Pränataldiagnostik Alternative zu Amniozentese: Fetale DNA ohne Risiko analysieren

Molekulargenetische Pränataldiagnostik erfordert derzeit noch die Gewinnung von fetaler DNA durch Amniozentese, die jedoch ein Risiko für den Fetus darstellt. Ziel einer Kooperation zwischen Sequenom und Qiagen ist es, eine Technologie zu entwickeln, mit der sich gezielt frei zirkulierende fetale DNA aus maternalem Plasma isolieren lässt, um damit Sequenom bei der Entwicklung eines standardisierten nicht-invasiven Verfahrens zur pränatalen genetischen Analyse zu unterstützen.

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Die molekulare Pränataldiagnostik beruht derzeit in der Regel auf invasiven Verfahren, um DNA des Fetus zu gewinnen. Sie dient zur Untersuchung der genetischen Information des sich entwickelnden Fetus. Dabei kommen die Amniozentese und die Chorionzottenbiopsie zum Einsatz.

Beide Verfahren erfordern die Einführung einer Nadel in den Uterus, um entweder Fruchtwasser oder Gewebe der Plazenta zu entnehmen. Hierbei kann es zu Komplikationen im Verlauf der Schwangerschaft kommen, die bis zur Fehlgeburt reichen können. Das Risiko einer Fehlgeburt als Folge einer Amniozentese während der 15. bis 17. Schwangerschaftswoche wird auf etwa 0,5 bis 1 Prozent geschätzt. Das Risiko steigt mit zunehmendem Alter der Schwangeren an und liegt häufig auch bei Vorliegen früherer Fehlgeburten oder Schwangerschaftsabbrüchen höher.

Die Möglichkeit, mit nicht-invasiven Methoden genetisches Material des Fetus gewinnen und analysieren zu können, kann das Risiko einer Gesundheitsschädigung des Fetus und eines ungewollten Schwangerschaftsabbruchs eliminieren.

Fetale und maternale DNA

Im Blutplasma der Mutter befindet sich neben zellulären, mütterlichen Nukleinsäuren auch frei zirkulierende DNA geringer Molekulargröße. Ein Teil dieser frei zirkulierenden DNA im Blutplasma schwangerer Frauen ist fetalen Ursprungs. Nicht-invasive, pränatale Molekulardiagnostik beruht auf der Analyse dieser frei zirkulierenden fetalen DNA. Der Anteil der fetalen DNA an der DNA-Gesamtmenge im mütterlichen Blutplasma liegt bei etwa drei bis sechs Prozent und steigt mit dem Fortschreiten der Schwangerschaft an. Im ersten Trimester beträgt die Konzentration fetaler DNA durchschnittlich etwa 25 Genomequivalente (GE) pro Milliliter Plasma und erhöht sich bis auf etwa 300 GE/ml im dritten Trimester. Dabei variieren die individuellen Konzentrationen fetaler DNA im Plasma um das bis zu zehnfache. Nach der Geburt fällt der Spiegel fetaler DNA im Blutplasma rasch ab und schon nach 24 Stunden sind frei zirkulierende fetale DNA-Sequenzen im Blut der Mutter nicht mehr nachweisbar. Als Ursprung frei zirkulierender DNA werden apoptotische Prozesse in der Plazenta vermutet, die u.a. zu einer Freisetzung degradierter genomischer DNA führen. Auf diese Weise wird kontinuierlich DNA des Fetus in die Blutbahn der Mutter entlassen. Mehrere Studien haben gezeigt, dass sich im Plasma von Schwangeren fetale und maternale DNA hinsichtlich ihrer molekularen Eigenschaften unterscheiden: fetale DNA liegt überwiegend in Form kurzer bis 300 Basenpaare (bp) großer Fragmente vor, während maternale DNA vorwiegend in höhermolekularer Form (1000 bp und mehr) zirkuliert.

DNA-Anreicherung

Diese Größenunterschiede zwischen fetaler und maternaler zellfreier DNA bleiben im Verlauf der Schwangerschaft weitgehend unverändert und ermöglichen es, über geeignete Verfahren zur DNA-Aufreinigung kurze DNA-Fragmente anzureichern und damit eine DNA-Probe zu erhalten, bei der der Anteil fetaler DNA gegenüber dem dominierenden Hintergrund an maternalen DNA-Sequenzen erhöht ist. Diese Anreicherung fetaler DNA erhöht die Aussagefähigkeit molekularer Diagnostik des Fetus für die Detektion von Sequenzveränderungen/Mutationen und insbesondere für quantitative Aussagen wie zur Diagnose von Trisomien.

Qiagen und Sequenom haben nun ihre Kompetenzen gebündelt, um ein robustes Produkt für die molekulare pränatale Gen-analyse auf der Basis frei zirkulierender fetaler DNA zu entwickeln. Dabei greift Qiagen auf seine Erfahrung auf dem Gebiet der Nukleinsäure-Aufreinigung und Stabilisierung zurück, um ein Verfahren zur Gewinnung fetaler DNA-Proben zu entwickeln, welche dann mit Sequenoms Massenspektrometrie-basierter Massarray-Technologie analysiert werden. Diese Technologie ermöglicht die schnelle und genaue Analyse einer hohen Zahl von Sequenzveränderungen wie Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs). Sie ist in der Lage, anhand einer fetalen DNA-Probe genetische Krankheiten, z.B. Mukoviszidose und Tay-Sachs-Syndrom, zu detektieren und eignet sich aufgrund ihrer hohen Präzision grundsätzlich ebenfalls zur Identifizierung von Aneuploidien wie Trisomie 21. Als Ergebnis dieser Kooperation kann daher eine integrierte Komplettlösung zur pränatalen genetischen Analyse verfügbar werden, die eine nicht-invasive Nachweismethode als ein Routineverfahren etablieren kann.

Literatur

[1] Bischoff et al. (2005): Cell-free fetal DNA in maternal blood: kinetics, source, and structure Human Reproduction Update 11 (1), S. 59-67

[2] Ding et al. (2004): MA analysis of single-nucleotide differences in circulating nucleic acids: Application to noninvasive prenatal diagnosis Proc Natl Acad. Sci 101, S. 10762-10767

[3] Jurinke et al. (2004): Maldi-Tof Mass Spectrometry; a versatile tool for high-performance DNA analysis. Mol Biotechnol. 26 (2), S. 147-167

* Dr. M. Horlitz, N. Krüger, Dr. C. Ritt, Dr. M. Sprenger-Haussels, Qiagen GmbH, 40724 Hilden** Dr. D. van den Boom, Dr. E. Dragon, Sequenom Inc., San Diego/USA

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