Cryptochrom

Cryptochrome (CRY1 und CRY2) sind Blaulichtrezeptoren, welche lange nur bei Pflanzen bekannt waren. Cryptochrome und Phototropine aus Arabidopsis und anderen höheren Pflanzen sind molekulargenetisch und biochemisch gut charakterisiert. Cryptochrome sind insofern bemerkenswert, da sie in vitro nach Lichtabsorption ein Flavosemichinonradikal bilden können, das nicht nur blaues (kurzwelliges) Licht, sondern auch langwelliges Licht im Grün-, Gelb und Rotbereich absorbiert. Cryptochrome fungieren als Fotorezeptoren, die Licht als Steuerung für die innere Uhr der Pflanzen verwenden.

Die Gene cry und per werden im Kern abgelesen. cry und per Messenger-RNA veranlassen im Cytoplasma die Produktion des CRY- und PER-Proteins, was letztendlich zu entsprechend (rhythmischem) Verhalten führt. Im Cytoplasma koppeln sich CRY und PER aneinander (Dimer) und werden wieder zurück in den Kern transportiert (negative Rückkopplung), je nach Konzentration findet eine Genaktivität statt oder nicht.

Inzwischen konnten Cryptochrome auch bei Tieren und Bakterien nachgewiesen werden und werden seit einiger Zeit für Tiersysteme als circadianes Photopigment diskutiert. Durch die Entdeckung des Gens crybaby, einer Drosophila-Variante des Pflanzengens cry1 und cry2, welches für die Produktion des Proteins CRYBABY verantwortlich ist, wurde die Hypothese, dass Cryptochrom bei der circadianen Organisation involviert ist, immer wahrscheinlicher.

Neuere Untersuchungen (van der Horst et al. 2000) zeigten, dass eine Maus Cryptochrome benötigt, um ein normales Funktionieren der circadianen Uhr der Maus zu gewährleisten.

Durch die Blockade der cryptochromen Moleküle (Zerschlagung der DNA-Sequenzen – Homologe Rekombination) konnte Van der Horst mutante Mäuse generieren, die das Gen cry1, cry2 oder beide Gene nicht mehr besaßen. Die Mutanten verhielten sich unter 12 Stunden Licht – 12 Stunden Dunkelheit (LD 12:12) wie normale Mäuse, das heißt sie waren in ihren Lebensäußerungen rhythmisch. Allerdings zeigten sie unter konstanten Bedingungen (24 Stunden Dunkelheit – DD) arrhythmisches Verhalten. Daraus konnte man schließen, dass die Cryptochrome anscheinend für eine normale Uhrfunktion essentiell waren. Es ist noch nicht bekannt, wie Cryptochrome mit anderen bekannten Maus-Uhr-Molekülen wie Clock, Periode oder Timeless interagiert oder wie die molekulare Basis der Uhr bei diesen mutanten Mäusen beeinflusst wird. CRY1 und CRY2 sind bei mutanten Mäusen sowohl in den Augen als auch im suprachiasmatischen Nucleus (SCN), dem Sitz der master-clock, gefunden worden. Daher könnte man annehmen, dass Cryptochrome bei Säugetieren für die Lichtdetektion verantwortlich sind. Allerdings sprechen die bis jetzt bekannten Fakten gegen eine Beteiligung der Cryptochrome bei der Lichtdetektion (Reppert et al.) und zumindest für die Anwesenheit einer anderen Gruppe von Photopigmenten, den Opsinen. Bei Säugetieren scheint Cryptochrom eine zentrale Rolle in der Uhrmechanik selbst zu spielen.

Bei Zugvögeln konnten Wissenschaftler (Mouritsen et al.) der Universität Oldenburg ebenfalls CRY1- und CRY2-Moleküle in der Netzhaut nachweisen (Gartengrasmücke). Hier konzentriert sich das Molekül in speziellen Zelltypen der Retina, die besonders bei nachtziehenden Zugvögeln eine Rolle spielen; dann also, wenn sich die Gartengrasmücke magnetisch orientiert. Die Ergebnisse der Oldenburger Gruppe stützen die Hypothese, dass das Cryptochrom das magneto-sensorische Molekül sein könnte, das die magnetische Information in visuelle Signale übersetzt und es dem Vogel daher ermöglicht, mit Hilfe ihres Magnetsinns das Erdmagnetfeld der Erde wahrzunehmen.