Fechamento 2 - Problema 5 - Concepção do ser humano e genética

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Fechamento 2 - Problema 5 - Concepção do ser humano e
genética
Alterações cromossômicas
⤐Objetivos:
1. Explicar os tipos de alterações cromossômicas e
como identificá-las ( mutação, variação polimórfica,
aneuploidias e euploidias ) . E a importância do
mapeamento genético e recombinação gênica.
a) Mutação: alteração permanente na sequência
de nucleotídeos ou na disposição do DNA.
- Gênicas: deixam cromossomos intactos,
mas alteram o número de cromossomos de
uma célula.
● Substituição: substituição de um par de
bases de DNA.
. Missense/mutações de troca de
sentido/não sinônimas: alteração em um
par de
bases de DNA que resultam na
substituição de um aminoácido por outro
na proteína produzida por um gene.
. Sinônimas ou silenciosas: mudança
em um par de bases de DNA que
altera o códon para outro que
codifica o mesmo aminoácido e não
causa mudanças na proteína
produzida.
. Nonsense/mutações sem sentido:
mudança em um par de bases de
DNA que sinaliza prematuramente o
término de uma proteína. Esse tipo de
mutação resulta em uma proteína
reduzida que pode funcionar
inadequadamente ou não funcionar.
● Inserção: adição de um ou mais
nucleotídeos na sequência de DNA.
● Deleção: remoção de um ou mais
nucleotídeos da sequência de DNA.
- Cromossômicas: alterações na seqüência
de DNA que envolvem a substituição,
deleção ou inserção de DNA, variando de
um nucleotídeo único até um limite definido
de modo arbitrário de aproximadamente
100 kb (mutações gênicas ou de DNA).
● Numéricas :
= Euploidias: afetam o número de
cromossomos inteiros,
aumentando (poliploidia) ou
diminuindo (haploidia ou
monoploidia) seu conjunto total.
= Aneuploidias: altera o número de
cromossomos específicos, isolados.
● Estruturais:
= Deleção: uma parte do cromossomo
foi perdida.
= Duplicação: uma parte do
cromossomo foi dobrada, resultado em
um material extra.
= Inversão: uma parte do cromossomo
se rompeu, virou de cabeça
para baixo e se uniu novamente.
= Translocação: uma porção de um
cromossomo é transferida para outro
cromossomo. Existem dois tipos
principais de translocação:
. Translocação recíproca: segmentos
de dois cromossomos diferentes
foram trocados.
. Translocação Robertsoniana: dois
cromossomos inteiros unem-se pelo
centrômero.
b) Variação polimórfica:
- Polimorfismo de nucleotídeo único: Os mais
simples e comuns de todos os
polimorfismos são os polimorfismos de
nucleotídeo único (SNPs). Um locus
caracterizado por um SNP geralmente tem
apenas dois alelos, que correspondem a
duas bases diferentes que ocupam uma
localização específica no genoma. A
distribuição de SNPs é desigual em todo o
genoma; são mais encontrados em regiões
não codificantes do genoma, em íntrons e
em sequências que estão a alguma
distância de genes conhecidos. No entanto,
há ainda um número significativo de SNPs
que ocorrem em genes e em outros
elementos funcionais conhecidos no
genoma. Para o conjunto de genes
codificantes de proteínas, mais de 100.000
SNPs exônicos foram documentados até o
momento. Cerca de metade desses não
alteram a seqüência de aminoácidos
prevista para a proteína codificada e são
assim denominados de sinônimos,
enquanto a outra metade altera a
seqüênciade aminoácidos e compreende os
chamados não sinônimos. Outros SNPs
introduzem ou alteram um códon de
parada, e outros ainda alteram um sítio de
splicing conhecido; esses SNPs são
candidatos a apresentar consequências
funcionais significativas.
- Polimorfismos de inserção e deleção: Uma
segunda classe de polimorfismos resulta de
variações causadas por inserção ou
deleção (in/dels ou simplesmente indels) em
qualquer parte, variando de um único par
de bases até aproximadamente 1.000 pares
de base, embora inserções ou deleções
maiores também tenham sido bem
documentadas. Mais de um milhão de
inserções ou deleções têm sido descritas,
na casa de centenas de milhares em
qualquer genoma individual.
Aproximadamente metade de todas as
inserções ou deleções são referidas como
"simples", porque elas apresentam apenas
dois alelos — ou seja, presença ou ausência
do segmento inserido ou deletado.
- Polimorfismos de inversão: diferem em
tamanho — desde poucos pares de bases a
grandes regiões do genoma (até vários
pares de megabase) —, podendo estar
presentes em qualquer uma das duas
orientações nos genomas de indivíduos
diferentes. A maioria das inversões é
caracterizada por regiões de homologia de
sequência nas extremidades do segmento
invertido, implicando um processo de
recombinação homóloga na origem das
inversões. Na sua forma balanceada, as
inversões, independentemente da
orientação, não envolvem ganho ou perda
de DNA, e os polimorfismos de inversão
(com dois alelos correspondentes às duas
orientações) podem atingir frequências
substanciais na população em geral.
Entretanto,a recombinação anômala pode
resultar na duplicação ou deleção de DNA
localizado entre as regiões de homologia.
- Regiões polimórficas do tipo VNTR: Uma
fração de DNA repetido consiste de regiões
denominadas mini-satélites ou repetição
em tandem de número variável (VNTR –
“variable number of tandem repeats”). Os
VNTRs exibem uma enorme variabilidade e
são constituídos de 9 à 100 pares de bases
repetidos sequencialmente em loci
cromossômicos.
. As primeiras sequências VNTR descritas
tiveram aplicação imediata na área forense,
assim como no auxílio ao mapeamento do
genoma humano. O termo “DNA fingerprint”,
ou perfil de DNA, demonstra a alta
variabilidade destas regiões do genoma, de
maneira que seja improvável a existência de
dois indivíduos com o mesmo perfil
genético, a não ser no caso de gêmeos
univitelinos.
. Os marcadores VNTR são analisados
através da técnica RFLP (“restriction
fragment lenght polymorphism”), a qual é
baseada em mutações que alteram
seqüências no DNA de um indivíduo, de
modo que enzimas de restrição podem
perder a capacidade de clivar aquele DNA
em posições ainda susceptíveis à clivagem
nos DNAs de outros indivíduos.
. Assim, indivíduos podem ser diferenciados
pelo comprimento de sequências VNTR do
DNA gerados após a ação de uma enzima
de restrição. O padrão de fragmentos é
característico e herdado por indivíduos
geneticamente relacionados, uma vez que a
localização dos sítios de restrição é típica.
Desta forma, por locus, cada sonda
hibridiza com dois segmentos de DNA,
correspondentes aos alelos materno e
paterno de cada indivíduo. A metodologia
consiste em extração de DNA genômico e
digestão com enzima de restrição. As mais
utilizadas são Hae III, Pst I e Hinf I. Em
seguida, os produtos da digestão são
separados em gel de agarose,
desnaturados e transferidos para
membrana própria para hibridização,
técnica esta denominada Southern-blot.
Uma sonda quimioluminescente, ou
marcada radioativamente, complementar
às sequências VNTR é, então, utilizada
para, através de hibridização, detectar as
sequências alvo. Os alelos VNTR,
identificados pelas sondas, são
visualizados após sensibilização de filmes
de raios-X. A mesma membrana, com o DNA
fixado, pode ser utilizada para
hibridizações sequenciais com diferentes
sondas, específicas para sequências VNTR
em diferentes cromossomos (figura 1).
. De maneira geral, como resultado da
utilização de apenas 5 sondas VNTR, são
obtidos índices de
paternidade/maternidade superiores a
100.000, gerando probabilidades de
paternidade/maternidade superiores a
99,999%. Índices tão elevados, observados
com a utilização de poucas sondas, são
decorrentes da alta variabilidade de loci
VNTR
. Como desvantagem, a tipagem de alelos
VNTR requer DNA íntegro e em grande
quantidade (100-500 ng), tornando
praticamente inviável a tipagem de
amostras biológicas antigas, degradadas
ou com pouca quantidade de DNA.
Atualmente, a metodologia é pouco
utilizada em investigações genéticas.
- Regiões polimórficas do tipo STR: As
seqüências curtas repetidas em tandem —
STR “short tandem repeats” — ou
microssatélites, apresentam repetições com
unidade básica de 2-6 pares de base e o
polimorfismo, assim como nos loci VNTR,
também está baseado no número de
repetições. Devidoao pequeno tamanho,
geralmente menor que 350 pares de base,
alelos STR podem ser analisados após
amplificação pela técnica PCR. Esta
característica permite que amostras com
quantidades diminutas de DNA, ou
apresentando alto grau de degradação,
possam ser tipadas. Desta maneira, a
possibilidade de realizar análise de loci STR
superou várias limitações inerentes à
manipulação de sequências VNTR,
tornando a tipagem de marcadores STR a
metodologia eleita para a tipagem por DNA
de vestígios biológicos em geral.
. Locus STR analisado individualmente não
apresenta poder de discriminação
comparável ao locus VNTR. No entanto, a
análise conjunta de regiões STR
proporciona resultados altamente
satisfatórios. Desta forma, na tipagem de
regiões STR, através da técnica PCR, são
utilizados, usualmente, sistemas
multiplexes, onde vários pares de “primers”
orientam simultâneas reações de
amplificação, gerando produtos de
múltiplos loci. Os alelos amplificados são
separados em eletroforese em gel de
poliacrilamida.
Com o avanço da tecnologia, foram
desenvolvidos processos automatizados
para análise de loci STR. Acoplou-se a
produção de primers marcados com
diferentes corantes fluoróforos e sistemas
de detecção a laser em aparatos de
separação eletroforética. Os produtos de
PCR marcados com fluorocromos podem
ser detectados em tempo real mediante
eletroforese capilar ou pode-se realizar a
detecção pós-eletroforética em escaner de
fluorescência.
. Sistemas para amplificação simultânea de
até 16 loci STR já encontram-se
disponibilizados para uso corrente em
tipagem humana por DNA. Desta maneira, a
tipagem, ou identificação de um indivíduo,
pode ser realizada em um único tubo, no
qual múltiplas reações de amplificação
estarão sendo processadas.
. Uma seqüência específica dos
cromossomos X e Y, denominada
amelogenina, também pode ser amplificada
simultaneamente em um sistema multiplex,
proporcionando a determinação do sexo
do indivíduo doador da amostra biológica.
A análise automatizada de regiões STR é a
metodologia eleita por todos os países
para identificação de indivíduos e tipagem
de criminosos devido à rapidez, acuidade e
alto poder de discriminação conseqüente à
análise de múltiplas regiões STR.
. Devido à alta sensibilidade e
especificidade das reações de PCR em
sistemas desta natureza, amostras
biológicas contendo DNA até mesmo na
ordem de picogramas podem ser tipadas,
como por exemplo um fio de cabelo com
bulbo ou caspas eliminadas do couro
cabeludo.
. STRs do cromossomo Y também são
analisados. Ao contrário de STRs
autossômicos, estes representam um
haplótipo, devido à ausência de regiões
homólogas no cromossomo X. Este
haplótipo é transmitido de pai para filho,
ou seja, é perpetuado pelas gerações
descendentes. Portanto, a tipagem de STRs
de cromossomo Y proporciona o
rastreamento de linhagens paternas. A
tipagem de STRs do cromossomo Y se
mostra extremamente útil em casos de
delitos sexuais, nos quais, geralmente, a
evidência em análise constitui uma mistura
de material genético do agressor e da
vítima com quantidades ínfimas da fração
masculina.
. Atualmente, pode-se afirmar que a análise
de polimorfismos do DNA está consolidada
cientificamente, e não resta dúvidas de sua
importância perante os tribunais. Várias
organizações nacionais e internacionais
foram criadas para assegurar que a
tipagem de regiões polimórficas no DNA
seja realizada adequadamente pelos
analistas em seus laboratórios. Estes
grupos, constituídos por cientistas
forenses, têm o objetivo de estudar novos
polimorfismos do DNA, resolver problemas
de aplicações forenses, padronizar
procedimentos e protocolos, além de
estabelecer um rigoroso controle de
qualidade para laboratórios e seu pessoal
técnico-científico.
. Para a análise estatística dos resultados, é
necessário conhecer previamente as
frequências com que são representadas as
diferentes variantes alélicas na população.
Portanto, bancos de dados devem ser
construídos, abordando a distribuição de
frequências destas variantes em distintos
grupos populacionais e étnicos.
c) Mapeamento genético:
- O que é?
. Mapeamento do genoma humano significa
a localização dos genes nos cromossomos
e o conhecimento das distâncias físicas e
genéticas que os separam, bem como o
sequenciamento do DNA de cada
cromossomo. Os dois principais tipos de
mapas do genoma humano são o genético
e o físico. O mapa genético indica a
distância entre genes, com base em
análises de sua transmissão em famílias.
Estes estudos descobrem a frequência com
a qual genes ligados, isto é, aqueles
localizados próximos, no mesmo
cromossomo, se separam durante a meiose,
ocasionando recombinação. A distância
genética é dada em termos dessa
frequência de recombinação em
centimorgans (cM). Dizer que entre dois
locos há 1cM significa que entre eles ocorre
1% de recombinação. Os mapas físicos
derivam principalmente de medidas
referentes às moléculas de DNA, podendo
ser considerados de baixa resolução, como
o citogenético baseado nas bandas
cromossômicas, ou de alta resolução, como
de sítios de restrição e o sequenciamento
de DNA.
- Como é feito?
.
- Importância:
. A aplicação do mapeamento gênico à
genética médica usando abordagens
descritas na seção anterior alcançou
muitos sucessos espetaculares. Essa
estratégia levou à identificação dos genes
associados a milhares de distúrbios
mendelianos e um número crescente de
genes e alelos associados a distúrbios
geneticamente complexos. O poder dessas
abordagens aumentou grandemente com a
introdução de tecnologias altamente
eficientes e menos caras para a análise do
genoma.
. O mapeamento genético da doença é
frequentemente um primeiro passo
importante na identificação do gene ou
genes, nos quais variantes são
responsáveis por causar ou aumentar a
suscetibilidade à doença. O mapeamento
do gene concentra a atenção sobre uma
região do genoma, na qual se realiza uma
análise sistemática de todos os genes da
região para encontrar as mutações ou
variantes que contribuem para a doença.
Após a identificação do gene que abriga as
variantes do DNA responsáveis por causar
uma doença mendeliana ou aumentar a
susceptibilidade a uma doença genética
complexa, o espectro completo da variação
naquele gene pode ser estudado. Desta
maneira, podemos determinar o grau de
heterogeneidade alélica, a penetrância de
diferentes alelos, se existe uma correlação
entre determinados alelos e vários aspectos
do fenótipo (correlação genótipo-fenótipo)
e a frequência de variantes causais de
doenças ou redisponentes em várias
populações.
. Outros pacientes com o mesmo distúrbio
ou outros semelhantes podem ser
examinados para se observar se eles
também abrigam ou não mutações no
mesmo gene, o que indicaria que há
heterogeneidade de locus para um
determinado distúrbio. Após o gene e suas
variantes genéticas naquele gene serem
identificadas em indivíduos acometidos,
métodos altamente específicos de
diagnóstico, como diagnóstico pré-natal e
triagem do portador, podem ser oferecidos
aos pacientes e suas famílias.
. As variantes associadas à doença podem
ser, em seguida, modeladas em outros
organismos, o que nos possibilita usar
ferramentas genéticas, bioquímicas e
fisiológicas poderosas para compreender
melhor como a doença surge. Finalmente,
armados com uma compreensão da função
dos genes e como os alelos associados à
doença afetam aquela função, podemos
começar a desenvolver terapias específicas,
como a terapia de reposição gênica, para
evitar ou melhorar o distúrbio. Na verdade,
grande parte do material nos próximos
capítulos sobre a etiologia, patogenia,
mecanismo e tratamento de várias doenças
começa com o mapeamento genético. Aqui,
examinamos as principais abordagens
usadas para descobrir genes envolvidos na
doença genética, tal como foi apresentado
no início desse capítulo.
d) Recombinação gênica:
- O que é?
. Recombinação genética é a troca de
genes entre duas moléculas de DNA, para
formar novas combinações de genes.
- Como ocorre?
. Quando temos dois cromossomos que se
rompem e se unem novamente, aconteceuma troca dos genes transportados por
esses cromossomos, o que chamamos, na
genética, de crossing over, processo da
primeira divisão meiótica, mais
precisamente no paquíteno. Esse processo
nada mais é do que o sub cruzamento das
cromátides homólogas não irmãs que
encontram-se lado a lado. Com isso, os
cromossomos se recombinam, carregando,
a partir de então, uma parte dos genes do
outro.
. Esse processo leva à formação de
células-filhas que possuem uma
constituição diferente da célula-mãe.
. Nessa recombinação, os cromossomos
homólogos se cruzam, podendo unir-se em
determinados pontos denominados
quiasmas, fazendo com que seja possível a
ocorrência de intercâmbio de segmentos
cromossômicos com determinados blocos
de genes, sempre entre os membros
homólogos dos pares.
- Importância:
. Assim como a mutação, a recombinação
genética contribui para a diversidade
genética de uma população, que é a fonte
da variação evolutiva.
2. Caracterizar as anomalias cromossômicas e as
principais síndromes genéticas.
a) Síndrome de Down/Trissomia do 21:
- Características fenotípicas e genotípicas:
. A hipotonia pode ser a primeira anomalia
observada no recém-nascido. Além das
características faciais dismórficas típicas
(Fig. 6-2), os pacientes são de pequena
estatura e têm braquicefalia com occipício
plano. O pescoço é curto, com a pele frouxa
na nuca. As mãos são curtas e largas,
frequentemente com uma única prega
palmar transversal (“prega simiesca”) e os
quintos dígitos encurvados (denominado
clinodactilia).
. Em pelo menos 95% de todos os pacientes,
o cariótipo da síndrome de Down tem 47
cromossomos, com uma cópia extra do
cromossomo 21. Esta trissomia resulta de
não disjunção meiótica do par de
cromossomos 21. Como observado
anteriormente, o risco de se ter um filho
com trissomia do 21 aumenta com a idade
materna, especialmente após 30 anos de
idade. O erro meiótico responsável pela
trissomia geralmente ocorre durante a
meiose materna (aproximadamente 90% dos
casos), predominantemente na meiose I,
mas cerca de 10% dos casos ocorrem na
meiose paterna, frequentemente na meiose
II. A trissomia do 21 típica é um evento
esporádico, e assim recorrências não são
frequentes, como será discutido adiante.
- Hereditariedade:
. Uma história de trissomia do 21 na família,
embora muitas vezes cause preocupação
materna, não parece aumentar
significativamente o risco de ter um filho
com síndrome de Down.
. Um portador de uma translocação
Robertsoniana, que envolve, por exemplo,
os cromossomos 14 e 21, tem apenas 45
cromossomos; um cromossomo 14 e um
cromossomo 21 estão ausentes e são
substituídos pelo cromossomo translocado.
E esses portadores estão sob risco de ter
um filho com síndrome de Down por
translocação.
- Frequência: Aproximadamente 1 criança em
850 nasce com a síndrome de Down, e entre
os nativivos ou fetos de mães com 35 anos
de idade ou mais, a incidência de trissomia
do 21 é muito maior, aproximando-se de 1
em cada 10 nascimentos na faixa etária
materna mais velha.
b) Síndrome de Edwards/Trissomia do 18:
- Características fenotípicas e genotípicas:
- Hereditariedade:
- Frequência:
c) Síndrome de Patau/Trissomia do 13:
- Características fenotípicas e genotípicas:
- Hereditariedade:
- Frequência:
d) Síndrome de Cri du chat:
- Características fenotípicas e genotípicas:
. Existe uma deleção terminal ou intersticial
de parte do braço curto do cromossomo 5.
Esta síndrome de deleção recebeu seu
nome comum porque o choro dos lactentes
com este transtorno parecia o miado de um
gato. O aspecto facial, é distintivo e inclui
microcefalia, hipertelorismo, pregas
epicânticas, baixa implantação das orelhas,
às vezes com acrocórdons pré-auriculares e
micrognatia.
- Hereditariedade:
- Frequência: A incidência global da deleção
é estimada como sendo de até 1 em 15.000
nativivos.
e) Síndrome de Klinefelter:
- Características fenotípicas e genotípicas:
. Pacientes com Klinefelter são quase
sempre estéreis por causa da falha de
desenvolvimento de células germinativas e
os pacientes são muitas vezes identificados
clinicamente pela primeira vez por causa
de infertilidade.
. Os pacientes são altos e magros e têm
pernas relativamente longas. Eles parecem
fisicamente normais até a puberdade,
quando os sinais de hipogonadismo
tornam-se evidentes. A puberdade ocorre
em uma idade normal, mas os testículos
permanecem pequenos e as características
sexuais secundárias permanecem
subdesenvolvidas. Possui ombros e tórax
estreitos.
. Aproximadamente metade dos casos
resulta de não disjunção na meiose I
paterna, devido a uma falha de
recombinação normal Xp/Yp na região
pseudoautossômica. Entre os casos de
origem materna, a maioria resulta de erros
na meiose I materna; a idade materna é
aumentada nesses casos.
Aproximadamente 15% dos pacientes com
Klinefelter têm cariótipos mosaico, mais
comumente 46,XY/47,XXY. Como um grupo,
esses pacientes com mosaicismo têm
fenótipos variáveis e alguns podem ter
desenvolvimento testicular normal.
- Hereditariedade:
- Frequência:
. A incidência de síndrome de Klinefelter é
estimada em até 1 em 600 nascimentos do
sexo masculino.
f) Síndrome do X frágil:
- Características fenotípicas e genotípicas:
. A Síndrome do X frágil (Caso 17) é a forma
hereditária mais comum de deficiência
intelectual de grau moderado, sendo uma
das várias condições atualmente
consideradas nos transtornos do espectro
autista. O nome X frágil remete a um
marcador citogenético em no cromossomo
X, no assim denominado sítio frágil
induzido em cultura celular, no qual ocorre
falha na condensação da cromatina
durante a mitose.
. Causada por uma expansão instável de
repetições.
. Ocorre a expansão massiva de repetição
de uma trinca diferente, a CGG, que está na
região 5’ não traduzida do gene
denominado FMR1. O número de repetições
normais é de até 55, enquanto mais de 200
repetições (podendo chegar a até alguns
milhares) são vistas em pacientes com a
mutação “completa” da síndrome do X
frágil. A Síndrome se deve a uma ausência
da expressão do gene FMR1 e à falha na
produção da proteína que ele codifica. A
repetição expandida determina um
aumento da metilação das citosinas na
região promotora do FMR1, conforme
discutido no Capítulo 3, e a metilação do
DNA nas ilhas CpG impede a função normal
do promotor, levando ao silenciamento
gênico.
.
- Hereditariedade:
- Frequência:
. A síndrome do X frágil tem uma frequência
de um para 3.000 a 4.000 homens nascidos
g) Imprinting genômico:
- Síndrome de Prader-Willi:
. Características fenotípicas e genotípicas:
. Hereditariedade:
. Frequência:
- Síndrome de Angelman:
. Características fenotípicas e genotípicas:
. Hereditariedade:
. Frequência:
3. Descrever os exames diagnósticos das anomalias
genéticas.
a) Ecografia:
b) Amniocentese:
c) Cordocentese:
d) Biópsia de Vilo Corial:
e) Fetoscopia:
f) Cariotipagem:
g) Translucência nucal:
h) Medida de osso nasal:
i) Marcadores bioquímicos no sangue materno:
- Alfa-fetoproteína
- Gonadotrofina coriônica (HCG)
- Estriol não conjugado:
j) Estudos bioquímicos do líquido amniótico:
- Alfa-fetoproteína
- Bilirrubina
- Lecitina
4. Referências:
- Artigo: Como as mutações genéticas são
classificadas? - publicado no site Varstation.
- Livro: Genética Médica - Thompson
- Artigo: Mapeamento do genoma humano e
algumas implicações éticas - Eleidi Alice
Chautard-Freire-Maia - Professora do
Departamento de Genética, Universidade Federal
do Paraná