クリプトクロム青色光受容体は、フラビン酸化還元状態の相互変換によって活性化されます

クリプトクロムは、植物、動物、および人間に見られる青色光感知光受容体です。彼らは、概日時計の規制と開発において重要な役割を果たすことが知られています。ただし、フォトリアーゼDNA修復酵素との顕著な構造的類似性にもかかわらず、クリプトクロムは二本鎖DNAを修復しません。それらの作用メカニズムは不明です。最近、励起状態フラビンへの青色光依存性分子内電子移動が特徴付けられ、光活性化の主要なメカニズムとして提案されました。結果として生じる安定した中性フラビンセミキノン中間体の形成により、in vitroで青色光に加えて、光受容体が緑/黄色の光（500-630 nm）を吸収することができます。ここでは、シロイヌナズナのクリプトクロムの活性化が、補因子酸化還元状態の変化と一致する緑色光によって阻害される可能性があることを実証します。さらに、in vitroで精製されたcry1の光還元に一致する生細胞におけるクリプトクロム（cry1）タンパク質の光依存性の変化を特徴づけます。これらの実験は、細胞全体で蛍光吸収/発光とEPRを使用して実行され、それにより、in vivoで監視されている既知の視細胞の活性状態の数少ない例の1つを表しています。これらの結果は、青色光を介したcry1活性化が、緑色の光によって非アクティブな形に変換できるフラボセミキノンシグナル伝達状態の形成を開始することを示しています。要約すると、フラビン光還元を介したクリプトクロームの活性化は、青色光受容体に対する可逆的なメカニズムの新規です。このフォトサイクルは、複数の生物における光環境の品質を感知するために適応的な重要性を持っている可能性があります。

Cryptochromes are blue light-sensing photoreceptors found in plants, animals, and humans. They are known to play key roles in the regulation of the circadian clock and in development. However, despite striking structural similarities to photolyase DNA repair enzymes, cryptochromes do not repair double-stranded DNA, and their mechanism of action is unknown. Recently, a blue light-dependent intramolecular electron transfer to the excited state flavin was characterized and proposed as the primary mechanism of light activation. The resulting formation of a stable neutral flavin semiquinone intermediate enables the photoreceptor to absorb green/yellow light (500-630 nm) in addition to blue light in vitro. Here, we demonstrate that Arabidopsis cryptochrome activation by blue light can be inhibited by green light in vivo consistent with a change of the cofactor redox state. We further characterize light-dependent changes in the cryptochrome1 (cry1) protein in living cells, which match photoreduction of the purified cry1 in vitro. These experiments were performed using fluorescence absorption/emission and EPR on whole cells and thereby represent one of the few examples of the active state of a known photoreceptor being monitored in vivo. These results indicate that cry1 activation via blue light initiates formation of a flavosemiquinone signaling state that can be converted by green light to an inactive form. In summary, cryptochrome activation via flavin photoreduction is a reversible mechanism novel to blue light photoreceptors. This photocycle may have adaptive significance for sensing the quality of the light environment in multiple organisms.