Regiones intergenicas

Organización y estructura
de genomas
ORGANIZACIÓN DE LOS GENOMAS
1.
Un gene es un segmento de DNA que al expresarse da un producto
funcional que puede ser una proteína o un RNA.
2.
Un genoma es el conjunto de genes que contiene la información
necesaria para que una célula pueda existir y reproducirse, es decir,
son todos los genes de un organismo.
3.
Los genomas de eucariontes son muy grandes y mucha de su
estructura corresponde a regiones que no codifican para ningún
producto funcional (secuencias no-codificantes)
4.
Algunas de estas secuencias no codificantes son secuencias
espaciadoras entre los genes
5.
Otras secuencias no codificantes (intrones) interrumpen a genes
6.
Algunos genes se repiten muchas veces en el genoma, formando
familias de genes (eucariontes).
Comparación de Genomas
103
106
¿Cuántos genes se
necesitan para
formar un organismo ?
¿Qué tan similares
somos a otros
organismos ?
Tamaño relativo de los genomas de distintos
organismos
Pares de Bases
Tipos de secuencias en el DNA
- Codificantes
- No codificantes
- Exones (codificantes)
- Intrones (no
codificantes)
- Regiones intergenicas
(no codificantes)
• No repetidas
• Moderadamente repetidas
• Altamente repetidas
• Centromero
• Telomeros
% de DNA no-codificante para proteínas
A mayor complejidad del organismo, mayor proporción de
las regiones NO codificantes en el genoma
El genoma de E. coli está compuesto casi
completamente por genes
mientras que organismos más complejos
presentan menor densidad génica
Un gene eucariote
contiene intrones
El gene se transcribe
completo produciendo un
preRNA
El preRNA debe
procesarse para quitar los
intrones (splicing)
El mRNA maduro no
contiene intrones
Comparación de densidad génica
de diferentes organismos
Relación entre el tamaño del gen y del mRNA en varias
especies
Especie
#
exones
Long.
Long.
media media del
del gen
RNAm
(kb)
(kb)
Haemophilus influenzae
1
1.0
1.0
Methanococcus jannaschii
1
1
1.0
1.6
1.0
1.0
3
4
1.5
4.0
1.6
3.0
Aves
4
9
11.3
13.9
2.7
2.4
Mamíferos
7
16.6
2.2
Saccharomyces cerevisiae
Aspergillus nidulans
Caenorhabditis elegans
Drosophila melanogaster
Bacteriófago lambda
Genoma viral:
• DNA o RNA
• Cadena sencilla ó doble
Virus del mosaico de tabaco
DNA de bacteria
(4.2 x 106 pb)
• 1 cromosoma (nucleoide)
• DNA circular doble cadena
• sin envoltura de membrana
En eucariontes los organelos mitocondria y
cloroplasto tienen su propio material genético
Teoría endosimbióntica
Los cloroplastos y las mitocondrias provienen de bacterias
de vida libre que fueron “secuestradas” por células
eucarióticas
Algunos genes de estos organelos han sido pasados al núcleo por
lo cual requieren de la actividad transcripcional del núcleo para
tener algunas proteínas que requieren para funcionar
correctamente
DNA mitocondrial
El DNA mitocondrial humano no tiene regiones
intergénicas
Compactación del DNA en los
cromosomas eucariontes
10-11 nm
El DNA eucarionte se compacta en diferentes
tipos de Cromatina
Eucromatina
Heterocromatina
La Eucromatina es transcripcionalmente activa
La Heterocromatina es electrodensa y es
transcripcionalmente inactiva
Constitutiva: NO se expresa. Incluye
secuencias cortas repetidas (DNA satélite).
Papel estructural en el cromosoma:
centrómeros y telómeros.
Heterocromatina
Facultativa: Puede ocupar cromosomas
enteros inactivos en un tipo celular, y
expresados en otro. P. ej. Compensación de
dosis del cromosoma X
Unidad básica del DNA eucarionte
La estructura que forma la
fibra de 10 nm es el
nucleosoma
DNA enrollado en histonas:
147 pb
El nucleosoma incluye al DNA
enrollado a histonas + DNA
unidor: 200 pb
Estructura del nucleosoma
Composición de los nucleosomas
•
El DNA que rodea a la médula de histonas (147
pb) + DNA unidor: en total 200pb
• El núcleo es de 8 histonas: 2 H2A, 2 H2B, 2 H3, y
2 H4
•
Una histona H1 se encuentra uniendo entre si los
nucleosomas
•
Las histonas son proteínas básicas (ricas en Lys
y Arg que se unen al DNA)
•
Empaquetamiento de 6 X por nucleosoma
CONTENIDO DE LYS Y ARG DE
LAS HISTONAS
HISTONA
H1
H2A
H2B
H3
H4
%LYS
24.8
10.9
16.0
9.6
10.8
Esquema de una sección
de la cromatina
%ARG
2.6
9.3
6.4
13.3
13.7
INTERACCIONES ENTRE LAS HISTONAS Y EL DNA EN LOS EUCARIOTES
El octámero de histonas se asocia por interacciones
hidrofóbicas
Un nucleosoma consiste en 147 pb
de DNA enrrollados en el octámero
de histonas.
EMPAQUETAMIENTO
6X
Solenoide
40 X
Bucles
680 X
Espiral condensada
(Solenoide mayor)
1.2 x 104 X
Cromosoma
Video
¿Qué se necesita para
tener un cromosoma
estable?
Secuencias únicas (genes)
Repetidas dispersas y
múltiples orígenes de
replicación
• centrómero
• telómeros
• varios origenes de replicación
Importancia del centrómero
Centrómeros
Son regiones repetitivas de DNA (150-171 pb)n
Constituyen el sitio de unión de las fibras del
huso mitótico.
Componen del 1% al 3% de la secuencia de
un genoma.
Su posición varía en los distintos cromosomas.
Secuencia centromerica en S. cerevisiae
Telómeros
Se encuentran en los extremos de los
cromosomas.
Se requieren para la replicación y
estabilidad de los cromosomas.
Son secuencias repetidas de DNA, en
humanos: -TTAGGG- que se repite entre
250 a 1,500 veces.
Características del telómero
Hay hexanucleótidos repetidos entre 1000 y 1700 veces en los
extremos 3’ del DNA de cada cromosoma
Heterocromatina y Eucromatina
Heterocromatina: Segmentos del cromosoma que se
tiñen fuertemente y permanecen visibles,
prácticamente, durante todo el ciclo celular. Hay pocos
genes en estas regiones y por lo tanto, baja actividad
transcripcional. Regiones supercondensadas.
Secuencias repetitivas de DNA, regiones no
transcribibles en el genoma.
Eucromatina: Segmentos del cromosoma que no son
visibles durante la telofase e interfase, sólo en
metafase. Regiones que se condensan y se
descondensan.
Corresponde a regiones menos compactas y en las
que hay una mayor densidad génica. Hay mayor
actividad transcripcional.
Modificaciones epigenéticas
• GENÉTICA: Herencia debida a cambios en la
secuencia de bases del DNA.
• EPIGENÉTICA: Herencia en la cual la secuencia del
DNA no se ve alterada, hay modificación química de
bases, de histonas, remodelación de cromatina, entre
otros. Estos cambios también se heredan.
• La ACETILACIÓN es la principal modificación
covalente (es reversible).
• La acetilación y desacetilación es llevada a cabo
por acetiltransferasas y desacetilasas de histonas.
• Otras modificaciones son la metilación,
fosforilación, ubiquitinación y sumoilación.
• Las bases del DNA también son modificadas por
metilación.
Remodelación de la cromatina
• Los nucleosomas son intrínsicamente dinámicos lo cual
permite el acceso de proteínas a ciertas regiones del DNA.
• Los complejos remodeladores de cromatina se unen al
DNA a través de otras proteínas (factores de transcripción)
e influencian estabilidad de nucleosomas.
• El complejo multiprotéico reconoce también la combinatoria
de histonas.
• Tienen actividad de ATPasa.
• El nucleosoma se desplaza exponiendo u ocultando
secuencias de unión a factores de transcripción.
El complejo remodelador de cromatina SWI/SNF ATP-dependiente
de la levadura Saccharomyces cerevisiae
La remodelación de cromatina es esencial para el avance
adecuado del ciclo celular
Alteraciones en las proteínas que forman parte del complejo
remodelador de cromatina SWI/SNF se relacionan con cáncer
Weissman & Knudsen, 2009