Apresenta

1
Organização do Genoma Humano
Disciplina GenéticaII Profa. Dra. Ana Elizabete
Silva
2
1990
Projeto Epigenoma -2005
Nutrigenômica
3

• GENOMA
• Conjunto de genes???
• Número total de genes???
• Conjunto haplóide de cromossomos (DNA)
• Informação genética total nas células humanas
  (conteúdo de DNA) 25 diferentes moléculas de DNA
• Complemento total de material genético da célula
  de um organismo

• EPIGENOMA
• Constitui a cromatina com suas modificações e
  associações de proteínas que fornece regulação
  epigenética
• EPIGENÉTICA são alterações herdáveis na
  expressão gênica sem modificações na seqüência de
  bases do DNA - Reversíveis

4
EPIGENOMA
GENOMA
5
ONDE OS PROCESSOS EPIGENÉTICOS OCORREM?

• DNA METILAÇÃO PROMOTOR
  (ilhas CpG) silenciamento
• HISTONAS ACETILAÇÃO
• METILAÇÃO

Código de histonas
Compactação da cromatina
6
METILAÇÃO DO DNA
Como ocorre - Adição covalente de um grupo
metil no carbono 5 da citosina na molécula de
DNA ? 5-metilcitosina - Doador
S-adenosilmetionina (SAM) - Catalisador
DNA-metiltransferases ? DNMTs (vários tipos e
isoformas)
7
METILAÇÃO DO DNA
O resultado da metilação do DNA silenciamento
dos genes através da inibição direta ou indireta
da ligação dos fatores de transcrição devido ao
processo de metilação
8
CONSEQÜÊNCIAS DOS PROCESSOS EPIGENÉTICOS

• O silenciamento dos genes através de fenômenos
  epigenéticos nem sempre acarreta problemas.
• Exemplos de eventos em que isso ocorre
• 1. Regulação da expressão gênica
• - Inativação do X
• - Imprinting genômico
• 2. Proteção do genoma contra invasão de
  seqüências de fora do organismo, por exemplo DNA
  viral (inativado por adição de metila)
• 3. Processos neoplásicos

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PROJETO EPIGENOMA HUMANOParceria do Instituto
Sanger (britânico) e empresa Epigenomics (alemã)
- 2005

• Pretende esclarecer como fatores ambientais
  (dieta e estresse) podem interferir no
  funcionamento dos genes?
• Como o estilo de vida aciona ou silencia os
  genes?
• Como gêmeos idênticos (mesmo genoma) manifestam
  doenças diversas, como
• esquizofrenia, diabetes ou câncer?
• A metilação do DNA é influenciada pela
  alimentação ? suplementação de vit B12,
• ácido fólico e betaína ? ricos em grupo
  metil ? desativação gênica

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http//www.vmr.ro/pg3-1307.htm
Nutrigenética analisa as características
genéticas individuais que podem influenciar a sua
resposta aos alimentos. Nutrigenômica permite
estudar ao longo do tempo a influência da dieta
na expressão dos genes (relacionar dados
genéticos entre indivíduos saudáveis e doentes
com a sua dieta)
11
(99,995) 30cm
(0,005)
1-5 genoma 3mm
12
A maior parte do genoma consiste em DNA repetitivo
13
MOLÉCULAS DE DNA E RNA
14
FORMAS DE DNA

• A-DNA hélice gira p/direita dupla hélice mais
  curta e mais grossa 11pb p/completar uma volta
  na hélice (conformação A pouca água)
• B-DNA hélice gira p/direita dupla hélice mais
  longa e mais fina 10pb p/completar uma volta na
  hélice (conformação B DNA em solução)
• Z-DNA rotação p/esquerda mais alongado e fino
  que o B-DNA 12 pb p/completar uma volta na
  hélice em eucariotos assume a conformação Z-DNA
  devido metilação

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Conformações do DNA
Giro Dextrógiro Sinistrógiro Dextrógiro
pb por giro 11 12 10,4
Diâmetro 25,5 A 18,4 A 23,7 A
Umidade 75 Pu/Py - CH3 92
Observada In vitro/vivo? In vitro/vivo In vitro/vivo
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CLASSES DE RNA
RNA não codificadores (ncRNA)
RNA codificador
RNA pequenos
RNA funcionais
Codifica proteínas mRNA (3)
-snRNA(small nuclear) processamento de RNA
transcritos (spliceossomo) -snoRNA (small
nucleolar) modificação do rRNA -miRNA (micro)
regulação da expressão gênica -siRNA(small
interfering) defesa do genoma contra vírus e
transposons
Não traduzidos -tRNA (15) -rRNA (70)
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Cromossomos Eucariotos
Cromatina DNA nucleoproteínas RNA
-Histonas (H1, H2a, H2b, H3 e H4) -Não Histonas
(ácidas)
Nucleoproteínas
Empacotando o DNA
Como um filamento de 5cm de DNA (tamanho médio do
cromossomo) é empacotado numa cromátide de 5?m ?
(Genoma total 30 cm) ? empacotamento de 10.000x
Nucleossomo 146pb de DNA dímeros de histonas
H2a, H2b, H3 e H4
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Organização do Genoma Compactação do DNA
DNA Nucleossomos Solenóide Alças
Domínios Cromátide do cromossomo
metafásico
7x
40x
10.000x
Cláudio C. Silva BIO / UCG
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Gene Eucarioto
Conceito de Gene 1 gene 1 proteína ????
Gene ? sequência de DNA que gera um produto
funcional (polipeptídeo ou RNA funcional)
20
GENE GLOBINA BETA (HBB) www.ncbi.nlm.nih.gov
National Center for Biotechnology Information
21
(No Transcript)
22
(No Transcript)
23

• Organização do Genoma Humano
• Genoma humano 3 bilhões pb
• No. genes 25 mil genes
• Cromossomos (23 pares) 130 milhões pb
• Gene (média) 30 mil pb
• Sequencia codificante (média) 3 mil pb
• Unidade do código genético 3 pb
• Densidade gênica variável

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Há correlação entre tamanho do gene e tamanho do
produto?
-RNAm -RNAt -RNAr
Gene DNA RNA
e i e i e
Geralmente
5
3
DNA RNAm Proteína
5
3
e i e i e
DNA RNAm Proteína
5
3
5
3
25
Exceções genes aumentam de tamanho conforme no.
e tamanho dos introns Ex. globina e molécula de
HLA Classe I interferon, mas seus genes são 2 a
4 vezes maiores
e i e i
e
5
3
DNA RNAm Proteína
5
3
e i e i e
5
3
DNA RNAm Proteína
5
3
Éxons geralmente pequenos 150 bases Íntrons
grandes 1000 100.000 bases
26
33
100x
proteínas de tamanhos similares
3
4
Comparação entre os genes humanos da
beta-globina, do fator VIII da coagulação e da
HPRT (hipoxantina ribosil transferase) genes
tamanhos diferentes, mas proteínas c/ tamanhos
similares.
27
TAMANHO DO GENOMA x No. CROMOSSOMOS

• Cromossomos variam de 55 a 250Mb (média 130 Mb)
• No. cromossomos não está relacionado com o
  tamanho do genoma
• Ex. Salamandra genoma 30x maior que humano
  (90.000.000Kb), mas metade do no. de cromossomos
  (12 cr.)

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TAMANHO DO GENOMA x COMPLEXIDADE
BIOLÓGICA Paradoxo do valor C (conteúdo de DNA)

• Não há correlação exata tamanho do genoma (no. de
  genes) e complexidade do organismo
• -genoma humano
• 200x gt levedura S. cerevisae (12Mb -16 cr.)
• 30x lt plantas e anfíbios
• 220x lt ameba (670 bilhões de pb )
• Diferenças devido maior número de sequências DNA
  repetidas nos genomas maiores

29
http//www.bioloja.com/info/info.asp?id95
30
DENSIDADE GÊNICA

• Genes distribuídos ao acaso nos cromossomos?
  variação na densidade gênica
• Cromossomos 17, 19 e 22 - ricos em genes
• Cromossomos 4 , 13, 18, Y - pobres em genes
• Bandas G claras ( ricas em GC) - ricas em genes ?
  6p21.3 Complexo HLA (70genes/0,9 Mb)
• Bandas G escuras (ricas em AT) pobre em genes ?
  Xp21 (2,4Mb) gene DM

31
DENSIDADES GENÔMICAS DIFERENTES
Complexo HLA - vários genes sobrepostos - 6p21.3
Gene distrofina Xp21
32
NÚMERO GENES X PROTEÍNASSPLICING ALTERNATIVO

• Explica diferenças entre modesto tamanho do
  genoma humano e elevado proteoma
• 25 mil genes ? 100 mil a 1 milhão de proteínas
• QUAL MECANISMO?
• Maioria dos genes humanos ? Encadeamento
  Alternativo ou Recomposição Alternativa
• Alguns genes podem gerar milhares de isoformas de
  proteínas
• Conforme sexo do organismo
• estado de desenvolvimento
• tecido
• ambiente

33
Splicing alternativo resulta em diferentes
combinações da união de éxons ? resultando em
diferentes proteínas sintetizadas do mesmo
pré-mRNA 60 genes humanos apresentam splicing
alternativo
34
SPLICING ALTERNATIVO
35
SPLICING EDITORAÇÃO OU PROCESSAMENTO
Introns sequência consenso 5 GU
sequência consenso 3 - AG
36
SPLICEOSSOMO
http//www.youtube.com/watch?vFVuAwBGw_pQ
Complexo de snRNP (ribonucleoproteína nuclear
pequena) e precursor do mRNA remoção dos introns
37
Exons constitutivos (cinza) regiões de SA
(vermelho) Introns linhas pretas Tracejado
indicam-se os eventos de splicing.
38
SPLICING ALTERNATIVO - TROPOMIOSINA
39
Distribuição de Genes Humanos
Os genes se distribuem sobre uma das duas fitas
do DNA
Como é essa distribuição?
-Genes dentro de íntrons -Genes
sobrepostos -Genes agrupados
DNA
genes região intergênica
40
Genes intrônicos
GENE NF1 - Neurofibromatose
Genes dentro de introns intron 26 contem 3 genes
internos transcritos a partir da fita oposta
OGMP glicoproteína mielínica do
oligodendrócito EV12A e EV12B genes humanos
homólogos a genes murinos que podem estar
implicados na leucemogênese
41
GENES SOBREPOSTOS
Genes das subunidades ATPase 6 e 8 mitocondriais
parcialmente sobrepostos e traduzidos em fases de
leitura diferentes
42

DNA REPETITIVO
Organização gênica em tandem
50-75
Genes de Cópia Única
Organização gênica em agrupamento intimo
Famílias gênicas organizadas em único/múltiplos
agrupamentos
DNA genômico
Organização gênica em agrupamento composto
Seqüências repetitivas funcionais
Famílias gênicas dispersas
DNA Repetitivo
DNA altamente repetitivo
Seqüências repetitivas sem função conhecida
VNTR
Elementos Classe I
Elementos transponíveis
Elementos Classe II
43
Seqüências repetitivas funcionais
-Famílias gênicas organizadas em um agrupamento
único ou em múltiplos agrupamentos gênicos
-Organização gênica em tandem Ex. RNAr (única UT
250 vezes) cromossomos 13,14,15,21 e
22 -Organização gênica em agrupamento íntimo Ex.
Hbs -Organização gênica em agrupamento composto
(genes não relacionados em função e seq.) -
Ex. Complexo HLA (Classe I e II e Complemento)
-Famílias gênicas dispersas Ex. histonas (61
genes) RNAt (40 subfamílias)
44
Organização gênica em tandem
45
FAMÍLIAS GÊNICAS AGRUPADAS
46
FAMÍLIA GÊNICA DISPERSA HISTONAS 61
genes/11grupos
47
Famílias Gênicas Agrupadas com Pseudogenes
PSEUDOGENES sequência de DNA genômico similar
aos genes normais, mas não-funcionais (19.000
pseudogenes)
MECANISMOS

• Duplicação
• durante o processo de duplicação pode ocorrer
  modificações (mutações, inserções, deleções) ?
  perda de função

Retrotransposição transcrição reversa de um
mRNA e subsequente reintegração do cDNA no genoma
(90 dos pseudogenes)
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DUPLICAÇÃO
RETROTRANSPOSIÇÃO

• Pseudogenes não-processados cópias não
  funcionais de um gene ? éxons e introns

• Pseudogenes processados cópias não-funcionais de
  éxons de um gene ativo ? encontrados em famílias
  gênicas dispersas ? integração nos cromossomos
  de um cDNA (retrotransposição)

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SEQÜÊNCIAS DE DNA REPETITIVAS EXTRAGÊNICAS

• -DNA altamente repetitivo DNA Satélite
• -repetições curtas em tandem (regiões
  centroméricas e teloméricas)
• não transcritas (heterocromatina)
• VNTR Repetições em tandem de Número Variáveis
• - Minissatélites
• -STR Repetições em tandem Curtas
• Microssatélites
• -Seq. Repetidas dispersas (Elementos
  transponíveis)
• SINE (Elementos Nucleares Intercalares Curtos)
• LINE (Elementos Nucleares Intercalares Longos)

50
(1,690 g-cm-3)
(1.701 g-cm-3)
51
Localização cromossômica das principais classes
de DNA repetitivo
52
MINISSATÉLITES (VNTR) unidades repetidas de DNA
com 10-100 pb (30pb), resultam de inserção em
tandem. Encontrados preferencialmente nas regiões
teloméricas (geralmente não transcritas) ? sítio
p/ recombinação homóloga.
Utilizados como marcadores polimórficos
datiloscopia de DNA
http//www.fathom.com/course/21701758/session1.htm
l
53

• MICROSSATÉLITES (STR)
• unidades repetidas de 2-4 pb, como
• CACA...CA
• CAACAA...CAA
• AAATAAAT...AAAT.
• Existem 6,5x105 microssatélites no genoma
  humano.
• Lócus de microssatélite é multi-alélico cada
  pessoa deve ser heterozigota em mais de 70
• Espalhados por todo o genoma

10
8
6
http//www.usask.ca/biology/rank/316/genomics/geno
mics.htm
54
SEQUÊNCIAS REPETIDAS DISPERSASElementos de
transposição Retrotransposons

• SINE (Short Interspersed Nuclear Elements)
  família de repetições Alu
• Família Alu 300 pb (ricas em GC)? 1 milhão
  membros no genoma (10 DNA total)? originada por
  retrotransposição ? localização preferencial em
  bandas G- (eucromatina entre genes e dentro de
  íntrons) ? promotora de recombinação desigual
  (duplicação gênica).
• LINE (Long Interspersed Nuclear Elements)
  elementos LINE-1 ou L1
• Família L1 seq. Longas (6 a 8 Kb) ? 850 mil
  cópias (20 genoma) - move-se com um
  retrotransposon (transcriptase reversa)
• Alu e LINE1 encontradas em introns e seq. não
  traduzidas (presentes nos transcritos primários
  do gene) Ex. gene Rb

55
DNA Repetitivo e Doenças inserção de elementos
L1 ou Alu

• Alu e L1 causa de mutações em doenças
  hereditárias ? retrotransposição ? geram cópias
  que se integram em outras partes do genoma ?
  inativação insercional de um gene
• Inserção de Alu e L1
• Hemofilia A seq. L1 inserida no gene do fator
  VIII ? inativação do gene
• Neurofibromatose tipo 1 inserção Alu

56
BENEFÍCIOS X DILEMAS

• Uso indiscriminado de testes genéticos para
  doenças multifatoriais (SNPs)
• Implicações validade analítica, validade clínica
  e utilidade clínica
• Baixo nível de validade clínica riscos
  psicológicos e de saúde, discriminação social e
  estigmatização

57
DESAFIO Se o laboratório de Biologia Molecular
do IBILCE realizasse testes genéticos para risco
de doenças como D. Alzheimer Doença
cardiovascular Diabetes Depressão Alcoolismo Cânce
r de mama QUEM FARIA O TESTE??? POR QUE???
58
Acessar o site www.ncbi.nlm.nih.gov No quadro
All databases selecionar Gene, colocar
símbolo do gene de interesse. Ex HBB
(hemoglobina, beta) e clicar em Search
59

• Na tabela que irá aparecer, clicar no primeiro
  símbolo (HBB) (hemoglobina, beta, Homo sapiens)

60

• Na página seguinte contendo as informações do
  gene HBB hemoglobina, beta (Homo sapiens),
  localizar Genomic regions, transcripts, and
  products e selecionar GenBank em Go to nucleotide

61

• Aparecerá todas as informações do gene HBB
• - com a barra de rolagem da página, localizar as
  seguintes informações
• Gene (1...1686) tamanho do gene em pb
• - mRNA join (1...142, 273...495, 1346...1686)
• - CDS (sequência codificadora) join (51...142,
  273...495, 1346...1474)

62
- no final da página está a sequência completa do
gene com os números da posição de cada base
63

• Copiar a sequência e colar no WORD.
• localizar e marcar com cores diferentes o exon 1
  (posição 51 até 142), o exon 2 (posição 273 até
  495) e o exon 3 (posição 1346 até 1474)
• Marcar também o códon de início da transcrição
  (ATG) e o stop códon (TAA)

64
 Em seguida, juntar os três exons marcados,
deletar os números que ficam no meio da sequência
e verificar a quantidade de nucleotídeos ( 444
nt). Esses 444 nt correspondem à sequência
consenso e ela é obtida voltando na página das
informações do gene e clicando conforme indicado
abaixo
65
(No Transcript)
66
2.  Identifique os modelos de DNA abaixo A-DNA,
B-DNA e Z-DNA . Caracterize e diferencie cada
tipo.
1
2
3
67
3.      Conceitue o evento abaixo que ocorre
durante o processamento do RNAm originando
proteínas diferentes. Descreva 3 mecanismos para
sua origem ou formação.