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:
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
