Establishment of a Y-chromosome specific extraction method for the separation of Y-chromosomal haplotypes from male DNA mixtures
Creators: name: Rothe, Jessica
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2014
Subjects: subject: Haplotypspezifische Extraktion
subject: allelspezifische Sonden
subject: Mischspuren
subject: dbSNPs
subject: Sondendesign
subject: ASER
subject: haplotype-specific extraction
subject: dbSNP
subject: forensic DNA mixture
subject: probe design
subject: mixed profiles
subject: allele-specific probes
subject: 570 Biowissenschaften, Biologie
subject: 32 Biologie
subject: WC 4460

description: Die Haplotypspezifische Extraktion (HSE) bietet für die Analyse von männlichen Mischprofilen einen neuen und direkteren Lösungsansatz, in dem die haploiden Y-chromosomalen DNS-Komponenten der einzelnen Individuen bereits vor der Analyse der individual spezifischen Marker separiert werden können und dadurch eine wirkliche physische Trennung erreicht wird. Die HSE verwendet Y-chromosomalen SNPs für die Erstellung allelspezifische Extraktionssonden, die nun gezielt nur die Marker der extrahierten DNS Komponente bzw. einer Person separieren sollen. Dabei werden im Hybridisationsschritt der HSE selektive nur komplett hybridisierte Sonden durch eine Polymerase verlängert. Während der Elongation erfolgt eine Biotinylierung des neu entstehenden Stranges, welcher dann selektiv durch Streptavidin markierte Eisenkügelchen extrahiert werden kann. Erste Durchführungen einer HSE zeigten nur eine sehr schwache bis keine Anreicherung. Während der Optimierung verschiedener Parameter wurde die Schlüsselstellung des Sondendesigns in der HSE-Technik deutlich. Die Ergebnisse zeigten, dass die neu entwickelten Sonden den Trennungserfolg der Mischprobe enorm verbessern und in einigen Fällen sogar zum Ausschluss des konkurrierenden Allels führten. Ein Vergleich der HSE Ergebnisse mit den simulierten Sondenparametern der getesteten Sonden ergab, dass der Extraktionserfolg der Sonde maßgeblich durch das Zusammenspiel von Sondenlänge und GC-Gehalt bestimmt wird. Durch dieses neu gewonnene Verständnis über den Einfluss der einzelnen Sondenparameter auf den Trennungserfolg der Mischprobe, können für künftige HSE Anwendungen Sonden effizienter erstellt und deren Wirksamkeit vorhergesagt werden. Zusätzlich konnte das neu entwickelte Vorhersage-Model der Sondenspezifität auch für weitere Extraktionsorte außerhalb des Y-Chromosoms bestätigt werden. Weiterhin konnte durch die Kombination verschiedener Sonden in einer Multiplex HSE mehrerer Y-chromosomaler Marker gleichzeitig getrennt.
description: Haplotype-specific extraction (HSE) allows the separation of diploid samples in their haploid components and offers in forensic a new straight forward method to separate Y-chromosomal mixed profiles, consisting of haplotype markers like short tandem repeats (STRs). The advantage of the HSE approach in mixture analysis is the real physical separation of the individual DNA components before the amplification of the STR markers. In order to use the HSE technique for the separation of male DNA mixtures, Y-chromosomal extraction probes were designed to single nucleotide polymorphisms (SNPs), which have been specific for one contributor of the male DNA mixtures. During extraction only complete matched probes are extended by a polymerase which results in the incorporation of biotinylated nucleotides. The synthesized and biotin labeled strand is separated by streptavidin coated magnetic beads. Finally, samples were analyzed by PCR coupled capillary electrophoresis for the detection of the extracted STR markers. First tests of a Y-chromosomal specific extraction showed only little till no enrichment of the targeted alleles. Therefore optimization tests of different parameters were carried out, which revealed the probe design as the key factor of successful HSE. A comparison between simulated probe parameters and their extraction success in HSE showed that the HSE probe efficiency mainly depends of the relation of probe length and GC-contents. Because of the new gained knowledge about the influence of the probe-design on the separation success, probes for future HSE application can be developed faster and cost-effective. The new prediction model for probe-specificity was also successful tested for the extraction of other genome-loci. Furthermore, a multiplex HSE approach was used to separate several STR markers simultaneously in one extraction reaction and therefore achieved the separation of one contributor Y-chromosomal haplotype.