Genética (Aulas 5 a 10 - Transcritas)

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AULA 5
Nas células da espécie humana, existem 23 pares de cromossomos, chamados de autossomos,  dos quais 22 pares não apresentam diferenças entre machos e fêmeas. Os dois outros cromossomos, chamados de heterossomos ou cromossomos sexuais, apresentam diferenças: enquanto as mulheres apresentam dois cromossomos sexuais perfeitamente homólogos, que foram denominados XX, os homens possuem um cromossomo X e um outro, não totalmente homólogo a X, que foi denominado Y.
Todos os gametas (óvulos) formados por meiose em uma mulher possuem o cromossomo X, enquanto os homens podem formar gametas (espermatozoides) que apresentam o cromossomo X e outros que apresentam o cromossomo Y. Por isso, dizemos que as mulheres são o sexo homogamético e os homens são o sexo heterogamético.
Nesta aula estudaremos os genes de doenças localizados nos cromossomos sexuais e nas mitocôndrias.
PADRÕES DE HERANÇA LIGADA AO X
O cromossomo X humano é um cromossomo grande, contendo cerca de 5% do DNA genômico, localizado no núcleo da célula (aproximadamente 160 milhões de pares de bases).
As doenças relacionadas com genes do cromossomo X são classificadas como doenças ligadas ao X.
A grande maioria das doenças ligadas ao X é recessiva, contudo existem algumas poucas que são dominantes.
INATIVAÇÃO DO X: Hipótese de Mary Lyon que estabelece que um cromossomo X em cada célula é inativado ao acaso no início do desenvolvimento embrionário das fêmeas.
HERANÇA RECESSIVA LIGADA AO X: Uma mutação recessiva ligada ao X é tipicamente expressa no fenótipo de todos os homens que a receberam, mas só em mulheres homozigotas.
HERANÇA DOMINANTE LIGADA AO X: Exibem padrões característicos de herança e são cerca de duas vezes mais comuns nas mulheres do que nos homens. Nessas doenças, salto de gerações são incomuns e não é vista transmissão pai-filho.
PADRÕES DE HERANÇA PSEUDOAUTOSSÔMICA
O termo herança pseudoautossômica descreve o padrão de herança observado em genes na região pseudoautossômica dos cromossos X e Y que podem ser permutados regularmente entre os dois cromossomos sexuais.
DOENÇAS PSEUDOAUTOSSÔMICAS
Os alelos para genes localizados na região pseudoautossômica podem ser transmitidos homem a homem e, dessa forma mimetizam a herança autossômica, porque podem fazer crossing-over do X para o Y.
Crossing-over: processo onde há troca de material genético entre cromossomos homólogos durante a meiose (pode também ocorrer, mais raramente, durante a meiose) produzindo, assim, uma recombinação.
 
HERANÇA MITOCONDRIAL: Herança que acarreta doenças genéticas causadas por defeitos no genoma nuclear, ou seja, distúrbios provocados por mutações do genoma mitocondrial e por manifestarem uma herança materna.
SEGREGAÇÃO REPLICATIVA: Processo pelo qual, na divisão celular, as múltiplas cópias do mtDNA em cada uma das mitocôndrias de uma célula se replicam e se distribuem aleatoriamente entre as mitocôndrias  novas que, por sua vez, segregam-se aleatoriamente nas células filhas.
HOMOSPLASMIA E HETEROPLASMIA: As várias moléculas de DNA dentro da mitocôndria podem estar em homoplasmia (cópias iguais) ou em Heteroplasmia (quando há cópias mutadas de DNA mitocondrial e outras de DNA mitocondrial normal), podendo originar doenças degenerativas.
HERANÇA MATERNA DO mtDNA: Herança que é quase exclusivamente materna. O mtDNA não está sujeito a mudanças atribuídas à recombinação genética e as únicas mudanças que carrega são as de mutações ocorridas nos indivíduos.
AULA 6 – CITOGENÉTICA CLÍNICA E CITOGENÉTICA MOLECULAR
Os cromossomos são os veículos de herança que estão localizados no núcleo da célula, nos humanos encontramos no núcleo 23 pares de cromossomos. A citogenética clínica estuda a relação entre alterações cromossômicas e doenças genéticas em seres humanos, enquanto que a citogenética molecular estuda as doenças genéticas através de novas tecnologias que combinam técnicas de citogenética e de biologia molecular.
DISTÚRBIOS CROMOSSOMICOS 
Os distúrbios cromossômicos constituem uma categoria importante de doenças genéticas, respondendo por uma grande proporção dos abortos, malformações congênitas e retardos do desenvolvimento. A maioria dessas anomalias é baseada em mudanças do número de genes ou da posição dos mesmos.
MUTAÇÕES CROMOSSOMICAS NUMÉRICAS: 
São alterações na quantidade de cromossomos. São as responsáveis pelas alterações encontradas em 3,4 de cada 1000 recém-nascidos e são as causas, também, de 96% dos abortos espontâneos ocorridos no primeiro trimestre e de 60% das alterações encontradas em nativivos.  
MUTAÇÕES CROMOSSOMICAS ESTRUTURAIS: 
São alterações na estrutura dos cromossomos. São as responsáveis pelas alterações encontradas em 2,6 de cada 1000 recém-nascidos e são as causas, também, de 4% dos abortos espontâneos ocorridos no primeiro trimestre e 15% das alterações encontradas em fetos de mães com idade superior a 35 anos.
INDICAÇÕES CLÍNICAS PARA A ANÁLISE CROMOSSOMICA
A análise do cariótipo é indicada como um procedimento diagnóstico de rotina para uma série de fenótipos específicos encontrados em medicina clínica, além de outras situações em que se faz necessário o estudo do cromossomo, tais como: 
Problemas precoces de crescimento e de desenvolvimento
Natimortos e morte neonatal
Problemas de fertilidade
História familiar de doenças cromossômicas
Neoplasia e gestação em uma mulher em idade avançada
A análise molecular do genoma pode ser realizada em qualquer material clínico adequado, desde que um DNA de boa qualidade possa ser obtido. Conheça agora os processos de análise cromossômica.
IDENTIFICAÇÃO CROMOSSOMICA: Os cromossomos humanos podem ser identificados citologicamente por uma variedade de procedimentos específicos de coloração. Contudo o método mais comum utilizado em laboratórios clínicos é a análise dos cromossomos corados pelo padrão de bandas Giemsa (padrão de bandas G).
HIBRIDIZAÇÃO IN SITU POR FLUORESCÊNCIA: Sondas específicas de DNA para cromossomos individuais, regiões cromossômicas ou genes podem ser utilizadas para identificar rearranjos cromossômicos particulares ou para diagnosticar rapidamente a existência de um número anormal de cromossomos no material clínico.
ANÁLISES CROMOSSÔMICAS E GENÔMICAS EM USO DE MICROARRANJOS: Uma amostra de DNA do indivíduo a ser testado e uma amostra de DNA de controle são dispostos em uma determinada ordem (matriz) em uma lâmina de vidro e corantes fluorescentes são associadas às amostras de DNA. Essas lâminas são então colocadas em um scanner especial que mede o brilho de cada área fluorescente.
DISTÚRBIOS DOS AUTOSSOMOS: Os distúrbios mais graves são causados pela perda ou ganhos de cromossomas inteiros, pois isso pode afetar o número de cópias de centenas ou mesmo Cada um dos nossos cromossomos tem uma estrutura característica e apresenta um padrão específico de bandas escuras e claras quando corados com produtos químicos. Essas características são conservadas em todos os seres humanos, tornando os cromossomos diferentes, fáceis de identificar e distinguir um do outro sob um microscópio. Eles definem o que é conhecido como um cariótipo normal - um conjunto normal de cromossomos:
ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS: 
Qualquer desvio do cariótipo normal, em termos de número de cromossomos ou de estrutura, é conhecido como uma anomalia cromossômica.
Metade de todos os abortos espontâneos é devido a anomalias cromossômicas, mas a incidência de nascimentos cai para menos de 1 por cento.
Os distúrbios mais graves são causados pela perda ou ganhos de cromossomas inteiros, pois isso pode afetar o número de cópias de centenas ou mesmo milhares de genes.  Poucas dessas anormalidades numéricas são compatíveis com o desenvolvimento a termo, uma vez que existe um desequilíbrio bruto dos produtos do gene. A perda de um cromossomo de um par (monossomia), ou o ganho de um cromossomo extra (trissomia) geralmente resulta em aborto espontâneo.
As anomalias cromossômicas numéricas mais comuns estão listadas na tabela abaixo:
Conheça agora alguns distúrbiosdos autossomos, bem como suas principais características.
TRISSOMIA DO 21: Conhecida também como Síndrome de Down, é a mais comum e mais bem conhecido distúrbio cromossômico cuja característica mais comum é o retardo mental.
TRISSOMIA DO 18: Foi descrita pela primeira vez em 1960 por Edward e colaboradores em recém-nascidos com malformações congênitas múltiplas e retardamento mental. Foi a segunda trissomia autossômica identificada no homem (a primeira foi a trissomia do 21) e é também conhecida como síndrome de Edwards.
TRISSOMIA DO 13: Conhecida também com síndrome de Patau, foi descrita pela primeira vez em 1657 por Bartholin e descrita em 1960 por Patau e colaboradores que a denominaram trissomia do cromossomo 13. Pode-se observar retardo mental acompanhado de graves malformações do sistema nervoso central.
OS CROMOSSOMOS SEXUAIS E SUAS ANOMALIAS:
As anomalias dos cromossomos sexuais resultam principalmente em aneuploidias que são classificadas como monossomias e trissomias, observadas em diversas anormalidades como nos cariótipos 47, XXX, 47, XXY, 47, XYY ou 45, X.
Estas são originadas principalmente a partir de erros da não disjunção durante a gametogênese, onde um espermatozóide ou um óvulo leva um cromossomo sexual extra.
Conheça agora algumas síndromes geradas por estas anomalias:
SÍNDROME DE TURNER OU MONOSSOMIA DO CROMOSSOMO
SÍNDROME DE KLINEFELTER
TRISSOMIA DO X
SÍNDROME 47, XXY
Aula 7: Fundamentos das tecnologias do DNA Recombinante
É importante que você saiba que até a década de 70, o DNA era o componente celular mais difícil de ser analisado. Sua sequência de nucleotídeos de enorme tamanho e monotonia química era geralmente analisada por meios indiretos como a sequência de proteínas e análise genética. A partir da década de 70, novas tecnologias foram desenvolvidas permitindo o isolamento e a purificação de genes específicos num processo chamado de clonagem gênica. Na verdade, muitas dessas técnicas são provenientes da Microbiologia, Bioquímica, Imunologia e Genética Microbiana e permitiram que a análise do DNA ganhasse um novo enfoque. O DNA tornou-se, então, a molécula mais fácil de ser analisada sendo possível isolar regiões específicas, obtê-las em grande quantidade e determinar a sua sequência numa velocidade de milhares de nucleotídeos por dia.
A tecnologia do DNA recombinante
Em 1972, quando a possibilidade da manipulação genética foi pela primeira vez demonstrada, novas técnicas foram desenvolvidas e permitiram avanços na análise do DNA que era o componente mais difícil de ser analisado. Sua sequência de nucleotídeos de enorme tamanho e monotonia química eram geralmente analisadas por meios indiretos como a sequencia de proteínas. 
Esse novo conjunto de técnicas é o que chamamos de Tecnologia do DNA Recombinante.
Conjunto de técnicas de clonagem de DNA que pavimentaram o caminho para as áreas modernas da genômica e da proteômica, o estudo dos genes e das proteínas em escala das células e dos organismos inteiros.
Está transformando a pesquisa básica, a agricultura, a medicina, a ecologia, a medicina forense e muitas outras áreas, embora trazendo ocasionalmente à sociedade escolhas difíceis e dilemas éticos.
A Tecnologia do DNA Recombinante ou Engenharia Genética pode ser usada para estudar mecanismos de replicação e expressão gênica, na determinação da sequência de um gene e consequentemente da proteína que ele codifica, ou no desenvolvimento de culturas microbianas capazes de produzir substâncias úteis, tais como a insulina humana, hormônio de crescimento, vacinas e enzimas industriais em grandes quantidades.
Campos de Aplicação:
Comercial
Biotecnológica
Investigação de paternidade
Diagnóstico de doenças genéticas e infecciosas
CLONAGEM DO DNA
A clonagem do DNA é o principal processo da Tecnologia do DNA Recombinante. Para compreender este processo, vamos partir da definição da palavra CLONE:
Um clone é uma cópia idêntica
Voltando à Genética, esse termo originalmente se aplicava às células de uma única espécie, isoladas e permitidas a se reproduzir para criar uma população de células idênticas.
Envolve a separação de um gene ou um segmento de DNA específico de um cromossomo maior, ligando-o a uma pequena molécula de DNA-transportados e depois replicando esse DNA modificado milhares ou milhões de vezes por meio de um aumento no número de células ou da criação de cópias múltiplas do DNA.
O resultado é a amplificação seletiva de um gene ou segmento particular de DNA.
A clonagem do DNA de qualquer organismo envolve cinco etapas gerais:
CORTAR O DNA EM LOCALIZAÇÕES ESPECÍFICAS
SELECIONAR UMA MOLÉCULA DE DNA CAPAZ DE AUTORREPLICAÇÃO
UNIR OS DOIS FRAGMENTOS DE DNA DE MANEIRA CONVALENTE
TRANSFERIR O DNA RECOMBINANTE PARA UMA CÉLULA HOSPEDEIRA
SELECIONAR OU IDENTIFICAR AS CÉLULAS HOSPEDEIRAS QUE CONTENHAM O DNA RECOMBINANTE
Para a realização da Tecnologia do DNA Recombinante podemos contar com diversas ferramentas que nos auxiliam em cada uma das etapas do processo.  Entre essas ferramentas temos:
ENZIMAS: São particularmente importantes para a tecnologia do DNA recombinante.  Temos um conjunto de enzimas que nos proporcionam tal evento; entre elas vamos destacar as ENDONUCLEASES DE RESTRIÇÃO e as DNA LIGASES.
VETORES DE CLONAGEM: Funcionam como um veículo que transporta o gene para o interior da célula hospedeira que é normalmente uma bactéria, embora outras células vivas possam ser utilizadas.
PLASMÍDEOS: São moléculas de DNA circular que se replicam separadamente do cromossomo bacteriano (trás genes extras).
BACTERIÓFAGOS: São vírus que infectam especificamente as bactérias. Tal como todos os vírus, os fagos têm uma estrutura muito simples, consistindo meramente numa molécula de DNA (ou ocasionalmente RNA) que transporta determinado número de genes, nos quais se incluem vários para a replicação do fago.
COSMÍDEOS: São plasmídeos que contêm um fragmento de DNA do fago l que inclui o sítio cos.
Outras aplicações dessa tecnologia continuam a emergir.
Aula 8: Tópicos avançados em genética
Até agora, estudamos várias anomalias congênitas e sabemos que o nascimento de uma criança com uma anomalia pode ter um importante impacto em toda a família. O diagnóstico de uma criança com anomalias congênitas é importante para a informação genética da família, como, principalmente, para problemas médicos que podem ser antecipados. O diagnóstico tem sido, até bem pouco tempo, baseado apenas em critérios clínicos, contudo os avanços da genética molecular estão desvendando rapidamente a base genética dessas síndromes congênitas, permitindo, assim, que diagnósticos possam ser mais precisos, podendo prever, em alguns casos, complicações específicas e permitindo que sejam oferecidos diagnósticos pré-natais. Também tem revelado os mecanismos relacionados a essas anomalias congênitas. Assim, esclarecido o desenvolvimento anormal, espera-se que em breve possamos contar com esse diagnóstico precoce para a prevenção e tratamento.
O conhecimento da genética do desenvolvimento que inclui os mecanismos responsáveis pelo desenvolvimento humano normal no útero é essencial para médicos realizarem uma avaliação diagnóstica de um paciente com defeito congênito.
Portanto, vamos entender o que é a Genética do Desenvolvimento, partindo do conceito de desenvolvimento.
DESENVOLVIMENTO
Compreende uma sequência de acontecimentos muito complexos que se encontram inter-relacionados, obtendo finalmente um organismo formado por várias capas de células diferentes.
GENÉTICA DO DESENVOLVIMENTO
É a parte da genética que estuda a caracterização das causas pelas quais os organismos se desenvolvem de um modo particular, devido ao impacto que exerce a expressão de seus genes.
As anomalias do desenvolvimento certamente possuem o maior impacto na saúde pública. A consulta genética e o diagnóstico pré-natal são importantes para auxiliar indivíduos que se deparam com o risco de sérios defeitos em sua prole, aumentando suas chances de terem crianças saudáveis.
Graças à genética dodesenvolvimento, pôde-se conhecer melhor grande parte dos processos que têm lugar no desenvolvimento de um zigoto até o estado adulto. Conseguiu-se isso mediante o estudo de genes de organismos modelos em seus estádios iniciais de seu desenvolvimento, pois, devido a motivos técnicos e éticos, é difícil estudar os eventos iniciais do desenvolvimento em embriões humanos.
IMUNOGENÉTICA
O estudo da genética do sistema imunológico é conhecido como imunogenética e tem se beneficiado pelos novos desenvolvimentos em mapeamento genético e clonagem para o estudo de vários genes.
Contribui para a compreensão da patogênese da inflamação crônica, doenças autoimunes e infecciosas.
Abrange também a relação entre inflamação crônica e malignidade.
GENÉTICA DO CÂNCER
O câncer é uma das doenças mais comuns e mais graves vistas na medicina clínica. As estatísticas mostram que o câncer acomete um terço da população, sendo responsável por 20% de todas as mortes e por mais de 10% do custo total em cuidados médicos.  O câncer não tratado, sem dúvida, é fatal. O diagnóstico precoce e o tratamento imediato são vitais.
O câncer é uma doença genética, independentemente de ocorrer de forma esporádica ou hereditária, pois a carcinogênese sempre inicia com danos no DNA. 
Estudos abrangendo inúmeras áreas possibilitaram uma compreensão fundamental das bases genéticas do câncer.
Aula 9: Diagnóstico molecular
A prática de diagnóstico de doenças genéticas através da análise de DNA tem se tornado frequente nos últimos 15 anos, graças aos avanços na pesquisa molecular. A transferência das técnicas desenvolvidas dentro do ambiente do laboratório de pesquisa para o consultório médico tem progredido substancialmente e hoje muitas doenças genéticas, tanto as hereditárias como fibrose cística, quanto as não hereditárias, como leucemia mieloide crônica, podem ser diagnosticadas através da análise molecular.
CONCEITUANDO DIAGNÓSTICO MOLECULAR:
O diagnóstico molecular é uma poderosa ferramenta capaz de proporcionar informações fundamentais sobre a condição do paciente e seu prognóstico, podendo também, em muitos casos, auxiliar o médico na escolha do melhor tratamento para o paciente. Além disso, em muitos casos, o diagnóstico molecular pode indicar quais indivíduos são portadores de um determinado alelo mutante, mesmo que o indivíduo em questão não apresente qualquer sintoma.
ANÁLISE MOLECULAR:
Pode ser realizada através de diferentes técnicas, que são definidas a partir de características moleculares específicas da doença em questão, tais como:
ocorrência e frequência de mutações em determinadas populações
localização da mutação;
características específicas do gene em questão;
tipo de mutação (mutação pontual, grandes deleções, inserções, etc.), entre outras.
REAÇÕES EM CADEIA POLIMERASE
A técnica de PCR tem provocado grande impacto nas principais áreas da biotecnologia: mapeamento gênico, diagnóstico molecular, clonagem, sequenciamento de DNA e detecção da expressão gênica. Atualmente, a PCR é utilizada para o diagnóstico de doenças genéticas, bem como na detecção de material genético presente em pequenas quantidades na amostra em análise.
PCR: Seu princípio básico está na capacidade de, a partir de quantidades mínimas de DNA, multiplicar uma determinada sequência, de modo que esta se torne majoritária na amostra.
Como exemplo de aplicação da PCR, temos a detecção e identificação de material genético de vírus como o HIV (vírus da AIDS) e HPV (Papiloma vírus), assim como a detecção de organismos geneticamente modificados em produtos alimentícios.
ANÁLISE COM ENZIMAS DE RESTRIÇÃO
Endonucleases, também chamadas enzimas de restrição, são proteínas bacterianas que cortam em fragmentos a longa molécula linear de DNA. As enzimas de restrição são as principais ferramentas da tecnologia do DNA recombinante, usadas pelos biólogos moleculares na manipulação do DNA.
A análise com enzimas de restrição é indispensável nas seguintes tarefas:
TÉCNICAS DE ELETROFORESE DE DNA
Os fragmentos gerados através da digestão por enzimas de restrição podem ser analisados através da técnica de eletroforese de agarose.
Aula 10: Farmacogenética, Farmacogenômica e Terapia Gênica 
Todos já ouvimos que determinado medicamento foi eficaz para uma determinada pessoa e para outra não fez efeito ou o efeito esperado. Sabemos também que o mesmo medicamento para uns não causa efeitos adversos e para outros é capaz de causar até mesmo alergias, não é verdade?
Nesta aula, vamos refletir sobre o fato de  pacientes tratados com as mais diversas drogas apresentarem variabilidade de resposta e de susceptibilidade e toxicidade a medicamentos.
A farmacogenética e a farmacogenômica tratam da influência dos fatores genéticos na resposta aos medicamentos. Como muitos outros ramos das ciências biomédicas, foram impulsionadas pelos avanços recentes da genômica que conduziram às expectativas de que a segurança e a eficácia dos medicamentos seriam melhoradas notavelmente pela personalização da terapêutica, com base nos dados genéticos dos pacientes.
FARMACOGENÉTICA:
Consiste no estudo das variações interindividuais na sequência de DNA, relacionadas com a resposta a fármacos, eficácia e segurança dos mesmos. Tem suas origens na década de 1950, com a demonstração de associações entre alterações genéticas e a metabolização de medicamentos pelo organismo.
FARMACOGENÔMICA:
Definida como o estudo da expressão de genes individuais relevantes na susceptibilidade a doenças, bem como resposta a fármacos em nível celular, tecidual, individual ou populacional, procurando também uma relação entre o metabolismo de drogas e os estudos moleculares de DNA ou RNA. Surgiu em 1995, a partir da união da farmacogenética com a genômica, da tecnologia do DNA recombinante e da biotecnologia.
Tanto a farmacogenética como a farmacogenômica buscam identificar genes que:
PREDISPONHAM ÀS DOENÇAS
MODULEM RESPOSTAS AOS MEDICAMENTOS
AFETEM A FARMACOCINÉTICA E FARMACODINÂMICA DOS MEDICAMENTOS
ESTEJAM ASSOCIADOS A REAÇÕES ADVERSAS À MEDICAÇÃO
TERAPIA GÊNICA
Durante muitos anos, o diagnóstico genético foi baseado apenas em critérios clínicos e em testes bioquímicos de produtos genéticos ou da ausência de determinados genes. Porém, os critérios clínicos são ambíguos e muita das vezes demora anos para que sejam desenvolvidos. Já os testes bioquímicos são geralmente estudos caros que requerem procedimentos invasivos, podendo ter resultados equívocos.
Os métodos moleculares utilizados atualmente evitam esse grau de incerteza.
TERAPIA GÊNICA
É a introdução de um gene em tecido somático cujo produto pode aliviar o defeito causado pela perda ou mau funcionamento de um gene vital ou de seu respectivo produto.
Para o sucesso da Terapia Gênica, são necessários dois importantes fatores:
• que não ocorra efeitos indesejáveis e
• que se mantenha a produção, em níveis desejáveis, do produto do gene introduzido.