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1. Explique as mutações gênicas, exemplificando: a) tipos, ocorrências; As mutações são classificadas de acordo com o tamanho da sequência de DNA alterada e pelo seu efeito na expressão gênica. É através desse mecanismo, que quando benéfico, é um dos mecanismos mais eficientes da evolução pois é através dela que ocorrem variações das características dos seres vivos, através da conferência de variabilidade genética. Com isso podemos classifica-las em: • Mutações cromossômicas: Alteram o número de cromossomos em uma célula; • Mutações regionais ou subcromossômicas: Mudam apenas uma parte do cromossomo; • Mutações gênicas: Alteração na sequência de DNA: substituição, deleção, inserção. As mutações podem ocorrer em células somáticas ou germinativas: • Mutações somáticas: ocorre durante a replicação do DNA que precede uma divisão mitótica, onde todas as células descendentes da posterior divisão mitótica são afetadas, mas podem localizar-se apenas numa pequena parte do corpo e não são transmitidas à descendência. A mutação somática está na origem de certos cancros. • Mutações nas células germinativas: Ocorre durante a replicação do DNA que precede a meiose. Esse tipo de mutação afeta os gametas e todas as células que deles descendem após a fecundação, sendo, portanto, transmitida à descendência. Além disso, as mutações podem ocorrer de maneira espontânea ou podem ser induzidas por exposição a um agente mutagênico: • Mutações espontâneas: podem ocorrer devido ao fato que as bases nucleotídicas de DNA podem existir sob duas formas diferentes, uma usual e outra muito rara e quando uma base adquire sua forma rara ela pode se emparelhar com uma base diferente. Além disso, podem ocorrer por erros na replicação do DNA, motivados pela falha dos mecanismos de reparo, ou podem ocorrer por erros na meiose ou na mitose, que podem impactar na não disjunção de homólogos. OBS: ocorrem com mais frequências em regiões de DNA repetitivas ou simétricas, onde aumenta o risco de uma cadeia de DNA emparelhar consigo própria durante a Objetivos de aprendizagem replicação, em genes de maior tamanho ou genes do genoma mitocondrial que não possuem mecanismos de reparo. • Mutações induzidas: Ocorrem pela exposição a substâncias químicas ou radiações que aumentam a probabilidade de ocorrência de mutações, podem ser: fontes naturais de radiação como raios cósmicos, luz solar e minerais radioativos da crosta ou substâncias químicas, como agentes aquilantes, acridinas, drogas usadas em quimioterapia, nitrosaminas e nitrito de sódio. OBS: Esses agentes podem atuar alterando as bases nucleotídicas, adicionando grupos químicos às bases ou danificando diretamente o material genético. Mutacoes Cromossomicas Numericas: As mutações cromossômicas são aquelas que alteraram o número de cromossomos, diminuindo ou aumentando a sua quantidade, ou ainda, alterando sua estrutura. Aqui em específico, as alterações cromossômicas numéricas alteram a quantidade dos cromossomos na célula e podem se manifestar de duas formas: aneuploidias e euploidias. (Aneuploidia) Caracteriza-se pela perca de um ou mais cromossomos. As aneuploidias deve-se principalmente a não-disjunção de um (ou mais) cromossomo(s) para as células filhas durante a meiose ou durante as mitoses do zigoto. A não disjunção na mitose decorre do não rompimento do centrômero no início da anáfase ou da perda de algum cromossomo por ele não ter se ligado ao fuso meiótico. A não-disjunção na meiose é devido a falhas na separação dos cromossomos ou das cromátides, que se separam ao acaso para um polo e para outro. Quando a não-disjunção é pré-zigótica, ela pode ter ocorrido na espermatogênese ou na ovulogênese. Nas aneuploidias autossômicas, a influência da idade materna leva supor que a participação feminina é maior que a masculina. ANEUPLOIDIAS AUTOSSÔMICAS: Síndrome de Down (Trissomia do 21) ♂ 45A, XY (21) / ♀ 45A, XX (21). O indivíduo possui um cromossomo a mais no par 21. A síndrome de Down é o principal fator de retardo mental nos dias atuais e não escolhe etnia ou sexo. É uma síndrome compatível com a vida que apresenta mais de 50 sinais característicos. ANEUPLOIDIAS SEXUAIS: Síndrome de Klinefelter → ♂ 44A, XXY. Homens que nascem com um X a mais (apresenta um corpúsculo de Barr). XYY (Super Macho) → ♂ 44A, XYY. Homens que nascem como um cromossomo Y a mais. Síndrome de Turner → ♀ 44A, X0. Mulheres que possuem um cromossomo X a menos. (euploidia) As euploidias se caracterizam pela perda ou aumento de lotes cromossômicos completos. Esse tipo de mutação ocorre quando os cromossomos são duplicados e a célula não se divide como seria. Isso resulta em: Aploidia (n): tipo de euploidia onde o indivíduo nasce com um genoma a menos (apresenta menor porte). Triploidia (3n): tipo de euploidia onde o indivíduo nasce com um genoma a mais. Esse tipo de mutação não é evidenciado na espécie humana como forma sobrevivente. Mutacoes Cromossomicas Estruturais: Nesse caso de mutação ocorrem perdas ou acréscimos de pedaços de cromossomo, assim como a troca ou inversão deles, podem ser classificadas como: DELEÇÃO: Ocorre quando o cromossomo perde um segmento em função de quebras, podem ocorrer nas zonas terminais ou intersticiais da molécula de DNA. Ela ocorre no momento de crossing-over, quando ocorre as quebras nos pontos de cruzamento e um dos segmentos é eliminado. Tem como exemplo a Síndrome de Cri-Du-Chat (miado do gato), que é caracterizada pela falta de um fragmento do braço curto do cromossomo 5. DUPLICAÇÃO: Nesse tipo de mutação há existência de duas cópias de uma dada região do cromossomo, frequentemente associada à deleção no cromossomo homólogo correspondente. Isso nem sempre reduz a viabilidade do organismo porque, em alguns casos quando um trecho é duplicado o outro trecho não alterado pode continuar a atuar normalmente. INVERSÃO: Quando ocorre a remoção de um segmento do DNA e este se insere numa posição invertida em um outro local do cromossomo. Resumindo, é a quebra de um cromossomo seguido de sua reconstituição na orientação incorreta. A inversão pode ser: paracêntrica, quando não inclui o centrômero ou pericêntrica, quando inclui o centrômero. TRANSLOCAÇÃO: Esse tipo de mutação ocorre quando dois cromossomos não homólogos sofrem quebra simultaneamente e trocam seus segmentos. Pode ser classificado como: Translocação Simples: quando há transferência de um segmento de cromossomo para outro não homólogo; Translocação Recíproca: A translocação recíproca ocorre quando dois fragmentos de cromossomas diferentes se partem e trocam de posição um com o outro. Translocação Robertsoniana: Ocorre quando os braços longos de dois cromossomos ligam-se formando um único cromossomo e os braços curtos são perdidos. Isso é causado pelo cruzamento e quebra de cromossomos não homólogos ou pela perda de telômeros. http://www.eurogentest.org/fileadmin/templates/eugt/leaflets/pdf/portuguese/chr omosome_translocations.pdf Mutacoes Genicas: São aquelas que alteram genes individuais, com alteração na sequência do DNA. Podem também ser chamadas de pontuais devido a sua característica de alterar um único nucleotídeo ou um grupo reduzido desses. Podendo afetar um nucleotídeo ou vários, podendo levar a uma perda completa de sua expressão ou a formação de uma proteína com propriedades alteradas, em alguns casos podem alterar um único nucleotídeo e não alterar a expressão da proteína devido a característica do código genético degenerado. SUBSTITUIÇÃO: Ocorre a substituição de uma só base do DNA, pode ser classificada em: • Mutação Silenciosa: Neste caso há a substituição no terceiro nucleotídeo de cada codão de uma base do DNA por outra, mas que resulta em um codão que codifica o mesmo aminoácido, devido à redundância do código genético.São muito comuns e responsáveis pela diversidade genética que não é expressa fenotipicamente. • Mutação com perda de sentido/sentido trocado/ missense: Substituição de uma base do DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na proteína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada. (ex: anemia falciforme). • Mutação sem sentido (nonsense): Substituição de uma base do DNA de tal modo que, no RNAm, um codão que especifica um aminoácido é alterado para um codão de STOP, ou o contrário. Origina uma proteína mais curta ou mais longa do que a proteína normal. • Mutação neutra ou polimorfismos: as mudanças resultaram em pouca ou nenhuma alteração na sequência codificada, conservando a mesma estrutura química ou não interferindo na sua função. Neste tipo de mutações há uma alteração de uma das bases do DNA, de tal forma que o tripleto de nucleótidos da qual ela faz parte se altera mas, mesmo que isso leve a uma mudança de aminoácido, o aminoácido que entra para o local em causa acaba por ter pouca ou nenhuma repercussão na função da proteína. DELEÇÃO: Ocorre a remoção de uma ou mais bases do DNA, com consequente alteração da cadeia proteica que deveria ser formada e da sua função. Pode alterar-se a sistematização de leitura da proteína, ou eliminar aminoácidos que pertenciam à cadeia proteica original. INSERÇÃO: http://www.eurogentest.org/fileadmin/templates/eugt/leaflets/pdf/portuguese/chromosome_translocations.pdf http://www.eurogentest.org/fileadmin/templates/eugt/leaflets/pdf/portuguese/chromosome_translocations.pdf Adição de uma ou mais bases à sequência original do DNA. O número de bases adicionadas ao DNA pode variar. A adição de um número que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene. Quando é inserida uma sequência igual a outra ocorre uma duplicação. MODIFICAÇÕES TAUTOMÉRICAS: As mutações resultantes de modificações tautoméricas nas bases do DNA envolvem a substituição de um par de bases por outra. Altera o pareamento de bases normal. Assim, a timina passa a se parear com guanina e a adenina pode parear com citosina, quando esse par se parear é incorporado uma citosina na cadeia de DNA no lugar de uma timina. MUTAÇÕES FRAMESHIFT (ALTERAÇÃO DA GRELHA DE LEITURA): Este tipo de mutação ocorre quando, por inserção ou perda de bases, se altera a grelha de leitura. Assim, se se alterar a grelha de leitura, altera-se a forma de agrupar essas três bases e inserem-se aminoácidos incorrectos, havendo ainda a possibilidade adicional de se formar um codão STOP prematuro. As inserções, duplicações e deleções podem dar lugar a este tipo de mutações. EXPANSÕES POR REPETIÇÃO: Se trata da repetição de pequenas sequências de DNA, assim, o número de repetições aumenta o que pode levar a que no final a proteína não funcione corretamente. Exemplos paradigmáticos de doenças causadas por este tipo de mutações são as síndromes do X Frágil e as Ataxias Espinocerebelares (SCA, do inglês “SpinoCerebellar Ataxia”). No último caso, os doentes apresentam uma repetição do tripleto CAG, que se reflete na síntese de uma enorme cadeia de glutaminas (poliglutamina). https://metabolicas.sjdhospitalbarcelona.org/sites/default/files/tipos_de_mutaco es_ptg.pdf https://biohelp.blogs.sapo.pt/2939.html#:~:text=As%20muta%C3%A7%C3%B5 es%20som%C3%A1ticas%20est%C3%A3o%20na,fecunda%C3%A7%C3%A3 o%20%E2%80%93%20%C3%A9%20transmitida%20%C3%A0%20descend% C3%AAncia. https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/56434/R%20-%20E%20- %20ROBERTO%20CARLOS.pdf?sequence=1&isAllowed=y b) consequências; Consequencias da Euploidia: Nas plantas, a poliploidia é comum porque as plantas poliplóides podem se autopolonizar ou cruzar-se com outras semelhantes. https://metabolicas.sjdhospitalbarcelona.org/sites/default/files/tipos_de_mutacoes_ptg.pdf https://metabolicas.sjdhospitalbarcelona.org/sites/default/files/tipos_de_mutacoes_ptg.pdf https://biohelp.blogs.sapo.pt/2939.html#:~:text=As%20muta%C3%A7%C3%B5es%20som%C3%A1ticas%20est%C3%A3o%20na,fecunda%C3%A7%C3%A3o%20%E2%80%93%20%C3%A9%20transmitida%20%C3%A0%20descend%C3%AAncia https://biohelp.blogs.sapo.pt/2939.html#:~:text=As%20muta%C3%A7%C3%B5es%20som%C3%A1ticas%20est%C3%A3o%20na,fecunda%C3%A7%C3%A3o%20%E2%80%93%20%C3%A9%20transmitida%20%C3%A0%20descend%C3%AAncia https://biohelp.blogs.sapo.pt/2939.html#:~:text=As%20muta%C3%A7%C3%B5es%20som%C3%A1ticas%20est%C3%A3o%20na,fecunda%C3%A7%C3%A3o%20%E2%80%93%20%C3%A9%20transmitida%20%C3%A0%20descend%C3%AAncia https://biohelp.blogs.sapo.pt/2939.html#:~:text=As%20muta%C3%A7%C3%B5es%20som%C3%A1ticas%20est%C3%A3o%20na,fecunda%C3%A7%C3%A3o%20%E2%80%93%20%C3%A9%20transmitida%20%C3%A0%20descend%C3%AAncia https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/56434/R%20-%20E%20-%20ROBERTO%20CARLOS.pdf?sequence=1&isAllowed=y https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/56434/R%20-%20E%20-%20ROBERTO%20CARLOS.pdf?sequence=1&isAllowed=y Nos humanos, os embriões poliplóides não se desenvolvem e são abortados espontaneamente. Consequencias da Aneuploidia: As aneuploidias mais comuns em seres humanos são as trissomias 21, 13 e 18 e a monossomia do X, quando as aneuploidias ocorrem em outros cromossomos não é permitido o desenvolvimento e muitas vezes até o nascimento, resultando em abortos espontâneos. As aneuploidias que envolvem os cromossomos sexuais são melhor toleradas do que as dos autossomos, porque as células humanas têm capacidade para desligar os cromossomos X extras, em um processo chamado de inativação do X. Consequencias da Translocacao: Na translocação simples e na translocação recíproca, se não houver quebra de genes, o fenótipo não é afetado. A translocação robertsoniana dá origem à formação de cromossomos anormais que são transmitidos à geração seguinte nos gametas. Cerca de 4% das síndromes de Down estão associados a uma translocação robertsoniana entre o cromossoma 14 e o 21. Consequencias da Inversao: Se a inversão afetar uma porção do DNA responsável pela codificação de uma proteína, isso resultará na formação de uma proteína diferente e não funcional. Porém, algumas inversões não tem efeitos sobre o fenótipo, mas causam problemas reprodutivos, pois, o emparelhamento na meiose de um cromossomo com uma inversão e outro normal pode originar duplicações ou deleções nos cromossomos recombinantes. . Consequencias da Mutacao Genica: Mutação sem sentido: o RNAm transportando uma mutação prematura é frequentemente alvo de rápida degradação (através de um processo celular conhecido como decaimento do RNAm mediado por mutações sem sentido), e a tradução não é possível. Em segundo, mesmo que o RNAm seja suficientemente estável para ser traduzido, a proteína truncada é tão instável que é rapidamente degradada dentro da célula. Porém, se essa célula persistir os efeitos no funcionamento proteíco poderão ser a perda da função da proteína, devido a redução na dosagem gênica; ganhar função, ao acentuar o funcionamento da proteína pode desenvolver uma doença no paciente. Por exemplo: trissomia do 21. Além disso, uma mudança na sequência de aminoácidos pode conferir uma propriedade nova a proteína alterando seu funcionamento correto (anemia falciforme). Alterações na região reguladora de um gene o que causa a expressão inadequada (câncer). 2. Explique quais são e como são feitos os exames utilizados para identificar mutações; Os testes genéticos são exames que permitem a identificação por meio da análise do DNA, um maior risco ou propensão a determinadas doenças. Sendo que a solicitação de tal exame cabe somente ao médico que estão capacitados a estimar o risco de síndrome genética e solicitar os testes mais adequado de acordo com protocolos e diretrizes nacionais e internacionais. Esse tipo de teste envolve questões emocionais importantes, sendo crucial que o indivíduo tenha acesso ao aconselhamento profissional e respaldode equipes multiprofissionais. https://saude.abril.com.br/blog/medicina-de-ponta-contra-o-cancer/testes- geneticos-contra-o-cancer/ Entre os principais testes diagnósticos temos: Cariotipo: O exame de cariótipo identifica e analisa os cromossomos e suas regiões. O teste é realizado por meio da cultura de células com parada em metáfases e posterior coloração dos cromossomos com bandeamento. Através das bandas cromossômicas é possível a identificação de aberrações cromossômicas numéricas e/ou estruturais, equilibradas ou desequilibradas, totais ou parciais. O cariótipo nada mais é do que uma fotografia dos nossos cromossomos, essencial para o diagnóstico de alterações cromossômicas. https://saude.abril.com.br/blog/medicina-de-ponta-contra-o-cancer/testes-geneticos-contra-o-cancer/ https://saude.abril.com.br/blog/medicina-de-ponta-contra-o-cancer/testes-geneticos-contra-o-cancer/ Esse exame pode ser realizado a partir de qualquer célula que tenha núcleo, local de concentração de cromossomos, porém, a célula mais fácil de se obter são os linfócitos a partir de uma coletagem de sangue. Em algumas situações específicas como fibroblastos a partir de biopsia de pele ou células da medula. É um exame indicado para casais que procuram aconselhamento genético e é considerado o principal exame de triagem genética, sendo considerado o ponto de partida para o diagnóstico de malformações congênitas ou suspeita de síndromes e é essencial na determinação do tratamento e prognóstico de muitas doenças onco-hematológicas. O cariótipo também pode ser realizado no período pré natal através da coleta de células por uma cordocentese ou amniocentese ou em situações em que o casal apresenta dificuldades para engravidar. Porém, o cariótipo identifica apenas alterações cromossômicas (numéricas e estruturais), que nem sempre são tão evidentes. Quando o especialista quer descartar a presença de uma doença específica, precisa indicar um teste específico para a doença em questão. Quando há alterações presente no cariótipo é preciso que a pessoa tenha um respaldo de um aconselhamento genético para analisar as consequências da alteração específica identificada. https://dle.com.br/citogenomica/citogenetica#:~:text=O%20exame%20de%20ca ri%C3%B3tipo%20tem,colora%C3%A7%C3%A3o%20dos%20cromossomos% 20com%20bandamento. https://www.igenomix.com.br/fertility-challenges/cariotipo-no-diagnostico-da- fertilidade/ https://geneone.com.br/blog/cariotipo-com-banda-g/ Hibridizacao Fluorescente in situ: É um método bioquímico que permite a visualização, identificação, enumeração e localização de determinadas sequências de DNA em cromossomos in situ. Essa técnica se utiliza de sondas fluorescentes que se ligam somente às partes do cromossomo a que eles apresentem um elevado grau de complementaridade de sequência. Assim, permite que as sequências de ácidos nucleicos sejam examinadas no interior de células sem alterar sua morfologia ou a integridade de seus compartimentos. A FISH tem a desvantagem de necessitar de equipamentos modernos e dispendiosos, como microscópio com filtros epifluorescentes. Os princípios básicos desse exame é o anelamento da sonda (sequência de ologonucleotídeos complementarem marcados com substâncias fluorescente) com a sequência de DNA alvo, para a posterior visualização em microscópico epifluorescente. A FISH tem quatro procedimentos básicos: 1) fixação e permeabilização da amostra (para proteger o RNA da degradação de RNAses endógenas e permeabilizadas para permitir que as sondas penetrem na célula), 2) hibridização, 3) lavagem para remoção das sondas em excesso e 4) detecção pela microscopia fluorescente. https://dle.com.br/citogenomica/citogenetica#:~:text=O%20exame%20de%20cari%C3%B3tipo%20tem,colora%C3%A7%C3%A3o%20dos%20cromossomos%20com%20bandamento https://dle.com.br/citogenomica/citogenetica#:~:text=O%20exame%20de%20cari%C3%B3tipo%20tem,colora%C3%A7%C3%A3o%20dos%20cromossomos%20com%20bandamento https://dle.com.br/citogenomica/citogenetica#:~:text=O%20exame%20de%20cari%C3%B3tipo%20tem,colora%C3%A7%C3%A3o%20dos%20cromossomos%20com%20bandamento https://www.igenomix.com.br/fertility-challenges/cariotipo-no-diagnostico-da-fertilidade/ https://www.igenomix.com.br/fertility-challenges/cariotipo-no-diagnostico-da-fertilidade/ https://geneone.com.br/blog/cariotipo-com-banda-g/ A maioria das aplicações da FISH tem como alvo o RNA ribossomal. A utilização deste alvo justifica-se primeiramente por todas as células necessitarem de ribossomos para a translação, portanto, podem estar presentes em todas as células vivas e a última razão é, como cada célula contém muitos ribossomos, esse alvo é naturalmente amplificado podendo atingir um número de 100.000 cópias por célula. Polimorfismos de Nucleotideo Único (SNPs): Polimorfismo de nucleotídeo único é uma variação na sequência de DNA que afeta somente uma base na sequência do genoma entre indivíduos de uma espécie. As substituições mais frequentes que ocorrem no DNA são as que envolvem bases nitrogenadas de mesma característica estrutural, ou seja, troca entre duas purinas (A/G ou G/A) ou duas pirimidinas (T/C ou C/T) e são denominadas transições. Por possuírem baixa taxa de mutação pode ser utilizados como marcadores genéticos para seguir padrões de herança das regiões cromossômicas de geração em geração, sendo assim, ferramentas poderosas no estudo de fatores genéticos associados a doenças humanas. Quando esse evento ocorre dentro de um gene ou região regulatória pode identificar um papel mais direto em doenças, afetando a função do gene. https://www.biomedicinapadrao.com.br/2020/02/o-que-sao-polimorfismos-de- nucleotideo.html https://pt.wikipedia.org/wiki/Polimorfismo_de_nucleot%C3%ADdeo_%C3%BAni co http://www.uesc.br/genetica/polimorfismo.pdf https://www.scielo.br/pdf/aib/v79n4/a23v79n4.pdf Reacao em Cadeia da Polimerase (PCR): É uma técnica rotineira de laboratório usada para fazer muitas cópias de uma região específica do DNA, tipicamente, o objetivo da PCR é fabricar quantidade suficiente da região de interesse do DNA, de modo que essa possa ser analisada e utilizada de alguma maneira. A PCR depende de uma DNA polimerase termoestável, a Taq polimerase e requer primers de DNA projetados especificamente para a região de interesse do DNA. É através dessa enzima que possibilita a síntese de fragmentos de DNA. Assim, a enzima sintetiza uma sequência complementar de DNA, desde que o primer esteja ligado a uma das cadeias do DNA no ponto escolhido para o início da síntese. Os iniciadores definem a sequência a ser replicada e o https://www.biomedicinapadrao.com.br/2020/02/o-que-sao-polimorfismos-de-nucleotideo.html https://www.biomedicinapadrao.com.br/2020/02/o-que-sao-polimorfismos-de-nucleotideo.html https://pt.wikipedia.org/wiki/Polimorfismo_de_nucleot%C3%ADdeo_%C3%BAnico https://pt.wikipedia.org/wiki/Polimorfismo_de_nucleot%C3%ADdeo_%C3%BAnico http://www.uesc.br/genetica/polimorfismo.pdf https://www.scielo.br/pdf/aib/v79n4/a23v79n4.pdf resultado obtido é a amplificação de determinada região de DNA com bilhões de cópias. Na PCR, a reação é repetida ciclicamente através de uma série de alterações de temperatura, o que possibilita a produção de muitas cópias da região de interesse. As etapas básicas são: 1. Desnaturação (96°): Aquece fortemente a reação para separar, ou desnaturar, as fitas de DNA. Isso proporciona um molde de fita simples para a próxima etapa. 2. Anelamento (55- 65°): Resfria a reação para que os primers possam se ligar às suas sequências complementares no DNA molde de fita simples. 3. Extensão (72°): Eleva a temperatura da reação para que a Taq polimerase estenda os primers, sintetizando novas fitas de DNA. Este ciclo se repete 25 - 35 vezes em uma reação típica de PCR, que geralmente ocorre em 222 - 444 horas, dependendodo comprimento da região de DNA a ser copiada. Se a reação for eficiente (funcionar bem), a região de interesse pode gerar de uma ou poucas cópias até bilhões. https://pt.khanacademy.org/science/biology/biotech-dna-technology/dna- sequencing-pcr-electrophoresis/a/polymerase-chain-reaction-pcr Sequenciamento de DNA: https://pt.khanacademy.org/science/biology/biotech-dna-technology/dna-sequencing-pcr-electrophoresis/a/polymerase-chain-reaction-pcr https://pt.khanacademy.org/science/biology/biotech-dna-technology/dna-sequencing-pcr-electrophoresis/a/polymerase-chain-reaction-pcr É o processo de determinação da sequência de nucleotídeos em um pedaço de DNA, para isso temos duas principais técnicas que é o método de Sanger e o sequenciamento da nova geração. Sequenciamento de Sanger: o método de terminação da cadeia Nessa técnica o DNA alvo é copiado muitas vezes, produzindo fragmentos de comprimentos diferentes. Nucleotídeos “terminadores de cadeia” fluorescentes, também chamados de dideoxinucleotídeos marcam os finais dos fragmentos e permitem que a sequência seja determinada. Uma vez que um dideoxinucleotídeo é adicionado à cadeia, não há hidroxila disponível e nenhum outro nucleotídeo pode ser adicionado. A cadeia termina com o dideoxinucleotídeo, o qual é marcado com uma cor particular de corante dependendo da base (A, T, C or G) que carrega. A mistura (DNA polimerase, nucleotídeos, primer, nucleotídeos terminadores e amostra de DNA a ser sequenciada) é primeiro aquecida para a desnaturação do DNA molde (separar as fitas), então resfriadas para que os primers possam se ligar ao molde de fita simples. Uma vez que o primer se ligou, a temperatura é aumentada novamente, permitindo que a DNA polimerase sintetize um novo DNA a partir do primer. A DNA polimerase continuará a adicionar nucleotídeos à cadeia até que aconteça a adição de um dideoxinucleotídeo ao invés de um normal. Nesse ponto, os nucleotídeos não podem mais ser adicionados, e, portanto, a fita terminará em um dideoxinucleotídeo. Sequenciamento de nova geração: As técnicas de Sequenciamento de Última Geração são novas abordagens feitas em grande escala que aumentam a velocidade e diminuem os custos do sequenciamento. • Alto paralelismo: muitas reações de sequenciamento ocorrem ao mesmo tempo • Microescala: reações são pequenas e muitas podem ser realizadas de uma vez em um chip • Rapidez: pelas reações serem feitas em paralelo, resultados são obtidos muito mais rápido • Baixo custo: sequenciar um genoma é mais barato do que com o sequenciamento Sanger • Menor comprimento: leituras tipicamente variam entre 505050 - 700700700 nucleotídeos de comprimento Exoma Completo: Exoma refere-se ao conjunto de éxons (região codificadora) presentes no genoma de grande parte dos seres vivos, composto por cerca de 180.000 éxons nos humanos. É um exame robusto que analisa a maioria dos genes ao mesmo tempo, sendo capaz de identificar mutações em genes responsáveis por síndromes e diagnósticos raros. Por se tratar de um exame bastante completo, que avalia cerca de 22.000 genes conhecidos até o momento, o SCE também é um exame de alto custo. Não só por sua técnica, mas também por sua extensa e complexa análise. Metodologia: 1. O DNA é extraído da amostra biológica (sangue ou saliva); 2. A biblioteca é preparada pelo método de enriquecimento, seguido de captura dos alvos; 3. A biblioteca é submetida ao sequenciamento de nova geração (NGS). A região alvo inclui o DNA codificante (CDS) e os sítios de splicing, visando uma cobertura vertical média de 100x; 4. A análise de Bioinformática é realizada utilizando plataforma previamente validada, com base em versão atualizada do genoma humano, sendo capaz de detectar variantes de base única (SNVs) e pequenas inserções e deleções (indels); 5. A seleção dos genes analisados e a interpretação são orientadas pelo pedido médico e pelas informações clínicas relatadas; 6. Classificação e interpretação das variantes identificadas refletem o conhecimento científico atual e poderão mudar com a disponibilidade de novos dados científicos. https://geneone.com.br/blog/exoma- completo/#:~:text=O%20exoma%20completo%20pode%20ser,biol%C3%B3gic a%20(sangue%20ou%20saliva)%3B https://dle.com.br/biologia-molecular-genetica-humana/sequenciamento- completo-do-exoma 3. Explique os mecanismos de reparo contra alterações genéticas; O nosso material genético está sob constante ataques, porém, apesar disso a taxa de mutação e erros são muito baixas, graças a eficiência dos nossos mecanismos de reparos. Os vários mecanismos gerais de reparo do DNA, são: reparo do pareamento errado, reparo direto, reparo por excisão de base, reparo por excisão de nucleotídeo e reparo de quebras de fita dupla. Durante a síntese de DNA, a maioria das polimerases do DNA "checam seu trabalho", consertando a maioria de bases não pareadas em um processo chamado revisão. Se a polimerase detecta que um nucleotídeo errado (incorretamente pareado) foi adicionado, ela irá removê-lo e substituí-lo imediatamente, antes de continuar com a síntese de DNA. (Reparo de pareamento errado) Esse mecanismo de correção é acionado através da inserção incorreta de nucleotídeos que escaparam da revisão pela DNA polimerase. As bases incorretamente pareadas são detectadas e corrigidas pelas enzimas de reparo de pareamento errado, além de corrigir alças não pareadas no DNA. Após o erro ser identificado as enzimas desse sistema retiram essa porção recém-sintetizada e preenche o espaço com novos nucleotídeos utilizando-se da fita de DNA original como molde. Para que esse mecanismo seja assertivo, as enzimas especializadas precisam que haja uma diferenciação entre a fita antiga e a que está sendo formada, (não sabemos como ela diferencia em seres https://geneone.com.br/blog/exoma-completo/#:~:text=O%20exoma%20completo%20pode%20ser,biol%C3%B3gica%20(sangue%20ou%20saliva)%3B https://geneone.com.br/blog/exoma-completo/#:~:text=O%20exoma%20completo%20pode%20ser,biol%C3%B3gica%20(sangue%20ou%20saliva)%3B https://geneone.com.br/blog/exoma-completo/#:~:text=O%20exoma%20completo%20pode%20ser,biol%C3%B3gica%20(sangue%20ou%20saliva)%3B https://dle.com.br/biologia-molecular-genetica-humana/sequenciamento-completo-do-exoma https://dle.com.br/biologia-molecular-genetica-humana/sequenciamento-completo-do-exoma eucariontes, somente em procariontes como a E. coli), para isso esse mecanismo produz uma sequência GATC próxima das bases malpareadas, corta a fita não metilada no sítio GATC e degrada a fita entre o corte e as bases malpareadas e em seguida a DNA polimerase e a DNA ligase preenchem o espaço da fita não metilada com nucleotídeos corretos. Os humanos com mutações nos genes desse reparo exibem elevadas mutações somáticas e estão mais suscetíveis ao câncer de cólon. (Reparo direto) É um mecanismo que não substitui nucleotídeos, mas sim os encaminha para suas estruturas originais, dessa forma, ele reconhece bases alteradas, corrige e restabelece as condições originais, ao promover a correção direta das bases alteradas sem envolver outros segmentos do DNA. Esse tipo de mecanismo pode se dar através dos: Reparos por excisão de bases ou reparo por excisão de nucleotídeos. O reparo por excisão de bases é desencadeado por uma enzima chamada de Glicosilase de DNA (família de enzimas envolvidas no reparo de excisão de bases), essa enzima atua retirando a base alterada, após esse momento de retirada um complexo enzimático atua retirando a pentose e o fosfato que restavam do nucleotídeo através da ação da enzima AP nuclease( apurina). Em seguida a DNA polimerase preenche o espaço deixado, utilizando como molde a fita complementar não danificada. Para finalizar o processo uma DNA ligase promove a ligação fosfodiéster entre o carbono 3’ do nucleotídeo ao carbono5’ da pentose adjacente. Esse mecanismo é promovido por enzimas que reconhecem danos tais como o dímero de pirimidinas. Após o reconhecimento do dano, um complexo enzimático produz cortes no sítio danificado, o que resulta na remoção de um segmento unifilamentar. O espaço gerado, assim como no reparo por excisão de base, é preenchido pela DNA polimerase com nucleotídeos de modo consenso à fita molde, finalizando a síntese com a ligação fosfodiéster pela DNA ligase. Imagens do livro Pierce: (Reparo de quebras de fita dupla) É um mecanismo no qual ambas as fitas da hélice do DNA são rompidas. As quebras de fita dupla são causadas por radiação ionizante, radicais livres oxidantes e outros agentes que danificam o DNA. Esse tipo de quebra pode ocasionar deleções, duplicações, inversões e translocações. Pra reparar as quebras de fitas dupla há dois mecanismos: Recombinação homóloga e a Junção de extremidades não homólogas. A recombinação homóloga repara uma molécula de DNA rompida ao usar a informação genética idêntica ou quase idêntica contida em outra molécula de DNA, em geral uma cromátide-irmã. O processo de reparo se inicia com a remoção de nucleotídeos nas extremidades rompidas -> invasão-> deslocamento -> replicação da fita. Muitas das mesmas enzimas que fazem o crossing over são usadas no reparo de quebras de fita dupla pela recombinação homóloga: essas duas enzimas são BRCA1 e BRCA2. Por envolver na maioria das vezes cromátides-irmãs, o reparo por recombinação homóloga ocorre principalmente no final da fase S e em G2. Esse mecanismo se inicia através do reconhecimento da proteína ATM, essa proteína possui uma grande atividade no processo de reparo celular e recruta um complexo de proteínas que auxilia a estabilização do DNA e ligando as extremidades, posteriormente a DNA ligase promove a ligação fosfodiéster e finaliza o processo. https://www.conhecer.org.br/enciclop/2017a/agrar/mecanismos%20de%20repar o.pdf https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna- replication/a/dna-proofreading-and-repair PIERCE, Benjamin A. Genética: um enfoque conceitual. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2004. 4. Explique Heredograma (simbologia); O heredograma é uma técnica utilizada pelos geneticistas para estudar a herança humana, ele representa a história familiar, em formato de arvore genealógica que esboça a herança de uma ou mais características. Os homens são representados por quadrados, e as mulheres, por círculos. Uma linha horizontal desenhada entre dois símbolos representando um homem e uma mulher indica um acasalamento; as crianças são conectadas aos seus pais por linhas verticais que se estendem abaixo de seus pais. Nos heredogramas, as gerações são representadas por números romanos colocados à esquerda e os indivíduos de cada geração, inclusive os cônjuges, são indicados por números arábicos colocados abaixo de cada símbolo. As pessoas que exibem uma herança autossômica são representadas por círculos e quadrados cheios no heredograma. Os membros não afetados estão representados por círculos e quadrados vazios. A pessoa a partir da qual o heredograma é iniciado chama-se probando e, em geral, é indicada por uma seta. https://www.conhecer.org.br/enciclop/2017a/agrar/mecanismos%20de%20reparo.pdf https://www.conhecer.org.br/enciclop/2017a/agrar/mecanismos%20de%20reparo.pdf https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/dna-proofreading-and-repair https://pt.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-material/dna-replication/a/dna-proofreading-and-repair (analise do heredograma) PRESENÇA DE TRAÇOS AUTOSSÔMICOS RECESSIVOS: A presença de um traço autossômico recessivo deve aparecer com a mesma frequência em ambos os sexos e aparecem quando uma pessoa herda dois alelos para tal característica, um de cada progenitor. Se tal característica não for comum significa que a maioria dos pais são heterozigotos e não afetados. É mais provável que um traço recessivo apareça em um heredograma quando duas pessoas da mesma família acasalam, porque existe uma chance maior de ambos os pais carrearem o mesmo alelo recessivo. O acasalamento de parentes próximos é chamado de consanguinidade. RESUMINDO: Os traços autossômicos recessivos surgem nos heredogramas com acasalamentos consanguíneos, visto que eles: a. Tendem a pular gerações. b. Aparecem apenas quando ambos os pais carreiam uma cópia para o traço, que é mais provável quando os pais são parentes. c. Em geral surgem nos filhos de pessoas não afetadas. d. Surgem igualmente em homens e mulheres. PRESENÇA DE TRAÇOS AUTOSSÔMICOS DOMINANTES: Também surgem em ambos os sexos com a mesma frequência e ambos são capazes de transmitir esses traços aos descendentes. Uma pessoa afetada tem um genitor afetado e o traço não pula gerações. As pessoas que não são afetadas não transmitem o traço. Quando um dos genitores é heterozigoto e afetado e o outro não é afetado, aproximadamente 50% dos descendentes serão afetados. Se ambos os pais têm o traço e são heterozigotos, aproximadamente 75% dos descendentes serão afetados. PRESENÇA DE TRAÇOS RECESSIVOS LIGADOS AO X: 1.Em geral os homens são mais afetados que as mulheres. 2.Os homens afetados têm mães não afetadas, ou seja, o traço pula gerações. Sendo as mães mulheres não afetadas portadoras do alelo para o traço. 3.Aproximadamente metade dos filhos de uma portadora (heterozigota) é afetada. 4.Nunca é transmitido do pai para o filho. 5.Todas as filhas de homens afetados são portadoras. PRESENÇA DE TRAÇOS DOMINANTES LIGADOS AO X: 1.Homens e mulheres são afetados, mas, em geral, as mulheres são mais afetadas. 2.Não pula gerações. Os homens têm necessariamente a mãe afetada; as filhas afetadas devem ter a mãe ou o pai afetado. 3.Os homens afetados transmitirão o traço para todas as suas filhas. 4.As mães afetadas (se forem heterozigotas) transmitem o traço para metade de seus filhos e metade de suas filhas. PRESENÇA DE TRAÇOS DOMINANTES LIGADOS AO Y: 1.Apenas os homens são afetados. 2.Transmitido do pai para todos os filhos. 3.Não pula gerações. PIERCE, Benjamin A. Genética: um enfoque conceitual. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2004. 5. Explique a fisiopatologia da Fibrose Cística; A fibrose cística é uma doença autossômica recessiva multisistêmia e mais comum em caucasianos, para isso nós necessitamos de mutações em ambos os alelos. Essa doença é monogênica, ou seja, todas as mutações ocorrem em um único gene que é o gene do CFTR. Esse gene está localizado no braço longo do cromossomo 7 e é responsável pelo controle de uma proteína transmembrana. Fibrose cística trata-se fundamentalmente de um distúrbio do transporte epitelial que afeta a secreção de líquido nas glândulas exócrinas e o revestimento epitelial dos tratos respiratório, gastrointestinal e reprodutivo. Caracteriza-se, também, por ser uma doença crônica e progressiva, com prognóstico grave e para a qual ainda não há cura. Os seus sintomas e complicações decorrem da produção de um muco com viscosidade aumentada, o que ocasiona um processo obstrutivo, principalmente nos pulmões e no pâncreas. Além desses, ela afeta outros múltiplos órgãos, tais como os rins, o fígado, o aparelho digestivo e os seios da face. Ela é causada pela mutação no gene CFTR, que é responsável por codificar a proteína de mesmo nome. A proteína CFTR é, por sua vez, uma proteína-canal transmembrana que transporta íons cloreto (Cl-). Mais de 1300 mutações já foram identificadas, sendo tanto mais severas, resultando na perda completa da função da proteína CTFR, quanto mais brandas que ainda preservaram alguma função residual. A mutação CFTR grave mais comum é uma deleção de três nucleotídeosque codificam para a fenilalanina na posição 508 do aminoácido (∆F508), causando dobramento defeituoso (misfolding) e perda total do CFTR. Em todo o mundo, a mutação ∆F508 é encontrada em aproximadamente 70% dos pacientes com FC. O canal regulador de condutância transmembrana da fibrose cística – CTFR, se faz presente nas células epiteliais principalmente das vias aéreas, pâncreas e glândulas sudoríparas, nos pulmões quando esse canal está aberto transporta cloreto para fora das células epiteliais e direcionando esse íon para dentro das vias aéreas. Porém, quando o cloreto é secretado também há acompanhamento de sódio, a presença desses íons aumenta a concentração de soluto nessas vias, a água então se move por osmose para esses compartimentos com osmolaridade mais elevada, isso cria uma solução salina que dilui o muco espesso. Na fibrose cística devido à ausência, deficiência ou menor quantidade de canais CFTR, o movimento de NaCl é prejudicado, se o o NaCl não pode ser secretado, não ocorre movimento do líquido, de forma que não há diluição do muco. Além disso, a proteína CFTR é presente nas células epiteliais e atuam no processo de formação das glândulas do nosso corpo, por isso que o muco espessado não será formado apenas no pulmão, mas em todos os órgãos produtores de muco e secreções. Nos pulmões, o aumento na viscosidade do muco causa bloqueio nas vias aéreas, gerando congestão respiratória grave. Em adição, o muco espesso fornece um meio de cultura propício à proliferação bacteriana. Isso faz com que haja infecções de repetição, deixando os pulmões em um estado de inflamação crônica. Nesse contexto, há intensa e progressiva lesão pulmonar, dando origem a diversas áreas de bronquiectasias (destruição do tecido pulmonar). No pâncreas, o espessamento das secreções obstrui os ductos pancreáticos. Com isso, as enzimas digestivas não chegam ao trato gastrointestinal, levando a uma má nutrição severa. Além disso, essas enzimas digestivas que têm o seu curso interrompido, podem retornar ao pâncreas, causando destruição por digestão do parênquima pancreático. Por fim, é de suma importância destacar as glândulas sudoríparas, que atuam ao invés de expelir cloreto retém, a fim de evitar a perda de sais e água pela pele e não desencadear, assim, um processo de desidratação. Como na fibrose cística esses canais não funcionam isso faz com que não haja reabsorção de cloreto e consequentemente de água. Assim, uma outra característica dos pacientes com FC é o excesso de suor, que, por sua vez, é rico em cloreto de sódio e, portanto, possui sabor salgado. Assim sendo, a atenção à hidratação é uma medida importante a ser tomada nesses pacientes. (sinais e sintomas) Os sintomas já são observáveis nos primeiros anos de vida. Muitas vezes não há sinais ou sintomas ao nascimento, podendo a doença permanecer assintomática por semanas, meses e até anos. Por outro lado, em 5 a 10% dos casos, os bebês já nascem com obstrução intestinal por mecônio, que pode ser vista já na ultrassonografia, antes do nascimento. Essa situação é chamada de síndrome íleo-meconial e é uma das manifestações mais precoces da doença. Envolve distensão abdominal, impossibilidade de evacuação e vômitos. A infância dos pacientes com fibrose cística é marcada por infecções pulmonares frequentes, tais como pneumonias de repetição e bronquite crônica. É comum haver sinusite frequente e tosse persistente, com secreção produtiva e de aspecto mais espesso que o normal, além de, falta de fôlego e cansaço (dispneia e astenia). Os problemas pancreáticos da fibrose cística tornam difícil a absorção de gorduras e nutrientes, o que leva a uma consequência típica da doença: o baixo crescimento e o pequeno ganho de peso, apesar do bom apetite. Costuma vir acompanhado por diarreia, geralmente de odor fétido, por fezes volumosas e gordurosas e por dificuldade no movimento intestinal. No trato gênito-urinário, observa-se puberdade tardia. Embora apresentem desempenho e potência sexual normais, 95% dos homens são inférteis devido à azoospermia obstrutiva pela ausência congênita dos vasos deferentes. A infertilidade também é encontrada em aproximadamente 20% das mulheres. Observa-se, também, dificuldade para engravidar, uma vez que o muco cervical mais espesso dificulta a passagem de espermatozoides. Assim, podem ser encontrados quadros de desidratação e de alcalose metabólica hipoclorêmica e hiponatrêmica. Nos adultos é comum: diabetes (devido ao refluxo das enzimas pancreáticas que acaba por danificar o órgão como um todo) e insuficiência hepática (devido a obstrução dos ductos biliares que consequente retenção da bile no fígado, isso favorece processos inflamatórios como a icterícia prolongada e cirrose biliar). (diagnostico) A pesquisa diagnóstica da fibrose cística está incluída no Programa Nacional de Triagem Neonatal. PNTN, mais conhecido como Teste do Pezinho. Nele o diagnostico se dá a partir da análise dos níveis de tripsina imunorreativa (IRT). O nível de IRT encontrado no sangue no bebê é usado como parâmetro para avaliar a existência de obstrução pancreática, uma vez que a IRT é uma enzima liberada pelo pâncreas e que reflui para a circulação sistêmica em casos de obstrução. No Teste do Suor, como o nome indica, é estimulada a sudorese e é colhido o suor. Haverá, então, análise do teor de cloreto encontrado na secreção. Quando o nível de cloro é superior a 60 milimoles por litro (60 mmol/L) em duas dosagens, acompanhado de quadro clínico compatível, é firmado o diagnóstico de fibrose cística. (tratamentos) Acompanhamento médico regular, fisioterapia respiratória, inalação com dornase alfa e inalações hipertônicas, suporte dietético e reposição vitamínica, reposição de enzimas pancreáticas e antibioticoterapia. 6. Explique bioética relacionada a fertilização in vitro (descarte de embriões). Segundo Resolução do Conselho Federal de Medicina resolução do CFM nº 2.121/2015 os embriões crio preservados por prazo superior de mais de cinco anos poderão ser descartados se esta for a vontade dos pacientes. Em 2014 novamente a Câmara Técnica Interdisciplinar de Reprodução e Técnicas de reprodução assistida na Consulta nº 202.515/14 sobre o assunto : Sobre o descarte de embriões congelados aneuploides, como, por exemplo, trissomia do cromossomo 13, 18 e 21, antes dos prazos estabelecidos pela Resolução do CFM 2.013/13, que determina cinco anos para descarte e três anos para doação para pesquisa. Estabelece que: As aneuploidias dos cromossomos 13, 18, 21, X e Y, embora causadores de doenças sindrômicas, não determina a inviabilidade embrionária. Portanto, não é possível o descarte desses embriões antes do prazo estabelecido pela Resolução CFM nº 2.013/13.
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