Conceptos de herencia y genética humana: perfil del futuro médico

BLOQUE I: Introducción a la Genética Humana

ULPGC
Universidad de
Las Palmas de
Gran Canaria

Tema 1. Conceptos de herencia y genética humana

Silvia Muñoz Descalzo

Preguntas habituales en una consulta de Genética

• Mi familiar X (hijo, primo, abuelo, marido de mi tía, ... ) tiene la enfermedad Y, ¿la voy a sufrir? ¿ La va a sufrir mi hijo/a?
• La enfermedad Y es habitual en la población en la que vivo, ¿la voy a sufrir? ¿ La va a sufrir mi hijo/a?

Índice de contenidos

• La genética como disciplina académica: especialidades y áreas de interés para las Ciencias de la Salud.
• Evolución de la genética: de la escuela filosófica griega al Proyecto ENCODE.
• Los genes y su influencia sobre el estado de salud del Ser humano: trastornos hereditarios del fenotipo.
• Tipos de alteraciones genéticas con reflejo fenotípico: Alteraciones cromosomicas, monogenicas y multifactoriales.
• Conceptos de Genética Médica y Genética clínica.
• Contribución e importancia de la Genética Médica al perfil profesional del futuro/a médico/a: El asesoramiento genético.
• Consideraciones como futura especialidad médica dentro del programa formativo MIR.

La genética como disciplina académica: especialidades y áreas de interés para las Ciencias de la Salud

Animal
-
Humana
- Médica
GENÉTICA
Vegetal
- Genética bioquímica
- Citogenética
- Citogenética molecular
- Genética Molecular
- GENÓMICA, PROTEÓMICA, ... OMICAS
- TERAPIA GENICA Y CELULAR

Evolución de la genética: de la escuela filosófica griega al Proyecto ENCODE

Grecia Antigua

• Aristóteles e Hipócrates: Características importantes determinadas:
• Semen
• Sangre menstrual como medio de cultivo
• Útero como incubador

Siglo XVIII

• Pierre Louis Moreau de Maupertuis: Observó diferentes mecanismos de herencia: Polidactilia, Albinismo.
• John Dalton: Daltonismo y hemofilia-herencia ligada al X.

Siglo XIX

• Joseph Adams (1814):Tratado de las supuestas propiedades hereditarias de las enfermedades
• Gregor Mendel (1865). Leyes de Mendel
• Friedrich Miescher (1868). Biólogo suizo, identifica el DNA nuclear (nucleína).

Evolución de la genética en el Siglo XX

• 1901-1903. Se publica Mutations theoriede Hugo de Vries.
• 1900-1910. Albrecht Kossel descubrió los ácidos nucleicos.
• 1920. El término Genoma fue acuñado por Hans Winkler.
• 1950. Alfred Hersheyy Marta Chase confirman que el DNA es el material genético en algunos virus.
• 1953. Fred Sanger. Primera proteína secuenciada: Insulina.
• 1953. James Watson y Francis Crick (junto con Rosalind Franklin) desentrañaron la estructura en doble hélice de la molécula del DNA.
• 1956. Se descubre el número total de cromosomas en el ser humano, por los investigadores Albert Levan y Joe Hin Tjjo.
• 1958. Los franceses JérômeLejeune, M. Gautier y R. Turpin, descubren la Trisomía del par 21 como causante del Síndrome de Down.
• 1960. Determinación del Código Genético.
• 1970. Nathans y Smithdescubren los enzimas de restricción, que pueden cortar el DNA en lugares específicos.

Evolución de la genética: Ingeniería Genética

• 1973. Los investigadores Stanley Cohen y Herbert Boyer producen el primer organismo recombinando partes de su DNA, en lo que se considera el comienzo de la Ingeniería Genética.
• 1977. Desarrollo del primer método de secuenciación del DNA. . 1977. Primer genoma de DNA secuenciado, el del Virus oX174. . 1975-1979. Primeros genes humanos aislados. . 1982. Fabricación del primer fármaco basado en Ingeniería Genética. . 1985. Kay Mullis inventa la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). . 1988. Se crea la Organización del Genoma Humano (Human Genome Organisation, HUGO).
• 1995. Primer genoma completo de un organismo celular: Haemophilus influenzae.
• 1996. Secuenciación del genoma del primer organismo eucariota: la levadura.

Evolución de la genética: Siglo XX y XXI

Siglo XX

• 1998. Secuenciacion del genoma del primer eucariota multicelular (C. elegans).
• 1999. Secuenciación del primer cromosoma humano completo: el 22.
• 2000. Publicación del genoma completo de Drosophila melanogaster.

Siglo XXI

• 2003. Se completa la secuencia del Genoma humano (90%) https://www.genome.gov/human-genome-project
• Proyectos genomas
• Era postgenómica
• Proyecto ENCODE: DNA "basura" https://www.encodeproject.org/
• Proyecto 100,000 genomas: secuenciar múltiples personas (razas, sexos, ... ) https://www.genomicsengland.co.uk/initiatives/100000-genomes-project
• 2023: publicación secuencia cromosoma Y: https://www.nature.com/articles/s41586-023-06457-y

Los genes y su influencia sobre el estado de salud del Ser humano: trastornos hereditarios del fenotipo

Estructuras en cuentas
de collar (nivel 1)
1
Cromosoma en división celular
1.400 nm
T
11 nm
1
700 mm
on
8
some
Transcription
Introns
spliced
out
Primary
MRNA
Exon
Exon
Exon
Mature
MRNA
Processing
Exon
Exon
Exon
Nuclear
envelope
Nuclear pore
Translation
Plasma
membrane
Protein
Fig. 2.7 A summary of the steps leading from DNA to proteins. Replication and transcription occur in the cell nucleus. The mRNA is then transported to
the cytoplasm, where translation of the mRNA into amino acid sequences composing a protein occurs.

• Toda la información necesaria para que, a partir de dos células, una paterna y una materna, se origine un individuo completo, está codificada en el DNA.
• Los genes son las unidades básicas de la herencia, están formados por DNA y contenidos en los cromosomas.

Chromosome
DNA
Exon
Intron
Exon
Intron
Exon
ver .M
Estructura general: cromatina
Fibra de 700 nm (nivel 3)
Segmento de doble
hélice de ADN
Estructura en solenoide
(nivel 2)
Fibra de 300 nm (nivel 3)
1
2 mm
T
Figura 7-7. Niveles de empaquetamiento de ADN genómico nuclear de eucariotas para formar los cromosomas.
(Nustración de l. Baraibar.)
Medical
Genetics
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Los genes y su influencia sobre el estado de salud del Ser humano: cromosomas

Medical
Genetics
Estructuras en cuentas
de collar (nivel 1)
1
1.400 nm
JORDE | CAREY I BAMSHAD
11 nm
1
700 mm
on
8
*
₹
Estructura general: cromatina
Fibra de 700 nm (nivel 3)
Segmento de doble
hélice de ADN
300 nm
Fibra de 300 nm (nivel 3)
Estructura en solenoide
(nivel 2)
1
2 cm
T
Figura 7-7. Niveles de empaquetamiento de ADN genómico nuclear de eucariotas para formar los cromosomas.
(Nustración de l. Baraibar.)

• Cada cromosoma está formado por una única molécula de DNA y proteínas.
• El número normal de cromosomas para la especie humana es de 46 (2n).

Cromosoma en división celular

Los genes y su influencia sobre el estado de salud del Ser humano: información genética

5'
3
Sugar-phosphate
backbone
One helical tum - 3.4 nm
Bases
C
3º
S'
Adenine
Thymine
Guanine
Cytosine
Fig. 2.3 The DNA double helix, with sugar-phosphate backbone and
nitrogenous bases.
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Genetics
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• La información genética está contenida en la propia molécula de ADN.
• El código o clave radica en el orden en el que se presentan las 4 bases: adenina, citosina, guanina y timina.

3'
5'
I-O
CH
Thymine
G= C
N
C
Cytosine
I
C
C
N
N-H
O
I
H
H
H
1
I
1
H
Z
N
N
N
O
0
HH
II
1
Guanine
N
N
C
-
-
0
N
1
1
N-
C-H
5'
3'
Sugar-phosphate backbone
Fig. 2.2 Chemical structure of the four bases, which shows hydrogen
bonds between base pairs. Three hydrogen bonds are formed between
cytosine-guanine pairs, and two bonds are formed between adenine-
thymine pairs.
DNA strands
miRNA strand
Adenine
Thymine
5'
3
5'
Guanine
Cytosine
Uracil
RNA
polymerase
RNA
nucleotide
Sense
strand
4 Antisense
strand
3'
5
Fig. 2.8 Transcription of DNA to mRNA. RNA polymerase Il proceeds
along the DNA strand in the 3' to S' direction, assembling a strand of
mRNA nucleotides that is complementary to the DNA template strand.
H
1
H
N-
C
N
O
I
H
H
Hydrogen
bond
00
Adenine
1
-
0
N
=
N-C-H

Los genes y su influencia sobre el estado de salud del Ser humano: expresión regulada

genes)
MRNA
5°
Val
Ser
Lys
Ser
Gly
Phe
Ala
Asp
Glu
Arg
Leu
3
*
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Genetics
Medical
Adenine
Anticodon
of IRNA
Site of
amino acid
attachment
Uracil
Guanine
Amino acid
Cytosine
Fig. 2.13 Translation of mRNA to amino acids. The ribosome moves along the mRNA strand in the 5' to 3' direction, assembling a growing polypeptide
chain. In this example, the mRNA sequence GUG AGC AAG GGU UCA has assembled five amino acids (Val, Ser, Lys, Gly, and Ser, respectively) into a
polypeptide.

• La célula interpreta el código y elabora los productos necesarios para su ciclo vital -> expresión regulada (no constitutiva de los

Los genes y su influencia sobre el estado de salud del Ser humano: unidades de herencia

• Genes:
• Los genes son las unidades más pequeñas de la herencia.
• Un gen es un pequeno segmento de ADN que es interpretado por la célula como un plan o patrón para la producción de una proteína específica.
• La información que proporciona el conjunto de todos ellos es el diseño o plan para estructurar el cuerpo humano y sus funciones.

Medical
Genetics
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Chromosome
DNA
Exon
Intron
Exon
Intron
Exon
Transcription
Introns
spliced
out
Primary
MANA
Exon
Exon
Exon
Mature
MRNA
Processing
Exon
Exon
Exon
Nuclear
envelope
Nuclear pore
Translation
Plasma
membrane
Protein
Fig.2.7 A summary of the steps leading from DNA to proteins. Replication and transcription occur in the cell nucleus. The mRNA is then transported to
the cytoplasm, where translation of the mRNA into amino acid sequences composing a protein occurs.

Los genes y su influencia sobre el estado de salud del Ser humano: Osteogenesis imperfecta

• Genes:
• Osteogenesis imperfecta: mutación en COL1A2

Nucleus
Hydroxylation of
selected prolines and
lysines
Synthesis of
pro-& chain
Glycosylation of
selected hydroxytysines
0
NHẸ
COOH
Triple helix formation
M
OH
Secretion
Procollagen molecule
CH
Cleavage of
procollagen
Collagen molecule
Assembly
into fibril
Collagen fibril
Fig. 2.15 The process of collagen fibril formation. After the prom
polypeptide chain is formed, a series of posttranslational modifica-
tions takes place, including hydroxylation and glycosylation. Three
polypeptide chains assemble into a triple helix, which is secreted
outside the cell Portions of each end of the procollagen molecule
are cleaved, resulting in the mature collagen molecule. These mol-
ecules then assemble into collagen fibrils.
Patient
c.281T>A(p.V94D)
TGTCCCGT CTGCCCCG
Control
c.281T(p.V94)
TGTCCC GTCTGCCCCG
B
Fig. 2.14 A, A stillborn infant with type II osteogenesis imperfecta
(the perinatal lethal form). The infant had a type I procollagen
mutation and short, slightly twisted limbs. B, Radiograph of an
infant with type II osteogenesis imperfecta. Note calluses from rib
fractures, which are observable as "beads" on the ribs (arrows).
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