Giai đoạn đầu của bộc lộ gen là quá trình dịch mã gen sang mARN (gen thông tin), sau đó ARN giải mã tổng hợp protein đặc hiệu (receptor và enzyme) trong bào tương. Kỹ thuật tạo hình ảnh PET, SPECT rất quan trọng để xác định gen đích nhằm điều trị đặc hiệu, xác định độ khuếch đại gen và cuối cùng theo dõi sự đáp ứng của liệu pháp gen. Dưới đây là 2 phương thức khác nhau được sử dụng để tạo hình ảnh bộc lộ gen. a. Ghi hình trực tiếp gen điều khiển
Trong phương thức này bộc lộ gen nội sinh hoặc gen chuyển (protein điều trị) có thể là đích của việc phát triển các chất đánh dấu phóng xạ. Chuỗi mRNA đặc hiệu có thể là đích để ghi hình có sử dụng chất oligonucleotide đánh dấu đồng vị phóng xạ như oligonucleotide gắn F-18 chứa trong chuỗi bổ sung của phân tử RNA cần ghi hình. Để xác định đích của protein điều trị đặc hiệu, các chất phóng xạ đánh dấu vào Protein đó cần được sử dụng. Nhưng nó không thực sự cần thiết trong thực hành bởi vì mỗi RNA đều đòi hỏi một oligonucleotide đặc hiệu riêng được đánh đấu phóng xạ.
b. Ghi hình gen gián tiếp
Sự tiếp cận gián tiếp tức là gắn các gen điều trị vào các “gen trình diện” (reporter gene: RG) và sau đó chuyển chúng đến đích và bộc lộ các gen đó bằng cách sử dụng đầu dò trình diện (reporter probe: RP) của PET hoặc SPECT. Gen điều trị và gen trình diện cùng với một chất hoạt hoá thông dụng được đưa vào cơ thể thông qua việc truyền vào một virus (như adenovirus) được gọi là vector. Vector này chuyển gen điều trị và gen trình diện vào tế bào u đích. Hậu quả là gen trình diện gắn phóng xạ thăm dò RP được sử dụng để hiện hình sự bộc lộ gen trình diện RG, gián tiếp cung cấp các thông tin về sự bộc lộ gen điều trị. Phương pháp tiếp cận gen RG-RP này cũng có thể sử dụng một gen để sản xuất các men đặc hiệu hoặc các receptor trong tế bào và/hoặc trên bề mặt của tế bào đích. Khi gen HSV1-tk được sử dụng làm gen trình diện RG thì protein sản phẩm được gọi là men HSV1-tk. Chất 5-iodo-2’-fluuoro-2’-deoxy-1--D-arabinofuranosyl-5-iodouracil (FIAU) là một tiền chất tốt nhất trong số các chất tương tự pyrimidine gắn iốt phóng xạ (123I, 124I hoặc 131I). Chất thăm dò gen trình diện RP tốt nhất trong số các dẫn xuất của acycloguanosine là 9-(4-[18F]fluoro-3-hydroxy-methylbutyl) guanin (FHBG). So với FIAU thì FHBG là một cơ chất kém đối với men endogenous mammalian thymidine kinase. Kết quả của sự thay đổi đột biến của HSV1-tk RG cũng sinh ra men HSV1-sr 39
tk, cho thấy độ nhạy của ghi hình tốt hơn với [18F]fluoropenciclovir (FPCV).
Trên cơ sở tiếp cận chất thăm dò gen trình diện RG-RP, một số các chất khảo sát khác bằng PET cũng đã được điều chế để ghi hình sự bộc lộ các gen đáp ứng với các receptor dopamine, symporter sodium/iodine (NIS) và các receptor somatostatin.