Mutacao e polimorfismo

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Bianca Fernandes Luiz – T8
Mutação e polimorfismo
Mutação
● Mutação ocorre apenas no DNA (No RNA
e na proteína é a consequência da mutação
do DNA)
● Acontece quando a célula está em
processo de replicação, na fase S do ciclo
celular
● A DNA polimerase pode inverter a base, e
causar uma mutação
Erros de replicação do DNA
● Há uma série de enzima de reparo de DNA
um processo denominado revisão do DNA
(proofreading) → 99,9% desses erros são
corrigidos
● Além dos possíveis erros aleatório durante
a replicação, as células humanas podem
ser danificadas devido a processos
químicos do ambiente como: exposição à
radiação ultravioleta, vírus e bactérias,
cigarro, álcool, resíduos de pesticidas,
processos inflamatório, estresse →
aumentam as chances dos erros
acontecerem
● Na genética médica, existem 5.000 genes
em que as mutações são atualmente
conhecidas por causar uma doença ou
qualquer característica discernível
● Se uma mutação acontecer na região de
íntrons, não chega na proteína → é mais
uma “chance”
● Mutação pontual → ocorre em um único
ponto. Por exemplo: trocou UCA por
ACA, e ao invés de formar LEU, formou
TRE
● A mudança de um nucleotídeo em um
RNAm configura o resultado de uma
mutação
● Mas a mudança pode não alterar o
aminoácido (mutação silenciosa). Por
exemplo: trocou GCU por GCG, o
resultado ainda continua sendo alanina →
a mutação aconteceu, mas nada mudou, foi
silenciada
Tipos de mutação
● Mutação silenciosa
- É quando ocorre uma substituição
de base no DNA, mas que não
ocasiona a troca de um aminoácido
- O número total de bases não muda
- Nesse caso, a mutação ocorreu no
DNA, mas não alterou o
aminoácido e, consequentemente, a
proteína
● Substituição de base
- Quando a SUBSTITUIÇÃO da
base no DNA ocasiona a troca de
um aminoácido, é denominada
mutação com sentido trocado ou
incorreto (missense). A
substituição do aminoácido na
cadeia polipeptídica pode levar a
uma proteína alterada, com
redução/perda ou ganho da sua
atividade biológica, ou pode
acarretar também uma proteína
semelhante à normal, sem qualquer
efeito funcional (neutra).
- Ex.: intolerância à lactose → há
muito tempo atrás, os humanos
deixavam de produzir a enzima
lactase após os primeiros anos de
vida. De forma aleatória,
indivíduos com uma mutação na
região promotora do gene LCT
(ligado a produção de lactase)
produziam lactase na fase adulta.
Quem conseguia digerir leite tinha
um ganho de função, uma
vantagem evolutiva e rapidamente
esse novo alelo ficou mais
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frequente na população (hoje 98%
da população)
- Se a SUBSTITUIÇÃO de base no
DNA fizer surgir um dos três
códons terminais (UAA, UAG e
UGA), finalizando prematuramente
a síntese proteica, ela se chama
mutação sem sentido (nonsense).
Na maioria dos casos, a cadeia
polipeptídica é encurtada e
provavelmente não conserva sua
atividade biológica normal.
● Sem tradução
- Se a substituição de base no DNA
ocorrer no códon de
reconhecimento do início da
transcrição (AUG), a síntese da
proteína nem irá começar, pois
precisa de AUG para a iniciação
● Inserção de base
- Quando há a inserção de base,
também ocorre a alteração no
quadro de leitura. Ou seja, todos os
códons subsequentes a adição
podem ser alterados. As
consequências variam conforme o
nível de mudança de proteína
- Todos os seguintes códons são
alterados
● Deleção de base
- Quando há deleção de base, ocorre
a alteração no quadro de leitura. Ou
seja, todos dos códons
subsequentes a deleção podem ser
alterados. As consequências variam
conforme o nível de mudança na
proteína
INDELs
● As INserções e DELeções recebem o
nome de INDELs e podem variar de um
único par de base até aproximadamente
1.000 pb
● São adições ou perdas de uma ou mais
bases consecutivas na sequência do DNA
● Mais de um milhão de INDELs têm sido
descritas, na casa de centenas de milhares
em qualquer genoma individual
● Os INDELSs estão em sua maioria em
regiões não codificadoras. Isso é esperado,
uma vez que quando ocorre seu efeito é
raramente silencioso
● Doenças como Huntington, deficiência
mental determinada pelo X frágil e
distrofia miotônica são exemplos do efeito
da amplificação ou expansão de
trinucleotídeos (repetições em tandem)
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Polimorfismo
● Um DNA mutado, gera um RNAm mutado
que pode gerar uma proteína mutada
● Nem todas as mutações alteram o fenótipo,
mas todas podem ser observados no nível
molecular (análise da sequência). A
mutação é associada a doenças de caráter
genético, mas é necessário entender que
mutações geram variabilidade genética
● A variabilidade na espécie humana é de
0,1%
● Variabilidade genética → derivado da
mutação
● Na peste bubônica, a variabilidade
genética da população e a seleção natural
manteve apenas os indivíduos que
possuíam resistência a bactéria
● As mutações são uma das fontes de criação
da variação genética. Dentro de uma
população, raramente existe uma única
forma alélica para cada lócus
● Polimorfismo → várias formas de variação
genética → provavelmente o lócus é igual,
no entanto, a sequência presente nesse
locus não
● Existem 4 fenótipos para os tipos de
sangue, 3 alelos e 6 genótipos
● Quando na população existirem formas
alélicas com frequências superiores a 1%,
o lócus passa a ser considerado
polimórfico. Nos casos em que a
frequência do alelo mais comum é igual ou
maior que 99%, não se considera a
presença das outras formas alélicas como
significativa e o lócus é denominado de
monomórfico (presença de apenas uma
forma alélica)
● Existem alguns locus que não mudam
entre nós, por exemplo: existe uma região,
onde há o gene 16s, que é muito
conservado, ou seja, é igual em
praticamente 100% da população mundial,
pois quando esse gene sofre mutação, a
mitocôndria para de funcionar e sem
mitocôndria não vivemos, portanto, a
pessoa morre ou nem nasce
● A frequência alélica pode ser bem
diferenciadas entre certas populações,
principalmente se oriundas de diferentes
grupos geográficos
● O polimorfismo mais comum é gerado
pela mutação de um único nucleotídeo,
chamado de Single Nucleotide
Polymorphism (SNP) ou polimorfismo de
nucleotídeo único. Há cerca de 1.42
bilhões de SNCs no genoma humano →
para ser um SNP precisa acontecer em
uma única base e em pelo menos 1%. Caso
aconteça em menos de 1% é chamado de
variante
Marcadores genéticos
● Polimorfismos podem ser marcadores
genéticos. Ou seja, marcas no DNA de
uma pessoa que podem ser rastreadas por
sequenciamento genético e inferir sobre a
probabilidade de serem portadores de
doenças ou explicar características únicas
do seu metabolismo → é algo que fica
marcado no DNA, sendo diferente de
outros
● Estudos no genes MTHFR
(metilenotetrahidrofolato redutase), que
codifica uma enzima envolvida no
metabolismo do ácido fólico. O
polimorfismo (SNP) nesse gene resulta na
substituição do aminoácido alanina por
valina, elevando a concentração plasmática
de homocisteína e o declínio dos níveis de
folato plasmáticos (diminui a função da
enzima), estando associados com aumento
do risco para o desenvolvimento de câncer
coloretal e mama → essa marca é um SNP
→ percebeu o que tinha em comum nessas
pessoas com câncer e o que disso era
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diferente das pessoas sem câncer
(marcador genético)
Expressão gênica
● A expressão de um gene é como acender
uma lâmpada. O gene é a lâmpada e
quando ativo produz a proteína (luz)
● O interruptor é o que condiciona se o gene
está ON ou OFF
● Por vezes o organismo precisa mais que
ligar ou desligar um gene, ele precisa
controlar a intensidade da expressão do
gene. Ou seja, produzir a proteína
conforme a necessidade do corpo naquele
momento
● O gene SOST (junto com outros genes) é
um exemplo de gene associado a formação
óssea
● O gene SOST está presente nos humanos e
morcegos, mas há diferença no controle da
intensidade da expressão do gene SOST.
Epigenética
- Como é o controle de todos esses genes?
● Esse controle da intensidade da expressão
do gene é estudada pela epigenética
● A epigenética é umconjunto de
mecanismos bioquímicos que modificam a
leitura e, consequentemente, a expressão
dos genes. Ou seja, todo o código genético
(DNA) está igualmente presente em todas
as células nucleadas, mas em cada tipo de
célula (tecido) há uma programação
diferente → prova
● A célula do meu fígado possui o mesmo
DNA da célula do meu rim, no entanto,
elas possuem funções diferentes devido a
especialização, que é gerada através da
epigenética
● O zigoto é uma célula tronco totipotente e
pode formar qualquer célula, incluindo
tecidos extraembrionários, como é o caso
da placenta
● Uma célula-tronco é uma célula não
programada, ou seja, capaz de receber uma
programação para se tornar qualquer célula
especializada
● Do zigoto, por mitose, geram 2
células-filhas que continuam se dividindo.
Durante as sucessivas divisões se inicia
um processo de especiação, ou seja, as
células começam a ser programadas para
se tornarem células específicas como uma
célula do intestino ou uma célula da fibra
cardíaca
● Mesmo quando adultos, com todas as
células já programadas, ainda temos
células-tronco (células não programadas),
mas na versão células-tronco multipotentes
● Essas células são capazes de diferenciar
apenas alguns tipos celulares. Células do
tecido hematopoiético são capazes de
formar diferentes tipos celulares
sanguíneos
● Por definição epigenética programa uma
célula para determinar a sua especialidade
(função), sem alterar nenhuma base
nitrogenada (ACTG)
● Não poderíamos então simplesmente pegar
algumas células jovens da epiderme e
reprogramar ela para ser uma célula
neuronal e colocar ela na medula óssea
para substituir um rompimento que causou
uma tetraplegia?
- O japonês Shinya Yamanaka,
ganhador do Nobel de 2023,
conseguiu a partir de uma célula já
especializada remover todas as
marcas epigenéticas, fazendo com
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que ela retornasse ao seu estágio
embrionário
- Ao final do experimento ele isolou
apenas quatro genes principais
envolvidos no processo da
epigenética. O problema é que um
desses genes é o C-MYC, gene
conhecido dos processos
cancerígenos e um potente
regulador do ciclo celular → “Para
reverter ao começo passamos
perigosamente perto do fim”
Mecanismos de regulação epigenética
- Metilação
● Metilação: um radical metil (-CH3) se
acopla a região promotora do gene (ou
genes) e impede sua expressão → impede
a transcrição → impede a produção de
RNA mensageiro
● O primeiro mecanismo epigenético é a
metilação
● Pense no CH3 como interruptor, a
presença dele na região promotora (sítios
CpG) impede que a RNA polimerase faça
a transcrição (silenciamento gênico) e,
consequentemente, não gerando a proteína.
Já se a metila for retirada, o gene pode
passar pela transcrição para gerar uma
proteína → isso auxilia no silenciamento
do gene
● Ausência de Ch3 → têm síntese
● Presença de Ch3 → não têm síntese
Modificações nas histonas: histonas impedem o
acesso ao gene
● A cauda da histona, quando acetilada,
resulta na abertura da cromatina na região
gênica; permitindo que fatores de
transcrição acessem o DNA e sintetizem o
RNAm. O contrário também ocorre,
regiões em que a cauda é desacetilada leva
a compactação da cromatina, impedindo a
transcrição. → impede a produção do
RNA mensageiro
RNAs não codificantes (RNA de interferência):
entre os fatores epigenéticos esse é o que ainda
menos entendemos como funciona
● Mecanismo pós transcricional, o que difere
dos dois mecanismos anteriores
● A ação de RNAs não codificadores está
relacionada ao silenciamento
pós-transcricional de genes através do
mecanismo de RNA de interferência, em
que ocorre o bloqueio da tradução ou
degradação do RNAm alvo. Os siRNA
também podem estar associados ao
processo de metilação de sequências do
DNA
● Os macacos possuem similaridade
genômica de 98,8% entre os exons de
cromossomos autossômicos
● Mudanças na regulação gênica
desempenham um grande papel para fazer
os humanos e chimpanzés diferentes um
do outro. Por exemplo, algumas regiões de
DNA que estão presentes no genoma do
chimpanzé mas ausentes no genoma
humano contém sequências conhecidas de
regulação gênica que controlam quando,
onde ou quão fortemente um gene é
expresso
Epigenética um processo dinâmico
● Ao contrário do DNA, que tende a ser
sempre o mesmo ao longo da nossas vidas,
os processos de regulação epigenéticos são
dinâmicos. A dinâmica epigenética é
necessária pois ela permite que influências
externas como: estresse, calor, frio, fome,
alterem a síntese de proteínas. Digamos
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que seu organismo precise se adaptar a
certa variação de temperatura. Suas células
ativam certos genes e desativam outros,
são marcadores epigenéticos que fazem
esse serviço.
Epigenética permanente X transitória
● O pâncreas nunca produz etanol
desidrogenase, ou seja, o gene esta
permanentemente silenciado. Já o gene da
insulina é ativo, mas não o tempo todo! A
sua expressão é condicionado ao aumento
da glicemia, assim como a redução da taxa
glicêmica desativa o fator epigenético que
novamente impede a síntese
● O que impede a lâmpada de acender é o
interruptor (metil), a lâmpada (gene) e a
energia (ATP) estão presentes para realizar
a tarefa
● Estudo em ratos que testa se ácido
valproico e tricostatina podem alterar a
epigenética da expressão da insulina. Ou
seja, quem não tem mutação do gene, mas
não expressa o gene (não produz insulina).
A medicação induziria a produção de
insulina e o diabético não precisaria de
insulina exógena. Estudo ainda não foi
capaz de provar essa eficiência.
Herança epigenética
● Os cromossomos nucleares e
mitocondriais são herdados de forma
física, ou seja, o DNA (ACTG) é
transmitido dos pais (DNA nuclear) e
materno (DNA mitocondrial) para os
filhos. Já a programação epigenética são
marcas bioquímicas de herança ainda não
totalmente compreendida
● “Normalmente, marcas epigenéticas são
apagadas e reprogramadas durante a
meiose e durante a formação do zigoto,
porém, elas também podem persistir no
organismo e serem herdadas juntamente
com o DNA através de gerações”
● Estudos mostram que pessoas que
passaram por um trauma podem ter
descendentes naturalmente estressados por
causa disso. Note que não houve mutação
nos genes, ou seja, não houve mudanças
nas bases do DNA. Apenas mudanças
bioquímicas que ocasionaram alterações
epigenéticas e essas foram passadas aos
seus descendentes
● “A redução do cuidado materno logo após
o nascimento pode alterar a expressão de
um gene, do receptor de glicocorticóides
no hipotálamo da prole, resultado em ratos
adultos com alta expressão de estresse”. A
herança que trazemos dos nossos
ancestrais vai além do DNA que
recebemos deles