クリプトクロム
動物や植物の研究から、クリプトクロムが概日リズムの生成と維持に極めて重要な役割を果たしていることが示唆されている。 同様に、植物の概日リズムの同調にもクリプトクロムが重要な役割を果たしている。 ショウジョウバエでは、クリプトクローム(dCRY)は、概日時計への光の入力を直接調節する青色光の光受容体として働き、哺乳類では、クリプトクロム(CRY1およびCRY2)は、概日時計の中で転写抑制因子として働く。 オオカバマダラを含むいくつかの昆虫は、哺乳類に似たクリプトクロムとショウジョウバエに似たクリプトクロムの両方を持っており、クリプトクロムの光感知と転写抑制の両方の役割を含む先祖代々の時計メカニズムの証拠となっている。
Cry変異体は、概日リズムが変化しており、Cryが概日ペースメーカーに影響を与えていることを示している。また、Cry1またはCry2遺伝子を欠損したマウスでは、自由行動期間が異なるものの、光降伏が可能であった[34]。しかし、Cry1とCry2の両方を欠損したマウスは、LDとDDの両方で不整脈を起こし、常にPer1のmRNAレベルが高い。これらの結果は、クリプトクロームが光受容的な役割を果たすとともに、マウスのPer遺伝子発現の負の調節因子として機能していることを示唆している[35]。
多くの動物の眼は、神経細胞に発現した光感受性のオプシンタンパク質を用いて光環境の情報を神経系に伝達しているが、海綿動物の幼生は色素環眼を用いて光泳ぎを行っている。しかし、海綿動物の幼生であるAmphimedon queenslandicaのゲノムには、他の多くのGタンパク質共役型受容体(GPCR)が存在するにもかかわらず、光感受性オプシン色素の遺伝子がないことが明らかになっている。RNAプローブを用いた研究により、2つのクリプトクロムのうちの1つ「Aq-Cry2」が、スポンジの単純な目の細胞の近くで生成されていることがわかった。Aq-Cry2はフォトリアーゼ活性を持たず、フラビンベースの補因子を含んでおり、幼生の光行動を媒介する波長の光に反応する。Aq-Cry2は、オプシンクラスのGPCRとして定義され、オプシン機能の中心となる保存されたShiff塩基リジンを有している。他の海綿動物と同様、A.queenslandicaは神経系を持たない。このことから、オプシンを持たないカイメンの眼は、クリプトクロムと他のタンパク質を利用して、眼を媒介とした光定位行動を指示または作用させていると考えられる。
磁気受容とは、生物が磁場を感知して方向や高度、位置を認識するための感覚である。鳥の目の視細胞に含まれるクリプトクロムが、移動中の磁気的な方向性に関与しているという実験データがある[46]。 また、ショウジョウバエの光による磁場感知能力にもクリプトクロムが必須であると考えられている[47]。磁場がシロイヌナズナのクリプトクロムにも影響を与えることが報告されたことがある。 青色光(赤色光ではない)の存在下で、成長行動が磁場の影響を受けているように見えた[48]。 しかし、この結果は後に別の研究室で厳密に管理された条件では再現できないことが判明し[49]、植物のクリプトクロムは磁場に反応しないことが示唆された。
クリプトクロームは、Period(PER)、CLOCK、BMAL1とともに、転写-翻訳-負帰還ループ(TTFL)を生成する4つのグループの哺乳類時計遺伝子/タンパク質の1つである[39]。 [このループの中で、CLOCKとBMAL1タンパク質は転写活性化因子であり、共にCry遺伝子とPer遺伝子のプロモーターに結合してその転写を活性化する[39]。 そして、CRYとPERタンパク質は互いに結合して核に入り、CLOCK-BMAL1の活性化した転写を阻害する[39]。
マウスでは、Cry1の発現は、概日リズムの生成に関与する脳領域である視交叉上核において、明期にmRNAレベルがピークに達し、暗期には最小になるという概日リズムを示していた[40]。
CRYは哺乳類におけるTIMのホモログとして確立されていますが、哺乳類における光受容体としてのCRYの役割については議論の余地があります。初期の論文では、CRYには光に依存しない機能と依存する機能の両方があることが指摘されていました。2000年の研究では、ロドプシンを持たないがクリプトクロムを持つマウスは光に反応するが、ロドプシンとクリプトクロムのどちらも持たないマウスでは、光感受性のメディエーターであるc-Fosの転写が著しく低下することが示された[41]。 [近年、メラノプシンが主な概日光受容体であることを支持するデータが出てきており、特にメラノプシン細胞は眼と視交叉上核(SCN)の間の同調とコミュニケーションを媒介している[42]。 哺乳類の光受容体としてCRYを肯定するか否定するかの主な難点は、遺伝子をノックアウトすると動物が不整脈を起こすため、純粋に光受容体としての能力を測定することが難しいことである。