非同源重組

同源重組(Homologous Recombination) 是指發(fā)生在非姐妹染色單體(sister chromatin)之間或同一染色體上含有同源序列的DNA分子之間或分子之內(nèi)的重新組合。同源重組需要一系列的蛋白質(zhì)催化，如原核生物細(xì)胞內(nèi)的RecA、RecBCD、RecF、RecO、RecR等;以及真核生物細(xì)胞內(nèi)的Rad51、Mre11-Rad50等等。 同源重組反應(yīng)通常根據(jù)交叉分子或Holliday結(jié)構(gòu)(Holliday Juncture Structure) 的形成和拆分分為三個(gè)階段，即前聯(lián)會(huì)體階段、聯(lián)會(huì)體形成和Holiday 結(jié)構(gòu)的拆分。同源重組反應(yīng)嚴(yán)格依賴(lài)DNA分子之間的同源性，100%重組的DNA分子之間的重組常見(jiàn)于姐妹染色體之間的同源重組，稱(chēng)為Homologous Recombination，而小于100%同源性的DNA分子之間或分子之內(nèi)的重組，則被稱(chēng)為Hemologus Recombination。后者可被負(fù)責(zé)堿基錯(cuò)配對(duì)的蛋白如原核細(xì)胞內(nèi)的MutS 或真核生物細(xì)胞內(nèi)的MSH2-3等蛋白質(zhì)"編輯"。同源重組可以雙向交換DNA分子，也可以單向轉(zhuǎn)移DNA分子，后者又被稱(chēng)為基因轉(zhuǎn)換(Gene Conversion)。由于同源重組嚴(yán)格依賴(lài)分子之間的同源性，因此，原核生物的同源重組通常發(fā)生在DNA復(fù)制過(guò)程中，而真核生物的同源重組則常見(jiàn)于細(xì)胞周期的S期之后。

同源重組(homologous recombination)是將外源基因定位導(dǎo)入受體細(xì)胞染色體上的方法，因?yàn)樵谠撟挥信c導(dǎo)入基因同源的序列，通過(guò)單一或雙交換，新基因片段可替換有缺陷的基因片段，達(dá)到修正缺陷基因的目的。位點(diǎn)特異性重組是發(fā)生在兩條DNA鏈特異位點(diǎn)上的重組，重組的發(fā)生需一段同源序列即特異性位點(diǎn)(又稱(chēng)附著點(diǎn);attachmentsite，att)和位點(diǎn)特異性的蛋白因子即重組酶參與催化。重組酶僅能催化特異性位點(diǎn)間的重組，因而重組具有特異性和高度保守性。

根據(jù)氨基酸序列相似性和催化機(jī)制的差異，位點(diǎn)特異性重組酶主要分為兩大家族，即整合酶系和解離酶/轉(zhuǎn)化酶系，這兩個(gè)家族相隔很遠(yuǎn)。整合酶家族催化重組的機(jī)制是進(jìn)行酪氨酸介導(dǎo)的鏈交換，該家族包含有Cre/loxP、FLP/FRT等已經(jīng)研究得比較清楚并廣泛應(yīng)用的重組酶系統(tǒng)。解離酶/轉(zhuǎn)化酶家族催化機(jī)制是由絲氨酸介導(dǎo)的，當(dāng)酶和DNA之間形成含磷的絲氨酸連接時(shí)，連接處DNA的4條鏈發(fā)生協(xié)調(diào)的交錯(cuò)斷裂，然后重新結(jié)合，完成同源重組。該家族成員包括來(lái)自于鏈霉菌噬菌體的φC31整合酶、lactococcal噬菌體的TP901-1整合酶、放線菌噬菌體的R4整合酶等。中C31整合酶(φC31-int)能夠有效介導(dǎo)噬菌體基因組中attP位點(diǎn)與細(xì)菌宿主染色體上attB位點(diǎn)間的重組反應(yīng)，將外源基因整合到基因組中，使轉(zhuǎn)基因的持續(xù)、高效表達(dá)，為非病毒載體轉(zhuǎn)移系統(tǒng)在遺傳病基因治療的應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。