DNA MITOCONDRIAL

Prévia do material em texto

DNA MITOCONDRIAL E DOENÇAS MITOCONDRIAIS
Bruna Lixinski Diniz
Maiara Anschau
Histórico
Atualmente mais de 100 mutações de ponto no mtDNA e mais de 20 no nDNA são conhecidas como causas primárias ou secundárias de doença mitocondrial.
Mitocôndria: mitos –filamentos; chrondros – partículas
1946: reconhecimento como região celular responsável por metabolismo energético;
1958: primeira descrição de doença mitocondrial (Kearns e Sayre);
1963: o mtDNA foi descoberto;
1974: constatação de genes do mtDNA que codificavam proteínas na cadeia respiratória mitocondrial;
1980: a transmissão do mtDNA era por linhagem materna;
1981: sequenciamento completo do genoma mitocondrial;
1984: descoberta de genes nucleares que codificavam proteínas da cadeia respiratória mitocondrial;
1988: primeira descrição de 
uma mutação no mtDNA.
Estrutura 
Organela de forma arredondada ou alongada, presente nos citoplasma das células;
Constituição lipoproteica: fosfolipideos, triacilglicerídeos e colesterol; 
Ultra estrutura
3
Estrutura 
20% de lipídeos e 80% de proteínas;
Possui invaginações formando as cristas.
Presença de: 
-Proteínas e enzimas da cadeia respiratória mitocondrial;
-Proteínas com atividade ATP-sintetase;
-Proteínas de transporte ativo presente na membrana plasmática;
Estrutura 
Constituição: 
50% lipídeos e 50% de proteínas;
Membrana lisa;
Maior fluidez;
Função: 
Permite a entrada de proteínas do citoplasma para a mitocôndria;
Estrutura
Presença de: proteínas e enzimas do ciclo de Krebs, parte do complexo da CRM, DNAs polimerases, tRNAs, mRNAs, chaperonas e o mtDNA.
Cadeia respiratória mitocondrial
6
Estrutura
Presença de enzimas que utilizam ATP proveniente da matriz para fosforilar os nucleotídeos. 
Eletromicrografia de mitocôndria
Organização do genoma humano
DNA MITOCONDRIAL 
 
 
Molécula de cadeia dupla circular fechada;
16,6 quilobases de comprimento
(44% G+C) -> Cadeia H (G) e Cadeia L(C);
Codifica 2 RNAs ribossomais, 22 tRNA e 13 proteínas envolvidas na fosforilação oxidativa.
http://www.wikiwand.com/es/Genoma_mitocondrial
10
DNA MITOCONDRIAL 
 
 
Replicação: unidirecional começando em origens específicas das Cadeias H e L.
Replicação da Cadeia H: Região DNA 7S -> CR/D-loop
Replicação da cadeia L: intercalada entre dois genes de tRNA.
 
11
DNA MITOCONDRIAL
GENOMA MITOCONDRIAL
Transcrição: Humanos = Bactérias
Genoma: 37 genes – 28 codificados pela Cadeia H e 9 pela Cadeia L 
12
DNA MITOCONDRIAL
O genoma mitocondrial humano é extremamente compacto: todos os 37 genes mitocondriais não possuem íntrons e estão bem empacotados.
37genes
24 genes
Originam RNA não codificante como produto final;
22 genes de tRNA  22 tipos de tRNA mitocondrial;
2 genes de rRNA  16S rRNA e 12S rRNA dos ribossomos mitocondriais;
13 genes
Codificam polipeptídeos - sintetizados em ribossomos mitocondriais - produção de ATP.
13
DNA MITOCONDRIAL
Duas cópias de genes nucleares 
Centenas a milhares de moléculas de mtDNA
Variantes de mtDNA (heteroplasmia)
Mutagênese
Explicação:
Proximidade do mtDNA aos sítios de geração de ROS e um sistema de reparação mitocondrial menos complexo.
Brown, W. M., George, M., Jr., and Wilson, A. C. (1979) Rapid evolution of animal mitochondrial DNA, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 1967-1971.
14
DNA MITOCONDRIAL – GENOMA NUCLEAR X GENOMA MITOCONDRIAL
15
Subunidades codif.pelo mtDNA
Subunidades codif.pelo nDNA
 7 0	 1	 3	 2 = 13
 39 4 10	 10	 12 = 75
CADEIA RESPIRATÓRIA MITOCONDRIAL
Doenças mitocondriais
Resultam de falhas nas mitocôndrias – menor produção de energia para o corpo;
Alterações bioquímicas.
Energia na célula
Lesão e morte celular
17
Doenças mitocondriais
Difícil diagnóstico – sinais clínicos diferentes entre os indivíduos;
Convulsões, AVCs, atrasos de desenvolvimento severos, incapacidade de andar, conversar, ver e digerir alimentos;
Afeta principalmente crianças;
Diagnóstico molecular:
identificação de anormalidades no DNA (mitocondrial e/ou nuclear). 
Doenças mitocondriais
Doenças mitocondriais
Mitocôndria: 5 a 10 mtDNAs;
Célula: dezenas a centenas – dependendo do tecido;
Homoplasmia: mutação no mtDNA - 100% mutado ou 100% normal;
Heteroplasmia: mistura de mtDNA mutado e normal. 
Genética das doenças mitocondriais
A maioria é causado ​​por defeitos em genes codificados pelo DNA nuclear e seguem um padrão autossômico recessivo - irmãos afetados e pais assintomáticos;
Pais portadores - 25% de chance de filhos afetados;
A minoria de casos de doença mitocondrial está associada à herança materna - mutação no mtDNA;
mtDNA e mutações que causam diferentes estados da doença
http://www.childneurologyfoundation.org/disorders/mitochondrial-diseases/
+200 mutações no mtDNA
Classificação genética das doenças mitocondriais
1 . aparecimento esporádico (rearranjos do mtDNA – dup/del);
2. herança materna (mutações de ponto no mtDNA); 
3. herança mendeliana (defeitos do nDNA).
Aparecimento esporádico
Síndrome de Kearns-Sayre (SKS) – mais grave;
Oftalmoplegia externa crônica progressiva (OECP) – intermediária;
Síndrome de Pearson – evolui para SKS; 
mutações do mtDNA
Tríade
Oftalmoplegia
ptose
miopatia com fibras rajadas de vermelho
Deleção e duplicação do mtDNA
Gene tRNA e gene da subunidade de proteínas da cadeia respiratória.
24
https://www.umdf.org/types/
Herança materna 
Síndromes clínicas clássicas caracterizadas por mutação de ponto no DNAmt - mais frequentes são A3243G, a A8344G e a T8993G;
MERRF - epilepsia mioclônica e miopatia com fibras vermelhas irregulares – mutação A8344G; T8356C;
MELAS - encefalomiopatia mitocondrial com acidose lática e episódios de AVC – mutação elevada A3243G;
MIDD - diabetes e surdez herdados na maternidade – mutação baixa A3243G;
tRNA
26
Herança materna 
Doença de Leigh – encefalopatia necrotizante aguda – mutação T8993G ou T8993C no gene da ATPase 6 – mutação elevada T8993G/Complexo V;
NARP – neuropatia, ataxia, retinite pigmentosa – mutação baixa T8993G/Complexo V;
LHON - neuropatia óptica hereditária de Leber - mutação A11778G/Complexo I; G3460A; T14484C; 
mRNA - ATPase
27
Figure 2 The mitochondrial morbidity map
DiMauro, S. et al. (2013) The clinical maze of mitochondrial neurology
Nat. Rev. Neurol. doi:10.1038/nrneurol.2013.126
28
Herança mendeliana (nDNA)
a) defeitos em genes codificadores de proteínas estruturais da mitocôndria; 
b) defeitos diretos em genes codificadores de enzimas da cadeia respiratória;
c) defeitos em genes codificadores necessários para a montagem ou a importação de proteínas mitocondriais;
d) defeitos na sinalização intergenômica:
 mutações do mtDNA
defeitos bioquímicos na CRM
Herança mendeliana
Substituição mitocondrial para eliminar o mtDNA mutante
Referências
https://www.umdf.org/
http://www.childneurologyfoundation.org/disorders/mitochondrial-diseases/
Brown, W. M., George, M., Jr., and Wilson, A. C. (1979) Rapid evolution of animal mitochondrial DNA, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 1967-1971.
DiMauro, S. et al. (2013) The clinical maze of mitochondrial neurology Nat. Rev. Neurol. doi:10.1038/nrneurol.2013.126. 
Ibrahim E. Nasseh; Célia H. Tengan; Beatriz H. Kiyomoto; Alberto Alain Gabbai. Doenças Mitocondriais. Rev. Neurociências 9(2): 60-69, 2001.
Strachan, Tom, and Andrew Read. Genética molecular humana. Artmed Editora, 2016.
Obrigada!