Рекомбинация FLP-FRT
Специфичная для сайта рекомбиназа FLP | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Организм | |||
Символ | FLP1 | ||
Uniprot | P03870 | ||
|

В генетике FRT FLP- является рекомбинация технологией рекомбинации, направленной на участок , все чаще используемой для манипулирования ДНК организма в контролируемых условиях in vivo . Он аналогичен Cre- Lox рекомбинации , но включает в себя рекомбинацию последовательностей между короткометражными целевыми мишенями ( FRT ) с помощью рекомбиназы Flippase ( FLP ), полученной из плазмиды 2 мкл плазмиды дрожжей Baker Saccharomyces cerevisiae .
Последовательность минимального сайта FRT 34BP имеет последовательность
- 5' GAAGTTCCTATTC TCTAGAAA GAAGGAACTTC 3'
для которого Flippase (FLP) связывается с обоими 5-б.п. 5'-Gaagttcctattc-3 'руками, фланкирующими спейсер 8 п.н., то есть специфическая для сайта рекомбинация (область кроссовера) в обратной ориентации. Расщепление FRT происходит прямо впереди из асимметричной области ядра 8BP ( 5' Tctagaaa 3' ) на верхней части и за этой последовательности на нижней части. [ 1 ] Существует несколько вариантов сайтов FRT , но рекомбинация обычно может происходить только между двумя идентичными FRT не среди неидентичных («гетероспецифических») S, но, как правило , . [ 2 ] [ 3 ]
Биологическая функция
[ редактировать ]У дрожжей этот корректирующий фермент уменьшается в 2 мкл -плазмидном количестве, вызванном редкими событиями неудачника. Это происходит путем вызывания рекомбинации между двумя перевернутыми повторениями на плазмиде 2 мкл во время репликации ДНК . Это изменяет направление одной репликации вилки, вызывая несколько раундов копирования за одну инициацию. [ 4 ]
Мутации последовательности сайта FRT
[ редактировать ]Senecoff et al. (1987) исследовали, как нуклеотидные замены в FRT влияли на эффективность FLP-опосредованной рекомбинации. Авторы индуцировали замены основания в одном или обоих участках FRT и проверили концентрацию FLP, необходимую для наблюдения специфических для сайтов рекомбинаций. Каждое основание было выполнено на каждом из тринадцати нуклеотидов в сайте FRT (пример G, T, T и C). Во -первых, авторы показали, что большинство мутаций в последовательности FRT вызывают минимальные эффекты, если присутствует только в одном из двух сайтов. Если мутации происходили в обоих участках, эффективность FLP значительно снижается. Во-вторых, авторы предоставили данные, для которых нуклеотиды наиболее важны для связывания FLP и эффективности специфической для сайта рекомбинации. Если первый нуклеотид в обоих сайтах FRT заменяется цитозином (G до C), третий нуклеотид заменяется тимином (A до T) или седьмым нуклеотидом заменяется аденозином (G на A), затем Эффективность FLP-опосредованной сайт-специфической рекомбинации снижается более чем в 100 раз. [ 5 ] В то время как базовая замена любого из вышеупомянутых нуклеотидов только в одном из участков FRT привела к десятикратному, десятикратному и пятикратному снижению эффективности соответственно. [ 5 ]
Базовые замены в капитализированных нуклеотидах привели к наибольшему снижению FLP-опосредованной сайт-специфической рекомбинации (мутант wildtype x и мутант x-мутант):
- 5' Gaataggaacttc 3' [ 5 ]
Многие доступные конструкции включают в себя дополнительные последовательности рук (5'- GAAGTTCCTATTCC -3 ') Одна пара оснований вдали от восходящего элемента и в той же ориентации:
- 5' GAAGTTCCTATTC C GAAGTTCCTATTC TCTAGAAA G T ATAGGAACTTC 3'
Этот сегмент является незаконным для удаления, но необходимо для интеграции, включая обмен кассетами, опосредованным рекомбиназой . [ 6 ]
Поскольку активность рекомбинации может быть нацелена на выбранную орган, или низкий уровень рекомбинационной активности может быть использован для постоянного изменения ДНК только подмножества клеток, FLP- FRT может использоваться для построения генетических мозаиков в многоклеточных организмах. Используя эту технологию , потеря или изменение гена могут быть изучены в данном целевом органе, представляющем интерес, даже в тех случаях, когда экспериментальные животные не выживут в потере этого гена в других органах ( пространственный контроль ). Эффект изменения гена также может быть изучен с течением времени, используя индуцибельный промотор для запуска активности рекомбинации в конце развития ( временный контроль ) - это предотвращает изменение.
Биохимическая структура FLP и механизм действия
[ редактировать ]Биохимически релевантная структура и активный сайт
[ редактировать ]Белок FLP, очень похожий на CRE, представляет собой специфическую рекомбиназу для семейства тирозина. [ 7 ] Это семейство рекомбиназ выполняет свою функцию с помощью механизма топоизомеразы типа IB, вызывающего рекомбинацию двух отдельных цепей ДНК. [ 7 ] Рекомбинация осуществляется повторным двухэтапным процессом. Первоначальный шаг вызывает создание промежуточного соединения Holliday Junction . Второй шаг способствует результирующей рекомбинации двух дополнительных прядей. Как предполагает их фамилия, высоко консервативный тирозиновый нуклеофил расщепляет пряди ДНК. [ 7 ] Нуклеофильные свойства тирозинового атаки и связываются с 3'-фосфатом в точке расщепления ДНК. [ 7 ] Полученная 5'-гидроксильная группа расщепленной ДНК действует как нуклеофил и атакует 3'-фосфат на дополнительно расщепленную цепь ДНК, что приводит к успешной рекомбинации. [ 7 ] За пределами остатка тирозина существует консервативный каталитический пентад. Этот пентад состоит из лизина (лиса), двух аргининов (ARG I и II), гистидина (HIS-II) и гистидина/триптофана (HIS/TRP-III), который включает обязательный и высоко консервативный созвездие Остатки для активного участка FLP и CRE (вместе с другими IB -топ -топомеразами). [ 7 ] Эти другие остатки имеют решающее значение для правильной ориентации связывания и позиционирования FLP на цепях ДНК.
Применение FLP-опосредованного сайта рекомбинации
[ редактировать ]Начальные проблемы
[ редактировать ]Термолетность
[ редактировать ]Первоначальное применение рекомбиназы FLP-FRT не работало у млекопитающих. Белок FLP был термолабильным (денатурирован при повышенных температурах) и, следовательно, не был полезен в модели млекопитающих из -за повышенных температур тела этих модельных систем. Однако из-за патентов и ограничений на использование рекомбинации Cre-Lox был получен большой интерес для получения более термостабильной кассеты FLP-FRT. Некоторые из первых результатов были получены Buchholz et al. (1997), используя циклический мутагенез в Escherichia coli . В своем исследовании авторы трансфицировали E. coli Cells двумя плазмидами: один кодирует случайно мутированные белки FLP ниже по течению от арабинозного промотора, а другой, содержащий промотор гена Lacz в кассете FRT. E. coli выращивали на арабинозное пластины при 37 ° C и 40 ° C, и если рекомбинация произошла, экспрессия LACZ будет ослаблена, а колонии будут казаться белыми. Белые колонии были отобраны из каждого поколения и выращивали на новых арабинозных тарелках при одинаковых предыдущих температурах в течение восьми поколений. [ 8 ] После того, как рекомбинация была подтверждена вестерн-блоттингом, и мутированные гены FLP были секвенированы, этот -восьмого поколения белок FLP (FLPE) трансфицировали в культуру клеток млекопитающих, и была подтверждена рекомбинация в клетках млекопитающих. [ 8 ] Этот вариант FLP имеет только 4 аминокислотных замены: P2S, L33S, Y108N и S294P.
Поколение генетической мозаики
[ редактировать ]Генетический мозаицизм происходит в организме, когда подобные типы клеток экспрессируют различные фенотипы из -за разнородных генотипов в специфических локусах. Проще говоря, это происходит, когда один организм содержит разные генотипы, которые обычно редки в природе. Тем не менее, это может быть легко (и проблематично) создано с использованием рекомбинации FLP-FRT. Если в ячейке присутствуют два разных сайта FRT, а FLP присутствует в соответствующих концентрациях, кассета FRT будет продолжать иссекать и вставлять между двумя сайтами FRT. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока белки FLP не упадут ниже необходимых концентраций, приводящих к клеткам в организме, обладающих различными генотипами. [ 9 ] Это было замечено от фруктовых мух к мышам и неизбирательно против специфических хромосом (соматический и пол) или типов клеток (соматическая и зародышевая линия). [ 9 ] [ 10 ]
Определение клеточных линий
[ редактировать ]До публикации Dymecki et al . (1998), рекомбиназа CRE была использована для картирования клеточного фарта нейрональных предшественников у мышей с использованием промотора EN2 . [ 11 ] Таким образом, авторы Dymecki et al . (1998) предположили, что FLP -рекомбиназа может быть использована аналогичным образом с аналогичной эффективностью, что и рекомбиназа CRE у мышей. Авторы создали две трансгенные линии мыши: линия слияния нейронала Wnt1 :: FLP и линия, которая обладала кассетой FRT, фланкирующей 18 -й экзон TM1CWR . [ 9 ] Авторы выбрали этот экзон для удаления, потому что, если он вырезан, его приводит к нулевому фенотипу. Авторы пережили две линии и позволили потомству достичь взрослой жизни до того, как потомство было принесено в жертву. Экстракцию РНК проводили на нейрональной, мышечной, кишечной и хвостовой ткани. ПЦР с обратной транскрипцией и северный блоттинг подтвердили удаление 18-го экзона TM1CWR в ткани мозга и умеренно в мышечной ткани (из-за клеток ScWhann в мышце). Как и ожидалось, удаление не было замечено в других тканях. Авторы увидели равную, если не лучше, эффективность рекомбиназы FLP при определении клеточного фарта, чем CRE-рекомбиназа.
В Drosophila melanogaster (фруктовая муха)
[ редактировать ]На сегодняшний день FLP -рекомбиназа использовалась много раз в D. melanogaster. Сравнение рекомбиназы FLP с рекомбиназой CRE у D. melanogaster было опубликовано Frickenhaus et al. (2015) [ 12 ] Полем Авторы Frickenhaus et al. (2015) имел двукратную цель: охарактеризовать и сравнить эффективность рекомбиназы FLP «нокаута» с рекомбиназой «нокаута» и нокдауна RNAi и выявить функцию Cabeza (CAZ), ортолога Fly to Fus ,, в нейронах и мышечной ткани D. melanogaster . FUS был сильно вовлечен в амиотрофический боковой склероз (ALS) и лобно -височная деменция у людей [ 12 ] Полем Авторы использовали систему ELAV -GAL4 /UAS -FLP или CRE для экспрессии рекомбиназы специально в нейронах и системе MEF2 -GAL4/UAS -FLP или CRE, чтобы экспрессировать ее специфически в мышцах. [ 12 ] Авторы приходят к выводу, что инструмент «нокаута» FLP-рекомбиназы более эффективен, чем RNAI и CRE-рекомбиназа, с целью выбивания специфических генов в определенных тканях или клеточных линиях из-за отсутствия протекающей экспрессии, наблюдаемой в обоих белках CRE и транскрипт RNAI. Кроме того, авторы стали свидетелями токсичности для белка CRE, который не наблюдается с белком FLP. [ 12 ]
В Danio Back (Zebraph)
[ редактировать ]Эффективность системы рекомбиназы FLPE оценивали у рыбок данио Wong et al . (2009). [ 13 ] Эмбрионы, которые были гемизиготными для FRT-борьбы с усиленным зеленым флуоресцентным белком (EGFP) вниз по течению от мышечного промотора, вводили белком FLPE. Без FLPE эти эмбрии должны экспрессировать EGFP во всех мышечных тканях, и при пересечении цепи дикого типа, 50% полученного потомства также должен экспрессировать EGFP в мышечной ткани. Эмбриаты, вводимые FLPE, имели значительно сниженную экспрессию EGFP в мышечной ткани, и наблюдался также мозаицизм. [ 13 ] Когда эти эмбрии достигли взрослой жизни, они спарились с штаммом дикого типа, и полученные сцепления имели значительно меньшее потомство, которое экспрессировало EGFP в мышечной ткани (0-4%). [ 13 ] Эти результаты показывают, что не только FLPE очень эффективен в соматических клетках, но также очень эффективен в зародышевой линии рыбок данио.
В растениях
[ редактировать ]Создание «фитосенсоров» или «Стражи» в Arabidopsis Thaliana и Tobacco
[ редактировать ]Фитосенсоры - это генетически модифицированные растения, которые могут сообщать о наличии биотических или абиотических загрязнений. [ 14 ] Производство этих инженерных заводов имеет большие сельскохозяйственные и лабораторные обещания. Тем не менее, создание соответствующего репортерного вектора показал проблематичным. Цис -регуляторные элементы играют важную роль в активации транскрипции генов у растений, и многие из них не совсем понятны. Многие фитосенсоры либо в рамках экспрессируют свои репортерные гены, либо сообщают о ложных позитивах из-за синтетических промоторов. [ 14 ] Авторы Rao et al. (2010) использовали инструмент рекомбиназы FLP для производства высокоэффективных фитосенсоров. Авторы использовали промотор теплового шока, чтобы индуцировать производство FLP, в то время как вектор FRT-флунков отделял промотор CAMV 35S от гена бета-глюкуронидазы (GUS). Когда растения подвергались воздействию теплового шока, индукция FLP приводила к удалению вектора FRT-фланка, эффективно перемещая ген GUS непосредственно вниз по течению от промотора CAMV 35S. Активация GUS привела к тому, что листья растений переходили с зеленого на синий; Таким образом, фитосенсор эффективно сообщил о стрессе для модельной системы! [ 14 ]
С Cre-Recombinase
[ редактировать ]Производство системы экспрессии для индуцируемой индуцируемой miRNA (GRIM)
[ редактировать ]РНК -интерференция (RNAi) вызвало сдвиг парадигмы в экспрессии генов и потенциальных нокаутов генов у эукариот. До производства системы мрачной экспрессии создание векторов RNAi было дорогим и трудоемким. Векторы были произведены традиционным методом копирования и вставки молекулярного клонирования. [ 15 ] Garwick-Coppens et al . (2011) разработали гораздо более эффективный метод для производства векторов RNAi, в котором экспрессия RNAi может быть выбита с использованием Cre-рекобиназы и нокаутирована с использованием FLP-рекомбиназы. Новая система экспрессии Grim позволяет гораздо быстрее генерировать экспрессирующие векторы, содержащие искусственные конструкции RNAi. [ 15 ] Далее авторы показали, что их система экспрессии довольно эффективно работает в клетках эмбриональных почек человека (HEK), распространенной клеточной линии человека в молекулярных исследованиях.
Смотрите также
[ редактировать ]- Специфичная для сайта технология рекомбиназы
- Опосредованный рекомбиназой бирж кассетов
- CRE Рекомбиназа
- Рекомбинация Cre-lox
- Генетическая рекомбинация
- Гомологичная рекомбинация
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Zhu XD, Sadowski PD (сентябрь 1995 г.). «Зависимое от расщепления лигирование рекомбиназой FLP. Характеристика мутантного белка FLP с изменением каталитической аминокислоты» . Журнал биологической химии . 270 (39): 23044–54. doi : 10.1074/jbc.270.39.23044 . PMID 7559444 .
- ^ Schlake T, Bode J (ноябрь 1994 г.). «Использование мутированных сайтов целевого распознавания FLP (FRT) для обмена кассет экспрессии в определенных хромосомных локусах». Биохимия . 33 (43): 12746–51. doi : 10.1021/bi00209a003 . PMID 7947678 .
- ^ Туран С., Куэль Дж, Шамбах А., Баум С., Боде Дж (сентябрь 2010 г.). «Мультиплексирование RMCE: универсальные расширения FLP-рекобиназной технологии, опосредованной кассетом». Журнал молекулярной биологии . 402 (1): 52–69. doi : 10.1016/j.jmb.2010.07.015 . PMID 20650281 .
- ^ Рейнольдс А.Е., Мюррей А.В., Шостак Дж.В. (октябрь 1987 г.). «Роли 2 -микронных генных продуктов в стабильном поддержании 2 микрон плазмиды Saccharomyces cerevisiae» . Молекулярная и клеточная биология . 7 (10): 3566–73. doi : 10.1128/mcb.7.10.3566 . PMC 368010 . PMID 3316982 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Senecoff JF, Rossmeissl PJ, Cox MM (май 1988). «Распознавание ДНК рекомбиназой FLP дрожжей 2 плазмиды MU. Мутационный анализ сайта связывания FLP». Журнал молекулярной биологии . 201 (2): 405–21. doi : 10.1016/0022-2836 (88) 90147-7 . PMID 3047402 .
- ^ Turan S, Bode J (декабрь 2011 г.). «Специфичные для сайта рекомбиназы: от геномных модификаций на основе тегов и целей» . FASEB Journal . 25 (12): 4088–107. doi : 10.1096/fj.11-186940 . PMID 21891781 . S2CID 7075677 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый и фон Ma Ch, Kwiatek A, Bolusani S, Vozianov Y, Jayaram M (апрель 2007 г.). «Раскрытие скрытых каталитических вкладов консервативного HI/TRP-III в тирозин-рекомбиназах: сборка нового активного участка в рекомбиназе FLP, содержащей аланин в этой позиции» . Журнал молекулярной биологии . 368 (1): 183–96. doi : 10.1016/j.jmb.2007.02.022 . PMC 2002523 . PMID 17367810 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Буххольц Ф., Энгранд По, Стюарт А.Ф. (июль 1998 г.). «Улучшенные свойства рекомбиназы FLP, развивающиеся путем циклического мутагенеза». Nature Biotechnology . 16 (7): 657–62. doi : 10.1038/nbt0798-657 . PMID 9661200 . S2CID 21298037 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Dymecki SM, Tomasiewicz H (сентябрь 1998 г.). «Использование FLP-рекобиназы для характеристики расширения Wnt1-экспрессирующих нервных предшественников у мыши» . Биология развития . 201 (1): 57–65. doi : 10.1006/dbio.1998.8971 . PMID 9733573 .
- ^ Голич М.М., Ронг Ю.С., Петерсен Р.Б., Линдквист С.Л., Голик К.Г. (сентябрь 1997 г.). «FLP-опосредованная мобилизация ДНК в специфические сайты-мишени в дрозофиле хромосомы» . Исследование нуклеиновых кислот . 25 (18): 3665–71. doi : 10.1093/nar/25.18.3665 . PMC 146935 . PMID 9278488 .
- ^ Zinyk DL, Mercer EH, Harris E, Anderson DJ, Joyner AL (май 1998). «Сопоставление судьбы сужения мыши среднего мозга с использованием специфической для сайта система рекомбинации» (PDF) . Текущая биология . 8 (11): 665–8. Bibcode : 1998cbio .... 8..665z . doi : 10.1016/s0960-9822 (98) 70255-6 . PMID 9635195 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый Frickenhaus M, Wagner M, Mallik M, Catinozzi M, Storkebaum E (март 2015 г.). «Высокоэффективная инактивация генов, специфичная для гена, выявляет ключевую функцию для гомолога Drosophila fus cabeza в нейронах» . Научные отчеты . 5 : 9107. DOI : 10.1038/SREP09107 . PMC 5390904 . PMID 25772687 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Wong AC, Draper BW, Van Eenennaam AL (апрель 2011 г.). «Функции FLPE у эмбрионов рыбок данио» . Трансгенные исследования . 20 (2): 409–15. doi : 10.1007/s11248-010-9410-9 . PMC 3051101 . PMID 20552273 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Рао М.Р., Мун Х.С., Шенк Т.М., Беккер Д., Мазареи М., Стюарт К.Н. (2010-09-13). «Рекомбинация FLP/FRT от дрожжей: применение двух генной кассетной схемы в качестве индуцибельной системы у растений» . Датчики . 10 (9): 8526–35. Bibcode : 2010senso..10.8526r . doi : 10.3390/s100908526 . PMC 3231192 . PMID 22163670 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Garwick-Coppens SE, Herman A, Harper SQ (ноябрь 2011 г.). «Конструкция постоянно индуцируемых векторов экспрессии на основе miRNA с использованием сайт-специфических рекомбиназ» . BMC Biotechnology . 11 : 107. DOI : 10.1186/1472-6750-11-107 . PMC 3252340 . PMID 22087765 .