Variabilidad Humana y Secuencias de ADN

Variabilidad Humana

• La variabilidad fenotípica es un resultado de factores genéticos y ambientales
• Se dan mutaciones o polimorfismos en la secuencia de nucleótidos.
• Existen aproximadamente 10 millones de pares de bases que diferencian a los seres humanos.
• Se produce adaptación gracias a diferentes alelos para un mismo locus génico.
• El genoma contiene secuencias repetidas altamente (8,5%), moderadamente (45%) y únicas (45%).
• Solo el 1,5% del ADN de secuencias únicas codifica proteínas.

Complejidad de las Secuencias del ADN → Tipos de Secuencias

• ADN de secuencia única (45%): Genes, intrones, exones y secuencias regulatorias como promotores.
• ADN moderadamente repetitivo (45%): Presenta entre 10² y 10⁵ copias.
• ADN moderadamente repetitivo: Incluye retrotransposones como LINEs (6-8 kb) y SINEs (200-400 pb).
• Alu es un tipo de SINE de 300 pb con aproximadamente 10⁶ copias (11% del genoma).
• Elementos MIR: actúan como aisladores permitiendo la transcripción génica independientemente del entorno cromosómico y según las necesidades de la célula.
• Retrotransposones LTR: retrovirus.
• Transposones de ADN: 3x10⁵ copias.
• ADN altamente repetitivo (ADN Satélite) (variando en el 8.5% restante): Presenta 10⁶ copias.
• Minisatélites: unidades de repetición menores a 65 pb repetidas en tándem de 5 a 50 veces, muy variables y ubicadas en telómeros y centrómeros.
• Microsatélites (STR): unidades de 2 a 6 pb repetidas en tándem (hasta 45 repeticiones), altamente variables y encontradas por todo el genoma.
• ADN mitocondrial: No permite identificación paterna, útil en identificación familiar (mitad polimorfismos de padre y madre).

Polimorfismos

• Polimorfismo: Cualquier diferencia en la secuencia del ADN o de una proteína que pueda ser identificada por técnicas moleculares.
• Polimorfismo genético: Existencia de múltiples alelos (variantes) en un locus genético, con dos o más alelos presentando frecuencias superiores al 1%.
• Locus polimórfico: locus genético donde al menos el 2% de la población es heterocigota; aproximadamente el 30% de los loci humanos son polimórficos.
• Grados de polimorfismo:
  • Proporción media de genes heterocigóticos en un individuo: 6%.
  • Proporción de individuos heterocigóticos para un gen: 12-18% (1-300 pb de diferencia à variabilidad).
  • Heterocigosis media del ADN genómico humano (3x10⁹ pb): 0,37%.
• Análisis del FBI criminal: se analizan 13 loci de microsatélites para comparar con el ADN de la escena del crimen.

Aplicaciones de los Polimorfismos

• Seguimiento de herencia en familias y poblaciones.
• Ubicación de genes en regiones específicas de cromosomas mediante análisis de ligamiento o asociación alélica.
• Diagnóstico prenatal de enfermedades genéticas y detección de portadores de alelos deletéreos.
• Tipificación de tejidos para transfusiones y trasplantes (homología donante-receptor).
• Medicina forense: Pruebas de paternidad, identificación de restos de víctimas, verificación de la concordancia entre ADN de sospechosos y agresores.
• Medicina personalizada basada en la genómica: asistencia médica individualizada según variantes genéticas de riesgo o influencia en seguridad y eficacia de fármacos.

Tipos de Polimorfismos de ADN

• Polimorfismos en la Longitud de los Fragmentos de Restricción (RFLP): variaciones en la secuencia de ADN en un par de bases que afectan el reconocimiento de una enzima de restricción.
  • Detectados mediante Southern blot, son bialélicos.
• Polimorfismo en la Longitud de Secuencias Simples (SSLP) o Repeticiones en Tándem de Nº Variable (VNTR): variaciones en la cantidad de repeticiones de una secuencia de ADN.
  • Corresponden normalmente a minisatélites y microsatélites, detectados por PCR (altamente polimórficos).
• Polimorfismo de un Solo Nucleótido (SNP): variaciones en la secuencia de ADN en un par de bases.
  • Detectados mediante biochips y secuenciación de ADN.

Detección de Polimorfismos Tipo RFLP → Southern Blot (DNA-DNA)

• Se realiza digestión enzimática con enzimas de restricción, cortando el ADN en sitios específicos.
• Se hace hibridación con sonda y se corre en gel de electroforesis para analizar los alelos presentes en el individuo.
• Se hace PCR primero para amplificar el número de copias de ADN, luego la electroforesis.

Diagnóstico directo de anemia falciforme mediante RFLP

• La HbS es una forma mutada del gen HbA que modifica su estructura, causando anemia falciforme.
• El diagnóstico se basa en cómo las enzimas de restricción cortan el ADN y cómo las moléculas resultantes se desplazan en el gel.
  • Heterocigotos (A/S y S/A): presentan un alelo de HbA y otro de HbS.
  • Homocigotos 1 à A/A: dos alelos HbA llevan a una única marca.
  • Homocigotos 2 à S/S: Como A/A, pero marca única gruesa en 1.35.

RFLPs y Hemofilia B: diagnóstico molecular

• Se basa, como en casos anteriores, en la presencia o ausencia de la mutación característica de hemofilia B.
• Los resultados en electroforesis dependerán de los cortes realizados por las enzimas de restricción.
• La herencia ligada al cromosoma X implica que las mujeres muestran dos bandas en el gel (dos cromosomas X), mientras que los hombres solo muestran una.

Aplicaciones de los Polimorfismos en la Medicina Forense

• A pesar de que cada individuo tiene información genética única y que los gemelos monocigóticos comparten el 99% de su ADN, heredamos patrones epigenéticos de nuestros padres.
• Permite la identificación de restos de cuerpos y la realización de pruebas de paternidad.

Diagnóstico Molecular Indirecto → Marcadores Polimórficos

• Los marcadores polimórficos permiten encontrar mutaciones puntuales, DNAmicrosatélites, RFLP, deleciones e inserciones.
• Genotipo del marcador → Genotipo del gen dañado.

Diagnóstico Indirecto de Enfermedad Autosómica Dominante → RFLP A DX Prenatal

• Es importante recordar que un mismo tamaño de fragmento de ADN que marca la enfermedad en una familia puede estar ligado a un cromosoma sano en otra.

Polimorfismo Genético: VNTRs

• Recuerda que VNTRs es polimorfismo del número de repeticiones de secuencias en tándem, afectando el número de repeticiones en una secuencia.
• Se localizan en muchos loci cromosómicos de cada individuo, y la frecuencia de heterozigotos es muy elevada. ####Polimorfismo en Casos de Violación
• El test busca el perfil de la víctima cotejando con los sospechosos.

Polimorfismos SNP y análisis de polimorfismos

• Son polimorfismos de un solo nucleótido.
• Se originan por mutación, se heredan como variantes alélicas, aunque en general, no causan diferencias fenotípicas.

Detección y Medida del Polimorfismo a Nivel de Proteínas

• Existen polimorfismos en los antígenos eritrocitarios (sistema ABO) que difieren en los alelos del cromosoma 9 que codifican eritrocitos.
• A y B son transferasas que modifican el antígeno H del eritrocito.
• 0 codifica una transferasa inactiva.

Caracteres Genéticos Continuos y Discontinuos

• Los caracteres de estudio de Mendel eran todos DISCONTINUOS, donde el fenotipo era claro y sin ambigüedades.
• Los caracteres CONTINUOS presentan un abanico de posibilidades intermedias.

Rasgos Multifactoriales

• Son rasgos definidos por el efecto de múltiples genes y factores ambientales.
• La altura y la presión arterial son rasgos multifactoriales, no dependen de un único factor sino de varios relacionados con la herencia de múltiples genes (poligénico).

Teoría de los Factores Polímeros → Herman Nilsson, 1908

• La teoría de Herman Nilsson sobre los factores polímeros habla de la presencia de muchos genes con efectos pequeños equivalentes y sumables.

Modelo Infinitesimal

• El modelo infinitesimal explica cómo el fenotipo resultante del individuo es la combinación de genotipo y factores ambientales.
• Define el valor fenotípico (P) de un individuo para un carácter cuantitativo:
• P = G + E. Genotipo (Valor genotipo → G: conjunto de genes independientes, cuyos efectos son pequeños y acumulativos. Ambiente (Desviación ambiental): es donde se desarrolla el individuo.

Estudios sobre Varianza Fenotípica: Ambiente sobre Varianza Fenotípica en Plantas

• Si se considera solo un gen, las clases fenotípicas van a ser bien diferenciadas, pero debido a la influencia ambiental, estas clases van a ser más variadas.

Herencia Multifactorial

• Se define así a la situación en que las mutaciones ocurren en genes que segregan un rasgo determinado dan lugar a genotipos propensos a modificarse por las condiciones ambientales.

Enfermedades Complejas en Edad Adulta

• Para el estudio de las enfermedades complejas, no podemos reproducir los métodos empleados en modelos experimentales.

Heredabilidad

• La heredabilidad de un carácter en una población mide las posibilidades de cambio de ese carácter al someterse al efecto de la selección.

Selección Artificial

• En lugar de dejar que la selección sea natural, se fuerzan los cruces para conseguir razas de perros o tipos de frutas y verduras.

Herencia Epigenética

• Es la herencia de diferentes estados funcionales que pueden provocar distintos fenotipos sin cambios en la secuencia del ADN, son modificaciones covalentes
• Las modificaciones covalentes hacen que la estructura final de la cromatina cambie, esto puede heredarse la descendencia y es lo que se conoce como herencia epigenética.

Estructuras que pueden mantener cambios epigenéticos

• Los cambios o modificaciones covalentes suelen tener efecto represor a través de la formación de la heterocromatina.

La Influencia del Ambiente

• Los factores ambientales hacen cambiar nuestro epigenoma, y los cambios son transmisibles a la descendencia.
• Incluso gemelos (casi 100% de su ADN idéntico) pueden tener distintos epigenomas si se exponen a factores ambientales diferentes a lo largo de sus vidas.

Mecanismos Epigenéticos

• Metilación del ADN
• Modificación de histonas: desacetilación, metilación, fosforilación y ubiquitinización.
• miRNA

Últimos Avances en Epigenética

• Obesity and Bariatric Surgery Drive Epigenetic Variation of Spermatozoa in Humans
• Es un estudio que se realizó en diciembre de 2015 sobre el metabolismo celular y la relación de la epigenética con la obesidad.
• primer medicamento para revertir cambios epigenéticos
• en USA la FDA (Food and Drug Administration) aprobó el primer medicamento epigenético, Azacitidina
• trata una de las formas de leucemia, a través de la reactivación de genes supresores de tumores, ya que es un agente desmetilante.

Introducción Al Cáncer

• Es un conjunto de enfermedades que se caracterizan por un aumento descontrolado de la proliferación de células malignas.
• Causa: pérdida del control del ciclo celular.

Modelo de Cáncer por Etapas (Alfred Knudson, 1971)

• Planteó la hipótesis de que el cáncer era resultado de una serie de mutaciones que se acumulaban en el tiempo en el ADN de las células.

####Hipótesis de cáncer por etapas

• Hipótesis la estudió en concreto con casos de retinoblastoma

Terminología Importante

• TUMOR BENIGNO, que crece despacio Es aquel tumor que crece despacio y es relativamente inocuo

Causas del Cáncer: Defectos en el ADN

• Agentes mútagenicos ambientales
• Anomalías cromosómicas:
• Algunos canceres específicos aparecen entre familiares.

Agentes Mutagénicos Ambientales

• HUMO DEL TABACO: asociado con el 50%-60% de las muertes.
• ALIMENTOS Y PLÁSTICOS
• RADIACIONES: la radiación UV causa del orden del 90% de los tumores de piel.
• COMPUESTOS QUÍMICOS
• POLUCIÓN
• MICROORGANISMOS

Anomalías Cromosómicas

• Cromosomas extra, cromosomas faltantes y reordenamientos cromosómicos.
• LEUCEMIA MEILÓGENA CRÓNICA:
• LINFOMA DE BURKITT:
• Análisis de Tumores Familiares:
• Podemos ver si el cáncer es o no hereditario (en caso de que ya haya habido varios casos), pero lo mejor es realizar un estudio genético.

Genes implicados en el Cáncer

• La base de la aparición de un cáncer son mutaciones que afectan a genes responsables del crecimiento, la división celular, la diferenciación y la muerte celular.
  • Protocogenes (proliferantes) -Al mutar se transforman en ONCOGENES (EXCESO DE PROLIFERACIÓN)