Carolina Magalhães Drielly Braite Fernanda Rodrigues Fernanda Valiati Mariana Brutschin Profª...
Transcript of Carolina Magalhães Drielly Braite Fernanda Rodrigues Fernanda Valiati Mariana Brutschin Profª...
Descobrindo genes de doenças humanas
Carolina MagalhãesDrielly Braite
Fernanda RodriguesFernanda Valiati
Mariana Brutschin
Profª Fabiana Seixas, Dra.
Histórico
1856 - Descoberta da Hereditariedade
Genética baseada no
melhoramento genético
Século XX
Histórico – Século XXGenética molecular Citogenética
Genética do desenvolviment
o
Genética do câncer
Genética comportamenta
l
Surgimento de novas técnicas de estudo genético
Histórico
Reconhecimento dos fatores genéticos na etiologia das doenças Genética clínica Área Promissora
2003 – Projeto Genoma Humano
Atualidades
• Imprintings Genômicos: As contribuições dos genomas materno e paterno podem variar e acarretar em doenças com fenótipos diferentes.
Diagnósticos de doenças
Tratar, prevenir ou curar doenças genéticas
Função e manifestação desses genes
Mecanismos de hereditariedade
Aconselhamento genético
Banco de dados
Por que estudar os genes?
Genômica• Ramo da genética que estuda a natureza física e o
funcionamento do material genético contido no conjunto de cromossomos de cada espécie
Genômica Estrutural• Determina a posição cromossômica e a sequência de
bases dos genes de diversas espécies, incluindo a humana.
• Contribui para a detecção de mutação nos genes humanos.
Genômica Funcional• Descreve as funções dos genes• Analisa como os genes estão sendo expressos ou
silenciados.
Aplicações da genômicaDesenvolvimento de testes para a detecção
de mutações gênicas
Exemplo:Mutações nos genes BRCA1 e BRCA2, que
determinam as variantes hereditárias dos cânceres de mama e ovário.
SUSCEPTIBILIDADE A DOENÇAS!
Saúde
MEDICINA
Doença
MEDICINA GENÔMICA PERSONALIZADA
Baseada em testes genéticos e análises moleculares que
permitem o conhecimento do mapa de predisposições genéticas
de cada indivíduo.
Genome-Wide Association Studies (GWAS)
Rápido escaneamento de marcadores em genomas de uma série de pessoas a fim de
encontrar variações genéticas associadas com uma doença em particular.
Bases para a Medicina Genômica Personalizada
GWAS
GWASLevantamento do genoma de cada
participanteBusca por variações
SNPs
Variações com maior frequência
em portadores
Variações “associadas” com a
doença
GWASVariações “associadas” podem
não causar diretamente a doença
É necessário o sequenciamento de DNA da região do genoma em particular, a fim de identificar a exata modificação genética
envolvida na doença.
NHGRI GWA Catalogwww.genome.gov/GWAStudies
Published Genome-Wide Associations through 12/2010, 1212 published GWA at p<5x10-8 for 210 traits
Doenças Neurodegenerativas
Perda excessiva
dos neurônios
• Deterioração do tecido nervoso na substância
cinzenta do SNC
Neurônios são células do SN responsáveis pelo impulso elétrico
•Identificação quanto a causa – esporádica/incidência familiar.Diagnóstico
•Avaliação da estrutura dos componentes do DNA.
Diagnóstico Molecular
•Identificação das alterações dos genes ou marcadores biológicos suscetíveis a doença.
Investigação Molecular
•Contribuição para o estudo.•Alterações: Medula espinhal, músculos e nervos.
Patologia
Genes envolvidos com Doenças
Neurodegenerativas
Doença de Alzheimer
Doença neurodegenerativa
Progressiva
Irreversível
Afeta
prncipalment
e IDOSOS
Manifestações Clínicas:Perturbaçõe
s de memória
Declínio cognitivo
Distúrbios comportame
ntais
Perda de autonomia
IDADE
Fatores
ambientai
s
Eventos
genéticos
Grande problema de saúde pública!
• Afeta: cerca de 13% dos indivíduos com 65 anos ou mais 30 -50% dos indivíduos com 80 anos ou
mais
Neuropatologia:Placas amiloides, compostas por peptídeo
amiloide- β (Aβ) Emaranhados de neurofibrilas contendo
proteína Tau hiperfosforilada.
Genes associados à Doença de AlzheimerDA de início precoce DA de início tardio
APPPSEN1 ApoEPSEN2
5% do total dos casos de DA95% do total dos casos de
DA
APP (proteína precursora de amiloide)
Localização : 21q21.2
Identificação a partir da purificação dos depósitos de peptídeo amiloide da placa neural.
Apresenta 695 resíduos de AA, composto por 18 éxons.
APP
Peptídeo amilóde Aβ - 42
Peptídeo amilóde Aβ - 40
SECRETASES!
APP é uma proteína trans-membranaSua degradação anormal produz fragmentos peptídeos Aβ42 que se agregam e formam a
placa neural
MutaçõesMais de 32 mutações missense (não
silenciosa)Sítios de clivagem das secretasesDomínio trans-membrana nos éxons 16
e 17
V717I •maior produção do peptídeo Aβ• produção na
forma Aβ42
PSEN1 (Presensilina 1)Localização : 14q24.3
Apresenta 12 éxons e codifica para uma proteína com 467 aminoácidos.
São responsáveis pela clivagem da APP a partir da γ-secretase.
Mutações• Mais de 176 mutações na PSEN1 - maioria
missense.
Aβ42 / Aβ40
Defeitos em PSEN1 : formas mais graves de DApenetrância completa
início logo aos 30 anos de idade
L166P • Adolescência• Elevada
produção de Aβ42
PSEN2 (Presensilina 2)
Localização : 1q42.13
Possui 12 éxons que codificam para um peptídeo de 448 aminoácidos.
Mutações
• Apenas 14 mutações foram relatadas
I141NPerda do éxon 5
• Aumento da proporção de
Aβ42 sobre Aβ40
ApoE (Apolipoproteína E)Localização : 19q13.2 Composto por 4 éxons que codificam uma
proteína de 299 aminoácidos.
No éxon 4 há a presença de três
isoformas proteicasε2 (CIS/CIS); ε3
(CIS/ARG); ε4 (ARG/ARG)
Risco de desenvolver DA até os 85 anos:4/ 4 55%3/ 4 27%3/ 3 9%
ApoE 4 principal fator de risco para desenvolvimento da doença, representado em excesso nos indivíduos com DA.
A herança de um ou dois desses alelos eleva até 5x a probabilidade de desenvolvimento da
doença!
Descobertas recentes:
GWAS - genome-wide association study
Procura por SNPs
Genoma de indivíduos
portadores da doença
Genoma de indivíduos normais
Consórcio genético da doença de Alzheimer (ADGC) reuniu banco de dados de 9 coortes a partir dos 29
Institutos Nacionais do Envelhecimento (NIA)
Nesse estudo foram identificados os genes MS4A4A, CD2AP, EPHA1, CD33 que são fatores de risco para a DA e comprovada a associação de genes
anteriormente descobertos.
Até o momento foram confirmados então 10 genes envolvidos com a DA
de início tardio (ApoE, CR1, CLU, PICALM, BIN1, EPHA1, MS4A, CD33,
CD2AP e ABCA7)
Diagnóstico Molecular
GENOTIPAGEM de ApoE
Um dos potenciais terapêuticos para o tratamento da DA seria a diminuição da produção ou o aumento da degradação do
peptídeo beta-amiloide.
Monócitos foram modificados geneticamente para expressar a enzima neprilisina (NEP) que é capaz de degradar esse peptídeo
beta-amiloide.
Terapia Gênica
Doença de HuntingtonDoença neurodegenerativa
hereditáriaAutossômica dominante com
penetrânciaCompleta5 a 10 casos por 100.000 habitantes
Entre 35 e 50 anos
Movimentos involuntários e
anormais
Distúrbios psiquiátricos
Deterioração progressiva das funções cognitivas
Demênciadepressão
transtorno obsessivo-compulsivo
ansiedade
Manifestações Clínicas
Raciocínio Lento
Dificuldade de concentração, organização,
decisão
Perda de Memória
Corpo estriado Problemas com o movimento
Córtex Problemas emocionais, cognitivos e psiquiátricos
Genes AssociadosMutação região 4p16.3
Gene IT15, extremidade 5’repetições de trinucleotídeo
Glutamina
Mutação instável – pai afetadoNúmero de Poliglutaminas Idade de
manifestaçãoFenômeno de antecipação raro – 60-70
repetições
Antecipação genética
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/10111/antecipacao_genetica.
swf
Gene IT151983 – análise de ligação, sonda G8
Primeiro gene responsável por doença
localizado em humanosCodifica huntingtina
HuntingtinaPresente em vários tecidos do corpo Cérebro
Cérebro: quase exclusiva do citoplasma neuronal axônios, dendritos e corpo celular
Possíveis funções na célula:Migração vesicular e de exocitose de substâncias
neurotransmissores e enzimas
Mecanismos anti-apoptóticos
Huntingtina Normal
Huntingtina DH
35 resíduos CAG
+38 resíduos CAG
Citoplasma Neuronal
Núcleo Neuronal
X
Alteração da função normal
Interações
Celulares
Proteína Mutante
Cito-toxicidad
e
Doença de Huntington
Hunting-tina Sp1 TAFII1
30
Hunting-tina
Sp1 TAFII130
Expressão genes para
transmissão neuronal
Genes não são expressos
Degradação e
mudanças na função neuronal
Huntingtina NormalSequestra elementos
repressores de transcrição
BDNF é transcrito normalmente
* Outros genes neuronais são
transcritos normalmente
Huntingtina DHCapacidade de
reter elementos repressores é
diminuídaBDNF e outros
genes neuronais não são transcritos
Redução dos genes neuronais
Huntingtina + Proteínas do citoesqueleto
Permite circulação de vesículas nos microtúbulos
Huntingtina DH + Proteínas do citoesqueletoInterações mais fortes
Reduz o transporte de vesículas nos microtúbulos
Fortes interações com HAP-1 Morte Celular
Disfunção e morte neuronal precoce
Perda do suporte neurotrófico da
BDNF do neurônio cortical para o
estriado
Disfunção Mitocondrial
Agregados da proteína:
citoplasma e núcleo
Reciclagem Vesicular alterada
Aumento da autofagia
Transporte Axonal
Prejudicado
Desregulação transcricional
DH
Tratamento
Abordagens do Artigo
Repressão da Huntingtina mutante
através de RNAi
Atrasar ou Impedir início dos sintomas
em DH
RNAi induzido por RNAs hairpin curto (shRNAs) a fim de reduzir a expressão de htt mutante e melhorar as anormalidades associadas a DH
em um modelo de camundongo transgênico da doença.
RNAi direcionado contra o gene que codifica
HuntingtinaReduz RNAm
Reduz expressão da proteína em culturas de células e em células do
cérebro do rato
Melhora nas anormalidades
comportamentais e neuropatológicas
Terapias com RNAi possui potencial para o tratamento de DH
Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA)Doença de Lou Gehrig ou Doença de Charcot
Cãibras e tremores musculares
Atrofia dos membros superiores e inferiores
Perda de força muscular
Manifestações clínicas
Eletroneuromiografia (EMG)
Espirometria
Ressonância Magnética
Coleta do líquido cefalorraquidiano
Diagnóstico
Genes envolvidos com a ELA
Principais genes estudados
SOD1
FUS/TLS
TARDBP
13 regiões do genoma
denominadas
ALS
Apenas 10% da doença
tem caráter genético
Região ALS1: SOD1Função: Enzima Superóxido Disumutase - enzima antioxidante - conversão de íons superóxido em peróxido de hidrogênio
Mutação: gera proteína com função altamente tóxica – incapacidade de dimerizar Cu e Zn
Localização: braço longo do cromossomo 2
Região ALS6: FUS/TLSFunção: regulação de como os RNAs mensageiros são criados, modificados e transportados para produzir as proteínas
Mutação: proteína encontrada aglomerada fora do núcleo – efeito tóxico
Localização: cromosssomo 16
Região ALS10: TARDBPFunção: produz proteína TDP43 relacionada a regulação da expressão gênica
Mutação: aglomerados da proteína tóxicos ou ligada a grupos for a do núcleo – apoptose dos neurônios
Localização: braço curto do cromossomo 1
Terapia GênicaEstudos realizados com camundongos
transgênicos que expressam o gene SOD1 contendo a mutação G93A.
Utilizou-se RNAi para impedir a tradução dos mRNA não ocorrendo a produção da proteína de conformação errada.
Essa técninca utilizou como vetor os Lentivírus e obersevou-se como resultado um retardo do início dos sintomas da ELA.
Outros genes envolvidos…
Doença de Parkinson
2ª doença neurodegenerativa mais comum
Afeta principalmente idosos> 50 anos de idadePrevalência aos 65 anos
Doença de Parkinson
Crônica Progressiva Perda de neurônios dopaminérgicos da substância cinzenta do SNC.
dopamina SINTOMAS MOTORES
DISTÚRBIO DO SISTEMA MOTOR
Diagnóstico
Tratamento
Característica morfológicaCorpos de Lewy
Tratamento por controle dos sintomas
Manifestações ClínicasApós perda de 60% dos neurônios e diminuição de
80% da produção de dopaminaTremor
Rigidez dos membros e do tronco;
Bradicinesia ou lentidão dos movimentos;
Instabilidade postural
Diminuição do equilíbrio e da coordenação.
CausasAção de neurotoxinas
ambientais
Produção de radicais livres
Anormalidades mitocondriais
Envelhecimento cerebral
Predisposição genética
IDIOPÁTICA
Susceptibilidade genéticaForma esporádica
95% dos casos
Etiologia multifatorial
Fatores genéticos + ambientais
Forma familiar
5% a 10% dos casos
Histórico familiar
Fatores genéticos
Autossômica
dominante
Autossômica
recessiva
Genes envolvidos Alfa-
sinucleína (SNCA)
Parkin UCH-L1
PINK-1 DJ-1 LRRK2
GBA ATP13A2
Alfa-sinucleína
(SNCA)
UCH-L1Parkin
SNCAPARK 1 – SNCA4q21.3Herança: autossômica dominante Codifica para a alfa-sinucleína
Proteína pré-sináptica140 a.aPrincipal componente dos corpos de Lewy
SNCAMutações: A53T e A30P
Impedem degradação protéica pela alfa-sinucleína
Ligação de protofibrilas em vesículas sinápticas
Excesso de dopamina no citosol
MUTAÇÕES
Agregados protéicos
intracelulare
s (Corpos de
Lewy)
Células
dopaminérgicas prejudicad
asA presença de alfa-sinucleína, ubiquitina e subunidades proteassômicas nos corpos de Lewy
sugerem o envolvimento da alfa-sinucleína na etiologia da disfunção do complexo ubiquitina-
proteassoma na DP, o qual é essencial para a
degradação de proteínas danificadas.
SNCA
ParkinPARK 2 – Parkin
6q25.2-27
Mutações são comuns
50% dos casos de DP
Herança: autossômica recessiva
Mutações
95 já identificadas
• 40 rearranjos de éxons• 28 deleções• 14 multiplicações
• 43 SNPs• 12 inserções e deleções
Mutações mais frequentes:
• deleção do éxon 2, 3 e 4• mutações nos éxons 2 (255/256delA) • mutação pontual no éxon 7 (924C>T)
ParkinCodifica para a parkina (ubiquinona)
Envolvimento na via ubiquitina-proteassoma
Presente nos corpos de Lewy
Domínio RING
UBIQUITINA –LIGASE E3
MUTAÇÕES
UCH-L1PARK 5 – UCH-L1
4p14
Herança: autossômica dominante
Codifica para a enzima hidrolase L1 ubiquitina carboxiterminal
UCH-L1Enzima deubiquitinizante
Novos processos de ubiquitinação de proteínas danificadas
MUTAÇÕES
Outros genes envolvidosLocus Localização
cromossômicaGene Padrão de herança
PARK 1 4q21.3 Alfa-sinucleína AD
PARK 2 6q25.2-27 Parkin AR
PARK 3 2p13 - AD
PARK 4 4p15 - AD
PARK 5 4p14 UCH-L1 AD
PARK 6 1p35-p36 PINK-1 AR
PARK 7 1p36 DJ-1 AR
PARK 8 12p11.2-q13.1 LRRK2 AD
PARK 9 1p36 ATP13A2 AR
PARK 10 1p32 -
PARK 11 2q36-q37 - AD
5 novos genes
5 novos genes
Meta-análise de sequências variantes de cinco estudos GWAS da doença de Parkinson dos EUA e Europa
• investigar as associações de loci previamente identificados e identificar novos loci de risco para a doença• avaliar as consequências biológicas de variantes de risco identificadas, como SNPs• Examinar a associação de alelos variantes, tanto com a expressão gênica quanto com a metilação do DNA.
Objetivos:
Diagnóstico molecular
É recomendada a realização de testes genéticos para a identificação de mutações no gene parkin em pacientes
nos quais a doença tiver início antes dos 30 anos de idade.
Terapia gênica
BibliografiaTobin A.J; Signer, E.R. Huntington’s disease: the challenge for
cell biologists. Trends Cell Biol. 2000 Dec;10(12):531-6.Li SH, Li XJ. Huntingtin-protein interactions and the
pathogenesis of Huntington’s disease. Trends Genet. 2004 Mar;20(3):146-54.
Nasir, J; Goldberg ,Y.P; Hayden M.R. Huntington disease: new insights into the relationship between CAG expansion and disease. Hum Mol Genet. 1996;5 Spec No:1431-5.
Lynn M. ; Genetics of Alzheimer Disease; J Geriatr Psychiatry Neurol. 2010 December ; 23(4): 213–227. doi:10.1177/0891988710383571.
Bird, T. ; Genetic Aspects of Alzheimer Disease; Genet Med. 2008 April ; 10(4): 231– 239. doi:10.1097/GIM.0b013e31816b64dc.
Obrigado!