cre_loxp基因敲除系统解读
cre_loxp基因敲除系统解读ppt课件
MerCreMer融合蛋白
该系统将雌激素受体(Estrogen Receptor,ER)的配 体结合区(ligand-binding domain,LBD)和Cre重组 酶进行融合，产生一种嵌合重组酶，该嵌合重 组酶的表达被置于特异启动子的调节之下，从 而使其在特定组织和器官或者特定发育阶段产 生。但是只有该嵌合重组酶并不能发挥Cre重组 酶的活性，因为雌激素受体结合区的存在使其 不能进入核内与loxP位点相结合。只有加入雌 激素后才能使其进入核内发挥作用。
6
基因敲除机理 （续）
Offspring: 25% homozygous knockout after 2 generation
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二、基因敲除的基本流程
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（1）打靶载体构建
Attention: Exon1 3N GT/AG
Conditional Knockout
9
（2）转化ES细胞
电转需要的细胞数量2-5x107
同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合。 在基因敲除小鼠制作过程中，需要针对目的基因两端特异性片段设 计带有相同片段的重组载体，将重组载体导入到胚胎干细胞后外源 的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组
同源重组示意图
3
一、Cre/Loxp系统
Cre重组酶（37℃）
acids 281 to 599, G525R)
D.S. Sohal, M. Nghiem. Temporally regulated and tissue-specific gene manipulations in the adult and embryonic heart using a tamoxifen-inducible Cre protein. Circ Res. 89:20-25 (201061).
Cre-loxP、CRISPR-Cas9技术与病毒载体在基因敲除中的联用
基因敲除技术在病毒感染性疾病治疗中的应用
基因敲除技术能够消除病毒复制所需的宿主细胞内基因从而阻止病毒的复制和感染。
基因敲除技术可以用于开发新型抗病毒药物通过抑制病毒复制或干扰病毒生命周期的关键环节 来治疗病毒感染。
基因敲除技术可以用于基因治疗通过将正常基因导入宿主细胞替代缺陷基因恢复细胞功能达到 治疗目的。
CRISPR-Cs9与病毒载体的联用
Cre-loxP技术用于控制基 因表达
CRISPR-Cs9技术用于编 辑基因
病毒载体在基因敲除中的重 要作用
Cre-loxP、CRISPR-Cs9 技术与病毒载体的联用原理
三者联用的优势与挑战
优势：Cre-loxP、CRISPR-Cs9技术与病毒载体在基因敲除中的联用可以实现高效、精准 的基因敲除有助于研究基因功能和疾病治疗。
基因敲除技术简介 Cre-loxP系统在基因敲除中的应用 CRISPR-Cs9系统在基因敲除中的应用 病毒载体在基因敲除中的联用
基因敲除技术在癌症治疗中的应用
基因敲除技术能够精准地编辑人类基因为癌症治疗提供了新的手段。
通过敲除致癌基因或激活抑癌基因基因敲除技术可以有效抑制癌症细胞的生长和扩散。 基因敲除技术在癌症治疗中具有个体化、精准化的特点可以降低治疗副作用和提高治疗 效果。 目前基因敲除技术在癌症治疗领域仍处于研究阶段但已取得了一定的成果和进展。
基因敲除技术还可以用于疫苗开发通过消除病毒基因中的关键位点降低病毒的毒力或致癌性从 而开发出更安全、更有效的疫苗。
06
未来展望与研究方向
Cre-loxP、CRISPR-Cs9技术与病毒载体联用技术的发展 前景
技术改进：随着 基因编辑技术的 不断进步CreloxP、 CRISPR-Cs9与 病毒载体的联用 技术将得到进一 步优化提高敲除 效率和应用范围。
一分钟看懂基因编辑神器「Cre-LoxP」
一分钟看懂基因编辑神器「Cre-LoxP」Q师弟小花师姐，我最近看到什么DO、DIO、FLEX系统的，据说都是Cre-LoxP系统，那么他们之间有什么差异啊？小花师姐师弟，要了解这三种系统的差异，我们首先必须先了解什么是Cre-LoxP系统。
Cre-LoxP系统是一种重组酶系统，能够控制基因组DNA中位点特异性重组的发生，被广泛应用于特异位点的基因敲除、基因插入、基因翻转和基因易位，可达到在基因水平上对生物体进行定向遗传改造的目的，其主要由Cre与LoxP两部分组成。
Cre是一种重组酶，于1981年从P1噬菌体中发现，属于λInt酶超基因家族。
Cre重组酶，能够特异性识别LoxP位点，使2个LoxP 位点之间的DNA进行精确的位点特异性重组。
LoxP则是位于P1噬菌体中的34bp序列，由两个13bp的反向回文序列和8bp的中间间隔序列共同组成，间隔序列决定了LoxP的方向。
LoxP位点的序列如下所示：其中，“N”表示可能变化的碱基。
通过高通量筛选，我们获得了不同的LoxP序列，如下表所示：不同LoxP位点序列表那么当Cre与LoxP相遇时，他们之间又将发生怎样的故事，使得Cre-LoxP系统名气大振呢？主要有以下三种情景哦~✫情景一当两个LoxP位点位于一条DNA链上但方向相反时，Cre重组酶能诱导两个LoxP位点间的序列翻转（图1A）；✫情景二当两个LoxP位点位于一条DNA链上且方向相同，Cre重组酶能有效地敲除两个LoxP位点间的序列（图1B）；✫情景三当两个LoxP位点分别位于两条不同的DNA链或染色体上，Cre 重组酶能诱导两条DNA链发生交换或染色体易位（图1C）。
图1 Cre-LoxP系统基本工作原理示意图However，从以上情景我们也可以看到在Cre酶存在时，A、B、C三种场景的变化其实是可逆的，那么该如何使这种动态变化达到一种稳定状态呢？如下图所示，通过引入两对不同的LoxP位点，经过两组LoxP点的两轮重组我们即可达到一种稳定状态。
cre-loxp系统在大脑特定区域进行基因敲除的原理
cre-loxp系统在大脑特定区域进行基因敲除的原理Cre-loxp系统是一种常用的基因敲除技术，用于特定区域的基因敲除。
该系统是通过两种转基因技术相互配合实现的，即Cre重组酶和loxp位点。
Cre重组酶是一种由细菌噬菌体产生的酶，能够识别和剪切含有loxp位点的DNA序列，从而实现特定区域的基因敲除。
Cre-loxp系统的原理如下：1. Cre重组酶的表达：首先，使用基因工程技术将Cre酶的编码基因嵌入到转基因小鼠的基因组中，使其能够在特定的组织或细胞类型中产生。
通过引入特定的启动子或组织特异性表达的促进子，可以实现Cre重组酶在目标组织或细胞中的表达。
2. 基因敲除载体：在目标基因的启动子或内含子区域，插入一对loxp位点。
loxp位点是一种特殊的DNA序列，约有34个碱基对，呈倒向重复，用于诱导Cre重组酶的作用。
3. Cre重组酶的介导：一旦Cre重组酶在目标组织或细胞中表达，它能够识别和结合含有loxp位点的DNA序列，并结合在loxp位点上。
Cre重组酶在loxp位点间发生酶活性，通过识别和切割这两个loxp位点间的DNA链，将目标基因位点裂解。
4. 基因敲除效应：一旦目标基因位点被裂解，无法继续正常转录和翻译，从而导致目标基因的敲除。
这样，就实现了在特定区域的基因敲除。
Cre-loxp系统具有以下特点和优点：1. 灵活性：Cre-loxp系统可以在不同的组织或细胞类型中实现基因敲除，由于Cre重组酶的表达是由特定启动子或组织特异性表达的促进子控制的，因此可以实现组织或细胞特定的基因敲除。
2. 高效性：Cre重组酶的催化作用很高效，能够在较短的时间内进行特定区域的基因敲除。
3. 精确性：Cre重组酶只能识别和剪切含有完整loxp位点序列的DNA链，因此能够实现精确的目标基因敲除，而不会对其他基因产生影响。
4. 可逆性：如果需要在特定的时期或特定的组织中恢复目标基因的表达，只需停止Cre重组酶的表达即可。
自学自讲(基因敲除)
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治疗措施研究方面的应用
急性排斥反应的半乳糖转移酶基因敲除, 用 此方法培育的动物的器官可以移植到人体而无 排斥反应。他们已成功培育半乳糖转移酶基因 敲除猪, 且已经开展了将该基因敲除猪的心脏 移植至狒狒体内的实验,经移植后的狒狒存活了 2 -6 个月( 均值为 78天),且均未出现超急性排斥 反应的表现。
gene double knockout mice[ J] . FASEB J. 1999, 13( 6): 667-75.
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参考文献
[ 5 ] Leheste JR, Melsen F , Wellner M, et al.Hypocalcemia and osteopathy in mice with kidney-specific megalin gene defect[ J] .
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免疫学方面的应用
近年来,在免疫学方面出现了几十种免疫分子 基因敲除动物模型, 将免疫学研究特别是免疫 耐受的研究推到一个新的阶段 。例如: TCR 基 因敲除后 ,小鼠胸腺发育不全, 脾中 B 细胞增多 ; 免疫球蛋白 u链基因被敲除后 ,B 细胞发育受 阻 ; MHC I 和 II 类抗原基因敲除后, 小鼠缺乏 CD4 +、CD8 +型 T 细胞; β2
insights on the pathogenesis of ocular albinism type 1[ J] .Hum Mol
Genet . 2000, 9( 19): 2781-2788. [ 4] Witting PK, Pettersson K, Ostlund-Lindqvist AM , et al.Inhibition by a coantioxidant of aortic lipoprotein lipid peroxidation and atherosclerosis in apolipoprotein E and low density lipoprotein receptor
基因打靶 cre-loxp重组酶系统
基因打靶基因打靶包括：胚胎干细胞的获得和培养、打靶载体的构建、重组ES细胞的筛选、嵌合体小鼠的制备、基因敲除小鼠的建立、Cre-loxP系统、FLP/FRT系统和条件性基因敲除、基因敲入和大规模ES细胞突变库的建立。
基本概念：1.基因打靶：是利用同源重组技术来定点改变物种的基因组顺序和结构，从而在突变的个体内来研究基因及基因组的功能。
2.基因敲除：是使用基因组中某个/某几个基因或基因的顺式元件产生缺陷，从而在突变体内。
3.丧生正常的功能，来推测这些基因或元件原来在体内的功能。
基因敲入：在个体基因组中定点加入某个/某几个基因或顺式元件，使之表达或发挥作用，从而研究该基因或顺式元件在体内的功能。
4.基因打靶技术是一种定向改变生物活体遗传信息的实验手段。
它的产生和发展建立在胚胎干细胞技术和同源重组技术成就的基础之上，并促进了相关技术的进一步发展。
自1987年早期胚胎干细胞技术建立及第一例基因剔除小鼠诞生以来，基因打靶的研究进展迅速，给现代生物学和医学研究带来了革命性的变化，并直接引发了现代生物学和医学研究各个领域中许多突破性的进展，成为后基因组时代研究基因功能最直接和最有效的方法之一。
一、胚胎干细胞的获得和培养基因打靶中用的小鼠ES细胞系有：D3、E14、R1、J1、CCE，均来源于129小鼠品系和其杂交品系（因为这类小鼠具有自发突变形成畸胎瘤和畸胎肉瘤的倾向，是基因敲除的理想实验动物）。
ES 623和B6-IIIES细胞系，来源于C57BL/6小鼠品系。
BALB/c-I，来源于BALB/c小鼠品系。
常用的饲养层细胞为PMEF（小鼠原代胚成纤维细胞。
PMEF需6 Gy的X 射线照射或丝裂霉素C处理细胞抑制生长后才能用作饲养细胞）。
建立ES细胞的过程中，最好采用只传了2-3代的原代小鼠胚胎成纤维细胞作为饲养细胞，所取得的ICM（内细胞团）只有10％-30％的几率建立ES细胞系。
一旦ES 克隆被确定，接下来应该考虑检查ES细胞的核型。
条件性基因敲除的基本原理Cre／loxP重组系统
条件性基因敲除的基本原理Cre／loxP重组系统条件性基因敲除的基本原理 Cre ／ loxP 重组系统条件性基因敲除主要是通过Cre／10xP或者Ftp／FRT重组系统来实现的。
这两个系统都是位点特异性重组酶系统，已发展成为在体内、外进行遗传操作的有力工具。
这两个系统的应用，可以使靶基因的表达或缺失发生在试验动物发育的某一阶段或某一特定的组织器官。
此外，若与控制Cre或Flp表达的其他诱导系统相结合，还可以对某一基因同时实现时空两方面的调控。
1．Cre／loxP系统的原理Cre／loxP系统来源于F1噬菌体，可以介导位点特异的DNA重组。
该系统含有两种成分：①一段长34bp的DNA序列，含有两个13 bp的反向重复序列和一个8 bp的核心序列。
这段34bp序列是重组酶识别的位点，被称为loxP位点(10cus of X―over in P1)。
②Cre重组酶(cyclizationrecombination)，它是一种由343个氨基酸组成的单体蛋白，可以引发loxP位点的DNA重组。
任何序列的DNA，当其位于两个loxP位点之间的时候，在Cre重组酶的作用下要么被缺失(两个loxP位点的方向相同)，要么方向发生倒转(两loxP位点的方向相反)，如图所示。
Cre／loxP系统的作用机制2．Cre／loxP系统优点Cre／10xP系统之所以在基因敲除中获得了非常广泛的应用，是由该系统的诸多优点决定的：①Cre重组酶与具有loxP位点的DNA片断形成复合物后，可以提供足够的能量引发之后的DNA重组过程，因此该系统不需要细胞或者生物体提供其他的辅助因子；②loxP位点是一段较短的DNA序列，因此非常容易合成；③Cre重组酶是一种比较稳定的蛋白质，因此可以在生物体不同的组织、不同的生理条件下发挥作用；④Cre重组酶的编码基因可以置于任何一种启动子的调控之下，从而使这种重组酶在生物体不同的细胞、组织、器官，以及不同的发育阶段或不同的生理条件下产生，进而发挥作用，这一点也是该系统在应用过程中最为重要的一点。
cre_loxp基因敲除系统解读
诱导性组织特异性Cre工具鼠的载体构建
MHC (cardiac-specific a-myosin heavy chain) Mer (mutated murine estrogen receptor ligand-binding domain amino acids 281 to 599, G525R)
MerCreMer融合蛋白
该系统将雌激素受体(Estrogen Receptor,ER)的配 体结合区(ligand-binding domain,LBD)和Cre重组 酶进行融合，产生一种嵌合重组酶，该嵌合重 组酶的表达被置于特异启动子的调节之下，从 而使其在特定组织和器官或者特定发育阶段产 生。但是只有该嵌合重组酶并不能发挥Cre重组 酶的活性，因为雌激素受体结合区的存在使其 不能进入核内与loxP位点相结合。只有加入雌 激素后才能使其进入核内发挥作用。
（1）打靶载体构建
Attention: Exon1 3N GT/AG
Conditional Knockout
（2）转化ES细胞
电转需要的细胞数量2-5x107
电穿孔或是显微注射方法将构 建好的打靶载体导入ES细胞
（3）阳性克隆筛选
随机整合
定点整合 没有整合
DTA(白喉毒素A亚基）
（4）囊胚注射
基因敲除 Knock Out
背景介绍
1981 年Evans 等首次在体 外分离和培养ES，成功建 立了小鼠胚胎干细胞系
1985 年Smithies最早在哺乳动物 细胞中发现并实现了同源重组
同源重组
Homologus Recombination
同源重组是指发生在姐妹染色单体（sisபைடு நூலகம்er chromatin) 之间或
creloxp基因敲除系统
Loxp site
34bp反向重复序列
Flp/Frt重组系统
P1噬菌体
（1）重组方式
（2）基因敲除机理
Offspring：50% heterozygous knockout after 1 generation
基因敲除机理 （续）
诱导性组织特异性Cre工具鼠的载体构建
MHC (cardiac-specific a-myosin heavy chain) Mer (mutated murine estrogen receptor ligand-binding domain amino
acids 281 to 599, G525R)
D.S. Sohal, M. Nghiem. Temporally regulated and tissue-specific gene manipulations in the adult and embryonic heart using a tamoxifen-inducible Cre protein. Circ Res. 89:20-25 (2001).
（3）阳性克隆筛选
随机整合 定点整合 没有整合
DTA(白喉毒素A亚基）
（4）囊胚注射
小鼠的遗传背 景取决于ES和 囊胚细胞
（5）嵌合体小鼠
（6）品系纯化
纯合突变小鼠用来和Cre小鼠杂交，杂合突变小鼠保种 Loxp2小鼠品系建立完成
三、Cre工具鼠的构建
DNA显微原核注射，是指将外源DNA通 过显微注射的方法注射到受精卵的原 核内，注射DNA整合到小鼠受精卵的 基因组中，并稳定遗传给后代。
MerCreMer融合蛋白
Cre-loxp系统
Cre-loxp系统Cre-lox系统介绍及使⽤汇总由于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。
1.什么是Cre-lox系统？从名字就能知道这套系统的两个主要组成部分：(1)Cre重组酶环化重组酶（Cre,cyclizationrecombinase），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）。
(2)Lox位点Cre重组酶识别的回⽂DNA位点，也叫loxP(locusofX-overP1)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。
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。
条件性基因敲除的“时空开关”——Cre-loxP系统介绍
条件性基因敲除的“时空开关”——Cre-loxP系统介绍基因敲除小鼠是我们研究基因功能必不可少的利器，主要分为全身性基因敲除和条件性基因敲除。
然而，全身性基因敲除的小鼠存在着无法忽视的缺陷，例如：不能特异性地研究特定基因在特定组织内（及特定的时间）的功能；全身性基因敲除小鼠有时因某些基因对胚胎发育的影响而无法正常分娩；或因出生后严重的生理缺陷而过早死亡；或不能产生后代而不能获得纯合子动物模型。
因此，条件性基因敲除小鼠虽然有周期长、费用高、需要配合特定工具鼠使用等劣势，但仍获得了越来越多的选择与喜爱。
今天，就和大家一起来了解下条件性基因敲除方法必用的Cre-loxP重组系统以及应用Cre-loxP进行条件性基因敲除的原则。
概述Cre-loxP重组系统，即对一段特定的DNA序列进行定位并用Cre 重组酶对其进行剪接，由Cre重组酶和loxP位点两部分组成。
其中Cre蛋白，最初由“导致重组（Cause recombination）”命名，也有文献命名为“环化重组酶（Cyclizationrecombinase）”。
Cre重组酶（CyclizationRecombination Enzyme）由大肠杆菌噬菌体P1的Cre基因编码，是由343个氨基酸组成的38kD的蛋白质。
它不仅具有催化活性，而且与限制酶相似，能够特异性识别loxP位点, 从而重组或删除loxP片段间的基因。
loxP（Locus Of X-over P1）是P1噬菌体基因组中34bp的特殊位点序列，包括两个13bp的反向重复序列和一个8bp的间隔区域。
其中，反向重复序列是Cre重组酶的特异识别位点，而间隔区域决定了loxP位点的方向，间隔区中的“N”代表这个碱基是可变的：发展历史1985年，R H Hoess, K AbremskiCre-Lox首次发表了大肠杆菌噬菌体P1的Cre-lox位点特异性重组系统的断裂和交换机制文章。
1987年，Brian Sauer博士把大肠杆菌噬菌体P1的Cre-lox位点特异性重组系统在酿酒酵母中即真核系统中进行了功能表达，提出了Cre介导的位点特异性重组可能是调节真核生物基因组重排的有用工具的预想。
【干货】诱导型条件性基因敲除介绍
【干货】诱导型条件性基因敲除介绍在上上上上次，我们为大家简单的介绍了Cre-loxP重组酶系统，知道了条件性基因敲除策略主要是基于Cre-loxP系统，并且还可以通过它来实现在特定组织细胞中or在动物的特定发育时期对目的基因敲除。
那么，如何随心所欲地实现时空上的条件性基因敲除呢？让我为您一一道来！条件性基因敲除小鼠首先，在待敲除的一段目标DNA序列的两端各放置一个Loxp序列，得到flox小鼠。
然后，将flox小鼠与带有组织特异性表达Cre的小鼠交配繁殖，以获得在特定细胞里把目标基因敲除的小鼠，即条件性基因敲除小鼠。
对于在特定组织细胞中的基因敲除，我们应该能够理解，主要取决于所选择的启动子。
利用组织特异性表达的启动子调控Cre重组酶的表达，就可以实现相应部位特定基因的敲除。
另外，某些启动子（即诱导型启动子）也可以受某些外源性化学物质的调控，外源性调控的基因敲除可以避免在胚胎发育早期由于基因功能的异常所产生的副作用，如荷尔蒙诱导系统、他莫西酚依赖的雌激素突变体启动子和四环素调节系统等。
这其中最频繁使用的是四环素系统（Tet-Off System/Tet-On System）和他莫昔芬系统（Tamoxifen System）。
四环素诱导的Cre-loxP系统四环素诱导的条件性基因敲除系统包含两个互补系统，tTA依赖（tetracycline-controlled transactivator protein (tTA) dependent）和rtTA依赖（reverse tetracycline-controlled transactivator protein (rtTA) dependent）的基因敲除系统，现在又称为Tet-Off系统和Tet-ON系统。
Fig.1 Tetracycline-inducible system[1](a) Tet-Off system. tTA is active without Dox (or tetracycline), and the gene of interest is expressed. With Dox (or tetracycline) treatment, tTA is inactivated, and the gene is no longer expressed.(b) Tet-On system. rtTA is inactive without Dox(or tetracycline), and the gene of interest is not expressed. With Dox (or tetracycline) treatment, rtTA is activated, and the gene is expressed.在这两个系统中，四环素（tetracycline）或其衍生物多西环素（强力霉素Dox）控制转录激活子tTA或rtTA与启动子Ptet结合，从而调控下游基因的表达。
creloxp重组酶系统原理
Cre-loxp重组酶系统是一种常用的基因编辑技术，它可以在特定的DNA序列上实现特异性的编辑和改变。
本文将从原理、应用和发展趋势等方面对Cre-loxp重组酶系统进行介绍。
一、Cre-loxp重组酶系统的原理1. Cre重组酶Cre重组酶是一种来源于大肠杆菌的酶，它能够识别和结合特定的DNA序列loxp，并在该序列上引发DNA的重组事件。
Cre酶最初是在嗜盐古细菌（Archaeoglobus fulgidus）中发现的，后来被用于基因编辑和遗传工程领域。
2. loxp序列loxp序列是Cre-loxp重组酶系统中的关键部分，它是一种DNA序列，长度为34个碱基对，其中包含了两个逆向定向重组位点。
这样的结构使得Cre酶可以选择性地将该序列分为两部分，并引发DNA片段的剪接和重组。
3. Cre-loxp重组酶系统的原理当Cre重组酶与loxp序列结合后，它将在该序列上诱导DNA的重组，使得该序列内的基因组成发生改变。
这种改变可以是插入、缺失、逆向或转向等，具体取决于Cre酶与loxp序列的相对定向。
Cre-loxp重组酶系统可以实现对特定DNA序列的编辑和改变。
二、Cre-loxp重组酶系统的应用1. 基因敲除通过Cre-loxp重组酶系统，可以实现对特定基因的敲除。
具体而言，首先需要在目标细胞中导入一个含有loxp序列的质粒，然后再导入Cre重组酶。
Cre酶与loxp序列结合后，将引发目标基因的敲除，从而实现对该基因的功能破坏或消除。
2. 基因激活除了基因敲除外，Cre-loxp重组酶系统还可以实现对特定基因的激活。
这种激活方式通常是通过插入或逆向调控目标基因的转录和翻译，从而增加目标基因产物的表达水平。
3. 细胞命运的调控在细胞生物学领域，Cre-loxp重组酶系统也被广泛应用于调控细胞的命运和功能。
通过敲除或激活特定基因，可以实现对细胞增殖、分化、凋亡等过程的调控，从而揭示细胞内部的生物学机制。
cre名词解释微生物
cre名词解释微生物CRE（的全称为Cre/loxP重组酶系统）是一种常用的遗传工程技术，被广泛应用于微生物学研究中。
本文将对CRE进行详细解释和探讨。
1. CRE的定义与原理CRE是一种重组酶系统，由Cre重组酶和loxP位点组成。
Cre重组酶是一种遗传物质（蛋白质），其功能是调控目标DNA分子上的重组反应。
loxP位点则是一种特定的DNA序列，它是CRE酶作用的靶标。
通过CRE和loxP的相互作用，可实现DNA分子的重组、插入或剪切等操作。
2. CRE的应用领域微生物学中，CRE被广泛用于基因组工程、基因表达调控、病毒病理研究等方面。
具体应用包括：- 基因敲除和基因突变：利用CRE的重组功能，可以靶向敲除或突变目标基因，从而实现研究该基因功能或解析其对生物体的作用。
- 基因表达调控：通过在目标基因上插入loxP位点，再利用CRE酶的活性，可以实现基因的激活或抑制，从而调控基因表达水平。
- 基因标记和追踪：结合荧光基因和CRE/loxP系统，可以标记特定细胞或组织，以追踪其在生物体内的分布和命运。
- 病原体研究：利用CRE/loxP系统，可以构建感染模型，研究病原体的致病机制、感染途径等，并探索相应的防治策略。
3. CRE的优势和局限性CRE/loxP系统在微生物学研究中具有以下优势：- 高度特异性：CRE酶对loxP位点的识别和结合具有高度特异性，因此可以实现准确的基因重组和操控。
- 灵活性：CRE/loxP系统可以在不同细胞类型和生物体中应用，且操作相对灵活，可以根据需要进行精细调整。
- 低毒性：CRE酶的表达对细胞或生物体的毒性较低，因此对被操作的生物体影响较小。
然而，CRE/loxP系统也存在一些局限性：- 依赖loxP位点：CRE/loxP系统必须在目标DNA上存在loxP位点才能发挥作用，因此需要在目标基因中进行插入或改造。
- 重组效率有限：CRE/loxP系统的重组效率受到多种因素的影响，包括CRE酶的表达水平、loxP位点的位置等，可能存在一定的不可控性。
Cre-LoxP条件性基因编辑系统--学习笔记
Cre-LoxP条件性基因编辑系统--学习笔记背景Cre/LoxP系统来源于F1噬菌体，是非常经典有效的基因编辑技术。
1. 什么是CreCre重组酶(cyclizationrecombination)，它是一种由343个氨基酸组成的单体蛋白，可以引发loxP位点的DNA 重组。
Cre就是一个重组酶，可以识别LoxP位点。
/cre-lox/ addgene上的介绍（1）如果loxP位点位于相同的DNA链上，并且方向相反，那么重组就会导致反转，并且loxP位点之间的DNA区域是反向的。
（2）如果这些位点面向同一方向，则loxP位点之间的序列作为一段环状DNA被切除(并且不被保留)。
（3）如果这些位点位于不同的DNA链上，loxP位点就会产生一个易位事件。
image.png首先我们需要将Cre载入到细胞中，此时已经有成熟的试剂盒可以做到。
通过CRISPR-Cas9系统，可以将CreER插入到AAVS1（腺样病毒相关位点1），藉由AAVS1安全港的作用，稳定表达CreER。
可是CreER可能会泄露，既在没有他莫昔芬的情况下，也可能会敲LoxP（简称犯浑），这时候应该加入双重保障。
Cre调控方式Inducible Cre: These constructs require the addition of an exogenous ligand (e.g. tamoxifen) to activate Cre. One advantage of this system is tight temporal regulation.（1）诱导Cre：这些结构需要添加外源性配体(如他莫昔芬)来激活Cre。
这个系统的一个优点是严格的时间管理--这一个是我们最常用到的！Promoter-regulated Cre: The promoter region defines the areas in which Cre will be expressed. Cre may be expressed globally under a broadly active promoter like CAG, or expressed only in a subset of cells under a more specific promoter (e.g. Rho-Cre is expressed in the retina).（2）启动子调控的Cre：启动子区域定义了Cre表达的区域。
Cre-loxp基因敲除
• 如果两个LoxP位点分别位于两条不同的DNA或染色体上，Cre酶能介导两条 DNA链的交换或染色体易位。
4.Cre-loxP系统的特点
• loxP位点是一段较短的DNA序列，因此非常容易合成；
• Cre重组酶是一种比较稳定的蛋白质，因此可以在生物体不同的组织、不同的生理条件下发 挥作用；
• Cre重组酶的编码基因可以置于任何一种启动子的调控之下，从而使这种重组酶在生物体不 同的细胞、组织、器官，以及不同的发育阶段或不同的生理条件下产生，进而发挥作用， 这一点也是该系统在应用过程中最为重要的一点。 • Cre 重组酶与具有 loxP 位点的 DNA 片断形成复合物后，可以提供足够的能量引发之后的 DNA重组过程，因此该系统不需要细胞或者生物体提供其他的辅助因子；
01
Cre-LoxP重组酶系统
1.Cre重组酶
• 1981年从P1噬菌体中发现，Cre重组酶基因编码区序列全长1029bp，编码由 343 个氨基酸 组成的38kDa单体蛋白。它不仅具有催化活性，而且与限制酶相似，能识别特异的 DNA 序 列，即 loxP 位点，使 loxP位点间的基因序列被删除或重组。Cre重组酶有70%的重组效率， 不借助任何辅助因子，可作用于多种结构的 DNA 底物，如线形、环状甚至超螺旋 DNA。 它是一种位点特异性重组酶，能介导两个LoxP位点（序列）之间的特异性重组，使LoxP位 点间的基因序列被删除或重组。
转基因动物依赖的Cre-loxp系统在应用中遇到 的问题
• 转基因动物的难以获得：有很多Cre/Loxp转基因动物没有被制作出来，自己制作转基因动 物耗时且成本高。 • 动物交配很耗时间：转基因动物达到实验室后，首先需要将转基因动物的数量扩大，然后 经过至少2代交配才能拿到基因敲除的小鼠，而交配一代小鼠至少需要2个月时间，所以至 少需要半年时间才能拿到基因敲除的小鼠。 • 区域或者组织特异性不高：因为转基因小鼠依赖的基因敲除的特异性只能依赖于启动子的 调控，而有些启动子并不能完全符合科研工作者对于区域或者组织特异性的要求，这样就 会使实验结果不精确。
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MerCreMer融合蛋白
该系统将雌激素受体(Estrogen Receptor,ER)的配 体结合区(ligand-binding domain,LBD)和Cre重组 酶进行融合，产生一种嵌合重组酶，该嵌合重 组酶的表达被置于特异启动子的调节之下，从 而使其在特定组织和器官或者特定发育阶段产 生。但是只有该嵌合重组酶并不能发挥Cre重组 酶的活性，因为雌激素受体结合区的存在使其 不能进入核内与loxP位点相结合。只有加入雌 激素后才能使其进入核内发挥作用。
D.S. Sohal, M. Nghiem. Temporally regulated and tissue-specific gene manipulations in the adult and embryonic heart using a tamoxifen-inducible Cre protein. Circ Res. 89:20-25 (2001).
The End
P1噬菌体
（1）重组方式
（2）基因敲除机理
Offspring：50% heterozygous knockout after 1 generation
基因敲除机理
（续）
Offspring: 25% homozygous knockout after 2 generation
二、基因敲除的基本流程
小鼠的遗传背 景取决于ES和 囊胚细胞
（5）嵌合体小鼠
（6）品系纯化
纯合突变小鼠用来和Cre小鼠杂交，杂合突变小鼠保种 Loxp2小鼠品系建立完成
三、Cre工具鼠的构建
DNA显微原核注射，是指将外源DNA通 过显微注射的方法注射到受精卵的原 核内，注射DNA整合到小鼠受精卵的 基因组中，并稳定遗传给后代。
（1）打靶载体构建
Attention: Exon1 3N GT/AG
Conditional Knockout
（2）转化ES细胞
电转需要的细胞数量2-5x107
电穿孔或是显微注射方法将构 建好的打靶载体导入ES细胞
（3）阳性克隆筛选 随来自整合定点整合 没有整合
DTA(白喉毒素A亚基）
（4）囊胚注射
诱导性组织特异性Cre工具鼠的载体构建
MHC (cardiac-specific a-myosin heavy chain) Mer (mutated murine estrogen receptor ligand-binding domain amino acids 281 to 599, G525R)
同一染色体上含有同源序列的DNA分子之间或分子之内的重新组合。 在基因敲除小鼠制作过程中，需要针对目的基因两端特异性片段设 计带有相同片段的重组载体，将重组载体导入到胚胎干细胞后外源 的重组载体与胚胎干细胞中相同的片段会发生同源重组
同源重组示意图
一、Cre/Loxp系统
Cre重组酶（37℃） 位点特异性重组酶，介导loxp 位点间的序列同源重组 70%重组率，无需辅助因子，多种 结构的DNA底物 Loxp site 34bp反向重复序列 Flp/Frt重组系统
基因敲除 Knock Out
背景介绍
1981 年Evans 等首次在体 外分离和培养ES，成功建 立了小鼠胚胎干细胞系
1985 年Smithies最早在哺乳动物 细胞中发现并实现了同源重组
同源重组
Homologus Recombination
同源重组是指发生在姐妹染色单体（sister chromatin) 之间或