Ein Überblick über die Karyotypisierung

Ein Karyotyp ist im wahrsten Sinne des Wortes eine Fotografie der Chromosomen, die in einer Zelle existieren. Ein Arzt kann während der Schwangerschaft einen Karyotyp bestellen, um nach häufigen angeborenen Defekten zu suchen. Es wird auch manchmal zur Bestätigung einer Leukämiediagnose verwendet. Seltener wird ein Karyotyp verwendet, um Eltern vor der Empfängnis zu untersuchen, wenn das Risiko besteht, dass sie eine genetische Störung auf ihr Baby übertragen. Abhängig vom Ziel des Tests kann das Verfahren eine Blutuntersuchung, eine Knochenmarkaspiration oder solche 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. Gene steuern die Synthese von Proteinen in unserem Körper, die bestimmen, wie wir aussehen und funktionieren.
Typischerweise haben alle Menschen 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 in der genetischen Kodierung kann sich auf die Entwicklung und die Funktionsweise unseres Körpers auswirken. In einigen Fällen besteht ein erhöhtes Risiko für eine Krankheit oder einen physischen oder intellektuellen Defekt. Ein Karyotyp ermöglicht es Ärzten, diese Fehler zu erkennen.
Chromosomendefekte treten auf, wenn sich eine Zelle während der Entwicklung des Fötus teilt. Jede in den Fortpflanzungsorganen auftretende Teilung 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 es sich bei numerischen Anomalien um solche handelt, bei denen entweder zu wenige oder zu viele Chromosomen vorliegen, können strukturelle Anomalien eine Vielzahl von Chromosomenfehlern umfassen, darunter:

Streichungen, in dem ein Teil eines Chromosoms fehlt
Translokationen, in denen ein Chromosom nicht ist, wo es sein sollte
Inversionen, in dem ein Teil eines Chromosoms in die entgegengesetzte Richtung kippte
Vervielfältigungen, in welchem Teil eines Chromosoms versehentlich kopiert wird

Numerische Abnormalitäten

Einige Menschen werden mit einem zusätzlichen oder fehlenden Chromosom geboren. Wenn es mehr als zwei Chromosomen gibt, von denen es nur zwei geben sollte, spricht man von einer Trisomie. Wenn ein Chromosom fehlt oder beschädigt ist, handelt es sich um eine Monosomie.
Zu den numerischen Abnormalitäten, die ein Karyotyp erkennen kann, gehören:

Down-Syndrom (Trisomie 21), bei dem ein zusätzliches Chromosom 21 charakteristische Gesichtszüge und geistige Behinderungen hervorruft
Edward-Syndrom (Trisomie 18), Das zusätzliche Chromosom 18 bedeutet ein hohes Sterberisiko vor dem ersten Geburtstag
Patau-Syndrom (Trisomie 13), Ein zusätzliches Chromosom 18 erhöht die Wahrscheinlichkeit von Herzproblemen, geistiger Behinderung und Tod vor dem ersten Jahr
Turner-Syndrom (Monosomie X), bei denen 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 Jungen kann ein zusätzliches X-Chromosom Unfruchtbarkeit, Lernschwierigkeiten und unterentwickelte Genitalien verursachen

Strukturelle Abnormalitäten

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

Charcot-Marie-Tooth-Krankheit, verursacht durch eine Duplikation von Chromosom 17, die zu einer verringerten Muskelgröße, Muskelschwäche sowie motorischen und Gleichgewichtsstörungen führt
Chromosom 9 Inversion, assoziiert mit geistiger Behinderung, Gesichts- und Schädelmissbildung, Unfruchtbarkeit und wiederkehrendem Schwangerschaftsverlust
Cri-du-Chat-Syndrom, bei denen die Deletion von Chromosom 5 eine verzögerte Entwicklung, eine geringe Kopfgröße, Lernstörungen und charakteristische Gesichtsmerkmale verursacht
Philadelphia-Chromosom, verursacht durch die wechselseitige Translokation der Chromosomen 9 und 22, was zu einem hohen Risiko für chronische myeloische Leukämie führt
Williams-Syndrom, Die Translokation von Chromosom 7 verursacht geistige Behinderung, Herzprobleme, charakteristische Gesichtszüge und kontaktfreudige, engagierte Persönlichkeiten

Die Expression von strukturellen Chromosomenanomalien ist enorm. Zum Beispiel werden 2 bis 3 Prozent aller Fälle des Down-Syndroms durch eine Translokation auf Chromosom 21 verursacht. Es sind jedoch nicht alle Chromosomenanomalien krankheitsbedingt. Einige können sogar von Vorteil sein.
Ein solches Beispiel ist die Sichelzellenkrankheit (SCD), die durch einen Defekt auf Chromosom 11 verursacht wird. Während die Vererbung von zwei dieser Chromosomen zu einer SCD führt, kann Sie nur eine 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 Personen stimulieren.

Indikationen

Bei der Verwendung für ein vorgeburtliches Screening werden Karyotypen typischerweise während des ersten Trimesters und erneut im zweiten Trimester durchgeführt. Das Standardpanel testet auf 19 verschiedene angeborene Krankheiten, einschließlich Down-Syndrom und Mukoviszidose.
Karyotypen werden manchmal für das Vorsorge-Screening unter bestimmten Bedingungen verwendet, nämlich:

Für Paare mit einer gemeinsamen Vorgeschichte genetisch bedingter Krankheiten
Wenn ein Partner eine Erbkrankheit hat
Wenn bekannt ist, dass ein Partner eine autosomal rezessive Mutation aufweist (eine, die nur dann eine Krankheit auslösen kann, wenn beide Partner dieselbe Mutation aufweisen)

Karyotyping wird nicht für routinemäßige Vorsorgeuntersuchungen verwendet, sondern für Paare, deren Risiko als hoch eingestuft wird. Beispiele hierfür sind aschkanzische jüdische Paare mit hohem Tay-Sachs-Risiko oder afroamerikanische Paare mit Sichelzellenerkrankungen in der Familienanamnese.
Paare, die nicht in der Lage sind, eine wiederholte Fehlgeburt zu bekommen oder zu erleben, können sich ebenfalls einer elterlichen Karyotypisierung unterziehen, wenn alle anderen Ursachen untersucht und ausgeschlossen wurden.
Schließlich kann ein Karyotyp verwendet werden, um eine chronische myeloische Leukämie in Verbindung mit anderen Tests zu bestätigen. (Das Vorhandensein des Philadelphia-Chromosoms allein kann die Krebsdiagnose nicht bestätigen.)

Wie sie ausgeführt werden

Ein Karyotyp kann theoretisch an jeder Körperflüssigkeit oder an jedem Gewebe durchgeführt werden. In der klinischen Praxis werden Proben jedoch auf vier Arten entnommen:

Amniozentese beinhaltet das Einführen einer Nadel in den Bauch, um eine kleine Menge Fruchtwasser aus der Gebärmutter zu erhalten; es wird unter der Führung eines Ultraschalls durchgeführt, um eine Schädigung des Fötus zu vermeiden. Der Eingriff wird zwischen der 15. und 20. Schwangerschaftswoche durchgeführt. Amniozentese ist zwar relativ sicher, aber mit einem Risiko einer Fehlgeburt von 1: 200 verbunden.
Chorionzottenprobenahme (CVS) verwendet auch eine Abdominalnadel, um eine Probe von Zellen aus Plazentageweben zu extrahieren. CVS wird in der Regel zwischen der 10. und 13. Schwangerschaftswoche durchgeführt und birgt ein 100-prozentiges Risiko für Fehlgeburten.
Aderlass ist die medizinische Bezeichnung für eine Blutabnahme. 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.
Knochenmark Aspiration kann verwendet werden, um die Diagnose einer chronischen myeloischen Leukämie zu unterstützen. Es wird typischerweise durch Einführen 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.

Probenbewertung

Nachdem die Probe entnommen wurde, wird sie in einem Labor von einem als Zytogenetiker bekannten Spezialisten analysiert. Der Prozess beginnt mit dem Züchten der gesammelten Zellen in einem mit Nährstoffen angereicherten Medium. Auf diese Weise können Sie das Stadium der Mitose bestimmen, in dem sich die Chromosomen am besten unterscheiden lassen.
Die Zellen werden dann auf einen Objektträger gelegt, mit einem fluoreszierenden Farbstoff angefärbt und unter der Linse eines Elektronenmikroskops positioniert. Der Zytogenetiker macht dann Mikrophotographien der Chromosomen und ordnet die Bilder wie ein Puzzle neu an, um die 22 Paare autosomaler Chromosomen und zwei Paare Geschlechtschromosomen korrekt zuzuordnen.
Sobald die Bilder korrekt 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 die eines anderen ist.

Ergebnisse

Jede Anomalie wird in einem Karyotypbericht nach dem beteiligten Chromosom und den Merkmalen der Anomalie aufgelistet. Diese Ergebnisse werden von "möglichen", "wahrscheinlichen" oder "endgültigen" Interpretationen begleitet. Einige Zustände können definitiv mit einem Karyotyp diagnostiziert werden; andere können nicht.
Die Ergebnisse eines vorgeburtlichen Karyotyps dauern zwischen 10 und 14 Tagen. Andere sind in der Regel innerhalb von drei bis sieben Tagen fertig. Während Ihr Arzt in der Regel die Ergebnisse mit Ihnen bespricht, ist möglicherweise ein genetischer Berater verfügbar, um Ihnen zu helfen, besser zu verstehen, was die Ergebnisse bedeuten und was nicht. Dies ist besonders wichtig, wenn eine angeborene Störung festgestellt wird oder das Vorsorge-Screening ein erhöhtes Risiko für eine vererbbare Krankheit aufzeigt, wenn Sie ein Kind haben.