BIO Genética e Evolução Ciencias Biomedicas. Atividade 6 Montagem de cariótipos

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1 Instituto de biociências BIO Genética e Evolução Ciencias Biomedicas Atividade 6 Montagem de cariótipos Introdução O número total de células em um humano adulto médio é algo em torno de 100 trilhões, e a vasta maioria destas células contém 46 cromossomos por núcleo. O estudo das características estruturais e numéricas dos cromossomos é conhecido como citogenética. Qualquer defeito tanto na estrutura quanto no número de cromossomos pode causar anomalias. A observação de cromossomos é feita por um processo chamado cariotipagem, uma palavra derivada do grego karyon, que significa núcleo. A visualização do núcleo e de seus componentes é feita por fotografias ao microscópio. Informações prévias Cromossomos são compostos de genes (segmentos de DNA) e estão presentes em praticamente todas as células. Eles são as estruturas que determinam a hereditariedade. Os cromossomos de certas células do corpo podem ser corados, aumentados e fotografados para determinar se um dado cromossomo é normal ou anormal. As dezenas de milhares de genes diferentes presentes nos cromossomos humanos foram estudadas em uma iniciativa internacional chamada O projeto genoma humano. O objetivo deste projeto era mapear todos os cromossomos humanos e os cientistas esperavam que, fazendo isso, eles poderiam isolar os genes por trás de muitas, senão todas, as doenças humanas. A maioria das células no corpo humano possuem 46 cromossomos, incluindo 22 pares de cromossomos chamados autossomos. Cada autossomo em geral parece idêntico ao seu par, mas cada par é diferente dos outros pares em arquitetura genética e frequentemente em aparência. Qualquer defeito em um cromossomo específico pode ter um efeito no indivíduo completamente diferente de um defeito em outro cromossomo. Além destes 22 pares, há dois cromossomos sexuais. Em mamíferos, os machos costumam ter um cromossomo Y e um cromossomo X, enquanto que as fêmeas costumam possuir dois cromossomos X e nenhum cromossomo Y. Esta diferença genética é responsável pelas diferenças entre machos e fêmeas. As células do corpo que não têm 46 cromossomos são os gametas (células sexuais) e as células reprodutivas a partir das quais elas se desenvolvem. Estas células possuem 23 cromossomos cada. Quando o espermatozóide (o gameta masculino) e o oócito (gameta feminino) se fundem na fecundação, eles formam um novo indivíduo que tem 46 cromossomos em cada uma de suas células, com exceção das células reprodutivas. Cada célula reprodutiva madura contém apenas um dos cromossomos do par de autossomos homólogos, e apenas um cromossomo sexual (X ou Y). Uma vez que as células normais de uma mulher carregam dois cromossomos X, é óbvio que todos os oócitos carregam 22 autossomos e um X. Os espermatozóides possuem 22 autossomos e ou um X ou um Y. Logo, quando um espermatozóide carregando um cromossomo Y fecunda um oócito, nasce um menino, e quando um espermatozóide que possui um X fecunda um oócito, nasce uma menina. Análise dos cromossomos humanos Os cromossomos são analisados através do processo de cariotipagem. Vários tipos de células humanas podem ser cultivados em laboratório e, quando uma célula atinge o estágio de metáfase da divisão celular, ela é fotografada microscopicamente. Estas fotografias são então aumentadas e é montada uma placa de metáfase. Estas placas podem ser usadas para preparar um cariótipo pelo recorte dos cromossomos aumentados e pela alocação deles em uma ordem particular. Ao formar o cariótipo, os cromossomos são pareados e classificados em grupos de acordo com seu comprimento e com a localização dos centrômeros, que são as regiões dos cromossomos nas quais as duas cromátides irmãs ficam unidas durante a replicação. Se os centrômeros ficam localizados longe da linha central, um dos braços do cromossomo parece mais longo que o outro. Em alguns pares de cromossomos, os centrômeros ficam

2 localizados próximos de uma das extremidades, e os cromossomos formam uma fúrcula. Os pares de autossomos são arranjados em sete grupos (A-G), em ordem decrescente de tamanho. Uma vez que os pares de cromossomos de um mesmo grupo são bastante similares em tamanho e aparência visível, é necessário o uso de informações bioquímicas para determinar um certo par entre os pares de um mesmo grupo. Os dois cromossomos sexuais não são numerados. O cariótipo feminino é descrito como 46XX e o masculino, 46XY. O procedimento atual usado para a cariotipagem envolve o cultivo de células brancas do sangue de indivíduos adultos, mas o cariótipo pode ser feito precocemente, em fetos humanos de apenas 16 semanas. O fluido do saco amniótico geralmente contém células do feto em desenvolvimento, e através de amniocentese algumas destas células podem ser removidas e estudadas, de forma que anormalidades possam ser detectadas antes do nascimento. Um procedimento conhecido como esfregaço bucal é usado para determinar o número de cromossomos X que uma pessoa tem. As células da bochecha de mulheres possuem uma área que é corada muito intensamente, chamada corpúsculo de Barr. Um corpúsculo de Barr é um cromossomo X condensado que se torna geneticamente inativo em um estágio bastante inicial do desenvolvimento. As células de mulheres normais que são examinadas após este estágio não contêm dois cromossomos X, mas sim um cromossomo X e um corpúsculo de Barr. Em homens esta condensação não ocorre, e assim as células masculinas apresentam ambos os cromossomos sexuais, X e Y. Às vezes, um número diferente de cromossomos ou cromossomos impropriamente formados causam um desenvolvimento anormal. É possível que as células de um embrião feminino contenham três cromossomos X (XXX) ou até quatro deles (XXXX). Também é possível que células de um embrião masculino tenham de dois a quatro cromossomos X (XXY, XXXY, XXXXY). Se alguma destas situações ocorre, o número total de cromossomos é aumentado. Tanto em homens quanto em mulheres, todos os cromossomos X menos um (X-1) se condensarão formando corpúsculos de Barr, e um número impróprio de corpúsculos de Barr pode indicar anormalidades em um indivíduo. Estudo dos cromossomos procedimentos Estude os tipos de cromossomos ilustrados na Tabela 1 e também observe o cariótipo masculino típico mostrado na Figura 1. Como o cariótipo de uma mulher típica seria diferente do cariótipo da Figura 1? Figura 1. Cariótipo de um homem típico. Tabela 1.

3 Grupo A - Cromossomos 1, 2 e 3 Braços muito longos com centrômeros metacêntricos Grupo B - Cromossomos 4 e 5 Longos com centrômeros submetacêntricos Grupo C - Cromossomos 6 a 12 Médios com centrômeros submetacêntricos Grupo D - Cromossomos 13, 14 e 15 Médios com centrômeros próximos da extremidade Grupo E - Cromossomos 16, 17 e 18 Pequenos, metacêntricos (16) ou submetacêntricos (17 e 18) Grupo F - Cromossomos 19 e 20 Menores que os do grupo E, com centrômeros submetacêntricos Grupo G - Cromossomos 21 e 22 Muito pequenos, em formato de fúrcula XX, XY Cromossomos sexuais Você irá preparar três cariótipos a partir de cópias de três placas de metáfases diferentes e, a partir deles, você deverá ser capaz de identificar a condição e a arquitetura cromossômica de cada cariótipo. 1. Pegue uma das três placas de metáfases que você recebeu e destaque todas as peças cuidadosamente. 2. Usando as informações da Tabela 1 e usando a Figura 1 como modelo, organize os pares de cromossomos similares nos locais corretos na bandeja de cromossomos. 3. Uma vez que você tenha completado o cariótipo, identifique a condição apresentada pela pessoa com células deste tipo. 4. Coloque todas as peças da placa de metáfase completa em um saco plástico etiquetado. 5. Repita os passos acima para as outras duas placas de metáfases.

4 Questões para discussão 1. Qual a condição exibida pela placa de metáfase 1? Por quê? 2. Qual a condição exibida pela placa de metáfase 2? Por quê? 3. Qual a condição exibida pela placa de metáfase 3? Por quê? 4. O que deve acontecer durante a meiose para causar as condições exibidas na metáfase 1, 2 e 3 (responda separadamente)? 5. Suas respostas coincidem com as de seus colegas? Em que ponto(s) suas respostas são discordantes? Quais problemas você teve ao trabalhar com as placas de metáfases? 6. Na figura abaixo vemos um cariótipo humano: a) Identifique no esquema: (1) um cromossomo, (2) um par de cromátides-irmãs e (3) um par de cromossomos homólogos. b) O DNA está duplicado? Como é possível saber isso? Em qual fase da mitose está essa célula? c) Determine quantos cromossomos tem neste cariótipo? Qual é o número n e 2n dessa célula? d) Considerando que o cromossomo sexual X tem o tamanho e a forma dos cromossomos do Grupo C e que o cromossomo sexual Y tem o tamanho e a forma dos cromossomos do grupo G, faça a análise e diga se é um cariótipo de homem ou mulher?

5 7) Este cariótipo abaixo é de um homem com fenótipo semelhante aos portadores da Síndrome de Down. Faça a análise do cariótipo e responda: a) Quantos cromossomos tem neste cariótipo? b) Explique porque o genótipo justifica o fenótipo?