Эпигенетика в судебной медицине
Эпигенетика в судебной медицине — это применение эпигенетики для раскрытия преступлений. [1] [2]
Судебная медицина использует ДНК в качестве доказательства с 1984 года, однако это не дает информации о каких-либо изменениях в человеке с момента рождения и не будет полезно для различения идентичных братьев и сестер. В центре внимания эпигенетики в области судебной медицины находятся ненаследственные изменения, такие как старение и болезни. [2]
Эпигенетика предполагает любые изменения в ДНК, которые не влияют на последовательность, а вместо этого влияют на активность ДНК, например, на уровень транскрипции определенного гена. Эти изменения могут передаваться трансгенеративно через зародышевую линию или возникать после рождения под воздействием факторов окружающей среды. [3] [4] У людей и других млекопитающих динуклеотиды CpG являются основной последовательностью, вызывающей метилирование, и из-за этого большинство исследований пытаются найти уникальные сайты метилирования. Есть несколько сайтов метилирования, которые были определены как причина влияния окружающей среды, связанного с возрастом, образом жизни или некоторыми заболеваниями.
Метилирование ДНК
[ редактировать ]Метилирование ДНК — распространенный эпигенетический признак, изучаемый в качестве потенциального доказательства в судебной медицине. [5] [6] В отличие от ДНК, реалистичное метилирование ДНК вряд ли будет подброшено на место 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
[ редактировать ]Влияние криоконсервации на эпигенетические метки в тканях — новая область исследований. Основное внимание в этом исследовании уделяется ооцитам и сперме для целей вспомогательных репродуктивных технологий , однако они могут быть полезны в судебно-медицинской экспертизе для сохранения доказательств. [7] Метилирование можно анализировать в свежей ткани, которая подвергается криоконсервации в течение 24 часов после смерти, а затем его можно анализировать в этой ткани на срок до 1 года. [8] Если ткань зафиксирована формалином или разложилась, анализ метилирования значительно сложнее.
Старение
[ редактировать ]Хотя кровь является основным образцом, используемым в исследованиях, большинство тканей постоянно показывают, что метилирование увеличивается в раннем возрасте и медленно снижается в глобальном масштабе на протяжении позднего взросления. [9] Этот процесс называется эпигенетическим дрейфом.
Эпигенетические часы относятся к сайтам метилирования, которые тесно связаны со старением. [10] Эти сайты постоянно меняются у разных людей и поэтому могут использоваться в качестве маркеров возраста 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 определения возраста любой ткани. В 2011 году во всех образцах были обнаружены три значимых гиперметилированных сайта CpG, связанных со старением, в генах KCNQ1DN , NPTX2 и GRIA2 . [9] Предполагаемый возраст более чем 700 образцов имел среднее абсолютное отклонение от хронологического возраста (MAD) 11,4 года. Два года спустя почти 8000 образцов были использованы в эластичной сетчатой регуляризованной регрессии для создания новой модели прогнозирования возраста. [9] В результате для прогнозирования возраста было выбрано 353 CpG-сайта, а MAD модели составил 3,6 года.
Есть доказательства того, что определенные сайты метилирования связаны с циркадными часами, а это означает, что время суток у образца может быть связано с его смертью через метки метилирования. В цельной крови человека уровни гомоцистеина в плазме и глобального метилирования ДНК изменяются в течение дня. [11] Уровни гомоцистеина достигают пика вечером и достигают минимума ночью, в то время как метилирование ДНК происходит по обратной схеме. Другие исследования на крысах показали, что экспрессия DNMT3B и других ферментов метилирования колеблется в зависимости от циркадных часов и может регулироваться циркадными часами. [11] Другой фактор, связанный с метилированием, MECP2, фосфорилируется суперхиазматическим ядром в ответ на передачу световых сигналов. В группе субъектов, умерших от различных причин, наблюдалось 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
[ редактировать ]В настоящее время изучается возрастная модель с использованием дентина зубов. [12] Обнаружено более 300 генов, которые участвуют в одонтогенезе и немало влияют на эпигеном. Например, JMJD3 представляет собой деметилазу гистонов, которая модифицирует метилирование гомеобокса и костных морфогенетических белков. [13] Проводятся дополнительные исследования, чтобы дифференцировать генетические, эпигенетические и экологические факторы, влияющие на метилирование зубов, чтобы алгоритмы старения были более точными.
Раньше измерение различий между наборами зубов выполнялось с помощью штангенциркуля, но 2D и 3D визуализация стала более доступной и позволяет повысить точность измерений. Разрабатываются новые программы для анализа этих изображений зубов. [14] Исследования монозиготных близнецов показывают, что 8-29% изменений между зубами близнецов происходят из-за окружающей среды. Несколько исследований монозиготных близнецов показали, что когда у них есть дефект зубов, например, врожденное отсутствие или сверхкомплектные зубы, у близнецов может быть одинаковое количество или расположение дефектного зуба, но иногда не оба этих фактора. [15]
Идентификация близнеца
[ редактировать ]Монозиготные близнецы предоставляют информацию об эпигенетических различиях , которые не связаны с генетическими факторами. Эпигенетические маркеры больше всего различаются у монозиготных близнецов, которые проводят время раздельно или имеют совершенно разную историю болезни. С возрастом у близнецов 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 дискордантности заболеваний между монозиготными близнецами обычно превышает 50%, включая наследственные заболевания. [17] Это не коррелирует с уровнем распространенности заболевания.
У близнецов, дискордантных по биполярному расстройству, шизофрении или системной красной волчанке, фенотипических различий в метилировании больше, чем в несвязанных случаях. [17] Разницы между близнецами, дискордантными по ревматоидному артриту или дерматомиозиту, нет. Ограничением текущих исследований по дискордантности заболеваний близнецов является отсутствие исходного эпигенетического профиля близнецов до того, как у них разовьется заболевание. [17] Эта базовая линия будет использоваться для различения изменений окружающей среды между близнецами, чтобы сузить места метилирования, связанные с заболеванием. В нескольких исследованиях получают эпигенетические профили новорожденных для долгосрочных исследований.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рана, Аджай Кумар (2018). «Расследование преступлений посредством анализа метилирования ДНК: методы и применение в криминалистике» . Египетский журнал судебной медицины . 8 . дои : 10.1186/s41935-018-0042-1 .
- ^ Jump up to: а б с Кадер Ф., Гай М. (апрель 2015 г.). «Метилирование ДНК и применение в судебной медицине». обзор. Международная судебно-медицинская экспертиза . 249 : 255–65. doi : 10.1016/j.forsciint.2015.01.037 . ПМИД 25732744 .
- ^ Анвей, доктор медицинских наук, Купп А.С., Узюмджу М., Скиннер М.К. (июнь 2005 г.). «Эпигенетические трансгенерационные действия эндокринных разрушителей и мужская фертильность» . начальный. Наука . 308 (5727): 1466–9. Бибкод : 2005Sci...308.1466A . дои : 10.1126/science.1108190 . ПМИД 15933200 . S2CID 236588 .
- ^ Уивер И.С., Червони Н., Шампань Ф.А., Д'Алессио А.С., Шарма С., Секл Дж.Р., Дымов С., Шиф М., Мини М.Дж. (август 2004 г.). «Эпигенетическое программирование материнским поведением». начальный. Природная неврология . 7 (8): 847–54. дои : 10.1038/nn1276 . ПМИД 15220929 . S2CID 1649281 .
- ^ Видаки А., Дэниел Б., Суд DS (сентябрь 2013 г.). «Судебно-медицинское профилирование метилирования ДНК - потенциальные возможности и проблемы». обзор. Международная судебно-медицинская экспертиза. Генетика . 7 (5): 499–507. дои : 10.1016/j.fsigen.2013.05.004 . ПМИД 23948320 .
- ^ Jump up to: а б Гршкович Б, Зрнец Д, Викович С, Попович М, Мршич Г (июль 2013 г.). «Метилирование ДНК: будущее расследования мест преступлений?». обзор. Отчеты по молекулярной биологии . 40 (7): 4349–60. дои : 10.1007/s11033-013-2525-3 . ПМИД 23649761 . S2CID 13867295 .
- ^ Чаттерджи А., Саха Д., Ниманн Х., Гришков О., Гласмахер Б., Хофманн Н. (февраль 2017 г.). «Влияние криоконсервации на эпигенетический профиль клеток». обзор. Криобиология . 74 : 1–7. doi : 10.1016/j.cryobiol.2016.12.002 . ПМИД 27940283 .
- ^ Jump up to: а б Накатоме М., Ории М., Хамадзима М., Хирата Ю., Уэмура М., Хираяма С., Исобе I (июль 2011 г.). «Анализ метилирования промоторов гена циркадных часов в образцах судебно-медицинской экспертизы». начальный. Юридическая медицина . 13 (4): 205–9. doi : 10.1016/j.legalmed.2011.03.001 . ПМИД 21596611 .
- ^ Jump up to: а б с Юнг СЭ, Шин К.Дж., Ли ХИ (ноябрь 2017 г.). «Прогнозирование возраста на основе метилирования ДНК в различных тканях и жидкостях организма» . новости. Отчеты БМБ . 50 (11): 546–553. дои : 10.5483/bmbrep.2017.50.11.175 . ПМК 5720467 . ПМИД 28946940 .
- ^ Джонс М.Дж., Гудман С.Дж., Кобор М.С. (декабрь 2015 г.). «Метилирование ДНК и здоровое старение человека» . обзор. Стареющая клетка . 14 (6): 924–32. дои : 10.1111/acel.12349 . ПМЦ 4693469 . ПМИД 25913071 .
- ^ Jump up to: а б Куреши И.А., Мелер М.Ф. (март 2014 г.). «Эпигенетика сна и хронобиология» . обзор. Текущие отчеты по неврологии и нейробиологии . 14 (3): 432. doi : 10.1007/s11910-013-0432-6 . ПМЦ 3957188 . ПМИД 24477387 .
- ^ Бекарт Б., Камаландуа А., Запико СК, Ван де Вурде В., Декорте Р. (2015). «Улучшенное определение возраста образцов крови и зубов с использованием выбранного набора маркеров метилирования ДНК» . начальный. Эпигенетика . 10 (10): 922–30. дои : 10.1080/15592294.2015.1080413 . ПМЦ 4844214 . ПМИД 26280308 .
- ^ Брук АХ (декабрь 2009 г.). «Многоуровневые сложные взаимодействия генетических, эпигенетических и средовых факторов в этиологии аномалий развития зубов» . обзор. Архивы оральной биологии . 54 Приложение 1 (Приложение 1): С3–17. дои : 10.1016/j.archorlbio.2009.09.005 . ПМК 2981858 . ПМИД 19913215 .
- ^ Клингенберг CP (март 2011 г.). «MorphoJ: интегрированный пакет программ для геометрической морфометрии» . начальный. Ресурсы молекулярной экологии . 11 (2): 353–7. дои : 10.1111/j.1755-0998.2010.02924.x . ПМИД 21429143 . S2CID 36184843 .
- ^ Таунсенд Г., Бокманн М., Хьюз Т., Брук А. (январь 2012 г.). «Генетические, экологические и эпигенетические влияния на изменение количества, размера и формы зубов человека». обзор. Одонтология . 100 (1): 1–9. дои : 10.1007/s10266-011-0052-z . ПМИД 22139304 . S2CID 10377368 .
- ^ Фрага МФ, Баллестар Е, Пас МФ, Роперо С, Сетьен Ф, Баллестар МЛ, Хейне-Суньер Д, Сигудоса ХК, Уриосте М, Бенитес Х, Буа-Шорне М, Санчес-Агилера А, Линг С, Карлссон Е, Поульсен П , Вааг А., Стефан З., Спектор Т.Д., Ву Ю.З., Пласс С., Эстеллер М. (июль 2005 г.). «Эпигенетические различия возникают в течение жизни монозиготных близнецов» . начальный. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (30): 10604–9. Бибкод : 2005PNAS..10210604F . дои : 10.1073/pnas.0500398102 . ПМЦ 1174919 . ПМИД 16009939 .
- ^ Jump up to: а б с Белл Дж.Т., Спектор Т.Д. (март 2011 г.). «Двойной подход к разгадке эпигенетики» . обзор. Тенденции в генетике . 27 (3): 116–25. дои : 10.1016/j.tig.2010.12.005 . ПМК 3063335 . ПМИД 21257220 .