Karotipado, trastornos cromosómicos y epigenética en la expresión génica

Cariotipo en el análisis genético de la salud humana

El cariotipo es el proceso de obtener imágenes de los cromosomas bajo un microscopio para examinar el complemento cromosómico, evaluar la cantidad de cromosomas y buscar anomalías. Las características de los cromosomas que examinan los citogenéticos incluyen:

• Longitud de cada cromosoma
• Posición centromérica
• Patrón de bandas
• Cromosomas autosómicos o sexuales adicionales, como puede ocurrir con la trisomía en el cromosoma 21 (da como resultado el síndrome de Down) o el síndrome de Klinefelter (XXY)
• Falta de cromosomas, como puede ocurrir con el síndrome de Turner (XO) o la monosomía del cromosoma 21
• Otras características físicas de cada cromosoma

La colección de cromosomas de un organismo se presenta junta en una microfotografía llamada cariograma o idiograma, donde están ordenados por el tamaño y la posición de la región centromérica. La presentación general consiste en mostrar primero los cromosomas autosómicos y luego los cromosomas sexuales. Sin embargo, hay especies, en particular marsupiales de Australia, donde tal presentación no siempre funciona, ya que estas especies no tienen cromosomas sexuales claros. De hecho, sigue siendo incierto cómo se produce la diferenciación sexual en estas especies inusuales, como los canguros y los canguros. El número de cromosomas en las células somáticas, como las de la piel, el hígado, etc., se denomina número somático y se designa como 2n para indicar el estado diploide. Por el contrario, las células germinales maduras (óvulo y esperma) son haploides y se denominan n. En los seres humanos, n = 23 cromosomas, mientras que 2n = 46. Estos números incluyen cromosomas autosómicos y sexuales. Un conjunto de cromosomas se hereda por vía materna, mientras que el otro conjunto se hereda por vía paterna. Por lo tanto, la fertilización de un óvulo por un espermatozoide da como resultado que el cigoto sea diploide (2n). En biología y medicina, los análisis de cariotipo se pueden realizar con los siguientes fines:

• Estudiar anomalías cromosómicas, como se detalla más adelante.
• Examinar la función celular, incluida la determinación de si hay una pérdida selectiva o la adición de ciertos cromosomas.
• Caracterizar las relaciones taxonómicas y examinar similitudes y diferencias, como los marsupiales australianos.
• Examinar los vínculos entre los trastornos cromosómicos y la enfermedad.
• Comprender cómo los eventos evolutivos pasados ​​dieron forma a los arreglos cromosómicos en diversas especies, un campo científico denominado cariosistemática.

Este diagrama muestra el cariotipo humano normal de 2n = 46 cromosomas.

Trastornos genéticos diagnosticados con base en análisis de cariotipo

Las anomalías cromosómicas incluyen aquellas que son:

• Numérico (aneuploidía), incluidos los cromosomas adicionales o deficientes que pueden surgir de la no disyunción (separación incorrecta) en la meiosis de las células germinales.
• Estructural, como translocaciones, inversión, deleciones a gran escala o duplicaciones, que pueden surgir de una recombinación homóloga inadecuada.

Estas anomalías cromosómicas pueden surgir en células germinales masculinas o femeninas que dan lugar al cigoto. En este caso, todas las células (somáticas y germinales) del feto resultante contendrán la misma anomalía cromosómica. Sin embargo, si la anomalía cromosómica se origina durante la mitosis, ciertos linajes celulares contendrán la anomalía cromosómica, pero otras líneas celulares serán normales. Esta condición se llama mosaismo genético . Las anomalías cromosómicas específicas que pueden ocurrir en humanos incluyen:

• El síndrome de Turner es un tipo de monosomía en la que el individuo tiene un solo cromosoma X (45, X o 45, XO). Este individuo será mujer.

• El síndrome de Klinefelter se considera uno de los trastornos cromosómicos más comunes y es un individuo que tiene un cromosoma X adicional (47, XXY). El cromosoma Y dará como resultado que un individuo sea hombre.

• El síndrome de Down es una enfermedad cromosómica común, especialmente en mujeres mayores, y se debe a la trisomía (tres copias) del cromosoma 21.

Esta imagen muestra una trisomía en el cromosoma 21 que resulta en síndrome de Down.

• El síndrome de Edwards se debe a una trisomía (tres copias) del cromosoma 18

• El síndrome de Patau se debe a una trisomía del cromosoma 13

• Cri du chat, el llanto del gato , es el resultado de un truncamiento del brazo corto del cromosoma 5, y el nombre de este trastorno se debe al llanto distintivo de estos bebés que tienen un desarrollo inadecuado de la laringe.

• El síndrome de deleción 1p36 se debe a una pérdida parcial del brazo corto del cromosoma 1.

• El síndrome de Angelman es una enfermedad en la que hay una impronta inadecuada (la impronta es donde ciertos genes solo tienen la copia materna o paterna expresada). La mitad de estos casos tienen la ausencia del segmento del brazo largo del cromosoma 15, lo que resulta en la deleción de los genes heredados de la madre.

• El síndrome de Prader-Willi es otro trastorno de la impronta, pero en este caso, la mitad de los pacientes carece de un segmento del brazo largo del cromosoma 15 para los genes heredados por el padre.

Factores epigenéticos que regulan la expresión genética

En las últimas décadas, ha quedado claro que, si bien nuestra estructura genética determina quiénes somos y el riesgo de enfermedades, existen otros factores influyentes. Muchos de estos se consideran cambios epigenéticos. La epigenética significa literalmente sobre o sobre el ADN. Al igual que con las anomalías cromosómicas, los cambios epigenéticos pueden heredarse mitóticamente y / o meióticamente. En particular, los cambios epigenéticos no implican un cambio en la secuencia de ADN en sí, como mutaciones puntuales o de cambio de marco. Las modificaciones epigenéticas más reconocidas incluyen:

• Metilación del ADN
• Modificaciones de la proteína histona
• Arreglo de cromatina
• patrones de expresión de microARN (miR)

La metilación del ADN es donde los grupos metilo se unen a la citosina, especialmente en áreas enriquecidas con citosinas y guaninas (denominadas islas CpG). La metilación del ADN puede ocurrir en el promotor y en la región del cuerpo del gen, pero es más común en la primera. Al unirse a las citosinas en la región promotora, evita que los factores de transcripción accedan a la región promotora e inicien la transcripción génica. Por tanto, este tipo de cambio epigenético generalmente inhibe la transcripción de genes. Sin embargo, es posible eliminar el grupo metilo de las citosinas, lo que dará como resultado que los factores de transcripción vuelvan a tener acceso a la región promotora. Las proteínas histonas son las que se unen al ADN, por lo que pueden evitar la unión de factores de transcripción a la región promotora. Como tal, la unión de la proteína histona al ADN inhibe la transcripción de genes. Las proteínas histonas están sujetas a adiciones de moléculas que afectan su unión al ADN. Las modificaciones de la proteína histona incluyen metilación, acetilación, ubiquitinación y sumoilación. De estos, la acetilación siempre aleja las proteínas histonas del ADN y, por lo tanto, esta modificación se asocia con un aumento de la transcripción de genes. La disposición cromosómica también puede determinar la probabilidad de que un gen se exprese o no. Se definen dos tipos de disposición de cromatina en función de su disposición: eucromatina que está enrollada de forma suelta y heterocromatina que está enrollada de manera apretada. De las dos formas, los genes expresados ​​en áreas de eucromatina tienen más probabilidades de expresarse como factores de transcripción y tienen más facilidad para acceder a sus regiones promotoras. Una analogía comparable es un cable de extensión. Si está atado en nudos, es difícil encontrar el extremo que se enchufa en la pared y el que se conecta a un dispositivo electrónico. Las células activas y cancerosas tienden a tener eucromatina, mientras que las células menos activas tienden a contener más heterocromatina. Los microARN (miR) representan la última respuesta epigenética que, en este caso, afecta la traducción del ARN mensajero (ARNm) a una proteína. Los miR tienen solo 20 a 22 nucleótidos de largo. cuando se unen al ARNm, destruye el ARN codificante, de modo que no salen del núcleo para traducirse en el citoplasma a una proteína. En este sentido, los miR representan el último mecanismo que regula la expresión génica.

Resumen de la lección

El cariotipo es una fotografía de cómo se ven los cromosomas bajo un microscopio. Se hace para comprender las variaciones biológicas normales, las relaciones evolutivas y examinar las anomalías cromosómicas que pueden afectar el fenotipo general y el riesgo de enfermedades. En los seres humanos, 2n = 46 cromosomas, que es el número de cromosomas que deberían estar presentes en todas las células somáticas . Las células germinales (óvulos y espermatozoides) son solo n, lo que equivale a 23 en los seres humanos. La fertilización da como resultado un cigoto con 46 cromosomas. Las anomalías cromosómicas incluyen aquellas que son numéricas y estructurales. Las anomalías cromosómicas comunes en los seres humanos incluyen el síndrome de Turner , donde un individuo es XO, el síndrome de Klinefelter , donde un individuo es XXY, y el síndrome de Down, donde hay trisomía en el cromosoma 21. El síndrome de Angelman y el síndrome de Prader-Willi son trastornos de impronta, el primero involucra la eliminación de una parte de la copia heredada por la madre del cromosoma 15 y el segundo involucra la eliminación de una parte de la copia heredada por el padre cromosoma 15. Los cambios epigenéticos pueden afectar la transcripción y / o traducción de genes sin afectar la propia secuencia de ADN. Tales cambios pueden heredarse meiótica y / o mitóticamente. Las modificaciones epigenéticas incluyen la metilación del ADN , las modificaciones de las proteínas histonas , la disposición de los cromosomas y la expresión de microARN (miR) . Los tres primeros tienden a afectar la transcripción de genes, mientras que los miR afectan la traducción del ARNm a una proteína.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador