Rekombinase

Englisch: recombinase

1 Definition

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

• Ortsspezifische Rekombination (auch sequenzspezifische Rekombination genannt)
• Homologe Rekombination
• Transpositionale Rekombination

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, das 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: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. ↑ Sternberg N, Hamilton D: Bacteriophage P1 Site-Specific Recombination. I. Recombination Between loxP Sites. 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: Manipulation of T Cell Function and Conditional Gene Targeting in T Cells. Methods Mol Biol. 2014;1193:153-69. doi: 10.1007/978-1-4939-1212-4_15.