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El mtDNA de animales presenta una señe de características que se pueden considerar generales. Con una sola excepción documentada en Hydra (Warrior and Gall, 1985), es una molécula de DNA de doble cadena, circular y covalentemente cerrada que se hereda por via materna, aunque se han descrito unos pocos casos de herencia biparental (Kondo et al, 1990; Hoech et aL,1991). Su tipo de herencia tiene implicaciones importantes en los estudios poblacionales ya que hace que el tamaño efectivo de las poblaciones sea menor para el mtDNA que para genes nucleares y esto es de especial relevancia al cosiderar los procesos estocásticos que afectan a las poblaciones.

Junto a la herencia materna, la otra característica fundamental del mtDNA es la ausencia de recombinación que hace que la molécula entera represente un único marcador genético. Ello proporciona una alta resolución en el establecimiento de genealogíás maternas y permite discriminar entre identidad por descendencia y convergencia.

El tamaño de la molécula en animales es relativamente pequeño oscilando entre 14 kb en el nemátodo Caenorhabdiíis elegans (Okimoto et aL, 1992) y 42 kb en el bivalvo Placeopecten megellcmicus (LaRoche et al, 1990) aunque el tamaño más comunmente encontrado está próximo a las 16 kb.

Actualmente se han secuenciado completamente los genomas mitocondriales de varios representantes de siete phyla animales que incluyen cinco mamíferos (Anderson et aL, 1981 y 1982; Bibb et aL, 1981; Gadaleta et aL, 1989; Amason et aL, 1991), un ave (Desjardins and Moráis, 1990), un anfibio (Roe et aL, 1985), tres equinodermos (Jacobs et aL, 1988; Cantatore

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et aL, 1989), tres artrópodos (Clary y Wolstenholme, 1985; Valverde, 1992;...), tres nemátodos (Wolstenholme et aL, 1987; Okimoto et aL, 1991 y 1992), y un cnidario (Pont et aL, 1992; Beagley et aL, 1992). Existen además innumerables datos sobre secuencias parciales de genomas mitocondriales de otros muchos representantes de estos y de otros grupos de animales. De estos datos emergen cuatro características básicas de la estructura del mtDNA de metazoos:

a) Disposición muy compacta, incluso solapada, de los genes, con pocas o ninguna secuencias intergénicas que, de existir, se limitan a unos pocos nucleótidos.

b) Ausencia de intrones en los genes estructurales con una única excepción descrita (Beagley et aL, 1992).

c) Distribución dispersa de los genes de tRNA entre los restantes genes.

d) Existencia de una región control no codificante que contiene secuencias esenciales para el inicio de la replicación y la transcripción.

Con algunas excepciones el contenido génico en todos los grupos animales es el mismo aunque existe gran variación en cuanto a la disposición relativa de algunos genes o grupos de genes en los distintos grupos. El genoma mitocondrial contiene genes para dos RNA ribosómicos, 22 tRNAs (excepto en el cnidario Meíridium senile que solo contiene dos) y 13 proteínas. Los dos RNAs ribosómicos son homólogos a los RNAs ribosómicos 16s y 23s de E. cotí aunque más pequeños: el pequeño (srRNA) de 12s y el grande (lrRNA) de 16s. Las 13 proteínas son enzimas o componentes de enzimas implicados en la cadena de transporte de electrones de la mitocondria y en la fosforilación oxidativa: Cytb, apoenzima del complejo ubiquinol-citocromo c reductasa; COI, COII y COm, subunidades de la citocromo c oxidasa; ATPasaó y ATPasa8, esta última ausente en el mtDNA de nemátodos (Wolstenholme et aL, 1987; Okimoto et aL, 1991; 1992a, c), corresponden a las subunidades 6 y 8 de la fracción F0 de la ATP sintetasa; ND1, ND2, ND3, ND4, ND4L, ND5 y ND6, todas ellas subunidades del complejo de la NADH deshidrogenasa de la cadena de transporte de electrones mitocondriaL

Cada filum parece tener una ordenación particular de todos estos genes (Figura 4.I.), existiendo diferencias incluso dentro de los fila. Así, peces, anfibios y mamíferos tienen el mismo orden, pero en aves sería ligeramente diferente (Desjardins and Moráis, 1990; 1991). Comparando con los vertebrados, el mitocondrial de insectos y equinodermos presenta reordenaciones de los genes de proteínas y rRNAs que se explican por un número limitado de transposiciones, mientras que la disposición de estos genes en el resto de grupos de invertebrados parece mucho menos relacionada. La disposición de los genes de los tRNAs en invertebrados presenta una gran variación incluso dentro de un mismo filum.

Por otra parte, la región control posee características diferentes en distintos grupos. Así, en vertebrados y equinodermos contiene un "loop" con una topología característica, razón por la cual a esta región se la denomina "D-loop". En insectos y nemátodos esta estructura no existe, caracterizándose la región control por un elevadísimo contenido en adenina y timina, y

AI P61 C a e n o rh a b d itis e le g a n s m tD N A 1 3 .7 9 4 n tp D ro so p b ila y a k u b a m tD N A 1 6 .0 1 9 n lp .Isirid iu m s e n ile m tD N A 17.443 ntp

Figura 4.1. Mapas génicos de las moléculas de miDNA de un mamífero (Mus musculus', Bibb et al., 1981), un insecto (Drosophila yakuba; Clary y Wolstenholme, 1985), un equinodermo (Paracenlrotus lividus; Cantatore et al., 1989), dos nemátodos (Caenorhabditis elegans y M eloidogyne java n ica ;

Okimoto et al., 1 9 9 1 ,1992a, c), y un cnidario (Metridium senile', Beagley et al., 1992). El nombre de los genes es el mismo que el utilizado en el texto con excepción de los tRNAs, que en la Figura se identifican con el código de una letra correspondiente a su aminoácido. Otras ordenaciones encontradas en organismos próximos a los aquí representados así como los cambios acontecidos se indican sobre el mapa correspondiente. (Tomado de Wolstenhome, 1992).

M eio id o g yn e javan ica m tD N A

* 2 0 .5 kb ' r4 o sc n P v

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de ahí el nombre de región rica en A+T en estos grupos. La forma en que esta región participa en la replicación y transcripción del mtDNA sólo se conoce con cierto detalle en vertebrados (Clayton, 1991), aunque algunos aspectos son generales a todos ios grupos. El mtDNA se replica autónomamente a lo largo del ciclo celular de un modo regulado y coordinado con la expresión nuclear (Kruse et al, 1989). La replicación del mtDNA es unidireccional a partir de un origen de replicación localizado en la región control y altamente asimétrica, siendo el grado de asimetría variable entre y dentro de grupos (Wolstenholme et aL, 1974; Goddard and Wolstenholme, 1978; 1980). Por otra parte, la transcripción (al menos en mamíferos) también se incia en esta región, dando lugar a transcritos primarios de las dos cadenas que habrán de ser procesados para dar lugar a los transcritos mono o bicistrónicos maduros. Se ha sugerido que la distribución compacta de los genes está relacionada con este proceso, y que los tRNAs actuarían como señales en el procesado de los transcritos policistrónicos (Battey and Clayton,

1980; Ojala et aL, 1980).

Es también destacable el hecho de que el código genético mitocondrial es diferente del universal y que este código mitocondrial no es único, sino que presenta ciertas variaciones en los distintos grupos estudiados (Wolstenholme, 1992). Los 22 tRNAs presentes en el mtDNA de la mayoría de los grupos animales son suficientes para la decodificación de los 12 o 13 genes mitocondriales que codifican para proteínas. Ello es debido a que cada tRNA es capaz de "leer" todos los codones de una misma familia de cuatro codones (Barrell et aL, 1980; Anderson et aL, 1981).

Otra característica relevante del mtDNA es el sesgo en la utilización de los cuatro nucleótidos. Asi en los genes que codifican proteínas en vertebrados, hay una baja proporción de guanina, y en insectos y otros invertebrados el contenido global en A+T es muy alto (70%- 80%) llegando a valores extremos en la tercera posición de los codones (94% en Drosophila yakuba) (ver tabla VIII de Wolstenholme, 1992).