Polimorfismo Genético UFMG

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Polimorfismo Genético 
DNA & Proteína 
 
 
Polimorfismo 
Normal 
Mutação Recombinação 
Gera novas 
combinações entre os 
alelos antigos e os 
novos 
Gera novos 
alelos (ou não) 
Reparo 
Evolução 
Polimorfismo 
Introdução 
o  Relembrando a Genética I... 
 
Gene é um termo geral que significa, grosso modo, a entidade física 
transmitida de pai para filho durante o processo reprodutivo que 
influencia os caracteres hereditários. 
 
Os genes podem existir em formas, ou estados diferentes, no mesmo 
indivíduo ou em indivíduos diferentes. Estas formas alternativas são 
denominadas Alelos. 
 
Veja. Tipograficamente, os genes são indicados em itálico e os alelos são 
comumente diferenciados por letras maiúsculas e minúsculas (A versus 
a), subscritos (A1 versus A2), sobrescritos (a+ versus a-) ou, algumas 
vezes, somente + e -. Assim, usando esses símbolos, os indivíduos 
homozigotos poderiam ser representados por qualquer uma das fórmulas: 
AA, aa, A1A1, A2A2, a+a+, a-a-, ++ ou --. Já os heterozigotos poderiam ser 
representados por: Aa, A1A2, a+a- ou +-. 
Introdução 
Assim, partindo do fato do material genético ser composto por DNA que, 
por sua vez, é composto por nucleotídeos, então, diferentes 
sequências nucleotídicas, que podem ocorrer em um gene, 
representam os alelos. 
G-C 
T-A 
Introdução 
Assim, diferentes alelos 
podem codificar cadeias 
polipeptídicas, de certa 
forma, d i ferentes . Po r 
exemplo, uma forma mutante 
do gene Beta-globina codifica 
uma cadeia pol ipept íd ica 
aberrante que tende a formar 
cristais sob baixa pressão de 
oxigênio. Isso faz com que as 
células vermelhas do sangue 
entrem em colapso, adquirindo 
a forma de uma meia-lua ou 
foice, o que dá o nome à 
doença sanguínea associada a 
essa condição, a Anemia 
Falciforme. 
Introdução 
Mas onde é que está o polimorfismo nessa história toda? 
Polimorfismo 
Se o termo polimorfismo diz respeito a várias formas, então, por 
definição, polimorfismo genético é a ocorrência, em uma 
população, de múltiplas formas de uma característica ou de 
múltiplos alelos em um locus genético. 
Polimorfismo 
Se o termo polimorfismo diz respeito a várias formas, então, por 
definição, polimorfismo genético é a ocorrência, em uma 
população, de múltiplas formas de uma característica ou de 
múltiplos alelos em um locus genético. 
Polimorfismo 
Assim, as diferenças genéticas que são comuns entre 
organismos da mesma espécie são chamadas de polimorfismos, 
enquanto as diferenças que se acumulam entre espécies constituem a 
divergência genética. 
Polimorfismo 
Um dos at r ibutos un iversa is das 
populações naturais é a diversidade 
f e n o t í p i c a . P a r a a m a i o r i a d a s 
características, muitos fenótipos diferentes 
podem ser encontrados entre indivíduos 
de qualquer população. A diversidade 
f eno t í p i c a em r e l a ç ão a mu i t a s 
características é impressionante, mesmo 
em uma observação casual. Entre os seres 
humanos, por exemplo, existe uma 
diversidade em relação à altura, o peso, à 
forma do corpo, à cor e textura dos 
cabelos, à cor da pele, à cor do olho, e 
out ros vár ios a t r ibutos f í s i cos e 
psicológicos ou habilidades. Assim, a 
variação genética, na forma de alelos 
múltiplos (polimorfismo) de muitos 
genes, existe na maior parte das 
populações naturais. 
Polimorfismo 
Entretanto, também existem diferenças no DNA (polimorfismo) entre dois 
cromossomos homólogos que não produzem fenótipos visivelmente 
diferentes, seja em virtude dessas diferenças no DNA não estarem localizadas em 
genes ou por estarem localizadas em genes, mas não alterarem o produto proteico, o 
que pode ser exemplificado por uma mutação silenciosa que se fixou naquela 
população. 
G-C 
T-A 
Polimorfismo 
o  Marcadores Moleculares 
 
As referidas diferenças na sequência de DNA (polimorfismo) podem 
ser consideradas marcadores moleculares (Alelos moleculares). 
Assim, sua localização, seus loci, podem ser mapeados (mapeamento 
genético; ligação; FR) do mesmo modo que os alelos que produzem 
fenótipos visíveis. Os marcadores moleculares são extremamente 
numerosos (são encontrados por todo o genoma) e, portanto, são muito 
úteis como marcos genômicos, um verdadeiro GPS molecular, que 
podem ser utilizados para localizar os genes de interesse tanto médico 
quanto biotecnológico. 
Polimorfismo 
o  Marcadores Moleculares 
 
As referidas diferenças na sequência de 
DNA (pol imorf ismo) podem ser 
consideradas marcadores moleculares 
(A l e l os mo lecu la res ) . Ass im, sua 
localização, seus loci, podem ser mapeados 
(mapeamento genético; ligação; FR) do 
mesmo modo que os alelos que produzem 
fenót ipos v is íve is . Os marcadores 
moleculares são extremamente numerosos 
(são encontrados por todo o genoma) e, 
portanto, são muito úteis como marcos 
genômicos, um verdadeiro GPS molecular, 
que podem ser utilizados para localizar os 
genes de interesse tanto médico quanto 
biotecnológico. 
Polimorfismo 
o  Marcadores Moleculares 
 
Mas e aí? Como é que eu faço para identificar esses polimorfismos 
tão informativos? 
Polimorfismo 
o  Marcadores Moleculares 
 
Mas e aí? Como é que eu faço para 
identificar esses polimorfismos tão 
informativos? 
 
Calma... Antes de partirmos para os 
métodos de identificação e também a 
aplicação de sequências polimórficas, 
temos que aprender outras coisas... 
 
Polimorfismo 
o  O que causa o polimorfismo? 
 
Mutações! Mutações que ocorrem, na maioria das vezes, como já 
sabemos, de forma espontânea e, por terem um efeito neutro ou 
conferirem alguma vantagem seletiva, são mantidas na população 
e assim, são passadas de uma geração para a outra. 
Polimorfismo 
o  Em qual frequência ocorre? 
 
Uma variação na sequência do DNA, encontrada em mais de 1% 
da população, é considerada um polimorfismo genético. 
Polimorfismo 
o  Quais os tipos de polimorfismo? 
 
u  Os dois principais tipos de polimorfismos são: 
 
1- Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP; do 
Inglês: Single Nucleotide Polymorphisms). 
 
2- Polimorfismos de comprimento de sequência simples 
(SSLP; do Inglês: Simple Sequence Length Polymorphisms), 
também conhecido como Repetições em tandem de número 
variável (VNTR; do Inglês: Variable Number Tandem Repeats). 
Polimorfismo 
o  Como detectá-los (já que alguns polimorfismos não tem 
correlação direta com o fenótipo)? 
 
Nos últimos 30 anos, o desenvolvimento de técnicas de Biologia 
Molecular que nos permitem isolar, cortar e sequenciar o DNA 
forneceu ferramentas úteis para detectar, quantificar e investigar a 
variação genética. Assim, a aplicação destas técnicas permitiu uma 
visão detalhada da variação genética em nível molecular. 
Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP) 
O sequenciamento de DNA demonstrou que, conforme esperado, 
as sequências genômicas dos indivíduos em uma espécie são, em 
sua maior parte, idênticas. Por exemplo, comparações das 
sequências de diferentes indivíduos revelaram que somos idênticos 
em, aproximadamente, 99,9%. Quase toda a diferença de 0,1% 
ocorre com base em diferenças de um único nucleotídeo (SNP; 
do Inglês: Single Nucleotide Polymorphisms). 
Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP) 
Veja... Em um indivíduo, uma sequência pode ser: 
 
A A G G C T C A T 
T T C C G A G T A 
 
e em outro, pode ser: 
 
A A A G C T C A T 
T T T C G A G T A 
 
Ass im, dá - se o nome de 
Polimorfismos de nucleotídeo 
único/simples (SNP) a diferenças 
(polimorfismos) envolvendo um 
único nucleotídeo (ou o par de 
n u c l e o t í d e o s q u a n d o s e 
considera a dupla fita de DNA). 
Contudo, lembre-se que para serconsiderado um polimorfismo 
essa variação na sequência do 
DNA deve ser encontrada em 
mais de 1% da população. 
Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP) 
Em seres humanos, acredita-se que 
existam, aproximadamente, 3 
milhões de SNP distribuídos, mais ou 
menos aleatoriamente, a uma 
frequência de 1 SNP a cada 300 a 
1000 bases. 
 
Contudo, a maior parte dos SNP, 
conhecidos, está localizada fora de 
genes e /ou de suas r eg i ões 
regulatórias. Sendo assim, os SNP, 
em sua maioria, não produzem 
fenótipos visíveis ou não estão 
relacionados com um característica 
mendeliana simples. 
 
Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP) 
Existem dois modos de detectar um SNP: 
 
O primeiro é sequenciar um segmento de DNA em cromossomos 
homólogos e comparar as sequencias para localizar as diferenças. 
 
Segundo é baseado na capacidade de determinadas enzimas, 
conhecidas como enzimas de restrição, de reconhecerem uma 
sequência específica no DNA e cortá-la. 
 
Como assim??? 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP): 
sequenciar um segmento de DNA 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP): 
sequenciar um segmento de DNA 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP): 
enzimas de restrição 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/simples (SNP): 
enzimas de restrição 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos de 
nucleotídeo único/simples (SNP): 
enzimas de restrição 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos 
de nuc leo t ídeo ún i co /
simples (SNP): enzimas de 
restrição 
 
Veja. Partindo do fato de 
enzimas de restrição serem 
c a p a z e s d e r e c o n h e c e r 
sequências específicas de DNA 
(sítio) e cortá-las, então, se 
houver um SNP dentro de um 
sítio de restrição, a sequência 
alvo não será mais reconhecida 
pela enzima e o corte não será 
realizado... 
 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos 
de nuc leo t ídeo ún i co /
simples (SNP): enzimas de 
restrição (RFLP) 
 
Quando um Polimorfismos de 
nucleotídeo único/simples (SNP) 
é i d e n t i f i c a d o p o r e s t a 
metodologia, passa-se, então, a 
chamá-lo de Polimorfismo de 
comprimento de fragmento 
de restrição (RFLP; do Inglês: 
Restriction Fragment Length 
Polymorfisms). 
 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
o  Detecção de Polimorfismos de 
nucleotídeo único/simples (SNP): 
enzimas de restrição (RFLP) 
 
Neste caso, haverá “dois alelos” de 
RFLP, um apresenta mais de um alvo 
para a enzima de restrição e o outro 
apresenta apenas um. 
 
A enzima de restrição cortará o DNA 
nos SNP que contém o alvo e ignorará 
o outro SNP. 
 
Os SNP são, assim, detectados como 
“bandas” (fragmentos de DNA) 
diferentes em um gel de eletroforese. 
 
 
 
Detecção de Polimorfismos de nucleotídeo único/
simples (SNP) 
Polimorfismos de comprimento de sequência 
simples (SSLP) 
Uma das surpresas da análise genômica molecular é que a maior 
parte dos genomas contém uma grande quantidade de DNA 
repetitivo. Além disso, existem muitos tipos de DNA repetitivo. 
 
Em uma extremidade do espectro estão as múltiplas repetições 
adjacentes de sequências de DNA curtas e simples. A origem 
destas repetições não está clara, mas a característica que as torna 
úteis é que, em indivíduos diferentes, existem números diferentes 
de cópias. Portanto, essas repetições são denominadas 
Polimorfismos de comprimento de sequência simples (SSLP; 
do Inglês: Simple Sequence Length Polymorphisms), também 
conhecido como Repetições em tandem de número variável 
(VNTR; do Inglês: Variable Number Tandem Repeats). 
 
Polimorfismos de comprimento de sequência 
simples (SSLP) 
O s S S L P c o m u m e n t e 
apresentam alelos múltiplos. 
Por exemplo, se há 4 alelos, 
e n t ã o h á 4 s e q u ê n c i a s 
polimórficas (do tipo SSLP) que 
variam em suas repetições 
dentro de uma população. Por 
consequência, por vezes, 
quatro alelos (dois de cada 
genitor) podem ser seguidos 
em um heredograma. 
Polimorfismos de comprimento de sequência 
simples (SSLP) 
Os SSLP comumente apresentam alelos múltiplos. Por exemplo, se 
há 4 alelos, então há 4 sequências polimórficas (do tipo SSLP) que 
variam em suas repetições dentro de uma população. Por 
consequência, por vezes, quatro alelos (dois de cada genitor) 
podem ser seguidos em um heredograma. 
Polimorfismos de comprimento de sequência 
simples (SSLP) 
o  Dentro do SSLP ainda há dois subtipos de polimorfismo: Marcadores 
minissatélites e os Marcadores microssatélites. 
 
Obs: a palavra “satélite”, neste contexto, se refere à observação de que, quando o 
DNA genômico é isolado e fracionado (migrado) em um gel de eletroforese, as 
sequências repetitivas formam uma fração que está fisicamente separada do 
restante do DNA, assim como a lua em relação à terra. 
 
u  Marcadores minissatélites: Um marcador minissatélite tem por base a 
variação no número de repetições em tandem de uma unidade de repetição 
com comprimento de 15 a 100 nucleotídeos. Em seres humanos, o 
comprimento total da unidade é de 1 a 5 Kb. 
 
u  Marcadores microssatélites: Um marcador microssatélite tem por base 
números variáveis de repetições em tandem de uma sequência ainda mais 
simples, em geral, um pequeno número de nucleotídeos tal como um 
dinucleotídeo. Em humanos, o tipo mais comum é uma repetição de CA e do 
seu complemento GT. 
 
 CA CA CA CA CA CA CA CA 
 GT GT GT GT GT GT GT GT 
Detecção de Polimorfismos de comprimento de 
sequência simples (SSLP): 
Os Polimorfismos de comprimento de sequência simples (SSLP) são 
detectados aproveitando-se da vantagem de que repetições 
homólogas, que contém números diferentes de repetições em tandem 
serão de diferentes comprimentos. 
 
Detecção de Polimorfismos 
d e c o m p r i m e n t o d e 
sequência simples (SSLP): 
Um p roced imen to comumente 
utilizado para revelar essas diferenças 
(polimorfismos) é isolar o fragmento 
de DNA através da técnica de PCR 
utilizando iniciadores (primers) que 
flanqueiam a região que contem o 
SSPL. 
De forma resumida, a técnica de PCR 
replica (amplifica em número de 
cópias de DNA) as sequências de DNA 
até que elas estejam em quantidades 
suficientes para serem visualizadas em 
um gel de eletroforese. No caso dos 
minissatélites, os padrões visualizados 
no gel são denominados “impressões 
digitais do DNA” (DNA fingerprinting) 
pois são muito diferentes de um 
indivíduo para outro. 
Detecção de Polimorfismos de comprimento de sequência 
simples (SSLP): 
Polimorfismo 
o  Demais aplicações dos polimorfismos de DNA 
 
1- Estimar o nível de variação genética em diversas populações de organismos diferentes (procariontes, eucariontes, 
organelas), no tamanho populacional, na estrutura de cruzamento ou em caracteres da história de vida. 
 
2- Examinar e entender os padrões nos quais diferentes tipos de variação genética ocorrem nos genomas. 
3- Entender os mecanismos evolutivos pelos quais a variação genética é mantida e compreender os processos pelos quais os 
polimorfismos genéticos dentro da espécie se convertem em divergência genética entre espécies. 
 
4- Utilizar as diferenças genéticas como um meio de “impressão digital do DNA” paraser capaz de identificar, de maneira única 
e exclusiva, indivíduos diferentes em uma população, para finalidades de investigação criminal, identificação pessoal, 
determinação do grau de parentesco genético, rastreamento de doenças virais e bacterianas epidêmicas, entre outros. 
 
5- Utilizar os polimorfismos genéticos como marcadores em estudos genealógicos para, através da ligação genética, identificar 
genes que são fatores de risco para doenças hereditárias em populações humanas ou que estão associadas com características 
favoráveis em animais e plantas. 
 
6- Monitorar o nível de diversidade genética em espécies-chave indicadoras, presentes em comunidades biológicas em habitats 
expostos a estresse químico, biológico ou físico. 
 
7- Utilizar os polimorfismos genéticos dentro de subpopulações de uma espécie como indicadores da história da população, dos 
padrões de imigração, entre outros. 
 
8- Entender a origem evolutiva, a expansão global e a diversificação da população humana. 
 
9- Entender os ancestrais selvagens e as práticas da seleção artificial na origem dos cruzamentos de animais e plantas. 
 
10- Analisar as diferenças genéticas entre as espécies a fim de determinar a história ancestral (filogenia) das espécies e 
rastrear a origem de adaptações morfológicas, comportamentais, entre outras. 
Polimorfismo de proteínas 
Considerando que, se há um sítio 
po l imórf ico em uma região 
codificadora do DNA, então, há a 
possibilidade deste polimorfismo 
ser re f l e t ido na sequênc ia 
aminoacídica do produto deste 
gene . Atua lmente, numerosos 
estudos examinam a variação proteica 
em uma grande var iedade de 
organismos. 
 
Polimorfismo de proteínas 
Contudo, a técnica utilizada (gel de 
eletroforese proteica; também 
conhecido por eletroforese enzimática) 
não é capaz de detectar algumas 
substituições de aminoácidos, nem 
detectar a variação genética no 
DNA que não resulta em uma 
alteração de aminoácidos de uma 
proteína (códons s inônimos e 
po l imor f i smo em reg i ões não 
codif icadoras). Desta forma, a 
eletroforese de proteína subestima a 
variação genética. 
 
Obs.: Lembre-se que o código 
genético é degenerado e, assim, mais 
de um códon pode codificar o mesmo 
aminoácido. 
 
Polimorfismo de proteínas 
Por outro lado, quando a variação 
(polimorfismo) de DNA resulta em 
uma substituição não sinônima na 
s e q u ê n c i a a m i n o a c í d i c a , é 
poss íve l , então, detectar o 
polimorfismo em termos proteicos. 
Os polimorfismos deste tipo são 
chamados de alozimas. 
Polimorfismo de proteínas 
Os polimorfismos de proteínas, em 
geral, são mais difíceis de interpretar 
do que os de DNA porque, por 
exemplo, uma mudança na sequência 
de aminoácidos de uma proteína pode 
muito bem ter algum efeito na 
sobrevivência ou na reprodução do 
organismo. 
 
Polimorfismo de proteínas 
Alguns polimorfismos de 
alozimas são mantidos 
p o r q u e o g e n ó t i p o 
heterozigoto apresenta 
maior aptidão reprodutiva. 
 
Um caso bem conhecido é 
o da Anemia Falciforme na 
África tropical, onde, a 
quase l e t a l i dade dos 
homozigotos com este 
traço é compensada pela 
resistência à Malária dos 
heterozigotos. 
 
Polimorfismo de proteínas 
Outro exemplo de polimorfismo proteico diz respeito ao sistema sanguíneo 
humano, o ABO. Os tipos sanguíneos A, B, AB e O são identificados 
testando se uma amostra de sangue com soros diferentes. 
Polimorfismo de proteínas 
Um soro detecta o antígeno A; outro detecta o B. Quando apenas o 
antígeno A está presente nas células, o tipo sanguíneo é A; quando apenas 
o antígeno B está presente, o sangue é tipo B. Quando ambos antígenos 
estão presentes, o sangue é tipo AB e, quando nenhum antígeno está 
presente, o tipo é O. 
Polimorfismo de proteínas 
O gene responsável por produzir os antígenos A e B é o locus ABO (codifica 
uma glicosiltransferase) que possui três alelos polimórficos: IA, IB e i. O 
alelo IA especifica a produção do antígeno A, o alelo IB especifica a 
produção do antígeno B e o alelo i não especifica um antígeno. 
Polimorfismo de proteínas 
A clonagem e o sequenciamento do cDNA da célula humana de 
adenocarcinoma de cólon dos fenótipos A, B e O, demonstraram que os 
dois principais alelos do gene ABO, IA e IB, diferem entre si em sete 
mutações: A297G, C526G, C657T, G703A, C796A, G803C e G930A, das 
quais apenas quatro (526, 703, 796 e 803) são responsáveis pelas 
substituições dos aminoácidos; Arg176Gly, Gly235Ser, Leu266Met e 
Gly26Ala. As duas últimas substituições são consideradas críticas na 
determinação da especificidade das glicosiltransferases. 
Polimorfismo de proteínas 
Já o alelo i possui uma estrutura idêntica ao alelo IA, com exceção de uma 
única deleção (G) no nt261 do exon 6, próximo à região N-terminal da 
proteína. Essa deleção causa a alteração na fase de leitura da sequência 
codificadora que resulta numa mutação sem sentido (cria-se um códon de 
parada precoce) nos nucleotídeos 352-354 e conduzindo à tradução de uma 
proteína de 117 aminoácidos inativa (normal ~354 aa). 
Polimorfismo de proteínas 
A heterogeneidade fenotípica do sistema sangüíneo ABO é devido ao 
polimorfismo do gene das glicosiltransferases (locus ABO), que são 
responsáveis pela transferência dos resíduos específicos de açúcar, α1,3-N-
acetil-galactosamina transferase ou a α1,3-N-galactosil transferase, ao 
substrato H, que os convertem no antígeno A ou B, respectivamente. 
Polimorfismo de proteínas 
As glicosiltransferases A e B tem estruturas similares entre si, sendo que a 
sua especificidade será determinada pelos aminoácidos localizados 
próximos ao sítio de ligação da enzima com seu respectivo açúcar. 
Polimorfismo de proteínas 
O antígeno H é um carboidrato produzido pela ação da enzima α-2-L-
fucosiltransferase codificada no locus FUT1 do cromossomo 19, na posição 
q13.3, sendo portanto, geneticamente independente do locus ABO.