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1. ENDOCRINOLOGA GINECOLGICA CLNICA Y ESTERILIDAD 8th Edition
Editors Marc A. Fritz M.D. The University of North Carolina at
Chapel Hill Leon Speroff M.D. Oregon Health & Science
University 2012 Lippincott Williams & Wilkins 530 Walnut
Street, Philadelphia, PA 19106 USA 978-84-96921-97-9
978-0-7817-7968-5 Av. Carrilet n. 3, Edifici D Ciutat de la Justcia
08902 L'Hospitalet de Llobregat Barcelona (Espaa) Tel.: 93 344 47
18 Fax: 93 344 47 16 e-mail: [email protected] Traduccin
y revisinCeler Soluciones, s.l. M. Jess del Sol Jaquotot Licenciada
en Medicina y Ciruga Se han adoptado las medidas oportunas para
confirmar la exactitud de la informacin presentada y describir la
prctica ms aceptada. No obstante, los autores, los redactores y el
editor no son responsables de los errores u omisiones del texto ni
de las consecuencias que se deriven de la aplicacin de la
informacin que incluye, y no dan ninguna garanta, explcita o
implcita, sobre la actualidad, integridad o exactitud del contenido
de la publicacin. Esta publicacin contiene informacin general
relacionada con tratamientos y asistencia mdica que no debera
utilizarse en pacientes individuales sin antes contar con el
consejo de un profesional mdico, ya que los tratamientos clnicos
que se describen no pueden considerarse recomendaciones absolutas y
universales. El editor ha hecho todo lo posible para confirmar y
respetar la procedencia del material que se reproduce en este libro
y su copyright. En caso de error u omisin, se enmendar en cuanto
sea posible. Algunos frmacos y productos sanitarios que se
presentan en esta publicacin slo tienen la aprobacin de la Food and
Drug Administration (FDA) para un uso limitado al mbito
experimental. Compete al profesional sanitario averiguar la
situacin de cada frmaco o producto sanitario que pretenda utilizar
en su prctica clnica, por lo que aconsejamos la consulta con las
autoridades sanitarias competentes. Derecho a la propiedad
intelectual (C. P. Art. 270) Se considera delito reproducir,
plagiar, distribuir o comunicar pblicamente, en todo o en parte,
con nimo de lucro y en perjuicio de terceros, una obra literaria,
artstica o cientfica, o su transformacin, interpretacin o ejecucin
artstica fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a travs
de cualquier medio, sin la autorizacin de los titulares de los
correspondientes derechos de propiedad intelectual o de sus
cesionarios. Reservados todos los derechos. Copyright de la edicin
en espaol 2012 Wolters Kluwer Health Espaa, S.A., Lippincott
Williams & Wilkins ISBN edicin espaola: 978-84-96921-97-9
Edicin espaola de la obra original en lengua inglesa Clinical
Gynecologic Endocrinology and Infertility, 8th edition, de Marc
A.
2. Fritz y Leon Speroff, publicada por Lippincott Williams
& Wilkins. 2011 by LIPPINCOTT WILLIAMS & WILKINS, a WOLTERS
KLUWER business 2005 by Lippincott Williams & Wilkins 530
Walnut Street Philadelphia, PA 19106 (USA) 351 West Camden Street
Baltimore, MD 21201 ISBN edicin original: 978-0-7817-7968-5
Composicin: Servei Grfic NJR, S.L., Barcelona Impresin: R.R.
Donnelley-Shenzhen Impreso en China Prefacio Hace 38 aos, iba
andando por uno de los pasillos de Yale cuando me encontr a Bob
Glass que se diriga hacia m. Se detuvo y dijo, Nate (Nathan Kase) y
yo estamos escribiendo un libro. Te interesa colaborar con
nosotros? Por supuesto! dije, y un ao despus apareci la primera
edicin de nuestro libro, mecanografiado por m en una mquina de
escribir porttil Royal, con 273 pginas y un precio de 17 dlares. No
hace mucho tiempo, hablando con uno de mis compaeros, mencion que
acababa de ver la primera edicin de nuestro libro y que me pareci
como una cartilla de las que se usan en primaria. l me mir a los
ojos y dijo, Por eso me gustaba! Muchos aos y varias ediciones
despus, estaba yo en una esquina de Nueva York esperando para
cruzar la calle. De repente, una idea me sacudi como una descarga.
Me dej inmvil en la esquina y, cuando el semforo cambi, todo el
mundo cruz menos yo. La idea era: Qu obligacin tan enorme es que en
nuestro libro no haya nada que pueda llevar a la asistencia
inadecuada de una paciente. Haba que hacerlo bien! Cmo llegu aqu?
Mis abuelos, mi padre y mi to eran campesinos de las montaas de
Macedonia, en la frontera norte de Grecia. Un da de 1911 mi abuelo
se fue y desapareci. Durante los siguientes 10 aos, el pueblo ayud
a mi abuela a sacar adelante a sus dos hijos. Un da de 1921, mi
abuela recibi un telegrama escrito a mano por mi abuelo, que deca:
Estoy en Sofa, Bulgaria. Ven y renete conmigo. Durante esos 10 aos
haba estado en Estados Unidos, trabajando en la construccin del
ferrocarril. No envi dinero alguno. Mi abuela y sus dos hijos
anduvieron 320 kilmetros hasta llegar a Bulgaria. No fue tan difcil
como suena, porque aunque caminaron durante 2 meses de pueblo en
pueblo, sus habitantes les proporcionaron alimentos y un lugar
donde dormir. Encontraron a mi abuelo en un hotel, con miles de
dlares ahorrados de su trabajo en Amrica. La idea era comprar una
granja, pero de algn modo les estafaron la mitad del dinero y no
consiguieron nada a cambio. Mi padre, que tena entonces 18 aos,
dijo, Si puedes ganar tal cantidad de dinero en Amrica, vamos.
Llegaron a travs de Ellis Island a Ohio, donde un buen amigo de la
familia haba encontrado un trabajo para mi abuelo en la fbrica de
acero de Lorain. Con el dinero que les quedaba, compraron una
granja de 10 hectreas. En esa granja pas mis primeros aos, hablando
macedonio y poco ingls. En este momento, se est usted preguntando,
Qu objeto tiene contar esta historia? El objeto es que si me
hubiera dicho cuando yo era un nio cmo cambiara mi vida, nunca le
hubiera credo. Si me hubieran dicho que algn da estara escribiendo
un prefacio para la 8.a edicin de un voluminoso libro mdico, no lo
hubiera credo. Por los primeros aos de mi vida, nunca di nada por
sentado. Valoro profundamente todo lo que ha sucedido a lo largo de
mi carrera, especialmente este libro. Durante muchos aos y a travs
de mltiples ediciones en once idiomas, este libro ha abierto
puertas y nos ha permitido a m y mi familia hacer amigos en
numerosos pases. Estoy muy agradecido por una experiencia que
siempre ha sido emocionante y edificante. Ya es momento de pasar el
relevo. Marc Fritz lleg a Oregn en 1981 para formarse en
endocrinologa de la reproduccin. Pronto le ped a Marc que
escribiera una revisin sobre la regulacin del ciclo menstrual.
Cuando termin, dej el manuscrito en el buzn de mi consulta un
viernes por la tarde, cuando yo no estaba, previendo una destruccin
crtica de su trabajo. No tuvo que esperar mucho. Le
3. llam ese domingo por la tarde, pero con un mensaje que l no
esperaba. Le felicit por el trabajo y de lo impresionado que estaba
por su capacidad para articular el conocimiento cientfico de un
modo tan claro y conceptual. Algunas de las frases que escribi
permanecen en el captulo 6. Este libro quizs sea la nica obra mdica
que queda de este tamao escrita por un solo autor, razn por la que
el estilo de la redaccin es uniforme de principio a fin. Y el
estilo ha sido siempre un factor importante de su xito, que ha
evitado la jerga mdica y que nunca temi establecer conclusiones
mdicas importantes y recomendaciones basndose en los conocimientos
mdicos actualizados. Marc Fritz y yo hemos sido buenos amigos desde
1981, y sus escritos me demostraron que me iguala en su compulsin
por hacerlo bien y sus esfuerzos por ser clnicamente fiable. Por
estos motivos, Marc era una eleccin natural y obvia para
convertirse en el autor senior de este libro. Actualmente soy
profesor emrito, conduzco un tractor, practico tranquilamente el
bisbol, pesco con mosca y sigo escribiendo. Os deseo a todos una
buena salud, y una vida feliz y gratificante. Leon Speroff Portland
Oregn Hace 29 aos, se inici mi perodo de formacin en endocrinologa
de la reproduccin con Leon Speroff. Era el primer alumno de Leon, y
llegu a Portland, Oregn, en 1981, impaciente, excitado y con
determinacin. Los siguientes dos aos moldearon y dieron forma, en
muchos aspectos, a todo lo que ha venido despus. El relato de Leon
sobre el primer manuscrito que escrib como residente es bastante
real. Cuando recib el encargo, me sent de nuevo ansioso, excitado y
con determinacin, pero tambin con dudas. Pas innumerables horas
buscando entre las estanteras y copiando artculos en la biblioteca
mdica, organizando y resumiendo la bibliografa en fichas de 4 6, y
mecanografiando el artculo en una mquina de escribir porttil
Underwood en la mesa de la cocina. Ech el resto con el encargo
asignado, pero no estaba totalmente seguro de que fuera lo
suficientemente bueno. Cuando sali aquella revisin sobre el ciclo
menstrual, publicada como artculo de Modern Trends en Fertility and
Sterility en 1982, se convirti en la base de una amistad para toda
la vida. Durante mi perodo de residencia, este libro (entonces en
su 2.a edicin, con un total de 433 pginas) fue una compaa
constante. Lo le y rele desde la cubierta a la contracubierta, y en
sus pginas encontr mi pasin, el trayecto de mi carrera y a mi
profesor. Si me hubieran dicho entonces que algn da estara
escribiendo un prefacio para la 8.a edicin de esta obra, no lo
hubiera credo. En los aos que siguieron a mi formacin en Oregn me
convert en un compaero de cada edicin de las posteriores. Para m,
leer el libro era lo ms parecido a tener una conversacin con Leon,
o igual que escucharle en una conferencia; siempre claro, lgico y
prctico, con un toque personal. Cuando Leon me invit a ser coautor
de la 7.a edicin del libro, sent muchas de las mismas emociones que
tuve cuando estaba preparando aquel primer manuscrito como
residente; era natural. Fue un placer trabajar juntos de nuevo
preparando la edicin anterior y sta que nos ocupa. Me siento
verdaderamente honrado por llegar a ser el autor senior de este
libro y por encargarme de su futuro. Soy consciente de la
responsabilidad y agradezco enormemente la oportunidad.
Comprensiblemente, Leon lo considera la entrega de un relevo y,
para m, naturalmente, es como cerrar un crculo perfecto. Marc A.
Fritz Chapel Hill, North Carolina P.S.: los colores de la cubierta
de la 8.a edicin en ingls son los de la Universidad de Tulane. El
smbolo de la cubierta es la Estrella de Macedonia de la poca de
Filipo de Macedonia y Alejandro Magno.
4. 1 Biologa Molecular Para Mdicos NA Herramientas de imgenes
Evidentemente, la secuencia de ADN anterior es un mutante. Sin
embargo, el hecho de que podamos identificar que este criptograma
es una secuencia nucleotdica y diagnosticar un cambio mutante pone
de manifiesto el increble avance experimentado en el conocimiento
de la biologa humana. La biologa molecular es la subespecialidad de
la ciencia que estudia la estructura y la funcin del genoma, es
decir, el conjunto total del ADN (cido desoxirribonucleico), la
macromolcula que contiene toda la informacin hereditaria. El monje
austriaco Gregor Mendel pas mucho tiempo de su vida monacal
estudiando su huerto de guisantes y fue el primero que expres los
principios de la herencia en la dcada de 1860. Describi los rasgos
dominante y recesivo, y las leyes de la transmisin que rigen la
herencia homocigtica y heterocigtica de estos rasgos. Las teoras de
Mendel permanecieron ocultas hasta 1900, ao en que se descubrieron.
Por desgracia, Mendel falleci 16 aos antes de que se reconociera su
trabajo. Sin embargo, cunto hemos avanzado en slo 150 aos,
principalmente en los ltimos 50! En 1903 se propuso el
emparejamiento y la separacin de los cromosomas durante la divisin
celular, pero hubo que esperar hasta 1946 para que Edward Tatum y
Joshua Lederberg, de la Universidad de Yale, demostraran con
bacterias que el ADN portaba informacin hereditaria. James Watson y
Francis Crick, que trabajaban en los Cavendish Laboratories de
Cambridge, propusieron en 1953 la estructura del ADN creando un
modelo basado en los parmetros que Maurice Wilkins y Rosalind
Franklin haban obtenido mediante cristalografa de rayos X. Crick,
Watson y Wilkins recibieron el premio Nobel en 1962; Franklin
falleci en 1958, y este galardn no se otorga a ttulo pstumo. En la
replicacin del ADN participan numerosos sistemas enzimticos. La ADN
polimerasa se aisl en 1958, y la polimerasa del cido ribonucleico
(ARN), en 1960. En 1978 Werner Arber, Hamilton Smith y Daniel
Nathans recibieron el premio Nobel por su descubrimiento, en la
dcada de 1960, de la accin enzimtica en el empalme o el corte del
ADN. El uso de las enzimas ligasa y endonucleasa de restriccin
permiti producir molculas de ADN recombinante, hito logrado por
Paul Berg en la Universidad de Stanford en 1972. E. M. Southern, de
la Universidad de Edimburgo, desarroll en 1975 la tcnica para
transferir ADN de geles de agarosa a filtros de nitrocelulosa, lo
que permite unir fragmentos de ADN a sondas de ARN radiomarcadas y,
por lo tanto, aislarlos. La clonacin de genes o de fragmentos de
ADN fue el resultado de un descubrimiento decisivo: la posibilidad
de introducir en bacterias plsmidos que portan molculas de ADN
exgeno, lo que culmin en la replicacin del ADN exgeno. El genoma es
el conjunto completo de ADN de un organismo. Un gen es una regin
contigua de ADN que puede codificar un producto proteico y contiene
secuencias reguladoras que regulan su expresin. Se necesitaba un
neologismo para designar el estudio de las funciones e
interacciones de todos los genes del genoma, y en 1987 se acu el
trmino genmica, a partir de una publicacin con el mismo nombre.
Hemos entrado en la era de la biologa molecular. En poco tiempo los
problemas endocrinos se explicarn, se diagnosticarn y se tratarn a
nivel molecular. En breve, los anlisis hormonales tradicionales no
sern ms que una prctica mdica del pasado. El poder de la biologa
molecular nos alcanzar a todos, y a lo largo de este libro se
percibirn las numerosas contribuciones de la biologa molecular.
Pero, por desgracia, la biologa molecular habla su propio idioma,
un idioma que es casi incomprensible para los no iniciados. En este
captulo queremos ofrecer una introduccin a la medicina
molecular.
5. Comenzar un libro clnico con un captulo sobre biologa
molecular y otro sobre bioqumica no hace ms que recalcar que el
juicio clnico competente se funda en un trabajo preliminar de
conocimientos bsicos. Por otra parte, la prctica clnica no exige un
dominio tcnico y complejo de una ciencia bsica. Por tanto, la
finalidad de estos dos primeros captulos no es presentar un curso
intensivo de una ciencia bsica, sino repasar los principios ms
importantes y la informacin necesaria para desarrollar los
conceptos clnicos y fisiolgicos que deben seguirse. Tambin
pretendemos que en estos captulos se puedan consultar ciertos
detalles que a todos nos cuesta trabajo recordar. Los cromosomas
Los seres humanos somos eucariotas, organismos que tienen clulas
con un ncleo verdadero delimitado por una membrana nuclear y que se
reproducen por mitosis. Las bacterias son procariotas, organismos
que carecen de un ncleo verdadero y que se multiplican mediante
divisin celular. Con la excepcin del ADN del interior de las
mitocondrias, todo nuestro ADN est empaquetado en un ncleo rodeado
de una membrana nuclear. Se cree que las mitocondrias descienden de
bacterias primitivas absorbidas por nuestros ancestros, y que
todava contienen genes importantes. Dado que los vulos son ricos en
mitocondrias, las enfermedades debidas a los genes mitocondriales
(p. ej., la neuropata ptica de Leber) son transmitidas por la
madre. Las mitocondrias del espermatozoide se eliminan durante la
fecundacin. Los cromosomas son paquetes de material gentico
formados por una molcula de ADN (que contiene muchos genes) a la
que se une un gran nmero de protenas que mantienen la estructura
del cromosoma y participan en la expresin gnica. Las clulas
somticas humanas contienen 46 cromosomas: 22 pares de autosomas y
un par de cromosomas sexuales. Todas las clulas somticas son
diploides, es decir, tienen 23 pares de cromosomas. Slo los gametos
son haploides, ya que tienen 22 cromosomas autosmicos y uno sexual.
El tamao de los cromosomas vara entre los 50 millones y los 250
millones de pares de bases. El cromosoma 1 contiene casi todos los
genes (2 968) y el cromosoma Y tiene el nmero menor (231). Todos
constan de una porcin ms estrecha denominada centrmero, que divide
el cromosoma en dos brazos, el brazo corto p y el brazo largo q.
Los dos miembros de cada par de autosomas son homlogos, de forma
que cada uno de ellos deriva de un progenitor. El nmero de
cromosomas no indica el grado de sofisticacin y complejidad
evolutivas; el perro tiene 78 cromosomas y la carpa, 104! Un gen es
una unidad de ADN dentro de un cromosoma que puede activarse para
transcribir un ARN especfico. La localizacin de un gen en un
cromosoma concreto se denomina locus. Al existir 22 pares de
autosomas, casi todos los genes tambin son pares. Estos pares son
homocigticos cuando se parecen y heterocigticos cuando son
distintos. Slo el 2 % del genoma humano est formado por genes que
codifican la sntesis de protenas. En 1952, Alfred Hershey y Martha
Chase confirmaron que el ADN es la fuente de la transmisin gentica.
Su informe se hizo famoso como el experimento de la batidora, en el
que el ADN marcado de bacterifagos infect bacterias y la agitacin
de la batidora separ las partculas de los fagos, demostrando que el
marcador radioactivo se encontraba nicamente en las clulas
bacterianas. El cariotipo humano habitual es una imagen que
presenta los cromosomas distribuidos en pares, obtenida normalmente
despus aplicar tratamiento proteoltico y tincin de Giemsa para
producir patrones caractersticos de formacin de bandas, lo que
permite elaborar un plano til para su localizacin. Con la tincin,
cada brazo se divide en regiones y cada regin en bandas que se
numeran desde el centrmero hacia el exterior. Para designar un
punto determinado en un cromosoma se sigue este orden: nmero del
cromosoma, smbolo del brazo (p indica el brazo corto y q el brazo
largo), nmero de la regin y nmero de la banda. Por ejemplo, 7q31.1
es la localizacin del gen de la fibrosis qustica. Mitosis Todos los
eucariotas, desde las levaduras hasta los seres humanos,
experimentan un tipo similar de divisin y multiplicacin celulares.
La divisin nuclear de todas las clulas somticas se denomina
mitosis, y durante este proceso cada cromosoma se divide en dos.
Para que el crecimiento y el desarrollo sean normales, es necesario
que toda la informacin del genoma se reproduzca fielmente en todas
las clulas. La mitosis consta de las siguientes fases: Interfase
Durante esta fase, tiene lugar toda la actividad normal de la
clula, salvo la divisin activa. En ella es posible ver el cromosoma
X inactivo (corpsculo de Barr o cromatina sexual) en las clulas
femeninas. Profase Cuando comienza la divisin, los cromosomas se
condensan y las dos cromtides se hacen visibles. La membrana
nuclear desaparece. El
6. centrolo es un orgnulo fuera del ncleo que forma los husos
para la divisin celular; el centrolo se duplica, y cada centrolo
resultante migra a un polo opuesto de la clula. Metafase Los
cromosomas migran al centro de la clula, formando una lnea
denominada plano ecuatorial. La condensacin de los cromosomas es
mxima en esos momentos. Se forma el huso mittico, que consiste en
microtbulos de protenas que parten de los centrolos de manera
radial y se unen a los centrmeros. Anafase Se produce la divisin en
el plano longitudinal de los centrmeros. Las dos nuevas cromtides
se trasladan a lados opuestos de la clula atradas por la contraccin
de los husos. Telofase Comienza la divisin del citoplasma en el
plano ecuatorial y finaliza con la formacin de dos membranas
celulares completas. Los dos grupos de cromosomas estn rodeados por
membranas nucleares que forman nuevos ncleos. Cada cadena de ADN
constituye una plantilla que sirve para duplicar el contenido de
ADN de la clula. Meiosis La meiosis es la divisin celular en la que
se forman los gametos, cada uno con un nmero haploide de
cromosomas. La meiosis tiene dos fines: la reduccin del nmero de
cromosomas y la recombinacin para transmitir informacin gentica. En
la meiosis I, los cromosomas homlogos se emparejan y se separan. La
meiosis II es similar a la mitosis, pues los cromosomas ya
divididos se escinden y segregan formando nuevas clulas. Primera
divisin meitica (meiosis I) Profase Leptoteno: Condensacin de los
cromosomas. Cigoteno: Emparejamiento de cromosomas homlogos
(sinapsis). Paquiteno: Cada pareja de cromosomas aumenta de espesor
y forma cuatro cadenas. En esta etapa puede producirse el
entrecruzamiento o recombinacin (intercambio de ADN de segmentos
homlogos entre dos de las cuatro cadenas). Los quiasmas son los
lugares de contacto donde se producen (y se visualizan) los
entrecruzamientos. Este movimiento de bloques de ADN es un mtodo
para crear diversidad gentica. Por otra parte, la insercin de
secuencias durante la gametognesis puede provocar enfermedades
genticas. La recombinacin transposicional, que utiliza enzimas que
reconocen secuencias especficas de nucletidos, permite la insercin
de un elemento gentico en cualquier regin de un cromosoma. Se trata
de un mtodo empleado por los virus (como el virus de la
inmunodeficiencia humana) para transformar las clulas hospedadoras.
Diploteno: Separacin longitudinal de cada cromosoma. Metafase,
anafase y telofase de la meiosis I La membrana nuclear desaparece y
los cromosomas se mueven hacia el centro de la clula. Un miembro de
cada pareja se dirige a cada polo y las clulas se dividen. La
meiosis I se denomina a menudo divisin reductora porque cada
producto nuevo tiene ahora el nmero haploide de cromosomas. Durante
la primera divisin de la meiosis tiene lugar la herencia
mendeliana. Los entrecruzamientos que se producen antes de la
metafase dan como resultado nuevas combinaciones de material
gentico, tanto favorables como desfavorables. Segunda divisin
meitica (meiosis II) La segunda divisin se produce despus de la
primera y en ella no se replica el ADN. En el ovocito, la meiosis
II comienza despus de la fecundacin. El resultado final es la
produccin de cuatro clulas haploides.
7. Herramientas de imgenes Volver al principio Estructura y
funcin del ADN El ADN es el material de los genes encargado de
codificar el mensaje gentico que se transmite a travs de protenas
concretas. Por tanto, es la molcula ms importante de la vida y el
mecanismo fundamental para la evolucin. Los genes son fragmentos de
ADN que codifican protenas especficas, junto con las secuencias
flanqueadoras e intercaladas que actan controlando y regulando las
funciones. Cada molcula de ADN consta de un esqueleto de
desoxirribosa, es decir, grupos repetidos idnticos del azcar
desoxirribosa unidos
8. mediante enlaces fosfodister. Cada desoxirribosa se une por
orden (lo que le confiere individualidad y especificidad) a una de
las cuatro bases nitrogenadas: Una purina: adenina o guanina. Una
pirimidina: timina o citosina. Los nucletidos son los elementos
bsicos con los que se construye el ADN. Constan de tres elementos
principales: desoxirribosa (un azcar), un grupo fosfato y una base
nitrogenada. Los enlaces fosfato-azcar son asimtricos; el fsforo se
une al carbono 5 de un azcar y al carbono 3 del azcar siguiente.
Por lo tanto, un extremo es el 5 (5 prima) y el otro es el 3 (3
prima). Por convencin, el ADN y sus secuencias nucleotdicas se
escriben de izquierda a derecha, del extremo 5 al extremo 3, la
direccin que sigue el proceso de transcripcin. El extremo 5 da
lugar a la formacin del extremo amino de la protena, mientras que
el extremo 3 forma el extremo carboxilo.
9. Herramientas de imgenes
10. Herramientas de imgenes El ADN consta de dos cadenas de
desoxirribosa enrolladas una alrededor de la otra en el sentido de
las agujas del reloj formando una doble hlice; las bases
nitrogenadas ocupan la parte interior y se emparejan mediante
enlaces de hidrgeno: la adenina con la timina y la citosina con la
guanina. El ARN se diferencia del ADN en que slo tiene una cadena,
su molcula de azcar es la ribosa y tiene uracilo en lugar de
timina. Phoebus Levene, un inmigrante ruso en Estados Unidos que
trabaj en el Rockefeller Institute of Medical Research desde 1905
hasta su muerte en 1940, identific los componentes del ADN (al
descubrir y asignar un nombre a los azcares ribosa y desoxirribosa)
y fue el primero en sugerir la estructura nucleotdica, investigacin
que proporcion las bases para la posterior descripcin de la
importancia del ADN. Cmo es posible que el ADN de una clula, que
cuando se estira totalmente mide casi dos metros de longitud, quepa
en la clula?
11. Watson y Crick resolvieron este problema cuando propusieron
que formaba una hlice bicatenaria muy enrollada: la doble hlice. Al
igual que el centmetro es una de las unidades para medir la
longitud, el par de bases (pb) es la unidad que se usa para medir
el ADN. El par de bases puede ser adenina-guanina o
citosina-timina, de forma que el nucletido de una cadena se
empareja con el de la otra cadena que tiene enfrente. As pues, un
fragmento de ADN se mide por el nmero de pares de bases, por
ejemplo, un fragmento de 4 800 pb (un fragmento de 4,8 kb). Se
calcula que tenemos 3 200 millones de pb de ADN, y slo una pequea
parte de ellas codifican las protenas. El ADN del interior de las
clulas no es una molcula desnuda. Las cadenas nucleotdicas se
enrollan alrededor de un ncleo de protenas (histonas) formando un
nucleosoma. Los nucleosomas se condensan en muchas bandas, que son
las que se identifican en los cariotipos. Esta condensacin es otro
mecanismo importante para poder empaquetar la larga estructura del
ADN en una clula. Otras muchas protenas se asocian al ADN, algo
importante tanto para su estructura como para su funcin. El proceso
de replicacin del ADN comienza con la separacin de la doble cadena
helicoidal del ADN, iniciada en varios pasos por accin enzimtica.
Conforme el ADN original se desenrolla formando las cadenas
plantilla, la ADN polimerasa cataliza la sntesis de las nuevas
cadenas duplicadas, que vuelven a formar una doble hlice con cada
una de las cadenas originales (lo que se denomina replicacin). Por
consiguiente, cada molcula hija contiene una de las cadenas
originales. Se calcula que la molcula de ADN original presente en
el cigoto fecundado debe copiarse aproximadamente 1015 veces
durante la vida de un ser humano. La rapidez y la exactitud son dos
requisitos esenciales. Esta precisin unida a los sistemas de
correccin de errores hace que los errores que afectan a la funcin
de la protena del gen sean muy raros. Aminocido Abreviatura de tres
letras Letra Glicina Gli G Alanina Ala A Valina Val V Isoleucina
Ile I Leucina Leu L Serina Ser S Treonina Tre T Prolina Pro P cido
asprtico Asp D cido glutmico Glu E Lisina Lis K Arginina Arg R
12. Asparagina Asn N Glutamina Gln Q Cistena Cis C Metionina
Met M Triptfano Trp W Fenilalanina Fen F Tirosina Tir Y Histidina
His H La homeosecuencia es una secuencia de ADN, muy bien
conservada a lo largo de la evolucin, que codifica una serie de 60
aminocidos denominada homeodominio. Las protenas del homeodominio
actan como factores de transcripcin unindose al ADN. La
homeosecuencia influye en funciones especficas de los tejidos que
son esenciales para el crecimiento y el desarrollo del embrin.
Genoma humano El genoma de cada especie consta del conjunto
completo de secuencias de ADN de todos los cromosomas. En cada
genoma humano haploide hay casi 3 000 millones de pares de bases;
el ADN bicatenario helicoidal se compone de 6 000 millones de
nucletidos y, segn los clculos, de entre 20 000 y 25 000 genes, que
es la unidad funcional de informacin hereditaria ms pequea. Los
genes representan slo alrededor del 2 % del ADN humano. Aunque a
primera vista parece sumamente complejo, todo el lenguaje gentico
se escribe con slo cuatro letras: A, C, G y T (U en el caso del
ARN). Adems, este lenguaje se limita a palabras de 3 letras: los
codones. Por ltimo, todo el mensaje gentico est fragmentado en los
23 pares de cromosomas. A partir de los cuatro nucletidos, tomados
de tres en tres, en total hay 64 combinaciones posibles. Bsicamente
todos los organismos vivos utilizan este cdigo. El genoma slo
cambia cuando se producen nuevas combinaciones heredadas de los
padres o por mutacin. Segunda posicin Primera posicin (extremo 5) U
C A G Tercera posicin (extremo 3) U Fen Ser Tir Cis U Fen Ser Tir
Cis C Leu Ser Fin Fin A Leu Ser Fin Trp G
13. C Leu Pro His Arg U Leu Pro His Arg C Leu Pro Gln Arg A Leu
Pro Gln Arg G A Ile Tre Asn Ser U Ile Tre Asn Ser C Ile Tre Lis Arg
A Met Tre Lis Arg G G Val Ala Asp Gli U Val Ala Asp Gli C Val Ala
Glu Gli A Val Ala Glu Gli G Si leemos la primera fila de la tabla,
el codn UUU especifica la fenilalanina, el codn UCU especifica la
serina, el codn UAU especifica la tirosina y el codn UGU especifica
la cistena. UAA, UAG y UGA son codones de terminacin. Estructura y
funcin de los genes La disposicin lineal de muchos genes forma un
cromosoma. Un gen se compone de un fragmento de ADN que contiene
exones separados por intrones, los codones codificador y no
codificador de los nucletidos, respectivamente. Los patrones
intrn-exn tienden a conservarse durante la evolucin. Se cree que
los genes de la -globina y la -globina aparecieron hace 500
millones de aos y que los intrones ocupaban la misma posicin que en
la actualidad. Exn El segmento de un gen que produce el ARN
mensajero que codifica una protena especfica. Intrn El segmento de
un gen que no est representado en el ARN maduro y que, por tanto,
no codifica protenas, pero puede realizar funciones reguladoras.
Codn Una secuencia de tres bases presente en el ARN o el ADN que
codifica un aminocido especfico; triplete.
14. Con algunas excepciones, se crea que un gen daba lugar slo
a una protena. El concepto de un gen-una protena fue propuesto
inicialmente en 1909 por Archibald Garrod, y respaldado
experimentalmente en la dcada de 1940 por George Beadle y Edward
Tatum, genetistas estadounidenses, relacionando mutaciones de un
solo gen a dficits de una sola enzima. No obstante, mediante un
mecanismo denominado corte y empalme alternativo, los 20 000 a 25
000 genes humanos pueden producir ms de 100 000 protenas. Como ya
se ha sealado, los intrones no se traducen en protenas. nicamente
las secuencias de ADN de los exones (la parte que sale del ncleo)
se transcriben en ARN mensajero y, a continuacin, se traducen en
protenas. Sin embargo, las variaciones (corte y empalme
alternativo) pueden producir protenas relacionadas. Los genes
tambin incorporan secuencias flanqueadoras que son importantes para
la transcripcin gnica. El rea que iniciar la accin del ADN (p. ej.,
la unin del ADN al complejo hormona-receptor) se denomina regin
potenciadora. El rea real en la que empieza la transcripcin es la
regin promotora. Slo algunas secuencias nucleotdicas relativamente
cortas son promotoras, como la secuencia T- A-T-A-A, o TATA, y la
secuencia C-C-A-A-T, o CAT. Las regiones promotoras (los lugares de
unin para la ARN polimerasa y numerosos cofactores) suelen estar
prximas al comienzo de la regin codificadora del gen. Las regiones
potenciadoras son ms grandes que las promotoras y pueden
localizarse en cualquier lugar, incluso alejadas del gen, pero
normalmente estn en el extremo flanqueador 5. En el extremo 3 suele
haber una secuencia codificadora para la cola de poliadenina
(poli-A), comn en la mayora de las molculas de ARN mensajero. Las
regiones potenciadoras unen protenas (protenas reguladoras) que
actan como seales para regular la expresin gnica aumentando o
conteniendo la unin de la ARN polimerasa en la regin promotora. Es
un mtodo para crear funciones celulares distintivas. Por ejemplo,
un tejido sensible a la accin de una hormona puede responder a sta
porque contiene una protena receptora especfica que, al unirse a la
hormona, se unir a una regin promotora del ADN. Protenas especficas
(denominadas factores de transcripcin) se unen a regiones
potenciadoras y activan la transcripcin. En la regulacin de la
transcripcin gnica suelen intervenir secuencias de ADN en la regin
flanqueadora en direccin 5 de un gen.
15. Herramientas de imgenes Tres de los codones (UAG, UAA, UGA)
reciben el nombre de codones de terminacin porque especifican una
parada en la traduccin del ARN en una protena (como un punto al
final de una frase). En cambio, un marco de lectura abierto es una
larga serie de pares de bases entre dos codones de terminacin; por
consiguiente, un marco de lectura abierto codifica la secuencia de
aminocidos de la protena. La deteccin e identificacin de un marco
de lectura abierto es un paso importante en el anlisis de las
secuencias de ADN, ya que una secuencia larga de este tipo suele
encontrarse nicamente en un gen activo. La expresin gnica consta de
los siguientes pasos: transcripcin del ADN en ARN; procesamiento
del ARN para producir ARN
16. mensajero funcional mediante la eliminacin de intrones (por
corte y empalme); traduccin del ARN mensajero de un ribosoma en una
cadena peptdica y procesamiento estructural de las protenas a la
forma funcional. Transcripcin La transcripcin es la sntesis de ARN
mensajero monocatenario a partir de un gen (ADN bicatenario). La
secuencia de aminocidos de la protena es codificada en el ADN por
los codones; cada codn, un triplete de tres bases nitrogenadas,
codifica un solo aminocido. La ARN polimerasa construye el ARN
mensajero leyendo la cadena de ADN (la cadena no codificadora) que
es complementaria del ARN; as pues, el ARN es una copia exacta de
la otra cadena de ADN (la cadena codificadora), que tambin se
denomina cadena complementaria de la molcula de ADN (recuerde dos
diferencias importantes: la timina y la desoxirribosa del ADN se
sustituyen por uracilo y por ribosa, respectivamente, en el ARN).
La complementariedad molecular es un concepto que resulta a la vez
fcil y difcil de entender. El aspecto fcil es que una cosa es igual
que otra. La parte complicada es la necesidad de comprender y
visualizar que la molcula complementaria no es idntica a su
plantilla, sino que ms bien es el lugar en el que la plantilla
entra y la molcula complementaria sale. Por tanto, las cadenas de
la doble hlice no son idnticas. Cada cadena de ADN tiene una
estructura complementaria; en un sentido, una plantilla positiva y
una plantilla negativa, y cada una especifica a la otra. Por
consiguiente, cada cadena es una plantilla para su ADN
complementario (en la replicacin) o su ARN complementario (en la
transcripcin). As, el ARN mensajero se sintetiza a partir de la
plantilla negativa, la cadena no codificadora, de forma que tendr
la misma estructura que la plantilla positiva, la cadena
codificadora. Los especialistas en biologa molecular tienen que
pensar en tres dimensiones. La transcripcin comienza en el lugar de
inicio en direccin 5, la regin flanqueadora no traducida de 5 en la
que las dos cadenas de la doble hlice se separan. El proceso
contina hacia 3, copiando una de las cadenas hasta que se alcanza
un codn especfico, que proporciona un mensaje de terminacin. La
sntesis del ARN prosigue con la adicin de una cadena larga de
adeninas, la cola poli-A; sta es la regin 3 no traducida que
supuestamente estabiliza el ARN impidiendo su degradacin. Despus de
la transcripcin a partir de un gen, el ARN entra en el citoplasma,
donde se cortan las regiones del intrn y se empalman los exones
(corte y empalme del ARN), de forma que se produce una molcula
completa de ARN maduro. El comienzo y el final de cada exn y cada
intrn tienen secuencias que, cuando se copian en el ARN, envan
seales a una enzima para que elimine las partes intercaladas. Casi
todos los intrones comienzan con GU y finalizan con AG (GT y AG en
el intrn del ADN). Los intrones tienen una longitud variable; un
solo intrn puede ser ms largo que el ARN final. La molcula de ARN
maduro posee un elemento adicional en uno de sus extremos (casquete
formado por la adicin de un nucletido modificado, la
7-metilguanina) que lo protege frente a las ribonucleasas (RNasas);
en el otro extremo, se aade una cola poliadenina (la cola de
poli-A) (adems de un factor de estabilizacin, quiz una seal para
dirigir la salida del ncleo). Ninguno de los extremos est traducido
en los ribosomas. Herramientas de imgenes
17. Herramientas de imgenes Factores de transcripcin Los
factores de transcripcin son protenas que se unen a elementos
reguladores del ADN (potenciadores y promotores) y que, por tanto,
influyen en la expresin gnica. Los receptores de las hormonas
esteroideas son factores de transcripcin. La transcripcin gnica y
la formacin del ARN mensajero se estimulan o se inhiben por la
interaccin directa con el ADN. Los factores de transcripcin tambin
pueden interactuar con otros factores (coactivadores y
correpresores, tambin llamados protenas adaptadoras) para producir
efectos conjuntos. La actividad de estas protenas puede verse
afectada adems por la fosforilacin desencadenada por las seales
emitidas por los receptores de la superficie celular (a menudo,
factores de crecimiento). Los microARN son pequeos ARN de 18 a 25
nucletidos, no codificadores de protenas, resultantes de la
transcripcin de genes y que regulan la expresin gnica objetivo
tanto a nivel de traduccin como de transcripcin; se han
identificado ms de 1 500 mARN. Es importante considerar el
resultado final de la actividad hormonal y la expresin gnica como
un reflejo del contexto celular, es decir, la naturaleza y la
actividad de los factores de transcripcin bajo la influencia de
protenas intracelulares adaptadoras especficas. Se explica as cmo
agentes similares (y factores de transcripcin similares, p. ej., el
receptor estrognico) pueden ejercer acciones diferentes en tejidos
distintos. Traduccin El ARN mensajero se desplaza desde el
cromosoma en el que fue sintetizado hasta un ribosoma del
citoplasma, donde dirige el ensamblaje de los aminocidos y su
constitucin en protenas (traduccin). Cada clula presenta un
proteoma caracterstico, pero dinmico y en cambio constante, que es
el conjunto de protenas exclusivo de esa clula. Los aminocidos se
incorporan al proceso por la accin de molculas especficas de ARN de
transferencia. La secuencia concreta de tres bases en un extremo
del ARN de transferencia es complementaria del codn que codifica el
aminocido especfico. La unin de esta rea al codn del ARN mensajero
coloca al aminocido especfico del otro extremo en la secuencia
correcta para la protena. Cada vez que las molculas de ARN de
transferencia leen la plantilla de ARN, se coloca un aminocido,
comenzando en el extremo amino (el extremo 5) y terminando en el
extremo carboxilo (el extremo 3). El proceso empieza en el primer
codn, AUG, y contina hasta que se llega a un codn de terminacin
(UAA, UAG o UGA), momento en el que el ARN mensajero se desprende
del ribosoma y degenera. La secuencia lineal concreta de aminocidos
est especificada por la codificacin gentica; a su vez, esta
secuencia determina la forma tridimensional de la protena, la
estructura plegada necesaria para su funcin. Slo existen 20 000 a
25 000 genes humanos codificadores de protenas, pero hay ms de
18. 100 000 protenas. Evidentemente, un solo gen puede producir
ms de una protena. Herramientas de imgenes La expresin final de un
gen no siempre termina con el proceso de traduccin. Las protenas
sufren un proceso adicional (posterior a la traduccin), como la
glucosilacin (las gonadotropinas) o la escisin proteoltica
(conversin de la proopiomelanocortina en ACTH). Reciben el nombre
de modificaciones epigenticas. Los mecanismos que producen protenas
a partir de genes son parecidos en todo el mundo biolgico. Esto
significa que es posible aprender conceptos fundamentales de la
funcin humana estudiando organismos simples, y que pueden
fabricarse microbios para producir protenas humanas. Mutaciones
Muchos genes existen en formas diversas, denominadas alelos. El
cambio en una secuencia de ADN que causa un cambio perjudicial en
la estructura o la funcin de una protena constituye una mutacin. La
sustitucin se define como un cambio en una sola base nitrogenada.
Una sustitucin en un codn puede ocasionar la incorporacin del
aminocido incorrecto a una protena, lo que provoca un cambio o la
prdida de la funcin. La insercin o la delecin de aminocidos en la
protena final pueden deberse a un proceso errneo de corte y empalme
del ARN. Dada la gran redundancia existente en el cdigo gentico
(muchos codones codifican el mismo aminocido y slo hay 20
aminocidos), no todas las sustituciones producen un efecto. Un
ejemplo clnico de sustitucin de una sola base (mutacin
19. puntual) es la mutacin que causa la drepanocitosis, que
consiste en la sustitucin de la timina por adenina en el gen de la
-globina. Si las regiones homlogas del ADN estn mal alineadas, el
entrecruzamiento puede ser desigual, lo que causa deleciones e
inserciones (adiciones). Una mutacin finalizadora hace referencia a
la sustitucin de una sola base que produce un codn de terminacin,
lo que trunca la protena. Las deleciones y las inserciones pueden
afectar a bases nicas, a exones enteros, o incluso a uno o varios
genes. En la meiosis es habitual la recombinacin o el intercambio
de material gentico. Incluso un cambio en la unin de una regin
codificadora y otra no codificadora puede dar lugar a un ARN
mensajero anmalo. Anomalas cromosmicas Anomalas numricas Las
anomalas numricas suelen estar provocadas por la falta de
disyuncin, es decir, la ausencia de separacin en la anafase, ya sea
durante la divisin mittica o durante la meiosis. La aneuploida se
define como un nmero de cromosomas que no es un mltiplo exacto del
nmero haploide, por ejemplo, la monosoma (45,X o sndrome de Turner)
o la trisoma (trisoma 13 o sndrome de Patau, trisoma 18 o sndrome
de Edwards, trisoma 21 o sndrome de Down, 47,XXY o sndrome de
Klinefelter). El mosaicismo indica una o varias estirpes celulares
con un cariotipo diferente, derivado normalmente de la falta de
disyuncin al principio de la mitosis (cuando dos cromosomas
emparejados no se separan). La poliploida, mltiplos del nmero
haploide de cromosomas, es una causa importante de aborto
espontneo. Anomalas estructurales Las anomalas estructurales suelen
obedecer a roturas cromosmicas inducidas por la radiacin, por
frmacos o drogas, o por virus. La anomala resultante depende de la
reordenacin de las piezas rotas. As pues, en una translocacin
existe un intercambio de material entre dos o ms cromosomas no
homlogos. Una translocacin equilibrada no se asocia a la ganancia
ni a la prdida de material gentico, y la persona afectada se
denomina portador de una translocacin. Defectos monognicos Los
defectos monognicos estn causados por mutaciones de genes
especficos que se transmiten conforme a las leyes de herencia
mendeliana: autosmicas dominantes, autosmicas recesivas, recesivas
ligadas al cromosoma X y, raras veces, dominantes ligadas al
cromosoma X. Adems, los trastornos monognicos pueden transmitirse
mediante la herencia de genes mitocondriales, impronta materna o
paterna, disoma (herencia de ambos pares de un cromosoma de uno de
los progenitores) y repeticiones excesivas (fenmeno en el que
existen ms de las repeticiones habituales de tres pares de bases).
Herencia autosmica dominante La transmisin no est relacionada con
el sexo de la persona y resultan afectados tanto los hijos
homocigotos como los heterocigotos (basta con que exista un alelo
anmalo). Si ambos progenitores son heterocigotos, cada hijo tendr
un riesgo de resultar afectado del 75 %. Si uno de los progenitores
es heterocigoto, el riesgo de cada hijo ser del 50 %. El efecto
depende de la expresin variable. Son trastornos autosmicos
dominantes la enfermedad de Huntington, la neurofibromatosis y el
sndrome de Marfan. El efecto de un gen dominante anmalo est
influido por la penetrancia, el grado en que se expresa el gen
dominante. La penetrancia completa, en contraposicin con la
incompleta, significa que el gen siempre se expresa y siempre
produce un fenotipo identificable. Herencia autosmica recesiva
Estas afecciones nicamente se expresan en el fenotipo de los
homocigotos (los dos alelos tienen que ser anmalos). Si ambos
progenitores son heterocigotos, cada hijo tiene un riesgo de
resultar afectado del 25 % y un riesgo de ser portador del 50%. Son
ejemplos de trastornos autosmicos recesivos la fibrosis qustica, la
drepanocitosis y la hiperplasia suprarrenal por carencia de
21-hidroxilasa. Herencia recesiva ligada al cromosoma X Un padre
afectado slo puede transmitir la afeccin a las hijas. Cuando una
enfermedad es recesiva, slo se afectan las mujeres homocigotas.
Cada hijo de una portadora tiene el 50 % de probabilidades de
resultar afectado, y cada hija, un 50 % de probabilidades de ser
portadora. Son ejemplos el daltonismo y la hemofilia A. Impronta
genmica La impronta genmica indica una influencia persistente en la
funcin del genoma por las contribuciones del padre y de la madre.
Por ejemplo, el desarrollo de la placenta est controlado
fundamentalmente por genes derivados del padre. Por lo tanto, una
mola hidatiforme tiene un cariotipo normal, pero todos sus
cromosomas proceden del padre. Las estructuras placentarias estn
ausentes en los teratomas
20. ovricos, tumores que contienen nicamente cromosomas de
origen materno. Los experimentos realizados en la naturaleza y con
animales indican que la contribucin materna al genoma es ms
importante para el desarrollo del embrin. En determinadas
enfermedades autosmicas recesivas, la expresin, la gravedad y la
edad de aparicin dependen de si el gen o el cromosoma mutante
provienen del padre o de la madre. Los sndromes de Angelman, de
Prader-Willi y de Beckwith-Wiedemann son ejemplos de trastornos
humanos asociados a la impronta genmica. La epigentica es el
estudio de los cambios en la expresin gnica no provocados
directamente por cambios en las secuencias del ADN. Los mecanismos
incluyen modificaciones del ADN sin variar la secuencia del mismo,
como la metilacin del ADN para desactivar la expresin gnica, la
alteracin de las protenas histonas que son responsables de la
estructura global de la cromatina (afectando a la transmisin
durante la replicacin celular), la produccin de nuevas formas de
ARN y las alteraciones en las protenas celulares que influyen en la
expresin gnica. Cada uno de estos mecanismos puede transmitirse a
la descendencia y ser responsable de la impronta. Es otro mtodo por
el que las especies pueden adaptarse, otra va para la evolucin.
Volver al principio Tcnicas de biologa molecular La enzima que
rompe los enlaces fosfodister y corta en fragmentos la molcula de
ADN se denomina endonucleasa; la enzima de restriccin (endonucleasa
de restriccin) corta slo en los sitios con secuencias nucleotdicas
especficas. Las enzimas de restriccin se descubrieron en bacterias,
en las que forman un mecanismo defensivo que corta (y, por tanto,
desactiva) todo ADN exgeno (de virus invasores) introducido en la
clula bacteriana. Como parte de este mecanismo protector, las
bacterias tambin contienen metilasas que metilan los sitios de
reconocimiento en el ADN nativo, dirigiendo la accin de la enzima
de restriccin hacia el ADN exgeno no metilado. Cada bacteria tiene
enzimas de restriccin distintas con sitios de accin especficos. Hay
enzimas de restriccin que cortan el ADN en trozos (fragmentos de
restriccin), oscilando desde muchos fragmentos pequeos hasta
algunos trozos grandes, dependiendo del nmero de nucletidos de la
secuencia de reconocimiento. Estas enzimas se denominan segn el
organismo y la cepa de los que proceden. La combinacin de
fragmentos de restriccin, es decir, la unin de dos trozos cortados
de ADN, produce ADN recombinante. La ADN polimerasa es una enzima
que incorpora nucletidos aislados a una molcula de ADN. Una ADN
polimerasa slo puede formar ADN si cuenta con una plantilla de ADN;
el ADN sintetizado ser complementario de la plantilla. La ARN
polimerasa tambin necesita una plantilla de ADN para fabricar ARN.
Una desoxirribonucleasa (ADNasa) puede eliminar nucletidos.
Combinando el tratamiento de la ADNasa con la accin de la ADN
polimerasa, es posible introducir nucletidos radiomarcados en una
molcula de ADN, produciendo una sonda de ADN. La sonda de ADN es
comparable al anticuerpo que se utiliza en los inmunoanlisis. El
anticuerpo es especfico y reconoce la hormona frente a la que est
dirigido, mientras que la sonda de ADN detecta especficamente una
secuencia de ADN. La transcriptasa inversa es una ADN polimerasa
que depende del ARN. Se denomina transcriptasa inversa porque el
flujo de informacin va del ARN al ADN, en direccin contraria a la
habitual. Esta enzima permite copiar prcticamente cualquier molcula
de ARN en ADN monocatenario; este tipo de ADN se denomina ADN
complementario porque es la imagen especular del ARN mensajero. La
funcin de las sondas de ADN complementario es limitada, porque leen
nicamente los exones (recuerde que los intrones son eliminados del
ARN) y, por tanto, estas sondas leen slo grandes reas. El ADN y el
ARN son molculas cargadas, por lo que migrarn en un campo elctrico.
Los fragmentos pueden analizarse mediante electroforesis sobre gel
(agarosa o poliacrilamida), donde se observa que los de mayor tamao
son los que migran ms despacio. Por convencin, los geles se leen de
arriba abajo y los fragmentos ms pequeos ocupan la parte inferior.
Anlisis de Southern En primer lugar, se desnaturaliza el ADN para
separar las dos cadenas, que son digeridas por enzimas de
restriccin para producir fragmentos ms pequeos que se cargan en un
gel de electroforesis. La tcnica de Southern, llamada as en honor
de su descubridor, E. M. Southern, determina el tamao de los
fragmentos, que se separan mediante electroforesis; cuanto ms
pequeo sea el fragmento, ms rpida ser la migracin. El gel de
electroforesis se vierte en un trozo grueso de papel de filtro
cuyos extremos estn sumergidos en una solucin rica en sal. Se
coloca una membrana especial (nitrocelulosa) sobre el gel y sta se
cubre a su vez con un montn de toallas de papel comprimidas con un
peso. La solucin salina asciende hasta el papel de filtro por un
efecto de mecha; se mueve a travs del gel por accin capilar,
llevando el ADN consigo. El ADN es transportado a la membrana de
nitrocelulosa, a la que se une. La solucin salina contina movindose
y es absorbida por las toallas de papel. As, la membrana de
nitrocelulosa o nailon crea una rplica del patrn de electroforesis
original. El ADN se fija a la membrana mediante coccin a
temperatura elevada o por la aplicacin de luz ultravioleta. A
21. continuacin, pueden introducirse sondas marcadas especficas
de ADN o ARN para su hibridacin. En la tcnica de hibridacin una
sonda especfica se fija a su secuencia complementaria. Los
fragmentos con esta secuencia se identifican a continuacin mediante
autorradiografa. Pueden utilizarse sondas fluorescentes que se
detectan tras su activacin por un haz de lser, lo que permite
efectuar una evaluacin cualitativa y cuantitativa mediante un
ordenador. La tcnica de Southern sigue siendo un procedimiento
necesario, pero a menudo se sustituye por la tcnica de reaccin en
cadena de la polimerasa, ms rpida y sensible. La tcnica de Northern
detecta secuencias de ARN. Se denomina Northern porque el ARN es la
imagen opuesta al ADN. El ARN extrado se separa mediante
electroforesis y se transfiere a una membrana, igual que en la
tcnica de Southern, para la hibridacin con sondas (ADN
complementario). La tcnica de Northern se utiliza, por ejemplo,
para determinar si la estimulacin hormonal de una protena concreta
en un tejido est mediada por el ARN mensajero, es decir, por
expresin gnica. Este mtodo tambin puede sustituirse por la reaccin
en cadena de la polimerasa utilizando una enzima transcriptasa
inversa. La electroforesis para separar y cuantificar protenas
recibe el nombre de tcnica de Western, y se utilizan anticuerpos
para el proceso de identificacin de la hibridacin. Al igual que la
tcnica de Northern, la tcnica de Western no slo analiza la
presencia de un gen, sino tambin la expresin gnica. Los trminos
Northern y Western son ocurrencias intencionadas (algo raro en la
ciencia) creadas a partir de la tcnica de Southern. La hibridacin
sin electroforesis, en la que se coloca una gota del extracto
celular directamente sobre el papel de filtro, se denomina
transferencia de puntos(dot blotting). Hibridacin Cuando dos
cadenas complementarias de ADN vuelven a asociarse, el proceso se
denomina hibridacin. Se trata de una tcnica que permite estudiar
una zona concreta del ADN empleando una sonda de ADN radiomarcada
que es especfica (una secuencia complementaria). Primero, se trata
la membrana producida tras la tcnica de Southern para que bloquee
sitios de unin inespecficos. A continuacin, la membrana se trata
(se hibrida) con la sonda marcada. Despus se identifica la
localizacin de la sonda unida mediante autorradiografa (si se usan
sondas radiomarcadas) o por mtodos colorimtricos. Por lo tanto, la
secuencia de la sonda determina la secuencia en el sitio de unin.
Siempre que dos productos son complementarios, se produce
hibridacin. As, el ADN complementario puede hibridarse a su
plantilla, el ARN mensajero. La hibridacin in situ es la tcnica en
la que se toman sondas marcadas de ADN o ARN y se colocan
directamente en una extensin de tejido o de clulas. Puede
utilizarse un fragmento de ADN clonado y marcado con fluorescencia;
este mtodo se denomina FISH (hibridacin in situ con fluorescencia).
La regin correspondiente al ADN clonado se ilumina cuando se aplica
luz fluorescente, salvo que se haya producido la delecin de esa
regin en uno de los cromosomas. La tcnica FISH ha permitido
descubrir varios sndromes por microdelecin, como el sndrome de
Prader-Willi. Tecnologa de micromatrices Este mtodo detecta la
expresin gnica evaluando miles de genes al mismo tiempo. El ADN
complementario clonado se hibrida con ADN complementario marcado,
preparado a partir del tejido que se va a estudiar. Si ese tejido
expresa un gen, la seal marcada se observa fcilmente. La produccin
de genochips especficos permite buscar mutaciones y polimorfismos
con esta tcnica. La micromatriz o genochip es una disposicin fsica
de ADN que puede identificar simultneamente miles de productos
nicos de ARNm en muestras heterogneas. Se han creado chips que
incluyen el genoma humano completo y pueden evaluar ms de 500 000
polimorfismos de un solo nucletido en una muestra. As pues, un chip
de ADN puede contener los 20 000 a 25 000 genes humanos
codificadores de protenas en su totalidad. Este proceso sumamente
automatizado puede indicar, aunque no cuantificar, las diferentes
expresiones gnicas en respuesta a diversos estmulos o afecciones.
Por ejemplo, la expresin gnica puede compararse antes y despus del
tratamiento hormonal. El mtodo tambin puede detectar deleciones,
duplicaciones y alteraciones gnicas mediante una tcnica conocida
como hibridacin genmica comparativa, que utiliza una muestra de ADN
de referencia para la hibridacin, en lugar de ADN complementario.
Reaccin en cadena de la polimerasa La reaccin en cadena de la
polimerasa (PCR) es una tcnica que amplifica (con relativa rapidez)
pequeos fragmentos o reas de ADN hasta obtener cantidades lo
bastante grandes para que puedan analizarse mediante electroforesis
y mtodos de transferencia. Esta tcnica produce numerosas copias de
secuencias de ADN especficas sin necesidad de recurrir a la
clonacin. Es necesario conocer la secuencia que se desea ampliar.
Se seleccionan marcadores especficos (secuencias cortas de ADN
sintetizadas correspondientes a cada extremo de la secuencia
estudiada) que definirn la regin de ADN que se va a ampliar. Estas
secuencias flanqueadoras se denominan cebadores. La muestra de ADN,
los cebadores y el exceso de nucletidos aislados libres se incuban
con una ADN polimerasa. El primer paso consiste en separar el ADN
en sus dos cadenas mediante desnaturalizacin trmica (92C); a
continuacin, se baja la temperatura (40C), con lo que los cebadores
se pegan (templan) a sus regiones complementarias del ADN. Se
vuelve a elevar despus
22. la temperatura a 62 C y la ADN polimerasa sintetiza
entonces una nueva cadena empezando y terminando en los cebadores,
formando as un nuevo ADN bicatenario. Al repetir el ciclo muchas
veces (alternando la temperatura de la reaccin) se multiplica la
cantidad de ADN que puede estudiarse (ms de un milln de veces);
este incremento es exponencial. As, es posible analizar el ADN a
partir de una sola clula y visualizar los genes mediante tcnicas de
transferencia sin usar sondas marcadas, todo ello en un
termociclador, la mquina que efecta el procedimiento completo. Dado
que en el proceso se alternan el calentamiento y el enfriamiento,
la ADN polimerasa termorresistente es una ventaja, ya que no es
necesario reponerla de forma peridica. El problema se solucion con
el descubrimiento de ADN polimerasa (Taq polimerasa) en un
microorganismo (Thermophilus aquaticus) termfilo (microbio de agua
caliente) que se encontr en Mushroom Pool, una fuente termal poco
conocida del Yellowstone National Park. Esta polimerasa de alta
temperatura permite automatizar el proceso. La PCR con
transcriptasa inversa se utiliza para ampliar pequeas cantidades de
un ARN especfico. La plantilla inicial es una molcula de ARN, que
se convierte en su complementaria por la accin de la transcriptasa
inversa, una enzima descubierta inicialmente en los retrovirus. El
nuevo ADN es procesado a continuacin por el procedimiento de PCR
habitual. La tcnica de la reaccin en cadena de la polimerasa ha
permitido estudiar cantidades increblemente pequeas de ADN a partir
de casi todos los tejidos o lquidos corporales. Es posible
diagnosticar el sndrome de Down en las pocas clulas fetales
obtenidas de la sangre materna. Algo que llama especialmente la
atencin es la multiplicacin de pequeas cantidades de ADN degradado
obtenido de especies raras y extinguidas que se conservan en
museos. Tambin se ha multiplicado y secuenciado el ADN de fsiles
(p. ej., de un magnolio de 18 millones de aos). Con este mtodo,
tambin es posible identificar un gen por su expresin de ARN
mensajero. El ARN es la plantilla usada en la multiplicacin tras su
conversin en ADN complementario. La reaccin en cadena de la
polimerasa se usa para detectar microbios, y proporciona los
resultados en cuestin de horas, incluso en presencia de
antimicrobianos. Este mtodo puede detectar bacterias que no pueden
aislarse con tcnicas de cultivo. La PCR en tiempo real es una
tcnica que se utiliza actualmente de forma sistemtica en los
laboratorios clnicos. El mtodo es ms rpido que la PCR convencional,
1 h o menos, utilizando sondas fluorescentes. La luz emitida por
las sondas se representa inmediatamente en un grfico, lo que
permite una cuantificacin casi instantnea del ADN medido.
Inmunoprecipitacin de la cromatina La inmunoprecipitacin de la
cromatina (ChIP) localiza una protena en su lugar de unin en el
ADN. La tcnica usa un anticuerpo especfico para la protena de
inters. El ADN aislado por el complejo anticuerpo-protena-ADN puede
estudiarse a continuacin mediante PCR. La regin especfica del
genoma puede determinarse utilizando una micromatriz de ADN, un
mtodo que se conoce como ChIP-chip (o ChIP-on-chip). Clonacin del
ADN Clonar significa aislar un gen y copiarlo. La recopilacin de
molculas de ADN obtenidas con mtodos de clonacin recibe el nombre
de coleccin de ADN o genoteca. El equivalente en el ADN de todos
los ARN mensajeros aislados de una clula o un tejido concretos se
denomina coleccin de ADN complementario. Se han producido ADN
complementarios para ms del 70 % de los genes humanos y mridos.
Empezando por el ARN mensajero, es posible centrar la bsqueda en el
gen de inters (en lugar de buscar en todo el genoma). Estas
genotecas se crean usando la transcriptasa inversa. Las molculas de
ADN pueden insertarse entonces en un vector apropiado (que se
describe a continuacin), con lo que se producen molculas
duplicadas. Con ayuda de sondas, se selecciona el ADN
complementario que se corresponde con el gen de inters (teniendo en
cuenta que el ADN complementario slo incluye los exones de un gen).
La clonacin del ADN consiste simplemente en producir muchas copias
idnticas de un fragmento de ADN especfico. Para la clonacin tambin
puede usarse la reaccin en cadena de la polimerasa. Como ya se ha
explicado, la clonacin de ADN complementario se centra en el
equivalente del ARN mensajero para el ADN; en la clonacin del ADN
genmico se copia el ADN de los genes usando una endonucleasa de
restriccin. La clonacin tambin puede emplearse para fabricar varias
copias de sondas o de fragmentos de ADN desconocidos. Cuando se
desconoce la secuencia de aminocidos, es posible trabajar en el
sentido contrario. Si se conoce la protena especfica, pueden
fabricarse anticuerpos frente a ella. Cuando se inserta ADN
complementario en determinados vectores, se identifica la produccin
de la protena con los anticuerpos; por lo tanto, se aislar el
fragmento de ADN. Un vector es una entidad en la que puede
insertarse ADN exgeno. Se introduce el vector con el ADN exgeno en
una clula hospedadora, que produce entonces tanto el vector como el
ADN exgeno. Los primeros vectores que se usaron fueron plsmidos
bacterianos, molculas de ADN circular (minicromosomas) que
coexisten en el citoplasma con el ADN cromosmico bacteriano. Lo ms
destacable es que portan los genes que codifican la resistencia a
los antibiticos. Esto permite seleccionar las clulas bacterianas
que contienen el plsmido usando el antibitico apropiado. Tambin se
han creado vectores plasmdicos que permiten efectuar la
23. seleccin en funcin del color. Se han desarrollado diversas
cepas bacterianas, cada una para un uso especfico. La rotura del
ADN del plsmido por enzimas de restriccin, seguida de la
incorporacin del ADN exgeno con la ADN ligasa, produce molculas de
ADN del plsmido (ADN recombinante que contiene el ADN exgeno) que
pueden replicarse. Los vectores plasmdicos pueden incorporar
fragmentos de ADN exgeno de hasta 10 kb. La digestin de los
plsmidos recuperados por enzimas de restriccin libera el fragmento
de ADN deseado, que puede recuperarse entonces mediante
electroforesis. Existen otros vectores. Los bacterifagos (o fagos)
son virus que infectan y se multiplican dentro de bacterias. Los
vectores fgicos pueden incorporar insertos de ADN ms grandes, de
hasta 20 kb. La clonacin del ADN con vectores fgicos sigue la misma
secuencia bsica explicada con los plsmidos. Con vectores csmidos,
combinaciones artificiales de fagos y plsmidos, se clonan
fragmentos de mayor tamao de ADN exgeno. Los fragmentos muy
grandes, de hasta 1 000 kb, pueden clonarse con cromosomas
artificiales de levaduras. Este mtodo tambin puede funcionar con
genes enteros. Fases bsicas de la clonacin: 1. Elegir una fuente de
ADN: ADN genmico o ADN complementario. 2. Fragmentar el ADN usando
endonucleasas de restriccin. 3. Introducir los fragmentos en
vectores. 4. Introducir los vectores en bacterias. 5. Recopilar el
ADN clonado que se ha propagado en la bacteria para formar una
genoteca. 6. Buscar la secuencia deseada en la genoteca. Entre los
posibles mtodos se encuentran el uso de sondas de nucletidos
complementarios para fragmentos que se hibridan o la deteccin de
una protena especfica producida usando anticuerpos frente a esa
protena o analizando la funcin de la misma. Animales transgnicos
Los animales transgnicos se producen mediante la insercin de genes
clonados o ADN complementario en bacterias, levaduras, lombrices,
peces, ranas y ratones. En los mamferos, el gen clonado o el ADNc
pueden inyectarse en un proncleo de un vulo fecundado, donde se
integrar en los cromosomas. Los vulos se transfieren luego al tero
de la madre receptora, cuya descendencia tendr el ADN exgeno. Las
funciones y los comportamientos biolgicos alterados se atribuyen al
ADN exgeno. Los animales transgnicos son tiles para el estudio de
enfermedades hereditarias y tumores malignos, y permiten llevar a
cabo experimentos en genoterapia. La transferencia de genes nuevos
o alterados es un mtodo importante para estudiar la funcin gnica.
Pueden incluso desarrollarse plantas transgnicas para producir
nuevos frmacos, y la introduccin de genes que confieren resistencia
a los insectos puede resolver el problema de la contaminacin por
insecticidas. Modelos animales con inactivacin gnica En los modelos
animales usados para determinar la funcin de un gen se emplea el
mtodo consistente en desactivar un gen concreto. En una demostracin
sencilla, pero importante, puede determinarse si un gen especfico y
su protena son esenciales para la vida o para una funcin (como la
gestacin). Esto suele lograrse introducindose ADN exgeno en un
animal mediante un vector para sustituir ADN endgeno. Puede
conseguirse un resultado similar interfiriendo con ARN mensajeros
especficos, aunque no se logra la prdida completa de una expresin
gnica especfica porque la nueva divisin celular reactiva la
expresin gnica. Volver al principio Identificacin de los genes Para
clonar un gen entero cuya protena se conoce, se produce una
coleccin de ADN complementario. El fragmento especfico de ADN se
identifica ligndolo a la protena. Una vez identificado, puede
rastrearse todo el gen usando el ADN complementario, que sealar los
intrones y los exones. Otra estrategia consiste en sintetizar una
sonda de oligonucletidos, cuya secuencia se basar en la secuencia
de aminocidos conocida en la protena (a partir de la secuencia
peptdica, puede predecirse la secuencia de ADN que codifica esa
protena). Ese mtodo puede usarse con un fragmento relativamente
pequeo del pptido. Conforme se van clonando ms genes, se establece
la frecuencia de los codones en los aminocidos concretos. El ADN
complementario puede clonarse sin producir una genoteca usando la
reaccin en cadena de la polimerasa para multiplicar el ADN
complementario fabricado a partir del ARN mensajero
24. por la transcriptasa inversa. Es posible clonar secuencias
solapadas del genoma empleando un fragmento de ADN de cada producto
subsiguiente, a fin de trabajar en todo un cromosoma de forma
sistemtica para buscar un gen; es lo que se denomina paseo
cromosmico. Todo el proceso de secuenciacin puede efectuarse por
ordenador, incluso la bsqueda de marcos de lectura abiertos. Tras
identificar la secuencia de un fragmento de ADN, el ordenador
utiliza las bases de datos de ADN y protenas para predecir la
secuencia, el sitio de reconocimiento, la traduccin de la protena y
la homologa con secuencias conocidas. El cientfico selecciona
entonces los tamaos de los fragmentos de restriccin para la
clonacin. Cuando se ha analizado el gen, hay que compararlo con el
gen de la enfermedad. Si la mutacin es grande, puede detectarse
mediante la tcnica de Southern. En las alteraciones pequeas, es
necesario efectuar comparaciones en las secuencias de ADN, lo que
es posible usando la reaccin en cadena de la polimerasa para
multiplicar las secuencias gnicas especficas hasta obtener
cantidades fciles de estudiar. Es posible localizar un gen en un
cromosoma especfico, aunque se ignore su protena, con estudios
basados en reordenaciones cromosmicas y anlisis de ligamiento. Cada
enfermedad se asocia a una alteracin cariotpica, por lo que se
puede actuar sobre el cromosoma concreto para localizar el gen. Los
anlisis de ligamiento utilizan polimorfismos de la longitud de
fragmentos de restriccin. Polimorfismo del ADN La tcnica de
Southern revela patrones de bandas especficos que reflejan la
longitud variable de los fragmentos de ADN producidos por la accin
de las enzimas de restriccin. Un sitio concreto puede mostrar una
mutacin debido a que tiene un patrn distinto (la diferencia en la
longitud del fragmento de ADN detectada con la tcnica de Southern
obedece a la diferencia en las secuencias). Estas diferencias en
las secuencias de ADN se denominan polimorfismos de la longitud de
fragmentos de restriccin. Los polimorfismos de nucletidos aislados,
o simplemente polimorfismos, suelen ser variaciones benignas y
comunes. El genoma humano contiene alrededor de 4,5 millones de
polimorfismos, de los que se han identificado ms de 3 millones.
Aunque el 99,9 % de las secuencias de ADN en los seres humanos son
iguales, los polimorfismos de nucletidos aislados pueden actuar
como marcadores genticos de un gen importante desde el punto de
vista mdico. Los polimorfismos estn gobernados por las leyes
mendelianas de la herencia y si se identifica casualmente un
polimorfismo en un paciente con una enfermedad concreta, es posible
estudiar su transmisin. El polimorfismo, que est ligado a la
enfermedad por casualidad, puede usarse para estudiar la herencia
de una enfermedad cuando se desconocen los genes. El polimorfismo
es una especie de bandera que marca zonas concretas de los
cromosomas. Este mtodo de estudio precisa ADN de, por lo menos, una
persona afectada y un nmero suficiente de miembros de la familia
para rastrear el polimorfismo, ya sea con la tcnica de Southern (si
las secuencias son largas) o con la reaccin en cadena de la
polimerasa (mtodo ptimo para las secuencias cortas). Para
determinar la correlacin entre los marcadores genticos
(polimorfismos) y el fenotipo tambin se emplean haplotipos
(similares a los polimorfismos, pero con una secuencia nucleotdica
ms larga, incluso un conjunto de varios polimorfismos). Los
esfuerzos que utilizan las tecnologas genticas para vincular los
polimorfismos de nucletidos aislados y los haplotipos a problemas
clnicos y rasgos hereditarios se conocen como estudios de asociacin
del genoma completo. Los minisatlites son una forma de
polimorfismos. Los genes se concentran en zonas aleatorias a lo
largo de los cromosomas, separados por secuencias largas de ADN no
codificador. Los minisatlites son zonas no codificadoras de ADN que
se repiten en nmeros variables, lo que se denomina nmero variable
de secuencias repetidas en tndem, distribuidas a lo largo de cada
cromosoma humano. Dichas zonas pueden seguirse con sondas de ADN,
con lo que se obtiene una huella nica para cada persona. Esta
singularidad se aplica en medicina forense. Los microsatlites, como
su propio nombre indica, son ms pequeos que los minisatlites. Por
lo general, constan de repeticiones de slo dos nucletidos. Los
polimorfismos de ADN son ya millares y permiten cartografiar los
genes con gran precisin. La cartografa de las variaciones de
polimorfismos de nucletidos aislados en los seres humanos (el mapa
de haplotipos humanos) ya est en camino. Proyecto Genoma Humano El
conjunto de todos los genes humanos recibe el nombre de genoma. El
objetivo del Proyecto Genoma Humano internacional, que comenz en
1990, era secuenciar el genoma humano; se logr un primer borrador
en el ao 2001 y se obtuvo el 99 % de la secuencia real en 2003, ms
de 2 aos antes de lo previsto y 50 aos despus de la publicacin de
Watson y Crick. El nmero de genes codificadores de protenas (20 000
a 25 000) es menor de lo que se haba calculado. Menos del 2 % de
los genes del genoma humano con casi 3 000 millones de nucletidos
codifica protenas; por tanto, el resto es una rica fuente para los
historiadores de la evolucin y un objetivo para la induccin de
cambios genticos. El nmero de genes vara en cada cromosoma
concreto; los que resultan afectados por la trisoma, los nmeros 13,
18 y 21, son los que tienen menos genes. La informacin sobre el
proyecto del genoma humano est disponible en:
http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/home.shtml
25. Afortunadamente, Internet surgi a tiempo para alojar la
enorme cantidad de datos generados por los estudios realizados
sobre el genoma humano. El National Center for Biotechnology
Information (NCBI) mantiene un sitio web que ofrece bases de datos
y tambin el sitio Online Mendelian Inheritance in Man de la
Universidad Johns Hopkins, que es una gua de los genes humanos y
los trastornos hereditarios:
http://www.ncbi.nlm.nig.gov/projects/genome/guide/human El sitio
web GeneTests es tambin una fuente de informacin gentica
recomendada, financiada por los NIH. Incluye revisiones de
enfermedades especficas, un directorio internacional de
laboratorios de pruebas genticas y clnicas de diagnstico prenatal,
adems de materiales didcticos: http://www.genetests.org La
siguiente ola de informacin proceder de proyectos como ENCODE y
1000 Genomes. ENCODE es un grupo de investigacin organizado por el
National Human Genome Research Institute de los NIH para crear una
enciclopedia de los elementos funcionales del genoma humano
(http://www.genome.gov/ENCODE). El proyecto 1000 Genomes secuenciar
los genomas de 1 000 personas de todo el mundo para cartografiar
las variaciones del ADN con alta resolucin
(http://www.1000genomes.org/page.php). El mapa del genoma humano
puede servir de base para localizar los factores hereditarios que
predisponen a ciertas enfermedades y las mutaciones que causan la
enfermedad, y para integrar la secuenciacin gentica en las
funciones biolgicas. Pronto se podr disponer de un registro
personal que contenga nuestro plano gentico completo. Se han
cartografiado las localizaciones cromosmicas de los genes
responsables de la produccin de hormonas. A partir de las
secuencias de ADN clonadas, es posible predecir las secuencias de
aminocidos. Cada una de las protenas de un gen representa un
posible objetivo diagnstico o teraputico. Por supuesto, los
trastornos hereditarios tambin sern objeto de caracterizacin y,
finalmente, de su curacin con genoterapia. No obstante, incluso
despus de haber identificado y cartografiado un gen, su
caracterizacin completa sigue siendo una tarea complicada que
requiere mucho tiempo. Ser todava ms complicado comprender del todo
los trastornos provocados por las interacciones de varios genes.
Genmica y protemica La genmica hace referencia a todo el proceso
implicado en el Proyecto Genoma Humano, la descripcin completa de
la secuencia gentica y el estudio de la expresin gnica,
especialmente usando la tcnica de micromatrices con genochips. Con
todo, la genmica no revelar todo el misterio. Las protenas
fabricadas mediante expresin gnica se alteran en el proceso de
traduccin y tambin con modificaciones posteriores a la traduccin,
como la glucosilacin, la mutilacin y la fosforilacin. Por lo tanto,
para conocer la historia completa hace falta la protemica, el
estudio de los productos terminales con funcin biolgica, las
protenas de una clula o de un tejido. Tanto la genmica como la
protemica son necesarias para comprender la fisiologa, diagnosticar
las enfermedades y disear nuevos frmacos. El proceso de
identificacin de las protenas consiste en separar las protenas
mediante electroforesis, digerir las ms grandes formando otras ms
pequeas, medir el contenido de aminocidos mediante
espectrofotometra de masas e identificar especficamente las
protenas mediante su comparacin con bases de datos informatizadas.
A continuacin, pueden compararse los perfiles de masa de las clulas
normales y anmalos. Las alteraciones posteriores a la traduccin
pueden detectarse comparando protenas especficas frente a protenas
conocidas. Se dispone actualmente de chips de protenas, comparables
a los chips de ADN, que pueden utilizarse para estudiar los cambios
protenicos. La metabolmica es el estudio de pequeas molculas en el
interior de las clulas, los productos metablicos que las
caracterizan. Los extractos celulares sin clasificar se someten a
mediciones mediante cromatografa, espectrometra o resonancia
magntica para crear patrones caractersticos, huellas qumicas,
asociadas a clulas normales o anmalas. La cantidad de datos
generados por la genmica, la protemica y la metabolmica es enorme,
y sera imposible manejarla sin bases de datos informatizadas. La
bioinformtica es la ciencia dedicada al desarrollo de tcnicas
informticas para organizar y analizar mejor el creciente caudal de
informacin mediante la creacin de sistemas eficientes de bsquedas y
recuperacin de datos. Esto permitir poner los datos a disposicin de
laboratorios distribuidos por todo el mundo, y permitir estudiar la
informacin con anlisis matemticos sofisticados y compartirla a
escala mundial. Volver al principio Aplicaciones clnicas
26. El reto para la medicina moderna consiste en interpretar
clnicamente la ingente cantidad de datos generados por la genmica y
la protemica. No cabe duda de que el conocimiento de la funcin de
los genes y las protenas ser un rasgo que acelerar el progreso
humano. Conocer las predisposiciones genticas de una persona
permitira personalizar el diagnstico y tratamiento mdicos hasta su
mxima expresin. No obstante, nos encontramos en una nueva y
compleja era, que no siempre es directa. Por ejemplo, una
predisposicin gentica pude conllevar slo un pequeo porcentaje de
aumento del riesgo de sufrir una enfermedad; en qu punto est
justificada una intervencin en trminos de rentabilidad, no slo para
la persona, sino tambin para la sociedad? Adems, la actividad gnica
puede activarse y desactivarse en respuesta a factores ambientales.
Desde el punto de vista del cuidador del paciente, es posible que
ocurra ms lentamente de lo previsto, pero no hay duda de que
estamos a punto de convertir la teora genmica en prctica clnica. El
diagnstico molecular de los trastornos genticos precisa nicamente
una pequea muestra de ADN, que puede obtenerse de cualquier clula
con ncleo, como los leucocitos o las clulas epiteliales. La reaccin
en cadena de la polimerasa realizada con mecanismos automticos
permite efectuar un diagnstico rpido del ADN con material
multiplicado a partir de una sola clula. Supone una ventaja
importante en los anlisis genticos prenatales y en el diagnstico y
la determinacin del sexo antes de la implantacin. La PCR permite
efectuar diagnsticos de ADN a partir de una sola clula extrada de
embriones fecundados in vitro. El diagnstico molecular est limitado
por la prevalencia de cambios genticos heterogneos. En otras
palabras, muchos trastornos estn causados por mutaciones diferentes
en personas distintas. En cambio, otros (como la drepanocitosis)
siempre obedecen al mismo cambio. En el caso de la fibrosis
qustica, el 70 % de los pacientes (de ascendencia de Europa
septentrional) presenta la misma delecin de 3 bases, mientras que
el 30 % restante muestra un conjunto sumamente heterogneo de
mutaciones. Otro problema del diagnstico molecular reside en la
necesidad no slo de encontrar un cambio sutil en un gen, sino
tambin de diferenciar los cambios importantes de variaciones
benignas (polimorfismos). Se han desarrollado mtodos ingeniosos
basados en la PCR para cribar y detectar mutaciones con rapidez.
Para que una mutacin detectada tenga trascendencia, hay que
segregarla y vincularla a una enfermedad identificada en una
familia. Al menos un tipo de carencia de hormona del crecimiento se
hereda con un patrn autosmico recesivo. La clonacin del ADN de la
hormona del crecimiento complementario de su ARN mensajero permiti
localizar el gen de esta hormona. Se encuentra en un grupo que
tambin incluye el gen del lactgeno placentario humano. Este grupo
de genes contiene varias unidades de ADN que son homlogas y
propensas a la recombinacin, lo que origina una delecin en un
cromosoma y una duplicacin en otro. Otras protenas gobernadas por
genes agrupados, como las globinas, tambin responden a mecanismos
similares. El primer informe de un diagnstico clnico basado en la
hibridacin del ADN fue el diagnstico prenatal de -talasemia,
realizado en el Department of Obstetrics and Gynecology de la
Universidad de California en San Francisco. La produccin con fines
comerciales de protenas a partir de genes clonados insertados en
bacterias crece a pasos agigantados, como demuestra la produccin de
insulina (la primera) y de hormona del crecimiento. La glucosilacin
no tiene lugar en sistemas bacterianos y, por tanto, para la
produccin comercial de glucoprotenas recombinantes hacen falta
estirpes celulares de mamferos. Se ha logrado este reto y
actualmente se dispone de gonadotropinas recombinantes. Se ha
aislado y clonado el gen de la gonadoliberina, localizado en el
brazo corto del cromosoma 8. La tecnologa molecular fue esencial
para caracterizar la inhibina, la hormona folicular del ovario que
inhibe la secrecin de hormona foliculoestimulante (FSH). Se ha
secuenciado el gen de la inhibina y se ha constatado que es homlogo
al gen de la hormona antimlleriana. La subunidad comn a las
gonadotropinas, la tirotropina y la gonadotropina corinica humana
(GCh) se ha ubicado en un gen que se ha aislado, secuenciado y
localizado en el cromosoma 6. El genoma humano contiene muchos
genes que pueden causar cncer. Otros genes, en cambio, tienen la
capacidad de bloquear el crecimiento maligno. El cncer es una
enfermedad gentica, pues puede decirse que los tumores son clnicos;
todas las clulas estn relacionadas genticamente (aunque
alteraciones genticas subsiguientes pueden generar clulas
citogenticamente diferentes en tumores). Los oncogenes,
descubiertos en virus tumorales, son genes que transforman las
clulas que crecen normalmente en crecimientos anmalos mediante la
codificacin de protenas que participan en la transduccin de las
seales, en concreto, la transmisin de mensajes de regulacin del
crecimiento. Existen numerosos oncogenes y muchas vas de accin
diferentes, todas las cuales desembocan en un estado proliferativo.
Las mutaciones que activan estos genes dan lugar a una actividad de
las protenas independiente de las seales aferentes o bien a una
actividad en el lugar y el momento equivocados. El resultado final
es la activacin (por un oncogn alterado) del crecimiento
persistente. Pero probablemente este cambio solo no es suficiente
para producir un tumor. Los tumores suelen conllevar alteraciones
en muchos oncogenes, y tambin en antioncogenes. En las clulas
normales tambin hay antioncogenes, es decir, genes supresores del
crecimiento que deben estar inactivas para que puedan crecer los
tumores. La predisposicin hereditaria al cncer tambin puede
obedecer a una mutacin en los genes supresores de tumores. Aunque
la activacin de un oncogn es un efecto dominante, las mutaciones
supresoras de tumores son recesivas y pueden portarse y
transmitirse, pero se mantienen inactivas hasta que el
emparejamiento se realice con un antioncogn normal. Por
consiguiente, el cncer es una enfermedad gentica, pero la regulacin
del crecimiento normal requiere un complejo sistema que tardaremos
mucho tiempo en dominar. Esto conlleva alteraciones en muchos genes
que, finalmente, dan lugar a un tumor con una
27. heterogeneidad que determina la sensibilidad a varias
modalidades teraputicas. Durante este perodo, es posible que la
tecnologa del ADN recombinante sea capaz de alcanzar un diagnstico
con tiempo suficiente para conseguir un remedio. El conocimiento
del oncogn especfico implicado en un tumor determinado tambin
ofrece posibilidades teraputicas. Por ejemplo, puede unirse un
antimetabolito al anticuerpo frente a un oncogn para actuar sobre
las clulas del cncer. Se han desarrollado anticuerpos monoclonales
que afectan a los productos proteicos de oncogenes especficos. La
biologa molecular est transformando tanto el diagnstico como el
tratamiento. Es posible identificar el ADN de virus y bacterias. El
proceso automtico de la PCR produce patrones electroforticos que
pueden leerse de modo automtico. Con esta tcnica, es posible
detectar una sola molcula de ADN del virus del papiloma humano
entre 10 000 clulas humanas o ms. Hoy en da se utilizan en clnica
varios cientos de pruebas genticas. La farmacogenmica es el estudio
de variaciones genticas en la farmacodinmica que pueden explicar
distintas respuestas a la misma dosis de un medicamento. Por
ejemplo, distintos polimorfismos que intervienen en la sntesis
enzimtica pueden afectar al metabolismo y la eliminacin. Las
pruebas genticas ofrecen la posibilidad de predecir la
farmacocintica de un frmaco en una persona, lo que permitira la
seleccin de una dosis adecuada para reducir al mnimo los efectos
secundarios y maximizar la eficacia. La produccin defectuosa de
protenas endgenas puede corregirse sustituyendo el mecanismo
problemtico. Se dispone de dos estrategias: la introduccin de
clulas exgenas que producen la protena que falta o la sustitucin
del gen defectuoso (ms concretamente, la adicin de un ADN
complementario corregido). As pues, los trastornos monognicos
recesivos son candidatos potenciales a la genoterapia, al igual que
las enfermedades contradas, como el cncer y las infecciones. En
lneas generales, la genoterapia se define como la obtencin de los
mecanismos celulares del propio paciente para producir un agente
teraputico. Un gen introducido en una clula puede sustituir a otro
defectuoso o ausente, o bien producir una protena que surta el
efecto deseado. Sin embargo, este campo todava est en sus
comienzos. Se han desarrollado directrices especficas para la
genoterapia que deben revisarse a varios niveles. Un tipo de
tratamiento humano consiste en el uso de vectores retrovirales para
transferir genes marcadores a clulas humanas en cultivo que despus
se devuelven al paciente de origen. Esta tcnica permite, por
ejemplo, localizar linfocitos que se infiltran en los tumores,
hepatocitos del donante o linfocitos T citolticos que son
especficos para el virus de la inmunodeficiencia humana. Estos
genes transferidos tambin pueden manipularse para proporcionar una
funcin concreta a pacientes con trastornos monognicos hereditarios.
Otro tipo de tratamiento consiste en la transferencia de genes que
codifican factores que destruyen clulas tumorales, como el factor
de necrosis tumoral o la interleucina. Los vectores retrovirales
son virus que se han alterado de forma que las clulas infectadas
por los vectores no pueden fabricar protenas virales. De este modo
se evitan la replicacin y la diseminacin del virus, pero s puede
tener lugar la transferencia gnica en clulas en fase de replicacin.
Otros mtodos de transferencia en fase de desarrollo son el uso de
vectores de adenovirus y el ADN plasmdico como objetivo especfico.
Volver al principio Conclusin El avance molecular es inexorable. En
el futuro se utilizar la medicina preventiva basada en la
prediccin. Al conocer la dotacin gentica de una persona concreta,
ser posible dirigir la deteccin apropiada e intensiva de las
afecciones a las que sea propensa. Este tipo de conocimiento tambin
deber tener en cuenta aspectos sociales y polticos. No exageramos
al predecir que en el futuro se evitarn matrimonios y embarazos
debido a incompatibilidades genticas. La sociedad est creando
directrices acerca del uso de esta informacin: por las personas,
los empleadores, las organizaciones sanitarias y los gobiernos. El
progreso cientfico debe ir unido a la educacin pblica y profesional
para poder controlar debidamente estos conocimientos. Volver al
principio Bibligrafa Collins FS, Green ED, Guttmacher AE, Guyer MS,
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association study, JAMA 299:1335, 2008.
29. 2 Biosntesis, Metabolismo y Mecanismo de Accin de las
Hormonas NA Herramientas de imgenes La definicin clsica de hormona
consiste en una sustancia que se produce en un tejido especial,
desde donde se libera hacia el torrente circulatorio y viaja a
clulas sensibles distantes en las que ejerce sus efectos
caractersticos. Lo que durante un tiempo se pens que era un viaje
sencillo, ahora se considera una odisea que se torna ms compleja
conforme se descubren nuevas facetas del recorrido en los
laboratorios de investigacin de todo el mundo. De hecho, se ha
puesto en duda la idea de que las hormonas slo sean productos de
tejidos especiales. Se han descubierto hormonas complejas y
receptores hormonales en organismos unicelulares primitivos, lo que
indica que las glndulas endocrinas representan un avance tardo de
la evolucin. La capacidad generalizada de las clulas de sintetizar
hormonas explica los descubrimientos curiosos de hormonas en
lugares extraos, como hormonas gastrointestinales en el cerebro,
hormonas reproductoras en secreciones intestinales y la capacidad
de los tumores malignos de sintetizar hormonas inesperadas. Las
hormonas y los neurotransmisores eran y siguen siendo un medio de
comunicacin. nicamente cuando los animales evolucionaron a
organismos complejos se desarrollaron glndulas especiales para
producir hormonas que podan utilizarse de una manera ms
sofisticada. Asimismo, las hormonas debieron aparecer incluso antes
de que se separase la evolucin de las plantas y los animales porque
existen muchas sustancias vegetales semejantes a hormonas y
receptores hormonales. Por consiguiente, no resulta sorprendente
que, dado que todas las clulas contien