Karyotypisierung
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LoslegenSynonym: Karyotypanalyse
Englisch: karyotyping, karyotype analysis
Definition
Die Karyotypisierung ist ein zytogenetisches Untersuchungsverfahren zur Darstellung und Analyse des Karyotyps – also der Gesamtheit der Chromosomen einer Zelle nach Anzahl, Größe und Struktur. Sie dient dem Nachweis numerischer und struktureller Chromosomenaberrationen.
Hintergrund
Chromosomen lassen sich lichtmikroskopisch am besten in der Metaphase der Mitose beurteilen, da sie in dieser Phase maximal kondensiert und einzeln abgrenzbar sind. Die angefärbten Metaphasechromosomen werden nach einem standardisierten Schema (Denver-Konvention) zum Karyogramm angeordnet und nach der internationalen Nomenklatur ISCN (International System for Human Cytogenomic Nomenclature) beschrieben.[1]
Einteilung
Man unterscheidet die konstitutionelle Karyotypisierung (Nachweis angeborener Aberrationen, z.B. aus Blut oder Fruchtwasser) von der erworbenen bzw. Tumor-Karyotypisierung (z.B. aus Knochenmark bei hämatologischen Neoplasien). Ergänzend oder alternativ kommen molekularzytogenetische Verfahren zum Einsatz, darunter die Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH), die spektrale Karyotypisierung (SKY) sowie die molekulare Karyotypisierung mittels Array-CGH bzw. chromosomaler Microarray-Analyse (CMA).
Durchführung
Probengewinnung
Voraussetzung ist die Gewinnung teilungsfähiger, kultivierbarer Zellen. Typische Materialien sind:
- periphere Lymphozyten aus Vollblut (Stimulation der Zellteilung mit Phytohämagglutinin)
- Knochenmark (v.a. in der Hämatologie und Onkologie)
- fetale Zellen aus Fruchtwasser (Amniozentese) oder Chorionzotten (Chorionzottenbiopsie) in der Pränataldiagnostik
- Fibroblasten oder Tumorgewebe
Zellkultur und Chromosomenpräparation
Die Zellen werden über mehrere Tage kultiviert. Anschließend wird die Zellteilung mit einem Spindelgift (Colchicin bzw. Colcemid) in der Metaphase arretiert. Durch Zugabe einer hypotonen Lösung schwellen die Zellen an, sodass sich die Chromosomen spreizen. Nach Fixierung werden die Zellen auf einen Objektträger aufgetropft.[1]
Bänderung und Auswertung
Zur Unterscheidung der einzelnen Chromosomen werden Bänderungstechniken eingesetzt, die ein für jedes Chromosom charakteristisches Bandenmuster erzeugen. Am gebräuchlichsten ist die G-Bänderung (Giemsa). Weitere Verfahren sind die Q-Bänderung (Quinacrin, Fluoreszenz), die R-Bänderung (revers) und die C-Bänderung (Heterochromatin der Zentromere).[2] Die gefärbten Metaphasen werden mikroskopisch analysiert. Üblicherweise werden mehrere Metaphasen ausgezählt und einige davon vollständig karyotypisiert.
Befund und Nomenklatur
Der normale menschliche Karyotyp wird als 46,XX (weiblich) bzw. 46,XY (männlich) angegeben. Abweichungen werden nach ISCN beschrieben, z.B.:
| Karyotyp | Bedeutung |
|---|---|
| 47,XX,+21 | freie Trisomie 21 (Down-Syndrom) |
| 45,X | Ullrich-Turner-Syndrom |
| 47,XXY | Klinefelter-Syndrom |
| t(9;22)(q34;q11) | Philadelphia-Chromosom (u.a. bei CML) |
Indikationen
Die Karyotypisierung wird bei einem breiten Spektrum klinischer Fragestellungen eingesetzt:
- Verdacht auf numerische Aberrationen (Aneuploidien) wie Trisomie 21, 18 oder 13
- Verdacht auf strukturelle Aberrationen (Translokationen, Deletionen, Duplikationen, Inversionen, Ringchromosomen)
- Pränataldiagnostik bei auffälligem Ersttrimester-Screening, Ultraschallauffälligkeiten oder fortgeschrittenem mütterlichen Alter
- Abklärung von Entwicklungsstörungen, Intelligenzminderung und Dysmorphien
- Infertilität, rezidivierende Spontanaborte und primäre Amenorrhoe
- Störungen der Geschlechtsentwicklung
- Diagnostik und Verlaufskontrolle hämatologischer und onkologischer Erkrankungen (z.B. Leukämien, Lymphome)
Klinische Bedeutung
Die G-bandenbasierte Karyotypisierung gilt als Goldstandard für den genomweiten Nachweis großer numerischer und struktureller Chromosomenveränderungen.[1] In der Hämatoonkologie ist sie für Diagnose, Klassifikation und Risikostratifizierung vieler Erkrankungen von zentraler Bedeutung. Molekulare Verfahren wie die CMA weisen zusätzlich submikroskopische Veränderungen nach, können balancierte Rearrangements jedoch nicht erkennen und werden daher komplementär eingesetzt.[3]
Vorteile
- genomweiter Überblick über alle Chromosomen in Einzelzellauflösung
- Nachweis balancierter Aberrationen (Translokationen, Inversionen), die molekulare Methoden nicht erfassen
- Erkennung von Mosaiken
- etabliertes, vergleichsweise kostengünstiges Verfahren
Grenzen und Nachteile
- Notwendigkeit teilungsfähiger, kultivierbarer Zellen (Kulturversagen möglich)
- zeitaufwändig durch die mehrtägige Zellkultur
- begrenzte Auflösung (unterhalb von etwa 5–10 Megabasen nicht beurteilbar) – Mikrodeletionen und Mikroduplikationen werden nicht erfasst[1]
- aufwändige, erfahrungsabhängige Auswertung
Quellen
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Yang Y, Jiang X. Comparison of chromosomal microarray and karyotyping in prenatal diagnosis using 491 amniotic fluid samples. Medicine (Baltimore). 2024;103(49):e40822.
- ↑ Huang H, Chen J. Chromosome bandings. Methods Mol Biol. 2017;1541:59-66.
- ↑ Wapner RJ, Martin CL, Levy B, et al. Chromosomal microarray versus karyotyping for prenatal diagnosis. N Engl J Med. 2012;367(23):2175-2184.