Variación en la estructura y número de cromosomas

Noviembre-2006

Células con número constante de cromosomas dependiendo de la especie….

2n= 46 en Homo sapiens

2n= 8 en Drosophila melanogaster

2n= 78 en perro

2n= 40 en ratón

2n=48 en Pan troglodytes (chimpanzé)

2n= 12 en Vicia faba

•Número cromosomas es constante en divisiones celulares sucesivas (mitosis).

•En meiosis, las divisiones dan la mitad de cromosomas (gametos)

•Si hay fallas en estos procesos, se producen aberraciones.

•Las fallas constituyen causas importantes de pérdidas reproductivas y problemas que incluyen el cáncer

Cromosoma 17

Condensación de ADN a cromosomas

ADN haploide mide 1.98 m y se empaqueta en el núcleo y cromosomas

Reparación

-Pretende integridad de la información genética:

Funcionamiento normal

Transmisión de caracteres

-Chequeo:

Replicación

Reparación del daño

Consecuencias del daño al DNA

LONG-TERM CONSEQUENCESLONG-TERM CONSEQUENCES

Ageing Cancer Disease

DNA REPAIR MECHANISMSDNA REPAIR MECHANISMS

SHORT-TERM CONSEQUENCESSHORT-TERM CONSEQUENCES

ABNORMAL GROWTH & METABOLISM

PHYSIOLOGICAL DYSFUNCTION

CELL DEATH

Decreased cellular proliferation

Defective signalling pathways

Impaired protein/ gene expression

Genomic instability

DNA DAMAGE

Las MUTACIONES pueden darse a nivel de:

- DNA (transiciones, transversiones), adiciones, deleciones

- proteínas:1) mutac sinónimas: Arg- Arg

2) mutac conservadas Lys (bás) – Arg (bás)

3) mutac no conserv Phe (hidrofóbico) – Ser (polar)

4) mutac sin sentido Gln – STOP

5) cambio ORF: AAG ACT CCT – AAG AGC-TCC-T..

AAG ACT CCT – AAA CTC CT…

Las variaciones entre los individuos son fuente de evolución.

Las mutaciones y las recombinaciones son responsables de estas variaciones.

Pero, también se dan como grandes cambios cromosómicos que se detectan a nivel

microscópico (megabases)

A este nivel se consideran mutaciones cromosómicas:

-cambios en el NUMERO de cromosomas o en sets completos de cromosomas

-cambios en la ESTRUCTURA del cromosoma

•Esto puede afectar el número de genes, posición de genes

•Correlación entre síndromes clínicos dismorfológicos y alteraciones cromosómicas

Constitución cromosómica en diploide con tres cromosomas (A,B,C) en el juego básico

Monoploides:

Plantas: Especies causan problemas si se quieren buscar mutaciones recesivas. Se pueden formar a partir de granos de polen que crecen en cultivo,generan monoploides que luego se duplican para producir diploides homocigotos.

Poliploides:

Muy comun en plantas, raro en animales. Correlación entre el número del set cromosómico y el tamaño del organismo

•Autopoliploides: ej autotetraploides de 2n a 4n (natural o via ej. Colchicina)

•Alopoliploides: híbrido de dos o más especies. Ej intento de híbrido fértil de Brassica y Raphanus, da especies que tienen valor nutritivo y comercial.

•Otros: trigo (Triticum aestivum) 6n=42. Origen: 2 sets de 3 genomas ancestrales. En meiosis aparean homólogos del mismo genoma ancestral

plátanos, sandías, papa, camote, maca, uvas tetraploides, etc

Aplicaciones en Agricultura

Alopolipolide: (formación de poliploides entre especies diferentes)

Alteraciones en el número: humano

-Variaciones en la ploidía: euploidía, múltiplo del número haploide

Ej n= 23 haploide

2n= 46 diploide

3n= 69 triploide

4n= 92 tetraploide

5n=115 pentaploide .......

Poliploidía es cuando el número de cromosomas es múltiplo exacto del número haploide. Ej: 92,XXYYGeneralmente producida por falla división de gametos, o fertilización de un óvulo por dos espermatozoides.Fetos triploides son abortados (ej: 69,XXY)

Triploidía

69;XXY

Anomalías numéricas

-Se llama aneuploidía cuando el número de cromosomas no es múltiplo exacto del número haploide. Variación en sólo uno o algunos cromosomas

• Ej: 47,XX,+21 ó 45,X ó 47,XXY

• Habitualmente por no disyunción de cromátides hermanas o retraso (lagging) de un cromosoma al polo opuesto de la célula en anafase

• Puede originarse en la meiosis (resultados diferentes si se produce en meiosis I ó meiosis II) ó mitosis

Meiosis I

Meiosis II

46 46

24 22 23 23

No separacion meiosis I

2424 22 22

No separacion meiosis II

24 22 23 23

Por efecto de no disyunción materna, el huevo tiene 24 cromosomas y el espermatozoide 23, lo que hace un cigoto con 47 cromosomas

Formación de gametos aneuploides por no disyunción en la primera o segunda división meióticas

Tufan y col., 2005Aneuploidía

Algunas aneuploidías viables de cromosomas autosómicos……

…más de 75 enfermedades debidas a alteraciones en los autosomas.

Algunas trisomías para cromosomas enteros, otras para brazos (p ó q), otras en mosaico.

Monosomías 4p (W-H), 5p(cri du chat),7p, 8q,9p entre otros

Trisomías 1q,2q,3q,4p,4q,5p, 8p, 9p

Tetrasomías 9p, 18p, 12p

Tipo y número de células aneuploides resultantes dependen del momento en el que suceda la no separación….

Monosomías de autosomas = no viables

Trisomía 16= abortos espontáneos

Trisomía 21- Síndrome de DownLejeune y col (1959) inician citogenética médica con el hallazgo de 47 cromosomas en estos afectados

Incidencia 1/800 en nacidos vivos, variabilidad depende de edad materna. En madres <20 años: 1/2000; madres >40 años 1/40

Desorden que resulta en retardo mental, facies característica (epicanto), hipotonía, edema cuello, problemas cardiacos, estatura pequeña, microcefalia, pliegue palmar transverso, hipotonía muscular.

Resulta por trisomía libre (en 95% casos derivado materno), translocación (4.8% casos) o mosaicismo (2.7% casos)

t(14;21) es la t más común, de novo (50% casos padres con cariotipo normal). En 50% madre con 45 cromosomas, t (14;21)

t(21;22) la siguiente más común.

A veces mosaicismo. No disyunción en embrión

APP: Prot Precurs. b-Amyloid (Alzheimer familiar)

SOD Sulfoxide Dismutasa extra numeraria en ratones: >> Oxidación, envejecimiento prematuro

IFNRA1,2,3: Interferon receptor A MX: mixovirus resistence Minibrain,SM (single-minded): genes

asociados con problemas de desarrollo cerebro y performance intelectual (drosofila, ratón)

AML1: acute myeloid leukemia oncogene

CRYA1: crystallin a 1, mutaciones producen cataratas

ETS2:v-ets avian erythroblastosis virus oncogene homolog 2: ratones mutantes, problemas desarrollo craneal

COL: familia de colágenos

21p

APP BACE2SOD1, IFNRA1,2,3MinibrainSMAML1CRYA1ERGETS2MX1,MX2COL18A1, 6A1, 6A2

21q22

cen

Genes relevantes a SD en cromosoma 21

Síndrome de Down: Cuando hay un padre portador de una trob que involucra el cr 21

Trisomía 13 (Síndrome de Patau)

Fca= 1/10,000. Tasa de abortos espontáneos es alta (1%)

Depende de edad materna

Bajo peso al nacer, labio hendido, fisura palatina, microftalmia, hexadactilia, muerte temprana. Criptorquídea, útero bicorne.

Malformaciones cerebrales, cardiacas (com. Interventricular) en 80% casos, urinarias (50%).

Trisomía libre (80% casos); mosaicos ó t rob en 20%

Hallazgo citogenético en 1960

Supervivencia: 2-20 meses

Trisomía 13- fenotipo

47,XX,+13

Trisomía 18 (Síndrome de Edwards)

Fca= 1/6000-8000 RN, edad materna, 4 mujeres:1 hombre

Bajo peso al nacer (crec. prenatal deficiente, micrognatia, microcefalia, pab auriculares implantación baja, cabalgamiento dedos,

malformaciones cardiacas (com intraauricular, intraventricular en 95% casos),hernia diafragma, malformaciones gatrointestinales, renales. Retraso mental severo

Expectativa de vida: 2-20 meses (50% mortalidad 1er mes- 10% vivos al año)

Trisomía libre=80% casos; t=10% casos; 10%=mosaico

Trisomía 18-fenotipo

Algunas aneuploidías viables de cromosomas sexuales……

En 1959, Ford, Jacobs y col., encuentran anomalías cromosómicas en pacientes con transtornos del desarrollo sexual

Anomalías cromosomas sexuales: viablesFca =1/400

mosaicismo es también común

45,X (Síndrome de Turner)

Resulta de la ausencia total o parcial de un segundo cromosoma sexual

Características: talla baja, déficit cognitivo, disgenesia gonadal, infertilidad, displasia pabellones auriculares, micrognatia, cuello alado (higroma coli), implantación baja cabello, problemas cardiovasculares (aorta), cubitus valgus, alteraciones renales.

Incidencia: 1/2000-3000 recién nacidas.

Frecuencia de concepciones 45,X es mucho mayor y es muy común en abortos espontáneos del primer trimestre (99% de 45,X son abortados espontáneamente (??)

Cariotipo: 45,X/46,XY 1.5/10,000 cuadro muy variable. Fenotipo femenino con signos de virilización.

A- muestra ángulo de brazos B- implantación baja del cabello

Cariotipos relacionados con Síndrome de Turner

Numé-

ricas

Estruc-

turales

-Monosomía del X (60% casos) 45,X

-Mosaicos (24% de los casos) 45,X/46,XX

45,X/47,XXX

45,X/46,XY (4% casos)

45,X/46,XX/47,XXX

Alteraciones estructurales isocromosoma Xq: 46,X,i(Xq)

-pérdida Xp deleción: 46,X,del(Xp)

-pérdida Xq deleción: 46,X,del(Xq)

trans. X/A

trans. X/X

anillo X: 46,X,r(X)

-deleción Yp 46,X del (Yp)

-isocromosoma Y 46,X,i(Yq)

Cariotipo parcial, bandas G que muestra:

a- der (X) t(X;X)(p11.3;q21.3)

b- r (X)(p11.3q21.3)

47,XXY (Síndrome de Klinefelter)

Descrito en 1942 por Klinefelter y col.

Varones con ginecomastia, testículos pequeños, azoospermia, vello púbico y facial escaso. Testosterona disminuída, longitud pene disminuído, distribución ginecoide de la grasa corporal. Problemas de aprendizaje/sociales, retraso en desarrollo del lenguaje.

Disgenesia de túbulos seminíferos.

Anomalía cromosomas sexuales más común en humanos.

Fca = 1/500 recién nacidos

Fenotipo Klinefelter

Genitalia externa poco desarrollada

Dx en células interfásicas via FISH

Cariotipos asociados a Síndrome de Klinefelter

47,XXY 80%

Mosaicos (10-15%)

46,XY/47,XXY 6%

45,X/46,XY/47,XXY

46,XY/48,XXYY

Variantes (5-10%)

48,XXYY

49,XXXXY

49,XXXYY

Síndrome de Klinefelter: 49,XXXXY

Alteraciones en la estructura

•Precedida por rotura de cromosomas en una o más porciones.

•Si hay fractura, los extremos son inestables y pegajosos.

•Normalmente, los mecanismos de reparación son muy efectivos, pero existe posibilidad de re-unión incorrecta.

•Si las células se exponen a agentes mutágenos (físicos o químicos), estas posibilidades se incrementan.

•También hay enfermedades recesivas autosómicas donde hay errores en mecanismos de reparación que predisponen a cáncer. Ej. Anemia Fanconi, S. Bloom, Xeroderma pigmentosum

Hay varios tipos de alteraciones en la estructura de los cromosomas:

Translocación,

Deleción,

Inversión pericéntrica ó paracéntrica

Duplicación,

Isocromosoma,

Fragmento céntrico o acéntrico

Tipos de anomalías….

a b c g h i

abc defdef ghi

abc fed ghi

uvwxyz

abcdef xyz uvw ghi

Si orden alfabético de genes en un cromosoma: abcdefghi

--deleción: parte del cromosoma es removido

--duplicación: parte del cromosoma es duplicado

--inversión: parte del cromosoma es re-insertado en orden inverso--anillo: terminaciones de cromosomas se unen formando esta estructura--traslocación: partes de 2 cromosomas no homólogos se unen: un cromosoma normal es abcdefghi y otro uvwxyz

abcdefghi

Principales tipos de aberraciones cromosómicas-Savage

Productos meióticos después de entrecruzamiento en caso de inversión pericéntrica

Gametos formados cuando hay entrecruzamiento en cromosomas con inversión paracéntrica

Inversiones

• Una inv paracéntrica que se entrecruza con un crom normal da crom acéntricos y dicéntricos.

• Ace se pierde (div cel suc) y el dic se rompe (halado a extremos opuestos). Letales

Inv. pericéntrica que hace crossing over con un cromosoma normal: ambos crom. duplicados para algunos genes y del para otros. Gametos aneuploides no sobreviven.

En cualquier caso de inv : resultados letales cuando se entrecruzan con crom. normales

La progenie que sobrevive es la que no tiene crossing over.

trob: fusión de dos cromosomas, rearreglo balanceado. No ganancia ni pérdida neta de material genético (fenotipo normal).

Riesgo de desbalance en progenie o aborto espontáneo aumentados

45,XY,der(13;14)(q10;q10)

cen del mismo lado del arreglo van al mismo polo

Produce gametos aneuploides: cada gameto tiene un cromosoma normal y uno traslocado, algunos genes serán duplicados y otros son deletados

Segregación alterna y adyacente ocurren con la misma frecuencia.

Tipos de segregación de translocaciones: adyacente

Los cen de lados opuestos del arreglo van al mismo polo en anafase.

Resulta en gametos euploides: la mitad de ellos con cromosomas normales y la otra con gametos con traslocación

Segregación alterna

Intercambio simétrico entre cromosomas homólogos

Síndromes de Genes Contiguos

Desórdenes clínicamente reconocidos causados por deleciones y duplicaciones.

Fenotipo complejo, alteración de la dosis génica normal.

Segmento cromosómico involucrado ~ 3Mb.

Se deben a un desbalance de la dosis génica normal.

Diagnóstico:

Cariotipo de alta resolución

Citogenética molecular

Algunos síndromes por microdeleciones-FISH

Síndrome Región Cromosómica Sonda-Gen

Wolf-Hirchhorn 4p16.3 región crítica W-H

Williams 7q11.23 elastina

Prader-Willi/Angelman 15q11-q13 región crítica PW/AS

Smith-Magenis 17p11.2 región crítica S-M

Miller-Dieker 17p13.3 lisencefalia

DiGeorge/VCF 22q11.2 reg crítica DG/VCFS

Kallman Xp22.3 KAL

Deficiencia sulfatasa esteroide Xp22.3 esteroide sulfatasa

Síndrome de Di George deleción 22q11.2

Variabilidad clínica.

Se conoce como CATCH (defectos cardíacos, facies anormal, defectos sistema inmune (hipoplasia timo), paladar hendido, hipocalcemia) retardo mental moderado.

Detectable citogenéticamente, comparte región con síndrome velocardio-facial.

Frecuencia: 1/3,000-4,000 RN

En 15% parejas con hijo afectado, uno de los padres tb tiene la deleción (50% riesgo recurrencia). En ausencia de deleción parental recurrencia es rara.

Ecografía anormal (anomalía cardiaca) muestra 3/26 casos de del sin historia familiar positiva.

Deteccion del 22q11 por FISH

Alteraciones encontradas en algunos tipos de cáncer….

Cromosoma Filadelfia t(9;22). Se observa en 90% de pacientes con LMC (leucemia mieloide crónica)

Gen: ABL (9q34)

Gen: BCR (22q11) Genes involucrados

Fusion 5’bcr con mayoria c-abl

Gaps indican quiebras. A. Dos cromosomas pueden resultar en t rcp que son viables y pueden llevar a rearreglos que predisponen a neoplasia. Restitución lleva a mutaciones puntuales.

B. Unico cromosoma con dos quiebras.

Aberraciones cromosómicas simples

trcp dic + ace

rest. inv pericént

r + ace

Incidencia de mutaciones en humanos