Anne Kanında Fetal Nükleik Asitlerle Prenatal Tanı Uygulaması

T.C. ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TIBBİ BİYOKİMYA ANABİLİM DALI Anne Kanında Fetal Nükleik Asitlerle Prenatal Tanı Uygulaması Ebru DÜNDAR YENİLMEZ DOKTORA TEZİ TEZ YÖNETİCİSİ Prof. Dr. Abdullah TULİ ADANA-2010

KABUL VE ONAY Doktora Programı Çerçevesinde yürütülmüş olan Anne Kanında Fetal Nükleik Asitlerle Prenatal Tanı Uygulaması adlı çalışma, aşağıdaki jüri tarafından Doktora Tezi olarak kabul edilmiştir. Tarihi: 04/11/2010 TEZ SINAV JÜRİSİ Prof. Dr. Abdullah TULİ Çukurova Üniversitesi Başkan Prof. Dr. Kıymet AKSOY Çukurova Üniversitesi Üye Prof. Dr. Cüneyt Evrüke Çukurova Üniversitesi Üye Prof. Dr. Nuray ULUSU Hacettepe Üniversitesi Üye Prof. Dr. Nurten DİKMEN Çukurova Üniversitesi Üye Yukarıdaki Tez, Yönetim Kurulunun / / tarih ve sayılı kararı ile kabul edilmiştir. Prof. Dr. Halil Kasap Sağlık Bilimleri Enstitü Müdürü i

TEŞEKKÜR Doktora eğitimim süresince tez konusunun belirlenmesi, tezin şekillenmesi ve tez sürecinin organizasyonunda bilimsel çalışmaya yönlendiren ve destekleyen başta hocam sayın Prof. Dr. Abdullah TULİ ye, manevi desteğini hiçbir zaman esirgemeyen Prof. Dr. Nurten Dikmen ve Prof. Dr. Levent Kayrın hocalarıma teşekkür ederim. Tezim süresince fikirleri ve katkılarından dolayı izleme komitesi hocalarımdan Prof. Dr. Kıymet Aksoy a ve Prof. Dr. Cüneyt Evrüke ye teşekkür ederim. Örnek temininde yardımlarını esirgemeyen Kadın Doğum Anabilim Dalı asistanları ve hocalarıma, Biyoistatistik ve Tıbbi Bilişim Anabilim Dalı Arş. Gör. İlker Ünal a teşekkür ederim. Lisansüstü eğitimim boyunca bana en büyük destek olan başta öğretim görevlisi eşim Emrah Yenilmez e, kendisine ayırmam gereken zamanların bir bölümünü aldığım biricik oğlum Tuna JANDAR a ve diğer tüm aile bireylerime teşekkür ederim. Tez çalışmamı TF2005D2 no lu proje ile destekleyen Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimine teşekkür ederim. ii

İÇİNDEKİLER Kabul ve Onay... i ÇİZELGELER DİZİNİ...viii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ... ix ÖZET... xi ABSTRACT... xii 1. GİRİŞ... 1 2. GENEL BİLGİ... 3 2.1. Prenatal Tanı Tanımı, Amacı ve Başlangıcı... 3 2.2. Prenatal Tanı Yöntemleri... 3 2.2.1. Girişimsel Prenatal Tanı Yöntemleri... 4 2.2.2. Girişimsel Olmayan Prenatal Tanı Yöntemleri ve Gelişmeler... 8 2.3. Klinik Tanıda Günümüzde Kullanılan Prenatal Tanı Yöntemleri... 10 2.3.1. Doğrudan Mutasyon Saptama Yöntemleri... 11 2.3.2. Dolaylı Mutasyon Saptama Yöntemleri... 13 2.3.3. Gelişmekte Olan Yöntemler... 16 2.4. Maternal Dolaşımdaki Serbest Nükleik Asitler... 21 2.4.1. Maternal Plazmadaki Serbest Fetal DNA Kaynağı... 21 2.4.2. Fetal DNA Serbestleşme Mekanizmaları... 21 2.4.3. Maternal Plazmadaki Fetal DNA nın Zenginleştirilmesi ve Saptanması... 22 2.4.4. Fetal DNA nın Saptanmasında Seçeneksel Yöntemler... 24 2.4.5. Maternal Plazmadan Fetal DNA nın Temizlenmesi... 24 2.5. Anne Kanında Fetüse Ait Hücreler... 25 2.5.1. Maternal Dolaşımda Fetüse Ait Hücrelerin Sıklığı... 26 2.6. Klinik Tanıda Fetal DNA nın Kullanım Alanları... 27 2.6.1. Fetal Cinsiyet Tayini... 27 2.6.2. Fetal RhD Genotiplemesi... 27 iii

2.6.3. Fetal DNA ile Tek Gen Bozukluklarının Saptanması... 28 2.6.4. Plazma DNA Kimerizmi... 30 2.7. Fetal DNA Derişimlerini Arttıran Hastalıkların Saptanması... 31 2.7.1. Pre-Eklampsi... 31 2.7.2. Anöploidiler... 31 3. GEREÇ VE YÖNTEM... 34 3.1. Gereç ve Kimyasal Maddeler... 34 3.1.1. Gereçler... 34 3.1.2. Kimyasal Maddeler... 34 3.2. Örnek Toplanması ve İş Akış Şeması... 35 3.3. Maternal Plazmanın Ayrımı ve DNA İzolasyonu... 36 3.3.1. Maternal Plazmanın Ayrımı... 36 3.3.2. Ebeveyn ve Fetal DNA izolasyonu... 36 3.4. Nested PCR... 41 3.4.1. Nested PCR ile Fetal Y Kromozom Tayini... 41 3.4.2. Multipleks Nested PCR ile Fetal X ve Y Kromozom Tayini... 44 3.5. RT-PCR ile Fetal DNA Kantitasyonu... 46 3.6. Fetal DNA Derişimi Hesaplanması... 48 3.7. Mutasyonların HRM ile Analizi; Beta globin genotiplemesi... 49 3.8. Hb S Mutasyonunun HRM Analizi ile Genotiplenmesi... 51 3.9. Dizi Analizi ile Fetal DNA Mutasyonu Saptanması... 52 3.10. İstatistik Analiz... 55 4. BULGULAR... 56 4.1. Nested PCR ile Maternal Fetal Y Kromozomu Tayini... 58 4.2. Multipleks Nested PCR ile Fetal X ve Y Kromozom Tayini... 59 4.3. Niceleyici RT-PCR... 60 4.3.1. RT-PCR ile Cinsiyet Tayini... 60 iv

4.3.2. RT-PCR ile Maternal Fetal DNA Kantitasyonu... 61 4.4. Gebelik Haftası ile Fetal ve Total DNA Düzeyleri Arasındaki İlişki... 64 4.5. RT-PCR ile HbS Genotiplemesi... 68 4.6. Beta Talasemilerde HRM Analizi... 69 5. TARTIŞMA... 76 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER... 84 7. KAYNAKLAR... 86 v

ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1. Fetüs, uterus ve plasentanın gösterimi 4 Şekil 2. Amniyosentez işlemi. 5 Şekil 3. CVS nin uygulanması 7 Şekil 4. Plasentanın değişik yerleşiminde kordosentez uygulaması. Solda posteriyor plasenta ve sağda anteriyor plasenta görülmektedir.. 8 Şekil 5. PGD uygulanmasının gösterimi. 9 Şekil 6. Doğrudan mutasyon saptama yöntemleri. 12 Şekil 7. Heterodubleks oluşumu 13 Şekil 8. DGGE yöntemi. 14 Şekil 9. dhplc şematik gösterimi 15 Şekil 10. CE-SSCP yöntemi.. 16 Şekil 11. TaqMan RT-PCR yöntemi.. 17 Şekil 12. HRM analizi.. 18 Şekil 13. MLPA yöntemi.. 19 Şekil 14. Dolaşımdaki fetal DNA nın tek gen bozukluklarının prenatal tanısında kullanımı. (A) Fetal DNA nın maternal dolaşıma salınımı. (B) Maternal plazmada fetal DNA... 28 Şekil 15. PLAC4 geni için serbest fetal RNA nın trizomi 21 de analizi.. 32 Şekil 16. Trizomi 18 de Maspin geni çalışması 33 Şekil 17. MagNa Pure LC kısımlarının görünümü 37 Şekil 18. MagNA Pure LC yöntem basamakları... 38 Şekil 19. DNA izolasyon yöntem basamaklarının şematize edilmesi... 40 Şekil 20. Nested PCR basamaklarının gösterimi.. 41 Şekil 21. Nested PCR ile fetal Y kromozomu belirlenmesi. B Belirteç, 1, 2, 3, 4, 6, 7 erkek cinsiyet, 5 ve 8 dişi cinsiyet plazma örnekleri, 9 Negatif kontrol, 10 Pozitif kontrol.. 58 Şekil 22. Multipleks nested PCR ile X ve Y kromozomu belirlenmesi. (A) 1, 2, 3 plazma DNA, 4 genomik erkek DNA. (B) 1, 2 plazma DNA, 3 dişi genomik DNA. 59 Şekil 23. Total ve Fetal DNA için standart eğrilerin gösterimi. (A) beta globin-total DNA için standart eğri (B) DYS14-fetal DNA için standart eğri 61 vi

Şekil 24. RT-PCR de CP değeri ve amplifikasyonun ekran görüntüsü... 62 Şekil 25. Kontrol, orak hücreli ve talasemik fetüs gruplarında gebelik haftası ile fetal DNA düzeyleri arasındaki ilişki. 66 Şekil 26. Kontrol, orak hücreli ve talasemik fetüs gruplarında gebelik haftası ile total DNA düzeyleri arasındaki ilişki 66 Şekil 27. Erken ve geç gebelik gruplarına göre HbS taşıyıcısı, talasemi taşıyıcısı ve kontrol grubu gebelerde fetal ve total DNA miktarları artışının grafikle gösterimi. (A) Gebelik dönemlerine göre iki grupta fetal DNA oranları. (B) Gebelik dönemlerine göre total DNA oranları. 68 Şekil 28. HbS taşıyıcı bir örneğin HRM analiz grafiği 68 Şekil 29. Normal ve HbS taşıyıcısı fetüslerin HRM analizi pik görüntüleri. (A) Genotipi AA belirlenen fetüsün normal kontrol örneği ile HRM analizi görüntüsü. (B) Talasemi taşıyıcısı anne ve HbS taşıyıcısı fetüsün HRM analizi grafiği 69 Şekil 30. Promotor ve ekson 1 bölgesinde Cap+22 kontrol ve plazma fetal DNA da aynı mutasyonun gösterilmesi. (A) HRM eğrisinin normalize edilmiş halinin görünümü. (B) HRM eğrilerinin görünümü 70 Şekil 31. (A) Baba ve fetüste saptanan IVSI-1 mutasyonunun HRM analizi ile görüntülenmesi. (B) Anne ile fetüsün IVS1-110 taşıdıkları HRM analizi. 70 Şekil 32. Maternal Fetal DNA da Cd 15 ve IVSI-110 mutasyonlarının sekansla gösterimi... 71 Şekil 33. IVSII-1 genotipi taşıyan baba ve fetal DNA nın HRM eğrisi.. 72 Şekil 34. IVS2-3 UTR bölgesinde saptanan baba ve plazma fetal DNA sında IVSII-848 mutasyonu HRM eğrisi... 72 vii

ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 1. Nested PCR de kullanılan primer dizileri... 422 Çizelge 2. Multipleks Nested PCR de kullanılan primer dizileri... 444 Çizelge 3. RT-PCR DYS14 ve Beta globin için kullanılan primer ve prob dizileri... 488 Çizelge 4. HRM primer dizileri... 511 Çizelge 5. Dizi analizinde kullanılan beta geni primerleri..53 Çizelge 6. HbS Taşıyıcı ve talasemi taşıyıcısı gebelerin yaş ve gebelik haftası değişkenleri... 56 Çizelge 7. Çalışma gruplarının eritrosit indeksleri... 57 Çizelge 8. Multipleks Nested PCR ile saptanan cinsiyetler... 60 Çizelge 9. Fetüslerin Nested PCR ve RT-PCR sonucunda belirlenen cinsiyetleri... 60 Çizelge 10. HbS taşıyıcı ve talasemi taşıyıcı gebelerin maternal plazmadaki fetal DNA düzeyleri... 63 Çizelge 11. Beta globin ile maternal plazmadaki total DNA düzeyleri... 633 Çizelge 12. Gebelik dönemine göre Nested PCR ve RT-PCR yöntemleriyle plazmada Y kromozomunun saptanması... 64 Çizelge 13. Erken ve geç gebelik haftalarına göre fetal ve total DNA düzeyi medyan değerleri 64 Çizelge 14. Erken ve geç gebelik dönemlerine göre gruplarda fetal ve total DNA arasındaki ilişki..67 Çizelge 15. Maternal Fetal DNA ve CVS örneklerinde fetüs genotiplendirilmesinin karşılaştırılması... 73 viii

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ADAM12 A Disintegrin and Metalloproteaz 12 AFP APEX ARMS ASO β hcg Alfa Feto Protein Arrayed Primer Extension Amplification Refractory Mutation System Allele Specific Oligonucleotide Beta human Chorionic Gonadotropin CE-SSCP Capillary Electrophoresis-Single Strand Conformational Polymorphism CVS DAZ Chorionic Villus Sampling Deleted in Azospermia dhplc Denaturing High Performance Liquid Chromatography DGGE DYS14 EDTA FACS Denaturing Gradient Gel Electrophoresis Y Chromosome Specific Sequence Ethylenediaminetetraacetic Acid Flourescence Activated Cell Sorting FMR1 Fragile X Mental Retardation 1 FISH GE HPLC HRM HbS IEF KAH LC MACS Floresan In Situ Hibridization Genom Equivalent High Preformance Liquid Chromatography High Resolution Melting Hemoglobin S Isoelectric Focusing Konjenital Adrenal Hiperplazi Light Cycler Magnetic Activated Cell Sorting ix

MALDI-TOF MS Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization- Time-of-Flight Mass Spectrometry MLPA MoM MS PAPP-A PGD Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification Multiple of Median Mass Spectrometry Pregnancy Associated Plasma Protein A Preimplantation Genetic Diagnosis PLAC4 Placenta Specific 4 QMPSF Quantitative Multiplex PCR of Short Flourescent Fragments RT-PCR rpm PCR SABER SNP SRY TGCE ue3 Real Time-Polymerase Chain Reaction revolution per minute Polymerase Chain Reaction Single Allele Base Extension Reaction Single Nucleotide Polimorphism Single Copy Sex Determining Region Y Thermal Gradiant Capillary Elecrtophoresis Unconjuge Estriol x

ÖZET Anne Kanında Fetal Nükleik Asitlerle Prenatal Tanı Uygulaması Maternal dolaşımda serbest fetal DNA nın bulunması ile geçtiğimiz on yılda girişimsel olmayan prenatal tanıda gelişmeler kaydedilmiştir. Fetüste paternal alellerin serbest fetal DNA da tanımlanmasına yönelik çalışmalar artık kullanılmaya başlanmıştır. Maternal plazmada fetal DNA analizinde HRM eğrisi analizi girişimsel olmayan prenatal tanı için büyük bir potansiyel oluşturmaktadır. Elli yedisi orak hücre, 32 si beta talasemi taşıyıcısı ve 15 i sağlıklı kontrol olmak üzere toplam 104 primigravidanın maternal plazma örneğini çalıştık. Fetal DNA, 1 ml plazma örneğinden elde edildi; erkek fetüsleri saptamak için Y kromozomuna özgül SRY ve DYS14 belirteçleri nested PCR ve RT-PCR ile analiz edildi. Fetal ve total DNA kantitasyonu sırasıyla DYS14 ve beta globin genleriyle yapıldı. Girişimsel prenatal tanıdaki geleneksel yöntemlere seçenek olarak hemoglobinopatilerde HRM analizi ile fetal DNA genotiplendirilmesi yapıldı. Maternal plazmada gebeliğin erken döneminde fetal DNA (DYS14), RT-PCR ile % 100 oranında erkek taşıyan gebede saptandı; SRY dizisi kullanarak nested PCR ile bu oran % 93,7 olarak bulundu. Maternal plazma total (beta globin) ve fetal DNA düzeyleri gebelik haftası ile artış gösterdi. Orak hücre taşıyıcısı gebelerde fetal DNA düzeyi, kontrol ve talasemi grubuna göre artan MoM değerleri gösterdi. Talasemi taşıyıcısı gebelerde total DNA miktarında, kontrol ve orak hücre taşıyıcısı gruba göre azalan MoM değeri gözlendi (p<0,001). Gebeliğin geç döneminde, orak hücre taşıyıcısı, talasemi taşıyıcısı ve kontrol grupları arasında beta globin düzeylerinin anlamlı olarak arttığını saptadık. Fetal DNA nın HRM ile genotiplemesi paternal alellerin maternal DNA dan ayrımı ile yapıldı. Fetüsün anneyle aynı genotipi taşıdığı durumlarda kısmen de olsa sorunlar yaşandı. Sonuçlarımız hemoglobinopatili gebeliklerin erken döneminde, fetal ve total DNA düzeylerine bakmanın anlamlı olmadığını gösterdi. Hemoglobinopatilerin prenatal tanısında girişimsel yöntemlere seçenek olarak fetal DNA nın genotiplendirilmesinde fetüsün anneden farklı paternal aleller taşıdığı durumlarda HRM analizinin kullanışlı olabileceğini göstermektedir. Anahtar Sözcükler: Girişimsel olmayan prenatal tanı, HRM analizi, serbest fetal DNA, total DNA xi

ABSTRACT Application of Prenatal Diagnosis with Fetal Nucleic Acids in Maternal Blood The discovery of cell free fetal DNA in the maternal circulation has driven developments in noninvasive prenatal diagnosis in the past decade. Detection of paternally derived alleles in cell free fetal DNA is becoming well established. Analysis of fetal DNA from maternal plasma by new techniques such HRM analysis offers great potential for noninvasive prenatal diagnosis. We examined 104 maternal plasma samples from 57 pregnant women carrier of sickle cell anemia, 32 pregnant women carrier of beta thalassemia and 15 healthy control subjects. Fetal DNA was extracted from 1 ml plasma samples. To detect male fetuses SRY and DYS14 markers specific to the Y chromosome analyzed by nested PCR and RT-PCR. DYS14 and beta globin were used for quantitation of fetal and total DNA levels respectively. Alternative to traditional methods in invasive prenatal diagnosis, we used HRM analysis for genotyping of fetal DNA in hemoglobinopathies. We detected Y chromosome specific DYS14 in maternal plasma of 100% women bearing male fetuses in early pregnancy. The value was 93.7% with SRY by nested PCR. The levels of total and fetal DNA increased with gestational age. We observed greater MoM values of fetal DNA in sickle cell anemia pregnancies compared to thalassemia and healthy groups. The MoM values were smaller in thalassemia pregnancies compared to other groups (p<0.001). In late period of pregnancy, we observed significantly increased levels of beta globin between sickle cell anemia, thalassemia and control groups. Genotyping by HRM we were able to distinguish paternal alleles of fetal DNA from maternal DNA. Problems were encountered when the fetus carries the same allele with mother. Our results show that investigation of the fetal and total DNA in early pregnancies with hemoglobinopathies is not found to be useful. HRM is an alternative method for invasive prenatal diagnosis to genotyping of fetal DNA when the fetus carries the paternal allele different from the mother s. Key Words: Noninvasive prenatal diagnosis, HRM analysis, cell-free fetal DNA, total DNA xii

1. GİRİŞ Tedavisi olmayan genetik hastalıklarda prenatal tanı uygulaması, genetik alanında yüzyılımızda yaşanan en önemli gelişmelerden biridir. Teknolojik gelişmeler; tanının güvenirliliğinin artmasına, daha fazla hastalığa tanı konulabilmesine, hastalığın daha erken dönemde ve daha hızlı tanımlanabilmesinin yanı sıra tarama testlerinin gelişmesi ile yaygınlaşmasına da olanak sağlamıştır 1. Prenatal tanıda erken tanı koymak ve sonuca göre gerekli kararı verebilmek çok önemlidir. Esas olan, kullanılan yöntemleri, gebeliğin sonlandırılması için bir araç olarak görmek değil; fetüsün durumu hakkında doğru bilgi edinmek, aileye kendi kararlarını kişisel, sosyal ve etik ilkeler çerçevesinde vermesini sağlamaktır 2. Kalıtsal geçiş gösteren hemoglobinopatilerin prenatal tanısı, 1970 lerde yapılan uygulamalardan bu yana, yaklaşık 30 yıllık deneyim ile pek çok ülkede rutin olarak uygulanmaktadır. Hemoglobin sentez bozukluklarının moleküler düzeyde tanımlanan ilk tek gen bozukluklarından olması, mutasyon saptamada ve sonuçta globin gen mutasyonlarının prenatal tanısında kullanılan literatürde polimeraz zincir reaksiyonuna (PCR) dayalı pek çok tekniğin geliştirilmesi için bir prototip oluşturmuştur 3. Günümüzde ağır seyreden hemoglobinopatilerin henüz kesin tedavisi olmaması nedeniyle prenatal tanı, bu bozuklukların bir anlamda koruyucu hekimliğini sağlamaktadır. Prenatal tanı, gebeliğin olası en erken evresinde doğru ve hızlı sonuç bulmayı amaçlamaktadır. Prenatal tanı için sağlanması istenen önkoşullar şunları içermelidir: 1- Risk altında olan çiftlerin uygun zamanda belirlenmesi, 2- Hastalığa neden olan mutasyonların tanımlanması, 3- Fetal materyalin gecikmeden, güvenli şekilde alınması, 4- Ebeveynlerin mutasyonlarına bakılarak fetal DNA nın genotipinin araştırılmasıdır. Prenatal tanıdaki yeni gelişmeler, süreçlerin hem güvenlik hem de zamanlama konusunda iyileştirme çalışmalarına doğru yönlenmektedir. Aynı zamanda fetal genetik 1

materyalin seçeneksel kaynaklarını içeren yeni moleküler teknolojilerin uygulanmasını içermektedir. Günümüzde prenatal tanı süreçlerinin temel dezavantajı, fetal örneklemede girişimsel yöntemlerin kullanılmasıdır. Kullanılan bu girişimsel fetal örnekleme yöntemlerinde fetal kayıp riski bulunmaktadır 4,5. Bu nedenle geçtiğimiz 10 yıldan bu yana, girişimsel olmayan yöntemlerle prenatal analiz çalışmaları devam etmektedir. Bu çalışmalar anne kanında dolaşımdaki fetal hücreler ve serbest fetal DNA yı kullanarak yapılmaktadır 3. 1997 yılında Lo ve arkadaşları, gebelerde plazmadaki serbest fetal DNA nın varlığını Y kromozom dizilerinin saptanmasıyla ortaya koymuşlardır. Niceliksel analizler maternal plazmadaki fetal DNA derişiminin, hücre içinde bulunan fetal DNA dan daha fazla olduğunu göstermiştir. Bu bulgu, maternal plazmadaki fetal DNA nın girişimsel olmayan prenatal tanı için değerli bir materyal olabileceği sonucunu ortaya koymuştur 6. Bu çalışmada, rutinde kullanılan geleneksel girişimsel prenatal tanı yöntemlerinden koriyonik vilüs örneklemesine seçenek olarak, girişimsel olmayan bir yöntemle maternal kandaki serbest fetal DNA nın yeni teknolojik yöntemlerin kullanımı ile genetik özelliğinin ortaya konması ve sonuçların geleneksel yöntemlerle karşılaştırılması amaçlanmıştır. 2

2. GENEL BİLGİ 2.1. Prenatal Tanı Tanımı, Amacı ve Başlangıcı Prenatal tanı, ailede bir genetik kusurun varlığı veya bulunabilme riskine ilişkin yapılan işlemler bütünüdür 1. Başka bir tanımla, gebeliğin erken dönemlerinde farklı yöntemlerle alınan fetal örneklerin, biyokimyasal ve moleküler yöntemlerle kalıtsal geçiş gösteren hastalıkların tanısının konularak gebelik sırasında gerekli yasal süre içinde gebeliğin sonlandırılmasına olanak sağlamaktadır 7. Prenatal tanının amacı, gebeliğin etik açıdan terminasyona uygun olduğu dönem içinde, risk altındaki fetüste, söz konusu genetik hastalığın bulunup bulunmadığını ortaya koymaktır 1. Bunun sonucu olarak da genetik hastalıkların ve doğumsal sekellerin perinatal mortalite oranlarını azaltmak ve ciddi klinik sorunlar olarak ön planda yer almalarını engellemektir 1. Prenatal tanının başlangıcı, 1966'da Steele ve Breg'in 6 bir fetüsün kromozom yapısının, amniyotik sıvıdan alınan kültür yapılmış hücrelerin analizi ile belirlenebileceğini göstermesiyle başlamıştır. Bu sürecin başlamasıyla birlikte koriyonik vilüs örneklemesi ve perkütan umbilikal örnekleme 1970 lerde ve 1980 lerde kullanıma girmiştir. Gerçekte prenatal tanının tarihçesinin daha eskilere dayandığı ve karmaşık bir süreç olduğu bildirilmektedir. İlk prenatal tanı bir sekel için 1916 da rapor edilmiştir. 1895 te Willhelm Röntgen ve W. Williams Keen in 8 X-ışınlarının keşfi ve X ışınlarının gebelik sürecinde fetüsün duruş biçimini tanımlayarak ve herhangi bir anomali saptayabilmek için kullanılabileceğini ileri sürmüşlerdir. Aynı yıl Edward Davis Parker 8 gebe bir kadavranın röntgenini çekerek fetüs iskeletinin görüntülenmesini başarmıştır. Günümüzde kullanılan prenatal tanı yöntemleri geleneksel olarak doğrudan ve dolaylı yöntemler olmak üzere iki kısımda tanımlanmıştır. 2.2. Prenatal Tanı Yöntemleri Fetal tıbbın en önemli özelliği doktorun hasta yani fetüs ile doğrudan temas edememesidir. Bu nedenle özel görüntüleme tekniklerine ihtiyaç vardır. Diğer önemli 3

bir konu ise fetüse yapılacak müdahalelerin anne üzerinden yapılması gerekliliğidir, çünkü fetüse başka bir erişim şekli yoktur (Şekil 1) 9. Anne üzerinden yapılacak müdahaleler veya yaklaşımlar anneyi doğrudan etkileyecektir. Prenatal tanıda kullanılacak yöntemin olabildiğince girişimsel olmaması tercih edilmelidir. Prenatal tanı merkezlerinde girişimsel ve girişimsel olmayan yöntemler uygulanmaktadır 1,10. Şekil 1. Fetüs, uterus ve plasentanın gösterimi 9. 2.2.1. Girişimsel Prenatal Tanı Yöntemleri Fetüs ve eklerine yapılan doğrudan müdahele tekniklerini kapsamaktadır. Bu teknikler: 1. Amniyosentez, 2. Koriyon vilüs örneklemesi, 3. Fetal kan örneklemesi (Kordosentez) dir. Amniyosentez ve CVS en yaygın uygulanan doğum öncesi tanı yöntemleridir 10. 4

2.2.1.1. Amniyosentez Amniyosentez, girişimsel prenatal tanı yöntemleri arasında en sık kullanılan yöntemdir. Önceleri; körlemesine uygulanan tekniğin ultrasonografinin gelişmesiyle güvenirliği artmıştır. Amniyon sıvısı bebeğin doğmadan önceki yaşam ortamıdır ve tüm salgıları bu ortama olmaktadır 2. Amniyon sıvısındaki fetal deri, gastrointestinal ve solunum sistemlerinden dökülen hücrelerin kültür edilmesinden sonra karyotiplemenin yapılması esasına dayanmaktadır. 15-17. gebelik haftalarında amniyotik sıvı hacmi yaklaşık 150-200 ml olduğundan 15 ml kadar amniyon sıvısı alınması fetüse herhangi bir etki yapmamaktadır. İşleme bağlı fetal kayıp oranı geniş serili çalışmalarda % 0,2-2,1 olarak bildirilmektedir 10. Alınmasındaki kolaylık ve yansıttığı metabolik durumların önemi, amniyon sıvısını vazgeçilmez tanı aracı haline getirmiştir 2 (Şekil 2) 11. Şekil 2. Amniyosentez işlemi 11. 2.2.1.2. Koriyonik Vilüs Örneklemesi Trofoblastik doku ve fetüs aynı embriyolojik kökene sahiptir; bu yüzden vilüs örneklemesinin fetal anormallikleri yansıtacağı gerçeğinden yola çıkılarak bu yöntem kullanılmaya başlanmıştır. Bir doku örnekleme tekniği olan CVS, erken dönemde uygulanması nedeniyle 1980 li yıllarda sık kullanılmaya başlanmış bir yöntemdir 2. Amniyosenteze göre uygulanması zordur; alınan hücreler doğrudan fetal kaynaklı 5

değildir. Elde edilen materyalde mozaisizm, amniyosenteze göre daha sık karşılaşılan bir sorundur. Tüm bunlara ek olarak, fetüs üzerinde muhtemel olumsuz etkileri vardır. CVS yapılma endikasyonundaki genel görüş, rutin amniyosentez endikasyonlarıyla aynı olduğu şeklindedir. Ancak, tek gen hastalıkları açısından pozitif aile öyküsünün bulunduğu durumlarda özellikle tercih edilebilir. Çünkü elde edilen dokuda kültür yapılmaksızın moleküler inceleme için DNA eldesi mümkündür. CVS nin avantajı daha erken dönemde uygulanabilmesidir; koriyon fetal kaynaklı bir dokudur, genetik olarak fetüsü yansıtır ve 1. trimestirde kolaylıkla ulaşılabilir. Kullanımını kısıtlayan başlıca faktör ise komplikasyonlarıdır 2 : 1. Amniyon ve koriyon zarlarının zedelenmesi (% 0,1), 2. Retro/intraplasental hematom, vajinal kanama (% 10), 3. Uterus hasarı (% 2,5), 4. Açıklanamayan oligohidramniyoz gelişimi (% 0,5), 5. Fetal kayıp (% 1,5-3,5). Yöntemin dezavantajları ise amniyosenteze göre teknik olarak daha zor olması, elde edilen hücrelerin doğrudan fetal hücreler olmaması ve sitogenetik incelemede yalancı mozaisizm gibi durumların daha sık görülmesidir. Onuncu gebelik haftasından önce yapılan koriyonik vilüs biyopsisi sonrasında fetal ekstremite anomalilerinin 10-20 kat daha sıklıkta görülmesi, yönteme karşı endişe doğmasına neden olmuştur. Bu anomalilerin oluşumunda muhtemel mekanizmalar ekstremitelerde perfüzyon azalması, vazoaktif bazı maddelerin salgılanması, emboli oluşumu ve doğrudan travmatik etki düşünülebilir. Daha sonra yapılan çalışmalarda 11. ve daha sonraki haftalarda yapılan CVS lerde görülen ekstremite sekellerinin oranının beklenen düzeylerde olduğu ifade edilmektedir. Bu nedenle, koriyon vilüs biyopsisinin 11. gebelik haftasından sonra ve deneyimli obstetrisyenler tarafından yapılmasının uygun olacağı söylenebilir 10 (Şekil 3) 12. 6

Şekil 3. CVS nin uygulanması 12. 2.2.1.3. Kordosentez Umblikal arter veya venden iğne ile girilerek kan alınmasıdır. Kordosentez için en uygun dönem ortalama 18-22. gebelik haftasıdır 13. Geç dönemde uygulanabilirliği bir dezavantaj olmasına rağmen, kısa sürede sonuç alınması nedeniyle özellikle gecikmiş olgularda tercih edilmektedir. Daha erken haftalarda umblikal damarların yapısı nedeniyle kanama riski yüksektir; teknik olarak plasentanın yerleşimi çok önemlidir ve bu dönemde yapılan uygulamalar sonrası fetal kayıp oranı % 1-2 olarak bildirilmiştir (Şekil 4) 2,14. Kordosentez işlemi ile alınan materyal doğrudan fetal hücreleri içerdiğinden tanı değeri diğer yöntemlerden daha fazladır. Ayrıca alınan materyalden hücre kültürü yapılmaksızın doğrudan kromozom analizi yapılabilmekte ve karyotipleme işlemi çok daha kısa sürede tamamlanabilmektedir. Oysa amniyosentezde karyotipleme 3-5 hafta kadar sürebilmektedir. Özellikle 19. gebelik haftasından sonra prenatal tanıda kısa sürede sonuç alınabildiği için amniyosentez yerine kordosentez düşünülebilir. Kordosentez uygulaması, prenatal tanı dışında bazı durumlarda fetal tedavide de kullanılabilmektedir. Rh izoimmunizasyonunda aneminin kan transfüzyonu ile tedavisi buna örnektir 10. 7

Şekil 4. Plasentanın değişik yerleşiminde kordosentez uygulaması. Solda posteriyor plasenta ve sağda anteriyor plasenta görülmektedir 14. 2.2.2. Girişimsel Olmayan Prenatal Tanı Yöntemleri ve Gelişmeler 2.2.2.1. Fetal Ultrasonografi Neredeyse tıbbın her alanında kullanılan ultrasonografi obstetrikte en fazla kullanılan yöntemlerden biri haline gelmiştir. Bugüne kadar bilinen bir zararının gösterilememesi nedeniyle prenatal tanı yöntemleri içinde, fetal risk ve annenin rahatlığı açısından en uygun olarak kullanılan yöntemdir. Ultra ses dalgalarını kullanan bir alet yardımıyla fetusun incelenmesi ve varsa anomalilerin saptanması esasına dayanır 10. 2.2.2.2. Maternal Kanda Bakılabilen Belirteçler Anomaliler açısından yüksek risk bulunan gebelikleri belirlemek için yapılan tarama testleri, genetik ve doğum hekimlerinin her zaman ilgisini çekmiştir. Maternal kanda bakılan tarama testleri, 1. trimesterde serbest β-hcg ve PAPP-A, 2. trimesterde üçlü tarama testi (AFP, serbest β-hcg ve ue3) ve maternal serum AFP'dir 10. Son dönemlerde bir metallo proteaz olan ADAM12 nin de gebelikte 1. trimestir tarama testlerinde bir belirteç olarak kullanılabileceği belirtilmektedir 15. 8

2.2.2.3. İmplantasyon Öncesi Genetik Tanı Yardımcı üreme tekniklerinin gelişmesine paralel olarak, genetik yapının saptanmasına olanak tanıyan yöntemlerin implantasyon öncesi dönemde uygulanması ile implantasyon öncesi genetik tanı (PGD) gündeme gelmiştir. İmplantasyon öncesi tanının temel avantajı, 2. ve 3. trimestrede gebeliğin sonlanmasının yaratacağı psikolojik yükün olmaması olarak kabul edilebilir 2. İlk PGD, Handyside ve ark. 16 tarafından cinsiyete bağlı hastalıklar için risk taşıyan embriyoların implantasyon öncesinde cinsiyet belirlenmesinde kullanılmıştır. Birkaç yıl sonra floresan in situ hibridizasyon (FISH) yönteminin tanımlanması, embriyoların cinsiyet belirlenmesi ve anöploidi taramasına olanak sağlamıştır. Tek gen mutasyonları, PCR ile tanımlanmakta ve DNA analizi, biyopsi yapılan blastomerde ya da 1ci ve 2nci polar cisimlerde uygulanmaktadır 16. PGD yi tercih eden çiftler over stimülasyonunu içeren in vitro fertilizasyon tedavisi görmekte ve 3ncü günde embriyolara biyopsi yapılmaktadır. Genetik analizle sağlıklı embriyolar seçilmekte ve bu embriyolar uterusa aktarılmaktadır 17 (Şekil 5) 18. Şekil 5. PGD uygulanmasının gösterimi 18. 2.2.2.4. Maternal Plazmadaki Nükleik Asitler 1948 lerde Mendel ve Matais 6 hem hasta hem de sağlıklı bireylerde plazmadaki nükleik asitlerin varlığını ortaya koydular. Sistemik lupus eritematozus, romatoid artrit ve kanserli hastaların serumlarında yüksek düzeylerde DNA olduğu bildirildi. 1969 da 9

Walknowska ve ark. 19 maternal periferal kanda ilk kez fetal lenfositlerin varlığını bildirmişlerdir 4. Aradan geçen 10 yılda araştırmalar, maternal dolaşımda bozulmadan kalan fetal hücreler üzerine yoğunlaşmış ve girişimsel olmayan prenatal tanıda kullanımı için çalışmalar devam etmiştir. Bunun yanında fetal hücrelerin maternal kanda çok az sayıda bulunması, onların sağlıklı bir şekilde saptanmasına engel olmuştur 20. Amerika da İnsan Gelişimi ve Çocuk Sağlığı Ulusal Enstitüsü tarafından desteklenen 10 yıl süren (1994-2003) çok merkezli bir çalışma ile maternal kanda erkek fetal hücrelerin % 41 gebede saptanabildiği ve bunun yanlış pozitif oranının % 11 olduğu sonucuna varılmıştır 21. Girişimsel olmayan prenatal tanı için yeni gelişmeler, 1997 de serbest fetal DNA nın tanımlanması ile ortaya çıkmıştır 22. Bu fetal DNA nın % 10 luk kısmının da maternal plazmadaki total DNA olduğu tahmin edilmektedir 4,7,23. Maternal plazma ve serumda serbest haldeki fetal DNA nın bulunmasının ardından bu alanda yeni çalışmalar ortaya çıkmış ve pek çok uygulama hızla takip edilip bir kısmı klinik kullanıma sokulmuştur 4,24. 2.3. Klinik Tanıda Günümüzde Kullanılan Prenatal Tanı Yöntemleri Günümüzde bilinen birçok talasemi mutasyonu ve anormal hemoglobin varyantları gibi tek gen bozuklukları PCR ye dayalı teknikler ile belirlenebilmektedir. Taşıyıcı çiftlerde mutasyon belirlenmesinde kullanılan yöntemler, geleneksel olarak doğrudan ve dolaylı olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Doğrudan mutasyon yöntemleri, popülasyon grubunda var olduğu bilinen adaya özgül mutasyonların, varlığı/yokluğunu sorgulamak üzere tasarlanmaktadır. Bu yöntemler alele özgü oligonükleotit prob hibridizasyonu (ASO) ve nokta mutasyonlar için Amplifikasyona Dayanıklı Mutasyon Sistemi (ARMS) ve özgül delesyonlar için multipleks PCR olarak sayılabilir. Dolaylı yöntemler gen bölgelerini tarayarak, her bölge için dizi değişimlerini tanımlar. Bu yöntemler içinde Termal Gradiyent Kapiller Elektroforez (TGCE), Denatüre Gradiyent Jel Elektroforezi (DGGE) ve Denatüre Edici Yüksek Preformans Sıvı Kromatografisi (dhplc) sayılabilir 3. 10

2.3.1. Doğrudan Mutasyon Saptama Yöntemleri 2.3.1.1. Allele Specific Oligonucleotide Yöntemi ASO hibridizasyon yöntemi, özellikle beta genlerindeki nokta mutasyonlarını saptamak için PCR ye dayalı yöntemler içerisinde ilkini oluşturmaktadır. Her mutasyon için iki oligonükleotit probu kullanılmaktadır. Bunlardan birisi normal diziyle eşleşmekte ve diğeri de mutasyonla eşleşmektedir. Bu yöntem, dot-blot veya reverse dot-blot hibridizasyon ile heterozigotu, homozigottan ve normalden ayırt etmektedir. Reverse dot-blot hibridizasyonu, prenatal tanıda özellikle sınırlı sayıda yaygın mutasyon taşıyan toplumlarda başarıyla kullanılmıştır (Şekil 6-A) 25. Bunun yanı sıra, ASO nun prensibini kullanan, çeşitli yeni gelişen mikro-array teknolojileri de mevcut bulunmaktadır 3. 2.3.1.2. Amplification Refractory Mutation System Yöntemi Bilinen mutasyonların saptanmasında kullanılan ARMS yöntemi, ilk kez Newton ve ark tarafından ortaya konmuştur. Bu yöntem yaygın gözlenen beta talasemi mutasyonlarının tanısı için geliştirilmiştir 26. Hedef mutasyona eşleşen bir primer ile ortak bir PCR primeri kullanılmaktadır. Aynı tepkimede normal diziye özgü eşleşebilen bir primer kullanılmakta ve mutasyon varsa, mutasyona özgü primer diziyi çoğaltmakta, yoksa normal dizi amplifiye olmaktadır (Şekil 6-B) 25. ARMS için pek çok primer tasarlanmış olup, bu yöntem hızlı ve tek aşamalı bir yöntemdir. PCR sonrası agaroz jel elektroforezi uygulanır. Dezavantajı, her primer seti için ayrı optimizasyon ve standardizasyon gerekli olmasıdır. Yanlış negatif ve yanlış pozitif sonuçlara, iyi optimizasyon yapılmazsa rastlanabilmektedir. Prenatal tanı yapılacak çiftlerin mutasyonları biliniyorsa, ARMS yöntemi mutasyonları göstermek için uygun olmaktadır. Çiftlerin mutasyonları bilinmiyorsa, geniş mutasyon spektrumu olan toplumlarda, gebelik süresince mutasyon tanımlanması için ARMS uygun bir yöntem değildir 3. 11

2.3.1.3. Multiplex PCR Yöntemi DNA nın sens ve antisens ipliğine eşleşen iki primer kullanarak yapılan PCR ile delesyonlar saptanabilmektedir. Bir kilobazdan küçük delesyonlar için primer çifti iki ürün oluşturmaktadır. Küçük olan parça delesyon alelinden meydana gelmektedir. Büyük delesyonlar için iki primer arasındaki uzaklık, normal aleli amplifiye etmek için çok uzundur ve ürün sadece delesyon alelinden oluşmaktadır. Bu olgularda normal alel delesyonel diziye eşleşen primer kullanılarak amplifiye edilmektedir 26. Delesyonları saptamada kırılma noktasının yeri biliniyorsa multipleks PCR kullanılmaktadır. 5 ve 3 kırılma bölgeleriyle eşleşebilen primerler, delesyon varlığında delesyonu içeren özgül bir parça şeklinde amplifiye ederler (Şekil 6-C) 25. En sık rastlanan alfa ve beta globin gen kümesi delesyonları için tek basamaklı çoklu PCR protokolü, zahmetli ve zaman alıcı (genelde radyoaktif) Southern blot yöntemi yerine kullanılmaktadır. Prenatal tanı için alfa ve beta gen kümelerinde görülen en yaygın delesyonların saptanmasında, multipleks PCR kullanışlı bir yöntemdir. Beta talasemiye neden olan delesyonlar, Hb Lepore, delta-beta talasemiler ve gama-delta-beta talasemiler veya herediter persistan fetal hemoglobin belirlenmesinde bu PCR yöntemi kullanılmaktadır. Bununla beraber multipleks PCR ile bulunan sonuçların diğer bir seçenek yöntemle (MLPA veya QMPSF gibi) doğrulanması önerilmektedir 3. A B C Şekil 6. Doğrudan mutasyon saptama yöntemleri 25. (A) Alele özgü oligonükleotit hibridizasyonu (ASO), (B) Amplifikasyona dayanıklı mutasyon sistemi (ARMS), (C) Multipleks PCR. 12

2.3.2. Dolaylı Mutasyon Saptama Yöntemleri 2.3.2.1. Heterodubleks Analizler Kapiller elektroforez ile kullanılan ilk mutasyon saptama yöntemlerinden birisi olan heterodubleks analizler, diploid DNA da dizi değişimlerini taramak için popüler bir tekniktir 27,28. Poliakrilamit jel kullanan basit mutasyon saptama yöntemleri arasında en çok kullanılan heterodubleks analizlerdir 28. Yöntem, çift iplik DNA nın yüksek ısı ile erime ısısında tekrar bir araya gelmek üzere tek ipliklerine ayrılması esasına dayanmaktadır. DNA iplikleri tekrar bir araya gelme esnasında, heterozigot olgularda 2 farklı alel birleşirken heterodubleks yapı oluşmaktadır. Heterodubleks, homodubleksten farklı bir 3 boyutlu yapı meydana getirmektedir (Şekil 7) 29. Bu durum da örneğin denatüre olmayan jelde hareketini değiştirmektedir 30. PCR sonrası heterodubleksler, geleneksel jel elektroforezi, dhplc ve TGCE gibi ayırma teknikleri ile analiz edilmektedirler 31. Şekil 7. Heterodubleks oluşumu 29. 13

2.3.2.2. Thermal Gradient Capillary Electrophoresis Yöntemi Kapiller Jel Elektroforezi, moleküllerin uzun bir jel üzerinde tek hat boyunca ayrıştırılması temeline dayanır. 1980 lerin başında kapiller elektroforez, çeşitli moleküllerin ayrımında kullanılmaya başlanmıştır. Örneğe bağlı olarak pek çok ayrım yöntemi geliştirilmiştir 32. TGCE, göreceli yeni bir mutasyon tarama tekniği olup denatürasyon etkisini ve kapiller elektroforezin yüksek çözünürlük kapasitesinden yararlanarak, gen dizisinin yabanıl tip ve mutant tipi arasında oluşan heterodubleksleri saptamaktadır 33. TGCE de kullanılan sıcaklık gradiyenti kapiller boyunca değişmez, fakat zamana göre değişim gösterir. Sıcaklık gradiyenti ile çift sarmal DNA, heterodubleks ve homodubleks parçalara ayrılır. Kapiller sonunda program yazılımı ile sonuçlar bilgisayar ekranına aktarılır 34. 2.3.2.3. Denaturating Gradient Gel Electrophoresis Yöntemi İlk kez 1987 yılında Myers 28 tarafından tanımlanan yöntem, birkaç yüz baz çifte kadar olan DNA moleküllerinin ayrışması ve belirlenmesine olanak vermektedir. DGGE nin prensibinde, denatüre olan DNA molekülü, jelde doğal 3 boyutlu yapısına göre daha yavaş göç etme esasına dayanmaktadır 35. Elektroforetik ayrım çift sarmal DNA molekülünün erime özelliklerine göre artan ısı ya da poliakrilamit jeldeki denatüre ajanın artan gradiyent koşullarına bağlı olarak değişmektedir 3 (Şekil 8) 28. PCR primerlerinden birinin 5 ucunda GC-kıskacı kullanımı ile DNA parçalarında oluşan yüksek ve düşük erime noktaları tespit edilebilmektedir 28, 35. Şekil 8. DGGE yöntemi 28. 14

2.3.2.4. Denaturating High Performance Liquid Chromatogaphy Yöntemi dhplc, mutasyon tarama yöntemleri içerisinde kapiller elektroforeze seçenek oluşturan en çok tercih edilen teknolojilerden birisidir 36. Bilinen bilinmeyen mutasyonların tespitinde kullanılan bu yöntem, tek baz değişimlerini, küçük insersiyonları ve delesyonları yüksek özgüllük ve duyarlılıkla saptamada kullanılmaktadır 37 (Şekil 9) 36. Genlerin ya da gen bölgelerinin hızlı, güvenilir ve ucuz bir şekilde taranmasına olanak sağlar. Yüksek hassasiyeti, jel bazlı veya kapiler elektroforez bazlı sistemlerin yakalayamadığı mutasyonları ya da sekans sistemlerinin tespit edemediği somatik mutasyonları tespit edebilir. Sekanslama işlemi öncesi dhplc sistemiyle yapılan ön mutasyon taraması, maliyet ve zamandan ciddi ölçüde tasarruf edilmesine olanak sağladığından dhplc nin dünya çapında ideal bir sekans öncesi tarama olarak kabul görmesini sağlamıştır 37. Şekil 9. dhplc şematik gösterimi 36. 2.3.2.5. Capillary Electrophoresis-Single Strand Conformational Polymorphism Yöntemi CE-SSCP; 1,2 kilobaza kadar olan PCR parçalarında nokta mutasyon tespitinde yüksek duyarlılıkta başarıyla kullanılmaktadır 28. Yöntemde, çift sarmal PCR ürünü ısı 15

ve kimyasal ajan yardımıyla ayrıştırılır ve tek iplik DNA lar dizilerine bağlı olarak şekil alırlar. Katlanan DNA parçaları denatüre olmayan poliakrilamit jel elektroforezinde üç boyutlu düzenlenmelerine göre ayrılırlar (Şekil 10) 28. Tek iplik DNA parçalarının iki ve üç boyutlu yapılar oluşturması, ısıya bağlıdır ve elektroforez esnasında jelin ısısındaki herhangi bir değişim, geleneksel SSCP de yanlış pozitif veya yanlış negatif sonuçlara neden olabilmektedir. Fakat CE-SSCP de kullanılan ayırıcı matriksin hacminin nanolitre düzeyinde olması ısı kontrolünde çok etkili olmaktadır. Otomatize edilmiş sistemlerde her örneğin çeşitli ısı aralıklarında programlanarak analiz edilmesi mümkün olmaktadır. SSCP nin kapiller elektroforeze uygulanmasında kullanılan jel kimyasal madde içermekte, UV absorbsiyon veya lazerle uyarılmış floresan ile tespit yapılmaktadır 28. Şekil 10. CE-SSCP yöntemi 28. 2.3.3. Gelişmekte Olan Yöntemler 2.3.3.1. Real Time PCR Yöntemi RT-PCR, floresan tekniklerinin kullanıma girmesiyle bir devrim yaşamıştır. Bilinen PCR teknolojisinin geliştirilmiş bir biçimidir. Bu yöntem sayesinde artık gen kopya ürünlerinin düzeylerini sayısal değerlere dönüştürerek ölçmek mümkün olmaktadır. RT-PCR de tepkime eş zamanlı olarak ekranda izlenebilmektedir 38. RT-PCR TaqMan probe yöntemi, çoğaltılmak istenilen DNA ya komplementer olan ve floresan işaretlenmiş tek zincirli bir prob içerir. Floresan işaretli probun 5' 16

ucunda fluorophore (6-karboksifloresin= 6-FAM) ve 3 ucunda quencher (6- karboksitetrametil-rodamin= TAMRA) bulunur. 3 uçtaki basılayıcı TAMRA boyası, 5' uçtaki FAM boyasının sinyal oluşturmasını engellemektedir. Çoğaltılma sırasında hedef nükleik asit dizisi üzerinde primerlerin bağlanma bölgeleri arasında Taq Man problar bağlanır ve primerlerin bağlanmasıyla yeni zincir oluşmaya başlar. Probun bağlı olduğu bölgeye gelindiğinde Taq DNA polimeraz enzimi 5' 3 nükleaz aktivitesi ile FAM ı probdan ayırır. Serbest hale geçen FAM sinyal oluşturur 39 (Şekil 11) 40. Şekil 11. TaqMan RT-PCR yöntemi 40. Hemoglobinlerde görülen yaygın beta globin mutasyonlarının farklı problar kullanılarak, tek tepkime tüpü içerisinde saptanabilmektedir. RT-PCR rutinde kullanılan Yüksek Performans Sıvı Kromatografisi (HPLC) ve İzoelektrik fokuslama (İEF) yöntemlerine seçenek oluşturan bir uygulamadır 41. 2.3.3.2. High Resolution Melting Yöntemi (HRM Analizi) DNA nın HRM analizi 2002 de üniversite ve endüstrinin işbirliği ile ortaya konmuştur. DGGE prensibine benzer olan bu yöntemde PCR ürününün erime özelliği, GC içeriğine, uzunluk ve dizi bileşimine bağlı olmaktadır. Erime özelliğindeki değişiklik, mutasyon varlığında ve heterodubleksler oluştuğunda meydana gelmektedir. Isının artması, çift sarmal DNA yı tek sarmal DNA ya dönüştürmekte ve floresanın azalması, çift sarmal kalıp DNA nın erime ısısına bağlı olmaktadır. LC Green gibi 17

kullanılan yeni kuşak boyar maddelerin geliştirilmesiyle yönteme yüksek özgüllük, yüksek çözünürlük ve erime özelliği katmıştır 3. HRM analizi için öncelikle ilgilenilen mutasyon bölgesini kapsayan kısmın RT- PCR ile amplifikasyonu yapılır. HRM sürecinde amplikon DNA ısısı yaklaşık 50 C den başlayarak 95 C ye kadar yükselir. Bu süre içerisinde amplikonun erime sıcaklığında DNA iki ipliği birbirinden ayrılır (Şekil 12) 42. Çift iplik DNA, yapısal özelliği ve erime sıcaklığındaki (Tm) değişimlerine göre floresan boyalar yardımıyla tanımlanır 43. Şekil 12. HRM analizi 42. 2.3.3.3. Multiple Ligand Prob Amplification Yöntemi MLPA, delesyon ve duplikasyonların sık olarak gözlendiği genetik hastalıkların tanısında kullanılabilen yeni, basit ve hızlı bir yöntemdir 44. En fazla 45 değişik DNA dizisinin PCR tabanlı tek bir tepkime yardımı ile incelenmesidir. Bunun için sadece 20 ng DNA kullanmak yeterlidir. MPLA nükleik asit primerleri yerine prob içerir. Problar hedef dizi ile hibridize olduktan sonra ligasyon tepkimesi gerçekleşir, örnekteki hedef dizinin bir kopyası oluşturulur. Ligasyonlu problar multipleks PCR yöntemi ile çoğaltılır. MPLA yönteminde tüm özgül diziler eş zamanlı olarak amplifiye edilir (Şekil 13) 45. Ürünler dizileme tipi elektroforez cihazında analiz edilirler 46. Son dönemlerde kullanılmaya başlanan MLPA, hedef bölgede yer alan genomik varyantların kopya sayısını tespit ederek, Southern Blot, FISH veya multipleks PCR ye yardımcı değişik seçeneksel bir yöntem olarak, bilinen ve bilinmeyen delesyonların saptanmasında 18

kullanılmaktadır. MLPA da, çoklu prob çiftlerinin ilgilenilen bölgenin karşısına hibridize olması sonrasında, evrensel-etiketli PCR primerleri kullanarak tüm bağlanan prob çiftleri niceleyici PCR ile amplifiye olmaktadır. Sonuçta PCR ürünlerinin parça analizi yapılmaktadır. MLPA günümüzde artan sayıda tanı laboratuarlarında kullanılmaktadır 3. Şekil 13. MLPA yöntemi 45. 2.3.3.4. Quantitative Multiplex PCR of Short Flourescent Fragments Yöntemi Çoklu PCR temeline dayalı yarı niceleyici bir yöntem olan QMPSF, Charbonnier ve ark. 3 tarafından herediter kolorektal kanser sendromundaki duplikasyonları ve delesyonları saptamak için geliştirilmiştir. Boya ile işaretli primer kullanılarak, kısa ekzon parçaların (300 bç den az) sınırlı döngü sayısındaki amplifikasyonu, farklı örnekler arasında üssel fazda DNA kantitasyonuna izin vermektedir. Bunun yanında 5 uçta özgül etiketlerin kullanımı, fragmanlar arasındaki amplifikasyondaki farklılıkları 19

azaltmaktadır. QMPSF, hızlı, göreceli olarak ucuz ve 15-20 hedef içeren kopya sayısı değişimlerini saptayabilen tek basamaklı otomatize bir yöntemdir 3. 2.3.3.5. Arrayed Primer Extension Yöntemi Diğer bir girişimsel olmayan prenatal tanı yöntemi ise arrayed primer extension (APEX) microchip assay dir. Bu yöntemle geniş bir aralıkta mutasyon taraması yüksek işlem hızı ile yapılmaktadır. APEX yöntemi, 5 ucundan cam yüzeye sabitlenmiş ve 3 ucu enzimatik uzama için serbest olan 20-25 bç uzunluğunda oligonükleotitler kullanılarak iki boyutlu mikroçip üzerinde gerçekleştirilmektedir. Tek nükleotit tepkimesi olan bu yöntem, bilinen mutasyonların belirlenmesi için kullanılmaktadır. Problar mutasyon bölgesinin başlama yerinden sadece bir nükleotit öncesinde sonlanırlar. Hibridize olmuş tek iplik PCR hedef dizisinin varlığında probun 3 ucunun tek nükleotit uzaması, hedef DNA nın bir sonraki bazıyla eşleşebilen floresan işaretli tek dideoksinükleotitlerin (ddntp) eklenmesini kolaylaştırmaktadır. Bu da mutant ve normal alellerin ayrımını sağlamaktadır. Her mutasyon için çip üzerine iki oligonükleotit prob sabitlenmektedir. Yapılan bir çalışmada, beta lokusunda 11 SNP bölgesinin haplotip analizi bu yöntemle bakılmıştır. Çalışılan çiftler aynı tip beta talasemi mutasyonuna sahip olup, babadan kalıtılan mutant alelin yanı sıra nornal alelin varlığı da yedi maternal plazma örneğinin altısında tespit edilmiştir 47. 2.3.3.6. PNA Nucleic Acid Clamp Yöntemi Günümüze kadar yapılan çeşitli çalışmalardan birisi peptit nükleik asit kıskacı (peptide nucleic acid clamp-pna) deneyidir. Beta talasemide yapılan bir çalışmada normal maternal alelin amplifikasyonu baskılanması için nükleik asit kıskaçları kullanılmış ve mutant amplifikasyonu artıracak bir optimizasyon yapılmıştır 48. 2.3.3.7. MALDI-TOF Kütle Spektrometresi Son dönemlerde MALDI-TOF MS yüksek üretim teknolojisi kullanılarak nükleik asitlerin analizi niteleyici ve niceleyici olarak yapılabilmektedir. Gebelerin dolaşımındaki fetal DNA ve bunun yanında kanser hastalarındaki tümör DNA ve 20

RNA ların analizinde kullanışlı bir teknoloji olarak kabul edilmektedir. Bu sistemle nükleik asitlerin moleküler ağrılıkları doğrudan ve doğru bir şekilde ölçülebilmektedir. Son dönemlerde bu yöntem Trizomi 21 gibi anöploidilerde SNP lerin analizleri ile karyotiplemeye seçenek bir teknik olarak kabul edilmektedir 49. 2.4. Maternal Dolaşımdaki Serbest Nükleik Asitler Dolaşımdaki DNA nın varlığı artık bilinen bir durum olmasına rağmen, moleküler ve biyolojik yönü halen araştırmaların erken safhalarında bulunmaktadır. Araştırmalar, dolaşımdaki nükleik asitlerin doğasıyla ilgili pek çok temel soruların cevabının bulunması için önemlidir. 2.4.1. Maternal Plazmadaki Serbest Fetal DNA Kaynağı Serbest fetal DNA nın maternal plazmadaki sürpriz keşfinden sonra, bu DNA hakkında pek çok bilgi edinilmiştir 22. Serbest fetal DNA nın dolaşıma verilmesinin kaynakları hakkında çeşitli düşünceler mevcuttur. Plasenta, fetal hematopoetik hücreler ve fetüsün kendisi plazmadaki fetal DNA nın kaynakları olarak düşünülmektedir 20. Maternal dolaşımdaki en baskın fetal DNA kaynağının plasenta olduğu pek çok araştırmacı tarafından kabul edilmektedir. Konsepsiyon sonrası 28-30 günden önce fetomaternal dolaşımın belirlenememesi, fetal DNA nın trofoblastlardan köken aldığını düşündürmektedir. Serbest fetal DNA nın plasentadan köken aldığı yapılan çalışmalarla gösterilmiştir 50. Serbest fetal DNA nın plasentada çok fazla miktarda bulunmasının yanında, tek kaynağın plasenta olmadığı düşünülmektedir. Fetal hematopoetik hücreler de fetal DNA havuzuna bir miktar katkı sağlamaktadır. Fetal eritroit hücrelerin gebelerin plasmasında bulunduğu gösterilmiştir 51-53. Fetal eritroit hücrelerin maternal dolaşımdaki varlığı, az olsa bile maternal plazmaya serbest fetal DNA verme potansiyelinin bir göstergesi olduğu öne sürülmektedir 54. 2.4.2. Fetal DNA Serbestleşme Mekanizmaları Serbest fetal DNA nın dolaşıma verilmesi ile ilişkili mekanizmalar nekroz, ve/veya fetal/plasental hücrelerin apopitozu, fetal DNA nın aktif sekresyonu veya terminal farklılaşması olarak bildirilmektedir 55. Bu üçlü içerisinde apopitoz, en olası aday olarak görülmektedir. Apopitoz, genomik DNA nın parçalara ayrılması ile karakterize edilmektedir. Bu rasgele gerçekleşen bir süreç değildir ve DNA nın çeşitli 21

boyutlarda parçalara ayrılması ile sonuçlanmaktadır. Çeşitli yöntemlerle maternal dolaşımdaki sağlam fetal hücrelerin aktif apopitoza gittikleri gösterilmiştir 56,57. Fetal DNA nın apopitoz yolu ile plasentadan köken aldığının başka bir kanıtı da oksidatif stressin trofoblastik doku üzerine etkilerini gösteren bir in vitro model çalışmasıdır. Tjoa ve ark. 58 yaptıkları çalışmada hipoksi-reoksijenasyon durumunda dokuda serbest total DNA miktarının arttığını gözlemişlerdir. Bu durum Kaspaz-3 ün artan aktivasyonu ile hücre apopitozunun artışı sonucu ortaya çıkmıştır. Hücreden serbest fetal DNA nın ortama verilmesi ve apopitozun azalması, ortama antioksidan vitaminlerin konulması ile gözlenmiştir. Fetal DNA nın büyük çoğunluğunun apopitotik cisimcikler olarak bilinen membrana bağlı veziküllerde dolaşımda olduğuna inanılmaktadır. Fetal DNA ların maternal dolaşımda bu durumda kısa süreli kararlı olarak bulunduğu açıklanmıştır 54,55. 2.4.3. Maternal Plazmadaki Fetal DNA nın Zenginleştirilmesi ve Saptanması Serbest fetal DNA nın doğru ölçümü, maternal örneklerin ilk toplama işleminden başlayarak, en son ölçüm basamağına kadar pek çok etmenlere dayanmaktadır. Bu etmenlerden birisi kanın alındığı tüpün içeriği, bekleme süresi ve zenginleştirme işlemidir. Fetal DNA nın zenginleştirme işlemi 2 temel biçimde yapılabilmektedir; birisi serbest fetal DNA nın zenginleştirilmesi, ikincisi de maternal kandaki fetal hücrelerin zenginleştirilmesidir. Fetal DNA nın zenginleştirme işleminde boyut fraksiyonlama yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemle maternal kontaminasyonu önlemek ve maternal plazmadaki fetal DNA miktarını artırmak amaçlanmaktadır. Uygulanan boyut fraksiyonlama işlemi ile 500 bç den büyük boyutlarda bulunan serbest maternal DNA, ortamdan uzaklaştırılmaktadır. Böylece 300 bç den küçük boyutlardaki serbest fetal DNA, ortamda fazla bulunmaktadır. Bu yöntemle gebeliğin ilk evrelerinden (4. hafta) itibaren, dolaşımdaki serbest fetal DNA derişimlerinin zenginleştirilmesi, paternal gen mutasyonlarının tanımlanmasındaki duyarlılığı arttırdığı gösterilmiştir 6. Yüz bin anneye ait hücre (1 ml kan) başına, en fazla fetüse ait 1 hücre düştüğünü kabul eden fikir birliği göz önüne alındığında; fetüse ait kromozom anomalilerinin 22

tespitine yönelik FISH analizi yapabilmek için kaçınılmaz olarak, birtakım hücresel zenginleştirme yöntemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Zenginleştirmenin altında yatan genel strateji, sadece fetüse ait hücreleri içeren saf bir örnek elde etmekten çok, çoğunluğunu fetüse ait hücrelerin oluşturduğu bir örnek elde etmektir. Zenginleştirmeden sonra dahi çoğu hücreler anne kaynaklıdır. Ancak % 0,1 lik fetüse ait hücre sıklığı bile, kromozom özgül problarla yapılan FISH yöntemiyle fetüse ait anöploidilerin etkin analizine izin vermektedir 59. Zenginleştirme, genellikle ilk olarak yoğunluk farkı (dansite gradiyenti) ya da protein ayırma teknikleriyle yapılır. Bazı gruplar, sadece tekli fikol dansite gradiyenti ile nispeten basit zenginleştirmeden sonra fetüse ait tanının mümkün olduğunu savunurken; diğer grupların çoğu, daha ileri zenginleştirme yöntemlerinin gerekli olduğuna inanmaktadırlar. Başlangıç yaklaşımı olarak flow sitometri ya da Manyetik etkinlikli Hücre Ayrıştırma Yöntemi (MACS) kullanılabilir. Her iki teknik de pozitif ayıklama ya da negatif ayıklama kapasitesine sahiptirler. Flow sitometrinin birçok çalışmada faydası ispatlanmıştır, fakat bu teknoloji MACS ye göre daha pahalıdır ve kullanımı daha zordur. MACS nin seçeneksel bir kullanımında ise 50 nm lik manyetik bilyeler ile birleştirilmiş antikorlar, zenginleştirilmek istenen hücrelere doğru yöneltilir. Çözeltideki hücreler bu manyetik alandaki bilyeler tarafından alıkonur (pozitif ayıklama). Sorgulanan antijenden yoksun olan hücreler ise bilyelere bağlanmazlar; manyetik alanda tutulmazlar ve engelsiz geçip atılırlar. Manyetik alanın serbest bırakılmasından sonra bilyelere bağlı hücreler, artık bir sonraki analiz için toplanabilir. Ayrıca bunun tersi de yapılabilir; istenen hücrelerin serbest geçişine izin verilip, istenmeyen hücrelerin manyetik alanda tutulması sağlanabilir. MACS nin avantajı, Floresan Etkinlikli Hücre Ayrıştırma Yöntemi (FACS) ile karşılaştırıldığında daha ucuz olması ve kullanımının kolaylığıdır. Bahsedildiği gibi, MACS fetüse ve anneye ait hücreler arasındaki fiziksel farklılık temeline dayanır. Diğer bir zenginleştirme yaklaşımı ise MACS ile birlikte yapılan zıt akım teknolojisidir (yüklü akımla ayrıştırma tekniği). Bununla birlikte, en uygun zenginleştirme yaklaşımı henüz belirlenememiştir 59. 23