Chromosomenuntersuchung

Chromosomenuntersuchungen können mit verschiedenen Techniken durchgeführt werden, die alle Chromosomenanomalien identifizieren können. Karyotypisierung beschreibt die Färbung, Anordnung und Visualisierung von Chromosomen und kann genutzt werden, um Aneuploidie und größere strukturelle Veränderungen zu identifizieren. Die Karyotypisierung ist unempfindlich bei der Identifizierung kleiner Anomalien und unterliegt einem arbeitsintensiven Prozess. Die chromosomal microarray analysis ist eine vergleichbare Technik, die Fluoreszenz verwendet, um spezifische genetische Sequenzen zu identifizieren und zu quantifizieren. Sie ist bei der Identifizierung von copy number variations (engl. Akronym: CNV) wie Mikrodeletationen oder Mikroduplikationen viel empfindlicher. Außerdem ist sie geeignet, um bestimmte Variationen wie balancierte Translokationen zu identifizieren. Bei der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (engl. Akronym: FISH) werden fluoreszierende Sonden verwendet, um spezifische Gene auf Chromosomen zu identifizieren und zu lokalisieren. Im Vergleich zur Karyotypisierung ist FISH viel sensitiver und spezifischer bei der Bestimmung mehrerer Anomalien (außer Punktmutationen), wird jedoch durch die derzeit verfügbaren Gensonden eingeschränkt.

Aktualisiert: 10.07.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Überblick

Wiederholung der für die medizinische Genetik Genetik Grundbegriffe der Genetik verwendeten Terminologie

Numerische Chromosomenaberrationen:

  • Aneuploidie: falsche Anzahl einzelner Chromosomen
  • Mosaik: das Vorhandensein von ≥ 2 Zellpopulationen innerhalb eines Organismus, jede mit unterschiedlichen Genomen

Strukturelle Chromosomenaberrationen:

  • Deletationen: der Verlust eines bestimmten Chromosomenabschnitts
  • Duplikationen: Vervielfältigung bestimmter Chromosomenabschnitte
  • Inversionen: 180° Drehung eines Chromosomenabschnitts und anschließende Reintegration in das ursprüngliche Chromosom Chromosom Grundbegriffe der Genetik
  • Translokationen:
    • Austausch von Fragmenten zwischen nichthomologen Chromosomen
    • Kann symmetrisch (gleich) oder unsymmetrisch (ungleich) vorliegen

Zytogenetische Untersuchung

  • Analyse einer Probe auf chromosomale Veränderungen/Anomalien
  • Am häufigsten verwendet für:
    • Pränatalscreening und Diagnosen von Chromosomenstörungen
    • Identifizierung von Chromosomenanomalien im Zusammenhang mit Malignität
  • Es gibt:
    • Karyotypisierung
    • Chromosomal microarray analysis (CMA)
    • FISH

Karyotypisierung

Definition

Die Karyotypisierung, auch als Chromosomenanalyse bekannt, ist eine gängige Methode, um eine Abbildung der Chromosomen einer Person zu erstellen, um Folgendes zu erkennen:

  • Größere strukturelle Veränderungen der Chromosomen
  • Aneuploidie

Durchführung

  • Die Karyotypisierung kann mit verschiedenen Arten von Proben durchgeführt werden, darunter:
  • Methode:
    • Zellen aus einer Probe werden kultiviert und zur Teilung stimuliert.
    • Colchicin Colchicin Medikamente zur Behandlung von Gicht wird kultivierten Zellen zugesetzt → Unterbrechung des Zellzyklus Zellzyklus Zellzyklus in der Metaphase → Chromosomen sind maximal kontrahiert (leichter zu erkennendes Bandenmuster)
    • Chromosomen werden dann:
      • Angefärbt (ermöglicht die Visualisierung von Bandenmustern und Chromosomenidentifikation)
      • Geordnet
      • Nummeriert (23 Paare)
    • Chromosomen werden analysiert nach:
      • Morphologie
      • Größe
      • Armlängenverhältnis
      • Bandenmuster
Mitosis

Überblick über die Stadien der Mitose: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase: Während der Karyotypisierung wird der Zellzyklus durch die Applikation des Wirkstoffs Colchicin in der Metaphase angehalten (hemmt die Mikrotubuli-Polymerisation, um die Mitose zu stoppen).

Bild von Lecturio.

Anwendung

Die Karyotypisierung dient der Identifizierung und Diagnose von:

Vorteile

  • Das gesamte Genom Genom Grundbegriffe der Genetik kann auf einmal visualisiert werden.
  • Gute Sensitivität und Spezifität für bestimmte Erkrankungen
  • Diverse Probentypen können verwendet werden.

Nachteile

  • Kann nur große, sichtbare Anomalien identifizieren und keine kleinen Veränderungen
  • Die Interpretation ist untersucherabhängig.
  • Arbeitsintensiver Prozess

Chromosomal microarray analysis

Definition

Die Chromosomen-Microarray-Analyse, auch DNA-Microarray genannt, ist eine hochauflösende Technik, die fluoreszierende Marker verwendet, um kleine Chromosomenungleichgewichte zu identifizieren.

Durchführung

  • Kann das gesamte Genom Genom Grundbegriffe der Genetik untersuchen oder spezifische Ziele haben (z.B. bei bekannten Krankheiten)
  • Ein Gitter aus Glas oder Silizium wird mit Tausenden von spezifischen Nukleinsäuresequenzen (Sonden) bestückt.
  • Proben- und Kontroll- (oder Vergleichs-) DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA werden:
    • In Fragmente geschnitten
    • Mit verschiedenen fluoreszierenden Markern markiert
    • Zum Gitter hinzugefügt
  • Die Hybridisierung erfolgt über komplementäre Bindung mit den Sonden.
  • Ein Scanner erkennt die relative Genexpression basierend auf der Farbe und Intensität der Fluoreszenz (Expression ↑ → Intensität ↑).

Anwendung

  • Bietet umfassende genetische Untersuchungen für Anomalien, die bei der Karyotypisierung nicht erkannt werden:
    • Copy number variations:
    • Einzelnukleotidpolymorphismen
  • Kann auch Aneuploidie erkennen
  • Nutzung für:
    • Pränatales Screening
    • Diagnostik genetischer Erkrankungen
    • Forensische Analysen
    • Erforschung von Erkrankungen und Therapien

Vorteile

  • Kann die Expression von Tausenden von Genen gleichzeitig darstellen
  • Kann sehr kleine Chromosomenanomalien erkennen

Nachteile

  • Ausgewogene Translokationen, Inversionen und Insertionen können nicht erkannt werden.
  • Mosaike können die Erkennung beeinträchtigen.
  • Teuer

Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung

Definition

Eine Untersuchungsmethode, bei der eine fluoreszierende DNA-Sonde (oder RNA-Sonde) verwendet wird, um spezifische Gene auf Chromosomen zu identifizieren und zu lokalisieren.

Durchführung

  • Eine einzelsträngige DNA-Sonde mit einem Fluoreszenzfarbstoff wird verwendet, um an einen bestimmten Genlocus zu binden.
  • Sonden werden mit Probenchromosomen auf einem Objektträger hybridisiert.
  • Fluoreszenzmikroskopie wird verwendet, um Signale zu detektieren.
ChromosomenAluFish

Weiblicher menschlicher Karyotyp, der mit FISH untersucht und mittels einer Sonde auf die Alu-Sequenz (grün) und auf DNA gegengefärbt wurde (rot).

Bild: „ChromosomesAluFish“ von Dietzel65. Lizenz: CC BY 2.5

Anwendung

Vorteile

  • Verbesserte Sensitivität und Spezifität im Vergleich zur klassischen Karyotypisierung
  • Kann sowohl für sich teilende als auch für sich nicht teilende Zellen verwendet werden
  • Es können mehrere Sonden verwendet werden.

Nachteile

  • Kann Punktmutationen oder sehr kleine Anomalien nicht erkennen
  • Nicht alle chromosomalen Regionen verfügen (derzeit) über eine passende Sonde.
  • Für die Diagnostik muss die richtige Sonde ausgewählt werden.

Quellen

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  9. Schrijver, I., Zehnder, J.L. (2021). Tools for genetics and genomics: Cytogenetics and molecular genetics. In Tirnauer, J.S. (Ed.), UpToDate. https://www.uptodate.com/contents/tools-for-genetics-and-genomics-cytogenetics-and-molecular-genetics (Zugriff am 05.12.2021)
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Comenius-Award 2019

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

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Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

Frank Eilers

Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

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Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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