Secuencias Repetidas en Tándem e Impronta Génica.

El genoma de organismos eucariotas en general y del humano en particular contiene en su estructura amplias regiones de información repetida, en su mayor parte en disposición en tándem. Tales secuencias de DNA repetitivo se designan en función de la longitud del motivo redundante y por el número de repeticiones del mismo o de la longitud total del fragmento. Este criterio nos permite diferenciar alelos.

Dentro de las repeticiones en tándem encontramos las denominadas repeticiones en tándem de número variable (VNTR; Variable Nucleotide Tandem Repetitions), también conocidas como minisatélites. El motivo de repetición puede mostrar una longitud de secuencia de entre 15 y 100 pares de bases, en tanto que el número de repeticiones es muy variable entre individuos, oscilando entre 2 y más de 100. Así pues, los VNRT son loci con un elevado polimorfismo poblacional, mostrando múltiples alelos distinguibles por su tamaño. Es evidente pues que la heterocigosidad en estos casos es muy frecuente. Un ejemplo podría ser el marcador forense D1SS80, un minisatélite con un motivo repetido de 16 pares de bases constituido por un grupo de alelos oscilante entre 16 y 41 unidades. Si bien los VNTR fueron los primeros marcadores de DNA empleados en la identificación de individuos, han sido desbancados por otras secuencias más versátiles.

Tales marcadores son las repeticiones en tándem de motivo ultracorto (de 2 a 6 pares de bases de longitud), a menudo llamadas repeticiones cortas en tándem (STR; Short Tandem Repeats) o microsatélites. El número de repeticiones del motivo principal es muy variable dentro de las poblaciones humanas, ya que en las secuencias repetidas en tándem se producen mutaciones con bastante frecuencia por recombinación errónea entre cromosomas homólogos (aproximadamente una mutación cada trescientas generaciones). 

Si bien se desconoce si estas regiones poseen algún tipo de cometido biológico, poseen un enorme interés como marcadores moleculares de identidad. Tales marcadores son específicos de individuo, sin importar el tejido u órgano del que se haya obtenido la muestra. Se han identificado miles de microsatélites con un elevado grado de polimorfismo dispersos por todo el genoma humano. Se estima que existe un STR cada 10 Kilobases, aproximadamente. Para hacernos a la idea, la Marshfield Medical Research Foundation en Wisconsin ha tipado más de 8000 loci STR sólo en el cromosoma 23. Pongamos como ejemplo de STR el ya mencionada gen de la tirosina hidroxilasa humana (TH01; (11p15.5)), cuyo intrón 1 presenta 21 variantes alélicas en función del número de repeticiones del tetranucleótido “TCAT”.

Figura 1: Dos posibles variantes alélicas del STR TH01, con polimorfismo de longitud en función del número de repeticiones del motivo TCAT (TH01-3 repeticiones y TH01-6 repeticiones). En rojo y verde se indica la secuencia de los cebadores para la PCR directo e inverso, respectivamente. Modificado de Cambel, Reece, & Simon, 2004.

Todo lo mencionado los convierte en una herramienta muy versátil con fines de identificación de procedencia de muestras. En la actualidad la ciencia forense emplea de forma preferente STRs tetranucleotídicos, dado que son más fácilmente amplificables por PCR que los VNTRs y aparecen intactos en las muestras de baja calidad obtenidas en la escena del crimen. Se emplean trece STRs ubicados en distintos cromosomas para generar unas bases de datos CODIS (Combined DNA Indexing System) de utilización en el ámbito de las ciencias forenses y criminológicas. Además, el análisis de STRs se aplica en la actualidad como un test de paternidad. 

 

Figura 2: En el ejemplo esquemático aquí mostrado, se indica el procedimiento de tipado de 6 loci microsatélite (STR) obtenidos de una muestra de ADN. El proceso requiere la amplificación de las secuencias por PCR empleando cebadores adecuados. A continuación se procede a la determinación de la longitud de secuencia de los fragmentos generados, permitiendo la determinación de genotipo multilocus del individuo donador de la muestra, también conocido como impronta génica. Si bien en el esquema se representa una electroforesis en gel de agarosa, la discriminación de fragmentos puede llevarse a cabo por otras técnicas, como espectrometría de masas o secuenciación. Modificado de Cambel, Reece, & Simon, 2004.

Cambel, N. A., Reece, J. B., & Simon, E. J. (2004). Essential Biology, 2nd edition. San Francisco: Benjamin Cumming.