Mutação Gênica e Reparo de DNA

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PBL 11 – 07/05
1- Identificar os principais tipos de mutações gênicas.
As mutações gênicas são alterações que ocorrem na sequência de bases na molécula de DNA, que sofrem mutações em sua estrutura. 
· Substituição de base (mutação pontual): uma única base nitrogenada é substituída por outra no DNA. Isso pode levar a mutações na sequência de aminoácidos em uma proteína.
Durante a replicação do DNA pode ocorrer a substituição de apenas um nucleotídeo por outro. Mais comum é quando ocorre a troca de uma purina (A – G) por outra (na ligação A – T, por exemplo, ocorre a troca de A por G) ou uma pirimidina (C – T) por outra (como no exemplo ao lado, onde o correto seria G – C). 
Podem ser classificadas em 3 tipos: 
· Silenciosas: não alteram em qual aminoácido será formado e não terá alteração na proteína. 
· Sem sentido: ocorre quando a troca de nucleotídeos leva a formação a um códon de terminação, criando assim uma proteína mais curta, com ou sem função. 
· Com sentido: levam a formação de um aminoácido diferente na proteína, porém continua funcional.
· Inserção ou deleção: ocorre quando uma ou mais bases nitrogenadas são inseridas ou removidas do DNA. Isso pode mudar completamente a sequência de aminoácidos de uma proteína a partir do ponto de mutação, levando a uma alteração drástica ou à produção de uma proteína completamente disfuncional. 
 inserção de bases é o acréscimo de um par de bases, e uma deleção de bases é a remoção de um par de bases.
· Rearranjos cromossômicos: mutações que podem ocorrer em nível cromossômico, resultando em rearranjos com translocação, inversão ou duplicações cromossômicas.
· Mutação de ponto de splice: ocorre quando uma mutação interrompe os sítios de splicing, onde as regiões intrônicas são removidas do RNA precursor para formar o RNA mensageiro. 
· Duplicação e deleção de genes inteiros: ás vezes, grande seções de DNA, incluindo genes inteiros, podem ser duplicadas ou deletadas. 
2- Diferenciar as consequências que as mutações gênicas podem exercer sobre a síntese de proteínas.
As mutações podem resultar em ganho de função ou perda de função do produto proteico.
· O ganho de função ocasionalmente resulta em um produto proteico completamente novo. Mais comumente, resultam em hiper expressão do produto ou em expressão inapropriada (no tecido errado ou no estágio errado do desenvolvimento). Produzem um distúrbio dominante. A doença de Huntington é um exemplo. 
· A perda da função são vistas nas doenças recessivas. Aqui a occore a perda de 50% do produto proteico mas os outros 50% restantes são suficientes para o funcionamento normal. Mas em alguns casos esses 50% do produto proteico não são suficiente para o funcionamento normal que fica conhecida como Haploinsuficiência - é vista por exemplo no distúrbio autossômico dominante hipercolesterolemia familiar.
· Outro tipo de perda de função é vista na Mutação dominante negativa: além de produzir um produto proteico não funcional, inibe o funcionamento da proteína produzida pelo alelo normal heterozigoto. Tipicamente acontece em genes que codificam proteínas multiméricas, como por exemplo o Colágeno tipo 1 que é composta de três subunidades helicoidais, uma hélice anormal criada por uma mutação pode combinar-se com outra hélice tripla gravemente comprometida. 
3- Descrever os mecanismo de reparo do DNA
· Reparo direto do DNA danificado: modo mais simples de reparar uma lesão de base é revertê-la diretamente. A enzima liga-se aos dímeros de pirimidina e quebra as ligações covalentes para regenerar as bases originais. Esse mecanismo de reparo é chamado fotorreativação porque a enzima requer luz como fonte de energia para o reparo.
· Reparo por excisão de base: as enzimas chamadas glicosilases detectam e removem as citosinas desaminadas. Quando a base é removida esse espaço é preenchido e fechado por outras enzimas. 
· Reparo por excisão de nucleotídeos: os nucleotídeos danificados são removidos juntos com um retalho circundante de DNA, nesse processo a enzima helicase abre o DNA para formar uma bolha e as enzimas de restrição de DNA cortam a parte danificada dessa bolha. Uma DNA polimerase substitui DNA que falta e a DNA ligase fecha a lacuna na coluna do filamento. 
· Reparo por mal pareamento: um complexo de proteínas reconhece e liga-se á base mal pareada, um segundo complexo corta o DNA próximo ao mal pareamento e mais enzimas cortam o nucleotídeos incorreto e um pedaço do DNA que envolve. Uma DNApoli substitui a parte que falta com os nucleotídeos corretos e a enzima DNAligase fecha a lacuna. 
· Reparo por síntese transleção: a DNAreplicativa paralisa na lesão (sítio de despurinização de adutos volumosos e de dímeros de pirimidina). A TLS polimerase substitui a DNApoli replicativa e sintetiza além da lesão. 
· Reparo por recombinação: tem duas vias
 1- Junção de extremidades não homólogas 
 2- Recombinação homologas 
4- Conhecer a fisiopatologia e genética da fibrose cística (sintomatologia e mutações).
A fibrose cística é uma doença também conhecida como beijo salgado. 
A fibrose cística é um distúrbio autossômico recessivo do transporte iônico epitelial causado por mutações no gene do regulador da condutância transmembrana.
É predominantemente europeia.
A fisiopatologia dessa doença gira em torno da mutação no gene CFTR, que resulta na produção exagerada de muco, além de ser mais espesso do que o normal e não ser devidamente eliminado.
A alta concentração de muco nos órgãos causa diversas consequências nos pulmões, pâncreas, fígado e intestino, interferindo na sua funcionalidade.
O gene CFTR forma um canal iônico permeável a cloro, regulado por fosforilação, esse gene está na membrana apical do epitélio nas vias aéreas pulmonares, ducto pancreática, intestino, ductos biliares e nas membranas apicais e basolaterais do ducto das glândulas sudoríparas.
Quando o gene sofre deleção de três pares de bases nitrogenadas, o seu desdobramento acontece de forma incorreta e o seu deslocamento para a membrana apical é impedido, sendo degradado no proteossomoe, por isso, os canais permeáveis ao cloro não se encontram atuantes.
· As glândulas sudoríparas (glândulas exócrinas), com o gene mutado, não absorvem Cl– nem Na+, e por isso, o suor surge na superfície da pele com alto teor dessas substâncias;
· Nos ductos pancreáticos, os canais de Cl– são necessários para alcalinizar e hidratar as secreções pancreáticas, na FC, os pequenos ductos pancreáticos são, então, obstruídos, e as enzimas pancreáticas são impedidas de exercer o seu papel. Além disso, por último, ocorre atrofia do pâncreas;
· A lesão hepática ocorre no mesmo sentido da pancreática, os ductos biliares ficam obstruídos, assim como outros diversos ductos do organismo (ducto deferente, por exemplo, trazendo prejuízos para o sistema urogenital masculino).
Mais de 95% dos pacientes do sexo masculino com FC sofrem de azospermia devido à ausência bilateral congênita dos ductos deferentes.
Além da FC, mutações em CFTR foram associadas a um espectro de doenças, incluindo azospermia obstrutiva, pancreatite idiopática, bronquiectasia disseminada, aspergilose broncopulmonar alérgica, doença sinopulmonar atípica e asma.
Os sintomas da fibrose cística variam em gravidade e podem incluir: Tosse crônica, Falta de ar, Infecções respiratórias frequentes, como pneumonia e bronquite, Produção de muco espesso e pegajoso, Dificuldade na digestão, má absorção de nutrientes e baixo ganho de peso, Pólipos nasais, Suor excessivamente salgado, Infertilidade masculina devido a ausência ou bloqueio dos ductos deferentes, Complicações como diabetes relacionada à fibrose cística
Mutação genética:
Existem mais de 1.700 mutações conhecidas no gene CFTR que podem causar fibrose cística. As mutações mais comuns incluem:
ΔF508 (deleção de fenilalanina na posição 508), que é responsável por cerca de 70% a 90% dos casos da doença.
G542X, R553X, entre outras mutações pontuais.
A gravidade da doença pode variar dependendodo tipo de mutação e de outros fatores genéticos e ambientais.
5- Descrever o processo de desenvolvimentos dos sistemas digestório e respiratório
O desenvolvimento do sistema digestório começa no início da quarta semana com a formação do intestino primitivo, a partir da incorporação do endoderma e de parte da vesícula umbilical (saco vitelino) pelas pregas cefálica, laterais e caudal durante o dobramento do embrião. O endoderma do intestino primitivo origina a maior parte do epitélio e das glândulas do trato digestivo, enquanto que o epitélio da extremidade cefálica (cranial) é derivado do ectoderma do estomodeu (futura cavidade bucal) e o epitélio da extremidade caudal deriva do ectoderma do proctodeu (futuro canal anal). O intestino primitivo é limitado na sua extremidade cefálica (cranial) pela membrana bucofaríngea e na sua extremidade caudal pela membrana cloacal. Os tecidos muscular, conjuntivo e as outras camadas da parede do trato digestivo são derivados do mesênquima esplâncnico que circunda o intestino primitivo.
Para fins de descrição, o intestino primitivo é dividido em três partes:
· Intestino anterior
· Intestino médio
· Intestino posterior
INTESTINO POSTERIOR
 Os derivados do intestino posterior são:
· O terço esquerdo até metade do colo transverso; o colo descendente e o colo sigmoide; o reto e a parte superior do canal anal.
· O epitélio da bexiga urinária e a maior parte da uretra.
 Todos os derivados do intestino posterior são supridos pela artéria mesentérica inferior, a artéria do intestino posterior. A junção entre o segmento do colo transverso derivado do intestino médio e aquele que se origina do intestino posterior é indicada pela mudança na circulação sangüínea de um ramo da artéria mesentérica superior (artéria do intestino médio) para um ramo da artéria mesentérica inferior (artéria do intestino posterior). O colo descendente torna-se retroperitoneal quando o seu mesentério se funde com o peritônio da parede abdominal posterior esquerda e, então, desaparece. O mesentério do colo sigmóide é mantido, porém ele é mais curto do que no embrião.
INTESTINO MÉDIO
 Os derivados do intestino médio são:
· O intestino delgado, incluindo o duodeno distal até a abertura do ducto biliar.
· O ceco, o apêndice, o colo ascendente e a metade a dois terços do colo transverso.
 Todos esses derivados do intestino médio são supridos pela artéria mesentérica superior (Fig. 5).
 O desenvolvimento do intestino médio é caracterizado pelo alongamento do intestino e seu mesentério resultando na formação de uma alça intestinal ventral com a forma de U — a alça do intestino médio, também chamada de alça intestinal primária ou alça intestinal média (Fig. 5).
 O ramo cefálico desta alça dará origem a porção distal do duodeno, jejuno e em parte do íleo, e o ramo caudal dará origem à porção inferior do íleo, ceco, apêndice, cólon ascendente e os dois terços proximais do cólon transverso.
 Com o aumento do tamanho do fígado e rins, a cavidade abdominal embrionária torna-se pequena para abrigar estes e todas as alças intestinais, levando-as a se projetarem para a cavidade extraembrionária, no cordão umbilical, dando origem à hérnia umbilical fisiológica (Fig. 6 A).
 Enquanto está no interior do cordão umbilical, a alça intestinal média roda 90 graus no sentido anti-horário, em torno do eixo formado pela artéria mesentérica superior. Outras rotações ocorrem totalizando 270° quando se completa Fig. 6 A-D). Isso leva o ramo cranial (intestino delgado) da alça para a direita e o ramo caudal (intestino grosso) para a esquerda. Durante a rotação, o intestino médio se alonga e forma as alças intestinais (por exemplo, jejuno e íleo).
 O retorno do intestino médio para o abdome, ocorre durante a 10ª semana, e acredita-se que este fato se deva a diminuição do tamanho do fígado e dos rins e o aumento da cavidade abdominal (Fig. 6-C). O intestino delgado (formado pelo ramo cranial) retorna primeiro, passando por trás da artéria mesentérica superior, e ocupa a parte central do abdome. Quando o intestino grosso retorna, ele sofre uma rotação adicional no sentido anti-horário de 180 graus. Mais tarde, ele vai ocupar o lado direito do abdome (Fig. 6-E). O colo ascendente se torna reconhecível à medida que a parede abdominal posterior cresce progressivamente.
6- Relacionar a histologia do tecido epitelial de revestimento e glandular, com os sistemas digestório e respiratório e com a fibrose cística.
6- Sistemas Respiratório e Digestório (focar seu estudo no epitélio de revestimento de cada sistema e como isso pode ser alterado na fibrose cística.
Sistema Respiratório:
No sistema respiratório, o epitélio de revestimento é composto principalmente por células ciliadas pseudoestratificadas, células caliciformes secretoras de muco e células basais. Este tipo de epitélio é encontrado nas vias aéreas superiores, como nariz, seios paranasais, traqueia e brônquios.
Na fibrose cística, a mutação no gene CFTR resulta na produção de muco anormalmente espesso e viscoso. Isso pode interferir na ação ciliar das células, levando à dificuldade na remoção do muco e ao acúmulo de bactérias e detritos nas vias aéreas.
A obstrução das vias aéreas pode levar a infecções respiratórias frequentes, inflamação crônica e danos aos tecidos pulmonares, eventualmente resultando em complicações graves, como bronquiectasia e insuficiência respiratória.
Sistema Digestório:
No sistema digestório, o epitélio de revestimento varia em diferentes partes do trato gastrointestinal. No esôfago, estômago e intestino delgado, encontramos epitélio colunar simples. No intestino grosso, vemos epitélio colunar simples com células caliciformes.
Na fibrose cística, as glândulas exócrinas do pâncreas são afetadas pela produção de muco espesso e viscoso. Isso pode resultar em obstrução dos ductos pancreáticos, prejudicando a liberação de enzimas digestivas no intestino delgado.
Como resultado, os pacientes com fibrose cística podem ter dificuldade na digestão e absorção de nutrientes, levando a problemas como desnutrição, má absorção de vitaminas e minerais, e crescimento inadequado.
Em resumo, a fibrose cística afeta o epitélio de revestimento do sistema respiratório, causando acúmulo de muco e inflamação nas vias aéreas, e também afeta o sistema digestório, interferindo na secreção de enzimas digestivas pelo pâncreas e na absorção de nutrientes no intestino delgado. Essas alterações contribuem para as manifestações clínicas características da doença, incluindo infecções respiratórias crônicas e problemas digestivos.
Tecido Epitelial de Revestimento:
No sistema digestório, o tecido epitelial de revestimento é encontrado em todo o trato, desde a boca até o ânus. Nas regiões de absorção, como o intestino delgado, é comum encontrar epitélio colunar simples, especializado em aumentar a superfície de absorção. Nas regiões de secreção, como o estômago, o epitélio glandular é predominante, secretando enzimas digestivas e ácido clorídrico.
No sistema respiratório, o tecido epitelial reveste as vias aéreas, desde as narinas até os alvéolos pulmonares. Nas vias aéreas superiores, como nariz e traqueia, é comum encontrar epitélio pseudoestratificado ciliado, que ajuda na movimentação do muco e na remoção de partículas estranhas. Nos alvéolos, o epitélio é simples e pavimentoso, facilitando a troca gasosa.
Tecido Epitelial Glandular:
No sistema digestório, as glândulas encontram-se principalmente no estômago e no intestino delgado. As células glandulares secretam enzimas digestivas, muco e ácido clorídrico para auxiliar na digestão e na proteção da mucosa.
No sistema respiratório, as glândulas são menos abundantes, mas ainda estão presentes nas regiões das vias aéreas superiores, como nariz e traqueia, ajudando a lubrificar e proteger as superfícies.
Quase todas as glândulas exócrinas são afetadas com distribuição variável em grau de gravidade. As glândulas podem
· Torna-se obstruído por muco viscoso no lúmen (pâncreas, glândulas intestinais,ductos biliares intra-hepáticos, vesícula biliar e glândulas submaxilares)
· Aparência histológica anormal e produção excessiva de secreções (traqueobrônquicas e glândulas de Brunner)
· Aparência histológica normal, mas secreção excessiva de sódio e cloreto (glândulas sudoríparas, parótidas e pequenas glândulas salivares)
Respiratória
Ao nascimento, os pulmões geralmente apresentam histologia normal; a maioria dos pacientes desenvolve sinais de doença pulmonar, que se inicia no lactente ou precocemente na infância. Rolha de muco e infecção crônica bacteriana, acompanhada de resposta inflamatória pronunciada, danificam as vias respiratórias, levando finalmente a bronquiectasia e insuficiência respiratória. O processo é caracterizado por exacerbações episódicas com infecção e declínio progressivo da função pulmonar.
A lesão pulmonar começa provavelmente com obstruções difusas nas pequenas vias respiratórias, por secreções mucosas espessas. Secundariamente à obstrução e à infecção, ocorrem bronquiolites e rolhas purulentas nas vias respiratórias. Inflamação crônica secundária à liberação de proteases e citocinas pró-inflamatórias pelas células nas vias respiratórias também contribui para lesão pulmonar. As alterações nas vias respiratórias são mais comuns do que as do parênquima e o enfisema não é proeminente. Cerca de 50% dos pacientes têm hiperreatividade brônquica que pode responder a broncodilatadores.
Em pacientes com doença pulmonar avançada, a hipoxemia crônica leva à hipertrofia muscular das artérias pulmonares, hipertensão pulmonar e hipertrofia do ventrículo direito.
Os pulmões da maioria dos pacientes são colonizados por bactérias patogênicas. No início do curso, Staphylococcus aureus é o patógeno mais comum, mas à medida que a doença progride, Pseudomonas aeruginosa, incluindo cepas resistentes a múltiplos fármacos, é frequentemente isolado. Uma variante mucoide da P. aeruginosa está exclusivamente associada à fibrose cística e resulta em prognóstico pior do que P. aeruginosa não mucoide.
Nos Estados Unidos, a prevalência de S. aureus resistente à meticilina (SARM) nas vias respiratórias é agora cerca de 25%; pacientes cronicamente infectados por SARM têm declínio mais rápido da função pulmonar e taxas mais baixas de sobrevida do que os não infectados.
A colonização por organismos do complexo Burkholderia cepacia ocorre em cerca de 2-3% dos pacientes e pode estar associada à deterioração pulmonar mais rápida.
As micobactérias não tuberculosas, incluindo o complexo Mycobacterium avium e M. abscessus, são potenciais agentes patogênicos respiratórios. A prevalência é de cerca de 14% e varia de acordo com a idade e localização geográfica. Diferenciar infecção de colonização pode ser um desafio.
Outros patógenos respiratórios comuns são Stenotrophomonas maltophilia, Achromobacter xylosoxidans e Aspergillus spp.
Bactérias anaeróbicas e vírus respiratórios comuns estão frequentemente presentes no trato respiratório dos pacientes com FC, mas seu papel na progressão da doença não está bem estabelecido.
Gastrointestinal
O pâncreas, os intestinos e o sistema hepatobiliar são frequentemente afetados. A função do pâncreas exócrino fica comprometida em 85 a 95% dos pacientes. Uma exceção é um subconjunto de pacientes que apresentam certas variantes RTFC com função residual, nos quais a função pancreática é preservada. Pacientes com insuficiência pancreática têm má absorção de gorduras, vitaminas lipossolúveis e proteínas. O líquido duodenal é anormalmente viscoso, com diminuição ou ausência da atividade enzimática e diminuição da concentração de HCO3-, tripsina e quimotripsina fecais estão ausentes ou diminuídas. Disfunção pancreática endócrina é menos comum, mas a baixa tolerância à glicose ou diabetes mellitus está presente em cerca de 2% das crianças, 20% dos adolescentes e em até 50% dos adultos.
O envolvimento do ducto biliar com estase e tampão biliar leva a fibrose hepática assintomática em 30% dos pacientes. Cerca de 3 a 4% dos pacientes progridem para cirrose biliar multinodular irreversível com varizes e hipertensão portal, geralmente até os 12 anos de idade. A falência hepatocelular é um evento raro e tardio. Há aumento da incidência de colelitíase, geralmente assintomática.
Secreções intestinais anormalmente viscosas podem causar íleo meconial em neonatos e, às vezes, rolha meconial do colo. Crianças mais velhas e adultos também podem ter constipação intermitente ou crônica e obstrução intestinal.
Outros problemas gastrointestinais incluem intussuscepção, vólvulo, prolapso retal, abscesso periapendicular, pancreatite, maior risco de câncer do trato hepatobiliar e neoplasia do trato GI (incluindo o pâncreas), refluxo gastresofágico, esofagite e maior prevalência da doença de Crohn e doença celíaca.
Outros
A infertilidade ocorre em 98% dos homens adultos secundária a desenvolvimento anômalo de vas deferens ou outras formas de azoospermia obstrutiva. Nas mulheres, a fertilidade diminui um pouco secundária à viscosidade das secreções cervicais, embora muitas mulheres portadoras possam ter gestaçãoes a termo. O desfecho da gestação tanto para a mãe como para o recém-nascido está relacionado com a saúde materna.
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