La scoperta dei criptocromi (CRY) e l'identificazione dei geni PERIOD (PER) e TIMELESS (TIM) hanno colmato notevoli lacune nella nostra comprensione di come funziona l'orologio circadiano nelle piante e negli animali. Tuttavia, nella nostra comprensione del circuito dell’orologio circadiano centrale mancava un componente che risponde alla luce e regola l’attività del complesso PER-TIM. Questo pezzo mancante del puzzle dell'orologio è stato finalmente scoperto con l'identificazione di CHRONO, una proteina che svolge un ruolo chiave nell'input di luce all'orologio centrale.

Crono e il percorso dell'ingresso della luce

Chrono, noto anche come CRYPTOCHROME INTERACTING 1 (CRY1) nelle piante e CRYPTOCHROME 2 (CRY2) nei mammiferi, è un fotorecettore che lega la flavina coinvolto nella regolazione dipendente dalla luce dell'orologio circadiano. Sia nelle piante che negli animali, Chrono interagisce fisicamente con il fotorecettore CRYPTOCHROME (CRY) e agisce come un trasduttore di segnale che trasmette informazioni sull'esposizione alla luce ai componenti centrali dell'orologio.

Dopo l'esposizione alla luce, CRY subisce un cambiamento conformazionale che altera la sua interazione con Chrono. Questo cambiamento modula l'attività del complesso PER-TIM, portando alla regolazione dell'espressione genica controllata dall'orologio e alla sincronizzazione dell'orologio con il ciclo luce-buio. Nello specifico, Chrono svolge ruoli cruciali in:

Degrado di TIM indotto dalla luce: I criptocromi nel loro stato attivo facilitano l'ubiquitinazione e la successiva degradazione di TIM. Questo degrado è particolarmente importante durante il giorno, reimpostando l'orologio e preparandolo per il ciclo successivo.

Fosforilazione del PER: Chrono promuove anche la fosforilazione del PER-dipendente dalla luce, che influenza la stabilità e l'attività del complesso PER-TIM e regola i tempi dell'espressione del gene dell'orologio.

Regolazione circadiana dell'espressione CRY: Chrono è esso stesso sotto il controllo dell'orologio circadiano, formando un circuito di feedback che migliora la robustezza e la precisione del meccanismo di cronometraggio circadiano.

Crono nei sistemi circadiani delle piante e dei mammiferi

Nelle piante, Chrono è un componente chiave del percorso di ingresso della luce che garantisce la corretta sincronizzazione dell'orologio circadiano con le mutevoli condizioni del giorno e della notte. Svolge un ruolo particolarmente cruciale nella regolazione delle risposte per evitare l'ombra, aiutando le piante a ottimizzare la crescita e lo sviluppo in base alla disponibilità di luce.

Nei mammiferi, Chrono è espresso nel nucleo soprachiasmatico (SCN), l'orologio circadiano centrale del cervello, dove contribuisce alla regolazione dei cicli sonno-veglia e di altri processi fisiologici con ritmi circadiani. Mutazioni o interruzioni in Chrono sono state collegate a disturbi del sonno, evidenziando l'importanza di questa proteina nel sistema circadiano dei mammiferi.

In conclusione, l’identificazione e la caratterizzazione di Chrono hanno colmato una lacuna cruciale nella nostra comprensione del circuito circadiano dell’orologio, fornendo informazioni sui meccanismi molecolari alla base dell’input di luce nell’orologio. Chrono funge da collegamento chiave tra la percezione della luce e la regolazione dei componenti fondamentali dell'orologio, garantendo che gli organismi possano allineare i loro ritmi biologici con l'ambiente esterno per ottimizzare la loro sopravvivenza e forma fisica.