高效位点特异性链霉菌φC31噬菌体整合酶的研究进展

链霉菌φC31噬菌体整合酶（φC31-int）属于位点特异性重组酶的解离酶／转化酶系,该家族催化机制由丝氨酸介导,能识别噬菌体附着位点（attP）和宿主基因组上的细菌附着位点（attB）,介导同源序列之间的位点特异性重组。实验证实,φC31-int是一种高效位点特异性整合工具酶,与其他整合策略相比,具有集高效和安全于一体的优点,通过介导位点特异性整合,将外源基因特异地整合到宿主基因组,使目的基因得以持续、高效的表达,并且具有DNA容量方面的优势。随着研究的深入,人们对φC31-int介导整合作用机制和影响因素有了进一步的认识。通过一系列成功应用φC31-int进行的基因治疗的动物学实验,为今后如何利用非病毒载体系统进行基因治疗及转基因动物模型的建立提供了一种新的选择。     

φC31整合酶系统介导的位点特异性整合研究进展

来源于链霉菌(Streptomyces)噬菌体φC31的整合酶可介导链霉菌附着位点(attB)和噬菌体附着位点(attP)之间的同源重组,这种重组亦可在多种动植物细胞内进行;而且,该整合酶还可介导含attB位点的载体以位点特异性方式整合于多种真核生物基因组内的假attP位点,并使转基因持续高效表达。因此,φC31整合酶在基因修饰、基因治疗及转基因动物研制等方面得到了广泛的应用。文章就近年来φC31整合酶整合规律、提高效率方面的改进及安全性等相关领域的研究进展进行了综述。     

卵母细胞特异表达φC31整合酶载体pZP3-INT的构建及其在小鼠卵母细胞中的表达

链霉菌噬菌体φC31整合酶是一种位点特异性重组酶(Site-specific recombinase,SSR),可介导链霉菌噬菌体attP位点(Phage attachment site)和链霉菌基因组attB位点(Bacterial attachment site)间的单向重组.为探讨它能否应用于卵母细胞特定基因的重组,文章采用卵巢针刺取卵法采集生发泡(GV)期小鼠卵母细胞,将卵透明带糖蛋白3(ZP3)启动子驱动φC31整合酶表达载体pZP3-INT和检测φC31整合酶位点特异性重组功能的重组质粒载体pBCPB+,通过显微注射导入到小鼠卵母细胞中.培养48 h后,RT-PCR检测φC31整合酶mRNA表达以及PCR检测pBCPB+载体发生重组的情况.结果表明:载体pzP3-INT在卵母细胞中表达φC31整合酶mRNA;并且pBCPB+载体发生了位点特异性重组,提示φC31整合酶在卵母细胞中可以介导位点特异性重组反应.     

ΦC31整合酶与转基因动物研制

链霉菌噬菌体 C31整合酶是一种位点性特异重组酶。它以单向整合方式进行重组,无须其他辅助因子,且整合效率高、表达稳定,所以近年来越来越多地被用来介导外源基因与宿主基因组的特异性整合,并被应用于哺乳动物的转基因整合技术中,它为攻克转基因动物研制过程中的随机整合、整合效率低、表达水平不高等技术瓶颈提供了新思路。本文将对链霉菌噬菌体 C31整合酶的作用机制和特点优势作简要的阐述,并对其广阔的应用前景作一展望。     

φC31整合酶与转基因动物研制

链霉菌噬菌体φC31整合酶是一种位点性特异重组酶.它以单向整合方式进行重组,无须其他辅助因子,且整合效率高、表达稳定,所以近年来越来越多地被用来介导外源基因与宿主基因组的特异性整合,并被应用于哺乳动物的转基因整合技术中,它为攻克转基因动物研制过程中的随机整合、整合效率低、表达水平不高等技术瓶颈提供了新思路.对链霉菌噬茵体φC31整合酶的作用机制和特点优势作了简要的阐述,并对其广阔的应用前景作一展望.     

卵母细胞特异表达ФC31整合酶载体pZP3－INT的构建及其在小鼠卵母细胞中的表达

链霉菌噬菌体ФC31整合酶是一种位点特异性重组酶（Site—specific recombinase,SSR）,可介导链霉菌噬菌体attP位点（Phage attachment site）和链霉菌基因组attB位点（Bacterial attachment site）闻的单向重组。为探讨它能否应用于卵母细胞特定基因的重组,文章采用卵巢针刺取卵法呆集生发泡（GV）期小鼠卵母细胞,将卵透明带糖蛋白3（ZP3）启动子驱动的ФC31整合酶表达载体pZP3－INT和检测qbC31整合酶位点特异性重组功能的重组质粒载体pBCPB^＋,通过显微注射导入到小鼠卵母细胞中。培养48h后,RT-PCR检测ФC31整合酶mRNA表达以及PCR检测pBCPB^＋载体发生重组的情况。结果表明：载体pZP3-INT在卵母细胞中表达ФC31整合酶mRNA;并且pBCPB^＋载体发生了位点特异性重组,提示ФC31整合酶在卵母细胞中可以介导位点特异性重组反应。     

噬菌体整合酶介导的位点特异性基因治疗

将治疗基因整合到患染色体上的特定位点并实现稳定的表达是基因治疗的关键,包括病毒载体和转座子系统在内的几种技术已经用于整合,但都存在治疗基因负载力较小及随机整合的应用障碍。来自链霉菌噬菌体中C31、R4及来自乳酸乳球菌噬菌体TP901-1的整合酶,能够识别有限数量的天然基因组序列(假att位点)．从而催化治疗基因位点特异性地整合进入高等真核生物基因组。这种新型的噬菌体整合酶系统在基因负载力及染色体的特异性整合方面具有很大的优越性。迄今为止,这种系统已经成功用于几种基因治疗的研究模型中．将会成为基因治疗的有用工具。     

应用接头PCR的方法扩增假attP位点

φC31整合酶可高效介导外源基因特异、稳定地与哺乳动物基因组发生重组反应.基因组中被整合的住点为假attP位点.运用接头PCR的方法对φC31整合酶介导的含有attB序列及表达绿色荧光蛋白(GFP)的载体在牛基因组中的一个新的特异整合位点(假attP位点)进行扩增.并且显示接头PCR技术在克隆与已知序列相邻的未知旁侧序列上其具有高效、特异、灵敏等特点.     

卵母细胞特异表达fC31整合酶载体pZP3-INT的构建及其在小鼠卵母细胞中的表达

链霉菌噬菌体fC31整合酶是一种位点特异性重组酶(Site-specific recombinase, SSR), 可介导链霉菌噬菌体attP位点(Phage attachment site)和链霉菌基因组attB位点(Bacterial attachment site)间的单向重组。为探讨它能否应用于卵母细胞特定基因的重组, 文章采用卵巢针刺取卵法采集生发泡(GV)期小鼠卵母细胞, 将卵透明带糖蛋白3(ZP3)启动子驱动的fC31整合酶表达载体pZP3-INT和检测fC31整合酶位点特异性重组功能的重组质粒载体pBCPB⁺, 通过显微注射导入到小鼠卵母细胞中。培养48 h后, RT-PCR检测fC31整合酶mRNA表达以及PCR检测pBCPB⁺载体发生重组的情况。结果表明: 载体pZP3-INT在卵母细胞中表达fC31 整合酶mRNA; 并且pBCPB⁺载体发生了位点特异性重组, 提示fC31整合酶在卵母细胞中可以介导位点特异性重组反应。     

φC31整合酶与生物医学

来源于链霉菌噬菌体φC31的整合酶可通过介导链霉菌attB序列与多种生物内源性特异性序列产生重组反应,将外源基因定点整合到生物基因组中。在基因治疗研究中应用φC31整合酶,可使外源基因长期高水平表达,从而达到较好的治疗效果;且由于外源基因定点整合,故安全隐患较小。此外,φC31整合酶还可以用来生产外源基因定点整合的转基因动物,在基础研究和应用研究领域都有很高的潜在应用价值。     

Daxx与ΦBT1相互作用并抑制其重组活性

噬菌体整合酶ΦBT1因其具有可介导转基因位点特异性整合的能力而成为了基因治疗中一种有效的工具,它丰富了转基因载体的选择,并使得多位点特异性整合成为可能.为了能够更加安全有效地利用ΦBT1整合酶作为基因治疗载体,有必要了解ΦBT1整合酶与宿主细胞内蛋白质相互作用的情况.酵母配对实验与免疫共沉淀实验揭示了ΦBT1整合酶中4个氨基酸433RFAL436对整合酶与PML-NBs蛋白Daxx的结合起到了关键作用.通过进一步构建并利用ΦBT1整合酶哺乳动物细胞报告系统,证实过表达Daxx会抑制ΦBT1整合酶在293T细胞中的重组效率.以上结果表明,细胞内的蛋白质可以与ΦBT1整合酶发生相互作用并抑制其重组活性,对于改善ΦBT1整合酶介导的转基因操作以及选择ΦBT1整合酶靶细胞方面具有重要的参考意义.     

ΦC31位点特异性整合酶DNA结合功能域的鉴定

DNA结合功能域的确定是阐明位点特异性重组酶整合机制的关键,而对酶DNA结合功能域进行突变研究是提高酶整合效率和整合特异性的重要方法.为了鉴定ΦC31位点特异性整合酶的DNA结合功能域,依据对ΦC31整合酶序列的生物信息学分析结果,利用PCR和克隆技术在pET22b原核表达载体上构建ΦC31整合酶重组截短突变体表达质粒,将获得的表达质粒转化入大肠杆菌BL21(DE3)菌株扩大培养并用IPTG诱导融合蛋白的表达,经镍柱纯化获得了纯度达90%以上的重组蛋白,分子量也与预期大小一致,Western印迹确定了重组蛋白的特异性.凝胶迁移滞后实验显示野生型以及截短突变体蛋白ΦC311-528、ΦC311-472、ΦC311-413能与细菌附着位点DNAattB和噬菌体附着位点DNAattP结合的条带,而截短突变体ΦC311-353、ΦC311-279、ΦC311-120观察不到相应的结合条带.6个截短突变体质粒在体内重组活性蓝白斑实验中均表现为蓝斑,显示出皆丧失体内重组活性.研究证实,ΦC31整合酶半胱氨酸富集域(第353～413位氨基酸)具有DNA结合的功能,而C末端缬氨酸富集区(第528～613位氨基酸)也与其重组活性相关.这为进一步了解ΦC31整合酶的结构与功能,最终引导其结构进化,提高其特异性和整合效率奠定了基础.     

ΦC31整合酶介导猪基因组定点修饰的探讨

高效与特异的基因组定点修饰是基因工程动物研究的前沿与难点.链霉菌噬菌体ΦC31整合酶能介导含attB位点的外源基因定点整合于多种真核生物基因组的假attP位点,可维持外源基因的正常结构及高效表达.本文探讨ΦC31整合酶介导外源基因在猪基因组内定点整合的分子基础.构建含attB位点的报告载体pEGFP-N1-attB,与ΦC31整合酶表达载体pCMV-INT共转染猪肾PK15细胞,G418筛选获得单克隆细胞系.实时荧光定量PCR筛选出单拷贝整合的转基因细胞系.TAIL-PCR鉴定出1个猪基因组假attP位点,位于猪1号染色体,watson链,坐标114220087-114220126,命名为pig-attP-1.测序结果显示,pEGFP-N1-attB在attB位点处断开插入到pig-attP-1.用荧光计测定细胞培养基上清EGFP含量发现,该转基因细胞系EGFP的表达水平是本底的50倍(13500 AU vs.280 AU),表明pig-attP-1是利于外源基因高效表达的"友好位点".该研究不仅为实现外源基因在猪基因组内的定点整合提供了新策略,也为创制基因工程猪、建立动物生物反应器等研究注入了新思路.     

分枝杆菌噬菌体整合及裂解的分子机理

结核病仍旧威胁着全球人类健康,中国是结核病高发国家之一,寻求新的药物和疫苗势在必行。随着对噬菌体研究的深入,分枝杆菌噬菌体成为结核病新型药物发现和药敏实验的研究热点之一。噬菌体进入宿主菌体内,以裂解和溶源两种途径进入循环。以分枝杆菌的溶源性噬菌体为例,综述了分枝杆菌噬菌体整合和裂解分子机理。分枝杆菌溶源性噬菌体的整合需噬菌体基因组的附着位点attachment site(attP),宿主菌分枝杆菌基因组的附着位点attachment site(attB),整合酶integrase(Int)和整合宿主因子integration host factor(mIHF)。部分溶源性噬菌体如Ms6进入裂解循环,复制转录组装成新的子代噬菌体,在裂解素(Lysin)和穿孔素(Holin)的协同作用下裂解宿主菌,释放子代噬菌体。目前国内未见对分枝杆菌噬菌体的研究报道。研究分枝杆菌噬菌体整合及裂解机理对结核病治疗新药开发有一定的启示。     

噬菌体重组酶介导的DNA同源重组工程

来源于噬菌体的遗传操作工具在基因工程中具有非常重要的地位,例如位点特异性重组酶、柯斯质粒DNA文库及同源重组酶等。其中,来源于Lambda噬菌体的同源重组酶Redα/Redβ和来源于Rac原噬菌体的同源重组酶RecE/RecT能够高效地介导35–50bp短同源臂之间的重组。基于噬菌体同源重组酶Redα/Redβ和RecE/RecT开发的DNA同源重组工程(Recombineering)能够对靶标DNA分子进行快速、精准、高效的修饰,不受限制性内切酶识别位点和DNA分子大小限制,已发展成为一种新型的基因工程技术。本文主要综述了噬菌体同源重组酶及其作用机制、在大肠杆菌及其他细菌中的应用和开发,以及在微生物次级代谢产物的挖掘、动植物转基因、病毒基因组克隆和修饰等方面的应用。原位激活沉默基因簇需要宿主特异性的DNA同源重组工程进行启动子和调控元件的修饰;异源表达次级代谢产物的首要步骤一般是通过RecET直接克隆大的DNA片段;动植物转基因复杂载体的构建效率在有了Red同源重组系统以后有了革命性的发展;RecET直接克隆和Red同源重组介导的感染性克隆构建和修饰方法,不仅有利于病毒基因组功能研究...     

重组酶介导的盒式交换及其应用

重组酶介导的盒式交换 (ｒｅｃｏｍｂｉｎａｓｅｍｅｄｉａｔｅｄｃａｓｓｅｔｔｅｅｘｃｈａｎｇｅ ,ＲＭＣＥ)是近年发展起来的一种基因定点整合新方法。与同类方法相比 ,它具有定点、高效、简单而又可对基因组进行反复修饰等特点 ,因而在研究基因功能、分析顺式作用成分以及构建各种转基因动物、建立人类疾病动物模型等方面具有很大的应用价值。本文拟就ＲＭＣＥ的原理、策略、特点及应用等方面作一综述。1 .ＲＭＣＥ的原理1 .1　重组酶及其介导的位点特异性重组　　重组酶又称位点特异性重组酶 ,是一类源于微生物[1、2 ] 能识别特异的Ｄ…     

位点特异整合微环DNA的体内制备

目的:应用诱导表达的LR克隆酶系统,建立一种在细菌体内获得基于链霉菌噬菌体ФC31整合酶系统的位点特异整合型微环DNA的方法,为实现无细菌骨架等冗余序列的转基因奠定基础。方法:构建包含阿拉伯糖启动子的LR克隆酶系统和ФC31整合酶系统的亲本质粒,在L-阿拉伯糖的诱导下重组产生表达ФC31整合酶的微质粒和包含有目的基因和attB位点等元件的微环DNA。以限制性内切核酸酶酶切电泳定性其重组效率,qPCR定量分析微环、微质粒及亲本质粒的比例,定量计算重组效率。观察随着诱导时间的推进微环/微质粒值的变化。结果:细菌体内LR克隆酶系统可有效催化亲本质粒的重组,重组率达85%以上。相比商品化LR克隆酶体外反应具有更高的稳定性而且更经济。结论:获得了一种高效、稳定的细菌体内产生位点特异性整合型微环DNA的亲本质粒。     

产Shiga毒素噬菌体ψ297在大肠杆菌K12染色体上整合位点的定位研究

鉴定大肠杆菌O157产生Shiga毒素(Stx)的噬菌体ψ297在大肠杆菌K12染色体上的插入位点.采用加接头PCR方法从与噬菌体933W的整合酶基因int同源的核苷酸开始向未知区域进行步移测序,寻找目的基因.将获得的DNA序列与核苷酸数据库进行比较,确定了细菌性噬菌体ψ297的attL、attR和中心序列位于大肠杆菌K12的yecE基因内.噬菌体ψ297在宿主细胞E.coliK12染色体上的整合位点是yecE基因.     

产生志贺样毒素的噬菌体ψ297整合酶基因(int) 的克隆和序列分析

目的克隆并分析细菌性噬菌体ψ297的整合酶基因(int).方法采用加接头的基因DNA片断为模板进行步移PCR,根据溶源性噬菌体ψ297的染色体DNA上类似于噬菌体933W的整合酶基因的一个40个核苷酸设计引物,进行扩增、克隆、亚克隆、测序和序列分析.结果得到了噬菌体ψ297编码的整合酶基因(int)的完整序列,它的长度是1287bp,编码了428个氨基酸的Int蛋白质.将它们的序列与λ噬菌体的整合酶家族其它成员进行了比较,发现噬菌体ψ297的整合酶基因(int)与噬菌体VT1-Sakai的整合酶基因有79%的同源性,噬菌体ψ297的Int蛋白与噬菌体VT1-Sakai的Int蛋白在氨基酸序列上有82%的同源性.N-末端的氨基酸区域是完全保守的,而中心区和C-末端则显示出较大差异.结论噬菌体ψ297与λ噬菌体的int基因来源于同一基因库,噬菌体ψ297可能属于λ噬菌体家族.     

XerCD/dif位点特异性重组

大约10%~15%的大肠杆菌在染色体复制过程中会形成染色体二聚体。大肠杆菌染色体编码的重组酶XerC和XerD作用于染色体复制终点区的dif序列,以同源重组的方式将染色体二聚体解离为单体,使细菌得以正常复制分裂。编码霍乱毒素的噬菌体CTXΦ以位点特异的方式整合入霍乱弧菌染色体,但其基因组中不含有任何重组酶基因,其整合过程需要细菌染色体编码的XerC和XerD重组酶,且整合位点与大肠杆菌dif序列相似。XerCD重组酶基因和dif位点在细菌染色体广泛存在,表明其可能是染色体二聚体解离,噬菌体及其他外源基因成分整合入染色体过程中一种广泛存在的途径。文章对XerCD/dif位点特异性重组在细菌染色体二聚体解离、外源基因整合的研究进展进行综述。