genoma humano

Tema 1.2 Estructura del genoma humano y la variación inter-individual

El genoma humano nuclear tiene un tamaño aproximado de 3.200 Mb (megabases), es decir tres mil doscientos millones de pares de bases. Esta cifra total incluye unas 2.950 Mb de eucromatina y unas 250 Mb de heterocromatina (formada, como veremos, por ADN satélite). Esta cifra se refiere al genoma haploide, de manera que lascélulas somáticas (diploides) contienen el doble.

Figura 1.5: este cuadro explicativo muestra una visión general de los distintos tipos de secuencias que constituyen el genoma humano.

Una primera clasificación del genoma humano distingue, por un lado, los genes y secuencias relacionadas con genes (exones, intrones, regiones no traducidas que contienen elementos reguladores, etc), y por otrotodo el ADN que está entre los genes, llamado ADN extragénico o “de relleno” y que no codifica ninguna proteína ni contiene ningún elemento funcional. Curiosamente, la mayor parte del genoma humano (un 70%) está formada por este último, de forma que sólo un 30% del genoma humano incluye secuencias relacionadas con genes. Lo más sorprendente es que de este 30% sólo un 5% está constituído por ADNcodificante (exones), siendo el resto ADN no-codificante asociado a genes. Por tanto, resulta que sólo un 1,5-2% del total del genoma humano es ADN codificante. El ADN extragénico está formado, sobre todo, por los componentes repetitivos del genoma humano que se explicarán más adelante, aunque también hay secuencias únicas o en bajo número de copia.

Desde la publicación del primer borrador delGenoma Humano en febrero de 2001, podemos dar unos valores promedio estimados a partir de los datos publicados:

Se estima que el genoma humano contiene en torno a los 20.000 - 25.000 genes.
Alrededor de un 50% del genoma humano está constituido por ADN repetitivo.
Se puede estimar la densidad media de genes es de 1 gen cada 100 kb, aunque existen regiones ricas en genes (algunas zonas delcromosoma 19, por ejemplo) y otras regiones que son muy pobres en genes (como el cromosoma Y). Por tanto, se puede deducir una frecuencia media de 10 genes por cada Mb de secuencia.
El tamaño promedio de un gen humano es de 20-30 kb, aunque hay grandes diferencias de unos genes a otros.
El número de exones que forman un gen es muy variable (desde genes que tienen un solo exón hasta algunos genes con 100exones ó más), pero podemos establecer un valor promedio de 7-8 exones por gen.
El tamaño medio de un exón es de 150 nucleótidos. Por lo que respecta a los intrones, en cambio, existe una enorme variabilidad de tamaños, y no es infrecuente encontrar en casi todos los genes algún intrón de gran tamaño.
El tamaño medio de un ARNm es de 1,8-2,2 kb incluyendo las regiones no-traducidasflanqueantes. La longitud media de una región codificante es de 1,4 kb.
Una de las características más evidentes del borrador de nuestro genoma es su heterogeneidad. En efecto, la secuencia no es uniforme, sino que muchas de sus características (riqueza en C+G frente a A+T, riqueza en genes, etc) se distribuyen heterogéneamente, con regiones de gran abundancia flanqueadas por regiones en que esos parámetrosson más escasos. Así por ejemplo, el contenido medio de G+C del genoma humano es del 41%, menor de lo teóricamente esperado. Además, si el genoma se divide en "ventanas" de 20 kb se observan regiones con valores muy alejados del promedio, con una dispersión 15 veces mayor de lo que sería esperable si la distribución fuese uniforme. La distribución de %G+C de estas ventanas no se ajusta a unadistribución normal, sino que está desviada hacia valores bajos.

Además, se ha comprobado que los genes tienden a concentrarse en las ventanas más ricas en G+C. Esto se conocía ya de antiguo, y de hecho se había acuñado el término isocoro para designar las regiones genómicas que son homogéneas en cuanto al contenido en G+C y que pueden separarse mediante gradientes de densidad. Se distinguen...