Genes migrantes: su viaje de la mitocondria al núcleo

ATP

ADP+Pi

ATP

I III IV VII

H+

H+ H+ H+

Normal, isolated liver mitochondrion

Liver mitochondrion treated with a protein (tBID) that induces programmed cell death or apoptosis

• Mitocondria de hígado normal

• Mitocondria de hígado en apoptosis

• Mitocondria de un paciente con enfermedad mitocondrial

Teoría endosimbiótica

Konstantín Merezhkovski, 1905

Lynn Margulis, 1967

1. Un fagotrofo fagocita a su presa.

2. Emergen individuos en la población de presas que son resistentes a ser digeridas

3. Emerge una relación simbiótica facultativa entre el fagotrofo y la presa

4. Cambio de endosimbionte facultativo a endosimbionte obligado

5. El endosimbionte obligado evoluciona y se convierte en organelo (mitocondria)

Nass & Nass 1963

Rickettsia tsutsugamushi dividiéndose en el interior de una célula peritoneal de ratón.

N

Endosimbiosis primaria

Endosimbiosis secundaria

Hace 2,000 millones de años….

…..una Archea y una α-proteobacteria…..

Archea

α-proteobacteria

Martin and Koonin (2006) Nature 440, 41-45

ATP6

RNA

DNA

Transcripción reversa

Homo 16.5 Kb

Rickettsia

1,111.5 Kb

Tetrahymena 47.3 Kb

Acanthamoeba 41.6 Kb

Plasmodium

Reclinomonas 69.0 KbArabidopsis 366.9 Kb

Chlamydomonas

Schizosaccharomyces 19.4 Kb

17.7 Kb6.5 Kb

Que sucede cuando un gen migra?

N

M

A B

C D

E F

cob

nad1

nad2

cox1

cox2atp8

atp6

cox3

nad4L

nad6

nad5

nad4

H+ H+H+ H+

7

33

0 1 3 2

5 10 10 15

Roger AJ, Silberman JD (2002) Mitochondria in hiding. Nature 418:827-829

Mitochondrion from chicken cerebellum

Hydrogenosomes from the anaerobic fungus Neocallimastix patriciarum

Hydrogenosomes from the cattle parasite Tritrichomonas foetus

Mitosomes from the intestinal parasite Entamoeba histolytica,

Mitosomes from the the microsporidian Trachipleistophora hominis

Mitosomes from the diplomonad Giardia intestinalis

Chlamydomonas reinhardtii mtDNA

cox 2 nad4

nad5 nad2nad1 rtlcob

cox1 nad6

17.7 Kb

Chlamydomonas

atp 6 ?

cox 3 ?

cox 2 ?

cox 2

cox 3

atp 6

Migración al núcleo?

cox 3

Cuando un gen migra de la mitocondria al núcleo……

¿Qué sucede?

¿Qué hemos aprendido?

cox 3

Adquirió una región que codifica para una presecuencia mitocondrial……

N+ +++ + - ++

- -

+ + +

100 – 140 residuos que forman alfa-hélices anfipáticas

cox 3

Adquieren promotores y señales de poliadenilación……

TGTAA

Y finalmente, sus productos proteicos muestran una hidrofobicidad disminuída…

cox 3

COX IIB

COX III

ATP6

Regresando a casa…..

COX IIA

Nada humano me es ajeno. Tertuliano

cob

nad1

nad2

cox1

cox2atp8

atp6

cox3

nad4L

nad6

nad5

nad4

Paciente con mutación puntual de origen paterno en el gen nad2

Greg Lemond

Edad (años)

DN

A m

ito

con

dri

al c

on

ab

laci

ón

Fos-Ox

X

Fos-Ox

X+ + +

A B

Núcleo

Atp6Cox3Cox2

Fos-Ox

Fos-Ox

X+ + +

X

A B

C

Núcleo

Células HeLa

Bromuro de etidio

Cíbridos (células híbridas)

Fibroblastos (paciente)

enucleación

fusión

Células HeLa

Bromuro de etidio

Cíbridos (células híbridas)

Fibroblastos primate

enucleación

fusión

H+ H+H+ H+

ADP+Pi

ATP

I III IV VII

H+

H+ H+ H+

N

2 x 10 -5 moléculas de DNA por célula por generación

100,000 veces menos frecuente

Thorsness y Fox (1990) Nature 346: 376.

Claros et al. (1995) Eur. J. Biochem. 228:762

cob levadura

exon x exon y

mt

exon x exon y

exon x exon y

mt

Arabidopsis thaliana

620 kb

hsp70 hsp70

sdh3

hsp70 sdh3

MTS MTS

MTS MTS

Adams et al.(2001) Genetics 158: 1289

Woodward SR, Weyand NJ, Bunnell M.DNA sequence from Cretaceous period bone fragments.Science. 1994 Nov 18;266(5188):1229-32.

bacteria

arquea

Euckarya