Cre-loxP重組系統技術詳解

Cre-loxP重組系統

一．Cre-loxP重組系統作用原理

1. Cre重組酶和loxP位點

Cre重組酶（Cyclization Recombination Enzyme）由大腸桿菌噬菌體P1的Cre基因編碼，是由343個氨基酸組成的38kD的蛋白質。它不僅具有催化活性，而且與限制酶相似，能夠特異性識別loxP位點。

LoxP（locus of X-overP1）位點長為34bp，包括兩個13bp的反向重復序列和一個8bp的間隔區域。其中，反向重復序列是Cre重組酶的特異識別位點，而間隔區域決定了loxP位點的方向。

 

 

 

      圖1. Cre重組酶和loxP位點

（http://2012.igem.org/Team:Tsinghua-A/Project/Design）

 

2. Cre-loxP重組系統誘導基因重組的方式

      

 Cre-loxP系統存在幾種誘導重組的方式，這是基于Cre重組酶與loxP位點的相互作用而實現的。

        當基因組內存在loxP位點時，一旦有Cre重組酶，便會結合到loxP位點兩端的反向重復序列區形成二聚體。此二聚體與其他loxP位點的二聚體結合，進而形成四聚體。隨后，loxP位點之間的DNA被Cre重組酶切下，切口在DNA連接酶的作用下重新連接。重組的結果取決于loxP位點的位置和方向。主要存在幾下幾種重組方式：

（1） 兩個loxP位點位于同一條DNA鏈上且方向相同，Cre重組酶敲除loxP間的序列；

（2） 兩個loxP位點位于同一條DNA鏈上且方向相反，Cre重組酶誘導loxP間的序列翻轉；

（3） 兩個loxP位點位于不同的DNA鏈或染色體上，Cre重組酶誘導兩條DNA鏈發生交換或染色體易位；

（4） 四個loxP位點分別位于兩條DNA鏈或染色體上，Cre重組酶誘導loxP間的序列互換。

 

 

圖2. Cre-loxP誘導基因重組的方式

（https:///search/rolling%20circle%20replication）

 

二．Cre-loxP重組系統的優勢

   

 

之所以Cre-loxP重組系統在轉基因動物方面得到廣泛的應用，因其具有非常明顯的優勢。主要體現在：時空特異、高效性、準確性、快速性。

 

 

圖3. Cre-loxP重組系統的優勢

 

三．Cre-loxP重組系統在轉基因中的應用

   

    

 

由于Cre-loxP重組系統的高效簡單的作用方式，它已在基因定點刪除、外源基因定點整合、疾病動物模型建立、篩選高效表達基因座等方面得到了有效利用，成為體內外DNA重組的有力工具。

 

圖4. Cre-loxP重組系統在轉基因中的應用

 

四．病毒依賴的基因重組的優勢

 

      應用Cre-loxP重組系統較為常見的形式是兩種轉基因動物的雜交。一般的策略為：

      （1） 利用原核注射的方法獲得轉基因“Cre小鼠”。一般利用特定啟動子控制此小鼠的Cre重組酶的表達；

      （2） 通過置換型載體的同源重組，在胚胎干細胞中向靶位點引入選擇標記基因，并在其兩側引入兩個loxP位點，要求兩條同源染色體都帶有loxP位點，且不能干擾靶基因的轉錄。將此胚胎干細胞注入假孕母鼠中，發育成“floxed小鼠”；

      （3） “Cre小鼠”與“floxed小鼠”交配，產生的后代體內，Cre重組酶會與loxP位點發生作用，導致基因重組。

 

      雖然此法具備了Cre-loxP重組系統的高效、特異的重組，但存在許多不足：

 

 

 

      目前，由于病毒依賴的基因重組能否克服轉基因的動物的諸多不足，從而成為越來越多科研工作者的新選擇。病毒依賴的Cre-loxP重組系統的策略為：

      （1） 通過轉基因動物辦法獲得一只“Cre小鼠”或“floxed小鼠”；

      （2） 病毒注射此“Cre小鼠”或“floxed小鼠”，引入loxP或Cre重組酶元件。

      此方法優勢明顯：

 

五．維真為您提供Cre-loxP重組系統的AAV載體構建和病毒包裝服務

 

 

1. 依賴Cre重組酶誘導表達的FLEX-ON系統

 

     

結合組織特異性的啟動子和不同的AAV血清型，維真提供的FLEX-ON系統能幫您獲得更精準的組織特異性控制和時間控制。

        在FLEX-ON系統中，目的基因反方向位于啟動子下方，兩側分別連接兩個“頭對頭”的loxP。Cre重組酶不存在時，目的基因不能表達；當Cre重組酶存在時，可以誘導目的基因的“翻轉”，從而表達。

 

 

圖5.維真提供依賴Cre的FLEX-ON系統示意圖（上）維真的FLEX-ON實驗圖（下）

 

2. 依賴Cre重組酶反式剪接系統——輕松擁有“表達大基因的AAV”

較小的包裝能力（小于5kb）使得AAV應用受到限制。維真為您提供依賴Cre的反式剪接系統，讓您輕松擁有“表達大基因的AAV”。

多個重組AAV的共轉染效率高達90%，維真將較大基因分為兩部分構建于兩個AAV載體上。通過ITR的重組、mRNA剪接和Cre-loxP消除ITR的對轉錄的抑制作用，實現目的蛋白的表達。相比于單個載體維真提供的依賴Cre的反式剪接系統的表達效率約20%。

 

圖7. 維真提供依賴Cre的反式剪接系統示意圖（左）維真的依賴Cre的反式剪接系統實驗圖（右）