Präimplantationsdiagnostik und Polkörperdiagnostik

Was versteht man unter einer monogenen Erkrankung?

Unter einer monogenen Erkrankung versteht man eine Erkrankung, die durch eine krankheitsverursachende Veränderung eines einzelnen Gens verursacht wird. Sie wird familiär weitergegeben und folgt einem regelmäßigen (Mendelschen) Erbgang – autosomal dominant, autosomal-rezessiv und X-chromosomal.

Wie wird eine PID bei monogenen Erkrankungen durchgeführt?

Bei Paaren, die ein hohes Risiko für Nachkommen mit einer schwerwiegenden Erbkrankheit aufweisen, kann im Rahmen einer Präimplantationsdiagnostik festgestellt werden, ob der Embryo bzw. die Eizelle die in der Familie vorliegende genetische Veränderung trägt. Die Diagnostik nutzt dafür unterschiedliche molekulargenetische Untersuchungsmethoden. Für eine Polkörperuntersuchung ist es notwendig, für jedes Paar individuell ein spezifisches Untersuchungsverfahren zu etablieren, dieses Vorgehen ist sehr aufwändig und dauert durchschnittlich 3-6 Monate. Die Untersuchung einer Trophektodermprobe  erfolgt mittels einer Karyomapping genannten Methode. Für diese ist eine zeitaufwändige Etablierung in der Regel nicht nötig, aber auch hier müssen umfangreiche Voruntersuchungen durchgeführt werden. Mit Karyomapping können sowohl das Gen der monogenen Erkrankung als auch Abweichungen der Chromosomenzahl (Aneuploidien) untersucht werden. Bei Antragstellung zur Durchführung einer PID für eine monogene Erkrankung kann zusätzlich die Bewertung von Aneuploidien bei der Ethikkommission beantragt werden.

Für die Etablierung der PID werden Blut- oder DNA-Proben des Paares und je nach Fragestellung von weiteren Familienangehörigen, wie z.B. von einem betroffenen Kind oder den Eltern des Paares, benötigt. Die diagnostische Sicherheit bei diesen Untersuchungen kann trotz größter Sorgfalt nicht 100% betragen, das Risiko für eine Fehldiagnose wird auf 2-5% geschätzt. Eine Absicherung des Untersuchungsergebnisses durch eine invasive Diagnostik (Pränataldiagnostik) nach Fruchtwasserpunktion ab der 15. SSW wird daher im Falle einer eintretenden Schwangerschaft in jedem Fall empfohlen.

Welche Arten von Chromosomenveränderungen können vorliegen?

Die häufigsten strukturellen Chromosomenveränderungen sind sogenannte balancierte reziproke Translokationen, etwa jeder 1000ste ist Träger einer solchen Chromosomenveränderung, die in vielen Fällen unentdeckt bleibt, da sie in der Regel keine Auswirkung auf die Gesundheit hat. Dabei werden unterschiedlich große Segmente zweier verschiedener Chromosomen („reziprok“) ausgetauscht und liegen nicht an den vorhergesehenen Stellen. Da weder Chromosomensegmente verloren gingen noch dazu gewonnen wurden, spricht man von einer „balancierten“ Veränderung. Bei der Eizell- oder Spermienreifung kann es aber zu einem fehlerhaften Austausch der Chromosomensegmente kommen, so dass dann entweder zu viel oder zu wenig von bestimmten Chromosomenregionen vorliegen kann. Kommt es zu einer Schwangerschaft, können, je nach Größe der betroffenen Chromosomenstücke, eine Fehlgeburt oder Kinder mit einem Fehlbildungs- und Retardierungssyndrom die Folge sein.

Robertsonsche Translokationen sind Zusammenlagerungen zweier Chromosomen (13, 14, 15, 21 oder 22). Träger einer solchen Translokation haben ein erhöhtes Risiko für Kinder mit Down-Syndrom (wenn das Chromosom 21 beteiligt ist) oder für Tot- und Fehlgeburten (wenn die Chromosomen 13, 14, 15 und 22 beteiligt sind).

Schematische Darstellung einer reziproken Translokation und einer Robertsonschen Translokation

A und C: zwei normale Chromosomenpaare, B: reziproke Translokaktion, D: Robertsonsche Translokation

Darstellung eines unauffälligen Ergebnisses der Chromosomenuntersuchung einer Trophektodermprobe

Darstellung eines auffälligen Ergebnisses der Chromosomenuntersuchung einer Trophektodermprobe

Im Rahmen der PID auf eine beim Paar vorliegende strukturelle Chromosomenveränderung kann im Embryo auch gleichzeitig die Anzahl aller anderen Chromosomen bestimmt und auf diese Weise Embryonen mit Abweichungen in der Anzahl der Chromosomen (Aneuploidien) ermittelt werden. Auch die alleinige Untersuchung der Chromosomenzahl im Embryo kann für die Herbeiführung einer Schwangerschaft wichtig sein, dies vor allem bei Frauen, die bereits mehrere Fehlgeburten erlitten haben.

Mosaikergebnisse

In der frühen Embryonalentwicklung kann die für eine PID entnommene Trophektodermprobe eine Mischung von Zellen enthalten, von denen einige einen normalen Chromosomensatz (Karyotyp) aufweisen, andere aber einen veränderten Karyotyp. Man spricht von einem chromosomalen Mosaik. Durch die sensitiven PID-Untersuchungsmethoden können diese Mosaike festgestellt werden. Ihre klinische Bedeutung ist derzeit Gegenstand zahlreicher Studien. Sollte ein chromosomales Mosaik in der untersuchten Probe vorliegen, wird mit dem Paar das weitere Vorgehen besprochen.

Darstellung eines Mosaikergebnisses der Chromosomenuntersuchung einer Trophektodermprobe

Präimplantationsdiagnostik nach Trophektodermbiopsie eines Embryos

Unter Präimplantationsdiagnostik im engeren Sinne versteht man die Untersuchung von Zellen eines Embryos nach Trophektodermbiopsie. Ähnlich einer Pränataldiagnostik kann der Embryo genetisch untersucht werden, jedoch im Vergleich zur Pränataldiagnostik in einem wesentlich früheren Entwicklungsstadium bereits vor der Übertragung in die Gebärmutter. Die zu untersuchenden Zellen, werden dem Embryo am Tag 5 nach der Befruchtung entnommen. Zu diesem Zeitpunkt besteht der Embryo aus etwa 100 Zellen, man spricht von einer expandierten Blastozyste. Ein Teil dieser Zellen (der Embryoblast) entwickelt sich nach der Einnistung in die Gebärmutter zum Fetus, ein anderer Teil, das Trophektoderm, zur Plazenta. Für die PID werden mittels einer feinen Kanüle einige wenige Zellen aus dem Trophektoderm biopsiert (Trophektodermbiopsie). Diese Zellen entsprechen genetisch nach heutigem Kenntnisstand den Zellen des Embryoblasten.

Trophektodermbiopsie einer expandierten Blastozyste, mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr. Bernd Seifert, KITZ-KinderwunschTherapie im Zentrum, Regensburg).

Polkörperdiagnostik nach Polkörperbiopsie einer Eizelle

Eine Polkörperdiagnostik stellt im Gegensatz zur Trophektodermbiopsie eine indirekte Untersuchung der weiblichen Eizelle dar. Polkörper entstehen bei der Reifung der Eizelle nach dem Eisprung (1. Polkörper) bzw. unmittelbar nach der Befruchtung durch eine Samenzelle (2. Polkörper). Der erste und der zweite Polkörper werden vor der Verschmelzung der beiden Zellkerne der Eizelle und des Spermiums (Vorkernstadium) für die Polkörperdiagnostik biopsiert. Beide Polkörper müssen einzeln biopsiert und untersucht werden. Nur dann kann eine Aussage getroffen werden, ob die Eizelle das veränderte Gen oder die veränderten Chromosomen trägt. Dieses Vorgehen erfordert sowohl für die Biopsie als auch für die genetische Untersuchung einen höheren Aufwand.

Aus Eizellen nach auffälligen PKD-Befunden können Embryonen mit unauffälligem Karyotyp entstehen, da die Fähigkeit  zu einer genetischen "Reparatur" der Eizelle besteht. Andererseits können aufgrund postzygotischer Veränderungen im frühen Embryonalstadium chromosomale Veränderungen entstehen, die durch die PKD nicht erfasst wird. Aufgrund der sehr geringen Materialmenge kann es zudem vorkommen, dass für kein auswertbares Ergebnis erhoben werden kann.

Die Polkörperdiagnostik unterliegt nicht dem Präimplantationsdiagnostikgesetz, es werden keine Zellen eines Embryos untersucht. Es können damit über die Frau vererbte genetische Erkrankungen oder Chromosomenveränderungen, untersucht werden. Veränderungen, die erst in den ersten Zellteilungen des Embryos entstehen oder über den Mann vererbt werden, können nicht untersucht werden.

Polkörperbiopsie, mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr. Bernd Seifert, KITZ-KinderwunschTherapie im Zentrum, Regensburg).