Tema 7 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura citogenetica
Año del apunte 2014
Páginas 11
Fecha de subida 05/02/2015
Descargas 0

Vista previa del texto

TEMA 7. FORMES PERMANENTS Cromosomes amb una funció concreta o especialitzada.
7.1. Cromosomes sexuals És important diferenciar entre determinisme del sexe i diferenciació sexual.
Determinisme conjunt de factors i mecanismes genètics que fa que hi hagi una diferenciació entre el sexe femení i masculí.
Diferenciació parlem de la diferència fenotípica, l’expressió fenotípica de la constitució genètica del sexe masculí i femení.
De sistemes de determinació del sexe n’hi ha de: Genètics (hi ha com tres grans blocs) · · · Presència de gens específics (ex: espàrrecs) Haplodiploïdia característic d’himenòpters. Les femelles són diploides i provenen del òvul fecundat i els mascles haploides s’originen mitjançant partenogènesi.
Basats en la presència dels cromosomes sexuals. La majoritària. Els gens responsables de la diferenciació sexual estan continguts en cromosomes determinats (cromosomes sexuals o gonosomes).
No genètics · · · Temperatura a la que es coven els ous Factors Socials. Si a una població amb una relació determinada de mascles femelles que no està en equilibri els organismes intentaran equilibrar el ràtio.
Infeccions de determinats bacteris poden determinar el desenvolupament més cap a un o altre sexe.
El rerefons acaba sent genètic igualment (els canvis de la temperatura afecten a l’expressió del gen).
7.1. Cromosomes sexuals Sistemes de determinació cromosòmica del sexe N’hi ha molts de diferents, el més conegut és el sistema XX/XY (nematodes, mol·luscs, equinoderms, majoria d’artròpodes i mamífers) El sexe femení és el que té la dotació cromosòmica XX i el masculí, XY. Les femelles sempre generen oòcits amb el cromosoma X (sexe homogamètic) i els espermatozoides poden portar en un 50% dels casos el cromosoma X i l’Y (heterogamètic).
· Hi ha una variant, que està determinat per el numero de cromosomes X i el conjunt d’autosomes que és característic de Drosophila: X/A= 1 (femella) X/A=0.5 (mascle) X/A>1 (metafemella) X/A<1 (metamascle) Un altre de diferent és el sistema ZW/ZZ (lepidòpters, tricòpters, rèptils, aus i alguns amfibis). És diferent perquè el sexe homogamètic és el masculí (ZZ) i l’heterogamètic són femelles (ZW).
La masculinitat en el sistema XY depèn de la presència del cromosoma Y, però en el cas del sistema ZW no està clar quins factors ho determinen (si la presència de W determina la feminitat o si depèn de si Z es troba duplicat en mascles).
Sistema XX/X0 (diversos ordes d’insectes i alguns mamífers) Els mascles (X0à heterogamètics) generen espermatozoides que en un 50% dels casos no presenten cromosoma sexual i la resta conté el cromosoma X. Les femelles són homogamètiques (XX).
Sistema X0/XY Un sistema característic d’una única espècie: Microtus oregoni (ratolí de camp).
La presencia de mínim un cromosoma X és essencial per la viabilitat dels l’individus en els quals el sistema de determinació del sexe és cromosòmic i també cal mínim un cromosoma Y per obtenir individus mascles.
En aquest cas sexe femení és X0 i el masculí és XY, per tant, els dos gèneres són heterogamètics pels cromosomes sexuals. S’obtindrà un percentatge (25%) d’individus que seran Y0 si de la mare han rebut el cromosoma 0 i del pare l’Y. Aquests individus són inviables, no tenir X és letal i l’individu no sobreviu. Des del punt de vista de la fitness aquesta situació va en detriment de la viabilitat de l’espècie. Aquest ratolí el que fa és unes modificacions en aquest casos letals: Mascles. Presenten 18 cromosomes (16A+XY). Totes les cèl·lules, presentaran els 18 cromosomes a excepció de les germinals primordials (precursores dels espermatozoides) en les que es produeix una no disjunció (les dues cromàtides segreguen cap al mateix pol) regulada del cromosoma X. La resta de cromosomes segreguen normal. Això produeix unes cèl·lules germinals primordials que han perdut el cromosoma X (16A+0Y) i d’altres que en tenen dos (16A+XXY). Només els gàmetes 16 0Y avancen en la meiosi i produiran gàmetes 8A+Y o 8A+0.
En femelles, s’obtindran uns oogonis modificats que seran 16A+00 o 16A+XX. Només els segons (16A+XX) procediran en la meiosi produint gàmetes 8A+X.
Des de punt de vista meiòtic i de generació de gàmetes l’espècie té un sistema de determinació cromosòmic del sexe XX/XY però no és normal com en el nostre cas.
Sistemes complexes de determinació cromosòmica del sexe Sistema X 1 X 1 X 2 X 2 /X 1 X 2 Y (grup Mantoidea i Herpestes auropunctatus) Les femelles en aquestes espècies representen el sexe homogamètic (X1 X1 X2 X2 = XXAA) i tenen dues parelles de cromosomes X. Els mascles tenen el genotip X1 X2 Y que també es pot representar com a XA . Aquest sistema s’explica com a sistema senzill de sistemes múltiples (complexes).
Com s’arriba a que es fixi aquest sistema? L’origen és el sistema XY/XX. En un moment de la evolució de l’espècie es dóna un intercanvi recíproc (translocació) de material entre el cromosoma Y i un dels autosomes homòlegs. Perquè es fixi el sistema que estudiem a partir d’aquesta modificació cal complir tres condicions: · · · El trosset d’Y que es transloca a l’autosoma ha de contenir els gens que determinen el sexe masculí.
El cromosoma Y que es genera després de la translocació, com que és un derivatiu que té un contingut gènic irrellevant es perd (surt del sistema), és una tendència evolutiva, no passa de cop.
El cromosoma X ha de preservar una regió d’homologia amb el tros de cromosoma Y translocat al autosoma.
Per definició un cromosoma que està representat una vegada en mascles i dues en femella és un cromosoma X i, un que està present en mascles i absent en femelles és un Y. Si aquest sistema de determinació cromosòmica es fixa, les femelles continuaran presentant 2 cromosomes X i els dos autosomes (la translocació no es dóna en les femelles) i els mascles presentaran la dotació cromosòmica que hem explicat. Llavors per definició, l’autosoma amb el fragment d’Y està representat una vegada en mascles i cap en femellesà Y, l’autosoma normal i l’X estan representats una vegada en mascles i dues en femelles à cromosomes X1 i X2.
En el cas de les femelles els gàmetes seran AX.
En els mascles hi ha tres cromosomes homòlegs, per tant, es formarà un trivalent en la meiosi. Hi ha diverses (tres) combinacions de segregació (per força 2:1àun anirà cap a un pol i els altres dos a l’altre). Només una (AX cap amunt i cap avall perquè ve condicionat per la presència de les regions homòlogues que fa que s’orientin de manera que es segreguin així) genera espermes que un cop reconstitueixin el nombre cromosòmic de l’espècie.
Aquest sistema presenta mecanismes que afavoreixen la segregació de alterna de cromosomes sexuals a meiosi I mitjançant la estabilitat de l’estabilització dels mtúbuls. En el trivalent la segregació més estable és amunt, avall amunt (alterna). En canvi els altres dos tipus de segregacions són adjacents, dos seguits cap amunt i un cap avall (aquestes sembla ser que estan desafavorides).
Sistema XX/XY 1 Y 2 (insectes i algunes espècies de mamífers) És derivat del sistema clàssic XX/XY amb una translocació en la que un trosset de cromosoma X es transloca a un autosoma formant un cromosoma derivatiu . El sexe homogamètic és el femení (XX o ) i el masculí és heterogamètic (XY1Y2 o AY) Propietats citogenètiques dels cromosomes sexuals de mamífers.
El cromosoma X humà és gran, ric en gens (més de mil) i entre els molts que presenta conté gens implicats en la oogènesi i foliculogènesi (funció concreta). Preserva dues regions d’homologia amb els cromosoma Y que es troben als dos extrems (PAR 1 i 2: regions pseudoautosòmiques).
El cromosoma Y és un cromosoma petit i molt pobre en gens (100 aprox.) i la majoria estan dirigits a la espermatogènesi. PAR 1 i 2 es troben als extrems també i només en aquestes regions és homòleg amb X. Un tret distintiu del cromosoma Y en mamífers és la presència del gen Sry (sex region Y) que es troba fora de la zona pseudoautosòmica (lliure de recombinació) i la seva presència determina el desenvolupament del sexe masculí.
Aquesta heterozigosi estructural implica que els cromosomes sexual en aquest sistema de determinació del sexe hagin de tenir un comportament diferencial respecte els autosòmics.
Només són homòlegs, i per tant poden recombinar, per PAR 1 (PAR 2 és molt més petita, només recombina un 4% de les vegades). Això fa que el complex sinaptinemal (CS) només s’estructuri en la regió pseudoautosòmica i quedi en forma asinàptica (no aparellament). SRY està just per sota de PAR1 i queda exclòs de la recombinació perquè no hi hagi un canvi que faci que el cromosoma X contingui SRY i pugui passar a la descendència (si passés això es generarien homes amb genotip 46, XX).
Aquests cromosomes han d’establir per obligació mínim un quiasme en PAR1 i/o PAR2.
Hi ha un control de sinapsi o recombinació (que verifica que totes les regions estan aparellades, si hi ha seqüències asinàptiques les cèl·lules ho arreglen o s’eliminen per apoptosi...) que si no es passa activa el punt de control i bloqueja la cèl·lula. Perquè això no passi es forma la vesícula sexual on els cromosomes XY es troben heterocromatinitzats i formant un conglomerat, es solen observar en paquitè com una aglomeració, una maranya i això és el que anomenem vesícula sexual. Això permet (funcions): 1. Evitar les regions asinàptiques (punts de control aparellament) és una estructura molt compactada i evita l’activació del control en paquitè que detecta zones asinàptiques.
2. Fa que el cromosoma X no s’expressi durant el període en el que es troba en forma de vesícula. Això és important perquè cal que el cromosoma X estigui inactivat en paquitè perquè es pugui donar l’espermatogènesi.
No seria necessari formar aquesta estructura si els dos cromosomes no fossin diferents (la formació d’aquesta estructura és conseqüència de l’heterozigosi estructural).
La recombinació meiòtica és un sistema de reparació del DNA però de trencaments induïts per la pròpia cèl·lula. Quan la situació és normal (bivalent homòleg), es donen trencaments de doble cadena que es reparen a través de la invasió de cromosomes homòlegs.
En X i Y es donen els trencaments en hot spots que poden ser en zones fora de les regions PAR.
Aquests llocs trencats, que no es poden reparar perquè no hi ha una cadena complementaria, són reconeguts per un sistema de reparació que el que fa és anar reclutant al llarg dels cromosomes no aparellats diverses proteïnes que fosforilen la histona H2AX que forma part dels nucleosomes d’aquestes regions. Això provoca una cascada de senyalització per heterocromatinitzar el segment i amagar-lo. I aquest fet és el que fa que es formi la vesícula sexual i fa que els cromosomes X i Y s’inactivin.
Hi ha un pic d’expressió gènica en paquitè. Si inactives un segment d’un autosoma pot afectar al procés meiòtic. A la que la cèl·lula detecta una zona en el cromosoma 1, per exemple, que és asinàptica i conté un tall, s’hi posen proteïnes igual i s’heterocromatinitzarà. Això és el que el punt de control detectarà com a cèl·lula amb DNA asinàptic i, per tant, la cèl·lula quedarà bloquejada en aquest punt. El mecanisme d’heterocromatinització dels cromosomes sexuals és el mateix que el mecanisme del punt de control de sinapsi (no hi ha discriminació entre cromosomes sexuals i els autosomes). La diferència és que en els sexuals es descondensaran i al vesícula es desfarà (és una estructura transitòria) en canvi en un autosoma si es detecten zones asinàptiques la cèl·lula es bloquejarà si afecten a gens indispensables per que es produeixi la profase I i no es desbloqueja fins que s’ha arreglat, sinó s’arreglaà apoptosi.
Foto1. Profase primerenca (zigotè segurament).
F2. Es veu la vesícula sexual.
F3. De normal acaben formant un filament perquè solen generar només un quiasme terminal els cromosomes sexuals Mecanismes de compensació de la dosis gènica Això genera una dosi diferent en mascles i femelles.
Els mamífers per compensar la dosi gènica ho han solucionat mitjançant la inactivació d’un cromosoma X. Això s’aconsegueix mitjançant l’heterocromatinització d’un cromosoma X a les cèl·lules somàtiques femenines. El procés s’inicia en les primeres etapes del desenvolupament embrionari. És una inactivació a l’atzar però totes les cèl·lules que deriven de la que ha inactivat un X mantindran el mateix cromosoma X inactivat. Però el procés reverteix a les cèl·lules germinals, han de contenir dos cromosomes X activats.
Inactivació durant les primeres etapes del desenvolupament embrionari Inactivació a l’atzar, un cop produït es manté a tota la línia cel·lular derivada El procés reverteix durant la formació de les cèl·lules germinals.
Corpuscle de Barr és la manifestació citològica de la inactivació del cromosoma X en femelles de mamífers.
Nº corpuscles de Barr= nº cromosomes X – 1 Com es produeix la inactivació? És un mecanisme conservat en mamífers. Existeix el centre XIC, que és un locus situat al centre d’inactivació de l’X i codifica per un trancrit XIST (RNA) que des del centre del cromosoma es va dipositant a sobre del mateix X i es va extenent cap als extrems dels 2 braços del cromosoma. La presència de Xist (el factor inactivador específic de X) genera una sèrie de canvis del DNA al llarg del cromosoma X que provoquen heterocromatinització com: la presència de la variant H2A, hipoacetilacions d’H3 i H4, ubiquitinitzacions d’H2A, metilació d’H3 (modificacions d’Hs) que juntament amb la metilació del DNA, fan que actuïn sobre aquest cromosoma, proteïnes remodeladores de la cromatina que modificaran la configuració del DNA del cromosoma X (l’heterocromatinitzaran).
Com és que només es fa en un dels dos X i perquè es manté a totes les cèl·lules que deriven? El centre XIC codifica per dos transcrits que se situen com dos RNAs antisentit (un és Xist i l’altre Tsix). Hi ha un aparellament, un reconeixement, dels dos centres XIC i en els dos cromosomes es produeix una expressió diferencial dels transcrits. Un inicia la síntesi de Xist i evita la síntesi de Tsix i a l’altre cromosoma passa el contrari: hi ha síntesi de Tsix i, com a conseqüència, la síntesi de Xist queda inhibida.
Només en un es carregarà el transcrit Xist sobre el cromosoma X i s’acabarà heterocromatitzant.
En l’altre la cromatina mantindrà una conformació transcripcionalment activa.
Encara no se sap perquè en un cromosoma s’expressa Xist i en l’altre Tsix després del reconeixement de XIC en els dos cromosomes X (no se sap què té a veure el reconeix amb l’expressió diferencial).
Però sí que se sap que hi ha una maquinaria enzimàtica que preserva aquesta informació epigenètica d’una generació a la següent i per això és clonal.
Notes: · La inactivació de X no és total (entre un 10/15% dels gens s’expressen).
· Això ho presenta qualsevol sp que tingui una heterozigosi estructural entre els cromosomes sexuals.
· Altres estratègies: en Drosophila es multipliquen per dos els gens continguts al cromosoma X de les cèl·lules masculines (també es fa a partir de modificacions activadores de l’expressió gènica). En Nemàtodes no es redueix l’expressió d’un X, sinó que cada cromosoma X redueix al 50% la seva dotació cromosòmica. Té el mateix efecte final que en la majoria de mamífers.
Mecanismes de diferenciació del sexe (simplificat) Les cèl·lules germinals primordials precursores de gàmetes migren a una etapa del desenvolupament embrionari a la cresta genital que ja conté cèl·lules somàtiques.
Això forma una estructura anomenada gònada primordial o bipotencial que té aquests dos tipus de cèl·lules (és l’únic tipus de teixit que es pot diferenciar a testicle o a ovari). El que fa que es desenvolupi cap a ovari o testicle és la presència de SRY bàsicament. Si les cèl·lules de les gònades expressen el producte de SRY produeixen una senyal d’amplificació que acaba donant canvis a la cèl·lula que generarà que es comencin a diferenciar els testicles (cèl·lules de Leydig, de Sertoli...). Si la gònada en aquest moment no expressa el producte de SRY les cèl·lules somàtiques es diferenciaran a cèl·lules fol·liculars i les altres es convertiran en ovaris (per defecte). Les cèl·lules de Sertoli secretaran una hormona antimülleriana (contra el desenvolupament del conducte de Müller cap a un oviducte)à interrelació entre una resposta i l’altra. Posteriorment ja es produeix un desenvolupament secundari amb hormones implicades segons cada sexe que permeten que es desenvolupin els diferents caràcters sexuals secundaris.
L’iniciador del procés és el gen SRY que exclusivament es troba en el cromosoma Y (per això la presència de cromosoma Y implica masculinitat en aquest sistema de determinació del sexe, XX/XY).
Origen evolutiu dels cromosomes sexuals Hi ha una teoria que explica que els dos sistemes majoritaris, XX/XY i ZZ/ZW, evolucionen cap a la heterozigosi estructural. Això té un preu i una avantatge perquè el que fa és aïllar en un cromosoma el locus determinant del sexe. Per tant, aconsegueixes una determinació del sexe molt poc heterogènia perquè no hi ha canvis, sempre es troba en el mateix cromosoma. Tots els models el que proposen és que els sistemes actuals provenen de parells cromosòmics homomòrfics que en un moment determinat de l’evolució van desenvolupar el locus determinant del sexe. A partir d’aquest moment es desenvolupen un seguit d’accions que fan que s’acabi donant una heterozigosi estructural (situació actual).
Trets generals dels canvis que es donen per explicarho: El punt de partida són els cromosomes sexuals homomòrfics (mateixa morfologia). En aquests hi apareix un gen que determina el sexe masculí, en el cas dels humans SRY. Un cop ha aparegut aquest gen en un dels cromosomes, en el que porta el locus determinant del sexe s’hi donen canvis estructurals que inhibeixen la recombinació amb el seu homòleg. Per limitar la recombinació es pot invertir un segment del cromosoma fent que certs locus deixin d’estar alineats, no trobin homologia i no recombinin. També es poden afegir grans blocs heterocromàtics... Un cromosoma que no recombina des del punt de vista evolutiu està dirigit a la pèrdua de funcions i a la degeneració d’aquest. El cromosoma acumula mutacions i, com que no recombina, és un cromosoma amb informació tancada i això fa que vagi perdent activitat. Aquesta degeneració cte implica una agreujament de la heterozigosi estructural i cada cop són més diferents els cromosomes X i Y fins que s’acaba tenint dos cromosomes sexuals completament diferenciats.
Perquè això passi calen dos preceptes imprescindibles: · · El locus determinant del sexe sempre s’ha de quedar en el mateix cromosoma.
Malgrat la diferenciació estructural els dos cromosomes han de mantenir una regió d’homologia perquè es doni com a mínim un quiasme i es pugui donar la segregació sintèlica durant la meiosi I.
Cas en humans (vídeo diapo 22) SOX3 és un factor de transcripció de gens específics i es troba en el proto X i en proto Y. Es transforma en SRY (locus determinant del sexe masculí) i això inicia la cascada de canvis.
El cromosoma X en femelles sí que recombinarà, per tant no acumula mutacions com l’Y perquè no està aïllat i no degenera.
En primats hi ha una incorporació dels gens DAZ, que prové d’un autosoma, al cromosoma Y que ajuden a la espermatogènesi (el procés evolutiu porta a una especialització del cromosoma Y en funcions relacionades amb l’espermatogènesi). Els factors DAZ es van duplicant i es va mantenint la homologia en la zona pseudoautosòmica (gràcies a que un altre autosoma ha donat un fragment que s’ha introduït als extrems dels cromosomes sexuals). La regió pseudoautosòmica s’anomena així perquè se sap que s’han incorporat als cromosomes sexuals a partir d’autosomes evolutivament (no formaven part inicialment del proto X ni del proto Y).
7.2 CROMOSOMES B El dogma de la constància del cariotip es pot aplicar als cromosomes A que formen part del complement cromosòmic normal (A). Hi ha moltes espècies que presenten cromosomes super hoperaris que són accessoris. Són presents en una espècie determinada però la seva mida i nombre és variable i és variable en tots els nivells.
Gènere Aster presenta una gran quantitat de cromosomes A i B. Els B poden presentar diferents morfologies (no són tots iguals). Molta variabilitat en nombre i estructura entre individus de la mateixa sp. Són molt heterocromàtics, no solen codificar per gens, són més aviat blocs heterocromàtics que produeixen fenòmens de recombinació desigual (inestabilitat estructural).Per aquesta raó hi ha tanta variabilitat estructural.
Dinàmica La segregació cromosòmica també queda afectada pel fet de ser tant heterocromàtics, i això genera inestabilitat numèrica poblacional, individual i cel·lular explicat per una tendència a la no disjunció.
Hi ha algunes excepcions de cromosomes B que contenen seqüències de gens que codifiquen per rRNA (18S,5.8S i 28S. També DNA altament repetitiu i transposons). Però aquests gens ja estan distribuïts sobre altres punts del genoma i de forma repetida, no té un efecte important.
No tenen massa unció social.
Origen evolutiu dels cromosomes B Hi ha dues teories per explicar perquè existeixen, que convergeixen o cooperen en la teoria molecular. Una diu que són residus de processos evolutius i l’altra que són residus d’entrecreuaments interespecífics.
La primera es basa en l’anàlisi molecular de seqüències de cromosomes A i B i s’ha vist que ha molta similitud en seqüències nucleotídiques. El que es proposa doncs, és que els cromosomes B deriven dels A que han format un producte residual que és el que s’ha convertit en cromosoma B per, per exemple, polisomies, fragments cèntrics (cromosomes que s’han fragmentat i ha quedat només la zona cèntrica)...
productes de l’especiació.
L’altra, el que proposa és que els cromosomes B provenen de fusions entre espècies diferents, interespecífiques. La fusió o hibridació entre dues espècies diferents però properes (ho aguanten més els vegetals que els animals i per aquest motiu trobem més cromosomes B en vegetals) genera productes híbrids i al llarg de la producció s’ha donat una pèrdua selectiva de cromosomes. Els residus d’aquesta pèrdua serien els cromosomes B (un reducte).
Segurament és una explicació intermèdia de les dues teories.
7.3. Cromosomes nucleolars Parlem de cromosomes amb una funció o estructura diferent als convencionals. Cromosomes que presenten els gens que codifiquen per l’RNAr (per la síntesi de ribosomes i la síntesi de proteïnes al seu torn).
La majoria d’spp només presenten un parell de cromosomes homòlegs portadors d’aquests gens (primats superiors som una excepció i en humans aquests cromosomes nucleolars són els autosòmics acrocèntrics 13, 14, 15, 21, 22). Hi ha una constricció secundària (que connecta el cromosoma amb el satèl·lit) que conté els gens que codifiquen per rRNA i la part terminal correspon a satèl·lits (DNA repetitiu). La mida és diferent entre individus.
Estructura En el nucli interfàsic organitzen el nuclèol, hi ha una regió especialitzada encarregada de la síntesi de rRNA i l’inici de la síntesi (assemblatge) de ribosomes.
El nombre de nuclèols varia al llarg del CC. Al final de la fase G1 les cèl·lules contenen un nuclèol (estructura densa). A mesura que es va avançant en el cicle i en la transmissió de G2 a M es passa de 1 nuclèol a més (es va fragmentant) i a final de telofase i inici de G1 i es va regenerant el nucli interfàsic, es van regenerant els nuclèols fins a formar-ne un per cèl·lula filla.
La fragmentació nucleolar, es dóna de G2 a M i molecularment s’explica per la territorialitat cromosòmica ja que es mobilitzen els gens que codifiquen per rRNA i s’organitzen.
7.4. Cromosomes Holocinètics Són especials perquè les fibres del fus s’uneixen al llarg de tot el cromosoma (presenten centròmer difúsà activitat centromèrica al llarg de tot el cromosoma), no tenen una constricció primària com els cromosomes convencionals.
Són característics d’organismes amb meiosi inversa (la primera divisió és reduccional i la segona és equacional).
...