Los Cromosomas y El Cariotipo

8/18/2019 Los Cromosomas y El Cariotipo

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LOS CROMOSOMAS Y EL CARIOTIPO

Los cromosomas son las estructuras en que se organiza la cromatina nuclear y que tienenuna expresión dinámica en las distintas fases del ciclo celular. En la mitosis estasestructuras comienzan un proceso de compactación que alcanza su máximo nivel en lametafase. Los cromosomas se tiñen fácilmente cuando están condensados y pueden serindividualizados con el microscopio óptico. Cada cromosoma contiene una molécula deA ! lineal asociado a distintas prote"nas y el contenido de genes es varia#le aunque estáen relación con su tamaño. $or eso% cualquier alteración en el n&mero o la estructura delos cromosomas puede ser causa de enfermedades. $ara la detección de estasalteraciones se desarrollaron numerosas técnicas y todas ellas requieren de uno#servadorentrenado que las interprete. La citogenética es la rama de la #iolog"a que se encarga delestudio de los cromosomas y sus anomal"as.Los 'umanos tenemos un n&mero total de () cromosomas y este n&mero var"a seg&n lasespecies. Los () cromosomas están constituidos por *+ pares de 'omólogos y cadamiem#ro del par proviene de un progenitor. El cariotipo es la constitucióncromosómicade un individuo y es un estudio de rutina en genética médica. Los cariotipos se puedeninformar presentando todos los pares cromosómicos ordenados de acuerdo a su tamaño%que en un principio eran recortados de la fotograf"a de una metafase% y a'ora se pueden'acer con analizadores automáticos. e los *+ pares% el par de cromosomas sexuales seseñala por separado para indicar el sexo del individuo. $ara citar el cariotipo de unindividuo se indica primero el n&mero total de cromosomas y seguidamente loscomponentes del par sexual precedido de una coma. As"% el cariotipo normal de un varónse escri#e ()%,- y el de una mu er ()%,,. Las anomal"as cromosómicas son una causamás importante de a#ortos espontáneos% retardo mental y malformaciones.

EL CULTIVO CELULAR Y EL PROCESAMIENTO DEL MATERIAL$ara el estudio cromosómico se de#e realizar el cultivo un te ido del individuo donde lascélulas crezcan y se dividan rápidamente. El te ido más accesi#le para ese /n es la sangrey las células que crecen son los linfocitos. La técnica comienza con la toma de unamuestra de sangre periférica por venopuntura con 'eparina como anticoagulante.0e siem#ran alrededor de 12 gotas en un medio enriquecido y se incu#a a +34C durante3* 'oras. La estimulación de la división celular se logra con la adición de un factormitogénico como es la to e!ag"#tinina . $asado ese tiempo% se agrega una solución deco"c icina al medio para detener la división celular y evitar que las células completen lamitosis. La colc'icina act&a in'i#iendo la formación del 'uso mitótico y las células quealcanzan la metafase se acumulan en el cultivo. Luego se agrega una so"#ci$n

ipot$nica que 'ace que las células se 'inc'en y se las 'ace estallar con una técnica degoteo so#re un portao# eto y los cromosomas se li#eran. $osteriormente el material se / ay se tiñen de acuerdo a las diferentes técnicas.

EL %ANDEO CROMOS&MICOCon la técnica convencional de tinción con 5iemsa los cromosomas se tiñen intensamentey en forma 'omogénea y se los puede contar y agrupar por su aspecto general y eso eralo &nico que se pod"a 'acer en los primeros cariotipos. La identi/cación de cadacromosoma vino posteriormente con las técnicas de #andeo. Estas técnicas que generan#andas transversales permiten de/nir a cada cromosoma y estudiar su estructura. Cadacromosoma tiene del patrón de #andas caracter"stico y existen varias técnicas de tincióncon /nes espec"/cos. El #andeo 5 es el más utilizado en citogenética cl"nica.


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El 'an(eo ) se logra con un tratamiento controlado con tripsina antes de la coloracióncon 5iemsa y produce #andas claras y oscuras en los cromosomas. Las #andas oscurascontienen A ! rico en #ases A67 que replica tard"amente y son po#res en genesconstitutivos y las #andas claras contienen A ! rico en 56C que replica tempranamente ytienen muc'os genes constitutivosCuando un cromosoma está más elongado puede mostrar un mayor n&mero de #andas yesto se aprovec'a para estudiarlo con mayores detalles. Esta metodolog"a que permite#uscar alteraciones estructurales m"nimas se conoce como 'an(eo (e a"ta reso"#ci$n yse logra sincronizando el cultivo y con preparaciones 'ec'as en profase o prometafase% esdecir% antes que los cromosomas alcancen su compactación máxima. Los cromosomas enla mitad de la metafase muestran un nivel de resolución de (22 #andas mientras que losde alta resolución alcanzan niveles de resolución de 882 y 'asta de 982 #andas.

7a#la :; Las técnicas de #andeo más usadas.


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TECNICAS DE %ANDEO CROMOSOMICO$roducen patrones de #andas en los cromosomas metaf"sicos


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ESTUDIO DE LOS CROMOSOMAS

%ANDEADO CITO)EN*TICOLa apariencia de los cromosomas al microscopio. $articularmente importante paradistinguir visualmente distintas regiones% llamadas #andas claras y oscuras% que dan acada cromosoma una apariencia &nica. 0irve para estudiar los cromosomas en el cariotipo%para #uscar alteraciones cromosómicas.


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M*TODO S+Y, cariotipo espectra"Es una técnica de la#oratorio utilizada para visualizar los *+ pares de cromosomas'umanaos% en que cada par es pintado con un color @uorescente distinto.-Para .#é se #sa/

uc'as enfermedades están asociadas a anormalidades cromosómicas. $or e emplo%cromosomas en células cancerosas ex'i#en frecuentemente translocaciones% dondefragmentos de cromosomas son trasladados a otros. $ara identi/car tales anomal"as ydeterminar su papel en la enfermedad es importante desarrollar nuevos métodos paradiagnosticar desórdenes genéticos.Los métodos tradicionales tiñen a los cromosomas de #lanco y negro% técnica que sirvepara determinar el tamaño y n&mero. 0in em#argo% no pueden identi/car translocaciones

y otras anomal"as. sando 0F- se ve fácilmente cuando 'ay un cromosoma pintado en uncolor y con un fragmento pintado en otro color.-C$!o tra'a0a/0e preparan colecciones de cortas secuencias de !A sencillo% llamadas sondas.Cada una es complementaria de una &nica región de un cromosoma. Guntas% todasconstruyen un entramado que es complementario a todos los cromosomas. Cada sonda esmarcada con una molécula @uorescente que se corresponde con el cromosoma del que escomplementario. $or e emplo% sondas que son complementarias al cromosoma 1 sonmarcadas con moléculas amarillas% y las del * con ro as.


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Cuando son mezcladas con los cromosomas de una célula 'umana% las sondas se 'i#ridano unen al !A del cromosoma. Al 'i#ridarse% las sondas @uorescentes pintan el con untode cromosomas en los colores del arco6iris. Los cient"/cos pueden usar computadoras paraanalizar los cromosomas pintados para determinar donde ex'i#en translocaciones u otrasestructuras anómalas.

1I%RIDACI&N 2LUORESCENTE in situ 3 42IS15La H:0I es una tecnolog"a reciente que utiliza sondas de !A marcadas con un

@uoróforo para detectar o con/rmar anomal"as génicas o cromosómicas que generalmenteestán más allá de la capacidad de resolución de la citogenética de rutina. En primer lugar%la muestra de !A cromosomas metafásicos o n&cleos en interfaseB se desnaturaliza %


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proceso que separa las 'e#ras complementarias de la estructura en do#le 'élice del !A.A la muestra desnaturalizada se le añade entonces la sonda de interés% marcada con un@uoróforo% que se asociará al !A de la muestra en el sitio diana% en el procesodenominado hibridación % donde se vuelve a formar una do#le 'élice. La señal emitida porla sonda se o#serva mediante un microscopio de @uorescencia y as" la muestra de !A se

puede clasi/car seg&n la presencia o ausencia de la señal.

FISH de metafaseLa H:0I puede usarse so#re células en metafase para detectar microdeleciones

espec"/cas más allá de la capacidad de resolución de la citogenética de rutina% o paraidenti/car material extra de origen desconocido. $uede tam#ién ser de ayuda en casosdonde es dif"cil determinar mediante la citogenética de rutina si un cromosoma tiene unadeleción simple o si está implicado en una reorganización sutil o comple a. Además% laH:0I de metafase puede detectar algunos de los reordenamientos espec"/cos que seo#servan en ciertos tipos de cáncer.

El n&mero de s"ndromes de microdeleción diagnosticados por H:0I está aumentando conrapidez. La sensi#ilidad de estos ensayos es en todos los casos me or que la de lacitogenética de rutina% pero depende del s"ndrome en concreto. En algunos% la sonda esespec"/ca para el gen defectuoso% como en el 0"ndrome de Jilliams% donde el D)K de lospacientes con diagnóstico con/rmado poseen una deleción en el gen de la elastina. Enotros s"ndromes como el de $rader6Jilli Angelman% la etiolog"a es 'eterogénea y lasmicrodeleciones sólo existen en una parte de los casos )2KB.

Síndromes de microdeleción actualmente diagnosticables mediante FISH• 0"ndrome del maullido (cri-du-chat) • 0"ndrome de Fallman

• 0"ndrome de iller6 ieMer • 0"ndrome de Jilliams

• 0"ndrome de 0mit'6 agenis • 0"ndrome de Jolf6Iirsc''orn

• e/ciencia de esteroide6sulfatasa • 0"ndrome de $rader6Jilli Angelman

FISH de interfaseLa H:0I se puede usar so#re células en interfase para determinar el n&mero de copias deuno o varios cromosomas% as" como para detectar algunas reorganizaciones espec"/cas

que son caracter"sticas de ciertos tipos de cáncer. La venta a principal de la H:0I deinterfase es que se puede realizar muy rápidamente si es preciso% normalmente en *('oras% porque no requiere crecimiento de las células. n #uen e emplo es el ensayo deaneuploidía % que se realiza so#re células del @uido amniótico cuando 'ay una fuerteindicación cl"nica de una de las trisom"as más comunes. 0e desnaturalizan los n&cleos dela muestra% se 'i#ridan con sondas espec"/cas para los cromosomas 1+% 19% *1% , e -% y'a#itualmente en *( 'oras se dispone de los resultados. La prue#a de aneuploid"a suele


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incluir tam#ién una citogenética de rutina para con/rmar los resultados o detectarcualquier anomal"a no detectada por la H:0I de interfase.

-6#é es 2IS1/sa moléculas @uorescentes para teñir genes o cromosomas. Es muy utilizada para

mapear genes e identi/car anomal"as cromosómicas.-C$!o se rea"i7a/>odea a la preparación de cortas secuencias de A ! sencillo% llamadas prue#as% que soncomplementarias a las secuencias de A ! o# eto de la investigación. Estas sondas'i#ridan o se unen al A ! complementario y como están marcadas con señales@uorescentes llevan a los investigadores a localizar la secuencia. A diferencia de lamayor"a de las otras técnicas% puede ser usado en células sin dividir usando unprocedimiento altamente versátil.

san + tipos distintos de sondas H:0I% cada una de las cuales tiene distintas aplicaciones;0ondas de locus espec"/cos 'i#ridan una región particular del cromosoma.Este tipo de sonda es &til cuando se 'an aislado una pequeña porción de un gen y se

desea determinar que gen está localizado a'". $reparan una sonda de una de las piezas delos genes y o#servan qué sonda se '"#rida.Alp'oid. Las sondas del centrómero son generadas de secuencias repetitivas encontradasen centrómeros. $orque cada cromosoma puede ser teñido en diferente color% loscient"/cos usan esta técnica para determinar si el paciente tiene el n&mero correcto decromosomas o si 'ay una copia extra de alguno.

sando la muestra de sondas% se pueden generar un cromosoma entero% y general elcariotipo espectral. La imagen a todo color de los cromosomas lleva a los cient"/cos adistinguir entre los cromosomas #asado en sus colores% me or que el #andeado tradicionalen #lanco y negro. Es particularmente &til en los casos en que 'aya 'a#ido unatranslocación al /nal de uno de los cromosomas.


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La li#rer"a genómica comprende un set de una #acteria% cadauna portando pequeños fragmentos de !A 'umano. $arasimpli/car% clones de unos fragmentos representativoscoloreados% se muestran% En la realidad todos los fragmentosmal de/nidos serán tam#ién clonados

En amarillo se señala una delección en uno de los doscromosomas 3 con s"ndrome de Jilliams.

MOR2OLO)8A CROMOS&MICA 9 CARIOTIPO

MOR2OLO)8A CROMOS&MICAEl cromosoma es el material 'ereditario A !B organizado alrededor de unesqueleto proteico% cuyas funciones son las de conservar% transmitir y expresar la

información genética contenida en los genes que porta. En un n&cleo eucariótico cada unode los cromosomas es estructuralmente independiente de los otros% aunque nofuncionalmente% de#ido a las interrelaciones que se esta#lecen entre los mismos. 0uestructura 'a adquirido mayor comple idad a lo largo de la evolución% desde &nicasmoléculas de A ! de simple organización procariontesB% 'asta comple as asociaciones deA ! con prote"nas 'istónicas% que constituyen la cromatina eucariontesB. El cromosomametafásico% como se expresó en el cap"tulo 1% corresponde al estado de máximacontracción de la cromatina% en el cual es posi#le estudiar los caracteres externos talescomo forma% tamaño y n&mero.Estructuras cromosómicas

aB Longitudinalmente en un cromosoma metafásico se diferencian las siguientesestructuras;Te"$!eros, corresponden a la porción terminal de los cromosomas% que si #ienmorfológicamente no se distinguen% cumplir"an con la función espec"/ca de impedirque los extremos cromosómicos se fusionen% manteniendo as" la esta#ilidad de laestructura cromosómica necesaria para la replicación completa de cadacromosoma% y la segregación separaciónB correcta de las cromátidas 'ermanas.


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2or!a (e "os cro!oso!asLas cromátidas permanecen unidas por el centrómero y seg&n la posición del mismo. Loscromosomas se clasi/can en;

Metacéntricos, el centrómero separa #razos aproximadamente del mismo tamaño.S#'!etacéntricos, cuando el centrómero está ale ado del centro y los #razos sondesiguales.Acrocéntricos ;Cuando el centrómero está cerca de uno de los extremos y uno delos #razos es muy cortoTe"océntricos, el centrómero presenta una posición terminal.

Clasi/cación de los cromosomas seg&n la posición del centrómero

Ta!a:o (e "os Cro!oso!asLa longitud de los cromosomas var"a dentro de un amplio rangoN desde +%8 S en

insectos y 8 S de en dicotiledóneas% 'ongos y 'umanos cromosomas cortosB% 'asta +2 S4cromosomas largosB principalmente en monocotiledóneas ortópteros y an/#ios. Enalgunos organismos% unto a los cromosomas de tamaño normal del complemento% sediferencian los microcromosomas de tamaño muy pequeño aves y reptilesB.

Con respecto al anc'o de los cromosomas% raramente excede las + S. El tamañocromosómico de#e ser considerado en términos relativos% ya que el grado de


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compactación o enrollamiento puede variar% de#ido al pretratamiento que se le realiza almaterial para su o#servación al microscopio% y al margen de error propio del proceso demedición.!&mero cromosómico

7am#ién esta caracter"stica es muy varia#le aunque constante y determinada para cadaespecie. En un individuo diploide las células somáticas presentan un n&mero decromosomas Q*nR% cigótico ó somático% mientras que las gametas% producto de la meiosisa partir de una célula *n% presentan la mitad del n&mero cromosómico denominado QnR ógaméticoN en las células diploides cada par de cromosomas está formado por uno deorigen paterno y otro de origen materno.

En un organismo eucarióntico se de/ne como n&mero #ásico% x% genómico% ógenoma% al n&mero de cromosomas diferentes entre s"% y que son indispensa#les para lasupervivencia y desarrollo completo del organismo% estando cada uno de los diferentescromosomas representado una sola vezN en un individuo diploide el n&mero ;!ero (ip"oi(e y serepresenta como ?n . El n&mero de cromosomas de un uego cromosómico y que secorresponde con el n&mero de cromosomas de un gameto de la especie se le denominan>!ero ap"oi(e y se representa como n . 7odos los cromosomas de las célulassomáticas aparecen por pare as de cromosomas 'omólogos uno procedente del padre yotro de la madreB existiendo por tanto n pare as de 'omólogos. Los dos cromosomas'omólogos tienen información para los mismos tipos de genes% aunque no poseen idénticasecuencia de #ases nitrogenadas% ya que en un posición determinada o locus puede


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encontrase la información que determina el color azul de o os mientras que en el'omólogo puede existir información para el color marrón. 0in em#argo% los doscromatidios 'ermanos de un mismo cromosoma poseen exactamente la mismainformación genética la misma secuencia de #ases nitrogenadasB. El n&mero decromosomas *n var"a muc'o de unas especies a otras y no existe relación entre el n&merode cromosomas% existen especies vegetales con pocos cromosomas como Haplopappusgracilis *nT(B% Crepis capillaris *nT)B y Secale cereale *nT1(B% especies vegetales con#astantes cromosomas como Triticum aestivum *nT(*B y especies vegetales con muc'oscromosomas como Ophioglossum petiolatum n U822B. En animales sucede algoseme ante% 'ay especies con pocos cromosomas como la 'ormiga australiana Myrmecia

pilosula cuyos mac'os tienen un cromosoma *!21B y las 'em#ras dos cromosomas*nT*B% especies con #astantes cromosomas como la 'umana Homo sapiens *nT()B y

especies con muc'os cromosomas como el lepidoptero Lysandra atlantica *nT(+(6())B.!o existe ninguna relación entre el n&mero de cromosomas *n y la comple idad evolutiva%ni entre el n&mero de cromosomas y la cantidad de A !. n e emplo claro de estasituación es el de los ciervos del género Muntiacus en el que 'ay especies muy similares

denominadas especies gemelasB una con *nT) M. muntja B y otra con*nT() M. reevesi B.

>elación entre cantidad de A ! y evoluciónAnalizando los organismos desde aquéllos menos evolucionados y simples en estructura yfunción% 'asta los más comple os y de aparición más reciente en la 'istoria evolutiva% se

o#serva una variación muygrande y paradó ica en eln&mero de cromosomas% talcomo se o#serva en elsiguiente cuadro;

Especie !&mero cromosómico*n

5usano Ascaris megalocep'alaBa"z Vea maysB

7rigo 7riticum aestivumBIom#re Iomo sapiensB

$erro Canis familiarisB5allina 5allus gallusB$ez Acipenser #aeriBIelec'o Op'ioglosum petiolatumB

**2(*()399**(9812

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