БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 5, с. 718–728

УДК 577.112.5

Оптимизация метода идентификации пола человека пептидомным анализом эмали зубов различной биологической генерации, археологического возраста и тафономической сохранности*

© 2020 Р.Х. Зиганшин 1**, Н.Я. Березина 2, П.Л. Александров 1, В.В. Рябинин 1, А.П. Бужилова 2

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997 Москва, Россия; электронная почта: rustam.ziganshin@gmail.com

Научно-исследовательский институт и музей антропологии, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 125009 Москва, Россия

Поступила в редакцию 17.02.2020
После доработки 16.03.2020
Принята к публикации 19.03.2020

DOI: 10.31857/S0320972520050103

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: зубная эмаль, идентификация пола, амелогенины, пептиды, хромато-масс-спектрометрия.

Аннотация

Пол индивидов, определяемый по человеческим останкам – это наиболее востребованная информация при антропологических, археологических и судебно-медицинских исследованиях. При плохой сохранности скелетов взрослых, а также на детских останках определение пола по морфологическим критериям имеет ряд существенных ограничений, поэтому для успешной реализации этой задачи проводятся регулярные попытки привлечения альтернативных методов анализа. В качестве одного из таких методов может быть использован хромато-масс-спектрометрический анализ пептидов зубной эмали. В ходе оптимизации эксперимента было показано, что кислотное травление участка зубной эмали в течение 10 мин с последующим обессоливанием продуктов травления на SDB-RPS StageTips микроколонках и анализа 1/3 части обессоленного образца методом хромато-масс-спектрометрии позволяет надежно определять пол ископаемых останков в широком диапазоне их археологического и биологического возраста, не подвергая существенному разрушению анализируемый образец. Увеличение длительности травления зубной эмали позволяет в 2–3 раза увеличить общее количество идентифицируемых в образце пептидов и, что самое важное, количество выявляемых специфических фрагментов Y изоформы амелогенина в образцах мужских зубов, что позволяет надежно определять пол ископаемых останков. Предложенный метод анализа был апробирован на 8 образцах постоянных зубов и 15 образцах зубов молочной генерации различного археологического возраста и разной степени сохранности. Были выявлены две специфичные для Y изоформы амелогенина пептидные последовательности, одна из которых (SM(+15.99)IRPPYS) обнаружена во всех без исключения образцах мужского пола, а вторая (IRPPYSS(+79.97)), содержащая фосфорилированный остаток Ser66, встречается только в эмали молочных зубов. Можно предположить, что фосфорилирование этого остатка Ser имеет функциональное значение при формировании эмали именно в зубах молочной генерации.

Сноски

* Приложение к статье на английском языке опубликовано на сайте журнала «Biochemistry» (Moscow) и на сайте издательства Springer (https://link.springer.com/journal/10541), том 85, вып. 5, 2020.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-29-04125 офи_м), а также при частичном финансировании Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 20-39-70020).

Благодарности

Авторы приносят благодарность исследовательским группам ARCHCAUCASUS (основной исследователь Svend Hansen) и PALEORIDER (основной исследователь Wolfgang Haak) за предоставление данных об идентификации пола образца 22 методами генетического анализа.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Rose, J. C., Anton, S. C., Aufderheide, A. C., Buikstra, J. E., Eisenberg, L., Gregg, J. B., Hunt, E. E., Neiburger, E. J., and Rothschild B. (1991) Skeletal database committee recommendations, Paleopathology association, Detroit.

2. Ubelaker, D. H. (1978) Human skeletal remains: excavation, analysis, interpretation, Aldine Publishing Co. Inc., Chicago, IL.

3. Алексеев В. П. (1966) Остеометрия: методика антропологических исследований, Наука, Москва.

4. Daskalaki, E., Anderung, C., Humphrey, L., and Gotherstrom, A. (2011) Further developments in molecular sex assignment: a blind test of 18th and 19th century human skeletons, J. Archaeol. Sci., 38, 1326-1330, doi: 10.1016/j.jas.2011.01.009.

5. Goncalves, D., Campanacho, V., and Cardoso, H. F. (2011) Reliability of the lateral angle of the internal auditory canal for sex determination of subadult skeletal remains, J. Forensic Leg. Med., 18, 121-124, doi: 10.1016/j.jflm.2011.01.008.

6. Kazzazi, S. M., and Kranioti, E. F. (2017) A novel method for sex estimation using 3D computed tomography models of tooth roots: a volumetric analysis, Arch. Oral Biol., 83, 202-208, doi: 10.1016/j.archoralbio.2017.07.024.

7. Molleson, T., Cruse, K., and Mays, S. (1998) Some sexually dimorphic features of the human juvenile skull and their value in sex determination in immature skeletal remains, J. Archaeol. Sci., 25, 719-728, doi: 10.1006/jasc.1997.0215.

8. Skoglund, P., Stora, J., Gotherstrom, A., and Jakobsson, M. (2013) Accurate sex identification of ancient human remains using DNA shotgun sequencing, J. Archaeol. Sci., 40, 4477-4482, doi: 10.1016/j.jas.2013.07.004.

9. Blake, K. A. S. (2011) Differences in subadult pubic body widths and the implication for sex determination, Am. J. Phys. Anthropol., 144, 90-91.

10. Khamis, M. F., Taylor, J. A., Malik, S. N., and Townsend, G. C. (2014) Odontometric sex variation in Malaysians with application to sex prediction, Forensic Sci. Int., 234, 183 e1-e7, doi: 10.1016/j.forsciint.2013.09.019.

11. Viciano, J., Aleman, I., D’Anastasio, R., Capasso, L., and Botella, M. C. (2011) Odontometric sex discrimination in the Herculaneum sample (79 AD, Naples, Italy), with application to juveniles, Am. J. Phys. Anthropol., 145, 97-106, doi: 10.1002/ajpa.21471.

12. Salido, E. C., Yen, P. H., Koprivnikar, K., Yu, L. C., and Shapiro, L. J. (1992) The human enamel protein gene amelogenin is expressed from both the X and the Y chromosomes, Am. J. Hum. Genet., 50, 303-316.

13. Wood, R. E., Higham, T. F. G., Buzilhova, A., Suvorov, A., Heinemeier, J., and Olsen, J. (2013) Freshwater radiocarbon reservoir effects at the burial ground of Minino, northwest Russia, Radiocarbon, 55, 163-177, doi: 10.2458/azu_js_rc.v55i1.16448.

14. Шнайдер С. В., Курбанов Р. Н., Алишер кызы С., Риго, С., Шаньгина М. В., Кривошапкин А. И. (2018) Результаты предварительного изучения памятников Кайлю и Куба-Сенгир (Восточный Прикаспий, Туркменистан), Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий, 24, 184-189, doi: 10.17746/2658-6193.2018.24.184-189.

15. Албегова З. Х., Верещинский-Бабайлов Л. И. (2010) Раннесредневековый могильник Мамисондон. Результаты археологических исследований 2007–2008 гг. в зоне строительства водохранилища Зарамагских ГЭС, Материалы охранных археологических исследований, 11, Таус, Москва, с 492.

16. De Menezes Oliveira, M. A., Torres, C. P., Gomes-Silva, J. M., Chinelatti, M. A., De Menezes, F. C., Palma-Dibb, R. G., and Borsatto, M. C. (2010) Microstructure and mineral composition of dental enamel of permanent and deciduous teeth, Microsci. Res. Tech., 73, 572-577.

17. Wilson, P. R., and Beynon, A. D. (1989) Mineralization differences between human deciduous and permanent enamel measured by quantitative microradiography, Arch. Oral Biol., 34, 85-88, doi: 10.1016/0003-9969(89)90130-1.

18. Бужилова А. П., Потрахов Н. Н., Потрахов Е. Н., Грязнов А. Ю. (2013) Анализ маркеров стресса методом микрофокусной рентгенографии (по антропологическим материалам эпох каменного века), Биотехносфера, 2, 46-51.

19. Хохлов А. Н., Бужилова А. П. (2010) Братские могилы эпохи Наполеоновских войн в Калининграде, ИА РАН, Москва.

20. Stewart, N. A., Molina, G. F., Issa, J. P. M., Yates, N. A., Sosovicka, M., Vieira, A. R., Line, S. R. P., Montgomery, J., and Gerlach, R. F. (2016) The identification of peptides by nanoLC-MS/MS from human surface tooth enamel following a simple acid etch extraction, RSC Adv., 6, 61673-61679, doi: 10.1039/c6ra05120k.

21. Perez-Riverol, Y., Csordas, A., Bai, J., Bernal-Llinares, M., Hewapathirana, S., Kundu, D. J., Inuganti, A., Griss, J., Mayer, G., Eisenacher, M., Perez, E., Uszkoreit, J., Pfeuffer, J., Sachsenberg, T., Yilmaz, S., Tiwary, S., Cox, J., Audain, E., Walzer, M., Jarnuczak, A. F., Ternent, T., Brazma, A., Vizcaino, J. A (2019) The PRIDE database and related tools and resources in 2019: improving support for quantification data, Nucleic Acids Res., 47, D442-D450, doi: 10.1093/nar/gky1106.

22. Ma, B., Zhang, K., Hendrie, C., Liang, C., Li, M., Doherty-Kirby, A., and Lajoie, G. (2003) PEAKS: powerful software for peptide de novo sequencing by tandem mass spectrometry, Rapid Commun. Mass Spectrom., 17, 2337-2342, doi: 10.1002/rcm.1196.

23. Parker, G. J., Yip, J. M., Eerkens, J. W., Salemi, M., Durbin-Johnson, B., Kiesow, C., Haas, R., Buikstra, J. E., Klaus, H., Regan, L. A., Rocke, D. M., and Phinney, B. S. (2019) Sex estimation using sexually dimorphic amelogenin protein fragments in human enamel, J. Archaeol. Sci., 101, 169-180, doi: 10.1016/j.jas.2018.08.011.

24. Stewart, N. A., Gerlach, R. F., Gowland, R. L., Gron, K. J., and Montgomery, J. (2017) Sex determination of human remains from peptides in tooth enamel, Proc. Natl. Acad. Sci. US A, 114, 13649-13654, doi: 10.1073/pnas.1714926115.