A2- Mutações, reparo e bases moleculares das doenças genéticas

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MUTAÇÕES, REPARO E BASES MOLECULARES DAS DOENÇAS GENÉTICAS
G- A2 11/08/2021 Prof. Ana Katarina
 Conhecer o conceito de mutação;
 Identificar as bases moleculares das doenças genéticas
 Compreender os mecanismos de regulação da expressão gênica. 
CASO CLÍNICO
Paciente CFL, 5 anos, branco, residente no município de Quixadá, Ceará. Sua mãe o levou ao consultório médico após perceber que ele apresentava problemas para de ambular corretamente, projetava o corpo para frente e não conseguia segurar alguns brinquedos pouco mais pesados. Segundo relato da mãe, por volta dos 3 anos, CFL tinha dificuldades para levantar o próprio corpo quando era posto em decúbito dorsal, bem como quedas frequentes, mas ela não procurou auxílio médico por achar que não era um problema efetivo e não ter casos de doenças desse tipo na família, sendo suas duas filhas clinicamente normais, ultrapassando a primeira e a segunda décadas de vida. A mãe relata que o paciente aparenta ter traços de deficiência intelectual, retificados pela professora da escola a qual CFL frequenta desde os 4 anos. Ao exame físico o paciente apresentava hipertrofia das panturrilhas e sinal de Gowers. Exames laboratoriais mostraram Creatinoquinase-total de 4.567 U/I (valores de referência:26 a 189 U/I). Além disso, a biópsia muscular mostrou a falta de distrofia. Ademais, foi traçado o heredograma familiar e viu-se que a mãe possui o alelo para a doença, bem como a avó do paciente.
 Qual a doença referida no caso clínico?
Distrofia muscular de Duchenne
 Que ponto importante você utilizou para chegar ao diagnóstico?
Sinal de Gowera e proteína distrofina 
CROMOSSOMOS
· Cromossomos nada mais são do que formas de empacotamento do DNA genômico a fim de caber dentro do núcleo; 
· Possui algumas regiões importantes: braços curto e longo, centrômero e telômeros; 
· Essas formas de empacotamento também levam em consideração proteínas específicas – histonas
· O DNA se “enrola” nas histonas, como em um “colar de contas”. As histonas se organizam em grupos de 8 (octâmero de histonas) e em cada octâmero, o DNA consegue dar 1.7 volta- nucleossomo
Empacotamento do cromossomo eucariótico no núcleo:
A coesina ajuda a manter o DNA condensado (empacotamento)
CROMOSSOMOS
Centrômero: regiões de constrição primária do cromossomo. 
Cinetócoro: uma estrutura formada por proteínas que garantem a conexão das cromátides irmãs (cada cópia do cromossomo duplicado) no fuso mitótico. Fixa o cromossomo na placa difuso, filamentos de proteína, fazendo o centrômero se ligar as fibras para a divisão celular. 
Centrômero:
Permite que cada cópia do cromossomo duplicado e condensado seja puxado para cada célula-filha 
É formado um complexo protéico (cinetocoro) no centrômero, permitindo a ligação dos cromossomos ao fuso mitótico
Uma telomerase é uma ribonucleoproteína, função dependente de uma subunidade 
Duas funções:
· TERC: componente de RNA
· TERT: transcripitase reversa
RNA transcrição para DNA
DNA replicação 
Hela é uma célula que possui a telomerase, célula imortal
Telômeros:
Contêm sequências nucleotídicas repetitivas que permitem que o cromossomo seja replicado eficientemente 
Protegem as extremidades do cromossomo de serem reconhecidas pela célula como DNA fragmentado que necessita reparo 
Cromossomos, como identificar:
•Por exemplo, 17q12.4:
17: cromossomo: 
· Q: braço longo
· 1: região
· 2: banda
· 4: sub-banda
1. O primeiro número/letra do código corresponde em qual cromossomo o gene/mutação pode ser encontrado. No nosso exemplo, o cromossomo é o 17.
2. Após a informação de qual cromossomo, descreve-se em qual braço do cromossomo o gene/mutação está. A letra "p" refere-se ao braço curto e a letra "q" ao braço longo do cromossomo. No nosso exemplo, é o braço longo do cromossomo 17 =17q
3. A próxima informação é a posição do gene/mutação naquele braço
MUTAÇÃO
· Mudança de forma ou de essência. Mudança, evolução.
· Uma alteração na sequência genômica que provoca alteração fenotípica da sequência “normal” ou “selvagem".
POLIMERASE ação revisora
Adenina- citosina e adiciona base correta para A-T
Até no sistema de correção pode ocorrer mutação
Importância:
· Traz consequências deletérias ou (raramente) vantajosas a um organismo ou seus descendentes 
· É a maior responsável pela variabilidade genética e pela evolução das espécies 
Conceitos associados:
Frequência de alelo quantas vezes o alelo aparece na população dividida pelo número total de copias do gene
Natureza das Mutações – DE PONTO:
Existem basicamente dois tipos de mutação quando falamos em classe de bases nitrogenadas
•Transição: mudança de bases de mesma classe. Uma purina é substituída por outra purina (A-G) ou uma pirimidina por outra pirimidina (T-C).
• Transversão: mudança de bases de classes diferentes. Uma purina é substituída por uma pirimidina ou vice-versa.
De ponto= cadeia do DNA modificada
• Inserção ou deleção: ou adiciona parte de base ou algum trecho ou retira. 1pb ou grandes trechos
• Inversão: Tira de um lugar, inverte e cola em outro. Possível devido enzimas que clivam uma cadeia. Excisão de uma parte da dupla hélice seguida de reinserção na mesma posição, mas em orientação inversa 
CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES:
· Por localização: mutação somática ou gerinativa 
· Por tipo de alteração molecular: mutação com sentido trocado (de missense mutation), mutação sem sentido (de nonsense mutation), mutação silenciosa e mutações que modificam a janela de leitura (de frameshift mutations); 
· Por efeitos fenotípicos: mutação perda de função, mutação nula, mutação de ganho de função, mutação neutra, mutação visível, mutação nutricional, mutação bioquímica, mutação comportamental, mutação reguladora, mutação letal, letal condicional. 
Alteração Molecular
· Mutação sem sentido ou nonsense:
Uma mutação de base que resulta em códon de parada: UAA, UAG ou UGA.
O códon para um aminoácido é substituído 
· Mutação de sentido trocado (missense): 
O códon para um aminoácido é substituído por um códon para outro aminoácido
· Mutação silenciosa ou sinônima:
Sem alteração do produto gênico. Não altera o aminoácido que é incorporado na proteína por conta do código genético degenerado. Sem alteração do produto gênico. 
Código degenerado- várias trincas
· Mutação de alteração de quadro de leitura ou frameshift: 
Uma mutação de base que altera o quadro de leitura e será alterado para o restante do gene. Adição ou deleção de PB não múltiplos de 3 (perda completa da função da proteína normal).
POR EFEITOS FENÓTIPICOS:
Mutação regulatória: Mutação na região promotora do gene. 
Mutação neutra: Uma mutação de base que resulta em uma mudança de um aminoácido hidrofílico pequeno por outro em uma região inativa da proteína e é improvável que tenha impacto. 
Mecanismo de mutações: substituição de pares de bases
BASE MOLECULAR DAS MUTAÇÕES:
•Como resultado de funções celulares normais ou interações aleatórias como ambiente – MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS 
•Ocorrência de mutações pode aumentar pelo tratamento com determinados compostos (agentes mutagênicos) -MUTAÇÕES INDUZIDAS.
MUTAçõES ESPONTÂNEAS
DEPURINAÇÃO:
tira uma purina, guanina. haverá a replicação e na segunda geração já vai ter o erro sendo propagado
DESAMINAÇÃO:
substituição de uma enzima após o ciclo. erro em enzimas que trabalham na estruturação química das moléculas.
TAUTOMERIZACÃO:
Mudança de alteração dessas pontes de hidrogênio (garantem a estrutura de DNA).
As espontâneas, logo são:
· Lesões oxidativas
· Radicais superóxidos (02-), hidroxílicos (OH) e peróxido de hidrogênio (H202) são criados durante o metabolismo celular.
Prevenção de erros 
• Alguns sistemas enzimáticos neutralizam compostos potencialmente danosos, antes que reajam com o DNA.
• Exemplos: desintoxicação de radicais superóxido produzidos durante os danos oxidativos 
•Enzima superóxidodismutase - catalisa a conversão dos radicais superóxido peróxido de hidrogênio.
•Enzima catalase- converte peróxido de hidrogênio em água
MUTAÇÕES INDUZIDAS:
Todas as células estão expostas à um número enorme de agentes potencialmente mutagênicos
• Mutações induzidas quimicamente.
EX: Ácido nitroso, corantes de acridina e agentes alquilantes, análogos de base
• Mutações induzidas por radiações ( UV, raio X e gama)Ex.: dímeros de pirimidina bloqueiam a ação da polimerase
• Mutações induzidas por agentes biológicos Ex.: Vírus
QUIMICAMENTE
Atuam por 3 mecanismos diferentes:
	SUBSTITUIÇÃO DE UMA BASE DO DNA
Incorporação de análogos de base compostos químicos similares às bases nitrogenadas que se ligam ao DNA
 
Acidente de Goiânia com césio-137
AGENTE FÍSICO
RADIAÇÃO ULTRAVIOLTA
· Absorção da luz UV (200-400nm) estado excitado de uma base púrica ou pirimídica ligação covalente entre duas pirimidinas adjacentes
· Anel ciclobutano:
- Dímeros de timina (TT) mais estável
- Dímeros menos estáveis: CT, CC, TU e UU
AGENTES BIOLÓGICOS:
· Vírus: HPV, Hep. B
· Tranposons: alteram as sequencias do material genético do hospedeiro
 
FONTES DE DANOS NO DNA:
SISTEMA DE REPARO:
SISTEMA DE REPARO DIRETO:
Remoção dos grupos metil
REPARO POR EXCISÃO DE BASES:
REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEO:
4 fases:
- Reconhecimento do dano
- Montagem do complexo multiproteico
- Excisão da fita danificada acima e abaixa do dano
- Uso da fita não danificada como molde para a DNA polimerase
REPARO POR RECOMBINACÃO HOMÓLOGA
 
MUTACÕES E DOENÇAS GENÉTICAS:
· As mutações podem ocorrer em sítios não-codificantes no genoma, mas quando ocorrem em locais codificantes, normalmente geram problemas;
· Existem basicamente dois tipos de proteínas/genes:
• Constutivas- possuem promotores e outras sequências de DNA reguladoras que asseguram à expressão constante.
• Histoespecíficas – produzidas por tipos celulares específicos.
· Dentre as mutações, existem basicamente dois tipos de variação genética:
• heterogeneidade alélica
• heterogeneidade de locus;
· As doenças genéticas geralmente estão contidas as em 3 classes: defeitos em enzimas, proteínas de transporte ou proteínas estruturais.
 
Fenilcetonúria (PKU):
• Distúrbio autossômico recessivo do catabolismo da fenilananina, ocasionado pela deficiência na enzima fenilalanina hidroxilase (PHA), causando seu acúmulo no organismo; 
• Como a fenilalanina não é metabolizada em pacientes com PKU, ela acumula. 
• Caracterizado por deficiência mental, epilepsia, caracteres albínicos (pele, olhos, cabelos claros, fotossensibilidade). 
Tirosina é percursos de melanina
Genética molecular da PKU 
•Existem diferentes genótipos da PKU, que refletem em diferentes tipos de PKU; 
· A mutação mais comum ocorre em cerca de 38% da população, ocorrendo uma mutação no sítio de splicing do éxon 12 do gene da PHA, acarretando em perda de função da enzima; 
· Mutação missense Arginina 408 Triptofano: troca de aminoácidos, perda de função da PHA; 
· Mutação missense Arginina 261 Glicina: cadeia lateral curta da glicina minimiza os danos, forma benigna da PKU; 
· Mutação missense Arginina 158 Glicina: cadeia lateral curta da glicina minimiza os danos, forma benigna da PKU; 
· E no Brasil? É uma salada! Temos a heterogeneidade genética e uma mistura desses genótipos na população! 
FIBROSE CÍSTICA:
• Uma doença autossômica recessiva, comum em caucasianos; 
• Sua maior caracterís3ca é um quadro pulmonar crônico obstru3vo devido a uma mutação numa proteína de canal de cloro, fazendo com que o muco fique mais espesso; 
• Associado, existem infecções recorrentes, bem como insuficiência pancreá3ca e diarréia crônica, devido à alteração da secreção da lipase, tripsina e quimiotripsina. 
• Origem da mutação: gene CFTR, localizado no cromossomo 7; 
• Diagnóstico: achados pulmonares e pancreáticos, concentrações de cloreto no suor acima de 60mEq/L; 
• Tratamento: tratamento para “dissolver” o muco dos pulmões e reposição enzimática para melhorar a digestão; 
• Add. Info: mais de 95% dos homens afetados são infertéis devido à obstrução dos ductos deferentes. 
DISTROFIA MUSCULAR DE DUCHENNE:
· Uma doença de origem ligada ao X recessivo, sendo assim, somente homens são afetados, mulheres são apenas portadoras; 
· Basicamente, indivíduos afetados iniciam um quadro de fraqueza muscular nos primeiros anos de vida, que se intensifica até a segunda década; 
· Temumaincidênciadecercade1:3.500nascidosvivos. Calcula-se que cerca de 1/3 dos afetados sejam por mutações de novoe2/3 sejam oriundos de mães portadoras; 
· Indivíduos acometidos têm uma baixa expectativa de vida (20 e poucos anos) devido a insuficiência respiratória e/ou cardíaca. 
· Mutação no gene da distrofina, no cromossomo X. Esse gene expressa uma proteína transmembrana e está diretamente associada à manutenção da integridade membranar em miócitos (e também no SNC); 
· O gene da distrofina é muito grande, cerca de 2.300 kb, representando 1.5% do cromossomo X; 
· Mais de 60% são deleções de tamanho variável, desde 1 éxon até todo o gene; 
· Pacientes com DMD não possuem distrofina nas células; 
· Diagnóstico: sequenciamento; 
· Tratamento: fisioterapia, mas não existe tratamento conhecido a fim de prolongar a vida do afetado. 
Diferenciação:
Diferenças entre células de um mesmo organismo 
Analisando as hipóteses observadas, 
● Chegamos à conclusão de que todas as células de um mesmo organismo possuem o mesmo genoma, a diferença entre eles se dá pela diferença entre os genes expressos, ou seja, o seu repertório proteico; 
A regulação da expressão gênica se dá de duas formas, basicamente: 
Temporal: quando um determinado gene só é expresso em um determinado período de desenvolvimento ou algum outro período específico; 
Espacial: quando a expressão de um gene é determinado pelo tipo celular. 
Como ocorre esse controle da expressão gênica?
 ● Basicamente de duas formas: 
transcricional e traducional. 
TRANSCRIÇÃO 
Reconhecimento do promotor 
· Iniciação
· Alongamento 
· Terminação 
TRADUÇÃO 
Fases da tradução: 
1. Iniciação
2. Alongamento
3. Terminação 
4. Modificações pós-tradução. 
5. Endereçamento da proteína 
Em quais etapas a regulação da expressão gênica atua?
Regulação da expressão em eucariotos
· Regulação temporal e espacial 
· Os eucariotos são menos sensíveis às alterações externas.
· Os hormônios são importantes reguladores da expressão gênica. 
Regulação da expressão gênica por controle da tradução 
● Proteínas que “respondem” ao sinal de controle da tradução podem “ligar” ou “desligar” do mRNA, inibindo ou permitindo a tradução; 
● Exemplo: ferritina é uma proteína intracelular que liga ferro; sua expressão é controlada pelas concentrações intracelulares de ferro através da IRE-binding protein, que se liga ao ferro e controla a expressão de ferritina.