Pränatale genetische Diagnostik

Ultraschall und Untersuchungen an mütterlichem Blut Sonografische Untersuchungen am Fötus (z.B. die Nacken-transparenzmessung) und biochemische Tests an mütterli-chem Blut sind heute Standard. Eine Kombination der beiden Methoden wird beim Ersttrimester-Screening 1 angewandt. Ergibt sich das Bild einer Risikoschwangerschaft, ist eine invasive Entnahme von Zellen fetaler Herkunft mit anschliessender genetischer Analyse angezeigt.

Mit neuen nicht-invasiven genetischen Untersuchungen – durchgeführt an fetaler DNA aus dem Blut der Mutter – können gute Voraussagen über das Vorliegen von Trisomien gemacht werden. Materialbedingt sind diesen Testverfahren aber Gren-zen gesetzt 2.

Invasive Diagnostik Erst mit den Untersuchungen, die nach einer Chorionbiopsie ab der 11. Schwangerschaftswoche oder nach einer Fruchtwasser-punktion ab der 15. Schwangerschaftswoche erfolgen, können genetische Störungen mit Sicherheit diagnostiziert oder zahl-reiche Syndrome und Erkrankungen ausgeschlossen werden.

Im Folgenden informieren wir Sie über die Techniken, das Vor- gehen sowie die diagnostischen Möglichkeiten unserer Labor- analysen an Chorionzotten und Fruchtwasserzellen.

1 Risikoberechnung für die Trisomien 21, 18 und 13 mittels biochemischen Messungen (freies β-HCG, PAPP-A), Ultraschall (z.B. Nackentransparenzmessung) und der Einbe-ziehung des mütterlichen Alters.

2 Untersucht werden bei dieser Analytik fragmentierte und zellfreie fetale DNA, die während der Schwangerschaft in geringen Mengen im Blut der Mutter vorkommt. Sie stammt aus der extraembryonalen Trophoblastenschicht der Chorionzotten.

Die pränatale Diagnostik ermöglicht den Nachweis von genetisch bedingten Er-krankungen und Entwicklungsstörungen vor der Geburt. Erste Hinweise auf eine genetische Störung zeigen sich häufig in einem auffälligen Ultraschallbefund.

Vorgeburtliche DiagnostikÜberblick der Testverfahren

Nach wie vor ist die konventionelle Chromosomenanalyse die am häufigsten eingesetzte Methode in der pränatalen geneti-schen Diagnostik.

Die Basis dieser Analyse ist die Zellkultur. Die benötigte Zellkul-turdauer hängt vom Ausgangsmaterial ab.

Zellen aus dem Fruchtwasser brauchen für das Wachstum mehr Zeit als Zellen aus teilungsaktiven Chorionzotten.

Während der Zellteilungsphase werden die Chromosomen sichtbar. Unter dem Lichtmikroskop können sie ausgezählt und fotografiert werden. Für die Analyse der Struktur werden die Chromosomen in einem Karyogramm paarweise nach ihrer Grösse angeordnet.

Unsere Methoden1. Chromosomenanalyse

Männliches Karyogramm (Karyotyp 46,XY)

Weibliches Karyogramm (Karyotyp 46,XX)

Analyse an Chorionzotten Bereits sehr früh in der Embryogenese werden Zellen zur Bildung des Chorions, dem fetalen Teil der Plazenta, bestimmt. In der Chorionzotte bilden diese Zellen die äussere Trophoblas-tenschicht, während die innere Schicht, das Mesenchym, me-sodermalen Ursprungs ist. Aus der Chorionzotte können die Chromosomen nach einem Tag untersucht werden. Diese Er-stanalyse am teilungsaktiven Trophoblasten bietet bereits ein sehr sicheres Ergebnis über den Chromosomenzustand beim Kind. Die Bestätigung sowie ein Ausschluss von seltenen klei-nen Veränderungen erfolgt dann Tage später an der Mesen-chymschicht.

Analyse an FruchtwasserzellenDie Zellen im Fruchtwasser stammen von abgeschilferten Zellen der Haut, des Mundbereiches und des Urogenitaltraktes des Kindes. Nur ein geringer Anteil dieser Zellen ist vital. In der Fruchtwasseruntersuchung müssen die noch vitalen Zellen zurTeilung angeregt und vor der Chromosomenanalyse mehrere Tage kultiviert werden. Zur Überbrückung der Wartezeit kön-nen mit einem Fruchtwasser-Schnelltest1 vorab die häufigsten numerischen Chromosomenstörungen, wie z.B. die Trisomie 21, ausgeschlossen werden.

1 Fruchtwasser-Schnelltest mittels PCR (Polymerase Chain Reaction) oder FISH(Fluoreszenz In Situ Hybridisierung) auf die Trisomien 21, 18, 13 & numerische Störungen der Geschlechtschromosomen X und Y.

Querschnitt Chorionzotte: Äussere Schicht (rosa gefärbt): T=Trophoblast > Erstresultat Innere Schicht: M=Mesenchym > Zweitresultat

T

M

2. Array CGH

Die konventionelle Chromosomenanalyse kann heute mit der Array CGH (Comparative Genomic Hybridization) ergänzt wer-den. Auch hier werden wie beim konventionellen Verfahren in einem einzigen Analyseschritt alle Chromosomen – das gesam-te Genom – untersucht, jedoch mit einer hundertfach höheren Auflösung.

Mit der Array CGH werden auch sehr kleine Chromosomen-veränderungen erkannt.

Beispiele sind die sogenannten Mikrodeletionen, die Krank-heitsbilder wie das 22q11.2 (DiGeorge)-, das 1p36- oder das Wolf-Hirschhorn-Syndrom verursachen.

Im Analyseverlauf wird DNA aus den fetalen Zellen isoliert, mit einem Farbstoff markiert und zusammen mit einer andersfar-big markierten Referenz-DNA mit Sonden auf einem Microchip hybridisiert. Zusätzliche oder fehlende fetale DNA führt zu einer Farbverschiebung der normalen Mischfarbe.

Array CGH: Ausschnitt des Microchips nach der Hybridisierung

Ein Scanner liest die Farbsignale, die mit spezieller Software den entsprechenden Chromosomenregionen zugeordnet wer-den. Ist eine Chromosomenregion verdoppelt (Duplikation) oder verloren gegangen (Deletion), weichen die Signalpunkte in die eine oder andere Richtung von der Normalachse ab. Auf diese Weise wird das gesamte Genom detailliert dargestellt, was auch als molekulare Karyotypisierung bezeichnet wird.

Von besonderer Bedeutung ist die Array CGH Methode, wenn ein auffälliger Ultraschallbefund vorliegt, die konventionelle Chro-mosomenanalyse oder der Schnelltest aber normale Resultate ergaben. In unserem Labor wird diese Analytik zudem routine-mässig für ein Screening auf wiederholt auftretende Mikrodele-tionen eingesetzt.

Die Methode hat allerdings auch Grenzen. So können z.B. ba-lanzierte Chromosomenveränderungen, welche die konventio-nelle Chromosomenanalyse detektiert, nicht erkannt werden. Die sichersten Testergebnisse resultieren also aus dem kombi-nierten Einsatz von konventionellen und molekulargenetischen Methoden.

Array CGH: Mikrodeletion, die zum 22q11.2 (DiGeorge)-Syndrom führt

Weder mit Array CGH noch der konventionellen Chromosomena-nalyse können kleinste Veränderungen in einem Gen (z.B. Punkt-mutationen) erkannt werden. Hier kommt die molekulare Dia-gnostik zum Zug. Mit ihrer Hilfe können krankheitsverursachende Mutationen ausgeschlossen oder nachgewiesen werden.

In der Pränataldiagnostik kommt diese Analyse in der Regel nur dann in Frage, wenn familiär ein schweres, diagnostizierbares Erbleiden vorliegt oder der Ultraschallbefund auf einen spezi-fischen Gendefekt hinweist.

Einige wenige Erbleiden sind in unserer Bevölkerung jedoch so häufig, dass es sinnvoll sein kann, diese auch ohne familiäres Vorkommen vorgeburtlich beim Kind auszuschliessen. Bekannte Beispiele dafür sind die Cystische Fibrose (CF) oder das Fragile X Syndrom.

Für die molekulare Diagnostik wird DNA aus den Zellen isoliert. Mit PCR-Verfahren werden bestimmte Abschnitte davon verviel-facht. Danach werden die Sequenz oder die Länge der amplifi-zierten Fragmente bestimmt, wodurch Mutationen in einem Gen erkannt werden.

Molekulargenetische Screeninguntersuchungen (z.B. CF) erfol-gen nur auf ausdrücklichen Wunsch der Schwangeren und nach entsprechender Information durch den behandelnden Arzt. Bei familiären Erbleiden ist den Eltern eine genetische Beratung vor der Schwangerschaft zu empfehlen.

3. Molekulare Genetik

DNA-Sequenz

Indikationen Kassenpflicht

Bei folgenden Indikationen übernimmt die Krankenkasse die Kos-ten einer pränatalen genetischen Diagnose als Pflichtleistung:

Pränatale Untersuchung Alter der Mutter (≥ 35 Jahre)

Ultraschallbefund

Erhöhte Risikowerte nach Ersttrimester-Screening oder anderen nichtinvasiven Analysen

Familiäre Vorgeschichte mit Neuralrohrdefekt, Chromosomenstörung oder Spontanaborten

Trägerschaft einer balanzierten Chromosomen- veränderung (z.B. Translokation)

Familiäre Belastung mit einer bekannten bereits charakterisierten genetischen Erkrankung

Array CGH Hinweis auf ein Mikrodeletions/-duplikations-Syndrom,

z.B. aufgrund mehrerer auffälligen Ultraschall-Markern

Auffälliger Befund nach konventioneller Chromosomen- analyse (z.B. Markerchromosom, de-novo-Translokation)

Routineanalyse Chromosomenanalyse (Karyotyp) an Zellen

des Trophoblasten: 1 bis 2 Arbeitstage Mikrodeletionsscreening + Bestätigung des Karyotyps an

Zellen des Mesenchyms1: bis ca. 10 Arbeitstage

Spezialanalysen: Array CGH 2:

bis ca. 10 Arbeitstage

Molekulargenetik: bis ca. 10 Arbeitstage

1 Analyse basiert auf der Array CGH Methode. Die Liste der Mikrodeletionen ist auf unserer Webseite publiziert.

2 Für die Interpretation von allfälligen unklaren kleinen Chromosomenveränderungen (Kopienzahlvarianten = CNVs) wird Blut der Eltern benötigt.

Analyseverlauf Basis: Chorionzotten

Chromosomen aus einer Trophoblasten-zelle (Karyotyp 46,XX)

In einem Teil der Mesenchymzellen zusätzlich vorliegendes Isochromosom des kurzen Arms des Chromosoms 8

Beispielresultate der Routineanalysen an Chorionzotten

Routineanalyse Chromsomenanalyse (Karyotyp) + α-Fetoprotein im

Fruchtwasser: 9 - 14 Arbeitstage

Spezialanalysen: Mikrodeletionsscreening + Bestätigung des Karyotyps1:

bis ca. 10 Arbeitstage

Schnelltest/Ausschluss der häufigsten Chromosomen- Aberrationen2: PCR oder FISH: 1-2 Arbeitstage

Array CGH3: bis ca. 10 Arbeitstage

Molekulargenetik: bis ca. 10 Arbeitstage

1 Analyse basiert auf der Array CGH Methode. Die Liste der Mikrodeletionen ist auf unserer Webseite publiziert.

2 Trisomien 21, 18, 13 & numerische Störungen der Geschlechtschromosomen X und Y.

3 Für die Interpretation von allfälligen unklaren kleinen Chromosomenveränderungen (Kopienzahlvarianten = CNVs) wird Blut der Eltern benötigt.

Analyseverlauf Basis: Fruchtwasser

Zellkern mit Signalen der ChromsomenX (grün), Y (rot), 18 (blau)

Chromosomen hybridisiert mit derSonde für das ganze Chromosom 9 (rot)

Beispielresultate von Spezialanalysen an Fruchtwasserzellen

Die unten aufgeführten Situationen sind selten. Dennoch ist es wichtig, dass die schwangere Frau und ihr Partner bei der Durch-führung der entsprechenden genetischen Untersuchungen davon Kenntnis haben.

Chromosomenanalysen: Ein auffälliger Chromosomenbefund (z.B. Translokation) kann die Untersuchung der Eltern erforderlich machen.

Array CGH:Die hochauflösende genomweite Array CGH - Analyse kann Be-funde zutage bringen, die in der pränatalen Situation auch nach Mituntersuchung der Eltern medizinisch schwierig zu beurteilen sind. Die Ergebnisse können auch auf nicht bekannte bereits fa-miliär vorliegende, spät eintretende Erkrankungen hinweisen.

Chorionzottenbiopsien:Bei der Analyse an Chorionzotten können Chromosomenstörun-gen entdeckt werden, welche auf die Plazenta beschränkt sind und beim Kind nicht vorliegen. Die Begrenzung der Störung zeigt sich in einer Diskrepanz zwischen Erst-und Zweitresultat bzw. einem Mosaikbefund. Unter Umständen ist zur Überprüfung der Ergebnisse eine Fruchtwasseruntersuchung notwendig.

Hinweise und Einschränkungen Methoden/Material

Genetische Beratung Fragen zur Pränataldiagnostik

Technische Entwicklungen eröffnen auch in der Pränataldiag-nostik neue Möglichkeiten. Dennoch können genetische Defek-te, welche die Gesundheit schwerwiegend beeinträchtigen, nie vollständig ausgeschlossen werden.

In der genetischen Beratungsstelle erhält die Patientin von einem Facharzt für medizinische Genetik kompetente Auskunft zu genetischen Fragen und zu Diagnosemöglichkeiten sowie eine persönliche Begleitung bei Problemen im Zusammenhang mit genetischen Erkrankungen.

Das Privatlabor Genetica in Zürich ist ein unabhängiges, auf Hu-mangenetik spezialisiertes Diagnostiklabor mit einer langjähri-gen und ausgewiesenen Erfahrung in der Pränataldiagnostik.

Das Labor ist akkreditiert und die Dienstleistungen entsprechenden neuesten wissenschaftlichen Standards und den höchsten Qualitätsansprüchen.

KontaktGenetica AGHumangenetisches Labor und genetische BeratungsstelleWeinbergstrasse 98001 Zürich

T +41 44 251 90 94 F +41 44 261 62 97info@genetica-ag.ch

www.genetica-ag.ch

Öffnungszeiten LaborMontag bis Freitag von 8.00 bis 18.00 Uhr.

Über uns Labor Genetica AG

© 2012 Genetica AG

Genetica AGHumangenetisches Labor und genetische BeratungsstelleWeinbergstrasse 98001 Zürich

T +41 44 251 90 94 F +41 44 261 62 97info@genetica-ag.ch

www.genetica-ag.ch

1112