Genética - A base celular e molecular da herança

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@rafvieiracampos 
genética 
a base celular e molecular da herança 
 
* Os seres humanos apresentam um alto grau de variação genética ➛ o aspecto da variação genética que causa doenças é o foco da genética médica 
* Toda variação genética se origina a partir do processo conhecido como mutação 
* Mutações podem afetar tanto as células da linhagem germinativa quanto as células somáticas 
* Foco para as da linhagem germinativa ➛podem ser transmitidas de uma geração à outra 
* Se um locus tem dois ou mais alelos cujas frequências sejam superiores a 1% na população, diz-se que o locus é polimórfico ➛ POLIMORFISMO 
 
Mutação: fonte da variação genética 
TIPOS DE MUTAÇÃO 
* Foco: mutações que ocorrem em DNA codificante ou em sequências regulatórias, já que mutações que ocorrem em outras partes do genoma não têm 
consequências clínicas 
* MUTAÇÃO MONOGÊNICA importante: substituição de par de bases ➛ pode resultar em uma mudança na sequência de aminoácidos 
* Devido à redundância do código genético, muitas dessas mudanças não mudam a sequência de aminoácidos, não tendo consequência ➛ substituição 
silenciosa 
* As “não silenciosas” são basicamente de dois tipos: 
• sentido trocado (missense): produzem mudança em um único aminoácido 
• sem sentido (nonsense): produzem um dos 3 códons de parada (UAA, UAG ou UGA) no RNAm 
* DELEÇÃO OU INSERÇÃO de um ou mais pares de bases: podem resultar em perda ou ganho de aminoácidos em uma proteína 
* Deleções e inserções tendem a ser especialmente nocivas quando o número de pares de bases “a mais” ou “a menos” não é múltiplo de 3 
* Em grupos de 3, podem alterar todos os códons posteriores ➛ mudança de matriz de leitura 
* Uma mudança de matriz de leitura produz um códon de fim posterior à inserção ou deleção, resultando em um polipeptídio “truncado” 
* DUPLICAÇÕES de genes inteiros 
• doença de Charcot-Marie-Tooth: afeta aproximadamente 1 em 2.500 indivíduos / cerca de 70% dos pacientes que apresentam a forma mais 
comum (tipo 1) possuem uma duplicação de 1,5 milhão de pb em uma cópia do cromossomo 17 / gene PMP22 
• a deleção da mesma região produz uma doença distinta, a neuropatia hereditária com risco de paralisia compressiva 
• sensibilidade de dosagem: tanto a redução quanto um aumento no produto gênico produzem doença 
* MUTAÇÃO NO PROMOTOR altera regulação da transcrição ou tradução: diminuir a afinidade da RNA polimerase por um sítio promotor ➛ diminuição 
na produção de proteína 
* MUTAÇÕES NO SÍTIO DE CORTE: interferir na remoção dos íntrons quando o RNAm final é formado a partir do transcrito primário do RNAm 
* Podem ocorrer na sequência GT, que sempre define o sítio de corte 5’ (o sítio doador), ou na sequência AG, que define o sítio de corte 3’ (o sítio aceptor) 
* Podem ocorrer em sequências próximas a esses sítios ➛ quando ocorre, a remoção é feita frequentemente dentro do éxon seguinte 
* Sítios crípticos de corte: sítios semelhantes aos sítios de corte normais, mas que não são utilizados, ficando “escondidos” dentro do éxon ➛ seu uso 
resulta em deleção parcial ou inteira de um éxon 
* Uma mutação pode ocorrer em um sítio crítico de corte, tornando-o “parecido” com um sítio de corte normal, de modo a competir com o sítio normal 
* ELEMENTOS MÓVEIS: vários tipos de sequências de DNA são capazes de produzir cópias de si mesmas, que são inseridas em outros locais nos 
cromossomos, causando mudanças de matriz de leitura ➛ provoca casos isolados de neurofibromatose do tipo 1, distrofia muscular Duchenne, b-
talassemia, câncer de mama familiar, polipose familiar e hemofilias A e B 
@rafvieiracampos 
* REPETIÇÕES EXPANDIDAS afetam repetições em tandem (VNTR, fração de DNA repetido): o número de repetições (normalmente, de 20 a 30) aumenta 
acentuadamente durante a meiose ou durante o desenvolvimento fetal ➛ se em locais específicos do genoma, pode causar doença genética 
 
CONSEQUÊNCIAS MOLECULARES DA MUTAÇÃO 
* As mutações podem produzir tanto um ganho de função quanto uma perda de função do produto proteico 
* As de ganho de função geralmente resultam em um produto proteico completamente novo ➛ expressão exacerbada ou inapropriada do produto 
* Mutações de ganho de função produzem distúrbios dominantes ➛ doença de Charcot-Marie-Tooth, doença de Huntington... 
* Mutações de perda de função são frequentemente observadas em doenças recessivas ➛ perda de 50% do produto proteico, mas o restante é suficiente 
para a função normal 
* Em alguns casos, porém, 50% do produto proteico do gene não é suficiente para a função normal (haploinsuficiência) ➛ hipercolesterolemia familiar 
* A maioria dos distúrbios envolvendo haploinsuficiência, a doença é mais séria em homozigotos afetados do que em heterozigotos 
* Uma mutação dominante negativa resulta em um produto proteico não apenas não-funcionante, como também inibe a função da proteína produzida 
pelo alelo normal no heterozigoto 
 
CONSEQUÊNCIAS CLÍNICAS DA MUTAÇÃO: DISTÚRBIOS DA HEMOGLOBINA 
* Distúrbios genéticos da hemoglobina humana são o grupo mais comum de doenças monogênicas 
* As cadeias b são codificadas por um gene no cromossomo 11 e as cadeias a, por dois genes no cromossomo 16 
* A regulação rigorosa desses genes assegura que um número aproximadamente igual de cadeias a e b seja produzido 
* Cada uma dessas cadeias de globina é associada a um grupo heme 
* Os distúrbios de hemoglobina podem ser classificados em duas grandes categorias: 
• anomalias estruturais: a molécula de hemoglobina está alterada 
• talassemias: tanto a cadeia a quanto a cadeia b são estruturalmente normais, porém reduzidas em quantidade 
* Persistência hereditária de hemoglobina fetal (HPFH): ocorre quando a hemoglobina fetal (com globinas g ao invés de b) continua a ser produzida 
após o nascimento ➛ pode compensar uma deficiência de hemoglobina normal do adulto 
* ANEMIA FALCIFORME 
• afeta aproximadamente 1 em 400 a 1 em 600 nascimentos afro-americanos 
• mais comum em partes da África 
• causada por uma mutação única de sentido trocado que promove uma substituição de ácido glutâmico por valina na posição 6 da cadeia 
polipeptídica da -globina 
• na forma homozigota os eritrócitos assumem a forma de “foice” característica, sob condições de baixa tensão de oxigênio 
• os eritrócitos falcêmicos são menos flexíveis e incapazes de passar através de capilares ➛ tendem a se ancorar ao endotélio vascular 
• produz: hipoxemia localizada (falta de oxigênio), “crises” falcêmicas dolorosas e infarto de vários tecidos 
• a destruição prematura dos eritrócitos falcêmicos diminui o número de eritrócitos circulantes e o nível de hemoglobina, ocasionando anemia 
• esplenomegalia + infarto do baço ➛ perda de uma parte da função imune ➛ infecções bacterianas recorrentes 
* TALASSEMIA 
• pode ser dividida em dois grupos principais, a a-talassemia e b-talassemia, dependendo da cadeia de globina que está em quantidade reduzida 
• tende a formar moléculas que consistem em 4 cadeias somente do tipo em excesso 
• na a-talassemia, as cadeias de a-globina são deficientes, de modo que as cadeias b são encontradas em excesso ➛ capacidade de ligação 
ao O2 altamente reduzida, ocasionando hipoxemia 
• na b-talassemia, o excesso de cadeias a forma homotetrâmeros que precipitam e danificam as membranas celulares dos precursores dos 
glóbulos vermelhos ➛ destruição prematura dos eritrócitos e anemia 
• a maioria dos casos de a-talassemia é causada por deleções nos genes de a-globina 
• indivíduos com mutação de b-globina em uma cópia do cromossomo 11 (heterozigotos) possuem b-talassemia minor ➛ condição que envolve 
pouca ou nenhuma anemia e normalmente não requer controle clínico 
• indivíduos com mutação de b-globina em ambas as cópias desenvolvem ou b-talassemia major, ou b-talassemia intermediária 
@rafvieiracampos 
• a b-globina pode estar completamente ausente (talassemia b0) ou reduzida a aproximadamente 10% a 30% da quantidade normal 
(talassemia b+) 
• a b-talassemia pode variar consideravelmente quanto à severidade,dependendo da natureza precisa da mutação responsável 
• a maioria dos casos é determinada por mutações decorrentes de uma única substituição de pares de bases 
• mutações sem sentido normalmente ocasionam a talassemia b0, além de mudanças de matriz de leitura 
• a transcrição da b-globina é regulada por um promotor, dois acentuadores, e uma região anterior conhecida como região controladora de 
locus (LCR) ➛ mutações nessa região = síntese reduzida de RNAm = redução de b-globina (talassemia b+) 
• a maioria dos pacientes com b-talassemia não é de “homozigotos” no sentido exato da palavra: eles normalmente possuem uma mutação 
diferente de b-globina em cada cópia do cromossomo 11, sendo denominados heterozigotos compostos 
• pacientes com anemia falciforme ou b-talassemia são algumas vezes tratados com transfusões de sangue e com agentes quelantes que 
removem o excesso de ferro introduzido pelas transfusões 
 
CAUSAS DE MUTAÇÃO 
* Mutações espontâneas surgem naturalmente durante o processo de replicação do DNA 
* Um grande número de agentes é sabidamente causador de mutações induzidas ➛ atribuídas a causas ambientais 
* Agentes que causam mutações induzidas são conhecidos coletivamente como mutágenos 
* A radiação é uma importante classe de mutágenos 
* Radiação ionizante pode ejetar elétrons de átomos ➛ íons carregados ➛ quando dentro ou próximos do DNA, podem promover reações químicas que 
alteram as bases do DNA ➛ raios X, explosões nucleares 
* Radiação não-ionizante pode mover elétrons de órbitas internas para externas dentro de um átomo ➛ radiação ultravioleta 
* Uma variedade de produtos químicos pode também induzir mutações 
* Análogos de bases, tais como 5-bromouracil, podem substituir uma base de DNA verdadeira durante a replicação ➛ erros de pareamento 
* Outros mutágenos podem, ainda, alterar diretamente as bases do DNA, causando erros de replicação 
* Embora alguns compostos químicos mutagênicos sejam produzidos pelo homem, muitos ocorrem naturalmente no ambiente 
 
REPARO DO DNA 
* A replicação do DNA é surpreendentemente precisa 
* A principal razão para essa precisão é o processo de reparo do DNA 
* Dezenas de enzimas estão envolvidas 
* Elas trabalham coletivamente reconhecendo uma base alterada, removendo-a ao cortar o filamento do DNA, substituindo-a pela base correta e 
recompondo o DNA 
* Defeitos nos sistemas de reparo podem acarretar muitos tipos de doença 
* Mutações herdadas em genes responsáveis pelo reparo de mau pareamento do DNA resultam na persistência de células com erros de replicação ➛ 
podem levar a cânceres 
* Reparo por excisão de nucleotídeo é necessário para a remoção de alterações maiores na hélice de DNA 
 
TAXAS DE MUTAÇÃO 
* Ao nível do nucleotídeo ➛ 10-9 por par de bases por divisão celular 
* Ao nível do gene ➛ muito variável, de 10-4 a 10-7 por locus por divisão celular 
1. genes variam muito em tamanho: genes maiores apresentam “alvos” maiores para mutação e normalmente sofrem mutação com maior 
frequência do que os genes menores 
2. certas sequências de nucleotídeos são especialmente susceptíveis a mutações: “pontos quentes” de mutação ➛ 80% dos dinucleotídeos CG 
são metilados, e a citosina metilada facilmente perde um grupo amino, convertendo-se em timina (taxa de mutação em CG 12x maior do que 
em outras sequências dinucleotídicas 
* Taxas de mutação também variam consideravelmente com a idade dos pais ➛ esse aumento é visto em vários distúrbios monogênicos, como a 
acondroplasia 
* “Efeito da idade paterna”: as células tronco continuam a se dividir pela vida, acumulando erros de replicação do DNA