Introdução à Genética
17.2 Alterações na estrutura dos cromossomos
As alterações na estrutura dos cromossomos, denominadas rearranjos, envolvem diversas classes de eventos importantes. Um segmento cromossômico pode ser perdido, constituindo uma deleção, ou duplicado, para formar uma duplicação. A orientação de um segmento dentro do cromossomo pode ser revertida, constituindo uma inversão. Ou um segmento pode ser movido para um cromossomo diferente, constituindo uma translocação. A quebra do DNA é uma causa importante de cada um desses eventos. Ambos os filamentos de DNA devem ser quebrados em dois locais diferentes, seguidos pela reunião das extremidades quebradas,
para produzir um novo rearranjo cromossômico (Figura 17.19, à esquerda). Os rearranjos cromossômicos por quebra podem ser induzidos artificialmente por meio da utilização de radiação ionizante. Esse tipo de radiação, notavelmente raios X e gama, é altamente energético e causa diversas quebras bifilamentares no DNA.
Para compreender como os rearranjos cromossômicos são produzidos por
meio de quebra, deve-se ter em mente diversos pontos:
1. Cada cromossomo é uma única molécula de DNA bifilamentar. 2. O primeiro evento na produção de um rearranjo cromossômico é a
geração de duas ou mais quebras bifilamentares nos cromossomos de
uma célula (ver Figura 17.19, linha superior à esquerda).
3. As quebras bifilamentares são possivelmente letais, exceto se forem
reparadas.
4. Os sistemas de reparo na célula corrigem as quebras bifilamentares por
meio da reunião das extremidades quebradas (ver Capítulo 16 para
uma discussão detalhada sobre o reparo do DNA).
5. Se as duas extremidades da mesma quebra forem reunidas, a ordem do
DNA original é restaurada. Se as extremidades de duas quebras
diferentes forem unidas, entretanto, o resultado é um ou outro tipo de
rearranjo cromossômico.
6. Os únicos rearranjos cromossômicos que sobrevivem à meiose são
aqueles que produzem moléculas de DNA que apresentam um
centrômero e dois telômeros. Se um rearranjo produzir um
cromossomo com ausência de um centrômero, tal cromossomo
acêntrico não será atraído para nenhum polo na anáfase da mitose ou
meiose e não será incorporado ao núcleo de qualquer progênie.
Portanto, os cromossomos acêntricos não são herdados. Se um
rearranjo produzir um cromossomo com dois centrômeros
(dicêntrico), com frequência ele será atraído simultaneamente para os
polos opostos na anáfase, formando uma ponte anafásica. Os
cromossomos com ponte anafásica tipicamente não serão incorporados
na célula de qualquer progênie. Se uma quebra cromossômica produzir
um cromossomo com ausência de telômero, tal cromossomo não
poderá replicar-se adequadamente. Relembre do Capítulo 7 que os
telômeros são necessários para iniciar a replicação adequada do DNA
nas extremidades (ver Figura 7.26).
FIGURA 17.19 Cada um dos quatro tipos de rearranjos cromossômicos pode ser produzido por meio de dois mecanismos básicos: quebra cromossômica e reunião ou crossing over entre o DNA repetitivo. As regiões cromossômicas são numeradas de 1 a 10. Os cromossomos homólogos são da mesma cor.
7. Se um rearranjo duplicar ou deletar um segmento de um cromossomo,
o balanço gênico poderá ser afetado. Quanto maior o segmento que é
perdido ou duplicado, maior a probabilidade de que o
desbalanceamento gênico cause anormalidades fenotípicas.
Outra causa importante de rearranjos é o crossing over entre segmentos de DNA repetitivo (duplicado). Esse tipo de crossing over é denominado recombinação homóloga não alélica (NAHR). Em organismos com sequências repetidas de DNA em um cromossomo ou em cromossomos diferentes, existe uma ambiguidade a respeito de qual das repetições pareará com outra na meiose. Se as sequências pareadas não estiverem nas mesmas posições relativas nos homólogos, o crossing over pode produzir cromossomos aberrantes. Deleções, duplicações, inversões e translocações
podem, todas, ser produzidas por crossing over (ver Figura 17.19, à direita).
Existem dois tipos gerais de rearranjos: desbalanceado e balanceado. Os
rearranjos desbalanceados alteram a dosagem gênica de um segmento cromossômico. Assim como na aneuploidia em relação a cromossomos inteiros, a perda de uma cópia de um segmento, ou a adição de uma cópia extra, pode romper o balanço gênico normal. As duas classes simples de rearranjos desbalanceados são as deleções e as duplicações. Uma deleção é a perda de um segmento de um braço cromossômico e a justaposição dos dois segmentos em cada lado do segmento deletado, como nesse exemplo, que demonstra a perda do segmento C-D:
Uma duplicação é a repetição de um segmento de um braço cromossômico. No tipo mais simples de duplicação, os dois segmentos estão adjacentes uns aos outros (uma duplicação em tandem), assim como nessa duplicação do segmento C:
Entretanto, o segmento duplicado pode terminar em uma posição diferente no mesmo cromossomo, ou até mesmo em um cromossomo diferente.
Os rearranjos balanceados alteram a ordem dos genes no cromossomo,
mas não removem ou duplicam qualquer DNA. As duas classes simples de rearranjos balanceados são as inversões e as translocações recíprocas. Uma inversão é um rearranjo no qual um segmento interno de um cromossomo foi quebrado duas vezes, girou 180° e foi reunido.