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RECOMBINACIÓN DEL ADN
MANTENIMIENTO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
Es esencial mantener la información hereditaria para la
vida de cualquier organismo.
Hay dos mecanismos básicos para que esto sea posible:
- MITOSIS: A través de una célula diploide somática
se obtiene dos células que tiene exactamente la
misma información que la original.
- MEIOSIS: Hay una reducción de ese material
hereditario. Los gametos llevan un solo juego
cromosómico (tienen 23 cromosomas en vez de 46),
y en la fecundación se unen estos juegos
cromosómicos volviéndose una célula diploide.
En estos procesos pueden existir errores (errores en la
replicación del ADN):
- Dan origen a enfermedades hereditarias. A nivel de
la meiosis los errores se mantienen y pasan de una
generación a otra.
- Causa de tumores. Errores en la mitosis.
- También puede suceder que no existe o funciona mal la maquinaria que reconoce los
errores durante la replicación. Esto genera patologías.
La replicación ocurre en la fase S del ciclo celular.
IMPORTANCIA DE LA VARIABILIDAD GÉNICA
- La estabilidad génica es crucial para la supervivencia de ese individuo a corto plazo. (ya
que vimos las consecuencias de los errores).
- A largo plazo, la supervivencia en general de la especie depende de una variación
génica. Porque esto le permite a los individuos (a sus células y organismos) adaptarse a
las variaciones del ambiente.
- La propiedad del ADN de experimentar reordenamientos determina que se formen
nuevas combinaciones alélicas que son la base de la variabilidad génica.
GENERACIÓN DE LA VARIABILIDAD HEREDITARIA
- Se da a nivel de la meiosis.
Por un lado (una forma de ver la variabilidad)
Implica la segregación independiente los cromosomas paternos y maternos.
Por otro lado, podemos ver que la recombinación aumenta la variabilidad generando la
diversidad.
SEGREGACIÓN AL AZAR
La variabilidad que se genera a partir de la meiosis viene de la segregación al azar de los
cromosomas.
La reducción del genoma del individuo se da durante la meiosis 1
Según cómo estén dispuestas esas tétradas en la placa acuatorial es que tendremos las
distintas combinaciones posibles:
Pueden ser azules por un lado y rojos por el otro. O combinados entre ellos. (Imagen)
En la meiosis 1 se da la reducción
cromosómica y se separan al azar los
cromosomas homólogos.
El apareamiento de los cromosomas
homólogos en la primera división
meiótica asegura la segregación al
azar de los cromosomas homólogos.
CONSECUENCIAS GENÉTICAS DE LA SEGREGACIÓN INDEPENDIENTE
- Una mujer aporta un juego cromosómico.
- El hombre aporta el otro juego cromosómico.
- El individuo que se obtiene de estos en la producción de sus gametos puede generar
gametos que son combinaciones de los cromosomas de origen paterno o materno.
¿Qué tan diferente puede ser? 2
23 (por los todos los pares de cromosomas)
RECOMBINACIÓN
La variabilidad no sólo depende de la segregación al azar de los cromosomas, depende
también de la recombinación.
La recombinación implica la ruptura física y luego la unión de las hebras de ADN de distinto
origen, de forma tal que se generen nuevas hebras de ADN mezcladas.
Esto depende de una alta homología de las secuencias.
Me permite que se reordenen a lo largo de ese cromosoma, los genes con diferentes
alelos.
Esto me aumenta mucho más la variabilidad
Las consecuencias de esta recombinación es lo que vemos en la progenie.
Si tenemos 3 genes (2 en un mismo cromosoma y otro en un cromosoma diferente)
Gametos resultantes de una
meiosis en ese individuo.
Si la segunda ley de Mendel se está
cumpliendo lo podemos ver
solamente entre los genes ubicados
en
este cromosoma con respecto al
otro cromosoma
. (primer círculo)
Vemos que si se cumple la segunda ley, los gametos
posibles todos tienen la misma probabilidad.
Cuando nos fijamos en genes que están en el
mismo cromosoma existe el fenómeno de ligamiento
(esos dos genes se encuentran en el mismo
cromosoma) debido a que existen combinaciones de
alelos de esos genes que están representados mas que
con respecto a otros.
- AB y ab representan las recombinaciones
alélicas (los aplotipos) sin recombinar. Porque
la suma de estas probabilidades nos daría más
del 50% o 50%.
- Ab y aB representan los aplotipos donde existió
recombinación. La suma de las probabilidades
de que se dan representan menos del 50%.
Esto es lo que en principio se logró identificar mirando los fenotipos.
La recombinación aumenta el número de combinaciones entre alelos paternos y
maternos. Generamos cromosomas que son un mosaico de los paternos (los dos círculos
del medio de la imagen).
Permite ir eliminando esos alelos que son deletéreos tras diversas generaciones
(eliminando o recuperando otros alelos).
Este mecanismo de recombinación es uno de los mecanismos que tiene la célula para
reparar el ADN.
RECOMBINACIÓN CLASIFICACIÓN
1) HOMÓLOGA: Requiere grandes regiones de homología (ej: recombinación
meiótica). (la única que vamos a dar).
2) SITIO ESPECÍFICA: Se da entre regiones específicas de moléculas de ADN. Requiere
regiones pequeñas de homología (ej: reorganizaciones del ADN –genes de las
inmunoglobulinas, inserción viral).
3) TRANSPOSICIÓN: Implica el movimiento de secuencias a través del genoma y no
requiere secuencias homólogas. (tranposones y retrotransposones).
RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA
Sucede durante la meiosis 1, en particular en la profase.
Par de cromosomas homólogos
Las cromátidas hermanas son una copia exacta entre
ellas. Son idénticas en secuencia, porque son el
resultado de la replicación del ADN. (las dos azules y las
dos celestes).
Durante la meiosis (en particular en la profase) se da la
conformación de las tétradas (par de homólogos
íntimamente unidos).
En el paquiteno (etapa de la profase) en particular es
donde se da la recombinación
Vemos un intercambio entre
cromatidas de cromosomas
homólogos.
La recombinación no se entendia
bien cómo sucedía a nivel
molecular, hasta el modelo de
Robin Holliday.
MODELOS DE ROBIN HOLLIDAY (1964)
Concepto: Implica la ruptura física y posterior unión de hebras de ADN de forma tal que
intercambian el contenido de ADN resultando en dos “nuevas” hebras.
Hay una ruptura física de una de las hebras y ese pedazo que se corta migra a la otra cromatida
y se entrecruzan entre
ellas. (a y b)
Esto genera una unión
de Holliday. (c)
Esta unión se empieza a
mover y vemos que hay
una introducción de una
hebra en una cromatida
y de la otra hebra en la
otra.
Forma un
HETERODUPLEX.
HETERODUPLEX
Tiene una forma de resolverse.
Vemos el intermediario de holliday
donde vemos esta estructura
cruciforme. (e)
En la región donde están unidas lo que
puede llegar a suceder es la
conformación de la ESTRUCTURA CHI.
Hay un giro de 180º y entonces se
forma esta estructura cruciforme.
RESOLUCIÓN DEL INTERMEDIARIO HOLLIDAY
Esa estructura luego se tiene que resolver y eso es
cuando vemos esas diacinesis de la profase y cuando
después están en metafase y anafase como se van a
resolver esos dos cromosomas, la unión de esos dos
cromosomas.
(El rojo es una cromatida y el azul es otra cromatida)
Tenemos el plano horizonal y el vertical, dependiendo
de cómo se corte vamos a determinar si hay o no
recombinación.
Si se corta en el plano HORIZONTAL las cromatidas se
resuelven manteniendo el heteroduplex pero
mantienen las cromatidas originales, NO RECOMBINA.
En el plano VERTICAL se forma el heteroduplex y
además HAY RECOMBINACIÓN, hay intercambio de
esas cromatidas.
Lo detectamos por los alelos de los genes.
ENZIMOLOGÍA DE LA RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA
Este mecanismo a nivel molecular, sigue en estudio.
Hay algunos modelos, podemos ir a modelos como
son las bacterias.
La enzimología detrás de la combinación homóloga en bacterias es bastante
simple con respecto a eucariotas. Muchas de las enzimas y proteínas que
describimos en bacterias luego podemos encontrar homólogos en
eucariotas.
- Rec BCD: Complejo que incluye 3 proteínas RecB, RecC y RecD y unas
nucleasas que conforman un complejo que tienen una actividad helicasa
(va desenrollando el ADN), cuando encuentra una secuencia “chi”
(GCTGGTGG) la corta, corta una de las hebras dejando una hebra simple,
libre y eso es sustrato para ser reconocido por otra proteína, RecA.
- RecA: Se une al ADN de simple hebra junto con otras
proteínas que reconocen la simple hebra.
Promueve la invasion de las secuencias de la otra
cromatida reconociendo las regiones de homología.
Forma esta estructura de triple hebra.
Y luego promueve esa invasión y la reunión de esta hebra
con la de la otra cromatida.
Como teóricamente funcionaría:
Esto también depende de las
concentraciones de algunos iones
dentro y de la disponibilidad de
moléculas energéticas para que este
proceso se dé correctamente.
Las doble hebra entrando Heteroduplex de dos hebras
Muestra como entran las doble hebra, se despiralisa y se forma el heteroduplex de dos hebras.
Esa estructura representa la otra imagen a la derecha arriba.
Cuando se encuentra en esa situación que ingreso la
hebra formando ese heteroduplex, ingresa este
complejo enzimático:
- Ruv AB: Compuesto por una helicasa y lo que hace
es promover la migración de las ramas generando
esa estructura heteroduplex.
En esta situación es que tenemos esa conformación
cruciforme.
En este momento actúa:
- Ruv C (resolvasa): Es un complejo enzimático que dependiendo de donde se ubique cortará
en un plano u otro.
Es una endonucleasa, promueve la rotura, y a
su vez la unión de esas moléculas de ADN.
Dependiendo de cómo la Ruv C corte
tendremos recombinación o no.
En el caso que exista la recombinación
obtenemos cromatidas que son la unión de dos
cromatidas diferentes, de cromosomas
homólogos y nos muestra diferentes alelos.
Cuando se ve (C y C`) esto significa que tenemos un nucleótido y el complementario en la otra
hebra.
El problema es la región de heretoduplex (d`y D por ejemplo). Este va a ser resuelto luego a
través de los mecanismos durante la replicación del ADN. En la secuencia d` o D una base
nucleotídica va a ser eliminada y sustituída por la complementaria.
¿Cual se elige como molde? Se supone que depende del azar.
OTRO MODELO DE RECOMBINACIÓN
HOMÓLOGA
En eucariotas es cada vez mas claro
que no se rompe o se corta una hebra
de ADN (como muestra Holliday) sino
que hay un doble corte de esa hebra,
generando fragmentos en los cuales
una hebra queda libre como para
introgresar
(introgresión:
incorporación de genes a una especie,
movimiento de genes)
en la cromatida
homóloga.
Esto es un mecanismo que se cree que
es lo que está sucediendo.
En bacterias se reconoce el sitio “chi”,
en eucariotas se encuentra una
proteína muy parecida que reconoce
otro sitio (como si fuera el sitio chi,
solo que no lo es) y promueve en ese
lugar el corte de la doble hebra.
ENZIMAS EN LA RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA
Si comparamos entre todos los complejos proteicos que intervienen en la recombinación en
diferentes organismos, en eucariotas, en particular en mamiferos, hay un gran numero de
genes involucrados.
Aparecen algunos (algo del cancer de mama) como Braca 1, Braca 2 (proteinas involucradas
en la recombinacion y en los fenómenos de reparación del ADN).
Aparecen tumores practicamente.
REPARACIÓN DE ROTURA DE ADN DOBLE HEBRA POR RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA
El sistema de reparación de ruptura de cadena en las dos hebras, funciona por recombinación
homóloga. Mucha parte de este sistema está repetido en la reparación del ADN.
(Se ve mas en biofisica)
Se rompe el ADN.
Complejo que reconoce las hebras
simples.
Van a promover encontrar la cromatida
homóloga y por complementaridad
introgresar para generar ese complejo
trihíbrido y repararse.
Va a actuar la ADN polimerasa, va a actuar la
ligasa.
Luego a través de una resolvasa se resuelve
la unión de holliday (el modelo) y generar
una copia de esa región que sustituye
aquella que se rompió.
RECOMBINACIÓN SITIO ESPECÍFICA
- Sucede con los genes de las inmunoglobulinas. Es casi el único caso dentro las
eucariotas donde se ve recombinación pero no sucede dentro de la meiosis.
Estos genes tienen estructura particular. De lo que
va a terminar siendo el gen final que va a dar lugar a
esta proteína (inmunoglobulina de cadena pesada),
vemos que hay muchas regiones repetidas.
En la línea celular que dan lugar a las
inmunoglobulinas en el genoma de esas células se
encuentran rearreglos de esta región. Se van
perdiendo segmentos para terminar dando lugar a
la estructura de un gen que va a ser el que se
transcriba y luego se traduzca en esas
inmunoglobulinas.
Esto es para generar una gran variabilidad de estas
regiones que son las que van a reconocer los
antígenos.
LA RECOMBINACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA
El ADN recombinante no implica la recombinación como el mecanismo que vimos
hasta ahora. Es introducir un segmento.
En los animales transgénicos si se usa la recombinación para lograr la inactivación
génica.
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