GENOMA HUMANO

Prof. CRUZ BRICEÑO MARIA

DPTO DE MORFOLOGIA HUMANA

GENOMA

Es el conjunto completo de información

almacenada en el ADN de un organismo, en

particular en cada una de sus células

FUNCIONES:

Incluye:

Proteínas involucradas en el

transporte de proteínas

Proteínas involucradas en los

procesos bioquímicos

Plegamiento de Proteínas

Proteínas inmunológicas

Proteínas estructural

30 ,000

Pares de base : 3x109 pares de bases Genes : 30000

Cromosomas : 22 - X - Y ( 50 – 263Mb)

GENOMA NUCLEAR

Cromosoma

Cantidad de DNA

(Mb)Cromosoma

Cantidad de DNA

(Mb)

1 279 13 118

2 251 14 107

3 221 15 100

4 197 16 104

5 198 17 88

6 176 18 86

7 163 19 72

8 148 20 66

9 140 21 45

10 143 22 48

11 1448 X 163

12 142 Y 51

FILOGENIA

1982

DIFRENCIAS ENTRE LAS ESPECIES

1. Inversiones pericentricas: cromosomas 1 y 18

2. Inversiones paracentricas: 4,5,9,12,15 y 16 del hombre y el chimpancés

3. Inversiones peri y paracentricas: cromosoma 16 del hombre y del gorila

4. Heterocromatina constitutiva

a. Variaciones en la cantidad centromérica en la cuatro especies,

cromosomas 1,9,16,13,15,21,22

b. Diferencias en el tamaño del Y

c. Presencia de otras bandas

5. Presencia banda telómericas terminales en cromosoma X

6. Localización de los organizadores nucleolares

a. Humano: 13,14,15,21,22

b. Chimpancés: 13,14,18,21,22

c. Gorila: 13, 21,22

d. Orangután: 2p, 3p, 7q, 13,14,15 y 22

Inv. pericentrica Fusión Inv. pericentrica

Bandas

telómericas Tamaño del

cromosoma Y

C1 C2 C18 C X C Y

De mono al hombre

Fusión del cromosoma 2p y 2q reduce de 24 a 23 pares de Cromosomas

Cromosomas Comparación con el cariotipo humano

Chimpancé Gorila orangután

1 Ausencia de constricción Ausencia de constricción Ausencia de constricción

2 Fusión telomérica Fusión telomérica Fusión telomérica

3 Similar Similar Inversión pericentrica

4 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Inversión pericentrica

5 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Similar

6 Similar Similar Similar

7 Similar Similar Rearreglo

8 Similar Inversión pericentrica Rearreglo

9 Ausencia de Constricción Rearreglo Rearreglo

10 Similar Inversión pericentrica Rearreglo

11 Similar Similar Similar

12 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Similar

13 Similar Similar Similar

14 Similar Similar Similar

15 Similar Similar Similar

16 Ausencia de constricción Rearreglo Rearreglo

17 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Inversión pericentrica

18 Rearreglo Rearreglo Rearreglo

19 Similar Similar Similar

20 Similar Similar Similar

21 Similar Similar Similar

22 Similar Similar Similar

X Similar Similar Similar

Y Ausencia del segmento distal Similar Similar

TIPOS DENOMINACION CARACTERISTICAS

CODIFICANTE Elementos Propios Elementos accesorios

ARNr, ARNt, ARNm Retroposones Transposones

NO CODIFICANTE

Función estructural Función reguladora Función desconocida

ADNsat centromerico ADN Telomerico Promotores Intensificadores Silenciadores ADN intergénico

SECUENCIAS DE GENOMA NUCLEAR

•SEGÚN SU FUNCION

I. SECUENCIAS CODIFICANTES1. SECUENCIAS CODIFICANTES GENES RNA• Existen 700-800 genes

• RIBOSOMICOS rRNA

• TRANSFERENCIA tRNA

• NUCLEAR PEQUEÑO snRNA

• NUCLEOLAR PEQUEÑO snoRNA

• OTROS: MICRO-RNA miRNA

rRNA: Unidad transcripcional de 45 S (28, 5.8 y 18 S)

Con 30 – 40 repeticiones

Localizado en: 13, 14,15,21, 22 Unidad 5S: 200 – 300 genes1p41-42

miRNA (≈ 22nt)300 genes miRNA (>dentro de intrones), 7 en C13 se transcriben por ARNpol II

pri-miRNA --RN-asa III (DROSHA)---- pre miRNA --- RN-asa(DICER)---miRNA

(núcleo) (Bicatenario) 70 nt (citoplasma) 22nt

FUNCION

Reguladores antisentido

de otros genes

Se enlazan al 3’ UTR del ARMm

Inhiben la traducción

• Reprimen la síntesis

de proteínas del gen blanco

Degrada el mRNA

RNAsn SnRNA U3

RNA espliceosómico

- 44 genes snRNA U6

- 16 genessnRNA U1 locus RNU1 en 1p36.1 (6 - mas de 30repeticiones)

- Genes snRNA U2 locus de 6.1kb RNU2 17q21-22

GENES ARNt497 GENES -- 49 familias

según anticodon

61 codones son reconocidos por

40 tRNA

Loci: todos cromosomas

(excepto 22 y Y)

-6 (4Mb) residen 286

- 1 residen genes tRNA Asn y

Glu

- 7 18 /30 tRNA Cys

GENES ARN

2: GENES CODIFICANTES DE POLIPEPTIDOS

GENES QUE CODIFICAN POLIPEPTIDOS1. Tamaño del gen es Variable 2. Tamaño del exón (<200pb) es independiente del tamaño del gen3. Tamaño del intrón es proporcional al tamaño del genLa fracción del DNA codificante es inversa al tamaño del gen

Correlación entre tamaño de gen – tamaño del producto, con excepciones*

4563 aa

3685 aa

*

*

2. Diversidad de organización intron -exon

3. Tipo de genes:a. Genes idénticos en sentido funcional

Genes de Histonas: http://research.nhgri.nih.gov/histones/web/chrmap.shtml

86 sec. En 10 Cromosoma diferentes (1,2,4,5,6,11,12,15,21,22)

2 grupos grandes en cromosoma 6p 21.3

Genes Ubiquitinas○ Localización en varios cromosomas

○ En serie de repeticiones (cotranscripción / policistrónicos)

○ En unidades monómeras pero unidos a otros genes –Unidades de transcripción biscitrónica

b. Genes similares en sentido funcional Genes muy relacionados pero no son idénticos en su

secuencia

Agrupados / Consecuencia de duplicaciones

Cromosomas diferentes

Genes HOXFamilia génica: grupo de 10 genes en cuatro cromosomas dif.Cromosoma:

13q13-14 Xq13-22 4q11-12 5q31-33

c. Genes relacionados en sentido funcional

• Secuencia sin relación física pero con relación funcional

• Sus productos pueden ser:– Subunidades de la misma proteína

• globina α 11p Globina β 16p

• Ferritina cad. Pesada 11q Cadena liviana 22q

– Subunidades de la misma estructura macromolecular

– Componentes de la misma vía metabólica o de desarrollo • (hidroxilasas)

– Proteínas ligando – receptor

• Insulina 11p Receptor 19p

• Interferon β 9p Receptor 21q

d. Genes bidireccionales / superpuestos / dentro de genes/ policistronicos

No son comunes

Son muy cercanos

d.1. Organización génica bidireccional.

Se transcriben de cadenas opuestas:

○ Genes de reparación de DNA

d.2. Genes superpuestos de forma parcial

Ejm. Genes HLA

d.3. Genes dentro de genes

Localizados dentro de otros genes snoRNA en genes de proteínas ribosomales / proteína nucleolares

Incluidos en intrones de genes grandes Ejm. Gen del factor VIII de la coagulación

Gen RB1

Gen NF1

d.4. Unidades policistrónicas• Grupos > de los Genes rRNA

• Genes UBA52 Ubiquitinas

UBA80 Proteína ribosómica S27 / L40

OGMP: glucoproteina de mielina del oligodendrocito

e. Familia génicas comunesi. Familias génicas comunes:

– Muestran gran homología de secuencia codificante

Ejm.

– Genes de histonas

– Genes de globinas

• α y β

ii. Familia de genes que codifican proteínas

con dominios grandes y muy conservados

• Homología notable en regiones conservadas

• Homología baja en regiones no conservadas

Ejm. Familia de factores de Transcripción del desarrollo

sec conservada codifica un dominio de unión al DNA

iii. Familia de genes que codifican productos

con secuencias conservadas cortas•Familia génica de Caja DEAD = asp – Glu – Ala – Asp

Ejm. Proteína que participan en el splicing

• Familia génica de Caja WD: Triptofano - aspartato (4-16 repeticiones tanden)

(44-66 aa)

Ejm. Proteínas reguladoras: División celular,

Transcripción y Modificaciones de mRNA

Señalamiento transmembranoso

Gli - His Trp - Asp

iv. Superfamilias-Codifican productos relacionados desde el punto de vista

funcional en sentido general y muestran débil homología de

secuencia.

Ejm. - Ig, RCT, HLA

- Globinas: globinas α y β, Mioglobia, neuroglobina

- Receptores acoplados a proteínas G (7 hélice α tm)

v. Familias génicas agrupadas: v.a. Familias génicas organizadas en un grupo

único Organización génica tánden:

○ Genes relacionados en secuencia y función ○ Ejm: Genes RNA: (rRNA, U2, snRNA.

○ Genes polipeptídicos: Poli-ubiquitina

Grupo cerrado: no en tánden, pueden estar○ Agrupados de manera estrecha y regulados por región de

control de locus único (globinas)○ Individuales e idénticos en secuencia y función

Grupo compuesto: relación física, pero no ensecuencia, ni en funciónEjm. Complejo HLA en 6p21.3HLA I y II - Fact. Complemento sérico - Hidrolasas esteroides

v.b. Familia de genes organizadas en múltiples grupos génicos

• Relacionados muy de cerca o distribuidos en (uno), dos o mas sitios cromosómicos

• Similitud alta o baja entre genes de diferentes grupos

Ejm

– Receptores olfatorios (900 unid) : 25 grupos

– HOX (38 copias) 2p,7, 12, 17

– Histonas (61 copias) 10 cromosomas

vi. Familia de génicas dispersas Dispersos y difieren en secuencia (salvo dup)

Los miembros de la familia se origina por:

○ Genomas diferentes:

○ isoformas de proteínas mitocondriales y nucleares

○ Duplicaciones del gen/genoma

Presentan homología secuencial en dominios

Familia PAX

○ Retrotranscripción

En los genes funcionales pueden tener intro y copia procesada funcional

cDNA natural

Características de las Familias multigénicasPoseen genes de copias defectuosas: pseudogenes

• Pseudogenes no procesado en un grupo génico

Pueden originarse por:

– Duplicaciones: alteran regiones codificantes o reguladores No funcional

– Inserciones de secuencia de ADN complementario

Transcripto (sin sec. Promotoras)

transcriptasa inversa

ADNc

– Inserciones de codones terminales

Ejemplo:

- globinas

• Genes truncados y fragmento de genes internos en un grupo génico

mRNA HLA I

Genes de

Cadena pesada

HLA I 6p21.3

- 6 genes

- 4 seudogenes

- Copias génicas

parciales

6p21.3

Contiene : pseudogenes no procesados

Copias de genes truncados

Copias de fragmentos génicos

Origen: Duplicaciones / entrecruzamiento desigual

Ejm. HLA I

• Pseudogenes no procesados en una familia génica dispersa

– Duplicación

segmentaria.

Ej. NF1 (pericentromérico C 1 7q11.2)

PKD (enf poliquística del riñón) (subtelomerico C 16p)

Duplicaciones segmentariasLa duplicaciones segmentarias:

2 o mas segmentos

cromosomicos >1 Kb con >90

% de identidad de secuencia

Tipos:

D. Intracromosomicas: 100Kb

D. Intercromosomicas: 10-50Kb

Pseudogenes procesados: Son mas frecuentes

Caracteriza por :

Extremo 3` con poli A (≈ARNm)

No tiene intrones

Carecen de promotor (no se expresa)

Truncados 5`(falla transcriptasa)

Ejemplos: genes B tubulina, Inmunoglobulina

Mecanismo

de origen:

1. DE REPETICIÓN EN TANDEN

Tipos DNA: Satelite, minisatelite y microsatelites

a. DNA SATÉLITE:

• Repeticiones: simple(1-10 nt) / Complejas (>10 nt)

• 10 al 15% de secuencias repetidas del genoma.

• Secuencias cientos Kb repetidas en tanden

• Mayormente se localiza en la región pericentromérica en

los cromosomas, tiene función estructural, carece de

orígenes de replicación

• La menor parte de DNA Sat. está disperso por todo el

genoma, tiene función amortiguadora de las mutaciones.

II. SECUENCIAS DE NO CODIFICANTES

. DNA Sat. alfoide: : centrómeros

•Unidades de 5-171 pb longitud mll de pb

•Motivo: CTTCGTTGGAAACGGGA

• Fija proteínas centroméricas CENP-B:

•Es específico para cada cromosoma :

. DNA : 68 pb

Cromosomas: 13-15, 21,22,9,1, Y

ADN Sat-1: 42 pb pericentromérico

ADN Sat-3: 5 pb (>cromosomas) conservado

b. ADN MINISATÉLITE : 102 - 103

VNRT : repetición en tánden de número variables

Muy polimórficos,

i. DNA minisatelite hipervariable:

- Presente en proximidades del telómero (otros lugares)

-Secuencias cortas de 9-64pb repetidas en tánden

- Secuencia común GGGCAGGAXG, que constituye una

secuencia señal para la recombinación general

→ identificación de individuos (“fingerprint”)

- No transcriben, excepto MUC1 en 1p -- codifica

proteína polimórfica

ii. DNA minisatélite telomérico 104

- Porción terminal de telómeros:10-15 Kb

- Secuencia repetida:

5’ TTAGGG 3’ dispuesta de 2000 a 10000 veces seguidas

Su longitud varía con la edad de la célula

Espermatozoide tiene 15 Kb

Célula somática 1,2 Kb

Linfocitos en cultivo:

normales 47 7.7 pb menos por año

S. Down 133 5.5 pb menos por año

c. DNA MICROSATELITE: 104

•Muy polimorfico. Localizados por todo el genoma (60Mb)

•Unidades repetitivas: de 2,3 ó 4 (<10) nt

• Comunes: (CA)n/(TG)n una x 36kb) AT/TA (una x 50kb) AG/CT (una x 125kb)

• Raras : CG/GC (una x 10Mb)

•Origen: deslizamiento de replicación

•Raro aparecen en secuencias codificantes excepto trinucleotidos en

ciertas alteraciones hereditarias

CTG exon 1 del FMR1 implicado en S. X frágil

CTG extremo 3’ del gen de la distrofia miotónica

CAG en el gen de Huntingtina del S. Corea de Huntington

(informa una sec. poliglutamina)

Ejemplo: SNP (polimorfismo de un solo nucleótido)

Ejemplos – Una repeticion de 2 pb : GTGTGTGTGT

Una repeticion de 3 pb : CAGCAGCAGCAGCAG

.

...TCCAGACAAGGTGGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTTTCTCCAGTGAGATTTA…

2. DNA NO CODIFICANTE REPETIDO DISPERSO

Retroposones y transposones

A. RETROPOSONES o SECUENCIAS INTERCALARES: 10 - 102

a. LINES: Long interspersed nuclear elements : 1- a 5-kb

• L1 o L1H 6.4 Kb

• Localizados en bandas G , 20,000 a 40,000 Copias

• Origen: ARN transcriptasa inversa ADN integra al genoma

• Existen 3 familias: LINE-1, LINE-2, LINE-3

• Implicado en mutaciones, proveer sitios de recombinación

anormales tanto intra como intercromosómicos

• L1 cromosoma 22 transloca X gen Factor VIII Coagulación

Hemofilia

6.1kb

B. SINES: Short interspersed nuclear elements

• Alu 150 Mb (5% del genoma humano)

•Sitio de restricción 5’AGCT 3’ para enzima Alu I

(Artrhrobacter lacteus)

•Existen 500000 copias de secuencias de 300 pb

•Localizados en las banda R

•Estas secuencias se originaron por retrotranscripción

•ARN 7SL ---Transcriptasa inversaADN que se integra al genoma

ARN: partícula señal ( participa en la síntesis de proteínas)

c. Elementos parecidos a retrovirus con repeticiones terminales largas (RTL): Transposones RTL

Pueden ser autónomos o no autónomos con RTLAutónomos: secuencias retrovirales endogenas(SRE)

Contiene genes gap y pol proteasa, transcriptasa inversa, RNAasa, integrasa

Tipos: SER H (SER humana) 4.6% del genoma , > defectuosos

SER H-K conserva genes retrovirales intactos

SERH-K10 sufre de transposición

No autónomos: MaLR 3.8% del genoma

Carecen de gen pol y a veces del gap

Elementos repetitivos encontrados en Gen de la enzima del hígado,

la oxidasa homogentistica HGO (alcaptonuria)

Modificó de B. Granadino, D. Beltrán-Valero de Bernabé, J. M. Fernández-Cañón, M. A. Peñalva, y S. Rodríguez de Córdoba,

B. TRANSPOSONES: 10 – 102

Móviles, representan 3% del genomas

Codifican una transposasa

Sec. como retrovirus.

Tienen repeticiones terminales invertidas

Ejm. THE humano

MER1

MER2

•Bicatenario circular, 16569 pb (0,5% del genoma)

•Presenta dos cadenas con secuencias de bases diferentes:

Cadena pesada H: rica en G Cadena ligera L: rica en C

•N° ADN: cientos o miles de copias por mitocondria

•Posee poco ADN repetitivo, no intrones

•Expuesto a radicales libres (liberados por Fosforilación oxidativa)

Mutaciones de mayor frecuencia

•Los sistemas de reparación son menos eficientes que los del ADN

nuclear

Código genético diferente al del núcleo

Es transmitido por herencia materna

GENOMA MITOCONDRIAL

GENES MITOCONDRIALES:

37 genes: 28 en la cadena pesada

9 en la cadena ligera

24 codifican ARN: 2 ARNr,

22 ARNt

13 polipeptidos: 7 subunidades del complejo I: ND1- NAD6

1 subunidad del citocromo b

3 subbunidades citocromo oxidasa COI-COIII

2 subunidades de ATPasa: 6 y 8

8 x 4

14 x 2 60 codones

Genes parcialmente

solapados

37 Genes

H : 28

L : 9

22 : ARNt

2 : ARNr

13 : polipeptidos

GENETICA MITOCONDRIAL

A. Responde a un modelo de Herencia Materna

B. Presenta segregación mitótica

C. Muestra una elevada tasa de mutación

Son 10 veces más rápidas que el ADN nuclear