[RESUMO] Hemoglobinopatias

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Universidade Federal do Oeste da BahiaThomás R. Campos
NUSSBAUM, R.L.; MCLNNES, R.R.; WILLARD. H.F.. Thompson & Thompson Genética Médica. 7ª ed. Rio de Janeiro: Elsevier,2008.
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Fundamentos de Doença Molecular: Aprendendo com as 
Hemoglobinopatias
(Capítulo 11 – THOMPSON)
Uma doença molecular é aquela em que o principal evento causador da doença é uma mutação, herdada
ou adquirida. O estudo do fenótipo ao nível de proteínas, bioquímica e metabolismo constitui a
disciplina de genética bioquímica. O estudo da doença genética em seus vários níveis fenotípicos
(gene, proteína, célula, tecido, organismo como um todo) não tem apenas contribuído muito em termos
informativos na medicina, mas também tem levado cada vez mais a um tratamento promissor, incluindo
as terapias gênica e proteica, de doenças herdadas.
Mutações causam doenças por meio de quatro efeitos diferentes sobre a função da proteína:
1- Perda de função;
2- Ganho de função;
3- Propriedade nova;
4- Expressão heterocrônica (no momento errado) ou ectópica (no local errado).
Mutações Associadas à Perda de Função
Ocorre devido à introdução de substituições, deleções, inserções, ou rearranjos de nucleotídeos em
sequências codificadoras.

 Uma perda de função devido à deleção, levando à redução na dosagem gênica, é exemplificada
pelas α-talassemias;
 Doenças associadas à perda cromossômica, incluindo as monossomias, como síndrome de
Turner;
 Mutações somáticas adquiridas — freqüentemente deleções — que ocorrem em genes
supressores de tumor em muitos cânceres, tais como retinoblastoma.
A introdução de um códon de fim prematuro, de uma mutação de sentido trocado (missense) ou de
outra mutação na seqüência codificadora pode levar à perda de função (Ex: β-talassemias).
Mutações Associadas a Ganho de Função
Em um sistema biológico, mais não é necessariamente melhor, e isto pode resultar em doença. Um
ganho na função da proteína pode ser decorrente tanto do aumento de sua quantidade, geralmente por
causa de um aumento em sua expressão ou na expressão de seu gene cognato, como de um aumento da
capacidade de cada molécula de proteína em realizar uma ou mais funções normais.
 Mutações que Aumentam uma Função Normal de uma Proteína
 Hemoglobina Kempsey, que mantém a hemoglobina em seu estado de maior afinidade
pelo oxigênio, reduzindo, portanto, a entrega de oxigênio aos tecidos;
 Acondroplasia. Mutação do gene FGR3 (cromossomo 4). Na placa de crescimento, a
função natural do FGFR3 é reduzir o ritmo de crescimento. Devido à mutação, o FGFR3
está trabalhando (sinalizando) excessivamente, o que provoca uma redução acentuada
da proliferação (multiplicação) e maturação (hipertrofia) dos condrócitos.
 Mutações que Aumentam a Produção de uma Proteína Normal
 Trissomia do 21 (síndrome de Down);
 Uma forma familiar da doença de Alzheimer, que é decorrente da duplicação do gene
da proteína precursora de amilóide (βAPP);
 Doença de Charcot-Marie-Tooth tipo 1A, que resulta geralmente da duplicação de um
único gene, o gene da proteína 22 da mielina periférica (PMP22);
 Aumentos na dosagem gênica são também prevalentes como mutações somáticas em
células cancerosas;
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Mutações Associadas a uma Nova Propriedade
Ocorre mudança na seqüência de aminoácidos, causando uma doença por conferir uma propriedade
nova à proteína, sem necessariamente alterar suas funções normais.
 Anemia falciforme. É devida a uma substituição de aminoácido que não tem efeito na
capacidade da hemoglobina falciforme de transportar oxigênio.
Mutações Associadas à Expressão Gênica Heterocrônica ou Ectópica
Mutações que alteram as regiões reguladoras de um gene, causando sua expressão inadequada em um
momento ou um local anormais.
 Câncer  expressão anormal de oncogenes;
 Persistência hereditária de hemoglobina fetal  mutações nos elementos reguladores da
hemoglobina levam à expressão continuada no adulto do gene da γ-globina, que é
normalmente expressa em altos níveis somente na vida fetal.
COMO AS MUTAÇÕES INTERFEREM NA SÍNTESE DE PROTEÍNAS BIOLOGICAMENTE NORMAIS
As mutações podem interferir em qualquer uma dessas etapas:
AS HEMOGLOBINAS
Como a hemoglobina foi uma das primeiras estruturas proteicas a ser deduzida e os genes de globina
humana foram os primeiros genes relacionados a doenças a serem clonados, sua patologia bioquímica e
molecular é mais bem entendida do que provavelmente a de qualquer outro grupo de doenças
genéticas.
As globinas também contribuem para o entendimento do processo de evolução a níveis tanto molecular
quanto populacional, e fornecem um modelo de ação gênica durante o desenvolvimento.
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Estrutura e Função da Hemoglobina
A hemoglobina é o transportador de oxigênio nas hemácias de vertebrados. A molécula contém quatro
subunidades: duas cadeias α e duas cadeias β. Cada subunidade é composta por uma cadeia
polipeptídica, globina, e um grupo prostético, heme, que é um pigmento que possui ferro e se combina
com o oxigênio, conferindo à molécula sua capacidade de transportar oxigênio.
 Na hemoglobina normal de adulto, hemoglobina A (Hb A), essas cadeias de globina são
designadas α e β;
 A globina tem “áreas sensíveis”, em que mutações invariavelmente afetam a função, e “áreas
insensíveis”, em que uma variação é mais facilmente tolerada.
Expressão dos Genes de Globina e o “Liga-e-Desliga” da Globina (Globin Switching) durante o
Desenvolvimento
Um exemplo clássico da regulação ordenada da expressão gênica no desenvolvimento. Mudanças
temporais da síntese de globina (switches) são acompanhadas pelas alterações no local principal de
eritropoese.
 Fase embrionária: Hbgower 1(ζ2ε2), Hbgower 2(α2ε2) ou Hbportland(γ2ε2), ocorre no saco
vitelino da terceira a oitava semanas de gestação.
 Feto: Hb F (α 2γ 2). Ocorre no fígado fetal, na quinta semana de gestação. A Hb F representa
menos de 1% da hemoglobina total.
 Adulto: HbA (α 2β 2) e HbA 2 (α 2δ 2).
Infelizmente, as pequenas quantidades HbA 2 e Hb F que são normalmente encontradas em sangue de 
adultos, são insuficientes para compensar as quantidades reduzidas de β-globina (e, portanto, de Hb A) que 
são encontradas em doenças como a β-talassemia.
A Regulação da Expressão do Gene da β-Globina durante o Desenvolvimento: A Região
Controladora de Locus
Região controladora de locus (LCR) é necessária para a expressão de todos os genes do grupo da β-
globina no cromossomo 11.
 Pacientes com deleções na LCR falham ao tentar expressar os genes do grupo da β-globina;
 O conhecimento dos mecanismos moleculares que fundamentam o “liga-e-desliga” da globina
pode tornar possível, por exemplo, a maior expressão do gene de γ-globina em pacientes com
β-talassemia (que têm mutações no gene de β-globina). Aumento de HbF em β-talassemia e
anemia falciforme.
As doenças hereditárias da hemoglobina podem ser divididas em três grandes grupos:
Variantes Estruturais de Hemoglobina
A maioria das variantes de hemoglobina resulta de mutações de ponto em um dos genes estruturais de
globina, mas algumas são formadas por outros mecanismos moleculares mais complexos.
Mais de 400 hemoglobinas anormais têm sido descritas e cerca de metade delas é clinicamente
importante.
Variantes estruturais, 
que alteram o 
polipeptídeo globina sem 
afetar sua taxa de síntese.
Talassemias, nas quais 
ocorre síntese reduzida 
(ou, raramente, extrema 
instabilidade) de uma ou 
mais de uma das cadeias 
de globina, resultando em 
um desequilíbrio nas 
quantidades relativas das 
cadeias α e β.
Persistência hereditária 
de hemoglobina fetal, 
um grupo de condições 
clinicamente benignas 
que despertam interesse 
porque comprometem, no 
período perinatal, a 
mudançada síntese de γ-
globina para a de β-
globina
Alteração na 
proteína
Alteração na 
síntese
Alteração no 
período da síntese
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As variantes estruturais de hemoglobina podem ser separadas em três classes, de acordo com o
fenótipo clínico:
Anemias Hemolíticas
A grande maioria das hemoglobinas mutantes que causam anemia hemolítica torna o tetrâmero de
hemoglobina instável. Contudo, duas das variantes mais bem conhecidas associadas à hemólise, globina
falciforme e Hb C, não são instáveis, mas fazem com que as hemoglobinas mutantes assumam estruturas
rígidas raras.
 Anemia Falciforme
A hemoglobina falciforme (Hb S) é devida à substituição de um único nucleotídeo que
altera o códon do sexto aminoácido da β-globina de ácido glutâmico para valina (GAG →
GTG: Glu6Val).
 A homozigosidade para esta mutação é a causa da anemia falciforme.
 Os heterozigotos, que são ditos ter traço falcêmico, são, em geral, clinicamente
normais, mas suas hemácias se tornam falciformes quando são submetidas a pressões
muito baixas de oxigênio in vitro.
A anemia falciforme é uma condição hemolítica autossômica recessiva severa 
caracterizada por uma tendência das hemácias assumirem uma forma anormal sob 
condições de baixa tensão de oxigênio:
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A Patologia Molecular da Hb S
Todas as manifestações clínicas da hemoglobina falciforme são conseqüências dessa única mudança no
gene da β-globina.
 Como a anormalidade da Hb S está localizada na cadeia β, a fórmula da hemoglobina falciforme pode
ser escrita como α 2β 2 S ou, mais precisamente α 2Aβ 2 S. Um heterozigoto tem um mistura dos dois
tipos de hemoglobina, A e S, representados por α 2Aβ 2 A e α 2Aβ 2 S, além de um tetrâmero híbrido
de hemoglobina, escrito como α 2AβAβS.
O Afoiçamento e Suas Consequências
No sangue desoxigenado elas moléculas de hemoglobina contendo as subunidades de β-globina
mutantes apresentam apenas um quinto da solubilidade da hemoglobina normal.
Sob condições de baixa tensão de oxigênio, as moléculas de hemoglobina falciforme se agregam na
forma de polímeros sob a aparência de bastão ou fibras, que distorcem a hemácia para a forma em
foice (falciforme). Estas hemácias deformadas são menos flexíveis que as normais e, diferentemente
das células hemácias normais, não podem se comprimir em fila única (“fila indiana”) através dos
capilares. Desse modo, bloqueiam o fluxo sanguíneo e causam isquemia local.
Hemoglobinas com Propriedades Físicas Novas: Hb C
Decorre de uma troca na sexta posição da cadeia β, em que o ácido glutâmico é substituído pela lisina
(Glu6Lis).
 A Hb C é menos solúvel que a Hb A e, portanto, tende a se cristalizar nas hemácias, reduzindo sua
flexibilidade nos capilares e causando uma doença hemolítica leve.
 Pessoas que são heterozigotos compostos para as mutações βC e βS (doença Hb SC) têm uma
doença hemolítica que é mais branda do que a anemia falciforme e podem não apresentar problemas
clínicos até que, inesperadamente, uma complicação séria se desenvolve como resultado de
vasoclusão, particularmente na retina.
Hemoglobinas Instáveis
São geralmente decorrentes de mutações de ponto que causam desnaturação do tetrâmero de
hemoglobina nas hemácias maduras.
 Os tetrâmeros de globina desnaturados são insolúveis e precipitam, formando inclusões (corpos
de Heinz) que contribuem para lesão da membrana das hemácias e causam hemólise das hemácias
maduras na árvore vascular.
Hb Hammersmith
Substituição de aminoácido (Fen42Ser) da cadeia β.
 O aminoácido de fenilalanina substituído é um dos dois aminoácidos conservados em todas as
globinas. Portanto, substituições nesta posição produzem uma doença grave.
Variantes com Alteração no Transporte de Oxigênio
Mutações que afetam o transporte de oxigênio têm pouco ou nenhum efeito sobre a estabilidade da
hemoglobina.
Metemoglobinas
A oxiemoglobina é a forma de hemoglobina capaz de oxigenação reversível; seu ferro heme está no
estado reduzido (ou ferroso). Este ferro heme tende a se oxidar espontaneamente à forma férrica, e a
molécula resultante, chamada metemoglobina, é incapaz de oxigenação reversível.
 Se quantidades significativas de metemoglobina se acumulam no sangue, o resultado é a cianose.
 Um exemplo de uma metemoglobina da cadeia β é a Hb Hyde Park. A histidina conservada é
substituída pela tirosina (His92Tir).
Hemoglobinas com Afinidade Alterada pelo Oxigênio
A interface α : β tem sido altamente conservada ao longo da evolução porque está sujeita a um
movimento significativo entre as cadeias quando a hemoglobina muda da forma oxigenada (relaxada)
para a forma desoxigenada (tensa) da molécula.
 Substituições nos aminoácidos desta interface têm efeitos patológicos graves, uma vez que impedem
o movimento relacionado ao oxigênio entre as cadeias.
 Hb Kempsey (Asp99Asn da cadeia β), a mutação “mantém” a hemoglobina na estrutura relaxada, a
que tem alta afinidade por oxigênio, causando policitemia (aumento de hemácias circulantes).
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Talassemia: Um Desequilíbrio da Síntese da Cadeia de Globina
As talassemias constituem um grupo heterogêneo de doenças associadas à síntese de hemoglobina em
que mutações reduzem a síntese ou a estabilidade das cadeias de α ou β-globina, causando,
respectivamente, α-talassemia ou β-talassemia.
 O nome “talassemia” é derivado da palavra grega para mar, thalassa, e significa que a doença
foi primeiramente descoberta em pessoas de origem mediterrânea.
 Não é raro coexistir em um indivíduo alelos para ambos os tipos de talassemia, como também
para as anormalidades estruturais da hemoglobina.
As α –Talassemias
As doenças genéticas de produção de α-globina afetam a formação de ambas as hemoglobinas, fetal e de
adulto e, portanto, causam doenças tanto intrauterina quanto pós-natal.
 A hemoglobina com uma composição γ4 é conhecida como Hb Bart’s;
 O tetrâmero β4 é chamado Hb H.
 Bebês com α-talassemia severa e altos níveis de Hb Bart’s sofrem de hipóxia intra-uterina acentuada
e nascem com grande acúmulo generalizado de líquido, uma condição denominada hidropisia fetal.
 Em α-talassemias mais leves, uma anemia se desenvolve por causa da precipitação gradual da Hb H
na hemácia. Isto leva à formação de inclusões nas hemácias maduras, e a remoção dessas inclusões
pelo baço danifica as células, resultando em sua destruição prematura.
Deleções dos Genes de α-Globina
As formas mais comuns de α-talassemia resultam de deleções.
Além das mutações da α-talassemia resultantes de deleção dos genes α, também tem sido observado
que mutações que deletam somente a LCR do complexo de α-globina causam α-talassemia.
Outras Formas de α-Talassemia
 α-talassemia devida a uma mutação, a deleção ZF, que leva a transcrição de um RNA antisentido que
silencia o gene da α2-globina.
 Síndrome ATR-X. Tanto a α-talassemia quanto o retardo mental sindrômico resultam de mutações
no gene ATRX ligado ao X, que codifica uma proteína de remodelagem de cromatina necessária
para a expressão normal do complexo de α-globina.
Mutações na Proteína de Remodelagem de Cromatina ATRX
Um tipo de α-talassemia, a síndrome ATR-X, resulta de mutações no gene ATRX, levando à redução de
atividade ou expressão de uma proteína de remodelagem de cromatina, ATRX, que atua para ativar a
expressão dos genes de α-globina.
 ATRX regula a expressão de vários outros genes além das α-globinas, mas estes outros alvos são
atualmente desconhecidos.
 Anormalidades nos padrões de metilação do DNA de pacientes com a síndrome de ATR-X indicam
que ATRX pareceser necessária para estabelecer ou para manter o padrão de metilação em certos
domínios do genoma, provavelmente por modular o acesso da metilase aos seus sítios de ligação.
 Todas as mutações identificadas até o momento no gene ATRX são mutações associadas à perda
parcial de função.
Como nenhuma dessas hemoglobinas é 
capaz de liberar oxigênio para os tecidos 
em condições normais, elas são carreadores 
de oxigênio totalmente ineficazes
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As β –Talassemias
A produção reduzida de β-globina causa uma anemia hipocrômica microcítica, e o desequilíbrio da
síntese de globina leva à precipitação do excesso de cadeias α, que, por sua vez, resulta em lesões da
membrana da hemácia.
 A cadeia β é importante somente no período pós-natal.
 A manifestação da β-talassemia só se torna evidente poucos meses após o nascimento, quando a β-
globina normalmente substitui a γ-globina como a principal cadeia do tipo não-α, e, neste caso,
apenas a síntese da principal hemoglobina de adulto, Hb A, é reduzida.
 Como o gene δ é intacto, a produção de Hb A2 continua, e, de fato, a elevação do nível de Hb A2 é
peculiar nos heterozigotos da β-talassemia.
 O nível de Hb F também é aumentado, não por causa da reativação da expressão do gene da γ-globina,
que foi “desligado” (switched off) ao nascimento, mas por causa da sobrevida seletiva e talvez
também da produção aumentada da pequena população de hemácias adultas que contêm Hb F.
β-talassemias são geralmente decorrentes de substituições de um único par de bases mais do
que de deleções:
Tipos de β-talassemia:
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β-Talassemia, Talassemia Complexa e Persistência Hereditária de Hemoglobina Fetal
As mutações do complexo de β-globina são separadas em dois grandes grupos com fenótipos clínicos
diferentes:
 β-talassemia simples: Compromete a produção de apenas β-globina;
 Talassemias complexas: Tanto o gene de β-globina quanto um ou mais dos outros genes — ou a LCR
— no grupo da β-globina são removidos.
A Base Molecular da β-Talassemia Simples
Mais de 100 mutações de ponto diferentes na ß-globina estão associadas a ß-talassemia simples.
Os defeitos de recomposição do RNA são separados em três grupos:
Grupo 1:
Mutações na junção do 
corte
Grupo 2:
Mutações nos íntrons
Grupo 3:
Mudanças na seqüência
codificadora que também 
afetam a recomposição
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Hemoglobinas Variantes com Fenótipos de Talassemia
Hemoglobina E A Hb E é uma variante estrutural da β-globina (Glu26Lis) que causa talassemia porque a
cadeia β mutante é sintetizada a uma taxa reduzida.
 Este alelo merece destaque por inúmeras razões: sua freqüência, sua interação alélica com outras β-
globinas mutantes, e seu efeito na recomposição do RNA.
 Embora os homozigotos para Hb E sejam assintomáticos e apenas levemente anêmicos, indivíduos
que possuem uma mutação Hb E e vários alelos de β-talassemia têm fenótipos anormais
determinados grandemente pela severidade do outro alelo.
 É um exemplo de mutação na sequência codificadora que afeta a recomposição através da ativação
de um sítio de corte oculto.
Talassemias Complexas e a Persistência Hereditária da Hemoglobina Fetal
As grandes deleções que causam as talassemias complexas removem o gene de β-globina juntamente
com um ou mais dos outros genes — ou a LCR — do grupo da β-globina.