Cromossomos e Genoma: Estrutura e Funcionamento

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Cromossomos 
Dogma central da genética 
O dogma central da genética é realizado nos 
organismos pelo genoma. 
 
O DNA no núcleo 
 Um cromossomo é uma única molécula de DNA. 
 O genoma é o conjunto de cromossomos de uma 
espécie. 
 O genoma humano é composto por 46 
cromossomos, sendo 22 cromossomos 
autossômicos e 2 cromossomos sexuais. 
 No total, o genoma humano é composto por 
6x109 nucleotídeos. 
Empacotamento de DNA 
 O DNA na intérfase possui mais ou menos dois 
metros de comprimento. Para participar da metáfase, o 
DNA precisa se compactar para evitar danos no 
cromossomo durante a divisão celular. 
 A cromatina é composta por DNA e proteínas. 
 As histonas são proteínas de aminoácidos 
básicos chamadas de H1, H2A, H3 e H4. 
 A interação entre o DNA e as histonas ocorre 
porque o DNA é de carga negativa e as histonas, 
positiva. 
 Havendo a enovelação da cromatina com as 
histonas, temos um octâmero. 
Na prometáfase e metáfase, os cromossomos estão 
na máxima condensação possível, para que possam ser 
drenados para o polo de cada célula filha durante a 
anáfase. 
 
Octãmero de histonas 
 
 
 
estrutura 
 
Centrômero: É uma região de constrição primária que 
mantém unidas as cromátides, possibilita a ligação entre 
os microtúbulos e os cinetócoros e orienta a divisão dos 
cromossomos metafásicos. 
Telômeros: O telômero é a região de 
extremidade/terminal dos cromossomos, e é constituído 
de repetições de pareamento de nucleotídeos diferente 
da normal. Essa região não é expressa em proteínas, mas 
serve de proteção para o cromossomo durante a divisão. 
Os telômeros, na divisão celular, são compostos por 
telomerases que promovem o tamanho ideal dos 
telômeros e preservam as extremidades dos 
cromossomos, garantindo, assim, a integridade do 
genoma. Durante a divisão, os telômeros são “corroídos” 
por nucleases e depois da divisão, são repostos. 
 O envelhecimento está muito relacionado ao 
comprimento dos telômeros, uma vez que na 
senescência há a perda da ação ótima da 
telomerase, que não repõe as regiões corroídas 
suficientemente. 
 Em células tumorais, as telomerases possuem 
ação ótima permanente, não deixando que elas 
sofram apoptose. 
 
 
Citogenética clássica 
Estudo dos cromossomos em material humano. A 
citogenética clássica é complementar à molecular, e sua 
utilização depende da estratégia de pesquisa desejada e 
do que se está procurando. 
Através da citogenética convencional, é possível 
classificar os cromossomos por tamanho e posição do 
centrômero através de coloração. 
 
Classificação dos cromossomos pelo seu tamanho. 
 
Classificação dos cromossomos pela posição do centrômero. 
 Metacêntrico possui braços iguais, pois o 
centrômero se encontra no meio do 
cromossomo. 
 Submetacêntrico possui braços maiores e 
braços menores, pois seu centrômero se 
encontra acima da linha média do cromossomo. 
 Acrocêntrico possui braços maiores e braços 
bem menores, pois seu centrômero está 
posicionado próximo à extremidade do 
cromossomo. 
 Telocêntricos possui apenas braços longos, pois 
seu centrômero está localizado em uma das 
regiões teloméricas do cromossomo. 
 
Divisão dos cromossomos em grupos. 
Bandeamento gtg: O bandamento GTG – Giemsa-
tripsina é realizado através de um corante giemsa e uma 
enzima tripsina. A tripsina consegue quebrar as duas 
ligações de hidrogênio entre a adenina e a timina. As 
ligações entre a citosina e guanina não são quebradas 
totalmente, pois são três. 
 
 Submetendo o cromossomo à solução de tripsina, 
as regiões quebradas, que tiveram seus hidrogênios 
expostos, interagem com o giemsa, corando-se. As 
regiões mais claras são aquelas que possuem maior 
quantidade de guanina e citosina e não se quebraram. 
 Heterocromatina: região mais corada. 
 Eucromatina: região menos corada. 
Com isso, há padrões de bandas específicos e 
característicos de cada cromossomo dividindo-os em 
regiões, sub-regiões e bandas. 
Assim, se pode fazer eventual diagnóstico molecular 
dos genes mutados. Com isso, é possível criar 
tratamentos em nível de produto gênico, utilizando uma 
proteína que vai anular ou inibir a proteína defeituosa. 
 
Classificação universal do cromossomo. 
 Através do bandeamento, é possível identificar 
as regiões específicas de mutação ou patologia 
nos cromossomos. 
 
 Quando se vai estudar o genoma, se olha o 
cariótipo de cromossomos em metáfase. Nele, se usa um 
ideograma – esquema dos cromossomos da espécie – 
para identificar e comparar as bandas dos cromossomos. 
 Outros tipos de coloração que podem ajudar a 
identificar dúvidas deixadas na banda G são: banda CBG, 
banda R, banda Ag-NOR e banda Q. 
Aplicações: 
 Citogenética clínica 
 Citogenética do câncer 
 Diagnóstico pré-natal 
 Investigação de aberrações cromossômicas 
 Sexagem de células 
 Alterações gênicas 
Preparação: 
 Colchicina – inibe a formação das fibras do fuso. 
Manutenção da célula em metáfase. 
 Hipotônica – turge. 
 Fixador – desidrata o núcleo. 
 Lâmina histológica gelada úmida. 
 O núcleo se rompe e os cromossomos ficam 
visíveis. 
 
 
OBJETIVOS: 
 Detectar alterações cromossômicas 
características; 
 Descrever os pontos de quebra cromossômica; 
 Apontar regiões genômicas críticas; 
 Associar aos achados clínicos-radiológicos e 
histopatológicos. 
Limitações da citogenética clássica: 
 Necessidade de células metafásicas; 
 Dificuldade na detecção de certas micro-
aberrações. 
Citogenética molecular 
Pode-se química ou mecanicamente abrir ou 
desnaturar as pontes de hidrogênio da dupla hélice de 
DNA. Geralmente, para desnaturar, aumenta-se a 
temperatura; para renaturar, basta diminuir a 
temperatura. Pode-se procurar diretamente as partes 
desejadas – sondas de genes – do cromossomo com 
marcadores fluorescentes. 
 A citogenética molecular teve início com o FISH 
(hibridação in situ por fluorescência) e foram surgindo 
outras técnicas. No FISH se pode visualizar um 
cromossomo inteiro, parte específica dele ou seu 
centrômero. Como em indivíduos com Síndrome de Down, 
que se pode utilizar um FISH na região centromérica do 
cromossomo 21. Não é necessário que os cromossomos 
estejam em metáfase. 
 No SKY (cariótipo espectral) é possível corar os 
cromossomos e se ver todo o genoma, cada um de uma 
cor. É necessário cromossomos em metáfase. 
 O CGH (hibridação genômica comparativa) surgiu 
para solucionar o problema do cariótipo espectral, 
fazendo o cariótipo sem ter obtido cromossomos. 
 
 
Vantagens da citogenética molecular: 
 Não necessita de células mitóticas; 
 Pode ser realizado em células interfásicas. 
FISH: 
 Em 1986, se iniciou a hibridização in situ 
fluorescente, através de sondas marcadas com 
moléculas de vitamina H (biotina), com detecção com 
moléculas de avidina, que tem alta afinidade com a biotina, 
marcadas com fluoresceína. 
 
Se tem o DNA da amostra na lâmina, é pingado sobre 
ele uma sonda – que nada mais é que um trecho de DNA 
conhecido marcado com uma molécula fluorescente. A 
sonda e o DNA devem ser complementares. A 
hibridização pode ser feita usando-se diversos tipos de 
sonda no FISH: 
 Break apart (ALK, IGH): sondas que vão detectar 
quebras genéticas ou translocações com cores 
e distância definidas entre genes. 
 Avaliação numérica (HER2): sondas que vão 
detectar o número de cópias de genes por 
contagem de sinais fluorescentes. Detecta 
deleções e duplicações de genes nos 
cromossomos. 
 Fusão (ALK/EML4): quando dois genes distintos 
são marcados com cores diferentes. Se eles 
estiverem com uma translocação que faça a 
fusão desses genes, eles estarão próximos 
(verde, laranja e amarelo (amarelo + verde)). 
Quando não há fusão envolvendo o gene, as 
marcações verde e laranja estarão distantes. 
 
SKY: 
 O SKY, cariótipo espectral, é uma variação do 
FISH. Suas aplicações são: 
 Necessita de cromossomos para utilização da 
técnica; 
 Cariótipos complexos, principalmente tumor 
sólido; 
 Identificação de cromossomos marcadoresde 
patologias específicas; 
 Determinação de pequenos rearranjos 
cromossômicos não visualizados pela banda G. 
 
 
CGH: 
 O CGH é uma hibridização genômica comparativa. 
É uma metodologia de citogenética molecular capaz de 
identificar alterações cromossômicas desbalanceadas, 
por meio da análise geral de todo o genoma num único 
experimento. 
 
 
Essa técnica permite estudar todo o genoma 
humano de uma só vez, identificando ganhos (duplicações) 
e perdas (deleções) de segmentos cromossômicos, 
deleções e duplicações afetando genes sabidamente 
associados a doenças genéticas e áreas de perda de 
heterozigosidade maiores causadas por dissomia 
unipariental. 
As aplicações do CGH são: 
 Determinação de alterações cromossômicas 
NÃO balanceadas: Tecido tumoral fresco; tecido 
arquivado em parafina. 
 Identificação de pequenos marcadores; 
 Confirmação de alterações cromossômicas sutis. 
 Deficiência Intelectual 
 Autismo 
 Síndromes genéticas 
É utilizado o DNA extraído da amostra do paciente e 
de uma amostra controle de origem feminina ou 
masculina, de acordo com o paciente em estudo. Cada 
amostra de DNA é marcada com um corante 
fluorescente verde ou vermelho, sendo posteriormente 
co-hibridadas numa lâmina de array. O array contém 
sondas representativas do genoma humano, com as quais 
o DNA teste e o DNA controle hibridizam 
competitivamente. 
Após a hibridização, a fluorescência de cada spot do 
array é lida por um scanner e os resultados são 
analisados por um software. As regiões do genoma com 
igual número de cópias entre o DNA do paciente e o DNA 
controle tem como característica a fluorescência 
“amarela”, resultado da igual contribuição de cada um dos 
corantes. 
Caso o paciente possuir uma deleção em relação à 
amostra controle, a região deletada apresenta a cor com 
o qual o DNA controle foi marcado, enquanto que nos 
casos das duplicações, a região duplicada apresenta a 
fluorescência da mesma cor com que foi marcado o DNA 
do paciente. Com softwares específicos de análise, ele 
consegue analisar a hibridização das sondas ao longo de 
cada cromossomo. 
 Os ganhos e perdas podem ser vistos em um 
ideograma e um gráfico.