Durch ionisierende Strahlen hervorgerufene Mutationen beim Menschen - Feststellungsmethoden in vivo und in vitro -

Jérôme Lejeune, Universität Paris.

Gersbach & Sohn Verlag GMBH, München, 1960. Druck : Julius Steeger & Co., Bayreuth.


Sommaire

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Sonderdruck

aus dem in der Schriftenreihe des Bundesministers für Atomkernenergie und Wasserwirtschaft unter dem Titel "Die Mutationsrate bei Versuchstieren und beim Menschen" erschienenen Heft 17 "Strahlenschutz".

In dem Gesamtheft sind die auf dem internationalen Genetiker-Symposium vom 27. Februar bis 1. März 1959 in Barsinghausen/Hannover gehaltenen Referate mit Diskussionsbeiträgen abgedruckt. Außerdem enthält die Schrift, ergänzend zu Heft 5 "Strahlenschutz", weitere Referate mit Diskussionsbeiträgen über Mutationsfragen, die vor dem Arbeitskreis IV/4 "Strahlenbiologie" der Deutschen Atomkommission gehalten worden sind.

Die Abschätzung der Erbschädigung durch Bestrahlung menschlicher Population beruht auf der Messung der mutativen Strahlungswirkung beim Menschen. Da in den vorangegangenen Vorträgen die natürlichen Mutationen beim Menschen und die künstlichen Mutationen beim Tier behandelt wurden, befassen wir uns jetzt lediglich mit den Methoden, die uns zur Zeit die Feststellung solcher Mutationen gestatten, die durch Strahlungen hervorgerufen sind.

Je nachdem beabsichtigt ist, Genmutationen oder somalische Mutationen zu studieren, bieten sich verschiedene Untersuchungsmethoden an.

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A - Feststellung von Genmutationen

Da die Feststellung von Genmutationen auf der Beobachtung erblicher Anomalien beruht, die bei der Nachkommenschaft bestrahlter Individuen auftreten, besteht die Methode in einem Vergleich dieser Kinder mit der Nachkommenschaft nichtbestrahlter Individuen.

Die bei dieser Art von Untersuchungen auftretenden Schwierigkeiten bestehen vor allem in der Ungenauigkeit der Schätzung der von den Gonaden der be-strahlten Individuen tatsächlich erhaltenen Strahlungsdosis. Unter den hierzu erschienenen Veröffentlichungen geben lediglich diejenigen von I. I. Kaplan (3) hinreichend genaue Angaben, denn es handelt sich dort um therapeutische Bestrahlungen, die auf die Ovarien zentriert waren.

Die zweite Schwierigkeit besteht darin, eine "korrekte" Vergleichsgruppe zu erhalten. In unserer Untersuchung (Turpin, Lejeune und Rethore) (2) haben wir die Kinder von gleichen Eltern verglichen, die vor und nach der Behandlung eines der Elternteile geboren wurden. Bei anderen Untersuchungen (Neel, Schull und Mitarbeiter [1] und Macht und Lawrence [5], Tanaka, Katumi und Ohkura [6]) wurde eine ähnliche Vergleichsgruppe gewählt. Beide Vergleichsgruppen haben die ihnen eigenen Fehler und die beste Methode würde wohl darin bestehen, sie gemeinsam zu verwenden.

Die dritte Schwierigkeit betrifft die Auswahl der Kriterien, nach denen die Kinder verglichen werden.

Das systematische Studium einer einzigen Mutantenklasse ist nicht möglich, denn sie hat keine Aussicht, signifikant zu sein.

Auch bei einer Anomalie von sehr großer Häufigkeit (1/1000) und bei Annahme einer Verdoppelung dieser Häufigkeit durch die Bestrahlung der Eltern müßte die Gruppe etwa 15000 Personen und 15000 Kinder der Bestrahlten umfassen, um einen signifikanten Unterschied zu erhalten. Bei geringerer Häufigkeit (in der Größenordnung von 2x10-5), wie sie bei dominanten Mutationen angetroffen wird, wird der Umfang der erforderlichen Gruppe völlig unerreichbar.

Wenn es sich um eine Anomalie mit einer Häufigkeit p (z. B. Achondroplasie oder Marfan-Syndrom) handelt, muß die Größe etwa 12x p sein, um sicherzustellen, daß die Anomalie bei den Kindern der Bestrahlten doppelt so häufig auftritt. Tatsächlich ist die ganze Erscheinung aber noch komplexer. Die beobachteten Fälle sind nicht nur neue Mutationen, sondern die Summe vererbter Fälle plus neuer Mutationen. Dies bedingt eine weitere Erhöhung der Gruppengröße. Außerdem ist die Tatsache einer genauen klinischen Diagnose des Merkmals von außerordentlicher Bedeutung, vor allem, wenn es sich um Untersuchungen von sehr großen Gruppen handelt.

Bei der Unmöglichkeit, die Erhöhung der Mutationsrate an einem bekannten Lokus zu studieren, sind wir gezwungen, das Resultat einer Summe von Mutationen zu untersuchen.

In dieser Hinsicht können drei Klassen von Mutanten unterschieden werden:

1. Die dominanten Letalfaktoren, die eine Sterilität, eine verringerte Fruchtbarkeit, eine Erhöhung der Fehlgeburten, eine Erhöhung der Neugeborenen-sterbiichkeit und eine Erhöhung der Totgeburten mit sich bringen können. Aus diesen diagnostischen Gründen läßt sich nur die Neugeborenensterblichkeit und die Totgeburtenhäufigkeit genau beobachten. Leider macht der Einfluß zahlreicher nichterblicher Faktoren (Alter der Mutter, Geburtenrang, soziale Verhältnisse usw.) die Schlüsse, die man aus einer solchen Untersuchung ziehen kann, sehr fraglich.

2. Ungünstige Gene, die dadurch sichtbar werden, daß sie dominante Erbmerkmale hervorrufen, die durch angeborene Mißbildungen festgestellt werden können.

3. Rezessive Letalfaktoren, die mit dem Geschlecht in Verbindung stehen oder durch das Geschlecht kontrolliert werden, indem sie das Geschlechtsverhältnis bei der Geburt variieren lassen.

Sehr schematisch kann das Resultat der bisherigen Untersuchungen, soweit sie veröffentlicht sind, in nebenstehender Übersicht zusammengefaßt werden.

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Geschlechtsverhältnis

Man sieht, daß das einzige Kriterium, bei dem man ein einigermaßen überzeugendes Ergebnis feststellen kann, das Geschlechtsverhältnis in der Nachkommenschaft bestrahlter Mütter ist. Dieses Merkmal hat den Vorteil, daß es auf der Gesamtgruppe beruht, daß die Information einfach zu erhalten ist und selbst durch schriftliche Befragung gesammelt werden kann, ohne daß ein wesentlicher Fehler das Ergebnis fälscht. Unsere persönliche Erfahrung in Paris zeigt, daß bei einer späteren Nachprüfung am Wohnort die von den Eltern ausgefüllten Fragebogen keinen Fehler in bezug auf die Geschlechtsangabe zeigten. Dagegen waren die Angaben über Fehlgeburten und selbst über Totgeburten oft unvollständig und z. T. auch falsch.

Das Geschlechtsverhältnis der Nachkommenschaft bestrahlter Eltern scheint also zur Stunde einen doppelten Vorteil zu bieten:

- es ist das einzige Merkmal, bei dem wir "etwas" beobachtet haben

- es ist am einfachsten und am billigsten zu untersuchen.

Beobachtete WirkungBestrahlung infolge von KriegsereignissenBerufliche Bestrahlung (Röntgenologen)Therapeutische Bestrahlung
Sterblichkeit im Uterus(1) Erhöhung nicht signifikant(4) (5) Erhöhung nicht signifikant (6) Erhöhung signifikant(3) nicht beobachtet (2) nicht beobachtet
Mißbildungen bei der Geburt(1) keine signifikante Wirkung beobachtet(5) Erhöhung signifikant. Cardiopathten angeboren*)(2) keine signifikante Wirkung (3) keine Wirkung beobachtet
Geschlechtsverlhaltnis
Nach Bestrahlung der Mutter(1) Verminderung der Knabenzahl*)(2) (3) Verminderung der Knabenzahl (begrenzt)*)
Nach Bestrahlung des Vaters(1) Erhöhung der Knabenzahl(5) Verminderung der Knabenzahl (6) Erhöhung der Knabenzahl*)(3) Erhöhung der Knabenzahl (bei starken Dosen) (7) Verminderung der Knabenzahl (bei schwachen Dosen)**)
(*) bedeutet, daß die augenblicklichen Ergebnisse statistisch signifikant sind. (*: P < 0.05 und **: P < 0.01).

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Schwierigkeiten

Das Geschlechtsverhältnis hat aber auch einen großen Nachteil. Wir wissen überhaupt nicht, was die beobachteten Abweichungen bedeuten. Es ist zwar naheliegend, daran zu denken, daß es sich bei den bestrahlten Müttern um rezessive Mutationen handelt, die an das Geschlecht gebunden sind, oder um ungünstige Mutationen, die vom Geschlecht kontrolliert werden. Unter dieser Annahme und unter Berücksichtigung der bekannten Wirkung des mütterlichen Alterns kann eine verdoppelnde Dosis von 30 r direkt berechnet werden (Lejeune und Turpin) (7).

Leider ist die Verwendung der beobachteten Daten nach einer Bestrahlung des Vaters erheblich delikater. Hier scheint es nach der vorangegangenen Übersicht, als ob die Richtung der Variation von der Gesamtdosis oder gar von der Intensität der aufeinanderfolgenden Bestrahlungen abhängt. Aus den japanischen Ergebnissen von Hiroshima und Nagasaki geht eine solche Tendenz hervor, sie ist aber keineswegs signifikant. Sicherlich ruft eine Bestrahlung des Vaters bei sehr kleinen Dosen eine Verschiebung des Geschlechtsverhältnisses in demselben Sinn hervor, wie sie durch das Alter hervorgerufen wird (Verringerung der Knabenzahl, Lejeune und Turpin) (7), aber man kann den Widerspruch zwischen den Untersuchungen von Lejeune, Turpin und Rethore (8) und denen von Tanaka und Koji (6) bei chronischen Bestrahlungen nicht aus der Welt schaffen.

Als Abschluß dieser kurzen Übersicht über die Methode der Feststellung von Genmutationen kann man sagen, daß im Verhältnis zu den aufgetretenen Schwierigkeiten die Ergebnisse sehr gering und fragwürdig sind; wenn das Geschlechtsverhältnis das ergiebigste Merkmal zu sein scheint, so können seine Schwankungen doch nicht befriedigend erklärt werden.

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Loeffler:

Am Ende dieser Sitzung möchte ich in Ihrer aller Namen noch einmal unseren Dank aussprechen,

dem Menschen Balke, der uns einen Teil seines freien Wochenendes geopfert hat, das er sonst vielleicht bei seiner Familie hätte verbringen können, dem Kollegen Balke, der mit uns - das war eigentlich ein besonders schönes Erlebnis - diskutiert hat,

dem Minister Balke, bei dem wir unsere Wissenschaft und unsere Sorge aufgehoben wissen, der uns auch viel Arbeitsmöglichkeiten eröffnet hat, und von dem wir wissen, daß er auch in Zukunft unserer wissenschaftlichen Betätigung gewogen bleiben wird.

Unser Dank an Sie, Herr Minister, soll sein, daß wir bestrebt sein werden, unsere wissenschaftliche Arbeit - soweit es in unseren Kräften liegt - zu guten Ergebnissen und zu einem guten Ende zu führen.

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B - Somatische Mutationen in vivo

Die somalischen Mutationen in vivo sind im Gegensatz zu den Genmutationen praktisch nicht feststellbar, wenn sie im Zellstadium letal sind. Wenn sie dagegen eine anomale Wachstumskapazität mit sich bringen, führen sie zu strahlungsverursachten Neoplasien.

Eine kritische Analyse der vorhandenen Ergebnisse hat für die uns hier interessierende Frage keine Bedeutung, wir möchten aber doch folgendes bemerken:

1. Das Aufstellen einer Gleichung des Typs 1 Mutation (oder n Mutationen) in einer Zelle (oder in n Zellen) = 1 Leukämie, wie dies als Basis zur Abschätzung der genetischen Wirkung der Strahlung auf somalische Zellen dient, ist zum mindesten gewagt.

2. Selbst wenn sich eine solche Gleichung als richtig herausstellen sollte, muß man festhalten, daß nach den Ergebnissen von Court Brown und Doll (9) eine verdoppelnde Dosis von 30 r für den Erwachsenen geschätzt wird, während nach den Ergebnissen von Stewart und Webb (10) die verdoppelnde Dosis etwa 3 r betragen soll, also für den Foetus im Uterus 10mal kleiner als für den Erwachsenen ist.

Diese beiden Beobachtungen zeigen, daß wir nur gewisse Resultate der hervorgerufenen somalischen Mutationen feststellen können, und daß keine quantitative Angabe gemacht werden kann (vgl. Lejeune und Turpin) (11). Außerdem macht die mögliche Existenz einer "Schwelle" die Situation für den Genetiker, der die Zahl der strahlungsverursachten Mutationen messen möchte, noch konfuser. Abgesehen von diesen Mutationen mit selektiver Wirkung (letale oder neoplastische) können gewisse scheinbar neutrale Mutationen in naher Zukunft vielleicht ein beseres Studienobjekt darstellen.

Die Arbeiten von Goudie (1957) (12) und diejenigen von Atwood (1959) (13) scheinen zu zeigen, daß in dem Blut normaler Individuen gewisse Blutzellen existieren, die ihre normalen Antigen-Eigenschaften verloren und teilweise neue erworben haben. Diese Ausnahmezellen könnten das Ergebnis somalischer Mutationen in erytropoietischem Stamm sein. Die Argumente von Atwood (1958) und seine genaue Messung (durch radioaktive Zählung) der Häu-figkeit anomaler Zellen lassen daran denken, daß dieser Umweg gestatten könnte, eine gewisse Zahl somalischer Mutationen zu testen.

Immerhin muß man bemerken, daß nur die "regressiven" Mutationen festgestellt werden können. Die Isolierungsmethode beruht auf der Nicht-Agglutination durch das Anti-A mancher Zellen eines AB-Individuums, wobei diese Zellen ihre übrigen spezifischen agglutinogenen Eigenschaften behalten haben. Diese Zellen können also erscheinen als A2B oder OB usw. Ebenso gestattet der Verlust des Antigens B, eine andere Sorte dieser Ausnahmezellen festzustellen.

Jedenfalls ist es klar, daß eine Mutation einer Zelle 00 in AO, wenn sie existiert, unmöglich bewiesen werden kann, da sie vom Organismus nicht "toleriert" würde.

Diese Einschränkung, die einen erzwungenen Umweg bei der Beurteilung dieser Mutationen erfordert, wirft die Frage auf, ob es sich hier wirktich um Genänderungen handelt oder, was ebenfalls plausibel erscheint, um Verluste auf Chromosomen-Ebene.

Im übrigen weist die Entdeckung von Änderungen dieser Art bei gewissen Leukosen (Salmon und Mitarbeiter, 1958) (14) auf das große Problem der Anti-gen-Signalisierung bei der Geweberegulierung der Säugetiere.

Trotz dieser vielen Unbekannten bleibt doch als ein nicht geringer Vorteil der Methode von Atwood die Möglichkeit, die Rate dieser wahrscheinlich somalischen Mutationen als Folge therapeutischer Bestrahlung oder der Anwendung radioaktiver Isotope in vivo zu studieren.

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C - Untersuchung in vitro

Die Entwicklung von Kulturen menschlicher Gewebe und die Erreichung einer genauen Technik bei der Analyse der menschlichen Chromosome gestatten die Beobachtung der Strahlungswirkung auf die Chromosome.

Diese Wirkungen werden augenblicklich in mehreren Laboratorien untersucht, und zwei Veröffentlichungen wurden kürzlich hierüber gemacht, Bender (1957) (15) und Puck (1958) (16).

Die Technik dieser Autoren besteht darin, Kulturzellen zu bestrahlen, die Mitosen durch Kolchizin zu verschiedenen Zeiten nach der Bestrahlung zu blockieren und die Häufigkeit chromosomischer Anomalien in den bestrahlten Zellen und in Vergleichszellen der gleichen Herkunft zu vergleichen.

Die häufigste Anomalie ist ein Bruch einer Chromatide, festgestellt bei der Mitose durch einen Bruch eines einzelnen Chromosomenfadens.

Aus seinen Untersuchungen folgert Bender, daß nur 3 r ebensoviel künstliche Brüche hervorrufen, wie sie spontan auftreten. Puck seinerseits glaubt, daß 50 r eine genügende Dosis darstellen, um durchschnittlich einen Chromosomenbruch pro Mitose hervorzurufen.

Man sieht hieraus, wie klein die wirksamen Dosen beim menschlichen Material zu sein scheinen.

Bei stärkeren Dosen von 75 bis 300 r treten stärkere komplexe Abänderungen auf: chromatische Brücken, Translokationen und Ringchromosome können dann nach Puck beobachtet werden (16).

Nach unserer Ansicht haben nur diese schweren Veränderungen einen wirklichen Wert. Die einfachen Brüche sind in ihrer Bedeutung durch die Tatsache beeinträchtigt, daß die Präparierungstechnik sowie das Stadium, in der die Zellen fixiert werden, beim Entstehen dieser Brüche eine große Rolle spielen. Nach unserer persönlichen Erfahrung gilt: je deutlicher eine Zelle erkennbar ist (gut getrennte Chromosomen durch hypotonischen Schock), um so größer ist die Häufigkeit von Brüchen. Außerdem bleibt die Wirkung des Kolchizins auf die mechanische Resistenz der Chromosomen eine Unbekannte. Natürlich fallen diese Einschränkungen bei den großen Veränderungen, wie reziproken Translokationen oder Ringchromosomen, die bei nichtbestrahlten Kulturen niemals beobachtet werden, fort.

Es ist deshalb wahrscheinlich, daß, wenigstens in absehbarer Zeit, die Gewebekulturen die Möglichkeit geben, die Strahlungsempfindlichkeit der menschlichen Chromosome zahlenmäßig zu erfassen.

Damit haben wir das Recht zu fragen, welche Aussage über die genetische Wirkung der Strahlen uns diese Kenntnis gestattet. Es leuchtet ein, daß fast alle diese Chromosomen-Mutationen bei der Meiose in vivo ausgemerzt werden, und daß sie infolgedessen keine eigentliche genetische Wirkung haben, abgesehen von einer Verringerung der Fruchtbarkeit, die aber beim Menschen nicht festgestellt werden kann.

Die Kenntnis der chromosomischen Krankheiten unserer menschlichen Art wird uns eines Tages die Möglichkeit geben, eine Brücke zu schlagen zwischen den krankhaften Merkmalen, die wir klinisch kennen und den chromosomischen Veränderungen, die wir in vitro beobachten.

Bis heute sind, wenigstens nach meiner Kenntnis, nur zwei Beweisstücke hierzu veröffentlicht: das eine betrifft einen Zwitter mit der Formel XXY (Jacobs und Strong, 1959) (17), das andere den Mongolismus. Wir haben (Lejeune, Gauthier, Turpin, 1959) (18) bei drei mongoloiden Kindern das Vorhandensein eines überzähligen Chromosoms beobachtet, und zwar jedesmal des gleichen. Es handelt sich um ein sehr kleines telozentrisches Körperchen, morphologisch dem Y-Chromosom sehr ähnlich. Wenn sich diese Beobachtung in der Folge bestätigen sollte, dann könnten wir von jetzt ab zwei chromosomische Anomalien bei unserer Art identifizieren, die Intersexualität und den Mongolismus. Damit besteht die Hoffnung, daß weitere Entdeckungen unsere Kenntnis auf diesem Gebiet schnell vervollständigen werden. Dann würde die Reproduktion einer chromosomischen Anomalie mittels Röntgenstrahlen, die wir als Ursache einer klinischen Gegebenheit kennen, eine genaue genetische Kennzeichnung haben.

Außerhalb der eigentlichen Chromosomen-Untersuchungen werden die Gewebekulturen sehr wahrscheinlich auch die Möglichkeit geben. Punktmutationen zu determinieren - sei es durch Beobachtung einer Änderung der Antigen-Eigenschaften, wie sie oben für Mutationen in vivo diskutiert wurden - sei es durch Selektion der biochemischen Mutanten in Mangelmilieu. Es ist sicherlich noch verfrüht, die mögliche Entwicklung der Untersuchungen in vitro auf dem Gebiet der menschlichen Genetik zu beurteilen, es ist aber durchaus möglich, daß die von Carrel erfundene Technik auf dem uns interessierenden Gebiet ebenso fruchtbar sein wird, wie die Kultur der Neurospora crassa es für die physiologische Genetik gewesen ist.

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Schlußfolgerung

Diese kurze Übersicht über die Methoden zur Feststellung strahlungsverursachter Mutationen beim Menschen und deren Ergebnisse zwingt uns zu der Feststellung, daß die tatsächlichen Ergebnisse sehr spärlich sind im Vergleich zu unserem dringenden Bedürfnis nach genauen Tatsachen.

Allerdings sind die somalischen Zellen in vivo und in vitro bei weitem noch nicht genügend erforscht, und von dieser Seite ist noch mit einer reichen Ernte zu rechnen. Ich möchte aber abschließend auf die absolute Notwendigkeit fortgesetzter Untersuchungen an der Nachkommenschaft bestrahlter Eltern besonders hinweisen. Wie wir zu Beginn unserer Ausführungen gesehen haben, handelt es sich um eine undankbare Aufgabe, und die gesammelten Beobachtun-gen sind schwierig zu interpretieren; sie allein aber geben uns direkte Unterlagen über die Gefahren, denen die Kinder ausgesetzt sind, wenn ihre Eltern ionisierenden Strahlen ausgesetzt waren. Und dies ist letzten Endes das Problem, das uns hier zusammengeführt hat.

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Diskussion

(zugleich von Teil A des Referates vom Nachmittag des Vortages)

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Marquardt:

Mutabilität ist ein Charakteristikum, das allen Zellen eigen ist, also nicht nur den Keimzellen, von denen wir bisher gesprochen haben, sondern auch den somatischen Zellen. Da die Zahl der somatischen Zellen größer ist als die der Keimzelten, da die Einwirkungsdauer einer chronischen Strahlenbelastung auf somatische Zellen über die ganze Lebenszeit sich erstreckt, während bei den Keimzellen die Betastung sich immer nur für die Zeit der Fortpflanzungsfähigkeit auswirken kann, muß auch das Phänomen der somatischen Mutation in unserem Zusammenhang berücksichtigt werden. Die Schwierigkeit liegt darin, daß wir umdenken müssen. Wir können somatische Mutationen nicht mit den üblichen Methoden der Kreuzungs-Genetik erfassen. Denn charakteristisch für die somalischen Mutationen ist eben, daß sie nur in somatischen Zellen und somit nur während der Lebensdauer eines behan delten Individuums sich auswirken können.

Ich danke jedenfalls Herrn Lejeune sehr für seinen interessanten Vortrag, der uns die Möglichkeit gibt, diese Seite des Mutationsgeschehens, die man nicht vergessen sollte, überhaupt hier in Auge zu fassen.

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Stodtmeister:

Ich möchte dem Vortragenden beipflichten, daß es nicht angeht, die Leukämie ein-fach als somatische Mutation der hämatopoetischen Zellen zu definieren. Wahrscheinlich liegen die Verhältnisse bei der Leukämie ähnlich, wie sie von Marquardt bei der Entstehung von Malignomen an der regenerierenden Rattenleber nachgewiesen wurden. Das würde bedeuten, daß somatische Mutationen die Entstehung einer Leukämie zwar begünstigen können, aber nicht zwangsläufig zur Folge haben. Die klinischen Beobachtungen, auf die ich hier nicht im einzelnen eingehen kann, würden sich mit einer solchen Auffassung auch durchaus in Einklang bringen lassen. Sicher bestehen auch Beziehungen zur Dosis. Auf dem Internationalen Hämatologenkongreß in Rom 1958 zeigte der japanische Pathologe Watanabe, daß eine Häufung von Leukämien um das Zehnfache nur in einer bestimmten Entfernung (2000 m) vom "hypocenter" auftrat. Außerhalb dieses Kreises war die Leukämie die gleiche wie im übrigen Japan. Watanabe zeigte in dem gleichen Vortrag auch, daß die allgemeine Leukämierote in Japan in den letzten Jahren signifikant angestiegen ist.

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Marquardt:

Ich möchte Herrn Lejeune fragen, ob er zu diesem Zusammenhang von Leukämien einerseits und Mutationen andererseits mehr sagen möchte, als er in seinem Vortrag gesagt hat.

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Lejeune:

Der Mechanismus der Entstehung von Leukämien durch ionisierende Strahlen ist sicher sehr komplex. Nach den Ergebnissen von Hiroshima und von Nagasaki sowie denen durch therapeutische Bestrahlung der Wirbelsäule (Court Brown und Doll) ist eine Dosis von 30 bis 50 r erforderlich, um die Frequenz der Leukämien beim Erwachsenen zu verdoppeln. Nach Stewart und Webb besteht beim Foetus im Uterus dagegen schon bei Einwirkung von 3 r das gleiche Risiko. Es ist sehr wahrscheinlich, daß der Foetus tatsächlich zehnmal so empfindlich ist wie der Erwachsene. In dem unreifen Organismus sind die Vorgänge zur Produktion von Antikörpern wenig aktiv und man kann sich vorstellen, daß die Wahrscheinlichkeit des Überlebens eines mutierenden Klons erheblich größer beim Foetus als beim Erwachsenen ist.

Es ist so gut wie sicher, daß nur ein sehr kleiner Bruchteil mutierender Zellen fähig ist, einen Klon zu produzieren, der den Abwehrkräften des Organismus widersteht und dadurch die Leukämie auslöst. Die lineare Beziehung: Strahlendosis/Frequenz der Leukämien ist also ein schlechtes Maß für die Häufigkeit von Mutationen. Diese Beziehung beweist lediglich, daß die durch Röntgenstrahlen hervorgerufenen Mutationen um so häufiger sind, je stärker die Dosis ist, ohne daß man ihre absolute Zahl abschätzen kann. Man stellt aber bei massiven Bestrahlungen fest, daß die Beziehung Dosis/Häufigkeit der Leukämien eine Neigung zum Anstieg aufweist und exponentiellen Charakter annimmt. Die Antikörper bildenden Systeme könnten verantwortlich für diese Abweichung von der Linearität sein.

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v. Verschuer:

Ich möchte Herrn Lejeune fragen, welche Meinung er über die Entstehung und Bedeutung von Polyploiden bei Leukozyten in bezug auf das eben hier erörterte Problem hat.

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Lejeune:

Unter üblichen Kulturbedingungen erscheint ein gewisser Prozentsatz tetraploider Zellen, im allgemeinen 2 bis 5 Prozent. Eine bemerkenswerte Tatsache ist, daß dieser Prozentsatz bei aufeinanderfolgenden Entnahmen konstant bleibt, was daran denken läßt, daß die Polypioiden keinen Selektionsvorteil in vitro gegenüber dem normalen Diploiden besitzen. Jedenfalls sind die beobachteten Polypioiden regelmäßig, d. h. die Gesamtzahl der Chromosomen ist ein Mehrfaches von 46.

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Fritz-Niggli:

Ist der Zusammenhang von schwacher Bestrahlung des Foetus in Utero und Leu-kämie statistisch gesichert? Ich kenne nur die Ergebnisse von 1956/57. Dabei handelt es sich um sehr kleine Zahlen, die dann von anderen Statistikern angegriffen wurden.

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Lejeune:

Die Ergebnisse von Miß Stewart (a) sind durchaus signifikant, wenn sie sich auch auf ein indirektes Argument beziehen: "unter den Müttern von Kindern, die an Leukämie gestorben sind, ist die Bestrahlungsfrequenz im Laufe der betreffenden Schwangerschaft doppelt so groß wie bei Müttern von Vergleichskindern." Die statistische Signifikanz dieses Unterschiedes kann nicht bezweifelt werden.

(a) Stewart A., Werb J. et Hewitt D. - A survey of childhood maligancies Brit. Med. J. vol. i, p. 1495-1508 (1958)

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Fritz-Niggli:

Eine weitere Frage wegen der Polypioidie: polyploide Zellen kennt man ja auch normalerweise bei Tieren und bei Menschen.

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Lejeune:

Das ist möglich, aber beim Menschen nicht bewiesen. Es ist kein menschliches Gewebe bekannt, das ausschließlich aus polypioiden Zellen zusammengesetzt ist, jedenfalls soviel mir bekannt ist.

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Fritz-Niggli:

Ich möchte noch einmal kurz auf die Leukämie als somatische Mutation zu sprechen kommen. Sie ist bei Mäusen eindeutig virusbedingt und hormonabhängig.

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Lejeune:

Ja, das weiß ich.

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Fritz-Niggli:

Leukämie scheint mir deswegen ein schwieriges Beispiel zu sein, wir haben histologisch identische Mamma-Carcinome von Menschen untersucht. Sie hatten alle verschiedene Chromosomenrassen, sowohl hyperploide als auch Chromosomenzahlen unterhalb der Norm, z. B. 24 bis 36. Diese verschiedenen Zellrassen stammen sicherlich kaum von Punktmutationen her, sondern von einer Selektion chromosomengestörter Zellen, die primär durch physiologische Störungen der Mitose, Chromosomenänderungen etc., zustande kommen. Nachher entwickelt sich eine vitale Rasse, die durch subletale Schädigungen der normalen Zellen selektioniert wird. Aber das Primärergebnis ist dann nicht mehr identisch mit dem, was in den Krebszellen beobachtet wurde.

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Lejeune:

Es ist wohl unvorsichtig, das einfache Schema: Krebs = Chromosomenanomalie anzunehmen. Es ist durchaus mögtich, daß Gene existieren, deren Wirkung die Mitose regelt. Eine Mutation an einem solchen Gen wird eine Störung in der Chromosomenverdoppelung hervorrufen und damit zu einer Abartigkeit (Variegation) der chromosomischen Steuerung der Zelle führen. Vielleicht ist eine Mutation dieser Art die primäre Ursache zahlreicher Carzinome.

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Langendorff:

Da Herr LeJeune wiederholt Hiroshima und Nagasaki erwähnt hat, wollte ich noch eine kurze Bemerkung dazu machen. Nach einer Mitteilung von Mitarbeitern von mir, ist zu sagen, daß bezüglich der Leukämierate die Angaben von Hiroshima nicht ganz sicher sind, denn erstens fehlt eine genaue Dosisangabe; man weiß über die Dosen, die aufgetreten sind, sehr wenig, und zweitens wurde bis 1945 in Japan der Totenschein von der Polizei ausgestellt, also weiß man über die Leukämierate in Japan vor 1945 außerordentlich wenig Bescheid. Die Frage, ob hier ein wirklich echter Anstieg der Leukosen vorliegt, ist also nur ungenügend gesichert. Soweit mir bekannt ist, sollen in Nagasaki mehr lymphatische Leukämien und weniger myeloische Leukämien aufgetreten sein. Aber ich würde nach den Mitteilungen meiner Mitarbeiter, die sich immerhin vier Monate lang mit dieser Frage in Hiroshima und Nagasaki beschäftigt haben, sagen, daß diese Dinge noch mit großer Vorsicht angesehen werden müssen. Mit ähnlicher Vorsicht ist auch die Frage des Anstiegs der Leukämien bei Radiologen zu behandeln. Auch bei diesen sind ja die Strahlendosen zu unterschiedlich, um zu einer Bewertung über die Frage des Anstiegs der Leukämien herangezogen zu werden.

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Schade:

Ich möchte fragen, ob man nicht vermuten kann, daß gewissermaßen im physiologischen Bereich bei Soma-Zellen Veränderungen in der Chromosomenzahl auftreten können, und zwar wenn eine pathologisch vermehrte und schnelle Zellteilung auftritt, wie das beim Krebs und der Leukämie der Fall ist. Können Änderungen, wie Polypioidie und Aneuploidie, wie sie bei der Leukämie gefunden wurden, als indirekte Folge der schnelleren Zellteilung erklärt werden? Eine zweite Frage betrifft die von Herrn Lejeune erwähnte Verdoppelungsdosis von 3 r. Kann man da nicht denken, daß dieser Wert eventuell darauf zurückzuführen sein könnte, daß die differenzierteren Gewebe empfindlicher wären?

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Lejeune:

Ich glaube tatsächlich, daß die genetische Homöostasie des Foetus weniger hoch ist als diejenige des Erwachsenen. Die größere Empfindlichkeit des unreifen Organismus dürfte kein Zellphänomen sein, sondern auf seiner Unfähigkeit beruhen, mutante Zellen zu eliminieren.

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Vogel:

Am meisten von den Befunden von Herrn LeJeune haben mich die überzähligen Chromosomen bei den sieben mongoloiden Personen interessiert. Nun sind aber überzählige Chromosomen beim Menschen auch normalerweise häufig be-schrieben worden. Kodani hat bei einem relativ großen Prozentsatz aller Menschen zwei oder ein überzähliges Chromosom beschrieben. Nun ist mir bekannt, daß die Befunde von Kodani nicht von allen Zytologen anerkannt werden, aber auf der anderen Seite zeigt er doch sehr überzeugende Bilder. Nun möchte ich Sie fragen, Herr Lejeune:

1. Wie häufig haben Sie solche überzähligen Chromosomen bei Gesunden gefunden?

2. Was halten Sie von den Befunden von Kodani, und wie kombinieren Sie Ihre Befunde mit denen von Kodani?

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Lejeune:

Wir haben niemals ein überzähliges Chromosom bei normalen Individuen beobachtet. Mehr als 100 Individuen, die in Frankreich, Schweden, England und Amerika untersucht wurden, hatten alle die normale Zahl von 46. Wir sind deshalb überzeugt, daß das überzählige Chromosom der Mongoloiden einen formellen ätiologischen Wert besitzt.

In bezug auf die Beobachtungen von Kodani (b) besteht ein Zweifelsmoment über den Ursprung der untersuchten Testikel. Es ist keineswegs auszuschließen, daß diese Biopsien von tatsächlich anomalen Individuen stommen. Man könnte allerdings auch andere Erklärungen in Erwägung ziehen. Bei Drosophila melanogaster ist das Y-Chromosom praktisch unsichtbar in somalischen Zellen (vor allen in den Riesenzellen), dagegen besitzt es im Keimepitel eine gut sichtbare Portion Heterochromatin. Ebenso existieren bei einigen Arten, z. B. bei Polycetis tenuis, zusätzliche Chromosomen, die mehr oder weniger auf das Keimepitel beschränkt sind. Immerhin stehen diese Hypothesen im Widerspruch zu der Tatsache, daß Ford und Hamerton (c) regelmäßig 46 Chromosomen in den Testikeln normaler Individuen gefunden haben. Wenn also noch einige Zweifel in bezug auf das Keimepitel infolge der besonderen Untersuchungsschwierigkeiten bestehen, so ist diese Frage in bezug auf die somatischen Zellen endgültig gelöst. Normale Individuen haben alle 46 Chromosome, wie dies Tjio und Levan (d) zum ersten Mal vor zweieinhalb Jahren be-hauptet haben.

(b) Kodani M. - The supernumerary chromosome of man - Am. J. Hum. Genet. 10: 125 (1958).

(c) Ford, C. E. et Hamerton, J. L. - The chromosome of man - Nature, 178: 1020-1023 (1956).

(d) Tjio H. J. et Levan A. - The chromosome number of man - Hereditas 42: 1-6 (1956).

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Fritz-Niggli:

Können sich bei der Zucht in vitro eventuell durch Milieu-Faktoren nicht auch die Chromosomenzahlen ändern?

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Lejeune:

Wir haben nichts Derartiges beobachtet, wenn es auch durchaus möglich erscheint. Z. B. sind die Zellen eines jungen Mongoloiden, die sieben Monate kultiviert wurden, ohne Veränderung Träger der typischen Zahl von 47 Chromosomen geblieben. Immerhin beobachteten wir bei den systematischen Untersuchungen nur sehr frische Kulturen, die weniger als 15 Tage in vitro sind, um die Möglichkeit des von Ihnen erwähnten Effektes zu vermeiden.

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Ulrich:

Nur ganz kurz zur Chromosomenzahl des Menschen. Bisher galt die Zahl 48, jetzt 46. Sie betonen aber, Herr Lejeune, daß diese Zahl in somatischen Zellen gefunden wurde. Wie die Chromosomenzahlen in den Keimbahnzellen sind, ist demnach noch nicht sicher. Könnte der Unterschied zwischen der alten Chromosomenzahl (48) und der jetzt gültigen (46) vielleicht darauf beruhen, daß die Keimbahn 48, das Soma 46 hat? Ich frage deshalb, weil wir bei Tieren Fälle kennen, wo regelmäßig die Chromosomenzahl in den Kleinbahnzellen größer ist als in den Somazellen. Dieser Unterschied kommt während der Embryonalentwicklung zustande: Es wird jeweils eine gewisse Anzahl, wahrscheinlich ganz bestimmter (keimbahnbegrenzter) Chromosomen aus den Kernen der künftigen Somazellen eliminiert. Könnte das nicht beim Menschen auch so sein? Könnten die differierenden Zahlen 46 und 48 eventuell auf dem Vorhandensein eines Paares keimbahnbegrenzter Chromosomen beruhen?

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Lejeune:

Hierzu kann icht nichts sagen. Es ist nicht unmöglich, daß ein Chromosomenpaar besteht, das auf die Geschlechtszellen beschränkt ist. Immerhin ist eine solche Tatsache bei den genetisch eingehend untersuchten Säugern, wie Ratte, Maus und Hamster, nicht bekannt.

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v. Verschuer:

Ich möchte ein anderes Thema anschlagen. Es betrifft die Mutationen der Blutgruppen. Es gibt ja beim Menschen die Erscheinung der sogenannten Chimären. In dem Buch von Race und Sanger (*) sind einige solcher Fälle aus der Literatur beschrieben worden. Es handelt sich dabei um Menschen, die ein Gemisch von zwei verschiedenen Blutgruppen haben. Nun ist in dem Buche von Race und Sanger als Erklärung angeführt worden, daß es sich dabei um zweieiige Zwillinge handelt. Eineiige Zwillinge können ja nicht verschiedene Blutgruppen haben. Bei ihnen kommen zwar Anastomosen der Plazenta-Kreisläufe vor, aber bei zweieiigen Zwillingen ist das nicht der Fall. Die Erklärung, die von den Autoren gegeben wurde, besagt, daß ein Austausch während des embryonalen Lebens stattgefunden habe. Solch ein Austausch kommt eventuell beim Rind vor, nicht aber beim Menschen. Es ist meines Wissens noch kein Fall von Anastomosen bei dichorischen Zwillingen beschrieben worden. Diese Erklärung von Race und Sanger ist also für mich nicht befriedigend. Ist eine Erklärung für diese Chimären etwa auf dem Wege der Mutation möglich?

(*) Race, R. R. und R. Sanger: Die Blutgruppen des Menschen (Blood Groups in Man, III Ed.) Deutsche Übersetzung von Prokop (Stuttgart 1958).

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Lejeune:

Das erscheint wenig wahrscheinlich, da die Antigen-Unterschiede mehrere Blutgruppen betreffen. Man müßte dann annehmen, daß ganz zu Beginn der Embryogenese eine Medullarzelle gleichzeitig an verschiedenen Loci mutiert hätte. Dies ist äußerst unwahrscheinlich, übrigens sind Gefäßanastomosen zwischen zweieiigen Zwillingen beim Rind bekannt (Fall von "free martin"). Die Tatsache, daß sie beim Menschen unbekannt sind, kommt vielleicht nur daher, daß man sie für unmöglich hält und aus diesem Grunde nicht nach ihnen sucht. So etwas ist sehr häufig in der Geschichte der Wissenschaft.

Haut

Vogel:

Zur Ergänzung dessen, was Herr Lejeune gesagt hat: Ich habe vor kurzen für eine Zeitschrift die Originalmitteilung über zwei dieser Chimären (**) referiert, und in beiden Fällen war erwähnt, daß es sich um nachgewiesene zweieiige Zwillinge handelt. Es sind also bisher nur Chimären beschrieben worden, die aus zweieiigen Zwillingspaaren stammen. Man hat allerdings umgekehrt eine größere Reihe zweieiiger Zwillingspaare auf dieses Merkmal hin untersucht und nichts Derartiges gefunden. Da dieses Merkmal also bisher nur bei zweieiigen Zwilligen wirklich beschrieben worden ist, erscheint mir die Hypothese einer mutativen Entstehung unwahrscheinlich. Dagegen ist es wahrscheinlich, daß in Ausnahmefällen Anastomosen zwischen den Plazentar-Kreisläufen zweieiiger Zwillinge vorkommen.

(**) Über Blutchimären: Booth, P. B.; Flaut, Gertrude; James, J, D.; Ikin, Elizabeth, W.; Moores, Phyllis; Sanger, Ruth; Race, R. R. Blood chimerism in a pair of twins. Brit. Med. J. II: 1456-1548 (1957). Dunsford, I.; Bowley, C. C.; Hutchison, Ann M.; Thompson, J. S.; Sanger, Ruth; Race, R. R. A human blood-group chimera. Brih Med. J. II: 81 (1953). Nicholas, J. W.; Jenkins, W. J.; Marsh, W. L. Human blood chimeras. A study of surviving twins. Brit. Med. J. I: 1458-1460 (1957). Ueno, S.; Suzuki, K.; Yamazawa, K. Human chimerism in one of a pair of twins. Acta genet. statist. med. 8: 1-7 (1958). Woodruff, M. F. A. A human blood group chimera. Brit. Med. J. II: 1103 (1953).

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v. Verschuer:

Ja, das war auch meine Auffassung, aber ich wollte doch hören, ob hier vielleicht die Möglichkeit einer anderen Deutung gegeben wäre. Als interessant möchte ich noch hinzufügen, daß in einem dieser Fälle sämtliche untersuchten Blutgruppen-Systeme von dem einen auf den anderen überführt worden sind, mit Ausnahme des Lewis-Systems, so daß man daraus über die Theorie des Lewis-Systems wieder besondere Rückschlüsse ziehen kann.

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Marquardt:

Ich glaube, der Vortrag von Herrn Lejeune in unserer Diskussion hat doch gezeigt, daß neben den Keimzellen-Mutationen die Bearbeitung und vor allem die Klärung der methodischen Grundlagen, die mit dem Phänomen der somalischen Mutationen zusammenhängen, auch für unseren Rahmen eine große Bedeutung haben. Die Gefahr, die aus der Beschäftigung mit den somatischen Mutationen unausweichlich kommen wird, wird die sein, daß eine ganze Reihe von Phänomenen, die damit gar nichts zu tun haben, vorschnell mit diesem so schönen, wohlklingenden Begriff in Zusammenhang gebracht werden. Um gerade diese Gefahr von einer vielleicht anderen Seite her zu beleuchten, würde es mir zweckmäßig erscheinen, wenn Herr Lehmann uns kurz über die Arbeiten des Kieler Pathologen Doerr über Herzmißbildungen, also über embryonale Mißbildungen referieren würde, denn bei derartigen Untersuchungen scheint die Gefahr einer zu einseitigen Interpretation als somalische Mutationen immer gegeben zu sein. Wir würden durch diesen Bericht dann wahrscheinlich den ganzen Abstand sehen zwischen dem, was wir als somatische Mutationen bezeichnen dürfen, und manchem, was ganz andersartig interpretiert werden muß.


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Literaturverzeichnis

(1) et (1b) Schull, W. S. et Neel, J. V., 1958. Radiation and the Sex Ratio in Man. Science, 128, 343-347.

(2) Turpin, R., Lejeune J. et Rethore M. O., 1956. Etude de la descendance des sujets traités par radiotherapie pelvienne - act. Gen. et. Stat. Med. 6, 204.

(3) Kaplan I. I., 1957. J. Canad. Med. Assoc. 76, 43.

(4) Crow, J. F., 1955. A comparison of foetal and infant death rates in the progeny of radiologists and pathologists. Am. J. Roentgenol 73, 467.

(5) Macht, S. H. et Lawrence, P. S., 1955. National survey of congenital malformations resulting from exposure to roentgen radiation. Am. J. Roent. and Radiumtherapie 73, 422-466.

(6) Tanaka, Katumi et Koji Ohkura, 1958. C. R, du Congrès international de Génétique -Montreal p. 287.

(7) Lejeune, J., Turpin, R., 1957. Mutations radio-induites chez l'homme et dose de doublement. C. R. Ac. Sc. 6 mai 1957.

(8) Lejeune, J., Rethore, M. O. et Turpin, R., 1959. Sur les variations de la masculinite dans la descendance de parents irradiés. C. R. Xème Congres international Génét. Montreal, p. 163.

(9) Court Brown et Doll, 1957. Leukoemia and apiastic anaemia in patients irradiated for ankylosing spondytitis. Med. Research Council spec, Rep. No. 295 M. S. A., London.

(10) Steward (A) et Webb (J), 1958. A survey of childhood malignancles. Brit. Med. Journal 9, 1495-1508.

(11) Lejeune J. et Turpin R., 1959. Sur le mecanisme genetique possible des radio leucémies. Le sang - 1959 (sous presse).

(12) Goudie R. B., 1957. Somatic segregation of anagglutmable erythrocytes. Lancet 272, 1333.

(13) Atwood K. C. et Scheinberg S. J., 1959. Somatic Variation in Human Erythrocyte Antigens Biology Division Oak Ridge Tennessee (sous presse) (manuscrit aimablement communiqué par les auteurs).

(14) Salmon C., Dreyfus D. et Andre R., 1958. Double population de gtobules différant seulement par l'antigène du groupe ABO, chez un malade leucémique Revue d'Hematologie 1958, 13, 148.

(15) Bender M. A., 1958. X ray induced Chromosome aberration in normal diploid human tissue culture. Science 126, 974-975.

(16) Puck T. T., 1958. Action of Radiation on mammalian cells. Proc. Nat. Acad. Science U. S. A. 44, 8, 772-780 - Aout 1958.

(17) Jacobs P. A. et Strang J. A., 1959. A case of human intersexualify having a possible XXY sex determining mechanism. Nature 183, 302-303.

(18) Lejeune J., Gauthier M. et Turpin R., 1959. Les chromosomes humains en cultures de tissus C. R. Acad. Sciences - Paris.