Cre-Lox重 じゅう 组 是 ぜ 一种用于在细胞DNA 的 てき 特定 とくてい 位 い 点 てん 上 じょう 进行删除 、插入 そうにゅう 、转座 和 わ 倒 たおせ 位 い 操作 そうさ 的 てき 位 い 点 てん 特 とく 异性重 じゅう 组酶技 わざ 术 ,其特点在 てんざい 于可以让DNA修 おさむ 改 あらため 对指定 してい 的 てき 特定 とくてい 细胞群 ぐん 进行,或 ある 是 ぜ 使 し 修 おさむ 改 あらため 过程由 よし 特定 とくてい 的 てき 外部 がいぶ 刺激 しげき 所 しょ 触 さわ 发。此技术对真 ま 核 かく 和 わ 原核 げんかく 细胞都 と 适用。特 とく 别地,对研究 けんきゅう 由 よし 各 かく 种复杂细胞和神 しん 经通路 ろ 复合而形成 けいせい 认知行 ぎょう 为的大 だい 脑的神 かみ 经生物 せいぶつ 学 がく 家 か 而言,这种技 わざ 术已被 ひ 证明是 ぜ 相当 そうとう 实用的 てき 。
这个重 じゅう 组体系 けい 由 よし 单个酶组成 なり ,即 そく 可 か 以让一对被称为Lox序列 じょれつ 的 てき 短目 みじかめ 标序列 じょれつ 进行重 じゅう 组的 てき Cre重 じゅう 组酶 ,除 じょ 此之外 がい 不 ふ 需要 じゅよう 插入 そうにゅう 其他的 てき 额外蛋白 たんぱく 或 ある 序列 じょれつ 。Cre重 じゅう 组酶和 かず 源 はじめ Lox序列 じょれつ (即 そく LoxP序列 じょれつ )是 ぜ 从P1噬菌体 たい 中 ちゅう 获取的 てき 。
通 つう 过合适地插入 そうにゅう Lox序列 じょれつ 可 か 以使特定 とくてい 基 もと 因 いん 活 かつ 化 か 、沉默或 ある 者 もの 和 わ 其他基 もと 因 いん 交换位置 いち ——在 ざい DNA的 てき 层面上 じょう ,许多操作 そうさ 都 と 可 か 以进行 ぎょう 。Cre酶的活性 かっせい 可 か 控 ひかえ ,可 か 以使之 の 只 ただ 在 ざい 一种特定细胞类型中表达,也可以使之 の 由 よし 特定 とくてい 的 てき 外部 がいぶ 刺激 しげき (如化学 がく 信号 しんごう 、热刺激 しげき )触 さわ 发表达。这些特 とく 异性DNA修 おさむ 饰对细胞系 けい 追 つい 踪以及有致命 ちめい 性 せい 的 てき 突变 研究 けんきゅう 十 じゅう 分 ふん 有效 ゆうこう 。
Cre-Lox重 じゅう 组系统在操作 そうさ 和 わ 用 よう 途上 とじょう 都 と 与 あずか FLP-FRT重 じゅう 组 系 けい 统十 じゅう 分 ふん 相似 そうじ 。[ 1]
Cre-Lox重 じゅう 组是一 いち 种由Brian Sauer 博士 はかせ 发明的 てき 特殊 とくしゅ 的 てき 位 い 点 てん 特 とく 异性重 じゅう 组技 わざ 术,最初 さいしょ 用 よう 于在哺乳 ほにゅう 动物细胞系 けい 中 ちゅう 激 げき 活 かつ 基 もと 因 いん 表 ひょう 达。[ 2] [ 3] 之 これ 后 きさき ,Jamey Marth博士 はかせ 的 てき 研究 けんきゅう 团队发现了 りょう Cre-Lox可 か 以对转基因 いん 动物体内 たいない 特殊 とくしゅ T细胞 中 なか 由 ゆかり loxP序列 じょれつ 所 しょ 夹的染色 せんしょく 体 たい DNA进行高 だか 效 こう 地 ち 删除,他 た 们由此提出 ていしゅつ 这一技术可以用于确定特定细胞类型中内源基因的功能、标记细胞命 いのち 运决定 じょう 中 ちゅう 的 てき 祖 そ 细胞 、诱导染色 せんしょく 体重 たいじゅう 组以构建疾病 しっぺい 生物 せいぶつ 学 がく 模型 もけい 、以及确定早期 そうき 基 もと 因 いん 损伤对疾病 びょう 发展的 てき 作用 さよう 。[ 4]
不 ふ 久 ひさ ,就已经有研究 けんきゅう 者 しゃ 报道获得了 りょう 具有 ぐゆう loxP侧位(floxed)DNA聚合酶基因 いん 的 てき 多能 たのう 胚胎 はいたい 干 ひ 细胞 。[ 5] 结合上述 じょうじゅつ 的 てき 发展,在 ざい 1994年 ねん 已 やめ 有 ゆう 实验室 しつ 报道了 りょう Cre-Lox重 じゅう 组可以用于小 しょう 鼠 ねずみ T细胞发育中 ちゅう 的 てき 条件 じょうけん 性 せい 基 もと 因 いん 敲除 。[ 6] 之 これ 后 きさき 的 てき 文献 ぶんけん 中重 なかしげ 组的效率 こうりつ 不断 ふだん 提 ひさげ 高 だか ,[ 7] 但 ただし 是 ぜ 当 とう 细胞中有 ちゅうう 两份floxed序列 じょれつ 时,由 ゆかり 于Cre酶活性 せい 问题,不完全 ふかんぜん 的 てき 敲除仍是常 つね 见情况。
Cre-Lox技 わざ 术的发展使 し 生物 せいぶつ 医学 いがく 研究 けんきゅう 中 ちゅう 条件 じょうけん 性 せい 诱变得 え 到 いた 广泛使用 しよう ,使 つかい 之 の 成 なり 为确定 てい 特殊 とくしゅ 细胞类型和 わ 发育阶段中 ちゅう 基 もと 因 いん 功 こう 能 のう 的 てき 主流 しゅりゅう 方法 ほうほう ,特 とく 别是神 かみ 经生物 せいぶつ 学 がく 领域。[ 8]
Cre-Lox重 じゅう 组,即 そく 对一 いち 段 だん 特定 とくてい 的 てき DNA序列 じょれつ 进行定位 ていい ,并用Cre重 じゅう 组酶对其进行剪接。这一技 わざ 术常用 じょうよう 于避免 めん 研究 けんきゅう 中 ちゅう 系 けい 统性的 てき 多 た 基 もと 因 いん 失 しつ 活 かつ 带来的 てき 胚胎 はいたい 致死 ちし 情 じょう 况。[ 9] [ 10] 此外,对转基因 いん 动物 模型 もけい 中 ちゅう 基 もと 因 いん 型 がた (基 もと 因 いん 组DNA的 てき 改 あらため 变)和 わ 表 ひょう 型 がた (生物 せいぶつ 学 がく 功 こう 能 のう 的 てき 变化)之 の 间关系 けい 的 てき 判断 はんだん ,Cre-Lox技 わざ 术也提供 ていきょう 了 りょう 当 とう 前 ぜん 最 さい 好 このみ 的 てき 实验对照 控 ひかえ 制 せい 。[ 8] [ 11]
Cre蛋白 たんぱく 是 ぜ 一个位点特异性DNA重 じゅう 组酶,它能够催化 か DNA分 ぶん 子中 こなか 特定 とくてい 位 い 点 てん 之 の 间的重 じゅう 组。这些位 い 点 てん 就是loxP 位 い 点 てん ,其两端 はし 包含 ほうがん 了 りょう 可 か 以让Cre特 とく 异性结合的 てき 序列 じょれつ ,围绕着 ぎ 一个有方向性的核心序列,而DNA重 じゅう 组就发生在 ざい 核心 かくしん 序列 じょれつ 上 じょう 。
一张图表描述了如何使用 Lox71和 わ Lox66位 い 点 てん 将 はた 两个质粒组合成 ごうせい 一个连续的质粒。
当 とう 一个基因组中含有loxP位 い 点 てん 的 てき 细胞表 ひょう 达Cre蛋白 たんぱく 时,DNA重 じゅう 组就可能 かのう 会 かい 发生在 ざい loxP位 い 点 てん 之 の 间。Cre重 じゅう 组酶蛋白 たんぱく 会 かい 分 ぶん 别与一 いち 个loxP位 い 点 てん 的 てき 前 まえ 13bp和 わ 后 きさき 13bp区域 くいき 结合,形成 けいせい 一 いち 个二 に 聚体 ;这个二聚体又会和另一个loxP位 い 点 てん 上 じょう 的 てき 二聚体结合成一个四聚体。Lox位 い 点 てん 是 ぜ 有 ゆう 方向 ほうこう 性 せい 的 てき ,而两个由四聚体连接的位点在方向上是平行的。Cre蛋白 たんぱく 将 しょう 把 わ 两个位 い 点 てん 的 てき DNA双 そう 链都切 きり 开,而DNA连接酶 将 はた 快速 かいそく 将 はた 其重新 しん 连接。重 じゅう 组的结果取 と 决于LoxP位 い 点 てん 的 てき 定 じょう 向 むこう ,对同一条染色体臂上的两个位点,反 たん 向 むかい 的 てき 情 じょう 况将会 かい 导致目 め 标序列 じょれつ 的 てき 倒 たおせ 位 い ,而同向 むこう 的 てき 情 じょう 况将导致其被直接 ちょくせつ 删除;如果两个位 い 点 てん 位 い 于两条 じょう 不同 ふどう 的 てき 染色 せんしょく 体 たい 上 じょう ,则可能 かのう 引发染色 せんしょく 体 たい 易 えき 位 い 。Lox变体可用 かよう 于两个质粒 つぶ 的 てき 连接。[ 12]
Cre蛋白 たんぱく (最初 さいしょ 由 よし “导致重 じゅう 组(C ause re combination)”命名 めいめい ,也有 やゆう 文献 ぶんけん 是 ぜ “环化重 じゅう 组酶(C yclization re combinase)”)由 よし 4个亚基 もと 组成,全 ぜん 蛋白 たんぱく 有 ゆう 343个氨基酸 さん 残 ざん 基 もと ,2个结构域:较大的 てき C-末端 まったん 结构域 いき ,和 かず 较小的 てき N-末端 まったん 结构域 いき 。[ 13] [ 14] C-末端 まったん 结构域 いき 在 ざい 结构上 じょう 和 わ λ らむだ 噬菌体 たい 中分 なかぶん 离出的 てき 整合 せいごう 酶家族 かぞく 有 ゆう 相似 そうじ 性 せい ,这也是 ぜ Cre酶的催化活性 かっせい 位 い 点 てん 。
loxP(Locus Of X-over P1)是 ぜ P1噬菌体 たい 基 もと 因 いん 组中34bp的 てき 特殊 とくしゅ 位 い 点 てん 序列 じょれつ 。序列 じょれつ 由 よし 8bp的 てき 不 ふ 对称序列 じょれつ (决定了 りょう loxP序列 じょれつ 的 てき 方向 ほうこう ),和 かず 不 ふ 对称序列 じょれつ 两边的 てき 两段13bp 对称序列 じょれつ 组成,具体 ぐたい 序列 じょれつ 见下:“N”代表 だいひょう 这个碱基是 ぜ 可 か 变的,小 しょう 写字 しゃじ 母 はは 则表示 ひょうじ 这个碱基是 ぜ 从野生 やせい 型 がた 突变而来。在 ざい 基 もと 因 いん 操作 そうさ 中 ちゅう loxP序列 じょれつ 一 いち 般成对使用 しよう ,被 ひ 一 いち 对loxP序列 じょれつ 包 つつみ 围的序列 じょれつ 称 しょう 为floxed序列 じょれつ 。如果floxed序列 じょれつ 两侧的 てき loxP序列 じょれつ 方向 ほうこう 相 しょう 同 どう ,floxed序列 じょれつ 将 しょう 会 かい 被 ひ 删除;而如果 はて 两侧的 てき loxP序列 じょれつ 方向 ほうこう 相反 あいはん ,floxed序列 じょれつ 将 しょう 会 かい 发生倒 たおせ 位 い 。如果有 ゆう 另一 いち 段 だん 外 がい 源 げん 的 てき floxed序列 じょれつ ,两者可能 かのう 发生重 じゅう 组,这称为重 じゅう 组酶介 かい 导的盒交换 。这是一种十分方便省时的基因重组技术,但 ただし 是 ぜ 由 よし 于可能 かのう 发生反 はん 向 むかい 重 しげる 组和反 はん 式 しき 删除,重 じゅう 组效率 りつ 可能 かのう 较低,loxP序列 じょれつ 的 てき 突变形式 けいしき 即 そく 是 ぜ 用 よう 于解决这些问题。[ 15]
13bp
8bp
13bp
ATAACTTCGTATA -
NNNTANNN
-TATACGAAGTTAT
Example Alternate loxP Sites[ 16]
名称 めいしょう
13bp 识别区 く
8bp 不 ふ 对称区 く
13bp 识别区 く
Wild-Type
ATAACTTCGTATA
ATGTATGC
TATACGAAGTTAT
lox 511
ATAACTTCGTATA
ATGTATaC
TATACGAAGTTAT
lox 5171
ATAACTTCGTATA
ATGTgTaC
TATACGAAGTTAT
lox 2272
ATAACTTCGTATA
AaGTATcC
TATACGAAGTTAT
M2
ATAACTTCGTATA
AgaaAcca
TATACGAAGTTAT
M3
ATAACTTCGTATA
taaTACCA
TATACGAAGTTAT
M7
ATAACTTCGTATA
AgaTAGAA
TATACGAAGTTAT
M11
ATAACTTCGTATA
cgaTAcca
TATACGAAGTTAT
lox 71
TACCGTTCGTATA
NNNTANNN
TATACGAAGTTAT
lox 66
ATAACTTCGTATA
NNNTANNN
TATACGAACGGTA
位 い 点 てん 特 とく 异性重 じゅう 组(Site-Specific Recombination)和 わ 一般的同源重组相对,是 ぜ 指 ゆび 在 ざい DNA上 じょう 的 てき 特定 とくてい 位 い 点 てん 发生的 てき 由 よし 特定 とくてい 重 じゅう 组酶介 かい 导的重 じゅう 组过程 ほど 。
在原 ありわら 核 かく 和 わ 真 ま 核 かく 细胞中 ちゅう ,都 と 已 やめ 经有一些位点特异性重组系统被发现和描述,基本 きほん 上 じょう 它们都 と 是 ぜ 利用 りよう 一个或多个蛋白对非对称的DNA序列 じょれつ 进行特 とく 异性识别操作 そうさ ,生成 せいせい 非 ひ 对称DNA序列 じょれつ 的 てき 方向 ほうこう 所 しょ 决定的 てき 重 じゅう 组产物 ぶつ 。除 じょ 了 りょう 重 じゅう 组酶外 がい ,一般还有一些其他蛋白会对重组过程进行调控。
位 い 点 てん 特 とく 异性重 じゅう 组由重 じゅう 组蛋白 しろ 对其特 とく 异性识别的 てき DNA序列 じょれつ 进行结合开始,一个重组酶一般可以结合同一个DNA分子 ぶんし 或 ある 两个DNA分子 ぶんし 上 じょう 的 てき 两个特 とく 异性位 い 点 てん 。结合上 じょう 去 さ 后 きさき ,重 じゅう 组酶的 てき 酪氨酸 さん 残 ざん 基 もと 会 かい 与 あずか DNA分子 ぶんし 的 てき 磷酸基 もと 团发生 せい 转酯化 か 反 はん 应 ,将 はた 酶蛋白和 しらわ DNA连接起 おこり 来 らい ,这一步反应保存了磷酸二酯键中的能量,使 つかい 其不需要 じゅよう 高 だか 能 のう 辅因子 いんし 也可以发生 せい 逆 ぎゃく 反 はん 应。
另一 いち 条 じょう DNA链上也发生 せい 了 りょう 相 しょう 同 どう 的 てき 反 はん 应,这样就在两条链的骨 こつ 架 か 上分 かみぶん 别暴露 ばくろ 了 りょう 两个游 ゆう 离的3'羟基,这时的 てき DNA-酶复合 ごう 物 ぶつ 即 そく 是 ぜ 反 はん 应的中 ちゅう 间体。下 した 一 いち 步 ほ ,DNA上 じょう 游 ゆう 离的3'羟基会 かい 与 あずか 另一 いち 条 じょう DNA上 うえ 的 てき 5'磷酸基 もと 团共价连接 せっ ,并使后 きさき 者 しゃ 和重 かずえ 组酶上 じょう 的 てき 酪氨酸 さん 残 ざん 基 もと 解 かい 离,生成 せいせい 重 じゅう 组反应中的 てき 霍利迪 すすむ 交叉 こうさ 。
这样,两条原本 げんぽん 并不相 しょう 连的DNA链连接 せっ 在 ざい 了 りょう 一 いち 起 おこり ,再 さい 通 つう 过后续的酶切和 わ 连接,两端DNA序列 じょれつ 发生了 りょう 互相交换,蛋白 たんぱく 质之间的相互 そうご 作用 さよう 促进并指导了这个过程的 てき 进行。
当 とう 某 ぼう 些病毒 びょうどく ,比 ひ 如一些噬菌体侵染细菌细胞时,会 かい 将 はた 自己 じこ 的 てき 遗传物 ぶつ 质整合 せいごう 进宿主 しゅくしゅ 的 てき 基 もと 因 いん 组中。发生整合 せいごう 的 てき 特 とく 异性位 い 点 てん 称 しょう 作 さく att(attachment)位 い 点 てん ,在 ざい 上述 じょうじゅつ 过程中 ちゅう ,病毒 びょうどく DNA上 じょう 的 てき attA位 い 点 てん 与 あずか 细菌DNA上 じょう 的 てき attB位 い 点 てん 发生重 じゅう 组,而其他 た 位 い 点 てん 不 ふ 会 かい 发生,这就属 ぞく 于位点 てん 特 とく 异性重 じゅう 组的例 れい 子 こ 。
现已发现两个因 いん 素 もと 会 かい 影 かげ 响Cre-lox重 じゅう 组的效率 こうりつ 。第 だい 一 いち 个因素 もと 是 ぜ lox序列 じょれつ 中 ちゅう 不 ふ 对称区 く 段 だん 的 てき 碱基序列 じょれつ ,突变的 てき lox序列 じょれつ 会 かい 表 ひょう 现出与野 よの 生 せい 型 がた 不同 ふどう 的 てき 重 じゅう 组效率 りつ ,但 ただし 一般 いっぱん 低 てい 于野生 やせい 型 がた 。推测这可能 かのう 是 ぜ 因 いん 为突变的碱基影 かげ 响了反 はん 应中间体的 てき 生成 せいせい 和解 わかい 离。[ 17]
第 だい 二个影响因素是一对lox序列 じょれつ 之 の 间floxed序列 じょれつ 的 てき 长度,Cre-lox重 じゅう 组的效率 こうりつ 随 ずい 着 ぎ 其长度 ど 的 てき 增大 ぞうだい 而降低 てい ,或 ある 许是因 いん 为反应动力学 りきがく 的 てき 影 かげ 响。[ 18] [ 19] [ 20] floxed序列 じょれつ 在 ざい 基 もと 因 いん 组中的 てき 位置 いち 会 かい 对Cre重 じゅう 组酶的 てき 结合有 ゆう 影 かげ 响,也会影 かげ 响重组效率 りつ 。[ 20] 此外,cre基 もと 因 いん 的 てき 启动子 こ 选择也很重要 じゅうよう ,低 てい 表 ひょう 达的启动子 こ 往往 おうおう 会 かい 造成 ぞうせい 异常的 てき 重 じゅう 组结果 はて 。[ 20]
在 ざい Cre-Lox重 じゅう 组系统中常用 じょうよう 的 てき 表 ひょう 达调控 ひかえ 机 つくえ 制 せい 还有三 さん 苯氧胺 诱导系 けい 统。[ 21] 通 つう 过在Cre酶的蛋白 たんぱく 序列 じょれつ 上 じょう 添加 てんか 一个雌激素受体结构域 いき ,可 か 以实现重组反应在特定 とくてい 时间点 てん 的 てき 触 さわ 发。重 じゅう 组过后 きさき 的 てき Cre酶在没 ぼつ 有 ゆう 三苯氧胺的情况下会被运输到细胞质 中 なか ,不能 ふのう 介 かい 导重组反应;当 とう 我 わが 们加入 かにゅう 三 さん 苯氧胺后,三苯氧胺可以与Cre蛋白 たんぱく 上 じょう 的 てき 受体结构域 いき 结合,并导致其被 ひ 运送到 いた 细胞核 かく 中 なか ,从而使 し 重 じゅう 组反应可以进行 ぎょう 。[ 22]
Cre-lox系 けい 统的自然 しぜん 功 こう 能 のう [ 编辑 ]
P1噬菌体 たい 是 ぜ 一 いち 种温和 おんわ 噬菌体 たい ,既 すんで 可 か 以进行 ぎょう 裂 きれ 解 かい 循环 也可以进行 ぎょう 溶源循环 。在 ざい 裂 きれ 解 かい 循环的 てき 情 じょう 况下,一旦噬菌体的基因组进入细菌体内,噬菌体 たい 的 てき 蛋白 たんぱく 就开始 はじめ 表 おもて 达,新 しん 的 てき 病毒 びょうどく 粒子 りゅうし 开始组装,细菌很快就会裂 きれ 解 かい 并释放出 ほうしゅつ 大量 たいりょう 新 しん 的 てき 噬菌体 たい ,从而继续这个循环;在 ざい 溶源循环中 ちゅう ,噬菌体 たい 的 てき 基 もと 因 いん 组将和 わ 宿主 しゅくしゅ 的 てき 基 もと 因 いん 组共存 きょうぞん ,并在宿主 しゅくしゅ 分裂 ぶんれつ 时传入子 いれこ 细胞,直 ちょく 到 いた 某 ぼう 些刺激 しげき (紫 むらさき 外 がい 线、饥饿等 とう )导致其转入 にゅう 裂 きれ 解 かい 循环。
温和 おんわ 噬菌体 たい 中 ちゅう ,有 ゆう 的 てき 会 かい 像 ぞう λ らむだ 噬菌体 たい 一 いち 样,在 ざい 溶源期 き 间将其基因 いん 组整合 せいごう 进宿主 しゅくしゅ 的 てき 基 もと 因 いん 组内 うち 。但 ただし 是 ぜ P1噬菌体 たい 的 てき 基 もと 因 いん 组则是 ぜ 以质粒 的 てき 形式 けいしき 存在 そんざい 于宿主 しゅくしゅ 的 てき 细胞内 ない ,这时Cre-lox系 けい 统就会 かい 发挥功 こう 能 のう :帮助环化线性的 てき 噬菌体 たい DNA、分 ぶん 开复制 せい 后 きさき 连结的 てき 两个质粒DNA分子 ぶんし 使 し 其平均 へいきん 分配 ぶんぱい 到 いた 两个子 こ 细胞中 ちゅう ,还可能 かのう 作 さく 为备选的复制方式 ほうしき 来 らい 维持质粒DNA的 てき 拷贝数 すう 。[ 23]
多 た 对loxP位 い 点 てん 的 てき 插入 そうにゅう [ 编辑 ]
多 た 种loxP的 てき 变体,[ 24] 特 とく 别是lox2272和 わ loxN,被 ひ 用 よう 于产生 せい 不同 ふどう Cre-lox重 じゅう 组(诱导的 てき 和 わ 组成的 てき )的 てき 结合体 がったい ,从而实现小 しょう 鼠 ねずみ 脑部多 た 达4种的荧光显色(“Brainbow”系 けい 统)。
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