danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2021-65-1-59-67dan-946Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYВариация пигментации радужки глаз белорусской популяции в связи с полиморфизмом генов HERC2 и OCA2HERC2 and OCA2 genes polimorphisms in relation to the iris color variation of the Belarusian populationШаптуренкоМ. Н.ShapturenkoM. N.

Шаптуренко Марина Николаевна – д-р биол. наук, доцент, гл. науч. сотрудник.

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

 

Shapturenko Marina N. – D. Sc. (Biology), Assistant professor, Chief researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

marinashapturenko@gmail.comКондратюкА. В.KondratiukA. V.

Кондратюк Александр Владимирович – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Kondratsiuk Aleksandr V. – Junior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

ВакулаС. И.VakulaS. I.

Вакула Светлана Ивановна – ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Vakula Svetlana I. – Senior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

Середенко (Шинкевич)М. В.Seredenko (Shinkevich)M. V.

Середенко (Шинкевич) Марина Владимировна – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Seredenko (Shinkevich) Marina V. – Junior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

ГудиевскаяИ. Г.GudzievskayaI. G.

Гудиевская Ирена Геннадьевна – аспирант

пр. Дзержинского, 83, 220116, Минск

 

Gudievskaya Irena G. – Postgraduate student

83, Dzerzhinsky Ave., 220116, Minsk

gudievskayairena@icloud.comБоровкоС. Р.BorovkoS. R.

Боровко Сергей Родионович – начальник управления.

ул. Володарского, 2а, 220030, Минск

 

Borovko Sergey R. – Head of the Department

2a, Volodarskii Str., 220030, Minsk

s_borovko@mail.ruМарченкоЛ. Н.MarchenkoL. N.

Марченко Людмила Николаевна – д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой

пр. Дзержинского, 83, 220116, Минск

Marchenko Liudmila N. – D. Sc. (Medicine), Professor, Head of the Department

83, Dzerzhinsky Ave., 220116, Minsk

СкрыпникО. В.SkrypnikO. V.

Скрыпник Ольга Владиславовна – аспирант

пр. Дзержинского, 83, 220116, Минск

Skrypnik Olga V. – P ostgraduate student

83, Dzerzhinsky Ave., 220116, Minsk

ДалидовичА. А.DalidovitchA. A.

Далидович Анастасия Александровна – канд. мед. наук, доцент

пр. Дзержинского, 83, 220116, Минск

Dalidovitch Anastasia A. – Ph. D. (Medicine), Assistant professor

83, Dzerzhinsky Ave., 220116, Minsk

КильчевскийА. В.KilchevskyA. V.

Кильчевский Александр Владимирович – академик, д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Kilchevsky Alexander V. – Academician, D. Sc. (Biology), Professor, Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

Институт генетики и цитологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный медицинский университетBelarusian State Medical UniversityКомитет судебных экспертиз БеларусиState Forensic Examination Committee of the Republic of Belarus2021240220216515967Copyright © Шаптуренко М.Н., Кондратюк А.В., Вакула С.И., Середенко (Шинкевич) М.В., Гудиевская И.Г., Боровко С.Р., Марченко Л.Н., Скрыпник О.В., Далидович А.А., Кильчевский А.В., 20212021Шаптуренко М.Н., Кондратюк А.В., Вакула С.И., Середенко (Шинкевич) М.В., Гудиевская И.Г., Боровко С.Р., Марченко Л.Н., Скрыпник О.В., Далидович А.А., Кильчевский А.В.Shapturenko M.N., Kondratiuk A.V., Vakula S.I., Seredenko (Shinkevich) M.V., Gudzievskaya I.G., Borovko S.R., Marchenko l.N., Skrypnik O.V., Dalidovitch A.A., Kilchevsky A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/946

Генетическое фенотипирование человека – новое, интенсивно развивающееся направление криминалистической генетики. Исследование генетических основ цветовой вариации глаз является одним из наиболее перспективных среди подходов, нацеленных на установление облика неизвестного индивида по характеристикам его ДНК. В данной работе проведено изучение полиморфизмов rs12913832 и rs1800407 в генах HERC2 и ОСA2 соответственно в связи с пигментацией радужки глаз белорусской популяции и дана оценка их прогностической эффективности для генетического фенотипирования. Полученные данные подтвердили значимый вклад в цветовую вариацию радужки глаз rs12913832:A>G и rs1800407:G>A. Высокие значения чувствительности (SE = 0,94) и специфичности (SP = 0,90) были получены для rs12913832, подтвердив эффективность данного маркера для использования в качестве классификатора фенотипических групп. Наличие предкового доминантного аллеля rs12913832-A обусловливает темную пигментацию радужки, однако гетерозиготное носительство rs12913832:GA включает значительный спектр смешанных вариантов. Однонуклеотидный полиморфизм rs1800407 характеризуется высокой чувствительностью (SE = 0,98), однако имеет низкое значение специфичности (SP = 0,14), следовательно, данный маркер, не являясь эффективным классификатором, может использоваться только как вспомогательный инструмент для предсказания цвета глаз. Оценка совокупного вклада изученных полиморфизмов в цветовую вариацию радужки глаз белорусской популяции показывает их высокий прогностический потенциал для генетического фенотипирования.

The human genetic phenotyping is one of the most intensely developing area of forensic genetics. Externally visible traits, including eye color, can be predicted by analyzing single nucleotide polymorphisms with a high predictive rate. We studied the polymorphisms rs12913832 and rs1800407 in the HERC2 and OCA2 genes, respectively, to evaluate its prognostic availability in relation to the iris pigmentation of the Belarusian population. For this, both eye images and DNA samples were collected from 314 individuals to analyze the key polymorphisms by the TaqMan assay. Our data confirmed a relevance of rs12913832:A>G and rs1800407:G>A in the prediction context. The highest values of the sensitivity (SE = 0.94) and the specificity (SP = 0.90) were obtained for rs12913832, demonstrating the high efficiency of this marker as a classifier of phenotypic groups. The presence of the ancestral dominant allele rs12913832-A causes a dark (brown) iris pigmentation, how- ever, the heterozygous state rs12913832:GA includes a range of mixed variants. The predictive value of rs1800407 for the genetic phenotyping is highly significant (SE = 0.98), but has a low specificity (SP = 0.14), thus rs1800407, not being an effective classifier, can be used as an auxiliary in the eye color predictive model. The analysis of a cumulative impact of the both poly- morphisms on the iris color variation shows their high prospects for the genetic phenotyping of the Belarusian population.

генетическое фенотипированиепигментация радужки глазгены HERC2 и ОСA2genetic phenotypingiris color variationHERC2 and OCA2 genesReferencesSturm, R. A. Genetics of human iris colour and patterns / R. A. Sturm, M. Larsson // Pigment Cell and Melanoma Research. – 2009. – Vol. 22, N 5. – P. 544–562. https://doi.org/10.1111/j.1755-148x.2009.00606.xSturm R. A., Larsson M. Genetics of human iris colour and patterns. Pigment Cell and Melanoma Research, 2009, vol. 22, no. 5, pp. 544–562. https://doi.org/10.1111/j.1755-148x.2009.00606.xCellular mechanisms regulating human melanogenesis / H. Y. Park [et al.] // Cellular and Molecular Life Sciences. – 2009. – Vol. 66, N 9. – P. 1493–1506. https://doi.org/10.1007/s00018-009-8703-8Park H. Y., Kosmadaki M., Yaar M., Gilchrest B. A. Cellular mechanisms regulating human melanogenesis. Cellular and Molecular Life Sciences, 2009, vol. 66, no. 9, pp. 1493–1506. https://doi.org/10.1007/s00018-009-8703-8Novel quantitative pigmentation phenotyping enhances genetic association, epistasis, and prediction of human eye color / A. Wollstein [et al.] // Scientific Report. – 2017. – Vol. 7, N 1. – Art. e43359. https://doi.org/10.1038/srep43359Wollstein A., Walsh S., Liu F., Chakravarthy U., Rahu M., Seland J. H., Soubrane G., Tomazzoli L., Topouzis F., Vingerling J. R., Vioque J., Böhringer S., Fletcher A. E., Kayser M. Novel quantitative pigmentation phenotyping enhances genetic association, epistasis, and prediction of human eye color. Scientific Report, 2017, vol. 7, no. 1, art. e43359. https://doi. org/10.1038/srep43359Parra, E. J. Human pigmentation variation: evolution, genetic basis, and implications for public health / E. J. Parra // American Journal of Physical Anthropology. – 2007. – Vol. 134, N S45. – P. 85–105. https://doi.org/10.1002/ajpa.20727Parra E. J. Human pigmentation variation: evolution, genetic basis, and implications for public health. American Journal of Physical Anthropology, 2007, vol. 134, no. S45, pp. 85–105. https://doi.org/10.1002/ajpa.20727A genome-wide association study identifies novel alleles associated with hair color and skin pigmentation / J. Han [et al.] // PLoS Genetics. – 2008. – Vol. 4, N 5. – Art. e1000074. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000074Han J., Kraft P., Nan H., Guo Q., Chen C., Qureshi A., Hankinson S. E., Hu F. B., Duffy D. L., Zhao Zh., Martin N. G., Montgomery G. W., Hayward N. K., Thomas G., Hoover R. N., Chanock S., Hunter D. J. A genome-wide association study identifies novel alleles associated with hair color and skin pigmentation. PLoS Genetics, 2008, vol. 4, no. 5, art. e1000074. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000074Eye color and the prediction of complex phenotypes from genotypes / F. Liu [et al.] // Current Biology. – 2009. – Vol. 19, N 5. – P. R192–R193. https://doi.org/10.1016/j.cub.2009.01.027Liu F., van Duijn K., Vingerling J. R., Hofman A., Uitterlinden A. G., Janssens A. C. J. W., Kayser M. Eye color and the prediction of complex phenotypes from genotypes. Current Biology, 2009, vol. 19, no. 5, pp. R192–R193. https://doi. org/10.1016/j.cub.2009.01.027A three-single-nucleotide polymorphism haplotype in intron 1 of OCA2 explains most human eye-color variation / D. L. Duffy [et al.] // American Journal of Human Genetics. – 2007. – Vol. 80, N 2. – P. 241–252. https://doi.org/10.1086/510885Duffy D. L., Montgomery G. W., Chen W., Zhao Z. Z., Le L., James M. R., Hayward N. K., Martin N. G., Sturm R. A. A three-single-nucleotide polymorphism haplotype in intron 1 of OCA2 explains most human eye-color variation. American Journal of Human Genetics, 2007, vol. 80, no. 2, pp. 241–252. https://doi.org/10.1086/510885P gene mutations associated with oculocutaneous albinism type II (OCA2) / W. S. Oetting [et al.] // Human Mutation. – 2005. – Vol. 25, N 3. – P. 323. https://doi.org/10.1002/humu.9318Oetting W. S., Garrett S. S., Brott M., King R. A. P gene mutations associated with oculocutaneous albinism type II (OCA2). Human Mutation, 2005, vol. 25, no. 3, pp. 323. https://doi.org/10.1002/humu.9318Genetic analyses of the human eye colours using a novel objective method for eye colour classification / J. D. Andersen [et al.] // Forensic Science International: Genetics. – 2013. – Vol. 7, N 5. – P. 508–515. https://doi.org/10.1016/j.fsigen.2013.05.003Andersen J. D., Johansen P., Harder S., Christoffersen S. R., Delgado M. C., Henriksen S. T., Nielsen M. M., Sørensen E., Ullum H., Hansen T., Dahl A. L., Paulsen R. R., Børsting C., Morling N. Genetic analyses of the human eye colours using a novel objective method for eye colour classification. Forensic Science International: Genetics, 2013, vol. 7, no. 5, pp. 508–515. https://doi.org/10.1016/j.fsigen.2013.05.003Kayser, M. DNA-based prediction of human externally visible characteristics in forensics: motivations, scientific challenges, and ethical considerations / M. Kayser, P. M. Schneider // Forensic Science International: Genetics. – 2009. – Vol. 3, N 3. – P. 154–161. https://doi.org/10.1016/j.fsigen.2009.01.012Kayser M., Schneider P. M. DNA-based prediction of human externally visible characteristics in forensics: motiva¬tions, scientific challenges, and ethical considerations. Forensic Science International: Genetics, 2009, vol. 3, no. 3, pp. 154–161. https://doi.org/10.1016/j.fsigen.2009.01.012Шарухо, И. Н. Белорусы в антропологическом и этническом пространстве / И. Н. Шарухо // Псковский регионо-логический журнал. – 2008. – № 6. – C. 142–152.Sharukho I. N. Belarusians in anthropological and ethnic space. Pskovskii regionologicheskii zhurnal = Pskov Jour¬nal of Regional Studies, 2008, no. 6, pp. 142–152 (in Russian).Ferri, C. Volume under the ROC surface for multi-class problems / C. Ferri, J. Hernández-Orallo, M. A. Salido // Machine Learning: ECML 2003. ECML 2003. Lecture Notes in Computer Science / eds. N. Lavrač [et al.]. – Berlin, 2003. – Vol. 2837. – P. 108–120. https://doi.org/10.1007/978-3-540-39857-8_12Ferri C., Hernández-Orallo J., Salido M. A. Volume under the ROC surface for multi-class problems. Lavrač N., Gamberger D., Blockeel H., Todorovski L, eds. Machine Learning: ECML 2003. Lecture Notes in Computer Science. Berlin, 2003, vol. 2837, pp. 108–120. https://doi.org/10.1007/978-3-540-39857-8_12Importance of nonsynonymous OCA2 variants in human eye color prediction / J. D. Andersen [et al.] // Molecular Genetics & Genomic Medicine. – 2016. – Vol. 4, N 4. – P. 420–430. https://doi.org/10.1002/mgg3.213Andersen J. D., Pietroni C., Johansen P., Andersen M. M., Pereira V., Børsting C., Morling N. Importance of nonsyn¬onymous OCA2 variants in human eye color prediction. Molecular Genetics & Genomic Medicine, 2016, vol. 4, no. 4, pp. 420–430. https://doi.org/10.1002/mgg3.213A single SNP in an evolutionary conserved region within intron 86 of the HERC2 gene determines human blue-brown eye color / R. A. Sturm [et al.] // American Journal of Human Genetics. – 2008. – Vol. 82, N 2. – P. 424–431. https://doi. org/10.1016/j.ajhg.2007.11.005Sturm R. A., Duffy D. L., Zhao Z. Z., Leite F. P. N., Stark M. S., Hayward N. K., Martin N. G., Montgomery G. W. A single SNP in an evolutionary conserved region within intron 86 of the HERC2 gene determines human blue-brown eye color. American Journal of Human Genetics, 2008, vol. 82, no. 2, pp. 424–431. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2007.11.005The common occurrence of epistasis in the determination of human pigmentation and its impact on DNA-based pig-mentation phenotype prediction / E. Pośpiech [et al.] // Forensic Science International: Genetics. – 2014. – Vol. 11. – P. 64–72. https://doi.org/10.1016/j.fsigen.2014.01.012Pośpiech E., Wojas-Pelc A., Walsh S., Liu F., Maeda H., Ishikawa T., Skowron M., Kayser M., Branicki W. The common occurrence of epistasis in the determination of human pigmentation and its impact on DNA-based pigmentation phenotype prediction. Forensic Science International: Genetics, 2014, vol. 11, pp. 64–72. https://doi.org/10.1016/j. fsigen.2014.01.012Trevethan, R. Sensitivity, Specificity, and Predictive Values: Foundations, Pliabilities, and Pitfalls in Research and Practice / R. Trevethan // Frontiers Public Health. – 2017. – Vol. 5. – Art. 307. https://doi.org/10.3389/fpubh.2017.00307Trevethan R. Sensitivity, Specificity, and Predictive Values: Foundations, Pliabilities, and Pitfalls in Research and Practice. Frontiers Public Health, 2017, vol. 5, art. 307. https://doi.org/10.3389/fpubh.2017.00307

The authors declare that there are no conflicts of interest present.