GENE: ESTRUTURA E FUNÇÃO. Aparecida Maria Fontes Ribeirão Preto Julho/ 2019

Transcrição

1 GENE: ESTRUTURA E FUNÇÃO Aparecida Maria Fontes Ribeirão Preto Julho/ 2019

2 Por que estudar gene: estrutura e função na medicina? Como o nosso conhecimento e nossa prática atuais da medicina dependem de um conhecimento sofisticado de anatomia, fisiologia e bioquímica humanas, lidar com a doença do futuro exigirá uma compreensão detalhada de como os genes humanos são organizados e como funcionam e são regulados. Teremos que ser médicos que estejam tão familarizados com a anatomia molecular e fisiologia dos cromossomos e genes como o cirurgião cardíaco está familiarizado com a estrutura e funcionamento do coração. Paul Berg Paul Berg

3 Conceitos Associados com GENE penetrância RFLP Camudongo knockout EXON Unidade transcricão DNA GENE Cromoss omo Mutação haplótipo Recombina ção ligação Evolução SNP RNA Intron Dominante Recessivo TATA box Alelo Frequência alélica

4 Definição O Que é Gene? q Região do DNA que codifica um RNA mensageiro que codifica uma proteína ou que codifica uma molécula de RNA funcional que desempenham uma função na célula e resulta em um fenótipo.

5 Localização nos cromossomos Os genes estão distribuídos de maneira uniforme ao longo dos cromossomos? q Os genes agrupam-se em algumas regiões e são escassos em outras regiões.

6 Número de genes nos cromossomos

7 Formas de expressão alélica A expressão alélica é sempre equilibrada?

8 Formas de expressão alélica Seria esperado que genes presentes em duas cópias seriam expressos a partir de ambos homólogos em níveis comparáveis. No entanto, isso muitas vezes não ocorre.

9 Expressão alélica monoalélica Inativação Cromossomo X T_7 Imprinting Genômico T_9 Rearranjo Somático T_26

10 1953 Estrutura do DNA 1958 Definição de Gene Dupla hélice Francis Crick ( ) e James Watson (1928)

11 Definição: 1958 Francis Crick

12 Definição: 1958 Francis Crick Ciência não é dogmática

13 Fluxo da informação gênica

14 Relação: Genótipo x Fenótipo Kim et al 2016 Plos Comp. Biol March

15 Organizacão e Estrutura de um gene típico Em humanos, todos os genes contém exons e introns? q Não. Genes que codificam para histonas não possuem intron

16 Exemplo da Estrutura de 3 genes clinicamente importantes

17 Exemplos de organização gênica em genes codificadores de proteínas Gene Humano Tamanho (Kb) No exons Tamanho médio exon (bp) Tamanho médio intron (bp) HBB (β-globina) 1, TP53 (p53) F8 (fator VIII) CFTR (fibrose cística) DMD (distrofina)

18 Gene codificador de proteina: nomenclatura RefSeq: NM_000518

19 Estrutura do mrna HBB (parcial)

20 Unidade de transcrição

21 Unidade de transcrição O Transcrito primário é idêntico em termos de sequência de base, com exceção que o U está no lugar do T, em relação a qual fita de DNA?

22 Unidade de transcrição q Em relação a fita sense, exceto que o U é substituído pelo T

23 Unidade de transcrição

24 Unidade de transcrição Onde os genes são transcritos? Núcleo ou citoplasma? núcleo Onde os transcritos primários são processados para formar o transcrito maduro? núcleo Em que consiste o processamento do mrna? Remoção dos introns e união dos exons Além da união dos exons, o RNA maduro apresenta processamento adicional? Sim. Adição de cap na região 5 e da cauda polia na região 3

25 Unidade de transcrição Onde ocorre esses dois tipos de processamento do mrna após a remoção dos introns? Núcleo ou citoplasma? núcleo Qual o papel da estrutura 5 cap e da cauda polia para formar o transcrito maduro? Evitar a ação exonuclease 5 e facilitar o transporte para o citoplasma Qual o papel da região 5 UTR? Região de ligação do ribossomo

26 Bases da Tradução do mrna

27 O Que é a fase de leitura da região codificadora?

28 Gene de mrna eucarioto e sua constituição 1. Região reguladora: Promotor e Operador. 2. Região codificadora

29 Sequências conservadas na região promotora central Sítio conservado TATA box (-25 bp) e o sítio de reconhecimento do TFIIB (-35 bp).

30

31 Genoma Humano 62% 1,5%

32 Genoma Humano ~ genes proteínas Valdivia, 2007 Circ. Res. 100:761

33 Glucocerebrosidase: Doença de Gaucher NM and NP ID Encoded by Isoform aas NAME 1 NM_ NP_ Transcript variant aa Glycosylceramidase isoform 2 2 NM_ NP_ Transcript variant aa Glycosylceramidase isoform 1 precursor 3 NM_ NP_ Transcript variant aa Glycosylceramidase isoform 1 precursor 4 NM_ NP_ Transcript variant aa Glycosylceramidase isoform 1 precursor 5 NM_ NP_ Transcript variant aa Glycosylceramidase isoform 3 precursor

34 Em doenças genéticas a mutação sempre ocorre na região codificadora?

35 Qual é um exemplo de doença genética resultante em mutações em regiões reguladoras?

36 Complexo Transcricional de muitos genes Em muitos genes a ação da RNA polimerase II associada com os fatores de transcricionais gerais (B, D, E, F e H), cofatores (CRSP, TRAP, ARC/DRIP) é dependente complexos modificadores e remodeladores de cromatina (SWI/SNF, PBAF, ACF, NURF e RSF).

37 Genes em Humanos

38 OMIM: Online Mendelian Inheritance in Man

39 GENE NÃO CODIFICADOR DE PROTEÍNA

40 Genoma Humano ~ genes ~ mrnas a ncrnas

41 Genoma Humano

42 Qual é o RNA não codificador mais abundante de nossas células?

43 Essa estrutura é de qual tipo de RNA? RNA ribossomal 18S

44 Ribossomo 80S

45 Loci rdna RNA ribossomal representa 60% de todo RNA em células eucariotas RNA ribossomal são produzidos por 2 loci: 5S rdna e 45S rdna Locus 5S: exclusivamente no cromossomo 1 O número de cópias do 5S rdna varia entre 10 a 400 cópias

46 Loci rdna RNA ribossomal representa 60% de todo RNA em células eucariotas Locus 45S: localizado no braço curto de 5 cromossomos acrocêntricos O número de cópias do 45S rdna varia de 60 a 800 cópias

47 Exemplo: doença associada com rdna Síndrome de Blackfan Diamond Polegares anormais, baixa estatura e anemia congênita

48 MicroRNAs

49 Genoma Humano e microrna

50 microrna x cancer e doenças cardiovasculares Ghorai e Gosh 2014

51 microrna x cancer e doenças cardiovasculares Ghorai e Gosh 2014

52 microrna: nomenclatura e estrutura

53 Exemplo: doença associada com micrornas Síndrome de Feingold Defeitos esqueléticos e de crescimento, microcefalia, baixa estatura e anomalias digitais

54 Exemplo: doença associada com micrornas 17 18a 20a 92a-1 19a 19b mir-17-92, Chr-13

55 O QUE É UM GENE? Unidade Biológica Fundamental da Hereditariedade Unidade de Transcrição Fundamental da Hereditariedade

56 Exercício q Acesse o site: Genes and Disease NCBI Bookshelf q Turma A1: cromossomo 7 q Gene OB (gene da obesidade) q Turma A2: cromossomo 2 q MSH2 (câncer de colon) q Turma B1: cromossomo 15 q SNRPN (Prader-Willi) q Turma B2: cromossomo Y q SRY (determinação sexo masculino)

57 Exercício q Responda as seguintes questões: q Número de genes nos cromossomos q Número de doenças descritas q % sequenciamento completo q Link MapViewer : clique no cromossomo e veja o cariograma [padrão de bandas G] e procure pelo respectivo gene do cromossomo q Determine as principais características do gene [nomenclatura (NM ); tamanho do gene; número isoformas; Isoforma principal: tamanho mrna; número exons e tamanho proteína] q Qual a função da proteína; qual a doença associada [OMIM] e o padrão de herança

58 BIBLIOGRAFIA: q Genética Médica. Thompson & Thompson. Nussbaum, McInnnes e Willard. (2016), 8ª Edição. Editora Elsevier. Capítulo 13. q Genética Médica. Schaefer & Thompson Jr. (2015), 1ª Edição. Editora Artmed. Capítulo 4.