位点特异性重组统的机理和应用.PDF

中国科学: 生命科学 2010 年 第40 卷 第12 期: 1090 ~ 1111 SCIENTIA SINICA Vitae SCIENCE CHINA PRESS 评述 位点特异性重组系统的机理和应用 ① ①②③* ①* 张霖 , 赵国屏 , 丁晓明 ① 复旦大学生命科学学院微生物学与微生物工程学系, 上海 200433; ② 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所合成生物学重点实验室, 上海 200032; ③ 国家人类基因组南方研究中心省部共建疾病与健康基因组学重点实验室, 上海 201203 * 联系人, E-mail: gpzhao@; xmding74@ 收稿日期: 2010-09-05; 接受日期: 2010-10-06 国家高技术研究发展计划(批准号: 2007AA021206)和国家自然科学基金(批准号:和资助项目 摘要 位点特异性重组酶识别特定的位点形成联会复合体, 并发生DNA 链的切割与交换, 关键词 实现靶位点之间的整合、切离或倒位. 这一过程由位于重组酶催化活性中心的酪氨酸或丝氨 位点特异性重组 酪氨酸重组酶 酸向DNA 磷酸骨架发起攻击, 形成共价中间体, 不需要高能量辅助因子的参与. 由于位点特 丝氨酸重组酶 异性重组系统具有高效精确的优点, 在基因工程领域得到了广泛的应用. 本文从识别位点的 整合酶 性质、重组酶的组成与结构及催化反应的特点三方面对位点特异性重组的机理进行了全面的 阐述, 并对当前重组酶的应用研究之现状、热点及存在的问题作了深入剖析, 并讨论了未来 的发展趋势. 近年来, 位点特异性重组酶(site-specific recom- VDJ 重排)[2,3] 、移动内含子的归巢(intron homing)[4] 、 binases, SSRs)介导的重组反应在遗传工程操作中得 逆转录病毒与宿主基因组的整合等情况, 虽然在某 到了广泛的应用, 由于该反应具有底物专一、快速高 些个例中识别位点是特异的. 效、易于改造应用等特点, 获得了广泛的关注. 位点 典型的位点特异性重组系统具备以下 3 个要素: 特异性重组(site-specific recombination)发生于特定的 一组特定的识别位点(recognition site)、有简单的识别 位点之间, 由重组酶催化核心的氨基酸向 DNA 骨架 序列或具有负责不同蛋白因子识别的复杂结构; 识 发起攻击并介导双链交换实现重组. 位点特异性重 别 DNA 序列、介导切割重连并实现链交换的重组酶 组涉及范围广, 存在于各类细胞, 彼此发挥着非常不 (SSRs), 有的系统中只是单一因子, 更多的情况是不 同但却十分特殊的作用. 一般而言, 该过程包括: 噬 同的蛋白因子协同作用以实现不同的重组结果; 位 菌体整合到宿主染色体与切离(典型代表为大肠杆菌 点特异性重组没有 DNA 的合成, 没有能量的获取或 噬菌体λ和链霉菌噬菌体φC31), 一些复合转座子相 丢失, 则需要一套专司 DNA 断裂重连仍能保持磷酸 关共合体(cointegrate) 的解离(如转座子γδ和Tn3), 某 二酯键平衡的特殊机制.