INTRODUÇÃO COMPARATIVA DA GENÉTICA

INTRODUÇÃO COMPARATIVA DA GENÉTICA

A genómica comparativa é o estudo dos relacionamentos entre os genomas de espécies diferentes ou tensões. A genómica comparativa é uma tentativa de aproveitar-se da informação fornecida pelas assinaturas da seleção para compreender a função e os processos evolucionários que actuem em genomas. Quando for ainda um campo novo, mantem a grande promessa de render introspecções em muitos aspectos da evolução da espécie moderna. A quantidade de informação completa contida nos genomas modernos (diversas gigas byte no caso dos seres humanos) necessita que os métodos da genómica comparativa são na maior parte computacionais na natureza. Encontrar do gene é uma aplicação importante da genómica comparativa, como é descoberta de novo, elementos funcionais da não-codificação do genoma.

A genómica comparativa explora similaridades e diferenças nas proteínas, no RNA, e nas regiões reguladoras de organismos diferentes para pressupr como a seleção actuou em cima destes elementos. Aqueles elementos que são responsáveis para similaridades entre espécies diferentes devem ser conservados com o tempo (seleção de estabilização), quando aqueles elementos responsáveis para diferenças entre espécies deverem ser divergentes (seleção positiva). Finalmente, aqueles elementos que são sem importância ao sucesso evolucionário do organismo unconserved (a seleção é neutra).

Identificar os mecanismos da evolução eukaryotic do genoma pela genómica comparativa é um dos objetivos importantes do campo. Entretanto é complicada frequentemente pela multiplicidade de eventos que ocorreram durante todo a história de linhagens individuais, saindo traços somente distorcidos e sobrepor no genoma de cada organismo vivo. Por este motivo estudos comparativos de genómica do modelo pequeno os organismos (por exemplo fermento) são da grande importancia para avançar nossa compreensão de mecanismos gerais da evolução.

Vindo longe de seu uso inicial de encontrar proteínas funcionais, a genómica comparativa está concentrando-se agora em encontrar regiões reguladoras e moléculas do siRNA. Recentemente, descobriu-se que a parte distante relacionada da espécie frequentemente conservou por muito tempo os estiramentos do ADN que não parecem codificar para nenhuma proteína. É desconhecido neste tempo que função tais regiões ultra-conservadas serem.

As aproximações computacionais à comparação do genoma têm-se transformado recentemente um tópico de pesquisa comum na informática. O desenvolvimento de matemática computer-assisted (usando produtos tais como Mathematica ou Matlab) ajudou coordenadores, matemáticos e cientistas de computador a começar operar-se neste domínio, e uma coleção pública de estudos e de demonstrações de caso é crescer, variando das comparações inteiras do genoma à análise da expressão de gene. Isto aumentou a introdução de idéias diferentes, incluindo conceitos dos sistemas e do controle, teoria de informação, análise de cordas e mineração de dados. Antecipa-se que as aproximações computacionais se transformarão e se permanecerão um tópico padrão para a pesquisa e o ensino, quando os estudantes fluentes em ambos os tópicos começarem ser dada forma nos cursos múltiplos criados nos os últimos anos.

Bioinformática conservada evolucionária da região

As regiões conservadas evolucionárias ECRs igualmente chamado para o short são regiões da seqüência (geralmente ADN) que foi traçado para alinhar com outros genomas e são conservadas.

Os ECRs dentro dos alinhamentos dos genomas são apresentados neste navegador gráfico, que descrevem e os ECRs dos cor-códigos com relação aos genes conhecidos que foram anotados no genoma baixo. “Agarre característica do ECR” permite que os usuários extraiam ràpida as seqüências que correspondem a todo o ECR, para visualizar alinhamentos subjacentes da seqüência e/ou para identificar locais obrigatórios conservados do fator da transcrição.

 O navegador do ECR é uma ferramenta dinâmica nova da navegação do inteiro-genoma para o visualização e o estudo de relacionamentos evolucionários entre animais vertebrados e genomas do não-animal vertebrado. O navegador do ECR está sendo constantemente actualizado incluir os genomas arranjados em seqüência recentemente disponíveis (atualmente: ser humano, cão, rato, rato, galinha, pufferfish da râ dois (Fugu e Tetraodon), zebrafish, e 6 fruitflies). Ovcharenko, de pilhagens de M.A. Nobrega, de G.G. navegador do ECR, e de L. Stubbs: uma ferramenta para visualizar e alcançar dados das comparações da pesquisa vertebrada múltipla dos ácidos nucleicos dos genomas, 32, W280-W286 (2004)

ECRbase é a base de dados de regiões conservadas evolucionárias (ECRs), de promotores, e de locais obrigatórios do fator da transcrição nos genomas vertebrados criados usando alinhamentos do navegador do ECR

GENOMA HUMANO

O genoma humano, na sua forma diplóide, consiste em aproximadamente 6 a 7 milhões de pares de bases de DNA organizados linearmente em 23 pares de cromossomos. Pelas estimativas atuais, o genoma contém 50.000 a 10.000 genes (os quais codificam um número igual de proteínas) que controlam todos os aspectos da embriogênese, desenvolovimento, crescimento, reprodução e metabolismo-essencialmente todos os aspectos do que faz o ser humano um organismo funcionante.

A caracterização e conhecimento dos genes e sua organização no genoma têm um impacto enorme na compreensão dos processos fisiológicos do organismo humano na saúde e na doença e, por conseguinte, na prática da medicina em geral.

ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS

A molécula de DNA do cromossomo existe como um complexo com uma família de proteínas básicas denominadas histonas e com um grupo heterogêneo de proteínas ácidas não-histonas que estão bem menos caracterizadas.

Existem cinco tipos principais de histonas (H1, H2A, H2B, H3, H4) que desempenham um papel crucial no acondicionamento apropriado da fibra de cromatina.

Durante o ciclo celular, os cromossomos passam por estágios ordenados de condensação e descondensação. Quando condensado ao máximo, o DNA dos cromossomos mede cerca de 1/10.000 do seu comprimento natural.

Quando as células completam a mitose ou meiose, os cromossomos se descondensam e retornam ao seu estado relaxado como cromatina no núcleo em interfase, prontos para recomeçar o ciclo.

CLASSES DE DNA

O DNA das células eucariontes apresenta três frações caracterizadas pelo grau de repetição:

• DNA Singular ou de Cópia Única
  Constitui a maior parte do DNA no genoma. As sequências que codificam proteínas (isto é, a porção codificadora dos genes) compreendem apenas uma pequena proporção do DNA de cópia única. A maior parte do DNA de cópia única encontra-se em extensões curtas, entremeadas com diversas famílias de DNA repetitivo . Proporção do genoma: 75% .
• DNA Repetitivo Disperso
  Consiste em sequências relacionadas que se espalham por todo o genoma, em vez de ficarem localizadas. 
  Os elementos repetidos dispersos mais exatamente estudados pertencem à família Alu e à família L1.

Família Alu

Tem essa denominação porque a maioria dos seus membros é clivada por uma endonuclease de restrição bacteriana denominada Alu I, instrumento importante da tecnologia do DNA recombinante. 

Os membros dessa família têm um comprimrnto de cerca de 300 pares de bases e são relacionados uns aos outros, mas não exibem uma sequência idêntica. No total existem cerca de 500.000 membros da família Alu no genoma, estimando-se que constituam 3% do DNA humano.

Família L1

Constituem sequências repetidas longas encontradas em cerca de 10.000 cópias por genoma. Assim, embora haja muito menos cópias nessa família do que na Alu, seus membros são bem mais longos e a contribuição para a constituição do genoma é cerca de 3% também.

• DNA Satélite
  Envolve sequências repetidas (em tandem) agrupadas em um ou em alguns locais, intercaladas com sequências de cópia única ao longo do cromossomo.

As famílias de DNA satélite variam quanto à localização no genoma, comprimento total da série em tandem, comprimrnto das unidades repetidas que constituem a série.

TÉCNICAS DE ANÁLISE DOS CROMOSSOMOS

O estudo dos cromossomos, sua estrutura e sua herança denomina-se citogenética. A ciência da citogenética humana moderna data de 1956, quando Tjio e Levan criaram técnicas eficazes para análise dos cromossomos e estabeleceram que o número normal de cromossomos é de 46.

Os cromossomos de uma célula humana em divisão são mais facilmente analisados no estágio de metáfase. Nestes estágios, os cromossomos aparecem ao microscópio como uma dispersão cromossômica e cada cromossomo apresenta duas cromátides, unidas pelo centrômero.

Cultura Celular

As células para análise cromossômica devem ser capazes de crescimento e divisão rápida em cultura. As células mais acessíveis são os leucócitos, especificamamente linfócitos T.

O procedimento abaixo, mostra como preparar, a curto prazo, uma cultura destas células adequadas para análise:

1. Obtém-se uma amostra de sangue periférico e acrescenta-se heparina para evitar coagulação;
2. A amostra é em seguida centrifugada a uma velocidade que permita aos leucócitos se sedimentarem como uma camada distinta;
3. Os leucócitos são colhidos, colocados em meio de cultura tecidual e estimulados a dividir-se pelo acréscimo de um agente mitogênico (estimulante da mitose), a fito-hemaglutinina.
4. A cultura é incubada por cerca de 72 horas, até que as células estejam se multiplicando rapidamente;
5. Acrescenta-se, então, uma solução diluída de colchicina, para impedir a conclusão da divisão celular inibindo a formação de fusos e retardando a separação dos centrômeros. Em consequência, células paradas na metáfase acumulam-se na cultura;
6. Em seguida, adiciona-se uma solução hipotônica para causar tumefação nas células, lisando-as e liberando os cromossomos, mas mantendo os centrômeros intactos;
7. Os cromossomos são fixados, espalhados em lâminas e corados por uma de várias técnicas e prontos para análises.

Identificação dos Cromossomos

Os métodos de coloração originalmente disponíveis não permitiam a identificação dos 24 tipos de cromossomo. Contudo com as técnicas atualmente empregadas, identificam-se todos os cromossomos.

Vários métodos de bandeamento são empregados rotineiramente nos laboratórios de citogenética para identificação dos cromossomos e análise da estrutura cromossômica.

• Bandeamento G
  Os cromossomos são inicialmente tratados com tripsina, para a desnaturação das proteínas cromossômicas e em seguida são corados com o corante Giemsa. Cada par de cromossomos cora-se num padrão típico de bandas claras e escuras.
• Bandeamento Q
  Os cromossomos são tratados com quinacrina-mostarda ou compostos semelhantes e em seguida examinados por microscopia de fluorescência. Os cromossomos coram-se num padrão específico de bandas brilhantes e opacas (bandas Q); as bandas brilhantes correspondem quase exatamente às bandas G escuras.
• Bandeamento R
  Os cromossomos recebem pré-tratamento com calor antes da coloração Giemsa . Nesse caso, as bandas claras e escuras resultantes (bandas R) são o inverso das produzidas por bandeamento G ou Q.
• Bandeamento C 
  Envolve a coloração da região centrômérica de cada cromossomo e outras regiões que contenham heterocromatina.
• Bandeamento de alta resolução
  Esse tipo de bandeamento cora cromossomos preparados num estágio inicial da mitose (prófase ou prometáfase) que estão ainda em uma condicão relativamente não-condensada.
• Citogenética molecular
  Podem-se usar sondas de DNA específicas para cromossomos ou regiões cromossômicas particulares ou diagnosticar rapidamente a existência de um número anormal de cromossomos no material clínico.