INTRODUÇÃO AO GENOMA HUMANO estrutura do genoma e dos cromossomos humanos

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GENÉTICA MÉDICA
INTRODUÇÃO AO GENOMA HUMANO: estrutura do genoma e dos cromossomos humanos
Genoma: é a sequência de toda a informação genética contida no DNA de um gameta, um indivíduo, uma população ou uma espécie. 
Gene: é a unidade hereditária fundamental; uma sequência do DNA cromossômico necessária para produzir um produto funcional. 
· Unidade física;
· Partícula de herança – hereditariedade;
· Unidade básica da informação – função;
· Unidade básica da mudança – mutação.
Genoma localizado no núcleo celular e nas mitocôndrias. 
O genoma mitocondrial é circular e o nuclear é cromossômico.
Cromossomos bem compactados só são visualizados nas etapas de metáfase da mitose ou meiose. Cromatina é a junção de uma molécula de DNA a uma proteína.
O DNA apresenta estrutura bioquímica polimérica (macromolécula), cujas unidades são compostas de:
1) Uma molécula de açúcar com 5 carbonos – desoxirribose;
2) Um grupo fosfato;
3) Uma base nitrogenada.
Isso forma um nucleotídeo.
As bases nitrogenadas:
· Purinas: adenina e guanina – 2 aneis;
· Pirimidinas: citosina, timina e uracila – 1 anel.
DNA: cada nucleotídeo se liga a outro pelas moléculas de fosfato (5’) e açúcar (3’), através de ligações fosfodiéster, formando uma cadeia polimérica. Duas cadeias se unem por interações químicas de pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. Essas interações são A-T (duas pontes de hidrogênio) e C-G (3 pontes de hidrogênio). A+G = T+C em (%).
A forma mais estável do DNA dentro das células é uma molécula de dupla-fita em espiral. 
· A-DNA: 11 pares de base = uma volta (regiões ricas de adenina e timina);
· B-DNA: 10 pares de base = uma volta;
· Z-DNA: rotação para a esquerda e 12 pares = uma volta;
· DNA em tripla hélice: rompem-se pontes de hidrogênio e uma fita pareia com partes da dupla fita. Porções relacionadas com controle da expressão genica. 
Cromossomo: sinônimo de cromatina = dupla fita de DNA associada a proteínas histonas. Um octamero (2 H3+H4 + 2 H24+H2B) de histonas forma a uma estrutura de nucleossomo (conjunto de DNA +octamero + histona H1).
Papel estrutural do nucleossomo: empacotamento do DNA formando a estrutura chamada de solenoide. Ocorre em regiões do DNA que estão menos ativas ou durante a prófase (mitótica ou meiótica). 
Maior compactação do DNA: o solenoide forma alças presas à proteínas que formam o arcabouço proteico do cromossomo. 
A morfologia dos cromossomos (grau de compactação) é dinâmica, variando ao longo do ciclo celular. Quando a célula não está se dividindo, a cromatina encontra-se descondensada e há transcrição (expressão) ativa dos genes. O estado descondensado é chamado de eucromatina e o condensado, heterocromatina. Quando a célula está em divisão celular a compactação do DNA chega em seu nível máximo na fase de metáfase. 
O genoma haploide nuclear humano: apresenta-se como 23 moléculas de DNA que se associam com proteínas, formando os cromossomos. O conjunto haploide do genoma contém o conjunto básico de genes encontrados na espécie humana. 
O cariótipo humano: é o conjunto de cromossomos cujo número e morfologia são característicos de uma espécie, considerando suas células somáticas ou gaméticas. Todos os indivíduos de uma espécie possuem o mesmo cariótipo, com exceção de portadores de condições patológicas. O estudo do cariótipo apresenta valor na identificação de genes específicos relacionados à uma determinada patologia de origem genética, e como diagnóstico para síndromes cromossômicas. 
O genoma mitocondrial: molécula de DNA circular presente em várias cópias por célula. Contém 13 genes de cópia única relacionados ao metabolismo oxidativo (produção de ATP) mais 24 genes codificadores de RNA transportador e ribossomal. 
Algumas doenças degenerativas musculares e neuropatias estão relacionadas a variantes genéticas que ocorrem no DNA mitocondrial. 
Informação contida no genoma: o genoma engloba toda a informação necessária para codificar as características físicas, fisiológicas e comportamentais de indivíduos da espécie. Essa informação está contida na sequência específica de bases (nucleotídeos) presente na molécula de DNA em cada um de seus genes (localizados nos loci).
No entanto, a informação contida no DNA precisa ser levada para fora do núcleo e traduzida em moléculas efetoras para atuar na determinação do fenótipo (transcrição e expressão genica). 
O genoma humano contém:
· 22 cromossomos autossomos + cromossomos sexuais (X e Y);
· 3,2 Gigabases (Gb) = 3,2 bilhões de bases nucleotídicas [genoma haploide];
· Entre 26 e 32 mil genes identificados por análises computacionais. 
Principais componentes do genoma humano:
Cerca de 40% são sequencias repetitivas.
· Regiões repetitivas:
Elementos de transposição (LINEs, SINEs, Retrotransposons e Transposons de DNA): são sequencias de DNA capazes de se “mover” no genoma. Podem ser autônomos (capazes de efetuar a própria movimentação produzindo as próprias enzimas) ou não-autônomos (dependem de outros elementos para movimentação, pois não possuem os genes para produzir as enzimas necessárias).
Podem se “mover” no genoma de modo conservativo (“recorta e cola”) ou replicativo (“copia e cola”).
Como o novo ponto de inserção é aleatório, esses elementos em geral encontram-se espalhados pelo genoma, e podem, inclusive, interromper sequências genicas. 
· Repetições de sequencias simples (SSRs): motivos de sequencias de tamanhos variados que se repetem de modo consecutivo (in tandem); 
· Microssatélites: 2-6pb repetidos in tandem, com 5-20 unidade de repetição;
· Minissatélites: 15 a 100 nucleotídeos repetidos in tandem;
· Satélites: > 100 nucleotídeos repetidos in tandem. 
Alfa-satélite: conjunto de repetições de uma unidade de 171 pb encontrada no centrômero dos cromossomos. Serve como ponto de reconhecimento de proteínas para a ancoragem das fibras do fuso (cinetócoro). 
Telômeros: repetições de 6 nucleotídeos (entre 800 e 2000 repetições de TTAGGG) que se localizam nas extremidades de cada cromossomo. Tem papel fundamental na replicação do DNA e manutenção da integridade do cromossomo. 
Unidades genicas: existem entre 20 e 30 mil genes codificadores de proteínas no genoma humano. 
Elementos reguladores da expressão genica podem estar localizados distantes do gene do qual regulam a expressão. 
O tamanho médio dos éxons nos genes é de cerca de 1.350 nucleotídeos (450 aminoácidos na proteína produzida). Grande variação de tamanho entre os íntrons. 
Genes codificadores de RNAs funcionais:
· RNAs ribossomais e RNAs transportadores (que atuam no processo de tradução – síntese de proteínas);
· Pequenos RNAs nucleares (snRNAs) e nucleolares (snoRNAs): atuam no processamento de RNAs transcritos;
· Outros RNAs, como microRNAs e grandes RNAs não codificadores (InRNAs), a maioria com função regulatória. 
Genes não estão distribuídos uniformemente no genoma, tampouco nos cromossomos. 
Conceitos Básicos de Genética
Os conceitos apresentados aqui foram extraídos do livro 'Introdução à Genética' (Griffiths et al., 2016).
Gene: Unidade física e funcional fundamental da hereditariedade, que carreia a informação de uma geração até a próxima; um segmento de DNA composto por uma região transcrita e uma sequência reguladora que torna a transcrição possível;
Genoma: Complemento inteiro do material genético em um conjunto cromossômico;
Cromossomo: Estrutura composta de DNA e proteínas, que apresenta um arranjo linear, de uma extremidade à outra, de genes e outros tipos de DNA;
Locus gênico: Local específico em um cromossomo no qual um gene está localizado (plural loci);
Diplóide (2n): Célula que apresenta dois conjuntos cromossômicos ou organismo que apresenta dois conjuntos cromossômicos em cada uma de suas células. Na espécie humana, um conjunto cromossômico é composto de 22 cromossomos autossômicos + 1 cromossomo sexual, logo o número de cromossomos nas células diplóides (todas as células somáticas) é 2n = 46;
Haplóide (n): Célula que apresenta apenas um conjunto cromossômico ou organismo que apresenta apenas umconjunto cromossômico em cada uma de suas células. Na espécie humana, um conjunto cromossômico é composto de 22 cromossomos autossômicos + 1 cromossomo sexual, logo o número de cromossomos nas células haplóides (gametas) é n = 23;
Alelo: Uma das diferentes formas de um gene que pode existir em um único locus;
Mutação: Processo que produz um gene ou um conjunto cromossômico que difere daquele do tipo selvagem;
Tipo selvagem (normalmente referindo-se a um alelo): Genótipo ou fenótipo que é observado na natureza, tido (ou definido) como padrão em relação a um determinado organismo;
Genótipo: Composição alélica de um indivíduo ou de uma célula; seja do genoma inteiro ou, mais comumente, de um determinado gene ou conjunto de genes;
Fenótipo: (1) Forma assumida por uma característica (ou um grupo de características) em um indivíduo; (2) Manifestações externas detectáveis de um genótipo específico;
Característica (aqui tratado como sinônimo de traço): mais ou menos o mesmo que fenótipo, normalmente referindo-se à uma de suas unidades (partes);
Alelo dominante: Alelo que expressa seu efeito fenotípico até mesmo quando heterozigoto com um alelo recessivo; portanto, se 'A' for dominante sobre 'a', então A/A e A/a apresentam o mesmo fenótipo;
Alelo recessivo: Alelo cujo efeito fenotípico não é expresso em um heterozigoto.
Expressão gênica: Processo por meio do qual a sequência de DNA de um gene é transcrita em RNA e, para os genes que codificam proteínas, posteriormente traduzidos em um polipeptídeo (proteínas);
Transcrição: Síntese de RNA a partir de um molde de DNA;
Tradução: Produção de um polipeptídeo (proteína), cuja sequência de aminoácidos é derivada da sequência de códons de uma molécula de mRNA (RNA mensageiro).
Herança: Trata da transmissão da informação genética de uma geração para a próxima, normalmente se referindo ao modo de transmissão;
Herança simples: Tipo de herança no qual apenas um (ou alguns poucos) gene(s) está(ão) envolvido(s) e no qual o ambiente apresenta pouco ou nenhum efeito sobre o fenótipo; os traços categóricos com frequência exibem herança simples;
Herança complexa: Tipo de herança exibida pelos traços afetados por uma mistura de fatores genéticos e ambientais. Os traços contínuos, tais como a altura, tipicamente apresentam herança complexa;
Característica (ou traço) categórico: Traço em relação ao qual os indivíduos podem ser classificados em grupos discretos (discerníveis) ou descontínuos, tal como as ervilhas verdes e amarelas nos trabalhos de Mendel;
Característica (ou traço) contínuo: Traço que pode adotar um número possivelmente infinito de estados em uma variação contínua, tal como a altura em seres humanos. Traço em relação ao qual os indivíduos não podem ser classificados em grupos discretos, a não ser de modo arbitrário;
Característica (ou traço) quantitativo: Qualquer traço que exiba herança complexa, em virtude de ser controlado por uma mistura de fatores genéticos e ambientais;
Característica (ou traço) de limiar: Traço categórico em relação ao qual a expressão dos diferentes estados fenotípicos depende de uma combinação de múltiplos fatores genéticos e/ou ambientais que posicionam um indivíduo acima ou abaixo de um valor crítico em relação à expressão da característica;
Hipótese multifatorial: Hipótese que explica a variação quantitativa ao propor que as características (traços) são controlados por um grande número de genes, cada um com um pequeno efeito sobre a característica;
Herdabilidade (sentido amplo): Proporção da variância fenotípica total, no nível populacional, que pode ser atribuída à variância genética;
Variância: Medida estatística utilizada para mensurar o quanto os valores de traço dos indivíduos se desviam da média da população;
Expressividade: Grau até o qual um determinado genótipo é expresso no fenótipo. Se a expressividade de uma característica for variável, isto pode interferir na análise dos padrões de herança;
Penetrância: Proporção dos indivíduos com um genótipo específico que manifesta aquele genótipo no nível fenotípico. Se a penetrância de uma característica for incompleta, isto pode interferir na análise dos padrões de herança.