clase 1 - introducción a la citogenética humana-parte 1
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Introducción a la Citogenética Humana Lic. Jaime Rosales
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CLASE N° 1: INTRODUCCIÓN A LA CITOGENÉTICA HUMANA
Introducción a la Citogenética Humana Lic. Jaime Rosales
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Generalidades: Visión histórica del desarrollo de la
Genética Humana.
Clasificación de las Alteraciones genéticas.
Importancia del Estudio de la Citogenética en la Genética
Médica.
DESARROLLO DE LA CLASE
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Generalidades
Conceptos Básicos
-Citología
-Genética
-Citogenética
-Cromosoma
-ADN
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Generalidades
Visión histórica del
desarrollo de la Genética
Humana.
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- Charles Darwin planteó la Teoría del
origen de las especies por selección
natural. “Supervivencia del mas fuerte”.
- Basado es observaciones en las Islas
Galápagos, desde 1830 durante 5 años.
- Sus trabajos fueron publicados por Alfred
Wallace en 1859.
1859: TEORIA DEL ORIGEN
DE LAS ESPECIES
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- Gregorio Mendel estudió matemáticas y
ciencias en la U. de Viena y fue monje de
la orden de los Agustinos.
-Demostró que la herencia es transmitida
en unidades discretas, previo cultivos
sucesivos de guisantes de diferentes
características. ?????
- Sus estudios se iniciaron desde 1857,
durante 8 años.
- Complemento de manera sustancial la
teoría de Darwin.
1859: ESTUDIOS PRELIMINARES
DE MENDEL EN GUISANTES
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- Friedrich Miescher estudio la química de
las células (Leucocitos -> Pus).
- Aisló un material rico en fósforo al que
denominó “Nucleina”.
- Encontró el mismo material en otras
células como espermatozoides de
salmón.
- A inicios de 1900s, otros científicos
describieron las propiedades físicas del
ADN de modo mas detallado.
1869: AISLAMIENTO DEL
ADN
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-Walter Flemming describió por 1ra vez el
comportamiento de una célula animal en
división.
- Detalló el movimiento de los cromosomas
durante la mitosis.
-Carl Nageli, 40 años atrás, observó evidencias
de mitosis; pero mal interpreto los resultados y
los reportó como células anormales en proceso
de muerte.
-Flemming observó la división interválica en
embriones de salamandra.
- Además, desarrolló un modo de colorear los
cromosomas para verlos mas claramente.
1879: MITOSIS OBSERVADA
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- Walter Suton, observó que en la división
de espermatozoides y óvulos, cada uno
de ellos recibían un solo cromosoma de
cada tipo.
- El patrón de segregación de
cromosomas durante la meiosis sigue los
patrones de transmisión de los genes
mendelianos.
1902: TEORÍA DE LA
HERENCIA CROMOSÓMICA
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-Wilhelm Johannsen acuño el término
“Gen” para describir a las unidades
mendelianas de herencia.
-También hizo la distinción entre
“Fenotipo” y Genotipo”.
1909: DEFINICIÓN DEL GEN
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-Thomas Morgan y cols. Demostraron que
los genes se hallan dentro de los
cromosomas y son las unidades de la
herencia.
- Estudios base sobre la Drosophila
melanogaster.
-Premio Nobel en Fisiología en 1933, por
ayudar a establecer la teoría cromosómica
de la herencia.
1911: DILUCIDACIÓN DE LA
TEORÍA CROMOSÓMICA
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- George Beadle y Edward Tatum y sus
experimentos en moho rojo
(Neurospora crassa) de pan,
demostraron que los genes actúan
regulando distintos eventos químicos.
1941: UN GEN, UNA ENZIMA
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1943: DIFRACCIÓN DE
RAYOS X DEL ADN
- Los patrones de difracción de RX de
moléculas cristalizadas pueden revelar su
estructura atómica.
- William Astbury obtuvo dichos patrones de
ADN no cristalizado. Él extrajo ADN de las
células, luego, introdujó una aguja en la
solución de ADN viscoso y sacó una cadena
conteniendo muchas moléculas alineadas de
forma paralela fuera de esta cadena,
revelando que el ADN debía tener una
estructura regular y periódica. Sugirió que las
bases de nucleótidos se apilan una sobre otra
como un montón de monedas.
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- Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn
McCarty demostraron que el ADN (No las
proteínas) pueden transformar las
propiedades de las células, clarificando la
naturaleza de los genes.
- Identificaron que al ADN como “Principio
transformador” mientras estudiaban S.
pneumoniae. Los bacteriológos estuvieron
interesados en las diferencias de ldos
cadenas de Streptococcus, la S(Cadena
ligera) y la R (Cadena pesada).
1944: EL ADN ES EL “PRINCIPIO
TRANSFORMADOR”
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1944: GENES SALTARINES
- Barbara McClintock descubrió que los genes pueden “saltar” de un cromosoma a otro, demostrando que el genoma es mas dinámico de lo que creía.
- Desde los estudios hechos por Morgan en la Drosophila, se consideró que los genes tenían una posición fija dentro de los cromosomas. Usando al maíz como organismo modelo; ella observó que los genes pueden saltar o ser “transponibles” de una posición de un cromosoma a otro. Ella correlacionó los rearreglos microscópicos de los segmentos cromosómicos con la de los rasgos genéticos
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1952: LOS GENES ESTÁN
CONFORMADOS DE ADN - Alfred Hershey y Martha Chase
demostraron que el ADN de un virus
necesita entrar a una bacteria para
infectarla.
- Su experimento dio un fuerte soporte a la
idea de que los genes están conformados
de ADN. Ellos reafirmaron la conclusión
propuesta por Avery en 1944.
- Las imágenes por M.E. mostraron que un
bacteriófago T4 atacaba a una bacteria
para infectarla. Hershey y Chase
supusieron que el virus transfería material
genético dentro de la bacteria para dirigir
la producción de mas virus.
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1953: ADN EN DOBLE HÉLICE
- James Watson y Francis Crick describieron la estructura en doble hélice del ADN.
- Para ese entonces, ya se sabía que:
- El ADN esta compuesto de nucleótidos (Estructura formada por 3 partes).
- Phoebus Levene determinaron las características químicas de dichas partes.
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- Joe Hin Tjio definió 46 cromosomas como el
número exacto de cromosomas humanos.
- Por casi 30 años se creía que el número total
de cromosomas humanos era 48; hasta que
Tjio en 1955 empezó a realizar cultivos de
fibroblastos de pulmón humano embrionario.
- Tjio preparó metafases dispersas que
mostraban rearreglos cromosómicos y todas
ellas tenían 46 cromosomas.
- Desde entonces el estudio de diversas
aberraciones cromosómicas se han clarificado
aún mas.
1955: 46 CROMOSOMAS
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-Arthur Komberg y cols. Aislaron ADN pol.,
una enzima que luego sería usada para
todos los tipos de recombinación en las
técnicas del ADN y secuenciamiento.
- El grupo de Komberg aisló ADN de E. coli.
Cuando añadió la proteína a un tubo de
solución salina conteniendo ADN y bloques
de nucleótidos, fue capaz de sintetizar
nuevas cadenas de ADN.
-El aisló una de las tres polimerasas
existentes hasta la fecha, y las cuales tienen
uso en técnicas como PCR y secuenciación
del ADN
1955: ENZIMA COPIA DE ADN
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- La anemia falciforme fue descrita en
1910 por Ernest Irons quien reportó la
clásica morfología de los hematíes.
- En 1940, Linus Pauling y cols. Se dieron
cuenta que la anemia falciforme proviene
del cambio de una cadena en la
estructura de la Hb. En 1956; Vemom
Ingram descubrió que una alteración
específica en la Hb (sustitución entre
a.a.) era la causa de la enfermedad.
1959: CAUSA DE ENFERMEDAD
ATRIBUIDA A UNA ALTERACIÓN
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- Mathews Meselson y Franklin Stahl
demostraron que el ADN se replica
semiconservativamente, de cada
cadena en una molécula de ADN de la
cadena parental se origina una nueva
cadena hija.
- Cada cadena parental de ADN sirve
como molde para la síntesis de una
nueva cadena de ADN
1958: REPLICACIÓN
SEMICONSERVATIVA DEL ADN
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- Jerome Lejeune y cols.
Descubrieron que el Síndrome
de Down (Clasificado por
primera vez por L.H. Down en
1886) es causado por una
trisomía del cromosoma 21.
1958: ABERRACIONES
CROMOSÓMICAS IDENTIFICADAS
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-Sydney Brenner, Francois Jacob y Matthews
Meselson descubrieron que el mARN es la
molécula que toma información del ADN en el
núcleo, para producir proteínas en el
citoplasma.
- Cuando se determinó que el ADN es el
material de herencia, los científicos se
preguntaron como el ADN, el cual es
secuestrado en el núcleo, dirige la formación
de las proteínas, cuando la síntesis de las
proteínas se da en el citoplasma. El ARN es la
molécula intermediaria, específicamente el
mARN que transporta información del núcleo
al citoplasma.
1961: mARN TRANSPORTA
INFORMACIÓN
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Por muchos años, Marshall
Nirenberg, Har Khorana y Severo
Ochoa y cols. elucidaron el código
genético-mostrando como los
ácidos nucléicos con sus 4 letras
determinan el orden de los 20
tipos de a.a. en las proteínas.
1966: CÓDIGO GENÉTICO
DESCIFRADO
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Muchos investigadores, incluyendo M.
Meselson y Smith, estudiaron y
caracterizaron la 1ra nucleasa de
restricción, enzima que revolucionaría
el campo de la biología molecular en la
manipulación del ADN
Una enzima de restricción reconoce y
corta una secuencia corta específica
de ADN.
1968: PRIMERA ENZIMA DE
RESTRICCIÓN DESCRITA
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La tecnología del ADN recombinante
involucra la unión del ADN de diferentes
especies y posteriormente insertarlo en el
ADN híbrido dentro de una célula hospedera
(bacteria normalmente).
Investigadores de la U. de San Francisco
usaron enzimas de restricción para cortar
ADN de diferentes especies en sitios
específicos para luego unirlos a las cadenas
cortadas de las diferentes especies y
regresarlas a su inicio.
1972: PRIMER ADN
RECOMBINANTE
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Investigadores de la U. de Stanford
fusionaron un segmento de ADN
conteniendo un gen de una rana africana
con el ADN de E. coli y ubicando el ADN
resultante de retorno a la bacteria.
Entonces, el ADN de la rana fue copiado y el
gen que lo contenía dirigió la producción de
una proteína específica de la rana.
1973: PRIMER GEN ANIMAL
CLONADO
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Sanger y cols. Desarrollaron metodos
rápidos para el secuenciamiento del
ADN.
Desarrollaron un protocolo ligeramente
diferente para la secuenciación del ADN
comparado al método de Maxam y
Gilbert, donde un marcador se une a los
extremos en crecimiento de la cadena de
ADN, es usado ahora de modo mas
común en los labs. Antes, se usaba
radioactividad para marcar los extremos
de la cadena de ADN; ahora se usa
colorantes
1975-77: SECUENCIAMIENTO
DEL ADN
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Richard Roberts y Phil Sharps demostraron
que los genes eucariotas contienen muchas
interrupciones, a las que llamaron intrones.
Antes de 1977, se creia que el mARN que
transporta información del ADN a los
ribosomas era una copia idéntica del ADN.
Esto fue cierto en bacterias.
Con enzimas de restricción, revelaron que el
ARN es mucho mas corto que sus genes
correspondientes; esto debido a que hay
espacios dentro de los genes que no
transcriben.
1977: DESCUBRIMIENTO DE
LOS INTRONES
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Los científicos han sido capaces de
agregar nuevos genes a las bacterias
por muchos años. A inicios de los 80s,
descifraron como agregar nuevos genes
estables heredados a los animales.
Se agregó genes foráneos ligeramente
diferentes de lo normal y los científicos
tuvieron un nuevo modo para probar las
funciones de los genes.
1981-82: PRIMER RATON Y
MOSCA TRANSGÉNICA
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Se descubrió un marcador genético ligado a la
enfermedad de Huntington (HD) en el
cromosoma 4, convirtiendo a esta enfermedad
en la primera mapeada usando los
polimorfismos del ADN.
La HD es una enfermedad autosómica
dominante (Solo un gen de dos copias
necesita ser mutado para causar la
enfermedad).
La HD causa muerte neuronal que conlleva a
movimientos entorpecidos, rigidez física y
demencia; síntomas de empeoran
progresivamente.
1983: PRIMER GEN
DEFECTUOSO MAPEADO
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La PCR (Polymerase Chain Reaction)
es una técnica para amplificar ADN en
cuestión de horas, haciendo billones
de copias de un segmento específico
de ADN.
En 1993, se otorgó el premio Nobel por
dicho invento a Kary B. Mullis, Michael
Smith
1983: INVENCIÓN DE LA PCR
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El clonamiento posicional es el método para
hallar un gen sin ningún conocimiento de la
proteína que codifica.
El primer gen asociado a enfermedad
identificado por clonamiento posicional fue
para la enfermedad granulomatosa crónica
(presencia de lesiones inflamatorias
conteniendo células inmunes fagocíticas)
1986: GEN DEFECTUOSO
POSICIONALMENTE CLONADO
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El primer mapa genético humano estuvo
basado 400 RFLPs (Restriction Fragment
Length Polymorphism); las cuales son
secuencias de ADN productos de la
digestión con enzimas de restricción.
El mapa genético contiene marcas (como
los RFLPs) que pueden presentarse en
diferentes formas. El rastreo de estas
variantes pueden ser detectadas y
usarse para la ubicación de un gen
causante de enfermedad.
1987: PRIMER MAPA GENÉTICO
HUMANO
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Un microsatélite es un tramo de ADN
formado de 2-4 bp de longitud,
secuencia que es repetida en tandem
(Ejm. El tramo de ADN siguiente:
CAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG.
El número de repeticiones es un
microsatélite fluctúa entre las
personas; por lo tanto pueden ser
usados como marcadores genéticos
para distinguir personas.
1989: MICROSATÉLITES, NUEVOS
MARCADORES GENÉTICOS
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El HGP impulsado por el NIH de US y
grupos de investigación de todo el
mundo, publicaron un plan
proyectado a 15 años donde se
determinaría toda la secuencia del
genoma humano y eventualmente se
secuenciaría 3.2 billones de bases en
él.
1990: LANZAMIENTO DEL
PROYECTO DEL GENOMA HUMANO
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Un equipo de Francia hizo un
mapeo genético con microsatélites
en baja resolución de todo el
genoma humano.
Este mapeo fue mas específico
considerando que el primero se
secuenció usando RFLPs.
1992: MAPEO DE SEGUNDA
GENERACIÓN DEL GENOMA HUMANO
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Uno de los primeros objetivos del HGP
fue mapear todo el genoma humano
durante los primeros 5 años. Fue un
paso crítico en el hallazgo de genes
ligados a enfermedad y permitió
encontrar en que cromosomas estaban
esos genes y ubicados en donde en los
cromosomas.
1994: MAPA GENÉTICO HUMANO
DETALLADO
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Un mapa físico usan secuencias con sitios
etiquetados (STSs) como marcadores para
ordenar grandes segmentos de ADN. Uno
de los objetivos del HGP fue completar un
mapa físico con un marcador cada 100,000
bp para 1998.
1994: MAPA FÍSICO DEL GENOMA
HUMANO COMPLETADO
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Científicos crearon un mapa mostrando
la localización de las EST (Expressed
sequence Tags) representando
fragmentos de mas de 16,000 genes
del total del genoma
1996: CREACIÓN DEL MAPA DE
GENES HUMANO
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The National Human Genome Research
Institute fundó proyectos pilotos para
hallar estrategias eficientes para la
secuencia complementaria del genoma
humano. Los proyectos pilotos probaron
la factibilidad de secuenciar a gran escala
y explorar cuan exacto podría ser un
costo alternativo.
1996: INICIO AL SECUENCIAMIENTO
DEL ADN HUMANO
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Un SNP (Single Nucleotide
Polymorphism) es una base única de
secuencia de ADN que varia entre las
personas.
Los SNPs puede ser usados como
marcadores genéticos e incluso pueden
ser detectados por PCR.
Los SNPs han permitido secuencias
genes asociados a enfermedades que
no lo fueron con los microsatélites;
como la DM, enfermedad cardíaca y
desordenes psiquiátricos.
1998: INICIO DE LA INICIATIVA CON
SNP
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El primer cromosoma secuenciado en
su totalidad fue el 22. Este logro
demostró la capacidad del método de
secuenciamiento clon por clon del HGP
para obtener grandes cantidades de
ADN humano.
Los investigadores acordaron terminar
el secuenciamiento del cromosoma 22
considerando que éste es uno de los
mas pequeños del cariotipo humano.
1999: CROMOSOMA 22
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El borrador de la secuencia del genoma
humano cubrió mas del 90% del genoma
humano. Una sorpresa fue que el
número estimado de genes fue menos
que el esperado (solo 30,000-35,000
genes) en comparación a los 20,000-
25,000 genes).
2001: PRIMER BORRADOR DE LA
SECUENCIA DEL GENOMA HUMANO
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El proyecto del HapMap tuvo por
objetivo dar información sobre la
variación genética humana que podría
ser usada para acelerar la identificación
de genes asociados con enfermedades
comunes tales como el asma, cáncer,
DM y enfermedad cardíaca.
Para crear el HapMap, se tomaron
muestras de ADN obtenidas de Nigeria,
China, Japón y Estados Unidos.
2002: ANUNCIO DEL PROYECTO
INTERNACIONAL HapMap
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El consorcio internacional del HGP
anunció con éxito el HGP completado.
El secuenciamiento completo del
genoma incluyo un error aproximado en
10,000 bases; considerando que algunas
partes del genoma son difíciles, sino
imposible, de secuenciar usando
tecnología reciente.
El HGP completado cubrió un 99.99 %
del genoma humano.
2003: HGP COMPLETADO
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Científicos del NHGRI anunciaron el
descubrimiento del gen asociado al
síndrome de Hutchinson-Gilford,
comúnmente llamado pro-genia, que afecta
a 1:8 millones personas.
El promedio de avance de edad en un
afectado es en promedio 5-10 veces.
El origen de esta enfermedad es una
substitución en un gen localizado en el
cromosoma 1. Esto ha permitido establecer
el diagnóstico de le enfermedad en recién
nacidos y adelantar el tratamiento
correspondiente.
2003: HALLAZGO DEL GEN DE
ENVEJECIMIENTO PREMATURA
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El consorcio internación del HapMap
publicó un catálogo de la variación
genética humana para ayudar a la
identificación de genes asociados con
enfermedades como asma, cáncer,
DM y enfermedad cardiaca.
2004: PROYECTO HapMap
COMPLETADO
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El proyecto llamado “Genes e Iniciativa
ambiental” (GEI), tiene 2 componentes:
El análisis de la variación genética entre
las personas con enfermedades
específicas y un esfuerzo por
desarrollar tecnología que encontrará
nuevos caminos para monitorizar
exposición ambiental que interactúe con
las variaciones genéticas que conlleven
a enfermedad.
2006: INICIATIVA PARA ESTABLECER
GENÉTICA Y MEDIO AMBIENTE
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Está orientado a la búsqueda de
nuevas pruebas genéticas que
permitan prescribir terapias y
medicamentos que traten
enfermedades efectivamente sin
efectos adversos peligrosos.
EL FUTURO…
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51
FIN