De ontdekking van cryptochromen (CRY) en de identificatie van de PERIOD (PER) en TIMELESS (TIM) genen vulden aanzienlijke gaten in ons begrip van hoe de circadiane klok functioneert in planten en dieren. Ons begrip van het belangrijkste circadiane klokcircuit ontbeerde echter een component die reageert op licht en de activiteit van het PER-TIM-complex reguleert. Dit ontbrekende stukje van de klokpuzzel werd uiteindelijk ontdekt met de identificatie van CHRONO, een eiwit dat een sleutelrol speelt bij de lichtinvoer naar de kernklok.

Chrono en het lichtinvoerpad

Chrono, ook bekend als CRYPTOCHROME INTERACTING 1 (CRY1) bij planten en CRYPTOCHROME 2 (CRY2) bij zoogdieren, is een flavinebindende fotoreceptor die betrokken is bij de lichtafhankelijke regulatie van de circadiane klok. Bij zowel planten als dieren werkt Chrono fysiek samen met de CRYPTOCHROME (CRY) fotoreceptor en fungeert als een signaaltransducer die informatie over de blootstelling aan licht doorgeeft aan de kerncomponenten van de klok.

Bij blootstelling aan licht ondergaat CRY een conformationele verandering die de interactie met Chrono verandert. Deze verandering moduleert de activiteit van het PER-TIM-complex, wat leidt tot de regulatie van klokgestuurde genexpressie en de synchronisatie van de klok met de licht-donkercyclus. Meer specifiek speelt Chrono een cruciale rol bij:

Door licht geïnduceerde afbraak van TIM: Cryptochromen in hun actieve toestand vergemakkelijken de alomtegenwoordigheid en daaropvolgende afbraak van TIM. Deze achteruitgang is vooral belangrijk gedurende de dag, waarbij de klok opnieuw wordt ingesteld en wordt voorbereid op de volgende cyclus.

Fosforylering van PER: Chrono bevordert ook de lichtafhankelijke fosforylering van PER, die de stabiliteit en activiteit van het PER-TIM-complex beïnvloedt en de timing van klokgenexpressie reguleert.

Circadiaanse regulatie van CRY-expressie: Chrono staat zelf onder controle van de circadiane klok en vormt een feedbacklus die de robuustheid en precisie van het circadiane tijdwaarnemingsmechanisme verbetert.

Chrono in circadiane systemen van planten en zoogdieren

In planten is Chrono een belangrijk onderdeel van het lichtinvoerpad dat zorgt voor een goede synchronisatie van de circadiane klok met de veranderende dag- en nachtomstandigheden. Het speelt een bijzonder cruciale rol bij de regulering van schaduwvermijdingsreacties, waardoor planten hun groei en ontwikkeling kunnen optimaliseren op basis van de beschikbaarheid van licht.

Bij zoogdieren komt Chrono tot uiting in de suprachiasmatische kern (SCN), de centrale circadiane klok van de hersenen, waar het bijdraagt ​​aan de regulatie van slaap-waakcycli en andere fysiologische processen met circadiane ritmes. Mutaties of verstoringen in Chrono zijn in verband gebracht met slaapstoornissen, wat de betekenis van dit eiwit in het circadiane systeem van zoogdieren benadrukt.

Concluderend vulde de identificatie en karakterisering van Chrono een cruciale leemte in ons begrip van het circadiane klokcircuit, waardoor inzicht werd verkregen in de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de lichtinvoer naar de klok. Chrono fungeert als een belangrijke schakel tussen lichtperceptie en de regulatie van kernklokcomponenten, en zorgt ervoor dat organismen hun biologische ritmes kunnen afstemmen op de externe omgeving om hun overleving en fitheid te optimaliseren.