GEN

1
GENÉTICA DO DESENVOLVIMENTO

• Profa. Dra. Ana Elizabete Silva Genética Humana

2
BIOLOGIA E GENÉTICA DO DESENVOLVIMENTO

• Duas hipóteses da embriologia
• Preformacionismo (século XVII)
• visão de que todos os órgãos adultos estariam
  pré configurados no esperma ou óvulo.
• Hartsoecker (1677) publicou em revista
  científica a descrição do homúnculo presente na
  porção cefálica do espermatozóide, fortalecendo a
  teoria do animalculismo.

Um organismo desenvolve de si próprio
3

• Duas Hipóteses Da Embriologia

• Epigênese propunha que um organismo adulto se
  desenvolveria a partir de uma forma indiferenciada

ADULTO
ZIGOTO
TRANSFORMAÇÃO
Como é possível que grupos de células assumam
diferentes funções já que elas tem genoma
idênticos?
DIFERENCIAÇÃO CELULAR regulação e diferenciação
da atividade de genes Expressão gênica quando,
onde e quanto?
4
DIFERENCIAÇÃO CELULAR
Transcrição gênica
controle da expressão gênica durante o
desenvolvimento e toda a vida
5
Base Genética do Desenvolvimento
Introdução
Estudos em Drosophila melanogaster mostraram
presença de famílias de genes
codificam fatores de transcrição
ligam e desligam outros genes
cascata seqüencial coordenada para o controle do
desenvolvimento embrionário
6
Base Genética do Desenvolvimento
Introdução
Desenvolvimento Embrionário
indução
diferenciação
migração
fases
segmentação
apoptose
controle
Gene T Fator de transcrição
Gene A Proteína A de sinal secretada
Gene C Proteína Citoplasmática
Gene R Proteína receptora ligada a membrana
Gene X Proteína X em célula
diferenciada
Morfógenos
7
Base Genética do Desenvolvimento Ação
gênica
Diferenciação
Células totipotentes
Células diferenciadas
Genes master
expressão diferencial segundo o tipo celular
reguladores do desenvolvimento
mantenedores do estado diferenciado
Outros genes diferenciadores
acentuadores
promotores
silenciadores
Mutações em genes que regulam a embriogênese
normal ? anomalias do desenvolvimento
8

• DESENVOLVIMENTO ANIMAL
• processo pelo qual um zigoto se transforma em um
  organismo maduro capaz de reprodução ? muitas
  instruções necessárias para o desenvolvimento
  normal são codificadas pelos genes do organismo
  (ativação e desativação gênica ? metilação).
• PERÍODO EMBRIONÁRIO
• Primeiros 2 meses (8 semanas) embrião finaliza
  seu desenvolvimento quando adquire
  características que permitem seu reconhecimento
  como "ser humano "
• Ovo ou zigoto unicelular (0,1 mm) ? ser
  multicelular (3 cm, 300x)
• PERÍODO FETAL 9ª a 40 ª semanas ? maturação e
  diferenciação dos órgãos e sistemas. O feto
  cresce cerca de 17x atingindo cerca de 50 cm no
  momento do parto

Fecundação Mórula Embrião 8s Feto 11s Feto
34s
9

• Etapas Do Desenvolvimento Embrionário Humano
• Diferenciação das células somáticas diplóides x
  células germinativas primordiais (gonócitos
  haplóides)
• migração de cerca de 100 células germinativas
  primordiais provenientes do endoderma
  extraembrionário do
• saco vitelino ? cristas genitais primitivas
• 3ª Semana
• Linha primitiva (dia 15) discreto sulco na linha
  mediana, na extremidade caudal da região dorsal
  do embrião ? organização do embrião nos eixos da
  tridimensionalidade
• -eixo crânio-caudal
• (anterior-posterior)
• -eixo dorso-ventral
• -eixo direito-esquerdo
• (posicionamento do coração e
• visceras)

http//curlygirl.no.sapo.pt/desan.htm
10
ANORMALIDADE DE ASSIMETRIA ESQUERDA-DIREITA
11
GASTRULAÇÃO

• Gastrulação (14-28 dias)
• processo com vários movimentos celulares (início
  da organogênese) ? migração para estabelecimento
  dos três folhetos embrionários ? disco
  embrionário trilaminar
• -ectoderma
• -endoderma
• -mesoderma

ectoderme
Sulco primitivo
12
(No Transcript)
13
NEURULAÇÃO

• Neurulação
• diferenciação do ectoderma superficial e
  mesoderma dorsal em tubo neural (epitélio neural
  ou neuroectoderma) ? precursor do SNC
• extremidade craniana da placa neural ? encéfalo
  prosencéfalo-1,
• mesencéfalo-2 e
• rombencéfalo-3
• extremidade caudal
• da placa neural ?
• medula espinhal-4

http//www.uc.cl/sw_educ/neurociencias/html/035.ht
ml
14
ENDODERMA

• ENDODERMA tubo endodérmico (intestino primitivo
  ou arquenteron) ? origem ao revestimento do trato
  digestório, árvore respiratória e de outros
  derivados do tubo intestinal.
• Bifurcação da árvore respiratória pulmões
• INTESTINO PRIMITIVO no período da organogênese ?
  todo aparelho digestório e anexos pâncreas,
  fígado, vesícula biliar e pulmão
• Intestino anterior
• -Faringe
• -Esôfago
• -Intestino anterior abdominal (diafragma à
• porção média do duodeno
• Intestino médio Segunda metade do duodeno até
  2/3 proximais do cólon transverso
• Intestino posterior cólon transverso ao canal
  anorretal

15
MESODERMA

• MESODERMA dividido em 5 componentes
• Notocórdio formação do tubo neural e eixo do
  corpo
• Mesoderma dorsal (nos dois lados do notocórdio)
  esqueleto axial e músculos esqueléticos e tecido
  conjuntivo da pele
• Mesoderma intermediário rins e sistema
  genitourinário
• Mesoderma lateral coração, esqueleto
  apendicular, tecido conjuntivo das vísceras e das
  paredes corporais
• Mesenquima cefálico musculos oculares e da
  cabeça

16
MESODERMA

• segmenta em somitômeros (unidade de pequenos
  corpos) ? formarão os somitos no sentido
  crânio-caudal
• - 7 primeiros somitômeros ? criarão estruturas
  da cabeça e pescoço
• Somitos (formam-se 42 a 43) ? desenvolvem na
  futura região da base do crânio (dia 20) ? 5 a 7
  mais caudais se degeneram total 37 somitos
• -4 occipitais
• -8 cervicais
• -12 torácicos
• -5 lombares
• -5 sacrais
• -3 coccígeos

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ALTERAÇÕES NOS PADRÕES DE DESENVOLVIMENTO

• Gastrulação anormal Humanos ? ciclopia,
  sirenomelia
• Alteração eixo antero-posterior Drosófila
  mutação antenapédia e bitórax
• Dismorfogênese da notocorda Humanos ?
  hemivértebras
• Patologias da crista neural Humanos ?
• S. Waardenburg

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ANOMALIAS CONGÊNITAS RELACIONADAS À TERCEIRA
SEMANA GASTRULAÇÃO ANORMAL

• Ciclopia (holoprosencefalia) ? desenvolvimento
  anormal da linha média cerebral, RM grave e morte
  precoce ? mutação no gene SHH (sonic Hedgehog)

http//www.conganat.org/7congreso/imagenes_trabajo
s/396-ciclope1.jpg
19
ANOMALIAS CONGÊNITAS RELACIONADAS À TERCEIRA
SEMANA GASTRULAÇÃO ANORMAL

• Sirenomelia anormalidade da formação mesodérmica
  na eminência caudal (membros de sereia) ? defeito
  da linha mediana no estágio 11 ? monopodium,
  simpodium ou rudimentos dos membros inferiores,
  ausência de tecidos como estruturas
  sacrococcígeas, períneo, bexiga, intestino
  posterior, associado à agenesia renal e anomalias
  vertebrais.

http//galenored.com/bolivia/images/sirenom20120
gral20.jpg http//www.mediresource.com/CPNews/ima
ges/x020807A.jpg
20
ANOMALIAS CONGÊNITAS RELACIONADAS À QUARTRA
SEMANA - SEGMENTAÇÃO

• plano de segmentação orientado pelos genes
  homeóticos ? Hox ? manifesto na anatomia humana
  definitiva através das vértebras, costelas,
  dermátomos e nervos espinhais

GENES HOMEÓTICOS genes envolvidos na segmentação
? a sequência destes genes se expressam em todas
as classes de vertebrados ? denominados homeobox
(Hox)
21
GENES HOMEÓTICOS Regulam segmentação do
corpo Controlam uma cascata regulatória de
genes alvos, que controlam a segmentação Codifi
cam fatores de transcrição

• MUTAÇÕES HOMEÓTICAS

Fazem com que uma parte do corpo se pareça com
outra
22
Alteração Eixo Anterto-Posterior Formação do
eixo anterior/posterior ? extremidade da linha
primitiva ? estrutura denominada nódulo (gene
nodal) ? início e manutenção da linha primitiva e
formação do eixo direito/esquerdo. -complexo
gênico homeótico (HOM-C) controla o padrão ao
longo do eixo anterior/posterior Drosophila
(mutação antenapédia) pertuba a padronagem do
eixo ? antenas são substituídas por pernas
Mutação ? causando mudança do local de
desenvolvimento de uma parte do corpo
http//www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?ridiga.
figgrp.3681
23
MUTAÇÃO BITHORAX EM DROSÓFILA
Mutação em gene homeótico de segmentação (bx)
afeta dois segmentos torácicos a) Asas
rudimentares no lugar de altéres b) dois pares
de asas
24

• SEGMENTAÇÃO DO CORPO
• Muitos invertebrados ? corpo formado por unidades
  adjuntas denominadas segmentos
• Exemplo Drosófila
• 3 segmentos da cabeça (H)
• 3 segmentos do tórax (T1-T3)
• 8 segmentos do abdomen
• (A1-A8)

embrião
larva
adulto
25
GENES HOMEÓTICOS

• Insetos genes HOM-C
• Seres humanos e camundongo 4 cópias de Hox (HoxA
  até HoxD)
• 39 genes Hox cada grupo gênico de 100 Kb está
  situado em um cromossomo diferente
• genes Hox de mamíferos são numerados de 1 a 13
• os genes Hox são expressos ao longo do eixo
  dorsal do limite anterior do rombencéfalo até a
  cauda
• Os genes Hox são expressos de 3 a 5 ao longo do
  eixo antero-posterior

26

• Genes homeóticos de insetos e mamíferos
• Grupos de genes HOM-C e Hox (genes da mesma cor
  proximamente relacionados)
• Domínios de expressão e regiões dos embriões
  ordem dos domínios de ambos embriões ? mesma dos
  genes

27
DISTRIBUIÇÃO DOS GENES HOX
28
Mutação HOXD13 e Simpolidactilia
SIMPOLIDACTILIA interfalanges aladas e dedos
extras nas mãos e pés Mutação HOXD13 expansão de
polialanina no domínio aminoterminal da proteína
(22 a 24 alaninas normal 15)
29
Dismorfogênese da notocorda

• Dismorfogênese da notocorda leva a malformação
  do corpo vertebral hemivértebras (escoliose) e
  falha produzida pelo tubo neural (alteração no
  arco vertebral) ? espinha bífida

hemivértebras
Espinha bífida
http//www.srs.org/patients/review/images/9c.jpg h
ttp//www.emedicine.com/orthoped/images/748748748o
rt0618-08.jpg http//paginas.terra.com.br/saude/ma
ninho/sss.html
30
PATALOGIAS ASSOCIADAS A CRISTA NEURAL

• A- Defeito na migração ou morfogênese da crista
  neural (neuroectoderma) origina melanócitos,
  medula adrenal, sistema nervoso autônomo (SN
  entérico), neurônios sensoriais, tecido
  conjuntivo da cabeça e face
• fenda labial ou palatina
• Síndrome de Waardenburg (PAX3)
• Associação CHARGE (coloboma, cardiopatia, SNC,
  genital e auditivo)

31
SEQUÊNCIA DE ROBIN
Restrição do crescimento mandibular (antes 9ª
sem. gestação)
fenda palatina em U e mandíbula pequena ?
interferência da língua, localizada mais
posteriormente, no fechamento normal dos
processos palatinos
32
PATALOGIAS ASSOCIADAS A CRISTA NEURAL
Síndrome de Waardenburg redução ou deficiência
de melanócitos nos cabelos, olhos e ouvido
interno ? mecha branca, olhos claros e
heterocromia,surdez
Mutações em PAX 3
33
PATALOGIAS ASSOCIADAS A CRISTA NEURAL

1. Piebaldismo em uma criança ? esterilidade,
   anemia e regiões não pigmentadas da pela e
   cabelo, ? causada por mutação no gene Kit ?
   proteína essencial para a proliferação e migração
   das células da crista neural, precursores das
   células germinativas e células sanguíneas
2. Piebaldismo em camundongo (Photographs courtesy
   of R. A. Fleischman.)

34
VIAS DE DESENVOLVIMENTO
Consiste em eventos envolvidos na diferenciação
de tecidos e órgãos, com participação de
diferentes produtos gênicos ? criando um fenótipo
GENES NECESSÁRIOS AO DESENVOLVIMENTO NORMAL
Codificam muitos produtos diferentes -moléculas
sinalizadoras e seus receptores -transdutores de
sinais -fatores de transcrição do
DNA -componentes da matriz extracelular -enzimas -
sistemas de transporte e outras proteínas
35
Moléculas de sinalização parácrina

• São fatores parácrinos (secretado no espaço
  circundante das células) ? atuam nas células
  vizinhas através de pequenas distâncias
• Quatro famílias de moléculas de sinalização
  parácrina
• -família do fator de crescimento de fibroblasto
  (FGF)
• -família Hedgehog
• -família wingless
• -família do fator ? de transformação do
  crescimento (TGF-?)
• Cada uma das moléculas sinalizadoras se ligam a
  um ou mais receptores para efetuar uma resposta ?
  mutações nestes genes podem levar a uma
  comunicação anormal entre as células

36
Doenças dos Receptores do Fator de Crescimento de
Fibroblastos FGFR3
FGFRs são receptores para 22 fatores de
crescimento de fibroblastos Estrutura peptídeo
sinal, 3 domínios semelhantes aos da Ig, domínio
transmembrana e um domínio intracelular tirosina
quinase. Processos biológicos migração,
crescimento e diferenciação celular. Expressão
ossos em desenvolvimento Síndromes displasias
ósseas AD
37
Doenças dos Receptores do Fator de Crescimento de
Fibroblastos FGFR3
Acondroplasia mutação substituição de glicina
arginina no domínio transmembrana de FGFR3
ativação constitutiva do receptor Superativação
de FGFR3 aumenta a inibição do crescimento de
condrócitos defeitos do esqueleto Hipocondrodisp
lasia graus mais baixos de ativação Displasia
tanatofórica (letal) ativação acentuada
38
Doenças dos Receptores do Fator de Crescimento de
Fibroblastos FGFR2
S. de Crouzon
S. de Crouzon
Síndromes de Craniossinostose fusão prematura
(sinostose)das suturas cranianas crânios
deformados e defeitos de membros Mutações FGFR1,
FGFR2 e FGFR3 seis síndromes de
craniossinostose Exemplos S. Apert e S. Crouzon
(gene FGFR2 )
39
Genes no desenvolvimento humano e suas homologias
38 de homologia com SHH de vertebrados (Sonic
hedgehog)
Gene hedgehog
Descoberto em Drosophila
Gene de segmentação
mutações em hedgehog
olhos funcionais em asas e pernas
40
Via de Sinalização Sonic hedgehog Síndromes
relacionadas
S. Smith-Lemli-Opitz
S. Gorlin
Holoprosencefalia
S. Greig
S. Rubenstein-Taybi
Funções de SHH especificação de eixo indução de
neurônios motores na placa neuralpadronização
dos membros. S. Gorlin mutação de PTC causa S.
Gorlin e nas células somáticas causa câncer pele
41
Moléculas de sinalização parácrina

• 2-Família Wnt (gene de Drosophila wingless - sem
  asas) polaridade durante a formação de membros
  de Drosophila
• -Genes WNT glicoproteínas responsáveis pela
  especificação do eixo dorsal/ventral, formação do
  cérebro, músculos, gônadas e rins.
• -Mutação em WNT3 causa tetra-amelia (ausência dos
  quatro membros) em humanos

http//elacuarista.com/alimentos/drosofilas.htm
42
Moléculas de sinalização parácrina

• 3-Família do supergene TGF-? pelo menos 30 genes
  estruturais
• -famílias TGF-?
• -família de proteína morfogenética óssea BMP ?
  formação do osso
• -família de activina
• -família Vg1

43
Moléculas de sinalização parácrina

• MUTAÇÕES NA FAMÍLIA BMP proteína 1 morfogenética
  derivada de cartilagem (CDMP1) ? causa várias
  anormalidades esqueléticas ? mutações diferentes
  podem produzir fenótipos diferentes.
• 1-mutação sem sentido em CDMP1 braquidactilia
  (AD)
• 2-duplicação em 22pb em CDMP1 braquidactilia e
  encurtamento dos ossos longos dos membros
  (displasia acromesomélica - AR)
• 3-mutação homozigoto de sentido trocado
  condrodisplasia AR de Grebe ? encurtamento dos
  ossos longos e dedos

44
MUTAÇÕES NA FAMÍLIA BMP


Braquidactilia

Síndrome de Grebe
Displasia acromesomélica
http//www.oftalmo.com/seo/2002/07jul02/09.htm
45
VIA DE TRANSDUÇÃO DE SINAL RAS-MAPK transdução
de sinais extracelulares para célula regula
várias funções celulares (expressão, divisão,
diferenciação e morte celular
S. Noonan mutação de ganho de função do gene
PTPN11 ? proteína que interage com a via RTK-MAPK
S. Costello e S. carciofaciocutânea mutações em
outros componentes da via
46
Fatores de Transcrição do DNA

• São proteínas codificadas por genes que ligam
  (ativam) ou desligam (inativam) outros genes ?
  regulam a transcrição de muitos genes ? que
  regulam outros genes ? efeito cascata ? mutações
  nesses genes tem efeitos pleiotrópicos
• Exemplos
• genes contendo homeobox família HOX, PAX
  (domínios de ligação ao DNA)
• Pax6 camundongo olhos pequenos anormais
• PAX6 humano catarata e aniridia ?homólogo
  de Drosophila gene eyeless (fator de transcrição
  ? ativa vários genes)

47
Mutações em PAX 6
Aniridia
Anoftalmia

• Drosophila eyeless

http//www.exploratorium.edu/imaging_station/galle
ry.php?Categorydrosophila
http//www.ucm.es/info/genetica/AVG/practicas/Dros
ophila/Drosophila.htm
48
Mutações em PAX 6
Genes PAX6 humano, Pax6 de camundongo e Eyeless
de Drosophila são homólogos e codificam fatores
de transcrição (os genes e vias do
desenvolvimento do olho foram conservados durante
a evolução)
49
Proteínas da Matriz Extracelular (EMP)

• Macromoléculas secretadas que servem de
  arcabouços para todos os tecidos e órgãos ?
  colágeno, fibrilinas, proteoglicanas e
  glicoproteínas (fibronectina, laminina e
  tenascina) ? mediadores ativos do desenvolvimento
  
• EMPs se aderem à superfície das células para
  permitir a migração (pelos receptores integrinas
  e glicosiltransferases)
• Integrinas integram a matriz extracelular ao
  citoesqueleto

50
SÍNDROME DE MARFAN
Mutações nos genes fibrilina-1 e elastina ?
Síndrome de Marfan (malformações do coração e/ou
grandes vasos) e estenose aórtica supravalvar
http//www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/im
ages/ency/fullsize/9611.jpg
51
DESENVOLVIMENTO DOS MEMBROS

• Membros dos vertebrados
• -elementos derivados da placa mesodérmica
  lateral ossos, cartilagem e tendões
• -mesoderma somítico músculos, nervos e
  vasculatura
• Sinal que inicia indução dos membros anteriores e
  posteriores ? mesoderma intermediário
• Fator 8 de crescimento de fibroblastos (FGF8)
• - expresso nos membros anteriores e posteriores
  ? induz o programa de brotamento dos membros

52
BROTAMENTO DE MEMBRO
-Antes da diferenciação da ARE dois genes
Radical fringer (r-Fng) e Wnt7a são expressos no
ectoderma dorsal -Ectoderma ventral expressão
de r-Fng e Wnt7a é bloqueada pelo fator de
transcrição En-1 (Engrailed-1) -O crescimento
proximal/distal pela AER controlado por FGF
(FGF2, FGF4, FGF8)
53
Síndrome de Holt - Oram
t-box (TBX5) 12q 24
Fator de transcrição de DNA
mutação

• Síndrome de Holt-Oram (HOS)
• defeitos dos elementos anterior e posterior dos
  membros superiores ? mutações no gene TBX5

54
SÍNDROMES DE DEFEITOS DE MEMBROS SUPERIORES
S. Holt-Oram
S. Cubital-mamária (ulnar-mamária) mutação no
gene TBX3
55
GENÉTICA DO DESENVOLVIMENTO
Identificação de genes relevantes ? vias de
desenvolvimento
Vias de sinalização do desenvolvimento
(conservadas) ? usadas p/diferentes programas
morfogenéticos no embrião
Homólogos em vertebrados sondas de genes de
invertebrados ? clonar genes homólogos em outros
organismos
Mutações Fenótipos
56
LIM-2 Genética do Desenvolvimento http//www.cie
nciablogada.com.br/2011/12/biologia-do-desenvolvim
ento-segundo-as.html - Teorias epigenistas https/
/www.youtube.com/watch?vtbOlV150P8U - Da
concepção ao nascimento http//www.sogab.com.br/ap
ostiladeembriologiaegenetica.pdf - Apostila de
embriologia e genética http//www.portalsaofrancis
co.com.br/alfa/desenvolvimento-embrionario-humano/
desenvolvimento-embrionario-humano.php
Desenvolvimento embrionário humano http//www.pub
lico.pt/ciencia/noticia/descobertos-genes-que-ajud
am-a-construir-a-cara-que-temos-1610446 - Genes
reguladores do desenvolvimento da face e
crânio http//www.biocel.icb.usp.br/ireneyan/EMBR
IOLOGIAMOLECULAR_arquivos/SemataTEMBio1.pdf -
genes homeóticos http//www.drscope.com/pac/pedia
tria-1/d5/p1d5_p17.htm - Família Hox
humano http//enfermedadesraras2.blogspot.com.br/2
011/10/el-sindrome-de-la-sirenomelia.html -
síndrome da sirenomelia http//www.fecolsog.org/u
serfiles/file/revista/Revista_Vol58No1_Enero_Marzo
2007/v58n1a11.pdf - artigo ciclopia
http//www.hermespardini.com.br/atual_manual/pdf_
genetica_novos_exames/Acondroplasia.pdf - Estudo
Genético das várias formas de Nanismo
http//geneticanaescola.com.br/wp-home/wp-content
/uploads/2012/10/Genetica-na-Escola-12-Artigo-14.p
df - Genética do desenvolvimento e
evolução http//dreyfus.ib.usp.br/bio208/arquivos2
011/evodevo_2011.pdf - Genética do
desenvolvimento e evolução
57
Questões 1. As síndromes de craniossinostose,
como S. de Apert e S. de Crouzon, apresentam
características clínicas semelhantes Consulte o
link http//www.ncbi.nlm.nih.gov/omim Compare
ambas as síndromes e descreva a-padrão de
herança, gene mutado e localização
cromossômica b- características clínicas c-
qual o principal sinal clínico que diferencia
estas síndromes Obs. procure no google imagens
fotos das síndromes
58

• Caracterize os genes homeóticos e faça uma
  comparação entre os genes homeóticos de insetos
  (HOM) e mamíferos (Hox).
• 3. Alterações no processo de gastrulação provoca
  anomalias como ciclopia e sirenomelia. Descreva
  o processo que provoca essas alterações, as
  características clinicas, causas prováveis e
  genes envolvidos.
• 4. Compare e descreva a base genética das várias
  formas de Nanismo devido mutações no gene do
  Receptor 3 do Fator de Crescimento de
  Fibroblastos (FGFR3) Acondroplasia,
  Hipocondroplasia e Displasia
• Tanatofórica.