Применение и ограничения биологических часов

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6093 (2023) Цитировать эту статью

548 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Оценка времени смерти является одной из важнейших задач криминалистики. Здесь мы оценили применимость, ограничения и надежность разработанного метода, основанного на биологических часах. Мы проанализировали экспрессию генов часов, BMAL1 и NR1D1, в 318 мертвых сердцах с определенным временем смерти с помощью RT-PCR в реальном времени. Для оценки времени смерти мы выбрали два параметра: соотношение NR1D1/BMAL1 и соотношение BMAL1/NR1D1 для утренней и вечерней смерти соответственно. Соотношение NR1D1/BMAL1 было значительно выше при утренних смертях, а соотношение BMAL1/NR1D1 было значительно выше при вечерних смертях. Пол, возраст, посмертный интервал и большинство причин смерти не оказали существенного влияния на эти два параметра, за исключением младенцев и пожилых людей, а также тяжелой черепно-мозговой травмы. Хотя наш метод может работать не во всех случаях, наш метод полезен для судебно-медицинской практики тем, что дополняет классические методы, на которые сильно влияет среда, в которую помещен труп. Однако этот метод следует применять с осторожностью у младенцев, пожилых людей и пациентов с тяжелой травмой головного мозга.

Определение времени смерти, что зачастую крайне сложно, является одной из важнейших задач судебно-медицинской практики. На сегодняшний день разработаны многочисленные методы оценки времени смерти1,2. За последнее десятилетие для оценки посмертного интервала были внедрены различные инновационные методы, такие как тканевая наномеханика3, количественная протеомика на основе масс-спектрометрии4, анализ сообщества микробиоты полости рта5 и анализ микроРНК6, что привело к существенному прогрессу в этой области. Однако большинство этих методов оценивают время после смерти, но не определяют время смерти. Существующий метод оценки времени смерти остается неудовлетворительным.

Достижения в хронобиологии привели к большим изменениям и прогрессу в различных областях медицины, таких как хронофармакология, хронотерапия и терапия нарушений сна7,8,9,10,11,12,13,14. Хронобиология может внести вклад в судебную медицину, особенно в определении времени смерти. Однако судебно-медицинское применение хронобиологии весьма ограничено. Насколько нам известно, в настоящее время имеется только один отчет о применении хронобиологии в судебно-медицинской экспертизе, в котором время смерти оценивалось на основе концентрации мелатонина в шишковидном теле, сыворотке и моче15. Поэтому мы попытались применить биологические часы для оценки времени смерти. В 2011 году мы сообщили о первом судебно-медицинском применении хронобиологии для оценки времени смерти с использованием мышиной модели и применили этот метод к нескольким случаям вскрытия16. В нашем предыдущем отчете мы использовали два основных гена-осциллятора: ядерный транслокатор-подобный 1 арилуглеводородного рецептора мозга и мышц (BMAL1 или ARNTL) и член 1 группы D подсемейства 1 ядерных рецепторов (Rev-Erbα, NR1D1) в системе циркадных часов. читать биологические часы в почках, печени и сердце. Поскольку эти два часовых гена колеблются в противоположных фазах17,18, соотношение NR1D1/BMAL1 усиливает циркадные колебания экспрессии каждого гена16. Мы продемонстрировали применимость нашего метода в судебно-медицинской практике, но не смогли выяснить надежность и ограничения метода, поскольку было исследовано лишь ограниченное количество вскрытий.

С момента его разработки мы применяли этот метод в нашей повседневной практике определения времени смерти при аутопсии. В этом исследовании мы оценили наш метод на основе результатов его применения к 318 аутопсиям с известным временем смерти в нашем отделении. Показаны практическая применимость и ограничения нашего метода, оценивающего время смерти по биологическим часам.

Отношения NR1D1/BMAL1 (N/B) и BMAL1/NR1D1 (B/N) были построены в зависимости от времени смерти, что привело к появлению четких пиков около 6:00 и 18:00 соответственно (рис. 1a и b), что указывает на что экспрессию часового гена можно точно обнаружить даже в трупах.

30 h postmortem interval (n = 68). The N/B and B/N ratios in both groups showed peaks in the morning and evening, respectively, indicating that the post-mortem interval had virtually no effect on them (Fig. 4a–f). However, there was no significant difference in the B/N ratio between the evening and noon time domains in the > 30 h post-mortem interval group (Fig. 4d). This is likely due to the small number of cases (n = 9) in the noon time domain of the > 30 h post-mortem interval group. The N/B ratio in the morning and the B/N ratio in the evening were plotted against the postmortem interval; the results indicated that the ratios are independent of the postmortem interval (Fig. 4e and f)./p> 30 h (open circles, n = 68). The N/B (c) and B/N (d) ratios in four-time domains were examined in the < 30 h (closed columns) and > 30 h (open columns) postmortem interval groups by multiple comparison tests. The N/B ratios in the 3:00–8:59 time domain (e) and the B/N ratios in the 15:00–20:59 time domain (f) were plotted against postmortem interval. **p < 0.01, 3:00–8:59 time domain versus other time domains; ##p < 0.01, 15:00–20:59 time domain versus other time domains./p> 25 were deaths occurring from 1:00 to 10:00 (n = 40), and those where the ratio was > 40 were deaths occurring from 3:00 to 9:00 (n = 23) (Fig. 7a). On the other hand, all cases where the B/N ratio was > 1.5 were deaths occurring from 14:00 to 22:00 (n = 39), and those where the ratio was > 4 were deaths occurring from 15:00 to 20:00 (n = 11) (Fig. 7b). However, only 24.8% (79/318) of morning and evening deaths were predicted by our method, and low values of N/B and B/N ratios do not exclude morning and evening deaths. Therefore, although this method is not effective in all cases, it is still important in forensic practice because it complements conventional methods from a completely different perspective./p> 25 (red line) had a time of death between 1:00 and 10:00 (n = 40), and those with a ratio > 40 (blue line) had a time of death between 3:00 and 9:00 (n = 23). Temporal pattern of the B/N ratio in the hearts of the deceased. (b) Cases with B/N ratio > 1.5 (red line) had a time of death between 14:00 and 22:00 (n = 39), and those with a ratio > 4 (blue line) had a time of death between 15:00 and 20:00 (n = 11)./p> 90 years old, n = 14) cases as well as those with long postmortem intervals (> 48 h, n = 11) were examined in a limited number. It is known that circadian rhythms such as body temperature and nocturnal sleep onset appear within 60 days after birth21. Moreover, the circadian oscillation of clock gene expression in the SNC (suprachiasmatic nucleus) and some peripheral tissues has been confirmed in nonhuman primate fetuses21, suggesting that clock gene expression in the heart of human infants may also show circadian oscillation. Therefore, the biological clock-based estimation of the time of death seems to be applicable to infant cases. However, maternal melatonin affects clock gene expression in nonhuman primate fetuses22, indicating that the breastfeeding pattern might affect the circadian clock in infants. Therefore, differences in clock gene expression patterns between the infant's and adult's heart may be found in future research. On the other hand, it has been reported that aging significantly affects the circadian pattern of gene expression in the human prefrontal cortex, which might bring about changes in the circadian rhythm in old age23. Different circadian rhythms in older individuals, especially the feeding pattern, can affect biological clock gene expression19,20. Since the biological clock in the peripheral tissues is also under adrenergic control24, age-related changes in the beta-adrenergic neuroeffector system might alter the clock gene expression pattern in the heart of older adults25. Based on the above-mentioned facts, our method should be applied carefully to infants and older adults. Longer postmortem intervals might cause RNA deterioration26, which increases the uncertainty of the results. Since the number of cases in children, the elderly, and cases with a long postmortem interval is small, a study using an increased number of cases is necessary for a statistically meaningful discussion./p>