DNA diagnostics (simple trait) - Ruhr-Universität Bochum · OMIM-Statistik 19. 4. 2017 autosom. X Y mito. Gene mit bekannter Sequenz 14752 717 49 35 15553 Gene mit bekannter Sequenz

Humangenetik-Vorlesung

Do, 20.04.2017

815-945 Einführung klinische Genetik: genet. Medizin + Beratung,prä-/ postnat. Diagnostik, GenDG

1000-1045 Mukoviszidose / CF: Patientenvorstellung, Einleitung

Do, 27.04.2017

815-900 Mutationen am Beispiel zystische Fibrose

915-1045 Gene und Krebs, Darm- + Brustkrebs (Rey)

Do, 04.05.2017

815-945 Erbl. Muskelerkrankungen: M. Duchenne + Sarkoglykanopathien

1000-1045 Erbliche Augenleiden

Do, 11.05.2017

815-945 Psychomotor. Retardierung, Syndromologie im Kindesalter, Fragiles X-, Rett-Syndrom (Hoffjan/Miterski)

1000-1045 Mitochondrial/maternal vererbte Krankheitsbilder

Do, 18.05.2017

815-945 Arzneimittel in der Schwangerschaft; moderne (zyto-)genet. Diagnostik (Klein)

1000-1045 Periphere Neuropathien und M. Alzheimer

Do, 01.06.2017

815-1045 Trinukleotidexpansions-Erkrankungen: Morbus Huntington (Epplen/Saft)

Do, 22.06.2017

815-945 Störungen der Sexdetermination und -Entwicklung

1000-1045 Selbsthilfegruppe Down-Syndrom

Grundlagen Humangenetik

Allgemeines

Humangenetik – ist da `was anders?

Erbgänge

pränatale Diagnostik

20.4.2017

homepage

http://www.rub.de/mhg/

linksOn-line Mendelian Inheritance in Man

OMIM-Statistik 19. 4. 2017

autosom. X Y mito.

Gene mit bekannter Sequenz 14752 717 49 35 15553

Gene mit bekannter Sequenz

und Phänotyp 77 0 0 2 79

Phänotyp-Beschreibungen,

molekulare Basis bekannt 4629 319 4 31 4983

mendelnde Phänotypen / Loci,

molekulare Basis unbekannt 1477 124 5 0 1606

Phänotypen mit vermuteter

mendelnder Basis 1675 111 2 0 1788

22610 1271 60 68 24009


Allgemeines


Erbgänge


Humangenetik „Rest der Medizin“

Erbkrankheiten

Familien betroffen

chronische Leiden

seltene Diagnosen

meist keine Heilung

Selbsthilfegruppen

(Human)Genetik1859 Darwin: The Origin of Species

1865 Mendel: Versuche über Pflanzen-Hybriden

1903 Chromosomen als Erbeinheiten

1927 Mutationen

1944 DNA als genetisches Material

1953 Watson / Crick: DNA-Doppelhelix

1956 Chromosomenzahl Mensch: 46

1961 genetischer Code in Triplets

1977 DNA-Sequenzanalyse

1983 PCR

1989 1. Human-Gen: CFTR, Mukoviszidose

2001 Humangenom-Projekt: 99% Sequenz

2007 1.-3. menschliche Genome komplett

2012 10 000. menschliches Genom + Epigenetik

2015 CRISPR Cas Gentransfer

human genetics

study of genetics as applied to humans

…is particularly concerned with genetic

disease in medicine, i.e. medical genetics

Humangenetik

Wissenschaft von der genetisch bedingten

Variabilität des Menschen

Mechanismen / Gesetzmäßigkeiten der Vererbung Genotyp Phänotyp allgemeine Theorie der Entstehung von Erkrankungen

Patientenbetreuung

Prinzipien: Respekt vor der Würde des einzelnen Menschen

informed consent, Schweigepflicht, Freiwilligkeit

Humangenetik

Beratung Diagnostik Forschung

Schwangere Chromosomen

Kinder m. Eltern DNA

Erwachsene prä-, postnatal

Angehörige DD, prädiktiv

Syndrome

humangenetische Diagnostik

Differential-Diagnostik: genaue Zuordnung

unklarer Fälle; betrifft seltene chronische

Leiden ohne Therapie

prädiktive Diagnostik: Untersuchung Gesunderauf Anlageträgerschaft für eine bestimmte Erkrankung

Human-Genetik

A

G

T

C Genetik

Wohin führt moderneGen-Diagnostik ?

2013

2014

Wohin führt moderne Gen-Diagnostik?

AdvertisementFood and Drug Administration

- M. Parkinson- Alzheimer-Demenz (LOAD)- Zöliakie- α-1-Antitrypsin-Mangel- Primäre Dystonie (TOR1A)- M. Gaucher Typ 1- Glukose-6-Phospat-Dehydrogenase-Mangel- Hereditäre Hämochromatose- Hereditäre Thrombophilie

forensiche DNA-Phänotypisierung

Haar-/Augenfarbe Sicherheit

Haare schwarz 87,5% Augen braun 95%

Haare braun 78,5% Augen braun 91%

Haare blond 78% Augen blau 99%

Haare rot 80% Augen blau 99%

Gene und Haare

SynophrisErgrauen

Haarfarbe

Glatze

Brauen

Bart

Haarform

3D Gesicht-Modellierung aus DNA

Shaffer et al. 2016

Lid-Abstand

obere “Gesichts-Tiefe”

Nasenprotrusion

Nasenbreite

Schädelbasis-Breite

Chromosom

Genom-Sequenzanalyse

Genom-Sequenzanalyse

methodische Probleme

◘ lange repetitive DNA-Sequenzen

◘ Sequenz-Lücken

◘ G/C reiche-Sequenzen

◘ DNA-Veränderungen (Modifikation/Degradation)

moderne Gen-Diagnostik

Wohin führt moderneDNA/Gen-Diagnostik ?

Tatsachen + Thesen

◘ GenD klärt schwierigste DD, auch prädiktiv/pränatal◘ GenD absolut präzise + effizient für‘s ganze Genom► mitunter schwierige Interpretation + nur

Wahrscheinlichkeitsaussagen möglich◘ GenD ethisch unbedenklich bei suffizienter Beratung◘ ethische Problemfelder: ► Menschen nach Maß ► merkantile Aspekte► Glaube an genetische Determination

Schärfen der Begrifflichkeiten

Krankheit

Patient

gesunder Mutationsträger

Wohin führt moderneDNA/Gen-Diagnostik ?

20171990 2021 2030

erste direkteDNA-Tests

DNA-Tests für5000/7500 monogenen Erbleiden;

Pharmaka-Verträglich-keit

DNA-Tests für(alle) mono-genen + einige Volks-Krankheiten

Gentherapieauf breiterBasis

„personalisierteMedizin“

Gentherapie

chem. modifiziertessRNA unmodifizierte

ssRNA

duplex RNA

RNA-inducedsilencing complex passenger strand

removal

selektive Suppression des mutierten HTT

erhaltene Expression des normalen HTT

Epigenetik: DNA-Methylierung

DNA-Methy-

lierung+

DNA Protein-verpackt

DNA demethyliert

DNA-Me-

thylierung+

DNA-Methy-

lierung+

Ei

Zygote

Keimzellen

Spermien-Entwicklung

Embryonalentwicklung

genetische Beratung

„...ist ein ärztliches Angebot an alle, die

Risiken für sich oder andere im Zusammenhang

mit genetischen Erkrankungen befürchten“

(Deutsche Gesellschaft f. Humangenetik)

genetische Beratung

„Kommunikationsprozess, der sich mit den menschlichen Problemen beschäftigt, die in Verbindung mit dem Wiederholungsrisiko einer genetischen Erkrankung auftreten“ (WHO)

- medizinische Fakten, Diagnose, Therapie- genetische Beteiligung, Wiederholungsrisiko- Verständnis der Wahlmöglichkeiten- Entscheidungsfindung- angemessene Einstellung zur Krankheit

/Behinderung bzw. Wiederholungsrisiko


Allgemeines


Erbgänge


Erbgänge, Stammbaumanalyse

gesunder / betroffener ♂

gesunde / betroffene ♀

Indexperson / Ratsuchende(r)

Conduktorin Abort

Zwillinge

Die gegebene Stammbauminformation

(A) ist irrelevant für eine ggf. bekannte multifaktoriell bedingte Volkskrankheit in dieser Familie(B) schließt X-chromosomal rezessive Vererbung (z.B. Morbus Duchenne) nicht aus (C) muss molekulargenetisch abgesichert werden (cave: falsche Vaterschaften)(D) ist mit rezessiver Vererbung des Leidens nicht vereinbar (E) spricht für ein dominant vererbtes Leiden mit reduzierter Penetranz (z.B. erblicher Dickdarmkrebs)

?

I

III

II

1 2 3 4

Das Paar (III/2; III/3) zeugt ein Kind und will in der genetischen Beratung über das allgemeinen Basisrisiko für Cousin/Cousinen-Ehen informiert werden, vor allem aber auch zum Risiko des Kindes für ein extrem seltenes Stoffwechselleiden, an welchem der Bruder (III/4) des Partners erkrankt war. Anhand der Stammbauminformation lässt sich das Risiko für jedes Kind des Paares speziell für das selteneStoffwechselleiden angeben mit A 2/3B 1/2C 1/4D 1/12E 1/24


Allgemeines


Erbgänge


altersabhängige Prävalenz für Trisomie 21-Lebendgeburt

Prä

vale

nz

pro

10

00

0 G

ebu

rten

mütterliches Alter (Jahre)USA 1990-2010

altersabhängige Prävalenz für Trisomie-Geburt

mütterliches Alter (Jahre)

Prä

vale

nz

pro

10

00

0 G

ebu

rten

(lo

g)

Trisomie 21

Trisomie 18

Trisomie 13

durchschn. mütterl. Alter bei Geburt des 1. Kinds (EU: 28,7 J.)

Pränataldiagnostik

Nicht invasiv - Ultraschall

Möglichkeiten / Techniken

1. Screening: 9. – 12. SSW

• Vitalität ?

• Mehrlinge ?

• zeitgerechte Entwicklung ?

• grobe Auffällligkeiten ?

2. Screening: 19. - 22. SSW

Fehlbildungsausschluss

Hydrocephalus

Pränataldiagnostik

Nicht invasiv - Ultraschall

- Triple-Suchtest

- Ersttrimester screening


Ersttrimester screening

PAPP-A + ß-HCG+

Ultraschall (12.-14. SSW) Nackenfalte

Pränataldiagnostik

nicht invasiv - Ultraschall


invasiv CVS - Chromosomen, DNA


Chorionzotten-Biopsie

trans-vaginalBauchdecke

Uterus

Amnionhöhle

Decidua

Nabelschnur

Placenta

Fet

Chorionzottenbiopsie• ab 10.+0 SSW

• technisch schwieriger

• oft schmerzhafter

• Abortrate 1-2%

• Chromosomenzahl 24 h

• Karyotyp ≥10 Tage

• 1% plazentare Mosaike

• bei Risiko für

- Chromosomenstörungen- monogene Erkrankungen

Pränataldiagnostik

nicht invasiv - Ultraschall


invasiv CVS - Chromosomen, DNA

Amniocentese - Chromosomen,

DNA, -FP


Amniocentese

ZellenSex; Biochemie;

in-situ Interphase

ChromosomenBiochemie;

in-situ Hybridis.

Zellkultur

Uterus

Amnion-höhle

Placenta

Zentrifug.

Amniozentese

• >13+0 SSW

• unter Ultraschall

• 15-20 ml Fruchtwasser

• Abortrate 0,5-1 %

• Chromosomen, AFP

• Ergebnis 2 Wochen

• Schnelltest FISH/PCR nach

24-48 h (13, 18, 21, X, Y)

FISH

Nabelschnurpunktion

• selten

• Chromosomendiagnostik in fortgeschrittenem Schwangerschaftsalter

• bei V.a. fetale Blutarmut

• Abortrisiko >1-2%

invasive Diagnostik + genetische Beratung

humangenetische Beratung vor jeder invasiven Diagnostik – Gendiagnostikgesetz

Ziele:

- Information über Aussagekraft der Untersuchung,schwer interpretierbare Ergebnisse möglich

- Besprechen der Konsequenzen des pathologischen

Befundes

- Familienanamnese, Hinweise auf Erbleiden ?

pränatale Diagnostik - Konsequenzen

• meist Beruhigung der Schwangeren durch

Normal-Befund

• Beispiel Röteln-Infektion:durch Ausschluß der fetalen Infektion (PCR aus

Chorionzotten / Fruchtwasser) sind

Schwangerschaftsabbrüche heute seltener

pränatale Diagnostik - Konsequenzen

• intrauterine Therapie Blutgruppen-

unverträglichkeit

• Wahl des Entbindungsortes Herzfehler, Spina bifida

• Vorbereitung Eltern LKG-Spalte

Schwangerschaftsabbruch - § 218a Abs2 StGB (seit 1.10.1995)

Medizinische IndikationDer mit Einwilligung der Schwangeren von einem Arzt vorgenommene Schwangerschaftsabbruch ist nicht rechtswidrig, wenn der Abbruch der Schwangerschaft unter Berücksichtigung der gegenwärtigen und zukünftigen Lebensverhältnisse der Schwangeren nach ärztlicher Erkenntnis angezeigt ist, um eine Gefahr für das Leben oder die Gefahr einer schwerwiegenden Beeinträchtigung des körperlichen oder seelischen Gesundheitszustandes der Schwangeren abzuwenden und die Gefahr nicht auf eine andere für sie zumutbare Weise abgewendet werden kann.

Geburten / Interruptiones in D

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

1990 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

medizin. Indikation

Beratungsregelung

Pränatal-Diagnostik

Bluttest Mutter (kindliche Zellen/zellfreie DNA → mütterliche Blutbahn)

Präimplantationsdiagnostik (spezielle Ethik-Kommissionen; besonders aufwändig)

fetales Material im Schwangeren-Blut

Isolierung schwierig, persistieren noch Jahre nach Geburt

► fetale Zellen im maternalen BlutErythroblastenTrophoblast-ZellenLeukozyten

► zellfreie fetale DNA (cfDNA)im maternalen Blut

- nachweisbar >6. SSW- ½ Stunde postpartal abgebaut- 3 – 6% der zirkul. zellfreien DNA- aus Trophoblast

fetale DNA

maternale DNA

cfDNA im maternalen Blut

…direct to consumer

Trisomie 21, 13, 18, Gonosomen-AneuploidienMikrodeletionen (z.B. Di George Syndrom etc.)

→ prädiktiver Wert?

Pränataldiagnostikim Interesse...

des Kindes ?

der Familie ?

des nächsten Kindes Wert des Lebens ?

der Gesellschaft ?

Güterabwägung

Gesetz über genetische Untersuchungen bei Menschen

Gendiagnostikgesetz – GenDG

§ 1 Zweck des Gesetzes

Zweck dieses Gesetzes ist es, die Voraussetzungen für genetische Untersuchungen … zu bestimmen und eine Benachteiligung auf Grund genetischer Eigenschaften zu verhindern, um insbesondere die staatliche Verpflichtung … zum Schutz der Würde des Menschen und des Rechts auf informationelle Selbstbestimmung zu wahren.

Recht auf informationelle Selbstbestimmung ?

genetische Daten

Interpretieren

Deuten

Einordnen

medizinische Bedeutung

Relevanz im Lebenskontext

genetische Beratung

§ 7 Arztvorbehalt

(1) Eine diagnostische genetische Untersuchung darf nur durch Ärztinnen oder Ärzte und eine prädiktive genetische Untersuchung nur durch Fachärztinnen oder Fachärzte für Humangenetikoder andere Ärztinnen oder Ärzte, die sich beim Erwerb einer Facharzt-, Schwerpunkt- oder Zusatzbezeichnung für genetische Untersuchungen im Rahmen ihres Fachgebietes qualifiziert haben, vorgenommen werden.

§ 8 Einwilligung

(1) Eine genetische Untersuchung darf nur vorgenommen werden, wenn ausdrücklich und schriftlich gegenüber der verantwortlichen ärztlichen Person eingewilligt ist.

(2) Die betroffene Person kann ihre Einwilligung jederzeit widerrufen.

Dokumentationspflicht

§ 11 Mitteilung der Ergebnisse genetischer Untersuchungen

Das Ergebnis einer genetischen Untersuchung darf nur der betroffenen Person und nur durch die verantwortliche ärztliche Person mitgeteilt werden.

§ 10 Genetische Beratung

(1) Bei einer diagnostischen genetischen Untersuchung soll die verantwortliche ärztliche Person nach Vorliegen des Untersuchungsergebnisses der betroffenen Person eine genetische Beratung anbieten.

(2) Bei einer prädiktiven genetischen Untersuchung ist die betroffene Person vor der genetischen Untersuchung und nach Vorliegen des Untersuchungsergebnisses genetisch zu beraten …

Ei + Spermium

ICSI Biopsie

PID Embryo-Transfer

Embryo 8 Zellen

Präimplantations-Diagnostik

PID

Zielgruppe PID

kinderlose Paare mit hohem

genetischen Risiko

fam. Chrom.-Translokationen

M. Duchenne

Cystische Fibrose

ethische Aspekte der Pränataldiagnostik (PD)

initiale Begründung für PD: - verbesserte genetische Beratung- Prävention

[- ökonomische Aspekte; nicht in D]

contra

Menschenwürde (moral. Status des Embryo)“Verwerfen“ des Embryos / Fetus„Was machbar ist wird gefordert“ (Haftungsabwehr)unübersehbare Entwicklungsmöglichkeitenhöchstrichterl. Rechtsprechung: PD kann keiner

Frau vorenthalten werden, bei noch so geringem Risiko

Veränderung der Wertentscheidungen; slippery slope

Kosten

pro

Linderung von individuellem Leiden(psychologisache Entlastung > 98%)

im Ausland verfügbarSelbstbestimmung der Frau

befruchtete Eizelle: artspezifisches, menschliches Leben;

Ausrichtung der Entwicklung auf menschliche Subjektivität

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