09 janeiro, 2010

Modelos em crochê para entender as inversões cromossômicas.

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vista geral dos modelos de cromossomos em crochê

As inversões cromossômicas são alterações estruturais que resultam dos seguintes eventos: 1º Ocorrem duas quebras cromossômicas; 2º A região entre as quebras gira 180º; 3º As quebras são restauradas com o segmento invertido.

Este tipo de alteração estrutural não envolve mudança na quantidade geral de material genético, sendo viáveis aos seus portadores sem apresentar anomalias em nível de fenótipo, desde que o ponto de quebra não ocorra dentro de genes essenciais.

Porém elas afetam a produção de gametas viáveis, quando há permuta na região invertida, sempre que os cromossomos forem heterozigotos para a inversão, ou seja, quando um dos homólogos apresenta a sequencia normal e o outro possui uma região invertida.
O conhecimento sobre as inversões e os seus efeitos é bastante relevante para a Genética, porém, é difícil explicá-los utilizando apenas imagens, para isso desenvolvi modelos em crochê.

Descrevendo os modelos:

Na imagem acima podemos ver que foram utilizadas linhas de diferentes cores para simbolizar as bandas cromossômicas. Usou-se uma linha grossa e tecida com ponto de crochê do tipo “correntinha” para dar maior volume, resistência e flexibilidade ao material. Cada modelo possui seis bandas (cores) e está constituído por duas cromátides-irmãs.

Sob os centrômeros, foram colocadas fichas azuis para destacar sua posição, indicando que se trata de cromossomos submetacêntricos. Arbitramos que a sequencia original de bandas é cinza seguido por rosa no braço “p” e, a partir do centrômero, azul, verde, laranja e vermelho no braço “q”.

A figura abaixo destaca que as bandas são finalizadas por argolas com um fecho do tipo mosquetinho, que são usados para confecção de bijuterias. Assim as bandas podem ser unidas entre si pelos mosquetinhos, os quais representarão os sítios-frágeis, que são regiões com tendência a quebras cromossômicas.
Detalhe da estrutura entre as bandas

Para representar os telômeros, utilizou-se uma argola unida a um cordão com vários nós, simbolizando as regiões repetitivas. Esta estrutura fica conectada ao mosquetinho final de uma das bandas, como pode ser visto na imagem abaixo (para unir o cordão à argola utilizou-se um pedaço de fio retirado de cabos telefônicos).

Detalhe do Telomero

Abaixo se vê que os centrômeros são representados por mais dois mosquetinhos laterais que unem as comátides-irmãs (para unir os mosquetinhos extras às argolas utilizou-se um pedaço de fio retirado de cabos telefônicos).

Detalhe do Centromero

Produzindo inversões:

1- Inversão pericêntrica: neste tipo de inversão, ocorre uma quebra cromossômica acima e outra abaixo do centrômero, o segmento entre as quebras gira 180º e volta a se unir ao restante do cromossomo. Neste caso, o centrômero fica dentro da região invertida e, na maioria das vezes muda sua localização mudando a forma do cromossomo.

Na figura abaixo se vê que o cromossomo com inversão tornou-se metacêntrico, enquanto o original era submetacêntrico.

Vista geral de cromossomos homólogos heterozigotos para inversão Pericêntrica

2- Inversão paracêntrica: para este tipo de inversão as duas quebras cromossômicas devem ocorrer fora da região do centrômero. Como resultado, não há mudança na forma do cromossomo, pois o centrômero permanece inalterado. Na figura abaixo fizemos uma inversão na sequencia dos segmentos laranja e verde do braço “q”.

Vista geral de homólogos heterozigotos para inversão Paracêntrica

Pareando cromossomos invertidos.

O pareamento cromossômico que ocorre durante a prófase da Meiose I é bastante preciso, de forma que cada região cromossômica deve parear com a mesma região no cromossomo homólogo. No caso do nosso modelo cada cor deverá parear com a mesma cor no outro cromossomo. Para tanto, um dos cromossomos deve formar uma alça que envolva o segmento invertido, como abaixo.

Alça formada por cromossomo com inversão Pericêntrica

Após a formação da alça o cromossomo homólogo pareia por cima, cor por cor, como nas figuras abaixo. A ficha azul foi usada para ressaltar a posição do centrômero e identificar quando a inversão é pericêntrica ou paracêntrica. Na primeira imagem abaixo a inversão é pericêntrica, pois o centrômero está dentro da alça, na segunda é paracêntrica.

Pareamento de homólogos heterozigotos para inversão Pericêntrica
Pareamento de homólogos heterozigotos para inversão Paracêntrica

Efeitos da permuta dentro de alças de inversão:

As inversões são encontradas em cerca de 2% dos humanos. Em geral, os portadores de inversões heterozigotas, mas geram produtos anormais quando há permuta dentro de alça de inversão.

1- Efeitos da permuta em alça de inversão pericêntrica.

Permuta dentro de uma alça de inversão Pericêntrica

A imagem abaixo mostra os resultados da permuta entre apenas uma cromátide de cada homólogo dentro de uma alça de inversão pericêntrica. Vê-se que as cromátides que permutaram originaram cromossomos que mudaram seu tamanho em relação às que não permutaram, uma ficou menor e a outra maior.

Uma análise mais detida mostra ainda que estas cromátides possuem deleções e duplicações complementares: o cromossomo mais curto não possui as bandas laranja e vermelha, mas possui duas bandas cinza; já o cromossomo maior possui as bandas laranja e vermelha em dose dupla, mas não possui a banda cinza.

Cromossomos resultantes de permuta em alça de inversão Pericêntrica

Nestes casos, o gameta que recebesse um ou outro destes cromossomos alterados teria grandes duplicações e deleções, ou seja, faltariam muitos genes e outros estariam em dose dupla, muito provavelmente, inviabilizando o desenvolvimento embrionário ou gerando sequelas nos portadores que chegassem a termo.

Já nos cromossomos resultantes das cromátides que não realizaram a permuta haveria o balanço gênico e formariam gametas viáveis. Um destes cromossomos manteve a forma original e o outro manteve a inversão pericêntrica. Caso tivesse havido permuta em ambas as cromátides do par de homólogos teríamos a formação de quatro cromossomos filhos com grandes duplicações e deleções complementares. Sem permuta na alça de inversão, resultariam dois cromossomos normais e dois cromossomos balanceados, mas com inversão pericêntrica.

2- Efeitos da permuta em alça de inversão paracêntrica:

Permuta dentro de uma alça de inversão Paracêntrica

A imagem abaixo mostra o efeito da permuta entre apenas uma cromátide de cada homólogo dentro de uma alça de inversão paracêntrica. Vê-se que as cromátides que permutaram produziram cromossomos bastante alterados em relação aos originais: formou-se um segmento acêntrico e um cromossomo com dois centrômeros. Além disso, uma análise mais detida mostra ainda que eles possuem deleções e duplicações complementares.

Cromossomos resultantes de permuta em alça de inversão Paracêntrica

O segmento acêntrico nem participará da Metáfase I, uma vez que não possui um cinetócoro para se ligar ao fuso meiótico, desse modo é perdido.

Já o cromossomo com dois centrômeros conecta-os a polos opostos, formando uma ponte dicêntrica. Desse modo, o braço entre os centrômeros poderá quebrar em qualquer ponto e ficará sem telômero, tornando-se completamente instável. Um gameta que receba qualquer um destes cromossomos instáveis, não será viável, pois a ausência de telômero inviabiliza as mitoses, impedindo o desenvolvimento embrionário.

Como no caso anterior, quando houver permuta entre ambas as cromátides-irmãs de cada homólogo dentro de uma alça de inversão paracêntrica, formar-se-ão dois segmentos acêntricos e dois cromossomos com dois centrômeros. Caso não ocorra permuta, haverá quatro cromossomos viáveis dois originais e dois balanceados com inversão paracêntrica.

Conclusões:
As inversões são mutações cromossômicas que ligam os grupos de genes que estiverem inseridos no segmento invertido, pois qualquer permuta dentro de alças de inversão, produzem gametas inviáveis.

Os modelos de crochê permitem que os alunos manipulem um material concreto para produzir inversões pericêntricas ou paracêntricas, verificando os seus efeitos no pareamento de homólogos e resultado das permutas dentro das alças.

Referência:
GRIFFITHS, A.J.F. & col. Introdução à Genética. 6 ed. Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, 1998.

Nota:
Os modelos foram criados por mim e confecionados pelos meus pais. As fotos são de Isaías Malta.

Um comentário:

  1. muito legal o trabalho de vocês , super didático, parabéns !

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