Citogenética: Estudo dos Cromossomos Humanos

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Escola de Saúde e Medicina 
Disciplina de Genética e Biotecnologia 
Universidade Católica de Brasília 
2/2019 
Professores Fabrício Costa, Rinaldo Pereira, Robert Pogue e Sérgio Alencar 
Tema 2: Um genoma, muitas possibilidades 
Aula 6: Citogenética 
Temas principais: 
 O estudo do número e estrutura dos cromossomos pelo método de bandeamento 
cromossômico 
 O cromossomo revelado pelo método de bandeamento 
 O cariótipo humano normal 
 Variações numéricas envolvendo o conjunto haploide de cromossomos (Euploidias) 
o Consequências 
 Variações numéricas envolvendo cromossomos individuais (Aneuploidias) 
o Síndromes associadas 
Ao final desta aula o estudante deve: 
 ser capaz de descrever os passos necessários para a obtenção de um cariótipo humano 
utilizando o método de bandeamento cromossômico utilizando o tratamento com tripsina e 
coloração com Giemsa; 
 ser capaz de utilizar termos de nomenclatura básica para indicar um cariótipo normal e um 
cariótipo com alterações numéricas e estruturais; 
 entender as aneuploidias (trissomias e monossomias); 
 
1. Introdução 
Na primeira parte do nosso curso, nós aprendemos que os cromossomos representam a 
unidade física da herança. Ou seja, a partícula hereditária de Mendel está localizada fisicamente nos 
cromossomos. Aprendemos também que a partícula hereditária (gene) descrita por Mendel é 
equivalente a uma sequência de DNA (dupla hélice) que é transcrita em mRNA e depois traduzida em 
uma sequência de aminoácidos. Através do processo de enovelamento, a proteína representada por 
essa sequência de aminoácidos irá adquirir estruturas secundárias que garantirão sua capacidade de 
desempenhar um papel bioquímico dentro do organismo. No contexto Mendeliano, quando uma 
cópia do gene apresenta variação em sua sequência (transmitida ou pela mãe ou pelo pai),) e esta 
variação presente em uma única cópia é suficiente para levar a manifestação de um fenótipo, dizemos 
que estamos tratando de uma característica com fenótipo dominante. Quando é necessário que as 
cópias em ambos os cromossomos (transmitidos por ambos os genitores) tenham uma variação 
relacionada a uma alteração na proteína, dizemos se tratar de uma característica com fenótipo 
recessivo. 
Um aspecto importante na construção do conhecimento que redundou em aceitar os 
cromossomos como unidade física da herança foi a observação de que o número de cromossomos e 
 
 
sua estrutura representa uma especificidade do organismo em estudo, e que eram os cromossomos 
os portadores da informação necessária para o organismo se tornar o que ele deveria ser. Então, 
desenvolver técnicas e métodos para o estudo dos cromossomos foi um desafio para os pesquisadores 
no início do século XX. 
 
2. Histórico da Citogenética para o estudo dos cromossomos em Humanos 
 
2.1. Do número correto de cromossomos em humanos às primeiras síndromes associadas a 
alterações no número e em estrutura dos cromossomos 
 
Historicamente, os trabalhos que primeiramente relatam o número de cromossomos em 
humanos remontam ao final do século XIX. Naquela época, os métodos para o estudo do número dos 
cromossomos durante a mitose ainda eram bastantes rudimentares e tinha-se bastante dificuldade 
de acesso a amostras humanas com células em alta atividade mitótica (importante para visualização 
dos cromossomos). Há relatos de que pesquisadores neste período tinham que esperar a execução de 
criminosos para ter acesso aos seus testículos, de onde conseguiam as espermatogônias que eram 
processadas para a contagem dos cromossomos. Com a utilização destes métodos, os pesquisadores 
daquela época descreviam que o número de cromossomos encontrados em tecido germinativo 
humano era constituído por 48 cromossomos. Em 1920, Theophilus S. Painter publicou o trabalho que 
consolidou naquela época o número total de cromossomos em células diploides humanas como sendo 
48. Este número persistiu na literatura até os anos 50, quando alguns avanços importantes permitiram 
a análise de cromossomos humanos em preparações com qualidade superior àquelas utilizadas 
anteriormente. 
Credita-se a dois pesquisadores, Joe Hin Tjio e Albert Levan (1953), a publicação do primeiro 
trabalho onde o número de cromossomos em células humanas foi descrito como sendo 
inequivocamente 23 pares. Metodologicamente, o trabalho de Tijio e Levan se aproveitou do 
desenvolvimento da cultura de células, da utilização de colchicina e do condicionamento das células 
em um meio hipotônico. Com a possibilidade de utilizar amostras de células embrionárias cultivadas, 
resolvia-se parcialmente o problema de escassez de material. No entanto, ainda era necessário ter 
acesso a embriões abortados. A utilização da colchicina aumentava o número de células com núcleo 
em metáfase (cromossomos no estado máximo de condensação, mais fáceis de analisar) . Hoje 
sabemos que a cochicina inibe a polimerização das proteínas do fuso mitótico. Ou seja, com a 
utilização da colchicina, tinha-se mais núcleos com cromossomos altamente condensados para serem 
corados com orceína acética. O condicionamento das células em meio hipotônico permitia a obtenção 
de um espalhado de cromossomos, minimizando a sobreposição entre eles (Figura 1). Com a 
publicação do trabalho de Tijio e Levan, caía por terra o conhecimento estabelecido por mais de 30 
anos de que o número de cromossomos em humanos era 48. O número de 46 cromossomos em 
células diploides foi confirmado em vários outros trabalhos publicados entre 1956 e 1959. 
 
 
 
Figura 1 – Metáfases apresentadas em Tijio e Levan, 1956 (https://goo.gl/Z5vgGg). Em (a) são 
mostrados cromossomos no início da metáfase e em (b) são mostrados cromossomos na 
fase final da metáfase. 
 
Com a demonstração inequívoca de que o número de cromossomos em células humanas 
diploides era 46 e não 48, além do conjunto de métodos que permitiam o cultivo de células, o acúmulo 
 
 
de mitoses e o espalhamento dos cromossomos para coloração e observação do número de 
cromossomos, nascia a citogenética clínica. O nascimento desta área de estudo é marcado pela 
publicação do trabalho de Lejune, Gautier e Turpin, em 1959, em que foi demonstrada a presença de 
um cromossomo autossômico extra em um paciente com Síndrome de Down. Neste mesmo ano, um 
grupo de pesquisadores da Universidade de Edinburgo publicaram resultados semelhantes em quatro 
pacientes com Síndrome de Down. O ano de 1959 ainda foi marcado pela demonstração de que uma 
alteração no número de cromossomos X estava associada à Síndrome de Turner (em mulheres) e à 
Síndrome de Klinefelter (em homens). E em 1960, outras alterações no número de cromossomos 
autossômicos – hoje conhecidas como Síndrome de Edwards e Síndrome de Patau -, foram descritas. 
 
Em 1960 a demonstração de que a utilização da fitohemaglutinina funcionava como um potente 
agente mitogênico para leucócitos permitiu a utilização de amostras de sangue na análise 
citogenética. Este momento marca um ponto importante na consolidação da citogenética clínica. 
Então, tecnologicamente tinha-se o cultivo de células estimuladas com fitohemaglutinina, a utilização 
da colchicina, a utilização de solução hipotônica e a coloração dos cromossomos metafásicos. 
Com este conjunto de avanços tecnológicos, a aplicação da citogenética clinica permitia avaliar 
o número de cromossomos e a identificação de alterações estruturais que envolviam grandes regiões 
cromossômicas , como alterações do tipo deleções (Figura 3) e a demonstração de translocação (fusão 
entre cromossomos) como causa da Síndrome de Down. 
 
 
 
Figura 3 – Cariogramas apresentados em publicação de Lejune et al., 1963 (https://goo.gl/W5Moyz).Este trabalho é considerado a primeira demonstração de uma deleção cromossômica associada a uma 
doença. (A) e (B) representam cariogramas de dois pacientes distintos apresentando quadro clinico 
semelhante e deleção do braço curto do cromossomo 5 (setas). 
 
 
2.2. A metodologia de bandeamento cromossômico 
 
 
 
 
 
Entre todos os métodos, aquele que se tornou o padrão até os dias hoje, foi o publicado por 
Marina Seabright no Lancet em 30 de outubro de 1970. Este método envolve o tratamento dos 
cromossomos metafásicos com tripsina, e a coloração com o corante Giemsa (Figura 7). Esse método 
abriu uma nova era na identificação e caracterização de alterações cromossômicas estruturais 
(inversões, translocações, deleções envolvendo bandas). 
 
Figura 7 – À direita tem-se o cariograma apresentado no artigo original de Marina Seabright 
(https://goo.gl/MbFwxf). Pode-se notar que a amostra utilizada no trabalho foi obtida de um paciente 
com três cópias do cromossomo 21. À esquerda, imagem de um cariograma com qualidade fotográfica 
melhor que aquela possível de se obter na cópia em pdf do artigo. 
 
Com o desenvolvimento dos métodos de bandeamento cromossômico, foi necessário 
estabelecer um padrão de nomenclatura para as bandas cromossômicas geradas pelos di ferentes 
métodos. Aqui apresentaremos o consenso para o bandeamento G com tratamento por tripsina. A 
nomenclatura padrão é representada no que chamamos Ideograma (Figura 8). Isso representa 
basicamente um mapa do genoma com coordenadas bem definidas. 
 
 
 
Figura 8 – Ideograma do padrão de bandas esperado pela coloração com Giemsa de metáfases 
tratadas com tripsina. A nomenclatura é feita utilizando-se o número do cromossomo, a letra que 
indica o braço e os números que indicam a região, banda e sub-banda citogenética. Por exemplo, 
1q34.2 (fale-se: um-q-três-quatro-ponto-dois) refere-se ao cromossomo 1, braço curto, região 3, 
banda 4, sub-banda 2. 
 
 
 
A relevância prática destas bandas deve-se ao fato de que, muito embora há diferenças entre 
as sequências de diferentes cópias do genoma, o perfil de bandas é invariável entre qualquer par de 
genomas. Desta forma, o citogeneticista (cientista que estuda cromossomos) conhece o perfil normal, 
e assim consegue usar os métodos de bandeamento para identificar qualquer anomalia que ocorre. 
Ainda, sabemos que qualquer banda, no genoma de qualquer pessoa, sempre vai conter os mesmos 
elementos genéticos (genes etc). Por exemplo, em qualquer cópia do genoma humano, o gene GHR 
sempre está localizado no cromossomo 5p13.1, o gene CFTR está no cromossomo 7q31.2, e o gene 
DMD sempre se encontra no cromossomo Xp21. 
 
 
 
 
 
3. O cariótipo normal em humanos 
Como descrito anteriormente neste texto, o número de cromossomos em humanos é o de 46, 
sendo 44 representados por 22 pares de cromossomos, cada membro de um par tendo a mesma 
morfologia (cromossomos autossômicos; 1 até 22) e 1 par de cromossomos com morfologia distinta 
(cromossomos sexuais; X e Y). Em indivíduos do sexo masculino, o par de cromossomos sexuais é 
representado por um cromossomo X e um cromossomo Y. Em indivíduos do sexo feminino, o par de 
cromossomos sexuais é representado por dois cromossomos X. Assim, referimos ao cariótipo normal 
em um indivíduo do sexo masculino como sendo 46, XY; e para um indivíduo do sexo feminino como 
sendo 46, XX (figura 12). Obs: Esse padrão é importante. Para escrever qualquer cariótipo, começa 
com o número total de cromossomos, uma vírgula, e o conjunto de cromossomos sexuais. Se 
apropriado, qualquer anomalia será listada após os cromossomos sexuais. 
 
 
Figura 12 – Cariogramas humanos gerados por bandeamento G 
com tripsina. (A) Cariótipo masculino 46, XY, (B) cariótipo 
feminino 46, XX. Fonte: https://goo.gl/EtWw5b 
 
4. Alterações cromossômicas numéricas 
 
 
 
As variações cromossômicas numéricas podem envolver um conjunto cromossômico haploide 
(n) ou um cromossomo individualmente. No primeiro caso, denominamos como Euploidia (poliploidia) 
e no segundo caso denominamos Aneuploidia. 
Como as alterações cromossômicas numéricas são em sua grande maioria decorrentes de erros 
durante a segregação dos cromossomos no processo de formação dos gametas, é importante revisar 
rapidamente os processos de meiose masculina e feminina (Figura 13). 
 
 
Figura 13 – Gametogênese. Na parte superior é esquematizada a gametogênese feminina. É 
importante apontar que, ao nascimento, as mulheres carregam nos ovários um conjunto de células 
estacionadas na Profáse da meiose I. Durante a puberdade, normalmente uma destas células entram 
em processo de maturação e segue até o final da meiose quando o ovócito maduro é ovulado. Na parte 
inferior é esquematizada a gametogênese masculina. No homem, a gametogênese tem início durante 
a puberdade e segue até o final da vida. Em humanos, a ovogônia e a espermatogônia são 2n=46 e o 
ovócito maduro e o espermatozoide são n=23. 
 
4.1. Euploidia 
 
Em humanos, as poliploidias são incompatíveis com a vida. A maioria de fetos poliploides são 
abortados até o final do primeiro trimestre de gravidez. Nos casos de triploidia (3n = 69) o feto terá 
dois conjuntos cromossômicos de um parental e um conjunto cromossômico do outro parental. Em 
torno de 1-3% das gestações reconhecidas apresentam triploidia. Dados da literatura mostram que 
99,99% serão abortados no primeiro trimestre, ou terão morte intrauterina no segundo trimestre de 
gravidez. Os mecanismos mais comuns como causa de embriões/fetos triploides são erros na 
 
 
gametogênese masculina ou feminina, gerando gametas 2n ou a fecundação de um óvulo por dois 
espermatozoides (Figura 14). 
 
Figura 14 – Principais mecanismos de geração de embriões/fetos triploides. Da esquerda para a direita 
temos a fecundação com dois gametas normais, erro na segregação dos cromossomos na 
gametogênese feminina, fecundação de um óvulo por dois espermatozoides e fecundação de um 
óvulo haploide por um espermatozoide diploide. 
 
Os casos de triploidia são considerados em sua maioria como esporádicos, no entanto há raros 
casos descritos na literatura onde uma mesma paciente apresenta recorrência de abortamentos ou 
embriões gerados por fertilização in vitro com triploidia. Na figura 15 é apresentado um cariograma 
obtido da amostra de feto abortado e com cariótipo 69, XXY. 
 
 
 
 
Figura 15 – Cariogramas triploides. Na parte superior um 
cariótipo 69,XXY e na parte inferior um cariótipo 69, XXX. 
 
 
As tetraploidas (4n = 92) são mais raras e o mecanismo mais comum é a duplicação dos 
cromossomos sem que a primeira divisão celular ocorra. Assim as mitoses seguintes aconteceram em 
uma célula com 4 conjuntos cromossômicos (4n). Os cariótipos mais comuns seriam 92, XXYY e 92, 
XXXX. 
 
4.2. Aneuploidias 
 
A presença de um cromossomo extra ou a ausência de um cromossomo no conjunto diploide 
de um indivíduo é denominado uma aneuploidia. As aneuploidias acontecem em 3 a 4% de todas as 
gestações clinicamente reconhecidas. A aneuploidia mais comum é a trissomia (2n+1; presença de 
um cromossomo extra no conjunto diploide), seguida pela monossomia (2n-1; ausência de um 
cromossomo no conjunto diploide). A causa mais comum para as aneuplodias é a não disjunção dos 
cromossomos homológos na meiose I ou a não disjunção das cromátides na meiose II (Figura 16). Com 
a não disjunção cromossômica gera-se gametas com dois cromossomos de um mesmo par (n+1 ou 
dissômico) e gametas sem nenhum cromossomo de um determinado par (n-1 ou nulissômico). Um 
 
 
gameta com número normal de cromossomos para um determinado par (n ou monossômico)ao 
fecundar um gameta dissômico gera um zigoto/embrião/feto trissômico (com três cópias daquele 
cromossomo). Já a união de um gameta monossômico (normal) com um gameta nulissômico gera um 
zigoto/embrião/feto monossômico para o cromossomo em questão (Figura 17). 
As trissomias são identificadas para todos os cromossomos, no entanto raras são aquelas 
compatíveis com a vida. Entre as trissomias envolvendo os cromossomos autossômicos, aquelas 
envolvendo o cromossomo 21, 18 e 13 são compatíveis com a vida. A trissomia do cromossomo 21 é 
de longe aquela mais compatível com a vida, bem como a mais conhecida. Não há monossomia de 
cromossomos autossômicos que seja compatível com a vida. No que diz respeito aos cromossomos 
sexuais a monossomia do cromossomo X é compatível com a vida e trissomias, tetrassomias do X e Y 
são compatíveis com a vida. Trataremos um pouco mais sobre as síndromes associadas às trissomias 
e monossomias mais a frente neste texto. 
 
 
Figura 16 – Não disjunção cromossômica. Em (a) é representada a segregação normal de um par de 
cromossomo homólogo durante a meiose. Em (b) é representada a não-disjunção do par de 
cromossomo homológo duplicado com a consequente geração de gametas dissômicos (n+1) e 
nulissômicos (n-1). Em (c) é representada a não disjunção das cromátides na meiose II com a 
consequente geração de gametas dissômicos (n+1), nulissômicos (n-1) e monossômicos (n- contendo 
uma cópia de cada cromossomo). 
 
 
 
 
 
4.3. Aneuploidias e Síndromes 
 
4.3.1. Trissomia do cromossomo 21 e Síndrome de Down 
 
 
 
A síndrome de Down foi identificada clinicamente em 1866 pelo Dr. John Langdon Down (Figura 
18). Ele identificou que 10% dos residentes em um asilo se assemelhavam e podiam ser distinguidos 
do restante dos pacientes. Inicialmente a Síndrome de Down era denominada Mongolismo. Termo 
que, desde 1968, é consenso que não deve ser utilizado já que relaciona um grupo populacional com 
uma síndrome. Em 90% dos casos os pacientes com Síndrome de Down apresentam a trissomia do 
cromossomo 21 com uma cópia extra livre do cromossomo. Como já descrito no tópico sobre a 
evolução histórica da citogenética, a Síndrome de Down foi a primeira doença cromossômica a ser 
identificada. O cariótipo de um paciente com trissomia do cromossomo 21 é indicado como 47,XY,+21 
ou 47,XX,+21 (Figura 19). 
Um aspecto importante da Síndrome de Down é sua forte correlação com a não disjunção 
cromossômica na gametogênese feminina. E os dados mostram também uma forte correlação dos 
erros de não disjunção com a idade materna. Quanto mais avançada a idade maior o risco de se gerar 
gametas dissômicos para o cromossomo 21 (Figura 20). 
Obs: apesar da síndrome de Down estar bem conhecida e compatível com a vida, na verdade uns 75% 
das gravidezes onde o feto tem esta síndrome resultam em aborto espontânea. Desta forma, as 
crianças que nascem com trissomia do cromossomo 21 representam a menor parte de todos os casos 
se baseamos a contagem na frequência total. 
 
 
Figura 18 – Crianças com Síndrome de Down. É possível identificar fenótipos comuns entre 
eles. 
 
 
 
 
Figura 19 – Cariograma de um paciente com trissomia do cromossomo 21 livre. 
Cariótipo 47, XY, +21 
 
Figura 20 – Risco de se ter uma criança com Síndrome de Down x a idade materna. 
 
4.3.2. Trissomia do cromossomo 13 e Trissomia do Cromossomo 18 
 
A identificação de que a trissomia do cromossomo 13 e a trissomia do cromossomo 18 
explicavam quadro clínicos foi estabelecida também em 1959 logo após a a demonstração de a 
trissomia do cromossomo 21 explicava a Síndrome de Down. As síndromes explicadas pela trissomia 
 
 
do cromossomo 13 e pela trissomia do cromossomo 18 receberam os nomes dos cientistas que 
publicaram os trabalhos em 1959. Síndrome de Patau para aquela explicada pela trissomia do 
cromossomo 13 (Figura 21) e Síndrome de Edwards para aquela explicada pela trissomia do 
cromossomo 18 (Figura 22). Muito embora ambas as síndromes sejam compatíveis com a vida, os 
pacientes em sua grande maioria vêm a óbito antes de completar os primeiros 5 anos de vida. São 
raros os casos onde os pacientes atingem 10 ou mais anos de vida. 
 
 
 
 
Figura 21 – Cariograma de um paciente com trissomia do cromossomo 13 livre. Cariótipo 47, XX, +13 
 
 
 
 
Figura 21 – Cariograma de um paciente com trissomia do cromossomo 18 livre. Cariótipo 47, XY, +18 
 
1.1.1. Aneuploidas de Cromossomos Sexuais e suas Síndromes 
 
1.1.2. Aneuploidias do Cromossomo X 
 
A monossomia do cromossomo X (Figura 22) e sua associação com a Síndrome de Turner 
também foi estabelecida no florescer da Citogenética Clinica em 1959. Atualmente o que se sabe é 
que a monossomia total do cromossomo X, ou seja, todas as células do corpo sendo monossômicas 
para o cromossômico X, é incompatível com a vida. Pacientes com a Síndrome de Turner são 
monossômicos para o cromossomo X em mosaico. Nós trataremos de mosaicismo a frente neste 
texto, mas aqui vocês devem entender que o termo mosaicismo nos casos de Síndrome de Turner 
significa que nem todos os tecidos/células da paciente são monossômicos para o cromossomo X. O 
mais comum é a identificação de tecidos que apresentam células com um cromossomo X e fragmentos 
do segundo cromossomo X ou mesmo fragmentos de cromossomo Y. A presença de células com 
cromossomo Y em pacientes com Síndrome de Turner é de alta relevância clinica já que está associado 
a um risco aumentado de desenvolvimento de gonadoblastoma (tumor nas gônadas). Em sendo 
identificado células com fragmentos de cromossomo Y é indicativo de remoção das gônadas. 
 
 
 
 
Figura 22 – Cariograma de uma paciente com Síndrome de Turner. Cariótipo 45,X (também podendo 
ser escrito como 45,XO). 
 
As aneuplodias de cromossomo X em homens são reconhecidas como causa da Síndrome de 
Klinefelter. Os pacientes com Síndrome de Klinefeleter em sua grande maioria apresentam duas 
cópias do cromossomo X e uma cópia do cromossomo Y (Figura 23). No entanto, são descritas 
variações onde 2, 3 e até 4 cromossomos X extras são identificados (Figura 24). Clinicamente, 
pacientes com estes cariótipos apresentam sintomas mais graves. Alguns autores tratam estes 
pacinetes com poratadores de Síndromes distintas à Síndrome de Klinefelter. Não sendo este um 
consenso. A síndrome com cariótipo 47,XXY é geralmente branda, os pacientes frequentemente nem 
sabendo da condição até que tentem reproduzir; homens com síndrome de Klinefelter são estéreis. 
 
 
 
Figura 23 – Cariograma de um paciente com Síndrome de Klinefelter. Cariótipo 47,XXY 
 
Outras aneuploidias envolvendo os cromossomos sexuais são descritas, muito embora mais 
raras que as anteriores. Mas há trissomias de cromossomo X (47, XXX), tetrassomias de cromossomo 
X (48, XXXX), variações no número de cromossomos Y (47, XYY, 49, XXXYY). Aqui podemos ter l inks 
com apresentação de cada uma delas (https://goo.gl/D5ijhR). Em algum momento existia uma 
hipótese de que homens com cariótipo 47,XYY eram mais propensos à violência, porém esta hipótese 
não foi fortemente comprovada e não é mais aceita. 
 
 
 
 
Figura 24 – Cariograma de um paciente com Síndrome de Klinefelter. Cariótipo 48, XXXY.