Chromosoomafwijkingen Marieke Helmus & Patrick van Walbeek

Inleiding Doel presentatie: vergelijken van... 1) chromosomale afwijkingen bij geboren kinderen 2) chromosomale afwijkingen bij miskramen 3) chromosomale afwijkingen bij preimplantatie embryo’s Verklaar de verschillen

Vorming van de zygote Gevormd door fusie van de twee haploïde gameten Snelle serie van mitotische delingen (klievingsdelingen) 2-cellig stadium, 4-cellig stadium, 8-cellig stadium Na het 8-cellige stadium volgt het morula stadium Tijdens de overgang van het vroege naar het late morula stadium treedt de eerste celdifferentiatie op en vindt men twee onderscheiden celtypes in het embryo terug: epitheliale cellen aan het oppervlak van het embryo ® vormen het latere trofo-ectoderm binnenin het embryo vormen cellen een binnenste celmassa ® vormen het embryo zelf

Tot compactie morula ontwikkeling obv maternale factoren Waarna activatie embryonaal genoom

Expressie embryonale genen Meeste proteïnen in het embryo vóór de implantatie essentiële rol bij basisfuncties van de cel vormen van intercellulaire contacten Andere proteïnen via genen die pas tot expressie komen na de activatie van het embryonaal genoom groeifactor b1, die een rol speelt bij celmigratie en –proliferatie. de vroege embryonale ontwikkeling kan opgedeeld worden in twee fasen nl. 1) afhankelijk van RNA en proteïnen van de oöcyt (= maternaal overgeërfd materiaal) 2) afhankelijk van de activiteit van het nieuwgevormde genoom (samengesteld uit beide parentale genomen).

Checkpoints Ontwikkeling tot preimplantation van zoogdierembryo kent enkele kritische momenten 1)the transition from oocyte to embryo, 2)the first cell divisions, 3)the establishment of cellular contacts, 4)the first lineage differentiation—

Cijfers pronucleus tot 8-cellen Analyse 250 embryos tijdens klievings stadium Overall incidentie chromosomale afwijkingen 49% Tov 50% bij miskramen en tov 1 op 140 bij levendgeborenen Pronucleus stage (n = 46) incidentie van 65.2% 2-4-cellen stage (n = 126) incidentie van 54.6% 5-8-cell stage (n = 78) van 27.4% Afwijkingen die gezien werden: triploidy, trisomy 16, trisomy 2, mosaic trisomy 3, and trisomy 7. Groot verlies haploïd en monosomie materiaal vergeleken met 1e trimester materiaal

Spontane abortus/ miskraam Zwangerschap die spontaan eindigt zonder dat de fetus levensvatbaar is WHO: <500g/ 20-22 weken Meest voorkomende complicatie vroege zwangerschap: 10-20% vd klinische herkende zwangerschappen: miskraam 80% hiervan in eerste 12 weken >15 weken: AGV chrom/struct. afwijkingen

Spontane abortussen Gekeken naar 8841 spontane abortussen. 41% had chromosomale afwijkingen Autosomale trisomie — 52 percent Trisomie 16 meest voorkomend Monosomie X — 19 percent Polyploïdie — 22 percent Overig — 7 percent Van alle miskramen dus 25% (50% van 50%) als gevolg van trisomie (tov 4 op 800 kids Down van alle zwangerschappen)

Incidentie levend geborenen Onderzoek levendgeborenen 103,069 geboortes Totaal: 1 op 140 ‘major’ chromosomale afwijking Down syndroom 1 op 730 Afw. sex chromosomen 1 op 800 tot 1 op 1000 (XXY, XYY, XXX) Struct. gebalanceerde rearrangement 1 op 500

Voorkomen trisomieen bij geboren kinderen (- IVF) Trisomie 21: 1 op 800 Tijdens bevruchting veel meer: 75% miskraam. Dus eigenlijk 4 op 800 Daarbij minstens 20% ‘stillborn’ Trisomie 18 1 op 8000 (-leven 6 mnd) Trisomie 13 1 op 25000(-leven 6 mnd)

Voorkomen autosomale trisomie bij geboren kinderen Trisomy 21 Meest frequente autosomale trisomie 1 op 730 Trisomie 18 2e meest frequente autosomale trisomie 1 in 5500 Trisomie 13 1 op 25000 Trisomie 8 100+ case-reports, meeste mozaïek, echte trisomie lethaal. Trisomie 9 Minder dan 50 case-reports, meeste mozaïek Overige zeldzame autosomale trisomie Meeste hiervan ook mozaïek

Doodgeboren en neonatale dood N=823; chromosomale afwijkingen in 6.3 percent abnormal karyotype in macerated stillbirths 12%, nonmacerated stillbirths4%, and neonatal deaths 6% Meestal trisomie 18, 13, en 21 Ook sex chromosoom aneuploidy en ongebalanseerde translocations. Ongeveer 10-hogere frequentie chromosomale afwijkingen in vergelijking met groep levendgeborenen 2e onderzoek

Spontane abortus/ miskraam Verlies van subklinische zwangerschappen: 13 - 26 percent van alle zwangerschappen Klassieke studie:dgls human chorionic gonadotropin (hCG) assays uit urine gemeten bij vrouwen die zwanger wilden worden 31% miskraam na implantatie 22% miskraam voordat de zwangerschap klinisch bevestigd was (70% van de 31%. 70% van de miskramen weet je gelukkig niet)

Etiologie miskraam Een derde anembryonic pregnancy Zonder embryo, zonder yolk sac bevrucht ei aan baarmoederwand zonder dat de embryo zich ontwikkeld, de trofoblast wel. Meestal eerste trimester een natuurlijke miskraam Twee derde afwijkingen aan embryo: 50% abnormaal, dysmorf, stunted of te afwijkend voor onderzoek Oorzaken afwijkend embryo: chromosomale afwijkingen expositie teratogenen

Chromosomale afwijkingen als oorzaak miskraam 50% van alle miskramen 1) Meestal aneuploidies: extra of missend chromosoom: Trisomie of monosomie 2)Verder structurele afwijkingen: deleties, translocaties, inversies 3)Mozaicisme: Verschillende ‘mozaïek’ cellijnen 4)‘Single gene defects’: mutaties: verlies of verandering gen Des te vroeger de abortus: hogere incidentie van cytogenetische defecten: incidentie van een abnormale feutaal karyotype: 50 % bij 8 tot 11 weken, 30% bij 16 to 19 weken

Trisomie: 3 ipv 2 Meest voorkomende numerieke chrom. afw. Phenotypisch: 13,18,21 Meestal agv meiotische (1 of 2) nondisjunctie (falen ve paar om te scheiden) Meiose 1: zowel van opa als oma een chrom. Meiose 2: 2 copies van chrom. van opa of oma (na bevr.) Resultaat: poollichaam 22 en oocyte 24 Meiotisch processen: voor of rond bevruchting plaats en dan aanwezig in alle cellen Idem: monosome zygoten

Cytogenetic analysis of human blastocysts Cytogenetic analysis of human blastocysts. Clouston HJ, Herbert M, Fenwick J, Murdoch AP, Wolstenholme J. OBJECTIVES: To investigate the range and incidence of chromosome abnormalities in a large series of human blastocysts, using classic cytogenetic techniques. METHODS: five-to-eight-day-old human blastocysts generated by IVF. A total of 438 blastocysts have been prepared. Where analysis was possible, 3% appeared polyploid (mainly tetraploid), 29% were diploid : tetraploid mosaics and 68% were uniformly diploid. Abnormalities observed include triploidy, trisomy 16, trisomy 2, trisomy for unidentifiable D- group chromosome, mosaic trisomy 3, and trisomy 7. Comparison of results with existing data from both first trimester pregnancies and cleavage stage embryos suggests significant loss of haploid and monosomic embryos, as well as loss of some trisomies, prior to the blastocyst stage.

Mozaïcisme Chromosomal mosaicism ontstaat wanneer cellen die afkomstig zijn van dezelfde enkele bevruchte eicel, een andere chromosomale samenstelling hebben. Meestal zie je typische cellen met 46 chromosomen en sommige met een andere vorm of aantal Down syndroom trisomie-mozaïcisme

Mitotische trisomie mozaïcisme Mitotische non-disjunction Een normale bevruchte eicel met 46 chromosomen geeft een andere cellijn af met een extra chromosoom. De cellijn met 3 chromosomen mag doordelen De cellijn met maar 1 chromosoom sterft af.

Meiotisch trisomie mozaïcisme Een abnormale bevruchte eicel met 47 chromosomen Bij ‘anaphase lag’ blijft het extra chromosoom buiten de vorming vd nieuwe cel In feite is deze "fout" in een abnormale trisomische zygote een "correction" en wordt wel "trisomic rescue " genoemd. In beide mechanisme bepaalt het tijdstip van non-disjunctie het klinische beeld

Inleiding Chrom afwijkingen:10-50% oocyte Meeste zygoten nooit tot mitosis/klieving 1) Numerieke afw. (phenotype) 2) Struct. chromosomale afw. -->In geslachtschromomen of autosomen

Studie: Verschil in ontvankelijkheid per chromosoom voor aneuploidie en overleving tot eerste trimester Dr Santiago Munne 2003 Doel: chromosoom specifieke aantallen van aneuploidie in klievings-embryo’s vergelijken met 1e trimester post zygotisch selectie tegen aneuploidie Aanleiding: trisomie 16 meest in klinische zwangerschap: 1) overleving hoger of 2) meer geproduceerd?

Cijfers Spermacellen: Oocyte: alle chrom. evenveel aneuploidie Chrom 21 of gonodale trisomie Oocyte: geen data over spec. chromosomen Wel hogere frequentie naarmate leeftijd stijgt Nog geen goede studies met pre-emplantatie embryo’s representatief voor IVF populatie

Deze studiegroep Verkrijgen van groep representatief voor cohort van IVF embryos 1)Morf. Abn. Embryos gemixt met 2) Morf normale embryos (uit PGD, enige ethische verkrijgbare morf normale embryo’s) Waarom kan dit? Je zou denken morfologisch abnormale embryos: meer aneuploidie Maar… Aneuploidie ontstaat in maternale meiose Aneuploidie oefent geen invloed uit tot morulastadium (activatie embryonaal genoom) Ter controle: groepen in morf normaal en morf abnormaal verdeeld: beide groepen evenveel aneuploidie. morfolgie in de eerste dagen wordt niet beinvloed door aneuploidie

Evaluatie 2058 embryo’s Gefixeerde cellen analyze via FISH Analyseren op: X, Y, 1,4,6,7,13,14,15,16,17,18,21,22 Op dag 3 (!) Zoveel mogelijk cellen per embryo Dit om mozaïsisme niet missen

Analyse Significant meer monosomie dan trisomie Geen 1:1 verhouding Verschil agv acrocentrische chromosomen wrs. Meest frequent in aneuplodie: 22,16,21,15 (16<22 ook bij controle leeftijd 22>) Normaal trisomie 16 frequenter Minst frequent in aneuploidie: 14, X, Y en 6

Vergelijking 1e trimester Chromosoom spec. aneuploidie hoger dan in 1e trimester = Indicatie voor selectie tegen aneuplodies in alle chromosomen Negatieve selectie tegen gonomsomen en chrom 16 minder sterk (80 tov 15 en 45%)

Discussie Waarom meer monosomie? Lagging ipv meiotische non-disjuntie (acrocentric chrom) Verschillende lethaliteit frequenties voor aneuploidie 58% vd aneuploidie zijn monosoom nauwelijks gevonden in miskraammateriaal (beh m21, gonosomie) Vergelijking met 1e trimester embryos: 90% aneuplodie overleeft het niet alleen voor chrom 16 en gonosomen geldt dit niet Ondanks trisomie 22>16 in klievingsstadium. Trisomie 16 betere overleving 1e trimester Daarom vaker in abortusmateriaal te vinden

Conclusie Voorkomen monosomie>trisomie in klievingsembryo niet 1:1 zoals nondisj, maar lagging Aneuploidie 22 en niet 16 meest frequent Mortaliteits trisomie 90% gemiddeld voor trisomie16 slechts 45% daardoor meest voor in abortusmateriaal

Conclusie (2) In het pre-implantatie embryo, voor compactie morula is er nog geen invloed van embryonaal genoom. Dus aneuploidie komt nog niet tot expressie en kan dus (nog) geen probleem vormen Ná compactiefase sterven veel embryos af vanwege monosomie Blijkbaar genen van beide ouders nodig

Conclusies Monosomie < levensvatbaar dan trisomie Trisomie 8, 16 < levensvatbaar dan Trisomie 13,18,21 Het eerst stadium van preimplantatie embryo ontwikkeld zich op automatische piloot van eiwitten en RNA van moeder. Weinig selectief. NB wat zal er gebeuren met embryos die ingevroren worden (eiwitten kapot)