De la Biolog í a Molecular a la Biomedicina Margarita Salas Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CSIC–UAM) Premio Syva 2011 Le ó n, 31 de Mayo de 2011 o

Avery, McLeod y McCarthy demostraron que el DNA es el “principio transformante” en pneumocco (el material genético)

Propuesto por James Watson y Francis Crick en 1953 Francis Crick en 1953 Basado en datos de difracción de rayos X y estudios de la composición química del DNA El DNA es una doble hélice

Rosalind Elsie Franklin Londres,

Una fotografía importante Cristalograf í a de rayos X del DNA B obtenida por Rosalind Franklin De esta foto se obtuvieron datos cruciales para proponer la estructura en doble h é lice del DNA

Reglas de Chargaf Reglas de Chargaf [A] = [T] y [C] = [G] [A] = [T] y [C] = [G]

Apareamiento de bases complementarias

Estructura del DNA Vuelta completa de hélice Vuelta completa de hélice (360°) es 3.4 nm (360°) es 3.4 nm bases espaciadas.34nm bases espaciadas.34nm 10 bases/vuelta 10 bases/vuelta

Modelo de Watson-Crick de replicación

1955: Arthur Kornberg Descubrió la primera DNA polimerasa en Escherichia coli con la que sintetizó por primera vez ácido desoxiribonu- cleico en el tubo de ensayo 1959: Arthur Kornberg (Stanford University) & Severo Ochoa (NYU)

Central Dogma of Biology

SEVERO OCHOA ( ) Premio Nobel 1959 Descubri ó la Polinucleótido fosforilasa: sintetiz ó por primera vez á cido ribonucleico en el tubo de ensayo

Código genético

Algunas contribuciones de la Biotecnología – Sector farmacéutico: Insulina, hormona de crecimiento, interferones, vacunas, etc – Sector medioambiental:Bacterias modificadas para biodegradar compuestos tóxicos – Sector agrícola:Plantas transgénicas resistentes a insectos, virus, suelos salinos, etc.

ALGUNOS GENOMAS SECUENCIADOS Eucariotas Saccharomyces cerevisiae Arabidopsis thaliana Oryza sativa Plasmodium falciparum Anopheles gambiae Trypanosoma brucei Trypanosoma cruzi Leishmania major Drosophila melanogaster Caenorhabditis elegans Fugu rubripes Gallus gallus Mus musculus Rattus norvegicus Pan troglodytes Homo sapiens Procariotas Escherichia coli Bacillus subtilis Bacillus anthracis Borrelia burgdorferi Chlamydia trachomatis Clostridium perfringens Haemophilus influenzae Helicobacter pylori Mycobacterium leprae Mycobacterium tuberculosis Neisseria meningitidis Salmonella enterica Salmonella typhi Staphylococcus aureus Streptpcoccus pneumoniae Vibrio cholerae Yersinia pestis

Genes Genome (Mb) 4,612,

Estructura estándar de un gen

Procesamiento del mRNA A. RNA editing B. Alternative splicing

"Tout ce qui est vrai pour le Colibacille est vrai pour l'éléphant" Jacque Monod (1972) 1965 Nobel laureate Are we ‘just’ E. coli, except more so?

Humanos y Chimpancés Homo sapiens  99.9% idénticos Homo sapiens y Pan troglodytes  99.0% idénticos

Qué nos dice el genoma? ~ el mismo tamaño (3.200 millones de nucleotidos) ~el mismo número de genes (~25.000) ~los mismos genes Todavía no mucho…

Expresión de genes Hipótesis: No son las diferencias estructurales de las proteinas, sino las diferencias en su expresión entre los humanos y los chimpancés lo que da cuenta de nuestra “humanidad.”

Telómeros y Telomerasa 1.Los extremos de los cromosomas eucarióticos tienen miles de copias de una secuencia de DNA de 6 nucleótidos (telómeros). 2.Telomerasa, enzima que cataliza la adición de nuevas secuencias repetidas. 3.La ausencia o la mutación de la telomerasa produce acortamiento del cromosoma y división celular limitada.

SNPs Los polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs) representan el tipo de variación más frecuente en el DNA de los humanos. Ocurren con una frecuencia de 1 por cada 1000 nucleótidos y tienen una gran importancia en el fenotipo. Cambio sinónimo: TTA (Leu) a TTG (Leu) Cambio no sinónimo: TTA (Leu) a TTT (Phe)

Breast and ovarian cancer Burkitt lymphoma Chronic myeloid leukemia Colon cancer Lung cancer Malignant melanoma Multiple endocrine neoplasia Neurofibromatosis p53 tumor suppressor Pancreatic cancer Prostate cancer Ras oncogene RB: retinoblastoma von Hippel-Lindau syndrome Asthma Autoimmune polyglandular syndrome Crohn's disease DiGeorge syndrome Familial Mediterranean fever Immunodeficiency with Hyper-IgM Severe combined immunodeficiency Alzheimer disease Amyotrophic lateral sclerosis Angelman syndrome Charcot-Marie-Tooth disease Epilepsy Essential tremor Fragile X syndrome Friedreich's ataxia Huntington disease Niemann-Pick disease Parkinson disease Prader-Willi syndrome Rett syndrome Spinocerebellar atrophy Williams syndrome

BIOMEDICINA - La mayoría de enfermedades tienen alguna base genética - Algunas son monogénicas: unas 1500 asociadas a genes de secuencia conocida - Otras, las más comunes (cáncer, obesidad, cardiopatías)dependen de más de un gen y el medio ambiente desempeña un importante papel

El conocimiento de los genes implicados en la enfermedad, de sus mecanismos de control y del efecto de los SNPs y mutaciones permitirá: 1. DIAGNOSTICO: tests genéticos para detectar predisposición a enfermedades 2. PREVENCION: Evitar la exposición a factores ambientales que favorezcan la aparición de enfermedades. Evaluación de riesgos por exposición a contaminantes, agentes químicos o radiaciones. 3. TERAPEUTICA: - Terapia génica - Farmacogenómica: drogas personalizadas. Diseño de medicamentos específicos para un patrón genético determinado. Reducción de los efectos secundarios al conocer la capacidad genética del paciente para asimilarlos.

Genómica Comparada Humanos vs. Roedores La mutación c-kit de humanos y ratones tiene fenotipos similares Puede observarse el mismo tipo de hipopigmentación en ambos organismos Por tanto los ratones son buenos modelos para estudiar enfermedades humanas