Tema 4 Biomoléculas, Biología Molecular PDF

tema-4-biomol.pdf jescudero7 Biología Molecular 1º Grado en Biomedicina Facultad de Ciencias Biomédicas y de la Salud Universidad Europea de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación econó...

tema-4-biomol.pdf jescudero7 Biología Molecular 1º Grado en Biomedicina Facultad de Ciencias Biomédicas y de la Salud Universidad Europea de Madrid Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  RECOMBINACIÓN GENÉTICA ÍNDICE: 1. Recombinación genética en la meiosis: ▪ Significado biológico de la meiosis ▪ Recombinación genética homóloga: modelo de Holliday ▪ Proteínas implicadas en el proceso de recombinación homóloga 2. Recombinación genética en el sistema inmune: ▪ Recombinación específica de sitio: generación de la diversidad de inmunoglobulinas INTRODUCCIÓN El reordenamiento de la información genética dentro y entre moléculas de ADN comprende diversos procesos conocidos colectivamente como recombinación genética y, como consecuencia, se genera variabilidad génica. ▪ El intercambio de genes entre cromosomas homólogos durante la meiosis recibe el nombre de recombinación homóloga. ▪ Los mecanismos de reparación del ADN dañado reciben el nombre de reparación por recombinación. ▪ El reordenamiento de secuencias de ADN especificas que alteran la expresión y función de algunos genes durante los procesos de desarrollo y diferenciación recibe el nombre de recombinación somática. RECOMBINACIÓN GENÉTICA EN LA MEIOSIS Cada cromosoma homólogo (materno y paterno) contiene una combinación de alelos diferentes. La recombinación se da en la generación de cromosomas que contienen parte de cada cromosoma paterno y materno homólogo con nuevas combinaciones de alelos: principio de segregación independiente. En la profase I se produce el sobrecruzamiento y, durante el leptoteno y paquiteno, las quiasmas se forman, en el diploteno se comienzan a ver y en la diacinesis se observan bien. La formación de quiasmas es el resultado de la recombinación de cromátidas no hermanas/homólogas: cada extremo se entrecruza con el complementario en el otro cromosoma formando un quiasma (se observa tras desmontar el complejo sinaptonémico en el diploteno), posteriormente los quiasmas se resuelven en la transición metafase I-anafase I; en la telofase I tendremos dos células con la mitad de cromosomas a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  cada una de ellas. Durante el paquiteno y diploteno (meiosis I) se da el entrecruzamiento de dos de las cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos durante la sinapsis, la rotura de las quiasmas y la separación de los cromosomas homólogos. Durante la meiosis II se da la separación de las cromátidas hermanas para la formación de gametos haploides. SIGNIFICADO BIOLÓGICO DE LA MEIOSIS: generación de diversidad genética sobre la que puede actuar la selección natural. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. RECOMBINACIÓN GENÉTICA HOMÓLOGA: se da durante la meiosis y tiene al menos tres funciones: ▪ Proporcionar células genéticamente diferentes. ▪ Proporcionar una unión física transitoria entre las cromátidas que es necesaria para la segregación correcta de los cromosomas en metafase I. ▪ Mejorar la diversidad genética de una población. MODELO DE HOLLIDAY: Robin Holliday (1964) presentó un modelo de recombinación molecular para explicar la recombinación sucedida en la meiosis; entre las moléculas de ADN homólogas (cromátidas de los cromosomas homólogos) se empalman hebras simples homólogas y se intercambian formando un ADN heterodúplex; las estructuras de Holliday se pueden resolver en distintos planos posibles, originando una región heterodúplex. MECANISMO DEL MODELO DE HOLLIDAY: 1. La versión original del modelo proponía que la recombinación se iniciaba mediante la introducción de cortes en la misma posición en las dos hebras parentales. 2. Cada cadena cortada se desenrolla e invade la hebra contraria apareándose cada base con su complementaria. 3. Se forma entonces el intermediario de Holliday entre las hebras entrecruzadas. 4. Una vez se forma el IH, puede ser resuelto por corte y realineamiento de las hebras cruzadas dando heterodúplex recombinantes o parentales-recombinantes según el plano de corte. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta. Biología Molecular Banco de apuntes de la  Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 1 romper cromátidas INTERMEDIARIO DE HOLLIDAY homólogas / QUIASMA 2 unir fragmentos de cromátidas 3 desplazar el IH 4 resolver el IH Gametos (4 células n) 5A: 4 recombinantes 5B: 2 recombinantes y 2 parentales MODELO ACTUAL DE RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA (modificado de Holliday): el modelo propuesto inicialmente ha servido para elaborar el mecanismo más aceptado actualmente: propone la existencia de un corte de doble cadena en uno de los cromosomas, el otro cromosoma se utiliza como molde para reparar la rotura. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.  RESUMEN DEL MECANISMO DEL MODELO MODIFICADO: ▪ Rotura de la doble hélice (modificación principal). ▪ Digestión parcial de los extremos 5’ (actividad 5’-3’ exonucleasa) quedando los ext. 3’ sueltos. ▪ Uno de los ext. 3’ invade la doble hebra complementaria. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  ▪ Elongación de los extremos 3’ usando como molde el otro cromosoma (primero el extremo invasor y cuando éste ha generado la región complementaria para el otro 3’, se activa la elongación en el otro 3’). ▪ Formación de estructuras de Holliday (en este modelo se forman dos estructuras de Holliday), es decir, dos puntos de intersección que hay que resolver. ▪ Resolución por corte y posterior ligación de dos cadenas. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. PROTEÍNAS/ENZIMAS IMPLICADAS EN LA RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA: RecA: proteína central del proceso de recombinación (es un tipo de SSB), promueve el intercambio de hebras homólogas responsable de la formación del heterodúplex. Complejo RecBCD: actividad nucleasa y helicasa (actúa antes que RecA); lleva a cabo el corte de la hebra y permite la entrada de RecA. RuvABC: proteína de migración y resolución que permite la extensión y el desplazamiento de la cadena. Homólogos de proteínas en humanos: ▪ RecA: RAD51 ▪ RecBCD: RAD52 ▪ RP-A: SSB homólogo ▪ BRCA2: está implicada en la aparición de cáncer de mama debido a una mutación; en humanos, Rad51 interacciona directamente con BRCA2 y, en caso de faltar o no funcionar, la reparación no funciona correctamente. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.  Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. RECOMBINACIÓN EN EL SISTEMA INMUNE RECOMBINACIÓN ESPECÍFICA DE SITIO Se da en el sistema inmunitario, principalmente en linfocitos B y se denomina también recombinación somática; ocurre entre secuencias de ADN que comparten una pequeña región homologa y es medida por proteínas que reconocen dianas especificas de ADN (sólo en sitios específicos del genoma) (Ej.: recombinación de genes en Ig que es la causa de la variabilidad de anticuerpos). Anticuerpos: proteínas formadas por 4 cadenas: ▪ Cada cadena tiene una/varias región/es constante/s (CH y CL) y otra variable (VH y VL). Se unen mediante puentes disulfuro. ▪ La variabilidad se obtiene mediante mecanismos de recombinación específica de sitio que sufren los linfocitos B a partir de la dotación genética en la línea germinal. *La inmunidad adquirida es aquella que se obtiene una vez que nos hemos enfrentado a un patógeno (no nacemos con ella). La dotación lineal germinal de los linfocitos B tiene 3 loci separados en distintos cromosomas: ▪ Cadena pesada (H): cromosoma 14 ▪ Cadena ligera kappa κ: cromosoma 2 ▪ Cadena ligera landa λ: cromosoma 22 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.  Los genes de las Ig en la cadena pesada se denominan V, D y J, en la parte variable (importantes porque son los que se reorganizan dando lugar a anticuerpos específicos para cada antígeno), y C, en la constante. En la ligera solo aparecen, en la parte variable, los genes V y J. La recombinación somática está regulada por los precursores de los linfocitos B, que reordenan los segmentos génicos de las Ig; dicha recombinación no se hereda, para que ocurra, nos tenemos que exponer a distintos antígenos. Para llevar a cabo la recombinación intracromosómica se requiere de la presencia de las SSR o señales de recombinación (sirven para “saber” en que zona finalizan los genes y dónde se puede cortar).Como todas las SSR son idénticas, el punto de recombinación es variable y diferente para cada a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.  linfocito B. Una vez que los linfocitos maduran solo son capaces de generar un tipo de anticuerpos (inmunidad/memoria celular). Ej.: SSR en cadena κ: V V J J 7pb 12pb 9pb 9pb 23pb 7pb Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. FASE I : Unión a SSR de RAG1 y RAG2 (misma ruta que sistema de reparación NHEJ t.5) Los genes activadores de recombinación o RAG (recombination activating gene) codifican enzimas que llevan a cabo un importante papel en la reordenación y recombinación de los genes de la Ig y el receptor de linfocitos T durante el proceso de recombinación V(D)J. Existen dos productos del RAG: RAG-1 y RAG-2, cuya expresión está restringida a los linfocitos durante sus estadios de desarrollo; RAG-1 y RAG-2 son esenciales para la generación de linfocitos T y B maduros, es decir, esenciales del sistema inmunitario adaptativo. Los dos segmentos que van a unirse están flanqueados por una RSS 7-12-9 y una RSS 7-23-9; RAG1/2 corta generando un complejo con las dos hebras de ADN cortadas, al cual permanecen aún unidas las RSS. Fase II: eliminación de las RSS y reunión de los fragmentos recombinados ▪ El complejo en forma de horquilla en los extremos es separado por la DNA-PKcs (proteína quinasa dependiente de DNA) y la proteína Artemis. ▪ Se añade dNTPs por una desoxinucelotidil transferasa/TdT (que mete un nucleótido). ▪ El complejo XRCC4 (Cernunnos) -Ligasa IV (que establece el enlace fosfodiéster o cierra la mella) liga el extremo. Enfermedades asociadas con defectos de recombinación V(D)J ▪ El Síndrome de Omenn: asociado con mutaciones en los genes que son necesarios para la síntesis de RAG1 y RAG2. La condición resulta en una inmunodeficiencia combinada severa (SCID). ▪ Deficiencias de Artemis, Cernunnos, y ADN ligasa IV: también han sido documentado. Estas dolencias fueron asociadas con inmunodeficiencias combinadas severas, y también estas deficiencias de unas enzimas importantes en la reparación de ADN pueden causar una sensibilidad a la radiación ionizante. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6496179 Esta cuenta de ING es como la opinión de tu ex: NoCuenta.