γ線照射後の核・ミトコンドリアDNAの劣化と法医学的遺伝子型鑑定への影響

Degradation of nuclear and mitochondrial DNA after γ-irradiation and its effect on forensic genotyping.

• Corey Goodwin
• Andrew Wotherspoon
• Michelle E Gahan
• Dennis McNevin

抄録

放射線犯罪、すなわち放射性物質が関与する犯罪行為の場合には、生物学的証拠のγ線照射によって法医学的なジェノタイピングが阻害される可能性があります。生細胞のミトコンドリア内の酸化作用は、低線量では核DNA(nuDNA)よりもミトコンドリアDNA(mtDNA)に大きな損傷を与える。本研究では、遺伝子型と量のデータを比較することにより、γ線照射後のnuDNAとmtDNAの損傷を評価するための新しいアプローチを提案するとともに、γ線照射後のnuDNAとmtDNAの損傷の差がどのようなメカニズムで生じるのかを明らかにした。液体（水和）および乾燥（脱水）した全血試料を高線量のγ線（1～50キログラム、kGy）に曝露した。GlobalFiler PCR Amplification Kitを使用して、ショートタンデムリピート（STR）ジェノタイピングの有効性およびnuDNA分解を評価した；リアルタイムPCRアッセイを使用して測定したmtDNA分解との比較を行った。各アッセイは、未照射対照と比較した完全性指標を計算することにより、比較前に正規化した。完全なSTRプロファイルは最高線量まで達成可能であったが、DNAの分解は水和血液では10kGy後、脱水血液では25kGy後に顕著であった。これは対立遺伝子の脱落よりもヘテロ接合体の不均衡に起因するものであった。mtDNAの分解は、nuDNAよりもmtDNAの方が大きく、また、脱水細胞よりも水和細胞の方が分解が大きかった。高線量γ線照射後のnuDNAとmtDNAの差動損傷は、水の放射線分解とミトコンドリア機能による酸化的影響が支配的なメカニズムである。微分的なDNA損傷は細胞の乾燥によって減少したが、乾燥後もその持続性は、nuDNAとmtDNAの放射線耐性の生得的な違い、および/またはミトコンドリア内での継続的な酸化作用を示唆している。

Forensic genotyping can be impeded by γ-irradiation of biological evidence in the event of radiological crime; that is, criminal activity involving radioactive material. Oxidative effects within the mitochondria of living cells elicits greater damage to mitochondrial DNA (mtDNA) than nuclear DNA (nuDNA) at low doses. This study presents a novel approach for the assessment of nuDNA versus mtDNA damage from a comparison of genotype and quantity data, while exploring likely mechanisms for differential damage after high doses of γ-irradiation. Liquid (hydrated) and dried (dehydrated) whole blood samples were exposed to high doses of γ-radiation (1-50 kilogray, kGy). The GlobalFiler PCR Amplification Kit was used to evaluate short tandem repeat (STR) genotyping efficacy and nuDNA degradation; a comparison was made to mtDNA degradation measured using real-time PCR assays. Each assay was normalized before comparison by calculation of integrity indices relative to unirradiated controls. Full STR profiles were attainable up to the highest dose, although DNA degradation was noticeable after 10 and 25 kGy for hydrated and dehydrated blood, respectively. This was manifested by heterozygote imbalance more than allele dropout. Degradation was greater for mtDNA than nuDNA, as well as for hydrated than dehydrated cells, after equivalent doses. Oxidative effects due to water radiolysis and mitochondrial function are dominant mechanisms of differential damage to nuDNA versus mtDNA after high-dose γ-irradiation. While differential DNA damage was reduced by cell desiccation, its persistence after drying indicates innate differences between nuDNA and mtDNA radioresistance and/or continued oxidative effects within the mitochondria.