Marcadores do cromossomo Y (Y-SNPS e Y-STRS) : aplicações na inferência de ancestralidade paterna e interpretação de misturas forenses

Abstract

Resumo: A genética forense objetiva a comparação de perfis genéticos encontrados em vestígios de crimes com possíveis suspeitos. Nos casos de violência sexual conjuntos de marcadores forenses STR (Short Tandem Repeats) autossômicos e do cromossomo Y são comumente analisados. Misturas genéticas entre vítima e agressor ou agressores podem comprometer a interpretação de perfis autossômicos, restando apenas o cromossomo Y para análise. Quando a autoria do delito é desconhecida, informações relativas à ancestralidade paterna do agressor ou agressores, a partir do conhecimento da diversidade local, podem auxiliar nas investigações. Haplogrupos do cromossomo Y determinados por polimorfismos de nucleotídeo único ou SNPs (Single Nucleotide Polimorfisms), refletem a origem biogeográfica de grupos de indivíduos com ancestrais comuns, mas seu uso forense ainda não é rotineiro. Entretanto, haplogrupos compartilham marcadores Y-STRs característicos e sua predição a partir de haplótipos Y-STRs tem se consolidado. Preditores de haplogrupos a partir de haplótipos Y-STR foram desenvolvidos, mas suas taxas de erros ainda limitam seu uso com fins forenses na população miscigenada brasileira. Considerando o contexto acima, os objetivos deste trabalho foram: (1) avaliar o desempenho do programa STRUCTURE, ainda não utilizado para este fim, para inferência de haplogrupos a partir de haplótipos; (2) Estimar os parâmetros forenses dos marcadores analisados na população em pauta; (3) Investigar, em misturas forenses de dois indivíduos, como se comportam as médias da diversidade genética dos Y-STRs nos diferentes haplogrupos. Foram genotipados para 23 marcadores Y-STRs do kit PowerPlex® Y23 (Promega) 180 indivíduos do sexo masculino, sendo 172 urbana do Mato Grosso do Sul (n=125), São Paulo (n=17), Paraná (n=24), Rondônia e Roraima (n=2), Paraguai (n=1) e 3 sem origem geopolítica informada, e 8 indígenas do Paraná, todos previamente classificados em haplogrupos de Y-SNPs. A inferência dos haplogrupos desta população, tomando como referência 573 indivíduos do painel do HGDP-CEPH, foi feita com o STRUCTURE, comparando-se com outros preditores, HAPEST e NevGen. Observou-se maior taxa de acertos do STRUCTURE (89,94%, 85,47% e 81,56%, respectivamente), e baixa taxa de erros (4,47%, 13,41% e 3,35%, respectivamente). STRUCTURE obteve resultados corretos em uma porção significativa das situações, incluindo aquelas em que outros programas divergiram ou não geraram resultados, indicando sua eficácia. A associação de dois programas poderia incrementar a segurança dos resultados obtidos. O conjunto das populações revelou valores elevados de diversidades haplotípica (DH) e gênica (DG) (DH=0,9999 e DG=0,6920). A DH, a probabilidade de coincidência (PC) e o poder de discriminação (PD) obtidos para os haplogrupos europeu (DH=0,9999; PC=6,94x10-3; PD=0,9865), africano (DH=1,000; PC=9,09x10-2; PD=1,000) e ameríndio (DH=0,9948; PC=6,37x10-2; PD=0,8947) confirmaram a eficácia do painel de Y23 nestas populações. Foram realizadas simulações computacionais de misturas dos perfis de Y-STR de pares de indivíduos. Dentro do mesmo haplogrupo os marcadores se mostraram menos diferentes do que entre haplogrupos distintos. Seu padrão de diferenças nas misturas parece promissor para detectar tendências e permitir a inferência de ABG, porém requer investigações mais minuciosas, refinamento das técnicas e aprimoramento da metodologia. O aumento do número amostral possibilitaria uma investigação mais robusta, tanto do uso do STRUCTURE para inferência de haplogrupos a partir de Y-STRs, quanto da análise de haplogrupos em misturas genéticas.

Abstract: Forensic genetics aims to compare genetic profiles found in crime scene evidence with potential suspects. In cases of sexual violence, sets of forensic autosomal Short Tandem Repeats (STRs) and Y-chromosome markers are commonly analyzed. Genetic mixtures between victims and individuals from different haplogroups can complicate the interpretation of autosomal profiles, leaving only the Y-chromosome for analysis. When the identity of the individuals is unknown, information regarding the paternal ancestry of the individuals, derived from knowledge of local diversity, can assist in investigations. Haplogroups of the Y-chromosome, determined by Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), reflect the biogeographic origin of groups with common ancestors, yet their forensic use is not routine. However, haplogroups share characteristic Y-STR markers, and their prediction from Y-STR haplotypes has gained acceptance. Predictors of haplogroups from Y-STR haplotypes have been developed, but their error rates still limit their use for forensic purposes in the admixed Brazilian population. Given the context above, the objectives of this work were: (1) to evaluate the performance of the STRUCTURE program, not yet used for this purpose, for haplogroup inference from haplotypes; (2) to estimate the forensic parameters of the markers analyzed in the population under study; (3) to investigate how the genetic diversity means of Y-STRs behave in different haplogroups in forensic mixtures involving two individuals. A total of 180 males were genotyped for 23 Y-STR markers from the PowerPlex® Y23 kit (Promega), including 172 urban individuals from Mato Grosso do Sul (n=125), São Paulo (n=17), Paraná (n=24), Rondônia and Roraima (n=2), Paraguay (n=1), and 3 with no reported geopolitical origin, as well as 8 indigenous individuals from Paraná, all previously classified in Y-SNP haplogroups. Haplogroup inference for this population, using 573 individuals from the HGDP-CEPH panel as a reference, was performed with STRUCTURE, comparing with other predictors, HAPEST and NevGen. STRUCTURE showed a higher accuracy rate (89.94%, 85.47%, and 81.56%, respectively) and a low error rate (4.47%, 13.41%, and 3.35%, respectively). STRUCTURE obtained correct results in a significant portion of situations, including those where other programs diverged or did not generate results, indicating its effectiveness. The combination of two programs could enhance result reliability. The pooled populations revealed high haplotypic diversity (HD) and gene diversity (GD) values (HD=0.9999 and GD=0.6920). HD, the probability of coincidence (PC), and the power of discrimination (PD) obtained for European (HD=0.9999; PC=6.94x10-3; PD=0.9865), African (HD=1.000; PC=9.09x10-2; PD=1.000), and Amerindian haplogroups (HD=0.9948; PC=6.37x10-2; PD=0.8947) confirmed the effectiveness of the Y23 panel in these populations. Computational simulations of mixtures of Y-STR profiles from pairs of individuals were conducted. Within the same haplogroup, markers showed fewer differences than between distinct haplogroups. Their pattern of differences in mixtures seems promising for detecting trends and allowing Ancestry-by-Genetics (ABG) inference, but it requires further investigations, technique refinement, and methodology improvement. Increasing the sample size would enable a more robust investigation, both for the use of STRUCTURE for haplogroup inference from Y-STRs and for haplogroup analysis in genetic mixtures.