Epigenetik

Epigenetik omfattar mekanismer som etablerar och ibland ärftligt upprätthåller genreglerande tillstånd utan att DNA-sekvensen ändras, främst genom DNA-metylering, histonmodifieringar, nukleosomorganisation och regulatoriska RNA. Systemet är centralt för embryonal utveckling och cellidentitet men samtidigt dynamiskt, vävnadsspecifikt och nära sammanflätat med genetisk variation, metabolism, miljö och sjukdom.

Begrepp, avgränsning och historik

Epigenetik kan i snäv mening definieras som studiet av stabila, mitotiskt eller meiotiskt ärftliga förändringar i genfunktion eller kromatintillstånd som inte förklaras av förändrad DNA-sekvens. Mitotisk epigenetisk ärftlighet innebär att ett uttryckstillstånd bevaras när en somatisk cell delar sig, exempelvis när en hepatocyt ger upphov till dotterceller som behåller hepatocytens transkriptionsprogram. Detta cellminne är grundläggande för att flercelliga organismer ska kunna upprätthålla många celltyper trots att de i huvudsak har samma genom.

Meiotisk nedärvning avser överföring genom könsceller till avkomman. Den ska skiljas från transgenerationell nedärvning, där en epigenetiskt medierad effekt påvisas i generationer som inte själva varit direkt exponerade. De flesta somatiska epigenetiska tillstånd överförs inte genom meiosen, eftersom däggdjur genomgår omfattande omprogrammering både i tidiga embryon och i primordiala germinalceller. Genomisk prägling är ett specialfall där föräldraursprungsspecifika tillstånd etableras i könscellerna och rekonstrueras för varje generation.

Conrad Waddington lanserade termen på 1940-talet för att beskriva processerna mellan genotyp och fenotyp under utvecklingen. Hans epigenetiska landskap framställer cellen som en kula som rör sig genom förgrenade dalar: signaler och genregulatoriska nätverk leder cellen mot allt stabilare utvecklingsbanor. Landskapet är en systemsbiologisk metafor för kanalisering och attraktortillstånd, inte en direkt modell av DNA-metylering eller histoner.

I bredare moderna definitioner omfattas stabila kromatinförändringar även när strikt ärftlighet ännu inte har visats. En övergående ökning av transkription efter receptoraktivering är däremot inte automatiskt epigenetik. RNA-modifieringar som N6-metyladenosin hör vanligen till epitranskriptomik, eftersom de främst påverkar RNA-stabilitet, splitsning och translation. Självpropagerande prionkonformationer kan förmedla icke-genetiskt cellminne, särskilt hos jäst, men räknas inte alltid som epigenetik eftersom mekanismen inte behöver påverka kromosomens funktion.

Kromatinets grundorganisation och epigenomets komponenter

Kromatin består av DNA, histoner och ett stort antal associerade proteiner och RNA. Grundelementet är nukleosomen, där cirka 147 baspar DNA bildar ungefär 1,65 vänstervridna varv runt en histonoktamer med två exemplar vardera av H2A, H2B, H3 och H4. Mellan nukleosomerna finns länk-DNA av varierande längd. Histon H1 kan binda vid DNA:s in- och utträde och bidra till kompaktering, men kromatin i levande celler bildar inte en enda regelbunden högre ordningsstruktur.

Euchromatin är generellt tillgängligt, relativt nukleosomrörligt och berikat på aktiva gener och regulatoriska element. Heterochromatin är tätare packat och delas funktionellt i konstitutivt heterochromatin, exempelvis centromer- och telomernära repetitiva regioner, och fakultativt heterochromatin, där utvecklingsgener eller en inaktiv X-kromosom kan hållas tystade. Begreppen är relativa: även heterochromatin måste tillfälligt öppnas för replikation och reparation.

Nukleosompositioneringen avgör om promotorer, enhancers och transkriptionsfaktorers motiv är fysiskt åtkomliga. Positionerna påverkas av DNA-sekvens, transkriptionsfaktorer, histonmodifieringar och ATP-beroende remodelleringskomplex. Histonvarianter ger ytterligare specialisering. H2A.Z förekommer bland annat nära promotorer och regulatoriska element, medan CENP-A ersätter H3 i centromert kromatin och är nödvändigt för kinetokorbildning och korrekt kromosomsegregation.

Epigenomet är därför inte en enkel samling kemiska märken. Det utgörs av DNA-metylering, histonvarianter och histonmodifieringar, nukleosompositioner, kromatintillgänglighet, tredimensionella kontakter, kromatinbundna RNA och regulatoriska proteiner. Transkriptionsfaktorer rekryterar modifierande enzymer, medan kromatintillståndet i sin tur avgör vilka transkriptionsfaktorer som kan binda.

DNA-metylering: etablering, underhåll och genomisk fördelning

Vid DNA-metylering överför en DNA-metyltransferas en metylgrupp från S-adenosylmetionin, SAM, till kol 5 i cytosinringen. Produkten är 5-metylcytosin, 5mC, medan SAM omvandlas till S-adenosylhomocystein. Hos människan sker reaktionen främst i CpG-dinukleotider. Genomet innehåller omkring 28 miljoner CpG-positioner, och 5mC motsvarar ungefär 1 procent av DNA-baserna i somatiska celler.

DNMT3A och DNMT3B etablerar de novo-metylering på tidigare ometylerat DNA, särskilt under embryonal utveckling, differentiering och bildning av könsceller. DNMT1 svarar huvudsakligen för underhåll efter replikation. När dubbelhelixen kopierats är den gamla strängen metylerad medan den nybildade initialt saknar märket. UHRF1 känner igen sådant hemimetylerat DNA och bidrar till att rekrytera DNMT1, som har omkring 10–40 gånger högre preferens för hemimetylerat än för ometylerat DNA. Därmed återställs ett symmetriskt CpG-mönster.

Metyleringen är ojämnt fördelad. Repetitiva element och transposonrelaterade sekvenser är vanligen starkt metylerade, vilket begränsar transposition och illegitim rekombination. Genkroppar är ofta metylerade även i transkriberade gener och kan där bidra till att undertrycka felaktig intern transkriptionsinitiering. CpG-öar vid promotorer är däremot oftast ometylerade i normala celler, även om vissa utvecklingsgener och den inaktiva X-kromosomen utgör viktiga undantag.

Metylering får inte tolkas med regeln ”metylerat betyder avstängt”. Promotorhypermetylering kan vara direkt repressiv, men metylering i genkroppar sammanfaller ofta med aktiv transkription. Vid enhancers kan demetylering vara en följd av att transkriptionsfaktorer redan bundit. Både orsakssamband och effekt beror således på locus, celltyp och vilket protein som känner igen sekvensen.

Demetylering och metyleringsberoende genreglering

Passiv demetylering uppstår när DNMT1–UHRF1-systemet inte återställer metyleringen efter replikation. Andelen metylerade DNA-molekyler späds då successivt ut över flera celldelningar. Mekanismen är särskilt betydelsefull vid embryonal omprogrammering och kan förstärkas genom att DNMT1 utestängs från vissa kärnkompartment eller att oxiderade cytosinderivat inte känns igen som normala underhållssubstrat.

Aktiv demetylering inleds av TET1, TET2 eller TET3. Dessa järn- och α-ketoglutaratberoende dioxygenaser oxiderar 5mC stegvis till 5-hydroximetylcytosin, 5hmC, därefter 5-formylcytosin, 5fC, och 5-karboxylcytosin, 5caC. TDG kan avlägsna 5fC och 5caC. Base-excision repair fyller sedan luckan med omodifierat cytosin. Processen kopplar alltså en enzymatisk oxidationsserie till DNA-reparation.

Metylerat CpG kan direkt hindra bindning av vissa transkriptionsfaktorer, medan andra är okänsliga eller till och med föredrar metylerade motiv. Indirekt repression sker genom methyl-CpG-bindande proteiner, exempelvis MeCP2 och MBD-proteiner. Dessa kan rekrytera histondeacetylaskomplex, nukleosomremodellerare och H3K9-metyltransferaser, varpå DNA-metylering, minskad histonacetylering och H3K9-metylering stabiliserar varandra.

5hmC är särskilt rikligt i nervvävnad och ska inte enbart betraktas som en kortlivad mellanprodukt. Det har egna genomiska fördelningar och läsarproteiner och är kopplat till neuronal differentiering och aktivitet. Standardmässig bisulfitsekvensering rapporterar emellertid både 5mC och 5hmC som ”metylerat” cytosin. I hjärnprover kan detta ge en biologiskt missvisande skattning om oxiderande bisulfitmetoder eller TAB-seq inte används.

Histonmodifieringar: writers, erasers och readers

Histoner modifieras bland annat genom acetylering, lysin- och argininmetylering, fosforylering, ubiquitinylering och sumoylering. Därutöver finns metaboliskt kopplade acyleringar såsom crotonylering och laktylering. Enzymer som sätter märken benämns writers, de som avlägsnar dem erasers och proteiner som binder märkena readers.

Lysinacetylering minskar den elektrostatiska attraktionen mellan histon och negativt laddat DNA. Minst lika viktigt är att acetyllysin känns igen av bromodomäner i transkriptions- och remodelleringskomplex. Histonmetylering ändrar däremot inte laddningen på motsvarande sätt. Utfallet bestäms av vilken aminosyra som modifieras, metyleringsgraden och vilka läsarproteiner som rekryteras.

Begreppet ”histonkod” är användbart men riskerar att antyda en deterministisk kod liknande den genetiska. Märken är i praktiken kontextberoende, dynamiska och ofta konsekvenser av pågående transkription. I pluripotenta celler kan utvecklingsgeners promotorer samtidigt bära H3K4me3 och H3K27me3. Sådana bivalenta domäner håller gener lågaktiva men beredda; vid differentiering förloras vanligen det ena märket när promotorn övergår till ett aktivt eller stabilt represserat tillstånd.

ATP-beroende kromatinremodellering och tredimensionell genomorganisation

SWI/SNF-, ISWI-, CHD- och INO80-familjerna använder energin från ATP-hydrolys för att förskjuta, omstrukturera eller avlägsna nukleosomer. De avsätter inte själva kovalenta märken, men kan exponera eller dölja DNA-motiv och därigenom avgöra om transkriptionsfaktorer, polymeraser och reparationsproteiner får tillträde.

Enhancers ökar transkription från målpromotorer, ofta över stora genomiska avstånd, medan silencers bidrar till repression. Kontakten möjliggörs av tredimensionella kromatinloopar. CTCF och cohesin bidrar till isolatorfunktion och till avgränsning av topologiskt associerade domäner, TAD, inom vilka kontakter är vanligare än över domängränser. En förändrad gräns kan göra att en enhancer aktiverar fel gen trots oförändrad enhancer- och promotorsekvens.

Laminaassocierade domäner ligger ofta vid kärnperiferin och är berikade på sent replikerande, transkriptionssvagt heterochromatin. Kärnans tredimensionella organisation är dock dynamisk och omformas vid differentiering, mitos och sjukdom. Den ska ses som ytterligare en regulatorisk nivå, inte som en statisk karta.

SWI/SNF-komponenter är ofta muterade i cancer. Förlust av exempelvis ARID1A eller SMARCB1 kan ändra vilka enhancers som är tillgängliga, rubba differentieringsprogram och skapa beroende av motverkande repressiva system såsom Polycomb. Tumörfrämjandet beror således inte bara på ökad eller minskad transkription generellt, utan på att cellidentitetens regulatoriska arkitektur omfördelas.

Icke-kodande RNA och självstabiliserande regulatoriska nätverk

Små icke-kodande RNA kan påverka både RNA-omsättning och kromatin. miRNA är omkring 22 nukleotider långa och binder mål-mRNA via Argonauteinnehållande komplex, vilket leder till minskad translation eller RNA-nedbrytning. De får en epigenetisk funktion när de reglerar mRNA för exempelvis DNMT, TET, HDAC eller Polycombproteiner och därmed förändrar kromatintillståndet sekundärt.

siRNA är typiskt 20–25 nukleotider och kan i växter och vissa svampar styra sekvensspecifik heterochromatinbildning, bland annat genom H3K9-metylering och DNA-metylering. piRNA är cirka 24–31 nukleotider, binder PIWI-proteiner och hämmar transposoner i germinalceller. Rent posttranskriptionell RNA-interferens är däremot inte i sig epigenetik om den inte etablerar eller upprätthåller ett stabilt kromatintillstånd.

lncRNA definieras operationellt som transkript längre än 200 nukleotider. De kan fungera som guider för kromatinmodifierare, ställningar för flerproteinkomplex eller lokala ankare som verkar nära sitt transkriptionslocus. Funktion måste visas experimentellt; en stor del av lång icke-kodande transkription behöver inte vara regulatorisk.

XIST är huvudexemplet. RNA:t produceras från den X-kromosom som ska inaktiveras, sprids i cis och bidrar till rekrytering av repressiva komplex, inklusive Polycomb. Därefter stabiliseras tillståndet av histonmodifieringar, förändrad kärnlokalisering och DNA-metylering.

Epigenetiska tillstånd kan även upprätthållas genom återkoppling. En linjebestämmande transkriptionsfaktor kan aktivera sin egen gen, rekrytera acetyltransferaser till linjespecifika enhancers och samtidigt inducera repressorer av alternativa cellöden. Kromatinmodifierarna gör i sin tur faktorns bindningsställen mer tillgängliga. Nätverket får då ett självstabiliserande attraktortillstånd som kan bestå efter att den ursprungliga signalen försvunnit.

Epigenetiskt minne vid replikation, mitos och DNA-reparation

DNA-metylering har den tydligaste kopieringsmekanismen. Efter semikonservativ replikation känner UHRF1 igen hemimetylerade CpG och rekryterar DNMT1, som metylerar dottersträngen. Mekanismen är inte felfri, men ger en direkt molekylär koppling mellan föräldra- och dotterkromatid.

Föräldrahistoner fördelas mellan de replikerade kromatiderna, medan histonchaperoner som CAF-1 deponerar nytillverkade histoner på det nybildade DNA:t. De nya histonerna modifieras därefter med hjälp av lokala reader–writer-slingor: ett läsarprotein binder ett gammalt märke och rekryterar enzymet som avsätter samma märke på närliggande nukleosomer. Histonmärken har dock i regel ingen lika direkt kopieringsprincip som komplementär DNA-metylering.

Vid mitos avlägsnas många transkriptionsfaktorer och kromatinkontakter, men vissa faktorer eller histonmärken kvarstår vid regulatoriska regioner. Sådan mitotisk bookmarking underlättar snabb återaktivering efter celldelningen. Dessutom kan självaktiverande transkriptionsnätverk återbilda tillståndet även om enskilda molekylära märken tillfälligt försvinner.

DNA-reparation kräver lokal kromatinöppning och efterföljande återmontering. Dubbelsträngsbrott aktiverar bland annat PARP1- och ATM-signalering, histonmodifiering och rekrytering av remodellerare. Både homolog rekombination och icke-homolog sammanfogning, NHEJ, kan lämna förändrade lokala metylerings- eller histonmönster. Oxidativa lesioner kan via OGG1, TET-proteiner och base-excision repair kopplas till demetylering. Efter reparation kan därför genetiskt identiska dotterceller få olika uttryckstillstånd och bidra till klonal epigenetisk heterogenitet.

Epigenetisk omprogrammering, embryonal utveckling och cellidentitet

Efter fertilisation genomgår genomet omfattande demetylering. Det paternella genomet demetyleras relativt snabbt med betydande bidrag från TET3-medierad oxidation, medan demetyleringen av det maternella genomet i större utsträckning sker passivt under replikation. Föräldraursprungsspecifika imprints och vissa repetitiva regioner skyddas delvis från denna radering.

Hos människa sker den huvudsakliga zygotiska genomaktiveringen omkring 4–8-cellstadiet. Efter blastocyststadiet och i samband med implantation etablerar DNMT3A och DNMT3B nya metyleringsmönster. Dessa kombineras med linjespecifika transkriptionsfaktorer och enhancerlandskap för att begränsa utvecklingspotentialen och stabilisera cellidentitet.

En andra global omprogrammering sker i primordiala germinalceller. Gamla somatiska mönster och föräldraimprints raderas, varefter könsspecifika imprints etableras under gametogenesen. Denna dubbla omprogrammering är en viktig barriär mot transgenerationell överföring av förvärvade epigenetiska tillstånd.

Vid differentiering aktiveras linjespecifika enhancers, alternativa utvecklingsprogram stängs och bivalenta promotorer upplöses mot antingen H3K4me3-dominerad aktivitet eller H3K27me3-dominerad repression. Inducerade pluripotenta stamceller visar att tillstånden kan reverseras: OCT4, SOX2, KLF4 och MYC kan omprogrammera somatiska celler till pluripotens. Processen är emellertid ineffektiv och kan vara ofullständig. Kvarvarande DNA-metylering eller kromatinorganisation från ursprungscellen kan ge epigenetiskt minne och snedvrida senare differentiering.

Doskompensation, genomisk prägling och klassiska modellfenomen

Hos personer med två X-kromosomer inaktiveras tidigt i utvecklingen vanligen den ena X-kromosomen i varje cell. Valet är i huvudsak slumpmässigt och ärvs sedan mitotiskt, vilket skapar en mosaik av cellkloner med maternellt respektive paternellt X aktivt. XIST sprids över den framtida inaktiva kromosomen i cis, följt av Polycombassocierade märken, kompaktering och DNA-metylering vid många promotorer. Vissa gener undgår dock inaktivering.

Genomisk prägling innebär föräldraursprungsspecifik monoallelisk expression. Metylerade imprinting control regions och differentially methylated regions styr insulatorer, promotorer och kromatinloopar. Vid IGF2/H19-locus möjliggör den paternella kromosomens metyleringsmönster IGF2-expression, medan CTCF-bunden isolatorfunktion på den maternella kromosomen begränsar enhanceråtkomst till IGF2 och gynnar H19-expression.

Felaktig prägling, deletion eller uniparental disomi kan orsaka imprintingsyndrom. Prader–Willis syndrom uppstår vid förlust av paternellt uttryck i 15q11–q13, medan Angelmans syndrom vanligen beror på förlust av maternell UBE3A-funktion i relevanta nervceller. Beckwith–Wiedemanns syndrom är kopplat till störd reglering vid 11p15, inklusive IGF2/H19-regionen, och medför överväxt samt ökad risk för embryonala tumörer.

Agouti viable yellow-musen har ett transposonassocierat regulatoriskt element vars variabla metylering påverkar agoutiuttryck, pälsfärg och metabol fenotyp. Modellen visar hur genetiskt likartade djur kan utveckla stabil mosaikvariation och hur maternell nutrition kan påverka fenotypfördelningen. Den kan inte okritiskt överföras till människa: locusarkitekturen är specifik, exponeringarna experimentella och human vävnadsprovtagning betydligt mer begränsad.

Miljö, metabolism, åldrande och transgenerationella effekter

Kromatinmodifierande enzymer använder centrala metaboliter som substrat eller kofaktorer. SAM donerar metylgrupper till DNA- och histonmetyltransferaser, medan acetyl-CoA behövs för histonacetylering. Sirtuiner är NAD+-beroende deacetylaser. TET-enzymer och JmjC-histondemetylaser kräver α-ketoglutarat och järn, medan vissa andra demetylaser är flavinberoende. Hypoxi, näringsläge och mutationer i metabolismen kan därför påverka kromatin genom förändrad substrattillgång eller enzymhämning.

En exponering ger inte samma effekt i alla situationer. Utfallet beror på dos, tidsfönster, celltyp, genetisk bakgrund och om cellerna delar sig. Ett metyleringsfynd i blod kan återspegla förändrad leukocytsammansättning snarare än omprogrammering inom varje celltyp. Korrelation mellan kost och DNA-metylering visar inte heller att metyleringen medierar den kliniska effekten.

Vid åldrande ses epigenetisk drift med global hypometylering, särskilt i repetitiva regioner, parallellt med lokusspecifik hypermetylering. Horvaths ursprungliga epigenetiska klocka använder 353 CpG-positioner och angavs ha ett medianfel omkring 3,6 år vid uppskattning av kronologisk ålder. En klocka är en biomarkörmodell; den visar inte i sig att de ingående CpG-förändringarna driver åldrandet eller att en förändring av klockvärdet förbättrar hälsan.

Intergenerationella effekter omfattar direkt exponerade generationer. Vid maternell exponering under graviditet exponeras modern F0, fostret F1 och de germinalceller i fostret som kan ge upphov till F2. En verkligt oexponerad generation är då först F3. Vid prekonceptionell exponering av en far är F0 och hans könsceller direkt exponerade, varför F2 är den första oexponerade generationen.

Robust human evidens för transgenerationell germlineöverföring utanför normal prägling är begränsad. Epidemiologiska samband påverkas av gemensam miljö, socioekonomi, genetik, assortativ parning och selektion. Mekanismer som spermie-RNA eller kvarhållna histoner är biologiskt möjliga och väl belagda i vissa modellorganismer, men omfattande epigenetisk omprogrammering gör starka påståenden om nedärvda humanexponeringar osäkra.

Epigenomiska analysmetoder och centrala felkällor

Bisulfitbehandling omvandlar ometylerat cytosin till uracil, som efter PCR avläses som tymin, medan 5mC kvarstår som cytosin. Metoden ger basupplösning men skadar DNA, kräver kontroll av konverteringsgrad och skiljer inte 5mC från 5hmC. Oxidativ bisulfitsekvensering och TAB-seq kan separera modifieringarna. Metyleringsarrayer är kostnadseffektiva för stora kohorter men mäter endast förvalda CpG-positioner. Metyleringskänsliga restriktionsenzymer är billiga men begränsade till sina igenkänningssekvenser.

Nanopore- och andra långläsningstekniker kan detektera modifieringar direkt i nativt DNA och samtidigt bevara långväga haplotypinformation. De är därför användbara för allelspecifik metylering, repetitiva regioner och fasning. Resultaten är emellertid beroende av tränade signalmodeller, sekvenseringskvalitet, täckning och validering mot referensmetod.

ChIP-seq kartlägger histonmärken eller DNA-bindande proteiner genom immunoprecipitation av fragmenterat kromatin. CUT&RUN använder antikroppsstyrd nukleasaktivitet och ger ofta lägre bakgrund, medan CUT&Tag infogar sekvenseringsadaptrar nära målet och lämpar sig för litet provmaterial. Antikroppsspecificitet, positiva och negativa kontroller, sekvenseringsdjup, dubbletter och normalisering är avgörande.

ATAC-seq använder ett transposas som företrädesvis infogar adaptrar i tillgängligt kromatin. scATAC-seq gör motsvarande analys i enskilda celler och kan identifiera celltypsspecifika tillgänglighetsmönster i heterogena vävnader, men data är glesa och kräver omfattande kvalitetskontroll.

I kliniska studier är celltypssammansättning ofta den största felkällan. Andra viktiga faktorer är batch, provlagring, ålder, kön, läkemedel, rökning och genetiska varianter som fungerar som methylation quantitative trait loci, meQTL. Tusentals eller miljontals testade positioner kräver korrigering för multipel testning. Tvärsnittsdata kan dessutom sällan avgöra om en epigenetisk förändring är orsak till sjukdom, följd av sjukdom eller effekt av behandlingen.

Epigenetisk dysreglering vid sjukdom och diagnostiska episignaturer

Cancer är både genetisk och epigenetisk. Tumörceller uppvisar ofta global hypometylering av repetitiva element, vilket kan bidra till transposonaktivitet och kromosomal instabilitet, samtidigt som avgränsade promotor-CpG-öar hypermetyleras och tumörsuppressorgener tystas. Avvikande enhanceraktivitet och förändrad tredimensionell kromatinorganisation kan aktivera onkogena program utan mutation i själva målgenen.

Mutationer i epigenetiska regulatorer visar kopplingen mellan nivåerna. DNMT3A och TET2 är återkommande muterade vid klonal hematopoes och myeloiska neoplasier. IDH1/2-mutationer bildar 2-hydroxiglutarat, som hämmar α-ketoglutaratberoende dioxygenaser och skapar hypermetylerade tillstånd. EZH2 kan vara aktiverat eller förlorat beroende på tumörtyp, och SWI/SNF-mutationer förändrar enhancerlandskap och differentiering.

Vid fragilt X-syndrom leder fullmutation med kraftigt expanderad CGG-repetition vanligen till hypermetylering och transkriptionell tystnad av FMR1. MECP2-varianter orsakar sjukdom genom störd avläsning och reglering av metylerat kromatin. Mutationer i histonmodifierare, remodellerare och TET3 kan ge kromatinopatier med neurodevelopmentell funktionsnedsättning. Fynd vid diabetes, inflammation och neuropsykiatrisk sjukdom är ofta mer vävnads- och kontextberoende och ska inte automatiskt tolkas som diagnostiska mekanismer.

Episignaturer är reproducerbara DNA-metyleringsmönster över ett flertal CpG-prober, ofta mätta i blod. De kan stödja klassificering av varianter med oklar signifikans och skilja mellan fenotypiskt överlappande kromatinopatier. Testets sensitivitet påverkas av ålder, mosaicism, provmaterial, behandlingsstatus och hur väl referenspopulationen representerar den undersökta patienten. En negativ blodsignatur utesluter därför inte sjukdom i alla situationer.

Epigenetisk behandling och riktad epigenomredigering

Azacitidin och decitabin är cytidinanaloger som efter intracellulär aktivering inkorporeras i nukleinsyror; decitabin verkar huvudsakligen via DNA, medan azacitidin även inkorporeras i RNA. När DNMT försöker metylera analogin binds enzymet kovalent och förbrukas. Vid låg och upprepad exponering kan detta ge replikationsberoende hypometylering och återexpression av tystade program. Läkemedlen används framför allt vid myelodysplastiska syndrom och vissa myeloiska maligniteter. Effekten kräver celldelning och uppkommer ofta först efter flera behandlingscykler.

HDAC-hämmare ökar acetyleringen av histoner och många icke-histonproteiner. Vorinostat och romidepsin används bland annat vid kutana T-cellslymfom, medan panobinostat används i vissa kombinationer vid multipelt myelom. Effekten är inte en generell och selektiv ”öppning” av tumörsuppressorgener, utan en bred påverkan på transkription, proteinstabilitet, cellcykel och apoptossignalering. Toxicitet omfattar gastrointestinala symtom, cytopenier, fatigue, infektionsrisk och för vissa preparat QT-påverkan eller annan hjärttoxicitet.

Tazemetostat hämmar selektivt EZH2, den katalytiska H3K27-metyltransferasen i PRC2. Det kan användas i vissa tumörer som är beroende av EZH2-aktivitet eller av obalans mellan Polycomb och SWI/SNF. Liksom för andra epigenetiska läkemedel avgör tumörens genetiska kontext om hämningen återställer differentiering, ger cytostas eller saknar klinisk effekt.

Gemensamma begränsningar är bristande lokusspecificitet, påverkan på normal hematopoes och att samma enzym har olika funktioner i olika celltyper. Dos och exponeringstid kan ge andra effekter än maximal enzymhämning. Kombinationer med cytostatika, immunterapi eller riktade läkemedel kan vara rationella, men kan också öka myelosuppression, gastrointestinal toxicitet och infektionsrisk.

CRISPRbaserad epigenomredigering använder katalytiskt inaktivt Cas9, dCas9, som styrs till ett locus utan att klyva DNA. Koppling till DNMT-domäner kan öka lokal metylering, TET-domäner kan främja demetylering, KRAB kan etablera repressivt kromatin och acetyltransferasdomäner kan aktivera enhancers eller promotorer. Metoden kan skilja en regulatorisk mekanism från enbart korrelation och erbjuder i princip lokusspecifik behandling.

Klinisk användning kräver emellertid effektiv vävnadsspecifik leverans, begränsning av off-target-bindning och kontroll av hur länge tillståndet består. Effekten kan försvinna när editorn inte längre uttrycks, men kan också förstärkas genom cellulärt minne. Säkerhetsvalidering måste därför omfatta hela genomet, transkriptomet, immunogenicitet, mosaicism och risken att oavsiktligt påverka tumörsuppressorer eller germinalceller.

Källor

• Epigenetics
• Epigenetik
• Category:Epigenetics
• Epigenetics
• Bild: File:Epigenetics modifications.png — Jean141, CC BY-SA 4.0
• Bild: File:Agouti Mice.jpg — Randy Jirtle and Dana Dolinoy, CC BY 3.0
• Bild: File:13059 2015 737 Fig1 HTML.gif — Sebastian Pott and Jason D. Lieb, CC BY 4.0
• Bild: File:Beck–Fahrner syndrome (TET3 deficiency) vs. ADCADN vs. control - episignnatures.jpg — Levy et al., CC BY 4.0
• Bild: File:Cancer genetics-epigenetics yin-yang.jpg — Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) http://www.pnas.org, Public domain