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Rekombinase

Englisch: recombinase

1 Definition

Rekombinasen sind Proteine, welche die Neuverknüpfung zweier DNA-Stränge katalysieren. Sie sind an folgenden Rekombinationsmechanismen beteiligt:

Besonders die ortspezifischen Rekombinasen haben aufgrund ihrer Effizienz und Sequenzspezifität eine wichtige Bedeutung in der Biotechnologie erlangt.[1]

2 Beispiele

  • DNA-Reparatur: Die Rekombinase RAD51 (homolog zu RecA in Bakterien) katalysiert den Austausch einer beschädigten DNA-Sequenz. Durch Anlagerung eines homologen Chromosoms in der S- und G2-Phase kann die betreffende Stelle durch eine intakte Version ersetzt werden.[2]
  • Integration von Viren ins Wirtsgenom: Der Bakteriophage λ integriert seine virale DNA mittels der Rekombinase Int. Dies geschieht ortspezifisch durch Bindung des bakteriellen attB- und viralen attP-Motivs.[3]
  • VDJ-Rekombination: Die enorme Vielfalt der Antikörper oder T-Zell-Rezeptoren erfolgt durch zufällige Rekombination von verschiedenen Genabschnitten (bestehend aus V, D und J-Segmenten). Dieser Prozess wird unter anderem von den VDJ-Rekombinasen RAG1/2 durchgeführt.[4]

3 Bedeutung für die Biotechnologie

Besonders die Eigenschaften sequenzspezifischer Rekombinasen können in der Zellkultur und in Modellorganismen eingesetzt werden. Ein bekanntes Beispiel stellt das Cre/loxP-System dar, welches vom P1-Bakteriophagen abgeleitet wurde. Werden dessen Erkennungsstellen (loxP-sites) vor und hinter einem Gen platziert, so wird die Sequenz dazwischen nach Aktivierung der Cre-Rekombinase entfernt.[5]. Die Aktivierung der Cre-Rekombinase lässt sich durch Kombination mit entsprechenden Promotern regulieren. Steht das auszuschaltende Gen beispielsweise unter Kontrolle des CD4-Promotors, so findet ein Knockout fast auschließlich in T-Zellen statt.[6]

4 Quellen

  1. James D. Watson: Molekularbiologie. Pearson Studium, 2011, S. 324-372.
  2. Baumann, P. & West, S. C. Role of the human RAD51 protein in homologous recombination and double-stranded-break repair. Trends in Biochemical Sciences 23, 247-251, doi:https://doi.org/10.1016/S0968-0004(98)01232-8 (1998).
  3. Craig, N. L. & Nash, H. A. The mechanism of phage lambda site-specific recombination: site-specific breakage of DNA by Int topoisomerase. Cell 35, 795-803 (1983).
  4. Sadofsky, Moshe J. “The RAG Proteins in V(D)J Recombination: More than Just a Nuclease.” Nucleic Acids Research 29.7 (2001): 1399–1409. Print.
  5. Bacteriophage P1 Site-Specific Recombination. I. Recombination Between loxP Sites. Sternberg N, Hamilton D. J Mol Biol. 1981 Aug 25;1504(4):467-86. doi:10.1016/0022-2836(81)90375-2
  6. Śledzińska A., Fairbairn L., Buch T. (2014) Manipulation of T Cell Function and Conditional Gene Targeting in T Cells. In: Waisman A., Becher B. (eds) T-Helper Cells. Methods in Molecular Biology (Methods and Protocols), vol 1193. Humana Press, New York, NY

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