Karyotypisierung

Zur Untersuchung von Chromosomen werden am häufigsten Kurzzeit-Blutkulturen, Knochenmarkzellen und Fibroblastenkulturen verwendet. Mit einem Antikoagulans versetztes Blut wird im Labor zentrifugiert, um die Erythrozyten zu sedimentieren. Die Leukozyten werden anschließend 2–3 Tage in einem Kulturmedium inkubiert. Der Blutprobe wird Phytohämagglutinin zugesetzt, da es die Agglutination der Erythrozyten beschleunigt und die Lymphozytenteilung anregt. Die Metaphase der Mitose ist die geeignetste Phase zur Untersuchung von Chromosomen. Daher wird Colchicin eingesetzt, um die Lymphozytenteilung in diesem Stadium zu stoppen. Die Zugabe dieses Wirkstoffs zur Kultur erhöht den Anteil der Zellen in der Metaphase, d. h. in der Phase des Zellzyklus, in der die Chromosomen am besten sichtbar sind. Jedes Chromosom repliziert sich (erzeugt seine eigene Kopie) und ist nach entsprechender Färbung als zwei am Zentromer (der zentralen Einschnürung) haftende Chromatiden sichtbar. Anschließend werden die Zellen mit einer hypotonen Natriumchloridlösung behandelt, fixiert und gefärbt.

Zur Färbung von Chromosomen werden am häufigsten Romanovsky-Giemsa-Farbstoffe, 2% Acetcarmin oder 2% Acetarsein verwendet. Sie färben Chromosomen vollständig und gleichmäßig (Routinemethode) und können zur Erkennung numerischer Anomalien menschlicher Chromosomen verwendet werden.

Um ein detailliertes Bild der Chromosomenstruktur zu erhalten und einzelne Chromosomen oder deren Segmente zu identifizieren (definieren), werden verschiedene Methoden der Differenzialfärbung eingesetzt. Die am häufigsten verwendeten Methoden sind Giemsa sowie G- und Q-Banding. Bei der mikroskopischen Untersuchung des Präparats entlang der Chromosomenlänge zeigen sich eine Reihe gefärbter (Heterochromatin) und ungefärbter (Euchromatin) Banden. Die so erhaltene Querstreifung ermöglicht die Identifizierung jedes Chromosoms im Satz, da der Wechsel der Banden und ihre Größe für jedes Paar streng individuell und konstant sind.

Die Metaphasenplatten einzelner Zellen werden fotografiert. Aus den Fotos werden einzelne Chromosomen ausgeschnitten und der Reihe nach auf ein Blatt Papier geklebt; dieses Bild der Chromosomen wird als Karyotyp bezeichnet.

Der Einsatz zusätzlicher Färbungen sowie neue Verfahren zur Gewinnung von Chromosomenpräparaten, die eine Streckung der Chromosomen ermöglichen, erhöhen die Genauigkeit der zytogenetischen Diagnostik deutlich.

Zur Beschreibung des menschlichen Karyotyps wurde eine spezielle Nomenklatur entwickelt. Der normale Karyotyp eines Mannes und einer Frau wird als 46, XY bzw. 46, XX bezeichnet. Beim Down-Syndrom, das durch das Vorhandensein eines zusätzlichen Chromosoms 21 (Trisomie 21) gekennzeichnet ist, wird der Karyotyp einer Frau als 47, XX 21+ und der eines Mannes als 47, XY, 21+ beschrieben. Bei einer strukturellen Anomalie des Chromosoms muss der veränderte lange oder kurze Arm angegeben werden: Der Buchstabe p kennzeichnet den kurzen Arm, q den langen Arm und t die Translokation. So wird im Fall der Deletion des kurzen Arms von Chromosom 5 (Cri-du-chat-Syndrom) der weibliche Karyotyp als 46, XX, 5p- beschrieben. Die Mutter eines Kindes mit Translokations-Down-Syndrom, einer Trägerin der balancierten Translokation 14/21, hat einen Karyotyp von 45, XX, t(14q; 21q). Das Translokationschromosom entsteht durch die Verschmelzung der langen Arme der Chromosomen 14 und 21, wobei die kurzen Arme verloren gehen.

Jeder Arm ist in Regionen unterteilt, die wiederum in Segmente unterteilt sind, die beide mit arabischen Ziffern bezeichnet werden. Das Zentromer des Chromosoms ist der Ausgangspunkt für die Zählung der Regionen und Segmente.

Für die Chromosomentopographie werden daher vier Bezeichnungen verwendet: Chromosomennummer, Armsymbol, Regionsnummer und Segmentnummer innerhalb der Region. Beispielsweise bedeutet der Eintrag 6p21.3, dass es sich um Chromosom 6 des 6. Paares, seinen kurzen Arm, Region 21, Segment 3 handelt. Darüber hinaus gibt es zusätzliche Symbole, insbesondere pter – das Ende des kurzen Arms, qter – das Ende des langen Arms.

Mit der zytogenetischen Untersuchungsmethode lassen sich Deletionen und andere Veränderungen an Chromosomen nur in einer Größe von etwa 1 Million Basen (Nukleotiden) feststellen.

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