DNA revisado
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INTRODUÇÃO A BIOLOGIA INTRODUÇÃO A BIOLOGIA MOLECULARMOLECULAR
DNADNA
ORGANISMO
CÉLULA
NÚCLEO
CROMOSSOMOS(DNA+PROTEÍNAS)
- Informação das proteínas e RNAs que serão sintetizadas pelas células do organismo ao longo da sua vida.-Capacidade de se auto-duplicar para originar outras células.
DNADNA
NOS SERES HUMANOSNOS SERES HUMANOS
AMBIENTE
CÉLULAS
TECIDOS
ÓRGÃOS
CORPO
CÉLULAS
TECIDOS
ÓRGÃOS
CÉLULAS
TECIDOS
ÓRGÃOS
Embriologia Amadurecimentoe Fase reprodutiva
Envelhecimento Morte
Desenvolvimento
Acúmulo demodificaçõese disfunções
MoléculasOrganelas
MoléculasOrganelas
Envelhecimento...Envelhecimento...
DNA
Controla: 1) homeostasia2) reprodução 3) morfologia4) função celular
A CÉLULA
TECIDOS
ÓRGÃOSE SISTEMAS
CORPO
UN
ICE
LU
LA
RE
S
MU
LT
ICE
LU
LA
RE
S
AMBIENTE
NÍV
EIS
DE
OR
GA
NIZ
AÇ
ÃO
HISTÓRICO
1865 - GREGOR MENDEL
Estudou cruzamento entre diferentes tipos de ervilhas demonstrando que certas características físicas dessas plantas eram transmitidas de geração para geração através de “fatores”.
HISTÓRICO
1902 – SUTTON e BOVERI
Padrão de herança dos “fatores” acompanhava a segregação dos cromossomos de células em divisão
1909 – JOHANNSEN
Nomeou as unidades mendelianas da hereditariedade (“fatores”) de GENES
HISTÓRICO
1915 – THOMAS MORGAN
Concluiu que os genes estavam organizados de maneira linear nos cromossomos
Propôs, pela 1ª vez, uma correlação entre um gene (genótipo) e uma característica física (fenótipo)
1941 – BEADLE e TATUM
Demonstraram que os genes agiam através da regulação de diferentes eventos químicos
HIPÓTESE: UM GENE UMA ENZIMA
HISTÓRICO
1953 – JAMES WATSON e FRANCIS CRICK
Descrição da estrutura física do DNA baseando-se nos estudos de difração de raio X de
Rosalind Franklin e Maurice Wilkins e em estudos químicos da molécula
Modelo da dupla fita proposto foi fundamental para a compreensão do mecanismo de
transmissão e execução da informação genética
•1953: Watson and Crick
Estrutura do DNA
HISTÓRICO
1955 – JOE HIN TJIO
Definiu como 46 o número exato
de cromossomos humanos
ARTHUR KORNBERG
Isolou a enzima DNA polimerase da bactéria E.coli
HISTÓRICO
1957 – CRICK e GAMOV
Dogma Central da Biologia Molecular
DNA RNA PROTEÍNA
Dogma Central
da Biologia Molecula
r
• 1961 – BRENNER, JACOB e MESELSON
• mRNA é a molécula que leva informação do DNA no núcleo para a maquinaria de produção de proteínas no citoplasma
HISTÓRICO
HISTÓRICO
1966 – NIRENBERG, KHORANA e OCHOA
Seqüências sucessivas de três nucleotídeos do DNA (codon) determinam a seqüência de aminoácidos de uma proteína
O CÓDIGO GENÉTICO É DESVENDADO!!!
Com o desenvolvimento da tecnologia do DNA recombinante (1972) e do seqüenciamento do
DNA (1975-77) tornou-se possível isolar e determinar a seqüência de genes dos mais
diferentes organismos.
Desta forma, com a disponibilidade de novos recursos, vários mecanismos biológicos,
como a replicação do DNA e a divisão celular, começaram a ser intensamente estudados.
DNA
1. Regulação transcricional
HnRNA2. Regulação no processamento do RNA primário
3. Regulação no transporte do mRNA para o citoplasma
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICORUGOSO
4. Regulação da síntese proteíca
Proteínasintetizada
5. Regulação pós-síntese
A CÉLULA
- DIFERENCIAÇÃO- CRESCIMENTO- FUNÇÃO CELULAR- RESPOSTA AO AMBIENTE
DNACromossoma
Gene
Promotor IntronExon
Núcleo
DNA
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA)
Contém toda a informação genética de um organismo
Esta informação está arranjada em unidades hoje conhecidas como genes
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
As moléculas de DNA e RNA são compostas por quatro diferentes nucleotídeos:
• Adenina, Guanina e Citosina – comum para DNA e RNA
• Timina – encontrada somente no DNA
• Uracila – encontrada somente no RNA
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Todos os nucleotídeos apresentam uma estrutura em comum:
radical fosfato
pentose
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
As bases nitrogenadas podem ser divididas em dois grupos de acordo com sua estrutura:
ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
O grupo hidroxil ligado ao carbono 3 da pentose de um nucleotídeo forma uma ligação fosfodiéster com o fosfato do outro nucleotídeo
5’ C-A-G 3’
DNA
• Duas fitas de polinucleotídeos associadas formando uma estrutura de dupla hélice onde as pentoses e os radicais fosfato compõe a fita e as bases projetam-se para o interior da mesma
• As fitas mantêm-se unidas através da formação de pontes de hidrogênio entre as bases o que contribui para a estabilidade da dupla hélice
. Adenina (A) pareia com Timina (T) através de 2 pontes de hidrogênio
. Guanina (G) pareia com Citosina (C) através de 3 pontes de hidrogênio
DNA
ESTRUTURA DO DNAESTRUTURA DO DNA
1) Estrutura primária - É um polímero não ramificado- Formado por monômeros chamados de nucleotídeos- Cada nucleotídeo contém os seguintes elementos:
1 Açúcar chamado DESOXIRRIBOSE Possui 5 Carbonos na sua molécula
1 Base orgânica nitrogenada (Por que contém nitrogênio na sua formação)
1 grupo fosfato (PO4-)
NUCLEOTÍDEO
As Bases Nitrogenadas podem ser de dois tipos:
PÚRICAS
N CH HC CH N
PIRIMÍDICAS
C N
N C CH HC C N N H
HC H
3C 2C
1C4C
5C
O
H H
H
HOO
CH2
PO O-
OO
O
H H
H H
CH2
HO
PO O-
OO
Carbono5’
Carbono3’
BaseNitrogenadaDesoxirribose
LigaçãoFosfodiesteGrupo fosfato +Grupo hidroxila(OH) do Carbono 3’
Desoxirribose
BaseNitrogenada
Como a ligaçãoentre uma desoxirribose
e outra desoxirribosesó pode ser feitaquando um grupofosfato liga-se no
Carbono 5’doprimeiro açúcar eno Carbono 3’do
segundo açúcar dizemosque a molécula
de DNA “cresce emdireção 5’ 3’
5’
3’
ESTRUTURA QUÍMICA DA MOLÉCULA DO DNAESTRUTURA QUÍMICA DA MOLÉCULA DO DNA
As fitas do DNA estão dispostas
em direções opostas
Antiparalelismo
Cada base de uma fita é pareada com a base complementar da outra fita
Complementariedade
Durante a replicação do DNA
as duas fitas velhas ou mães servem de
molde para cada fita nova ou filha
complementar, que está sendo sintetizada.
Fita nova
Fita velha
Complementariedade
Fatores que estabilizam a dupla hélice:
• interações hidrofóbicas• forças de van der Walls• pontes de hidrogênio
• interações iônicas
Entre as bases nitrogenadas
Entre os grupos fosfato do DNA e os cátions (Mg2+)
presentes na solução fisiológica
A Dupla Hélice
Sulco menor
Sulco maior
A dupla hélice apresenta dois tipos de sulcos aos
quais se ligam as proteínas da cromatina
A Dupla Hélice
Proteínas:níveis de complexidade estrutural
DNA em procariontes: DNA circular nas formas não-super-helicoidal (esquerda) e super-helicoidal (direita)
O Empacotamento do DNA:a estrutura terciária do DNA
O B-DNA é o predominante em condições fisiológicas
A Dupla Hélice
A forma predominante de torção da espiral do DNA é para a direita ou sentido horário
A Dupla Hélice
Propriedades Químicas e Físicas do DNA
REPLICAÇÃO DO DNA
Conservativa ou Semiconservativa?
Unidirecional ou Bidirecional?
REPLICAÇÃO
SEMICONSERVATIVA
Evidência baseada em um experimento clássico de Meselson-Stahl em 1958
• Células de E. coli foram inicialmente colocadas em um meio para crescimento contendo sais de amônia preparados com 15N (nitrogênio pesado – “heavy”) até todo o DNA celular conter o isótopo.
• As células foram, então, transferidas para um meio contendo 14N (nitrogênio leve – “light”).
• As amostras foram analisadas com gradiente de densidade que separa as duplas H-H, L-L e H-L em bandas distintas.
PNAS
44:671, 1958
•The Meselson-Stahl experiment
A replicação é semi-conservativa
ORIGEM DA REPLICAÇÃO
Experimento com SV40 (Simian Virus)
• DNA viral de células infectadas com SV40 foi cortado com a enzima de restrição EcoRI, que reconhece um sítio único.
• A partir de um “ponto” vai se formando uma bolha chamada bolha de replicação comprovando a existência de um ponto de origem da replicação
Características da origem de replicação:
. estrutura repetitiva
. seqüências ricas em AT
ORIGEM DA REPLICAÇÃO
ORIGEM Sítio de restrição EcoRI
Cromossomo viral circular
EcoRI
Bolha de replicação
ORIGEM DA REPLICAÇÃO
REPLICAÇÃO
BIDIRECIONAL
Um experimento através da autoradiografia de moléculas de DNA marcadas de culturas
de células mamárias revelou grupos de replicons (unidades de replicação) com um
ponto de origem de replicação central
OR OR
Síntese de DNA em Eucariontes: As “Bolhas de Replicação”
• Nos eucariontes, a replicação requer “múltiplas origens”, devido ao tamanho de seu genoma. A replicação é bidirecional e, em ambas as fitas, simultânea.
• Este processo gera “bolhas de replicação”.
Região Gênica É a porção que codifica para um produto final,
que pode ser uma cadeia polipeptídica ou um RNA
O DNA é formado por 2 regiões:
Gênicas Intergênicas
Região IntergênicaÉ a porção regulatória,
que sinaliza o início ou o final de um gene, que influencia a transcrição
gênica, ou que é o ponto de início para a
replicação do DNA
Intergênicas Gênicas
Regiões Codificadoras e Não-Codificadoras do DNA
PROCESSO DE REPLICAÇÃO
Os mecanismos celulares responsáveis pela replicação do DNA foram descobertos primeiramente em bactérias.
A replicação em eucariotos ocorre através de proteínas análogas e com processos semelhantes à replicação do DNA de E. coli
1. DNA Polimerases
2. Endonucleases
3. Helicases
4. Topoisomerases
5. Primases
6. Telomerases
PRINCIPAIS ENZIMAS ENVOLVIDAS (SISTEMA DE REPLICAÇÃO DO DNA)
DNA POLIMERASE
• São incapazes de quebrar as pontes de hidrogênio que ligam as duas fitas do DNA
• Só alongam uma fita de DNA/RNA pré-existente
• Catalisam a adição de um nucleotídeo no radical hidroxil da extremidade 3’ da cadeia que está se formando. Desta forma, as fitas só podem crescer no sentido 5’ 3’
DNA Polimerases
• principais enzimas envolvidas no processo; responsáveis pela adição de nucleotídeos e reparo
• requerem um modelo e um primer (segmento de RNA sintetizado pela primase) complementares para início – alongamento
• 3 tipos principais : I, II, III
I : importante no sistema de reparo
III: principal e mais complexa (mais de 10 subunidades)
Adição de nucleotídeos
1
2
3
NUCLEASES
- Degradam o DNA, clivando-o em pedaços menores
1. EXONUCLEASES: clivam o DNA a partir do final da molécula
2. ENDONUCLEASES: clivam em qualquer local da molécula
OUTRAS ENZIMAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE REPLICAÇÃO
HELICASES – constituem uma classe de enzimas que podem se mover ao longo da fita dupla de DNA utilizando a energia da hidrólise de ATP para separar as duas fitas da molécula.
SSB (“single-strand-binding”) – ligam-se a cada uma das fitas impedindo o reanelamento das mesmas.
PRIMASE – RNA polimerase que sintetiza pequenas moléculas de RNA utilizadas como iniciadores durante o processo de replicação do DNA.
TOPOISOMERASES – Responsáveis por aliviar a torção na parte da fita que não está sendo replicada.
PROCESSO DE REPLICAÇÃO
O movimento da forquilha de replicação revela uma fita molde no sentido 3’ 5’ e outra no sentido oposto 5’ 3’
Desta forma, as fitas novas são sintetizadas em sentidos opostos
FITA “LEADING” – crescimento segue a direção do movimento da forquilha de replicação
FITA “LAGGING” – crescimento no sentido oposto ao movimento da forquilha de replicação
PROCESSO DE REPLICAÇÃO
FITA “LEADING” – sintetizada continuadamente a partir de um iniciador na fita molde 3’ 5’
FITA “LAGGING” – sintetizada descontinuadamente a partir de múltiplos iniciadores
• Sítios descobertos no molde da fita “lagging” são copiados em pequenos iniciadores de RNA pela primase.
• Cada iniciador é alongado pela DNA polimerase resultando na formação dos FRAGMENTOS DE OKAZAKI.
•DNA polimerase remove o primer do RNA do fragmento adjacente e preenche os “gaps” entre os fragmentos que, então, são unidos pela DNA ligase.
PROCESSO DE REPLICAÇÃO
PROCESSO DE REPLICAÇÃO
A síntese de DNA é feita na direção 5´ 3´ e é semidescontínua
TELOMERASE
• Os cromossomos de eucariotos são lineares e apresentam seqüências repetitivas em suas extremidades denominadas telômeros
• A síntese da fita “leading” continua até o término da fita molde de DNA, no entanto, no telômero a extremidade feita pela primase na fita “lagging” não é digerida.
• Como o iniciador é instável, ele se degrada com o tempo diminuindo, assim, o tamanho do cromossomo.
• Telomerase age evitando a perda do fim do cromossomo.
TELOMERASE
ESTÁGIOS DA REPLICAÇÃO
1. INICIAÇÃO
2. ALONGAMENTO
3. TERMINAÇÃO
1. INICIAÇÃO
ORIGEM DA REPLICAÇÃO – OriC :
- 245 pb ;
- 3 repetições de 13 pb;
- 4 repetições de 9 pb; (A=T)
2. ALONGAMENTO
Envolve duas operações distintas, mas relacionadas:
1. Síntese da fita líder
2. Síntese da fita tardia
Início comum na forquilha de replicação envolvendo:
- helicases
- topoisomerase
- DNA binding proteins
SÍNTESE DA FITA LÍDER
1. Síntese de um RNA primer pela primase na origem de replicação
2. Desoxirribunocleotídeos são adicionados pela DNA polimerase III continuamente a partir da forquilha de replicação
3. TERMINAÇÃO
-Procariotos: DNA circular, quando as duas forquilhas de replicação se encontram ela termina.
-Eucariotos: seqüências de nucleotídeos específicas no final dos cromossomos, incorporadas a telômeros.
REGULAÇÃO
-única fase regulada da replicação, de forma que só ocorra uma vez por ciclo celular ;
-afetada pela metilação de DNA
-DAM metilase na (5´) GATC sobre a fita parental
Gene
RNA polimerase
hnRNA
mRNA
Citoplasma
Transcrição
Processamento
Núcleo
Tradução
proteína
http://www.virtual.epm.br/cursos/biomol/replica/html/6.htm
http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html
Fim???
• 1985 – Alec Jeffreys1985 – Alec Jeffreys Fingerprint Fingerprint DNADNA
MedicinaDetecção do HIVDiagnóstico de DoençasPré-natal & Detecção de Portadores
IMPACTOIMPACTODADA
PCRPCR
Pesquisa Forense
ReuniõesSociais
223030 CópiasCópias223030 CópiasCópias
PCR !PCR !
1 original, 1X 1 original, 1X = 1 cópia= 1 cópia
1 original, 30X 1 original, 30X = 30 cópias= 30 cópias
Seqüência complementar 2
DNA dupla fita original
Primers Separação das duplas fitas e anelamento dos primers
primer 1primer 1
Extensão
40 vezes
Seqüência complementar 1
PCR (Polymerase Chain Reaction)
DNA - CÓPIADNA ORIGINAL
RFPRFPRFPRFP
• Genética de PopulaçõesGenética de Populações
RFPRFPRFPRFP
• Genética (hereditariedade): Genética (hereditariedade): Ciência da VariaçãoCiência da Variação
RFPRFPRFPRFP
• Genética HumanaGenética Humana Ciência da Variação Humana Ciência da Variação Humana
RFPRFPRFPRFP
• Genética MédicaGenética Médica Ciência da Variação Humana Ciência da Variação Humana
AnormalAnormal
RFPRFPRFPRFP
• Genética ClínicaGenética Clínica Ramo da Medicina voltado para Ramo da Medicina voltado para
as Pessoas e Famílias com as Pessoas e Famílias com Variação Anormal de Estrutura e Variação Anormal de Estrutura e
FunçãoFunção
RFPRFPRFPRFP
• Genética ClínicaGenética Clínica O paciente é um reflexo da O paciente é um reflexo da
família e da população à qual família e da população à qual pertence;pertence;
RFPRFPRFPRFP
• Genética MédicaGenética Médica# Diagnóstico;# Diagnóstico;
# Genótipos de outros membros da # Genótipos de outros membros da família;família;
# Avaliação dos riscos de # Avaliação dos riscos de recorrênciarecorrência
RFPRFPRFPRFPGenética MédicaGenética Médica
C itog en é tica C lín ica
C itog en é tica H u m an a
A con se lh am en to G en é tico
G en é tica C lín ica
G en é tica F orm a l
G en é tica M o lecu la r
G en é tica B ioq u ím ica
G en é tica
GenéticaGenética
TRANSMISSÃO DETRANSMISSÃO DECARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS
VARIAÇÃO DASVARIAÇÃO DASCARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS
Conceito:
A Genética de Populações é o estudo da distribuição dos genes nas populações e de como as freqüências dos genes e genótipos são mantidas ou alteradas
Genética de Populações
Fatores GenéticosMutaçãoReprodução
Fatores Ambientais e Sociais
SeleçãoMigração
http://ehp.niehs.nih.gov/txg/docs/2003/111-11/forum/atcgs.jpg?section=toxicogenomics
DIVERSIDADE GENÉTICA
EM POPULAÇÕES
HUMANAS
Natureza dos diferentes alelos;
Freqüências em muitos loci;
Variação entre grupos populacionais
Eletroforese de Hemoglobina
Southern blotting
RFLPs detectados por Southern blotting
Herança Codominante de um RFLP ligado ao X
Herança codominante de um polimorfismo do DNA autossômico hipervariável (VNTR).
Fingerprinting de DNA de gêmeos
Sonda que detecta polimorfismos de VNTRs em muitos loci
Southern blot.
Alec Jeffreys, (1985)Universidade de Leicester, UK
RFPRFPRFPRFP
FENÓTIPOS, GENÓTIPOS E FENÓTIPOS, GENÓTIPOS E FREQÜÊNCIAS GÊNICASFREQÜÊNCIAS GÊNICAS
RFPRFPRFPRFP
GENÓTIPOGENÓTIPOConstituição ou composição genética Constituição ou composição genética de um indivíduode um indivíduo
FENÓTIPOFENÓTIPOResultado observado da interação Resultado observado da interação do genótipo com fatores ambientaisdo genótipo com fatores ambientais
F = G + A
1. Obtenção das freqüências gênicas a partir das 1. Obtenção das freqüências gênicas a partir das freqüências genotípicasfreqüências genotípicas
Exemplo:Exemplo:
A Genética da Resistência ao Vírus da A Genética da Resistência ao Vírus da Imunodeficiência HumanaImunodeficiência Humana
Gene: Gene: CCR5CCR5
Albert’s Molecular Biology of the CellAlbert’s Molecular Biology of the Cell
Role of CCR5 in HIV infectionRole of CCR5 in HIV infection
Gene CCR5
Alelo CCR5 – codifica um receptor de citocina
Alelo ∆CCR5 – deleção de 32 pares de bases
CCR5/CCR5 647 .821
CCR5/CCR5 134 .168 CCR5 .906.906
CCR5/CCR5 7 .0108 CCR5
788 1
GenotypeGenotype # of people# of peopleObserved relativeObserved relativeGenotype freqGenotype freq AlleleAllele
Derived alleleDerived allelefreqfreq
Freq Freq CCR5CCR5 gene= 2(647) + (134) gene= 2(647) + (134)
2(788)2(788)= .906= .906
Determine frequency of the CCR5 geneDetermine frequency of the CCR5 gene
Total # of Total # of individualsindividuals
CCR5/CCR5 647 .821
CCR5/CCR5 134 .168 CCR5 .906.906
CCR5/CCR5 7 .0108 CCR5
788 1
GenotypeGenotype # of people# of peopleObserved relativeObserved relativeGenotype freqGenotype freq AlleleAllele
Derived alleleDerived allelefreqfreq
Freq Freq CCR5 CCR5 gene= 2(7) + (134)gene= 2(7) + (134)2(788)2(788)
= .094= .094
.094.094
1-.906 = .0941-.906 = .094
Freqüências Gênicas (Alélicas) Freqüências Gênicas (Alélicas) obtidas das obtidas das Freqüências Genotípicas.Freqüências Genotípicas.
Gene CCR5 – 0,906Gene CCR5 – 0,906
Gene ∆ CCR5 – 0,094Gene ∆ CCR5 – 0,094
2. Obtenção das freqüências genotípicas a partir das 2. Obtenção das freqüências genotípicas a partir das freqüências gênicas (alélicas)freqüências gênicas (alélicas)
RFPRFPRFPRFP
A Lei de Hardy-WeinbergA Lei de Hardy-Weinberg As freqüências gênicas e As freqüências gênicas e
genotípicas tendem a permanecer genotípicas tendem a permanecer em equilíbrio nas populações em em equilíbrio nas populações em panmixia e na ausência de panmixia e na ausência de fatores evolucionáriosfatores evolucionários
RFPRFPRFPRFP
panmixia – ocorrência de panmixia – ocorrência de casamentos ao acaso;casamentos ao acaso;
fatores evolucionários –fatores evolucionários – Mutação,Mutação, Seleção Natural; Seleção Natural; Deriva Genética; Deriva Genética; Fluxo GênicoFluxo Gênico
p = freq. do alelo normal, A q = freq. do mutante, a
AA p2= freq. de não-portadores
Três genótipos:
Aa 2pq = freq. de portadores
aa q2 = freq. de afetados
Equilíbrio de Hardy Weinberg(p + q)2 =p2 + 2pq + q2 = 1
p+q=1p+q=1
1ª Propriedade da Lei de Hardy-Weinberg:As freqüências dos três genótipos, AA, Aa e aa são dadas pelos termos da expansão binomial de :
(p + q)2 =p2 + 2pq + q2 = 1
2ª Propriedade da Lei de Hardy-Weinberg:As proporções dos genótipos não mudam de geração para geração:
(p + q)2 =p2 + 2pq + q2 = 1
As freqüências genotípicas da população permanecerão constantes, em equilíbrio, se as freqüências alélicas p e q se mantiverem constantes
Frequências genotípicas após uma Frequências genotípicas após uma geração de acasalamento ao acasogeração de acasalamento ao acaso
A1(p) A2 (q) Total
A1 (p) p2A1A1 pqA1A2 p
A2 (q) pqA1A q2A2A2 q
Total p q 1
2
SPTZ
Óvulo
Demonstração que as freqüências alélicas Demonstração que as freqüências alélicas (gênicas) não se alteraram de uma (gênicas) não se alteraram de uma geração a outrageração a outra
Nos pais as freqüências alélicas eram p e q e na descendência:
p = p2A1A1+ pqA1A2 = p (p+q) = p
q = pqA1A2 + q2A2A2 = q (p+q) = q
Exemplo do gene CCR5Exemplo do gene CCR5
0,906 para o alelo normal CCR50,906 para o alelo normal CCR50,094 para o alelo ∆CCR50,094 para o alelo ∆CCR5
p2 = 0,906 x 0,906 = 0,821
q2 = 0,094 x 0,094 = 0,009
2pq = (0,906 x 0,094) + (0,094 x 0,906) = 0,170
CCR5/CCR5 647 .821
CCR5/CCR5 134 .168 CCR5 .906.906
CCR5/CCR5 7 .0108 CCR5
788 1
GenotypeGenotype # of people# of peopleObserved relativeObserved relativeGenotype freqGenotype freq AlleleAllele
Derived alleleDerived allelefreqfreq
Freq Freq CCR5CCR5 gene= 2(647) + (134) gene= 2(647) + (134)
2(788)2(788)= .906= .906
Determine frequency of the CCR5 geneDetermine frequency of the CCR5 gene
Total # of Total # of individualsindividuals
Se o locus tem 3 alelos, com freqüências p, q, r
A distribuição genotípica pode ser determinada
por:
(p + q +r)2
RFPRFPRFPRFP
Uso da Lei de Hardy-WeinbergUso da Lei de Hardy-Weinberg
A principal aplicação prática da Lei de Hardy-Weinberg em Genética Médica é na consulta genética para distúrbios autossômicos recessivos
Risco Populacional?
Usando a equação de Hardy-Weinberg
p2 + 2pq + q2 = 1
onde p = alelo normal q = alelo para a doençae considerando que p + q = 1
Exemplo de cálculo
• Doença está presente em 1/10,000 da população
Exemplo de cálculo
• Doença está presente em 1/10,000 da população
• q2 = 1/10,000 então q = 1/100
Exemplo de cálculo
• Doença está presente em 1/10,000 da população
• q2 = 1/10,000 então q = 1/100
• p = 99/100
Exemplo de cálculo
• Doença está presente em 1/10,000 da população
• q2 = 1/10,000 então q = 1/100
• p = 99/100
• 2 x p x q = 2 x 1 x 1/100
Exemplo de cálculo
• Doença está presente em 1/10,000 da população
• q2 = 1/10,000 então q = 1/100
• p = 99/100
• 2 x p x q = 2 x 1 x 1/100
• 2pq = 1/50
Exemplo de cálculo
• Doença está presente em 1/10,000 da população
• q2 = 1/10,000 então q = 1/100
• p = 99/100
• 2 x p x q = 2 x 1 x 1/100
• 2pq = 1/50
• 1/50 da população é portador do gene
(p(p22 ++ 2pq + 2pq + qq2 = 2 = 1)1)
Freqüência observada da doença Freqüência observada da doença recessiva na população érecessiva na população é qq22 (Fenilcetonúria - PKU (Fenilcetonúria - PKU = 1/10,000)= 1/10,000)
qq22 = 1/10,000= 1/10,000então: então: qq = 1/100 = 1/100 (não é a freqüência de (não é a freqüência de
portadores)portadores)
p + q = 1p + q = 1pp = 1 – q = 1 – 1/100 = 99/100 = 1 – q = 1 – 1/100 = 99/100
Freqüência de portadores (2pq)Freqüência de portadores (2pq)
2pq2pq = 2 (99/100 x 1/100)= 2 (99/100 x 1/100)
= 2(~1 x 1/100)= 2(~1 x 1/100)
= 2/100= 2/100
= 1/50= 1/50
Probabilidade de um casal vir a ter uma Probabilidade de um casal vir a ter uma criança com PKU ( qcriança com PKU ( q22) :) :
1/50 x 1/50 x ¼ = 1/10,0001/50 x 1/50 x ¼ = 1/10,000
SexSex PhenotypePhenotypeApproximateApproximateincidenceincidenceGenotypeGenotype
Genes and Genotype frequencies for X-linked disorders
Male X+ normal p = .92
Xcb Color blind q = .08
Female X+ X+ normal p2=.8464
X+ Xcb normal 2pq= .147
Xcb Xcb Color blind q2= .0064
RFPRFPRFPRFP
Fatores que perturbam o Fatores que perturbam o equilíbrio de Hardy-Weinbergequilíbrio de Hardy-Weinberg
Suposições:1. A população é grande e as reproduções são aleatórias com relação ao locus em questão
RFPRFPRFPRFP
Fatores que perturbam o Fatores que perturbam o equilíbrio de Hardy-Weinbergequilíbrio de Hardy-Weinberg
Exceções à Reprodução Aleatória:1. Estratificação;2. Casamento Preferencial;3. Consangüinidade
Inteligência normalInteligência normal
Heredograma hipotético mostrando o Coeficiente de Consanguinidade (r)
Heredograma hipotético mostrando o Coeficiente de Endocruzamento (f)
RFPRFPRFPRFP
Fatores que perturbam o Fatores que perturbam o equilíbrio de Hardy-Weinbergequilíbrio de Hardy-Weinberg
Suposições:2. As freqüências alélicas permanecem constantes com o tempo
RFPRFPRFPRFP
Fatores que perturbam o Fatores que perturbam o equilíbrio de Hardy-Weinbergequilíbrio de Hardy-Weinberg
Exceções à Constância das Freqüências Alélicas:
1. Mutação e Seleção;2. Deriva Genética;3. Fluxo Gênico
RFPRFPSistemas ABO e Sistemas ABO e MNMN
RFPRFPPROBLEMAS ESPECIAIS DE IDENTIFICAÇÃOPROBLEMAS ESPECIAIS DE IDENTIFICAÇÃO
RFPRFPPROBLEMAS ESPECIAIS DE IDENTIFICAÇÃOPROBLEMAS ESPECIAIS DE IDENTIFICAÇÃO
ALELOS DETECTADOS – DNA – PCR/STR – 04F07158
R. F. Pilotto (2004)
Marcadores VALMOR ARMANDOCromossomo YDYS391 11 11DYS389I 13 13DYS439 12 12DYS389II 30 30DYS438 12 12DYS437 15 15DYS19 14 14DYS392 13 13DYS393 12 12DYS390 24 24DYS385 11 / 14 11 / 14
Compatível com uma mesma linhagem patrilínea.
ALELOS DETECTADOS – DNA – PCR/STR – 04F07158
MarcadorGenético
LocalizaçãoCromossômica
Posição dos Alelos
FREQ PIM C AF
D8S1179 (8) 12,0 e 14,0 13,0 e 14,0 13,0 e 14,0 28,50% 1,7544
D21S11 (21) 30,0 e 33,2 31,0 e 33,2 29,0 e 30,0 00,00% EXCLUI
D7S820 (7q11.21-22) 10,0 e 12,0 8,0 e 10,0 8,0 e 10,0 16,20% 3,0864
CSF1PO (5q33.3-34) 12,0 e 12,0 12,0 e 12,0 12,0 e 12,0 32,60% 3,0675
D3S1358 (3p) 17,0 e 17,0 15,0 e 17,0 15,0 e 16,0 29,20% 1,7123
TH01 (11p15.5) 9,3 e 9,3 9,0 e 9,3 6,0 e 6,0 00,00% EXCLUI
D13S317 (13q22-31) 9,0 e 10,0 9,0 e 11,0 11,0 e 11,0 29,80% 3,3557
D16S539 (16q24-qter) 8,0 e 10,0 8,0 e 12,0 11,0 e 12,0 25,00% 2,0000
D2S1338 (2q35-37.1) 20,0 e 24,0 20,0 e 23,0 17,0 e 17,0 00,00% EXCLUI
D19S433 (19q12-13.1) 12,0 e 15,2 12,0 e 14,0 13,0 e 13,0 00,00% EXCLUI
vWA (12p12p-ter) 17,0 e 18,0 17,0 e 18,0 14,0 e 17,0 27,40% 1,8248
TPOX (2p23-2per) 8,0 e 10,0 9,0 e 10,0 8,0 e 12,0 00,00% EXCLUI
D18S51 (18q21.3) 14,0 e 17,0 12,0 e 14,0 12,0 e 14,0 13,30% 3,7594
AMELOGENINA X / Y XX XY XY - -
D5S818 (5q21-31) 10,0 e 13,0 10,0 e 12,0 11,0 e 12,0 36,90% 1,3550
FGA (4q28) 20,0 e 24,0 20,0 e 24,0 24,0 e 24,0 15,00% 3,3333
ÍNDICE DE PATERNIDADE ACUMULADO: NIHILPROBABILIDADE DE PATERNIDADE: NIHIL
CAPACIDADE DE EFICIÊNCIA DOS MARCADORES: EXCLUSÃORESULTADO: NEGATIVO - EXCLUSÃO DA IMPUTADA
PATERNIDADERui Fernando Pilotto
(2004)
Locus do DNA Irma Valmor Armando FREQ. % IND. PAT.
D1S7 7,48 10,18 10,18 2,00 não
(MS1)1 6,06 7,48 5,40 aplicável
D2S44 1,74 1,51 3,53 2,00 não
(YNH24)2 1,51 1,22 1,22 aplicável
D4S163 7,48 7,48 5,75 Exclusão
(SLI604)1 4,48 4,30 1,98
D5S110 5,66 3,96 3,11 Exclusão
(LH1)2 2,70 2,70 2,54
D6S132 4,45 3,69 2,86 Exclusão
(SLI1090)2 3,69 3,14 1,88
D7S467 4,50 4,50 4,83 8,27 não
(SLI989)1 4,50* 2,23 2,23 aplicável
D10S28 3,95 2,02 3,60 8,27 não
(TBQ7)1 2,02 1,79 1,79 aplicável
D17S79 1,52 1,52 1,30 2,00 não
(V1)1 1,30 0,80 0,80 aplicável
Parentes em Primeiro Grau
50% 50%
100% 50%
Parentes em Segundo Grau
25%
25%
25%
Parentes em Terceiro Grau
12.5%
Genetic Drift: founder effect among the Amish Genetic Drift: founder effect among the Amish
Ellis-van Creveld syndrome:.
Short rib, heart malformation and polydachtyly
Sickle cell disease: ex of deviation from H-WSickle cell disease: ex of deviation from H-Wbecause of Heterozygote Advantagebecause of Heterozygote Advantage
Actual Genotypes of 12,387 West Africans: Actual Genotypes of 12,387 West Africans: A/A-9365A/A-9365A/S-2993A/S-2993S/S-29S/S-29
p of A= 2(9365) + 2993 = .877p of A= 2(9365) + 2993 = .877
2(12,387)2(12,387)
q of S= 2(29) + 2993 = .123q of S= 2(29) + 2993 = .123
2(12,387)2(12,387)
HW: p2 + 2pq + q2 = 1 p2 = (.877)2x 12387=95272pq=2(.877)(.123)12387=2672q2 = (.123)2x 12387=188
Risk AssessmentRisk Assessment
2/3 x 1/22 x 1/4 =.0075= 0.75%2/3 x 1/22 x 1/4 =.0075= 0.75%
3 Basic principles necessary for risk calculation3 Basic principles necessary for risk calculation
1.1. Law of Addition--either/or rule.Law of Addition--either/or rule.the probability of 2 mutually exclusive events occurringthe probability of 2 mutually exclusive events occurringis the sum of their individual probabilitiesis the sum of their individual probabilities
One Coin TossOne Coin Toss
1/2
OR
1/2
+
3 Basic principles necessary for risk calculation3 Basic principles necessary for risk calculation
1.1. Law of Addition--either/or rule.Law of Addition--either/or rule.the probability of 2 mutually exclusive events occurringthe probability of 2 mutually exclusive events occurringis the sum of their individual probabilitiesis the sum of their individual probabilities
2.2. Law of Multiplication--and rule.Law of Multiplication--and rule.the probability of 2 independent events occurringthe probability of 2 independent events occurringis the product of their individual probabilitiesis the product of their individual probabilities
aaaa
AaAa AaAa
1/2 1/2 1/2X X
1/8
1/8
1/8
1/8
1/8
1/8
1/8
1/8
+
+
+
+
+
+
+
One Coin TossOne Coin Toss
1/2
1/2 1/2
OR
1/2
Two Coin TossesTwo Coin Tosses
1/4
1/4
1/4
1/4
++
++
++
Ad
d m
utu
ally exclusive p
rob
abilities
Ad
d m
utu
ally exclusive p
rob
abilitiesXX
Multiply independentMultiply independentprobabilitiesprobabilities
+
Three Coin TossesThree Coin Tosses
A simple exampleA simple example
3 Basic principles necessary for risk calculation3 Basic principles necessary for risk calculation
1.1. Law of Addition--either/or rule.Law of Addition--either/or rule.the probability of 2 mutually exclusive events occurringthe probability of 2 mutually exclusive events occurringis the sum of their individual probabilitiesis the sum of their individual probabilities
2.2. Law of Multiplication--and rule.Law of Multiplication--and rule.the probability of 2 independent events occurringthe probability of 2 independent events occurringis the product of their individual probabilitiesis the product of their individual probabilities
3.3. Bayes Theorem-Bayes Theorem- a mathematical model for calculating a mathematical model for calculating recurrence risk based on genetics, pedigree, and test resultsrecurrence risk based on genetics, pedigree, and test resultsto determine the probability that an individual is at riskto determine the probability that an individual is at risk
xxxx xxhhYY
xxhhxx
Emery and Rimoin’s Medical GeneticsEmery and Rimoin’s Medical Genetics
xxhhxx xxxx
??
Application of Bayes Theorem has reduced the risk of III-5 being a carrier from 25 to 3%
Reduced penetrance: Reduced penetrance: retinoblastomaretinoblastoma
This man is This man is non-penetrantnon-penetrant
What is the probabilityWhat is the probabilitythat this man has the that this man has the mutation assuming 90%mutation assuming 90%penetrance?penetrance?
Step by step risk calculationStep by step risk calculation
What is the probabilityWhat is the probabilityhe has the mutation he has the mutation assuming 90% assuming 90% penetrance?penetrance?
inherits mutationinherits mutation inherits normal copy inherits normal copy
Shows Shows symptomssymptoms
Shows no Shows no symptomssymptoms
Shows no Shows no symptomssymptoms
50% 50% 50% 50%
100% 100% 10% 10%
45% 45% Total risk Total risk 5% 5% 50% 50%
90% 90%
0% 0% Adjusted risk Adjusted risk given that he shows given that he shows
no symptomsno symptoms
99% % 91% 91%
9%
What is the probabilitythat this man has the mutation assuming 90%penetrance?
What is the probability that he willhave an affected child?
9% x 1/2 x 90% = 4%
Reduced penetrance: Reduced penetrance: retinoblastomaretinoblastoma