Karotyoping: Was es aufdecken kann und wie es gemacht wird

Ein Karyotyp ist, ganz wörtlich, eine Fotografie der Chromosomen, die in einer Zelle existieren. Ein Arzt kann einen Karyotyp während der Schwangerschaft anordnen, um auf häufige angeborene Defekte zu untersuchen. Er wird manchmal auch zur Bestätigung einer Leukämiediagnose verwendet. Seltener wird ein Karyotyp verwendet, um Eltern vor der Empfängnis zu untersuchen, wenn das Risiko besteht, eine genetische Störung auf ihr Baby zu übertragen. Je nach dem Ziel der Untersuchung kann das Verfahren einen Bluttest, eine Knochenmarkentnahme oder die üblichen pränatalen Verfahren wie Amniozentese oder Chorionzottenentnahme umfassen.

Grundlagen der Genetik

Chromosomen sind die fadenförmigen Strukturen im Zellkern, die wir von unseren Eltern erben und die unsere genetische Information in Form von Genen tragen. Die Gene steuern die Synthese von Proteinen in unserem Körper, die unser Aussehen und unsere Funktion bestimmen.

Alle Menschen haben typischerweise 46 Chromosomen, 23 davon erben wir von unseren Müttern bzw. Vätern. Die ersten 22 Paare werden als Autosomen bezeichnet, die unsere einzigartigen biologischen und physiologischen Merkmale bestimmen. Das 23. Paar besteht aus Geschlechtschromosomen (bekannt als X oder Y), die angeben, ob wir weiblich oder männlich sind.

Jeder Fehler in der genetischen Kodierung kann die Entwicklung und die Funktionsweise unseres Körpers beeinflussen. In einigen Fällen kann er uns einem erhöhten Risiko für eine Krankheit oder einen körperlichen oder intellektuellen Defekt aussetzen. Ein Karyotyp ermöglicht es Ärzten, diese Fehler zu erkennen.

Chromosomenfehler entstehen, wenn sich eine Zelle während der fetalen Entwicklung teilt. Jede Teilung, die in den Fortpflanzungsorganen stattfindet, wird Meiose genannt. Jede Teilung, die außerhalb der Fortpflanzungsorgane stattfindet, wird Mitose genannt.

Was eine Karyotypie zeigen kann

Ein Karyotyp charakterisiert Chromosomen auf der Grundlage ihrer Größe, Form und Anzahl, um sowohl numerische als auch strukturelle Defekte zu identifizieren. Während es sich bei numerischen Anomalien um solche handelt, bei denen Sie entweder zu wenige oder zu viele Chromosomen haben, können strukturelle Anomalien ein breites Spektrum von Chromosomenfehlern umfassen, darunter

• Deletionen, bei denen ein Teil eines Chromosoms fehlt
• Translokationen, bei denen ein Chromosom nicht dort ist, wo es sein sollte
• Inversionen, bei denen ein Teil eines Chromosoms in die entgegengesetzte Richtung gekippt ist
• Duplikationen, bei denen ein Teil eines Chromosoms versehentlich kopiert wird

Numerische Anomalien

Manche Menschen werden entweder mit einem zusätzlichen oder fehlenden Chromosom geboren. Wenn mehr als zwei Chromosomen vorhanden sind, obwohl nur zwei vorhanden sein sollten, spricht man von einer Trisomie. Wenn es ein fehlendes oder beschädigtes Chromosom gibt, spricht man von einer Monosomie.

Einige der numerischen Anomalien, die ein Karyotyp erkennen kann, sind

• Down-Syndrom (Trisomie 21), bei dem ein zusätzliches Chromosom 21 ausgeprägte Gesichtszüge und geistige Behinderungen verursacht.
• Edward-Syndrom (Trisomie 18), bei dem ein zusätzliches Chromosom 18 zu einem hohen Sterberisiko vor dem ersten Geburtstag führt.
• Patau-Syndrom (Trisomie 13), bei dem ein zusätzliches Chromosom 18 die Wahrscheinlichkeit von Herzproblemen, geistiger Behinderung und Tod vor dem ersten Lebensjahr erhöht.
• Turner-Syndrom (Monosomie X), bei dem ein fehlendes oder beschädigtes X-Chromosom bei Mädchen zu einer geringeren Körpergröße, geistiger Behinderung und einem erhöhten Risiko für Herzprobleme führt.
• Klinefelter-Syndrom (XXY-Syndrom), bei dem ein zusätzliches X-Chromosom bei Jungen Unfruchtbarkeit, Lernschwierigkeiten und unterentwickelte Genitalien verursachen kann.

Strukturelle Anomalien

Strukturelle Anomalien werden nicht so häufig gesehen oder identifiziert wie Trisomien oder Monosomien, aber sie können genauso schwerwiegend sein. Beispiele hierfür sind;

• Charcot-Marie-Tooth-Krankheit, die durch eine Duplikation des Chromosoms 17 verursacht wird und zu verminderter Muskelgröße, Muskelschwäche sowie motorischen und Gleichgewichtsstörungen führt.
• Inversion von Chromosom 9, verbunden mit geistiger Behinderung, Gesichts- und Schädelmissbildung, Unfruchtbarkeit und rezidivierendem Schwangerschaftsverlust.
• Cri-du-Chat-Syndrom, bei dem die Deletion von Chromosom 5 eine verzögerte Entwicklung, geringe Kopfgröße, Lernschwierigkeiten und ausgeprägte Gesichtszüge verursacht.
• Philadelphia-Chromosom, das durch die reziproke Translokation der Chromosomen 9 und 22 verursacht wird, was zu einem hohen Risiko für chronisch-myeloische Leukämie führt.
• Williams-Syndrom, bei dem die Translokation von Chromosom 7 zu intellektueller Behinderung, Herzproblemen, charakteristischen Gesichtszügen und kontaktfreudigen, einnehmenden Persönlichkeiten führt.

Die Ausprägung struktureller Chromosomenanomalien ist enorm. Zum Beispiel werden etwa 3% der Fälle des Down-Syndroms durch eine Translokation auf Chromosom 21 verursacht. Allerdings sind nicht alle Chromosomenanomalien krankheitsverursachend. Einige können sogar vorteilhaft sein.

Ein solches Beispiel ist die Sichelzellkrankheit (SCD), die durch einen Defekt auf Chromosom 11 verursacht wird. Während die Vererbung von zwei dieser Chromosomen zu einer SCD führt, kann ein einziges Chromosom Sie vor Malaria schützen. Es wird angenommen, dass andere Defekte Schutz vor HIV bieten, indem sie die Produktion von weitgehend neutralisierenden HIV-Antikörpern (BnAbs) bei einer seltenen Untergruppe von Infizierten stimulieren.

Indikationen

Beim pränatalen Screening werden Karyotypen typischerweise im ersten Trimester und erneut im zweiten Trimester durchgeführt. Das Standardpanel testet auf 19 verschiedene angeborene Krankheiten, darunter das Down-Syndrom und die zystische Fibrose.

Karyotypen werden manchmal für das Präkonzeptionsscreening unter bestimmten Bedingungen verwendet, nämlich

• Für Paare mit einer gemeinsamen Vorgeschichte einer genetischen Krankheit
• Wenn ein Partner eine genetische Krankheit hat
• Wenn bei einem Partner eine autosomal rezessive Mutation bekannt ist (eine Mutation, die nur dann eine Krankheit verursachen kann, wenn beide Partner die gleiche Mutation beitragen)

Die Karyotypisierung wird nicht für das routinemäßige Präkonzeptionsscreening verwendet, sondern für Paare, deren Risiko als hoch eingeschätzt wird. Beispiele dafür sind Ashkanzi-jüdische Paare, die ein hohes Risiko für die Tay-Sachs-Krankheit haben, oder afroamerikanische Paare mit einer Familiengeschichte mit Sichelzellanämie.

Paare, die entweder nicht in der Lage sind, schwanger zu werden oder wiederkehrende Fehlgeburten erleiden, können sich ebenfalls einer elterlichen Karyotypisierung unterziehen, wenn alle anderen Ursachen erforscht und ausgeschlossen worden sind.

Schließlich kann ein Karyotyp zur Bestätigung einer chronisch-myeloischen Leukämie in Verbindung mit anderen Tests verwendet werden. (Das Vorhandensein des Philadelphia-Chromosoms allein kann die Krebsdiagnose nicht bestätigen).

Wie sie durchgeführt werden

Ein Karyotyp kann theoretisch an jeder Körperflüssigkeit oder jedem Körpergewebe durchgeführt werden, aber in der klinischen Praxis werden Proben auf vier Arten gewonnen:

• • Bei derAmniozentese wird eine Nadel in den Bauchraum eingeführt, um eine kleine Menge Fruchtwasser aus der Gebärmutter zu gewinnen; sie wird unter Ultraschallkontrolle durchgeführt, um eine Schädigung des Fötus zu vermeiden. Der Eingriff wird zwischen der 15. und 20. Schwangerschaftswoche durchgeführt. Obwohl relativ sicher, ist die Amniozentese mit einem Risiko einer Fehlgeburt von eins zu 200 verbunden.
  • Bei derChorionzottenbiopsie (CVS) wird ebenfalls mit einer Abdominalnadel eine Zellprobe aus Plazentagewebe entnommen. Typischerweise wird die CVS zwischen der 10. und 13. Schwangerschaftswoche durchgeführt und birgt ein Risiko von 1:100 für eine Fehlgeburt.
  • Phlebotomie ist der medizinische Begriff für eine Blutabnahme. Die Blutprobe wird in der Regel aus einer Armvene entnommen, die dann Ammoniakchlorid ausgesetzt wird, um Leukozyten (weiße Blutkörperchen) zur Karyotypisierung zu isolieren. An der Injektionsstelle sind Schmerzen, Schwellungen und Infektionen möglich.
  • Die Knochenmarkentnahme kann zur Unterstützung der Diagnose einer chronisch-myeloischen Leukämie eingesetzt werden. Sie wird in der Regel durch Einführen einer Nadel in die Mitte des Hüftknochens unter örtlicher Betäubung in einer Arztpraxis durchgeführt. Schmerzen, Blutungen und Infektionen gehören zu den möglichen Nebenwirkungen.

Bewertung der Probe

Nachdem die Probe entnommen wurde, wird sie in einem Labor von einem Spezialisten, einem so genannten Zytogenetiker, analysiert. Der Prozess beginnt damit, dass die gesammelten Zellen in einem mit Nährstoffen angereicherten Medium gezüchtet werden. Dies hilft, das Stadium der Mitose zu bestimmen, in dem die Chromosomen am besten unterscheidbar sind.

Die Zellen werden dann auf einen Objektträger gelegt, mit einem Fluoreszenzfarbstoff angefärbt und unter der Linse eines Elektronenmikroskops positioniert. Der Zytogenetiker nimmt dann Mikrofotografien der Chromosomen auf und ordnet die Bilder wie bei einem Puzzle neu an, um die 22 Paare autosomaler Chromosomen und zwei Paare von Geschlechtschromosomen richtig zuzuordnen.

Sobald die Bilder richtig positioniert sind, werden sie ausgewertet, um festzustellen, ob Chromosomen fehlen oder hinzugefügt wurden. Die Färbung kann auch dazu beitragen, strukturelle Anomalien aufzudecken, entweder weil die Bandenmuster auf den Chromosomen nicht übereinstimmen oder fehlen oder weil die Länge eines chromosomalen „Arms“ länger oder kürzer als ein anderer ist.

Ergebnisse

Jede Anomalie wird auf einem Karyotyp-Bericht nach dem betroffenen Chromosom und den Merkmalen der Anomalie aufgelistet. Diese Befunde werden von „möglichen“, „wahrscheinlichen“ oder „endgültigen“ Interpretationen begleitet. Bei einigen Erkrankungen kann ein Karyotyp definitiv diagnostiziert werden, bei anderen nicht.

Die Ergebnisse eines pränatalen Karyotyps dauern zwischen 10 und 14 Tagen. Andere sind in der Regel innerhalb von drei bis sieben Tagen fertig. Während Ihr Arzt die Ergebnisse in der Regel mit Ihnen bespricht, steht Ihnen möglicherweise ein genetischer Berater zur Seite, der Ihnen hilft, besser zu verstehen, was die Ergebnisse bedeuten und was nicht. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn eine angeborene Erkrankung festgestellt wird oder wenn ein Präkonzeptionsscreening ein erhöhtes Risiko für eine Erbkrankheit ergibt, wenn Sie ein Kind bekommen.

Artikel-Quellen (einige auf Englisch)

1. Amerikanisches College für Geburtshelfer und Gynäkologen. Pränatale genetische Diagnosetests. Aktualisiert Januar 2019.
2. Leukämie- & Lymphom-Gesellschaft. Blut- und Knochenmarkstests.
3. Nationales Forschungsinstitut für das menschliche Genom. Datenblatt Chromosomenanomalien.
4. Zentren für Krankheitsbekämpfung und Prävention. Fakten über das Down-Syndrom. Aktualisiert am 5. Dezember 2019.
5. Thompson PA, Kantarjian HM, Cortes JE. Diagnose und Behandlung der chronischen myeloischen Leukämie im Jahr 2015. Mayo Clin Proc. 2015;90(10):1440-1454. doi:10.1016/j.mayocp.2015.08.010