Cromosomas: estructura, anomalías y recombinación cromosómica

VI. Cromosomas

-O Máster en Biología Molecular C CENTRO EUROPEO DE MÁSTERES Y POSGRADOS- Índice

1. Estructura de los cromosomas 4
2. Alteraciones de los cromosomas 6

Anomalías numéricas

6

Anomalías cromosómicas estructurales

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1. Cromosomas humanos 8

Nomenclatura citogenética

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1. Entrecruzamiento, ligamiento y recombinación cromosómica 9Tecnologías de análisis y manipulación de ácidos nucleicos

Objetivos del estudio de cromosomas

Conocer la estructura de los cromosomas. Entender las alteraciones de los cromosomas. Comprender los procesos de recombinación y ligamiento.

Ideas clave sobre cromosomas

• Los cromosomas son estructuras de cromatina condensada que se forman cuando la célula va a dividirse.
• Los cromosomas están compuestos por ADN, histonas y otras proteínas no histónicas. Existen dos tipos de anomalías cromosómicas: las numéricas y las estructurales.
• El entrecruzamiento cromosómico es el proceso por el cual las cromátidas de cromosomas homólogos se aparean e intercambian secciones de su ADN durante la meiosis.

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1. Estructura de los cromosomas

Los cromosomas son estructuras de cromatina condensada que se forman cuando la célula va a dividirse. Están compuestos por ADN, histonas y otras proteínas no histónicas como las HMG (Hight Movility Group).

Los cromosomas constan de dos partes idénticas llamadas cromatidas, que se unen en un punto denominado centrómero (2). El centrómero divide a las cromátidas en dos partes que se denominan brazos. El brazo más corto se llama p (3) y el largo q (4). Al extremo de cada uno de los brazos se le denomina telómero (1).

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Los centrómeros están formados por heterocromatina constitutiva y son pobres en genes. Los cromosomas se clasifican según la posición del centromero y por la longitud relativa de sus brazos en:

• Metacéntricos: los dos brazos son aproximadamente iguales y el centrómero está en el centro.
• Submetacéntricos: el centromero está ligeramente desplazado hacia un lado dando dos brazos algo desiguales.
• Telocéntricos: el centrómero está más cerca de un extremo, dando dos brazos muy desiguales. Acrocéntricos: el centromero está en un extremo, por lo que en realidad sólo existe un brazo.

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Telómeros y su función

Por otro lado, los telómeros son los extremos de los cromosomas. Son regiones de ADN no codificante, altamente repetitivas, cuya función principal es la estabilidad estructural de los cromosomas en las células eucariotas, la división celular y el tiempo de vida de las estirpes celulares. Los telómeros se van acortando a medida que aumentan las divisiones celulares. La enzima telomerasa es la polimerasa encargada del alargamiento de los telómeros. Está formada por una parte proteica y un ARN.

Número de cromosomas en seres vivos

Todos los seres vivos tienen un número fijo de cromosomas, que pueden estar organizados en una o varias series de cromosomas homólogos. En el caso de que solo tengan una serie de cromosomas se denominan haploides; si tienen dos series de cromosomas homólogos, diploides, y si tienen varias, poliploides.

El número de cromosomas de una especie no tiene que ver con el tamaño de la especie ni con otra característica conocida. Por ejemplo, el perro tiene 78 cromosomas, el gato 38, la ballena azul 44 y el cangrejo ermitaño 254. La especie con menor número de cromosomas son los machos de la hormiga Myrmecia pilosula, que solo tienen un cromosoma, mientras que las hembras tienen dos. Por el contrario, la especie con mayor número de cromosomas: es un ser vivo unicelular, un protozoo marino del grupo de los radiolarios, llamado Aulacantha scolymantha, que contiene en su núcleo 1600 cromosomas diferentes.

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2. Alteraciones de los cromosomas

Existen dos tipos de anomalías cromosomicas: las numéricas y las estructurales. Las anomalías numéricas o aneuploidías, como indica su nombre, consisten en una alteración en el número de cromosomas del individuo. En las anomalías estructurales, está modificada la estructura del cromosoma. Tanto las aneuploidías como las anomalías cromosómicas estructurales son habituales en las células cancerosas.

2.1 Anomalías numéricas

Las aneuploidías consisten en un cambio en el número de cromosomas. Se clasifican en:

• Nulisomías: falta una pareja de cromosomas homólogos. Se representa como 2n-2.
• Monosomías: consisten en la pérdida de un cromosoma. Se representa como 2n-1. Por ejemplo, en los seres humanos, la monosomía X0 provoca el síndrome de Turner.
• Trisomías: consisten en la ganancia de un cromosoma, por lo que existen tres cromosomas homólogos. Se representan por 2n+1. Las trisomías más conocidas son la trisomías 13 (síndrome de Patau), 18 (síndrome de Edwards), 21 (síndrome de Down) o del síndrome de Klinefelter (XXY).
• Tetrasomías: se caracterizan por la ganancia de dos cromosomas homólogos. Se representan como 2n+2. Son muy poco habituales.

2.2 Anomalías cromosómicas estructurales

En los cromosomas se pueden producir diversos tipos de alteraciones estructurales como son:

• Translocación: consiste en el intercambio de material genético entre cromosomas no homólogos. Se clasifican en: translocaciones recíprocas y robertsonianas. En las translocaciones recíprocas, en dos cromosomas no homólogos se produce una rotura e intercambian material genético. Puede darse entre más de dos cromosomas, pero no es lo habitual. Las translocaciones robertsonianas se producen entre dos cromosomas acrocéntricos, que se unen por el centrómero, dando lugar a un único cromosoma. Se pierden los brazos cortos, que habitualmente contienen genes para RNAr, también codificados en otras partes del genoma. Suele producirse entre los cromosomas 13 y 14. Dan lugar a un individuo con 45 cromosomas, fenotípicamente normal. Sus descendientes suelen tener monosomía o trisomía.
• Duplicación: es la ganancia de un segmento cromosómico. Puede ser intersticial o terminal.

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• Inversión: ocurre cuando en un mismo cromosoma hay dos roturas y los segmentos se vuelven a unir de manera invertida. Pueden ser inversiones paracéntricas o pericén- tricas. Las inversiones pericéntricas se producen alrededor del centrómero, porque una rotura ocurre en el brazo corto y otra en el brazo largo. Este tipo de inversión modifica la longitud de los brazos del cromosoma. Las inversiones paracéntricas se producen a un lado del centrómero porque las dos roturas tienen lugar en el brazo corto o en el brazo largo. No modifican la longitud de los brazos del cromosoma. La inversión más frecuente es la inversión pericéntrica del cromosoma 9, que no tiene repercusión clínica.
• Inserción: un segmento cromosómico se inserta en otro cromosoma no homólogo en su posición habitual o en su posición invertida.
• Deleción: es la pérdida de un segmento cromosómico, de manera que el individuo es hemicigótico para la información genética de ese segmento. Puede ser intersticial o terminal.

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3. Cromosomas humanos

Hasta los años 50 se creía que los humanos teníamos 48 cromosomas y que el sexo dependía del número de cromosomas X, como ocurre en Drosophila. En 1956, Tjio y Levan determinaron el número exacto de cromosomas de la especie humana.

Los seres humanos somos individuos diploides (2n). Todas las células somáticas tienen 46 cromosomas, organizados en 23 pares de cromosomas homólogos. De ellos, el par 23 es el formado por los cromosomas sexuales (X e Y): las mujeres presentan dos cromosomas X y los hombres un cromosoma X y otro Y. A los restantes cromosomas se les denomina autosomas.

3.1 Nomenclatura citogenética

Los cromosomas humanos están numerados del 1 al 22, más los cromosomas sexuales (XX o XY). Además, tanto el brazo corto como el largo de cada cromosoma están, a su vez, divididos en regiones, que se numeran, en función del número de bandas de cada cromosoma, desde el centrómero hasta el telómero. Esto permite utilizar una nomenclatura común, consensuada y publicada en el ISCN (International System for Human Cytogenetic Nomenclature), que permite localizar los genes en los cromosomas y describir las alteraciones de los cromosomas.

Para la descripción de un cariotipo (conjunto de cromosomas de un individuo) se expresa el número de cromosomas, seguido de la fórmula sexual (XX o XY) y, a continuación, se describen las alteraciones. Las alteraciones cromosómicas numéricas se describen añadiendo el signo "+" o "-", seguido del número de cromosoma afectado. Para las alteraciones cromosómicas estructurales, se añade una abreviatura que identifica el tipo de alteración, el número del cromosoma, el brazo afectado y el punto de rotura.

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4. Entrecruzamiento, ligamiento y recombinación cromosómica

El entrecruzamiento cromosómico es el proceso por el cual las cromátidas de cromosomas homólogos se aparean e intercambian secciones de su ADN durante la meiosis. Como resultado de este proceso tiene lugar un intercambio de genes, llamado recombinación genética.

Cuando dos genes se encuentran uno junto a otro en el mismo cromosoma, no segregan independientemente durante la meiosis. A este fenómeno, T.H. Morgan lo denominó ligamiento. Es decir, son genes que se heredan conjuntamente. Cuanto más cerca estén los genes, mayor probabilidad hay que no haya recombinación.

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