CARACTERISTICAS GENERALES DEL GENOMA Dra. María Isabel Fonseca

Tamaño Genoma (gen, origen) Es el conjunto total del material genético hereditario presente en la célula, tanto nuclear como extranuclear, codificante o no. Núcleo Mitocrondrias Cloroplastos Tamaño gr pb nº cromosomas valor C Genoma humano: 3,2 x 109 pb = 3,2 Gb

Función En forma no codificante En forma de genes posee la información necesaria para dar lugar a productos génicos RNAs Proteinas Responsables de Toda la actividad celular Características morfológicas Comportamiento desde embriogénesis a su crecimiento Funciones metabólicas y fisiológicas

¿Dónde esta?

Genoma en células procariotas y eucariotas

¿Cómo son otros genomas? Especie Tamaño en Mb Número de genes Homo sapiens 3.200 30.000 – 40.000 Arabidopsis thaliana 125 25.500 Caenorhabditis elegans 97 19.000 Drosophila melanogaster 180 13.600 Saccharomyces cerevisiae 12,1 5.800 Escherichia coli K12 4,64 4.400 Streptococcus pneumoniae 2,16 2.300 Mycoplasma genitalium 0,58 500

No existe correlación entre el tamaño del genoma de distintas especies y el nº cromosamas

Datos y conclusiones Las especies cercanas no poseen el mismo nº de genes. Los mamíferos poseen un nº de genes similar. Hay DNA no transcripto en un alto % Intrones cortos en genes muy expresados Diferencia entre especies = 1% Diferencias entre individuos = 0,1%

Genómica Estructural: La genómica es el conjunto de estrategias y tecnologías empleadas para la caracterización del genoma Genómica Estructural: corresponde al estudio de las técnicas y estrategias necesarias para obtener mapas fisicos Organización del genoma procariota y eucariota ¿Cuántos genes hay? ¿Dónde están? ¿Cómo puedo identificarlos o “rastrearlos”? ¿Puedo modificar su estructura? Genómica Funcional o Proteómica: Caracterización del conjunto de todas las proteínas originadas por el genoma: proteoma Función de genes procariotas y eucariotas ¿Qué producto génico codifica y como lo reconozco? ¿Cómo funciona y que estructura posee? ¿De qué depende su expresión? ¿Puedo manipular la expresión y la estructura del producto? Genómica Comparativa: estudia las semejanzas y diferencias entre genomas de diferentes organismos

Proyectos genoma humano: genómica y tecnología El objetivo fundamental fue determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar y cartografiar los aproximadamente 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional. Fundado en 1990 en el Departamento de Energía y los Institutos Nacionales de la Salud de USA Sus objetivos son visionarios y futuristas. Impulsan el desarrollo tecnológico que permite alcanzar los logros en menos tiempo que el previsto. Surgen aplicaciones tecnológicas en diversos campos de la ciencia. Se vislumbra un futuro de incertidumbre sobre los límites de esta tecnología y su influencia en la vida de todos. Se logra primer borrador en 2000. Finalmente el genoma completo fue presentado en abril del 2003, problemas éticos y sociales

Proyecto genoma humano: los pilares del futuro Collins et al. Nature 422:835-847, 2003

ORGANIZACIÓN DEL GENOMA

El genoma procariota Prácticamente todo del DNA existe en forma de una única copia y codifica productos génicos (proteínas y RNAs) Es un 99% codificante Casi no hay repeticiones Los genes están organizados en operones

La organización de los genes es diferente en procariotas y eucariotas

El genoma eucariota es un 90% no codificante y Además posee DNA de copia única y repetida

El DNA de copia única

Genes Genes Organización del DNA codificante Porción Estructural Exones (codificantes) Intrones (no codificantes) Genes Porción Reguladora Secuencias promotoras DNA no codif. entre promotores +1 5’ Genes Repetitivos Copia única

El DNA repetitivo Son secuencias de DNA que se repiten muchas veces a lo largo del genoma y pueden aparecer agrupadas o dispersas Origen evolutivo. Las repeticiones agrupadas pueden surgir por errores en la replicación o recombinación génica Las repeticiones separadas pueden surgir de Trasnlocaciones o trasposiciones cromosómicas

Familias génicas clásicas (genes repetidos en tándem) Copias conservadas repetidas en tándem histonas, rRNA tRNA, snRNA H1 H4 H2B H3 H2A H1 H4 H2B H3 H2A 10 – 40 repeticiones Histonas rRNA 18S 5,8S 28S región intergénica >50repeticiones

Familias multigénicas (Agrupadas o dispersas) Copias de genes: variantes Pseudogenes Genes truncados Fragmentos de genes Familias génicas con alta homología Según la homología Superfamilias (baja homología) LCR región intergénica 2 pseudogenes 2 1 pseudog. CLUSTER DE LA -GLOBINA ubicado en el cromosoma 16 LCR  A B pseudogén   CLUSTER DE LA -GLOBINA ubicado en el cromosoma 11 Ej. familia multigénica dispersa: Ej aldolasa tres genes funcionales y dos pseudogenes repartidos en 4 cormsomas

Superfamilias

El DNA repetitivo no codificante

Organización del DNA no codificante DNA repetitivo no codificante DNA intergénico +1 5’ ATGCCGATT TACGGCTAA Unidad de repetición Repeticiones en tándem Repeticiones dispersas

Minisatélites y microsatélites ¿Dónde se ubica? Satélites telómeros centrómeros telómeros Minisatélites y microsatélites

DNA no codificante agrupado en regiones heterocromáticas y altamente repetitivo Satélites Unidad de repetición: 2-50 pb Bloque 1.000 a 1.000.000 u

DNA no codificante repetitivo disperso por todo el genoma y moderadamente repetitivo Bloques dispersos de repeticiones en tamdem Minisatélites Unidad de repetición: 10-65 pb Bloque 100 a 1.000 u Microsatélites Unidad de repetición: 2-6 pb Bloque <50 u

DNA no codificante repetitivo disperso por todo el genoma y moderadamente repetitivo Repeticiones dispersas SINE Unidad de repetición: 100-500 pb nº variable de repeticiones dispersa LINE Unidad de repetición: varios miles de pb miles de repeticiones dispersas

Resumen DNA copia única DNA repetitivo Codificante No codificante estructural Proteínas y RNA regulador Control de expresión No codificante Intrones: DNA intragenico DNA intergénico DNA repetitivo agrupados Genes repetidos de flia. génicas clásicas: histonas, rRNA Flías multigénicas con genes agrupados: globinas, HLA dispersos Flías. Multigénicas con genes dispersas: aldolasa, actina, ferritina Agrupados y altamente repetitivos Repeticiones en tándem: DNA satélite Disperso y moderadamente repetitivo Rep. Tándem dispersas Minisatélites Microsatélites Rep. dispersas Retroelementos DNA transposones

¿Qué encontramos en un segmento de cromosoma humano?

Genoma de mitocondrias y cloroplastos Similar al de procariotas origen endosimbiótico Circular Codificante en un alto % y no tepetitivo Varias copias por organela Autoreplicación

Enlaces que se utilizaron en el diseño Modern Genetic Analysis. Griffiths, Anthony J.F.; Gelbart, William M.; Miller, Jeffrey H.; Lewontin, Richard C. New York: W. H. Freeman & Co.; c1999. Molecular Biology of the Cell. 3rd ed. Alberts, Bruce; Bray, Dennis; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Watson, James D.New York and London: Garland Publishing; c1994. Molecular Cell Biology. 4th ed. Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Zipursky, S. Lawrence; Matsudaira, Paul; Baltimore, David; Darnell, James E. New York: W. H. Freeman & Co.; c1999. Human Molecular Genetics 2. 2nd ed. Strachan, Tom and Read, Andrew P. Oxford, UK: BIOS Scientific Publishers Ltd; 1999. Genomes. 2nd ed. Brown, T. A. Oxford, UK: BIOS Scientific Publishers Ltd; 2002