Mutações
INSTABILIDADE DO GENOMA HUMANO
REPARO DO DNA
Genética Humana
Profa. Dra. Ana Elizabete Silva
SOBREVIVÊNCIA E REPRODUÇÃO
ESTABILIDADE
GENÉTICA
REPLICAÇÃO PRECISA DO DNA
REPARO DO DNA
Falhas
Aberrações cromossômicas: mudança no genoma
Mutações no DNA: doenças genéticas (câncer)
MUTAÇÃO: qualquer mudança na
sequência de nucleotídeos ou arranjo do
DNA
Células germinativas:
Mutação herdável
Células somáticas:
Mutação somática
•Mutações genômicas: numéricas (aneuploidias)
•Mutações cromossômicas: estruturais
•Mutações gênicas: mutação de ponto
MUTAÇÕES – LINHAGEM GERMINATIVA
OVOCITOGÊNESE: ovócitos formados até 5o mês: número de
divisões celulares do zigoto até oócito fertilizado constante: 24-31
divisões → erro de não-disjunção com aumento da idade
(aneuploidias)
ESPERMATOGÊNESE: 30-31 divisões celulares até puberdade +
5 div. p/espermatogênese (23 ciclos/ano): centenas de divisões
celulares dependendo da idade: 30+5[23x(25-13)]= 310 divisões
•divisões celulares contínuas → risco maior de erros de replicação
do DNA → 1/10 espermatozóide → mutação deletéria nova
Exemplos: Neurofibromatose
Acondroplasia
Hemofilia B
(avô materno: fonte da mutação nova)
BASE MOLECULAR DAS MUTAÇÕES
GÊNICAS
Mutações espontâneas
naturais
Mutações induzidas
Agente
mutagênico
MUTAÇÃO ESPONTÂNEA
ausência de um tratamento com mutágeno:
fonte de variação genética
 Frequência baixa: uma célula em 105 a 108
 Mecanismos:

 erros
na replicação do DNA
 lesões espontâneas: depurinação, desaminação
e danos oxidativos (radicais superóxido-O2;
peróxido de hidrogênio- H2O2; radicais hidroxilaOH)
 elementos genéticos de transposição
LESÕES ESPONTÂNEAS: ERROS DE REPLICAÇÃO DO DNA
•PERDA DE BASES:
Depurinação: 5.000 bases púricas (A e G)/dia/célula
Desaminação: 100 bases C >U/dia/célula
•REPLICAÇÃO: DNA pol: 1 base errada na cadeia filha/10
milhões pb
•REVISÃO DE PROVA “PROOFREADING”: corrige 99,9%
dos erros de replicação
•TAXA DE MUTAÇÃO (erros de replicação): muito baixa 10-10
por pb/divisão
•GENOMA DIPLÓIDE HUMANO: ~ 6x109 pb do DNA →
menos 1 mutação de pb/divisão
PREVENÇÃO DE ERROS
Alguns sistemas enzimáticos neutralizam
compostos potencialmente danosos, antes
que reajam com o DNA
 Exemplos:
desintoxicação de radicais
superóxido produzidos durante os danos
oxidativos
 a- Enzima superóxido dismutase  catalisa
a conversão dos radicais superóxido 
peróxido de hidrogênio
 b- Enzima catalase  converte peróxido de
hidrogênio em água

MUTAÇÕES INDUZIDAS
Agentes químicos:
Agentes físicos:
•Análogos de bases:
5-BrdU
•Radiação UV
•Alcilantes: EMS
•Radiação ionizante:
raios X, gama
•Intercalantes:
acridina orange
Agentes biológicos:
•Vírus mutação insercional
RADIAÇÃO
ULTRAVIOLETA
Absorção da luz UV
Estado excitado de uma
base púrica ou pirimídica
Ligação covalente entre
duas pirimidinas adjacentes
Anel ciclobutano:
 dímeros de timina (TT)
mais estável
 dímeros menos estáveis: CT,
CC, TU e UU
TIPOS DE MUTAÇÕES: DOENÇAS GENÉTICAS HUMANAS
1. Substituição de Bases: Mutação de Ponto
Mutação de sentido trocado (missense)
Mutação sem sentido (nonsense)
Mutação de processamento de RNA:destroem sítios consenso
de corte; cap, poliadenilação, criam sítios crípticos: códons
finalizadores e mudança de matriz de leitura (frameshift)
Mutações reguladoras: afetam a ligação de fator de
transcrição e controle transcricional
TIPOS DE MUTAÇÕES: DOENÇAS GENÉTICAS HUMANAS
2. Deleções/Inserções:
Adição/deleção: pouco no. bases
Deleções maiores: Distrofina
Inserção L1 ou Alu: hemofilia A (L1); neurofibromatose (Alu)
Deleção/Duplicação (recombinação)
Crossing-over desigual
Expansão trinucleotídeos repetidos
Repetição CAG: D. Huntington
Repetição CGG: S. do X frágil
POLIMORFISMO X MUTAÇÃO
POLIMORFISMO: variações no DNA
•ocorrência de dois ou mais alelos relativamente comuns
para um único lócus.
•Variação do DNA na qual cada sequência possível está
presente em pelo menos 1% da população.
•Ocorre comumente e está associado a um fenótipo normal.
Polimorfismo em sequência codificadora (5% DNA): variante
protéica → fenótipos distintos
Polimorfismos de proteínas:
•Grupos sanguíneos ABO e RH
•Sistema de alfa1-antitripsina (1-AT): doença pulmonar,
vários alelos (frequência de 10-75%)
•Proteínas de destoxificação de xenobióticos: CYP, GST,
NAT
•Proteínas de reparo do DNA: XPD, XRCC1, XRCC2,
XRCC3
Polimorfismo em sequência não-codificadora (95%
DNA): intergênica ou dentro de íntrons →
sem consequência para o
funcionamento do gene
sem alterar proteínas
ESTIMATIVA DE BASES POLIMÓRFICAS: 1:1000 pb
TIPOS DE POLIMORFISMOS GENÉTICOS
POLIMORFISMOS GENÉTICOS
RFLP
SNP
SSLP
Minissatélite
Microssatélite
VNTR
STR
•Utilização como marcador genético: análise de ligação
•Diagnóstico pré-natal de doenças genéticas
•Detecção de portador heterozigoto
•Avaliação de pessoas com risco de predisposição a doenças
complexas: câncer, doenças coronarianas e diabete
•Teste de paternidade e aplicações forenses
•Tipagem tissular para transplante de órgão
•Alelos 1 e 2: diferentes
polimorfismos alteram
sítios de restrição
Alelo 1: sítio R (cortado
pela enzima restrição)
Alelo 2: nucleotídeo X 
perda R (sem corte)
•Amplificação (PCR):
primers que flanqueiam o
sítio de restrição
Digestão do produto de
PCR com enzima R
•Eletroforese: gel de
agarose
RFLP: Polimorfismos de Comprimento de Fragmentos de Restrição
POLIMORFISMO DE COMPRIMENTO DE SEQUÊNCIA
SIMPLES (SSLP):
- arranjos de sequências repetidas com variação no
comprimento devido diferentes números de unidades repetidas
(multi-alélicos).
MINISSATÉLITES (VNTR): Número Variável de Repetições
em Tandem
-unidades repetidas de DNA com 10-100 pb (30pb),
MICROSSATÉLITES (STR): Repetições em Tandem Curtas
• unidades repetidas de 2-4 pb
MINISSATÉLITES (VNTR): unidades repetidas de DNA com
10-100 pb (30pb), resultam de inserção em tandem.
Encontrados preferencialmente nas regiões teloméricas
(geralmente não transcritas) → sítio p/ recombinação
homóloga.
Utilizados como marcadores polimórficos: datiloscopia de DNA
(DNA fingerprinting)
http://www.fathom.com/course/21701758/session1.html
Formação de unidades repetitivas
http://www.usask.ca/biology/rank/316/genomics/genomics.htm
Vítima de abuso sexual:
suspeitos 1 e 2 comparados
com DNA do esperma
encontrado na vítima
Família com filhos biológicos e
adotivos: Teste de Paternidade
Filha D2: o pai é de casamento
anterior
Filho S2: adotado
http://www.scq.ubc.ca/?p=250
MICROSSATÉLITES (STR):
•unidades repetidas de 2-4 pb:
CACA...CA;
CAACAA...CAA;
AAATAAAT...AAAT.
• Existem 6,5x105
microssatélites no genoma
humano.
•Lócus de microssatélite é
multi-alélico: cada pessoa deve
ser heterozigota em mais de
70%
•Espalhados por todo o genoma
Utilizados como marcadores polimórficos: datiloscopia de DNA
http://www.usask.ca/biology/rank/316/genomics/genomics.htm
Diagnóstico de Doença
Genética
Doença Ligada ao X (recombinação=0)
POLIMORFISMO DE NUCLEOTÍDEO ÚNICO – SNP:
•Mudanças de um único nucleotídeo distribuídas por todo o
genoma.
•Aproximadamente 1:1350 pb no genoma
•Cerca de 1.42 milhões de SNPs no genoma
•Polimorfismos com dois alelos
•Aplicações: marcadores de mapeamento genético;
antropologia molecular (evolução) e comparação entre
diferentes populações (epidemiologia molecular)
•Detecção: Chips de DNA (hibridização de nucleotídeos)
REPARO DO DNA
Reparar danos no DNA surgidos
espontaneamente ou induzidos por mutágenos
• Reparo de pareamento errôneo
• Reparo direto
• Reparo de excisão de bases
•Reparo de excisão de nucleotídeos
• Reparo de quebras de fita dupla no DNA
LESÕES RETARDAM PROGRESSÃO
DO CICLO CELULAR
Reparo do DNA
Bloqueio do
Danos DNA
ciclo celular
(Checkpoint)
Proteína ATM
Apoptose
Identifica
lesão no DNA
Sinal p/ p53 → Ativar
Genes Reparo DNA
REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO
MISMATCH REPAIR - MMR
• reparo pós-replicação: bases incorporadas erroneamente no
DNA durante a replicação (DNA pol: 1 base errada na
cadeia filha/10 milhões pb)
REVISÃO DE PROVA “PROOFREADING”: corrige 99,9% dos
erros de replicação
• eliminação de bases mal pareadas e alças de
deleção/inserção
• atua na cadeia recém-sintetizada
•genes MSH, MLH e PMS
Deslizamentos da DNA polimerase:
regiões de microssatélite
Câncer de cólon não-poliposo familial:
instabilidade de microssatélites
-70 a 85% de risco
- mutações em MLH1 e MLH2 são mais comuns
REPARO DE PAREAMENTO ERRÔNEO
5’
Base errada
3’
Cadeia filha
G
A
Cadeia
parental
MSH3
MSH6
Reconhecimento do
MSH2 MLH2
dano e corte na cadeia
A
PMS2
filha
Reconhecimento do dano e corte na cadeia filha
Excisão de fragmento
G
de 100 a 1000pb
contendo a base
A
incorreta
G
DNA pol /
A
T
A
DNA ligase
Síntese de DNA e ligação
da fita reparada
Fita reparada
REPARO DIRETO
• reversão ativa da lesão → sem retirar a base
danificada
• O6-metilguanina → transição G:C para A:T
(produzida endogenamente ou mutagênicos
químicos)
•Enzima MGMT (metil guanina metiltransferase)
→ remove o grupo metil
• alto custo energético → uma molécula da
enzima é inativada para cada lesão corrigida
REPARO DIRETO
Agente
alquilante
O6-Metilguanina
CH3
G
G
C
C
Reparo Direto
Reconhecimento da
base alterada e
transferência do grupo
metil para resíduo de
cisteína da MGMT
DNA restaurado e
enzima inativa
MGMT
CH3
G
C
G
C
CH3
MGMT
REPAROS DE EXCISÃO
ETAPAS COMUNS
etapa 1 = incisão (endonuclease) e
excisão (exonuclease)
etapa 2 = ressíntese do DNA (DNA
polimerases β, δ, ε)
etapa 3 = ligação das extremidades
(DNA ligases)
REPARO POR EXCISÃO DE BASES BER
• reparo de danos causados por agentes endógenos (hidrólises,
oxigênio reativo)  que modificam a estrutura das bases
• reparo de danos induzidos por radiação ionizante e agentes
alcilantes
• realizado pelas DNA glicosilases  quebram ligações base-açúcar
 liberando as bases e gerando sítios apurínicos ou apirimidínicos
(sítios AP)  reparado por endonucleases específica
•cada DNA glicosilase reconhece uma base alterada no DNA e
catalisa sua remoção por hidrólise
•Etapas: remoção da base danificada (DNA glicosilase)  sítio
AP  incisão do sítio AP (endonuclease)  excisão e remoção
gerando lacuna  síntese DNA (DNA polimerase)  ligação da
cadeia (DNA ligase)
REPARO POR EXCISÃO DE BASES BER
Quebra de
cadeia simples
Base danificada
*
DNA
glicosilase
APE1
DNA pol
XRCC1
XRCC1
Reconhecimento
e formação do
sítio AP
Reconhecimento
e incisão 5’ do
sítio AP
Excisão da
porção açúcar-P
e síntese de DNA
DNA
Ligação da
ligase III
cadeia
Short-patch 1 nucleotídeo
XRCC1
PARP
Reconhecimen
to da quebra
PNK
DNA pol
PCNA
DNA ligase I
Incisão 5’
FEN1
Síntese DNA
e excisão
Ligação
da cadeia
Long-patch 2-13 nucleotídeos
REPARO POR EXCISÃO DE NUCLEOTÍDEOS NER
• remoção de adutos no DNA  distorção da
dupla hélice
• dímeros de pirimidina, HAP, cisplatina
• fatores ambientais
• principal mecanismo de reparo
• deficiência: doenças genéticas
•realizado pelo complexo multienzimático XPAXPG
• remove 24-32 nucleotídeos
Xeroderma Pigmentoso
-Mutações em XPA-XPG
-  1000 a 4000X o risco de câncer de pele 
exposição solar ou irradiação UV
Reparo por excisão
de nucleotídeos (NER)
TFIIH: complexo da
RNA pol II com
atividade de
helicase
XPG: endonuclease
que corta a fita em
3’
ERCC1-XPF:
endonuclease que
corta a fita em 5’
DNA pol, PCNA, RPA
e RFC: síntese da
fita nova
Ligase
REPARO DE QUEBRAS NO DNA FITA DUPLA
• DSB (quebra fita dupla): lesão espontânea induzida
por radicais de O2 livres, replicação do DNA e
agentes genotóxicos como a radiação ionizante
• causa de aberrações cromossômicas
• Reparo homólogo (RH)  pareamento com o
cromossomo homólogo intacto
• Reparo de ligação das extremidades nãohomologa (NHEJ)  religação direta das extremidades
quebradas
Cromátides
irmãs
REPARO HOMÓLOGO
Reparo DNA
com fidelidade
Radiação ionizante
Quebra de
cadeia dupla
Rad50
MRE11
NBS1
DNA
ligase
DNA pol
Síntese de DNA e
ligação das cadeias
Degradação 5’-3’
Rad52
BRCA2
Invasão da
cadeia
BRCA1
Rad54
Rad51
Uma das fitas vermelhas apresenta uma quebra
DNA polimerase desloca a fita
d. Reparo posterior à
duplicação
por recombinação
semelhante à conversão
gênica
ligação dos fragmentos
heteroduplex
duplicação posterior do DNA
resulta em 3 alelos e 1 alelo
Resultado final: um alelo verde
foi convertido em um vermelho
LIGAÇÃO DAS EXTREMIDADES NÃO-HOMÓLOGAS
Agente danificante
DNA fita dupla
Quebra de cadeia dupla
DNA PKc1
KU80
KU70
KU80
KU70
DNA ligase IV
XRCC4
Processamento
das extremidades
Ligação das
extremidades
DNA reparado com
baixa fidelidade
http://www.sbbq.org.br/revista/mtdidaticos/Env.pdf
Xeroderma Pigmentoso
Síndrome de Cockaine
Tricotiodistrofia
Anemia de Fanconi
Ataxia telangiectasia
SÍNDROMES DE
INSTABILIDADE
CROMOSSÔMICA
Síndrome de Bloom
defeitos nos mecanismos de reparo e replicação do DNA
 freqüência  aberrações cromossômicas
 incidência  câncer
XERODERMA PIGMENTOSO (XP)
 AR
 Clínica
manifestações cutâneas (1,5 anos)
anomalias oculares (4 anos)
anomalias neurológicas (6 meses)
Xeroderma (pele seca)
Incidência:1/250.000 (USA); 1/40.000 (Japão)
Células
XP:
sensíveis
a
radiação
UV
indivíduos incapazes reparar dímeros TT: risco ↑ câncer
de pele (2000x)
XP: defeito no reparo de excisão de nucleotídeos (NER)
grupos de complementação: XPA-XPG
diferenças clínicas
defeitos enzimáticos
incapacidade de
excisar danos induzidos pela luz UV e mutagênicos
químicos
 diagnóstico
exposição a luz solar
 tratamento
proteção da pele da luz solar
chapéus
óculos que absorvem luz UV
bloqueadores solares
roupas protetoras
acompanhamento periódico por dermatologista
ANEMIA DE FANCONI (FA)
AR
Clínica
anemia
alterações da pigmentação da pele (64%)
baixa estatura (62%)
malformações do rádio (50%)
anomalias oculares (41%), renais (34%),
microcefalia (37%), deficiência mental
(25%)
90%
anemia aplástica
 incidência: 1/22.000 a 1/476.000 indivíduos
8 grupos de complementação: FANCA a FANCG
(heterogeneidade genética)
células FA: sensíveis à agentes químicos que causam
ligações cruzadas entre as fitas de DNA:
-mitomicina C (MMC), diepoxibutano (DEB), mostarda
nitrogenada (NM), cisplatina , ...
freqüência  de neoplasias: leucemias e tumores hepáticos
 quebras cromossômicas espontâneas, figuras tri, quadri e
multiradiais,
figuras radiais
endorreduplicação
SÍNDROME DE BLOOM (SB)
AR
Clínica
 peso ao nascimento
retardo de crescimento pré e pós-natal
(145 cm H; 130 cm M)
telangiectasias e fotossensibilidade (borboleta)
cabeça alongada, microcefalia, inteligência
normal
imunodeficiência: infecções (respiratórias e
gastrointestinais)
Incidência: 1/58.000 judeus
asquenazim
 figuras quadrirradiais
mutações no gene BLM
15q26.1
DNA helicase ( RecQ)
papel na replicação e reparo do DNA
Risco maior de câncer: carcinomas,
leucemias e linfomas
ATAXIA TELANGIECTASIA (AT)
SÍNDROME DE LOUIS-BAR
AR
Clínica
-ataxia cerebelar (12-14 meses)
disfunção neuromotora
-telangiectasia olhos e pele (3 e 5 anos)
retardo de crescimento (70%)
incidência neoplasias (linfoma e
leucemia linfóide) e imunodeficiências
incidência: 1/40.000
risco  câncer de mama
heterozigotos AT
células AT
sensíveis a radiação ionizante e agentes
radiomiméticos (N-acetoxi-N-2-acetil-2-aminofluoreno - 4-NQO)
 linfócitos AT
rearranjos espontâneos dos cromossomos 7 e 14
 4 grupos de complementação: A, C, D e E
 gene ATM (11q22-23)
mutações gene ATM
diversas vias
controle transdução de sinal
checkpoint ciclo celular
resposta celular ao dano no DNA induzido por radiação
 gene ATM interage p53 na checagem G1-S e mutações no gene ATM
abolem mecanismo de reparo pré-síntese de DNA
 defeito
DNA
mecanismo de reparo do DNA ou defeito na replicação