Mapeamento Gênico Humano

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MAPEAMENTO GÊNICO 
HUMANO
Curso de Biomedicina
Genética Humana e Médica
Profa. Renata Canalle
Cap. 8 – Genética Médica, 4a ed., Jorde et al., 2010
Cap. 10 – Genética Médica, 7a ed., Thompson, 2008 
Mapeamento Gênico Humano
 A identificação dos genes que causam doença é o foco central
da genética médica
 Mapeamento dos genes em locais específicos dos cromossomos
 Localização de todos os genes distribuídos entre os 24
cromossomos
 Posições relativas e distância entre os mesmos
 Útil para diagnósticos, compreensão e tratamento de doenças
genéticas
Mapeamento Gênico Humano
 A identificação dos genes que causam doença é o foco central da
genética médica
 Clonagem funcional: descreve a identificação de um gene de doença
humana pelo conhecimento de seu produto gênico e sua função, antes que
o próprio gene seja identificado. Anemia falciforme (β globina)
- purifica, determina a sequência de aa, deduz a sequência de DNA; sondas para
localizar o gene
 Clonagem posicional: descreve a identificação de um gene de doença por
sua localização no genoma humano, sem conhecer antes a sua função.
DMD, Fibrose cística, retinoblastoma, doença de Huntington (10 anos)
- mapeamento gênico e físico (marcadores genéticos, técnicas moleculares)
Mapeamento Gênico Humano
Dois tipos principais de mapeamento gênico:
 Mapeamento genético – distância entre genes determinada por
análise de ligação, onde a frequência de crossings
(recombinação) meióticos entre loci é usada para estimar a
distância entre os loci
 Mapeamento físico – envolve o uso de técnicas citogenéticas,
moleculares e computacionais para determinar as localizações
físicas reais dos genes nos cromossomos em pares de bases
Mapeamento Físico
Além dos mapas genéticos, existem técnicas para o mapeamento físico:
Mapa citológico: um diagrama de um cromossomo baseado em coloração
diferencial, o “padrão de bandeamento”, ao longo do seu comprimento;
deleções, translocações, heteromorfismos.
Mapeamento híbrido de células somáticas: o uso de células híbridas
humano-roedor contendo cromossomos humanos fusionados a
cromossomos de roedores para determinar as relações de ligação de
genes humanos.
Hibridização in situ (FISH).
Tecnologia Molecular: bibliotecas de DNA e clones de YACs; STSs (sítios
de sequências marcadas); ESTs (sequências expressas marcadas dos
genes expressos, uso de cDNA); sequenciamento direto de DNA.
Mapeamento Físico
Mapeamento Físico
“ Genes em diferentes loci são transmitidos 
independentemente de uma geração para outra ”
 Princípio da Distribuição Independente de Mendel
Válido para maioria dos pares de loci, mas não para os que 
ocupam a mesma região de um cromossomo - ditos ligados
A1
A2
B1
B2
A e B são ligados
C1
C2
herdados juntos
Locus C está em outro cromossomo
Herança independente de A e B
Mapeamento Genético : Análise de 
Ligação (Linkage)
Exceções ao Princípio Mendeliano da 
Distribuição Independente
 Morgan e seus estudantes (Alfred Sturtevant) – 1910/1911 → 
observaram que alguns pares de genes não se segregaram 
aleatoriamente de acordo com o princípio de Mendel da 
distribuição independente: tendiam a ser herdados juntos
Sugeriu que possivelmente os genes estavam situados no 
mesmo cromossomo, e assim viajariam juntos durante a meiose
 Genes proximamente no cromossomo (raramente embaralhados por
recombinação) → ficam juntos no mesmo cromossomo e tendem a ser
transmitidos juntos de uma geração para outra→ são chamados de genes
ligados → os loci são sintênicos
 Genes poucos ligados (frequentemente embaralhados pela recombinação) →
ficam distantes no mesmo cromossomo
 A variação na força de ligação indica como os genes estão posicionados ao
longo de um cromossomo, dando um modo de mapear os genes
 Ligação: descreve dois loci que estão situados perto o suficiente no mesmo
cromossomo, de modo que a sua frequência de recombinação seja menor que
50%
 A combinação de alelos (bloco) em cada cromossomo é chamada de haplótipo
Exceções ao Princípio Mendeliano da 
Distribuição Independente
Análise de ligação
 Único método que permite o mapeamento de genes que são 
detectáveis apenas como fenótipo – mapeamento genético
 Doenças onde não foi determinada a base bioquímica ou molecular
 Permite o diagnóstico de doenças genéticas ou portadores
 Determina a posição espacial relativa entre genes
 Determina a distância entre os genes de um mesmo cromossomo 
(sintênicos) baseado na taxa de recombinação entre eles 
 Baseado na família; se beneficia dos heredogramas familiares para 
acompanhar a transmissão de uma doença durante algumas poucas 
gerações (que contenha um número suficiente de meioses informativas)
Recombinação
 Formação de novas combinações de alelos por crossing over na meiose
(troca de partes entre cromossomos homólogos na meiose); que diferem das
combinações nos gametas de seus genitores (parentais)
Recombinação
A – sem crossing
B – um crossing entre A e B resulta 
em recombinação
C – um crossing duplo entre A e B
resulta em falta de recombinação
50% não recombinantes
50% recombinantes
100% sem recombinantes - parentais
Diibridismo (AaBb)
A a B b
Gametas
A B A b a B a b
25% 25% 25% 25%
Comparação Diibridismo/Ligação
distribuição independente
Comparação Diibridismo/Ligação
Ligação (AaBb)
A
B
a
b
Gametas
A
B
a
b
A
b
a
B
Parentais Recombinantes
Crossing-over ou recombinação
Recombinantes e não recombinantes
• Nesta família, há dois loci
(A e B) em que os alelos A1
e A2, B1 e B2 são
segregados.
• Caixas coloridas –
combinações de alelos que
podem ser rastreados.
• Na geração III, pode
distinguir quem rebeu
espermatozoide não
recombinantes (A1B1 ou
A2B2) ou recombinantes
(A1B2 ou A2B1).
• A mãe é homozigota (II2), e
não é possível identificar N
ou R na geração III.
R = recombinante; N = não recombinante
Comparação Diibridismo/Ligação
A. Os dois loci estão em 
cromossomos diferentes
(segregam independentes)
FR = 0,5 (50%)
B. Os dois loci estão no 
mesmo cromossomo
(mostram ligação)
FR = 0,1 (10%)
II1 – duplo 
heterozigoto
II1 – duplo 
heterozigoto
R = recombinante; N = não recombinante
Locus 1
Locus 2
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Crossing over com genes ligados
A frequência de gametas recombinantes é metade da 
frequência de crossing over
A frequência máxima de gametas recombinantes é de 50%
•Um único crossing over
metade dos gametas é recombinante
metade dos gametas é não-recombinante
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Na herança dos genes ligados, a frequência dos gametas de um
heterozigoto depende da taxa de crossing over ou taxa de
recombinação que ocorre entre os cromossomos homólogos.
 Os Gametas Parentais são formados mesmo que não haja
recombinação e aparecem em maior quantidade.
 Os Gametas Recombinantes são formados apenas se houver
crossing e aparecem em menor quantidade (freq. inferior a 50%).
 A Taxa de Crossing é expressa em porcentagem e corresponde à
frequência de gametas recombinantes formados na gametogênese.
Ligação e recombinação entre dois Genes
Loci distantes
(como se estivessem 
em cromossomos 
separados)
Loci muito próximos; 
sem crossing
(transmitidos juntos 
o tempo todo)
Dois loci suficientemente 
distantes que vai haver pelo 
menos uma recombinação 
entre eles em algumas 
meioses, mas não em outras 
Frequência de 
recombinação 
entre 0% e 50%
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Cálculo da Frequência de Recombinação
A porcentagem de prole recombinante produzida em um cruzamento 
é chamada de frequência de recombinação e expressa emporcentagem
Frequência de 
recombinação =
número de prole recombinante
número total da prole
X 100%
1
10
X 100% = 0,1 X 100% = 10%
Frequência máxima de recombinação = 50% ou 50 cM  genes não estão ligados
Mapeamento Gênico ou Genético com 
freqüências de recombinação
Frequência de recombinação – medida relativa 
da distância entre dois loci em um cromossomo.
As distâncias são medidas em unidades de mapa 
(u.m.) → 1 u.m. = 1% de recombinação
As unidades de mapa também são chamadas de 
centimorgans (cM):
1cM = 1% de recombinação ( = 0,01)
(1cM = 1Mb = 1.000 Kb = 1 milhão de pb)
Quanto menor a frequência de 
recombinação entre dois Loci, maior a 
probabilidade de estarem ligados
Mapeamento Gênico com frequências de 
recombinação
Exemplo: em um cromossomo há a seguinte freqüência de 
recombinação entre os genes A,B,C e D:
A-B  45% A-C  20% C-B  25%
B-D  5% C-D  20% A-D  40%
Qual a posição dos genes no cromossomo?
Frequência de recombinação = 50%  genes em dois loci não estão ligados, 
se distribuem independentemente → situados em grupos de ligação diferentes
Frequência de recombinação menor do que 50%  genes situados no mesmo 
cromossomo (ligados)
Mapeamento Gênico com freqüências de 
recombinação
A C D B
45cM
40cM
20cM 20cM 5cM
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Acoplamento e Repulsão (fase de ligação)
• Nos cruzamentos de genes ligados, a disposição de alelos nos cromossomos
homólogos é crítica para a determinação do resultado.
• Na ligação gênica a posição dos genes no heterozigoto (AaBb) pode ser Cis
ou Trans.
• Estas posições também podem ser utilizadas para se definir quem são os
gametas parentais e os recombinantes.
A B
a b
Posição CIS
(Acoplamento)
A b
a B
Posição TRANS
(Repulsão)
Ligação e recombinação entre dois Genes
 Acoplamento e Repulsão
A B
a b
Posição CIS
(Acoplamento)
A b
a B
Posição TRANS
(Repulsão)
Os alelos do tipo selvagem são 
encontrados em um cromossomo 
e os alelos mutantes encontrados 
no outro cromossomo
Cada cromossomo contém 
um alelo tipo selvagem e um 
alelo mutante
A, Heredograma de NF1 no qual cada membro foi tipado para o
polimorfismo 1F10. Os genótipos para este locus marcador de dois
alelos são mostrados abaixo de cada pessoa no heredograma. B,
auto-radiografia para o polimorfismo 1F10 nesta família.
A mutação causadora da NF1
deve estar na mesma cópia
do cromossomo 17 que o
alelo 1 do locus 1F10 nesta
família (acoplamento).
I
II
III
Indivíduo II-2 = N1/n2
N = alelo mutado NF1
n = alelo normal
1 e 2 = alelos de 1F10
Cromossomo 17
Recombinante N2/n2
FR = 1/8 = 12,5%
1:8 ou 12,5%
Frequências de recombinação podem ser estimadas pela 
observação da transmissão de genes em heredogramas
Transmissão da Neurofibromatose tipo 1 (NF1)
Alelo 1 ligado a mutação 
no gene NF1
A disposição de genes ligados em um cromossomo (acoplamento ou repulsão) afeta 
os resultados de um cruzamento teste. 
•Acoplamento ou em fase: gene causador da doença e marcador no mesmo cromossomo
•Determinação da fase de ligação (o cromossomo no qual cada alelo está situado) é 
uma parte importante deste procedimento
Efeito da Heterozigose e da Fase na Detecção dos Eventos de Recombinação 
A detecção dos eventos de recombinação entre os loci requer: (1) um dos genitores
seja heterozigoto (informativo) em ambos os loci e (2) que se saiba que o alelo que
se encontra no locus 1 está no mesmo cromossomo que o alelo no locus 2.
Alelos no mesmo homólogo
estão ligados (ou cis), enquanto
alelos nos homólogos diferentes
estão em repulsão (ou trans).
RP = retinite pigmentosa (AD)
Todos não recombinantes
3 crianças recombinantes
Mapeamento Gênico em Humanos
Valores LOD: logarítmo das chances
Verifica se o resultado da análise de ligação é consequência do acaso
Compara-se as probabilidades dos loci estarem ligados a uma determinada
frequência () ou não ( = 50% ou 0,5)
Proporção de probabilidades (ou “chances”):
Valor LOD = logarítmo dessa proporção
 LOD  3,0  evidência de ligação (1.000:1)
 LOD = 0  heredograma não informativo ou heterogeneidade de locus
 LOD  -2,0  evidência de que os dois loci não estão ligados
Probabilidade de observar os dados do heredograma, se  < 0,5
Probabilidade de observar os dados do heredograma, se  = 0,5
= 0 (fortemente ligados)
= 0,5 (não estão ligados)
Número grande de pessoas 
em estudo de ligação
Mapeamento Gênico em Humanos
Valores LOD: logarítmo das chances
Ligação entre tipos sangüíneos ABO e a síndrome unha-rótula foi estabelecida examinando 
famílias nas quais ambas as características se segregavam (fora de uso atualmente)
Mapeamento Gênico em Humanos
Síndrome unha-rota: distúrbio autossômico dominante caracterizado por unhas 
anormais e ausência ou rudimentos de rótulas.
13 crianças de 
reproduções, sendo 2 
recombinantes
2/13 = 0,154 → 15,4 cM 
ou u.m.
Mapeamento Gênico em Humanos
Marcadores genéticos usados para análise de ligação
Mais comuns:
• RFLPs
• Minissatélites (VNTR)
• Microssatélites (STR)
• SNP (bialélicos)
Devem ser:
• co-dominantes (homozigotos e 
heterozigotos devem ser distintos)
• Numerosos (espalhados por todos os 
cromossomos)
• altamente polimórficos (muitos 
alelos diferentes na população; 
garante genitores heterozigotos)
Os marcadores genéticos moleculares são sequências no DNA polimórfico,
heterozigotas em uma população aleatória, e que permitem a detecção de
eventos recombinacionais que ocorrem entre dois cromossomos
Mapeamento Gênico em Humanos
Marcadores genéticos usados para análise de ligação
Devem ser:
• co-dominantes (homozigotos e 
heterozigotos devem ser distintos)
• Numerosos (espalhados por todos os 
cromossomos)
• altamente polimórficos (muitos 
alelos diferentes na população; 
garante genitores heterozigotos)
Como o DNA microssatélite normalmente
não carrega informação, as adições ou
deleções de unidades repetitivas não são
selecionadas, o que proporciona alta
variabilidade de alelos
Mais comuns:
• RFLPs
• Minissatélites (VNTR)
• Microssatélites (VNTR / STR)
• SNP
Microssatélites
RFLP 
Marcadores 
genéticos podem 
ser avaliados por 
RFLP,PCR...
Marcadores para mapeamento genético humano
Strachan e Read, 2013
Mapa genético do 
cromossomo 1
citológico
cM
Mapa de 
ligação
mapa de ligação: são polimorfismos de 
repetição em tandem (STR) marcadores
- Taxas de recombinação são maiores na meiose
feminina; - distância entre os marcadores (cM) são
maiores para mulheres do que para homens; - mais
comum perto dos telômeros do que dos centrômeros
para homens; - regiões centroméricas só em mulheres.
D1S77
D = DNA
1 = cromossomo que a repetição é encontrada
S77 = lugar do locus no cromossomo
Loci marcadores numerosos
Mapa genético do 
cromossomo 1
citológico
cM
Mapa de 
ligação
Loci marcadores numerosos
• Média sexual geral da taxa de
recombinação é de 1,22 cM por
megabase
- 0,88 cM/Mb em homens
- 1,55 cM/Mb em mulheres
1 cM / Mb
Loci marcadores numerosos
• Útil e grosseiro princípio básico de aproximadamente 1 cM por Mb – regiões de 
baixa e alta recombinação
• Região pseudoautossômica em Y (2,6 Mb) – homens cruzamentos obrigatórios
Homens 1Mb = 19 cM Mulheres 1Mb = 2,7 cM
• Chr Y em outras regiões, sem mapa genético – sem crossing
• Blocos ancestrais conservados sem recombinação, sendo que os limites regiões 
preferenciais de recombinação (hotspots)
Loci marcadores numerosos
Muitas doenças importantes foram localizadas
tipando membros da família em um heredograma
quanto a loci marcadores distribuídos ao longode
cada cromossomo (300 marcadores cobrirão o
genoma), testando para ligação entre o gene da
doença e cada marcador: fibrose cística, doença
de Huntington, síndrome de Marfan e a NF1.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/guide/human/
um marcador 
dentro de 
10% de 
recombinação 
= 10 cM
Acima disso, 
necessita de 
muitas meioses 
informativas para 
ligação (19 
meioses)
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/guide/human/
RFLP (2 alelos) Microssatélite (6 alelos)
Marcador altamente polimórfico
Um gene de doença autossômica dominante está segregando nesta família. A, um RFLP de dois alelos
proximamente ligados foi tipado para cada membro da família, mas a fase de ligação não pode ser
determinada (reprodução não-informativa). B, um STR de seis alelos proximamente ligados foi tipado
para cada membro da família, e a fase de ligação agora pode ser determinada (reprodução informativa)
 Marcadores informativos = suficientemente heterozigotos
Marcador altamente polimórfico
 Marcadores informativos = suficientemente heterozigotos
(A) Todas as meioses de fase conhecida.
(B) Mesma família, mas de fase desconhecida.
A mãe, II1, poderia ter herdado tanto o alelo
marcador A1 ou A2 com a doença.
(C) Sem certeza do alelo marcador A1 herdado
com a doença ser idêntico ao da irmã II1.
Uma família na qual os marcadores A,
B, C, D e E foram tipados e avaliados
para ligação com uma mutação
autossômica dominante causadora de
doença. A recombinação é vista entre o
locus da doença e o marcador A no
indivíduo III-2 e entre o locus da doença
e o marcador D no indivíduo III-5.
A observação direta de
recombinantes entre os loci
marcadores e o locus
causador da doença pode
ajudar a estreitar o tamanho
da região que contém o
locus causador da doença.
Disponibilidade de 
muitos marcadores
Uso da Tecnologia do DNA recombinante e marcadores RFLP 
para identificar genes humanos - Doença de Huntington
Estudo baseado em duas 
famílias, Venezuela e EUA, 
ligação RFLP e o gene da HD no 
cromossomo 4.
Este estudo levou 10 anos. 
Um mapa de genes do genoma
humano com exemplos dos
distúrbios monogênicos mais
comuns ou importantes.
Sequenciamento completo do EXOMA
Sequenciamento completo do EXOMA