• 位點特異性重組

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    位點特殊性重組

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    位點特異性重組,也稱為保守的位點特異性重組,是一種遺傳重組,其中DNA鏈交換發生在至少具有一定序列同源性的片段之間。 稱為位點特異性重組酶 (SSR) 的酶通過識別和結合短的特定 DNA 序列(位點)來執行 DNA 片段的重排,在這些位點上它們切割 DNA 主鏈,交換所涉及的兩個 DNA 螺旋,并重新加入 DNA 鏈。 在某些情況下,重組酶和重組位點的存在足以使反應進行; 在其他系統中,需要許多輔助蛋白和/或輔助位點。 許多不同的基因組修飾策略,在這些重組酶介導的盒式交換 (RMCE) 中,是一種將轉錄單元定向引入預定基因組位點的高級方法,都依賴于 SSR。

    位點特殊重組系統具有高度特異性、快速和高效,即使面對復雜的真核基因組。 它們自然地用于各種細胞過程,包括細菌基因組復制、分化和發病機制,以及移動遺傳元件的移動。 出于同樣的原因,它們為基因工程工具的開發提供了潛在的基礎。

    重組位點的長度通常在 30 到 200 個核苷酸之間,由兩個具有部分反向重復對稱性的基序組成,重組酶與其結合,并且位于發生重組的中心交叉序列的側翼。 發生重組的位點對通常是相同的,但也有例外(例如 λ 整合酶的 attP 和 attB)。

    分類:酪氨酸重組酶與絲氨酸重組酶

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    基于氨基酸序列同源性和機制相關性,大多數位點特異性重組酶分為兩個家族之一:酪氨酸 (Tyr) 重組酶家族或絲氨酸 (Ser) 重組酶家族。 這些名稱源于每類重組酶中存在的保守親核氨基酸殘基,這些重組酶用于攻擊 DNA 并在鏈交換過程中與其共價連接。 最早發現的絲氨酸重組酶家族成員被稱為分解酶或 DNA 轉化酶,而酪氨酸重組酶的創始成員 λ 噬菌體整合酶(使用 attP/B 識別位點)不同于現在眾所周知的酶,例如 Cre( 來自 P1 噬菌體)和 FLP(來自酵母釀酒酵母)。 著名的絲氨酸重組酶包括諸如 gamma-delta 分解酶(來自 Tn1000 轉座子)、Tn3 分解酶(來自 Tn3 轉座子)和 φC31 整合酶(來自 φC31 噬菌體)等酶。

    雖然兩個重組酶家族的個別成員可以進行具有相同實際結果的反應,但這些家族彼此無關,具有不同的蛋白質結構和反應機制。 與酪氨酸重組酶不同,絲氨酸重組酶是高度模塊化的,這一點首先由生化研究暗示,隨后由晶體結構顯示。 當試圖重新設計重組酶蛋白質作為基因操作的工具時,這些蛋白質結構的知識可能會被證明是有用的。

    機制

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    兩個 DNA 位點之間的重組始于重組酶對這些位點的識別和結合——兩個獨立的雙鏈 DNA 分子各有一個位點,或同一分子的至少兩個遠距離片段。 隨后是突觸,即將這些位點聚集在一起形成突觸復合體。 正是在這個突觸復合體中,鏈交換發生了,因為 DNA 通過受控的酯交換反應被切割和重新結合。 在鏈交換過程中,每個雙鏈 DNA 分子在識別位點交叉區域內的固定點被切割,釋放脫氧核糖羥基,而重組酶與 DNA 骨架磷酸鹽形成瞬時共價鍵。 親核絲氨酸或酪氨酸殘基的羥基之間的磷酸二酯鍵保存了切割 DNA 時消耗的能量。

    位點特異性重組

    存儲在該鍵中的能量隨后用于將 DNA 重新連接到另一個 DNA 分子上相應的脫氧核糖羥基。 因此,整個反應的進行不需要外部富含能量的輔助因子,例如 ATP。

    盡管酪氨酸和絲氨酸重組酶的基本化學反應相同,但它們之間存在一些差異。 酪氨酸重組酶,如 Cre 或 FLP,每次在 6-8bp 交錯的點切割一條 DNA 鏈,將鏈的 3' 端連接到酪氨酸親核試劑的羥基。 然后,鏈交換通過類似于 Holliday 連接的交叉鏈中間體進行,其中僅交換了一對鏈。

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    1. 位點特殊性重組
    2. 分類:酪氨酸重組酶與絲氨酸重組酶
    3. 機制

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