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Genomas Virales y Cromosomas
CA García Sepúlveda MD PhD
Laboratorio de Genómica Viral y HumanaFacultad
de Medicina, Universidad Autónoma de San Luis
Potosí
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Cada cromosoma está formado por una sola hebra de
DNA. Los cromosomas solamente son aparentes
durante un tiempo muy breve del ciclo celular
(metafase). Los cromosomas clásicos compuestos
de dos cromátides.
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La heterocromatina se une a la eucromatina
através de fibras nucleosomales (10 nm) lo que
implica que solamente son diferentes estados de
condensación del mismo DNA. El material genético
eucariota se encuentra oganizado de tal manera
que permite estados alternativos de actividad
(transcripción y replicación). Correspondencia
con la actividad Heterocromatina DNA no
transcrito, replicación tardía (en la fase
S) Eucromatina Contiene a genes activos,
pero solamente una pequeña parte está
siendo transcrita en determinado momento.
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A nivel individual, los cromosomas adoptan
ultraestructuras reproducibles y
predictibles. Los cromosomas originalmente
definidos en base a su tamaño y localización del
centrómero. Hoy en día los cromosomas son
identificados en base al patrón de bandeo (bandas
Giemsa o bandas G)...o más recientemente por FISH.
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Las bandas son estructuras grandes (10 x 106 bp
de DNA). Cientos de genes en cada
banda. Técnica de enorme utilidad
práctica, mecanismo sigue siendo un
misterio. Tinte Giemsa pinta por igual al
cromosoma no tratado (tripsina seguida de
giemsa), pero de manera diferente al
tratado...sugiriendo que el tratamiento expone (o
elimina) ciertas propiedades fisicoquímicas. Band
as obscuras ricas en AT y pobres en genes (Z-DNA)
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(No Transcript)
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La expresión génica puede ser visualizada en
algunos raros casos durante la meiosis pero
durante esta fase del ciclo suele haber muy poca
expresión génica. En ciertos casos, algunos
organismos como Notophthalmus viridescens
(tritón) detienen el proceso meiótico durante
varios meses. Durante esta fase, los cromosomas
adoptan una forma elongada facilmente visible al
MO. Estos cromosomas constituyen bivalentes
meióticos consistentes en dos pares de cromátidas
hermanas y se llaman cromosomas en escobillon o
lampbrush. Los cromosomas en escobillón de N.
viridescens miden entre 400 y 800 nm.
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Los núcleos de interfase (durante el politeno) de
las larvas de algunos dípteros contienen
cromosomas con diámetros superiores a los
normales. Resultado de endomitosis (replicación
sin división celular). Ejemplo clásico de los
cromosomas politénicos de las glandulas salivales
de D. melanogaster. Ventaja transcripcional
enorme, necesario en la larva para producir
cantidades industriales de pegamento antes de la
pupación.
D. melanogaster posee cuatro cromosomas agregados
en un cromocentro de heterocromatina (contiene el
cromosoma Y de machos). El complejo tiene una
dimensión de 2000 nm. El DNA completamente
extendido mediría 40,000 nm. PR 20.
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Cada uno de los cromosomas politenicos tiene una
serie de bandas visibles (cromomeros). Bandas
miden entre 0.05 y 0.5 nm. Interbandas captan
menos tinte. D. melanogaster posee 5000 bandas
Cada cromosoma representa alineamientos paralelos
de cromátides que han sido duplicadas durante la
replicación y que han permanecido
unidas. Cromosoma pre-replic1
cromátide Bivalente meiotico 2 cromátidas En
politene 1024 cromátidas.
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Los sitios activos (de expresión génica) pueden
ser fácilmente visualizados en los cromosomas
politénicos. Estos sitios provocan
ensanchamientos de las bandas conocidos como
Puffs. Término correcto Anillos de
Balbiani. Representan la extrusión del material
genético como consecuencia de su
des-empaquetamiento para expresar los genes
codficados en ellos Síntesis de RNA.
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Los anillos de Balbiani pueden ser provocados por
la expresión de un solo gen. Las características
tanto de los Cromosomas en escobillón como de los
cromosomas politénicos implican que el material
genético debe ser descompactado para poder
realizar su función (transcripción y replicación).
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• Los cromosomas de metafase poseen tres unidades
  estructurales funcionales
• Dos cromátides hermanas en cuyos brazos se
  codifica la información genética.
• Un centrómero, ultraestructura encargada del
  tráfico de las cromátides.
• Cuatro telómeros, ultraestructura encargada de
  sellar la información de las cromátides y
  permitir su replicación integra.

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La región del cromosoma responsable de la
segregación y migración equitativa de las
cromátides durante la mitosis y
meiosis. Centrómero contiene al sitio por el
cual se mantienen unidas las cromátides hermanas
durante la alineación ecuatorial y antes de su
segregación y migración a los polos. El
centrómero es movilizado hacia un polo celular
durante la mitosis llevando con el a la cromátide
correspondiente (desde esta perspectiva
constituye una herramienta para la segregación de
genes durante la división celular).
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• Los cromosomas se clasifican (y mapean) de
  acuerdo a la localización de su centrómero
• Metacéntricos (Centrómero al centro)
• Submetacentricos (fuera del centro)
• Acrocéntricos (centrómero en extremo).
• Definen brazos de cromosoma
• p del frances petit (pequeño)
• q la letra que inevitablemente le seguía
• Kariotipo humano posee los tres tipos.

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Permiten mapear chromosoma físico. Base del ISCN
(International System for Cytogenetic
Nomenclature) Cada cromosoma designado con un
número (1-22 XY).
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Permiten mapear chromosoma físico. Base del ISCN
(International System for Cytogenetic
Nomenclature) Cada cromosoma designado con un
número (1-22 XY). Dos brazos por cromosoma (p y
q).
p
q
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Permiten mapear chromosoma físico. Base del ISCN
(International System for Cytogenetic
Nomenclature) Cada cromosoma designado con un
número (1-22 XY). Dos brazos por cromosoma (p y
q). Cada brazo del cromosoma posee una o dos
áreas definidas por bandas (21q1 y 21q2).
21q1
21q2
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Permiten mapear chromosoma físico. Base del ISCN
(International System for Cytogenetic
Nomenclature) Cada cromosoma designado con un
número (1-22 XY). Dos brazos por cromosoma (p y
q). Cada brazo del cromosoma posee una o dos
áreas definidas por bandas (21q1 y 21q2). Cada
area posee subdivisiones inferiores (21q11.1 y
21q11.2)
21q1
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Permiten mapear chromosoma físico. Base del ISCN
(International System for Cytogenetic
Nomenclature) Cada cromosoma designado con un
número (1-22 XY). Dos brazos por cromosoma (p y
q). Cada brazo del cromosoma posee una o dos
áreas definidas por bandas (21q1 y 21q2). Cada
area posee subdivisiones inferiores (21q11.1 y
21q11.2) Permite resumir anomalias
citogenéticas 46,XX,del(21q11.2)
21q1
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Kinetocoro (o cinetocoro) corresponde a una
estructura de ca 400 nm que forma la porción
densa del bandeo-C. Sitio de fijación de
microtubulos. Constituye el MTOC (Centro
organizador de microtúbulos) del lado cromosómico.
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La manera en que los microtúbulos se fijan
kinetocoro al parecer es aleatoria...es decir,
pudiera ser que dos microtúbulos provenientes del
mismo polo se fijen a ambos kinetocoros. No
obstante, la ausencia de tensión centromérica
ocasionada por esta distribución de fuerzas
obliga al cromosoma a re-orientarse (mecanismo
desconocido). La presencia de fuerzas contrarias
lleva a la estabilización del cromosoma en el
plano ecuatorial de la célula.
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El ensamblaje y desensamblaje de las subunidades
estructurales del microtúbulo lleva a su
alargamiento y retracción. El sensor de
tensión no está en centrómero sino en el extremo
distal del microtúbulo... Al sentir la
tensión, el microtúbulo comienza a retraerse en
sincronía con otros microtúbulos para segregar a
las cromátides.
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Los centrómeros poseen fragments de DNA llamados
secuencias o elementos CEN inicialmente
caracterizados en S. cerevisiae. La levadura que
no poseía kinetocoros pero que sí presentaba
segregación y migración mitótica. Una región de
120 bp resistente a nucleasas. Tres regiones
indispensables para el funcionamiento del
centrómero. Región I, elemento CDE-I
Secuencia de 9 bp conservada en extremo
5. Región II, elemento CDE-II Secuencia
variable pero tamaño constante, 80 a 90 bp, gt90
AT Función más asociada a tamaño que
secuencia Contiene secuencias parecidas
a STR (DNA satélite). Secuencia de DNA
genera contorsiones helicoidales (zDNA) Región
III, elemento CDE-III Secuencia de 11 bp,
altamente conservada.
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Las mutaciones de CDE-I o CDE-II reducen pero no
inactivan la función del centrómero. Las
mutaciones de la región central CCG de CDE-III si
lo inactivan completamente. CDE-I es
reconocido por CBF1, pero su interacción no es
indispensable para la función. No obstante,la
ausencia de CBF1 si disminuye la fidelidad de la
segregación. Un complejo protéico de 240 kD
llamado CBF3 reconoce a CDE-III y esta asociación
sí es indispensable para la función
centromérica. Es muy posible que otras proteinas
se unan a estos complejos protéicos de
reconocimiento.
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Estructura encargada de sellar extremos del
cromosoma. Los extremos de moléculas de DNA
lineares son pegajosos e inestables lo que
ocasiona las estructuras anómalas observadas
cuando se rompen los cromosomas. Localizados en
los extremos terminales de los cromosomas. Brinda
n estabilidad a las moléculas de DNA lineares que
son nuestros cromosomas.
P. Ej. Sobrevida de moléculas de DNA en S.
cerevisiae. Los plasmidos lineares son
inestables y rápidamente degradados dentro de S.
cerevisiae. La transferencia de secuencias
teloméricas de otro organismo estabiliza a las
moléculas lineares.
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• Varias secuencias teloméricas se han aislado a
  partir de organismos tan diversos como flagelados
  (Tetrahymena) y humanos.
• El mismo tipo de secuencia se encuentra presente
  en plantas y animales.
• Por ello la construcción y la función de los
  telómeros parece seguir un principio universal
  que ha sido conservado a lo largo de la
  evolución.
• Secuencias de DNA teloméricas consisten en
  repeticiones cortas en serie (tandem) o STRs.
• De hecho la secuencia telomérica del rDNA
  extracromosómico linear natural de Tetrahymena
  fue la responsable de la estabilización de
  plasmidos lineares en S. cerevisiae.
• Función telomérica depende de dos propiedades
• Capacidad de alargarse y acortarse.
• Adopción de conformaciones extrañas (loops y
  tetraplex).

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Como se verá más adelante en el curso, el proceso
normal de envejecimiento conlleva al acortamiento
de los telómeros. Diferencia de longitud de
telómeros es visible y cuantificable entre
infantes y ancianos. Algunos linajes celulares
cancerosos poseen la capacidad de volverlos a
elongar o extender. El proceso de replicación
normalmente no se encuentra adaptado para
terminar de replicar extremos cromosómicos. TELOM
ERASA En realidad es una RT O Transcriptasa
inversa (sintetiza DNA de RNA).
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(No Transcript)
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Otra de las características físicas que dictan la
función de los telómeros es la adopción de
conformaciones inusuales. El telómero posee una
región en que la hebra de DNA se encuentra libre
(no-complementada) ssDNA. No obstante, la
migración electroforética no concuerda con la de
un fragmento de ssDNA sino que muestra
aberraciones migratorias. Hoy sabemos que el
telómero posee una región circular que protege al
cromosoma linear de la degradación (recordar
sobrevida de plasmidos en levaduras). Así que a
fin de cuentas los cromosomas lineares se
comportan como plásmidos gigantes....al menos en
sus extremos.
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Este lazo (loop) de 5 a 10 kb no le permite el
acceso a nucleasas que degraden el extremo del
DNA linear y su formación es catalizada por
proteínas (complejos TRF1 y TRF2).
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Sesión 4 CromosomasIntroducción
Para concluir, un cromosoma requiere de tres
cosas para realizar su función 1.- Un TELOMERO
para mantener su integridad. 2.- Un CENTROMERO
que permita perpetuarlo. 3.- Un origen para
iniciar la replicación (más adelante).