Apuntes de Biología Electivo.
Como
hemos visto hasta aquí, durante las divisiones celulares que se dan
después de la fertilización, las células toman diferentes formas,
tamaños, funciones y potenciales, así como relaciones espaciales unas
respecto a otras. Todos estos eventos se dan según factores definidos de
tiempo. En algunas especies como el ratón las células que se forman en
las primeras divisiones poseen todas el mismo potencial. A medida que la
división celular avanza, las células diferentes se orientan hacia la
formación de solo un número limitado de tipos celulares adultos, por eso
se dice son "determinadas". Las células determinadas están destinadas a
diferenciarse en una forma específica y sus células hijas heredan este
programa. La determinación viene seguida de una diferenciación,
adquisición de diferentes fenotipos, ya sea a nivel morfológico o de
propiedades bioquímicas. Al final es posible diferenciar más de 200
tipos celulares en diferentes en vertebrados. Hay evidencias como para
indicar que existe un mecanismo de expresión génica diferencial, tanto
en el tiempo como en el espacio, que determina el desarrollo y
diferenciación, una de las metas al aproximarnos a este hecho a nivel
molecular y de comprender la determinación y diferenciación es como de
correlacionar los cambios espaciales y temporales con la expresión
génica diferencial.
¿A que se refiere cuando habla de células totipotenciales?
¿Como se realiza la adquisición de diferentes fenotipos?
El funcionamiento de genes homeóticos particulares actúa en segmentos específicos al menos en parte de la transcripción específica. Los productos de estos genes son proteínas que poseen afinidad por determinadas secuencias de ADN y específicas en la regulación de otros genes. En conjunto estos experimentos demuestran que, así como la especificidad bioquímica el desarrollo morfológico esta controlado por un mecanismo de expresión génica diferencial.
¿qué es la proteína pb, cuál es su función?
La expresión de estos genes, especifican la identidad de los segmentos que darán lugar a la cabeza, tórax y abdomen, se da luego de la expresión del cigoto, pero antes de la diferenciación de cada célula en su segmento correspondiente . Desde que estas secuencias fueron descubiertas, han sido observadas en varios otros genes de Drosophila, en especial en aquellos genes que orientan a la células han de seguir determinadas en estadios tempranos del embrión, estos genes parecen codificar factores reguladores de la transcripción que influyen en la expresión de otros grupos de genes "homeobox" así como de otras proteínas estructurales no reguladoras. De este modo el embrión se divide en un primer momento, gracias a la expresión de genes homeobox, en dos porciones : anterior y posterior , cada una con diferente potencial de desarrollo.
Evolución de los genes con homeobox
Los genes con homeobox se encuentran alineados en complejos o "clusters" dentro de un mismo cromosoma. El "cluster" es el producto de la duplicación en tandem de un gen primordial, en un proceso denominado recombinación o crossing-over desigual. En Drosophila se encuentra presente el cluster primordial, el que se ha dividido en dos, los "clusters" o complejos Antennapedia y Bithorax.
Este complejo se ha cuadruplicado, debido a la duplicación de determinadas regiones del cromosoma, lo que ha transformado los dos complejos de Drosophila en cuatro grupos de este tipo de genes en mamíferos. En ratón y humanos encontramos el mismo número de genes, dispuestos en el mismo orden (Fig. 2) en cuatro complejos diferentes. La alineación vertical de estos cuatro grupos permite definir los genes parálogos. Estos genes ocupan la misma posición en cada complejo, han evolucionado del mismo gen primordial, tienen una secuencia similar y a menudo presentan un patrón de expresión similar durante el desarrollo, es decir durante el desarrollo del embrión se expresan en las mismas regiones y en los mismos momentos.
"GENES PARALOGOS Son homólogias dentro de una misma especie, esto ocurre después del tándem de duplicación. En otras palabras, si un gen de un organismo se duplica para ocupar dos posiciones diferentes en el mismo genoma, entonces las dos copias son parálogas. "
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Figura: La ilustración muestra los dos complejos de Drosophila, que
en ratón y humanos se ha transformado en cuatro complejos diferentes. La
alineación vertical de estos cuatro grupos permite definir los genes
parálogos. Estos genes ocupan la misma posición en cada complejo, han
evolucionado del mismo gen primordial, un patrón de expresión similar
durante el desarrollo, es decir durante el desarrollo del embrión se
expresan en las mismas regiones y en los mismos momentos.
Describe los genes parálogos y su importancia evolutiva.
Drosophila nativa
Mutante Antenapedia de Drosophila Epecimen nativo de Drosophila
4º Medio Electivo.
Genes y División Celular.
Introducción:
Desarrolla en tu cuaderno lo que corresponda.
Lee los textos y aplica o describe.
Como
hemos visto hasta aquí, durante las divisiones celulares que se dan
después de la fertilización, las células toman diferentes formas,
tamaños, funciones y potenciales, así como relaciones espaciales unas
respecto a otras. Todos estos eventos se dan según factores definidos de
tiempo. En algunas especies como el ratón las células que se forman en
las primeras divisiones poseen todas el mismo potencial. A medida que la
división celular avanza, las células diferentes se orientan hacia la
formación de solo un número limitado de tipos celulares adultos, por eso
se dice son "determinadas". Las células determinadas están destinadas a
diferenciarse en una forma específica y sus células hijas heredan este
programa. La determinación viene seguida de una diferenciación,
adquisición de diferentes fenotipos, ya sea a nivel morfológico o de
propiedades bioquímicas. Al final es posible diferenciar más de 200
tipos celulares en diferentes en vertebrados. Hay evidencias como para
indicar que existe un mecanismo de expresión génica diferencial, tanto
en el tiempo como en el espacio, que determina el desarrollo y
diferenciación, una de las metas al aproximarnos a este hecho a nivel
molecular y de comprender la determinación y diferenciación es como de
correlacionar los cambios espaciales y temporales con la expresión
génica diferencial.¿A que se refiere cuando habla de células totipotenciales?
¿Como se realiza la adquisición de diferentes fenotipos?
Genes homeóticos:
Esta aproximación ha sido exitosa en Drosophila melanogaster, por que es posible la obtención de mutantes con defectos en estadios morfológicos tempranos. Los segmentos que se observan tanto en moscas en desarrollo como adultas se encuentran normalmente asociados con caracteres morfológicos específicos como el ojo, antenas, alas y patas. La genética clásica identificó un grupo de mutantes en Drosophila (antenapedia, bithorax, etc.), en los que los caracteres morfológicos particulares se desarrollan en posiciones anormales. En antenapedia por ejemplo aparecen patas donde deberían encontrase antenas. Los genes que están involucrados en este tipo de transformaciones morfológicas son denominados grupalmente como genes homeóticos, y las consecuencias de mutaciones homeóticas específicas están localizadas hacia uno o más segmentos. El descubrimiento de mutantes homeóticos permitió realizar ingeniosos experimentos que demuestran que el cuerpo de la mosca normal esta formado por un conjunto de regiones discretas, cada una de las cuales expresa un conjunto diferente de genes selectores homeóticos. Los productos de estos genes actúan como marcadores moleculares de dirección, equipando a las células con una especificación general de su valor posicional, por lo tanto, un mutante homeótico hace que un grupo completo de células estén desinformadas de su localización y por ello produzcan una estructura apropiada para otra región.
Los genes homeóticos controlan el desarrollo del sistema nervioso central así como también de estructuras musculares que se forman entre los segmentos. Estos genes no determinan el número de segmentos sino solamente el desarrollo morfológico.
¿A qué se refiere esto? Explica
¿Cómo se produce un mutante homeòtico?
Existen dos
grandes regiones en el cromosoma 3 en Drosophila, que presentan los genes "antenapedia" o "bithorax". Algunos de estos lugares parecen regular las regiones en su totalidad, por ejemplo, la región ubx para los genes
bithorax.Esta aproximación ha sido exitosa en Drosophila melanogaster, por que es posible la obtención de mutantes con defectos en estadios morfológicos tempranos. Los segmentos que se observan tanto en moscas en desarrollo como adultas se encuentran normalmente asociados con caracteres morfológicos específicos como el ojo, antenas, alas y patas. La genética clásica identificó un grupo de mutantes en Drosophila (antenapedia, bithorax, etc.), en los que los caracteres morfológicos particulares se desarrollan en posiciones anormales. En antenapedia por ejemplo aparecen patas donde deberían encontrase antenas. Los genes que están involucrados en este tipo de transformaciones morfológicas son denominados grupalmente como genes homeóticos, y las consecuencias de mutaciones homeóticas específicas están localizadas hacia uno o más segmentos. El descubrimiento de mutantes homeóticos permitió realizar ingeniosos experimentos que demuestran que el cuerpo de la mosca normal esta formado por un conjunto de regiones discretas, cada una de las cuales expresa un conjunto diferente de genes selectores homeóticos. Los productos de estos genes actúan como marcadores moleculares de dirección, equipando a las células con una especificación general de su valor posicional, por lo tanto, un mutante homeótico hace que un grupo completo de células estén desinformadas de su localización y por ello produzcan una estructura apropiada para otra región.
Los genes homeóticos controlan el desarrollo del sistema nervioso central así como también de estructuras musculares que se forman entre los segmentos. Estos genes no determinan el número de segmentos sino solamente el desarrollo morfológico.
¿A qué se refiere esto? Explica
¿Cómo se produce un mutante homeòtico?
El funcionamiento de genes homeóticos particulares actúa en segmentos específicos al menos en parte de la transcripción específica. Los productos de estos genes son proteínas que poseen afinidad por determinadas secuencias de ADN y específicas en la regulación de otros genes. En conjunto estos experimentos demuestran que, así como la especificidad bioquímica el desarrollo morfológico esta controlado por un mecanismo de expresión génica diferencial.
¿A que se refiere la transcripción específica?
Se han encontrado genes que se expresan en momentos específicos del desarrollo en organismos tan diversos como el maíz, nematodos, erizos de mar, ranas y ratones. Se están utilizando bibliotecas de cDNA preparadas a partir de células que se encuentran en determinados estadios de desarrollo con el objeto de obtener clones que presenten RNAm en ese estadio particular. No obstante el potencial de obtener progreso rápido con la mayoría de los organismos no es alto, principalmente por que no es posible obtener información genética más rudimentaria. Entre los mamíferos el ratón es el animal más prometedor en cuanto a estos estudios, ya que existe abundante información y se conocen varias mutaciones que ocurren en el. Además es posible la obtención de células en estadios tempranos de desarrollo. En ratones y en algunos otros mamíferos, también es posible obtener líneas de desarrollo a partir de técnicas de cultivo a partir de embriones jóvenes.
Secuencias "homeobox"
Un
gran número de genes conocidos que están involucrados en la regulación
de la variedad de procesos en el desarrollo de casi todos los organismos
eucariotas presentan una secuencia característica de 180 pb dentro de
la región codificadora de la proteína correspondiente conocida como el
"homeobox" por que fue identificada por primera vez en los genes
homeóticos de Drosophila. Se han encontrado genes que se expresan en momentos específicos del desarrollo en organismos tan diversos como el maíz, nematodos, erizos de mar, ranas y ratones. Se están utilizando bibliotecas de cDNA preparadas a partir de células que se encuentran en determinados estadios de desarrollo con el objeto de obtener clones que presenten RNAm en ese estadio particular. No obstante el potencial de obtener progreso rápido con la mayoría de los organismos no es alto, principalmente por que no es posible obtener información genética más rudimentaria. Entre los mamíferos el ratón es el animal más prometedor en cuanto a estos estudios, ya que existe abundante información y se conocen varias mutaciones que ocurren en el. Además es posible la obtención de células en estadios tempranos de desarrollo. En ratones y en algunos otros mamíferos, también es posible obtener líneas de desarrollo a partir de técnicas de cultivo a partir de embriones jóvenes.
Secuencias "homeobox"
¿qué es la proteína pb, cuál es su función?
La expresión de estos genes, especifican la identidad de los segmentos que darán lugar a la cabeza, tórax y abdomen, se da luego de la expresión del cigoto, pero antes de la diferenciación de cada célula en su segmento correspondiente . Desde que estas secuencias fueron descubiertas, han sido observadas en varios otros genes de Drosophila, en especial en aquellos genes que orientan a la células han de seguir determinadas en estadios tempranos del embrión, estos genes parecen codificar factores reguladores de la transcripción que influyen en la expresión de otros grupos de genes "homeobox" así como de otras proteínas estructurales no reguladoras. De este modo el embrión se divide en un primer momento, gracias a la expresión de genes homeobox, en dos porciones : anterior y posterior , cada una con diferente potencial de desarrollo.
Donde
quiera que se encuentre esta secuencia de 180 pb especifica una
secuencia de 60 aminoácidos conocida como el homeodominio, actualmente
considerado como un elemento que tiene alta afinidad por el ADN.
El análisis de varias secuencias de estas proteínas sugieren que existen similitudes y algunas diferencias entre vertebrados y Drosophila.
Existe suficiente
evidencia como para asegurar que los homeodominios tienen una función
importante en la unión de estas proteínas al ADN. La aparición de
mutaciones puntuales en estas regiones disminuyen drásticamente el grado
de afinidad de la proteína al ADN, mientras que alteraciones en otras
regiones no afectan su afinidad. Una importante características de
ciertas homeoproteínas es su habilidad de unirse a secuencias de ADN
diferentes pero relacionadas, aunque con diferentes afinidades. Así esta
especificidad diferencial permitiría que una homeoproteína regule la
transcripción de uno o más genes.El análisis de varias secuencias de estas proteínas sugieren que existen similitudes y algunas diferencias entre vertebrados y Drosophila.
De
acuerdo a los estudios realizados en los patrones de expresión de los
genes homeóticos se puede ver al embrión de vertebrados como subdividido
en campos anteroposteriores de células con diferentes capacidades de
desarrollo, esta subdivisión del cuerpo embriónico precede a la
formación de órganos o estructuras específicas. Aunque los homeodominios
codificados por diferentes genes homeobox son muy similares entre si,
las diferencias características en sus secuencias pueden ser utilizadas
para identificarlos. Algunos homeodominios de mamíferos se asemejan
fuertemente a aquellos producidos por genes de la mosca de la fruta.
Cuando
los patrones de expresión para muchos genes homeobox en embriones de
ratón fueron analizados se realizaron importantes observaciones, se
mostró que tanto en vertebrados como en invertebrados, los genes
homeobox se agrupan en complejos o grupos en un cromosoma. En otras
palabras. los genes homeobox están arreglados en un orden preciso, de
izquierda a derecha, en la molécula lineal del ADN que forma un
cromosoma. Además se descubrió que en ratón el orden de los genes
homeobox en un grupo corresponde directamente a donde se expresa los
genes. Los homeogenes localizados cerca del final izquierdo de un
complejo son expresados en la parte posterior del cuerpo y los genes a
la derecha son expresados mas cerca de la cabeza.
Todos
los vertebrados tienen cuatro complejos homeobox , cada uno localizado
en cromosomas separados. Estos complejos homeobox probablemente
aparecieron durante la evolución a través de las duplicaciones de un
grupo simple de genes homeobox en invertebrados. Consecuentemente cada
humano por ejemplo, tiene cuatro genes que asemejan al gen Abdominal - B
de Drosophila y otro que asemeja a Deformed.
¿Cómo se relacionan estos genes con el proceso de evolución?Evolución de los genes con homeobox
Los genes con homeobox se encuentran alineados en complejos o "clusters" dentro de un mismo cromosoma. El "cluster" es el producto de la duplicación en tandem de un gen primordial, en un proceso denominado recombinación o crossing-over desigual. En Drosophila se encuentra presente el cluster primordial, el que se ha dividido en dos, los "clusters" o complejos Antennapedia y Bithorax.
Este complejo se ha cuadruplicado, debido a la duplicación de determinadas regiones del cromosoma, lo que ha transformado los dos complejos de Drosophila en cuatro grupos de este tipo de genes en mamíferos. En ratón y humanos encontramos el mismo número de genes, dispuestos en el mismo orden (Fig. 2) en cuatro complejos diferentes. La alineación vertical de estos cuatro grupos permite definir los genes parálogos. Estos genes ocupan la misma posición en cada complejo, han evolucionado del mismo gen primordial, tienen una secuencia similar y a menudo presentan un patrón de expresión similar durante el desarrollo, es decir durante el desarrollo del embrión se expresan en las mismas regiones y en los mismos momentos.
"GENES PARALOGOS Son homólogias dentro de una misma especie, esto ocurre después del tándem de duplicación. En otras palabras, si un gen de un organismo se duplica para ocupar dos posiciones diferentes en el mismo genoma, entonces las dos copias son parálogas. "
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Figura: La ilustración muestra los dos complejos de Drosophila, que
en ratón y humanos se ha transformado en cuatro complejos diferentes. La
alineación vertical de estos cuatro grupos permite definir los genes
parálogos. Estos genes ocupan la misma posición en cada complejo, han
evolucionado del mismo gen primordial, un patrón de expresión similar
durante el desarrollo, es decir durante el desarrollo del embrión se
expresan en las mismas regiones y en los mismos momentos.Describe los genes parálogos y su importancia evolutiva.
Drosophila nativa
Mutante Antenapedia de Drosophila Epecimen nativo de Drosophila
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