BIO0230 - Genética e Evolução Ciencias Biomedicas - IB-USP

Instituto de
biociências
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS
Departamento de Genética e Biologia Evolutiva
BIO0230 - Genética e Evolução
Ciencias Biomedicas
Atividade 6 – Montagem de cariótipos
Introdução
O número total de células em um humano adulto médio é algo em torno de 100 trilhões, e a vasta
maioria destas células contém 46 cromossomos por núcleo. O estudo das características estruturais e
numéricas dos cromossomos é conhecido como citogenética. Qualquer defeito tanto na estrutura quanto no
número de cromossomos pode causar anomalias. A observação de cromossomos é feita por um processo
chamado cariotipagem, uma palavra derivada do grego karyon, que significa “núcleo”. A visualização do
núcleo e de seus componentes é feita por fotografias ao microscópio.
Informações prévias
Cromossomos são compostos de genes (segmentos de DNA) e estão presentes em praticamente
todas as células. Eles são as estruturas que determinam a hereditariedade. Os cromossomos de certas
células do corpo podem ser corados, aumentados e fotografados para determinar se um dado cromossomo
é normal ou anormal. As dezenas de milhares de genes diferentes presentes nos cromossomos humanos
foram estudadas em uma iniciativa internacional chamada “O projeto genoma humano”. O objetivo deste
projeto era mapear todos os cromossomos humanos e os cientistas esperavam que, fazendo isso, eles
poderiam isolar os genes por trás de muitas, senão todas, as doenças humanas.
A maioria das células no corpo humano possuem 46 cromossomos, incluindo 22 pares de
cromossomos chamados autossomos. Cada autossomo em geral parece idêntico ao seu par, mas cada par
é diferente dos outros pares em arquitetura genética e frequentemente em aparência. Qualquer defeito em
um cromossomo específico pode ter um efeito no indivíduo completamente diferente de um defeito em outro
cromossomo. Além destes 22 pares, há dois cromossomos sexuais. Todos os machos normais têm um
cromossomo Y e um cromossomo X, enquanto que todas as fêmeas normais possuem dois cromossomos X
e nenhum cromossomo Y. Esta diferença genética é responsável pelas diferenças entre machos e fêmeas.
As células do corpo as quais não têm 46 cromossomos são os gametas (células sexuais) e as
células reprodutivas a partir das quais elas se desenvolvem. Estas células possuem 23 cromossomos cada.
Quando o espermatozoide (o gameta masculino) e o oócito (gameta feminino) se fundem na fecundação,
eles formam um novo indivíduo que tem 46 cromossomos em cada uma de suas células, com exceção das
células reprodutivas. Cada célula reprodutiva madura contém apenas um dos cromossomos do par de
autossomos homólogos, e apenas um cromossomo sexual (X ou Y). Uma vez que as células normais de
uma mulher carregam dois cromossomos X, é óbvio que todos os oócitos carregam 22 autossomos e um X.
Os espermatozoides possuem 22 autossomos e ou um X ou um Y. Logo, quando um espermatozoide
carregando um cromossomo Y fecunda um oócito, nasce um menino, e quando um espermatozoide que
possui um X fecunda um oócito, nasce uma menina.
Análise dos cromossomos humanos
Os cromossomos são analisados através do processo de cariotipagem. Vários tipos de células
humanas podem ser cultivados em laboratório e, quando uma célula atinge o estágio de metáfase da
divisão celular, ela é fotografada microscopicamente. Estas fotografias são então aumentadas e é montada
uma placa de metáfase. Estas placas podem ser usadas para preparar um cariótipo pelo recorte dos
cromossomos aumentados e pela alocação deles em uma ordem particular.
Ao formar o cariótipo, os cromossomos são pareados e classificados em grupos de acordo com seu
comprimento e com a localização do centrômero, que é a região do cromossomo na qual as duas
cromátides irmãs ficam unidas durante a replicação. Se o centrômero fica localizado longe da linha central,
um dos braços do cromossomo parece mais longo que o outro. Em alguns pares de cromossomos, o
centrômero fica localizado próximo de uma das extremidades, e os cromossomos formam uma “fúrcula”. Os
pares de autossomos são arranjados em sete grupos (A-G), em ordem decrescente de tamanho. Uma vez
que os pares de cromossomos de um mesmo grupo são bastante similares em tamanho e aparência visível,
é necessário o uso de informações bioquímicas para determinar um certo par entre os pares de um mesmo
grupo. Os dois cromossomos sexuais não são numerados. O cariótipo feminino é descrito como 46XX e o
masculino, 46XY.
O procedimento atual usado para a cariotipagem envolve o cultivo de células brancas do sangue de
indivíduos adultos, mas o cariótipo pode ser feito precocemente, em fetos humanos de apenas 16 semanas.
O fluido do saco amniótico geralmente contém células do feto em desenvolvimento, e através de
amniocentese algumas destas células podem ser removidas e estudadas, de forma que anormalidades
possam ser detectadas antes do nascimento.
Um procedimento conhecido como esfregaço bucal é usado para determinar o número de
cromossomos X que uma pessoa tem. As células da bochecha de mulheres normais possuem uma área
que é corada muito intensamente, chamada corpúsculo de Barr. Um corpúsculo de Barr é um cromossomo
X condensado que se torna geneticamente inativo em um estágio bastante inicial do desenvolvimento. As
células de mulheres normais que são examinadas após este estágio não contêm dois cromossomos X, mas
sim um cromossomo X e um corpúsculo de Barr. Em homens normais esta condensação não ocorre, e
assim as células masculinas apresentam ambos os cromossomos sexuais, X e Y.
Às vezes um número anormal de cromossomos ou cromossomos impropriamente formados causam
um desenvolvimento anormal. É possível que as células de um embrião feminino contenham três
cromossomos X (XXX) ou até quatro deles (XXXX). Também é possível que células de um embrião
masculino tenham de dois a quatro cromossomos X (XXY, XXXY, XXXXY). Se alguma destas situações
ocorre, o número total de cromossomos é aumentado. Tanto em homens quanto em mulheres, todos os
cromossomos X menos um (X-1) se condensarão formando corpúsculos de Barr, e um número impróprio de
corpúsculos de Barr pode indicar anormalidades em um indivíduo.
Estudo dos cromossomos – procedimentos
Estude os tipos de cromossomos ilustrados na Tabela 1 e também observe o cariótipo masculino
normal mostrado na Figura 1. Como o cariótipo de uma mulher normal seria diferente do cariótipo da Figura
1?
Figura 1. Cariótipo de um homem normal.
Tabela 1.
Grupo A - Cromossomos 1, 2 e 3
Braços muito longos com centrômeros metacêntricos
Grupo B - Cromossomos 4 e 5
Longos com centrômeros submetacêntricos
Grupo C - Cromossomos 6 a 12
Médios com centrômeros submetacêntricos
Grupo D - Cromossomos 13, 14 e 15
Médios com centrômeros próximos da extremidade
Grupo E - Cromossomos 16, 17 e 18
Pequenos, metacêntricos (16) ou submetacêntricos (17 e 18)
Grupo F - Cromossomos 19 e 20
Menores que os do grupo E, com centrômeros submetacêntricos
Grupo G - Cromossomos 21 e 22
Muito pequenos, em formato de fúrcula
XX, XY
Cromossomos sexuais
Você irá preparar três cariótipos a partir de cópias de três placas de metáfases diferentes e, a partir
deles, você deverá ser capaz de identificar a condição e a arquitetura cromossômica de cada cariótipo.
1. Pegue uma das três placas de metáfases que você recebeu e destaque todas as peças cuidadosamente.
2. Usando as informações da Tabela 1 e usando a Figura 1 como modelo, organize os pares de
cromossomos similares nos locais corretos na bandeja de cromossomos.
3. Uma vez que você tenha completado o cariótipo, identifique a condição apresentada pela pessoa com
células deste tipo.
4. Coloque todas as peças da placa de metáfase completa em um saco plástico etiquetado.
5. Repita os passos acima para as outras duas placas de metáfases.
Questões para discussão
1. Qual a condição exibida pela placa de metáfase 1? Por quê?
2. Qual a condição exibida pela placa de metáfase 2? Por quê?
3. Qual a condição exibida pela placa de metáfase 3? Por quê?
4. O que deve acontecer durante a meiose para causar as condições exibidas na metáfase 1, 2 e 3
(responda separadamente)?
5. Suas respostas coincidem com as de seus colegas? Em que ponto(s) suas respostas são discordantes?
Quais problemas você teve ao trabalhar com as placas de metáfases?