Mapas de ligamiento

Mapas de ligamiento Puntos a tratar Importancia mapas de recombinación Conceptos básicos de recombinación y ligamiento La frecuencia de recombinación Unidad de mapa Interferencia Funciones de mapa Cartografía genética en humanos Ligamiento y puntuación LOD Mapas genéticos con múltiples marcadores El mapa de ligamiento humano de Genethon

Gametos (100% gametos parentales) Ligamiento: Asociación de genes en el mismo cromosoma formando grupos de ligamientos Ligamiento total A a B b Gametos (100% gametos parentales) 50 % AB 50 % ab Genotipo F1 AB / ab

Segregación independiente (no ligamiento, 2a ley de Mendel) gametos Genotipos F1 A B -- -- a b A B AB A B b A Ab A b 50% recom- binan- tes A B A B a B aB a b a B a b a b ab a b Proporción 1:1:1:1

Gametos recombinantes Recombinación: la generación durante la meiosis de genotipos haploides (haplotipos) distintos de los genotipos parentales A B a b Gametos P Aa Bb F1 AB Gametos parentales ab Gametos Ab Gametos recombinantes aB

Recombinación: Recombinación intercromosómica: genes (loci) en diferentes cromosomas (leyes de Mendel) Recombinación intracromosómica: genes situados en el mismo cromosoma ---> Entrecruzamiento A B Genotipos F1 A B -- -- a b AB A B b A Ab 50% recom- binan- tes A b A B A B a B a b aB a a B b a b ab a b Proporción 1:1:1:1

Cromosomas en la meiosis Productos meióticos Entrecruzamiento (Crossover):El intercambio de cromátidas no hermanas entre cromosomas homólogos durante la meiosis por un proceso de rotura y reunión del DNA Cromosomas en la meiosis Productos meióticos Meiosis sin entrecruzamiento entre los genes A B A B A B A B a b a b a b a b Meiosis con entrecruzamiento entre los genes A B A B b A B A Recombi- nantes a b a B a b a b

Meiosis y entrecruzamiento Entrecruzamiento y recombinación Entrecruzamiento  recombinación Entrecruzamiento -> recombinación

Proporción no 1:1:1:1. Un test de 2 es muy significativo El problema estadístico del ligamiento: La capacidad de detectar ligamiento depende: Tamaño muestra Distancia entre genes. Cuanto más cerca más potencia La improbabilidad inherente de que dos loci, cogidos al azar, estén ligados Fenotipos F 2 pr+ vg+ 1339 pr vg 1195 pr+ vg 151 pr vg+ 154 ____ 2839 305 Proporción no 1:1:1:1. Un test de 2 es muy significativo

Cartografía genética: A. Sturtevant (1913). La distribución y el orden lineal de los genes se pueden establecer experimentalmente mediante el análisis genético

Supuesto: las frecuencias de entrecruzamiento, y por tanto la frecuencia de recombinación, depende de la distancia entre genes A B C Unidad de distancia: La unidad de mapa (u.m.) o el centimorgan (cM) --> La distancia entre genes (loci) en los que la frecuencia de recombinación es del 1%

A C B C Meiosis 1 2 3 4

A mayor frecuencia de recombinación mayor la distancia entre loci Mayor distancia entre loci --> Mayor número de entrecruzamientos Más Entrecruzamientos ---> Más Recombinación A mayor frecuencia de recombinación mayor la distancia entre loci

Mapa a partir de cruzamientos prueba de dos puntos (dos loci en el mismo cromosomas) Se determina la distancia 2 a 2 entre loci y éstas se suman para estimar la distancia genética total de un cromosoma A B

Fenotipos F 2 pr+ vg+ 1339 pr vg 1195 pr+ vg 151 pr vg+ 154 ____ 2839 305 FR = 305/2839 = 0,107 = 10,7 cM pr vg 10,7 cM

Las distancias de mapa no son completamente aditivas B C FR = x FR = y A C FR < x + y La mejor estima distancia, suma (b-pr) + (pr-c) 25,4 b pr c 5,9 19,5 23,7 Distancia experimento dos puntos b-c

Relación entre frecuencia de recombinación y entrecruzamiento (o distancia real de mapa) Las distancias de mapa no son completamente aditivas porque los dobles recombinantes entre dos marcadores A y C no se detectan en un cruce de dos puntos, subestimándose la distancia A y C A B C A B C A b C a B c a b c a b c La relación entre la distancia real de mapa (número de entrecruzamientos) y la frecuencia de recombinación entre dos marcadores o loci no es lineal. Cuanto más lejos están los marcadores peor es la estima La frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50% FR  0,5

Demostración 1: Muchos entrecruzamientos entre a y b ¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50%? Demostración 1: Muchos entrecruzamientos entre a y b Es igual de probable cualquier combinación, ++, ab, a+, +b, es como si segregaran independientemente ambos loci. Luego, la FR máxima es 50%

entrecruzamiento = 8/16 = 50% ¿Por qué la frecuencia de recombinación (FR) entre dos marcadores no puede superar el 50%? Demostración 2: caso completo para 1 ó 2 entrecruzamientos FR promedio de un doble entrecruzamiento = 8/16 = 50%

Mapa genético de tres marcadores Interferencia: mide si los entrecruzamientos son independientes entre sí Si los múltiples entrecruzamientos suceden independiemente los unos de los otros, la frecuencia de los dobles entrecruzamientos será al producto de la frecuencia de los intercambios sencillos Mapa genético de tres marcadores La mejor estima distancia entre los extremos es la suma (b-pr) + (pr-c) 25,4 b pr c 5,9 19,5 23,7 Distancia b-c sin considerar los dobles recombinantes

Tipos de Interferencia: Interferencia cromosómica Interferencia cromátida

Funciones de Mapa Modelo de Poisson (Haldane 1919) Es una función que permite estimar la distancia de mapa mejor que empleando solamente la frecuencia de recombinación, pues corrige los intercambios (entrecruzamientos) no detectados y además en algunos casos tiene en cuenta la interferencia Modelo de Poisson (Haldane 1919) El número de entrecruzamientos por meiosis y por cromosoma se puede representar por una distribución aleatoria de Poisson, con media . Supuestos: No interferencia

Función de mapa Modelo de Poisson (Haldane 1919) FR observada (%) 50 FR observada (%) 40 30 20 10 Zona de linealidad =1 =2 =3 =4 Número medio de entrecruzamientos por meiosis 50 100 150 200 Unidades de mapa reales (cM) = /2 x 100

Funciones de Mapa Función de Kosambi Una aproximación que introduce interferencia

Example If the recombination fraction between two loci is 0.185, then the Kosambi map distance is m= -(1/4) ln[ (1+2* 0.185) / (1-2* 0.185) ] = 0.194

C Cx C0 Funciones de Mapa ...Cx(C0)mCx(C0)m... Modelo de contaje (Counting model; Foss et al. 1992) Considera la interferencia como si fuera un máquina de contaje. Tres sucesos: C Suceso de entrecruzamiento potencial CX Suceso de entrecruzamiento real C0 Suceso que no acaba en entrecruzamiento C sigue una distribución de Poisson con parámetro  Si se da CX hay una interferencia dada por m C0 seguidos. C ...Cx(C0)mCx(C0)m... Cx C0

Función de Mapa modelo contaje FR  (Distancia de mapa en Morgans) De m = 1 a 5

Grupos de ligamiento en Drosophila

Mapas genéticos Especies Tamaño haploide Unidades de mapa Tamaño de la unidad mapa Distancia media del genoma entrecruzamien- tos consecutivos Fago T4 1.6 x 105 pb 800 200 pb 1.0 x 104 pb E. coli 4.2 x 106 pb 1750 2400 pb 1.2 x 105 pb Levadura 2.0 x 107 pb 4200 5000 pb 2.5 x 105 pb Hongo 2.7 x 107 pb 1000 27000 pb 1.3 x 106 pb Nemátodo 8.0 x 107 pb 320 250000 pb 1.2 x 107 pb Mosca de la fruta 1.4 x 108 pb 280 500000 pb 2.5 x 107 pb Ratón 3.0 x 109 pb 1700 1800000 pb 9.0 x 107 pb Humanos Varón 3.3 x 109 pb 2809 1200000 pb 6.0 x 107 pb Mujer 3.3 x 109 pb 4782 700000 pb 3.5 x 107 pb

Mapas genéticos vs Mapas físicos

Cartografía en humanos Mapas genéticos (de recombinación) Estudios familias Herencia ligada al cromosoma X marcadores clásicos Autosómicos marcadores clásicos Estudios marcadores polimórficos asignados a colecciones de familias (CEPH). DNA (Microsatélites, RFLPs RAPDs,...) La caza de genes asociados a enfermedades

Cartografía a través de la herencia ligada al cromosoma X Xg Proteína grupo sanguíneo Ictiosis (un efermedad de la piel) Albinismo ocular Angioqueratoma (crecto celular) Centrómero Fosfoglicerato-quinasa Alfa-galactosidasa Xm Deutan (ceguera color rojo-verde) G6PD Protano (ceguera color rojo-verde) Hemofilía A

Mapas de dos puntos en humanos Selección y análisis de familias Evidencia de ligamiento Estima distancia

Mapas de dos puntos en humanos Meiosis informativa A1A2 A2A2 A1A1 A1A1 A2A2 A1A2 A1A4 A3A4 A1A2 A1A1 A1A2

Lod Score, Z (Morton 1955) LOD = x = log10 Zx Probabilidad del resultado observado si  = x Zx = Probabilidad del resultado observado si  = 1/2 LOD = x = log10 Zx

Cálculo Bayesiano del umbral de ligamiento Hipótesis: loci están Ligados (FR = 0) No ligados (FR = 0,5) Probabilidad a priori 1/50 49/50 Probabilidad condicional: 1000:1 1000 1 Probabilidad conjunta (a priori x condicional) 20 ~1

Ejemplo de asignación ambiguo

Ejemplo de estimación del Lod score

Ejemplo de estimación del Lod score

Curva puntuación Lod

Cartografía múltiples puntos

Mapa de ligamiento de alta resolución del genoma humano El mapa ha sido confeccionado por el Centre pour l´Étude des Polimorphismes Humaines (CEPH) Conjunto de familias completas cuyos miembros comprenden tres generaciones. Se estudiaron los haplotipos recombinantes de secuencias microsatélites en células inmortalizadas de cada miembro de las familias. El mapa se encuentra en el sitio Web del Cooperative Human Linkage Center (CHLC) CHLC Web site: http://lpg.nci.nih.gov/CHLC/

Mapa genético del Cromosoma 1 Homo sapiens.

Asociación alélica en fibrosis quística Alelos marcadores Cromosomas con FQ Cromosomas normales X1,K1 3 49 X1,K2 147 19 X2,K1 8 70 X2,K2 25 Datos de Ivinson et al. (1989)

|A |a |B |b |a |a |b |b |A |a |B |b |a |a |B |B |A |a |B |B |A |a |B |B |a |a |B |b