TEMA 3. ALTERACIONS CROMOSÒMIQUES (extès) (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Mutagènesi
Año del apunte 2015
Páginas 11
Fecha de subida 09/03/2015
Descargas 21
Subido por

Descripción

És el mateix tema que l'altre que està penjat, però amb alguns comentaris més.

Vista previa del texto

TEMA 3: ALTERACIONS CROMOSÒMIQUES BASES MOLECULARS DE LES MUTACIONS CROMOSÒMIQUES Quan la porció mutada d'un cromosoma és prou gran com per poder ser observada al microscopi òptic, es diu que s'ha produït una mutació cromosòmica. En aquest tema, parlarem d'aquestes mutacions i de les seves bases moleculars. En bastants casos, les dades sobre aberracions cromosòmiques i sobre intercanvis entre cromàtides germanes (SCE) s'han utilitzat com a predictius de carcinogenicitat. S’ha observat que dins d’una població, els individus que de joves presenten més aberracions, després tenen més probabilitat de tenir càncer.
Les mutacions cromosòmiques s'han classificat, tradicionalment, en estructurals i numèriques, segons afectin l'estructura o al nombre dels cromosomes, respectivament.
VARIACIONS EN L’ESTRUCTURA CROMOSÒMICA Els canvis estructurals són de dos tipus: - Cromatídics: es produeixen després de la replicació de les cromàtides. La unitat de trencament és la cromàtide.
Cromosòmics: es produeixen abans de la replicació de les cromàtides. La unitat de trencament és el cromosoma, ja que la posterior duplicació de la cromàtide afectada implicarà tot el cromosoma.
CANVIS ESTRUCTURALS CROMATÍDICS Les alteracions estructurals cromatídiques poden ser: delecions o ruptures senzilles, cromatídiques o isocromatídiques, segons afectin una cromàtide o a les dues alhora, en el mateix lloc.
Els intercanvis o aberracions compostes poden ocórrer entre cromàtides del mateix cromosoma o de cromosomes diferents. Si hi ha un intercanvi recíproc, aquest pot ser simètric o asimètric.
També es poden produir cromosomes dicèntrics i fragments acèntrics.
Si un cromosoma no té centròmer o li falta un o els dos telòmers, no es pot transmetre, i per tant desapareix. A nivell genètic, el que importa és el que té continuïtat. Els fragments acèntrics no poden migrar correctament als pols en una divisió, i es queden sols, normalment formant micronuclis.
CANVIS ESTRUCTURALS CROMOSÒMICS Pel que fa als canvis de tipus cromosòmic, els més rellevants són: les delecions, les duplicacions, les inversions i les translocacions. Les delecions són pèrdues d'un fragment cromosòmic i poden ser: terminals o intersticials.
Es detecten citològicament perquè els cromosomes afectats s'observen més petits. En homozigosi solen ser letals, mentre que en heterozigosi solen produir un efecte més o menys deleteri, depenent del contingut genètic del fragment delecionat.
Però hi ha dones que els falta un cromosoma sencer (l’X) i viuen! La importància d’una deleció ve donada per les regions que són delecionades. A vegades, una deleció d’una base pot ser letal, i altre vegades, la deleció de tot un cromosoma pot no ser-ho si els gens que conté no són imprescindibles.
Les duplicacions han esta molt importants en l’evolució. Quan un gen es duplica, hi ha dues còpies d’aquest gen. Si una de els dues pateix un canvi que fa que ara codifiqui, posem, per un enzim amb unes noves característiques avantatjoses, ara tindrem aquest nou enzim i també l’original. Per tant, les duplicacions són una reserva de material que es pot mutar sense afectar negativament, ja que el gen original es guarda i, en conseqüència, no se’n perd la funció. Un exemple molt característic d’aquestes és la família de les globines. Al principi hi havia només un gen, i mitjançant successives duplicacions, al final s’han creat molts gens diferents de globines, que tenen funcions lleugerament diferents, o en llocs i moments diferents (ex: hemoglobina, haptoglobina...).
Si un individu té el mateix canvi estructural en els dos cromosomes homòlegs, aquests continuen sent homòlegs en tota la seva longitud. Per tant no hi ha cap problema quan s’aparellen en la meiosi, poden recombinar bé, i tots els gàmetes són funcionals.
Però si un individu és heterozigot per un canvi estructural, quan els cromosomes homòlegs s’aparellen han de formar un bucle asinàptic en aquelles regions que no es troben als dos cromosomes (el bucle es forma en aquell cromosoma que té més DNA, en la regió que no es troba en l’altre). Això acostuma a produir gàmetes descompensats genèticament, normalment un 50%, que no són funcionals. En aquests casos, no es complexen les freqüències de recombinacions esperades en els gàmetes, ja que només la meitat són funcionals.
En resum, els canvis estructurals en heterozigosi, tot i que no són tan greus com en homozigosi, provoquen problemes en la meiosi i la formació de gàmetes. No són avantatjosos evolutivament.
Duplicacions Les duplicacions sorgeixen quan un segment cromosòmic es replica, per error, dues vegades, o quan es produeix un entrecreuament desigual en zones que no estan perfectament aparellades*. En general, les duplicacions no solen ser molt deletèries.
*L’entrecreuament desigual en zones que no estan perfectament aparellades passa entre zones duplicades que tenen la seqüència igual però es troben en alçades diferents del cromosoma. Els gens que es troben entre aquestes zones duplicades són les que es veuen duplicades en un cromosoma i delecionades en l’altre: Altres: Inversions Les inversions es caracteritzen perquè un segment cromosòmic gira 180 ° respecte a la resta del cromosoma, amb la consegüent inversió de la seqüència gènica allà continguda. No hi ha evidència experimental de l'existència d'inversions terminals.
Translocacions Les translocacions són canvis cromosòmics estructurals, caracteritzats pel canvi de posició dels segments cromosòmics dins del complement cromosòmic. Si bé poden produir translocacions intracromosòmiques o internes, en general ens referim a les translocacions quan es donen intercanvis de segments cromosòmics entre cromosomes no homòlegs.
Si ocorre una translocació del cromosoma 4 al 2, tots els gens que abans estaven al cromosoma 2 i ara estan al 4 canvien de grup de lligament. Per tant, des del punt de vista clàssic, les translocacions canvien els grups de lligament.
A més, en les translocacions hem de tenir en compte l’efecte de posició: una regió eucromàtica amb gens que s’expressen pot ser translocada i anar a parar al costat d’una zona heterocromàtica. Si la heterocromatina s’expandeix cap a la regió translocada, ara aquesta pot passar de ser eucromatina a heterocromatina, i que per tant els gens que abans s’expressaven ara ja no ho facin.
Per la seva naturalesa i conseqüències genètiques, hem de referir-nos a les translocacions recíproques, intercanvis de segments cromosòmics que poden ser asimètrics o simètrics. Els heterozigots per a una translocació recíproca poden produir gàmetes viables o inviables, depenent de l'orientació alternada o adjacent dels centròmers (l’alternada és la que produeix els gàmetes viables, per a més informació mirar els apunts de citogenètica).
Casos especials de translocacions de braç complet són les fusions cèntriques, la dissociació i la fusió en tàndem. La fusió cèntrica implica la unió dels braços llargs dels cromosomes acrocèntrics per formar un cromosoma metacèntric. Aquesta fusió, anomenada també translocació Robertsoniana, produeix una disminució del nombre de cromosomes sense afectar pràcticament a la quantitat de material genètic. El procés invers, pel qual un metacèntric de braços llargs poden donar lloc a dos cromosomes acrocèntrics, es denomina dissociació.
Les fusions en tàndem es produeixen per un trencament en la proximitat del centròmer en un cromosoma, i una altra prop de l'extrem cromosòmic en el segon. Les fusions en tàndem també poden conduir a un descens en el nombre de cromosomes estàndard.
D'altra banda, les fissions centromèriques poden portar a un augment del nombre de cromosomes sense que es vegi alterat el nombre fonamental, és a dir, el nombre de braços cromosòmics grans del complement.
Evolutivament, hi ha hagut espècies que han augmentat o disminuït el seu nombre de cromosomes (n) amb aquests mecanismes.
Segons Revell, totes les aberracions cromosòmiques estructurals són el resultat d'un intercanvi.
Els intercanvis que fallen en el moment de reunir les cromàtides (SCE) donen lloc a delecions.
Els fragments delecionat, llavors, poden invertir-se, translocar-se... Atès que les delecions també poden ser el resultat de ruptures, és difícil decantar-se per un dels dos models. El més raonable és considerar que les delecions poden ser degudes a l'acció d'ambdós mecanismes.
Els trencaments de cadena senzilla (ssb) no solen estar implicades en la producció d'aberracions cromosòmiques. Normalment són reparats als pocs minuts de la seva formació. Per contra, els trencaments que afecten ambdues cadenes (dsb) poden esdevenir aberracions cromosòmiques.
Perquè es pugui produir una aberració cromosòmica s'han d'originar dues lesions en el DNA, que es reparin més o menys al mateix temps, perquè pugui donar-se una reparació errònia. En qualsevol cas, la producció d'aberracions implica necessàriament intercanvis de doble cadena.
Cada cromosoma és una sola molècula de DNA de doble cadena (abans de la replicació). El primer succés en la producció d’una reordenació cromosòmica és una ruptura de doble cadena en dos llocs diferents. Les ruptures de doble cadena són potencialment letals si no es reparen.
Quan es reparen els talls de doble cadena es tornen a unir els extrems trencats.
Si els extrems es tornen a unir pels llocs que estaven units abans, es restaura la situació original.
Si s’uneixen extrems provinents de punts de trencament diferents, es produeix una reordenació cromosòmica que fa que la situació canviï respecte la original. Tot i això, les úniques reordenacions viables són aquelles que produeixen molècules de DNA amb un centròmer i dos telòmers.
Si es perden o es dupliquen fragments “massa grans”, se sol trencar l’equilibri gènic. Els fragments homòlegs repetits situats en un mateix cromosoma o en cromosomes diferents poden participar en entrecreuaments il·legítims.
Les reordenacions cromosòmiques poden classificar-se en dues classes: equilibrades i no equilibrades. En les equilibrades canvia l’ordre gènic, però s’elimina ni es duplica cap fragments de DNA.
INTERCANVIS ENTRE CROMÀTIDES GERMANES (Sister Chromatide Exchange - SCE) Els SCE poden ser identificats com intercanvis recíprocs de segments clars i foscos de cromosomes tenyits diferencials amb Giemsa, produïts per dues rondes de replicació a 5-brom desoxiuridina (BrdU, s’uneix al DNA de nova síntesi i després es tenyeix amb Giemsa, fent que es vegi més clar que el DNA que no té BrdU). L'anàlisi de SCE ha estat àmpliament utilitzat com un indicador de la mutagenicitat dels agents químics, tot i que encara no es coneix exactament quin és el mecanisme subjacent a la formació de SCE.
Sembla raonable argumentar que els SCE es deuen a errors replicatius, en part perquè la replicació és necessària, directament o indirectament, per a la formació de SCE, i perquè la presència de bases alterades halogenades en el DNA també origina SCE. És interessant assenyalar que els SCE són produïts per una replicació errònia d'un motlle alterat (que contenen, per exemple, CldU o BrdU en lloc de timidina), més que per errors causats per la incorporació d'una base alterada.
Dels diferents models proposats per explicar com es produeixen els SCE, el descrit per Painter (1980) sembla ser el més convincent. Segons aquest model, un motlle de DNA alterat pot produir un bloqueig de la replicació i, en les regions bloquejades, es pot donar la recombinació entre cromàtides germanes.
Quan diem DNA alterat no ens referim a un canvi de base, sinó a la unió d’adductes a algunes bases. Un adducte és un radical estran que s’uneix (a causa de l’acció d’un agent) a una base (també es poden unir a aminoàcids, en proteïnes). Quan un DNA té adductes grossos o voluminosos (bulky) i no són reparats, bloquegen la replicació, i aquesta es queda aturada.
Aquest bloqueig facilita l’intercanvi de cromàtide germanes. Amb adductes més petits hi ha menys possibilitats de que es produeixi un SCE.
A més, Painter també va proposar que si es produeixen retards en la síntesi de DNA d'algun grup (cluster) de replicació, llavors un grup replicatiu arribarà al punt d'intersecció abans que el grup adjacent. Aquests punts d'unió entre clusters replicats i no replicats serien més susceptibles a les ruptures, perquè el fet que un clúster vagi avançat respecte l’altre crea tensions en el DNA.
Llavors els punts d’unió són tallats per part de les topoisomerases per relaxar la tensió de la molècula de DNA sotmesa a un superenrotllament, i a l’hora de resoldre aquests talls i tornar a unir el DNA, es pot donar l’intercanvi de cromàtides germanes.
El fet que en una mostra hi hagi molts SCE és el reflex d’una inestabilitat cromosòmica important en l’individu, que pot acabar provocant alguna patologia. Per això, els SCE s’han fet servir d’indicadors per fer prediccions de risc de càncer. De la mateixa manera, hi ha altres treballs que utilitzen com a indicadors de carcinogènesi els intercanvis, les aberracions cromosòmiques...
Més recentment, hi ha treballs que relacionen la presència de micronuclis amb carcinogènesi.
Òbviament, això no s’ha observat en només una persona, sinó que s’han estudiat poblacions molt grans, i s’ha vist com aquests casos es repetien molts cops.
Sigui quina sigui la hipòtesi i el que indiquin, els SCE sempre es produeixen durant la replicació, i més específicament, a nivell molecular es produeixen just o molt a la vora de la forquilla de replicació. És a dir, es produeixen durant la fase S (és la fase del cicle cel·lular corresponent a la síntesi del DNA).
Si un agent mutagènic és S-independent, vol dir que aquest agent té una acció sobre el DNA que no depèn de la fase de síntesi. Si un agent és S-dependent, només pot actuar en la fase S, ja que si el DNA no està replicant no el pot afectar.
Normalment, els agents S-independents són inductors pobres o molt pobres d’intercanvis. En canvi, els agents S-dependents incrementen moltíssim la freqüència d’intercanvis entre cromàtides germanes.
En suport d'aquesta hipòtesi, un estudi de Lugo et al. (1989) va demostrar que tant els SCE espontanis com els induïts per ciclofosfamida generalment ocorren entre replicó. De tota manera, i malgrat que el model de Painter sembla apropiat no només per explicar la formació dels SCE, sinó també per explicar les aberracions cromatídiques induïdes pels mutàgens químics, encara es necessiten més estudis a nivell molecular per poder determinar definitivament quin és el mecanisme realment responsable de la producció de SCE. (Una tesi és uan hipòtesi demostrada).
ALTERACIONS CROMOSÒMIQUES NUMÈRIQUES La segregació incorrecta dels cromosomes durant l'anafase mitòtica o meiòtica pot conduir a la formació de cèl·lules filles hiperploides o hipoploides, és a dir, amb cromosomes de més o de menys, en relació amb la dotació normal. La segregació normal, correcta dels cromosomes (o de les cromàtides), requereix de la interacció d'una sèrie d'estructures i processos que no anem a detallar. Ara bé, convé recordar que en els darrers anys s'ha avançat molt en la comprensió de les complexitats del control del cicle cel·lular, en particular de les divisions mitòtiques i meiòtiques.
Alguns canvis estructurals impliquen alteracions numèriques. Hi ha alteracions no poden no permetre que la divisió mitòtica o meiòtica tingui un bon repartiment dels cromosomes a les cèl·lules filles, a causa de que es produeixin males disjuncions o no-disjuncions.
Se sap que hi ha una sèrie de gens que estan implicats en la regulació que una cèl·lula entri en divisió i que la mateixa progressi de manera ordenada. Així mateix, també se sap que el mecanisme de control és molt semblant en espècies tan allunyades com els llevats i l'home. A més de la implicació d'aquest complex procés de control, la segregació cromosòmica normal depèn de les funcions del fus, del cinetocor i, possiblement, de la matriu cromosòmica. S'ha observat que un nivell elevat de topoisomerasa II està associat amb la matriu i que això és essencial perquè passi una segregació normal. Així, la decisió d'alguns cromosomes en associarse amb el fus, l'absència de cinetocor o d'un cinetocor funcional, la formació d'una topoisomerasa II mutant, o una fallada en la separació centromèrica poden conduir a la no disjunció cromosòmica.
Aquestes són algunes de les vies que poden donar lloc a la aneuploïdia i és molt interessant poder comprendre com els agents físics i químics interfereixen en la divisió cel·lular i quines són les conseqüències d'aquestes pertorbacions. Fins al moment present ja s'han identificat alguns compostos químics que indueixen clarament aneuploïdia. En general, es tracta de compostos que interfereixen amb la formació normal del fus mitòtic (meiòtic), com ara, per exemple, la colquicina, la vinblastina i el nocodazol. Cal assenyalar que els agents clastogènics també poden induir aneuploïdia funcional com a resultat de reordenacions i subsegüents segregacions cromosòmiques.
PROPORCIÓ DE ZIGOTS AMB ABERRACIONS FIGURES I ESQUEMES EXPLICATIUS DEL TEMA Les translocacions recíproques són les més negatives. Les no recíproques, a curt termini es perden.
En els cromosomes dicèntrics no hi ha cap centròmer més important que l’altre. Són cromosomes inestables, que a curt termini es perden o es trenquen.
Una fissió pot carregar-se un cromosoma. Però a vegades es poden obtenir dos cromosomes metacèntrics, un amb els braços llargs i l’altre amb els braços curts. Normalment el cromosoma dels braços cruts es trenca, i genera fragments que es perden.
El cromosoma metacèntric amb els dos braços iguals se l’anomena isocromosoma.
Als gaps se’ls pot anomenar discontinuïtats, forats... i a vegades lesions acromàtiques (ja que si s’observen les cromàtides amb diverses tincions, els llocs amb un gap no es veuran, mentre que la resta de cromosoma sí que es veurà d’algun color).
...



Comentario de gemmamb en 2015-03-14 12:47:57
Trobo que són uns comentaris molt encertats, ajuden a entendre bé el temari! Gràcies