Trastornos en el número de cromosomas
El aislamiento y la observación microscópica de los cromosomas forman la base de la citogenética y es el método principal por el cual los médicos detectan anomalías cromosómicas en humanos. Un cariotipo es el número y la apariencia de los cromosomas, incluida su longitud, patrón de bandas y posición del centrómero. Para obtener una vista del cariotipo de un individuo, los citólogos fotografían los cromosomas y luego cortan y pegan cada cromosoma en una tabla o cariograma.
| Este cariograma muestra los cromosomas de una célula inmune humana femenina durante la mitosis. |
CONEXIÓN PROFESIONAL: Los genetistas usan cariogramas para identificar aberraciones cromosómicas
El cariotipo es un método por el cual los rasgos caracterizados por anomalías cromosómicas pueden identificarse a partir de una sola célula. Para observar el cariotipo de un individuo, las células de una persona (como los glóbulos blancos) se recogen primero de una muestra de sangre u otro tejido. En el laboratorio, las células aisladas son estimuladas para comenzar a dividirse activamente. Luego se aplica un químico a las células para detener la mitosis durante la metafase. Las celdas se fijan a una diapositiva.
Luego, el genetista tiñe los cromosomas con uno de varios tintes para visualizar mejor los patrones de bandas distintos y reproducibles de cada par de cromosomas. Después de la tinción, los cromosomas se observan mediante microscopía de campo brillante. Un citogenético experimentado puede identificar cada banda. Además de los patrones de bandas, los cromosomas se identifican más en función del tamaño y la ubicación del centrómero. Para obtener la representación clásica del cariotipo en el que los pares de cromosomas homólogos se alinean en orden numérico del más largo al más corto, el genetista obtiene una imagen digital, identifica cada cromosoma y organiza manualmente los cromosomas en este patrón.
En su forma más básica, el cariograma puede revelar anormalidades genéticas en las cuales un individuo tiene demasiados o muy pocos cromosomas por célula. Ejemplos de esto son el síndrome de Down, que se identifica por una tercera copia del cromosoma 21, y el síndrome de Turner, que se caracteriza por la presencia de un solo cromosoma X en las mujeres en lugar de dos. Los genetistas también pueden identificar grandes deleciones o inserciones de ADN. Por ejemplo, el síndrome de Jacobsen, que involucra características faciales distintivas, así como defectos cardíacos y hemorrágicos, se identifica mediante una deleción en el cromosoma 11. Finalmente, el cariotipo puede identificar translocaciones, que ocurren cuando un segmento de material genético se rompe de un cromosoma y se vuelve a unir a otro cromosoma o a una parte diferente del mismo cromosoma. Las translocaciones están implicadas en ciertos tipos de cáncer, incluida la leucemia mielógena crónica.
Al observar un cariograma, los genetistas pueden visualizar la composición cromosómica de un individuo para confirmar o predecir anormalidades genéticas en la descendencia incluso antes del nacimiento.
No disyunciones, duplicaciones y eliminaciones
De todos los trastornos cromosómicos, las anomalías en el número de cromosomas son las más fácilmente identificables de un cariograma. Los trastornos del número de cromosomas incluyen la duplicación o pérdida de cromosomas completos, así como cambios en el número de conjuntos completos de cromosomas. Son causadas por la no disyunción, que ocurre cuando pares de cromosomas homólogos o cromátidas hermanas no se separan durante la meiosis. El riesgo de no disyunción aumenta con la edad de los padres.
La no disyunción puede ocurrir durante la meiosis I o II, con resultados diferentes. Si los cromosomas homólogos no se separan durante la meiosis I, el resultado son dos gametos que carecen de ese cromosoma y dos gametos con dos copias del cromosoma. Si las cromátidas hermanas no se separan durante la meiosis II, el resultado es un gameto que carece de ese cromosoma, dos gametos normales con una copia del cromosoma y un gameto con dos copias del cromosoma.
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| Después de la meiosis, cada gameto tiene una copia de cada cromosoma. La no disyunción ocurre cuando los cromosomas homólogos (meiosis I) o las cromátidas hermanas (meiosis II) no se separan durante la meiosis. |
Los humanos muestran efectos nocivos dramáticos con trisomías y monosomías autosómicas. Por lo tanto, puede parecer contradictorio que las hembras y los machos humanos puedan funcionar normalmente, a pesar de tener diferentes números del cromosoma X. En parte, esto ocurre debido a un proceso llamado inactivación X. Al principio del desarrollo, cuando los embriones de mamíferos femeninos consisten en unos pocos miles de células, un cromosoma X en cada célula se inactiva al condensarse en una estructura llamada cuerpo de Barr. Los genes en el cromosoma X inactivo no se expresan. El cromosoma X particular (derivado materno o paterno) que se inactiva en cada célula es aleatorio, pero una vez que se produce la inactivación, todas las células que descienden de esa célula tendrán el mismo cromosoma X inactivo. Mediante este proceso, las mujeres compensan su doble dosis genética del cromosoma X.
En los llamados gatos "carey", la inactivación de X se observa como abigarramiento del color del pelaje. Las hembras heterocigotas para un gen de color de pelaje ligado a X expresarán uno de dos colores de pelaje diferentes en diferentes regiones de su cuerpo, correspondiente a cualquier cromosoma X que esté inactivado en el progenitor de células embrionarias de esa región. Cuando vea un gato carey, sabrá que tiene que ser una hembra....
| La inactivación embrionaria de uno de dos cromosomas X diferentes que codifican diferentes colores de pelaje da lugar al fenotipo de carey en gatos. |
En un individuo que lleva un número anormal de cromosomas X, los mecanismos celulares inactivarán todas menos una X en cada una de sus células. Como resultado, las anormalidades del cromosoma X generalmente se asocian con defectos mentales y físicos leves, así como con esterilidad. Si el cromosoma X está ausente por completo, el individuo no se desarrollará.
Se han caracterizado varios errores en el número de cromosomas sexuales. Las personas con tres cromosomas X, llamados triplo-X, parecen mujeres pero expresan retrasos en el desarrollo y una fertilidad reducida. El complemento cromosómico XXY, correspondiente a un tipo de síndrome de Klinefelter, corresponde a individuos masculinos con testículos pequeños, senos agrandados y vello corporal reducido. El cromosoma X adicional se inactiva para compensar el exceso de dosis genética. El síndrome de Turner, caracterizado como un complemento cromosómico X0 (es decir, solo un cromosoma de un solo sexo), corresponde a un individuo femenino con baja estatura, piel palmeada en la región del cuello, discapacidad auditiva y cardíaca, y esterilidad.
Un individuo con más de la cantidad correcta de conjuntos de cromosomas (dos para especies diploides) se llama poliploide. Por ejemplo, la fertilización de un óvulo diploide anormal con un espermatozoide haploide normal produciría un cigoto triploide. Los animales poliploides son extremadamente raros, con solo unos pocos ejemplos entre los gusanos planos, crustáceos, anfibios, peces y lagartos. Los animales triploides son estériles porque la meiosis no puede proceder normalmente con un número impar de conjuntos de cromosomas. En contraste, la poliploidía es muy común en el reino vegetal, y las plantas poliploides tienden a ser más grandes y robustas que los euploides de su especie.
Reordenamientos estructurales de cromosomas
Los citólogos han caracterizado numerosos reordenamientos estructurales en los cromosomas, que incluyen duplicaciones parciales, deleciones, inversiones y translocaciones. Las duplicaciones y las supresiones a menudo producen descendencia que sobrevive pero exhibe anormalidades físicas y mentales. Cri-du-chat (del francés para "grito del gato") es un síndrome asociado con anormalidades del sistema nervioso y características físicas identificables que resulta de una eliminación de la mayor parte del brazo pequeño del cromosoma 5. Los bebés con este genotipo emiten un grito característico agudo en el que se basa el nombre del trastorno.
Las inversiones y translocaciones cromosómicas se pueden identificar observando las células durante la meiosis porque los cromosomas homólogos con un reordenamiento en uno de los pares deben contorsionarse para mantener la alineación genética adecuada y emparejarse efectivamente durante la profase I.
Una inversión cromosómica es el desprendimiento, la rotación de 180 ° y la reinserción de parte de un cromosoma. A menos que interrumpan una secuencia de genes, las inversiones solo cambian la orientación de los genes y es probable que tengan efectos más leves que los errores aneuploides.
CONEXIÓN DE EVOLUCIÓN: la inversión del cromosoma 18
No todos los reordenamientos estructurales de los cromosomas producen individuos no viables, deteriorados o infértiles. En casos raros, tal cambio puede resultar en la evolución de una nueva especie. De hecho, una inversión en el cromosoma 18 parece haber contribuido a la evolución de los humanos. Esta inversión no está presente en nuestros parientes genéticos más cercanos, los chimpancés.
Se cree que la inversión del cromosoma 18 ocurrió en los primeros humanos después de su divergencia de un ancestro común con chimpancés hace aproximadamente cinco millones de años. Los investigadores han sugerido que un largo tramo de ADN se duplicó en el cromosoma 18 de un antepasado de los humanos, pero que durante la duplicación se invirtió (insertó en el cromosoma en orientación inversa).
Una comparación de genes humanos y de chimpancés en la región de esta inversión indica que dos genes, ROCK1 y USP14, están más separados en el cromosoma 18 humano que en el cromosoma de chimpancé correspondiente. Esto sugiere que uno de los puntos de ruptura de inversión ocurrió entre estos dos genes. Curiosamente, los humanos y los chimpancés expresan USP14 a distintos niveles en tipos celulares específicos, incluidas las células corticales y los fibroblastos. Quizás la inversión del cromosoma 18 en un ser humano ancestral reposicionó genes específicos y restableció sus niveles de expresión de una manera útil. Debido a que tanto ROCK1 como USP14 codifican enzimas, un cambio en su expresión podría alterar la función celular. No se sabe cómo esta inversión contribuyó a la evolución de los homínidos, pero parece ser un factor significativo en la divergencia de los humanos de otros primates.
Una translocación ocurre cuando un segmento de un cromosoma se disocia y se vuelve a unir a un cromosoma diferente, no homólogo. Las translocaciones pueden ser benignas o tener efectos devastadores, dependiendo de cómo se alteren las posiciones de los genes con respecto a las secuencias reguladoras. En particular, se han asociado translocaciones específicas con varios tipos de cáncer y con esquizofrenia. Las translocaciones recíprocas resultan del intercambio de segmentos cromosómicos entre dos cromosomas no homólogos, de modo que no hay ganancia o pérdida de información genética.
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| Una (a) inversión ocurre cuando un segmento cromosómico se separa del cromosoma, invierte su orientación y luego se vuelve a unir en la posición original. A (b) la translocación recíproca ocurre entre dos cromosomas no homólogos y no hace que se pierda o duplique ninguna información genética. |
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