Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Dr. Klein, Dr. Rost und Kollegen

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Letzte Änderung: 15.03.2016

Präimplantationsdiagnostik

Dr. rer. nat. Annett Wagner, Dr. rer. nat. Thomas Harasim,
Dr. med. Imma Rost

Wissenschaftlicher Hintergrund

Bei der Polkörperdiagnostik (PKD) werden die beiden Polkörper untersucht, mit denen die Eizelle nach dem Eisprung (erster Polkörper) bzw. nach dem Eindringen einer Samenzelle (zweiter Polkörper) bei der sog. Reife- oder Reduktionsteilung ihre ursprüngliche Chromosomenzahl von 46 (2 x 23) auf 23 reduziert. Dies ist erforderlich, da Ei- und Samenzelle ursprünglich 46 Chromosomen tragen, wie jede andere Körperzelle auch, die vor der Befruchtung jeweils auf den halben Chromosomensatz verringert werden muss, damit nach Verschmelzen der beiden Vorkerne von Eizelle und Samenzelle wieder der ursprüngliche doppelte Chromosomensatz für den sich entwickelnden Embryo vorliegt. Dabei erhält der Embryo die Hälfte seines Erbguts jeweils von Mutter und Vater. Die Untersuchung des Erbguts der Polkörper lässt Rückschlüsse auf das in der Eizelle verbliebende mütterliche Erbgut zu. Eine Beurteilung des väterlichen Erbguts ist mit dieser Untersuchung nicht möglich.

Schematische Darstellung der Eizellreifung und Embryonalentwicklung. Nach der 1. Reifeteilung (Meiose I) befindet sich im 1. Polkörper (PK1) ein doppelter Satz an Chromatiden (1n2C). Die 2. Reifeteilung (Meiose II) setzt nach Eindringen des Spermiums ein. Es bildet sich der 2. Polkörper (PK2), der einen einfachen Satz an Chromatiden enthält (1n1C). Nach Verschmelzung der Vorkerne spricht man von einem Embryo und die mitotische Zellteilung setzt ein. (mod. nach Wagner et al., Zellbiologie 2004)

 

Indikationen

I. Polkörperdiagnostik (PKD)

Da bei der PKD nur das mütterliche Erbgut erfasst wird, kann nur auf Störungen untersucht werden, die von der Mutter übertragen werden können. Dies sind z.B. balancierte Translokationen, d. h. ein Austausch von Chromosomenmaterial zwischen zwei (selten auch mehr) Chromosomen, wobei es weder zu einem Zugewinn noch zu einem Verlust von Erbmaterial kommt. Eine balancierte Translokation kann unbalanciert weiter vererbt werden, d.h. dass es zu einem Zugewinn und/oder Verlust von Erbmaterial kommt. Chromosomenstörungen auf Grund von unbalancierten Translokationen gehen meistens mit angeborenen Fehlbildungen und Entwicklungsstörungen einher. Im Rahmen einer künstlichen Befruchtung können die Polkörper der jeweiligen Eizelle daraufhin untersucht werden, ob das Erbgut balanciert oder unbalanciert in den Polkörpern vorliegt. Eine Eizelle, deren Polkörper unbalanciert sind und damit auf einen unbalancierten Status in der Eizelle rückschließen lassen, würde der Mutter nicht übertragen werden. Auch Inversionen (Drehung von Chromosomenanteilen um 180° im gleichen Chromosom) können unbalanciert an die Nachkommen vererbt werden und daher eine Indikation für die PKD/PID darstellen.

Eine zweite Indikation für die PKD ist der Ausschluss einer chromosomalen Aneuploidie (Zugewinn bzw. Verlust ganzer Chromosomen). Aneuploidien entstehen bei den anfangs genannten Reifeteilungen der Eizellen (selten auch der Samenzellen). Da die mütterlichen Eizellen von der Geburt bis zum Eisprung in einer empfindlichen Phase der Zellteilung ruhen, kommt es vermutlich durch einen Alterungsprozess des Zellteilungsapparates mit zunehmendem mütterlichen Alter häufiger zu solchen Fehlverteilungen. Man schätzt, dass etwa 20 % der Eizellen von 20 - 25-jährigen Frauen, aber 70 % der Eizellen von 35 - 40-jährigen Frauen solche chromosomalen Fehlverteilungen aufweisen. Dem zufolge treten chromosomale Trisomien mit zunehmendem mütterlichen Alter häufiger auf, weshalb man ab einem Alter von 35 Jahren eine vorgeburtliche Diagnostik anbietet.

Die häufigsten Aneuploidien sind die Verdreifachung der Chromosomen 13, 18 und 21, die zur Geburt eines Kindes mit Down-Syndrom (Trisomie 21), Edwards-Syndrom (Trisomie 18) bzw. Pätau-Syndrom (Trisomie 13) führen können. Weitere häufige Trisomien (Chromosomen 15, 16 und 22) sind mit einem längeren Überleben des Embryos nicht vereinbar; man findet diese Trisomien häufiger, wenn nach einer Fehlgeburt eine Chromosomenanalyse durchgeführt wird. Neben diesen häufigen Trisomien werden in Eizellen auch andere Fehlverteilungen beobachtet. Demzufolge ergeben sich folgende Indikationen zur PKD mit einem erhöhten Risiko für eine chromosomale Imbalance:

  • mehrfache Fehlgeburten
  • vorausgegangene chromosomale Fehlverteilungen bei einer Fehlgeburt oder Polkörperdiagnostik
  • mehrere erfolglose ICSI/IVF-Zyklen mit Embryotransfers
  • bekannte Translokation bei der Frau

Eine weitere Indikation für die PKD stellen schwerwiegende monogen vererbte Krankheiten dar, die über die Mutter übertragen werden. Dabei handelt es sich vor allem um autosomal-dominant vererbte Krankheiten, deren Gene auf dem X-Chromosom liegen, die also dem sog. geschlechtsgebundenen Erbgang folgen. Hier erkranken in der Regel Frauen, die die Genveränderung auf einem ihrer beiden X-Chromosomen tragen nicht, während Männer bzw. Jungen, die ein X- und ein Y-Chromosom als Geschlechtschromosomen tragen, erkranken werden. Das Wiederholungsrisiko für Söhne einer Überträgerin einer X-chromosomalen Erkrankung liegt bei 50%.

Bei Erkrankungen, die autosomal-rezessiv vererbt werden, die also nur dann auftreten, wenn beide Eltern gesunde Anlageträger für diese Erkrankung sind, wird man eine PID bevorzugen, da hier sowohl die mütterliche als auch die väterliche Mutation erfasst werden können.

II. Präimplantationsdiagnostik (PID)

Die Trophoblastbiopsie als Grundlage der eigentlichen PID erfasst nicht mehr totipotente Zellen der embryonalen Hülle und damit sowohl das mütterliche als auch das väterliche Erbgut. Indikationen für diese Untersuchung sind daher:

  • bekannte chromosomale Translokation des Partners
  • über den Vater übertragene monogene Erkrankungen
  • autosomal-rezessiv vererbte Erkrankungen

Indikationen für PKD/PID

 

Methoden

Die diagnostische Schwierigkeit bei PKD und PID liegt darin, dass für die Untersuchungen jeweils nur einzelne Zellen (Polkörper 1 und 2 bzw. Trophoblastzellen) zur Verfügung stehen. Das bedeutet auch, dass ein Untersuchungsergebnis nicht an einer 2. Probe oder mehreren Zellen überprüft werden kann. Da die diagnostische Sicherheit in diesen Systemen trotz größter Sorgfalt nicht bei 100% liegen kann, wird nach Durchführung einer PKD bzw. PID grundsätzlich eine Pränataldiagnostik durch Chorionzottenbiopsie oder Fruchtwasserpunktion zur Bestätigung des Resultats empfohlen, wenn es zur Schwangerschaft kommt.

Polkörperbiopsie: Nach Eröffnung der Zona pellucida mittels Laser werden die beiden Polkörper mit der Pipette (rechts) entnommen.


1. Array-CGH (PKD und PID) 

Diese Technik basiert auf der Messung von Dosisunterschieden der Erbsubstanz (DNA) des Polkörpers oder von Trophoblastzellen im Vergleich zu einer bekannten Referenz-DNA. Die Methode hat den Vorteil, dass in einem Untersuchungsgang der gesamte Chromosomensatz auf Imbalancen analysiert werden kann. Damit kann z. B. einerseits eine mütterliche Translokation im Polkörper darauf untersucht werden, ob die Translokation balanciert oder unbalanciert vorliegt, andererseits werden sämtliche anderen Chromosomen erfasst, so dass zusätzlich Aneuploidien der Eizelle ausgeschlossen werden können. Die Aussagekraft dieser Array-CGH ist damit deutlich höher als die der klassischen FISH-Analyse. Auch bei väterlichen Translokationen kann die Methode in der PID eingesetzt werden. Ein Vorteil gegenüber der FISH-Diagnostik liegt auch darin, dass im Vorfeld der PKD/PID nicht aufwendige Eignungstests der spezifischen Sonden für die Translokationsdiagnostik durchgeführt werden müssen.

Array-CGH: unbalancierte Translokation (7;8) im Polkörper 1 - Zugewinn Chromosom 8 und zusätzlich Verlust Chromosom 12


2. Molekulargenetische Untersuchungen 

Für alle Einzelgenerkrankungen, bei denen Mutter oder Vater bzw. beide bei autosomal-rezessiver Vererbung, Anlageträger einer Mutation in einem bestimmten Gen sind, kommen molekulargenetische Untersuchungsverfahren zum Einsatz. Dabei muss immer ein für die Familie individuelles Untersuchungssystem etabliert werden. Dies besteht einerseits aus dem direkten Mutationsnachweis der bei den Eltern oder einem Elternteil bekannten Mutation, zum anderen aus einer Analyse von sogenannten Markern, d. h. charakteristischen, individuell unterschiedlichen Merkmalen in der Erbsubstanz in der Umgebung der bekannten Mutation(en). Durch Kombination dieser Nachweisverfahren erhöht sich die diagnostische Sicherheit in der PKD bzw. der PID.

Kombination aus direkter (Mutationsnachweis) und indirekter (Markeranalyse) Diagnostik: Vater und Mutter tragen im gleichen Gen (blau) eine Mutation (rot). Das kranke Kind hat von beiden das Gen mit der Mutation geerbt. In der Nähe der Mutation werden individuell unterschiedliche DNA–Merkmale (Marker) bestimmt, in denen sich im vorliegenden Fall Vater und Mutter jeweils unterscheiden. Die Mutation bei der Mutter ist mit den Markern A,B,C,D gekoppelt, die Mutation beim Vater mit den Markern 5,6,7,8. Wenn nicht eine Rekombination eintritt, d.h. ein Austausch identischer Chromosomenabschnitte mit der Mutation zwischen zwei Markern, was bei zur Mutation eng benachbarten Markern unwahrscheinlich ist, kann allein durch den Nachweis der Marker-Kombination auf das Vorhandensein oder Fehlen der Mutation beim Embryo geschlossen werden. Wenn in einer Zelle der Mutationsnachweis aus technischen Gründen nicht gelingt, kann bei Nachweis der benachbarten Marker mit hoher Sicherheit auf den Ausfall der Nachweisreaktion (Allelic Drop Out, ADO) geschlossen werden. Die Kombination von direkter und indirekter Diagnostik erhöht die diagnostische Sicherheit der PKD/PID.


Durchführung von PKD bzw. PID

Beide Verfahren setzen eine sehr enge Kooperation zwischen dem Kinderwunschzentrum und dem durchführenden humangenetischen Labor voraus und werden nur nach vorheriger Rücksprache bzw. die PID nur nach dem im PräimpG festgelegten Ablauf (s.u.) durchgeführt. Für beide Verfahren muss im Vorfeld eine genetische Beratung bzw. ein medizinisches Vorgespräch erfolgen, bei dem festgestellt wird, ob für die vorliegende Anlage bzw. Erkrankung eine PKD bzw. PID möglich ist. Für monogene Erkrankungen muss ein individuelles Untersuchungssystem für jede Familie eingerichtet werden, was in der Regel mehrere Monate in Anspruch nimmt.

Zum Zeitpunkt der Drucklegung war das Präimplantationsgesetz (PräimpG) verabschiedet, die Ausführungsbestimmungen für die PID aber noch nicht von den Ländern umgesetzt. Das Gesetz sieht neben dem medizinischen Vorgespräch für jedes Paar auch eine zusätzliche psychosoziale Beratung vor und schließlich ein positives Votum einer interdisziplinär zusammengesetzten Ethikkommission, ohne das die Untersuchung nicht durchgeführt werden darf. Außerdem darf diese Untersuchung nur in lizensierten Zentren durchgeführt werden, die noch bestimmt werden müssen. Diese neuen Bestimmungen gelten nicht für die PKD.

PKD und PID sind derzeit nicht Bestandteil der Regelversorgung; die Kosten müssen daher von den Paaren selbst getragen werden. Dies gilt nicht für die genetische Beratung im Vorfeld der Diagnostik; diese zählt zu den Regelleistungen der gesetzlichen Krankenkassen.