Jump to content

Рекомбинация FLP-FRT

Сайт-специфическая рекомбиназа Flp
Идентификаторы
Организм Сахаромицеты cerevisiae
Символ ФЛП1
ЮниПрот P03870
Искать
StructuresSwiss-model
DomainsInterPro

В генетике - Flp FRT рекомбинация представляет собой технологию сайт-направленной рекомбинации , все чаще используемую для манипулирования ДНК организма в контролируемых условиях in vivo . Он аналогичен Crelox рекомбиназы рекомбинации , но включает рекомбинацию последовательностей между сайтами-мишенями распознавания короткой флипазы ( FRT ) с помощью флипазы ( Flp ), полученной из 2-мк плазмиды пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae .

Последовательность минимального сайта FRT длиной 34 п.о. имеет последовательность

5' GAAGTTTCCTATTC tctagaaa GAATAGGAACTTC 3'

для которого флиппаза (Flp) связывается с обоими плечами 5'-GAAGTTCCTATTC-3' длиной 13 п.о., фланкирующими спейсер длиной 8 п.о., т.е. сайт-специфическая рекомбинация (область кроссовера) в обратной ориентации. Расщепление, опосредованное FRT, происходит непосредственно перед асимметричной основной областью 8 п.н. 5' тктагааа 3' ) на верхней пряди и за этой последовательностью на нижней пряди. [ 1 ] Существует несколько вариантов сайтов FRT , но рекомбинация обычно может происходить только между двумя идентичными FRT , но обычно не происходит среди неидентичных («гетероспецифичных») FRT . [ 2 ] [ 3 ]

Биологическая функция

[ редактировать ]

У дрожжей этот фермент корректирует уменьшение количества копий плазмиды размером 2 мкм, вызванное редкими событиями неправильной сегрегации. Это достигается за счет рекомбинации между двумя инвертированными повторениями на плазмиде размером 2 мкм во время репликации ДНК . Это меняет направление одной вилки репликации, вызывая несколько раундов копирования за одну инициацию. [ 4 ]

Мутации последовательности сайта FRT

[ редактировать ]

Сенеков и др. (1987) исследовали, как нуклеотидные замены в FRT влияют на эффективность рекомбинации, опосредованной FLP. Авторы индуцировали замены оснований в одном или обоих сайтах FRT и проверяли концентрацию FLP, необходимую для наблюдения сайт-специфических рекомбинаций. Каждую замену оснований выполняли на каждом из тринадцати нуклеотидов в сайте FRT (пример G на A, T и C). Во-первых, авторы показали, что большинство мутаций в последовательности FRT вызывают минимальные эффекты, если присутствуют только в одном из двух сайтов. Если мутации произошли внутри обоих сайтов, эффективность FLP резко снижается. Во-вторых, авторы предоставили данные, какие нуклеотиды наиболее важны для связывания FLP и эффективности сайт-специфической рекомбинации. Если первый нуклеотид в обоих сайтах FRT заменен на цитозин (от G до C), третий нуклеотид заменен на тимин (от A до T) или седьмой нуклеотид заменен на аденозин (от G до A), то эффективность FLP-опосредованной сайт-специфической рекомбинации снижается более чем в 100 раз. [ 5 ] При этом замена оснований любого из вышеупомянутых нуклеотидов только в одном из сайтов FRT приводила к десятикратному, десятикратному и пятикратному снижению эффективности соответственно. [ 5 ]

Замены оснований в нуклеотидах с заглавной буквы приводили к наибольшему снижению FLP-опосредованной сайт-специфической рекомбинации (мутант x дикого типа и мутант x мутант):

5' GaAtagGaacttc 3' [ 5 ]

Многие доступные конструкции включают дополнительные последовательности плеч (5'- ГААГТТКТАТТСС -3') на одну пару оснований дальше от вышележащего элемента и в той же ориентации:

5' GAAGTTCCTATTC c GAAGTTCCTATTC tctagaaa G t ATAGGAACTTC 3'

Этот сегмент необязателен для удаления, но необходим для интеграции, включая обмен кассет, опосредованный рекомбиназой . [ 6 ]

Поскольку рекомбинационная активность может быть направлена ​​на выбранный орган или можно использовать низкий уровень рекомбинационной активности для последовательного изменения ДНК только подмножества клеток, Flp- FRT можно использовать для построения генетической мозаики в многоклеточных организмах. Используя эту технологию , потерю или изменение гена можно изучить в данном интересующем органе-мишени, даже в тех случаях, когда экспериментальные животные не пережили бы потерю этого гена в других органах ( пространственный контроль ). Эффект изменения гена также можно изучать с течением времени, используя индуцируемый промотор для запуска рекомбинационной активности на поздних стадиях развития ( временной контроль ) — это предотвращает изменение.

Биохимическая структура Flp и механизм действия

[ редактировать ]

Биохимически значимая структура и активный центр

[ редактировать ]

Белок Flp, как и Cre, представляет собой сайт-специфическую рекомбиназу семейства тирозина. [ 7 ] Это семейство рекомбиназ выполняет свою функцию через топоизомеразный механизм типа IB, вызывающий рекомбинацию двух отдельных цепей ДНК. [ 7 ] Рекомбинация осуществляется посредством повторяющегося двухэтапного процесса. На начальном этапе создается промежуточное соединение Холлидея . Второй этап способствует результирующей рекомбинации двух комплементарных цепей. Как следует из названия их семьи, высококонсервативный тирозиновый нуклеофил расщепляет нити ДНК. [ 7 ] Нуклеофильные свойства тирозина атакуют и связываются с 3'-фосфатом в точке расщепления ДНК. [ 7 ] Образовавшаяся 5'-гидроксильная группа расщепленной ДНК действует как нуклеофил и атакует 3'-фосфат комплементарно расщепленной цепи ДНК, что приводит к успешной рекомбинации. [ 7 ] Помимо остатка тирозина имеется консервативная каталитическая пентада. Эта пентада состоит из лизина (Lysβ), двух аргининов (Arg I и II), гистидина (His-II) и гистидина/триптофана (His/Trp-III), которые составляют обязательную и высококонсервативную совокупность остатки активного центра Flp и Cre (наряду с другими топиосомеразами IB). [ 7 ] Эти другие остатки имеют решающее значение для правильной ориентации связывания и позиционирования Flp на цепях ДНК.

Применение FLP-опосредованной сайт-специфической рекомбинации

[ редактировать ]

Первоначальные проблемы

[ редактировать ]

Термолабильность

[ редактировать ]

Первоначальное применение рекомбиназы FLP-FRT не сработало у млекопитающих. Белок FLP был термолабилен (денатурировался при повышенных температурах) и поэтому 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 проявлен большой интерес к производству более термостабильной кассеты FLP-FRT. Некоторые из первых результатов были получены Buchholz et al. (1997) с использованием циклического мутагенеза в Escherichia coli . В своем исследовании авторы трансфицировали клетки E. coli двумя плазмидами: одна, кодирующая случайно мутированные белки FLP, расположенные ниже промотора арабинозы, и другая, содержащая промотор гена lacZ внутри кассеты FRT. E. coli выращивали на чашках с арабинозой при 37 °C и 40 °C, и если бы произошла рекомбинация, экспрессия lacZ была бы ослаблена, и колонии выглядели бы белыми. Белые колонии отбирали из каждого поколения и выращивали на новых чашках с арабинозой при тех же предыдущих температурах в течение восьми поколений. [ 8 ] После того как рекомбинация была подтверждена вестерн-блоттингом и секвенированы мутированные гены FLP, этот восьмого поколения белок FLP (FLPe) был трансфицирован в культуру клеток млекопитающих, и рекомбинация в клетках млекопитающих была подтверждена. [ 8 ] Этот вариант FLP имеет только 4 аминокислотные замены: P2S, L33S, Y108N и S294P.

Генерация генетической мозаики

[ редактировать ]

Генетический мозаицизм возникает внутри организма, когда одинаковые типы клеток выражают разные фенотипы из-за разных генотипов в определенных локусах. Проще говоря, это происходит, когда в одном организме присутствуют разные генотипы, что обычно редко встречается в природе. Однако это можно легко (и проблематично) получить с помощью рекомбинации FLP-FRT. Если в клетке присутствуют два разных сайта FRT и FLP присутствует в соответствующих концентрациях, кассета FRT будет продолжать вырезаться и вставляться между двумя сайтами FRT. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока концентрация белков FLP не упадет ниже необходимой концентрации, в результате чего клетки организма начнут приобретать разные генотипы. [ 9 ] Это наблюдалось от плодовых мух до мышей и неизбирательно в отношении конкретных хромосом (соматических и половых) или типов клеток (соматических и зародышевых). [ 9 ] [ 10 ]

Определение клеточных линий

[ редактировать ]

До публикации Dymecki et al . (1998), рекомбиназа Cre использовалась для картирования клеточных судеб предшественников нейронов у мышей с использованием промотора En2 . [ 11 ] Так, авторы Dymecki et al . (1998) предположили, что рекомбиназу FLP можно использовать таким же образом с такой же эффективностью, как и рекомбиназу Cre у мышей. Авторы создали две трансгенные линии мышей: линию слияния нейронов Wnt1::Flp и линию, которая обладала кассетой FRT, фланкирующей 18-й экзон tm1Cwr . [ 9 ] Авторы выбрали этот экзон для удаления, потому что, если его удалить, это приведет к нулевому фенотипу. Авторы скрестили две линии и позволили потомству достичь взрослой жизни, прежде чем потомство было умерщвлено. Экстракцию РНК проводили на нейрональной, мышечной, кишечной и хвостовой тканях. ПЦР с обратной транскрипцией и нозерн-блоттинг подтвердили удаление 18-го экзона tm1Cwr в большом количестве в ткани головного мозга и умеренно в мышечной ткани (из-за клеток Шванна внутри мышц). Как и ожидалось, в других тканях иссечение не наблюдалось. Авторы увидели равную, если не лучшую, эффективность рекомбиназы FLP в определении судьбы клеток, чем рекомбиназы Cre.

У Drosophila melanogaster (Плодовая муха)

[ редактировать ]

На сегодняшний день рекомбиназа Flp многократно использовалась у D. melanogaster. Сравнение рекомбиназы Flp с рекомбиназой Cre у D. melanogaster было опубликовано Frickenhaus et al. (2015) [ 12 ] . Авторы Frickenhaus et al. (2015) преследовали двоякую цель: охарактеризовать и сравнить эффективность «нокаута» рекомбиназы Flp с «нокаутом» рекомбиназы Cre и нокдауном RNAi и выявить функцию cabeza (caz), ортолога FUS у мух , в нейронах и мышечной ткани D. melanogaster . ФУС тесно связан с боковым амиотрофическим склерозом (АЛС) и лобно-височной деменцией у людей. [ 12 ] . Авторы использовали систему elav - Gal4/UAS -Flp или Cre для экспрессии рекомбиназы специфично в нейронах и систему Mef2 -Gal4/UAS-Flp или Cre для ее экспрессии специфично в мышцах. [ 12 ] Авторы приходят к выводу, что инструмент «нокаута» рекомбиназы Flp более эффективен, чем рекомбиназа RNAi и Cre, с целью нокаута определенных генов в определенных тканях или клеточных линиях из-за отсутствия утечки экспрессии, наблюдаемой как в белке Cre, так и в белке Cre. и транскрипт РНКи. Кроме того, авторы стали свидетелями токсичности белка Cre, которой не наблюдается у белка Flp. [ 12 ]

У данио рерио (рыбка данио)

[ редактировать ]

Эффективность рекомбиназной системы FLPe оценивали на рыбках данио Wong et al . (2009). [ 13 ] Эмбрионам, которые были гемизиготными по FRT-фланкированному усиленному зеленому флуоресцентному белку (EGFP), расположенному ниже мышечно-специфического промотора, инъецировали белок FLPe. Без FLPe эти эмбрионы должны экспрессировать EGFP во всей мышечной ткани, а при скрещивании с цепью дикого типа 50% полученного потомства также должны экспрессировать EGFP в мышечной ткани. Эмбрионы, которым инъецировали FLPe, имели значительно сниженную экспрессию EGFP в мышечной ткани, а также наблюдался мозаицизм. [ 13 ] Когда эти эмбрионы достигли зрелого возраста, их скрестили со штаммом дикого типа, и полученные кладки имели значительно меньше потомства, экспрессирующего EGFP в мышечной ткани (0-4%). [ 13 ] Эти результаты показывают, что FLPE высокоэффективен не только в соматических клетках, но и в зародышевой линии рыбок данио.

В растениях

[ редактировать ]

Создание «фитосенсоров» или «сторожей» у Arabidopsis thaliana и табака.

[ редактировать ]

Фитосенсоры — это генетически модифицированные растения, которые могут сообщать о наличии биотических или абиотических загрязнителей. [ 14 ] Производство этих инженерных установок имеет большие сельскохозяйственные и лабораторные перспективы. Однако создание подходящего репортерного вектора оказалось проблематичным. цис -регуляторные элементы играют важную роль в активации транскрипции генов у растений, и многие из них еще недостаточно изучены. Многие фитосенсоры либо недостаточно экспрессируют свои репортерные гены, либо сообщают о ложноположительных результатах из-за синтетических промоторов. [ 14 ] Авторы Рао и др. (2010) использовали рекомбиназу FLP для создания высокоэффективных фитосенсоров. Авторы использовали промотор теплового шока, чтобы индуцировать продукцию FLP, в то время как фланкированный FRT вектор отделял промотор 35S CaMV от гена бета-глюкуронидазы (GUS). Когда растения подвергались тепловому шоку, FLP-индукция приводила к удалению FRT-фланкированного вектора, эффективно перемещая ген GUS непосредственно ниже промотора 35S CaMV. Активация GUS привела к тому, что листья растений изменили цвет с зеленого на синий; таким образом, фитосенсор эффективно сообщал модельной системе о стрессе! [ 14 ]

С Cre-рекомбиназой

[ редактировать ]

Производство системы экспрессии индуцируемой микроРНК (GRIM), готовой к использованию.

[ редактировать ]

РНК-интерференция (РНКи) вызвала сдвиг парадигмы экспрессии генов и потенциальные нокауты генов у эукариот. До создания системы экспрессии GRIM создание векторов РНКи было дорогостоящим и трудоемким. Векторы были получены традиционным методом молекулярного клонирования методом копирования и вставки. [ 15 ] Гарвик-Коппенс и др . (2011) разработали гораздо более эффективный метод производства векторов РНКи, в котором экспрессию РНКи можно нокаутировать с помощью Cre-рекомбиназы и нокаутировать с помощью Flp-рекомбиназы. Новая система экспрессии GRIM позволяет гораздо быстрее создавать векторы экспрессии, содержащие искусственные конструкции РНКи. [ 15 ] Далее авторы показали, что их система экспрессии работает весьма эффективно в клетках эмбриональных почек человека (HEK), распространенной иммортализованной клеточной линии человека в молекулярных исследованиях.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Чжу XD, Садовский П.Д. (сентябрь 1995 г.). «Зависимое от расщепления лигирование рекомбиназой FLP. Характеристика мутантного белка FLP с изменением каталитической аминокислоты» . Журнал биологической химии . 270 (39): 23044–54. дои : 10.1074/jbc.270.39.23044 . ПМИД   7559444 .
  2. ^ Шлейк Т., Боде Дж. (ноябрь 1994 г.). «Использование мутированных сайтов-мишеней распознавания FLP (FRT) для обмена кассетами экспрессии в определенных хромосомных локусах». Биохимия . 33 (43): 12746–51. дои : 10.1021/bi00209a003 . ПМИД   7947678 .
  3. ^ Туран С., Кюле Дж., Шамбах А., Баум С., Боде Дж. (сентябрь 2010 г.). «Мультиплексирование RMCE: универсальное расширение технологии кассетного обмена, опосредованной Flp-рекомбиназой». Журнал молекулярной биологии . 402 (1): 52–69. дои : 10.1016/j.jmb.2010.07.015 . ПМИД   20650281 .
  4. ^ Рейнольдс А.Е., Мюррей А.В., Шостак Дж.В. (октябрь 1987 г.). «Роль продуктов гена размером 2 микрона в стабильном поддержании плазмиды размером 2 микрона Saccharomyces cerevisiae» . Молекулярная и клеточная биология . 7 (10): 3566–73. дои : 10.1128/mcb.7.10.3566 . ПМК   368010 . ПМИД   3316982 .
  5. ^ Перейти обратно: а б с Сенеков Дж. Ф., Россмайсль П. Дж., Кокс М. М. (май 1988 г.). «Распознавание ДНК рекомбиназой FLP плазмиды дрожжей 2 mu. Мутационный анализ сайта связывания FLP». Журнал молекулярной биологии . 201 (2): 405–21. дои : 10.1016/0022-2836(88)90147-7 . ПМИД   3047402 .
  6. ^ Туран С., Боде Дж. (декабрь 2011 г.). «Сайт-специфические рекомбиназы: от геномных модификаций на основе тегов и мишеней» . Журнал ФАСЭБ . 25 (12): 4088–107. дои : 10.1096/fj.11-186940 . ПМИД   21891781 . S2CID   7075677 .
  7. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Ма Ч., Квиатек А., Болусани С., Возиянов Ю., Джаярам М. (апрель 2007 г.). «Раскрытие скрытого каталитического вклада консервативного His / Trp-III в тирозин-рекомбиназы: сборка нового активного сайта в рекомбиназе Flp, содержащего аланин в этом положении» . Журнал молекулярной биологии . 368 (1): 183–96. дои : 10.1016/j.jmb.2007.02.022 . ПМК   2002523 . ПМИД   17367810 .
  8. ^ Перейти обратно: а б Бухгольц Ф., Ангранд П.О., Стюарт А.Ф. (июль 1998 г.). «Улучшенные свойства рекомбиназы FLP, полученные путем циклического мутагенеза». Природная биотехнология . 16 (7): 657–62. дои : 10.1038/nbt0798-657 . ПМИД   9661200 . S2CID   21298037 .
  9. ^ Перейти обратно: а б с Дымецкий С.М., Томасевич Х (сентябрь 1998 г.). «Использование Flp-рекомбиназы для характеристики экспансии нейрональных предшественников, экспрессирующих Wnt1, у мышей» . Биология развития . 201 (1): 57–65. дои : 10.1006/dbio.1998.8971 . ПМИД   9733573 .
  10. ^ Голич М.М., Ронг Ю.С., Петерсен Р.Б., Линдквист С.Л., Голич К.Г. (сентябрь 1997 г.). «FLP-опосредованная мобилизация ДНК к определенным целевым сайтам в хромосомах дрозофилы» . Исследования нуклеиновых кислот . 25 (18): 3665–71. дои : 10.1093/нар/25.18.3665 . ПМК   146935 . ПМИД   9278488 .
  11. ^ Зиник Д.Л., Мерсер Э.Х., Харрис Э., Андерсон DJ, Джойнер А.Л. (май 1998 г.). «Картирование судьбы сужения среднего и заднего мозга мыши с использованием системы сайт-специфической рекомбинации» (PDF) . Современная биология . 8 (11): 665–8. Бибкод : 1998CBio....8..665Z . дои : 10.1016/S0960-9822(98)70255-6 . ПМИД   9635195 .
  12. ^ Перейти обратно: а б с д Фрикенхаус М., Вагнер М., Маллик М., Катиноцци М., Сторкебаум Е. (март 2015 г.). «Высокоэффективная инактивация генов, специфичных для определенного типа клеток, раскрывает ключевую функцию гомолога cabeza FUS дрозофилы в нейронах» . Научные отчеты . 5 : 9107. дои : 10.1038/srep09107 . ПМК   5390904 . ПМИД   25772687 .
  13. ^ Перейти обратно: а б с Вонг А.С., Дрейпер Б.В., Ван Эненнаам А.Л. (апрель 2011 г.). «Функции FLPe в эмбрионах рыбок данио» . Трансгенные исследования . 20 (2): 409–15. дои : 10.1007/s11248-010-9410-9 . ПМК   3051101 . ПМИД   20552273 .
  14. ^ Перейти обратно: а б с Рао М.Р., Мун Х.С., Шенк Т.М., Беккер Д., Мазарай М., Стюарт К.Н. (13 сентября 2010 г.). «Рекомбинация FLP/FRT из дрожжей: применение двухгенной кассетной схемы в качестве индуцируемой системы у растений» . Датчики . 10 (9): 8526–35. Бибкод : 2010Senso..10.8526R . дои : 10.3390/s100908526 . ПМК   3231192 . ПМИД   22163670 .
  15. ^ Перейти обратно: а б Гарвик-Коппенс SE, Герман А., Harper SQ (ноябрь 2011 г.). «Создание постоянно индуцируемых векторов экспрессии на основе микроРНК с использованием сайт-специфических рекомбиназ» . БМК Биотехнология . 11 :107. дои : 10.1186/1472-6750-11-107 . ПМК   3252340 . ПМИД   22087765 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: faae12145ddf397ada59dd76fecc268e__1715758260
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/fa/8e/faae12145ddf397ada59dd76fecc268e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
FLP-FRT recombination - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)