Cre-lox系统是什么？Cre-lox系统详细介绍

你一定听说过Cre-lox重组系统，无论你是否直接进行过基因操作。由于Cre-lox系统具有操作简单、重组率高的优点，如今已经成为体内外遗传操作的强有力工具。利用Cre-lox系统，可以在特定细胞、组织或整个生物体，甚至在特定时间点敲除或表达某个基因，实现对特定基因的时空特异性操作，这对基因功能的研究和人类疾病动物模型的建立都具有深刻影响。

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）