Consequências das mutações em genes codificadores de proteínas

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Suzana Feltrin - MED LVIII 
Consequências das mutações 
Em genes codificadores de proteínas
Doenças devido a mutações 
Muitas doenças genéticas são causadas por 
mutações genéticas: 
• Fenilcetonúria 
• Fibrose cística 
• Distrofia muscular de Duchenne 
• Hipercolesterolemia familiar 
• Doença de Alzheimer 
 
O efeito das mutações 
• Uma doença genética ocorre quando uma 
alteração na sequência do DNA de um gene 
essencial altera a quantidade ou a função, ou 
ambos, do produto gênico (geralmente o mRNA 
ou a proteína). 
• Ocasionalmente, determinados non-coding 
RNAs (ncRNAs) com funções regulatórias ou 
estruturais também são alterados; 
• A maioria das doenças monogênicas conhecidas 
resulta de mutações que afetam a função de 
uma proteína; 
• Poucas exceções: mutações em ncRNAs 
(exemplo: doenças mitocondriais associadas a 
mutações de tRNAs); 
• Conhecimento molecular e bioquímico: 
fundamentação para a terapia racional. 
 
Geralmente a expressão do fenótipo ocorre devido 
ao efeito da mutação na quantidade do produto e na 
função do produto. 
 
 
 
• A partir de uma mutação, pode ocorrer 
mudança na região codificadora (proteínas 
anormais), na região de splicing ou na região 
reguladora (estrutura normal da proteína). 
 
 
 
O efeito das mutações pode ser: 
• Propriedade nova 
• Ganho de função 
• Perda de função 
• Expressão heterocrônica (tempo errado) 
• Expressão ectópica (lugar errado) 
 
Mutação de propriedade nova 
• Mutação que ocorre no gene HBB da 
hemoglobina. 
• É a mutação que causa a ANEMIA FALCIFORME. 
• Ocorre uma transversão de A para T, que leva 
uma substituição missense de ácido glutâmico 
para valina (HbS). 
• HbS funciona normalmente, mas quando 
desoxida, leva a formação de fibrilas no interior 
da hemácia. 
 
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• A mutação afeta a solubilidade e cristalização 
da Hb sob condições de hipóxia. 
 
MUTAÇÕES DE PERDA DE FUNÇÃO 
Reduz ou elimina o produto proteico do alelo 
mutado. 
 
Albinismo: Ausência completa ou parcial de pigmento na 
pele, cabelo e olhos. Ausência ou defeito na enzima 
(tirosinase) responsável pela produção da melanina. 
 
 
• Mutação do gene 7299, que codifica a 
tirosinase. 
• Alelo mutado de perda de função: 
o Se único, fenótipo normal porque o 
alelo normal mascara o efeito. 
o Se duplo, fenótipo da doença 
(recessivo). 
 
MUTAÇÕES DE GANHO DE FUNÇÃO 
Produção de uma proteína em grande 
quantidade ou leva a propriedade que exacerba a 
função normal da enzima. 
 
Acondroplasia: nanismo acentuado, membros curtos e 
tronco de tamanho normal, inteligência normal, cabeça 
grande, lordose lombar, encurtamento proximal e mãos 
em tridente. 
• Gene localizado no braço curto do cromossomo 
4, que codifica o receptor 3 do fator de 
crescimento do fibroblasto. 
• Incidência de 1 em 15:000. 
 
 
• Troca de glicina por arginina, ocorrendo a 
ativação constitutiva desse receptor, levando a 
uma supressão exacerbada da proliferação e 
diferenciação dos condrócitos. 
• Em resumo, a mutação inibe a degradação do 
receptor. 
 
Mutações dominante negativas 
O alelo mutado interfere no alelo normal. Isso é 
importante em proteínas multigênicas, que dependem 
de agregar cadeias peptídicas codificadas por 
diferentes genes. 
 
TIPOS DE HETEROGENEIDADE NAS DOENÇAS 
 
Heterogeneidade alélica: em uma população, pode haver 
vários alelos mutantes diferentes para um mesmo locus. 
Em um indivíduo, fenótipos iguais ou semelhantes podem 
ser causados por diferentes alelos mutantes, em vez de 
alelos idênticos. Ex: anemia falciforme. 
 
Heterogeneidade gênica: é a produção de fenótipos iguais 
ou semelhantes por mecanismos genéticos diferentes 
(devido a mutações em dois ou mais locus diferentes). 
Ex: doença causada pela perda de enzimas multiméricas. 
 
Heterogeneidade clínica: o termo descreve a ocorrência 
de fenótipos clinicamente diferentes, devido a mutações 
presentes no mesmo gene. Ex: 
 
Doenças que envolvem enzimas (erros inatos): 
• Doenças envolvidas na síntese, degradação, 
transporte ou armazenamento de 
macromoléculas. 
 
 
 
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ERROS INATOS DO METABOLISMO 
• São doenças geneticamente determinadas, 
causadas por um defeito enzimático específico 
que leva ao bloqueio de uma determinada rota 
metabólica e pode originar uma doença. 
• Consequências: 
o Acumulo de substrato. 
o Deficiência do produto. 
o Desvio do substrato para uma rota 
metabólica alternativa. 
 
 
• Mutações nos dois alelos, com perda de função, 
levando ao bloqueio de ou desvio de uma rota 
metabólica. 
 
Mecanismos que reduzem a atividade de uma 
enzima 
• Mutação gênica. 
• Diminuição da meia vida - degradação 
acelerada. 
• Absorção ou síntese do cofator. 
• Heterogeneidade de loco - enzima multimérica. 
 
ENZIMAS MUTANTES E DOENÇA - CONCEITOS GERAIS 
1. Padrão de herança: para a maioria das mutações 
que envolvem enzimas, o padrão de herança é 
recessivo ou ligado ao X recessivo. 
 
Alcaptonuria 
• Herança Autossômica Recessiva (HAR). 
• Mutação no gene HGD (homogentisate 1,2-
dioxygenase). 
• Deficiência da enzima oxidase do ácido 
homogentísico. 
• Acúmulo de ácido homogentísico no tecido 
conjuntivo, pele e articulações 
• Endurecimento e coloração ocre no tecido 
cartilaginoso (artrite denominada ocronose). 
• Artrite aguda e invalidez (50-70a) 
• Recomendação: diminuição da ingestão de 
fenilalanina e tirosina 
 
Na maioria das doenças recessivas, temos o alelo 1 
mutado diferente do alelo 2 mutado, fazendo com que o 
genótipo seja de heterozigoto composto. 
 
2. Acúmulo do substrato ou deficiência do produto. 
• Fenilcetonúria: deficiência na enzima 
fenilalanila hidroxilase que leva um bloqueio ao 
início da via de degradação do aminoácido 
fenilalanina, que não é transformada em 
tirosina. 
• Mutação no gene PAH. 
• Ausência da enzima: a fenilalanina acumula-se 
no sangue e é degradada por uma via 
secundária: ácidos fenilpirúvico, fenilático e 
fenilacético. 
• Características clínicas: 
o Crianças normais ao nascimento, 
progridem para Deficiência Intelectual 
(QI<20). 
o Hiperativas, irritáveis, espásticas, 
convulsões. 
o Podem apresentar distúrbios de 
comportamento. 
o Incapacidade motora. 
o Incontinência esfincteriana. 
o Odor de mofo (fenilcetonas). 
o Microcefalia. 
o Eletroencefalograma anormal. 
o Dermatite. 
• É um exemplo de doença que afeta outros 
tecidos além do fígado, porque é o cérebro que 
sofre os efeitos tóxicos dos subprodutos que 
surgem devido ao bloqueio da via de 
degradação da fenilalanina. 
• Heterogenidade gênica: Dependendo das mutações, 
podemos ter graduação do fenótipo: variante 
PKU e não PKU (não encontrada na urina). 
• Mutações em um dos genes alternativos 
relacionados ao cofator da enzima principal, 
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que quando mutados tem fenótipo semelhante 
ao de hiperfenilalaninemias: 
o DHPR 
o GTP-CH 
o PCD 
o 6-PTS 
 
 
 
3. Substratos difusionais ou macromoleculares 
• O substrato é uma macromolécula, como um 
mucopolissacarídeo, que permanece preso em 
uma organela ou célula. 
• Degradação lisossômica do heparan-sulfato 
(HS). 
• Mutações em enzimas leva ao bloqueio da 
degradação do heparan sulfato, causando 
fenótipos clínicos distintos de acordo com as 
enzimas afetadas. 
4. Perda de múltiplas atividades enzimáticas: um 
paciente com um determinado efeito 
monogênico, pode ter perda de função em mais 
de uma enzima. 
• As enzimas podem usar o mesmo cofator (ex: 
BH4). 
• As enzimas podem compartilhar uma 
subunidade comum ou uma proteína ativadora, 
de processamento ou de estabilização (ex: 
gangliosidoses GM2). 
• As enzimas podem ser processadas por uma 
enzima modificadora comum, e em sua ausência, 
podem ser inativadas ou sua absorção na 
organela pode estar diminuída (ex: doença da 
célula I). 
• Um grupo de enzimas pode estar ausente ou 
ineficiente se a organela em que ela é 
encontrada normalmente não é formada oué 
anormal (ex: distúrbio da biogênese do 
peroxissoma). 
 
5. Homologia fenotípica 
• As características patológicas e clínicas 
resultantes de um defeito enzimático são 
frequentemente partilhadas por doenças, 
geralmente devido a deficiência de outras 
enzimas que funcionam na mesma rota do 
metabolismo (ex: mucopolissacaridoses). 
• Ou, pelos diferentes fenótipos que podem 
resultar de defeitos parciais (ainda há efeito 
residual da enzima na célula) versus completos 
de uma enzima. 
 
Obs: defeitos parciais geralmente apresentam 
anormalidades clínicas que são subconjuntos daqueles 
encontrados com a deficiência completa. Ex: síndrome 
de Lesch-Nyhan e gota (hiperuricemia) 
 
FIBROSE CÍSTICA 
• Mutações no gene CFTR. 
• Alterações da proteína reguladora de sódio e 
cloro pela membrana. 
• Deleção de 3 nucleotídeos incluindo a terceira 
base do códon 107 e as duas primeiras do 
códon 108 (deleção in frame, porque recompõe 
a matriz de leitura da sequência de códons). 
 
 
 
 
• Alvos terapêuticos decorrentes das mutações 
da fibrose cística. 
• Heterogeneidade alélica: Diferentes pacientes 
têm mutações em diversos alelos em um mesmo 
gene. 
 
 
 
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HIPERCOLESTEROLEMIA FAMILIAL 
• Mutações no gene LDLR. 
• Importância clínica: papel no IAM. 
• Níveis anormais de colesterol sérico - 300-600 
mg/dL. 
• Doença autossômica dominante. 
o 1/500 indivíduos. 
o 5% dos pacientes apresentam IAM. 
o Homozigotos - 1/1.000.000 (níveis de 
colesterol de 600-1.200 mg/dL). 
• Colesterol obtido por duas vias: 
o Síntese original (endógena). 
o Captação do colesterol exógeno ligado 
à LDL no plasma. 
o Indivíduos homozigotos - altos níveis 
da enzima HMG-CoA. 
 
 
• Endocitose mediada pelo receptor. 
• Dentro da célula, o colesterol tem 3 destinos 
importantes: 
1. Inibe a expressão dos receptores (autocontrole 
da captação do colesterol exógeno) 
2. Ativa a enzima ACAT, que é a forma pela qual as 
moléculas de colesterol serão estocadas. 
3. Inibe a síntese de colesterol pela inibição da 
HMG-CoA redutase. 
 
 
• Em indivíduos normais, à medida que a LDL se 
liga ao receptor, ele é internalizado e 
degradado, e isso inibe a expressão da HMG-
CoA redutase, diminuindo, assim, a síntese 
endógena. 
• Os indivíduos homozigotos não captam nada, 
porque não expressam o receptor do colesterol. 
Assim, há altos níveis de colesterol circulante e 
altos níveis de síntese de colesterol nas células. 
• Mutações no receptor da LDL: 
 
 
 
• Mutações no receptor da LDL são agrupadas em 
5 classes: 
 
1. Síntese do receptor (alelos nulos): mutações 
nonsense, frameshift, na região promotora ou 
que levam à degradação rápida do mRNA (20%). 
2. Transporte do receptor do RE para o complexo 
de Golgi: metade dos homozigotos apresentam 
este tipo de mutação (mutações missense no 
domínio 5). 
3. Ligação da LDL ao receptor: resultam de 
deleções ou inserções no domínio de ligação ou 
no domínio de homologia ao EGF. 
4. Agrupamentos de receptores na depressão 
revestida: pode envolver o domínio 
citoplasmático ou o domínio transmembrana. 
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5. Reciclagem: ligação e internalização do 
receptor LDL, mas há falha na liberação do 
ligante no endossomo e volta à superfície. 
 
 
• Tratamento da hipercolesterolemia com 
inibidores da HMG-CoA redutase. 
• A hipercolesterolemia familial também possui 
heterogeneidade gênica, porque além das 
mutações no gene principal, podem ocorrer 
mutações em outros genes codificadores de 
proteínas que levam ao mesmo fenótipo 
(aumento do colesterol circulante total). Ou 
seja, diferentes genes levando ao mesmo 
fenótipo. 
 
• O agrupamento do complexo receptor da LDL 
nas depressões revestidas por clatrina requer a 
proteína adaptadora ARH, que liga o receptor 
à maquinaria endocítica da depressão 
revestida. 
• Algumas variantes no gene que codifica a 
protease levam a uma diminuição da produção 
da protease. Indivíduos são mais aptos a 
internalizar mais colesterol nas células por meio 
dos receptores, reduzindo os níveis plasmáticos 
de colesterol LDL.