Ejercicio resuelto de Genética mendeliana · Biología · 2020

El síndrome de Werner es una enfermedad genética que se caracteriza por un envejecimiento prematuro. Las personas con este síndrome manifiestan los primeros síntomas de envejecimiento entre los 20 y los 30 años. La principal causa del síndrome de Werner es una mutación en el gen WRN, que codifica una proteína que participa en la replicación, reparación y recombinación del DNA.

1. El árbol genealógico siguiente es de una familia en la cual el hombre II-3 y la mujer II-5 tienen el síndrome de Werner. Además, sabemos que el hombre II-1 no tiene el alelo que causa el síndrome de Werner.
A partir de la información del árbol genealógico diga y justifique si el alelo que produce el síndrome de Werner es dominante o recesivo y si este gen es autosómico o ligado al sexo. [1 punto]

El alelo que produce el síndrome de Werner es (marque con una cruz la opción escogida): Dominante □ / Recesivo □ Justificación: El gen del síndrome de Werner es (marque con una cruz la opción escogida): Autosómico □ / Ligado al sexo □ Justificación:

2. Escriba el genotipo o genotipos posibles de todas las personas del árbol genealógico de la pregunta 1. Indique claramente la simbología que utiliza para cada uno de los alelos. [1 punto]

Simbología: Genotipos. I-1: — I-2: Genotipos. II-1: — II-2: — II-3: — II-4: — II-5: Genotipos. III-1:

3. La progeria o enfermedad de Hutchinson-Gilford también causa envejecimiento prematuro. Los niños y niñas que tienen esta enfermedad genética, que es autosómica y dominante, empiezan a manifestar los primeros síntomas de envejecimiento entre los 18 y los 24 meses de edad. La causa es una mutación puntual en el gen LMNA que da lugar a una proteína anómala, la progerina.
Para investigar los efectos de la progerina en los tejidos y órganos, se utilizan ratones modificados genéticamente. Estos ratones, que tienen el gen LMNA mutado en las células de todos sus tejidos, manifiestan un envejecimiento prematuro parecido al de las personas con la enfermedad de Hutchinson-Gilford. [1 punto]

a) El proceso de obtención de estos ratones incluye la construcción de un plásmido recombinante. Explique los pasos que hay que hacer y las biomoléculas que hay que utilizar para obtener este plásmido recombinante.
b) El esquema siguiente muestra algunas de las fases del proceso seguido para obtener ratones modificados genéticamente.

¿En cuál de las fases hemos de inyectar el plásmido recombinante para obtener ratones con el gen LMNA mutado en todas las células de sus tejidos? Justifique la respuesta.

Número de la fase (según el esquema anterior)	Inyección del plásmido recombinante al núcleo...	¿Obtenemos un ratón con el gen LMNA mutado en todos los tejidos? Sí / No. Justificación 1	...del cigoto	2	...de una célula del embrión	4	...de una célula de la glándula mamaria de la hembra gestante

$\textbf{1. A partir de la información del árbol genealógico diga y justifique si el alelo que produce el síndrome de Werner es dominante o recesivo y si este gen es autosómico o ligado al sexo. (1 punto)}$

Cuestión	Opción escogida	Justificación El alelo que produce el síndrome de Werner es	Recesivo	Los individuos I-1 y I-2 no manifiestan el síndrome y, sin embargo, dos de sus hijos, II-3 y II-5, sí lo tienen. Si el alelo fuera dominante, todo el que lo llevara lo manifestaría, y ninguno de esos dos hijos podría estar afectado sin que lo estuviera al menos uno de sus progenitores. La única explicación es que los dos padres sean heterocigóticos portadores y que el alelo solo se exprese en homocigosis. El gen del síndrome de Werner es	Autosómico	II-5 es una mujer afectada y su padre, I-1, no lo está. Si el gen estuviera en el cromosoma X, una mujer afectada sería $X^{a}X^{a}$ y habría recibido un cromosoma $X^{a}$ de su padre; pero el padre solo tiene un cromosoma X, de modo que sería hemicigótico para ese alelo y manifestaría el síndrome. Como no lo manifiesta, el gen no puede ir ligado al sexo. Lo confirma que el síndrome aparezca en la misma generación en un hombre, II-3, y en una mujer, II-5, sin preferencia por ningún sexo.

$\textbf{2. Escriba el genotipo o genotipos posibles de todas las personas del árbol genealógico de la pregunta 1. (1 punto)}$

Cuestión	Respuesta Simbología	$A$: alelo normal del gen WRN, dominante. $a$: alelo mutado que causa el síndrome de Werner, recesivo. Las personas sanas son $AA$ o $Aa$ y las afectadas, $aa$. Genotipos. I-1 y I-2	Los dos son $Aa$. No están afectados, con lo que se descarta $aa$, y han tenido dos hijos $aa$, a cada uno de los cuales han transmitido un alelo $a$: los dos lo llevan necesariamente. Genotipos. II-1, II-2, II-3, II-4 y II-5	II-1 es $AA$, porque el enunciado dice expresamente que no tiene el alelo que causa el síndrome. II-2 es $AA$ o $Aa$: es hija de $Aa \times Aa$ y está sana, con lo que solo se descarta $aa$; tiene $\frac{1}{3}$ de probabilidad de ser $AA$ y $\frac{2}{3}$ de ser portadora. II-3 es $aa$, porque está afectado. II-4 es $AA$ o $Aa$, por la misma razón que II-2. II-5 es $aa$, porque está afectada. Genotipos. III-1	$AA$ o $Aa$. Su padre, II-1, es $AA$ y solo puede transmitirle un alelo $A$, de modo que III-1 nunca podrá ser $aa$ y está a salvo de la enfermedad con independencia de lo que le aporte su madre. Será $AA$ si su madre le ha pasado un alelo $A$ y $Aa$ si le ha pasado un alelo $a$, y eso solo puede ocurrir si II-2 es portadora.

$\textbf{3. Para investigar los efectos de la progerina en los tejidos y órganos, se utilizan ratones modificados genéticamente. (1 punto)}$

$\textbf{a) Explique los pasos que hay que hacer y las biomoléculas que hay que utilizar para obtener este plásmido recombinante.}$

El objetivo es construir una molécula de DNA circular que lleve, además de los genes propios del plásmido, el gen LMNA mutado y un gen marcador, tal como muestra la figura.

El primer paso es obtener el gen LMNA mutado, ya sea aislándolo del DNA de una persona con progeria o introduciendo la mutación puntual in vitro sobre el gen normal. Ese fragmento se recorta con un enzima de restricción, una endonucleasa que reconoce una secuencia diana corta y palindrómica y corta siempre por el mismo punto, dejando extremos cohesivos monocatenarios.

El segundo paso es extraer el plásmido de una bacteria y abrirlo con el mismo enzima de restricción. Usar el mismo enzima es lo que garantiza que los extremos del plásmido y los del gen sean complementarios entre sí y puedan aparearse.

El tercer paso es incorporar también el gen marcador, cortado igualmente con un enzima de restricción. Ese gen no interviene en la progeria: su función es permitir después distinguir las células que han incorporado el plásmido de las que no, seleccionándolas por la característica que confiere, por ejemplo una resistencia a un antibiótico o una proteína fluorescente.

El cuarto paso es cerrar la molécula. Al mezclar los fragmentos, sus extremos cohesivos se aparean espontáneamente por complementariedad de bases, y una DNA-ligasa forma los enlaces fosfodiéster que faltan en las dos cadenas y sella el círculo. El resultado es el plásmido recombinante.

Las biomoléculas necesarias son, por tanto, ácidos nucleicos, el DNA del gen, el del marcador y el del plásmido, y proteínas: los enzimas de restricción para cortar y la DNA-ligasa para unir. Si el gen se obtuviera a partir del mRNA en lugar del DNA haría falta además una retrotranscriptasa, y en cualquier caso nucleótidos libres y ATP como fuente de energía.

$\textbf{b) ¿En cuál de las fases hemos de inyectar el plásmido recombinante para obtener ratones con el gen LMNA mutado en todas las células de sus tejidos? Justifique la respuesta.}$

Número de la fase	Inyección del plásmido recombinante al núcleo...	¿Obtenemos un ratón con el gen LMNA mutado en todos los tejidos? 1	...del cigoto	Sí. El cigoto es una única célula totipotente de la que derivan, por mitosis sucesivas, absolutamente todas las células del animal. Si el gen se integra en su núcleo, cada división lo replicará y lo repartirá a las dos células hijas, de modo que todas las células de todos los tejidos lo llevarán. Y como también lo llevarán las células germinales, el ratón podrá transmitirlo a su descendencia, lo que permite mantener una línea de animales modificados. 2	...de una célula del embrión	No. En esa fase el embrión ya está formado por varias células, y solo se modificaría una de ellas. El gen pasaría a las descendientes de esa célula, pero no a las del resto, con lo que se obtendría un animal quimérico o mosaico: unos tejidos, o unas partes de ellos, tendrían el gen mutado y otros no. Al no estar en todas las células, el envejecimiento prematuro no se manifestaría de forma comparable al de las personas con la enfermedad, y el modelo no serviría para el estudio. 4	...de una célula de la glándula mamaria de la hembra gestante	No. Se estaría modificando una célula somática de un animal adulto que ni siquiera es el que se quiere estudiar, sino la madre de acogida. El gen quedaría en esa célula y en las pocas que descendieran de ella; ni se extendería al resto del cuerpo de la hembra, ni pasaría a su descendencia, porque las mutaciones somáticas no se heredan, ni afectaría en modo alguno al embrión, que es genéticamente independiente de ella.

La regla general que ilustra el ejercicio es que, para obtener un organismo transgénico completo, la modificación ha de hacerse en una única célula totipotente y lo más temprano posible: en el cigoto o, alternativamente, en células madre embrionarias antes de que empiece la diferenciación.