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    PhiC31整合酶作用机制及应用

    放大字体  缩小字体 发布日期:2021-05-12 16:11:50   浏览次数:720  发布人:b77b****  IP:124.223.189***  评论:0
    导读

    根据同源性及催化机制的不同,可以将位点特异整合酶分为2类: 酪氨酸类整合酶:Cre/Loxp、FLP、P1噬菌体等; 丝氨酸类整合酶:PhiC31、R4、Tn4等; 有研究表明,酪氨酸类整合酶的整合效率低于丝氨酸类整合酶。链霉菌噬菌体PhiC31整合酶是一种位点特异整合酶(Site-specific recombinase, SSR),其能够精确并单向的促进attP位点与attB位点的重组,是继C

    根据同源性及催化机制的不同,可以将位点特异整合酶分为2类:
    酪氨酸类整合酶:Cre/Loxp、FLP、P1噬菌体等;
    丝氨酸类整合酶:PhiC31、R4、Tn4等;
    有研究表明,酪氨酸类整合酶的整合效率低于丝氨酸类整合酶。

    链霉菌噬菌体PhiC31整合酶是一种位点特异整合酶(Site-specific recombinase, SSR),其能够精确并单向的促进attP位点与attB位点的重组,是继Cre/Loxp、FLP之后又一个倍受关注的位点特异整合酶,该整合酶已经成为基因治疗、转基因研究等领域的常用技术手段。
    技术特点:φC31 整合酶系统在促进DNA链之间位点的特异重组时,不需要借助外援能量或辅助因子,不仅能实现位点的特异整合,而且具有很高的整合效率。具有介导外源基因整合效率高、胜任大片段基因整合、整合的外源基因可长期高效表达等优点。

    一、序列特征

    研究表明,attB 和attP 最小活性序列长度分别为34bp 和39 bp

    attB:5'- GTGCCAGGGCGTGCCCTTGGGCTCCCCGGGCGCG -3' attP:5'- CCCCAACTGGGGTAACCTTTGAGTTCTCTCAGTTGGGGG -3'




    • image.png

    二、工作机制

    整合酶phiC31识别到attP和attB后会分别从两序列的中心位置TTG后的碱基开始切割双链DNA并旋转180°,之后再连接起来后形成36bp的attL和37bp的attR。由于phiC31整合酶具有attP和attB最小活性序列短, DNA装载能力强,以及异形序列attP和attB交换整合后形成attL和attR不会被phiC31识别催化发生再次整合等突出优势,该系统已经在包括植物、哺乳动物、昆虫等多个物种的位点特异整合研究中得到广泛的应用,并在基因操作和遗传工程研究中发挥了重要的作用,成为开展基因操作的强有力工具晒展网是全面到能查展会所有宣传物料的展会网站。




    PhiC31 integrase

    三、 整合结果

    • 当att位点位于不同的DNA序列中时,PhiC31 位点特异整合酶会促进att位点间的整合;
    • 当att位点位于同一个DNA序列中时,在PhiC31 位点特异整合酶的作用下,att位点间会发生整合,进而发生基因删除或者倒置。

    究竟是删除还是倒置,跟attB与attP序列的方向有关!!!

    位点特异重组酶phiC31能催化其特异识别序列attB与attP之间发生不可逆的重组交换,当 attB与attP同向排列时,会在phiC31的催化下发生重组交换并删除两者之间的DNA序列,而当attB与attP反向排列时,会在phiC31的催化下发生重组交换并翻转两者之间的DNA序列。

    (1)如果attB和attP序列反向排列(头对头的形式),则发生倒置。




    相向排列的attB和attP

    (2)如果attB和attP序列同向排列,则发生剪切(删除)。
    看步骤2




    同向排列的attB和attP

    四、改造变异

    传统的phiC31/att system,attP存在于宿主,attB存在于donor。如果宿主和donor都含有两个attB/attP,会怎样?
    见上图
    ①:插入了3xP3-EGFP-SV40-attB2;
    ②:由于attB2和attP2同向,会删除掉两者之间的序列。
    最后会插入目的元件,而不会残留质粒骨架sequence在基因组上面。

    Frequently Asked Questions

    1. 为什么昆虫用Cre/loxP系统的案例偏少?
      The Escherichia coli phage P1 Cre/loxP site-specific recombination system is currently the most widely applied tool for genome manipulation in the mouse, but the optimum temperature of 37 ℃ for Cre recombinase (Buchholz et al., 1996) is higher than the optimum temperatures for most insect species (approximately 25-32 ℃), and the Cre/loxP system is thus rarely used in insects compared with other organisms such as mammals.

    2. phiC31/att system可以插入多大片段?
      Venken et al. (2006) successfully inserted a transgenic bacterial artificial chromosome
      (BAC) of 133 kb into the intended recipient site and rescued the associated phenotype in D. melanogaster using the phiC31/att system

    3. 多数文献载体含有单一的attB/attP,也有含有两个attB/attP?有何异同?
      单一PhiC31介导的RMCE存在缺点,如非预期的载体骨架整合、donor基因盒被切割以及反向
      置入等问题。双整合酶介导的基因盒交换(dualintegrasecassetteexchange,DICE)可使目的基因精确插入预定位点,而且保持方向不变,规避了单一PhiC31介导的RMCE缺点。


    参考文献:

    1. 位点特异整合酶φC31的作用机制及应用
    2. φC31整合酶系统介导的位点特异性整合研究进展
      3.适用于家蚕表达的特异性整合酶phiC31及其表达调控系统和应用的制作方法
    3. PhiC31整合酶电穿孔鸡成纤维细胞诱发位点特异性基因盒交换
      5.Improvement of a phiC31 integrase-based gene delivery system that confers high and continuous transgene expression
    4. In vivo site-specific integration of transgene in silkworm via PhiC31 integrase-mediated cassette exchange
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