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Explicación de TP Nº 1
Técnicas de biología molecular
utilizadas en el diagnóstico de
enfermedades hereditarias
Química Biológica Patológica
Dra. Mariana L. Ferramola
2016
Dogma central de la biología molecular:
El ADN es la molécula responsable de contener
toda la información genética de un ser vivo.
Conceptos básicos en genética:
Gen
Alelo
Haplotipo
Locus (loci)
Mutación
Genotipo
Fenotipo
Natural, común o salvaje.
Alelos variantes o mutantes.
Desórdenes
genéticos
Cromosómicos.
Monogénicos o
mendelianos.
Multifactoriales.
Conceptos básicos en genética:
Desórdenes
monogénicos:
Homocigotas
Heterocigotas
Heterocigotas
compuestos
Correlación entre Genotipo y Fenotipo:
Heterogeneidad
genética
Heterogeneidad alélica.
Heterogeneidad de locus.
Heterogeneidad
genética.
Heterogeneidad
fenotípica.
Formas de herencia de los trastornos monogénicos:
Autosómica. Ligada al cromosoma X.
El gen afectado se
localiza en un autosoma.
En general, estos
trastornos afectan por
igual a hombres y
mujeres.
El gen afectado se localiza en
el cromosoma X.
La incidencia en hombres y
mujeres es diferente,
dependiendo de si es de
herencia recesiva o
dominante.
Un trastorno monogénico es aquel que está determinado
principalmente por los alelos localizados en un único locus.
Variación genética:
mutación y
polimorfismo.
Mutaciones:
“Cualquier cambio en la secuencia de un nucleótido
o en la organización del DNA”
Genómicas
Cromosómicas
Génicas
Mutaciones
“No todas las mutaciones tienen consecuencias
clínicas”
Tipos de mutaciones génicas:
Deleciones e
inserciones
Pequeñas (pueden producir
corrimiento del marco de
lectura).
Grandes (afectan la estructura
génica).
Deleciones e inserciones grandes:
Tipos de mutaciones génicas:
Deleciones e inserciones pequeñas:
Sustituciones
de nucleótidos
(puntuales)
Mutaciones de cambio de sentido
Mutaciones sin sentido
Tipos de mutaciones génicas:
Mutaciones del procesamiento
de ARN
Mutaciones de cambio de sentido (missense) y sin sentido
(nonsense):
Polimorfismos:
Son aquellas variantes alélicas tan comunes que se
encuentran en una frecuencia mayor al 1% en la
población general.
Aplicaciones: Forenses
Filiación
Medicina
Tipos de polimorfismos:
SNPs, Inserción-Deleción (STR, VNTR), RFLP
Tipos de polimorfismos: de longitud de los
fragmentos de restricción (RFLP).
Se deben a cambios en la secuencia del DNA que
modifican los patrones de corte de las endonucleasas
de restricción.
Han sido muy
utilizados como
marcadores
genéticos, es decir
para determinar la
presencia/ausencia
de una
enfermedad/alelo
mutado en
individuos .
Métodos de análisis de
los ácidos nucleicos.
Conceptos básicos en biología molecular:
Endonucleasas de
restricción
Electroforesis
Sonda
Hibridación
Ligación
Polimerasas
Cebadores
Transferasas
Endonucleasas de restricción:
Son enzimas que cortan la molécula de DNA doble cadena
(dsDNA) en lugares definidos por la secuencia de nucleótidos,
produciendo fragmentos de DNA definidos.
Endonucleasas de restricción:
Cuando se somete un fragmento de DNA a restricción con una
endonucleasa, esta genera fragmentos definidos, que
dependen del patrón de corte de la enzima.
Separación de ácidos nucleicos mediante
electroforesis en gel:
Geles de
poliacrilamida
� Alta resolución.
� Separan fragmentos de DNA
<500pb.
Geles de
agarosa
� Baja resolución.
� Separan fragmentos de DNA
de entre 300 a 10000pb.
Separación de ácidos nucleicos mediante
electroforesis en gel:
Separación de ácidos nucleicos mediante
electroforesis en gel:
Sondas de ácidos nucleicos:
Molécula de DNA o RNA marcada, usada para
identificar secuencias complementarias mediante
hibridación.
Marcación de sondas
Interna
Externa
Radiactiva
No radiactiva
Marcación de sondas de ácidos nucleicos:
DNA polimerasas
Marcación
interna:
� Desplazamiento de
mella (*dNTP).
� Random primer
extension (*dNTP o
*cebador).
Automatizada
� Sondas de
oligonucleótidos
(*dNTP).
Marcación por desplazamiento de mella:
Nick translation.
OH P
Marcación por elongación de cebadores
aleatorios: random priming.
Marcación de sondas de ácidos nucleicos:
Polinucleótido quinasa
Marcación
Externa:
� Marcación con 32P
en extremo 5’,utiliza
γ[32P]-ATP.
� Marcación no
radiactiva.
Transferasa terminal
� Marcación con 32P en
extremo 3’, utiliza
α[32P]-ATP.
� Marcación no
radiactiva.
Marcación externa: Polinucleótido quinasa
Marcación externa: Transferasa terminal.
Marcación de sondas de ácidos nucleicos:
Formas de marcación
de sondas de ácidos
nucleicos: Radiactiva
y no radiactiva
Hibridación de ácidos nucleicos:
Las hebras
complementarias de
ácidos nucleicos
pueden separarse
(desnaturalización) y
dadas las condiciones
adecuadas pueden re
asociarse
(hibridación).
Hibridación de ácidos nucleicos:
Factores que afectan la velocidad y especificidad
de hibridación:
� Longitud del acido nucleico.
� Composición de base.
� Fuerza iónica.
� Viscosidad.
� Temperatura
� Presencia de agentes desnaturalizantes.
� pH
Hibridación con sondas de ácidos nucleicos:
Las reacciones de hibridación con sondas de DNA son tan
sensibles y selectivas que pueden usarse para detectar
secuencias complementarias cuya concentración sea incluso
de 1 sola molécula por célula.
Hibridación:
Rigurosa (bajo condiciones
astringentes).
Poco rigurosa (bajo condiciones
no astringentes).
Longitud de una
sonda:
Desde 5 hasta miles de
nucleótidos
Hibridación con
sondas de ácidos
nucleicos:
Hibridación con sondas de ácidos nucleicos:
Métodos de análisis de ácidos nucleicos
que utilizan sondas.
Transferencia Southern
Transferencia Northern
PCR-ASO (Dot/Slot-
Blot)
Análisis de DNA.
Análisis de RNA.
Revelado mediante
sondas ASO.
Transferencia Southern:
Se utiliza para analizar
fragmentos de DNA
generados por digestión
con enzimas de
restricción.
Transferencia Southern:
Transferencia Southern:
Principales usos:
� Detección de secuencias
relacionadas ( ej. familias de genes).
� Detección de deleciones e
inserciones grandes causantes de
enfermedades (ej. Distrofia
muscular de Duchenne).
� Identificación de individuos
mediante VNTR.
� Detección de RFLP.
Se utilizan sondas de gran tamaño, con grados de
actividad variable, dependiendo del uso.
Tipos de polimorfismos: de longitud de los
fragmentos de restricción (RFLP).
Se deben a cambios en la secuencia del ADN que
modifican los patrones de corte de las endonucleasas
de restricción.
Han sido muy utilizados como marcadores genéticos, es
decir para determinar la presencia/ausencia de una
enfermedad/alelo mutado en individuos .
1. Extracción de ADN
2. Digestión con la Enzima de Restricción apropiada
3. Separación de los fragmentos por electroforesis y
transferencia a membrana (Southern Blotting)
4. Hibridación con la sonda especifica y revelado.
5. Análisis de los resultados
RFLP: detección
mediante
Southern
Blotting
RFLP: detección mediante Southern Blotting
Utiliza una sonda que hibrida en una región conocida, pero no tiene
relación con la mutación que produce el trastorno.
De gran utilidad cuando no se conoce la mutación que produce el
trastorno.
Permite el seguimiento de alelos mutados dentro de una misma familia.
Para su utilización, el polimorfismo y el gen a estudiar deben estar
ligados (separados por una distancia no mayor a 106 pb).
RFLP: PCR-RFLP
• Más simple y
económico que el
RFLP tradicional.
• Se requiere mayor
información de la
zona donde ocurre la
mutación.
• Generalmente es
la mutación que
genera el trastorno
la que da lugar al
polimorfismo.
RFLP: PCR-RFLP
PCR-ASO: Dot Blot
Se utiliza para detección de mutaciones puntuales,
principalmente aquellas que no modifican el patrón de
restricción de una secuencia de nucleótidos.
Revelado: Sondas ASO
Condiciones de hibridación
de elevada astringencia.
Consiste en el análisis de mutaciones
puntuales utilizando la hibridación de
sondas ASO. Se basa en el principio de que
la presencia de UN SOLO ERROR DE
APAREAMIENTO entre un nucleótido de la
sonda y el ADN blanco es suficiente para
desestabilizar el híbrido.
Se trata de una de las primeras técnicas
utilizadas para el análisis de mutaciones
puntuales CONOCIDAS sobre fragmentos
amplificados de ADN.
PCR-ASO
1. Amplificación por PCR del fragmento de interés.
PCR-ASO (PCR-Sondas Alelo Específicas)
2. Dot Blot: desnaturalización y transferencia de los productos
amplificados a una membrana.El producto de PCR se
desnaturaliza (NaOH
2N y 95 °C). Se añade
a los pocillos donde
el vacío impulsa el
pasaje de la solución
a través de la
membrana (nylon o
nitrocelulosa).
La membrana se seca
entre filtros durante
una hora a 80° C en
estufa (o por cross –
linker).
PCR-ASO (PCR-Sondas Alelo Específicas)
3. Hibridación de las sondas ASO marcadas, específicas y
complementarias para la secuencia de interés.
Pre-hibridación: solución de SDS y ADN de
esperma de salmón desnaturalizado.
Bloquea la membrana para evitar
reacciones inespecíficas (2h a 37°C).
Hibridación: sonda normal y mutada (8h
a 37°C).
PCR-ASO (PCR-Sondas Alelo Específicas)
4. Revelado: dependiente de la marcación utilizada.
Interpretación e informe:
Individuo 1: +/- : Heterocigota para la mutación.
Individuo 2:-/- : No presenta la mutación.
Individuo 3:+/+: Homocigota para la mutación.
Individuo 4:+/- : Heterocigota para la mutación.
Individuo 5:-/- : No presenta la mutación.
Individuo 6:+/+: Homocigota para la mutación.
Individuo 7:-/- : No presenta la mutación.
Individuo 8:+/+: Homocigota para la mutación.
5. Interpretación e informe.
PCR-ASO (PCR-Sondas Alelo Específicas)
PCR-OLA (PCR-Ensayo de Ligamiento de
Sondas)
1. Amplificación por PCR del fragmento de interés.
2. Desnaturalización del producto de PCR doble cadena.
3.Hibridación de las sondas marcadas (sondas alelo específicas
marcadas con biotina y sonda común marcada con fluoresceína)
4.Ligamiento
PCR-OLA (PCR-Ensayo de Ligamiento de
Sondas)
5.Captura y revelado
PCR-OLA (PCR-Ensayo de Ligamiento de
Sondas)
Estreptavidina
tapizando los wells
Sonda capturada
Ac acoplado a la
enzima+ sustrato
WT M
Métodos de análisis de ácidos nucleicos:
Secuenciación enzimática (método de Sanger).
Se lleva a cabo una reacción de amplificación del DNA en
presencia de los cuatro dNTPs y concentraciones mucho
menores de los cuatro análogos ddNTPs, que dan lugar a la
terminación de la síntesis cuando son incorporados.
Resolución de bandas en geles de alta resolución
(poliacrilamida o electroforesis capilar en equipos
automatizados)
Métodos de análisis de ácidos nucleicos:
Secuenciación enzimática.
Métodos de análisis de ácidos nucleicos:
Secuenciación enzimática.
Métodos de análisis de ácidos nucleicos:
Secuenciación automática.
