Rodrigo Ricardo

Herencia genética, expresión y mutaciones

Publicado el 31 mayo, 2021

Patrones de herencia y leyes mendelianas

La genética es el campo biológico que examina el estudio y la herencia de genes y cómo la variación genética puede influir en el riesgo de diversas enfermedades. Gregory Mendel , que estudió la herencia de rasgos en los guisantes, fue pionero en los estudios clásicos de herencia genética, aunque no sabía que el ADN era el mecanismo por el cual tales rasgos pueden transmitirse de una generación a la siguiente. Los estudios genéticos moleculares modernos utilizan la reacción en cadena de la polimerasa y la secuenciación del genoma para comprender cómo los cambios en la secuencia de ADN de uno o más genes pueden afectar varias características físicas, el riesgo de enfermedades, otras características y la relación evolutiva entre organismos.

No obstante, la herencia mendeliana todavía puede explicar muchos rasgos y características generales que se deben a cambios en un solo gen. En este tipo de herencia, un gen puede ser dominante o recesivo con respecto a otro. Un ejemplo clásico de rasgos dominantes y recesivos es el color de ojos, siendo el color de ojos marrones (B) dominante sobre el color de ojos azules (b). Así, si una mujer con ojos azules (b / b) se empareja con un hombre que tiene ojos marrones y es homocigoto para este color de ojos (B / B), todos sus hijos tendrán ojos marrones ya que serán heterocigotos (B / B).

Sin embargo, ahora está claro que existen excepciones a la herencia genética clásica que pueden explicarse por características tales como impronta, epigenética y efecto de dosis.

Impresión

La impronta es donde solo se expresa la copia materna o paterna de un gen. Un ejemplo de tal gen es el factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF2), donde solo se expresa la copia paterna. Por el contrario, el receptor que se une a IGF2 se hereda de la madre. Si uno hereda una copia no funcional de IGF2 de su padre, resultará en la pérdida completa del gen ya que la copia materna es silenciosa. Sin embargo, la herencia de una copia mutada y no funcional de IGF2 no dará como resultado ningún cambio patológico, ya que normalmente no se expresa en ningún caso. El silenciamiento de la copia no expresada generalmente está regulado por la metilación del ADN, un tipo de cambio epigenético.

Epigenética

Epigenéticasignifica en el ADN o por encima de él, e implica cualquier modificación que afecte la transcripción y traducción de un gen pero sin alterar la secuencia del ADN. Dichos cambios incluyen la metilación del ADN de las citosinas en el ADN, modificaciones de las proteínas histonas, reordenamiento de la cromatina (si la cromatina está muy enrollada o suelta) y miARN que pueden unirse y destruir el ARN mensajero de manera que no se traduzcan en una proteína. Un ejemplo de cómo los cambios epigenéticos pueden afectar la expresión génica es que los genes impresos, como la copia materna de IGF2, se silencian debido a la metilación del ADN. Si se eliminan tales marcas de metilación, se permite que se exprese la copia silenciosa, lo que dará como resultado que un individuo exprese dos copias de un gen donde solo se debe expresar una. A esto se le llama pérdida de impronta,

Efecto de la dosis

El efecto de la dosificación es algo opuesto a la impronta, ya que en este caso ambas copias de un gen deben expresarse para una función celular normal. Uno de los mejores ejemplos es el de un gen supresor de tumores llamado homólogo de fosfatasa y tensina (PTEN). Los seres humanos y probablemente otras especies tienen que expresar dos copias de este gen para mantenerse sanos. Una mutación en una versión puede provocar efectos profundos, incluido el riesgo de una variedad de cánceres, en particular los de la glándula tiroides, ovario, útero y glándula mamaria. Las personas con una mutación de una copia de PTEN a menudo tienen una cabeza grande al nacer. Los enfoques modernos, como CRISPR CAS9, se están investigando actualmente para restaurar una copia normal de PTEN u otro gen que pueda ser deficiente. Esto puede parecer futurista, pero estos enfoques se han mostrado prometedores en varios modelos animales.

Genotipo vs Fenotipo Expresión de la herencia genética

Dos términos que a menudo se confunden son genotipo y fenotipo.. El genotipo se refiere al complemento completo de material genético, aunque también se puede usar para referirse a un solo gen o un conjunto de genes. En el ejemplo proporcionado para el color de ojos, el genotipo de los padres y los hijos son: b / b (madre), B / B (padre) y B / b (descendencia). Por el contrario, el fenotipo se refiere a las características o rasgos de un individuo. Por lo tanto, el color de ojos marrón y azul son los fenotipos de esta familia. Tal es el caso a pesar de que el genotipo de papá es B / B y su descendencia es B / b. Esto indica que ambos conjuntos de genotipos pueden conducir al mismo rasgo fenotípico, color de ojos marrones. Además, puede volverse más complicado que solo el estado homocigoto o heterocigoto, y esto se debe a algunas de las excepciones enumeradas anteriormente a la herencia mendeliana clásica. Por ejemplo, si la herencia mendeliana clásica es válida para PTEN, entonces indicaría que la copia normal de PTEN debería dominar sobre la copia mutante del gen. Lamentablemente, este no es el caso. La clave es que el genotipo no siempre es igual al fenotipo. Lo mismo ocurre con los genes impresos y las modificaciones epigenéticas, ya que influyen en qué copia se expresa en el caso de genes impresos y si un gen se transcribe y / o traduce para modificaciones epigenéticas.

Los genetistas de hoy en día se dan cuenta de que nuestro fenotipo, incluido el riesgo de enfermedad y la expresión de varios rasgos, depende de la genética y por encima de otros factores. El medio ambiente también puede desempeñar un papel, ya que factores de nuestra vida cotidiana, como la contaminación del aire, pueden afectar los cambios epigenéticos o lo que se ha denominado colectivamente epigenoma. Las interacciones ambientales de Genes X (GXE) se están convirtiendo cada vez más en un campo de estudio importante a medida que intentamos comprender los rasgos humanos y el riesgo de enfermedades.

Mutaciones

Las mutaciones afectan la secuencia de ADN real, lo que puede afectar la expresión y traducción de genes. Se define como una alternancia en la secuencia de nucleótidos y puede resultar de:

  • Errores de ADN introducidos en la línea germinal durante la meiosis o en la línea celular somática en la mitosis.
  • Inserción viral o inserción de elementos genéticos virales u otros elementos genéticos móviles.

No todas las mutaciones darán lugar a cambios fenotípicos, especialmente si otra copia del gen puede compensar la versión mutada. Las mutaciones son uno de los principales impulsores de la diversificación y evolución genética. Sin embargo, la mayoría de las mutaciones producen efectos nulos o pueden ser perjudiciales, como en el ejemplo anterior para PTEN. Por tanto, las mutaciones contribuyen a procesos biológicos que incluyen:

  • Evolución
  • Cáncer; Las células cancerosas en general tienen una alta tasa de mutación que tiende a promover la proliferación y diseminarse a otros órganos.
  • El desarrollo del sistema inmunológico, ya que nuestro sistema inmunológico tiene que mantenerse al día con los patógenos que mutan rápidamente, se puede considerar como una carrera armamentista con el actual COVID-19 como un buen ejemplo, ya que aquellos que han sido infectados y sobrevivieron probablemente lo hicieron porque su sistema inmunológico cambió. y comenzó a producir anticuerpos que reconocieron y destruyeron el patógeno ofensivo.

Como la mayoría de las mutaciones del ADN producen efectos nocivos, hemos desarrollado varios mecanismos para prevenir tales mutaciones, incluidas las enzimas de corrección de pruebas para ayudar a garantizar la fidelidad al ADN de los padres y las enzimas de reparación del ADN para corregir la mayoría de las mutaciones cuando ocurren. Aun así, las mutaciones pueden ocurrir y pueden clasificarse como a pequeña escala en términos de que solo afectan a uno o pocos genes, oa gran escala donde varios genes se ven afectados.

Las mutaciones que afectan a uno o pocos genes se pueden clasificar como:

  • Point_ mutation , donde hay una sustitución en un solo nucleótido que da como resultado un cambio de aminoácido correspondiente ( no sinónimo ) basado en el nuevo codón triplete. Si bien puede afectar solo a un aminoácido, puede comprometer la función de la proteína dependiendo de dónde ocurra el cambio. Tal es el caso de muchas mutaciones de PTEN. Por el contrario, las mutaciones sinónimos implican una mutación puntual, pero el nucleótido mutante en el codón triplete codifica el mismo aminoácido que el nucleótido original.
  • Pueden ocurrir dos tipos de mutaciones no sinónimos: una mutación sin sentido no produce proteína o una versión truncada. Este tipo de mutación se produce por hiperplasia suprarrenal congénita. Por el contrario, una mutación sin sentido es una mutación puntual no sinónima que implica una sustitución de aminoácidos. Este tipo de cambio ocurre en la anemia de células falciformes.
  • El cambio de marco puede deberse a la adición o supresión de uno o más nucleótidos que altera la traducción, ya que afecta a los codones de tripletes que codifican un único aminoácido. Tales adiciones o deleciones de nucleótidos pueden afectar dramáticamente la función de la proteína que se produce.

Las mutaciones a gran escala que afectan a varios genes pueden ocurrir debido a:

  • Pérdida cromosómica, también llamada pérdida de heterocigosidad, ya que implica la pérdida de un alelo.
  • Translocación cromosómica debido a eventos de recombinación no homóloga.
  • Inversión cromosómica
  • Cruce cromosómico no homólogo
  • Deleción intracromosómica

Los mutágenos son factores, como la radiación ultravioleta, los rayos X o el calor excesivo, que promueven mutaciones, especialmente aquellas que favorecen la proliferación celular. Por lo tanto, estos mutágenos pueden provocar cáncer. El cáncer también puede ocurrir debido a la pérdida o reducción de la expresión de genes supresores de tumores, como PTEN, P53, etc.

Resumen de la lección

La genética examina la herencia de genes y cómo la variación genética puede influir en el riesgo de diversas enfermedades. Gregory Mendel , estudió la herencia de rasgos en guisantes. La herencia mendeliana explica cómo los genes individuales pueden afectar la herencia de rasgos seleccionados, como los ojos marrones y azules, y dónde un alelo puede ser dominante sobre otro, como el alelo que codifica los ojos marrones (B) en relación con el alelo recesivo, ojos azules (b ). En este caso, los individuos heterocigotos (B / b) tendrán ojos marrones. Sin embargo, otros factores pueden influir en la expresión genética. Otros factores que influyen, incluida la impronta , donde solo se expresa la copia materna o paterna de un gen y el otro se silencia, cambios epigenéticosque son aquellos que pueden afectar la transcripción o traducción de un gen a una proteína, y el efecto de dosificación cuando es necesario expresar dos copias de un gen para prevenir diversas enfermedades, como con PTEN. El genotipo indica el conjunto completo de material genético o genes aislados de un individuo; mientras que el fenotipo indica las características o rasgos de un individuo. El genotipo no siempre es igual al fenotipo, especialmente porque otros factores pueden influir en la expresión génica.

Las mutaciones se refieren a un cambio en los nucleótidos que forman el ADN. Dichos cambios incluyen mutaciones puntuales , deleciones, adiciones y cambios cromosómicos. Las mutaciones puntuales pueden resultar en cambios sinónimos donde el cambio de nucleótidos no afecta al aminoácido codificado por el nuevo codón, o no sinónimos , donde el cambio de nucleótidos altera el aminoácido codificado por el nuevo codón triplete. Las mutaciones no sinónimas pueden dar lugar a mutaciones de sentido erróneo donde hay una sustitución de aminoácidos pero la proteína codificada es del mismo tamaño que la proteína normal o una mutación sin sentido donde el cambio de aminoácido da como resultado un codón prematuro que no da como resultado proteína o una proteína truncada. Mutaciones de cambio de marcodará lugar a cambios drásticos en la proteína resultante hasta el punto de que puede no ser funcional. Cualquier cambio en el cromosoma mismo puede resultar en mutaciones de ADN a gran escala. Los mutágenos son factores como la radiación ultravioleta, los rayos X y el calor excesivo que pueden alterar el ADN y aumentar la probabilidad de formación de cáncer. El cáncer también puede resultar de mutaciones debido a la pérdida o expresión reducida de genes supresores de tumores, como PTEN.


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