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Dra. Mildred Jiménez Mapeo Genético y Genoma Humano.

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1 Dra. Mildred Jiménez Mapeo Genético y Genoma Humano

2 2 Interrogantes Cantidad de genes Localizaci ó n de é stos en los 24 crms Sus posiciones relativas La distancia entre ellos diagn ó stico de enf consejo gen é tico informaci ó n sobre enf

3 3 Mapeos Físicos y Genéticos Mapeo Físico Asigna los genes a localizaciones particulares a lo largo de los crm Usa medidas que son el reflejo de la distancia física entre genes Baja resolución: Ubica los genes según las bandas citogenéticas Alta resolución: los ubica en distancias físicas: pb

4 4 Mapeo Genético Análisis de ligamiento (Linkage), para determinar la distancia entre genes Se basa en medir la frecuencia con la cual 2 genes permanecen juntos (ligados) durante las meiosis

5 5 Mapeo Físico de Genes Humanos

6 6 Genética en Células Somáticas Estudio de la organización, expresión y regulación del gen en células cultivadas de tejidos somáticos Ventaja de poder hacer crecer diferentes células indefinidamente Permite generar clones genéticamente idénticos a una línea determinada: LINEAS CELULARES Fibroblastos (biopsias de piel)

7 7 Mapeo por transferencia de Cromosomas Método que permite transferir segmentos o cromosomas de un donador a una célula receptora cultivada. Correlacionando qué genes están presentes en una célula receptora cuando se han transferido cromosomas específicos o segmentos particulares de crm, se puede determinar la localización cromosomal de los genes transferidos.

8 8 Hibridización de células somáticas Forma más común de transferencia cromosómica Híbridos de células somáticas: fusión de céls somáticas de especies Hombre y ratón

9 9

10 10

11 11 Paneles de mapeo de híbridos de células somáticas Variedad de híbridos Ho/ratón (por perdida de crms del Ho) ==> panel Se prueban los diferentes clones buscando presencia o ausencia de un gen humano y se relaciona con ausencia o presencia de un crm Ej: Tay-Sachs, gen para la hexosaminidasa A y crom 15

12 12 PCR +

13 13 Mapeo del gen para una región específica del cromosoma Realizar híbridos con cromosomas portadores de translocaciones o deleciones ==> gen en esa porción de cromosoma

14 14 DMD, Enf Granulomatosa crónica, Retinitis pigmentosa, Def de glicerol quinasa, hipoplasia adrenal congénita

15 15 Mapeo por irradiación de híbridos Habilidad de los rayos X de crear cortes en la doble hélice de ADN Entre más cercanos estén dos genes entre ellos, menor es la probabilidad de que se separen por un corte por rayos X Análisis estadístico Variaciones en dosis de rayos X

16 16 Mapeo por dosificación genética usando céls del px Dosis en productos de los genes que se encuentran en dosis variables: –Crms 21, X… –Monosomías –Trisomías parciales

17 17 Mapeo por FISH Permite visualización directa de la posición del gen Regiones de 1-2 millones de pb (cromatina condensada)

18 18 Mapeos Genético (ligación)

19 19 Linkage Tendencia de los alelos cercanos en un mismo cromosoma a transmitirse juntos, como una unidad intacta, durante la meiosis Utiliza estudios familiares No requiere de FISH ni de hibridizaciones Único método que permite el mapeo de genes, incluyendo genes causantes de enf, detectables solamente como rasgos fenotípicos La mayoría de los genes generadores de enf genéticas caen estan dentro de esta categoría, ya que ni su bioquímica ni sus bases moleculares se han elucidado aún

20 El Análisis de ligamiento es la base del mapeo genético. Si un par de genes está localizado en el mismo cromosoma, entonces están físicamente ligados y por lo tanto se heredarán juntos. Haplotipo: grupo de alelos de loci íntimamente ligados que se encuentran en un individuo y que se heredan como una unidad. Experimentos de cruces genéticos: muy pocos pares de genes muestran un ligamiento completo, Ligamiento parcial: algunas veces se heredan juntos y otras no. Explicación: comportamiento de cromosomas durante la MEIOSIS.

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22 Durante la meiosis I, cada cromosoma se alinea con su homólogo para formar un bivalente que contiene 4 copias (se distribuirá 1 por gameto). Dentro del bivalente, los brazos del cromosoma (las cromátidas) pueden sufrir rompimientos físicos e intercambio de segmentos de ADN. Este proceso se conoce como RECOMBINACIÓN

23 Recombinación Intercambio de material genético entre cromosomas durante la meiosis por la formación de enlaces físicos entre cromáticas no- hermanas (quiasmas). Cromosomas parentales en hijos nunca son exactamente iguales a los cromosomas parentales heredados: variación entre individuos. Existen puntos calientes (hot spots) de recombinación.

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25 Del ligamiento parcial al Mapeo Dos genes que están cercanos serán separados menos frecuentemente por recombinación que dos genes lejanos entre sí (estos últimos pueden comportarse como si estuvieran en cromosomas diferentes si están lo suficientemente separados) La frecuencia con la que los genes son desligados por recombinación será directamente proporcional a la distancia que los separa en el cromosoma. La Frecuencia de Recombinación es por lo tanto una medida de la distancia entre dos genes. Construcción de Mapas a base de frecuencias de recombinación.

26 26 Si un marcador y la enfermedad se heredan juntos, la hipótesis es que están tan cerca que se heredan ligados A menor frecuencia de recombinación, más cercanos se encuentran los loci

27 Construcción del Mapa Genes Frec. de Recombinación mEntre m y v: 3.0% v Entre m y s: 33.7% wEntre v y w: 29.4% s Entre w y s: 1.3% s w v m

28 Mapa genético Muestra el orden lineal de los genes a lo largo del cromosoma con las distancias entre genes adyacentes proporcional a la frecuencia de recombinación entre ellos. También son llamados mapas de ligamiento, mapas cromosómicos. La unidad de distancia en un mapa genético se llama Unidad de Mapa: 1% de recombinación Una unidad de mapa también es llamada Centimorgan (cM) Ejemplo: dos genes que se recombinan con una frecuencia de 3.5% están separados por 3.5 unidades de mapa, o 3.5 cM Físicamente 1 unidad de mapa se define como la longitud del cromosoma en la cual, en promedio, se forma 1 entrecruzamiento en cada 50 células que sufren meiosis.

29 Análisis de ligamiento: cruces dirigidos. Se basa en el análisis de la progenie de cruces experimentales realizados entre padres de genotipos conocidos. Se usan especies manejables, con ciclos de vida cortos. Determinación del genotipo de gametos es posible pero laborioso y altamente complejo. Se utilizan los cruces de prueba. Doble heterocigota x doble homocigota: AaBb x AAbb

30 Análisis de ligamiento: análisis de genealogías. En humanos no se pueden hacer cruces dirigidos. Estudio de genealogías que presentan alguna enfermedad (fenotipo diferencial): casi siempre son imperfectas. Análisis estadístico mediante Lod Score: Logarithm of the Odds (Log de la probabilidad) de que dos genes estén ligados. Idealmente se deben usar varias genealogías para incrementar la significancia. El análisis es menos problemático para familias con alto número de hijos y, preferiblemente, con tres generaciones disponibles.

31 Cómo se mide la distancia genética Dos loci: están ligados? 1.Determinar la fracción de recombinación (θ) entre ambos loci: Si θ difiere significativamente de 0.5 implica ligamiento completo Si es igual a 0.5 implica desligamiento completo 2.Determinar si una desviación de 0.5, si existe, es realmente significativa utilizando una herramienta estadística conocida como likelihood odds ratio: se examinan un grupo de datos familiares contando el número de hijos que muestran o no recombinación entre los loci. Se calcula la probabilidad de observar datos en varios valores posibles de θ variando entre 0 y 0.5. Se calcula la relación: Log10 Probab. de los datos si los loci están ligados : Lod Score (Z) Prob. de los dados si los loci no están ligados

32 Si Z pocas probabilidades de ligación Si Z > 1 ==> los loci están ligados Z + 3 ==> evidencia definitiva de que los loci están ligados

33 Ejemplo Ej. RP9: Retinitis Pigmentosa (D y d) Dos loci A y B 1. Se estudia transmisión en genealogía, D podría estar ligado a B, pero no a A. 2. Se determinan parentales y recombinates, y se calcula θ entre D y B. 3. Se calcula el Lod Score: Conclusión: Hay ligamiento entre D y B y no entre D y A, pero se deben estudiar familias más grandes, más familias.

34 34 Heterogeneidad de locus: síntomas clínicos idénticos pero causados por 2 o más loci genéticos

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36 El Proyecto Genoma Humano Secuenciación del genoma humano (borrador), 2006 (secuencia final). Objetivos: Identificar todos los genes en el genoma humano. Determinar la secuencia de 3 billones de pb del genoma humano. Almacenar la información en bases de datos. Desarrollar y mejorar herramientas de análisis de datos. Análisis de la información del genoma (Expresión, Proteómica). Análisis de la información: Complejidad y Volumen: se requieren tecnologías a escala genómica para el análisis de datos, comparaciones con otros genomas, comparaciones entre familias génicas, etc.

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39 Algunos puntos importantes Estudio de genomas: necesario la secuenciación. La secuenciación de moléculas de ADN tenía una limitación: fragmentos de ~ 750 pb. La secuencia de una molécula larga debía ser construida de una serie de secuencias más pequeñas. El método de escopeta (Shotgun method)

40 Método de escopeta

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42 Dos limitaciones 1. El análisis de datos se vuelve extremadamente complejo conforme se incrementa el número de fragmentos (n fragmentos tienen 2n 2 -2n traslapes). 2. Secuencias repetitivas pueden generar errores. El método de escopeta como único método de secuenciación es apropiado sólo para genomas pequeños (procariotas). Para genomas grandes: generación de un Mapa Genético como guía.

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44 Utilidad del genoma: el reto de la Biología Determinar el número de genes, localización y función. Regulación génica. Organización de la secuencia del ADN. Estructura cromosómica y organización. Tipos de ADN no codificante, cantidad, distribución, contenido de información y función. Coordinación de la expresión génica, síntesis de proteínas y eventos post-traduccionales. Interacción de proteínas en máquinas moleculares complejas.

45 Utilidad del genoma: el reto de la Biología Función génica predicha vrs determinada experimentalmente. Conservación evolutiva entre organismos. Proteomas (contenido proteico total y función) entre organismos. Correlación de SNPs con salud y La Enfermedad. Predicción de susceptibilidad a enfermedades basada en variación en la secuencia. Genes involucrados en rasgos complejos y enf. Multigénicas. Genética y genómica del desarrollo.

46 ¿Qué nos dice el proyecto de Genoma Humano? Algunos hallazgos: El genoma humano contiene 3 mil millones (3 billones) de pares de bases (A, C, T y G) Un gen consiste en promedio de 3000 pares de bases, pero los tamaños varían mucho El número total de genes se estima alrededor de mucho menor que las estimaciones previas de a Casi todas las bases (99,9%) de nucleótidos son exactamente las mismas en todas las personas Las funciones son desconocidos para más del 50% de los genes descubiertos

47 Presencia de regiones de genes densas (ricos en G y C), regiones de genes pobres (ricas en A y T ). Estas regiones suelen ser visibles a través de microscopio en forma de bandas claras y oscuras en los cromosomas. Los genes parecen estar concentrados en áreas al azar a lo largo del genoma, con vastas extensiones de ADN no codificante entre ellos. Repeticiones de C y G de hasta pb a menudo se presentan junto a genes, formando una barrera entre los genes y el "ADN basura". Estas islas CpG se cree que ayudan a regular la actividad de los genes. El cromosoma 1 tiene la mayoría de los genes y el cromosoma Y tiene el menor número ¿Qué nos dice el proyecto de Genoma Humano?

48 Menos del 2% del genoma codifica por proteínas Secuencias repetidas que no codifican por proteínas, en al menos el 50% del genoma humano Las secuencias repetitivas: se cree que no tienen funciones directas, sino que intervienen en la estructura y dinamica del cromosoma. Con el tiempo estas repeticiones remodelar la organización del genoma, creando nuevos genes, modificando y reorganizando genes existentes. El genoma humano tiene mas cantidad de secuencias repetitivas que otros organismos como: planta de mostaza (11%), gusano (7%), la mosca (3%). ¿Qué nos dice el proyecto de Genoma Humano?

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50 OrganismoTamaño genoma (pb) Genes estimados Humano (Homo sapiens)3 billion30,000 Ratón (M. musculus)2.6 billion30,000 Planta de Mostaza (A. thaliana) 100 million25,000 Nemátodo (C. elegans)97 million19,000 Mosca de la fruta (D. melanogaster) 137 million13,000 Levadura (S. cerevisiae)12.1 million6,000 Bacteria (E. coli) 4.6 million3,200 Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH) 97009

51 Algunos animales cuyos genomas ya han sido secuenciados

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53 HapMap An NIH program to chart genetic variation within the human genome Iniciado en 2002, el proyecto para construir un mapa de los patrones de SNPs que se producen en las poblaciones de África, Asia y los Estados Unidos Consorcio de investigadores de seis países Identificación de las regiones de ADN asociados con enfermedades complejas comunes Mapa útil para comprender cómo la variación genética contribuye a las respuestas en los factores ambientales

54 Beneficios Potenciales de la Investigación Genómica Medicina Molecular Genética Microbiana Evaluación de Riesgos y Susceptibilidad Bioarqueología, Antropología, Evolución y Migración Humana Estudios forenses Agricultura, Ganadería y Bioprocesos

55 Implicaciones éticas, legales y sociales Privacidad y confidencialidad de la información genética Dueños del genoma??? Patentes La equidad en el uso de la información genética. Ej: aseguradoras, patronos, tribunales de justicia, escuelas, agencias de adopción, abogados, militares, entre otros El impacto psicológico, la estigmatización y la discriminación debido a las diferencias genéticas de un individuo Reproducción: el consentimiento informado, toma de decisiones en materia reproductiva Clínica: la formación de los médicos y otros proveedores de servicios de salud, control y seguimiento de personas identificadas con trastornos genéticos y en general acerca de las capacidades, limitaciones y riesgos sociales.

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