Resumo da 1ª Frequência de Genética - Prova Oral (PDF)

**Estrutura do DNA** **DNA** - Molécula que contém o material hereditário responsável pelo desenvolvimento, funcionamento e reprodução dos organismos, cuja principal função é armazenar informação genética necessária para a produção de proteínas (genes codificantes). **Major and minor grooves** - S...

**Estrutura do DNA** **DNA** - Molécula que contém o material hereditário responsável pelo desenvolvimento, funcionamento e reprodução dos organismos, cuja principal função é armazenar informação genética necessária para a produção de proteínas (genes codificantes). **Major and minor grooves** - São importantes na ligação de proteínas envolvidas na replicação e transcrição do DNA. T - facilmente oxidável, está protegida do O2 no núcleo; U - é resistente à oxidação, fora do núcleo. **DNA e cromossomas (cr)** A dupla hélice do DNA está enrolada à volta de proteínas alcalinas (histonas) q organizam o DNA numa estrutura compacta (cromatina), q condensada forma o cr. **Genoma** - todo o material genético existente num organismo, que fornece a info necessária à vida. **Genoma nuclear** (cél eucarióticas) e **Genoma mitocondrial**. **Genes** - unidades de info funcional, codificadas por determinada sequência de DNA. **Genética de populações** - foca-se no estudo das variações genéticas que ocorrem no genoma, permitindo a evolução. **Genoma nuclear** A cromatina existe em 2 formas - **eucromatina** (menos condensada e pode ser transcrita) e **heterocromatina** (altamente compactada e normalmente n é transcrita). **Nucleossoma** - unidade básica da cromatina Cada cr tem 1 **centrómero** q o divide em 2 braços (braço curto - 'p' e braço longo - 'q'). No final de cada braço temos o **telómero** - região de sequências repetitivas de DNA q protegem o final do cr. **Cariótipo** - conjunto dos cr de uma espécie. **Autossomas** - têm genes para características q não estão relacionadas c/ o sexo biológico (22 pares). **Cromossomas sexuais** - X e Y determinam o sexo biológico. **Metacêntrico**: centrómero na região central do cr. **Submetacêntrico**: centrómero um pouco afastado do centro. **Acrocêntrico**: centrómero próximo de 1 dos pólos. **Telocêntrico**: centrómero localizado num dos pólos (ausente em humanos). **Mapeamento citogenético** Método de coloração para identificar regiões específicas no cromossoma; [cada cr tem um padrão de bandas distinto], coradas de acordo com a sua condensação. Ex: O gene da hemoglobina (HBB) encontra-se no cromossoma 11p15.4 - significa que HBB está no braço curto p, na banda 15.4 A Hibridação in situ por fluorescência (FISH) - utiliza sondas fluorescentes de DNA, complementares a determinadas regiões cromossómicas. **Genoma mitocondrial** As mitocôndrias (tiveram origem na endocitose de cél procarióticas) são organelos que produzem adenosina trifosfato (ATP). - O DNA mitocondrial (mtDNA) é semelhante ao nuclear, constituído por dupla cadeia e codificante, é circular, e tem +- 17 000 bp; - Contém 37 genes q codificam para 13 proteínas (ATP), 22 tRNAs e 2 rRNAs; - Não tem histonas, os genes codificantes não têm intrões, e as regiões intergénicas são limitadas; - Não consegue produzir todas as proteínas para funcionar independentemente, necessita de proteínas importadas do núcleo. - Tem herança materna, mas estudos recentes sugerem herança biparental em certas circunstâncias; - É constituído por 2 cadeias - pesada (H), rica em guanina, e leve (L), rica em citosina; - **Control region** - **região não codificante** (NCR) - contém elementos necessários à replicação e transcrição do mtDNA. **Replicação do DNA** Ocorre na interfase e é composta por 3 fases (iniciação, elongamento e terminação). A **interfase** é parte do ciclo celular e é composta pelas fases G1 (crescimento celular), S (duplicação do DNA) e G2 (continuação do crescimento celular - verificação de erros). **Iniciação** A replicação tem início na **origem de replicação** (OR). Nos humanos, não parece existir uma sequência consensus para as OR, sendo que as **proteínas iniciadoras da replicação** identificam e ligam-se a modificações específicas nos nucleossomas. **Complexo de pré-replicação (pré-rc)** - Antes da fase S, o pré-RC reconhece e organiza-se nas OR durante o final da mitose e início de G1. - Existem cerca de **2.5 x 10^4^ OR em células de metazoas**, permitindo que múltiplos locais iniciem a replicação de genomas complexos. - As OR são reconhecidas pelo complexo de proteínas de reconhecimento de origem (**ORC**). Segue-se a ativação de outras proteínas de iniciação. 1. As enzimas **DNA topoiosomerase** controlam o superenrolamento da molécula de DNA. 2. A enzima **helicase** quebra as ligações de H entre a dupla cadeia de DNA. 3. Pequenas moléculas designadas por **single-stranded binding proteins (SSB)** ligam-se às cadeias simples de DNA para impedir que se voltem a formar as pontes de H. **Elongamento** Como a molécula de DNA é altamente estável, esta serve de "molde" para a replicação de novas moléculas de DNA - **replicação semiconservativa**. 4. A enzima **primase** sintetiza oligonucleótidos de vida curta ([primer de RNA]) que se ligam a cada cadeia. 5. Depois do primer estar no lugar, a **DNA polimerase** envolve cada cadeia, e liga novos nucleótidos complementares às bases livres. 6. A DNA polimerase apenas consegue adicionar nucleótidos à posição **3' da cadeia original** → uma das cadeias é lida na direção 3 ' -- 5', e a **nova cadeia é formada no sentido 5 ' -- 3 ' (leading strand)**. 7. A outra cadeia **(lagging strand)** está na direção 5 ' -- 3'. Como a DNA polimerase não consegue adicionar nucleótidos à posição 5 ', os primers de RNA são continuamente adicionados e a síntese de DNA ocorre em fragmentos (**fragmentos de Okazaki** -- 100 - 200 nt), na direção 5 ' -- 3', tal como a leading strand. 8. A enzima **DNA ligase** liga os fragmentos de Okazaki para formar uma cadeia única. **Na replication fork de eucariotas, existem 3 complexos distintos de polimerases que contribuem para a replicação de DNA:** **Polimerase α** - associada à **RNA primase e este complexo sintetiza um primer**. Ocorre na iniciação da replicação para iniciar a síntese da leading strand, e tb no final 5' de cada fragmento de Okazaki na lagging strand. A **Pol α não é capaz de continuar a replicação** de DNA sendo substituída pela **Polimerase ε** (delta) para a replicação da leading strand e **Polimerase δ** (epsilon) para gerar fragmentos de Okazaki durante a síntese da lagging strand. - 2 replication forks são formadas na OR, extendendo-se em ambas as direções, formando a **bolha de replicação**. - Existem **múltiplas OR nos cr eucariotas**, q permitem q a replicação ocorra simultaneamente em vários locais de cada cromossoma. **Terminação** As replication forks progridem numa maneira bidirecional até o complexo de replicação encontrar um **sinal de terminação**, q ocorre qd **2 replication fork convergem.** **Deteção de erros durante a replicação** Falhas nos processos de replicação e segregação podem causar mutações e rearranjos cromossomais, causando doenças ou mm a morte. Mecanismos de deteção e reparação de erros asseguram a (quase) perfeita fidelidade da replicação do DNA. - O **1º mecanismo de defesa** contra uma elevada taxa de mutação é a atividade **proofreading** das polimerases, q podem identificar [nucleótidos mal incorporados] através do seu domínio exonuclease 3'-5' (a polimerase é sensível à geometria do par de bases). - A sua função é [remover os primers de RNA]. - O mecamismo de proofreading nem sempre é eficiente, sendo necessário uma 2ª linha de defesa - a **mismatch repair (MMR)**. - A sua função é [corrigir o emparelhamento inadequado de bases] e pequenas [inserções/deleções] que são criados durante a replicação devido a [polymerase slippage.] **Replication slippage** - ocorre qd a DNA polimerase se dissocia da cadeia e se liga a uma sequência próxima, resultando numa deleção ou numa inserção de sequências. **Deteção de erros de replicação** 1. MutS α ou MutS β iniciam a reparação de DNA ao reconhecerem e ligarem-se a emparelhamentos errados (mismatch). 2. Este complexo inicia a atividade da endonuclease q faz cortes na cadeia simples perto do mismatch, e abre locais de entrada para a exonuclease 1 (EXO 1) levando à dissociação final da lesão do DNA. 3. A enzima DNA ligase une os fragmentos. **Consequências de erros de replicação** Instabilidade genómica, acumulação de mutações ou anomalias cromossómicas. Embora o cancro seja a classe de doenças + associada a instabilidade genómica, existem diversas doenças congénitas associadas com replicação de DNA disfuncional. Exemplos: - Síndrome Meier-Gorlin causa naninsmo,.. Causada por mutações em genes codificantes para proteínas de reconhecimento de origem de replicação (ORC). **Replicação de DNA mitocondrial** Ocorre predominantemente durante a interfase. - POLγ (gamma) é a polimerase responsável pela síntese das cadeias H e L. Requer a ação da helicase TWINKLE para separar as cadeias. - A replicação da cadeia H inicia-se e procede unidirecionalmente; a **cadeia parental H é deslocada e ligada a single-stranded DNA-binding proteins (mtSSB)** que previnem a formação de estruturas secundárias. - Qd o complexo de replicação atinge OriL, a **cadeia H original forma uma estrutura em loop**. - Ambas as cadeias H e L continuam a sua síntese até formarem o círculo completo e se separarem. Defeitos na replicação de mtDNA podem causar doenças genéticas, como: - **Síndrome de Alpers** - doença autossómica recessiva degenerativa do sistema nervoso central; **Ataxia espinocerebelosa de início infantil** (IOSCA) - desordem autossómica degenerativa do cerebelo, tronco cerebral, medula espinhal, causada por mutações num gene q codifica a helicase Twinkle. **Divisão Celular** **Cromossomas homólogos Cromatídeos Irmãos** **Mitose** Divisão somática das células responsáveis pelo crescimento, proliferação e diferenciação dos tecidos. (2 cél filhas) O **nº de cr não é reduzido** em cada divisão mitótica, pq antes da divisão, cada um dos cr é replicado. Os cr não são visíveis ao microscópio ótico em células q n estão em divisão (interfase). **Meiose** Divisão celular que **reduz o nº de cr durante a formação dos gâmetas** - cada célula diplóide sofre 2 rondas de divisão (meiose I - etapa reducional e meiose II - etapa equacional) para dar origem a **4 células filhas haplóides**.  - **Profase I:** a diferença entre mitose e meiose é visível pq os cr além de se condensarem, tb se alinham com os seus homólogos. **Crossing-over: aumento da variabilidade genética nas populações** através de **recombinação** entre cromossomas homólogos. - **Metafase I:** os **pares homólogos** alinham-se na zona equatorial para separação, e a sua orientação é aleatória, o q permite a formação de gâmetas c diferentes conjuntos de homólogos. - **Anafase I: os cr homólogos são separados** (segregados) e movem-se para pólos opostos da célula (**cromatídeos irmãos permanecem ligados).** - **Telofase I/citocinese:** os cr homólogos estão nos pólos opostos e a célula divide-se em 2 por estrangulamento da zona equatorial. Ou seja, os **cr homólogos** estão agora em **células diferentes**. As células avançam para meiose II **sem duplicarem o seu DNA** (não há interfase) - **Profase II:** os centrossomas afastam-se e o fuso meiótico começa a capturar os cr. - **Metafase II:** os cr individuais alinham-se na linha equatorial. - **Anafase II:** os cromatídeos irmãos separam-se e são puxados para pólos opostos da célula. - **Telofase II:** as membranas nucleares começam a rodear cada grupo de cromossomas. - **Citocinese:** divide os grupos de cromossomas em diferentes células - **4 células haplóides formam o produto final da meiose**... **gâmetas**. **Erros na replicação de DNA e divisão celular** **Euploidia e aneuploidia -** alterações do nº ou da estrutura dos cromossomas de um organismo. **Euploidia:** altera o conjunto completo de cr; o nº de genomas é alterado, haplóide (n), diplóide (2n) ou poliplóide (3n,4n,etc). A euploidia não é compatível com a vida. **Aneuploidia**: altera o nº dos cromossomas. - **monossomia** (2n-1) - **trissomia** (2n+1) - a mais comum - **nulissomia** (2n-2) - **tetrassomia** (2n+2) 1 ou + cr podem ser indevidamente segregados (anafase), e as cél filhas podem ter +- cromossomas que o normal - **aneuploidia**. Erros na segregação (anafase) durante a formação dos gâmetas podem levar à aneuploidia no organismo inteiro, o que por vezes pode ser incompatível com o desenvolvimento embrionário. A **poliploidia** ocorre devido a falhas na citocinese, ou devido a fusão celular. Existem diferentes tipos de aneuploidia: **perda ou ganho de cromossomas completos**, mas tb pode existir **aneuploidia segmental**, caracterizada por perdas ou ganhos de apenas **uma parte do cromossoma**, e outros rearranjos cromossomais complexos. Aneuplodia pode tb ocorrer em células somáticas, e aumenta com a idade. **Mosaicismo** Ocorre qd existe uma variação no nº de cr em **diferentes linhas celulares do corpo, que resultam de eventos mutacionais (aneuploidia parcial)**. Embriões com mosaicismo derivam de erros durante a anafase. O mosaicismo pode ser [somático] - não transmitido entre gerações - ou de [linhagem germinativa] (pode ser transmitido às gerações seguintes). **Genes e genoma** ***Gene -\> RNA -Transcrição*** Existem 2 classes principais de genes no genoma: - **Genes codificantes de proteínas** - **Genes codificantes de RNA -** o produto funcional é algum tipo de RNA não codificante de proteína (tRNA, rRNA, microRNA, siRNAs, RNAs longos,...). **Pseudogenes** - sequências de DNA semelhantes a genes codificantes mas que não produzem proteínas funcionais, por acumulação de mutações a longo prazo. (codões iniciais em falta, codões stop prematuros, intrões em falta,...) Estrutura típica de um gene codificador de uma proteína: - Exões - região codificante para proteína - Intrões - região não-codificante de proteína (splicing alternativo), reguladores - Regiões reguladoras - promotor, enhancer/silencer - Sequência terminadora - sequência de nucleótidos q marca o final de 1 gene durante a transcrição (codão stop). **Transcrição** Processo de produção de uma cópia de RNA (mRNA) a partir de uma sequência de DNA, que transporta a informação necessária para produção de uma proteína. Envolve 3 passos: iniciação, elongação e terminação. É efetuada no núcleo, e o mRNA maduro é exportado para o citoplasma através dos poros nucleares. Existem 3 tipos de RNA polimerases: I, II e III -\> têm 8 ou + subunidades q facilitam a ligação e o processamento do DNA durante a transcrição. A [transcrição para mRNA] é realizada pela enzima [RNA polimerase II] que forma a molécula precursora de mRNA (pré-mRNA). Inicia-se qd a **RNA polimerase** se liga a determinadas proteínas - **fatores** **de transcrição (TFs)** - que se ligam a sequências específicas do promotor. Os **binding sites dos TFs** são sequências curtas, especificamente ligadas por 1 ou + TFs, os quais podem **promover ou bloquear o recrutamento da RNA polimerase**, tornando os genes + - ativos. **1.** Para a transcrição ter início, **TFIID (um fator de transcrição) liga -se à TATA box**, o q induz uma **dobra na dupla hélice de DNA** e o **recrutamento de TFIIB para estabilizar o complexo.** **2. TFIIB** recruta a Pol II e TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF e TFIIH para **formar o complexo de pré-iniciação (PIC).** **3.** O **domínio CTD (carboxil-terminal) da Pol II é fosforilado por TFIIH**, e as **cadeias de DNA são separadas.** **4. A Pol II é libertado do PIC** e pode **mover-se para a frente**. Todos as TFII exceto TFIIH ficam para trás. **5**. Durante a terminação, a **RNA polimerase dissocia-se** e a **fosforilação** pode ser **reciclada**. - Os TFs podem-se ligar tb em regiões reguladoras distantes dos genes; no caso de promoverem a transcrição, as sequências são chamadas de **enhancers**, no caso de reprimirem a transcrição são **silencers**. - 1 característica dos enhancers é q atuam [independentemente da distância e orientação dos genes alvo]: podem estar a centenas ou milhares de bases de distância. - A atividade dos enhancers envolve a ligação a TFs específicos de células/tecidos, em resultado de **DNA looping** para interação direta com o promotor. **RNA Splicing** - mecanismo que remove os intrões do pré-mRNA através do spliceosome. Os **splice sites** vão [remover os intrões] dos transcritos primários em [sequências conservadas]. [Alterações destes nucleótidos conservados resulta na inibição do splicing.] Estes localizam-se nos [términos 5' e 3' dos intrões]: quase sempre, a sequência de RNA que irá ser removida [começa com GU no seu término 5', e termina com AG em 3'. ] O **spliceosome** é uma estrutura composta por vários **small nuclear RNAs (snRNA's)**. Este complexo depende da complementaridade entre snRNA's e os intrões e exões, e interações entre proteínas. Existem 5 snRNA's designados por U1 , U2 , U4 , U5 e U6. O [spliceosome é ativado ao se ligar ao pré-mRNA, e remove os intrões e une os exões.] **Terminação da transcrição** - Passo final da síntese de RNA onde o novo transcrito é libertado da RNA polimerase e ambos são libertados da cadeia de DNA. Uma terminação eficiente e a tempo assegura que não sejam produzidos transcritos incorretos ou que o complexo continue a transcrição para genes adjacentes. A maioria dos mRNAs contêm um **sinal poly(A)** - **5′-AAUAAA-3′** - q é seguido por uma sequência rica em **G-U**. Quando a Pol II transcreve poly(A), ocorre uma redução deste processo, levando a uma clivagem no transcrito seguido por uma **poliadenilação (adição de As)** no produto clivado. **5' cap (five prime cap) - adição de uma guanina modificada** q é crucial p/ a estabilização do transcrito, splicing, poliadenilação, exportação p/ o citoplasma e eficiência da tradução p/ proteína. **Cauda 3' polyA** - adição de \~100-200 nucleótidos de adenina, q torna o transcrito + estável e auxilia na exportação para o citosol. **UTR - untranslated region** - segmentos de RNA localizados no 5' UTR ou entre o codão stop e a cauda poly(A) (3' UTR). Transcritos para pré-mRNA mas n p/ a proteína; 5'UTR é necessária para ligação ao ribossoma e reconhecimento do início da tradução; 3'UTR elemento regulatório q determina a taxa a q a tradução prossegue. ***Gene -\> RNA -\> proteína - tradução*** **Código Genético** - instruções contidas num gene para "construir" uma proteína específica. **Codão** - conjunto de 3 bases que especificam um determinado aa (3 nucleótidos de **mRNA).** **Codogene -** 3 nucleótidos de **DNA.** **Anticodão -** 3 nucleótidos de **tRNA.** **Codão de iniciação** - **AUG** (ATG em DNA), q especifica o **aa Metionina (Met)**. Existem 64 codões possíveis, 3 dos quais não codificam para aa mas indicam o final de uma proteína - **codões Stop UAA, UAG e UGA**. Os restantes 61 codões especificam 20 aa q compõem as proteínas. A **Metionina e o Triptofano (Trp) são os únicos aa que são codificados por apenas 1 codão.** **Código genético degenerado** - um aa pode ser codificado por vários codões. **Tradução** - o mRNA é lido de acordo com o código genético, q relaciona determinada sequência de DNA com a sequência de aa na proteína. Ocorre em organelos especializados - **ribossomas** - localizados no citoplasma e no retículo endoplasmático, e são constituídos por uma **large subunit** e por uma **small subunit**. **Open Reading Frame (ORF)** - corresponde à sequência de DNA/RNA q começa com um codão **AUG** e termina com um codão **stop**. Como os codões são formados por 3 bases, e as cadeias complementares de DNA são 2, podem existir **6 frames de leitura** pelo ribossoma. Para um gene codificante de proteína, a frame correta será a mais longa e que não tem codões stop intercalados. **Modificações pós-tradução** As modificações pós-tradução de proteínas (PTMs) são **processos covalentes que alteram as propriedades das proteínas**, e que aumentam muito a diversidade funcional do proteoma (conjunto de proteínas e variações q ocorrem numa célula devido a um estímulo específico). Incluem clivagem proteolítica e adição de grupos químicos a 1 ou + aa - acetilação, fosforilação, glicolisação, metilação, etc. A alteração da estrutura e dinâmica das proteínas pelas PTMs, é importante, podendo ser reversíveis ou irreversíveis. **Impacto de erros durante a transcrição e tradução** Erros durante a transcrição ou tradução do mRNA para proteína podem levar a: \- alterações no mRNA \- redução do nível de funcionalidade da proteína \- funções aberrantes Erros durante a tradução incluem: \- incorporação do aa incorreto \- troca de frame \- a tradução não terminar no codão stop ou terminação prematura (produzindo proteínas divergentes da sequência codificada). **Genótipo e Fenótipo** A ligação entre genótipo e fenótipo [nem sempre é linear]. As razões para a [disparidade] entre genótipo e fenótipo incluem: - **Penetrância** - proporção de pessoas portadoras de 1 determinada variante genética q expressam uma condição associada - completa (100%) ou reduzida (\ RNA -\> RNAs não codificantes de proteína** **RNAs não codificantes (ncRNAs) de proteína** constituem uma importante classe de [elementos reguladores] da expressão de genes codificantes de proteína, e tb estão envolvidos no processamento de outros RNAs como tRNAs e rRNAs. Incluem: \- MicroRNAs (miRNAs) \- Pequenos RNAs de interferência (siRNAs) \- RNAs circulares \- Long noncoding RNAs (lncRNAs), etc. De que maneira é que a descoberta de ncRNAs desafiou o dogma central da biologia? **Gene -\> RNA -\> miRNAs** **miRNAs** - funções reguladoras que afetam a diferenciação, desenvolvimento e crescimento celulares (participam da manutenção da homeostasia). São transcritos a partir de genes codificantes de miRNAs - **miR genes**. 1. Os **genes miR** são transcritos no núcleo pela **RNA polimerase II em pri-miRNAs**; 2. Pri-mRNA são clivados no núcleo pela enzima **DROSHA**, formando os pré-miRNA; 3. O pré-miRNA é exportado para o citoplasma e processado pela enzima **DICER1**, onde o loop é removido; 4. O miRNA duplex é incorporado pelo complexo de proteínas **RISC**, onde a proteína endonuclease **Argonauta2 (AGO2)** é um componente essencial; 5. Uma cadeia é descartada, deixando apenas a cadeia **miRNA maduro**, q irá fazer a regulação do mRNA alvo. Os miRNAs podem controlar a expressão de mRNAs, principalmente **por terem complementaridade com a região 3' UTR do mRNA alvo**. O mRNA alvo é degradado por **perfeita** **complementaridade com o miRNA (seed region)**, ativando a atividade endonuclease da AGO2. **Complementaridade parcial com o mRNA alvo** promove uma repressão da tradução, mas sem alterar muito os níveis de mRNA: promovem a dissociação prematura dos ribossomas, inibição da elongação, etc. **Transcritoma humano** Consiste nas regiões do genoma q estão a ser transcritas em dado momento. Ele varia entre estados de desenvolvimento, entre tipos de células, entre indivíduos, e é influenciado por muitos fatores ambientais - **não existe um único transcritoma humano mas muitos, todos dependentes do contexto.** Ao analisar a coleção inteira de sequências de RNA em determinados tecidos/células, é possível determinar onde e quais genes estão ativados ou não. Dependendo da técnica utilizada (bases de dados dos transcritomas), é possível contar o nº de transcritos para determinar a atividade de um gene - expressão. Quase todas as células têm os mm genes, mas **diferentes células têm diferentes padrões de expressão de genes**. Estas diferenças são responsáveis pelas diferentes propriedades e comportamentos dos diferentes tecidos. **Transposable elements** (TE, transposões) são **segmentos de DNA** que têm a capacidade de **mover ou fazer cópias deles próprios em diversas regiões do genoma**. Cerca de metade do genoma humano consiste nestes elementos, sendo que muitos deles já perderam a capacidade de se propagar no genoma, mas continuam como uma fonte de recombinações e mutações. TEs contribuem para a **plasticidade e evolução do genoma!!** São um mecanismo potente de expansão do genoma, que ao longo do tempo é contrabalançado com a remoção de DNA via deleções. Existem 2 classes principais de TEs, com base no seu mecanismo de transposição: **Classe I** - **retroelementos ou retrotransposões**, propagam-se por transcrição reversa de um RNA intermediário ("cópia e cola"): **DNA-RNA-DNA**. A maioria dos TEs humanos são non-LTR (long terminal repeats) retrotransposões **LINE e SINE (Alu)**. (+ abundante no genoma) **Classe II** - **transposões de DNA**, movem-se principalmente por um mecanismo de "corta e cola": **DNA-DNA**. Existe tb um grande nº de sequências repetitivas não autónomas q são dependentes de um elemento auxiliar q assegura a sua mobilidade e amplificação no genoma. Podem ter consequências no genoma e na expressão de genes: **1)** **Rearranjos genómicos**: recombinação ectópica, i.e., recombinação entre loci não-homólogos - deleções de genes, duplicações, translocações ou inversões cromossomais. **2)** **Modificação da estrutura de genes** e regiões reguladoras por inserção: aparecimento de novos intrões ou exões, causando frameshifting ou codões stop prematuros. **3)** **Alteração de controlo epigenético**. **DNA repetitivo** Consiste em segmentos de nucleótidos que são repetidos, quer parcial quer completamente, noutras regiões do genoma humano - **DNA repetitivo**. Cerca de 8% do genoma humano consiste em **tandem repeats**, onde cópias repetidas são adjacentes. Os maiores tandem repeats são designados por **DNA satélite** e os menores são designados **microssatélites**. Apesar da maioria do genoma ser constituída por sequências repetitivas, **alterações no nº de cópias das unidades de repetição** são consideradas como **não tendo qq associação com o fenótipo humano**. No entanto, existem diversos exemplos de **variações das unidades de DNA repetitivo** que causam **doenças ou alterações fenotípicas**, sendo que alguns ncRNAs derivam de sequências repetitivas. Os polimorfismos podem ser classificados pelo seu tamanho: **1. Single nucleotide polymorphisms (SNPs)** **2. Microsatélites (Short Tandem Repeats STRs)** 3\. Inserções/inversões/deleções/duplicações de pequena escala **4. Minisatélites** **5. Elementos repetitivos de pequena escala (SSREs)** 6\. Submicroscopic copy number variants (CNVs) 7\. Heteromorfismos cromossómicos (CHs) 8\. Euchromatic variants (EVs)(eucromatina - menos condensada) Os **microssatélites** tendem a mostrar variação no nº de cópias tandem - **Copy number variation** (CNV). Existe + CNV no genoma humano do q variação de um único nucleótido (single nucleotide variation). Os **altos níveis de CNV dos microssatélites** são úteis em **estudos de genética de populações**, onde cada variação do nº de cópias é tratada com um alelo. CNV de microssatélites de 3 nucleótidos têm sido associados c várias doenças genéticas e tb são utilizados em análises genéticas e forenses: Como [cada indivíduo tem um padrão de microssatélites quase único], a amplificação destas regiões por PCR pode ser informativa para estudar **dissomia uniparental** (**1 pessoa recebe 2 cópias de um cr ou parte de um cr de um dos progenitores e nenhuma cópia do outro**), testes de paternidade ou para identificação de um violador. Os **telómeros** são regiões protetoras dos cr, q previnem a fusão dos cr e evitam perda de DNA durante a replicação, e são excecionalmente **ricos em DNA repetitivo**. O **microssatélite telomérico de 6 bp 5′-TTAGGG-3′** é um dos mais conhecidos, e estes elementos repetitivos sofrem uma degradação nas células somáticas com a idade. Os **minissatélites** são unidades de repetição de 10-100 nucleótidos - tb designados por **variable number tandem repeats (VNTRs)**. Tendem a ser [+ estáveis do q os microssatélites], mas tb apresentam CNV. Os **elementos repetitivos de pequena escala** (SSREs) podem ser moderada a altamente repetitivos. A maior parte deles será de origem retroviral: durante a evolução ter-se-ão tornado componentes normais do genoma - retrotransposões LINE e SINE. **Mutações** **Variação Genética** - estados genéticos alternativos em regiões homólogas do genoma. Estes estados alternativos existem devido à **existência de erros durante a replicação de DNA** e **durante a meiose** - se estes mecanismos fossem 100% corretos, não haveria evolução! A maioria das mutações envolve a substituição de 1 nucleótido por outro, tal como as mutações que produzem os SNPs. Outras mutações envolvem rearranjos, inserções ou deleções de nucleótidos (indels).  **Rearranjos** Ocorrem qd há [quebras nos cromossomas], q podem resultar de: 1. **Translocações**, onde o segmento quebrado se liga a um cr diferente, **não-homólogo**. 2. **Inversões**, onde o segmento quebrado se volta a ligar ao cr original mas numa orientação invertida (46 cr). Outros rearranjos incluem **duplicação em larga-escala e deleções**. Muitos tipos de rearranjos cromossomais são deletérios devido a problemas na meiose, mas **2 classes de rearranjos são + comuns**, e contribuem para a variação do pool genético - **translocações Robertsianas e inversões**. Os cr rearranjados designam-se por **derivativos**. 1. **Translocações** As **translocações Robertsianas** envolvem **2 cr acrocêntricos não-homólogos**, onde os braços longos "q" se fundem para formar **1 único cromossoma metacêntrico**. Pode ocorrer nos 5 pares de cr humanos q são acrocêntricos: 13, 14, 15, 21 e 22 (+ comuns entre 13/14 e 14/21). O final dos braços curtos (p) de todos os cr acrocêntricos contém sequências repetitivas de DNA semelhantes que os predispõem para a fusão, mas que depois se perdem - o [total de cr de um indivíduo com translocação Robertsiana é 45] (mas o conteúdo cromossomal é equilibrado, já q a perda dos braços curtos não é problemático). Contudo, costumam produzir gâmetas desequilibrados q podem resultar em zigotos monossómicos ou trissómicos. A fertilização de um gâmeta desequilibrado com um gâmeta normal pode resultar numa diversidade de zigotos: Monossomia 14, trissomias 13, 14, 15, 22 e monossomia 21 - letais para o embrião. As restantes possibilidades são cr normais, translocação Robertsiana equilibrada e trissomia 21. **Translocação recíproca -** troca de fragmentos entre 2 cr não homólogos - o nº total de cr permanece 46. - Pode ser **equilibrada**, com desenvolvimento normal, mas pode resultar em **alterações da estrutura dos genes** devido à nova localização e/ou expressão anormal dos genes, levando a um fenótipo diferente. - Podem ocorrer na **linha germinativa por erros durante a meiose**, e em **células somáticas, por erros durante a mitose**. Durante a meiose, os cr homólogos emparelham. Qd uma translocação recíproca está presente, os 4 cr (ie, os 2 derivativos e os 2 normais), formam uma estrutura designada por **quadrivalente**. A. **Segregação alternada** origina 2 gâmetas normais e 2 gâmetas equilibrados; B. **Segregação adjacente-1** produz 4 gâmetas desequilibrados; C. **Segregação adjacente-2** produz 4 gâmetas desequilibrados. Um [portador de uma translocação recíproca equilibrada] pode produzir gâmetas desequilibrados, resultando em zigotos com **trissomia parcial e monossomia parcial** para as regiões afetadas do cr. A probabilidade de ter um filho com cada uma das 4 possibilidades depende da frequência dos gâmetas. 2. **Inversões** Não alteram o conteúdo do cr -\> pode haver ou não consequências fenotípicas. Podem originar união de genes, disrupção da estrutura dos genes, e erros de orientação (consequências para a transcrição). As inversões cromossómicas podem ser: - **Paracêntricas** - o fragmento invertido não inclui o centrómero. - **Pericêntricas** - o fragmento invertido inclui o centrómero. Qd um cr com uma inversão emparelha com o homólogo normal durante a meiose, ocorre a formação de um **loop**. Se um **nº ímpar de crossing-overs ocorrer dentro do loop**, serão formados **gâmetas desequilibrados**. **Inversão paracêntrica** - Durante a meiose, o **loop não contém o centrómero**. - Qd os cr emparelham, o segmento invertido (cr com **ACBD)** forma um loop de modo a formar o loci para o alinhamento; o cr **ABCD** permanece linear. - Um crossover em qq local da região invertida produz uma ponte dicêntrica (2 centrómeros), e um fragmento acêntrico (sem centrómero). - Para identificar a **ponte dicêntrica**, 1º trace o cromatídeo de cima, da direita para a esquerda, até ao centrómero (**DCBA**); - Depois trace o 2º cromatídeo da esquerda para a direita, através da inversão, onde se cruza com o 3º cromatídeo (**ABCA**); repare que leva ao centrómero, e ao 4º cromatídeo; - O 3º cromatídeo da ponte dicêntrica, da esquerda para a direita, é **ACBD**; - Para identificar o **cromatídeo acêntrico**, trace o cromatídeo de baixo, da direita para a esquerda, através da inversão, até ao final do lado direito do 2º cromatídeo - **sem centrómero (DBCD)**; - Durante a telofase I, os **2 centrómeros do dicêntrico segregam-se para pólos opostos, e a ponte quebra-se.** - O **fragmento acêntrico não se move para nenhum pólo e desaparece**. - Isto produz **2 produtos de deleção**, onde 1cr tem 1 cromatídeo com o grupo completo de loci e o outro cromatídeo tem em falta 1 ou + loci. **Inversão pericêntrica (+ comum)** - Durante a meiose, o **loop contém o centrómero.** - O cromatídeo de cima tem o arranjo normal (**ABCD**). - O 2º cromatídeo é **ABCA**, ie, tem o **locus A duplicado** e **locus D em falta**. - O cromatídeo de baixo é **DBCD** (**locus A em falta e D duplicado**). - O 3º cromatídeo tem o arranjo invertido **DBCA**. - Isto produz **produtos de duplicação e de deleção**, ie, **cromatídeos que contêm loci extra e loci em falta**. Em ambas as inversões, um **nº par de crossing-overs no loop resulta em gâmetas normais**, com metade a herdar a inversão normal e metade a herdar a inversão equilibrada. Um **nº ímpar de crossovers** produz 2 produtos de deleção (paracêntrica) e 2 produtos de deleção e duplicação (pericêntrica). - **2 crossovers no loop** - todos os produtos são viáveis, não há redução na fertilidade. - **ambos crossovers fora do loop** - todos os produtos são viáveis, não há redução de fertilidade. - **1 crossover no loop e 1 fora do loop** - 2 gâmetas com deleções, levando a decréscimo de fertilidade. Resumo do efeito de inversões... - **Crossing-over ímpar é suprimido se ocorrer dentro do intervalo definido pela inversão**: produção de cr gaméticos q são **duplicados/deficientes** **para material genético**, resultando em letalidade do zigoto; - Apenas os **cromatídeos parentais (normal e invertido equilibrado) são retidos para a geração seguinte**; - As **inversões permitem o aparecimento de complexos de genes co-adaptados**: a região dos cr dentro dos pontos de quebra pode conter alelos de genes q conferem um aumento do fitness qd ocorrem juntos. Classificação das inversões de acordo com a sobreposição com regiões de genes: - **Intergénicas** - a sequência dos genes não é interrompida, embora todo o gene possa ser invertido; - **Intrónica** - a inversão ocorre totalmente dentro um intrão de um gene; - **Quebra de genes** - inversões q quebram os genes, quer no seu término quer por inversão de exões. **Inserções e deleções (indels)** **Indels** - inserções ou deleções de 1 ou + nucleótidos numa sequência de DNA. Qd \> designam-se por **variações estruturais.** Indels nas regiões codificantes originam 2 tipos de variantes: - **Frameshift (FS)** - alteram a reading frame a partir do local do indel, o q pode **produzir diferentes proteínas (não sinónimas - missense) ou levar à sua terminação prematura (nonsense).** [ ] - **Não frameshift (NFS) (em frame)** - consistem em indels de **múltiplos de** **3 bp**, introduzindo a inserção ou deleção de 1 ou + aa, enquanto o resto da sequência da **proteína se mantém intacta**. O mecanismo + comum proposto para a **formação de indels** chama-se **slipped strand mispairing ou polymerase slippage**, onde a DNA polimerase e a nova cadeia recém formada se dissociam temporariamente da cadeia de DNA original. Afeta regiões com DNA repetitivo. Outros mecanismos de formação de indels: - **Defective Mismatch Repair** - acumulação de indels não corrigidos pelo mecanismo de MMR causa frequentemente frameshifts nos exões. - **Recombinação meiótica desigual** - recombinação envolvendo cr homólogos mal alinhados pode resultar na formação de indels na linha germinativa. - Em casos de grandes deleções, crossover homólogo desigual ocorre entre elementos repetitivos como sequências Alu (elemento + abundante no genoma humano), orientadas na mm direção ou em direções opostas **Consequências Funcionais** - **Decréscimo da transcrição do gene mutado** Ex: Síndrome do X frágil, a 2ª causa + comum de deficiência intelectual, é causada pela expansão de um trinucleótido CGG na região 5'-UTR do gene FMR1, causando um decréscimo de expressão; indivíduos com +200 cópias são doentes, -50 são normais, e entre 50-200 cópias são pré-mutações. - **Agregação anormal de proteínas** A expansão de trinucleótidos dentro das regiões codificantes causa doenças devido à produção de proteínas alongadas. Muitas condições advêm da expansão de CAG. Ex: indivíduos com doença de Huntington têm 36 ou + repetições de CAG no gene HTT, sendo que 60 ou + repetições levam ao aparecimento precoce da doença. - **Doenças por função "tóxica" do mRNA** Ex: Distrofia miotónica tipo 1, causada por uma expansão de CTG na 3'UTR do gene DMPK, o que causa diminuição da expressão e alterações em diversas outras proteínas. - **Instabilidade de microssatélites/expansão rápida de repetições** As doenças causadas por repetição de trinucleótidos, incluindo Síndrome do X frágil e doença de Huntington exibem [antecipação]; qd o **nº de repetições atinge um certo nº, as sequências tornam-se instáveis e expandem-se rapidamente na gametogénese, com a transmissão de repetições + longas para as gerações seguintes**, q apresentam sintomas + graves do q os progenitores e aparecimento precoce da doença. - **Alteração de splicing** A inserção ou deleção de nucleótidos na sequência de genes pode **criar novos splicing sites**, com alterações **na sequência de mRNA e da proteína**, q podem **ter ou não consequências funcionais.** - **Frameshift** Além de alterarem a sequência de aa, tb causam o aparecimento prematuro de codões stop. O mRNA resultante é sujeito a degradação por non-sense-mediated mRNA decay. - **Decréscimo ou aumento da atividade de proteínas por indels não frameshift** Por alteração por exemplo de domínios da proteína, com consequente alteração da atividade. **Single Nucleotide polymorphisms (SNPs)** - São variações no DNA ao nível de **1 nucleótido**. - Não são necessariamente mutações, se forem detetados em + de 1% da população - **polimorfismos**. - São o tipo + comum de variação genética no genoma humano, existindo milhões de locais de SNPs - [contribuem para a variação fenotípica]. - Existem quer em regiões **codificantes** quer **não-codificantes** do genoma. - São causados por processos mutacionais aleatórios tais como a incorporação incorreta de nucleótidos durante a replicação de DNA ou danos no DNA. Estas forças mutacionais são muitas vezes contrabalançadas pelos mecanismos de reparação de DNA e por seleção Darwiniana. - Os SNPs localizados nas regiões [codificantes] podem causar alterações **sinónimas ou não sinónimas**. Embora as **mutações sinónimas** **não afetem a sequência de aa da proteína**, elas podem alterar a expressão da proteína ao afetar: - Modificações pós-transcricionais (5' cap, polyA, splicing). - Taxa de tradução. Em contraste, as **mutações não sinónimas** **causam alterações na sequência de aa**, resultando em mudanças: - Estrutura da proteína. - Propriedades físicas e químicas (estabilidade, solubilidade, etc). - Função da proteína. [Efeito funcional dos SNPs de acordo com a sua localização]: a\) SNPs nos promotores podem alterar a expressão ao modificar os binding sites dos TFs. b\) SNPs nas 5'-UTR podem modificar o início da tradução e estabilização do mRNA. c\) SNPs nos intrões podem alterar o splicing, e modular a exportação para o citoplasma. d\) SNPs nos exões pode causar a substituição de um aa por outro. e\) SNPs nas 3'-UTR podem modificar a estabilização dos transcritos e a localização do mRNA no citoplasma. SNPs podem ser usados como **marcadores biológicos** para encontrar genes ligados a doenças. O que pode acontecer se houver uma alteração de um nucleótido (SNP) numa região promotora? -\> Altera-se a expressão devido a uma modificação dos binding-sites dos fatores de transcrição. **-\> SNP na região reguladora (promotora) do gene** pode **alterar a afinidade dos TFs** e contribuir para o **aparecimento da doença**. SNPs podem ser de 2 tipos: - **Transições** - mudança entre 2 purinas (2 anéis, A - G) ou 2 pirimidinas (1 anel, T - C) - **Transversões** - mudança entre 1 purina e 1 pirimidina (A - C, G - T, A - T, G - C) Nas [regiões codificantes] do genoma ocorrem + transições do que transversões - pensa-se que **transversões são - comuns nos exões pq é + provável q resultem em substituições de aa.** Nas [regiões não codificantes], as **transversões** são + prováveis de **alterar a estrutura local do DNA, o binding dos TFs,** e logo alterar a **atividade dos elementos reguladores.** **Recombinação e conversão de genes** **Recombinação genética** - rearranjo de sequências de DNA, através de mecanismos de quebra e (re)ligação de cromossomas ou segmentos de cromossomas. **Recombinação meiótica** - exemplo de recombinação genética onde as sequências de DNA emparelham e são homólogas em grande parte da sua extensão - **recombinação homóloga**. É [recíproca], pq cada cr recebe info comparável à info que transmite → **crossing-over**. A recombinação homóloga é essencial para a **disjunção apropriada** e **manutenção da estabilidade genómica durante a meiose**. Durante a meiose, o processo de recombinação é iniciado pela introdução de **DNA double-stranded breaks (DSBs)** em localizações específicas do genoma → existe **variação substancial na taxa e na distribuição de crossovers entre indivíduos, géneros e populações**. Na meiose, o processo de recombinação (RH) inicia-se com: 1. A introdução de **DSBs em locais múltiplos** **do cr**, catalizados pela proteína Spo11. 2. Depois da Spo11 ser removida, o processo de RH envolve atividade exonuclease para gerar **3' single-straded DNA (ssDNA).** 3. Rad51 e DMC1 recombinases ligam-se às caudas 3' ssDNAs e fazem uma procura por dsDNA homólogo intacto. 4. Depois da sequência homóloga ser encontrada, as recombinases promovem a **invasão (D-loop)** das ssDNAs no DNA duplex homólogo. 5. Depois da troca de cadeias, existem [2 modos de reparação]: **double-strand break repair (DSBR) e synthesisdependent strand annealing (SDSA)**. **Double-strand break repair (DSBR)** DNA polimerase e outros fatores sintetizam e ligam o DNA em falta, formando [Holliday junctions], cuja resolução é efetuada por clivagem, e a sua orientação resulta em crossover ou non-crossover. **Synthesis dependent strand annealing (SDSA)** Método preferido de reparação em células somáticas. Mecanismo semelhante a DSBR até à formação do D-loop. Ao invés da formação de Holliday junctions, depois da síntese de DNA, a cadeia nascente dissocia-se via helicase e faz o annealing de volta com a outra cadeia. Não forma crossover. A [recombinação homóloga] durante a mitose [promove a estabilidade do genoma] através de reparação precisa do DSB do DNA e outras lesões formadas durante o metabolismo celular normal e em resposta a fatores externos adversos. A [distribuição dos crossovers] ao longo do genoma tb é variável, e existem regiões de DNA com **taxas de recombinação muito baixas (coldspots)**, e outras com **taxas de recombinação muito altas (hotspots)**. [Hotspots] são regiões onde o crossing-over ocorre com + frequência do q nas regiões circundantes. A distribuição destas regiões [difere entre indivíduos], causando padrões hereditários de taxas de recombinação variável. A distribuição dos hotspots é [positivamente correlacionada com o conteúdo em GC] e com a [distribuição dos elementos repetitivos], e [negativamente relacionada com a densidade de genes]. **Conversão de genes** - Forma de **recombinação homóloga não-recíproca** → envolve a **transferência unidirecional** de material genético de uma sequência "dadora" para uma sequência "recetora" homóloga. - Ocorre + entre regiões alélicas, mas tb pode ocorrer entre regiões não-alélicas. - SDSA pode produzir conversão de genes. - Na maioria das circunstâncias onde a conversão de genes é causa de doenças genéticas, o gene funcional é todo ou quase todo convertido para a sequência de um pseudogene altamente homólogo que atua como dador → **tem como consequência o gene recetor ficar não-funcional**. **Introdução à genética de populações** 1. **Genética de populações -** ciência da variação genética entre populações de indivíduos no espaço e tempo. Assenta em 3 premissas: 1. DNA pode-se replicar 2. DNA pode mutar e recombinar 3. DNA e o ambiente interagem para produzir diferentes fenótipos Pode ser dividida em 2, de acordo com o tipo de variação estudada: - **Mendeliana** - limitada a características que mostram uma distribuição descontínua na população, como o grupo sanguíneo. - **Quantitativa** - onde não é possível classificar os indivíduos em classes discretas, como por ex altura, pressão sanguínea, colesterol total,\... O genótipo de um indivíduo refere-se aos **alelos específicos que transporta em 1 ou + loci**. A maioria dos loci no genoma humano têm **múltiplos alelos - estados alternativos do mm gene**. - Alelos múltiplos são designados por **polimorfismos**. - Por ex, um SNP pode ser um polimorfismo (estado alternativo entre nucleótidos na mm posição). - Alelos múltiplos podem ser combinados na reprodução sexuada e dar origem a **diferentes genótipos.** - Genótipos são descritos como **homozigóticos** se existirem 2 alelos idênticos num locus e **heterozigóticos** se os 2 alelos diferirem. - Alelos podem ser **dominantes ou recessivos** - qd um organismo é heterozigótico para um locus específico e tem um alelo dominante e um recessivo, vai expressar o fenótipo dominante. - Genética utiliza **pedigree** para investigar variação genética ou covariação entre características fenotípicas. Como dito anteriormente, a genética Mendeliana aplica-se apenas a caract q apresentam uma **distribuição descontínua na população** e podem ser **agrupadas em classes - fenótipos**. Cada característica é controlada por alelos idênticos ou não, q definem o [genótipo]. Esta teoria diz q para cada característica Mendeliana, existem **2 alelos por locus e por indivíduo** e que **apenas 1 está presente em cada gâmeta, de forma aleatória**. **Indivíduos relacionados tendem a ser + semelhantes fenotipicamente** pq partilham + alelos idênticos. - Doenças humanas podem ir desde [características Mendelianas "simples"] como a Fibrose Cística, q resulta de mutações no gene CFTR até [características extremamente complexas] como a altura, q é influenciada por centenas de variantes e fatores ambientais. - Características Mendelianas simples podem exibir heterogeneidade alélica e nos loci. **Dominância** refere-se à relação entre 2 versões do gene. O alelo dominante expressa-se de uma forma + forte do que o recessivo. Ex: o **alelo recessivo produzir uma proteína não-funcional**. A cor da íris é um ex de genética Mendeliana, com o castanho sendo dominante sobre o azul. - **SNP's podem ser diferentes alelos.**  **Pedigree** q mostra a 1ª geração homozigótica azul e homozigótica castanha, a 2ª geração com heterozigóticos castanhos, e 3ª geração com azul ou castanho, dependendo do outro progenitor. Contudo, isto apenas descreve 1 parte da cor, há variações intermédias como verde, cinzento e albino (não possui nenhuma pigmentação, pelo q o modelo Mendeliano não se aplica). A genética de populações considerava 2 alelos em cada locus de gene baseada na suposição que os genes existem em pares! Características quantitativas são **poligénicas**, ie, controladas por vários genes - o valor da característica quantitativa varia **continuamente**. **Polimorfismo -** refere-se à coexistência de 2 ou + fenótipos alternativos numa população, q são causados por formas alternativas do mm alelo. (alelos múltiplos) 2. **Frequência alélica -** taxa de ocorrência de determinado alelo numa população. Forças que podem afetar a frequência alélica: 1. Seleção natural 2. Mutação 3. Gene flow - introdução de novos alelos na população 4. Genetic drift - alteração aleatória da frequência alélica 5. Genetic bottleneck - diminuição da diversidade genética por qq evento 6. Seleção sexual Podem ser identificados 3 níveis de estrutura de populações: - **Organismos individuais** - **Sub-populações** - **População total** **Cálculo da frequência alélica** É determinada pelo nº de vezes q 1 alelo aparece na população / pelo nº tt de cópias do gene. Se existirem +2 alelos de um gene numa população, adicionam-se todos no denominador. A **pool genética** consiste em todas as cópias desse gene na população. **Ex: 9 plantas com 2 alelos, W e w → cada planta pode ser WW, Ww ou ww.** Estão presentes 13 cópias do alelo W e 5 cópias do alelo w. O nº tt de cópias na população é 13 + 5 = 18. Por convenção, qd existem apenas 2 alelos para um mm gene na população, as frequências são dadas pelos símbolos p e q: **p = frequência de W** e **q = frequência de w** A soma das 2 freq tem de ser 100% **(p+q=1)**  3. **Hereditariedade Mendeliana** **1ª Lei de Mendel (Lei da segregação dos caracteres):** Durante a formação dos gâmetas, os 2 alelos de um mm locus separam-se (segregam) um do outro; deste modo, [cada gâmeta tem uma probabilidade igual de conter cada um dos alelos.] **2ª Lei de Mendel (Lei da segregação independente):** Os alelos de 2 (ou +) genes diferentes organizam-se em gâmetas independentemente um do outro; o alelo que um gâmeta recebe de um gene não influencia o alelo recebido por outro gâmeta. No entanto, há uma [exceção]: qd os loci estão próximos no mm cromossoma dizem-se ligados, e por causa disso, **não segregam independentemente.** Qd os [genes estão muito próximos no cromossoma], o crossing-over tb ocorre, mas o resultado (em termos de gâmetas) é diferente: em vez de se separarem independentemente, os genes **tendem a ficar juntos durante a meiose** - **passam juntos para um gâmeta**. **Quadro de Punnet:** permite determinar os genótipos e fenótipos possíveis da descendência, bem como a probabilidade de ocorrência de cada um. **Doenças autossómicas recessivas de gene único** Ocorrem apenas em indivíduos com **2 alelos mutantes do gene associado à doença, herdando cada alelo de cada progenitor.** Ambos os progenitores são portadores da característica (heterozigóticos), mas podem não manifestar a doença. Pode não se verificar em todas as gerações. **Doenças autossómicas dominantes de gene único** Ocorrem em indivíduos que apresentam **mutação de 1 dos alelos associados à doença**. A **presença de um alelo mutado é suficiente para induzir a doença**. - A condição geralmente não "passa" gerações. - Se ambos os progenitores apresentam a doença, mas a descendência não, então ambos são heterozigóticos. - A maioria das mutações leva à produção reduzida de determinada proteína ou a uma proteína inativada. **Equilíbrio de Hardy-Weinberg** Este **teorema** lida com a genética Mendeliana no contexto de **indivíduos 2n, com reprodução sexuada.** - A frequência dos alelos numa população **mantém-se constante de geração para geração**. Pressupostos do equilíbrio Hardy-Weinberg: 1. Não existe mutação. 2. Não existe fluxo genético. 3. O acasalamento é aleatório. 4. Não existe seleção natural. 5. O tamanho da população é infinito. Ex: [Frequência alélica:] [Frequência genotípica:] Alelo A = 12/40 = 0.3 (p) AA = 2/20 = 0.1 Alelo a = 28/40 = 0.7 (q) Aa = 8/20 = 0.4 aa = 10/20 = 0.5 p^2^+2pq+q^2^=1 p^2^ = (0.3)^2^ = 0.09 = 9% AA q^2^ = (0.7)^2^ = 0.49 = 49% aa -\> 9%AA + 42% Aa + 49%aa = 1 (Equilíbrio...) 2pq = 2\*(0.3)\*(0.7) = 0.42 = 42% Aa Vamos supor que os besouros acasalam **aleatoriamente** - reprodução seria o resultado de 2 eventos aleatórios: seleção de 1 espermatozoide e de 1 óvulo do [mm pool genético] (todas as cópias de um gene na população). A probabilidade de formação de qq genótipo (AA, Aa ou aa) na geração seguinte é a mm probabilidade de formar o conjunto de óvulo e espermatozóide que produz esse genótipo. - O equilíbrio de Hardy-Weinberg é um **equilíbrio neutro**, ie, uma população perturbada no seu equilíbrio de frequências genotípicas [vai atingir o equilíbrio depois de uma geração de acasalamento aleatório] (se os outros pressupostos do teorema forem observados). Contudo, se as frequências alélicas mudarem durante esse período, haverá um **novo equilíbrio**. - Esta propriedade distingue um [equilíbrio neutro de um equilíbrio estável]; o **equilíbrio de Hardy-Weinberg não é estável**, já q uma alteração nas frequências genotípicas é geralmente associada com uma alteração nas frequências de alelos (p e q), o que vai levar a novos valores de p^2^, 2pq e q^2^. Assim, uma população que verifique os pressupostos de Hardy-Weinberg irá [permanecer no novo equilíbrio até ser novamente perturbada]. - As **populações naturais geralmente não estão em equilíbrio de Hardy-Weinberg**. - As populações tendem a evoluir - as **frequências alélicas de pelos menos alguns genes mudam de uma geração para a outra.** Ex: Numa população numa aldeia em África, indivíduos foram analisados ao sangue para estudar a anemia falciforme, que é causada por uma [mutação recessiva num gene]. Na análise, [116 indivíduos eram portadores (heterozigotos]) para [alelo de anemia falciforme], e [75 eram homozigotos para alelo normal]. Existe evidência para a evolução do gene da anemia falciforme nesta população? **[Observado:]** Usando 'S' como alelo normal e 's' como alelo da anemia falciforme - **75 SS** - **dominante homozigótico** - **116 Ss - heterozigótico** - 116 + 75 = 191 -\> 200 - 191 = **9 ss - recessivo homozigótico** **Frequência genotípica ss:** 9/200 = 0.045 **Frequência genotípica SS:** 75/200 = 0.375 **Frequência genotípica Ss:** 116/200 = 0.58 p^2^+2pq+q^2^=1 -\> p^2^=0.442 ; 2pq=0.445 ; q^2^=0.112 **Está em equilíbrio de Hardy-Weinberg,** pelo que verificamos a **[Equação do Esperado]:** **-\>** Multiplicamos as frequências genotípicas dos indivíduos pela população tt para obter o nº de indivíduos esperados de determinado genótipo. p^2^ = 0.442 -\> 0.442\*200 = 88.4 2pq = 0.445 -\> 0.445\*200 = 89 q^2^ = 0.112 -\> 0.112\*200 = 22.4 **Conclusão:** Χ^2^ 18,24 \> Χ^2^ 3,841 → H0 rejeitada → a população não está em equilíbrio HW! O observado não correspondeu ao esperado, pois não está em equilíbrio HW. Logo, sim, existe evidência para a evolução do gene da anemia falciforme nesta população! ***Linkage disequilibrium* (LD)** é um parâmetro que descreve o grau no qual um alelo de uma variante genética é herdado ou correlacionado com um alelo de uma variante genética vizinha (não aleatório), numa dada população. O termo *Linkage disequilibrium* descreve a **variação genética que ocorre numa população ao longo do tempo.** Está relacionado com o ***genetic linkage***, onde 2 loci num cr permanecem fisicamente juntos através de gerações. Os loci dizem-se em ***linkage disequilibrium* qd a frequência da associação dos diferentes alelos é \> ou \< do que o expectável.** - 2 loci dizem-se em ***linkage equilibrium*** **se o alelo A e o alelo B são independentes**, e a frequência dos alelos numa população e a frequência na geração seguinte é a mesma. - **Alelos** **A e B dizem-se em linkage disequilibrium qd não são herdados independentemente**, causando um desvio na frequência esperada. 4. **Hereditariedade não-Mendeliana** **Alelos múltiplos:** Mendel estudou apenas genes com 2 alelos nas ervilhas, mas existem muitas características que têm + de 2 alelos de um gene nas populações. Ex: Tipo sanguíneo Existem 3 alelos na população humana, embora cada um de nós herde apenas 2: I^A^ - Tipo A (dominante); I^B^ - Tipo B (dominante); I - Tipo O (recessivo) Uma criança tem sangue tipo A e a mãe é B. O pai é: O ou **AB**? **Antigéno leucocitário humano (HLA):** - Conjunto de genes q codificam para o complexo de histocompatibilidade, q desempenha um importante papel regulador da resposta imune - ajudam o sistema imunitário a distinguir entre organismos estranhos e as células e tecidos do próprio corpo. - São um dos complexos mais polimórficos em humanos, com vários milhares de alelos que codificam para péptidos funcionais. **Dominância incompleta** - qd 2 alelos produzem um **fenótipo intermédio** (heterozigótico) entre 2 fenótipos homozigóticos - **nenhum alelo se sobrepõe ao outro**. Ex: Tipo de cabelo, altura e doença de tay-sachs [Doença de Tay-Sachs ] - O alelo normal produz uma enzima responsável pela quebra de lípidos. - O alelo com mutação produz uma enzima não funcional. - Heterózigóticos produzem metade da enzima funcional, o que pode ser suficiente para um desenvolvimento normal. - Homozigóticos só produzem enzimas não funcionais, o que leva à acumulação de lípidos no cérebro. **Co-dominância** - qd 2 alelos produzem **diferentes fenótipos num único indivíduo.** Ex: Tipo sanguíneo AB e anemia falciforme [Anemia Falciforme] - mutação no gene ꞵ-globina (HBB) - **Indivíduos homozigóticos para o alelo normal HBB** produzem eritrócitos flexíveis, semelhantes a discos, que viajam facilmente através dos vasos. - **Homozigóticos falciformes** produzem glóbulos vermelhos rígidos em forma de foice que entopem os vasos sanguíneos. - **Indivíduos heterozigóticos** produzem os 2 tipos de células e raramente sofrem complicações da doença. **Pleiotropia** - qd o mm gene **afeta + do q 1 característica** (expressão de carateres múltiplos → fenótipos múltiplos). Contribui para o desenvolvimento de doenças raras. Pode ter origem em 3 mecanismos distintos mas que se podem sobrepor: - **Pleiotropia génica** - ocorre qd um produto de um gene interage com outras proteínas ou catalisa múltiplas reações; - **Pleiotropia do desenvolvimento** - ocorre qd mutações têm efeitos múltiplos no fenótipo resultante; - **Pleiotropia por seleção** - ocorre qd o fenótipo resultante tem muitos efeitos no fitness (nível de sucesso) do organismo. **Carateres poligénicos** - múltiplos genes convergem para resultar num único fenótipo. - Características físicas como altura, cor da pele e cor dos olhos são ex de fenótipos controlados por vários genes. Contudo, certos fenótipos como peso e altura, são parcialmente influenciados por [fatores ambientais]. **Hereditariedade ligada ao sexo** - refere-se a características q são influenciadas por genes localizados nos cromossomas sexuais. - Nos humanos, refere-se a **características ou condições influenciadas por genes no cr X**, já q contém muito + genes que o cr Y + pequeno. - Indivíduos do sexo masculino (1 cópia X) são + propensos a serem afetados por este tipo de hereditariedade do que indivíduos do sexo feminino (XX), já que estas podem ter uma 2ª cópia (alelo), não mutada, q causa sintomas menores ou mm o desaparecimento de sintomas de determinada condição. Ex: **Hemofilia** - [desordem causada por um gene anómalo no cr X] - deficiência de fatores de coagulação do sangue. - Nos homens, a presença desse gene resulta no fenótipo da doença, mas não transmitem esse gene aos filhos homens, pq esses apenas herdam o gene Y do pai, não o X. Contudo, todas as filhas do homem com fenótipo da doença são portadoras, pq receberam o cr X do pai para serem XX, e podem transmiti-lo aos filhos. **Frequência de variantes que resultam em doenças:** - Genes responsáveis por doenças hereditárias parecem ser caracterizados por um \> comprimento da sequência codificante para aa, um \> nº de intrões, são expressos num \> tipo de tecidos, e apresentam uma \> distribuição filogenética. Tb estão distribuídos não uniformemente no genoma. **Mecanismos epigenéticos de regulação de genes** **Epigenética -** estudo de como a **atividade de genes é controlada sem alteração da sequência de DNA.** Refere-se a alterações que possam ocorrer no fenótipo, sem alterar o genótipo. **Alterações epigenéticas** - **modificações no DNA que regulam se os genes são ativados ou reprimidos** - estas alterações são "ligadas" à cadeia de DNA e não alteram a sua sequência. - Esta regulação influencia a produção de proteínas específicas nas células, e ajuda a assegurar q cada célula produz apenas as proteínas necessárias para a sua função - por exemplo proteínas que promovam o crescimento ósseo não são produzidas no músculo. Os mecanismos epigenéticos incluem **metilação de DNA, RNAs não codificantes e modificações de histonas**. **Fatores ambientais influenciam o aparecimento e manutenção de modificações epigenéticas**, com influência no fenótipo. **Metilação de DNA** No genoma de mamíferos, a **metilação de DNA envolve a transferência de um grupo metil para a posição C5 de citosinas para formar 5-metilcitosina.** A metilação de DNA é catalizada por uma família de genes - **DNA metiltransferases (Dnmts)**, q transferem o grupo metil a partir da molécula S-Adenosil metionina (**SAM**). Em células somáticas, a metilação é encontrada quase inteiramente em **nucleótidos CpG**. **CpG islands** - regiões nos promotores dos genes com um grande nº de CpGs, que não são necessariamente metiladas. **Uma grande parte das CpG islands compreendem transcription start sites (TSS) e + de metade dos genes contêm CpG islands.** O [nível de metilação nas regiões transcritas] dos genes tem sido positivamente correlacionado com a [transcrição], mas a **metilação nos promotores e enhancers é negativamente correlacionada com a expressão de genes.** O DNA está enrolado nas histonas, formando os nucleossomas; qt + forte for essa associação, - permissivo é o DNA para a expressão de genes → uma das características comuns das **CpG islands é conterem menos nucleossomas do q outras regiões do DNA.** - Muitos binding sites dos TFs são ricos em CG, e as CpG islands é provável que promovam a ligação dos TFs aos binding sites. - A [metilação de DNA torna a cromatina + compactada] e [inacessível para os TFs], levando ao [silenciamento da expressão]. - O DNA metilado atua como binding site das proteínas **methyl-CpG binding domain (MBDs).** - As MBDs, associadas a outros fatores como as histonas deacetilases podem [induzir estados repressivos da cromatina.] A. Metilação em CpGs de binding sites nos promotores dos genes pode induzir a não ligação dos Tfs. B. CpGs metilados recrutam proteínas MBD, q podem bloquear fisicamente os TF binding sites, ou recrutar outros repressores da atividade dos TFs, levando ao silenciamento da expressão dos genes. **Dnmt3a e Dnmt3b** estabelecem novos padrões de metilação - ***de novo* Dnmt**. **Dnmt1** atua durante a replicação de DNA para copiar o padrão de metilação da cadeia parental para a nova cadeia sintetizada - **Dnmt de manutenção**. A **perda de metilação de DNA - demetilação** - é observada em diferentes contextos e pode ser: - **Ativa** - processo enzimático que remove ou modifica o grupo metil das citosinas; ocorre através de [oxidação] por uma família de proteínas designadas por **ten-eleven translocation methylcytosine dioxygenases (TET1 - TET3).** - **Passiva** - perda de metilação de Cs durante rondas sucessivas de replicação, na ausência de mecanismos de manutenção de metilação. As proteínas TET oxidam a 5mC → 5fC → 5caC. Os derivados altamente oxidados de citosina são excisados pela timina DNA glicosilase (TDG), para **regenerar o C não modificado**. O genoma humano sofre 2 extensas remodelações de metilação CpG: no **pós-fertilização e nas células germinativas primordiais (PGCs) do embrião q irão dar origem aos gâmetas, onde a metilação é praticamente removida do genoma.** - As PGCs têm inicialmente altos níveis de metilação; **demetilação global ocorre durante a expansão e migração de PGCs.** - Antes do nascimento nos rapazes e depois do nascimento nas raparigas, **metilação *de novo* estabelece padrões de metilação específicos do sexo nas células germinativas, incluindo a metilação em genes *imprinted*.** - Pouco depois da fertilização, as marcas de metilação herdadas dos gâmetas são apagadas ([exceto as dos genes *imprinted*]). - Após a implantação do zigoto, uma nova vaga de metilação *de novo* estabelece os padrões de metilação no embrião. **Metilação de DNA - genes *imprinted*** Para a maioria dos genes herda-se 1 cópia de cada progenitor, mas para genes ***imprinted*** **herda-se apenas 1 cópia funcional de um progenitor, sendo a outra cópia silenciada epigeneticamente.** O **alelo reprimido é metilado, e o alelo ativo é não metilado**. [Existem cerca de 100 genes imprinted], incluindo fatores de crescimento, fatores de transcrição, recetores, relacionados com o desenvolvimento placentário e fetal. A expressão de genes *imprinted* é indispensável para um normal desenvolvimento, crescimento e comportamento. Uma desregulação destes genes causa perturbações na diferenciação e desenvolvimento. Alguns genes foram identificados como causadores de rearranjos cromossomais e dissomias uniparentais - Síndrome de Prader-Willi e Síndrome Angelman. **Síndrome de Prader-Willi** - Associado a problemas cognitivos e comportamental, retardo mental, deficiência no desenvolvimento sexual e crescimento e obesidade. Causado por deleção de um grupo de genes herdados do pai. **Síndrome de Angelman** - Caracterizada por deficiências de desenvolvimento e mentais, convulsões, distúrbios do sono, hiperatividade e uma disposição alegre. Causado por deleção no cromossoma herdado da mãe. Os sintomas diferem, mas ambas são causadas por deleções indistinguíveis no cr 15, q contém genes q são expressos paternal ou maternalmente. Os casos Prader-Willi ocorrem por deleções de genes ou pq o indivíduo tem 2 cópias do cr 15 materno e nenhuma cópia do paterno - [dissomia uniparental materna]. **Metilação de DNA - inativação do cromossoma X** A **inativação do cr X é o silenciamento transcricional de um cr X em células femininas (XX)**, de modo a equalizar a dosagem de produto de genes do cr X entre indivíduos XX e XY***.*** A inativação do cr X ocorre precocemente no desenvolvimento do embrião. Os **2 cr X têm igual probabilidade de serem silenciados**; uma vez silenciado, o mm cr X permanece inativo em todas as gerações de células subsequentes a partir da mm célula - **diferentes linhas celulares podem ter diferentes cr X inativados**. O cr X inativado condensa-se numa estrutura compacta designada por **corpúsculo de Barr,** mantido num estado silenciado estável. Como resultado, cada indivíduo XX é um mosaico de células onde, **ou o cr X herdado do pai, ou o cr X herdado da mãe, é silenciado.** A inativação do cr X é iniciada por um RNA não codificante, XIST, e metilação de DNA é fortemente estabelecida nos promotores. Nos genes que escapam à inativação do cr X (escapistas), as CpG islands estão muitas vezes não-metiladas. **Metilação de DNA - fatores ambientais** **Epialelos metaestáveis - alelos que são expressos variavelmente em indivíduos geneticamente idênticos, devido a alterações epigenéticas estabelecidas precocemente no desenvolvimento**, e que são vulneráveis a fatores ambientais. Um ex de um epialelo metaestável é o **gene Agouti**, que codifica para uma molécula que promove uma coloração amarela na pelagem em ratos. O estado epigenético do alelo A^vy^ é altamente variável, e **determina um espetro de efeitos fenotípicos que podem ser alterados pela nutrição da mãe durante a gestação.** Estas observações demonstraram q [fatores externos] (nutrição, stresse, compostos químicos, etc) podem [alterar padrões de metilação] com [efeitos fenotípicos nas seguintes gerações]. A **nutrição materna pré-natal tem sido associada a diversas alterações de padrões de metilação transmitidas à geração seguinte**, através de modificações na linha germinativa mas tb nas células somáticas. A **exposição ambiental a contaminantes** durante o período pré-natal ou precocemente no desenvolvimento tb tem sido demonstrada como causa persistente de alterações nos padrões de metilação, com consequências na estrutura da cromatina e expressão de genes. Ex. **Poluentes orgânicos persistentes**, **exposição a diferentes compostos tem sido associada com hipometilação ou hipermetilação global em diversas populações**. Existem **2 hipóteses para explicar os efeitos ambientais na metilação de DNA**: 1. Ação direta de fatores químicos nas funções das enzimas DNMT e TET. 2. Fatores químicos podem alterar a disponibilidade de SAM. A especificidade da metilação em genes particulares pode ser devida à ativação/inativação dos TFs por contaminantes ambientais: a. O **binding dos TFs pode inibir as DNMTs** de metilar um gene em particular, resultando em **hipometilação**. b. **Repressão de TFs por contaminante ambiental, pode promover o acesso de DNMTs** a um gene em particular, resultando em **hipermetilação**. A predisposição e iniciação de doenças cancerígenas envolvem **fatores replicativos, hereditários e ambientais.** Um controlo apropriado da metilação de DNA é [crucial] para a regulação da transcrição de genes, e tb para a manutenção da integridade do genoma e modulação da resposta imunitária. A transformação de células normais para células malignas deve-se a alterações genéticas e epigenéticas - sabe-se que **células cancerígenas** mostram uma **perda global de metilação em regiões com baixa densidade de CpGs, elementos repetitivos, retrotransposões, ocorrendo simultaneamente uma hipermetilação específica em CpGs islands.** **Metilação de DNA - hereditariedade** 1. **Hereditariedade transgeracional de padrões de metilação** **Tem sido demonstrado q certas experiências/exposições a qq fator, na vida de um indivíduo, influenciam o desenvolvimento da sua descendência**, e q padrões de expressão de genes podem ser alterados, influenciando: - Como o organismo responde a um determinado ambiente - **efeito direto**. - Como a informação é transmitida à descendência, e como isso irá influenciar a sua resposta a determinado ambiente - **efeito indireto**. A **hereditariedade epigenética intergeracional** refere-se à transmissão de marcas epigenéticas de uma geração para a próxima; a passagem de informação epigenética de avós para netos é pelo lado **transgeracional**. - Fatores ambientais que afetem as grávidas (F0) podem afetar diretamente a geração seguinte (F1), e tb as suas células germinativas que representam a 2ª geração (F2). - Deste modo, se ocorrerem alterações na geração F3, são apenas devidas a hereditariedade epigenética "pura". - Alterações epigenéticas na linha germinativa masculina podem mostrar hereditariedade epigenética pura logo na geração F2. **Os padrões de metilação de DNA podem ser herdados** (o modo de transmissão ainda é alvo de debate). **Pré-requisitos para que os padrões de metilação possa ser herdados**: - A metilação de DNA deve ser capaz de ser transmitida na divisão de células somáticas; - Os padrões de metilação devem ser transmitidos para a linha germinativa; - A metilação de DNA deve resistir à reprogramação que acontece nas células germinativas, e após a fertilização. [2 modelos de hereditariedade de metilação foram propostos: ] - **Modelo escapista** 1. Depois da fertilização, o genoma [paterno] sofre [rápida demetilação ativa], enquanto o genoma [materno sofre demetilação + lenta]. Metilação *de novo* ocorre no blastocisto, enquanto os tecidos se começam a diferenciar; 2. Subsequentemente, uma demetilação + completa ocorre durante a migração das células germinativas primordiais (PGC) nas gónadas indiferenciadas; 3. No entanto, **nem toda a metilação é eliminada, e algumas regiões escapam a este processo.** Regiões promotoras, enhancers, regiões transcritas, e CpG islands, assim como elementos repetitivos e retrotransposões [podem escapar à reprogramação da metilação], e ser [transmitidos à geração seguinte.] - **Modelo de reconstrução** Propõe que padrões de metilação induzidos ambientalmente possam ser parcialmente removidos qd transmitidos para a geração seguinte; Mm q o fenótipo observado possa desaparecer na geração F1, **esse fenótipo pode reaparecer várias gerações + tarde depois de um pequeno estímulo ambiental**, através de pequenos RNAs não codificantes e fatores de transcrição. 2. **Hereditariedade não-genética** - Refere-se a **padrões de hereditariedade q não seguem as leis de segregação**, q diz q um gene herdado dos progenitores é segregado com igual probabilidade durante a formação dos gâmetas. - Mecanismos epigenéticos de regulação de genes são normalmente entendidos como separados da transmissão das sequências de DNA; No entanto, **estes mecanismos nunca poderão ser vistos como completamente independentes da sequência de DNA**; por ex, a ação de uma marca de metilação é dependente das propriedades funcionais da sequência de DNA em determinados loci - se for no promotor, pode reprimir a expressão, mas se for na região codificante já não; - Por outro lado, **mecanismos de regulação epigenética têm diversos níveis de independência da sequência** - Ex: análise dos padrões de metilação em ambos os alelos de um gene revelaram que cerca de 10% de SNPs estão em regiões com diferenças na propensão para metilação de DNA entre os 2 alelos, **o que sugere uma interdependência entre mecanismos genéticos e epigenéticos.** - Compreende **todos os mecanismos de hereditariedade**, **exceto a transmissão de alelos** (variantes de DNA); - Embora a hereditariedade não genética seja tipicamente associada com experiências ou fatores ambientais vivenciados pelos progenitores, é importante perceber que **mutações e variabilidade genética parentais, ao alterarem o "ambiente" molecular, podem tb resultar em fenótipos transmitidos não-geneticamente.** Estudos têm demonstrado uma **correlação direta entre doenças psiquiátricas e a presença de patologias na descendência**; embora a herança genética seja difícil de descartar, a componente não genética é responsável por parte do fenótipo. -\> Uma experiência traumática nos progenitores pode ter efeitos significativos na descendência. Ex: descendentes de sobreviventes do Holocausto apresentaram um decréscimo de metilação no gene FKBP5 no sangue; este gene é um importante regulador da sensibilidade do recetor de glicocorticóides e crítico na resposta ao stresse. O grau de metilação neste gene está associado com os níveis da hormona de stresse cortisol. 3. **Hereditariedade não-mendeliana - doenças associadas a genes *imprinted*** Hereditariedade não-Mendeliana **inclui hereditariedade mitocondrial e *imprinting*** - apenas 1 alelo parental é expresso, e a expressão é determinada por esse progenitor. (rever 1ª lei de Mendel) *Imprinting* é uma forma complexa de hereditariedade epigenética. Fatores que contribuem para a complexidade do *imprinting* é que pode ser **dependente do tecido, pode ter um padrão temporal, e diferentes transcritos do mm gene podem ser *imprinted* ou não.** 4. **Hereditariedade não-mendeliana - doenças associadas a genes não *imprinted*** **Metilação de DNA e doenças autoimunes** - Doenças autoimunes são causadas por uma baixa ou excessiva atividade do sistema imunitário. As células imunitárias são os alvos primários da doença, e são um bom modelo para [estudar a relação entre metilação de DNA e fenótipos]. - As baixas taxas de concordância em gémeos monozigóticos para muitas destas doenças, como artrite reumatoide (RA), lupus, e esclerose múltipla (MS) indicam que o ambiente ou a epigenética desempenham papéis importantes na doença. - Alterações na metilação podem mediar o risco genético de desenvolver certas doenças. **Metilação de DNA e doenças metabólicas** - Diabetes tipo 2 (T2BM) é uma doença complexa causada por fatores genéticos, epigenéticos e ambientais. - A comparação dos níveis de metilação nas ilhotas pancreáticas em pacientes com e sem T2BM revela uma série de locais com diferente padrão de metilação que levam a uma expressão génica diferencial. **Metilação de DNA e doenças neurológicas** - Alterações nos padrões de metilação estão associadas a várias doenças neurológicas, como a doença de Alzheimer, esquizofrenia e autismo. - [Doença de Alzheimer:] A hipermetilação (promoção) de genes relacionados à inflamação e ao metabolismo neuronal tem sido observada, enquanto a hipometilação (inibição) de genes associados à plasticidade sináptica pode contribuir para a progressão da doença. - [Esquizofrenia]: Vários genes revelam padrões de metilação alterados, o que pode influenciar a função dopaminérgica e a conectividade neural. - [Autismo]: Metilações anómalas identificadas em genes relacionados com o desenvolvimento cerebral como o MECP2, que é fundamental na regulação da expressão génica em neurónios. **Metilação de DNA e mosaicismo** - [Síndrome X Frágil] - é a forma + comum de atraso intelectual e a causa monogénica + comum do espetro do autismo. Causada por uma expansão do trinucleótido CGG na 5'UTR do gene FMR1, levando a metilação de DNA, heterocromatinização aberrante e silenciamento do gene FMR1. Como consequência, a proteína FMRP não é produzida e a sua ausência leva ao aparecimento da síndrome. - O **nº de repetições CGG** pode ser [normal] (6-44 repetições), [intermédio] (45-54 repetições), [pré-mutação] (55-200 repetições) e [mutação completa] (+ de 200 repetições). - A expansão de CGG predispõe as repetições para instabilidade, resultando em "**size mosaicism**", definido como a presença de ambas [pré-mutação e mutação completa] entre tipos celulares. - Alguns indivíduos exibem tb [mosaicismo de metilação q ocorre qd algumas células transportam alelos metilados e algumas células alelos não-metilados] (com um nº de repetições CGG entre pré-mutação e mutação completa). - O grau de metilação varia em ou entre tecidos do mm indivíduo, dando origem a intra ou inter-mosaicismo. - Os alelos não-metilados são transcricionalmente ativos, e em muitos casos sobre-expressos, produzindo FMRP. Os níveis de FMRP são negativamente correlacionados com o nº de repetições, e pré-mutação mostra expressão reduzida devido a diminuição da eficiência de tradução.  **Metilação de DNA - variabilidade populacional** A **diversidade epigenética** natural tem sido um mecanismo chave em processos microevolutivos, devido à sua capacidade de criar variabilidade fenotípica em indivíduos e em populações. A **diversidade** **epigenética constitui uma importante reserva de variação** útil para uma rápida adaptação em resposta a estímulos ambientais. Análise comparativa de variações de metilação em diferentes populações revelaram **especificidades de metilação em processos ligados ao tipo de dieta, exposição UVA e agentes patogénicos.** - Os **padrões de metilação de DNA** em diferentes populações humanas mostram **grande especificidade**; - A metilação em +1000 CpGs é hereditária, e a heritabilidade tb difere entre populações; - Isto sugere q a **metilação de DNA é divergente entre populações,** o q **pode ser devido a uma combinação de diferenças na frequência de alelos, interações gene x ambiente ou epistasias complexas** (vários genes atuam sobre uma mm característica).