概覽
Cre-loxP系統包括Cre重組酶和loxP序列。Cre（Cre重組酶）是一種酪氨酸位點特異性的重組酶（T-SSRs，R=recombinases），可以特異性的識別DNA的loxP（locus of x-over）序列，介導這段DNA序列的刪除，因此被廣泛用於哺乳動物的基因編輯。
Cre由P1噬菌體中的環化重組酶（cyclization recombinase，cre）基因轉錄翻譯而成。其包括Flipase（Flp）和D6特異性重組酶（Dre）兩部分。
Cre的優點是，不需要額外的因素來實現有效的重組，同時可以實現條件敲除（CKO）。CKO相比全身性基因敲除（KO，是指在小鼠所有組織細胞中，將靶基因的某些重要外顯子或功能結構域等全部敲除，導致靶基因的表達缺失），例如我們僅需研究某一基因在成年階段的作用，CKO可以避免發育過程中因為基因的缺失導致胚胎死亡；傳統KO只能對全身作用，但是我們有時也希望通過專門刪除某一組織中的基因而不是身體其他部位的基因來研究該基因在某一組織中的功能。這些問題可以通過有條件的基因缺失（CKO）來解決。CKO通過利用重組酶的特性來識別可以引入到基因組DNA中的特定目標序列導入，Cre/loxP就是最著名的重組酶系統之一。
作用過程
Cre作用的過程大致如下。Cre識別兩個的loxP位點，切除loxP位點之間的DNA。如果將 loxP 位點放在一個基因的兩側，那麼這段基因被稱為「floxing」，意為「flanked by loxP」。
1、兩個loxP方向相反，Cre會引起DNA間插序列的倒轉。
2、兩個loxP位點同向，那麼Cre將催化去除中間序列成環，在原始DNA上僅僅留下一個loxP位點。在理論上，Cre也可以催化這個序列的再插入。但是，由於切除後，loxP位點位於單獨的DNA分子上，其催化再插入的速率會比刪除DNA片段的速率要慢得多，同時由於環狀DNA片段不能在真核細胞中長期維持，這有效地防止了刪除片段在體內的再插入。
3、兩段含有單一loxP位點的DNA片段將發生基因易位，不同染色體上大片段基因互相交換，染色體易位。
4、通過Cre存在與否，調控基因表達與否：上述三種理論上可能互相轉換。我們可以通過引入四個loxP位點。我們可以看到達到動態平衡之後，基因的插入方向顛倒。
因此產生了DO（Cre-off）、DIO（Cre-on）、Cre-Switch（Cre-off/on）三種系統。
（1）DO系統插入基因和啟動子方向一致，基因反向後會導致基因方向與啟動子相反，基因不表達。類似的還有FLEX系統，其插入基因方向與啟動子方向相反，比較類似DIO系統；
（2）DIO系統與DO系統剛好相反，重組後基因方向和啟動子方向同向，基因表達；
（3）Cre-Switch系統是在loxP中插入兩個可被啟動子調控（激活）的閱讀框，當倒置後顯然兩ORF的激活、失活逆轉。
5、將基因激活：在基因的上遊放置一個帶有兩側loxP 位點的終止信號(通常稱為「lox-stop-lox」或「LSL」cassette)，藉此通過刪除該終止信號，激活下遊基因表達。
6、基因的選擇性表達（gene switch）：插入兩個表達框，刪除gene1後gene2方可表達。
7、也可以實現基因插入。採用同源重組技術，在基因組上人工構建兩個loxP位點，藉助構建的兩個loxP位點，可把兩端帶有loxP位點的外源基因重組到基因組上，此種重組是雙向的，既可以把外源基因重組到小鼠基因組內，也可把小鼠基因組內源基因重組出來，這是定點整合的重要手段之一。
時空操縱
Cre-loxP系統可以在時、空（組織特異性）角度操縱基因表達。其原理如圖所示。Cre的啟動依賴前端啟動子的參與。通過多種手段調節啟動子活性達到調控目的。
A.時間特異性
通過細胞特異性的調節元件（啟動子和增強子）發揮作用，這些元件可以被外來物質誘導和調控，經典的外來誘導物有tamoxifen（tam）和tetracycline（tet）。
TAM系統是一種Ligandinducible SSR（Site-specific recombinases，包括Cre重組酶）system。如圖所示，tamoxifen（TAM）系統的關鍵是由一種融合了一種有含有突變的配體結合域的雌激素受體（ER）（總共就是ER-LBD）的Cre蛋白，被稱為（CreER recombinase，tamoxifen）（即CreERT），通常情況下在胞漿中是以結合HSP90的形式存在。CreER可以結合tamoxifen或者4-hydoxy`tamoxifen（4-OHT），但是通常情況下會因HSP90存在而被阻斷。結合後會讓CreER轉位到核中，允許Cre與loxP接觸。一種名為CreERT2的新版本CreER對4-OHT的敏感性遠大於CreERT。
另一種時間上的調節系統是tetracycline（四環素，Tet）系統，又被稱為doxycycline（Dox，多西環素，四環素衍生物）誘導的Cre系統。這個系統又兩種模式，Tet-on和Tet-off，前者可以使得所需基因激活，後者為失活。
Tet系統包括三個成員，包括reverse 四環素控制的 transactivator（rtTA）或者四環素控制的transactivator（tTA）、可以調節Cre基因的表達的四環素反應元件（四環素操縱子，tetO）。當rtTA結合Dox，其可結合於tetO7序列，激活Cre基因的表達。Tet-On和Tet-Off的調控方向剛好相反（如圖）。Tet系統中的多西環素可以通過飲食給予。
B.組織學特異性。
使用組織特異性啟動子（promoter）和增強子以達成空間特異性。（略）
三個小鼠模型的構建的例子
經典Cer-loxP策略：可以實現有條件的、組織特異性的基因敲除。利用胚胎幹細胞的同源重組過程可以獲得floxed的雜合小鼠，將loxP引入到希望敲除的基因的外顯子周圍。SSR小鼠通常由原核微注射（pronuclear microinjection）產生，並被組織特異性啟動子（TSP）調控。這兩隻小鼠（floxed小鼠和SSR小鼠）交配後將導致在表達Cre的細胞、組織（特異性區域）中去除floxed的對應區間，即希望敲除的基因失活。而希望敲除的基因在小鼠的其他組織的細胞中依然正常表達。
配體誘導的SSR策略：例子為前文Tam模型。Cre小鼠是一種轉基因小鼠，它編碼來自雌激素或孕激素受體的Cre（圖中圓圈）和突變配體結合域（LBD-ovals）。該轉基因的組織特異性表達將產生一種融合蛋白，這種融合蛋白被認為是通過與熱休克蛋白相互作用而被隔離在細胞質中。只有在配體(Tam, OHT或RU486)存在的情況下，這兩隻小鼠的floxed外顯子才會被切除。由於TSP的存在，該模型兼有時間和空間特異性。
Reverse TetR-based system：依然使用胚胎幹細胞基因同源重組。SSR小鼠提供tetO-Cre，rtTA小鼠提供細胞中的rtTA。在多西環素（Dox）的作用下，rtTA被激活，可以作用於tetO激活Cre轉錄表達。其餘同前，不再贅述。
參考資料：
[1]John M.Walker et al., Methods in Molecular Biology. 3rd Edition. Humana Press,2009.
[2]Kim, H., et al., Mouse Cre-LoxP system: general principles to determine tissuespecific roles of target genes. Lab Anim Res. 34(4): p. 147-159.
[3]Cre-LoxP條件性基因編輯系統--學習筆記 https://www.jianshu.com/p/ccae8b289cab
[4]一分鐘看懂基因編輯神器「Cre-LoxP」http://www.360doc.com/content/17/1101/18/19913717_700075659.shtml