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Biologia AP

Curso: Biologia AP > Unidade 4

Lição 6: Mutações
Ciências
Biologia AP
Regulação e expressão gênica
Mutações
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Aneuploidia e rearranjos cromossômicos

Google Sala de Aula
Aneuploidia e não disjunção. Síndrome de Down e doenças correlatas. Rearranjos cromossômicos.

Introdução

Algumas coisas funcionam melhor em pares. Exemplos cotidianos incluem sapatos, luvas e fones de ouvido num aparelho de música. Se você perder um membro do par isto será um problema e pode até ser um problema sério (por exemplo, se você já estiver atrasado para a escola!).
Pares também são importantes na genética. A maioria de suas células contém 46 cromossomos, estruturas semelhantes a bastões feitas de DNA e proteína, que formam 23 pares combinados. Esses cromossomos possuem dezenas de milhares de genes, que dizem ao seu corpo como se desenvolver e se manter funcionando em cada etapa de sua vida1.
Imagem, colorida artificialmente, dos cromossomos pareados do genoma humano. A imagem ilustra que os cromossomos humanos vêm em pares homólogos, e que cada par é composto de dois cromossomos que se assemelham um ao outro (e têm aparência diferente dos outros cromossomos na célula).
Crédito da imagem: "Human genome," by Webridge (CC BY 2.0).
Se um par de cromossomos perde ou ganha um membro, ou mesmo parte de um, o equilíbrio delicado do corpo humano pode ser rompido. Neste artigo, iremos examinar como as mudanças no número e na estrutura dos cromossomos acontecem e como elas podem afetar a saúde humana.

Aneuploidia: cromossomos extra ou faltando

Mudanças no material genético da célula são chamadas de mutações. Em uma forma de mutação as células podem terminar com um cromossomo a mais ou a menos.
Cada espécie tem seu número característico de cromossomos, tal como 46 cromossomos para uma célula típica do corpo humano. Em organismos com dois conjuntos completos de cromossomos, como nos humanos, dá-se a esse número o nome de 2n. Quando um organismo ou uma célula contém 2n cromossomos (ou algum outro múltiplo de n), ele é chamado de euploide, ou seja, que contém cromossomos corretamente organizados em conjuntos completos (eu- = bom).
Se a célula estiver sem um ou mais cromossomos, é chamada de aneuploide (an- = não, "não bom"). Por exemplo, células somáticas humanas com número de cromossomos igual a (2n−1)=45 ou (2n+1)=47 são aneuploides. Da mesma forma, um óvulo ou esperma humano normal tem apenas um conjunto de cromossomos (n=23). Um óvulo ou esperma com (n−1)=22 ou (n+1)=24 cromossomos é considerado aneuploide.
Dois tipos especiais de aneuploidia tem nomes especiais:
  • Monossomia é quando um organismo tem apenas uma cópia de um cromossomo que deveria estar presente em duas cópias (2n−1).
  • Trissomia é quando um organismo tem uma terceira cópia de um cromossomo que deveria estar presente em duas cópias (2n+1).
Diagrama ilustrando euploidia e aneuploidia.
Célula euploide: uma célula humana com número normal de cromossomos, 2n = 46. Os cromossomos estão organizados em 23 pares.
Célula aneuploide, exemplo 1: monossomia. Uma célula humana com um cromossomo a menos, neste caso, o cromossomo 3. Todos os outros cromossomos ainda estão organizados em pares de dois, mas há apenas uma cópia do cromossomo 3. O número de cromossomos desta célula é 2n-1 = 45.
Célula aneuploide, exemplo 2: trissomia. Uma célula humana com um cromossomo extra, neste caso uma cópia extra do cromossomo 3. Todos os outros cromossomos continuam organizados em pares de dois, mas há três cópias do cromossomo. O número de cromossomos desta célula é 2n+1 = 47.
Imagem modificada de "NHGRI human male karyotype," pelo National Human Genome Research Institute (domínio público).
Aneuploidia também inclui casos onde uma célula tem um número maior de cromossomos extras ou ausentes, como em (2n−2),(2n+3), etc. No entanto, se houver um conjunto completo de cromossomos extras ou ausentes (p.e., 3n), isto não é formalmente considerado aneuploidia, mesmo que ainda possa ser ruim para a célula ou para o organismo. Os organismos com mais de um conjunto completo de cromossomos são chamados de poliploides.

A não disjunção dos cromossomos

Anomalias nos números de cromossomos são causadas pela não disjunção, que ocorre quando os pares de cromossomos homólogos ou cromátides irmãs não conseguem separar-se durante a meiose I ou II (ou durante a mitose).
Meiose I. O diagrama abaixo mostra como a não disjunção pode ocorrer durante a meiose I se os cromossomos homólogos não se separarem, e como isto pode levar à produção de gametas aneuploides (óvulos ou espermatozoides):
Meiose II. A não disjunção também pode ocorrer na meiose II, quando as cromátides irmãs (ao invés dos cromossomos homólogos) não se separam. Novamente, alguns gametas irão conter cromossomos a mais ou a menos:
Mitose. A não disjunção também pode acontecer durante a mitose. Em seres humanos, alterações cromossômicas decorrentes da não disjunção durante a mitose em células do corpo não serão passadas para os filhos (pois estas células não produzem espermatozoides e óvulos). Mas a não disjunção mitótica pode causar outros problemas: células cancerosas geralmente têm números anormais de cromossomos2.
Quando um espermatozoide ou óvulo aneuploide combina-se com um óvulo ou espermatozoide normal, durante a fertilização, produz um zigoto que também é aneuploide. Por exemplo, se um espermatozoide com um cromossomo extra (n+1) combinar-se com um óvulo normal (n), o zigoto, ou embrião unicelular, resultante terá um número de cromossomos de 2n+1.

Distúrbios genéticos causados por aneuploidia

Embriões humanos nos quais falta uma cópia de qualquer autossomo (cromossomo não sexual) não se desenvolvem até o nascimento. Em outras palavras, monossomias autossômicas humanas são sempre letais. Isto porque os embriões têm uma "dose" muito baixa de proteínas e de outros produtos que são codificados pelos genes do cromossomo que falta3.
A maioria das trissomias autossômicas também impedem que um embrião se desenvolva até o nascimento. Mas uma cópia extra de algum dos cromossomos menores (13, 15, 18, 21, ou 22) pode permitir que o indivíduo afetado sobreviva por um curto espaço de tempo após o nascimento, ou em alguns casos, por muitos anos. Quando um cromossomo extra está presente, ele pode causar problemas no desenvolvimento devido ao desequilíbrio entre os produtos dos genes do cromossomo duplicado e os produtos dos genes de outros cromossomos3.
A trissomia mais comum entre os embriões que sobrevivem ao nascimento é a síndrome de Down, ou trissomia 21. Pessoas com este distúrbio hereditário têm estatura baixa e dedos curtos, distinções faciais que incluem um crânio largo, língua grande e atrasos no desenvolvimento. Aqui está um cariótipo, ou imagem dos cromossomos, de uma pessoa com síndrome de Down, mostrando as características três cópias do cromossomo 21:
Cariótipo de um ser humano do sexo masculino com síndrome de Down. A maioria dos pares autossômicos e o par de cromossomos sexuais X-Y são normais. Contudo, o cromossomo 21 está presente em três cópias.
Crédito da imagem: "Trissomia do 21 - síndrome de Down," do U.S. Department of Energy Human Genome Program (domínio público).
Cerca de 1 a cada 800 recém-nascidos nasce com síndrome de Down 4. Mas, a probabilidade de que a gravidez resulte em um embrião com a síndrome de Down aumenta com a idade da mulher, particularmente acima de 40 anos5,6. Isto provavelmente se deve à maior frequência de não disjunções no desenvolvimento dos óvulos das mulheres mais velhas.
Os distúrbios genéticos humanos também podem ser causados por aneuploidias envolvendo os cromossomos sexuais. Estas aneuploidias são melhor toleradas que as autossômicas porque as células humanas têm capacidade para desligar os cromossomos X extras, em um processo chamado de inativação do X. Você pode aprender mais sobre isto no artigo sobre Inativação do cromossomo X.

Rearranjos cromossômicos

Em outra classe de mutações de larga escala, grandes pedaços de cromossomos (mas não cromossomos inteiros) são afetados. Tais mudanças são chamadas rearranjos cromossômicos. Elas incluem:
  • Uma duplicação, onde parte de um cromossomo é copiada.
  • Uma deleção, onde parte de um cromossomo é removida.
  • Uma inversão, onde uma região cromossômica é invertida apontando assim, para a direção oposta.
    Diagrama representando esquematicamente a deleção, a duplicação e a inversão.
    Deleção: uma região do cromossomo original é removida, levando a um cromossomo mais curto em que falta uma seção.
    Duplicação: uma região do cromossomo original é duplicada, levando a um cromossomo mais longo com uma cópia a mais de uma seção em particular.
    Inversão: uma região do cromossomo original se separa do restante do cromossomo e é recolocada em seu lugar original, mas na orientação oposta.
    Imagem modificada de "Chromosomenmutation," por Deitzel66, modificada de NIH Talking Glossary of Genetics (domínio público).
  • Uma translocação, onde uma parte de um cromossomo fica aderida a outro cromossomo. Uma translocação recíproca envolve a troca de segmentos entre dois cromossomos; uma translocação não recíproca significa que um segmento de um cromossomo se move para o outro.
    Diagrama da representação esquemática das translocações recíprocas e não recíprocas.
    Translocação recíproca: troca de fragmentos entre dois cromossomos não homólogos. Nenhum material genético se perde, mas os cromossomos resultantes são híbridos, cada um contendo segmentos encontrados normalmente em um cromossomo diferente.
    Translocação não recíproca: um fragmento é removido de um cromossomo doador e inserido em um cromossomo receptor. O cromossomo doador perde uma região, enquanto que o cromossomo receptor ganha uma região normalmente não encontrada nesse cromossomo.
    Imagem modificada de "Chromosomenmutation," por Deitzel66, modificada de NIH Talking Glossary of Genetics (domínio público).
Em alguns casos, um rearranjo cromossômico causa sintomas semelhantes aos da perda ou ganho de um cromossomo inteiro. Por exemplo, a síndrome de Down é geralmente causada por uma terceira cópia do cromossomo 21, mas também pode ocorrer quando um segmento grande do cromossomo 21 se move para outro cromossomo (e é passado para a prole, junto com um cromossomo 21 normal)4. Em outros casos, os rearranjos causam distúrbios específicos, que não estão associados com a aneuploidia.

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