From Trigger to Transition

QC 2026-05-13

Abstract

Under livets gång genomgår celler övergångar mellan cellulära tillstånd, till exempel genom att anta nya identiteter eller anpassa sig till stressiga miljöer. Då alla celler i en organism har samma uppsättning gener är det genom reglering av genuttryck som övergångarna uppstår. Genuttryck regleras primärt via transkription, vilket är en komplex process som drivs av RNA-polymeras II (Pol II). Utöver Pol II koordineras transkriptionen av åtskilliga transkriptionsfaktorer och av regulatoriska genomiska regioner såsom promotorer och enhancers. Genom att studera transkriptionen och dess reglering kan grundläggande biologiska principer identifieras och utnyttjas i sjukdomsforskning.

Artiklarna som presenterats i den här avhandlingen inducerar och studerar transkriptionssvar vid två slags övergångar mellan cellulära tillstånd: stress och differentiering. Differentiering är en långsam och kontrollerad process som permanent ändrar cellernas transkriptionsprogram. I motsats till detta kopplas stress till snabba och övergående ändringar av cellernas transkriptionsprogram, vilket håller cellerna vid liv och möjliggör att de kan bli återställda när stressen är över. Ett klassiskt exempel på en stressrespons är värmechocksresponsen som aktiveras av förhöjda temperaturer och andra stressfaktorer som orsakar felveckade proteiner. Värmechocksresponsen hämmar transkriptionen av tusentals gener och aktiverar hundratals, varav vissa kodar för chaperoner som bidrar till korrekt veckning av andra proteiner.

I alla artiklar induceras övergångarna mellan cellulära tillstånd med hjälp av förhöjda temperaturer eller kemiska komponenter. Efter inducering undersöks övergångarna primärt med mRNA-seq och PRO-seq, två genomövergripande sekvenseringstekniker. mRNA-seq analyserar steady state-nivåer av moget mRNA, medan PRO-seq analyserar transkription av nybildat RNA. Artikel I presenterar ett databaserat arbetsflöde som kartlägger funktionella genomiska regioner från mappade PRO-seq-avläsningar, såsom promotorer och enhancers. Sådana kartläggningar är av central betydelse för forskning på transkriptionssvar och arbetsflödet användes för att generera resultat till artiklarna II–IV. I artikel II undersöks transkriptionssvar och masterregulatorer som driver differentiering av mänskliga erytroida celler. En kortvarig signal orsakar långsamma och propagerande transkriptionsförändringar som förbereder cellerna för framtida uppgifter som involverar syretransport. Artikeln presenterar också den första direkta jämförelsen mellan signalinducerad stress och differentiering i en cellmodell och påvisar tydliga skillnader i hur transkriptionssvaren koordineras.

Artiklarna III–V fokuserar på transkriptionssvar till följd av stress. I artikel III studeras transkription hos golden retriever-makrofager under normala förhållanden och under värmestress. Den första fullständiga transkriptionsprofileringen av hundens genom samt karakteriseringen av värmechocksresponsen hos hund presenteras. I artikel IV studeras transkription hos fluga, mus, hund och människa under värmestress. Artikeln visar att introners längd är en evolutionärt konserverad regulatorisk mekanism som tajmar produktionen av värmeinducerade chaperoner. Denna upptäckt belyser den bredare frågan om varför ett flertal genom har introner som sträcker sig över hundratals kilonukleotider. I artikel V jämförs transkriptionsprogrammen till följd av tre olika proteinskadande stressfaktorer: värmechock (HS), HSP90-inhibering och aggregering av polyglutamin (polyQ). PolyQ-aggregering är ett kännetecken för Huntingtons sjukdom (HD), som saknar botemedel. Artikeln visar att transkriptionssvaren är fundamentalt olika för de tre stressfaktorerna. Vidare kopplas polyQ-aggregering till nedsatta akuta stressreaktioner, vilket skulle kunna förklara varför tidigare försök att behandla sjukdomen genom induktion av värmechocksresponsen inte har varit framgångsrika. Det är också en brist på gemensamma inducerade eller hämmade gener mellan olika hjärnvävnader hos mus under polyQ-stress, vilket tyder på att behandlingar som riktar in sig på processer i stället för specifika gener bör undersökas. Sammantaget utökar denna avhandling den nuvarande kunskapen kring transkriptionssvar i samband med cellulära övergångar mellan olika tillstånd vid hälsa och sjukdom.

Link to DiVA