VARIACIONES CROMOSÓMICAS ESTRUCTURALES

VARIACIONES CROMOSÓMICAS ESTRUCTURALES

Deleciones 

Un individuo es portador de una deleción cuando le falta un segmento cromosómico, si este segmento es un extremo del cromosoma, la alteración se denomina deficiencia. Si la deleción es muy grande es visible al microscopio óptico ya que el cromosoma presenta menor tamaño del normal. La deleción en homocigosis suele ser letal para el individuo portador, si se presenta en heterocigosis, el efecto será más o menos deletéreo dependiendo de la importancia de los genes presentes en el segmento perdido. En individuos con determinación sexual XX-XY o XX-X0, las deleciones del cromosoma X son letales en los machos; En las hembras dependiendo del sistema de compensación de dosis génica, puede producir algunos efectos fenotípicos en el individuo heterocigótico. En la especie humana, en nacidos vivos, la deleción más frecuente y estudiada, es la conocida como síndrome de "Grito de gato", consiste en una deficiencia del brazo corto del cromosoma 5, que produce un retraso mental y finalmente la muerte del individuo. En meiosis la configuración crítica para detectar una deleción es ver un bivalente heteromorfo, o bien observar una falta de apareamiento (bucle o lazo en el cromosoma no delecionado) en un segmento intersticial.

Importancia evolutiva

Dada la letalidad y el desequilibrio orgánico y cromosómico que producen las deleciones, la selección natural tiende a eliminarlas y por ello la importancia evolutiva de las deleciones es prácticamente nula.

Duplicaciones 

Las duplicaciones surgen cuando un segmento cromosómico se replica más de una vez por error en la duplicación del ADN, como producto de una reorganización cromosómica de tipo estructural, o relacionado con un proceso de sobrecruzamiento defectuoso. Las duplicaciones no suelen ser deletéreas, más bien diríamos que es una fuente de nuevo material genético y base para nuevos cambios evolutivos. Muchas de las familias génicas con un origen evolutivo común, o las familias multigénicas pueden tener su origen en las duplicaciones. Si el segmento afectado es de gran tamaño, se puede detectar en meiosis con los mismos criterios que en las deleciones (bivalente heteromorfo o zona intersticial desapareada en el cromosoma con la duplicación).

Las duplicaciones no suelen tener una manifestación fenotípica observable a simple vista, sino mediante análisis citogenéticos y moleculares. 

Un caso especial es la mutación Bar en Drosophila melanogaster, detectable porque los individuos mutantes poseen unos ojos con menos facetas y con una forma más estrecha que los individuos normales. El carácter Bar tiene una herencia dominante y ligada al sexo. Realmente es una duplicación de la región 16A del cromosoma X . Cuando se produce un sobrecruzamiento desigual se obtienen cromosomas con tres regiones 16 A y este caso también es observable ya que los individuos portadores de esta variante (ultra Bar o doble Bar) muestran un ojo más estrecho y con menos facetas que los Bar. Esta disminución en las facetas y tamaño del ojo es debido a que los individuos portadores de la duplicación sufren un retraso en el comienzo de la división celular en el tejido del primordio del ojo. 

La importancia evolutiva

De las duplicaciones radica en el hecho de que los individuos portadores tienen dos copias de un mismo gen. En un individuo normal una mutación de ese gen puede tener efectos deletéreos, pero si hay dos copias y se produce una mutación en una de ellas, el individuos podrá seguir manifestando un fenotipo "aparentemente normal" y la selección natural no actuaría en su contra. Mediante este proceso se pueden ir originando nuevas copias de un mismo gen y producirse variantes y alternativas no alélicas a una secuencia de ADN. Este es el origen de las familias multigénicas (Histonas, rRNAs, etc.) y de las familias génicas con un origen evolutivo común (Ej, haptoglobinas). La estructura citogenética de las familias multigénicas suele ser muy típica: Todos los genes que componen la familia se encuentran juntos en el cromosoma en un mismo "nicho" o cluster, que a su vez puede estar repetido una o varias veces. Las globinas se agrupan en dos clusters, cada uno de ellos en cromosomas distintos. Las histonas se agrupan en un cluster que puede estar repetido hasta cientos de veces en la misma región cromosómica. Los distintos genes están separados por unos espaciadores ricos en pares A-T y que son regiones SAR (Scaffold Attachement regions), esto es regiones por las que un lazo ADN se une al armazón proteico del cromosoma.

Las duplicaciones también pueden afectar a segmentos cromosómicos que no contienen genes estructurales de los tipo estudiados anteriormente. El genoma eucariótico contiene familias de secuencias repetidas que también se han originado por duplicaciones. El origen de este tipo de familias es idéntico al de las familias multigénicas, sólo que en este caso, al no haber presión selectiva sobre este tipo de secuencias, la variabilidad es mayor. La secuencias tipo Alu o las familias de secuencias nómadas de Drosophila, son casos de duplicaciones de segmentos de ADN que han ido evolucionando y conformando las secuencias medianamente repetidas del genoma eucariótico.

Inversiones 

Una inversión es cuando un segmento cromosómico cambia de orientación dentro del cromosoma. Para que se produzca este suceso es necesario una doble rotura y un doble giro de 180º del segmento formado por las roturas. Hay dos tipos de inversiones según su relación con el centrómero: Pericéntricas: Incluyen al centrómero. Se detectan fácilmente al microscopio óptico pues implican un cambio en la forma del cromosoma. Paracéntricas: No incluyen al centrómero y por tanto tampoco afectan a la forma del cromosoma. 

En meiosis, es fácil detectar una inversión ya que en paquitena, los cromosomas al intentar estar totalmente apareados, forman un bucle o rizo característico.

Si se da un sobrecruzamiento en la zona invertida, en las inversiones paracéntricas, lo mas frecuente es que se forme un puente y un fragmento en la primera o segunda anafase meiótica (dependiendo del número y de las cromátidas implicadas en los sobrecruzamientos). El fragmento formado en este proceso es siempre del mismo tamaño e igual a la zona invertida más dos veces la distancia entre el punto de inversión y el telómero, independientemente de donde se produzcan los sobrecruzamientos. En las inversiones pericéntricas no ocurre este fenómeno. Cuando se produce el puente y el fragmento se forman gametos inviables y una reducción teórica de la fertilidad en un 50%, ya que de los 4 productos meióticos, dos serán inviables, y dos viables, uno con la ordenación estándar y otro con la ordenación invertida. Hemos de tener en cuenta también que por lo anteriormente explicado, cuando se da sobrecruzamiento en la zona invertida, no se produce recombinación dentro de ese segmento, por lo tanto todos los genes comprendidos en el segmento invertido se transmiten siempre juntos como si estuvieran en un solo bloque de ADN.

Las inversiones son de gran importancia evolutiva

Puesto que pueden ser un mecanismo de aislamiento reproductivo debido a la semiesterilidad del híbrido y al hecho de no existir recombinación en el segmento invertido. Todos los genes que se encuentran en el segmento invertido se transmiten siempre juntos y en ese orden, es como si formaran un grupo de ligamiento o un supergen que no sufre alteraciones por recombinación. En el género Drosophila es muy frecuente la existencia de polimorfismos para inversiones. Estudiando la estructura cromosómica de las diversas especies es posible establecer un árbol filogenético de este género. Dobzhansky y su grupo de investigación, analizaron el cariotipo de diversos grupos taxonómicos, especialmente de los drosophílidos. Esta estructura cromosómica se relaciona con la distribución geográfica puediendose reconstruir la historia evolutiva de las distintas especies. Cuando se realizan estos tipos de estudios, se va analizando el nivel de polimorfismos en cada zona o región. Existe una zona geográfica con una ambiente muy favorable, donde pueden coexistir muchas especies o subespecies y el nivel de polimorfismos es muy elevado. Según nos vamos alejando de este núcleo o región central, las condiciones ambientales son distintas y menos favorables a todos los grupos taxonómicos, en estas zonas solamente existirán los individuos más adaptados y por lo tanto el nivel de polimorfismo será menor. El problema de la semiesterilidad derivado de la meiosis, es evitado en el género Drosophila ya que se dan unas circustancias muy especiales: recordemos que el macho es aquiasmático (por lo tanto nunca formará puente ni fragmento), y en las hembras lo que ocurre es que las cromátidas del puente nunca van a llegar al óvulo, sino que se quedan en los corpúsculos polares.

Translocaciones

 Las translocaciones se producen cuando dos cromosomas no homólogos intercambian segmentos cromosómicos. Las translocaciones pueden detectarse citológicamente porque el heterocigoto estructural forma un cuadrivalente (asociación de 4 cromosomas) en la profase meiótica. A veces también se pueden detectar por producirse cambios en el tamaño de los cromosomas si los segmentos intercambiados son de distinta longitud Veamos un ejemplo de un heterocigoto estructural para una translocación recíproca y todas las configuraciones en Metafase I dependiendo de los sobrecruzamientosAl microscopio electrónico se observaría un cambio de apareamiento entre 4 cromosomaslos 4 centrómeros de los cromosomas implicados en el cuadrivalente, pueden coorientar de distintas formas en metafase I. Si la segregación es concordante (2 centrómeros orientados a cada polo), los centrómeros pueden coorientar de formas distintas, dando lugar a coorientaciones adyacentes o alternadas. Adyacente: Centrómeros contiguos en el cuadrivalente van al mismo polo. Puede ser de tipo I si los centrómeros son no homólogos, o de tipo II si los centrómeros son homólogos.Alternada: Centrómeros contiguos en el cuadrivalente nunca van juntos al mismo polo.

De igual forma que ocurría con las inversiones, las translocaciones tienen mucha importancia evolutiva. El caso más extremo de utilización de las translocaciones como mecanismo de evolución, se produce en el género Oenothera, en el que los individuos son heterocigotos estructurales permanentes ya que todos los cromosomas están implicados en translocaciones múltiples. En la meiosis de estos individuos se forma un único multivalente y sólo se forman dos tipos de gametos viables. Esto es posible a que por medio de translocaciones múltiples se han llegado a formar dos grupos de cromosomas (Complejos C y Complejos R) de tal forma que cada cromosoma tiene los extremos de los brazos cromosómicos homólogos a los extremos de otros cromosomas distintos del otro grupo. La zona central no aparea nunca al ser muy pequeña o no tener homólogo en el otro complejo.

En animales el tipo de translocación más frecuente son las fusiones y fisiones céntricas, tambien denominadas translocaciones Robertsonianas. Existen diversos mecanismos mediante los cuales dos cromosomas acrocéntricos dan lugar a un cromosoma meta o submetacéntrico (fusión) y el caso recíproco (Fisión)

Las translocaciones pueden utilizarse en la construcción de mapas citogenéticos ya que permiten calcular distancias entre el punto de translocación y distintos loci situados en los cromosomas implicados