发现与特性
Cre重组酶最初在噬菌体P1的研究中被发现，其主要功能是在噬菌体生命周期中介导染色体环化。这种酶是一种38kDa的单体蛋白，在进化上与拓扑异构酶 I 相关。Cre重组酶最显著的特点是它对 loxP 位点的特异性极强。 loxP 位点由34个碱基对组成，包含两个13 bp的反向重复序列，中间夹着8 bp的间隔序列。
工作机制
Cre重组酶通过以下步骤完成重组过程：
- 识别与结合: Cre重组酶识别并结合 loxP 位点。
- 切割与连接: 每个 loxP 位点上的 Cre 重组酶二聚体切割 DNA 链，产生具有粘性末端的DNA。
- 链交换: 两个切割的 DNA 链发生交换，重新连接。
- 释放: Cre重组酶从重组的 DNA 上释放。
如果两个 loxP 位点方向相同，则 Cre 重组酶介导这两者之间的 DNA 片段的切除。如果 loxP 位点方向相反，则 Cre 重组酶引起片段的倒位。若两个 loxP 位点位于不同染色体上，则 Cre 重组酶会导致染色体易位。
应用领域
Cre重组酶技术在多个研究领域具有广泛的应用，包括：
- 基因敲除/敲入: 通过在小鼠或其他模式生物的基因组中引入 loxP 位点，可以利用Cre重组酶进行特定基因的条件性敲除或敲入。
- 基因表达调控: Cre重组酶可以用于控制基因的表达，例如，通过在启动子前插入 loxP 位点来控制转录。
- 细胞谱系追踪: 通过 Cre 重组酶介导的荧光报告基因的表达，可以追踪特定细胞的谱系。
- 基因治疗: Cre重组酶技术也被用于基因治疗，如将治疗基因定向整合到特定位点。
优缺点
Cre重组酶系统具有高度的特异性和效率，使其成为基因操作的有力工具。然而，该技术也有一些局限性：
- 潜在的脱靶效应: 虽然 Cre 重组酶的特异性很高，但在某些情况下可能会发生非特异性切割。
- Cre 的表达调控: 如何在特定时间和组织中精确控制 Cre 重组酶的表达是一个挑战。
- loxP 位点的引入: 在基因组中引入 loxP 位点需要一定的技术难度。
结论
Cre重组酶是一种强大的基因工程工具，它为研究人员提供了在活体生物体中操纵基因组的强大能力。随着技术的不断发展，Cre重组酶的应用范围将进一步扩大，为生物医学研究和临床治疗带来新的机遇。