Zytogenetik
Bei der Zellteilung verdichtet sich der Genträger - Desoxyribonukleinsäure (DNA)- und bildet im Zellkern färbbare Körper (Chromosomen) mit charakteristischen Streifen. Chromosomen lassen sich unter einem optischen Mikroskop beobachten und nach Größe und Form in einen Komplex anordnen - Karyotyp. In einem normalen menschlichen Zellkern gibt es 23 Chromosomenpaare (jedes Paarglied von einem Elternteil), die je nach Größe und Anordnung der Streifen mit den Nummern 1 bis 22 gekennzeichnet sind. Das letzte 23. Paar bilden die Geschlechtschromosomen. Die Lage eines jeden Gens kann also mit der Nummer des Chromosoms und einem bestimmten Streifen beschrieben werden.
Sollte unter dem Lichtmikroskop eine Störung der Form oder der Zahl der Chromosomen zu erkennen sein, muss ein ganzer Block von Genen betroffen sein. Entweder fehlen Chromosomen (Deletion, Monosomie) oder sie treten vermehrt auf (Duplikation, Trisomie). Teile der Chromosomen können versetzt werden (invertiert oder translokiert). Chromosomen können auch eine Formstörung haben. Defekte (Abberationen) von Chromosomen können erblich (hereditär) oder bei der Empfängnis neu entstanden sein (germinal). Sie können auch im Laufe des späteren Lebens in einzelnen Zellen erworben werden (somatisch). Somatische Mutationen sind Ursache von Tumoren. Das Vorkommen chromosomaler Abberationen bei der Geburt liegt bei 6/1000 (0,6%). Falls die Abberation bereits in der befruchteten Eizelle anwesend ist (germinale Mutation), dann ist eine solch große Genmutation in allen Zellen des Organismus anwesend. Dadurch erklärt sich die Großzahl an Defekten bei den Trägern chromosomaler Abberationen. Manche chromosomale Abberationen sind mit einem typischen Komplex von Symptomen verbunden – einem Syndrom. Die Syndrome sind meist nach Forschern benannt, die sie zuerst beschrieben haben: Down, Edwards, Patau, Turner, Klinefelter.
Man geht davon aus, dass etwa die Hälfte der Embryonen von einer chromosomalen Abberation betroffen ist, die zu ihrem frühzeitigen Abort führt. Ein frühzeitiger Abort kann mit einer „hormonalen Störung“ erklärt werden. Bei erkannten Schwangerschaften liegt die Häufigkeit chromosomaler Abberationen zu Beginn bei 7,5% und bei der Geburt bei 0,6%. Das bedeutet, dass die Mehrheit der chromosomalen Abberationen im Verlauf der Schwangerschaft abortiert wird. Das Spektrum chromosomaler Defekte, das bei Neugeborenen festgestellt wird, hängt davon ab, ob der Defekt mit der intrauterinen Entwicklung vereinbar ist. Beim Abort kommt beispielsweise eine Trisomie des Chromosoms Nr. 16 häufig vor, die bei Neugeborenen fast gar nicht vorkommt. Das hängt offenbar damit zusammen, dass sich auf dem Chromosomen Nr. 16 Gene befinden, welche die Funktion der Plazenta kodieren. Wenn in der Plazenta diese Gene in dreifacher Menge vorhanden sind, sind ihre Befehle eher chaotisch und führen zur Störung der Plazenta und beinahe sicher zum Abort. Embryonen mit einer Trisomie des Chromosoms Nr. 18 (Edward-Syndrom) werden bei erkannten Schwangerschaften (d.h. zwischen der 12. – 40. Schwangerschaftswoche) in 85% der Fälle abortiert. Embryonen mit einer Trisomie des Chromosoms Nr. 21 (Down-Syndrom) werden in etwa 50% erkannter Schwangerschaften abortiert.
Eine besondere Gruppe bilden chromosomale Abberationen, welche die Geschlechtschromosomen betreffen. Mann und Frau sind gerade in den Geschlechtschromosomen verschieden. Die Frau verfügt über eine standardmäßige Genausrüstung, die zwei komplette Pakete von Paarchromosomen enthält einschließlich zweier Geschlechtschromosomen, die auch nach deren Form als X bezeichnet werden. Ihrem Sohn übergibt jede Mutter genau die Hälfte der menschlichen Genausrüstung, die eines ihrer „weiblichen“ Geschlechtschromosomen X enthält. Vom Vater erhält der Sohn allerdings etwas weniger als die Hälfte der menschlichen Genausrüstung, weil der Genbereich auf dem X-Chromosom vom kleineren Chromosom mit der Bezeichnung Y repräsentiert wird. Bei jedem Mann ist also das letzte 23. Chromosomenpaar verschieden (XY). Die Bezeichnung „Geschlechtschromosomen“ ist etwas irreführend, da (konkret auf dem X-Chromosom) es eine Reihe weiterer wichtiger Gene gibt: Gen für den Gerinnungsfaktor VIII, das Muskelprotein Dystrofin, für Größe und Intelligenz etc. Auch wenn die Abberationen der Geschlechtschromosomen häufig abortiert werden (z.B. die Monosomie des X-Chromosoms – Turner-Syndrom zu 99 %), müssen sie ihrem Träger keine lebensgefährdenden Defekte zufügen, falls sie den pränatalen Zeitraum überleben. Dominanter Defekt ist die Fruchtbarkeitsstörung.
Eine empfindlichere zytogenetische Methode stellt die FISH- Methode dar (Fluorezenzhybridisation). Bei dieser Methode werden die Chromosomen in kurzen DNA-Abschnitten – Sonden – durch Fluoreszenzfarben gekennzeichnet. Sie Struktur (Sequenz) der DNA Sonde entspricht der DNA-Sequenz an einer genau bestimmten Stelle des Chromosoms. Falls sich die Sondensequenz und die DNA des Patienten entsprechen, wird das Chromosom dauerhaft mit einer Farbe gekennzeichnet, die im Ultraviolettlicht leuchtet. So kann die Anwesenheit oder Veränderung eines bestimmten Gens erwiesen werden. Das grüne Signal auf dem Bild bezeichnet die Mitte des Chromosoms und zwei rote Signale bezeichnen das Ende der kurzen Arme des X-Chromosoms.
Die FISH - Methode wird oft bei der Präimplantationsdiagnose (PGD) einer assistierten Reproduktion (IVF) vor dem Einlegen des Embryos in die Gebärmutter eingesetzt. Am häufigsten werden in 1 bis 2 Zellen, die dem Embryo entnommen wurden, die Zentren ausgesuchter Chromosomen durch farbige Sonden gekennzeichnet und damit wird auch ihre Anzahl bestimmt. So ist es beispielsweise möglich festzustellen, ob die Embryozellen keine drei Chromosomen Nr. 21 enthalten, was das Down-Syndrom verursacht. Es ist auch möglich das Geschlecht des Embryos festzustellen.
Die chromosomale PGD kann die Hoffnung auf einen Erfolg der assistierten Reproduktion besonders bei älteren Müttern und Paaren mit wiederholter Erfolglosigkeit der IVF erhöhen.