重组酶的定义和功能概述
重组酶的定义
重组酶是一个酶家族，催化DNA内的位点特异性重组事件。
位点DNA重组是一个过程，在这个过程中，DNA链被打断，然后在不同的等位基因(基因的不同形式)组合中重组，具有一定的序列相似性。
位点特异性重组酶通过首先识别并结合到特定的或目标的位点来重新排列DNA片段，在那里它们进行断裂，交换两个片段，然后重新连接DNA链。
在一些位点特异性重组系统中，重组酶足以进行重组过程，然而，在其他一些系统中，需要其他几个辅助蛋白来支持该系统。
重组酶最初来源于真菌和噬菌体(也被称为噬菌体)，它参与了许多细胞过程，包括复制、发病、分化和移动遗传元素的运动。
在多细胞生物，这些酶被用于修饰/操纵基因组结构和控制基因表达。它们通过激活四种功能机制来实现这一目的，包括易位、倒置、删除/插入和卡带交换。
有些众所周知，也常被研究位点特异性重组酶的例子是:
- Cre重组酶:一种从P1噬菌体分离出来的酪氨酸重组酶(也称为I型拓扑异构酶)。它催化两个loxP位点之间的位点特异性DNA重组反应。它还被用于开发基因组工程的诱导重组酶系统。
- 欣重组酶:由198个氨基酸组成，属于丝氨酸蛋白酶家族。重组酶系统最初是在沙门氏菌中发现的，它在那里进行DNA的切割和重组。
它翻转900个碱基对，包含一个启动子，下游鞭毛基因，fljA和fljB，在细菌基因组中帮助逃避宿主免疫反应。
- 混乱关系重组酶:通过选择性突变修饰Cre重组酶形成的一种实验酶。在实验室测试中，它已显示出从受感染细胞中去除被人类免疫缺陷病毒(HIV)插入的DNA片段。
- FLP重组酶:从面包酵母(或酵母)的2µ质粒中提取酿酒酵母)．它执行Flp-FRT重组，用于在受控条件下操纵体内DNA序列。其功能类似于Cre- loxp系统(其中pLox是Cre重组酶的底物)。
在这篇文章中，我们将进一步介绍重组酶，包括它们在生物中的类型，功能，和在体外实验室应用。
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重组酶的功能和重要性
重组酶在不同的生物体中具有多种功能。它们参与基因组操作、DNA扩增、位点特异性和同源重组，以及逃避细菌物种的宿主免疫反应。
基因操作
许多可从真核生物和原核生物中得知，它们与其他蛋白质一起作用于独特的不对称DNA序列，并引起遗传操纵。重组产物取决于这些序列的方向。
基因操作中涉及的重组酶的四种基本功能机制包括:
- 删除/插入:“切除”指的是去除一段双链DNA，“插入”指的是在生物体的基因组DNA中加入一段核苷酸。这些事件导致突变，并可能导致生物表型或基因型异常。
- 反演:突变核酸的核苷酸序列原顺序的逆转或染色体内的重排
- 易位:一种现象染色体的一部分被转移到另一个染色体上。
- 磁带交换:一个过程在这种方法中，带有一对不相容的靶位点的基因卡带与带有两个相同位点的基因卡带进行交换。
特有的复合
位点特异性重组也称为保守位点特异性重组。这是一个过程，两个DNA链，有一定程度的序列同源性，交换片段。
通常情况下，重组酶作用和重组发生的两个位点是相同的。然而，在这种情况下也有一些例外，如λ积分酶的attP和attB。
在特定站点重组过程中发生的事件包括:
- 位点特异性重组酶识别一个短而特异的DNA序列并与之结合。
- 重组酶分裂DNA主干。
- DNA链的片段被交换。
- DNA链被DNA连接酶重新连接。
许多基因组工程策略依赖于位点特异性重组，包括重组酶介导的盒体交换(RMCE)。这是一种将DNA转录单元定向整合到特定基因组位点的有效方法。
重组酶的应用
位点特异性重组酶在分子生物学和生物化学实验室进行体外实验中有多种应用。它包括具有特异性的基因操作或修饰、克隆、利用PCR进行重组酶聚合酶扩增、定点荧光标记、开发转基因生物以及研究基因在生物中的功能作用。
有几个重组酶带来的好处与传统的基因组工程方法相比，包括:
- 去除无用的DNA。
- 回收可选标记。
- 多个转基因到单个拷贝稳定位点的分解由于结构表征的简单性，在实验室中更受欢迎．
这是一些应用程序其中重组酶起关键作用:
- 重组酶参与提高基因组修饰的特异性。它为生物基因组中的切除、倒置和插入事件提供了一种有针对性的方法。
例如，重组酶已在实验室中用于靶向染色体整合，通过识别内源性基因组定位的识别位点(或隐藏位点)。
- 位点特异性重组是最早用于开发涉及可选择标记转基因的转基因植物的技术之一。利用重组酶在模型植物中删除标记的几种策略已被报道。
- 除了转基因植物，该技术还被用于开发转基因哺乳动物细胞类型，酵母，小鼠和果蝇．
例如，phiC31整合酶(一种重组酶)已被用于开发转基因非洲爪蟾蜍光滑的(非洲爪蛙)胚胎。此外，在小鼠卵母细胞中引入Cre重组酶RNA已被发现可诱导一种转基因的位点特异性重组。
- 位点特异性重组酶可用于许多基因组工程应用。它们很可能被常规用于开发需要较少农药和化肥的作物，使其健康生长，提高产量和食品质量。
- 位点特异性重组酶技术已成为基因修饰研究的一部分，以解开生物学基本问题的答案，并开发生物技术工具。
- 重组酶是在实验室中开发人工诱导重组酶系统，用于基因组工程实验或修饰基因功能。
例如，Cre用于与参与抑制重组事件的雌激素受体融合，以激活自动切除策略。
- 重组酶在基因治疗中的应用为通过程序化遗传学治疗不治之症提供了重要的进展。
重组酶的类型和例子
可都是分为两科根据它们的机制相关性和催化域内活性氨基酸:丝氨酸重组酶家族和酪氨酸重组酶家族。
酪氨酸可
它的催化结构域含有酪氨酸氨基酸，参与DNA攻击和链交换过程。如果成员利用相同或不相同的位点，酪氨酸重组酶根据因子进一步分为另外两组。
- 单向可:它们利用不同的位点，具有不可逆的倒置、切除、整合和倒置重组酶活性。例如lambda, HK101, pSAM2重组酶。
- 双向可:它们利用相同的位置，它们的行为是可逆的。它们的例子是Cre, FLP和R重组酶。
丝氨酸可
这些重组酶的催化结构域位点有丝氨酸。根据酶的大小，它们被进一步分为两组。
- 小可:它们体积小，具有不可逆的分子内切除作用。该基团的成员包括β- 6、γδ、CinH和ParA，其中six、res、RS2和MRS是它们的识别位点。
- 大可:它们体积大，作用于不同的识别位点序列不同-称为attP和attB。它们进行不可逆的倒置、切除和积分反应。可逆作用只有在加入第二种蛋白质(称为相应的切除酶)后才可能发生。
图:重组酶超家族及其成员的图解。
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重组酶是一类在同源重组和位点特异性重组中具有功能作用的酶。这是一种生物事件，涉及DNA断裂，同源段之间的链交换，以及使用DNA连接酶连接DNA段。
重组酶根据催化区域的常见氨基酸分为两种:丝氨酸重组酶和酪氨酸重组酶。这些酶在机体中有多种作用，包括复制、发病、逃避宿主免疫反应等。
重组酶最早来源于噬菌体和真菌，今天它们是实验室基因工程应用的一个组成部分，包括通过定向整合或删除基因片段进行基因组修饰。
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