White Collar-1 ( wc -1 ) es un gen de Neurospora crassa que codifica la proteína WC-1 (127 kDa). [1] [2] WC-1 tiene dos funciones separadas en la celda. En primer lugar, es el fotorreceptor principal de Neurospora [3] y el miembro fundador de la clase de principales fotorreceptores de luz azul en todos los hongos. [4] En segundo lugar, es necesario para regular los ritmos circadianos en FRQ . Es un componente clave de una vía molecular circadiana que regula muchas actividades conductuales, incluida la conidiación . [5] [6] WC-1 y WC-2 , un compañero interactivo de WC-1, comprenden el complejo de cuello blanco (WCC) que participa en el reloj circadiano de Neurospora . WCC es un complejo de proteínas de factores de transcripción nuclear y contiene dominios de activación transcripcional, dominios PAS y dominios de unión al ADN con dedos de zinc ( GATA ). [7] WC-1 y WC-2 se heterodimerizan a través de sus dominios PAS para formar el Complejo de Cuello Blanco (WCC). [8] [9]
Descubrimiento
El reloj circadiano de Neurospora fue descubierto en 1959, cuando Pittendrigh et al. describió por primera vez patrones de sincronización en el desarrollo asexual de las esporas . [10] Se dieron cuenta de que en la región del frente de crecimiento, los micelios depositados entre las altas horas de la noche y las primeras horas de la mañana formaban hifas aéreas , mientras que los que se depositaban en otros momentos no lo hacían. [10] [11] Este patrón de crecimiento aéreo en tiempos circadianos subjetivos sirvió como apoyo tentativo para la presencia de osciladores circadianos.
White Collar-1 fue descrito en la década de 1960 por genetistas que vieron una cepa de Neurospora cuyos micelios eran albinos, pero los conidios normalmente estaban pigmentados. [12]
El gen mutante fue denominado collar blanco (wc), por la coloración blanca del micelio debajo de los conidios pigmentados en agar inclinado. [13] El gen wc -1 se clasificó durante el mapeo de los loci cromosómicos de Neurospora crassa (1982 por Perkins et al.). [14]
Estructura proteica
WC-1 y WC-2 son factores de transcripción codificados por los genes wc -1 y wc -2. Los dominios de unión al ADN con dedos de zinc (GATA) permiten que WC-1 y WC-2 se unan al ADN y actúen como factores de transcripción. [1] [8]
Tanto WC-1 como WC-2 tienen dominios PAS que les permiten unirse a otras proteínas. [10] [15] WC-1 y WC-2 normalmente se heterodimerizan in vivo para formar el White Collar Complex (WCC), que actúa como un complejo de factor de transcripción. In vitro, WC-1 también puede homodimerizarse consigo mismo y heterodimerizarse con otras proteínas PAS. [10]
La secuenciación de proteínas ha revelado que WC-1 también contiene un dominio LOV , una región peptídica de unión a cromóforo. [2] [16] Este sitio de unión está altamente conservado y es secuencialmente similar a los dominios de unión a cromóforos de las fototropinas en las plantas. [17]
WC-1 y WC-2 se unen a los elementos promotores de los genes que activan transcripcionalmente. [3] [10]
Función en el reloj circadiano
Fotorrecepción
Se ha demostrado que WC-1 es un fotorreceptor de luz azul y es un componente necesario de la vía de respuesta inducida por la luz de Neurospora . [3] Las pruebas genéticas de cepas mutantes de Neurospora insensibles a la luz han demostrado repetidamente anomalías en el gen wc-1 . [16] En Neurospora funcional , el dominio LOV WC-1 se une al cromóforo flavina adenina dinucleótido (FAD) , [3] [18] que es responsable de la conversión de la luz en energía mecánica. FAD muestra una absorción máxima de luz a 450 nm, [19], lo que explica la máxima sensibilidad del WC-1 a la luz azul.
Las respuestas inducidas por la luz se eliminan por completo en los mutantes de Neurospora knockout para LOV de WC-1 , aunque el papel de activación de la transcripción de WC-1 persiste en la oscuridad. [16] WC-1 está ampliamente conservado entre los hongos, donde parece ser el principal fotorreceptor de luz azul de todo el reino. [4]
Regulación circadiana
El White Collar Complex (WCC), el heterodímero de WC-1 y WC-2, actúa como un elemento positivo en el reloj circadiano. WCC sirve como activador de la transcripción del gen frq al unirse a dos elementos promotores del ADN en el núcleo: la caja del reloj (caja C) y el elemento de respuesta a la luz proximal (PLRE). Se requiere PLRE para la inducción de luz máxima, mientras que la caja C se requiere tanto para la inducción de luz máxima como para mantener el ritmo circadiano en oscuridad constante. [10] [22]
Además, se ha demostrado que WCC activado por luz induce la transcripción de VIVID, un pequeño fotorreceptor de luz azul que se une a flavina y que es necesario para la adaptación a las respuestas inducidas por la luz en la transcripción de genes inducidos por la luz, incluidos wc -1 y frq. . [23] [24] [25] VIVID es un regulador negativo de las respuestas a la luz, aunque su mecanismo aún no se conoce. [26]
Como parte del bucle de retroalimentación negativa de transcripción-traducción (TTFL), la proteína FRQ ingresa al núcleo e interactúa con la ARN helicasa (FRH) que interactúa con FRQ para promover la represión de la actividad del WCC. Se sugiere que este complejo FRQ-FRH reclute proteínas quinasas como la caseína quinasa (CK I) y CK II para fosforilar el WCC. [27] La fosforilación del WCC estabiliza el WCC, impidiendo que se una y active la transcripción frq . Se sabe que las proteínas fosfatasas PP2A y PP4 contrarrestan la actividad quinasa y apoyan la reactivación y la entrada nuclear del WCC. [28]
También se ha demostrado que FRQ interactúa con WC-2 in vitro , y un alelo de pérdida parcial de función de wc -2 produce Neurospora con un período prolongado y compensación de temperatura alterada, que es una característica clave de los marcapasos circadianos. [10] [29]
Sólo se requiere WC-1 para la inducción de luz transitoria, pero se requieren tanto WC-1 como WC-2 para que funcione el reloj circadiano. [10] [30] Debido a que el núcleo del reloj se basa en una expresión rítmica de frq , la vía de inducción de luz aguda proporciona una forma directa de restablecer el reloj. Los relojes de los mamíferos se pueden restablecer a través de un mecanismo similar, mediante la inducción de luz de los genes per del mamífero dentro del SCN . [31]
Se conocen varios mutantes de WC-1. La mutación rhy-2 se localizó en la región de poliglutamina del producto del gen WC-1. El mutante rhy-2 es arrítmico con respecto a la conidiación en oscuridad constante, pero rítmico en un ciclo de luz-oscuridad. Rhy-2 también es débilmente sensible a la luz, lo que sugiere que la región de poliglutamina puede ser esencial tanto para la función del reloj como para la detección de luz en Neurospora . [32]
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