Fundamentos de Biología Molecular: Del Gen a la Terapia Génica

Geneterapia y Fundamentos Moleculares

El Gen

Un gen es un segmento de ADN que contiene la información biológica necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional.

Producto Biológico Funcional

• Proteína
• ARN

Transmisión de Información Genética

• Transcripción genética
• Replicación genética
• Recombinación genética

Otras Actividades del ADN

• Regulación genética
• Reparación genética

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

Componentes del ADN

Bases Nitrogenadas Primarias

Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C), Timina (T).

Bases Nitrogenadas Secundarias

Corresponden a bases primarias que han sido metiladas.

Segmentos del ADN Genómico

Genes de Proteínas

• Fracción codificante: Exones (aproximadamente 1.5% del genoma).
• Fracción no codificante: Intrones (aproximadamente 28.5% del genoma).

Genes de ARN

Constituyen aproximadamente el 17% del genoma.

Transposones

• Elementos diseminados largos (LINEs): 22%
• Elementos diseminados cortos (SINEs): 15%
• Elementos retrovíricos endógenos: 8%

Secuencias Misceláneas

• Repeticiones de segmentos simples: 3%
• Duplicaciones de segmentos largos: 5%

Proteínas Asociadas al ADN

Histonas

Proteínas fundamentales en la compactación del ADN:

• H2A: Forma parte del núcleo proteico de los nucleosomas.
• H2B: Forma parte del núcleo proteico de los nucleosomas.
• H3: Forma parte del núcleo proteico de los nucleosomas.
• H4: Forma parte del núcleo proteico de los nucleosomas.
• H1: Actúa como puente de unión entre nucleosomas, estabilizando la cromatina.

Topoisomerasas

• Tipo I: Realizan cortes y empalmes en una hebra de ADN para aliviar la tensión torsional.
• Tipo II: Realizan cortes y empalmes en ambas hebras de ADN, implicadas en procesos como la replicación y segregación cromosómica.

Proteínas SMC (Mantenimiento Estructural de los Cromosomas)

• Cohesinas: Mantienen unidas las cromátides hermanas durante la división celular.
• Condensinas: Contribuyen a la compactación del cromosoma durante la mitosis y meiosis.

Transcripción Genética

Proceso mediante el cual se expresa la información genética a través de la síntesis de una molécula de ARN complementaria a una hebra de ADN.

El ARN (Ácido Ribonucleico)

• Es un polinucleótido compuesto por las bases nitrogenadas Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U).
• ARNm (ARN mensajero): Almacena y transporta la información genética desde el ADN hasta los ribosomas.
• ARNt (ARN de transferencia): Transfiere los aminoácidos específicos al ribosoma durante la síntesis de proteínas.
• ARNr (ARN ribosómico): Componente estructural y catalítico de los ribosomas.

Enzimas de la Transcripción

• ARN polimerasa dependiente de ADN: Enzima principal que sintetiza ARN utilizando ADN como molde.
• ARN polimerasa I: Sintetiza la mayoría de los ARNr.
• ARN polimerasa II: Sintetiza los precursores de ARNm y algunos ARN pequeños.
• ARN polimerasa III: Sintetiza ARNt, ARNr 5S y otros ARN pequeños.

Ribozimas

• Algunos intrones de ARN poseen actividad catalítica (ribozimas), capaces de auto-procesarse mediante corte y empalme (splicing) del ARN.

Transcripción Inversa

Proceso de síntesis de ADN a partir de un molde de ARN.

Enzima Clave

Transcriptasa inversa (ADN polimerasa dependiente de ARN): Enzima que sintetiza ADN a partir de un molde de ARN.

Procesos y Localización

Mantenimiento de Telómeros

• Los telómeros son extremos de los cromosomas que tienden a acortarse en cada división celular (mitosis).
• La telomerasa, una transcriptasa inversa, contiene un molde de ARN para reponer los segmentos de telómero desgastados, crucial en células germinales y cancerosas.

Ciclo de Vida de los Retrovirus

• Utilizan la transcriptasa inversa para convertir su genoma de ARN en ADN, que luego se integra en el genoma de la célula huésped.
• Algunos retrovirus son oncogénicos (ej. oncornavirus).
• Otros pueden ser citopáticos y causar enfermedades graves (ej. VIH, que causa el SIDA).

Mecanismo Retroviral

1. Síntesis de una hebra de ADN complementaria (ADNc) a partir del ARN viral (ARNv).
2. Degradación de la hebra de ARNv del híbrido ARNv-ADNc.
3. Síntesis de una segunda hebra de ADN, utilizando el ADNc como molde, formando un ADN de doble hebra.
4. Incorporación de este ADN proviral en el genoma de la célula huésped.
5. Replicación del ARNv a partir del ADN proviral integrado, especialmente durante la mitosis de la célula huésped.

Recombinación Genética

Proceso que implica el reordenamiento de la información genética, ya sea dentro de una molécula de ADN o entre moléculas distintas.

Tipos de Recombinación

• Recombinación genética homóloga: Intercambio entre secuencias de ADN similares o idénticas.
• Recombinación específica de sitio: Ocurre en secuencias de ADN específicas y cortas, mediada por enzimas especializadas.
• Recombinación por transposición de ADN: Movimiento de segmentos de ADN (transposones) a nuevas localizaciones en el genoma.
• Recombinación de propósito desconocido: Otros mecanismos de reordenamiento genético cuya función no está completamente elucidada.

Enzimas Implicadas en la Recombinación y Procesos Relacionados con el ADN

Diversas enzimas participan en la recombinación y otros procesos de manipulación y mantenimiento del ADN, incluyendo:

• ADN metilasas
• ADN polimerasas
• ADN ligasas
• ADN glucosilasas (implicadas en la reparación del ADN)
• ADN helicasas
• Exonucleasas
• Endonucleasas