Uitvoerende laboratoria

Om chromosomen conventioneel te kunnen bestuderen, moeten we de cellen uit het staal blokkeren in een bepaalde fase van de celdeling, de metafase: dan zijn alle chromosomen verdubbeld en liggen ze in het centrum van de cel.
In het laboratorium zonderen we de cellen (meestal witte bloedcellen, chorionvlokken of vruchtwatercellen) eerst af en brengen we ze in cultuur. Daarvoor worden ze gemengd met een vloeistof met voedingsstoffen en (soms) een groeistimulator. Gedurende één of meerdere dagen blijven ze op 37°C in de incubator.

De deling van de cellen wordt gesynchroniseerd zodat die voor alle cellen zoveel mogelijk op hetzelfde moment plaatsvindt.
Via diverse chemische bewerkingen 'bevriezen' we de deling op het juiste moment (in de metafase) en zorgen we ervoor dat de cellen opzwellen en openbarsten. Daardoor komen de chromosomen mooi verspreid te liggen en zijn ze te bestuderen.
Tot slot worden de cellen gefixeerd met een mengsel van alcohol en azijnzuur en worden ze op een glasplaatje gebracht en uitgespreid.

Een chromosomenkaart of karyotype is een weergave van de 23 chromosomenparen en brengt daarmee de al dan niet correcte organisatie van ons DNA in kaart.
Om tot dat resultaat te komen, gebruiken we een differentiële kleuringsmethode op de gefixeerde cellen. Dat zorgt voor een typerend bandenpatroon op elk chromosoom. De meest gebruikte kleuring is G-bandering. Daarbij geven de lichte bandjes vooral genenzones weer en de donkere bandjes meer niet-coderend DNA.
Voor de diagnose van sommige aandoeningen gebeurt de kleuring beter net vóór de metafase, in de prometafase. Het DNA is dan minder gecondenseerd en heeft een hogere resolutie. Dit type van G-bandering noemen we hoge resolutie- of HR-bandering.

Vervolgens brengen we de homologe chromosomen bij elkaar en schikken we de chromosomenparen naar grootte en vorm.
De nummering loopt van groot naar klein voor de 22 paren 'gewone' chromosomen (autosomen). Het laatste paar zijn de geslachtschromosomen.
Geoefende laboratoriumtechnologen herkennen de grootte en vorm van de chromosomen razendsnel. Vroeger gebeurde de ordening manueel, maar intussen beschikken we over gesofisticeerde microscopen en de nodige software om dat werk deels te automatiseren. Een eerste ruwe chromosomenkaart wordt automatisch gegenereerd, daarna sturen we het resultaat manueel bij waar nodig.
Door de chromosomen te tellen, kunnen numerieke afwijkingen vastgesteld worden. Tenslotte worden de homologe chromosomen door een ervaren oog afzonderlijk bekeken, met elkaar vergeleken en het banderingspatroon volledig nagegaan volgens de 'International System for Human Cytogenetic Nomenclature' (ISCN). Op deze manier kunnen structurele afwijkingen opgespoord worden.

<top>

Het principe
Toepassingen

Sinds 1990 bestaat een andere techniek om chromosomen te onderzoeken: Fluorescentie In Situ Hybridisatie (FISH).
De voorbereiding van de cellen is (tot en met de fixatie) dezelfde als bij conventionele karyotypering, maar bij FISH gebruiken we een andere kleuringstechniek en een andere microscoop. 

Het principe 

Bij FISH voorzien we (delen van) chromosomen van fluorescente labels (probes) en bestuderen we ze onder de fluorescentiemicroscoop.

Een probe is een kleine chemische verbinding van enkelstrengig, fluorescent gemerkt DNA. Dat moet zo samengesteld zijn (een bepaalde volgorde aan basen vormen) dat het complementair is aan het stuk DNA dat we willen onderzoeken. Precies door die complementariteit – het feit dat A zich altijd bindt aan T (en omgekeerd) en C aan G (idem) – gaat de probe zich binden (hybridiseren) aan dat stuk DNA. ‘In situ hybridisatie’ kan daarom ook worden gelezen als ‘zich ter plaatse hechten’.

Er zijn verschillende fluorescente merkers, die elk met een eigen kleur oplichten onder de microscoop. Daardoor kunnen we verschillende stukken DNA tegelijk onderzoeken.

FISH kan gebruikt worden voor het onderzoek van chromosomale afwijkingen die met G- of HR-bandering moeilijk of niet te herkennen zijn.
Bij chromosomenonderzoek op embryo's (PGD) is FISH één van de opties omdat de tijd ontbreekt om de cellen in kweek te brengen. Daardoor moet de diagnose gesteld worden op één enkele cel, hooguit twee.
Zie daarvoor PGD-chromosomenonderzoek.
 

Toepassing 1 – Interfase FISH: Trisomie 

Interfase FISH wordt gebruikt voor het opsporen van numerieke chromosomale afwijkingen.

• De probes zijn zo ontworpen dat ze zich hechten aan (grote delen van) het DNA in de interfase.
• Bovendien kunnen we enkele verschillende probes tegelijk gebruiken met verschillende kleuren, waardoor we twee tot meerdere verschillende chromosomen zichtbaar kunnen maken.

Op die manier kunnen we enerzijds naast het geslacht (XX of XY) ook een afwijkend aantal van een specifiek chromosoom vaststellen.
Zo gebruiken we een FISH-probe die zich aan chromosoom 21 hecht om een diagnose voor het syndroom van Down te kunnen stellen. Onder de microscoop zien we in dat geval drie kopieën van chromosoom 21 fluoresceren per cel.

Toepassing 2 – Metafase FISH: deleties, duplicaties en translocaties

Een probe kan zo ontworpen worden dat ze zich specifiek aan één (kleine) regio van één chromosoom hecht. We noemen dat 'locus-specifiek'.

• Deze techniek kan gebruikt worden als we zoeken naar structurele afwijkingen als deleties, duplicaties of translocaties van een specifieke regio in een specifiek chromosoom in de metafase.
  Dat doen we bv. voor patiënten met symptomen die vaak gepaard gaan met een bepaald gekend syndroom, zoals het velo-cardio-faciaal of DiGeorgesyndroom, dat gekenmerkt wordt door 22q11 deleties.
• Anderzijds kunnen we translocaties detecteren, d.w.z. de uitwisseling van stukken chromosoom tussen twee niet-homologe chromosomen.
  De twee kleuren die we voor twee verschillende chromosomen gebruikt hebben, zullen in dat geval gescheiden (voor de normale chromosomen) en in elkaars nabijheid voorkomen (voor het chromosoom met translocatie).

 

<top>

Een revolutionaire techniek om chromosomen te bekijken noemen we micro-array of CGH-array, afkorting van comparative genome hybridisation array.

Ook deze techniek steunt op het gebruik van probes (zie FISH voor uitleg over probes): bij CGH-array wordt een mix van chromosomaal DNA van een patiënt t.o.v. een referentie toegevoegd aan een microscopisch rooster (array) waarop probes zijn aangebracht.

Arrays worden ook wel 'genenchips' genoemd en bestaan in verschillende soorten, naargelang van het precieze doel van het onderzoek.

Bij FISH analyseren we doorgaans slechts één of enkele chromosomale posities en bakenen we van tevoren precies het zoekterrein af. CGH-array heeft als grote voordeel dat alle chromosomen zo goed als volledig gescand worden (afhankelijk van de positie en het aantal probes op de array), zodat we breder kunnen zoeken.
Zo kunnen we variaties in de hoeveelheid (kwantiteit) van het DNA identificeren, maar geen veranderingen in de volgorde van de basen in het DNA opsporen.

Deze techniek wordt gebruikt om onder meer CNV's in kaart brengen.
CNV's of Copy Number Variations staat voor het fenomeen dat in elk genoom variaties voorkomen van stukken DNA, onder de vorm van (micro)deleties en –duplicaties (een ontbrekend DNA-deel, respectievelijk een toegevoegd DNA-deel).
Dergelijke deleties of -duplicaties van kleine chromosomale fragmenten kunnen verschillende gevolgen hebben:

• sommige zijn frequent en onschadelijk, andere kunnen verantwoordelijk zijn voor genetische aandoeningen, misvormingen en/of verstandelijke problemen;
• sommige kunnen het risico op leermoeilijkheden of intelligentieproblemen verhogen, maar doen dit niet per se bij iedereen;
• ze kunnen overgeërfd worden van een ouder zonder gekende problemen, en
• over vele deleties en duplicaties is het nog niet geweten of zij normale varianten zijn of veranderingen die ziekten veroorzaken.

Het doel van het genetisch onderzoek is dan ook een onderscheid te kunnen maken tussen wat goedaardig en pathogeen is. De verwerking van de CGH-array resultaten gebeurt met gespecialiseerde programma's.

<top>