Genoma Humano Pasada

Genoma Humano Más allá de secuenciar y caracterizar las proteínas, la asociación procesos enzimáticos a la integración total de complejos que unen vías metabólicas que trabajan para un fin conjunto. Cuando empieza el PGH hay unos pocos genomas secuenciados. Pero actualmente hay un número mayor de especies secuenciadas en procariontes y eucariontes. En términos generales, sabemos que los organismos son muy variados. Tenemos los dos extremos un oso polar y una bacteria termófila. Y esas características distintas se ven reflejadas en la naturaleza como genomas de tamaños y estructuras distintas. Los virus tienen material genético, es complejo considerarlo como vivo. Se pueden considerar como genoma que no son independiente ni como genoma ni como organismo. Podemos encontrar virus de 5000 pb, plantas de 10 a la 11 pb. No solo hay diversidad en términos estructurales, sino también en cuanto a tamaños genómicos. Si vemos los tamaños genómicos de los procariontes vemos que por lo general son pequeños. En esta lista vemos organismos que se tratan de eubacterias, que van desde 640mil pb a 4 millones y medio de pb. El número de genes estimados a partir de esos genomas oscila entre 500 y 4000 genes. En procariontes hay tamaños genómicos y génicos son muy pequeños. Lo que tienen va a codificar. Si uno hace una recta entre los tamaños de los genomas y cantidades de dna, damos cuenta que los tamaños del genoma crece en función de la cantidad de genes. Lo cual es lo esperable, si un organismo aumenta la cantidad de genes tienen que ponerlos en algún lugar. En procariontes no hay intrones, una parte de sus genes están organizados en operones, comparten regiones reguladoras y promotoras (como parte de los operones) y las regiones intergénicas muy cortas. En genomas eucariontes la cosa cambia. En eucariontes unicelulares y multicelulares son diferentes, los tamaños genómicos son mayores en multicelulares. En el caso de los números de genes son mayores también. Pero un detalle importante como que cuando miramos algunos genomas de organismos no vertebrados, los tamaños del genomas son más pequeños que los de vertebrados. Y las cantidades de genes no necesariamente son más pequeñas. Aquí vemos un ejemplo una planta y ratón, los cuales difieren en su genoma por más de un orden de magnitud, pero que no difieren en genes en forma importante. No hay una relación necesaria entre cantidad de genes, tamaño genómico y “complejidad”. Esto se explica en la organización de los genes en eucariontes presentan intrones, por consiguientes son discontinuos, tienen extensas regiones reguladoras 5`y 3`, los RNAm tienen acceso a regiones extensas no traducibles. A diferencias de regiones que se leen hasta el final en procariontes. Desde el punto de vista de los genes en su estructura, deberíamos tener genomas bastante más grandes. El otro factor aparte de que los genes sean más grandes, es que hay mucha cantidad de dna espaciador (extragénico), y es esto lo que da un salto cuántico cuando pasamos de unicelulares a pluricelulares y de vertebrados a no vertebrados. En un ejemplo más claro en E. coli tiene dna extragénico en menor cantidad, en cambio en humano hay grandes zonas de dna que no corresponden a ningún gen. En un resumen final, tendríamos que para bacterias tenemos genes sin intrones agrupados en operones y en una estructura bastante compacta. Y en eucariontes tenemos de todo: genes con intrones y dna espaciador (que varia si nos pasamos de levadura a drosophila y humanos). Si llevamos esto a tablas: Uno se puede dar cuenta que en eucariontes hay un cierto numero de genes continuos y discontinuos, tenemos una gráfica en donde en el eje de las x coloca cantidad de exones y en eje y el % que representa dentro del genoma del organismo. El número de exones crece progresivamente cuando pasamos de eucariontes unicelulares a mamíferos. Si uno ve la estructura de los genes en torno al tamaño de los genes, vemos que a mayor cantidad de exones hace que el gen sea más grande. Y al comparar los mismo organismos uno encuentra que los tamaños genómicos crecen y la curva se desplaza a tamaños de genes mayores. Expresión de los genes codificantes, lo que surge de la diapo anterior, cuando uno habla de complejidad tiene que ver con cómo se las arregla un organismo para vivir con pocos genes.

Cuando se inicio el proyecto genoma se esperaba encontrar 120000 genes (de acuerdo a una regla de tres, complejidad v/s tamaño genómico). Lo que se obtuvo fue que hay entre 26000 genes y algunos más por identificar. ¿cómo se explica mayor complejidad con pocos genes? Puede ser splicing alternativo (procesamiento de mensajero) este permite a partir de un mismo gen poder tener varios productos génicos. Otra opción son las interacciones intergénicas, estas ocurren en organismos de menor complejidad. Pero pensando más que nada en la estructura del genoma, deberían haber más funciones ya que son más complejos ya que hay más cantidad de productos génicos. Los factores que hacen que podamos tener más funciones que los genes que tenemos: una es el splicing alternativo, edición de los genes (diping: cambio de algunos nucleótidos post transcripcional que permite producir modificaciones que no están codificadas en el genoma), uso alternativo de promotores y uso de terminadores alternativos (que pueden ser regulados o no, dependiendo del tipo de proteínas que se pretende formar, en donde el rna polimerasa se puede pasar de largo en transcripción y codificar una hebra más larga u otras veces más corta). En el caso de humanos más del 40% de los genes tienen splicing alternativo, por lo cual uno obtiene una gran cantidad de proteínas y se obtienen más de los 120000 funciones propuestos al comienzo, con solo unos 20000 genes. El PGH tiene una historia relativamente larga y tiene dos puntos de resolución el 2001, cuando se publica el borrador del genoma humano, y el 2003 cuando se anuncia que el genoma ya está secuenciado. De ahí en adelante viene un proceso asociado a ver como son las interacciones reales, cuáles son los productos génicos, etc. El PGH había sido abordado en forma sectorial por laboratorio en donde solo se estudiaban los gene que a cada laboratorio le interesaba. Pero luego grandes institutos en varios países se distribuyen el genoma en términos de cromosoma para ir secuenciando. Esta estrategia es bastante conservadora, esta estrategia consistía en separar el fragmento de cromosoma, luego es digerida con endonucleasas, se obtienen trozo de gran tamaño, estos trozos se pueden clonar en BAC o YAC. luego uno cría esa levadura o bacteria y obtiene copias de ese trozo, se extrae el dna y se digiere nuevamente. Se vuelve a clonar en otro organismo hasta llegar un tamaño de fragmento de 3000 pb que quedan clonados en plasmidios. Aquí ya se sabe la secuencia completa de estos trozos, pero ¿cómo volvemos a tener la hebra completa? no es tan difícil porque se puede hacer alineamiento con herramientas que comparan secuencias y se van comparando entre varios sets de fragmento, y se ven los extremos que coincidan y se va obteniendo el cromosoma que se desea. Es un proceso progresivo, la gracia de esto es que cuando uno corta con enzimas de restricción, estas pueden cortar en diferentes puntos. Esto permite que uno obtenga secuencias de dna sobrelapadas, estas zonas coinciden al alinearlos y por lo tanto se va obteniendo la secuencia completa. Una empresa privada se independizo del consorcio internacional, y se optó por una técnica más drástica. Se digiere totalmente el dna, se obtienen fragmento muy pequeños y ese pedacito de clona, se secuencia todo y se arma el genoma. La estrategia es más rápida pero cómo de trocitos pequeños se arma todo el genoma. La ventaja que tenía es que el PHG del consorcio público se iba secuenciando en forma aparte pero paralela el dna (con el método conservador), y de acuerdo a esa información puede ir comparando su secuencia para saber si esta en lo correcto. La otra ventaja es que cuando se terminara de secuenciar los trocitos, iba a crear un software que hiciera todo este trabajo se secuenciar, y lo logró. Todo esto requería que existiera una estructura del cromosoma, tenía que ver con un mapeo génico y físico. Esto permitía saber en que lugar se encontraba cada gen. Si no hubiera un mapa físico o genético probablemente ninguno de los dos (consorcio público y privado) podrían haber obtenido el genoma. Aquí vemos organismos que están secuenciados: drosophila, fucus (pez), pez cebra, etc. Generalidades del genoma, no han cambiado mucho los grandes números. 3200 mega bases es el tamaño del genoma completo, es variable esto porque hay partes del genoma que no son constantes. Las regiones centroméricas son repeticiones que pueden variar en miles de pb entre una persona y otra. La secuencia publicada al 2001 era de 2910 pb al 2003 eran 3017 pb. Nuestro genoma tiene mayor contenido en AT 54%, genoma repetido 35%, genes identificados 26000

(gracias a secuencias comparadas con un tipo de pez). Los genes con función desconocida van disminuyendo, y los genes con procesamiento alternativo. Con el tiempo se verá que la gran mayoría de los genes tiene procesamiento alternativo. Para ver el genoma humano primero abordaremos lo que esta asociado a la parte codificante, pero primero veremos la parte estructural. No se debe perder la relación entre genoma, con el hecho de que tiene comportamiento mitótico y miótico particulares. Ahí vemos el cariotipo humano ordenados por tamaño y posición del centrómero. En general se muestra con bandeo G. El genoma esta dividido en veintitantos fragmentos que van desde millones de pb, y no son más que dna muy compactado. Se parte de una secuencia nucleotídica, con la estructura de nucleosomas. Esa foto que sale en el de Robertis, vemos que luego de ser tratada con una enzima proteica, se esta condensando el dna en el cromosoma y vemos el descondensado. El bandeo G permite detectar las regiones ricas en AT. Y produce ese tipo de bandeo que es bandas G+ (AT) y bandas G- (GC). El cromosoma en general tiene un constricción primaria que es la del centrómero en donde se organiza el complejo sinaptonémico. Y una constricción segundaria en el telómero que se da en los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22, que se llama satélite y esta asociada con los genes ribosomales. Esto participa en la organización de nucleolo (NOR). Los cromosomas se les designa su brazo dependiendo del largo en p y q, con el p hacia arriba. Algunas generalidades... las bandas G+ replican tardíamente aunque no es absoluto, y son pobres en genes. En cambio las bandas G- replican tempranamente y son ricas en genes. Si uno se remonta a la historia, vemos que de todo el genoma (como se ve en la diapo) tiene un 2% que se expresa en proteínas. Dentro de ese genoma, una buena parte son intrones un 25%, lo que nos deja que el 75% restante no tiene mucho que ver con la función de expresión de proteínas. Y aquí vemos estructuras de elementos repetidos del tipo LINEs o SINEs que son retrotramposones. La región que se ve morada son secuencias únicas no génica dispersas a lo largo de todo el genoma. Entonces tenemos un 25% de genes que codifican de los cuales se expresan en proteínas un 2% o menos. 1 mega base = 1 millón de pares de bases. ¿cómo uno puede explicar en un splicing alternativo cuáles son intrones o exones? En realidad es un gen que puede tener decenas de exones y son solo unos pocos involucrados en lo que se quiere copiar. Y cuando un exón no está en la proteína final se comporta como un intrón. El splicing alternativo están asociados con sitios dadores o aceptores de splicing que están dentro de los intrones, de tal manera que la enzima puede saltar el intrón. De tal forma que solo se copia el exón necesario. Entonces el exón que codifica para una proteína es un exón funcionalmente, en cambio un exón que no se exprese en esa proteína que estoy buscando se comporta como un intrón. Por ello es difícil dar categorías a exones e intrones. Cuando miramos el contenido GC, vemos un gráfico en donde las barras azul son % de genoma, en amarillo % de genes. Cuando miramos las regiones con 45 a 55% de GC el genoma que cae en esa región es poco. Entonces un 18% del genoma contiene al 25% de los genes. Es decir hay un marcado aumento de la cantidad de genes en regiones que son de mayor contenido génico. Y se ve más claro en este otro gráfico en donde muestra densidad génica relativa v/s contenido CG y a mayor contenido CG aumenta la cantidad génica relativa. Eso es respecto al dna que codifica. El otro 75% del genoma humano es el que tiene menos tiempo de ser estudiado y ha sido mirado de distintas formas a lo largo del tiempo. Cuando se dieron cuenta que había dna que no codificaba lo declararon dna basura. Este dna se divide en dna único o en bajo número de copias y el moderadamente o altamente repetitivo. Este conjunto de dna único es variable, uno puede encontrar gene virales, genes de organismos bacterianos que han sido transferido de manera horizontal y que se incorporan permanentemente al genoma. La transferencia horizontal es la transferencia de genes entre organismos de distinta especie (no en forma heredada), puede ser una infección por virus (herpes, hepatitis b, varicela).

Cuando uno mira dna en eucariontes, contienen varios números de estructuras repetidas: satélites, microsatélites, retrotramposones, retrovirus, etc. Y cuando uno compara organismos “cercanos”, por ejemplo homo sapiens en cuanto a heterocromatina (dna condensado y por lo tanto no expresado), con un chimpancé, gorila... uno encuentra que hay una correlación lineal. Entonces cuanto más de ese dna repetido hay más grande es el genoma, todos tienen la misma cantidad de genes, entonces lo que determina el cambio en el tamaño del genoma no es el dna codificante sino que el dna no codificante. El otro gran grupo corresponde a secuencias de dna repetida que a su vez se divide en dna repetido agrupado y dna repetido disperso. Dentro del dna repetido agrupado podemos distinguir tres variedades: dos de ellas las más importante en términos estructurales para el genoma. Una de ellas es el dna repetido centromérico. En la diapo vemos una tinsión dirigida para la región centromérico. De este tipo de dna en la literatura se le llama dna satélite. Pero aquí hay un detalle, porque en citogenética el dna satélite corresponde al dna ubicado en la constricción secundaria en el telómero del cromosoma. En cambio genéticamente dna satélite es el de la región centromérica, y se llama satélite porque se aisló por centrifugación diferencial en un gradiente de densidad. Entonces el dna completo cuando se digiere corre como una gran banda difusa cuando se centrífuga en un gradiente, y el dna de los centrómeros como tiene tamaños relativamente cte corre como una banda más pequeña. El tamaño de este dna centromérico es de 80-180pb pero los conglomerados que se forman alineados unos tras otro pueden llegar a 5000Kpb (5 millones de pb). Esto es variable entre individuos de la misma especie, es decir hay un polimorfismo en cuanto a variabilidad de tamaño de este dna centromérico. El otro tipo de dna repetido agrupado es el dna telomérico, ahí vemos cromosomas teñidos por otro tipo de tensión en donde se ven marcados las regiones teloméricas. El tamaño relativo es de 6pb, el tamaño del conglomerado es de 100pb a 20Kpb (20 millones de pb). ¿para qué sirven los telómeros? Una de las propuestas es que cuando uno tiene un dna fragmentado lineal (no circular), tiene extremos romos que pueden ser objeto de exonucleasa, luego si uno tiene los genes al borde de ahí puede ser que se vaya perdiendo información por acción de exonucleasa. Y por lo tanto el organismo se muere, entonces la solución es que en esta región de los extremos (telómeros), permite que no s pierda información que es necesaria. Además entre otras funciones tienen relación con la individualidad de los cromosomas (marcadores de individualidad, que son importantes para que los homólogos se identifiquen entre sí), localización en la mb, formación del complejo sinaptonémico y no se replican en forma normal, con una hebra molde. Sino que con una enzima específica “telomerasa” que es capaz de sintetizarlos de novo, y por lo tanto va alargando los telómeros ctemente. Mucho tiempo se dijo que la vejez afecta en la acción de esta telomerasa y por lo tanto se van perdiendo genes. El tercer grupo de dna repetido agrupado, son una gran cantidad de dna que se agrupan formando un conjunto que es de un trozo repetido 20 o 15 veces, pero que se encuentra en distintas partes del genoma y no son todas iguales. Los dna agrupado único se pueden encontrar como vntr o str, que tiene que ver con el tamaño de la repetición. Los VNTR son repetidos de tamaños de número variable, y al STR se le mucho por short, el repetido es de 2 a 4 nucleótidos. Estos STR se analizan en los exámenes de paternidad. La probabilidad de cuando uno toma 16 loci y que dos personas coincidan en todos los alelos, considerando que somos diploides, la probabilidad es muy baja. Son bastante propios de cada individuo. Los VNTR son tamaños “grandes” de repetidos (50 pb por ejm), los STR son más chico y pueden tener (4 nucleótidos) repetidos en distintas combinaciones. Estos no son importantes en términos de cantidad, pero sirvieron para mapear el genoma porque se pudo determinar donde estaban y se pudo determinar posiciones en el genoma, y además sirve como análisis de paternidad.

Los otros son los dna repetidos dispersos aquí están los más frecuentes. Primero están todos los asociados a actividades retrovirales. Recordemos que un retrovirus es aquel que tiene como material genético el rna y convertir ese material en cDNA y a partir de él generar múltiples copias de rna codificante. En el periodo en que los retrovirus están como cDNA existe la posibilidad de que se incorporen a un genoma, hay una buena cantidad de elementos similares a retrovirus incorporados a nuestro genoma y que representan, junto a genes de tipo autónomo y no autónomo, a un 8% del genoma. Hay otro tipo de elementos móviles, tramposones de dna que corresponden a trozos de dna que pueden moverse, porque tienen ciertas características en sus extremos que reconocen posiciones determinadas en el genoma. Son un grupo de estructura de dna que pueden moverse como dna o rna, que pueden moverse por retrotranscripción que son capaces de moverse. Es decir físicamente, que se salen de un lugar y se mueven, o que la copia de ellos se mueve a otro lugar. Tenemos dos grupos importantes de este tipo: los del tipo LINEs secuencias de inserción de tamaño grande y los del tipo SINEs que son secuencias de inserción de retrotransposones de tamaño pequeño. Los LINEs son básicamente autónomos, o sea portan en su interior (cuando están íntegros) dos orf. ¿cómo saben que hay genes, como se sabe cuales son los genes? Lo que deberíamos encontrar para saber si es un gen es encontrar una secuencia promotora, una rna polimerasa transcribiendo, un triplete de inicio y una señal de término, señales de poliadenilación (que sugieren donde se agregan los poli A, para ser procesado los RNAm con poli A). Ahora entre ese camino están los intrones y nos complican, porque no codifican. Pero los bordes de los exones son característicos, son los sitios dador y aceptor de splicing. Cuando se buscan genes se buscan regiones con islas CPG el P de fosfato, están relacionado con la regulación de la expresión génica asociado a los promotores, entonces busco islas CPG, identifico promotor y encontramos el 1º exón, luego un sitio dador o aceptor de splicing y reconocemos un intrón. Cada exón tiene una secuencia que puede ser leída, traducida completamente. Ese hecho de secuencia legible con un codón Stop, es un marco de lectura abierto (poder leer el dna en regiones que traducen, sin que se produzca una interrupción). Si el sistema funciona con triplete, ¿cuántos marcos de lectura abierto tenemos? si tenemos AGT... por ejemplo, puedo empezar a leer del A, del G o del T y por lo tanto tengo 3 marcos de lectura. Pero también debo leerlo al revés, yéndome por la otra hebra hasta encontrar un marco de lectura abierto. Esto es lo que hacen los software, buscan elementos de estructura de los genes y leer marcos de lectura abierto en las regiones que consideran, según los algoritmos que tienen, exones. Hasta que ese gen no se descubre realmente done esta el mensajero y el mensajero se asocia a esta posición genómica, no se sabe si el gen es verdadero o no verdadero. Este gen LINEs tiene dos marcos de lectura abierto, que uno esta asociado a la transcriptasa reversa y el segundo que está asociado con una actividad de que el transposón se inserte en una región distinta. Entonces cuando un LINEs está completo es capaz de: la rna polimerasa del huésped (considerando como parásito al extraño en nuestro genoma), produce el rna y este codifica para proteínas y una de esas es una transcriptasa reversa que es capaz de tomar ese rna y convertirlo en cDNA, y este se puede incorporar al genoma y se copia. La gracia de esto es que los LINEs quedan donde estaban. En diapo vemos el LINE marcado en negrito su sitio de unión para rna polimerasa, la polimerasa humana produce el trascrito, este mensajero contiene dos genes codificados que se traducen dos proteínas y una de esas proteínas tiene la capacidad de producir cDNA a partir de rna y la otra proteína puede reconocer la región y permitir que esta hebra que se está formando se una acá, y la dna polimerasa completa la doble hebra. Y así se mueve. Afortunadamente esas regiones de unión de rna polimerasa pueden ser reguladas mediante metilación, acetilación y metilación de histonas. Estas zonas están bajo una condición de represión de la transcripción, es decir estos LINE no se transcriben como locos porque si no se moverían dentro del genoma ctemente. Los SINEs son más chicos, 280 pb 600 pb, los más comunes son los Alu. Pero si nos fijamos tiene un poliA y regiones para que se una la polimerasa, pueden transcribir. Pero ellos por sí

solos no se pueden mover, requieren que haya algunas actividad de transcriptaza reversa presente en la célula para que pueda moverse. En total si se suman, representan el 34% o más del genoma. Y ahí vemos un resumen de su distribución y características en forma general. Las familias más representativas de los retrotramposones SINE y LINE: son los Alu y LINE1. longitud del fragmento para el caso de Alu 280pb y para el caso de los LINE entre 6 a 8 Kpb, pero estos son los tamaños de los LINE que están intactos e intactos tenemos unos cientos dentro del genoma, el resto están fragmentados y han perdido trozos. La cantidad de copias en el genoma 1 millón y medio de los SINE y 250 mil LINE que representan 560 millones de pb. Podemos concluir que la mayoría de los SINE y LINE están fragmentados. La localización cromosómica preferencias es en bandas G- hay más SINE y en bandas G+ hay más LINE. Hablamos del rango entre el 40 y 60%. Ahí vemos el efecto del movimiento de tramposones en vivo y directo. Ese gen que vemos ahí es el gen para la Huntingtonina que tiene que ver con la enfermedad de Huntington (1º vez que se ubicó el gen exacto de una enfermedad). Si uno incompara el gen de Fucus con el humano podemos ver que hay bastante homología, pero el gen humano es más grande y esto es solo explicado por inserción de tramposones dentro de los intrones del gen humano. A medida que los genomas crecen se debe a duplicación génica y una de las maneras en que crecen en los vertebrados y principalmente en los mamíferos es por retrotramposición. Esto es evidencia, otra cosa es porqué ocurre. ¿cómo pasa esto y porqué pasa? Cuando uno ve la distribución de esos elementos retrotramposones dispersos dentro del genoma. Los SINE cuando uno ve una gráfica entre proporción que corresponden del genoma y del contenido GC, están en las regiones del contenido GC más alta, las regiones de contenido GC más baja contiene a los LINE. Si uno recapitula todo lo que hemos dicho tenemos un genoma que esta armado por un 25% de genes y 75% de cosas que no tiene que ver con los genes. Ese 25% esta distribuida en forma dispersa en el genoma y cada uno de esos genes contiene mayoritariamente intrones y los exones son solo el 2% del genoma total. Entre esos genes uno puede encontrar distintos otros elementos que representan juntos el 75% del genoma total y esos elementos pueden ser: genes ribosomales (en el caso de los cromosomas con constricción secundaria), elementos retrotamposones como los LINE (con mayor en unas regiones que en otra) y los SINE (como los Alu, encontrados entre los genes pero también por su tamaño pequeño incluso entre los intrones), dna centromérico (dna satélite) y dna microsatélite (STR y VNTR). Ese 75% de dna que se creía basura, se sabe que tiene que ver con la estructuración del complejo sinaptonémico, con el reconocimiento de los cromosomas, con el posicionamiento del dna dentro del núcleo... Se debe tener una idea de cuan distinto somos. Al secuenciar el genoma, no se uso solo un individuo sino que 5 individuos, en donde se consideró hombres y mujeres, gente de origen asiática, afroamericana, hispana y anglosajona. Y por consiguiente hoy se tiene secuencias comparables entre al menos 4 grupos étnicos distintos. Otra aproximación es comparar 50 genes y en base a las diferencias que se puedan comparar en base a ellos, extrapolar cuanta seria la diferencia en número de nucleótidos entre individuos de distintos grupos étnicos. Y al hacer eso uno se encuentra con cosas como: que somos entre un 99,92 y 99,98% idénticos, cosa que cuando uno lo multiplica por los 3000 millones de pb, uno obtiene una cantidad no despreciable de nucleótidos en los que podemos diferir. Ahora la gran mayoría de esos cambios están fuera de los genes y si están en los genes se esperarían que están en los intrones y muy pocos en los exones. Si hay variabilidad en los exones se esperaría que esto este en la 3º posición de los exones de un codón. Incluso existe un fenómeno de la tautomerización de las bases, que permitía que un tautómero se asociara con una que normalmente no aparea. Volviendo la lo de las variabilidades entre individuos, podemos explicar estas variaciones por mutaciones silentes, que la poca variabilidad que afecte a los exones se va a encontrar en la 3º posición del exón en un

codón, y por lo tanto no tendrá efecto. Y una pequeña cantidad se encontrará en 2º o 1º posición y tendrá como consecuencia mucho o poco efecto, y ese es el que define la variabilidad fenotípica y la susceptibilidad a enfermedades. Dentro de esa variabilidad de unos cuantos millones pb esta el hecho de que algunos sean morenos, se enfermen por determinada bacteria o que haga cáncer a determinada edad. Los genomas tienen cantidad de polimorfismos que luego del PHG se les comenzó a llamar a variaciones en solo un nucleótido como SNP, y estarían distribuidas en promedio 1 cada 1250 pb. Ahora cuando uno construye un árbol filogenético, como este que es del tipo de berbold, uno encuentra que si toma gente de origen asiático, africano y europeo. Primero uno puede tener africanos que sean más distintos entre ellos que por ejemplo un africano, un europeo y un asiático (a nivel genético). Y pueden tener también individuos que siendo de grupos muy distintos compartan genomas parecidos. Lo que uno ve al analizar los genomas, es que hay ciertas características que hacen distinguibles a individuos de distinto origen racial, cuando miramos los genomas uno puede encontrar que dos individuos africanos son menos parecidos entre ellos que lo que uno de ellos es en relación a un europeo o asiático. Nos “parecemos” al chimpancé en un 98% con un 150 millones de pb de diferencia. El proyecto genoma del chimpancé no ha terminado y probablemente estos datos estén obsoletos. Y el último componente de nuestro genoma es el mtdna (dna mitocondrial), y veremos lo que es la herencia mitocondrial, y para eso veremos el genoma mitocondrial humano y compararlo con otros. El genoma mitocondrial está constituido por una cantidad mucho más pequeña que el nuclear 16000 y algo pb. Son un número de genes bastante pequeño, pero bastante grande para un genoma tan chico. Y se divide en genes ribosomales, trna y proteínas. En esta diapo vemos un eucarionte unicelular con cloroplasto y mitocondrias dentro del cual está el dna mitocondrial. En algunos unicelulares (levadura) hay también dna extracromosómico en el citoplasma que no está asociado a ninguno de estas estructura, pero no ahondaremos en ello. El dna mitocondrial está dentro de las mitocondrias, se ubica en la matriz mitocondrial y en la imagen de microscopia electrónica de dna mitocondrial (lo que parece un caballo), y en la otra vemos una imagen de microscopia electrónica pero coloreado, con algún nivel de sobre enrollamiento. Y si lo detectamos con técnicas de inmunohistoquímica podemos ver que se utilizo una sonda para detectar dna o bien un anticuerpo marcado con fluorescencia roja, y un anticuerpo marcado con fluorescencia verde para detectar mitocondria. Y vemos que los puntos amarillos o anaranjados corresponden a la interferencia de las dos fluorescencias (hay mitocondrias y dna). El dna mitocondrial tiene múltiples copias. Pero para el resto de nuestros genes tenemos dos copias solamente. Pero para mitocondrial tenemos muchas copias. En general, a no ser que haya una mutación, tenemos un solo tipo de dna mitocondrial en todas las células nacer, pero existen casos en que uno puede tener más de un tipo de mtdna. Y en ese caso puede llegar a hacerse un efecto de “mosaico” en donde hay variantes de mtdna en distintos tejidos, pero lo normal es que exista solo un tipo de mtdna. Ahora con el paso del tiempo eso ya no es así, las células que replican mucho, tienen muchas copias y esas copias pueden sufrir variaciones y esas es producto del daño que hay en el mtdna. Los procesos de asociación oxidativa que conducen a esta conducta de pila de la mitocondria son procesos en donde se transfiere poder reductor. Esos procesos redox, cuando no se cumplen pueden producirse intermediario que son químicamente activos como los radicales libres y estos pueden destruir cualquier molécula, como dañar el dna. Por ellos al avanzar la edad de va dañando el mtdna. Entonces información general sobre el genoma mitocondrial. Son pequeños todos, pero dentro de los vertebrados son muy homogéneos en tamaño y muy parecidos en tamaño y estructura con los humanos 16 a 17 kpb. Cuando nos salimos de ese rango encontramos que por ejemplo en levadura y otro unicelulares pueden llegar a los 70 a 80 Kpb, en plantas son bastante más grandes. En el melón hay 2 millones y medio de pb.

Luego en cuanto a número y tipo de genes presentes en el mtdna, en términos generales vemos tamaño genómico para distintas especies. Y como habíamos visto los tamaños genómicos mitocondriales no son demasiado grandes, y tienen una cierta correlación, no estricta, con la cantidad de genes que codifican. En general el número de genes totales es bajo, la mayoría posee genes asociados con proteínas de la cadena de transporte de electrones, con los genes ribosomales y con los trna. Con respecto a la cantidad de dna cuando uno mira el mtdna 6000pb, aunque es poco para todo el dna humano total, se debe pensar que una célula tiene muchas mitocondrias y cada una tiene su mtdna. El resultado final es que al ver por ejemplo huevos de sapo, en ese caso son tan grande la cantidad de copias de mtdna que en términos de masa, el 99% del dna de las células es mitocondrial. Otra curiosidad de las mitocondrias es que el código universal, no es universal cuando mira las mitocondrias, y esa diferencias que hay de lectura de algunos tripletes de mitocondriales también se ven en mamíferos, drosophila y plantas. El origen de la mitocondrias, se piensa que puede ser de forma endosimbiótica. En un momento inicial un organismo se traga a una bacteria que respira, y lo extraño es que hubo que ocurrir algo que impidió que se la comiera (digiriera) sino que la conserve en su interior. Cuesta creerlo pero es el modelo más aceptado. La evidencia es que hay bacterias que tienen cadenas transportadoras de electrones que funcionan contra gradientes externos, es decir que son como mitocondrias que en ves de bombear protones hacia fuera y formar su propio gradiente, son ellas mismas una sola mb y afuera tienen un medio ácido. Se ve en mucho organismos que se usan para biosintetizar cobre tienen sistemas en donde, para poder vivir en medio ácidos tienen que bombear protones para poder vivir contra ese gradiente que los quiere destruir. Otro detalle interesante es que ¿cuántos nucleótidos se esperaría que esta bacteria ancestral tuviese en su genoma? Vimos los genomas mitocondriales de procariontes actuales estaban entre 400.000 a 4 millones. Entonces ese sería el tamaño esperable del genoma de esa bacteria respiradora, del eucarionte en formación que la incorporó no se sabe, pero si una idea de la bacteria respiradora. Hoy en día se sabe que el genoma mitocondrial de un eucarionte es de 16000pb. Entonces qué paso con todos los demás genes de esa bacteria, porqué tan grande la diferencia. Se puede decir que la mayoría de los genes de perdieron, pero una parte de ellos se movió hasta genoma nuclear del eucarionte que surge. Y esa es una de las evidencias para proponer que el modelo endosimbiótico es cierto. Cuando uno mira el genoma nuclear se encuentra con que la mayoría de los genes que codifican para las proteínas de la cadena transportadora de electrones están en el núcleo. Y tienen que haberse movido desde la bacteria respiradora hasta el eucarionte en formación, porque originalmente ese eucarionte en formación no respiraba y no podría tener esos genes. Además hoy en día se sabe que hay movimiento de los genes de mitocondria a núcleo, porque actualmente en el genoma hay genes que se movieron hace poco. Por ejemplo para el citocromo B hay un trozo copiado en el núcleo (y además está en mitocondria), que se movió hace “poco” unos 3000 millones de años. En la diapo vemos la organización del mtdna humano, y vemos que codifica para subunidades enzimáticas de la cadena de transporte de electrones, citocromo oxidasa, rna ribosomales que necesita. Es decir tiene su propia maquinaria de traducción. Otro dato interesante es que tiene 20 trna, uno por aminoácidos. A diferencia de los genes nucleares. Este mtdna tiene herencia materna, por lo que es difícil de rastrear en términos genealógicos, porque se heredan los apellidos paternos y no es fácil ver la líneas maternas. En términos de la cadena transportadora de electrones, en el complejo 1 hay 41 proteínas de origen nuclear y 7 de origen mitocondrial. El complejo 3 tiene 10 nucleares y 3 mitocondriales. Es interesante ver la sincronización entre esos dos genomas, los complejos multienzimáticos se arman con proteínas y no pueden sobrar partes. El sistema tiene sincronizar lo que se transcribe y traduce en el citoplasma con lo que se traduce y transcribe en mitocondria. Se genera una proporción equivalente entre ellas y es toda una dinámica de sincronización. En términos generales, las patologías asociadas a las mitocondrias no tienen porque tener herencia mitocondrial. ¿porqué se da esto? Porque las patologías mitocondriales pueden tener en

su mayoría genes que están en núcleo y por lo tanto tener otro tipo de herencia. Una herencia nuclear. Los problemas en común que tienen las enfermedades mitocondriales son: baja eficiencia en la reducción de O2 a agua, baja eficiencia en la recuperación del poder reductor, disminución marcada en la formación de ATP, aumento de radicales libres (si quedan intermediarios sin procesar estos pueden originar radicales perjudiciales para el dna y aumentan las mutaciones). Por lo tanto tendremos dna mitocondriales mutantes que coexisten con los dna normales, y tendremos heteroplasmidios (tener más de una variedad de mtdna en una célula). Los tejidos más afectados por una enfermedad mitocondrial serán: ojos, músculos, hígado, cerebro. Y qué hay en común entre ellos, es que usan gran cantidad de energía. Si bajamos la cantidad de energía total, los más afectados son los que consumen más energía. Y eso es lo que se conoce como umbral de tolerancia, y no todos los tejidos tienen el mismo umbral de tolerancia (los más afectados son el SN y muscular). Las manifestaciones oculares son frecuentes en estas enfermedades. Si clasificamos las enfermedades mitocondriales respecto de su origen del daño: mutación del dna nuclear. Recordemos que si hay daño en genes relacionados con la replicación, transcripción o traducción; ya que la mitocondria no tiene genes para ello. Entonces si la rna polimerasa que funciona en mitocondria está dañada tendremos una enfermedad mitocondrial, sin que haya ningún gen de la función mitocondrial dañado. Y eso es un gran problema en medicina. Estas enfermedades mitocondriales por falla en el dna nuclear se clasifican en clase 1. La enfermedades que tienen mutación puntuales en el dna mitocondrial son de clase 2. porque recordemos que si tiene una falla en uno de los genes de los trna, ya que tiene 20, y es uno para cada aminoácido. Si falla uno no puede traducir nada de lo que codifica. Las deleciones o duplicaciones en el dna mitocondrial son clase 3. Y finalmente los defectos genéticos desconocidos (idiopáticos) son las de clase 4. Las mutaciones puntuales en el mtdna han sido asociadas con enfermedades neuromusculares u óptica. Aquí vemos la enfermedad de Lon, que es una neuropatía óptica hereditaria. Que se hereda por línea materna, por lo tanto el efecto que tiene es como si fuera dominante porque no tiene alelo contrario. Aunque somos diploides, para mitocondrial somos haploides. No siempre las mutaciones están 100% fijadas en la madre por lo que no siempre todos los hijos están afectados, o puede tener aparición tardía y en una genealogía ver que hay hijos que no la presentan por ser muy pequeños. El concepto de umbral tiene que ver con la cantidad de mitocondrias que están alteradas, si en un individuo no están todos los mtdna dañados, cosa que en general conduce a un organismo no viable; va a ver en cada tejido por azar una célula con mitocondrias dañadas o no dañadas. Por lo tanto luego de muchas mitosis habrá células con un mayor o menor nivel de daño, y eso será tolerado de distinta manera. Para un tejido que tiene una demanda de energía determinada habrá un umbral de expresión fenotípica. Cuando hay más daño que lo tolerable habrá enfermedad, si hay menos daño que el tolerable no habrá enfermedad. Aquí vemos la distribución en mitosis, pero cuando se produce en la meiosis de la mujer; sino todas las células germinales están afectadas de igual manera, puede producir óvulos con mayor o menor daño en mitocondria. En general las enfermedades mitocondriales pasan de herencia a toda su descendencia, única acepción que podría ocurrir es que esa madre en sus gametos no haya tenido 100% fijada la mutación. Es decir que la mutación haya ocurrido de novo en la madre, en una molécula de mtdna. Pero siempre los gametos por más de que se reduce el número de mitocondrias, siempre tienen más de una copia de mtdna. Por lo tanto hay puntos en que la cantidad de mtdna son muy pocos y en esos puntos en que por azar queda solo de un tipo y es el enfermo, el gameto que se produce es enfermo. En caso contrario, aunque la madre es enferma y en ese punto donde hay poco mtdna y aun más poco mtdna enfermo hay más probabilidad de formar gametos sanos. Existe la posibilidad de que se traspasen afectados y enfermos, y que el individuo que se produzca se parezca a la madre afectada, y ese individuo puede que manifieste la enfermedad tardíamente. Un individuo afectado quiere decir que todos su mtdna son iguales y corresponden al afectado.