Aula 1 - Introdução à Genética

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Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 04/08/20 1 
 
INTRODUÇÃO À GENÉTICA
Genética na Medicina 
• Diagnóstico Clínico → análise cromossômica 
em pacientes com algum distúrbio 
o Malformações e síndromes; 
• Consulta genética → histórico familiar 
o câncer; 
• Triagem/diagnóstico → pré-natal em mulher 
• Pesquisa em doenças graves 
o Câncer: direcionar quimioterápicos 
• Medicina personalizada → Farmacogenômica 
o melhorar a eficácia e diminuir a 
toxicidade dos medicamentos. 
• Definir fatores que mudam a expressão 
gênica → normal para anormal 
o Oncogenômica 
 
Século XXI: Conclusão do Genoma Humano (2001) 
• Determinar a ordem, ou sequência, de todas as 
bases do nosso DNA genômico 
• Identificar e mapear os genes de todos os 23 
pares de cromossomos humanos 
• Armazenar informação em bancos de dados 
• Desenvolver ferramentas eficientes para 
analisar esses dados 
• Desenvolver meios de usar esta informação 
para o estudo da biologia e medicina 
 
Questões éticas e legais → Definir as implicações 
éticas, legais e sociais da pesquisa genômica: 
 
• Impedir a discriminação genética e proteger a 
privacidade da informação genômica 
• Obtenções de dados dos genomas por 
empresas de seguro-saúde → cobrar taxas 
mais elevadas por propensões genômicas em 
desenvolver alguma doença genética. 
• Estabelecer Medicina Genômica como esteio 
(auxilio) da medicina moderna 
 
1. Será que as empresas de seguro saúde terão o 
direito de obter dados dos genomas de segurados? 
2. Será que elas podem ter o direito de cobrar uma 
taxa mais elevado caso o indivíduo apresente uma 
propensão genômica elevada em desenvolver 
algum tipo de doença genética? 
 
 
 
Todas essas questões devem ser discutidas pela 
comunidade científica e pela sociedade nos anos que 
virão. (VULGO AGORA, JÁ É REALIDADE) 
 
“Como nosso conhecimento e nossa prática da 
medicina são baseados em um conhecimento 
sofisticado da anatomia, fisiologia e bioquímica 
humana, lidar com a doença no futuro exigirá uma 
compreensão detalhada da anatomia, fisiologia e 
bioquímica molecular do genoma humano. Nós 
necessitamos de um conhecimento mais detalhado de 
como são os genes humanos e de como eles funcionam 
e são regulados. Nós teremos também médicos que 
sejam profundos conhecedores da anatomia molecular 
e da fisiologia dos cromossomos e genes como o 
cirurgião cardíaco o é da estrutura e do funcionamento 
do coração.” - (1980) Paul Berg – Nobel 
 
 
FARMACOGENÉTICA ou FARMACOGENÔMICA: ramo 
da Farmacologia Clínica que estuda as variabilidades de 
resposta às drogas em função das variações genéticas 
na população 
 
ONCOGÊNOMICA: tratamento baseado na tipagem 
genômica dos tumores 
 
MEDICINA PERSONALIZADA: reduzir danos colaterais 
• Finger print do paciente, gerado pela genética 
única dele, resulta num metabolismo próprio 
e, assim, o fármaco ou tratamento ou técnica 
de tratamento consegue sem bem específico. 
• DNA → Proteína → Enzimas → Metabolismo 
 
EPIGENÉTICA: é uma herança não genética, isto é, 
mecanismos moleculares envolvidos na interação 
entre fatores ambientais e a expressão da informação 
contida no DNA 
• Alimentação, exercício físico, estresse, calor... 
 
“Alfabetização Genética” dos médicos e dos pacientes. 
• Atenção à sintomas do paciente → muitas 
doenças tem também cunho genético → 
exames próprios → resolver problemas muito 
cedo 
→ SUS FAZ MUITOS DESSE EXAMES 
Revistas SCIENCE E NATURE → Ler mais sobre o tema 
 
Bancos de dados 
• National Center for Biotechnology Information 
o https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ 
• Online Mendelian Inheritance in Man 
o https://omim.org/ 
 
Ler sobre CRISPR – Técnica de edição de DNA 
 
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/
https://omim.org/
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Conceitos básicos 
A estrutura anatômica do DNA carrega a informação 
química que possibilita a transmissão exata de 
informação genética de uma célula para suas células-
filhas e de uma geração para a próxima. 
 
• (6) GENOMA: é o estudo do todo, das 
características gênicas (dos genes). 
o Sequência de toda informação 
genética contida no DNA 
 
Organização dos cromossomos humanos 
• (1) NUCLEOTÍDEO: molécula formada por 
bases nitrogenadas, fosfato e pentose (5C). 
o DNA → A, T, G e C 
o RNA → A, U, G e C 
• (2) DNA: macromolécula de ác. nucleico 
polimérica, formam os genes, composta por: 
o 1 açúcar: desoxirribose (5C) 
o 1 base nitrogenada 
o 1 grupo fosfato 
• (2.1) GENE: sequência específica do DNA 
necessária para produzir um produto funcional 
o Tenho regiões: 
▪ gênicas (transcritas → proteínas) 
▪ não-génicas (não são transcritas) 
o Dentro destes tenho regiões de 
EXONS E INTRONS 
 
DNA quando em vias de divisão celular, fica 
condensando e forma o cromossomo 
• (3) CROMOSSOMO: é o DNA condensado 
o Cromossomo = DNA espiralizado 
▪ Momento da divisão celular 
o Cada cromossomo humano é constituído 
por um único DNA de dupla hélice 
contínuo 
• (4) CARIÓTIPO: conjunto de cromossomos 
organizado 
o característicos em cada espécie ou em 
seus gametas, isto é, todos os indivíduos 
de uma mesma espécie apresentam o 
mesmo cariótipo 
▪ Exceto aqueles com patologias 
 
• EXONS: sequências expressadas 
o Nucleotídeos conservados na criação do RNA 
maduro 
• INTRONS: sequências de intervenção 
o nucleotídeos que não codificam diretamente a 
proteínas, são removidos na fase do mRNA 
 
O estado nativo de DNA (elucidado por Watson e Crick 
- 1953) é uma dupla hélice estrutura helicoidal 
assemelha-se a uma escada em espiral com giro na 
qual suas duas cadeias polinucleotídicas seguem em 
direções opostas, mantidas juntas por ligações de 
hidrogênio entre os pares de bases: T – A e G – C. 
 
 
 
Durante o ciclo celular, os cromossomos passam por 
estágios ordenados → condensado e descondensado 
• Estado mais descondensado = cromatina 
o Estágio do ciclo celular = intérfase 
o OBS: DNA na cromatina ainda está 
substancialmente mais condensado do 
que estaria como uma dupla hélice 
natural, livre de proteínas. 
o Temos então a TRANSCRIÇÃO 
(expressão) ativa dos genes 
 
Devido à natureza complementar das duas fitas de 
DNA, o conhecimento da sequência de bases 
nucleotídicas de uma das fitas automaticamente 
permite determinar a sequência de bases na outra fita. 
• A estrutura de dupla fita do DNA permite que 
elas se repliquem com precisão pela separação 
das duas fitas, seguida da síntese de duas 
novas fitas complementares, de acordo com a 
sequência da fita molde original. 
• Da mesma maneira, quando necessário, a 
complementaridade das bases permite o 
reparo eficaz e 
correto de danos às 
moléculas de DNA. 
 
Genótipo: código, indicado 
pelo conjunto de genes e que 
determinam ou não uma 
característica 
Fenótipo: manifestação visível desse código, é o que 
conseguimos perceber das características da pessoa 
A sequência do genoma humano original é considerada uma 
sequência de “referência” para a nossa espécie, mas que não 
é, na verdade, idêntica ao genoma de nenhum indivíduo. 
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Genes influenciam a suscetibilidade a muitas doenças e distúrbios 
Classificação dos transtornos genéticos 
• Cromossômicos 
• Único Gene 
• Multifatoriais 
Cromossômicos 
Relacionado às alterações cromossômicas, que podem 
vir de excesso ou uma deficiência de genes localizados 
em cromossomos inteiros ou em seus segmentos 
• Numéricos: Aneoploidia e diploidia ... 
• Estruturais: deleção, duplicação, inversão ... 
 
COMUM: acomete 7 em 1000 nascidos vivos e 
metade dos abortos espontâneos estão relacionados a 
essas alterações cromossômicas 
• Síndrome de Down: divisão celular anormal 
resulta em material genético extra do 21 
• Síndrome de Turner: causada por um 
cromossomo sexual ausente ou incompleto 
• Síndrome de Klinefelter: homem nasce com 
cópia extra do cromossomo X 
 
Único Gene 
Mutações relacionadas a um único gene 
 
RARA:1-2 em 1000, afeta 2% da população em 
algum momento da vida. 
 
• Anemia falciforme: alteração dos glóbulos 
vermelhos, têm sua membrana alterada (foice) 
e rompem-se mais facilmente→ anemia. 
• Fibrose cística: afeta as células que produzem 
muco, suor e sucos digestivos. Isso faz com que 
esses fluidos se tornem espessos e pegajosos. 
 
Multifatoriais 
Complexa interação entre “fatores genéticos” e 
ambientais, nesses casos não conseguimos fazer 
cruzamentos para saber quem tem ou não. 
 
MUITO COMUM: afeta 5% da população 
pediátrica e mais de 60% da população geral 
 
• Diabetes 
• Alzheimer 
• Hipertensão 
• Alcoolismo 
 
 
Então, a partir desse conhecimento prévio do estudo da 
minha genética, posso realizar procedimento que podem 
não anular a chance deu ter a doença, mas pode evitar que 
eu a desenvolva. Seria uma espécie de profilático às cegas: 
• Se tenho chance de ter câncer de pulmão, porque 
continuar fumando e não melhorando hábitos? 
Localização e Estrutura do DNA 
A composição dos genes no genoma, bem como os 
determinantes da sua expressão, é especificada no 
DNA dos 46 cromossomos humanos no núcleo 
juntamente com o cromossomo mitocondrial. 
• Cada cromossomo = constituído por um único 
DNA de dupla hélice contínuo. 
• Cada cromossomo = uma molécula de DNA de 
dupla fita longa 
 
Genoma nuclear = 46 moléculas de DNA lineares. 
• 23 pares (22 pares autossômico + 1 par sexual) 
Dentro de cada célula, o genoma é empacotado como 
cromatina, na qual o DNA genômico está conjugado 
com várias classes de proteínas especializadas. 
 
 
Exceto durante a divisão celular, a cromatina é 
distribuída por todo o núcleo 
o Seu aspecto é relativamente homogêneo. 
Quando uma célula se divide, seu genoma condensa-
se, aparecendo como cromossomos. 
o Cromossomos são visíveis como estruturas 
discretas 
 
• Médico suspeita de uma anomalia cromossômica 
→ exame pedido é o cariótipo → ver o conjunto 
• Médico suspeita de anomalia num único gene 
o Quer um cariótipo específico ou molecular 
→ exame pedido é o PCR ou sequenciamento → 
pois que ver a composição de um gene específico 
 
Não pensar em cromatina apenas como mais ou menos 
empacotada que o cromossomo → é um estado para que o 
cromossomo se condense e possa dividir. 
 
FISH (fluorescence in situ hybridization): técnica 
citogenética usada para detectar e localizar a presença 
ou a ausência de determinadas sequências de DNA em 
cromossomos. 
I. Resumidamente, nesses exames de cariótipo, 
eu induzo a célula a se dividir, pois nesse 
momento ela vai entrar na metástase, então, 
eu paro a divisão (com COLCHICINA), estouro 
a célula para ver o DNA fora do núcleo e com 
um corante, posso selecionar as melhores 
peças para estudo. 
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Organização do Genoma Humano 
Os cromossomos não são uma coleção aleatória de 
diferentes tipos de genes e outras sequências de DNA. 
o Regiões do genoma com características 
semelhantes tendem a ser agrupadas 
o Organização funcional reflete → 
organização estrutural e sequência. 
 
Algumas regiões cromossômicas (ou até mesmo 
cromossomos inteiros) podem ter: 
o Alto teor de conteúdo gênico = “rico em genes” 
o Baixo teor gênico = “pobre em genes” 
 
• Anormalidades de cromossomos ou regiões 
ricas tendem a ser mais graves clinicamente do 
que defeitos de dimensões semelhantes 
envolvendo partes do genoma pobres. 
 
 
Expressão dos genes 
A base cromossômica da hereditariedade reside na 
cópia do genoma e na sua transmissão de uma célula 
para sua progênie durante a divisão celular típica e de 
uma geração para a próxima durante a reprodução. 
 
O DNA é replicado pela deselicoidização dos dois 
filamentos da dupla hélice e pela construção de um 
novo filamento complementar sobre cada um dos 
filamentos separados da dupla hélice original. 
 
 
 
MUTABILIDADE: no curso da replicação, base incorreta 
pode ser colocada ou podem ser perdidas ou 
duplicadas. Caso ocorra tal evento, a nova cópia do 
DNA e todas as cópias decorrentes dessa serão 
diferentes da ancestral → Mutação Herdável 
 
 
Como o genoma é passado de célula a célula? Existem 
dois tipos de divisão celular, a mitose e a meiose. 
 
As alterações no número ou na estrutura dos 
cromossomos, as quais em geral são clinicamente 
significativas, podem se originar tanto nas células 
somáticas quanto nas células germinativas por erros 
na divisão celular. 
 
MITOSE 
Mitose é a divisão de células somáticas que regula: 
• o crescimento do corpo 
• a diferenciação 
• os efeitos da regeneração tecidual. 
 
I. Equacional: mantem-se o número de 
cromossomos na divisão 
A divisão mitótica normalmente resulta em duas 
células-filhas, cada uma com cromossomos e genes 
idênticos aos da célula-mãe. 
• Pode haver dezenas ou centenas de mitoses 
sucessivas numa linhagem de cel. somáticas. 
 
Células somáticas possuem um conteúdo 
cromossômico diploide = 2n = 46 cromossomos 
 
 
MEIOSE 
A meiose ocorre apenas nas células germinativa. 
• resulta na formação de células reprodutivas 
(gametas), onde cada uma delas possui apenas 
23 cromossomos 
 
I. Reducional: a célula-filha fica com metade da 
carga de cromossomos 
a. Ligado à gametogênese 
b. 1 de cada tipo de autossomo + X ou Y 
 
Os gametas possuem um conteúdo haploide = n = 23 
cromossomos 
 
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Estudo Dirigido 
1. Porque a genética é importante na medicina? 
Os médicos reconhecem que muitas doenças e 
distúrbios têm um componente hereditário, incluindo 
distúrbios genéticos raros como a anemia falciforme e 
a doença de Huntington, assim como muitas doenças 
comuns como asma, diabetes e hipertensão. Os 
avanços na genética resultaram em revelações 
importantes sobre a natureza de doenças como câncer 
e no desenvolvimento de exames complementares, 
incluindo os que identificam patógenos e genes 
defeituosos. Para médicos geneticistas, um gene é 
reconhecido clinicamente no contexto de uma variante 
observável que conduz a uma doença clínica 
característica 
 
2. Entender como as palavras GENE, GENOMA, 
DNA e CROMOSSOMOS se interagem 
O DNA é uma macromolécula de ácido nucleico 
polimérica, onde cada cromossomo humano é 
constituído por um único DNA de dupla hélice 
contínuo; ou seja, cada cromossomo é uma molécula 
de DNA de dupla fita longa. No genoma humano, essas 
cadeias que existem sob a forma de uma dupla hélice, 
consiste, por conseguinte, em 46 moléculas de DNA ou 
melhor expressando 46 cromossomos. Um gene é uma 
porção importante desse DNA, que ao ser expressado, 
define um impacto observável em um organismo e em 
sua transmissão estatisticamente determinada de 
geração a geração. 
 
 
3. Como está o DNA em uma célula que está se 
dividindo e em uma que não está se dividindo 
4. Expliquei sucintamente a imagem 
 
5. Explique de forma simples o empacotamento 
em diferentes níveis, mostrado na figura e, dê 
sustentação para que ele aconteça. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referências 
• Material dado em sala 
• Resumos passados 
• Genética Médica - Thompson 
o Cap 2 
• Introdução a genética – Griffths 
o Cap 1 
• Fundamentos da Biologia Celular - Alberts 
o Capítulos 5 e 6 
 
 
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