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¿Será normal alguien con una doble mutación en los alosomas?

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Normalmente, una mujer humana tiene un alosoma X de su padre y un alosoma X de su madre. ¿Qué pasa si ocurre una doble mutación, que hace que alguien tenga dos alosomas X de su madre y ningún alosomas de su padre? ¿Esta persona será una mujer normal?

Tenga en cuenta que es posible que no haya alosomas del padre o la madre (conocido como síndrome de Turner, (45, X)) y que haya dos alosomas X de la madre (conocidos como (47, XXX) y (47, XXY) respectivamente).

Dado que el síndrome de Turner ocurre en 1 de cada 5000 nacimientos, y el síndrome de Triple X ocurre en 1 de cada 1000 nacimientos, calculo que esto sucedería una vez en 5 millones de nacimientos.


Estante para libros

Estantería NCBI. Un servicio de la Biblioteca Nacional de Medicina, Institutos Nacionales de Salud.

Griffiths AJF, Miller JH, Suzuki DT y col. Introducción al análisis genético. 7ª edición. Nueva York: W. H. Freeman 2000.

  • De acuerdo con el editor, se puede acceder a este libro mediante la función de búsqueda, pero no se puede navegar.


Terapia de reemplazo hormonal y mutación de Leiden del factor V

Del Sistema de Salud de Boston de Asuntos de Veteranos y del Centro Médico Beth Israel Deaconess, Escuela de Medicina de Harvard Boston, Mass.

En 1993, se identificaron individuos con una predisposición hereditaria a la tromboembolia venosa cuyos plasmas mostraban una mala respuesta a la proteína C activada (APC) en un ensayo de tiempo de tromboplastina parcial activada. 1 La base molecular de este fenotipo de laboratorio de resistencia a APC fue una mutación de guanina a adenina en el nucleótido 1691 en el gen del factor V. 2 Esto da como resultado el reemplazo de la arginina (R) en la posición 506 por glutamina en la proteína resultante, un defecto que se ha denominado factor V Leiden. R506 es el primero de tres sitios en los que la APC normalmente escinde e inactiva el factor Va procoagulante. La sustitución de Q506 hace que el factor Va se inactive aproximadamente 10 veces más lentamente de lo normal, lo que hace que el cofactor sea relativamente resistente a la acción anticoagulante de la APC. 3 Esto permite una mayor disponibilidad de factor Va dentro del complejo de protrombinasa, lo que mejora la generación de trombina y el desarrollo de un estado de hipercoagulabilidad.

El factor V Leiden es el factor de riesgo hereditario más común de tromboembolismo venoso, lo que aumenta el riesgo de trombosis venosa de 4 a 10 veces en heterocigotos y de 50 a 100 veces en homocigotos. 4,5 La heterocigosidad se puede identificar en el 12% al 20% de los pacientes blancos no seleccionados que presentan trombosis venosa y del 40% al 50% de los pacientes con antecedentes familiares positivos importantes. Aproximadamente del 3% al 7% de los pacientes blancos normales son portadores heterocigotos del factor V Leiden, pero la mutación es rara en las poblaciones nativas africanas y asiáticas.

Poco después de la identificación del factor V Leiden, se reconoció que la presencia de la mutación aumenta en gran medida el riesgo de trombosis venosa asociada con el uso de anticonceptivos orales (revisado por Vandenbroucke et al 6). Entre las mujeres que toman anticonceptivos orales, el riesgo aumenta 35 veces entre las portadoras heterocigotas de la mutación en comparación con un aumento de 4 veces entre las no portadoras. Esto indica que la combinación de estos dos factores de riesgo tiene un efecto supraaditivo, más que meramente aditivo, sobre el riesgo trombótico global. El riesgo de trombosis venosa es mayor durante el primer año de uso de anticonceptivos orales. Las progestinas de tercera generación, como el desogestrel y el gestodeno, en las preparaciones anticonceptivas orales con bajo contenido de estrógenos se asocian con una mayor trombogenicidad. 6,7

El mecanismo por el cual los anticonceptivos orales son protrombóticos es complejo. Los efectos protrombóticos incluyen aumentos moderados en los niveles de factores procoagulantes (factor VII, factor VIII, factor X, protrombina, fibrinógeno) y disminuciones en los niveles de proteínas anticoagulantes (antitrombina, proteína S). Con un ensayo de generación de trombina, se ha demostrado que las mujeres que toman anticonceptivos orales desarrollan resistencia adquirida a la APC. Aunque se desconoce la base molecular de este fenómeno, proporciona una explicación plausible del enorme aumento del riesgo trombótico entre las usuarias de anticonceptivos orales que son portadoras de la mutación del factor V de Leiden (revisado por Vandenbroucke et al 6 y Rosendaal et al 8).

La trombogenicidad de los anticonceptivos orales se reconoció poco después de su introducción en la década de 1960, 6 pero la evidencia convincente de que la dosis más baja de estrógeno utilizada para la terapia de reemplazo hormonal se asocia con un mayor riesgo de tromboembolismo venoso solo se informó de manera concluyente en 1996. 8 Los estrógenos comúnmente recetados para el reemplazo hormonal son químicamente diferentes de los de los anticonceptivos orales, pero se considera que tienen una potencia biológica sustancialmente menor. El riesgo trombótico venoso asociado con la terapia de reemplazo hormonal aumenta de 2 a 4 veces, un efecto que es similar en magnitud a los anticonceptivos orales. Sin embargo, el uso de la terapia de reemplazo hormonal conduce a un número considerablemente mayor de casos en exceso como resultado de un aumento general relacionado con la edad en la incidencia de trombosis.

Sobre la base de las interacciones entre los anticonceptivos orales y el factor V Leiden, se anticipó que los portadores de la mutación que reciben terapia de reemplazo hormonal tendrían un riesgo significativamente mayor de tromboembolismo venoso. En este número de Arteriosclerosis, trombosis y biología vascular, Herrington et al 9 informan sobre un estudio anidado de casos y controles de mujeres inscritas en el Heart and Estrogen Replacement Study (HERS) y en el Estrogen Replacement and Atherosclerosis Trial. Ambos fueron ensayos aleatorios de terapia de reemplazo hormonal versus placebo en mujeres con evidencia clínica de enfermedad de las arterias coronarias. La mutación del factor V Leiden se encontró en el 17% de los casos de tromboembolismo venoso y en el 6% de los controles, lo que arroja una razón de posibilidades de 3,3. La terapia de reemplazo hormonal tuvo una razón de probabilidades de 4.5, pero los usuarios con factor V Leiden tuvieron una razón de probabilidades de 14.1 en comparación con los no portadores que recibieron placebo. Con base en los datos de incidencia de los ensayos, los autores estiman que el riesgo de trombosis venosa en portadoras heterocigotas y no portadoras del factor V Leiden es de 15,2 y 5,8 por 1000 pacientes-año en mujeres en reemplazo hormonal, respectivamente, en comparación con 2,0 por 1000 pacientes. -años en no portadores que toman placebo. Ellos estiman que la cantidad de mujeres con enfermedad coronaria que es necesario realizar un cribado para prevenir un episodio de tromboembolismo venoso es de 374.

Los resultados de Herrington et al 9 son muy similares a los de un estudio recientemente publicado en el Reino Unido. 10 Este estudio de casos y controles de mujeres de 45 a 64 años con un primer episodio de tromboembolismo venoso encontró un riesgo 15 veces mayor de tromboembolismo venoso en mujeres que recibían reemplazo hormonal con la mutación del factor V de Leiden. De manera análoga a los datos en mujeres con la mutación del factor V Leiden en los anticonceptivos orales, esta razón de probabilidades fue mayor que la razón de probabilidades esperada para la combinación de los dos factores de riesgo, y el riesgo fue mayor en el primer año de uso.

El estrógeno en la terapia de reemplazo hormonal tiene efectos sobre el sistema hemostático que son similares a los de los anticonceptivos orales. La terapia de reemplazo hormonal conduce a un aumento dependiente de la dosis en los marcadores de activación de protrombina y generación de fibrina, al tiempo que mejora la fibrinólisis y disminuye los niveles plasmáticos del inhibidor I del activador del plasminógeno. 11-13

Está claro que la terapia de reemplazo hormonal rara vez debe prescribirse a mujeres si han tenido un evento trombótico venoso previo. 14 Para las mujeres que se sabe que tienen enfermedad coronaria y la mutación del factor V de Leiden sin antecedentes personales de trombosis venosa, Herrington y colaboradores 9 señalan que el riesgo de tromboembolismo venoso superará con creces cualquier beneficio potencial del reemplazo hormonal. 9 Esto es especialmente cierto dado que no se ha demostrado que la terapia de reemplazo hormonal ralentice la progresión de las lesiones ateroscleróticas y puede estar asociada con un aumento de eventos coronarios en varios ensayos de prevención secundaria, incluido el HERS. 15,16 La administración de anticonceptivos orales o terapia de reemplazo hormonal a mujeres con mutaciones protrombóticas y un factor de riesgo cardíaco establecido puede asociarse con un mayor riesgo de infarto de miocardio. 17-19

A millones de mujeres se les prescribe terapia de reemplazo hormonal que puede estar asociada con efectos secundarios graves. El tromboembolismo venoso no se limita en modo alguno a personas con defectos protrombóticos identificables. Dado que los ensayos prospectivos aún no han demostrado que la terapia de reemplazo hormonal reduzca el riesgo de complicaciones trombóticas arteriales, se puede argumentar firmemente que los médicos deben abstenerse de prescribir el medicamento para este propósito en lugar de evaluar a las mujeres para detectar mutaciones como el factor V Leiden para eliminar a las mujeres en alto riesgo de complicaciones trombóticas venosas.

Apoyado en parte por el Servicio de Investigación Médica del Departamento de Asuntos de Veteranos.


Hablando a ENCAJAR Para un artículo diferente, el Dr. Shahid Jameel también ha hablado sobre cómo las variantes y mutaciones son un proceso natural que ocurre en los virus y no son motivo de preocupación en la mayoría de los casos.

"Los virus a menudo mutarán sin ninguna consecuencia. Pero aquellas mutaciones que pueden infectar a las personas de manera igual o más eficiente, son las que identificamos como variantes específicas", dice el Dr. Mishra.

Las variantes se convierten en 'variantes de interés' en dos circunstancias,

  • Cuando se propaga más rápido y comienza a representar más del 5 o 10 por ciento de las infecciones.
  • Si hay mutaciones que pensamos que pueden crear problemas en términos de síntomas o vacunas.

Él dice, "en el caso de variantes que se están extendiendo más rápido pero que no tienen ninguna otra consecuencia diferente, se conocen como 'variantes de interés' y se continuará monitoreando para detectar cualquier otro cambio".

Cuando se trata de las variantes de preocupación, el Dr. Mishra dice:


Un proceso normal de reparación del ADN puede convertirse en una fuente importante de mutaciones en el cáncer.

La hipermutación es una ocurrencia inusual que puede conducir a muchas mutaciones cercanas a la vez, dañando severamente nuestro material genético y potencialmente causando cáncer. El tipo más conocido de hipermutación local, llamado lluvia de mutaciones o tormenta, es bastante poco común y conduce a muchas mutaciones acumuladas en un área pequeña, p. Ej. un solo gen.

Investigadores del Genome Data Science Lab del IRB Barcelona, ​​liderados por el investigador ICREA Fran Supek, han descubierto un nuevo tipo de hipermutación llamada niebla de mutación, que puede generar cientos de mutaciones en cada célula. Estas mutaciones están ampliamente distribuidas, pero se acumulan en las regiones más importantes del genoma, donde residen los genes (la llamada eucromatina). El hecho de que estas mutaciones se propaguen explica por qué no han sido detectadas hasta ahora.

Sorprendentemente, los científicos también han identificado que el tipo de hipermutación recién descubierto está relacionado con un proceso normal de reparación del ADN. Cuando las células detectan un desajuste en su ADN, se someten a una reacción de reparación del ADN para preservar la información genética. Sorprendentemente, esta reacción puede acoplarse a la enzima APOBEC, que normalmente utilizan las células humanas para defenderse de los virus y tiene un papel importante en la lucha contra la hepatitis y el VIH. El trabajo del Genome Data Science Lab indica que, en algunos casos, cuando tanto las enzimas APOBEC como el proceso de reparación del ADN están activos al mismo tiempo, APOBEC secuestra la reparación del ADN, generando la niebla de mutación.

"Creemos que esta niebla de mutación impulsada por APOBEC tiene un potencial mutagénico que iguala o incluso supera al de los carcinógenos fuertes conocidos, como el humo del tabaco o la radiación ultravioleta", explica Fran Supek. Un trabajo reciente de otros grupos de investigación sugiere que el proceso parece ser más activo en los cánceres metastásicos en etapa tardía: ayuda a que el cáncer evolucione, lo que le permite resistir los medicamentos y la radiación. "Este hallazgo convierte a APOBEC en un objetivo atractivo para el tratamiento del cáncer, eliminando su capacidad para evolucionar y volverse más agresivo", añade Supek.

El origen de la mitad de las mutaciones en algunos cánceres de pulmón y mama

Un análisis exhaustivo de más de 6.000 genomas de cáncer humano, incluidos tumores de pulmón, tumores de mama y melanomas, entre otros, llevó al hallazgo de que la niebla de mutación es un fenómeno común. "Más de la mitad de todas las mutaciones de APOBEC en algunos cánceres de pulmón o de mama son generadas por el mecanismo de hipermutación que hemos encontrado", dice David Mas-Ponte, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en el Genome Data Lab.

Se sabe que algunos tipos de cáncer, como el de cuello uterino o algunos cánceres de cabeza y cuello, se deben a virus. Sin embargo, este estudio ha encontrado mutaciones causadas por este sistema APOBEC no solo en estos tumores sino también en cánceres que actualmente no se sabe que estén relacionados con virus. El trabajo futuro debería aclarar qué desencadena el sistema APOBEC. "Comprender mejor APOBEC podría tener amplias implicaciones para el tratamiento del cáncer", añade Mas-Ponte.

El método estadístico HyperClust

Mas-Ponte y Supek diseñaron un método estadístico, llamado HyperClust, que puede analizar rápidamente grandes cantidades de datos genómicos humanos para encontrar procesos mutacionales inusuales que pueden conducir a mutaciones simultáneas, como estos casos de niebla de mutación. Este método estadístico se describe en el artículo, que ha sido publicado en Genética de la naturaleza, y también está disponible como software de código abierto en un repositorio de Github.

Este trabajo ha sido financiado por la Beca de Iniciación ERC "HYPER-INSIGHT" otorgada a Fran Supek Investigador ICREA y Joven Investigador EMBO y la Beca Severo Ochoa otorgada al IRB Barcelona. David Mas-Ponte recibió una beca FPI-SO.


Decodificación de mutaciones y variantes del virus COVID-19 en evolución

Cenizas a cenizas: una cremación masiva de personas murieron de Covid-19 en la aldea de Channenahalli cerca de Bangalore | Bhanu Prakash Chandra

Mea culpa, dice Anurag Agarwal. Jefe del CSIR-Institute for Genomics and Integrative Biology (CSIR-IGIB) en Nueva Delhi, Agarwal acuñó el término "doble mutante", que se ha convertido en la palabra de moda en la India ahora. Pero dice que nunca tuvo la intención de que fuera parte del lenguaje común.

"Estábamos escribiendo una nota científica, en la que describíamos una nueva variante de preocupación (VoC) que se había encontrado", dice Agarwal. Esta variante del virus SARS-CoV-2, que identificaron por primera vez en Maharashtra, tenía varias mutaciones, como es el caso normal de las nuevas generaciones de virus. Sin embargo, entre esas mutaciones, dos fueron de particular interés, ya que mostraron "escape inmune" in vitro. Esto significa que cuando los genetistas cultivaron genomas de virus en el laboratorio y los sometieron a una presión extrema de anticuerpos, que debería neutralizar efectivamente el virus, algunas mutaciones aún sobrevivieron.

Usando un método de nomenclatura llamado Pango (hay múltiples métodos de nomenclatura, que causan mucha confusión incluso entre la comunidad científica, olvídense de los laicos), identificaron esta variante por un nombre que suena muy poco interesante llamado B.1.617, señalando dos de las diversas mutaciones. Estas mutaciones son E484Q y L452R, que son simplemente códigos para el punto del genoma en el que un aminoácido en particular (indicado por la letra) es reemplazado por otro. “Mientras escribíamos el artículo, tuvimos que hablar repetidamente sobre la variante, y en algún momento me referí a ella como el doble mutante”, explica Agarwal.

Esta palabra pegadiza se escuchó por primera vez en público el 24 de marzo, cuando el secretario de salud de la Unión, Rajesh Bhushan, la utilizó en su exposición informativa. Y antes de que se dieran cuenta, casi todo el mundo usó el término. También causó cierta preocupación, ya que la gente comenzó a creer erróneamente que la doble mutación convertía al virus en un enemigo peor que la hebra ancestral de Wuhan.

Unas semanas más tarde, ocurrieron dos acontecimientos. Algunos científicos notaron que había otra mutación, P681R, en la variante B.1.617 que era "interesante" porque esta mutación "probablemente ayuda a que el virus entre más fácilmente en la célula huésped", en palabras del virólogo Saumitra Das, que dirige el National Instituto de Genómica Biomédica (NIBMG), Kalyani, Bengala Occidental. Entonces, la gente comenzó a hablar de que el doble mutante en realidad era un "triple mutante" y, por lo tanto, aún más temible. “Es la misma variante: B.1.617”, dice Agarwal. “Estábamos estudiando el escape inmunológico, por lo que señalamos las dos mutaciones que conectamos con ese rasgo. También habíamos notado P681R, pero en nuestra historia, era solo un compinche, los protagonistas eran los dos primeros. Para alguien más, que buscaba otra característica, P681R se convirtió en la estrella de la narrativa ”.

Pero incluso antes de que se pudiera aclarar esta confusión, el NIBMG señaló otra variante, B.1.618, que prevalece en Bengala Occidental. Como identificó tres mutaciones aquí, a esto también se lo denominó el triple mutante, nuevamente, atribuyéndole el triple de poder de destrucción. Y así, ahora hay dos mutantes triples que recorren el país, el doble de Maharashtra, que es un triple, y el triple de Bengala. 618, como es mejor llamar a esta variante, todavía está en estudio. Ni siquiera está clasificado como VoC, dice Das. No ha mostrado ningún potencial para propagarse de manera más virulenta o atacar de manera más letal.

La confusión prevaleciente es natural, dado el sistema complicado y no estandarizado para nombrar los virus y sus variantes. “El público en general no suele estar interesado en los nombres de los virus, y el sistema existente de números y letras funciona bien para la comunidad científica, ya que todos conocemos los códigos y podemos identificar de inmediato las mutaciones por sus nombres”, dice Agarwal en defensa. Desde el genoma ancestral (el genoma de Adán o Eva), el árbol filogenético de un virus puede ser un alfabeto alucinante y una sopa numérica, ya que las generaciones posteriores se agrupan en clados, linajes y variantes. Como era de esperar, términos como doble mutante o cepa del Reino Unido entran en nuestro vocabulario, todos los cuales son muy engañosos.

El linaje B.1.1.7, conocido como la variante del Reino Unido, obtuvo su nombre porque se identificó por primera vez en el Reino Unido, no significa que se haya originado en el Reino Unido. A pesar del estigma que estos nombres dan a un lugar, se vuelven comunes. Lo hemos visto con los virus de la gripe española, el ébola, el nipha y el zika y una serie de enfermedades. A pesar de los esfuerzos de la comunidad científica para no asociar la pandemia con China, la conexión de Wuhan sigue siendo imborrable. La Organización Mundial de la Salud está elaborando un sistema de nomenclatura estandarizado, pero si bien eso puede aliviar la confusión entre los científicos, para los legos, seguirá siendo en su mayoría una tontería.

618 también se denominó por primera vez la variante india, aunque Bhushan insistió en que no existe tal término. Si bien su intento fue garantizar que la India no sea estigmatizada, el hecho es que dada la extensión de la India, no puede haber una sola variante india. Ya, 617 se llama la variante de Maharashtra, mientras que 618 es la variante de Bengala. Pero si se informa otra variante de estos estados, ¿cómo se llamará?, Pregunta Agarwal. “En este momento, dada la gran cantidad de casos, India también debe tener el mayor grupo de variantes”, señala Rakesh Mishra, director del Centro de Biología Celular y Molecular con sede en Hyderabad, y agrega que la mutación es la naturaleza de los virus. Solo si una mutación se asocia con una infección más grave o resistencia a los anticuerpos, se convierte en un motivo de preocupación.

De hecho, durante el año pasado, el mapa de virus del país ha cambiado dinámicamente. En las primeras semanas, la hebra de Wuhan llegó a la India, pero con la suficiente rapidez, una variante llamada D614G se estableció en toda la India, dice Mishra. Siguió siendo dominante hasta el invierno, cuando llegó la variante del Reino Unido en vuelos. Esta variante es conocida por una mayor infectividad o diseminación, pero no necesariamente una mayor morbilidad en los pacientes.

Pérdida inconmensurable: Umar Farooq de Srinagar mide una tumba cavada para su madre, que murió de Covid-19 | AFP

En diciembre, el mapa variante de la India comenzó a cambiar notablemente. La variante del Reino Unido, a pesar de ser un VoC, no estaba contenida correctamente, especialmente en el norte de la India. En Punjab, ahora representa el 90 por ciento de los casos en Delhi, la mitad de los casos incluidos en la muestra, seguida de la variante 617. Por otro lado, a pesar de los vuelos internacionales a Mumbai e Hyderabad, la identificación y cuarentena de los pasajeros internacionales portadores de esta infección ha hecho que la variante del Reino Unido esté menos establecida en la península. Mientras que en Maharashtra, 617 es la variante más frecuente, en otras partes del sur, N440K se ve con mayor frecuencia. "No tiene ninguna consecuencia real, ya que no conduce a una mayor infectividad", dice Mishra. Las variantes de Brasil y Sudáfrica también se observan en India, pero en títulos muy bajos.

En Bengala Occidental, el 618 y el 617 están compitiendo por la supremacía, y los científicos creen que el 617 más móvil podría convertirse en dominante e incluso superar al 618. El aumento de Uttar Pradesh es todavía un estudio en progreso. Si bien es posible que debido a la proximidad, Uttar Pradesh tenga un patrón de variante similar al de Delhi, Sujeet Singh, director del Centro Nacional para el Control de Enfermedades, que está analizando muestras del norte de India, dice que la imagen se aclarará una vez que se realice el análisis. . El aumento de Bengaluru, dicen los genetistas, no está dominado por ninguna variante en particular. En general, en el país, la variante del Reino Unido es la dominante, en gran parte debido al aumento del norte de la India.

¿Qué significa la comprensión de estas variantes para la gente? Nada, dicen los científicos. La propagación del virus sigue siendo la misma, independientemente de la variante. Hasta ahora, así es el tratamiento. Así, el protocolo de prevención existente funciona. "En Punjab, por ejemplo, la variante del Reino Unido es dominante, pero cualquier variante habría hecho el mismo trabajo, cuando la gente se reunía en masa para protestas y fiestas", señala Mishra.

Estos estudios genómicos son más para la comprensión de los investigadores en estudios epidemiológicos. Un mapa de variantes dinámicas mostrará cómo se está propagando la infección y, por lo tanto, puede usarse de manera efectiva en el manejo epidemiológico, al aislar físicamente la región desde donde se está propagando. La identificación de 617 en el Reino Unido y Canadá ha mostrado el camino de su recorrido.

Los estudios genómicos también ayudan a crear vacunas y medicamentos de destino. Hasta ahora, no existe un medicamento probado para tratar Covid-19. Pero los estudios muestran que el protocolo de tratamiento y las vacunas existentes funcionan con la misma eficacia contra todas las variantes existentes. Esto se debe a que las mutaciones se encuentran solo en un punto en particular, pero la vacuna se dirige a varios puntos del virus. Por lo tanto, incluso si un sitio en particular muestra un "escape inmunológico" en condiciones de laboratorio, la vacuna aún podría apuntar al virus en su conjunto. Por el momento, al menos. Una vez más, ninguna de las mutaciones ha cambiado la forma en que se ha propagado el virus, por lo que la máscara, la distancia social y la higiene de las manos van en contra de todos. Esto es por el momento. En cuanto al futuro de la infección, que sera sera (lo que será, será).

La variante de interés muestra cambios en la unión al receptor. Podrían tener un potencial de neutralización reducida por anticuerpos generados por un episodio previo de infección o vacunación, un impacto diagnóstico potencial o un aumento previsto en la transmisibilidad o gravedad de la enfermedad. B.1.617 se considera principalmente un VoI, B.1.618 puede ni siquiera calificar como VoI.

Variant of Concern es una variante para la cual hay evidencia de un aumento de la transmisibilidad y la gravedad de la enfermedad, una reducción significativa de la neutralización por anticuerpos de una infección o vacunación previa, una eficacia reducida del tratamiento y fallas de detección de diagnóstico. La variante del Reino Unido es un VoC.


Doble toma de ADN

Desde la clase de biología hasta el "C.S.I.", se nos dice una y otra vez que nuestro genoma está en el corazón de nuestra identidad. Lea las secuencias de los cromosomas de una sola célula y aprenda todo sobre la información genética de una persona o, como dice 23andme, una destacada empresa de pruebas genéticas, en su sitio web, “Cuanto más sepa sobre su ADN, más sabrá acerca de ti mismo."

Pero los científicos están descubriendo que, en un grado sorprendente, tenemos multitudes genéticas. No hace mucho, los investigadores habían pensado que era raro que las células de una sola persona sana difirieran genéticamente de manera significativa. Pero los científicos están descubriendo que es bastante común que un individuo tenga múltiples genomas. Algunas personas, por ejemplo, tienen grupos de células con mutaciones que no se encuentran en el resto del cuerpo. Algunos tienen genomas que provienen de otras personas.

“Ha habido rumores en la matriz sobre esto durante años, incluso décadas, pero solo en un sentido muy hipotético”, dijo Alexander Urban, genetista de la Universidad de Stanford. Incluso hace tres años, sugerir que había una variación genética generalizada en un solo cuerpo habría sido recibido con escepticismo, dijo. "Hubieras corrido contra la pared".

Pero una serie de artículos recientes del Dr. Urban y otros ha demostrado que esos susurros no eran solo hipotéticos. La variación en los genomas encontrados en una sola persona es demasiado grande para ignorarla. "Ahora sabemos que está ahí", dijo el Dr. Urban. "Ahora estamos mapeando este nuevo continente".

El Dr. James R. Lupski, un destacado experto en el genoma humano del Baylor College of Medicine, escribió en una revisión reciente en la revista Science que la existencia de múltiples genomas en un individuo podría tener un tremendo impacto en la práctica de la medicina. "Ha cambiado mi forma de pensar", dijo en una entrevista.

Los científicos están encontrando vínculos entre múltiples genomas y ciertas enfermedades raras, y ahora están comenzando a investigar variaciones genéticas para arrojar luz sobre trastornos más comunes.

La visión cambiante de la ciencia también está planteando interrogantes sobre cómo los científicos forenses deberían usar la evidencia de ADN para identificar a las personas. También plantea desafíos para los asesores genéticos, que no pueden asumir que la información genética de una célula puede informarles sobre el ADN en todo el cuerpo de una persona.

Plano humano

Cuando un óvulo y un espermatozoide combinan su ADN, el genoma que producen contiene toda la información necesaria para construir un nuevo ser humano. A medida que el óvulo se divide para formar un embrión, produce nuevas copias de ese genoma original.

Durante décadas, los genetistas han explorado cómo un embrión puede utilizar las instrucciones de un solo genoma para desarrollar músculos, nervios y muchas otras partes del cuerpo humano. También utilizan la secuenciación para comprender las variaciones genéticas que pueden aumentar el riesgo de ciertas enfermedades. Los asesores genéticos pueden observar los resultados de los exámenes genéticos para ayudar a los pacientes y sus familias a hacer frente a estas enfermedades, alterando su dieta, por ejemplo, si carecen de un gen para una enzima crucial.

El costo de secuenciar un genoma completo ha caído tan drásticamente en los últimos 20 años, ahora unos pocos miles de dólares, por debajo de un estimado de $ 3 mil millones para la asociación público-privada que secuenció el primer genoma humano, que los médicos están comenzando a secuenciar todo el genoma. genomas de algunos pacientes. (La secuenciación se puede realizar en tan solo 50 horas). Y están identificando vínculos entre mutaciones y enfermedades que nunca antes se habían visto.

Sin embargo, todas estas poderosas pruebas se basan en la suposición de que, dentro de nuestro cuerpo, un genoma es un genoma es un genoma. Los científicos creían que podían observar el genoma de las células tomadas en un frotis de la mejilla y poder aprender sobre los genomas de las células en el cerebro o el hígado o en cualquier otra parte del cuerpo.

A mediados de la década de 1900, los científicos comenzaron a obtener pistas de que esto no siempre era cierto. En 1953, por ejemplo, una mujer británica donó medio litro de sangre. Resultó que parte de su sangre era del tipo O y parte del tipo A. Los científicos que la estudiaron concluyeron que había adquirido parte de su sangre de su hermano gemelo en el útero, incluidos sus genomas en las células sanguíneas.

El quimerismo, como se conocieron tales condiciones, pareció durante muchos años ser una rareza. Pero "puede ser más común de lo que pensamos", dijo la Dra. Linda Randolph, pediatra del Children's Hospital en Los Ángeles, autora de una revisión del quimerismo publicada en The American Journal of Medical Genetics en julio.

Los gemelos pueden terminar con un suministro mixto de sangre cuando obtienen nutrientes en el útero a través del mismo conjunto de vasos sanguíneos. En otros casos, dos huevos fertilizados pueden fusionarse. Estas supuestas quimeras embrionarias pueden pasar la vida felizmente sin darse cuenta de sus orígenes.

Una mujer descubrió que era una quimera a los 52 años. Necesitaba un trasplante de riñón y le hicieron una prueba para encontrar una pareja compatible. Los resultados indicaron que no era madre de dos de sus tres hijos biológicos. Resultó que se había originado a partir de dos genomas. Un genoma dio lugar a su sangre y algunos de sus óvulos, otros óvulos llevaban un genoma separado.

Las mujeres también pueden obtener genomas de sus hijos. Después de que nace un bebé, puede dejar algunas células fetales en el cuerpo de su madre, donde pueden viajar a diferentes órganos y ser absorbidas por esos tejidos. "Es muy probable que cualquier mujer que haya estado embarazada sea una quimera", dijo el Dr. Randolph.

Dondequiera que se mire

A medida que los científicos comienzan a buscar quimeras de manera sistemática, en lugar de esperar a que aparezcan en pruebas médicas desconcertantes, las encuentran en una fracción notablemente alta de personas. En 2012, científicos canadienses realizaron autopsias en el cerebro de 59 mujeres. Encontraron neuronas con cromosomas Y en el 63 por ciento de ellos. Las neuronas probablemente se desarrollaron a partir de células originadas en sus hijos.

En The International Journal of Cancer en agosto, Eugen Dhimolea del Dana-Farber Cancer Institute en Boston y sus colegas informaron que las células masculinas también pueden infiltrarse en el tejido mamario. Cuando buscaron cromosomas Y en muestras de tejido mamario, lo encontraron en el 56 por ciento de las mujeres que investigaron.

Hace un siglo, los genetistas descubrieron una forma en que las personas podían adquirir nuevos genomas. Estaban estudiando "animales mosaico", criaturas raras con parches de piel de colores extraños. Los animales no heredaron los genes de estos parches de sus padres. En cambio, mientras eran embriones, adquirieron una mutación en una célula de la piel que se dividió para producir un parche de color.

El mosaicismo, como llegó a conocerse esta condición, era difícil de estudiar en humanos antes de la era de la secuenciación del ADN. Los científicos solo pudieron descubrir casos en los que las mutaciones y los efectos fueron grandes.

En 1960, los investigadores encontraron que una forma de leucemia es el resultado del mosaicismo. Una célula sanguínea muta espontáneamente a medida que se divide, moviendo una gran parte de un cromosoma a otro.

Estudios posteriores agregaron apoyo a la idea de que el cáncer es el resultado de mutaciones en células específicas. Pero los científicos tenían poca idea de cuán comunes eran los casos de mosaicismo más allá del cáncer.

"No teníamos la tecnología para pensar sistemáticamente en ellos", dijo el Dr. Christopher Walsh, genetista del Children's Hospital en Boston, quien recientemente publicó una revisión sobre mosaicismo y enfermedad en la ciencia. "Ahora estamos en medio de una revolución".

Benign Differences

The latest findings make it clear that mosaicism is quite common — even in healthy cells.

Dr. Urban and his colleagues, for example, investigated mutations in cells called fibroblasts, which are found in connective tissue. They searched in particular for cases in which a segment of DNA was accidentally duplicated or deleted. As they reported last year, 30 percent of the fibroblasts carried at least one such mutation.

Michael Snyder of Stanford University and his colleagues searched for mosaicism by performing autopsies on six people who had died of causes other than cancer. In five of the six people they autopsied, the scientists reported last October, they found cells in different organs with stretches of DNA that had accidentally been duplicated or deleted.

Now that scientists are beginning to appreciate how common chimerism and mosaicism are, they’re investigating the effects of these conditions on our health. “That’s still open really, because these are still early days,” Dr. Urban said.

Nevertheless, said Dr. Walsh, “it’s safe to say that a large proportion of those mutations will be benign.” Recent studies on chimeras suggest that these extra genomes can even be beneficial. Chimeric cells from fetuses appear to seek out damaged tissue and help heal it, for example.

But scientists are also starting to find cases in which mutations in specific cells help give rise to diseases other than cancer. Dr. Walsh, for example, studies a childhood disorder of the brain called hemimegalencephaly, in which one side of the brain grows larger than the other, leading to devastating seizures.

“The kids have no chance for a normal life without desperate surgery to take out half of their brain,” he said.

Dr. Walsh has studied the genomes of neurons removed during those surgeries. He and his colleagues discovered that some neurons in the overgrown hemisphere have mutations to one gene. Two other teams of scientists have identified mutations on other genes, all of which help to control the growth of neurons. “We can get our hands on the mechanism of the disease,” said Dr. Walsh.

Other researchers are now investigating whether mosaicism is a factor in more common diseases, like schizophrenia. “This will play itself out over the next 5 or 10 years,” said Dr. Urban, who with his colleagues is studying it.

Moving Cautiously

Medical researchers aren’t the only scientists interested in our multitudes of personal genomes. So are forensic scientists. When they attempt to identify criminals or murder victims by matching DNA, they want to avoid being misled by the variety of genomes inside a single person.

Last year, for example, forensic scientists at the Washington State Patrol Crime Laboratory Division described how a saliva sample and a sperm sample from the same suspect in a sexual assault case didn’t match.

Bone marrow transplants can also confound forensic scientists. Researchers at Innsbruck Medical University in Austria took cheek swabs from 77 people who had received transplants up to nine years earlier. In 74 percent of the samples, they found a mix of genomes — both their own and those from the marrow donors, the scientists reported this year. The transplanted stem cells hadn’t just replaced blood cells, but had also become cells lining the cheek.

While the risk of confusion is real, it is manageable, experts said. “This should not be much of a concern for forensics,” said Manfred Kayser, a professor of Forensic Molecular Biology at Erasmus University in Rotterdam. In the cases where mosaicism or chimerism causes confusion, forensic scientists can clear it up by other means. In the Austrian study, for example, the scientists found no marrow donor genomes in the hair of the recipients.

For genetic counselors helping clients make sense of DNA tests, our many genomes pose more serious challenges. A DNA test that uses blood cells may miss disease-causing mutations in the cells of other organs. “We can’t tell you what else is going on,” said Nancy B. Spinner, a geneticist at the University of Pennsylvania, who published a review about the implications of mosaicism for genetic counseling in the May issue of Nature Reviews Genetics.

That may change as scientists develop more powerful ways to investigate our different genomes and learn more about their links to diseases. “It’s not tomorrow that you’re going to walk into your doctor’s office and they’re going to think this way,” said Dr. Lupski. “It’s going to take time.”


Project Report on DNA

An exclusive project report on DNA. This project report will help you to learn about: 1. Introduction to DNA 2. Constituents of DNA 3. Molecular Structure 4. Forms 5. DNA as the Genetic Material 6. DNA Content 7. Unique and Repetitive DNA.

  1. Project Report on Introduction to DNA
  2. Project Report on the Constituents of DNA
  3. Project Report on the Molecular Structure of DNA
  4. Project Report on the Forms of DNA
  5. Project Report on DNA as the Genetic Material
  6. Project Report on DNA Content
  7. Project Report on Unique and Repetitive DNA

Project Report # 1. Introduction to DNA:

The chromosomes are made up of two types of macromolecules — proteins and nucleic acids. The nucleic acids are of two types, viz. deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA). DNA and RNA are chain-like macro-molecules that function in the storage and trans­fer of genetic information.

They are major com­ponents of all cells. DNA is found predominant­ly in the nucleus while RNA is predominant in cytoplasm. DNA is the genetic material of most organisms including many viruses. Some viruses,’ however, have RNA as their genetic material.

Deoxyribonucleic acid (DNA) is found in the cells of living organisms except plant viruses. DNA is double stranded but in some cases like bacteriophages (e.g., φ x 174) the DNA is single stranded and remains coiled and enclosed in a protein coat. DNA may be circular in bacteria, spirally coiled and un-branched threads in mito­chondria and plastids of eukaryotic cells.

Project Report # 2. Constituents of DNA:

Deoxyribonucleic acid is a long chain poly­mer (polynucleotide) composed of monomeric units, called nucleotides. Each nucleotide is composed of a nucleoside (a sugar and a base) and a phosphate group.

Chemical analysis of highly purified DNA have shown that it is made of four kinds of monomeric building blocks each of which con­tains three types of molecules :

The phosphoric acid (H3correos4) in the nucleic acid is called phosphate (Fig 4.1). Phosphoric acid has three reactive hydroxyl (-OH) groups of which two are involved in forming sugar phosphate backbone of DNA. The phosphate makes a nucleotide negatively charged.

DNA contains a five carbon sugar, hence it is a pentose sugar (Fig. 4.1). Since one oxygen atom at the 2′ carbon is missing, hence it gets its name 2′-deoxyribose. Four of the five carbon atoms plus a single oxy­gen atom forms a five-membered ring. The fifth carbon atom is outside the ring and forms a part of a -CH2 grupo.

Different types of hetero­cyclic nitrogen containing ring compounds are found in the structure of DNA. They are called simply as bases because they can combine with H^ in acidic solution. They are also referred to as nitrogenous bases due to presence of nitrogen.

The bases are of two types mainly — Pyrimidine and Purine.

Pyrimidine bases are made up of a six-membered pyrimidine ring which is similar to the benzene ring except that it contains nitrogen in place of carbon at the positions 1 and 3. Pyrimidine bases are of 2 types — thymine and cytosine (Fig. 4.1), commonly abbreviated as T and C respectively.

Purine is a derivative of pyrimidine. It consists of a pyrimidine ring and a five- membered imidazole ring (having nitrogen at 7 and 9 positions) which are fused together at 5 and 4 positions. There are two purine com­pounds namely – adenine (A) and guanine (G) (Fig. 4.1).

In addition to the four common bases (A, T, G, C), certain other unusual bases of purine and pyrimidine derivatives, called rare or minor bases, occur in small amounts in DNA of some organisms.

In some viruses, uracil occurs in place of thymine in DNA. The T-even phages contain 5-hydroxy- methyl-cytosine in place of cytosine. These modifications protect the viral DNA from degra­dation by the host cell endonuclease. Other rare bases in DNA are 5-methyl-cytosine, N 6 -methyl- adenine, N 2 -methyl-guanine, etc.

Molar Ratio of Nitrogenous Bases in DNA (Chargaff Rules, 1955):

(i) The purine and pyrimidine components occur in equal amounts in a DNA molecule.

(ii) The amounts of adenine (A) is equivalent to the amount of thymine (T) and the amount of cytosine is equivalent to that of guanine (G).

(iii) In DNA, A + G / T + C value is always one or nearly one.

(iv) The base ratio A +T/G + C may vary in the DNA of different groups of organisms but is constant for particular species. Therefore, this ratio has been used to identify the DNA from a particular species.

Project Report # 3. Molecular Structure of DNA (Watson and Crick’s Model):

In 1953 Watson and Crick postulated a three dimensional working model of DNA, i.e., double helix structure of DNA based on the X-ray data of Wilkins and base-equivalence observed by Chargaff.

A base combined with a sugar molecule is called a nucleoside. When deoxy­ribose sugar binds with base, it makes deoxyribonucleoside. Obviously, in DNA four different nucleosides are found.

A nucleotide is derived from a nucleoside by addition of a molecule of phosphoric acid. The phosphate molecule is linked with sugar molecule at carbon number 5 or at carbon number 3 (Fig. 4.2).

The nucleotides in DNA are of 4 types:

(iv) Deoxyguanylic acid (Fig. 4.3, Table 4.1).

A number of deoxyribonucleotides are covalently linked one by one to form a polynucleotide chain, i.e., deoxyribonucleotide monomer units are united through the formation of phosphodiester bonds (a diester bond is one which involves two ester bonds). Fig. 4.4.

Watson and Crick suggested that in a DNA molecule, there are two such polynucleotide chains which are coiled about one another in a spiral.

The two polynucleotide strands are held together in their helical configu­ration by hydrogen bonding between bases in opposing strands, the resulting base pairs being stacked between the two chains perpendicular to the axis of the molecule like the steps of a spiral stair case (Fig. 4.5).

The base-pairing is specific adenine is always paired with thymine, and guanine is always paired with cytosine (Fig. 4.6). Thus, all base-pairs consist of one purine and one pyrimidine.

The specificity of base-pairing results from the hydrogen-bonding capacities of the bases in their normal configurations. In their most common structural configurations, adenine and thymine form two hydrogen bonds, guanine and cytosine form three hydrogen bonds (Fig. 4.7).

The two strands of DNA double helix are thus said to be complementary (not identical). This property, that is complementarity of the two strands, makes DNA uniquely suited to store and transmit genetic information. The base-pairs in DNA are stacked 3.4 Å apart with 10 base-pairs per turn (360°) of the double-helix.

The sugar- phosphate backbones of the two complementary strands are antiparallel, that is, they have oppo­site chemical polarity.

As one moves unidirectionally along a DNA double helix, the phos­phodiester bonds in one strand go from a 3′ car­bon of one nucleotide to a 5′ carbon of the adjacent nucleotide, whereas those in complemen­tary strand go from a 5′ carbon to a 3′ carbon. This opposite polarity of the complementary strand is very important in considering the mechanism of replication of DNA.

The high degree of stability of DNA double helices results in part from the large number of hydrogen bonds between the base-pairs and in part from the hydrophobic bonding between the stacked base-pairs. The planar sides of them are relatively nonpolar and thus tend to be water insoluble (hydrophobic).

This hydrophobic core of stacked base-pairs con- tributes considerable stability to DNA molecules present in the aqueous protoplasm’s of living cells.

Project Report # 4. Forms of DNA:

The DNA molecules exhibit a considerable amount of conformational flexi­bility. It can exist in A, B, C, D and Z forms (Table 4.2). B form (B-DNA) is the structure proposed by Watson & Crick and is the native conformation of DNA in solution.

It consists of a right-handed antiparallel double helix of sugar-phosphate backbone, with purine-pyrimidine base-pairs roughly perpendicular to the axis of the helix. The tilt of base-pairs of the helix is 6.3°. One turn of the helix consists of 10 base-pairs. The rise of the helix per base pair is 3.37 Å.

A form (A-DNA) has 11 base pairs. The base pairs are considerably tilted from the axis of the helix. The axial rise is 2.56Å. The helix observed under conditions of dehydration and high con­centrations of salt is wider and shorter than B- helix, the distinction between the major and minor grooves are reduced.

C form (C-DNA) results by reduction of hydration of the B form below 66% with excess of salt still present. The size of helix of C form DNA is greater than Å type of DNA but is sma­ller than B-DNA. It is about 31 Å. There are 9.33 base pairs per turn. The axial rise of base pairs is 3.32 Å with a tilting of about 7.8°.

D form (D-DNA) and E form (E-DNA) are found rarely as extreme variants. In case of D- form there are 8 base pairs per turn of helix. An axial rise of base pairs is 3.03 Å with tilting of about 16.7°.

In case of E-form, there are 7.5 base pairs per turn of helix. Z form (Z-DNA) is an unique left-handed (Fig. 4.8) double helical form with a zig-zag (Fig. 4.9) sugar-phosphate backbone in antiparallel organization. This DNA has been called Z-DNA.

Project Report # 5. DNA as the Genetic Material:

Transformation Experiment:

Transformation experiment was initially conducted by F. Griffith in 1928 (Fig. 4.21). The injected a mixture of two strains of Pneumococcus (Diplococcus pneumo­niae) into mice. One of these two strains, S III was virulent and other strain R II was non-virulent (causing no infection).

Heat-killed virulent S III strain when injected, showed that infectivity after heat killing is lost. The mice injected with a mixture of R II (living) and S III (heat killed) died and virulent Pneumococcus could be isolated from these mice. This phenomenon was described as transformation.

O. T. Avery, C. M. Macleod and M. McCarthy repeated Griffith’s experiment in an in vitro system in order to identify the transforming prin­ciple responsible for converting non-virulent into virulent type and reported their results in 1944 (Fig. 4.22). Virulence in Pneumococcus depends on a polysaccharide capsule which is present in viru­lent strain S III and is absent in non-virulent strain R II.

The cells of non-capsulated type – Rll were treated with an extract of DNA from capsulated strain S III. A few cells of S III type could be iso­lated from the mixture.

This phenomenon of transferring characters of one strain to another by using a DNA extract of the former is called transformation. When the extract was treated with DNAse (an enzyme which destroys DNA) this transforming ability was lost. Proteases (enzymes which destroy pro­teins) did not affect the transforming ability. These experiments thus indicated that DNA and not the protein, is the genetic material.

Hershey-Chase Experiment:

Additional direct evidence indicating that DNA is the gene­tic material was published in 1952 by A. D. Hershey and M. Chase. The experiment showed that genetic information of a particular bacterial virus (bacteriophage T2) was present in DNA. Bacteriophage T2 infects the common colon bacillus E. coli (Fig. 4.23).

The basis for Hershey-Chase experiment is that DNA contains phosphorus but no sulphur, whereas proteins contain sulphur but no phos­phorus.

Thus, Hershey and Chase were able to specifically label either (1) the phage DNA by growth in a medium containing radioactive iso­tope of phosphorus 32 P, in place of the normal isotope 31 P, or (2) phage protein coats by growth in a medium containing radioactive sulphur 35 S, in place of the normal isotope 35 S (Fig. 4.24).

When T2 phage particles labelled with 35 S were mixed with E. coli cells for a few minutes and were then subjected to shearing forces by placing the infected cells in a warring blender, it was found that most of the radioactivity (and thus the proteins) could be removed from the cells without affecting progeny phage production.

When T2 phage in which DNA was labelled with 32 P were used, essentially all radioactivity was found inside the cells, that is, it was not subjec­ted to removal by shearing in a blender (Fig. 4.25).

The sheared off phage-coats were separated from the infected cells by low-speed centrifugation which pellets (sediments) cells while leaving phage particles suspended. The results indicated that DNA of the virus enters the host cell, where­as protein coat remains outside the cell.

Since progeny viruses are produced inside the cell, Flershy and Chase’s results indicated that the genetic information directing the synthesis of both the DNA molecules and protein coats of the progeny viruses must be present in the parental DNA. Moreover, progeny particles were shown to contain some of the 32 P, but none 35 S.

Project Report # 6. DNA Content:

Large variation in DNA content among species of the same genus as well as among genera of the same family has been observed. This wide range of variation in the nuclear DNA contents among species within a genus may be partly attributed to differences in chromosome numbers.

However, species at the same ploidy level and with the same chromosome number may either show little or ‘no variation (e.g., Hordeum, Avena, etc.) or may exhibit many-fold differences (e.g., Lathyrus, Vicia, Helianthus, Crepis, Allium, etc.). This inter specific variation may be continuous or discontinuous.

Intra- specific variation in DNA content has also been reported in recent years, so that the variation of DNA among genotypes is a rule rather than an exception. This variation has sometimes been used to explain mechanism of evolution of spe­cific groups.

In general, the huge difference in DNA amount not necessarily correlated with the nature and status of the organism, is principally due to the repetitive DNA sequences present in higher amount. In the plant system, nearly 70- 80% of the DNA in the cereals is repetitive and only a fraction of the DNA controls the structural genes for qualitative characters.

In fact, the com­parison of the genomes of different plant species ranging from algae to angiosperms show marked variation in the C value.

The haploid un-replicated DNA content of an individual is described as its C value. C value is nearly of 600-fold difference within the angiosperms alone, ranging from 0.2 pg in the crucifer – Arabidopsis thaliana to 127pg in Fritillaria assavrica, a liliaceous species. This paradoxical situation in C value termed as C value paradox is principally attri­buted to repetitive DNA content.

In human, of the 3 billion base pairs which constitute the entire genome, only about 50000 genes are supposed to be present. More than 40% of the DNA is highly repetitive. In general, only a fraction of the total amount of DNA codes for structural proteins and enzymes, the rest are repeats – noncoding or coding for non-specific-effect.

Project Report # 7. Unique and Repetitive DNA:

The chromo­somes of prokaryotes contain DNA molecule with unique (non-repeated) base-pair sequences, i.e., each gene which is a linear sequence of few thousand base-pairs, present only once in the genome. If prokaryotic chromosomes are broken into many short fragments, each fragment will contain a different sequence of base-pairs.

In higher organisms on the other hand, the unique DNA sequences which are principally responsible for qualitative characters are present in much lower amount than that of the repetitive sequences. Such unique sequences are present in the chromosomes of higher organism in between repetitive sequences, controlling enzyme-protein.

The chromosomes of eukaryotes in general are very complex. Certain base sequences are repeated many times in the haploid chromosome complement, sometimes as many as million times. DNA containing such repeated sequences, called repetitive DNA, often representing a major component of the eukaryotic genome.

Tipos de Repetitive DN / A:

The discovery of multiple copies of similar DNA sequences in chromosomes noted by Crick is a major event in the study of chro­mosome research. These repeats may be highly homogeneous, as in satellite DNA sequences in Xenopus, or may be moderate or minor in nature.

These sequences may also be inverted as in palindromes. In the chromosome structure, the highly homogeneous repeats may be tandem located in one locus in cluster form, whereas minor or moderate repeats may be interspersed located in intercalary positions or terminal. In tandem repeats, each sequence arranged adja­cent to the other forming monomeric unit.

Tandem repeats are of two types — similar repeats and complex combinations of different repeats, interspersed repeats are highly scattered, i.e., dispersed throughout the genome along with other sequences. Dispersed repeats include mobile elements such as long interspersed nucleotide element (LINE), short interspersed nucleotide element (SINE), long terminal repeats (LTR).

Repeats may be microsatellites (simple sequence repeats), minisatellites, satellites.

Size of Repetitive DN / A:

The length of repetitive sequences may vary from simple sequence repeats of di-, tri-, tetra- or hexanucleotides to nucleosome repeats of 180 bp and up to 10000 bp or more in rDNA repeats.

Amount of Repetitive DN / A:

The demonstration of the repeated sequences accounts, to a great extent, for the huge amount of DNA, noted in the different organisms. In higher organisms only little amount of the DNA represents structural genes contai­ning unique, the rest being amplification of non-coding sequences or repeats.

In the biologi­cal system, as a whole, the nuclear DNA content varies amongst the organisms without any con­comitant increase in the number and structure of genes.

The importance of repetitive DNA sequences can be judged from the very fact that in the human system almost 40% of DNA is repetitive in nature. In several plant species, as a rule 72-75% of DNA is repetitive whereas in Drosophila only 50% constitutes the sequences.

Location of Repetitive DN / A:

Repetitive DNA sequences are present throughout the chromosomes including in centromere and telomeres (also may be pericentromeric and sub-telomeric), introns, nucleo­lar organizing regions, segments of heterochro­matin.

In general, in the entire chromosome structure, normally highly repeated or homo­geneous repeats are located in one locus, e.g., secondary constriction or centromere and mode­rate, minor repeats are interspersed throughout. Highly homogeneous repeats have been located in ribosomal RNA (5S, 18S, 5.8S, 25S) gene loci and are mostly AT-rich.

A characteristic repeat (GGGGATT) found at the telomeres. Accessory (B) chromosomes which are heterochromatic in nature, rich in highly repeated sequences. Large portion of cereal genome is with interspersion of short repeats. Presence of repetitive sequence in introns, in transposons and in flanking regions of replicon has been noted.

Origin of Repetitive DN / A:

The mechanisms suggested for origin of repeated sequences include salutatory replication, unequal crossing over, transposition including insertion. Repeated sequences are sus­ceptible to change resulting from amplification, translocation, deletion and mutation leading to novel genomic configuration. Sequences in new environments may undergo patterning and amplification, leading to new repeat families.

Functions of Repetitive DN / A:

Several non-specific functions involving cell-nuclear size and volume, chromo­some cycle, generation time, duration of meiosis, chromatin folding have often been attributed to repeated sequences.

Role of interspersed repeats has been sug­gested for repair synthesis, regulation of chromo­some structure in folding during pairing, acting as initiation points in replication, gene expre­ssion through methylation, gene conversion and compression.

Function attributed to palindromic repeats at different levels of protein synthesis includes recognition systems, both at DNA and RNA levels, involving deletion and translocation, cleavage sites, termination of transcription, bind­ing of regulatory proteins and attachment of chromosomes with each other for information transfer.

Intron repeats facilitates alternate splicing or reshuffling of exons and inter-genic conversion, permit dispersion and promote genetic diversity through mobility. Accessory chromosome repeats in plants are associated with adaptation in different environmental set up.

Significance of Repetitive DN / A:

Some of the simple sequence repeats can serve as good markers. Certain tandem repeated sequences may be unique to a particular species. Their distribution and copy number help in differentiating various linkage groups in the chromosome complement.

DNA fingerprinting and molecular hybridization involving repeats have immense potential in documentation and analysis of biodiversity, and tracing the trends in evolution. The sequence, location and frequency of short tandem repeats (STR), which is common in plants’ genome, have role in determining phylogenetic status of species.

Detection of Repeats Tm and Cot Value:

For detection of repetitive DNA, the double stranded DNA is first denatured by heating into single stranded DNA which is accompanied with increase in optical density (hyperchromicity).

The single stranded DNA is then allowed to cool slowly to cause re-association between the com­plementary sequences into double stranded DNA which accompanies decrease in optical density (hypochromicity). Tm is the temperature at which 50% re-association is achieved.

The formation of double stranded DNA is actually measured over different values of a parameter which is described as Cot value (conc. x time). If solution of different DNA concentrations is to be compared, same Cot value can be achieved by altering the time allowed for re-association.

For DNA sample with high proportion of repeti­tive DNA, re-association will be faster and higher degree of re-association achieved at lower Cot values.

Localization of Repeats:

For localization of repetitive DNA, chromosome banding and molecular in situ hybridization (ISH) techniques are being applied.

Differential banding patterns of chromosomes, usually observed at specific regions on particular levels, were initially developed for the analysis of human chromo­some segments.

These bands are made visible through low and high intensity regions under the fluorescence microscope or as differentially stained areas under the light microscope. The methods were then extended first to different ani­mals and later to plant chromosomes.

The protocol for molecular hybridization, that is, denaturation at the cytological level, if followed by renaturation and staining with diffe­rent dyes, particularly Giemsa, gives intensely positive reaction at similar segments of chromo­somes which otherwise show repetitive DNA.

Obviously such treatment is capable of revealing repetitive segments in chromosomes. This ban­ding, following denaturation-renaturation and Giemsa staining, is termed G-banding.

Earlier, Caspersson and his colleagues had recorded differential fluorescence of different chromosome segments following staining with various fluorochromes (quinacrine) and observa­tion under the ultraviolet microscope and had successfully employed it in formulating a band­ing pattern analysis of the human karyotype.

Such bands were referred to as Q-bands. Other fluorochromes produce banding patterns as well, e.g., Hoechst 33258 similar to Q and ethidium bromide the reverse.

These banding patterns are unique for each chromosome like fingerprints. The bands are generally consistent for a taxon except for minor variations. A number of other chemicals can also produce bands either identical with or different from the fluorescent ones, based on different principles.

Such differential banding patterns, usually observed at specific regions on particular chromosomes, are being increasingly used for the identification of chromosomes.

The chromosome band nomenclature, adopted at the Paris Conference in 1971, recog­nized the following types of banding in human chromosomes (Fig. 4.26A):

By quinacrine staining and fluores­cence.

By staining techniques using Giemsa and related stains after appropriate pre- treatment.

R-bands or banding reverse to Q-bands:

By staining with Giemsa after heating to 87°C.

For constitutive heterochromatin, demonstrated by the denaturation-re-association technique.

Produced by enzymic digestion, as classified by Lejeune (1973), show woolen and shrunken regions corresponding to the dark and faint regions of G-banding. The same nomenclature can be applied to banding patterns observed in other eukaryotic chromosomes.

Other banding patterns of chromosomes include:

The centromeric and telomeric segments show bands after treatment in barium hydroxide, incubation and staining in ‘Stains All’ (4, 5, 4′, 5′-dibenzo-3, 3′-diethyl-9-methyl-thi- acarbocyanine bromide).

At nucleolus-organizing regions, possibly due to acidic proteins.

With orcein staining, mainly for plant chromosomes both intercalary and centro­meric heterochromatin show bands. All the above methods of banding bring out clearly the differentiation of chromosome seg­ments which can easily be analysed under the microscope. This technique permits identifica­tion of chromosome segments with specific molecular complexity such as repeat sequence.

The comparison of banding pattern between different genotypes, altered and unaltered, can localize the segments which have undergone alterations. The importance of banding can be judged by the very fact that, R-banding that is the reverse banding has been utilized for mapping of gene sequences in human chromosome.

In Situ Hybridization (ISH: FISH & GISH):

Besides the chromosome banding, for localiza­tion and mapping of different segments of chro­mosomes and gene loci at the microscopic level, application of molecular hybridization in situ is now widely adopted (Fig. 4.26B).

In situ hybri­dization (ISH) principally uses probe sequences, tagged with radioisotopes or fluorescent com­pounds (or a chemical reporter). The initial step is denaturation of the target which is followed by hybridization with probe of the complementary sequences to undergo re-annealing or pairing.

The complementary sequences of the probe bind selectively at the target site. The hybridized sites are localized either through autoradiography or immune-fluorescence as well as counter staining with specific stains detected cytologically. The in situ hybridization technique was developed ini­tially by Pardue and Gall and later modified by different authors.

The fluorescent in situ hybridization (FISH) is the most powerful technique at present, through which the target loci at the chromosome is hybridized with complementary probe sequence, tagged with fluorescent compound. There are two approaches, namely direct or indi­rect, of FISH technique in plant chromosome.

In the indirect method, the probes are tagged with reporter molecule, such as biotin, digoxigenin and finally they are located by fluorochrome conjugated antibodies such as avidin.

The main principle of this method is to make the probe- target sequence as antigenic so that, it can be detected through antibody. The common fluo­rochromes are FITC (fluorescein-isothiocyanate) as well as rhodamine. In the direct method, the probe is directly labelled by fluorochrome- labelled antibodies. The direct labelling of fluorochrome with the probe is the rapid method of ensuring good resolution.

Due to lack of karyomorphological markers, metaphase chromosome analysis cannot distin­guish parental genomes in hybrids. If ISH tech­nique is applied with total genomic probes where the plant has multi-genomic constitution, the parental chromosome can be directly identi­fied in the hybrids, such as Triticum and Secale in Triticale.

Thus method of total genome in situ hybridization is otherwise termed as GISH (genomic in situ hybridization) technique.

Since its first demonstration in identification of parental genomes in hybrid between Hordeum chilense and Secale africanum by Schwarzacher et al., the technique has been extensively applied to elucidate ancestry of hybrids and polyploids. GISH remains a very effective tool in genome identification, their orientation and in establishing genomic relationships between species.

The use of GISH in meiosis helps in understanding inter-genomic homologies as well as in elucidating the possible transfer of chromo­some segments through inter-genomic recombi­nation.

The FISH technique, using different colour combinations by different probes, is now being applied to detect simultaneously different genomes, or chromosome segments by extension of the technique – otherwise termed as multi­-colour FISH. This method has been used to dis­tinguish three genomes in hexaploid wheat and to detect several translocation sites and insertions in polyploid species of Triticum and Aegilops.

The multi-colour FISH technique is now regarded as a powerful tool for gene mapping as well as detection of abnormalities, including insertion and breakage points with chromosome specific or genome specific dispersed probes. The term chromosome painting is used in FISH technique where chromosome specific dispersed probes are used to detect the location of comple­mentary target sequences in the complement.

The FISH technique in recent years has further been modified to locate single copy or tandem sequences, utilizing primer mediated extension and amplification in situ by PGR method. The application of this method lies also in confirma­tion of location of foreign gene at the chromo­some level in transgenic individuals.


Afiliaciones de autor

From the Departments of Neuropediatrics (M.S., C.H.), Pediatric Radiology (T.R.), and Neonatology (W.K.), Charité, University Medical Center Berlin, Berlin the Departments of Neurology (K.R.W.) and Molecular Biology and Genetics (S.-J.L.), Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore the Department of Cardiovascular and Metabolic Diseases, Wyeth Research, Cambridge, Mass. (L.E.S., J.F.T.) and the Institute of Physiological Chemistry, Martin Luther University, Halle-Wittenberg, Germany (T.B.).

Address reprint requests to Dr. Schuelke at the Department of Neuropediatrics, Charité, University Medical Center Berlin, Augustenburger Platz 1, D-13353 Berlin, Germany, or at [email protected] .


Scientists find gene mutation linked to exfoliation syndrome, most common cause of glaucoma

A team of researchers from the Agency for Science, Technology and Research's (A*STAR) Genome Institute of Singapore (GIS) and Bioprocessing Technology Institute (BTI), as well as Singapore Eye Research Institute (SERI), have identified a genetic mutation (functionally defective CYP39A1 gene) associated with exfoliation syndrome, the most common cause of glaucoma. The findings could pave the way for future research on the cause of exfoliation syndrome and potential cures. Their research was published in Journal of the American Medical Association (JAMA) on 24 February 2021.

Exfoliation syndrome is a systemic disorder characterised by abnormal protein material that progressively accumulates in the front of the eye. This disorder is the most common cause of glaucoma, and a major cause of irreversible blindness.

In this study, the scientists sequenced all protein encoding genes of more than 20,000 participants from 14 countries across Asia, Europe, and Africa, including more than 1,200 Singaporeans. They observed that people with exfoliation syndrome are twice as likely to carry damaging mutations in the gene encoding for the CYP39A1 protein, an enzyme which plays an important role in the processing of cholesterol. Further extended analyses suggest that defective CYP39A1 function is strongly associated with increased risk of exfoliation syndrome.

Although exfoliation syndrome is the most common cause of glaucoma, its origin is shrouded in mystery because it is not known where the abnormal protein deposits (exfoliative material) originate, and how the disease comes about. Answers to these questions could provide approaches to design and develop an effective treatment. The current findings point to the important role of cholesterol processing in the exfoliation syndrome disease process. As cholesterol is found abundantly in all cells, disruption to how cholesterol is processed due to defective CYP39A1 activity could adversely impact their normal functions. In particular, this study discovered that epithelial cells in the front of the eye responsible for filtering the blood supply to produce the clear fluid known as aqueous humour that bathes and nourishes other cells in the eye, were most affected by the CYP39A1 gene mutation. Disruption to the gene function can compromise the filtering function of epithelial cells and lead to leakage of exfoliative material from the blood into the eye.

Prof Patrick Tan, Executive Director of GIS, said, "This is a ground-breaking study that could facilitate future research efforts aimed at restoring defective CYP39A1 function and inhibiting the formation of exfoliation material in the eye as treatments for exfoliation syndrome and glaucoma."

Prof Aung Tin, Director of SERI and Deputy Medical Director of SNEC, said, "This is a major eye disease, affecting over 70 million people worldwide, which causes a lot of visual morbidity and blindness, not only from glaucoma but also due to complications related to cataract surgery. This study was notable for involving many centres from many different countries around the world, but led from Singapore. The study findings are very exciting as we found a new pathway for the disease which opens up possibilities for new treatments."

Prof David Friedman, the Albert and Diane Kaneb Chair in Ophthalmology at Harvard University and Director of the Glaucoma Service at the Massachusetts Eye and Ear Infirmary, Boston, commented, "Very exciting work. The researchers have identified rare gene variants that results in disrupted cholesterol homeostasis and transport that will open the door to novel therapeutics. Having studied over 20,000 individuals, the study demonstrates the power of studying rare variants to detect disease-causing genes in complex conditions." Prof Friedman was not involved in the study.


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Comentarios:

  1. Flinn

    ¡Bromas aparte!

  2. Nelek

    su frase, simplemente el encanto

  3. Ruodrik

    Creo que el tema es muy interesante. Te sugiero que lo discutas aquí o en PM.

  4. Farnley

    Lo siento, eso ha interferido... Esta situación me es familiar. Vamos a discutir. Escribe aquí o en PM.

  5. Harriman

    Más bien, más bien



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