Ein Überblick über die Karyotypisierung

Ein Karyotyp ist im wahrsten Sinne des Wortes ein Foto der Chromosomen, die in einer Zelle vorhanden sind. Ein Gesundheitsdienstleister kann während der Schwangerschaft einen Karyotyp anordnen, um häufige angeborene Defekte festzustellen.Manchmal wird es auch verwendet, um die Diagnose einer Leukämie zu bestätigen.Seltener wird ein Karyotyp verwendet, um Eltern vor der Empfängnis darauf zu untersuchen, ob bei ihnen das Risiko besteht, eine genetische Störung auf ihr Baby zu übertragen. Abhängig vom Ziel des Tests kann das Verfahren eine Blutuntersuchung, eine Knochenmarkpunktion oder übliche vorgeburtliche Verfahren wie Amniozentese oder Chorionzottenbiopsie umfassen.

Genetische Grundlagen

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

Alle Menschen haben typischerweise 46 Chromosomen, von denen wir 23 von unseren Müttern bzw. Vätern erben. Die ersten 22 Paare werden Autosomen genannt und bestimmen unsere einzigartigen biologischen und physiologischen Merkmale. 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 beeinträchtigen. In einigen Fällen besteht für uns ein erhöhtes Risiko für eine Krankheit oder einen körperlichen oder geistigen Defekt. Ein Karyotyp ermöglicht es Gesundheitsdienstleistern, diese Fehler zu erkennen.

Chromosomendefekte treten auf, wenn sich eine Zelle während der fetalen Entwicklung teilt. Jede Teilung der Fortpflanzungsorgane wird Meiose genannt. Jede Teilung außerhalb der Fortpflanzungsorgane 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 bei numerischen Anomalien entweder zu wenige oder zu viele Chromosomen vorliegen, können strukturelle Anomalien ein breites Spektrum an Chromosomenfehlern umfassen, darunter:

• Löschungen, bei dem ein Teil eines Chromosoms fehlt
• Translokationen, bei dem ein Chromosom nicht dort ist, wo es sein sollte
• Umkehrungen, bei dem sich ein Teil eines Chromosoms in die entgegengesetzte Richtung dreht
• Duplikate, bei dem ein Teil eines Chromosoms versehentlich kopiert wird

Numerische Anomalien

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

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

• Down-Syndrom (Trisomie 21), bei dem ein zusätzliches Chromosom 21 markante Gesichtszüge und geistige Behinderungen verursacht.
• Edward-Syndrom (Trisomie 18), bei der 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, einem erhöhten Risiko für Unfruchtbarkeit und einem erhöhten Risiko für Herzprobleme führt.
• Klinefelter-Syndrom (XXY-Syndrom), bei der ein zusätzliches X-Chromosom bei Jungen zu Unfruchtbarkeit, Lernschwierigkeiten und unterentwickelten Genitalien führen kann.

Strukturelle Anomalien

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

• Charcot-Marie-Tooth-Krankheit, verursacht durch eine Verdoppelung des Chromosoms 17, die zu verminderter Muskelgröße, Muskelschwäche sowie motorischen und Gleichgewichtsschwierigkeiten führt.
• Inversion von Chromosom 9, verbunden mit geistiger Behinderung, Gesichts- und Schädelfehlbildungen, Unfruchtbarkeit und wiederholtem Schwangerschaftsverlust.
• Cri-du-Chat-Syndrom, bei dem die Deletion von Chromosom 5 zu einer verzögerten Entwicklung, einer kleinen Kopfgröße, Lernstörungen und ausgeprägten Gesichtszügen führt.
• Philadelphia-Chromosom, verursacht durch die gegenseitige Translokation der Chromosomen 9 und 22, was zu einem hohen Risiko einer chronischen myeloischen Leukämie führt.
• Williams-Syndrom, bei dem die Translokation von Chromosom 7 zu geistiger Behinderung, Herzproblemen, markanten Gesichtszügen und aufgeschlossenen, engagierten Persönlichkeiten führt.

Die Ausprägung struktureller Chromosomenanomalien ist vielfältig. Beispielsweise werden etwa 3 % der Down-Syndrom-Fälle durch eine Translokation auf Chromosom 21 verursacht.Allerdings führen nicht alle Chromosomenanomalien zu einer Krankheit. Einige könnten tatsächlich von Vorteil sein.

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

Hinweise

Während der Schwangerschaft kann ein Karyotyptest durchgeführt werden, um genetische Erkrankungen beim Fötus zu erkennen.Karyotypen werden manchmal zum Vorurteilsscreening unter bestimmten Bedingungen verwendet, nämlich:

• Für Paare mit einer gemeinsamen Vorgeschichte einer genetischen Erkrankung
• Wenn ein Partner eine genetische Erkrankung hat
• Wenn bekannt ist, dass ein Partner eine autosomal rezessive Mutation hat (eine Mutation, die nur dann eine Krankheit verursachen kann, wenn beide Partner dieselbe Mutation beisteuern)

Die Karyotypisierung wird nicht zum routinemäßigen Vorurteilsscreening eingesetzt, sondern eher bei Paaren, deren Risiko als hoch eingeschätzt wird. Beispiele hierfür sind jüdische Ashkanzi-Paare, bei denen ein hohes Risiko für die Tay-Sachs-Krankheit besteht, oder afroamerikanische Paare, bei denen in der Familie Sichelzellenanämie vorkommt.

Paare, die entweder nicht schwanger werden können oder immer wieder Fehlgeburten erleiden, können sich auch einer elterlichen Karyotypisierung unterziehen, wenn alle anderen Ursachen untersucht und ausgeschlossen wurden.

Schließlich kann ein Karyotyp zur Bestätigung einer chronischen 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, in der klinischen Praxis werden Proben jedoch auf vier Arten gewonnen:

• Amniozentesewird verwendet, um eine Probe von einem Fötus zu entnehmen. Dabei wird eine Nadel in den Bauch eingeführt, um eine kleine Menge Fruchtwasser aus der Gebärmutter zu entnehmen. Sie wird unter Ultraschallkontrolle durchgeführt, um eine Schädigung des Fötus zu vermeiden. Der Eingriff wird zwischen der 15. und 20. Schwangerschaftswoche durchgeführt. Obwohl sie relativ sicher ist, ist die Amniozentese mit einem sehr geringen Risiko einer Fehlgeburt verbunden (etwa 1 von 900).
• Chorionzottenbiopsie (CVS)wird auch verwendet, um eine Probe von einem Fötus zu entnehmen. Bei diesem Test wird mit einer Bauch- oder Vaginalnadel eine Zellprobe aus Plazentagewebe entnommen. CVS wird typischerweise zwischen der 10. und 13. Schwangerschaftswoche durchgeführt. Das Risiko einer Fehlgeburt ist etwas höher als bei der Amniozentese.
• Aderlassist die medizinische Bezeichnung für eine Blutabnahme. Mit diesem Test wird eine Probe von einem Kind oder Erwachsenen entnommen. Die Blutprobe wird normalerweise aus einer Armvene entnommen, die dann Ammoniakchlorid ausgesetzt wird, um Leukozyten (weiße Blutkörperchen) für die Karyotypisierung zu isolieren. Schmerzen, Schwellungen und Infektionen an der Injektionsstelle sind möglich.
• Knochenmarkpunktionkann zur Unterstützung der Diagnose chronischer myeloischer Leukämie bei Kindern oder Erwachsenen verwendet werden. Die Operation erfolgt in der Regel durch das Einstechen einer Nadel in die Mitte des Hüftknochens und erfolgt unter örtlicher Betäubung in der Praxis eines Gesundheitsdienstleisters. Zu den möglichen Nebenwirkungen zählen Schmerzen, Blutungen und Infektionen.

Beispielbewertung

Nachdem die Probe entnommen wurde, wird sie in einem Labor von einem Spezialisten namens Zytogenetiker analysiert. Der Prozess beginnt mit der Züchtung der gesammelten Zellen in einem mit Nährstoffen angereicherten Medium. Dies hilft dabei, das Stadium der Mitose zu bestimmen, in dem die Chromosomen am deutlichsten unterscheidbar sind.

Anschließend werden die Zellen auf einen Objektträger gelegt, mit einem Fluoreszenzfarbstoff angefärbt und unter die Linse eines Elektronenmikroskops positioniert. Der Zytogenetiker macht dann Mikrofotografien der Chromosomen und ordnet die Bilder wie ein Puzzle neu an, um die 22 autosomalen Chromosomenpaare und zwei Geschlechtschromosomenpaare korrekt 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 Bandmuster auf den Chromosomen nicht übereinstimmen oder fehlen, oder weil die Länge eines chromosomalen „Arms“ länger oder kürzer als die eines anderen ist.

Ergebnisse

Jede Anomalie wird in einem Karyotypbericht nach dem betroffenen Chromosom und den Merkmalen der Anomalie aufgeführt. Diese Ergebnisse werden von „möglichen“, „wahrscheinlichen“ oder „endgültigen“ Interpretationen begleitet. Einige Erkrankungen können eindeutig anhand eines Karyotyps diagnostiziert werden. andere können das nicht.

Die Ergebnisse eines vorgeburtlichen Karyotyps dauern zwischen 10 und 14 Tagen. Andere sind normalerweise innerhalb von drei bis sieben Tagen fertig. Während Ihr Arzt die Ergebnisse normalerweise 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 besonders wichtig, wenn eine angeborene Störung festgestellt wird oder ein Präkonzeptionsscreening ein erhöhtes Risiko für eine Erbkrankheit bei der Geburt eines Kindes ergibt.