Mutações: Ganho e Perda de Função Grupo: Anri Yamaguchi Ayumi Komino Graziely Almeida Rafaella Gattás Rafaella Jekabson

Conceitos Importantes Perda de Função: Definição: Qualquer mutação, dentro ou fora de um gene, que reduz ou elimina a atividade de uma proteína Mutações relacionadas: Nula/Amórfica: alelos que bloqueiam completamente a função de uma proteína Hipomórfica: produz pouca quantidade de proteína ou a produz com eficiência reduzida. Geralmente, a produção reduzida à metade basta para a sobrevivência da célula, por isso, esse tipo de mutação só é notado se houver alteração do fenótipo. Para que esse efeito ocorra em seu extremo, deve vir em homozigose.

Conceitos Importantes Perda de Função: Pode ser de dois tipos: Recessiva ou Dominante Recessiva: Definição: É necessário estar em homozigose para apresentar o fenótipo. Dominância Incompleta: Genótipos intermediários (heterozigotos) que geram fenótipos também intermediários em relação aos homozigotos.

Conceitos Importantes Perda de Função: Pode ser de dois tipos: Recessiva ou Dominante Dominante: Definição: Basta um dos alelos para apresentar o fenótipo. Dominância Negativa: um alelo dominante codificante de um inibidor. Esse inibidor interfere em atividades de outras proteínas, podendo reduzir ou até mesmo bloqueá-las, dependendo do nível de ação.

Conceitos Importantes Ganho de Função: Definição: Qualquer mutação que aumente a função da proteína ou confira uma nova atividade a ela. Mutações relacionadas: Hipermórfica: Promove uma maior atividade ou quantidade da proteína em questão. Como toda mutação, pode ou não ser benéfica. Neomórfica: Promove um novo fenótipo pela alteração da proteína ou pelo lugar onde ela é expressa.

Testando Conhecimento Exemplo I O que Manteiga, Chocolate, Queijo, e Chantilly, por exemplo, tem em comum além da gostosura? Todos têm sal. São processados. Engordam (fazer o quê?!). Gordura Trans. Ácidos Graxos. A RESPOSTA É ÁCIDOS GRAXOS!

Testando Conhecimento Exemplo I: Podemos imaginar os locais mais inoportunos pra acúmulo de ácidos graxos muito além da preocupação com os pneuzinhos, como por exemplo, o nosso cérebro. Esse é um local muito inoportuno porque essas substâncias interferem com a bainha de mielina dos axônios e são barreiras na transmissão dos impulsos nervosos. ENTÃO POR QUE PODEMOS COMER SEM DANIFICAR OS NEURÔNIOS?

Testando Conhecimento Exemplo I: A razão pelo qual podemos consumir essas gostosuras, com moderação, sem desmielinizar nossos axônios, é que nossas células têm um mecanismo que evita o acúmulo dessas substâncias, em parte, regulado pelo gene Xq28 (cromossomo X). O gene ABCD1 nesse locus codifica um transportador de membrana peroximal responsável por levar os ácidos graxos para dentro do peroxissomo onde, finalmente, serão degradados. PORÉM!!!!

Testando Conhecimento Exemplo I: Existe uma mutação nesse gene ABCD1 que, em homozigose, interfere no processamento/produção desse transportador. PERGUNTA: Com as informações dadas, como você caracterizaria essa condição? RESPOSTA: Perda de Função por Recessividade!

Perda de Função Recessiva É, não é isso! (Antes fosse...) Pensamentos mais “gordos”, que nos impulsionam a comer mais besteiras?!! A condição em questão chama-se Adrenoleucodistrofia e é caracterizada pelo: acúmulo de ácidos graxos de cadeia muito longa nos tecidos em todo corpo, afetando, principalmente, a mielina no sistema nervoso central, o córtex suprarrenal e as células de Leydig nos testículos. PERGUNTA: Mas quais seriam as consequências desse acúmulo?

Adrenoleucodistrofia A ALD ou adrenoleucodistrofia é uma doença rara e de difícil diagnóstico, que é causada por mutações em ABCD1, uma proteína de transporte peroxissomal, localizados no cromossomo X. Por este motivo, apresenta-se mais comumente (e grave) em homens, sendo que 50% das mulheres heterozigotas vão mostrar alguns dos sintomas na fase adulta. E o mais interessante: além de apresentar vários fenótipos, não uma correlação com genótipo-fenótipo. Portanto, é uma doença HETEROGÊNEA, com diferentes quadros clínicos, que são ainda mais complicados pelo padrão de herança recessiva ligada ao cromossomo X.

Adrenoleucodistrofia Os fenótipos são estes: Para homens Fenótipos Descrição Início Aproximada frequência relativa Forma cerebral infantil Declínio neurodegenerativo progressivo, resultando em um estado vegetativo sem tratamento 3-10 anos 31-35% Adolescente Similar a forma infantil, mas com a progressão um pouco mais lenta 11-21 anos 4-7% Adrenomieloneuropatia (AMN) Progressiva neuropatia, paraparesia; aproximadamente 40% evolui para o envolvimento cerebral 21-37 anos 40-46% Forma cerebral adulta Demência, distúrbios de comportamento, progressão similar a forma infantil, mas sem precedente de AMN Vida adulta 2-5% Olivo-ponto-cerebelar Comprometimento de tronco cerebral e no cérebro Adolescência até a vida adulta 1-2% Somente doença de Addison Insuficiência adrenal Antes de 7,5 anos Até 50% na infância (varia com a idade) Assintomática No quadro clínico, novos estudos podem revelar insuficiência adrenal subclínica ou fenótipo AMN leve Fenótipo mais comum em meninos com menos de quatro anos de idade Proporção de doentes assintomáticos diminui com a idade

Adrenoleucodistrofia Para mulheres Fenótipos Descrição Início Aproximada frequência relativa Assintomática Nenhum envolvimento neurológico e adrenal A maioria das mulheres antes dos 30 não apresentam qualquer complicação neurológica Diminui com a idade Mielopatia leve Aumento dos reflexos profundos, alterações sensoriais nas extremidades inferiores Vida adulta Aproximadamente 50% das mulheres com mais de 40 anos de idade Moderada a grave mielopatia Semelhante ao fenótipo AMN masculino, mas com o início mais tardio e sintomas mais leves Aproximadamente 15% das mulheres com mais de 40 anos de idade Complicação cerebral Demência progressiva e declínio Raro na infância; mais comum em adultos ~2% Envolvimento adrenal Insuficiência adrenal primária Qualquer idade ~1%

Adrenoleucodistrofia IMPORTANTE: Todos os indivíduos do sexo masculino portadores da síndrome apresentam níveis altos de VLCFA, mesmo antes do aparecimento de qualquer outro sintoma. Já nas mulheres, o exame de verificação do VLCFA não é conclusivo, já que muitas portadoras apresentam níveis de VLFCA dentro dos padrões de normalidade. Quando se suspeita de ALD baseado em sintomas clínicos, os testes iniciais inclui cromatografia gasosa associada à espectrometria de massa do plasma, na procura de cadeias muito longas de ácido graxo (VLCFA). Quando a concentração deste está muito alta (em particular cadeias de 26 carbonos), para termos a confirmação exata do diagnóstico, se faz outro exame que analisa a genética molecular da ABCD1.

Adrenoleucodistrofia Causa da ALD: ALD é causada por mutações em ABCD1, situados em Xq28 e demonstra herança recessiva ligada ao cromossomo X. Homens são, portanto, hemizigotos! Aproximadamente 600 mutações diferentes foram identificadas como responsáveis pelo ALD! (Lembra-se que eu disse que não há uma correlação entre genótipo e fenótipo? Então, olha só que interessante isso ainda pode ficar: apesar da mesma mutação causal, indivíduos de uma mesma família apresentam fenótipos diferentes. E mais: não há mutações comuns que causam ALD; a maioria é privada ou familiar!)

Adrenoleucodistrofia Desses 600 tipos de mutações: Metade é a substituição de uma base do DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na proteína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada. (ex: anemia falciforme) Um quarto por deleção de bases. Pode haver a deleção de uma ou mais bases; a deleção de bases que não seja múltiplo de três, altera completamente a “mensagem” do gene. E o restante (um quarto), é por erros no splicing (ocorre quando o mRNA não é clivado corretamente e, uma parte de um íntron, é anexado a um éxon) A incidência de novas mutações é estimado em 4,1%, ligadas ao mosaicismo germinativo, ou seja, só afeta as células germinativas.

Mas há alguns tratamentos! Ok! Já falamos de tudo que pode causar essa doença e o quanto ela pode ser desagradável (para não dizer outra coisa...) , mas... Tem cura?! Infelizmente, NÃO! Mas há alguns tratamentos!

Adrenoleucodistrofia Os tratamentos são: Terapia dietética: consiste na suplementação da alimentação com óleo de Lorenzo (trioleato de glicerol e trierucate glicerilo em uma proporção de 4:1), que normaliza os índices de VLCFA, embora sua eficácia no tratamento das manifestações cerebrais ainda são controversos e não provado. Também não melhora a função adrenal. Transplante (de células progenitoras hematopoiéticas):este é o único tratamento que pode parar a desmielinização que a principal característica da formal cerebral da doença. Porém, o transplante deve ser feito na fase inicial da doença; caso contrário, pode agravar a doença. Não melhora a função adrenal.

Adrenoleucodistrofia Terapia gênica: ainda em processo de testes, consiste em modificar um vetor adequado para expressar a forma selvagem do ABCD1, que em seguida é transplantado para o paciente através de um procedimento similar ao transplante de medula óssea ou células estaminais. Não é eficaz para diminuir os índices de VLCFA. Reposição hormonal: é padrão para pacientes que apresentam insuficiência adrenal. Mesmo com o transplante, a maioria dos pacientes ainda necessitam da reposição hormonal. Não é eficaz no tratamento de qualquer outro sintoma.

Testando Conhecimento Exemplo II: Ok, agora vamos voltar paras as nossas aulas de grego antigo (O.o): O que significa ανόφθαλμος em português? a)A vó dançou b)avóyoaluoc c)Afrodite em sua dança d)A pedra redonda e)Sem olho

Anoftalmia Podendo ser vistas nas mentes mais criativas de cartunistas de gibis e comic books, a doença Anoftalmia, que é REAL e não tem nada de comic, designa a falta de um ou ambos globos oculares juntamente com os tecidos oculares envolventes do globo. O QUE É ISSO???

Anoftalmia Qual a diferença entre elas? É que a segunda ocorre com mais frequência (14:100.000) e entre suas causas podem se incluir: doença autossômica dominante ou recessiva (a “nossa” doença só pode ser causada por uma dessas opções), herança ligada ao cromossomo X, infecções durante a gravidez, herpes, rubéola e alcoolismo da mãe. Qual a diferença entre elas? É uma doença extremamente rara (presente em 3 de 100.000 nascimentos) que em muitos casos vem associada de microftalmia (quando um ou ambos os olhos têm tamanho reduzido).

Anoftalmia Mas e a “nossa” doença? Vamos ver... Qual é a sua origem?

Anoftalmia A hereditariedade não é muito relevante nessa doença. Existem, pelo menos, 33 mutações diferentes para o gene que a causa, dando nome à síndrome, sinônimo da doença. Qual o nome dele? Dica: é melhor que você seja fã de baseball. Chutômetro da Genética: Qual o nome “baseballístico” que causa a doença em questão? a) Boston Red Sox b) New York Yankees c) Los Angeles Dodgers d) St. Louis Cardinals

Anoftalmia O que???? Mais ainda!!?? O que mais essa síndrome causa? Isso mesmo! Mutações no gene SOX2 fazem com que a proteína Sox2 (conhecida por regular a atividade de outros genes se ligando a certas regiões do DNA) deixe de se formar ou que se forme uma versão inativa da mesma, sendo assim, a síndrome causadora da anoftalmia é a Síndrome SOX2. Os genes OTX2, CHX10 e RAX também participam na formação da retina, e mutações nos mesmos influenciam na ocorrência de anoftalmia entre outras enfermidades. O que???? Mais ainda!!??

Anoftalmia Além da ausência de olhos, indivíduos com a síndrome SOX2 também podem vir a ter convulsões, a desenvolver anormalidades no cérebro, crescimento retardado, desenvolvimento pobre de habilidades motoras e cognitivas (defasagem no aprendizado), atresia esofágica (bloqueio esofágico), fístula traqueoesofágica (conexão deformada entre esôfago e traqueia) e dificuldade na formação das genitálias (especialmente em machos/homens).

Anoftalmia Como isso ocorre? Herança: Hoje em dia, é comum herdar casas, terrenos, carros, empresas, etc, mas às vezes a vida não é tão boa e você recebe anoftalmia de herança. Como isso ocorre?

Anoftalmia A síndrome de SOX2 é herdada por herança autossômica de tipo que já já descobriremos, que causa perda de função em hipermorfismo ou amorfismo de genes alelos aos normais. Amaioria dos casos, no entanto, não é registrada por herança genética, mas por novas mutações originais no gene. Quando herdada da geração parental, a doença vem de um pai normal cuja mutação ocorreu somente nas células germinativas (espermatozoides ou óvulos). Qual o nome desse fenômeno? And the Oscar goes to... germline mosaicism!

Anoftalmia O que faz o SOX2 um bom candidato à presidência? NADA O que faz dele um bom candidato à associação com esses defeitos estruturais no olho? Ah, isso sim. O SOX2 é um fator de transcrição de expressão com sítio e estágio específico no desenvolvimento do olho e do sistema nervoso com papel regulatório no desenvolvimento das lentes oculares. Com toda essa importância, fica óbvio que se houver um problema com ele, um problema que o impeça de exercer a totalidade das suas funções, a morfofuncionalidade dos globos oculares fica comprometida.

Anoftalmia Agora vamos ver a coisa toda por outros olhos....olhos microscópicos! Análises genômicas mostraram que o SOX2 fica dentro de um intron de um outro gene, o SOX2OT. As mutações ocorrem provavelmente, segundo experimento, mudanças aleatórias em aminoácidos do domínio de ligação de alta mobilidade no DNA desse grupo.

Anoftalmia Indivíduos com diversas mal-formações nos olhos foram identificados com mutações missense nessa região. Logo..... as mutações missense podem dar origem a novos fenótipos. Eis as mutações observadas: 529C T resultando na mudança de aminoácido Q177X que ocorre no terminal C do domínio de ligação de alta mobilidade, removendo 141 aminoácidos, incluindo no subgrupo de ativação SOX B1. Cada uma dessas mutações sem sentido provavelmente resulta em perda de função.

Anoftalmia Ocorreram deleções em c.542, embora o mesmo fosse previsto para ocorrer em c.539 (a mutação ocorreu 3 pares de bases depois do previsto), mesmo assim essa alteração na sequência foi tomada como causadora da doença por causa da perda de função causada pela mudança. Agora vamos analisar...

Anoftalmia Camundongos homozigotos recessivos não apresentaram nenhuma mutação nos olhos. Já os amundongos heterozigotos tendo um dos alelos com uma mutação nula, não apresentaram fenótipo algum nos olhos (ou seja, ausência de globos oculares), os que eram homozigotos com essa mutação morreram durante a gestação (lembrando que esse gene não é só responsável pela formação dos olhos, mas também por parte do sistema nervoso).

Anoftalmia Assim, com todas as pistas que nós, exímios detetives, encontramos, podemos inferir que essa mutação por perda de função é de caráter.... a)recessivo; b)dominante; c)dominante incompleto; d)nem um nem outro; e)n.d.a

Anoftalmia YEY! Chegamos ao final de mais um mistério!! A seguir, contemplaremos os resultados de nossas análises. Em I temos uma figura com um esquema de como ocorre a deleção em SOX2 (dentro de SOX2OT). Em II temos uma tabela com as consequências que as mutações sem sentido em certas regiões causam:

I:

II:

Testando Conhecimento Exemplo III: A falta de uma proteína que degrada lipoproteínas, a lipoproteína lipase, é um fenótipo que se apresenta de duas formas. Nos seres humanos, a sua falta NÃO é letal. Nos ratos, a sua falta não permite a sobrevivência do animal algum tempo após o parto. Caracteriza, assim, uma doença genética recessiva. ! entretanto

Testando Conhecimento Exemplo III: Cientistas da Universidade da Pensilvânia descobriram um jeito simples e muito eficaz de contornar a deficiência apresentada pelos camundongos ao: A partir de um vetor, como o adenovírus, transferirem um gene aos ratos deficientes, os quais recuperaram a produção da proteína. Fazerem uma seleção artificial, a partir de vários cruzamentos cruzados. Transferirem a proteína lipase de humanos, já que não é letal, a ratos. A RESPOSTA É A LETRA A!

Testando Conhecimento Exemplo III: O gene transferido é o LPL S447X, resultante de uma mutação apresentada pelo gene selvagem de LPL. PERGUNTA: Com base no exposto, como você classificaria esse tipo de condição? RESPOSTA: Ganho de função por mutação hipermórfica! (de uma produção de 0 passou-se a produzir algo, portanto, houve aumento de proteína)

Ganho de Função A condição em questão é uma aplicação terapêutica do ganho de função A falta da lipoproteína lipase interrompe o metabolismo de lipídios. Assim, promove o acúmulo de ácidos graxos. Pode-se provocar doenças cardiovasculares e pancreatite aguda, ambas letais. Estudos comprovaram que a terapia com o gene LPL S447X reduziram significativamente a incidência de tais doenças, já que se recuperou a produção da proteína. E...

Bibliografia Adrenoleucodistrofia: http://en.wikipedia.org/wiki/Adrenoleukodystrophy#Genetics http://ghr.nlm.nih.gov/condition/x-linked-adrenoleukodystrophy http://genetica-chaves.webnode.com/tipos%20de%20muta%C3%A7%C3%B5es/ http://en.wikipedia.org/wiki/Missense_mutations Anoftalmia: http://en.wikipedia.org/wiki/Anophthalmia#Causes http://www.anophthalmia.org/genetic_issues/ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21825993 http://www.biomedcentral.com/1471-2350/12/172 http://www.nature.com/ng/journal/v33/n4/full/ng1120.html Ganho de função com aplicação terapêutica: http://atvb.ahajournals.org/content/25/10/2018.full