Trisomie 21: Ursache und Entstehung

Vertiefung zum ThemaChromosomen

Jedes Jahr am 21. März tragen viele Menschen bunte, nicht zusammenpassende Socken – zum Welt-Down-Syndrom-Tag. Das Datum ist bewusst gewählt: Menschen mit Down-Syndrom haben das Chromosom 21 dreimal statt zweimal. Wie es dazu kommt und warum das Alter der Mutter dabei eine Rolle spielt, lässt sich mit dem Wissen über Chromosomen und Meiose genau erklären.

Einfach erklärt

Diese Seite vertieft das Thema Chromosomen. Normalerweise hat jede Körperzelle 46 Chromosomen. Bei einer Trisomie 21 gibt es das Chromosom 21 dreimal statt zweimal. Die Zellen haben dann 47 Chromosomen. Die Folgen nennt man Down-Syndrom. Menschen mit Down-Syndrom sind so verschieden wie alle Menschen.

Ei- und Spermienzellen entstehen durch eine besondere Teilung. Sie heißt Meiose. Dabei bekommt jede Ei- oder Spermienzelle nur halb so viele Chromosomen. Manchmal trennen sich die Chromosomen 21 dabei nicht. Dann bekommt eine solche Zelle zwei Chromosomen 21. Nach der Befruchtung hat das Kind drei davon. Meist liegt der Fehler bei der Eizelle.

Ältere Mütter haben ein höheres Risiko. Trotzdem haben die meisten Kinder mit Down-Syndrom Mütter unter 35. In dieser Gruppe kommen nämlich viel mehr Kinder zur Welt. Die Eltern vererben die Trisomie 21 meist nicht. Sie entsteht zufällig neu.

Merke: Bei Trisomie 21 gibt es das Chromosom 21 dreimal.

Was ist Trisomie 21?

Normalerweise enthält jede Körperzelle 46 Chromosomen in 23 Paaren. Bei einer Trisomie (griechisch tri, drei, und soma, Körper) ist ein Chromosom dreifach statt doppelt vorhanden. Bei der Trisomie 21 betrifft das Chromosom 21, das kleinste Autosom des Menschen. Die Zellen haben dann 47 Chromosomen. Im Karyogramm schreibt man das als 47,XX,+21 für ein Mädchen oder 47,XY,+21 für einen Jungen: zuerst die Gesamtzahl der Chromosomen, dann die Geschlechtschromosomen, dann die Abweichung. Wie ein Karyogramm erstellt und gelesen wird, zeigt die Hauptseite zu den Chromosomen und dem Karyogramm.

Die Folgen dieser zusätzlichen Erbinformation nennt man Down-Syndrom, nach dem britischen Arzt John Langdon Down, der es 1866 ausführlich beschrieb. Menschen mit Down-Syndrom sind untereinander so verschieden wie alle Menschen. Gemeinsam ist ihnen eine meist leichte bis mittlere kognitive Beeinträchtigung, typische Gesichtszüge und ein erhöhtes Risiko für einige Erkrankungen, etwa Herzfehler. Fachlich angemessen ist die Formulierung „Menschen mit Down-Syndrom“; die früher verwendete Bezeichnung „Mongolismus“ gilt als abwertend und wird nicht mehr benutzt.

Wie entsteht Trisomie 21? Nondisjunction in der Meiose

Bei der Bildung von Ei- und Spermienzellen wird in der Meiose der doppelte Chromosomensatz halbiert: In der Meiose I werden die homologen Chromosomen getrennt, in der Meiose II die Schwesterchromatiden. Unterbleibt eine dieser Trennungen, spricht man von Nondisjunction (englisch für Nicht-Trennung). Dann erhält eine Keimzelle zwei Exemplare von Chromosom 21, eine andere gar keines. Verschmilzt eine Keimzelle mit zwei Exemplaren mit einer normalen Keimzelle, hat die Zygote drei Exemplare – und mit ihr alle Zellen, die durch Mitose aus ihr hervorgehen.

Untersuchungen der zusätzlichen Chromosomen zeigen, woher sie stammen: In rund 88 Prozent der Fälle von freier Trisomie 21 liegt der Fehler bei der Bildung der Eizelle, in etwa 8 Prozent bei der Bildung der Spermienzelle. Bei rund 3 Prozent entsteht die Fehlverteilung erst nach der Befruchtung bei einer der ersten Zellteilungen. Was Chromatiden und homologe Chromosomen genau unterscheidet, erklärt die Seite Chromatid, Chromosom, Chromatin.

Drei Formen: frei, Translokation, Mosaik

Form	Anteil	Was liegt vor?	Chromosomenzahl
freie Trisomie 21	etwa 95 %	ein ganzes zusätzliches Chromosom 21 in allen Zellen, meist durch Nondisjunction	47
Translokations-Trisomie	etwa 3 %	der lange Arm eines dritten Chromosoms 21 hängt an einem anderen Chromosom, häufig an Chromosom 14	46
Mosaik-Trisomie	etwa 2 %	nur ein Teil der Körperzellen hat drei Chromosomen 21, die übrigen zwei	46 oder 47, je nach Zelle

Die Translokationsform ist die einzige, die in einer Familie gehäuft auftreten kann. Ein Elternteil kann eine sogenannte balancierte Translokation tragen: Ein Chromosom 21 ist mit einem anderen Chromosom verschmolzen, die Erbinformation ist aber vollständig und nicht vermehrt. Diese Menschen sind in der Regel gesund und haben 45 Chromosomen. Bei der Keimzellbildung können jedoch Keimzellen mit zu viel Material von Chromosom 21 entstehen. Trägt die Mutter eine solche Translokation, liegt die Wahrscheinlichkeit für ein Kind mit Down-Syndrom bei etwa 15 Prozent, beim Vater unter 5 Prozent – unabhängig vom Alter der Mutter. Bei der Mosaikform entsteht die Fehlverteilung erst nach der Befruchtung; je nachdem, wie viele Zellen betroffen sind, können die Merkmale schwächer ausgeprägt sein.

Trisomie 21 und das Alter der Mutter

Die Wahrscheinlichkeit einer Trisomie 21 steigt mit dem Alter der Mutter deutlich. Eine Auswertung europäischer Fehlbildungsregister (EUROCAT) für die Jahre 1990 bis 2009 ergab: Verglichen mit Müttern zwischen 25 und 29 Jahren war die Häufigkeit bei Müttern von 35 bis 39 Jahren etwa 5,5-mal und ab 40 Jahren etwa 17-mal so hoch. Insgesamt wurde eine Trisomie 21 in rund 22 von 10.000 Schwangerschaften festgestellt, das entspricht etwa 1 zu 450. Lebend geboren wurden rund 11 von 10.000 Kindern mit Trisomie 21, also etwa 1 zu 900 – der Unterschied geht vor allem auf Schwangerschaftsabbrüche nach Pränataldiagnostik zurück. Was dort untersucht wird, erklärt die Seite zur pränatalen Diagnostik.

Trotzdem werden die meisten Kinder mit Down-Syndrom von Müttern unter 35 Jahren geboren. Das ist kein Widerspruch: In dieser Altersgruppe kommen insgesamt viel mehr Kinder zur Welt. Warum das Risiko mit dem Alter steigt, hängt mit der Biologie der Eizellen zusammen. Alle Eizellen einer Frau beginnen ihre Meiose schon vor ihrer Geburt und verharren dann in der Meiose I – bis zum Eisprung, oft Jahrzehnte später. Die Proteine, die die Chromosomen in dieser Zeit zusammenhalten, werden nicht erneuert und lassen mit der Zeit nach. Das gilt als eine wichtige Ursache für Fehlverteilungen.

Vertiefung Oberstufe: Warum gerade Chromosom 21?

Fehlverteilungen kommen bei allen Chromosomen vor. Dass man bei Neugeborenen fast nur Trisomien der Chromosomen 13, 18 und 21 sowie Abweichungen der Geschlechtschromosomen findet, liegt an der Gendosis: Jedes zusätzliche Chromosom bringt zusätzliche Kopien vieler Gene mit, die dann etwa anderthalbmal so stark abgelesen werden. Je mehr Gene betroffen sind, desto stärker wird die fein abgestimmte Entwicklung gestört. Trisomien großer, genreicher Chromosomen führen deshalb meist schon sehr früh zu Fehlgeburten. Chromosom 21 ist das kleinste Autosom und trägt vergleichsweise wenige Gene – eine Trisomie ist mit dem Leben vereinbar.

Die EUROCAT-Daten zeigen den Unterschied deutlich: Die Trisomie 18 (Edwards-Syndrom) und die Trisomie 13 (Pätau-Syndrom) wurden in Europa deutlich seltener festgestellt als die Trisomie 21, und nur ein kleiner Teil der betroffenen Kinder wird lebend geboren. Auch bei ihnen steigt die Häufigkeit mit dem Alter der Mutter. Eine Monosomie, also das Fehlen eines Autosoms, ist beim Menschen in der Regel nicht lebensfähig. Nur das Fehlen eines Geschlechtschromosoms (45,X, Turner-Syndrom) kommt bei Neugeborenen vor.

Seit den 1980er-Jahren ist die Lebenserwartung von Menschen mit Down-Syndrom in Ländern mit guter medizinischer Versorgung stark gestiegen, von etwa 25 Jahren auf 50 bis 60 Jahre in den 2000er-Jahren – unter anderem dank früher Behandlung von Herzfehlern und besserer Förderung.

Fachbegriffe

Trisomie

Ein Chromosom liegt dreifach statt doppelt vor; die Zelle hat 47 statt 46 Chromosomen.

Nondisjunction

Fehlende Trennung homologer Chromosomen (Meiose I) oder Schwesterchromatiden (Meiose II).

Translokation

Ein Chromosomenstück ist an ein anderes Chromosom angeheftet.

Mosaik

Nebeneinander von Zellen mit unterschiedlicher Chromosomenzahl in einem Körper.

Karyogramm-Formel

Kurzschrift für den Chromosomenbefund, z. B. 47,XY,+21.

Gendosis

Anzahl der Kopien eines Gens; eine zusätzliche Kopie erhöht meist die Genaktivität.

Weiterlernen