MUTAÇÕES(CROMOSSÔMICAS & GÊNICAS)

Dr. Cláudio C SilvaMestrado em Genética

Disciplina: Mutagênese e Mecanismosde Reparo de DNA

INTRODUÇÃO

Alterações permanentes no material genético de um organismo.Mutações podem ser causadas por:[a] Erros na cópia do material durante a divisão celular[b] Exposição a radiação, mutagênicos químicos ou vírus

Dogma Central

INTRODUÇÃO

Dogma Central

INTRODUÇÃO

Dogma Central

INTRODUÇÃO

Sistemas enzimáticos de reparo garantem a manutenção e a transmissão fiel da informação genética de geração em geração.

No entanto, nenhum sistema biológico é perfeito o suficiente para garantir que não ocorra erros durante ou após a duplicação do DNA.

As modificações permanentes no material genético e que são passíveis de serem herdadas pelas células filhas ou pelos descendentes são denominadas mutações

INTRODUÇÃO

Nem todas as mutações resultam em alteração no fenótipo das células afetadas, pois pequenas alterações no genoma pode não modificar a

fisiologia celular.

Por outro lado, existem situações em que uma mutação acaba sendo prejudicial pois alteram proteínas importantes na fisiologia celular

Porém, mesmo sendo potencialmente prejudiciais, as mutações são a fonte primária de toda a variação genética encontrada dentro das espécies.

INTRODUÇÃOMetabolismo

CelularRadiação

UltravioletaRadiação Ionizante

Exposição Química

Erros de Replicação

Alterações nos Pontos de

Checagem do Ciclo Celular

Alterações nos Transcritos

Indução de Morte Celular (Apoptose)

Alterações nos complexos enzimáticos relacionados com o sistema de reparo

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

Diagrama da divergência dos grupos taxonómicos modernos em relação aos seus ancestrais comuns.

Mutação (Processo & Produto)

Mudança súbita e hereditária no material genético (DNA) Definição

Mutante

Célula ou organismo que exibe a forma (fenótipo) alterada como resultado de uma mutação

leveduraMutação no gene Ipl1 (Aurora kinase)

Célula tumoral Drosophila sp

Uma mutação nova que não foi herdada de nenhum dos pais é chamada mutação de novo.

MUTAÇÃO

Gene

Agentes naturaise artificiais

Proteína variante

Princípio fundamental

Propriedadesdistintas

Efeitofenotípico

Propriedadesmantidas

Fenótipoé mantido

Mutação em região não-crítica, sem modificação da estrutura primária

Albinismo

INTRODUÇÃO

• Nem toda proteína variante tem consequência clínica ou deletéria

• Coexistência de duas ou mais variantes na população:• Estruturalmente distintas• Geneticamente diferentes• Relativamente comuns

Polimorfismo

Claytonia virginica

Theridion grallator

INTRODUÇÃO

• Podem ter consequências deletérias ou vantajosas para os organismos ou seus descendentes

• Permite compreender os processos biológicos (Evolutivos)

• São o maior componente da variabilidade genética, correspondendo ao combustível da evolução

Organismos multicelularesMutações germinativas

Porque estudar mutações?

Mutações somáticas

Características dos fenótipos, não dos genes...

[a] Mutações de ganho de função Caráter dominante[b] Perda de função Carácter recessivo (*)

Exemplo:Acondroplasia (Nanismo rizomélico) Ganho de Função

Albinismo Perda de Função

Dominantes ou recessivas?

Mutação Efeitos Funcionais

Haploinsufiência

LMCLEUCEMIA MIELÓIDE CRÔNICA

LMCLEUCEMIA MIELÓIDE CRÔNICA

Origina o desenvolvimento de uma nova proteína (Ganho de Função)

LMC

LMCLEUCEMIA MIELÓIDE CRÔNICA

LMCLEUCEMIA MIELÓIDE CRÔNICA

Anemia Falciforme

Tipo de Hb

A (normais)

S (afetados)

Seqüência de aminoácidosSeqüência de nucleotídios

- Pro - Glu - Glu -- CCT - GAG - GAG -

- Pro - Val - Glu -- CCT - GTG - GAG -

intron0,2 kb 1,1 kb

Mst II Mst II Mst II

Southern blotting + cDNA da -globina marcado

A S

1,1kb

0,2kb

AS

(Perda de Função)

ABERRAÇÕES CROMOSSÔMICAS mudanças grosseiras na estrutura dos cromossomos 6x10-4/divisão celular Ex: Translocações, deleções e inversões

MUTAÇÃOTIPOS BÁSICOS

LMA

LMALEUCEMIA MIELÓIDE AGUDA

MUTAÇÃO GENÔMICA / CROMOSSÔMICA

Não disjunção dos cromossomos 10-2/divisão celular Ex: Euploidias & Aneuploidias

4n Bc. Binosa

Hyla versicolor

MUTAÇÃOTIPOS BÁSICOS

3n

MUTAÇÃOTIPOS BÁSICOS

Mutações puntiformes nos genes 10-10/pb/divisão celular ou 10-5 a 10-6/locus/geração Ex: Substituição de bases

OBS: Tecnicamente as mutações puntiformes não são visíveis como anormalidade citológica

MUTAÇÃO GÊNICA

MUTAÇÃOTIPOS BÁSICOS

Pareamento corretodas Bases Nitrogenadas

Bases Moleculares das Mutações Gênicas

MUTAÇÃOTIPOS BÁSICOS

Taxa de Mutação

TM=no mutações novas/locus/geração• 10-5 a 10-6 e/l/g; DP = 10-4 a 10-7

Considerando que os humanos têm 5x104 genes

1:10 chance do indivíduo receber uma mutação nova de um dos genitores

Frequência de mutações novas

10-10 erros de replicação10-15 divisões celulares (adulto)

Milhares de mutações novas qqr nt qqr região do DNA

MUTAÇÃOCONSIDERAÇÕES GERAIS

• Podemos estimar a taxa de mutações observando a frequência de mutações que ocorrem nos autossomas e a freqüência de mutações ligadas ao cromossomo X (homens são hemizigotos)

• Exemplo: Acondroplasia (HAD)• Ocorre esporadicamente (famílias sem história prévia) como resultado

de mutação nova no gene FRFG3

• Se um estudo detectar 7 RN com Acondroplasia esporádica em um ano entre 242.257 nascimentos

• Taxa (freqüência) é:

• 7/242,257 x 1/2 (2 alelos/zigoto) = 1.4 x 10-5

Taxa de Mutação

MUTAÇÃOCONSIDERAÇÕES GERAIS

• Tamanho do gene: Alguns genes são grandes e tem TM maior

• Localização: genes dispostos em regiões cromossômicas mais acessíveis ao dano genético

• Sequência de nucleotídeos: mais suscetíveis a mutações espontâneas

• Hot spots

Taxas de mutação por gene podem ser intrinsecamente diferentes

Todos os pb de um gene são igualmente suscetíveis à mutação?

MUTAÇÃOCONSIDERAÇÕES GERAIS

TM Global em humanos é estimada em:~1x10-6/gene/geração

• Semelhante entre procariotes e microrganismos eucariotes

TM estimada impacto na probabilidade de alterações genéticas a cada geração:

1x10-6 mutações/gene x 5x104 genes/genoma haplóide = 5x10-2 mutações/gameta (=5/100 ou 1/20).

1/20 x 2 gametas/zigoto = 1/10 chance de cada zigoto conter um mutação nova em qualquer lugar no genoma

Maioria

das m

utações

são re

cess

ivas e

não sã

o expres

sas n

o heterozig

otoTaxa de Mutação

MUTAÇÃOCONSIDERAÇÕES GERAIS

MUTAÇÃOCONSIDERAÇÕES GERAIS

Cada ovócito = 22 mitoses e 1 meiose

Espermatogônia (109) = 30 mitoses de embrião a puberdade 20 a 25 mitoses/ano e 1 meiose

Cada espermatozóide = resultado de VÁRIAS divisões!

Mutações germinativas

Homem (25-30 anos) = ~100 mutações novasEjaculado com 108 sptz = 1010 mutações novas!!

MUTAÇÃOCONSIDERAÇÕES GERAIS

Tipo Mecanismo Freqüência Exemplo

Genômica Não-disjunção 10-2/dc S. de Down

Cromossômica Rearranjo 6x10-4/dc LMC

Gênica Alteração na sequência 10-10/pb/dc Hemoglobinopatias

Mutação de ponto 10-5 a 10-6/l/g Câncer

MutaçãoRegião

codificadoraRegião

Reguladora

ProteínaAnormal

ProteínaNormal

Causa da Patologia

Perda da função

Ganho da função

Nova propriedade

Concentraçãoreduzida

Concentraçãoaumentada