Mecanismos de Reparación del ADN
El ADN está constantemente expuesto a daños, pero las células han desarrollado sofisticados mecanismos para repararlos. Estos se pueden clasificar según si el daño afecta a una o a ambas cadenas de la doble hélice.
Reparación de Daños en una Sola Cadena
Estos mecanismos actúan cuando solo una de las hebras del ADN está dañada, utilizando la hebra intacta como molde.
Reparación durante la Replicación
- Reparación sobre la marcha (Proofreading): Es el principal sistema de corrección. Lo realizan las propias DNA Polimerasa I y DNA Polimerasa III mediante su actividad exonucleasa 3′ → 5′ para corregir un nucleótido equivocado que hayan colocado.
- Reparación directa: Se emplean enzimas para reparar directamente alteraciones nucleotídicas. Las principales son la fotoliasa (separa los dímeros de timina formados por radiación UV) y la metiltransferasa (retira grupos metilo añadidos al ADN).
- Reparación por escisión de base (BER): Una glicosilasa escinde la base nitrogenada del nucleótido dañado, generando un sitio apurínico o apirimidínico. El esqueleto pentosa-fosfato residual es eliminado por una AP endonucleasa y, finalmente, es sustituido por el nucleótido adecuado por la actividad secuencial de la DNA polimerasa y la DNA ligasa.
- Reparación por escisión de nucleótido (NER): Involucra la reparación de cadenas de entre dos y treinta bases. Este proceso reconoce cambios grandes que distorsionan la hélice, como los dímeros de timina, así como roturas de cadena única (reparados con enzimas como la UvrABC endonucleasa).
Reparación Post-Replicación
- Reparación de malapareamiento (MMR): Este sistema actúa cuando la replicación ya ha concluido y corrige errores de nucleótidos mal apareados (pero normales, es decir, no dañados).
En los cinco métodos anteriores se logra recuperar el genotipo original. Sin embargo, cuando los daños son excesivos, se activan los siguientes tipos de reparación, que son propensos a errores y no recuperan el genotipo original:
Mecanismos de Emergencia Propensos a Errores
- Respuesta SOS: Es un rellenado de emergencia que se pone en marcha cuando se acumulan daños que distorsionan la doble hélice (como regiones de ADN monocatenario por pérdidas de nucleótidos en la cadena complementaria), atascando la maquinaria replicativa.
- Proteína p53: Induce la apoptosis celular (muerte celular programada) cuando los daños no pueden ser reparados, para impedir que se desarrollen tumores.
Reparación de Daños en Ambas Cadenas de la Doble Hélice
Estos mecanismos se activan cuando ambas hebras del ADN se rompen, una situación especialmente peligrosa para la célula.
- Unión de extremos no homólogos (NHEJ): La DNA ligasa IV, junto con el cofactor XRCC4, une directamente los dos extremos rotos. Para asegurar una reparación precisa, el NHEJ se basa en cortas secuencias homólogas llamadas microhomologías, presentes en las colas monocatenarias de los extremos de ADN que deben ser unidos. Si estas secuencias son compatibles, la reparación suele ser correcta. No obstante, el NHEJ también puede causar mutaciones durante la reparación.
- Reparación recombinante (Recombinación homóloga): Requiere la presencia de una secuencia idéntica o casi idéntica que sea utilizada como plantilla para reparar la rotura. La maquinaria enzimática responsable de este proceso es casi idéntica a la del cruce cromosómico durante la meiosis. Esta ruta permite que un cromosoma dañado sea reparado utilizando una cromátida hermana (disponible en la fase G2 después de la replicación del ADN) o un cromosoma homólogo como plantilla.
Citogenética: El Estudio de los Cromosomas
¿Qué es un Cromosoma?
Un cromosoma es la estructura formada por cromatina (material genético compactado con proteínas de empaquetamiento) que contiene la información genética de un ser vivo.
Clasificación de los Cromosomas
Según la posición de su centrómero, los cromosomas humanos se clasifican en tres tipos principales, distinguibles en la metafase:
- Metacéntricos: Con el centrómero en una posición más o menos central y brazos de longitud similar (ej. cromosomas 1, 3, 19 y 20).
- Submetacéntricos: Con el centrómero desplazado hacia un lado, resultando en brazos de longitud claramente desigual (la mayoría, incluyendo los cromosomas sexuales).
- Acrocéntricos: Con el centrómero muy cerca de un extremo (ej. cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22).
Un posible cuarto tipo, el telocéntrico (con el centrómero en un extremo y un solo brazo), no existe en el cariotipo humano normal, pero se observa en algunas reordenaciones cromosómicas y es frecuente en otras especies.
Citogenética Clínica
La citogenética clínica consiste en el estudio de los cromosomas, su estructura y su herencia, aplicado a la genética médica. Se recomienda efectuar un análisis citogenético en las siguientes situaciones:
- Problemas en el crecimiento y desarrollo temprano.
- Nacidos muertos y muerte neonatal.
- Problemas de fertilidad.
- Antecedentes familiares de anomalías genéticas.
- Diagnóstico y pronóstico de tumores.
- Embarazo en una mujer de edad avanzada.
Identificación de Cromosomas: El Cariotipo
El cariotipo es la representación ordenada del conjunto de cromosomas de un individuo. Para visualizar y diferenciar los cromosomas humanos, se utilizan tres métodos de tinción principales:
- Bandas G: Es la técnica más utilizada. Los cromosomas se tratan primero con tripsina para digerir proteínas y después se tiñen con Giemsa. Cada par de cromosomas muestra un patrón característico de bandas claras y oscuras.
- Bandas Q: Utiliza tinción con mostaza de quinacrina o compuestos similares. Los cromosomas se tiñen con un patrón específico de bandas brillantes y oscuras que se visualizan con un microscopio de fluorescencia.
- Bandas R: Se utiliza para examinar regiones que se tiñen mal con los métodos anteriores. Antes de la tinción, los cromosomas reciben un tratamiento especial (p. ej., calor), y las bandas oscuras y claras resultantes son las inversas a las obtenidas con las bandas G o Q.
Anomalías Cromosómicas
Las anomalías cromosómicas pueden ser numéricas o estructurales, y pueden afectar a uno o más autosomas, a los cromosomas sexuales, o a ambos simultáneamente.
Anomalías Numéricas
La aneuploidía es la presencia de un número anormal de cromosomas debido a un cromosoma extra o ausente, lo que se asocia a deficiencias en el desarrollo físico, mental o ambos. Un ejemplo de nomenclatura es 47, XY, +21 para un varón con Síndrome de Down.
- Las monosomías (un cromosoma menos) son más perjudiciales que las trisomías (un cromosoma extra).
- Las monosomías autosómicas completas no suelen ser viables. La única excepción es la monosomía del cromosoma X (Síndrome de Turner).
- Las trisomías completas son viables solo para los cromosomas 13 (Síndrome de Patau), 18 (Síndrome de Edwards), 21 (Síndrome de Down) y los cromosomas sexuales.
Anomalías Estructurales
Se producen como consecuencia de roturas cromosómicas seguidas de una reconstitución anómala. Afectan aproximadamente a 1 de cada 375 nacidos vivos. Estas reordenaciones pueden producirse de manera espontánea o ser inducidas por agentes externos (radiación ionizante, infecciones virales, productos químicos). Se clasifican en equilibradas y desequilibradas.
Reordenamientos Equilibrados
En general, no hay efectos fenotípicos en el portador porque todo el material cromosómico está presente, aunque organizado de forma diferente. Sin embargo, suponen un riesgo para las siguientes generaciones, ya que los portadores pueden producir gametos desequilibrados.
Inversiones
Ocurren cuando un cromosoma sufre dos roturas y se reconstituye con el segmento intermedio invertido.
- Paracéntricas: No incluyen el centrómero; las dos roturas se producen en el mismo brazo.
- Pericéntricas: Incluyen el centrómero; hay una rotura en cada brazo.
Translocaciones
Consisten en un intercambio de segmentos entre dos cromosomas, generalmente no homólogos.
- Recíprocas: Se producen por la rotura de cromosomas no homólogos con intercambio recíproco de los segmentos desprendidos. Suelen ser inocuas para el portador, pero aumentan el riesgo de tener descendencia con anomalías.
- Robertsonianas: Implican dos cromosomas acrocéntricos que se fusionan cerca de sus regiones centroméricas y pierden los brazos cortos.
Reordenamientos Desequilibrados
En estos casos, existe una pérdida o ganancia de material genético, lo que suele tener consecuencias fenotípicas.
Deleciones
Suponen la pérdida de un segmento de un cromosoma, lo que produce una monosomía parcial.
Duplicaciones
Pueden ser debidas a un entrecruzamiento desigual o a una segregación anormal en la meiosis de un portador de una translocación o inversión. La duplicación de parte de un cromosoma origina una trisomía parcial.