1) O documento resume os principais avanços da genética molecular na primeira década do século XXI, incluindo o sequenciamento do genoma humano em 2000-2001 e o desenvolvimento de novas tecnologias de sequenciamento. 2) Foi descoberto que o número de genes humanos é menor do que o esperado e a variabilidade genética é distribuída de forma desigual ao longo do genoma. 3) Apesar dos avanços, parte da herança genética de doenças complexas permanece desconhecida, envolvendo

1. Um balanço da Genética Molecular na
primeira década do século XXI.
Complexidade, está é a ordem!
Prof. Dr. Rinaldo Wellerson Pereira
Programa de Pós Graduação em
Ciências Genômicas e Biotecnologia

2. Por trás do título desta palestra

3. Craig Venter, Bill Clinton, Francis Collins
26 de Junho de 2000 - East Room – White House
Anúncio do primeiro rascunho do genoma humano
"Today," [Clinton] said, "we are learning the language in
which God created life. We are gaining ever more awe for
the complexity, the beauty, and the wonder of God's
most divine and sacred gift."

4. Nós temos a sequência!
Genoma de
Homo sapiens sapiens
15/02/2001 e 16/02/2001

5. Organização do Genoma
Humano

6. E o sequenciamento do genoma
humano ajudou a clarear o que
sabemos sobre:
• Números de Genes
• Variabilidade em DNA
• Padrão de distribuição da variabilidade em
sequência ao longo do genoma humano

7. Sequenciamento de DNA
• 1977 -2004 – Evolução e consolidação do
método de Sanger
• 2004 - ……. – Plataformas de NGS – Next
Generation Sequencing (Na verdade pode ser:
“Now Generation Sequencing”)
• Segunda Geração
• Terceira Geração

8. Sequenciamento de DNA
Detecção Simultânea de Quatro Cores

9. • Sanger • NGS
Shendure, 2008 – Nature Biotechnology

10. Human genome at ten: the sequence explosion. Nature, 464: 670-671. 2010.

11. Wetterstrand KA. DNA Sequencing Costs: Data from the NHGRI Large-Scale Genome
Sequencing Program Available at: www.genome.gov/sequencingcosts. Accessed
[08/28/11]

12. Scalability
massively scalable semicond
Simplicity
natural biochemistry, no opti
Speed
runs in about two hour s, not
Discover Ion Torrent

13. Número de sequências codificantes
Genes
• Década de 90 – 100.000
• Artigos Nature e Science 2001 – 35000
• Outubro de 2004 - .... – Algo como 25000

14. RNAs não codificantes
• 90% do genoma humano é transcrito
• Small ncRNA
• Long ncRNA

16. Variações em Sequência

17. Padrões de Variabilidade
• Ao final dos anos 90 do século passado a ideia
dominante era a de que a variabilidade era
distribuída uniformemente ao longo dos
genomas

18. Desequilíbrio de ligação e variação
haplotípica

19. Blocos de haplótipos

20. Desequilíbrio de ligação x distância

21. Estrutura haplotípica do genoma humano

22. Mapeamento de Genes no inicio do
século XXI
• Doenças/Fenótipos Mendelianos
– Mapeamento por ligação
• Doenças/Fenótipos Complexos
– Estudos de associação utilizando variações
funcionais em genes candidatos

23. HapMap
• Projeto que se propôs a identificar blocos
haplotípicos para as principais populações

25. TagSNPs
• SNPs encontrados dentro de um bloco
haplotípico que genotipados nos fornece a
maior parte da divesidade haplotípica da
região
• Vantagen
– Redução do número de SNPs a serem genotipados
– Redução nos
$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$

26. GWAS
Genome Wide Association Studies
• Genotipagem de milhares de SNPs utilizando
microarranjos da Illumina
• Modelo de Arquitetura Alélica para doenças
Complexas – CD/CV – Common
Disease/Common Variability

28. Published GWA Reports, 2005 – 6/2011
951
1000
900
800
Total Number of Publications
700
600
500
400
300
200
100
0
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Calendar Quarter
Through 9/30/10 postings

29. Published Genome-Wide Associations through 06/2011,
1,449 published GWA at p≤5x10-8 for 237 traits
NHGRI GWA Catalog
www.genome.gov/GWAStudies

31. Então está tudo resolvido!?
Ops! Calma lá!

32. Não está assim tão claro!

33. Missing Heritability
• Arquitetura alélica
– Alelos raros
– Heterogeneidade Alélica
– Alelos únicos
– Expansão demográfica recente
• Variabilidade estrutural
• Epigenética

34. Arquitetura Alélica dos Fenótipos
Complexos
– Alelos raros
– Heterogeneidade Alélica
– Alelos únicos
– Expansão demográfica recente

35. Variabilidade estrutural

36. CNVs e doenças complexas

38. CNVs somáticas - Mosaicismo
• Mosaicismo não é um fenômeno novo em genética
humana (boa revisão em Nature Genetics
Reviews, 3:748, 2002), mas novas plataformas de análise
genômica tem dado uma nova dimensão ao fenômeno

39. CNVs somáticas - Mosaicismo

40. CNVs somáticas - Mosaicismo

42. Epigenética

43. Ambiente e epigenética
Variação fenotípica
normal
?
Modificado de:

44. Ambiente e Epigenética

45. Livros

46. Gêmeos MZ são iguais?

52. Transmissão epigenética transgeracional
transgeracional

55. Next Generation Sequencing
• Doenças Complexas
• Doenças Mendelianas

56. Doenças Mendelianas
• Doenças muito raras não tem número de
famílias suficiente para estudos de ligação ou
mapeamento por homozigozidade
• Doenças Mendelianas esporádicas por
mutações de novo
• Heterogeinidade de loco
• Heterogeinidade de fenótipo

57. Exoma
• Estima-se que 90% das doenças mendelianas
tem como causa variações em exons
• Exoma é o sequenciamento de todos ou quase
todos exons em uma amostra
• O primeiro passo é separar os exons do
restante do DNA
• Estima-se o exoma humano em 35 a 40 Mb
(aproximadamente 1 % do genoma total)

58. Captura de Exons
Captura de 180.000 exons codificantes
Captura de 541 exons de micro RNAs

61. Alabama 35806, USA.
‡
Department of Genome tions between ~1,300 lo
Sciences, University of (seetheUSNational Hum
Washington, Seattle, Catalog of Published
Washington 98115, USA. S tudies). However, owi
e-mails: gcooper@
hudsonalpha.org;
and correlations amon
shendure@u.washington.edu cise identification of cau
doi:10.1038/nrg3046 for only a handful of th
628 | SEPTEMBER 2011 | VOLUME 12
© 20

62. Division of Hematology, lines of evidence began to suggest that synonymous Biologics article, we have generated ahavefunctional consequen
Center for
In this mutationscould compendium of
Center for Biologics mutationscould havefunctional consequences. Thefirst and Research,
Evaluation human diseases or clinical conditions associatedin many organis
wasbased on findingsthat, with
Evaluation and Research, wasbased on findingsthat, in many organisms, thereisa Drug
Food and synonymous mutations. We also discuss recent studies
Food and Drug codon usagebiasvis-à-vissynonymouscod
codon usagebiasvis-à-vissynonymouscodons, suggest- that 29 Lincoln
Administration, are elucidating the mechanisms by which synony-
Administration, 29 Lincoln
Drive, Bethesda, Maryland ing that even synonymouscodonswereund
Drive, Bethesda, Maryland ing that even synonymouscodonswereunder evolution- mous substitutions bring about changes in the pheno-
20892,
type
ary pressure (see REFS 3,4 for comprehens
ary pressure (see REFS 3,4 for comprehensive ReviewsUSA. by affecting splicing accuracy, translation fidelity,
20892, USA.
mRNA structureand protein subject, which isdiscuss
on this folding. Finally, we not discussed he
e-mails: zuben.sauna@fda.
e-mails: zuben.sauna@fda. on this subject, which is not discussed here). Second, chava.kimchi-
hhs.gov;
hhs.gov; chava.kimchi- advances in our understanding of protein synthesis and how an increased understanding of theunderstanding of protein s
sarfaty@fda.hhs.gov
advances in our effect of synony-
folding have led to discoveries that provide the mecha- mous mutations could have an impactto discoveries that provide
folding have led on future clini-
sarfaty@fda.hhs.gov
doi:10.1038/nrg3051 doi:10.1038/nrg3051
Published online nistic and conceptual framework to understand this online nistic and conceptual framework to und
Published cal applications, such as pharmacogenetics and protein
31 August 2011 phenomenon. Considerable evidence has accumulated 2011
31 August therapeutics. phenomenon. Considerable evidence has
NATURE REVIEWS| GENETICS NATURE REVIEWS| GENETICS VOLUM E 12 | OCTOBER 2011 | 683
© 201 Macmillan Publishers Limited. All rights reserved
1 © 201 Macmillan Publisher
1

63. ????????????????????????

64. Contatos
rinaldo.pereira@catolica.edu.br
https://www.facebook.com/pages/Genética-Prof-Rinaldo-Pereira/173846522641806
http://rinaldogenetica.com
https://www.facebook.com/pages/Ci%C3%AAncias-Gen%C3%B4micas-UCB-Bras%C3%ADlia/199850806721852
rinaldo.ucb rinaldo_pereira