Genética

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Genética
Genoma Humano
• Cerca de 20.000 a 25.000 genes codificadores de proteínas
• O produto final de alguns genes não é uma proteína, mas um RNA transcrito.
• Cada gene tem uma posição precisa no cromossomo - locus
• Células que desenvolvem em gametas -> linhagem germinativa
• Toda as outras células -> células somáticas
• Nas células somáticas: 22 cromossomos pareados (autossomos) + XX ou XY
Alelos são diferentes formas de um gene
Genoma humano= genoma nuclear + genoma mitocondrial
DNA Mitocondrial
• Herança exclusivamente materna
• Centenas de milhares de mitocôndrias
• Cada mitocôndria – várias cópias de mtDNA
• mtDNA – 37 genes
A sequência do Genoma Humana
• 3,3 bilhões de pares de bases de DNA
• Direção 5’ à 3’
• Projeto genoma humano (2003)
• Sequência de referência (banco de dados)
• A função de 50% dos genes é desconhecida
• Cerca de 1.5 - 2% do genoma codifica proteínas
• O genoma humano possui muitas sequências repetidas (50%) e essas não codificam proteínas
• Existem sequencias repetidas intercaladas ao longo do genoma ou agrupadas.
• Sequências repetidas agrupadas (em tandem) constituem cerca de 10 a 15% do genoma.
• Os elementos repetitivos dispersos mais estudados -> família Alu (10% do DNA) e família LINE (20%)
• Duplicações segmentadas -> sequencias repetitivas que são duplicadas envolvendo segmentos substanciais de um cromossomo – cerca de 5% do genoma
Células Germinativas são Haploides (n)
Interfase
· G1
Maior parte do tempo ( 10- 12h)
Multiplicação do conteúdo celular (DNA não duplica)
Centro celular com centríolos
G0 – as células não se dividem (neurônios e hemácias)
· S
Duplicação do material genético (6-8h)
Mesma quantidade de cromossomos, mas forma-se cromátides irmãs
· G2
Início da separação dos centros celulares
Meiose
• Exclusivo de células germinativas
• O momento da gametogênese é diferente homem x mulher
• Meiose I X Meiose II (igual a mitose)
Gametogênese humana e fertilização
• Espermatócitos primários ou ovócitos primários
• O momento da gametogênese é diferente homem vs mulher
• Meiose feminina iniciada mais cedo - durante a vida fetal, número limitado de células
• Meiose masculina iniciada continuamente – por toda a vida adulta do homem, muitas células
Espermatogênese
• Iniciada na puberdade
• Espermatócito primário – 2n – meiose I
• Espermatócito secundário – n – meiose II
• Espermátide se diferenciam em espermatozoides
• 64 dias
Ovocitogênese
• Iniciada no desenvolvimento fetal da mulher
• Ovogônia desenvolve em ovócito primário (2n)
– Cerca do 3 mês de desenvolvimento fetal
– Meiose I – prófase I
– A maioria degenera – cerca de 400 amadurecem
• Na maturidade sexual, pouco antes da ovulação, o ovócito primário completa a meiose I
• Ovócito secundário (n) e primeiro glóbulo polar (n)
• Na ovulação – meiose II – metáfase II – concluída se ocorrer fertilização
Fertilização
• Penetração do espermatozoide no ovócito
• Conclusão da meiose II – formação do segundo glóbulo polar
• Zigoto diploide – várias mitoses
Relevância clínica da mitose e meiose
• Garantia da constância do número de cromossomos (Integridade do genoma)
• Fetos cromossomicamente anormais
• Doenças genéticas
• Câncer
· Genoma Humano
Expressão -> observável à Fenótipo.
Mesmo gene podem formar diferentes produtos
– Codificação alternativa nos genes
– Modificações bioquímicas na proteína
A distribuição de genes ao longo dos cromossomos não é homogênea.
Família de genes compartilham sequências de DNA estreitamente relacionadas
Pseudogenes: assemelham aos genes mas não são funcionais
• Pseudogenes processados
foram formados por retrotransposição
DNA -> transcrição (RNA) 
Transcripitase reversa -> DNAc -> integrado ao genoma
• Pseudogenes não processados
subprodutos da evolução
genes que antes eram funcionais inativados por mutação
· RNA não codificante (RNAnc)
• Cerca de 20.000 – 25.000 genes, além dos genes codificantes.
• RNAr – ribossômico
• RNAt – de transferência
• RNAs envolvidos no controle do splicing
• RNApno – nucleolares – envolvidos na modificação de RNAr
• RNAInc- não codificantes longos – papel na regulação gênica, silenciamento gênico e em doenças humanas
• MicroRNA (miRNA) – suprimem a tradução de genes alvos
 Controlam a atividade de até 30% de todos os genes codificantes
Tradução e código genético
• No citoplasma
• Código é degenerado
AUG e Methionine são códon iniciador
Aspectos epigenéticos e epigenômicos
Epigenética é definida como o estudo das alterações na expressão gênica sem modificação na sequência do DNA.
Modificações agem no contexto da cromatina.
· Metilação do DNA
Inibe a expressão gênica, silenciando a transcrição.
Particularmente em ilhas CpG
Regulação dos promotores e acentuadores
Pode ocorrer desmetilação
· Modificações de histona
Modificação em H2A, H2B, H3 ou H4
• Metilação, fosforilação, acetilação
Em resíduos de aminoácidos específicos (caudas)
Afeta a compactação da cromatina
Ativam ou silenciam (mais compacto) a expressão gênica
· Variantes de histona
Substituição das histonas principais
• Pode levar ao aumento da expressão ou silenciamento.
· Rearranjo somático
Somente Linfócitos
· Expressão monoalélica aleatória
Apenas um único alelo de um gene de RO é expresso em cada neurônio sensorial olfatório
Outros genes com funções quimiossensoriais ou do sistema imune também são assim
Aumentar a diversidade de respostas para células que interagem com o mundo exterior
· Imprinting de origem parental
• A escolha do alelo a ser expresso não é aleatória
• Ocorre durante a gametogênese, antes da fertilização
• Cerca de 100 genes são “imprintados”.
Causa Síndrome Prader-Will e Síndrome de Angelman
· Inativação do cromossomo X
• Compensação de dose.
• Aleatório
• Mulheres são mosaico
• 15% genes expressão bialélica
• XIST -> RNAnc
Aula 4
Alelo mutante ou variante
Qualquer mudança na sequência de nucleotídeo no genoma do individuo
• Pode compreender, um ou mais pares de bases ou alteração na estrutura do cromossomo.
– Cromossômica: altera número de cromossomos da célula. Erros em segregação cromossômica.
– Subcromossômica: mudam apenas uma parte do cromossomo. Geralmente associado a eventos que ocorrem na recombinação homóloga como duplicações, deleções e inversões.
– Gênica (ou de DNA): alteração de 1 nucleotídeo até 100 kb (100.000 pb). Erros durante a replicação do DNA ou mutações devido falha no reparo correto do DNA após lesão.
• Nem todas as mutações se expressam no individuo.
• Variante ao invés de mutação (ACMG - American College Medical Genetics and Genomic, 2015).
• O termo variante não leva em consideração a frequência do alelo.
Alelo selvagem ou normal
Alelos particulares (variantes raras)
Alelos muito raros, encontrados em apenas uma única família.
Polimorfismo
Existência na população de um locus com pelo menos duas formas frequentes de alelos.
O alelo prevalente não pode ser exageradamente frequente, deve ser <99%
O conceito de polimorfismo não depende do tipo e tamanho de mutação que causou, nem do efeito do fenótipo. Depende exclusivamente de sua frequência na população.
SNP
• SNP = Polimorfismo de Nucleotídeo Único.
• Maior parte em regiões não codificantes
• 100.000 SNPs exônicos documentados
• Sinônimos X Não-sinônimos
Indels
• Único par de base ou até 1000 pb.
• > 1 milhão de indels descritos
• Simples (presença vs ausência)
• Microssatélites
– Numero variável de segmento de DNA que é inserido em tandem em determinado local.
– Unidades de dois, três ou quatro nucleotídeos
– STR – short tandem repeat (repetições curtas em tandem)
– DNA fingerprinting – FBI usa 13 loci de STR para identificação
• Inserção de elementos móveis
– Alguns elementos repetitivos são móveis e pode
haver retrotransposição.
– DNA -> RNA -> cDNA
Variação no número de cópias (CNVs)
• >1000 pb
• regiões de duplicações segmentares (segdups)
• mediar duplicação e deleção – varias síndromes cromossômicas
Polimorfismo de inversão
• Desde poucos pares de bases até grandes regiões do genoma
• Na forma balanceada, não envolvem perda ou ganho de função
• Pode resultar na duplicaçãoou deleção de DNA – associada a distúrbios clínicos 
· Citogenética Clínica 
Estudo dos cromossomos, sua estrutura e herança
• Efeito de dose, por falta (deleção) ou excesso (duplicação) do material cromossômico ou gênico.
– Monossomia compatível com a vida: cromossomo X (Turner)
– Trissomias compatíveis com a vida: 13, 18, 21, X e Y
– Maioria dos genes tem expressão bialélica
• Efeito direto da alteração, com disrupção de um ou mais genes no ponto de quebra de um rearranjo
• Efeito causado por origem parental de um cromossomo ou segmento cromossômico (imprinting)
• Efeito de posição, relacionado à função inadequada de um gene