CRY1

**Kriptohromi** (od grčkog κρυπτός χρώμα – *kriptos* + *hroma* = "skrivena boja") su klasa flavoproteina pronađenih u biljkama i životinjama koje su osjetljivi na plavo svjetlo. Uključeni  su u cirkadijanske ritmove i osjećanje magnetnih polja kod brojnih vrsta. Naziv *kriptohrom* je predložen kao *portmanteau* koji kombinuje *hromatsku* prirodu fotoreceptorskih proteina i *kriptogamnih* organizama na kojima su provedena mnoga istraživanja plavog svjetlosti.

Dva gena "Cry1" i "Cry2" kodiraju dva kriptohromna proteina, CRY1 i CRY2. Kod insekata i biljaka, CRY1 reguliše cirkadijski sat na način ovisan o svjetlosti, dok kod sisara, CRY1 i CRY2 djeluju kao svjetlosno-nezavisni inhibitori CLOCK-BMAL1,  komponente cirkadijskog sata. U biljkama, fotorecepcija plavog svjetla može se koristiti za signaliziranje razvojnih signala. Osim hlorofila, kriptohromi su jedini proteini za koje se zna da formiraju fotoindukovane radikalne parove *in vivo*. Čini se da one omogućavaju nekim životinjama da otkriju magnetna polja.

Kriptohromi su bili u fokusu nekoliko dosadašnjih napora u optogenetici. Koristeći transfekciju, početne studije na kvascu su iskoristile potencijal heterodimerizacija Cry2 da kontroliše ćelijske procese, uključujući ekspresiju gena, pomoću svetlosti.

## Evolucijska historija i struktura 
Kriptohromi (CRY1, CRY2) su evolucijski stari i visoko konzervirani proteini koji pripadaju natporodici flavoproteina koja postoji u svim carstvima života. Svi njeni članovi  imaju karakteristike N-terminalnu homologijiju fotolijaze (PHR) domena. PHR domen se može vezati za flavin-adenin dinukleotidni (FAD) kofaktor i hromofor koji sakuplja svjetlost. Kriptohromi su izvedeni od i blisko srodne fotoliazama, koje su bakterijski enzimi koji se aktiviraju svjetlošću i koji su uključeni u popravak oštećenja DNK izazvanog UV zračenjem. Kod eukariota, kriptohromi više ne zadržavaju ovu originalnu enzimsku aktivnost. Struktura kriptohroma uključuje nabor koji je veoma sličan onom fotoliaze, sa jednim molekulom FAD-a koji je nekovalentno vezan za protein, Ovi proteini imaju promjenjive dužine i površine na C-terminalnom kraju, zbog promjena u genomu i izgledu koje su rezultat nedostatka enzima za popravak DNK. Ramachandranov plot pokazuje da je sekundarna struktura CRY1 proteina prvenstveno desnoruki alfa-heliks sa malo ili nimalo sternih preklapanja. Struktura CRY1 je skoro u potpunosti sastavljena od alfa heliksa, sa nekoliko petlji i nekoliko beta-listova. Molekul je raspoređen kao ortogonalni snop.

## Funkcija 
### Fototropizam
Kod biljaka, kriptohromi posreduju fototropizam, ili usmjereni rast prema izvoru svjetlosti, kao odgovor na plavo svjetlo. Sada je poznato da ovaj odgovor ima svoj vlastiti skup fotoreceptora, fototropina.

Za razliku od fitohroma i fototropina, kriptohromi nisu kinaze. Njihov flavinski hromofor se redukuje pod uticajem svetlosti i transportuje u ćelijsko jedro, gde utiče na turgorski pritisak i uzrokuje naknadno izduživanje stabljike. Preciznije, „Cry2“ je odgovoran za kotiledone, posredovano plavom svjetlošću i širenje listova. Prekomjerna ekspresija *Cry2* u transgenim biljkama povećava širenje kotiledona, stimulirano plavim svjetlom, što rezultira velikim brojem širokih listova i bez cvjetova, umjesto nekoliko primarnih listova s cvijetom. Dvostruka mutacija gubitka funkcije u genima *Arabidopsis thaliana*  rnocvjetajućeg elf3) i Cry2 odgađa cvjetanje pod kontinuiranim svjetlom i pokazalo se da ga ubrzava tokom dugih i kratkih dana, što sugerira da *Arabidopsis* CRY2 može imati ulogu u ubrzavanju vremena cvjetanja tokom neprekidnog svetla.

### Fotomorfogeneza 
Receptori kriptohroma uzrokuju da biljke reaguju na plavo svjetlo putem fotomorfogeneze. Pomažu u kontroli razvoja sjemena i sadnica, kao i prelasku iz vegetativne u fazu cvjetanja. U *Arabidopsis* je pokazano da kriptohromi kontrolišu rast biljaka tokom suboptimalnih uslova plavog svetla.

### Snimanje svjetla 
Uprkos velikom broju istraživanja o ovoj temi, kriptohromska fotorecepcija i fototransdukcija kod *Drosophila* i *Arabidopsis thaliana*  još uvijek su slabo shvaćene. Poznato je da kriptohromi posjeduju dva hromofora: pterin (u obliku 5,10-meteniltetrahidrofolne kisekine (MTHF)) i flavin (u obliku FAD-a). Oba mogu apsorbirati foton, a u arabidopsisu se čini da pterin apsorbuje na talasnoj dužini od 380&nbsp;nm, a flavin na 450&nbsp;nm. Prethodne studije su podržale model kojim se energija zarobljena pterinom prenosi na flavin. Pod ovim modelom fototransdukcije, FAD bi tada bio reduciran u FADH, koji vjerovatno posreduje u fosforilaciji određenog domena u kriptohromu. Ovo bi onda moglo pokrenuti lanac transdukcija signala, što bi moglo utjecati na regulaciju gena u ćelijskom jedru.

Nova hipoteza predlaže da u biljnim kriptohromima transdukcija svjetlosnog signala u hemijski signal koji mogu osjetiti partnerske molekule može biti pokrenuta fotoinduciranim negativnim nabojem unutar proteina - na kofaktor FAD ili na susjednu asparaginsku kiselinu. Ovaj negativni naboj bi elektrostatički odbio molekulu ATP vezanu za proteine, a time i protein C-terminalni domen, koji pokriva ATP vezni džep prije apsorpcije fotona. Rezultirajuća promjena u konformaciji proteina mogla bi dovesti do fosforilacije prethodno nedostupnih fosforilacijskih mjesta na C-terminalu i dati fosforilirani segment bi tada mogao osloboditi transkripcijski faktor HY5, takmičeći se za isto mjesto vezivanja na negativnom regulatoru fotomorfogeneze COP1 .

Kod *Drosophila* može funkcionirati drugačiji mehanizam. Pravo osnovno stanje kofaktora flavina u *Drosophila* CRY se još uvijek raspravlja, a neki modeli ukazuju da je FAD u oksidiranom obliku, dok drugi podržavaju model u kojem flavinski kofaktor postoji u anionskom radikalnom obliku, •. Nedavno je u istraživanjimaa primiječeno da se oksidirani FAD lahko redukuje svjetlom u •. Štaviše, mutacije da blokirana fotoredukcija nije imala efekta na razgradnju CRY izazvanu svjetlom, dok su mutacije koje su promijenile stabilnost • uništile funkciju CRY fotoreceptora. Ova zapažanja pružaju podršku za osnovno stanje •. Istraživači su također nedavno predložili model u kojem se  pobuđuje u svoje dubletno ili kvartetno stanje apsorpcijom fotona, što zatim dovodi do konformacijske promjene u CRY proteinu .

### Cirkadijski ritam 
Studije na životinjama i biljkama sugeriraju da kriptohromi imaju ključnu ulogu u stvaranju i održavanju cirkadijalnih ritmova. Slično tome, kriptohromi imaju važnu ulogu i u uvlačenju cirkadijskih ritmova u biljke. Kod *Drosophila*, kriptohrom (dCRY) djeluje kao fotoreceptor plave svjetlosti koji direktno modulira ulaz svjetlosti u cirkadijski sat, dok kod sisara kriptohromi (CRY1 i CRY2) djeluju kao transkripcijski represor unutar cirkadijsog sata. Neki insekti, uključujući reptira monarha, imaju  sisarima  i drozofilama slične verzije kriptohroma, pružajući dokaze za prastari mehanizam sata koji uključuje i ulogu senzora svetlosti i uloge transkripcione represije za kriptohrom.

*Cry* mutant je izmijenio cirkadijske ritmove, pokazujući da utiče na cirkadijski pejsmejker. *Drosophila* sa mutiranim *Cry* pokazuje malo ili nimalo ciklusa iRNK. Tačkasta mutacija u *cryb,* koja je potrebna za asocijaciju flavina u CRY proteinu, rezultira bez PER ili TIM cikliranja proteina ni u DD ni u LD. Osim toga, miševi kojima nedostaju "Cry1" ili "Cry2" geni pokazuju različito izmijenjene slobodne periode trčanja, ali su i dalje sposobni za fotopomjeranje. Međutim, miševi kojima nedostaju i *Cry1* i *Cry2* su aritmični u LD i DD i uvijek imaju visoke Per1 nivoe iRNK. Ovi rezultati sugeriraju da kriptohromi imaju fotoreceptivnu ulogu, kao i da djeluju kao negativni regulatori  ekspresije gena Per kod miševa.

### Magnetorecepcija 
Magnetorecepcija je čulo koje omogućava organizmu da detektuje magnetsko polje kako bi uočio pravac, nadmorsku visinu ili lokaciju. Eksperimentalni podaci sugeriraju da su kriptohromi u fotoreceptorskim neuronima ptičjih očiju uključeni u magnetnu orijentaciju tokom migracije. Smatra se da su i kriptohromi uključeni u magnetnu orijentaciju tokom migracija ptica od suštinskog značaja za sposobnost *Drosophila* zavisne od svetlosti da oseti magnetna polja. Nekada je prijavljeno da magnetna polja utiču na kriptohrome i u *Arabidopsis thaliana*: činilo se da na ponašanje utieču magnetna polja u prisustvu plave (ali ne crvene) svjetlosti
Ipak, kasnije se pokazalo da su ovi rezultati neponovljivi pod strogo kontroliranim uvjetima u drugom laboratorija, sugerirajući da biljni kriptohromi ne reaguju na magnetna polja.

Kriptohrom formira par radikal sa koreliranim spinom kada je izložen plavoj svjetlosti.
Parovi radikala se također mogu generirati reoksidacijom  kofaktora flavina u mraku nezavisnom od svjetla molekulskim kisikom kroz formiranje parova radikala koreliranih sa FADH-superoksidom. Pretpostavlja se da magnetorecepcija funkcionišu kroz uticaj okolnog magnetnog polja na korelaciju (paralelnu ili antiparalelnu) ovih radikala, što utiče na životni vijek aktiviranog oblika kriptohroma. Aktivacija kriptohroma može uticati na osetljivost na svjetlost neurona mrežnjačel, sa ukupnim rezultatom da životinja može da oseti magnetno polje.
Životinjski kriptohromi i blisko srodne životinje (6-4 ) fotolijaze sadrže duži lanac triptofana za prijenos elektrona od ostalih proteina natporodice kriptohrom-fotolijaza (triptofanska tetrada umjesto trijade). Što je duže lanac dovodi do boljeg razdvajanja i preko 1000 puta dužeg vijeka trajanja fotoinduciranih parova radikala flavin-triptofan nego u proteinima sa trijadom triptofana. Odsustvo spin-selektivnih rekombinacija ovih radikalnih parova na vremenskim skalama od nanosekunde do mikrosekunde izgleda nekompatibilna sa sugestijom da je magnetorecepcija kriptohroma zasnovana na reakciji prednjeg svjetla.

## Reference
## Vanjski linkovi 
* 
* Cryptochrome circadian clock in Monarch Butterflies , by Steven M. Reppert, Department of Neurobiology, University of Massachusetts
* Cryptochrome and Magnetic Sensing, *Theoretical and Computational Biophysics Group* at the University of Illinois at Urbana-Champaign
* 2IJG at the Protein Data Bank; 3-D structure of *Arabidopsis* cryptochrome 3, obtained by X-ray crystallography.
* Animated model of murine circadian pathway, including role of Cry
* 

Kategorija:Fiziologija
Kategorija:Biološki pigmenti
Kategorija:Receptori
Kategorija:Biljna spoznaja
Kategorija:Geni na hromosomu 11
Kategorija:Geni na hromosomu 12