Citogenetica - Estudo dos Cromossomos e Anomalias Cromossomicas

Citogenética A Citogenética é uma ciência que engloba os conhecimentos de Biologia Celular e Genética sendo o principal foco o estudo dos cromossomos Nos seres humanos a Citogenética está relacionada ao estudo dos cromossomos no contexto de estrutura número e como são herdados de forma a correlacionar alterações cromossômicas com aspecto clínico do paciente Sendo assim síndromes ou alterações cromossômicas estão relacionadas a variações que podem estar correlacionadas à estrutura do cromossomo em si ou com o número de cromossomos Justamente é por meio das técnicas citogenéticas que as síndromes e alterações cromossômicas são identificadas Nesta unidade vamos abordar os conteúdos relacionados ao estudo dos cromossomos e alterações cromossômicas numéricas euploidias e aneuploidias estruturais como as deleções e translocações e as doenças causadas por essas alterações Também falaremos sobre as técnicas utilizadas para visualização dos cromossomos como as clássicas de bandeamento e as de citogenética molecular como FISH Fluorescense in situ Hibridization Objetivo Ao final desta unidade você deverá ser capaz de Definir o que é cariótipo e as principais técnicas na identificação de anomalias cromossômicas sob o ponto de vista experimental e clínico Comparar a composição cromossômica entre indivíduos normais e em algumas síndromes Discutir os mecanismos que levam a alterações cromossômicas Conteúdo Programático Esta unidade está organizada de acordo com os seguintes temas Tema 1 Cariótipo e técnicas de bandeamento cromossômico Tema 2 Variações no número de cromossomos Tema 3 Variações na estrutura dos cromossomos Síndrome de Down Trissomia do cromossomo 21 Uma das alterações cromossômicas mais conhecidas é a síndrome de Down Os indivíduos portadores dessa síndrome apresentam traços bem característicos visualmente Apesar de muitos saberem que se trata da trissomia do cromossomo 21 nem sempre essa síndrome é causada por essa alteração como você vai descobrir mais para frente O que muitas pessoas não sabem é que a síndrome de Down assim como outras síndromes causadas por alteração nos cromossomos pode ser identificada por meio de técnicas citogenéticas Citogenética Tema 1 Cariótipo e técnicas de bandeamento cromossômico Como os cromossomos humanos podem ser identificados Durante décadas os cromossomos humanos vêm sendo estudados com o propósito de diagnóstico e pesquisa Até a década de 1970 a identificação dos cromossomos era realizada baseada no seu tamanho e na posição do centrômero permitindo que os cromossomos fossem organizados em grupos Porém o uso de técnicas que mostravam padrões de bandeamento de cromossomos permitiu a identificação mais precisa de anomalias cromossômicas As técnicas de bandeamento funcionam da seguinte forma 1º Os cromossomos precisam ser desnaturados ou passar por uma digestão enzimática sendo expostos a um corante de DNA específico 2º Em seguida os cromossomos mitóticos produzem bandas escuras e claras de forma alternada permitindo assim uma identificação mais precisa Por meio das análises dos cromossomos é possível montar o cariótipo de um determinado indivíduo que mostra o número total de cromossomos incluindo os cromossomos sexuais Os cariótipos humanos são constituídos por 44 cromossomos autossômicos XX para mulheres e 44 cromossomos autossômicos XY para homens totalizando 46 cromossomos O cariótipo permite identificar anomalias cromossômicas descrevendo o tipo de anomalia e quais as bandas cromossômicas afetadas Cariótipo humano Dada a importância das técnicas de bandeamento vejamos quais são elas e como são identificados os respectivos resultados Para isso clique nos nomes das técnicas Bandeamento G Bandeamento Q Bandeamento R Bandeamento T Bandeamento C Além das técnicas de bandeamento cromossômico que permitem uma análise da organização dos cromossomos de forma mais bruta ou seja com uma resolução de megabases existem outras técnicas que permitem uma análise com resolução mais alta em que é possível detectar sequências de DNA específicas no cromossomo São as chamadas técnicas de citogenética molecular Técnicas de citogenética molecular Uma forma de detectar essa sequência específica de DNA que é chamada de sequência de DNAalvo é utilizar uma sequência curta de DNA marcada de alguma forma que seja complementar à região do DNAalvo Essa sequência de DNA marcada que se liga à região do DNAalvo é chamada de sonda de ácido nucleico ou oligonucleotídeo As sondas em geral possuem tamanho em torno de 15 a 50 nucleotídeos e são sintetizadas sendo que quanto maior a sonda mais específica é a ligação com a região do DNAalvo Dessa forma as técnicas de citogenética molecular utilizam sondas que se ligam por meio de pontes de hidrogênio às sequênciasalvo de DNA de fita simples que estão presentes nos cromossomos Chamamos esse processo de hibridização molecular Uma das técnicas de citologia molecular muito utilizadas é a Hibridização in situ com fluorescência FISH Como funciona a FISH Nessa técnica sondas de DNA marcadas com moléculas que emitem fluorescência são hibridizadas a cromossomos que estão fixados em lâminas de vidro Por meio do uso de equipamentos de processamento de imagem é possível identificar a ligação de sondas diferentes por meio da cor da fluorescência que ela emite Dessa forma várias sondas de DNA podem ser utilizadas simultaneamente e identificando diferentes regiões de DNAalvo no cromossomo Avaliando o cariótipo de um determinado indivíduo é possível identificar alterações cromossômicas que causam anomalias na célula e podem resultar em doenças genéticas podendo provocar alterações no número posição de genes ou até mesmo uma quebra de um pedaço do cromossomo Para saber mais sobre cariótipo e técnicas de bandeamento cromossômico acesse a Minha Biblioteca e leia o Capítulo 2 Estrutura e função dos cromossomos do livro STRACHAN T READ A Genética molecular humana Porto Alegre Grupo A 2013 Ebook ISBN 9788565852593 Citogenética Tema 2 Variações no número de cromossomos De que forma as alterações no número de cromossomos podem impactar a vida humana Quando pensamos em fatores que geneticamente podem afetar a saúde humana podemos elencar por exemplo as alterações no número de cromossomos Tais alterações têm dentre as principais causas a não disjunção A não disjunção ocorre quando os cromossomos homólogos não se separam adequadamente durante a meiose I ou as cromátidesirmãs não conseguem se separar de forma correta durante a meiose II Devido à não disjunção os cromossomos não são distribuídos de forma correta e um gameta formado recebe dois cromossomos do mesmo tipo Quando gametas anormais se fundem a gametas normais ocorre a formação de um zigoto com número de cromossomos anormais para aquela determinada espécie As doenças genéticas mais comuns são resultado do número anormal de cromossomos Outra questão bem relevante para os seres humanos é a manipulação do número de cromossomos na agricultura para o aprimoramento de plantações sendo de grande importância comercial como veremos ainda neste tema Classificação das alterações As alterações no número de cromossomos podem ser classificadas em dois tipos Euploidias aberrantes Aneuploidias Alterações no conjunto completo dos cromossomos Alterações em partes dos conjuntos de cromossomos Vejamos cada classificação detalhadamente Euploidias aberrantes Os organismos que possuem múltiplos do conjunto básico de cromossomos são chamados de euploides Os eucariotos como os animais plantas e fungos possuem um haploidia ou dois diploidia conjuntos de cromossomos dentro das suas células sendo considerados casos de euploidia normal Já no caso das aneuploidias aberrantes são alterações no conjunto completo dos cromossomos Os organismos poliploides são aqueles que possuem mais de dois conjuntos de cromossomos e são representados por 3n triploide 4n tetraploide e assim por diante É muito comum em vegetais porém é extremamente rara em animais Nos seres humanos as poliploidias são letais levando ao aborto Em geral a poliploidia possui efeito de aumento no tamanho das células que com frequência está relacionado com o aumento no tamanho do organismo Sendo assim espécies poliploides são mais robustas e maiores quando comparadas com as diploides Qual a importância para os seres humanos Para os seres humanos essas características são importantes no cultivo de espécies poliploides utilizadas na alimentação pois elas tendem a produzir frutos e sementes maiores aumentando o rendimento agrícola A banana café trigo e morango são exemplos de vegetais poliploides Algumas plantas ornamentais também são poliploides como as tulipas rosas e crisântemos Aneuploidias As aneuploidias são mudanças numéricas de parte do genoma normalmente caracterizadas pela alteração na dose de um único cromossomo ou seja há ganho ou perda de cromossomos específicos Sendo assim um organismo cujo número de cromossomos difere do selvagem em parte do conjunto de cromossomos é considerado aneuploide Vejamos alguns tipos de aneuploidias Trissomia nos seres humanos Na espécie humana a trissomia é representada pela presença de uma cópia extra de um cromossomo específico nos organismos diploides A anormalidade cromossômica mais comum em seres humanos é a síndrome de Down que é causada pela presença de um cromossomo 21 extranumérico Alguns exemplos de trissomias Síndrome de patau trissomia do cromossomo 13 e Síndrome de Edwards trissomia do cromossomo 18 São trissomias raras pois os indivíduos que apresentam essas síndromes são afetados por alterações graves como malformações no sistema nervoso central problemas cardíacos e acabam morrendo nas primeiras semanas de vida Síndrome de patau Síndrome de Edwards Síndrome de Klinefelter trissomia do cromossomo sexual XXY Os indivíduos que apresentam essa síndrome possuem fenótipo masculino porém podem apresentar características femininas e geralmente são estéreis TriploX trissomia do cromossomo sexual XXX Os indivíduos que apresentam esse cariótipo são do sexo feminino e apresentam fenótipo normal pois dois dos cromossomos X são inativados de maneira bem próxima do nível normal de apenas um cromossomo X ativo Cariótipo 47 XYY Os indivíduos que apresentam esse cariótipo são do sexo masculino e não apresentam uma síndrome de características a não ser o fato de os indivíduos serem mais altos do que os homens XY Todas as outras trissomias em seres humanos são letais durante a fase embrionária o que demonstra a importância da dose correta de gene nas células Monossomia A monossomia acontece devido à ausência de um cromossomo em indivíduos diploide Nos seres humanos só existe um cariótipo monossômico viável que caracteriza a síndrome de Turner cariótipo 45 X Os indivíduos com essa síndrome apresentam fenótipo feminino porém quase sempre são estéreis Apresentam baixa estatura pescoço curto e alado implantação baixa das orelhas implantação baixa dos cabelos na parte posterior do pescoço e palato alto Para saber mais sobre alterações no número de cromossomos acesse a Minha Biblioteca e leia o Capítulo 6 Variação no número e na estrutura dos cromossomos do livro SNUSTAD D P SIMMONS M J Fundamentos de Genética 7 ed Porto Alegre Grupo GEN 2017 ISBN 9788527731010 Citogenética Tema 2 Variações no número de cromossomos De que forma as alterações no número de cromossomos podem impactar a vida humana Quando pensamos em fatores que geneticamente podem afetar a saúde humana podemos elencar por exemplo as alterações no número de cromossomos Tais alterações têm dentre as principais causas a não disjunção A não disjunção ocorre quando os cromossomos homólogos não se separam adequadamente durante a meiose I ou as cromátidesirmãs não conseguem se separar de forma correta durante a meiose II Devido à não disjunção os cromossomos não são distribuídos de forma correta e um gameta formado recebe dois cromossomos do mesmo tipo Quando gametas anormais se fundem a gametas normais ocorre a formação de um zigoto com número de cromossomos anormais para aquela determinada espécie As doenças genéticas mais comuns são resultado do número anormal de cromossomos Outra questão bem relevante para os seres humanos é a manipulação do número de cromossomos na agricultura para o aprimoramento de plantações sendo de grande importância comercial como veremos ainda neste tema Classificação das alterações As alterações no número de cromossomos podem ser classificadas em dois tipos Euploidias aberrantes Aneuploidias Alterações no conjunto completo dos cromossomos Alterações em partes dos conjuntos de cromossomos Vejamos cada classificação detalhadamente Euploidias aberrantes Os organismos que possuem múltiplos do conjunto básico de cromossomos são chamados de euploides Os eucariotos como os animais plantas e fungos possuem um haploidia ou dois diploidia conjuntos de cromossomos dentro das suas células sendo considerados casos de euploidia normal Já no caso das aneuploidias aberrantes são alterações no conjunto completo dos cromossomos Os organismos poliploides são aqueles que possuem mais de dois conjuntos de cromossomos e são representados por 3n triploide 4n tetraploide e assim por diante É muito comum em vegetais porém é extremamente rara em animais Nos seres humanos as poliploidias são letais levando ao aborto Em geral a poliploidia possui efeito de aumento no tamanho das células que com frequência está relacionado com o aumento no tamanho do organismo Sendo assim espécies poliploides são mais robustas e maiores quando comparadas com as diploides Qual a importância para os seres humanos Para os seres humanos essas características são importantes no cultivo de espécies poliploides utilizadas na alimentação pois elas tendem a produzir frutos e sementes maiores aumentando o rendimento agrícola A banana café trigo e morango são exemplos de vegetais poliploides Algumas plantas ornamentais também são poliploides como as tulipas rosas e crisântemos Aneuploidias As aneuploidias são mudanças numéricas de parte do genoma normalmente caracterizadas pela alteração na dose de um único cromossomo ou seja há ganho ou perda de cromossomos específicos Sendo assim um organismo cujo número de cromossomos difere do selvagem em parte do conjunto de cromossomos é considerado aneuploide Vejamos alguns tipos de aneuploidias Trissomia nos seres humanos Na espécie humana a trissomia é representada pela presença de uma cópia extra de um cromossomo específico nos organismos diploides A anormalidade cromossômica mais comum em seres humanos é a síndrome de Down que é causada pela presença de um cromossomo 21 extranumérico Alguns exemplos de trissomias Síndrome de patau trissomia do cromossomo 13 e Síndrome de Edwards trissomia do cromossomo 18 São trissomias raras pois os indivíduos que apresentam essas síndromes são afetados por alterações graves como malformações no sistema nervoso central problemas cardíacos e acabam morrendo nas primeiras semanas de vida Síndrome de patau Síndrome de Edwards Síndrome de Klinefelter trissomia do cromossomo sexual XXY Os indivíduos que apresentam essa síndrome possuem fenótipo masculino porém podem apresentar características femininas e geralmente são estéreis TriploX trissomia do cromossomo sexual XXX Os indivíduos que apresentam esse cariótipo são do sexo feminino e apresentam fenótipo normal pois dois dos cromossomos X são inativados de maneira bem próxima do nível normal de apenas um cromossomo X ativo Cariótipo 47 XYY Os indivíduos que apresentam esse cariótipo são do sexo masculino e não apresentam uma síndrome de características a não ser o fato de os indivíduos serem mais altos do que os homens XY Todas as outras trissomias em seres humanos são letais durante a fase embrionária o que demonstra a importância da dose correta de gene nas células Monossomia A monossomia acontece devido à ausência de um cromossomo em indivíduos diploide Nos seres humanos só existe um cariótipo monossômico viável que caracteriza a síndrome de Turner cariótipo 45 X Os indivíduos com essa síndrome apresentam fenótipo feminino porém quase sempre são estéreis Apresentam baixa estatura pescoço curto e alado implantação baixa das orelhas implantação baixa dos cabelos na parte posterior do pescoço e palato alto Para saber mais sobre alterações no número de cromossomos acesse a Minha Biblioteca e leia o Capítulo 6 Variação no número e na estrutura dos cromossomos do livro SNUSTAD D P SIMMONS M J Fundamentos de Genética 7 ed Porto Alegre Grupo GEN 2017 ISBN 9788527731010 Citogenética Encerramento Como os cromossomos humanos podem ser identificados Os cromossomos humanos podem ser identificados por meio de técnicas de bandeamento cromossômico em que os cromossomos são desnaturados e um corante específico é utilizado de acordo com o tipo de técnica de bandeamento Além das técnicas de bandeamento cromossômico técnicas de citogenética molecular como FISH permitem a visualização de alterações com uma resolução melhor do que as técnicas de bandeamento clássica A partir da utilização dessas técnicas é possível construir o cariótipo do indivíduo mostrando a composição dos cromossomos e possíveis alterações cromossômicas De que forma as alterações no número de cromossomos podem impactar a vida humana As alterações no número de cromossomos podem impactar a vida humana de forma positiva ou negativa dependendo do tipo Em relação à saúde humana as aneuploidias podem causar síndromes devido ao ganho ou perda na posição de um cromossomo específico sendo que nem sempre o fato de possuir alguma aneuploidia vai resultar em alterações fenotípicas graves Já a presença de poliploidia não acontece nos seres humanos pois é letal levando ao aborto No entanto existem diversos vegetais que são poliploides e o seu cultivo é de grande interesse na agricultura devido à produção de frutos maiores e mais robustos Quais eventos podem causar variações na estrutura dos cromossomos As alterações na estrutura de cromossomos são causadas por vários eventos entre eles as deleções duplicações inversões e translocações Essas alterações podem ser causadas devido a erros durante a meiose ou também por agentes causadores de danos como a radiação Resumo da Unidade Nesta unidade aprendemos que os cromossomos podem ser visualizados por meio de técnicas citogenéticas como o bandeamento cromossômico e também por técnicas citogenéticas moleculares como a FISH sendo possível montar o cariótipo do indivíduo mostrando todos os cromossomos e possíveis alterações Estudamos também sobre as classificações das alterações cromossômicas que podem ser tanto numéricas quanto estruturais Conhecemos também as possíveis alterações na estrutura do cromossomo deleções duplicações inversões e translocações Vimos que tais alterações estruturais podem levar a problemas de saúde dependendo da região do cromossomo em que essa alteração ocorreu principalmente em regiões gênicas Referências da Unidade ALBERTS B et al Biologia molecular da célula Porto Alegre Grupo A 2017 ISBN 9788582714232 Minha Biblioteca GRIFFITHS A J F et al Introdução à Genética Rio de Janeiro Grupo GEN 2016 ISBN 9788527729963 Minha Biblioteca SNUSTAD D P SIMMONS M J Fundamentos de Genética 7 ed Porto Alegre Grupo GEN 2017 ISBN 9788527731010 Minha Biblioteca STRACHAN T READ A Genética molecular humana Porto Alegre Grupo A 2013 Ebook ISBN 9788565852593 Minha Biblioteca Para aprofundar e aprimorar os seus conhecimentos sobre os assuntos abordados nessa unidade não deixe de consultar as referências bibliográficas básicas e complementares disponíveis no plano de ensino publicado na página inicial da disciplina