Die Haplotypisierung des Y-Chromosoms

Abstract

Haploid vererbte Polymorphismen des Y-Chromosoms sind wichtige diagnostische Werkzeuge der forensischen Genetik und verwandter Disziplinen, insbesondere der Anthropologie. Geschlechtsspezifität und uniparentaler Erbgang der Merkmale ermöglichen eine Reihe von Untersuchungen, die mit autosomalen Markern erfolglos bleiben müssen. Kurze tandem-repetitive STR-Sequenzen, die polymorphen Marker der Wahl im forensischen Labor, sind auch auf dem Y-Chromosom nachzuweisen. Aufgrund der rekombinationsfreien, paternalen Vererbung des größten Teils des Y-Chromosoms werden locus-spezifische Allele hier en bloc, als hochinformativer Haplotyp, vererbt. Die forensische Untersuchung profitiert insbesondere auf dem Gebiet der Untersuchung biologischer Spuren von der Y-chromosomalen Diagnostik: vor allem in Vergewaltigungsfällen kann die männliche DNA-Fraktion der Abstrichpräparate unabhängig von der weiblichen des Opfers untersucht und individualisiert werden. Bei der Abstammungsuntersuchung wird in solchen Fällen die Y-chromosomale Analyse empfohlen, in denen der Vater (eines männlichen Kindes) nicht zur Verfügung steht und paternale Verwandte an seiner statt untersucht werden müssen. Von den 14 evaluierten Y-chromosomalen STR-Systemen sind 9 für die forensische Praxis ausgewählt und empfohlen worden. Sie bilden den sogenannten "minimal haplotype", der heute international für die o. g. Analysen verwendet und von der zuständigen Fachgesellschaft (International Society of Forensic Genetics) in ihren Richtlinien empfohlen wird. Wegen der immensen Haplotyp-Variabilität und des uniparentalen Erbgangs ist die Frequenzbestimmung, und damit die Entscheidungsfindung für rechtsmedizinische Gutachter, nur über den Zugang zu großen Datenbanken möglich. Zu diesem Zweck wurde an der Charité die "European Y-STR Haplotype Reference Database" eingerichtet, die Frequenzabfragen auf Grundlage des aktuellen Datenmaterials online ermöglicht (http://ystr.charite.de). Aufgrund des uniparentalen Erbmodus und der im Vergleich zu Autosomen verringerten effektiven Zahl von Y-Chromosomen in der Population muß mit einem meßbaren Einfluß genetischer Drift auf die Y-STR-Haplotyp-Verteilung in der Population gerechnet werden. Mit Hilfe der AMOVA (Analysis of Molecular Variance) - Methode konnten genetische Distanzen für eine repräsentative Auswahl von über 50 weltweit verteilter Populationen berechnet werden. Der AMOVA-Test ist unentbehrlich für die Überprüfung der Eignung von Referenzdatenbanken als Grundlage der Frequenzbestimmung von Y-STR-Haplotypen.

There are a number of merits that qualify the Y chromosome as a special forensic genetic tool: the male specificity for most of its length, the absence of recombination which provides unambiguous male lineage's and the small effective population size that tends to create population specific allele distributions of the Y chromosomes. Particularly in cases of rape and other sexual assault as well as in kinship testing, Y-STR haplotyping can help to close informativity gaps. Since the main goal of forensic genetics is individualization of persons or lineages of descent an analytical strategy for the male chromosome must enable the expert to differentiate between the majority of unrelated haplotypes. For this to achieve the choice of the sequence type and its variability (i.e. its mutation rate) as well as the number of individual sequences to be used for profiling is crucial. We have introduced a STR profile for the Y-chromosome consisting of 11 microsatellite sequences which is both informative for individualization purposes as well as for a genetic distance analysis of populations. The technical simplicity of the approach led to a rapid introduction of the technique in many of the forensic labs world-wide. Intense international collaboration facilitates the generation of large haplotype reference databases, most of them are online available and searchable (Europe: http://ystr.charite.de and USA: http://www.ystr.org/usa/). By use of haplotype specific parameters such as the molecular distance (which equals the minimum number of mutational steps separating two haplotypes) and the largest available haplotype databases a Bayesian approach to evaluate Y-STR haplotype matches has been proposed. Directly inspired by our work are the recommendations of the International Society of Forensic Genetics (ISFG). These guidelines state some basic principles on forensic analysis using Y-STR polymorphisms: the use of sequenced allelic ladders, the application of a repeat-based nomenclature and the use of suitable haplotype reference databases for statistical evaluation of matches. Still a matter of research , but of the utmost interest is the potential of the Y-chromosome analysis to unravel the ethnological background of a given male profile. A dual approach - that using Y-STRs as well as Y-SNPs - probably renders the maximum amount of information about the descent of a male lineage typed in a forensic specimen.