Ein Überblick über die Karyotypisierung

Ein Karyotyp ist im wahrsten Sinne des Wortes ein Foto der Chromosomen, die in einer Zelle vorhanden sind. Ein Arzt kann während der Schwangerschaft einen Karyotyp anordnen, um auf häufige angeborene Defekte zu untersuchen.1 Er wird manchmal auch verwendet, um eine Leukämie-Diagnose zu bestätigen.2 Seltener wird ein Karyotyp verwendet, um Eltern vor der Empfängnis zu untersuchen, wenn bei ihnen das Risiko besteht, a . zu sterben genetische Störung ihres Babys. Je nach Ziel des Tests kann das Verfahren einen Bluttest, eine Knochenmarkaspiration oder ähnliches umfassen

Genetische Grundlagen

Chromosomen sind die fadenförmigen Strukturen im Zellkern, die wir von unseren Eltern erben und die unsere Erbinformation in Form von Genen tragen. Gene steuern die Synthese von Proteinen in unserem Körper, die bestimmt, wie wir aussehen und funktionieren.

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

Jeder Fehler bei der genetischen Kodierung kann die Entwicklung und die Funktionsweise unseres Körpers beeinträchtigen. In einigen Fällen kann es uns einem erhöhten Risiko für eine Krankheit oder einen körperlichen oder geistigen Defekt aussetzen. Ein Karyotyp ermöglicht es Ärzten, diese Fehler zu erkennen.3

Chromosomale Defekte treten auf, wenn sich eine Zelle während der fetalen Entwicklung teilt. Jede Teilung der Fortpflanzungsorgane wird als Meiose bezeichnet. Jede Teilung, die außerhalb der Fortpflanzungsorgane auftritt, wird Mitose genannt.

Was ein Karyotyp zeigen kann

Ein Karyotyp charakterisiert Chromosomen anhand ihrer Größe, Form und Anzahl, um sowohl numerische als auch strukturelle Defekte zu identifizieren. Während numerische Anomalien solche sind, bei denen Sie entweder zu wenige oder zu viele Chromosomen haben, können strukturelle Anomalien eine Vielzahl von Chromosomenfehlern umfassen, einschließlich:3:

• 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 gedreht wird

• Duplikationen, bei denen ein Teil eines Chromosoms versehentlich kopiert wird

Numerische Anomalien

Manche Menschen werden mit einem zusätzlichen oder fehlenden Chromosom geboren. Wenn es mehr als zwei Chromosomen gibt, wo nur zwei sein sollten, spricht man von einer Trisomie. Wenn ein Chromosom fehlt oder beschädigt ist, handelt es sich um eine Monosomie.3

Zu den numerischen Anomalien, die ein Karyotyp erkennen kann, gehören:

• Down-Syndrom (Trisomie 21), bei dem ein zusätzliches Chromosom 21 charakteristische Gesichtszüge und geistige Behinderungen verursacht.

• Edward-Syndrom (Trisomie 18), bei dem das zusätzliche 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 Jahr erhöht.

• Turner-Syndrom (Monosomie X), bei dem ein fehlendes oder beschädigtes X-Chromosom bei Mädchen zu einer geringeren Körpergröße, einer geistigen Behinderung und einem erhöhten Risiko für Herzprobleme führt.

• Klinefelter-Syndrom (XXY-Syndrom), bei dem ein zusätzliches X-Chromosom bei Jungen zu Unfruchtbarkeit, Lernbehinderungen und unterentwickelten Genitalien führen kann.

Strukturelle Anomalien

Strukturelle Anomalien sind nicht so häufig zu sehen

• Charcot-Marie-Tooth-Krankheit, die durch eine Verdoppelung des Chromosoms 17 verursacht wird und zu verringerter Muskelgröße, Muskelschwäche sowie Motorik und Gleichgewicht führt

• Chromosom-9-Inversion, verbunden mit geistiger Behinderung, Gesichts- und Schädelfehlbildung, Unfruchtbarkeit und wiederholtem Schwangerschaftsverlust.

• Cri-du-Chat-Syndrom, bei dem die Deletion von Chromosom 5 eine verzögerte Entwicklung, eine geringe Kopfgröße, Lernbehinderungen und charakteristische Gesichtszüge verursacht.

• Philadelphia-Chromosom, verursacht durch die reziproke Translokation der Chromosomen 9 und 22, was zu einem hohen Risiko für chronische myeloische Leukämie führt.

• Williams-Syndrom, bei dem die Translokation von Chromosom 7 zu geistiger Behinderung, Herzproblemen, markanten Gesichtszügen und aufgeschlossenen, einnehmenden Persönlichkeiten führt.

Die Ausprägung struktureller Chromosomenanomalien ist enorm. Zum Beispiel werden etwa 3% der Down-Syndrom-Fälle durch eine Translokation auf Chromosom 21,4 verursacht. Allerdings führen nicht alle Chromosomenanomalien zu einer Krankheit. Einige können sogar von Vorteil sein.

Ein solches Beispiel ist die Sichelzellenanämie (SCD), die durch einen Defekt auf Chromosom 11 verursacht wird. Während die Vererbung von zwei dieser Chromosomen zu SCD führt, kann Sie nur eines vor Malaria schützen. Es wird angenommen, dass andere Defekte Schutz gegen HIV bieten und die Produktion von breit neutralisierenden HIV-Antikörpern (BnAbs) bei einer seltenen Untergruppe von infizierten Personen stimulieren.

Indikationen

Wenn sie für das pränatale Screening verwendet werden, werden Karyotypen typischerweise während des ersten Trimesters und erneut im zweiten Trimester durchgeführt. Die Standard-Panel-Tests für 19 verschiedene angeborene Erkrankungen, einschließlich Down-Syndrom und Mukoviszidose.1

Karyotypen werden manchmal unter bestimmten Bedingungen für das Screening vor der Empfängnis verwendet, nämlich:

• Für Paare mit einer gemeinsamen Vorfahrengeschichte einer genetischen Krankheit

• Wenn ein Partner eine genetische Krankheit hat

• Wenn bei einem Partner bekannt ist, dass er eine autosomal-rezessive Mutation hat (eine, die nur dann eine Krankheit verursachen kann, wenn beide Partner das gleiche beitragen contribute

Die Karyotypisierung wird nicht zum routinemäßigen Screening vor der Empfängnis verwendet, sondern eher bei Paaren, deren Risiko als hoch eingeschätzt wird. Beispiele sind ashkanzi-jüdische Paare, die ein hohes Risiko für die Tay-Sachs-Krankheit haben, oder afroamerikanische Paare mit einer Familienanamnese mit Sichelzellenanämie.

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

Schließlich kann ein Karyotyp verwendet werden, um chronische myeloische Leukämie in Verbindung mit anderen Tests zu bestätigen. (Das Vorhandensein des Philadelphia-Chromosoms allein kann die Krebsdiagnose nicht bestätigen.)5

Wie sie ausgeführt werden

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

• Amniozentese beinhaltet das Einführen einer Nadel in den Bauch, um eine kleine Menge Fruchtwasser aus der Gebärmutter zu gewinnen; es wird unter der Leitung eines Ultraschalls durchgeführt, um eine Schädigung des Fötus zu vermeiden. Das Verfahren wird zwischen der 15. und 20. Schwangerschaftswoche durchgeführt. Obwohl relativ sicher, ist die Amniozentese mit einem Risiko von 1 zu 200 für eine Fehlgeburt verbunden.

• Bei der Chorionzottenbiopsie (CVS) wird auch eine Bauchnadel verwendet, um eine Probe von Zellen aus dem Plazentagewebe zu entnehmen. In der Regel zwischen der 10. und 13. Schwangerschaftswoche durchgeführt, birgt CVS ein Risiko einer Fehlgeburt von 1 zu 100.

• Phlebotomie ist der medizinische Begriff für eine Blutentnahme. Die Blutprobe wird normalerweise aus einer Vene in Ihrem Arm entnommen, die dann Ammoniakchlorid ausgesetzt wird, um Leukozyten (weiße Blutkörperchen) für die Karyotypisierung zu isolieren. Schmerzen an der Injektionsstelle, Schwellungen und Infektionen sind möglich.

• Die Knochenmarkpunktion kann zur Unterstützung der Diagnose einer chronischen myeloischen Leukämie verwendet werden. Es wird typischerweise durch Einstechen einer Nadel in die Mitte des Hüftknochens durchgeführt und wird unter örtlicher Betäubung in einer Arztpraxis durchgeführt. Schmerzen, Blutungen und Infektionen gehören zu den möglichen Nebenwirkungen.

Probenauswertung

Nachdem die Probe entnommen wurde, wird sie in einem Labor von einem Spezialisten namens Zytogenetiker analysiert. Der Prozess beginnt mit dem Züchten der gesammelten Zellen in einem mit Nährstoffen angereicherten Medium. Dies hilft dabei, 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 gefärbt und unter die Linse eines Elektronenmikroskops gebracht. Der Zytogenetiker macht dann Mikrofotografien der Chromosomen und ordnet die Bilder wie ein Puzzle neu an, um die 22 Paare autosomaler Chromosomen und zwei Paare der Geschlechtschromosomen richtig zuzuordnen.

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

Ergebnisse

Jede Anomalie wird in einem Karyotyp-Bericht nach dem betroffenen Chromosom und den Merkmalen der Anomalie aufgelistet. Diese Ergebnisse werden von „möglichen“, „wahrscheinlichen“ oder „definitiven“ Interpretationen begleitet. Einige Erkrankungen können definitiv mit einem Karyotyp diagnostiziert werden; andere können das nicht.

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 normalerweise mit Ihnen bespricht, kann ein genetischer Berater zur Stelle sein, um Ihnen zu helfen, besser zu verstehen, was die Ergebnisse bedeuten und was nicht. Dies ist besonders wichtig, wenn eine angeborene Erkrankung festgestellt wird oder ein Schwangerschaftsscreening ein erhöhtes Risiko für eine Erbkrankheit ergibt, wenn Sie ein Baby haben.