Las mutaciones genómicas son las mutaciones (cambios) que afectan a los genomas en términos de alteraciones en la cantidad (masa) de ADN. Están representadas por los cambios en el número de cromosomas y, por ende, en la disminución o aumento en la cantidad de ADN de un organismo.
Estas alteraciones en número afectan igualmente los patrones de expresión de los genes, a veces con consecuencias indeseables. Las principales mutaciones genómicas son causadas por errores o cambios inesperados durante la división celular (mitosis y/o meiosis).
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Conceptos básicos
Ya que una mutación genómica tiene que ver con los cambios en el número de cromosomas de un individuo, es pertinente que nos familiaricemos con algunos conceptos básicos:
– Los genes son fragmentos de ácido desoxirribonucleico (ADN) que contienen la información que determina las características de los seres vivos.
– En los organismos eucariotas, todos los genes (genoma) están organizados en unas estructuras definidas que se conocen como cromosomas y que están contenidas en el interior de un orgánulo llamado núcleo.
– Todos los organismos están compuestos por células, que son producto de uno o más eventos de división celular (mitosis o meiosis) y diferenciación.
– Durante la división de una célula, bien sea por mitosis o meiosis (división reduccional) pueden ocurrir cambios en la ploidía de los organismos que pueden resultar en mutaciones genómicas.
– La ploidía es el conjunto de todos los cromosomas que definen el genoma de una especie. Los seres humanos, por ejemplo, somos diploides, ya que tenemos dos juegos completos de cromosomas de la especie (24 provenientes de nuestra madre y 24 provenientes de nuestro padre).
Tipos de mutaciones genómicas y sus causas
Las mutaciones genómicas tienen que ver, fundamentalmente, con cambios en el número de cromosomas de un individuo. Estos cambios pueden ser de dos tipos:
- Los que afectan a un tipo de cromosoma únicamente; aneuploidías.
- Los que afectan el total de cromosomas del individuo; euploidías, es decir, los cambios “verdaderos” en el número de juegos cromosómicos completos.
– Aneuploidías
Las aneuploidías son las mutaciones o cambios en el número de un cromosoma particular. Así, por ejemplo, si un organismo carece completamente de un cromosoma dado, se dice que sufre de una nulisomía.
Otros cambios se denominan de la siguiente manera:
- Monosomía: la existencia de un solo cromosoma particular en los casos en los que debería haber dos (en los diploides).
- Disomía: es la condición normal en los diploides (cada tipo cromosómico es doble), pero no en los organismos haploides, triploides, o con ploidías superiores.
- Trisomía: la existencia de tres cromosomas del mismo tipo. En humanos, la trisomía más conocida es la trisomía del cromosoma 21. Es la forma más frecuente por la que se manifiesta el síndrome de Down.
Causas de las aneuploidías
La causa más común de las aneuploidías es la fusión de gametos (fertilización) en la que uno de ellos fue producto de una no-disyunción (fallo en la separación) gamética durante la meiosis.
En la meiosis II, por ejemplo, puede fallar la separación de las cromátidas hermanas. Si una célula hija recibe los dos cromosomas del par (gameto disómico), su célula hermana no recibirá ninguno (gameto nulisómico). La fusión de un gameto disómico con uno monosómico dará origen a un organismo trisómico.
La fusión de un gameto nulisómico con uno monosómico dará origen a un individuo monosómico para tal cromosoma.
Ejemplos de aneuploidías en los cromosomas sexuales humanos
En los seres humanos, el sistema de determinación sexual basado en cromosomas impone que los individuos que son XX sean mujeres, y los XY hombres.
En ocasiones la no-disyunción meiótica lleva a la producción de gametos con un cromosoma sexual de más (gameto disómico) o sin ningún cromosoma sexual (gameto nulisómico).
La fusión de algunos de estos dos gametos con un gameto portador de un cromosoma sexual llevará a la formación de un cigoto trisómico o monosómico, respectivamente.
Existen varios conjuntos de alteraciones fenotípicas en humanos, o síndromes, que se explican por cambios de número en los cromosomas sexuales. Veremos tres de ellos:
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Síndrome de Turner (XO)
Los individuos XO son mujeres monosómicas que portan un solo cromosoma X en lugar de dos (XX). Fenotípicamente son mujeres; tienen baja estatura, tendencia a una mayor probabilidad de desarrollar ciertas enfermedades, y son infértiles.
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Síndrome de Klinefelter (XXY)
Los individuos XXY son hombres con dos cromosomas X, en lugar de uno (XY). Aunque fenotípicamente son hombres, preservan rasgos juveniles durante la adultez, y a veces desarrollan ginecomastia. E frecuente también el hipogonadismo. Son infértiles.
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Síndrome del XYY
Erróneamente asociado en el pasado con una mayor tendencia al comportamiento violento, estos individuos presentan una doble carga cromosomal de Y.
Estos individuos son básicamente indistinguibles de los hombres XY. A veces, sin embargo, producen más testosterona y son más altos que sus consanguíneos (padres y hermanos). En ocasiones sufren de acné severo; generalmente son fértiles.
– Euploidías
Las euploidías son las ploidías “verdaderas”, es decir, representan cambios (en múltiplos enteros) en los números de juegos completos de cromosomas de una especie.
Hay especies en las que la ploidía entre machos y hembras es distinta. En los himenópteros (avispas y abejas, entre otros) por ejemplo, las hembras son diploides, y los machos, haploides. Es, para estas especies, sin embargo, una condición normal.
Es también normal, particularmente en plantas, que existan poblaciones de una misma especie con ploidías diferentes. Esto es muy común en la papa, especie en la cual podemos encontrar individuos con 2, 3, 4, 5 o 6 juegos cromosómicos completos.
Las especies e individuos con distintos números de juegos cromosómicos completos se denominan:
- Haploides (monoploides), con un solo juego cromosómico. Muchos hongos son haploides; también lo son los machos de las abejas, las hormigas, etc.
- Diploides, con dos juegos completos de cromosomas, como en muchos animales y plantas.
- Triploides, como en muchas plantas (normalmente diploides) que no producen semillas.
- Tetraploides, con cuatro juegos de cromosomas como en algunos peces (salmón) y plantas (el algodón, la papa, etc).
- Pentaploides, con cinco juegos de cromosomas.
- Hexaploides, con seis juegos de cromosomas.
Los cambios en euploidía son frecuentes en plantas y, en algunos casos, explican la formación de nuevas especies.
En animales, las euploidías son raras, pero no imposibles. Las poliploidías pueden surgir por la fusión de gametos con número cromosómico no reducido. En uno de los parentales, por ejemplo, la meiosis II puede conducir a la producción de unos gametos con todos los cromosomas, mientras que otros productos gaméticos no recibieron ninguno.
La fusión de gametos de ploidía no reducida con gametos normales de la misma especie puede conducir a la formación de autopoliploides. La fusión de gametos de distintas especies filogenéticamente cercanas, pero con distintos juegos cromosomales, puede llevar a la formación de alopoliploides.
Finalmente, en individuos normalmente diploides, algunas células somáticas de ciertos tejidos pueden ser poliploides. En humanos, es común que esto ocurra en hígado, corazón, médula ósea, etc.
Referencias
- Comai L. 2005. The advantages and disadvantages of being polyploid. Nature Reviews Genetics, 6 (11): 836–846.
- Griffiths AJF, Gelbart WM, Miller JH, et al. 1999. Modern Genetic Analysis. W. H. Freeman, New York.
- Müntzing A. 1936. The evolutionary significance of autopolyploidy. Hereditas. 21 (2–3): 363–378.
- Parisod C, Holderegger R, Brochmann C. April 2010. Evolutionary consequences of autopolyploidy. The New Phytologist. 186 (1): 5–17.
- White MJD. 1973. The Chromosomes (6th ed.). Chapman & Hall, London.