Chromosomenanalyse

Die Chromosomenanalyse (Untersuchung der Chromosomen) ist ein konventionelles zytogenetisches (die Chromosomen betreffende) Untersuchungsverfahren zur Darstellung des gesamten Chromosomensatzes (Gesamtheit aller Chromosomen) einer Zelle (Körperzelle) als Karyogramm (geordnete Darstellung aller Chromosomen). Sie dient dem Nachweis numerischer Chromosomenaberrationen (Veränderungen der Chromosomenzahl), größerer unbalancierter struktureller Chromosomenveränderungen, balancierter Rearrangements (Umlagerungen von Chromosomenmaterial) sowie - mit methodischen Grenzen - von Mosaikkonstellationen (Vorliegen unterschiedlicher Zelllinien) [1, 4, 5].

Die Methode hat weiterhin einen festen Stellenwert in der pränatalen (vorgeburtlichen) und postnatalen (nachgeburtlichen) Diagnostik (Untersuchung), insbesondere bei Verdacht auf Aneuploidien (Abweichungen von der normalen Chromosomenzahl), balancierte strukturelle Aberrationen (ausgeglichene Chromosomenveränderungen), bestimmte Mosaikbefunde, Fertilitätsstörungen (Störungen der Fruchtbarkeit) und habituelle Aborte (wiederholte Fehlgeburten). Gegenüber hochauflösenden genomischen Verfahren wie chromosomalem Mikroarray oder genomweiten Sequenzierverfahren ist ihr Auflösungsvermögen jedoch begrenzt, sodass die Wahl des Verfahrens strikt indikationsbezogen erfolgen muss [1, 3, 5, 6].

Synonyme

• Karyotypisierung
• Karyogramm-Analyse
• Konventionelle zytogenetische Analyse
• Konstitutionelle Chromosomenanalyse

Das Verfahren

• Benötigtes Material
  • Postnatal: peripheres Heparinblut
  • Pränatal: Chorionzotten (Gewebeanteile des Mutterkuchens), Fruchtwasser, fetales Blut
  • Je nach Fragestellung zusätzlich: Abortmaterial (Gewebe nach Fehlgeburt), Plazentagewebe (Gewebe des Mutterkuchens) oder anderes vitales (lebensfähiges) Gewebe
• Vorbereitung des Patienten
  • Keine spezielle Vorbereitung erforderlich
  • Entscheidend sind korrekte Probenentnahme, geeignetes Transportmedium und rascher Probentransport, da vitale teilungsfähige Zellen benötigt werden [1, 4]
• Störfaktoren
  • Ungeeignetes Probenmaterial oder falsches Röhrchen
  • Verzögerter Transport mit verminderter Zellvitalität
  • Gerinnselbildung, Kulturversagen oder geringe Mitosezahl (Anzahl von Zellteilungen)
  • Maternale Zellkontamination (Beimischung mütterlicher Zellen) bei pränatalen Proben beziehungsweise Abortmaterial
  • Niedriggradige oder gewebespezifische Mosaike mit möglicher Untererfassung [1, 4, 5]
• Methode
  • Zellkultur (Anzüchtung von Zellen) mit Gewinnung von Metaphasechromosomen (Chromosomen in einem bestimmten Teilungsstadium)
  • Arretierung der Zellteilung in der Metaphase (Phase der Zellteilung)
  • Bänderungsanalyse, in der Routinediagnostik meist GTG-Bänderung
  • Mikroskopische beziehungsweise digitale Auswertung und Befundung nach ISCN-Nomenklatur
  • Die effektive Nachweisgrenze liegt in der konventionellen G-Band-Karyotypisierung größenordnungsmäßig meist im Megabasenbereich; submikroskopische Kopienzahlveränderungen werden damit häufig nicht erfasst [1, 5, 6]

Normbereiche (je nach Labor)

Normbereiche sind methoden- und laborabhängig.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

• Verdacht auf numerische Chromosomenaberrationen, z. B. Trisomie 21 (Down-Syndrom), Trisomie 18 (Edwards-Syndrom), Trisomie 13 (Pätau-Syndrom), Monosomie X (fehlendes X-Chromosom) oder 47,XXY (Klinefelter-Syndrom) [1, 4]
• Verdacht auf balancierte oder größere unbalancierte strukturelle Chromosomenaberrationen [1, 4, 5]
• Positive Familienanamnese für strukturelle Chromosomenveränderungen
• Postnatale Abklärung bei multiplen kongenitalen Anomalien (angeborenen Fehlbildungen), Dysmorphiezeichen (auffälligen körperlichen Merkmalen), Entwicklungsstörungen oder klinischem Verdacht auf ein chromosomales Syndrom [1]
• Fertilitätsdiagnostik bei unklarer Infertilität beziehungsweise Sterilität, insbesondere bei Verdacht auf balancierte Rearrangements oder gonosomale Aberrationen (Veränderungen der Geschlechtschromosomen) [1, 2]
• Abklärung bei rezidivierenden Spontanaborten oder Totgeburten in ausgewählten Konstellationen, insbesondere im Rahmen der elterlichen Karyotypisierung [2]
• Pränataldiagnostik bei auffälligem Ultraschallbefund, auffälligem Screening, bekannter elterlicher Chromosomenaberration oder entsprechender Vorgeschichte [1, 3]

Interpretation

• Erhöhte Werte
  • Nicht zutreffend, da es sich nicht um einen quantitativen Laborparameter, sondern um ein strukturdiagnostisches Verfahren handelt
• Erniedrigte Werte
  • Nicht zutreffend, da es sich nicht um einen quantitativen Laborparameter, sondern um ein strukturdiagnostisches Verfahren handelt
• Spezifische Konstellationen
  • Nachweis numerischer Aberrationen, z. B. Trisomien oder Monosomien
  • Nachweis struktureller Aberrationen, z. B. Translokationen (Austausch von Chromosomenstücken), Inversionen (Umkehrungen von Chromosomenabschnitten), Deletionen (Verlusten von Chromosomenmaterial), Duplikationen (Verdopplungen von Chromosomenabschnitten), Isochromosomen oder Ringchromosomen
  • Nachweis eines Mosaiks, wobei klinische Relevanz und Phänotyp (äußeres Erscheinungsbild) wesentlich vom Mosaikanteil, vom betroffenen Gewebe und von der Art der Aberration abhängen [1, 4, 5]
  • Ein unauffälliger Karyotyp schließt submikroskopische Kopienzahlveränderungen, monogene Erkrankungen (durch ein einzelnes Gen verursachte Erkrankungen) oder sehr niedriggradige Mosaike nicht sicher aus [1, 3, 5, 6]
  • Bei fetalen Fehlbildungen oder unklaren Entwicklungsstörungen haben hochauflösende Verfahren wie chromosomales Mikroarray oder genomweite Analysen häufig eine höhere diagnostische Ausbeute [3, 5, 6]
  • Die konventionelle Chromosomenanalyse bleibt hingegen besonders relevant für den Nachweis balancierter Rearrangements, größerer struktureller Veränderungen und bestimmter Mosaikkonstellationen [1, 4, 5]

Weiterführende Diagnostik

• Chromosomale Mikroarray-Analyse beziehungsweise SNP-Array bei Verdacht auf submikroskopische Kopienzahlveränderungen [1, 3]
• Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) oder Quantitative Fluoreszenz-Polymerase-Kettenreaktion (QF-PCR) für gezielte Schnell- oder Bestätigungsdiagnostik
• Exom- oder Genomsequenzierung bei unauffälligem Karyotyp und weiterbestehendem klinischem Verdacht auf eine genetische Ursache [5, 6]
• Elterliche Untersuchungen bei pränatal oder postnatal nachgewiesener Aberration
• Humangenetische Beratung (Beratung zu erblichen Erkrankungen) vor und nach der Untersuchung [1, 2]

Klinische Hinweise

• Die Chromosomenanalyse ist keine universelle Erstlinientechnik für jede genetische Fragestellung [1, 5, 6].
• Bei Fehlbildungen, Entwicklungsstörungen und vielen pränatalen Fragestellungen müssen heute hochauflösende genomische Verfahren indikationsbezogen mitgedacht werden [1, 3, 5, 6].
• Die Aussagekraft hängt wesentlich von Materialqualität, Kulturbedingungen, Bandenniveau, klinischer Fragestellung und möglichem Mosaikverdacht ab [1, 4].
• Eine isolierte Altersindikation der Schwangeren stellt nach heutigem evidenzbasiertem Vorgehen keine ausreichende alleinige Begründung für invasive pränatale Diagnostik dar; entscheidend ist die individuelle Risikokonstellation [1, 3].

Literatur

1. 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):1-16. https://doi.org/10.1038/s41431-018-0244-x
2. Bender Atik R, Christiansen OB, Elson J, Kolte AM, Lewis S, Middeldorp S et al.: ESHRE guideline: recurrent pregnancy loss: an update in 2022. Hum Reprod Open. 2023;2023(1):hoad002. https://doi.org/10.1093/hropen/hoad002
3. Yang Y, Jiang X. Comparison of chromosomal microarray and karyotyping in prenatal diagnosis using 491 amniotic fluid samples. Medicine (Baltimore). 2024;103(49):e40822. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000040822
4. Boles B, Gardner JA, Rehder CW, Levy B, Velagaleti GV, Toydemir RM et al.: Conventional Cytogenetic Analysis of Constitutional Abnormalities: A 20-Year Review of Proficiency Test Results From the College of American Pathologists/American College of Medical Genetics and Genomics Cytogenetics Committee. Arch Pathol Lab Med. 2025;149(3):211-216. https://doi.org/10.5858/arpa.2024-0048-CP
5. Wang Y, Liehr T. The Need for a Concert of Cytogenomic Methods in Chromosomic Research and Diagnostics. Genes. 2025;16(5):533. https://doi.org/10.3390/genes16050533
6. Levy B, Burnside RD, Akkari Y. Optical Genome Mapping: A New Tool for Cytogenomic Analysis. Genes. 2025;16(8):924. https://doi.org/10.3390/genes16080924

Leitlinien

1. S2k-Leitlinie: Humangenetische Diagnostik und genetische Beratung. (AWMF-Registernummer: 078 - 015), Dezember 2023 Langfassung