Cromosomas Genes y DNA

En la historia de la Genética cabe distinguir dos épocas -<< antes del ADN>> y << después del ADN>> – la primera, va de 1900 a 1944 corresponde a la identificación por parte de Avery, MacLeod y McCarty del ácido desoxirribonucleico (ADN) como el material hereditario. Este hecho crucial produjo cambios radicales en los diseños experimentales y en la denominada Genética Molecular, justificando utilizar la analogía histórica del <> y el después del ADN.

Gracias a este descubrimiento se lograron esclarecer y descifrar las características del código genético (3 bases determinadas codifican para un aminoácido) y entender los procesos moleculares de la síntesis de proteínas. Este proceso consiste en la transcripción del mensaje genético contenido en la molécula de ADN a otra molécula de ácido nucleico (el ácido ribonucleico mensajero o ARNm) y posteriormente la traducción de este mensaje transcrito que da lugar a la proteína (o cadena polipeptídica). En resumen, el fenómeno vital queda resumido desde el punto de vista genético en una sencilla ecuación que ha venido a llamarse, a propuesta del propio Crick (1970), el dogma central de la biología molecular:

ADN_________ARNm____________Proteína
Transcripción Traducción

“El Genoma Humano” clave molecular de la medicina del nuevo siglo.

En las tres últimas décadas, la medicina genética y la ciencia han avanzado a velocidad de vértigo. Hoy son comunes en nuestro medio términos propios de la genética humana que durante años fueron todo un enigma: cromosomas, genes, ADN, ARN, secuenciación, proteínas y otros que ya forman parte del diccionario médico contemporáneo.

Por lo anterior podemos afirmar que este siglo será “El siglo de la biotecnología”, como resultado del proyecto genoma humano (PGH). Este proyecto se inició oficialmente en 1990 y todo parece indicar que la ciencia va a conocer pronto, en detalle, el código en que está escrito el mensaje genético de la especie humana. La finalización del PGH va a permitir el conocimiento de las letras (bases), que forman las palabras (genes), base del diccionario de la herencia humana. Sin embargo, aún hace falta profundizar en los fundamentos del lenguaje que permita utilizar este diccionario. Los cromosomas humanos contienen aproximadamente 100.000 genes, los cuales se espera estén completamente secuenciados y mapeada su localización para el año 2003. El mapa genético actualizado a Enero de 2000, contiene aproximadamente 38.800 genes, de ellos varios cientos son la causa o están asociados con enfermedades y desordenes craneofaciales, orales y/o dentales. Se debe continuar con un rápido avance en las áreas de bioinformática, clonación, bioingeniería y biomimética, para reemplazar tejidos y órganos viejos y/o defectuosos.

La práctica de la odontología combina la ciencia y la tecnología. La ciencia basada en el conocimiento y apoyada en la tecnología, es el fundamento para la identificación y solución de los problemas clínicos. Estamos entrando en la era de la odontología molecular que puede mejorar la calidad en los servicios de salud, incluyendo la identificación de la predisposición a la enfermedad, las intervenciones preventivas, los diagnósticos y terapias innovadoras. En el área de los biomateriales, se están intoduciendo términos como regeneración y reparación de tejidos y estructuras dentales. Sin embargo, aún tenemos mucho por aprender.

El crecimiento y desarrollo humano embrionario, fetal y postnatal ha sido un tema interesante por miles de años. Hace 2.000 años Aristóteles ya se cuestionaba como se llevaba a cabo la formación del embrión humano, si todas sus partes iniciaban la existencia al mismo tiempo o si su desarrollo era una secuencia de eventos (epigénesis). La teoría de la epigénesis fue soportada a través de estos 20 siglos para todos los embriones de los invertebrados y vertebrados. Ahora sabemos que el desarrollo del embrión humano depende de un plan maestro codificado en tiempo y espacio por la expresión de genes reguladores que se encuentran en cada célula empaquetados en el DNA, organizado en 23 pares de cromosomas localizados en el núcleo de cada una de las células somáticas del cuerpo humano.

La cara , los dientes, las estructuras y órganos que conforman el complejo crane-facio-oro-dental, serán mejor entendidas a nivel molecular cuando se descifre el genoma humano. La práctica odontológica ha experimentado y seguirá experimentando cambios en la medida en que se comprendan mejor las claves del desarrollo y los mecanismos implicados en su regulación. Por esta razón, entrar en la era de la odontología molecular es casi una obligación para todos nosotros, pues debemos involucrarnos con ella y no ser esquivos al desarrollo científico mundial en las áreas de la salud.

Hay tantos interrogantes como esperanzas en las posibilidades científicas para descifrarlos. A nivel mundial, existen autores como Thesleff en Finlandia, Slavkin en Washington, Maas, Satokata y Vastardis en Bostón, Veis, Ruddle y Bullenken en Pensilvania, Rutherford, Thomas , McDougall, Tucker y Sahrpe, Hirisuk y muchos otros dedicados al estudio de los mecanismos que regulan el desarrollo de los órganos dentales. Los autores han hecho énfasis en identificar las interacciones secuenciales y recíprocas entre los tejidos ectodérmico y mesenquimal, en donde participan diversas moléculas bajo el control de los genes maestros reguladores. Con base en este conocimiento desarrollado por estos grupos de investigación a nivel mundial, el grupo de genética del Centro de Investigaciones Odontológicas, se ha planteado como objetivo el estudio de las anomalías dentomaxilofaciales analizando la expresión génica asociada a estos desordenes. Actualmente, se están desarrollando los siguientes proyectos:

• Descripción del cuadro clínico y análisis molecular del gen amelogenina en una familia con amelogénesis imperfecta ligada a x >> que tiene como objetivo identificar las posibles mutaciones en el gen que codifica para la proteína amelogenina,

• Optimización del proceso de extracción de proteína morfogenética ósea 7 de dentina humana>>, mediante el cual se pretende lograr la identificación y secuenciación del gen que codifica para la proteína en dentina,

• Estudio clínico, filogénico y molecular de la hipodoncia >>, cuyos objetivos son determinar la prevalencia de la alteración en el grupo de estudio, establecer los dientes más comúnmente afectados, determinar el patrón de herencia e identificar las mutaciones en los genes responsables de la alteración, para posteriormente relacionar los aspectos clínicos, hereditarios y moleculares, apostando datos valiosos para el entendimiento de la morfogenésis y el establecimiento del patrón dental. Este estudio fue patrocinado por Colciencias y es desarrollado en conjunto con el Instituto de Genética Humana, de la P.U.,

• Evaluación de la expresión de genes reguladores en los eventos iniciales de señalización en la formación del órgano dental >>, el cual pretende identificar los genes que inician la cascada de señalización en la formación de los dientes utilizando las técnicas de hibridización sustractiva y Mrico SAGE para caracterizar de una manera más aproximada la señal integral del desarrollo dental.

De esta manera, nuestro grupo busca hacer nuevos aportes al conocimiento de la genética molecular en el área odontológica, que sin duda alguna serán punto de partida en el planteamiento de nuevas estrategias sobre el control de la expresión génica; tema que ocupará a los genetistas del nuevo siglo cuando se conozca completamente el mapa genético humano. (Recientemente fue finalizada la secuenciación del ADN humano codificante – ADN que puede ser transcrito y traducido a proteína – por la empresa privada Norteamericana)

Como una aproximación inicial en el cumplimiento de esta tarea fundamental, considerando pertinente a partir de este primer boletín de genética, recordar algunos términos básicos que serán de gran ayuda en la comprensión de temáticas tratadas en ediciones posteriores.

ACIDODESOXIRRIBONUCLEICO (ADN): Se define como la molécula química que contiene la información genética. En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron el modelo estructural de doble hélice para el DNA, formada por una secuencia de cuatro bases nitrogenadas: Adenina, Guanina, Timina y Citosina, una molécula de azúcar: desoxiribosa y un grupo fosfato que constituyen los nucleótidos que forman la hélice de ADN. La enorme variabilidad genética potencial que tiene cada molécula de ADN estriba en la aleatoriedad de la secuencia de bases de la hélice codificadora ( la otra hélice es complementaria a ella: la adenina y la timina se corresponden recíprocamente y lo mismo ocurre con la guanina y la citosina; por ejemplo,

….ACTTGCAG….hélice complementaria

….TGAACGTC…. hélice codificadora

AMINOACIDO: Subunidad que conforma una proteína, estructuralmente contienen el grupo amino, el grupo carboxilo y un radical libre que le da el nombre correspondiente. a cada aminoácido. En la actualidad se conocen 20 de ellos.

ACIDO RIBONUCLEICO (ARN): Corresponde a una simple cadena de nucleótidos que se sintetiza a partir de una cadena de ADN (transcripción). La diferencia en estructura con el ADN, radica en el azúcar, la ribosa de donde toma su nombre, y en una de las bases nitrogenadas, donde se sustituye la Adenina por el Uracilo. Participa activamente en la síntesis de proteínas.

CROMOSOMA: Los cromosomas son estructuras dentro del núcleo celular, que contienen la información genética, la cual es transmitida a través de las generaciones.

En procariotes (bacterias, virus y hongos), generalmente existe un cromosoma circular grande y único y puede encontrarse cromosomas circulares pequeños llamados plásmidos.

En eucariotes (invertebrados y vertebrados), los cromosomas se encuentran ubicados en el núcleo celular y están compuestos por proteínas y ADN, en una forma que estructuralmente está más empaquetada y sólo son visibles al microscopio justo antes de la división celular. El ADN ha sido duplicado y las dos cadenas formadas son llamadas cromátidas unidas por un disco de proteínas llamado centrómero.

Las células humanas se dividen en dos: somáticas y sexuales (gametos). Las somáticas contienen 46 cromosomas, 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales Los cromosomas de cada autosoma (cromosomas homólogos) son similares en longitud, posición del centrómero y reacciones de tinción. Pero al examinar la información génetica de un par se observa que las proteínas para las cuales codifican son diferentes.

Los cromosomas sexuales pueden o no ser homólogos, en la mujer cada célula somática tiene 22 pares de autosomas y el par 23 dos copias del cromosoma x.. El hombre tiene 22 pares de autosomas y el par 23 un cromosoma X y uno Y. Otras especies tienen diferente número de cromosomas en sus células somáticas, con diferencias en tamaño y organización molecular, diferenciando una especie de otra.

Las células sexuales o gametos poseen 23 cromosomas, 22 autosomas y uno sexual: Cada uno de los padres aporta la mitad del número de cromosomas. Por lo tanto el individuo tendrá 46 cromosomas y su sexo dependerá del cromosoma sexual del padre puesto que la madre siempre aporta el cromosoma X: XX mujer y XY hombre.

CODIGO GENETICO: Lenguaje que especifica la forma en que cada tres bases codifican para la síntesis de un aminoácido.

GEN: Corresponde a un secuencia de bases, A-T-G-C, dentro del cromosoma, la cual codifica la información necesaria para la síntesis de proteínas en la célula. Estas proteínas pueden afectar la forma en que la célula interactúa con su medio ambiente.

PROTEINA: Es la mayor macromolécula constituyente de la célula, es decir, una cadena de aminoácidos unida por enlaces en una secuencia específica.

SECUENCIAMIENTO: Corresponde al orden en que se encuentran organizadas las bases dentro de un gen o los aminoácidos dentro de una proteína.

GRUPO DE GENÉTICA ANOMALÍAS DENTOMAXILOFACIALES

Dra. María Claudia Berrocal M.Sc mcxberrocal@usa.net
Dra. Sandra Gutiérrez M.Sc sandygut@usa.net
Dra. Mónica Alexandra Melo M.Sc monicalmel@hotmail.com
Dr. Camilo Durán Correa M.sC camilo.duran@jol.net.co
Dr. Octavio Alberto González oagonzal@hotmail.com
Dr. Camilo Riaño kasido@yahoo.com
Dr. Alvin Castillo alvincast@hotmail.com
Dr Javier Bradford M.sC bradford@merca.com.co
Dra Lilian Otero M.Sc lotero@hotmail.com
Centro de Investigaciones Odontológicas
Tel 3208320 Ext 2899
E mail: cio@javercol.javeriana.edu.co
Facultad de Odontología
Pontificia Universidad Javeriana
Santafé de Bogotá – Colombia