A origem da pigmentação humana é determinada pelo processo de melanogênese, que ocorre nos melanócitos. A melhor compreensão desse mecanismo pode auxiliar desde a área da saúde, no estudo de doenças de pele, até na área forense, no processo de fenotipagem por DNA. O objetivo da fenotipagem por DNA é utilizar polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) presentes em amostras de cenas de crime para inferir a aparência de um possível suspeito e assim ajudar nas investigações criminais. Já existem ferramentas preditivas para essa finalidade, como o HIrisPlex-S, que utiliza 41 marcadores para predizer simultaneamente a cor da pele, cabelo e olhos do indivíduo que deu origem à amostra biológica. No entanto, ainda são necessários modelos que apresentem taxas de acurácia satisfatórias, principalmente no que diz respeito a fenótipos intermediários e em populações miscigenadas, como a brasileira. Com o objetivo de melhor compreender a origem da pigmentação e os mecanismos envolvidos, o presente projeto avaliou a relação entre a pigmentação, polimorfismos genéticos e a metilação do DNA. A metilação do DNA é um dos principais fatores epigenéticos estudados, que consiste na adição de um grupo metil às citosinas seguidas de guaninas (CpGs). Esse processo não altera o código genético, mas possui forte influência na expressão dos genes. Dessa forma, a principal hipótese do trabalho é que a metilação do DNA pode ter influência na determinação dos fenótipos de pigmentação. Para cumprir os objetivos, foram estudados dados obtidos em um banco de dados de livre acesso (Gene Expression Omnibus - GEO). O conjunto utilizado consiste em dados de metilação de amostras de melanócitos claros, intermediários e escuros, fibroblastos, queratinócitos e leucócitos de sangue, obtidos pelo ensaio Infinium Human Methylation 450K BeadChip, da Illumina. Os dados foram analisados em ambiente R, utilizando o pacote ChAMP. As amostras de melanócitos foram comparadas entre si, visando obter relações entre os valores beta de metilação em 21 genes associados à pigmentação e os diferentes tons de melanócitos. Diversas CpGs com diferenças significativas foram encontradas entre os melanócitos claros, intermediários e escuros, como nos genes ASIP, MC1R, SLC45A2 e DEF8, que apresentaram regiões com mais metilação nos melanócitos escuros do que nos claros. Também foram feitas análises comparando os melanócitos com outros tipos celulares (fibroblastos, queratinócitos e leucócitos). Os melanócitos apresentaram hipometilação em relação aos demais tipos celulares nos genes MC1R, MITF, IRF4, SLC24A5, SLC45A2, TYR e TYRP1. Outra abordagem aqui empregada foi estudar os polimorfismos genéticos presentes em ilhas CpGs nos genes associados à pigmentação e nas regiões a 100 kb de cada um. Os SNPs presentes nessas regiões foram genotipados do projeto 1000 Genomes. Em seguida, assumindo que os indivíduos dos grupos populacionais europeu, leste asiático e africano exibem, de modo geral, cores de pele clara, intermediária e escura, respectivamente, foram feitas análises de associações entre os marcadores e tais grupos populacionais, encontrando 203 SNPs associados ao final das análises. Assim, o trabalho encontrou CpGs promissoras para a diferenciação entre tons de melanócitos e diferenciação celular, além de SNPs presentes em ilhas CpGs associados a diferentes populações, evidenciando a existência de relações entre a metilação do DNA, polimorfismos genéticos e a determinação da pigmentação humana.

The origin of human pigmentation is determined by melanogenesis, a process that occurs within melanocytes. A better understanding of this mechanism can contribute both in healthcare, particularly in the study of skin diseases, and forensics, regarding the improvement of the DNA phenotyping process. The aim of DNA phenotyping is to use single nucleotide polymorphisms (SNPs) present in crime scene samples to infer the appearance of a possible suspect and thus assist in criminal investigations. There are predictive tools already developed for this purpose, such as HIrisPlex-S, which uses 41 markers to simultaneously predict the skin, hair and eyes color of individuals who originated the biological sample. However, models that present reliable accuracy rates are still needed, especially with regard to intermediate phenotypes and admixed populations, such as the Brazilian one. With the aim of better understanding the origin of pigmentation and the mechanisms involved, this project evaluated the relationship between pigmentation, genetic polymorphisms and DNA methylation. DNA methylation is one of the main epigenetic factors, and consists in the addition of a methyl group to cytosines followed by guanines (CpGs). This process does not alter the genetic code, but it has a strong influence on gene expression. Therefore, the main hypothesis of the present study is that DNA methylation may influence on the determination of pigmentation phenotypes. To achieve the goals, data obtained from a freely accessible database (Gene Expression Omnibus - GEO) were studied. The set used consists of methylation data from light, intermediate and dark melanocytes, fibroblast, keratinocyte and blood leukocyte samples, obtained by Illumina's Infinium Human Methylation 450K BeadChip assay. The data were analyzed in the R environment, using the ChAMP package. The melanocyte samples were compared with each other, obtaining relationships between beta methylation values in 21 genes associated with pigmentation and the different shades of melanocytes. Several CpGs with significant differences were found between light, intermediate and dark melanocytes, such as in the ASIP, MC1R, SLC45A2 and DEF8 genes, which point to hypermethylation in dark melanocytes when compared with light melanocytes. Analyzes were also carried out comparing melanocytes with other cell types (fibroblasts, keratinocytes and leukocytes). Melanocytes showed hypomethylation in relation to many cell types in the MC1R, MITF, IRF4, SLC24A5, SLC45A2, TYR and TYRP1 genes. Another approach used here was to study the genetic polymorphisms present in CpG islands in and around pigmentation genes. The SNPs present in these regions were genotyped from the 1000 Genomes project dataset. Then, assuming that individuals from the European, East Asian and African population groups generally exhibit light, intermediate and dark skin color, respectively, analyzes of associations between the markers and such population groups were carried out, finding 203 associated SNPs. Thus, this work revealed promising CpGs for the differentiation between melanocyte tones and cellular differentiation, in addition to SNPs present in CpG islands that are associated with different populations, highlighting the existence of relationships between DNA methylation, genetic polymorphisms, and the determination of human pigmentation.