[Genética] Genética Médica - Cap. 1 Introdução - Cap. 2 Base Cromossomica da Hereditáriedade, Notas de estudo de Genética

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Ê CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Esta é uma época especial em que a genética médica atingiu um papel reconhecido como disciplina central que lida com a variabilidade e hereditariedade humanas e ao mesmo tempo de- senvolve abordagens que permitem nova compreensão de muitas doenças e prometem muito mais num futuro breve. Para oferecer aos pacientes e suas famílias o benefício pleno do conhecimento genético em expansão, os médicos e os demais profissionais da saúde devem conhecer os conceitos básicos da genética humana e o papel dos genes e do ambiente no desenvolvimento normal, anormal, e nas doenças. PAPEL DA GENÉTICA NA MEDICINA O lugar da genética na medicina até recentemente não era tão óbvio como é agora. Embora sua importância para a base concei- tual da medicina e para a prática clínica seja hoje plenamente reconhecida, há bem poucos anos considerava-se a disciplina envolvida apenas com a herança de características triviais, super- ficiais e raras; não se compreendia o papel fundamental do gene nos processos básicos da vida. A descoberta dos princípios da genética, originaram-se de experiências com ervilhas de jardim, nas quais ele cruzou linhagens puras diferindo em uma ou mais características bem definidas e acompanhou a progénie dos cruza- mentos durante pelo menos duas gerações. As leis que ele deduziu dos resultados dessas experiências podem ser enunciadas da se- guinte forma: 1. Herança particulada. Mendel afirmou claramente que não ocorria mistura das características dos genitores, mas que, ainda que não se expressassem na primeira geração da prole, os caracteres parentais poderiam reaparecer inalterados numa geração subsegiente. O ensino moderno da genética dá pouca ênfase a esta lei, que, contudo, na época de Mendel representou um conceito inteiramente novo. A palavra gene para denotar a unidade de herança só foi usada em 1909, quando Wilhelm Johannsen a introduziu. 2. Segregação. Os dois membros de um par de genes, atual- mente conhecidos como alelos, jamais são encontrados no mesmo gameta, pois sempre se segregam e seguem para gametas diferen- tes. Em circunstâncias excepcionais, quando esta regra é violada hereditariedade pelo monge austríaco Gregor Mendel em 1865 . e os membros de um par de cromossomos não se segregam nor- praticamente não foi reconhecida pelos biólogos, sendo ignorada por outros cientistas. Na verdade, seus relatos passaram desperce- bidos na literatura científica durante 35 anos. Charles Darwin, cujo grande livro À origem das espécies (publicado em 1859) enfatizava a natureza hereditária da variabilidade entre os mem- bros de uma espécie como importante fator da evolução, não tinha à menor idéia sobre como a herança atuava. Naquela época acreditava-se que a hereditariedade consistia numa mistura de caracteres dos dois genitores, e as idéias de Jean Baptiste Lamarck sobre a herança de características adquiridas ainda eram aceitas. O trabalho de Mendel poderia ter esclarecido o conceito de Dar- vin sobre o mecanismo de herança da variabilidade; mas embora Mendel conhecesse o trabalho de Darwin, este parece jamais ter percebido a importância do trabalho do monge, ou sequer Sabido da sua existência. Francis Galton, primo de Darwin e um dos titãs da genética médica pioneira, também desconhecia a obra de Mendel, à despeito da relevância que teria para os seus estudos sobre “natureza e criação”. O próprio Mendel, talvez desencorajado pelos resultados de experiências subsequen” tes, planejadas de maneira pouco favorável, acabou abandonando a pesquisa experimental, mas seu interesse pela ciência biológica. manteve-se aceso durante toda a sua vida. As leis de Mendel, que constituem a pedra angular da ciência malmente, a consequência típica é uma anormalidade intensa na progênie. 3. Distribuição independente. Os membros de pares de genes diferentes distribuem-se para os gametas independentemente uns. dos outros. Em outras palavras, há recombinação aleatória dos cromossomos paternos e maternos nos gametas. Conforme se descreveu depois, há uma exceção importante a esta regra, não reconhecida por Mendel: genes estreitamente ligados no mesmo cromossomo não se distribuem livremente, mas tendem a perma- necer juntos de geração em geração. No início do século XX, a comunidade biológica estava pron- ta para alcançar Mendel. Por uma curiosa coincidência, três pes- quisadores (Hugo De Vries na Holanda, Carl Correns na Alema- nha e Erich von Tschermak na Áustria) redescobriram as leis de Mendel independente e simultaneamente. O desenvolvimento da genética como ciência teve sua origem não no artigo de Men- del, mas nos artigos que descreveram a redescoberta. A natureza universal das leis de Mendel foi logo reconhecida. Já em 1902, Archibald Garrod, que é considerado, com Francis “Galton, um dos fundadores da genética médica, descreveu à alcaptonúria como o primeiro exemplo humano do que hoje se conhece como herança mendeliana. No seu artigo, Garrod 2 GENÉTICA MÉDICA admitiu generosamente um débito com o biólogo William Bate son, que observara a importância genética do casamento consam, Búínco nos pais de alguns pacientes com distárbios que Garrod denominou “erros inatos do metabolismo” e o fato de que, se ais de um membro da família fosse afetado, os demais familiares afetados quase sempre eram irmãos do paciente-índice. não pais, filhos ou outros parentes. Bateson reconheceu este padrão como exatamente O que era de esperar se a alcaptonária fosse herdada cômo um caráter recessivo de acordo com as leis de Mendei Esta é a primeira evidência clara de interação das pesquisas de geneticistas médicos e não-médicos, que continua até hoje e con” e buiu muitíssimo para a rápida expansão do campo. Precedeu à introdução do termo genética para a nova ciência, que foi igualmente uma contribuição de Bateson em 1906. A crescente compreensão da natureza universal da estrutura é função biológicas dos organismos vivos levou inevitavelmente &o reconhecimento do papel crucial dos genes nos processos vi- tais. O conceito, prenunciado no trabalho de Garrod, foi formu- lado claramente por Beadle e Tatum em 1941 como a hipótese “um gene — uma enzima”, hoje expressada mais genericamente como “um gene — uma proteina”.* A genética bioquímica huma- na é um dos temas predominantes da genética médica. Nos primeiros anos da década de 1940, a análise molecular do material genético logrou rápidos progressos, a começar pela descoberta de que os genes são compostos de ácido desoxirribo- nucleico (DNA). Em 1953, James Watson e Francis Crick descre- Veram a estrutura molecular do DNA, o que lhes valeu o Prêmio Nobel em 1962. Outras descobertas marcantes nos dias iniciais. da genética molecular incluíram o reconhecimento de que o DNA dos genes é transcrito para ácido ribonucleico (RNA), que por Sua vez se traduz para proteína, e a elucidação do código genético. pelo qual a sequência de aminoácidos das proteínas é registrada no DNA. Até O final da década de 1950, criaram-se técnicas para o estudo científico dos cromossomos humanos, e os pesquisadores começaram a explorar o papel dos cromossomos no desenvol- vimento sexual e das anormalidades cromossômicas como causas Je desenvolvimento físico e mental anormal e de problemas re- produtivos. Embora à citogenética humana — o estudo dos cro- mossomos humanos — seja objeto de pesquisas intensivas há muitos anos, ela ainda encerra muitos problemas desafiadores Novos achados significativos sobre a estrutura e função normais e anormais dos cromossomos continuam a ser relatados, especial- mente agora que à análise cromossômica segue de mãos dadas com a análise molecular no estudo do genoma humano. Desde meados da década de 1970, com o auxílio de novas e poderosas tecnologias para manipulação e análise do DNA. o campo da genética médica transformou-se. Os cientistas são capazes de localizar e identificar genes responsáveis por proteínas humanas essenciais, caracterizar suas mutações e aprender a natu- reza de seus produtos proteicos, obtendo assim uma compreensão mais profunda das causas ainda pouco entendidas ou desconhe- cidas de muitas doenças. Como a abordagem molecular era tão diferente dos métodos anteriores, e seu potencial tão grande, chamaram-na “a nova genética”. Mais recentemente, usam-se os termos genética reversa e clonagem posicional para denotar a clonagem de genes de função ignorada, por técnicas de mapea- mento gênico. Alguns dos muitos exemplos da abordagem gené- tica molecular das doenças humanas são descritos em capítulos subsequentes. Durante muitos anos, não obstante o grande interesse pelo mapeamento dos genes humanos em suas posições cromossó- micas, o progresso foi relativamente lento. Uma razão importante da dificuldade era a inadequação dos seres humanos para o mã- “Esta correlação de um para um nem sempre é observada, sendo mais abrangen- temente expressa como 1 cistrons — um ou mai tipos de poipeptdios. (NR) e 10 ver peamento génico por causa do pequeno tamanho das famílias, longo tempo de geração e impossibilidade de planejar acasala- mentos como se faz com organismos de laboratório. Contudo, por meio de análise citogenética e genética molecular, junto com Estudos das famílias, o mapeamento dos genes humanos tornou-se Gm importante campo da pesquisa genética humana. O Projeto do Genoma Humano, um plano internacional para mapear todo o genoma humano até o ano de 2005, parece ser um dos principais programas de pesquisa em genética e espera-se que traga bene- fícios médicos significativos (Watson, 1990). “A expansão e aplicação do conhecimento genético já trouxe- ram consequências fecundas para a medicina clínica. No presente, Pelo menos um tergo da crianças em hospitais infants internou-se Por causa de distúrbios genéticos. Há uma grande evolução desde” Saício do século e mesmo desde época anterior aos antibióticos. antes do advento da imunização, nutrição adequada e antibió- ticos, a maioria das crianças hospitalizadas tinha doenças infec- tosa ou distúrbios nutricionais como o raquitismo. Sabe-se hoje que vários pacientes com infecções tém defeitos genéticos que comprometem sua resistência e, pelo menos nos países desenvol- «dos, a maioria dos casos de raquitismo resulta não de deficiência hutricional, mas de genes deletérios. Avanços promissores na medicina clínica e ciFúrgica aumentam a probabilidade de sobre- Vida e, assim, acabam elevando a prevalência dos defeitos gené- ticos Disciplinas dentro da genética humana e médica A genética é uma matéria multiforme, envolvida com a variação É hereditariedade de todos os organismos vivos. Dentro deste amplo campo, a genética humana é a ciência da variação e heredi- fanedade nos seres humanos, e a genética médica lida com a variação genética humana de importância clínica. As duas áreas possuem uma extensa superposição e, de fato, para muitos geneti- cistas são uma área só Dentro da genética humana e médica há muitos campos de imeresse, indicados pelas várias direções nas quais, como já vimos, a genética se desenvolveu. As principais áreas reconhe- úidas de especialização são o estudo dos cromossomos (citoge- hética), o estudo da estrutura e função dos genes (genética mole- Cular e bioquímica) e aplicação no diagnóstico e assistência de pacientes (genética clínica). O significado literal de clínico é à Beira do leito (Klinikos = à beira do leito em grego), e um geneti- ista clínico é um médico-geneticista com formação específica envolvido diretamente no diagnóstico de doenças genéticas e na assistência de pacientes afetados por tais doenças “Outros campos da genética humana, como à genética popula- cional, epidemiologia genética, genética do desenvolvimento e jmunogenética, também têm relevância médica, especialmente no que se refere à compreensão e prevenção das doenças huma- nas. Além da prática clínica, a genética médica é aplicada à assis. tência dos pacientes nas áreas de aconselhamento genético, tria- gem populacional para identificar pessoas sob risco de apresentar e anemitir um distúrbio genético, « diagnóstico pré-natal. O duonselhamento genético, que combina fornecer infomações so- Ei O risco com uma função de apoio, vem crescendo como úta nova profissão de saúde. A triagem populacional para as doenca genéticas tornou-se uma iniciativa importante da saúde bles. O diagnóstico pré-natal, que requisita muitas especia- Pdades clínicas e laboratoriais além da genética, provavelmente é à principal área de aplicação da genética à assistência de pa- cientes. Embora sempre estivesse associada mais estreitamente à pe- giatria, a genética médica também é relevante para muitas outras especiglidades clínicas. Em obstetrícia, o diagnóstico pré-natal de certos defeitos genéticos tornou-se um aspecto básico da assis- tência pré-natal. Na clínica médica, sabe-se que muitos distúrbios Comuns, como a doença das artérias coronárias, hipertensão arte- reger al é diabetes mellitus, possuem componentes genéticos impor- jantes e que a medicina preventiva seria bem mais eficaz se fosse dirigida para grupos de alo rico geneticamente definidos, em vez de para a população em geral. Aplicações em muitos s campos, especialmente neurologia, hematologia e oncolo- Ei, são citadas em capítulos posteriores e º “Apesar de muito da genética médica est: médica era, a genética difere das out especialidades medicas no fato de se orientar usualmente para à prevenção além do tratamento e de o seu foco muitas vezes não -nas o paciente, s vezes ser apenas o paciente, Princípios éticos da genética médica Os peineíios da ca médica aplicamae à genéica 1 como utras disciplinas da área, mas alguns dilemas éticos em genética médica raramente ou munca sã em Outros 1 junca são vistos em outro somo da pítia clínico. Um tipo de dificuldade é criado feia ade dos médicos para realizar ext máticos, isto é, identificar o doa se , Ísto é, identificar o gene causador de doença numa pessoa ântes que afeeão se tenha expressado clinicamente 'm podem reconhecer certas predisposições ge sições ge- néticas associadas a um risco adicional de determinada doença por exemplo, eles sabem que indivíduos com deficiência heredi- ária de alfay-antitripsina (veja Quadro 1.1) têm um risco mais INTRODUÇÃO 3 alto de de ul Alt de goença pulmonar, especialmente em ambientes enfoma 11) É Secas de Huntington (Dr também caia no Quadro 1Déum, jo neuropsiquiátrico com início na meia-idade, teto le E genitor afetado como um caráter autossómico Sominemte. Em muitos casos os genetcists determinam, bem arts da doença se manifestar, se um parente de um indivíduo herdou o gene, Conforme veremos nos Caps. 4 e &, o exame requer análise dos marcadores de DNA próximos do , em amostras sangilíne: Seo exame pr-sinomárico or eaiado o pai dee conse se parentes sejam informados sobre o diagnóstico e uz licações para eles e suas famílias, e os parentes dever concordar em fomecer amostras sangúíneas para análise. Cada familiar é livre para tomar uma decisão a a ta informações do médico ou consultor genético a respeito das impl cações dessa decisão. Os participantes têm o direito de não saber se estão sob risco, e em algumas circunstâncias este direito ent em conflito com o direito de outros familiares sobre esta. informa- ção. É especialmente difícil manter a confidência, um princípi cardinal da ética médica, quando se está lidando com exames pré-sintomáticos de pessoas aparentadas. Os familiares que con- cordaram em participar fornecendo amostras sanguíneas podem ter dificuldade para entender por que lhes é negado aco aos Quadro 1.1 Exemplos selecionados de distúrbios genéticos importantes Diário ; Signicado Distúrbios monogênicos ee Ea Anemia tlm det ed cabia gia a mogi: mera oe Maça ama lecular a ser identificada; comum na África; alta frequência relacionac África Equatorial: gs Vantagem hetero por cus da reincia amd O ego Deficiência de adenosina-desami sui UR denosina-des Defeito enzimático autossômico recessivo que causa imunodeficiência: el Diino de alta cantrpeioa rage ater à terapia com genes humanos aprovada. da a lência autossómica recessiva de um importante inibidor plasmático das = 1/3.0902120000 6,12,13 proteses, levando a doença pulmonar betruiva em bom een fans) dogs epic em alguma criançada Si Bremen gado do Xl vs sas a ão 5, umano Mediterrâneo, outra na Áica, vanage heteronigóica por Deficiência de slicose-b-fostato-desidrogenase causa da resistência à malária Distrofia miotônica “Autossômica dominante, idade de iníio e intensidade variáveis; efeito Variação étnica muito 12 comum (1 e 720 meninos) em algumas populações Distrofia muscular 48 materno: pacientes com início congênito têm tipicamente mães afetadas. É Distrofia muscular de Duchenne Doença de Huntington oi Poença de Tay-Sachs população judia esquenazim Fenieetonória Deciêni atoa rece de feno reardemento menta: protópodas doenças deterável por rage neona com prevenção do selbrdameno por terapia aises cce et Fibrose cística Distárbio autossêmico re si cessivo comum que afeta regulação de transporte e membrana de on nas cellas cadeias; primeiro gen + sr idetlcado m conhecimento prévio do produto génico ou aberração cromossômica estrutura Daft de congua Defeito autossó Hemoriia A Hipercolestesolemia familiar ligado ao X comum Neurofibromatose tipo 1 Ro geme mito grande Dito recessivo gado so X, comum, dos músculos; gene identificado por 15 ração cromossômica estrutural sem conhecimento prévio do produto. Doença neurodegenerativa autossômica dominante clássica de info tardio Preváel pr exame molecular no estágio pé sintomático: primero gene localizado num cromossomo por análise de ligações do DNA Deficiência autossômica recessiva de hexosaminidase A; muito comum na Sonae o ec d popa de ba desidude pimática (LDL, aocado a mai: eg de doença is anéis Distúrbio autossômico Pátio autosêmicodominano comum co expressão rt, lata ção, risco de câncer; alia proporção de mutações novas (= 50%); autossómica dominante 4,8,12,13 Variável, 4a 800.000 4,8 Dem mais ata em = 18000 em judeus 47,12 asquenazim; bem mais baixa em outras populações Variável, 1/5. 000a 200.000; mais comum ãroxilse, pode causar 42,0 12,009 em algumas populações brancas, asiáticos = 110.000 meninos 1500 heterozigotos. 4.812,13 n a, BM0D2 1500 48,16 6 GENÉTICA MÉDICA EXEMPLOS DE GENÉTICA EM MEDICINA 1. Uma mulher grávida de 37 anos apresenta-se ao médico para assistência pré-natal. O feto corre maior risco de um distúrbio genético do que se ela tivesse 27 anos? Se a resposta for afirmativa, qual é O risco e qual a responsabilidade do médico neste caso? Resposta: Quando uma gestante tem 37 anos, o risco de que o feto nasça com um defeito cromossômico como a síndrome de Down é de cerca de 1 em 225, ao passo que aos 27 anos de idade é de apenas 1 em 1.100. A paciente deve ser informada sobre o risco e a disponibilidade de diagnóstico pré-natal e ter a opção de encaminhamento a um programa de diagnóstico pré-natal (veja Caps. 9 19). 2. Uma médica é notificada de que a triagem neonatal rotineira para fenilcetonúria (PKU) mostrou que um bebê sob seus cuidados teve um teste positivo para hiperfenilalaninemia. Qual é a responsabilidade dela? Resposta: A primeira ctapa é confirmar O teste anormal e determinar o defeito bioquímico (neste exemplo, PKU) e, em seguida, instituir o tratamento apropriado. São necessários apoio e informações genéticas, devendo-se colocar o diagnóstico pré-natal à disposição. A médica precisa conhecer os programas especiais de tratamento da PKU e os problemas associados. (Veja Caps. 4, 12€ 13.) 3. O exame físico de rotina mostra que uma criança de 3 anos apresenta manchas café-com-leite no tronco. A criança está sob risco de algum distúrbio genético? Em caso afirmativo, qual a gravidade? Qual é a responsabilidade do médico? Resposta: Um diagnóstico possível é o de neurofibromatose, tipo 1. Se confirmado, os aspectos clínicos e genéticos da situação merecem cuidados. Uma avaliação regular é importante em virtude das numerosas complicações deste mal. Genetica- mente, o distúrbio pode ter surgido por mutação nova ou ser herdado. Os riscos genéticos nas duas situações são diferentes. Para distingui-las, uma avaliação da história familial e exame de outros membros da família são essenciais. A consulta genética é necessária e o encaminhamento para diagnóstico pré-natal também pode ser conveniente. (Veja Cap. 4.) 4. Um médico de assistência primária constata que um homem de 46 anos apresenta hiperlipidemia, que é um fator de risco conhecido para doença das artérias coronárias. A história familial revela que um irmão morreu aos 48 anos desta doença. Qual é a responsabilidade do médico? Resposta: O médico deve primeiro avaliar a importância da hiperlipidemia, fazer o diagnóstico específico com base no exame clínico e exames laboratoriais, oferecendo recomendações pertinentes ao paciente. Muitas formas de hiperlipidemia primária são genéticas, com origem monogénica ou multifatorial, mas pode ser impossível estabelecer um diagnóstico genético sem determinar os níveis de lipídios dos parentes de primeiro grau. Como à história familial do paciente sugere uma causa genética para a hiperlipidemia, o médico tem a responsabilidade de lhe fornecer informações plenas sobre a possível base convém que o médico aborde os parentes diretamente, sea genética da hiperlipidemia e recomendar que seus parentes recebam esta informação. Contudo, por razões éticas, não is notificar ou não os parentes de seu diagnóstico e as implicações je decidir sobre se vai o paciente tem a responsabilidade para a saúde deles Estes números, extraídos de um Arquivo de Vigilância da Saúde, podem ser subestimativas. Por exemplo, a avaliação da frequência dos distúrbios cromossômicos aqui fomecida é apenas um terço daquela obtida em análise citogenética de séries extensas. de recém-nascidos (veja Cap. 9). Mesmo que sejam mínimas, as estimativas são indicadores valiosos da incidência populacional de doenças genéticas com consegiências sanitárias importantes. & início relativamente precoce. História familial A obtenção de história familial abrangente é uma primeira etapa fundamental na análise de qualquer distúrbio, haja ou não uma etiologia genética conhecida. Segundo Childs (1982), “não obter uma boa história médica é fraca medicina, e um dia será negli- gência criminosa”. A história familial é importante: pode ser proveitosa ao diagnóstico, muitas vezes revela que um distúrbio é genético, pode oferecer informações sobre a história natural de uma doençae a variedade da sua expressão, e ainda esclarecer o padrão de herança, permitindo que se estime 0 risco de recor- rência em outros familiares. Os distúrbios monogênicos possuem padrões de heredogra- ma típicos, descritos no Cap. 4. À herança monogênica pode ser simulada por diversos mecanismos, especialmente por herança multifatorial, mas também por outros processos, como alguns tipos de rearranjo cromossômico ou exposição pré-natal de mais de uma criança a um teratógeno usado pela mãe. Os distúrbios citogenéticos não costumam recorrer em famílias, mas quando o fazem, é necessário investigar a origem da recorrência, que pode ser uma anormalidade cromossômica estrutural ou mosai- cismo não detectado num genitor. Os distúrbios multifatoriais. exibem padrões que são menos típicos mas permitem que a maio- ria dos caracteres multifatoriais seja distinguida dos caracteres monogénicos em estudos de populações, porém não em heredo- gramas individuais. Uma história familial adequada deve incluir informações sobre os parentes nos vários ramos da família pelo menos até Os avós e seus irmãos, os pais, os irmãos, os tios eos primos em primeiro grau do paciente. A história deve conter detalhes como nomes, datas de nascimento e morte, condições médicas, mortes precoces de lactentes, partos de natimortos e abortos espontâneos. Deve-se documentar a consangúinidade dos. pais, bem como antecedentes geográficos e étmicos. Se o paciente for uma criança, a história gestacional da mãe é importante, sobretudo no que diz respeito aos eventos iniciais. As informações sobre familiares não afetados são exatamente tão valiosas quanto as informações sobre os afetados. A história pode ser anotada em forma de heredograma, que é um diagrama registrando as informações genéticas de forma resumida e inequívoca, como descreve o Cap. 4. Exemplos de doenças genéticas O Quadro 1.1 traz uma lista parcial das doenças genéticas mais significativas discutidas neste livro. Os distúrbios citados são afec- Sed Wo POE ma EEE ções genéticas comuns ou destacadas que usaremos nos capítulos seguintes para ilustrar uma variedade de princípios genéticos importantes. Em alguns casos, a doença foi escolhida principal- mente por causa das suas contribuições importantes para a expan- são do conhecimento em genética molecular, e em outros devido a uma distribuição populacional peculiar, mas estas não são as únicas razões da inclusão. Por exemplo, a fenilcetonúria (PKU) é 8 doença-protótipo dos programas de triagem neonatal que visam a prevenir as sequelas graves dos defeitos inatos e do tratamento alimentar de uma enfermidade metabólica. O retino- blastoma representa uma forma monogênica de câncer. Entre os distúrbios citogenéticos, os arrolados são os mais frequentes e clinicamente significativos. Dois tipos principais de distúrbios multifatoriais são incluídos: (1) malformações congênitas comuns e (2) distúrbios comuns da idade adulta com componentes gené- ticos significativos mas frequentemente pouco compreendidos. Por fim, há um exemplo de doença mitocondrial. Estes e outros distárdios considerados nos capítulos seguintes não oferecem de modo algum uma visão completa da genética médica, mas devem fornecer uma compreensão da natureza ampla das doenças gené- ticas e como o conhecimento e tecnologia genéticos podem ser aplicados na situação clínica. Durante à vida profissional de 40 anos dos atuais estudantes de medicina, é provável que ocorram extensas modificações no papel da genética medicinal. É difícil imaginar que qualquer período de 40 anos possa abarcar alterações maiores do que asocorridas entre os anos de 1950 e 1990, nos quais a citogenética humana e a genética molecular foram introduzidas, numerosos distúrbios genéticos foram definidos e caracterizados, e o diagnós- tico pré-natal de distúrbios genéticos tornou-se quase rotina. PJ vavelmente, Os próximos avanços importantes serão a expansão na detecção e prevenção das doenças genéticas, correção de al- INTRODUÇÃO 7 guns genes defeituosos por terapia gênica e mapeamento de todo O genoma humano. A base da suscetibilidade a variados distúrbios comuns, provavelmente incluindo o câncer, será esclarecida, per- mitindo que muitas destas afecções sejam previsíveis e até mesmo preveníveis. Uma introdução à linguagem e conceitos da genética e uma análise da perspectiva genética da saúde e doença formarão uma estrutura para o aprendizado vitalício que faz parte da carrei- ra de todo médico. Referências gerais Emery AEH (1986) Methodology in medical genetcs, 2nd ed. Churchil Livingstone, Edin Emery AEH, Rimoin DL (eds) (1990) Principles and practice of medical genetic, 2nd ed. Churchill Livingston, Edin- durgh. Graham JM Jr, Rotter Jl, Riccardi VM, et al (1989) Reportof the task force on teaching human genetics in North American asp A Hm Co dt larper ) Practical genetic counseling, 3rd ed. Butter- 'wort, London. MekKtsick VA (1990) Mendelianinheritancein man: catalogs of autosomal dominant, autosomal recessive, and X-linked phenotypes, 9th ed. Johns Hopkins University Press, Bal- timore, Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D (eds) (1989) The metabolic basis ofinherited disease, 6th ed. MeGraw-Hil, New York. Vogel F, Motulsky AG (1986) Human genetics: problems and approaches, 2nd ed. Springer-Verlag, Berlin. Weatherall DJ (1990) The new genetics and clinical practice, 3rd ed. Oxford University Press, Oxíord, England. CAPÍTULO 2 BASE CROMOSSÔMICA DA HEREDITARIEDADE perde a aparência relativamente homogênea típica das células que não estão em divisão e condensa-se numa série de organelas em forma de bastão, denominadas cromossomos (chroma, cor; soma, corpo) porque se coram intensamente com certos corantes. biológicos. Embora os cromossomos sejam visíveis como estru- turas distintas apenas nas células em divisão, eles conservam sua integridade entre divisões celulares. A cromatina compõe-se de ácido desoxirribonucleico (DNA) e uma classe complexa de proteínas cromossômicas. Os genes, que neste ponto definimos simplesmente como unidades de informações genéticas, são codi- ficados no DNA cromossômico. Cada espécie tem um conjunto cromossómico típico (carió- tipo) em termos do número e da morfologia dos cromossomos. Os genes estão em ordem linear ao longo dos cromossomos, cada gene possuindo uma posição precisa ou lócus. O mapa gêni- co, gráfico da localização cromossômica dos genes, também é típico de cada espécie, sendo, até onde sabemos, idêntico em todos os indivíduos de uma mesma espécie. A posição relativa de alguns genes parece ter sido altamente conservada na evolução recente, até mesmo entre espécies tão diversas quanto homem e camundongo. O estudo dos cromossomos, sua estrutura e sua herança denomina-se citogenética. A ciência da citogenética humana mo- derna data de 1956, quando Tijio e Levan criaram técnicas eficazes para análise dos cromossomos e estabeleceram que o número normal de cromossomos humanos é 46. Desde então, aprendeu-se Os 46 cromossomos das células somáticas humanas constituem 23 pares. Destes, 22 são semelhantes em ambos os sexos e deno- minados autossomos. O par restante compreende os cromossomos sexuais: XX no sexo feminino e XY no masculino. Os membros. de um par (descritos como cromossomos homólogos ou apenas homólogos) possuem informações genéticas equivalentes; possuem os mesmos lóci gênicos na mesma sequência, mas em qualquer lócus específico eles podem ter formas idênticas ou “um pouco diferentes, as quais são denominadas alelos. Um mem- bro de cada par dos cromossomos é herdado do pai, 0 outro da mãe. Normalmente, os membros de um par de autossomos são microscopicamente indistinguíveis um do outro. Nas mulhe- es, Os cromossomos sexuais, os dois cromossomos X, também são indistinguíveis. Nos homens, contudo, os cromossomos se- xuais diferem. Um é um X, idêntico aos Xs da mulher, herdado de sua mãe por um homem e transmitido às suas filhas; O outro, o cromossomo Y, é herdado do pai é transmitido aos filhos Logo mais, observaremos algumas exceções à regra simples e quase universal de que as mulheres são XX e os homens, xy Há dois tipos de divisão celular: mitose e meiose. A mitose é a divisão habitual das células somáticas, pela qual o corpo cresce, se diferencia e realiza reparos. A divisão mitótica resulta normalmente em duas células-filhas, cada uma com cromossomos Técnicas de análise dos cromossomos Os cromossomos de uma célula humana em divisão são mais facilmente analisados no estágio da metáfase ou prometáfase da mitose. Nestes estágios, os cromossomos aparecem ao micros- cópio como uma dispersão (spread) cromossômica (Fig. 2.1) e cada cromossomo apresenta duas cromátides, unidas no centrô- mero (Fig. 2.2). Cada cromátide é uma hélice dupla de DNA. centrômero, ou constrição primária, desempenha uma função-chave na divisão celular como a região na qual as fibras fusiformes se fixam. É um ponto de referência citológico básico, dividindo o cromossomo em dois braços, designados p (de petit) para o braço curto e q para o longo. Os braços são indicados. pelo número do cromossomo seguido de p ou q; por exemplo, 1lpé o braço curto do cromossomo designado como cromossomo 11, e Yg é o braço longo do cromossomo Y. Os cromossomos humanos classificam-se segundo a posição do centrômero em três tipos (veja Fig. 2.2): metacêntricos, com um centrômero mais ou menos central € braços de comprimento aproximada- mente igual: submetacêntricos, com um centrômero excêntrico e braços de comprimentos nitidamente diferentes; e acrocên- tricos, com o centrômero próximo a uma extremidade. Um quarto tipo em potencial, telocêntrico, com o centrômero numa extremi- dade e apenas um braço, não ocorre no homem, mas é comum em outras espécies; os cromossomos do camundongo, por exem- plo, são telocêntricos, Os cromossomos acrocêntricos humanos (cromossomos 13, 14, 15, 21 e 22) têm pequenas massas de cromatina conhecidas como satélites fixadas aos seus braços curtos por pedículos estrei- tos (constrições secundárias). Os pedículos destes cinco pares de cromossomos contém os genes do RNA ribossômico 185 e 285 (RNA). (Veja novas informações no Cap. 3.) Cultura celular As células para análise cromossômica devem ser capazes de cre mento e divisão rápida em cultura. As células mais acessíveis que satisfazem esta exigência são os leucócitos, especificamente linfócitos T. A fim de preparar, a curto prazo, uma cultura destas células adequada para análise, obtém-se uma amostra de sangue Periférico, em geral por punção venosa, e acrescenta-se heparina Para evitar coagulação. A seguir, a amostra é centrifugada a uma velocidade que permita aos leucócitos se sedimentarem co- MO uma camada distinta, à película leucocítica. Os leucócitos Cromátidos Telômero BASE CROMOSSÔMICA DA HEREDITARIEDADE 9 ra as dao ETAPAS LR] AMA ne254] Fig. 2.1 Dispersão cromossômica preparada a partir de uma cultura de linfócitos e corada por uma técnica de “coloração sólida”. (Fotomi- srografia, cortesia de R. G. Worton, The Hospital for Sick Children, Toronto.) são colhidos, colocados em meio de cultura tecidual e estimulados a dividir-se pelo acréscimo de um agente mitogénico (estimulante da mitose), a fito-hemaglutinina. Incuba-se à cultura por cerca de 72 horas, até que as células estejam se multiplicando rapida- mente. Acrescenta-se, então, uma solução muito diluída de col- chicina, para impedir a conclusão da divisão celular inibindo a formação de fusos e retardando a separação dos centrômeros. Em consequência, células paradas na metáfase acumulam-se na cultura. Em seguida, adiciona-se uma solução hipotônica para causar tumefação das células, lisando-as e liberando os cromos- somos mas mantendo os centrômeros intactos. Os cromossomos são fixados, espalhados em lâminas e corados por uma de várias técnicas. Agora estão prontos para análise. Apesar de serem ideais para uma análise clínica razoavel- mente rápida, as culturas celulares preparadas a partir do sangue periférico sofrem o inconveniente de uma vida curta (3 a 4 dias). Culturas de longo prazo podem ser obtidas de vários outros teci- dos (veja Cap. 8). A biópsia cutânea, um procedimento cirúrgico muito sobre os cromossomos humanos, sua estrutura normal, . e genes idênticos aos da célula-mãe. Pode haver dúzias oumesmo | Braocuroy) O, E- suite à composição molecular, as localizações dos genes que eles con... centenas de mitoses sucessivas numa linhagem de células somá- entes Pelado têm e suas numerosas e variadas anormalidades. A análise cro- . ticas, À melose ocorre somente nas células da linhagem germi- ro mossômica tornou-se um procedimento de diagnóstico impor. nativa é apenas uma vez numa geração. Resulta nê formação | fante na medicina clínica. Conforme veremos em vários capítulos . de células reprodutivas (gametas), cada uma das quais tem apemas | adiante, as anomalias cromossômicas são causas importantes de. 23 cromossomos: um de cada tipo de autossomo e um X ou | perda reprodutiva € defeitos congênitos, revelando-se comuns um Y. As células somáticas têm o complemento cromossômico | | Baçonçoto | em muitas formas de câncer. A capacidade de interpretar uma — diplóide (diploos, duplo) ou 2n (isto bee onço). enquan- É descrição dos cromossomos é algum conhecimento da metodo: . to os gametas possuem o complemento haplóide (haloos, único), | logia, alcance e limitações dos estudos cromossômicos são habili- ou n (isto é, 23 cromossomos). As anormalidades do número | ads essenciais para os médicos e outros profissionais que asss- . ou estrutura dos cromossomos, que cm geral são clinicamente a fem pacientes com defeitos congênitos, retardamento mental, significativas, podem surgir nas células somáticas e gametas por | | Fig. 2.2 Tipos é pontos de referência dos cromos- distúrbios do desenvolvimento sexual e muitos tipos de câncer. erros na divisão celular. | Meracéntico suBmErAcENTRICO Acrocêntaico SEO desiaos mu tato 12 GENÉTICA MÉDICA Embora os especialistas muitas vezes analisem dispersões cromossômicas diretamente ao microscópio, um procedimento comum é cortar os cromossomos de uma fotomicrografia e arran- já-los em pares na classificação padronizada vista na Fig. 2.4 “A figura completa é um cariótipo. O mesmo termo, cariótipo, é usado também para o conjunto básico de cromossomos de um indivíduo (“um cariótipo masculino normal”) ou de uma espécie (“o cariótipo humano”), bem como para O processo de preparação dessa figura (“cariotipagem”). Os pesquisadores de- senvolveram sistemas de cariotipagem computadorizados que po- dem selecionar automaticamente células adequadas para estudo, analisar os cromossomos corados da célula e construir um carió- tipo. im estema ustitorno de casificação dos cromomemos, ia- ternacionalmente aceito, foi originalmente formulado numa con- ferência em Paris, em 1971; depois, uma revisão tornou-se neces- sária a fim de descrever os cromossomos vistos em preparações na prófase e prometáfase mais alongadas (a serem descritas mais tarde). O caniótipo da Fig. 2.4 mostra os cromossomos no estágio da prometáfase, corados pela técnica de bandeamento-G (veja a próxima seção). A Fig. 2.5 é um diagrama do padrão de bandea- mento de um conjunto de cromossomos humanos normais aproxi- madamente no mesmo estágio de condensação que O cariótipo da Fig. 2.4. O Apêndice 1 fornece um diagrama mais detalhado, com o sistema de numeração usado para designar as bandas. MÉTODOS DE COLORAÇÃO PARA ANÁLISE DE ROTINA Vários métodos de bandeamento são empregados rotineiramente nos laboratórios de citogenética para identificação dos cromos- somos e análise da estrutura cromossômica. Bandeamento G (veja Figs. 2.3 e 2.4). É a técnica mais usada. Os cromossomos são tratados com tripsina, para desna- turar as proteínas cromossômicas, e em seguida com o corante Giemsa, Cada par de cromossomos cora-se num padrão típico de bandas claras e escuras (bandas G). Bandeamento Q (Fig. 2.6). Este método requer coloração com quinacrina-mostarda ou compostos semelhantes e exame por microscopia de fluorescência. Os cromossomos coram-se num padrão específico de bandas brilhantes e opacas (bandas Q); as bandas Q brilhantes correspondem quase exatamente às ban- das G escuras. Bandeamento R (Fig. 2.7). Caso os cromossomos recebam pré-tratamento com calor antes da coloração Giemsa, as bandas escuras e claras resultantes (bandas R) são o inverso das produ- zidas por bandeamento G ou Q. Em alguns casos, o bandeamento R fornece informações além das obtidas pelo bandeamento G ou Q. É o método básico em muitos laboratórios, especialmente na Europa PROCEDIMENTOS ESPECIAIS Em situações especiais, empregam-se várias técnicas de cultura e coloração dos cromossomos: Bandeamento C. Este método envolve a coloração da região centromérica de cada cromossomo e outras regiões que conte- nham heterocromatina — isto é, seções dos cromossomos 1q, 9q e 169 adjacentes ao centrómero e à parte distal de Yq. Hetero- cromatina é o tipo de cromatina definido por sua propriedade de permanecer condensado e corar-se numa tonalidade escura em células que não estão em divisão (intérfase). . Bandeamento de alta resolução (também denominado ban- deamento da prófase ou prometáfase). Este tipo de bandeamento é alcançado através das técnicas G ou R para corar cromossomos que foram preparados num estágio inicial da mitose (prófase ou prometáfase), quando ainda estão numa condição relativa- Fig. 2.6 Cariótipo masculino humano com bandea- mento Q no estágio da prometáfase. Os cromos. somos foram corados com diidrocloreto de quina- crina e fotografados sob luz fluorescente para mos- trar as bandas Q. As bandas Q brilhantes são quase idênticas às bandas G escuras. (Fotomicrografia, cortesia de Jeanerte Holden, Kingston Psychiatric Hospital, Kingston, Ontário.) | i | . pas RE] . ese estro e. vem exmavea Ho Mmaii HER eê 19 20 2 ””” mente não condensada. O bandeamento da prófase (Fig. 2.8) não é um procedimento de rotina em ctogenéies dive, nos £ usado quando se suspeita de uma anormalidade estrutural sutil “de um cromossomo; não obstante, muitos laboratórios adotam Totineiramente o bandeamento da prometáfase, mostrado nas Fies. 2.4, 2.6 € 2.7. Os cromossomos na prometáfase ou prófase exibem 550 a 850 bandas ou até mais num conjunto haplóide, do passo que as preparações da metáfase básicas mostram apenas serca de 400 (veja Apêndice 1). A técnica exige a interrupção da síntese de DNA numa cultura celular de modo a sincronizar + é j x Comet Fig. 2.8 O cromossomo X: igi iogramas e fotomicrografias em três está- Ba de resolução: metáfase, prometáfuse « prófase (do esquerda para Gorete Hd doBramas redevenhados do ISCN (1985). (Fotomicrografias, ia de Yim Kvan Ng, The Hospital for Sick Children, Toronto.) BASE CROMOSSÔMICA DA HEREDITARIEDADE 13 er eus es sa Fig. 2.7 Cariótipo masculino humano com bandea- mento R no estágio da prometáfase. Os cromos- somos foram corados pela técnica de bandeamento z Teverso; as bandas claras são quase exatamente equi- ' valentes às bandas G escuras. (Fotomicrografia, cor- tesia de Claude-Lise Richer, Universidade de Mon- xr treal.) as células e, à seguir, liberação do bloco e interrupção da cultura num momento em que numerosas células estão no final da prófase ou início da metáfase, antes que estejam condensadas ao máximo. Sítios . Lacunas descoradas, conhecidas como sítios frágeis, são às vezes observadas em locais ti mossomos. Muitos destes sítios são variantes transmissíveis. O “único sítio frágil que se sabe ser clinicamente significativo situa-se próximo à extremidade Xq em homens com uma forma específica. é bastante comum de retardamento mental ligado ao X e em algumas mulheres portadoras do mesmo defeito genético (veja discussão sobre a síndrome do X frágil, Cap. 4). A fim de demons- trar sítios frágeis, usualmente é necessário cultivar as células sob condições incomuns de crescimento. Na síndrome do X frágil, o sítio frágil é visualizado apenas nas células que foram cultivadas sob condições de privação de timidina. Consegue-se isto através de um meio de cultura pobre em timidina e ácido fólico ou do acréscimo de um inibidor da enzima timidina-sintetase ao meio. Como muitas vezes fica difícil observar os sítios frágeis em preparações cromossômicas bandeadas, é necessária uma co- loração sólida além das condições especiais de cultura. A detecção do sítio frágil no cromossomo X é um procedimento de diagnós- tico fundamental para a síndrome do X frágil. Citogenética molecular. O uso de sondas de DNA clonadas (preparadas por técnicas de DNA recombinante; veja Cap. 5) para examinar cromossomos denomina-se citogenética molecu- lar. Podem-se usar sondas de DNA específicas para cromossomos. ou regiões cromossômicas a fim de identificar rearranjos cromos- sômicos particulares ou diagnosticar rapidamente a existência. de um número anormal (isto é, não 46) de cromossomos no material clínico. Esta ainda é uma área relativamente especia- lizada, mas no futuro poderá muito bem tornar-se parte dos procedimentos rotineiros de citogenética clínica. ac ce NO 14 GENÉTICA MÉDICA OCICLO VITAL DE UMA CÉLULA SOMÁTICA O ser humano começa a vida como um ovócito fertiizado (zigo- 10), uma célula diplóide da qual todas as células do organismo (num número estimado de cerca de 10%) são derivadas por uma série de centenas de mitoses. Obviamente, a mitose é crucial para o crescimento e diferenciação, mas ocupa apenas uma pe- quena parte do ciclo vital de uma célula. O que se passa na intérfase, o período entre duas mitoses sucessivas? Como a Fig. 2.9 mostra, a mitose é o mais curto dos quatro estágios do ciclo celular. Imediatamente após a mitose, a célula entra numa fase em que não há síntese de DNA, G, (G de gap, intervalo). Algumas células despendem um tempo muito longo, dias ou mesmo anos, em G,; outras passam através deste estágio em horas. Embora os mecanismos moleculares que gover- nam a extensão do ciclo celular e a época da mitose não estejam bem compreendidos, parece que no final de G, a célula passa por um “ponto de restrição”, depois do qual ela prossegue pelo testo do ciclo celular a uma velocidade regular. ÀG; segue-se a fase 5, o estágio de síntese de DNA. Durante este estágio, cada cromossomo, que em G, era uma única molé- cula de DNA de dupla hélice, replica-se e se torna o típico cromos- somo de duas cromátides que é familiar nas preparações na metá- fase. A síntese de DNA não é sincrónica em todo o conjunto de cromossomos e nem mesmo dentro de um único cromossomo; ao invés, começa em provavelmente centenas a milhares de sítios ao longo de cada cromossomo, e segmentos cromossômicos espe- cíficos possuem seus próprios padrões de replicação. Pares de cromossomos homólogos costumam replicar-se sincronicamente. Contudo, o mesmo não é verdade para os cromossomos sexuais. Um dos dois cromossomos X das células somáticas femininas é geneticamente inativado a fim de atingir a equivalência de dosagem com as células somáticas masculinas, que têm apenas um X. O X inativo é de replicação tardia (em comparação com seu homólogo ativo) e depois torna-se a eromatina sexual (corpús- culo de Barr) visível nas células somáticas femininas durante aintérfase. A base molecular e a importância clínica da inativação do X serão discutidas mais tarde (veja Caps. 4 e 10) Ao final da fase S, o conteúdo de DNA da célula dobrou, e durante o estágio seguinte, denominado G, (Intervalo 2), cada cromossomo consiste em duas moléculas de DNA idênticas, as duas cromátides-irmãs. Ao longo de todo o ciclo celular, embora. a síntese de DNA seja restrita, ácidos ribonucleicos e proteínas são produzidos e a célula cresce gradualmente, duplicando sua massa total antes da mitose seguinte. O estágio G; termina com a mitose, que começa quando os cromossomos começam à con- densar-se e se tornam visíveis à microscopia como finos fios esten- idos. As fases G,, S e G; constituem, juntas, a intérfase. Numa cultura celular em crescimento típica, as três fases levam um Divisão celular Fig. 2.9 O ciclo celular mitótico descrito no texto. total de 16-24 horas, enquanto a mitose dura apenas 1 a 2 horas (veja Fig. 2.9). Contudo, há uma grande variação na duração do ciclo celular, desde algumas horas em células de divisão rápida, como as da derme ou da mucosa intestinal, a meses em outros tipos celulares. De fato, alguns tipos celulares, como neurônios c hemácias, jamais se dividem depois de totalmente diferenciados é estão permanentemente parados durante G, numa fase conhe- cida como Gg. Outras células podem entrar em G, mas depois retornam para prosseguir no ciclo celular Mitose Quando uma célula entra em mitose, cada um de seus cromos- somos consiste num par de cromátides-irmãs idênticas, unidas no centrômero. Durante a mitose, um aparelho sofisticado entra em ação para garantir que cada uma das duas células-filhas receba “um conjunto completo de informações genéticas. Isto é atingido por um mecanismo que distribui uma cromátide de cada cromos- somo para cada célula-filha e é ilustrado esquematicamente na Fig. 2.10. O processo de mitose é contínuo, mas cinco estágios são distinguidos: prófase, prometáfase, metáfase, anáfase e telófase. Prófase, Inicia a mitose e se caracteriza por condensação gradual dos cromossomos, desintegração e subsequente desapare- cimento do nucléolo e pelo início da formação do fuso mitótico. Os centríolos, pares de organelas citoplasmáticas, formam centros dos quais se irradiam microtúbulos. Os centríolos movem-se gra- dualmente para assumir posições nos pólos da célula. Prometáfase. A célula entra na prometáfase quando a mem- brana nuclear se rompe, permitindo que os cromossomos se dis- persem dentro da célula e se fixem aos microtúbulos do fuso mitótico por meio de estruturas especializadas denominadas cine-. tócoros (Fig. 2.11), que localizam-se em ambos os lados do centró- mero de cada cromossomo. Neste estágio, os cromossomos se contraem mais, embora não ao máximo. Metáfase, Na metáfase, os cromossomos atingem a contração máxima. Eles se dispõem no plano equatorial da célula, provavel: mente por meio dos microtúbulos fixados aos seus cinetócoros, Nas células vivas, os cromossomos podem ser vistos movendo-se ativamente enquanto são puxados até suas posições, mas a base molecular do seu movimento, assim como muitos outros detalhes da mitose, permanece desconhecida. Anáfase. Tem início abrupto quando os cromossomos se separam no centrômero, permitindo que as duas cromátides de cada cromossomo (agora cromossomos-filhos independentes) se movam para pólos opostos da célula. Telófase, Na telófase, os cromossomos começam a descon- densar-se da sua condição altamente contraída, uma membrana nuclear vai se formando ao redor de cada um dos dois núcicos- filhos e cada núcleo recupera gradualmente sua aparência da intérfase. Para completar o processo de divisão celular, o citoplasma sofre clivagem por um processo conhecido como citocinese, con- comitante aos estágios finais da mitose. Depois, há duas células- filhas completas, cada uma com um núcleo contendo todas as informações genéticas da célula original e aproximadamente me- tade do citoplasma da célula-mãe. À diferença importante entre uma célula que está entrando em mitose é outra que acaba de completar o processo é que os cromossomos da célula-mãe pos- suem um par de cromátides cada um, enquanto os cromossomos da célula-filha consistem, cada um, em apenas uma hélice dupla que não se duplicará até a célula-filha atingir, por sua vez, a fase $ do novo ciclo celular (veja Fig. 2 MEIOSE A meiose é o tipo de divisão celular pelo qual as células diplóides da linhagem germinativa dão origem a gametas haplóides. As Ei BASE CROMOSSÔMICA DA HEREDITARIEDADE Fig. 210 Mitose, Re 5, telóínse; 6 7, imérfase Para detalhes, veja o texto Células embrionárias que são ancestrais das células reprodutivas Someçam sua diferenciação na parede do saco vitelino, de onde iram para as cristas geniais se tornam incorporadas à gônada em desenvolvimento. Um espermatócito primário ou ovócito pr- mário, no qual ocorre a primeira das duas divisões meióticas, é derivado do zigoto por uma longa série de mitoses, , a O gametas masculinos e femininos possuem histórias diver- Bentes, mas embora a época dos eventos seja muito diferente, A quência é a mesma. Há duas divisões meióticas sucessivas. à ueiose 1 é conhecida como a divisão reducional porque é visão na qual o número de cromossomos se reduz de diplóide Para haplóide pelo pareamento dos homólogos na prófase e sua Riga na anáfase. Os cromossomos X e Y não são homó- AoReA más têm segmentos homólogos na ponta dos seus braços furtos, & eles se pareiam apenas naquela região. A meiose TT pede à meiose [sem uma etapa intercalada de replicação de DNA: Como na mitose comum, as cromátides se separam é ima itide de cada cromossomo segue para uma célula-filha. ig. 2.12 mostra alguns estágios distinguidos na meiose. presentação diagramática, mostrando apenas dois pares de cromossomos. 1, prófas; 2, prometáfase; 3, metáftse; 4, anáfase; A primeira divisão meiótica (meiose |) PRÓFASE | A prófase da meiose 1 é um processo complicado que difere da prófase mitótica de vários modos, com consequências genéticas importantes. Vários estágios são definidos. Ao longo de todos os estágios, os cromossomos condensam-se continuamente e se tornam mais curtos e grossos. Leptóteno. Os cromossomos, que já se replicaram durante a fase S precedente, tornam-se visíveis como delgados fios que começam a se condensar. Nesta fase inicial, as duas cromáti- des-irmãs de cada cromossomo estão alinhadas tão intimamente que não são distinguíveis. À diferença dos cromossomos mitó- ticos, que são de espessura uniforme (veja Fig. 2.1), os cromos- somos mejóticos possuem regiões alternadas, mais grossas e mais finas; as regiões grossas (cromômeros) têm um padrão típico para cada cromossomo. Zigóteno. Neste estágio, os cromossomos homólogos come- 18 GENÉTICA MÉDICA Fig. 2.12 (continuação) nientes dos dois membros do par de cromossomos parentais; por exemplo, neste estágio um cromossomo 1 típico compõe-se de três a cinco segmentos, alternadamente de origem paterna e materna. (Veja discussão adicional no Cap. 8.) Podem ocorrer muitos erros na divisão celular, e a anáfase Sa meiose | é a etapa mais propensa a erro. Algumas conse- giências das iregulridades da meiose são descritas nos Caps. e10. TELÓFASE | Na telófase, os dois conjuntos haplóides de cromossomos se agru- param nos pólos opostos da célula. Citocinese Após a telófase 1, a célula divide-se em duas células-filhas haplói- des e entra na intérfase. Na espermatogênese, o citoplasma divi- de-se mais ou menos igualmente entre as duas células-filhas (Fig 2.15), mas na ovocitogênese um produto (o ovócito secundário) recebe quase todo o citoplasma e o produto recíproco torna-se o primeiro glóbulo polar (Fig. 2.16). Ao contrário da mitose, a intérfase é breve € Os cromossomos condensam-se apenas um. uco. Entretanto, o ponto geneticamente importante é que não há fase S (isto é, não há síntese de DNA) entre a primeira e segunda divisões meióticas. Após a intérfase, os cromossomos descondensam-se de novo, e a meiose TI começa. BASE CROMOSSÔMICA DA BEREDITARIEDADE 19 -cromatina elemento lateral Í f dos en —iamentos transversais Fig. 2.13 O complexo sinaptonêmico (CS), que ma tém Os cromossomos unidos durante a sinapse (pares mento). Os diagramas mostram a relação do CS com “um par de cromossomos na prófase (acima) e detalhes. da estrutura do CS (abaixo). (Fotomicrografia, corte- sia de Peter Moens, Universidade de York, Toronto.) Fig. 2.14 Micrografia eletrônica de “um espermatócito primário humano na meiose, mostrando os 22 comple- xos sinaptonêmicos autossômicos e o par XY (seta). (Fotomicrografia, cor- tesia de À. C. Chandley, Westem Ge- neral Hospital, Edinburgh.) 20 GENÉTICA MÉDICA A segunda divisão meiótica (meiose Il) A segunda divisão meiótica é semelhante a uma mitose comum, exceto que o número de cromossomos da célula que entra em meiose ÍI é haplóide. O resultado final são quatro células haplói- des, cada uma contendo 23 cromossomos. Conforme mencionado acima, por causa do crossing-over na meiose [, os cromossomos dos produtos não são idênticos. A segregação das diferentes for- mas paterna e materna de cada gene se dá durante a primeira ou segunda divisão meiótica, dependendo de se elas foram envol- vidas num evento de crossing na meiose 1 Consegiéncias genéticas da meiose 1. Redução do número de cromossomos de diplóide. para haplóide, a etapa essencial na formação de gametas 2 zação de alelos na meiose 1 ou mejose II, de acordo com a primeira lei de Mendel 3. Embaralhamento do material genético por distri- buição aleatória dos homólogos, de acordo com a segunda Jei de Mendel 4. Embaralhamento adicional do material genético por erossing-over, que se acredita ter evoluído como um mecanismo para aumentar substancialmente a variação ge- nética. Gametogênese humana As células germinativas primordiais humanas são reconhecíveis nã 4. semana do desenvolvimento fora do embrião propriamente. dito, no endoderma do saco vitelino. De lá, migram durante a 6.: semana para as cristas genitais e se associam às células somáticas para formar as gónadas primitivas, que logo se diferen- ciam em testículos ou ovários, quase sempre de acordo com a constituição cromossômica das células (XY ou XX). A esperma- togênese e a ovocitogênese necessitam da meiose mas possuem diferenças importantes, nos detalhes e época dos eventos, que podem ter consegiências clínicas e genéticas para a progênie. É muito difícil estudar a meiose humana diretamente. No sexo feminino, estágios sucessivos da meiose ocorrem no ovário fetal, no ovócito próximo à época da ovulação e após a fertili- zação. Embora os estágios pós-fertilização possam ser estudados in vitro, O acesso aos estágios anteriores é limitado. É menos Espermatócio Espermatogónia primário difícil obter material para estudo da meiose masculina, porque uma biópsia testicular é incluída na avaliação de muitos homens que procuram clínicas de infertilidade. A despeito dos recentes avanços técnicos, contudo, ainda há muito a aprender sobre os mecanismos citogenéticos, bioquímicos e moleculares envolvidos na meiose normal e sobre as causas e consequências das irregula- ridades meióticas. Espermatogénese A Fig. 2.15 mostra os estágios da espermatogênese. Os esperma- tozóides formam-se nos túbulos seminíferos dos testículos a partir da época da maturidade sexual. Os túbulos são revestidos com espermatogônias, que estão em diferentes estágios de diferen- ciação. Estas células desenvolveram-se desde as células germina- tivas primordiais por uma longa série de mitoses. O último tipo celular na sequência do desenvolvimento é o espermatócito primá- rio, que sofre meiose I para formar dois espermatócitos secun- dários haplóides. Os espermatócitos secundários sofrem meiose 1 rapidamente, cada um formando duas espermátides, que se diferenciam sem divisão adicional nos espermatozóides. No ser humano, todo o processo leva cerca de 64 dias. O enorme número de espermatozóides produzidos, cerca de 200 milhões por ejacu- lação e uma estimativa de 10º ao longo da vida, requer várias centenas de mitoses sucessivas. Ovocitogénese À diferença da espermatogênese, que é contínua durante toda a vida, a ovocitogênese está em grande parte completa ao nasci- mento. O processo é mostrado na Fig. 2.16. Os ovócitos desenvol. vem-se a partir das ovogônias, células no córtex ovariano que descendem das células germinativas primordiais por uma série de aproximadamente 30 mitoses. Cada ovogônia é a célula central num folículo em desenvolvimento. Por volta do 3.º mês de desen- volvimento pré-natal, as ovogônias do embrião começam à trans- formar-se em ovócitos primários, alguns dos quais já entraram na prófase da meiose 1. O processo não é sincronizado, e estágios iniciais e avançados coexistem no ovário fetal. Existem cerca de 2,5 milhões de ovócitos na época do nascimento, mas a maioria degencra e apenas 400 se tornarão maduros. Os ovócitos primá- rios atingiram a prófase I suspensa (dictióteno) na época do nasci- mento e, os que não degeneram, permanecem neste estágio du- rante muitos anos. Depois que uma mulher atingiu a maturidade sexual e à medida que cada folículo amadurece e ocorre ovulação, o ovócito completa rapidamente à meiose 1, dividindo-se de tal modo que uma célula se torna O ovócito secundário, contendo a maior Espermatócito secundário Espermátido. Meioso | O , =eadas Mejose Il F Fig. 2.15 Diagrama para ilustrar a espermatogênesc humana em relação às duas divisões meióticas EEE — 3 BASE CROMOSSÔMICA DA HEREDITARIEDADE 21 ovócto secuncário Fig. 2.16 Diagrama para ilustrar a ov génese e fertilização humanas em relação 2góbulos Polres FERTILIZAÇÃO E MEIOSE 1! duas divisões meióticas. Os estágios numerados representam: ovogônias (1), ovócito primário no início da meiose I (2), ovócito secundário no final da meiose 1 (3), início da meiose fertização (4), conclusão da meiose 1 após à fertilização (5) óvulo ferulizado (6) noi Hino) Momento parte do citoplasma com suas organelas, e a outra se torna o primeiro glóbulo polar. A meiose II começa imediatamente e Prossegue até o estágio da metáfase durante a ovulação, mas só se completa se ocorrer fertilização. Fertilização e desenvolvimento embrionário inicial A fertilização geralmente ocorre na tuba uterina dentro de um ia após a ovulação. Embora grandes números de espermato- zóides estejam presentes, a penetração de um único no ovócito desencadeia uma série de eventos bioquímicos que impedem a entrada de outro espermatozóide. A fertilização é seguida da conclusão da meiose II, com a formação do óvulo e um segundo glóbulo polar. Os cromos- somos do óvulo e do espermatozóide tornam-se pronúcieos, cada um circundado por uma membrana nuclear. Os pronúcieos apro- ximam-se e se fundem, formando o zigoto diplóide (veja Fig. 2.16). Embora a síntese de DNA esteja desligada na meiose, &s cromossomos do zigoto se replicam logo após a fertilização £ o zigoto divide-se por mitose para formar duas células-filhas Siplóides. Esta é a primeira da série de divisões por clivagem que iniciam o processo de desenvolvimento embrionário. Embora o desenvolvimento comece com a formação do zigo- to (concepção), na medicina clínica a fase e duração da gravidez geralmente são medidas como a “idade menstrual”, datando do início do último período menstrual da mãe, cerca de 14 dias antes da concepção. APLICAÇÕES MÉDICAS DA ANÁLISE D CROMOSSOMOS e À arálise dos cromossomos tem várias aplicações médicas impor- “8; due aqui citamos, para discuti-las nos capítulos seguintes: alga pi Enóstico clínico, Numerosos distúrbios médicos, inclusive digas bastante comuns, estão associados a alterações microscoi- cxigeme Wisíveis no número ou estrutura dos cromossomos e e cromossômica para o diagnóstico e informaçã Benética (Caps. 9 e 10) e a né gugERSÃO é mapeamento. Um importante objetivo da genética tópico é al é O Mapeamento dos genes nos cromossomos. Este é ordado repetidamente, mas a top é abordado rea será discutido com deta- o Cliogenética do câncer. Alterações cromossômicas nas célu- a cas estão envolvidas no início e progressão de muitos tipos de câncer (Cap. 16). ú 3. Sem levar em conta o crossing-over, que aumenta o nível de variabi Diagnóstico pré-natal. A análise cromossômica é um procedi- mento essencial no diagnóstico pré-natal (Cap. 19). Referências gerais Chandiey AC (1988) Meiosis in man. Trends Genet 4: 79-83, ISCN (1985) An international system for human cytogenetic nomenciature. Karger Medical and Scientific Fublishers, Basel, Meintosh R, MeDonald K (1989) Themitosspinie. Sci Am 261: 48-56, Moore K1 (1988) The developing human: clincally orented emmbryology, dh ed, W5 Saunders, Pnladoiphia Therman É (1956) Human chromosomes:iructre behavior, céfecs, 2nd ed, Springer. Verlag New York Verma RS, Babu À (1989) Human chromosomes: manual of ae techniques, Pergamon Pres, Neve York Problemas 1. Num certo lócus, uma pessoa é heterozigótica, apresentando o genó- tipo Ala. a) Quais são os genótipos dos gametas dessa pessoa? b) Quando A e a se segregam: i) se não houver crossing-over entre o lócus € o centrômero do cromossomo? ii) se houver um único crossing entre o lócus e 0 centrômero? 2. Quantos genótipos diferentes são possíveis nos ovócitos de uma mu- Mer que é: a) Heterozigótica em um único lócus? b) Heterozigótica em quatro lóci independentes? c) Heterozigótica em n lóci independentes? lidade genética, estime a probabilidade de todos os seus cromossomos terem vindo de sua avó paterna e sua avó materna. Você seria do sexo masculino ou feminino? 4 Um cromossomo que entra em meiose compõe-se de duas cromátides, cada uma das quais é uma molécula de DNA de flamento duplo. a) Em nossa espécie, ao final da meiose 1, quantos cromossomos existem por célula? Quantas cromátides? Quantos filamentos de DNA? b) Ao final da meiose II, quantos cromossomos cada célula contém? Quantas cromátides? Quantos filamentos de DNA? <) Quando é restaurado o número dipláide de cromossomos? Quando É restaurada a estrutura de duas cromátides de um cromossomo típico na metáfase?