Genuttryck och genreglering

Genuttryck regleras i flera sammankopplade steg som bestämmer när, var och i vilken mängd ett funktionellt RNA eller protein produceras. Transkriptionskontroll samverkar med kromatinstruktur, RNA-bearbetning, RNA-stabilitet, translation och proteinnedbrytning för att skapa celltypsspecifika och signalberoende uttrycksmönster. Rubbningar i dessa kontrollsystem är centrala vid bland annat cancer, utvecklingsavvikelser och neurologisk sjukdom.

Genuttryckets nivåer och grundprinciper

Genuttryck är processen genom vilken informationen i en gen omsätts till en funktionell produkt. För proteinkodande gener omfattar detta transkription till pre-mRNA, RNA-bearbetning, translation och mognad av proteinet. För gener som kodar exempelvis rRNA, tRNA, mikroRNA eller vissa långa icke-kodande RNA är det funktionella RNA:t självt slutprodukten. Uttryck ska därför inte likställas med enbart förekomst av mRNA.

Transkriptionshastigheten anger hur snabbt nya RNA-molekyler syntetiseras, medan den observerade RNA-mängden vanligen är en steady-state-nivå som bestäms av både syntes och nedbrytning. Ett transkript kan därför ha låg mängd trots aktiv transkription om det bryts ned snabbt. Omvänt kan ett stabilt mRNA ansamlas trots måttlig synteshastighet. På motsvarande sätt avgör translationseffektivitet och proteinnedbrytning hur väl mRNA-nivån motsvarar mängden funktionellt protein.

Reglering kan ske vid följande kontrollpunkter:

1. kromatinets åtkomlighet och genomets tredimensionella organisation
2. transkriptionsinitiering, promotorflykt och elongering
3. 5′-capping, splitsning och 3′-ändebildning
4. kärnexport och subcellulär RNA-lokalisering
5. RNA-stabilitet och kvalitetskontroll
6. translationsinitiering och elongering
7. proteinveckning, modifiering, transport och nedbrytning.

Människan har omkring 19 000–20 000 proteinkodande gener. Celltypernas stora funktionella skillnader beror således inte på olika genomsekvenser, med undantag för exempelvis somatiska mutationer och immunglobulinrearrangemang, utan på olika transkriptom, isoformmönster och proteom. En hepatocyt, neuron och neutrofil uttrycker överlappande basala gener men skilda kombinationer av transkriptionsfaktorer, enhancers, RNA-bindande proteiner och signalvägar.

Genens struktur och cis-regulatoriska sekvenser

En eukaryot proteinkodande gen omfattar mer än den sekvens som översätts till protein. Nukleotidpositioner anges ofta relativt transkriptionsstartstället, TSS, som betecknas +1. Uppströms positioner får negativa och nedströms positiva tal. Kärnpromotorn ligger ungefär mellan −40 och +40 baspar och möjliggör korrekt placering av RNA-polymeras II och de generella transkriptionsfaktorerna.

5′-UTR översätts inte men kan innehålla sekundärstrukturer, upstream open reading frames, proteinbindningsställen och sekvenser som reglerar ribosomrekrytering. Exoner är inte synonymt med proteinkodande sekvens: både 5′- och 3′-UTR kan vara exoniska. Introner innehåller signaler för splitsning och kan även rymma regulatoriska element eller gener för små RNA. Efter stoppkodonet påverkar 3′-UTR bland annat mRNA-stabilitet, lokalisering och miRNA-medierad repression.

Promotorn är den DNA-region där transkriptionsmaskineriet monteras och anger var transkriptionen börjar. Enhancers ökar däremot uttrycket från distans, ofta relativt oberoende av orientering, medan silencers rekryterar repressiva faktorer. Insulatorer begränsar kontakter mellan enhancers och felaktiga promotorer eller motverkar spridning av repressivt kromatin. Dessa kategorier är funktionella: samma region kan få olika regulatorisk effekt beroende på celltyp, bundna proteiner och kromatinkontext.

Kromatinåtkomst och epigenetisk reglering

Eukaryotiskt DNA är lindat runt histonoktamerer i nukleosomer. Tätpackat heterokromatin är generellt mindre åtkomligt för transkriptionsfaktorer och polymeraser, medan eukromatin vanligen är öppnare och mer transkriptionskompetent. Sambandet är dock inte absolut: kromatin kan vara tillgängligt utan pågående transkription, och aktiva gener kan innehålla nukleosomer som organiseras om under elongeringen.

ATP-beroende remodeleringskomplex av bland annat SWI/SNF-typ hydrolyserar ATP för att förskjuta, omstrukturera eller avlägsna nukleosomer. Därigenom exponeras eller döljs promotorer och transkriptionsfaktorbindningsställen. Histonacetylering neutraliserar lysinresters positiva laddning och kan försvaga histon–DNA-interaktionen; acetylerade histoner känns dessutom igen av bromodomänproteiner. Histonacetyltransferaser som p300/CBP främjar ofta aktivitet, medan histondeacetylaser, HDAC, ofta bidrar till repression.

Dessa markörer är korrelat och inte entydiga funktionsbevis. I embryonala stamceller kan H3K4me3 och H3K27me3 förekomma samtidigt vid så kallade bivalenta domäner. Utvecklingsgener hålls då repressiva men beredda att aktiveras eller stabilt tystas när cellen differentierar.

DNA-metylering sker hos däggdjur huvudsakligen som 5-metylcytosin vid CpG-dinukleotider. DNMT3A och DNMT3B etablerar de novo-metylering, medan DNMT1 huvudsakligen återställer metyleringsmönstret på den nybildade DNA-strängen efter replikation. TET1–3 oxiderar 5-metylcytosin till bland annat 5-hydroximetylcytosin och vidare oxidationsprodukter, vilka kan avlägsnas via DNA-reparation eller spädas ut vid replikation.

Promotor-CpG-metylering är ofta repressiv genom blockerad faktorbindning och rekrytering av metyleringsbindande repressorkomplex. Metylering i genkroppar har mer varierande betydelse och kan samvariera med aktiv transkription. Genomisk prägling bygger på föräldraursprungsspecifik alleltystnad, medan X-inaktivering omfattar XIST-RNA, kromatinkondensering och stabil repression av större delen av den ena X-kromosomen. Begreppet epigenetiskt arv bör användas precist: många kromatintillstånd bevaras genom mitoser, men få miljöinducerade märken är visade att fortplantas stabilt genom mänskliga generationer.

Eukaryot transkription: initiering, promotorflykt och elongering

RNA-polymeras II transkriberar pre-mRNA och flera icke-kodande RNA. Vid många promotorer binder TFIID först; komplexets TBP-subenhet känner igen TATA-boxen, medan TAF-subenheter kan känna igen andra promotorelement såsom initiatorn. TFIIA och TFIIB stabiliserar komplexet och positionerar polymeraset. RNA-polymeras II anländer tillsammans med TFIIF, varefter TFIIE och TFIIH fullbordar preinitieringskomplexet.

TFIIH bidrar till lokal DNA-öppning och fosforylerar polymerasets C-terminala domän, CTD. CTD består av upprepade heptapeptider och fungerar som en dynamisk plattform för RNA-bearbetningsfaktorer. Fosforylering, särskilt av serin 5 tidigt i cykeln, underlättar promotorflykt och rekrytering av cappingenzymer. När polymeraset lämnat promotorn fortsätter TFIIH och flera generella faktorer inte nödvändigtvis med hela vägen.

Många metazoiska gener regleras genom promotorproximal pausning. Polymeraset initierar och producerar ett kort RNA men hålls kvar strax nedströms om TSS. P-TEFb, som innehåller CDK9, fosforylerar polymeraset och pausfaktorer så att produktiv elongering kan börja. Denna kontrollpunkt möjliggör snabb och synkron aktivering av exempelvis stress- och inflammationsgener.

Mediator är ett stort multiproteinkomplex som förmedlar kontakter mellan sekvensspecifika transkriptionsfaktorer, kromatinregulatorer och polymeraset. Under elongeringen ökar CTD-fosforylering på serin 2, vilket gynnar rekrytering av splitsnings- och 3′-ändebildningsfaktorer. Vid polyadenyleringsregionen klyvs RNA:t; polymeraset fortsätter en sträcka och terminerar därefter, bland annat genom att det kvarvarande RNA:t bryts ned mot polymeraset. Transkription, capping, splitsning och polyadenylering är således fysiskt och kinetiskt kopplade.

Transkriptionsfaktorer och signalberoende genreglering

Människan kodar omkring 1 600 sekvensspecifika transkriptionsfaktorer. De har vanligen en DNA-bindande domän och separata regulatoriska domäner som interagerar med koaktivatorer, korepressorer, Mediator eller kromatinmodifierande enzymer. Stora familjer är C2H2-zinkfingerproteiner, homeoboxproteiner och basic helix–loop–helix-proteiner. En kort DNA-sekvens är sällan tillräcklig för specificitet; bindning bestäms även av flankerande baser, kromatinåtkomst och samverkande faktorer.

Koaktivatorer behöver inte själva binda DNA. p300/CBP kan exempelvis rekryteras av en aktivator, acetylera histoner och skapa bindningsytor för ytterligare faktorer. Korepressorer kan rekrytera HDAC eller Polycombkomplex. Kombinatorisk kontroll innebär att ett uttrycksmönster uppstår först när rätt uppsättning faktorer finns samtidigt. Samma transkriptionsfaktor kan därför aktivera en gen i en celltyp men sakna effekt eller medverka till repression i en annan.

Extracellulära signaler påverkar transkriptionsfaktorer genom flera mekanismer:

• direkt ligandbindning till intracellulära receptorer
• fosforylering eller annan kovalent modifiering
• reglerad proteolys eller frigörelse från en inhibitor
• förändrad kärnimport eller kärnexport
• ändrad stabilitet och ubiquitinering.

Steroidreceptorer binder lipofila hormoner som passerar plasmamembranet. Ligandbindningen ändrar receptorns konformation, kan frigöra chaperoner och främjar dimerisering, kärnlokalisering och bindning till hormonresponselement. Receptorn rekryterar därefter koaktivatorer eller korepressorer. Glukokortikoider kan därför ändra transkriptionen av ett stort antal inflammations- och metabolismgener, medan antagonister kan blockera receptoraktiveringen.

I MAPK-kaskaden aktiverar tillväxtfaktorer sekventiellt RAS, RAF, MEK och ERK. Aktivt ERK når kärnan och fosforylerar bland annat Elk-1, som tillsammans med andra faktorer reglerar omedelbart tidiga gener såsom FOS. Dos–responsen beror på bindningsaffinitet, faktorkoncentration, kooperativitet och antalet bindningsställen. När regulatoriska platser är mättade ger ytterligare ligand eller faktor liten ökning; kooperativ bindning kan däremot skapa en brant, tröskelliknande respons.

Enhancers, insulatorer och genomets tredimensionella organisation

Enhancers är cis-regulatoriska DNA-regioner med kluster av transkriptionsfaktorbindningsställen. De kan ligga uppströms, nedströms eller i introner och påverka promotorer över avstånd från kilobaser till megabaser. Bindning av celltypsspecifika faktorer kan rekrytera p300/CBP, Mediator och kromatinremodellerare. DNA-loopning ökar sannolikheten för fysisk och funktionell kontakt mellan enhancer och promotor.

H3K4me1 används ofta som stöd för enhanceridentitet och H3K27ac som tecken på aktivitet. Markörerna är dock varken nödvändiga eller tillräckliga för att visa att en region reglerar en viss gen. Funktionell koppling kräver exempelvis genetisk störning av elementet, reporteranalys i relevant kontext eller CRISPR-baserad repression följd av mätning av målgenen.

Cohesin kan extrudera kromatinloopar tills komplexet möter orienterade, ofta konvergenta, CTCF-bindningsställen. Därigenom bildas kontaktmönster och topologiskt associerade domäner, TAD, inom vilka DNA-regioner interagerar oftare med varandra än med omgivningen. TAD-gränser är inte ogenomträngliga och enhancer–promotor-specificitet bestäms även av promotorernas kompatibilitet, transkriptionsfaktorer, avstånd och celltyp.

Deletion eller inversion av en gräns kan ge en enhancer tillgång till en tidigare avskärmad gen. Sådan enhancer hijacking kan aktivera onkogener eller ge felaktigt uttryck av utvecklingsgener. Kromosomala translokationer kan ha samma effekt genom att placera en stark enhancer intill en ny promotor. Patogeniciteten kan därför ligga i genomets arkitektur trots intakt proteinkodande sekvens.

Prokaryot transkriptionsreglering

Bakterier saknar kärnmembran, vilket gör att ribosomer kan börja translatera ett mRNA medan det fortfarande transkriberas. Funktionellt relaterade gener är ofta organiserade i operon och transkriberas som polycistroniska RNA från en gemensam promotor. Eukaryota mRNA är däremot vanligen monocistroniska, bearbetas i kärnan och regleras i en nukleosombaserad kromatinmiljö.

Bakteriellt RNA-polymeras får promoterspecificitet genom sigmafaktorer. Housekeeping-sigmafaktorn känner igen promotorernas −35- och −10-element, medan alternativa sigmafaktorer omdirigerar polymeraset vid exempelvis värmestress, svält eller sporulering. Repressorer hindrar polymerasbindning eller passage; aktivatorer stabiliserar polymerasets interaktion med en promotor.

I lac-operonet binder LacI till operatorn när laktos saknas. Vid laktostillgång bildas allolaktos, som minskar LacI:s operatorbindning. Full aktivering kräver dessutom låg glukosnivå: cAMP stiger, binder CAP och CAP–cAMP främjar polymerasrekrytering. Högst uttryck uppkommer således när laktos finns men glukos saknas.

trp-operonet är repressibelt. Tryptofan fungerar som korepressor åt TrpR och minskar transkriptionsinitieringen vid hög tillgång. Därtill sker attenuation: snabb translation av en Trp-rik ledarpeptid möjliggör en terminerande RNA-hårnål, medan brist på laddat tRNA^Trp får ribosomen att stanna och gynnar en antiterminatorstruktur. Quorum sensing utökar samma princip till populationsnivå, där ackumulerade autoinducerare utlöser koordinerat genuttryck vid hög celldensitet.

Pre-mRNA-bearbetning, export och kvalitetskontroll i kärnan

När cirka 20–30 nukleotider har syntetiserats modifieras pre-mRNA:s 5′-ände. Ett trifosfatas avlägsnar den yttersta fosfatgruppen, ett guanylyltransferas kopplar GMP via en ovanlig 5′–5′-trifosfatbindning och ett metyltransferas bildar 7-metylguanosincappen, m⁷G. Cap-binding complex skyddar änden och kopplar capping till splitsning och kärnexport. I cytoplasman ersätts dess funktion huvudsakligen av translationsinitieringsfaktorn eIF4E.

Splitsning utförs av spliceosomen. U1-snRNP känner igen 5′-splitsstället, U2 associerar med branch point-adenosinet och U4/U6·U5-komplexet ansluter. Efter omarrangemang bildar U2 och U6 det katalytiska centrumet, medan U5 positionerar exonerna. Två transesterifieringsreaktioner skapar först ett lariat via branch point och fogar därefter samman exonerna.

Vid 3′-ändebildning känner CPSF igen polyadenyleringssignalen, vanligen AAUAAA, medan CstF binder en nedströms sekvens. RNA:t klyvs och poly(A)-polymeras lägger till en initial svans på ungefär 200–250 adenosiner i däggdjursceller. Poly(A)-bindande proteiner bidrar till stabilitet, export och effektiv translation.

Endast korrekt sammansatta messenger-ribonukleoproteinkomplex exporteras effektivt genom kärnporen. Kvarhållning, nedbrytning av felbearbetade RNA och koppling mellan transkription och processning begränsar mängden defekta transkript som når cytoplasman. Exon junction complexes som deponeras efter splitsning får senare betydelse för nonsense-mediated decay.

Alternativ splitsning, alternativ polyadenylering och RNA-redigering

Alternativ splitsning gör att samma pre-mRNA kan ge flera mogna isoformer. Huvudtyperna är exon skipping, alternativa 5′-splitsställen, alternativa 3′-splitsställen, ömsesidigt uteslutande exoner och intronretention. Följden kan bli förändrad läsram, annan proteindomän, nytt stoppkodon eller enbart förändrad UTR.

SR-proteiner binder ofta exonic eller intronic splicing enhancers och främjar spliceosomrekrytering. hnRNP-proteiner kan binda splicing silencers, skymma splitsställen eller påverka RNA-strukturen. Isoformvalet bestäms av konkurrens mellan dessa faktorer, transkriptionshastigheten och kromatinmiljön. Patogena splicevarianter kan förstöra kanoniska splitsställen eller skapa kryptiska sådana.

Alternativ promotoranvändning ändrar transkriptets 5′-ände och kan ge olika första exoner eller N-terminala proteinsekvenser. Alternativ polyadenylering kan ändra den kodande sekvensen men påverkar ofta 3′-UTR:s längd. En kortare 3′-UTR kan förlora miRNA- och proteinbindningsställen och därmed öka stabilitet eller translation.

ADAR-enzymer omvandlar adenosin till inosin i dubbelsträngat RNA; inosin avläses vanligen som guanosin. APOBEC-enzymer kan mediera cytidin-till-uridin-redigering. Redigeringen kan vara vävnadsspecifik och ändra kodon, splitsning eller RNA-struktur. Vid RNA-sekvensering kan en redigerad bas misstolkas som en DNA-variant om fyndet inte jämförs med genomiskt DNA.

mRNA-lokalisering, stabilitet och övervakningssystem

Vid konstant synteshastighet (s) och första ordningens nedbrytning med hastighetskonstant (k) gäller vid steady state ungefär ([mRNA]=s/k). Halveringstiden är:

[ t_{1/2}=\frac{\ln 2}{k} ]

Humana mRNA-halveringstider varierar från minuter för många signal- och omedelbart tidiga transkript till många timmar eller längre för stabila RNA. En förändrad RNA-seq-signal kan därför orsakas av ändrad syntes, nedbrytning eller båda.

Nedbrytning börjar ofta med att poly(A)-svansen förkortas. Därefter kan 5′-cappen avlägsnas och RNA:t brytas ned 5′→3′ av XRN1, eller så sker 3′→5′-nedbrytning via exosomen. AU-rika element i 3′-UTR kan rekrytera destabiliserande proteiner, medan andra RNA-bindande proteiner skyddar samma eller närliggande regioner.

Nonsense-mediated decay, NMD, identifierar många transkript med prematura stoppkodon. En vägledande regel är att stoppkodon mer än cirka 50–55 nukleotider uppströms om den sista exon–exon-övergången utlöser NMD, eftersom nedströms exon junction complexes kvarstår. Regeln har undantag, men är kliniskt användbar vid varianttolkning. NMD kan minska mängden trunkerat protein men också orsaka haploinsufficiens.

Nonstop decay riktas mot mRNA utan fungerande stoppkodon, medan no-go decay aktiveras när ribosomer stannar vid exempelvis stark RNA-struktur eller skadat RNA. Lokaliseringssekvenser och RNA-bindande transportproteiner för samtidigt utvalda mRNA till specifika delar av cellen. I neuron möjliggör detta stimulusberoende translation nära synapser; i polariserade epitelceller kan lokal translation bidra till asymmetrisk proteinfördelning.

Icke-kodande RNA som regulatorer

MikroRNA transkriberas först som pri-miRNA. I kärnan klyver Drosha–DGCR8-komplexet ut ett hårnålsformat pre-miRNA, som exporteras av Exportin-5. Dicer klyver hårnålen i cytoplasman, varefter en sträng laddas i Argonaute och bildar RNA-induced silencing complex, RISC.

Komplementaritet mellan miRNA:s seed-region och målsekvenser, främst i 3′-UTR, styr måligenkänningen. Hos däggdjur är parningen ofta ofullständig och ger translationshämning, deadenylering och efterföljande mRNA-nedbrytning. Effekten på ett enskilt mål är ofta måttlig, men ett miRNA kan reglera många transkript och ett mRNA kan påverkas av flera miRNA.

siRNA är vanligen mer fullständigt komplementära till sina mål och kan styra Argonaute-medierad klyvning. Antisens-RNA kan påverka transkription, splitsning, stabilitet eller translation genom basparning med ett sense-transkript. Mekanismerna utnyttjas terapeutiskt av antisensoligonukleotider och små interfererande RNA.

Långa icke-kodande RNA, lncRNA, kan fungera som scaffold för proteinkomplex, guide till en genomisk region, decoy för regulatorer eller lokal kromatinregulator. XIST är ett etablerat exempel som bidrar till X-inaktivering. För många annoterade lncRNA finns däremot endast korrelation mellan uttryck och celltillstånd; transkription i sig, DNA-elementet eller RNA-produkten måste särskiljas experimentellt innan funktion tillskrivs transkriptet.

Translationskontroll och reglering av proteinutbyte

Vid cap-beroende initiering binder eIF4F-komplexet till m⁷G-cappen. eIF4E känner igen cappen, eIF4G fungerar som plattform och eIF4A hjälper till att lösa RNA-struktur. Den lilla ribosomala subenheten rekryteras med ternärkomplexet eIF2–GTP–Met-tRNA(_i) och skannar 5′-UTR tills ett AUG i gynnsam Kozak-kontext identifieras. Därefter ansluter den stora ribosomala subenheten.

mTORC1 fosforylerar 4E-BP och minskar därmed dess hämning av eIF4E. Aktiv mTORC1 främjar alltså translation när näring och tillväxtsignaler finns. RNA-struktur, uORF, interna ribosominträdesställen, IRES, och RNA-bindande proteiner kan selektivt öka eller minska ribosomrekryteringen. IRES möjliggör i vissa sammanhang cap-oberoende initiering.

I den integrerade stressresponsen fosforylerar stressaktiverade kinaser eIF2α. Detta hämmar återbildningen av eIF2–GTP och minskar global translationsinitiering. ATF4-mRNA innehåller reglerande uORF som gör att minskad tillgång på ternärkomplex paradoxalt gynnar translation av ATF4:s huvudläsram. ATF4 aktiverar därefter gener för aminosyrametabolism, redoxkontroll och stressanpassning.

Proteinmängden bestäms slutligen av både syntes och halveringstid. Ubiquitin–proteasomsystemet använder E1-, E2- och substratspecifika E3-enzymer för att märka proteiner för proteasomal nedbrytning. Kortlivade transkriptionsfaktorer och cellcykelproteiner kan därför förändras snabbt, medan stabila strukturella proteiner kvarstår länge efter att deras mRNA minskat. mRNA-nivå är följaktligen inte ett direkt mått på funktionell proteinaktivitet.

Regulatoriska nätverk, dynamik och biologisk variation

Negativ återkoppling uppkommer när en genprodukt direkt eller indirekt minskar sin egen produktion. Den dämpar variation, begränsar överaktivering och kan förkorta svarstiden. Positiv återkoppling förstärker däremot ett tillstånd och kan skapa bistabilitet, där cellen stannar i ett av två stabila uttryckslägen även efter att den ursprungliga signalen försvunnit.

Feed-forward-loopar innebär att en regulator påverkar ett mål både direkt och via en mellanliggande regulator. Koherenta loopar kan filtrera bort korta signaler, medan inkoherenta loopar kan skapa en övergående puls eller adaptation. Fördröjd negativ återkoppling kan ge oscillationer, som i cirkadiska klockor och segmenteringsklockor. Transkription sker dessutom ofta i pulser när promotorn växlar mellan aktiva och inaktiva tillstånd.

Vid låga molekylantal får slumpmässiga bindnings-, syntes- och nedbrytningshändelser stor relativ betydelse. Detta intrinsiska brus skapar cell-till-cell-variation även i genetiskt identiska celler. Extrinsisk variation härrör från skillnader i exempelvis cellcykelfas, cellstorlek eller signalkomponenter. Sådan stokastik ska skiljas från stabila epigenetiska celltillstånd och från tekniskt mätbrus.

Nätverkslogik formar biologiska processer på flera skalor. X-inaktivering ger doskompensation, Hox-reglering organiserar kroppsaxeln och morfogengradienter översätts genom koncentrationströsklar till rumsliga genuttrycksdomäner. Cirkadiska återkopplingsloopar genererar cirka 24-timmarsrytm, medan immunsvar kombinerar snabb transkriptionsaktivering med negativ återkoppling för att begränsa vävnadsskada. Celldifferentiering innebär att övergående signaler stabiliseras till långvariga regulatoriska nätverk och kromatintillstånd.

Klinisk relevans och metoder för att studera genreglering

Regulatoriska sjukdomsmekanismer omfattar promotor- och enhancer-varianter, förändrade CTCF-gränser, splicevarianter och mutationer i transkriptionsfaktorer eller kromatinremodellerare. Promotorhypermetylering kan tysta tumörsuppressorgener, medan global hypometylering kan bidra till retrotransposonaktivitet och genomisk instabilitet. Mutationer i DNMT3A, TET2 och SWI/SNF-komponenter förekommer i flera maligniteter.

Enhancer hijacking och kromosomala rearrangemang kan aktivera onkogener utan mutation i den kodande sekvensen. Dysreglerade miRNA och RNA-bindande proteiner påverkar hela målgenprogram. Neurologisk sjukdom kan uppstå genom defekt lokal translation, RNA-redigering eller vävnadsspecifik splitsning; utvecklingsavvikelser orsakas ofta av felaktig dosering eller tidpunkt snarare än total frånvaro av ett protein.

Farmakologiska angreppspunkter inkluderar steroidreceptorer, DNMT, HDAC och translationsmaskineriet. DNMT-hämmare kan minska DNA-metylering, medan HDAC-hämmare ökar histonacetylering men påverkar många gener och icke-histonproteiner. Antibiotika och flera antineoplastiska läkemedel hämmar translation, men terapeutiskt fönster och celltypsspecificitet är avgörande.

CRISPRi använder vanligen katalytiskt inaktivt Cas9 kopplat till en repressiv domän, medan CRISPRa kopplar dCas9 till aktivatorer. Metoderna kan pröva om en promotor eller enhancer kausalt påverkar ett mål. Genetisk deletion ger starkare evidens men kan samtidigt förändra avstånd och lokal kromatinarkitektur.

Tolkningen måste matcha den biologiska frågan. RNA-seq mäter främst steady state och kan inte ensam avgöra om en skillnad beror på transkription eller stabilitet. Bulkprov kan ge skenskillnader när andelen immunceller, stromaceller eller tumörceller varierar. Antikroppsbias, batchskillnader och olämplig normalisering är vanliga felkällor. Samvariation mellan H3K27ac, RNA och protein stärker en hypotes men bevisar inte att kromatinmarkören orsakar uttrycksförändringen; kausalitet kräver riktad perturbation och relevant funktionell avläsning.

Källor

• Regulation of gene expression
• Genreglering
• Regulation of gene expression
• Bild: File:Gene expression control.png — ArneLH, CC BY-SA 3.0
• Bild: File:Gene structure 2 annotated.svg — Thomas Shafee, CC BY-SA 4.0
• Bild: File:Role of transcription factor in gene expression regulation.svg — Philippe Hupé, CC BY-SA 3.0
• Bild: File:Regulation of gene expression by steroid hormone receptor.svg — Ali Zifan 03:07, 10 July 2016 (UTC), CC BY-SA 4.0