Colegio inglés San José Depto. Ciencias Profesora Norma Cruz Tapia
GENES HOMEÓTICOS El desa desarr rrol ollo lo embr embrio iona nari rio o sigu sigue e un patr patrón ón más más o meno menos s constante en cada especie, en el que las diferentes etapas ocurren en una misma secuencia temporal y espacial. Este orden es dirigido por un conjunto de instrucciones provenientes de la expresión del genoma, deno denomi mina nada da prog progra rama ma gené genéti tico co.. Así, Así, el prog progra rama ma gené genéti tico co del del desarrollo embrionario de nuestra especie es similar, pero a la vez diferente que el del chimpancé, por ejemplo, lo que da cuenta de las similitudes y diferencias morfológicas entre ambos linajes. La localización y formación de la estructura de los diferentes órg órganos, os, proce oceso deno denom minad inado o argonog onogé énesi nesis s, es diri irigido gido principalmente por dos tipos de genes. El primer grupo se determina las características estructurales de los órganos, mientras que el otro gru grupo dete etermin mina la loc localiz lización ción corp orpora oral de los los mism ismos. os. La determinación de la localización de las principales regiones corporales (cabez (cabeza, a, tronco tronco,, extre extremid midad ades, es, por ejempl ejemplo) o) es otro otro import important ante e proceso, el que ocurre incluso antes que las células se diferencien. El papel de los genes del desarrollo ha sido estudiado a través de difere diferente ntes s mutant mutantes es de la mosca mosca Drosophila melanogaster melanogaster . El mutante bitorax, por ejemplo, ejemplo, presenta dos tórax y dos pares pares de alas, en vez de uno. Los mutantes mutantes antenape antenapedia, dia, por su parte, parte, presentan presentan patas en vez de antenas en la cabeza. Estos dos tipos de mutaciones han servido como modelos para estudiar los genes que controlan la posición de órganos no sólo en Drosophila, sino en otras especies, incluyendo la especie humana. A los genes que controlan la posición de los órganos se les ha denominado genes homeóticos, mientras que a las las muta mutaci cion ones es que que afec afecta tan n a esos esos gene genes s se les les cono conoce ce como como mutaciones homeóticas.
Los genes homeóticos participan en el control de la posición de los órganos a través del eje anteroposterior, es decir, decir, de cabeza cabeza a cola. La determinac determinación ión del eje anteropost anteroposterio eriorr es uno de los even evento tos s más más temp tempra rano nos s del del desa desarr rrol ollo lo,, y que que guía guía los los rest restan ante tes s proc proces esos os de orga organo nogé géne nesi sis. s. Los Los gene genes s home homeót ótic icos os corr corres espo pond nden en a un grup grupo o de gene genes s que que selecc seleccion ionan an la posición posición de las las estruc estructur turas as que están están formand formando. o. Estos Estos genes genes se expresan en las regiones corporales que albergarán albergarán a los órganos en formación. Así, en una mosca Drosophila normal, los genes homeóticos que determina la posición de las patas patas se expres expresan an sólo sólo en el tórax tórax.. En el mutan mutante te antenopedia, en camb cambio io,, una una mutación causa la expresión de dichos genes homeóticos en la cabeza. Si bien la formación de patas requiere la expresión de cientos de genes, una sola mutación afectand afectando o a un gen homeótico homeótico puede provocar provocar la drástica drástica modifica modificación ción fenotípica fenotípica observable en estos mutantes. El producto de la expresión de los genes homeóticos son proteínas que actúan como como regul regulad adore ores s de la expres expresión ión de muchos muchos otros otros genes. genes. Los genes genes homeót homeótico icos s prese presenta ntan n una una regió egión n comú común, n, incl inclus uso o entr entre e espe especi cies es distantes, denominada caja homeótica, que en la proteí proteína na corres correspon ponde de a la región región denomi denominad nada a homeodomi homeodominio. nio. Los homeodomi homeodominios nios se unen al ADN ADN en regi region ones es cerc cercan anas as a los los gene genes s cuya cuya expresión es regulada en el desarrollo, conocidos como genes subordinados. De esta manera, las proteínas homeóticas pueden activar o reprimir la expresión de muchos genes del desarrollo. La conservación de la caja homeótica entre especies de inse insect ctos os y vert verteb ebra rado dos s sugi sugier ere e que que esto estos s genes genes han han sido sido hereda heredados dos desde desde un ances ancestro tro común a ambos grupos de organismos. Los genes homeóticos se organizan en grupos en el genoma, distribuyéndose a lo largo de un mismo cromosoma siguiendo la misma orientación espacial que las regiones corporales en las cuales se expresan. Este interesante patrón de distribución de los genes homeóticos se encuentra tanto en Drosophila como vertebrados. Clasificación Clasificación de los genes. A menudo los genes son clasificados en cuatro clases. 1. Constitutivos: genes cuya transcripción se desarrolla en una tasa continua.
2. Housekeeping (mantenedores de la casa): son genes constitutivos con especial importancia para el mantenimiento de la célula como un sistema vivo. 3. Facultativos: genes que sólo son expresados bajo ciertos requerimientos. 4. Inducibles: aquellos que se expresan como respuesta a cambios ambientales o bien dependiendo del momento del ciclo celular. La regulación de la expresión génica permite controlar qué genes se expresan y en qué magnitud, permitiendo así que en cada célula se sintetice un determinado conjunto de proteínas que dan cuenta de sus propiedades estructurales y funcionales. De esta manera, al comparar células de diferente tipo podemos encontrar variación en el tipo y cantidad de proteínas. Por ejemplo, de los aproximadamente 30.000 genes contenidos en el genoma humano, sólo una parte corresponde a genes que se expresan en cantidades relativamente constantes en todas las células. El resto de los genes presentan variaciones que pueden depender no sólo del tipo celular, sino también de la etapa del desarrollo, los requerimientos metabólicos, la existencia de parásitos, estado nutricional, entre otros factores. La regulación de la expresión genética puede ocurrir en diferentes niveles, tanto durante la transcripción de ADN a ARNm como durante la traducción del ARNm a proteínas. Los mecanismos de regulación de la expresión génica pueden favorecer o reprimir la transcripción o traducción. La metilación del ADN, por ejemplo, consiste en la adición de grupos metilo (CH3) en los nucleótidos a través de enzimas llamadas metilasas, lo que produce el bloqueo de la transcripción de los genes así modificados. De esta manera, la metilación reprime la expresión génica, y la desmetilación, a través de otras enzimas, puede revertir este estado. Al contrario, la acetilación de histonas, es decir, la incorporación de grupos acetilo (CH3CO) a las histonas, proteínas estrechamente asociadas con el ADN, inducen la transcripción de los genes acetilados. Esta modificación química, también reversible, se produce gracias a la enzima acetilosa. Hoy en día es posible analizar el patrón de la expresión de los genes en diferentes tipos celulares y bajo diferentes condiciones metabólicas. Una forma de analizar este patrón es a través de microarreglos. Los microarreglos son placas que contienen cientos o miles de microscópicos puntos, cada uno de los cuales contiene trozos de ADN, cada una representando un fragmento de un gen diferente. Esta técnica permite detectar qué genes están “encendidos” o bien “apagados, vale decir, cuáles se expresan y cuáles no. Los microarreglos también permiten realizar una cuantificación de la expresión génica. Para determinar cuales genes están siendo expresados en una población celular determinada, las moléculas del ARNm, las cuales son producidas por genes activos a medida que ellos ensamblan proteínas, son aisladas de las células y copiadas con una enzima especial conocida como "transcriptasa inversa". La enzima copia la cadena de ARNm utilizando la regla del ADN (consulte la transparencia 8) y la copia se conoce como un ADNc. Por lo tanto, cada ADNc producido utilizando la transcriptasa inversa corresponde directamente a un ARNm específico que provino de un gen activo en la célula. Todos los ADNc son entonces unidos a un colorante fluorescente. Cuando el microarreglo de ADN es bañado con los ADNc fluorescentes, cada molécula de ADNc se unirá por apareamiento de bases al sitio en donde las piezas de su gen correspondiente específico están localizadas. Por lo tanto, cada sitio fluorescente en el microarreglo corresponde a un gen que fue activamente transcrito dentro del ARNm en la célula original.
Actividades: Luego de leer atentamente la guía desarrolle las siguientes preguntas 1. Investigue y explique todas las etapas que comprende el desarrollo embrionario desde la fecundación hasta la etapa de organogénesis. 2. Realice o fotocopie los esquemas correspondientes y péguelos en su cuaderno
