Resumo sobre Cariótipo: definição, mutações cromossômicas e mais!

E aí, doc! Vamos falar sobre mais um assunto? Agora vamos comentar sobre o Cariótipo, que representa os cromossomos presentes nas células.

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Definição de Cariótipo

O cariótipo é a representação visual e estudo dos cromossomos presentes nas células, organizados em pares e alinhados por tamanho decrescente. Composto por 46 cromossomos em células humanas (23 herdados de cada progenitor), inclui 22 pares de autossomos e um par de cromossomos sexuais (XX em mulheres e XY em homens). 

Para preparar um cariótipo, células em divisão ativa são tratadas com substâncias químicas, preservadas, coradas e fotografadas. Técnicas de coloração, como o uso de Giemsa e mostarda de quinacrina, revelam bandas distintas nos cromossomos, ajudando a identificar diferenças estruturais e quantitativas. 

Cariótipos são utilizados para analisar a estrutura cromossômica, detectar anomalias genéticas e diagnosticar diversas condições hereditárias.

Preparação do cariótipo

Para a obtenção de um cariótipo, um processo laboratorial meticuloso é seguido, garantindo a visualização detalhada e organizada dos cromossomos de uma célula. Este procedimento é fundamental para a análise genética e o diagnóstico de diversas condições hereditárias. A seguir, temos o processo com mais detalhes técnicos:

• Coleta de células em divisão ativa: A primeira etapa envolve a obtenção de células que estejam em divisão ativa, uma vez que os cromossomos só são claramente visíveis durante a metáfase. As fontes comumente utilizadas incluem células brancas do sangue, células da medula óssea e tecidos meristemáticos das plantas.
• Tratamento com colchicina: As células coletadas são tratadas com colchicina ou outro agente que interrompa a divisão celular na fase de metáfase. A colchicina impede a formação do fuso mitótico, bloqueando a célula na metáfase e permitindo que os cromossomos fiquem condensados e facilmente observáveis.
• Preservação e fixação: Após o tratamento, as células são submetidas a um processo de fixação, geralmente utilizando uma solução de metanol e ácido acético, que preserva a estrutura celular e impede a degradação dos cromossomos.
• Espalhamento em lâmina: As células fixadas são cuidadosamente espalhadas em uma lâmina de microscópio. Este espalhamento deve ser homogêneo para garantir uma boa separação dos cromossomos, evitando sobreposições que dificultariam a análise.
• Coloração dos cromossomos: Os cromossomos são corados utilizando técnicas específicas para evidenciar suas bandas e regiões características. Uma das colorações mais utilizadas é a coloração de Giemsa, que revela as bandas G, permitindo a distinção de áreas ricas em pares de bases adenina-timina (A-T). Outras técnicas incluem a coloração com mostarda de quinacrina, que revela as bandas Q sob luz ultravioleta, destacando diferenças nas proporções de pares de bases citosina-guanina (C-G) e adenina-timina (A-T). As bandas C, que identificam regiões de heterocromatina centromérica, e as bandas R, ricas em pares de bases C-G, também podem ser reveladas por técnicas específicas.
• Fotografia e ampliação: A lâmina preparada é então observada ao microscópio, e os cromossomos são fotografados durante a metáfase. Essas fotografias são ampliadas para permitir uma análise mais detalhada e precisa dos cromossomos.
• Isolamento e organização dos cromossomos: Utilizando a imagem ampliada, os cromossomos individuais são isolados e organizados em um cariótipo. Para cromossomos humanos, esse processo é frequentemente automatizado. Equipamentos com câmeras de vídeo digitalizadas localizam os cromossomos na lâmina, capturam suas imagens e, com o auxílio de softwares especializados, os cromossomos são classificados e organizados eletronicamente.
• Classificação e montagem do cariótipo: Os cromossomos são organizados em pares homólogos e dispostos em ordem decrescente de tamanho. Os cromossomos sexuais são identificados e posicionados separadamente. Esta organização facilita a identificação de anomalias cromossômicas, como translocações, deleções, duplicações e inversões.

Indicações do Cariótipo

Ele é usado para diversas finalidades diagnósticas e de pesquisa. Abaixo estão algumas das principais indicações para a realização de um cariótipo:

• Problemas de fertilidade: em casos de infertilidade ou abortos recorrentes, o cariótipo pode ajudar a detectar translocações balanceadas, aneuploidias ou outras anomalias cromossômicas que podem estar afetando a capacidade de ter filhos.
• Detecção de síndromes genéticas: o cariótipo é crucial no diagnóstico de síndromes genéticas causadas por anomalias cromossômicas, como síndrome de Down (trissomia do cromossomo 21), síndrome de Turner (monossomia X) e síndrome de Klinefelter (47, XXY).
• Cânceres hematológicos: em doenças hematológicas como leucemias e linfomas, o cariótipo pode identificar alterações cromossômicas específicas, como translocações, que são importantes para o diagnóstico, prognóstico e tratamento.
• Análise de tumores: em casos de tumores sólidos, o cariótipo pode revelar alterações cromossômicas que auxiliam na identificação do tipo de tumor e no desenvolvimento de estratégias terapêuticas.
• Estudo de mosaicos: o cariótipo é utilizado para detectar mosaicismo cromossômico, onde diferentes células de um mesmo indivíduo têm diferentes composições cromossômicas, como ocorre em alguns casos da síndrome de Turner.

Principais mutações vistas no cariótipo

As mutações cromossômicas podem ser classificadas em três categorias principais: rearranjos cromossômicos, aneuploidias e poliploidias. Os rearranjos cromossômicos modificam a estrutura dos cromossomos, podendo incluir a duplicação, eliminação ou inversão de um segmento do cromossomo. 

Na aneuploidia, há uma alteração no número de cromossomos, com a adição ou eliminação de um ou mais cromossomos. Na poliploidia, ocorre a adição de um ou mais conjuntos completos de cromossomos. Um organismo poliploide possui mais de dois conjuntos de cromossomos (3n, 4n, 5n, etc.).

Duplicações

Duplicações cromossômicas ocorrem quando segmentos do cromossomo são repetidos, resultando em cópias adicionais de genes. Esses segmentos duplicados podem estar adjacentes ao original (duplicações em tandem), distantes (duplicações deslocadas) ou invertidos (duplicações reversas).

Essas duplicações podem afetar a saúde e o desenvolvimento. Por exemplo, no caso do daltonismo, duplicações nos genes da opsina no cromossomo X podem causar problemas na percepção das cores. Além disso, duplicações podem influenciar características físicas e cognitivas, como observado na síndrome de Williams.

Na evolução, as duplicações permitem a criação de novas funções genéticas. Cópias adicionais de genes podem acumular mutações, levando ao desenvolvimento de novas funções que beneficiam o organismo, como as diferentes formas de globina que transportam oxigênio em humanos.

Deleções

Deleções cromossômicas referem-se à perda de um segmento do cromossomo. Por exemplo, a perda do segmento EF em um cromossomo AB•CDEFG resulta em um cromossomo AB•CDG. 

Deleções grandes são visivelmente detectáveis devido ao encurtamento do cromossomo, e em heterozigotos, a estrutura do cromossomo normal deve formar uma alça para o pareamento durante a meiose.

Em humanos, deleções cromossômicas podem causar diversas síndromes. A deleção no braço curto do cromossomo 5 está associada à síndrome do miado do gato, caracterizada por características faciais específicas e déficit intelectual. 

A deleção no braço curto do cromossomo 4 leva à síndrome de Wolf-Hirschhorn, que inclui convulsões e atraso no crescimento. Já a deleção em uma pequena parte do cromossomo 7 causa a síndrome de Williams-Beuren, que se manifesta com traços faciais distintos, defeitos cardíacos e comprometimento cognitivo.

Inversões

As inversões cromossômicas ocorrem quando um segmento do cromossomo gira 180°, resultando na inversão da ordem dos genes. Elas podem ser paracêntricas, quando não incluem o centrômero, ou pericêntricas, quando incluem o centrômero. Apesar de não envolverem perda ou ganho de material genético, as inversões podem causar efeitos significativos no fenótipo, rompendo genes ou alterando sua posição e, consequentemente, sua expressão. Um exemplo humano é a inversão que diferencia certos cromossomos humanos dos de chimpanzés, mostrando como essas mutações podem impactar a evolução.

Durante a meiose, heterozigotos para inversões enfrentam desafios no pareamento dos cromossomos, formando alças de inversão para alinhar as sequências homólogas. O crossing over dentro das regiões invertidas em heterozigotos pode resultar em gametas anormais e inviáveis, o que reduz a frequência de recombinação. 

Em inversões paracêntricas, isso pode gerar cromátides dicêntricas e acêntricas, enquanto em inversões pericêntricas, os gametas recombinantes frequentemente têm cópias desbalanceadas de genes. Nos seres humanos, inversões como a presente no cromossomo 9 são frequentemente estudadas devido ao seu potencial impacto na fertilidade e risco de abortos espontâneos.

Transversões

As translocações cromossômicas envolvem a movimentação de material genético entre cromossomos não homólogos ou dentro do mesmo cromossomo. Há dois tipos principais: translocações não recíprocas, onde o material genético se move de um cromossomo para outro sem troca, e translocações recíprocas, que envolvem a troca de segmentos entre cromossomos. 

Translocações podem afetar o fenótipo de várias maneiras. Elas podem juntar fisicamente genes que estavam em cromossomos diferentes, alterando sua expressão devido ao novo contexto regulatório (efeito da posição). 

Também podem ocorrer rupturas em genes, comprometendo sua função. Um exemplo humano é a neurofibromatose, causada por uma translocação que interrompe um gene específico no cromossomo 17. Estudos de translocações ajudaram a mapear e identificar o gene responsável por essa condição.

Aneuploidias

As mutações cromossômicas incluem alterações no número de cromossomos, classificadas em aneuploidia e poliploidia. A aneuploidia refere-se à alteração no número de cromossomos, que pode ocorrer devido à perda de um cromossomo durante a mitose ou meiose, perda do pequeno cromossomo gerado por uma translocação robertsoniana, ou pela não disjunção, onde os cromossomos homólogos ou cromátides-irmãs não se separam corretamente. 

Os tipos de aneuploidia em indivíduos diploides incluem nulissomia (perda de ambos os membros de um par homólogo de cromossomos, 2n – 2), monossomia (perda de um único cromossomo, 2n – 1), trissomia (ganho de um único cromossomo, 2n + 1, como no caso da síndrome de Down, causada pela trissomia do cromossomo 21) e tetrassomia (ganho de dois cromossomos homólogos, 2n + 2). Mais de uma mutação aneuploide pode ocorrer no mesmo organismo, como no caso de trissomia dupla (2n + 1 + 1), monossomia dupla (2n – 1 – 1), e tetrassomia dupla (2n + 2 + 2).

Dissomia uniparental

A dissomia uniparental ocorre quando ambos os cromossomos de um par homólogo são herdados do mesmo genitor. Muitas vezes, a dissomia uniparental origina-se de uma trissomia, onde a perda de um dos três cromossomos no início do desenvolvimento deixa os dois cromossomos restantes provenientes do mesmo genitor. Isso pode levar a distúrbios recessivos, como a fibrose cística, em que uma pessoa herda duas cópias do cromossomo 7 com o alelo defeituoso de um único genitor.

Outro exemplo é a síndrome de Prader-Willi, onde 20 a 30% dos casos ocorrem quando ambos os cromossomos 15 são herdados da mãe, sem a contribuição do pai.

Mosaicismo

O mosaicismo surge de uma não disjunção durante a mitose, resultando em regiões de células com composições cromossômicas diferentes dentro do mesmo tecido. Este fenômeno é comum em casos de síndrome de Turner, onde cerca de 50% dos indivíduos diagnosticados são, na verdade, mosaicos, apresentando tanto células normais (46,XX) quanto células anormais (45,X). 

O mosaicismo também é observado em moscas-da-fruta XX/XO, que desenvolvem características de ambos os sexos devido à expressão independente do sexo em cada célula durante o desenvolvimento. Estes mosaicos sexuais são conhecidos como ginandromorfos.

Veja também!

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Referências

Iris Schrijver, MDJames L Zehnder, MD. Tools for genetics and genomics: Cytogenetics and molecular genetics. UpToDate, 2023. Disponível em: UpToDate

Wendy Kohlmann, MS, CGCAnne Slavotinek, MBBS, PhD. Genetic testing. UpToDate, 2023. Disponível em: UpToDate

PIERCE, Benjamin A. Genética: um enfoque conceitual. Tradução de Beatriz Araujo do Rosário. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2016.