Equipo 1 GenómicaGenómica Estructural - Carlos Martínez TorresGenómica Individual - Montserrat López OrtízGenómica Funcional - Rodrigo Barba MojicaGenómica Proteomica - Rosa Ma. Méndez HernándezGenómica Evolutiva - Mónica Cardona Alvarado

Genómica

GenómicaRama de la GENÉTICA que se ocupa del mapeo, secuenciación y análisis de las funciones de genomas completos.Thomas Roderik

GenómicaEstructuralFuncional

Estructural Individual GenómicaFuncional ProteómicaEvolutiva y Comparativa

Genómica EstructuralEs un esfuerzo internacional para determinar las tallas tridimensionales de todas las macromoléculas biológicamente importantes, con un foco primario en las proteínas. Con una meta secundaria es disminuir el costo de determinación de estructuras a través de métodos de alto rendimiento de producción de proteínas

24 cromosomas30 mil genes 3200 millones pb1 gen 27 mil pb

Cristalográfía de Rayos X

GENÓMICA INDIVIDUALPROYECTO GENOMA HUMANOPROYECTO HapMapSNPs

ERA POST-GENÓMICA

¿Somos todos mutantes?El 99.9 % del genoma humano es igual para todos, patrones comunes  PGHSólo 0.1 % se caracteriza por patrones de cambio (SNPs)  HapMap… PERO ESE 0.1% DE CAMBIO DETERMINA LA GENÓMICA INDIVIDUAL

GENÓMICA INDIVIDUALCompara las diferencias genéticas entre personas y analiza cómo pueden influir éstas en el desarrollo de las enfermedades.INFORMACIÓN: Genómica y clínicaMEDICINA INDIVIDUALIZADA

PROYECTO GENOMA HUMANOTres subproyectos específicos. El mapa genético humano. La obtención del mapa físico humano o colección ordenada de clones de ADN que abarcaran todos y cada uno de los cromosomas. La secuenciación del genoma humano y caracterización estructural de todos los genes que lo componen.Proyecto internacional de investigación científica con el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar y cartografiar los todos los genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional.

El mapa genético humano.

La obtención del mapa físico humano o colección ordenada de clones de ADN que abarcaran todos y cada uno de los cromosomas.

La secuenciación del genoma humano y caracterización estructural de todos los genes que lo componen.

PGH 2003  a futuro Navegación con Mapview (NCBI) por el cromosoma 21

PROYECTO HapMapProyecto internacional para desarrollar un mapa de haplotipos del genoma humano.HapMap es un bloque de haplotipos y los polimorfismos de un solo nucleótido SNPs específicos que identifican estos haplotipos, llamados SNP marcadores (tags).Inicia en el 2002 y su objetivo fundamental ha sido examinar el genoma en relación con los fenotipos.

Hap-Map SNPsMás de 2.8 millones de ejemplos de cambios en una base en la secuencia del genoma (SNPs) están ya descritos en la base de datos pública dbSNP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ SNP). Los SNP forman hasta el 90% de todas las variaciones genómicas humanas, y aparecen cada 100 a 300 bases en promedio, a lo largo del genoma humano.

IMPORTANCIA DEL SNPEn realidad la variación en la inmensa mayoría de los SNPs no tienen ningún efecto sobre el individuo. Sin embargo, la variación de los SNPs, junto con otros tipos de variación genética, son responsables de: Por ejemplo, el alelo A del SNP rs1667934, que se halla en la posición 26.203.778 del cromosoma 15, en el gen HERC2, determina el color azul de los ojos.La diversidad humana normal (color de piel, pelo y ojos; grupos sanguíneos, etc).

SNPs y enfermedadesLos SNPs son responsables de:

¿Cómo se determina la implicación de un gen en una enfermedad compleja?DISEÑO EPIDEMIOLÓGICO: CASOS CONTROL (n=1500). - Variación en un cierto SNP.Grupo 1 Alelo A en 66.6% con SNP vs grupo 2 Alelo A en 50% con SNP. Se infiere que se encuentra incrementado en un 1.33 el riesgo relativo de contraer la enfermedad en el grupo 1.

Grupo 1 Alelo A en 66.6% con SNP vs grupo 2 Alelo A en 50% con SNP.

Se infiere que se encuentra incrementado en un 1.33 el riesgo relativo de contraer la enfermedad en el grupo 1.

DOS TIPOS GENERALES DE DISEÑOS DE ASOCIACIÓN DE RIESGO DE LOS SNP CON ENFERMEDADES:Aproximación de genes candidatos. Se escogen genes que se presuponen pueden estar implicados en la enfermedad. Dentro de esos genes, se genotipanSNPs que se supone pueden alterar la función del gen.Analizar todo el genoma (Wholegenomescan): se genotipanSNPs en una región o en todo el genoma, que muy probablemente no representan ningún cambio funcional. Se espera que capturen la señal de asociación mediante el desequilibrio de ligamiento (no independencia entres polimorfismos vecinos).

Y EN EL FUTURO CERCANO: LA ERA DE LA GENÓMICA PERSONAL.En 2012 cualquiera podrá encargar la secuencia de su genoma por 6.000 euros. Unos años más tarde el precio se habrá recortado a la décima parte, y los hogares conservarán carpetas y discos con los códigos genéticos de toda la familia. Medicina a la medida: Los nuevos investigadores de la genómica hablan de la medicina diseñada a la medida según el perfil genético del individuo. WEB: La compañía 23 and me, quiere crear comunidades on-line de usuarios aglutinados por sus genes compartidos, lo que les ayudará a descubrir parentescos, trazar genealogías e intercambiar consejos saludables.

GENÓMICA FUNCIONALTRANSCRIPTÓMICA MICROARREGLOS

El aspecto dinámico de la genómicaTranscriptomaLa parte del genoma que se expresa en una célula en una etapa específica de su desarrollo, es el conjunto de genes que se están expresando en un momento dado en una célula  dinámico.

APLICACIÓNLa identificación de un patrón de comportamiento o actividad en un gen, dependiendo de las condicionesque le circundan  normales o alteradas.

TRANSCRIPTÓMICAPermite cuantificar el nivel de expresión de genes, empleando técnicas que permiten analizar miles de moléculas de mRNA al mismo tiempo.LA EXPRESIÓN DE UN GEN SUPONE QUE ÉSTE HA SIDO TRANSCRITO A ARN MENSAJERO. Células de un mismo organismo y con un mismo genoma pueden llegar a ser tipos celulares muy dispares dependiendo de la combinación de genes que exprese cada una, lo que es lo mismo, dependiendo de su transcriptoma.

Transcriptómica

Tecnicas genómicas de alta procesividadIndependientes de conocimiento previo:ESTs: marcador de secuencia expresadaSAGE: análisis seriales de la expresión génicaDependientes de conocimiento previo:Microarrays (microarreglos) de DNA

MICROARREGLOSConjunto ordenado de genes en una pequeña superficie (10,000 muestras por cm2) depositados en un soporte sólido como cristal, nylon o silicio.Permiten elaborar mapas finos de transcripción y estudiar simultáneamente la expresión de miles de genes; analizándola bajo distintas condiciones experimentales:TejidosPatologíasTiempos

Cada combinación (gen/muestra) se localiza de forma inequívoca en un punto del microarray permiten la medida simultánea de los niveles de expresión de miles de genes (sondas) en un solo experimento de hibridación con una mezcla compleja de DNA o RNA (dianas).Fundamento Microarreglos

Experimento básico de microarrays de DNA1- Diseño y fabricación del microarray.2- Preparación de la muestra e hibridación.3- Escaneo del microarray.4- Análisis de imagen.5- Análisis de los resultados.Existen dos tipos de tecnologías de microarrays de DNA:• Arrays de cDNAs: StanfordMicroarrays.• Arrays de oligonucleótidos: Affymetrix.

Experimento básico de microarrays de DNA

ANÁLISIS DE RESULTADOS Comparaciones enfocadas en los genes: Análisis de los valores de inducción/represión en una serie de experimentos comparativos.Genes con patrones de expresión correlacionados ej. Mismo proceso biológico• Análisis de patógenos• Identificación de enfermedades genéticas complejas• Farmacogenómica y toxicología

PROTEÓMICA

PROTEÓMICAProteómica es el conocimiento global de las proteínas, (su estructura, funciones, interacciones y modificaciones postraduccionales, rutas de señalización, etc.) Que origina el mapa celular y permite entender los procesos biológicos en condiciones normales y patológicas (la biología de sistemas)Clin Biochem Rev. 2006; 27(2): 99–116.

Clin Biochem Rev. 2006; 27(2): 99–116.

ESTUDIO DE LOS PROTEOMASRango de concentración. (Albúmina VS FNTα)Formas moleculares.(splicing,mRNA editing, modificaciones co- y post traduccionales).Diversidad estructural. (50 a 10,000 aa)Asociación.(Vías de señalización y/o metabólicas)Molecular Cancer 2007;6:6-25

OBJETIVO DE LA PROTEÓMICAIdentificación de Biomarcadores SUERO O PLASMA : (2-DE, cromatografía multidimensional y electroforesis capilar) e identificación por espectrometría de masas (MS; MALDI-TOF, ESI-Q-TOF o ESI-Trap, MALDI-TOF/TOF). Estudio sistemático TEJIDO (huellas proteicas) SELDI-TOF de alta resolución (SELDI-Q-Star MS/MS). MS-Imaging S, MALDI-TOF o el MALDI-TOF/TOF. ("the labon-a-chip") Chips analíticos Y Funcionales.Bioinformática.Creación de Banco de MuestrasCurr Opin Biotechnol 2007;18:378-384

COMPARACIÓN DE TÉCNICAS

COSTOS

ORGANIZACIONESHuman Liver Proteome Project (HLPP)Human Brain Proteome Project (HBPP)Proteomic Standards Initiative (PSI)Human Antibody Initiative (HAI)Plasma Proteome Project (PPP)Human Disease Glycomics/Proteome Initiative(HGPI)HUPO Cardiovascular Initiative (HUPO CVI)Proteome Biology of Stem Cells InitiativeDisease Biomarkers Initiatives (DBI)Mouse Models of Human Disease (MMHD)Kidney and Urine Initiative (HKUPP)

Genómica Evolutiva

Definición La genómica evolutiva estudia los mecanismos y procesos que han llevado a la formación de caracteres en el ser humano, desde el nivel de posiciones de un codón hasta la organización y estructura genómica de un organismo.Emile ZuckerkandlLinus Pauling

Reloj molecularEstima relaciones evolutivas midiendo el número mínimo de cambios de nucleótidos que se han producido durante la evolución de una proteína..

Árbol filogenéticoReloj biológicoRelación ancestro – descendienteCaracteres morfológicos y moleculares

Origen de la célula eucariota Transferencia de genesTransferencia vertical de genes Transferencia horizontal de genes (HGT)

Endosimbiosis: origen de las células eucariotas

Análisis de ADN mitocondrial subunitario (SSU)α-proteobacteria y cianobacteriasARN polimerasas-arqueobacterias Similitud con eucariotas (transcripción y traducción) Célula ArqueaBacterias Célula eucariota

Árbol filogenético: origen de célula eucariota

Evolución del ser humano 5-7 millones de añosHUMANOCHIMPANCÉGORILA13-15 millones de añosORANGUTÁN

Árbol filogenético del hombre

Diferencias entre el chimpancé y humanos1.23% diferencia por cambios o sustituciones de nucleótidos o bases nitrogenadas.Cromosoma Y – mayor diferenciaCromosoma 2Los cromosomas 1, 4, 5, 9,12, 15, 16, 17 y 18 del ser humano tienen invertidos grandes tramos de código de estosCerca de 585 genes en el genoma total muestran substituciones (respuesta inmune y procesos de reproducciónPresencia de inserciones y deleciones (indels) y recientes duplicaciones en los dos genomas

Bibliografía Kuman S. Molecular clocks: four decades of evolution. Nature 2006; 6: 654-662.Gray M, Burger G Lang B. Evolution of mitochondria. Science 1999; 283(5407):1476-81. Katz A. Lateral gene transfers and the evolution of eukaryotes: theories and data. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 2002; 52, 1893–1900.Embley M, Martin W. Eukaryotic evolution, changes and challenges. Nature 2006; 440: 623-630.Poole M, Penny A. Evaluating hypotheses for the origin of eukaryotes. BioEssays 2006; 29:74–84.Feuk, L. et al. Discovery of human inversion polymorphisms by comparative analysis of human and chimpanzee DNA sequence assemblies. PLoS Genet 2005; 1:56.Newman, T.L. et al. A genome-wide survey of structura variation between human and chimpanzee. Genome Res 2005; 15: 1344–1356.Cheng, Z. et al. A genome-wide comparison of recent chimpanzee and human segmental duplications. Nature 2005 ; 437 : 88–93 (2005).Cooper M, Nickerson D, Eichler E. Mutational and selective effects on copy-number variants in the human genome. Nature Genetics 2007; 39:22-33.BioEssays 1999;21: 71-75Welch J, Bromham L. Trends in Ecology and Evolution 2006; 20: 320-327Green E, Briggs W, Krause J, Prüfer F, Burbano A, Siebauer M, Lachmann M Pääbo S. The Neandertal genome and ancient DNA authenticity. EMBO Journal 2009; 1–9

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