domingo, 14 de julio de 2013

El estudio de los cromosomas y su importancia


El material genético de la célula eucariota, se encuentra organizado en una estructura compleja compuesta por ADN y proteínas, esta se encuentra localizada en una organela especializada, el núcleo.
 
Esquema del núcleo celular

El término cromatina proviene de la palabra griega "khroma", que significa coloreado, y "soma", que significa cuerpo.  Esta cromatina es la forma en que normalmente se encuentra la molécula de ADN dentro de la célula, y es la forma en que este material genético, presenta actividad biológica.  En un núcleo eucariota no hay cromosomas, lo que existe es cromatina.   La cromatina es una estructura dinámica que adapta su estado de compactación y empaquetamiento para optimizar los procesos de replicación, transcripción y reparación del ADN.


Es durante el proceso de división celular en los distintos organismos que la cromatina se condensa formando los cromosomas, estas estructuras poseen los caracteres hereditarios, y cuando se forman estas estructuras se empieza a dar el fenómeno de división celular conocido como Ciclo Celular.  Para este momento el núcleo como estructura membranosa, ha desaparecido, por lo cual: “ cuando hay cromosomas no hay núcleo y cuando hay núcleo no hay cromosomas  “
en la fotografía se observa una célula con núcleo y luego una célula con cromosomas

En los eucariotas los cromosomas se forman gracias a la acción de 5 tipos de proteínas llamadas histonas y también a otros tipo de proteínas llamadas “ proteínas no histónicas “, las cuales se encargan de enrollar la cromatina a niveles altos de condensación llamado hiperenrollamiento o superenrrollamiento.
del ADN al Cromosoma, proceso de empaquetamiento de la cromamtina

Los cromosomas fueron observados en células de plantas por el botánico suizo Karl  Wilhelm von Nägeli en 1842 e, independientemente, por el científico belga Edouard Van Beneden en lombrices del género Ascaris


El uso de drogas basofílicas como técnica citológica para observar el material nuclear fue fundamental para los descubrimientos posteriores. Así, el citólogo alemán Walther Flemming en 1882 definió inicialmente la cromatina como "la sustancia que constituye los núcleos interfásicos y que muestra determinadas propiedades de tinción".   Por tanto, las definiciones iniciales de cromosoma y cromatina son puramente citológicas.

Walther Flemming

La definición biológica sólo se alcanzó a principios del siglo XX, con el descubrimiento de las Leyes de Mendel: tanto la cromatina como el cromosoma constituyen el material genético organizado. Para ello, fueron fundamentales los trabajos del holandés Hugo de Vries (1848-1935), del alemán Carl Correns (1894-1933) y del austríaco Erich von Tschermak-Seysenegg (1871-1962), cuyos grupos de investigación redescubrieron independientemente las leyes de Mendel y asociaron los factores genéticos o genes a los cromosomas.


De Vries, Correns y von Tschermak-Seysenegg

Pero los primeros datos experimentales que permitieron a Walter Sutton y Theodor Boveri  proponer que los "factores" de Mendel eran unidades físicas que se localizan en los cromosomas datan de 1902, esto se conoce como la “ teoría cromosómica de la herencia”.




Boviery &; Sutton

Estas ideas permanecieron controvertidas hasta que Thomas Hunt Morgan realizó los experimentos que hoy se consideran clásicos sobre los rasgos genéticos ligados al sexo, publicados en 1910, lo que le valió el Premio Nobel en 1933.
Tomas H Morgan

Morfología de los Cromosomas

Cada cromosoma estará formado por dos cromátidas, que resultan de la condensación del ADN que se encuentra duplicado cuando la célula se va a dividir.  Los cromosomas poseen una región llamada centrómero el cual separa los brazos del mismo, los extremos del cromosoma se llaman telómeros.  Los brazos del cromosoma se llaman brazo p y brazo q. 


Tipos de Cromosomas

El momento más apropiado para estudiar la morfología de los cromosomas es durante la división del núcleo celular en metafase, cuando se encuentran duplicados.  Los cromosomas se clasifican de acuerdo a la posición que ocupa el centrómero con respecto al cuerpo del mismo.

Metacéntrico: El centrómero se encuentra aproximadamente hacia el centro del cromosoma. En este caso se forman dos brazos aproximadamente del mismo tamaño es decir p = q



Submetacéntrico: Cuando el centrómero se halla desplazado hacia uno de los extremos del cromosoma y se forman dos brazos desiguales. En este caso p > q  los brazos cortos siempre se ubican hacia la parte superior del cromosoma.

Acrocéntrico: Cuando el centrómero se halla desplazado muy cerca del telómero, el brazo corto tiene una estructura especial conocida como “ satélite “   En este caso p << q

Telocéntrico: El centrómero está en el extremo del cromosoma lo que forma cromosomas de un solo brazo. No está presente en el ser humano, pero sí en otros mamíferos. P = 0


Además se conoce la existencia de otros tipos de cromosomas como por ejemplo los cromosomas plumosos o de escobilla, los cuales se encuentran en las  reproductivas de anfibios como las salamandras.  



Además existen los cromosomas politénicos presentes en las glándulas salivales de las larvas de la mosca de la fruta ( Drosophila melanogaster ).


Cromosomas politénicos

Métodos  para  identificar  los  cromosomas

Actualmente  es  posible  identificar  cada  cromosoma  utilizando  técnicas  de tinción de alta resolución las cuales incluyen:

Bandas G: Los cromosomas se  tratan con  tripsina para desnaturalizar  las proteínas cromosómicas y  luego  se  tiñen con el reactivo Giemsa. Cada par de  cromosomas  se tiñe con un patrón característico  de bandas claras y oscuras.

Idiograma de un individuo humano normal, cariotipo 44+XY

Bandas  Q:  Los  cromosomas  se  tiñen  con  quinacrina  y  se  examinan  por  microscopía  de  fluorescencia.  Los cromosomas se tiñen en patrones  específicos de bandas brillantes y opacas. Las bandas brillantes corresponden casi exactamente a las bandas G oscuras.

microfotografia de los cromosomas de un individuo humano normal, cariotipo 44+XY


Bandas  R:  Los  cromosomas  se  calientan  antes  de  colorearlos  con  Giemsa,  también  se  producen  bandas  claras  y oscuras.

microfotografia de los cromosomas de un individuo humano normal, cariotipo 44+XX

Bandas C: Se tiñe específicamente la región centromérica y otras regiones que contienen Heterocromatina.


microfotografia de los cromosomas de un individuo humano normal, cariotipo 44+XX

Naranja de acridina:  El naranja de acridina, es un Fluorocromo que ha sido empleado como colorante vital, que da una fluorescencia verde si el microorganismo está vivo y roja si está muerto. De todos modos, como el colorante se intercala en el ADN y el ARN.   Se utiliza frecuentemente en microscopía de epifluorescencia.


Idiograma de Mesocricetus aratus( Hámster sirio )

Cariotipos espectrales

El análisis espectral de los cariotipos (o SKY) se trata de una tecnología de citogenética molecular que permite el estudio y visualización de los cromosomas en forma simultánea. Para ello se utilizan sondas fluorescentes individuales y específicas para cada cromosoma. Luego del marcaje mediante un método de etiquetado combinatorio se generan colores diferentes. La diferencias espectrales generadas por el etiquetado combinatorio son capturadas y analizadas usando un interferómetro agregado a un microscopio de fluorescencia. El programa de procesamiento de imágenes entonces asigna un pseudocolor a cada combinación espectralmente diferente, permitiendo la visualización de cromosomas coloreados.  Esta técnica es usada para identificar aberraciones estructurales cromosómicas en células cancerígenas y otras patologías cuando el bandeo con Giemsa u otras técnicas no son lo suficientemente precisas.


Estás  técnicas han permitido  la  creación de  los  ideogramas  (mapas  cromosómicos).  

Idiograma del búfalo ( Bubalus carabanesis )

Un  idiograma  es una  representación gráfica de un cromosoma utilizando técnicas de tinción, en este tipo de mapa se debe mostrar  la relación existente entre el brazo corto y el  largo, posición del centrómero; y el tipo de cromosoma ( en el caso de los acrocéntricos también se ilustran los tallos y los satélites )

Idiograma en Bandas G de Haemulon aurolineatum

Cariotipos

El cariotipo es un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula en metafase que están ordenados de acuerdo a su morfología.  También se llama así a la prueba que se realiza para identificar anomalías cromosómicas como causa de malformaciones o de alguna enfermedad. Por medio de esta prueba se puede:
•    Contar la cantidad de cromosomas


Idiograma de un individuo humano triploide ( 3n )

•    Detectar cambios cromosómicos estructurales


Translocación (8;12)(q13;p13)

Los resultados pueden indicar cambios genéticos asociados con una enfermedad.


Trisomia 21 por translocación 21-15

La dotación cromosómica normal de la especie humana es de 44 + XX para las mujeres y de 44 + XY para los varones.  

Microfotografía de los cromosomas humanos 44+XY

En el cariotipo humano los cromosomas se ordenan de mayor a menor. Hay cromosomas grandes, medianos y pequeños. Al ordenar los comosomas se constituyen 7 grupos atendiendo no sólo al tamaño sino también a la forma de las parejas cromosómicas, dentro del cariotipo humano podemos encontrar cromosomas metacéntricos (tienen los dos brazos aproximadamente iguales en longitud), submetacéntricos (con un brazo más pequeño que otro) y acrocéntricos (con un brazo corto muy pequeño). 


Idiograma de los cromosomas humanos 44+XY

Dentro de cada grupo se van a ordenar y reconocer los cromosomas con la ayuda de un idiograma.   El idiograma es la representación esquemática del tamaño, forma y patrón de bandas de todo el complemento cromosómico, los cromosomas se sitúan alineados por el centrómero, y con el brazo largo siempre hacia abajo.

Los grupos que comprende el cariotipo humano son los siguientes:

Cromosomas grandes

Grupo A, (cromosomas 1, 2 y 3), 1 y 3 metacénntricos y 2 submetacéntrico.
Grupo B, (cromosomas 4 y 5), submetacéntricos

Cromosomas medianos

Grupo C, (cromosomas  6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 y además los cromosomas X ),  todos submetacéntricos
Grupo D, (cromosomas 13, 14 y 15) acrocéntricos

Cromosomas pequeños

Grupo E, (cromosomas 16, 17 y 18) submetacéntricos
Grupo F, (cromosomas 19 y 20) metacéntricos
Grupo G, (cromosomas 21 y 22) acrocéntricos


esquema de bandas G en los cromosomas humanos según la clasificación de Denver

Por acuerdo los cromosomas sexuales X e Y se separan de sus grupos correspondientes y se ponen juntos aparte al final del cariotipo.

De acuerdo a la Clasificación de Denver (todos los cromosomas autosómicos están ordenados en orden decreciente de tamaño, excepto el cromosoma 21 que ahora se sabe que es más pequeño que el 22).   Sin embargo, atendiendo solamente a estos parámetros no es posible identificar inequívocamente cada par de cromosomas. Para ello es necesario utilizar diferentes técnicas de bandeo cromosómico que se explicaron anteriormente

Forma en que se realiza el examen:

El examen se puede realizar en una muestra de sangre, de médula ósea, de líquido amniótico o de tejido placentario.  La muestra se deja crecer en un cultivo de tejido en el laboratorio y luego las células se seleccionan, los cromosomas se tiñen y se observan bajo el microscopio. Las células se fotografían para obtener un cariotipo que muestre la disposición de los cromosomas.  Ciertas anomalías se pueden detectar a través de la cantidad o disposición de los cromosomas.

Preparación para el examen:

Para el examen de sangre no se necesita una preparación especial. Para examinar el líquido amniótico se realiza una amniocentesis. El examen del tejido placentario se hace después de una muestra de vello coriónico o después de un aborto espontáneo, y para examinar una muestra de médula ósea se requiere de una biopsia de médula ósea.  La preparación que se puede brindar para este examen depende de la edad, intereses, experiencias previas y grado de confianza del niño.

Diagrama de una Amniocentesis

Razones por las que se realiza el examen:

El examen de sangre generalmente se realiza para evaluar a una pareja con antecedentes de abortos o para evaluar una apariencia anormal del cuerpo que sugiere una anomalía genética. El examen de médula ósea,  o el examen de sangre se pueden utilizar para identificar el cromosoma Filadelfia que está presente en el 85% de las personas que sufren de leucemia mielógena crónica (LMC).

Esquema de la translocación (9:22) que da origen al cromosoma Phl (Filadelfia) en la leucemia mieloide crónica y rearreglo de ciertos genes

Actualmente se ha llegado a profundizar bastante en el conocimiento del cariotipo humano y se sabe que es relativamente frecuente la aparición de anomalías cromosómicas. Por ejemplo, cerca de un 25% de los abortos ocurridos antes de la octava semana de gestación tienen cariotipos anormales y un 0,5% de los recién nacidos presentan aneuploidías.

Estas alteraciones no sólo pueden producir anomalías en el propio individuo portador sino que, por tratarse de anomalías genéticas, pueden transmitirse a la descendencia en el caso de que afecten a las células germinales. La detección anticipada de anomalías cromosómicas permite dictaminar las posibilidades de que la descendencia de una pareja portadora de una de ellas pueda presentarla o no. Para ello es preciso conocer el cariotipo de cada progenitor, lo que permite emitir un diagnóstico de su posible descendencia, con lo que el individuo será consciente de sus posibilidades.

El estudio del cariotipo tiene también su aplicación en el diagnóstico prenatal. Es posible determinar la constitución cromosómica del feto antes de su nacimiento pudiendo así observarse si presenta alguna anomalía cromosómica detectable. Hoy en día, el diagnóstico prenatal se practica a posteriori del inicio de la gestación y los resultados positivos suelen plantear conflictos éticos y emocionales. Si bien, en muchos casos este tipo de diagnóstico es el único posible, como cuando la anomalía cromosómica se produce en las células germinales de uno de los progenitores.

Para leer más

NÚCLEO INTERFÁSICO
http://www.iesbanaderos.org/html/departamentos/bio-geo/Apuntes/Bio/T%207%20La%20celula%20y%20el%20nucleo/6%20Nucleo%20interfasico.htm

El Núcleo Celular
http://ingsw.ccbas.uaa.mx/repo/galeria/La%20Celula/nucleo_celular.html

Cariotipo
http://es.wikipedia.org/wiki/Cariotipo

Enfermedades Cromosómicas - Indicaciones de Cariotipo
http://atlasgeneticsoncology.org/Educ/IndicCaryo30043SS.html

LOS CROMOSOMAS MITÓTICOS
http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2bch/B4_INFORMACION/T407_CROMOSOMAS/informacion.htm

Cromosoma
http://www.ferato.com/wiki/index.php/Cromosoma

Videos

Cromosomas


Cromosomas y el ADN



Empaquetamiento del ADN en cromatina, nucleosomas. Anotaciones en castellano


Laboratorio: Organización Cariotipo por Mónica Restrepo


Laboratorio: Organización Cariotipo

CULTIVO DE SANGRE PERIFÉRICA Y EXTENDIDO CROMOSÓMICO


diferencias entre cromosomas