EVOLUÇÃO GENÉTICA

1999 – IslândiaCompanhia de Biotecnologia - base de dados com os perfis de DNA de todos os residentes do País

Informação genética - disponibilizada a Investigadores, fins médicos Investigação – População ideal para relacionar as doenças e a Genética

Islândia- ConsequênciasRegistos médicosInformação genealógica Privacidade, consentimento e comercialização?

DESCOBERTAS CIENTÍFICAS – Século XIX

Matéria – constituídas por átomosCélulas – unidades fundamentais dos organismosNúcleo – “força de vida” das célulasCromossomas – papel na hereditariedadeAchados arqueológicosNúcleo – “força de vida” das célulasCromossomas – papel na hereditariedade

ArqueologiaManipulação genética espéciesDomesticação animaisCultivo de plantas

SELECÇÃO8000 a 1000 AC – Cavalos, Camelos, Bois, Lobos5000 AC – Cultivo milho, trigo , arroz, tâmaras883-859 AC – Rei assírio Assurnasirpal II – Polinização Artificial TAMAREIRAS

400 variedades em 4 oásis do Sahara800 a 900 AC – Escola Hipocrática da Medicina384 a 322 AC - AristótelesGRÉCIA – HipócratesTratado - “Na Semente”

HUMORES: activos, saudáveis, doentesHumores- portadores de características hereditárias- transportados para o sémen- alterações durante a vida- transmitidos à descendência

GRÉCIA - Aristóteles

Sémen - formado a partir do sangue, calor vital, descendência semelhante aos pais

Sangue menstrual - matéria bruta para descendência

TEORIAS – TRANSMISSÃO HEREDITÁRIA

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1600-1850Biologia ModernaAristóteles e Hipócrates (o sangue menstrual seria o meio de cultura e o útero uma incubadora, transmissão de homúnculos- a mulher seria simples portadora do embrião já existente no espermatozóide)

Teoria EpigenéticaHarvey (1600)Foi Harvey quem escreveu baseado no trabalho de Aristóteles esta teoria - diz que um organismo deriva de um ovo, que se diferencia em num adulto durante o período embrionário.

Teoria da Preformação (Século XVIII)

Casper Wolff (Século XVIII)ARGUMENTOSTeoria Epigenética

Teoria Atómica – Dalton (1808)Com o trabalho de Casper Wolf (provou que nem todas as estruturas estavam presentes nas células sexuais mas antes iam sendo adquiridas ao longo do desenvolvimento embrionário) e juntamente com a Teoria Atómica de Dalton, a Teoria da Preformaçã estava quase posta de parte!!!A TEORIA ATÓMICA diz que toda a matéria é composta por átomos (estruturas invisíveis).

Teoria Celular – Schleiden e Schwann (1830)A TEORIA CELULAR (1830) diz que todos os organismos são compostos por unidades básicas que são as células. Isto foi possível provar com o aparecimento do microscópio.

Teoria Selecção Natural – Darwin (1859)

«As espécies actuais descendem de espécies ancestrais por modificações destas»Descendência maior que a suportável pelo ambiente

TRAÇOS VANTAJOSOS - Sobrevivência prolongada e reproduçãoAcumulação de variações ao longo do tempoIsolamento reprodutivo – nova espécie

Teoria da Transmissão Caracteres – Mendel(1900 – DUPLICAÇÃO RESULTADOS)

Ervilheira - características determinadas por genes situados em loci distintosUm locus com 2 genesindivíduo - um nr igual de características (igualdade de transmissão dos sexos)

Teoria - actualidadeIgualdade no nr de cromossomas para os 2 sexosDNA mitocondrial - materno em maior quantidade9 meses - efeitos através da mãe

Evolução da Genética

Até 1959

Definição das doenças hereditárias de tipo Mendeliano

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Bioquímica do metabolismoDescrição das malformações congénitasAntropometria e grupos sanguíneos1956- determinação do nr normal de cromossomas na espécie humana (cariótipo)

Década 60Cariótipo e definição das grandes cromossomopatiasEstudo das enzimas a nível celularHereditariedade multifactorialConselho genético

Década 70Polimorfismo cromossómico e génicoLocalização de genesGenética das populações e estudo dos efeitos ambientaisDiagnóstico pré-natal e fertilização “in vitro”

Década 80Terapêutica génica pela dietaPrevenção de cromossopatiasTerapêutica profiláticaSelecção gamética “in vitro”

Década 90

Intervenção médica e cirúrgica sobre o embrião e o fetoDiagnóstico genético pré-implantaçãoMicroinjecção intracitoplasmática de um espermatozóideProjecto do Genoma humano

Actualidade

Potencialidades diagnósticas e terapêuticas do conhecimento pleno da sequênciação genómicaFarmacogenética- desenvolvimento de novos fármacos através do conhecimento de todos os genes do genoma humano

Aplicações da Genética

Descoberta da relação doença genética – mutação génica ou alteração cromossómica específicasDetecção, Tratamento, Aconselhamento genético - Doenças GenéticasCancro – Doença genética a nível somáticoImunogenética – HistocompatibilidadeGenes de susceptibilidade – doenças multifactoriais

DIAGNÓSTICOPrevençãoTratamentoRASTREIOMedicina ForenseHistória FamiliarEVOLUÇÃO - HumanidadeSaúde PúblicaRisco RecorrênciaPredictilidade - DoençasTratamento - Doenças

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Terapia Génica - tratamento de doenças genéticas mediante introdução de cópias normais do gene afectado nas células de indivíduos doentes

Biotecnologia – transgénicos

Tecnologia de DNA Recombinante – manipulação e clonagem de genes em vectores de DNA bacteriano ou vírico e transferência para células hospedeiras

Genética - FerramentasTestes genéticos diagnóstico

- preditivo

- pré-natal

- detecção de portadores

Cariótipo (1956)

ACONSELHAMENTO GENÉTICO - Acessoria de um casal que deseja tomar uma decisão quanto à sua reprodução.

CONSELHO GENÉTICODefinição da OMS: constitui a prevenção de genótipos que acarretam doença e/ou um efeito congénito mediante a identificação prospectiva ou retrospectiva dos casais capazes de os produzirDefinição da Sociedade Americana de Genética Humana: trata-se de um processo comunicativo que trata os problemas humanos relacionados com o aparecimento ou com o risco de recidiva de um determinado transtorno numa família

Patologia Genética

1. Monogénica (mendeleana)Em 1902 Archibald Garrod publica a relação entre a doença humana e as leis da hereditariedade de Mendel (publicadas em 1865)Archibald Garrod propôs uma transmissão recessiva para a AlcaptonúriaVictor Mckusic apresenta uma catálogo com mais de 11000 doenças monogénicas (Mendelian Inheritance in Man)

2. CromossómicaEm 1959 definida a etiologia cromossómica do Síndrome de Down por LejeuneAnteriormente Langdon Down já tinha publicado uma classificação de atraso mental em raças (caucasianas, etíope, malaio, mongolóide)

3. MultifactorialResulta da interacção de um ou mais genes com um ou mais factores ambienciaisDoenças multifactoriais estão na base de cerca de metade das malformações congénitas Doenças multifactoriais poderão representar doenças crónicas em idade adulta (Artrite reumatóide, hipertensão arterial, psicoses)Somática

4.Adquirida ou cumulativaProvocada por efeitos aditivos de múltiplas mutações em diferentes genes (cancro, doenças autoimunes)

4

Frequência doenças Génicas

Aos 25 anos> 25 anos Global

Cromossómicas 1.8/1000 2/1000 3.8/1000

Monogénicas 3.6/1000 16.4/1000 20/1000

Multifactoriais 46.4/1000 600/1000 646.4/1000

Somáticas -------- 240/1000 240/1000

Genética- Estudo da hereditariedade e da variação (diversidade)- Estudo das células, descendência e populações

Genética transmissãoAnálise bioquímica e molecularEstudos citológicosGenética das populações

Genética de TransmissãoEstudo da transmissão de traços dos progenitores para os descendentes ao longo de gerações – EXPERIÊNCIAS DE MENDEL

ANÁLISE DE PEDIGREESPadrões de hereditariedade seguidos ao longo de geraçõesModo de hereditariedade de uma característica ou traço

Pedigree – Anemia c.falciformesDoença Autossómica Recessiva

AA – HOMOZIGOTO NORMALAa – HETROZIGOTO PORTADORaa – HOMOZIGOTO AFECTADO

RFLPs - "restriction fragment length polymorphisms“ (termo usado para descrever diferentes alelos de um locus que podem distiguir-se por Southern)

Herança de alelos para a Anemia de C.Falciformes – estudo por RFLP

Diferentes genotipos: homozito normal (AA), heterozigoto portador (Aa),e homozigoto recessivo com anemia (aa) - identificados por RFLP

Citogenética

Estudo da estrutura dos cromossomas e anomalias

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CARIÓTIPOCromossomas característicos de uma espécie dispostos por ordem

G- banding – bandas horizontais características de cada cromossomaPainting – Sondas específicas para cromossomas ou zonas de cromossomas - Fluorescence In-Situ Hybridization (FISH)

BANDA - parte do cromossoma que se distingue claramente dos segmentos adjacentes por surgir mais claro ou escuro em uma ou mais técnicas de bandas

Técnicas de banding 1) bandas distribuidas ao longo de todo o cromossoma ( Bandas G, Q e R) 2) restritas a um numero específicos de bandas ou estruturas dos cromossomas (Bandas C, e nucleolus organizer regions - NOR's – cromossomas acrocêntricos)

BANDAS G Uso frequente designação G por corarem pelo Giemsa podem produzir-se com outros corantes Regiões escuras - heterocromátic as , zonas ricas em AT Regiões claras - eucromátic as , zonas ricas em GC

BANDAS RAproximadamente o reverso das bandas GR - significa "reverse“Regiões escuras – eucromáticasRegiões claras - heterocromáticas

BANDAS Q Semelhante às bandas G Fluorescência Zona heterocromáticas coram menos com esta técnica do que com as Bandas G

BANDAS G e R FLUORESCENTES

Análise Química e Molecular

Tecnologia de DNA recombinante Biotecnologia

Genética das Populações

Estudo processos evolutivos Previsões de variações genéticas Previsões de frequência de genes em gerações futuras

CONCEITOS BÁSICOS

Componentes celulares Divisão celular Interacções celulares Steam Cells e especialização

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Vírus e priões

Componentes celularesActividades e anomalias celulares - características herdadas

Funcionamento celular de indivíduos portadores de doença – tratamento

Compreensão - aparecimento da doença

Genoma

Conjunto de todos os genes

Maioria dos genes - não activos

Instruções genéticas numa célula

GENE – sequência de DNA com determinada função

DNA codifica proteínas e DNA não activo

Maior parte DNA - não é expresso

Genes - unidades de hereditariedade responsáveis pela síntese de proteínas ou pela regulação da expressão de genes

Sequência de ácido desoxirribonucleico (DNA)

ALELOS – variações na sequência de DNA do mesmo gene

Alelo dominante- Produz um efeito notável, quando presente numa só cópia

Alelo recessivo - Produz efeito notável, quando presente em duas cópias

Fenótipo - Expressão observável da combinação de alelos

Genótipo - Combinações dos alelos num indivíduo

Transmissão de informação Nível molecular Nível familiar Estudo das populações

O conhecimento da informação contida no genoma humano poderá personalizar a Medicina e prever doenças futuras

NÍVEL CELULARO corpo humano é constituído por triliões de células.Todas as células possuem a mesma informação genética excepto os glóbulos vermelhos - diferenciação. Todos os órgãos possuem steam cells em pequena quantidade. Células usadas para tratamento das doenças de Alzheimer e Parkinson.

INDIVIDUALGenótipo – alelos presentesFenótipo – alelos expressos

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FAMILIAR½ dos genes paternos e maternos¼ dos genes dos avósPrimos direitos partilham 1/8 dos genesEstudo com pedigree-características específicas

POPULAÇÃOPopulação corresponde a a uma colecção de alelos, que se distingue de outras populações pela frequência dos alelos.

Pool de genes – conjunto de alelos numa população.

EVOLUÇÃOComparação de sequências de DNA (genes, sequências de a.a., ) pode revelar proximidade de espécies.

Células humanas - 4 categoriasEpiteliais MuscularesNervosasTecidos conjuntivos

PROCARIOTAS- organismos unicelulares e multicelulares sem núcleo

EUCARIOTAS – organismos unicelulares e multicelulares com núcleo e organelos

Ácidos Nucleicos - DNA e RNA (armazenamento, expressão e transmissão de informação genética)

Informação DNA→ RNA→ proteínas

DNA - células EUCARIOTAS e PROCARIOTAS Cadeia dupla Cadeia simples – Vírus DNA4 tipos de Blocos de DNA - adenina, timina, guanina e citosina Base + Açúcar + Grupo fosfato → NUCLEOTÍDEOBases nitrogenadas Organização das bases - ALFABETO - sequência de 3 bases codifica aminoácido Aminoácidos - blocos » PROTEÍNAS

RNALinguagem intermédia células eucariotas – RNARNA transporta cópia sequência do DNA - apresenta a restantes porções da célula

DNA → moléculas de RNA ® proteínas RNA Vírus

GENE - Unidade funcional hereditariedade, responsável pela síntese de proteínas ou pela regulação da expressão de genesArranjo linear nucleotídeosArmazenamento informaçãoReplicação, expressão e mutação

ALELOS - variações da sequência de DNA no mesmo gene

Mutação – variação num gene que afecta a aparência, saúde ou bioquímica de um indivíduo

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SNP’s (single nucleotide polymorphims) - variações de bases no DNA

POLIMORFISMO - variações em sequências de DNA presentes em mais de 1% da população

PROCARIOTA – BACTÉRIA- molécula circular de DNAEUCARIOTAS – várias moléculas lineares moléculas DNA e proteínas

CARIÓTIPOS

ordenam pares de cromossomas cromossomas corados ou marcados com químicos fluorescentes diferentes padrões de luminosidade

CromossomasVisualização (bacterianos e vírus)– microscopia electrónica Visualização (eucariótas, em meiose ou mitose) – microscopia óptica

Cromossomas Homólogos tamanho localização centrómero sequência de loci emparelhamento na meiose

Um indivíduo cujas células possuem 3 cópias de cada cromossoma denomina-se TRIPLOIDE

2/3 dos POLIPLOIDES resultam da fertilização de um oócito por 2 espermatozóides e os restantes resultam da fertilização de um oócito DIPLOIDE por um espermatozóide HAPLOIDE

15% dos abortos espontâneos são de TRIPLOIDES

ANEUPLOIDIA (x n) – nº cromossomas anormalnº HAPLÓIDE (n) – LEVEDURAS

MUTAÇÃO CROMOSSÓMICA duplicação delecção rearranjo de fragmentos de DNA

MUTAÇÃO GÉNICA duplicação delecção substituições de nucleotídeos

Código Genético4 tipos NUCLEOTÍDEOSSequência nucleotídica de um gene codifica composição aminoacídica de uma proteínaTripletos de nucleotídeos codificam a.a

Componentes QuímicosCélulas → moléculasQuímicos da vida → macromoléculas

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Vitaminas e sais minerais – menores quantidadesMacromoléculas celulares:Carbohidratos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos Macromoléculas → estruturas celulares

Hidratos Carbono: EnergiaEstrutura celular

ProteínasCoagulação Transmissão nervosa Contracção muscular Enzimas Estrutura celular

LípidosHormonas Energia

Ácidos NucleicosTransmissão informação

SÍndrome de Lesch-Nyhan Cristais de ácido úrico nos rins e atraso mental e comportamento auto-agressivo – MORTE por infecção ou falência renal aos 30 anos.

Secreção Celular:

DNA -> mRNA -> tRNA-> Retículo .> Golgi -> Secreção

GOLGI CENTRO PRODUÇÃO VESICULARVESÍCULAS MENBRANOSASSÍNTESE AÇÚCARESLIGAÇÃO A PROTEÍNAS – GLICOPROTEÍNASLIGAÇÃO A LÍPIDOS – GLICOLÍPIDOSFINALIZAÇÃO – PROTEÍNASARMAZENAMENTO – SECREÇÕES CELULARES

LISOSSOMASVESÍCULAS MENBRANOSASENZIMAS DEGRADAÇÃO:Fragmentos bacterianosOrganelos

DOENÇA TAY-SACHSARMAZENAMENTO LISOSSÓMICODEFICIT ENZIMA DE DEGRADAÇÃO ÁCIDO GORDO - hexosaminidase A Cromossoma 15 gene HEXA - codifica subunidade alpha da enzima beta-N-acetylhexosaminidase A

DOENÇA AUTOSSÓMICA RECESSIVA

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BAÍNHA CÉLULAS NERVOSASATRASO MENTAL, CONVULSÕESPERDA AUDIÇÃOPERDA MOBILIDADEMORTE 3 ANOS APOS SINTOMATOLOGIA

PEROXISSOMASVESÍCULAS MENBRANOSASENZIMAS DEGRADAÇÃO LÍPIDOS SÍNTESE ÁCIDOS BILIARES DESINTOXICAÇÃO RADICAIS LIVRESABUNDÂNCIA – CÉLULAS FÍGADO E RIM

ADRENOLEUCODISTROFIAAcumulação ácidos Gordos - cérebro e espinal medula Hiperpigmentação pele Açúcares - doseamento sanguíneo aumentado Fraqueza muscular Irregularidade – batimento cardíaco

MITOCONDRIA

SECREÇÃOENZIMAS CATALIZAÇÃO ATPENERGIA CELULARMEMBRANA CELULARSUPERFICIE CELULAR – INTERACÇÕES CELULARESRECEPTORES CELULARESTRANSDUÇÃO CELULAR

CITOESQUELETOESTRUTURA CELULARMOVIMENTOS CELULARESDIVISÃO CELULAR

EPIDERMÓLISE BOLHOSA Anomalia filamentos intermediários

MITOSE

Processo pelo qual o material genético das células eucariótas é duplicado e distribuído durante a divisão celular

1 CÉLULA – 2 CÉLULAS FILHAS

CICLO CELULAR

Processo contínuo pelo qual as células passam durante a vidaVariável de tecido para tecido

2 FASES - INTERFASE (não divisão), MITOSE (divisão)

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INTERFASEFunções bioquímicas celulares activas 2 fases G (paragem) 1 fase S (síntese) FASE G0 - fase de quiescência célula mantém funções bioquímicas não pode replicar o DNA nem dividir

FASE G1 Síntese de proteínas, carbohidratos e lípidos Preparação das moléculas da membrana celular das futuras células filhas Duração variável de célula para célulaCélulas embrionárias – quase toda a vidaCélulas medula óssea – 16 a 24 horas

FASE S Replicação de todo o genoma da célula Síntese de proteínas Formação de centríolos (compostos por microtubulos) Cromossoma – composto por 2 cópias unidas pelo centrómero Duração – 8 a 10 horas, maioria das células

FASE G2 Após replicação do DNA e antes da mitose Síntese de proteínas Formação de membranas celulares - vesículas

células somáticas 2 células filhas com material genético idêntico ao da célula mãe

Cromossomas condensam e observam-se em microscópio2 CROMÁTIDES – material do cromossoma geneticamente idêntico

PROFASE DNA concentrado impede a separação dos cromossomas Microtubulos iniciam o fuso mitótico Ruptura da membrana nuclear

METAFASE Cromossomas alinham-se no centro da célula – placa equatorial

ANAFASE Membrana plasmática rompe no centro da célula Separação das cromátides pelo centrómero

TELOFASE Citocinese – divisão dos organelos e macromoléculas pelas 2 células filhas Separação do material genético

CICLO CELULARCheckpoints – grupos de proteínas interactuam para reparação do DNA TELÓMEROS – possuem sequência de DNA repetida No final de cada mitose os Telómeros perdem 50 a 200 nucleotídeos

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No final de 50 mitoses os telómeros perdem uma quantidade de DNA – indica o final das divisões celulares

TELOMERASE mantém telómeros presente nos espermatozóides, ovos, Células cancro, células medula

CICLO CELULARFACTORES EXTRACELULARES Hormonas Factores de crescimento

FACTORES INTRACELULARES Ciclinas Cinases

FASES APOPTOSE Sinalização do receptor celular para a morte celular Activação de enzimas Caspases

destruição do citoesqueleto destruição das enzimas de replicação e reparação do DNA divisão do DNA em fragmentos destruição mitocondrias inactivação da adesão celular libertação de fosfolípido para a superfície externa da menbrana celular – adesão de macrófagos

STEAM CELLS

TOTIPOTENTES steam cell do ovo ou do embrião com pouco desenvolvimento Capacidade de diferenciação elevada

PLURIPOTENTES steam cell que persiste no embrião e células progenitoras Menor capacidade de diferenciação celular

CÉLULAS PROGENITORAS célula pluripotente com capacidade de especialização num nr restrito de tipo celular

DESENVOLVIMENTO

Gâmetas Meiose Desenvolvimento pré-natal Defeitos congénitos Maturação e idade

Gâmetasespermatozóide oócito gónadas – estruturas responsáveis pela produção gamética

nº DIPLÓIDE (2n) – CÉLULAS SOMÁTICAS EUCARIÓTAS

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Cromossomas Homólogos tamanho localização centrómero sequência de loci mesmos genes na mesma ordem podem ter para o mesmo gene diferentes alelos emparelhamento na meiose

Um individuo cujas células possuem 3 cópias de cada cromossoma denomina-se TRIPLOIDE2/3 dos POLIPLOIDES resultam da fertilização de um oócito por 2 espermatozóides e os restantes resultam da fertilização de um oócito DIPLOIDE por um espermatozóide HAPLOIDE15% dos abortos espontâneos são de TRIPLOIDES

nº HAPLÓIDE (n) – 1 cópia de cada cromossoma, 1 cópia do genoma

nº DIPLÓIDE (2n) – 2 cópias de cada cromossoma, 2 cópias do genoma

ANEUPLOIDIA (x n) – nº cromossomas anormal

POLIPLOIDE (x n) – ABORTO ESPONTÂNEO

MEIOSE

Processo pelo qual a divisão celular produz gâmetas em animais e esporos na maioria das plantas

células sexuais 4 células filhas com metade do material genético da célula progenitora

2 divisões – REDUCTORA (I) e EQUATORIAL(II) REDUCTORA ou I – reduz a metade o nr de cromossomas replicados (de 46 para 23), com ruptura do centrómero EQUATORIAL ou II – produz 4 células de 2 células da meiose I, separando os cromossomas replicados, sem ruptura do centrómero

PROFASE ICromossomas replicados condensados – visíveis ao microscópio Sinapse – cromossomas homólogos alinhados gene a gene Crossing – over (novas combinações de genes)

METAFASE ICromossomas homólogos alinhados no centro da célula Cada membro do homólogo adere a uma fibra de pólos opostos DIVERSIDADE - padrão como os homólogos se localizam

3 pares homólogos – 23 23 pares cromossomas homólogos - 223

LEI DA SEGREGAÇÃO INDEPENDENTE 3 pares homólogos – 23 23 pares cromossomas homólogos - 223

ANAFASE I

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Separação dos Homólogos Centrómero de cada homólogo – mantem-se unido

TELOFASE I

Cromossomas homólogos – POLOS OPOSTOS Citocinese

PROFASE IICromossomas condensados e visíveis

METAFASE IICromossomas alinhados no equador

ANAFASE IICromossomas separam-se pelo centrómero

TELOFASE II

Cromossomas na forma não replicada – polos opostos 4 célula filhas com 1 cópia do genoma

Maturação Gamética

ESPERMATOGÉNESEMeiose I – espermatócitos secundários haplóides Meiose II – espermatátides haplóides

OOGÉNESEMeiose I – 1º Glóbulo polar e 2º Oócito (Haplóides) Meiose II – 1º Glóbulo polar origina 2 células filhas (morrem), 2º Oócito dá lugar ao Ovo e ao 2º Glóbulo polar

Antes nascimento – Oócitos permanecem em Profase I Puberdade – a meiose I prossegue em 1óócito por mês, que permanece na Metafase IIOvulação – libertação de um oócito secundário Fertilização – faz com que a a meiose se complete no oócito secundário

DESENVOLVIMENTO PRÉ-NATALOVULAÇÃO E IMPLANTAÇÃO

CLIVAGEM – 1 dia após fertilização o zigoto sofre mitose e inicia a clivagem, isto é, período deintensasa mitoses dando lugar a células chamadas de BLASTÓMEROS

MÓRULA – surge quando os BLASTÓMEROS assumem a forma de uma amora ou bola sólida (4º dia).

BLASTOCISTO – surge um líquido central e um prolongamento central – MASSA CELULAR CENTRAL – é este prolongamento central ceular que vai originar o embrião (7º dia)

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TROFOBLASTO – após a implantação as células mais externas do embrião produzem hormonas da gravidez – gonadotrofinas coriónicas (b- hcg), que previnem a menstruação – TESTE GRAVIDEZ

2º SEMANA – surge um espaçao entre a massa celular interna e as células externas ancoradas ao útero – CAVIDADE AMNIÓTICAA MASSA CELULAR INTERNA origina uma camada BILAMINAR – ECTODERME (camada mais próxima da cavidade amniótica) e ENDODERME (camada mais próxima do blastocisto)

GÁSTRULA – quando surgem 3 camadas celulares: ENDODERME, MESODERME, ECTODERME – CMADAS GERMINATIVAS PRIMORDIAIS

Diferenciação CelularEctoderm: skin, nervous system Endoderm: lining of gut and internal organs Mesoderm: muscles, bones, heart

Desenvolvimento pré- natal

OVO FERTILIZADO - 12 a 24 horas após ovulação CLIVAGEM – 30 horas (3º dia) MÓRULA – 3º ao 4º dias BLASTOCISTO – 5º dia à 2º semana GÁSTRULA – final da 2º semana

GÉMEOS DIZIGÓTICOS – 2 espermatozóides fertilizam 2 oócitos ovulação nos 2 ovários no mesmo mês 2 oócitos libertos do mesmo ovário tendência hereditária MONOZIGÓTICOS – um único ovo fertilizado dá lugar a 2 embriões iguais

3 tipos - MONOZIGÓTICOS 2 amnios e 2 corions – embriões separam-se cedo 1 amnio e 1 corion – embriões separam-se tarde 2 amnios e 1 corion – embriões partilham mesmo corion

ORGANOGÉNESE – diferenciação das 3 camadas celulares em órgãos e sistemas 3ª SEMANA 14 º dia – notocórdio (percursor esqueleto) e tubo neural (percursor do SNC)18ª dia – coração 4ª SEMANA – crescimento e diferenciaçãoBraçosPernasRins e pulmões primitivos28º dia – encerramento do tubo neural5ª e 6ª SEMANAS Cabeça> restante porçãoDedos7ª e 8ª SEMANASEsqueleto (cartilagem) FETO

Defeito DO TUBO NEURAL – se estiver presente encontra-se a alfa-fetoproteína produzida no fígado do feto em grandes quantidade e detecta-se na circulação

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materna. A ecografia deve revelar o defeito do tubo neural- teste durante a 5º semana de gravidez

FETO – 1º TRIMESTRE

Proporções do corpo aproximam-se das do recém- nascido Movimento do feto Aproximação dos olhos Substituição de cartilagem por osso Desenvolvimento dentário (12ª semana)12 a 15ª SEMANAS – diferenciação sexual (activação do gene SRY à 6ª semana)

2º TRIMESTRE4º MÊS Cabelo Sobrancelhas Unhas18ª SEMANA – cordas vocais5º MÊS – posição fetal, 500g

3º TRIMESTRE - maturação dos sistemas digestivo e respiratório, acumulação de gordura

Defeitos hereditários diferente defeitos congénitos

Defeitos Hereditários -> Defeitos Congénitos causa genética -> descendência

Período Crítico - Período durante o qual anomalias genéticas, substâncias tóxicas, vírus podem alterar uma estrutura específica.

PERÍODO CRÍTICO – variável Mãos e Pés – curto Cérebro -longoSÍNDROMES – Atraso mental

TERATOGÉNIOS

Talidomida – Thalidomide babies Tetraciclinas – manchas nos dentes Cocaína – aborto, problemas comportamentais Cigarro – aborto, recém-nascido baixo peso, prematuros Álcool – Síndrome alcoólico fetal Nutrientes – Vitamina A (tratamento Acne – aborto, defeitos coração, SNC e face) Infecções víricas – HIV, Herpes simplex, Rubéola

Álcool – Síndrome alcoólico fetal facies – cabeça pequena e face achatada atraso no desenvolvimento semelhante em grupos étnicos diferentes

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Síndromes - rápida progressãoAtaxia Telangectásica Síndrome Cockayne Síndrome Hutchinson-Gilford Síndrome Rothund - Thomson Tricotiodistrofia Síndrome Werner

Erros reparação DNA -> Síndromes Progeróides

GENES e IDADE:Controle da insulina Sistema imunitário Controle ciclo celular Metabolismo lípídico Resposta ao stress Produção de enzimas antioxidantes

ESTUDO CROMATINA

Cromatina no núcleo em interfase:

Eucromatina (e) -> descondensada -> geneticamente activa

Heterocromatina (h) -> condensada -> geneticamente inactiva

HETEROCROMATINA

fortemente condensada ao logo do ciclo celular

DNA de replicação tardia no período S

composta especialmente por DNA altamente repetitivo

pobre em genes

geneticamente é praticamente inactiva

EUCROMATINA

grau de condensação varia ao longo do ciclo celular

DNA de replicação precoce no período S

contém elevada proporção de DNA em sequências única

rica em genes

é o local onde se situam os genes mais activos

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A eucromatina é sensível à DNAse. A heterocromatina em interfase é visível sob a forma de regiões densas e fortemente coradas chamadas cromómeros.

Tipos de DNA1.sequência única2.moderadamente repetitivo3.altamente repetitivo - satélite (entre outros)

Heterocromatina e DNA satélitebandas C ( ) = H @ DNA sat.

Relações estruturais entre a Hetrocromatina constitutiva e o DNA satélite.

A heterocromatina constitutiva localiza-se especialmente nos centrómeros e é nestas zonas que se concentra preferencialmente o DNA satélite. É uma região genómica muito plástica e marca pelas bandas C. Podem coexistir nestas regiões tipos diferentes de DNA satélites pertencentes às 5 famílias onde se agrupam de acordo com a variabilidade e o comprimento das suas sequências. No entanto, a relação entre este tipo de cromatina e o DNA satelite é ainda muito obscuro.Apesar da heterocromatina marcar pelas bandas C, estas não distinguem os diferentes tipos de DNA que se possam encontrar numa mesma região, aparecendo uma banda uniforme. Além disso há regiões heterocromáticas em que não se encontra nenhum dos tipos de DNA satélite referidos. Uma prova de como ainda é obscura a relação heterocromatina/DNA satélite reside no facto de no genoma humano existir cerca de 3% de DNA satélite enquanto que há cerca de 20% de material marcado pelas bandas C.

Heterocromatina constitutiva

- constituida por sequências de DNA altamente repetitivas (DNA satélite)

heterocromatina justacentromérica - telómeros - constrição secundária

Heterocromatina facultativaconstituida por DNA de sequência única e moderadamente repetida)cromossoma X nas células femininas

Inactivação do cromosoma X - mecanismosA inactivação dá-se ao acaso e o X inactivado pode ser o de origem paterna ou o de origem materna, nas diferentes células do mesmo organismo

O X inactivado mantém-se constante para cada linha celular

Heterocromatina constitutiva

DNA altamente repetitivo (DNA satélite) funcionalmente inactivasempre condensadaocupa a mesma posição em # homólogos

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Heterocromatina facultativaDNA sequência única e moderadamente repetidaactiva e inactiva grau de condensação variávelnão tem sempre a mesma posição em # homólogos

A heterocromatina constitutiva mantém o seu grau de condensação ao longo do ciclo celular, não contém genes e é inactiva sob o ponto de vista de actividade funcional. Tem no entanto um papel importante como protectora da eucromatina bem como na distribuição rigorosa do material genético durante as divisões celulares.A heterocromatina facultativa pode funcionar como eucromatina ou heterocromatina, dependendo do tipo de células ou meio ambiente. É composta por genes que estão inactivos em determinados tipos de tecidos ou durante momentos particulares do ciclo celular.

Funções e papel biológico da Heterocromatina

Estabilidade da cromatina - nos telómeros e centrómeros

- durante o emparelhamento dos cromossomas

Protecção da eucromatina - posição relativa no núcleo em interfase - regulação da formação de pontos de quiasma

Especiação e evolução - frequência de quebras e rearranjos > nestas zonas.

Variação: - utilização dos polimorfismos como marcadores genéticos

A heterocromatina não tem actividade génica mas tem funções importantes. Entre elas encontram-se:- manter a estrutura centromérica- manter reprimidos elementos “parasitas”

EvoluçãoA evolução da heterocromatina está associada à do DNA satélite. A evolução deu-se à custa de duplicações, delecções, inversões e transposições (“jumping genes” ou sequências móveis). Pensa-se que o DNA altamente repetitivo pode ter surgido a partir de um fenómeno de mutação numa pequena sequência única, que causa divergência de pequenas sequências repetidas, seguido de amplificação, havendo assim substituição de pequenas sequências repetidas por outras mais complexas. Além disso a diversidade destas regiões é auxiliada pelos transposões ou sequências móveis. Também fenómenos de “crossing over” desigual quer na meiose quer na mitose podem ter contribuido para essa evolução.Como se trata de uma região geneticamente inactiva, é aí que ao longo do tempo se foram acumulando as mutações que têm um papel importante na evolução das espécies. Na evolução, o aumento de tamanho nos cromossomas está associado à adição das zonas heterocromáticas enquanto os polimorfismos estão associados à delecção. Embora no homem alterações nestas zonas não afectem o fenótipo, há evidência que em certas circunstâncias estas zonas facilitam rearranjos estruturais e contribuem para criar uma barreira reprodutiva entre espécies.

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Herança Mendeliana

Experiências de MendelHerança de um só gene Segregação Terminologia

Herança de um só gene - Homem Formas de Transmissão Dominância e Recessividade

Herança de dois genes

Análise do Pedigree

Gregor Johann Mendel – Biografia1822 – Nascido em Heinzedorf (Républica Checa)1843 – Mosteiro de S.Tomás, apoio estudos1849 – Professor1851/53 - Universidade de Viena1854 – regresso ao Mosteiro de S.Tomás (ensino de Ciências durante 16 anos)1856 - Experiências com ervilheiras de cheiro1868 – Nomeado Abade do mosteiro1884 – morte por doença renal

Mendel - experiências

Pisum Savitum – Ervilhas de cheiro

Organismo:Fácil crescimentoFácil hibridização – cruzamento artificialFácil reproduçãoMaturação numa só estação

Leis de Mendel - Homem

Gergor Mendel descreveu 2 leis básicas de hereditariedade usando cruzamentos de plantas. Estas leis são aplicadas a organismos diploides

LEI DA SEGREGAÇÃO Mendel usou a estatística para investigar porque é que algumas caracterísiticas desapareciam na geração híbrida A Lei da Segregação diz que alelos de um gene são distribuidos em 2 gâmetas separados durante a meiose . Mendel demonstrou que isto ocorre usando 7 característiticas da mesma planta

Avaliação de diferentes características na Ervilheira

LEI DATRANSMISSÃO INDEPENDENTE - a transmissão de 2 ou mais genes em diferentes cromossomas é independente pois nameiose forma-se gâmetas com diferentes combinações desses genes

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Mendel - experiências

Caracteres e Traços7 caracteres unitários – características visíveisCada caracter – 2 formas contrastantes – 2 traços

forma da semente; Redonda e Lisa - R, Rugosa – r Cor da Semente; Amarela – Y, verde – y Forma da Vagem; lisa e completa – V, com constrições – v Cor da vagem; Verde – G, amarela – g Posição da Flor; Axial – F, terminal – T Altura do Caule; Alta – T, baixa – t Cor da Flor; roxa, branca

Cruzamento de Ervilheiras – Altura caule

t com t (baixa – t com baixa – t) T com T (alta – T com alta – T) t com T (baixa - t com alta – T) T com t (alta – T com baixa – t)

Cruzamento de Ervilheiras – Altura caule

t com t (baixa – t com baixa – t)

descendência – toda baixa- t

T com T (alta- T com alta –T)

descendência – toda alta – T

T com t (alta- T com baixa –t)

descendência alta – T, descendência alta –T e baixa -t

Cruzamento de Ervilheiras - MONOHÍBRIDO

1 par de TRAÇOS contrastantes

Geração parental - P1 2 estirpes parentais com formas contrastantes do caracter

Cruzamento

1ª Geração filial – F1

Auto-fertilização

2ª Geração filial – F2

Cruzamento “True – breeding”

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Monohíbrido

Cruzamento de Ervilheiras

t com T (baixa/anã – t com alta – T)

descendência – toda alta- T em F1descendência – alta – T e baixa/anã – t em F2

TRAÇO “anã “ desaparece em F1 e reaparece em F2 PROPORÇÃO – 3 (ALTAS):1 (ANÃS) em F2

Cruzamento “ Non true – breeding” MonohíbridoCruzamento de Ervilheiras

T com T (alta - T com alta – T)

descendência – alta- T e baixa - t em F1 descendência – alta – T e baixa/anã – t em F2TRAÇO “anã “ aparece em F1 e em F2

Cruzamento Monohíbrido “Non True-breeding” - F1

¾ geração alta - T¼ geração baixa – anã - t

Cruzamento Monohíbrido “Non True-breeding” – F2

geração alta - T geração baixa – anã - t

Altura mascara baixa estatura

Característica DOMINANTE Característica RECESSIVA

Hibridização - características desaparecem e reaparecem na geração seguinte

POSTULADOS – Mendel

Factores unitários – Unidades básicas da hereditariedade

Factores – transmitidos, sem se alterarem de geração para geração e determinam traços expressos em cada planta

1º POSTULADO

“Os caracteres genéticos são controlados por factores unitários, que existem em PARES em organismos individuais”

Organismo diplóide – recebe 2 factoresFactor unitário – para cada TRAÇO

Exemplo – altura do caule

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factores (alta – T, baixa/ anã – t)Combinações possíveis dos factores – tt, Tt, TT

2º POSTULADO

“Quando 2 factores unitários diferentes responsáveis por um único caracter estão presentes num mesmo indivíduo, um factor unitário é DOMINANTE sobre o outro, que se diz ser RECESSIVO”Factor ALTO - T é dominante sobre o factor BAIXO/ANÃO – t Traço que desaparece na geração F1 mas reaparece em F2 pois em F1 está sob influência do factor DOMINANTE e por isso diz-se RECESSIVO Relação Dominância e Recessividade só faz sentido quando 2 factores diferentes estão presentes

3º POSTULADO

“Durante a formação dos gâmetas, os factores unitários constituintes do par separam-se e segregam aleatoriamente, de forma que cada gâmeta recebe um ou o outro com igual probabilidade”

Ervilheira TT – origina gâmetas só com factor TErvilheira Tt – origina 50% de gâmetas com factor T e 50% de gâmetas com o factor t

4º POSTULADO

“Durante a formação dos gâmetas, os pares de factores unitários segregam independentemente uns dos outros”Resultado da segregação – cada gâmeta recebe um elemento de cada par de factores unitários Para cada par um factor não influência a segregação de outros pares Todas as combinações possíveis de factores unitários serão encontrados nos gâmetas com igual frequênciaExperiências de Mendel – Vantagens

Organismo experimental idealEstudo de 1 ou de nr reduzido de traços em cada experiênciaRegistos quantitativos precisosDerivação de postulados a partir da análise dos dados experimentais

TERMINOLOGIA GENÉTICA MODERNA

TRAÇOS – expressão visível dos factores unitários

FENÓTIPO – manifestação física do traço

FACTORES UNITÁRIOS – genes

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ALELOS – formas alternativas de um único gene

SIMBOLOGIA – alelo recessivo (letra minúscula), alelo dominante (letra maiúscula)

GENÓTIPO – combinação de 2 factores unitários num indivíduo

HOMOZIGOTO – 2 alelos iguais

HETEROZIGOTO – 2 alelos diferentes

Punnett Square

diagrama de cruzamentos genéticosgâmetas femininos e masculinos – frequências/idaderesultados genotípicos e fenotípicos

CRUZAMENTO MONOHÍBRIDO “Non true breeding” - Tt

Rácio genotípico para cruzamento monohíbrido1 TT: 2 Tt : 1 tt

Rácio fenotípico para cruzamento monohíbrido3 plantas altas :1 planta baixa – 3:1

Racios 1:2:1 - genotípico 3:1 - fenotípico

CRUZAMENTO MONOHÍBRIDO - “Non true breeding” - Mendel

Rácios – não exactos

Teste de Cruzamento

indivíduo genótipo desconhecido / indivíduo homozigoto recessivo

identifica genótipo desconhecido

Rácios – não exactos

Teste de Cruzamento – cruzammento de um indivíduo de genótipo desconhecido com um indivíduo homozigoto recessivoTipos de Hereditariedade Tipo herança – probabilidade do casal ter um filho afectado, um filho portador, um filho saudável

Mendel - características dos autossomas

Autossómico Dominante

Autossómico Recessivo

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Dominância e Recessividade

Conceito de Mendel – uma característica mascara outra

Conceitos actuais

Características de abundancia de proteína – habilidade da proteína codificada pelo alelo de compensar a proteína ausente/ anormal codificada pelo outro alelo

Autossómico recessivo – perda de função

Autossómico dominante – proteína anormal interfere com função de proteína normal

Características Recessivas mais graves e sintomas mais precoces alelos permanecem na população

Características Dominantes graves desaparecem na população sintomas tardios e não muito graves permanecem na população

ABORDAGEM ANALÍTICA - MENDEL

- O que levou Mendel a deduzir que os factores unitários existiam em pares?2 traços contrastantes » 2 factores distintos

- Porque desaparece um dos traç em F1? o traço recessivo e o seu factor unitário não desaparecem – são MASCARADOSA ou escondidos pois reaparecem em F2 um factor de cada tipo deve ser transmitido a cada indivíduo em F1 mas como 1 ALELO é DOMINANTE sobre o outro , só se manifesta o TRAÇO DOMINANTE

- Como se explica a proporção 3:1 na geração F2? Proporção esperada se os alelos segregarem aleatóriamente para os gâmetas e se a fertilização for aleatória

Sem conhecimento dos mecanismos celulares, Mendel propôs a existência de UNIDADES de HEREDITARIEDADE e explicou como estas são transmitidas de uma geração para outra.

CRUZAMENTO TESTE1 Caracter

Plantas altas de F2 de cruzamento monohíbrido “alta x anã” podem ter genótipos TT ou Tt.Como saber o genótipo destas plantas?

CRUZAMENTO TESTE

Cruza-se indivíduo de fenótipo dominante e genótipo desconhecido com um indivíduo homozigoto recessivoFACTORES UNITÁRIOS SEPARADOS CONTROLAM OS TRAÇOS ALTA E ANÃ1 Caracter

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Cruzamento de Ervilheiras – DIHÍBRIDO

2 CARACTERES2 pares de TRAÇOS contrastantes em simultâneoamarela,lisa X verde,enrugadaamarela,enrugada X verde,lisaProporção Fenotípica Dihíbrida9:3:3:1

LE DO PRODUTO DAS PROBABILIDADES2 CaracteresConsiderar o cruzamento dihíbrido como 2 cruzamentos monohíbridos conduzidos separadamenteConsiderar os 2 pares de traços contrastantes como sendo herdados independentemente

EXEMPLOProbabilidade de a planta ser alta ou anã não afecta a probabilidade de as suas sementes serem lisas ou rugosas“Quando 2 eventos independentes ocorrem simultaneamente, a probabilidade combinada de 2 resultados é igual ao produto das probabilidades individuais da ocorrência”

Cruzamento de Ervilheiras – TRIHÍBRIDO

3 CARACTERES3 pares de TRAÇOS contrastantes em simultâneo8 Gâmetas diferentes – a elaboração de um diagrama de Punnet é complicado

Alternativa – Diagrama ramificado “ Forked-line method”

DIAGRAMA RAMIFICADO3 pares traços contrastantes

Aplicação da Lei do produto das probabilidades no cálculo das proporções fenotípicas da geração F2 de um cruzamento trihíbrido

- A utilização da Matemática na Biologia não se efectuava.

- Falta de conhecimentos na Física da Hereditariedade.

- A explicação de Mendel para a varíação nas espécies contraditória em relação à Teoria dos evolucionistas – Mendel explicou como a variação é trasnmitida à descendência e não explicou porque alguns fenótipos sobrevivem preferencialmente.

1879, Walter Flemming – DESCOBERTA CROMOSSOMAS Permitiu o estudo do trabalho de Mendel por outros cientistas e a ligação do mesmo ao comportamento dos cromossomas durante a meiose.

Sutton e Boveri - TEORIA CROMOSSÓMICA DA HEREDITARIEDADE

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Correlação do comportamento dos cromossomas durante a meiose com o princípio da segregação e distribuição independente de Mendel. Factores unitários=cromossomas

Postulados Mendel- Homem

Par factores unitários – par de GENES nos cromossomas homólogos Segregação de factores unitários durante formação de gâmetas – Segregação dos homólogos durante gametogénese Distribuição independente dos factores unitários segregados – Cromossomas não homólogos distribuem-se independentemente

Leis de Mendel - Homem

Lei da Segregação – alelos de um gene distribuídos em 2 gâmetas separados na meiose

Lei da distribuição independente - a transmissão de 2 ou mais genes em diferentes cromossomas é independente

SEGREGAÇÃO cromossomas e genes na meiose - SEGREGAÇÃO: distribuição igual dos alelos para os 2 gâmetas variação das combinações alélicas herança de 2 alelos para um só gene MEIOSE – explicação do cruzamento de Mendel - (tt), (Tt) e (TT)

Segregação - cromossomas e genes na meiose, herança de 2 alelos para um só gene

HOMOZOGÓTICO – 2 alelos identicos (aa, AA)

HETEROZIGÓTICO – 2 alelos diferentes, HÍBRIDO de Mendel (Aa)

gene - 2 alelos alelo dominante – letra maiúscula alelo recessivo – letra minúscula

Genótipo – alelos do indivíduo

Fenótipo – expressão da combinação alélica

Fenótipo mutante – variação expressão do gene, mutação

Meiose – comportamento cromossomas – Lei da Segregação

Caracteres herdados (alelos) – separação na meiose

Cada zigoto – 1 cópia de cada alelo

Cada zigoto – 1 alelo de cada progenitor

SEGREGAÇÃO

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Geração parental/ 1ª Geração – P12ª Geração / 1ª Geração filial – F13ª Geração – F2

HERANÇA MENDELIANA

Autossómica Dominante

Acondroplasia – pulmões pequeno, tamanho normal de cabeça e tronco Hipercolesterémia familiar – colesterol elevado e doença cardíaca Doença Huntington – movimentos progressivos incontroláveis e alterações de personalidade, início na meia idade Intolerância à Lactose – não digestão da lactose, cólicas após ingestão Síndrome de Marfan – Pulmões longos, dedos finos, aorta coartada Distrofia miotónica – cansaço muscular progressivo Neurofibromatose – marcas castanhas na pele, tumores benignos da pele Doença poliquística renal – quistos renais, hamatúria, tensão alta, dor abdominal Polidactilia – dedos extra Porfiria – hematúria, febre, dor abdominal, dor cabeça, coma e morte

sexo feminino e masculino podem estar afectados pode haver transmissão do sexo masculino para sexo masculino transmissão com igual frequência dos 2 sexos criança afectada – um dos progenitores afectado Gerações sucessivas afectadas - característica não salta gerações Uma das gerações não afectada – transmissão para

Autossómica Recessivo

sexo feminino e masculino podem estar afectados Sexo feminino e masculino podem transmitir – excepto se característica provoca morte antes da idade reprodutiva individuo afectado – homozogótico Indivíduos portadores – heterozigóticos Consanguinidade Salta gerações Pais de indivíduo afectado - heterozigotos ou doentes

Distribuição Independente

herança de duas ou mais características, atribuídas a um gene com alelos diferentes

genes localizados em cromossomas diferentes

herança de um gene não influência a herança do outro gene

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Características Recessivas – mais graves e sintomas mais precoces, alelos permanecem muito tempo na pupolação

Características Dominantes –quando graves desaparecem na população porque os indivíduos são muito doentes ou morrem cedo e não chegam a reproduzir-se, podem ser substituídos por mutação quando têm sintomas tardios e não muito graves permanecem na população

MENDEL Cor e Superfície da semente da ervilha Enrugada e lisa (R - dominante) Amarela (Y - dominante) e verde

Cada progenitor produz 4 tipos de gâmetas: RY, Ry, rY, ry

Mendel prossegue o cruzamento – Cruzamento dihíbrido

Distribuição Independente – Cruzamento Diíbrido

MENDEL Racio 9:3:3:1 - explica que um gene não influência a transmissão do outro

LEI DA DISTRIBUIÇÃO INDEPENDENTE

Herança – mais do que um gene

Probabilidade de obter planta rryy de cruzamento dihíbrido (RrYy)

Cruzamento de um gene de cada vez Multiplicação dos resultados

Rr com Rr e Yy com Yy produto rr - 25% ou ¼ produto yy – 25% ou ¼ produto rryy – 1/4x1/4= 1/16

Pedigree

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Esquema - relações familiares - genealógicas

Geneticistas – relações familiares – estudo características

Inicialmente os pedigrees serviam apenas para mostrar a genealogia – exemplo do Pedigree do Egipto: extensão vertical porque tinham como objectivo cruzar pessoas do mesmo sangue: pedigree de uma família com ploidactilia: extensão lateral porque tinam muitos filhos; Pedigree de consanguinidade entre primos: tem maior risco de passarem doenças recessivas porque partilham os mesmos avós Posteriormente começaram a ser usados para estudar características herdadas- - exemplos pedigrees AD e AR

Símbolos unidos por linhas verticais e horizontaisLinhas verticais – geraçõesLinhas horizontais – parentesGerações – números romanosIndivíduos de uma geração – numeração Arábica

Inicialmente os pedigrees serviam apenas para mostrar a genealogia – exemplo do Pedigree do Egipto: extensão vertical porque tinham como objectivo cruzar pessoas do mesmo sangue: pedigree de uma família com ploidactilia: extensão lateral porque tinam muitos filhos; Pedigree de consanguinidade entre primos: tem maior risco de passarem doenças recessivas porque partilham os mesmos avós Posteriormente começaram a ser usados para estudar características herdadas- - exemplos pedigrees AD e AR

Símbolos

Sexo feminino

Sexo masculino

Sexo feminino – expressa a característica

Sexo masculino – expressa a característica

Sexo masculino – portador

Sexo masculino – portador

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Será que em todos os genes existe um para de alelos que apresentam a relação dominância recessividade descrita por Mendel? Não

Alteração Proporções Mendel

Análise do PedigreeInicialmente os pedigrees serviam apenas para mostrar a genealogia – exemplo do Pedigree do Egipto: extensão vertical porque tinham como objectivo cruzar pessoas do mesmo sangue

Pedigree de uma família com polidactilia: extensão lateral porque tinham muitos filhos

Pedigree de consanguinidade entre primos: tem maior risco de passarem doenças recessivas porque partilham os mesmos avós

Símbolos

Sexo feminino - morto

Sexo masculino - morto

Gravidez

Aborto espontâneo

Gravidez interrompida

p p

Geração

Pais

Adopção

Descendência

Gémeos idênticos

Consanguinidade

Relação Precedente

Probando

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ALBINISMOIncapacidade produção melaninaCabelo, pele, pupilasPedigree de característica AR – Albinismo – homozogótico recessivo não possui enzima que produz a melanina:Afecta ambos os sexosSalta gerações – neste Pedigree não afacta 1ª e 2ª gerações

Pedigree - AR

Pais não afectados têm filhos e filhas doentesExistem gerações que não manifestam a doençaA doença é determinada pelo alelo recessivo.O fenótipo normal é determinado pelo alelo dominante.Pedigree de característica AR – Albinismo – homozogótico recessivo não possui enzima que produz a melanina:Afecta ambos os sexosSalta gerações – neste Pedigree não afecta 1ª e 2ª gerações

As Leis de Mendel são operativas mas as razões de Mendel raramente são observáveis porque o tamanho da amostra é pequeno.

O aparecimento de indivíduos afectado depende muito do acaso na união de heterozigotos não relacionados.

Os casamentos consanguíneos aumentam a frequência de homozigotos afectados.

FREQUÊNCIA RELATIVA DOS GENÓTIPOS NA POPULAÇÃOEQUILIBRIO - Hardy-Weinberg

f(A)= p f(a)= q

f(AA)= p2 f(Aa)= 2pq f(aa)= q2

BRAQUIDACTILIA ossos terminais dedos curvos curtos

Pedigree de AD - Braquidactilia – 5º dedo curovo e curto:

Não há saltos nas gerações- indivíduos afectados em todas as geraçõesO alelo normal é recessivoO alelo anormal é dominante

Pedigree – o fenótipo tende a estar presente em todas as geraçõesIndivíduos AA são muito raros

Nas Doenças dominantes de manifestação tardia – importante rastreio pré-sintomático!

VARIAÇÕES FENOTÍPICAS NORMAIS

Populações isoladas divergem geneticamente – diferenças étnicasMesma Etnia – variação/diversidade

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VARIAÇÃO GENÉTICA

CONTÍNUA – características com fenótipos mesuráveis dentro de um intervalo de valores (ex: peso, altura)

DESCONTÍNUA – 2 ou mais fenótipos distintos para 1 mesma característica (ex: traços das ervilheiras de Mendel)

POLIMORFISMO

2 ou mais fenótipos alternativos para uma característica

A análise destes Pedigrees tem interpretação diferente dos Pedigrees de Doenças autossómicas Recessivas

Por vezes a análise do Pedigree pode ser inconclusivo – tanto pode explicar uma condição AD como AR

Exemplo – Pedigree de AlopeciaPode ser AD porque estão afectados ambos os sexos e não há saltos nas geraçõesPode ser AR porque os indivíduos não afectados no Pedigree podem ser portadoresOs Pedigrees inconclusivos surgem mais frequentemente em famílias pequenas ou quando a característica estudada não for sufucientemente grave para impedir os Heterozigotos de terem filhosPodem tentar obter-se mais informações com testes bioquímicos aos portadores

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Doença de Células Falciformes – Doença AR. Michael tem a doença. Ellen, irmã de Michael, saudável, está grávida e deseja saber qual a probabilidade de ter um filho portador do alelo. Tim, marido de Ellen , é saudável e não possui história da doença na sua família. É necessário saber qual o risco de Ellen ser portadora e qual o risco de Ellen passar o alelo mutado à descendência. Probabilidade de Ellen ser portadora é de 2/3 (Punnet square b). Probabilidade de Ellen passar o alelo mutado ao feto é de ½ (Punnet square c). Total de probabilidade de Ellen te 1 filho portador do alelo é de 1/3Herança Mendeliana

1. Expressão do gene e racios Mendelianos

2. Herança Materna e Genes Mitocondriais

3. “Linkage”

Expressão do GeneHomozigotia de alelos recessivos - interrupção do desenvolvimento do feto antes do nascimento

Variabilidade no fenótipo - Múltiplos alelos para o mesmo gene

Fenótipos intermédios - Heterozigotos de condições de Dominância incompleta de alelos – fenótipos intermédios em relação aos Homozigóticos

Alelos Codominantes - são expressos os 2 alelos

Epistasia - 1 gene condiciona a expressão de outro gene

Genótipo de Penetrância incompleta - não é expresso em todos os indivíduos que o herdam, fenótipos com expressão variável

Genes Pleiotrópicos - possuem várias expressões

Fenocópia - característica que parece ser Herdada mas é ambiental

Heterogeneidade Genética - 2 ou mais genes especificam o mesmo fenótipo

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Extensões Leis de Mendel

Conjunto dos Genes do Indivíduo – Expressão dos genes – FENÓTIPO

Se expressão dos genes não segue a transmissão simples de Mendel (Dominante/Recessivo)

Se mais do que 1 par de genes influência a expressão de um dado carácter

PROPORÇÕES FENOTÍPICAS CLÁSSICAS de F2 (3:1 e 9:3:3:1) SOFREM MODIFICAÇÃO

LEIS DA SEGREGAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO INDEPENDENTE SÃO VÁLIDAS

GENÉTICA NEO-MENDELIANAModelos de Hereditariedade propostos face a dado genéticos que não se enquadram precisamente com as proporções Mendelianas esperadas.

DOMINÂNCIA INCOMPLETA E CO-DOMINÂNCIA INTERACÇÃO GÉNICA HEREDITARIEDADE LIGADA AO X HEREDITARIEDADE INFLUENCIADA PELO SEXO EXPRESSÃO FENOTÍPICA E AMBIENTE

Função - ALELO

Formas alternativas de um mesmo genePossuem informação genética diferentePodem manifestar-se ou não como proteínas diferentesPodem codificar ou não funções diferentes de uma mesma proteína

ALELO SELVAGEM

O alelo mais frequente numa população ou que é arbitrariamente designado “NORMAL”Responsável pelo fenótipo selvagemGeralmente é DOMINANTE e o seu produto é funcional na célulaÉ usado como padrão de comparação relativamente a todas as mutações que ocorram no mesmo locus

O processo de MUTAÇÃO é fonte de novos alelosA MUTAÇÃO pode ou não resultar em novos fenótiposUm novo fenótipo resulta da alteração da actividade funcional do produto celular controlado pelo gene

ENZIMA Eliminação da função Redução/aumento da afininade para o substracto

Simbologia- ALELO1ª LETRA DO TRAÇO

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Alelo dominante – maiúsculaAlelo recessivo – minúsculaTall, dwarf – D, dAUSÊNCIA DE DOMINÂNCIAAlelos – maiúscula para ambosD2, D2ALELO SELVAGEMAlelo mais frequente – letra seguida de símbolo +

FUNÇÃO DO GENEo símbolo representa função do genecdc – cell division cyclednaA – gene que codifica a proteína dnaA da replicação do dna

DOENÇA CAUSADA PELO GENEo símbolo representa doença causada pelo mau funcionamento do geneleu – mutação que interrompe a síntese do aa leucinaHD – doença de HuntingtonBRCA1 – breast cancer geneHerança Materna

Genes mitocondriais – ausência de crossing over, ausência de reparação do DNA e intrõesVárias cópias de 1 Mini-cromossoma (25º cromossoma) - 37 Genes codificam:RNAt, RNArproteínas de reacções energéticas

Linkage

genes unidos no mesmo cromossoma; dão lugar a uma descendência na sua maioria com um genótipo semelhante à parental e em pequena % com um genótipo recombinante

Mapas de “Linkage”

- referem-se a distancias entre genes unidos baseados nas frequências de crossing over- desenvolvidos a partir de estudos de linked genes- pode examinar-se um grupo de sequências de DNA unidas conhecidas para seguir a hereditariedade de certo cromossoma

Lei da Segregação

2 Progenitores contribuem com o mesmo nr de genes para a descendência

GENES - MITOCÔNDRIA

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Linked genes – genes unidos no mesmo cromossoma dão lugar a uma descendência na sua maioria com um genótipo semelhante à parental e em pequena % com um genótipo recombinante

Haplotipo - grupo de dna unido e de sequência conhecida

Alelos cis/trans - possibilidade de prever a probabilidade de certos genótipos na descendência através do conhecimento dos alelos unidos estarem em posição cis ou trans e das frequências de crossing over

Combinação alélica letal – Genótipo que provoca a morte

Doença Huntington

Cães Mexicanos

Combinação alélica letal – qualquer combinaçãoAlélica letal, provoca a morte do indívíduo antes que este se possa reproduzir e previne a passagem de genes à descendência

Exemplo – Cães Mexicanos sem pêlo (combinação alélica letal – heterozigoto dominante HH)

DOSE DUPLA DOMINÂNCIA - LETALALELOS LETAIS DOMINANTESCÃES MEXICANOS1 ALELO DOMINANTE – AUSÊNCIA PÊLO 2 ALELOS DOMINANTES - LETAL

Doença de Huntington

Letal - Indivíduo

NÃO Letal – PopulaçãoREPRODUÇÃO

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Alelos Múltiplos2 alelos (1 em cada homólogo) – para cada gene autossómico

População – vários alelos para mesmo gene

Combinações alélicas diferentes – fenótipos diferentes

Predictibilidades - influência de outros genes e ambiente

1º CRUZAMENTO

2º CRUZAMENTO

Combinação alélica letal

ABORTOS ESPONTÃNEOS

MÃE PAI

ALELO RECESSIVO – MESMO GENE

25% PROBABILIDADE

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Cada indivíduo possui 2 alelos para cada gene autossómico mas cada gene pode existir na População em várias combinações alélicas devido à existência de alelos mutantes

Correlações entre genótipos e fenótipos torna-se difícil dar predictibilidades devido à influência de outros genes e do próprio ambiente

Exemplo de doença em que é possivel dar predictibilidade é a fenilcetonúria (PKU)FENILCETONÚRIA- Quando a enzima está ausente o indivíduo possui atraso mental profundo- No entanto a administração de uma dieta específica sem fenilalanina desde o nascimento até aos 8 anos de idade impede a sua acumulação nas células cerebrais e permite um desenvolvimento cerebral praticamente normal- Existem cerca de 300 alelos mutantes cuja combinação permite a identificação de 4 formas diferentes de PKU:- PKU com atraso mental profundo- PKU moderada- PKU ligeira- PKU sem sintomas excepto excreção excessiva de fenilalanina na urina

O conhecimento do tipo de combinação alélica pode dar aos pais uma pista acerca da restrição alimentar mais ou menos rigorosa a instituir

FENILCETONÚRIA >300 alelos mutados

Fenilcetonúria (PKU) – 4 fenótipos básicos:PKU com atraso mental profundoPKU moderadaPKU ligeiraPKU com excreção excesso de aa na urina

FIBROSE QUÍSTICA CENTENAS alelos mutadosDificuldade na identificação - testes de portadores1989 – 1º Alelo mutado (∆F508), 70% casos TESTES GENÉTICOS – paineis de mutações de grupos étnicos

Fibrose Quística (FQ) – fenótipos - Homozigóticos para ∆F508 FQ com infecções respiratórias e insuficiência Pancreática

DESCOBERTA DE NOVOS ALELOS> susceptibilidade para bronquite – novo aleloAusência de vas deferens – novo alelo

FENÓTIPOGENÓTIPO

PREVISÃO

Fenilcetonúria (PKU

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DOMINÂNCIA COMPLETA - 1 alelo é expresso e o outro não

DOMINÂNCIA INCOMPLETA- Descendência com um fenótipo intermédio em relação aos traços contratantes dos progenitores- Fenótipo do Heterozigoto é intermédio em relação ao HomozigotoTecnicamente - falta de dominância

Dominância IncompletaCOR FLOR – Vermelha e Branca1 GENE com 2 alelos (alelos vermelha, branca) em que nenhum é dominanteResultados de F2:Proporção fenotípica – 1:2:1Proporção genotípica – 1:2:1

Casos claros de dominância incompleta são rarosCasos de aparente dominância completa, se estudados a nível enzimático – casos de dominância incompleta

Doença de Tay-SachsDoença metabólica com acumulação de lípidosActividade da enzima Hexosaminidase

FENÓTIPO – GERALHeterozigoto - saudávelHomozigoto Dominante - saudávelHomozigoto Recessivo – doente

FENÓTIPO – NÍVEL ENZIMÁTICOHeterozigoto – Fenótipo Intermédio50% enzimaHomozigoto Recessivo – ausência de enzimaHomozigoto Dominante – saudávelNível enzimático normal

Heterozigoto – Fenótipo Intermédio 50% enzima – suficiente para as células Fenotipicamente normal

Doença de Tay-SachsAR

ENZIMA Hezaminidase A CORTEX CEREBRALAcumulação Lípidos

REACÇÃO NÃO OCORRE

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Homozigoto Recessivo – Doente ausência completa da enzima fatal 1 a 3 anos de vida

Cabelo EncaracoladoCondição Homozigótica Dominante IncompletaHeterozigoto – Fenótipo IntermédioHomozigoto Dominante – LisoHomozigoto Recessivo – Caracóis

HIPERCOLESTERAMIA FAMILIARNr receptores reduzido – células fígadoColesterol sanguíneo elevadoHOMOZIGOTOS RECESSIVOS2 alelos mutantesausência de receptores das células hepáticasmorrem na infância de enfarte miocárdioHETEROZIGOTOS1 alelo mutante e 1 alelo normal50% do nr de receptores das células hepáticas morrem no início da idade adulta

FIBROSE QUÍSTICAA existência de múltiplos alelos dificulta a execução do teste de portador para FQ e a habilidade de dar predictibilidade para a descendênciaO gene da FQ foi descoberto em 1989, os investigadores identificaram um alelo mutante chamado de deltaF508, responsável por cerca de 70% dos casos na populaçãoMais tarde foram descobertos mais alelos e também que nem sempre a mesma combinação alélica é responsável pelo mesmo fenótipo

Tipos de fenótipos:-homozigótico para deltaF508 possuem infecções respiratórias severas e funão pancreática deficiente- maior susceptibilidade para bronquite- ausência dos vasos deferentesOs testes genéticos para a FQ incluem painéis de mutações mais frequentes em determinados grupos étnicos

Heterozigoto – ½ nr receptoresHomozigoto – Ausência receptores População geral – nr receptores normal

CO-DOMINÂNCIAHeterozigotoExpressão dos 2 ALELOS2 ALELOS – responsáveis pela produção de2 produtos génicos detectáveis e distintos

Grupo sanguíneo MN

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Glicoproteínas presentes nas membranas dos glóbulos vermelhos – funcionam como antigénios nativos, conferam identidade bioquímica e imunológica aos indivíduos Glicoproteínas possuem 2 formas – M e N Descrito um locus no cromossoma 4 com 2 alelos – LM e LN

EXPRESSÃO INDIVIDUAL DO GENE é diferente do FENÓTIPO INTERMÉDIO

ALELOS MÚLTIPLOSVárias formas alternativas de um gene

EX: Grupo sanguíneo ABOAntigénios de superfície dos eritrócitos com 2 formas - A e BUm gene localizado no cromossoma 9Fenótipo ABO do indivíduo é determinado através da mistura de uma amostra sanguínea com um soro anti –A ou anti – B (aglutinação de eritrócitos)

Sistema ABOAntigénios A e B – Carbohidratos que se ligam a proteínas dos eritrócitos

4 Fenótipos:A – aglutinação com anti –AB – aglutinação com anti –BAB – aglutinação com anti–A e anti–BO – ausência de aglutinação

Sistema ABOAntigénios A e B – possuem um percurssor comum – substância H

Alelo IA – codifica enzima que faz adição do resíduo N-acetil-glucosamina à substância HAlelo IB – codifica enzima que faz a adição de um resíduo de galactose à substância HHeteozigotos IAIB - expressam ambas as enzimas (Co-dominância)Homozigotos IoIo – possuem a substância H mas não ocorre adição de resíduos à substância H

CO – DOMINÂNCIA e DOMINÂNCIA COMPLETASistema ABO – NOMENCLATURA ANTERIOR1 Gene – 3 alelos IA, IB, I0Alelos do gene I (Isoaglutinogénio) - GENÓTIPOSGrupo A - genótipo IAIA ou IAiGrupo B – genótipo IBIB ou IBiGrupo AB – genótipo IAIB

GENÓTIPO LM LM

LM LN

LN LN

FENÓTIPO M MN N

CRUZAMENTO LM LN x LM LN

1/4 - LM LM

½ - LM LN ¼ - LN LN

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Grupo o – genótipo sem antigénios A ou B, iiIA Co – dominante relativamente a IBIA e IB dominantes relativamente a I0Sistema ABO – NOMENCLATURA ANTERIORIA e IB – ALELOS CO-DOMINANTESIA IB – Receptor universalI0I0 – Dador UniversalAplicação – compatibilidade nas transfusões sanguíneas, parentescoDiagrama Punnet - aplicável

FENÓTIPO BOMBAYFenótipo descoberto em Bombay Mulher sem Antigénios A e B com a Mãe AB e transmitiu o alelo IB a 2 dos filhos Mulher com genótipo B e funcionalmente tipo O - FENÓTIPO BombayResultado de mutação recessiva que impede a síntese da substância H.Mutação no gene H que codifica a enzima que cataliza a síntese da substância H.

Nos HOMOZIGÓTICOS hh o Genótipo ABO não se manifesta – o Fenótipo é sempre O!

LOCUS SECRETOR

Presença dos antigénios A e B nos fluídos corporais (saliva, suco gástrico, sémen e fluídos vaginais) – Caracter sob influência do alelo dominante.

ANTIGÉNIOS Rh

Antigénios – incompatibilidade imunológica mãe - feto Eritroblastose fetal Doença hemolítica do recém-nascido

Incompatibilidade imunológica mãe – feto – 10%Apenas 0,5% resultam em Anemia Hemolítica

MULHERES tipo O com Fetos A ou B- produzem Anti-corpos Anti-A e Anti-B que atingem células - fetais que entraram na circulação materna antes que estas possam - desencadear a produção de Anti-corpos

TRATAMENTO Injecção materna de droga (Rhogam) logo após 1º parto Droga reveste Antigénios das células fetais que entram na circulação materna antes que possam desencadear produção de Anticorpos

Mãe Rh-, Feto Rh+1ª Gestação

Produção Anticorpos Anti – Rh após 1ª gestação de feto Rh+

Mãe Rh-, Feto Rh+2ª Gestação

Risco dos Anticorpos Anti – Rh passarem para feto e destruição

dos eritrócitos Rh+ fetais

ANEMIA HEMOLÍTICA

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INVESTIGAÇÕES

Inicialmente – 2 alelos, Rh+ dominante

Wiener – 8 alelos

Fisher- Race – 3 genes ligados (2 alelos cada), localizados no mesmo cromossoma

Interacção Génica

Caracteres individuais com Fenótipos discretos ou descontínuos podem estar sob controle de mais do que 1 gene

Interacção génica não é forçosamente interacção directa de produtos Génicos – função celular dos produtos de 2 genes relaciona-se com o um mesmo fenótipo

Epistasia – expressão de 1 gene oculta ou modifica a expressão de outro gene

Alguns casos de interacção génica resultam na produção de novos fenótipos em F2 (inexistentes em P1 e F1) para além da produção de razões dihíbridas modificadas.

Epistasia1 GENE afecta a expressão de outro GENE1 GENE mascara outro GENE

Leis de Mendel – não podem aplicar-se

Genes que controlam a expressão de um mesmo caracter de forma antagonista ou cooperativa (complementar).

Homozigotia do alelo recessivo de 1 locus mascara a expressão dos alelos do outro locus (fenótipo Bombay)Alelos do primeiro locus são epistáticos relativamente aos alelos do segundo locus e estes últimos hipostáticos relativamente aos primeiros

A expressão de um alelo dominante do primeiro locus mascara a expressão de alelos do segundo locus 8cor das abóboras)

A homozigotia do alelo recessivo de qualquer um dos loci mascara a expressão do alelo dominante do outro locus (cor das flores da ervilheira)

Factores – alteram razões Fenotípicas Mendeleanas

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PenetrânciaAlguns Fenótipos mutantes manifestam-se sempre como fenótipos diferentes, enquanto outros produzem uma % de Fenótipos iguais ao Selvagem.

GRAU EXPRESSÃO DE UM TRAÇO – ESTUDO QUANTITATIVO:

PENETRÂNCIA - % de indivíduos que apresentam expressão (ainda que parcial) do gene mutante

EXPRESSIVIDADE – Gama de fenótipos correspondentes ao genótipo mutante

Herança Multifactorial

Alelos letais

Alelos multiplos

Dominância Incompleta

Co-Dominância

Espistasia

Fenómeno Efeito-Fenótipo Exemplo

Uma classe morre cedo

Produz muitas variantes fenotípicas

Fenótipo do Heterozigoto é intermédio do dos 2

Homozigotos

Fenótipo do Hereozigoto é distinto e não intermédio do dos 2 Homozigotos

1 Gene mascara ou afecta a expressão fenotípica de outro Gene

Aborto espontãneo

Fibrose Quística

Hipercolesterémia familiar

Tipos ABO

Fenótipo Bombay

Penetrância

Expressividade

Pleiotropia

Fenocópia

Heterogeneidade genética

Fenómeno Efeito-Fenótipo Exemplo

Alguns indivíduos não apresentam o fenótipo que seria de esperar para determinado Genótipo

Genótipo associado a 1 FenótipoDe intensidade variável

O Fenótipo inclui muitos sintomas, que podem surgir em

diferentes subgrupos em diferentes indivíduos

Condição causada pelo ambiente cujos sintomas e padrão de ocorrência se assemelha a

traço hereditário conhecido

Diferentes Genótipos associados a 1 mesmo Fenótipo

Polidactilia

Polidactilia

Porfiria Variegada

Infeccção

Surdez

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Genes e ambiente

Metodologia investigação – características multifactoriais

Característica multifactorais - exemplos

GENES – raro, actuação isolada

Doenças Monogénicas – influência outros genes, ambiente

Gene e Ambiente

On the Origin of Species – Charles Darwin

Variação Organismos – 2 FACTORES:Natureza dos organismosNatureza das condições

2 Forças - INTERACÇÃO

TALENTOTALENTO ALCOOLISMOALCOOLISMO

OBESIDADEOBESIDADE

GENESGENES AMBIENTEAMBIENTE

HERANÇA AMBIENTE

CARACTERÍSTICACARACTERÍSTICA

MendelianaPoligénica

OU

Um só gene é responsável Mais do que um gene é responsável

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CARACTERÍSTICA:Poligénica Pura - sem influência do ambiente (rara)

Características Multifactoriais – exemplos:PesoCor da peleDoençaComportamentos

Expressão do Gene

Homozigotia de alelos recessivos - interrupção do desenvolvimento do feto antes do nascimento

Variabilidade no fenótipo - Múltiplos alelos para o mesmo gene

Fenótipos intermédios - Heterozigotos de condições de Dominância incompleta de alelos – fenótipos intermédios em relação aos Homozigóticos

Múltiplos alelos para o mesmo gene – Variabilidade no fenótipo

Heterozigotos de condições de Dominância incompleta de alelos – fenótipos intermédios em relação aos Homozigóticos

Alelos Codominantes - são expressos os 2 alelos

Epistasia - 1 gene condiciona a expressão de outro gene

Genótipo de Penetrância incompleta - não é expresso em todos os indivíduos que o herdam, fenótipos com expressão variável

Genes Pleiotrópicos - possuem várias expressões

Fenocópia - característica que parece ser Herdada mas é ambiental

Heterogeneidade Genética - 2 ou mais genes especificam o mesmo fenótipoLinkage

Haplotipo. grupo de dna unido e de sequência conhecida

CARACTERÍSTICACARACTERÍSTICA

Mendeliana Poligénica

MULTIFACTORIAIS ou COMPLEXAS

PODEM SERAMBIENTE

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Alelos cis/trans - possibilidade de prever a probabilidade de certos genótipos na descendência através do conhecimento dos alelos unidos estarem em posição cis ou trans e das frequências de crossing over

Penetrância - Alguns Fenótipos mutantes manifestam-se sempre como fenótipos diferentes, enquanto outros produzem uma % de Fenótipos iguais ao Selvagem.

GRAU EXPRESSÃO DE UM TRAÇO – ESTUDO QUANTITATIVO:

PENETRÂNCIA - % de indivíduos que apresentam expressão (ainda que parcial) do gene mutante

EXPRESSIVIDADE – Gama de fenótipos correspondentes ao genótipo mutante

Quais as causas de variação fenotípica e penetrância incompleta?

BACKGROUND GENÉTICOAMBIENTE

BACKGROUND GENÉTICOEXCEPÇÕES - AVALIAÇÃO:

Quando a expressão de outros genes restaura o fenótipo normal em indivíduos com genótipo mutante – SUPRESSÃO DA MUTAÇÃO

A localização física de um gene em relação a outro material genético pode influenciar a sua supressão – EFEITO POSICIONAL

EFEITO POSICIONAL - Se um gene estiver incluído numa translocação ou inversão, a expressão do gene pode ser alterada, em particular no caso de se posicionar após o rearranjo numa reagião de heterocromatina.

AMBIENTE

TEMPERATURA – influencia os fenótiposA actividade química depende da energia cinética das substâncias envolvidas nas reacções e a energia cinética depende da temperatura.

ROSAS flores vermelhas a 23º C flores brancas a 18º C

GATOS SIAMESES, COELHOS HIMALAIAS pêlo escuro nas regiões do corpo mais frias (nariz, orelhas e patas) enzima que produz o pigmento é inactiva a temperaturas altas

MUTANTES TERMOSENSÍVEISFenótipo mutante a uma temperatura e normal a outra temperatura – útil para o estudo de mutações que interrompem processos essenciais durante o desenvolvimento.

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MUTAÇÕES NUTRICIONAIS – HUMANOS

Fenilcetonúria Intolerância à lactose Glactosémia Diabetes Ataxia dependente da Vitamina E

Fenilcetonúria

Impossibilidade de metabolizar a Fenialalanina mutações recessivas no gene fenilalanina hidroxilase

QUADRO CLÁSSICO - FENILCETONÚRIA Atraso mental eczema hipopigmentação distúrbios neurológicos (hiperactividade, irritabilidade, tremores, convulsões)

INTOLERÂNCIA À LACTOSE Lactose dissacarídeo composto por glucose e galactose 7% no leite humano, 5% no leite de vaca Lactase enzima que cliva glicose em galactose produzida em níveis suficientes durante os 1ºs anos de vida alguns grupos étnicos – produção de Lactase reduz drasticamente –

Diarreias cólicas vómitos consumo de formas processadas do leite (queijo, iogurte) – em alguns casos bem toleradoTratamentoDieta sem lactoseSuplementos Cálcio, FerroLactase

Traços genéticos - expressão

ENZIMA ESSENCIAL

EFEITOS NUTRICIONAIS

INACTIVAMUTANTES AUXOTRÓFICOS

IMPEDE SÍNTESE DE NUTRIENTE

MUTANTES NUTRICIONAIS – estudos de Genética molecular, base da teoria- um gene - uma enzima, Beadle e Tatum 1940

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Traços genéticos – NEM TODOS OS TRAÇOS SE EXPRESSAM AO MESMO TEMPO NA VIDA DE UM INDIVÍDUO

Sequência de crescimento e desenvolvimento – corresponde à expressão sequencial de múltiplos genes, necessários em cada etapa

Mutações – em diferentes genes vão manifestar-se em diferentes etapas da vida

MUTAÇÕES – expressão pós nascimentoMUTAÇÃO Hexosaminidase A

DOENÇA DE TAY-SACHS

Autossómica recessiva Doença metabolismo lípidos RN normais 5 meses vida – atraso no desenvolvimento, cegueira, paralisia, morteantes dos 4 anos

X recessiva Doença metabolismo ácidos nucleicos (falha na recuperação de purinas- Acumulação ácido úrico) atraso mental, auto-mutilação dos dedos e lábios, paralisia e morte aos 6-8 meses Tratamento com alopurinol – aumenta esperança de vida para os 40 anos

MUTAÇÕES – expressão idade adultaDOENÇA DE HUNTINGTON AD 30 – 50 anos lóbulos frontais do cortéx cerebral

PARAMILOIDOSEDOENÇA DE MACHADO-JOSEPHDOENÇA DE ALZHEIMERGENÉTICA DO CANCRO

Tumor - Proliferação anormal das células benigna ou maligna

Tipos de tumores

Benignosproliferação celular anormal

MUTAÇÕES

AFECTAM PROTEÍNASNECESSÁRIAS AO

DESENVOLVIMENTO PRÉ-NATAL

ABORTO ESPONTÃNEO

MUTAÇÕES

MANIFESTAM APÓS NASCIMENTO

DOENÇA

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não invade tecidos circundantespermanece no seu local de origemhipertrofia

Malignos: proliferação celular anormalinvade tecidos circundantes e distantesatravés dos sistemas circulatórios e linfáticosapenas estes são considerados cancros.

Cancro - Expressão física dos processos de proliferação, diferenciação e sobrevivência anormais de qualquer tipo de célula -> tumor maligno

Propriedades - células cancerosas

- Proliferação celular independente da densidade da cultura (as células normais - em cultura – proliferam até atingirem uma densidade finita)

-Estimulação do crescimento autócrino (produção dos seus próprios factores de crescimento)

- Reduzida adesão celular (fraca expressão de moléculas de adesão na superfície celular de células cancerosas)

Factores carcinogéneos Químicos Físicos Biológicos

Mecanismos de mutação espontânea:

Danos oxidativos Erros - acção das polimerases e recombinases Redução e reordenamento cromossómico

Oncogenes

Presentes nos retrovirus Derivam de mutações nos proto-oncogenesSurgem por dois mecanismos: 1. Viral 2. GenéticoCausam multiplicação celular excessiva

Não basta haver uma única mutação para ser induzida a transformação maligna

Mutações adicionais

Vigilância Imunitária

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Supressores tumorais

Codificam proteínas que reduzem ou inibem a progressão do ciclo celular

Quando inactivos - aumento da probabilidade de formação de tumor

Ciclo celular descontrolado

Gene p53:

Inactivo em 70% dos cancrosBloqueia o ciclo celular no checkpoint em G1Mutado por: 1. Radiações gama e UV 2. Calor 3. Stress OxidativoA estabilização do p53 e o aumento da sua concentração é crucial para a homeostasia celular

Imortalidade

Limite de Hayflick:

Células normais - capacidade limitada para se dividirem

Após determinado número de divisões tornam-se senescentes

Teoria do encurtamento dos telómeros:

Telómeros: 1. Extremidade dos cromossomas 2. Não codificam genes em particular 3. Função protectora

Quanto maior o seu comprimento - maior o número de replicações

Telómeros: encurtamento - deixa de haver função protectora

Aumento da probabilidade de mutações

Células cancro -> telomerase -> Totipotência

A activação dos mecanismos que previnem o encurtamento dos telómeros - não são única condição para a imortalidade das células

É necessário que ocorram: 1. mutações nos proto-oncogenes com formação de oncogenes

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2. inactivação de supressores tumorais

Genes- CancroPredispôsição individual de cada um tem um papel decisivo na resposta final

Regulação - Ciclo celular

O início do ciclo celular é determinado pela disponibilidade de factores de crescimento

Durante a transição das Fases: G1 → S G2 → M Checkpoints - O ponto principal da regulação do ciclo celular ocorre no final da fase G1.

Crescimento descontrolado

Em certos tipos de células neoplásicas, o crescimento descontrolado deve-se a: hiperplasiamutaçõesactivação de Proto – oncogenes (C-Myc, C-Fos, C-Ras) delecção de supressores tumorais p53, RB, p19, p21, p27, BAX e BCL-2

controlo do ciclo celular e regulação da apoptose

Crescimento celular de forma autónoma é devido a inactivação de genes supressores tumorais.

A perda destes genes está a relacionada com aparecimento de tumores.

Gene RB e P53- genes supressores tumorais mais importantes

Retinoblastoma Gene Rb codifica uma proteína que é expressa em todas as células e que existe na forma:Activa: hipofosforiladaInactiva: Hiperfosforilada

Na forma activa, Rb serve de paragem ao desenvolvimento do ciclo celular de G1 → S (checkpoint)

ApoptoseMorte celular programada/ apoptose - tipo de "autodestruição celular“

Necrose difere da apoptose por representar um fenómeno degenerativo não programado. Mesmo agente etiológico pode provocar tanto necrose quanto apoptose;

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- As células cancerosas não atingem a apoptose, pois apresentam baixo nível de diferenciação.

- Deste modo apresentam uma duração média de vida bastante superior ao das células normais.

- Este aumento do tempo de vida das células contribuí para o desenvolvimento do tumor primário e de metastases.

- É um tipo de morte celular, desencadeada, entre outros estímulos, por mutações potencialmente lesivas.

Gene bcl2 → regulador da apoptose Translocação específica numa região deste gene, inibindo a apoptose, logo: imortalizando a célula e permitindo que novas mutações adicionais se perpetuem e levem ao cancro.

Cancro hereditário vs Cancro esporádico

Cancro hereditário : padrão de transmissão Mendeliano ou monogénico A susceptibilidade ao cancro é herdada

envolvimento de um gene de alta penetrância

Uma mutação neste caso ocorre na linhagem germinativa estando presente nas células do indivíduo

Devemos suspeitas da ocorrência de uma síndrome de cancro hereditário quando:

- existe uma história familiar importante de cancro, principalmente envolvendo parentes de 1º e 2º graus; - a idade de aparecimento do cancro é precoce em relação ao tumor esporádico correspondente; - observa-se o desenvolvimento de múltiplos tumores primários no mesmo paciente. Tratamentos

A maioria das drogas utilizadas actualmente no tratamento do cancro ou danificam o DNA ou inibem a sua replicação

substâncias tóxicas tanto para células normais como para cancerosas

Inibição da Angiogénese Endostatina e Angiostatina - bloqueiam a proliferação de células endoteliais

Drogas direccionadas a Oncogenes

Ácido Retinoíco – Leucemia promielócita aguda ⇓ Oncogenes PML/RARα

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Herceptina - Cancro da mama⇓

Oncogenes Erb-2 (amplificação do gene ERB-2)

Identificação molecular de pequenos inibidores de oncogenes

Proteínas cínases proteína tirosina cínase BCR/ABL (translocação do cromossoma Philadelphia)

⇓ Leucemias mielogénicas crónicas

Importância na Medicina Dentária

A prevalência de cancros na cavidade oral tem vindo a aumentar devido a:- Aumento dos hábitos tabágicos e alcoólicos- Falta de hábitos de higiene- Reduzida vigilância médica- Primeiro contacto com o meio externo

Proto-oncogene C- Myc é um dos principais causadores de cancro na cavidade oral.

Os cancros da cavidade oral são uns dos que mais apresentam metástases, pela grande descamação e proliferação celular do epitélio de revestimento.

Instabilidade cromossómica: índice elevado de mutações nas células somáticas

Mutações génicasalteração a nível de um geneMutações cromossómicasalteração na estrutura de um cromossomaMutações genómicasalteração no nº de cromossomas

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Relação instabilidade cromossómica - cancroALGUNS EXEMPLOS DE SÍNDROMES DE INSTABILIDADE CROMOSSÓMICA

Ataxia Telangiectasia

Mutações espontâneasMutações espontâneaserros na replicaçãoerros na replicação

Índice de mutação induzidaÍndice de mutação induzidaDepende de:

tipo de agente indutor

dosetempo de exposição

Mutações induzidasMutações induzidasagentes físicosagentes físicosagentes agentes químicosquímicosvírusvírus

““Barreiras” à mutação espontânea ou induzida: Barreiras” à mutação espontânea ou induzida:

organização estrutural do cromossomaorganização estrutural do cromossomaprotecção a nível celularprotecção a nível celularsistema de reparação do DNAsistema de reparação do DNA

Mutações e instabilidade Mutações e instabilidade cromossómicacromossómica

Mutações

instabilidade cromossómica

protecção celular

reparação do DNA

acumulação de lesões no DNA

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- sensibilidade às radiações ionizantes

Síndrome de Bloom- sensibilidade à luz ultravioleta

Anemia de Fanconi- sensibilidade a agentes alquilantes

Todos com elevada susceptibilidade para o cancro pois têm mutações em genes de reparação do DNA (ou protecção celular)

Cancro como doença genética: mutações em genes responsáveis pela regulação do ciclo de divisão celular

FOS, JUN e MYC são genes de resposta imediata a estímulos extracelulares. Segue-se a expressão sequencial das ciclinas D1, E, A e B

Activação sequencial de CDKs (cyclin-dependent kinases) por ligação às ciclinas. O ciclo pode bloquear em “checkpoints” específicos (a, b, c).

Mutações que dão origem ao cancro:

- Activação de proto-oncogenes (relacionados com a proliferação celular programada) em oncogenes. Ex: MYC

- Inactivação de genes supressores relacionados com a limitação da proliferação e com a apoptose. Ex: TP53

Mutações que dão susceptibilidade ao cancro:

- Inactivação de genes supressores relacionados com instabilidade cromossómica. Ex: genes de reparação

- Mutações que dão origem à metastização:

- Inactivação de genes supressores de metástases. Ex: KISS1

Distribuição da população em 4 categorias, quanto ao risco de desenvolvimento de um tumor (Knudson, 1985)

Instabilidade cromossómica: índice elevado de mutaçõesInstabilidade cromossómica: índice elevado de mutações

Índice elevado de mutações: maior probabilidade de Índice elevado de mutações: maior probabilidade de uma mutação ocorrer num gene associado ao cancrouma mutação ocorrer num gene associado ao cancro

Transformação malignaTransformação maligna

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1ª categoria : um nível irredutível de cancro, a “menor incidência possível”, inevitável porque está relacionada com uma instabilidade inerente ao próprio material genético.

2ª categoria: tumores que resultam de uma exposição em excesso aos agentes mutagénicos.

3ª categoria: inclui tumores que resultam de uma relativa insuficiência genética para tolerar a exposição aos agentes mutagénicos.

4ª categoria: inclui tipos de cancro onde a influência ambiencial é insignificante. É o caso de neoplasias autossómicas dominantes, par as quais a mutação inicial passa através da linha germinal.

Citogenética do Cancro (dados históricos)

1890 - David von Hansemann - Estudos celulares em biópsias de carcinomas1914 – Boveri - Teoria da mutação somática no cancro:“as alterações cromossómicas são as modificações celulares responsáveis pela transição de uma proliferação normal para maligna “1956 - Tjio e Levan - Identificação do número de cromossomas1960 - Nowell e Hungerford - Descoberta do cromossoma Philadelphia em doentes com leucemia mielóide crónica

Cromossoma Philadelphia: t(9;22)(q34;q11)

Importância das Alterações Citogenéticas no CancroAs alterações cromossómicas surgem de uma forma “não ao acaso”, ou seja, de uma forma específica para tipos específicos de tumor.

Alterações PrimáriasAparecem quase sempre como única alteração e associadas a tipos específicos de tumor.Principal valor: no diagnóstico

Alterações SecundáriasAparecem em adição à alteração primária, e frequentemente dominam o padrão cariotípico nas últimas fases da doença.Principal valor: prognóstico

Efeitos gerais das alterações cromossómicas

I. Aumento de material genético activo

II. Perda de material genético activo

III. Recolocação de material genético activo (efeito de posição)

I. Aumento de material genético activoAneuploidias:

trissomias, tetrassomias, etc.- desequilíbrio na dosagem protoncogene-supressor

Amplificação génica:

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HSRs (homogeneously stained regions)DMs (double-minutes)

Perda de imprintingaumento de dose do produto de um gene que deveria manifestar-se em

hemizigotia; esse gene passa a funcionar como oncogene. Ex: IGF2 (insulin-like growth factor 2) em casos de tumor: pulmonar, ovárico, testícular, cervical, renal, gástrico.

II. Perda de material genético activo

Delecçõesdelecção dos genes supressores. Exs: RB1, TP53, BRCA1, etc

Perda de heterozigotia (LOH)

Gene supressor com imprintingUma só mutação é suficiente para abolir a função de um supressor com

imprinting.Ex: H19 em casos de tumor: pulmonar, ovárico, testícular, cervical, renal,

gástrico.

III. Recolocação de material genético activoComo é que as translocações activam oncogenes?

Há dois mecanismos:

1. Recolocação de um protoncogene sob controlo de um promotor activo.Nas doenças hematológicas malignas , o protoncogene é normalmente

colocado junto a genes relacionados com regiões promotoras de Ig, ou junto do gene TCR (T-cell receptor)

2. Fusão de genes (envolve sempre um protoncogene) que dá origem à formação de um novo gene (neooncogene).

Exs: LMC, LMA-M3, etc.A translocação activa oncogenes por efeito de posição

Exs: LMC, LMA-M3, etc.

Translocação 9;22 na LMC: dá origem a fusão e formação de novo gene

Mecanismos de acção dos oncogenes

1. Estimulação da proliferação celularActivação de protoncogenes por recolocação.Ex:

- t(8;14) no linfoma de Burkitt2. Bloqueio da diferenciação

Fusão de genes e formação de neoncogene. Ex:

- t(15;17) na LMA-M3: a fusão do gene receptor α do ácido retinóico com o locus PML (promyelocytic leukemia) forma um receptor quimérico que activa a desacetilase, bloqueando a diferenciação celular.

3. Inibição da apoptoseFusão de genes e formação de neoncogene. Exs:

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- t(9;22) na LMC: a fusão BRC-ABL inibe a apoptose por indução do gene BCL2, o que é vantajoso para a actuação do processo oncogénico na população de células susceptíveis.

- t(14;18) no linfoma folicular: a fusão BCL2-cadeia pesada da Ig leva a um excesso de produção do produto de gene BCL2, que inibe a apoptose.

Estudos citogenéticos no cancro - conclusão

Identificação das alterações primárias:Importância no diagnósticoImportância no prognósticoIdentificação das alterações secundárias:Importância no prognósticoIdentificação de alterações recorrentes pós tratamento: avaliação da remissão

Estudo genético do sexo

Determinismo genético do sexo - conjunto de factores e mecanismos genéticos que definem especificamente o “sexo”masculino ou feminino

Diferenciação sexual - expressão fenotípica da constituição genética global

Formas de determinismo genético do sexo: Genes responsáveis, não localizados em cromossomas especialmente diferenciados

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Cromossomas sexuais, diferenciados para esse fim.

Também portadores de informação genética que não é exclusiva do caracter sexo

Cromossomas sexuaisConstituição cromossómica XX - sexo feminino

Constituição cromossómica XY - sexo masculino

Cromossoma X

Hipótese de Lyon

O corpúsculo de Barr nas células femininas corresponde ao cromossoma X inactivo; este tanto pode ser o de origem paterna como o de origem materna, nas diferentes células do mesmo organismo (ao acaso)

A inactivação uma vez ocorrida mantém-se constante para cada linha celular

Consequências da Hipótese de Lyon- compensação de dose- mosaicismo- variabilidade de expressão em mulheres heterozigóticas

Vantagem selectiva da variabilidade de expressão

- doenças ligadas ao XExemplo: hemofilia

- inactivação do X usada para identificar portadoras saudáveisExemplos: síndrome Lesch-Nyhan

(presença ou não de enzima HGPRT nos cabelos)distrofia muscular Duchene(presença ou não de distofina na biopsia muscular)

Síndrome de RettExclusivamente em raparigas.

Hipótese:-hereditariedade dominante ligada ao X, com letalidade no sexo masculino hemizigótico

Centro de inactivação no cromossoma X: o gene XIST

Localização do gene XIST: banda Xq13.3

Processo geral de inactivação

- reconhecimento do nº de cromossomas X- iniciação: no centro de inactivação - espalhamento da inactivação- manutenção da inactivação

O gene XIST não produz uma proteína, mas antes um transcrito de RNA que permanece no núcleo, cobre o X donde é transcrito e inactiva-o, por alteração da

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estrutura da cromatina mediada pelos mecanismos de metilação de DNA e desacetilação histónica.

Inactivação ao acaso:

- por volta do 16º dia do desenvolvimento embrionário (num estadio com 1000-2000 células aproximadamente)Início da inactivação em tecidos específicosEx: inactivação nos linfócitos T é feita a partir de um pool de cerca de 10 stem cells (Puck et al, 1992)

Desvios da inactivação ao acaso

Nº DE CÉLULAS INICIAIS NA ALTURA DA INACTIVAÇÃO quanto menor fôr o nº de células iniciais maior será o desvio

SELECÇÃO POSITIVAaumento do índice de proliferação celular, evolução de novos loci com

funções novas vantajosas

SELECÇÃO NEGATIVAdiminuição do índice de proliferação celular por alterações génicas ou

cromossómicas

Desvio total da inactivação ao acasoAlterações estruturais do X que serão inviáveis se não houver compensação por inactivação

Padrões de inactivação no caso de anomalias do X

Célula normal: inactivação do X ao acaso

alteração estrutural do X: inactivação do X anormal

t(X;autossoma) equilibrada: inactivação do X normal

t(X;autossoma) desequilibrada: inactivação do X anormal

célula com mais de dois X: inactivação de todos os X menos umMonossomia do X e efeitos no fenótipo feminino

Efeitos antes da formação dos corpos de Barr (16º dia do desenvolvimento embrionário)

Não há reactivação do X inactivo nos oócitos(origina as características gonádicas no síndrome de Turner)

Ausência das regiões que escapam à inactivação no X inactivo(origina as características somáticas no síndrome de Turner)

Atraso mental ligado ao X (XLMR)1.8 / 1000 sexo masculinona população masculina, é tão comum como o síndrome de DownSíndrome Martin-Bell (X frágil)

63

40% dos casos de XLMR

“À procura de genes no cromossoma X a partir dos quais o Homo se tornou Sapiens”Gillian Turner, Am J Hum Genet, 58: 1109-1110, 1996

- O atraso mental é prevalente no sexo masculino, sendo o excesso na ordem dos 25-50%. Este excesso é devido a genes no cromossoma X.

- Estão identificados no cromossoma X numerosos genes responsáveis por atraso mental (X-linked mental retardation).

- Um dos síndromes mais conhecidos relacionados com o atraso mental no X é o X-frágil.

Mas a forma mais comum e mais interessante de atraso mental ligada ao X tem o nome de “nonspecific XLMR” (Kerr et al., 1991). Contudo, pode não ser diagnosticada, pois o único problema traduz-se na capacidade de aprendizagem reduzida.

Mutações nestes genes podem estar associadas a desenvolvimento do pensamento abstracto, planeamento e comunicação verbal complexa; por outras palavras, estes são os genes para a inteligência superior.

Diferenciação sexual

Constituição cromossómica XX - sexo feminino

Constituição cromossómica XY - sexo masculinoUma espécie com o padrão cromossómico XX/XY é constitucionalmente feminina

Gónada indiferenciada até à 6ª semana do desenvolvimento embrionário

Determinação dos caracteres sexuais primários

- presença do Y: diferenciação do testículo- ausência do Y: diferenciação do ovário

Determinação dos caracteres sexuais secundáriosandrogéneos, ligados a receptores específicos, determinam os caracteres sexuais masculinos

Factores de regulação envolvidos na diferenciação das gónadas masculina e feminina

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Factores implicados na formação da gónada bipotencial e diferenciação dos testículos e ovário

5 sexos1.Sexo masculino2.Sexo feminino3.Pseudohermafroditismo masculino4.Pseudohermafroditismo feminino5.Hermafroditismo verdadeiro

Intersexo

1. Hermafroditismo verdadeiroObserva-se tecido gonádico de ambos os sexos

2. Pseudohermafroditismo masculinoObservam-se apenas testículos, ambiguidade nos caracteres sexuais

secundários

3. Pseudohermafroditismo femininoObservam-se apenas ovários, ambiguidade nos caracteres sexuais

secundários

Níveis de desenvolvimento sexual

1. Determinação do sexo cromossómico(46,XX ou 46,XY)

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2. Determinação do sexo gonádico(ovário ou testículo)

3. Determinação do sexo fenotípico(caracteres sexuais internos e externos)

4. Determinação do sexo psicológico

5. Determinação do sexo educacional e social

MULHER XYSíndrome de feminização testicularGene que controla a proteina receptora de androgéneos, e portanto a diferenciação dos caracteres sexuais secundários CAUSA: deficiência nos receptores de androgéneos

- mutação no gene do X- defeito do receptor

HOMEM XXPerda de uma linha celular que continha o cromossoma YMosaico não detectado envolvendo a presença do cromossoma YTranslocação de todo ou parte do Y para um autossoma ou cromossoma XMutação num locus no cromossoma X capaz de causar desenvolvimento testicular na ausência do Y (male determinant inhibitor, Xp11-pter)

Diferenciação Sexual/Desenvolvimento Sexual

Características – herança cromossomas sexuais

Inactivação do Cromossoma X

Imprinting Genómico e Fenótipo

5ª SEMANA5ª SEMANA 9ª SEMANA9ª SEMANA

SEXOSEXO

EMBRIÕESEMBRIÕES DIFERENCIAÇÃO SEXUALDIFERENCIAÇÃO SEXUAL

GENE SRYGENE SRYSex determining region of Sex determining region of

the Ythe Y

Ductos de MullerDuctos de Muller Ductos de WoolfDuctos de Woolf

SEXO FEMININOSEXO FEMININO SEXO MASCULINOSEXO MASCULINO

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SEXO HETEROGAMÉTICO – 2 cromossomas sexuais diferentes

SEXO HOMOGAMÉTICO – 2 cromossomas sexuais iguais

CROMOSSOMA X – centenas de genes identificadosCROMOSSOMA Y – cerca de 85 proteínas que codificam genes

ESTUDOS INICIAIS – Cr. X e YH. Henking, 1891Identificou uma estrutura nuclear nos espermatozóides de algumas espéciesDesignou a estrutura de corpo X – X body

C. McClung, 1894Identificou uma estrutura genética invulgar nalguns espermatozóidesDesignou a estrutura de Heterocromossoma

E.B. Wilson, 1906Estudou insectos ProtenorIdentificou 12 autossomas + 2 cromossomas X e 12 autossomas + 1 cromossoma XMecanismo XX/XO de determinação sexual – depende da distribuição aleatória do cromossoma X por metade dos gâmetas durante a meiose masculinaEstudou insectos LygaeusIdentificou 12 autossomas + 2 cromossomas X e 12 autossomas + 1 cromossoma X, 1 cromossoma YMecanismo XX/XY de determinação sexual – os machos são heterogaméticos e noutras espécies pode ser a fêmea heterogamética (EX: Borboletas, aves, peixes…)

H.V. Winiwarter, 1912Estudou preparações espermatogoniais metafásicasIdentificou 47 cromossomasIdetificou em fêmeas 48 cromossomasJ.H.Tijo e A.Levan, 1956Desenvolvimento da técnica de preparação de cromossomas

Observaram que todas as células metafásicas tinham 46 cromossomas1 par de cromossomas apresentava diferenças do macho para a fêmea

Morfologia cromossoma YPalindromes – 95% do DNA está numa linguagem que se lê igualmente nas duas direcções – EX: “ Madam, I´m Adam”

Esta versatilidade conhecida como “a hall of mirrors” do cromossoma Y promove instabilidade das enzimas de replicação do DNA

Como consequência durante a meiose, partes do cromossoma Y unem-se e perdem-se partes importantes do Y – causa de infertilidade masculina

Morfologia cromossoma X

Braço curto e braço longo (p e q)

Extremos – regiões pseudoauatossómicas:PAR1PAR2

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Zonas Pseudoautossómicas – 5% do cromossoma

63 Genes Pseudoautossómicos – podem emparelhar com partes do cromossoma X (pode haver crossing over)

Cromossoma Y

63 Genes Pseudoautossómicos

Codificam Proteínas que funcionam nos 2 sexos

Proteínas participam em:Crescimento ósseoDivusão celularImunidadeTransdução – sinalizaçãoSíntese de HormonasSíntese de ReceptoresFertilidadeMetabolismo – energia

- Male Specific region – MSY - até 2003 (altura em que foi sequenciado o cromossoma Y) – conhecida por região não recombinante- MSY – composto por 3 classes de sequências de DNA:- 10 a 15% - sequências transpostas do CR. X (99% igual ao do X, Genes que codificam Proteínas são raros)- 20% - Sequências de DNA do CR. X degeneradas (possuem alguma semelhança ao X, remanescentes de autossoma que deu lugar ao braço longo do CR.X)- 65% - Sequências de DNA palindrómicas designadas de Amplicons: -codificam 27 Proteínas- Genes responsáveis pela fertilidade como o SRYSRY /TDF

TDF (Testis determining factor) ou SRY – zona responsável pela masculinização

SRY – codifica 1 proteína (SRY transcripting factor)responsável pelo control da expressão de outros genes

TDFTDF

SRY SRY transcripting factortranscripting factor

TestículosTestículos

ESTIMULOS

Destruição estruturas Destruição estruturas femininasfemininas

Secreção Testosterona

Desenvolvimento Desenvolvimento estruturas estruturas masculinasmasculinas

Secreção Hormona Anti- Mulleriana

Epididimos, Vas Deferens, Vesículas Epididimos, Vas Deferens, Vesículas seminais, Ductos de ejaculação seminais, Ductos de ejaculação Uretra, Prostata, Penis, EscrotoUretra, Prostata, Penis, Escroto

DHT

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Fenótipo FemininoCariótipo XY

Pseudohemarfroditismo masculino

- Testiculos presentes- Gene SRY funcionante- Hormonas Anti-Mullerinas presentes- Ausência: mamas, menstruação- Presença: penis

GUEVEDOCES – Republica Dominicana

Crianças que aos 12 anos apresentam penis!Feto não desenvolve estruturas masculinasCriança com fenótipo Feminino

PSEUDO HERMAFRODITISMO - Presença das 2 estruturas sexuais em diferentes estadios da vida

DiagnósticoAnteriormente – Puberdade

Testes Pré-natais – permitem diagnóstico no recém-nascido

Actualmente – Teste Pré-natal indica presença dos cromossomas XY e nasce uma criança com Fenótipo Feminino

Antes da Puberdade tem Fenótipo feminino embora em termos cromossómicos seja do sexo masculino. A PUBERDADE corresponde ao período em que que as glândulas produzem TESTOSTERONA e se se acativam genes responsáveis pela masculinização, surgindo o fenótipo masculino.

TRANSEXUAIS- Fenótipo e Genótipo correspondentes ao mesmo sexo

Androgen Insensitivity SyndromeAndrogen Insensitivity Syndrome

Mutação no Cr. XAusência receptores da Testosterona

Cessa desenvolvimento masculino durante Cessa desenvolvimento masculino durante período embrionário por falta de receptoresperíodo embrionário por falta de receptores

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- Indivíduo sente-se de sexo oposto ao do seu Fenótipo e Genótipo

HOMOSEXUAIS1991 – Estudos em gémeos Homozigóticos – 52% Homosexuais- 2 áreas cerebrais – diferentes nos homens Homosexuais dos Heterosexuais

1993, National Cancer Institute – Sequência de DNA do cromossoma X idêntica em irmãos homosexuais

Estudos posteriores – genes candidatos à Homosexualidade não estão necessáriamente localizados no cromossoma X, podem estar nos Autossomas

CARACTERÍSTICAS Cromossomas sexuais

Cromossoma Y – Características raras, Y tem poucos genesCromossoma X – 2 cópias de alelos recessivos, 1 cópia de alelo dominante

GENES Regiões Pseudoautossómicas – PAR´s - região homologia que permite formação de sinapses e segregação do X e Y durante a meiose

Característica - X - RecessivaExpressa sempre no sexo MasculinoExpressa no sexo Feminino Homozigótico e raramente num HeterozigóticoTransmitida de Mãe Heterozigótica ou Homozigótica para filho afcetadoMulher afectada tem Pai acfectado e Mãe afectada ou Heterozigótica

Os Traços Fenotípicos controlados por Genes X – Recessivos facilmente identificados em Pedigrees devido ao padrão “Crisscross” de hereditariedade.Todos os filhos de Mães Homozigóticas manifestam o Traço

- Daltonismo- Hemofilias A e B- Síndrome de Lesch-Nyhan- Distrofia muscular de Duchenne

Característica - X - DominanteRarasExpressão do gene difere de acordo com o sexoExpressão no sexo feminino com apenas 1 cópiaExpressão no sexo masculino mais graveAborto espontãneo frequente – letal no sexo masculino

GENES Cromossoma XHEMIZIGOTIA

SEXO MASCULINOPRESENTES

EXCEPÇÃOGENES Regiões

Pseudoautossómicas

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- INCONTINENTIA - PIGMENTI- CHG – Congenital Generalized Hypertricosis

Doenças D e r - Cromossoma X Megalocórnea – r – Aumento da córneaDoença de Norrie – r – Crescimento anormal da retinaRitinite Pigemntar – r – Constrição do campo visual, cegueira nocturnaAgamaglobulinémia – r - Ausência de alguns anticorposDoença Granulomatosa Crónica – r – Infecções da pele e pulmõesDiabetes insipidus – r – Urina copiosaDoença de Fabry – r – Dor abdominal, lesões da pele, falência renal

Hipofosfatémia – r e D – Vitamina D resistenteDeficiência da Ornitina transcarbamilase – r – atraso mental e amoníaco no sangueImunodeficiência combinada – r – falta de células imunitáriasSíndrome de iskott-Aldrich – r diarreia hemorrágica, infecções, redução plaquetáriaSíndrome de Lesh-Nyhan – r – atraso mental – auto mutilação, cálculos renaisDistrofia Muscular Duchenne – r – fraqueza muscular progressiva

Amelogenesis imperfecta - D – esmalte anormalSíndrome de Alport – r – surdez, inflamação tubulos renaisDisplasia ectodérmica anidrótica – r – agenesias dentárias, redução pilosidade e glândulas sudoríparasSíndrome de Rett – D- atraso mental, neurodegeneraçãoSEXO FEMININO – INACTIVAÇÃO 1 dos cromossomas X

PRECIPITAÇÃO – ACASO Células expressam X materno Células expressam X paterno

CORPÚSCULOS BARRNúcleo célula feminina INTERFASE – Cromossoma X precipitadoInactivoDNA com grupos metilo que impede transcrição para RNA

Gene XIST- codifica RNA que se liga a local específico no cromossoma X inactivo.

Inactivação do X pode alterar o fenótipo, mas não altera o genótipo

1961 – Hipótese de Mary Lyon- Corpúsculo de Barr correspondia ao cromossoma X inactivo- Inactivação ocorria cedo no desenvolvimento embrionário

DOENÇA Xr – Displasia Ectodérmica Anidrótica

HOMOZIGOTOS XINACTIVAÇÃO SEM EFEITOALELO INACTIVO SEM IMPORTÂNCIA

HETEROZIGOTOS X INACTIVAÇÃO LEVA A EXPRESSÃODE UM ALELO OU DE OUTRO ALELO

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Mulheres Heterozigóticas- pele com ausência de glândulas (ALELO NORMAL INACTIVO)- pele com glândulas sudoríparas (ALELO MUTADO INACTIVO)MULHER É UM MOSAICO PARA O CROMOSSOMA X

Clonagem

A palavra “clone” vem do grego “klón” que significa “rebento” ou “broto”

Clonar significa produzir uma cópia genética de um indivíduo

Clonagem HumanaObtenção de seres humanos geneticamente idênticos, no que respeita ao conteúdo de genes localizados no núcleo

Apesar dos avanços, esta ainda está longe de acontecer

As questões éticas e religiosas limitam o seu desenvolvimento

Clonagem Embrionária:

Obtenção de embriões geneticamente idênticos, por separação das células totipotenciais de um embrião

Pode ocorrer espontaneamente (como nos gémeos monozigóticos)

Pode ser efectuado em espécies animais de elevado valor económico, obtendo o desenvolvimento de vários embriões a partir do original

Só poderá ocorrer diversidade genética entre estes, se houver heteroplasmia mitocondrial no ovo, com partilha assimétrica das mitocôndrias pelas células resultantes da sua divisão, e/ou acumulação de mutações pós-embrionárias

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Clonagem Somática:Obtenção de embriões geneticamente idênticos relativamente ao DNA nuclear, por transplante do núcleo diplóide de uma célula somática de um indivíduo para o citoplasma de um ovócito previamente anucleado

Método artificial

Em 1975 os anfíbios foram os primeiros organismos a serem clonados

Processo de Clonagem da Ovelha “Dolly”

Inicialmente possibilitou–se a regressão da expressão do DNA das células adultas numa forma inactiva, por redução da concentração do soro de 10% para 0,5% no meio de cultura em que as células foram mantidas em proliferação.As células foram conduzidas à quiescência própria do estádio G0 do ciclo celularEstas “apagaram” as marcas da sua passagem por uma forma diferenciada da mama do organismo adulto de que foram recolhidas, por inactivação dos genes responsáveis pelo fenótipo funcional adulto. Tornaram-se totipotentesO núcleo de uma destas células somáticas permitiu que o ovo obtido tenha um número normal de cromossomas da espécieDe seguida iniciam-se mitoses, por acção de proteínas e do RNA acumulado no citoplasma

Durante estas divisões, o DNA foi reprogramado pelas proteínas do citoplasma ovocitárioAs “chaves” utilizadas foram as proteínas “informacionais” citoplasmáticas ovocitárias seleccionadas evolutivamente pelo sexo femininoAcontecimentos embrionários e a sua sequência foram respeitados

Os embriões obtidos por clonagem somática podem ser utilizados para fins reprodutivos ou terapêuticos

Clonagem “Reprodutiva”:Obtenção de embriões e sua implantação intra-uterina para virem a desenvolver-se como fetos e originarem novos indivíduos

Clonagem “ Terapêutica” :Os embriões são obtidos da mesma forma e posteriormente desenvolvidos in vitro até à fase de blastocisto (sem implantação intra-uterina)

Da massa celular interna dos blastocistos, são colhidas células pluripotentes para serem usadas para fins terapêuticos

Vantagem: evita a rejeição, se o doador fosse a própria pessoa

vantagens: por exemplo no caso de substituir o tecido cardíaco numa pessoa que sofreu um infarto. No caso de portadores de doenças genéticas não seria possível usar as células da própria pessoa, mas de um doador que fosse compatível, por exemplo um familiar de um doente afectado por distrofia muscular.

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Por exemplo, as doenças de Parkinson e Alzheimer resultam de lesões em grupos de determinadas células no cérebro. Ao fazer 1 transplante das células estaminais de um embrião para a parte do cérebro com lesões, os cientistas esperam substituir o tecido do cérebro que se perdeu.

Para evitar problemas éticos na remoção de células estaminais, os investigadores procuram como fontes a medula óssea de adultos e o sangue do cordão umbilical

Melhorar a reprodução de animais para consumo

Salvar espécies em vias de extinção

Medula óssea- não só as células estaminais retiradas de um adulto com o seu consentimento seriam eticamente aceitáveis para a maioria dos indivíduos e governos, como tb melhores para os pacientes. Basta pensar num indivíduo q padece de uma doença q esta a matar as células do cérebro. As células estaminais poderiam ser retiradas da sua medula óssea, seriam manipuladas em laboratório para se tornarem em células cerebrais e voltariam a ser implantadas no cérebro, não existindo, assim, uma rejeição imunitária do transplante. Sangue do cordão umbilical – que normalmente é eliminado no parto.A particularidade da recolha destas células é que estas são retiradas sem afectar a mãe ou a criança e são, também, 100% compatíveis com o bebé caso este venha a desenvolver alguma doença. Contudo, é provável que as células estaminais dos embriões apresentem, entretanto, as perspectivas mais imediatas para novos tratamentos e curas.

Aspectos Positivos e NegativosO homem desconhece o significado da palavra “limite” e teme não conhecer

o desconhecido. Surge assim, um problema no que diz respeito ao modo como esta técnica é utilizada. Será esta um capricho ou uma necessidade?

Aspectos positivosRedução das desvantagens face ao que é vantajosoA humanidade é a principal beneficiadaAvanço da ciência e cura de certas doenças

Aspectos negativos

Obtenção de células estaminais que possam ser usadas no tratamento de certas doenças, como diabetes, doenças cardíacas, doenças de Parkinson

e Alzheimer

Objectivos dos Investigadores

Células estaminais

- células extraordinárias cujo o destino ainda não está “decidido”podem transformar-se em vários tipos de células diferentes por diferenciação

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O uso indevido desta técnica poderá trazer consequências nefastas no que diz respeito a aspectos moraisÉtica

A clonagem está sujeita a todas as observações éticas e jurídicas que a condenam amplamentePossibilidade da clonagem substituir a reprodução pela duplicaçãoRedução da diversidade entre os indivíduos com o objectivo de seleccionar características específicas, com a possível despersonalização destes

Produção de clones de plantas e animais destinados ao consumo humano ou à produção de outros produtos, tendo grande impacto na redução da diversidade da flora e da fauna

A dignidade de uma pessoa é um aspecto ético fundamental

Os opositores da clonagem consideram existir instrumentalização da mulher

Os apoiantes estão a favor da proibição da clonagem “reprodutiva”, mas não da clonagem “terapêutica”

Dignidade da pessoa clonadaInstrumentalização da mulher - argumentam a ilegalidade do empréstimo de óvulos e de útero por parte da mulher. Construção de um útero artificial substituindo o papel da mulher neste tipo de experiência

Pessoa clonada - esta padeceria de um sofrimento profundo, cuja a entidade psíquica corre o risco de ser comprometida, pois recairiam sobre ela expectativas e atenções nefastas

Uso de embriões clonados para a investigação

Na Clonagem, o homem deve ser respeitado de acordo com valores culturais, sociais e legislativos

Embriões – é praticamente impossível controlar como serão usados, teriam de ser destruidos, o que recorreríamos ao aborto o q é ilegal

A técnica da clonagem é uma forma de obter embriões:- Envolve a criação de um embrião humano que contenha a composição genética completa de alguém que já está vivo- Se implantado no útero da mulher, o embrião poderia, teoricamente, desenvolver-se num clone- Se utilizado para investigação, o embrião iria fornecer células estaminais para curar doenças

Por parte dos cientistas, nunca existiu qualquer intenção de implantar os embriões numa mulher, mas sim o uso destes para a investigação ou tratamento

A criação de um embrião com esta finalidade é considerada por muitas pessoas, religiões e por alguns governos como eticamente errada, daí a grande polémica que gira em torno da clonagem hoje em dia

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INFERTILIDADE

Infertilidade - Quando a eficácia dos espermatozóides não têm capacidade de fecundar o oócito

FECUNDAÇÃO - Muco cervical – tem função mobilizadora dos espermatozóides mas por vezes dificulta a sua passagem

FECUNDAÇÃO- Estimulação ovárica- Introdução de agulha na vagina com inseminação dos embriões na cavidade uterina- Colocam-se 2 a 3 embriões no máximo

> 500 000 CICLOS/ ano (no Mundo inteiro fazem-se cerca deste valor de fertilizações)

1-3% RN

HEREDITARIEDADE MATERNA

- Cada vez mais existem problemas de fertilidade- Em termos de hereditariedade nós somos mais filhos da Mãe do que do Pai- No oócito existem muitas mitocôndrias que passam para o embrião - Por isso existem várias doenças de hereditariedade mitocôndrial- 50 000 Espermatozóides são colocados em volta do oócito para haver fecundação na reprodução medicamente assistida

MICROINJECÇÃO INTRACITOPLASMÁTICA - ICSI

Microinjecção - corresponde a uma técnica em que se vai esmagar a cauda do espermatozóide e posteriormente se vai injectar o seu conteúdo no oócito

- 1 ejaculado normal deve ter entre 20 a 250 milhões de espermatozóides para haver uma fecundação normal- Podem ocorrer situações em que há falta de mobilidade dos espermatozóides

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Microinjecção – FASES:

- 75% dos oócitos fecundam- Coloca-se na estufa e aguarda-se até às 16 horas, quando se vai observar- A observação seguinte é feita após 72 horas

Microinjecção - Aplicações:

- Casos de Ejaculação retrógrada (problemas que surgem por trauma ou outra)- Casos de Espermatozóides imóveis- Casos pacientes paraplégicos- Casos de Azoospermia obstrutiva (por inflamações dos epidídimos)- Casos de hipoplasia - Azoospermia secretora (redução de produção de Sz)

CULTURA IN VITRO DE Sz

- Trabalhos recentes que ainda não são aplicados na clínica- Estão em investigação

RISCOS

- População masculina infértil:- cariótipo normal – 89%- anomalias de nr (Klinefelter, 47,XYY) – 3%- anomalias de estrutura

47,XXY TESE – 35% TESE – ECSI (GR) – 2 (3 RN) ANEUPLOIDIAS – 7% DGPI CRIO PROFILÁCTICA EZ

MICRODELECÇÕES Cromossoma Y

- Causa importante de infertilidade- É indicação para congelação profiáctica de espermatozóides- Porque o indivíduo vai deixar de produzir Ez passados 5 a 10 anos

FACTORES EPIGENÉTICOS

- Não provocam mutação mas alteram a fertilidade EXEMPLOS:

factores que alteram o fenótipoImprinting genómico

IMPRINTING GENÓMICO-Conhecem-se cerca de 50 genes (GENES IMPRINTED) humanos em que apenas um dos alelos se vai manifestar- Está relacionada com uma metilação dependente do sexo embrionário (IMPRINTING PARENTAL)

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SÍNDROME DE BECKWITH-WIEDMANNPensa-se que podem estar associados a embriões com ICSI, FIV, Ez ejaculado, O Prof. Barros não concorda e diz que a literatura existente defende que estes embriões são tão normais quanto as outras

PROTOCOLOEstudo genético Indicação/prática criteriosa Monotorização da gestação Avaliação das crianças nascidas imediata e alongo prazo

DIAGNÓSTICO PRÉ-IMPLANTAÇÃOBiópsia embrionária ao 3º dia- Antes de transferir o embrião para o útero faz-se um estudo cromossómico

-Indicação - casos de Mães que já fizeram interrupções da gravidez por Trissomia 21- Também se pode fazer a escolha do sexo mas estes casos estão reservados para doenças ligadas ao sexo

PCR – por exemplo na doença dos pézinhos

RFLP

SSCP

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