Organización del material hereditario - genetica.fmed.edu.uy Segundo...
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1 Organización del material hereditario • Necesidad de compactación Volumen limitado Neutralización de cargas del ADN • Organización funcional del ADN Mecanismos de segregación en duplicación Accesibilidad de proteínas reguladoras de la expresión génica
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1
Organización del material hereditario
• Necesidad de compactaciónVolumen limitadoNeutralización de cargas del ADN
• Organización funcional del ADNMecanismos de segregación en duplicaciónAccesibilidad de proteínas reguladoras de la expresión génica
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El genoma bacteriano incluye un cromosoma circular y moléculas pequeñas circulares (plásmidos).
No existe núcleo definido.
ADN en “región nucleoide”.
Varios dominios de 40-80 Kb superenrolladosasociado a ARN y proteínas
El nucleoide bacteriano
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El genoma nuclear humano comprende 46 moléculas de ADN lineales
El largo sumado de este ADN es más de 1.5 metros
El diámetro del núcleo es aprox. 10 nm
10,000 nm
El núcleo eucariota
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Cromatinacomplejo compuesto por ADN y proteínas
Eucromatina zonas menos condensadas
Heterocromatina zonas más condensadas
Toda la cromatina se condensa previamente a la división celular
El nucleo interfásico
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Durante la división se visualizan cromosomas individuales.
Los cromosomas metafásicosson la forma más condensada de la cromatina.
Los cromosomas son herramientas de segregación del material hereditario
Cuáles son los pasos de compactación?
El ciclo celular
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A partir de núcleos aislados se puede aislarse cromatina
Al microscopio electrónico se observan fibras de 30 nm y collar de cuentas de 10 nm
La cromatina: microscopía
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Análisis bioquímico
Cantidades similares de ADN y proteínas
Digestión de ADN con nucleasas
repetidos de 160-200pb
Proteínas básicas – HISTONAS
La cromatina: bioquímica
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• Proteínas básicas pequeñas• Altamente conservadas• Centro globular y colas ricas en Lys y Arg• Sitios de acetilación de Lys en colas N terminales (+)• Sitios de fosforilación en Ser en colas de H1
Las histonas
Histone Fold H2A/H2B Dimer “handshake”
H1
H2B
H2A
H3
H4
hélice
variable
conservado
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Las histonas H2A y H2B forman un dímero.
Dos H3 y dos H4 forman un tetrámero.
Dos dímeros H2A-H2B y un tetrámero H3-H4 forman un octámero con forma de disco aplanado.
El octámero de histonas
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• Sobre el octámero se enrolla el ADN.• Cada octámero organiza 145 pb en 1 ¾ vuelta.• 48 nm ADN en un disco de 6x11nm.• Sitios distantes en el ADN se aproximan (accesibilidad).• Otros sitios quedan cubiertos (en la cara interna).
El nucleosoma
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• Cargadas positivamente
• Pasan entre las vueltas de ADN
• Contactan con el ADN adyacente y del octámero próximo
Las colas de las histonas del core
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• No forma parte del octámero
• Organiza el ADN a la entrada y salida del octámero
La histona H1
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Hélice nucleosomal
6 nucleosomas por vuelta
El solenoide
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• La modificación de histonas es VITAL en la expresión génica.• La acetilación y desacetilación de histonas es cíclica.
Cuentas 10 nm
• Colas cargadas + Se unen al ADN de nucleosomes adyacentes
• Alto nivel de histona H1
NO es posible la transcripción
Fibra de 30 nm
• Colas acetiladasNO se unen al ADN
• Bajo nivelde histona H1
Existe transcripción génica
Correlación Estructura-Función
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+ 2M NaCl
histonas
Eliminación de histonas(Tratamiento con detergentes leves o altas concentraciones salinas)
Matriz nuclear proteica y bucles de ADNunidos a la matriz
Matriz nuclear
DNA loops
Proteínas no histonas en la cromatina
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Igual tratamiento en cromosomas metafásicos revela un esqueleto proteico del cromosoma (scaffold) del que salen bucles de ADN de 30 a 100 Kb.
La matriz nuclear proteica es el scaffold durante la interfase.
El andamiaje (scaffold)
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Existen regiones de ADN que se unen al scaffold:
SARs (scaffold attachment regions)MARs (matrix attachment regions)SARs=MARs
Bucles de cromatina
Loops of 30 – 90 kb
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Bucles como dominios de cromatina
Cada bucle fijado al scaffold puede presentar una estructura diferente, mas o menos condensada.
Pueden ser dominios funcionalmente independientes.
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Visualización in vivo de niveles superiores de compactación: cromosomas plumulados
Lampbrush chromosomes:Cromosomas meióticos apareados parcialmentecondensados y pausados durante la profasemeiótica para sintetizar ARNs y proteinas a ser almacenadas para el desarrollo temprano del huevo.
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cromátida
radial loopchrosomosome model
1μm10
μm
cromátidas
Cro
mos
oma
mitó
tico
Los bucles de ADN fijados al scaffold se pliegan formando una superhélice
Dominios condensados
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Forma de máxima compactación de la cromatina
Unidad estructural segregacional de la información hereditaria
El cromosoma metafásico
Constricción secundaria Región organizadora nucleolarCon genes ribosomales
CentrómeroConstricción primariaSitio de unión de proteínas que forman cinetocoro
BrazosPorciones del cromosoma entre el centrómero y el telómero
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Unidad funcional de la información hereditaria
CentrómeroConstricción primaria
Rico en secuencias repetidasSitio de unión de proteínas que forman
cinetocoroFunción = segregación
TelómerosRegiones terminales de los cromosomas
Secuencias repetidas particularesMecanismo de duplicación particular
Función = Integridad cromosómica
Orígenes de replicaciónARS (sec. de replicación autónomas)
Varios por cromosomaFunción = replicación
El cromosoma
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Citogenética: técnicas de estudio de los cromosomas
La CITOGENETICA analiza la cantidad y morfología de los cromosomas.Los cromosomas se pueden describir en base a la posición del centromero.
Bandeo cromosómico:Tratamiento desnaturalizante o enzimáticodel cromosoma y posterior tinción.Cada cromosoma revela un patrónespecífico de bandas claras y oscuras.
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Revelan diferencias estructurales en la cromatina que constituye cada banda.
Tratamiento desnaturalizante o enzimático y tinciónBandas oscuras y claras (1-10 Mb)
•Bandeo G • tratamiento con tripsina
Bandas claras zonas activasreplicación temprana
Bandas oscuras zonas inactivasreplicación tardía
•Bandeo R • patrón opuesto a Bandeo G
•Bandeo C • heterocromatina constitutiva • pericentromérica
Técnicas de bandeo cromosómico
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FISH
Hibridación in situ sobre cromosomas con sondas fluorescentes
Técnicas de localización cromosómicas
Cariotipo Espectral
Múltiple FISH con sondas específicas de cada cromosoma marcadas con un fluorocromo diferente.
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Tamaño compacto DNA longitud compactado
Núcleo (humano) 2 x 23 = 46 cromosomas 92 moléculas ADN 10 μm esfera 12,000 Mbp 4 m DNA 400,000 x
Cromosma mitótico 2 cromátides, 1 μm espesor 2 moléculas ADN 10 μm forma X 2x 130 Mbp 2x 43 mm DNA 10,000 x
Dominio de ADN Bucle de AND anclado 1 replicón ? 60 nm x 0.5 μm 60 kbp 20 μm DNA 35 x
Fibra de cromatina approx. 6 nucleosomas por vuelta of 11 nm 30 nm diámetro 1200 bp 400 nm DNA 35 x
nucleosoma disco 1 ¾ vueltas de ADN (146 bp) + ADN linker 6 x 11 nm 200 bp 66 nm DNA 6 - 11 x
Par de bases 0.33 x 1.1 nm 1 bp 0.33 nm DNA 1 x
Compactación debida a histonas
Compactación debida al scaffold / matriz nuclear
Niveles de compactación
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Compactación
Neutralización de cargas
del ADN
mecanismos de segrega-ción en duplicación
Represor transcripcional
Dominios topológicos independientes
( Regulación independiente)
Problemas
Que sucede durante la duplicación y la transcripción?
Correlación estructura-función
