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Paul Laissue MD, PhDUnidad de Genética-Grupo GENIUROS       EMCS-Universidad del Rosario                  UTLS-24 de octub...
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Gregorio Mendel: el padre de la genética•Leyes de Mendel: 1866/1900•Primera ley: Principio de la segregación              ...
Gregorio Mendel: el padre de la genética•Leyes de Mendel: 1866/1900•Segunda ley: Principio de la transmisión independiente
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Niveles de organización de los seres vivosNúcleo                        Moléculas                         Atomos         C...
Estructura subcelular
Núcleo de una célula somática humana46 cromosomas  23 origen ♀  23 origen ♂
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Estructura molecular del ADN                      Ley de complementariedad de base                                        ...
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Estructura de los genes•Regiones promotoras•Exón: secuencia codificante•Intrón: secuencias no codificantes separando los e...
Dogma central de la biología molecular ADN ARNProteína
Transcripción y traducción del ADN
Transcripción y traducción del ADNTraducción: ARNm-ARNt-Protéina
El código genético      •Código     Universal
Algunas mutaciones del ADN
2001: el Genoma Humano
El Genoma Humano (1990-2001) Objetivos•Determinar la secuencia completa de un individuo “sano”•Crear una base de datos par...
El Genoma Humano-Resultados•3.000.000.000 nucleótidos   •~25000-30000 genes           •SNPs      •Pseudogenes    •Regiones...
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Técnicas de secuenciación•PCR: FSHR, LHR, BMP15, GDF9
Técnicas de secuenciación de primera generación                   BMP15-         WT                   Exon 2              ...
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NGS: secuenciación
NGS: resultados
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NGS: algunas aplicaciones                    Exoma                    (30Mb)
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Genes implicados en la función testicular murina
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Genómica del siglo XXI•Diagnóstico: enfermedades monogénicas y complejas•Pronóstico: cáncer•Tratamiento: farmacogenética
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NGS: conclusiones
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Disección molecular de un cromosoma humano
Orden                     1600-1850Antes de darwin: Histoire de la pensée évolutionniste                     wikipipedia  ...
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NGS: exoma y genómica médica
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UTLS COLOMBIA: De la genética clásica a la genómica funcional del siglo XXI: evolución del estudio de los factores determinantes de la salud y la enfermedad

  1. 1. Paul Laissue MD, PhDUnidad de Genética-Grupo GENIUROS EMCS-Universidad del Rosario UTLS-24 de octubre de 2012
  2. 2. ESTRUCTURA•Before Darwin•Lamarckismo vs Darwinismo•Las leyes de Mendel•ADN: estructura y función•Mutaciones del ADN•Secuenciación y arrays•Medicina molecular del siglo XXI
  3. 3. Época prehistórica•La genética existe desde siempre, por comparación de la similitud delos rasgos familiaresHace 10.000 años: cruces de animales domesticados y plantas
  4. 4. Los griegos (400-300 A.C) (Hipócrates: Pangénesis Aristóteles Los rasgos semejan frecuentemente los de generaciones anteriores No todos los rasgos se heredan Las partes de cuerpo mutiladas no se heredanNicolaas Hartsoeker, 1695 Se hereda la capacidad de producción de los caracteres
  5. 5. Siglos XV a XVIII: hacia la teoría de la evolución•Siglos XV a XVII: la vida en la tierra se desarrolló mecanicamentesin intervención divina•Siglo XVIII: Pierre de Maupertuis: las modificaciones establecidasdurante la reproducción se acumulan para generar nuevas razas oespecies•Siglo XVIII: Georges-Louis Buffon. Las 200 especies de mamiferosconocidas descienden de 38 ancestros comunes•Siglo XVIII: Carl von Linné: padre de la taxonomía
  6. 6. Siglo XIX: la transformación de las especies•Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829): Filosofía zoológica: 1815 Cambio del medio ambiente Cambio necesidades Cambio comportamiento Cambio uso órganos Cambios heredables
  7. 7. Siglo XIX: la transformación de las especies•Charles Darwin (1809-1882)Beagle: 1831-1836Clasificación de especímenesTextos de geologíaExperimentos en plantasEl origen de las especies, 1859
  8. 8. Charles Darwin: la teoría de la evolución•Los individuos de una población varían considerablemente.•Gran parte de esta variación es heredable.•Los individuos menos adecuadas para el medio ambiente tienen menosprobabilidades de sobrevivir y menos probabilidades de reproducirse.• Los individuos más adaptados al medio ambiente tienen más probabilidades desobrevivir y más posibilidades de reproducirse y de dejar sus rasgos hereditarios alas generaciones futuras, lo que produce el proceso de selección natural.•Este proceso lento resulta en cambios en las poblaciones para adaptarse a susentornos, y en última instancia, estas variaciones se acumulan con el tiempo paraformar nuevas especies.
  9. 9. Darwin vs Lamarck
  10. 10. Gregorio Mendel: el padre de la genética•Leyes de Mendel: 1866/1900•Primera ley: Principio de la segregación Rasgos dominantes y recesivos
  11. 11. Gregorio Mendel: el padre de la genética•Leyes de Mendel: 1866/1900•Segunda ley: Principio de la transmisión independiente
  12. 12. Gregorio Mendel: el padre de la genética•Leyes de Mendel: 1866/1900•Segunda ley: Principio de la transmisión independiente
  13. 13. Niveles de organización de los seres vivosNúcleo Moléculas Atomos Células Proteínas Organos Corazón Tejidos Vasos sanguíneos T. Epitelial T. Muscular liso T. Conectivo Organismo Sistemas (Cardiovascular)
  14. 14. Estructura subcelular
  15. 15. Núcleo de una célula somática humana46 cromosomas 23 origen ♀ 23 origen ♂
  16. 16. Disección molecular de un cromosoma humano ADN CromatinaCromatina de 30 nm formando nucleosomasSección extendida del cromosomaSección condensada del cromosoma Cromosoma mitótico completo
  17. 17. Estructura molecular del ADN Ley de complementariedad de base 1953•Doble hélice antiparalela•Esqueleto fosfato•Desoxiribosa•Bases nitrogenadas: A-T-G-C
  18. 18. Funciones del ADN•Organismos: codificar y transmitir la información molecular necesaria a laherencia•Células: garantizar la renovación celular (mitosis) por replicación •Permitir la expresión de genes y la síntesis de proteínas (transcripción ytraducción): dogma central de la biología molecular (ADN-ARN-Proteína) •Regulación genética y genomica
  19. 19. Mitosis y replicación del ADN•Proceso mediante el cual una célula madre se divide en dos células hijas idénticas•La composición cromosómica diploide se mantiene (2n)
  20. 20. Replicación del ADN•Base molecular de la técnica de PCRque permite la amplificación de ADN
  21. 21. Estructura de los genes•Regiones promotoras•Exón: secuencia codificante•Intrón: secuencias no codificantes separando los exones
  22. 22. Dogma central de la biología molecular ADN ARNProteína
  23. 23. Transcripción y traducción del ADN
  24. 24. Transcripción y traducción del ADNTraducción: ARNm-ARNt-Protéina
  25. 25. El código genético •Código Universal
  26. 26. Algunas mutaciones del ADN
  27. 27. 2001: el Genoma Humano
  28. 28. El Genoma Humano (1990-2001) Objetivos•Determinar la secuencia completa de un individuo “sano”•Crear una base de datos para guardar esta información•Desarrollar herramientas informáticas de análisis•Incentivar la creación de tecnología para el desarrollo de otras áreas:transcriptómica y proteómica•Crear un espacio legal, ético y social para su utilización
  29. 29. El Genoma Humano-Resultados•3.000.000.000 nucleótidos •~25000-30000 genes •SNPs •Pseudogenes •Regiones repetidas •Transposones •Retrotransposones •Disponible
  30. 30. El Genoma Humano: algunas aplicaciones•Comparación de secuencias entre individuos •Diagnóstico molecular •Genómica •Transcriptómica •Proteómica •Evolución •Genética de poblaciones
  31. 31. Técnicas de secuenciación•PCR: FSHR, LHR, BMP15, GDF9
  32. 32. Técnicas de secuenciación de primera generación BMP15- WT Exon 2 T443C
  33. 33. Técnicas de secuenciación de primera generaciónBMP15-Exon 2 WT T443C •C.557C>A → p.Ser186Tyr •Score SIFT 0,03 → Efecto deletéreo potencial •Ausente en los controles
  34. 34. Ictiosis Curth-MacklinEnfermedad ADMutaciones KRT1 Fonseca et al. Br J Dermatol. 2012, in press
  35. 35. Ictiosis Curth-Macklin: mutaciones de KRT1KRT1-c.1577delGKRT1-p.Gly526Alafs*88 Fonseca et al. Br J Dermatol. 2012, in press
  36. 36. Los microarreglosMicroarreglo (microarray o “chip”): superficie sólida en la cual se fijanfragmentos de ADN en posiciones específicas.Primera descripción por microtecnología: 1995 Microspot mecánicoInyección Trends Biotechnol. 1998 16: 301-6.
  37. 37. Los microarreglos: algunas aplicaciones •Expresión global: Transcriptómica •GWAS (Asociación de Genoma Completo)•Secuenciación de nueva generación (NGS)•CGH (Hibridización Genómica comparada) •ChIP-seq •CNVs •Proteómica
  38. 38. Microarreglos de expresión: transcriptómica global
  39. 39. Secuenciación a gran escala con microarreglos Métodos de NGS •Microelectroforéticos •Hibridización •Análisis de moléculas Tr •Arreglo cíclico
  40. 40. NGS: métodos de inmobilización/amplificaciónEmulsión/PCR, y Amplificación en fase sólidaRoche 454, Polonator, SOLiD Solexa/Illumina
  41. 41. NGS: secuenciación
  42. 42. NGS: resultados
  43. 43. NGS: tipos de alteraciones genómicas detectables
  44. 44. NGS: algunas aplicaciones Exoma (30Mb)
  45. 45. PaquidermoperiostosisEnfermedad ARMutaciones HPGD (-) Secuenciación exoma 50X Hum Mutat. 2012, 33:1175-81
  46. 46. Paquidermoperiostosis Mutaciones de SLCO2A1 Hum Mutat. 2012, 33:1175-81Secuenciación exoma 50X
  47. 47. La reproducción: un rasgo fenotípico complejo Matzuk et al. Nat Med. 2008 14:1197-213.
  48. 48. Genes implicados en la función testicular murina
  49. 49. Genes implicados en la función testicular murina
  50. 50. Qué genes pueden estar implicados en la disfunción reproductiva de la pareja hipofértil?Secuenciación simultánea de regiones codificantes de 387 genes
  51. 51. Cobertura y diseño del método diagnóstico 385 genes en 7 categorías funcionales•♀ Gametogénesis, Foliculogénesis, •♂ EspermatogénesisOvulación, Eje HHG •♂ Fecundación •♂ Eje HHG•♀ Fecundación•♀ Efecto Materno•♀ Implantación 256 genes 277 genes 145 genes comunes
  52. 52. Genómica del siglo XXI•Diagnóstico: enfermedades monogénicas y complejas•Pronóstico: cáncer•Tratamiento: farmacogenética
  53. 53. Cuál es el origen genético del Síndrome de Miller? Nat Genet. 2010 : 30-5
  54. 54. NGS: identificación de genes causales de patologías mendelianas Nat Genet. 2010 : 30-5
  55. 55. NGS: identificación de genes causales de patologías mendelianas Confirmación por secuenciación DHODH directa en 4 pacientes no relacionados Nat Genet. 2010 : 30-5
  56. 56. NGS: conclusiones
  57. 57. NGS: conclusiones
  58. 58. Disección molecular de un cromosoma humano
  59. 59. Orden 1600-1850Antes de darwin: Histoire de la pensée évolutionniste wikipipedia Lamarck Darwin 1866-1900 Mendel
  60. 60. Microarreglos de expresión: transcriptómica global KGN Transfección KGN Mock pFOXL2 (Vector Vacío) Extracción ARNs totales Síntesis de ADNc PCR Micorarrays de expresión cuantitativa Microarrays de expresiónPermiten la comparación del efecto de dos condiciones sobre el nivel de transcrito a una escala genómica global
  61. 61. Microarreglos de expresión: transcriptómica global Répression / Induction Biosíntesis de8,00 prostanoides6,00 * Vía de señalización n=3 (tres transfecciones Biosíntesis de indépendientes) TGFβ4,00 esteroides * = p<0.025 for a one-tailed test * inductio2,00 n * * *0,00 CAV1 CAV2 ACVR1B JAM2 CYP19A1 ACDKC5 StAR AR INHBA ZNF503 SOX9 ESR1 HSD17B4 NCOR1 CREB3L2 BCDO2 HSD17B1 BMP4 BCL2 CDK6 FOXL2 OSR2 HSD3B1 ESR2 BMP6 FSHR FUSIP INHBB BST2 GLTL2 TGFBR2 PTGS2 FST PTGS1-2,00 ** represión-4,00
  62. 62. Análisis de resultadosEur J Endocrinol. 2006, 154:739-44.
  63. 63. NGS: métodos de inmobilización/amplificación Emulsión/PCR, y Amplificación en fase sólidaRoche 454, Polonator, SOLiD Solexa/Illumina
  64. 64. NGS: identificación de variantes patogénicas
  65. 65. NGS: exoma y genómica médica
  66. 66. Técnicas de secuenciación de secuenciación directa•Electroforesis sobre gel de agarosa y visualización UV Purificación + secuenciación
  67. 67. NGS: identificación de genes causales de patologías mendelianas Es posible cartografiar patologías monogénicas a partir de la secuenciación del exoma de algunos individuos? Nature. 2009 461: 272–276
  68. 68. NGS: identificación de genes causales de patologías mendelianas Nature. 2009 461: 272–276
  69. 69. NGS: identificación de genes causales de patologías mendelianas Nature. 2009 461: 272–276
  70. 70. NGS: secuenciaciónSolexa/Illumina
  71. 71. La Edad Media: ideas evolucionistas•Al-Jahiz (776-868): lucha por la existencia, transformación de lasespecies, influencia del medio ambiente•Siglo X: (Ikhwan al-Safa): creación de los mundos y de la evolución• Nasir ad-Din at-Tusi (1201-1274): « takamul » (perfeccionamiento):la transformación del medio ambiente conduce a la evolcución delas especies• Ibn Khaldoun (1338-1405): « el plano humano se alcanza a partirdel mundo de los monos »

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