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UC: GENÉTICA Princípios de Citogenética Profa. Dra. Katia Pellegrino Depto. Ciências Biológicas katia.pellegrino3@gmail.com Bibliografia: Cap. 3- Griffiths (pag. 27-30- 9ª. ed) Cap. 2- Pierce (pág. 16-22) Texto: A Citogenética (Kavalco, 2003) Como surgiu a Citogenética? • Desde 1866 – estudos mitose e meiose em diferentes organismos •1887: Teoria da Herança de August Weismann - cromossomos envolvidos com a herança August Weismann Primeiras ideias sobre cromossomos Final século XIX •1900: Redescoberta das Leis de Mendel (Correns, De Vries, Tschermak) • 1903: estudos Citologia •1904: estudos de T. Morgan T. Boveri W.Suton G. Mendel T. Morgan Primeiras ideias sobre cromossomos Teoria Cromossômica da herança: relaciona cromossomos com as leis mendelianas Surgimento da área conhecida como Citogenética Definição: compreende todo e qualquer estudo relativo ao cromossomo isolado ou em conjunto, condensado ou distendido, tanto no que diz respeito a morfologia, organização, função, replicação, quanto a variação e evolução. Guerra (1988) Qual o objetivo da citogenética? Termo “cromossomo” estruturas em células metafásicas de Eucariotos Existe diferença na organização dos genomas de Procariotos e Eucariotos?? • Cromossomo único • Ausência de proteínas histônicas (exceto Arqueobactérias) Procariotos Cromossomos e Cromatina Eucariotos: diplóides (maioria dos animais e vegetais superiores) Alguns poliplóides - múltiplas cópias dos cromossomos Cromossomos e Cromatina Complemento haplóide do genoma humano: ~1.000 mm de DNA 23 cromossomos (15 a 85mm de DNA) Como todo esse DNA pode estar num núcleo de 0.006 mm de diâmetro??? 46 cromossomos: 2m de DNA!!! Complexo DNA + proteínas (básicas e ácidas) = CROMATINA Nucleossomo: unidade básica da cromatina (Kornberg, 1974) Ligados entre si pela histona H1 Organização da Cromatina Importância da histona H1 Níveis de empacotamento da Cromatina: resumo 1 2 3 4 5 Pu rv e s e c o l., 2 0 0 2 Como observar os cromossomos? Qual a fase do ciclo celular ideal para observar os cromossomos? Purves e col., 2002 ** Como obter os cromossomos? Metáfases de cromossomos humanos em coloração com corante Giemsa (convencional) Aumento 10x Aumento 10x Aumento 1000x Número de Cromossomos Complemento cromossômico característico de cada organismo Cariótipo: número, tamanho e morfologia dos cromossomos Número de cromossomos varia entre espécies Verme Parascaris: 2n=2 Planta pteridófita Ophioglossum: 2n=1.260 Cromossomo Metafásico de Eucariotos Estrutura dos Cromossomos Metafásicos 1 Molécula de DNA + proteínas CADA CROMOSSOMO EUCARIÓTICO NÃO-REPLICADO CONTÉM APENAS UMA MOLÉCULA DE DNA ALTAMENTE EMPACOTADA!!! Regiões dos Cromossomos Centrômero Composto de DNA altamente repetitivo em muitos mamíferos Centrômero Estrutura importante do centrômero Cinetócoro Fuso mitótico Cinetócoro: complexo de proteínas Número de centrômeros Mais raros - cromossomos policêntricos, acêntricos (perdidos) Cromossomos: monocêntricos Ex: Roedor Akodon sp 2n=10 Posição dos centrômeros define morfologia dos cromossomos Centrômero na ponta do cromossomo? * *Nomenclatura mais adotada Morfologia dos Cromossomos Classificação de Levan e col. (1964): 4 tipos cromossômicos em relação à razão de braços (RB) RB= medida do maior braço (q) medida do braço menor(p) TIPO CROMOSSÔMICO RAZÃO DE BRAÇOS metacêntrico RB = 1,00 - 1,70 submetacêntrico RB = 1,71 - 3,00 subtelocêntrico RB = 3,01 - 7,00 acrocêntrico RB > 7,01 Metacêntrico Submetacêntrico Acrocêntrico Classificação Cromossomos Humanos p/p+q x100 Montagem do Cariograma Humano A B C D E F G Coloração Convencional (corante Giemsa) Grupos (A-G) tamanhos distintos Como identificar com precisão os pares de cromossomos homólogos nos cariótipos das espécies? Diferenciação longitudinal dos cromossomos em bandas Bandas G: bandas escuras e claras após tratamento com uma enzima (tripsina) + Giemsa (corante) Padrões de Bandeamento Finalidade: • identificação de cromossomos homólogos; • identificação de rearranjos cromossômicos (mutações em grande escala) Padrões de Bandeamento Metáfases e Cariograma Humano ♂ XY Bandeamento G Grupo D Grupo B Grupo C Grupo A Grupo E Grupo F Grupo G Identificação dos Cromossomos Homólogos Bandeamento G O que representam as bandas?? Sabe-se que.... Bandas G claras = ricas em GC Bandas G escuras = ricas em AT Bandeamento G Bandas refletem compactação diferencial da cromatina e não conteúdo de bases do DNA!!! Entretanto..... Cromatina dos cromossomos apresenta diferentes características de compactação e de coloração quando usamos corantes que reagem com o DNA Heterocromatina: mais compactada, densamente corada (genes inativos?) Núcleo interfásico Eucromatina: menos compactada, pouco corada (genes ativos) Eucromatina e Heterocromatina Posição da heterocromatina constitutiva (hc) em Drosophila hc = regiões centroméricas teloméricas dos cromossomos (azul) Drosophila 2n=8 Bandas em cromossomos politênicos Drosophila 2n=8 Cromossomos replicam muitas vezes sem separação Heterocromatina constitutiva nos cromossomos humanos Técnica: Bandeamento C Cora regiões ricas em DNA altamente repetitivo Bandas C – regiões centroméricas Heterocromatina constitutiva em outros vertebrados Bandas C – regiões centroméricas e teloméricas Procellosaurinus Outras regiões importantes dos Cromossomos Regiões dos Cromossomos Organizadores Nucleolares (RON): contêm genes para RNAr Cromossomo 2 de tomate com RON ou NO (inglês) * Papel importante na fisiologia e organização do nucléolo * Na intérfase: região que corresponde à cromatina associada ao nucléolo * RONs em constrições secundárias * Coloração pelo AgNO3 Cinco pares com RON na espécie humana: grande produção de RNAr RONs na espécie humana: coloração com AgNO3 Núcleos interfásicos Regiões dos Cromossomos Telômeros: contêm seqüências específicas conservadas Em eucariotos: repetição em tandem do hexanucleotídeo (TTAGGG)n Função importante: manutenção da estrutura dos cromossomos, prevenção do encurtamento e perda de genes ativos. FISH sequências teloméricas Telômeros Enzima telomerase evita encurtamento dos telômeros Adição de molde de RNA não codificante à ponta 3’ da dupla hélice 3’ 5’ 5’ 3’ Citogenética Molecular • Localização de genes ou de seqüências de DNA repetitivo • Comparação de cariótipos • Identificação de rearranjos cromossômicos Hibridação Fluorescente in situ ou FISH Principais etapas da FISH Hibridação Fluorescente in situ FISH Sonda específica para detectar um geneespécifico Gene da proteína muscular- distrofina Citogenética Molecular: pintura cromossômica Técnica hibridização in situ com fluorescência (FISH)- sondas fluorescentes Aplicações dos estudos cromossômicos • Genética Clínica • Genética Evolutiva •Mutagênese Ambiental Aplicação dos estudos cromossômicos Genética Clínica Amniocentese: procedimento médico que permite obter células fetais para testes genéticos Aplicação dos estudos cromossômicos Genética Clínica Identificação de alterações cromossômicas Trissomia Cromossomo 21 Aplicação dos estudos cromossômicos Genética Clínica Deleção parcial do cromossomo X Aplicações dos estudos cromossômicos Genética Evolutiva •Comparação dos cariótipos entre diferentes espécies •Identificação de *homeologias entre espécies derivadas de um ancestral comum *Semelhanças entre os cromossomos de espécies diferentes Comparação entre os cromossomos humanos e dos chimpanzés Submetacêntrico Metacêntrico Rearranjo cromossômico Comparação entre cariótipos inteiros Akodon cusor 2n=16 2n=10 Mutagênese Ambiental Agentes mutagênicos: alteram a seqüência de bases do DNA aumentam a freqüência de mutações Carcinogênese Avaliação do potencial genotóxico dos poluentes ambientais: amostras de humanos ou animais silvestres que vivem em locais contaminados ou expostos a susbtâncias tóxicas MacBee e cols. 1987: Chromosomal aberrations in native small mammals (Peromyscus leucopus and Sigmodon hispidus) at a petrochemical waste disposal site: I. Standard karyology Arch. Environ. Contam. Toxicol.
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