Institut* für angewandte Humangenetik und Onkogenetik Professor Froster

ARRAY-CGH

Genomweite Suche nach Gendefekten mit der Array-CGH

Informationen zur Array-CGH

Die Klärung genetischer Ursachen für angeborene Krankheitsbilder mit geistiger Behinderung beim Menschen gelang in den frühen 60ger Jahren. Die Zuordnung des klinisch lange bekannten Down Syndroms zu einer Trisomie der Chromosomen 21 durch den französischen Genetiker Jérôme Lejeune im Jahr 1959 eröffnete das Zeitalter der klassischen zytogenetischen Diagnostik. Seither sind die Techniken zur Auflösung der Störungen der Erbanlageträger, der Chromosomen, vor allem durch molekularzytogenetische Methoden und Fluoreszenztechniken (FISH) ständig verbessert und verfeinert worden. Dennoch lassen sich mit dem Lichtmikroskop und dem Fluoreszenzmikroskop nur ein begrenzter Teil der tatsächlich bestehenden Umbauvorgänge auf DNA-Ebene nachweisen, die mit Krankheitszeichen und geistiger Behinderung verbunden sind.

Immer noch bleibt ein großer Anteil von Entwicklungsstörungen im Kindesalter mit geistiger Behinderung ungeklärt.

  • Die klassische Zytogenetik kann bei ca. 17% der Kinder mit unklarer geistiger Behinderung eine Ursache feststellen.
  • Weitere 7% lassen sich mit den heute gängigen Methoden der molekularen Zytogenetik (FISH, Subtelomerscreening oder MLPA) diagnostizieren.
  • Mit der neuen Methode der Array-CGH können bei zusätzlich 10-25% der Kinder die Ursachen der Erkrankung nachgewiesen werden.

  • Der Erfolg der Ursachenklärung durch die Array-CGH hängt dabei entscheidend vom Auflösungsvermögen des verwendeten Arrays ab. Aber nicht nur unklare Fälle geistiger Behinderung und seltene syndromale Krankheitsbilder können gelöst werden, auch bei bereits nachgewiesenen strukturellen Chromosomenstörungen kann die Array-CGH genauere Hinweise auf die im Genom erfolgten Umbauvorgänge geben und damit eine weit präzisere Genotyp-Phänotyp-Korrelation ermöglichen. Ein bereits erhobener zytogenetischer Befund kann damit auch korrigiert und präzisiert werden, vor allem wenn es um strukturelle Chromosomenveränderungen geht.

    Indikationen für eine Array-CGH-Untersuchung sind vor allem:

  • Unklare geistige Behinderung +/- Dysmorphiezeichen
  • Präzisierung struktureller Chromosomenveränderungen

    Was kann die Array-CGH?

    Durch die Array-CGH können genomweit Veränderungen der Kopienzahl einzelner DNA Abschnitte erkannt werden. Die Technik wurde in der Arbeitsgruppe von Peter Lichter erstmals 1997 beschrieben (Solinas-Toldo et al., 1997). Damit können kleine Deletionen oder Duplikationen von DNA-Abschnitten nachgewiesen werden. Mit einer klassischen Chromosomenanalyse können strukturelle Chromosomenveränderungen nur dann entdeckt werden, wenn sie größer als ca. 5-10 Mio bp (Basenpaare) umfassen. Mit der Array-CGH lassen sich Genomveränderungen in einer Größenordnung von 1kb (Kilobase) bis 1Mio bp nachweisen. Das ist abhängig von der Größe des Chips. Wir verwenden das System der Firma Agilent® mit einem 244.000 und einem 105.000 Oligo-CGH Array (244K bzw. 105K Array). Die maximal erreichbare Auflösung liegt bei 12-36 kb. Verglichen mit der Chromosomenanalyse im Lichtmikroskop ist die Auflösung damit 200fach erhöht.

    Was kann die Array CGH-nicht?

  • Monogene Erkrankungen können nicht durch Array-CGH erkannt werden. Dazu ist eine molekulargenetische Analyse, z.B. Sequenzierung erforderlich.
  • Strukturelle Chromosomenveränderungen, z.B. balancierte Translokationen oder Inversionen ohne Verlust genetischen Materials sind nicht nachweisbar

  • Wie funktioniert die Array CGH?

    Auf einem Glasobjektträger werden definierte DNA-Fragmente aufgebracht, die mehrere tausend Abschnitte des Genoms repräsentieren. Darauf werden DNA eines Patienten (rot markiert) und eine Referenz-DNA (grün markiert) hybridisiert. Durch Verschiebung des Hybridisierungsverhältnisses der beiden konkurrierenden DNAs werden unterschiedliche Farbsignale erzeugt, die mit einem Scanner detektiert werden können. Die Technik ist weitgehend automatisiert. Dadurch können mit vergleichsweise geringem Zeitaufwand große Teile des Genoms auf kleine Veränderungen untersucht werden.
         

    Wie werden auffällige Befunde abgesichert?

    Wir überprüfen unsere auffälligen Ergebnisse mit einer zweiten unabhängigen Methode, durch geeignete molekularzytogenetische oder molekulargenetische Techniken, z.B. quantitative RT PCR oder Fragmentanalyse.

    Gibt es falsch-positive Befunde?

    Das menschliche Genom enthält eine hohe Rate an variablen Kopienzahlen auch bei klinisch unauffälligen Menschen. Diese werden als CNVs ('copy number variations') bezeichnet und können einige kb bis mehrer Mb groß sein. Bisher sind noch längst nicht alle CNVs bekannt. Die Daten zu diesen Polymorphismen werden in Datenbanken gesammelt, (Feuk et al., 2006).

    Welches Untersuchungsmaterial wird benötigt?

  • 2 - 4 ml EDTA-Blut für die Array-CGH-Untersuchung
  • Zusätzlich: 2 - 5 ml heparinisiertes Blut für die Karyotypisierung und FISH-Untersuchung

  • Wie lange dauert die Untersuchung und was wird benötigt?

  • 2-4 Wochen
  • Versand: Post oder Kurierdienst

  • >> Anforderungsbogen/Einsendebogen


    Literatur:

  • Feuk L, Carson AR, Scherer SW. Structural variation in the human genome. 2006, Nat Rev Genet. 7:85-97
  • Solinas-Toldo S, Lampel S, Stilgenbauer S, Nickolenko J, Benner A, Döhner H, Cremer T, Lichter P. Matrix-based comparative genomic hybridization: biochips to screen for genomic imbalances. Genes Chromosomes Cancer. 1997, 4:399-407.
  • Rauch A, Hoyer J, Guth S, Zweier C, Kraus C, Becker C, Zenker M, Hüffmeier U, Thiel C, Rüschendorf F, Nürnberg P, Reis A, Trautmann U. (2006): Diagnostic yield of various genetic approaches in patients with unexplained developmental delay or mental retardation. Am J Med Genet A 140:2063-2074


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