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ACTIVIDADES DE GENÉTICA PARA FUNDAMENTOS DE PSICOBIOLOGÍA 2ª Edición

Inés Moragrega Vergara (Coord.) Raquel Costa (Coord.) Patricia Mesa-Gresa Raúl Ballestín Hinojosa Concepción Blasco Ros Miguel Ángel Serrano

apuntes

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ACTIVIDADES DE GENÉTICA PARA FUNDAMENTOS DE PSICOBIOLOGÍA 2ª edición

AUTORES: Inés Moragrega Vergara (Coord.) Raquel Costa (Coord.) Patricia Mesa-Gresa Raúl Ballestín Hinojosa Concepción Blasco Ros Miguel Ángel Serrano

ÍNDICE Introducción

Leyenda

Tablero de Punnet

1. Herencia Unifactorial Autosómica

Actividad 1.1. Herencia Autosómica Dominante

Actividad 1.2. Herencia Autosómica Recesiva

2. Herencia Unifactorial Ligada al Sexo o Gonosómica

Actividad 2.1. Herencia Dominante Ligada al Sexo

Actividad 2.2. Herencia Recesiva Ligada al Sexo

3. Ejercicios Combinados de Herencia Monogénica

4. Herencia Cuantitativa o Poligénica

Actividad 4.1. Heredabilidad: Nature vs Nurture

Actividad 4.2. Genética de la Conducta: 10 Resultados Verificados Repetidamente

Actividad 4.3. Esquizofrenia

Actividad 4.4. Alcoholismo

5. Epigenética Actividad 5.1. ¿De qué hablamos cuando hablamos de epigenética?

53 53

Actividad 5.2. La hambruna holandesa: sus efectos en el feto y en las generaciones posteriores 56 Glosario

Bibliografía

Notas

INTRODUCCIÓN Cómo trabajar con este cuaderno Este cuaderno de actividades de genética tiene como objetivo servir para la práctica de problemas y actividades de Genética para los que los alumnos buscan frecuentemente solución, dentro de la asignatura de Fundamentos de Psicobiología del Grado de Psicología de la Universitat de València. Las actividades de este manual están organizadas según el tipo de herencia a la que afecta, si dependen de un gen o de varios, si está ligada al sexo o no y si es dominante o no. Se pretenden abordar los problemas del tipo de herencia desde un punto de vista práctico, utilizando problemas de la vida real con enfermedades habituales o conocidas. El cuaderno de actividades está pensado para ser completado por el alumno de forma autónoma e independiente una vez se hayan explicado los conceptos teóricos en clase. El avance dependerá de la dedicación de cada estudiante, siempre tutorizado por el profesor. El cuaderno abarca todo el temario de genética contemplado en la guía docente, aunque el profesor podría, según el caso, proporcionar materiales adicionales o complementarios según las necesidades a través del Aula Virtual. Al final del cuadernillo se proporciona un glosario que incluye la terminología esencial de genética y genética de la conducta para apoyar la comprensión y resolver dudas, al cual conviene dedicar atención, además de completar los ejercicios en el propio glosario que se indican en los temas. Las clases prácticas constituyen una parte integral de la educación del alumno dentro del marco del Espacio Europeo de Educación Superior. Siguiendo las directrices de Bolonia en dicho marco, las actividades prácticas que aquí se proponen han sido diseñadas para facilitar el aprendizaje autónomo del alumno, para promover así una mayor participación y responsabilidad del mismo en la adquisición de conocimientos, competencias y destrezas. El presente material es fruto colectivo de la amplia experiencia docente de los autores, que durante años se han enfrentado a la tarea de introducir a los alumnos de primer curso en la asignatura de Fundamentos de Psicobiología. La elaboración de este cuaderno responde al deseo de facilitar dicha tarea a estudiantes y profesores. Esperamos que este manual contribuya a ese fin.

LOS AUTORES

LEYENDA A continuación, se muestra la leyenda que será utilizada en todo este cuaderno y que ha de servir de referencia para la realización de las actividades que incluyan árboles genealógicos.

TABLERO DE PUNNET Mendel estableció los tres principios de la herencia: la ley de la Uniformidad, ley de la Combinación Independiente y ley de la Segregación teniendo en cuenta los patrones de los resultados de los cruces monohíbridos de las plantas del guisante. La apariencia física de un determinado carácter se denomina FENOTIPO, cuando se escriben los alelos por pares para representar a los dos factores presentes en cualquier individuo lo denominamos GENOTIPO. Por convención, se puede tomar la primera letra del carácter recesivo para simbolizar el carácter en cuestión, por ejemplo, tomamos la letra “b” para designar el alelo bajo y la “B” para designar el alelo alto. Ahora entenderás qué quiere decir “alto” y “bajo”. Si combinamos todas las posibilidades por pares tendremos: BB, bb y Bb, las dos primeras combinaciones son homocigotas y la última será heterocigota para ese carácter, en este sentido, fenotípicamente dos individuos serán altos (BB y Bb) y uno bajo (bb), proporcionalmente ¾ y ¼ respectivamente, pero ¿de dónde han surgido tales proporciones y por qué? El método del tablero de Punnett, llamado así por Reginald Punnett, importante genetista inglés, resulta muy útil para aprender genética y resolver problemas y sus proporciones. En las columnas se representan los gametos los de la madre y, en las filas, los del padre. A partir de aquí, se podrá predecir la siguiente generación combinando los caracteres de cada uno de ellos, por lo que este proceso representará todos los posibles sucesos de fecundación al azar. A continuación (Figura 1), se presenta el siguiente ejemplo:

Madre

Padre

Genotipo: 1 BB (1/4), 2Bb (2/4) y 1bb (1/4)

Fenotipo: 3/4 altos y 1/4 bajos

Figura 1: Ejemplo de Tablero de Punnett, representados en la columna los gametos de la madre y en las filas los del padre. Las filas de abajo señalan la proporción de genotipos y de fenotipos (Adaptado de Klug, Cummings, Spencer y Palladino, 2013).

Teniendo en cuenta lo explicado anteriormente, resuelve el siguiente problema. 1. El color del pelo oscuro (O) es dominante sobre el pelo rubio (o). El pelo rizado (R) es dominante sobre el pelo liso (r). Realiza todas las combinaciones posibles para ambos caracteres de pelo rizado/liso con oscuro/rubio y extrae las proporciones genotípicas y fenotípicas. En el primer cuadro de Punnett (Figura 2) realiza todas las combinaciones posibles, en el segundo (Figura 3) extrae las diferentes proporciones.

Cuadro 1

Padre

Madre

Figura 2: Elaboración propia (Adaptado de Klug, Cummings, Spencer y Palladino, 2013).

Cuadro 2

Fenotipo

Proporción fenotípica

Genotipo (escribe los genotipos correspondientes a este fenotipo de la tabla anterior)

Proporción genotípica

Pelo oscuro y rizado

Pelo rubio y rizado

Pelo oscuro y liso

Pelo rubio y liso

Figura 3: Elaboración propia (Adaptado de Klug, Cummings, Spencer y Palladino, 2013).

1. HERENCIA UNIFACTORIAL AUTOSÓMICA ACTIVIDAD 1.1. HERENCIA AUTOSÓMICA DOMINANTE Por favor, rellena en el glosario el hueco correspondiente a la definición “Autosómico dominante”.

EJERCICIO 1.1.1. La enfermedad o corea de Huntington es una patología neurodegenerativa progresiva, caracterizada por disfunciones motoras (movimientos anormales como tics, alteraciones del equilibrio y la marcha), trastornos conductuales (trastornos afectivos, depresión o psicosis) y deterioro cognitivo (déficit en funciones ejecutivas, aprendizaje y memoria) que suele acabar en demencia. Afecta entre 5 y 10 por cada 100.000 habitantes en países occidentales. El gen HD (Huntington Disease) se mapeó en el cromosoma 4p16.3, en 1983. La mutación es una expansión característica de tripletes CAG que codifican la proteína huntingtina, que interactúa con las proteínas implicadas en la expresión de una variedad de procesos celulares y génicos, y es esencial tanto para el desarrollo del cerebro como para procesos de reparación del ADN. Cuanto más abundantes sean las repeticiones de CAG, el curso clínico será de inicio más temprano y más grave (menos de 28 repeticiones no se desarrollará, más de 39 sí se desarrollará). Torres León et al. (2016) nos presentan la enfermedad de Huntington a través de un caso (III-8) de un paciente de 52 años con antecedentes personales de problemas de salud y familiares con enfermedad de Huntington, que acude a consulta por presentar crisis de depresión desde hace 3 meses, irritabilidad frecuente y temblores en las manos desde hace 1 mes. Al examen físico se constata el temblor de reposo en las manos, así como aumento del parpadeo. Se interconsulta el caso con el especialista en medicina interna, que coincide en el diagnóstico y lo remite al especialista en neurología que ha atendido a varios casos en la misma familia (IV-4 y IV-8), corroborándose en ambos el diagnóstico de enfermedad de Huntington (además de algunos casos de suicidio, compatible con la sintomatología depresiva de la enfermedad). Se asume que todos los fallecidos han padecido la enfermedad. Se discute el caso con la asesoría genética del área de salud y se realiza el árbol genealógico familiar (Figura 4), buscando el origen de la enfermedad.

Figura 4: Árbol genealógico recuperado de Torres León et al., 2016. 15

A partir del árbol genealógico, responde a las siguientes cuestiones: 1. ¿Hay saltos entre generaciones o aparecen casos en todas las generaciones? _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2. 3. 4. 5. 6.

Cuando aparece un miembro afectado, ¿transmite la enfermedad a todos sus hijos/as? SI/NO. ¿Hay una cantidad similar de hombres y mujeres afectados? SI/NO ¿Hay algún caso de transmisión padre/madre no afectados a su descendencia? SI/NO ¿Hay algún caso de transmisión padre-hijo varón? SI/NO ¿Qué implicaciones tienen estos hallazgos?

__________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 7. ¿Puede un progenitor que no muestra el trastorno transmitírselo a su descendencia? SI/NO 8. Estudia con más detalles los casos de todas las generaciones: ¿qué portadores del trastorno has identificado? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 9. Indica el genotipo de todos los individuos de la primera y segunda generación del árbol genealógico. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 10. Con todo lo que has analizado hasta el momento, indica cuál es el patrón de herencia más probable. Razona la respuesta. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 11. ¿Cuál es la probabilidad de desarrollar el trastorno cuando un progenitor presenta la enfermedad de Huntington? Justifica la respuesta Marca la opción correcta: 0% 50% 100% __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

12. Para pensar… El diagnóstico de la enfermedad de Huntington se confirma con pruebas genéticas. En la actualidad, el hecho de que los individuos de riesgo (con antecedentes familiares) se sometan a las pruebas genéticas no reporta un beneficio médico o clínico directo, ya que no existe un tratamiento eficaz de la enfermedad. Enumera algunas ventajas y desventajas de realizar el diagnóstico genético. VENTAJAS__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ DESVENTAJAS______________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 13. ¿Se debería obligar a los individuos de riesgo a realizarse el diagnóstico genético? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 14. ¿Cómo podría realizarse el enfoque del asesoramiento genético? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Material para contestar a las cuestiones:

https://seagen.org/ 17

EJERCICIO 1.1.2. La acondroplasia es una alteración genética caracterizada por un crecimiento óseo que provoca un acortamiento de las piernas y de los brazos, si bien el tronco presenta un tamaño normal. El gen alterado en la acondroplasia es el gen FGFR3 localizado en el cromosoma 4, encargado de codificar el receptor del factor de crecimiento 3 de los fibroblastos y se expresa en tejidos como el cartílago, cerebro, intestino y riñones, entre otros. En este sentido, tomaremos como ejemplo a la familia Lannister de la serie Juego de Tronos. Tywin Lannister se avergüenza de su hijo Tyrion que manifiesta acondroplasia. Sin embargo, sus hermanos no presentan tal alteración genética. 1. Escribe en el siguiente árbol (Figura 5) los genotipos de cada uno de los posibles descendientes de Tyrion con una mujer que no presentara la alteración teniendo en cuenta ambos genotipos.

Figura 5: Árbol genealógico hipotético de Tyrion Lannister de Juego de Tronos. Elaboración propia. En un 80-90% de los casos la acondroplasia se produce por una mutación de novo durante la espermatogénesis. Los espermatozoides están alterados y al fecundar al óvulo formarán un embrión con una copia del receptor FGFR3 mutada. El 10-20% de los casos restantes se deben a la transmisión hereditaria de la mutación como un trastorno ______________________. Esto quiere decir que en estos casos la acondroplasia es heredada de un progenitor acondroplásico. 2. Teniendo en cuenta el tipo de herencia, ¿qué probabilidades tendría Tyrion de transmitir el gen a su descendencia? ___________ %

ACTIVIDAD 1.2. HERENCIA AUTOSÓMICA RECESIVA Por favor, rellena en el glosario el hueco correspondiente a la definición “Autosómico recesivo”.

EJERCICIO 1.2.1. La fibrosis quística es la enfermedad genética potencialmente fatal más frecuente en la población caucásica. Se diagnostica alrededor de 1/3300 en recién nacidos caucásicos, 1/15300 en personas de color y 1/32000 en individuos de origen asiático. Se considera que aproximadamente un 3% de la población caucásica es portadora del rasgo, localizado en el brazo largo del cromosoma 7, que codifica una proteína asociada a la membrana, la CFTR (regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística o Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulation). La mutación más frecuente es la deleción (ver anomalía estructural en el glosario) de F508 y solo se manifiesta en los homocigotos. Los heterocigotos pueden mostrar anomalías sutiles, pero no tienen afectación clínica. El CFTR es un canal que controla el transporte de cloruro, sodio y bicarbonato a través de las membranas epiteliales, por ello, la enfermedad afecta a casi todas las glándulas exocrinas. Las principales complicaciones afectan a los pulmones, con daño de las vías respiratorias pequeñas y grandes e infecciones bacterianas crónicas y recurrentes. Otras consecuencias importantes incluyen el mal funcionamiento del páncreas, lo que lleva a la mala absorción de nutrientes y vitaminas con un deterioro consiguiente del crecimiento y el desarrollo y, en pacientes de edad avanzada, diabetes. En la película “A dos metros de ti” (2019) se representan fidedignamente todas estas patologías asociadas. Raimundo (II-4) y Florinda (II-5) son primos segundos (Figura 6), aun así, decidieron solicitar una dispensa papal y casarse. Fruto de la relación nacieron cinco hijos. Raimundo sufre desde niño fibrosis quística, y, conociendo la genética, era consciente de la posibilidad que sus hijos fuesen portadores. No obstante, a los pocos años, su hijo Hermenegildo (III-1) y su hija Margarita (III-2) empezaron con múltiples infecciones pulmonares, por lo que en consejo genético decidieron realizarles un cribado genético a ambos y ampliarlo a otros miembros de la familia.

Figura 6: Árbol genealógico de elaboración propia.

Teniendo en cuenta el historial familiar y tus conocimientos sobre la herencia de la fibrosis quística, responde a las siguientes cuestiones: 1. ¿Cuál es el patrón de herencia más probable? Razona la respuesta. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 2. Por tanto, los portadores deben ser (rodea lo que corresponda) Homocigotos/Heterocigotos, mientras que los afectados deben ser (rodea lo que corresponda) Homocigotos/Heterocigotos 3. ¿Qué miembros del árbol genealógico son, con toda seguridad, portadores? ¿Cuántos de los hijos de Raimundo son portadores? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 4. ¿Qué razón puedes dar para asegurar que NO es un patrón de herencia autosómica dominante? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 5. ¿Qué razón puedes dar para confirmar que NO es un patrón de herencia recesiva ligada al sexo? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ EJERCICIO 1.2.2. Juan, procedente de Valencia, y Nala, hija de padres de Kenia (etnia negra), que también viven en Valencia, padecen albinismo oculocutáneo. Ambos se conocieron en la asociación ALBA (asociación para la ayuda a personas con albinismo), congeniaron rápidamente y en un par de años tuvieron a su primera hija, Manolita. Tras su nacimiento, los médicos constataron que Manolita no era albina. Con sus conocimientos de genética, Juan estaba muy disgustado, ya que sabía que el albinismo se hereda de manera autosómica recesiva, llevándole a la deducción de que Manolita no era hija suya. Tras varias discusiones con Nala, quien negó categóricamente la hipótesis de su marido, fueron de nuevo a la asociación para solicitar consejo genético y apoyo psicológico. El diagnóstico del albinismo suele ser clínico, mediante la observación de las alteraciones visuales y la falta o disminución de pigmentación en piel, pelo y ojos (o solamente en ojos) pero se ignora qué mutaciones y qué gen o genes son los causantes. No obstante, el diagnóstico genético es la prueba definitiva para confirmar la alteración. Existen, al menos, ocho tipos de albinismo oculocutáneo (de OCA1 a OCA8). El albinismo de tipo 1 (OCA1) es el más frecuente en general (incidencia en poblaciones occidentales: América y Europa 20

1/40.000). Es el albinismo característico, con pelo blanco, piel blanca o rosada muy pálida, ojos muy claros o rojos/rosados y agudeza visual entre el 10 50% (causado por mutaciones o alteraciones en el gen de la tirosinasa TYR, en el cromosoma 11). El albinismo oculocutáneo de tipo 2 (OCA2), es el tipo más frecuente en personas de etnia negra, de origen africano. Está producido por mutaciones o alteraciones en el gen OCA2 (en el cromosoma 15), con una agudeza visual del 20-30%. Por lo tanto, no todos los albinos son portadores de la misma mutación. Responda a las siguientes preguntas: 1. Genotipo de Juan _________, genotipo de Nala ________. Realiza un cuadro de Punett con la descendencia de ambos progenitores. ¿Tiene razón Juan al estar enfadado? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

2. ¿Existe alguna posibilidad de que Manolita sea hija de Juan y Nala? ¿Cómo lo estudiarías? Justifica la respuesta. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

3. ¿Qué probabilidad hay de que Juan y Nala tengan un hijo albino? 0% 50% 100% ¿Qué probabilidad hay de que tengan un hijo portador? 0% 50% 100%. ¿Cambiarán las probabilidades en función del sexo del hijo? SI/NO. Justifica la respuesta. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 4. ¿Cuál es el genotipo de Manolita? ¿Puede tener hijos con albinismo? Justifica la respuesta. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 5. Rodea lo que corresponda. En conclusión: La herencia del albinismo es: dominante/recesiva y los portadores heterocigotos/homocigotos no padecen albinismo, pero pueden transmitirlo a su descendencia.