1 No se le atribuyó ninguna función biológica en esa épocaCuando era estudiante, a partir de glóbulos blancos de pacientes, o sus núcleos, tratados con solución salina acidificada → precipitado gelatinoso que consistía en sustancia rica en P y N, a la cual llamó nucleína (= el DNA que llamamos hoy). No se le atribuyó ninguna función biológica en esa época Descubrimiento del DNA siglo XIX Johan Friedrich Miescher (Suiza, ), biólogo y médico suizo en plena revolución industrial

2 A principios del siglo XX, en la Universidad de Columbia, Thomas Morgan ( ) y sus alumnos comprobaron que los “genes” son “entes” que se encuentran alineados a lo largo de los cromosomas, que veían al microscopio, consistentes con los resultados de Mendel, y elaboraron mapas detallados de los cuatro cromosomas de la mosca de la fruta. Morgan recibió el premio Nobel en 1933.

3 Nacimiento de la Biología Molecular en el mundoNace a partir de la Física en el Siglo XX

4 Niels Bohr físico danés ( ) que realizó contribuciones fundamentales para la comprensión de la estructura del átomo y la mecánica cuántica. Premio Nobel de Física en 1922.   Reconoció la importancia de las características atómicas, fundamentales en las funciones de los seres vivos: certificado de defunción del vitalismo Sin embargo, introdujo la idea de que los conceptos físicos tradicionales no son suficientes para entender los fenómenos biológicos. Estas ideas fueron presentadas en una conferencia titulada Light and life (Luz y vida), en el Congreso Mundial de Luminoterapia en 1932, a la cual asiste Max Delbrück

5 Mientras tanto, escuelas de pensamiento más biológicas……… experimento pionero de transformación genética (1928!!) Frederick Griffith (UK) médico estudioso de la neumonía, atrás de una vacuna ( ) Hoy se interpreta así: DNA de cepa dadora (WT) complementó a cepa receptora (mutante en algún gen de síntesís de la cápsula) mediante recombinación homóloga

6 Max Delbrück (Berlín, nació ya en siglo XX, 1906)Promotor de las ideas de Bohr, creció en el mismo barrio en que vivía el también físico Max Planck. Doctor en Física, Universidad de Gotinga, importante polo de desarrollo de la naciente mecánica cuántica. Post-doc en Dinamarca con Niels Bohr. Delbrück comenzó a interesarse en la biología gracias a las ideas de Bohr . Así, un pequeño grupo de físicos y biólogos empezaron a reunirse en la casa de Delbrück desde A partir de estas reuniones surgió su corto artículo de1935 en el que proponía una explicación a las mutaciones inducidas por rayos X con base en la mecánica cuántica, primera teoría molecular de la genética con base en principios físicos, fuente de inspiración a Schrödinger: libro What is life? en 1944. Gracias a una beca Rockefeller, en 1937 emigró a USA para trabajar con Morgan en Caltech. Sin embargo, encontró difícil adaptarse a la jerga de los estudiosos de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), por lo que empezó a colaborar con Emory Ellis investigando sobre fagos. Al estallar la Segunda Guerra Mundial, en 1939, Delbrück decidió permanecer en USA, en el Departamento de Física de la Universidad de Vanderbilt (Nashville, Tennessee) y así conoció al italiano Salvador Luria (Bloomington, Indiana) y nació el club de los fagos de los 1940s

7 la idea de “gen” como entidad responsable de los fenotipos heredables en bacterias estaba flotando… pero no era formulada claramente…los experimentos no incluían estudios químicos “MUTATIONS OF BACTERIA FROM VIRUS SENSITIVITY TO VIRUS RESISTANCE” S. E. LURIA and M. DELBRUCK. 1943 dicen: Salvatore Luria Médico radiólogo y estudiante posgr Física en Roma y luego en Inst. Curie, de París a USA (1940, plena II Guerra, Mussolini) interesado igual que Barbara McClintock en efectos biológicos de rayos X funda el “club de los fagos” junto a Delbrűck y Hershey (premios Nobel 1969) : las bacterias exhiben fenotipos, detectados por selección artificial, resultado de cambios (mutaciones) que ocurren ocasionalmente (10-9) pre-adaptativos, heredables además descubrieron la “restricción” de los fagos de multiplicarse en cepas bacterianas diferentes de la original: concepto antecesor (30 años) al de los sistemas enzimáticos de modificación/restricción (= escudo/armamento).

8 (aunque Delbrűck no citó a Avery)la idea del gen en el DNA estaba flotando…. Oswald Avery, ( ). Médico e investigador canadiense, estudió en la Columbia Univ  y trabajó en el hospital del Instituto Rockefeller, NY, USA. Uno de los primeros biólogos moleculares  Repitió el experimiento de Griffith con lisados de bacterias transformantes pero previamente digieriendo enzimáticamente azúcares, proteínas y RNA. En 1944: el principio transformante era DNA!! (simultáneo con el libro de Erwin Schrödinger “¿Qué es la vida?”) entonces los “genes” reportados por el “club de los fagos” estaban hechos de DNA! (aunque Delbrűck no citó a Avery)

9 Erwin Schrödinger ( )  En 1944 publicó un pequeño libro titulado ¿Qué es la vida? (What is life?). Aportó dos ideas fundamentales: 1) la vida no es ajena a las leyes de la termodinámica. 2) la química de la herencia debe basarse en un «cristal aperiódico», compatible con una secuencia informativa. Esta obra menor ha tenido gran influencia en James Watson y en el desarrollo posterior de la biología molecular.

10 …por lo tanto, la idea del gen en el ADN ya era aceptada……por lo tanto, la idea del gen en el ADN ya era aceptada….pero cuál era su forma? Francis Crick (UK) físico Estructura de proteínas por rayos X (con Wilkins). Se le unen Watson y Peter Pauling en Cambridge (1951) Después también con Sidney Brenner, Mathew Meselson: concepto de mRNA ( ) James Watson (1928-) zoólogo de USA tesista doctoral de Luria, Ph. D. a los 22 años!: “X-ray inactivated bacteriophages” a UK (a aprender Química!: la estructura del DNA) con Max Perutz y luego con Crick

11 por fin llegó el modelo correctopor fin llegó el modelo correcto* de estructura 3-D de DNA 1953 inspirados por el libro de Schrödinger y las reglas (1950) de Erwin Chargaff (Austria, ) *en oposición al modelo incorrecto de Linus Pauling (padre de Peter) de triple hélice con los fosfatos hacia adentro regla 1) se fortalece la Biología como una ciencia en la cual “se mide” 2) el modelo era consistente con una supuesta fiel replicación del DNA tomando como templado a sí mismo (A-T y C-G)

12 otros grosos en los 50s y 60s François Jacob y Jack Monod cigarrillo!(con André Lwoff) introdujeron concepto de operones, operadores y genes reguladores (1958) confirmado luego por Walter Gilbert, que aisló la proteína represora (1966)

13 otros grosos en los 60s Walter Gilbert Severo OchoaBoston, USA ( ) purificó el represor lac en 1967 Premio Nobel 1980 Severo Ochoa España ( ) descifró el código genético, en USA Premio Nobel 1959 (junto a su discípulo Arthur Kornberg) Dijo: “el amor es la fundición de física y química». Joaquín Sabina reconoce haber tomado de ahí el título para su álbum "Física y Química".

14 dato no menor: todos los brillantes científicos nombrados se opusieron al régimen nazi imperante en Europa ( ) → la búsqueda de la verdad fue acompañada de denuncias a la brutal criminalidad y de sentimientos de humanidad

15 y en las décadas siguientes….los 70s: nacen la Biología y Genética Molecular, en Deptos de Bioquímica, como las entendemos hoy, con la posibilidad de manipular y analizar el DNA: vectores de clonado enzimas de restricción (Werner Arber, premio Nobel 1978) técnicas de secuenciación (Maxam-Gilbert; Sanger, Nobel 2 veces) Descubrimiento de RT por David Baltimore (premio Nobel 1975) los 80s: ribozimas (Thomas Cech, premio Nobel 1989) técnica PCR (Kary Mullis, premio Nobel 1993)

16 los descubrimientos y avances en las décadas siguientes (1990s-2010s) los veremos a lo largo de la cursada……..

17 historia de la materia 1998 (en su actual formato)# aprox alumnos: 1000 alumnos en total han pasado

18 Genética Molecular ¿Qué onda esta materia?

19 objetivos de la materiabrindar al alumno herramientas conceptuales ejercitar el razonamiento en una amplia gama de aspectos de la Biología Molecular moderna, con énfasis en aspectos genéticos p. ej. hablamos de: alelos recombinación genética mutaciones (dominantes vs. recesivas) modos de herencia Priorizamos lograr: visión de cómo funcionan las células racionalidad en la elección de estrategias y organismos modelo por sobre variantes de técnicas Enfrentar al alumnos con situaciones variadas ¿superposición con la materia Biología Molecular? No

20 asignaturas cuyos conocimienos son necesariosIBMC Genética I

21 bibliografía trabajos científicos originales y reviews recomedados enpágina web de la materia (www.fbmc.fcen.uba.ar link materias, link Genética Molecular) cómo se construye el conocimiento de primera mano “verdades” no inmutables

22 organización general actividades: 1) teóricas2) seminarios (papers) y problemas de ejercitación 3) TTPP: “interacciones” génicas en levaduras, ejemplo de la llamada “Biología de Sistemas”

23 material didáctico Guía de Problemas de ejercitación basados en papers científicos recientes Guía de Seminarios que incluye papers, recientes (o no tanto, a propósito) Ambas Guías son actualizadas todos los años. Se compran en “La Copia”. Para figuras en color, visualizarlas en los archivos subidos al sitio web Las clases teóricas correspondientes siempre son dictadas con antelación.

24 tipos de evaluaciones escritas, a libro abierto (60% de la nota final)orales, en grupo (de a 3), exponiendo un trabajo elegido por los alumnos de cada grupo (25% de la nota final) oral de T.P. : (15% de la nota final)

25 Origen de la vida Oparin, Darwin, Miller… ¿Meteoritos?CURIOSIDADES DEL MUNDO BIOLOGICO PRIMITIVO: RNA como primera macromolécula. Ribo-organismos, modelos de replicación de RNA sin proteínas, con proto-ribosoma Genes con intrones en procariotas y por lo tanto primitivos, intrones codificantes (RT como proteína muy ancestral) Woese, celulas primitivas, Archeones extremófilos Teorías primeros eukas y organelas (hipótesis del H2)

26 bloque 1: Organizacion y evolucion de los genomasFamilias génicas, reloj molecular elementos repetitivos, junk DNA? desmitificar la creencia de que no son codificantes p. ej: retrotranspones LINES llevan genes codif. - posibles causas de su relativa inactividad ejemplos de enfermedades causadas por ellos - estrategias para medir retroposición in vivo secuencias Alu (origen en primates) se transcriben

27 Abundancia relativa de elementos de ADN en Genoma Humano.Tipo de elemento de ADN % Genes para proteínas (incl. intrones) Transposones (cientos de miles) Genes de ncARN Centrómeros Telómeros Repeticiones no transcriptas el resto (se supone regiones intergénicas) 17

28 retrotransposones: modelos de integración simultánea a su síntesis por RT: targeted primed reversed transcription

29 contenidos y conceptos más importantes transmitidos

30 Proyectos Genoma en general (mayor énfasis en Humano: Renato Dulbecco [1914-2012])metodología general (virtudes de vectores BACs) y conclusiones bioinformáticas. Técnicas modernas y rápidas: Deep (o highthroughput) sequencing Arrays: CGH y para genómica funcional (ej. primates, aportes de Svante Paabo: Antropología Evolutiva)

31 Dinamismo del genoma Recombinación homóloga e ilegítima. Enfatizar la usual baja frecuencia de la homóloga Reparación de DSBs Transposición: DNA transposones (Tn, P1 de Drosophila) RNA transposones (LINES, retro-like con LTR, SINES no-autonómos, ej. Alu) Similitud de estos tres procesos a nivel bioq.: corte, ligación, replicación (interfase genética-bioquímica)

32 Clonado e identificación de genes por función o fenotipoComplementacion, Tn-tagging, ej: genes de patogenicidad en microorganismos o de suceptibilidad a infecciones en células eucariotas Clonado posicional (genética reversa) en plantas y animales

33 Investigando función fisiológica de genes clonadosKO. En unicelulares: bacterias y levaduras En mamíferos: antecedentes de Evans y Kaufman: ES cells en cultivo para garantizar recombinación homóloga targeted (dirigida a un locus particular) de baja frecuencia → necesidad de selección de ES - KO y por lo tanto de quimeras Nuevas tecnologías: Zn finger-nucleasas y CRISPR

34 Cromatina y epigenéticaMetilasas en citosinas, de novo y mantenimiento HATs/HDACs, metilacion en histonas, metodologia ChIP Posicionamiento de nucleosomas y nuevos conceptos de relación con transcripción y splicing

35 seguimos con la epigenética:stem cells iPSCs logradas por Shinya Yamanaka

36 seguimos con la epigenética: ImprintingEjemplos de algunos genes sujetos al fenómeno y de enfermedades relacionadas. DMRs, su metilación (o no) en gametas como marca de futura expresión o no-expresión en células somáticas. Modelos de exclusión alélica en cis

37 marcas epigenéticas demodelos moleculares de IMPRINTING for “resetting”: se borra el viejo imprinting y se establece nuevo imprinting marcas epigenéticas de futura no-expresión marcas epigenéticas de futura expresión 37

38 un ejemplo de imprinting: Inactivacion del cromosoma Xtrabajos de Jeannie Lee ratones, placenta, canguros……...

39 Comprobación experimental del “modelo del beso” (Jeannie Lee, Science 2006)

40 Modelos moleculares de inactivación del X

41 Silenciamiento TGS relación con epigenética“paradox of the need for transcription in order to transcriptionally silence the same region” PTGS via RNAi maquinarias enzimáticas. Modelos invertebrados, y plantas (evidencias de que la señal atraviesa células) Valoración de científicos pioneros: Macino, Baulcombe, Hannon

42 Ciclo celular los dos “bandos” de proteínas reguladoras del ciclo: positivas y negativas Telómeros y telomerasas de insectos: retrotransposones!! aportes de Elizabeth Blackburn (Nobel 2009) y Tomas Cech (Nobel 1989) Cáncer. Ejercicios de cómo interpretar pathways bioquímicos para predecir efecto de drogas terapéuticas Virus (DNA y RNA) oncogénicos

43 Terapia génica, ejemplo de enfermedades (genes) target, sobre todo usando vectores basados en retrovirus

44 Ciclo de vida de lentivrus Ej.: HIV para entender retrovirus defectivos usados en terapia génica

45 producción de partículas infectivas deficientes en replicaciónbasadas en retrovirus diseño con 3 construcciones: Ψ LTR gag transgen neo LTR transfección transducción 3) transcripción reversa 1) gag pol integración RNA mRNA 2) env encapsidación RNA de 3 proteínas virales mRNA VIRION recombinante proteína Célula empaquetadora Célula destino

46 Tipos de enfermedades genéticas; causas monogénicas y multifactoriales Genética Humana Tipos de enfermedades genéticas; causas monogénicas y multifactoriales modos de herencia según la naturaleza de la mutación: dominantes negativas y por haplo-insuficiencia; recesivas Análisis de pedigrees Ejemplos: gen FOXP2 (lenguaje), síndromes neurológicos de Angelman y Prader-Willi enfermedades causadas por mutaciones en genes sujetos a imprinting

47 - Ejemplo: Beckwith–Wiedemann syndrome (BWS): ●- macroglosia - hepatomegalia - tumor de Wilms - se transmite por vía materna ● CTCF es un aislante transcripcional: impide la acción a distancia del enhancer sobre IGF2 (no tiene efecto sobre H19) Normalmente el alelo paterno está metilado → CTCF no se pega → IGF2 se expresa región en cromosoma 11p15 enhancer CTCF Normalmente el alelo materno no está metilado → CTCF se pega → IGF2 no se expresa En BWS, el alelo materno tiene una deleción en DMR → CTCF no se pega → IGF2 se expresa, lo cual explica el tumor de Wilms (sobre-expresión de IGF2 a partir de ambos alelos)

48 Docentes GM 2015 en teóricas: Norberto Iusem en seminarios/problemas:Ezequiel Surace Liliana Dain Ariel Waisman en TPs: Lucía Chemes Manuel Sánchez Anabela Cutine

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