Citogenética e Aberrações Cromossômicas

Prévia do material em texto

Camilla Bruno Di Nizo
BIO0230: Genética e Evolução
2015
Citogenética e aberrações 
cromossômicas
Citogenética - definição
• Todo e qualquer estudo relativo ao cromossomo
Cromossomos metafásicos mitóticos
Foto: Camilla B. Di Nizo
Morfologia dos cromossomos metafásicos
Cromátides-irmãs
Centrômero
Constrição secundária
Telômeros
Telômeros
Centrômero
• Região menos condensada 
• Liga as cromátides irmãs, divide o cromossomo em braços
Centrômero
• Sítio de ligação do cinetócoro, onde se ligam as fibras do fuso
• Cinetócoro: complexo multiproteico
Sumner, 2003
Centrômero
Monocêntricas
Cromossomo anafásico monocêntrico 
Guerra, 1988
Centrômero
Holocêntricos
• Atividade centromérica difusa ou grande número de
centrômeros ao longo do cromossomo
• Vários cinetócoros ou uma única placa ao longo de toda a
extensão da cromátide
• Migração paralela na anáfase
• Exemplos: Alguns protozoários, algas, algumas ordens de
insetos e plantas
Cromossomos anafásicos holocêntricos com vários cinetócoros (esquerda) ou com uma
única placa cinetocórica (direita)
Guerra, 1988
Centrômero
Dicêntricos
• Raros – rapidamente eliminados
• Inativação do centrômero extra ou mecanismo de
coorientação dos centrômeros
Metáfase mostrando um cromossomo dicêntrico
Morfologia dos cromossomos metafásicos
Cromátides-irmãs
Centrômero
Constrição secundária
Telômeros
Telômeros
Constrição secundária
• Durante a prófase: associados ao nucléolo (RON)
• Sítios dos genes que produzem determinados tipos de RNA
ribossomais, os quais constituirão grande parte do nucléolo
• Nem sempre visíveis em coloração comum – nitrato de prata
a)Metáfase do roedor Thrichomys apereoides
em col. comum
b)Metáfase do roedor Akodon montensis corado
com nitrato de prata
Fotos: Camilla B. Di Nizo
Morfologia dos cromossomos metafásicos
Cromátides-irmãs
Centrômero
Constrição secundária
Telômeros
Telômeros
Telômeros
• Não se distingue morfologicamente
• Extremidade livre do cromossomo
• Várias cópias do hexanucleotídeo TTAGGG
• Conservada entre diferentes organismos
Espécie Sequência Tamanho
Trypanosoma TTAGGG 36pb
Clamydomonas TTTTAGGG 4-9kb
Caenorhabditis TTAGGC 4-9kb
Xenopus TTAGGG 10–50kb
Camundongo TTAGGG 10-60kb
Homem TTAGGG 5–15kb
Tabela mostrando a sequência telomérica e seu tamanho em
diferentes espécies
Sumner, 2003
Telômeros - funções
• Manutenção da integridade estrutural do cromossomo –
impede que os cromossomos se liguem entre si
• Assegura a duplicação completa das extremidades dos
cromossomos
Obtenção dos cromossomos
• Tecidos e órgãos com crescimento e divisão rápida
In vivo
1. Medula óssea (vertebrados)
2. Baço (mamíferos)
3. Intestino (répteis)
4. Brânquias (peixes)
5. Testículo - meiose
In vitro (cultura celular)
1. Leucócitos (Linfócitos T)
+ análise rápida
- vida curta
2. Fibroblastos 
+ cultura permanente
- mais invasivo
Preparação de medula óssea e baço Cultura de fibroblasto Fotos: Camilla B. Di Nizo
Obtenção dos cromossomos
 Acúmulo de células em metáfase
 Impede a formação do fuso
1. Colchicina
Obtenção dos cromossomos
 dispersão dos cromossomos
 preservação da estrutura dos cromossomos
2. Hipotônica
3. Fixador
Análise dos cromossomos
Coloração comum:
Cora os cromossomos uniformemente
Estabelecimento do número diploide
Metáfase de marsupial Marmosops sp. (2n=14)
Fotos: Camilla B. Di Nizo
Análise dos cromossomos
Cariotipagem: 
Representação do conjunto cromossômico
Homólogos emparelhados
Cariótipo humano, 2n=46, XYMetáfase humana, 2n=46, XY
Análise dos cromossomos
Coloração comum
2n=10
???
???
Silva e Yonenaga-Yassuda, 1998
Análise dos cromossomos
Coloração comum
2n=10
Silva e Yonenaga-Yassuda, 1998
Análise dos cromossomos
Importância:
• Individualização dos cromossomos
• Observação de polimorfismos
• Outras colorações diferenciais: Banda R, Banda Q, Nitrato de prata (RON)
Bandas C
Década de 1970: era do bandamento cromossômico
Diferentes tratamentos
Heterocromatina constitutiva Padrão longitudinal - AT
Bandas G
Silva e Yonenaga-Yassuda, 1998
Análise dos cromossomos
Década de 1990: era citogenética molecular
• Localização de sequências específicas nos cromossomos
Análise dos cromossomos
Sondas: 
Sequência de DNA complementar, marcada com fluorocromo
Telomérica Centromérica Cromossômica
Silva, 1999; Miller e Therman, 2001; Ferguson-Smith e Trifinov, 2007
Análise dos cromossomos
CGH (Comparative Genomic Hybridization): Hibridação Genômica
Comparativa
• Objetivo: Detectar ganhos e
perdas de regiões genômicas
• Localização de sequencias
em excesso ou ausentes no
genoma tumoral
Caracterização do cariótipo
Número de cromossomos
• Constante na mesma espécie
• Variável entre espécies diferentes
Espécie 2n
Manihot esculenta (mandioca) 36
Culex pipiens (pernilongo) 6
Periplaneta americana (barata) 32
Passiflora edulis (maracujá) 18
Didelphis albiventris (gambá) 22
Canis familiares (cachorro) 78
Gallus domesticus (galinha) 78
Metafase e foto de Bothrops jararaca,
com 2n=36
Metafase e foto de Cycloramphus
carvalhoi, com 2n=26
Metafase e foto de Homo sapiens, com
2n=46
Metáfases cedidas por: Renata Amaro e MJJS
Caracterização do cariótipo
Tamanho dos cromossomos
• Variação gradativa
• Variação bimodal (aves e répteis)
Cariótipo de O. fornesi (roedor)
Cariótipo de Boa constrictor (jibóia)
Di-Nizo, 2013; Viana, 2015
Caracterização do cariótipo
Morfologia dos cromossomos
Caracterização do cariótipo humano
• Tjio e Levan (1956): estabelecimento do 2n humano
Metáfase humana, 2n=46, XY
Caracterização do cariótipo humano
• Conferência de Denver (1960): Patau – sugestão da organização dos 
cromossomos em grupos
Cariótipo humano, 2n=46, XY
cGrupo A Grupo B
Grupo C
Grupo D Grupo E
Grupo F Grupo G
Como distinguir um cromossomo do outro?
Caracterização do cariótipo humano
• Conferência de Paris (1971): sistema de identificação de bandas 
cromossômicas 
Idiograma humano mostrando padrões de bandas G
Cromossomos sexuais em mamíferos
Cromossomos sexuais heteromórficos
Regiões onde há 
recombinação - homólogas
Cromossomo sexual humano
Cromossomo Y
• Tamanho pequeno
• Heterocromático
• Pobre em genes
Cromossomos sexuais em col. comum 
Cromossomos sexuais em banda C
Cromossomos sexuais em mamíferos
Mecanismo de diferenciação sexual
Cromossomos Y: possui o principal gene desencadeador da sexualidade
masculina no início do desenvolvimento embrionário
• Cromossomo Y determina o sexo masculino (não importa quanto
cromossomos X existam) Ex: S. Klinefelter (2n=47, XXY)
• Ausência de Y: determina o sexo feminino. Ex: S. de Turner (2n=45, X)
Citogenética - aplicações
• Descrição/ comparação cariótipo das espécies
• Citotaxonomia
Conhecimento da Biodiversidade
Kasahara, 1996; Fagundes, 1997
Akodon cursor ou A. 
montensis?
2n=25
2n=14
2n=36 2n=35
Tropidurus gr. torquatus
Citogenética - aplicações
• Monitoramento da reprodução de animais de interesse
econômico
• Intercruzamento de espécies – produção de híbridos com
características melhoradas
Melhoramento Genético
 Grãos maiores
 Colheita mais fácil
 Crescimento em condições 
adversas
 Rearranjo 1/29 em Bos taurus
 Reduz fertilidade
Kasahara, 2009
Citogenética - aplicações
• Correlacionar patologias com alteração cariotípica
• Diagnóstico pré-natal
• Citogenética do câncer
Citogenética clínica
Variação e evolução cromossômica
“Os cromossomos não são estruturas estáveis: em 
praticamente todas as espécies encontram-se variações 
cromossômicas quedesempenham papel importante na 
sua evolução”
Variação e evolução cromossômica
1.Numéricas
2. Estruturais
• Poliploidia
• Aneuploidia
• Cromossomos supernumerários (Bs)
• Deleção
• Duplicação
• Inversão
• Translocação
• Isocromossomos
• Fusão
Variação e evolução cromossômica
1.Numéricas
• Poliploidia
• Aneuploidia
• Cromossomos supernumerários (Bs)
Fáceis de serem observadas
Efeito mais drástico para o indivíduo
Variação numérica - Poliploidia
• Conjuntos cromossômicos extras 
• Exemplo: triploide (3n), tetraploide (4n)
Variação numérica - Poliploidia
• Raro em animais (distúrbios no mecanismo de determinação 
do sexo)
• Importante na evolução cromossômica de plantas
• Poliploides tendem a ser maiores
triploide
tetraploide
octaploide
Variação numérica - Poliploidia
Autopoliplóide
Alopoliplóide
Várias cópias de um único 
conjunto cromossômico
Várias cópias de dois ou mais 
conjuntos cromossômicos 
diferentes
Tipos:
Variação numérica - Poliploidia
Origem
• Erros meióticos: formação e fusão de gametas não
reduzidos
• Erros mitóticos: duplicação dos cromossomos duas ou mais
vezes entre as mitoses (endomitose)
Variação numérica - Aneuploidia
• Alteração no número básico de cromossomos da espécie
(sem ser um múltiplo exato)
Hiperdiploidia: 2n+1
Hipodiploidia: 2n-1
Variação numérica - Aneuploidia
Exemplo 1: trissomia do 21 (Síndrome de Down – 2n=47, XX ou XY + 21) 
Cariótipo de um homem 2n=47, XY + 21
Variação numérica - Aneuploidia
Exemplo 1: trissomia do 21 (Síndrome de Down – 2n=47, XX ou XY + 21) 
Fenótipo
• Baixa estatura
• Retardo mental
• Cardiopatia congênita
Incidência: 1 em 800 nascimentos
Cariótipo de um homem 2n=47, XY + 21
Variação numérica - Aneuploidia
Essa incidência aumenta com a idade materna
Exemplo 1: trissomia do 21 (Síndrome de Down – 2n=47, XX ou XY + 21) 
Idade materna (anos) Incidência
<20 1:2500
20‐25 1:1600
25‐30 1:1200
30‐35 1:850
35‐40 1:300
40‐45 1:100
>45 1:50
Incidência de Síndrome de Down por trissomia livre do 
21, segundo a idade materna
Relação entre idade materna e incidência da trissomia
livre do 21 ao nascimento e no momento da
amniocentese Thompson e Thompson, 2008
Variação numérica - Aneuploidia
Exemplo 2: Trissomia do 13 (Síndrome de Patau – 2n=47, XX ou XY, +13)
Outras doenças humanas produzidas por trissomias:
Cariótipo de uma mulher 2n=47, XX + 13
• Deficiência mental severa
• Fissura labial ou palatina
• Anomalia cardíaca
• Polidactilia
50% morrem no primeiro mês de vida
Incidência: 1 em 6.000 nascimentos
Variação numérica - Aneuploidia
Exemplo 3: Trissomia do 18 (Síndrome de Edward – 2n=47, XX ou XY, +18)
Outras doenças produzidas por trissomias:
Cariótipo de um homem 2n=47, XY + 18
• Hipertonia muscular
• Atraso psicomotor grave
• Micrognatia
• Anomalia cardíaca
• Mãos fechadas
• Tendência sobreposição dos dedos 
50% óbitos no segundo mês de vida
Incidência: 1 em 4.000 nascimentos
Variação numérica - Aneuploidia
Exemplo 4: Síndrome de Klinefelter – 2n=47, XXY
Outras doenças produzidas por aneuploidias:
Cariótipo de um homem 2n=47, XXY
Incidência: 1 em 600 nascimentos
Fenótipo
Variação numérica - Aneuploidia
Exemplo 5: Monossomia do X (Síndrome de Turner - 2n=45, X) 
Incidência: 1 em 3.500 nascimentos
Cariótipo de uma mulher 2n=45, X Fenótipo
Variação numérica - Aneuploidias
Causas
• Não disjunção na gametogênese materna ou paterna
Meiose normal
Não-disjunção
Meiose 1
Gametas com 
cromossomos
duplicados
Gametas com 
cromossomos
ausentes
Variação numérica - Aneuploidias
Causas
• Não disjunção na gametogênese materna ou paterna
Meiose normal
Não-disjunção
Meiose 2
Gametas com 
cromossomos
duplicados ou 
ausentes
Gametas 
normais
Variação numérica - Aneuploidias
Causas
• Não disjunção na primeira clivagem do zigoto normal
Mosaico
Genomas diferentes em um mesmo indivíduo
Mesma origem
Thompson e Thompson, 2008
Variação numérica - aneuploidias
Considerações
• A trissomia é mais frequente, provavelmente porque excesso
de genes repetidos é menos deletério que a hemizigose
• As aneuploidias dos cromossomos sexuais são mais
frequentes e menos prejudiciais
• Nas aneuploidias humanas, o gameta incorretamente
reduzido é mais frequentemente o óvulo
Variação numérica – Cromossomos B
• Extras – não estão presentes em 100% da população
• 15% dos eucariotos
• Varia entre indivíduos da mesma população e entre células do mesmo
indivíduo
• Comportamento meiótico irregular
• Não sofrem recombinação
• Presença de genes
Cariótipo de Characidium gomesi Cariótipo de Blarinomys breviceps Cariótipo de Nectomys rattus
Silva, 1994; Ventura et al., 2012; Serrano, 2015
Variação e evolução cromossômica
1.Numéricas
2. Estruturais
• Poliploidia
• Aneuploidia
• Cromossomos supernumerários (Bs)
• Deleção
• Duplicação
• Inversão
• Translocações
• Isocromossomos
• Fusões
Variação estrutural
• Variações no tamanho dos cromossomos, posição dos 
centrômeros, quantidade de DNA
• Melhor toleradas pelo organismo
50% dos abortos são 
devidos à alterações 
cromossômicas 
47% variações numéricas
3% variações estruturais
Variação estrutural - Deleções
• Perda de um pedaço do cromossomo (sem incluir o
centrômero)
• Terminal ou intersticial
Variação estrutural - Deleções
Exemplo 6: deleção do braço curto do cromossomo 5 
(Síndrome do Cri du Chat – 2n=46, XX ou XY, del 5p)
• Choro semelhante a miado de gato
• Microcefalia
• Hipertelorismo (olhos afastados)
• Micrognatia 
• Retardo mental 
Fenótipo de uma criança afetada
Mapa do fenótipo cariótipo do
cromossomo 5 humano
Thompson e Thompson, 2008
Variação estrutural - Deleções
Cromossomo em anel:
Deleção de ambos os telômeros seguida de fusão das
extremidades
• Não são mantidos por mais de uma 
geração
• Dificuldades de divisão meiótica
• Humanos: associados a patologias
Variação estrutural - Duplicações
Repetição de um segmento cromossômico qualquer
Duplicação em tandem
Variação estrutural - Duplicações
Exemplo 7: Fenótipo “bar” de Drosophila melanogaster
• Duplicação da região do 
cromossomo X
• Forma ovalada (selvagem)
• Forma de barra (duplicado)
Origem das duplicações e deleções
• Deleções: quebras e eliminação cromossômica
• Deleções/ Duplicações: Pareamento meiótico incorreto,
seguido de permuta desigual
Consequências meióticas das duplicações e deleções
Formação de alças que permite o pareamento de todo o
cromossomo
Configuração paquitênica de heterozigotos para deleções e duplicações
Guerra, 1988
Duplicações e deleções
• A carência de um segmento cromossômico é mais prejudicial
que um segmento em excesso
• Duplicações: papel importante na evolução – fonte de
matéria-prima para a formação de novos genes
Variação estrutural - Inversões
Cromossomo é rompido em dois pontos e reorganiza-se de
forma invertida
PericêntricaParacêntrica
Inversões: consequências meióticas
• Formação de alça de inversão
• Assinapse na região invertida
• Pareamento normal
Inversão: consequências meióticas
Meiose heterozigoto para inversão paracêntrica
Crossing-over na alça de inversão dá origem a gametas com cromossomos 
acêntricos e dicêntricos
Normal
Inversão: consequências meióticas
Meiose heterozigoto para inversão paracêntrica
Crossing-over na alça de inversão dá origem a gametas com cromossomos 
acêntricos e dicêntricos
Com inversão
Inversão: consequências meióticas
Meiose heterozigoto para inversão paracêntrica
Crossing-over na alça de inversão dá origem a gametas com cromossomos 
acêntricose dicêntricos
Dicêntrico
Acêntrico
Inversão: consequências meióticas
Meiose heterozigoto para inversão pericêntrica
Crossing-over na alça de inversão dá origem a gametas com duplicações e 
deleções
Normal
Inversão: consequências meióticas
Meiose heterozigoto para inversão pericêntrica
Crossing-over na alça de inversão dá origem a gametas com duplicações e 
deleções
Com inversão
Inversão: consequências meióticas
Meiose heterozigoto para inversão pericêntrica
Crossing-over na alça de inversão dá origem a gametas com duplicações e 
deleções
Duplicações e 
Deleções
Variação estrutural - Translocação
Transferência de um segmento de um cromossomo para outro 
não homólogo
Recíproca
Simples Não há perda/ 
ganho de material 
genético
Redistribuição
Variação estrutural – Translocação Robertsoniana
Fusão de dois cromossomos acrocêntricos ou telocêntricos pela 
região do centrômero
+ =
Translocação Robertsoniana ou Fusão 
cêntrica
Variação estrutural – Translocação Robertsoniana
Exemplo 8: Translocação 14/21 em cromossomos humanos
Cariótipo de uma mulher com translocação
recíproca equilibrada - 45, XX, t(14;21)
Translocação recíproca 
equilibrada
Fenótipo normal
Variação estrutural – Translocação Robertsoniana
Exemplo 8: Translocação 14/21 em cromossomos humanos
Cariótipo 2n=46, XX ou XY, rob 
(14;21)+21
• Alto índice de reincidência 
Thompson e Thompson, 2008
Consequências meióticas: Translocações
• Pareamento em forma de cruz
• Segregação ocorre de 3 maneiras
Snustad e Simmons, 2013
Translocações - consequências meióticas
Disjunção adjacente I
• Centrômeros que migram para o mesmo polo 
são de cromossomos diferentes
• Deficiência e duplicação de genes
Disjunção adjancente II
• Centrômeros que migram para o mesmo polo 
são homólogos
• Deficiência de genes
Disjunção alternada
• 100% de gametas viáveis (balanceados)
• 50% translocado
• 50% normais
Snustad e Simmons, 2013
Variação estrutural – Isocromossomos
Cromossomos metacêntricos que apresentam os dois braços 
exatamente iguais com relação ao conteúdo gênico
Origem:
• Fusão cêntrica entre homólogos telocêntricos
• Quebra do centrômero e fusão entre as cromátides-irmãs
Isocromossomos
Variação estrutural – Fusão em tandem
Várias fusões seguidas em um mesmo cromossomo
• Importante na evolução cromossômica das espécies
• Confere redução do número diploide
Muntjac chinês
Muntiacus reevesi
Muntjac indiano
Muntiacus muntjak
• Comparação padrão de BG
• FISH sondas cromossomicas 2n= 46
2n =6 ♀; 2n=7 ♂
Variação estrutural – Fusão em tandem
Várias fusões seguidas em um mesmo cromossomo
• Importante na evolução cromossômica das espécies
• Confere redução do número diploide
Muntjac chinês
Muntiacus reevesi
Muntjac indiano
Muntiacus muntjak
Fusão em tandem 
2n= 46 2n =6 ♀; 2n=7 ♂
Wang e Lan, 2000
Evolução cariotípica
Qual o papel dos rearranjos cromossômicos na evolução 
das espécies?
• Muito difícil reconhecer se uma determinada alteração
cromossômica está relacionada à diferenciação das
espécies ou se é apenas uma diferença que se
estabeleceu paralela ou posteriormente à separação das
espécies
Evolução cariotípica
Variações transmitidas aos descendentes
Geram os polimorfismos cromossômicos
Polimorfismo cromossômico: 
duas ou mais formas diferentes para 
um mesmo cromossomo
Cariótipo de O. nigripes (roedor) com polimorfismo no par 3
Di-Nizo, 2013
Evolução cariotípica
 Alterações cromossômicas podem ter algum efeito
adaptativo ao meio, mesmo quando não causam alterações
fenotípicas aparentes
 Alterações cromossômicas podem gerar barreiras
reprodutivas
 Podem transformar uma população em subpopulações,
concorrendo para o processo de especiação
Restringe o fluxo gênico 
entre os indivíduos de uma 
população
Obrigada