1 LUISA OMETTO DAL PRETE GENÉTICA HUMANA- MÓDULO GENÉTICA MENDELIANA AULA T1: BASES CROMOSSOMICAS DA HEREDITARIEDADE Capítulo 1 e 2 - Thompson Século XIX: ideias de eugenia (esterilização da população) Década de 30: comissão geral de eugenia no Brasil Aconselhamento genético: comunicação e decisão individual do paciente relacionado com a ocorrência de uma doença genética na família termo de concentimento idade, principalmente em doenças de aparecimento tardio escolha reprodutiva, deixar a pessoa decidir se ela irá querer ter filhos ou não a partir disso impacto psicológico privacidade e confidencialidade dos resultados consequências da divulgação: será que não irá encarecer o plano de saúde? como passar a informação de um conhecimento complexo ao paciente fases de aceitação: negação raiva barganha depressão aceitação metáfase: melhor etapa do ciclo celular para análise genética cariótipo: organização dos cromossomos por tamanho herança autossômica :cromossomos 1 ao 22 herança ligada ao X ou ao Y sexo constitucional humano é o feminino, precisa do Y para determinar o sexo masculino, por exemplo no caso de agenesia da gônada, retirada precoce dos testículos, o indivíduo se torna do sexo feminino célula germinativa primordial: presente inicialmente no saco vitelínico e irá migrar para a crista gonadal, próximo ao mesonéfron aonde se desenvolverá o rim, desenvolvimento dos ovócitos e espermatozóides e fertilização Quimera e mosaico: pessoas com tipos celulares diferentes quimerismo: pré-zigótico, precisa formar dois zigotos e eles se fundirem. O quimerismo em humanos é raro e acontece quando dois óvulos fecundados se fundem antes do quarto dia de gestação. Ex: hermafroditismo verdadeiro, transfusão sanguínea, mulher em gestação (recebe células fetais). Comum em aves, como o sexo é somático, o corpo ficará metade galinha e metade galo. Como no ser humano o sexo é gonadal isto não ocorre. mosaicismo: pós-zigótico, um indivíduo com dois materiais genéticos distintos, porém provenientes do mesmo zigoto. Um indivíduo ou um tecido particular do corpo pode consistir em mais de um tipo de célula ou linhagem, por um erro ocorrido durante a mitose em qualquer estágio após a concepção. A esse fenômeno dá-se o nome de mosaicismo. O mosaicismo somático é sugerido por um distúrbio monogênico ser menos grave em uma pessoa do que o comum, ou por ser confinado a uma parte particular do corpo. Dependendo de quando a mutação surge no desenvolvimento, ela pode ou não ser transmitida para a geração seguinte com expressividade total, dependendo de se a mutação está também presente em toda ou parte das células da linhagem germinativa. O mosaicismo gonadal ou de
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LUISA OMETTO DAL PRETE
GENÉTICA HUMANA- MÓDULO GENÉTICA MENDELIANA
AULA T1: BASES CROMOSSOMICAS DA HEREDITARIEDADE
Capítulo 1 e 2 - Thompson
Século XIX: ideias de eugenia (esterilização da população)
Década de 30: comissão geral de eugenia no Brasil
Aconselhamento genético:
comunicação e decisão individual do paciente
relacionado com a ocorrência de uma doença genética na família
termo de concentimento
idade, principalmente em doenças de aparecimento tardio
escolha reprodutiva, deixar a pessoa decidir se ela irá querer ter filhos ou não a partir disso
impacto psicológico
privacidade e confidencialidade dos resultados
consequências da divulgação: será que não irá encarecer o plano de saúde?
como passar a informação de um conhecimento complexo ao paciente
fases de aceitação:
negação
raiva
barganha
depressão
aceitação
metáfase: melhor etapa do ciclo celular para análise genética
cariótipo: organização dos cromossomos por tamanho
herança autossômica :cromossomos 1 ao 22
herança ligada ao X ou ao Y
sexo constitucional humano é o feminino, precisa do Y para determinar o sexo masculino, por
exemplo no caso de agenesia da gônada, retirada precoce dos testículos, o indivíduo se torna do
sexo feminino
célula germinativa primordial: presente inicialmente no saco vitelínico e irá migrar para a crista
gonadal, próximo ao mesonéfron aonde se desenvolverá o rim, desenvolvimento dos ovócitos e
espermatozóides e fertilização
Quimera e mosaico: pessoas com tipos celulares diferentes
quimerismo: pré-zigótico, precisa formar dois zigotos e eles se fundirem. O quimerismo em humanos
é raro e acontece quando dois óvulos fecundados se fundem antes do quarto dia de gestação. Ex:
linhagem germinativa é quando a mutação está presente em uma proporção de células gonadais. A
mutação nesse caso ocorre apenas nas células germinativas, e os genitores são fenotipicamente
normais, mas capazes de gerar filhos afetados. Ex: câncer, Síndrome de Turner (individuo que seria
inicialmente XX e posteriormente apareceriam linhagens celulares com 45 X, caso fosse completamente
45X seria abortado).
Por que, se um X é inativado? Porque no humano o X não é completamente inativado, ele mantém
regiões aonde precisa estar em dose dupla, com regiões homólogas no Y, portanto se não há o X precisa
ter o Y.
Translocação do cromossomo 21: síndrome de Down
Comum em 3,5% das pessoas com a Síndrome, possuem dois cromossomos do par 21 completos (o
comum) mais um pedaço mais ou menos grande de um terceiro cromossomo 21 que geralmente
está colado a outro cromossomo como o 14. Isso acontece porque o pai ou a mãe dessa pessoa
apresenta, nas células do seu organismo, no lugar de cromossomos 21 completos, um cromossomo
21 mais um pedaço de outro cromossomo 21 que se soltou e se colou a outro cromossomo. Quando
se formar a célula germinativa uma célula ficará com um cromossomo 21 e com o cromossomo de
outro número, por exemplo o 14, com pedaço de cromossomo 21 colado, ao ser fecundado terá
então 3 cópias do 21.
A translocação é comum em cromossomos acrocêntricos: 13, 14, 15, 21, 22
Crossing over: só ocorre na prófase da meiose, troca de pedaços entre cromossomos homólogos. Há
maior probabilidade de ocorrer crossing over em lócus mais distantes.
Epigenética: nucleossomos e cromatina
Cromatina funciona como uma mola, quanto mais condensada mais difícil para os fatores de
transcrição atuarem no DNA e os genes se expressarem
Metilação de DNA
Modificação da cauda das histonas
RNAs não codificantes
AULA T2: ESTRUTURA E ORGANIZAÇÃO DO GENOMA HUMANO
Capítulo 3 do Thompson
Classificação dos transtornos genéticos -doenças causadas inteiramente ou em parte pelo componente
genético, podem ser classificadas da seguinte forma:
Transtornos cromossômicos: pela deficiência ou excesso dos genes contidos em cromossomos inteiros
ou seus segmentos. A presença de uma cópia extra do cromossomo 21 provoca a Síndrome de Down. São
mais comuns e respondem pela metade dos abortos espontâneos.
Transtornos de um único gene: causada por um erro na informação genética transportada por um único
gene , isto é, genes mutantes individuais, podendo estar presente em apenas um dos cromossomos do
par (pareado com um alelo normal do cromossomo homólogo) ou em ambos. Pode acontecer no DNA
mitocondrial. Exs: fibrose cística, anemia falciforme, síndrome de marfan, albinismo (ausência ou
defeito em uma enzima envolvida na produção de melanina) e acondroplasia, causada pela substituição
de uma glicina por uma arginina no domínio transmembrana do receptor do fator de crescimento
fibroblástico 3.
Transtornos multifatoriais: responsável pela maior parte das doenças, pode não haver erro na
informação genética, a doença resulta, em vez disso, de um ou mais genes diferentes que juntos
predispõem um defeito grave, frequentemente combinado com fatores ambientais. Ex: fenda labial e
palatina, defeitos cardíacos congênitos, alzeimer, hipertensão e diabetes.
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Genoma humano
Sequencia de DNA de todos os cromossomos de um organismo, nucleares e mitocondriais
é composto por grandes quantidades de DNA, que contém na sua estrutura a informação genética
necessária para especificar todos os aspectos da embriogênese, do desenvolvimento, do crescimento,
do metabolismo e da reprodução.
Toda célula nucleada do corpo carrega sua própria cópia genômica ( de 20 a 50 mil genes)
Cariótipo: complemento cromossômico característico de cada especie, em termos de número,
morfologia e conteúdo
Mapa genético: mapa de localização genômica dos genes
Citogenética: estudo dos cromossomos, da sua estrutura e da sua hereditariedade
Cromossomos:
Cada cromossomo é constituído por um único DNA de dupla hélice contínuo
Cromossomos sexuais (X e Y) e cromossomos autossomos
Células somáticas e células germinativas
Cromossomos homólogos: carregam informações equivalentes. Em um locus específico os homólogos
podem ser idênticos ou variar ligeiramente na sequencia, a isso da-se o nome alelos de um gene.
Gene:
Sequencia de DNA que especifica a produção de um produto final, seja proteína, seja RNA
Unidades funcionais da informação genética, organizados em cromossomos de maneira linear. Cada gene
possui o seu locus
Gene contém não só a parte codificante, mas também a parte adjacente necessária à expressão
adequada do gene
Podem ser classificados em 2 tipos:
Genes codificadores: que codificam uma proteina: 20 a 25 mil
Genes não codificadores: codificam um RNA funcional ou RNA não codificante (RNAnc): 20 a 25 mil
Genes estão localizados de maneira desigual ao longo dos cromossomos (desertos de genes)
Desequilíbrio alélico: genes expressos a partir de apenas um dos cromossomos homólogos
Em humanos todos os genes contém éxons e introns?
Não. Genes que codificam para histonas não possuem íntron.
Onde os genes são trasncritos? No núcleo
Onde os transcritos primários são processados para formar o transcrito maduro? Núcleo
Em que consiste o processamento do RNAm? Remoção dos introns e união dos exons
Além da união dos éxons, o RNA maduro apresenta processamento adicional?
Sim: adição de “cap” na região 5’ e da cauda poliA na região 3’
Onde ocorre esses dois tipos de processamento do RNAm após a remoção dos introns? Núcleo
Qual o papel da estrutura 5’cap e da cauda poli A para formar o transcrito maduro?
Evitar a ação da exonuclease 5’ e facilitar o transporte para o citoplasma
Qual o papel da região 5’ UTR?
Região de ligação do ribossomo
Após o sequenciamento do genoma humano verificou-se que temos cerca de 25.000 genes, muito menos que o esperado para explicar a complexidade da espécie. Além disto, somente 1,5% do nosso genoma codifica proteína. Quais hipóteses e resultados concretos explicam esta aparente incoerência?
Muitos genes são capazes de gerar vários produtos proteicos diferentes, não apensas um, através do uso de segmentos de codificação alternativos (splicing alternativo): no encadeamento alternativo, diferentes éxons são selecionados para formar RNAm e a variação na seleção de éxons de acordo com o tecido origina isoformas proteicas distintas. Além disso, modificações subsequentes da proteina codificada resultam em uma amplificação ainda maior do conteudo de informações. Estima-se que os 25 mil genes humanos podem codificar muitas centenas de milhares de proteinas diferentes chamadas coletivamente de proteoma. Por fim, proteinas individuais nao funcionam sozinhas, elas formam redes elaboradas envolvendo muitas
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proteinas diferentes e RNAs reguladores que respondem de maneira coordenada e integrada a diferentes sinais geneticos, ambientais ou de desenvolvimento.
1) Termos relacionados com a transcrição dos genes:
1. Íntron: transcrito em RNA no núcleo mas não presente no RNAm maduro no citoplasma, pois são removidos
por splicing
2. Upstream: DNA genômico que antecede o local de início de transcrição na direção 5’
3. Downstream: sequencia de DNA localizada na direção 3’ além da extremidade de um gene
4. Fator de transcrição
5. Região promotora: na extremidade 5’ do gene que contém seuqnecias responsáveis por iniciar a transcrição
6. Outros elementos reguladores: acentuadores, insuladores e regiões de controle do lócus
7. Região não traduzida 3’ contém um sinal para adição de sequencia de resíduos de adenosina (cauda poliA) e
região não traduzida 5’
A transcrição é iniciada na extremidade 5’ transcrita mas não traduzida chamada 5’ UTR na parte
upstream das sequencias codificantes, prossegue na direção 5’ para 3’ enquanto a fita molde é na
verdade lida na direção 3’- 5’. Após a formação do transcrito primário, são adicionados cap na
extremidade 5’ e a extremidade 3’ é clivada e adicionada cauda poliA, as sequencias de íntrons são
removidas no processo de splicing, o RNAm resultante é transportado ao citoplasma
Em muitos genes a ação da RNA polimerase II associada com os fatores de transcricionais gerais (B, D,
E, F e H), cofatores (CRSP, TRAP, ARC/DRIP) é dependente complexos modificadores e remodeladores
de cromatina (SWI/SNF, PBAF, ACF, NURF e RSF).
Processamento alternativo do DNA: produz 2 diferentes RNAs a partir de um mesmo gene, produzindo
duas isoformas proteicas. De acordo com cada tecido pode haver um processamento do RNA tecido-
específico de modo a produzir isoformas tecido específicas ou éxons tecidos específicos, como no caso
da tropomiosina humana.
2) Funcionamento da expressão gênica
Inicio da transcrição: promotores (ex TATA box e CAT box) e outros elementos reguladores e proteinas
especificas chamadas fatores de transcrição
Transcrição iniciada na região 5’ UTR (transcrita mas não traduzida imediatamente a montante das
sequencias codificantes) pela polimerase II
Transcrição continua por porções intronicas e exônicas do gene até a região que corresponde a
extremidade 3’
Transcrito primário é processado com adição de cap na extremidade 5’ e clivagem na extremidade 3’
seguida de adição de cauda poliA
Splicing
Metilação: ocorre durante a transcrição genica, altera a conformação da cromatina na região promotora
do gene, deixando-o mais condensado, o que dificulta o acesso dos fatores de transcrição às sequencias
reguladoras, em consequencia ocorre silenciamento do gene
Transporte RNAm ao citoplasma
AUG metionina: primeiro aminoácido e estabelece a matriz de leitura
Ilhas CpG:concentração alta do dinucleotídeo 5’- CpG- 3’ que serve de sitio de ligação para fatores de
transcrição específicos (região promotora) e são também alvo de metilação
O imprinting genômico é um fenômeno epigenético, onde os genes em cromossomos homólogos podem resultar características clínicas diferentes, dependendo de o gene ser herdado da mãe ou do pai. A
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metilação do DNA é tida como sendo o principal mecanismo pelo qual a expressão gênica é modificada, é o imprint aplicado a determinadas sequências de DNA em sua passagem pela gametogênese. A expressão diferencial do alelo pode ocorrer em todas as células somáticas ou em tecidos específicos ou estágios do desenvolvimento. Esses genes marcados são conhecidos como regiões diferencialmente metiladas (DMRs), que incluem regiões de controle de imprinting (ICRs), que controlam a expressão dos domínios imprintados.
3) Famílias gênicas
Muitos genes pertencem a famílias gênicas, que compartilham sequencias de DNA estritamente
relacionados e codificam proteinas estritamente relacionadas
Família codificadora de proteinas das hemoglobinas
- Cromossomo 11: aglomerados de genes da β globina (cluster)
- Cromossomo 16: aglomerados de genes da α globina
Família dos receptores olfativos RO: encontrados em quase todos os cromossomos
4) Pseudogenes
Sequencias de DNA que se assemelham muito a genes conhecidos mas não são funcionais. Podem ser
de 2 tipos: processados - se formaram um processo de retrotransposição, no qual há transcrição,
geração de um DNAc a partir do RNAm por trsncrição reversa e integração desse DNA no genoma em
locais distantes do gene original (não possuem introns) e os não processados (produtos da evolução,
representam genes modificados por mutação e mortos, que antes eram funcionais).
5) Genes de RNA não codificante
Genes cujo produto funcional parece ser o próprio RNA (RNAnc)
Desempenham papéis na infraestrutura celular (RNAt e RNAr envolvidos na tradução de RNAm,
envolvidos no controle do splicing, envolvidos na modificação de RNAr, na regulação g~enica, no
silenciamento gênico e em doenças humanas
microRNA: uma classe de RNAnc que suprimem a tradução de genes-alvo por meio da ligação a seus
respectivos RNAm e regulação da produção de proteinas
A quantidade de DNA não codificante está relacionada com a complexidade dos organismos
Participa da expressão gênica, regulando:
- Desenvolvimento embrionário
- Diferenciação celular
- Estabilidade genômica
- Estabilidade do RNAm
- Altera a estrutura da cromatina
DNA:
Macromolécula de ácido nucleico polimérica, formado por 3 unidades:
Ribose (açucar de 5 carbonos): desoxirribose
Fosfato
Base nitrogenada: purina (Adenina, Guanina) ou pirimidina (Timina, Citosina)
Ligações 5’- 3’ fosfodiéster entre unidades de desoxirribose
Ligações de hidrogênio entre as bases
Dupla hélice: natureza complementar das fitas
Fosfato
Distribuição:
1,5% codifica proteínas
5% elementos reguladores da expressão gênica
Apenas 50% de DNA único ou DNA de cópia única: cuja ordem linear de nucleotídeos está representada
uma única vez
Restante de 50% é DNA repetitivo.
Os diferentes tipos de repetições em tandem são chamadas de DNA satélites.
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Repetições dispersas de duas famílias são importantes porque estão associadas a doenças gênicas: Alu
(10% genoma humano, regiões ricas em GC) e LINE (20% do genoma humano, regiões ricas em AT).
Algumas cópias dessas famílias geram cópias de si mesmas que podem integrar outro local do genoma
ocasionando inativação por inserção de genes, por exemplo.
Duplicações segmentadas (5% do genoma)
Dogma central da biologia celular:
O DNA genômico direciona a síntese e a sequencia de RNA, o RNA direciona a síntese e a sequencia de
polipeptídeos, e as proteínas específicas estão envolvidas na síntese e no metabolismo do DNA e do RNA.
Cromatina e histonas
O genoma é armazenado dentro das células como cromatina, na qual o DNA genômico está conjugado
a várias classes de proteínas cromossômicas (histonas e não-histonas). Um octâmero de 4 tipos de
histonas (H2A, H2B, H3 e H4) ao redor do qual o DNA se enrola formando um “colar de contas”. Cada
complexo octâmero-DNA é chamado de nucleossomo (unidade estrutural básica da cromatina). A 5ª
histona (H1) se liga à extremidade de cada nucleossomo, na região de espessamento
internucleossomo, formando solenoides.
DNA mitocondrial
é definido por um único tipo de DNA circular de fita dupla, contém 37 genes, dos quais 24 especificam
o produto maduro de RNA (22 de tRNA mitocondrial, 2 moléculas de rRNA mitocondrial) e 13 genes
codificam polipeptídios sintetizados nos ribossomos mitocondriais. O produto desses genes atuam
dentro da mitocondria embora a maioria das proteinas venham de genes nucleares.
O código genético mitocondrial difere do código genético nuclear. E das 22 moléculas de tRNA são
capazes de reconhecer famílias de 4 códons (diferindo apenas na 3ª posição) e 14 reconhecem pares
de códons com bases idênticas nas duas primeiras posições e compartilham tanto purina quanto
pirimidina na 3ª posição. Isso resulta em 60 códons reconhecidos e os 4 remanescentes atuam como
códons de determinação (UAG, UAA, AGA, AGG).
O genoma mitocondrial é extremamente compacto (93% codificado) e nenhum dos 37 genes
mitocondriais possui íntrons. Algumas sequências codificadoras (6ª e 8 ª subunidades da ATPase
mitocondrial) têm sobreposição e sequências vizinhas podem ser contíguas ou separadas por uma ou
duas bases codificadoras.
A única região desprovida de DNA codificador é a região da alça de deslocamento (D), na qual se
forma uma fita tripla de DNA que contém o promotor para a transcrição das fitas leve e pesada do DNA
mitocondrial. Sua transcrição começa a partir desses promotores e segue em direções opostas. O RNA
maduro é gerado pela clivagem desses transcritos multigênicos.
Padrão de herança mitocondrial: na formação do zigoto, o espermatozoide nunca contribui com o seu
genoma mitocondrial. É herdado matrilinearmente, ou seja, a herança é transmitida apenas pela mãe.
Na divisão mitótica, as moléculas de DNA mitocondrial separam-se de forma puramente aleatória entre
duas células-filhas. A herança do cromossomo Y, ao contrário, é patrilinear.
Pontos revisados no capítulo:
Mitose e meiose
Espermatogênese, ovulogênese e fertilização
QUESTÕES AULA 2
1. Que tipo de herança ocorre para o DNA mitocondrial o cromossomo Y humanos?
Durante a formação do zigoto, o espermatozoide contribui para a célula ovo com seu genoma nuclear, mas
não com o seu genoma mitocondrial. O genoma mitocondrial, portanto, apresenta herança materna, ou seja,
homens e mulheres recebem o genoma mitocondrial de suas mães, mas os homens não os transmitem para
os seus descendentes. Já o cromossomo Y é o cromossomo sexual responsável por transmitir as características
que definem o sexo masculino, assim, o cromossomo Y apresenta herança paterna: os pais os transmitem
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para os seus filhos homens, mas não para as suas filhas mulheres, que são genotipicamente XX.
2. A quantidade de sequência de DNA não codificadoras proteínas aumenta proporcionalmente com a
complexidade dos.organismos. Comente e explique.
As sequências de DNA não codificadoras são aquelas que não têm as proteínas como produto gênico final.
Entretanto, as sequências não codificadoras exercem um controle essencial sobre os mecanismos de
expressão gênica. Assim, com o aumento da complexidade dos organismos, um mecanismo mais sofisticado
de controle da expressão dos genes é requerido, de forma que explica a presença de maior proporção de
DNA não codificador.
3. O que você entende por processamento do RNA tecido específico? De exemplo para a espécie humana.
Nos eucariotos, o hnRNA ou pré-RNA passa por uma sequência de processos após sua transcrição, ainda do
interior do núcleo, que o capacita a ser transportado para o citoplasma, onde ocorre a tradução por meio
dos ribossomos. Durante esse processamento, o hnRNA sofre modificações nas suas extremidades de forma a
torná-lo mais estável, e também sofre o processo de splicing ou encadeamento. O splicing consiste na seleção
dos éxons que serão separados das sequências não codificadoras - íntrons - e que darão origem as proteínas.
Entretanto, de acordo com cada tecido e com a função que ele apresenta no organismo, o hnRNA de um
mesmo gene pode seguir vias alternativas de splicing (splicing alternativo), de modo a produzir isoformas
tecido específicas, como no caso da tropomiosina humana. Os éxons presentes na isoforma de um tecido mas
não na de outro são chamados éxons tecido-específicos.
4. Quais as possíveis funções do RNA não codificador?
O RNA não codificador desempenha papel na expressão gênica, participando da regulação do desenvolvimento
embrionário, diferenciação celular, estabilidade genômica do mRNA e alteração da estrutura da cromatina.
GD 1: HERANÇA AUTOSSÔMICA DOMINANTE E RECESSIVA
Capítulo 7 parte 1-Thompson
GENÓTIPO
Para os loci autossômicos (e no cromossomo X nas mulheres) o genótipo de uma pessoa é definido por ambos
os alelos que compõe o lócus nos 2 cromossomos homólogos, ou de forma mais ampla, genótipo se refere a
todos os pares de alelos que compõe de forma coletiva a constituição genética de um indivíduo ao longo de
todo o seu genoma
Homozigoto: individuo portador de um par de alelos identicos num locus do DNA nuclear
Heterozigoto: individuo portador de um par de alelos diferentes sendo um deles selvagem
Heterozigoto composto: individuo portador de 2 alelos mutados diferentes ( em vez de um mutado e
um selvagem)
Hemizigoto: homem que apresenta um alelo anormal no cromossomo X e não há cópia do gene
*esses termos não são usados para DNA mitocondrial porque ele apresenta milhares de cópias em uma célula
HAPLÓTIPO
Conjunto de alelos em dois ou mais loci próximos, em 1 cromossomo do par de homólogos
FENÓTIPO
Expressão do genótipo como um traço morfológico, clínico, celular ou bioquímico, podendo ser
observado clinicamente ou através de exames sanguineos ou histológicos
Pleiotropia: quando um único gene ou par de genes produz multiplos efeitos fenotipicos (sintomas). O
defeito genico é chamado pleiotrópico.
PENETRANCIA
Probabilidade de um ou mais alelos mutantes apresentarem qualquer que seja a expressão fenotipica,
isto é “tudo ou nada”: porcentagem de pessoas que manifestam a doença fenotipicamente
independente da gravidade
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Penetrancia incompleta ou reduzida: quando a frequencia de expressão fenotipica de determinada
doenca é menor que 100%, ou seja, há portadores que tem o genótipo relevante e não o expressam.
EXPRESSIVIDADE
Refere-se a gravidade com que determinado fenótipo se expressa entre individuos com o mesmo
genótipo deletério
Expressividade variável: quando pessoas apresentam o mesmo genótipo mas a gravidade da doença é
diferente
HERANÇA MEDELIANA
Localização lócus genico: cromossomo autossomo, sexual ou mitocondrial
Genes levados no cromossomo X são chamados de ligados ao X, e genes levados no cromossomo Y são
chamados de ligados ao Y ou herança holândrica.
1) Loci autossomo
Fenótipo recessivo: quando expresso em homozigotos, hemizigotos ou heterozigotos compostos, nunca
na presença do alelo selvagem
Fenótipo codominante: se ocorrer a expressão fenotípica de ambos os alelos em um lócus, por exemplo
no sistema ABO
Fenótipo dominante: uma característica é dominante se for fenotipicamente expressa em
heterozigotos. Se os heterozigotos e homozigotos para o alelo selvagem possuem o mesmo fenótipo, o
distúrbio é dominante puro (raro em genética humana). Se os homozigotos apresentam um fenótipo
mais severo do que os heterozigotos, o disturbio é denominado semidominante ou dominante
incompleto.
a) Herança autossômica recessiva:
ocorrem apenas em indivíduos com dois alelos mutados e nenhum selvagem, geralmente o alelo
mutante é responsável por reduzir ou abolir a função proteica (mutação de perda de função). Ex:
Fibrose cística
Em doencas autossomicas recessivas raras, geralmente os individuos sao heterozigotos compostos,
exceção aos filhos de casamentos cosanguineos (ex: xeroderma pigmentoso)
Algumas doenças autossomicas recessivas apresentam fenótipo influenciado pelo sexo, ou seja, o
disturbio se expressa em ambos os sexos, porém com frequencia ou gravidade diferente (ex:
Hemocromatose hereditaria: fenótipo recessivo mais frequente em homens que causa excesso de
absorção de ferro na alimentação, acredita-se que a expressão reduzida em mulheres se deve a perda
desse íon na menstruação e menor ingestão de ferro na dieta).
Fenótipo limitado ao sexo em herança autossomica dominante: apesar da doença ser transmitida por
mulheres não afetadas (portadoras não penetrantes), ela também é transmitida de pai pra filho (ex:
puberdade precoce limitada aos homens)
Penetrancia incompleta: fenda mãos e pés
Expressividade variável: NF1 neurofibromatose tipo 1
Mutações novas: nanismo tanatofórico (porque é letal ao feto, então necessariamente são mutações
novas)
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2) Loci sexual
Ha poucos genes ligados ao Y, a maioria é envolvida
com as características sexuais primárias ou desenvolvimento de características masculinas secundárias
No cromossomo X encontramos 300 genes associados a fenótipos de doenças ligadas ao X
a) Inativação do X
Processo fisiológico normal que inativa nas mulheres, nas células somáticas, a maioria dos genes ligados
a um dos dois cromossomos X, mas não os genes do único cromossomo X nos homens, de modo a igualar
a expressão
Penetrancia incompleta nas mulheres: dificuldade em classificar em dominante ou recessivo. Ex:
distrofia de Duchenne:mosaicismo
b) Herança recessiva ligada ao X
Se expressa fenotipicamente em todos os homens
O gene é transmitido de um homem afetado a todas as suas filhas e nunca a seus filhos
Hemofilia A: disturbio recessivo ligado ao X no qual há falta de coagulação sanguínea do fator VIII, uma
proteina da cascata de coagulação.
Mulher Heterozigota manifestante: inativação desbalanceada do X
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c) Herança dominante ligada ao X:
Todas as filhas mulheres são afetadas e nenhum filho homem é afetado pelo pai afetado
d) Herança pseudoautossomica:
A recombinação meiótica entre loci ligados ao X só ocorre entre 2 cromossomos homólogos, portanto é
limitado ás mulheres. Contudo há um pequeno número de loci contíguos localizados nas extremidades
dos braços X e Y e sofrem recombinação durante a meiose masculina. Assim durante a espermiogênese
um alelo mutante localizado no X pode passar para o Y e ser transferido aos descendentes homens. São
chamados loci pseudoautossomos.
AULA T3: HEMOGLOBINOPATIAS E DISTÚRBIOS MONOGÊNICOS
Capítulo 11- Thompson
Uma doença genética ocorre quando uma alteração no DNA de um gene essencial modifica a
quantidade ou função dos seus produtos gênicos, ou ambos- tipicamente o RNA mensageiro e a proteína, e
ocasionalmente os RNAs não codificadores específicos (RNAncs), os quais possuem funções estruturais ou
reguladoras. As mutações que afetam a função proteica provocam como efeito: perda de função, ganho de
função, expressão gênica no momento errado (expressão heterocrônica) ou expressão no local errado
(expressão ectópica)
A relação entre genótipo e fenótipo nas doenças genéticas
As variações no fenótipo clínico observado em uma doença hereditária podem ter uma das 3 explicações
genéticas:
Heterogeneidade alélica: mutações diferentes no mesmo locus
Heterogeneidade de lócus: mutações em loci diferentes causam o mesmo fenótipo
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Efeito de genes modificadores
Hemoglobinopatias
Ilustram os distúrbios monogênicos
Doenças hereditárias das hemoglobinas, classificadas como:
Estrutura da hemoglobina
Contém 4 subunidades: duas cadeias de α globina e duas cadeias de β globina
Cada subunidade é composta de uma cadeia polipeptídica, a globina, e um grupo prostético, o heme
(que é o pigmento contendo ferro, capaz de se combinar com o oxigênio e transportá-lo).
Estrutura terciária das globinas contém 8 regiões helicoidais (hélices A-H) e dois resíduos conservados:
Phe42 ( fenilalanina que envolve o anel de porfirina) e His92 (histidina a qual ferro do heme se liga
covalentemente)
Globina apresenta áreas insensíveis, nas quais as mutações são toleradas e áreas sensíveis nas quais
mutações alteram a função da proteina. Por exemplo: mutações que substituem um aminoácido
altamente conservado ou mutações que substituem um dos aa apolares (que são os responsáveis por
formar uma concha hidrofóbica que exclui a água do interior da molécula) causam hemoglobinopatias.
Globinas : GENE
Lócus dos genes α globina ou tipo α (tandem no cromossomo 16) possui 3 variantes e da β globina (
cromossomo 11) possui 5 variantes, expressos de forma distinta durante o desenvolvimento. A região
codificadora, isto é que vai ser traduzida em proteína globina, é igual nas variantes, o que muda é a
região não codificadora ( por exemplo 5’UTR que é transcrita mas não traduzida).
12
A expressão dos vários genes de
globina se altera durante o
desenvolvimento num processo chamado
“liga desliga” ou globin switching
As mudanças temporais da síntese das
globinas são acompanhadas por mudanças
no principal sítio de eritropoiese
As 3 globinas embrionárias são
produzidas no saco vitelínico a partir da 3ª
até a 8ª semana de gestação, mas na 15ª
semana a hematopoiese se inicia no fígado
de HbF, após o nascimento em 3 meses
toda a hemogçlobina é HbA
Regulação da expressão da β globina durante o desenvolvimento
LCR: região controladora de lócus, aproximadamente 6kb a montante do gene da e-globina. Tem cerca
de 20 kb. É uma região necessária para a expressão de todos os genes do cluster da β globina
Possui cinco sítios hipersensíveis á DNAse- 1 (estado aberto da cromatina) que permitem o acesso de
fatores de transcrição a elementos reguladores que medeiam a expressão de cada um dos genes da β
globina
A LCR junto com suas proteinas associadas de ligação ao DNA, interagem com genes do lócus da
βglobina, formando um centro de cromatina ativa aonde a expressão do gene da β globina ocorre
O liga desliga da expressão gênica que ocorre entre 5 membros do complexo de genes da β globina
durante o desenvolvimento, resulta da associação sequencial do centro de cromatina ativa com os
diferentes genes do cluster à medida que o centro se move do gene mais proximal (γ globina) para o
mais distal (β globina em adultos).
Importância da LCR para a clínica:
pacientes com deleções da LCR falham em expressar os genes do cluster da β globina
componentes da LCR são essenciais na terapia gênica para distúrbios no cluster da β globina
conhecimentos dos mecanismos liga e desliga pode permitir a indução do aumento de expressão do
gene da γ globina em pacientes com β talassemia pois a HbF é transportadora eficaz de oxigenio
Consequencias da mutação
Mutação no gene da β globina:
Causa mais doenças do que no gene da α globina
Uma única mutação no gene da β globina afeta 50% das cadeias B
Sem consequencias pré-natais, pois a γ globina é a principal globina tipo β antes do nascimento
Mutação no gene da α globina:
Uma única mutação no gene da α globina afeta 25% das cadeias α (porque temos dois tipos α 1 e α 2)
Com consequencias severas na vida fetal e pós natal
1. VARIANTES ESTRUTURAIS
13
Principais classes de variantes estruturais
As variantes estruturais são classificadas conforme o quadro clínico
Variantes que causam hemoglobinas instáveis- anemia hemolítica: tetrâmeros desnaturados são
insolúveis. Doença: Hb Hammersmith altera resíduo de fenilalanina 42 altamente conservado por uma
serina
Variantes com transporte de oxigênio alterado: ex metaglobinas: a oxiemoglobina é a forma de
hemoglobina com capacidade de oxigenação reversível, o ferro do heme está no seu estado reduzido,
contudo tende a se oxidar espontaneamente formando a meta-hemoglobina que é incapaz de
oxigenação reversível. A manutenção do ferro no estado reduzido é realizada pela enzima meta-
hemoglobina redutase. No caso de globinas mutantes (tanto α quanto β) substituições na região do
bolso do heme afetam a ligação globina-heme tornando o ferro resistente á ação da redutase. Doença
Hb Hyde Park troca da histidina 92 altamente conservada por uma tirosina. Na Hb Kempsey a
hemoglobina é bloqueada em seu estado de alta afinidade.
Variantes que alteram a síntese de globina: talassemia: o desequilíbrio na síntese α β faz com que o
excesso de cadeias normais precipite danificando a membrana plasmática e levando à destruição das
hemáceas
ANEMIA FALCIFORME
Gene da β globina
Herança autossômica recessiva
Classificada como hemolítica
Resulta da substituição de um único nucleotídeo que muda o códon do 6º aminoácido da β globina de
ácido glutâmico para valina GAG GTG, Glu6Val
Características clínicas
Tendência das hemáceas em apresentar forma de foice sob baixa pressão de oxigênio
Os heterozigotos são portadores do traço falciforme. Clinicamente normais, mas com hemáceas que
podem se tornar falciformes sob baixas pressões de oxigênio (altas altitudes e competições atléticas
de níveis extremos), portanto possuem uma mistura de hemácias normais e hemácias com traço
falciforme
14
alelo beta afetado tem alta frequencia em áreas do mundo onde há malária, pois confere aos
heterozigotos maior sobrevivência e resistência a essa doença
Patologia
Durante o transporte do oxigênio pelo sangue de
paciente com anemia falciforme, as alterações na
conformação da molécula da HbS provocam um
fenômero não encontrado na HbA. Ao ceder o seu último
átomo de oxigênio aos tecidos, a HbS acaba expondo na
superfície de sua molécula o grupo Val (de alto poder
hidrofóbico) das cadeias β, capaz de interagir e aderir
às outras cadeias das moléculas de hemoglobina
circunvizinhas, formando longas fibras altamente
insolúveis. Nos indivíduos com traço falcêmico (HbS/
HbA) essas fibras são menores e muito menos
prejudiciais ás hemáceas porque a hemoglobina normal
interrompe a formação das fibras de HbS graças á presença de Glu no lugar da Val que repele as moléculas
vizinhas próximas e mantém o conjunto em solução. A formação das fibras de HbS nos pacientes com anemia
falciforme acaba modificando a forma dos eritrócitos, forçando-os a adquirir uma forma rígida, de foice, que
entope os capilares. Isso origina microinfartos, isquemia, hemólise dos eritrócitos.
Genes modificados determinam a severidade clínica da anemia falciforme
Nível de HbF altos : baixa morbidade porque ela é transportadora eficiente de oxigênio e inibe a
polimerização da HbA
Variação dos níveis de HbA é determinada por polimorfismos de nucleotídeo único (SNP) em 3 loci: o
gene da γ globina e dois genes (BCL 11A e MYB) que codificam fatores de transcrição que reduzem a
expressão de β globina
Variação do nível de HbF está associada a severidade de β talassemia e anemia falciforme
Tratamento
Recentemente observou-se que recém-nascidos falcêmicos apresentavam carater benigno da doença, pois além
da HbS, continuavam a ter a expressão de HbF, e isso impedia a polimerização.
A procura de uma droga que propiciasse a expressão do gene da cadeia γ da HbF em adultos descobriu-se a
hidroxiuréia.
Transfusão sanguínea
Transplante de medula óssea
Quimioterapia: hidroxiuréia
2. DESEQUILÍBRIO DA SÍNTESE DE CADEIAS DE GLOBINA
OBS: os termos dominante e recessivo aplicam-se ás características fenotípicas e não ao gene. Em alguns casos, dependendo da natureza da mutação, a doença pode ser herdada de maneira dominante ou recessiva.
15
TALASSEMIA
Redução na produção das globinas
Gene da α globina = α talassemia
Autossômica recessiva
Podem acontecer nas hemoglobinas fetal ( recem nascidos sofrem de hipoxia intrauterina e hidropsia
fetal) e adulta (inclusões nas células por deposição de HbH e destruição prematura no baço)
Na ausência de cadeias de α globina para se associar, as cadeias do cluster da β globina formam um
tetramero chamado Hb de Bart (γ 4) ou HbH ( β 4) que são incapazes de liberar oxigenio para os tecidos
Geralmente causadas por DELEÇÕES GÊNICAS do gene da α globina ou da região LCR. Alinhamento
incorreto durante o pareamento homólogo com subsequente recombinação
Traço talassêmico: deleção de dois dos quatro genes de cadeia α
Outras formas de α talassemia: a Síndrome ATRX
O gene ATRX pertence ao cromossomo X e codifica uma proteina remodeladora de cromatina para ativar a
expressão dos genes α globina. Em pacientes com a sindrome a redução da sintese de α globina se deve ao
acumulo de uma variante de histona no cluster genico da α globina que reduz a expressão genica.
Gene da β globina = β talassemia
Autossômica recessiva
Reduz a produção de β globina causa anemia hipocrônica, microcítica e desequilíbrio na síntese de
globina
Sintomas após 6 meses, diferente das α talassemias
Na falta do gene da β globina pode-se produzir hemoglobina α 2 ou γ
Maior incidência no norte da áfrica, sudeste da ásia e índia
São resultado geralmente a SUBSTITUIÇÃO DE UM ÚNICO PAR DE BASES e não deleções como nas α
talassemias.
Mutações na região promotora, do splicing de RNA, na adição de cap e da cauda poli A do RNAm,
mutação de mudança da matriz de leitura (frameshift) e mutação sem sentido (nonsense).
Nos casos da β talassemia geralmente os indivíduos carregam alelos mutados de maneira distinta ou
seja são heterozigotos compostos
Talassemia maior: dois alelos que permitem produção quase nula de HbA, B0, se alguma HbA é
detectável chama-se B+.
Talassemia menor: portadores de um alelo, tem hemaceas hipocrômicas, microcíticas e anemia leve,
confundida com carência de ferro. O diagnóstico é feito por eletroforese que revela aumento de HbA2
( α 2 γ 2).
16
Talassemia como genes modificadores
Os alelos α talassemia e β talassemia podem estar presentes em uma mesma população e um homozigoto herdar
os dois, assim, muitas vezes a severidade da β talassemia é atenuada pela presença do alelo α que age como
modificador: o desequilibrio na sintese de cadeia β é reduzido pelo decrecimo de produção de cadeias α.
Talassemias complexas
Grandes deleções nas quais há perda do gene da β globina e outros do cluster ou o LCR
AULA T4: MUTAÇÕES E AGENTES MUTAGÊNICOS
Capítulo 11- Thompson
LÓCUS
Um segmento de DNA que ocupa uma posição ou localização particular no cromossomos
ALELOS
versões alternativas da sequência de DNA no locus
Alguns genes têm uma variedade de formas, as quais são localizadas na mesma posição ou locus gênico
em um cromossomo
Humanos são denominados organismos diploides, pois tem dois alelos para cada locus gênico. Um
paterno, um materno normalmente
Alelo selvagem ou alelo comum: alelo predominante, em geral presente em mais da metade de uma
população
Alelo mutante ou variante: outras versões do gene que diferem do alelo selvagem devido a uma
mutação, uma alteração permanente na sequencia de nucleotídeos ou na disposição do DNA
Polimorfismo: se houver dois ou mais alelos relativamente comuns em uma população (frequencia
alélica superior a 1%) em um locus na população
Frequência Alélica: Representa a incidência de uma variante gênica em uma população; Frequência
alélica é calculada pelo número de vezes que o alelo de interesse é observado na população, dividido
pelo total de cópia de todos os alelos de um locus em particular em uma popopulação
Variação herdada e polimorfismo
1) Polimorfismo de nucleotídeo único (SNP):
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Mais simples e mais comum forma de polimorfismo
Aumenta a suscetibilidade a doenças mas não causa doenças severas
2 alelos com 2 bases diferentes que ocupam uma localização específica no genoma
Distribuição desigual: se encontram em regiões de íntrons e não codificantes
- Sinônimos: não alteram a sequencia de aminoácidos da proteína
- Não sinônimos: alteram a sequencia de aminoácidos da proteína
- Outros: alteram o códon de parada ou o splicing
2) Polimorfismo de inserção e deleção (INDELS)
Variação de um único par até 1000 pares de bases
A maioria são indels simples com 2 alelos (presença e ausencia do segmento inserido)
a) Polimorfismo de microssatélites ou STR( polimorfismos de repetições curtas em tandem)
INDELS multialélicos com variáveis de um segmento de DNA em tandem
Trechos do DNA composto por 2, 3 ou 4 nucleotídeos repetidos em tandem, uma ou dezenas de vezes
Diferentes alelos são resultado de diferentes números de unidades repetidas = tamanho da repetição
Lócus de microssatélites são usados para: ver relações de parentesco e teste de identificação/
impressão digital de DNA (fingerprinting)
b) Polimorfismo de inserção de elementos móveis
Familias de elementos repetidos dispersos ao longo do genoma, algumas são móveis e contribuem para
a diversidade genica a partir do processo de RETROPOSIÇÃO: processo que envolve a transcrição para
um RNAm, a transcrição reversa para uma sequencia de DNA e a inserção (transposição) em outra região
do genoma
Famílias mais comuns: Alu e LINE
Cada lócus polimórfico consiste em 2 alelos: um com e outro sem o elemento móvel inserido
3) Variação no número de cópias (CNV)
Variação no número de cópias de segmentos grandes do DNA de 1000 pb a muitas centenas de quilobases
envolvendo deleção ou duplicação
DUPLICAÇÃO SEGMENTAR:segdups: maiores CNV encontradas em blocos repetidos de sequencias
homólogas
Associadas a alteração na dosagem gênica
4) Polimorfismo de inversão
Inversão de diferentes tamanhos podendo estar presente desde poucos pares de bases até grandes
regiões do genoma em qualquer uma das duas orientações
A maioria ocorre devido a regiões de homologia de sequencia na extremidade do segmento invertido
Sequencias repetidas
27 % genoma: pseudogenes, promotores, introns
3% codificante
70% sequencias repetidas
Satélite: satélite, minissatélite, microssatélite
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GENE
Há diversas definições:
1 – Região do DNA que codifica para um mRNA, que então codifica uma proteína OU RNA funcional.
2 – Unidade Transcricional fundamental da hereditariedade
3 – Unidade Biológica fundamental da hereditariedade.
GENÓTIPO
Constituição genética de um indivíduo. Os alelos que estão presentes em um dado lócus constituem o
genótipo do indivíduo.
- Genótipo homozigoto: possui 2 alelos idênticos em um lócus particular em um par de cromossomos
homólogos
- Genótipo heterozigoto: tem 2 alelos que diferem na sequencia de DNA em um lócus particular em um
par de cromossomos homólogos
- heterozigoto composto
FENÓTIPO: o genótipo somado à expressão associada ao meio ambiente.
MUTAÇÃO
É uma mudança na sequência do material genético, desde alterações em um nucleotídeo único até
alterações em um cromossomo inteiro, devido a erros na replicação de DNA, ação de agentes
mutagênicos ou erros nos sistemas de reparo.
Somente as mutações que ocorrem nos gametas são hereditárias. As mutações que ocorrem nas células
fora da linhagem germinativa não são hereditárias. Elas são denominadas mutações somáticas.
Mutações Hereditárias:
Consequência
Fonte de Variabilidade Genética: Matéria Prima da Evolução
Efeitos prejudiciais: Causa de muitas doenças genéticas e distúrbios
Efeitos protetores contra doenças
Tipos:
Mutação Gênica ou de DNA: alteram a sequencia de DNA que envolvem a substituição, deleção e
inserção de DNA, variando de nucleotídeo único até um limite definido de modo arbitrário de 100 KB
Mutação Cromossômica: Afeta o número ou estrutura dos cromossomos
Mutação regional ou subcromossômica: muda apenas uma parte do cromossomo, pode envolver uma
alteração no número de cópias de um segmento subcromossômico ou um rearranjo estrutural que
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envolve partes de um ou mais cromossomos. As duplicações, deleções e inversões de um segmento de
um único cromossomo são predominantemente o resultado da recombinação homóloga entre segmentos
de DNA com alta homologia de sequencia situados em mais de um local em uma região do cromossomo.
Algumas translocações cromossomicas e inversões podem ocorrer em locais de quebra espontanea do
DNA fita-dupla, as duas extremidades podem ser unidas sem qualquer homologia obvia (reparo por
união de extremidades não homólogas)
Erros de replicação do DNA
Proofreading (revisão do DNA): a maioria dos erros de replicação do DNA é rapidamente removida e
corrigida por uma série de enzimas reparadoras do DNA que primeiramente reconhecem qual filamento
da dupla-hélice recém-sintetizada contém a base incorreta e então a substituem com uma base correta.
Esse processo é possível graças à atividade exonuclease 3’-5’ da DNA polimerase.
1 erro 10 mi de pb
Com revisões adicionais a taxa de mutação é menor que 10-10 por divisão celular
Reparo da lesão do DNA
Nucleotídeos são danificados na célula devido a processos quimicos espontâneos como depurinação,
desmetilação ou desaminação, por reação com mutagênicos quimicos (naturais ou não) no ambiente e
por exposição à radiação ultravioleta ionizante
Mesmo que a lesão seja reconhecida e destruída, a maquinaria pode introduzir bases incorretas
TAXA DE MUTAÇÃO
O que é: Frequencia com que determinado gene muda de sua forma selvagem para uma forma mutante por
lócus por geração.
conforme o distúrbio essa taxa varia 1000 vezes: 10-4 a 10-7 mutações / locus / geração
taxa total média de novas mutações entre gametas maternos e paternos: 1,2 x 10-8 mutações / par de
base / geração
Cada pessoa recebe cerca de 75 novas mutações em seu genoma de um ou de outro progenitor
Taxa total de mutação varia de gene para gene ao longo do genoma, ou talvez, de população para
população ou mesmo de indivíduo para indivíduo
A maioria dessas mutações é de alteração de nucleotídeo único em porções não codificantes do genoma
e tem pouco significado funcional
Fatores que afetam as taxas de mutações
Frequencia com que uma nova mutação ocorre no DNA: a causa da mutação pode ser espontãnea ou
induzida
Probabilidade de reparo quando a mudança ocorrer: a celula possui vários sistemas de reparo e a
maioria das mutaçõessão reparadas antes da replicação do DNA
A probabilidade de que a mutação seja detectada: é dependente dos efeitos fenotípicos. Algumas
mutações podem surgir em uma taxa maior porque é mais fácil detectá-las
O tamanho de genes diferentes
A porção de mutações naqueles genes que irão levar a doença
Idade e sexo do progenitor
mecanismo mutacional
Mutação espontanea e comum é a substituição de T por C (ou A por G na outra fita): a explicação vem da principal forma de modificação epigenética do DNA, a metilação. A desaminação espontânea da 5-metilcitosina para timidina no par CpG dá origem a mutações de C para T ou de G para A, que podem não ser reconhecidas pela maquinaria de reparo do DNA. Mais de 30 % dos SNP são desse tipo. Por isso os
dupletos CPG são os HOTSPOTS de mutação no genoma humano. Ex: acondroplasia
20
a presença ou ausência de mutações nos hotspots no gene
CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES GÊNICAS
ETILOGIA
a) espontâneas: quando ocorrem sem que haja a interferencia conhecida de qualquer agente capaz de
provocá-las
b) induzidas: quando ocorrem em frequencia aumentada pela ação de agentes físicos e ou quimicos
conhecidos denominados agentes mutagênicos. A maioria desses agentes atua diretamente sobre o DNA,
seja alterando uma determinada base, seja incorporando-a ao mesmo
AGENTES MUTAGÊNICOS
Agentes físicos: radiações ionizantes e radiações ultravioleta
Um dos principais efeitos maléficos da radiação ultravioleta no DNA é a criação de dímeros de pirimidina, que
consistem em duas pirimidina identicas, particularmente os dimeros formados por duas timinas ligadas
covalentemente, que as impede de parear com adenina e dessa forma distorcem a conformação do DNA.
ESTRUTURAL
1) De ponto: são modificações hereditárias que ocorrem em um lócus gênico específico com a substituição
de uma única base.
a) TRANSIÇÃO : mutação por substituição de base de Pirimidina por Pirimidina (CTU), ou Purina por
Purina (AG)
b) TRANSVERSÃO: mutação por substituição de base de Pirimidina por Purina, ou Purina por Pirimidina
OBS: se as substituições no DNA ocorrecem ao acaso, deveria haver duas vezes mais transversões do que
transições porque cada base pode se submeter a duas transversões mas apenas a uma transição. Mas não é o
que ocorre: a frequencia de transição em genomas de mamíferos é inexperadamente maior que a frequencia
de transversões. A explicação para isso é que provavelmente a principal forma de modificação do DNA no
genoma humano envolve a metilação de citosinas formando 5-metilcitosina, especificamente quando elas
estão localizadas imediatamente à uma guanina (CpG) dinucleotídeo 5’- CG- 3’-. A desaminação espontânea da
5’ metilcitosina em timina no par CG promove transições de C para T ou, G para A, assim o par CG representa
um verdadeiro hotspot para mutações no genoma humano.
c) MUTAÇÃO DE SENTIDO TROCADO (MISSENSE): mutação por substituição de base que altera o
aminoácido. Seu efeito sobre a proteina depende da natureza do aminoácido na cadeia polipeptídica,
pode levar a uma proteina alterada, com redução ou perda de sua atividade biológica, ou pode também
não alterar a função.
d) MUTAÇÃO SEM SENTIDO (NONSENSE): Substituição de um aminoácido normal por um dos três códons
de parada (UAA, UAG, UGA), promovendo a parada da tradução no meio da sequencia codificante de
RNAm e resulta em um processo de rapida degradação (decaimento do RNAm mediado por mutações
sem sentido) ou em uma proteina instavel
Conforme seu efeito, as substituições também são classificadas em:
DIRETAS: resultam na troca do aminoácido original por um novo
REVERSAS: responsáveis pelo processo inverso quando ocorrem no mesmo ponto
SILENCIOSAS:quando a mudança implica em um códon sinônimo que não altera o aminoácido
NEUTRAS: quando a substituição de base resulta em troca de aminoácido mas isso não afeta a atividade
da proteina ( conservativa)
e) MUTAÇÃO DE MUDANÇA DE FASE OU FRAMESHIFT MUTATION: quando se trata de deleção ou inserção
21
de não multiplos de 3, com alteração da fase de leitura
f) MUTAÇÃO REGULATÓRIA: Mutação sobre regiões reguladoras de genes
g) MUTAÇÃO DE PROCESSAMENTO DE RNA: Alteração nas regiões de splicing. No caso do splicing: são
requeridas duas sequencias particulares de nucleotideos localizados dentro ou proximo das junções
entre intron e éxon (sítio aceptor 3’ e sítio doador 5’), assim pode haver mutações que afetem as bases
desses sítios ou a criação de novos sítios doadores e aceptores.
2) Deleções, inserções e rearranjos
a) PEQUENAS DELEÇÕES E INSERÇÕES
Frameshift (mutação de mudança de matriz de leitura): número de bases removidas é diferente de 3 e de
multiplo de 3
b) GRANDES DELEÇÕES E INSERÇÕES: Inserções grandes são chamadas indels
Hemofilia A : em alguns pacientes com hemorragia grave são encontradas sequencias LINE com vários pares de
quilobases são inseridas em um éxon do gene do fator VIII que interrompe a sequencia de codificação e inativa
o gene. E quase todos os casos de hemofilia A possuem recombinação que inverte uma série de éxosn ,
interrompendo a estrutura gênica e tornando o gene incapaz de codificar o produto final normal.
c) CROSSING-OVER DESIGUAL
d) RETROTRANSPOSIÇÃO
e) MUTAÇÕES DINÃMICAS: quando sofrem alterações ao serem transmitidas nas famílias. Consistem em
sequencias de trincas repetidas que ocorrem em número de cópias aumentadas (amplificação de
trinucleotídeos). Ex: doença de Huntington, deficiencia mental determinada pelo X frágil, distrofia
miotônica
CLASSIFICAÇÃO FUNCIONAL
Perda de função: na maioria das vezes causam condiçoes de herança autossômica recessiva, reduz ou elimina
a função da proteína. Hipomórfica: mutação na região promotora impedindo que os fatores de transcição se
liguem adequadamente (hipoexpressão).
Ganho de função: na maioria das vezes causam condições de herança autossômica dominante, resultam em
um produto gênico com funão reforçada ou nova. Hipermórfica: hiperexpressão.
GD 3: SISTEMAS DE REPARO
Reparo de DNA são processos celulares que tem como objetivo corrigir erros no DNA introduzidos pelo
meio ambiente, durante a divisão celular ou mudanças espontâneas que podem ocorrer no DNA. O DNA como
entidade quimica está sujeito a danos que podem ser causados pelo meio ambiente ou por reações químicas na
célula e se não reparados induzem mutações que podem resultar em doenças.
1. Base modificada quimicamente(oxidação,
desaminação, metilação)
2. Deleção de uma base (sítio apurínico ou
apurimidínico)
3. Quebra de fita-única de DNA
BER: REPARO POR EXCISÃO DE BASE
1. Ligação cruzada intra-cadeia
2. Distorção da dupla hélice (dímeros de
pirimidina)
NER- REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEO
1. Base mal pareada por erros na replicação do MMR- REPARO POR MAL PAREAMENTO
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DNA
2. Pequenas inserções ou deleções devido ao
deslocamento durante a replicação
Quebra na fita dupla de DNA
HR- RECOMBINAÇÃO HOMÓLOGA
NHEJ- JUNÇÃO DAS EXTREMIDADES NÃO HOMÓLOGAS
Danos ao DNA Agentes Mutagênicos Enzimas
Reversão Direta Dimerização de timinas Radiação UV DNA fotoliase
Metilação Agentes alquilantes DNA metiltransferase
Excisão de Bases
Substituições (transições e transversões)
Radiação ionizante Compostos de ação direta Agentes alquilantes
DNA glicosilases Endonuclease AP DNA polimerase Exonucleases DNA ligase
Excisão de Nucleotídeos
Dimerização de timinas
Radiação UV
UvrA UvrB UvrC UvrD DNA polimerase DNA ligase
Reparo de mal pareamento
Substituições
Erros na replicação
MutS MutL MutH MutU Exonucleases DNA polimerase DNA ligase
Reparo de quebra de fita dupla
Quebra da fita dupla do DNA
Radiação ionizante
Ku XRCC4
DNA ligase
Reparo pós replicativo
Lacuna - dimerização de timinas Radiação UV Proteína RecA
1) REPARO DE DANO OU REVERSÃO DIRETA
Nas plantas: fotorreativação ou fotorreparo: a luz ultravioleta provoca a ligação ou dimerização de
pirimidinas adjacentes no DNA, sendo os principais produtos da radiação UV os dímeros de timina-
timina. Uma enzima da E.Coli denominada DNA fotoliase se liga às timinas dimerizadas. Quando a
célula está exposta à luz, a enzima rompe as ligações do dímero utilizando a energia da luz.
No Homem: mecanismo coordenado por enzimas alquiltransferases (DNA metiltransferase) que
removem grupos alquila adicionados na posição O-6 da guanina por mutágenos como nitrosoguanidina
e etilmetanosulfonato. Essa enzima transfere o grupo metil da O-6- metilguanina para um grupo cisteina
da enzima, mas isso a inativa e portanto o sistema de reparo é saturável.
2) REPARO POR EXCISÃO
a) Reparo por excisão de bases:
Se há dano em uma única base, devido á hidrólise espontânea ou á ação de substâncias quimicas
(oxidação, desaminação, radicais livres) ou por DNA glicosidases- enzimas que detectam as bases
23
danificadas e as removem.
Ex: Na E.Coli a uracila-DNA glicosidase reconhece a uracila no DNA e a separa cortando a ligação base-
açucar (glicosídica) o sítio resultante é denominado AP (apurínico ou apirimidínico) devido á ausencia
de uma purina ou pirimidina no sítio. Então uma endonuclease AP percebe a deformação do DNA de
dupla hélice e inicia a excisão de nucleotídeo AP único em um processo conhecido como reparo por
excisão de bases. A endonuclease corta o DNA no lado 5’ do sítio AP sem base e uma DNA polimerase
então insere um nucleotideo no sítio A. Em seguida uma exonuclease, lise ou fosfodiesterase elimina o
nucleotideo livre de base e a DNA ligase fecha o corte. Nos mamíferos a DNA polimerase beta
desempenha as funções
Dano é reconhecido e eliminado enzimaticamente por uma endonuclease, em seguida a DNA polimerase
preenche o espaço com inserção da base complementar ao molde intacto e enfim a DNA ligase sela o
corte
b) Reparo por excisão de nucleotídeos:
Se há danos no DNA que distorcem a hélice como os dímeros de pirimidina
Enquanto o reparo por excisão de base é iniciado por uma glicosilase e normalmente envolve a
substituição de apenas um resíduo de nucleotideo, o reparo por excisão de nucleotideo é iniciado por
enzimas que detectam as deformações no eixo do DNA e substituem uma extensão de nucleotídeos e
não precisa de sítio AP
1. Reconhecimento da lesão por uma proteina formada por duas cópias de UVRA e uma cópia de UVRB
2. As subunidades UVRA se soltam e UVRC se anexa ao terminal 5’ da lesão
3. UVRB corta o DNA na extremidade 3’ e UVRC na extremidade 5’ da lesão
4. UVRD helicase desenrola o oligonucleotideo que contem a lesao
5. DNA polimerase I e DNA ligase recuperam o fragmento
Nos eucariotos o reparo por excisão de nucleotídeos estão ligados. O fator de transcrição TFIIH está
envolvido no reparo de danos por U. Ele possui atividade helicase e é encontrado nos 2 processos: a
transcrição quando bloqueada por uma lesão de DNA como um dimero de timina sinaliza a formação de
um complexo de reparo usando TFIIH nos dois processos.
Diversas síndromes progeróides (relacionadas ao envelhecimento precoce), tais como a Síndrome de Werner, Síndrome de Cockayne, xeroderma pigmentosum e tricotiodistrofia, estão relacionadas a mutações em genes que codificam proteínas envolvidas no reparo ao dano ao DNA. Discorra sobre as possíveis associações entre o envelhecimento precoce e tais mutações.
As síndromes citada no enunciado possuem falha no sistema de reparo por excisão de nucleotídeos, o qual é responsável pela correção de dímeros de pirimidina, bases alteradas por agentes oxidantes e bloqueios na transcrição e replicação. Tal configuração resulta em um acúmulo de mutações no DNA, permitindo a desregulação de atividades metabólicas e a morte celular, configuração de estimula o envelhecimento precoce.
Xeroderma pigmentosa: NER: EXCISAO DE NUCLEOTIDEO
Nomenclatura: OMIM 278700
Doença genética caracterizada pela extrema sensibilidade aos raios UV da luz solar
Característica – incapacidade de reparar DNA lesionado frente a exposição a raios UV que resulta em um
crescimento celular desregulado e formação de tumor. Pessoas com xeroderma tem risco aumentado de
desenvolvimento de cancer de pele e 30% desenvolvem problemas neurológicos.
Células são incapazes de produzir endonucleases para reparar dímeros de pirimidinas por isso as lesões
não são reparadas
Existem 8 formas hereditárias de xeroderma: XP-A a XP-G e variante XP-V. Complexo proteico de vários
genes XP responsável pela quebra de dímeros de pirimidina
Doença rara: USA e Europa 1 em 1 milhão. Mais comum no Japão e norte da África.
Manifestação: primeiros anos de vida.
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Herança autossomica recessiva
- Fator de transcrição
- Helicase e complexo proteico de vários genes XP
- Endonuclease codificada por genes XP: quebra da
sequencia de DNA que contém o dímero
- Exonuclease: remove nucleotídeos alterados
- DNA polimerase e DNA ligase: reconstroem
Síndrome progeróide ou síndrome de Werner NER: EXCISAO NUCLEOTIDEO
Nomenclatura: OMIM 277700 – Síndrome Werner
Herança autossomica recessiva
Doença genética caracterizada por sintomas de envelhecimento em estágios precoces em sua vida.
Característica – incapacidade de reparar DNA lesionado devido a mutações em DNA helicases resulta
em frequência aumentada de recombinação e como consequência aparição de alterações na pele,
calcificações subcutâneas, cabelos grisalhos desde cedo, entre outros.
Pessoas com Síndrome de Werner tem risco aumentado de desenvolvimento de câncer e idade
avançada.
c) Reparo por mal pareamento (MISMATCH):
Principal sistema de reparo e ocorre durante a replicação
Na E. Coli:
1. Reconhecimento do dano ao DNA recém-replicado pela proteina MutS (a ligação dessa proteina às
distorções na dupla-hélice de DNA causadas por bases incompatíveis inicia a via de reparo de
malpareamento ao atrair 3 outras proteinas para o sítio de lesão: MutL, MutH e UvrD)
2. A proteina chave é MutH que realiza a função final de cortar o filamento que contém a base incorreta
3. as enzimas de reparo de pareamento incorreto iniciam a remoção da base incorreta cortando a fita de
DNA em um lado do pareamento erroneo.
Como o reparo de pareamento incorreto reconhece a base da fita descendente e não a da fita molde
como sendo a errada? As bases citosinas com frequencia sao metiladas em eucariotos e essa marca
genetica é propagada do filamento parietal para o filho logo após a replicação. Nos procariotos o DNA
também é metilado mas os grupos metil relevantes para o reparo de mal-pareamento são adicionados ás
bases adenina. Para distinguir o filamento molde antigo do recém-sintetizado, o sistema de reparo
bacteriano se aproveita de um atraso na metilação da sequencia 5’- G-A-T-C-3’. A enzima responsável pela
metilação é a adenina metilase que cria 6-metiladenina em cada filamento. Entretanto ela necessita de
diversos minutos para reconhecer e modificar os trechos GATC recém-sintetizados e nessee intervalo MutH
corta o sítio de metilação no filamento que contém A ainda não metilada. Esse sítio pode estar dezenas de
bases a distancia da base erroneamente pareada . Após o corte a UrvD se liga e utiliza sua capacidade
helicase para desenrolar o DNA. Uma proteina de ligação a filamento único protetora reveste o filamento
parental desenrolado enquanto a parte do novo filamento entre o pareamento errado e o corte é excitada.A
resposta está no estado de metilação do DNA.
Por que o DNA tem timina enquanto o RNA tem uracila? Um dano comum á citosina, a desaminação
espontanea, resulta em uracila. A conversão da citosina em uracila por desaminação não deixaria nenhuma
orientação para um sistema de reparo de pareamento incorreto de que a mutação ocorreu. Ja a timina não
é confuncida com qualquer outra base normal
Síndrome de predisposição ao câncer colorretal não polipose (HPPC) MISMATCH
O sistema de reparo relacionado à HPPC (herança autossomica dominante) é o reparo por mal pareamento. O reparo por pareamento incorreto consiste em um complexo enzimático que segue a forquilha de replicação, verificando e corrigindo erros de pareamento não percebidos pelo proofreading da DNA polimerase. Ao encontrar tais erros, esse sistema remove o lado incorreto da
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fita dupla, reconhecendo a fita-molde metilada. A lacuna é então corrigida por uma DNA polimerase e uma DNA ligase. Mutações por perda de função dos genes do MMR podem resultar em instabilidade global do DNA. Em células com deficiencia da maquinaria MMR, a taxa de mutação pode aumentar 100 vezes. A doença está relacionada á instabilidade de microssatelites que induz mutações na matriz de leitura do gene receptor II do fator de crescimento de fibroblastos TGF beta e resulta no escape de crescimento das células epiteliais (tumor).
Síndrome de lynch MISMATCH
Herança autossomica dominante
3) REPARO POR RECOMBINAÇÃO HOMÓLOGA
Lida com quebra das fitas de DNA por agentes ionizantes ou raios X, γ
A enzima repara uma fita de DNA entrelaçando-a com a outra:
1. Reconhecimento da quebra e digestão da extremidade 5’ da hélice de DNA rompida deixando pendente
a extremidade 3’
2. Uma das extremidades procura a região de complementaridade na cromátide irmã e então invade a
região homóloga da cromátide irmã alinhando as sequnecias complementares
3. A sintese de DNA continua a partir ad extremidade 3’ pendente usando a fita integra de DNA como
molde
4. A interação entre comatides irmas é necessaria pois nao existe fita parietal integra que possa servir de
molde
Reparo acurado, usado no final de S e inicio de G2 quando as cromatides irmãs estão disponíveis para
serem usadas
A heterogeneidade genética do câncer de mama familiar é bem conhecida e uma parcela significativa está relacionada a herança de mutações altamente penetrantes nos genes BRCA1 e BRCA2 (XRCC4). Entre suas diversas funções as proteínas codificadas por esses genes estão associadas a um dos sistemas de reparo de nosso organismo. Discorra sobre esse mecanismo de reparo e discuta sobre os possíveis fatores que influenciam o risco aumentado ao câncer de mama em pacientes portadores dessas mutações.
Os genes estão envolvido no reparo de quebra de fita dupla não homólogo: na ligação dos terminais não homólogos, um proteína Ku liga os terminais cromossômicos rompidos e depois recruta a proteína quinase. Suas interações e as interações com outros proteínas são estabilizadas por uma proteína de sustentação denominada XRCC4. Assim, pacientes portadores de mutações nesses genes possuem risco aumentado de câncer por não serem capazes de estabilizar o processo de reparo, perpetuando-se a mutação, que causa graves desvios metabólicos na célula.
BRCA1 - gene supressor tumoral envolvido diretamente no reparo do DNA lesionado. Interage com outras proteínas RAD51 e BARD1 para reparar quebras no DNA 10
BRCA2 - supressor tumoral e auxilia no reparo do DNA por interagir com RAD51 e PALB2 e tem papel em manter a estabilidade do DNA
5. REPARO POR JUNÇÃO DE EXTREMIDADES NÃO HOMÓLOGAS
Reparo ativado em G1 quando alguns nucleotideos podem ser perdidos, embora não seja rigoroso e
esteja sujeito a erros, pois as enzimas recortam uma parte de nucleotideo incorreta e depois funde as
extremidades, é útil quando não há DNA semelhante disponivel
Na ligação de terminais não homólogos uma proteina chamada Ku liga-se a terminais cromossomicos
rompidos e depois recruta a proteina quinase PKCs e proteina de sustentação XRCC4, o complexo
direciona o anelamento dos terminais rompidos atraves da DNA ligase.
Ataxia telangiectasia
Gene ATM (sensor de danos ): proteina sensora que responde a danos no DNA por meio da fosforilação
de substratos envolvidos no reparo do DNA
Herança autossomica dominante
Ataxia espirocerebelar-epilepsia
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lócus hOGG1 apresenta várias isoformas. Algumas codificam enzimas que localizam-se nas mitocondrias
e tem atividade glicosidade para reparar lesões do DNA mitocondrial
6. REPARO PÓS-REPLICAÇÃO
Na E.Coli ao encontra lesões a DNA polimerase deixa uma lacuna e a proteina RecA atua no preenchimento
O gene RAD51 faz parte de uma família de genes em eucariotos homólogos ao gene RecA de bactérias. Em
que tipo de reparo está envolvido e como atua?
Está envolvido no reparo pós-replicativo. É responsável por revestir o DNA de fita simples deixado pela DNA- polimerase quando esta encontra um dímero de timina. O DNA de fita simples revestido invade o DNA de fita dupla tentando encontrar uma região de homologia, a proteina Rec A move a fita simples, quando uma região de homologia é encontrada, uma endonuclease corta o novo duplex em ambos os lados do dímero da timina, liberando o novo duplex com o dímero de timina e, deixando o duplex irmão em fita simples, que é então reparada pela DNA polimerase e DNA ligase.
AULA T5: MICROBIOMA
Microbioma usado para se referir a uma coleção de micro-organismos de um particular ecossistema
Microbioma do solo, água do mar, água do rio
Microbioma humano
Microbioma hospitalar, do metrô
Metagenômica
É a sequencia do DNA de uma comunidade microbiana
Identifica-se os genomas de comunidades de microorganismos que habitam o mesmo ambiente. Quando
se obtém todo o material e extrai o DNA diretamente, todos os microorganismos já são englobados.
Estudo dos genomas isolados
- Coletar o organismo
- Cultivar
- Extrair DNA
- Fragmentar DNA
- Sequenciar os fragmentos de DNA
- Montar os fragmentos bioinformática
- Anotar a sequencia final bioinformática
- Correlacionar fenótipo com genoma
- Comparar com outros genomas
Metalogenômica
- DNA é isolado de um nicho ecológico específico
- DNA é proveniente de uma mistura de microorganismos
- Estratégia: extração do DNA de microorganismos de um determinado ambiente como eles
estão na natureza
- Construção de uma biblioteca metalogênica com este DNA misto
- Sequencia de todo o DNA das amostras ou sequencias conservadas
- Não há necessidade de cultivar ou isolar os microorganismos. Importante pois sabemos
cultivar cerca de 1% destes microorganismos
- Permite análise de espécies não cultiváveis em laboratórios
- As sequencias de DNA são analisadas por programas e específicos de bioinformática
Global ocean sampling expedition:
projeto genoma de exploração do genoma dos oceanos, o objetivo foi acessar a
diversidade genética da comunidade microbiana marinha e compreender seu papel nos
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processos da natureza. Realiza a coleta de microorganismos do oceano fazendo a
metalogenômica de águas de oceano das comunidades microbianas da marinha e análise
de oportunidades econômicas
Seguiram a rota da viagem de Darwin no HMS Beagle nos anos 1800
Catalogaram 6 milhões de proteinas (1700 familias)
Identificaram proteinas proteorrodopsinas que são bombas de proteinas ativadas pela luz.
Importante fontes de fluxo de energia nos oceanos do mundo.
Microbioma humano:
conjunto de microorganismos que habitam nosso corpo
Consórcio envolvendo NIH e Europa foi estabelecido em 2008
corpo humano tem mais microorganismos que células humanas. Esta associação
microorganismos-homem é fundamental para a saúde humana
Projeto microbioma humano
A base para a análise do microbioma humano- sequenciamento do genoma coletivo de
todos os nossos microorganismos residentes- está agora concluida. Este trabalho é
importante para a compreensão da saude humana e da doença.
Microbioma tem uma forma central (núcleo) e várias formas que podem altera-lo como o
ambiente, o sistema imune, microorganismos
Flora do intestino humano em pessoas obesas e magras (firmicutes: mais prevalente)
Pessoas obesas: tem mais firmcutes no intestino que os magros e estas diminuíam com
dietas de baixo valor calórico
Bactérias de camundongos obesos foram transferidas para magros: estes passaram a
armazenar mais gordura (flora é importante para a obesidade)
Microbioma de metrôs e áreas urbanas
projeto é parte do consórcio internacional metaSUB, o objetivo final do MetaSUB é
melhorar o uso e o planejamento das cidades a partir da detecção, mediação, e uso
apropriado de informações obtidas com projetos de metagenômica em ambientes urbanos
Microbioma hospitalar
Esta parte do estudo tem o objetivo de coletar amostras microbianas de superfícies em
que pacientes, visitantes e staff hospitalar estejam em contato ( hospitais e outros
estabelecimentos de saúde pública). Pretende-se compreender os fatores que influenciam
o desenvolvimento da população microbiana em ambientes de tratamento de saúde
Alem disso, este conjunto de dados será válioso como amostra de estudo da comunidade
microbiana neste ambiente
Hipóteses possíveis:
A estrutura da comunidade microbiana pode ser predita pelas condições demográficas
humanas, físicas (umidade, temperatura) e materiais de construção do prédio
microbioma de um quarto e inflenciado pelo paciente internado e seu tempo de ocupação
A colonização das superfícies e pacientes por patógenos é influenciada pela composição
e diversidade da comunidade derivada do prévio ocupante do espaço
Outras aplicações
Descoberta de enzimas de interesse industrial
Genes com interesse farmacológico, por exemplo antibióticos ou antifungicos
Interação entre diferentes espécies de microorganismos
Revelar microorganismos envolvidos em saúde/doença
Entender a dinâmica das comunidades microbianas
Estudos filogenéticos
Dificuldades:
Purificação de DNA
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Contaminação de amostras
Análise das sequencias
Imensidade de dados de matagenomica (gigabates)
Erros na montagem devido a similaridade entre espécies semelhantes
Dificuldades de sequenciamento de genoma menos representados na comunidade de
microorganismos
QUESTÕES
1. Qual a diferença entre microbioma e metagenômica?
Microbioma é o conjunto de microorganismos de um ecossistema em particular, por exemplo
microbioma do solo, da água do mar, ́ da água do rio, microbioma humano, microbioma do metrô.
Já a metagenômica é a sequencia de DNA de uma comunidade microbiana: identificam-se os
genomas de comunidades de microorganismos que habitam o mesmo ambiente.
2. Quais as vantagens do sequenciamento metagenômico em relação ao sequenciamento
convencional?
No sequenciamento metagenomico não é necessário cultivar ou isolar microorganismos, pois o
DNA é proveniente de uma mistura de microorganismos de um nicho específico ( isto é bem
relevante, pois saberiamos cultivar 1% apenas desses organismos para o sequenciamento
tradicional, portanto é possível analisar amostras não cultivaveis em laboratorio). Dessa maneira,
controe-se uma biblioteca metagenômica com este DNA misto.
3. Quais são as aplicações da metagenômica? Pense numa aplicação não mencionada em
aula. Descreva-a.
Como a comunidade microbiana do nosso organismo supera, em número, a quantidade de células,
o estudo metagnomico dessas especies pode revelar informações pertinentes sobre nossa saúde,
por exemplo, já se sabe que a flora intestinal de um individuo está relacionada com a obesidade.
O aprofundamento dos estudos pode elucidar aos medicos a causa de varias doencas e até mesmo
mecanismos para combate-las.
4. O que você entende por microbioma hospitalar? Quais etapas devem ser cumpridas
para a realização do projeto?
O microbioma hospitalar se refere as comunidades microbianas de superficies em que os
pacientes, visitantes e staff hospitalar estejam em contato (hospitais e outros estabelecimentos
de saúde pública). Pretende-se compreender os fatores que influenciam o desenvolvimento da
população microbiana em ambientes de tratamento de saúde. A primeira etapa do projeto é
definir os objetivos do estudo: redução da infecção hospitalar, diminuir resistencia a antibióticos,
comparar o microbioma de vários hospitais, ou vários ambientes dentro de um hospital para
verificar aonde há maior risco de infecções. A segunda etapa é a coleta do material, que enfrenta
dificuldades como a contaminação das amostras, porque o ambiente pode ter sido higienizado,
por exemplo. Em seguida o material deve ser analisado por programas específicos de