Epigenética e fenotipagem forense por DNA: aplicação da metilação de ilhas CpG e promotores na predição de idade e pigmentação da pele a partir de tecido epitelial

DNA-based technologies have been used in forensic practice since the mid-1980s. Although PCR-based STR genotyping using capillary electrophoresis remains the gold standard for generating DNA profiles in routine cases worldwide, the research community is continually seeking alternative methods capable of providing additional information to increase discriminatory power or contribute new investigative leads. Oxford Nanopore Technologies (ONT) has revolutionized the field by offering real-time capabilities, single-molecule resolution, and long-read sequencing (LRS). Forensic genetics has played a crucial role in solving criminal cases and identifying unknown individuals through DNA analysis. Forensic DNA phenotyping has emerged as a promising area, allowing the prediction of an individual's physical characteristics based on their genetic profile. Epigenetics has also gained prominence, exploring chemical modifications in DNA that can influence gene expression and provide additional information about the identity and characteristics of individuals. The overall objective of this study is to implement the Oxford Nanopore whole genome sequencing methodology and bioinformatics strategies for analyzing this data. Specific objectives include coordinating sample collection and DNA extraction from epithelial tissue, performing phenotypic characterization of the collected samples, implementing the Oxford Nanopore sequencing methodology, conducting computational analyses for variant and haplotype detection, determining genomic ancestry proportions, and correlating them with human pigmentation characteristics. Tissue collection will be performed according to established protocols for preserving DNA integrity. DNA isolation, library preparation, sequencing, and base identification will be conducted following Oxford Nanopore Technologies guidelines. The alignment and variant identification pipeline will be implemented using appropriate bioinformatics tools. Methylation analysis, age prediction, and pigmentation in the samples will be performed based on previously validated statistical models. Translated with DeepL.com (free version)

Resumo (português)

As tecnologias baseadas em DNA têm sido usadas na prática forense desde meados da década de 1980. Embora a genotipagem de STR baseada em PCR usando eletroforese capilar continue sendo o padrão ouro para a geração de perfis de DNA em casos de rotina em todo o mundo, a comunidade de pesquisa está continuamente buscando métodos alternativos capazes de fornecer informações adicionais para aumentar o poder de discriminação ou contribuir com novas pistas de investigação. A Oxford Nanopore Technologies (ONT) revolucionou o campo, oferecendo recursos em tempo real, resolução de molécula única e sequenciamento de leitura longa (LRS). A genética forense tem desempenhado um papel crucial na resolução de casos criminais e na identificação de indivíduos desconhecidos através da análise de DNA. Fenotipagem forense de DNA emergiu como uma área promissora, permitindo a previsão de características físicas de um indivíduo com base em seu perfil genético. A epigenética também ganhou destaque, explorando modificações químicas no DNA que podem influenciar a expressão gênica e fornecer informações adicionais sobre a identidade e características dos indivíduos. O objetivo geral deste estudo é implementar a metodologia de sequenciamento de genomas completos Oxford Nanopore e as estratégias bioinformáticas para análise destes dados. Os objetivos específicos incluem coordenar a coleta de amostras e extração de DNA a partir de tecido epitelial, realizar o processo de caracterização fenotípica das amostras coletadas, implementar a metodologia de sequenciamento Oxford Nanopore, conduzir análises computacionais para detecção de variantes e haplótipos, determinar as proporções de ancestralidade genômica e correlacioná-las com características de pigmentação humana. A coleta de tecido será realizada conforme protocolos estabelecidos para preservação da integridade do DNA. O isolamento de DNA, preparação de biblioteca, sequenciamento e identificação de bases serão conduzidos seguindo as diretrizes da Oxford Nanopore Technologies. O pipeline de alinhamento e identificação de variantes será implementado utilizando ferramentas bioinformáticas adequadas. A análise de metilação, predição de idade e pigmentação nas amostras serão realizadas com base em modelos estatísticos previamente validados.

Palavras-chave

Genética forense, Sequenciamento de leitura longa, Fenotipagem forense de DNA, Tecnologias Oxford Nanopore, Epigenética

Idioma

Português

Citação

FERREIRA, Marcel Rodrigues. Epigenética e fenotipagem forense por DNA: aplicação da metilação de ilhas CpG e promotores na predição de idade e pigmentação da pele a partir de tecido epitelial. 2025. Relatório (Pós-doutorado) - Faculdade de Medicina, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Botucatu, 2025