Neue Aspekte in der Labordiagnostik hämatologischer Neoplasien

Tanja Hinrichsen ¹
Monika Bühl-Göpfert ¹

¹ Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin
Dr. Klein und Dr. Rost, Martinsried, Deutschland

Abstract:

Die Labordiagnostik hämatologischer Neoplasien ist in den vergangenen zehn Jahren durch die Einführung molekularzytogenetischer und molekulargenetischer Verfahren wesentlich vielschichtiger und aussagekräftiger geworden. Abhängig von der Fragestellung ist eine umfangreiche Diagnostik und der Einsatz des gesamten diagnostischen Spektrums häufig unumgänglich. Urn dennoch eine kostengünstige, zielgerichtete und individuelle Diagnostik für den einzelnen Patienten zu gewährleisten, sollten die zur Verfügung stehenden Methoden wie Blutbild, Morphologie, Zytochemie, Histologie, Immunphanotypisierung, Zytogenetik (Chromosomen-bandanalyse, Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung (FISH), Array- comparative genomic hybridization [CGH]) und Molekulargenetik sorgfältig gegeneinander abgewogen werden. Die Array-CGH, ein vergleichsweise neues Verfahren, kann bei mangelnder Auswertbarkeit der Chromosomenbandanalyse zusätzliche Informationen hinsichtlich neuer genomischer Deletionen und Amplifi-kationen liefern, die mit dem üblicherweise eingesetzten Panel an FISH-Sonden nicht detektiert werden. Wie jedes andere Verfahren hat jedoch auch die Array-CGH bestimmte diagnostische Lücken, insbesondere beim Nachweis balancierter Translokationen, so dass nur durch einen kombinierten Einsatz der zur Verfügung stehenden Methoden die optimale diagnostische Sicherheit erreicht werden kann.

Array-CGH in der klinischen Diagnostik: Prinzipien und Anwendungen

Uwe Heinrich ¹
Imma Rost ¹
Anthony Brown ²
Tony Gordon ²
Nick Haan ²
Jessica Massie ²

¹ Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin
Dr. Klein und Dr. Rost, Martinsried, Deutschland

² BlueGnome Ltd., Cambridge, UK

Abstract:

ln den letzten Jahren hat sich die Array-basierte genomische komparative Hybridisierung (aCGH) zu einer wertvollen, genomweiten Screeningmethode zur Auf-deckung chromosomaler Veränderungen in Form von Kopienzahlvarianten (CN\/) entwickelt. Die kommerziell erhältlichen Plattformen beinhalten die Subtelomerregionen sowie die bekannten Mikrodeletions- und Mikroduplikationssyndromregionen, das restliche Genom wird mit unterschiedlichen Auflösungen von 8 kb bis 1 Mb abgedeckt. Neben der Aufdeckung eindeutig pathogener oder harmloser CNVs kann die aCGH auch CNVs mit unklarer
klinischer Signifikanz aufdecken, welche die Interpretation einer aCGH-Analyse erschweren. Ihre Hauptindikationsstellungen umfassen Kinder mit mentaler
Retardierung, Entwicklungsverzögerung, angeborenen Fehlbildungen und neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Autismus. ln dieser Patientengruppe wird die aCGH zunehmend die klassische Chromosomenanalyse als Ersttest ersetzen und ihr Einsatz in der Pränataldiagnostik steht derzeit in der Diskussion. Ein weiteres viel versprechendes Einsatzgebiet ist die Tumordiagnostik, wo die aCGH dem Behandler die Klassifizierung und Prognosestellung verschiedener Tumorentitäten erleichtern wird.

Molekulargenetische und zytogenetische Diagnostik
Routinediagnostik bei geistiger Entwicklungsstörung

Uwe Heinrich ¹
Hubertus von Voss ²
Imma Rost ¹

¹ Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin
Dr. Klein und Dr. Rost, Martinsried, Deutschland
² Privatinstitut für Soziale Pädiatrie, Jugend- und
Adoleszentenmedizin - Rehabilitationswesen,
Martinsried, Deutschland

Abstract:

Die Array-CGH (Comparative Genomic Hybridization) ist heute zum unverzichtbaren Bestandteil der Diagnostik von mentalen Entwicklungsstörungen (mental retardation) im Kindesalter geworden. Eine Nachuntersuchung im eigenen Patientenkollektiv bei primär chromosomal unauffälligen Kindern mit mentalen Entwicklungsstörungen (n = 194) ergab bei 17 Patienter (9%) mit der BAC(Bacterial Artificial Chromosome) Array-CGH den Nachweis einer chromosomalen Imbalance als Ursache. Zur eindeutigen und schnellen Validierung von aufälligen CGH -Ergebnissen hat sich in einer kleinen Pilotstudie an 10 Patienten. insbesondere bei chromosomalen Duplikationen, der Einsatz einer zweiten, oligonukleotidbasierten Array-CGH-Plattform bewährt (sog. Kreuzvalidierung). Aufgrund unserer eigenen und der Erfahrungen anderer Arbeitsgruppen wird derzeit ein Stufenkonzept bei der genetischen Diagnostik von Kindern mit mentaler Retardierung unter kombiniertem Einsatz der BAC- und Oligonukelotid-Array-CGH sowie der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) empfohlen.

Loeys-Dietz-Syndrom - eine wichtige Differentialdiagnose zum Marfan-Syndrom

Rost I ¹
Lang N ²
Loeff M ²
Mayer K ¹
Kozlik-Feldmann R ²
Malec E ³
Sodian R ³
Huber A ⁴
Netz H ²
Dalla Pozza R ²

¹ Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Martinsried, Germany, 
² Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München, Klinikum Großhadern, Abteilung für Kinderkardiologie und Pädiatrische Intensivmedizin, Germany, 
³ Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München, Klinikum Großhadern, Herzchirurgische Klinik, Germany,
⁴ Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München, Klinikum Großhadern, Abteilung für Klinische Radiologie, Germany

Abstract:

Ein 11 jähriger Patient mit ungewöhnlich aggressivem Verlauf eines zunächst vermuteten Marfan-Syndroms (MFS) wird vorgestellt. Schon seit dem Neugeborenenalter bestanden klinische Auffälligkeiten wie Fehlhaltungen und Kontrakturen der Finger, Klumpfüße bds., eine Gaumenspalte, ein Strabismus divergens, ein weiter Augenabstand, ein relativ großer Kopf mit weit offener Fontanelle im Säuglingsalter und einer Vorwölbung am Hinterkopf sowie eine Trichterbrust. Bei der ersten kardiologischen Untersuchung zeigte sich eine bikuspide Aortenklappe und eine Dilatation der Aorta (Ao.) ascendens. Die psychomotorische Entwicklung verlief weitgehend unauffällig, aktuell besucht der Patient das Gymnasium. Im Alter von 6Y2 Jahren kam es zu einer raschen Zunahme des bekannten Aneurysmas der Ao. descendens, weshalb ein Prothesenersatz der Ao. descendens erfolgte. Ein halbes Jahr später war eine erneute Operation an der Ao., diesmal an der Ao. aszendens, erforderlich. Hierbei wurde eine klappentragende Prothese und eine Dacronprothese des Aortenbogens eingesetzt (Gental Operation). Inzwischen wurde eine erneute Erweiterung des Aortenbogens am Abgang der Arteria subclavia diagnostiziert. Bei der MR-Angiographie zeigte sich zudem eine Erweiterung und Schlängelung vor allem der intrakraniellen Gefäße. Bei anfänglichem Verdacht auf MFS wurde das Fibrillinl-Gen ohne Nachweis einer Mutation untersucht. Nachdem 2005 erstmals Patienten mit Loeys-Dietz-Syndrom (LDS) beschrieben wurden, konnte die Symptomatik des Patienten, insbesondere die auffällige Kopfform, der Strabismus, die Gaumenspalte, die Gelenkkontrakturen, die Klumpfüße, der marfanoide Habitus bei normaler Körpergröße und v.a. die ungewöhnlich frühe Ausbildung von Aortenaneurysmen sowie die als pathognomonisch beschriebenen korkenzieherartig gewundenen intrakraniellen Gefäße dieser Erkrankung zugeordnet werden. Die Verdachtsdiagnose konnte durch Nachweis einer heterozygoten Mutation (c.1583 G>A, Arg528His, Exon 7) im Transforming Growth Factor Beta Receptor (TGFBR)2-Gen molekulargenetisch gesichert werden. Das LDS unterscheidet sich vom MFS durch die fehlende Linsenluxation bei gleichzeitigem Vorhandensein von MFS-untypischen Symptomen wie Gaumenspalte oder gespaltene Uvula, Kraniosynostosen, ausgeprägte Kontrakturen und gelegentlich eine mentale Retardierung. Charakteristisch ist eine frühe Aortenerweiterung mit rascher Progredienz bzw. frühe Dissektionen bei noch relativ geringem Gefäßdurchmesser sowie Erweiterung und Schlängelung anderer Arterien. Ursächlich sind Mutationen in den TGFBR 1- bzw. 2- Genen. Die Tatsache, dass Fibrillinl und TGFBR1 bzw. 2 über den gleichen Signaltransduktionsweg wirken, erklärt die Überlappungen beider Syndrome in der klinischen Symptomatik. Wichtig ist die frühe Diagnose des LDS, da die Aneurysmen einen aggressiveren Verlauf als beim MFS zeigen können und dementsprechend engmaschig überwacht bzw. frühzeitig operiert werden müssen.

Pharmacogenetics in Laboratory Diagnostics

Hanns-Georg Klein ^1,2 and Birgit Busse ¹

¹ Center for Human Genetics an Laboratory Medicine, Martinsried, Germany
² IMGM Laboratories GmbH, Martinsried, Germany

Abstract:

Pharmacogenetics (PGt) is a fast evolving field in medical science, since adverse drug reactions (ADR) and therapy failure may be due to variations in the genes of drug metabolizing enzymes, drug transporters and drug targets. There are many different techniques available for the detection of mutations, Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) and gene copy number variations (CNVs) that allows the scientist to apply the best suited methode for defined diagnostics questions. The article reviews some of the most important genes of pharmacogenetics relevance, gives an overview of several methods frequently used for genotyping and provides insight into routine pharmacogenetics testing in the clinical laboratory. 

Molekulargenetische- und zytogenetische Diagnostik

Gomez-Lopez-Hernandez syndrome (cerebello-trigeminal-dermal dysplasia): description of an additional case and review of the literature

Chayim Can Schell-Apacik
Monika Cohen
Stepan Vojta
Birgit Ertl-Wagner
Eva Klopocki
Uwe Heinrich
Hubertus von Voss

Abstract:

Abstract Gomez-Lopez-Hemandez syndrome is a very rare genetic disorder with a distinct phenotype (OMIM 601853). To our knowledge there have been seven cases documented to date. We report on an additional male patient now aged I S 8/12 years with synostosis of the lambdoid suture, partial scalp alopecia, corneal opacity, mental retardation and striking phenotypic features (e.g., brachyturricephaly, hypertelorism, midface hypoplasia and low-set ears) consistent with Gomez-Lopez-Hernandez syndrome. In early childhood the patient demonstrated aggressive behavior and raging periods. He also had seizures that were adequately controlled by medication. Magnetic resonance imaging (MR]) revealed rhombencephalosynapsis, i.e., a rare fusion of the cerebellar hemispheres, also consistent with Gomez-Lopez-Hemandez syndrome. In addition a lipoma of the quadrigeminal plate was observed, a feature not previously described in the seven patients reported in the literature. Cytogenetic and subtelomere analyses were inconspicuous. Microarray-based comparative genomic hybridization (array-CGH) testing revealed five aberrations (partial deletions of 1p21.1, 8q24.23, lOgll.2, X826.3 and partial duplication of 19p13.2), which, however, have been classified as normal variants. Array-CGH has not been published in the previously reported children. The combination of certain craniofacial features, including partial alopecia, and the presence of rhombencephalosynapsis in the MRI are suggestive of Gomez-Lopez-Hernandez syndrome. Children with this syndrome should undergo a certain social pediatric protocol including EEG diagnostics, ophthalmologi¬cal investingation, psychological testing, management of behavioral problems and genetic counseling.

Molekulargenetische- und zytogenetische Diagnostik

Invasive Pränataldiagnostik

Imma Rost ¹ *
Barbara Schiessl ²
Uwe Heinrich ¹
Wolfgang Rupprecht ¹
Annett Wagner ¹
Hanns-Georg Klein ¹

 
¹ Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin Dr. Klein und Dr. Rost, Martinsried, Deutschland
² Universitätsfrauenklinik der LMU, München, Deutschland

Zusammenfassung:

Unter den Begriff der Invasiven Pränataldiagnostik fallen Eingriffe bzw. Verfahren, die auf der Untersuchung von Zellen des Ungeborenen, Fruchtwasser- bzw. Blutproben basieren. Die Eingriffe zur Gewinnung dieser Zellen bzw. Flüssigkeiten beinhalten ein Eingriffsrisiko, vor allem das einer Fehlgeburt bzw. eines intrauterinen Fruchttodes. Daher ist die Invasive Pränataldiagnostik im Gegensatz zu den nicht-invasiven Screeningmethoden, die zum Teil auch Bestandteil der allgemeinen Mutterschaftsrichtlinien sind, grundsätzlich an eine Indikation gebunden. Diese Indikation ergibt sich in der Regel aus einem individuellen Risiko für eine bestimmte Erkrankung  beim Ungeborenen.

Molekulargenetische- und zytogenetische Diagnostik

Expanding the phenotype of alopecia-contractures-dwarfism mental retardation syndrome (ACD syndrome): description of an additional case and review of the literature

Chayim Schell-Apacik
Michael Hardt
Birgit Ertl-Wagner
Eva Klopocki
Matthias Möhrenschlager
Uwe Heinrich
Hubertus von Voss

Abstract:

Alopecia-contractures-dwarfism mental retardation syndrome (ACD syndrome; OMIM 203550) is a very rare genetic disorder with distinct features. To our knowledge, there have been four cases documented to date. In addition, another three patients, previously described as having IFAP syndrome (OMIM %308205), may also have ACD syndrome. We report on one patient with short stature, total alopecia, ichthyosis, photophobia, seizures, ectrodactyly, vertebral anomalies, scoliosis, multiple contractures, mental retardation, and striking facial and other features (e.g. microdolichoce¬phaly, missing eyebrows and eyelashes, long nose, large ears) consistent with ACD syndrome. Results of laboratory testing in the literature case reports were normal, although in none of them, array-CGH (microarray-based comparative genomic hybridization) analysis was performed. In conclusion, the combination of specific features, including total alopecia, ichthyosis, mental retardation, and skeletal anomalies are suggestive of ACD syndrome. We propose that children with this syndrome undergo a certain social pediatric protocol including EEG diagnostics, ophthalmological investigation, psychological testing, management of dermatologic and orthopedic problems, and genetic counseling.

Unleashing the Power of Microarrays

Towards the Development of Modern Molecular Diagnostic Tools

Dr. Ralph Oehlmann, Dr. Marion Hirt, Sabine Brauer *)
Dr. med Hanns-Georg Klein **)

*) IMGM Laboratories GmbH
**) Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin Dr. Klein und Dr. Rost


 

Leitfaden Molekulare Diagnostik
Grundlagen, Gesetze, Tipps und Tricks
1. Edition - April 2006

Thiemann, Frank
Cullen, Paul M.
Klein, Hanns-Georg (eds.)

Zusammenfassung:

Dies ist das erste deutschsprachige Lehrbuch, das sich umfassend mit der Thematik der modernen, praktischen DNA-Diagnostik im medizinischen Labor beschäftigt. Das praxisnah geschriebene Werk ist für MTAs sowie Studenten der Naturwissenschaften und Medizin geeignet.

Inhalt:

• ALLGEMEINE GRUNDLAGEN UND PRÄANALYTIK
• Allgemein Grundlagen der molekularen Diagnostik
• Präanalytik in der molekularen Diagnostik
• METHODEN
• Die Isolierung von Nukleinsäuren
• Die Amplifikation von Nukleinsäuren
• Die Detektion von PCR-Produkten
• DNA Micorarrays
• DNA Sequenzierung
• INDIKATIONEN
• Indikationen für die molekulare Diagnostik - Viren
• Indikationen für die molekulare Diagnostik - Bakterien, Pilze, Eukaryonten
• Indikationen für die molekulare Diagnostik - Humangenetik
• QUALITÄT UND ETHIK
• Qualitätssicherung in der Nukleinsäure-Diagnostik
• Bioethische Aspekte in der molekularen Diagnostik

Anhang: Gesetze und Normen zur Regelung der molekularen Labordiagnostik

ISBN-13: 978-3-527-31471-3 - Wiley-VCH, Weinheim

Kriterien für den Einsatz von Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) in der medizinischen Routinediagnostik: Erarbeitung technischer und diagnostischer Empfehlungen

Hanns-Georg Klein ¹,a, *
Harald Funke ²,a
Michael Neumaier ³,a
Thomas Langmann ⁴,a
Cornelius Knabbe ⁵,a
Paul Cullen ⁶,a

¹ Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin Dr. Klein und Dr. Rost, Martinsried, Deutschland

² Stiftungsprofessur Molekulare Hämostaseologie, Universitätsklinikum Jena, Jena, Deutschland

³ Institut für Klinische Chemie, Medizinische Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg, Mannheim, Deutschland

⁴ Institut für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin, Klinikum der Universität Regensburg, Regensburg, Deutschland

⁵ Abteilung Laboratoriumsmedizin, Robert-Bosch-Krankenhaus Stuttgart, Stuttgart, Deutschland

⁶ Gemeinschaftspraxis Dr. Löer, Dr. Treder und Kollegen, Münster, Deutschland

Zusammenfassung:

Nach Abschluss des Humanen Genomprojekts (www.sanger.ac.uk), dessen Ergebnisse derzeit die wichtigste Grundlage unseres Wissens über das menschliche Erbgut bilden, wurden international weitere Großprojekte initiiert, um zu einem besseren Verständnis von genetischer Variation und deren Bedeutung als Marker für Erkrankungen und Krankheitsdisposition zu gelangen. Zu diesen Großprojekten zählen das internationale SNP-Konsortium (www.snp.cshl.org), das HapMap-Projekt (www.hapmap.org) sowie das kürzlich begonnene Medical Sequencing Program (www.genome.gov/17516031). Parallel zu diesen systematischen Ansätzen der Genomforschung existiert eine nahezu unüberschaubare Anzahl von Fall-Kontroll-Studien, welche bei mehr oder weniger gut charakterisierten, kleineren und größeren Patientenkollektiven die Assoziation von Mutationen oder Polymorphismen mit mendelisch vererbten (monogenen) oder häufigen (multifaktoriellen) Erkrankungen untersuchen. Besonders Assoziationsstudien im Bereich der multifaktoriellen Erkrankungen, wie z.B. Diabetes, Bluthochdruck oder nicht-familiäre Tumorerkrankungen, kommen zum Teil zu sehr unterschiedlichen oder sogar widersprüchlichen Ergebnissen, weshalb der klinisch-diagnostische Wert der untersuchten genetischen Marker oft in Frage gestellt wird. Prospektive Studien, welche den prädiktiven Wert oder das absolute Risiko eines Markers untersucht haben, gibt es kaum. Dennoch kann die genetische Diagnostik auch bei multifaktoriellen Erkrankungen bereits heute sinnvoll eingesetzt werden, wie die Beispiele Faktor-V-Leiden im Zusammenhang mit tiefer Beinvenenthrombose oder der HFE-C282Y-Polymorphismus bei Hämochromatose Typ I zeigen. Ziel dieses Beitrags ist es, die Hintergründe der teilweise widersprüchlichen Datenlage zu beleuchten und Qualitätskriterien für den Einsatz von genetischen Markern bei der Diagnostik multifaktorieller Erkrankungen zu erarbeiten.

Proof of partial imbalances 6q and 11q due to maternal compley balanced translocation analyzed by microdissection of multicolor labeled chomosomes (FISH-MD) in a patient with Dandy-Walker variant

J. Weimer ^a,
M. Cohen ^b,
U. Wiedemann ^c,d ,
U. Heinrich ^c,
W. Jonat ^a,
N. Arnold ^a,

^a University Clinic Schleswig-Holstein, Campus Kiel, Clinic of Gynecology and Obstetrics, Kiel
^b District Oberbayern, Children Center Munich
^c Laboratory of Medical Genetics Dr. Klein, Martinsried (Germany)
^d Risch Medical Laboratories, Berne (Switzerland)

Abstract:

We report an a family in which a daughter is described with mental retardation, as well as malformations of the heart, and of the brain (Dandy-Walker variant). The patient's phenotype suggests a chromosomal rearrangement. However, her karyotype was unremarkable by conventional cytogenetic analysis. In order to detect hromosome rearrangements overseen by this method, the subtelomere regions of suspicious chromosomes were verified by fluorescence in situ hybridization (FISH). A rearranged derivative chromosome 6 was identified. Further examinations by FISH-microdissection (FISH-MD) revealed maternal complex balanced translocation. The patient inherited the derivative chromosome 6 from her mother and therefore carries a partial monosomy 6q26->qter and a partial trisomy 11q23-3->qter.

Nierenerkrankungen

Molekulare Grundlagen der autosomal-dominanten polyzystischen Nierenerkrankung (ADPKD)

Dr. H.-G. Klein und Dr. Karin Mayer

Zusammenfassung

ADPKD ist eine schwerwiegende genetische Erkrankung, die bei der Mehrzahl der Be- troffenen zu Nieren versagen und kardiovaskulären Komplikationen führt. Mutationen in den verantwortlichen Genen PKD1 und PKD2 führen zu einer gestörten Funktion der primären Zilien der Nierenepithelzellen.

Die effiziente molekulargenetische Diagnostik beider PKD-Gene unter Anwendung verschiedener Techniken der Mutationssuche ermöglicht die Identifizierung von Risiko- personen in ADPKD-Familien. Im Zusammen- hang mit klinischen Studien wird die Kenntnis des PKD-Genotyps dazu beitragen, die Prognose und Therapie der Erkrankung zu verbessern.

Die Kenntnis der molekularen Ursache der ADPKD ist die Grundlage des Verständnisses der Pathugenese einer Vielzahl von zystischen Nierenerkrankungen und eine Voraussetzung für die Entwicklung neuer Therapieansätze.

Pharmakogenetik:

Der differenzierte Blick auf die Patienten

von B. Busse und H.G. Klein, Martinsried

Beflügelt durch die Genforschung gab es in den letzten Jahrzehnten in der Pharmaforschung erhebliche Fortschritte mit einer großen Anzahl neuer Medikamente. Die Zahl erfolgloser Therapieversuche ist dennoch immer noch erschreckend hoch. Oftmals wird bei der Arzneimittelauswahl nach dem „Try-and-Error"-Prinzip vorgegangen, wodurch dem meist durch seine Krankheit sowieso schon geschwächten Patienten weitere Beschwerden zugemutet werden. Auf der Liste der häufigsten Todesursachen sind Arzneimittelunver-träglichkeiten unter den Top 5 nach Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs zu finden. Als Ursache der genannten Probleme ist neben den Arzneimittel-Interaktionen in den letzten Jahren der Aspekt der genetischen Veranlagung und damit die individuelle Reaktion des einzelnen Patienten in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. In Zukunft werden Ärzte bei der Verschreibung von Medikamenten auch genetische Faktoren des Patienten bei der Auswahl der Medikamente einbeziehen. Arzneimittel- interaktions-Datenbanken mit pharmakogenetischer Zusatzinformation können dabei ein hilfreiches Werkzeug sein. Die Pharmakogenetik untersucht die erblichen Unterschiede in der Reaktion von Individuen auf Arzneistoffe. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Einflüssen des Arzneimittels auf den Körper (pharmakodynamische Wechselwirkungen) und Einflüssen des Körpers auf das Arzneimittel (pharmakoki-netische Wechselwirkungen). Diagnostik im Rahmen der Arzneimittelverträglichkeit und -Wirksamkeit steht im engen Zusammenhang mit der Früherkennung von unerwünschten Nebenwirkungen sowie der Prophylaxe von Unverträglichkeiten. Durch die rasanten Fortschritte bei der Erforschung des menschlichen Erbguts kennen wir heute zahlreiche genetische Varianten

• der Arzneimittel-verstoffwechselnden Enzyme
• der Arzneimittel-resorbierenden, intestinalen Transportmoleküle und
• der Angriffspunkte der Arzneimittel,

deren Analyse bereits Eingang in die Routinediagnostik gefunden hat. Der entscheidende Vorteil der genetischen Diagnostik liegt darin, dass die Veranlagung für bestimmte Unverträglichkeitsreaktionen oder auch ein Therapieversagen bereits vor der Verabreichung und Festlegung der Dosierung diagnostiziert werden kann. Bekannte Beispiele sind allergische Hauterscheinungen bei Sulfonamidein-nahme im Zusammenhang mit genetischen Varianten im N-Acetyl-transferase 2-Gen (NAT2), die mit einer geringeren Acetylierungsrate assoziiert sind („Slow-Metabolizer"- Phänotyp, s. später im Text) oder Unwirksamkeit von Psychopharmaka-Therapien bei Vorliegen einer Duplikation des Cytochrom P-45O 2D6Gens (CYP2D6*XN). Häufig beruhen die unterschiedlichen Reaktionen auf genetischen Varianten (Polymorphismen, SNPs) eines am Arzneimittel-Metabolismus beteiligten Stoffwechselenzyms, eines Transportproteins oder eines Rezeptors. Dabei spielen vermutlich Varianten in den proteinkodierenden Bereichen und den hochkonservierten Spleißregionen eine weit bedeutendere Rolle als Polymorphismen, welche die Genexpression beeinflussen.

Molekulargenetische Diagnostik von Bindegewebserkrankungen

Karin Mayer und Christoph Marschall

Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Martinsried, Deutschland

Zusammenfassung

Bindegewebe beschreibt die Matrix und die damit assoziierten Zellen, welche die physikalische Grundlage für Gewebe bilden, bzw. den Bereich unterhalb der Dermis sowie Knorpel und Knochen. Es setzt sich aus einem Gemisch von Zellen und extrazellulären Matrix-Molekülen zusammen.

Die extrazelluläre Matrix ist ein Netzwerk aus Proteinen, Polysacchariden und Glycoproteinen, die von den Zellen selbst sekretiert werden. Das Bindegewebe verleiht höheren Organismen ihre Festigkeit und Form. Zwei Bestandteile erfüllen die Erfordernisse dieser Struktur, der extrazellulären Matrix des Bindegewebes: unlösliche Fasern, welche die notwendige Zugfestigkeit verleihen, und dieses Fasernetzwerk durchziehende Polymere, welche die Wanderung von kleinen Molekülen in das und aus dem Gewebe erlauben. Die Fasern bestehen in der Regel aus Kollagen, während die löslichen interfibrillären Komplexe Proteoglykane und Glykoproteine sind. Kollagen stellt die im menschlichen Körper vorherrschende Proteinfamilie dar. Die mehr als 19 verschiedenen, gewebespezifisch vorkommenden Kollagen-Typen werden von über 30 Genen codiert. Kollagene bestehen aus drei, zu einer Tripel-Helix verdrillten Einzelketten. Die verschiedenen Schritte der komplexen Kollagen-Biosynthese sind: Synthese der Einzelketten, Hydroxylierung der Pro-lin- und Lysin-Reste, Glykosylierung, Zusammenlagerung der Tripel-Helix im rauen endoplasmatischen Retikulum, Abspaltung der N- und C-terminalen Propeptide und Stabilisierung der einzelnen Kollagene in Fibrillen durch intermolekulare Crosslinks.

Bisher sind verschiedene genetische Erkrankungen bekannt, deren Ursache Defekte in der Struktur, Funktion oder posttranslationalen Modifikation der Kollagene Typ l, II, III, IV, V, VI, VII, IX, X, XI und XVII sind. Die bekanntesten Kollagen-Erkrankungen, die den Aufbau und die Struktur des Knochens und der Haut betreffen, sind Osteogenesis imperfecta und Ehlers-Danlos-Syndrom. Neben den Kollagenen tragen adhäsive Glykoproteine wie Fibrillin, Fibronectin, Laminin, Tenascin und Entactin zur Stabilität der Matrix bei, indem sie eine Verbindung zwischen Matrix und den darin eingebetteten Zellen darstellen.

Der genetische Defekt beim Marfan-Syndrom sind Mutationen im extrazellulären Matrix-Protein Fibrillin-1. Fibrillin-1 ist ein Hauptbestandteil der Mikrofibrillen der extrazellulären Matrix. Fibrillin-1-Monomere bilden supramolekulare Aggregate, die in der Elektronenmikroskopie wie eine Perlenschnurkette erscheinen. Der Einbau mutanter Monomere in Fibrillen führt zur Zerstörung ihrer Struktur und Stabilität und damit ihrer Funktion.

Die Auswahl der Osteogenesis imperfecta, des Ehlers-Danlos-Syndroms und des Marfan-Syndroms soll beispielhaft den Stellenwert molekulargenetischer Diagnostik bei Bindegewebserkrankungen zeigen. Es handelt sich dabei um die drei häufigsten der insgesamt seltenen genetischen Bindegewebserkrankungen; sie weisen einige klinische Gemeinsamkeiten auf, wie z.B. kardiovaskuläre Komplikationen beim Marfan-Syndrom und beim Ehlers-Danlos-Syndrom, und sie zeigen Parallelen in der molekularen Pathogenese, besonders im Falle der Osteogenesis imperfecta und des Ehlers-Danlos-Syndroms.

Möglichkeiten und Grenzen der Polkörperdiagnostik

Dr. Dipl.-Chem. Annett Wagner
Dipl.-Biol. Ute Wiedemann
Dr. Hanns-Georg Klein
Prof. Dr. Dr. Wolfgang Würfel
Dr. Friedrich Gagsteiger

Genetische Diagnostik bei mentaler Retardierung
Genetic testing for diseases associated with mental retardation

Imma Rost und Hanns-Georg Klein

Zentrum für Humangenetik und Laboratoriumsmedizin, Martinsried, Deutschland

Zusammenfassung

Mentale Retardierung betrifft etwa 2-3% der Bevölkerung in den westlichen Industrienationen. Eine sorgfältige Anamnese und klinische Untersuchung sind die Voraussetzungen für eine Verdachtsdiagnose und eine sich daraus ableitende genetische Diagnostik. Genetische Untersuchungen ermöglichen heute eine sichere Diagnose einer Vielzahl von Erkrankungen, die mit einer MR einhergehen. Damit ist auch eine Aussage zu einem eventuellen Wiederholungsrisiko in den betroffenen Familien und gegebenenfalls eine gezielte Frühförderung der erkrankten Kinder möglich. Bei einigen Erkrankungen wie z.B. chromosomalen Strukturaberrationen oder solchen mit einer hohen Neumutationsrate wie der Neurofibromatose 1 kann zur Abschätzung des Wiederholungsrisikos auch eine Untersuchung der Eltern erforderlich sein. Eine genetische Diagnostik sollte wenn möglich im Zusammenhang mit einer genetischen Beratung angeboten werden. Zu den wichtigsten Untersuchungstechniken gehören neben der klassischen Chromosomenanalyse die Fluoreszenz-in-situ-Hybridi-sierung (FISH) oder Array Comparative Genomic Hybrid-ization (CGH) zum Nachweis von Mikrodeletionen bzw. zur Analyse der chromosomalen Subtelomerregion, die Multicolour-FISH zur Identifizierung von aberrantem chromosomalem Material, Methylierungs-Assays z.B. zum Nachweis von Prader-Willi- oder Angelman-Syn-drom, Mikrosatellitenanalysen zur Detektion einer unipa-rentalen Disomie (UPD), der Southern-Blot und die PCR-Fragmentanalyse zur Längen-Bestimmung von Triple-Repeats sowie die DNA-Sequenzanalyse im Rahmen der Mutationssuche.

Gesamt-Genom-Microarray-Analyse und Target-Validierung mittels qPCR

Hanns-Georg Klein^1,2
Danil Gorinevski^1,2
Jörg Hörmann¹
Christoph Marschall¹
Karin Mayer¹
Mirko Vanetti²

¹ Laboratory for Medical Genetics, Martinsried, Germany
² IMGM Laboratories GmbH, Martinsried, Germany

Zusammenfassung

Microarrays zur Analyse der differentiellen Genexpression sind heute bei der Charakterisierung des Wirkmechanismus neuer Komponenten zu einem der wichtigsten Instrumente der forschenden Pharmaindustrie geworden. Auch die klinisch orientierte Grundlagenforschung in der Medizin hat von dieser rasanten Entwicklung profitiert, indem einerseits neue pathophysiologische Ansätze für zahlreiche Erkrankungen entdeckt wurden und andererseits die molekulare Signatur (Genexpressionsprofil, Gene Profiling, Expression Profiling) von Erkrankungen oder erkranktem Gewebe für molekulargenetische Ansätze in der Diagnostik zunehmend an Bedeutung gewinnt. Vor allem in der Onkologie liegt inzwischen umfangreiches Datenmaterial vor, wodurch Gene Profiling in einigen Bereichen bereits Eingang in die Patientenversorgung findet. Für den klinischen Einsatz von innovativen Diagnostik-Verfahren stehen in der Regel Fragen nach der Prognose einer Erkrankung und einer optimierten Therapie im Vordergrund. Gerade hier könnte durch Gene Expression Profiling ein Beitrag geleistet werden, der die Aussagekraft der Phänotyp-Diagnostik und der klassischen Laboranalytik verbessern und ergänzen kann. Es ist absehbar, dass hierfür die Analyse einer begrenzten Zahl von diagnostisch aussagekräftigen Targets ausreicht, deren Quantifizierung mit Hilfe von real-time PCR-Verfahren heute zuverlässig gelingt. Zur Identifizierung diagnostisch relevanter Targets kann die Forschung heute auf eine Vielzahl von Whole Genome Arrays oder themenspezifischen Arrays zurückgreifen, die im Wesentlichen alle auf der Basis der Hybridisierung von mRNA oder cDNA an Capture-Sonden über eine semiquantitative Messung der Signalintensität Aussagen über up- oder downregulierte Transkripte geben. Der nachfolgende Artikel soll beispielhaft den Workflow darstellen, wie er für die Etablierung eines Genexpressionslabors für die biomedizinische Forschung und Diagnostik notwendig ist.

Arzneimittelnebenwirkung vermeiden: Möglichkeiten der pharmakogenetischen Diagnostik

H.-G. Klein und U. Grau
IMGM Laboratories GmbH, Martinsried

Zusammenfassung:

Die Pharmakogenetik beschäftigt sich mit den erblichen Unterschieden in der Reaktion von Individuen auf Arzneistoffe. Diese unter- schiedlichen Reaktionen beruhen häufig auf genetischen Varianten (Polymorphismen, SNPs) eines am Arzneimittel-Metabolismus beteiligten Stoffwechselenzyms, eines Transportproteins oder eines "Drug Targets". Dabei spielen Varianten in den proteinkodierenden Bereichen und den hochkonservierten Spleißregionen vermutlich eine bedeutendere Rolle als Polymorphismen, welche die Genexpression beeinflussen. Zur Zeit geht man von mehreren hundert verschiedenen Genen bzw. Genprodukten aus, die an der Wirkung von Arzneimitteln modifizierend beteiligt sein können. Während der Körperpassage hat ein Arzneimittel vom Resorptions- bis zum Exkretionsprozeß Kontakt mit ca. 30-40 Proteinen. Beim Metabolismus von Arzneimitteln führen genetische Varianten bei Einnahme der gleichen Dosis zu stark differierenden Plasmaspiegeln der aktiven Wirksubstanz. Diese Varianten treten in verschiedenen Bevölkerungsgruppen (Ethnien) mit unterschiedlicher Häufigkeit auf.

Während Unterschiede in Körpergewicht, Alter, Leber- und Nierenfunktion leicht ersichtlich oder zu ermitteln sind, bleibt der genetische Hintergrund dem behandelnden Arzt oft verborgen. Die Folgen können Therapieversager oder eine erhöhte Rate unerwünschter Wirkungen sein, die über schwere bis zu tödlichen toxischen Reaktionen reichen können. Besonders groß wird die Gefahr solcher Effekte bei der wiederholten Einnahme mehrerer Medikamente, die um den selben Stoffwechselweg konkurrieren. Diese klinisch bedeutsamen Wechselwirkungen sind insbesondere dann zu befürchten, wenn sich die Konzentration des Wirkstoffs durch Enzym-Inhibitoren bzw. -Induktoren oder einen ausgeprägten First-Pass-Effekt stark verändert und eine geringe therapeutische Breite, also eine steile Dosis- Wirkungs-Kurve, vorliegt.