Qu es la Citogentica?Una parte de la Gentica que se encarga del estudio de los cromosomas humanos.

Finalidad de identificar las alteraciones cromosmicas numricas y estructurales.

Clasificacin Operacional de la Cromatina:EUCROMATINA: Transcripcionalmente activa Fibras de 11nm y 30nm, incluso DNA desnudo. Genes estructurales, ribosmicos, secuencias reguladoras , etc.)HETEROCROMATINA: Transcripionalmente inactiva Fibras de 30nm densamente empaquetadas. Centrmeros, telmeros, regiones unin membrana nuclear.

EUCROMATINA: Cromatina laxa, menos condensada que vuelve al estado disperso.HETEROCROMATINA: El 10% del material cromosmico en la mayora de las clulas permanece en forma condensada durante la interfase. Esta cromatina condensada se observa se observa en la periferia del ncleo. H. CONSTITUTIVA: Permanece en estado condensado en todas las clulas y en todo momento, por lo tanto representa el ADN permanentemente silencioso. El ADN consta principalmente de secuencias altamente repetitivas y al parecer est desprovisto de genes que codifican protenas.

H. FACULTATIVA: Es una cromatina especficamente inactivada durante ciertas fases de la vida de un organismo. Inactivacin del cromosoma X.

Cromatina NuclearLa Heterocromatina Facultativa

EUCROMATINAHETEROCROMATINADIFERENCIAS GENICASMAYOR CANTIDAD DE GENES ACTIVOSNO PRESENTAN GENESDIFERENCIAS CITOLOGICASMENOR GRADO DE EMPAQUETAMIENTOMAYOR GRADO DE EMPAQUETAMIENTOALOCICLIANO PRESENTASI PRESENTA (puede estar ms o menos intensamente teida dependiendo del CC.)REPLICACION del ADNREPLICACION TEMPRANAREPLICACION TARDIA

El ADN en los cromosomas metafsicos debe acortarse unas 10.000 veces por un sistema empaquetamiento muy eficiente.

Organizacin Molecular de los Cromosomas HumanosNucleosoma: El menor nivelde organizacin de losCromosomas.El empaquetamiento ordenadodel ADN eucariota depende deHistonas.A principios de 1970 se descubri que el tratamiento de la cromatina con Nucleasasdaban lugar a fragmentos de 200 pb de longitud.1974: Roger Kornberg, de la Univ. Harvard, sugiri que el ADN y las histonas se organi-zaban en unidades repetitivas llamadas nucleosomas.

Organizacin Molecular de los Cromosomas HumanosEL NUCLEOSOMA: es la subunidad fundamental de DNA e histonas en los cromosomas en interfase, o cromatina. Un nucleosoma presenta alrededor de 146 pb de DNA enroscados dos veces alrededor de un octmero de histonas.El octmero de histonas forma un cilindro de 11 nm de dimetro y 6 nm de altura.

Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos. Las histonas son protenas con una alta proporcin de carga positiva (lisina y arginina), lo que les permite unirse con firmeza a las cargas negativas de la doble cadena del DNA.. Desde el punto de vista evolutivo la conservacin de las histonas es muy significativa.. Hay una relacin espacial en particular estrecha entre el DNA y las histonas en las regiones ricas en A+T de los surcos menores. All, la doble hlice del DNA se dobla con ms facilidad.

Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos. Composicin Proteca:1.- Histonas: H1 , H2A , H2b , H3 , H4 .- Las Histonas se encuentran en una relacin de peso con el DNA de 1/1 .- Las Histonas deben su basicidad al alto contenido de arginina y lisina (10- 20%) . .- As: H3 y H4 : Muy ricas en arginina H2A y H2B : Moderadamente ricas en lisina .- H2A , H2B , H3 y H4 : protenas globulares .- H1 adquiere formas de acuerdo a la especie

2.- Protenas no Histnicas: 2.1.- Protenas estructurales : HMG , LMG , Ubiquitinas 2.2.- Protenas enzimticas

Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos

Organizacin Molecular de los Cromosomas HumanosLas partes ms hidrofbicas,partes no cargadas de las histonas, ocupan el centro del nucleosoma y por lo tanto promueven su agregacin enun ncleo apretado.La interaccin entre histonas y ADN es principalmente estructural y relativamente independiente de la secuencia de nucletidos. .

Organizacin Molecular de los Cromosomas HumanosLas microfotografas electr-nicas demuestran que la cromatina nuclear presenta numerosos puntos pequeosde unos 30 nm de dimetro que representan a las Fibras de 30 nm.La estructura del filamentode 30 nm incrementa la rela- cin de empaquetamiento del ADN unas 6 veces ms.Modelo de Solenoide explica la forma de plegarse la fibrade 10 nm para formar la fibrade cromatina de 30 nm

El mantenimiento de los filamentos de 30 nm depende de la interaccin entre molculas de H1 de los nucleosomas vecinos

Cromosomas EucariticosLos nucleosomas se pliegan sobre s mismos para formar una estructura densamente empaquetada con forma de solenoide que tiene 30nm de grosor.

Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos

El siguiente nivel de empaquetamiento es el Modelo propuesto por Marsdem y Lammli.

Ocurre cuando los filamentos de cromatina de 30nm se organizan en una serie de asas amplias superenrrolladas. Se estima que cada asa contiene entre 10 a 150 Kb de ADN. Las asas de ADN pueden actuar para dividir el genoma en dominios que contengan un solo gen o un pequeo conjunto de genes enlazados expresados por unmecanismo regulador comn

Cromosomas EucariticosLa fibra de 30 nm constituida por los nucleosomas empaquetados se pliega formando bucles sobre un armazn de protenas no histonas dando lugar a la fibra de cromatina (300 nm).

Cromosomas EucariticosLa fibra de cromatina sufre un enrollamiento helicoidal para formar la estructura que se observa en metafase: la cromtida (700 nm)

... Un cromosoma presenta una sola molcula de DNA muy larga, que contiene una serie de genes. Est plegado y enrollado en una forma compleja. El ordenamiento espacial est asegurado por los nucleosomas

En la cromatina de loscromosomas en mitosis no se produce la transcripcin. La sntesis de ARN se interrumpe cuando se establece la condensacin del cromosoma.

Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos Cromosoma metafsico (microscopio electrnico de transmisin) . Los cromosomas mitticos repre- sentan la etapa ltima del empaque- tamiento de la cromatina.

. Un cromosoma mittico de 1 micra de longitud tpicamente contiene casi 1 cm de ADN.

Cromosoma Metafsico (microscopio electrnico de barrido)

. Los cromosomas se ven como estructuras separadas slo durante la mitosis. En la interfase no pueden diferenciarse dentro de la cromatina. En los cromosomas metafsicos el empaquetamiento del DNA es alrededor de 10,000 veces ms denso que en la interfase

Cromosomas Eucariticos Los cromosomas tienen dos funciones biolgicas fundamentales: Perpetuar el material hereditario durante el desarrollo de un individuo, a travs de la mitosis celular Redistribuir el material hereditario entre generaciones sucesivas, a travs de la meiosis celular Las funciones de los cromosomas dependen de tres clases de elementos del DNA: Los centrmeros Los telmeros Los orgenes de replicacin

Cromosomas Humanos ELEMENTOS BASICOS DEL CROMOSOMA1. Centrmeros2. Telmeros3. Origenes de Replicacin.- El centrmero y los Telmeros contienen DNA con secuencias repetitivas, conservadas evolutiva- mente porque son importantes para la estabilidad del cromosoma.

.- En las bandas G claras el DNA forma bucles en los que se ubican los genes codificadores de protenas.

Cromosomas Humanos. Un modelo tridimensional de un segmento de un cromosoma en interfase muestra que en la regin del centrmero la heterocromatina constitutiva (banda C) est plegada con gran firmeza.

. En las bandas G clara la eucromatina est empaquetada en forma relativamente laxa, y en las oscuras, de alguna forma est plegada con ms fuerza.

PROBLEMA DE LA REPLICACIN EN EL EXTREMO DE DNA LINEAL

Remocin de Primer

Los cromosomas de los eucariotas son lineales. Cada extremo est sellado mediante una regin especial, EL TELOMERO..

El DNA slo se sintetiza en direccin 5 a 3 en la hebra molde que va de 3 a 5 la sntesis es en forma retrasada. Por este motivo a unos 8-12 bases en el extremo de la hebra retrasada la DNA pol no puede sintetizarlas por el cebador. Entonces en cada divisin celular en los extremos telomricos se perdern estos 8-12 nucletidos. Para compensar est perdida en algunos organismos participa la TELOMERASA.

Cromosomas HumanosEl DNA de los TELOMEROS presenta secuencias en tndem ricas en G: Invertebrados: 5TTAGGG3 Levaduras: 5TGTGGG3 Protozoos: 5TTGGGG3.

Los extremos salientes de las hebras G son importantes para la proteccin de los telmeros mediante la formacin de un bucle de DNA de cadena doble (dplex)

Cromosomas Humanos

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TELOMEROSEstructuras especializadas que forman los extremos de los cromosomas eucariotas El ADN telomrico son regiones no codificantes Repetidos (TTAGGG)n en tandem: -10Kb en clulas somticas - 20Kb en clulas placenta

La longitud de las repeticiones est relacionada con el envejecimiento y dao celular. Un Telmero normal, no solo es estable, sino que Ancla ese extremo al armazn nuclear.

Cromosomas Humanos

ESTRUCTURA DE LOS TELOMEROS:Una de las cadenas de ADN tiene una extensin mayor que la otra en 12pb Se producen uniones tipo Hoogsteen formando un bucle cerrado. La cadena sobreextendida es rica en G y va en direccin 5- 3 hacia el extremo del Telmero (forma el extremo 3 del ADN cromosmico)

FORMACION DEL BUCLE del DNA de Cadena Doble (bucle-t) en el Telmero de mamferos:Griffith y Col (1999) demostraron que la cadena doble del DNA telomrico forma un bucle-t para evitar de este modo el problema de los extremos pegajosos.

La formacin del bucle est mediada por las dos protenas relacionadas TRF1 y TRF2 que se unen a las repeticiones de los telmeros de los mamferos, y el bucle se ancla mediante la insercin del extremo saliente de la hebra G dentro de un segmento proximal del dplex del DNA telomrico.

Representacin esquemtica de los telmeros putativo T-loop. Estructura de las protenas de unon especficas de telmeros.

FUNCION DE LOS TELOMEROSMantenimiento de la estabilidad cromosmica formando estructuras que evitan la fusin de cromosomas o la actuacin de mecanismos degradativos, evitando as la muerte celular y la prdida de genes importantes para la vida de la clula.Su importancia en la mitosis. La longitud de los telmeros es uno de los parmetros que determinan el nmero de divisiones de una clula y por tanto la duracin de su vida. Sirven como un reloj mittico.4. Su importancia en la meiosis ya que facilitan el reconocimiento de cromosomas homlogos. Intervienen en el apareamiento de los cromosomas homlogos y el entrecruzamiento durante la profase en la Meiosis I.5. La activacin o desactivacin de la telomerasa influye en el desarrollo y el envejecimiento de los tejidos de un organismo. 6. La telomerasa juega un importante papel en alteraciones fisiolgicas como el desarrollo de carcinognesis o la infeccin por el VIH.

Cromosomas Humanos

Cromosomas HumanosTELOMERASAEnzima ribonucleca compleja mayor 300 Kd.2 Subunidades: Subunidad cataltica o Tert (Telomerase reverse transcriptase). Una molcula de ARN o Terc (Telomerase ARN component) de alrededor de 500 nucletidos, poseen secuencias (AAUCCC) compleementaria al ADN extremo del Telmero.

Cromosomas HumanosFUNCION DE LOS TELOMEROS

ACORTAMIENTO DE LOS TELOMEROSCuando una lnea celular no tiene una telomerasa activa, los telmeros se van acortando de unos 50 a 200 pares de bases en cada divisin. Si el acortamiento alcanza un nivel crtico se induce la senescencia de las clulas de esa lnea celular.. Los telmeros se pueden considerar como estructuras dinmicas que actan a modo de reloj celular. Su longitud est en relacin con el tiempo de vida y depende de varios factores como la velocidad de degradacin de los telmeros y la velocidad y el tiempo de actuacin de la telomerasa en cada cromosoma.

Las secuencias del telmero presentanalrededor de 250 a 1500 repeticiones ricasen G (unos 9 Kb), que estn muyconservadas entre las diferentes especies.

Los telmeros y la telomerasa son factores centrales en la biologa del cncer, en las clulas madre, en el envejecimiento y en la disqueratosis congnita. La relacin inicial entre la telomerasa y el cncer se estableci cuando se observ que en la mayora de los tumores humanos se sobre-expresaba la enzima, cosa que no ocurra en los tejidos sanos y en los cultivos de clulas normales.

TelmerosCentrmeropq

CENTRMERORegiones especializadas de cromatinaDescubierto fortuitamente en 1985, con sueros de pacientes de escleroderma, reaccionaban con protenas centromricas: CENP:A,B y C (Earnshaw & Rothfield, 1985)CENP-A , descubierta como variante de H3 encontrado exclusivamente en el centrmero. Homlogos en todos los eucariotas: Funcin conservada.CENP-B:Pr- que se une muchas veces a una secuencia simple repetitiva en el DNA centromrico(DNA alfa satlite). Acta como dmero.ESTRUCTURA SECUNDARIA DE CENP-A EN EL NUCLEOSOMA

Cromosomas Humanos CENTROMERO Constriccin PrimariaEl ADN alfoide es el principal componente de todos los centromeros de los cromosomas humanos ADN alfoide: Repeticiones en tandem de 171 pb.Caja de CENP-B: secuencia de 17 pb que se une especficamente al CENP-BEstn ntimamente asociados a las Cromtides hermanas y los cinetocros.

Cromosomas HumanosLos centrmeros humanos son secuencias ricas en repeticiones de DNA, conocido como alfa satlite, las cuales estn basados en monmeros de 171 pb organizados en tndem, con una longitud variable de 0,2 5 Mb.

PROTEINAS CENTROMERICASEl ADN en la regin centromrica est asociaddo con protenas especficas. Estas protenas han podido estudiarse gracias a los Acs contra ellas en enfermos con Esclerodermia tipo CREST, lograndose aislar y purificar al menos 6 protenas centromricas o CENPs

La regin centromrica comprende: El centrmero propiamente dicho o constriccin primaria, y que esta asociada ntimamente a las cromtides hermanas ; y Los Cinetocoros que son elementos cupuliformes que se observan en la mitosis y en los cuales se insertan los microtbulos.

La estructura de los centrmeros es compleja pero al menos 3 componentes son esenciales para un centrmero funcional: Una cantidad umbral de ADN alfoide La protena CENP-B que se asocia al anterior; y La CENP-C que es propia del cinetocoro funcional.

Cromosomas Humanos CINETOCOROActa como sitio de fijacin del cromosoma a los microtbulos del huso mittico.Sitio donde residen algunas protenas motoras.Desempean un papel clave en el movimiento de los cromosomas durante la mitosis.

EL CINETOCOROEs un complejo proteico del cromosoma que captura y colabora con el transporte de cromosomasSe forma en el centrmero, presenta una capa interna y otra externa incrustadas en una corona fibrosaLas cromtides hermanas de un cromosoma en metafase se transportan hacia cada polo unidas a microtbulos de los cinetocros.Los microtbulosque se extienden desde el centrosoma al cinetocoro se denominan microtubulos del cinetocoro y los microtubulos que conectan los dos polos de la clula se llaman microtubulos polares

Cinetocoro.Acta como sito de fijacin de los cromosomas al microtbulo del huso mittico.En los mamferos es una placa trilaminar de 0.3 m de dimetro y de 0.1 m de espesor. Una de sus caras est estrechamente unida al DNA centromrico, la otra mira hacia uno de los polos del huso divisional y los microtbulos se insertan en ella por una de sus extremidades. Desempea un papel clave en el movimiento de los cromosomas durante la mitosis.

Dominio cinetocoricoDominio centralDominio de apareamientoINCEPs, CLIPsCENP-C, CENP-D, CENP-E, QuinosinaCENP-A, CENP-BDiagrama representativo de un centrmero de mamferos

Funcion de los cinetocorosAtraparUnin de los extremos de los microtubulos a los cromosomas, generan fuerza para mover a los cromosomas a lo largo de los microtubos y regulan la separacion de los cromosomas y su traslocacion a los polos.

FUNCION CINETOCORO Anclaje a los microtbulos del huso: aneuplodiaVerificacin de esos anclajesDeteccin y correccin de errores: checkpoint de mitosisGeneracin de fuerzas: motores moleculares

Anclaje de los cromosomas a los microtbulos del huso mittico

CAPTURA DE MICROTUBULOS (MTs)Los microtbulos que localizan un cinetocoro se estabilizan, mientras que aquellos que no lo encuentran se despolimeriza rpidamente. Como los cromosomas presentan 2 cinetocoros asociados, cuando uno de ellos se engancha a los MTs generado por uno de los polos celulares, el cinetocoro de la cromatide hermana queda expuesta hacia el otro polo

Verificacin de los anclajes al husoEsquema de las diferentes configuraciones de anclaje de los cromosomas al huso mittico.

ORIGENES DE REPLICACION (OR)

Slo 1/10 parte son usados para constituir los Replicones o unidades de replicacin del ADN.Genoma Humano (46 Xs) hay alrededor de 20,000 replicones con una longitud promedio de 150 Kb de ADN cada uno, y con una velocidad de la horquilla de replicacin de alrededor de 1 Kb por minuto.Los replicones slo actan durante el momento preciso del ciclo celular (inicio de fase S).Las bandas R se replican antes que las bandas G y stas antes que las bandas C.Todo segmento de ADN estable de un organismo debe poseer un OR.

OR en levaduras

Elementos caractersticos del cromosoma (metafsico)

Organizacin Molecular de los Cromosomas Humanos

TERRITORIOS CROMOSMICOSExisten dos modelos:Modelo del Territorio Cromosmico (by Carl Rabl,1885) El DNA de cada cromosoma ocupa un volumen definido en el ncleo y sobrelapa con sus vecinos inmediatos(Fig.A).Modelo de Espagueti: la fibra de DNA de mltiples cromosomas serpentea a travs del ncleo en una manera aleatoria, son por lo tanto se entremezclados y enredados con cada otro (Fig.B).Cmo lucen los cromosomas en el ncleo de una clula cuando no est en divisin celular (e.g. neurona)?

Los cromosomas eucariticos estn ordenados y confinados a regiones concretas dentro del ncleo celular que se denominan territorios cromosmicos.Esta organizacin espacial puede tener implicaciones en la regulacin funcional y la estabilidad del genoma.

TERRITORIOS CROMOSMICOS Durante la interfase, los cromosomas existen como territorios cromosmicos Los territorios cromosmicos estn definido como una porcin nuclear tomado por ADN de un cromosoma determinado, el cual tiene un volumen de 2-3 m de dimetro. El ADN que se encuentra en los territorios estn relativamente abiertos, lo que permite que algunos factores de transcripcin funcionen. Los lmites de los territorios cromosmicos no son fijos, de sta manera se puede observar una sobreposicin entre territorios vecinos.

La organizacin jerrquica es importante para la regulacin gentica. La alteracin de sta organizacin cromosmica puede causar enfermedad.

Las acetilaciones disminuyen la carga positiva de la histona y esto hace que se liberan la estructura de la cromatina y la hacen pasible a ser transcripta (activacin). Por el contrario la desacetilacion son compactadoras (silenciadoras) de la actividad trancriptiva del ADN.

LOS FACTORES EPIGENETICOS:

ROLES DE LA EPIGENTICALa epigentica participa en:

Desarrollo embrionarioDiferenciacin tisularImprinting gnicoInactivacin del cromosoma XRepresin de DNA parsito (transposones)Papel menor en la regulacin gnica (islas CpG normalmente no metiladas), pero importante en patologa .

MODIFICACIONESADNHISTONASACETILACIONFOSFORILACIONUBIQUITINACIONMETILACIONMETILACIONADP - RIBOSILACION

Esta investigacin tendr un gran impacto en nuestra sociedad postgenmica y mostrar que somos ms que la suma de nuestros genes.EL FUTURO DE LA EPIGENTICA

In a collaborative set of experiments, the Blackburn and Szostak labs discovered that sequences fromTetrahymenacould function as telomeres forlinearplasmids that were introduced into yeast cells (Blackburnet al., 2006). Furthermore, these researchers discovered that yeast cells elongated theTetrahymenatelomere sequences. The teams received an even bigger surprise when they determined the sequence of the new telomeres. Quite unexpectedly, the elongated telomeres had repeated copies of the yeast TG1-3repeat, rather than theTetrahymenaTTGGGG repeat. But how were these cells able to elongate telomere sequences from anotherorganismwith copies of that organism's own telomere repeat?

*CENP-A forms a histone octamer containing two each of histones H2A, H2B, H4 and CENP-A and the DNA is left-handedly wrapped around the histone octamer, as in canonical nucleosomes containing histone H3.***