Chromosomenaberration - Was versteht man darunter?

Eine Chromosomenaberration beschreibt eine Abweichung von der normalen menschlichen Chromosomenausstattung. Ein normaler menschlicher Chromosomensatz hat 23 gleichartige Chromosomenpaare, die die gesamte Erbgut beinhalten. Eine Chromosomenaberration kann sowohl eine numerische als auch eine strukturelle Abweichung des Chromosomensatzes sein.

Chromosomenaberrationen sind der häufigste Grund für eine vorgeburtliche Fehlgeburt. Es gibt jedoch auch überlebensfähige Formen der Chromosomenaberrationen, wie zum Beispiel das Down-Syndrom (Trisomie 21) oder das Klinefelter-Syndrom (XXY-Syndrom).

Man erkennt eine Chromosomenaberration durch das Erstellen eines Karyogramms. Dieses kann mit einem gesunden Karyogramm verglichen werden, sodass Abweichungen sofort auffallen.

Lesen Sie mehr dazu unter: Chromosomenmutation

Numerische Chromosomenaberrationen beschreiben einen Chromosomensatz, der eine abweichende Anzahl an Chromosomen hat. Dabei können einzelne Chromosomen vervielfältigt sein oder fehlen (Aneuploidie) oder der vollständige Chromosomensatz vervielfältigt sein (Polyploidie).

Die bekannteste und am weitesten verbreitete numerische Chromosomenaberration ist die Trisomie 21 (Down-Syndrom). Bei dieser Erkrankung liegt das 21. Chromosom in dreifacher Ausführung vor. Die Chance ein Kind mit Trisomie 21 zu gebären steigt mit dem Alter der Mutter. Kinder mit dem Down-Syndrom fallen durch:

• Kleinwuchs
• Vierfingerfurchen
• schräg nach außen ziehende (mongoloide) Lidachsen
• verminderte Motorik und Intelligenz

Besonders die geistige Retardierung variiert bei den einzelnen Patienten sehr stark, sodass eine individuelle Behandlung, Förderung und Betreuung im Vordergrund stehen.

Die Lebenserwartung ist durch die Trisomie 21 nur minimal vermindert. Dies ist bei anderen Trisomie Formen, wie der Trisomie 13 (Pätau-Syndrom) und der Trisomie 18 (Edwards-Syndrom) nicht so, hier liegen die Lebenserwartungen bei unter einem Jahr.

Weitere numerische Chromosomenaberrationen, die jedoch die Geschlechtschromosomen betroffen, sind das Klinefelter-Syndrom und das Ullrich-Turner-Syndrom.

Beim Klinefelter Syndrom sind Männer betroffen. Sie haben anstelle von einem gleich zwei X-Chromosomen. Das auffälligste Symptom ist der durch Testosteronmangel ausgelöste Hochwuchs.

Beim Turner-Syndrom fehlt den betroffenen Frauen ein X-Chromosom. Durch den Östrogen- und Gestagenmangel werden die Eierstöcke bindegewebig durchwachsen und die Frauen bleiben lebenslang unfruchtbar.

Lesen Sie mehr hierzu unter: Trisomie 13 beim Ungeborenen

Strukturelle Chromosomenaberrationen sind Abweichungen von Chromosomen bezüglich ihres Aufbaus. Im Gegensatz zu den numerischen Chromosomenaberrationen bleibt die normale Anzahl von Chromosomen (23 homologe Paare, insgesamt 46 Chromosomen) erhalten. Es gibt verschiedene Formen von strukturellen Chromosomenaberrationen, wie zum Beispiel:

• DELETION: Bei der Deletion geht ein Chromosomenabschnitt und damit ein Teil des Erbguts verloren. Ein Beispiel für eine solche Erkrankung ist das Katzenschrei-Syndrom. Solche Kinder fallen durch schrilles Schreien auf, sind oft minderwüchsig, haben eine schwach ausgebildete Muskulatur und einen kleinen Kopf.
  Auch das Wolf-Hirschhorn-Syndrom wird durch eine Deletion verursacht. Merkmal dieser Erkrankung sind die zahlreichen Epilepsieanfälle der Patienten.
   
• TRANSLOKATION: Eine weitere strukturelle Chromosomenaberration ist die Translokation. Hierbei wird ein Chromosomenabschnitt auf ein anderes, nicht homologes Chromosom verlagert. Man unterscheidet dann auch zwischen einer reziproken und einer nicht reziproken Translokation.
   
• INVERSION: Die Inversion beschreibt eine strukturelle Chromosomenaberration, bei der ein Chromosomenabschnitt umgekehrt wird.

Generell unterscheidet man bei den strukturellen Chromosomenaberrationen zwischen einer balancierten und einer unbalancierten Chromosomenveränderungen. Die balancierte hat für den Träger keinen Krankheitswert, wohingegen die unbalancierte zu körperlichen Symptomen führt.  

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Für die numerischen und strukturellen Chromosomenaberrationen gibt es jeweils verschiedene Ursachen. Die numerische Chromosomenaberration hat eine abweichende Anzahl an Chromosomen, wobei die Chromosomen an sich normal aussehen.

Bei einer Aneuploidie sind einzelne Chromosomen vervielfältigt oder fehlen, wie zum Beispiel bei der Trisomie 21. Die häufigste Ursache hierfür ist eine Non-disjunction (Nicht-Trennung) der Chromosomen während der Meiose. Die Meiose hat die Funktion, Keimzellen herzustellen. Diese enthalten als Erbgut ein Ein-Chromatid-Chromosom, welches zur Befruchtung bereitsteht.

Kommt es zu einer Nicht-Trennung der homologen Chromosomen (Meiose I) oder zu einer Nicht-Trennung der Schwesternchromatiden (Meiose II), hat man in der Keimzelle zwei Chromatiden. Wird diese Eizelle befruchtet, hat die Zelle insgesamt drei Chromatiden und man spricht von einer Trisomie.

Bei strukturellen Chromosomenaberrationen liegt die Ursache nicht in den Teilungen der Meiose. Bei dieser Art der Chromosomenaberration besteht der Chromosomensatz aus den gewünschten 23 homologen Chromosomenpaaren, wobei aber einzelne Chromosomen eine veränderte Struktur aufweisen.

Diese Abweichung kann zum Beispiel bereits oben beschriebene Genmutationen sein:

• Deletion (ein Stück des Chromosoms fehlt)
• Duplikation (ein Stück des Chromosoms liegt doppelt vor)
• Translokation (ein Teil eines Chromosoms wurde in ein anderes Chromosom eingebaut)

Die Ursache für diese Abweichungen ist meistens ein fehlerhaftes Crossing-Over während der Meiose. Als zweite Ursache kommt eine fehlerhafte Reparatur von Doppelstrangbrüchen des Erbguts in Frage.

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Es gibt verschiedene Tests mit deren Hilfe Chromosomenaberrationen beim Ungeborenen festgestellt werden können. Jedoch gibt es auch sogenannte In-vitro- und In-vivo-Chromosomenaberrationstests, die in der Toxikologie Verwendung finden.

Bei dem In-vitro-Chromosomenaberrationstest wird eine Zellkultur mit einer bestimmten Substanz behandelt, von der man vermutet, dass sie Chromosomenaberrationen hervorrufen könnte. Die Zellkultur besteht aus Zellen, die aus Säugetieren stammen. In Frage kommen zum Beispiel Zellen von Mäusen oder auch Lymphozyten aus menschlichem Blut.

Diese Zellen werden zunächst kultiviert, sodass sie unter optimalen Bedingungen wachsen. Als nächstes werden sie mit der zu untersuchenden Substanz behandelt. Es kann sich dabei zum Beispiel um einen gelösten Stoff handeln, der der Zellkultur zugesetzt wird.

Nach einer gewissen Einwirkzeit untersucht man im Anschluss die Zellen unter dem Mikroskop. Dabei schaut man sich insbesondere die Chromosomen in der Metaphase an und überprüft sie auf Veränderungen.

Es ist zudem sinnvoll, eine Kontrollkultur anzulegen, die nicht mit der Prüfsubstanz behandelt worden ist. Anhand dieser Kontrolle können die Chromosomensätze besser miteinander verglichen werden.

Der In-vivo-Chromosomenaberrationstest ähnelt dem In-vitro-Test mit dem Unterschied, dass die Prüfsubstanz direkt in das Knochenmarks des lebenden Säugetiers eingebracht wird. Damit hat man realistische Bedingungen geschaffen, da sich die Substanz im Organismus befindet.

Auch hier wird der Chromosomensatz auf Abweichungen untersucht. Anhand dieser beiden Methoden lassen sich Stoffe auf ihre mutagene Wirkung testen.

Es gibt verschiedene Tests, mit denen man Chromosomenaberrationen untersuchen kann. Es gibt zum einen Untersuchungsmöglichkeiten, mit denen man testen kann, ob eine Substanz (z.B. Nikotin) Chromosomenaberrationen auslöst und damit die Chance auf eine Krebserkrankung erhöht. Diese Tests nennen sich In-vitro- und In-vivo-Chromosomenaberrationstests und werden von Toxikologen durchgeführt.
Es gibt jedoch auch Tests, die bei Schwangeren durchgeführt werden können, um zu überprüfen, ob das ungeborene Kind eine Chromosomenaberration hat. Hier gibt es mehrere Möglichkeiten.

Die erste Möglichkeit ist die Chromosomenanalyse, welche bis heute den Goldstandard darstellt. Als Untersuchungsmaterial kann zum Beispiel das Fruchtwasser oder das Nabelschnurblut verwendet werden. Unter dem Mikroskop können sowohl numerische als auch strukturelle Chromosomenaberrationen diagnostiziert werden.

Die zweite Option wäre ein einfaches Ultraschall, das oftmals eine Chromosomenveränderung erkennen kann. Ein Zeichen für eine Störung des Chromosomensatz ist unter anderem das Nichtvorhandensein des Nasenbeins.

Ein anderer Test, welcher weniger Zeit in Anspruch nimmt als die Chromosomenanalyse (Dauer: ca. mehrere Tage) ist der FISH-Test (Dauer: maximal 2 Tage). Mit Hilfe des FISH-Tests (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierungs-Test) können die Chromosomen 13, 18, 21 und die X- und Y-Chromosomen in fetalem Material (z.B. Fruchtwasser) farblich dargestellt werden. Durch leichtes Abzählen kann so eine numerische Chromosomenaberration festgestellt werden.

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Chromosomenaberrationen sind verantwortlich für eine Großzahl von Spontanaborten vor der Geburt und für viele Erkrankungen. Von allen sind vor allem fünf Erkrankung weit verbreitet.

Die bekannteste unter ihnen ist die Trisomie 21, besser bekannt unter dem Down-Syndrom.
Diese Kinder fallen durch Kleinwuchs, Vierfingerfurchen an den Händen und eine oftmals verminderte Intelligenz auf. Des weiteren ist ein gehäuftes Vorkommen von Herzfehlern und Fehlbildungen des Magen-Darm-Trakts damit assoziert.
Jedoch können die Kinder unter guter Behandlung und Förderung eine nahezu normale Lebenserwartung haben.

Zu den Trisomie-Erkrankungen zählen noch das Pätau-Syndrom (Trisomie 13) und das Edwards-Syndrom (Trisomie 18), wobei die Lebenserwartung bei beiden Erkrankungen bei unter einem Jahr liegt.

Insbesondere das Pätau-Syndrom verursacht eine hohe Anzahl von Fehlgeburten, weswegen viele Kinder schon vor der Geburt sterben. Es sind allerdings auch Fälle beschrieben, bei denen das Ausmaß der Fehlbildungen geringer ausfällt und sie das 10. Lebensjahr erreichen.

Lesen Sie mehr hierzu: Trisomie 13 beim Ungeborenen

Das Klinefelter-Syndrom gehört wie die Trisomien zu den numerischen Chromosomenaberrationen. Bei dieser Erkrankung haben die männlichen Patienten ein zusätzliches X-Chromosom und fallen durch einen ausgeprägten Hochwuchs sowie eine Hodenunterfunktion mit einhergehenden hormonellen veränderungen auf.

Im Gegensatz dazu fehlt beim Ullrich-Turner-Syndrom ein X-Chromosom, sodass diese Patienten nur auf insgesamt 45 Chromosomen kommen. Es sind dabei nur Frauen betroffen.
Die weiblichen Patienten haben fehlgebildete Geschlechtsorgane und bleiben ihr Leben lang unfruchtbar. Außerdem fallen sie häufig durch eine Verbreiterung des Nackens durch ein sogenanntes Flügelfell auf.