DNA甲基化检测方法及其法医学应用研究进展

DNA甲基化是表观遗传标记的重要组成部分,参与基因表达的调控,在生物发育、衰老以及肿瘤学等领域受到广泛关注。由于具有相对稳定性、可遗传、含量丰富、随龄变化等特点,在法医学领域,DNA甲基化可以作为DNA序列相关经典遗传标记的有效补充,用于年龄推断、组织体液来源检测、同卵双生子的鉴定等。DNA甲基化的检测方法主要有基于甲基化敏感限制性内切酶、重亚硫酸盐转化以及甲基化CpG结合蛋白等原理而建立的一系列方法,近年研究表明,第三代测序技术也可用于DNA甲基化检测。本文就DNA甲基化检测方法及在法医学领域的应用研究进行回顾与综述,以期为法医学实践提供参考。     

DNA甲基化标记检测方法及其法医学应用

DNA甲基化是重要的表观遗传修饰,主要在转录水平上调控基因的表达。DNA甲基化在人类基因组中含量丰富、分布广泛;甲基化谱有时空特异性、细胞特异性和亲源特异性。新近研究表明DNA甲基化在组织体液鉴定、同卵双生子鉴定、年龄推断、性别推断和亲子鉴定等方面具有一定的应用价值,有望成为一种新的法医学遗传标记。本文就DNA甲基化检测方法的研究进展及法医学应用进行综述,以期为法医学实践提供参考。     

DNA甲基化标记法医学应用探讨

CpG的胞嘧啶在DNA复制后多数被甲基化,5-甲基胞嘧啶的分布是贮存表遗传信息的主要形式。近年来研究表明,DNA甲基化标记具有信息含量丰富、相对稳定、检测和结果处理方便、可与SNP联合分析等优点,是一种新的强有力的遗传分析工具。基因组的甲基化差异可用甲基化敏感性限制酶、重亚硫酸盐转化、Maxam-Gilbert裂解等技术来分析。人类基因组甲基化谱有时空特异性、亲源特异性、病理特异性等特征,在法医亲子鉴定、个人识别等方面有潜在应用价值。     

DNA甲基化与年龄推断

年龄推断是法医学研究的重要内容。近年来表观遗传学研究发现,基因组DNA甲基化总体水平随年龄增加而降低,同时部分位点的甲基化水平却随年龄增加而升高。通过检测DNA甲基化水平,构建与之相关的年龄变化模型,可用于推断个体年龄。本文对DNA甲基化与个体年龄的相关性、适用于法医学领域的检测方法及其在法医学年龄推断方面的应用前景进行综述,希望能为相关研究和应用提供参考。     

同卵双生子外周血DNA甲基化谱的差异

目的通过比较不同个体外周血DNA甲基化谱的差异,评估DNA甲基化在同卵双生子个体甄别中的应用价值。方法在知情同意基础上获得22对同卵双生子外周血样。抽提基因组DNA后进行重亚硫酸盐转化．采用Illuraina公司的人27k甲基化微珠芯片检测基因组27578个CpG位点的甲基化程度（启值）。依据常染色体CpG位点的序值,采用欧氏距离计算方法计算同卵双生子间以及同性男ll的无关个体间的表观遗传距离。比较同卵双生子对与无关个体对两组不同人群间的表观遗传距离差异。结果同卵双生子对人群以及无关个体对人群中的男性个体对与女性个体对的表观遗传距离差异均无统计学意义（P值分别为0．0695和0．4825）。同卵双生子对的表观遗传距离显著低于无关个体对人群（中位数：6．02νs7．20,P=0．0002）．但两组人群的表观遗传距离均显著大于4．00（P〈0．0001）。结论同卵双生子间的外周血DNA甲基化谱差异显著．DNA甲基化是进行同卵双生子个体甄别的有效生物学标记。     

SNPlex系统检测方法及在法医遗传学中的应用前景

被称为第三代遗传标记的SNP是近年来的研究热点,对SNP检验检测方法很多,例如引物延伸结合时间飞行质谱分析法,微矩阵基因分型法,SNPlex基因分型系统等,本文重点介绍的就是SNPlex基因分型系统,及其法医学应用前景.这种系统是利用DNA模板直接与等位基因特异探针和位点特异性探针结合,连接产物经扩增之后与特异探针杂交结合,最后通过毛细管电泳检测特异探针进行SNP分型.     

DNA甲基化在法医DNA分析中的应用

表观遗传学在生命的发生、发展过程中起着十分重要的作用。DNA甲基化作为表观遗传的一个重要方面,不仅参与多种基因的表达调控,与机体的发育、肿瘤发生等密切相关,而且具有可遗传性、相对稳定性、亲缘特异性、基因组中含量丰富等特点,已证实适用于法医DNA分析。本文对近年来DNA甲基化在印迹基因、同卵双生子鉴定、年龄、性别推断方面的研究与应用进行回顾与综述,以期为在法医学及相关领域中应用提供参考。     

性染色体及线粒体DNA遗传标记的法医学应用

对性染色体及线粒体DNA的结构特征、遗传特征等相关基础知识及其遗传标记在法医学领域应用的研究进展等进行了综述,分析了上述各类遗传标记在法医学领域应用的利弊,以促进非常染色体DNA遗传标记在法医学实践中的应用。     

印记基因KCNQ1的遗传多态性及在亲权鉴定中的应用

目的为了调查印记基因KCNQ1的STR位点在中国汉族人群中的遗传多态性，利用亲源印记等位基因（parentally imprinting allele，PIA）分型法确定孩子的等位基因亲代来源，为亲权鉴定提供新的侯选STR位点。方法应用Chelex法提取153例佳木斯地区汉族健康无血缘关系个体DNA，用QIAamp Blood Kit（Qiagen）法提取3个家庭10个个体DNA，PCR扩增，凝胶电泳分型，ABIPRISM^TM 3730XL DNA测序仪测序；甲基化敏感性限制性内切酶消化孩子基因组DNA，PCR扩增，确定孩子等位基因的亲代来源。结果发现在中国佳木斯地区汉族人群中KCNQ1基因的STR有7个等位基因，多态信息含量为0．662，且KCNQ1基因的STR位点呈父源印记。结论印记基因KCNQ1的STR位点有很好的多态性，可为亲权鉴定提供新的侯选遗传标记，其亲源特异性甲基化标记有望应用于单亲鉴定中。     

印记基因KCNQl的遗传多态性及在亲权鉴定中的应用

目的 为了调查印记基因KCNQl的STR位点在中国汉族人群中的遗传多态性,利用亲源印记等位基因(parentally imprinting allele,PIA)分型法确定孩子的等位基因亲代来源,为亲权鉴定提供新的侯选STR位点.方法 应用Chelex法提取153例佳木斯地区汉族健康无血缘关系个体DNA,用QIAamp Blood l(jt(Qiagen)法提取3个家庭10个个体DNA,PCR扩增,凝胶电泳分型,ABlPRIsMTM3730xL DNA测序仪测序;甲基化敏感性限制性内切酶消化孩子基因组DNA,PCR扩增,确定孩子等位基因的亲代来源.结果 发现在中国佳木斯地区汉族人群中KCNQ1基因的STR有7个等位基因,多态信息含量为0.662,且KCNQI基因的STR位点呈父源印记.结论 印记基因KCNQl的STR位点有很好的多态性.可为亲权鉴定提供新的侯选遗传标记,其亲源特异性甲基化标记有望应用于单亲鉴定中.     

表观遗传学及其在同卵双生子研究中的新进展

表观遗传学是指不改变DNA序列的可遗传的基因表达改变.是多细胞真核生物的重要生物学现象.DNA甲基化、基因组印记、组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化、染色质重塑、假基因和小分子RNA等是表观遗传学的主要研究内容.同卵双生子(monozygotic twins,MZ)是由一个受精卵分裂发育而成的双胞胎,二者具有完全相同的基因组DNA序列.从经典遗传学的角度,使用短串联重复序列(short tandem repeat,sTR)和单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)等遗传标记均不能对其进行有效的个体甄别.因此,寻找新的遗传标记显得尤为重要,最新表观遗传学领域的研究成果表明.MZ个体间DNA甲基化差异显著,这为甄别MZ个体提供了新的策略.本文对表观遗传学的概念、研究内容及表观遗传学在MZ鉴别中的应用前景进行了综述.     

Age Estimation Based on DNA Methylation Using Blood Samples From Deceased Individuals

Age estimation using DNA methylation levels has been widely investigated in recent years because of its potential application in forensic genetics. The main aim of this study was to develop an age predictor model (APM) for blood samples of deceased individuals based in five age-correlated genes. Fifty-one samples were analyzed through the bisulfite polymerase chain reaction (PCR) sequencing method for DNA methylation evaluation in genes ELOVL2, FHL2, EDARADD, PDE4C, and C1orf132. Linear regression was used to analyze relationships between methylation levels and age. The model using the highest age-correlated CpG from each locus revealed a correlation coefficient of 0.888, explaining 76.3% of age variation, with a mean absolute deviation from the chronological age (MAD) of 6.08 years. The model was validated in an independent test set of 19 samples producing a MAD of 8.84 years. The developed APM seems to be informative and could have potential application in forensic analysis.     

Study on the application of parent-of-origin specific DNA methylation markers to forensic genetics

In paternity test, especially in motherless cases, the allele inherited from father (obligatory gene, OG) often cannot be determined. The paternity exclusion probability (PE) of a genetic marker is reduced considerably. Therefore, it is necessary to develop a new technique, by which the parental origin of alleles can be determined without genealogical analysis. In this paper, we explored the possibility of using parent-of-origin specific DNA methylation markers to determine the parental origin of alleles, choosing the imprinted single nucleotide polymorphism (SNP) locus rs220028 (A/G) as a model system. We typed the SNP by mutagenically separated PCR (MS-PCR). The frequencies of alleles were A = 0.5085, G = 0.4915; the unbiased heterozygosity was 0.5020. In order to discriminate between the maternal allele and paternal allele, post-digestion MS-PCR, a novel PCR based methylation analysis and SNP typing technique was developed and performed on 18 heterozygous children, and the methylated maternal allele was detected specifically. As a pilot study on the use of epigenetic markers in forensic genetics, our results demonstrated the feasibility of using parent-of-origin specific DNA methylation markers to determine the parental origin of alleles.     

印记基因H19上游高甲基化区SNPs多态性研究

目的建立简单、高效的DNA甲基化标记和SNPs联合检测技术，并用于H19基因上游高甲基化区两组SNPs群体遗传学检测。方法用PCR—DGGE技术对232例武汉汉族无关个体H19基因上游启动子区H19FR1和H19FR2单倍型进行检测；同时选用两种甲基化敏感的限制酶（msRE）HpaⅡ和HhaⅠ，检测H19FR等位基因亲代来源。结果H19FR1区检出5种单倍型、9种表型组合，其个体识别能力（DP）、多态性信息含量（PIC）和非父排除率（PE）分别为0．803、0．58和0．322；H19FR2区检出2种单倍型、3种表型组合，其DP、PIC和PE值分别为0．626、0．37和0．162。测序结果显示，片段H19FR1含有a7342g、a7357g和g7547a3个SNPs与1个g7351c点突变；H19FR2仅含aS097g1个SNP。msREHpaⅡ或HhaⅠ可消化个体母源等位基因，PDP-DGGE分析仅能检测到父源等位基因。结论PDP-DGGE是一种简单、灵敏、高效的DNA甲基化标记和SNPs联合分析技术，其在进行多态性分型同时还可以确定等位基因的亲代来源，具有较高的法医学应用价值。     

外周血DNA甲基化谱与吸烟的关系

目的通过比较吸烟与不吸烟个体外周血DNA甲基化谱的差异,评估DNA甲基化在区分吸烟与不吸烟人群中的应用价值。方法根据下载于NIH的GEO公共数据库的人类全基因组DNA甲基化数据,运用Student’s T检验和聚类分析的方法评估外周血特定CpG位点DNA甲基化程度在吸烟与不吸烟人群中的差异。结果特定Cp G位点上,非吸烟人群与吸烟人群的DNA甲基化有显著区别。结论检测人外周血的甲基化情况可以区分吸烟和非吸烟人群。     

A novel multiplex assay system based on 10 methylation markers for forensic identification of body fluids

Identifying the source of body fluids found at a crime scene is an essential forensic step. Some methods based on DNA methylation played significant role in body fluids identification. Since DNA methylation is related to multiple factors, such as race, age, and diseases, it is necessary to know the methylation profile of a given population. In this study, we tested 19 body fluid-specific methylation markers in a Chinese Han population. A novel multiplex assay system based on the selected markers with smaller variation in methylation and stronger tissue-specific methylation were developed for the identification of body fluids. The multiplex assay were tested in 265 body fluid samples. A random forest model was established to predict the tissue source based on the methylation data of the 10 markers. The multiplex assay was evaluated by testing the sensitivity, the mixtures, and old samples. For the result, the novel multiplex assay based on 10 selected methylation markers presented good methylation profiles in all tested samples. The random forest model worked extremely well in predicting the source of body fluids, with an accuracy of 100% and 97.5% in training data and test data, respectively. The multiplex assay could accurately predict the tissue source from 0.5 ng genomic DNA, six-months-old samples and distinguish the minor component from a mixture of two components. Our results indicated that the methylation multiplex assay and the random forest model could provide a convenient tool for forensic practitioners in body fluid identification.     

1对同卵双生新生儿DNA甲基化谱差异分析

目的 探索1对同卵双生新生儿之间DNA甲基化谱的差异.方法 应用甲基化免疫共沉淀结合高通量测序法对1对同卵双生新生儿的DNA甲基化谱进行检测,分析基因组DNA甲基化特点及其之间的差异,筛选适用于法医学分析的甲基化位点.结果 两样本各获得7300万原始测序序列(raw reads)数据,与人类基因组参考序列比对,各得到4800万和5000万唯一比对reads,其中大部分分布在重复区域,且在Alu序列分布最为广泛.两样本DNA甲基化富集区域(peak)各检测到257 362条和197 272条,基因组覆盖率分别为6.53％和5.29％,分布在基因组不同区域,以中间内含子区含量最多.分析两样本甲基化差异区域得到2205条差异的甲基化序列,其中595条位于基因区域,1610条位于基因间区,从中筛选出113条序列,用于进一步深入研究其法医学应用价值.结论 本研究初步证实了DNA甲基化用于同卵双生子鉴定的可行性,为筛选同卵双生子DNA甲基化差异位点提供了基础数据.     

人类反转座核元件甲基化研究进展

人类反转座核元件LINE-1序列和Alu序列甲基化水平的变化与多种疾病的发生、发展有密切的联系,因此是相关疾病,尤其肿瘤和癌症预测、诊断、治疗及预后的新标记。近年来,二者在法医学方面的研究也逐渐展开,主要集中在同卵双生子的鉴别、年龄的鉴定、组织的鉴定等方面,有望成为法医DNA分析领域新一代的遗传标记。本文综述LINE-1序列和Alu序列甲基化在医学、法医学等领域的研究进展,希望能为相关研究和应用提供参考。