Mutaciones cromosómicas: estructurales y numéricas en biología

MUTACIONES CROMOSÓMICAS

En capítulos anteriores se ha estudiado como el ADN muta y puede sufrir cambios. Es frecuente en las poblaciones naturales, que estos cambios a veces afecten a segmentos cromosómicos, cromosomas enteros e incluso a todo el genoma del individuo. Históricamente se han clasificado las mutaciones cromosómicas en estructurales y numéricas dependiendo si afectan a la estructura de los cromosomas o al número de ellos.

MUTACIONES CROMOSÓMICAS

• Variación en el numero de genes
• DELECIONES pérdida de genes ESTRUCTURALES afectan a la estructura de los cromosomas, forma y tamaño.
• DUPLICACIONES aumento de genes
• INVERSIONES inversión de genes
• Variación en la disposición - de los genes
• TRANSLOCACIONES intercambio de genes entre cromosomas
• Variación en el nº de juegos cromosómicos
• HAPLOIDÍA disminuye el numero de 3 juegos Cromosómicos
• POLIPLOIDÍA aumenta el numero de juegos cromosómicos NUMÉRICAS afectan al numero de cromosomas
• Variación en el número de cromosomas
• ANEUPLOIDÍA no hay un numero exacto de juegos cromosomicos básicos. Pérdidas o ganancias de uno, dos, tres o mas cromosomas.

Variaciones Cromosómicas Estructurales

Variaciones cromosómicas estructurales .- En una población donde exista un polimorfismo para variaciones cromosómicas estructurales, podemos encontrar individuos homocigóticos estructurales normales, es decir sin ninguna mutación, individuos homocigóticos estructurales para la mutación, es decir con ambos cromosomas homólogos afectados por la mutación e individuos heterocigóticos estructurales, con un cromosoma normal y el otro portador de la mutación. Los individuos heterocigóticos estructurales suelen presentar una configuración crítica en meiosis y producir gametos inviables.

Tipos de Variaciones Estructurales

Deleciones Duplicaciones Inversiones Translocaciones

Variaciones Cromosómicas Numéricas

Variaciones cromosómicas numéricas .- Los individuos con una variación cromosómica numérica tienen uno o varios cromosomas de mas o de menos del complemento cromosómico normal. Su meiosis también presenta configuraciones críticas. Los vegetales suelen soportar mejor las variacionesnuméricas mientras que la mayoría de los animales presentan problemas de viabilidad o fertilidad cuando las portan.

Tipos de Variaciones Numéricas

Poliploidía Haploidía Aneuploidía T Inicio

Deleciones

Un individuo es portador de una deleción cuando le falta un segmento cromosómico, si este segmento es un extremo del cromosoma, la alteración se denomina deficiencia. Si la deleción es muy grande es visible al microscopio óptico ya que el cromosoma presenta menor tamaño del normal.

La deleción en homocigosis suele ser letal para el individuo portador, si se presenta en heterocigosis, el efecto será más o menos deletéreo dependiendo de la importancia de los genes presentes en el segmento perdido. En individuos con determinación sexual XX-XY o XX-X0, las deleciones del cromosoma X son letales en los machos; En las hembras dependiendo del sistema de compensación de dosis génica, puede producir algunos efectos fenotípicos en el individuo heterocigótico. En la especie humana, en nacidos vivos, la deleción más frecuente y estudiada, es la conocida como síndrome de "Grito de gato", consiste en una deficiencia del brazo corto del cromosoma 5, que produce un retraso mental y finalmente la muerte del individuo.

En meiosis la configuración crítica para detectar una deleción es ver un bivalente heteromorfo, o bien observar una falta de apareamiento (bucle o lazo en el cromosoma no delecionado) en un segmento intersticial.

Dada la letalidad y el desequilibrio orgánico y cromosómico que producen las deleciones, la selección natural tiende a eliminarlas y por ello la importancia evolutiva de las deleciones es prácticamente nula.

DELECIONES: Pérdida de Segmento Cromosómico

Pérdida de un segmento cromosómico que contiene varios genes. ORDENACIÓN NORMAL: ABCD.EFGHIJK DEFICIENCIA: ABCD.EFGH Perdida del final de un brazo. DELECIÓN: ABCD.EFJK Perdida de un segmento intersticial.

• Las deleciones no retromutan.
• Pérdida de heterocigosidad con cambio de Fenotipo. A a a Fenotipo A Fenotipo a
• Ausencia de recombinación para los loci perdidos en la deleción.
• Si afecta a la linea germinal de un homocigoto AA, pueden aparecer descendientes de Fenotipo a. A a X A A a A 1 a Fenotipo A Fenotipo a
• En celulas somáticas en metafase si es lo suficientemente grande. Sindrome de Grito de gato: deleción brazo corto del 5.
• En paquitena meiótica se observaria un bucle en los heterocigotos estructurales. D E Bucle A F G b 4
• Cromosomas politénicos (interfasicos) en D. melanogaster. Deleción Notch (X). HETEROCIGOTO ESTRUCTURAL PARA UNA DELECIÓN EN D. melanogaster Cromosomas Politenicos (interfásicos)

DELECIÓN Notch EN D. melanogaster

La deleción Notch de Drosophila melanogaster consiste en la pérdida de la banda 3C7 del cromosoma X. Dicha deleción no es viable en una sola dosis (hemicigosis), por tanto, los machos (XY) con dicha deleción no son viables. Tampoco son viables las hembras (XX) que tienen la deleción en homocigosis. Solamente son viables las hembras (XX) heterocigóticas estructructurales que muestran unas escotaduras en el borde del ala (Fenotipo Notch).

Mapa Ligamiento y Regiones del Cromosoma X

Mapa Ligamiento (unidades de mapa) 0.8 1.5 1.7 3.0 w rst fa 45 5.5 Regiones del cromosoma politénico X 258-11 258-14 N-8 MP 264-38 264-36 264-30 264-31 Extensión de 13 deleciones 264-3 264-3 264-3 264-36 164-2 264-19

RELACIÓN DE LA DELECIÓN Notch y la mutación white

N4 W 9 X x x-+ × + Notch N4 W X . X 1/ X 1/4 w + Ojos Rojos Ojos Rojos Inviables La observación de hembras Notch de ojos blancos indica que la deleción Notch N4 incluye el gen del alelo de color rojo normal.

GRITO DE GATO: Deficiencia del Brazo Corto del Cromosoma 5

DEFICIENCIA DEL EXTREMO DEL BRAZO CORTO DE UNO DE LOS DOS CROMOSOMAS 5 HUMANOS : del (5p) Muestran un llanto característico al nacer que desaparece después de los dos años. Retraso mental medio, microcefalia (cabeza pequeña), rasgos faciales característicos aunque no diferenciales. Algunos pueden sobrevivir hasta la edad adulta, pero no es frecuente. Cri du chat syndrome 15.3 P 1 14 1 14 13 . F 14 -21- 22 2 2 Normal 5 Deleted 5

PAPEL EVOLUTIVO DE LAS DELECIONES

Las deleciones o pérdidas de material genético suelen ser deletéreas en las especies diploides y, por tanto, son poco importantes en la evolución. La pérdida de segmentos con escaso contenido en genes se soporta mejor. Las deleciones se soportan mejor en especies poliploides (con varios juegos cromosómicos). X 1/4 O+3 + NA · X Ojos Blancos dm ec L. pn Bucle IDENTIFICACIÓN GENÉTICA DE UNA DELECIÓN IDENTIFICACIÓN CITOLÓGICA DE UNA DELECIONT Inicio

Duplicaciones

Las duplicaciones surgen cuando un segmento cromosómico se replica más de una vez por error en la duplicación del ADN, como producto de una reorganización cromosómica de tipo estructural (ver más adelante inversiones y translocaciones), o relacionado con un proceso de sobrecruzamiento defectuoso. Las duplicaciones no suelen ser deletéreas, mas bien diríamos que es una fuente de nuevo material genético y base para nuevos cambios evolutivos. Muchas de las familias génicas con un origen evolutivo común, o las familias multigénicas pueden tener su origen en las duplicaciones. Si el segmento afectado es de gran tamaño, se puede detectar en meiosis con los mismos criterios que en las deleciones (bivalente heteromorfo o zona intersticial desapareada en el cromosoma con la duplicación).

DUPLICACIONES: Segmento Cromosómico Repetido

Un segmento cromosómico que contiene varios genes se repite y, por tanto, los genes que contiene aparecen dos veces. TÁNDEM DIRECTO: ABCD.EFGHIJK -> ABCD.ESGHIGHIJK TANDEM INVERSO: ABCD.EFGHIJK -+ ABCD.EFGHIIGHJK DESPLAZADA DIRECTA: ABCD.EFGHIJK -+ ABCD.EFGHIJFGK DESPLAZADA INVERSA: ABCD.EFGHIJK -> ABCD.EFGHIJGEK

DUPLICACIÓN Bar EN D. melanogaster

Repetición del segmento 16A del cromosoma X: produce una reducción en el nº de facetas del ojo compuesto. Tiene una herencia de tipo dominante. Sobrecruzamiento desigual B 16A 16A C X D x 16A 16A E 16A x 15 16 A 16A 16A 16A X Homocigota Bar C Normal Doble- Bar

REDUCCIÓN DEL Nº DE FACETAS EN Drosophila melanogaster

REDUCCIÓN DEL Nº DE FACETAS A MEDIDA QUE AUMENTAN LAS DOSIS DE SEGMENTO 16A EN HEMBRAS DE Drosophila mleanogaster. 16A 16A 16A X 16A 16A 16A 16A 16A x- X X 16A 16A 16A 16A 16A 16A 16A Normal Heterocigota Homocigota Heterocigota Doble- Bar Homocigota Doble- Bar 779 358 68 45 25 Numero de Facetas del ojo

EFECTO DE POSICIÓN DE TIPO ESTABLE

Ambas hembras poseen igual cantidad de segmentos 16A (4 en total), sin embargo, cuanto mayor es el numero de segmentos 16A situados en el mismo cromosoma, mayor es la disminución en el número de facetas. Homocigoto Bar ? Heterocigoto Doble-Bar/normal ? Efecto de posición Número medio de facetas = 68 Número medio de facetas = 45

PAPEL EVOLUTIVO DE LAS DUPLICACIONES

La mutación en un gen suele tener un efecto deletéreo ya que el nuevo alelo puede dejar de realizar su anterior función, sin embargo. si previamente se ha duplicado el gen, el efecto de la mutación no rompería el equilibrio funcional. La importancia evolutiva de la duplicación se basa en que dos genes que actualmente realizan funciones diferentes pueden proceder de un gen ancestral común por duplicación y posterior divergencia evolutiva. Muchos de los genes que existen actualmente se han producido por este sistema. Los genes que codifican las cadenas polipeptidicas de las hemoglobinas humanas son un ejemplo típico de evolución por duplicación. Las Familias Multigénicas también son un ejemplo típico de la importancia de las duplicaciones en la evolución.

EJEMPLOS DE SOBRECRUZAMIENTO DESIGUAL

FAMILIA MULTIGÉNICA DE GLOBINAS HUMANAS: agrupación p Ay & B X Ay B 4 Gy Ay B Anti-Lepore Lepore Gy Ay 8 B Y Ay 8 B Ay 8 BAY 8 B AB Anti-Kenya Kenya

EJEMPLOS DE DUPLICACIONES

• Duplicación Bar en D. melanogaster
• Genes para las cadenas polipeptidicas de las hemoglobinas
• Hemoglobinas Lepore y Anti-Lepore
• Hemoglobinas Kenya y Anti-Kenya
• Genes para las haptoglobinas humanas
• Genes para tripsina y quimotripsina humanas
• Genes para el ARN-ribosómico repetidos en tándem en la región del organizador nucleolar (NOR)
• Genes para ARN-5S
• Genes para ARN-transferente
• Genes para los anticuerpos humanos
• Genes para las Histonas X. x X 16A 16A 16A x x X 16A Bar Bar Normal (Bar- revertido) F