in situ - Ruhr-Universität Bochum

(Molekulare-) Zytogenetik
numerische
Chromosomenaberrationen
• autosomale Aneuploidien
– Trisomie 13: Pätau-Syndrom (47,XX+13)
– Trisomie 18: Edwards-Syndrom (47,XY+18)
– Trisomie 21: Down-Syndrom (47,XX+21)
• gonosomale Aneuploidien
Trisomie-Risiko
steigt(45,X0)
mit zunehmendem Alter
- Turner-Syndrom
- nicht für 45,X0 und(47,XXY)
Triploidie
- Klinefelter-Syndrom
Mikrodeletions-Syndrome
DiGeorgeSyndrom
Mikrodeletions-Syndrome
Prader-WilliSyndrom
WilliamsBeuren-S.
AngelmanSyndrom
Reziproke Translokation
Symptome bei
Chromosomen-Aberrationen
• körperliche + geistige Entwicklung 
• Fehlbildungen innerer Organe
• Dysmorphien Kopf, Hand, Fuß (Skelett)
• weitere neurologische Symptome
whole chromosome painting
Stammbäume
Warum sind Stammbäume wichtig?
• Stammbaum über 3 Generationen als
Bestandteil jeder genetischen Beratung
• (genetische) Erkrankungen in der Familie
• Rückschlüsse auf Erbgang
• Berechnung des Wiederholungsrisikos
Stammbaum-Symbole
männlich (Mann, Sohn)
Probandin (für die eine Analyse erstellt wird)
weiblich (Frau, Tochter)
verstorben
phänotypische Merkmalsträger
genotypisch homozygot
Geschlecht unbekannt (bzw. ohne Bedeutung)
Heterozygotie
oder
schwanger (Geschlecht unbekannt)
oder
Elternpaar
außereheliche Verbindung
Zweieiige Zwillinge
geschiedenes Paar
Eineiige Zwillinge
Verwandtenehe
kinderloses Paar
Geschwister (älterer Bruder und Schwester)
Paar mit zwei Kindern,
das erste Kind ein Sohn
Abort, weiblich
Totgeburt, weiblich
Konduktorin (heterozygot für X-chr. rez. Erbgang)
autosomal-dominanter Erbgang
• Morbus Huntington
• Neurofibromatose
Penetranz
Anteil betroffener Mutationsträger an der
Gesamtheit der Mutationsträger
• vollständige Penetranz: 100% der Träger erkrankt
• reduzierte Penetranz: klinisch gesunde Träger bekannt
variable Expressivität
Erkrankung manifestiert sich unterschiedlich schwer bei
Betroffenen derselben Familie oder
verschiedener Familien
Variable Expressivität: NF1
Neumutation
Neumutationsrate sehr unterschiedlich
Achondroplasie
90%
Neurofibromatose 1
50%
Morbus Huntington
sehr selten
 Wiederholungsrisiko gering; cave Keimzellmosaik
Autosomal-rezessiver Erbgang
• Stoffwechselerkrankungen
– Cystische Fibrose, CF
– Phenylketonurie
– Sichelzellanämie
etc.
• angeb. Schwerhörigkeit/Taubheit
• spinale Muskelatrophie
Autosomal-rezessiver Erbgang
• 1 oder mehrere erkrankte Kinder bei gesunden Eltern
• häufiger bei Verwandtenehen
• Risikoberechnung für Verwandte, Anlageträger zu sein
heterozygot
heterozygot
?
Erkrankungsrisiko:
1/4
Risiko für Anlageträgerschaft: 2/3
Anlageträger
gesund
1/4
Anlageträger
Anlageträger
2/4
krank
1/4
X-chromosomal-rezessiver Erbgang
• Muskeldystrophie
Duchenne
• Hämophilie A
• Fragiles X-Syndrom
X-chromosomal rezessiver Erbgang
XY
XX
XX
XY
XX
XY
X
X-Chromosom mit
Wildtyp-Gen
X
X-Chromosom mit
mutiertem Gen
hemizygot
Frau ist (gesunde) Konduktorin für X-chromosomale Mutation
• 50% Erkrankungsrisiko für jeden Sohn
• statistisch 50% der Töchter erneut Konduktorinnen
• Kinder eines erkrankten Mannes: alle Söhne gesund, alle
Töchter Konduktorinnen
X-chromosomal-rezessiver Erbgang
• meist nur Jungen/Männer betroffen
• Frauen sind in der Regel gesunde Konduktorinnen
• keine Vererbung von Vater auf Sohn
I
II
III
1
2
Welchen Erbgang zeigt der Stammbaum dieser Familie ?
(A)
X-chromosomal rezessiv
(B)
autosomal-dominant
(C)
autosomal-rezessiv
(D)
multifaktoriell
(E)
keinen der o.g. Erbgänge
I
II
III
1
Mit welcher Wahrscheinlichkeit sind zukünftige Nachkommen des
Ratsuchenden III.1 von der seltenen autosomal-dominant vererbten Erkrankung
betroffen, wenn die zukünftige Partnerin von III.1 „genotypisch normal“ ist?
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
normale Wahrscheinlichkeit einer Neumutation
1/4
1/2
2/3
3/4
I
1
2
II
?
1
2
3
4
5
?
III
1
Das Paar in Generation I hat bereits 4 Kinder mit Cystischer Fibrose
(autosomal-rezessive Vererbung). Es besteht Wunsch nach einem weiteren
Kind (II,5).
Mit welcher Wahrscheinlichkeit wird dieses Kind ebenfalls krank sein?
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
1/16
1/8
1/4
1/2
1
I
1
2
II
?
1
2
3
4
5
?
III
1
Welches Risiko hat ein Kind des gesunden Sohnes (II.1) krank zu sein unter Berücksichtigung, dass die Häufigkeit, Mutationsträger der Cystischen Fibrose zu sein 1:25 ist ?
(A)
1/300
(B)
1/150
(C)
1/75
(D)
1/4
(E)
1
I
1
2
II
1
2
3
4
5
III
1
2
3
4
5
6
7
8
Welcher Erbgang liegt in dieser Familie am wahrscheinlichsten vor?
(A)
X-chromosomal dominanter Erbgang
(B)
X-chromosomal rezessiver Erbgang
(C)
autosomal-dominanter Erbgang
(D)
autosomal-rezessiver Erbgang
(E)
ko-dominanter Erbgang
I
1
2
II
1
2
3
4
5
III
1
2
3
4
5
6
7
8
Welche ♀ in der Familie ist mit der größten Wahrscheinlichkeit nicht Überträgerin
(Konduktorin) für X-chromosomal vererbte Muskeldystrophie?
(A)
I. 2
(B)
II. 2
(C)
III.1
(D)
III.5
(E)
III.8
Zusammenfassung
• Stammbaum: Dokumentation der
Familienanamnese
• Hinweis auf Mendel‘ Erbgang ?
• Beurteilung des Wiederholungsrisikos
Mitose - Meiose
- Zellzyklus
- Mitose
- Meiose
- Gametogenese
- Polkörper-Diagnostik
- PID
Definitionen
Eukaryonten: 2 Formen der Zellteilung
Mitose: Zellteilung der somatischen Zellen
Chromosomensatz diploid (2n)
Meiose: Reduktionsteilung Keimbahnzellen
Chromosomensatz haploid (1n)
Zellzyklus
M-Phase
Interphase
S-Phase
G1-Phase
G2-Phase
Mitose
DNA-Synthese
zw. M und S
zw. S und M
G0-Phase Zellen ohne
Zellteilung
neue Zelle geht in
Zellzyklus
ruhende
Zellen
Zellzyklus
sich teilender
Zellen
Interphase
G1- bzw. G0-Phase:
1 Chromatide/ 1 DNA-Helix
gestreckt, diffus
Genexpression ↑
diploider Chromosomensatz (2n, 2C)
S-Phase:
Replikation
46 Chromosomen mit 2 Chromatiden
(Endzustand: 2n, 4C)
neue Zelle geht
in Zellzyklus
ruhen
-de
Zelle
Zyklus
teilender
Zellen
Mitose
Dauer:
5 Stadien:
60min
Prophase
Prometaphase
Metaphase
Anaphase
Telophase
Metaphase-Chromosomen
2 Chromatiden
stark kondensiert
Genexpression 
lichtmikroskopisch sichtbar
neue Zelle geht
in Zellzyklus
ruhen
-de
Zelle
Zyklus
teilender
Zellen
Centromer
•
•
•
•
primäre Chromosomen-Einschnürung
Chromatiden hängen zusammen
Anheftung an Mitosespindel
Bildung der Kinetochore
(Multiprotein-Komplexe)
steuern Auf- + Abbau der
Mikrotubuli 
Chromosomen-Bewegung
• bestehen aus hochrepetitiven
DNA-Sequenzen
Chromatide
Telomer
Centromer
Kinetochor
Mitosespindel
3 versch. Mikrotubuli, MT
- Pol-MT
Kinetochor MT
- Kinetochor-MT
- Astral-MT
Kinetochor
Aster MT
Spindelpol: Centrosom
(2 Centriolen, Mikrotubuli)
Pol (Cen-
Pol-MTs
Aster
Chromosom
Spindel
trosom)
Aster
Meiose = Reduktionsteilung
2 aufeinander folgende Zellteilungen,
(Meiose I, Meiose II  Mitose)
aber nur eine Phase der DNA-Replikation in Meiose I
(Ziel: 1n, 1C)
genetische Diversität: Rekombination, unabhängige
Verteilung der väterlichen und mütterlichen
Chromosomen
asymmetrische Zellteilung:
1 Oocyte, 3 Polkörperchen
Meiose I
Ziel: haploider Chromsomensatz (1n, 2C)
Bivalent: mütterliches und väterliches Homolog gepaart
(Tetrade)
Chromosomen (2 Chromatiden) werden zu einem Pol
gezogen
 unabhängige Verteilung der Chromosomen
 223 (8,4x106) mögliche Kombinationen
Rekombination
DNA-Austausch zwischen homologen
Chromosomen
Synaptonemaler Komplex: räumliche Nähe der
Homologen, Trennung durch Proteinkomplex
Rekombination: DNA-Bruch, Neuverknüpfung
der Enden zwischen Chromatiden homologer
Chromosomen
Chiasmata: Verbindungsstellen der Homologen
- wichtig für Segregation der Chromosomen
Gametogenese
primordiale Keimzellen
wandern ein in
embryonale Gonaden
(Mitose)
Oogonien
prim. Oocyten
Spermatogonien
prim. Spermatozyten
Meiose/Reduktionsteilung
Spermatogenese
Oogenese
Gametogenese
• Spermatogenese:
– kontinuierlich ablaufend
– symmetrische Teilung
• Oogenese:
Meiose I
Meiose I
Meiose II
– Beginn vor der Geburt,
arretiert in Meiose I,
Prophase
– asymmetrische Teilung
Meiose II
reife Spermatozoen
Oogonien
Spermatogenese
Oogenese
2n2C
2n2C
Meiose I
Meiose I
2n4C
2n4C
1n2C
Meiose II
1n1C
1n2C
Meiose II
1n1C
reife Spermatozoen
Oogonien
Vergleich Mitose-Meiose
Mitose
Meiose
Vorkommen
alle Gewebe
Hoden, Ovarien
Ergebnis
diploide somatische haploide Eizellen,
Zellen
haploide Samenzellen
Meiose I:
kurz, 30 min
bis zu Jahren
nein
ja
Dauer
Homologenpaarung
Rekombination
Tochterzellen
selten, anomal
mind. 1/Chromosomenarm
genetisch identisch
genetisch verschieden
In welchen meiotischen Teilungen kann nondisjunction zu Aneuploidien führen?
• autosomale Trisomien:
– 1. oder 2. meiotische Teilung bei ♀ oder ♂
• Klinefelter-Syndrom:
– 1. meiotische Teilung bei ♂ oder ♀
– 2. meiotische Teilung bei ♀♀
Polkörper-Diagnostik
Analyse im Vorkernstadium (18-20h nach
ICSI)
Polkörper-Absaugen mit
Glaspipette
Untersuchen durch FISH,
PCR
Polkörper-Diagnostik
Indikationen
- Ausschluss von Chromosomenfehlverteilung
- monogene Erbkrankheiten (M. Huntington, z.B.
heterozygote Trägerinnen bei M. Duchenne)
- maternale Translokation
PI
rä
mplantations
D
iagnostik
Indikation
- monogen bedingte Leiden; erbliche
Chromosomenstörungen
-- z.B. Muskeldystrophie
Duchenne,
-- z.B. maternale
Translokation
Chromosomenanalysen
inhärente Limitierungen
• Chromosomen nur bei Zellteilung
darstellbar
• submikroskopische Mutationen nicht
erkennbar
• schwierige Interpretation komplexer
Veränderungen (mehrere Chromosomen)
Chorionzotten-Biopsie
Bauchdecke
Uterus
Amnionhöhle
Decidua
Nabelschnur
Placenta
Fet
trans-vaginal
FISH (Fluoreszenz in situ-Hybridisierung)
G
C
G
A
T
A
T
A
T
T
T
C
T
A
T
T
A
T
A
A
A
T
A
C
G
C
A
G
C
G
T
T
A
T
T
G
C
A
FISH (Fluoreszenz in situ-Hybridisierung)
A
C
G
C
A
T
T
A
T
T
A
A
T
A
T
C
G
G
C
T
A
C
Chromosomen
nicht-teilungsaktiver Zellen
Diagnostik in unkultiv. Zellen
( Zellteilung): sog.
Interphase-FISH
limitiert auf Sondenkomplementäre DNA, kein
komplettes Karyogramm