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Genoma humano ● 46 cromossomos, 2 sexuais (X e Y) ● Linhagem germinativa: células que desenvolvem gametas ● Células somáticas: todas as outras células → 46 cromossomos ● Nas células somáticas → 22 cromossomos pareados (autossomos) + XX ou XY DNA ● Desoxirribose + base nitrogenada + grupo fosfato ● Bases púricas: A e G → ÁGua Pura Base pirimídicas: T, C e U ● Fitas antiparalelas: 5’ → 3’ “sentido da vida” ● Desoxirribose e fosfato no exterior ● Bases no interior ligadas por ligações de hidrogênio: A-T são 2 e C-G são 3 ● Sequência não restrita mas pareamento restrito ● Cadeias são complementares ● Replicação semiconservativa ● Pareadas reversivelmente → rompidas e formadas facilmente ● Cromatina: fita de DNA localizada no núcleo da célula e com presença de histonas (proteínas) → DNA + histonas = nucleossomos → octâmero de histonas EUCROMATINA: menos condensada → Replicação e multiplicação celular HETEROCROMATINA: mais condensada → cromossomo Sequência do genoma humano ● DNA repetitivo: LINEs, SINEs, sequências de repetição simples… ● DNA de cópia única: íntrons e éxons ● Éxons é o que realmente codifica proteínas → 2% do DNA DNA mitocondrial ● Herança materna ● Tem 37 genes Divisão celular ● Intérfase: não ocorre divisão celular → G1, S e G2 ● G1: duplicação do conteúdo celular, exceto DNA ● S: replicação do DNA → chega e sai com 46 cromossomos → chega com uma cromátide apenas e depois da duplicação fica com cromátides irmãs ● G2: checagem por erros ➢ MITOSE: equacional, para multiplicar células somáticas Prófase: formação dos centrossomos início da condensação dos cromossomos Prometáfase: rompimento do núcleo Metáfase: máximo de condensação alinhamento no plano equatorial *MELHOR FASE PARA EXAMINAR O CARIÓTIPO Anáfase: separação das cromátides irmãs Telófase: formação dos núcleos início da separação Citocinese: separação ➢ MEIOSE: reducional, para a formação de gametas Prófase I: LEPTÓTENO: início da condensação ZIGÓTENO: início das sinapses PAQUÍTENO: sinapses completas e crossing over DIPLÓTENO: sinapses desaparecem e quiasma fica visível (ponto de encontro das cromossomos homólogos) DIACINESE: fragmentação do envelope nuclear e célula pronta para metáfase Metáfase I: alinhamento no plano equatorial Anáfase I: separação dos CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS Telófase I: formação dos núcleos e início da separação Prófase II: igual Metáfase II: igual Anáfase II: separação das CROMÁTIDES IRMÃS Telófase II: igual *ANÁFASE I SEPARA OS CROMOSSOMOS HOMÓLOGOS E ANÁFASE II SEPARA AS CROMÁTIDES IRMÃS Gametogênese humana e fertilização ● Espermatócitos ou ovócitos primários ● Meiose feminina iniciada durante a vida fetal, parando e voltando quando necessário e número limitado de células ● Meiose masculina iniciada na puberdade, ocorre por todas a vida do homem e muitas células ➢ ESPERMATOGÊNESE: iniciada na puberdade espermatogônia espermatócito primário: 2n, meiose I espermatócito secundário: n, meiose II espermátide (célula no fim dessa meiose) se diferencia em espermatozóides feita continuamente ➢ OVOCITOGÊNESE: iniciada no desenvolvimento fetal ovogônia desenvolve em ovócito primário (2n) por volta do 3 mês de desenvolvimento fetal → meiose I - prófase I → PARA AQUI maioria dos ovócitos primários degeneram pouco antes da ovulação, o ovócito completa a meiose I → ovócito secundário (n) e primeiro glomérulo polar (n) se ocorrer fertilização, a meiose II vai ser concluída e o segundo glomérulo polar vai aparecer ➢ FECUNDAÇÃO: penetração do espermatozoide no ovócito conclusão da meiose II no ovócito e formação do segundo glomérulo polar zigoto diploide → várias mitoses RELEVÂNCIA CLÍNICA: garantia da constância do número de cromossomos fetos cromossomicamente anormais doenças genéticas câncer Família de genes ● Compartilham sequências de DNA estritamente relacionadas EX: receptores olfativos ● Pseudogenes: se assemelha a um gene codificante, mas não codifica nada pode ou não ter íntrons está em uma região não promotora de codificação ou é tão mutado que influencia a não codificação (teorias) Estrutura gênica ● ÍNTRONS: região não codificante de proteínas → não traduzidos retirados no splicing transcritas inicialmente em RNA no núcleo ● ÉXONS: região codificante determinam a sequência de aminoácidos RNA não codificante (RNAnc) → Íntrons ● RNAr ● RNAt (transferência) ● RNAs: envolvidos no splicing ● RNApno: nucleolares - envolvidos na modificação do RNAr ● RNAlnc: não codificantes longos - regulação e silenciação gênica ● microRNA: suprimem tradução de genes alvo e controlam a atividade de até 30% dos genes codificantes CASO CLÍNICO: Síndrome de Feingold - mutação no gene de miRNA → anomalias digitais, microcefalia, dismorfias faciais, déficit de aprendizagem, anormalidades cardíacas e renais, perda da audição Transcrição ● Sempre 5’ → 3’ ● Feita no núcleo DNA 5’...ATG GTG CAC CTG…3’ → FITA CODIFICANTE 3’...TAC CAC GTG GAC…5’ → FITA MOLDE RNA 5’...AUG GUG CAC CUG…3’ ● Adição de “cap” (início), cauda poliA (final) e splicing → Estabilizadores Tradução ● Feita no citoplasma ● Código genético degenerado → diferentes códons codificam o mesmo aa ● Uma trinca codifica apenas um aa ● Códon de iniciação: AUG → pode codificar metionina ou não ● Códon de parada: UAA, UAG, UGA → não codifica aa ● Feita por ribossomos, RNAm e RNAt ● Uma região do DNA pode ser transcrita mas não traduzida Aspectos epigenéticos e epigenômicos ● Epigenética: diferentes expressões do mesmo DNA ➢ METILAÇÃO DO DNA Inibe a expressão gênica, silenciando a transcrição Em ilhas CpG Regulação dos promotores e acentuadores Pode ser revertido → desmetilação ➢ MODIFICAÇÃO DE HISTONA Modificação em H2A, H2B, H3 ou H4 Metilação, fosforilação, acetilação Em resíduos de aa específicos Afeta a compactação da cromatina Ativam ou silenciam a expressão → + compacto - acessível → silenciado - compacto + acessível → codificado ➢ VARIANTES DE HISTONA Substituição das histonas principais → altera a expressão Pode levar ao aumento da expressão ou silenciamento ➢ PADRÕES DE EXPRESSÃO ALÉLICA ➢ INATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X Compensação de dose → mulher tem muito mais X que o homem Aleatório Feito no período fetal Mulheres são mosaico → em algumas células o X inativado pode ser paterno, em outras materno Forma o corpúsculo de Barr XIST (centro de inativação) → RNAnc (íntron) ➢ EXPRESSÃO MONOALÉLICA ALEATÓRIA Apenas um alelo de um gene é expresso em cada neurônio sensorial olfatório Genes com funções quimiossensoriais e do sistema imune também são assim Aumenta a diversidade de respostas para as células que interagem com o exterior ➢ EXPRESSÃO MONOALÉLICA ALEATÓRIA COM REARRANJO SOMÁTICO Com recombinação EX: linfócitos T, B… ➢ IMPRINTING DE ORIGEM PARENTAL Silenciamento do alelo imprintado A escolha do alelo a ser expresso não é aleatória Origem parental faz diferença Ocorrena gametogênese, antes da fertilização Cerca de 100 genes são imprintados Pai → imprinting de origem paterna Mãe → imprinting de origem materna Padrão de descendência para todas as células que se originarem dessa imprintada Importante para o desenvolvimento embrionário e regulação do crescimento fetal CASO CLÍNICO: Síndrome de Prader-Will e Síndrome de Angelman → anomalias causadas por anomalias do gene imprintado no cromossomo 15 Mutações e polimorfismo ● Alelo selvagem: mais predominante, mais da metade da população → “alelo normal” ● Alelo variante: menos predominante → mutantes Mutação ● Qualquer mudança na sequência de nucleotídeos no genoma ● Pode compreender um ou mais pares de bases ou pode ser alterações na estrutura do cromossomo ➢ CROMOSSÔMICA: altera o número de cromossomos da célula erros na segregação cromossômica ➢ SUBCROMOSSÔMICA: muda apenas uma parte do cromossomo geralmente associada a eventos na recombinação homóloga, como duplicações, deleções e inversões ➢ GÊNICA (OU DE DNA): alteração de 1 nucleotídeo até 100000 pb (pares de bases) erros durante a replicação do DNA ou mutações devido a falha no reparo correto do DNA pós lesão ● Nem toda mutação se expressa no indivíduo ● Utilizar o termo variante ao invés de mutação não leva em consideração a frequência do alelo Frequência de variantes ● Alelos particulares: alelos muito raros, encontrados em apenas uma família → variantes raras ● Polimorfismo: existência de um locus com pelo menos duas formas frequentes de alelos de um único alelo existe porque ocorreram mutações o alelo prevalente deve estar presente em menos de 99% da pop. depende apenas da sua frequência na população EX: tipos de sangue - fenótipos e genótipos Polimorfismos ➢ SNP (Polimorfismo de nucleotídeo único) Substituição Pode ser sinônimo (silenciosa, codifica o mesmo aa) ou não sinônima (codifica aa diferente) CASO CLÍNICO: anemia falciforme → substituição de uma base muda o aa codificado ➢ INDELS Inserção ou deleção Altera a leitura e a codificação de aa Simples: presença ou ausência Microssatélites: sequência que sempre vai estar junta e vai ser inserida inserido em tandem (repetição) → STR (short tandem repeat) Inserção de elementos móveis: alguns elementos repetitivos são móveis e pode haver retrotransposição DNA → RNA → cDNA gera pseudogenes CASO CLÍNICO: antecipação da doença de Huntington ● Doença neurodegenerativa rara do SNC ● Afeta capacidades motoras, cognitivas e psiquiátricas ● Mutações dinâmicas ● Herdada geneticamente no braço curto do cromossomo 4, gene da huntingtina NORMAIS: 9 a 35 repetições de CAG AFETADOS: 40 repetições de CAG → uma seguida da outra ● Maior número de repetições, mais precoce a doença ➢ VARIAÇÃO NO NÚMERO DE CÓPIAS (CNVs) A partir de 1000 pares de bases Indel grande Regiões de duplicações segmentares (segdups) Mediar duplicação e deleção → várias síndromes cromossômicas ➢ POLIMORFISMO DE INVERSÃO Inverte a ordem das bases Não perde nada Desde poucos pares de bases até grandes regiões do genoma Pode resultar na duplicação ou deleção de DNA CASO CLÍNICO: Hemofilia A Classificação das mutações: efeitos no DNA ● Substituição (SNP) ● Deleção (indel ou CNV) ● Inserção (indel ou CNV) Mutação na região codificadora ● Mutação silenciosa ou sinônima: não afeta a codificação de aa ● Mutação não silenciosa ou missense: muda o aa codificado ● Mutação nonsense: ganho de stop códon ● Mutação frameshift: alteração de uma base e muda vários aa em sequência CASO CLÍNICO: acondroplasia (nanismo) ➔ Exemplo de mutação missense no gene FGFR3 ➔ Altera o código com substituição não sinônima de aa ➔ Nem toda missense vai ter alterações observáveis na função proteica Origens das mutações gênicas ● Erros na replicação do DNA → revisão adicional por enzimas de reparo normalmente corrigem 99,9% desses erros ● Reparo da lesão do DNA → exposição a radiação UV, processos químicos espontâneos, agentes mutagênicos do ambiente → maquinaria de reparo pode introduzir bases incorretas, podendo resultar em mutações permanentes Impactos de novas mutações no DNA ● Sequenciamento de genoma completo em trios (progenitores e criança) ● Busca por novas mutações na criança ● Mutação de novo (alteração nova) Diferenças sexuais e efeitos da idade nas taxas de mutação ● Mais mutações de origem paterna → esperma submetido a mais ciclos de replicação do que os óvulos → maior a idade paterna, mais ciclos de replicação precederam a meiose ● Em certas doenças não há relação parental ou com idade Impactos da mutação e polimorfismo ● Cada indivíduo tem uma composição única e geneticamente determinada Citogenética clínica Importância clínica ● Estudo dos cromossomos, sua estrutura e herança ● Ver efeito de dose, por falta (deleção) ou excesso (duplicação) do material genético → monossomias ( Turner - X) e trissomias compatíveis com a vida (13,18, 21, X e Y) ● Efeito direto da alteração, com disrupção de um ou mais genes no ponto de quebra de um rearranjo ● Efeito causado por origem parental de um cromossomo ou segmento cromossômico (imprinting) ● Efeito de posição, relacionado à função inadequada do gene → gene que deveria estar em um local mas está em outro Síndromes cromossômicas ● Síndrome de Down: trissomia do 21 ● Síndrome de Turner: monossomia do X ● Síndrome de Klinefelter: XXY, apenas em meninos ● Síndrome do cromossomo X frágil ● Síndrome de Patau: trissomia do 13 → recém nascidos ● Síndrome de Edwards: trissomia do 18 → recém nascidos Indicações clínicas para análise cromossômica ● Problemas de crescimento e desenvolvimento ● Natimorto ou morte neonatal ● Problemas de fertilidade ● Histórico familiar ● Genitália ambígua ● Deficiência mental ● Neoplasia ● Gestação em mulheres com idade elevada ➔ AMOSTRAS PARA ANÁLISE: sangue periférico, biópsia da pele (fibroblastos), medula óssea para neoplasias hematológicas, fluido amniótico, vilosidades coriônicas, tumores e outros tecidos ➔ PREPARO DA AMOSTRA: proliferação da célula após o uso de colchicina (inibe a formação do fuso mitótico, não havendo a separação das cromátides irmãs e inibindo a continuidade da divisão celular) e células em metáfase são postas em solução hipotônica, fazendo com que as células fiquem mais “gordinhas” e sejam vistas melhor, além de ter as bandas coradas. ➔ Distinção dos cromossomos é feita pela observação e referência do tamanho total, localização do centrômero e dos padrões de banda Tamanho de cada cromossomo ● O 1 é o maior ● Metacêntricos: 1 e 3 ● Submetacêntricos: 2, 4 a 12, 16 a 20 e o X ● Acrocêntricos: 13 a 15, 21, 22 e o Y ● Telocêntricos: não presente em humanos Padrões de banda Técnicas utilizadas para a análise cromossômica ➢ ANÁLISE CROMOSSÔMICA DE ALTA RESOLUÇÃO Bandeamento G padrão: resolução de 400 a 550 bandas → células paradas em metáfase Bandeamento alta resolução: mais de 850 bandas → células paradas entre prometáfase e prófase ➢ HIBRIDIZAÇÃO IN SITU POR FLUORESCÊNCIA (FISH) Determinar a presença ou ausência de alguma sequência específica Utiliza sondas com marcação fluorescente para detectar a região de interesse no DNA Alvo específico Desnaturação: DNA se abre → Hibridização: sequênciafluorescente vai se ligar na região de interesse ➢ MICROARRANJO CROMOSSÔMICO Detectar ganhos e perdas no genoma Genoma controle x genoma do paciente Intensidades relativas de hibridização → qualquer diferença na intensidade do sinal indica mudanças cromossômicas Limitações: mensuram o número relativo de cópias, mas não se foram translocadas ou rearranjadas pode revelar variações sem importância química ➢ HIBRIDIZAÇÃO GENÔMICA COMPARATIVA (CGH) DNA derivado (ex: tumoral) marcado com uma determinada fluorescência verde, que se mistura com o DNA de uma célula normal, com fluorescência verde Essa preparação é colocada em uma lâmina, onde ocorre a hibridização desses cromossomos Amarelo: sem perda nem ganho Vermelho: somente o referência possui, o tumoral perdeu Verde: somente o tumoral possui, houve ganho ➢ SEQUENCIAMENTO DO GENOMA - PCR Reação em cadeia da polimerase Material amplificado pelo primer Para o sequenciamento do genoma, temos essas amplificações Durante a amplificação são inseridos nucleotídeos de interesse, que impedem a continuidade da polimerase Em certo momento, é possível ter a informação de quais bases e nucleotídeos estavam em cada local, comparando-as com um genoma de referência → detectar mutações cancerígenas Anomalias cromossômicas ● Podem ser numéricas ou estruturais ● Responsáveis por muitos casos de aborto, principalmente as numéricas Anomalias cromossômicas numéricas ● TETRAPLOIDIA (4n) Falha na clivagem do zigoto Incompatível com a vida Abortos espontâneos precoces 92,XXXX e 92,XXYY ● TRIPLOIDIA (3n) Incompatível com a vida n=69 Conjunto haplóide pode ter vindo do pai → diandria (86%) ou da mãe → diginia (84%) ● ANEUPLOIDIA Compatível com a vida Alteração para mais ou para menos de apenas 1 cromossomo EX: trissomia do 21 Aneuploidias ● Trissomias compatíveis com a vida: 13, 18, 21, X e Y ● Monossomias viáveis: X ● Normalmente acarretadas pela não disjunção meiótica, geralmente na meiose I ● Detectadas no microarranjo Anomalias cromossômicas estruturais ● DESBALANCEADAS: material ausente ou adicional, sempre há perda - Deleções (monossomia parcial) Perda de segmentos Monossômico para a informação perdida Geralmente resulta em haploinsuficiência EX: Síndrome Cri du Chat - 46, XY, del(5)(p1) - Duplicações (trissomia parcial) Geralmente menos prejudicial Trissomia parcial EX: 46 XX dup(1)(p31-p22) - Cromossomos marcadores Pequenos não são identificáveis pelo cariótipo padrão Maiores podem levar a desequilíbrio genético Risco de anomalia fetal variado: baixo até 100% EX: 47, XX + mar - Cromossomos em anel Perda dos telômeros Instáveis, dificultam a meiose EX: 46, X, r(X) - Isocromossomos Perda de um dos braços e duplicação do outro Monossomia parcial → cópia unida de um braço Trissomia parcial → 3 cópias do outro braço EX: Síndrome de Turner 53% dos casos → 45, X - Monossomia total 10% dos casos → 46, X, i(X)(q10) - Monossomia parcial - Cromossomos dicêntricos Cromossomos se fundem pelas extremidades Raros, rapidamente eliminados Um dos centrômeros pode ser inativado Pseudodicêntricos EX: 46, X, dic(X,Y)(p22.33;p11;32) ● BALANCEADAS: complemento normal do material genético, não há perda - Translocação recíproca Cromossomos não homólogos Número total de cromossomos não é alterado Geralmente sem efeito fenotípico Maior risco de gametas desbalanceados → falta informações EX: 46, XY, t(4;12)(p13;q21) - Translocação robertsoniana Cromossomos acrocêntricos se fundem Perda de braços curtos → RNAr e DNA repetitivo Braço curto: DNA satélite Fenotipicamente normal Risco de gametas desbalanceados EX: 45, XX, rob(13;14)(q10;q10) - Inversões Normalmente não afeta o fenótipo Risco de gametas desbalanceados Formação de alça para pareamento dos homólogos Mosaicismo para anomalias cromossômicas ● Normalmente detectado na cariotipagem normal ● Causa comum é a não disjunção nas divisões mitóticas pós zigóticas iniciais ● Efeitos variáveis, dependendo do momento que ocorreu a não disjunção, dos tecidos afetados, da natureza da anomalia cromossômica ● Mosaicismo x fenótipos diferentes Genômica das doenças Mecanismos de anomalias ➢ SEGREGAÇÃO CROMOSSÔMICA ANORMAL - Erro na separação dos cromossomos - Aneuploidias, trissomias compatíveis com a vida (13, 18 e 21) → normalmente têm um conjunto gênico menor, tornando a trissomia possível - Retardo do crescimento, deficiência intelectual e múltiplas anomalias congênitas - 13: Patau → 98% são naturalmente abortados, microcefalia, fissura labial e palatal, malformações graves do SNC - 18: Edwards → 95% são naturalmente abortados, hipertonia, deficiência intelectual severa, mandíbula recuada, malformações cardíacas graves, baixa expectativa de vida (Mosaico: fenótipo mais brando podem ter maior expectativa de vida) - 21: Down → hipotonia, cabeça achatada atrás, deficiência intelectual moderada abranda, cardiopatia congênita ★ Maior a idade materna, maior chance do filho ter síndrome de Down → maior predisposição a erros na produção dos óvulos → erro na meiose I ou II → não segregação dos cromossomos homólogos - Dissomia uniparental: dois cromossomos ou partes deles herdados de apenas um progenitor Ambos homólogos do progenitor presentes → HETERODISSOMIA Cromátides irmãs idênticas herdadas → ISODISSOMIA ★ Resgate da trissomia na dissomia uniparental Um óvulo fertilizado que possuía uma trissomia volta a ser normal Motivo desconhecido, mas busca a compatibilidade com a vida ➢ SÍNDROMES CROMOSSÔMICAS RECORRENTES - Esperadas - SÍNDROME DE MICRODELEÇÃO E DUPLICAÇÃO Aneussomia segmentar: duplicações e/ou deleções pequenas, segmentares e citogeneticamente visíveis Síndrome de genes contíguos: duplicação e/ou deleção de múltiplos genes não relacionados ou localizados próximos do mesmo cromossomos -Pontos de quebras localizados em sequências repetidas → não são aleatórios → regiões específicas a eventos de recombinação desigual - SÍNDROME DE DIGEORGE - del22q11.2 Cerca de 90% não é herdada Extensão da deleção varia, maioria inclui o gene TBX1 Grande variabilidade clínica Anomalias craniofaciais, deficiência intelectual, imunodeficiência e defeitos cardíacos ➢ ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS IDIOPÁTICAS - Sem causa conhecida - Pontos de quebra altamente variáveis - Duplicações, deleções e translocações sem base mecanicista definida - Síndrome Cri Du Chat - deleção no 5p: Microcefalia, baixa implantação da orelha, afastamento dos olhos (hipertelorismo), choro parecido com miado de gato Pontos de quebra e extensão do fragmento deletado variáveis Região crítica: 5p15 Haploinsuficiência observada Grau de comprometimento intelectual varia de acordo com o tamanho da deleção ➢ ANOMALIAS CROMOSSÔMICAS FAMILIARES DESBALANCEADAS - Não é o processo de segregação que é anormal - Portador balanceado transmite segregação desbalanceada - Natureza aleatória - Riscos diferentes para a prole → inviável ou nenhum efeito deletério - Translocação recíproca, inversões - EX: Síndrome de Down → 4% dos pacientes têm 46 cromossomos mas sofreram uma translocação robertsoniana entre os cromossomos 14 e 21 ➢ IMPRINTING GENÔMICO - Imprinting “errou” → não silencia um alelo afetado - A expressão do fenótipo depende se o alelo mutante ou o cromossomo anormal foi herdado do pai ou da mãe - Síndrome de Prader-Willi: Ausência do gene paterno → não tem nada para expressar 70% deleção 15q11.2-13 paterno 20% dissomia uniparental materna Hipotonia neonatal, obesidade - Síndrome de Angelman Ausência do gene materno 70% deleção 15q11.2-13 materno7% dissomia uniparental paterna 10% mutações no gene UBE3A Aspecto fácil incomum, deficiência intelectual severa Cromossomos sexuais e suas anomalias Processo de determinação do sexo ● Sexo cromosômico: na fertilização → XX ou XY ● Sexo gonadal: presença ou ausência do gene determinante dos testículo→ gene SRY com o FDT ● Diferenciação específica para o sexo de órgãos sexuais internos externos ● Sexo fenotípico: características sexuais secundárias → na puberdade Distúrbios do desenvolvimento sexual ● Anomalias gonadais: incompatibilidade entre o sexo cromossômico e o fenotípico ● Disgenesia gonadal completa (DGC): homens 46, XX e mulheres 46, XY ● Distúrbios do desenvolvimento sexual (DDS): 46,XX com tecido ovariano normal mas com genitália externa ambígua ou masculina e 46, XY com tecido testicular mas genitália externa incompleta masculina ou feminina Cromossomo X e a inativação ● Em células somáticas de mulheres normais, um cromossomos X é inativado no início do desenvolvimento, equalizando a expressão dos genes ligados ao X nos dois sexos ● Escolha aleatória em mulheres normais → mosaico ● Mulheres anormais sofrem inativação não aleatória ● Depende da presença do XIC (centro de inativação) Anomalias citogenéticas de cromossomos sexuais ● Em geral, menos graves que as associadas aos distúrbios autossômicos → inativação do X e baixo conteúdo de genes do Y ● Síndrome de Klinefelter (47, XXY): Sexo masculino, 1:600 Quase sempre estéreis Mosaico em 15% dos pacientes Maioria relacionado a não disjunção na meiose I paterna Dificuldade de aprendizado, na linguagem, risco aumentado de depressão Síndrome de 47 (47, XYY): sexo masculino, 1:1000 Trissomia do X (47, XXX): sexo feminino, 1:1000 Síndrome de Turner (45, X): 53% - 45, X 15% - mosaico 45,X/46,XX 10% - 46, X i(Xq) 8% - mosaico 45,X/46,X i (Xq) 6% - 46,X del(Xq) ou 46,X del (Xp) 8% - outros mosaicos com 45, X Linfedema de pés em RN, edema de nuca nos RN que evolui para pescoço alado, baixa estatura e cardiopatia 99% são abortados espontaneamente Padrões de herança genética Conceitos Homozigoto: par de alelos idênticos Heterozigoto: alelos diferentes Heterozigoto composto: dois alelos mutados diferentes Hemizigoto (X): não há outra cópia do gene Fenótipo: conjunto de traços observáveis de um indivíduo Pleiotropia: um único gene ou par de genes pode produzir múltiplos fenótipos diferentes em vários sistemas → EX: Síndrome de Lawrence-Moon (mutações no gene BBS5 ou MKKS) → obesidade, deficiência do desenvolvimento mental, polidactilia, hipogonadismo Penetrância: probabilidade de um ou mais alelos mutantes apresentarem qualquer expressão fenotípica → COMPLETA: expressão de 100% do genótipo / INCOMPLETA: expressão de menos de 100% do genótipo Expressividade: gravidade da expressão do fenótipo → gravidade diferente, expressividade variável Probando: primeiro da família que teve a doença detectada e iniciou a procura por atendimento Herança mendeliana Dominante: fenótipo expresso em indivíduos possuem pelo menos um alelo mutante causando a doença Recessivo: fenótipo expresso apenas em indivíduos que possuem só os alelos mutantes causadores de uma doença Codominante: ambos os alelos de um locus heterozigoto são expressos (EX: tipos sanguíneos) Padrões autossômicos ➢ HERANÇA AUTOSSÔMICA RECESSIVA Ambos sexos afetados Ocorrência em uma única geração Portadores heterozigotos têm 50% de chance de transmitir o alelo recessivo Homozigotos com o mesmo alelo mutante ou heterozigotos mutantes EX: Fibrose cística → afeta a produção de muco, o deixando mais espesso Homozigoto verdadeiro X Homozigoto composto - Avaliado em nível molecular - Clínica é a mesma - Homozigoto verdadeiro: 2 genes disfuncionais - Homozigoto composto: 2 genes disfuncionais mas com a mutação em alelos de locus diferente no mesmo gene ➢ HERANÇA AUTOSSÔMICA DOMINANTE Ambos sexos afetados Múltiplas ou sucessivas gerações afetadas Dominante incompleto: maioria, presença de dois alelos mutados leva a gravidade maior → AA, Aa ou AA# (heterozigoto composto é mais grave que o heterozigoto) Dominante puro: poucas doenças, mesmo fenótipo para um ou dois alelos mutados → AA, Aa ou AA# (heterozigoto composto com o mesmo fenótipo do heterozigoto) EX: acondroplasia - dominância incompleta ❖ EFEITO DA PENETRÂNCIA INCOMPLETA NA AUTOSSÔMICA DOMINANTE Dificulta o heredograma e o diagnóstico Portador não afetado pode ser pela penetrância incompleta EX: Ectrodactilia das mãos e pés → penetrância de 70% Neurofibromatose tipo 1 → penetrância depende da idade Heranças ligadas ao X ● Sem transmissão homem-homem ● Homens afetados podem transmitir para seus netos através das filhas ● A inativação do X nas mulheres faz com que as mulheres tenham duas populações celulares que expressam os genes de um ou outro cromossomo ● EX: Distrofia Muscular de Duchene → 1:3500 em meninos, variações clínicas distintas em mulheres (mosaico) ➢ HERANÇA RECESSIVA LIGADA AO X Incide mais em homens que mulheres Mulheres podem ser portadoras Variabilidade da expressão em heterozigotas Homem transmite para todas as suas filhas EX: Hemofilia A - deficiência em um fator de coagulação ➢ HERANÇA DOMINANTE LIGADA AO X Ausência de transmissão homem-homem Todas as filhas de um homem afetado serão afetadas e nenhum filho será Mulheres afetadas podem transmitir tanto para suas filhas quanto para seus filhos Expressão atenuada nas mulheres heterozigotas ➢ HERANÇA DOMINANTE LIGADA AO X COM LETALIDADE EM HOMENS Excesso de mulheres afetadas no heredograma Hemizigose letal em homens Mosaicismo ● Presença no mesmo indivíduo de ao menos duas linhagens celulares geneticamente diferentes ● Mutação após concepção - vida pré ou pós-natal ● Placentário: restrito aos tecidos extraembrionários Somático: presente nos tecidos embrionários mas não nos gametas Germinativo: restrito às linhagens que dão origem aos gametas Mosaicismo em ambas as linhagens germinativas e somáticas ● Mosaicismo em um tecido não exclui sua presença em outro ● Segmentar: afeta apenas uma parte do corpo; mutação após fecundação, ou seja, progenitores não são afetados Germinativo: pais não afetados nas células somáticas com mutação na linhagem germinativa, mutação transmitida para os filhos na formação do zigoto Origem parental nos padrões de herança ● Padrão incomum de herança - Imprinting Padrões não clássicos: mutações dinâmicas ➢ MUTAÇÕES DINÂMICAS Mutação muda com expansão instável de geração em geração Erros de pareamento ou falha em seu reparo Unidades repetidas de 3 ou mais nucleotídeos EX: Doença de Huntington - repetições CAG no gene huntingtina Normais: 9 a 35 repetições Afetados: mais de 40 repetições Síndrome do X frágil - região 5’ UTR não traduzida no gene FMR1 → expansão CGC leva a metilação do gene Padrões não clássicos: mitocondrial ● Genoma mitocondrial é circular ● 37 genes ● 2 RNA ribossomal e 22 RNAt ● Pleiotropia ● Mutações pontuais ● Deleções ● Germinativas ou somáticas ● Homens e mulheres podem ser afetados, mas apenas mulheres transmitem ● EX: Neuropatia óptica hereditária de Leber ➢ SEGREGAÇÃO REPLICATIVA DO DNA mitocondrial ● Homoplasmia: todas as mitocôndrias de uma célula ou tecido tem o mesmo genoma, seja normal ou mutado Heteroplasmia: a célula ou tecido contém ambos genomas mitocondriais, normal e mutado Herança de distúrbios multifatoriais ● Raramente resultam da herança de um ou dois alelos de efeito maior em um locus ● Interações complexas gene-gene/gene-ambiente ● EX: infarto do miocárdio, diabetes, Alzheimer… ● Caracteres qualitativos (presente ou ausente) e quantitativos (mensuráveis) Agregação familiar ● Compartilhamento de alelos entre familiares ● Quando mais próximo o parentesco, mais alelosem comum ➢ DE CARACTERES QUALITATIVOS Se determinados alelos aumentam a probabilidade de de doença, é suposto que o probando tenha número maior do que o esperado de parentes afetados ➢ DE CARACTERES QUANTITATIVOS Correlação familiar aplicada a um par de medições Herdabilidade: variância fenotípica em virtude das diferenças genéticas Determinação da contribuição relativas dos genes e do ambiente para as doenças complexas Concordância de doenças em gêmeos ● Concordantes: tem a mesma doença Discordantes: um tem a doença e o outro é saudável ● Monozigóticos 100% concordantes - herança mendeliana (EX: anemia falciforme) de proteína normal - Proteína que normalmente já está presente - Aumento da dosagem gênica - EX: trissomia do 21 2) Mutações que intensificam uma função normal de uma proteína - Intensifica a função da proteína - EX: mutação missense que cria a hemoglobina Kempsey → Hb permanece em seu estado de alta afinidade pelo O2, reduzindo sua distribuição para os tecidos ➢ NOVAS PROPRIEDADES - Mudança na sequência de aminoácidos conferem novas propriedades a uma proteína - Não necessariamente altera suas funções normais - EX: anemia falciforme → mutação não tem efeito no transporte de oxigênio pela hemoglobina, mas, quando estão desoxigenadas, as cadeias de hemoglobina falciforme se agregam e causam a deformação das hemácias ➢ EXPRESSÃO GÊNICA HETEROCRÔMICA OU ECTÓPICA - Expressão inapropriada do gene no momento errado (heterocrômica) ou no lugar errado (ectópica) - Geralmente em regiões reguladoras do gene - EX: câncer → expressão de um oncogene em células onde ele normalmente não é expresso Genótipo X Fenótipo nas doenças genéticas ➢ HETEROGENEIDADE ALÉLICA - Mutações diferentes em um locus podem resultar em um mesmo fenótipo mas com diferentes gravidades - EX: fibrose cística → quase 1400 mutações diferentes no gene CFTR que podem causar a doença ➢ HETEROGENEIDADE DE LOCUS - Mutações em locus diferentes podem causar o mesmo fenótipo - EX: hiperfenilalaninemia → mutações que afetem qualquer um dos 5 genes da via podem levar à doença com diferentes níveis de gravidade ➢ HETEROGENEIDADE ALÉLICA - Diferentes mutações em um gene podem resultar em fenótipos distintos - EX: anemia falciforme e beta-talassemia resultam de diferentes mutações no gene da beta-globina Hemoglobinopatias ● Hemoglobina: proteína responsável pelo transporte de oxigênio dos pulmões para os tecidos, pelos eritrócitos. Cada molécula de hemoglobina tem 4 subunidades, 2 alfa-globina e 2 beta-globina ● Hemoglobinas humanas: ● A expressão da hemoglobina altera com o desenvolvimento → globin switching Regulação da expressão da beta-globina ● LCR: região controladora de locus, necessária para expressão de todos os genes da beta-globina ● Grupo de pacientes com genes intactos mas que não expressavam a beta-globina devido a uma deleção a montante do complexo ● Mutações na beta-globina normalmente causam mais doenças que em mutações da alfa-globina - Única mutação na beta → afeta 50% das cadeias beta - Única mutação na alfa → afeta 25% das cadeias alfa ● Mutações na beta-globina não tem consequências pré natais → gama-hemoglobina é a principal tipo de hemoglobina antes do nascimento Variantes estruturais da hemoglobina (hemoglobinopatias) 1) Causam anemia hemolítica: deixam o tetrâmero da hemoglobina instável EX: anemia falciforme - GAG → GTG - Hemácias em forma de foice em baixa pressão de oxigênio - HbS → traço falciforme - Hemoglobina se liga ao oxigênio normalmente - A HbS se agrega em polímeros, distorcendo a hemácia para um formato de foice e bloqueando o fluxo sanguíneo EX: hemoglobinas instáveis - Mutações pontuais que causam desnaturação do tetrâmero de Hb - Tetrâmeros insolúveis se depositam formando inclusões → Corpos de Heinz - Danificam a membrana da hemácia 2) Transporte de oxigênio alterado: aumento ou diminuição da afinidade pelo O2 - Raras - Afetam a capacidade da hemoglobina de transportar O2, impedindo sua função proteica - Meta- hemoglobina: incapaz de oxigenação reversível → acúmulo leva a cianose. Oxidação espontânea do ferro do heme. Mutações que afetem a ação da meta-Hb redutase levam ao aumento da meta-Hb → não carrega o oxigênio - Hb com afinidade pelo oxigênio: mutações que alteram a movimentação entre as cadeias da hemoglobina ao mudar do estado oxigenado/relaxado para o desoxigenado/tenso → “bloqueia” a Hb em seu estado de alta afinidade → reduz a distribuição de oxigênio → causa policitemia (aumento do número de hemácias) 3) Mutação na região codificante: reduzem a abundância da globina e causam talassemia - Talassemia: desequilíbrio na síntese da cadeia de globina - desequilíbrio na razão de cadeias alfa:beta - cadeia que é produzida a uma taxa normal fica em excesso - esse excesso precipita na célula, danificando a membrana e causando a destruição de hemácias - Alfa-talassemias: causa doenças intrauterinas e pós-natais - 4 cadeias gama de Hb → Hb de Bart - 4 cadeias beta de Hb → Hb H - Ineficazes transportadores de O2 - Hipóxia intrauterina severa → Hb de Bart tem muita afinidade com o O2 - Inclusão de Hb em hemácias maduras → destruição dessas células - Beta-talassemias: decréscimo da produção de beta-globina. Causa anemia hipocrômica e anemia microcítica. Excesso de cadeia alfa - Não é aparente até poucos meses pós nascimento - Substituição de um único par de bases - Indivíduos com dois alelos mutados terá uma talassemia maior - Tratamento: corrigir anemia, transfusões e administração de agentes quelantes (excesso de ferro) - Portadores de um alelo mutante terá talassemia menor e serão clinicamente normais → anemia leve, hemácias hipocrômicas e microcíticas - Beta-talassemia simples: apenas produção de beta-globina afetada - Talassemias complexas: gene da beta-globina e outros são afetados - Persistência hereditária de Hb F → alta afinidade para o oxigênio Beta-talassemias simples: Talassemias complexas e HPFH: Tratamento das doenças genéticas ● Podem ser tratadas desde o gene mutante até o fenótipo clínico ● Fatores desafiadores para o tratamento: gene não identificado, patogênese não compreendida, dana fetal pré-diagnóstico, fenótipos severos, desafio dos alelos dominantes negativos ● Avaliação do tratamento por longo período é crítica, podendo ser bem sucedido mas aparecendo outras manifestações clínicas ● Heterogeneidade genética e de tratamento Tipos de tratamento ➢ MANIPULAÇÃO DO METABOLISMO - Reposição de substrato,reposição, desvio e inibição enzimática ➢ AUMENTAR A FUNÇÃO DO GENE OU DA PROTEÍNA AFETADA Aumentar a função da proteína - Potencializadores para aumentar a função do gene afetado - Salto de códons nonsense → inserção de um códon de parada - Corrigir o enovelamento de proteínas com chaperonas - Aumento da função das enzimas mutantes Aumentar a função do gene - Aumentar a expressão gênica a partir de um locus selvagem ou mutante → aumento do RNAm transcrito - Aumento da expressão gênica a partir de um locus afetado - Redução da expressão de um produto de gene mutante dominante - Indução de salto exon → excluir um éxon do pré-RNAm ➢ TERAPIA GÊNICA - Edição gênica → endonuclease (reconhece sequência específica do genoma), domínio nuclease (cria quebra da dupla fita) e CRISPR/Cas9 - RISCOS: resposta adversa ao vetor, mutagênese de inserção causando malignidade e inativação de um gene essencial Genética e genômica do câncer ● Todos os câncer são causados por alguma alteração no genoma ● Substituição de bases, inserções e deleções, alterações do número de bases e rearranjos ● Maioria das mutações são aleatórias e seu número varia Mutações gênicas condutoras ● Pode ser uma mudança de um único nucleotídeo, inserção ou deleção ● Erros de replicação isolados ● Fatores ambientais carcinógenos ● Mutações cromossômicas e sub cromossômicas também podem ser mutações condutoras ● Oncogenes ativados/Proto-oncogenes: genes normais que após a mutação possuem níveis excessivos de atividade → pode levar ao desenvolvimento de câncer ● Genes supressores de tumor (TSG): mutações causam perda de expressão de proteínas que controlam o desenvolvimento de neoplasias → mutação em um alelo não leva ao desenvolvimento de câncer, tem que ser nos dois Câncer ● Alterações genéticas hereditárias ● Alterações genéticasadquiridas → fatores ambientais, tabagismo, exposição a luz solar, vírus e muitas causas desconhecidas Câncer em famílias ● Incidência aumentada devido a herança de gene mutante com alta penetrância ● Síndromes de câncer hereditário ● Doença multifatorial Câncer hereditário ● Múltiplos indivíduos afetados em uma família ● Idade de manifestação mais precoce ● Bilateral ● Proto-oncogenes: quando são ativados ou superexpressos ● TSG: câncer quando há perda de função em ambos os alelos do gene ● Câncer de mama hereditário devido a mutações BRCA1 e BRCA2 Câncer esporádico ● Ativação de oncogenes por mutações pontuais → Gene RAS mutado ou proteína RAS anormal (permanece estimulando a divisão celular) ● Ativação de oncogenes por translocação cromossômica ● Perda de gene supressor de tumor Aplicação de assinaturas gênicas ● Discernir entre os diferentes tumores ● Correlacionar com desfechos clínicos conhecidos ● Conhecer a importância funcional entre os genes envolvidos no desenvolvimento da doença Câncer e o ambiente ● Radiação, carcinógenos químicos (tabaco, alimentos, resíduos tóxicos…) Aconselhamento genético ● Determinação do risco da doença para outros membros da família ● Avaliação da necessidade de testes genéticos História familiar na avaliação de risco ● Quanto mais parentes de primeiro grau tem um traço complexo, maior é a probabilidade de que essa carga de genes esteja presente na família do paciente Aconselhamento genético na prática clínica ● Realizar o diagnóstico correto e solicitar os exames ● Possibilitar o entendimento e explicar as abordagens, tratamentos e riscos para o paciente e sua família Indicações comuns para o aconselhamento genético ● Filho anterior com anormalidade genética ● Condição hereditária ● Risco de distúrbio cromossômico ● Consanguinidade ● Exposição a teratógenos etc. Manejo de caso para aconselhamento genético Diretrizes para testes preditivos ● SITUAÇÕES: - doenças de início tardio sem tratamento - doenças com tratamento ou medidas preventivas - doenças em que a predisposição aumentada detectada Diagnóstico e triagem pré-natais ● Informar riscos de defeitos congênitos e doenças genéticas ● Planejar tratamentos e cuidados pós natais ● TESTES INVASIVOS: amniocentese, amostragem de vilosidade coriônica (CVS), cordocentese e diagnóstico pré-implantação ● TESTES NÃO INVASIVOS: ultrassonografia e teste pré-natal não invasivo (NIPT) Testes invasivos ➢ CVS - Biópsia das vilosidades do córion - 10 a 13 semanas de gestação - Não testa alfafetoproteína ➢ AMNIOCENTESE - Introduzir agulha no saco amniótico e extrair líquido - Entre 16 e 20 semanas de gestação - Análise dos cromossomos, genoma fetal e alfafetoproteína ➢ CORDOCENTESE - Coleta do sangue fetal a partir do cordão umbilical - Entre 18 e 36 semanas ➢ DIAGNÓSTICO PRÉ IMPLANTAÇÃO - Durante a fertilização in vitro - Selecionar embriões livres de uma condição genética específica - Casais com risco significativo de doença genética ou aneuploidia - Biópsia do blastômero único ou do blastocisto Testes não invasivos ➢ ULTRASSONOGRAFIA - Avaliação da idade fetal, gestações múltiplas e viabilidade fetal - Várias das anomalias detectadas nesse exame estão associadas a aneuploidia - Determinação do sexo pode ser adjunto diagnósticos de doenças recessivas ligadas ao X ➢ NIPT - Non-invasive prenatal testing - Triagem e não diagnóstico - Sangue materno - A partir da 9 semana - Trissomias, aneuploidias sexuais, triploidias, microdeleção 22q11.2 e sexagem fetal Triagens e estágio da gestação ➢ PRIMEIRO TRIMESTRE - Entre 11 e 13 semanas - Ultrassom - Analitos no soro materno → proteína A plasmática associada a gravidez (PAPP-A) e hormônio gonadotrofina coriônica humana (hCG) ➢ SEGUNDO TRIMESTRE - Dosagem dos analitos no sangue materno → hCG, AFP, estriol não conjugado e inibina A - Nível desses analitos podem ser afetados por fatores como etnia, tabagismo, diabetes gestacional, FIV. Estratégias de triagem integradas ➢ CITOGENÉTICA E DIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL - Estudo do cariótipo - Indicações: idade materna avançada, alterações em exames séricos ou na ultrassonografia, presença de rearranjo cromossômico em um dos genitores e criança anterior com anomalia cromossômica - Amostragem de vilosidades coriônicas, líquido amniótico, sangue fetal e material de abortamento ➢ MOSAICISMO NO DIAGNÓSTICO PRÉ-NATAL - Se refere a presença de duas ou mais linhagens celulares em um indivíduo ou amostra de tecido - Possível explicação é a contaminação com células maternas - Pode ser verdadeiro, pseudo-mosaicismo ou restrito a uma única célula (não levado em conta) - Pode estar presente na placenta e ausente no feto → mosaicismo confinado à placenta Aconselhamento genético ● Histórico familiar acurado ● Informar os riscos do feto ser afetado ● Natureza e consequências do problema específico e como proceder Interrupção da gravidez ● NÃO É CRIME: - Gravidez como risco de vida para a mulher - Gestação resultante de estupro - Feto anencefálico Aplicação da genômica na medicina Triagem em populações ● Avaliar todos os membros da população independente da história familiar ● Histórico familiar indica apenas suscetibilidade Triagem em recém-nascido ● Identificar crianças pré-sintomáticas ● Geralmente não é avaliado pela determinação do genótipo ● Teste do pezinho → anormalidade no nível de substâncias sanguíneas ● Verificação do fenótipo → teste do olhinho, teste da orelhinha e teste do coraçãozinho Teste do pezinho ● SUS ● Fenilcetonúria, hipotireoidismo congênito, doença falciforme e outras hemoglobinopatias, fibrose cística, deficiência de biotinidase e hiperplasia adrenal congênita ➢ FENILCETONÚRIA ➢ HIPOTEREOIDISMO CONGÊNITO ➢ DOENÇA FALCIFORME E OUTRAS HEMOGLOBINOPATIAS ➢ FIBROSE CÍSTICA ➢ HIPERPLASIA ADRENAL CONGÊNITA ➢ DEFICIÊNCIAS DE BIOTINIDASE Triagem genômica ● Triagem de heterozigotos → portadores, identificar indivíduos normais mas que podem transmitir doença para seus filhos ● CRITÉRIOS: alta frequência de portadores, disponibilidade de teste confiável e diagnóstico pré-natal e acesso a aconselhamento genético Farmacogenômica ● Investiga variantes genéticas em cada indivíduo que determinam seu perfil de resposta para cada medicamento ● A maioria das respostas dos fármacos é um traço complexo ● Metabolização por diferentes vias ● Perfil farmacogenômico → levar em consideração variantes genéticas, efeitos ambientais e uso de outros fármacos ● Variação da resposta farmacocinética: citocromo P-450 ● Variação no metabolismo dos fármacos: lentos (acumulam níveis tóxicos do fármaco e deixa de ter seu efeito) ou ultrarrápidos (risco de serem tratados como dose insuficiente ou sofrer overdose pela conversão muito rápida do pró-fármaco para sua forma ativa) Reações adversas a medicamentos ● Toxicidade medicamentosa previsíveis, não imunológicas, erros de medicação, doença renal e hepática ou interações medicamentosas → 75-80% ● Imprevisíveis → 20-25% - alergias medicamentosas - reações imunes determinadas geneticamente Equação de Hardy-Weinberg: p² + 2pq + q² = 1