Labor information. Array-CGH (Comparative Genomic Hybridization) Microarray-basierte vergleichende genomische Hybridisierung

Transkript

1 Labor information Array-CGH (Comparative Genomic Hybridization) Microarray-basierte vergleichende genomische Hybridisierung

2 Die Array-CGH-Analyse ist eine hoch auflösende diagnostische Untersuchung und bei Patienten mit folgenden Kriterien indiziert: Indikationen Entwicklungsverzögerung / mentale Retardierung Dysmorphiezeichen Angeborene Fehlbildungen (z. B. Herz fehler, Nierenfehlbildung) Fehlbildungen und Funktions störun gen des Gehirns Prä- und postnatale Wachstumsverzögerung Bestimmte Wachstumsauffälligkeiten (z. B. Microcephalie) Veränderungen aus dem Autismus-Formenkreis Kombiniertes Auftreten der vorgenannten Auf fälligkeiten Darüber hinaus bietet sich der Einsatz der Array-CGH-Analyse für folgende Fragestellungen an: Präzisierung der Chromosomenanalyse: Exakte Bruchpunktbestimmung, genaue Charakterisierung bei zytogenetisch erkennbaren Zugewinnen und Verlusten. Abklärung balanciert erscheinender chromosomaler Strukturveränderungen bei Patienten mit unspezifischen dysmorphen Merkmalen. Abklärung genomischer Rearrangements (z. B. Markerchromosomen). Methode Bei der Array-CGH-Analyse wird das gesamte Genom eines Patienten mit dem von vielen klinisch unauffälligen Personen im Hinblick auf Verluste und Zugewinne genetischen Materials verglichen. Identische DNA-Mengen der Testperson und der Referenz-DNA werden mit verschiedenen fluoreszierenden Farbstoffen markiert und im Anschluss auf dem Array kohybridisiert. Der Microarray selbst ist ein Glasobjektträger, auf dem sich in einem Rastermuster immobilisierte genomische DNA-Fragmente (sog. Oligonukleo tide) befinden. Liegt ein genomischer Verlust oder Zugewinn in der Patientenprobe im Vergleich zur Referenz-DNA vor, so kommt es zu einer Verschiebung im Hybridisierungsverhältnis. Dies äußert sich in einer Farbveränderung des Fluoreszenzsignals, die von einem Laserscanner detektiert wird. Anschließend werden die Daten extrahiert und mit einer speziellen Software ausgewertet.

3 Klinischer Nutzen Mit der Array-CGH-Analyse können weit kleinere Abweichungen (Mikrodeletionen und -duplikationen) im Genom des Patienten erkannt werden, als dies bei der konventionellen Chromosomenanalyse (Veränderungen hierbei erst ab einer Größe von 5 Megabasen zu erkennen) der Fall ist. Mittels einer herkömmlichen Chromosomenanalyse lassen sich nur bei 3 4 % der Patienten mit Entwicklungsverzögerung strukturelle genomi sche Veränderungen nachweisen (Shevell, 2003). Molekularzytogenetische Techniken wie die Subtelomer-FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridi sierung) ergaben eine weitere leichte Verbes serung der Detektionsrate. Während mit dieser Diagnostik gezielt bestimmte Regionen auf Mikrodeletions/ -duplikationssyndrome untersucht werden, können mit der Array- CGH Veränderungen (fast) an jeder beliebigen Stelle im Genom detektiert werden. Die Array-CGH erlaubt durch die Überprüfung des gesamten Genoms auf genetische Imbalancen eine signifikant höhere Auflösung und eine deutlich größere diagnostische Ausbeute als dies durch die konventionelle Chromosomenanalyse bislang möglich war. In den vergangenen Jahren hat die Array-CGH zur Identifizierung von neuen genomischen Erkran kungen bei Patienten mit Entwicklungsver zögerung, mentaler Retardierung und multiplen kongenitalen Fehlbildungen geführt. Bei etwa % dieser Patienten lassen sich durch die Array-CGH ursächliche Veränderungen nach weisen (Fan, 2007; de Leeuw, 2008; Edelmann und Hirschhorn, 2009). Heute herrscht Konsens darüber, dass die Array-CGH aufgrund ihres hohen diagnosti schen Nutzens als erste genetische Untersuchung bei Patienten mit unklarer Entwick lungsverzögerung/mentaler Retardierung durchzuführen ist, da so > 99 % aller patho genen Veränderungen entdeckt werden (Hochstenbach, 2009). Untersuchungsplattform Wir führen Array-CGH-Analysen mit einem auf Oligonukleotiden basierenden Microarray-Ansatz der Firma Agilent Technologies durch. Es steht eine Vielzahl verschiedener Array-Formate mit unterschiedlicher Auflösung zur Verfügung. Bitte wenden Sie sich an uns, wenn Sie detaillierte Informationen zu den verschiedenen Array- Formaten wünschen. Ein häufig verwendeter Microarray ist z. B. der Human Genome CGH 180K Oligo-Microarray, der Oligomer-Sonden enthält, die das menschliche Genom mit einem durchschnittlichen Abstand der Oligomer-Sonden von 13 Kilobasen abdecken. Bei Anwendung dieser Methode können wir Imbalancen erkennen, die rund 200-mal kleiner sind als dies mittels der herkömmlichen Chromosomenanalyse möglich ist. Verschiedene Methoden wie FISH, MLPA (Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification) und quantitative PCR stehen zur Verifizierung von Imbalancen mit unklarer Krankheitsrelevanz zur Verfügung. Benötigtes Material Kinder und Erwachsene: 3 5 ml EDTA-Blut* Säuglinge: 1 2 ml EDTA-Blut* Elterliches Blut (EDTA-Blut*), um die Herkunft bzw. Entstehung der Imbalance abzuklären. EDTA-Blut* wird DNA vorgezogen. Die DNA- Präparationsmethode und Qualität der DNA haben einen besonderen Einfluss auf die Signalqualität des Analysesystems. Da das System für die im Hause präparierte DNA optimiert ist, bitten wir um Zusendung einer EDTA- Blutprobe des /der Patienten / in. *Monovette- oder Vacutainer-Röhrchen

4 Dauer der Untersuchung 8 12 Wochen ab Eingang in unserem Institut, in dringenden Fällen schneller. Beispiel Interstitielle Deletion in 17q12 A B Scatterplot-Ansicht von Chromosom 17 mit der Deletion in q12, die durch eine horizontale Verschiebung links von der Nulllinie dargestellt wird. Die Region wird von einem blau gepunkteten Rahmen umgeben. Vergrößerte Genansicht eines ca. 6 Mb großen Fensters, das die Deletion enthält.

5 Literatur [1] Shevell M et al.: Practice parameter: evaluation of the child with global developmental delay: report of the Quality Standards Subcommittee of the American Acadamy of Neu rology and The Practice Committee of the Child Neurology Society. Neurology 2003: 60: [2] Fan YS et al.: Detection of pathogenic gene copy number variations in patients with mental retardation by genomewide oligonucleotide array comparative genomic hybridization. Hum Mutat 2007 Nov; 28(11): [3] De Leeuw N: Array diagnostics in clinical cyto ge netics: more gains than losses? European Cytogeneticists Association 2008: Newsletter No.22 July: [4] Edelmann L and Hirschhorn K: Clinical Utility of Array CGH for the Detection of Chromosomal Imbalances Associated with Mental Retardation and Multiple Congenital Anomalies. The Year in Human and Medical Genetics 2009: 1151: [5] Hochstenbach R et al.: Array analysis and karyotyping: Workflow consequences based on a retrospective study of 36,325 patients with idiopathic developmental delay in the Netherlands. Eur J Med Genet 2009: Jul-Aug; 52 (4): [6] Miller DT et al.: Consensus statement: chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for in dividuals with developmental disabilities or congenital anomalies. Am J Hum Genet 2010 May 14;86(5):

6 Zentrum für Humangenetik Konrad-Adenauer-Straße Ingelheim Tel Fax Ärztlicher Leiter: Prof. Dr. med. Carsten Bergmann Stellvertretender Ärztlicher Leiter: Prof. Dr. med. Hanno J. Bolz Bioscientia Institut für Medizinische Diagnostik GmbH Regionallabors: Labor Berlin Lützowstraße 89/ Berlin Tel Fax Labor Karlsfeld Liebigstraße Karlsfeld Tel Fax Labor Freiburg Mülhauser Straße Freiburg Tel Fax labor-freiburg@bioscientia.de Labor Mainz Wallstraße Mainz Tel Fax labor-mainz@bioscientia.de Labor Ingelheim Konrad-Adenauer-Straße Ingelheim Tel Fax labor-ingelheim@bioscientia.de Labor Moers Zum Schürmannsgraben Moers Tel Fax /-35 labor-moers@bioscientia.de Labor Jena Orlaweg Jena Tel Fax labor-jena@bioscientia.de Bioscientia MVZ Saarbrücken GmbH Winterberg Saarbrücken Tel Fax labor-saarbruecken@bioscientia.de Bioscientia, Ingelheim ist seit 1987 CAP akkreditiert DesignVoice GmbH