CNVs em populações humanas e sua relação com variação fenotípica

Disciplina: CitogenéticaProfessor: Dr. Rinaldo Wellerson Pereira

Alunas: Ana CarolinaLarissa Santos

Poliana MendonçaTalita Brandão

Brasília, junho de 2011

Na constituição cromossômica de cada indivíduo está a descrição citológica do seu genótipo.

As variações na constituição cromossômica são uma fonte importante de informação explicativa de variações (freqüentemente, anomalias) a nível fenotípico.

A variação genética é aumentada pela recombinação durante a reprodução sexuada, que resulta em novas combinações de genes.

A existência da variação genética e o contínuo aparecimento de novas variações por mutação e recombinação, permitem o estudo de grande número de processos evolutivos.

Variações no DNA

Estas mudanças podem conduzir a variações muitas vezes prejudiciais ao desenvolvimento e adaptação do indivíduo.

Muitas delas podem ser detectadas a partir de estudos meióticos, evidenciando o pareamento cromossômico que se torna irregular pela variação do padrão normal.

Tipos de VariaçõesVariações de seqüencias

FONTE: As variações do genoma e a diversidade humana

Alterações genéticas Mutações e polimorfismos

Mutações

Alterações genéticas

freqüentes

São representadas pela substituição de bases, alterações na organização ou no tamanho das seqüências, incorporação do DNA extracromossômico e alterações anafásicas ou da citocinese.

Polimorfismo

Alterações genéticas

freqüentes

São variações na seqüência de DNA que podem criar ou destruir sítios de reconhecimento de enzimas de restrição e parecem estar associados a apenas uma base.

Essa diversidade de efeitos pode estar associada ao número de nucleotídeos envolvidos na mutação e/ou pela presença da mutação em regiões/situações específicas:

- células somáticas X células germinativas;- região codificante do DNA X região não-codificante;- região promotora do gene no DNA;- íntron X exon do RNAm;

Por que uma mutação gênica pode ou não ter efeitos para o indivíduo?

Por que uma mutação gênica pode ou não ter efeitos para o indivíduo?

Griffiths, 2008

CNVs são gerados por diversos mecanismos mutacionais incluindo: ◦ recombinação meiótica◦ homologia-dirigida◦ reparação não-homólogas na separação da dupla cadeia de DNA◦ erros na replicação

Porém a contribuição destes diferentes mecanismos ainda não está bem explicada.

Tipos de Variações: Variações de estrutura (CNPs)

As alterações submicroscópicas, conhecidas como copy number variants (CNVs) são variações estruturais que são freqüentes e relevantes

Inicialmente foi chamado de Polimorfismos do Número de Cópias (CNPs), por Sebat et al. (2004) e por variação do número de cópias em alto escala (LCVs), por Sebat et al.

Podem variar de tamanho em humanos de 1 Kb a vários Mb.

CNVs incluem deleções, duplicações, inversões e translocações (Lupski, 1998). Levando a um afastamento da visão clássica de que todos os genes autossômicos estão presentes em duas cópias, com um alelo herdado de cada pai

CNVsDefinição

Existem quatro mecanismos conhecidos que geram CNVs, são eles: ◦ Recombinação Homologa Não Alélica (NonAllelic Homologous

Recombination, NAHR)◦ União Terminal Não Homologa (Nonhomologous End-Joining, NHEJ)◦ Modelo de troca de forquilha de replicação (Fork Stalling and Template

Switching, FoSTeS)◦ Retrotransposição de elementos 1 (L1 retrotransposition).

Quando o alinhamento destas sequências ocorre de maneira errada temos a ocorrência de CNVs

CNVsMecanismos de Origem de CNVs

Dierssen M et al. Physiol Rev 2009;89:887-920

©2009 by American Physiological Society

Principais mecanismos que levam às CNVs

HapMap Project ◦ Uma análise de 270 amostras de população multiétnica revelou a

presença de 1.447 CNVs, isso equivale a 360 megabases, ou 12% do genoma humano

◦ Conclusão: CNVs abrangem mais conteúdo de nucleotídeos por genoma que os SNPs, ressaltando a sua importância à diversidade genética.

Mapa do genoma de CNVs:◦ Nenhuma região do genoma é isenta◦ A porcentagem de cromossomos de um indivíduo expostos a CNVs

variam entre 6% a 19%. (REDON et al, 2006).

Importância de CNVs à diversidade genética

Metodologias para geração de CNVs Microscópio de luz – heterocromatina e polimorfismo PCR – SNPs Microarrays – oligonucleotídeos, hibridação genômica

comparativa de matriz, genotipagem de matriz, análise de genoma inteiro.

CNVs

CGH FISH PFGE (eletroforese em gel de campo pulsado) MLPA (sonda multiplex dependente de ligação)

Atualmente, estimam-se, as CNVs, ocupem aproximadamente 19% do genoma humano (Zhang et al., 2009).

Cerca de 58.000 CNVs já foram descritas e cerca de 5.000 (8%) estão ligadas a alguns tipos de fenótipos mendelianos: dominante, como a SMS, recessivos, como a beta-talassemia, ligado ao cromossomo X, como a hemofilia A e doenças complexas, como a doença de Alzheimer

Entretanto a extensão, frequência e a total caracterização de variações comuns no genoma, ainda não são conhecidas (Oldridge et al., 2010).

Como que as CNVs podem levar a variações fenotípicas?

As síndromes ou doenças associadas à CNVs são conhecidas como Síndromes de Genes Contíguos, Doenças Genômicas ou Doenças da Arquitetura Genômica.

Doenças Genômicas, são causadas por uma alteração do genoma que pode gerar perda ou ganho, total ou parcial, de genes, com consequências no fenótipo clínico.

Como que as CNVs podem levar a variações fenotípicas?

As CNVs interferem nos padrões de expressão gênica, sendo assim estão associadas a patologias de interesse, como Esclerose Múltipla, psoríase, distúrbios do comportamento, susceptibilidade a infecções, obesidade, asma etc.

CNVs têm sido crescentemente associadas ao mecanismo causador de diversas doenças genéticas e degenerativas e, principalmente, à susceptibilidade a doenças complexas e à variabilidade individual na resposta a diversas drogas

Como que as CNVs podem levar a variações fenotípicas?

Várias doenças complexas já foram associadas com CNVs. Por exemplo, susceptibilidade a: ◦ HIV-1 gene CCL3L1◦ Lúpus gene FCGR3B◦ Doença de Crohn gene C4, DEFB4 e deleção de 20kb no gene IRGM◦ Osteoporose deleção de 117kb no gene UGT2B17

Há envolvimento de CNVs na susceptibilidade à outras doenças comuns◦ Pancreatite Crônica, Autismo, Doença de Alzheimer ou de Parkinson

Exemplos de variações fenotípicas

Não há muitos estudos dessa natureza nas populações brasileiras, o que representa uma janela de oportunidade em pesquisa e, ao mesmo tempo, uma lacuna a ser preenchida.

CNVs Pespectivas no Brasil

BECKMAN, j. S, ESTIVILL, X, ANTONARAKIS, S. E. Copy number variants and genetic traits: closer to the resolution of phenotypic to genotypic variability. Nature Publishing Group, 2007.

BUCKLAND, P. R. Polymorphically duplicated genes: their relevance to phenotypic variation in humans. Ann. Med. 35, 308–315, 2003.

BRASILEIRO-Filho G, GUIMARÃES RC, BOGLIOLO L. Distúrbios do crescimento e da diferenciação celular. Patologia clínica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan; 1998.

CLANCY, Suzanne. Copy number variations (CNVs) have been linked to dozens of human diseases, but can they also represent the genetic variation that was so essential to our evolution? Nature Education, 2008.

CONRAD, D. F., ANDREWS, T. D., CARTER, N. P., HURLES, M. E. & PRITCHARD, J. K. A highresolution survey of deletion polymorphism in the human genome. Nature Genet. 38, 75–81, 2006

Referências Bibliográficas

IAFRATE, A. J. et al. Detection of large-scale variation in the human genome. Nature Genet. 36, 949–951, 2004.

MOREIRA-Filho CA. Pediatric genomics investigation at FMUSP Department of Pediatrics. Rev Med (São Paulo). 2010 abr.-jun.;89(2):83-7.

PANG AW, MACDONALD JR, Pinto D, WEI J, RAFIQ MA, CONRAD DF, PARK H, HURLES ME, et al. Towards a comprehensive structural variation map of an individual human genome. Genome Biol, 2010.

REDON, Richard, ISHIKAWA, Shumpei, FITCH, Karen R., FEUK, Lars, PERRY, George H. Global variation in copy number in the human genome. Genome Biology, 2006.

STANKIEWICZ, P; LUPSKI, J. R. Structural Variation in the Human Genome and its Role in Disease. The Annual Review of Medicine, 2010.

.

Referências Bibliográficas