I.Complementul cromozomial uman

I.1. Originea si evolutia genomului uman I.2. Cromozomii umani I.3. Hartile genetice I.4. Particularitatile genomului uman

I.5. Proiectul genomului uman

I.1. Originea si evolutia genomului umanComplementul cromozomal uman este un produs al unui proces trasmutational care a avut loc la diferite stadii ale dezvoltarii mamiferelor. Specia umana a evoluat paralel cu maimutele antropoide, prin mecanisme genetice de duplicatie, inversie, translocatie etc. Interesanta este teoria privind originea si evolutia speciei umane, avand la baza remanieri cromozomale de tipul translocatiei robertsoniene (fuziune centrica). Avand in vedere ca maimutele actuale (familia Pongide) au 48 de cromozomi iar specia umana are 46 cromozomi deductia logica care se impune este urmatoarea: din stramosul comun al maimutelor antropomorfe si al omului a derivat specia umana in urma unei translocatii reprezentata de fuziunea a doi cromozomi, aparuta acum circa 10-15 milioane de ani. Aceasta remaniere cromozomala a generat un ritm extrem de rapid al evolutiei care a facut ca in circa 1-2 milioane de generatii sa se contureze specia umana cu atributele sale actuale.

I.2. Cromozomii umaniCromozomii reprezinta componentele nucleare in care sunt localizate moleculele de ADN, purtatoare de gene. Fiecare cromozom este purtatorul unei molecule de ADN.

In anul 1956 doi cercetatori J.H. Tjio si A. Levan au descoperit ca in celulele somatice umane exista 46 cromozomi (2n=46) din care 44 sunt cromozomi autozomi si doi sunt cromozomi heterozomi (sexuali) notati cu XX la femeie si XY la barbat. Cei 46 cromozomi prezenti in toate celulele somatice diploide, constituie complementul cromozomial al genomului uman. Acesta este alcatuit din doua seturi haploide, de cate 23 de cromozomi, unul de origine materna si adus de gametul femel la nivelul zigotului, iar celalalt de origine paterna si adus de catre gametul mascul. Asadar in cadrul fiecarei perechi de cromozomi, unul dintre acesti omologi este de origine materna si unul de origine paterna. Deoarece cromozomii umani sunt foarte variabili in ceea ce priveste dimensiunile si forma, s-a simtit nevoie unui sistem de clasificare. Un astfel de sistem de clasificare este sistemul Denver dupa numele localitatii din statul Colorado SUA in care a lucrat grupul de geneticieni care l-au

propus. La baza acestui sistem de clasificare a cromozomilor umani au stat urmatoarele criterii: a. dimensiunile cromozomilor (foarte mari, mijlocii, mici, foarte mici) b. forma cromozomilor (metacentrici, submetacentrici); c. prezenta sateliilor. Dispunerea cromozomilor unei celule diploide, ordonai pe perechi i grupe n funcie de dimensiuni, form, plasarea centromerului, etc reprezint cariolipul speciei respective (fig.48). Cariolipul uman normal grupeaz cele 23 perechi de cromozomi n 7 grupe notate cu litere mari:A,B,C\D,E,F,G. Grupa A - cuprinde cromozomii din perechile 1-3; sunt cromozomii cei mai mari i au centromerul aproape median (sunt metacentrici); Grupa B - cuprinde cromozomii din perechile 4-5; sunt cromozomi mari cu centromerul submedian (submetacentrici); Grupa C - cuprinde cromozomii din perechile 6-12; sunt cromozomi mijlocii ca lungime cu centromerul submedian (submetacentrici); Grupa D - cuprinde cromozomii din perechile 13 - 15; au dimensiuni medii cu centromerul dispus excentric (acrocentrici) i prezint satelii; Grupa E - cuprinde cromozomii din perechile 16-18; sunt relativ scuri i au centromerul fie median (16) fie submedian (17 i 18); Grupa F - cuprinde cromozomii din perechile 19-20; sunt scuri i aproape metacentrici; Grupa G - cuprinde cromozomii din perechile 21 -22; sunt foarte scuri i acrocentrici. Cromozomii sexului X i Y sunt foarte diferii ca mrime. Cromozomul X face parte din grupul celor mijlocii ca dimensiuni i este submetacentrie. Mai precis are dimensiunea i morfologia autozomilor din grupa C. Cromozomul Y este foarte scurt, este acrocentric i seamn cu cromozomul 22 prezentnd dimensiunile i morfologia autozomilor din grupa G. Pentru identificarea cromozomilor umani s-au folosit metode clasice de colorare, metode de marcare radioactiv difereniat, sau tehnicile de bandarc. Tehnica de bandarc a

fost aplicat n 1970 de T. Casperton i colaboratorii cu cele mai bune rezultate.

Aceasta const n tratarea cromozomilor metafizici cu un florocrom (quinqcrin) i observarea n lumin fluorescent. n acest fel la nivelul fiecrui cromozom poate fi identificat succesiune specific de benzi intense i mai putin intense (fig. 49 ). Acestea au fost numite benzile Q. Ulterior prin folosirea altor tehnici de bandare - colorare cu soluie Giemsa, s-au identificat benzile G cu aceeai localizare cu a benzilor Q, apoi benzile R (de reversie) cu dispoziie invers fa de benzile Q i G, benzile C (centromerice) localizate n regiunile din jurul centromerului sau benzile T (tclomeriee). Bandarea cromozomilor se bazea/ pe afinitatea diferitelor regiuni cromozomiale pentru un anumit colorant. Pe cromozomi alterneaz benzile ntunecate cu cele luminoase. Numrul de benzi este identic n cei doi cromozomi omologi. Benzile au dispoziie specific fiecrei perechi de cromozomi i n cariotipul uman nu se schimb, fiind la fel n orice fel de celul sau esut.

Benzile au mare importan deoarece pe de o parte,permit identificarea cromozomilor omologi, iar pe dc alt parte recunoaterea restructurrilor cromozomiale (fig.50) i a maladiilor ereditare.

I.3. Hartile geneticeHarta cromozomial const n reprezentarea grafic (n form liniar) a unui grup linkage sau cromozom n care poziia genelor sau a markerilor genetici este indicat n funcie de distanele relative dintre ele. In cazul n care distana dintre doi loci oarecare este dat prin frecvena crossing-overului intergenetic, se obine o hart genetica. n cazul n care genele sunt localizate pe baza observaiilor microscopice i a analizei recombinrilor genetice se obine o hart citologic Hrile complete, se numesc hri citogenetice. Alctuirea hrilor cromozomiale pe baza fenomenelor de linkage, de crossing-over, de aranjare linear a genelor n cromozomi a fost propus de C B . Briciges (unul din colaboratorii lui Morgan) n anul 1920. n hart se nscriu alelele mutante (recesive, dominante). Fiecare locus este indicat de simbolul abreviat al alelei mutante, precum i de o cifr, care este obinut prin nsumarea valorilor crossing-overlor pentru toate intervalele cunoscute situate n stnga fa de poziia dat (ftg.51 ).n general hrile genetice se alctuiesc mai uor la organismele cu un numr mic de grupe dc linkage. Hrile au importan esenial n cunoaterea organizrii materialului genetic i n nelegerea mecanismelor genetice.Caracteristici Dimensiunea Numr de molecule diferite dcADN Numr total de molecule de ADN per celul Proteine asociate Genom nuclear 3000 Mb 23, Ia femeie (XX)24, n celulele brbatului (XY), toate liniare 23 n celulele haploide46 n celulele diploide cteva clase de histone si numeroase clase de nonhistone 30 000 - 40 000 1/30- 1/60 kb o mare fracie de ADN Genom mitocondrial 16.6 kb o molecul circular de ADN

cteva mii n cea mai marc parte neasociat cu proteine 37 1/0,45 kb foarte puin ADN repetitiv

Numr de gene Densitate genic ADN repetitiv

Transcripia

repetitiv cea mai mare parte a genelor suni transcrise individual

transcripie continu a mai multor gene abseni aproximativ 93 % nu exist

Introni prezeni n majoritatea genelor Procent de ADN codificator 2-3% Recombinarea cel puin o dat la fiecare set de cromozomi omologi n cursul meiozei Pattern de ereditate Mendelian - pentru genele X -lincate i din autozomi. patern -pentru genele din cromozomul Y

exclusiv matern

I.4. Particularitatile genomului uman- Aproximativ 99% din ADN-ul celular uman nu este transcris n proteine; Subunitile proteinelor heteromerice sunt condiionate de gene situate n cromozomi diferii; Genele implicate n etapele succesive ale unui proces metabolic sunt situate n cromozomi diferii; n genomul uman exist pseudogene - gene cu structur similar cu cea a genelor structurale dar, care n urma unor mutaii au devenit inactive; -O gen poate fi amplificat, uneori de sute de ori, ca singurul mijloc de aprare al organismului n fata unei agresiuni exterioare; -Unele gene se exprim doar n cursul diferenierii embrionare, altele se exprim de-a lungul ntregii ontogeneze i se numesc gene de ntreinere.

I.5. Proiectul genomului umanProiectul "Human Genome" a demarat in 1990 din necesitatea de a coordona activitatea unor echipe numeroase i complexe de geneticieni n vederea realizrii unui ansamblu de prelucrri extrem de fine si de sistematizare a tuturor informaiilor privind ADN-ul uman. Scopul primar al PGU'a fost acela de a secvenia genomul uman n ntregime, pan n anul 2005, fiind bine stabilite direciile de aciune i durata lor: planul iniial de 5 ani, finalizat n 1995 a avut ca scop construirea unei hri de linkaj i a unei hri fizice bazat pe analiza bibliotecilor YAC.Planul pentru urmtorii 5 ani este identificarea genelor pentru alctuirea unei hri de transcripie. PGU nglobeaz de fapt dou proiecte; primul este centrat asupra structurii genomului uman i vizeaz cartografierea genelor n cromozomi; al doilea explic funciile tuturor genelor componente n comparaie cu unele organisme model: Escherichia coli, Drosophila etc.