Citogenética: estructura cromosómica, técnicas de bandeo y alteraciones en humanos

Citogenética

Citogenética es la rama de la genética centrada en el estudio de la estructura, la función y el comportamiento de los cromosomas.

1.1 El cromosoma

El cromosoma es una estructura organizada, formada por la asociación de una molécula helicoidal de ADN, que porta parte de la información genética del individuo, y un conjunto de proteínas. El estudio citogenético se lleva a cabo en el periodo de metafase del ciclo celular, cuando la cromatina adquiere el máximo grado de compactación y es perfectamente visible e identificable por microscopía óptica.

Estructura del cromosoma metafásico

En un cromosoma metafásico distinguimos las siguientes partes:

1. Cromátidas: estructuras idénticas en morfología e información, ya que cada cromátida es una de las dos moléculas de ADN idénticas resultantes de la replicación del ADN. Se mantienen unidas mediante complejos proteicos denominados cohesinas.
2. Centrómero: punto de contacto de las dos cromátidas y frontera que delimita los dos brazos del cromosoma. Funcionalmente es importante porque sobre él se sitúan los cinetocoros, estructuras proteicas en las que se anclan las fibras que constituyen el huso acromático (huso mitótico). Su posición es característica de cada cromosoma y permite clasificarlos morfológicamente. Es una región rica en ADN repetitivo, concretamente en ADN satélite.
3. Telómero: palabra de etimología griega (telos = extremo; meros = parte o región) que hace referencia a las regiones situadas en los extremos de los cromosomas eucarióticos.

La longitud de cada brazo la marca la posición del centrómero: un brazo corto (brazo p) y un brazo largo (brazo q).

Tipos morfológicos

• Metacéntricos: el centrómero está en la mitad del cromosoma, por lo que los dos brazos miden lo mismo.
• Submetacéntricos: el centrómero está desplazado del centro y un brazo es ligeramente más grande que el otro.
• Acrocéntricos: el centrómero está lejos del centro; uno de los brazos es muy corto y el otro muy largo.
• Telocéntricos: el centrómero está tan cerca del extremo que solo se observa un brazo.

1.3 El número de cromosomas

El número haploide (n) en la especie humana es n = 23. Cada individuo tiene dos juegos cromosómicos completos (2n, diploide; en la especie humana 2n = 46). Los humanos tenemos 23 parejas de cromosomas (2n = 46): 23 cromosomas heredados de la madre (óvulo) y 23 del padre (espermatozoide).

Cromosomas sexuales y autosomas

Cromosomas sexuales: responsables de las características diferenciadoras de cada sexo. En humanos hay dos cromosomas sexuales, X y Y, de modo que las mujeres son XX y los hombres XY.

Cromosomas autosomas: son los que codifican para todas las características que no son sexuales.

Ciclo celular

El ciclo celular se divide en dos grandes fases: la interfase y la mitosis (M) o división celular.

4. Métodos de tinción y bandeo cromosómico

Estas técnicas permiten identificar cromosomas y estudiar su estructura y morfología, además de la organización espacial del material genético. Cada cromosoma tiene un patrón de bandas característico. El patrón de bandas —concretamente las bandas identificadas como Q, R y G— indica el estado funcional de la cromatina, que depende del grado de empaquetamiento (compactación o condensación) del material genético y no es uniforme a lo largo del genoma.

Bandeo G

• Es el más utilizado.
• Tratamiento con tripsina antes de aplicar la coloración con Giemsa.
• Como resultado se obtienen bandas claras y oscuras en los cromosomas: las bandas oscuras se denominan G+ y las claras G-. Corresponden a regiones de ADN ricas en AT y GC, respectivamente.
• Método de tinción permanente.
• Permite la identificación de todos los cromosomas y se considera óptimo para la realización de microfotografías para el cartografiado de cariotipos.
• Observación con microscopio de campo claro.

Bandeo Q

• Realizado con quinacrina o acridina.
• Se observan bandas oscuras y brillantes de distintas intensidades; las bandas brillantes corresponden con las bandas G+ del bandeo G.
• Permite eliminar la tinción empleada muy fácilmente para realizar otra técnica de bandeo sobre la misma extensión cromosómica.
• Posible identificar todos los cromosomas y su patrón de bandas.
• Observación con microscopio de fluorescencia.

Bandeo R

• Técnica basada en un tratamiento previo con calor y posterior tinción con Giemsa sobre el extendido cromosómico.
• Se obtienen las bandas R, que son el negativo o reverso de las bandas G.
• Permite identificar la totalidad de los cromosomas y su patrón de bandas característico, visualizando zonas que no quedan bien definidas en los bandeos G o Q, por ejemplo los extremos de los cromosomas.
• Observación con microscopio de campo claro.

Bandeo C

• Técnica de tinción específica basada en el tratamiento previo de los extendidos cromosómicos con HCl, un álcali (hidróxido de bario) y posterior tinción con Giemsa.
• Se tiñe específicamente el centrómero y todas las regiones que contienen heterocromatina constitutiva.
• Permite la evaluación de ciertos polimorfismos.
• Observación con microscopio de campo claro.

Bandeo T

Permite la identificación de las regiones teloméricas.

Bandeo NOR

• Tinción con nitrato de plata.
• Observación en microscopio de campo claro.
• Tiñe específicamente la región organizadora nucleolar (nucleolar organizer region = NOR), permitiendo el estudio de regiones NOR activas, así como posibles polimorfismos y reordenamientos de los cromosomas acrocéntricos.

Alteraciones cromosómicas

El cariotipo humano normal de las células somáticas está formado por 46 cromosomas: 22 pares de cromosomas autosómicos y 1 par de cromosomas sexuales. Existen numerosas alteraciones que afectan a esta dotación normal, que pueden dividirse en dos grandes grupos:

1. Alteraciones estructurales

Se subdividen en equilibradas y desequilibradas:

Alteraciones estructurales equilibradas

No suelen tener repercusión fenotípica, ya que se conserva todo el material genético aunque esté ordenado de manera distinta.

• Translocaciones:
  • Translocación recíproca: transferencia recíproca de material genético entre dos cromosomas no homólogos; cambia la configuración cromosómica pero no el número total de cromosomas. Puede tener repercusiones fenotípicas si la rotura fragmenta algún gen, aunque normalmente el portador es asintomático.
  • Translocación robertsoniana: fusión del centrómero de dos cromosomas acrocéntricos, con pérdida de los brazos cortos de ambos cromosomas, dando lugar a un cariotipo con 45 cromosomas. No suele presentar repercusiones fenotípicas en el portador, pero la descendencia tiene un alto riesgo de formar gametos con trisomías.
  • Translocación insercional (inserción): fragmento de material genético se incorpora en otro cromosoma; requiere tres puntos de rotura y es poco frecuente. Fenotípicamente suele ser asintomática salvo que se fragmente un gen, pero puede tener repercusión en la descendencia del portador.
• Inversiones: rotura con dos puntos de fragmentación en un cromosoma, y reinserción del fragmento en el mismo lugar con un giro de 180°. Incidencia aproximada de 1/1000 nacidos vivos. Normalmente sin repercusiones fenotípicas, salvo si la rotura afecta a la estructura de algún gen.

Alteraciones estructurales desequilibradas

Implican pérdida o ganancia de material genético y, por tanto, suelen tener repercusiones fenotípicas.

• Duplicación: repetición de un fragmento de material genético, normalmente en tándem con la secuencia original; puede tener la misma orientación o estar invertida. La repercusión fenotípica depende de los genes implicados.
• Deleción: pérdida de un fragmento de material genético. Incidencia aproximada de 1/7000 nacidos vivos. Su repercusión fenotípica suele ser mayor que la de las duplicaciones.
• Anillo cromosómico: formación por rotura del material genético y su posterior fusión en forma anular. La repercusión fenotípica depende de los genes afectados.
• Isocromosoma: un cromosoma pierde uno de sus brazos y duplica de forma especular el otro. Tiene repercusión fenotípica.

2. Alteraciones numéricas

• Aneuploidía:
  • Monosomía
  • Trisomía
• Poliploidías:
  • Triploide
  • Tetraploide

Comentarios sobre repercusión

Las alteraciones estructurales equilibradas no suelen tener repercusión fenotípica porque se conserva todo el material genético, aunque esté reordenado. En cambio, las alteraciones estructurales desequilibradas (duplicaciones, deleciones, anillos, isocromosomas) implican pérdida o ganancia de material genético y, por tanto, con frecuencia presentan repercusiones fenotípicas.

Ejemplos y notas finales

Translocación recíproca: se producen cambios en la configuración cromosómica sin alterar el número total de cromosomas; el portador suele ser asintomático salvo rotura de un gen. Translocación robertsoniana: fusión de dos acrocéntricos con pérdida de los brazos cortos, generando 45 cromosomas; riesgo en la descendencia de formar gametos desequilibrados. Translocación insercional: requiere tres roturas y puede repercutir en la descendencia.

Cuestionario y respuestas (texto original corregido)

TEMA 5:

1) A   2) B "libera los cromosomas"   3) B   4) B "Giemsa y tripsina"   5) B "todos los cromosomas"   6) C "duplicación"   7) C "translocación robertsoniana"   8) D   9) D "todas son correctas"   10) A "aneuploidía"

3) V   4) V   5) F   EL CUÁDRUPLE   6) V   7) V   8) V   9) V

Nota: Se han corregido errores ortográficos, de puntuación y de capitalización manteniendo la totalidad del contenido original y destacando con negritas los conceptos clave para facilitar la lectura.