Эпигенетика в судебной медицине - Epigenetics in forensic science

Эпигенетика в судебной медицине это применение эпигенетика раскрытию преступлений.[1][2]

Криминалистика использует ДНК в качестве доказательства с 1984 года, однако это не дает информации о каких-либо изменениях в человеке с момента рождения и не поможет различить идентичных братьев и сестер. В центре внимания эпигенетики в области судебной медицины - ненаследственные изменения, такие как старение и болезни.[2]

Эпигенетика включает в себя любые изменения ДНК, которые не влияют на последовательность, а вместо этого влияют на активность ДНК, например, на уровень транскрипции определенного гена. Эти изменения могут передаваться от поколения к поколению через зародышевую линию или возникать после рождения из-за факторов окружающей среды.[3][4] У людей и других млекопитающих Динуклеотиды CpG являются основной последовательностью, которая развивает метилирование, и поэтому большинство исследований пытаются найти уникальные сайты метилирования. Есть несколько сайтов метилирования, которые были определены как причина влияния окружающей среды в результате возраста, образа жизни или определенных заболеваний.

Метилирование ДНК

Метилирование ДНК является распространенной эпигенетической меткой, изучаемой в качестве потенциального доказательства в судебной медицине.[5][6] В отличие от ДНК, реалистичное метилирование ДНК менее вероятно на месте преступления.>[6] Современные методы изготовления ДНК обычно исключают важные метки метилирования, обнаруженные в биологических тканях, что позволяет подтвердить личность человека при оценке доказательств.[2]

Для анализа метилирования можно использовать множество различных тканей.

Сохранение образцов

Эффект криоконсервация эпигенетические метки в тканях - новая область исследований. Основное внимание в этом исследовании уделяется ооцитам и сперматозоидам с целью: вспомогательные репродуктивные технологии, однако он может быть полезен в криминалистике для сохранения доказательств.[7] Метилирование может быть проанализировано в свежей ткани, которая подвергается криоконсервации в течение 24 часов после смерти, а затем может быть проанализировано в этой ткани на срок до 1 года.[8] Если ткань зафиксирована формалином или разложилась, анализ метилирования сделать намного сложнее.

Старение

Хотя кровь является основным образцом, используемым в исследованиях, большинство тканей последовательно показывают, что метилирование увеличивается в раннем возрасте и медленно снижается в глобальном масштабе в течение позднего взросления.[9] Этот процесс называется эпигенетическим дрейфом.

В эпигенетические часы относится к сайтам метилирования, которые сильно связаны со старением.[10] Эти сайты постоянно меняются у разных людей и поэтому могут использоваться в качестве маркеров возраста для человека. Некоторые модели были разработаны для прогнозирования возраста конкретных образцов, таких как слюна и буккальные эпителиальные клетки, кровь или сперма, но другие были созданы для старения любых тканей. В 2011 г. во всех образцах были обнаружены три значимых гиперметилированных CpG-сайта, связанных со старением. KCNQ1DN, NPTX2, и GRIA2 гены.[9] Предполагаемый возраст для более чем 700 образцов имел среднее абсолютное отклонение от хронологического возраста (MAD) 11,4 года. Два года спустя почти 8000 образцов были использованы в эластичная чистая регуляризованная регрессия создать модель прогнозирования нового возраста.[9] В результате для прогнозирования возраста было выбрано 353 сайта CpG, а MAD модели составил 3,6 года.

Существуют доказательства того, что определенные сайты метилирования связаны с циркадными часами, то есть в образце может быть время суток, связанное с их смертью из-за меток метилирования. В цельной крови человека уровни гомоцистеина плазмы и глобальное метилирование ДНК меняются в течение дня.[11] Пик уровня гомоцистеина наступает вечером и достигает минимума в течение ночи, в то время как метилирование ДНК происходит по обратной схеме. Другие исследования на крысах показали, что выражение DNMT3B и другие ферменты метилирования колеблются в соответствии с циркадными часами и могут регулироваться циркадными часами.[11] Другой фактор, связанный с метилированием, MECP2, фосфорилируется суперхиазматическое ядро в ответ на световую сигнализацию. В группе субъектов, умерших по разным причинам, имело место частичное метилирование промоторов PER2, PER3, CRY1 и TIM, которые являются важными генами, контролирующими циркадные часы.[8] Метилирование CRY1 варьировалось в тканях человека и между двумя людьми, однако разница между людьми могла быть связана с воздействием метамфетамина.

Зубы

Возрастная модель с использованием дентина из зубов в настоящее время изучается.[12] Было обнаружено более 300 генов, которые являются частью одонтогенеза, и довольно много генов влияют на эпигеном. Например, JMJD3 представляет собой гистоновую деметилазу, которая модифицирует метилирование гомеобокса и морфогенетических белков кости.[13] Проводятся дополнительные исследования для дифференциации генетических, эпигенетических и экологических факторов на метилирование зубов, чтобы алгоритмы старения были более точными.

Раньше измерение различий между наборами зубов выполнялось с помощью штангенциркуля, но 2D и 3D изображения стали более доступными и позволяют повысить точность измерений. Разрабатываются новые программы для анализа этих изображений зубов.[14] Исследования монозиготных близнецов показывают, что 8-29% изменений между зубами близнецов связаны с окружающей средой. Несколько исследований монозиготных близнецов показали, что, когда у них есть дефект зуба, такой как врожденное отсутствие или лишние зубы, у близнецов может быть одинаковое количество или положение дефектного зуба, но иногда не оба этих фактора.[15]

Идентификация близнецов

Монозиготные близнецы предоставляют информацию об эпигенетических различиях, которые не связаны с генетическими факторами. Эпигенетические маркеры больше всего различаются у монозиготных близнецов, которые проводят время отдельно или имеют совершенно разную историю болезни. По мере взросления близнецов их метилирование и ацетилирование гистонов H3 и H4 все больше различаются.[16] Эти отметки характерны для изменений окружающей среды между близнецами, а не для изменений метилирования в результате общего старения. Частота несоответствия болезни между монозиготными близнецами обычно превышает 50%, включая наследственные заболевания.[17] Это не коррелирует с уровнем распространенности заболевания.

Фенотипических различий в метилировании у близнецов, не согласующихся с биполярным расстройством, шизофренией или системной красной волчанкой, больше, чем в не связанных между собой случаях.[17] Нет разницы между дискордантными близнецами по ревматоидному артриту или дерматомиозиту. Ограничением текущих исследований несогласованности болезни близнецов является отсутствие исходного эпигенетического профиля близнецов до того, как у них разовьется болезнь.[17] Этот исходный уровень будет использоваться, чтобы различать изменения окружающей среды между близнецами, чтобы сузить участки метилирования, связанные с заболеванием. Несколько исследований получают эпигенетические профили новорожденных для долгосрочных исследований.

Рекомендации

  1. ^ Рана, Аджай Кумар (2018). «Расследование преступлений с помощью анализа метилирования ДНК: методы и применение в криминалистике». Египетский журнал судебной медицины. 8. Дои:10.1186 / s41935-018-0042-1.
  2. ^ а б c Кадер Ф, Гхай М (апрель 2015 г.). «Метилирование ДНК и применение в судебной медицине». рассмотрение. Международная криминалистическая экспертиза. 249: 255–65. Дои:10.1016 / j.forsciint.2015.01.037. PMID  25732744.
  3. ^ Anway MD, Cupp AS, Uzumcu M, Skinner MK (июнь 2005 г.). «Эпигенетические трансгенерационные действия эндокринных разрушителей и мужской фертильности». начальный. Наука. 308 (5727): 1466–9. Bibcode:2005Научный ... 308.1466A. Дои:10.1126 / science.1108190. PMID  15933200.
  4. ^ Weaver IC, Cervoni N, Champagne FA, D'Alessio AC, Sharma S, Seckl JR, Dymov S, Szyf M, Meaney MJ (август 2004 г.). «Эпигенетическое программирование по материнскому поведению». начальный. Природа Неврология. 7 (8): 847–54. Дои:10.1038 / nn1276. PMID  15220929.
  5. ^ Видаки А., Даниэль Б., суд DS (сентябрь 2013 г.). «Криминалистическое профилирование метилирования ДНК - потенциальные возможности и проблемы». рассмотрение. Международная криминалистическая экспертиза. Генетика. 7 (5): 499–507. Дои:10.1016 / j.fsigen.2013.05.004. PMID  23948320.
  6. ^ а б Гршкович Б., Зрнец Д., Вицкович С., Попович М., Мршич Г. (июль 2013 г.). «Метилирование ДНК: будущее расследования места преступления?». рассмотрение. Отчеты по молекулярной биологии. 40 (7): 4349–60. Дои:10.1007 / s11033-013-2525-3. PMID  23649761.
  7. ^ Чаттерджи А., Саха Д., Ниманн Х., Гришков О., Гласмахер Б., Хофманн Н. (февраль 2017 г.). «Влияние криоконсервации на эпигенетический профиль клеток». рассмотрение. Криобиология. 74: 1–7. Дои:10.1016 / j.cryobiol.2016.12.002. PMID  27940283.
  8. ^ а б Накатомэ М., Ории М., Хамадзима М., Хирата Ю., Уэмура М., Хираяма С., Исобе I (июль 2011 г.). «Анализ метилирования промоторов генов циркадных часов в образцах судебной аутопсии». начальный. Юридическая медицина. 13 (4): 205–9. Дои:10.1016 / j.legalmed.2011.03.001. PMID  21596611.
  9. ^ а б c Юнг С.Е., Шин К.Дж., Ли Х.Й. (ноябрь 2017 г.). «Прогнозирование возраста на основе метилирования ДНК по различным тканям и жидкостям тела». Новости. BMB отчеты. 50 (11): 546–553. Дои:10.5483 / bmbrep.2017.50.11.175. ЧВК  5720467. PMID  28946940.
  10. ^ Джонс MJ, Goodman SJ, Kobor MS (декабрь 2015 г.). «Метилирование ДНК и здоровое старение человека». рассмотрение. Ячейка старения. 14 (6): 924–32. Дои:10.1111 / acel.12349. ЧВК  4693469. PMID  25913071.
  11. ^ а б Куреши И.А., Мехлер М.Ф. (март 2014 г.). «Эпигенетика сна и хронобиология». рассмотрение. Текущие отчеты по неврологии и неврологии. 14 (3): 432. Дои:10.1007 / s11910-013-0432-6. ЧВК  3957188. PMID  24477387.
  12. ^ Бекаерт Б., Камаландуа А., Запико СК, Ван де Вурде В., Декорте Р. (2015). «Улучшенное определение возраста в образцах крови и зубов с использованием выбранного набора маркеров метилирования ДНК». начальный. Эпигенетика. 10 (10): 922–30. Дои:10.1080/15592294.2015.1080413. ЧВК  4844214. PMID  26280308.
  13. ^ Брук AH (декабрь 2009 г.). «Многоуровневые сложные взаимодействия между генетическими, эпигенетическими и средовыми факторами в этиологии аномалий развития зубов». рассмотрение. Архивы оральной биологии. 54 Дополнение 1: S3–17. Дои:10.1016 / j.archoralbio.2009.09.005. ЧВК  2981858. PMID  19913215.
  14. ^ Klingenberg CP (март 2011 г.). «MorphoJ: комплексный программный комплекс для геометрической морфометрии». начальный. Ресурсы по молекулярной экологии. 11 (2): 353–7. Дои:10.1111 / j.1755-0998.2010.02924.x. PMID  21429143.
  15. ^ Таунсенд Г., Бокманн М., Хьюз Т., Брук А. (январь 2012 г.). «Генетическое, экологическое и эпигенетическое влияние на изменение количества, размера и формы человеческих зубов». рассмотрение. Одонтология. 100 (1): 1–9. Дои:10.1007 / s10266-011-0052-z. PMID  22139304.
  16. ^ Fraga MF, Ballestar E, Paz MF, Ropero S, Setien F, Ballestar ML, Heine-Suñer D, Cigudosa JC, Urioste M, Benitez J, Boix-Chornet M, Sanchez-Aguilera A, Ling C, Carlsson E, Poulsen P , Vaag A, Stephan Z, Spector TD, Wu YZ, Plass C, Esteller M (июль 2005 г.). «Эпигенетические различия возникают в течение жизни монозиготных близнецов». начальный. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 102 (30): 10604–9. Bibcode:2005PNAS..10210604F. Дои:10.1073 / pnas.0500398102. ЧВК  1174919. PMID  16009939.
  17. ^ а б c Белл Дж. Т., Спектор Т. Д. (март 2011 г.). «Двойной подход к разгадке эпигенетики». рассмотрение. Тенденции в генетике. 27 (3): 116–25. Дои:10.1016 / j.tig.2010.12.005. ЧВК  3063335. PMID  21257220.