El cromosoma eucariótico Tema 12 El cromosoma eucariótico

El cromosoma eucariótico Relación existente entre el DNA, las histonas y la cromatina Niveles de empaquetamiento del DNA en los cromosomas Diferencias entre eucromatina y heterocromatina Bandeos cromosómicos y su relación con la compactación del DNA Función y estructura de centrómeros y telómeros El paisaje genómico: la complejidad de las secuencias del DNA eucariótico

La célula eucariota En un principio, el material genético se identifico como una masa densa y granular denominada cromatina: reacción con ciertas tinciones – Material oscuro, coloreado.

La célula eucariota Durante la división celular la cromatina se compacta en unidades discretas, los cromosomas. El ciclo celular consta, básicamente, de dos fases: Interfase Actividad celular sintética y núcleo discreto Mitosis Huso acromático Cada célula hija posee dos copias de cada cromosoma (homólogos)

Empaquetamiento del DNA Una de las características comunes de la organización del material genético es su alto grado de compactación: masa compacta que ocupa un espacio bien delimitado. El genoma humano tiene unas 3.000 megabases (1-2m) y un núcleo ocupa unas 6µm.

Empaquetamiento del DNA Composición del Cromosoma Doble hélice Nucleosoma (Octámero de Histonas) Solenoide (Histona H1) Composición del Cromosoma (Cromatina) Proteínas : básicas -> histonas ácidas -> no histonas (~30%) DNA RNA (1%) Tasa de empaquetamiento: 1:50.000-100.000 DNA Nucleosoma Fibra cromatina (Solenoide) Andamio (Scaffold) Bucles de cromatina Cromátida

Empaquetamiento del DNA

Empaquetamiento del DNA

Empaquetamiento del DNA Existe una matriz proteica que forma el esqueleto del cromosoma.

Empaquetamiento del DNA Las fibras de DNA se unen al esqueleto en sitios específicos denominados MARs (o SARs)

El cariotipo humano y de ratón Bandas cromosómicas (Bandas G) Los genes tienden a localizarse en las regiones entre bandas (>%G-C)

Centrómero y telómero Centrómero Telómero Elemento de DNA responsable de la segregación en mitosis y meiosis (no distingue entre cromosomas). Está compuesto de proteínas de unión a los microtúbulos y puede poseer gran cantidad de DNA repetitivo Telómero Elemento de DNA que sella los extremos de los cromosomas y les confiere estabilidad. Integridad estructural Asegura la replicación de los extremos del cromosoma Papel en el apareamiento cromosómico y la arquitectura tridimensional del núcleo Envejecimiento celular y cáncer

El Telómero El problema de la replicación de los extremos cromosómicos

El Telómero

Estructura del tapón telomérico El Telómero Estructura del tapón telomérico

Síndrome de Werner El Telómero Mutación en el gen WRN, que codifica una helicasa que participa en la estructura del tapón telomérico

Los números del genoma humano 13 / 11 / 2008 Los números del genoma humano Total de genes estimado 20.000-25.000 Genes identificados 19073 Genes secuencia conocida 12527 Descripción fenotípica 374 Otros 6172 Genes mitocondriales 37 Genes con localización física 11419 717 617 429 532 683 508 406 427 413 601 206 356 328 443 664 160 727 277 139 286 641 45 1097 Genes humanos identificados Conceptos clave Se han identificado apenas un tercio del total de genes Se han ubicado precisamente apenas un 15 % La densidad de genes no es homogénea en todos los cromosomas: hay cromosomas pequeños (19) con muchos genes y grandes (4) con poca carga gènica. Genes localizados por cromosoma

Características de los genes humanos que codifican proteínas. Mediana Promedio Tamaño muestra   Tamaño exones 122 bp 145 bp 43.317 Número exones 7 8.8 3.501 Tamaño intrones 1.023 bp 3.365 bp 27.238 3’ UTR 400 bp 770 bp 689 (crom. 22) 5’ UTR 240 300 463 (crom. 22) Secuencia codificadora 1.100 bp 1.340 bp 1.804 (CDS) 367 aa 447 aa   Extensión genómica 14 kb 27 kb

Los genes humanos varían enormemente en tamaño y cantidad de exones

La densidad de genes no es homogénea Región del HLA de tipo III en el cromosoma 6p21.3 Gen de la distrofina en el cromosoma Xp21

La densidad génica se correlaciona con el bandeo cromosómico Xp21 6p21.3 BANDAS G Claras Comparativamente ricas en GC Sensibles a la DNAsa Condensación tardía en el ciclo celular Replicación temprana Alta densidad génica Pobres en secuencias repetidas oscuras Comparativamente ricas en AT Insensibles a la DNAsa Condensación temprana en el ciclo celular Replicación tardía Baja densidad génica Ricas en secuencias repetidas

Aunque es raro, existen genes solapados y anidados A) Región del HLA de tipo III en el cromosoma 6p21.3 B) Intrón 26 del gen de la neurofibromatosis tipo 1

El tamaño de los genomas No existe una buena correlación entre el tamaño del genoma y complejidad genética Existe una tamaño mínimo del genoma necesario para incrementar la complejidad Se detecta una gran variación en el tamaño del genoma dentro de un mismo phylum

Secuencias de DNA repetitivas Generalmente, los genes son codificados por secuencias únicas de DNA Los genomas más grandes dentro de un mismo phylum no contienen necesariamente más genes Una gran parte del ADN repetitivo puede proceder de los elementos transponibles

Contenido en repeticiones del genoma humano Derivados de elementos transponibles Pseudogenes procesados Repeticiones de secuencias sencillas Duplicaciones segmentales 10-300 kb Bloques de secuencias repetidas en tándem (centrómeros, telómeros,...) Derivados de trasposones

Contenido en repeticiones del genoma humano Elementos H. sapiens D. melanogaster C. elegans A. thaliana LINE/SINE 33.40% 0.70% 0.40% 0.50% LTR 8.10% 1.50% 0.00% 4.80% DNA 2.80% 0.70% 5.30% 5.10%   Total 44.40% 3.10% 6.50% 10.50%

ORGANIZACION GENERAL DEL GENOMA HUMANO NUCLEAR GENOMA MITOCONDRIAL genes y secuencias relacionadas 25% ADN extragénico 75% Codificante 2.5% No codificante 22.5% Moderada o altamente Repetido 30% Secs. únicas o bajo número de copias 45% 35000 genes proteínas 500 RNA funcionales Repetidos dispersos 12% Repetidos en tándem o agrupados 18% 4 genes rRNA Satélite Cortos (SINEs) Largos (LINEs) Minisatélites >40 tRNA Microsatélite >500 otros RNA funcionales Intrones, secuencias no traducidas Pseudogenes Fragmentos génicos