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9.2: Cambios en la estructura cromosómica - Biología

9.2: Cambios en la estructura cromosómica - Biología


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Si el cromosoma está alterado, pero aún conserva las tres características críticas de un cromosoma (centrómeros, telómeros y origen de replicación), continuará siendo heredado durante las divisiones celulares posteriores; sin embargo, es posible que la célula hija no retenga todos los genes. Por ejemplo, si se ha perdido un segmento del cromosoma, es posible que a la célula le falten algunos genes. los causas de anomalías estructurales cromosómicas y la Consecuencias que tienen para la célula y el organismo se muestra a continuación. Todos involucran roturas en el ADN que forma el cromosoma.

Causa n. ° 1: reparación incorrecta de roturas de ADN de doble hebra durante la interfase

Un cromosoma es una molécula muy larga pero muy delgada. En la columna vertebral del fosfodiéster solo hay dos enlaces covalentes que mantienen a cada par de bases con el siguiente. Si uno de estos enlaces covalentes se rompe, el cromosoma permanecerá intacto, aunque se necesitará una ADN ligasa para reparar la mella (Figura ( PageIndex {1a} )). Los problemas surgen cuando ambos hilos se rompen en el mismo lugar o cerca de él. Esta rotura de doble hebra dividirá el cromosoma en dos piezas independientes (Figura ( PageIndex {1b} )). Debido a que estos eventos ocurren en las células, existe un sistema de reparación llamado unión final no homóloga (NHEJ) sistema para arreglarlos. Las proteínas se unen a cada extremo roto del ADN y los vuelven a unir con nuevos enlaces covalentes. Este sistema no es perfecto y a veces conduce a reordenamientos cromosómicos (ver la siguiente sección).

Las proteínas del sistema NHEJ solo funcionan si es necesario. Si los cromosomas dentro de un núcleo en interfase están todos intactos, el sistema no está activo. Los telómeros en los extremos naturales de los cromosomas evitan que el sistema NHEJ intente unir los extremos normales de los cromosomas. Si hay una rotura de doble hebra, los dos extremos rotos se pueden reconocer y unir. Pero si hay dos roturas de doble hebra al mismo tiempo, habrá cuatro extremos rotos en total. Las proteínas del sistema NHEJ pueden unir los extremos correctamente, pero si no lo hacen, el resultado es un reordenamiento cromosómico (Figura ( PageIndex {2} )).

Los cuatro tipos de reordenamientos cromosómicos

Los errores durante la reparación de múltiples roturas de doble cadena pueden causar cuatro tipos de reordenamientos cromosómicos. El tipo de reordenamiento cromosómico depende de dónde estaban originalmente las dos rupturas y cómo se vuelven a unir. La figura ( PageIndex {5} ) muestra algunas posibilidades, pero a continuación se muestran más. En estos hay una ruptura de ADN de doble hebra entre los genes B y C (que se muestran aquí como una X roja). Se produce una segunda ruptura del ADN y las proteínas NHEJ reparan el daño incorrectamente uniendo los extremos que se muestran con las flechas azules. Los cromosomas se dibujan sin replicar como están en G1 fase, pero estos eventos pueden ocurrir en cualquier momento durante la interfase.

Hay cuatro tipos principales de reordenamientos:

a) Supresiones surgen cuando ambas rupturas están en un cromosoma. Si los extremos se unen de esta manera, el fragmento de ADN con el gen B no tiene centrómero y se perderá durante la siguiente división celular.

b) Inversiones también ocurren cuando ambas rupturas están en un cromosoma. Si los extremos se unen de esta manera, parte del cromosoma se invierte. Este ejemplo muestra un parainversión céntrica, nombrado porque la sección invertida no incluye el centrómero (para = al lado). Si las roturas ocurren en diferentes brazos cromosómicos, la sección invertida incluye el centrómero y el resultado es un porIinversión céntrica (peri = alrededor).

c) Duplicaciones puede ocurrir a partir de dos roturas del ADN en diferentes lugares de las cromátidas hermanas (en un cromosoma replicado). Los extremos están unidos incorrectamente para dar un cromosoma con una duplicación (dos regiones "B" como se muestra arriba). Nota: el producto recíproco tiene una eliminación.

d) Translocaciones el resultado de dos rupturas en diferentes cromosomas (no homólogos) y una reunión incorrecta. Este ejemplo muestra un translocación recíproca - dos cromosomas tienen brazos 'intercambiados', el gen E ahora es parte del cromosoma blanco y el gen C ahora es parte del cromosoma sombreado. Translocaciones robertsonianas Son esas situaciones raras en las que todos los genes terminan juntos en un cromosoma y el otro cromosoma es tan pequeño que normalmente se pierde.

Causa # 2: Cruces incorrectos durante la meiosis

Cruces meióticos ocurren al comienzo de la meiosis por dos razones. Ayudan a mantener unidos los cromosomas homólogos hasta que se produce la separación durante la anafase I (véase el capítulo 2). También permiten que se produzca la recombinación entre genes ligados (consulte el Capítulo 7). El evento en sí tiene lugar durante la profase I cuando una rotura de doble hebra en una pieza de ADN se une con una rotura de doble hebra en otra pieza de ADN y los extremos se juntan (Figura ( PageIndex {3a} )). La mayoría de las veces, las rupturas se producen en cromátidas no hermanas y la mayoría de las veces las rupturas se encuentran en las mismas ubicaciones relativas.

Los problemas ocurren cuando las piezas incorrectas de ADN coinciden a lo largo de los cromosomas durante los eventos de cruce. Esto puede suceder si se encuentra la misma secuencia de ADN o una similar en varios sitios de los cromosomas (Figura ( PageIndex {3b} )). Por ejemplo, si hay dos Alu elementos transponibles en un cromosoma. Cuando los cromosomas homólogos se emparejan durante la profase, me equivoco Alu las secuencias pueden alinearse. Puede producirse un cruce en esta región. Si es así, cuando los cromosomas se separen durante la anafase I, una de las cromátidas tendrá una duplicación y una tendrá una deleción. En última instancia, de las cuatro células producidas por esta meiosis, dos serán normales, una tendrá un cromosoma con genes adicionales y una tendrá un cromosoma al que le faltan algunos genes. Los errores de este tipo también pueden provocar inversiones y traslocaciones.

Consecuencia n. ° 1: los reordenamientos muestran un emparejamiento anormal en la meiosis

Las regiones homólogas de los cromosomas se emparejan en la meiosis I (profase I). Con los cromosomas reorganizados, esto puede provocar anomalías visibles y anomalías en la segregación.

Supresión Los cromosomas se emparejarán con un homólogo normal a lo largo de las regiones compartidas y, en el segmento faltante, el homólogo normal formará un bucle (nada con lo que emparejarse) para formar un bucle de eliminación. Esto se puede utilizar para localizar la deleción citológicamente. La región eliminada también es pseudo-dominante, ya que permite la expresión mutante de alelos recesivos en el homólogo normal. Las mutaciones por deleción no se revierten, nada para reemplazar el ADN faltante.

Cuando un inversión el cromosoma está emparejado en la meiosis hay un bucle de inversión formado. Si hay un cruce dentro del bucle, se producirán productos anormales y se producirán gametos anormales y desequilibrados. Por ejemplo, un evento cruzado dentro del bucle de un parainversión céntrica conducirá a un producto dicéntrico que se dividirá en productos de eliminación y producirá gametos desequilibrados (Figura ( PageIndex {4} )). Del mismo modo, con un porIinversión céntrica, un evento cruzado conduce a productos duplicados / eliminados que están desequilibrados (Figura ( PageIndex {5} )).

Si se unen con un gameto normal, darán como resultado un cigoto desequilibrado, que suele ser letal. La consecuencia de esto es que los productos cruzados (recombinantes) se pierden y, por lo tanto, las inversiones parecen suprimir los cruces dentro de la región invertida.

Con ambos tipos de inversiones, los cruces fuera del ciclo son posibles y completamente viables, ya que no alteran el equilibrio genético.

Duplicaciones también producen un bucle citológicamente visible en el emparejamiento meiótico. Las duplicaciones pueden revertirse a una frecuencia relativamente alta mediante cruces desiguales. Los genes duplicados ofrecen nuevas posibilidades de divergencia mutacional seguida de selección natural en el curso de la evolución.

Para translocaciones, una consecuencia para los dos cromosomas involucrados es que cuando se emparejan en la meiosis, ambos pares de cromosomas replicados estarán juntos, lo que puede verse citológicamente como un tétrada. Esta tétrada se puede segregar de tres formas. Dos de los cuales se muestran a continuación. Este conjunto de cromosomas pareados y replicados puede segregarse como Alterno (equilibrado) donde tanto los cromosomas normales como los translocados van a las mismas encuestas. O los cromosomas pueden segregarse como Adyacente-1 (desequilibrado) donde los cromosomas normal y de translocación se segregan como se muestra a continuación. Cada una de estas posibilidades es aproximadamente igualmente frecuente y, por lo tanto, solo la mitad de las veces los gametos terminan desequilibrados (Figura ( PageIndex {6} )).

Consecuencia # 2: Disminución de la viabilidad

Todos los reordenamientos cromosómicos que se muestran arriba producen cromosomas funcionales. Cada uno tiene un centrómero, dos telómeros y miles de orígenes de replicación. Debido a que las inversiones y translocaciones no cambian el número de genes en una célula u organismo, se dice que son reordenamientos equilibrados. A menos que uno de los puntos de corte se produzca en medio de un gen, las células no se verán afectadas. Por otro lado, las supresiones y duplicaciones son reordenamientos desequilibrados. Cuanto más grandes son (más genes involucrados), más alteraciones causan en el funcionamiento adecuado de la célula u organismo. Como se explicó en la Sección 9.1.2 anterior, tener demasiada o muy poca acción genética para un gran número de genes puede alterar el metabolismo celular para generar un fenotipo o reducir la viabilidad.

Consecuencia n. ° 3: disminución de la fertilidad

Recuerde que durante la meiosis, los cromosomas homólogos se emparejan. Si una célula tiene un cromosoma con un reordenamiento, este cromosoma tendrá que emparejarse con su homólogo normal.

Las células heterocigotas para reordenamientos equilibrados en realidad tienen más dificultades en la profase I. Considere los cromosomas que se muestran en la Figura ( PageIndex {7} ). Hay diferentes formas en las que pueden emparejarse durante la profase I; una se muestra en la Figura ( PageIndex {8} ). Pero si se produce un cruce en la región invertida, el resultado será gametos desequilibrados. Los embriones hechos con gametos desequilibrados rara vez sobreviven. La consecuencia es que el organismo heterocigoto tendrá fertilidad reducida.

Tenga en cuenta que un organismo homocigoto para este cromosoma de inversión no se verá afectado de esta manera porque no se forman bucles. Los cromosomas pueden emparejarse en toda su longitud y los cruces no producirán gametos desequilibrados. Ésta es una propiedad general de las inversiones y translocaciones. En los heterocigotos hay problemas durante la meiosis que provocan un desequilibrio de muchos gametos y una reducción general de la fertilidad. En los homocigotos, los cromosomas reorganizados se emparejan muy bien entre sí y no hay ningún efecto sobre la fertilidad.

Consecuencia # 4: Cáncer

Algunos reordenamientos cromosómicos tienen puntos de ruptura dentro de los genes que conducen a la creación de genes híbridos: la primera parte de un gen con la última parte de otro. Si el gen híbrido promueve de manera inapropiada la replicación celular, la célula puede volverse cancerosa. Un ejemplo de esto se muestra en la Figura ( PageIndex {1} ) donde los cromosomas son de un paciente con leucemia causada por una translocación entre los cromosomas 9 y 22 (los puntos rojo y verde uno al lado del otro).

Consecuencia # 5: Evolución

Los cambios cromosómicos que duplican los genes son importantes para la evolución. Si un organismo tiene una copia adicional de genes importantes, un gen puede conservarse para su función original mientras que otros pueden mutar y potencialmente adquirir nuevas funciones (Figura ( PageIndex {9} )). Un ejemplo de esto son las múltiples copias de los genes de la globina que se encuentran en los mamíferos (ver Figura ( PageIndex {13} )).

Los reordenamientos cromosómicos que disminuyen la fertilidad también son importantes para el origen de nuevas especies. Si un reordenamiento, como la inversión que se muestra en la Figura ( PageIndex {9} ), se vuelve común en una pequeña población aislada, esa población tiene 100% de fertilidad si se aparean dentro de su grupo, pero una fertilidad reducida si se aparean con miembros de la población más grande. A medida que se acumulan los reordenamientos, la pequeña población se aislará cada vez más desde el punto de vista reproductivo. Cuando los miembros son incapaces de formar descendientes viables y fértiles con la población original, el grupo se habrá convertido en una nueva especie.


9.2 & # 8211 El ciclo celular

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describe las tres etapas de la interfase.
  • Discutir el comportamiento de los cromosomas durante la cariocinesis / mitosis.
  • Explicar cómo se divide el contenido citoplasmático durante la citocinesis.
  • Definir la G inactiva0 fase

El ciclo celular es una serie ordenada de eventos que involucran el crecimiento celular y la división celular que produce dos nuevas células hijas. Las células en el camino hacia la división celular pasan por una serie de etapas de crecimiento, replicación del ADN y división nuclear y citoplasmática cuidadosamente reguladas y cronometradas con precisión que finalmente producen dos células idénticas (clonadas). El ciclo celular tiene dos fases principales: la interfase y la fase mitótica ((Figura)). Durante la interfase, la célula crece y el ADN se replica. Durante la fase mitótica, el ADN replicado y el contenido citoplasmático se separan, y el citoplasma celular se divide típicamente mediante un tercer proceso del ciclo celular llamado citocinesis. Sin embargo, debemos tener en cuenta que la interfase y la mitosis (kayrocinesis) pueden tener lugar sin citocinesis, en cuyo caso se producen células con múltiples núcleos (células multinucleadas).



Mitosis

La reproducción sexual requiere la producción de gametos haploides (esperma y óvulo) con solo una copia de cada fertilización cromosómica y luego restaura el contenido cromosómico diploide en la siguiente generación. Esta reducción en el contenido genético se logra durante una división celular especializada llamada meiosis, en la que dos rondas de segregación cromosómica siguen a una sola ronda de replicación del ADN. En preparación para la primera división meiótica, los cromosomas homólogos se emparejan y hacen sinapsis, creando un contexto que promueve la formación de eventos de recombinación cruzada. Estos cruces, junto con la cohesión de las cromátidas hermanas, sirven para conectar los dos homólogos y facilitar su segregación en polos opuestos durante la primera división meiótica. Durante la segunda división meiótica, que es similar a la mitosis, las cromátidas hermanas se separan, los productos resultantes son células haploides que se convierten en gametos. En Caenorhabditis elegans (y la mayoría de los otros eucariotas) se requieren emparejamiento y recombinación homólogos para la herencia cromosómica adecuada durante la meiosis, por lo tanto, los eventos de meiosis están estrechamente coordinados para garantizar la ejecución adecuada de estos eventos. En este capítulo, revisamos los eventos seminales de la meiosis: emparejamiento de cromosomas homólogos, los cambios en la estructura cromosómica que experimentan los cromosomas durante la meiosis, los eventos de recombinación meiótica, la diferenciación de pares de cromosomas homólogos en estructuras optimizadas para la segregación cromosómica adecuada en la Meiosis I y la segregación final de los cromosomas durante las divisiones meióticas. También revisamos los procesos regulatorios que aseguran la ejecución coordinada de estos eventos meióticos durante la profase I.


Cambio de la organización cromosómica de los padres al embrión en la embriogénesis temprana

Los epigenomas paternos y maternos sufren cambios marcados después de la fertilización 1. Estudios epigenómicos recientes han revelado los paisajes inusuales de cromatina que están presentes en ovocitos, espermatozoides y embriones preimplantatorios tempranos, incluidos patrones atípicos de modificaciones de histonas 2-4 y diferencias en la organización y accesibilidad de los cromosomas, tanto en los gametos 5-8 como después de la fertilización 5,8 -10. Sin embargo, estos estudios han llevado a conclusiones muy diferentes: la ausencia global de dominios locales asociados a la topología (TAD) en los gametos y su aparición en el embrión 8,9 versus la preexistencia de TAD y bucles en el cigoto 5,11. Las preguntas de si las estructuras parentales pueden heredarse en el embrión recién formado y cómo estas estructuras podrían relacionarse con la regulación genética específica del alelo permanecen abiertas. Aquí mapeamos las interacciones genómicas para cada genoma parental (incluido el cromosoma X), utilizando un protocolo optimizado de captura de conformación cromosómica (HiC) de alto rendimiento de una sola célula 12,13, durante la preimplantación en el ratón. Integramos la organización de los cromosomas con los estados de expresión alélica y las marcas de cromatina, y revelamos que la estructura de la cromatina de orden superior después de la fertilización coincide con un enriquecimiento específico de alelo de metilación de la histona H3 en la lisina 27. Estos primeros dominios específicos de los padres se correlacionan con la represión génica y participan en la expresión génica sesgada por los padres, incluidos los loci impresos transitoriamente descritos recientemente 14. También encontramos TAD que surgen de una manera no específica de los padres durante una segunda ola de ensamblaje del genoma. Estos dominios de novo están asociados con la cromatina activa. Finalmente, obtenemos conocimientos sobre la relación entre los TAD y la expresión génica mediante la investigación de cambios estructurales en el cromosoma X paterno antes y durante la inactivación del cromosoma X en embriones femeninos preimplantacionales 15. Encontramos que los TAD se pierden a medida que los genes se silencian en el cromosoma X paterno, pero permanecen en regiones que escapan a la inactivación del cromosoma X. Estos hallazgos demuestran la compleja dinámica de la organización del genoma tridimensional y la expresión génica durante el desarrollo temprano.


Perspectivas de la investigación con diversidad varietal y utilización sostenible en enset (banano Ensete)

347. Wilkin P, Davis A, Demissew S, Etherington T, Goodwin M, Heslop-Harrison P, Schwarzacher T, Willis K.2018. Una perspectiva para mejorar la investigación innovadora con énfasis en la diversidad varietal y la utilización sostenible del ensete (Ensete ventricosum). Revista etíope de ciencias biológicas 17 (Supl.): 201–209.

Se revisa el estado actual del cultivo del enset en Etiopía y sus poblaciones silvestres más ampliamente distribuidas. Se identifican las lagunas en la investigación de la diversidad biológica y se discuten los posibles beneficios de la planta y los beneficios de emprender esa investigación, en particular sobre la seguridad alimentaria y de los recursos y los medios de vida en Etiopía. El conocimiento de la resiliencia del enset proporcionará la base de evidencia que sustenta la decisión de expandir su uso.
en África.

Palabras / frases clave: Diversidad, Enset, Seguridad alimentaria, Medios de subsistencia, Resiliencia.

Secciones:
Introducción
Necesidades de investigación específicas
& # 8211 a. Topografía de campo integral
& # 8211 b. Determinación de la forma y función de la inflorescencia.
& # 8211 c. Cuantificación de la diversidad genética del enset silvestre y cultivado en Etiopía
& # 8211 d. Ploidía topográfica
& # 8211 e. Determinación de la resiliencia del enset cultivado a plagas y patógenos
& # 8211 f. Relaciones con hongos micorrízicos y otros organismos del suelo.
Beneficios y beneficiarios potenciales
Conclusiones

El video de mi charla sobre genómica para su presentación en el encuentro que dio lugar a esta publicación se encuentra en https://www.youtube.com/watch?v=RZJCDQVedVU

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Como esto:


9.2 Mitosis y citocinesis

Interfase - crecimiento celular, preparación para la división, síntesis de ADN.

Mitosis - La división del núcleo que da como resultado copias idénticas completas de cromosmas empaquetados en dos nuevos núcleos.

Ocurre en 4 fases: Profase, metafase, anafase, telofase

Citocinesis - La división del citoplasma que da como resultado dos células hijas. Las plantas construyen una nueva pared celular. Las células animales pellizcan hacia adentro.

La mitosis produce 2 células hijas que contienen exactamente el mismo número de cromosomas que la célula madre original. Las células hijas son Diploide

Huso = fibras unidas a los centriolos que separan las cromátidas durante la anafase

El paclitaxel es un fármaco para el tratamiento del cáncer que se dirige a la tubulina del huso y previene su formación. El taxol, en efecto, bloquea la mitosis.


Materiales y métodos

En el Apéndice se proporciona una descripción más detallada de los materiales y métodos.

Cultivo de ESC y diferenciación neuronal

Se cultivaron ESC de ratón (línea celular 46C) como se describió anteriormente (Abranches et al, 2009). La diferenciación neuronal se realizó siguiendo a Jaeger et al (2011), con modificaciones para la cultura a gran escala. Los detalles experimentales, incluida la incorporación de BrdU, inmunofluorescencia y microscopía, se pueden encontrar en el Apéndice.

Las bibliotecas CAGE se prepararon y secuenciaron en la plataforma HeliScope Single Molecule Sequencer (Helicos Bioscience). Las lecturas de secuenciación se mapearon y agruparon en regiones TSS, como se describió anteriormente (Forrest et al, 2014 ).

Generación de bibliotecas Hi-C, secuenciación y procesamiento de datos Hi-C

Los productos Hi-C y las bibliotecas de extremo emparejado se prepararon como se describió anteriormente (Lieberman-Aiden et al, 2009), con modificaciones que aumentan el rendimiento del producto de ADN. Las bibliotecas se secuenciaron en la plataforma Illumina Hi-Seq 2000 y las lecturas se asignaron a mm9, antes de la normalización mediante la corrección iterativa (Imakaev et al, 2012) y sustracción de fondo adicional.

Análisis bioinformático de metaTADs

Análisis bioinformático para la identificación de TAD, comparación de límites de TAD, identificación de metaTAD, correlación con características epigenómicas y genómicas, correlaciones en árboles aleatorios, análisis de TAD y metaTAD emergentes y conservados, comparación de árboles Hi-C y la relación entre expresión génica y topologías de árboles. descrito en el Apéndice.

El modelo de polímero de interruptor de cuerdas y carpetas (SBS)

Se aplicó el modelo SBS como se describió anteriormente (Nicodemi & Prisco, 2009 Barbieri et al, 2012). Los detalles del análisis, incluidos los parámetros de SBS, las simulaciones de Monte Carlo, las matrices de contacto, el radio de giro y el volumen ocupado se pueden encontrar en el Apéndice.

Criopeces

Fluorescencia en el lugar La hibridación en criosecciones delgadas se realizó de acuerdo con procedimientos previos (Branco & Pombo, 2006), excepto por el uso de bibliotecas de oligo MYtags marcadas directamente (MYcroarray, Ann Arbor, MI, EE. UU.). Las imágenes se recogieron en un microscopio de barrido láser confocal Leica SP8, antes de medir las distancias entre las señales FISH utilizando una macro automatizada. Los procedimientos experimentales detallados se describen en el Apéndice.

Disponibilidad de datos

Las lecturas sin procesar de los conjuntos de datos ESC, NPC y Neuron Hi-C generados para este estudio están disponibles en línea en GEO, número de acceso GSE59027. Los datos de CAGE utilizados en este estudio se produjeron como parte del proyecto FANTOM5, y todos los datos de secuencia de FANTOM5 se han depositado en el Banco de datos de ADN de Japón (DDBJ) con los números de acceso DRA000991, DRA002711, DRA002747 y DRA002748. Análisis, documentación y visualizaciones adicionales de los datos de CAGE están disponibles en http://fantom.gsc.riken.jp/5/tet/ bajo “Células madre embrionarias ES-46C, diferenciación neuronal, día00, biol_rep1.CNhs14104.14357-155I1 ”(ESC rep1)“ Células madre embrionarias ES-46C, diferenciación neuronal, día00, biol_rep2.CNhs14109.14362-155I6 ”(ESC rep2)“ Células epistemológicas derivadas de ES-46C, diferenciación neuronal, día05, biol_rep1.CNhs14126.14378-156B4 ”(NPC) y“ Células epistemáticas derivadas de ES-46C, diferenciación neuronal, día 14, biol_rep1.CNhs14127.14379-156B5 ”(Neuronas). Las Tablas EV2 y EV3 se analizan en el Apéndice.


Un nuevo genoma de emú ilumina la evolución de la configuración del genoma y la arquitectura nuclear de los cromosomas aviares

Emu y otras ratites son más informativos que cualquier otra ave en la reconstrucción de la evolución del cariotipo ancestral aviar o vertebrado debido a su tasa mucho más lenta de evolución del genoma. Aquí, generamos un nuevo ensamblaje del genoma a nivel cromosómico de una hembra de emú y estimamos el tempo de la evolución cromosómica en las principales ramas filogenéticas aviares, comparándolo con ensamblajes del genoma a nivel cromosómico de otras 11 especies de aves y una tortuga. Encontramos que las ratites exhibieron el menor número de cambios intra e intercromosómicos entre las aves desde su divergencia con las tortugas. Los microcromosomas de emú de pequeño tamaño y ricos en genes tienen frecuentes contactos intercromosómicos que están asociados con genes de mantenimiento, que parecen estar impulsados ​​por la agrupación de sus centrómeros en el interior nuclear, lejos de los macrocromosomas en la periferia nuclear. A diferencia de las aves no ratas, solo menos de un tercio de las regiones del cromosoma W del emú han perdido la recombinación homóloga y han divergido entre los sexos. El emu W está demarcado en una región altamente heterocromática (WS0) y otra región de evolución reciente (WS1) con solo una divergencia de secuencia moderada con el cromosoma Z. WS1 ha expandido su compartimento de cromatina inactiva, ha aumentado los contactos de cromatina dentro de la región y ha disminuido los contactos con las regiones cercanas, posiblemente influenciado por la propagación de heterocromatina de WS0. Estos patrones sugieren que la alteración de la conformación de la cromatina constituye un importante paso temprano en la evolución de los cromosomas sexuales. En general, nuestros resultados proporcionan conocimientos novedosos sobre la evolución de la estructura del genoma aviar y los cromosomas sexuales en el espacio tridimensional.


Condiciones de salud relacionadas con los cambios cromosómicos

Las siguientes condiciones cromosómicas están asociadas con cambios en la estructura o el número de copias del cromosoma 19.

Síndrome de deleción 19p13.13

El síndrome de deleción 19p13.13 es el resultado de la deleción de una pequeña parte del brazo corto (p) del cromosoma 19 en cada célula. Las principales características del síndrome de deleción 19p13.13 incluyen un tamaño de cabeza inusualmente grande (macrocefalia), estatura alta, retraso en el desarrollo de las habilidades motoras y del habla (como sentarse y caminar) y discapacidad intelectual que suele ser de gravedad moderada. Las convulsiones, las dificultades digestivas y de alimentación y las anomalías oculares también son comunes.

A las personas con esta afección les faltan entre 300.000 bloques de construcción de ADN (300 kilobases o 300 Kb) y más de 3 millones de bloques de construcción de ADN (3 megabases o 3 Mb) en el brazo corto del cromosoma 19. La región de la deleción suele ser denominada p13.13, aunque algunas publicaciones se refieren a ella como p13.2. La región es la misma, solo que la numeración es diferente. El tamaño exacto de la deleción varía entre los individuos afectados, pero se cree que incluye al menos 16 genes. Esta deleción afecta a una de las dos copias del cromosoma 19 en cada célula.

Los signos y síntomas del síndrome de deleción 19p13.13 son el resultado de la pérdida de múltiples genes en la región delecionada. Se sospecha que algunos de estos genes tienen funciones importantes en el crecimiento y desarrollo normales, y la pérdida de una copia de cada uno de estos genes probablemente subyace a las características de esta afección. Los investigadores están trabajando para determinar qué genes faltantes contribuyen a qué características específicas del trastorno.

Otras afecciones cromosómicas

Otros cambios en el número o la estructura del cromosoma 19 pueden tener una variedad de efectos sobre el crecimiento y el desarrollo. Estos cambios cromosómicos pueden causar retraso en el desarrollo, discapacidad intelectual, dificultades para alimentarse, problemas de audición y visión, problemas cardíacos u otros defectos de nacimiento. Los signos y síntomas que ocurren en un individuo en particular dependen del cambio cromosómico específico y de los genes involucrados.

Entre los cambios en el cromosoma 19 que se han informado se encuentran las microdeleciones, que eliminan un número relativamente pequeño de genes. Estos incluyen deleciones de 19p13.13 (descritas anteriormente) y pequeñas deleciones en otras regiones del cromosoma. Otros posibles cambios incluyen la presencia de una pieza adicional del cromosoma en cada célula (trisomía parcial 19) o la ausencia de un segmento más grande del cromosoma en cada célula (monosomía parcial 19). Las translocaciones de material genético entre el cromosoma 19 y otro cromosoma también pueden dar lugar a material extra o faltante del cromosoma 19. En raras ocasiones, el cromosoma 19 forma una estructura llamada cromosoma en anillo. Los cromosomas en anillo se producen cuando un cromosoma se rompe en dos lugares y los extremos de los brazos del cromosoma se fusionan para formar una estructura circular.

Cánceres

Se han identificado cambios en el cromosoma 19 en varios tipos de cáncer. Estas anomalías cromosómicas son somáticas, lo que significa que se adquieren durante la vida de una persona y están presentes solo en las células que dan lugar al cáncer. Se han encontrado reordenamientos de material genético entre el cromosoma 19 y uno de varios otros cromosomas en algunas formas de cáncer de sangre (leucemia). Estos reordenamientos, llamados translocaciones, parecen ser particularmente comunes en un tipo de leucemia llamada leucemia linfoblástica aguda (LLA). Es probable que estas translocaciones alteren genes que son fundamentales para mantener bajo control el crecimiento y la división celular. La división celular no regulada puede conducir al desarrollo de cáncer.


El grupo Häring tiene como objetivo comprender la maquinaria molecular que organiza los genomas eucariotas.

Los cromosomas eucariotas sufren enormes cambios en su estructura y organización a lo largo de un ciclo celular. Uno de los cambios más fascinantes es la transformación de la cromatina en interfase en cromosomas mitóticos en forma de bastón en preparación para la división celular. Este proceso, conocido como condensación cromosómica, es un paso clave para la segregación exitosa de los cromosomas durante la mitosis y la meiosis.

El objetivo general de nuestra investigación es desentrañar la acción de las máquinas moleculares que organizan la arquitectura 3D de los genomas eucariotas. La comprensión de los principios generales de funcionamiento detrás de estas máquinas será de gran importancia para comprender cómo las células heredan un conjunto completo de sus cromosomas cada vez que se dividen y, por lo tanto, previenen la aparición de aneuploidías, que son el sello distintivo de la mayoría de las células cancerosas y la causa principal. de abortos espontáneos en humanos.

Uno de los actores centrales en la formación de cromosomas mitóticos es un complejo proteico de múltiples subunidades altamente conservado, conocido como condensina. Hemos demostrado que la condensina rodea el ADN cromosómico dentro de una gran estructura de anillo formada por su mantenimiento estructural de los cromosomas (SMC) y las subunidades de kleisina y luego utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para moverse a lo largo de la doble hélice del ADN. Nuestra hipótesis de trabajo es que la condensina utiliza esta actividad motora para extruir grandes bucles de cromatina (figura 1) y, por lo tanto, da forma al ADN en cromosomas mitóticos.

En un proyecto independiente, utilizamos un ensayo de microscopía de resolución temporal recientemente desarrollado para seguir la dinámica de la condensación cromosómica en células de levadura de fisión vivas (figura 2). La combinación de en vivo y in vitro Los enfoques nos permiten obtener una comprensión a nivel de sistemas de los mecanismos que dan forma a los genomas eucariotas en todas las escalas.

Proyectos y metas futuros

Continuaremos utilizando un enfoque altamente interdisciplinario para avanzar en nuestra comprensión de las máquinas moleculares que controlan la arquitectura del genoma mediante la combinación de enfoques de la bioquímica, la biología celular molecular y la biología estructural. En colaboración con otros grupos de investigación, estamos ampliando nuestro repertorio tecnológico a la biología química y la biofísica de una sola molécula para descubrir los principios fundamentales que controlan la arquitectura cromosómica.

Figura 1: Modelo para la organización de fibras de cromatina en un gran bucle mediante complejos de condensina. Figura 2: Ejemplos de nuestro ensayo de microscopía de células vivas para rastrear la dinámica de condensación cromosómica en el transcurso de un ciclo celular.

EMBL es el laboratorio insignia de Europa para las ciencias de la vida, una organización intergubernamental con más de 80 grupos de investigación independientes que cubren el espectro de la biología molecular.


Ver el vídeo: Mutaciones génicas (Mayo 2022).