MUTAÇÕES GENÉTICAS
Profª. M.Sc. Mary Ann Saraiva
TIPOS DE MUTAÇÕES • MUTAÇÕES SOMÁTICAS (durante a mitose) refletindo-se nas células DO INDIVÍDUO que se originam a partir da célula que sofreu a mutação (ex: câncer).
• MUTAÇÕES GAMÉTICAS (meiose) - células da linhagem germinativa - e serão transmitidas hereditariamente.
CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES GÊNICAS OU PONTUAIS
CROMOSSÔMICAS
PERDA DE SENTIDO MISSENSE
ESTRUTURAIS
SEM SENTIDO NON SENSE
NUMÉRICAS
ALTERAÇÃO NO MÓDULO DE LEITURA
MUTAÇÕES GÊNICAS PERDA DE SENTIDO MISSENSE
MUTAÇÕES GÊNICAS SEM SENTIDO - NON SENSE
MUTAÇÕES GÊNICAS ALTERAÇÃO NO MÓDULO DE LEITURA - Não envolve a substituição de bases.
- Pares de bases únicos podem ser inseridos ou deletados e interferem na decodificação, trocando todos os aminoácidos após a deleção/inserção. 5’ ATT CGA TAT TCA 3’
5’ ATT CGC ATA TTC A 3’
CAUSAS DAS MUTAÇÕES INDUZIDAS • Radiações ionizantes: raios X, alfa, beta e gama atuam alterando a valência química, através da ejeção (expulsão) de elétrons. A taxa de mutação é geralmente proporcional à dosagem de irradiação (principalmente no caso de raio X). Formam radicais livres (quebra de cromossomo e impede ligação entre fragmentos). • Radiações excitantes: ultravioleta - são os raios que atuam aumentando o nível de energia do átomo, tornando-os menos estáveis.
CAUSAS DAS MUTAÇÕES INDUZIDAS
•Produtos químicos: fenol, colchicina, cocaína, remédios, gás mostarda (introduz radical alquila) , ácido nitroso (muda bases nitrogenadas), alguns corantes alimentares artificiais, etc. •Agentes biológicos: são determinados vírus oncogênicos. Ex: HPV, HTLV; vírus da Hepatite B e C.
ATENÇÃO • As bases nitrogenadas (A,T, G, C, U) são um tanto instáveis e podem existir em duas diferentes formas (tautômeros), sendo uma dessas formas comum e outra rara. A forma rara pode se parear com uma base diferente.
• A DNA-polimerase comete erros na replicação; embora existam enzimas de reparo para corrigir esses erros, alguns escapam e tornam-se permanentes. • A meiose não é perfeita; a não-disjunção pode ocorrer, gerando células com muitos ou poucos cromossomos.
COMO AGEM AS ENZIMAS DE REPARO
Podem corrigir as mutações de três formas: • Edição: corrige erros assim que a DNA polimerase os produz. • Reparo de não pareamento: após a replicação, corrige os pareamentos errados. • Reparo por excisão: remove bases anormais e as substitui por bases corretas.
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS Numéricas: 1. Euploidias (monoploidia, triploidia, tetraploidia etc) 2. Aneuploidias (monossomia, nulissomia, trissomia, tetrassomia etc)
Estruturais: 1. Deleção
3. Inversão
2. Duplicação
4. Translocação
MUTAÇÕES
CROMOSSÔMICAS
ESTRUTURAIS
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS DELEÇÃO(deficiência)
DUPLICAÇÃO p-
q-
Deleções (Intercalar, Terminal p e Terminal q)
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS
ESTRUTURAIS
INVERSÃO
Pericêntrica
Paracêntrica
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS ESTRUTURAIS
TRANSLOCAÇÃO Translocação Não recíproca
Translocacão Recíproca
PAREAMENTO DE CROMOSSOMOS
COM MUTAÇÕES ESTRUTURAIS DUPLICAÇÃO
DEFICIÊNCIA
TRANSLOCAÇÃO INVERSÃO
MUTAÇÕES ESTRUTURAIS E DOENÇAS HUMANAS • Síndrome de Down por translocação: embora a maioria dos casos seja em virtude da trissomia do cromossomo 21 (alteração numérica), pode ocorrer translocação entre os pares 15 e 21 ou entre os pares 21 e 22. os sintomas são semelhante à aneuploidia .
• Síndrome do miado de gato: há deleção do braço curto do cromossomo 5, onde estão os genes relacionados à laringe. Há ainda retardo neuromotor, deformidades na orelha e microcefalia (encéfalo reduzido). As crianças têm choro semelhante ao miado de gato.
MUTAÇÕES ESTRUTURAIS E DOENÇAS HUMANAS ocorre a translocação de parte do cromossomo 6 para o 1. As deformidades ocorrem no lábio superior, cavidade e palato bucal. Vê-se também dedos curtos com unhas também curtas.
• Síndrome orofaciodigital:
MUTAÇÕES CROMOSSÔMICAS NUMÉRICAS
MEIOSE ANÔMALA: CAUSA DAS MUTAÇÕES NUMÉRICAS
Gametas anormais (100%)
Gametas anormais (50%)
TIPOS DE MUTAÇÕES NUMÉRICAS EUPLOIDIAS
•Triploidias (3n) •Tetraploidias (4n)
ANEUPLOIDIAS
Autossômicas
•Trissomias (2n+1) -S. de Down (21) -S. de Patau (13) -S. de Edwards (18)
Sexuais •Monossomia (2n-1) -S. de Turner (45, X0) •Trissomias (2n+1) -S. de Klinefelter (47, XXY) -S. do Duplo Y (47, XYY) -S. do Triplo X (47,XXX)
EUPLOIDIAS n = 3 (Monoploide)
3n = 9 (Triploide) Euploidias
2n = 6 (Normal Diploide)
4n =12 (Tetraploide)
EUPLOIDIA - TRIPLOIDIA
ANEUPLOIDIAS 2n-1 = 5 (Monoss么mica)
2n + 1 = 7 (Triss么mica)
Aneuploidias
2n = 6 (Normal Diploide) 2n - 2 = 4 (Nuliss么mica)
2n + 2 = 8 (Tetrass么mica)
SÍNDROME DE DOWN Mãos largas e pequenas, com linha simiesca palmar, pequena estatura, hiperflexibilidade nas juntas, retardamento mental, cabeça larga, boca aberta com língua longa, olhos oblíquos.
SÍNDROME DE DOWN
47,XY,+21 Síndrome de Down (Trissomia do Cromossomo 21)
S. DE DOWN - ESTATÍSTICAS •IDADE MATERNA
•OCORRÊNCIA DA SÍNDROME DE DOWN
•15 A 29 ANOS
•1/1500
•30 a 34 ANOS
•1/800
•35 a 39 ANOS
•1/270
•40 a 44 ANOS
•1/100
•ACIMA DE 45 ANOS
•1/12
S. DE PATAU (47, XX ou XY +13) Deficiência mental e surdez, fenda labial ou palatina, polidactilia, anomalias cardíacas, calcanhar com proeminência posterior. Freqüência: 1/5000.Sobrevida: 2,5 dias.
S. de Edwards (47, XX ou XY +18) Múltiplas mal-formações congênitas de muitos órgãos, orelhas mal formadas, nariz com aparência de duende, deficiência mental, rim em forma de ferradura, 90% morre nos primeiros seis meses. Freqüência:1/4000.
Síndrome de Turner (45, X0)
Cariótipo: 45,X
Fêmea com desenvolvimento sexual retardado, estéril, sem menstruação, unhas pequenas, pontos marrons na pele (nevus) baixa estatura, pregas no pescoço, deficiência auditiva e mental. Freqüência: 1/5000
S. DE KLINEFELTER (47, XXY)
Cariótipo: 47,XXY
Macho, subfértil com testículos pequenos, ginecomastia (desenvolvimento de mamas), voz afeminada, baixo QI, membros longos, osteoporose, morte precoce.
Síndrome do Duplo Y
•1/700 nascimentos; • Estatura média 1,83 m; • Orelhas displásicas; • Ponte nasal larga; • Acnes; Dedos alongados; • Hiperatividade; Fertilidade normal; • Intelecto normal ou discreta oligofregnia •Agressividade (às vezes);
Síndrome do Triplo X
•1/700 nascimentos; • Tendência a esquizofrenia; •Hiperatividade; •Fertilidade normal; • Intelecto normal ou discreta oligofregnia;
Fêmea com genitália pouco desenvolvida, Geralmente é fenotipicamente normal e fértil.
APROFUNDAMENTO: MUTAÇÃO ESTRUTURAL
CROMOSSOMO EM ANEL
APROFUNDAMENTO: MUTAÇÃO ESTRUTURAL
ISOCROMOSSOMO
Iso q
ELEMENTOS TRANSPONÍVEIS • Nos genomas há porções de DNA, capazes de se replicarem e se transferirem para outros cromossomos ou apenas mudarem de lugar no próprio cromossomo. Esses segmentos são denominados de ELEMENTOS TRANSPONÍVEIS (ETs). • No genoma humano há 45% de ETs, em insetos há de 5 a 15%. A quantidade deles no genoma não está diretamente relacionada com a estabilidade ou instabilidade do genoma. Em humanos apenas 2 ETs são ativos ( Alu e Line1) e mesmo assim se transferem pouco. Já em insetos, há menos ETs, mas são muito ativos. Há dois tipos de elementos transponíveis: TRANSPOSONS e RETROTRANSPOSONS
TRANSPOSONS Os segmentos de DNA são transcritos para RNAm (por atuação da RNA polimerase). Este RNAm faz a síntese da enzima transposase. Tal enzima atua estimulando o segmento de DNA a replicar-se e inserir-se em nova área ou ainda pode atuar retirando o transposon do antigo local e reposicioná-lo em outro
RETROTRANSPOSONS
Os segmentos de DNA transcrevem RNAm, que codifica uma enzima denominada transcriptase reversa. Esta enzima sintetiza um novo segmento de DNA usando o RNA como molde. Este DNA sintetizado ĂŠ chamado de DNA complementar (cDNA), o qual integra-se ao cromossomo em um novo sĂtio, podendo ser no mesmo cromossomo ou em outro cromossomo.
O QUE OS ETs CAUSAM AOS ORGANISMOS • Mutações • Alterações na regulação gênica – pois muitos ETs ligam ou desligam genes, alterando assim a expressão desse gene. • Rapidez na evolução – em geral a evolução é um fenômeno lento, mas a atuação de transposons tem causado grandes mudanças num espaço de tempo relativamente curto. O milho, por exemplo, dobrou seu genoma em apenas três milhões de anos, pelo acréscimo de ETs.
EPIGENÉTICA • Apenas 1,5% do genoma é codificante (proteínas). • A maior parte do genoma está dividida entre genes que codificam tipos de RNA e de DNA não transcrito. • Célula humana: só 20% dos genes se expressam (transcrição, tradução). • Ocorre a marca de genoma (ação paterna ou materna). CONCLUSÃO: GENES PODEM SER ATIVADOS E DESATIVADOS. ISSO NÃO É MUTAÇÃO = EPIGENÉTICA. ALTERAÇÕES EPIGENÉTICAS: • Metilação (-CH3) • RNA si e RNAmi: silenciamento de genes AS MUDANÇAS EPIGENÉTICAS SÃO INFLUENCIADAS PELO AMBIENTE.
GENÉTICA DE
POPULAÇÕES
TEOREMA DE HARD-WEINBERG POPULAÇÕES EM EQUILÍBRIO 1- CONDIÇÕES PARA O EQUILÍBRIO • A população têm que ser grande • Os acasalamentos devem ocorrer ao acaso (população panmítica) • A população não deve sofrer os fatores da evolução, tais como: seleção natural, mutações, recombinação gênica. • A população tem que estar isolada, não havendo assim entrada ou saída de indivíduos. • Todos os cruzamentos produzem descendentes, e todos os casais, têm o mesmo número de filhos. Em populações infinitamente grandes, panmíticas e não sujeitas aos fatores evolutivos, a freqüência dos genes e genótipos tende a permanecer constante.
CÁLCULO MATEMÁTICO DO PRINCÍPIO DE HARD-WEINBERG Exemplo: Suponha uma população de 2000 indivíduos onde há uma herança determinada pelos genes A e a, na qual encontramos: 720 AA, 960 Aa e 320 aa. *CÁLCULO DA FREQÜÊNCIA GENOTÍPICA. • f(AA) > 720 = 0,36 ou 36% 2000 Nº do genótipo • f(Aa) > 960 = 0,48 ou 48% Nº de indivíduos 2000 • f(aa) > 320 = 0,16 ou 16% 2000
FREQUÊNCIA DOS GENES É só multiplicar por 2 o número de indivíduos (cada indivíduo tem um par de genes). No exemplo dado há 4000 genes Nº de genes Nº de genes totais
CÁLCULO DA FREQÜÊNCIA DOS GENES • Freqüência do Gen a • Freqüência do Gen A • 960 Aa – 960 genes a • 720 AA – 1440 genes A 320 aa – 640 genes a 960 Aa – 960 genes A 1600 genes a 2400 genes A • F(a) = 1600 = 0,4 ou 40% 4000 • F(A) = 2400 = 0,6 ou 60% 4000
TEOREMA DE HARD-WEINBERG 1. Frequência Gênica f(A) + f(a)
p+q=1
p = gene dominante e q = gene recessivo
2. Frequência Genotípica – f(AA) + f(Aa) + f(aA) + f(aa) p2 + 2pq + q2 = 1 A grande importância do Teorema de Hard-Weinberg consiste em estabelecer um modelo para o comportamento dos genes nas populações naturais. Desta forma, caso os genes se comportem de forma diferenciada nestas populações, pode-se inferir que tais populações estão passando por mecanismos evolutivos. Do contrário, se as frequências gênicas não diferirem significativamente entre o observado nas populações e o esperado pelos cálculos do teorema, pode-se concluir que a população está em equilíbrio, e, desta forma, não está evoluindo.
Princípio de Hard-Weinberg na Herança Ligada ao Sexo • Como os alelos se expressam nos homens em dose simples (ou hemizigose), a freqüência com que neles se manifestam corresponde a suas freqüências gênicas. • Podemos exemplificar assim: na população brasileira a freqüência de homens daltônicos é 1/15 (6,5%). • Como os homens daltônicos possuem genótipo XdY, a freqüência de mulheres daltônicas (XdXd) é estimada em (1/15)², ou seja 0,04%.
Princípio de Hard-Weinberg em Polialelia • Genótipos
população • IAIA • IAi • IBIB • IBi • IAIB • ii
Freqüências na p² 2pr q² 2qr 2pq r²
Na população brasileira, a freqüência do alelo i é de 80%. Portanto, cerca de 64% dos indivíduos devem pertencer ao grupo O (freq (ii) = r² = 0,8² = 0,64 = 64%).
TIPOS DE DERIVA GENÉTICA Efeito do Fundador e Efeito Gargalo • O efeito do fundador ocorre quando poucos indivíduos
de uma grande população estabelecem uma nova população. A nova população terá um pool gênico diferente da população de origem. Ex: quando uns poucos membros de uma população atingem uma ilha.
•
O efeito gargalo ocorre em decorrência de mudanças repentinas no ambiente, como fogo e enchente, por exemplo, havendo uma diminuição drástica na população.
DEMES - subpopulações • Um deme (população mendeliana) é definido como um conjunto de indivíduos co-específicos que cruzam ou podem cruzar entre si, compartilhando (por parentesco ou ancestralidade comum) de um pool gênico (fundo de genes) comum. • Tal conceito não coincide, necessariamente, com o conceito de população utilizado em ecologia, pois, às vezes, o que identificamos como sendo uma grande e única população é na verdade um complexo de demes locais. Estas, dependendo das taxas de migração, estão mais ou menos isoladas entre si.
DEMES 2 demes – dificilmente A cruza com B
6 demes – gradiente de hábitat – dificilmente cruzam entre si = CLINA ( variação intra-específica)
Populações locais que exibem diferenças fenotípicas associadas a hábitats particulares costumam ser referidas como ecótipos, um termo que procura enfatizar a importância do hábitat local na evolução de diferenças fenotípicas. Trata-se de um fenômeno particularmente comum entre espécies vegetais.