同源重組

同源重組反應嚴格依賴DNA分子之間的同源性，100%重組的DNA分子之間的重組常見於非姐妹染色體之間的同源重組，稱為Homologous Recombination，而小於100%同源性的DNA分子之間或分子之內的重組，則被稱為Hemologous Recombination。後者可被負責鹼基錯配對的蛋白如原核細胞內的MutS 或真核生物細胞內的MSH2-3等蛋白質“編輯”。

同源重組可以雙向交換DNA分子，也可以單向轉移DNA分子，後者又被稱為基因轉換（Gene Conversion）。由於同源重組嚴格依賴分子之間的同源性，因此，原核生物的同源重組通常發生在DNA複製過程中，而真核生物的同源重組則常見於細胞週期的S期之後。

基因敲除（geneknockout），是指對一個結構已知但功能未知的基因，從分子水平上設計實驗，將該基因去除，或用其它順序相近基因取代，然後從整體觀察實驗動物，推測相應基因的功能。這與早期生理學研究中常用的切除部分-觀察整體-推測功能的三部曲思想相似。

基因敲除可中止某一基因的表達外，還包括引入新基因及引入定點突變。既可以是用突變基因或其它基因敲除相應的正常基因，也可以用正常基因敲除相應的突變基因。

基因敲除是80年代後半期應用DNA同源重組原理髮展起來的一門新技術。80年代初，胚胎幹細胞（ES細胞）分離和體外培養的成功奠定了基因敲除的技術基礎。1985年，首次證實的哺乳動物細胞中同源重組的存在奠定了基因敲除的理論基礎。到1987年，Thompson首次建立了完整的ES細胞基因敲除的小鼠模型。此後的幾年中，基因敲除技術得到了進一步的發展和完善。

基因敲除的技術路線如下：

（1）構建重組基因載體﹔

（2）用電穿孔、顯微注射等方法把重組DNA轉入受體細胞核內﹔

（3）用選擇培養基篩選已擊中的細胞﹔

（4）將擊中細胞轉入胚胎使其生長成為轉基因動物，對轉基因動物進行形態觀察及分子生物學檢測。

基因敲除的靶細胞最常用的是小鼠ES細胞。基因敲除的技術路線雖不復雜，但由於高等真核細胞內外源DNA與靶細胞DNA序列自然發生同源重組的機率非常低，約為百萬分之一，要把基因敲除成功的細胞篩選出來是一件非常困難的工作。因此，同源重組的篩選和檢測就成了基因敲除技術所要解決的關鍵問題。已有多種篩選方法，其中1988年猶它大學的Capecchi教授的研究組發展的"正負雙向選擇系統"適用範圍寬且效率較高。

同源重組(homologous recombination)是將外源基因定位導入受體細胞染色體上的方法，因為在該座位有與導入基因同源的序列，通過單一或雙交換，新基因片段可替換有缺陷的基因片段，達到修正缺陷基因的目的。位點特異性重組是發生在兩條DNA鏈特異位點上的重組，重組的發生需一段同源序列即特異性位點(又稱附着點；attachmentsite，att)和位點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間的重組，因而重組具有特異性和高度保守性。

根據氨基酸序列相似性和催化機制的差異，位點特異性重組酶主要分為兩大家族，即整合酶系和解離酶/轉化酶系，這兩個家族相隔很遠。整合酶家族催化重組的機制是進行酪氨酸介導的鏈交換，該家族包含有Cre/loxP、FLP/FRT等已經研究得比較清楚並廣泛應用的重組酶系統。解離酶/轉化酶家族催化機制是由絲氨酸介導的，當酶和DNA之間形成含磷的絲氨酸連接時，連接處DNA的4條鏈發生協調的交錯斷裂，然後重新結合，完成同源重組。該家族成員包括來自於鏈黴菌噬菌體的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)能夠有效介導噬菌體基因組中attP位點與細菌宿主染色體上attB位點間的重組反應，將外源基因整合到基因組中，使轉基因的持續、高效表達，為非病毒載體轉移系統在遺傳病基因治療的應用開闢了新的途徑。

日本理化研究所發表新聞公報説，該所研究人員發現酵母線粒體中的DNA（脱氧核糖核酸）在一定條件下進行同源重組時，不像以前認為的那樣需要DNA形成超螺旋。這一發現將為抗衰老等方面的生物醫學研究提供新線索。

新聞公報説，記錄生命遺傳信息的DNA呈穩定的雙鏈螺旋結構，但在複製、轉錄和重組等過程中，DNA鏈會出現一種超螺旋現象，這類似於螺旋狀的電話線在受到外力時可能出現複雜的螺旋狀態。

理化研究所的凌楓和柴田武彥等研究人員在酵母線粒體DNA的同源重組實驗中，使用經過高度純化的酶“Mhr1”進行催化，發現這種條件下的DNA同源重組不需要形成超螺旋，而是通過一種名為“三鏈體”的中間體進行。

凌楓對記者説，曾有研究證明“Mhr1”酶在抑制線粒體異質性上發揮着關鍵作用，此次研究揭示了其催化的反應機制核心。由於線粒體異質性與衰老等生理過程密切相關，理化研究所的這項研究為抗衰老等方面的生物醫學研究提供了新線索。