Системы генетических маркеров, применяемые для установления родства

ЕСТЬ ВОПРОСЫ?
СПРОСИ У СПЕЦИАЛИСТА

Наша команда профессионалов ответит на ваши вопросы

Системы STR-локусов аутосом

   В большинстве случаев установления родства используются системы, основанные на аутосомных STR-локусах. К настоящему времени известно несколько сотен тысяч различных аутосомных STR-локусов, которые достаточно равномерно распределены по всему геному человека, что позволяет составить большое количество систем на их основе. В вероятностных расчетах, проводимых при оценке достоверности результатов анализов, используются данные популяционной генетики. Для корректного использования популяционных данных чаще всего необходимо, чтобы входящие в систему локусы были независимыми, то есть располагались на разных хромосомах, либо на одной хромосоме, но на достаточно большом расстоянии друг от друга. При выборе локусов-кандидатов учитывается данная особенность, характерная для анализа родства и идентификации человека на основе аутосомных маркеров.

   Бурное и одновременное развитие методов ДНК-анализа для идентификации человека в различных странах привело к созданию баз данных STR-профилей лиц, совершивших преступления, и биологических объектов, изъятых с мест преступлений. Требование совместимости растущих баз данных привело к созданию региональных, а затем и международных стандартов для систем STR-локусов. Так, в Европе, в результате сотрудничества Интерпола и организации ENFSI (European Network of Forensic Science Institutes) двенадцать маркерных STR-локусов (D21S11,FGA, vWA, TH01, D18S51, D3S1358, D8S1179, D1S1656, D2S441, D10S1248, D12S391, D22S1045) были приняты в качестве стандарта ESS(Extended European Standard Set). В стандартную систему, утвержденную латиноамериканской организацией GITAD - Grupo Iberoamericano de Trabajo en Analisis de DNA входят шесть локусов (TH01, CSF1PO, D16S539, D7S820, D13S317, TPOX). Наконец, система CODIS (COmbined DNA Index System), принятая в США и Канаде состоит из 13 локусов (TH01, CSF1PO, D16S539, D7S820, TPOX, D21S11, FGA, vWA, D8S1179, D3S1358, D18S51, D13S317, D5S818).
   На Рис. 4 показаны системы, используемые различными международными организациями, а также созданные на их основе коммерческие наборы. Как видно из рисунка, набор AmpFlSTR Identifiler (фирма Applied Biosystems), используемый в Центре Молекулярной Генетики, содержит полный набор локусов, утвержденных как европейскими, так и американскими стандартами. Кроме того, указанный набор включает локус AMELOGENIN, анализ которого позволяет установить половую принадлежность образца. Таким образом, данные, полученные при использовании упомянутого набора, совместимы с любым из существующих стандартов. Это дает возможность проводить анализ на родство для лиц, находящихся в разных странах, без необходимости пересылки через государственные границы биологического материала. Предположим, что для проведения какого-либо анализа требуется проанализировать генотип одного из родственников, проживающего, например в США. Для этого достаточно, чтобы лаборатория, находящаяся по месту жительства этого человека, осуществила его типирование по локусам, входящим в CODIS - стандартную систему, принятую в этой стране, а затем переслала полученные данные по электронной почте. Эти данные, вследствие совместимости, могут быть использованы, при сравнительном анализе с генотипами лиц, полученными в российской лаборатории.

Системы на основе аутосомных локусов используются при установлении различных степеней родства:

Отец – ребенок;

Брат (сестра) – брат (сестра);

Бабка, дед – внук (внучка);

Общий случай.

Системы STR-локусов Y-хромосомы

   Y-хромосома – это небольшая по размеру (около 58 млн. нуклеотидных пар) хромосома человека, которая присутствует только в ядрах мужских клеток в единственном числе. Y-хромосома почти не рекомбинирует в мейозе. Рекомбинация с X-хромосомой происходит только на небольших участках, расположенных на концах Y-хромосомы и занимающих около 5% её длины. Таким образом, Y-хромосома передается из поколения в поколение от отца к сыну практически в неизменном виде. Описанные свойства обусловливают использование генетических маркеров, лежащих на Y-хромосоме, как для целей идентификации человека (например, при расследовании половых преступлений), так и для установления родствапо мужской линии.
   К настоящему времени известно более двухсот STR-локусов Y-хромосомы, причем некоторые из них присутствуют на хромосоме в двух и даже в трех экземплярах. Как и в случае с аутосомными локусами, требования унификации и совместимости растущих национальных баз данных частот гаплотипов Y-хромосомы, привели к созданию международных стандартов. В 1997 году, усилиями европейской организации ISFG(International Society of Forensic Genetics) был определен так называемый «минимальный гаплотип», включающий в себя локусы DYS19,DYS385a/в, DYS389I, DYS389II, DYS390, DYS391, DYS392 и DYS393. В 2003 году американской организацией SWGDAM (Scientific Working Group on DNA Analysis Methods), в дополнение к упомянутым 8 локусам, было предложено использовать локусы DYS438 и DYS439.
   На Рис. 5 показаны системы, используемые различными международными организациями, а также созданный на их основе коммерческий набор PowerPlex® Y (фирма Promega). Как видно из рисунка, набор PowerPlex® Y, применяемый в Центре Молекулярной Генетики, содержит полный набор локусов, утвержденных как европейскими, так и американскими стандартами. Таким образом, результаты типирования по STR-локусам Y-хромосомы, проведенного в нашем Центре, могут быть использованы для сравнительного анализа зарубежными лабораториями.

Типирование по маркерам Y-хромосомы используется при установлении таких родственных связей как:

Родство по мужской линии;

Братья по отцу;

Дед по отцу - внук.

STR-локусы X-хромосомы

   X-хромосома – это средняя по размеру (около 154 млн. нуклеотидных пар) хромосома человека, присутствующая в единственном числе в ядрах мужских клеток, и в виде двух гомологичных хромосом в ядрах клеток женщин. У мужчин X-хромосома практически не рекомбинирует в мейозе с Y-хромосомой и передается дочерям в неизменном виде. Именно эта особенность X-хромосомы чаше всего используется при установленииродства.
   Использование полиморфных маркеров X-хромосомы для задач идентификации человека и установления родства не имеет такого широкого распространения, как в случае с аутосомными маркерами и маркерами Y-хромосомы. В настоящее время, в мире не существует общепринятой для установления родства системы STR-локусов X-хромосомы.
   В Центре Молекулярной Генетики при проведении анализов на установление родства используется система STR-локусов X-хромосомы Argus X12  фирмы QIAGEN, состоящая из 12 маркеров (DXS10103, DXS8378, DXS7132, DXS10134, DXS10074, DXS10101, DXS10135, DXS7423, DXS10146, DXS10079, HPRTB, DXS10148). Относительное расположение этих локусов на X-хромосоме показано на Рис. 6. При необходимости анализ может быть проведен по дополнительным локусам Х-хромосомы, не представленным на рисунке.

  Типирование по маркерам X-хромосомы чаще всего используется при установлении таких родственных связей, как:

Сестры по отцу;

Бабка по отцу – внучка.

Полиморфные локусы митохондриальной ДНК

   Митохондриальная ДНК представляет собой сравнительно небольшие (~16,5 тысяч пар нуклеотидов) замкнутые в кольцо молекулы. Одна митохондрия в среднем содержит 4-5 идентичных копий таких молекул. Поскольку в клетке несколько сотен митохондрий, то количество молекул митохондриальной ДНК на одну клетку может достигать, например, в яйцеклетках, нескольких тысяч, однако среднее значение колеблется в районе 500.
   Генотип человека по локусам митохондриальной ДНК называется митотипом. Для обозначения аллельных вариантов, при описании митотипа, указывается отличие последовательности нуклеотидов аллеля конкретного митотипа от стандартной последовательности. В качестве стандартной последовательности нуклеотидов молекулы митохондриальной ДНК человека используется так называемая пересмотренная Кембриджская референсная последовательность (revised Cambridge Reference Sequence или rCRS), опубликованная в 1999 году. Две нуклеотидные цепи молекулы имеют различный суммарный нуклеотидный состав и обозначаются как L-цепь (light, легкая) и Н-цепь (heavy, тяжелая). Нуклеотиды L-цепи референсной последовательности пронумерованы, начиная с точки начала репликации H-цепи.
   Большая часть молекулы митохондриальной ДНК содержит консервативные кодирующие последовательности. Только небольшой не кодирующий участок размером 1122 нуклеотидные пары, так называемый «контрольный регион», содержит гипервариабельные (имеющие большое число вариантов) участки HV1 (342 пары нуклеотидов), HV2 (268 пар нуклеотидов) и HV3 (137 пар нуклеотидов). Расположение данных участков показано на Рис. 7.
   В настоящее время в качестве стандартных локусов для установления родства во всем мире приняты участки HV1 и HV2. Типирование митохондриальной ДНК по данным локусам осуществляется путем секвенирования, то есть непосредственного определения полной нуклеотидной последовательности локусов HV1 и HV2.

Типирование митохондриальной ДНК используется при установлении таких родственных связей как:

Родство по женской линии;

Родство по матери.