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Cromosomas Humanos y Cariotipos

Laboratorio 3

Genética

JA CardéGeneticsBrooker 4eChapter 8

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 cromosomicas: cambios sustanciales

en el número o la estructura cromosomal Por lo general afectan mas de un gen Conocidas tambien como aberraciones cromosomales

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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 numero

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 centromeros 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 Distribuirlas en una laminilla Fotografiarlas Analizarlas

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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

Citogenética

Clasificación de Cromosomas para Cariotipos

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

submedialesGrupo C: cromosomas 6-12, tamaño mediano, con centromeros submediales

Grupo D: cromosomas 13-15, tamaño mediano, con centromeros acrocentricos

Grupo E: cromosomas 16-18 cortos con centromeros mediales o submediales

Grupo F: cromosomas 19-20 cortos, con centromeros mediales Grupo G: cromosomas 21-22 bien cortos con centromeros

acrocentricos. 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 util 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 genética permanece igual pero ocurre algún rearreglo Inversiones Traslocaciones

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 Inverción

Cambio en la dirección del material genetico en un cromosoma

Traslocación Un segmento de un cromosoma se une a otro

cromosoma diferente Simples

De un cromosoma a otro Reciprocas

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

Por deleción del brazo corto del cromosoma 5 Figura 8.4

Deficiencias / DelecionesLab

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Deleciones se detectan por: Citología (ie. Microscopia)

Detecta deleciones grandes

Molecular – hibridizaciones, PCR Genetica

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

Tambien puede revelarse por pseudodominancia Deleción de una copia del gen El alelo en el otro cromosoma es expresado Hipotesis: Si el perdido era dominante, entonces el

recesivo es el fenotipo

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Like deletions, the phenotypic consequences of duplications tend to be correlated to size Duplications are more likely to have phenotypic effects if

they involve a large piece of the chromosome

However, duplications tend to have less harmful effects than deletions of comparable size. Why?

In humans, relatively few well-defined syndromes are caused by small chromosomal duplications

DuplicacionesLab

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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 la mayoria de ellas no causan consecuencias fenotipicas,

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 microscopia de luz La mayoría son fenotípicamente normal Aunque algunos pocos pueden producir progenie con

anormalidades genéticas

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

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

Aumento en el numero de sets completos presentes mas alla del número euploide

Ocurre ocasionalmente en animales y frecuentemente en plantas

Aneuploidía Un numero 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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Numeros cromosomicos 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 numero de cromosomas produce progenie que sobreviven

Tabla 8.1

Aneuploidía

Tabla 8-1: Aneuploidías en humanos

Condición Frecuencia Sindrome Rasgos

Autosomales

Trisomia 13 1/15000 Patau

Trisomia 18 1/6000 Edward

Trisomia 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 Turner

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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 Inactivacion de la X : cuerpos de Barr

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

Porque esta inactivación al azar de la X?

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

Todos los cromosomas X adicionales son convertidos en Barr.

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

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Sindrome de Down es causado por un fallo en la segregacion correcta del cromosoma 21 Esta no-disyuncion ocurre mayormente durante meiosis 1

de en el ovocito

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

nacimiento, PLT se queda en profase 1 hasta ser ovulados, 12 años mas tarde

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 euploidia en la naturaleza Abejas hembras son diploides Machos (drones) son monoploides

Contienen un solo set de cromosomas

Raros vertebrados poliploides: Figura 8.20 0 Anfibios

Euploidía (número normal de cromosomas)

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

Animales diploides pueden producir tejidos que son poliploides endopoliploidía

Hepatocitos pueden se tri, tetra u octaploides

Cromosomas politenicos: en insectos, ejemplo inusual de variación

Euploidía

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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

Refer to Figure 8.22a

Algunas veces lineas poliploides de plantas presentan unas caracteristica agricolas especiales Grandes y robustos Figura 8.20a y b

Euploidía

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Obtener un set de cromosomas 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

Determine la anormalidad en el cariotipo, usando la Clave para Analisis Cromosomico, pueden ser pequeñas, sea cuidadoso y consistente

Investigue sobre su anormalidad, busque una foto real de un cariotipo con el desórden

Busque ejemplos de los 5 tipos de anormalidades cromosómicas

Procedimiento

Reporte de laboratorio Define en tus propias palabras que significa citogenética Explica brevemente la anormalidad cromosómica en

algun cariotipo analizado por usted: cual es la anormalidad el número total de cromosomas el cromosoma específico involucrado la razón para el género

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

Compare los 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 de un bebe libre de desordenes genéticos si su configuracion cromosómica aparece normal? Explica.

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

2A 47 cromosomas en el cariotiopo (3 de algun cromosoma) Trisomia 2B Un cromosoma ausente en algun par Monosomía

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

3B Alguno del par de homologos no son del mismo tamaño. aseveracion 4

4A Hay fragmentos añadidos a algun cromosoma traslocación 4B Hay fragmentos ausentes en algun cromosoma Deleción

Clave Simple para Análisis Cromosómico

Simbolos A-G grupo 1-22 numero de autosomales X;Y, sexuales /; mosaicismo en somaticas d; deleción dup; duplicación i; isocromosomas, brazos identicos inv; inversión p-q; brazos corto y largo s; satelite t; traslocacion + o -; antes de numero indica adicion o perdida de un

cromosoma; despues de un número duplicación o delección de fragmento

Formulas 46, XX, 46, XY – 46 cromosomas, 2 X hembra normal, X y Y varon

normal 45, X – 45 cromosomas, hembra, una X (Turner) 47, XXY – 47 cromosomas, hembra, dos X, una Y (Klinefelter) 47, XYY – 47 cromosomas, varon, una X, dos Y, (Sindrome XYY) 47, XY, +21 – 47 cromosomas, varon, una X y una Y, 21 adicional

(Down) 46, XX, 5p- - 46 cromosomas, hembra, dos X, deleccion p en 5

(Cri du chat)

Prácticas de Cariotipos

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

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

http://bio.rutgers.edu/~gb101/lab10_meiosis/meiosis_web/karyotype4/karyo_frame1.html

http://www.biologycorner.com/karyotype/ http://home.earthlink.net/~heinabilene/karyotypes/

karyoty.htm

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

karyotyping-for-chromosomal-abnormalities-298

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