LA HUELLA GENETICA EXCLUSIVA DE VARONES: SU IMPORTANCIA EN ANTROPOLOGIA Y CIENCIAS FORENSES

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I. El cromosoma Y (CY)
El material genético se compacta en estructuras llamadas cromosomas en cada oportunidad en que la célula se va a dividir, ya sea para formar otra célula igual (mitosis) o para formar a los gametos (meiosis): un óvulo o un espermatozoide. La presencia del cromosoma Y en el esperma determina el sexo masculino en el futuro hijo en la mitad de las fertilizaciones, y establece una herencia exclusiva del cromosoma Y de padres a hijos varones. A diferencia de la mayor parte del material genético en el ser humano (23 cromosomas maternos y 23 paternos), los cromosomas Y no se "mezclan" durante la formación de los gametos en la meiosis [1]. Por esta razón, cada hombre recibe un cromosoma Y "idéntico" al de su padre. Mientras que los demás cromosomas tienen múltiples antepasados debido a este proceso de mezcla llamado recombinación (figura 1), todos los CY modernos han sido heredados directamente.

Figura 1. Comparación de la herencia directa varón-varón del cromosoma Y. Los demás cromosomas se "mezclan" cuando pasan de una generación a la siguiente, una complicación para establecer el origen de los individuos analizando estos cromosomas.

Siguiendo el origen los CY humanos, llegaríamos a un ancestro paterno único análogo al "Adán" bíblico. Sin embargo, cuando se transmite el CY de generación en generación, se van acumulando cambios o mutaciones en el ADN a través del tiempo, a los que se les llama marcadores moleculares en pruebas de identidad, y que a su vez constituyen un registro claro de nuestro pasado. Durante los últimos años se ha extendido el análisis del CY, tanto en las ciencias forenses como en la antropología, el objetivo de este trabajo es dar a conocer las particularidades de estos estudios. Cabe mencionar que existe una región en los extremos del CY que sí se "mezcla" con el otro cromosoma sexual (X), pero que pierde interés para estudios antropológicos. Nos referiremos en este trabajo exclusivamente a la parte del CY que no recombina.II. Marcadores del cromosoma Y (CY)
Antes que se divida la célula, el ADN debe duplicarse. En este proceso suele haber errores llamados mutaciones, por lo que para la misma secuencia ahora existen dos formas alternas conocidas como alelos; es decir, se genera un alelo mutado y un alelo normal. Cuando el alelo mutado se hace relativamente frecuente en la población (>1%), se dice que existe un polimorfismo genético (del griego, poli: muchos; morfo: formas) en esa secuencia de ADN. Cuando un polimorfismo se usa para diferenciar a dos cromosomas y/o individuos, se le llama marcador molecular; es decir, el alelo mutado sirve como "marca" que permite diferenciar a un cromosoma por tener uno u otro alelo. Por esta razón, los términos polimorfismo y marcador molecular suelen emplearse indistintamente, ya que por definición los marcadores deben ser polimórficos. A nivel molecular, las dos principales fuentes de marcadores para el estudio del cromosoma Y se pueden clasificar de la siguiente manera [2]:

Bialélicos. Se originan por mutaciones que generan solo dos alelos; pueden ser inserciones/deleciones (+/-) de un segmento de ADN (por ejemplo 50pb), o sustituciones de un nucleótido por otro (A → G). Evolutivamente se consideran mutaciones únicas e irrepetibles.
Multialélicos. Específicamente nos referiremos a las repeticiones cortas en tándem, ampliamente conocidas como STRs (short tandem repeats). Los STRs son segmentos de ADN que contienen una repetición en tándem de 2 a 6 pares de bases (por ejemplo AGT), que se repite un número variable de veces. Dependiendo del número de veces que se encuentre la repetición, es el alelo que tiene ese individuo o CY; en la población existe un gran número de alelos. De manera que el alelo 4 de un STR indicaría que el marcador tiene repetida cuatro veces una secuencia, por ejemplo: AGT, AGT, AGT, AGT. En el cromosoma Y existe una gran cantidad de STRs, y en cada uno puede cambiar de nomenclatura, es decir, el rango de repeticiones por STR. Por ejemplo, el STR-1 puede tener de 9 a 16 repeticiones, el STR-2 de 15 a 22, etc. Cabe señalar que cada varón tiene un sólo alelo para cada STR y para cada marcador bialélico. Evolutivamente su mutación es mayor que los bialélicos y se clasifica como moderadamente rápida.

Cuando se analizan varios marcadores del CY, a la combinación de alelos-STRs que se obtiene, y que se hereda como una unidad o en conjunto, se la conoce como haplotipo; y es la que se conoce como huella genética exclusiva del varón. Los haplotipos suelen agruparse en haplogrupos, que son agrupaciones de haplotipos definidos por alelos de marcadores bialélicos, ya que estos últimos constituyen unidades evolutivas más estables (figura 2) [3]. Cabe señalar que el término haplotipo es más genérico y algunas veces se utiliza indistintamente para describir también a los haplogrupos. Hasta hace poco, la poca variación en la secuencia del CY provocó que existiera limitada disponibilidad de marcadores moleculares, sin embargo, el desarrollo de técnicas como la DHPLC (sigla del inglés de cromatografía líquida desnaturalizante de alta resolución), entre otras, ha permitido que ahora se cuente con una gran cantidad de marcadores [4-8].

Figura 2. Determinación de un haplogrupo-haplotipo de un individuo al analizar marcadores bialélicos y STRs del cromosoma Y humano, respectivamente.

III. El cromosoma Y en ciencias forenses
Los marcadores del CY más utilizados en este campo son los STRs; presentan mayor número de alelos en la población y, a su vez, mayor capacidad de discriminar dos haplotipos y/o varones no relacionados. Los STRs poseen una ventaja adicional, ya que varios pueden ser analizados simultáneamente con la técnica llamada PCR múltiplex, donde se obtiene el haplotipo para varios STRs del CY en un solo experimento, ahorrando tiempo y esfuerzo [9-11].En ciencias forenses, gran parte del potencial del CY recae en el hecho de que la mayoría de crímenes violentos son llevados a cabo por varones. Además, permite resolver casos en situaciones forenses particulares, como violaciones, donde existe una mezcla de ADN de hombre/mujer, ya que estos marcadores específicos del varón establecen selectivamente la huella genética del agresor. En pruebas de paternidad, los STRs del CY aumentan considerablemente la posibilidad de exclusión cuando el supuesto hijo es varón y permiten resolver casos donde el supuesto padre no está disponible, ya que sus parientes varones por línea paterna (hermanos, tíos, abuelo, primos, etc.) sirven de referencia por tener el mismo haplotipo para el CY [12] (figura 3).

Figura 3. Establecimiento de paternidad en un caso donde el supuesto padre no está disponible mediante el análisis de marcadores del cromosoma Y.

Es importante considerar que los haplotipos del CY son compartidos por todos los parientes vía paterna, que constituyen linajes paternos y que suelen agruparse dentro de las poblaciones de formas muy particulares de acuerdo con sus historias. Por consiguiente, es necesario considerar que en una prueba forense o de paternidad puede existir un número indeterminado de varones con el mismo haplotipo, además de los parientes por línea paterna del sujeto implicado [12, 13]. Por esta razón, es necesario establecer las frecuencias poblacionales, no únicamente de los alelos, sino de los haplotipos del CY en cada población donde se quiera emplear esta tecnología, como ya se ha reportado para varias poblaciones del mundo [14, 15]. De manera que, aunque los haplotipos del cromosoma Y pueden utilizarse confiablemente para realizar exclusiones de paternidad o culpabilidad, se recomienda usar otros marcadores moleculares localizados en cromosomas no-sexuales para llevar a cabo las inclusiones [12, 13]. Cabe recordar que una exclusión implica el descartar como padre, o como fuente de una muestra forense, a un hombre falsamente implicado en el caso. IV. El cromosoma Y en antropología
En esta tarea, los marcadores de elección suelen ser los bialélicos, ya que su tasa de mutación es muy baja (se considera que la mutación ocurrió sólo una vez) lo cual facilita enormemente el establecimiento de relaciones entre haplogrupos. ¿Cómo se hace esto Es muy sencillo, si previamente se definen cuáles son los alelos ancestrales y cuáles los mutados o derivados; para ello se comparan las secuencias de ADN con antropoides superiores (orangután, chimpancé, etc.), que presumiblemente tienen sólo alelos ancestrales [1]. Imaginemos que se analizan 5 marcadores bialélicos en una población, donde se observan 6 haplotipos (por ejemplo: A+GTT, A-GTC, etc.) que se convierten a un código de cero (0) y uno (1), de la siguiente forma: 01000 (1), 01100 (2), 01101 (3), 01001 (4), 00010 (5), 00011 (6); el alelo ancestral equivale a cero (0) y el alelo derivado es uno (1). Se establece que todos los haplotipos provienen de un ancestro común (00000) y han sufrido mutaciones de manera secuencial, que se han acumulado durante el tiempo. El grado de relación entre haplotipos, así como el proceso de cambio, se puede establecer fácilmente siguiendo las diferencias con respecto al haplotipo ancestral, bajo el supuesto de que la relación entre haplotipos está determinada por el menor número de eventos mutacionales posible (figura 4). Este método se denomina parsimonia, y para realizarlo suelen ser suficientes una simple hoja de papel y lápiz.

Figura 4. Establecimiento de las relaciones evolutivas entre haplogrupos del CY (marcadores bialélicos) observados en una población, mediante el método de parsimonia. El estado ancestral se establece por comparación con antropoides superiores (bonobos, chimpancés, orangutanes, etc.) .

Muchos marcadores bialélicos (haplogrupos) pueden relacionarse con un lugar geográfico específico, normalmente el lugar donde se originó y/o expandió la mutación, por lo que son una valiosa herramienta para saber el origen paterno del varón que lo porta (caucásico, asiático, amerindio, africano, etc.) [4]. La relación haplogrupo-geografía ha permitido confirmar el origen del hombre en África: los haplogrupos más antiguos están en este continente y todos los humanos tenemos algunas mutaciones africanas [16-18]. De igual forma, marcadores bialélicos del CY han permitido reconstruir el proceso de dispersión del hombre desde su salida de África hasta poblar todo el globo terráqueo [8, 18]. ¿Por qué no se aplica el método de parsimonia a los STRs del CY La respuesta es muy simple. Los STRs mutan más rápido, de manera que el mismo alelo (por ejemplo 5 repeticiones) se puede generar recurrentemente en diferentes individuos. Se postula que estas secuencias mutan o cambian por un error de la enzima encargada de copiar al ADN (ADN polimerasa) la cual pone repeticiones de más o de menos: un alelo 5 se puede generar a partir de un alelo 4 o de un alelo 6, aunque generalmente se da el primer caso [19]. Sin embargo, el análisis de haplotipos-STRs también aporta valiosa información sobre las relaciones genéticas y peculiaridades de las poblaciones, más aún si se combina con el análisis de marcadores bialélicos [2,15]. Un ejemplo de lo anterior podría ser un estudio de una población hipotética donde se analizaron tres marcadores bialélicos (una sustitución A→G; y una inserción-deleción, +/-) así como 4 STRs, cuyos alelos se representan por números. Se observaron 3 haplogrupos (A/-, A/+, G/+) y una serie de haplotipos-STRs que están "ligados" en una red, donde cada haplotipo se representa por un circulo; su tamaño indica la frecuencia en la población (figura 5).

Figura 5. Relación entre haplogrupos y haplotipos STRs del cromosoma Y observados en una población. El tamaño del circulo indica su frecuencia relativa, que permite deducir cuáles son los haplogrupos más antiguos en la población (en este caso el A/+) por su frecuencia y grado de diversificación. Los haplotipos dentro de cada haplogrupo se relacionan por las diferencias en el número de repeticiones de los STRs.

¿Qué inferencias poblacionales podríamos hacer

Origen paterno. Esto se logra cuando los diversos haplogrupos ya se han relacionado con un origen específico, por lo que se puede establecer los orígenes paternales de la población [por ejemplo: asiático (A/-), europeo (A/+) y amerindio (G/+)]; de allí se obtienen... b)
Componente de mezcla, al ver la proporción relativa de cada tipo de CY en la población (por ejemplo: asiático 20%, europeo 50%, amerindio 30%)c)
Antigüedad de los haplogrupos en la población, analizando el grado de diversificación de los haplotipos-STRs dentro de cada haplogrupo; diversificación indica el número de haplotipos-STRs diferentes, que derivan presumiblemente de un haplotipo-STR original que ha sufrido mutaciones, y que son relativamente frecuentes en la población. De manera que se puede saber cuál o cuáles haplogrupos son los más antiguos en la población, bajo el supuesto de que los haplogrupos más diversificados son así porque hace más tiempo que llegaron a la población y han tenido más tiempo para acumular mutaciones. En la figura 5 se puede establecer que el más antiguo en la población hipotética es el haplogrupo A/+, que habíamos definido como caucásico. En este punto, se puede hacer una estimación más o menos precisa del tiempo en que los varones con ese haplogrupo llegaron a la población, denominada análisis de coalescencia. Para ello, es necesario saber qué tanto mutan los STRs del CY (tasa de mutación), la varianza en la longitud de los STRs del haplogrupo, entre otros parámetros, con los que se estima el tiempo requerido para explicar la diversidad de haplotipos-STRs observada en ese haplogrupo (A/+), considerando que todos se originaron de un mismo haplotipo-STR (6/5/2/8) (figura 5) [20].d)
Relación genética con otras poblaciones; con las frecuencias de los alelos STRs en la población, se pueden estimar "distancias genéticas", que reflejan el grado de diferencias en las distribuciones alélicas de STRs entre poblaciones, algo así como un "promedio" de diferencias entre poblaciones para uno o varios STRs. Estas distancias posteriormente también pueden representarse gráficamente en los árboles filogenéticos [15, 21] (figura 6).

Figura 6. Árboles filogenéticos entre poblaciones mexicanas. El "promedio" de diferencias en los STRs de las poblaciones (frecuencias alélicas) sirve para estimar distancias genéticas, con lo que se elaboran "árboles", que indican la cercanía genética entre poblaciones.

En estos estudios de antropología genética, cabe señalar la importancia de integrar la evidencia genética con otras fuentes de información, como la arqueología, la paleontología, la lingüística, la historia, entre otras, para tratar de hacer una reconstrucción lo más fidedigna posible sobre la diversidad genética actual de una población.IV. Conclusiones
El cromosoma Y representa una valiosa fuente de diversidad genética. Es importante considerar que existen marcadores genéticos en otras partes del genoma (ADN-mitocondrial y cromosomas no-sexuales), que cubren las limitaciones del cromosoma Y al hacer pruebas de identidad en ciencias forenses, así como en estudios de antropología genética. En la mayoría de poblaciones latinoamericanas aún existe un gran vacío en cuanto a la información genética generada a partir de los diferentes sistemas genéticos. Este trabajo representa un esfuerzo por difundir y promover estos estudios, que en parte permitirán establecer nuestra identidad poblacional, preparándonos para recibir las terapias a nivel genético del futuro, o más bien, del presente: la medicina genómica. Siglas.
STRs: sigla en inglés de repeticiones cortas en tándem (short tandem repeats); son los marcadores moleculares más utilizados para pruebas de identidad con ADN. CY: cromosoma Y, material genético que se condensa durante la división celular, cuya presencia define el sexo masculino en los seres humanos. DHPLC: sigla en inglés de cromatografía líquida desnaturalizante de alta resolución (denaturing high performance liquid cromatography)