Heredogramas e Genética - Análise de Padrões de Herança Familiar

Heredogramas O heredograma também conhecido como árvore genealógica é a representação gráfica que mostra a relação de parentesco entre indivíduos da mesma família Por meio de sua análise é possível representar determinada característica e compreender o padrão dessa herança genética dentro da família Ele é construído a partir de símbolos que representam o sexo dos indivíduos o tipo de grau de parentesco e a presença de alguém afetado por determinada anomalia entre outras características Nesta unidade vamos aprender a analisar os heredogramas a fim de identificar os padrões de herança que são passados de uma geração para outra Também vamos saber como identificar as diferenças entre herança autossômica recessiva e dominante e os padrões de herança que estão ligados ao sexo e o impacto da endogamia na manifestação de características autossômicas recessivas Além disso entraremos no campo da genética de populações que estuda a composição genética delas e os fatores que influenciam sua diversidade Os conteúdos que serão abordados nesta unidade são de extrema importância para entender como os geneticistas estudam os padrões de herança dentro de uma família e qual o impacto dessa característica nas próximas gerações além de saber como eles identificam genótipos dentro da família a partir de um indivíduo afetado que manifeste determinada anomalia Objetivo Ao final desta unidade você deverá ser capaz de Interpretar os cruzamentos entre indivíduos por meio de heredogramas Compreender os padrões de herança monogênicas mediante heredogramas e transmissão de genes em famílias humanas Descrever como novos alelos entram em uma população Conteúdo Programático Esta unidade está organizada de acordo com os seguintes temas Tema 1 Endogamia Tema 2 Padrões de herança autossômica Tema 3 Padrões de herança ligada ao sexo Tema 4 Genética de populações Você com certeza já se deparou com a afirmação casamento entre primos gera bebês com problemas Porém isso é mito ou verdade Quando estudamos heredogramas e padrões de herança entre familiares um dos temas que precisamos abordar é a endogamia ou consanguinidade Nesta unidade vamos explicar geneticamente os efeitos dela que sempre foi um fenômeno de muito interesse dos geneticistas para produzir linhagens puras e observar os efeitos de alelos recessivos quando encontrados em homozigose Heredogramas Tema 1 Endogamia Qual é o impacto do casamento entre parentes para as gerações futuras A endogamia é o cruzamento entre indivíduos que são aparentados por um ancestral comum Esse relacionamento é chamado de casamento consanguíneo que significa do mesmo sangue em latim Essas uniões não são muito comuns nas populações humanas e a incidência depende da etnia e de tradições culturais Crédito editorial tools12 Shutterstockcom Em diversas culturas o casamento entre irmãos ou meiosirmãos é proibido assim como entre parentes distantes Para esses é preciso aprovação de autoridades religiosas e civis Existem restrições relacionadas à endogamia devido à tendência a produzir mais crianças debilitadas e doentes quando se compara a indivíduos que não possuem parentesco A maior probabilidade de os casamentos consanguíneos gerarem filhos com problemas referese ao aumento de homozigotos para um alelo recessivo o que está relacionado a doenças Porém em algumas culturas aquele tipo de união era incentivado como no Egito Antigo onde existia a preocupação de manter a linhagem real por meio do casamento entre irmãos com o objetivo de manter a pureza do sangue real As análises de distúrbios genéticos desencadeados por alelos recessivos foram auxiliadas pela ocorrência de casamentos consanguíneos nas populações humanas Na realidade por meio da observação de que existia maior frequência de homozigotos recessivos em indivíduos que eram filhos de primos de primeiro grau foi possível identificar o primeiro gene em seres humanos Diversos estudos em genética humana foram baseados em análises de grupos socialmente fechados em que o casamento consanguíneo era realizado entre eles a comunidade Amish que é uma seita religiosa presente em algumas regiões dos Estados Unidos Nelas foram observados diversos casos de albinismo por meio de análise de heredogramas Eles perceberam que dos 10 indivíduos afetados todos eram descendentes de duas pessoas e assim o casamento consanguíneo revelou por meio daquela análise o distúrbio recessivo albinismo Os efeitos da endogamia podem ser observados a partir de experimentos por meio dos quais são realizados cruzamentos entre parentes de uma determinada espécie Observe Animais Um exemplo seria o cruzamento entre irmãos de camundongos ao longo de gerações para criar uma linhagem endogâmica Essa é bastante pura pois não há segregação de alelos de alguns genes porém ela pode ser menos vigorosa quando comparada às geradas decorrentes de cruzamento de indivíduos que não são parentes Esse evento é chamado de depressão endogâmica Plantas No caso dessas em que é possível realizar a autofecundação podem ser obtidas linhagens com alto índice de endogamia por meio da autofertilização que é repetida por várias gerações É esperado que cada linhagem obtida seja homozigota para uma diversidade de alelos presentes nessa população altamente endogâmica de plantas Como a endogamia pode ser analisada geneticamente Casamentos entre primos de primeiro grau irmãos e meiosirmãos são alguns exemplos de endogamia Quando ocorre esse tipo de união falamos que se trata de uma prole endogâmica Quando comparamos a prole de genitores sem parentesco com a de indivíduos endogâmicos observamos duas importantes diferenças devido à antecedência em comum as duas cópias de um gene podem ser idênticas Isso acontece porque eles descenderam de um outro que estava presente no ancestral comum ao indivíduo endogâmico Portanto quando analisamos a endogamia é fundamental determinarmos a probabilidade de as duas cópias de um gene serem idênticas por descendência O aumento da possibilidade de que isso ocorra está correlacionado ao grau de endogamia ou seja essa probabilidade de identidade por descendência é maior na prole de casamento entre irmãos quando comparado aos de meiosirmãos Assim ela pode ser calculada matematicamente e foi nomeada de coeficiente de endogamia Ele é utilizado para explicar o aumento da frequência de distúrbios recessivos em filhos de casamentos consanguíneos mas também pode ser utilizado para medir a proximidade de relações genéticas Considere de forma clara Irmãos possuem muito mais proximidade quando comparados a meiosirmãos Porém tia e sobrinha estão mais próximas do que meiosirmãos Primos em primeiro grau estão mais próximos do que meiosirmãos Primos duplos em primeiro grau estão mais próximos do que meiosirmãos Para tirar essas dúvidas é preciso determinar qual fração de genes é encontrada em comum em dois parentes que descendem de uma mesma ascendência Em parentes não endogâmicos é possível calcular essa fração de genes imaginando que os parentes casaramse e tiveram filhos Como essa prole é evidentemente endogâmica podese calcular o coeficiente de endogamia de acordo com o habitual Assim para determinar a fração de genes em comum entre dois parentes é só multiplicar o coeficiente de endogamia por dois da prole por meio disso é calculado o chamado coeficiente de parentesco Para saber mais sobre endogamia acesse e leia o Capítulo 2 Herança monogênica do livro GRIFFITHS A J F et al Introdução à genética Rio de Janeiro Grupo GEN 2016 ISBN 9788527738682 Minha Biblioteca Heredogramas Tema 2 Padrões de herança autossômica Como diferenciar um padrão de herança autossômica recessiva de uma dominante em um heredograma Os heredogramas são analisados em grande parte por motivos médicos O estudo dependerá do tipo do fenótipo apresentado i e se é um distúrbio raro ou se é um fenótipo comum causado por um polimorfismo Geralmente os mais raros são de maior interesse clínico Ao analisarmos heredogramas deparamonos com as seguintes representações Análise de pedigree ou heredograma Quando pensamos em heredogramas de heranças autossômicas recessivas precisamos considerar principalmente dois aspectos O distúrbio aparece nos filhos de indivíduos que não são afetados Os filhos afetados podem ser homens ou mulheres Ao observarmos que o distúrbio aparece igualmente em homens e mulheres podemos inferir que se trata de uma herança mendeliana simples que afeta genes autossômicos e não genes presentes em um cromossomo sexual O heredograma a seguir representa o aspecto típico de herança autossômica recessiva que são filhos afetados porém nascidos de pais não afetados Por meio desse padrão é possível deduzir que se trata de uma herança monoíbrida simples em que o alelo recessivo causa o fenótipo afetado e representado em preto Os pais precisam ser heterozigotos Aa pois devem ter o alelo recessivo a que é herdado por cada criança afetada e os filhos não afetados precisam ter o alelo dominante A Dessa forma os genótipos poderiam ser representados da seguinte maneira Contudo a hipótese desse heredograma não sustenta um caso de herança recessiva ligada ao cromossomo X pois para isso para a filha ser afetada a mãe precisaria ser heterozigota e o pai hemizigoto Porém isso não é possível pois esse deveria expressar o distúrbio fenotípico mas nesse caso ele é um indivíduo não afetado Distúrbios autossômicos recessivos tendem a apresentar heredogramas com poucos símbolos escuros Essa condição é mais evidenciada em grupos de irmãos afetados porém suas gerações anteriores e posteriores tendem a ser normais Se a condição é rara grande parte das pessoas não possui o alelo anormal A maioria dos indivíduos que possui o alelo anormal é heterozigota e não apresenta o fenótipo afetado Uma explicação para a maioria das pessoas serem heterozigotas é que para ser homozigoto recessivo ambos os genitores precisam ser portadores de um alelo a mas para ser heterozigoto basta um genitor ser portador desse alelo Entre os casos de doenças causadas por distúrbios autossômicos recessivos podemos citar a fibrose cística os indivíduos acometidos por ela produzem grandes quantidades de muco nos pulmões o que pode levar à morte devido a uma combinação de efeitos dentre eles infecções das vias respiratórias Outro caso de distúrbio autossômico recessivo é o albinismo humano E se fosse um caso de herança autossômica dominante No caso de um distúrbio autossômico dominante os principais indícios observados é que o fenótipo anormal aparece em todas as gerações do heredograma Mães e pais afetados transmitem o fenótipo para filhas e filhos Ambos os sexos são afetados de forma semelhante pois se trata de uma herança autossômica e portanto ele não está ligado a cromossomos sexuais O fenótipo aparece em todas as gerações pois o alelo anormal é transmitido por um genitor que faz parte da geração anterior como representado no heredograma a seguir Os indivíduos afetados em sua maioria possuem um alelo raro A Aa e são heterozigotos quando comparados àqueles que possuem duas cópias AA e são homozigotos Um exemplo de doença que apresenta um padrão de herança autossômica dominante é a de Huntington O fenótipo apresentado por quem sofre com ela e que é determinado por um único alelo é a degeneração neural que leva a convulsões e à morte Uma particularidade dessa doença é que os sintomas começam a manifestarse de forma tardia muitas vezes quando a pessoa afetada já teve filhos Quando um genitor é diagnosticado com ela o filho nascido possui 50 de chance de ter herdado o alelo e a doença Atualmente existem exames moleculares capazes de detectar o alelo Huntington Para saber mais sobre distúrbios autossômicos recessivos e dominantes acesse e leia o Capítulo 2 Herança monogênica do livro GRIFFITHS A J F et al Introdução à genética Rio de Janeiro Grupo GEN 2016 ISBN 9788527738682 Minha Biblioteca Heredogramas Tema 3 Padrões de herança ligada ao sexo Como podemos identificar distúrbios ligados aos cromossomos sexuais X e Y Dentre grande parte das espécies que se reproduzem de forma sexuada a diferença entre indivíduos macho e fêmea é determinada por um par de cromossomos que possui a função de determinar o sexo Assim tal par é denominado no plural de cromossomos sexuais Nos seres humanos sua representação é determinada pelo sistema XY assim como em todos os mamíferos algumas plantas e insetos As fêmeas possuem um par de cromossomos homólogos X já nos machos há a presença de um cromossomo X e Y Neste tema vamos focar nos seres humanos Considere Em homens Em mulheres Os cromossomos sexuais X e Y não são considerados homólogos nem carregam os mesmos genes que os autossômicos Por possuírem dois cromossomos X esses são considerados sexuais homólogos Como nem sempre os cromossomos sexuais são assim os genes que estão contidos neles possuem padrões distintos e únicos O cromossomo Y é mais curto contém menos genes e possui uma pequena região de similaridade com o X para que ocorra o emparelhamento durante a meiose Compare No cromossomo Y No cromossomo X Estão localizados alguns genes como o SRY que determina a masculinidade enquanto outros estão relacionados à produção de espermatozoides A parte diferencial contém centenas de genes não ligados à função sexual que influenciam diversas características nos seres humanos De forma geral os genes encontrados nas regiões diferenciais apresentam um padrão de herança chamada ligada ao sexo Quando alelos mutantes são encontrados em regiões diferenciais situadas no cromossomo X tratase de um padrão de herança monogênica ligada ao X ou herança ligada ao sexo Já alelos mutantes encontrados na região do cromossomo Y que contém poucos genes são chamados de herança ligada ao Y ou herança restrita ao sexo De acordo com o do indivíduo um gene que está ligado àquele pode apresentar proporções fenotípicas diferentes que serão representadas a seguir Cromossomo sexual Distúrbios recessivos ligados ao X Ao analisarmos heredogramas de distúrbios recessivos ligados ao X observamos as seguintes características O fenótipo é apresentado muito mais em homens do que em mulheres Isso ocorre porque elas para serem afetadas precisam herdar o alelo recessivo tanto da mãe como do pai Já o homem pode herdálo quando apenas a mãe possui o alelo recessivo Nenhum indivíduo da prole do homem é afetado porém todas as filhas são portadoras por serem heterozigotas e carregarem o gene recessivo Na próxima geração os descendentes de filhas portadoras apresentarão o fenótipo Em filhos de homens afetados nenhum deles apresenta o fenótipo nem transmite essa condição para os descendentes Isso ocorre porque em indivíduos o cromossomo herdado do pai é o Y e não o X Herança recessiva ligada ao X As heranças dominantes ligadas ao X não são comuns Um exemplo delas é a hipofosfatemia que é um tipo de raquitismo resistente à vitamina D e alguns tipos de hipertricose que é caracterizado por excesso de pelos na face e no corpo Herança ligada ao Y Apenas indivíduos do sexo masculino herdam genes da região diferencial do cromossomo Y humano portanto são os pais que o transmitem para os filhos O gene SRY está localizado na região diferencial do cromossomo Y e possui papel importante na masculinização Alguns casos de infertilidade masculina são causados por deleções nessas regiões que possuem genes envolvidos no processo de espermatogênese porém a esterilidade masculina não é hereditária Pais de homens com ela possuem cromossomos Y normais mostrando que essas deleções foram adquiridas mas não transmitidas de pai para filho Não existem relatos de variações fenotípicas não sexuais ligadas ao cromossomo Y O caso de homens com pelos nas bordas das orelhas foi proposto como uma possibilidade de herança ligada ao Y mas isso é extremamente raro na maioria das populações de diferentes países Contudo esse fenótipo é mais comum em populações da Índia Para saber mais sobre padrões de herança ligada ao sexo acesse e leia o Capítulo 2 Herança monogênica do livro GRIFFITHS A J F et al Introdução à genética Rio de Janeiro Grupo GEN 2016 ISBN 9788527738682 Minha Biblioteca Heredogramas Tema 4 Genética de populações Que tipos de variações genéticas existem nas populações de diferentes localidades Atualmente muitas questões levantadas pela sociedade podem ser respondidas por meio dos princípios da genética de populações Qual o risco de um casal ter um filho com alguma doença genética Será que certas espécies de animais e plantas conseguirão sobreviver em vez de serem extintas Além dessas perguntas a genética de populações também é fundamental para entendermos alguns aspectos evolutivos e históricos Como populações humanas situadas em regiões diferentes estão relacionadas Como funciona a evolução de espécies e populações com o passar dos anos Populações são caracterizadas por grupos de indivíduos de uma mesma espécie O estudo da genética de populações analisa a distribuição e a quantidade de variação genética na população e quais são as forças que as controlam Detecção de variação alélica Qualquer variável ou locus polimórfico em sequências de DNA de uma população de indivíduos pode ser analisado por meio de métodos da genética de populações Antigamente os geneticistas não possuíam muitas ferramentas para analisar essas variações mas nas últimas duas décadas tecnologias como microarranjos de DNA sequenciamento de DNA e PCR permitiram que os pesquisadores observassem essas diferenças nas sequências de DNA As formas de variação mais comuns são Polimorfismos de Nucleotídeo Único SNP que são as mais estudadas em genética de populações e microssatélites Polimorfismos de Nucleotídeo Único SNP Nos genomas SNP são os tipos de polimorfismos mais prevalentes Grande parte deles possui exatamente dois alelos por exemplo C e A São considerados SNP comuns aqueles que ocorrem em uma população de alelos com frequência de aproximadamente 5 ou mais Já os raros são aqueles que ocorrem com frequência abaixo de 5 Em seres humanos são encontrados aproximadamente SNP comum de 300 a 1000 pb do genoma Já os raros ocorrem em número muito maior SNP que ocorrem em regiões codificadores de proteínas são classificados em Sinônimos Quando alelos diferentes codificam o mesmo aminoácido Não sinônimos Quando alelos diferentes codificam aminoácidos diferentes Sem sentido nonsense Se um alelo codificar um códon de parada e o outro codificar um aminoácido Dessa forma algumas vezes é possível associar determinado SNP a variações na função de proteínas bem como a alterações fenotípicas Os que estão localizados em regiões que não codificam proteínas chamados de SNP silenciosos são muito importantes na genética de populações uma vez que podem ser utilizados como marcadores para entender processos como o fluxo gênico entre populações Em geral os SNP são identificados por meio do sequenciamento de genomas de uma pequena amostra de indivíduos de uma espécie comparandose suas sequências Um exemplo em seres humanos foi a descoberta de SNP sequenciando parcialmente o genoma de 48 indivíduos de diferentes regiões do planeta Dessa forma foi possível determinar o genótipo composição alélica de indivíduos diferentes na população para cada SNP Apesar do sequenciamento ser bastante utilizado outras técnicas como os microarranjos de DNA também podem ser utilizadas Microssatélites Para análise genética de populações esses são loci poderosos por vários motivos Entre eles Diferentemente dos SNP que possuem apenas dois alelos por locus e não podem ter mais de quatro o número de alelos de um microssatélite é bem maior 20 ou até mais Eles apresentam uma taxa de mutação muito maior se comparada ao SNP Isso significa que existem maiores níveis de variação Microssatélites são muito abundantes na maioria dos genomas Humanos possuem mais de um milhão deles Dois métodos principais são utilizados para descobrir loci de microssatélites no genoma Quando a sequência genômica completa do organismo é conhecida os locais de microssatélites podem ser pesquisados por meio de programas de computador Contudo quando a sequência genômica não é conhecida é comum criarse uma biblioteca genômica fazer um rastreamento com sonda e determinar a sequência de DNA que corresponde aos microssatélites Dessa forma é possível definir o número de repetições em cada indivíduo ao comparar amostras de DNA de um conjunto de indivíduos Equilíbrio de Hardy Weinberg A lei desse equilíbrio é uma forma de verificar se alguns fatores evolutivos e de seleção natural exercem certa influência em determinada população De acordo com os pesquisadores Hardy e Weinberg quando um povo não está evoluindo a frequência de alelos e genótipos de uma geração para outra não sofre alterações ou seja ela permanece constante Nesses casos dizse que a população está em equilíbrio de Hardy Weinberg e apenas sofre recombinações de acordo com as leis mendelianas A aplicação da Lei de Hardy Weinberg é muito útil em três situações 1 Para calcular a frequência gênica de um alelo recessivo 2 Para computar a periodicidade de portadores de determinado alelo 3 Para testar o Equilíbrio de Hardy Weinberg A equação de Hardy Weinberg também é usada para testar se uma população está ou não evoluindo Para saber mais sobre genética de populações acesse e leia o Capítulo 18 Genética de populações do livro GRIFFITHS A J F et al Introdução à genética Rio de Janeiro Grupo GEN 2016 ISBN 9788527738682 Minha Biblioteca Heredogramas Encerramento Qual é o impacto do casamento entre parentes para as gerações futuras Casamentos entre primos de primeiro grau irmãos e meiosirmãos são alguns exemplos de endogamia Quando ocorre esse tipo de união falamos que se trata de uma prole endogâmica Ao compararmos a prole de genitores sem parentesco com a de indivíduos endogâmicos observaremos que devido à antecedência em comum as duas cópias de um gene podem ser idênticas levando ao aumento da frequência de distúrbios recessivos em filhos de relacionamentos consanguíneos Como diferenciar um padrão de herança autossômica recessiva de uma dominante em um heredograma Ao analisar o heredograma o primeiro item a ser observado é que a característica é percebida tanto em homens como em mulheres pois se trata de um padrão autossômico e manifestase em ambos os sexos No caso de padrão de herança autossômica recessiva os indivíduos afetados são filhos de indivíduos sem alterações e o distúrbio é encontrado em menor frequência nas gerações exceto em casos de casamento consanguíneo Já em casos de padrão de herança dominante a característica é observada em quase todas as gerações Como podemos identificar distúrbios ligados aos cromossomos sexuais X e Y Distúrbios ligados ao X ocorrem em genes situados em regiões não homólogas daquele cromossomo A mulher por apresentar dois cromossomos X poderá portar genes ligados ao sexo em dose dupla O homem por apresentar apenas um X terá sempre apenas um gene ligado ao sexo dose simples Assim doenças ou anomalias ligadas àquele podem ser tanto dominantes como recessivas Já distúrbios relacionados ao cromossomo Y atingem apenas homens Que tipos de variações genéticas existem nas populações de diferentes localidades Populações são caracterizadas por grupos de indivíduos de uma mesma espécie O estudo da genética de populações analisa a distribuição e a quantidade de variação genética na população e quais forças controlamna As formas de mudança mais comuns são Polimorfismos de Nucleotídeo Único SNP que são as mais estudadas em genética de populações e os microssatélites Resumo da Unidade Nesta unidade aprendemos como diferenciar os padrões de heranças autossômicas e relacionadas aos cromossomos sexuais X e Y As primeiras manifestamse em homens e mulheres de forma semelhante e podem ser dominantes ou recessivas A endogamia ou casamento consanguíneo aumenta a possibilidade de distúrbios autossômicos recessivos nas gerações futuras Já os padrões de herança ligada ao sexo podem tanto estar associados ao sexo como envolver genes situados na região não homóloga do cromossomo X ou restritos a ele quando envolvem genes situados no Y que é transmitido para indivíduos do sexo masculino Por fim o estudo de genética de populações é fundamental para entender as variações e os aspectos evolutivos que ocorrem nas populações ao redor do mundo Referências da Unidade 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 Rio de Janeiro 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