Capítulo 10 - Bases Genéticas Das Doenças

7/25/2019 Capítulo 10 - Bases Genéticas Das Doenças

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Bases Genéticas das DoençasMariaRaquelCarvalho RomeuCardosoGuimarães

PARTICIPAÇÃO GENÉTICA NASDOENÇAS

A herançade umorganismose iniciapelafusãodosgamelas,

quesão célulasinlegrais.trazendoiodasas suasorganelasumabagagemhistóricaprópria.A Genéticatrata do componentemaisestávele forteda herança,localizadonos cromossomos.A estabilidadedestesdecorreda alta fidelidade da replicaçãodo DNAe de sua bipartiçãoprecisana divisãocelular, de modoque a transmissãose fazcom regularidadee elevadaindepen¬dênciadc fatoresambientais.As funçõesdos genes são definiras sequênciasdosRNAe das proteínas.Os genesnuclearessãoprovenientesde ambosos genitores,masa contribuiçãomaterna(ovocítica) paraos zigotosé maiorquantoaoscomponentesmeta¬bólico citoplasmático e quanto às mitocôndrias.Outra parcelada formaçãodosorganismosvem doscomponentesambientais,materno-uterinose pós-natais.

Embora os principaisestudosde Mendel, Darwine Galtontenham sido publicadosentre 1860 e 1890, a Genéticase desen¬volveu realmentecomo ciênciasomente ao longodo séculoXX,a partirda redescoberta, no início do séculopassado,das leisdeMendel.No primeiroquartodo séculoXX, foramdescobertosos principaismecanismos de herançae identificados os cromos¬somoscomoa basefísicada hereditariedade.Nosegundoquarto.ficaramconhecidosos fundamentosbioquímicose molecularesde herança,culminandocom a descriçãodo modeloda duplahélice do DNA, em 1953.No terceiro quarto do século XX .foramdesvendadoso códigogenético e as bases molecularesda informação,alémde terem sido desenvolvidosos métodosde clonagemgênicae de scquenciamentodo DNA. No últimoquarto, o progresso atingiutaxavertiginosa,no que se refereaos métodosmolecularese computacionais,levandoà clonagemde grandenúmerode genes,ao seqúenciamentodos primeirosgenomascompletose aos primeirostestes de terapiagênica.O séculoXXIcomeçoucom o anúncioda primeira análise dasequênciacompletadogenomado homeme com as primeirastentativasdeclonagemdo ser humano.

Os avançosna Genéticae na Biologia Moleculartiveramimpacto enorme na saúde e, em particular, na Medicina. Amedida quesão conhecida, s as basesmolecularesdas doençascse delineiamnovasformasde tratamento, surgemelhor percepçãonão só das doençascomotambémda saúde.

Namaioria das escolasde Medicina brasileirasa disciplinade Patologiaé ministradaapósa de Genética.Estecapítulo.voltado parao leitor quejá possui conhecimentode Genéticabásica, pretendefornecer uma visãoatualizadae razoavelmente

aprofundadadas basesgenéticasdas doenças,parafacilitar oestudodos textos especializados,quese tornaram muito extensos.O Quadro10.1apresenta algunsconceitosbásicosem Genética,úteisparaa compreensãodo conteúdoque se segue.

Evolução e doenças da modernidadeA linhagem humanatem maisdc4 milhões dc anos,a partir

dos australopitecos,ou maisde 1 milhão de anos.a partirdoHomo erect us. Nesseperíodo, sofreu adaptaçõesparaas condi¬ções de vidaem comunidadesde caçadores-coletores,como asindígenasatuais. Somentenosúltimos10.000anosessascondi¬ções foramalteradas,quandoalgumaspopulaçõesdesenvolverama agriculturae domesticaramanimais,conseguindoacumularexcessode alimentos.Isso permitiu,pelaprimeiravez na históriaevolutivadohomem,crescimentopopulacionaltalque levouaoaparecimentodasconcentraçõesurbanas.

Apartirdaí. iniciou-seo hábitosedentárioparafraçãocadavez maior das populações o que, juntamenteco m o excessode alimentos,se tornou fatorimportanteparao aumento dafrequênciade doençascomo diabetemelito, gola. hipercolestcrolemiae hiperlipidemias.Esseperíododa históriaevolu¬tiva do homem correspondea cerca de apenas 400 geraçõesde 25anos, disponíveispara atuaçãoda seleçãonaturalsobreos genótiposadequadosà condiçãode caçadores-coletoreeventualmente tornando-os maisadaptadosàcondiçãourbana.Esse movimento evolutivo foi ainda mais restrito, porque aexpansão dasculturasurbanastem sido lenta e marcada,conti¬nuamente, por miscigenação com novos contingentes selva¬gens.Apopulaçãobrasileira é um bom exemplodesseprocesso.na quala composiçãoé triíbrida de caucasianos,negróideseindígenas,com poucosnichos de predominância fortede umdesses componentes.

Outragrandeinfluêncianas populaçõescontemporâneafoi a prevençãodas doençasinfecciosas, a partirde Pasteur, hápoucomaisde um século.A maiorofertadealimentose bensdeconsumogeradapelarevoluçãoindustrial, assimcomoa intro¬duçãode hábitoshigiénicose dcpolíticasespecíficasde saúdepública (p. ex., campanhasde vacinação), resultou em grandeaumento da expectativade vida.Nos paísesdesenvolvidos,estapassou,em aproximadamenteum século, de cerca de 30 paramaistie70 anos.Comisso,surgiramdesequilíbriosentre osgenótiposselvagens,adaptadospara sobrevida curta, e maiorlongevidadedas populaçõesatuais,resultandoem aumento dafrequênciadas doençasprópriasda idadeavançada,sobretudo

neoplasiasc doençasdegenerativas.



276 PATOLOGIA

Quadro10.1Conceitos básicos cm Genética

(ienes são as unidadesda herançagenética.Cadageneé formadoporumaou algumasseqtlêaciasde DNAqueconservame transmitema informaçãoparasequênciasde RNA c, na maioriadas vezes,parascqUcnciasde proteínas.

Genoma é a sequênciacompletadoDNAde umorganismo,incluindotodos osseusgenesc, portanto, a informaçãogenéticatotal. Qualquer mudançanaseqiiênciadcDN Ade umgenerepresenta umumutação.

Clonagemé o processodc obtençãodccópiasdc um geneou de um segmento dc DNA.A clonagemde umindivíduoé referidacomoclonagemorganismal.Os genessão organizadosem conjuntosvisíveisao microscópio,chamadoscromossomos.Cadacélulahumanatem 46cromossomos, divididosem 23 pares.

Oscromossomosde 22paressão iguaisentre si, sendoesteschamadosautossomos.0 parrestante, doscromossomos sexuais,estáenvolvidona determinaçãodosexo.sendoformadopordoiscromossomosiguaisna mulher(XX)e diferentesno homem(XY).O conjuntodoscromossomosde um indivíduooude umaespécieé chamadocariótipo

Loco(plurallocos) é o lugarocupadopordeterminadogenenocromossomo.Umgeneespecíficoocupasemprea mesmaposiçãonocromossomo.Osalelossão as formasalternativasdc um mesmogene.Podemexistirváriosalelos,normaise anormais,paradeterminadoloco.Indivíduosnormaistêmdoisalelosemcadaloco.sendoumdc origemmaterna e outro dc origemputerna.

Intenções genéticaspodem sei alclicas (entre os alelosdo mesmoloco, podendolevara dominânciaou recessividade) oucpistáticas(entre locos,emqueum locopodedependerde outro).

Polimorfismos genéticossão variaçõesdecorrentesda presençade doisou mais aleloscm um loco.cm queo alelomais comum tem frequênciaigual ouinferior a 99%. Essasvariaçõesresultamnas diferençasobservadasentre os indivíduos,ou seja.são as basesbiológicasda individualidadec da diversidade.

O genótipoé a constituiçãogenéticadc umindivíduo, ou seja,é a formacomoestá representadocadaumdos alelosparaas diversascaracterísticasdeumindivíduo. Já o fciiótipo é o quese expressa,ou seja.são as característicaspeculiaresde cadaindivíduo percebidasatravésdc nossos sentidos(visão, olfato.audiçãoele.) ou por meiode medições.O fenótipoé o resultadoda mteraçãoentre os fnioresgenéticose ambientais.

Numpadrãode herançamendeliana.por exemplouulossômicodominante, a expressãode determinadofenótipo.porexemplo,umadoença,é condicionadadiretamenlepelapresençadc uma mutaçãono geneque codificaa proteínaresponsávelpordeterminadafunção.Aalteraçãoouperdadessafunção,provocadapelamutação.6 suficientementeimportanteparacausara doença,independentementedosoutros genesdoindivíduoe de fatoresambientais.

Na herançamultifatorial, a mutaçãocm umgeneconferealguma predisposição,maso aparecimentoda doençadependedc alteraçõesem váriosoutrosgenes,cadaumcontribuindo u ni poucoparau suscelibilidadc:dependetambémdc futorcsambientais, quegeralmentefuncionamcomo desencadeadores.Assim, duaspessoascomumamesmadoençapodemter predisposiçãogenéticabaseadaem genesdiferentesc comdesencadeantesambientais diferentes.Essascaracterísticassão muitasvezesmensuráveis(caracteres quantitativos) e apresentam variaçãocontínua na população, frequentementecomdistribuição normal.Na herançamultifatorial.cadagenecontribui um poucoparaa característica dctal formaquea integraçãodc todosdeterminaa expressãodo fenótipo.Emalgunscasos, uma mutaçãocm apenasum desses genespodealteraro fenótipo.Estessão os chamadosgenesou locosde efeito maiorouprincipais major loci).Emoutras pessoas,o mesmofenótipopodeser devidoa mutaçõescmdiversosgenes,semquequalquerdelestenhadestaqueparticular.Estessão oschamadosgenesou locosdc efeitomenor (minor loci). A parte genéticada herançamultifatorial.ouseja.apenasos genesenvolvidosno processo,denomina-seQTL(quantitativetrait loci).

A notação5' ->3' (lc-se de 5 linhapara3 linha ) refere-seao sentidode sínteseda s fitasde DNAe de RNA.Umnovonucleolídeo(fosfato,pentoseebase nitrogenadu)é ligadosempreao carbono3' da Ultimapentoseda cadeia.Issocriaumareferenciaposicionaidentroda molécula.Assim,a expressãoa jfsignificaantes; a_2 significadepois.

Portransferênciahorizontal entende-sea passagemdcgenesdentrode umaespécieou entre espéciesdistintasquenãodecorrede transmissãodc paiparafilhos.Embactérias, o fenómenoé mediadogeralmenteporplasmídeos.que são pequenosfragmentosde DNA dc duplafitu circularque contem, porexemplo.genesde resistência bacterianaa drogas.Emeucariotos, essa transmissãoé feitafrequentementepor retrovirus,que,em suaspassagensdc umorganismo paraoutro, podemtransportergenesou fragmentosdc genes.Os doismecanismo» permitemtransmissãodc genesentre espécies

Elementostransponíveissão sequênciasque têma capacidadede se mover(saltar) dentrode um genomaou entre genomasdistintos.Abreviaturas: pb = paresde bases;kb = milharesdcparesdc bases;Mb = milhõesdc paresdc bases;cM = centi-Morgan.unidadede medidade distância

entre genesbaseadana frequênciade recombinação.Localizaçãode sítiose morfologia cromossômka:p ex..em 15p 3.1.leia-secromossomo15.braço curto (o longo é q).região1.banda3.sub-banda1.

Modelos de estudo em genética ebiologia molecular

Os organismosprimitivose as primeirascélulasdesenvol¬veramas moléculasde ácidosnucléicoscomo seumaterialgené¬tico e evoluíram com ampliação de seu tamanho. Na espéciehumana, o DNAacomodaos IO4-IO5genese pelomenosoutro

tanto de sequênciasrelacionadascom regulação,ajustesno meta¬

bolismo.ontogênesee comportamentos adaptativos.Odesenvolvimentocientíficodofinaldo séculoXXlevou aextraordinárioavançotecnológicono estudoc conhecimentodosácidosnucléicos.particularmentedo DNA.Kmpoucotempo,atecnologiado DNA tornou-se ferramentafundamentalnas Ciên¬ciasda Saúde, porcausadesuas inúmerasaplicações.Emmuitosaspectos,as técnicasdeestudodo DNAtêmsuperadoos proce¬dimentos tradicionaisde análise deproteínas,comoosenzimo-lógicos e imunológicos, ao mesmo tempoquea associaçãodelesse tornou muito produtiva.

AlémdagrandeestabilidadedoDNAe de sua relaçãodiretacomas proteínascodificadas,algunsavançostecnológicosmuitocontribuíramparaa expansãodo conhecimento.Donsexemplos

forama descobertadas cndonucleasesde restrição(enzimas

quefragmentamo DNAem pontos específicos)e a amplificaçãodos

ácidosnucléicos.seja in vitro, pormeioda reaçãodc polimeri-saçãoem cadeia(PCR),sejain vivo, pelaclonagem.Segmentosde ácidosnucléicosassimobtidospodemser usadosporoutrastécnicas,desdea produçãode agentes terapêuticosporcélulastransformadaspelosgenesescolhidos até o reconhecimentodesequenciasgcnicasdas próprias célulasou dc microrganismose vírus,principalmenteporhibridação molecular.

Trabalharcomo DNAtornou-se surpreendentementefácil,e o alcance da Genéticafoi enormemente ampliadoaté o pontode tornar-se possívelo seqUenciamentocompleto do genomahumano,ouseja.a descriçãode sua anatomiagenômica.Esseconhecimentogeraperspectivasinusitadasnaciência,podendoser comparadoao projetoda físicaatómica.

Apóspassarlongotempo investigandoraridades,comoamaioriadas doençasmonogcnicas,abre-seagoraum grandecampode estudodas doençascomuns. Os principaisprojetosfuturosnaGenéticasãoo mapeamentodas variaçõesintra-especí-ficase as interaçõesregulatóriascomplexasdodesenvolvimentoe da fisiopatologia.

Emfunçãodosdesenvolvimentosmetodológicosrecentes,inverteu-setambém, em grandeparte, o procedimentode estudodo geneticista, que.antes, descreviao fenótipoe procuravaos

genes,agoraencontra os genese tenta descobrircomoestes inte¬

ragemcom o ambienteparaproduziros fenótipos(Fig. 10.1).



BASESGENÉTICASDASDOENÇAS277

rcurso

GENÔT1PO

MEDICINACLÁSSICA

OBSERVADOR

GENÉTICAMOLECULAR

Fig. 10.1Abordagensdos biossistemas de dentroparafora c deforaparadentro .A biologiac a medicinaclássicasutilizam, predo¬minantemente.a abordagemdo exteriorparao centro, observandooscomportamentose ambientese tentandoconhecero interiordosorga¬nismos.A genéticamolecularcontemporâneapercorreosentidoinverso.conhecendoo genomapara.então, desvendar asredesinterativas daontogênesee da patogênese.

A abordagemrealizadapelagenéticamendelianaé, emgeral,maissimplesdo que muitasdas feitasporoutras disci¬plinas(fisiologia, farmacologiaetc.), porquepode-seestudarasconsequênciasde alteraçõesem determinadoscaracteresmolecu¬lares(p.ex.,a falta dc uma enzima)quedesempenhamfunçõesmuito específicas.A alteração podeser rastreadapor gerações,seguindoregrasrígidasde herança,às vezescom efeitosdedosec possibilitandoconhecerinteraçõescom fatorcsambientaisecom outros produtosgênicos.Poroutro lado,a complexidadede muitosdos caracteres fenotípicosresultantesde alterações

monogcnicasrevelaumamultidãode interaçõesque podemse sobrepora cada produtogênieo.nas teiasontogenéticas.AeficáciadaGenéticaemdecifrarparteda caixapreta dosistemaorgânicojá rebateua antigacríticade estudarraridades,muitasdas quaisse tornaram importantesno esclarecimentoc compre¬ensãode aspectos básicosde doençasfrequentes.

Oprocessodeorientaçãodasfamíliascomdoençasdecausaou predisposiçãogenéticaenfocao diagnóstico,a herança,oprognóstico(de vidae funcional, particularmenteintelectual),asperspectivasterapêuticase possibilidadesde prevenção.Esseprocessodecomunicaçãoé tradicionalmente denominadoacon¬selhamento genético,emboranãosejamdados conselhos .Oprincípiodo aconselhamentogenéticoé que,quanto maisbeminformadoum indivíduoestiversobresuadoença,maischancesteráde sc adaptara elae atingiro estadode equilíbriopossível.Oenfoquedo processoé no indivíduo, nãona espécie.Um bomexemplodissosão as doençasncurodegenerativasautossômicasrecessivasda infância.Comosão doençasgraves,letaise paraasquaisgeralmentenãoexistetratamento, os casaisquejá tiveramuma criançaafetadapodemutilizar o diagnóstico pré-nataleinterrompera gestação(no Brasilessa opçãoé ilegal). Se umcasaldeheterozigotosparaumamutaçãorecessivativessetodosos filhosquegestasse. 25%das criançasseriamhomozigotasnormais,50% heterozigotase 25%homozigotasafetadas.Sc afamíliaopiarpelainterrupçãodeconceptosafetados,a proporçãode descendentespassaa 33%de homozigotos normaise 66%dc heterozigotos.Todosos paísesdesenvolvidosaceitamlegal¬mente a interrupçãodc um agestaçãoquandoa criança vaiserafetadaporuma doençagravequeacarreta grandesofrimento e

é incurável.Entretanto,nenhuma legislaçãoaceitaa interrupçãode um agestaçãodc um indivíduonormalporser ele heterozi-goto parauma doençagenética,o que seriamerae perigosa¬mente eugênico.

A investigaçãodasbasesgenético-molecularesdasdoençashumanasesbarraem particularidadesda espécie,como tempode geraçãolongo,

prolepequenae

impossibilidade,porrazõeséticas,de se fazeremcruzamentos dirigidos.A limitaçãoéticada experimentaçãocom humanostem sidoamplamentecontor¬nadapelahomogeneidadefundamentaldosseresvivos.As seme¬lhançasentre organismosde diferentesespéciespossibilitamodesenvolvimentode modelosanimais de doenças,a partirdemanipulaçãogenética,especialmentecm camundongos,comgrandeampliaçãodas perspectivasmédicas.Os avançosnaBiologia Molecularpermitiramcontornar essas barreiras, pormeioda manipulaçãode genes in vitro c in vivo,em modelosanimais.

Sãomuitosos recursosdisponíveisparasc usarna clonagemde um gene ou na investigaçãode sua função.A escolhadosmétodosvaria de acordocom a doença,com a região cromos-sômicaemquestãoe atéconformeosrecursostécnicosdo labo¬ratório ondeo trabalhoestásendodesenvolvido.Dessaforma.cadagenee cadaproteínaindicamprocedimentosdiferentessobrecomoclonare caracterizar.Entretanto,há umconjuntode métodosbásicosprincipaissobreos quaissão estabelecidasvariações.A compreensão do que está sendo feito cm cadamétodoé importanteparaentendercomo se investigaa basemolecularde umadoença.Um adescrição sumáriadosmétodosbásicosé apresentadaa seguir.

CLONAGEM DE DNA E AMPLIFICAÇÃOGÊNICA

O termo clonagemmolecularrefere-seà obtençãode umgrandenúmero de cópiasisoladasde determinadofragmentoou coleçãode fragmentos.A clonagempodeser realizadainvitroou in vivo.Aclonagemde umfragmentode DNA in vitropodeserfeita pelatécnica da rcaçnode polimerizaçãoem cadeia(polimerase chainreaction.PCR) (ver Cap.2). Já a clonagemin vivo6 feitapelaligaçãodo fragmentode DNA que se desejaclonar (inserto) a um vetor, queé introduzido em um tipocelularespecífico. Deixando-sea célulaquerecebeu ovetor multiplicarobtêm-se váriascópiasdovetor ondesc inseriuo fragmentoquese desejaestudar(Fig. 10.2).

Em geral,a clonagemin vivo 6 feita em bactérias, pelafacilidadedemanuseio.As bactérias possuemumcromossomogrande,constituídode umafitaduplade DNAcircular.Alémdisso,contêmfrequentementeem seu citoplasmapequenasmolé¬culas de DNA dc fita dupla,circulares, denominadasplasmí-deos.Nosplasmídeospodemestar informaçõesrelevantesparaa sobrevivênciadas bactérias,como genesde resistênciaa anti-microbianos.Asbactériastêma capacidadede trocar plasmídeosentre si ou de captá-losdomeio.

Diversosplasmídeosbacterianosjá foramisoladose modifi¬cadosparaseremusadoscomovetores. Parainserirum fragmentode DNAdentrode umplasmídeo,é necessárioprimeirocortar ofragmentoe o plasmídeocoma mesmaenzimade restrição.Emseguida,coloca-sccm um tubo dcensaioo vetor, o fragmento(ou coleçãodefragmentos)quese desejaclonarc a enzimaDN Aligase. Essaenzimaliga extremidadesde DNAdc fita dupla.Amolécula híbrida assimcriadarecebeo nomede DNArecom-binante (Fig. 10.2A c B).



278 PATOLOGIA

NNNGAATTCNNNNNNNN...NNNNGAATTCNNNNNNCTTAAGNNNNNNNNN...NNNC7TAAGNNN

DNA__ Digestão com enzima deÿ ÿ

----ÿ restrição(p. ex., FcoRt) **

/ I \ \

Inserto

Oetor

OVetor(p. ex.,plasmídeo)

© Moléculasde DNArecombinante

OInserto

Vetor

Célulahospedeira

(p. ex.:E.collJ

Plasmídeosrecombinantes

ÿ

DNAcromossômlco

bacteriano

Fig. 10.2Clonagemc amplificaçãogênicain vivo. A.Clivagemdo DN Acmestudoc do vetor porenzimasde restrição.B.Formaçãode molé¬culasde DNA

recombinantes,pormeio de

ligaçãodo vetor com um

fragmentodo DNA.C. Osrecombinantessão introduzidos cm bactériasc

se multiplicamextracromossomicamente.




Extroçõoòo ptasmícJeo,purificação e

seqúenciamento doDNAcionado

Bocréria

Cada colóniade bactériasé cultivada separadamente

Culturaem placa: coda colóniaprovémde uma única bactéria; portanto, cada colónia

tem milhõesde cópias de um mesmopOsmídeorecombinante

Placa

DNAcromossômicobacteriano

ATCCCTGGGTGCATGGTGCTCTATACCGGC GTGTTCGGAA

TGGCCTTATT GTTACGTATA

Análiseda sequência,identificaçãodeexons, junçõesexon-intron, promotores,

previsão da sequência da proteína.previsão da estrutura terciáriada proteína,

buscas de homologia, triagem de mutaçõesem doentes, estudos funcionaisetc.

Fig.10.2(Cont.) D.Os clones deinteressesão isoladosa partirde placasde culturade bactérias,paraproduçãoem massada seqiiência-alvE. A sequênciade umaregiãopodeser usadaparaváriosfins;entre outros, podeser analisadaporprogramasde computadorque permitemacomparaçãoda sequênciaobtidacomsequênciasespecíficasdepositadasembases de dados.

O próximo passoó a colocaçãodo vetor na bactéria.Abactériaé tratadacom cloreto dc magnésio ou com descargaelétrica, fazendocom que se abram poros em sua parede.Aseguir,coloca-seo produtoda ligação(DNA recombinante)em contato com as bactérias.Normalmente(e nãose sabebemcomo), cada bactériaaceitasomente um plasmídeoe fechaseusporos.Esseprocessoé denominadotransformação(Fig.10.2C).

A etapaseguinteé o isolamento.A culturada bactéria édistribuída emplacasde Petri, dc formaqueas bactériasfiquembemespalhadas,cadabactéria dandoorigema uma colóniaouplaca.Cadabactériapossuicentenasde cópiasde um mesmoplasmídeocontendouma cópiade um dosfragmentosdoconjuntoque se desejaclonar.Uma colónia tem mais de um milhão de

bactérias.Essepassoleva simultaneamenteà amplificaçãoe aoisolamento(Fig. 10.2DcE).



2X0 PATOLOGIA

O processotem, portanto, quatro etapas: (1) ligaçãodo(s)fragmento(s)ao vetor; (2) transformaçãoda bactéria pelovetorcontendoo inserto;(3) amplificação,pormeioda proliferaçãobacteriana:(4) isolamento, medianteculturaem placa. Essamesmasequênciadepassoséobedecidanaconstruçãode biblio¬tecas gcnômicasou decDNA.

Bibliotecagenomic»é construídaa partir doDNAtotaldoorganismo.Emhumanos,apenas no sistemaimuneacontece perdaparcialdesegmentosespecíficosde DNAdurantea diferenciaçãode cadaclonelinfocitário;todosos demaistecidospossuemcópiascompletasdogenoma.Apesardeo sangueperiféricoconter grandeproporçãode linfócilos, as bibliotecasgcnômicashumanassãogeralmenteconstruídasa partirdessa fonte;não há prejuízodeamostragem porqueo conjuntodc clonessc complementa.

Uma biblioteca de cDNA é construída a partirde mRNA,lembrando-sequeo RNA é um amoléculamuitofrágile difícilde trabalhar.O mRNAobtido é usadocomomoldeparaque,como auxíliode um atranscritasereversa,sejafeitaumafilade DNA.Essa fita de DNA, porsua vez.servede moldeparaa síntesedc sua fitacomplementar.Comisso,forma-se um segmento deDNA (DNA complementar,ou cDNA). Dessaforma, em vezdese trabalharcom o mRNA.trabalha-secom o cDNA, moléculamaisestável.Comocadatecidoexpressaum conjunto diferentedc genes,o mRNA a serusadodeveserextraídodo tecidoquesedesejaestudar.Emseguida,os segmentos de cDNA são ligadosa vetores (p. ex., plasmídeos),amplificadose isoladosconformeresumidona Fig. 0.2.

NoProjetoGenomaHumano, usaram-seos doistiposdebiblioteca, seqUenciando-selodosos clones.Já no processodc clonagemde um geneespecífico,é necessárioidentificar.entre os milharesou milhõesde clonesobtidos,apenaso deinteresse.Asbibliotecassã o cultivadasem placas,dc modoagerarem colóniasisoladas.As colónias são identificadaspor

sondasdirigidas ao segmento de DNAinseridono recombi¬nant (por técnicasde hibridaçãomolecular) ou às proteínasexpressaspelascolónias(por técnicasimunológicas,empre-gando-scanticorposapropriados).Os clonesde interessesão pescados das placase colocadosparacrescerem culturasindividuais,a partirdas quaiso DNA recombinantepodeserrecuperadoem formapura.

A partirdo DNApurificado,pode-sefazerseu seqiiencia-mento, oquepossibilita outras abordagensmaisrefinadas, comoa produçãode oligonucleotídeossclecionadose dirigidos pararegiõesespecíficasdosgenes.Quandoum geneé alvode dife¬rentes tiposde mutações,cadaum aresponsávelporuma anomaliadistinta, podemser escolhidos oligonucleotídeosespecíficosparacadatipode variante,permitindoseu diagnósticopreciso.A técnicamaisapropriadaparaessa finalidadeé a PCR.

Como descritono Cap.2, a técnicade PCRé um métodode clonagemin vitroadequadoparapequenossegmentosdeDNA. Com ela, são possíveiso isolamento e a caracterizaçãodas sequências queestãoentre os doisiniciadores, pormeio dehibridaçãocom sondasespecíficasparasuas variantesou peloseu scqiienciamento.SempréviamultiplicaçãodoDNA-alvo,suadetecçãoem uma amostra não é possívelporqueele existeemmuitopequenaquantidadenas células, em geralum aoupoucascópiasde um genepor cromossomo.

HIBRIDAÇÃOMOLECULARConformemostradono Cap.2, hibridaçãomolecularé areaçãoentre umsegmentoconhecidodeácidonucléico(sonda)

com um DNAdesconhecido(DNA-alvo).Assondas,em geraldeDNA,podem serobtidasporclonagemmolecularou porsíntesequímica.Parasua visualizaçãona reação,a sondaé marcadapelaincorporaçãode nucleotídeoscom radicaisradioativos,fluores¬centes ou de outra natureza (biolina, digoxigenina),os quaispodemserdetectadosseletivamenteporreaçõesapropriadas.

A hibridaçãopodeser feitaem membranas(Southern.northernou dotblots)ou diretamentesobreo alvoemseu local

nativo(tecidos, células,preparaçõescromossômicas).consti¬tuindoesta últimamodalidadea hibridaçãoin situ.

Aespecificidadee a sensibilidadeda reaçãopodemserbemcontroladas(Fig. 0.3) por meiodo usode sondasde natureza ctamanhoadequadose de condiçõesdc hibridação(temperatura,lavagensetc.) escolhidas. Hibridação cm condiçõesdc baixaestringência(em que fitas duplasse mantêmestáveismesmoquandoa homologiaentre elas é apenas parcial)permiteaidentificaçãode homologiasinterespecíficas.Essascondiçõespermitemque,usando-seum fragmentode um geneclonadoem umaespécie, pesque-seogeneemumabibliotecade outraespécie.Poroutro lado,pequenassondasem condiçõesrígidasdc hibridação(alta estringência)podemser usadaspara identi¬ficarmutaçõesenvolvendoum úniconuclcotídco.Condiçõesintermediáriasde estringênciasão usadasquandose tem umclone contendo, porexemplo,parte de um mRNA de um genede interesse.EssecDNA podeser usadocomosondaparatriarbibliotecasde cDNAna tentativade encontrar clonescontendooutras parles do gene.

CLONAGEMGF.NICAAexpressão clonarogenecausadorde umadoença signi¬

ficana verdadeclonar.isolar,sequenciare identificarmutaçõesnos doentesquejustifiquem as manifestaçõesfenotípicas.Os

DNA-alvo Sonda

mmmm, /amauamavDesnaturação

Hibridação

® ® ©Fig. 10.3Hibridaçãodeácidosnucléicos.MoléculasdoDNA-alvoe dasondasãodesnaturadaspelocalor.Como resfriamento,as fitas simplesvoltam a se juntar,podendoocorrer ligaçãode uma fita do DNA-alvocom umada sonda. Quandoduas fitassãoexatamente complementares.o pareamentoé completo(A). Quandouina pequenaregiãoficasempareamento(p.ex., uma mutaçãopontual),forma-scuma bolha dcalçaprotuberante(B). Quandoexistemváriasregiõesmutadasouno

caso degeneshomólogosdc cspccics diferentes(como de humanosecamundongos),formam-sevárias bolhas (C).




genesconhecidoscodificamproteínasou RNA(ribossômico,transportadoretc.). Conhecendo-sea sequênciade um gene.épossível prevercomoé a proteínaporele codificada. Frequen¬temente. é possívelidentificardomíniosfuncionaisna proteínaque permitemespecularsobresua provávelfunção.Todasassequenciasnovasobtidassão depositadasem basesde dadosdedomínio

público.Dessaforma,comparando-sea sequênciado

DNA oudaproteínacomassequênciasdepositadasnessasbasesde dados,é possíveldizerse o genejá é conhecidoou não.Se ogenenãoc conhecido,é possívelidentificarcomquaissequênciasclc tem homologiae preversua função.Nosúltimosanos,temsido construídas basesde dadossobrea estrutura tridimensionalde muitas proteínas,quetambémpodemser tríadasna tentativade estabelecerse a novasequenciacorresponderealmentea umnovo gene.Todoesse esforçose justifica, já queapenas3-5%do DNAhumanocodificamproteínas.

Tambémé necessárioprovarqueo suposto genede fato éexpresso.Issopodeser investigado,porexemplo,pormeiodahibri¬daçãodocDNAcomoRNAtotal extraídodotecidoquemanifestaadoença.Alternativamente, podem-serealizarestudosdeexpressão,ou seja,clonaro geneem um sistemacapazdeproduzira proteína.Essesistemapodeser uma célulabacteriana, de leveduraoudecamundongo.Sãoanalisadosindicadoresde posiçãoe de funçãodogene,explorandohomologia(genesde mesmaorigeme muitosemelhantes) e sintenia(manutençãodosgruposde ligaçãocromos-sômica),principalmenteentre camundongose humanos.

Provara existênciada proteína,entretanto, nãoencerraotrabalho.Reconhecidoum produtogênico,pode-seestudá-lodiretamente.em geralporcletroforese.queevidenciaalteraçãode cargaou de tamanhoda proteínacodificadapelogenedefei¬tuoso (Fig.10.4).O tamanhoda proteínaé reduzidoquandohádeleções,mutaçõesterminadoras.alteraçãoda fase de leituraouemalgunscasosde mutaçõesintrônicas.Paraprovarqueum

gene,quando mutado,causaum adoença,é necessárioidentificar,geralmentepor seqúenciamentodo DNA.mutaçõespotencial¬mente deletériasnos indivíduos afetados.

O trabalhode identificaro genecausadorde uma doençaé como procurar uma agulhaem um palheiro .Em lermosgerais,a estratégiaadotadadependede a proteínajá ser conhe¬cida(clonagemfuncional) ou não(clonagemposicionai).

Ométodomaisantigodc isolamentodcgenesé oda clonagemfuncional.Comoco maiscomplicadooperacionalmente,tem sidocadavezmenosempregado.Pormeiodele,estabelece-sea basebioquímicade uma doençae identifica-se o produtogênicoalte¬rado.Esseprocedimento envolveanálisebioquímica,detecçãoimunológicadc proteínasoucomplementaçãogenéticade funçõescomprometidasestudadasemlinhagensde levedurasquepossuemalteraçõesnasmesmasviasmetabólicas.Mesmotendo-sesomenteumaidéiageralda patogenesemolecular,pode-scchegarà identifi¬

caçãodegenes candidatos ,pormeiodeanomaliassimilaresemlevedurasou emmodelosanimais.Estesúltimos oferecemmaioresoportunidadesde manipulaçãode cruzamentos comobtençãodelinhagenspurificadas,em analogiaàs famíliashumanaspredis¬postasa determinadasanomalias(defeitos do tuboneural,porexemplo,aconselhama pesquisade genes da neurulaçãodeembriões;

epidermólisebolhosa

indicagenesdosdesmossomosou de fibrilasdc ancoragemà membranabasal).Apartirda sequênciaproteica,mesmoqueparcial,podcm-sc

sintetizaros oligonuclcotídeoscorrespondentes:comelese pormeiodehibridaçãomolecularem preparaçõesdc cromossomosou em bibliotecas de cDNAs ou genômicas,pode-selocalizaresses genesou identificaros clonesgenéticoscorrespondentes.Entretanto, aindase conheceapenasuma pequenafraçãodasproteínashumanase, consequentemente,a abordagemdo tipoda clonagemfuncionalnemsempreé possível.

A alternativa à clonagemfuncionalé a clonagem posi¬cionai.Nessecaso é necessário,em primeirolugar,identificarcm que regiãodogenomase situa (mapeia)o geneque,quandomutado, causaa doença.Aseguir,usam-seclonesde DNAgenó-micodessaregiãocomo sondas,paratriarbibliotecasdc cDNA,levandoà identificaçãodos genesexpressosa partirda regiãocandidata.Essesgenes(candidatos posicionais)são sequenciadose caracterizados.Seráconsideradocausadorda doençao genenoqualmutaçõescom efeitopresumivelmentegraveforem identi¬ficadasnospacientes.

Apesarde o seqúenciamentocompletodo genomahumanoterpermitidoa identificaçãode umgrandenúmerode novosgenes,aestratégiaquelevou, até agora,à identificação domaiornúmerodegenescausadoresdedoençasfoi a clonagemposicionai.AgrandemaioriadosgenesidentificadosdentrodoProjetoGenomaHumanoaindanãotem funçãoconhecida.Damesmaforma,a grandemaioriadasdoençasaindanãotemseusgenesidentificados.Portanto, temos

dcumladogenesórfãose.deoutro, doençasórfãs.Agora,é precisoobteras correspondências.O primeiropassoparatanto é identi¬ficai*emqueregiãocromossômicaa doençamapeiapara.a seguir.investigaros genesdessaregião,embuscade mutações.Paraisso,o principalrecursodisponívelé o mapeamentogenético.

MAPEAMENTO GENÉTICOConsistena localizaçãode um geneao longodoscromos¬

somos.Os procedimentosde clonagembaseadospredominan¬temente na posiçãodosgenes são algunsdosprincipaisrecursosda Genéticanaelucidaçãodoscaracteres normaise patológicos.Seucrescimentoé auto-alimentador.nosentidode que,quaniomaisgenessão mapeadose se tornam marcadores de posição.maisfácilficaa localizaçãode novosgenespelos métodosdcligaçãoentre caracteres ou genes.

Fig. 10.4 Detecçãodas hemoglobinasA c S por meio de eletroforeseem ge ldeamido.AhemoglobinaA contémácidoglutâmicona posição6 da cadeia(3. queé trocadoporvalina na hemoglobinaS. ComoháperdadeumacarganegativanahemoglobinaS.suamigraçãono campo

clélricoé maiordoquea dahemoglobinaA. 1 = indivíduoHbA A; 2 =indivíduoHbAS:3 = indivíduoHbSS.



282 PATOLOGIA

A citogenéticamuito tem contribuído paramelhorconheci¬mento do assunto.Mesmonãose sabendoa funçãogênica.quandose consegueassociarum fenótipo aumaregiãocromossômica,mediantelocalizaçãode sítiosde quebrasem trans locaçõesoudeleções,aindaqueos casossejamraros,pode-seisolaro segmento indiciadoparaestudo doDNAe fazersua análisefuncional.

Osestudosde ligaçãopodemser feitosa partirde famíliascom heredogramasinformativos(ver adiante),desdequealgummarcadorde posiçãosegreguejunto como caráter em estudo.Umbomexemploé a análiseda perdade heterozigosidadeemgenessupressoresde tumor; esta é detectada apartirdc dclcçõcsque,associadasà mutaçãono outro alelodc um locoincluídonaqueladeleção,levamà neoplasia.Usando-seclonesrelativosàregiãodemarcada, hoje disponíveisaté na redecomercial, pode-se conhecercom maisdetalhesesses tiposde alterações.Já estãotambémdisponíveistécnicasde microdi.ssecçãocromossômica,pormanipuladorescitológicosconvencionaisou a laser.

Genótipo e fenótipoOs indivíduos(os gametas, os zigotosou os organismos

multicelulares) são definidospelosseus corpos em funciona¬mento , quesãoos fenótiposou, etimologicamente,as aparên¬cias .Os fenótiposmulticelularesse desenvolvemdesdeo zigotopelaexpressãodosgenes,que produzemRNA e proteínas,e estesconstroem as células,por meio de sua participaçãona formaçãodas estruturas e na realizaçãodas funções.A expressãodosgenes,a reproduçãodas células esuaorganizaçãoem tecidoseórgãosdependemde processosde regulaçãodosquaisparticipamfortementeas influênciase interferênciasdcfatoresambientais.Assim,a construçãodo corpo,normaloudoente,decorredccombinaçõesadequadasentre fatoresgenéticose ambientais.

Essesdoisconjuntos

dc fatoresorganizamas

redesmetabólicas,quesãoos modelosmaisadequadosà representaçãodo sistemabiológico,desdeo fenótipocelularaté o dosorganismosmulti¬celulares.O conceitoexpandidode metabolismo inclui todostiposde processos:(a)de transformaçãode insumosou subs¬tratos em produtos(o metabolismoclássico); (b)de produçãodoscomponentesquerealizamas transformações(metabolismode polímeros,ácidosnucléicoseproteínas;genéticamolecular);(c) de regulaçãoe modulaçãodo conjunto.De modogenérico.redessão estruturas ou arquitelurasque se organizama partirde elementosou componentes em interaçãoou comunicação.A estrutura das indústrias,por exemplo,podeser representadacomoum sistema deproduçãode objetostecnológicosa partirde matérias-primas simples,análogodas síntesesmoleculares(anabolismo), ou de obtençãode substânciaspurificadaspelaseparaçãodos componentes das matérias-primasimpuras,osminériosbrutos,análogodadegradaçãomolecular(catabolismo).Os sistemasindustriaissã o organizados dcmodoque os traba¬lhadores maisas máquinase os instrumentossão conectados deformaplanejadaparaque a transferencia,entre eles,dosprodutosintermediáriosaté se alcançaremos produtosfinaistenha efici¬ênciagarantida,em obediênciaaos princípiosde orimizaçãodaengenharia.A disposiçãodas sériesde componentes conectadosadquireconfiguraçõesvariadas, desde linhas, cadeias, redesouagrupamentos produtivos,envolvendo,no seu planejamento,tecnologiassofisticadas,como as dc logísticae de cibernética.de reduçãode custos, de reciclageme de reaproveitamentode

materiais.No âmbitobiológico,o modelodas redesé aplicávelem níveismuitodiversificados.Nas redesneurais,neuróniose

célulasgliaisse comunicamquimicamente,atravésdos neuro-transmissorcsintersticiais ou sinápticos.Os componentes dasredes imunológicassão iinfócitos e macrófagos.interagindopor contatos intercelularesdiretosou por citocinase anticorpossecretados.Nosistemaendócrino, as glândulase órgãos-alvosão auto-regu ladoshomeostaticamenteou reguladosporinfluên¬cias neuraisouexternas. As redesecológicassão compostas porindivíduosde espéciesdiferentesque interagem,porexemplo,emcadeiastróficasouemcomunidadesdc suporte mútuoe comdiversostiposde interdependência.Nossistemassociais,indiví¬duosde uma espécieformamagrupamentos com funçõesdistri¬buídasentre elese com suporte mútuo e altruísmorecíproco.

O fenótipoou o corpoc uma rededecomponentesconectadosde modointegrado,formandoumatotalidadearquiteturalcoerente.A coerênciaharmónica da comunicaçãoentre os componentesconfereao conjuntouma estabilidadedinâmicaprópriachamadade robustez.Aestabilidadegenotípicatem caráteralgomaisestá¬tico no âmbitodo tempo e dasfunçõesontogenéticas(no decorrerdo períododc vidaindividual),porqueiodasas sequênciasdosRNAe dasproteínasdo indivíduodependemdoconjuntogênicozigótico,sendoo sistemaimunitárioa únicaexceçãoimportantepoissofrevariaçãogenéticana ontogênese.A robustezé proprie¬dadesistémicae essencialmentedinâmicada s redes.Seu carátermaisevidenteé chamadode resiliência: o sistemase mantémíntegroe funcionalmesmoao passarpordesafiosquepodemlhemudaro estado,mas nãoo descaracterizamou não lhe fazemperdera identidade.Essapropriedadedifereda homeostase,quese refereà manutençãoda flutuaçãode estadosfuncionaisdentrode limitesestreitosapesarde desafiosque,momentaneamente.produzemflutuaçõesmaisamplas.Aspectosimportantesdaresi¬liênciapodemser, porexemplo,a manutençãodo fenótipoprópriode umaespécie apesar degrandesvariaçõesgenotípicasoudascaracterísticasde umecossistemaapesarda retiradaou da intro¬

duçãode espécies,quepodemserconsideradasanálogasde dele¬çõesou adiçõesde genesno genomade uma espécie.

SAÚDEE doença. Termoanálogoà robustezé a adaptativi-dade, ou seja,a capacidadede um sistemade se manter adap¬tadooude desenvolveradaptaçõesontogencticasou populacio¬nais(no decorrerdas vidasdosindivíduosdc uma cspccic).Asdoenças,emgeral, podemser consideradascomodistúrbiosoudesviosque ultrapassamos limiares dosestadosdo sistemaquelhespermitemse manter adaptadosou saudáveis.O conceitode limiar entre saúdee doençaa partir da adequaçãoa normasou padrõesdc normalidade preestabelecidos,convencionaisouobtidos de gruposestatísticos, é uma simplificaçãoquepodeserapropriadaparaplanejamentodc açõesde saúdepública,masnãoo é paraa atuaçãodo médicofrentea seus pacientesindi¬viduais,parafinspreventivosou terapêuticos.Não são rarosospacientesque escapamà regraestatística(os própriosprocedi¬mentosestatísticosincorporamessespreceitosnas suasdefini¬çõesdos limiares), mas permanecemadaptadosou saudáveis.Adaptaçãoou saúde,do mesmo modocomo maladaptaçãooudoença,é consequênciaou efeitodas interaçõesentre o sistemaeseu ambientelocal e do momento. O processointerativodecorredas relaçõesentre o sistemae seu entorno, não sendopossívelisolar um interagentedo outro. Dcve-seconsiderarque:(a ) nãohá.emtermosabsolutos,um sistemaquedevaser consideradointrinsecamentesaudável,sob qualquer condiçãoambiental.Esemprepossívelalgumacidente depercursofortementelesivo:

(b)parecehaver,em termos praticamenteabsolutos(nascondi¬çõestecnológicasatuais), sistemascomcaracterísticasiãodefei-



BASESGENÉTICAS DAS DOENÇAS 283

tuosas (como algumasalteraçõesmuito serias,denatureza gené¬tica.comoperdade cromossomosou anomaliasdodesenvolvi¬mento, comoanencefalia)quese torna inimaginávelsua coneção;(c) na maioria das situaçõesclínicas, as condições ambientaispodemser modificadas paracorrigir-seuma mal-adaptaçãoouum distúrbio degraumoderadodo sistemapelaintroduçãonelede umdos componentes intrínsecosquelhe falta.

causasE c o m p o n e n t e s . O princípioda causalidade consideraa etiologiadas doençase buscao idealda simplicidade daetio¬logiamonofatorial.Noentanto, cadavezmaissomosobrigadosaaceitara multiplicidadee a complexidadena natureza. Oconceitode interaçãoaplicadoà adaptaçãonos dizqueos agentes sãopelomenosdois(interagentes).For outro lado, o conceitodequeo sistemabiológicoé intrinsecamentecomplexoe integradoindicaquealgumasmal-adaptaçõespodemdecorrersomente delesõesinternasou constitutivasdele.nãocorrigíveisporinterfe¬rênciasambientais.Porfim, deve-scexaminar,entre os fatoresintrínsecos,a participaçãodocomponente genéticona formaçãodos fenótipos.Os genessão necessáriosparaque se obtenham

as sequenciasdosRNA e das proteínas,masnãosãosuficientespara queestes atinjamas conformaçõesfuncionais, quepodemdependerde co-fatoresnão codificados geneticamente.Aindamais,a redemetabólicaé amplamenteramificadae comunicante,podendomuitasdas funçõesser obtidasdemodoredundante,ouseja,porviasalternativase paralelas.Aplasticidadefuncionaldasredese suarobustezsãotaisque a deficiênciadeummódulopodeser compensadaou supridaporoutro, o quecaracterizasua resi-liência. Oexemplomais simplesé o da obtençãode energia,quepodese valernão somente da glicose,mas,alternativamente,deaminoácidose lipídeos.Cada vez mais se demonstra que o postu¬ladode Koch,válidoparaas doenças infecciosas(não se podediag¬nosticarum ainfecçãosema demonstraçãoda presençadoagenteinfeccioso),nãosc aplicanecessariamenteaosfenótiposatribuídosa um genemutado.Algunsportadoresdamutaçãopodemnãoapre¬sentar os fenótiposc outros quenãoalbergama mutaçãopodemdesenvolveros fenótipos(fenocópias).Nessescasos,parecequeos fenótiposdependemde outros genesc de outras condiçõesdeexpressão,alémdos inicialmente indiciados como causassimplesdo fenótipo.Outrasevidências demonstramque uma alteraçãogenéticaresponsávelporumfenótiponão se refere àtotalidadedo genequealbergaa mutação,masa um aalteraçãomuitoespe¬cífica. Outrasmutaçõesno mesmo genepodemlevara fenótiposdistintos, normaisou patológicose diferentesdos primeiros. Éfrequente,ainda, que uma mudançana funçãode uma proteínapossaser maislesivaao sistemadoquea faltadessaproteína.Nocaso, a rede teria mais facilidade de compensarcertas perdasde

componentes (mutaçõesdc efeitos negativos,perdade função.mantendoa estrutura c funçõescom oscomponentesrestantes,demodoqueas perdasresultamem efeitossomente locais) do quealgumasalteraçõescujosefeitos (positivos, disfunção ou ganhode função)se espalhame se disseminampelosistema.

Em princípio,pode-sedizerquetodofenótiporesultada inte¬raçãode componentesgenéticose ambientais.Assim, nãocabeapergunta: Tal caráteré genéticoou ambiental? A questãoqueconduza melhorcompreensãoda fisiologiae da fisiopatologiaequepossibilitaintervençõesmaisracionaisé: Qualé a contribuiçãode cada componentee comose desenvolveu?Osgrausde parti¬cipaçãodoscomponentesvariam, de modoqueé razoáveldizer:todofenótipotemalgodegenético(ou ambiental),masnenhumtemtudodegenético(ou ambiental).Oconceitodedoençagenética(ou

ambiental)podeser resumidonoestabelecimentode correlaçãoou

associaçãoforte(elevada,semlimiarplenamentedefinido) entre ocomponenteetiológicoe o fenótiporesultante.O estabelecimentdacorrelaçãoé maisfácilquandosc examinaumagenteambientalporqueeste podesermaisfacilmentecontrolado, masé difícilquantoaos componentes genéticos.Estessão somente a parte de memóridosistemabiológico,quepermitea obtençãorepelidadassequênciasdosRNAe deproteínas,emboratalobtençãodependade processosregulatórioscomplexos paraquesejaprecisac paraqueocorranaquantidadee no momento adequados.O percursopararealizaçãodasfunçõesa partirdosgenesé longo,tortuoso e decontroletecno¬lógicoou experimentalpoucoeficiente.Épreferíveldizerquecertosconjuntosgênicospropiciamou predispõema certos fenótipos,outomam seusportadoresmaispropensos(sensíveis, suscetíveisou,pelocontrário,resistentes) aos fatoresambientais,sendoa doençaou a saúdeum aresultantedasinterações.

Avariabilidadee acurta duraçãodoscomponentesnão-genéticosdificultamseu estudo,demodoquea importânciadosfatoresgenéticosna configuraçãodos fenótiposencontra-sc superesti¬madaatualmente,constituindoo conceitoinadequadode deter¬minismogenético,segundoo qualos fatoresnão-gcnóticosseriam

apenasreguladorese modularesda expressãodosgenes.Perma¬neceadequado,no entanto, uma versão ampliadadoconceitode norma de reação .segundoa qualo conjuntodoselementoscons¬titutivosdosistema(genéticose dasredesmetabólicas)demarcamos potenciaisdedesenvolvimentodosfenótipos.Aenormecomple¬xidadedosgenótipos,dosambientes ede suasinteraçõesdificultenormemente o entendimentocompletodoprocesso(Fig.10.5).

Número d o genos

Fig. 10.5Fatoresgenéticose ambientaisna produçãode espaços devariação*'fenotípica.A curva1 conespondea fenótiposassociadosapoucosgenes,poucosfatoresambientaise poucasinteraçõesentre eles,de modo que as entidadesnosológicas têmpequenoscoeficientes dcvariação,comoem muitasdoençasmonogênicas(p.ex..doençadeTuy-Sachsc distrofiu musculartipoDuchenne).Quantomaisnumerosossão os elementoseminteração(curvas2 e 3).maioresos coeficientedc variaçãodas entidadesnosológicas,como no diabetemelitojuvenie nas doençasmultifatoriaisc poligcnicasem geral.



284 PATOLOGIA

DNA GENÔMICOOs ácidosnucléicossão polímerosquimicamentemuito

simples,formadospor cadeias repetitivasde fosfatoseaçúcares,com quatro tiposde basesnitrogenadas.A comple¬xidade reside no enorme comprimento dos polímerose nasequênciaprecisade suas bases.A simplicidadeestrutural

é um pré-requisitopara a sua funçãode material hereditárioestável, como um disco ópticoou magnético,no quala célulagravainformaçõesúteisao sistemafuncionale é de fácil repli¬cação.transcriçãoe tradução.AduplafitadoDNA.comconfi¬guraçãoespacialmuitoregular,é garantiaextra dc que lesões(mutações)em um afita podemser detectadaspelasdistorçõesque introduzemnaduplafita.Umavezreconhecidas,em geralessas lesõessão reparadasporexcisãoda parte afetadae. apósrccopiara outra fita, a dupla fita original fica reconstituída(ver adiante. Fig. 10.14A e L). O reparo inclui, também, aligaçãode todasas quebras,seja as normaisdos processosde replicaçãoe recombinação doDNA.sejaas induzidas poragentes externos (p. ex.. radiaçõesionizantes); somente ostelômerossão extremidadesnormais doDNAque não sãoligadosa outras extremidades.Dentro dessa visão,as muta¬çõesdetectadasnos indivíduose populaçõessãoas queesca¬paramdosprocessosde reparo.

DNAEXTRAGÊNICOCerca de95% do genoma são extragênicos. sendosuas

funçõesainda poucoconhecidas.Sabc-seque a variabilidadedo DNA extragênicoé muito superiorà da parte codificante.indicandoque. nesta última, a maioriadas variantesprejudicafortementea fisiologiae é eliminadapelaseleçãonatural; emoutras palavras,ossistemasdosquaisessas estruturas participamsãomuitointolerantes,rígidose poucoplásticos.A variabilidadedo DNAextragênicoindica

queele podeser funcional

c admitirvariações;nele.os sistemasregulatóriossãomaistolerantes.Porcausadisso, é possívelque as funçõesregulatóriassejammúlti¬plas(redundantes), dispersase distribuídas em redes,com maiorpossibilidadede modulação.

Cada gene pode ser usadoem contextos funcionaisdistintos, de acordo com o sistemaque o expressae do qualparticipa em momentos e situações ontogenéticasespecí¬ficas. Erncada contexto, podemser usadascomhinaçõesespecíficasde promotores alternativos,accntuadores,atenu¬adorese silenciadores.Um amesma sequênciadoDNA podoser transcritae processadade modos distintos, podendoosprodutosprotéicostambémser modificados, de modoqueváriasfunçõespodemcorresponderao mesmo segmento deDNA (superposiçãode informação). A variabilidadeinter-gênicados reguladoresreflete-senadescriçãode sequênciasconsensuais(Fig. 10.6), às vezessomente com poucasposi-çóes invariantes.

A descriçãopormenorizada da estrutura genômica deveser procuradaem bibliografiaespecializada.Aqui, seráapre¬sentadoapenas um esquemada estrutura geraldos RNAmensageiros,que serve de orientaçãoparao entendimentoda maioriadoseventos mutacionaisde maiorinteressefisio-patológico. As sequênciasmais internasdos introns sãomuito variáveis,indicandomenorpapelfuncionalmas.certa¬mente. tambémde importânciaevolutiva.As regiõesparcial¬mente conservadas,chamadasconsensuais,indicam origem

e evoluçãocomunse variação compensatóriado sistemafuncionalnucleoprotéico.

Projeto genoma humanoEmmeadosdo ano 2000foianunciadoo .seqiienciamento

completodo genomahumano,massomenteem fevereirode2001foi descritaa primeiraanáliseda sequência.A seguir, apresenta-sc umasíntesedos resultadosmaisrelevantesdessa análise.

O tamanhoestimadoparao genomahumanofoi dc 3.289Mb.O menor cromossomoé o 21.com 45 Mb. e o maior é o 1.com 279 Mb. O cromossomoX ficou empatadocomo 7.com163Mb.e ocromossomoYse situaem tamanhoentre o 20e o22,com51Mb.

Onúmerodc genesno genomahumanovaria, conformeométodo usadoparaaestimativa,entre34.0fifie 20.000genes;osvaloresmaisaceitosse situamentre 30.000e 40.000genes.Essenúmeroé pequeno,correspondendoapenasa cerca do dobro degenesencontradosno Cae.norhabditis elegansc na Drosophilamelanogastcr.Entretanto,os genes identificadosem humanossão maiscomplexos,havendomaisprocessamento (splicing)alternativo.levandoa maiornúmero dc produtosprotéicosporgene.

O conjuntototalde proteínas(proteoma) codificadopelogenomahumanoé maiscomplexodo queo dos invertebrados.Issoocorre,emparte, pelapresençadedomíniose motivosespe¬cíficosdosvertebrados(estimadosem 1%do total), masprinci¬palmentedevidoao rearranjode elementospreexistentes,levandoa um arica colcçãode novosdomínios arquiteturais.

Centenasde genes humanosparecemresultar de trans¬ferênciahorizontala partirde bactériasao longoda evoluçãodos vertebrados.Dúzias de genese cercade metadede lodo ogenomahumanoparecemser derivadosde elementostranspo-níveis Entretanto,pareceler havidoum marcadodeclínionaatividadedesses elementosao longoda evoluçãodos hominí-deos.de tal formaqueos transposonsdc DNA e os elementos

dotipo repetiçõesterminaislongas(longterminalrepeats. LTR)presentesno genomahumanoparecemestar inativos.As regiõespericentroméricase subcentroméricasdos

cromossomosestãopreenchidasporlongasduplicaçõessegmen¬tais recentes, vindas dcoutros pontos do genoma.A duplicaçãosegmentaié muito maisfrequenteem humanosdo queem outrosorganismosquejá tiveramseusgenomasanalisados.

Maisde 1.4milhãode polimorfismosde nucleotídeosúnicos(singlenucleotidepolymorphisms, SNP)foramidentificadosnogenomahumano.Essa ferramentaserá particularmenteútilnosestudos de associação,permitindoidentificar genese mutaçõesqueconferempredisposiçãoa doençasmullifatoriais.

Oseqiienciamentocompletodogenomapermitiua identifi¬caçãodc um grandenúmerode genes.Estestiveramseusexonsreconhecidosporprogramasde computadorquepermitempreveronde,ao longodeumascqiiência.estãoosexons.Poroutro lado,a simplessequenciageralmentenão permitedizersc um geneérealmenteexpresso,oupreversc in vivoestásujeitoa processa¬mento alternativo, a ediçãodo mRNAou a modificaçõesapósa sínteseda proteína.Uma maneirade corrigir esse viés é pormeio do seqiienciamentodo proteoma. Comissose conheceo conjuntode proteínasproduzidaspordiferentestecidos,emdiferentesestágiosdo desenvolvimento.Mesmoassim, faltarádescobriros genesque não codificamproteínas,masapenasRNA.Poroutro lado.o conhecimentoda proteínamuitasvezesnão fornece nenhumapistasobrese. quando mutada.produzdoençaou não e, em caso positivo,qualé o fenótipo.Diante

disso,serãonecessáriosestudosfuncionais baseadosna cons¬truçãodc organismos-modeloscontendocópiasalteradasdos




TRANSCRITOSPRIMÁRIOS

exon exon exon5'

-------------

poli-A 3'não-traduzida intron Intron não-traduzida

EXCISAODEINTRONS

a fmRNAPROCESSADO

códons poli-A3'

iniciador terminador

sítiode corte5' (doador) .Intron.

sítiode corte3 (receptor)

exonA G I G T R A G T Y10) N C A G

exon

58 78 100 100 96 71 84 47 76-87 74 100 100 77%

Fig. 10.6 A. Os transcritosprimáriosa partirdo DNA são constituídosporexons.

introns e duasextremidades não-traduzidas.Apóscxcisãodosintrons,forma-seo mRNA.quepossuia caudapoli-A na extremidade3'. B.Esquemada excisãode introns.C. Estruturaconsensualdos intronsde primatas:doisnucleotídeos invariantes(frequênciade 100%),em cadaextremo dos introns,marcamos sítiosde corte. A conservaçãodostiposde bases émaior nas posiçõespróximasdos sítiosinvariantese decrescecom o distanciamentodestes.N = qualquerbase.R = purina,Y= pirimidina,(n.°) = númerodc repetições.(Adaptadade Shapiro& Senepathy,NuclAcidsRes,15:7155-14,1987).

genesquese desejaestudar(organismos knock-out ) e emoutrasformasde análisequepoderãoesclarecera função dasproteínasc permitir identificarquaisdoençassão causadasporalteraçõesem qual proteína.

0 processodeclonagemposicionaimuitonosensinou,bmmédia,10genesforamclonadosantes da identificaçãodo genede interesse.A grandemaioriadessesgeneslevouà descobertade

novas proteínase, muitas vezes,a novasrotas metabólicas. Issosugereque o conhecidoaté agorado metabolismo humanonão

sejamaisdo quea ponta de umiceberg .Prevê-sequeo quebra-cabeçasestejamontadoaté o ano de 2030.

MAPEAMENTO FÍSICO E GENÉTICOAexistênciadealternânciaderegiõesricase pobresemGC

no genomahumanofoi estabelecidacmestudosde separaçãoporgradientes decentrifugação.Subsequentemente,acumularam-sevidênciasde diferentespropriedadesbiológicasentre essas regiõescomo,porexemplo,densidadedegenesc derepetições,correspon



286 PATOLOGIA

dênciacom as bandascromossômicase frequênciade recombi¬nações.Amediado conteúdoGC nogenomahumanoé de4 1%,emboraos desviossejamimportantes.O mapeamento citogcné-tico de grandes clones pobresem GC mostra que estes aparecemassociadosàs bandasG (Giemsa) escurasdocariótipo.

O dinucleotídeo CpG(5' GC3') é sub-representadonosgenomasde eucariotos. Essedéficitocorre porqueas citosinasdo dinucleotídeo CpG são, frequentemente,sujeitasa mediação(ver Fig.10.13). A citosinametiladapodesofrerdesaminação,gerandotimina, que nãoé reconhecidapelosistemade reparocomo anormalno DNAe assimpermanece.Esseé o tipomaiscomum de mutação em todos os genomas.

AperdadedinucleotídeosCpGacontece de maneiracontínuaao longodaevolução.Entretanto,em algumasregiõesesses dinu¬cleotídeosestão conservados,comfrequênciapróxima ao espe¬rado. Essas regiõessão denominadasilhas de CpG. As ilhas deCpGdespertammuito interessepor apareceremfrequentementeassociadasà região5' dosgenes.Avariaçãono níveldemetilaçãodasilhasde CpGpermitea regulaçãodaexpressão dosgenesqueas contêm. É paradoxal,no entanto, queelementosregulatóriostão importantesse mostrem hipermutáveis. A conservaçãodosdinucleotídeosCpGa 5' dosgenesdeve-seprovavelmenteao fatode essas regiõesdo genomaseremreparadas demaneiramaisativa. As cerca de 29.000 ilhas de CpG estimadasno genomahumano correspondema valorpróximo do número de genesestimadopor outros métodos.Mais de 95%delastêmmenosde1.800pbe maisde 75%temmenosde 850pb.Somentecercade 1% das ilhas de CpG tem mais de 3 kb.a maior alcançandocerca de 37kb:a função dasilhasgrandesnãoé clara.

As taxas de recombinação (medidasem cM —centi-Morgan),definidorasdas distânciasc dosmapasgenéticos,sãomuitomais altas na s regiõesdistaisdo s cromossomos(cercade 20 Mb terminais) e nos braçoscurtos em geral. Nos braçoslongos, a proporçãocoma distânciafísica(número de bases)

indicaque I cM correspondea 1 Mb. Nos braçoscurtos é. emmédia,2 cM porMb.Essas proporçõesparecemassegurarpelomenosumarecombinaçãopor braçopor meiose,o que parecefundamentalparaprevenira não-disjunçãomeiótica.As recom¬binaçõessão mais frequentespróximo aos telômeros, particular¬mente nos 20-35Mbterminais.O exemploextremo é a regiãopseudo-autossômicadocromossomoX. com 50cM de tamanhonomapagenéticoe 2,6Mb no mapafísico. A variaçãodasdistân¬ciasgenéticasconformeo sexo, entre cromossomos e regiõescromossômicas.parece estar mais relacionadaaos mecanismosque regulamo aparecimentode quebrasna duplafita induzidaspelameiosedo quea característicasda sequência.

CONTEÚDO DE REPETIÇÕES DO GENOMAHUMANO

Oconteúdode DNAde umaespécienãose correlacionabemcomsuacomplexidade.Existeum aespéciede amebacom200vezesmaisDNA doqueos humanos. Issoacontece porqueos genomaspodemconter grandesquantidadesde sequênciasrepetitivasnão-codifícantes, o que é típico dos eucariotos.

Por outro lado, apenaspoucosgenescodificantespossuemcópiasrepetitivas.Trata-sede genescujosprodutossão reque¬ridoscm abundância, comoas histonasc os RNAda maqui¬nariade tradução,dos quaispodehavercentenas de cópias.Aocontrário, redundânciano DNA não-codificante alcançaníveiselevadíssimose não tem correlaçãofuncionalevidente.Cercade10%dogenomahumanosão formadosporcercade 10 cópiasde

um asequênciasimplese pequena,que podeservisualizadaporultrace ntrifugaçãocomo umafaixamenor e de baixadensidade(alto conteúdode AT), situadaao ladoda faixaprincipal,consti¬tuindo um dos tiposde DNA satélite. Sua maior parte encontra-se

em blocos paracentroméricosnoscromossomos:podeter varia¬çõesquantitativas,semcorrelaçãofenotípicafone, demodo quese supõepossuir funçãoestrutural, mitóticaou meiótica.

No genomahumano, estima-se que as sequênciascodifi¬cadorascorrespondama menosde 5% do total.As sequênciasrepetitivascorrespondema cercade 70%dessetoialc se agrupamem cincoclasses:(1) repetiçõesderivadas deelementostrans¬port veis (transposons), também chamadas repetições dispersas,correspondendoa 45%do genoma.Muito do DNA de cópiaúnicaé mobilizadopor meiode transposons; (2) pseudogenesprocessados,repetiçõesformadaspor panesde cópiasinativasde genescelulares (proteínasou pequenosRNA funcionais); (3)repetiçõesde sequênciassimples,como (CA)n; (4) duplicaçõesegmentais,copiadasde uma regiãoparaoutra do genoma;(5)blocosde repetiçõesfuncionaiscomo centrômeros,telômerosesatélitesdoscromossomosacroeêntricos(Fig.10.7).

TransposonsAs repetiçõesderivadasde transposons cm mamíferos são

de quatro categorias:

• LINE (long interspersedelements),compostas de trêsfamílias, correspondema 21%>do genoma humano e sãoas repetições maisantigasem humanos.Têmcercade 6kb, umpromotordaRN ApolimeraseIIeduas sequênciasde leituraaberta (openreadingframes— ORF), poten¬cialmente traduzíreisem proteínas.Sóa famíliaI é ativaatualmente.sendoresponsável pelamaioria da atividadede relroiransposiçãoqueocorre no genomahumano,envoi

vendonão só as LINE, mas tambémas SINEnão-autô-nomas,e pelacriaçãode pseudogenesprocessados.• SINE (short interspersedelements),que correspondema

13%dogenomahumanoe com100-400pb,possuemumpromotor da RNApolimeraseIII.masnenhumaproteínacodificada. Só um afamília (Alu)é ativa em retrotranspo-sição,sendoas outrasduas(MIR eTher2/Mir) inativas.AfamíliaAlu pareceter sidoderivadade um RNA pequenode funçãorelacionadacomo transporte de proteínasparao interior do retículo endoplasmático.

• Retrotransposons típicoscorrespondema 8%do genomahumano.Trata-sede elementossemelhantes aretrovirusque llcam flanqueadosporrepetiçõesterminais longas(LTR) e contêm todosos elementosnecessáriosà regu¬laçãoda transcriçãoe integraçãoao DNA genômicoAparentemente,sóosretrovirusendógenos(ERV) já foramfuncionaisnogenomahumano.Temsido sugeridoque aprópriaplacentação.naorigemdosmamíferos,tenhasidodesencadeadapelaaiivaçãodesseselementos.

• Transposonsde DNA correspondema 3% do genomahumano.Amovimentaçãodelesdependede um atransposase codificadaporelesmesmos,masincapazde distinguircópiasativasde inativas.Assim, à medidaqueo númerodecópiassc acumula,aeficiênciade transposiçãodccrcsec.Diferentementedas LINE e das STNE, que se propagampor transmissãovertical,ou seja, hereditariamente,ostransposonsde DNAamamtambémem movimentos hori

zontais,cominvasão degenomasvirgens.



BASES GENÉTICASDAS DOENÇAS 287

®Fig. 10.7 Tipose origensdos DNA repetitivoseelementosmóveis.DNAcxtracromossômieospodemser produzidosporreplicaçãosegmentar(A), ou portranscriçãoreversade mRNA, produzindocDNA(B).OsDNAextracromossômicoslinearespodemcircula-rizar.Oslinearespodemser inseridosnos cromossomosporrecombinaçãodupla(C),eoscirculares,porrecom¬binaçãosimples(D). X = sítiode recombinação.

Essessão os exemplosmaisconhecidosdos processosdetransposiçãoabundantede elementosmóveisdogenomahumano(Fig. 10.8).A retrotransposiçãopodeafetaroutros genesmaisfacilmentereconhecíveis na fisiologia, gerandoum dos tiposde pseudogenes.Outros pseudogenespodem derivarde dupli¬caçõesgênicastradicionais, em queas cópiasextras dos genessão inseridasnos cromossomos, seja ao ladodas originais(formando blocosou grupamentos gênicosem tandem,como

\os dasglobinas),sejade mododisperso.Comopoucascópiasdo genesãosuficientesparaa homeostase,outras podem sofrermutaçõesdos maisvariadostipossemque issocauseprejuízosao organismo.Quandose podeassegurarqueuma cópia de umgenenão tem maisa funçãooriginal e nem desenvolveuoutra,ela é chamada depseudogene. Excepcionalmente, uma cópiade umgenesofreuma mutaçãoque levaao desenvolvimentodeuma nova função.

Sequências semelhantesa retrovirus

8%

Exons

Duplicaçõessegmentares

3%

Fig.10.8Distribuiçãodasdiferentesclassesde sequencias

nogenomahumano.As sequênciascodificadoras(exons)correspondemapenasa 3-5%do total.

LINE21%

RS S (micro eminissatéffles)

3%

Introns, sequênciasreguladoras,pseudo¬

genes, fragmentosde genes27%

Transposonsae DNA

3%

Centrômeros,teiômeros, outras

19%



288 PATOLOGIA

Em humanos,1 em cada .000mutaçõesnovasé causadaporinserçõesdeLINE.e 1em600.portransposons.Existem14casosconhecidosdemutaçõesnovas causadorasdedoenças emhumanosproduzidasporinserçãode LINE.Essaé a principalindicaçãode queessa famíliade LINEestejaativano genomahumano.

As repetiçõesdispersas,transmitidas

horizontalmente.correspondema apenas6% do genoma.bemmenosdo que oobservadoemoutros modelos(25% na D. melcinogastera 87%no C. elegans).Essa diferençatem sidoatribuídaà eficiênciado sistemaimunitáriohumanono controle dosvírus,os vetorcsnaturais datransmissãohorizontal.

No genomahumano,as LINEsão muitomaisfrequentesnas regiõesricas emAT.ao passoqueas SINE(Alu. MIR)sãomaiscomunsnas regiõesricas emGC. Os transposons têmdistri¬buiçãomaishomogénea,sendorarosapenasem regiõesmuitoricascm GC.

As Alu. que usama maquinariadas LINE em seus movi¬mentos atravésdogenoma,inserem-se inicialmente nas regiõesricasemATe, depois,aparentementemigrampararegiõesricasem GC.Umahipóteseseriaqueregiõesricasem AT (pobresemgenes)tolerammelhordeleçõesdo que as ricasem GC (ricasem genes).O fenómenopareceter ocorrido de maneira intensanosúltimos 30 milhões de anose nãoenvolveos transposons eas LINE.sendoexclusivodas SINE.Issosugerequea presençadas Alu nasregiõesricasemGCconfiraalgumavantagem adap¬tativa.Emmuitasespécies,as SINEsão transcritasem situaçõesde estresse. Os RNA resultantesligam-sca uma cinascproteicaespecífica,a PKR, e bloqueiamsua habilidade de impedirasínteseprotéica.Emfunçãodo grandenúmerode cópias,e pornão requereremsínteseprotéica paraseremativadas,as SINEpermitiriamrespostamaiseficienteao estresse.Issoexplicariapor queAlu próximasa genes e, portanto, maisacessíveisàtranscrição—trariamvantagem adaptativa.

Repetições de sequências simplesCompreendemduas classes de sequências,os micros-

satélites,com repetiçõesde segmentos de 1 a 13bases,e osminissatéliles, com repetiçõesde14a 500bases.As repetiçõesde sequênciasimples(RSS) correspondema 3%do genomahumano,sendocercade 1 a cada 2 kb. As maiscomuns sãoasrepetiçõesde dinuclcotídcos,como as repetiçõesde CA, ATeAG.quecorrespondema 0.5%dogenoma.Essa classede repe¬tiçõestem grandeinteresse,poisfrequentementeapresentapoli¬morfismosnonúmeroderepetições.Algumastêmtanta variaçãoquea maioriados indivíduosda populaçãopossuialelosdife¬rentes parauma mesmarepetição,ou seja.o númerode repeti¬çõesdedeterminadaRSSdifereentre ocromossomomaterno eo paterno (Fig. 10.9).Dessaforma, é possívelobservara distri¬buição,dentroda s famílias,dosalelosdas repetiçõespara veri¬ficarse estes segregamjuntocom o fenótipode interesse.Ograndenúmerode alelose a altafreqiiênciade heterozigotostornam esses marcadoresgenéticosa principalferramentaparao mapeamento genético,medianteestudosde análise deligaçãoou de perdade heterozigosidadee parainvestigaçãode pater¬nidade.

Os estudosdc ligaçãoparamapeamentode caracterís¬ticasou doençasgenéticas baseiam-seno princípioda segre¬gaçãoindependente.Se doislocosse situamem cromossomos

diferentes, a frequênciade recombinants observadaentreumageraçãoe a seguinte é de cerca dc 50%;. Frequências

Cromossomode origem

paterna

Cromossomode origemmaterna

GGCGT

Fig.10.9Análisegenéticabaseadaemmicrossatélitcs(repetiçãoGATA).A diferençaentre os alelosestá no númerode vezesquea sequênciaGATAaparecerepetida(cinco nocromossomode origempaterna e seteno cromossomo de origem materna).

de recombinantesmenores do que esta sugeremque os doislocos estejamligados,ou seja,situadoscm um mesmo braçode um cromossomo.Nosestudosde ligação,um dos locosé o da doençae o outro, um marcadorgenético,como um aRS S (Fig. 10.10).

Aavaliaçãode perdadeheterozigosidade(lossofhetero¬zygosity,LOH) é muito útilna detecçãode deleçõescromossô-micas,sobretudoemneoplasias.Nesses estudos,compara-seotecidonormal com o tecido neoplásicode um mesmoindivíduo.Emgeral,os indivíduossão heterozigotosparamuitosmarca¬doresmoleculares(p.ex..microssatélites).Se um dos eventosgenéticosque levaram aodesenvolvimentoda neoplasiaé um adeleção,o pacienteé heterozigoto no tecido controle(o alelopaterno é diferentedo alelomaterno) e homozigotono tecidoneoplásico(porcausadadeleção.háperdadaheterozigosidadenas célulaslumorais). Como deleçõessão frequentesnascélulasneoplásicas,a utilizaçãodas RSS emestudosde perdade hete¬

rozigosidadetem se mostradovaliosa na investigaçãodas basesgenético-molecularesdas neoplasias.



BASESGENÉTICAS DASDOENÇAS 289

10 11 12 13 14

Pb

Fig. 10.10 Mapeamcntogenéticodc doençashumanas.Em cima.é apresentadoheredogramaem que se segregauma doençaautossômicadomi¬nante e, abaixo,a separaçãoeletroforéticadc um marcadordc microssatclitcs.Parasaberse a mutaçãoque causaa doençamapeiano mesmocromossomoqueo marcadorgenéticotestado, faz-sea contagem dosrecombinantes.O princípio teórico é o seguinte:se o marcadore a mutaçãoestiveremnumamesmaregião cromossômica,nãohásegregaçãoindependentena meiose,separando-seestesapenasem funçãoderecombinaçãoA partirda frequênciade recombinantes,é possívelestimara distânciaentre o marcadorgenéticoc o geneque,quandomulado,causaa doença.Noheredograma.o indivíduo3recebeudoseupaia mutaçãoquecausaa doençae o alelode200pbdomicrossatélite.Paraseusfilhos,transmitiua doençac o alclodc 200pb três vezes(indivíduos 5, 6,8).O alelonormaldogeneenvolvidona doençafoi transmitidojuntocom o alelode 188pb paraquatro dc seus filhos(4, 7,9, 10).O indivíduo11 é recombinante.poisrecebeuo alelocausadorda doençado pai,masnomicrossatélitetem um aleloque estava presente na avópaterna e nãono avôpaterno. Essa frequênciade recombinação.1 em 8 (12,5%), é diferente dos 50%de recombinantesesperadosno caso de segregaçãoindependente,sendosugestivadc ligação.

A investigaçãode paternidadepormeiode RSSbaseia-seno fato deque,se um alelo da repetiçãoveioda mãe, o outro temdc le r vindo do pai.Analisando-seo perfildc alclos do pai, mãe efilho, pode-seafirmar,com elevadograude segurança,se existeou nãorelaçãode paternidadec/ou maternidade.Comoas taxas

de mutaçãonessessistemassão relativamentealtas(umamutaçãoem cada 103ou 1(F meioses), os testes dc paternidadeempregamgeralmentecincoou maissistemasde RSS(Fig.10.11).

Duplicações segmentaresSão trechos de 1 a 200kb que têm a propriedadede se

duplicarou multiplicarenviando cópias parao mesmocromos¬somoou paraoutros. No genomahumano,taisduplicaçõessãoevolutivamenterecentes. A frequênciadc duplicaçõessegmen¬tares foiestimada,em umaprimeiraanálise,em 3,3%do tamanhototaldogenoma,sendo1,3%delasintercromossômicasc 2,0%intracromossômicas.Acomparaçãodas sequênciasdas repetiçõespermitiudetectarqu e grandeparte damovimentaçãoda s duplica¬

çõessegmentares intercromossômicasocorreu cm períodocurto,mas seu significadoevolutivo aindaestáem investigação.

Asduplicaçõessegmentares têm relevânciaclínica.Acre-dita-sequeelassejama basedas síndromesde deleçõesrecor¬rentes, como as síndromesdc Prader-Willi e dc Angelman,asíndromevelocardiofacial-DiGeorge,a síndrome de Williams,a doençade Charcot-Marie-Toothe, talvez,a distrofiamuscular

de Duchcnne.Algumasdessas doenças serão discutidasadiante.

Genes humanosOs genescorrespondema apenas3% a 5% do genoma

humano.Tipicamente,são compostos por exons, sequênciaspequenasquecodificamcerca de 50aminoácidos,e porintrons,sequenciasgrandes.Encontrar genes a partirda sequênciacompleta é umatarefa difícil.Dois ou mais produtosdiferentesdc um mesmo genesão encontradosem cercade 60%dosgenesjá caracterizados.Programasde computadorusamcomo baseas característicasidentificadasnos genesconhecidos, abor¬

dagemboa para identificar genes conservados. Genes quetenhamdivergido acentuadamenteao longo da evoluçãotendem



290 PATOLOGIA

1 3

ÿ

Pig.10.11Exemploda utilizaçãodc um sistemamarcador de DNAdo tipomicrossatélite,em investigaçãode paternidade.Emcima, sãomostradas duas genealogias e, embaixo, um esquema de eletroforeseem gel ondesão separadosos alelosde uma repetiçãode tetranucleo-tídeos.Essessistemastêmsegregaçãomendeliana;portanto, a criançarecebeum alelode cadagenitor.Assim, o alelo quenãoveioda mãetem que le r vindodo pai,e vice-versa.No heredograma da esquerda, acriançarecebeuda mãeo alelo de 200 pb(paresde bases);o outro alelo

da criança,de 180pb, pode ter vindodo supostopai.Tal resultadoésugestivodepaternidade.Já no exemplodadireita,a criançarecebeudamãe o alelo de 176pb.Seuoutro alelo.de 184pb,nãopodeter vindodosuposto pai. Esseresultadoé sugestivode exclusãode paternidade.Comoesses sistemastêm taxas de mutaçãorelativamentealtas,e cadaumdosalelosestápresenteem váriosindivíduosdapopulação,emtestesde investigaçãode paternidadesão associadosváriosmarcadores.

a passardespercebidos.Poroutro lado,genescomcaracterís¬ticasdiferentesnãosão reconhecidos.Um bomexemplodissosão os RNA não-codificantes (ncRNA). Estessão genesativossob a formade RNAe que. portanto, não são traduzidosemproteínas. Essaclasse inclui: (1) RNA ribossomais (rRNA),que são o principal componente da maquinariadc síntesedeproteínas;(2) RNA transportadores (tRNA), que funcionamcomo adaptadores,posicionandoos aminoácidos dentro docomplexoribossômico, o que permitequeo rRNA catalisea sínteseprotéica;(3) RNA pequenosnuclcolares (snoRNA).que são necessáriospara o processamento do rRNA; (4) RNApequenosnucleares(snRNA), que são parte doscomplexosde ribonucleoproteínasencarregadasda retiradados introns;(5) RNAque fazemparte de enzimas, comoo RNAinternoda telomerase;(6) RNA envolvidos em funçõesmenos conhe¬cidas.como o RNAdogeneXIST, encarregadodo processodeinativaçãodo cromossomoX.Tipicamente,os RNA não-codi-fícantessão pequenos,semcaudapoli-A.Descobrir os ncRNAconstituium dosgrandesdesafiosdospróximosanos; (7) RNAi(RNA de interferência), descobertosrecentemente, quedesen¬cadeiamdegradaçãode RNA específicos,com resultadosequi¬valentesaos dedeleçõesgênicasou de knock-out.

A primeira análisedo genoma humano permitiu carac¬terizar genes codificadoresdc proteínastípicosda espécie,em termos de médiae mediana(Quadro10.2e Fig. 10.12).O maior geneé o da distrofina (2,4 Mb). A maiorproteínaéa titina, cujo gene te m uma sequênciacodificadora de 80.780pb, o maior número de exons (178) e o maior exon(17.106pb). Mutaçõesna titina são responsáveispela cardiomiopatiahipertrófica.

Quadro10.2 Características dc tamanho dos geneshumanos

Mediana Média

5' não-traduzida 240pb 300pbTamanhodosexons 112pb 145pbNúmerode exons 7 8,8Tamanho dos introns 1.023 pb 3.365 pb3' não-traduzida 400pb 770 pbSeqiiênciacodificadora 1.100pb 1.340pbProteínaprevista 367aa 447aaExtensãogenômica 14 kb 27kbpb ~ paresde bases;aa » aminoácido»;kb « milharesdc pares dc bases.

DESVIOS NA DISTRIBUIÇÃODA S MUTAÇÕES

HUMANASA distribuiçãodas substituiçõesde nucleotídeosnão éuniformeao longodo genoma.Essademonstraçãofoifeitacomparando-sea frequência de substituiçõesem regiõesricasem GC versusricas em AT.Uma hipótese explicativase baseiaem dinâmicatemporal,em que as regiõesricas cmGCreplicamantes do queas ricas em AT.Ao final do processode replicação,a depleçãodos estoques de guaninasé maiordo que a observadanos outros nucleotídeostrifosfatados.Consequentemente,no final do períodode sínteseocorre umapequena,mas significativa, perda de paresGC. Outra hipótesepropõe que muitassubstituiçõessejamdevidas a diferençasnos mecanismosde reparo, portanto à densidadegênicae ao

conteúdo GC.



BASES GENÉTICAS DA SDOENÇAS 291

Fig. 10.12Representaçãoesquemáticado queseriaumgenehumanodetamanhomédio,deacordocoma primeira análise dasequênciacompletado genomahumano.A regiões5' e

3' não-traduzidasfazemparte do mRNA, masnão daproteína;suafunçãoé permitira identi¬ficaçãodocódondoprimeiroaminoácidoe docódon de terminação,respectivamente.

5' não-traduzida

Promotor

Introns Exons 3' não-traduzida

kb 0 10 20 30

Ao longo de todo o genomaexiste tendênciaao aumento doconteúdoGC.pelainserçãode elementostransponíveis.Repe¬tiçõesjovenste m maior conteúdoGCe, à medida queo tempopassa,o conteúdoGC ficasemelhanteao da regiãoondese inse¬riram. Issosugerea existência de mecanismosdependentesdecontexto genômico.favorecendoas substituições oudiminuindoo seu reparo.

A análisede uma grandeduplicaçãosegmentaldo X parao Y que ocorreuhá 3-4milhõesde anospermitiucompararafrequênciade substituição(ou taxa de mutação,m) entre oscromossomosnumaregiãoaparentementeseletivamenteneutra.

O resultado(mY: mX = 1,36) estáde acordocom dadosante¬riores.sugerindo maior taxa de mutação em homens.Váriasteoriastêm sidopropostasparaexplicara maiorfrequênciademutaçõesna linhagemmasculina,incluindo maior númerodedivisõesenvolvidas no processo de formação do gameta mascu¬lino até diferençasnos mecanismosde reparo.Idade paternaelevadapredispõemaisa mutaçõesgênicasporquea espermato-gênescé contínua.Aidadematerna se relacionamaiscom trisso-

miase monossomiasporquea ovulogênescapresentamaior taxade recombinaçãoe os óvulospermanecemem profase,comoscromossomosem recombinação,por períodode até décadas.

Depoisque a anatomiada porçãocodificantedo DNAestiverdescrita, o grandedesafioparao ProjetoGenomaHumanoserádecifrara variedadede funçõespossíveisdo DNAextragê-nicoe suas interaçõescom o DNAgênico. Alguns estudiososdefendemque parte doDNAextragênicosejasomente lixoevolu¬cionário. Segundoessa concepção,o sistemade replicaçãoseriaeficiente e cego. duplicando quase tudo o que lhe é oferecido.desdevírusaté sequênciasendógenas,eventualmenteincorpo¬randoaoscromossomosas scqiiênciasreplicadas;casoa seleçãonaturalnãosejacapazde detectare descartartaissequênciasadicionadase se estas não tiveremconsequênciasdeletériasóbvias, elaspermanecemnogenoma.Comisso,haveriaacúmulode sequênciassem sentidofisiológicoimediatoou aparente.Ahipóteseoposta propõeque tais inclusões sejamfuncionais desdeo início, cabendoao observadordescobrirsuas funções,quepoderiamser sutis.Uma possibilidadejá incorporadaao pensa¬mento atualé de que os elementosmóveiscontribuemparaadinâmica evolutiva, aumentandoa taxa de variaçãogenômica,como já descrito.Se não houvesseelementosmóveis, ogenomaseriamuitoestáticoe commenorpotencialadaptativofrenteàvariabilidade ambiental.Comoa maioriadas mutaçõesincidesobreo DNAextragênicoousobreos introns, grandeparte delaspodenãoser imediatamentedeletéria.Umapossibilidadeinter¬mediária é de que as sequênciasextras poderiamproteger asoutras de lesõesmutacionais, comportando-se como alvos mais

abundantese maisexpostos, ou serviriam de estoque de DNAquepoderiaadquirirfunçõesno futuro.

Dequalquermodoquese entendaa variabilidadedogenomaela já vem sendomuitoútil tecnológicae socialmente,com apli¬cação em váriosramos da Biologia Humana.No sentidoantro¬pológicoe social,tem permitidoconhecermelhoras populaçõedesdeas origensafricanas,passandopelasváriasmigrações, atéa configuraçãodas atuaise até a Etnomedicina, explicandoporquea prevalênciade determinadasdoençasvaria de acordo comgruposétnicose biogeográficos(p.ex.,a maiorprevalênciadafibrosecísticaem caucasianos).

Dois ramosdo Projeto Genoma Humano tratam dessasquestões:o Projetoda DiversidadeHumana e o das ImplicaçõesÉticas,Legaisc Sociais.Parao indivíduo tambémexistemoutrasaplicaçõesrelevantes.Amaissimplesse refereà deter¬minação da identidadegenômica.por meio das técnicas deimpressõesdigitais do DNA,que são aplicadasna identifi¬caçãode zigosidadede gémeos,de paternidadee de vestígiocriminais.A maiscomplexavisaao mapcamcnto c ao scqiien

ciamentocompletodogenoma, para identificar os genes

compapelimportantena patogênesede doenças.Estesserãoobjetode projeiosparadetecçãoprecoce(aténo períodopré-implantação)de anomalias, estudosfisiopatológicosbemdefinido(cada vezmaislaboratoriaise em animaisde experimentação)e até eventualterapiagênica.A indústria médico-farmacêuticjá se adiantanessasáreas.

PERSPECTIVAS DA ERA PÓS-GENÔMICAOs principaisdesdobramentos daconclusãodo seqiicncia

mento do genomahumano são: ( 1) grandenúmero de genesfoi identificado. Numa próximafase.esses genesdeverãosersequenciadose caracicrizadosdo pontode vistafuncional;(2)tornou-se claroque fraçãosignificativadas proteínashumanasresultade processamento alternativo.Dessaforma, será neces¬sárioseqiienciare caracterizaro proteomahumano;(3)grandenúmero de polimorfismos foi identificado, permitindo a cons¬truçãode ummapagenéticodenso,quecobrevirtualmente too genoma.Além disso,foi identificadocerca de 1,4milhãodepolimorfismosde nucleotídeos únicos(singlenucleotidepoly¬morphisms.SNP). Portanto, estácrescendoo número de ferra¬mentas necessáriaspara identificação de genesenvolvidosnasdoençascomuns; (4) uma vez que cada tecidoexpressaumconjuntodiferentede genes segundoo estágiodc desenvolvimento e mesmo conforme estadosfisiológicosou patológicoa próximafasedo projetoenfocaráos genomasfuncionaise osrelacionadosa algumasdoenças,como.porexemplo,o projetogenomado câncer.



292 PATOLOGIA

DINÂMICAGENÔMICA: MUTAÇÕESMutaçõessão alteraçõesestruturaispermanentesna molé¬

culado DNA. Nem sempre,no entanto, existecorrelaçãoentremutaçãoe modificação funcional(alteraçãodo fenótipo).Naverdade,os efeitosdas mutaçõesvariambastante.Algumasresultamem anormalidades discretas,

como alteraçãode um antí-genode gruposanguíneo;outras provocamtranstornos graves.como ocorre na displasiaóssea ou em neoplasiasmalignas.Anomaliascromossômicas, queconsistemem alteraçõesmaisgrosseiras,associam-sefrequentementea alta letalidadepré-natale neonatalprecoce,emboraalgumassejamperfeitamentecompa¬tíveiscom sobrevidaprolongadae qualidadede vidarazoável,comoa trissomiado cromossomo 21 (síndromede Down) eanomaliasdo cromossomoX.

Mutações podemser provocadasporcausasendógenasouexógenas.As endógenascorrespondema erros relacionadoscom a replicação,recombinaçãoe reparodo DNA e são maisfrequentesdo queas exógenas.Estassão induzidasporagentesexternos, sobretudoradiaçõese algumassubstânciasquímicas.

Em célulasreprodutivas,mutações acontecem cmtaxas de10 6 a 10 Vgene/ciclo.Em célulasnao-reprodutivas.elasperma¬necem pordefeitosno reparode lesõesno DNA. Em geral,aextensãodoreparoé maiordoquea das lesões,porquea correçãodeumabaseanómalapodeenvolvera excisãodepelomenos15bases de cada ladoe a recopiagemda fita molde em todaessaextensão.

Mutaçõesemcélulasgerminativaspodemlevara polimor¬fismos populacionais(como os do sistemaHLA),enquanto nascélulassomáticassão clonais e restritas aos indivíduosafetados.As últimas podemser fisiológicas(como na geraçãoda diversi¬dade imunológica)oupatológicas,resultandoemperdasfuncio¬nais(contribuindo parao envelhecimento) ou desvios de função

(como ocorre na formaçãode neoplasias).Porseremmuitograndese complexos(comoos genesdadistrolinae doscolágenos). algunsgenesapresentam altastaxasdc mutação:como neleso númerode intronse exonsé grande,sua replicaçãoe recombinaçãotêmmaiorprobabilidadede sofrererros. A mediaçãoda citosina, na marcação gênicafisiológica,predispõea transversões.porquea desaminaçãoda metilcitosinagera timina, que,frequentemente,nãoé excisada(Fig. 10.13).O reparode quebras(normais durantea síntesedo DNA ou arecombinação) é ponto quente na origemde váriasalteraçõesestruturais,incluindoas inserções/deleções.

Deve-sedistinguir a microdinâmicados genes (que sereferemaisde perto à atuaçãomédicanosconsultóriose hospi¬tais.porqueafetaos pacientese seus familiarespróximos)da

ÿC\ Á . A SC \N C N C N CC N ÇC

°U »V oU osJCitosina Uracila 5 metilcitosina Timlna

Fig. 10.13Mutação tipo transversâo.No parG:C de umaduplafitade DNA.a desaminaçãoda citosinagerauracila.queé prontamenteexcisadae reparada.Sc u citosina é mclilada (metilcitosina). a desa¬minaçãogeratimina,quepermanecemaistempo na molécula. Após

replicação,esse sítiopermaneceG:Cem umadas células-filhas.mastorna-sc A:Tna outra.

macrodinâmicapopulacionale evolutiva.O componente gené¬ticodasdoençasquelevaseusportadoresa procuraratendimentomédicoresulta deuma combinaçãodos genes deletériosqueas populaçõesacumularamatravésdas geraçõesmais os quesurgemesporadicamente.Em geral,esses últimossão os quecausamdoençasde herançadominante,quando taiscaracteres

prejudicama fertilidadedosportadores;os tiposdependemdastaxas de mutaçãodecadagene.Osgenesdeletériosacumuladosnas populaçõescausam, cm geral, doençasdc herançareces¬sivaque se mostram, commaisfrequência,cm decorrênciadeconsanguinidadeparental.Paraa prevençãodessas doenças,énecessárioo desenvolvimentode lestes paradetecçãode hete-rozigotosparaos tiposmaisfrequentes.O atendimentomédicodeveprocurar,alémdo tratamento dopaciente,informarsobreosriscosdepropagaçãodosgenesenvolvidosparasuaprole,tantoa imediatacomoa que viráem prazomaislongo,nas popula¬ções.Se o simplestratamento das doençasgenéticaspode terefeitos disgênicos sobreas populaçõesfuturas, por propiciara disseminação dosgenes anómalos, a informaçãoadequadasobretaisefeitospodeminimizá-losao orientaro planejamentoreprodutivoresponsável.No entanto, as doençasgenéticasde altaprevalêncianaspopulaçõesnãoparecem,na maioriados casos,decorrerde acúmulo populacionalprovenientedo efeitodisgê-nico da medicina, porqueesta se instalou há poucotempo. Emgeral,os acúmulosparecemdecorrerde possíveisefeitosbené¬ficosde alclosem heterozigose,quesomente se mostram dele¬tériosem homozigose,ou dos chamados efeitosdos fundadoresoude ilhas .Estesefeitossão similaresaosdaconsanguinidadequandouina populaçãoou etniase distinguede outras porter semantidoisoladapor muitasgerações,sem exoeruzamentos, demodoquegenesdeletériospresentesemalgunspoucosancestraisse disseminame se mantêmconcentrados nogrupoe, depoisdealgumtempo, se mostram em horaozigotos.

CLASSIFICAÇÃOConformeresumidonoQuadro10.3.dopontodevistaestrutural

as mutaçõespodemserclassificadasem diversostipos,descritosaseguir.Os dadosreferentesà análisede 27.927mutaçõesidentifi¬cadasem doenteshumanossão apresentadosno Quadro10.4.

I. t roca DE bases. Forma as chamadasmutaçõespontuais,semmodificaçãodo tamanhodo DNA.Quandoa mutação em umafitanãoé reparadae sofrereplicação,forma-scduplafitacoma mutação fixada (Fig. 10. 14A). As mutações pontuais podemserdo tipotransição(trocas entre purinasouentre pirimidinas)ou transversão(trocas entre purinase pirimidinas).Emgeral,

são endógenas,mas podemser causadaspelaincorporaçãode

análogosdas bases.Podemter pouco ou nenhumefeito, quando:(1)não há trocadoaminoácidocodificado(devidoà degene-

Quadro10.3 Classificação estrutural das mutações

. Trocade basesII. Alteraçõesna organizaçãoouno tamanhodas sequências

Inserção/dclcçãopordeslizamentodurante areplicaçãoQuebrasdo DNA

centroméricâsintersticiais

Alteraçõesda recombinaçãoIII. Incorporaçãodc DNA cxtrncromossômicoIV. Alteraçõesanaíásicasou da citocincsc



BASESGENÉTICAS DAS DOENÇAS 293

Quadro10.4Frequência relativa dos tipos de mutação nasdoenças humanas

Tipo dc mutação Número Frequência (% )

Trocadc senlido/semsentido 16.441 58.9Delcções 6.085 21.8Retiradadc introns 2.727 9.8Inserções/duplicações 1.911 6.8Rcarranjoscomplexos 512 1.8Regulatórios 213 0.8Variaçõesem repetições 38 0.1Total 27.927 100.0

Adaptadode Botstcin.D, Risch.N.2003

ração do código genético, mais de um códon podecodificaro mesmo aminoácido); (2) o aminoácidotrocadonão modi¬ficaa funçãoprotéica(algumaspropriedadesdosaminoácidostrocadossão mantidas, ou a troca ocorre em sítiosfuncional¬mente neutros); (3) acometem sítios extragênicosou intrônicos.sem afctara regulaçãogcnicaou o processamento do RNA.

Podemtambémter consequênciasgraves,quandoalteram:(a)a sequênciade aminoácidosna proteína.O exemploclássicoéa anemiafalciforme, em quea troca apenasde um aminoácido(substituiçãodo ácido glutâmicoporvalinana posição6) namoléculada hemoglobina(Hb) resulta na HbS, responsávelporalteraçõesestruturaisdas hemáciase, portanto, peladoença;(b ) a pontuação intragênica de processamento excisional domRNA(sítiosde iniciaçãoou terminaçãodos introns.quesãoremovidos para formara molécula do mRNA). Nessecaso.a formaçãodo mRNA é deficienteou sua estrutura se tornaanómala.Pode ocorrer queo defeitona excisãode um introncausedelcçãodelemaisa de um éxon imediatamentevizinho.porquea excisãopassa a se fazernos sítios normaismaispróximos(Fig.10.14B); (c) a pontuaçãoda tradução(codonsde iniciação e terminaçãoda proteína).Terminaçãoprecoceequivaleà deleçãoda parte posteriorda proteína;perda daterminaçãonormal produzproteínasalongadas,até que outrocódonterminadorseja encontrado(Fig. 10.14C).

DL ALTERAÇÕES NA ORGANIZAÇÃO OU NO TAMANHO DASseqúênoas. Incluemgrandevariedadede tipose dimensões,desdeas quasepontuaisaté as visíveis à citogenctica.Asendó¬genasdecorremde erros na replicação, resultando cm quebrasdurantea sínteseou a recombinaçãodo DNA. Certosagentesexógenossão mutagênicosporqueaumentama frequênciadesseserros; eles são chamadosagentesclastogênicos.sendoos prin¬cipais representantes algumassubstânciasquímicas (brometodeetídio,aflatoxinas,actinomicinaD etc.) ou as radiaçõesioni¬zantes. Nessegrupo,são conhecidos váriostiposde mutações:

• Tnserção/deleção(in/del) por deslizamento durante areplicação.As in/del de uma ou duas bases podemterefeitosgravesna tradução,poispodem alterar asequênciadoscodonse modificara porçãoposteriordo éxon. Taisalterações ocorremmaisfrequentementeem sítios comrepetiçõesem tandem.A fitanovapodeformarum aalça.deslizandoum aparte já copiadapara trás. ficandoalon¬gada,oua fitamoldeé queformaa alça,resultandoemencurtamento da fita nova.O sistemarcplicativotemtendênciaa sofreralongamentosou duplicações,quepossuemtambémmaior sobrevivência seletivadoqueas

deleções(Fig. 10.I4D).

Um gruporecentemente caracterizado,o das mutaçõesexpansivas,distingue-seexatamenteporresultarno aumentodonúmerode cópiasem repetiçõesde trinucleotídeos.Essegrupoinclui a doençade Huntington c váriasoutras doençasneuro-degenerativas(repetiçõesde CAGem exons). o retardomentalligadoao X (repetiçõesdc CGG.na regiãonão-traduzida5' dogene), a ataxia de Friedreich (repetiçõesde GAA intrônico) ea distrofia miotônica (repetições de CTG na região não-tradu¬zida3' do gene de umacinasc).O interessantenesses casosé a boa correlaçãogenético-clínicaentre o grau de expansãodas repetiçõese a gravidadeda doença.Os genesnormais têmpequenonúmero de repetições.Nasfamíliasde afetados,umgenitor clinicamente normalpodeapresentar repetiçõesmode¬radamenteaumentadas(chamadasde pré-mutação),e o filhoafetadotem repetiçõesmaisnumerosas:ouum genitor quedesen¬volveua doençatardiamentetem repetiçõesmenosnumerosasdo que um filho quea desenvolveumaisprecocemente. Nosheredogramasde famíliasem quese segregamdoençascausadaspela expansão de trinucleotídeos, a idade dcaparecimento dasmanifestaçõesclínicasdiminuiao longodasgerações.Essefenó¬

menoé denominadoantecipação.Aaltafrequênciapopulacionade algumasdessasdoençaspodeestar relacionadaà penetrânciatardia(manifestação em idadepós-reprodutiva).

• QuebrasdoDNA.PodemsercentroméricasouintersticiaisAsquebrascentroméricassão maisfacilmentedetectá¬veispelacitogenética,enquanto a maioria das intersticiaidependede análisemolecularparaseu diagnóstico.Apósquebra,pode haver fusãocentromérica envolvendooscromossomosacrocêntricos(13.14. 15,21,22).cujosbraçoscurtos contêmos genesdosRNAribossômicosquese asso¬ciam paraformaros nuclcolos.Com a fusão dedoisdestes.originam-secromossomostranslocados(Fig.10.14E):osquecontêmcenlrômerosintegrais,emcélulascomcompo¬siçãobalanceadados braçoslongos,mantem-se atravésdasdivisõescelulares;aquelescom deficiênciascentroméricsão perdidos,emboraa perdadc parle dos genesde RNAribossômicosnão tenhaefeito fenoupicoimportante.Noentanto, translocaçõesbalanceadas podem resultar emgamelasdesbalanceados.gerando zigotosmonossômicoou trissômicos(p.ex., translocação14:21 poderesultaremtrissomia).A divisãodocentrômerona meiosese dá pormeio de uma quebralongitudinal.As quebrascentroméricatransversaisgeramos Lsocroniossomos.com duplicaçãodeum dosbraçose deleçãodooutro (Fig.10.14F).

Após duas quebrasintersticiais, as pontas podem serreligadascom inversão, sem perdade materialgenético(Fig.10.14G).Noentanto, a quebrapodeinterrompera sequênciade algumgeneou acarretar alteraçõesna expressãogcnica.poraproximar ou afastargenesde elementos regulatórios ou levar acomplicaçõesmeióticas. Se as quebrasocorrem nosdois braçosde um mesmocromossomo, a posiçãodocentrômeropodesermodificada,facilitandosua detecçãocitoiógica. A religaçãopodeenvolver somente as pontas internas, formando cromos¬somosem anel.comdeleçãodos segmentostclomcricos,acên-tricos(Fig. I0.14H). Segmentoscromossômicosoriginados dequebraspodemser religadosa outrossítiosoua outroscromos¬somos,resultandoem translocação(Fig. 10.141).Astransloca¬çõespodemser recíprocasc quantitativamentebalanceadas, maspodemgerardefeitosregulatórios.lesõese fusõesgcnicas,efeitos

de inserção/deieçãooudesbalanceamentos(Fig 10.14Jc K).



294 PATOLOGIA

®

Mutação

Formaçãode alça

Ausênciade reparo

2 3 41 I— I M-

2 3 4 11 4 -

\

Pré-mRNA

mRNA

Cl CTmRNA

Proteína

mRNA mRNACl CT Cl CT

Proteína Proteína

®

Deleção

13,14 ou 15 21 ou 22 t (14,22) xPerda

Fig. 10.14Tiposestruturais demutação.A. Mutaçãopontual.Quandoa mutação emumafitanãoé reparadae sofrereplicação,forma-seduplafita com a mutação fixada.B. Mutações em sítios de excisãodc introns. Àesquerda,mRNA normal formado a partir de um transcritode 4 exonse 3 introns. À direita, mutaçãono início do íntron 2 (seta)resultacm perdado éxon2 c formaçãodc um mRNAcomos exons1-3-4; lesãonofinal do íntron 3 levaà perdado éxon3 e mRNA com os exons 1-2-4.C. Trocadc basesem codons.Em cima, mRNA normal codifica proteínade extensãocorrespondente.Embaixo, a troca denuclcotídcosintroduzumcódon terminadorprecoce,gerandoproteínamenor; quandoa mutaçãoelimina o códon terminador,a traduçãocmproteínacontinuaaté encontrar um novoterminador,produzindoproteínamaislonga.Cl = códoniniciador;CT= códonterminador.D.Deslizamentodurantea replicação.Sea novafita(marrom)deslizaumapartejá copiada,paratrás,resultacm expansãoou adiçãoda sequência;se a fita molde (rosa) desliza, a fita novafica mais curta, com dclcção dc um segmento. E. Fusão cêntrica.Quebrascentroméricascomreligaçõescruzadasformamcromossomosreciprocamentetranslocados.Um destespodese perder,porpossuircentrômero deficiente.




©

©

pq

Iq

Notmais

'(PP)

Isocromossomos

i(qq)

©

A B C D E( II l

&

A C B D E

(D

ABCD\ \ I

UhI \

I \

a b c d

\

\i

n \

J—L

A B C d

l a b c DFig. 10.14(Com.) F. Separaçãocentroméricalongitudinal(como na mitose) resultacm cromossomos normais(1). Quebracentroméricatrans¬versalseguidade ligaçãocruzadaforma isocromossomos(2). G. Inversão.O segmento entre duasquebraspodeser religado de formainvertida.H. Cromossomoem anel.As duaspontas do segmento entre duas quebrassão ligadas,com deleçãodas regiõesteloméricas.L Translocaçãorecíproca.Os segmentos criadospor quebrasintersticiaisem doiscromossomossão religadosde modocruzado.J. Formaçãode alelosnovosdurantea recombinação.Comoo sítio de recombinaçãoà esquerdaé intragênico,formam-se alelosmistosdosanteriores.



296 PATOLOGIA

CE

©a b c d e f

A B d e f

a b c C D E F

M

AC G

TG C

N NN

NNN

ACG ACG3

TGC

ACG

TGC

Invasão; 2síntesetipo reparo;3excisão;4reparo

Gametas normais

Homólogosem disjunção

Gameta dissômico

Gameta nuissomico

Fig.10.14{Coiil.)K.Recombinaçãodesigual.Deslizamentodeuma fitaduranteo pareamentoassociadoa uma recombinação produzcromossomoscom deleçãoe adição.L. Conversãogênica.Na meiose,um segmentode uma das fitasde um cromossomo duplicado(doador) podepenetrarnooutro cromossomo(receptor)e ter sua sequênciacopiadaneste,substituindoo segmentooriginaldo receptor. N = qualquer nucleotídeo.M.Não-disjunçãodoscromossomoshomólogosna anáfasemeiótica,formandogametasdesbalanceados.




• Alteraçõesrelacionadascoma recombinação,resul¬tandoem trocas segmentares de DNA. Mesmoquandoa troca é igualitária e homóloga, mas intragênica.podemser gerados novos alelos por troca de partesentre alelospreexistentes(Fig. 10.14J).A mutaçãoque causa acodificaçãoda hemoglobinaLepore,porexemplo,é uma quimeradecorrenteda fusãode partesde genes de hemoglobinas.A recombinaçãopodetambémser desigual, entre sequênciasnão-alélicasdecromátidesirmãsou até de cromossomos não-homó¬logos. Esta última é maisfreqiíenteentre sequênciascom homologiasegmentar,porduplicaçõesou translo-caçõesprévias. Há muitas possibilidades de variações.Um dos casos maissimplesé a troca recíprocaentrecromátidesirmãs, mascomperdaem uma e ganhocorrespondentena outra. A substituiçãoda sequênciade uma fila (receptora) pelade outra (doadora) podeocorrer no processode cópiaque se superpõeà recom¬binação. Esseevento é chamadode conversãogênica.com transferêncianão-recíprocada informação,sendoseu resultadoindistinguível de uma recombinaçãodupla(Fig. 10.14L). No caso.formam-se heterodu-plexos.com invasãode um cromossomo por uma fitade outro, e o receptor copia a fila do doador, como cmsíntesedo tipode reparo.Muitas mutaçõesno geneda 21-esteróidehidroxilase.que levam à hipcrplasiacongénitada supra-renal,decorremda conversãoentresequênciasdo genenormal e de um pseudogene.

m. INCORPORAÇÃODEDNAEXTRACROMOSSÔMICO.VáriostipOSde fragmentosde DNA podemse tornar elementosmóveis(ver Fig. 10.7). Podemser endógenos,geradosporreplicaçãosegmentar(como os Iransposons)oupelatranscriçãoreversado

RNA, formando DNAcomplementar(cDNA),sendochamadosdc retrotransposons. Suainserçãonoscromossomosgerarepe¬tições.Taiselementosmóveis podemtambémser transferidosparaoutros organismos, tornando-seexógenos,com transmissãohorizontal, como os vírus ou as manipulaçõesda engenhariagenética.Algunselementosmóveissão altamente eficientesnapropriedadede transposição,seja por característicasde suassequências(repetiçõesinternasque facilitamas recombinaçõesou terminais que favorecema circularização).ou porconteremgenesda maquinariarcplicativaou recombinatória(iranscriiasereversa,transposasc).Inserçãopor recombinaçãoduplaresultaem substituiçãoda sequênciado sítioreceptor peladoadora;adecorrentede recombinação simplesé maiscomum, envolvendoelementosmóveiscircularizados.

Em bactérias, os elementosmóveis mais freqilcntessão osepissomos,de DNA e com ORI (origem de replicação)própria.demodoquepodemreplicar-seindependentementedoscromos¬somos(plasmídeos)e atingirgrandenúmeropor célula, comoos vírus. Em mamíferos, a rctrotransposiçãoé mais comum.Oselementosmóveisendógenospossuemsequênciasterminaisrepetidas(STR),que facilitama circularização.Algumasinser¬çõesenvolvemsomente cópiasde mRNAcelularesprocessados(retropseudogenes)queusamtranscritase reversaproduzidaporoutros elementos. Outraspodemconservargrausvariadosdesemelhançacomos retrovirus,comperdaparcialde segmentosdc suas sequências;por exemplo,podemmanter as LTR (repe¬tiçõesterminais longas,que contem atividade promotora de

ativaçãogênica),ouas transcribesreversas(comoos retropo-sonsou retrotransposons).

IV.alterações ANAFÁSICASou da otoonese. Resultamem alte¬raçõesnuméricasdoscromossomosprontamenteevidenciadaspelacitogenética.Errosna repartiçãoanafásicados cromossomos, pordefeitona ligaçãodoscentrômcrosao fusoou na disjunçãodosquiasmas.levama gametasnulissômicosoudissômicose, respec¬tivamente.a zigotos monossòmicosou trissômicos(Fig.10.14M).Asmonossomiasresultamem um único alelo(com perdadapossi¬bilidadedeheterozigose)para muitosgenescujaexpressãonormadependeda presençados doisalelosou nosquaiso únicoalelopresentepodeconter uma mutaçãoou estar marcadopaia não-expressào.Qualquerdessassituaçõesexplicariaoaparecimentodemanifestaçõesclínicas.Astrissomlascausamdefeitosporsuperdo-sagemgênicaou alteraçõesregulatórias.Polissomiassão freqílenteapenasparao cromossomoX. Defeitos nacitocinc.scou fertilizaçãomúltiplagerampoliploidias.A triploidiapodeproduzirzigotosviáveis,principalmenteem mosaicos,com anomaliaspormeca¬nismossemelhantes aosdas trissomias.Tecidoscontendocélulasestáveisou perenespodemter subpopulaçõescelularespoliplóidenormais, porparadado ciclo em G, (sem haverdivisãocelular).

Até este ponto foramabordadosaspectosgeraisdo funcionamento dogenoma.Napróximaparte destecapítulo,serácomen¬tadodc que maneiraa descobertadosmecanismos moleculacontribuiparaa compreensãodo aparecimentode doenças.

PATOGÊNESEGENÉTICAAs consequênciasfenotípicasdas mutaçõesdependem

sobretudo,do geneacometido, da sua importânciafuncionalcda intensidadee tipodeanomaliadoprodutogênico.0 sistemanervosoe o desenvolvimentoembrionáriosão os maissensíveisàs genopatias.Quantoàs anormalidadesfuncionais,as mutaçõessãoclassificadascm duasgrandescategorias:( ) mutaçõescomperdaparcialou totalda função:(2) mutaçõescomdisfunção

modificaçãoqualitativaou

ganhoquantitativode função.Asperdasde funçãoincluem a maioria doscasosqueapre¬sentam consequênciasmenores,como oscaracteres chamadosrecessivos.Estesnãosão detectadosnoshcicrozigotos, porqueaanomaliae in um alelopodeser compensadapelafunçãodooutroalelonormal; o defeito, às vezesmuitograve,sóé vistoclinica¬mente quandonãohácompensaçãoporoutro alelo normal, sejanoshomozigotosparao aleloanómalo,sejaemhomensquandoo aleloanómalose situano cromossomoX (como ocorre nahemofiliaA e na dislroíiamusculartipoDuchenne; os homenssão monoalélicosou hemizigotosparaos genesdo X). Comos recursostecnológicoshojedisponíveis,é possíveldetectaroestadoheterozigoto, queé muito valiosoe útilparao aconselha¬mento genéticoe paraa prevençãode recorrênciada anomalia

As disfunções englobamos casosqueenvolvemcaracteresdominantese. porisso, têmconsequênciasmaisgraves.O termo

dominânciaindicaquea existênciade um aleloanómalo,mesmoao ladodo outro normal(heterozigose),produzefeitosfenotí-picosdetectáveis.Oscasosmaisilustrativossão os de proteínasquefuncionamcomodímerosou multímeros,poragregaçãodesubunidades,com efeitoscooperativosentre proteínas.Alte¬raçãoem um asubunidadepodealterartodo o conjunto,como étípicodos colágenose da osteogêneseimperfeita(ver adianteFig. 10.16).Podeocorrertambéma situaçãoinusitadacmquehomozigotosparauina alteraçãotem lesõesmais discretas(omultímero com o mesmo tipo de subunidade anómalaapresentadeficiênciafuncionalparcial)do queos heterozigotos(o multí¬

meromisto tem alteraçãofuncionalmaior:essas alteraçõessãochamadas demutações dominantesnegativas).



298 PATOLOGIA

A lesãonasencefalopatiasespongiformes(kuru,doençadavacalouca, scrapiede ovinose as síndromesgenéticashumanasrelacionadas)parecedecorrertambémde efeitoscooperativosentre proteínas.A mutação produzuma proteínaque adquireconformaçãoespacialanómala,com elevadaestabilidadee capazde induzirsua homóloganormal a assumira mesmaconfor¬mação,comona propagaçãode um estadocristalino .Assim,os aglomeradosprotéicosse acumulame podem,inclusive, sertransferidosparaoutros indivíduos.

Como mostradono Cap.8, váriasdessassituaçõespodemserencontradasno câncer.Muitosestimuladoresda proliferaçãocelularsão produtosde protooncogenes que ficamcontroladospormoléculasreguladoras.Mutaçõesemcertosprotooncogenesos tornam insensíveisaos mecanismosde inibição,o queresultaem proliferaçãocelular descontrolada.Dessemodo, perdaderesposta aos inibidores resultaem ganhode uma outra função,sendoesta a queprovocao distúrbiosistémicoe clínico.

Domesmo modoque cada funçãodependeda atuaçãoconjunta de váriosgenes,há muitos genesqueparticipamdefunçõesde órgãosdiversos(plciotropiaporváriasalternativasde expressãode um mesmo segmento de DNA).A correspon¬dênciaclássica(unívoca) 1 gene-» proteínaou polipeptídeojá está ultrapassadacomo regrageral,havendoambiguidadesemultivocidades( 1segmento de DNA —*vários tiposde produtos;váriossegmentosde DNA— 1 tipodeproduto)frequentes,àsvezesdrásticas.Diferentesdisfunçõesdaa,-antitripsinapodemproduzirdeficiênciade inibiçãodaelastase(resultandoem enfi¬semapulmonar)ou inibiçãoda trombina (produzindosíndromehemorrágica).Disfunções distintasdo genedo receptor celularda tirosinacinasepodemse associara neoplasiasou à doençade Hirschsprung.Hiperfunçãode fatoresde crescimento,àsvezespormutaçãonos seusreceptores,cm geralsc associaaneoplasias;poroutro lado, mutaçõesno receptor do fatorde

crescimentode fibroblastos tipo3, com perdada sua função,levamà acondroplasiaou nanismo clássico.

Noslivros-textodeGenética,as doençasaparecemsubdivididastradicionalmente emmonogênicas emultifatoriais, alémda classedas anomaliascromossômicas.Asdoençasmonogênicasincluemas causadasporalteraçõesem um geneespecífico,sejade padrãoautossômicoou ligadoaocromossomoX,dominanteou recessivo.Emcontraposição,existemas doençasmultifatoriais,nas quaisoaparecimentodasmanifestaçõesclínicasdependeda interaçãodefatoresgenéticoscomcomponentes ambientais.Alémdisso,existemas doençasmitocondriais,quepodemapresentarsegregaçãosimplesnas famílias,semelhanteà das monogênicas,ou maiscomplexa,lembrandoas característicasmultifatoriais.Esseslimites,entretanto,sãoapenasconceituais.Napráticae comoserádiscutidoa seguir,ascondiçõesconsideradasmonogênicasestão associadasfrequente¬mente a fatoresquelhesagregamcomplexidade,sendomuitas vezespossívelfalar-sedeum componente multifatorialdasdoençasmono¬gênicas.For outro lado,distúrbiosmultifatoriaisapresentam, cmdeterminadasfamílias,herançamendeliana.Norestantedo capítulo,serãomostradosalgunsexemplosbuscandoassociar,aoconceitodedoença, diversasfontesgeradorasde complexidade.

MUTAÇÕES CAUSADORASDE DOENÇAA variabilidadegenômicadaespéciehumanaé das menores

entre os gruposde animais,masainda assim éenormefrenteànossacapacidadede estudoda fisiologiae patologia.Os carac¬teres patológicosconhecidoscorrespondema somente um aparcelapequenae muito especialda variaçãototal.Os cercade 10%decasaisinférteise os 50%a 70%de abortamentosespontâneoseprecocessão indicadoresda fragilidadeconstitutivada espécie.Grandeparte dessesinsucessosdevedecorrerde alteraçõesgené¬ticascomplexase letaisparaosgametas.ovos eembriões. Todoesse raciocínioé reforçadopelaobservaçãode quesomente cercadc 5.000caracteresmendelianos(simples)sãoconhecidos.Estima-se quealteraçõesgenéticasocorram emcercade7%dosnascidos

vivos,correspondendoa doençassuficientementeleves parapermitiro nascimentoe ser diagnosticadas(Quadro10.5).Desses

Quadro10.5 Sinopse da nosologia genética prevalente'

Frequência

Tipo dc etiologia genética População geral Enfermarias pediátricas Exemplosmais prevalentes

1. Doençasmonogênicas 1% 6-8%Autossómicasdominantes 7:1.000 Hipercolesterolemiafamilial 1:500

Rinspolicísticostipoadulto1.250Autossômicasrecessivas 2,5:1.000 Anemiafalciformeem negróides1:655

Fibrose císticaem cuucasóides1:2.500Ligadasao cromossomo X 4:1.000 DistrofiamusculartipoDuchcnnc

homens 1:3.500meninosnascidosvivosRetardo mentalligadoao Xfrágil1:2.000homens,1:3.000mulheres

II. HerançamultifatorialManifestaçãoaté 25anos 5.3% 22-31% Errosdc fechamentodo tuboneural

LuxaçãocongénitadoquadrilManifestaçãotardia 60% Diabetemelitodo adulto

HipertensãoarterialIII. Anomaliascromossômicas 0,5% 0,4-2,5% Síndromedc Down 1:600

Síndromedc Klinefelter1:700homensAbortamentosdc 1.° trimestre 50%Anomaliascongénitasmúltiplas 2-20%Infertilidade ou esterilidade 1-10%Retardomental 1-3%Neoplasias muito elevada

•Os dadosapresentadossio consideradosvilidos paratodasas populações.Noentanto, cm populaçõesbrasileiras,asestatísticaspodemtender paravaloresmenoresouintermediáriose com maiorvanaçío devidoa: <1| divcrsilicaçfio regionaldc condiçõessocioeconómicas,com aumento relativodcdoençasinfecciosas,menorIdademídiada populaçãoe menor eficiêncianodiagnósticode doençasgenéticas;(2) miscige¬naçãointensacmpopulaça©uiíbridn(caucasóidcx indígenasx negróides).noscasosde doençasgenéticascomincidênciaétnicapeculiar.



BASESGENÉTICAS DASDOENÇAS299

casos,aproximadamente0.1%correspondea cerca de 400 tiposdedeficiências enzimáticassimples(monogênicas)queproduzembloqueiosmetabólicos,chamadosgenericamenteerrosinatosdometabolismo.Osmaisfrequentesafetamometabolismodeamino¬ácidos(p.ex., fenilcetonúriae doençado xaropede bordo), deácidosorgânicos(acidemiasmetilmalônicae propiônica)e dos

lisossomos.com depósitosde glicosaminoglicanos(síndromesde Hurlere deScheie)ou de lipídeos(doençade Gaucher,leuco-distrofias metacromáticase gangliosidoses).

Além doscasos de herançamendelianaclássica,existemdoençasmullifatoriaisnasquaisa influênciagenéticaé importante,complexa,masnão a única. A complexidadedecorre dapartici¬paçãode certo númerode genes,difícilde enumerar,cm inte-raçãocom fatoresambientais tambémimportantese numerosos.Essegrupodedoençaspodeserdivididoem: (1) oligogênicasoumultigênicas,quandoalgunsgenes(chamadosde locosparatraçosquantitativos,QTL) tem atuaçãoreconhecidamenteforte; (2) poli-gênicas, quandonão se conseguediscriminaros genes;nessescasos,admitc-sequeelessejamnumerosos,cadaum contribuindocom

cenaparcela.

Asdoençaspoligênicassão

subdivididasaindaem caracteres quantitativos,estudadospormétodos estatísticos,comovariânciasecorrelações,e qualitativosou discretos,em quese propõea existênciade um limiardecontribuiçãogenética,acimadoquala anomaliaé detectável(Fig.10.15).

Desempenho funciona l oususcetlbllidade a d o e n ç a

Fig. 10.15Modeloparaexplicara herançamultiíatoriale poligênica.Emtodososcasos,hámuitos locosc rnúlúplasinicraçõesentre fatoresgenéticose ambientais,de modo que a frequênciado caráter tendeà distribuiçãonormal.Oslimiares(linha verticalà direita) separamosgruposcommani¬festaçãoextrema doscaracteres, que podemser anómalos,sejaminfraousuprafísiológicos.A.Paracaracteres quanútaúvos(crescimento corporal.pressãoarterialetc.). os limiaressão demarcados pela experiênciaclínicados observadores.Para caracteresqualitativosou dicotômicos(fissuraslábio-palatinas,estenose pilóricaetc.). a frequênciaé baixanapopulaçãogeralB.Nosparentes próximosdosafetados.tanto a média(linha verticalà esquerda)defrequênciadascombinaçõesgenético-ambicntaispredispo¬nentesàs anomaliascomoa realocorrênciadestas são maiores.

Oscaracteres funcionais determinados geneticamente.nosquaisa participaçãoambientalparecenegligenciável,consti¬tuem minoria.Herançade antígenosoudebandaseletroforéticé consideradaco-dominante.mas não se refereàs funçõesdoselementos;significaque o geneestá presenteou que produziuma proteínacuja existência pode ser detectadapormétodos

físicosou químicos.Suasfunçõesresultamdaatuaçãode váriosprodutosgênicosem cadeiase em teiasontogenéticase meta¬bólicas.sendocomplexosos caracteres funcionais.Alémdisso,quanto maioro númerode genesenvolvidos, maioré tambéma interferênciaambiental,em cadapassodateiae no seu soma¬tório; a complexidadeinterativa cresceexponencialmentecomo número de elementosconstitutivosdo sistema,já que cadanovo elementopodeinteragircom muitosoutros (ver Fig. 10.5).Porisso também, as leismendelianasestãosendoprogressivamente recheadasde exceçõese decasosespeciais,enriquecendmuitoo estudoda genética.Outroaspecto a consideraré que,em geral,a expressividadedos caracteres genéticosé variável.Àsvezes, um caráterpodenãose manifestar(ausênciade pene-trância) por causa deinteraçõesgenético-ambientais ou epis-táticas(entre genes)complexas; note-se que não-penetrâncé diferente de recessividade: esta se refere a interaçõesentrecaracteres alélicos.

Fenótiposaparentementesimples podemconter grandecomplexidadegenética.O exemplodas retinites pigmentosa(RP)ilustrabemessa afirmação.O termo retinitepigmentosrefere-sea um conjuntodedoençasgenéticasdegenerativasdaretina. Nela, os bastonetessão comprometidosinicialmente,levandoà perdada visãoperiférica.Morfologicamente,há alte¬raçãonaestrutura dascamadasda retina, causandoexposiçãodeporçõesdo epitéliopigmentar,o que geraos grumosdepigmentoquedãoo nomeà doença.

Estafoi umadasprimeirasdoençasgenéticasnasquaishete¬rogeneidade de locos foi descrita,combase na observaçãodequeexistemfamíliascom doença deherançaautossômica domnante, outras com herançaautossômicarecessivae outras, ainda,com herançarecessivaligadaao cromossomo X. Naverdadea RP tem sidoassociadaa todosos mecanismosde herançaincluindomilocondrial e ligadaao cromossomo Y, assimcomoa aberraçõescromossômicas.

Nãodeixade ser surpreendenteque um fenótiporelativa¬mente simplescomoRPpossaestar associadoa tanta heteroge¬neidade.Cercade 70genesdiferentesjá foram identificados, osquais,quandoinutados,causamretinite pigmentosa.Alémdisso,genes novossão descritoscontinuamente, levandoa melhorcompreensãoda patologiamoleculardas doençasgenéticaseda genéticaem geral.Oprimeirogenecausadorde RPidentificadofoi o da rodop-sina.Estefoitambémo primeiroexemplode umgeneidenti¬ficadocombasecm umaabordagemdo tipocandidato posi¬cionai; istoé, a regiãocausadora da doençafoi identificadapormeio de estudosde ligaçãoem famílias com RP autossômicdominante.Naregiãoidentificada(3q), já haviasido clonado ogenedarodopsina(fotorreceptordosbastonetes)e, portanto, doponto de vistateórico, um ótimocandidato.A triagemde alte¬raçõesnessegenenos indivíduosafetadoslevouà identificaçãde diversasmutações.Assimsendo,alémdaheterogeneidadedelocos, as RPsão associadasa extensa heterogeneidadealélicaobservadana maioriadosgenesidentificadosaté o momento. As

mutaçõesno geneda rodopsinaquecausamRP foramidentificadas emalgumasfamíliascomdoençaautossômicadominant



300 PATOLOGIA

c, emoutras, comdoençaauiossômicarecessiva:issotomaclaroquedominânciae recessividadesão atributos da mutaçãoe nãodogeneem queocorre.

Emfamílias com RP foram descritosdois novosmecanismosde herança: doença dependentede dois(digênica) e de trêsalelos.Doençadigênica surge quandoduas mutaçõesrecessivascmgenesdiferentesocorrem no mesmo indivíduo. No caso.essasmutaçõesalteramduas proteínasestruturais dos bastonetes.aperiferina/RDSe a ROM1.impedindo-asdc formarun i complexofuncional.O fenótipoassociadoé RP.Já a síndromedc Bardet-Biedlé umadoençaauiossômica recessiva caracterizadaporRP.obesidade,polidactilia.retardomental,distúrbios docres¬cimentoe malformaçõesrenais.Osestudosde ligaçãoem famí¬lias permitirama identificação de pelomenos seis locos dife¬rentes associadosà doença. Durantea triagemde mutações nosdoisgenesclonadosaté o momento.BBS2e BBS6.a maioriadas famílias apresentava doençarecessivaconvencional, comduasmutaçõesem BBS2ou duasem BBS6.Entretanto, foramdescobertasalgumasfamíliasem quesó os indivíduosquetinhamduasmutaçõesem BBS2e umaem BBS6apresentavam o fenó¬

tipoanómalo.Condizentecoma hipótesede herançatrialé-lica, indivíduoscomduasmutações emBBS2.mascomBBS6normal, não apresentavam doença.Essesexemplospermitemque se antevejam mecanismosde interaçãogênica que atuamna herançamultifatorial.

Em resumo, mutaçõesdiferentesem um mesmo genepodemproduzir quadrosclínicos que divergem não apenas naidadede instalaçãoe na velocidadede progressãoda doença,oqueé frequenteem heterogeneidadealélica, como tambémemoutrascaracterísticasmaissignificativas.Por exemplo,muta¬çõesdiferentes no gene da periferina/RDScausam doençasquedivergemquantoao tipode célulacomprometidoinicialmente.Sea mutaçãolevaà degeneraçãodosbastonetes,o quadroclínicoédc retinitepigmentosa:se a degeneraçãocompromete os cones, amanifestação clínica é dc degeneraçãomacular.Além de doençasdegenerativas,distúrbiosfuncionaisnão-progressivosda retinatambémpodemestar associadosao geneda rodopsina.como acegueiranoturna congénitaestacionária.

Genes identificados em modelos animais com manifesta¬çõesquecostumam estar associadasà RP,mesmo na ausênciade manifestaçõesoftalmológicas,devemser consideradoscandi¬datospararetinitepigmentosa.Issofoiobservado, porexemplo.nocamundongoshaker-7,o que levouà identificaçãode muta¬çõesno geneda miosina VIIA como causadorasdc uma forniada síndromede Usher(RP e surdezneurossensorialprofunda).O interessanteé queo camundongotem alteraçõesvestibulares,mas não RP.

MOSAICOSA espéciehumanase situaentre os grandese longevos

mamíferos. No decorrerdas cerca de 10 mitosesqueocorremna vidade um adultoc dasváriasdécadasdefuncionamentodascélulasperenes,comgrandeprobabilidadeformam-semutaçõese recombinaçõessomáticas.Assim, nosso conjuntodc células, apartirdo zigoto,é umclone(uma populaçãodeorigemcomum)masem mosaico, poisé composto por linhagensgeneticamentedistintasque sofreram mutaçõesao longodo tempo.As conse¬quênciasdesse mosaicismosão variadas.Em primeiro lugar, omosaicismopodeser fisiológico,como acontece: ( ) no sistemaimunitário, parageraçãoda diversidadedos anticorpose dos

receptores das célulasT; (2)

na geraçãoda biodiversidade.

Comoos ovosdosmamíferossão regulatórios,gerandoblastô-merosinicialmenteequivalentes,podemsurgirgémeosmono-zigóticos, porseparaçãodessesblastômeros.Ao longoda vida.esses gémeosvão sc tornando algo diferentes porcausatantoda expressãogênicadiferencial(que recebegrandeinfluênciaambiental) comodo mosaicismo;(3)no envelhecimento.Estese associacoma diferenciaçãocelulare garante a renovaçãodos indivíduos na espécie.No entanto, é precisoressaltar queo envelhecimentoencontra-se no limiar entre a fisiologiae apatologia.

Mutaçõessomáticaspodempassardespercebidas,quandoa célulanão se reproduz;podem tambémgerarhiperplasiaseneoplasias,sea capacidadeproliferalivaforexacerbada.Mosaicostardiospodem resultarem lesõeslevese disseminadas (quanda função depende deprodutosdifusíveis.comoos componentessanguíneos),ou focaisou cm placas,se a alteraçãoficarestritaàs células (como nos nevos.placashipoidróticasetc.). Indiví¬duoscom mosaicos somáticosprecoces,comoos que ocorremnos blastômeros.têm lesõesmaisdiscretasdoque aquelesqueapresentam a mesma mutaçãoem todasas células, desdeoovo.

Quandoo mosaicismoacomete osgametócitosjovens(mosaicogonossômieo).a mutaçãopodeser transmitidaaos descendentes,repetidamente,sem que o genitor tenhaherdadoa mutação deseus pais:a frequênciadc transmissãonos heredogramasfogedasregrasmendelianase não é devidaa mutaçõesnovasemcadagamela (Fig. 10.16).

Infecções virais queresultam em integraçãodo genoma dovírus ao do hospedeirosão causascomuns de mosaicossomá¬ticos,algunscancerígenos.Inserçãoviral cmgonócitospareceser rara na perspectivatemporaldas geraçõeshumanas(25anos), mastem importância maiorna perspectivatemporalfilo¬genética(milharesa milhõesde anos).Aproduçãode animaistransgênicosportécnicasde manipulaçãogenética( cirurgiamolecular ) reproduz, de certo modo.as viroses naturaisetem representadopapelmuito importante no estudodas afec¬çõeshumanaspelosmesmosgenesquesão manipuladosnosmodelosanimais.

Menosfrequentessão as quimeras,em que um indivíduopossui populações celulares mistas, pororigem genéticadistinta(o oposto dagemelaridade);oscasosmaiscomunssão dcduplafertilização(doóvuloc docorpúsculopolarsecundário,quesefundemno mesmoindivíduo) e de transferência de célulasentre

gémeosquecompartilhama circulaçãoplacentária.Atravésdaamplificação por PCRdesequênciasespecíficasdo cromossomoY.foidemonstradoquealgumasmeninasquecompartilharam oambientegestacionalcom um gémeodosexomasculinofrequen¬temente possuemcélulas do irmão em sua circulação,mesmo

anosapóso nascimento.

MUTAÇÕESFREQUENTESNumerososestudospopulacionaismostram quecaracteres

patológicosde herançadominante(e os genescorrespondentes)queprejudicama eficáciareprodutivasão excluídosrapidamente;porissomesmo,as doençasfrequentes(p. ex..nanismo) resultamdc elevadastaxas de mutação.Poroutro lado.os de herançarecessivaacumulam-secomo heterozigotosaté um ponto dcequi¬líbriocoma taxadeeliminação,queatua sobreoshomozigotos.Toinando-seumataxa média de ocorrência dos homozigotos (aaou q2) de 1/10.000, obtém-sca frequênciado alelo a (ou q) =1/100.a do alelonormalA (ou p) = 99/100eadosheterozigotos

Aa (ou 2pq)=

2X

AX

a=

2/100.



BASESGENÉTICAS DAS DOENÇAS301

>Tÿ

Fig. 10.16Mosaicismo gonossômicona osteogê-neseimperfeita,deherançaautossômicadominante.A primeiramãenãofoitestadamolecularmentee os afetadosconfluemno único pai. Asbandaseletroforéticassão fragmentosdogenedocolágeno1A1 amplificadosporPCR.O fragmentode inte¬resse tem cercade 220bases (canaleta 1). O aielonormal(N) é clivadoem fragmentosde 153e 63bases(canaleta 2) e o anómalo(OI) em fragmentosde 153e 72 bases (canaleta 3). Os afetadossãohcterozigotos(canaletas4 e 6). Osoutros membrosdoheredogramasãogeneticamentenormais(cana¬

letas5. 7 e 8) nos tecidos somáticos(leucócitose raizde cabelos). Amostras de espermado pai(canaleta 9 esp)mostram ambos osalelos.(Adap¬tadadeNichols.RD.AmJ HumGenet,54:733-40.1994.)

2 (N) 3(OI) 4 5 som 7som 8som 9 esp

220153

7263

A fenileetonúriaé um exemplo dedoençaautossômicarecessivacomfrequênciade 1: 0.000.Apesardo se rconsideradauma doençarara, 1em cada50 indivíduostem uma mutaçãonesse loco.Essesnúmeros indicamque.caso se saibaque umcônjuge é heterozigoto. para fins de aconselhamentogenéticoé essencialtestar o outro paraa heterozigose,combenefícios

evidentesparao planejamentofamiliar.A detecçãode hctero¬zigotosse torna ainda maisnecessáriaem casos de consangui¬nidadedoscônjuges.

Quandoa consanguinidadeé muitopróxima,comonoscasa¬mentos de primosde primeirograu,a probabilidadede haverhomozigosenos filhosé tãoelevada quea procriaçãopodeserde altorisco,mesmo na ausênciade casospréviosde doençascom participaçãogenéticaforteou de heterozigosecomprovadaparaalgunsgenesdeletériosnas famílias,ainda maisporqueas técnicasatuaisconseguemdetectarsomente poucostiposdealeloscom efeito patogênico.

A laxa limitede prevalênciadealelos raros(1%)é, também.utilizadaparaidentificaros chamadospolimorfismosgenéticos.Quandoum locoapresentapelomenosduasformasalélicas,um adelascom frequênciamaiorque 1%, eleé consideradopolimór-fico; nessecaso, levanta-sea hipótesede que algumfator sele-tivoatuou sobreaquelesistemagenético,levandoao aumento dafrequênciado alelomaisraro. No casode doençasrecessivas, afrequênciaelevada deheterozigotosindica queestes são adapta¬tivamentesuperioresa ambos ostiposde homozigotos(heterose,vigorhíbrido). O exemploclássicoé o dahemoglobinaS frenteà maláriafalciparum(osAA sofrem maismalária, os SS apre¬sentam drepanocitoscc os ASnãotêmanemiafalciformec estãoprotegidoscontra a malária). A fibrosecísticafrenteao cóleratambémse comportade modosemelhante:os AAsofremmaisdiarreia,por possuíremgrandenúmerode sítiosna membranaplasmáticasensíveisà toxina;os aa manifestama fibrosecística;os Aa têmdiarreia menos gravee não apresentam distúrbio notransporte de eletrólitos.

Polimorfismo porfavorecimentodosheterozigotosé chamadobalanceadoouequilibradoe atingeníveisproporcionaisàs pres¬sões seletivas.No entanto, pressõesseletivasporagentesexternos(malária oucólera,nosexemploscitados)ou internos(deficiênciasconstitutivasda homozigose)em geralfavorecem, indiretamentos heterozigotos;sua realatuaçãoé principalmentenegativa,forte

sobreosAA ouaa cfracasobreosAa; a

maiorfrequênciadeAa nas

populaçõesdecorrede mortalidade preferencialde ambosos tiposde homozigotos,não de favorecimentodiretodos heterozigotos.

Herança não-mendelianaAsmitocôndriasformamum apopulaçãomuitonumerosa,de

milharesporcélula.Porfaltade mecanismosde reparoexcisionalseu genomaé hipermutávcl. MutaçõesnoDNA mitocondrialsetomam importantes quandopersistemem fraçãosignificativadascélulas,em decorrênciadesua distribuiçãomitótica desigualentre as

cõlulas-filhaa(porrepartiçãoaleatóriaapósa mitose)ou poracúmulosucessivode mutações.Comisso,podemformarmosaicossomá¬

ticosoucontribuirparaoenvelhecimento,pordefeitogeneralizadna produçãode energia.Algumaslesõespodemser transmitidaatravésde gerações,massomentepormulheres(padrãomatrilineaporqueos espermatozóides,emgeral,não transmitemsuas mito¬côndrias),co mo aatrofiaópticade Leber(ver adiante).

METUAÇÃODO DNA:SEXO E MARCAÇÃOGÊNICA

Os efeitos dosexodos indivíduosafetadosou de seusgeni¬tores sobrea manifestaçãodecaracteres genéticossão importantee multifacetados.OcromossomoYcontémgenes determinanteda diferenciaçãotesticular,masestes podem,às vezes, sertrans-locadosparaoutros cromossomos,explicandocasos de homensXX. Uma porçãoterminal do braçocurto do Y é chamadadepseudo-autossômica.porqueé homóloga a outra correspondent



302 PATOLOGIA

doX, com elarealizandouma recombinaçãoobrigatóriaduranteameiose.OcromossomoY é pobreem genese ricoemduplicaçõessegmentares. Em funçãodisso,a investigaçãode doençasligadasa essecromossomoé bastantedifícil.Osgenesidentificados atéomomento estãoenvolvidosna gametogênesemasculina,causandodiversasformas de oligo ou azoospermia.A grandemaioria doscasosé

isolada edecorrede mutaçãonova,geralmente

deleçõesque,em funçãoda infertilidade,não levamao aparecimentodagenealogiacom herançaholândrica (ligadaao sexomasculino).Excepcionalmente,têmsidodescritasfamíliasnasquaisháoligos¬permiacompadrãodeherançaligadaaoY. Nessescasos,os porta¬doresdas mutaçõessão férteisaté cercade 30anos de idade,podendotransmitira mutaçãoantesde se tornareminférteis.

O cromossomo X tambémnão é rico em genes,mas suamonossomia(45,X, síndromede Turner) resulta em até99%de letalidadeintra-uterina,certamente pornecessidadede doseduplade algunsalelosda regiãopseudo-autossômica,incluindoum aproteínaribossômica,alémde outros genesdistribuídos aolongodocromossomo e quenão estãosujeitosà inativação.Atrissomiado X tempoucasconsequênciasfenotípicas,em decor¬rênciada inativaçãoquasetotalde todosos cromossomos X,exceto umemcadacélula.AdissomiadoXem homensresultana síndrome deKlinefelter(XXY), com espermatogênesedefi¬cientee retardomentalemmaisda metadedoscasos.

A inativaçãodo X (e outras marcaçõesgênicas)constituisinalevolutivo típicode mamíferos.Nosplacentários,é alea¬tória sobrequalquerdos X (materno ou paterno)nos tecidossomáticos.Assim, as mulheressãomosaicosquanto à expressãodos genesdos X (cada célulapossuium únicocromossomoXativo, de origemmaterna ou paterna).A aleatoriedaderesultaem

fenótiposequivalentesà

heterozigose,mascadacélula tem

expressãoessencialmentemonoalélica.Comoa inativaçãoocorreno embriãode cercade duassemanas(blastocisto tardio), compequenonúmerode células,podem ocorrerdesviosda aleato¬riedade;nas mulheres,por exemplo,a taxa de um determinadoalclopodeser de60%,cm vezda taxa aleatória de 50%.

O processode inativaçãoé desencadeadoporumgeneexpressoapenas no cromossomo X, que depoisé inativado(XIST, ou transcritodo X inativo); o geneXIST só é ativo antesda inativaçãodo X. Ele não codifica umaproteína,mas umRNA funcional que permaneceligado ao cromossomo Xque oexpressa,desencadeandoo processode inativação.A base mole¬cular da inativaçãodo X pareceser metilação do DNA, queé uma marcaçãorcgulatória. não-mutacional, essencialmentereversívelmas praticamenteestável,poisos clonesformadosperpetuamo estadooriginal(Fig.10.17).Ametilaçãoé iniciadaporevento regulatórioespecífico,massua manutençãoé quaseautomática.Apósa replicação,somente uma das fitasdo DNA

DNA

MutaçãoHemimetilação

=JC

Metilaçãodupla

Replicação / ReplicaçãoNMitose

Metilaçãodupla

A C

Clone mutado Clone normalMitose

Fig.10.17Mutaçãoe marcaçãogênicasomática.A. Mutaçãopontualcmum afitado DNA.Coma replicaçãosemiconservativa,formam-se,emcélula diplóide.um cromossomocommutaçãonasduas fitase um comas duasfitasnormais;oclone mutadoé heterozigoto.B. Marcaçãode umsítiocromossômicopormetilaçãodo DNA.Ametilaçãoé iniciada em uma fita(hemimetilação),e esta estimulaa metilaçãoda outra fita.Coma replicação,são produzidasnovascromátideshcmimetiladas,queestimulama metilação integral; o clonemarcadoé estável.Em uma céluladiplóide,a marcaçãoé heterozigótica .




estámetilada; essahemimetilaçãoé imediatamentereconhecidae induz metilaçãoda outra fita.Se o produtogênicoé difusívele circulante, como os fatorcs de coagulação,as mulhereshete-rozigotaspodemapresentar manifestaçãoleveou moderadadodefeito, quandoa inativaçãoacomete maiorproporçãodos Xnormais.Se os produtossão restritosàs células, as populaçõesmonoalélicaspodemser reconhecidas, porexemplo,comoplacascutâneas na displasia ectodérmiea hipoidrótica ou grupa¬mentos de fibrasmuscularesdistróficas na distrofía muscularde Duchenne.A explicaçãomaisprovávelparaesse achado équeessas mulheres tenhaminativadomaisfrequentementeoalelo normal do que o mutado. A frequênciade mulheressinto¬máticasficaentre 8%e 14% paraa maioria das doençasestu¬dadas,sugerindoquea presençademanifestaçõesestejade fatomaiscorrelacionadacom a inativaçãodoX doquecom a simplespresençado alelo mutado.Além disso,o fenómenoda inativaçãodo X permitiudemonstrara origemclonal das neoplasias,poistumores emmulheresheterozigotasparagenesdoXexpressamsomente um alelo,de forma estávelesemvariação(ver tambémilhas de GC).

O fenómenode marcaçãocromossômicaédeconhecimentoantigo,enquantoo da marcaçãoespecíficade alelosé recente.Embora o número de genesque sofrem marcaçãopareçaserpequeno,já são conhecidos exemplos em praticamente todosos braçoscromossômicos,lendoo fenómenoaplicaçãoclínica.A expressãode genes autossômicosem um indivíduopodedependerdo sexodo genitor,podendoas regrasmendelianasseralteradas.Issosignificaquedeterminadosgenessãoexpressosapenasa partir docromossomo recebidodo paie outros apenasdorecebidodamãe.Essefenómeno éconhecidocomoimpressãogenômica.

A impressãogenômicafoi descobertaa partirda obser¬vaçãode duasdoençascommanifestaçõesclínicasbastantedife¬rentes, a síndromede Prader-Willi(Fig. 10.18)e a síndromedeAngelman, causadaspor deleçõesda mesmaregiãocromossô¬mica:15q11-q13.A síndromede Prader-Willi(SPW)é caracte¬rizadapor obesidade,baixaestatura, retardomental,mãose pés

pequenose, se o pacienteé do sexomasculino,hipogenitalismOs pacientessão geralmenteafáveis,mas sujeitosa crisesdeperdadecontrole.Já a síndromedeAngelman(SA) se caracterizporretardomental, ausênciade fala, ataxia, crisesconvulsivaseacessosde risoimotivado.

O enigmada existênciade doisfenótiposdiferentesasso¬ciadosà deleçãodc um amesmaregiãofoi resolvido com a desco¬berta de que, quandoa deleçãocromossômica é herdada do pai,produz-seo fenótipode SPW e, quandoa perdadc materialgenéticoenvolve o cromossomo transmitido pelamãe,o fenó¬tipoé oda SA(Fig.10.19).Noentanto,nemtodosos pacientescom síndromesde Prader-Willi e Angelman apresentam dele¬ções;algunstêm cariótipoaparentemente normal. Os estudosmolecularesdemonstraramque,nesses casos, é comum que osdoiscromossomos tenhama mesma origemparental,istoé, opacientetem dois cromossomos 15,mas os herdouambos, porexemplo,de sua mãe.Esse fenómeno é chamado dcdissomiauniparental. Ahipótesemaisaceitaparaexplicarsuaocorrêncié queesses indivíduosforamzigotostrissômicosparao cromos¬somo 15e, ao longo do desenvolvimentoinicial, perderamum

dos trêscromossomos,voltandoa serdissômicos.Essefenómenoé denominadorecuperaçãoda dissomiae só provocamanifes¬taçõesse o cromossomo em questãotiver uma regiãosujeitaàimpressão genômica. Se o erro que levou à trissomia aconteceu,porexemplo,nameioseI materna (tambémpoderiaser nameiosepaterna),o pacientepossuiuma cópiado cromossomodo avômaterno e um ada avómaterna, o querecebea denominaçãodeheterodissomlauniparental.Se o defeitoforna meioseII , oindivíduoherdadogenitorem queocorreu a não-disjunçãoduascópiasidênticas; nessecaso,seriamduas cópiasdo cromossomodo avômaterno ou duasdo cromossomo da avómaterna, fenó¬meno descrito como isodissomia uniparental.Alémde reve¬laremcasos deimpressãogenômica,as isodissomiasuniparentaipodem levarao aparecimentode doençasde carátcr recessivjá queo indivíduose torna homozigotoparatodosos genesdocromossomo ou daregiãocromossômicaem questão.Um casomuitoilustrativodessa situaçãofoi verificado emuma menina

Fig.10.18Síndromede Prader-Willi. A. Fáciestípicade um meninoafetado,com 12anosdc idade.B.Mesmo paciente,mostrandoobesidade,

baixaestatura, mãos e pés pequenos.(Cortesia do Prof. Danilo Moretti-Ferreira, Instituto de Biociências, UNESP.Botucatu.)



304 PATOLOGIA

/LNECDIN

l/ pSNURF fl ir/ 3 SNRPN U .i 1 SE

UBE3A

Fig. 10.19A região cromossômica envolvida nas síndromesde Prader-Willi e Angelman,em 15q11-q 13. O geneUBE3Aestá em negrito,poisé o único expressoa partir do cromossomo materno. Os demaisgenes,NECDIN, SNURF, SNRPN, PAR5 ePAR1 são expressosapenasa partir do cromossomopaterno. IC = centro de impressão;SA SR O= menor deleçãoencontradanospacientescomsíndromede Angelman.Mutaçõesnessa regiãoimpedema virada meióticado padrãode impressãode paterno paramaterno; SPWSRO = menor regiãodeletadaem pacientescom síndrome dePrader-Willi.Mutaçõesnessa regiãoimpedema transiçãomeióticado padrãode impressãomaterno paraopaterno, e vice-versa.

com fibrosecísticaquepossuíaa mutaçãoAF508cm dosedupla(homozigota).Suamãeera heterozigota,ouseja, possuíaapenasuma mutação AF508, e seu pai não possuía nenhuma mutação.Estudoscom marcadoresmolecularesdo cromossomo7, ondese encontra a mutação,revelaram que os doiscromossomos 7da meninaeramcópiasidênticas(isodissomia) do cromossomo7 da mãe, que continha a mutação.

Todosessesdadossugerema existênciadegenesexpressosapenasa partirdocromossomodeorigempaternae outros apenasdocromossomode origemmaterna. Essadescobertacolocaques¬tões muito interessantesdo ponto de vista biológico: como acélulaidentificao cromossomo queveiodo pai e o queveio damãe?Dequemaneirao padrãodemarcaçãodo sexode origemdocromossomo é revertidoao passarpelameiosede um indivíduodo sexooposto?Como funcionaa regulaçãodaexpressãogênicanessasregiõese qual a basemolecular da inativaçãoespecíficade alelos?Quãofrequenteé a impressãogenômica?Aos poucos,as respostasa essas questõesestão sendoencontradas.

A base bioquímica da inativação alélica dependente daorigemparentalpareceser a mediaçãode citosinas.A região 5q -q 3 medecercade 5 Mbe contémmuitosgenes(Fig.10.19).A regiãopodeserdivididacmtres sub-regiões,umamaisproximal, contendo genesexpressosa partir do cromossomopaterno, a central, ondeexistemos genesde origem materna, ea distai,cujosgenesnão estãosujeitosà impressãogenômica.

Mutaçõesde ponto foramdescobertasemum dosgenesdaubiqui-

tina3A (UBE3A), na regiãoexpressaa partirdo cromossomomaterno; portanto,este pareceser o genecausador dasíndromede Angelman. A UBE3A é expressa a partir dos dois cromos¬somosem fibroblastose linfoblastos, mas sujeitaà impressãogenômicaem outros tecidos.Mutaçõesde ponto nunca foramidentificadasem qualquerdos genesda regiãoexpressaa partirdo cromossomo paterno; portanto, é possívelque as manifesta¬çõesclínicasnasíndromede Prader-Willidecorramda perdadeatividadede um conjuntode genese não de um único,consti-tuindo-seassim umasíndromede genescontíguos.

O estudo de deleçõespequenaspermitedefinira chamadaregiãomínima de sobreposição(smallerregion ofoverlap—SRO),quecorrespondeao menorintervalodeletado.Emtodosos casosda síndromede Prader-Willi, há perdade pelo menosparte daregião5' dogeneSNRPN(desmallnuclearribonucle-oproteinA). Esse genecodificauma proteínaque faz parte docomplexo RNA-proteínaresponsávelpelaexcisãode introns.Acredita-sequeesse defeitoacarrete deficiênciade algumasproteínas hipotalâmicas.

Quandoumindivíduodosexomasculinotransmiteocromos¬somoque herdoude sua mãe,é necessáriotransformá-loparao padraopaterno(mat—>pat).Quandoumamulhertransmiteocromossomo que herdoudo seu pai, precisatransformá-lo emmaterno (pat—»mat). Esseprocessoocorre na gametogênese.Aanálise depequenasdeleçõeslevouà identificaçãodo centro que

regulaa impressão genômica(Fig. 10.19).




Oestudode rarasfamíliasportadorasde mutaçõesno centrode impressãolevaa um ahipótesesobreseu funcionamento.Taismutaçõesimpedema troca do padrãode impressãoe, portanto,só resultamem manifestaçãoclínicana prolequandoo genitoré do sexooposto ao padrãode impressãodo cromossomo queestá transmitindo.Porexemplo,se uma mulheré portadoradeumamutaçãono centro de impressãoe a transmiteparaseusfilhos,os filhosde suas filhasserãonormais,enquanto aproxi¬madamentemetade dosfilhosde seusfilhos,osquereceberemocromossomoondea troca depadrãode impressãonãofunciona,terásíndromede Prader-Willi.

Háváriosoutros exemplosde impressãogenômica.incluindoa síndromede Beckwith-Wiedemann, de transmissãomaterna.e os paragangliomashereditários, de transmissãopaterna.

Modelo de efeito de dose: doença deCharcot-Marie-Tooth

A doençadeCharcot-Marie-Tooth(CMT) é a neuropatiaperi¬féricahereditáriamaiscomum, acometendocercade 1:2.500indiví¬

duos.Amaioriadoscasosde CMT1Aé causadapormutaçõesemPMP22.A PM1*22{peripheralmyelin protein-22)é uma proteínade membranaexpressa abundantementenosistemanervosoperi¬férico.Trêsdoençasdiferentessãocausadaspormutaçõesno genedaPMP22:a doençadeCharcot-Marie-Tooth.tipo1A (CMT1A),aneuropatiahereditáriacomparalisiasdcpressão(NHPP)c a doençade Déjérine-Sottas(DDS).O geneda PMP22está localizadonocromossomo17pl1.2,em umaregiãode cercade 1,5 Mb. queé sujeitaa duplicaçõese a deleções.Quandoocorreduplicação,resultandoem trêscópias funcionaisdo gene,o indivíduo apre¬senta doençade Charcot-Marie-ToothIA.Já o portadorde umadclcçãonessa região,isto 6, aquelequetem apenasum acópiadogeneda PMP22,apresentaaneuropatiahereditáriacomparalisiasdepressão.Aspessoasquetêmmutaçõesdc ponto nessemesmogeneapresentam a neuropatiahipertróficaou doençade Déjérine-Sottas(Quadro10.6,Fig.10.20). É interessantenotar queessas doençastêmfenótipossemelhantes,ou seja,tanto o ganhoquantoa perdadefunçãolevama um quadrodeneuropatiadesmielinizante.Supõe-sequea diferençade manifestaçõesclínicassejadevidaa umbalançoanormalnoscomponentesda mielina. Porouuolado,as doençasdeCharcot-Marie-Tooth1A e de Déjérine-Sottasapresentamhete¬rogeneidadedc locos;ambaspodemser causadaspormutaçõesemoutros genes(p.ex.,MP2 e PRX). Em cercade 1091ou maisdasfamíliascom CMT1A. adoençaécausadaporduplicaçõesdenovo,a maioria delasde origem paterna.

Modelo de efeito de posição: dlstrofiamuscular fácio-escápulo-umeral

A expressãogênicanão ocorre de maneirahomogéneaaolongodoscromossomos,parecendoestar suprimidapróximodocentrômero,lelômeroou grandesblocos heterocromáticos.Umexemplode doençaprovocadaporalteraçãona posiçãodogene

no cromossomo é a distrofiamuscular fácio-escápulo-umerO gene foi mapeadopróximoao telômero dobraçolongodocromossomo4, sendoa doençaprovocadapeladiminuiçãodotamanhode uma repetiçãoqueseparao genedo telômero.Trata-se de uma repetiçãode um monômero de 3.2kb. Em pessoasnormais,a regiãocobertapelarepetiçãoé maiordo que30kb.ao passoque,nos afetados,fica entre 14e 28 kb (Fig. 10.21).Diversos pacientestiveram o genesequenciado,mas nenhumoutro defeitofoi identificado,sugerindoquea base moleculadadoençasejarealmentea inativaçãodogenepelaproximidadcom o telômero.

Herança multifatorial e monogênicaO termo herançamultifatorial é comumente aplicadoa

característicasou condiçõesclínicasqueapresentamsegregaçãode modo diferente do padrãomendeliano. Podemapresentarvariaçãocontínua napopulação,como estatura, ou descontínuacomo malformaçõescongénitas.

Distúrbiosou doençascomherançamultifatorial são maisfrequentesdo queos monogênicos.O conceitode multifatorialimplicaa concomitânciade diversosfatorcsgenéticose múlti¬plosfatoresambientais.Os grausc tiposdc interaçaogenoma-ambientee os erros de medidasão de detecçãomais difícil.

Caracteristicamente, diversosgenes estãoenvolvidos. Acontribuiçãode cada alelo variadc um indivíduopara outro.ou seja, dependedo genomaondeeste aleloestá inserido, mastambémdecorrede outros fatoresbiológicosmaisgerais,comosexoou idade,alémda influênciadecondiçõesambientais.Comoos alelospresentesrefletema história evolutivade cadapopu¬lação.o mesmo fenótipo podeter basesbiológicasdistintasempovosdiferentes.Alémdisso,pacientescomummesmofenótipocomplexo,como um tipode câncer,porexemplo, podemapre¬sentá-loem funçãode predisposiçãoconferidapordiferenteconjuntosde genes.

O estudodas doençasmonogcnicasajudaa compreenderoqueacontece nasmultifatoriais.Afinal, os alelosquecompõemas basesgenéticasdas característicascomplexastambém podem

Quadro10.6 Espectro dc doenças co m mutações no gene PMP22

Doença

Idadedc inícioManifestações

clínicas principais

Especificidades

Mecanismodcherança

Genescausadores

Charcot-Marie-Tooth IA

12 anosneuropatiaperiférica

A i)

PMP22.MPZ.PRX

Neuropatia hereditária comparalisias de pressão Doença de Dcjérinc-Sottas

15 a 20anospés cavos, escoliose, surdez

paralisiasdesencadeadasporfatoresmecânicos,naturezaepisódica: mulheressão menosafeiadas

AD

PMP22

muito variadanistagmo, fraquezamusculargeneralizada.

atrofiamuscular, fasciculações,alteraçõessensoriaisdistais, pés cavos,cifocscoliose

períodosdc exacerbaçãoc remissão;alargamentodas raízesnervosas:envolvimentodos nervos cranianoseespinhaisà miclografia

ADARPMP22.MPZ, PRX.ERG2

AD * AUtofciàiiucaòotiunaxUe:AR ~~ uutoccõmica recess iva .



306 PATOLOGIA

© © ©Normal

Duplicaçãosegmentar

GenedaPMP22

CMT1A

NormalDeleçãosegmentar Normal

Mutaçõesdiversas

NHPP DDS

Fig. 10.20O genedaPMP22{peripheralmyelinprotein-22) situa-seemregiãosujeitaa duplicaçãosegmentar. O númerode cópiasnormal é umapor cromossomo.Havendoduplicaçãosegmentar em um cromossomo,o indivíduotem a doençade Charcot-Marie-Toothtipo IA (1); havendodeleção,o fenótipoé da neuropatiahereditáriacomparalisiasde pressão(2); se o número de cópiasé normalmasexistemutaçãoem umaouambasas cópias,o quadroclínicoé da doençade Déjérine-Sottas(3).

Alelonormal

Gen©0

Q 16

15.315.114131212

13

212224

26

27

28

31.131.33233

3435

Q 16i5.3 Alelo causadorda]5 ] distrofia musculari3 fácio-escápulo-umeral12

1213

212224

A redução do númerodecópiasda repetiçãosubteloméricaaproxima o gene dotelômero, causandosua inativação

Telômero

Fig. 10.21Um arepetiçãoseparao geneda distrofiamuscularfácio-escápulo-umeral(FEH) do telômero.

Quandohá diminuiçãono númerode

cópiasda repetição,o genedaFEHé inativadopela proximidadecomo telômero.



BASESGENÉTICASDASDOENÇAS 307

apresentardominância,cpistasia,estar sujeitosa impressãogenô-mica, pcnctrânciaincompleta, expressividadevariável, heteroge¬neidadede locosou alélica, mutação,alémde todosos níveisdeinteraçãoexistentes entre as moléculas de um organismo.

COMPONENTE MULTIFATORIAL NAS

DOENÇAS MONOGÊNICASUmadascontribuiçõesimportantesdapesquisabásicaparaacompreensãodasdoenças chamadasde monogênicasé noenten¬dimento das fontesde variaçãonas manifestaçõesclínicase naresposta terapêutica.A fenilcetonúriasemprefoiconsideradaumexemploclássicode umadoençagenéticasimples.Entretanto,um olhar alento aos diversosníveis de caracterizaçãodos fenó-tiposque constituema doençapõeem evidênciauma comple¬xidadeinesperada.

O termo hiperfenilalaninemia(HPA)englobatodasas condi¬çõesclínicasemqueexistemníveisanormalmentealtosdefenila-lanina. Na maioriadas vezes,o defeitoresidenaenzimarespon¬sávelpelaconversãoda fenilalaninaem tirosina,a fenilalaninahidroxilase(PAH). Cercade 2%dospacientescom hiperfenila¬laninemiaapresentamdefeitos na sínteseou na regeneraçãodatetraidrobiopterina,queé o co-fatorda fenilalaninahidroxilase.Atua mente, o termo fenilcetonúria (PKU) é reservadoparaashiperfenilalaninemiascausadaspor deficiênciada fenilalaninahidroxilasecom fenótiposuficientementegraveparanecessitarintervenção. Otratamento da PKU consisteem dietarestritaem proteínas,suplementadapor uma mistura de aminoácidossem fenilalanina.alémde vitaminase sais minerais.O inícioda dietanas primeirassemanas de vidapermiteprevençãodoretardo mental.Poristo,a fenilcetonúriatem sido alvoconstantedos programas de triagem neonatal, o que levou ao acúmulo deumaquantidaderelativamentegrandede informaçõessobreadoença.Com padrãode herançaautossômicorecessivoc inci¬dênciamédiade 1:10.000em populaçõescaucasianas,a fenil¬cetonúria apresenta variaçãoquanto ao nível de retardo mentalnos pacientesnão-tratados,à presençade epilepsia,aos níveis

séricosde fenilalaninaantes da introduçãoda dieta,à respostaà sobrecargade fenilalaninae à própriadieta.

O genótipono locodafenilalaninahidroxilaseé o principadeterminante dos níveis plasmáticos de fenilalanina e, conse¬quentemente, da variaçãofenotípicaobservada.Mais de 460mutaçõesjá foramdescritasnessegenee, portanto, a maioridos pacientesé heterozigotacomposta. Muitos genótipossãode ocorrência rara e, em função disso, as correlaçõesfenótipo-genótiposãodifíceisdeestabelecer.Poroutro lado, a formaativada enzimaé tetraméricae as interaçõesentre subunidadescommutaçõesdiferentes não são facilmenteprevisíveis.

Outra fonte de variaçãofenotípicaé a tetraidrobiopterique é co-fator também das enzimastirosina hidroxilase, trip-tofanohidroxilasee óxido nítricosintetase.Portanto,tanto afenilalaninaquanto a tetraidrobiopterinaocupampapéiscentraisno metabolismo, participandoumaou outra na síntesede tiro¬sina,serotonina,dopamina,adrenalina,noradrenalina,melaninamelatonina,óxidonítricoe dos hormôniostircóideos,triiodotronina e tiroxina (Fig. 10.22).

Há aindaoutros fatoresquepodemcontribuirparaa variação

fenotípicaencontradana fenilcetonúria, comodiferençasindi¬viduaisem outros níveisde processamento da fenilalaninabsorçãointestinal, captaçãohepática,incorporaçãocm proteínac transporte através dabarreira hematocncefálica. As fontes devariaçãoincluemaindao estadometabólico, como o relacio¬nadoao crescimento, exercícios,febre, infecçõese gravidez. Àmedida que a compreensão.sobreas fontesde variaçãofenotí¬picana doençase amplia,outras possibilidadesde abordagemterapêuticatêmsidopropostas.Umadelasteveporbasea obser¬vaçãode quea fenilalanina,assimcomoosdemaisaminoácidograndese neutros ou hidrofóbicos (arginina.histidina, isoleucina,leucina, metionina.tirosina. treonina.triptofanoc valina), sãotransportadosatravésdabarreirahematoencefálicapelomesmoreceptor. Comoeste tem

maiorafinidadepela fenilalanina, o

aumento desteaminoácido levaa uma reduçãodos níveisintra-encefálicosdosdemais.Dessamaneira,a síntesedosneurotrans-

FENILALANINA TRIPTOFANO ARGININA

PAH BH4

Fumaratoacetato

Tirosina

Triiodotironina(T3)Tiroxina(T4)

Dopamina

/ \

BH4 TrH

Serotonina

Noradrenalina Melanina

BH4 NOS

NO

Adrenalina

Fig.10.22Papelda fenilalaninae daBH4no metabolismo.Umaou outra estáenvolvidadiretamentena síntese detirosina,dopamina,serotoninae óxidonítrico.Alémdisso,participamdas vias metabólicasqueoriginamadrenalina,noradrenalina.melanina,triiodotironina(T3) e tiroxin(T4), entre outras. PAH= fenilalaninahidroxilase;BH4= tetraidrobiopterina;TirH = tirosinahidroxilase; TrH= triptofanohidroxilase:NOS

= sintetasedo óxido nítrico; NO = óxido nítrico.



308 PATOLOGIA

missorcsquepossuemalgumdos aminoácidosdestegrupocomoprecursores,comoa serotonina,assimcomoa sínteseprotéicacerebral,ficamprejudicadas(Fig. 10.23).Combase nisso,temsidoproposto que tais aminoácidos,particularmentetirosinactriptofano,sejamsuplementadosem dosesmais altasdo que ousualem pacientescom fenilcctonúria.

Por outro lado,foi observado quedeterminadospacientescom deficiênciade fenilalanina hidroxilaseapresentam melhoraclínicaquandorecebemtetraidrobiopterina.É possívelque asuplementaçãodoco-fatorinduzamaioratividadedaenzima,jáqueosefeitosbenéficosocorrem em indivíduos quetêmalgumaatividaderesidualda fenilalaninahidroxilase.

Tantoa associaçãoda tetraidrobiopterinaquanto a suple¬mentaçãode doses maisaltasdos aminoácidosdo grupo rela¬cionadoao receptor da fenilalanina permitemaospacientescomfenilcetonúriaum adieta bemmenosrestrita do que a usual.Éinteressanteregistrarquehouverelatode melhorada depressãoem pacientescom fenilcetonúria com ambasas estratégiastera¬pêuticas.Esteachadoaguardaconfirmação,já queo número decasosestudadosatéo momento é pequeno.

A Fig.10.24apresentaumsumáriodo componente mullifa-torial navariação fenotípicada fenilcetonúria.A melhorcompre¬ensão dasfontesde variação fenotípica começaa apontar algum

graudepersonalizaçãonotratamento dafenilcetonúria,ouseja,torna-se possívelvislumbrarque,aos poucos,sejapossívelescolheresquemasterapêuticosmaisbem adaptadosa cadapaciente.

COMPONENTE MONOGÊNICO NAS

DOENÇAS MULTIFATORIAISÀ medidaque crescea expectativade vidada populaçãohumana,aumenta a frequênciadas enfermidadesassociadasaoenvelhecimento.Trêsdoençasatingemfrequênciasparticular¬mente elevadas: oscânceres,a doençade Alzheimer(DA)e adegeneraçãomacularrelacionadaà idade.A seguirserá discu¬tidaa doença de Alzheimer,o que se justificanao sé pelaaltafrequência,mas tambémpelariquezacomo modelode doençamultifatorial queesta oferece.

Doença de AlzheimerA doençade Alzheimeir (DA) acomete cercade 1% a 5%

das pessoasantes dos 65anosc de 20% a 40% apósos 85 anos,

gerandoestimativasdegastoentre 40e 100bilhõesdedólaresporano nos EUA. A doençacomeçacomperdade memóriarecentee evoluicomdisfunçõescognitivase emocionaismaisamplas.

Fig. 10.23 Os aminoácidostirosina,triptofano,melionina, isoleucina,treonina,valina.leucina,histidina, argininac fenilalanina(AaRRF,aminoácidos relacionadoscomo receptor dafenilalanina, aquirepresentadosapenasalguns)cruzama barreirahematoencefálicaatravésdeumreceptorcomum,qu e temmaisafinidadepelafenilalanina.Consequentemente,os níveisintra-encefálicosde fenilalaninacm indiví¬duoscomPKU são aindamais altosdoquenosangue.

SISTEMANERVOSOANGUE

Receptor

<ÿ>Fenilalanina LJ Triptofano

Tirosina Valina

o o

Leucina

Isoleucina



BASES GENÉTICASDASDOENÇAS309

DescritoresfenotípicosemHPA/PKUEnzimático,metabólico e cognitivo

Fontesde variação

Componente multifatorlalis Outrostocosque afetam

absorçãoIntestinalcaptaçãohepáticapassagempelabarrelia

hematoencefálicasíntesee degradação da BH4

V Influênciasambientaisdietaestadofisiológico

Fig. 10.24Fontesdevariaçãofenotípicanafenilcctonúria. HPA/PKU=hiperfenilalaninemia/lenilcetonúria;BH4= tetraidrobiopterina.

Alteraçõessensoriaise motoras são raras.O processopatológicose caracterizapor degeneraçãoe morte progressivadosneuróniosdo hipocampo,prosencéfalobasale córtexassociativoposterior.regiõesenvolvidascom aprendizado,memóriae comportamentosemocionais.Os achadosde ncuroimagensobtidasporressonâncianuclear magnéticafuncional permitemestabelecero diagnósticode DA com uma margemde certeza de aproximadamente95%.Entretanto,o diagnósticodefinitivoaindadependedo estudoanatomopatológicodo cérebroe é baseadona tríadeclássica:( 1)placasseniscontendo(3-amilóide;( 2) emaranhadoneurofibrilar,contendoa proteínatau; (3) perdaneuronalnohipocampoe áreas

corticaise subcoriicais(verFigs.25.90, 25.91,25.92).Algumas características daDA dificultam a análisegené¬tica: início tardio, alta frequência,diagnósticodiferencial difícile heterogeneidadegenética.Os estudosde famíliasacometidaspermitirama identificaçãode doistiposclínicos:precocec tardio.A formaprecocecomeçaantes dos65anosde idade,corresponde

a cercade 10%doscasos e tem herançaautossômica domnante. Naformatardiasão frequentesos casosesporádicos,semrepetiçãofamiliar.O cursoda doençana formaprecocetendeaser maisrápido.A formatardiatem duraçãoentre 5 e 15anos.Recentemente,a expectativamédiadevidaapóso diagnósticofoiestimadaem 4,2anosparahomense 5.7 anosparamulheres.Ocursomais rápidoemhomensécondizentecomherançamulti-fatorial.Umavezqueo sexodemaiorocorrênciageralé o femi¬nino, homensafetadosprecisamter mais alelospredisponentee, consequentemente,têma doençamaisgrave.

Nas famíliascomDAde iníciotardio,o riscode desenvolvimento da doençaao longoda vida, parafilhosdeafetados.é de86%Esteriscoé superiorao esperadoem caso dedoençaautossômicdominantec poderiaser explicadopelaco-segregaçãodentrodessasfamíliasde doisou maisalelos dominantesou porherançamultifatorialcom alelospredisponentesaltamenteprevalentes,ou ambos.Algunsestudosidentificam comomelhoresmodelosherançaautos¬sômicadominanteem mulherese multifatorialemhomens.Outromodeloproposto foi o autossômicodominantecom penetrâncicompleta emmulherese de cercade 62-65%emhomens.

O evento primário,que se supõeser o desencadeadordadegeneraçãoe da morte neuronal, é o aumento da produçãoea agregaçãoda (3-amilóide(P~A).Nesseprocesso,são geradosradicaislivres, levandoà peroxidaçãoda membranae à interfe¬rência na funçãode transportadorestransmembranososde íonse glicose, o que torna os neurónios maissensíveisà exotoxicidadee à apoptose,

A proteínaprecursorado amilóide (APP) sofreduascliva¬gens sequenciais.Inicialmente, o complexoenzimático da (3-secretase cliva a APPna regiãoamino-terminal,gerandoumfragmentogrande,queé secretado(sAPP(3).e outro menor,quepermanece presoà membrana(CTF{3).Esteé entãoclivadopor7-secretascs,gerandopeptídeosde tamanhovariado.Os mais

importantes parecemseroAp40 e o A$42(o númerose refereaonúmerode aminoácidos nospeptídeos)e o CTF7(Fig. 10.25).Algunsdeterminantesda atividadedas secretasesjá foram

identificados, como as pré-senilinas1e 2 (PS1e PS2), APH1Ae APH1B,PEN2 e nicastrina,entre outros. As pré-senilinas1 e2 foram identificadaspormeiodc clonagemposicionaiem famí-

Componente mendeliano

Variaçãoalólicanoloco principal

Variação fenotípica

Fig. 10.25Processamentoda APP

(proteínaprecursorado amilóide)pelassecretases.

Inibidoresdop-secretase

CITOPLASMA

Inibidores dav-secretase

Redutor seletivode A042

Inibidoresde agregação/desagregadores de fibrilas

A£40(>80%)



310 PATOLOGIA

liascomDAde inícioprecoce.Estudosde triagemde mutaçõesnessasfamíliasidentificaramalteraçõesnos genesda PS1cm50-70%doscasos,daAPPcmcercade 15%e, maisraramente,da PS2.Portanto, a DA de início precocetem um componentemonogênicoimportante.A contribuiçãodessas mutaçõesvariaconformea população.Em algunsestudos, mutaçõesem APP,PS1 e PS2explicamapenas50% da DA de início precoce.Apenetrânciadas mutaçõesemAPPe PS1 em pacientecom maisde61anosé muitobaixae, consequentemente,estesgenespoucocontribuempara aDAde iníciotardio.

A PS1 estáenvolvidana clivagemde outras proteínas,comoo receptorNotch,queparticipaem importantespassosdecisó¬rios do desenvolvimento.Mutaçõesem PS1 de D. melanogasterinibema transduçãode sinaisviaNotch, levandoa um mutanteletalcaracterizadopor distúrbiosda organização neuronal.Doisligantesde Notchsãoclivadospela7-secretasee,possivelmente.atuam comofatoresde transcrição.Alémdisso,a PS 1 formacomplexoscomo sistema cadenina/cateninas,aumentandoaligação célula-célulanasjunções sinápticas.Camundongossemo gene(knock-out ) paraPS 1, recuperadospelaadministraçãode

PS1nosistemanervoso, desenvolvemcâncerde pele,sugerindoque a PS1participada modulaçãode outras viasde transduçãode sinais.Diversosoutros ligantesdaPS têmsidoidentificados,indicandonovasfunçõesno SNCe fora dele.

PS e PS2diferemquanto ao momento de expressão.Osníveisde PS1 são altosna vidaintra-uterina,decrescendoapóso nascimento, quandose elevamos de PS2.Enquantomutaçõesna PS1 na DA acarretam ganhode função,ou seja,aceleramaproduçãoda (3-A.os níveisde PS 2estãodiminuídos. Tem sidosugeridoque inibiçãodo metabolismode energiaem respostaao processo patológico diminuiria os níveis de PS2.

GENES DETERMINANTES VERSUS GENES PREDISPONENTES. Asmutaçõesem APP, PS1e PS2na DA de início precocesão consi¬

deradasdeterminantes, ou seja, as pessoasque possuemessesalelos desenvolverãoa doença.NaDAde iníciotardio,os genesenvolvidosconferemgrausvariadosde suscetibilidade.Ocompo¬nente genéticoprincipalpareceseraapolipoproteínae (Apo e),um transportadordos lipídeos que compõemas lipoproteínasde densidademuitobaixa(VLDL).Os lipídeosligadosà Apoeentram na célulaatravésdos receptores da lipoproteína debaixadensidade(LDL) e outros receptores. A Apo e tem três alelosquediferem entre si por substituiçõesde aminoácidos nas posi¬

ções 1 12e 158(Fig. 10.26). Apoe3 é o alelomaiscomumemcaucasóides,sendoos demaisconsiderados variantes.O aleloApo c4 apresenta ligaçãonormalao receptor, mas está asso¬ciadoa altosníveis plasmáticosde colesterol e LDL.Já o aleloApoe2 liga-se pouco ao receptor. O genótipo Apo e2/Apoe2é o maiscomumente associadoà hiperlipoproteinemiado tipoIII.AApoe é expressaem maioresquantidadesno fígadoe nocérebro,sendoa principalapolipoproteínado liquor.

O aleloApo e4 estáassociadoà DAde início tardio familialou esporádica,à esporádicadc início precocee à familial semmutaçõesna APPou nas pré-senilinas.Em populaçõescauca¬sóides,estima-sequecontribuacom até 50%dasuscetibilidadeparaDA.Jáosdadosemafro-amcricanose emlatinoamericanosresidentesnos EUAsão conflitantes, pelamenor contribuiçãodo aleloApo e4.

CadaaleloApofAcontribuiantecipandoa idadede início emseis a oitoanos,quandocomparadoaos alelosApoe3, enquantocadaalelo Apoe2 atrasa o inícioda doençaem seis a oitoanos.Portanto, o aleloApo e2 é um fatorde proteçãogenético.Temsidopropostoqueo aleloApofA acelereadeposiçãode [3-A.Entre¬

tanto. muitosdos indivíduosquepossuemApo e4 não desenvolvema doença ecerca dc 50% daquelescom DA não têm este alelo.Portanto,a tipagemnãodeveserusadacomo preditiva,masapenascomoum dadode laboratórioem pacientesquejá têmmanifesta¬çõesclínicasdadoença.Um avezdesencadeadooprocesso,a morteneuronalvaiocorrerporumasériedemecanismos,envolvendoalte¬raçãodahomeostasiado Ca' , estresse oxidativo,excitotoxicidade,depleçãode energia,inflamaçãoe apoptose.

proteína tau. Durante muitosanos se discutiu qual seria oachadomorfológico inicial da doença,se o encontro de depó¬sitosneurofibrilares daproteínatau ou as placasde (3-A.Osargumentos a favorda proteínatau são que a concentraçãodeemaranhadosà autópsiacorrelaciona-semelhorcoma gravi¬

dadeda DA do que a quantidadede placas.Além disso, algunspacientestêm demênciafrontotemporalsemplacasde 3-A.Osprincipaisargumentos quefavorecema cascata da (3-Asurgiramcom a descobertade que mutaçõesnos genesda APP.PS1 ePS2 levam à DA. A proteína tau é uma proteína do citoesque-letoque regulaa polimerizaçãodos microtúbulos.Estudosemcamundongostransgênicosqueexpressamum amutaçãocm taue superexpressamAPPtrouxeram resultadosinteressantessobrea interação dessas proteínas. O duplo mutante tem maisemara-

AlelosApo 6

112 15882

Cisteína Cisteína

83Cisteína Arglnina

84Arginina Arginina

Fig. 10.26Osalelosdaapolipoproteínaf, diferementresi apenaspelosaminoácidos existentesnas posições112c 158.



BASESGENÉTICASDA SDOENÇAS 311

nhadosneurofibrilarese estes aparecemem maisregiõesdo queno camundongomutante apenaspara tau. Isso sugereque a (3-A estejaenvolvidana formaçãodosemaranhados.Já o camun¬dongoknock-out que superexpressaa [3-A tem manifestaçõesneurológicassemelhantesà DA antes mesmo de ter as placas.Alémdisso, os níveisde {3-A42e as protofibrilassurgemcomomanifestaçãoinicialda doença.A placaseriaapenasa lápidedo neurônio.

papel da p53. A apoptoseé vistageralmentecomoo modolimpode a célulamorrer, porquenão tem efeitonegativosobreas células emvolta,não provocandoreaçãoinflamatória.A scncs-cênciareplicativa.ouseja.a paradada proliferaçãodecélulasemcultura, tem sidoestudadacomo modelode envelhecimento.Nãoestáclaroquaisprocessosestãoenvolvidosna perdade funçãoda p53em célulasem culturaque entram em senescência.Foiproposto quesejammodificaçõespós-síntescquealterama açãoda p53nessascélulas,envolvendosuadesestabilização.Quandoa expressãodep53é estimulada,ascélulasemculturarecuperamsua capacidadede entrar cm apoptose. sugerindoqueas rotas

metabólicasna sequênciada p53estejam íntegrasnascélulas emsenescência.Na DA haveria perdada capacidadeda céluladefazerapoptose dependentede p53e, consequentemente,ocorrerianecrose.Segundoalgunsestudos,o desenvolvimentoda DAseriapotenciadopor alelosmenos eficientesde p53.

out ros fatores de r isco genét ico. O risco de desenvolverDAdobraquandoexistem altosníveisdc homocistcínaplas¬mática.A menopausaé fatorpredisponente, poisos estrógenosretardamo inícioe diminuema progressãoda DA.Tambémháinteraçãoentre o receptor de estrógenose a Apo e. Foi estimadoquea frequênciade DAem mulheresApoe4/e4é sete vezesmaiorconformeos alelosdosreceptoresdcestrógenospresentes.Hipertensão arterialsistémicae hipercolesterolemiasão fatorespredisponentes,independentementedos alelos Apo s .

Nãohá ainda explicação clara paraoutras associações.Afrequênciade distúrbiosda funçãotireoideanaé duplicadaemmulheres com DA. EmpacientescomDA, inclusivea formaesporádica,que têm a forma mutante da ubiquitina U b+ l, háacúmulosuperposto de cadeiasde poli-Ub+ 1 nos depósitosprotéicoscerebrais,comagravamento das lesões.Emborasejamuitodifundidoquecompostos reativosdeoxigéniooudenitro¬génio, incluindo estresse oxidativo, sejamcomponentes impor¬tantes na patogêneseda DA.os resultadossobrea contribuiçãodemutaçõesnogenomamitocondrialnãosão inteiramenteconsis¬tentes com os mecanismospropostos.

Além dos genes comentados anteriormente, pode haveroutros commenor contribuição.Atéo momento, polimorfismosem68genesjá foramimplicadosna DA, devendoesse númerocresceremrazãodeestudosfuncionais dosgenesjá identificados.dosdc mapeamento genético baseadosem triagem genômicae.particularmente,das investigaçõesdagenéticadoenvelhecimentoem modelosanimais.

fatores ambientais. A quantidadede caloriasingerida pareceser um dosfatoresimportantesno aparecimentoda DA.Osresul¬tadossão particularmenteconvincentesem modelos animais,comonocamundongoknock-outparao genedapré-senilina1.Aparentemente,restrição calóricanãoé apenasneuroprotetora.masinduzdivisãodas células-tronconeurais, podendocontribuirparaa recuperaçãodedanos.Nãoestáclarose a restriçãocalórica

ira/ algumbenefíciodepoisdu instalaçãodossintomas.

Terapiade reposiçãohormonalem mulheresdiminui afrequênciade DAc a velocidadede sua progressão.Aproteçãopodeser baseadaem seu efeito antioxidanteou em um efeitodireto nuclear, porquepolimorfismos no receptor de estrógenosestão associadoscomaumento do riscode DAe da doençadeParkinsoncomdemência, mas não da doençade Parkinsonsimplesnem em controles. As vitaminasBfl,B)2e E.flavanóidee agentesantioxidantesem geraltêm efeito protetor.

Boxeadoresapresentam alta frequênciada doençadeParkinsone da doençade Alzheimer. Oriscode desenvolveraDAe aidadede início damesmadependemdosalelosdaApoe.Boxeadoreshomozigotosparao alcloApoc4têmriscode cercade 100%de desenvolver adoença,e esta começapor voltados40 anos.Restaa pergunta se o fatorambiental(trauma repetido)é a causaou o desencadeante.

questões BIOFILOSÓF1CAS.A tríadede achadosanatomopato¬lógicoscaracterísticada DAestápresente em alguns pacientedécadasantes do início da doença.O quedesencadeiao apare¬cimentodos sintomas?Haveria algum limite a partirdo quala

perdaneuronal provocasintomas?Nadoençadc Parkinson, porexemplo,estima-sequeos sintomascomecemquandoa perdaneuronalatinge80%.Há um limitefuncionalsemelhantena DA?Háoutros mecanismosenvolvidos?

Outrasquestõestambémparecemrelevantes.Porque alelosdeletériosatingiramfrequênciastão altas? Supõe-seque essesalelosescapemà selcção,poisas manifestaçõessó surgemapósoperíodoreprodutivo.Seráque taisalelossão benéficosmaiscedona vida e porissoas frequênciasobservadassão tão altas, ou terãosidoacumuladospor algumavantagem seletivano passado?

A perdade função observadana DA é parte do processo deenvelhecimentonormal?Existeum programagenéticodeenve¬lhecimento e morte do organismoou a DA é alteraçãosecundáriaà dificuldadede manutençãode um sistemamuitocomplexo?Resultados interessantestêm surgido em estudos de ccntuage-nários. Em primeirolugar, a análisedas curvas de mortalidadedessesindivíduossugerequea expectativadevidadaespéciesejade 150anose não 120.como se acreditavaanteriormente.Entre105e 120anos a frequênciade DA se aproxima de 100%. Seráqueexiste envelhecimentosem DA ou.se vivermoso bastante.lodosa teremos?Indivíduoscom maisde 90anos semDAtêmfatoresde proteção?Épossívelquesim,um avezquea frequênciadadoençaem familiares de indivíduos quese mantêmsaudáveisapósos 90 anosé menor do que na populaçãoem geral.

Interação genética-ambiente

Reaçõesadversasa drogascustam anualmente,nos EUA,100bilhõesdedólares,causam100.000mortese 7%de todasasinternações.A maioria dos compostos sofrealgum tipo de proces¬samento porenzimasda famíliaP450.Estafamíliaé composta.em humanos,por 57genesc 58 pseudogenes.A maioria deleapresentaalelosvariantes.O sistemada P450estáenvolvidono metabolismo dc compostos exógenos,desde componentesdas plantase animaisqueconstituemnossaalimentaçãoaté ossubprodutosda sociedadeindustrial, soba formade poluentes,passandopelosdiversoscompostos químicossintéticos dc usoem saúde.As principaisfunçõesdas enzimasda famíliaP450estão resumidasno Quadro10.7.

Amaioriadosgenesenvolvidosno processamentode xeno-



312 PATOLOGIA

Quadro10.7 Principais funções das enzimas da famíliaP450Relacionadasaometabolismoendógeno

Biossíntesede esteróides,a partirdocolesterol.AP450estáenvolvidacmpassosda síntesedc androgenios.estrogenic»,glico c ininerulocorticóides

Síntesede ácidosbiliaresa partirdo colesterolSíntesec degradaçãodcprostaglandinsConversãodc vitaminaslipossolúveisem suas formasativasOxidaçãode ácidosgraxosinsaturados,transformando-osem mensageiros

intracelularesOutrasoxidações

Relacionadasao processamento de xenobiontesTransformaçãode compostos químicosexógenoscm compostos rcativos

queserãodetoxificadosDegradaçãode compostosquímicos(inclusiveos prodiuidosconformeo

itemaciina)

lias:(1)CYP1A e CYP1B.cujosprodutosmetabolizamhidrocar¬bonetospolicíclicose nitrosaminas;(2) CYP2A a CYP2H.queprocessam drogas,álcoole esteróides;(3) CYP3A, que meta¬boliza drogas,antibióticos e flavonóides.A funçãode algumasfamíliasaindanãoé conhecida.

Tipicamente,os genes P450são promíscuos em termosde substratos,poiscadaum delespodeassumirdiversasfunções.CYP2C9.CYP2C19e CYP2D6,porexemplo,são genesbastantepolimórficos e estãoenvolvidosem cerca de40%do metabo¬lismode fármacos.Em algunscasos,a taxa dc metabolizaçãodoalelomutadopodeser até 1.000vezesmenor do que a do alclonormal, emborana maioriadas vezesas variaçõesse situemcmuma faixa dc 10a 20 vezes,o queé suficiente paratornar o esta¬belecimentodas dosagensdosmedicamentosbastantecomplexo.Porexemplo,existem,na populaçãoeuropeia,cercade 20%a30%de indivíduoscom deleçãoou duplicaçãodo CYP2D6.Aquelescom deleçãometabolizam lentamente,atingem níveisséricosmuitoaltoscom as dosesusuais,estãoem riscode reaçõesadversase não respondema determinados medicamentos.Jáos metabolizadoresrápidos podemnãorespondera drogasporprocessarem-nasrápidodemais.Oefeitodessasalteraçõesvariaconformeo compostoquímicoemquestão.

Muitos compostos que causam dano ao DNA tambémsão processadospor produtosdesses genes. Se uma popu¬laçãoestá exposta a um determinadoagente mutagênicocujaativaçãodependedo sistemaP450.o danovariaentre os indiví¬duos de acordocom os alelos queestes possuem.Um indivíduoportadorde um genótipoativadorrápido apresenta,poucotempoapósa exposição,altastaxas do composto ativo emseu orga¬nismo, enquanto os ativadoreslentostêm níveis maisbaixosdos produtos.Apósa primeiraetapade ativaçãodos fármacos,sua desintoxicaçãotambémé coordenadaporprodutosgênicos,algunsdo própriosistema P450.Estesgenestambémapresentamvariaçãona população.Dessaforma, o efeito da exposiçãodeum apopulaçãoa um determinado xenobionteapresentavariaçãocontínua.

À medidaque aumenta a nossacompreensãosobrecomofunciona a leitura do ambientepeloorganismo,se torna maisclaroqueopróprioambienteé a grandeincógnita.Portanto,sãofundamentaisos sistemas demonitoraçãodos compostos queestãosendointroduzidosnomeio quehabitamos.

Terapia genéticaA contribuiçãoda genéticaparao tratamento de doençasnão

se resumeaosmétodosde introduçãode genesnormaisem indiví¬duosdeficientes,à induçãode linfócitosde pacientescomcâncera produziranticorposantitumoraisetc. Muitos procedimentos damedicinatradicionaljá se beneficiam,às vezesde formanotável,dosconhecimentosgenéticos.Bonsexemplossãoa adequaçãodedoadorese receptoresparatransfusõessanguíneasc transplantesde tecidose órgãos,a profilaxiae terapêuticaprecocedas lesõesdafenilcetonúriamaterna e fetale deoutros errosinatosdometa¬bolismo.a prevençãoimunológicada doençahemolíticado recém-nascidoporincompatibilidadeRh,entresoutros.

A maiorcontribuiçãodagenéticamédica, no entanto, conti¬nuará sendo o diagnósticoprecocede doençasou de predispo¬siçãoa estas, até em faseprc-implantação,e o reconhecimentode transmissores, quetêmimplicaçõesno planejamentofamiliardestese, maisimportante ainda,no diagnósticodos não-trans-missorescmfamíliasdeafetados.osquais podemser tranquili¬zadossobreo problema.

LEITURA COMPLEMENTARBOTSTEIN, D, RISCH, N. Discoveringgenotypes underlying human

phenotypes:pastsuccesses formcndeliandisease,futureappro¬aches lo r complex disease.Nature Genetics Supply33:228-37.2003.

BUYSE.ML. BirthDefectsEncyclopedia.Dover (USA): CenterforBirth DefectsInformationServicesInc.Blackwell, 1990.GORL1N. RJ.COHENJr. MM.LEVIN.LS.SyndromesofHeadand

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McKUSICK,VA. McndelianInheritance in Man (MIM). Baltimore:JohnsHopkinsUniversityPress.1995.(As ediçõesimpressase emCD-ROM são revisadasbienalmente; a versãoon line fOMIMJéatualizadacm fluxo contínuo).

SCRIVER. CR. BEAUDET. AL ,SLY. WS.VALLE.D. TheMetabolicandMolecularBasesofInheritedDiseases.New York: McGraw-HillInc.2001.

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VOGEL.F. MOTULSKY,AG.HumanGenetics.Rerliin: Springer-Verlag,1997.

Agradecimentos:FAPEMIG.CNPq.

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Capítulo 10 - Bases Genéticas Das Doenças