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Cre-Rekombinase

Englisch: Cre recombinase

1 Definition

Die Cre-Rekombinase ist ein Enzym aus dem Bakteriophagen P1. Sie katalyisiert die Rekombination zweier DNA-Sequenzen und findet daher breite Anwendung in der Biotechnologie.

2 Biochemie

Die Cre-Rekombinase bindet mit hoher Affinität an eine Signalsequenz, die als loxP-site bezeichnet wird. Je nach Lage der loxP-sites kann sie drei verschiedene Reaktionen durchführen:

  • Ausschnitt von DNA zwischen zwei loxP-sites
  • Inversion von DNA zwischen zwei loxP-sites
  • Fusion von zwei DNA-Molekülen, die jeweils eine loxP-site tragen.

Die Cre-Rekombinase gehört zu den Typ I Topoisomerasen. Sie besteht aus zwei Domänen. Während der Bindung an die loxP-sites bilden diese eine halbringförmige Klammer, die in die kleine und große Furche der DNA binden. Ein Tyrosin im aktiven Zentrum (Tyr324) katalysiert den Einschnitt der Stränge.

3 Mechanismus

Cre liegt in der Zelle immer als Monomer vor. An die loxP-sites binden jedoch zwei Einheiten kooperativ aneinander. Es wird eine Biegung in die DNA eingeführt, wodurch die loxP-sites antiparallel nebeneinander liegen. Wie bei anderen ortspezifischen Rekombinasen kommt es zu zwei aufeinander folgenden Einschnitten. Von jedem DNA-Molekül wird ein Strang eingeschnitten und jeweils mit dem anderen Strang verknüpft. Der Vorgang wiederholt sich für die anderen Stränge, wodurch die Moleküle wieder voneinander getrennt sind.[1]

4 Funktion im Bakteriophagen P1

Als Enzym des Bakteriophagen P1 hat Cre bei der Replikation seines Genoms eine Funktion als Resolvase. P1 integriert sein Genom nicht in das Wirtsgenom, sondern liegt als eigenständiges monomeres Molekül vor. Nach der Replikation ist es aber ein verbundenes Dimer und wird durch Cre voneinander getrennt[2]

5 Funktion in der Biotechnologie

Die Cre-Rekombinase wird als Cre/loxP-System in molekularbiologischen Laboren verwendet. Hier werden Gene oder einzelne DNA-Abschnitte mit loxP-sites flankiert und durch die Cre-Rekombinase ausgeschnitten. Das besondere im Vergleich zu anderen Knockout-Methoden ist, dass man Zeit und Ort (Gewebe, Zellart) des Ausschnitts bestimmen kann. Dadurch kann auch die Funktion von Genen untersucht werden, die in der Embryonalentwicklung benötigt werden und bei Fehlen zum Tod des Embryos vor der Geburt führen.

Diese Flexibilität wird über die Expression von Cre kontrolliert. Es wird für das Cre-Gen ein Promotor gewählt, der dem Untersuchungsziel dient. Dies kann beispielse der Promotor eines Gens sein, dass auschließlich in einem bestimmten Gewebe aktiv ist, oder erst zu einem bestimmten Entwicklungszeitpunkt verwendet wird. Es kann aber auch mit induzierbaren Promotoren kombiniert werden (beispielsweise durch Tetrazyklin).

siehe auch: Cre/loxP-System

6 Quellen

  1. Van Duyne, G. D. Cre Recombinase. Microbiol Spectr 3, MDNA3-0014-2014, doi:10.1128/microbiolspec.MDNA3-0014-2014 (2015)
  2. Abremski, K. & Hoess, R. Bacteriophage P1 site-specific recombination. Purification and properties of the Cre recombinase protein. J Biol Chem 259, 1509-1514 (1984).

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