Mutação: Adaptação e Classificação

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Mutação 
Introdução 
· Mutação é o efeito de mudar, alterar ou transformar algo, sendo uma metamorfose ou evolução (adaptação); 
· Assim, a mutação é uma maneira que os organismos vivos encontram para se adaptar às mudanças do meio ambiente, podendo não ser sempre algo ruim ou danoso; 
· Todos os organismos são capacidades de se adaptarem ou sofrerem metamorfose, resultando em uma vantagem evolutiva em casos de mutações vantajosas (alterações permanentes); Ex: 1: o teosinto é a planta ancestral do milho que há milhares de anos foi cultivado pelos indígenas. Ele tinha uma única espiga com 5 a 12 semente muitos duras e não boas para o consumo, então, os indígenas começaram a cultivar semente melhores para o consumo, passando pela espécie de milho híbrida até finalmente chegar à espécie do milho mais atual, com sementes em maior quantidade e melhores para serem consumidas. intervenção humana pode promover a adaptação, como é o caso de organismos geneticamente modificados 2: o trigo na idade média tinha 1,20m de altura, ciclo de colheita era mais demorado, agricultores tinham dificuldade para visualizar as ervas daninhas devido a elevada altura das hastes. Atualmente, a haste é mais baixa (entre 30 e 60) cm. Essa modificação na semente do trigo se explica porque pesquisadores começam a unir sementes de trigo de espécies diferentes para gerar um ciclo de colheita mais acelerado (com isso o genoma do trigo foi modificado). Assim, através do cruzamento de várias espécies de trigo, foi possível chegar numa variedade de trigo conhecida como anã ou semi-anã, mais baixa, de crescimento mais rápido, sementes nutritivas e haste mais responsiva aos fertilizantes, sendo esse um organismo geneticamente modificado (OGM). Uma comparação entre espécies diferente de trigo mostra que o trigo natural não modificado e espécies de trigo geneticamente modificados possuem diferentes proteínas expressas. Sabe-se que tem aumentado muito o número de pessoas que têm algum desconforto intestinal ao glúten e, pode-se associar que, o glúten (complexo proteico) é presente nas espécies de trigo híbrido modificou. Quando o genoma da espécie é modificado, as proteínas produzidas podem ser modificadas e a resposta do organismo humano diante dessas proteínas modificadas pode ser diferente 
· As mutações podem ocorrer em todas as células que possuem DNA, inclusive hemácias, que apresentam o DNA mitocondrial em suas mitocôndrias. 
Classificação 
· Mutações somáticas: elas atingem células somáticas e não são transmitidas aos descendentes; Ex: os irmãos gêmeos quando nascem possuem DNA que são exatamente iguais. Ao longo de suas vidas esses irmãos se expõem a uma série de fatores ambientais, logo, o sequenciamento de DNA de 2 irmãos gêmeos monozigóticos quando adultos possui diferenças porque eles foram expostos a diferentes fatores ambientais (epigenética estuda essas alterações do DNA que acontecem ao longo das nossas vidas) 
· Mutações germinativas: elas atingem os gametas e são transmitidas aos descendentes. Ex: no acidente de Chernobyl as pessoas ficaram expostas as dosagens altas de radiação e, com isso, tiveram células germinativas sofreram mutações e os descendentes nascem com algum tipo de malformação 
Tipos 
Material genético
· Mutações genômicas: ocorre pela não-disjunção dos cromossomos, em que, a célula herda um número anormal de cromossomos; Ex: aneuploidias e poliploidias 
· Mutações cromossômicas: é provocada por rearranjo cromossômico, em que eles sofrem alterações estruturais, como translocação, deleção e inserção; 
· Mutações gênicas: são as mutações em pares de bases nitrogenadas nos genes; 
· Mutação “de novo”: são as mutações espontâneas ou induzida por um agente, que ocorrem ao longo da vida; 
· As mutações gênicas resultam da variação de um ou mais nucleotídeos; 
· As mutações cromossômicas ou genômicas podem ser reconhecidas através do exame do cariótipo, enquanto as mutações gênicas devem ser diagnosticadas através do sequenciamento do DNA humano; 
· Deve-se lembrar que herdamos um alelo da mãe e um alelo do pai, então, essas mutações dos genes podem acontecer em um alelo ou nos dois alelos; 
· Nomenclatura: 
· Wild type (WT): ambos os alelos vindos dos pais são normais; 
· Alelos mutados: apresentam mutações em pares de pares, podendo ser em heterozigose (apenas em um dos dois alelos) ou homozigose (nos dois alelos). 
Alterações nas células
· Espontânea: é aquela que ocorre por erro de replicação no DNA; 
· Induzidas: está relacionada a exposição ao meio ambiente, por agentes físicos, químicos ou biológicos; 
· Hereditárias: são aquelas que ocorrem por mutações germinativas, que são transmitidas para os descendentes, podendo ser do pai, da mãe ou de ambos; Ex: gene BRCA, associado ao câncer de mama 
· Consequências: 
· Aumento no número de cópias de proteína; 
· Não produção da proteína; 
· Proteína alterada: a proteína é produzida em quantidades normais, porém, ela perde ou ganha sua função (exercer de forma exagerada), por alterações na estrutura terciária ou quartenária. 
Mutação “de novo” 
· Não existe tradução para este termo; 
· Induzida por um agente; 
· Agentes físicos: radiação ultravioleta (solar), eletromagnética (radiografias diagnósticas) e gama (radionuclídeos); 
· Agentes químicos: tabaco e alcatrão, conservantes (nitrato e nitrito), hidrocarbonetos policíclios aromáticos (HPA’s) → carne queimada e acrolína (óleos de cozinha queimado); 
· Agentes biológicos: vírus, como HPV e hepatite, que incorporam seu DNA ao da célula hospedeira, podendo inativar genes supressores de tumores ou mesmo ativar oncogenes → relacionadas ao ciclo celular
· Espontânea
· Uma replicação do DNA pode gerar mutações, de forma que, pode ocorrer uma alteração nucleotídica a cada um bilhão de pares de bases nitrogenadas; 
· O DNA completo apresenta cerca de 3 bilhões de pares de bases, então, pode-se afirmar que ocorrem cerca de 3 mutações nucleotídicas a cada ciclo de replicação da molécula de DNA; 
· Apenas 2% de todo o DNA é constituído de regiões codificantes (éxons), então, é pouco provável que uma mutação atinja um gene importante; 
· As mutações são acumuladas ao longo de cada ciclo de replicação, visto que, elas são irreversíveis e, com o passar das replicações os telômeros, vão diminuindo e as células envelhecendo; Ex: um fibroblasto humano por pode realizar in vitro cerca de 50 replicações 
· O câncer é uma doença associada ao envelhecimento pois as diversas mutações que ocorreram ao longo da vida estão acumuladas na 3ª idade, então, as chances de atingirem um gene importante são maiores. 
Mutação gênica 
Polimorfismo de nucleotídeo único
· SNP: single nucleotide polimorphism; 
· Significa a capacidade de adquirir diferentes formas; 
· Nem sempre resulta em um processo patológico; 
· Ela envolve apenas uma letra/nucleotídeo do código genético; 
· Geralmente, está presente nas regiões regulatórias dos genes, como enchancers (ativam os genes) e silenciadoras (inativam os genes), onde são ligados os fatores de transcrição. Podem, também, ocorrer mutações nas regiões promotoras; 
· Consequências: 
· Impossibilidade de ligação dos fatores de transcrição específicos às regiões regulatórias do gene; 
· Aumento da afinidade e frequência da ligação dos fatores de transcrição específicos às regiões regulatórias do gene; Ex: mutação SNP na persistência da lactase: lactase é o dissacarídeo /açúcar /carboidrato presente no leite. O organismo humano apresenta produção de lactase presente na borda em escova no epitélio intestinal. Essa enzima tem a função de degradar a lactose em glicose e galactose. Atualmente, muitas pessoas são intolerantes a lactose que, se refere a diminuição ou ausência desta enzima e, por isso, quando consomem leite sofrem desconforto abdominal por não digestão da lactose. Naturalmente a espécie humana já foi programada para ter uma certa intolerância a lactose na fase adulta pois o leite é o principal e único alimento nos primeiros meses de vida, então naquele momento o epitélio intestinalprecisa produzir muita lactase (porém, deve-se lembrar que existem crianças que já nascem intolerantes a lactose por mutação genética herdada). Depois dos 6 meses a criança começa a receber outros alimentos e numa maneira de economizar energia as células intestinais deixam de produzir enzima lactase em grande quantidade, então é normal o desconforto com a lactose na fase adulta, o que não é normal é que a enzima continue sendo produzida em grande quantidade. Na fase adulta alguns indivíduos podem apresentam mutação do tipo SNP em regiões regulatórias do gene para lactase, visto que, os seres humanos possuem o gene para a enzima lactase, esse gene tem região regulatória e essa região regulatória tem o seu fator de transcrição específico que se liga a essa região para ativar o gene para lactase. Alguns indivíduos apresentam mutação num sítio/região regulatória que ativam o gene (a região regulatória fica distante do gene propriamente dito) pela substituição da citosina substituída por timina de forma pontual, provocando um aumento da intensidade da frequência com que o fator de transcrição específico OCT1 se liga à região regulatória do gene para a lactase. A mutação vai fazer com que esse fator de transcrição se ligue a região regulatória do gene para lactase, ativando o gene que começa a produzir muita muita enzima lactase. Como os fatores de transcrição específicos ficam ali ativando o gene, os fatores de transcrição gerais que se ligam na região promotora vão se ligar ao gene da lactase, a RNA polimerase vem e transcreve muitos RNA mensageiro para a enzima lactase gerando uma produção maior da enzima lactase que não é normal na fase adulta. Assim, a mutação SNP provoca a persistência da enzima lactase na fase adulta, isso quer dizer, era para produzir menos lactase mas alguns indivíduos têm essa mutação e continuam produzindo lactase em excesso na fase adulta 
Perda e ganho de função
· As mutações podem gerar consequências, como uma proteína alterada com perda de função. Ex: 
· Perda de função: a enzima sofre modificação do sítio ativo impedindo a ligação ao substrato (enzimas apresentam uma região chamada sítio ativo que se liga ao substrato/estrutura, que é a que a enzima vai degradar). Toda enzima é proteína formada por aminoácidos, tem estrutura tridimensional que pode ser terciária ou quaternária e só com essa estrutura tridimensional adequada é que a proteína exerce sua função). Assim, uma proteína/enzima alterada pode modificar o sítio ativo. Quando a enzima sofre mutação ela pode perder a função porque ela não consegue se ligar ao seu substrato já que o seu sítio ativo teve o formato modificado por alteração de algum aminoácido. Portanto, quando a mutação ocorre por perda de função, geralmente ela está relacionada aos distúrbios recessivos (alteração em homozigose nos dois alelos). Quando os dois genes são mutados resulta em perda total (de 100%) de produção, todas as proteínas são alteradas. Se apenas um alelo é mutado e o outro normal, pode-se entender que o alelo normal é capaz de produzir proteína normal, então 50% das proteínas seriam normais e 50% alteradas, então, a perda de função está relacionada a mutação em 2 genes; 
· Ganho de função: o sítio ativo se liga perfeitamente ao substrato. Pode acontecer com que a alteração da forma da proteína faça com que ela ganhe função, já que uma alteração na estrutura tridimensional pode fazer com que aumente a afinidade pelo substrato então a enzima fica ativada o tempo todo. Existem enzimas que estão inativadas e são apenas ativadas na presença de fatores enzimáticos. Uma mutação pode fazer com que a enzima fique sempre ativada, isso quer dizer que ela ganhou função de estar sempre ativada. Outra forma de ganho de função é pelo uso indiscriminado de antibióticos pode fazer com que bactérias desenvolvam resistência a eles, as bactérias sofrem mutações em determinadas enzimas e essas enzimas passam a se ligar a antibióticos e inativam o antibiótico. As mutações por ganho de função geralmente acontecem nos distúrbios dominantes quando apenas um dos alelos é mutado. Caso seja presente um alelo normal que apresenta um gene para gerar uma proteína normal e os outros 50% geram proteína com intensa intensidade. Assim, basta que um dos alelos esteja mutados para que a proteína ganhe função no organismo humano. 
Tipos
· Substituição de bases nitrogenadas (troca uma base por outra), inserção de bases nitrogenadas (insere-se uma base a mais na sequência), deleção de bases nitrogenadas (uma base deletada da sequência); 
· A mutação por substituição de base pode ser silenciosa, missense e nonsense; 
· As mutações por inserção ou deleção de bases são conhecidas por frameshift (mudança de leitura de quadro). 
SUBSTITUIÇÃO DE BASES: 
· Transição: troca de uma purina por outra purina ou uma pirimidina por outra pirimidina, ou seja, A por G ou T por C; 
· Transversão: troca de uma purina por uma pirimidina ou pirimidina ou purina, ou seja, A por T ou G por C ou G por T ou A por C; 
· Mutações por transição são 10 vezes mais frequentes, já que é mais fácil a RNA polimerase “confundir” as bases por sua semelhança; 
· As mutações ocorrem em 2 etapas: 
· 1ª etapa: pode ocorrer o mal pareamento das bases (em vez de ser timina insere citocina por exemplo), nesse momento apenas o erro aparece apenas na fita molde, pela replicação ser semiconservativa. Existe a chance de a DNA polimerase confere para ver se tem erro e pode remover a base mal pareada; 
· 2ª etapa: caso a DNA polimerase não exercer sua função de remover a base mal pareada, na segunda replicação as fitas parentais estabelecem a mutação. No primeiro ciclo as fitas parentais estavam corretas e em uma das novas fitas ocorreu o erro. Na segunda rodada de replicação (segunda etapa) o erro se estabelece, pois, as duas fitas se separaram para a replicação semiconservativa acontecer e houve erro na fita nova. em caso de não correção do erro, a fita que era nova na primeira replicação passa a ser fita molde e a mutação se estabelece. A mutação é irreversível na segunda geração. 
· Incompatibilidade A-C: esse tipo de mal-pareamento (A-C) é muito comum; 
· A é purina e C é pirimidina, logo não há como parear adequadamente, pois existe a formação de apenas uma ligação de hidrogênio, enquanto o pareamento A-T forma 2 ligações de hidrogênio e C-G 3 ligações de hidrogênio; 
· As ligações de hidrogênio mantêm as bases unidas quanto mais ligações de hidrogênio mais estabilidade existem entre duas fitas. A-C só “da certo” por ser uma base purina com pirimidina (a ligação de hidrogênio é a atração que existem entre hidrogênio e nitrogênio ou oxigênio) N com N não pareia, N e H distantes também não e apenas o h próximo ao oxigênio, formando 1 ligação de hidrogênio; 
· Mesmo que a DNA polimerase corrija o erro, ainda existe chance dele se manter, pois não sabe se o erro foi A-C, C-A (não sabe quem está errado, A ou C; 
· Silenciosa: tinha um par T-A e mutação gerou G-C, ou seja, timina foi trocada por guanina e adenina por citosina. O códon original era CGT e a mutação acarretou o códon CGG, ambos os códons codificam arginina, logo essa mutação não provoca alteração no aminoácido; 
· Missense: mutação com sentido trocado. Inicialmente o códon AAG codifica lisina e a mutação troca G por C e forma um novo códon AAC, que codifica o aminoácido asparagina (houve troca de um aminoácido por outro). Em decorrência da troca de um aminoácido a proteína pode perder ou ganhar função; Ex: a anemia falciforme é caracterizada por mutação gênica em que o gene que codifica uma subunidade da hemoglobina é modificado. Originalmente o RNAm apresentava GAA, que codifica o ácido glutâmico, porém a mutação gerou a troca de um nucleotídeo e GAA passou a ser GUA, que codifica o aminoácido valina gerando modificação estrutural da hemoglobina. Então, hemoglobina se liga ao oxigênio e após se ligar ao oxigênio modifica sua estrutura e acaba acarretando alteração na morfologia da própria hemácia. Essa mutação missense gera perda defunção da proteína porque ela acaba se aglutinando no interior da hemácia formando polímeros gelatinosos que modificam a estrutura da hemácia 
· Nonsense: mutação sem sentido. Tem relação com start/stop códon. Originalmente códon TGT para o aminoácido cisteína, a mutação que trocou T por A, assim, gera troca do códon e TGT passa a ser TGA que é o stop códon. A proteína simplesmente para de ser traduzida antes da hora, de forma que, era para vir mais aminoácido na sequência, mas a mutação por substituição gerou um stop códon e a proteína para de ser produzida na metade. Então, a proteína fica incompleta, pela metade, resultando em uma proteína sem função alguma devido a inserção de um stop códon onde não era para existir; 
· Frameshift: é uma mutação que acontece na deleção ou mesmo na inserção de bases nitrogenadas; 
· Quando uma base é deletada/inserida, gera mudança total a partir dali no quadro de leitura da proteína porque os nucleotídeos se deslocam. Assim, todos os aminoácidos dali em diante sofrem modificação, resultando em uma modificação total da proteína. 
Nomenclatura das mutações 
No gene
· As nomenclaturas de mutações têm como função a facilitação no trabalho de redigir as diferentes mutações; 
· Na contagem de nucleotídeos, considera-se o primeiro nucleotídeo aquele que faz parte do start códon e a contagem realizada deve contar, também, os nucleotídeos dos íntrons; Ex: um nucleotídeo guanina de número 326 que faz parte do códon de número 42. Dando o nome do gene de FASMED, a mutação seria representada por FASMED g.326G>A, em que, é demonstrada que a guanina que é o nucleotídeo de número 326 foi substituída pela adenina 2: FASMED g.326G>A: 
· FASMED: nome hipotético do gene; 
· g.: o gene está localizado no DNA genômico, contido por íntrons (letras minúsculas) e éxons (letras maiúsculas); 
· 326: se refere à posição do nucleotídeo que sofreu a mutação. Deve-se contar a partir da primeira base nitrogenada do códon de iniciação (ATG), ou seja, o primeiro nucleotídeo sempre será a adenina; 
· G: nucleotídeo correto (original); 
· >: símbolo utilizado para indicar a troca ou mutação ocorrida. Pode-se ser lido como “substituído por”; 
· A: nucleotídeo errado (entrou no lugar de G); 
· Em laboratório, é possível converter um segmento de RNAm (que contém apenas os éxons) em DNA novamente, através de uma enzima denominada transcriptase reversa, que realiza a transcrição do RNA à DNA; 
· Nessa situação, a sequência de DNA obtida a partir do RNAm apresenta apenas os éxons e que deve ser denominada cDNA, que significa DNA complementar; 
· Se estivermos analisando uma sequência de cDNA, a letra “g” na nomenclatura das mutações deve ser substituída pela letra “c”, que significa complementar. Ex: FASMED c.125G>A 
Nas proteínas
· Para ter a sequência da proteína, deve-se realizar a tradução, identificando os códons e os aminoácidos que eles codificam; 
· A proteína geralmente leva o nome do gene; Ex: 1: um nucleotídeo guanina de número 326 que faz parte do códon de número 42. A sequência GGG, inicialmente, codifica uma glicina mas, com a mutação ocorrida, e com a entrada da adenina no lugar da guanina, o códon mudou para GAG, que codifica o glutamato, então, a nomenclatura fica (FASMED p.Gly42Glu) 2: 3: 
· Não conta os nucleotídeos na nomenclatura de proteínas, apenas os códons. 
· Não conta intron
Dúvida: prof, só relembrando, tanto na nomenclatura de mutação de nucleotídeo quanto na de proteína a contagem começa do códon de iniciação, mas na de nucleotídeo conta os introns e os exons e na de proteína só os exons? Sim 
Nonsense: 
Tipos de mutações
· Ocorrem quando um ou mais nucleotídeos são inseridos ou removidos da sequência selvagem; 
· A partir do start códon, inicia-se a “fase de leitura” da proteína, que se estende até o stop códon; 
· Se apenas um nucleotídeo for adicionado ou removido, haverá alteração na fase de leitura da proteína; 
· As mutações de inserção ou deleção também são conhecidas como frame shift (mudança de quadro); 
1 (mutação por deleção): FASM c.6delG: no gene FASM, no DNA complementar, o nucleotídeo de número 6 foi deletado e era uma guanina; 
2 (mutação por inserção): FASM c.7insA: no gene FASM, no DNA complementar, foi inserido um nucleotídeo na posição 7, que era uma adenina que passa a ser o nucleotídeo 7 (o nucleotídeo que era o 7 passa a ser o 8); 
· As deleções ou inserções (em éxon) podem ocorrer em vários nucleotídeos de uma vez. Ex: Inserções: CBS c.844ins68: no gene CBS, no DNA complementar, houve a inserção de 68 nucleotídeos na posição 844; Deleções: UBE3A c.1524–1527del: no gene UBE3A, no DNA complementar, houve a deleção dos nucleotídeos de posição 1524–1527 
Mutações em íntrons
· As mutações em íntrons podem alterar o sítio de splicing (GU–AG); 
· Não se deve esquecer que enhancers e silenciadores são sequências regulatórias de genes que podem estar localizadas dentro de íntrons. 
Ex: 
- IVS1: sigla, que significa Intervening Sequence. Se refere ao número do íntron onde a mutação está localizada (íntron número 1); 
· Exemplos:
· 1: FASMED g.IVS1-19C>T: 
· –19: a contagem é realizada do final ou do início do íntron até a posição do nucleotídeo, ou seja, da direita para a esquerda, usando o sinal de – 
· 2: FASMED g.IVS2+25G>A: 
· +25: a contagem é realizada do início do íntron até a posição do nucleotídeo, ou seja, da esquerda para a direita, usando o sinal de +