GENOMA HUMANO
Prof. CRUZ BRICEÑO MARIA
DPTO DE MORFOLOGIA HUMANA
GENOMA
Es el conjunto completo de información
almacenada en el ADN de un organismo, en
particular en cada una de sus células
FUNCIONES:
Incluye:
Proteínas involucradas en el
transporte de proteínas
Proteínas involucradas en los
procesos bioquímicos
Plegamiento de Proteínas
Proteínas inmunológicas
Proteínas estructural
30 ,000
Pares de base : 3x109 pares de bases Genes : 30000
Cromosomas : 22 - X - Y ( 50 – 263Mb)
GENOMA NUCLEAR
Cromosoma
Cantidad de DNA
(Mb)Cromosoma
Cantidad de DNA
(Mb)
1 279 13 118
2 251 14 107
3 221 15 100
4 197 16 104
5 198 17 88
6 176 18 86
7 163 19 72
8 148 20 66
9 140 21 45
10 143 22 48
11 1448 X 163
12 142 Y 51
FILOGENIA
1982
DIFRENCIAS ENTRE LAS ESPECIES
1. Inversiones pericentricas: cromosomas 1 y 18
2. Inversiones paracentricas: 4,5,9,12,15 y 16 del hombre y el chimpancés
3. Inversiones peri y paracentricas: cromosoma 16 del hombre y del gorila
4. Heterocromatina constitutiva
a. Variaciones en la cantidad centromérica en la cuatro especies,
cromosomas 1,9,16,13,15,21,22
b. Diferencias en el tamaño del Y
c. Presencia de otras bandas
5. Presencia banda telómericas terminales en cromosoma X
6. Localización de los organizadores nucleolares
a. Humano: 13,14,15,21,22
b. Chimpancés: 13,14,18,21,22
c. Gorila: 13, 21,22
d. Orangután: 2p, 3p, 7q, 13,14,15 y 22
Inv. pericentrica Fusión Inv. pericentrica
Bandas
telómericas Tamaño del
cromosoma Y
C1 C2 C18 C X C Y
De mono al hombre
Fusión del cromosoma 2p y 2q reduce de 24 a 23 pares de Cromosomas
Cromosomas Comparación con el cariotipo humano
Chimpancé Gorila orangután
1 Ausencia de constricción Ausencia de constricción Ausencia de constricción
2 Fusión telomérica Fusión telomérica Fusión telomérica
3 Similar Similar Inversión pericentrica
4 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Inversión pericentrica
5 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Similar
6 Similar Similar Similar
7 Similar Similar Rearreglo
8 Similar Inversión pericentrica Rearreglo
9 Ausencia de Constricción Rearreglo Rearreglo
10 Similar Inversión pericentrica Rearreglo
11 Similar Similar Similar
12 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Similar
13 Similar Similar Similar
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16 Ausencia de constricción Rearreglo Rearreglo
17 Inversión pericentrica Inversión pericentrica Inversión pericentrica
18 Rearreglo Rearreglo Rearreglo
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Y Ausencia del segmento distal Similar Similar
TIPOS DENOMINACION CARACTERISTICAS
CODIFICANTE Elementos Propios Elementos accesorios
ARNr, ARNt, ARNm Retroposones Transposones
NO CODIFICANTE
Función estructural Función reguladora Función desconocida
ADNsat centromerico ADN Telomerico Promotores Intensificadores Silenciadores ADN intergénico
SECUENCIAS DE GENOMA NUCLEAR
•SEGÚN SU FUNCION
I. SECUENCIAS CODIFICANTES1. SECUENCIAS CODIFICANTES GENES RNA• Existen 700-800 genes
• RIBOSOMICOS rRNA
• TRANSFERENCIA tRNA
• NUCLEAR PEQUEÑO snRNA
• NUCLEOLAR PEQUEÑO snoRNA
• OTROS: MICRO-RNA miRNA
rRNA: Unidad transcripcional de 45 S (28, 5.8 y 18 S)
Con 30 – 40 repeticiones
Localizado en: 13, 14,15,21, 22 Unidad 5S: 200 – 300 genes1p41-42
miRNA (≈ 22nt)300 genes miRNA (>dentro de intrones), 7 en C13 se transcriben por ARNpol II
pri-miRNA --RN-asa III (DROSHA)---- pre miRNA --- RN-asa(DICER)---miRNA
(núcleo) (Bicatenario) 70 nt (citoplasma) 22nt
FUNCION
Reguladores antisentido
de otros genes
Se enlazan al 3’ UTR del ARMm
Inhiben la traducción
• Reprimen la síntesis
de proteínas del gen blanco
Degrada el mRNA
RNAsn SnRNA U3
RNA espliceosómico
- 44 genes snRNA U6
- 16 genessnRNA U1 locus RNU1 en 1p36.1 (6 - mas de 30repeticiones)
- Genes snRNA U2 locus de 6.1kb RNU2 17q21-22
GENES ARNt497 GENES -- 49 familias
según anticodon
61 codones son reconocidos por
40 tRNA
Loci: todos cromosomas
(excepto 22 y Y)
-6 (4Mb) residen 286
- 1 residen genes tRNA Asn y
Glu
- 7 18 /30 tRNA Cys
GENES ARN
2: GENES CODIFICANTES DE POLIPEPTIDOS
GENES QUE CODIFICAN POLIPEPTIDOS1. Tamaño del gen es Variable 2. Tamaño del exón (<200pb) es independiente del tamaño del gen3. Tamaño del intrón es proporcional al tamaño del genLa fracción del DNA codificante es inversa al tamaño del gen
Correlación entre tamaño de gen – tamaño del producto, con excepciones*
4563 aa
3685 aa
*
*
2. Diversidad de organización intron -exon
3. Tipo de genes:a. Genes idénticos en sentido funcional
Genes de Histonas: http://research.nhgri.nih.gov/histones/web/chrmap.shtml
86 sec. En 10 Cromosoma diferentes (1,2,4,5,6,11,12,15,21,22)
2 grupos grandes en cromosoma 6p 21.3
Genes Ubiquitinas○ Localización en varios cromosomas
○ En serie de repeticiones (cotranscripción / policistrónicos)
○ En unidades monómeras pero unidos a otros genes –Unidades de transcripción biscitrónica
b. Genes similares en sentido funcional Genes muy relacionados pero no son idénticos en su
secuencia
Agrupados / Consecuencia de duplicaciones
Cromosomas diferentes
Genes HOXFamilia génica: grupo de 10 genes en cuatro cromosomas dif.Cromosoma:
13q13-14 Xq13-22 4q11-12 5q31-33
c. Genes relacionados en sentido funcional
• Secuencia sin relación física pero con relación funcional
• Sus productos pueden ser:– Subunidades de la misma proteína
• globina α 11p Globina β 16p
• Ferritina cad. Pesada 11q Cadena liviana 22q
– Subunidades de la misma estructura macromolecular
– Componentes de la misma vía metabólica o de desarrollo • (hidroxilasas)
– Proteínas ligando – receptor
• Insulina 11p Receptor 19p
• Interferon β 9p Receptor 21q
d. Genes bidireccionales / superpuestos / dentro de genes/ policistronicos
No son comunes
Son muy cercanos
d.1. Organización génica bidireccional.
Se transcriben de cadenas opuestas:
○ Genes de reparación de DNA
d.2. Genes superpuestos de forma parcial
Ejm. Genes HLA
d.3. Genes dentro de genes
Localizados dentro de otros genes snoRNA en genes de proteínas ribosomales / proteína nucleolares
Incluidos en intrones de genes grandes Ejm. Gen del factor VIII de la coagulación
Gen RB1
Gen NF1
d.4. Unidades policistrónicas• Grupos > de los Genes rRNA
• Genes UBA52 Ubiquitinas
UBA80 Proteína ribosómica S27 / L40
OGMP: glucoproteina de mielina del oligodendrocito
e. Familia génicas comunesi. Familias génicas comunes:
– Muestran gran homología de secuencia codificante
Ejm.
– Genes de histonas
– Genes de globinas
• α y β
ii. Familia de genes que codifican proteínas
con dominios grandes y muy conservados
• Homología notable en regiones conservadas
• Homología baja en regiones no conservadas
Ejm. Familia de factores de Transcripción del desarrollo
sec conservada codifica un dominio de unión al DNA
iii. Familia de genes que codifican productos
con secuencias conservadas cortas•Familia génica de Caja DEAD = asp – Glu – Ala – Asp
Ejm. Proteína que participan en el splicing
• Familia génica de Caja WD: Triptofano - aspartato (4-16 repeticiones tanden)
(44-66 aa)
Ejm. Proteínas reguladoras: División celular,
Transcripción y Modificaciones de mRNA
Señalamiento transmembranoso
Gli - His Trp - Asp
iv. Superfamilias-Codifican productos relacionados desde el punto de vista
funcional en sentido general y muestran débil homología de
secuencia.
Ejm. - Ig, RCT, HLA
- Globinas: globinas α y β, Mioglobia, neuroglobina
- Receptores acoplados a proteínas G (7 hélice α tm)
v. Familias génicas agrupadas: v.a. Familias génicas organizadas en un grupo
único Organización génica tánden:
○ Genes relacionados en secuencia y función ○ Ejm: Genes RNA: (rRNA, U2, snRNA.
○ Genes polipeptídicos: Poli-ubiquitina
Grupo cerrado: no en tánden, pueden estar○ Agrupados de manera estrecha y regulados por región de
control de locus único (globinas)○ Individuales e idénticos en secuencia y función
Grupo compuesto: relación física, pero no ensecuencia, ni en funciónEjm. Complejo HLA en 6p21.3HLA I y II - Fact. Complemento sérico - Hidrolasas esteroides
v.b. Familia de genes organizadas en múltiples grupos génicos
• Relacionados muy de cerca o distribuidos en (uno), dos o mas sitios cromosómicos
• Similitud alta o baja entre genes de diferentes grupos
Ejm
– Receptores olfatorios (900 unid) : 25 grupos
– HOX (38 copias) 2p,7, 12, 17
– Histonas (61 copias) 10 cromosomas
vi. Familia de génicas dispersas Dispersos y difieren en secuencia (salvo dup)
Los miembros de la familia se origina por:
○ Genomas diferentes:
○ isoformas de proteínas mitocondriales y nucleares
○ Duplicaciones del gen/genoma
Presentan homología secuencial en dominios
Familia PAX
○ Retrotranscripción
En los genes funcionales pueden tener intro y copia procesada funcional
cDNA natural
Características de las Familias multigénicasPoseen genes de copias defectuosas: pseudogenes
• Pseudogenes no procesado en un grupo génico
Pueden originarse por:
– Duplicaciones: alteran regiones codificantes o reguladores No funcional
– Inserciones de secuencia de ADN complementario
Transcripto (sin sec. Promotoras)
transcriptasa inversa
ADNc
– Inserciones de codones terminales
Ejemplo:
- globinas
• Genes truncados y fragmento de genes internos en un grupo génico
mRNA HLA I
Genes de
Cadena pesada
HLA I 6p21.3
- 6 genes
- 4 seudogenes
- Copias génicas
parciales
6p21.3
Contiene : pseudogenes no procesados
Copias de genes truncados
Copias de fragmentos génicos
Origen: Duplicaciones / entrecruzamiento desigual
Ejm. HLA I
• Pseudogenes no procesados en una familia génica dispersa
– Duplicación
segmentaria.
Ej. NF1 (pericentromérico C 1 7q11.2)
PKD (enf poliquística del riñón) (subtelomerico C 16p)
Duplicaciones segmentariasLa duplicaciones segmentarias:
2 o mas segmentos
cromosomicos >1 Kb con >90
% de identidad de secuencia
Tipos:
D. Intracromosomicas: 100Kb
D. Intercromosomicas: 10-50Kb
Pseudogenes procesados: Son mas frecuentes
Caracteriza por :
Extremo 3` con poli A (≈ARNm)
No tiene intrones
Carecen de promotor (no se expresa)
Truncados 5`(falla transcriptasa)
Ejemplos: genes B tubulina, Inmunoglobulina
Mecanismo
de origen:
1. DE REPETICIÓN EN TANDEN
Tipos DNA: Satelite, minisatelite y microsatelites
a. DNA SATÉLITE:
• Repeticiones: simple(1-10 nt) / Complejas (>10 nt)
• 10 al 15% de secuencias repetidas del genoma.
• Secuencias cientos Kb repetidas en tanden
• Mayormente se localiza en la región pericentromérica en
los cromosomas, tiene función estructural, carece de
orígenes de replicación
• La menor parte de DNA Sat. está disperso por todo el
genoma, tiene función amortiguadora de las mutaciones.
II. SECUENCIAS DE NO CODIFICANTES
. DNA Sat. alfoide: : centrómeros
•Unidades de 5-171 pb longitud mll de pb
•Motivo: CTTCGTTGGAAACGGGA
• Fija proteínas centroméricas CENP-B:
•Es específico para cada cromosoma :
. DNA : 68 pb
Cromosomas: 13-15, 21,22,9,1, Y
ADN Sat-1: 42 pb pericentromérico
ADN Sat-3: 5 pb (>cromosomas) conservado
b. ADN MINISATÉLITE : 102 - 103
VNRT : repetición en tánden de número variables
Muy polimórficos,
i. DNA minisatelite hipervariable:
- Presente en proximidades del telómero (otros lugares)
-Secuencias cortas de 9-64pb repetidas en tánden
- Secuencia común GGGCAGGAXG, que constituye una
secuencia señal para la recombinación general
→ identificación de individuos (“fingerprint”)
- No transcriben, excepto MUC1 en 1p -- codifica
proteína polimórfica
ii. DNA minisatélite telomérico 104
- Porción terminal de telómeros:10-15 Kb
- Secuencia repetida:
5’ TTAGGG 3’ dispuesta de 2000 a 10000 veces seguidas
Su longitud varía con la edad de la célula
Espermatozoide tiene 15 Kb
Célula somática 1,2 Kb
Linfocitos en cultivo:
normales 47 7.7 pb menos por año
S. Down 133 5.5 pb menos por año
c. DNA MICROSATELITE: 104
•Muy polimorfico. Localizados por todo el genoma (60Mb)
•Unidades repetitivas: de 2,3 ó 4 (<10) nt
• Comunes: (CA)n/(TG)n una x 36kb) AT/TA (una x 50kb) AG/CT (una x 125kb)
• Raras : CG/GC (una x 10Mb)
•Origen: deslizamiento de replicación
•Raro aparecen en secuencias codificantes excepto trinucleotidos en
ciertas alteraciones hereditarias
CTG exon 1 del FMR1 implicado en S. X frágil
CTG extremo 3’ del gen de la distrofia miotónica
CAG en el gen de Huntingtina del S. Corea de Huntington
(informa una sec. poliglutamina)
Ejemplo: SNP (polimorfismo de un solo nucleótido)
Ejemplos – Una repeticion de 2 pb : GTGTGTGTGT
Una repeticion de 3 pb : CAGCAGCAGCAGCAG
.
...TCCAGACAAGGTGGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTTTCTCCAGTGAGATTTA…
2. DNA NO CODIFICANTE REPETIDO DISPERSO
Retroposones y transposones
A. RETROPOSONES o SECUENCIAS INTERCALARES: 10 - 102
a. LINES: Long interspersed nuclear elements : 1- a 5-kb
• L1 o L1H 6.4 Kb
• Localizados en bandas G , 20,000 a 40,000 Copias
• Origen: ARN transcriptasa inversa ADN integra al genoma
• Existen 3 familias: LINE-1, LINE-2, LINE-3
• Implicado en mutaciones, proveer sitios de recombinación
anormales tanto intra como intercromosómicos
• L1 cromosoma 22 transloca X gen Factor VIII Coagulación
Hemofilia
6.1kb
B. SINES: Short interspersed nuclear elements
• Alu 150 Mb (5% del genoma humano)
•Sitio de restricción 5’AGCT 3’ para enzima Alu I
(Artrhrobacter lacteus)
•Existen 500000 copias de secuencias de 300 pb
•Localizados en las banda R
•Estas secuencias se originaron por retrotranscripción
•ARN 7SL ---Transcriptasa inversaADN que se integra al genoma
ARN: partícula señal ( participa en la síntesis de proteínas)
c. Elementos parecidos a retrovirus con repeticiones terminales largas (RTL): Transposones RTL
Pueden ser autónomos o no autónomos con RTLAutónomos: secuencias retrovirales endogenas(SRE)
Contiene genes gap y pol proteasa, transcriptasa inversa, RNAasa, integrasa
Tipos: SER H (SER humana) 4.6% del genoma , > defectuosos
SER H-K conserva genes retrovirales intactos
SERH-K10 sufre de transposición
No autónomos: MaLR 3.8% del genoma
Carecen de gen pol y a veces del gap
Elementos repetitivos encontrados en Gen de la enzima del hígado,
la oxidasa homogentistica HGO (alcaptonuria)
Modificó de B. Granadino, D. Beltrán-Valero de Bernabé, J. M. Fernández-Cañón, M. A. Peñalva, y S. Rodríguez de Córdoba,
B. TRANSPOSONES: 10 – 102
Móviles, representan 3% del genomas
Codifican una transposasa
Sec. como retrovirus.
Tienen repeticiones terminales invertidas
Ejm. THE humano
MER1
MER2
•Bicatenario circular, 16569 pb (0,5% del genoma)
•Presenta dos cadenas con secuencias de bases diferentes:
Cadena pesada H: rica en G Cadena ligera L: rica en C
•N° ADN: cientos o miles de copias por mitocondria
•Posee poco ADN repetitivo, no intrones
•Expuesto a radicales libres (liberados por Fosforilación oxidativa)
Mutaciones de mayor frecuencia
•Los sistemas de reparación son menos eficientes que los del ADN
nuclear
Código genético diferente al del núcleo
Es transmitido por herencia materna
GENOMA MITOCONDRIAL
GENES MITOCONDRIALES:
37 genes: 28 en la cadena pesada
9 en la cadena ligera
24 codifican ARN: 2 ARNr,
22 ARNt
13 polipeptidos: 7 subunidades del complejo I: ND1- NAD6
1 subunidad del citocromo b
3 subbunidades citocromo oxidasa COI-COIII
2 subunidades de ATPasa: 6 y 8
8 x 4
14 x 2 60 codones
Genes parcialmente
solapados
37 Genes
H : 28
L : 9
22 : ARNt
2 : ARNr
13 : polipeptidos
GENETICA MITOCONDRIAL
A. Responde a un modelo de Herencia Materna
B. Presenta segregación mitótica
C. Muestra una elevada tasa de mutación
Son 10 veces más rápidas que el ADN nuclear