Um balanço da Genética Molecular na primeira década do século XXI. Complexidade, está é a ordem!

Prof. Dr. Rinaldo Wellerson PereiraPrograma de Pós Graduação em Ciências

Genômicas e Biotecnologia

Por trás do título desta palestra

Craig Venter, Bill Clinton, Francis Collins26 de Junho de 2000 - East Room – White House

Anúncio do primeiro rascunho do genoma humano

"Today," [Clinton] said, "we are learning the language in which God created life. We are gaining ever more awe for the complexity, the beauty, and the wonder of God's most divine and sacred gift."

Nós temos a sequência!

Genoma deHomo sapiens sapiens

15/02/2001 e 16/02/2001

Organização do Genoma Humano

E o sequenciamento do genoma humano ajudou a clarear o que sabemos sobre:

• Números de Genes• Variabilidade em DNA• Padrão de distribuição da variabilidade em

sequência ao longo do genoma humano

Sequenciamento de DNA

• 1977 -2004 – Evolução e consolidação do método de Sanger

• 2004 - ……. – Plataformas de NGS – Next Generation Sequencing (Na verdade pode ser: “Now Generation Sequencing”)

• Segunda Geração • Terceira Geração

Sequenciamento de DNADetecção Simultânea de Quatro Cores

• Sanger • NGS

Shendure, 2008 – Nature Biotechnology

Human genome at ten: the sequence explosion. Nature, 464: 670-671. 2010.

Wetterstrand KA. DNA Sequencing Costs: Data from the NHGRI Large-Scale Genome Sequencing Program Available at: www.genome.gov/sequencingcosts. Accessed [08/28/11]

Número de sequências codificantesGenes

• Década de 90 – 100.000• Artigos Nature e Science 2001 – 35000• Outubro de 2004 - .... – Algo como 25000

RNAs não codificantes

• 90% do genoma humano é transcrito

• Small ncRNA

• Long ncRNA

Variações em Sequência

Padrões de Variabilidade

• Ao final dos anos 90 do século passado a ideia dominante era a de que a variabilidade era distribuída uniformemente ao longo dos genomas

Desequilíbrio de ligação e variação haplotípica

Blocos de haplótipos

Desequilíbrio de ligação x distância

Estrutura haplotípica do genoma humano

Mapeamento de Genes no inicio do século XXI

• Doenças/Fenótipos Mendelianos– Mapeamento por ligação

• Doenças/Fenótipos Complexos– Estudos de associação utilizando variações

funcionais em genes candidatos

• Projeto que se propôs a identificar blocos haplotípicos para as principais populações

HapMap

TagSNPs

• SNPs encontrados dentro de um bloco haplotípico que genotipados nos fornece a maior parte da divesidade haplotípica da região

• Vantagen– Redução do número de SNPs a serem genotipados– Redução nos $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

$

GWAS Genome Wide Association Studies

• Genotipagem de milhares de SNPs utilizando microarranjos da Illumina

• Modelo de Arquitetura Alélica para doenças Complexas – CD/CV – Common Disease/Common Variability

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Published GWA Reports, 2005 – 6/2011To

tal N

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r of P

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ation

s

951

Calendar QuarterThrough 9/30/10 postings

Published Genome-Wide Associations through 06/2011,1,449 published GWA at p≤5x10-8 for 237 traits

NHGRI GWA Catalogwww.genome.gov/GWAStudies

Então está tudo resolvido!?

Ops! Calma lá!

Não está assim tão claro!

Missing Heritability

• Arquitetura alélica– Alelos raros– Heterogeneidade Alélica– Alelos únicos– Expansão demográfica recente

• Variabilidade estrutural• Epigenética

Arquitetura Alélica dos Fenótipos Complexos

– Alelos raros– Heterogeneidade Alélica– Alelos únicos– Expansão demográfica recente

Variabilidade estrutural

CNVs e doenças complexas

CNVs somáticas - Mosaicismo• Mosaicismo não é um fenômeno novo em genética humana (boa

revisão em Nature Genetics Reviews, 3:748, 2002), mas novas plataformas de análise genômica tem dado uma nova dimensão ao fenômeno

CNVs somáticas - Mosaicismo

CNVs somáticas - Mosaicismo

Epigenética

Ambiente e epigenética

Variação fenotípica normal

Modificado de:

?

Ambiente e Epigenética

Livros

Gêmeos MZ são iguais?

Transmissão epigenética transgeracional transgeracional

Next Generation Sequencing

• Doenças Complexas

• Doenças Mendelianas

Doenças Mendelianas

• Doenças muito raras não tem número de famílias suficiente para estudos de ligação ou mapeamento por homozigozidade

• Doenças Mendelianas esporádicas por mutações de novo

• Heterogeinidade de loco• Heterogeinidade de fenótipo

Exoma

• Estima-se que 90% das doenças mendelianas tem como causa variações em exons

• Exoma é o sequenciamento de todos ou quase todos exons em uma amostra

• O primeiro passo é separar os exons do restante do DNA

• Estima-se o exoma humano em 35 a 40 Mb (aproximadamente 1 % do genoma total)

Captura de Exons

Captura de 180.000 exons codificantesCaptura de 541 exons de micro RNAs

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