Small supernumerary marker chromosomes (sSMC) : why do they break, where they break and how to distinguish harmful from harmless sSMC?

Hamid, Ahmed Basheer GND

Small supernumerary marker chromosomes (sSMC) are defined as additional centric chromosome fragments too small to be identified or characterized unambiguously by banding cytogenetics alone. Even though certain sSMC were associated with specific clinical pictures and syndromes, for most of the sSMC only first steps towards genotype-phenotype correlations were achieved. Therefore sSMC are still a problem in clinical cytogenetics and can be harmful due to different mechanisms like induction of genomic imbalances and/or uniparental disomy of the sSMC’s sister chromosomes. This study had the aim to provide new insights into the questions (i) if and why sSMC include specific breakpoints and (ii) how to distinguish harmful from harmless sSMC. Thus, several approaches for better sSMC characterization (HCM-FISH) and/or, characterization of sSMC breakpoints were developed (PCL-FISH; 1MB sets spanning the transitions of dosage-sensitive and dosage-insensitive pericentric regions) and established. sSMC breakpoints were characterized in detail using these new approaches, but also by microdissection based array-comparative genomic hybridization. First hints were obtained that breakpoints involved in sSMC formation are situated preferentially in gene- poor regions of the pericentric regions. Concerning genotype-phenotype correlation of sSMC the present study further identified one new “complex sSMC” associated syndrome: the der(13 or 21)t(13 or 21;18) syndrome, which is associated with a mild clinical phenotype irrespective of partial trisomy 18p. Finally, influence of mosaicism on sSMC-related phenotypes was studied in detail. In conclusion, the present study provided important new data for genotype-phenotype correlation and biological understanding of sSMC.

Kleine überzählige Marker-Chromosomen (engl. small supernumerary marker chromosomes = sSMC) sind definiert als Chromosomen, die zusätzlich zum normalen Chromosomensatz des Menschen vorliegen können, welche aber zu klein sind um allein mittels Zytogenetik eindeutig charakterisiert zu werden. Auch wenn bestimmte sSMC schon mit spezifischen Syndromen assoziiert werden konnten, wurde für die meisten der sSMC bisher nur erste Schritte bezüglich einer Genotyp-Phänotyp-Korrelationen erreicht. Daher sind sSMC immer noch ein Problem in der klinischen Zytogenetik. Sie können sich durch verschiedene Mechanismen ungünstig auf den Phänotyp des Trägers auswirken, z.B. durch das Hervorrufen genomischer Imbalancen und/oder die Induktion einer uniparentalen Disomie der sSMC-Schwesterchromosomen. Die hier vorliegende Studie hatte das Ziel neue Einsichten in die Fragen zu erarbeiten (1) ob und warum sSMC spezifische Bruchpunkte haben, und (2) wie schädliche von harmlosen sSMC zu unterscheiden sind. Daher wurden zunächst mehrere neue Sondensets für eine bessere sSMC-Charakterisierung entwickelt. sSMC Bruchpunkte wurden mit diesen neuen Ansätzen, aber auch durch mikrodissektions-basierende array-komparative genomische Hybridisierung genauer bestimmt. Hierdurch ergaben sich erste Hinweise darauf, dass die sSMC-Bruchpunkte bevorzugt in genarmen Bereichen des Genoms liegen. Bezüglich der Frage nach einer verbesserten Genotyp-Phänotyp-Korrelation von sSMC wurde in der vorliegenden Studie u.a. ein neues mit einem sog. "komplexen sSMC" verbundenes Syndrom definiert: das der(13 or 21)t(13 or 21;18)-Syndrom, welches mit einem milden klinischen Phänotyp trotz einer partiellen Trisomie 18p verbunden ist. Schließlich wurde der Einfluss von zellulären Mosaiken in sSMC-basierenden Syndromen auf den Phänotyp im Detail untersucht. Insgesamt liefert die vorliegende Studie neue Daten für das biologische Verständnis von sSMC und deren klinische Auswirkungen auf deren Träger.

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Hamid, Ahmed Basheer: Small supernumerary marker chromosomes (sSMC). why do they break, where they break and how to distinguish harmful from harmless sSMC?. 2015.

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