recombinacion-transposicion
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PROCESOS DE REACOMODAMIENTO DE GENES: RECOMBINACION Y
TRANSPOSICION.
Estas reacciones involucran a dos moleculas de ADN, o a dos regiones de una misma
mo cu a e . am n ocurren en mo cu as e up ex v rus .
1) Recombinacin homloga o general: Ocurre mediante el intercambio de hebras entre
molculas de ADN con largas regiones de secuencia similar (homlogas). Resulta en nuevas
molculas de ADN
- Mezcla de genes durante la meiosis en eucariotes (crosssing over) o luego de conjugacin
en procariotes
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2) Recombinacin entre sitios especficos: Involucra intercambio de hebras entre secuencias
especficas que incluyen un corto trecho de homologa. Puede resultar en:
a) Integracin de una molcula de ADN en otra
b) Delecin de un segmento de una molcula de ADN
c) Inversin de un segmento dentro de una molcula de ADN
3) Transposicin: Migracin de un segmento de ADN de una molcula a otra o entre dos
sitios de la misma molcula. Puede ocurrir por recombinacin entre sitios especficos, por
mecanismos que no requieren homologa en la secuencia del ADN o a travs de
intermediarios de ARN (retrotransposicin). Los elementos genticos de alta movilidad se
conocen como transposones (o retrotransposones).
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a) Dos molculas de ADN
du lex se alinean en
Mecanismo de recombinacin homloga (Modelo de Holloway)
regiones homlogas
b) Una hebra es cortada en
cada duplex
c Las hebras cortadas son
intercambiadas entre los
duplex
d) El intercambio contina
mi racin de la
ramificacin)
e) Los cortes son ligados (intermediario de Holliday)
f) Otra vista del intermediario
observa por la rotacin de la parte inferior de la
estructura
h e i) El intermediario puede ser resuelto de dos
maneras: or un corte horizontal o un corte vertical.
j) El producto del corte horizontal resulta slo en un
intercambio de hebras localizado en una regin
generalmente pequea
k El corte vertical or otro lado resulta en el
intercambio de regiones enteras entre ambas
molculas de ADN. Los genomas se recombinaron
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Varias enzimas
catalizan la
recom nac n
general en E. Coli.
El proceso requiere
del corte li ado
de dos hebras, y
del intercambio de
hebras entre duplex
a pro e na ec es
responsable de la generacin de
ADN de simple hebra para la
recombinacin
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La protena Rec A promueve el intercambio de hebras entre
las molculas de ADN homlogas
Rec A puede producir la asimilacin de una hebra simple en un
du lex siem re ue una de las molculas reaccionantes ten a unextremo libre (abajo)
Rec A puede mediar el intercambio de hebras entre un duplex
parcial y un duplex entero. Esto genera la estructura del
intermediario de recombinacin o unin de Hollida a la derecha
Una estructura de triple hebra es intermediaria en el intercambio catalizado por Rec A
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Ruv AB es un complejo asimtrico que promueve la migracin de la ramificacin
en la unin de Holliday
En la ltima etapa, Ruv C se encarga de clivar el intermediario de Hollyday
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En levaduras, la generacin de
ADN de hebra simple para la
recombinacin involucra el
c va e e am as e ras por
Sp11, la que quedatransitoriamente unida por
.
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La conversin de genes ocurre por un
roceso de recombinacin
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Rec A tambin regula la transcrip-
cin de genes para la reparacin
En presencia de ssADN, recA
activa la autoprotelisis del
represor transcripcional lexA
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Si el dao es
,bacterias pueden hacer
sntesis de ADN
trans es n
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En bacterias, la replicacin se detiene sobre la hebra molde daada, pero contina sobre
la otra hebra. Dependiendo del dao, la reparacin puede hacerse por un mecanismo
recombinacional o un mecanismo sujeto a errores
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Modelos de reparacin
recombinatorial de daosbrechas en el ADN que
detienen la maquinaria
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Las enzimas que catalizan la recombinacin general pueden
catalizar todas las eta as de recombinacin necesarias en lareparacin de ADN daado
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Reparacin de daos que
involucran a ambas hebras
del ADN en eucariotes.
Reparacin de una
brecha en la doble hebraEl dao produce la activacin
de ATM (ataxia-telangiectasia
mutated) quinasa, lo que
de ADN por un
mecanismo
recombinacionalresu ta en a induccin de a
expresin de las protenasintervinientes en los
(izquierda) o por la
unin de los extremos
sujeta a errores (debajo)
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Recombinacin entre sitios especficosSecuencias repetidas: El resultado de recombinacin entre secuencias repetidas en una
misma molcula de ADN depende de la orientacin relativa de las mismas, resultando
en la delecin o la inversin del fragmento que queda entre las repeticiones
- El proceso inverso al de la izquierda resulta en la integracin de una molcula de
ADN circular en una lineal dejando las repeticiones directas de las secuenciashomlogas
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La recombinacin entre secuencias homlogas de regiones diferentes de
cromosomas hermanos (crossing over desigual) resulta en la duplicacin o la
delecin de un segmento de ADN
Por crossing-over desigual se
ori inaron al unos defectos
genticos
Una de las causas de la
origin por un error en el
crossing over en alguna meiosis
ocurrida muchas generaciones
atrs.
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Elementos genticos mviles en bacterias:
Tipo Tamao (Kb) Caractersticas .
agos sog n cosLambda 48 Algunos llevan genes bacterianos adems de los virales
Mu 38 Todos llevan fragmentos del genoma bacteriano
Plsmidos: molculas de ADN circular con origen de replicacin (replicacin autnoma)
ac or er a on ere mascu n a , ransm s e por con ugac n
Factor F >100 Llevan genes bacterianos, adems del factor FFactor R (resistencia) 4-117 Llevan genes de resistencia a drogas y antibiticos, algunos
tienen genes F
ac ores co c nog n cos - evan genes para pro uc r co c na una ox na , pue en
tener genes F.
Secuencias de insercin (IS) 0,8-1,4 Genes flanqueados por estas secuencias constituyen
transposones. Son ltamente mviles y pueden ser transpuestos
Mecanismos de transposicin o integracin:
Tipo Caractersticas Enzimas requeridas EjemplosConservativo Sin duplicaci n de secuencia blanco Integrasas, (Escionasas) fago lambda, episomas
No replicativo Duplicacin de secuencia blanco Transposasa IS, Tn10, Tn5
Replicativo Duplicacin de secuencia blanco Transposasa y resolvasa fago Mu, TnA.
Retrotransposicin Via ARN Retrotranscriptasa Retrovirus, retroposones
Recombinacin Intercambio de hebras entre regio- Sistema de recombinacin Sec. repetitivas (Alu, LINES, SINES)
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- La transposicin conservativa involucra el
Mecanismos generales de transposicin
nucleotdicos
- La transposicin no replicativa deja una
brecha en el donor cuando el transposn se
Transposicin conservativa
mueve a receptor. sta rec a pue e ser
letal si no es reparada. El sitio blanco delreceptor es duplicado
- La trans osicin re licativa crea una co ia
del transposn, la que se inserta en el sitio
receptor. No hay cambios en el donor y el
sitio blanco del donor es duplicado
Transposicin no replicativa Transposicin replicativa
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Integracin conservativa de fago lambda en cromosomas bacterianos
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Mecanismos de transposicin replicativa y no
replicativa. Transposasas y resolvasas
Una estructura entrecruzada formada por la transposasa es
un intermediario comn para los mecanismos replicativo y
no replicativo. El mecanismo replicativo necesita de una
segunda enzima, la resolvasa
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Movilizacin de genes bacterianos por plsmidos.
Importancia para la transferencia de resistencia a drogas y antibiticos
transferencia de ADN por conjugacin desde la
bacteria que lo contiene (F+) a una aceptora (F-).
Una hebra del plsmido es cortada y es desplazada
por la sntesis de una nueva. La hebra desplazada
ingresa a la otra clula y alli es usada como molde
para la sntesis de la hebra complementaria. Labacteria aceptora (inicialmente F-) se convierte en F+
con capacidad donante.
Eventualmente (1 en 105/generacin), un factor F puede integrarse al cromosoma bacteriano generando un
cromosoma Hfr transferible por conjugacin. El cromosoma Hfr transferido puede recombinarse con el cromosoma
.
Con la misma frecuencia que la integracin, el factor F puede ser escindido del cromosoma Hfr. La escicin puede
ocurrir en sitios diferentes de la integracin resultando en un plsmido (F) con genes del cromosoma bacteriano. Latransferencia de F transforma a la clula receptora en diploidea en esos genes.
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La resistencia a mltiples antibiticos se debe a
plsmidos con factor R. Algunos tienen adems los
genes de transferencia (factor RTF) que les
permiten transferir la resistencia por conjugacin.
Estos pueden ser transferidos an entre bacterias de
.
separados por secuencias de insercin (IS)
Otros pequeos plsmidos con genes R carecen de genes RTF, pero pueden contener
trans osones sim les IS lo ue les ermite una alta frecuencia de trans osicin a lsmidos
o al cromosoma bacteriano. Varios de estos plsmidos pueden integrarse con factores F (o
genes RTF) para dar factores R infecciosos y con resistencia a mltiples antibiticos.
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TRANSPOSONES
Las secuencias de insercin (IS) son transposones simples con repeticiones terminales
invertidas. Su insercin genera la repeticin directa del sitio blanco
Transposones simples (solo tienen genes para enzimas que catalizan la transposicin)Algunos pueden tener genes no funcionales, pero an as pueden llegar a ser reconocidos como sustratos por
enzimas producidas por transposones vecinos
Tipo Sitio blanco Rep. Inv. Longitud totalIS1 9 pb 23 pb 768 pb
IS2 5 pb 41 pb 1327 pb
IS4 11-13 pb 18 pb 1428 pb
IS5 4 pb 16 pb 1195 pb
IS10R 9 pb 22 pb 1329 pb
IS50 9 pb 9 pb 1531 pbIS903 9 pb 18 pb 1057 pb
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Los transposones compuestos estn formados por
mdulos IS a ambos lados de genes marcadores
(para toxinas, resistencia a drogas o antibiticos)
Si un transposn compuesto es parte
de una pequea molcula circular, hay
dos posibilidades de movilizacin
_
Tn903 IS903 funcional kanR IS903funcional
Tn10 IS10 no funcionaltetR
IS10 funcionalTn5 IS50 no funcional kanR IS50 funcional
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Transposicin por retrotranscripcin
Estructura
comparativa de
retroposones y
retrovirus
Retroposones: Son los elementostransponibles ms comunes en eucariotes
Superfamilia viral Superfamilia no viral
Tipos Ty (S. Cerevisiae) SINES / repeticiones Alu
Comunes Copia (D. melanogaster) Pseudogenes procesados de
Pseudogenes procesados de
transcriptos de ARNpol II
Genes Retrotranscriptasa y/o integrasa Ninguno o que no cofifican ARNm
Otras ORF
Sitio blanco 4-6 pb 7-21 pb
Organizacin Pueden contener intrones Sin intrones
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La transposicin de los retroposones
requiere de las enzimas retrovirales
retrotranscriptasa e integrasa
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Retrotransposicin de
Pseudogenes procesados: La retrotransposicin de
transcriptos de ARN pol II resulta en elementos
inactivos por carecer de promotores, pero algunos
de ARN pol III pueden ser activos por tener
promotores internos
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Mecanismo de la
retrotranscripcin
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La transposicin juega un rol importante en la evolucin permitiendo
el intercambio de exones entre genes
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Muchos proto oncogenes son activados por reordenamiento genmico: a) Insercin de retroposones o
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Muchos proto-oncogenes son activados por reordenamiento genmico: a) Insercin de retroposones o
retrovirus sin oncogenes (c-myc, c-erbB, c-myb, c-mos, c-H-ras, c-raf), b) Translocacin cromosmica
(c-myc, c-abl), c) Amplificacin (c-myc)
Trans osicin ro ramada: Desarrollo en lantas insectos mamferos sistema immunitario .Cambio de expresin de antgenos en parsitos (Tripanosomas) y bacterias (Salmonella)
Un segmento de ADNes invertido en la
regu ac n e a
expresin de los genes
de flagelinas enSalmonella
R bi i
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Recombinacin
programada en el
desarrollo del sistema
inmune
~3000 cadenas livianas son
generadas que se combinarn
con ~5000 cadenas pesadas
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Mecanismo de recombinacin
entre los segmentos V y J