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Curso: Lecciones de biología > Unidad 21

Lección 2: Más información sobre la genética
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Aneuploidía y reordenamientos cromosómicos

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Aneuploidía y no disyunción. Síndrome de Down y trastornos relacionados. Reordenamientos cromosómicos.

Introducción

Algunas cosas simplemente trabajan bien en pares. Ejemplos cotidianos incluyen los zapatos, los guantes y los auriculares de un reproductor de música. Si pierdes uno de los miembros de un par, es probable que sea una molestia y podría incluso ser un problema grave (por ejemplo, ¡si ya se te hace tarde para la escuela!).
Los pares también son importantes en genética. La mayoría de tus células contiene 46 cromosomas, estructuras como barras hechas de ADN y proteína, que vienen en 23 pares que corresponden entre sí. Estos cromosomas portan decenas de miles de genes, que le dicen a tu cuerpo cómo desarrollarse, y que hacen que este funcione en todo momento durante tu vida1.
Imagen falsamente coloreada de los pares de cromosomas del genoma humano. La imagen ilustra que los cromosomas humanos vienen en pares homólogos y que cada par se compone de dos cromosomas que se asemejan entre sí (y se ven diferentes a los otros cromosomas en la célula).
Crédito de la imagen: "Genoma humano," by Webridge (CC BY 2.0).
Si un par de cromosomas pierde o gana un miembro, o incluso una parte de un miembro, el delicado equilibrio del cuerpo humano puede interrumpirse. En este artículo, examinaremos cómo se producen los cambios en el número y estructura de los cromosomas y cómo esto puede afectar la salud humana.

Aneuploidía: cromosomas adicionales o faltantes

Los cambios en el material genético de la célula se llaman mutaciones. En una forma de mutación, las células pueden terminar con un cromosoma adicional o faltante.
Cada especie tiene un número característico de cromosomas, como 46 cromosomas para una célula somática humana típica. En organismos con dos juegos completos de cromosomas, como los humanos, a este número se le da el nombre de 2n. Cuando un organismo o célula contiene 2n cromosomas (o cualquier otro múltiplo de n), se dice que es euploide, que significa que contiene cromosomas organizados correctamente en juegos completos (eu= bueno).
Si a una célula le falta uno o más cromosomas, se dice que es aneuploide (an-=no, "no bueno"). Por ejemplo, las células somáticas con números de cromosomas de (2n−1)=45 o (2n+1)=47, son aneuploides. De manera similar, un óvulo o espermatozoide normal tiene solo un juego de cromosomas (n=23). Un óvulo o un espermatozoide con (n−1)=22 o (n+1)=24 cromosomas se considera aneuploide.
Dos tipos comunes de aneuploidía tienen sus propios nombres especiales:
  • Monosomía, que se presenta cuando un organismo tiene una sola copia de un cromosoma cuando debería tener dos copias (2n−1).
  • Trisomía, que se presenta cuando un organismo tiene una tercera copia de un cromosoma cuando debería tener dos copias (2n+1).
Diagrama que ilustra la euploidía y la aneuploidía
Célula euploide: una célula humana con un número normal de cromosomas, 2n = 46. Los cromosomas están ordenados en 23 pares.
Célula aneuploide, ejemplo 1: monosomía. Una célula humana con un cromosoma faltante, en este caso, el cromosoma 3. Todos los otros cromosomas todavía están dispuestos en pares, pero solo hay una copia del cromosoma 3. El número de cromosomas de esta célula es 2n-1 = 45.
Célula aneuploide, ejemplo 2: trisomía. Una célula humana con un cromosoma adicional, en este caso, una copia extra del cromosoma 3. Todos los otros cromosomas todavía están dispuestos en pares, pero hay tres copias del cromosoma 3. El número de cromosomas de esta célula es 2n+1 = 47.
Imagen modificada de "Cariotipo de un hombre, NHGRI", del National Human Genome Research Institute (dominio público).
La aneuploidía también incluye casos donde una célula tiene un número mayor de cromosomas adicionales o faltantes, como en (2n−2),(2n+3), etc. Sin embargo, si hay un juego completo de cromosomas extra o faltante (por ejemplo, 3n), no se considera formalmente como una aneuploidía, a pesar de que todavía puede ser malo para la célula u organismo. Los organismos con más de dos juegos completos de cromosomas se dice que son poliploides.

No disyunción de los cromosomas

Los trastornos de número de cromosomas son causados por no disyunción, que ocurre cuando pares de cromosomas homólogos o cromátidas hermanas no se separan durante la meiosis I o II (o durante la mitosis).
Meiosis I. El diagrama siguiente muestra cómo puede ocurrir la no disyunción durante la meiosis I si los cromosomas homólogos no se separan y cómo esto puede conducir a la producción de gametos (óvulos y espermatozoides) aneuploides:
Meiosis II. La no disyunción también puede suceder en la meiosis II, con cromátidas hermanas (en lugar de cromosomas homólogos) que no se separan. Una vez más, algunos gametos contienen cromosomas adicionales o faltantes.
Mitosis. La no disyunción también puede suceder durante la mitosis. En los humanos, los cambios cromosómicos por la no disyunción durante la mitosis en las células somáticas no se heredarán a los hijos (debido a que estas células no producen óvulos ni espermatozoides). Pero la no disyunción mitótica puede causar otros problemas: las células cancerosas a menudo tienen un número anormal de cromosomas2.
Cuando un óvulo o espermatozoide aneuploide se combina con un óvulo o espermatozoide normal en la fecundación, produce un cigoto que también es aneuploide. Por ejemplo, si un espermatozoide con un cromosoma adicional (n+1) se combina con un óvulo normal (n), el cigoto resultante, o embrión unicelular, tendrá un número de cromosomas de 2n+1.

Trastornos genéticos causados por la aneuploidía

Los embriones humanos a los que les falta una copia de cualquier autosoma (cromosoma no sexual) no se desarrollan hasta el nacimiento. En otras palabras, las monosomías autosómicas humanas son siempre letales, Esto es porque los embriones tienen una "dosis" demasiado baja de proteínas y otros productos génicos que son codificados por los genes en el cromosoma faltante3.
La mayoría de las trisomías autosómicas también impiden que un embrión se desarrolle hasta el nacimiento. Sin embargo, una copia extra de alguno de los cromosomas más pequeños (13, 15, 18, 21 o 22) permite que el individuo afectado sobreviva por un período corto después del nacimiento o, en algunos casos, por muchos años. Cuando está presente un cromosoma adicional, puede causar problemas en el desarrollo debido a un desequilibrio entre los productos génicos del cromosoma duplicado y aquellos de los demás cromosomas3.
La trisomía más común entre los embriones que sobreviven hasta el nacimiento es el síndrome de Down, o trisomía 21. Las personas con este trastorno hereditario tiene estatura y dedos cortos, características faciales que incluyen un cráneo amplio y una lengua grande, y retraso en el desarrollo. Aquí está un cariotipo, o imagen de los cromosomas, de una persona con síndrome de Down, que muestra las tres copias características del cromosoma 21:
Cariotipo de un varón con síndrome de Down. La mayoría de los pares de autosomas y el par X-Y de cromosomas sexuales, son normales. Sin embargo, el cromosoma 21 está presente en tres ejemplares.
Crédito de la imagen: "Trisomía 21 - síndrome de Down", del U.S. Department of Energy Human Genome Program (Dominio público).
Cerca de 1 de cada 800 neonatos nace con síndrome de Down4. Sin embargo, la probabilidad de que un embarazo resulte en un embrión con síndrome de Down aumenta con la edad de la mujer, en particular por encima de los 40 años 5,6. Esto probablemente se deba a que es más frecuente la no disyunción en los óvulos en desarrollo de las mujeres mayores.
Los trastornos genéticos humanos también pueden ser causados por aneuploidía de los cromosomas sexuales. Estas aneuploidías son mejor toleradas que las autosómicas, ya que las células humanas tienen la habilidad de apagar el cromosoma X adicional en un proceso llamado inactivación del cromosoma X. Puedes aprender más en el artículo inactivación del cromosoma X.

Rearreglos cromosómicos

En otras clases de mutaciones a gran escala, grandes trozos de cromosomas (pero no cromosomas enteros) se ven afectados. Tales cambios se llaman reordenamientos cromosómicos. Incluyen:
  • Una duplicación, donde se copia parte de un cromosoma.
  • Una deleción, donde se elimina parte de un cromosoma.
  • Una inversión, donde la región cromosómica se voltea, de manera que apunta en la dirección opuesta.
    Diagrama que representa esquemáticamente la deleción, duplicación e inversión.
    Deleción: una región del cromosoma original es removido, lo que da un cromosoma más corto que perdió una sección.
    Duplicación: una región del cromosoma original es duplicado, lo que origina un cromosoma más grande con una copia extra de una sección particular.
    Inversión: una región del cromosoma original se separa del resto del cromosom y se vuelve a colocar en su lugar original, pero en orientación opuesta.
    Imagen modificada de "Mutación cromosómica", de Deitzel66, modificado de NIH Talking Glossary of Genetics (dominio público).
  • Una translocación, donde una sección de un cromosoma se une a otro cromosoma. Una translocación recíproca implica dos cromosomas que intercambian segmentos; una translocación recíproca significa que un pedazo de un cromosoma se traslada a otro.
    Diagrama que representa esquemáticamente las translocaciones recíprocas y no recíprocas.
    Translocación recíproca: dos cromosomas no homólogos intercambian fragmentos. No se pierde material genético, pero los cromosomas resultantes son híbridos, y cada uno contiene segmentos que normalmente se encuentran en un cromosoma diferente.
    Translocaciones no reciprocas: un fragmento es extraído de un cromosoma donador e insertado en un cromosoma receptor. El cromosoma donador pierde una región, mientras que el cromosoma receptor gana una región que normalmente no se encuentra en ese cromosoma.
    Imagen modificada de "Mutación cromosómica", de Deitzel66, modificado de NIH Talking Glossary of Genetics (dominio público).
En algunos casos, un reordenamiento cromosómico causa síntomas similares a la pérdida o ganancia de un cromosoma entero. Por ejemplo, el síndrome de Down es causado generalmente por una tercera copia del cromosoma 21, pero también puede ocurrir cuando una gran parte del cromosoma 21 se traslada a otro cromosoma (y se pasa a la descendencia, junto con un cromosoma 21 normal)4. En otros casos, los reordenamientos causan trastornos únicos, que no están asociados con la aneuploidía.

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