1

Variación Genética

Mutaciones y Polimorfismos

Dra. Mildred Jiménez

El código genético

2

El Código Genético Cómo 4 nucleótidos: A, U, C, G (4 letras) podían

especificar 20 aminoácidos diferentes (20 palabras)

Si se tienen 4 nucleótidos y se toman de dos en dos se tienen solo 16 aminoácidos (16 palabras)= (42)

Si se toman de tres en tres se tienen 64 palabras= (43)

Evidentemente con un código de tripletes se tienen más de las 20 palabras necesarias, pero es más simple que un código de 4 letras

Se realizó una ingeniosa investigación analítica que permitió establecer que el código es de naturaleza ternaria

Características del código genético

El código no contiene ambigüedades: cada codón (palabra de 3 letras) especifica solo un único aminoácido

El código es degenerado: la mayoría de los aminoácidos (18) son especificados por más de un codón

El código tiene signos de puntuación de inicio y fin: son necesarios determinados codones para iniciar (AUG) y terminar la traducción (UAA, UGA, UAG)

La traducción de una ARNm procesado siempre inicia con el codón que especifica para la metionina. Por lo que la metionina es el aa amino-terminal de las cadenas polipeptídicas, aunque muchas veces es removido antes de que se complete la síntesis proteíca.

La metionina establece por lo tanto el marco de lectura

ARNm maduro, ARNr y ARNtMetionina (AUG)Codones “stop” o “sin sentido” 5

La unión entre codón y anticodón permite que se de la unión del aa adecuado a la cadena, por medio de un enlace peptídico al grupo carbixilo terminal. Igualmente se da 5’ -> 3’

Codones de terminación: UAA,UAG,UGA

6

Proceso Post-Traduccional

La cadena polipeptídica (producto primario de la traducción) adquiere la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria

Adición específica de grupos P y carbohidratos

Eliminación de secuencias señal

Split de una molécula inicial

7

8

Introducción La secuencia de ADN nuclear es 99.9% idéntica entre dos individuos

Diferencias en la secuencia de ADN: poco o ningún efecto sobre el fenotipo directamente responsables de causar enfermedad

Concepto de enfermedad genética

Enfermedad genética

La enfermedad genética es la más obvia y muchas veces la más extrema de las manifestaciones de las diferencias genéticas, en un entorno de variabilidad genética enteramente normal.

9

10

Naturaleza de la mutación en humanos

Mutación:

Cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos o en el rearreglo del ADN.

11

12

13

14

Agentes Mutagénicos Radiaciones Ionizantes: rayos X, alfa, beta,gamma, reacciones nucleares. Alteraciones de las bases nitrogenadas, pueden romper los enlaces fosfodiester.

 Radiaciones no ionizantes: rayos UV. Favorecen la formación de enlaces covalentes entre dos pirimidinas continuas

Sustancias químicas Acido nitroso: desamina ciertas bases, por ej. cambio de C a U.

Hidroxilamina: añade grupos hidróxido. Agentes alquilantes: añaden grupos metilo, etilo, etc.Todos estos procesos modifican las bases nitrogenadas y favorecen el emparejamiento con bases diferentes de las complementarias.

15

16

17

18

19

20

21

Mutaciones 3 categorías:

1. Mutaciones genómicas (# cromosomas)2. Mutaciones cromosómicas (estructura

de cromosomas individuales)3. Mutaciones génicas/moleculares

(genes individuales)

22

23

No todas las mutaciones tienen consecuencias clínicas

cambio no altera la secuencia de aa

cambio de aa no altera las propiedades del polipéptido

Mutaciones en líneas germinales: Cambio heredable

Mutaciones somáticas: Mosaico somático (ej: Cáncer), No se transmiten a la siguiente generación

24

Mutaciones genómicas

Alteraciones en el número de cromosomas: Aneuploidía

Errores en la segregación de cromosomas durante meiosis o mitosis

Mutación más común en humanos (1/25-50 divisiones celulares)

Abortos espontáneos Comunes en células cancerosas

25

26

27

Mutaciones cromosómicas

Alteración en la estructura de los cromosomas individuales

Desbalances que implican solamente parte de un cromosoma (d,i,t…) que pueden ser espontáneos o consecuencia de segregación anormal de crm translocados

1/1700 divisiones celulares Generalmente incompatibles con la vida o con reproducción normal.

Células cancerosas

28

29

30

31

Mutaciones génicas Alteran genes individuales Sustituciones, deleciones e inserciones a pequeña escala

2 mecanismos básicos Errores en la replicación del ADN Mutaciones durante la reparación de errores del ADN

32

33

34

35

36

37

38Errores del marco o cuadro de lectura

39

Bases moleculares de las mutaciones y su detección

40

Sustituciones nucleotídicas

Mutaciones de punto (1 pb)mutación de cambio de sentido(missense)

Errores en promotores, etc

50% de las mutaciones causantes de enf

Ejemplo: Hemoglobinopatías

41

Mutaciones en las terminaciones de las cadenas

Destrucción de un codón stop (UAA,UAG,UGA)

Creación de un codón stopmutación sinsentido (nonsense)

No afecta la trascripción Aprox. 12% de las mutaciones causantes de enf El producto traducido puede ser degradado rápidamente

42

Mutaciones en el splicing del ARN

Mutaciones en secuencias para spliceosomas Daño a los sitios existentes Creación de sitios nuevos competencia

10% de las mutaciones

“Puntos calientes” de mutaciones (Hot-spots)

43

Son puntos o zonas dentro del genoma donde se concentran mutaciones con una frecuencia mayor que la esperada si se distribuyeran al azar.

Ejemplo: en el gen lacI hay una zona especialmente “caliente” cerca de la base 200, donde la probabilidad de encontrar mutaciones es muy superior a la del resto de la secuencia de ADN de ese gen.

Explicación: algunas bases, dentro de un determinado contexto de secuencia, son modificadas químicamente por acción de alguna enzima (normalmente una metilasa), y ello provoca una mayor susceptibilidad a la aparición de mutaciones puntuales

44

Deleciones o inserciones pequeñas

1/4 de las mutaciones Afectan pocos pb Número NO múltiplo de 3 y en secuencia codificante ==> mutaciones de marco de lectura

Número múltiplo de 3 ==> agregación o eliminación de un aa en el producto final

45

Deleciones e inserciones grandes 6% de los casos Se detectan por Southern Blotting Deleciones

Gen de la distrofina en el crm X --> DMD (60%)

Una de las cadenas de alfa globina en crm 16 --> Alfa talasemia

Inserciones Más raras Gen del factor VIII (hemofilia A)

46

Deleciones y duplicaciones causadas por recombinación

Entre secuencias de ADN altamente similares o idénticas Familias multigénicas

Alfa talasemia, defecto en la densidad de los receptores de lipoproteína, en la hipercolesterolemia familiar

47

Cuando los miembros de estas familias se encuentran uno a la cola del otro en la misma región cromosómica, pueden a veces desalinearse y emparejarse incorrectamente en la meoisis (2 pares homólogos) o en la mitosis (2 cromatidas hermanas)

48

Regiones de repeticiones de trinucleótidos que se expanden e interfieren con la expresión normal de un gen

Enfermedad de Huntington Síndrome del X frágil

49

Defectos generalizados en la reparación del ADN

Papel de las enzimas replicadoras y reparadoras del ADN en la vigilancia y prevención de las mutaciones

Xeroderma pigmentoso Ataxia telangiectasia Anemia de Fanconi Síndrome de Bloom Cancer de colon no poliposo hereditario (autosomico dominante)

Autosómicos recesivos

50

Nomenclatura de las mutaciones

Prefijos g --> ADN genómico c --> ADN complementario

T AUG CGC si A= 1 ==> T= -1 No hay 0

Cambio de base ==> c.G1444>A ó Nt1444 G>A

Inserciones ==> c.1277-1278insTATC

Deleciones pequeñas ==>1524-1527del

Missense ==> Glu6Val ==> Glutamato por Valina HbS

Stop ==> Gln39X ==> Glutamina por codon terminacion B talasemia

51

52

53

54

El gen SOX9 Codifica para el factor de transcripción que hace que los condrocitos produzcan el colágeno tipo II normal del hueso, a través de la activación del gen COL2A1.

Si alguna de las copias del gen SOX9 está mutada no se activará la transcripción del gen COL2A1 de manera que se producirá un colágeno anormal

56

Diversidad Genética Humana

57

Diversidad Genética Humana

Mutaciones: Deletereas Selectivamente neutrales

100 cambios de pb / zigoto

Mayoría en regiones no codificantes

Aseguran diversidad genética e individualidad Patrón de tinción de crom Variaciones en proteínas Enfermedad …

58

59

Concepto de polimorfismo genético

Alelos que se encuentran en > 3% de la población general ==> polimorfismo genético

Alelos <3% ==> variantes raras.(*) La mayoría de las mutaciones deletéreas que llevan a enfermedades genéticas son variaciones raras.

Variaciones en regiones entre genes o en intrones ==> Inconsecuentes y detección por análisis directos del AND

Variaciones en regiones codificantes ==> variantes proteicas ==> diferentes fenotipos

Polimorfismos de importancia médica ABO, Rh Polimorfismos de susceptibilidad, factor de riesgo o protección.

62

RFLP Restriction Fragment Length Polymorphisms

No todas las personas tienen la misma distribución de sitios de restricción

RFLP ==> variaciones en los sitios de restricción detectados

63

64

65

SNPSingle Nucleotide Polymorphisms

Clase más general de polimorfismos, forman hasta el 90% de todas las variaciones genómicas humanas

Se detectan los SNPs no solo los que dan cambio en los sitios de restricción

Detección por secuenciación o análisis de restricción

Los SNP que se encuentren en regiones no codificantes pueden tener consecuencias en el proceso de traducción, sobre todo en procesos como el splicing, la unión de factores de transcripción o modificando la secuencia de RNA no codificante.

66

67

68

69

70

71

VNTR

Variable Number of Tandem Repeats: inserción, en tandem, de múltiples copias de una secuencia de ADN de 10 a 100 pb, en el ADN entre dos sitios de restricción.

DNA fingerprinting Repetición de secuencias altamente variables llamadas Microsatélite

72

Microsatélites SSR (Short Sequence Repeat) STR (Short Tandem Repeat) Secuencias de ADN en las que un fragmento (de 1 a 6 pb) que se repite de manera consecutiva.

La variación en el número de repeticiones crea diferentes alelos, los cuales se distinguen entre sí por la longitud total del fragmento.

73

74

75

• Ciencia forense. Comparar sospechosos con muestras de sangre, cabello, saliva o semen.

• Identificación de restos humanos por comparación con muestras de familiares.

• Pruebas de paternidad. • Estudiar la compatibilidad en

donaciones de órganos. • Estudios de evolución de

poblaciones animales salvajes. • Estudio de la composición de los

alimentos. • Generación de hipótesis sobre las

migraciones humanas en la migración.

• Identificación de inmigrantes y personas indocumentadas.

Aplicaciones

76