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13.4: Die Karyotypisierung
INHALTSVERZEICHNIS

 

PROTOKOLLE

13.4: Die Karyotypisierung

Überblick

Die Beschreibung der Anzahl und der physischen Merkmale von Chromosomen kann Anomalien aufdecken, welche genetischen Krankheiten zugrunde liegen. Diese Beschreibung wird durch spezielle Färbeverfahren erleichtert, die auf jedem Chromosom ein bestimmtes Bänderungsmuster erzeugen. Modernste Techniken machen diesen Ansatz noch effizienter und ermöglichen den Nachweis einzelner krankheitsauslösender Gene.

Eine einfache Technik zur Chromosomenfärbung liefert wertvolle wissenschaftliche Erkenntnisse

Einige genetische Krankheiten können durch die Struktur und Anzahl der Chromosomen erkannt werden, die sich bei der Verdichtung der DNA während der Mitose bilden. Sobald die Chromosomen gebildet sind, stoppen die Zytogenetiker die Mitose und führen eine Färbung durch. Die Färbung erzeugt ein deutliches Bänderungsmuster, das verschiedene Merkmale wie Anzahl, Form und Art der Chromosomen zeigt. Eine solche Beschreibung eines individuellen Chromosoms wird Karyotyp genannt.

Um die Karyotypisierung zu erleichtern, wird ein Bild der gefärbten Chromosomen aufgenommen. Einzelne Chromosomen werden identifiziert und aus dem Bild ausgeschnitten. Die Chromosomen werden dann paarweise angeordnet und nach Größe geordnet. Diese Anordnung wird Karyogramm genannt. In einem menschlichen Karyogramm werden die 22 Autosomen vom größten bis zum kleinsten Paar mit 1 bis 22 bezeichnet. Die beiden Geschlechtschromosomen sind mit X oder Y gekennzeichnet. Ein Karyogramm macht es einfach, fehlende oder zusätzliche Teile eines Chromosoms oder eine ganze Extrakopie zu erkennen, die alle genetischen Krankheiten zugrunde liegen können.

Karyogramme können genetische Störungen aufdecken

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune, und Raymond Turpin entdeckten 1959, dass Patienten mit Down-Syndrom eine dritte Kopie des Chromosoms 21 besitzen. Das Down-Syndrom wird daher auch Trisomie 21 genannt. Menschen mit Down-Syndrom haben typischerweise leichte bis schwere geistige Behinderungen und körperliche Symptome, wozu verzögertes Wachstum gehört. Die Betroffenen unterscheiden sich jedoch sehr stark in dem Grad, in dem sie betroffen sind. Das Down-Syndrom wird verursacht, wenn sich die Kopien des Chromosoms 21 während der Meiose nicht in unterschiedliche Spermien oder Eizellen trennen können. Das Ergebnis ist eine Keimzelle mit 24 statt der üblichen 23 Chromosomen. Wenn eine solche Keimzelle während der Befruchtung mit einer Zelle des anderen Elternteils verschmilzt, hat die entstehende Zygote 47 Chromosomen. In einem kleinen Prozentsatz der Fälle des Down-Syndroms ist nur ein zusätzliches Stück des Chromosoms 21 vorhanden, das normalerweise mit einem anderen Chromosom verschmolzen ist.

Hochempfindliche Färbemethoden helfen, die genetische Basis einer Krankheit zu bestimmen

Zytogenetiker extrahieren heutzutage aufgrund der Fortschritte in der Molekularbiologie, Chemie und Instrumentierung viel mehr Informationen aus einem Karyogramm als lediglich die Chromosomenzahl und-struktur. Der von Flechten abgeleitete Farbstoff, der in den ersten zytogenetischen Studien verwendet wurde, wurde durch stabilere Farbstoffe wie Giemsa ersetzt. Giemsa färbt einige Teile des DNA-Strangs stärker als andere, abhängig von der Basenzusammensetzung und der Chromatinstruktur. Das resultierende Muster der Färbungsintensität wird als G-Band bezeichnet. Dieses Muster ist reproduzierbar und identisch für Individuen einer Spezies, so dass Anomalien leicht zu erkennen sind. Es gibt verschiedene Methoden zur Erzeugung von Bandmustern, was die Diagnose verschiedener Chromosomenanomalien erleichtert.


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