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Mutações gênicas

MUTAÇÕES

Cromossômicas: afetam a estrutura e o número de cromossomos

Gênicas: afetam um único gene

MUTAÇÕES GÊNICAS

�Alterações em uma ou mais bases do DNA, afetando a leitura durante a replicação ou transcrição.

�Podem ser transmitidas hereditariamente quando ocorrem em células germinativas.

�Podem provocar tumores quando ocorrem em células somáticas.

MUTAÇÕES GÊNICAS

�Mutações de ponto - substituição de bases

�Adições/inserções,

�Deleções

Transição: purina → purina (A ↔ G)

pirimidina → pirimidina (T ↔ C)

Substituição de bases

Transverção: purina → pirimidina (A→C, A→T, G→C, G→T)

pirimidina → purina (C→A, C→G, T→A, T→G)

Para entendermos o efeito de mutações sobre o produto gênico é

preciso conhecermos o código genético:

•“Dicionário” : correspondência entre uma sequência de bases

nucleotídicas e uma sequência de aminoácidos.

•1960 – Nirenberg et. al.

•São necessárias 3 bases (um triplete) para codificar cada •São necessárias 3 bases (um triplete) para codificar cada

aminoácido.

•Composto de 64 códons → 61 codificam aminoácidos e 3 códons

são de parada “stop codons”

•O código é degenerado = o mesmo aminoácido pode ser codificado

por mais de um triplete.

• É quase universal, variações em mitocôndrias por exemplo.

CÓDIGO GENÉTICO

Mutação de Sentido trocado (missense)

Mutações de ponto: Conseqüências funcionais

Mutação Silenciosa- trinca codifica o mesmo aa

AGG → CGGarginina arginina

Mutação de Sentido trocado (missense)

- o códon original é substituído por um códon para outro aa

AAA → AGAlisina arginina

Mutação “Sem sentido” (nonsense)- substituição por um códon de término de tradução UAA UAG UGA

CAG → UAGGlicina stop códon

♠♠♠♠ Silenciosa:

Nunca alteram as seqüência de aminoácidos da cadeia polipeptídica

Efeito das mutações silenciosas

POLIMORFISMOPOLIMORFISMO• Média: 1 base diferente a cada 1000 bases – definem os diferentes ALELOS• Alelos comuns com freqüência > 1% na população em geral = Polimorfismos

Genéticos• Os alelos com freq. < 1% = Variantes Raras

Efeito das mutações de sentido trocado

♠♠♠♠ Substituição sinônima de sentido trocado :

Aminoácido quimicamente similar

AAA ⇒ AGA

Lis (básico) Arg (básico)

� em muitos casos não altera a função da proteína

EFEITO:

♠♠♠♠ Substituição não-sinônima de sentido trocado :

� graves mudanças na estrutura e funcionamento da proteína

Aminoácidos quimicamente diferentes

Lis (básico) Arg (básico)

UUU ⇒ UCU

fenilalanina (Hidrofóbico)

serina (Polar)

♠♠♠♠ Sem sentido:

Término prematuro da tradução

podem produzir proteínas totalmente inativas

Efeito das mutações sem sentido

mudança na seqüência do polipeptídeo

Adição ou Deleção

mudança na matriz de

perda completa da estrutura e

da função normal da proteína

mudança na matriz de leitura (frameshift)

Qualquer adição ou deleção de pares de bases que não seja múltiplo de 3 altera a matriz de leitura, resultando em aminoácidos diferentes á partir do ponto de inserção ou deleção.

Conseqüências das mutações para a “matriz de leitura”

EFEITO DE MUTAÇÕES SOBRE O PRODUTO GÊNICO

� Perda de função

�Ganho de função

�Aquisição de propriedade nova�Aquisição de propriedade nova

�Expressão de um gene no momento ou local errado ou ambos

Mutações e doença por perda de função

FIBROSE CÍSTICA – Ex. mutação mais comum deltaf508= deleção de 3 nucleotídeos

EFEITO DE MUTAÇÕES SOBRE O PRODUTO GÊNICO

� Perda de função

�Ganho de função

�Expressão de um gene no momento ou local errado�Expressão de um gene no momento ou local errado

�Aquisição de propriedade nova

-PERÍODO EMBRIONÁRIO

-PERÍODO FETAL

-PERÍODO ADULTO

Exemplos nos conglomerados gênicos que codificam globinas

Mutações em genes de globina : já existem 800 variantes de hemoglobina descritas

Mutações causando ganho de função

Exemplo: Hemoglobina Kempsey – mut. Missense,cadeia beta: ASP 99 ASN

mantém a hemoglobina em seu estado de maior afinidade pelo oxigênio reduzindo a entrega de oxigênio para os tecidos

Um ganho pode ser decorrente do aumento da quantidade da proteína por alterar a expressão gênica ou ainda aumento da capacidade de uma

proteína de realizar uma função normal

Expressão gênica no momento errado

Mutações que alteram as regiões reguladoras de genes, exemplo mutações nos genes da gama globina que levam a um fenótipo conhecido por

persistência hereditária a hemoglobina fetal

Mutação causando a aquisição de propriedade nova Ex. : Anemia falciforme

Hemoglobina S (HbS)

MISSENSE

CADEIA BETA: GLU 6 VAL

Mutações em promotores de genes ou sítio de corte de íntrons

Mutação no PROCESSAMENTO DO RNA

Mutação no PROMOTOR

Espontâneas (mudanças naturais na estrutura do DNA)

Induzidas (fatores externos)

fonte natural da variação genética

Mecanismos que dão origem as mutações

agentes mutagênicos ou mutágenos:

alteração no DNA:

♣ agentes físicos: radiação ionizante, raios ultravioleta

♣agentes químicos: análogos de bases, agentes intercalantes...

♣ substituição de base

♣ dano de base

compostos parecidos com bases nitrogenadas normais que são incorporados ao DNA

causam SUBSTITUIÇÃO DE BASES - inserção de nucleotídeos incorretos durante a replicação

Análogos de bases

Ex. pareamento para 5-bromouracila (5-Bu) (análogo da timina)

transição: A.T → G.C

5’-A-T-A-T-G-C-3’

3’-T-A-T-A-C-G-5’

5’-A-T-A-T-G-C-3’

3’-T-A-B-A-C-G-5’

Substituiçãopor 5BU

Mudança tautomérica

Transição A.T → G.C devido forma enol da 5-BU (análogo da timina)

+

Mudança tautomérica

e duplicação

5’-A-T-A-T-G-C-3’

3’-T-A-T-A-C-G-5’

5’-A-T-G-T-G-C-3’

3’-T-A-B-A-C-G-5’

5’-A-T-G-T-G-C-3’

3’-T-A-C-A-C-G-5’

5’-A-T-G-T-G-C-3’

3’-T-A-B-A-C-G-5’

+

Agentes intercalantes

intercalam entre as bases nitrogenadas na dupla hélice DNA e podem causar inserção ou deleções de nucleotídeos.

Exemplo: AcridinasExemplo: Acridinas

Danifica uma ou mais bases ⇒ torna o pareamento específico impossível

Luz ultravioleta

Luz UV: fotoprodutos de UV (fotodímero de pirimidina)

Bloqueio da replicação

Bactérias ⇒ bloqueio ultrapassado pela inserção de bases inespecíficas

ativação sistema SOS*

*resposta emergencial para evitar a morte celular na presença de um dano significativo ao DNA. Último recurso, permitindo que a célula troque a morte por um certo nível de mutagênese.

Erros durante a replicação do DNA

- substituição espontânea de bases:

transições (maior parte)

transversões

- mudanças na matriz de leitura

MUTAÇÕES ESPONTÂNEAS

- mudanças na matriz de leitura

deleções

duplicações do material genético

Lesões espontâneas

- depurinação

- desaminação

Tautômeros: forma ceto → normalmente encontrada no DNA forma imino ou enol → rara

Erro de pareamento de bases resultantes de formas tautoméricas

de pirimidinas e purinas

pareamento complementar de bases diferentes

Substituição espontânea de bases

transição: GC → AT

Exemplo de grandes duplicações: Distrofia Miotônica

Mudança de matriz de leitura

-Expansões de trinucleotideos CTG na região 3’ não traduzida do gene DMPK 19p13.3

(normal 5 a 35; afetados mais de 50 repetições)Ex. ao lado menino com mais de 1000 repetições

-cél. mamífero � perde 10.000 purinas (A ou G) do DNA (20 h do ciclo celular)

Depurinação

Durante a duplicação: sítios apurínicos não especificam nenhum tipo de base – outras bases podem ser inseridas neste sítio.

-sistema de reparo entram em ação

- se lesões persistirem � dano genético

Vias de Reparo♣ Prevenção de erros

♣ Reversão de danos

♣ Reparo por excisão

♣Reparo pós-replicação

♣...

Prevenção de Erros

Sistemas enzimáticos neutralizam compostos danificantes antes que eles reajam com o DNA. Ex:

Radicais superóxido peróxido de H2

H2O

catalase

superóxidodismutase

Vias específicas reconhecem lesões pequenas

Reparo por excisão

Vias acessórias de excisão:

DNA glicosilases: quebram ligações N-glicosídicas (base-açucar) liberando bases alteradas

excisados pelas endonucleases AP

liberando bases alteradas

Gera sítios apurínicos ou apirimidínicos (sítios AP)

Ex: Xeroderma pigmentoso - mutação em um dos oito genes (XPA, XPC, XPG....) envolvidos no reparo por excisão de nucleotídeo.

DEFEITOS NO SISTEMA DE REPARO

↑ INCIDÊNCIA DE CÂNCER

Câncer de pele no Xeroderma pigmentoso

� modo mais direto de reparar uma lesão

� nem sempre é possível - alguns danos irreversíveis

Reversão direta do dano

Reparo de um fotodímero de pirimidinas (lesãorevertida diretamente - regenerando a base normal)revertida diretamente - regenerando a base normal)

Reparo pós-replicação

1. Reconhece bases mal pareadas

2. Determina que base é a incorreta

3. Retira a base incorreta e faz a síntese de reparo

Complexo enzimático reconhece erros mesmo após o DNA já ter sofrido replicação.

MUTAÇÕES

QUADRO CLÍNICO

SISTEMA

DE REPARO