PROVA DE GENÉTICA

O genoma humano e suas influências nas deficiências

auditivas

- Gene: não existe um conceito que seja aceito por toda a comunidade

científica. A definição principal é a que gene é uma unidade de

informação genética que codifica polipeptídeo ou RNA. Só que o gene

possui uma parte que não codificada nenhuma estrutura. A parte inicial do

gene, uma região chamada promotor, atua como local de ligação da RNA

polimerase para inicio da transcrição e, portanto, pode ou não ser

considerado parte do gene.

- Um mesmo gene pode ser capaz de sintetizar mais de um

tipo de proteína pelo mecanismo do splicing alternativo, que

basicamente cliva partes do mRNA já transcrito,

recombinando-o, para formação de novas sequências dessas

moléculas.

- Famílias de gene: unidades de informação presentes várias vezes no

genoma que codificam uma mesma estrutura.

- Pseudogenes: genes que sofrem modificações e perdem a

função, principalmente para atender à demanda de

necessidades da acordo com cada fase da vida. Exemplo da

hemoglobina: a demanda de oxigênio de um embrião é

diferente da demanda de um indivíduo adulto. Então, a medida

que esse indivíduo cresce, determinados genes são ativados,

enquanto que outros são inativados para otimizar as

necessidades deste indivíduo.

- 1990 – Projeto Genoma Humano: tinha o objetivo de mapear todos os

genes existentes no genoma e determinar toda a sequência do DNA que

compunha os cromossomos humanos. O projeto era público, tinha

duração de 15 anos e contava com a participação de vários paises, cada

um sequenciando uma pequena parte de genoma.

- Em 1998, ainda não havia sido concluida a sequenciação de nenhum

gene inteiro. Neste mesmo ano uma empresa privada ligada ao maior

fabricante de equipamentos sequenciadores de DNA anunciou para o

mundo que iam iniciar os trabalhos para a sequenciação do genoma, e

iriam fazer isso até o ano de 2001. Isso gerou uma preocupação muito

grande, já que, se uma empresa privada sequenciasse o DNA, ela iria

patentear todas as informações obtidas a partir dali.

- Devido a essa pressão, o projeto finalmente começou a “andar”. Em

1999, foi anunciada a sequenciação do primeiro cromossomo, o

cromossomo 22, o menor existente.

- Em 2001, o rascunho do projeto genoma humano foi publicado tanto

pelo iniciativa pública quanto pela privada.

- Em 2003 houve o término oficial do projeto.

- 20 mil genes sequenciados, mas somente 1,5% do genoma

corresponde aos éxons, que são, teoricamente, as regiões codificantes de

proteínas.

- Dos outros 88,5%, 25% corresponde a íntrons e 75% a DNA intergênico.

O termo DNA lixo, muito utilizado a um tempo atrás para se referir a essa

parte do genoma não codificante, no entanto, já não pode mais ser

utilizado. Foi comprovado que essas porções do DNA exercem papel

muito importante na regulação dos genes.

- Mais de 50% do nosso genoma é formado por material repetitivo:

- DNA satélite: repetições longas encontradas no centrômero.

- DNA repetitivo em tandem: sequencias curtas (em torno de 4

bases) que são encotradas várias vezes.

- Microssatélites: são muito utilizados para testes de

paternidade, pois têm uma variação muito grande de um

indíviduo para outro, tornando essas sequencias bastante

específicas.

- Não existe correspondência entre o tamanho do cromossomo com a

quantidade de genes.

- Os cromossomos 21, 18 e 13 são os cromossomos autossômicos com

menor número de genes. Não é coincidência que as três sindromes mais

comuns relacionadas a uma trissomia cromossômica sejam exatamente

as que afetam esses três cromossomos: sindrome de Down, sindrome de

Edwards e sindrome de Patau. Isso ocorre porque há a compatibilidade

com a vida somente nesses casos em que o número de genes é menor.

- Influências dos genes nas deficiências auditivas:

- Mutações de bases em genes que codificam os componentes básicos

para a captação e processamento do som.

- As deficiências auditivas são divididas em sindrômicas e não-

sindrômicas. Nas deficiências sindrômicas, o indivíduo tem uma síndrome

que foi causada por alteração em um cromossomo e um dos sinais dessa

síndrome é a mal formação do canal auditivo, por exemplo. Nas

deficiências auditivas não-sindrômicas, o indivíduo possui, isoladamente,

uma deficiência auditiva. Esses casos são mais frequentes e existem

mais de 100 genes que tem alguma relação com deficiências auditivas.

Basicamente, esses genes codificam proteínas essenciais no processo de

captação do som e transdução dessa mensagem para o cérebro.

- As deficiências mais comuns são autossômicas recessivas.

DNA e estrutura molecular dos cromossomos

- A estrutura do DNA foi completamente descoberta por Watson e

Crick, através de um processo chamado de “construção de

modelo”, na qual eles reuniram os resultados de experimentos

anteriores para formar o modelo de dupla-hélice.

- Informações que já existiam:

- Ele contém três componentes químicos: (1) fosfato, (2)

um açúcar chamado desoxirribose e (3) quatro bases

nitrogenadas: adenina, guanina, citosina e timina.

- Duas das bases, adenina e guanina, tem estrutura de

dois anéis característicos de um tipo de substância chamada de

purina. As outras duas, citosina e timina, tem estrutura de um só

anel, chamada de pirimidina.

- Nucleotídeo: componente básico do DNA (um grupo

fosfato + uma desoxirribose + uma das bases nitrogenadas).

- A quantidade de T é sempre igual a de A, e a

quantidade de C é sempre igual a de G. Contudo, não

necessariamente A + T = C + G.

- A quantidade de purinas (A e G) era igual a quantidade

de pirimidinas (T e C).

- A dupla hélice: a estrutura tridimensional decifrada por Watson e

Crick é composta de duas cadeias lado a lado, antiparalelas (uma

sendo de 5’ 3’ e a outra de 3’ 5’) de nucleotídeos torcidos na

forma de dupla hélice. Os dois filamentos de nucleotídeos são

mantidos juntos por pontes de hidrogênio entre as bases de cada

filamento. O arcabouço de cada

filamento é formado de unidades

alternadas de fosfato e

desoxirribose que são conectadas

por ligações fosfodiéster (conecta

o átomo de carbono 5’ de uma

desoxirribose – que contém o

grupo fosfato – ao átomo de

carbono 3’ da desoxirribose

adjacente – que contém o grupo

OH). A timina se liga a adenina

por duas pontes de hidrogênio,

enquanto que a citosina se liga à

guanina por meio de três pontes

de hidrogênio.

- A estrutura em dupla hélice do DNA permite que esta molécula

seja bastante estável. Em contrapartida, a molécula de RNA, que

é composta por fita única, tem degradação bem mais rápida.

- Estrutura cromossômica em eucariontes: a organização do DNA

em cromossomos na hora da replicação permite que a molécula

de DNA, que é gigantesca, seja dividida de maneira mais rápida.

- Os humanos contêm 22 pares de cromossomos autossômicos e

um par de cromossomos sexuais.

- Níveis de compactação cromossômica:

- 1° nível: enrolamento do DNA em grupos contendo 8

proteínas histonas, que são fixadas para não permitir o seu

desenrolamento por uma proteína histona H1. Cada grupo é

chamado de nucleossomo e a estrutura resultante é parecida com

um colar de contas.

- 2° nível: dobramento e aproximação dos

nucleossomos, formando uma estrutura chamada de solenóide.

3° nível: molécula de DNA altamente condensada.

- Centrômero: local de união das cromátides irmãs e local onde as

fibras do fuso se ligam na hora da separação dessas cromátides.

- Telômero: é uma unidade de repetição curta localizada na

extremidade dos cromossomos que tem função protetiva contra as

enzimas que fazem a degradação do material genético

(exonucleases); além disso, os telômeros marcam a vida útil da

célula, já que seu encurtamento, derivado de cada divisão, sinaliza

para a célula o momento certo da apoptose; ele também evita a

fusão das pontas com outras moléculas de DNA;

- A replicação do DNA:

- Semiconservativa: uma molécula de DNA parental é separada

por enzimas específicas e cada filamento serve de molde para a

síntese de outro filamento que será complementar ao primeiro e

idêntico ao filamento não molde.

- Replicação do material genético de um procarioto: praticamente

idêntico ao de um eucarioto.

OBS: A bactéria possui apenas um cromossomo circular.

- Existe um ponto único de início de replicação, chamada

de origem de replicação, onde a enzima helicase age quebrando

as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. A partir

dessa região, a replicação é bidirecional, formando duas forquilhas

de replicação.

- A proteína SSB (proteínas de ligação ao DNA unifilamentar) não

permite que as fitas de DNA que já foram separadas se unam

novamente ou formem grampos, antes da chegada da proteína

que fará a adição dos nucleotídeos (polimerase III).

- Topoisomerase I: Produz quebras numa cadeia do DNA e

permite o giro da cadeia quebrada sobre a cadeia intacta. Depois

ela faz a restauração da ligação fosfodiéster, ligando novamente

as partes que foram separadas. Com isso, ela alivia a tensão

gerada entre as fitas de DNA, gerada pela helicase.

- Topoisomerase II: também alivia a tensão das fitas, mas age

produzindo quebras nas duas cadeias do DNA de uma vez. Após

a quebra, ela prende as extremidades através de ligações

covalentes, passa a dupla cadeia através do corte e sela a quebra.

- DNA polimerase: presente tanto em células procarióticas como

em eucarióticas, é responsável pela polimerização das novas fitas

de DNA. Ela faz isso adicionando nucleotídeos à extremidade 3’

OH da cadeia em crescimento.

Propriedades da enzima:

- Todas as DNA polimerases requerem um molde, o

primer, pois a enzima só consegue agir na presença de

extremidade 3' livre. O primer que é sintetizado pela primase e tem

a característica de ser sequencias compostas por RNA.

- Pareamento complementar das fitas AT e GC.

- A polimerização deverá acontecer no sentido 5'- 3'.

Há três tipos de enzimas catalíticas de DNA polimerase, sendo

que todas elas fazem a síntese de DNA. Contudo, elas possuem

diferenças na eficiência e velocidade de síntese, sendo que a POL

I e POL II participam mais do processo de reparo, enquanto que a

POL III é responsável pela maior parte da síntese.

- DNA polimerase I: tem função corretora (de reparo do

DNA), portanto pode ser exonucleásica 5’3’. Ela também faz a

retirada dos primers (iniciadores) e completa a região com DNA.

- DNA polimerase II: é uma polimerase alternativa de

reparo, mas que também pode replicar DNA quando o filamento

molde é danificado.

- DNA polimerase III: principal sintetizadora do DNA.

- Filamento contínuo e descontínuo:

À medida que a DNA POL III avança, a dupla hélice é

continuamente desenrolada na frente da enzima para expor mais

os filamentos únicos de DNA que atuarão como moldes.

Entretanto, como a DNA polimerase sempre adiciona nucleotídeos

na ponta 3’ crescente, apenas um dos dois filamentos de

polaridade inversa (5’3’) pode servir como molde para a

replicação no sentido da forquilha de replicação. Para esse

filamento, a síntese pode ocorrer de modo contínuo no sentido da

forquilha; o novo filamento sintetizado nesse molde é chamado de

filamento contínuo. A síntese do outro filamento também ocorre

nas pontas crescentes 3’, mas essa síntese está no sentido

“errado”, pois, para esse filamento, a síntese de direção 5’3’

está distante da forquilha de replicação. Portanto, a síntese que se

move afastando-se da forquilha de replicação não pode continuar

por muito tempo. Ela deve ser em seguimentos curtos: a

polimerase sintetiza um segmento e, então, move-se para a ponta

5’ do segmento, onde a forquilha crescente expôs um novo molde,

e começa novamente o processo. Esses trechos curtos de DNA

recém-sintetizado são chamados de fragmentos de Okazaki. Cada

fragmento de Okazaki precisa de seu próprio primer. O novo

filamento formado é chamado de filamento descontínuo.

- DNA ligase: faz a junção das pontas 3’ do DNA preenchedor do

espaço onde havia o primer (que já foi retirado pela POL I) à ponta

5’ do fragmento de Okazaki posterior.

- Importância do telômero:

A replicação da molécula linear de DNA em um cromossomo

eucariótico ocorre em ambas as direções a partir de várias origens

de replicação. Esse processo replica a maioria do DNA

cromossômico, mas há um problema inerente em replicar as duas

pontas das moléculas lineares de DNA, as regiões chamadas de

telômeros. A síntese contínua do filamento contínuo pode ocorrer

até a ponta do molde. Entretanto, a síntese do filamento

descontínuo requer primers à frente do processo; logo, quando o

último primer é removido, resta uma ponta unifilamentar em uma

molécula filha de DNA. Se o cromossomo-filho com essa molécula

de DNA fosse replicado novamente, o filamento faltando

sequencias na ponta seria uma molécula bifilamentar encurtada

após a replicação. A cada ciclo subsequente de replicação, o

telômero continuaria a se encurtar, até que informações

codificantes essenciais fossem perdidas.

Para isso não ocorrer, um componente do sistema, a enzima

telomerase, faz a adição de múltiplas cópias de uma sequencia

simples não-codificantes nas pontas 3’ da molécula de DNA. A

proteína telomerase leva uma pequena molécula de RNA, parte da

qual atua como um molde para a polimerização da unidade

repetida telomérica. A RNA telomerase primeiro se helicoidiza ao

prolongamento 3’ do DNA, que é então ampliado com o uso de

dois componentes da telomerase: o pequeno RNA (como molde) e

a proteína ( como atividade de polimerase). Após a adição de

alguns nucleotídeos ao prolongamento 3’, a RNA polimerase

move-se ao longo do DNA de modo que a ponta 3’ possa ser mais

estendida por sua atividade de polimerase. A primase e a DNA

polimerase então usam o prolongamento 3’ como molde para

preencher o final do outro filamento de DNA.

- Além de impedir a erosão do material genético após cada rodada

de replicação, os telômeros preservam a integridade

cromossômica por associação a revestimentos protetores. Esses

revestimentos sequestram o prolongamento unifilamentar 3’. Sem

esse revestimento, os filamentos bifilamentares dos cromossomos

seriam confundidos com quebras bifilamentares pela célula e

tratados como tais. As quebras bifilamentares são muito

perigosas, pois podem resultar em instabilidade cromossômica

que pode levar a câncer e uma variedade de fenótipos associados

ao envelhecimento.

- Embora a maioria das células germinativas tenham ampla

telomerase, as células somáticas produzem muito pouca ou

nenhuma telomerase. Por esse motivo, os cromossomos das

celulas somáticas proliferativas ficam progressivamente mais

curtos a cada divisão celular, até que a célula para todas as

divisões e entre em fase de senescência.

- Há também uma relação da telomerase com o câncer: ao

contrário das celulas normais, a maioria das celulas cancerosas

tem atividade de telomerase. A habilidade em manter telômeros

funcionais pode ser um dos motivos pelos quais as celulas

cancerosas, mas não as normais, podem crescer em culturas de

celulas por décadas, e são consideradas imortais.

Transcrição e processamento do RNA

- Propriedades do RNA:

- É geralmente uma cadeia de nucleotídeos

unifilamentares. A consequência disso é que um filamento de RNA

pode se dobrar de tal modo que algumas de suas próprias bases

podem fazer par com a outra pareamento intramolecular.

- Tem o açúcar ribose em seus nucleotídeos, que difere

da desoxirribose do DNA por apresentar um átomo de oxigênio a

mais. A presença do grupo – OH no átomo de carbono 2’ facilita a

ação do RNA em muitos processos celulares importantes.

- Também possui uma ponta 5’ e outra 3’.

- Possui as bases nitrogenadas Adenina, Citosina,

Guanina e Uracila, no lugar da Timina no DNA.

OBS: além da adenina, a uracila pode parear com a guanina.

Contudo, isso não acontece na transcrição, mas somente durante

o dobramento do RNA. As interações entre U e G são mais fracas

que as entre U e A.

- Tipos de RNA:

Pode ser agrupado em duas classes gerais. A classe que serve de

intermediário para a passagem de informações do DNA para a

síntese de proteínas é chamada de RNA mensageiro (mRNA). A

outra classe é chamada de RNA funcional porque o próprio RNA é

o produto funcional final. Dois tipos de RNA funcional são

encontrados tanto em procariotos quanto em eucariotos:

- RNA transportador (tRNA): são os adaptadores do

códon de 3 nucleotídeos no mRNA ao aminoácido

correspondente, que é levado pelo tRNA ao ribossomo no

processo de tradução.

- RNA ribossômico (rRNA): são os principais

componentes dos ribossomos.

Um outro tipo de RNA funcional é específico de eucariontes:

- Pequenos RNA nucleares (snRNA): fazem parte do

sistema de processamento do RNA transcrito, denominado de

spliceossomo, que remove íntrons dos mRNA eucarióticos.

Uma grande fração do genoma eucariótico é transcrito em um

grupo diverso de RNA funcionais que participam na regulação da

expressão gênica em muitos níveis.

- MicroRNA (miRNA): tem um amplo papel na regulação

da quantidade de proteínas produzidas por muitos genes.

- Transcrição: A primeira etapa na transferência da informação do

gene para a proteína é produzir um filamento de RNA cuja

sequencia de bases é complementar à sequencia de bases de um

segmento do DNA, as vezes seguido da modificação desse RNA

para prepará-lo para seus papéis celulares específicos.

Visão Geral:

- Os dois filamentos da dupla hélice de DNA separam-se

localmente, e um dos filamentos separado atua como um molde

para a síntese de RNA. No cromossomo em geral, ambos os

filamentos de RNA são utilizados como molde; mas, em qualquer

gene, apenas um filamento é usado e, nesse gene, é sempre o

mesmo filamento.

- Os ribonucleotídeos que foram quimicamente sintetizados em

outra parte da célula formam pares estáveis com suas bases

complementares no molde. A enzima responsável por fazer esse

pareamento é a RNA polimerase.

- Durante a síntese, o crescimento do RNA é sempre no sentido

de 5’ para 3’. Esse fato significa que o filamento completo de DNA

deve ser orientado de 3’ para 5’.

- A medida que a molécula de RNA polimerase se move ao longo

do gene, ela desenrola a dupla de DNA a sua frente e reenrola o

DNA que já foi transcrito. Várias RNA polimerases, cada uma

sintetizando uma molécula de RNA, movem-se ao longo do gene.

- A sequencia de nucleotídeos no RNA deve ser a mesma que no

filamento não-molde do DNA, à exceção de que os T são

substituídos por U. Por esse motivo, o filamento não-molde do

DNA é chamado de filamento codificante.

Estágios da transcrição:

- Como o DNA de um cromossomo é uma unidade contínua, a

maquinaria transcricional deve ser dirigida para o começo de um

gene para começar a transcrever no local certo, continuar

transcrevendo ao longo do gene e, finalmente, parar de

transcrever na outra ponta. Esses três estágios distintos da

transcrição são chamados de iniciação, alongamento e término.

Em procariotos:

- Iniciação: A RNA polimerase geralmente se liga a uma

sequencia específica de DNA chamada de promotor, situada perto

do inicio da região transcrita. A primeira base transcrita está

sempre no mesmo local, chamada de sítio iniciador. O promotor é

chamado de antecedente ao sitio de iniciação porque está situado

à frente do sítio de iniciação.

Nas celulas procarióticas, as sequencias de promotor não são

iguais em todos os genes. Contudo, existe uma sequencia de

nucleotídeos, chamada de sequencia de consenso, que está de

acordo com a maioria das sequencias.

A parte codificante de proteínas do gene geralmente começa com

uma sequencia ATG, mas o sítio de iniciação, onde começa a

transcrição, geralmente está bem antecedente a essa sequencia.

A parte intercalar é chamada de região não-traduzida 5’ (5’ UTR).

- Alongamento: à medida que a RNA polimerase se

move ao longo do DNA, desenrola o DNA à frente dela e reenrola

o DNA que já foi transcrito. Desse modo, ela mantém uma região

unifilamentar de DNA, chamada de bolha de transcrição, dentro da

qual o filamento-molde é exposto. Na bolha, a polimerase monitora

a ligação de um ribonucleosídeo trifosfato livre para a base

exposta seguinte no molde de DNA e, se houver uma

complementaridade, adiciona-o à cadeia. A medida que a cadeia

de RNA aumenta em sua ponta 3’, a ponta 5’ unifilamentar é

liberada da polimerase.

- Término: A transcrição de um gene individual continua

além do segmento codificante de proteína do gene, criando uma

região 3’ não-traduzida (3’ UTR) na ponta do transcrito. O

alongamento continua até que a RNA polimerase reconheça

sequencias especiais de nucleotídeos que atuam como um sinal

para término da cadeia. O encontro com os nucleotídeos de sinal

inicia a liberação do RNA nascente e a enzima do molde. Os dois

mecanismos principais de término em procariotos são chamados

de dependentes de Rô e independentes de Rô.

- Dependentes de Rô: o término requer a ajuda de uma

proteína chamada de fator de Rô. Essa proteína reconhece os

sinais de termino para a RNA polimerase.

- Independentes de Rô: o termino é direto.

Em eucariotos:

- É mais complicada que em eucariotos por três motivos:

I. Os genomas eucarióticos maiores têm muito mais genes

a serem reconhecidos e transcritos. Além disso, há

muito mais DNA não-codificante nos eucariontes. Para

lidar com a situação, o trabalho da transcrição é divido

entre três polimerases diferentes.

- A RNA POL I transcreve genes de rRNA.

- A RNA POL II transcreve todos os

genes codificantes de proteínas, para os quais o

transcrito final é o mRNA, e transcreve alguns snRNA.

- A RNA POL III transcreve os pequenos RNA

funcionais, tais como os genes para tRNA e alguns

snRNA.

Os eucariontes requerem a montagem de muitas

proteínas em um promotor antes que a RNA polimerase

II possa começar a sintetizar RNA. Algumas dessas

proteínas, chamadas de fatores gerais de transcrição

(GTF), ligam-se antes que a RNA polimerase II se ligue,

enquanto outros se ligam depois.

II. Presença de um núcleo em eucariontes. Nos

procariontes, a informação no RNA é quase

imediatamente traduzida em uma cadeia de

aminoácidos. Nos eucariontes, a transcrição e a

tradução são especialmente separadas, a transcrição

ocorre no núcleo e a tradução no citoplasma.

Antes do RNA deixar o núcleo, ele deve ser modificado

de vários modos. Essas modificações são coletivamente

chamadas de processamento do RNA. Para distinguir o

RNA antes e depois do processamento, o RNA recém-

sintetizado é chamado de transcrito primário ou pré-

mRNA, e o termo mRNA é designado para o transcrito

totalmente processado, pronto para ser exportado do

núcleo.

III. O molde para a transcrição, o DNA genômico, é

organizado em cromatina nos eucariotos, enquanto está

praticamente “nu” nos procariotos.

- Iniciação: A RNA polimerase requer fatores gerais de

transcrição (GTF) para se ligarem às regiões promotoras

antes da ligação da enzima. Os GTFS e o cerne da RNA

polimerase II constituem o complexo de pré-iniciação (PIC). A

sequência inicial do promotor é geralmente uma sequencia

de nucleotídeos TATA, chamada de TATA boxe. Nesse local,

é ligado o primeiro fator geral de transcrição.

Após a transcrição ter sido iniciada, a RNA polimerase II

dissocia-se da maioria dos GTF para alongar o transcrito

primário de RNA. Alguns dos GTF permanecem no promotor

para atrair o próximo cerne de RNA polimerase. Desse modo,

várias enzimas RNA polimerase II podem sintetizar

simultaneamente os transcritos de um único gene.

- Alongamento: ocorre dentro da bolha de transcrição

essencialmente como nos procariotos. Entretanto, o RNA

nascente tem destinos muito diferentes. Nos eucariotos,

antes do inicio da tradução, ocorre o processamento do RNA.

Esse processamento inclui (1) adição do revestimento (cap)

na ponta 5’, (2) recomposição para eliminar os íntrons e (3) a

adição de uma cauda 3’ dos nucleotídeos adenina

(poliadenilação). O processamento do RNA é feito

concomitantemente com a síntese do mesmo, assim que o

RNA nascente emerge de uma RNA polimerase II.

- Revestimento (cap): consiste em uma 7-metilguanosina

ligada ao transcrito por três grupos fosfato. Tem duas

funções: proteger o RNA da degradação e ser necessária

para a tradução do mRNA.

- Cauda Poli (A): tem funções de facilitar o transporte

para o citoplasma e estabilizar o RNAm.

- O processo de remoção dos íntrons e união dos éxons

é chamado de recomposição alternativa (splicing alternativo). Por

esse processo, diferentes mRNA e, subsequentemente, diferentes

proteínas são produzidas pelos mesmo transcrito primário,

recompondo diferentes combinações de éxons.

- O mecanismo de recomposição dos éxons:

O processo de retirada dos íntrons deve ocorrer de modo bastante

exato, pois a retirada ou o permanecimento de algum nucleotídeo

no mRNA pode comprometer toda a sua função. Nas junções

éxons-íntrons dos pré-mRNA existem nucleotídeos específicos

que são encontrados em quase todos os genes e entre as

espécies. Cada íntron é cortado em cada ponta, e essas pontas de

íntron geralmente tem GU na ponta 5’ e AG na ponta 3’. O

complexo que faz o reconhecimento e retirada dos íntrons é

chamado de Spliceossomo e possui 5 tipos de snRNA + 50 tipos

de proteínas. Ele faz isso através de duas etapas:

- A primeira etapa consiste na ligação de uma ponta de

um íntron à adenina interna conservada, formando uma estrutura

que tem a forma de um laço de cowboy.

- A segunda etapa libera o laço e junta os dois éxons

adjacentes.

Tradução do mRNA em proteínas

- Estruturas das proteínas:

- Uma proteína é composta por monômeros de aminoácidos que

são unidos por ligações peptídicas – união da ponta amino (NH2)

de um aminoácido com a ponta carboxila (COOH) de outro

aminoácido.

- Tem estruturas complexas com quatro níveis de organização.

- Estrutura primária: sequencia linear de aminoácidos.

- Estrutura secundária: dobramento da proteína em

regiões específicas (α hélice e folha β pregueada).

- Estrutura terciária: dobramento da estrutura

secundária.

- Estrutura quaternária: composta de dois ou mais

polipeptídeos separados dobrados, também chamados de

subunidades.

- As regras pelas quais a estrutura primária é convertida em

estruturas de ordem superior são incompletamente

compreendidas. Entretanto, pelo conhecimento da sequencia

primária da proteína podem ser previstas as funções de regiões

específicas. Essas sequencias associadas a determinadas

funções são chamadas de domínios.

- O código genético é não superposto:

- Número de letras do códon: o códon genético é formado por três

nucleotídeos. Com isso, o numero de códons diferentes é 64

(4x4x4). Como somente existem 20 tipos de aminoácidos, é

presumível que mais de um códon seja correspondente a um

mesmo aminoácido código genético é redundante.

- A maioria dos aminoácidos podem ser levados aos

ribossomos por vários tipos de tRNA alternativos. Cada tipo, com

um anticódon diferente que faz par de bases com um códon

diferente de mRNA.

- Algumas espécies de tRNA carregados podem trazer

aminoácidos específicos para qualquer um de vários códons.

Esses tRNA reconhecem e ligam-se a vários códons alternativos,

não apenas a um com uma sequencia complementar, por um tipo

de pareamento de bases fraco na ponta 3’ do códon e ponta 5’ do

anticódon. Esse pareamento fraco é chamado de oscilação. A

oscilação é uma situação na qual o terceiro nucleotídeo de um

anticódon (na ponta 5’) pode formar dois alinhamentos.

- Códons de fim: alguns códons não especificam nenhum

aminoácido, Esses códons são códons de fim, ou de término

UAG, UGA e UAA.

- Tradução do códon pelo tRNA: a estrutura do tRNA tem forma de

um trevo consistindo em quatro hastes de dupla hélice e três alças

unifilamentares. A alça do meio de cada tRNA é chamada de alça

do anticódon porque leva a trinca de nucleotídeos complementar

ao códon, o anticódon. Como os códons no mRNA são lidos no

sentido 5’ 3’, os anticódons são orientados e escritos no

sentido 3’ 5’.

Os aminoácidos são ligados aos tRNA por enzimas chamadas de

aminoacil-tRNA sintetases. Existem 20 dessas marcantes enzimas

na célula, uma para cada um dos 20 aminoácidos. Um tRNA com

aminoácido ligado é chamado de carregado. Cada aminoácido tem

uma sintetase específica que o liga apenas aos tRNA que

reconhecem os códons para esse determinado aminoácido. Para

catalisar essa reação, a sintetase tem dois sítios de ligação: um

para o aminoácido e outro para o tRNA cognato. Um aminoácido é

ligado a ponta 3’ de seu tRNA.

- Ribossomos: em todos os organismos, o ribossomo consiste um

uma subunidade pequena e uma grande, cada uma feita de RNA e

proteínas. Em procariontes, as subunidades pequena e grande

são chamadas de 30S e 50S, respectivamente, e se associam

para formar uma partícula 70S. As contrapartes eucarióticas são

chamadas de 40S e 60S, com 80S para o ribossomo completo.

- O sítio de ligação ao mRNA está totalmente dentro da

subunidade menor.

- Existem três sítios de ligação para as moléculas de tRNA. Cada

tRNA ligado une as subunidades 30S e 50S, com sua ponta de

anticódon na primeira e sua ponta aminoacil (levando o

aminoácido) na última.

- O sítio A (para o aminoacil) liga um aminoacil-tRNA que

chega cujo anticódon corresponde ao códon no sítio A da

subunidade 30S. À medida que continuamos no sentido 5’ do

mRNA, o códon seguinte interage com o anticódon do tRNA no

sítio P (para peptidil) da subunidade 30S. O tRNA no sitio P liga-se

à cadeia polipeptídica crescente, parte da qual entre em uma

estrutura tipo túnel na subunidade 50S. O sítio E (de saída)

contém um tRNA desacilado (que não leva mais o aminoácido)

que está pronto para ser liberado do ribossomo.

- Duas regiões adicionais ao ribossomo são críticas para a síntese

de proteínas: o centro decodificador, na subunidade 30S, garante

que apenas os tRNA levando anticódons que se ajustam aos

códons (tRNA cognatos) serão aceitos no sitio A. Os tRNA

cognatos associam-se ao centro peptidiltransferase na subunidade

50S, onde a formação da ligação peptídica é catalisada.

- Inicio, alongamento e termino da tradução:

- Início: a principal tarefa da iniciação é colocar o primeiro

aminoacil-tRNA no sítio P do ribossomo e, desse modo,

estabelecer a correta matriz de leitura do mRNA. Na maioria dos

procariontes e em todos os eucariontes, o primeiro aminoácido em

qualquer polipeptídio recém-sintetizado é a metionina,

especificada pelo códon AUG. Ele é inserido por um tRNA

especial chamado de iniciador.

- Iniciação em procariontes: os códons de iniciação são

precedidos por sequencias especiais, chamadas de sequencias

Shine-Dalgarno, que fazem par com a ponta 3’ de um rRNA na

subunidade ribossômica 30S. Esse pareamento posiciona

corretamente o códon iniciador no sitio P onde o tRNA iniciador irá

ligar-se. Três proteínas – IF1, IF2 e IF3 (de fator de iniciação) são

importantes para a correta iniciação. Uma delas mantém

separadas as subunidades ribossômicas e as outras atuam

garantindo que apenas o tRNA iniciador entre no sítio P. A

subunidade 30S, o mRNA e o tRNA iniciador constituem o

complexo de iniciação. O ribossomo completo 70S é formado pela

associação da subunidade maior 50S com o complexo de

iniciação e a liberação dos fatores de iniciação.

- Iniciação em eucariotos: na chegada ao citoplasma, o

mRNA é geralmente coberto de proteínas, e regiões podem ter

dupla hélice devido a pareamento de bases intramolecular. Essas

regiões de estrutura secundária devem ser removidas para expor

o códon iniciador AUG. As estruturas responsáveis por fazer essa

remoção são os fatores de iniciação, e eles também se associam

ao cap, à subunidade 40S e o tRNA iniciador, formando o

complexo de iniciação. Uma vez no lugar, o complexo move-se no

sentido 5’ para 3’ e desenrola as regiões com pareamento de

bases. Ao mesmo tempo, a sequência exposta é percorrida a

procura de um códon AUG onde possa começar a tradução. Após

o códon AUG ser apropriadamente alinha com tRNA iniciador, o

complexo de iniciação é unida à subunidade 60S para formar o

ribossomo 80S. Como nos procariontes, os fatores de iniciação

eucarióticos dissociam-se para formar o ribossomo antes que a

fase de alongamento da tradução comece.

- Alongamento: Cada aminoácido é adicionado à cadeia

polipeptídica crescente enquanto o tRNA desacilado é reciclado

pela adição de outro aminoácido. Os fatores proteicos, chamados

de fatores de alongamento Tu (EF-Tu) e fator de alongamento G

(EG-G), ajudam no processo de alongamento.

Antes que os aminoacil-tRNA possam ser usados na síntese de

proteínas, eles se associam ao fator EF-Tu formando um

complexo ternário (tRNA, aminoácido e EF-Tu). O alongamento

começa com um tRNA iniciador no sítio P e com o sitio A pronto

para aceitar um complexo ternário. Somente um dos 20 complexos

ternários será aceito, e essa aceitabilidade é determinada pela

correspondência de códon e anticódon. Quando há uma

correspondência correta, o ribossomo muda de conformação,

fazendo com que o EF-TU deixe o complexo ternário, e as duas

pontas aminoacil são justapostas no centro peptidiltransferase da

subunidade maior, onde é formada a ligação peptídica. Nesse

ponto, o segundo fator proteico EF-G se ajusta ao sitio A e, com

isso, muda os tRNA nos sítios A e P para os sítios P e E,

respectivamente. O mRNA move-se pelo ribossomo de modo que

o códon seguinte é posicionado no sitio A. Quando EF-G deixa o

ribossomo, o sitio A está aberto para aceitar o complexo ternário

seguinte.

- Término: o ciclo continua até o códon no sitio A ser um dos três

códons de fim. Proteínas chamadas de fatores de liberação

reconhecem os códons de fim. Quando isso ocorre, uma molécula

de água entra no centro peptidiltransferase, e sua presença leva a

uma liberação do polipeptídio do tRNA no sitio P. As subunidades

ribossômicas separam-se, e a subunidade 30S agora está pronta

para formar um novo complexo de iniciação.

- Eventos pós-traducionais:

- Dobramento da proteína nascente

- Modificações de cadeias laterais de aminoácidos:

- Fosforilação: As cinases ligam grupos fosfato aos

grupos hidroxila de alguns aminoácidos e as fosfatases removem

esses grupos. Como os grupos fosfato tem carga negativa, sua

adição à proteína geralmente muda sua conformação.

- Ubiquitinização: adição de cadeias de várias cópias de

uma proteína chamada de ubiquitina à amina das lisinas marca a

proteína para a degradação por uma protease chamada de

proteossomos 26S.

- Direcionamento de proteínas: as proteínas possuem sequencias

de sinal em sua ponta aminoterminal que são responsáveis por

destiná-las ao compartimentos celulares ou membranas.

Controle da expressão gênica

- As propriedades biológicas de cada tipo de célula eucariótica são

amplamente determinadas pelas proteínas expressas dentro dela.

- Em um momento qualquer da história de uma célula, apenas

uma fração dos RNA e proteínas codificadas em seu genoma é

expressa. Em momentos diferentes, o perfil dos produtos gênicos

expressos pode diferir marcantemente, tanto com relação às

proteínas que são expressas como em que níveis.

- Existem alguns genes que são expressos em todas as células e

são denominados de genes constitutivos – ex: genes que

codificam a RNA polimerase, as histonas e a DNA polimerase.

Contudo, a grande maioria dos genes sofrem controle de

expressão gênica.

- O controle da expressão genica pode ocorrer em todas as etapas

da síntese proteica, desde a transcrição até a formação da

proteína completa.

- De uma forma geral, o controle da expressão gênica pode ser:

- Controle positivo: os genes normalmente estão

inativados e só são expressos quando uma proteína reguladora

está presente, induzindo sua expressão.

- Controle negativo: os genes normalmente estão ativos

e só deixam de ser expressos quando uma proteína reguladora

está presente, reprimindo sua expressão.

a proteína reguladora é sintetizada por genes

reguladores.

- Exemplo de controle de expressão gênica em procariotos:

A maioria dos mRNA de procariotos é policistrônica ou poligênica

– um mesmo transcrito codifica mais de uma proteína. A produção

do transcrito policistrônico é dirigida por um único promotor, ou

seja, genes adjacentes podem ter um mesmo promotor

controlando a expressão desses genes. O conjunto formado pelos

genes, pelo promotor e pelas sequências regulatórias recebe o

nome Operon.

- Metabolismo da lactose – Operon LAC:

O metabolismo da lactose se dá pela codificação de três

proteínas: β-galactosidase, permeasse e transacetilase. Para

poupar energia, então, essas três proteínas só são sintetizadas

caso haja lactose no meio.

Normalmente, o complexo de metabolismo da lactose

não está operando. Isso acontece porque existe um gene

regulador do Operon LAC que está codificando uma proteína

repressora que tem função de bloquear a expressão desse

Operon LAC Controle negativo.

Se existe lactose no meio, a lactose interage com a

proteína repressora, que muda de conformação, e libera o Operon

para funcionar, iniciando a transcrição.

Porém, a maioria das bactérias usa a glicose como fonte

principal de energia, e não a lactose. A presença da glicose,

então, irá inibir a indução do Operon LAC. Esse fenômeno,

chamado repressão catabólica, assegura que, quando presente, a

glicose será preferencialmente utilizada, em vez de outra fonte de

carbono. A repressão catabólica é mediada por uma proteína

regulatória conhecida como CRP (proteína receptora de cAMP) e

por uma molécula de cAMP. A proteína CRP possui sítios de

ligação para o DNA e o cAMP. Sabe-se que o promotor LAC

contém dois sítios de ligação separados, um deles para a ligação

da RNA polimerase e outro para a ligação do complexo CRP-

cAMP.

Na ausência de glicose e presença de lactose, o

complexo CRP-cAMP se liga ao promotor, estimulando a

transcrição, ao mesmo tempo que o repressor LAC será desligado

do operador pela ação da lactose. Na presença de glicose, o

complexo CRP-cAMP não se forma e, consequentemente, não

ocorre a transcrição. Mas para que a transcrição ocorra também é

necessária a presença da lactose que irá deslocar o repressor

LAC do operador.

O complexo CRP-cAMP precisa estar presente no seu

sítio de ligação para que o promotor do Operon LAC seja ativado.

O complexo exerce um controle positivo na transcrição do Operon

LAC, oposto ao efeito observado para a proteína repressora.

Somente o complexo se liga ao promotor. Na ausência de cAMP,

a proteína CRP não se liga.

Resumindo: O Operon da lactose é coordenado por controle

negativo e positivo.

- Em eucariontes, o controle da expressão genica é histoespecífico

(cada célula tem um controle diferente, regulando a expressão de

proteínas diferentes) e temporal (muda de acordo com estágio de

desenvolvimento):

- Ex da hemoglobina: em cromossomos diferentes,

existem famílias gênicas que codificam a cadeia α

globina e famílias gênicas que codificam a cadeia β

globina. Em diferentes estágios da vida, um gene que

compõe cada família é ativado para sintetizar uma

cadeia α globina e uma β globina que atenderão de

forma mais eficiente as necessidades de oxigênio do

indivíduo, desde o feto até a idade adulta.

- Formas de controle da expressão gênica em eucariotos:

- Cromatina: A organização da cromatina em heterocromatina e

eucromatina já nos permite identificar locais que serão transcritos.

Na heterocromatina, que está altamente condensada, não há

expressão gênica devido ao fato de a maquinaria que faz o

reconhecimento dos promotores para inicio da transcrição não

conseguir acessar o material genético. Com isso, é na

eucromatina que acontece a expressão dos genes. Entretanto, o

estado da heterocromatina não é estático, ou seja, não quer dizer

que regiões que estão altamente condensadas em algum

momento nunca serão expressos.

- Heterocromatina constitutiva: regiões que não são

expressas em momento algum (regiões centroméricas e regiões

teloméricas).

- Heterocromatina facultativa: em uma determinada

célula ou fase da vida, podem ser tornar ativas. Ex: cromossomo X

nas mulheres.

Em parte, o estado de condensação da cromatina é garantido

pelas proteínas histonas.

- Acetilação das histonas: diminui a atração das histonas

pelo DNA DNA liberto

- Desacetilação das histonas: reprime a atividade gênica,

pois esconde as regiões que seriam reconhecidas pela RNA

polimerase DNA condensado

- Fatores de transcrição:

- Basal: garantem um nível básico de transcrição.

- Especial: modulam uma maior ou menor transcrição.

Enhancer ou acentuadores:

sequencias no DNA que atuam como

moduladores da transcrição e, em

geral, se situam muito distantes da

região que será transcrita. A posição

dos enhancers pode ser tanto antes

quanto depois da região a ser

transcrita (considerando o

deslocamento do RNA polimerase) e nessas

regiões do DNA se ligam proteínas regulatórias

(os fatores de transcrição especial) que

aumentam a eficiência da iniciação da

transcrição ou que ativam a região promotora

para ligação com a RNA polimerase.

Sequencias silenciadoras: quando

reconhecidas pelos fatores de transcrição

especial, diminuem a transcrição dos genes.

- Exemplos de sinais que regulam a expressão gênica:

- Alterações ambientais (luz, calor).

- Hormônio

- Fatores de crescimento e diferenciação celular

- Alterações nutricionais

Outras formas de controle da expressão gênica:

- Splicing alternativo: as diferentes formas de se “montar”

o mRNA podem interferir em síntese de diferentes proteínas.

- Estabilidade do mRNA: quanto mais rápido o mRNA é

degradado, menos proteínas serão formadas. Quanto mais tempo

ele fica, mais proteínas serão formadas.

- o tamanho da cauda Poli (A): quanto maior a

cauda Poli (A), maior o tempo de vida do

mRNA.

- sequencias na região 3’ UTR que são pontos

de ligação à proteínas que controlam a

degradação de mRNA na célula proteína

ligada: mRNA pode ser degradado.

- Micro RNA: cada micro RNA atua regulando a

expressão genica de um gene em específico. Isso ocorre porque

ele pareia suas bases com as bases do mRNA que é regulado por

ele, impedindo que o ribossomo leia aquelas bases que estão

pareadas no momento da tradução, bloqueando esta etapa. Eles

também podem atuar induzindo a degradação desse mRNA.

- Inativação do cromossomo X:

Apesar do cromossomo Y ter um número menor de genes,

existem genes que estão presentes em ambos os cromossomos,

que permitem que eles pareiem na hora da meiose. Para não

haver uma produção maior de produtos transcricionais nas

mulheres, devido ao fato de o cromossomo X conter mais genes,

há uma inativação aleatória de um dos cromossomos X nas

células femininas em um dos estágios iniciais do desenvolvimento.

Esse mecanismo de inativação é chamado de COMPENSAÇÃO

DE DOSE. A inativação é aleatória, ou seja, em cada célula já

formada, pode haver a inativação de um cromossomo X. Contudo,

todas as celulas geradas a partir dessa célula vão ter o mesmo

cromossomo X inativado. Com isso, uma parcela das celulas da

fêmea pode ter o X paterno inativado, enquanto que a parcela

restante tem o X materno inativado.

Existe uma região no cromossomo X, chamada de XIC (centro de

inativação do cromossomo X), que contém o gene XIST. Esse

gene é regulado por eventos tradicionais de regulação gênica,

como a metilação. O acréscimo de grupos metil ao DNA esconde

alguns sítios com funções importantes e isso impede que

proteínas tenham acesso a esse sítio. Então, um dos genes XIST

irá passar por um processo de metilação e irá ser silenciado. O

outro gene XIST ativo produz mRNAs que irão se associar ao

cromossomo responsável pela sua produção, induzindo a sua

condensação, formando o corpúsculo de Barr. O cromossomo que

teve o gene XIST inativado será o cromossomo ativo.

Mecanismos de Herança

- Herança Autossômica Dominante:

- O fenótipo é expresso tanto em homozigotos quanto em

heterozigotos para um alelo mutante.

- A característica ocorre igualmente em homens e mulheres.

- Indivíduos afetados são filhos de casais onde pelo menos um

dos conjunges é afetado. Dessa forma, um casal normal não pode

ter filhos afetados (a não ser que haja mutação ou penetrância

reduzida do gene).

- A característica ocorre em todas as gerações.

- As uniões que produzem crianças com doença autossômica

podem ser entre dois heterozigotos (D/d) para a mutação ou, mais

frequentemente, entre um heterozigoto para a mutação (D/d) e um

homozigoto para um alelo normal (d/d). Nesse ultimo caso, o risco

dos descendentes serem afetados é de 50%.

- Dominante pura: homozigotos e heterozigotos para um

alelo mutante são igualmente afetados Distúrbios muito raros

devido ao fato de o fenótipo homozigoto ser, geralmente, fatal.

Ex da Doença de Huntington: é o distúrbio mais

frequentemente invocado como dominante puro, porque

a doença geralmente é semelhante em natureza e

gravidade de sintomas tanto em heterozigotos quanto

em homozigotos. Contudo, mesmo essa patologia

parece apresentar um curso de duração mais acelerado

desde o início da doença até o óbito em indivíduos

homozigotos, se comparados aos heterozigotos.

- Incompletamente dominante: mais comumente, os

distúrbios dominantes são mais graves em homozigotos do que

em heterozigotos.

Ex da Acondroplasia: se manifesta como um nanismo de

membros curtos e cabeça grande. Os indivíduos

homozigotos são muito mais gravemente afetados do

que os heterozigotos e comumente não sobrevivem ao

período pós-natal imediato.

- Codominantes: ocorre a expressão fenotípica de dois

alelos diferentes para um locus.

Ex: tipo sanguíneo AB.

- Herança Autossômica recessiva:

- O fenótipo é expresso somente em homozigotos ou em

heterozigotos compostos,

- Os genitores de indivíduos afetados são portadores de pelo

menos um alelo mutante.

- Os dois sexos são igualmente afetados.

- Os indivíduos afetados resultam, geralmente, de casamentos

consanguíneos.

- Os genitores heterozigotos são os mais comuns para esse tipo

de herança. 25% da prole é afetada.

- Herança ligada ao X:

- Acredita-se que aproximadamente 1.100 genes estejam

localizados no cromossomo X.

- Uma vez que os homens possuem somente um cromossomo X,

enquanto as mulheres possuem dois, só existem dois tipos de

genótipos possíveis em homens e três possíveis em mulheres com

respeito a um alelo em um locus ligado ao X. Um homem com um

alelo mutante em um locus ligado ao X é hemizigoto para aquele

alelo, enquanto que mulheres podem ser homozigotas tanto para o

alelo normal quanto para o alelo mutante, ou heterozigotas.

- Esses distúrbios podem ser dominantes ou recessivos, e eles

são distinguidos com base no fenótipo das mulheres. A dificuldade

em classificar um distúrbio ligado ao X como dominante ou

recessivo provém do fato de algumas mulheres que são

heterozigotas para o mesmo alelo mutante na mesma família

poderem ou não demonstrar a doença, dependendo do padrão de

inativação aleatória do cromossomo X e da proporção de celulas

nos tecidos pertinentes que possuem o alelo mutante no

cromossomo ativo versus inativo.

- Nas raras situações nas quais uma mulher portadora de um alelo

recessivo ligado ao X manifesta a expressão fenotípica da doença,

ela é denominada de heterozigoto manifesto.

- Herança recessiva ligada ao X:

- É expressa no fenótipo de todos os homens que receberam a

mutação, mas somente nas mulheres que são homozigotas para a

mutação. Com isso, são bem mais frequentes em homens que

mulheres.

Ex da Hemofilia A: o sangue não consegue coagular

normalmente devido a uma deficiência do fator VIII, uma proteína

da cascata de coagulação.

Ex do Daltonismo

- Herança dominante ligada ao X:

- É regularmente expresso em heterozigotos.

- Pode ser distinguida da herança autossômica dominante pela

ausência de transmissão homem a homem.

- Todas as filhas e nenhum dos filhos do homem são afetados.

- Cada filho de uma mulher afetada tem 50% de chance de herdar

a característica, independentemente do sexo.

- As mulheres afetadas são cerca de duas vezes mais comuns que

os homens afetados, devido ao fato de as mulheres poderem

receber o alelo mutado tanto da mãe quanto do pai, enquanto os

homens só recebem da mãe.

Ex do Raquitismo hipofosfatêmico: a capacidade dos

túbulos renais de reabsorverem o fosfato filtrado está

comprometida.

Ex da Síndrome de Rett: ocorre quase que

exclusivamente no sexo feminino, pois é letal no sexo masculino.

É caracterizada pelo crescimento e desenvolvimento pré-natal e

neonatal normais, seguidos pelo rápido inicio dos sintomas

neurológicos e pela perda dos marcos do desenvolvimento.

- Herança ligada ao Y:

- É transmitida de pai para filho homem, somente.

Ex: hipertricose auricular.

- Herança mitocondrial:

- É provocada por mutações do genoma mitocondrial e por

manifestarem uma herança materna.

- Uma pequena fração de RNA e proteínas são sintetizados por

informações contidas no genoma mitocondrial.

- A maioria das células contém pelo menos 1000 moléculas de

mtDNA, distribuídos entre centenas de mitocôndrias individuais.

- Na divisão celular, as múltiplas cópias do mtDNA em cada uma

das mitocôndrias de uma célula se replicam e se distribuem

aleatoriamente entre as mitocôndrias recém-sintetizadas. As

mitocôndrias, por sua vez, são distribuídas aleatoriamente entre as

duas células filhas.

- Quando surge uma mutação no mtDNA, inicialmente ela só está

presente em uma das moléculas de mtDNA em uma mitocôndria.

Com as divisões celulares, uma mtDNA mutante irá adquirir

múltiplas cópias e, quando eles forem segregados, pode haver

celulas que irão conter proporções muito grandes desse mtDNA

mutado, levando a distúrbios na produção de energia.

- Heteroplasmia: células que contém uma mistura de mitocôndrias

mutantes e outras sem mutações.

- Homoplasmia: células que contém somente mitocôndrias

mutadas.

- Todos os filhos de mulheres que sejam homoplasmáticas para

uma mutação no mtDNA herdarão a mutação.

- A herança materna de uma mutação homoplasmática do mtDNA

pode causar a neuropatia óptica hereditária de Leber (perda rápida

da visão como resultado da morte do nervo óptico).

- Fatores complicantes do padrão de herança:

- Mutação nova

Se uma criança nasceu com uma doença genética que

não ocorreu anteriormente na família, é possível que a

doença seja o produto de uma mutação nova. O gene

transmitido por um dos pais sofreu uma mudança na

sequencia de DNA, resultando em uma mutação a partir

de um alelo normal. O risco de recorrência para a prole

subsequente destes pais não deve ser elevado acima

daquele da população em geral. Entretanto, a prole da

criança afetada pode ter um risco substancialmente

elevado.

- Mosaicismo germinativo

Durante o desenvolvimento embrionário de um dos

genitores, uma mutação ocorreu e afetou todas ou parte

da linhagem germinativa, porém atingiu poucas ou

nenhuma das celulas somáticas do embrião. Assim, os

pais carregam a mutação na sua linhagem germinativa,

mas não expressam efetivamente a doença, porque a

mutação está ausente em outras celulas do organismo.

Como resultado, o genitor pode transmitir a mutação

para varias proles. A suspeita de moisaicismo

germinativo se dá quando duas ou mais proles

apresentam uma doença autossômica dominante ou

ligada ao X quando não há histórico familiar desta

doença.

- Penetrância reduzida

Penetrância é a probabilidade de que um gene venha,

de fato, a possuir uma expressão fenotípica. Quando a

frequência de expressão de um fenótipo é de menos de

100%, diz que o gene exibe uma penetrância reduzida. É

um conceito tudo-ou-nada.

Ex: deformidade da mão fendida.

- Expressividade variável

Expressividade é a gravidade da expressão do fenótipo

entre os indivíduos com o mesmo genótipo causador da

doença. Quando a expressividade da doença difere em

indivíduos que possuem o mesmo genótipo, diz-se que o

fenótipo possui uma expressividade variável. Na

Neurofibromatose, enquanto alguns podem só

apresentar manchas café com leite – lesões cutâneas

pigmentares, planas e irregulares, outros podem

apresentar tumores benignos potencialmente letais.

- Genes modificadores

Genes que interagem com o gene causador da

doença, podendo levar a uma expressão mais

branda ou severa da doença.

- Heterogeneidade alélica

Vários possíveis alelos dentro de um mesmo

locus vão levar a expressão de uma mesma

doença.

Uma vez que qualquer alelo mutante em

particular geralmente é incomum na população,

a maioria das pessoas com distúrbios

autossômicos recessivos raros são

heterozigotos compostos, e não verdadeiros

homozigotos.

Ex da Fenilcetonúria.

- Heterogeneidade de locus

Quando o fenótipo de uma única doença é

causado por mutações em diferentes loci nas

diferentes cromossomos ou famílias gênicas.

Ex da Fenilcetonúria. Nesse caso, genes que

codificam cofatores que irão atuar na via de

metabolismo da fenilalanina estão mutados.

- Impriting genômico

Assim como o um cromossomo X na mulher, existem

regiões no genoma que também são silenciadas para

evitar a produção excessiva de produtos funcionais

dentro das células, que levariam a um gasto

desnecessário de energia. Contudo, a forma de

silenciamento é dependente da herança, e não aleatória.

Com isso, em todos os indivíduos já existe uma

determinação de que alguma região específica do

cromossomo que veio do pai será silenciada. O mesmo

ocorre nos cromossomos maternos.

Ex: Síndrome de Prader-Willi e Síndrome de Angelman.

No caso dessas duas síndromes, a deleção de uma

região no cromossomo 15 que veio do pai e que possui o

silenciamento de alguns genes e a expressão de outros

pode levar à síndrome de Prader-Willi. De outra forma, a

deleção da mesma região no cromossomo 15 materno,

que possui silenciamento e expressão de genes de

maneira oposta aos do cromossomo paterno podem

levar à Síndrome de Angelman.

- Idade atrasada de manifestação

Redução da seleção natural, já que indivíduos

portadores da doença passarão pela idade fértil sem

problema nenhum, propagando o alelo mutado para

outras gerações.

- Doenças devidas a expansões repetidas instáveis: as

expansões repetidas instáveis são caracterizadas por

expansões dentro de um gene afetado de um segmento

de DNA, consistindo em unidades repetidas de três ou

mais nucleotídeos em tandem (adjacentes uma da

outra). Em geral, todos os genes associados a essas

doenças possuem alelos de tipo normal que possuem

um número variável, porém baixo, de unidades repetidas

na população normal. À medida que o gene é passado

de geração em geração, o número de repetições pode

sofrer expansão muito além do polimorfismo normal,

levando a anomalias na expressão e função genéticas.

Ex da Doença de Huntington: caracterizada por

degeneração do estriado e do córtex. A primeira

manifestação clínica da doença se dá na meia idade. Os

homozigotos portadores da mutação e heterozigotos

possuem fenótipos muito semelhantes, embora os

homozigotos possam apresentar um curso mais rápido

da sua doença. Os indivíduos normais portam entre 9 e

35 repetições CAG no gene HD, com média de 18 ou 19.

Os indivíduos afetados apresentam 40 ou mais

repetições e, quanto maior o numero de repetições, mais

precoce é o inicio da doença.

Herança multifatorial

- Doenças causadas pela interação complexa entre fatores

genéticos e ambientais.

- Por serem causadas pelos efeitos aditivos de muitos fatores

genéticos e ambientais, essas características tendem a

acompanhar uma distribuição normal, ou em formato convexo, na

população.

- Ex da altura:

1. Supondo, de modo não realista, que a estatura seja

determinada por um único gene o com dois alelos A e a.

O alelo A tende a formar pessoas altas e o alelo a tende

a formar pessoas de baixa estatura.

Três genótipos possíveis: AA, Aa, aa, que determinariam

três fenótipos: alto, intermediário e baixo.

2. Supondo, agora, que a estatura seja determinada por

dois loci em vez de um só. O segundo locus também

tem dois alelos: B (alto) e b (baixo), e eles afetam a

estatura da mesma forma que os alelos A e a.

Nove genótipos possíveis: aabb, aaBb, Aabb, AaBb,

AaBB, AAbb, AABb e AABB. Os indivíduos poderiam ter

de zero a quatro alelos “altos”, gerando cinco fenótipos

distintos.

- Na medida que tantos os fatores genéticos quanto

ambientais determinam a estatura, teremos então

muitos fenótipos possíveis, cada um diferindo

levemente do outro, e a distribuição de estatura estará

próxima à do formato de uma curva convexa.

- O modelo do limiar: existe uma distribuição de susceptibilidade

para algumas doenças que não são de gene único em uma

população. Algumas pessoas têm poucas chances de desenvolver

a doença em questão (ou seja, elas têm poucos alelos ou fatores

ambientais que causariam a doença), enquanto outras pessoas

possuem muitos genes causadores e mais fatores ambientais e,

portanto, têm maior probabilidade de desenvolver a doença. Para

doenças multifatoriais que podem estar presentes ou ausentes,

acredita-se que um limiar de risco deva ser cruzado antes que a

doença se manifeste. Abaixo desse limiar, a pessoa parecerá

normal; acima dele, a pessoa estará afetada pela doença.

- Ex da estenose do piloro: doença que

se manifesta logo após o nascimento e

que é causada por estreitamento ou

obstrução do piloro muito mais

comum em homens. Essa diferença na

prevalência é resultado de um limiar

mais baixo para homens, ou seja,

menos fatores causadores da doença

são exigidos para gerar a doença, e um

limiar mais alto para mulheres. Por

conta disso, o risco de recorrência em

familiares de uma mulher com

estenose do piloro é maior do que

quando o individuo afetado é do sexo masculino. Isso porque

mulheres, com o limiar mais alto, devem ser expostas a mais

fatores causadores da doença para desenvolvê-la, e as chances

desses fatores serem passados para gerações futuras é maior.

- Categoria de mais alto risco: parentes

masculinos de mulheres afetadas.

- A estimativa do risco de recorrência em doenças multifatoriais é

bem mais complexa que nas doenças de gene único. Isso porque

geralmente não se conhece o numero de genes nem a

constituição precisa dos alelos dos pais e a extensão dos efeitos

ambientais pode variar substancialmente. O risco de recorrência,

então, nesses casos, é baseado em estudos de grandes grupos

de famílias e são específicos de uma dada população.

- O risco de recorrência será mais alto se mais de um

membro da família for afetado. Esse aumento não significa que o

risco da família tenha mudado. Em vez disso, ele significa que

agora tempos mais informações sobre o risco real da família, que

agora se encontra em uma posição mais alta na distribuição de

risco do que uma família que tenha apenas uma criança afetada.

- Se a expressão da doença no probando (indivíduo

afetado) for mais intensa, o risco de recorrência será mais alto.

Isso porque como esse indivíduo está na cauda extrema da

distribuição de risco, os parentes desse individuo terão mais

chances de herdar genes causadores da doença.

- O risco de recorrência será mais alto se o indivíduo

afetado for do sexo menos frequentemente afetado.

- O risco de recorrência diminui, em geral, rapidamente

em parentes de relação familiar mais remota. Isso porque muitos

fatores genéticos e ambientais devem combinar para produzir uma

característica. Todos os fatores de risco necessários,

provavelmente, não estarão presentes em membros da família

menos intimamente relacionados.

- Duas estratégias de pesquisa para estimar o quanto os genes

e/ou o meio ambiente influenciam na expressão de uma doença

multifatorial:

- Estudos com gêmeos: uma vez que gêmeos monozigóticos são

geneticamente idênticos, a maior parte das diferenças entre eles

serão devidas a efeitos do meio ambiente. Por isso, gêmeos MZ

deverão ser muito parecidos quando às características fortemente

influenciadas pelos genes. A base desses estudos é comparar

gêmeos monozigóticos e dizigóticos, que terão fatores ambientais

semelhantes aos monozigóticos, mas com diferenças genéticas

tão grandes quanto àquelas entre irmãos não gêmeos.

- Se dois membros de um par de gêmeos compartilham

uma característica, diz-se que eles são concordantes. Se não

houver esse compartilhamento, eles serão discordantes.

- As correlações e as taxas de concordância em gêmeos

MZ e DZ podem ser usadas para medir a herdabilidade de

características multifatoriais, que é definida como a proporção da

variação total de uma característica que é devida a fatores

genéticos. As características amplamente determinadas por genes

resultam em uma estimativa de herdabilidade que se aproxima de

1,0. Esses valores são específicos para a população na qual eles

são estimados.

- Problemas com os estudos de gêmeos: a alta

similaridade no meio ambiente pode tornar gêmeos MZ ainda mais

concordantes para uma característica, aumentando a influencia

aparente dos gêmeos. Uma forma de contornar esse problema é

estudar os gêmeos MZ que tenham sido criados em ambientes

diferentes; mutações somáticas podem ocorrer durante as divisões

mitóticas das celulas de embriões de gêmeos MZ após a

ocorrência da clivagem. Por isso, os gêmeos MZ podem não ser

tão “idênticos”, especialmente se ocorreu mutação no inicio do

desenvolvimento de um dos gêmeos.

- Estudos de adoção: a prole nascida de pais portadores de uma

doença, mas adotada por pais sem a doença pode ser estudada

para se descobrir se há desenvolvimento da doença nessa prole.

- Por exemplo, a esquizofrenia é observada em 8 a 10%

das crianças adotadas cujo pai ou mãe natural tinha a doença,

enquanto é observada em apenas 1% das crianças adotadas de

pais não afetados.

- Descobertas de genes que contribuem para a doença

multifatorial:

- Análise convencional de ligação: as famílias com um tipo de

doença são selecionadas, assume-se um modo de herança

monogênico e a analise de ligação é feita com um grupo maior de

marcadores polimórficos espalhados pelo genoma. Se nos

indivíduos afetados, for obtido um numero grande de alelos

parecidos nessas regiões de marcadores, assume-se que a região

ao redor desse polimorfismo poderia conter um gene causador da

doença.

Respostas somente dos impares