基本概念:
1. 什么是FLP/FRT
位点特异性重组(site-specific recombination)技术是近 20 年来发展起来的一项重要的分子生物学技术,该系统主要是通过借助能够识别特异性位点的重组酶(site-specific recombinase,SSR),在基因组上对外源 DNA 进行操作,可以实现基因的置换、倒置和删除等。FLP/FRT 系统就属于位点特异性重组系统的一种。
FLP是一个重组酶(flippase,Flp),类似于Cre,它识别的位点是FRT,当FRT在同一条DNA上且方向相同时,则两FRT位点之间的基因则被删除;FRT方向相反,则基因被倒转。
FRT:short flippase recognition target (FRT)
2.什么是Cre-lox系统?
从名字就能知道这套系统的两个主要组成部分:
Cre重组酶
环化重组酶(Cre, cyclization recombinase),是酪氨酸位点特异性重组酶之一,能催化两个DNA识别位点之间的位点特异性重组。Cre重组酶来源于P1噬菌体,由 343个氨基酸组成,能特异性地识别Lox位点。除Cre以外,此类重组酶还有Flp(flipase)和Dre(D6特异性重组酶)。
Lox位点
Cre重组酶识别的回文DNA位点,也叫loxP (locus of X-over P1) 位点,长 34bp,其特征结构为ATAACTTCGTATA -NNNTANNN-TATACGAAGTTAT。两边反向互补的13个碱基为Cre重组酶的识别序列,中间的8个碱基为重组发生位置,这也决定了loxP的方向。N表示可变碱基,不同的碱基选择可形成不同的 Lox位点,除了野生型loxP,常见的还有 Lox2272,Lox511,Lox5171等等,这些突变Lox位点也能被Cre重组酶识别,但是只有两个序列相同的Lox位点之间才能发生重组。
图1 . loxP位点及其突变体位点。(图片来自Ref.1)
在同一个 DNA 分子上,根据Lox位点的位置与方向,可能会发生3种不同的重组事件:
(1)切除:当两个Lox位点在同一染色体上且方向相同时,将切除同向Lox位点之间的DNA序列(也叫Lox侧翼序列,Flox序列)。
(2)反转:当两个Lox位点位于同一染色体上且方向相反时,两个Lox位点之间的序列发生序列反转,即颠倒。
(3)易位:如果两个Lox位点位于不同的染色体上且方向相同,则易位事件将导致DNA片段的交换。
图2. Cre的重组机制。A)loxP位点的基本结构。红色箭头指示loxP位点的方向。B)Cre-loxP介导的易位重组。C)左图示Cre介导两同向loxP位点间的切除重组。右图示Cre介导两反向loxP位点间的反转重组。(图片来自Ref.2)