associat a cap funció de la cèl·lula és un DNA egoïsta o DNA brossa.
 No es coneix el motiu per el qual l’organisme acumula al llarg de la història un DNA que no te cap funció. Aíxi doncs tot el percentatge tan elevat de DNA no gènic es creu que té una possible funció que encara no es coneix.
8 Judith González Gallego Genètica T6 EFECTES FENOTÍPICS I GENOTÍPICS Als anys 70 es troba en Drosophila un fenomen o mecanisme anomenat disgènesi híbrida. Tenim un encreuament que d’entrada és recíproc (veure en la imatge els dos que estan al costat): una femella salvatge encreuada amb un mascle de laboratori (tots els laboratoris tenen soques de Drosophila que es generen en flascons i que no estan en contacte amb l’exterior i per tant aquestes es poden mantenir durant molt de temps) i per un altre cantó un mascle salvatge amb una femella de laboratori.
Quan elaborem l’encreuament de la femella salvatge amb el mascle de laboratori obtenim una F1 i una F2 sense problemes.
A més també ens fixem que en tots els casos en la imatge s’indica que el citoplasma prové sempre de la mare i les paraules M i P provinents de pare i mare.
L’encreuament recíproc en canvi manifesta el fenomen de la disgènesi; al encreuar un mascle salvatge amb una femella de laboratori s’observa que en funció de la temperatura el mascle presentava entre d’altres coses anomalies a les gònades i era estèril i per tant, no permetia la formació de descendència. Si pensem en genètica clàssica els resultats de dos encreuaments recíprocs han de ser el mateix i per tant es va pensar que els mascles salvatges (capturats a la naturalesa) al encreuar-los amb femelles de laboratori presentaven problemes degut a la presència en aquests individus salvatges d’uns factors anomenats P, que avui en dia es coneixen com elements mòbils. Aquests elements es poden bellugar si la cèl·lula o l’organisme disposa de transposasa o bé si la porten ja inclosa.
9 Judith González Gallego Genètica T6 Perquè aquest procés es pugui dur a terme és important que en el citoplasma de la cèl·lula no hi hagi cap molècula que impedeixi o que reprimeixi l’actuació de la transposasa. D’aquesta manera podem dir que la disgènesi híbrida està determinada per les interaccions entre els elements genomics P i les molècules citoplasmàtiques repressores: En el primer cas, si encreuem la línia P sabem que no hi ha disgènesi perquè en el citoplasma de les femelles hi ha un gen que reprimeix la acció de la transposasa i per tant impedeix la transposició.
En el segon cas si que es produeix una disgènesi híbrida ja que el citoplasma de la femella (no salvatge) mai no ha estat en contacte amb aquests elements i per tant no té un gen repressor.
Per últim si encreuem una femella salvatge amb un mascle de laboratori és la femella salvatge la que té el gen repressor en el seu citoplasma.
Les soques M o de laboratori (p-) en els moments dels experiments podem estar segurs que eren soques que havien estat generades en el laboratori i introduïdes com a molt tard als anys 60. Sembla que abans d’aquests anys, com a mínim en Drosophila Melanoganster, no existien aquests elements P o mòbils sinó que apareixen amb posterioritat (podrien estar en altres organismes, segurament en una altra espècie, i van passar per transferència o descendència horitzontal) així doncs tenim dues poblacions diferenciades:  Població del laboratori que mai no obté els elements  Poblaicó salvatge que obté els elements Quan una mosca M es veia infectada per elements P no els podia bloquejar i això determinava una sèrie de manifestacions, que a part de presentar malformacions o atròfies generaven mascles estèrils. En individus disgènics o en la seva descendència (F2) la freqüència o tassa de mutació puntual entesa com la reordenació de cromosomes era molt gran. A part d’això els mascles i les femelles no recombinen per igual ja que els mascles (en Drosophila) són equiasmàtics, no produeixen quiasmes i per tant, no poden recombinar. Quan un mascle pateix disgènesi híbrida els mascles si que recombinen de tal manera que la mobilització de molts gens produeix malformacions i atròfies.
Es va observar també que si elaborem els experiments a 18 o 30 graus obtenien les experimentacions anteriors però si en canvi, s’elabora entre 18 i 25 graus aquests experiments poden arribar a presentar una F2 estable de manera que l’augment de temperatura afavoreix a que es mobilitzin els elements P o mòbils.
10 Judith González Gallego Genètica T6 En general aquest fenomen (diagènesi híbrida) només es dona quan el mascle és portador dels elements P i la femella és M, és a dir, la femella no ha estat en contacte amb els elements P i per tant no ha elaborat un sistema repressor d’aquests.
Aquesta mobilització es dona a nivell germinal i no a nivell somàtic, el que passa és que quan tens un òvul i un espermatozoide (nivell germinal) poden existir mobilitzacions i per tant, els elements del esperma poden passar al òvul, quan aquest individu es desenvolupi tant la F1 com la F2 patiran una disgènesi.
El lligament està pensat per organismes eucariotes de reproducció sexual, aquest és un aspecte fonamental ja que després per extensió es parla de lligaments en bacteris i virus però cal tenir present que és un concepte que d’entrada no s’assembla al que passa a nivell eucariota. Els mapes de lligament, quan els fem, es poden dur a terme perquè coneixem uns cromosomes i que hi ha uns cromosomes homòlegs i en aquests cada gen ocupa una posició, un locus, i hi ha una ordenació en principi ben definida. Si mirem un cromosoma de dues persones la seqüència gènica és la mateixa si no hi ha canvis estructurals com podria ser una deleció.
En base això, cal tenir present que, a més dels aspectes teòrics haurem d’aprendre a fer mapes genètics, això vol dir que a partir d’uns encreuaments i d’uns resultats haurem de determinar la posició i distàncies d’uns gens o també al inrevés, a partir d’unes distàncies determinar unes possibles descendències. Per calcular la distància sempre hem de conèixer el nombre d’entrecreuaments que s’han produït entre cromosomes.
11 ...