estructura y funciones del genoma humano

M en C Alicia Cervantes Peredo

Curso de Preparación para el Examen Nacional de Aspirantes a Residencias Médicas

Módulo de Génetica

AGOSTO, 7, 2004

Estructura de los ácidos nucleícos DNA y RNA

Dogma Central Biología Molecular

proteína

ribosomaproteína

REPLICACIÓN autoduplicación DNA

TRANSCRIPCIÓN síntesis RNA

TRADUCCIÓN síntesis proteínas

información

núcleo

citoplasma

MUTACIÓN

Funciones DNA como material

genético

transcriptoma

proteoma

genoma

DNA. Secuencia de nucleótidos

DNA codificante

Marcos de lectura abiertos ORF

Cromatina y cromosomas

Algunos genomas secuenciados PGH

ORGANISMO

TAMAÑO GENOMA

No DE GENES

Methanococcus jannaschii 1.66 2,493 1996

Haemophilus influenzae 1.83 1,791 1995

Escherichia coli 4.64 4,397 1996

Mycobacterium tuberculosis 4.41 3,924 1998

Saccharomyces cerevisiae 12 6,548 1997

Caenorhabditis elegans 97 > 20,000 1998

Drosophila melanogaster 170 ~16,000 2000

Arabidopsis thaliana 120 ~20,000 2000

Oryza sativa 415 ~20,000 2002

Homo sapiens sapiens 3,300 ~35,000 2001

CARACTERISTICAS NUCLEAR MITOCONDRIAL

• Tamaño 3 300 Mb 16.6 kb

• No. moléculas diferentes 23 (XX) ó 24 (XY) Una molécula

dobles cadenas lineales doble cadena circular

• No. total moléc DNA/cél 23 (haploides)ó 46(diplodes) Varios miles

• Proteínas asociadas Histonas y no histonas Casi libre de proteínas

• No. genes Aprox. 35 000 37

• % DNA codificante Aprox. 3% Aprox. 93%

polipéptidos y RNA

• % Genes codificantes 5% 65%

para RNA (3000-4000/35 000 genes) (24/37 genes)

• Densidad génica Aprox. 1/40 kb 1/0.45 kb

• Intrones en mayoría de genes ausentes

• DNA repetitivo fracción importante muy poco

• Transcripción individual mayoría de genes continua de genes múltiples

• Recombinación al menos un evento entre ausente

cada par de homólogos (meiosis)

•Tipo de herencia Mendeliana (X y autosomas) Exclusivamente materna

paterna (Y)

GENOMA HUMANO

25% 75%

genes y DNAsecuencias extragénicorelacionadas

DNA DNA codificante no codificante

repetidos en repetidostándem dispersos

GENOMA HUMANO

Genoma mitocondrial 16.6 Kb 37 genes

2 genes 22 genes 13 genesRNAr RNAt Polipéptidos

Genoma nuclear 3 300 Mb 35 000 genes

Único o mod. repetitivo

pseudogenes fragmentos intrones, génicos secuencias no traducidas

60 % copia únicao bajo # copias

40 % moderada-altamente repetitivo

DNA satélite

DNA mini satélite

DNA microsatélite

Transposones

Genoma mitocondrial humano

25% 75%

GENOMA HUMANO

DNA satélite

DNA mini satélite

DNA microsatélite

Transposones

GENES Y SUS FUNCIONES

Distribución islas CpG

Densidad génica

Tamaño de los genes humanos

Intrones y Exones Procesamiento alternativo

Tamaño promedio de exones e intrones en algunos genes humanos

Producto génico Tamaño del gen (kb) Número de

exones Tamaño promedio del exón (bp) Tamaño promedio

del intrón (bp) RNAt tyr 0.1 2 50 20 Insulina 1.4 3 155 480 globina 1.6 3 150 490 HLA clase I 3.5 8 187 260 Albúmina sérica 18 14 137 1 100 Colágena tipo VII 31 118 77 190 Complemento C3 41 29 122 900 Fenilalanina hidroxilasa 90 26 96 3 500 Factor VIII coagulación

186 26 375 7 100 CFTR (fibrosis quística

250 27 227 9 100 Distrofina 2400 79 180 30 000

Genes que codifican para RNA

RNA ribosomal

genes histonas

Familias génicas genes de globinas

Genes homeóticos

Superfamilia de inmunoglobulinas

25% 75%

GENOMA HUMANO

DNA satélite

DNA mini satélite

DNA microsatélite

Transposones

Secuencias repetidas en tándem

Tipo Tamaño del repetido

Localización cromosómica

DNA megasatélite (bloques de cientos kb) RS447 Sin nombre Sin nonbre

Algunas kb 4.7 kb 2.5 kb 3.0 kb

Varios sitios cromosomas específicos ~50-70 copias en 4p15 y algunas en 8p ~400 copias en 4q31 y 19q13 ~50 copias en cromosoma

DNA satélite (bloques de 100 kb a Mb) (DNA alfoide) (familia Sau 3 A )

Satélite 1 ( rico en A-T) Satélites 2 y 3

5-171 pb 171 pb 68 pb

25-48 pb 5 pb

Especialmente en centrómeros Heterocromatina centromérica todos cromosomas Heterocromatina centromérica del 1, 9, 13 14, 15, 21, 22 y Y Regiones heterocromáticas de mayoría de cromosomas La mayoría o posiblemente todos los cromosomas

DNA minisatélite (bloques de 0.1 – 20 kb) Familia telomérica Familia hipervariable

6-64 pb 6 pb

9 – 64 pb En o cerca de todos los telómeros Todos los telómeros Todos los cromosomas, cerca de los telómeros

DNA microsatélite (bloques de menos de 150 pb 1 – 4 pb Disperso por todos los cromosomas

Centrómeros humanos

telómeros

Secuencias minisatélites hipervariables subteloméricas de los cromosomas humanos

microsatélites

Microsatélites en el genoma humano

Repetidos dispersos en el genoma humano

retrotransposones

Genomas retrovirales

Pseudogenes procesados

Isocoras, secuencia de los cromosomas 21 y22 y patrones de bandas Q/G y R

Secuencia genoma humano/isocoras/patrones bandas Q/G y R

proteína

ribosomaproteína

información

núcleo

citoplasma

MUTACIÓN

genético

transcriptoma

proteoma

genoma

Replicación

Ciclo Celular Mitosis

Expresión del genoma

Sitios DNasa I hipersensibles

Promotores RNA pol II

RNAm y RNAsn

Factores de transcipción

Receptores de hormonas esteroides

Michael Levine & Robert Tjian NATURE |VOL 424 | 10 JULY 2003 | www.nature.com/nature

Cromatina activa/silenciamientotranscripcional

EPIGENÉTICA

Islas CpG inactivación transcripcional

MeCP1=MBD2 + Mi2/NuRD

HDACSin3A

COMPLEJO ACTIVADOR DE LA TRANSCRIPCIÓN

COMPLEJOS REPRESORES DE LA TRANSCRIPCIÓN

PROTEINA ACTIVADORA

METILTRANSFERASA DE HISTONAS

CpG METILADA

OCTÁMERODE HISTONAS

ACETILTRANSFERASA DE HISTONAS

TFFACTORES DE TRANSCRIPCION

METILACIÓN DE H3 EN K9

METILACIÓN DE H3 EN K4

Histona metil transferasas HMT

Modificaciones de histonas

Regulación epigenética

Inactivación del cromosoma X

Procesamiento RNAm

complejo removedor de intrones y empalmador de exones

Diferentes tipos de procesamiento alternativo

Procesamiento alternativo

Human Molecular Genetics, 2002, Vol. 11, No. 20 2409–2416

Vías de degradación de RNAm

Expresión del genoma

activación aminoácidos

Inicio síntesis de proteínas

Annu. Rev. Biochem. 2004. 73:657–704

elongación

Terminación síntesis proteínas

Aparato de localización de proteínas

Degradación de proteínas

ubiquitinación

Rearreglos cadenas pesadas de inmunoglobulinas

Mutación y reparación del DNA

Daño - reparación

Meiosis -variabilidad

formación DSB

resección extremos

invasión de cadenas e intercambio

reparación DNA

síntesis

Resolución intermediarios de Hollyday

conversión génica entrecruzamiento

Ensamblado de complejos para intercambio de cadenas

proteínas mediadoras

Proteínas intercambio cadenas

Reparación bases mal aparedadas en DNA heterodúplex

Remoción DNA ss incluyendo base mal apareada

síntesis DNA usando cromátida integra como molde

Recombinación meiótica

5’.… ATG TCT CAA GAA TTT ACG CGT .…3’

3’…. TAC AGA GTT CTT AAA TGC GCA ….5’

met ser gln glu phe thr arg

5’.… ATG TCT CAA TAA TTT ACG CGT .…3’

3’…. TAC AGA GTT ATT AAA TGC GCA ….5’

met ser gln alto

5’.… ATG TCT CAA GAA ATT TAC GCG .…3’

3’…. TAC AGA GTT CTT TAA ATG CGC ….5’

met ser gln glu ile tyr ala

5’.… ATG TCT CAA AAA TTT ACG CGT .…3’

3’…. TAC AGA GTT TTT AAA TGC GCA ….5’

met ser gln lys phe thr arg

5’.… ATG TCT CAA AAG TTT ACG CGT .…3’

3’…. TAC AGA GTT TTC AAA TGC GCA ….5’

met ser gln lys phe thr arg

5’.… ATG TCT CAA AGA TTT ACG CGT .…3’

3’…. TAC AGA GTT TCT AAA TGC GCA ….5’

met ser gln arg phe thr arg

Secuencia normal

Mutación silenciosa o sinónima

Mutación de sentido equivocado conservativa o neutra

Mutación de sentido equivocado no conservativa

Mutación sin sentido

Mutación por cambio en el marco de lectura

MUTACIONES y POLIMORFISMOS

MUTACIÓN

HbS anemia de células falciformes GAA-GTA glu GAA - GUA val

Colágena . Osteogénesis imperfecta

Fibrosis quística

Errores en la recombinación

Conversión génica

Rearreglos cromosómicos originados por recombinación entre secuencias repetidas de bajo número de copias

Amplificación de repetidos

Enfermedades Multifactoriales

Cáncer

diabetes

Grupos sanguíneos sistema ABO

Polimorfismos

Marcadores genéticos

VIH/sida

FARMACOGENÓMICAFARMACOGENÓMICAPOLIMORFISMOS GENÉTICOS EN ENZIMAS POLIMORFISMOS GENÉTICOS EN ENZIMAS

METABOLIZADORAS DE DROGAS (DME)METABOLIZADORAS DE DROGAS (DME)

Evans WE, Relling MV (1999) Evans WE, Relling MV (1999) ScienceScience 286:487-491 286:487-491

Polimorfismos genéticos

IDENTIFICACIÓN DE ALELOS RESPONSABLES DE ENFERMEDADES MONOGÉNICAS

LIGAMIENTO MAPA DE HAPLOTIPOS

Hemocromatosis

POLIMORFISMOS DE NUCLEÓTIDO POLIMORFISMOS DE NUCLEÓTIDO SENCILLOSENCILLO

(SNP)(SNP) SNPSNP - Single Nucleotide - Single Nucleotide PolymorphismsPolymorphisms

…………. G G . G G TT A A C T G …… A A C T G ………………. G G . G G CC A A C T G …... A A C T G …...

1 SNP / 300-3000 pb1 SNP / 300-3000 pbDiferencia entre 2 individuos = 1-10 millones pbDiferencia entre 2 individuos = 1-10 millones pbVariantes genéticas más comunesVariantes genéticas más comunesTécnicamente accesiblesTécnicamente accesibles

Identificación de polimorfismos genéticos, SNPs

HapMap

proteína

ribosomaproteína

información

núcleo

citoplasma

MUTACIÓN

genético

transcriptoma

proteoma

genoma

estructura y funciones del genoma humano

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