disciplina Genética Humana

Transcrição

1 disciplina Genética Humana INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS Departamento de Genética e Biologia Evolutiva UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO 2017 Professoras responsáveis: Carla Rosenberg (carlarosenberg@ib.usp.br) Ana C V Krepischi (ana.krepischi@ib.usp.br)

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3 Francis Crick and James Watson proposed that the DNA molecule: a double-helical structure 1953 Molécula de DNA dupla hélice antiparalela

4 TEMA DO CURSO Genética e saúde humana

5 O que nos torna diferentes?

6 O quanto somos diferentes?

7 Qual é a base genética para tais diferenças? PROPRIEDADES FENÓTIPO OBSERVÁVEIS E MOLECULARES AMBIENTE GENÓTIPO SEQUÊNCIA DE DNA

8 Genética na saúde humana ~4-6% de anomalias físicas e/ou deficiência intelectual congênitas

9 Organização do Genoma Humano

10 Genoma conjunto de moléculas de DNA estruturadas em cromossomos

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13 Organização do Genoma Humano estrutura e função

14 Como é organizada a informação genética? Cada cromossomo é uma molécula de DNA dupla-fita contínua formada por uma cadeia de subunidades (nucleotídeos) Existem quadro diferentes tipos dessas subunidades de DNA: A, T, C e G Representação como uma sequência de letras a ordem dos nucleotídeos na sequência de DNA é fundamental

15 3x Dados básicos do genoma humano ~ 3,2 bilhões de pares de nucleotídeos (açúcar+fostato+base nitrogenada) 3 x 10 9 pb» fracionado em 24 tipos de cromossomos Gametas haploides: 1 cópia de cada cromossomo (n=23) Células somáticas - diploides: 2 cópias de cada cromossomo (n=46)

16 O que é um cromossomo? a) Uma molécula de DNA dupla-hélice única e contínua, associada a proteínas (histonas) b) Contém informação para um conjunto de genes ( genes) a) Contém sinais regulatórios (função cromossômica e gênica)

17 Como cromossomos são visualizados e representados Cariótipo Cromossomos organizados aos pares a partir de uma visão ao microscópio de uma célula em divisão (fase metáfase) Ideogramas Bandas desenhadas nos cromossomos para representar o padrão visual do cariótipo (não genes)

18 Cromossomos humanos 24 tipos diferentes: 2 versões de cada um cromossomos homólogos Numerados de 1 a 22 (tamanho e morfologia) X e Y (2 versões de cromossomos sexuais) ~ milhões de pares de base por cromossomo (megabases - Mb) Cada cromossomo contém um conjunto diferente de genes

19 Como cromossomos são visualizados e representados Era do sequenciamento do genoma Representação como uma sequência de letras a ordem dos nucleotídeos na sequência de DNA é fundamental Início nucleotídeo 1 Fim nucleotídeo

20 Necessário para a molécula de DNA funcionar como cromossomo: 1. Origens (*) de replicação - sequências de DNA reconhecidas pela maquinaria de replicação de DNA vários sinais ao longo dos cromossomos 2. Telômeros (#)- nos dois finais dos cromossomos (proteção) 3. Centrômero (O) ponto de ligação das fibras do fuso mitótico na divisão celular separação de cromátides-irmãs de cromossomos duplicados (mitose) separação de cromossomos homólogos (meiose) 4. Genes # * * * * * * * * #

21 Set de cromossomos vem aos pares (homólogos 23M e 23P = são iguais?)

22 HOMÓLOGOS SÃO IGUAIS cada um dos 24 tipos cromossomos contém um CONJUNTO diferente de genes A X Y Z K X Y HOMÓLOGOS M e P DIFEREM Cromossomos paternos e maternos carregam versões diferentes do mesmo conjunto de genes

23 Questão: quantas diferentes versões do cromossomo 11 existe numa classe de 200 estudantes? >1000 ~ 1.3x10 5 ~ 1x10 6 cromossomo 11: ~130 Mb - 130x10 9

24 O que significa O genoma humano? os genomas de diferentes indivíduos são iguais?

25 O quanto somos diferentes? 99,9% IDÊNTICOS

26 ?? Quantas diferenças genéticas existem entre você e qualquer outra pessoa? Genoma: ~ 3 bilhões de pares de nucleotídeos X 0,1% diferença média entre genomas: 1 a cada 1000 nucleotídeos

27 0,1%: quanta diferença essa diferença faz? 1 nucleotídeo diferentes em cada Parte das variações genéticas entre diferentes pessoas responde por todo o espectro de diferenças hereditárias (de características a doenças genéticas) - A maior parte das diferenças entre genomas não se manifesta fenotipicamente (por que?)

28 Considere uma posição (locus) em algum lugar do genoma de um indivíduo: 5...ACGTTAGACATAGACCTGGACAGTGCTGACGCTAGCTAGACAGTCGC..3...ACGTTAGACATAGACCTGGACAGTGCTGACGCTAGCTAGACAGTCGC TGCAATCTGTATCTGGACCAGTCACGACTGCGATCGATCTGTCAGCG..5 Quantos alelos diferentes uma pessoa pode ter? 2 Quantos versões diferentes (alelos) são possíveis? 4 Homozigoto A G C T Quantas combinações (genótipos) são possíveis (pe. A e G)? 3 AA AG GG Heterozigoto

29 Terminologia básica: locus, gene, alelo, genótipo LOCUS: a localização (física) de determinada sequência de DNA em um cromossomo (pode ser gênica ou não) (refere-se a qualquer um ou a todos os alelos de determinado gene) GENE: um segmento de DNA contém a informação necessária para codificar uma proteína ou um RNA funcional (unidade de informação genética) ALELOS: versões diferentes de um mesmo gene ou sequência de DNA (locus) GENÓTIPO: composição genética em determinada posição

30 Considere o mesmo locus do genoma em uma população:...acgttagacatagacctggacagtgctgacgctagctagacagtcgc... Quantos alelos diferentes essa população pode ter? 4 Quantos alelos diferentes são possíveis? 4 A G C T Quantos genótipos são possíveis? 10 AA, AG, AC, AT, GG, GC, GT, CC, CT, TT

31 Genes estão arranjados de maneira linear nos cromossomos mas não contínua a) Onde está um único gene no cromossomo= locus? b) Quanto do DNA humano é constituido por genes (unidade de informação referente a RNA/proteínas)? c) Como os genes estão arranjados nos cromossomos?

32 CROMOSSOMO 13 Início 13pter Fim 13qter fita plus fita minus

33 13p BRCA2 13q

34 Como os genes estão arranjados nos cromossomos? NM_ C20orf70: chromosome 20 open reading frame 70 GENE Images from HapMap Genes não estão contíguos ou agrupados em geral

35 Quantos genes contém o genoma humano? Decréscimo nas estimativas Faixa de variação diminui ~ genes Pertea and Salzberg Genome Biology :206

36 GENOMA HUMANO 5% de sequências gênicas ~1% de protein-coding (exons: ~32Mb) + ~4% RNA-genes + elementos regulatórios Metade do genoma humano é composto por sequências REPETIVIVAS!!!!! Baseado em Strachan &Read, 2013

37 caggcggactcagtggatctggccagctgtgacttgacaag caggcggactcagtggatctagccagctgtgacttgacaag

38 Genome browsers e databases genômicos: dados organizados ancorados na sequência genômica e cromossomos Gene X tracks Genes Variações & repetições Comparação com outras espécies Description Transcript data Structure Gene Ontology Pathway Data Homologous Genes Expression Data Etc. & muitos outros dados como Expressão (mrna), regulação, etc

39 Variabilidade características da população

40 Variabilidade Doenças genéticas: patogênica Mutações em homozigose no gene da tirosinase

41 Doenças complexas ou multifatoriais Câncer Diabetes Hipertensão Derrame Alzheimer Doença cardíaca Etc Etc O quanto de herdabilidade existe nessas condições?

42 Variabilidade: habilidades? comportamento? Inborn Talent Genetic Test When we, My Gene Profile reveal to you your child's Inborn Talent Genetic Test results you will have the unique DNA knowledge to make clear and correct decisions. You can use the results to know exactly what you need to do make the right decisions about your child's future! Only $~1,400 Character, intelligence, emotion, artistic gene, sport, health etc etc

43 Variabilidade: comportamento? habilidades?

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45 TESTES GENÉTICOS

46 QUESTÕES ÉTICAS???????? Qual o impacto dessas informações?

47 Atitude e crenças sobre compartilhamento de dados genômicos e informação clínica