Gen‚tica del Desarrollo
Curso 1996-97
Prof. Manuel P‚rez Alonso
Departamento de Gen‚tica
Universitat de ValŠncia
OBJETIVOS DOCENTES
La continuidad morfol¢gica de los organismos,
entre una generaci¢n y la siguiente, no s¢lo se basa
en la continuidad de genoma. Depende igualmente de la ejecuci¢n
de un programa de desarrollo que sigue unas reglas fijas. El estudio
de las reglas que rigen este programa es uno de los objetivos
centrales de esta asignatura.
Otra de las cuestiones b sicas a tratar en
esta asignatura es el hecho de que, en un organismo eucari¢tico
adulto, podemos encontrar un gran n£mero de tipos celulares
claramente distintos. Estas diferencias fenot¡picas entre
las c‚lulas que componen un organismo son el resultado de
que cada tipo celular presenta un juego distinto de prote¡nas,
las cuales les confieren sus caracter¡sticas diferenciales.
Esta composici¢n diferencial de prote¡nas es producto
de la regulaci¢n g‚nica. Para comprender c¢mo se
llega a esta situaci¢n final tenemos que analizar el proceso
de diferenciaci¢n, el cual se puede estudiar mediante dos
aproximaciones complementarias: o bien estudiando las etapas tempranas
del desarrollo, desde el zigoto hasta las primeras manifestaciones
morfol¢gicas de la diferenciaci¢n (Gen‚tica del
Desarrollo); o bien analizando cuales son los factores responsables
de las diferencias que observamos en el organismo diferenciado
(Biolog¡a Molecular de la diferenciaci¢n). En general,
cuando estos procesos se estudian con suficiente detalle (para
un ¢rgano o tipo celular dado), estas dos v¡as de an lisis
pueden confluir, hasta el punto de que podemos llegar a reconstruir
todo el proceso de desarrollo y diferenciaci¢n. En esta asignatura
presentamos ambas aproximaciones.
Por otra parte, el control diferencial de la expresi¢n
g‚nica no explica, por si mismo, el desarrollo de los organismos.
En primer lugar, necesitamos comprender por qu‚, a partir
de grupos de c‚lulas morfol¢gicamente id‚nticas,
algunas adquieren nuevas funciones, es decir, nuevos patrones
de expresi¢n g‚nica. En muchos casos, se encuentra otro
nivel de complejidad en la regulaci¢n a nivel de organismo:
las interacciones celulares. La Gen‚tica del Desarrollo est
explicando algunos procesos de comunicaci¢n intercelular:
existen v¡as de transducci¢n de se¤ales que, finalmente,
acaban por activar o reprimir los genes que controlan la diferenciaci¢n.
CONTENIDO DEL PROGRAMA
Tema 1. El desarrollo de los organismos como programa
gen‚tico. Herencia y desarrollo. Invariabilidad de la informaci¢n
gen‚tica. Determinaci¢n y diferenciaci¢n. Concepto
de informaci¢n posicional.
Tema 2. Modelos de estudio del desarrollo animal.
Drosophila melanogaster, Xenopus, Caenorhabditis elegans y el
rat¢n.
Tema 3. Regulaci¢n g‚nica y diferenciaci¢n
celular. Los genes como responsables del control de la diferenciaci¢n.
Las prote¡nas como determinantes de las caracter¡sticas
fenot¡picas de las c‚lulas. Totipotencia: estudios en
plantas y en anfibios. Expresi¢n g‚nica diferencial.
Niveles de control de la expresi¢n g‚nica.
Tema 4. Regulaci¢n de la transcripci¢n.
Factores de transcripci¢n generales y factores espec¡ficos
de tejido. Casos especiales de diferenciaci¢n: amplificaci¢n
g‚nica y reordenaciones en el ADN.
Tema 5. An lisis gen‚tico del desarrollo.
Fundamentos del an lisis de mutantes. Protocolos de aislamiento
de mutantes. Mutaciones de efecto materno y mutaciones de efecto
zig¢tico. Transposon tagging.
Tema 6. Linaje celular. El paradigma de C. elegans.
Embriolog¡a experimental. M‚todos gen‚ticos de
marcaje. Mosaicos ginandromorfos y recombinaci¢n mit¢tica.
Autonom¡a celular versus interacciones celulares.
Tema 7. T‚cnicas de la Biolog¡a Molecular
del Desarrollo. Clonaci¢n de DNA. Amplificaci¢n por
PCR. Librer¡as gen¢micas y paseo cromos¢mico. Librer¡as
de cDNA y an lisis de transcritos. Secuenciaci¢n de
DNA. An lisis gen‚tico-molecular: mapeo molecular de
mutaciones y de transcritos. M‚todos para la expresi¢n
ect¢pica de genes: producci¢n de fenotipos dominantes.
Tema 8. An lisis de la expresi¢n g‚nica
diferencial. Hibridaci¢n in situ e inmunohistoqu¡mica.
Northern blot y Western blot. Genes reporter y trampas de enhancers.
Organismos transg‚nicos. Fusiones g‚nicas en el an lisis
de elementos reguladores.
Tema 9. Contribuci¢n del genoma materno al desarrollo.
Oog‚nesis. Determinaci¢n de las coordenadas axiales:
gradientes proteico e informaci¢n posicional. El paradigma
del gen bicoid.
Tema 10. Activaci¢n del genoma zig¢tico.
Embriog‚nesis y desarrollo larvario: mapas de destino del
blastodermo. Genes de segmentaci¢n: patrones de expresi¢n
y funciones gen‚ticas. Elaboraci¢n del eje anteroposterior:
compartimentos y parasegmentos. An lisis molecular de la
segmentaci¢n: epistasia molecular. Jerarqu¡as de regulaci¢n
g‚nica. Interacci¢n entre el genoma materno y el genoma
zig¢tico. Especificaci¢n de los tejidos: elaboraci¢n
del eje dorsoventral.
Tema 11. Diversificaci¢n de los patrones de
expresi¢n g‚nica. Genes home¢ticos: la homeobox.
El Complejo Bithorax y el Complejo Antennapedia. Genes selectores
y genes efectores. Complejos HOX en vertebrados. Mutaciones home¢ticas
en plantas. Homeosis y evoluci¢n.
Tema 12. Morfog‚nesis y organog‚nesis.
El desarrollo del ojo compuesto en Drosophila. Desarrollo de los
discos imaginales. Mantenimiento del estado determinado.
Tema 13. Mecanismos celulares del desarrollo. Movimientos
morfogen‚ticos. Migraciones celulares. Bases moleculares
de la adhesi¢n celular. Memoria celular e informaci¢n
posicional.
Tema 14. El c ncer como enfermedad gen¢mica.
Oncogenes y genes supresores de tumores. Funciones celulares relacionadas
con la proliferaci¢n celular.
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STRUHL, G., P. JOHNSTON y P.A. LAWRENCE (1992). Control
of Drosophila body pattern by the hunchback morphogen gradient.
Cell 69: 237-249.
CAMPBELL, G., T. WEAVER y A. TOMLINSON (1993). Axis
specification in the developing Drosophila appendage: the role
of wingless, decapentaplegic, and the homeobox gene aristaless.
Cell 74: 1113-1123.
COUSO, J.P., M. BATE y A. MARTINEZ-ARIAS (1993).
A wingless-dependent polar coordinate system in Drosophila imaginal
disks. Science 259: 484-489.
CRITERIOS DE EVALUACION
El sistema de evaluaci¢n est basado en
un examen final que consta de preguntas a desarrollar brevemente.
Los estudiantes tienen la posibilidad de realizar un trabajo bibliogr fico
sobre un tema acordado previamente con el profesor. Este trabajo
puede subir la nota final hasta un 10 %.
Pr cticas de Gen‚tica del Desarrollo
Curso 1996-97
Prof. Manuel P‚rez Alonso
Departamento de Gen‚tica
Universitat de ValŠncia
OBJETIVOS DOCENTES
El objetivo de esta asignatura es proporcionar al
estudiante una formaci¢n pr ctica en las t‚cnicas
y en la metodolog¡a que se utiliza en el an lisis gen‚tico
y molecular de los genes implicados en el desarrollo.
El programa cubre desde el an lisis fenot¡pico
de mutantes hasta el estudio microsc¢pico de los patrones
de expresi¢n de genes implicados en el desarrollo embrionario.
Estas pr cticas son una primera toma de contacto con las
t‚cnicas que se utilizan en el an lisis del desarrollo
de los organismos.
CONTENIDO DEL PROGRAMA
Tema 1. Regulaci¢n g‚nica y patrones de
transcripci¢n durante el desarrollo embrionario.
PRACTICA N§ 1. Detecci¢n de genes regulados
en el desarrollo mediante la t‚cnica del enhancer trap: descripci¢n
de los patrones de expresi¢n.
Tema 2. Embriolog¡a de Drosophila.
PRACTICA N§ 2. Aislamiento de discos imaginales
y estudio de patrones de expresi¢n mediante tinciones con
X-gal en cepas marcadoras.
Tema 3. An lisis de gen‚tico de mutantes
implicados en el desarrollo.
PRACTICA N§ 3. Estudio de mutaciones letales:
an lisis fenot¡pico de una mutaci¢n letal embrionaria
y determinaci¢n de su fase de letalidad.
Tema 4. T‚cnicas para la detecci¢n y an lisis
de los patrones de transcripci¢n.
PRACTICA N§ 4. An lisis de patrones de
expresi¢n durante en desarrollo embrionario mediante hibridaci¢n
in situ con sondas de DNA.
Tema 5. T‚cnicas para la detecci¢n in situ
de productos prot‚icos.
PRACTICA N§ 5. An lisis de patrones de
expresi¢n mediante inmunohistoqu¡mica.
Tema 6. El Proyecto Genoma de Drosophila.
PRACTICA N§ 5. Manejo de la Base de Datos FLYBASE
a trav‚s de Internet.
BIBLIOGRAFIA
ASHBURNER, M. (1989). Drosophila: a laboratory handbook.
Cold Spring Harbor Laboratory Press (New York), pp. 1331.
ASHBURNER, M. (1989). Drosophila: a laboratory manual.
Cold Spring Harbor Laboratory Press (New York), pp. 434.
CRUZ, Y.P. (1993). Laboratory exercises in Developmental
Biology. Academic Press (New York), pp. 241.
PEREZ-ALONSO, M. (1989). Materiales y M‚todos,
Tesis Doctoral. Universidad de Valencia: pp. 137-167.
RAMOS, P., H.M. ABUNDIS, J.C. GAYTAN y otros (1993).
Manual de Gen‚tica de laboratorio para Drosophila melanogaster.
McGraw-Hill Interamericana (M‚xico), pp. 131.
ROBERTS, D.B., editor (1986). Drosophila: a practical
approach. IRL Press (Oxford), pp. 295.
SAMBROOK, J., E.F. FRITSCH y T. MANIATIS (1989).
Molecular cloning: a laboratory manual, 2¦ edici¢n,
vols. 1, 2 y 3. Cold Spring Harbor Laboratory Press (New York),
pp 1989.
CRITERIOS DE EVALUACION
El sistema de evaluaci¢n est basado las
memorias entregadas por el estudiante al finalizar cada una de
las pr cticas. Para aquellos estudiantes que no superen la
calificaci¢n m¡nima, existe la posibilidad de presentarse
a un examen final.