Divisão NHGRI da Pesquisa Intramural

O que é o Genoma Canino?

Um corpo de cão contém triliões de células. A maioria destas células contém um núcleo. Em cães, 38 pares de autossomos (cromossomos não sexuais) podem ser encontrados em cada núcleo, para um total de 76 cromossomos mais os dois cromossomos sexuais (X e Y) para um total de 78. Durante a concepção, um cão recebe uma cópia de cada cromossoma de cada um dos pais. Os cromossomos são feitos de ácido desoxirribonucleico (DNA), a “molécula da vida”.

DNA é composto de pequenos blocos químicos chamados “nucleotídeos” ou “bases”, que vêm em quatro tipos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). Todos os organismos vivos, incluindo os humanos, usam este código de quatro letras. As bases são emparelhadas em unidades fixas de adenina-timina (A-T) e guanina-citosina (G-C). Os cães têm aproximadamente três bilhões de pares de bases em cada célula. Os genes são definidos por uma sequência única de nucleotídeos que podem ser tão poucas quanto cem bases ou tantas quanto um milhão. A seqüência de cada gene é chamada de seu “código”. Por exemplo, o código de um gene pode levar a proteínas que adicionam cor a um fio de cabelo, o código de outro gene produz enzimas para digerir alimentos, e um terceiro gene irá direcionar a formação de anticorpos que combatem doenças. Para um determinado gene o código é muito preciso; um único erro na sequência de ADN pode ter consequências desastrosas para a saúde do seu cão.

Cada um dos 78 cromossomas contém os códigos para centenas de genes. Os genes codificam a maquinaria necessária para o fabrico de proteínas, que por sua vez compõem a estrutura física do corpo. As proteínas são necessárias para todos os sistemas chave do corpo, como o sistema nervoso ou o sistema digestivo. Cada gene tem um código específico que é passado dos pais para os descendentes. O termo “genoma canino” refere-se a toda a sequência do genoma do cão, incluindo todos os genes e os espaços entre eles. Os genes podem determinar como o seu cão se desenvolverá desde a cor do pêlo até aos traços da sua personalidade e, em alguns casos, as doenças a que o seu cão será susceptível.

Adaptado da Publicação Intramural do NHGRI
Suporte da imagem de DNA do Escritório de Apoio, imagens de cão
cortesia de © AKC/Mary Bloom

Adaptado de NHGRI Intramural Publication
Support Office imagem de DNA azul

A sequência seguinte é um exemplo de uma sequência de nucleótidos: GGAAACCTGGTATA…. Também são mostradas nesta página imagens de ADN de perto. A sequência do genoma do cão foi publicada em 2005 (Lindblad-Toh et al. 2005).

Locating Genes by “Gene Mapping”

A fim de localizar sequências nucleotídicas responsáveis por características de interesse, os pesquisadores têm que pentear através de aproximadamente 3 bilhões de pares de bases, o comprimento do genoma canino. Nem todo o DNA contém genes. A maioria das sequências de ADN são conhecidas como ADN não codificador, que pode desempenhar papéis reguladores, como ligar ou desligar genes, determinar a quantidade de cada gene a produzir, ou dirigir o RNA codificado do mensageiro para onde ir na célula. Para encontrar uma mutação que controla ou está associada a uma característica, os cientistas normalmente comparam o DNA dos cães que têm a característica com aqueles que não a têm. Isto pode ser bastante simples ao estudar genes que controlam a aparência, no entanto, é muito mais difícil ao estudar doenças ou comportamentos caninos (Spady et al. 2008; Parker et al. 2006).

Para a maioria das comparações ao nível do genoma usamos um “chip SNP” canino, este é um método para ler mais de 100 mil pontos no genoma de uma vez. O chip SNP canino mais recente tem mais de 170.000 SNPs (descrito em Vaysse et al. 2011). Os SNPs, ou polimorfismos de nucleotídeos simples, representam bases únicas no genoma que são frequentemente mutantes. A maioria não tem nada a ver com doenças, mas servem como sinais de rua (“marcadores”) para a navegação no genoma do cão. A associação é determinada pelo cálculo da diferença de frequência de cada marcador nos cães com a doença ou traço versus os cães que não têm a doença ou traço. Uma vez encontrada uma associação significativa entre um SNP e uma característica, os cientistas investigam os genes e sequências adjacentes para tentar encontrar a variante ou combinação de variantes que contribuem para a característica de interesse.

Sequenciando o Genoma

Por causa de melhorias na tecnologia que reduziram o preço do sequenciamento, podemos agora usar o sequenciamento do genoma inteiro para encontrar mutações de interesse. Nos últimos 30 anos, os cientistas fizeram avanços notáveis na tecnologia do sequenciamento genético de tal forma que agora é possível determinar a sequência de todo o genoma de um organismo em questão de dias. A tecnologia de seqüenciamento revela mais segredos dos genes caninos muito mais rápido do que nunca.

A técnica vai direto ao coração do código genético; decifrando a seqüência exata das bases de letras que compõem cada gene, e as seqüências ao redor e entre os genes que auxiliam na regulação.

Cortesia do NHGRI Intramural Publication Support Office

Aprendizagem sobre Mutações

Quando os cientistas têm sequenciado um gene, você pode pensar que seu trabalho está feito, mas não é tão simples assim. Agora eles devem determinar se as mudanças que foram detectadas no código genético estão realmente mudando a maneira como o gene funciona. Nem todos os cães têm versões idênticas do mesmo gene. A variação genética ocorre quando “erros” são cometidos na duplicação ou mecanismos de reparação da célula que causam uma mudança permanente na sequência nucleotídica do gene. Essas mutações levam a formas variantes de um gene, chamadas alelos, que podem alterar a função do gene. Se essas mutações existirem nas células germinativas, elas podem ser passadas para futuras descendências. A maioria dos genes controla mais de uma função dentro do cão. Muitas vezes a forma como um gene é expresso, ou “ligado” para fazer proteínas, pode ter um efeito directo na forma como outros genes funcionam. De forma confusa, enquanto alguns erros no código podem inactivar um gene e outros podem aumentar ou adicionar actividade a um gene, a maioria das alterações tem poucas ou mesmo nenhumas consequências. Muitas vezes é um puzzle complexo para resolver. Cientistas, sempre atentos ao fato de que alelos indesejáveis juntamente com bons alelos serão passados dos pais para os filhotes, muitas vezes trabalham por anos para entender a verdadeira função de uma proteína, a fim de melhorar a saúde dos cães que estão estudando. No entanto, com a ajuda da Bioinformática, a abordagem estatística para compreender conjuntos extensivos de dados biológicos, temos acesso a muitas ferramentas para desvendar os segredos do genoma do cão. Utilizando abordagens novas e sofisticadas, os talentosos bioinformáticos podem comparar a sequência do genoma de um grande número de indivíduos para encontrar mutações únicas. No Projeto Genoma Canino nós frequentemente modelamos nossas abordagens após técnicas aprendidas com o Projeto Genoma Humano.

Doenças Genéticas e o Genoma Canino

Pesquisadores identificaram mais de 360 desordens genéticas que ocorrem tanto em humanos quanto em cães, com aproximadamente 46% das que ocorrem em apenas uma ou poucas raças. Para a maioria destas, a lesão genética subjacente não foi encontrada.

Câncer é uma doença genética, mas nem todas as mutações que resultam em câncer são hereditárias. Durante toda uma vida, o DNA dentro das células do corpo de um cão é capaz de sofrer mudanças genéticas espontâneas. Ao longo dos anos, estas mutações genéticas podem acumular-se ou podem ocorrer em genes importantes. Se uma única célula acumula mutações suficientes ou adquire variação em um gene crítico, a célula pode começar a se dividir e crescer incontrolavelmente. A célula deixará então de desempenhar a sua função designada e isto pode levar ao cancro. Foram identificados alguns genes poderosos que podem iniciar o processo eles próprios, muitas vezes com uma simples mutação. Já deve ter ouvido falar dos genes de susceptibilidade ao cancro da mama BRCA1 e BRCA2. Eles se enquadram nesta última categoria. Finalmente, factores ambientais também contribuem para o cancro, como a exposição solar e o cancro da pele em humanos.

Um diagnóstico de cancro ocorre geralmente quando o crescimento descontrolado forma massas de células chamadas tumores. Cada célula contém uma cópia do gene mutado idêntica à da célula mutada original. As células tumorais podem migrar para outros órgãos e aí começar a crescer. Isto é chamado metástase. O objetivo da terapia do câncer é matar todas as células tumorais de um indivíduo afetado, uma vez que uma única célula remanescente pode causar a recorrência do câncer. O tratamento por radiação é usado como uma “terapia local”, dirigida a matar células dentro do próprio local do tumor. De forma semelhante, a cirurgia é frequentemente utilizada para remover o tumor. A quimioterapia é uma “terapia sistêmica” que mata células de crescimento rápido, tanto no tumor como, espera-se, aquelas que viajaram para outros órgãos.

Até o momento, o tratamento da maioria das doenças é realizado retrospectivamente, uma vez que a doença é diagnosticada. Em cães, isto está muitas vezes numa fase avançada, uma vez que eles são incapazes de dizer a alguém que não se sentem bem. Os avanços na pesquisa genética devem aumentar esta abordagem. De facto, uma das possibilidades mais excitantes no estudo do cancro reside na capacidade de utilizar a genómica para identificar mutações e diagnosticar o cancro antes que este se tenha tornado um problema grave. Em última análise, esperamos produzir testes genéticos para identificar mutações deletérias antes que um cão fique doente. Finalmente, a comunidade científica espera trabalhar com a comunidade canina para esgotar os alelos de susceptibilidade a doenças das populações.

Primeiro Modificado: Terça-feira, 13-Fev-2018 13:07:00 EST