Lebensalterschätzung aus biologischem Material anhand der 4.977 bp-Deletion in menschlicher mitochondrialer DNA

• Main Author: Polzin, Silke
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2001
• Subjects: ddc:610
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/251; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-2999; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-2999; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/251/polzin.pdf

Neben der Frage nach dem Lebensalter als Kriterium zur Identifizierung unbekannter Leichen und menschlicher Überreste, wird der Bedarf einer Altersschätzung an lebenden Personen derzeit immer größer. Hinzu kommt die Hoffnung, aus Spuren Rückschlüsse auf das Alter des Spurenlegers ziehen zu können. Ziel dieser Arbeit war es, aus verschiedenen biologischen Materialien das Alter anhand der 4.977 bp-Deletion in menschlicher mitochondrialer DNA abschätzen zu können, wobei der Schwerpunkt auf Material von lebenden Personen lag. Hierzu wurde mit Hilfe geeigneter DNA-Extraktionsmethoden aus verschiedenen Gewebearten, venösem Vollblut, Mundschleimhautabstrichen und Haarwurzeln ausreichend DNA guter Qualität gewonnen. Die Schwierigkeit dieser Untersuchung lag in der Ermöglichung einer Quantifizierungsmethode zur Erfassung der 4.977 bp-Deletion. Dieses Problem wurde, nach der Wahl optimaler Primer und Amplifizierung spezifischer DNA-Fragmente, für die deletierte und die normale mtDNA unter optimierten PCR-Bedingungen im Multi-plex-Ansatz, mit Hilfe der Kapillarelektrophorese gelöst. Mit ihr konnte der Anteil der 4.977 bp-deletierten und der normalen mtDNA durch die computeranalysierten Peakflächen der beiden Fragmente bestimmt und miteinander in Verhältnis gesetzt werden. Dieses Verhältnis wurde durch den Quotienten IDel/INorm ausgedrückt. Die gewonnenen Ergebnisse wurden anschließend ausgedehnten statistischen Erhebungen unterzogen. Die 4.977 bp-Deletion zeigte in allen untersuchten Materialien eine eindeutige Altersabhängigkeit. Dies wurde an der Zunahme des Quotienten IDel/INorm mit steigendem Alter ersichtlich. Für die verschiedenen Gewebearten war die Abhängigkeit dieser Deletion vom Alter bereits aus der Literatur bekannt. Im Blut wurde diese jedoch erstmalig gezeigt, ebenso wie in den Mundschleimhautabstrichen, die bisher noch nie für Untersuchungen der 4.977 bp-Deletion herangezogen wurden. In den Haarwurzeln konnte die Deletion nicht nachgewiesen werden. Auffällig war hierbei, dass die Altersabhängigkeit von Material zu Material unterschiedlich ausgeprägt war. Der größte Anteil deletierter mtDNA fand sich im Gehirngewebe, gefolgt von Skelettmuskulatur, Herz, Lunge, Milz, Niere Leber und Haut. Für diese unterschiedliche Akkumulierung der 4.977 bp-Deletion finden sich zwei mögliche Erklärungsansätze, die Theorie einer unterschiedlichen Mitoserate und die einer unterschiedlichen Stoffwechselaktivität, die beide die gewonnene Rangfolge bestätigen. Des Weiteren wurde eine Abhängigkeit der 4.977 bp-Deletion von der in die PCR eingesetzten DNA-Menge festgestellt. Dieser Effekt muss im Zusammenhang mit der unterschiedlichen Amplifizierungseffizienz der beiden relevanten DNA-Fragmente gesehen werden, wodurch jedoch die Einschränkungen der angewandten unkontrollierten Multiplex-PCR mit anschließender semi-quantitativer Detektion der Amplifikations- produkte deutlich werden. Unter Berücksichtigung der Einschränkungen gelang anhand von Perzentilentabellen eine Altersschätzung mit der Angabe einer Altersspanne von ungefähr 30 Jahren. Um eine genauere Altersschätzung zu erreichen, wäre eine Optimierung der Methode, z. B. durch Anwendung einer real-time quantitativen PCR, und eine Einbeziehung einer noch größeren Probenzahl nötig. === Not only is age an important criteria for the identification of unknown bodies and human remains, there is also a growing need to estimate the age of living persons. In addition, there is hope that trace evidence will permit conclusions about the age of the individual who left the evidence. The goal of this project was to estimate age from various biological materials based on 4,977 bp-deletion in human mitochondrial DNA, with the majority of materials being provided by living persons. To this end, sufficient amounts of good quality DNA were obtained, using appropriate methods of DNA extraction, from various types of tissue, venous blood, swabs of the mucous membranes in the mouth, and hair roots. The difficult aspect of this study was the determination of a method which would allow for the quantification of 4,977 bp-deletion. After evaluation of optimized primer and multiplex-PCR conditions for amplification of specific DNA fragments for the deleted and the normal mtDNA, this problem was solved using capillary electrophoresis for quantification. This allowed for the determination of the proportions of 4,977 bp-deleted and normal mtDNA through the computer analysis of the peak areas of the two fragments and the calculation of their ratio. This ratio was expressed through the IDel/INorm quotient. Results were subsequently submitted to extensive statistical analyses. 4,977 bp-deletion showed a significant correlation with age in all examined materials. This was made evident by growing IDel/INorm quotients with increasing age. For various tissue types, the association between this deletion and age was known from the research literature. However, this relationship was demonstrated for the first time in blood, as well as in the swabs of the mucous membrane of the mouth, which had never previously been used for the assessment of 4,977 bp-deletion. No deletion was found in hair roots. It was striking that the strength of the association with age differed from material to material. The greatest proportion of deleted mtDNA was found in brain tissue, followed by skeletal muscles, heart, lung, spleen, kidney, liver, and skin. There are two possible explanations for this differential accumulation of 4,977 bp-deletion: (1) the theory of differential mitosis rates and (2) the theory of differential metabolic activity, both of which are consistent with the current findings. Furthermore, a correlation between 4,977 bp-deletion and the amount of DNA used in the PCR was observed. This effect must be considered in the context of the various degrees of efficiency in the amplification of the two relevant DNA fragments, which underscores the limitations of the employed method of uncontrolled multiplex-PCR with subsequent semi-quantitative detection of the amplification products. Considering these limitations, age estimation was accomplished with the use of percentile tables, which allowed a determination of an age range of approximately 30 years. A more accurate estimation of age would require an optimization of the current method, for example, through the application of real-time quantitative PCR, and the inclusion of a larger sample size.