Cryptochrome

Définition

Un cryptochrome est un photorécepteur à lumière bleue des plantes et animaux. Les cryptochromes constituent une famille de flavoprotéines qui régulent la germination, l'allongement, la photopériodicité et d'autres réponses chez les plantes supérieures.

Les cryptochromes de Arabidopsis et E. coli :

La structure des cryptochromes. Une comparaison des structures des régions liées à la photolyase (PHR) de (a) Arabidopsis CRY1 et (b) E. coli ADN photolyase. Les lignes blanches indiquent les limites de la cavité d'accès au DCP; le rouge et le bleu représentent respectivement les zones de potentiel électrostatique négatif et positif. (c) Représentation schématique d'une protéine typique de la superfamille des photolyases/cryptochromes. Les parties de la région PHR liées par la ptérine et le FAD sont indiquées entre parenthèses et les domaines sont indiqués sous la protéine. (d) Le pli global d'une protéine CRY-DASH (Synechosystis sp. PCC6803, cryptochrome).

Explications

Les cryptochromes sont également impliqués dans le rythme circadien des plantes et des animaux, et dans la détection des champs magnétiques chez certaines espèces. La lumière bleue intervient également dans le phototropisme, mais cette réponse a son propre ensemble de photorécepteurs, les phototropines. Contrairement à ces derniers et aux phytochromes, les cryptochromes ne sont pas des kinases.

Les cryptochromes sont des photorécepteurs qui régulent l'entraînement par la lumière de l'horloge circadienne chez les plantes et les animaux. Ils agissent également en tant que parties intégrantes de l'oscillateur circadien central dans le cerveau des animaux et en tant que récepteurs contrôlant la photomorphogenèse en réponse à la lumière bleue ou ultraviolette (UV-A) chez les plantes.

Évolution

Les cryptochromes évolutifs sont très anciens et très bien conservés. Ils sont dérivés et étroitement liés à la photolyase, une enzyme bactérienne qui est activée par la lumière et participe à la réparation des dommages à l'ADN. Chez les eucaryotes, les cryptochromes ont perdu leur activité enzymatique d'origine. Les gènes qui codent pour deux cryptochromes, CRY1 et CRY2, se trouvent dans de nombreuses espèces, y compris les humains sur les chromosomes 11 et 12.

Les cryptochromes sont remarquables en ce que, après absorption de la lumière, ils peuvent former un radical flavosémichinone in vitro, qui absorbe la lumière non seulement dans la région bleue du spectre, mais aussi dans les régions verte, jaune et rouge.

Avec la découverte du CRY gène dans les mouches de fruits, ce qui est très similaire à la plante des gènes cry1 et cry2 et qui est responsable de la production de la protéine CRY, l'hypothèse selon laquelle les cryptochromes sont impliqués dans l'organisation circadienne est devenu de plus en plus probable.

Mécanismes de capture de la lumière

Les cryptochromes ont deux chromophores : la ptérine (sous forme d'acide 5,10-méthényl-6, 7,8-trihydrophile (MHF)) et la flavine (sous forme de flavine adénine dinucléotide (FAD)). Les deux peuvent absorber un photon, dans la plante Arabidopsis thaliana la ptérine absorbe à une longueur d'onde de 380 nm et la flavine à 450 nm.

L'énergie est captée par la ptérine et transférée à la flavine. Le FAD est réduit en FADH, qui médie probablement la phosphorylation d'un certain domaine dans le cryptochrome. Cela peut provoquer une chaîne de transduction du signal, pouvant affecter la régulation des gènes.dans le noyau de la cellule.

Fonction dans le rythme circadien

Les études animales et végétales suggèrent que les cryptochromes jouent un rôle essentiel dans la génération et le maintien des rythmes circadiens. Chez les coraux, ils font partie du mécanisme qui déclenche la coordination du frai pendant quelques nuits après une pleine lune au printemps.

Des études sur des animaux à élimination directe ont montré qu'une souris a besoin de cryptochrome pour assurer le fonctionnement normal de l'horloge circadienne. Par recombinaison homologue, Van der horst et al. (1999) génèrent des souris mutantes qui ont le gène cry1, cry2 ou les deux gènes n'avaient plus. Sous 12 heures de lumière et 12 heures d'obscurité (LD 12 :12), les mutants se sont comportés comme des souris normales, ce qui signifie qu'ils étaient rythmiques dans leurs expressions de la vie. Cependant, ils ont montré un comportement arythmique dans des conditions constantes (24 heures d'obscurité - DD).

On pourrait en conclure que les cryptochromes étaient apparemment essentiels au fonctionnement normal de l'horloge. On ne sait pas encore comment le cryptochrome interagit avec d'autres molécules d'horloge de souris connues telles que l'horloge, la période ou l'intemporel ou comment la base moléculaire de l'horloge est influencée chez ces souris mutantes. CRY1 et CRY2 sont dans les deux yeux et chez les souris mutantes Nucleus suprachiasmaticus (SCN), le siège de l'horloge maître, a été trouvé.

On pourrait donc supposer que les cryptochromes sont responsables de la détection de la lumière chez les mammifères. Cependant, les faits connus jusqu'à présent parlent contre l'implication des cryptochromes dans la détection de la lumière et au moins pour la présence d'un autre groupe de photopigments, les opsines.

Rôle dans la magnéto-perception

Les cryptochromes des neurones photorécepteurs dans les yeux des oiseaux sont impliqués dans l'orientation magnétique pendant la migration. Les cryptochromes sont également essentiels pour les capacités dépendant de la lumière chez la mouche des fruits Drosophila melanogaster de détecter les champs magnétiques.

De plus, les champs magnétiques affectent les cryptochromes de la plante Arabidopsis thaliana : la croissance est affectée par les champs magnétiques en présence de lumière bleue. Selon un modèle, le cryptochrome exposé à la lumière bleue forme une paire de radicaux où deux électrons non appariés est corrélée. Le champ magnétique environnant affecte le type de corrélation (parallèle ou anti-parallèle), ce qui à son tour affecte la durée pendant laquelle le cryptochrome reste dans son état activé. L'activation du cryptochrome peut affecter la sensibilité à la lumière des neurones de la rétine, amenant l'animal à "voir" le champ magnétique.

Pour les oiseaux migrateurs, les scientifiques ont pu l'Université d'Oldenburg également les protéines Cry1 et CRY2 détectées dans la rétine (Fauvette des jardins). Ici, les protéines sont concentrées dans des types cellulaires spéciaux de la rétine, qui jouent un rôle particulièrement dans les oiseaux migrateurs migrateurs; puis lorsque la fauvette du jardin est principalement orientée magnétiquement. Les résultats du groupe d'Oldenburg soutiennent l'hypothèse selon laquelle le cryptochrome pourrait être la molécule magnéto-sensorielle qui traduit les informations magnétiques en signaux visuels et permet donc à l'oiseau, en utilisant leur sens magnétique, le champ magnétique terrestre de percevoir la terre.

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