doenças multifatoriais

5/17/2018 doen as multifatoriais - slidepdf.com

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DOENÇAS

MULTIFATORIAIS



DOENÇAS GENÉTICAS

CROMOSSÔMICAS MONOGÊNICAS

MULTIFATORIAIS

GENES + AMBIENTE

1 cromossomo 1 gene



DOENÇA MONOGÊNICA

DOENÇA CROMOSSÔMICA

INDIVÍDUOAFETADO

INDIVÍDUONORMAL

Alelo mutado

presenteAlelo mutado

ausente

Cromossomoalterado presente

Cromossomo alteradoausente

Doenças monogênicas e cromossômicas sãocaracterísticas qualitativas



Princípios da Herança Multifatorial

É poligênica

Pequenas

contribuições devários genes

Vários fatores

ambientais

CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS COM DISTRIBUIÇÃO NORMAL

A + B + C + D 1 + 2 + 3 + 4 + 5

DOENÇA



Existem várias características quantitativascom herança multifatorial

•Pressão sanguínea

•Peso

•Concentração sérica de colesterol•Circunferência cefálica

•Altura

•Inteligência•Cor da pele



O que é distribuição normal ?

0

1

2

baixo médio alto

A: alto (1,80m)a: baixo (1,50m)

1 AA: alto (1,80m)2 Aa: altura média (1,65m)1 aa: baixo (1,50m)

Supondo que a altura fosse determinada por 1 par de genes, com relaçãode co-dominância

Aa x Aa

AA Aa Aa aa

p

roporção

Proporção fenotípica

3 categorias fenotípicas



Considerando que a altura seja determinada por 2 genes:

•Gene A contribui com 1 cm;

•Gene C contribui com 1,2 cm;

•Letras minúsculas representam alelos contribuindo com 0,5 cm

e 0,6 cm, respectivamente



Todos alelos p/ alto: 13 alelos alto:1 alelo baixo=42 alelos alto:2 alelos baixo=61 alelo alto:3 alelos baixo=4

Todos alelos baixo: 1

0

1

2

3

4

5

6

A (4) A/B

(3:1)

A/B

(2:2)

A/B

(1:3)

B (4)

proporção

AACC

AaCCaACCAACcAAcC aaCCaACc

AacCAaCcaAcCAAcc aaCcaacC

aAccAaccaacc

Os fenótipos se dividiriam em cinco grupos:

Passam a

existir mais

categorias de

fenótiposintermediários



AACCAaCCaACCAACcAAcCaaCC

aACcAacCAaCcaAcCAAccaaCc

aacCaAccAaccaacc

4,43,93,93,83,83,4

3,33,33,33,33,22,8

2,82,72,72,2

No alelos c/ contribuição máximaGenótipos possíveis Altura

433332

222221

1110

A=1,0; a=0,5; C=1,2; c=0,6

Várias medidas de alturas seriam possíveis, dentro das 5 categorias



0

2

4

6

810

12

14

16

18

20

A (6) A/B(5:1)

A/B(4:2)

A/B(3:3)

A/B(4:2)

A/B(5:1)

B (6)

Se a altura for determinada por 3 pares de genes, maiscategorias fenotípicas ocorrerão

Os fatores ambientais irão conferir ainda mais variações fenotípicas



As características quantitativas têm uma distribuição

normal na população (gaussiana)

média

Desvio padrão

Emery1,40 1,95Altura (m)

N o .

i n d i v í d u o s



MAS...

Muitas doenças multifatoriais parecem estarpresentes ou ausentes nos indivíduos

Existe um LIMIAR DE SUSCETIBILIDADE que precisa ser

cruzado para a doença estar presente

O que segue uma distribuição normal é a

SUSCETIBILIDADE à doença



O modelo do limiar

Afetados

Nãoafetados

Limiar desuscetibilidade

baixa altaSUSCETIBILIDADE

Emery

Poucos fatores

genéticos/ambientais

contribuem para a

doença

Muitos fatores

genéticos/ambientais

contribuem para a

doença



limiar

baixo altosuscetibilidade

baixo altosuscetibilidade

O limiar de suscetibilidade pode variar entre os sexos

Jorde – 3ª. edição

Quem tem maior

chance de ter um

irmão afetado, o

homem ou a mulher ?



Muitas doenças apresentam herança multifatorial

•Fenda labial/palatina

•Defeitos cardíacos congênitos

•Defeitos do tubo neural

CongênitasSurgimento na vida infantil e adulta

•Asma•Autismo•Diabetes mellitus•Epilepsia

•Glaucoma•Hipertensão•Doença cardíaca isquêmica•Doença maníaco-depressiva

•Obesidade•Doença de Parkinson•Câncer•Artrite reumatóide•Lupus•Esquizofrenia



Risco de recorrência e padrão de transmissãopara doenças multifatoriais

Risco empíricoCalculado a partir da observação

da recorrência da doença emfamílias numa dada população

Fatores genéticos e ambientaissão diferentes entre as

populações

•Não é possível conhecer todos os fatores genéticos e ambientaisenvolvidos na doença – não há como calcular risco de recorrência

para cada casal



Ou seja, o risco é calculado a partir da agregaçãofamiliar da doença

•Parentes têm maior chance de compartilhar

genes

Risco relativo:

r =

Prevalência da doença em umaclasse de parente do afetado

Prevalência da doença na população

r= classe de parentes (irmãos, pais, etc)

Se r = 1, risco igual ao da população



Critérios para definição de herança multifatorial

O risco é maior se mais de um membro da família é afetado

•Lembre-se: o risco inicial de uma família é o estimado, não é o real !

•O que muda agora não é o risco real, mas o seu conhecimento sobre a

suscetibilidade dessa família



Se a expressão da doença no probando for mais severa, o riscode recorrência é maior

O risco de recorrência é maior se o probando for do sexo menoscomumente afetado

Expressão mais grave - mais fatores causadores da doença

presentes nessa família

Se o sexo que precisa de mais fatores genéticos e ambientais para

desenvolver a doença chegou a apresentá-la é porque a família

contém muitos fatores de risco



ParentesLondres Belfast

Irmãos 3,8 9,6

Tabela 1: Risco de recorrência para estenose pilórica

9,2 12,5

Irmãs

Probandos homens

Londres Belfast

Probandas mulheres

2,7 3,0 3,8 3,8

Observe que o risco de recorrência é diferente em cada população

Jorde, 3ª. edição



O risco de recorrência geralmente diminui rapidamente emparentes mais remotos

É improvável que todos os fatores de risco estejam presentes emmembros mais distantes

Se a prevalência da doença na população é f, o risco da prole e deirmãos do probando é de aproximadamente √f

Não é uma regra absoluta



Doença Prevalência

Grau de parentesco

1º. grau 2º. grau 3º. grau

Lábio

leporino/palatofendido 0,1 4,0

Tabela 2: Risco relativo (%) para diferentes graus de parentesco

0,7 0,3

Pé torto 0,1 2,5 0,5 0,2

Autismo 0,04 4,5 0,1 0,05




Gene principal + componente multifatorial

Gene A: gene único causando grandes efeitos sobre a altura

Efeito multifatorial: outros genes + ambiente somam efeitos individuais menores



Como as influências genéticas podem ser separadas dasinfluências ambientais ?

Estudos de gêmeos

Estudos caso - controle



Estudos de gêmeos

Gêmeos monozigóticos

•Geneticamente idênticos•Qualquer diferença pode ser atribuída ao

ambiente

Gêmeos dizigóticos•Geneticamente tão diferentes quanto irmãos

não gêmeos

•Compartilham ambiente mais semelhante do

que irmãos não gêmeos

•Sujeitos a variações ambientais semelhantes

aos gêmeos MZ



Os gêmeos podem ser concordantes ou discordantes para uma

característica

Característicatotalmente

determinadageneticamente

•100% concordância em MZs

•Concordante em menor frequência em

DZs (~50%)

Gêmeos MZs criadosseparadamente

•Genes idênticos•Ambientes diferentes



Limitações:

•Variação genética entre gêmeos MZs (p.ex.: inativação do X)

•Exposição ambiental pode não ser a mesma

•Alelos ou fatores ambientais diferentes nos diferentes pares

de gêmeos

•Viés de amostragem



Herdabilidade (h) = 2 (CMZ – CDZ)

Calcula-se o

Coeficiente de correlaçãointraclasse

Variação entre os indivíduosVariação total

Herdabilidade

Fração da variação fenotípica total que é causada pelos genes

Para características qualitativas:

Para características qualitativas:

Onde: variação total = variação entre os indivíduos + variação ambiental

Aplica os valores na

fórmula



Doença/carac-

terística

Taxa de concordância

MZ DZ

Herdabilidade

Distúrbio afetivo

(bipolar)0,79 0,24

Tabela 3: Taxas de concordância entre Mzs e DZs

>1,0

Alcoolismo >0,60 <0,30 0,60

Autismo 0,92 0,0 >1,0

IMC 0,95 0,53 0,84

Sarampo 0,95 0,87 0,16

Infarto do miocárdio

(homens)

0,39 0,26 0,26

0,44 0,14 0,60Infarto do miocárdio

(mulheres)




Estudos caso-controle

Casos: indivíduos com a doença

Controles: indivíduos sem a doença

Verifica-se a frequência

com que a doença ocorreem toda a extensãofamilial de cada grupo

•Estudos de associação de mutações a doenças

Frequência alélica ou genotípica é observada nos casos e nos controles

Frequência genotípica/alélica casos > controle Genótipo ou aleloestá associadocom a doença



Doenças com herança complexa

Diabetes mellitus tipo 1 (insulino-dependente)

•Representa ~10% dos casos de diabetes mellitus

•Incidência de 1:200 em população caucasiana (0,5%)

•Destruição das células do pâncreas

•Taxa de concordância em MZ: 40%

•Taxa de concordância em DZ: 4,8%

s = 12

O l d HLA i



Nature Reviews Immunology 2, 283-291 (April 2002

O papel das HLAs na resposta imune

Mutações em genes

HLA (HLA-DR3, HLA-

DR4 ou HLA-DQ) são

frequentes em

indivíduos com DM tipo

1



Doença de Alzheimer

•Perda progressiva de memória e outras

funções

•Morte de neurônios e formação de placas

amilóides

•Placas amilóides: peptídeo a

•Três formas raras com herança AD, de

início precoce (30 a 50 anos)

•Forma mais comum apresenta

agregação familiar e r elevado, é de

início tardio (>60 anos)



Apolipoproteína E (APOE)

•Proteína componente do LDL

•Constitui as placas amilóides junto com o peptídeo a

•Existem 3 alelos na população: e2, e3 e e4

Genótipo

e4/ e4e3/ e4e2/ e4

e3/ e3e2/ e3e2/ e2

AD(EUA)

Controle(EUA)

AD(Japão)

Controle(Japão)

0,64

0,36

0,31 0,47 0,17

0,69 0,53 0,83



Malformações congênitas

Como defeitos isolados, possuem herança complexa

Defeitos de fechamento do tubo neural

Fenda labial com ou sem palato fendido

Fenda palatina

Malformações cardíacas congênitas



•Prosencéfalo, meninges, abóbada craniana e

pele ausentes

Anencefalia

•Falta de fusão dos arcos das vértebras(lombares)

•Graus variados: oculta ou aberta

(meningocele ou meningomielocele)

Espinha bífida



Meningocele

Meningomielocele

Tubo neural

23º dia



Os defeitos do TN e a deficiência de ácido fólico

•Risco de DFTN inversamente proporcional aos níveis maternosde ácido fólico

•Efeito limiar: 200 mg/l

•Suplementação dietética com 400/800 mg ácido fólico/dia reduz aincidência de DFTN em >75%



HomocisteínaMetionina

Metilação do DNA

5-metil-THF

5,10-metileno-THF

THF

Ácido fólico

dTMP

Síntese do DNA

MTHFR

Defeitos de fechamentodo tubo neural

Isquemia arterialDano endotelial

HipometilaçãoProblemas na segregação

dos cromossomos – Trissomia do 21

Menor incidência de câncerde colon

Revista Brasileira de Medicina, 62(9), 401-408.

Journal of Integrative Biology 12 (4):229,2008



GENÉTICA DO

CÂNCER



O CÂNCER É UM PROCESSOQUE OCORRE EM MÚLTIPLOS

ESTÁGIOS



Estágios de desenvolvimento do câncer



Os tumores são capazes de produzir seus próprios vasos sanguíneos(angiogênese)



Estágio metastático

N ã d lá i él l d i id d



• Auto-suficiência em sinalização para o crescimento

• Insensibilidade à sinalização anti-crescimento

• Potencial replicativo ilimitado

• Evasão do processo apoptótico - imortalidade

• Angiogênese

• Invasão tecidual e metástase

Na progressão do processo neoplásico, a célula adquire as capacidadesde :



O CÂNCER É UMA

DOENÇA DOCICLO CELULAR

O ciclo celular



G1, S, G2

IntérfaseFASE S Duplicação do DNA

FASE G1 Atividade metabólicasassociadas comcrescimento celular e

replicação do DNA

FASE G0 A célula não estáse reproduzindo

Fase G2 Preparação para a

divisão celular

MITOSE Divisão celular

Fase G0

O ciclo celular



Como é assegurado que os eventos do ciclo

celular ocorram na ordem correta?

Proteína que, quandopresente, torna a CDKativa

ciclina

CDK

Proteína quinase queativa as proteínasresponsáveis peloseventos de uma

determinada fase do ciclo



A ciclina que ativa a CDK responsável por uma fase do ciclo

celular será degradada na fase seguinte

Complexo

CDK1/ciclina B

(responsável pela

entrada da célula em

mitose)



CDK4

CIC.D CDK6

CIC.D

CDK2

CIC.E

CDK2

CIC.A

CIC.A

CDK1

CDK1

CIC.B

G1 S G2 M

A progressão pelo ciclo celular é controladapelos complexos CDKs/ciclinas



pRbE

2

F

G1 S

pRb E2F

P P PP

CDK4,6

CICLINA D

CDK 2

CICLINA E

E2FCiclina ATimidilato sintaseDihidrifolato redutaseTimidina quinaseCiclina E



O CÂNCER É

UMA DOENÇAGENÉTICA

A célula adquire as características neoplásicas através do acúmulo de



Célulanormal

Célulatumoral

Mutaçõescromossômicas

pontuais

Genoma estável

Genoma instável

A célula adquire as características neoplásicas através do acúmulo demutações



Cariótipo de um rabdomiosarcoma em um homem de 21 anos.Hipotetraplóide, com muitas alterações numéricas e estruturais, noúltimo caso resultando em ganhos significativos nos cromossomos2q, 5, 8p, 9q e 11q e perdas nos cromossomos 3q, 4q, 12q, 17, 19 e

21.



“Pontos de quebra” dos cromossomos tumorais (cancer breakpoints )

Locais onde a quebra é recorrente (considerando-se omesmo tipo e/ou tipos diferentes de tumores)

São regiões muito ricas em genes - 20 das 30 regiões

cromossômicas mais ricas em genes são breakpoints

As aberrações cromossômicas podemresultar em perda ou ganho da função

de genes

MUTAÇÕES PONTUAIS E ALTERAÇÕES EPIGENÉTICASTAMBÉM SE ACUMULAM DURANTE O PROCESSO

TUMORAL

Respostas ao dano no DNA



PARE

Respostas ao dano no DNA

Bloqueio nadivisão celular

Reparo do DNA

Apoptose

Nature 408: 433, 200

Elimina o danoporque o conserta

Elimina o

danoporqueelimina acélula que ocontém

Impede que a céluladê origem a outracélula com o dano

Si t d R d DNA



Sistemas de Reparo do DNA

Manutenção das informações do DNA

Resposta envolve uma variedade de proteínas ecomplexos enzimáticos

Células – múltiplos sistemas de reparo

•Essencialidade

•Diversidade de origem dos danos

www.rsc.org/.../10/Discovering_DNA_repair.asp

Etapas básicas do reparo do DNA

http://www.rsc.org/Publishing/Journals/cb/Volume/2008/10/Discovering_DNA_repair.asp

http://www.rsc.org/Publishing/Journals/cb/Volume/2008/10/Discovering_DNA_repair.asp



TTGAACTGGGTACGATCCAAACTTGACCCATGCTAGGTT

4) DNA ligase –

ligação

fosfodiéster paraselar a fita

1) Proteína

reconhecedora

do dano

2) Endonuclease –

retira os nucleotídeos

3) DNA polimerase

– sintetiza novos

nucleotídeos

Etapas básicas do reparo do DNA

Os pontos de checagem (checkpoints) do ciclo celular



Os pontos de checagem (checkpoints) do ciclo celular

O controle do checkpoint na fase G1



CDK2

Cic E/ACic DCDK4

pRb E2F

O controle do checkpoint na fase G1

Controlam asaída da faseG1

p21

p53

p21

ATM

Morte celular



Apoptose

Necrose

Morte celular



FADDCasp 8

Casp 8Casp 8Casp 8

ATM

p53Bax

Apaf-1Casp. 9

Casp. 3

Cit. c

translocase Via independente da MT

Bid

DFF40

AcinusProteínas do citoesqueleto

300 / 50 kb

180/200pb

endonucleaseCa+ Mg+

Dois eventos chave para surgimento/progressão do



Dois eventos chave para surgimento/progressão dotumor:

PROLIFERAÇÃOCELULAR

MORTECELULAR

Acúmulo de células - TUMOR

Homeostase

Gene atuando normalmente no processo homeostático



p

Divisão celular Apoptose

OU

Aumenta número de células

Necessidade de

aumentar a população

celular

Sinais para:

•Indução de

proliferação celular

•Inibição de mortecelular

O MESMO GENE SOFRENDO MUTAÇÃO DE GANHO DE FUNÇÃO



O S O G SO O U Ç O G O U Ç O

Proliferação celular Apoptose

OU

Aumento excessivo do número de células - tumor



Genes que, quando mutados, são constitutivamente

expressados, podendo resultar em proliferação descontrolada,

inibição da apoptose e transformação neoplásica.

Ex.:fatores de crescimento, proteínas quinases, transdutores

de sinais, fatores de transcrição.

Oncogenes

Como os oncogenes são mutados



g

Geralmente são eventos somáticos – mutações em células

germinativas tornam-se constitutivas, o que é letal

1) Amplificação gênica : são feitas muitas cópias de um gene

Ex. : gene MYC

Regiões

homogeneamente

coradas

Doubleminutes

Trends in Genetics 22:447, 2006

2 Translocações cromossômicas



2 – Translocações cromossômicas

BCR ABL

GRB2 JAK2 CAKL

•Inibição da apoptose

•Proliferação

•Crescimento independente

de fator de crescimento

Ex. : BCR/ABL em leucemia mielóide crônica

2.a ) Produção de proteínas quiméricas

2 b) Transposição para uma região que é muito ativa



2.b) Transposição para uma região que é muito ativa

transcricionalmente

•IGH : muito expresso em

linfócitos

•MYC : fator de transcrição

que estimula proliferação

celular

Ex. : MYC/IGH em linfoma

de Burkit

Mutação pontual



RAS

GDP

RAS

GTP

Divisão

celular

ativa

inativa

Divisãocelular

ativa inativa

RAS RASGDP

GTP

Ex. : gene RAS

Mutação pontual

Alteração de uma ou poucas bases, mudando a informaçãogenética



A PREDISPOSIÇÃO

AO CÂNCER PODE

SER HERDADA

GENES SUPRESSORES DE TUMOR d t i d



Retinoblastoma

Origina-se de retinoblastos que se diferenciam em células

fotorreceptoras e neurônios

Processo de diferenciação falha nos tumores, e as células continuam

a se dividir, podendo se espalhar e metastatizar

GENES SUPRESSORES DE TUMOR: a segunda categoria de genesmutados no câncer

Câncer comum em crianças

40% h ditá i



40% hereditários

80% desses casos sãomutações de novo na linhagemgerminal

Maioria dos casos é bilateral

Bilateral Unilateral

60% esporádicos

Unilateral

Forma hereditária



Forma hereditária

Mutação herdada

Mutação somática

Basta outro evento parao desenvolvimento denovo tumor

Comumente bilateral

(1º evento)

(2º evento)

Knudson, A. - Nature Rev 1:157, 2001

Forma esporádica



Mutação somática(2º evento)

Mutação somática

(1º evento)

Mais dois eventosdevem acontecer paraproduzir outro tumor

Raramente bilateral

p

Knudson, A. - Nature Rev 1:157, 2001

ó d d (“ h ”)



Hipótese dos dois eventos (“two hits” )

2 eventos são necessários para ocorrência do tumor,

tanto da forma hereditária quanto da não-hereditária

Na forma hereditária, o primeiro evento ocorre na linhagemgerminativa, e o segundo é uma mutação somática

Na forma esporádica, as 2 mutações sãosomáticas

Knudson, 1971

Predisposição herdada ao câncer (cânceres



Predisposição herdada ao câncer (cânceres

familiais)

Doença Gene

Polipose adenomatosa do cólon familial APC

Câncer de cólon hereditário, não poliposo MSH2, MLH1

Câncer de mama e ovário BRCA1

Câncer de mama de início precoce BRCA2

Síndrome de Li Fraumeni TP53

Ataxia telangiectasia ATM

Melanoma familial CDKN2A (p16)

Gene atuando normalmente no processo homeostático




OU

Reduz número de células

Necessidade de diminuir

a população celular

Sinais para:

•Inibição de

proliferação celular

•Indução de mortecelular

O mesmo gene sofrendo mutação de perda de função




OU

Um alelo ainda consegue realizar a funçãoOs dois precisam ser inativados para contribuir para o processo tumor

G d t



Genes supressores de tumor

Genes que inibem o fenótipo neoplásico, geralmente

envolvidos na inibição da divisão celular e ativação da

apoptose.

Quando são inativados ou perdidos, o crescimento

descontrolado torna-se possível.




Mutações nestes genes resultam em perda de função

Os dois alelos precisam estar inativados para que haja

contribuição para o processo tumoral – a mutação é

recessiva




Como os genes supressores de tumor são mutados

Mutação pontual: alteração de uma ou poucas bases,resultando em perda ou diminuição da função

Deleção do gene: pequenas deleções cromossômicas, que

não são visíveis ao microscópio

Metilação da região promotora: impede ligação do aparato

basal de transcrição à região promotora



D l i t t l l



Desenvolvimento tumoral envolveaumento da taxa de mutações

Agentes mutagênicoselevam a taxa basal de

mutações

Genes responsáveis poreliminar o dano não estãofuncionando corretamente

Genes responsáveis poreliminar a célula

danificada não estãofuncionando corretamente

Células com mutaçõesadquirem vantagem

proliferativa em relação àcélula normal

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