Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH)

Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) ist ein molekularzytogenetisches Verfahren (Untersuchungsverfahren der Erbsubstanz und Chromosomen) zur gezielten Darstellung definierter DNA-Sequenzen (Abschnitte der Erbinformation) oder chromosomaler Regionen (Bereiche der Chromosomen) in Interphasekernen (Zellkernen außerhalb der Zellteilung), Metaphasechromosomen (Chromosomen während der Zellteilung) oder Gewebeschnitten (dünnen Gewebeproben). Sie wird in der klinischen Labordiagnostik (Laboruntersuchung) zur Detektion (Erkennung) numerischer und struktureller chromosomaler Aberrationen (Chromosomenveränderungen), definierter Genfusionen (Verschmelzungen von Genen), Deletionen (Verlusten von Erbmaterial), Duplikationen (Verdopplungen von Erbmaterial) und Amplifikationen (Vermehrungen von Erbmaterial) eingesetzt [1-7].

FISH ist ein zielgerichtetes Verfahren. Die Untersuchung beantwortet nur die Fragestellung, für die die eingesetzten Sonden (Suchstücke für Erbmaterial) validiert sind. Sie ersetzt daher keine genomweite Diagnostik (Untersuchung des gesamten Erbguts) mittels Chromosomenanalyse (Untersuchung der Chromosomen), Array-CGH, SNP-Array, optischem Genom-Mapping (optischer Darstellung des Erbguts) oder Sequenzierung (Entschlüsselung der Erbinformation), wenn eine ungerichtete Abklärung erforderlich ist [1-5].

Synonyme

• FISH
• Fluorescence in situ hybridization
• Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung
• Interphase-FISH
• Metaphase-FISH
• Multicolor-FISH
• Molekulare Zytogenetik

Das Verfahren

Benötigtes Material

• Peripheres Blut (Blut aus einer Körpervene), in der Regel heparinisiertes Vollblut (gerinnungsgehemmtes Blut), bei konstitutioneller Fragestellung (angeborener Fragestellung)
• Knochenmarkaspirat (Knochenmarkprobe) oder peripheres Blut bei hämatologischen Neoplasien (Blut- und Knochenmarkkrebserkrankungen), abhängig von Fragestellung und Tumorzellanteil (Anteil der Krebszellen)
• Amnionzellen (Fruchtwasserzellen), Chorionzotten (Mutterkuchenanteile) oder fetale Gewebe (Gewebe des ungeborenen Kindes) bei pränataler (vorgeburtlicher) beziehungsweise postmortaler (nach dem Tod erfolgender) pränataler Fragestellung
• Frischgewebe (frische Gewebeprobe), Gefrierschnitte (gefrorene Gewebeschnitte) oder formalinfixiertes, paraffineingebettetes Tumorgewebe (Krebsgewebe) bei soliden Tumoren (festen Geschwülsten)
• Zellkulturpräparate (im Labor angezüchtete Zellpräparate) oder direkt fixierte Zellpräparate (haltbar gemachte Zellpräparate), abhängig davon, ob eine Interphase- oder Metaphase-FISH erforderlich ist

Vorbereitung des Patienten

• Keine spezielle Vorbereitung erforderlich
• Bei genetischer Diagnostik (Untersuchung der Erbanlagen) sind Indikation (Anlass der Untersuchung), Aufklärung, Einwilligung und Befundmitteilung nach den jeweils geltenden Vorgaben des Gendiagnostikgesetzes (Gesetz über genetische Untersuchungen) und der humangenetischen Beratung (Beratung zu erblichen Erkrankungen) zu beachten
• Bei pränataler Diagnostik (vorgeburtlicher Untersuchung) ist FISH nur im Kontext einer invasiv gewonnenen Probe (durch Eingriff gewonnenen Probe), z. B. Chorionzottenbiopsie (Entnahme von Mutterkuchenanteilen) oder Amniozentese (Fruchtwasserpunktion), sinnvoll interpretierbar
• Bei onkologischer Diagnostik (Krebsdiagnostik) sollte die Probe möglichst tumorzellreich beziehungsweise zellsortiert sein, sofern dies für die jeweilige Entität (Krankheitseinheit) erforderlich ist

Störfaktoren

• Unzureichende Zellzahl oder niedriger Tumorzellanteil
• Nekrose (Gewebeuntergang), starke Blutbeimengung oder degeneriertes Zellmaterial (geschädigtes Zellmaterial)
• Ungeeignete Fixierung (Haltbarmachung), Überfixierung oder Unterfixierung, insbesondere bei formalinfixiertem, paraffineingebettetem Gewebe
• Zu lange Transportzeiten, falsche Temperaturführung oder verzögerte Verarbeitung
• Schlechte Hybridisierung (Anlagerung der Sonde), schwache Fluoreszenzsignale (Leuchtsignale), hohe Hintergrundfluoreszenz oder Signalüberlagerung
• Unzureichende Metaphasequalität bei Metaphase-FISH
• Maternale Zellkontamination (Verunreinigung mit mütterlichen Zellen) bei pränatalen Proben
• Mosaike (Zelllinien mit unterschiedlicher Erbinformation) mit niedrigem Zelllinienanteil (Anteil einer Zellgruppe), wenn die Zahl ausgewerteter Zellen nicht zur geforderten Nachweisgrenze passt
• Sondenspezifische Artefakte (künstliche Untersuchungsbefunde), Polymorphismen (Normvarianten) im Zielbereich oder atypische Signalbilder (ungewöhnliche Signalmuster)

Methode

• FISH basiert auf der Hybridisierung fluoreszenzmarkierter DNA-Sonden mit komplementären Zielsequenzen (passenden Zielabschnitten) in fixierten Zellen oder Geweben [1, 2].
• Die Sonden können direkt fluoreszenzmarkiert oder indirekt markiert sein; die Detektion erfolgt fluoreszenzmikroskopisch (mit dem Fluoreszenzmikroskop) oder automatisiert bildanalytisch (durch computergestützte Bildauswertung).
• Interphase-FISH analysiert Zellkerne ohne Zellkultur und eignet sich besonders für schnelle zielgerichtete Fragestellungen, z. B. Aneuploidien (abweichende Chromosomenzahl), Deletionen, Amplifikationen oder Genfusionen.
• Metaphase-FISH analysiert Chromosomen in der Metaphase und erlaubt die chromosomale Lokalisation (Zuordnung auf dem Chromosom) eines Signals, z. B. zur Klärung von Translokationen (Chromosomenumlagerungen), Markerchromosomen (zusätzlichen auffälligen Chromosomen) oder komplexen Rearrangements (komplexen Umlagerungen).
• Locus-spezifische Sonden (ortsbezogene Suchstücke) erfassen definierte Gene (Erbanlagen) oder chromosomale Regionen, z. B. 22q11.2, BCR::ABL1, HER2 oder TP53/17p.
• Zentromersonden (Suchstücke für die Chromosomenmitte) erfassen numerische Aberrationen bestimmter Chromosomen, z. B. Trisomie 13 (dreifaches Chromosom 13), Trisomie 18 (dreifaches Chromosom 18), Trisomie 21 (dreifaches Chromosom 21) oder Gonosome (Geschlechtschromosomen).
• Break-apart-Sonden (Trennsonden) weisen Rearrangements eines Genlocus (Genorts) nach, ohne zwingend den Fusionspartner (Verschmelzungspartner) zu identifizieren.
• Dual-fusion-Sonden (Doppelfusionssonden) weisen definierte Genfusionen nach, z. B. BCR::ABL1.
• Whole-chromosome-painting-Sonden (Ganzchromosomen-Färbesonden) und Multicolor-FISH können komplexe chromosomale Rearrangements charakterisieren, besitzen aber eine begrenzte Auflösung und sind keine primäre Screeningmethode (Suchuntersuchung) [3, 4].
• Die Befundnomenklatur (Befundbenennung) sollte nach der jeweils aktuellen ISCN-Fassung erfolgen; aktuell ist ISCN 2024 maßgeblich [4, 5].

Normbereiche (je nach Labor)

Normbereiche sind methoden-, sonden- und laborabhängig.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

• Gezielter Nachweis numerischer Chromosomenaberrationen
  • Trisomie 13, Trisomie 18, Trisomie 21
  • Gonosomale Aneuploidien, z. B. Monosomie X (Fehlen eines X-Chromosoms) oder Klinefelter-Syndrom (angeborene Geschlechtschromosomenstörung)
  • Mosaikabklärung, wenn eine ausreichende Zellzahl untersucht wird
• Gezielter Nachweis struktureller Chromosomenaberrationen
  • Mikrodeletionen (kleine Verluste von Erbmaterial) und Mikroduplikationen (kleine Verdopplungen von Erbmaterial) bekannter Zielregionen, z. B. 22q11.2-Deletionssyndrom (Erkrankung durch Verlust von Erbmaterial auf Chromosom 22)
  • Markerchromosomen, Translokationen, Inversionen (umgedrehte Chromosomenabschnitte) oder Insertionsereignisse (Einfügungen von Erbmaterial) bei gezielter Fragestellung
  • Bestätigung oder nähere Charakterisierung auffälliger Befunde aus Karyotypisierung (Chromosomendarstellung), Array-CGH, SNP-Array oder Sequenzierung
• Pränatale Diagnostik
  • Schnelle zielgerichtete Abklärung häufiger Aneuploidien nach invasiver Probengewinnung
  • Gezielte Abklärung sonographisch (im Ultraschall) auffälliger fetaler Befunde, sofern eine passende Sondenstrategie verfügbar ist
  • Abklärung familiär bekannter struktureller Aberrationen, sofern die Zielregion durch FISH erfassbar ist
• Hämatologische Neoplasien
  • Nachweis diagnostisch, prognostisch (den Krankheitsverlauf betreffend) oder therapeutisch (die Behandlung betreffend) relevanter Genfusionen, Deletionen, Amplifikationen und Rearrangements
  • Beispiele: BCR::ABL1 bei chronischer myeloischer Leukämie (chronischem Blutkrebs), IGH-Rearrangements beim multiplen Myelom (Knochenmarkkrebs), del(17p)/TP53, 1q-Gain/Amplifikation, 1p-Deletion
  • Ergänzung zur Morphologie (Zell- und Gewebegestalt), Immunphänotypisierung (Bestimmung von Zellmerkmalen), konventionellen Zytogenetik (klassischen Chromosomenuntersuchung), molekulargenetischen Diagnostik und Verlaufskontrolle
• Solide Tumoren
  • Nachweis von Genamplifikationen, Deletionen oder Rearrangements bei therapeutisch relevanter Fragestellung
  • Beispiele: HER2-Amplifikation beim Mammakarzinom (Brustkrebs) oder Magenkarzinom (Magenkrebs), ALK-, ROS1- oder RET-Rearrangements bei ausgewählten Tumorentitäten
• Reproduktionsmedizin (Fortpflanzungsmedizin) und Abortdiagnostik (Fehlgeburtsdiagnostik)
  • Gezielte Abklärung bekannter familiärer balancierter (ausgeglichener) oder unbalancierter (unausgeglichener) Rearrangements
  • Ergänzende Diagnostik bei wiederholten Fehlgeburten, wenn eine konkrete zytogenetische Fragestellung besteht

Interpretation

Erhöhte Werte

• Der Begriff „erhöhte Werte“ ist für FISH nur eingeschränkt zutreffend, da keine Konzentration (Mengenangabe) gemessen wird.
• Eine erhöhte Signalzahl spricht je nach Sonde und Fragestellung für eine numerische Aberration, Duplikation, Amplifikation oder Polyploidie (Vermehrung ganzer Chromosomensätze).
• Bei Tumor-FISH kann eine erhöhte Kopienzahl (Anzahl von Erbmaterialabschnitten), z. B. HER2-Amplifikation oder 1q-Gain, diagnostische, prognostische oder therapeutische Relevanz besitzen.

Erniedrigte Werte

• Eine verminderte Signalzahl spricht je nach Sonde und Fragestellung für eine Deletion, Monosomie (Fehlen eines Chromosoms) oder einen Zellklon (Zellgruppe mit gleicher Veränderung) mit Verlust der Zielregion.
• Bei hämatologischen Neoplasien können Deletionen, z. B. del(17p)/TP53, prognostisch relevant sein.
• Bei konstitutioneller Diagnostik muss eine verminderte Signalzahl mit klinischem Phänotyp (äußerem und klinischem Erscheinungsbild), Sondendesign (Aufbau der Sonde) und gegebenenfalls einer unabhängigen Methode korreliert werden.

Spezifische Konstellationen

• Normales FISH-Ergebnis
  • Ein unauffälliges Ergebnis schließt nur Aberrationen im Bereich der eingesetzten Sonden aus.
  • Punktmutationen (kleine Einzelveränderungen der Erbinformation), kleine Insertionen/Deletionen, balancierte Rearrangements außerhalb der Zielregion und genomweite Kopienzahlveränderungen werden nicht zuverlässig erfasst.
• Auffälliges Interphase-Signalbild
  • Interpretation abhängig von Sondentyp, Signalzahl, Signalabstand, Zellzahl, Zellpopulation (Zellgruppe) und validiertem Cut-off.
  • Bei niedriggradigen Mosaiken ist die statistische Aussagekraft unmittelbar von der Zahl ausgewerteter Zellen abhängig.
• Auffälliges Metaphase-Signalbild
  • Erlaubt die Zuordnung eines Signals zu einem Chromosom oder einer chromosomalen Region.
  • Die genaue Bruchpunktauflösung (Genauigkeit der Bruchstellenbestimmung) bleibt begrenzt; bei Bedarf sind Array-CGH, SNP-Array, optisches Genom-Mapping oder Sequenzierung ergänzend erforderlich.
• Pränatale Schnelltest-FISH
  • Ein auffälliger Schnelltest sollte im Gesamtkontext aus Ultraschallbefund, Probenmaterial, möglicher maternaler Zellkontamination und ergänzender zytogenomischer Diagnostik (Chromosomen- und Erbgutdiagnostik) interpretiert werden.
  • Ein unauffälliger Schnelltest ersetzt bei strukturellen fetalen Auffälligkeiten keine weiterführende genomweite Diagnostik.
• Onkologische FISH
  • Das Ergebnis ist nur verwertbar, wenn Tumoranteil, Auswertezellzahl, Sondenvalidierung und entitätsspezifische Cut-offs geeignet sind.
  • Bei Plasmazellneoplasien (Krebserkrankungen bestimmter Knochenmarkzellen) wird FISH vorzugsweise an angereicherten Plasmazellen (bestimmten Abwehrzellen) durchgeführt, da sonst klinisch relevante Aberrationen übersehen werden können [6].

Weiterführende Diagnostik

• Chromosomenanalyse/Karyotypisierung
  • Zur genomeweiten Erfassung numerischer und größerer struktureller Aberrationen, insbesondere bei balancierten Rearrangements und komplexen Karyotypen (Chromosomensätzen).
• Array-CGH oder SNP-Array
  • Zur genomeweiten Detektion submikroskopischer Kopienzahlveränderungen (kleiner Veränderungen der Anzahl von Erbmaterialabschnitten).
  • Bei Entwicklungsstörung (gestörter Entwicklung), Intelligenzminderung (verminderter geistiger Leistungsfähigkeit), multiplen Fehlbildungen (mehreren angeborenen Fehlanlagen) oder pränatalen strukturellen Auffälligkeiten häufig geeigneter als eine isolierte FISH-Einzelsonde.
• Optisches Genom-Mapping
  • Zur Detektion struktureller Varianten (Veränderungen der Erbstruktur), komplexer Rearrangements und Kopienzahlveränderungen in ausgewählten Fragestellungen.
• Sequenzierung
  • Zur Detektion von Punktmutationen, kleinen Insertionen/Deletionen und sequenzbasierten Varianten (Veränderungen der Erbinformation).
• Quantitative Fluoreszenz-Polymerase-Kettenreaktion (vervielfältigende Erbgutuntersuchung) oder andere pränatale Schnelltests
  • Zur schnellen gezielten Aneuploidiediagnostik, abhängig von lokaler Methodik und Fragestellung [3, 7].
• Multiplex-Ligation-dependent Probe Amplification (Vervielfältigung mehrerer gebundener Sonden)
  • Zur gezielten Kopienzahl- oder Methylierungsdiagnostik (Untersuchung chemischer Markierungen der Erbinformation) ausgewählter Syndrome (Krankheitsbilder) und Genregionen.
• Onkologische Zusatzdiagnostik
  • Morphologie, Immunhistochemie (Gewebeuntersuchung mit Antikörpern), Durchflusszytometrie (Zellanalyse im Flüssigkeitsstrom), Polymerase-Kettenreaktion, Next-Generation Sequencing (moderne Hochdurchsatz-Sequenzierung) und konventionelle Zytogenetik, abhängig von Tumorentität und therapeutischer Konsequenz.

Klinische Hinweise

• FISH ist keine genomweite Screeningmethode.
• Die diagnostische Aussagekraft hängt wesentlich von Indikationsstellung, Sondenauswahl, Probenqualität, Zellzahl, Auswertestrategie und Validierung des jeweiligen Labors ab.
• Bei klinischem Verdacht auf ein nicht zielgerichtet bekanntes chromosomales Syndrom ist eine genomweite Methode meist geeigneter als eine isolierte FISH-Untersuchung.
• Bei pränatalen Fragestellungen muss zwischen Schnelltest auf häufige Aneuploidien und umfassender zytogenomischer Diagnostik unterschieden werden.
• Bei Tumorerkrankungen (Krebserkrankungen) ist FISH besonders relevant, wenn das Ergebnis diagnostische, prognostische oder therapeutische Konsequenzen hat.
• Die Befunddarstellung sollte nach ISCN 2024 erfolgen; die verwendete ISCN-Version sollte im Befund angegeben werden [4, 5].

Literatur

1. Mascarello JT, Hirsch B, Kearney HM, Ketterling RP, Olson SB, Quigley DI et al.: Section E9 of the American College of Medical Genetics technical standards and guidelines: Fluorescence in situ hybridization. Genet Med. 2011;13(7):667-675. https://doi.org/10.1097/GIM.0b013e3182227295
2. Mascarello JT, Hirsch B, Kearney HM, Ketterling RP, Olson SB, Quigley DI et al.: ADDENDUM: Section E9 of the American College of Medical Genetics Technical Standards and Guidelines: Fluorescence in situ hybridization. Genet Med. 2019;21(10):2405. https://doi.org/10.1038/s41436-019-0508-z
3. Silva M, de Leeuw N, Mann K, Schuring-Blom H, Morgan S, Giardino D et al.: European guidelines for constitutional cytogenomic analysis. Eur J Hum Genet. 2019;27:1-16. https://doi.org/10.1038/s41431-018-0244-x
4. ISCN 2024 - An International System for Human Cytogenomic Nomenclature (2024). Cytogenet Genome Res. 2024;164(Suppl 1):1-224. https://doi.org/10.1159/000538512
5. Chia NL, Moore S, Hastings RJ. ISCN 2024: Summary of Revisions and New Nomenclature. Cytogenet Genome Res. 2025;165(1):1-8. https://doi.org/10.1159/000544969
6. Lu X, Andersen EF, Banerjee R, Eno CC, Gonzales PR, Kumar S et al.: Guidelines for the testing and reporting of cytogenetic results for risk stratification of multiple myeloma: a report of the Cancer Genomics Consortium Plasma Cell Neoplasm Working Group. Blood Cancer J. 2025;15:86. https://doi.org/10.1038/s41408-025-01286-w
7. S1-Leitlinie zum „pränatalen Schnelltest“. Medizinische Genetik. 2025;37(2):153-156. https://doi.org/10.1515/medgen-2025-2011

Leitlinien

1. AWMF S1-Leitlinie: Pränataler Schnelltest. (AWMF-Registernummer 078-014). Stand 31.10.2024, gültig bis 31.10.2029. Leitlinie
2. AWMF S2k-Leitlinie: Humangenetische Diagnostik und Genetische Beratung. (AWMF-Registernummer 078-015). Stand 31.12.2018, gültig bis 30.12.2023, derzeit in Überarbeitung.
3. ISCN 2024: International System for Human Cytogenomic Nomenclature. Aktuelle Nomenklaturgrundlage für zytogenomische Befunde.