Tema 1 Dogma Central CA García Sepúlveda MD PhD Laboratorio de Genómica Viral y Humana Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de San Luis Potosí

Propiedades del material genético: Tema 1. Dogma Central DNA como repositorio de información Propiedades del material genético: Contener toda la información necesaria para construir y mantener un organismo. Debe permitir su replicación (copiado). Debe ser transmisible de padres a hijos. Debe permitir cierto grado de variación para el desarrollo de innovaciones biológicas. Debe poseer mecanismos de salvaguardo de información.

Tema 1. Dogma Central Historia Genoma FX174 (1980) Franklin-Wilkins Cristalografía (1952) Watson-Crick Doble hélice (1953) Avery-MacLeod-McCarty Prin. Transf. = DNA (1944) Morgan Cromosomas Drosophila (1911) DOE HUGO (1986) Sanger Secuencación (1975) Hershey-Chase Bacteriofago (1952) H. influenza (1995) Miescher Nucleina (1869) S. cervisiae (1996) Shleiden / Schwann Teoria celular (1839) Astbury Cristalografia DNA (1943) Cohen & Boyer Clonación (1973) Mullis PCR (1983) C. elegans (1998) Levene A, G, C, T (1910) Chargaff A=T (1948) Crom. 22 (1999) Brown Nucleo (1833) Mendel Publicación (1866) Kornberg DNA Pol (1955) Mendel Redescubierto (1900) Griffith Prin. Transf. (1928) D. melanogaster (2000) H. sapiens (2001/3) H. neanderthalis (20014) | | | | | | | | | | | | | | | | | | 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 | | | | | | Fin inquisición Invasion Francesa I GM IIGM Apollo Hoy (1834) (1861-67) (1914-18) (1939-45) (1969)

Tema 1. Dogma Central Dogma Central de la BioMol Propuesto inicialmente por Francis Crick en 1958 y replanteado en 1970. Como en el dogma de fe, corresponde a un conjunto de normas o creencias indispensables para comprender el concepto de flujo de la información genética a través de biopolímeros y en organismos vivos (de acuerdo a nuestros conocimientos actuales)... 3x3 Propone 3 clases de biopolímeros: DNA, RNA y polipéptidos. Propone 3 modalidades de transferencia de información entre estos biopolímeros: modalidad general, especial y modalidad improbable desconocida. Cada modalidad posee 3 direcciones de transferencia

Tema 1. Dogma Central Dogma Central de la BioMol Las tres direcciones generales son: de DNA a DNA (Replicación). de DNA a RNA (Transcripción). de RNA a AA (Traducción). * Ocurren de manera normal en la mayoría de las células. Las tres direcciones especiales son: de RNA a RNA (Replicación de RNA). de RNA a DNA (Retro-transcripción). de DNA a AA (Solo in vitro). *Ocurren de manera extraordinaria, pero ocurren. Las tres direcciones desconocidas son: de AA a DNA (Evolución inteligente). de AA a RNA (Otra forma de evolución inteligente). de AA a AA (NOTA: priones). * Actualmente se piensa que no ocurren nunca.

Tema 1. Dogma Central James Watson & Francis Crick Modelo refinado de un duplex de DNA (dodecámero) Ir a PyMol Estructura helicoidal Forma filamentosa (molécula larga) Unidades menores cada 0.34 nm (3.4 Å) Unidad mayor cada 3.4 nm (34 Å) 3.4 nm (34 Å) 0.34 nm (3.4 Å) Breviario cultural: 1 Ångström = 0.1 nanómetros 2 nm (20 Å)

Secuencias reguladoras Tema 1. Dogma Central Genes (Cistrón, unidad transcripcional) Estructura de un gen transcrito por RNA pol II Secuencias reguladoras

Tema 1. Dogma Central Transcripción

Tema 1. Dogma Central Traducción

Tema 1. Dogma Central Genomas Eucariotas emplean 3 RNA pols para sintetizar los 3 tipos diferentes de RNA. Archaeas poseen una sola RNA pol similar a RNA pol II eucariota (mRNA). Transcripción ocurre en nucleo, traducción en citoplasma (modificaciones del mRNA). Requiere mayor número de TF para iniciar. La regulación de la transcripción en eucariotas es más compleja. Eucariotas poseen promotores distintos para cada una de las diferentes especies de RNA.

Tema 1. Dogma Central Genomas En comparación a procariotas mil veces más grandes, pesados (# genes) y complejos. Ploidia, generalmente diploide con la excepción de gametos. Menos restricciones espaciales, DNA almacenado en núcleo (desde 10 hasta 200 micras de diámetro). Hacen uso de diversos niveles jerarquicos de compactación...de nucleosomas a cromosomas. Mayor número de genes, sequencias repetitivas, genes de RNA, secuencias de utilidad desconocida....filosofia eucariota permite flexibilidad e inovación, la procariota es minimalista.

Tema 1. Dogma Central Organización Genómica

Tema 1. Dogma Central Replicación La replicación del DNA constituye un proceso complejo que requiere de la actividad de más de una enzima. Tiene tres etapas: Iniciación, elongación y terminación.

Tema 1. Dogma Central Replicación

Tema 1. Dogma Central Replicación

Tema 1. Dogma Central Compactación Los cromosomas bacterianos circulares se compactan con poliaminas (como la espermina) las cuales se unen a las cargas negativas del DNA para neutralizar su carga y evitar la repulsión con el objeto de permitir la formación de madejas. El problema se agrava cuando se contempla que el ser humano posee 3 mil millones de pares de bases...pero no somos los más “grandes” La salamandra común...poseee 4x más DNA que nosotros. Incluso algunas plantas poseen más DNA que nosotros. Paradoja del valor C...el tamaño del genoma no es directamente proporcional a la complejidad del organismo. +

Tema 1. Dogma Central Compactación El DNA (ca 2 mts de largo) se almacena en el núcleo de las células eucariótas. El diámetro del núcleo celular fluctúa entre 5 y 10 m. El contorno de los cromosomas mide entre 1.6 y 8.2 cm. Compactación cromosómica human altamente eficiente: Condensación de 100,000 X

Tema 1. Dogma Central Compactación Dominios/Asas

Tema 1. Dogma Central Compactación Estructura propuesta por Roger Kornberg (1974). Premio Nobel Quimica 2006 “base molecular de la transcripción de DNA hacia RNA” Cromatosoma = Nucleosoma + proteina espaciadora (histona H1). Nucleosoma posee coro de histonas (octámero) y ca 146 bp DNA + 50 bp espaciador = 200 bp. Compactación: 7x

Tema 1. Dogma Central Compactación 1.5 % Agarose gel running at 150 VDC for 50 minutes. Viral & Human Genomics Lab

Tema 1. Dogma Central Fibras de 30 nm 6 nucleosomas forman un arreglo helicoidal. El arreglo helicoidal resultado del super-embobinamiento solenoidal del “collar de cuentas” forma una fibra de 30 nm. El “collar de cuentas” se fija al andamiaje nuclear. Fibra cromatínica observada en ME. En general solo regiones inactivas (sin expresión genética). Corresponde a la mayor parte de la heterocromatina. Compactación: 100x 1 2 3 4 5 6

(c) Looped domains (300-nm fiber) Tema 1. Dogma Central Asas de 300 nm Fibras de 30 nm forman asas largas (300 nm de largo) ancladas al andamiaje nuclear. Cada asa posee aprox 75,000 bp Asas de 300 nm = Dominios. Andamiaje nuclear 300 nm (c) Looped domains (300-nm fiber) Asas Andamio

Tema 1. Dogma Central Rosetas de asas En los cromosomas condensados (de metafase) las asas de 300 nm (entre 6 y 9 de ellas) forman una estructura helicoidal llamada kernel o roseta cromosómica. Matriz nuclear = andamiaje cromosómico

Tema 1. Dogma Central Bobinas de rosetas Las rosetas cromosomicas (aprox 30) se apiñan una sobre otra de manera helicoidal formando las bobinas de las cromátides. Bobina cromatínica (solenoide cromatínico) = como el cordón teléfono. Asa Roseta Bobina

Tema 1. Dogma Central Cromátides Bobinas cromatínicas empalmadas forman bandas cromosómicas y estas constituyen a las cromátides.

Tema 1. Dogma Central Cromosomas Cromosoma de metafase forma más compacta. Compactación: 15,000 x En los procariotas el cromosoma consiste en una sola molécula circular de DNA de doble cadena desnuda (con excepción de las poliaminas). Los eucariotas poseen un conjunto diploide de cromosomas lineares. DNA depletado de histonas Andamiaje cromosómico

Tema 1. Dogma Central Cromosomas Centrómero formado por heterocromatina empleada en la fijación a huso mitótico/meiótico (microtúbulos). Telómero formado por heterocromatina repetitiva destinada a proteger extremos cromosómicos. Centrómeros y telómeros contienen cantidades abundantes de DNA de secuencia simple repetitiva (SSR). SSR: Multiples copias en tandem de secuencias cortas. SSR desempeñan funciones estructurales en telómeros y centrómeros. ¡Los centrómeros humanos poseen una secuencia de 170 bp repetida entre 500 y 3,000 veces! ¡Misma secuencia telomérica para todos los vertebrados! TTAGGG

Tema 1. Dogma Central Cromosomas eucariotas

Tema 1. Dogma Central Cromosomas eucariotas Bandeo G (giemsa)

Tema 1. Dogma Central Cromosomas eucariotas Bandeo G (giemsa)

Tema 1. Dogma Central Cromosomas eucariotas

Tema 1. Dogma Central Cromosomas eucariotas

Tema 1. Dogma Central Cromosomas eucariotas

Tema 1. Dogma Central Cromosomas procariotas A pesar de que las bacterias no poseen estructuras morfológicas semejantes a las nuestras, su DNA se encuentra organizado en un cromosoma circular. Usualmente forma dos o tres aglomerados difusos, ocupando un tercio del volumen celular (nucleoide). Genoforo = Cromosoma sin cromatina

Tema 1. Dogma Central Genomas virales El extremo más ergonómico lleva a que la cápside viral esté formada por un solo tipo de subunidad protéica. Dos tipos esenciales de cápsides: 1.- Filamentosas u helicoidales = Empalmamiento helicoidal de proteinas alrededor de AN. 2.- Icosaédricas = formada por estructura pseudoesférica simétrica en forma de poliedro icosaédrico.

Tema 1. Dogma Central Viroides ssRNA desnudos libres, 300 bp fitopatogenos. No codifican para proteinas. Mejores candidatos para el material genético primordial. También acumulan mutaciones que pueden ser seguidas filogenéticamente. Bajo ciertas condiciones dos fragmentos pueden unirse para formar fragmentos mayores (recombinación linear). Algunos recombinantes poseen distintas propiedades patológicas, invasividad o interactivas.

Tema 1. Dogma Central Partículas subvirales Los Hepadnavirus (HBV) constityen los virus envueltos (membrana) más pequeños observados en animales con diámetros de viriones de hasta 42 nm. Los hepatocitos infectados también secretan Particulas Subvirales no infecciosas (SVP) que carecen de material genético y que tienen forma de esferas o filamentos. La producción de SVP supera a las 100,000 o 1'000,000 de partículas por célula. Desconocemos mucho al respecto... Probablemente resultante de maquinaria replicativa

PrPC y PrPSc Tema 1. Dogma Central Priones Stanley Prusiner acuño término a principios de los 80s. Enfermedades neurológicas ocasionadas por agentes infecciosos resistentes a procesos de destrucción de ácidos nucleicos. Inicialmente controversial, ganó el Nobel de fisiología y Medicina del 1997. Enfermedades llamadas enceflaopatías espongiformes por aspecto histológico. Particulas proteicas con la capacidad de catalizar cambios irreversibles sobre otras proetinas, lo que lleva a la acumulación de ellas dentro de las celulas...lo que las mata. PrPC y PrPSc

Tema 1. Dogma Central Complejidad genómica ≠ Complejidad organica ¿Cual es el organismo que mayor número de cromosomas posee? ¿Cuantos tiene?

Tema 1. Dogma Central Complejidad genómica ≠ Complejidad organica Ophioglossum “Adder’s-tongue Fern” Tropical/Subtropical 1400 Cromosomas

Tema 1. Dogma Central Complejidad genómica ≠ Complejidad organica Al complemento total de genes de un organismo se le llama genoma. Los genes se localizan en regiones bien definidas de DNA llamados locus (plural loci). El tamaño del genoma generalmente es menor para los procariotas en comparación a los eucariotas, tanto en número de bp como de genes. No obstante, esta relación se rompe al contemplar únicamente a los organismo eucariotas, en estos no existe una proporción directa entre complejidad genómica y complejidad del organismo. Uno de los genomas más grandes descubierto a la fecha pertenece a una Amoeba (Amoeba dubia) con >670 mil millones de bases (ca 200 x mayor a Hosa).