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Cromosomas Humanos y CariotiposGeneticsBrooker 4eChapter 8

Laboratorio 3

Genética

JA Cardé, PhD

Objetivos

Al terminar este ejercicio los estudiantes podrán: Describir la estrategia utilizada para la preparación

de cariotipos. Mencionar ejemplos de formulas cariotípicas y su

interpretación. Discutir las características principales utilizadas en

la clasificación de los cromosomas humanos Montar juegos cromosómicos preparando el cariotipo

a partir de fotografías suministradas. Analizar los juegos de cromosomas y determinar si

hay algún desórden.

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INTRODUCIÓN Variación genética implica diferencias entre

miembros de una especie o entre especies diferentes. Variaciones alélicas: debido a mutaciones en

genes particulares Mutaciones cromosómicas: cambios sustanciales

en el número o la estructura cromosómica Por lo general afectan mas de un gen Conocidas también como aberraciones cromosómicas

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1. Pueden provocar daños mayores en el fenotipo del organismo.2. Pueden provocar daños mayores en el fenotipo de la progenie de algún organismo 3. Se consideran una fuerza importante en la evolución de especies.

Porque es importante el estudio de estas variaciones cromosómicas?

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Campo de estudio de la genética que involucra el examen microscópico de los cromosomas

citogeneticista – típicamente examina la composición cromosomal de una célula o un organismo particular Permite detectar individuos con estructura o número

anormal de cromosomas Provee método para distinguir entre especies.

Ver Figura 8.1a

CitogenéticaLab

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Citogeneticistas usan tres aspectos principales para identificar y clasificar los cromosomas: 1. tamaño 2. localización de los centrómeros 3. patrón de bandas

Todos estos aspectos son estudiados en un cariotipo Figure 8.1c

Como se hacen? (Ver Figura 3.2)

CitogenéticaLab

Cariotipos-Procedimiento

Procedimiento 5 ml de sangre o fluido amniótico Coagulación, Centrifugación Remover células blancas Cultivarlas en medio que las estimula a

mitosis Arrestarlas en Metafase Lisarlas y Distribuirlas en una laminilla Teñirlas Fotografiarlas Analizarlas 8

9Figure 8.1

Short arm; For the French, petite

Long arm

LabLocalización de los Centromeros

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Para identificación detallada los cromosomas son teñidos con tintes que generan un patrón de bandas característico: Ejemplo: bandas G

Se exponen los cromosomas con tinte Giemsa Algunas regiones ligan el tinte con mayor afinidad

Bandas oscuras Otras regiones ligan el tinte con menos afinidad

Bandas claras En humanos

Se ven hasta 300 G bandas en metafase Hasta 2,000 G bandas en profase (Porque?)

Citogenética

Clasificación de Cromosomas para Cariotipos

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Grupo A: cromosomas 1-3, grandes con centrómeros mediales Grupo B: cromosomas 4-5 grandes con centrómeros

submediales Grupo C: cromosomas 6-12, tamaño mediano, con

centrómeros submediales Grupo D: cromosomas 13-15, tamaño mediano, con

centrómeros acrocéntricos Grupo E: cromosomas 16-18 cortos con centrómeros mediales

o submediales Grupo F: cromosomas 19-20 cortos, con centrómeros

mediales Grupo G: cromosomas 21-22 bien cortos con centrómeros

acrocéntricos. Cromosoma X: similar al grupo C. Cromosoma Y: is similar al grupo G

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Clasificación de Cromosomas para Cariotipos

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El patrón de banda es útil en varias formas:

1. Distingue cromosomas individuales uno del otro. 2. Detecta cambois en la estructura del

cromosoma 3. Revela relaciones evolutivas entre cromosomas

de especies cercanas

Citogenética

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Dos formas principales en los que se puede alterar la estructura de los cromosomas 1. Cambiando la cantidad total de información genética

en el cromosoma Deficiencias/Deleciones (-) Duplicaciones (+)

2. El material genético permanece igual pero ocurre algún rearreglo Inversiones Translocaciones

La estructura del cromosoma puede ser alterada por mutaciones (Fig 8-2)

Lab

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Deficiencia (o deleción) Pérdida del algún segmento cromosómico

Duplicación Repetición de un segmento cromosómico al compararlo

con uno cromosoma normal parental Inversión

Cambio en la dirección del material genético en un cromosoma

Translocación Un segmento de un cromosoma se une a otro

cromosoma diferente Simples

De un cromosoma a otro Recíprocas

En ambas vías

Lab

Ver Figura 8-2

16Figure 8.2

Human chromosome 1

Human chromosome 21

LabDeletion/

- q2

- q2-q3

- q2-q3

q2-q4 del 1 al 21

q2-4 del 21 por el q1-q2 del 21

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Cuando un cromosoma se rompe y se pierde un fragmento: terminal vs intersticial

Deficiencias/Deleción

Figure 8.3

Lab

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Sus consecuencias fenotípicas dependen de: 1. El temaño de la deleción 2. El material perdido

Eran genes vitales para el organismo?

Deleciones con efectos fenotípicos son usualmente detrimentales Ejemplo, síndrome de cri-du-chat en humanos

5p-del - deleción del brazo corto del cromosoma 5

Deficiencias / DelecionesLab

Cri du chat – 5p del

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Deleciones se detectan por: Citología (ie. Microscopia)

Detecta deleciones grandes Molecular – hibridizaciones, PCR Genética

Si en una poblacion mutante no se logra producir la mutacion de regreso al tipo salvaje, indica que la mutacion se debe a algo q se perdió

También se pueden detectar por pseudodominancia Deleción de una copia del gen El alelo en el otro cromosoma es expresado Hipótesis: Si el perdido era dominante, entonces el

recesivo es el fenotipo

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Como en las deleciones las consecuencias fenotípicas de las duplicaciones tienden a correlacionar con su tamaño. Tienden a tener mas efectos fenotípicos si involucran

grandes regiones del cromosoma

Aun así, tienen a tener menos dañinas que deleciones de tamaños similares, (Porque?)

En humanos hay muy pocos síndromes causados por duplicaciones cromosómicas pequeñas.

DuplicacionesLab

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Figure 2 : A duplication of the Bar gene in fruit flies results in decreased eye sizes.(A) Flies with the wild-type Bar gene (red region) have a single copy of the gene on each chromosome, resulting in normal, large eyes. (B) A fly with a heterozygous Bar mutation has an extra copy of the gene on one chromosome, resulting in an eye size about half the size of normal eyes. (C) A fly with a homozygous Bar mutation has an extra copy of the gene on both chromosomes, resulting in an eye size about one-fourth the size of normal eyes. (D) A fly with a heterozygous double Bar mutation has three Bar genes on one chromosome, resulting in an eye size about one-eighth the size of normal eyes.© 2013 Nature Education Adapted from Pierce, Benjamin. Genetics: A Conceptual Approach, 2nd ed. All rights reserved.

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Figure 7 : Chromosomes 15 and 22: deletions and inverted duplication chromosomes.partial karyotypes are shown. For the deletions, the arrows indicate

a) the deletion of chromosome 15q11-13 associated with Prader-Willi and Angelman syndromes

b) the deletion of 22q11.21-11.23 (bottom) associated with DiGeorge and velocardiofacial syndromes. © 1996 Elsevier Modified from Spinner, N. B & Emanuel, B. S. in Principles and Practice of Medical Genetics Vol. 1 (Eds. Rimon, D. L., Conner, J. M., Pyeritz, R. E. & Emery, A. E. H.) 999-1025 (Churchill Livingstone, 1996).

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Un segmento ha sido colocado en la orientación opuesta

Inversiones

Figure 8.11

Centromere lies within inverted

region

Centromere lies outside inverted

region

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La cantidad de información genética es la misma PLT no causan consecuencias fenotípicas,

En casos raros, cuando afectan el fenotipo Efecto de punto de rompimiento

Si el rompimiento es en un gen vital Efecto de Posición

Un gen es ubicado en alguna posición que altera su expresión

Un 2% de la población humana lleva inversiones detectables con microscopía de luz La mayoría son fenotípicamente normal Aunque algunos pocos pueden producir progenie con

anormalidades genéticas

Rearreglos asociados a variantes de inversiones

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Figure 7 : Chromosomes 15 and 22: deletions and inverted duplication chromosomes. c) For the inverted duplications, partial karyotypes of two chromosome 15s show the two different sizes of inv dup (15) chromosomes. The smaller inv dup (15), on the left, is not associated with phenotypic abnormalities, whereas the larger inv dup (15), on the right, is associated with an abnormal phenotype (the central two are normal chromosome 15).

d) The inv dup (22) (right) is associated with the cat eye syndrome.

© 1996 Elsevier Modified from Spinner, N. B & Emanuel, B. S. in Principles and Practice of Medical Genetics Vol. 1 (Eds. Rimon, D. L., Conner, J. M., Pyeritz, R. E. & Emery, A. E. H.) 999-1025 (Churchill Livingstone, 1996).

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Las recíprocas resultan en un rearreglo del material genético, no en un cambio de la cantidad total PLT se conocen como traslocaciones balanceadas

Las recíprocas como las inversiones, no tienen consecuencias fenotípicas En pocos casos resultan en efectos de posición

Traslocaciones

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Figure 4 : The consequences of recurring chromosome translocations.a) In some lymphomas and leukemias, chromosome translocations lead to the juxtaposition of promoter/enhancer elements from one gene (gene A, purple) with the intact coding region of another gene (gene B, red). b) By contrast, translocations seen in CML and many of the acute leukemias result in recombination of the coding regions of two different genes. This results in a fusion protein that might have a new function. This is the case for the BCR-ABL fusion protein that is encoded by the Philadelphia chromosome.© 2001 Nature Publishing Group Rowley, J. D. Chromosome translocations: dangerous liaisons revisited. Nature Reviews Cancer 1, 247 (2001). All rights reserved. View Terms of Use

Oncogenes por Traslocaciones

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Euploide: un set cromosomal completo, específico para una especie dada

El número de cromosomas puede variar de dos maneras principales: Poliploidía

Aumento en el número de sets completos presentes mas allá del número euploide

Ocurre ocasionalmente en animales y mas frecuentemente en plantas

Aneuploidía Un número anormal de cromosomas particulares en

un set Poco común

Variaciones en el Número de Cromosomas

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El fenotipo de eucariotas es influenciado por miles de genes distintos La expresión de estos genes esta intrincadamente

coordinado para que el fenotipo sea normal

Aneuploidía por lo general causa fenotipos anormales Lleva a un desbalance en las cantidades de productos de

los genes (dosis de genes) La cantidad de un producto de un gen es proporcional al

numero de copias del gen

Aneuploidía

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Números cromosómicos alterados ocurre frecuente durante gametogénesis 5-10% de los embriones lo tienen Mas aún , ~ 50% de los abortos espontáneos se deben a

esto

En algunos casos, una anormalidad en el número de cromosomas produce progenie que sobreviven

Tabla 8.1

Aneuploidía

Tabla 8-1: Aneuploidías en humanos

Condición Frecuencia Síndrome Rasgos

Autosomales

Trisomía 13 1/15000 Patau

Trisomía 18 1/6000 Edward

Trisomía 21 1/800 Down

Sexuales

XXY 1/1000 mal Klinefelter

XYY 1/1000 mal Jacobs

XXX 1/1500 fem Triple X

XO 1/5000 fem Turner33

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Trisomías 12, 18, 21 sobreviven Involucran cromosomas relativamente pequeños Padres viejos son mas propensos a producir progenie anormal Ejemplo: Down (Trisomía 21)

Incidencia aumenta con la edad se los padres, especialmente madres

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Aneuploidía naturales involucrando cromosomas sexuales Inactivación de la X : cuerpos de Barr

Un cromosoma de cada célula es inactivado permanentemente al azar, se condensa en cuerpo de Barr.

Porque esta inactivación al azar de la X?

Aneuploidías involucrando cromosomas sexuales generalmente producen efectos menos severos que los de cromosomas autosómicos Esto se explica con los cuerpos de Barr: X inactivadas:

Todos los cromosomas X adicionales son convertidos en Barr.

Entonces porque los efectos fenotipos observados en tabla 8.1 1. Por expresión de genes en X temprano en el desarrollo 2. Desbalance en la expresión de genes pseudoautosomales

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Síndrome de Down es causado por un fallo en la segregación correcta del cromosoma 21 no-disyunción ocurre mayormente en meiosis 1: ovocito

La correlación entre la edad maternal y el síndrome de Down: La edad de los ovocitos Ovocitos primarios en humanos son producidos antes del

nacimiento, PLT estan en profase 1 hasta 12 años mas tarde: ovulación

Mientras la mujer envejece, cada ovocito primario ha estado en profase uno cada vez por mas tiempo Este aumento en el tiempo puede contribuir a que la frecuencia

de no disyunción cromosomal aumente

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Diploide en la mayoría de las especies Por lo general cambios en euploidia no son

tolerados Poliploidía es letal en animales generalmente

Algunas variaciones en euploidía en la naturaleza Abejas hembras son diploides Machos (drones) son monoploides

un solo set de cromosomas

Raros vertebrados poliploides: Peces, Anfibios

Euploidía (número normal de cromosomas)

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Algunos animales, en algunos tejidos presentan variaciones normales en su ploidía

Animales diploides pueden producir tejidos que son poliploides Endopoliploidía

Hepatocitos pueden se tri, tetra u octaploides

Cromosomas politénicos: en insectos, ejemplo inusual de variación

Euploidía

Politénicos

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En plantas es común la poliploidía; tener varios sets de cromosomas 30-35% helechos y plantas con flores son poliploides Muchas frutas y granos alimenticios son poliploides

Figura 8.22a

Algunas veces líneas poliploides de plantas presentan características agrícolas especiales Grandes y robustos Figura 8.20a y b

Euploidía

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Obtener un set de cromosomas que se le asigne, un caso por grupo (1-6) y el 7 individual

Parear cada cromosoma con su pareja homóloga enumerando cada par. Trate de ser consistente.

El número 1 es el mas grande, su pareja debe ser del mismo tamaño, con el mismo patrón de bandas y la misma localización para el centrómero

Determinar la anormalidad en el cariotipo, usando la Clave para Análisis Cromosómico, pueden ser pequeñas, sea cuidadoso y consistente

Investigue sobre su anormalidad, busque una foto real de un cariotipo y paciente con el desorden que le tocó a su grupo.

Recuerde buscar y/o ver ejemplos de los 5 tipos de anormalidades cromosómicas

Entregar día del examen

Procedimiento del Manual

Reporte de laboratorioCytogenetics Lab

Define en tus propias palabras que significa citogenética

Explica brevemente la anormalidad cromosómica en algun cariotipo analizado por su grupo usted: cual es la anormalidad el número total de cromosomas el cromosoma específico involucrado la razón para el género (formula)

De acuerdo a lo que usted sabe de meiosis, como explica la anormalidad?

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Reporte de Laboratorio… Compare los 5 desórdenes y diga cual usted

cree es el de efectos mas negativos? Y el de menos?

Porque cree que solo hay un ejemplo con monosomía?

Los cariotipos se usan como herramientas prenatales, es garantía que un bebe estará libre de desórdenes genéticos si su configuración cromosómica aparece normal? Explica.

Entregar el día del examen.43

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1A 46 cromosomas en el cariotipo Ir a aseveración 3 1B No hay 46 cromosomas en el cariotipo ir a aseveración 2

2A 47 cromosomas en el cariotiopo (3 de algún cromosoma) Trisomía

2B Un cromosoma ausente en algun par Monosomía

3A Todos los cromosomas estan pareados con su homólogo sin piezas obvias de mas ni de menos ,……………… Individuo Normal

3B Alguno del par de homólogos no son del mismo tamaño. aseveración 4

4A Hay fragmentos añadidos a algún cromosoma Traslocación 4B Hay fragmentos ausentes en algún cromosoma Deleción

Clave Simple para Análisis Cromosómico

Símbolos A-G grupo 1-22 numero de autosómicos X;Y, sexuales /; mosaicismo en somáticas d; deleción dup; duplicación i; isocromosomas, brazos idénticos inv; inversión p-q; brazos corto y largo s; satélite t; translocación + o -; antes de numero indica adición o perdida de un

cromosoma; después de un número duplicación o deleción de fragmento

Fórmulas 46, XX, 46, XY – 46 cromosomas,

2X hembra normal, X y Y varón normal

45, X – 45 cromosomas, hembra, una X (Síndrome de Turner)

47, XXY – 47 cromosomas, hembra, dos X, una Y (Síndrome de Klinefelter)

47, XYY – 47 cromosomas, varón, una X, dos Y, (Síndrome XYY)

47, XY, +21 – 47 cromosomas, varón, una X y una Y, 21 adicional (Síndrome de Down)

46, XX, 5p- - 46 cromosomas, hembra, dos X, deleción p en 5 (Síndrome de Cri-du-chat)

Prácticas de Cariotipos Online

The Biology Project: http

://www.biology.arizona.edu/human_bio/activities/karyotyping/karyotyping2.html

Learn Genetics http://learn.genetics.utah.edu/content/chromosomes/

Rutgers Diagnosis http://bio.rutgers.edu/~gb101/lab10_meiosis/meiosis_web/

karyotype4/karyo_frame1.html

The Biology Corner Avanzado http://www.biologycorner.com/karyotype/

Cytogenetics Lab - Asignado http://home.earthlink.net/~heinabilene/karyotypes/

karyoty.htm

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Referencias - Artículos http://www.nature.com/scitable/topicpage/

karyotyping-for-chromosomal-abnormalities-298

http://genomemedicine.com/content/2/2/11

http://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-deletion-and-duplication-and-the-associated-331#

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