Chromosom

Molekularbiologie in der
klinischen Diagnostik
1. Zytogenetik
2. Marker für Krankheiten
1

Ultraschall
• Proben werden unter Ultraschallsicht
entnommen
• Indikation zur Methode der Wahl durch US
bestätigt
• Nachsorge/Kontrolle mit Ultraschall
• ....
2

Studenten und Ausbildung
3

Simulatoren
Alternative: digitales Stethoskop
4

Separated units for easy maintainance
Transducer
Trigger
Command input
Typing/voice
Mini - Computer
Sonobody
Battery
around belt

Live-transmission to expert consultant, worldwide
Telemedicine:
Executive and expert center

Veterinärmedizin
7

1. ZYTOGENETIK
8

Cytogenetik
Cytogenetik/Zytogenetik
untersucht die Chromosomen und ihre Rolle
während der Vererbung.
Zytogenetik beschäftigt sich mit der:
1. Diagnostik der Chromosomenstörungen.
2. Lokalisierung der chromosomalen Regionen /
DNA-Sequenzen .
9

Cytogenetische Begriffsdefinitionen
Chromatin: ist die nicht kondensierte DNA, die werden mit Proteinen beigefügt
(während der Interphase des Zellzyklus)
Chromosom: ist die kondensierte DNA mit Proteinen beigefügt (während der
M-Phase des Zellzyklus)
Karyotyp: bezeichnet alle Eigenschaften der Chromosomenansatz eines Individuums/
Zellkernes und die Anzahl der Chromosomen (zB 46 XY, 47 XYY)
Karyogramm: ist die paarweise und angeordnete zu photografierende
Chromosomenansatz
Idiogramm: ist die schematische Darstellung der Chromosomen nach abnehmende
Grösse und Form
Die menschliche Zellen enthalten normalerweise 46 Chromosomen:
44 Autosomen und
2 Geschlechtschromosomen.
10

Aufbau der Chromosomenstruktur
1. Chr.
(human)
DNA Länge 50
mm
Chr. Länge 3-4
µm
10.000 x
Kondensation!
11

Die Geschichte der Identifizierung des
menschlichen Chromosoms
1879. Arnold: Erste Visualisierung der menschlichen Chromosomen.
1888. Waldeyer: Das Geburt des Wortes Chromosom (Chroma: Farbe, soma: Körper)
1882. Walther Flemming: 20-28 Chromosomen in den Zellen der Hornhaut
1921. T.S. Painter: 48 menschlichen Chromosomen, X & Y-Chromosomen (Wissenschaft)
1956. Jo Hin Tijo und Albert Levan: 46 menschlichen Chromosomen (Hereditas)
1959. Lejeune: Trisomie 21 = Down-Syndrom
12

Der Zellzyklus und
der Nachweis der
Chromosomen
Menschliche
Chromosomen werden sich
in teilenden Zellen
(Knochenmark / Plazenta-
Zellen, Lymphozyten)
untersucht.
13

Karyotyping conferences
1960. Denver: Die menschlichen Chromosomen wurden von 1 bis 22 nummeriert, in der
Reihenfolge der Größe, mit Ausnahme der Geschlechtschromosomen. Die 22 Chromosomen
wurden in 7 Gruppen eingeteilt.
1963. London: der Schriftzug der Gruppe (AG) wurde angenommen
1966. Chicago: chromosomale Syndrome wurden markiert
1971. Paris, die 1976. Mexiko, 1978. Stockholm: Chromosom Banding
1995. ISCN: International System (für Menschen) Cytogenetische Nomenklatur
14

Karyogramm
Karyotyp
46 XX
Idiogramm
Anwendungsgebiete
15

Kariotyp
Kariogram
16

Anwendungsgebiete
• Pränataldiagnostik
• Gynäkologie
• Pädiatrie
17

Chromosomstruktur
18

46, XX
Die Gruppen des Chromosomansatzes
19

46, XY
20

Chromosomenbänderung
Die Chromosombänderungstechniken verwenden verschiedene
Färbungen um die Chromosomen und
Chromosomenstrukturänderungen zu zeigen.
Die folgende Bänderungstechniken sind oft verwendet:
G-bänderung: Giemsa Färbung
R-Bänderung: (rückwärts) geändert Giemsa Färbung
C-Bänderung: Centromer spezifische Färbung
T-Streifen: Telomer spezifische Färbung
Q-Streifen: Quinacrin Färbung (fluoreszierend)
Der kurze und lange
Chromosomarmen
werden aufgrund der
Färbungsmuster
nummeriert. 21

Chromosomenbänderung
G-banding
Q-banding
R-banding C-banding T-banding
22

Chromosomale Aberrationen
Die verschiedenen Krankheitsbilder werden durch Aneuploidien, Translokationen
oder Deletionen verursacht.
23

ANEUPLOIDIE
Die Aneuploidie ist eine numerische Chromosomenaberration, einzelne Chromosomen
zusätzlich zum üblichen Chromosomensatz vorhanden sind oder fehlen
(am häufigstenTrisomien und Monosomien).
24

MITOTISCHE
NON-DISJUNCTION
MEIOTISCHE
NON-DISJUNCTION
25

MEIOTISCHE NON-DISJUNCTION—>
ANEUPLOIDIE
26

MEIOTISCHE/MITOTISCHE NON-DISJUNCTION
27

Numerische Chromosomenaberrationen
Euploid Chromosomenmutationen: Triploidie (3n), Polyploidie
Aneuploid Chromosomenmutation
Autosomale Häufigkeit Geschlechtschro
mosomale
Trisomie
Trisomie des 21. Chr.
Down-Syndrom
Trisomie des 18. Chr.
Edwards- Syndrom
Trisomie des 13. Chr.
Patau-Syndrom
Selte Trisomien 3-,7-,8-,9-,12-
,14-,15-,19-,22-es
Monosomie
1/700 47, XXX Triplo-
X-Syndrom
1/13000 47, XXY
Klinefelter-
Syndrom
1/15000 47, XYY
Doppel-Y-
Syndrom
45, X0 Turner-
Syndrom
Häufigkeit
1/1000 in
Frauen
1/1000 in
Männer
1/1000 in
Männer
1/2500 in
Frauen
28

AUTOSOMALE ANEUPLOIDIE:
DOWN-SYNDROM
29

Down Syndrom
• 3x 21 od. Teile (freie Trisomie, Mosaik)
• 1:650 (häufigste Chr.anomalie)
• Risk ab 35. Jahr der Mutter, dennoch 70% der
Mütter jünger!
• Sonographie!
– Verdickte Nackenfalte 11.-14.SSW
– Quotient biparietaler Schädeldurchmesser
– Femurlänge >50% erhöht
30

Down Syndrom
• Labor: Triple Test (a-Fetoprotein, Estriol, HCG)
• PAPP-A (Pregnancy-associated plasma protein)
• Körperliche Befunde:
– Körperbau/Bewegungsapparat
– Extremitäten/Akren
– Kopf/Augen
• Geistig/psychisch: IQ unterschiedlich, ca.-50
vom Normalwert
31

Down Syndrom
• Fehlbildungen innerer Organe
– Herz 50% , Septum, AV-Kanal, Fallot-tetralogie,etc.
– GI Atresien/Stenosen, Pancreas anulare, Morbus
Hirschsprung, Eingeweidebrüche
– Hypogonadismus, Infertilität
– Immundefizienz URTI
– Leukämie
– OSA
• Ca.45% werden älter als 60 Jahre (Demenz!)
32

AUTOSOMALE ANEUPLOIDIE:
DOWN-SYNDROM
Kariotyp: Trisomie des 21. Chromosoms
33

Der mütterliche Alter und die Wahrscheinlichkeit des
Down-syndroms
34

AUTOSOMALE ANEUPLOIDIE:
EDWARDS-SYNDROM
Karyotyp: Trisomie des 18. Chromosoms
35

Edwards Syndrom
• Verdreifachtes Chr. 18 od. Teile davon
• 1:3000-5000, häufiger Mädchen
• Kurzer Stamm, kleine Mamillen
• Langer, schmaler Schädel
• Ohrmuscheldysplasie, Mikrognathie
• Extremitätenanomalien
• Herzfehler 90%
• Nierenfehl. und GI Atresien
• Keine Therapie (nur 10% überleben 1.Jahr)
36

Geschlechtschromosomale Aneuploidien:
37

Geschlechtschromosomale Aneuploidien: :
TURNER-SYNDROM
Kariotyp: 45X0
38

Turner Syndrom
• 45, X
• 1:2500 aller weiblichen Neugeboren
• Bei Geburt: Lymphödeme an Hand/Fußrücken
• Kleinwuchs, kurzer Hals m. Pterygium colli
• Epikanthus, Hypertelorismus, tiefer
Haaransatz
• Schildthorax
• Breiter Mamillenstand
39

Turner Syndrom
• Metacarpalia Iv u. V. verkürzt
• Gonadendysgenesie, 1° Amenorrhö,
hypoplastisches inneres u. Äußeres Genitale
• Infertilität
• Nierenfehlbildungen (Hufeisen)
40

Geschlechtschromosomale Aneuploidien:
KLINEFELTER-SYNDROM
Kariotyp: 47XXY
41

Klinefelter Syndrom
• 47, XXY, selten 48, XXXY
• 1:1000 aller männlichen Neugeborenen
• Erstdiagnose häufig in der Pubertät
• Euchnuchoider Hochwuchs
• Adipositas, Gynäkomastie
• Hypergonadotroper Hypogonadismus
• Hodenatrophie Aspermie
• Fehlen der sek. Männlichen Behaarung
42

Geschlechtschromosomale Aneuploidien:
TRIPLE X-SYNDROM
43

Geschlechtschromosomale Aneuploidien :
XYY-SYNDROM
44

Klassifizierung der strukturellen Chromosomenanomalien aufgrund der Zahl der
Chromosomenbrüche
1 törés
szerkezeti Strukturelle kromoszóma Chromosomaberrationen aberráció
2 törés
3 törés
1 Bruch 2 Brüche 3 Brüche
An 2 2 verschiedenen
különböző
Chromosomen
kromoszómán
terminális deléció
Terminale Deletion
2 An különböző 2 verschiedenen kromoszómán Chromosomen
An denselben uazon a kromoszómán Chromosom
Insertion inszerció
reciprok transzlokáció
Reziproke Translokation
centrikus Zentrische fúzió
Fusion vagy
Robertson-féle oder
transzlokáció
Robertsonsche
Translokation
uazon An denselben
a kromoszóma
Chromosomarm
karon
ellentétes An gegenseitigen
kromoszóma
Chromosomarm
karon
paracentrikus Parazentrische inverzió
Inversion
gyűrű Ringchromosom
kromoszóma
pericentrikus Perizentrische inverzió
Inversion
45

DELETION
• Ein Stück eines Chromosoms geht verloren
• Kartierung mit Hilfe der Deletionen
• Interstiziale Deletion - Prader-Willi; Angelman Syndromen del15 (q11-
13), Williams-Syndrom
• Terminale Deletion – ein Chromosom verliert des Telomers – schwierige
Symptomen zB.: Cri du chat Syndrom
46

TRANSLOKATION
Die Zahl der Brechungen ist mehr als 1.
Die Brechungstellen sind im Fall der reziproken
Translokation:
- an denselben (homologen) Chromosomen
- an zwei verschiedenen Chromosomen
Balancierte Translokation
Die Bruchstellen sind meistens in den nicht kodierenden Regionen
(Proportionen der kodierenden Regionen betragen nur 5-10 %)
Wenn die Bruchstelle innerhalb eines Gens ist, kann das Genprodukt:
-eine neue Funktion bekommen (selten)
- in anderen Mengen hergestellt werden
- seine Funktion verlieren
47

RING CHROMOSOM
• nach seriellen Telomerdeletionen bilden die
Chromosomen einen Ring
48

INVERSION
Parazentrische Inversion
Perizentrische Inversion
49

Kongenitale Krankheitsbilder nach Deletionen
Deletion
Kurzer Arm des 5. Chr. (del 5p)
Kurzer Arm des 18. Chr.
Langer Arm des X Chr. (Fragile X)
Langer Arm des 22 Chr.
Langer Arm des 13. Chromosoms
Symptom
Katzenschreien, mentale Retardierung,
Herzstörungen
Körperliche und geistige Retardierung
Autism, karakteristisches Gesicht
Entwicklungsstörung in der Schilddrüse
Augenkrebs
Kongenitale Krankheitsbilder nach Translokationen
TRANSLOKATION
Symptom
ein Teil des 4. Chromosoms wird auf das
20. übergeträgt
Ein Teil des X -> 13. Translokation
Geistige Retardierung, deformiertes
Gesicht
Geistige Retardierung
50

Erworbene Deletionen im Tumor
DELETION
TUMOR
APC-Gene
Kolorektalkrebs
Retinoblastom
Tumor in irgendwelcher
P53
In allen Organen
22. Chromosomdeletion Akute myeloische Leukämie
Erworbene Translokationen im Tumor
TRANSLOKATION
TUMOR
9-22 Chromosom (Philadelphia-
Chromosom)
Chronische myeloische Leukämie
8-14 Chromosom Burkitt – Lymphom
8-21 Chromosom Akute myeloische Leukämie
51

FRAGILES X SYNDROM
•Das Fragile X-Syndrom (FXS) ist eine
der häufigsten Ursachen erblicher
kognitiver Behinderung des Menschen.
•Klinische Symptomen:
-Grosser Kopf, schmales
Gesicht, grosse Ohren
-mild - schwere mentale
Retardierung
- 1/3 der behinderten Frauen
haben mentale Retardierung
• Xq27.3 ist die häufigste zerbrechliche
Region
Xq27.3
X fra(X)
52
fra(X) Y

Fragiles X Syndrom
• Monogen vererbt, Xq27.3
• 1:1200-2500
• Mädchen: geringer ausgeprägte Symptome
• Kleinkindesalter Hochwuchs, Makrozephalie
• Gesichtsdysmorphien
• Große dysplastische Ohren
• Jungen: große Hoden
53

Fragiles X Syndrom
• Mentale Retardierung IQ < 60
• Hyperkinesie
• Hypersensibilität
• Autismus
• Überstreckbarkeit der Gelenke
• Dilatierter Aortenbogen
• Mitralklappenprolaps
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FRAGILES X SYNDROM
•Die Mutation wirkt die CGG Trinukleotid Repeats des Gens FRAXA in der Region Xq28
•Die Expansion der CGG Repeaten entsteht beim „mütterlichen Übertragung”
•Es ist den 5’ Teil der nicht transkribierenden Region begleitet
•die Verlängerung dieser Region folgt die Hemmung der Expression durch Methylieung
•Das FMR1 Protein ist ein RNA-bindendes Protein
•Für die mentale Retardation ist wahrscheinlich das mGluR5 (metabotrope glutamate receptor)
55
verantwortlich

5-50 Repeat
FRAGILES X SYNDROM
FMR-1 Gen
CGG
Gesund
50-200 repeat
‘Prämutation’
CGG
200 - repeat
Vollständige Mutation
CGG
56

FISH: FLUORESCENT IN SITU
HYBRIDISATION
57

FISH
58

FISH
Die Behandlung der Proben: nach einer kurzen Fixierung wird die markierte Probe (Sonde)
auf unseren Probe pipettiert, nach ein paar Stunden dauernden Hybridisierung wird die
zusätzliche markierte Probe (Sonde) gewaschen, und dann die Chromosomen unter UV-
Fluoreszenz Mikroskop sofort untersucht.
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Verschiedene Arten der FISH Probe
Mithilfe von Chromosom-spezifischen Tests werden die numerischen
Chromosomenanomalien erfasst.
Die X (rote) und Y (grüne) Chromosomspezifische
Sonden in normalen männlichen
und weiblichen Zellkernen
Die Proben hybridisieren zu einem Abschnitt
der Chromosomen.
60

Verschiedene Arten der FISH Probe
Identifizierung der Geschlechtschromosomen
Identifizierung die Gonosomen.
In einem gesunden weiblichen Zellkern sind 2 X , in einem gesunden männlichen ist nur 1 X
Chromosom.
61

Verschiedene Arten der FISH Probe
Die Locus-oder Gen-spezifische Sonde wird ein bestimmtes Zielgen identifizieren, und zeigt
die Position auf dem Chromosom. Fehlen des Gens, oder die Duplikation des Gens, als auch
die Translokation, Deletion eines Tumorsuppressorgens können ebenfalls nachgewiesen
werden.
Das RB1-Gen des13. Chromosoms ist sichtbar in zwei Kopien (rote Punkte)
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Locus spezifische FISH Probe für
verschiedene Syndromen
• Prader-Willi Syndrom 15q11-13
• Angelman Syndrom 15q11-13
• Di-George Syndrom /VCFS 22q11.2
• Williams Syndrom 7q11.23
• Wolf-Hirschhorn Syndrom 4p16.3
• Cri du Chat Syndrom 5p15.2
• Kallmann Syndrom Xp22.3
• SRY Gen Yp11.3
• X-verbundene Ichthyosis Xp22.3
• Retinoblastoma (RB1-Gen) 13q14
• Smith-Magenis Syndrom 17p11.2
• Miller-Dieker Syndrom 17p13.3
63

Medizinische Verwendung der FISH Proben
Pränatale Untersuchung von Down-Syndrom – weitgehend abgelöst von US
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Medizinische Verwendung der FISH in
Tumoren Die Deletion der
erb-B2, EGFR und myc Gene wurden in vielen
Tumoren beobachtet (diese Onkogene sind),
als auch die RB und p53 Gene (welche
Tumorsuppressor sind).
Das p53 Tumorsuppressor-Gen wird mit einer lokusspezifischen
Probe in den Zellkernen der leukämischen Zellen sichtbar gemacht.
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Medizinische Verwendung
der FISH
Philadelphia Chromosom
(Ph1)
abl (Abelson cluster region) kodiert
ein Tyrosine Kynase Protein
bcr (breakpoint cluster region)
Die Detektion des Philadelphia Chromosoms ist mit FISH Proben in chronischer
myeloischen Leukämie (CML) leichter, als mit den anderen Methoden.
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Medizinische Verwendung des FISH
das Gen BCR liegt normalerweise auf dem 22. Chromosom,
das ABL Gen auf dem 9. Chromosom.
Nach der Translokation werden die zwei Gene fusioniert.
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Verschiedene Arten der FISH
Telomerspezifischen Probe
Telomer
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X-CHROMOSOM INAKTIVIERUNG
Das Barrkörperchen Regel: #BB = #X-1
Die Funktion der X Inaktivierung:
Dosiskompensation der Genprodukte X Chromosoms
Heterochromatinisation: Gene werden inaktiv durch:
‣Xist RNS
‣DNS-Methylierung
‣Histon-Methylierung
zwei Barrkörperchen:
-> XXX
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X-CHROMOSOM INAKTIVIERUNG
- Es ist ein random Prozess
- das Prozess ist während der frühen Embryogenese schon aktiv
- Das Ergebnis ist unumkehrbar
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X-CHROMOSOMINAKTIVIERUNG
XX
XO
die Pseudoautosomale Region bleibt auf den inaktiven X
Chromosomen aktiv!
Die Pseudoautosomale Region ist sogar auf den X und Y Chromosom vorhanden.
Diese Region sichert eine normale Chiasmabildung und Segregation in der Meisose.
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X-CHROMOSOM INAKTIVIERUNG
Bei Menschen: Mosaicism
Anhidrotische Ektodermale Dysplasie:
Schweissdrüsen sind nur in den Flecken aktiv
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2. Marker für Krankheiten
• Geburtshilfe
• Neurologie
• Geriatrie
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Danke für die Aufmerksamkeit!
74