TERATOGÊNESE 03/11/2016 BIOMÉDICAS - USP · Estudos de Toxicidade Reprodutiva •maturação de...

TERATOGÊNESE03/11/2016

BIOMÉDICAS - USP

Século XIX

Aves e anfíbios apresentavam malformações – causa ambientalMamíferos estão protegidos no útero – causa deve ser genética

1940s..

Norman Gregg - associação entre rubéola materna e defeitos no fetoJosef Warkany – ratas com restrição de riboflavina tinham filhotes com defeitos

AMBIENTE também é causa da malformação em mamíferos

1950..

Clarke Fraser – tratamento de camundongos fêmeas com cortisona resulta noaparecimento de fendas palatinas na prole. Esse efeito, no entanto, dependiamuito da linhagem do camundongo

TERATOGENÉTICA - estuda como os genes influênciam a suceptibilidadedo embrião aos agentes teratogênicos

1960

• Principal causa de mortalidade infantil

• Estruturais, funcionais, metabólicas, comportamentais etc

• Pequenas anomalias – 14% dos recém-nascidos

ANOMALIAS DO DESENVOLVIMENTO

Defeitos mais comuns

• Malformações do coração (15%)

• Polidactilia e sindactilia

• Mielomeningocele

• Pé torto (club foot)

• Fendas palatinas e labiais

Causas

GenéticasAmbientaisMultifatoriais = genéticas + ambientais

Causas

• Genéticas (intrínsicas)

– Malformações resultantes de mutações, aneuploidias, translocações

• Ambientais (extrínsicas)

– Agentes externos = teratógenos. Exs: radiação, virus, hipertermia, drogas, hipoxia

• Multifatorial (= genética + ambiental)

Gametogênese – breve revisão

Formação dos gametas

Formação dos gametas

XX → ovários → ovócitosXY → testículos → espermatozóides

MEIOSE I

MEIOSE II

Qual é a diferença entrea espermatogênese e a ovulogênese?

= mitose

Uma diferença importante entre a gametogênese masculina e o feminina

célula tronco da linhagemgerminativa masculina

Nascimento – 7 milhões de folículos primordiais

Do nascimento à puberdade a maioria degenera

Na puberdade – 400.000 folículos primordiais

NÃO HÁ célula tronco da linhagemgerminativa feminina

Princípios da Teratologia

• Período no qual o embrião é exposto

• Dose do teratógeno

• Constituição genética da mãe e do feto

Talidomida

• Início da década de 1960

• Sedativo e náuseas na gestação

• Mecanismo molecular pouco conhecido

período de suceptibilidade à talidomida: 20-34 dias após a fertilização

THALIDOMIDE

Absence of arms 38-42 days

(absence of legs 39-45 days)

Gilbert (2006)

Therapeutic agents can be teratogens (3)

Abnormalities in forelimb, lower jaw, ear

and tail in 100 day Rhesus monkey

foetus following treatment of pregnant

mother with 30 mg/kg thalidomide on day

26 of pregnancy. Normal foetus on right

Wilson (1973)

Talidomida afeta diferentes estruturas dependendo do momento da exposição à droga no desenvolvimento

Exposição a teratógenos antes da concepção

ÓVULO – susceptível desdeo período pré-natal

erros na segregação dos cromossomos

ESPERMATOZÓIDE “renováveis” (100 milhões/dia)

• Suscetibilidade da linhagem germinativa

masculina no período pré-natal é pouco

conhecida.

• Não há registros sobre a dose, tempo de

exposição, interações química etc

Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal

Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal

• Aumento da infertilidade

• Aumento da frequência de

defeitos na progênie

Suscetibilidade da linhagem germinativa masculina no período pós-natal

• Sobreviventes de câncer infantilC

han

ces

de

gest

ação

dose de agente alquilante(quimioterápicos)

Agentes alquilantes foram encontrados no líquido seminal

Geen et al 2010. Fertility of male survivors of childhood cancer, J Clin Oncol, 28:332-339

Causas

GenéticasAmbientaisMultifatoriais = genéticas + ambientais

Síndrome do alcoolismo fetal

MULTIFATORIAL

DoseMomento da exposiçãoBackground genético

ADH2Exercício:Etanol acetaldeído

ADH2- álcool desidrogenase

Índice de Bayley – índice de desenvolvimento mental infantil

Esboce o gráfico de COMO será o índice de Bayley dos filhos dessas mulheres

Disruptores endócrinosendocrine disruptors

• Diethylstilbesterol (DES) – estrógeno sintético, mimetiza o estrógeno natural

• Finasterine – bloqueia a síntese de testosterona. É usado no tratamento da calvície.

• Polychlorinatedbiphenyl pollutants (PCBs)

• BPA (bisphenol-A)

Disruptores endócrinos

• DES (diethylstilbestrol)– estrógeno sintético usado par prevenir aborto espontâneo (até 1971).

• BPA (bisphenol-A)

Soto et al 2013. Does cancer start in the womb? . J J Mammary Gland Biol Neoplasia 18:199-208

Exposição ao BPA – baixa eficiência de implantação, gestação e nascimento em mulheres submetidas a FIV

NO ENTANTO, aquelas que consomem SOJA, o efeito não foi observado

Controle bisfenol-A

Cordão epitelial aumentado

Inibição da formação do lúmen

Efeito da exposição de embriões de camundongos (E8-E18) a bisfenol-A

Vandenberg et al 2007. Endocrinogy, 148:116-127

Controle bisfenol-A

Árvore epitelial da glândula mamária de camundongos adultos que foram expostos a bisfenol na embriogênese

Disruptores endócrinos afetam as futuras gerações não expostas

Epigenetic transgenerational inheritance

Vinclozolin – um pesticida anti-androgênico

vin

clo

zolin

con

tro

le

Hipospádia ou hipospadia é uma malformação congênita do meato urinário no sexo masculino

causas genéticas foram descartadas

• Sistema nervoso, coração e pulmões

PNE – prenatal nicotine exposure

colágeno

Ácido retinóico

• Extremamaente teratogênico nas primeirasemanas de gestação

• Dimorfismo craniofacial

• Fendas palatinas

• Aplasia tímica

• Defeitos no tubo neural

Efeitos no cérebro e do comportamento

• Exposição pré-natal resulta em efeitos mais severos. Ex clássico – Mercúrio (Doença de Minamata).

• Exposição pós-natal Chumbo, manganês, cadmium, bi - afeta também crianças

Princípios da Teratologia

• Período no qual o embrião é exposto

• Dose do teratógeno

• Constituição genética da mãe e do feto

1960

Exemplos da interação gene-ambiente

Causas

GenéticasAmbientaisMultifatoriais = genéticas + ambientais

• Anomalias causadas por fatores genéticos

– Anomalias cromossômicas numéricas

• Aneuplodia

• poliploidia

– Anomalias cromossômicas estruturais

– Anomalias causadas por genes mutantes

Aneuplodia

• desvio do número diplóide normal de 46 cromossomos.

Trissomia dos autossomos

Trissomia dos autossomos

Síndrome de DownCromossomo 21

Síndrome de EdwardsCromossomo 18 Síndrome de Patau

Cromossomo 13

• 1% são mosaicos – células normais e células com

trissomia. Fenótipo mais brando. Ocorre após formação do

zigoto.

Não-disjunção

Non-disjunction

•95% dos indivíduos têm 3 cópias do cromossomo 21

•4% dos indívíduos têma umma copia extra do 21 devido a

uma translocação ( Robertsonian translocation)

Diferentes padrões de trissomia do 21 podem causar a síndrome de Down

Idade materna é determinante na incidências da sídrome de Down

Trissomia dos cromossomos sexuais

Tetrassomias e pentassomias já foram relatadas: 48XXXX; 49XXXXX, 48XXXY, 48XXYY49XXXYY; 49XXXXY.

Síndrome de Turner• 1% dos embriões com monossomia do X sobrevive

• 45, X ou anomalias do X

• Fenótipo feminino

• 75% das vezes é o X paterno que está ausente

• XXY

• Distúrbio só detectado na puberdade

• Diagnóstico é dado pela análise cromossômica e molecular

Síndrome de Klinefelter

Turner Turner

Skuse et al 1997, Nature, 387:705-708

Não-disjunção na meiose I Não-disjunção na meiose II

Aneuplodias são causadaspor não-disjunções

Possíveis causas da não-disjunção

COESINA

CINETOCORO

cinetocoro

Subramanian & Bickel, PLoS Genetics 2008 DrosophilaMurdoch et al 20013, PLoS Genetics 2013 camundongos

Qiao et al 2014, Molecular Aspects of Medicine, 38:54-85

• Anomalias causadas por fatores genéticos

– Anomalias cromossômicas numéricas

• Aneuplodia

• poliploidia

– Anomalias cromossômicas estruturais

– Anomalias causadas por genes mutantes

Poliploidias

Poliploidiasmais de um par de cada cromossomo

•Tetraploides são abortados muito precocemente•Fetos triplóides são responsáveis por cerca de 20% dos abortos cromossomicamente anormais

Feto triplóide – 2% dos embriões

Causas da poliploidia

• Não disjunções na meiose

• dispermia

mosaicismos

Causas – genéticas e epigenéticas

• Crossing-over na mitose

• mutações durante o desenvolvimento

• Inativação do X em mulheres

• Anomalias causadas por fatores genéticos

– Anomalias cromossômicas numéricas

• Aneuplodia

• poliploidia

– Anomalias cromossômicas estruturais

– Anomalias causadas por genes mutantes

A. Translocação recíprocaB. Deleção terminalC. Cromossomo em anelD. DuplicaçãoE. Inversão paracêntricaF. IsocromossomoG. Translocação robertsoniana

Anomalias Cromossômicas

Estruturais

A 10-year-old girl with Angelman syndrome.

A baby with Prader-Willi syndrome.

hypotonia

Ambas as síndromes são causadas por uma deleção em um mesmo locus no cromossomo 15

Angelman

Prader-Willi

Cromossomo Philadelphia

Cromossomo Philadelphia(leucemia mielóide crônica)

Síndrome do Miado de Gato

• Anomalias causadas por fatores genéticos

– Anomalias cromossômicas numéricas

• Aneuplodia

• poliploidia

– Anomalias cromossômicas estruturais

– Anomalias causadas por genes mutantes

Acondroplasia

• Dominante

• Mutação no receptor de FGF3 (FGFR3) que resulta em sua ativação prolongada desse receptor na presença de FGF

• Herança paterna

Outras anomalias de herança paterna

• Apert syndrome

• thanatophoric dysplasia

• Costello syndrome

Anomalia no homem (hemizigose) Mulher portadora com fenótiponormal (heterozigose)

X XX Y

MULHERHOMEM

Anomalias recessivas ligadas ao X

• Fragile X syndrome

• Haemophilia

• Duchenne muscular dystrophy (DMD)

• Becker muscular dystrophy (BMD)

• Etc..

Anomalias recessivas ligadas ao X

Síndrome do X frágil

• 1 a cada 1500 meninos

• Pode ser a responsável por grande parte do número de homens na população com retardamento mental

fragile X mental retardation 1(FMR1)

http://moon.ouhsc.edu/kfung/JTY1/neurohelp/ZNP2IE01.htm

Por que há tantasdiferenças entre indivíduos

portadores da mesmaanomalia?

GENETIC ENVIRONMENTAL

Duchenne muscular dystrophy

HaemophiliaOsteogenesis imperfecta

Club footPyloric stenosisDislocation of hip

Peptic ulcerDiabetes

Tuberculosis

PhenylketonuriaGalactosaemia

Spina bifidaIschaemic heart diseaseAnkylosing spondylitis

Scurvy

RareGenetics simple

Unifactorial

CommonGenetics complexMultifactorial

Contribuição genética x ambiental

1. Estudos de toxicidade de dose única (aguda)2. Estudos de toxicidade de doses repetidas3. Estudos de toxicidade reprodutiva 4. Estudos de genotoxicidade5. Estudos de tolerância local 6. Estudos de carcinogenicidade7. Estudos de interesse para a avaliação da segurança farmacológica8. Estudos de toxicocinética9. Ensaios não clínicos necessários para condução de estudos clínicos com associações em dose fixa

Ensaios de toxicidade para medicamentos

Estudos de Toxicidade Reprodutiva

OBJETIVO: revelar substâncias toxicas na reprodução de mamíferos

FASES:A. Fertilidade e desenvolvimento embrionário inicial;B. Desenvolvimento pré e pós-natal, incluindo função materna;C. Desenvolvimento embrio-fetal.

Estudos de Toxicidade Reprodutiva

• maturação de gametas, comportamento no acasalamento, fertilidade, estágio de pré-implantação e implantação embrionária

Fertilidade e desenvolvimento embrionário

inicial

• Avalia-se o período desde a implantação até a lactação das fêmeas

Desenvolvimento pré e pós-

natal, incluindo função materna

• Fêmeas são submetidas à eutanásia um dia antes da parição. Todos os fetos são examinados quanto à viabilidade e anormalidades.

Desenvolvimento embrio-fetal.

Preferencialmente ratos, mesma quantidade de machos e fêmeas

Preferencialmente ratas

No mínimo em 2 espécies, 1 roedora (rato) e 1 não roedora (coelho).

Estudos de Toxicidade Reprodutiva

VIA DE ADMINISTRAÇÃO: a pretendida para administração em humanos.

DOSE: A escolha da dose alta deve ser baseada nos dados de todos os estudos disponíveis (farmacologia, estudos de toxicidade aguda/ crônica e toxicocinética), seguidas de doses decrescentes e com intervalos que dependem da cinética e de outros fatores de toxicidade.

http://www.teratology.org/pdf/Primer_Second_Edition_070710.pdf