Mutaciones y Polimorfismos

Presentación del tema: "Mutaciones y Polimorfismos"— Transcripción de la presentación:

1 Mutaciones y Polimorfismos
Variación Genética Mutaciones y Polimorfismos Dra. Mildred Jiménez

2 Traducción El código genético 2
Relaciona los aa con los codones (grupo de 3 bases consecutivas) 43 = 64 y hay 20 aa ==> degenerado Las proteínas contienen 20 aminoácidos diferentes, La tercera base del codón puede ser purina o pirimidina sin alteración 2 2

3 El Código Genético Cómo 4 nucleótidos: A, U, C, G (4 letras) podían especificar 20 aminoácidos diferentes (20 palabras) Si se tienen 4 nucleótidos y se toman de dos en dos se tienen solo 16 aminoácidos (16 palabras)= (42) Si se toman de tres en tres se tienen 64 palabras= (43) Evidentemente con un código de tripletes se tienen más de las 20 palabras necesarias, pero es más simple que un código de 4 letras Se realizó una ingeniosa investigación analítica que permitió establecer que el código es de naturaleza ternaria

4 Características del código genético
El código no contiene ambigüedades: cada codón (palabra de 3 letras) especifica solo un único aminoácido El código es degenerado: la mayoría de los aminoácidos (18) son especificados por más de un codón El código tiene signos de puntuación de inicio y fin: son necesarios determinados codones para iniciar (AUG) y terminar la traducción (UAA, UGA, UAG)

5 Traducción La traducción de una ARNm procesado siempre inicia con el codón que especifica para la metionina. Por lo que la metionina es el aa amino-terminal de las cadenas polipeptídicas, aunque muchas veces es removido antes de que se complete la síntesis proteíca. La metionina establece por lo tanto el marco de lectura ARNm maduro, ARNr y ARNt Metionina (AUG) Codones “stop” o “sin sentido” La traducción de una ARNm procesado siempre inicia con el codón que especifica para la metionina. Por lo que la metionina es el aa amino-terminal de las cadenas polipeptídicas, aunque muchas veces es remivido antes de que se complete la síntesis proteica. La metionina establece por lo tanto es cuadro de lectura 5 5

6 Codones de terminación: UAA,UAG,UGA
La unión entre codón y anticodón permite que se de la unión del aa adecuado a la cadena, por medio de un enlace peptídico al grupo carbixilo terminal. Igualmente se da 5’ -> 3’ Codones de terminación: UAA,UAG,UGA Ambas unidades: monosoma Eucariotas: 80S: 60 y 40 Procariotas: 70S: 50 y 30 Graciente de separacion, gradientes de sacarosa 6

7 Proceso Post-Traduccional
La cadena polipeptídica (producto primario de la traducción) adquiere la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria Adición específica de grupos P y carbohidratos Eliminación de secuencias señal Split de una molécula inicial Estructura terciaria determinada por la secuencia de aa misma. Ej de cuaternaria: alfa2 ß2 hemoglobina Split: la insulina madura está compuesta de dos cadenas: una de 21 y otra de 30 aa, que son originalmente parte de un producto primario de traducción de 81 aa (proinsulina) 7 7

8 Introducción La secuencia de ADN nuclear es 99.9% idéntica entre dos individuos Diferencias en la secuencia de ADN: poco o ningún efecto sobre el fenotipo directamente responsables de causar enfermedad Concepto de enfermedad genética Es el 0.1% diferente el responsable de la variabilidad geneticamente determinada entre individuos. Por supuesto, algunas diferecias en la secuencia de AND tienen poco o ningún efecto sobre el fenotipo, mientras que otras diferencias son directamente responsables de causar enfermedad. Entre estos dos extremos se encuentra la variación responsable de a varabilidad fenotípica geneticamente determinada en la anatomía, fisiología, suceptibilidad a infecciones Predisposición al cancer Talento artistico etc…. Uno de los conceptos más importantes es que la enfermedad genética es solamente la más obvia y muchas veces la más extrema de las manifestaciones de las diferencias genéticas, sobreimpuesta en un entorno de variabilidad genetica enteramente normal

9 Enfermedad genética La enfermedad genética es la más obvia y muchas veces la más extrema de las manifestaciones de las diferencias genéticas, en un entorno de variabilidad genética enteramente normal.

10 Naturaleza de la mutación en humanos
Cualquier cambio en la secuencia de nucleótidos o en el rearreglo del ADN. Mutaciones genómicas: afectan el # de crom en la cel. Mutaciones cromosómicas: alteración en la estructura de los crom individuales Mutaciones génicas: alteran genes individuales

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15 Agentes Mutagénicos Radiaciones Ionizantes: rayos X, alfa, beta,gamma, reacciones nucleares. Alteraciones de las bases nitrogenadas, pueden romper los enlaces fosfodiester.  Radiaciones no ionizantes: rayos UV. Favorecen la formación de enlaces covalentes entre dos pirimidinas continuas Sustancias químicas Acido nitroso: desamina ciertas bases, por ej. cambio de C a U. Hidroxilamina: añade grupos hidróxido. Agentes alquilantes: añaden grupos metilo, etilo, etc. Todos estos procesos modifican las bases nitrogenadas y favorecen el emparejamiento con bases diferentes de las complementarias.

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22 Mutaciones 3 categorías: Mutaciones genómicas (# cromosomas)
Mutaciones cromosómicas (estructura de cromosomas individuales) Mutaciones génicas/moleculares (genes individuales)

23 No todas las mutaciones tienen consecuencias clínicas
cambio no altera la secuencia de aa cambio de aa no altera las propiedades del polipéptido Mutaciones en líneas germinales: Cambio heredable Mutaciones somáticas: Mosaico somático (ej: Cáncer), No se transmiten a la siguiente generación Sin embargo, hay algunos cambios en el ADN que no producen efectos fenotípicos. Una mutación cromosómca ouede no efectar una porción crítica de genoma y no tener efecto fenotípico. Mutaciones en lineas germinales Cambio heredable Mutaciones somáticas Mosaico somático (ej: Cáncer) No se transmiten a la siguiente generación

24 Mutaciones genómicas Alteraciones en el número de cromosomas: Aneuploidía Errores en la segregación de cromosomas durante meiosis o mitosis Mutación más común en humanos (1/25-50 divisiones celulares) Abortos espontáneos Comunes en células cancerosas

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27 Mutaciones cromosómicas
Alteración en la estructura de los cromosomas individuales Desbalances que implican solamente parte de un cromosoma (d,i,t…) que pueden ser espontáneos o consecuencia de segregación anormal de crm translocados 1/1700 divisiones celulares Generalmente incompatibles con la vida o con reproducción normal. Células cancerosas

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31 Mutaciones génicas Alteran genes individuales
Sustituciones, deleciones e inserciones a pequeña escala 2 mecanismos básicos Errores en la replicación del ADN Mutaciones durante la reparación de errores del ADN Mutágenos: Inducidas por agntes físicos o químicos, llamados mutágenos, que aumentan la fecuencia de las mutaciones.

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38 Errores del marco o cuadro de lectura

39 Bases moleculares de las mutaciones y su detección
Se han logrado documentar mutaciones que van desde cambios en 1pb hasta deleciones de millones de pb Utilidad en rutuna de ls técnicas moleculares para detección y elucidación de una gran gama de mutaciones específicas. Detectar px, familias en riesgo y tamizar la pop en gnral.

40 Sustituciones nucleotídicas
Mutaciones de punto (1 pb) mutación de cambio de sentido (missense) Errores en promotores, etc 50% de las mutaciones causantes de enf Ejemplo: Hemoglobinopatías Mutaciones de punto: cambio de un solo pb

41 Mutaciones en las terminaciones de las cadenas
Destrucción de un codón stop (UAA,UAG,UGA) Creación de un codón stop mutación sinsentido (nonsense) No afecta la trascripción Aprox. 12% de las mutaciones causantes de enf El producto traducido puede ser degradado rápidamente

42 Mutaciones en el splicing del ARN
Mutaciones en secuencias para spliceosomas Daño a los sitios existentes Creación de sitios nuevos competencia 10% de las mutaciones

43 “Puntos calientes” de mutaciones (Hot-spots)
Son puntos o zonas dentro del genoma donde se concentran mutaciones con una frecuencia mayor que la esperada si se distribuyeran al azar. Ejemplo: en el gen lacI hay una zona especialmente “caliente” cerca de la base 200, donde la probabilidad de encontrar mutaciones es muy superior a la del resto de la secuencia de ADN de ese gen. Explicación: algunas bases, dentro de un determinado contexto de secuencia, son modificadas químicamente por acción de alguna enzima (normalmente una metilasa), y ello provoca una mayor susceptibilidad a la aparición de mutaciones puntuales

44 Deleciones o inserciones pequeñas
1/4 de las mutaciones Afectan pocos pb Número NO múltiplo de 3 y en secuencia codificante ==> mutaciones de marco de lectura Número múltiplo de 3 ==> agregación o eliminación de un aa en el producto final

45 Deleciones e inserciones grandes
6% de los casos Se detectan por Southern Blotting Deleciones Gen de la distrofina en el crm X --> DMD (60%) Una de las cadenas de alfa globina en crm 16 --> Alfa talasemia Inserciones Más raras Gen del factor VIII (hemofilia A)

46 Deleciones y duplicaciones causadas por recombinación
Entre secuencias de ADN altamente similares o idénticas Familias multigénicas Alfa talasemia, defecto en la densidad de los receptores de lipoproteína, en la hipercolesterolemia familiar Cuando los miembros de tales familias se encuentran uno a la cola del otro en la misma región cromosómica, pueden a veces desalinearse y emparejarse incorrectamente enla meoisis (2 pares homólogos) o en la mitosis ( 2 cromatides hermanas)

47 Cuando los miembros de estas familias se encuentran uno a la cola del otro en la misma región cromosómica, pueden a veces desalinearse y emparejarse incorrectamente en la meoisis (2 pares homólogos) o en la mitosis (2 cromatidas hermanas)

48 Regiones de repeticiones de trinucleótidos que se expanden e interfieren con la expresión normal de un gen Enfermedad de Huntington Síndrome del X frágil

49 Defectos generalizados en la reparación del ADN
Papel de las enzimas replicadoras y reparadoras del ADN en la vigilancia y prevención de las mutaciones Xeroderma pigmentoso Ataxia telangiectasia Anemia de Fanconi Síndrome de Bloom Cancer de colon no poliposo hereditario (autosomico dominante) Autosómicos recesivos

50 Nomenclatura de las mutaciones
Prefijos g --> ADN genómico c --> ADN complementario T AUG CGC si A= 1 ==> T= -1 No hay 0 Cambio de base ==> c.G1444>A ó Nt1444 G>A Inserciones ==> c insTATC Deleciones pequeñas ==> del Missense ==> Glu6Val ==> Glutamato por Valina HbS Stop ==> Gln39X ==> Glutamina por codon terminacion B talasemia

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55 El gen SOX9 Codifica para el factor de transcripción que hace que los condrocitos produzcan el colágeno tipo II normal del hueso, a través de la activación del gen COL2A1. Si alguna de las copias del gen SOX9 está mutada no se activará la transcripción del gen COL2A1 de manera que se producirá un colágeno anormal

56 Diversidad Genética Humana

57 Diversidad Genética Humana
Mutaciones: Deletereas Selectivamente neutrales 100 cambios de pb / zigoto Mayoría en regiones no codificantes Aseguran diversidad genética e individualidad Patrón de tinción de crom Variaciones en proteínas Enfermedad … 100 cambios de pb / zigoto, no contenidos en ninguno del genoma de sus padres. La mayoría de estos cambios se encuentran en secuencias no codificantes o extragenicas.

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59 Concepto de polimorfismo genético
Alelos que se encuentran en > 3% de la población general ==> polimorfismo genético Alelos <3% ==> variantes raras.(*) La mayoría de las mutaciones deletéreas que llevan a enfermedades genéticas son variaciones raras. Variaciones en regiones entre genes o en intrones ==> Inconsecuentes y detección por análisis directos del AND Variaciones en regiones codificantes ==> variantes proteicas ==> diferentes fenotipos Polimorfismos de importancia médica ABO, Rh Polimorfismos de susceptibilidad, factor de riesgo o protección. Si se determina una secuencia de AND en una posición determinada de un cromosoma y se estudia en varios cromosomas de varios individuos se ve que el nivel de similaridad es muy alto. Por cada 1000 pb hay una diferencia entre 2 individuos. Alelos: versiones diferentes de una secuencia particular de AND en una localización particular del crom (locus). Alelos <1% ==> variantes raras. (*)La mayoría de las mutacione deletereas que llevan a enfermedades genéticas son variaciones raras. Variaciones en regiones entre genes o en intrones ==. Inconsecuentes y detección por análisis directos del ADN Variaciones en regiones codificantes ==> variantes proteicas ==> diferentes fenotipos

60 Grupos sanguíneos y sus polimorfismos
Sistema ABO 4 fenotipos: A, B, O y AB Cromosoma 9 Alelo B: glicosiltransferasa que agrega D-galactosa a la proteína H Alelo A: agrega N-acetilgalactosamina Alelo O: transferasa mutada sin actividad Antigenicidad específica depende del azúcar agregado (si lo hay). 1as variaciones protéicas determinadas genéticamente a ser descubiertas ABO y Rh son importantes en transfusiones, transplantesy tx de la enf hemolítica del recién nacido. A y B codominates 0 Recesivo Los Ag A y B se hacen por la acción de los alelos A y b sobre un Ag de superficie de los Gr: el Ag H

61 A y B: secuencia de 4 nucleótidos => cambios de aa => alteración en la especificidad de la glicosiltransferasa Alelo O: deleción de 1pb en región codificante => mut de marco de lectura Análisis genotípico del grupo sanguíneo

62 RFLP Restriction Fragment Length Polymorphisms
No todas las personas tienen la misma distribución de sitios de restricción RFLP ==> variaciones en los sitios de restricción detectados ER + SB + marcaje

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65 SNP Single Nucleotide Polymorphisms
Clase más general de polimorfismos, forman hasta el 90% de todas las variaciones genómicas humanas Se detectan los SNPs no solo los que dan cambio en los sitios de restricción Detección por secuenciación o análisis de restricción Los SNP que se encuentren en regiones no codificantes pueden tener consecuencias en el proceso de traducción, sobre todo en procesos como el splicing, la unión de factores de transcripción o modificando la secuencia de RNA no codificante.

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71 VNTR Variable Number of Tandem Repeats: inserción, en tandem, de múltiples copias de una secuencia de ADN de 10 a 100 pb, en el ADN entre dos sitios de restricción. DNA fingerprinting Repetición de secuencias altamente variables llamadas Microsatélite

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73 Microsatélites SSR (Short Sequence Repeat) STR (Short Tandem Repeat)
Secuencias de ADN en las que un fragmento (de 1 a 6 pb) que se repite de manera consecutiva. La variación en el número de repeticiones crea diferentes alelos, los cuales se distinguen entre sí por la longitud total del fragmento.

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75 Aplicaciones Ciencia forense. Comparar sospechosos con muestras de sangre, cabello, saliva o semen. Identificación de restos humanos por comparación con muestras de familiares. Pruebas de paternidad. Estudiar la compatibilidad en donaciones de órganos. Estudios de evolución de poblaciones animales salvajes. Estudio de la composición de los alimentos. Generación de hipótesis sobre las migraciones humanas en la migración. Identificación de inmigrantes y personas indocumentadas.

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