Los criptocromos (del griego κρυπτός χρώμα, "color oculto") son una clase de flavoproteínas que se encuentran en plantas y animales sensibles a la luz azul . Están implicados en los ritmos circadianos y en la detección de campos magnéticos en varias especies. El nombre criptocromo se propuso como un acrónimo que combina la naturaleza cromática del fotorreceptor y los organismos criptogámicos en los que se llevaron a cabo muchos estudios de luz azul. [1] [2]
Los genes Cry1 y Cry2 codifican las dos proteínas criptocromo CRY1 y CRY2, respectivamente. [3] Los criptocromos se clasifican en Cry vegetal y Cry animal. Animal Cry se puede clasificar además en tipo insecto (Tipo I) y parecido a mamífero (Tipo II). CRY1 es un fotorreceptor circadiano, mientras que CRY2 es un represor de reloj que reprime el complejo Reloj/Ciclo (Bmal1) en insectos y vertebrados. [4] En las plantas, la fotorrecepción de luz azul se puede utilizar para indicar señales de desarrollo. [5] Además de las clorofilas , los criptocromos son las únicas proteínas que se sabe que forman pares de radicales fotoinducidos in vivo . [6] Estos parecen permitir a algunos animales detectar campos magnéticos.
Los criptocromos han sido el foco de varios esfuerzos actuales en optogenética . Mediante el empleo de la transfección , los estudios iniciales sobre levaduras han aprovechado el potencial de la heterodimerización de CRY2 para controlar los procesos celulares, incluida la expresión genética , mediante la luz.
Aunque Charles Darwin documentó por primera vez las respuestas de las plantas a la luz azul en la década de 1880, no fue hasta la década de 1980 que las investigaciones comenzaron a identificar el pigmento responsable. [7] En 1980, los investigadores descubrieron que el gen HY4 de la planta Arabidopsis thaliana era necesario para la sensibilidad a la luz azul de la planta y, cuando el gen fue secuenciado en 1993, mostró una alta homología de secuencia con la fotoliasa , una proteína reparadora del ADN activada por luz azul. [8] El análisis de la secuencia de referencia de la isoforma d del criptocromo-1 muestra dos dominios conservados con proteínas fotoliasas. Las posiciones de nucleótidos de la isoforma d 6 a 491 muestran un dominio conservado con desoxirribodipirimidina fotoliasa, y las posiciones 288 a 486 muestran un dominio conservado con el dominio de unión a FAD de la ADN fotoliasa. [9] El análisis genómico comparativo respalda a las proteínas fotoliasas como los antepasados de los criptocromos. Sin embargo, en 1995 quedó claro que los productos del gen HY4 y sus dos homólogos humanos no exhibían actividad fotoliasa y, en cambio, eran una nueva clase de fotorreceptores de luz azul que, según la hipótesis, eran fotopigmentos circadianos . [10] En 1996 y 1998, se identificaron homólogos de Cry en Drosophila y ratones , respectivamente. [11] [12]
Los criptocromos (CRY1, CRY2) son proteínas evolutivamente antiguas y altamente conservadas que pertenecen a la superfamilia de flavoproteínas que existe en todos los reinos de la vida. Los criptocromos se derivan y están estrechamente relacionados con las fotoliasas , que son enzimas bacterianas que se activan con la luz y participan en la reparación del daño del ADN inducido por los rayos UV. En los eucariotas, los criptocromos ya no conservan esta actividad enzimática original. Utilizando un alelo marcado con ADN-T del gen cry1 en la planta Arabidopsis , los investigadores determinaron que el gen cry1 codificaba una flavoproteína sin actividad fotoliasa y con un C-terminal único. [13] La proteína codificada por este gen se denominó criptocromo 1 para distinguirla de sus proteínas fotoliasas ancestrales y se descubrió que estaba involucrada en la fotorrecepción de la luz azul. Los estudios de mutantes cry- knockout de Drosophila condujeron al descubrimiento posterior de que las proteínas criptocromo también participan en la regulación del reloj circadiano de los mamíferos. El gen cry de Drosophila codifica de manera similar una flavoproteína sin actividad fotoliasa que también se une a los cromóforos de pterina. [13] Se descubrió que los mutantes Cry ( cry b ) expresaban niveles arrítmicos de luciferasa, así como proteínas PER y TIM en células fotorreceptoras. [13] A pesar de la arritmicidad de estos niveles de proteína, los mutantes cry b aún mostraban ritmicidad en el comportamiento general, pero no podían transmitir pulsos cortos de luz, lo que llevó a los investigadores a concluir que las neuronas laterales dorsales y ventrales (las células marcapasos primarias de Drosophila) estaban sigue funcionando eficazmente. [13] Sin embargo , cuando los mutantes cry b también tenían ojos compuestos que no respondían visualmente, no lograron adaptarse conductualmente a las señales ambientales. [13] Estos hallazgos llevaron a los investigadores a concluir que la proteína criptocromo codificada por Cry es necesaria para el fotoentrenamiento de Drosophila . En los mamíferos, se descubrió una proteína análoga de la proteína criptocromo de Drosophila con la propiedad característica de carecer de actividad fotoliasa, lo que llevó a los investigadores a considerarla en la misma clase de proteínas criptocromo. [13] En ratones, la mayor expresión de cry1 se observa en el núcleo supraquiasmático (SCN), donde los niveles fluctúan rítmicamente. [13] Debido al papel del SCN como marcapasos primario de los mamíferos, así como a las fluctuaciones rítmicas en la expresión de cry1 , los investigadores concluyeron que cry1También era necesario para el seguimiento de los ritmos circadianos de los mamíferos.
Un error común en la historia evolutiva de las proteínas criptocromo es que las proteínas de mamíferos y vegetales son ortólogos entre sí y evolucionaron directamente a partir de un gen de fotoliasa compartido. Sin embargo, el análisis genómico indica que las proteínas criptocromo de mamíferos y moscas muestran una mayor similitud de secuencia con las proteínas fotoliasas (6-4) que con las proteínas criptocromo vegetales. [13] Por lo tanto, es probable que las proteínas criptocromo vegetales y animales muestren un caso único de evolución convergente al desarrollar repetidamente nuevas funciones independientemente unas de otras a partir de un único gen ancestral común cry . [13]
La investigación de Worthington et al. (2003) indica que los criptocromos evolucionaron por primera vez en bacterias y fueron identificados en Vibrio cholerae . [14] La secuenciación del genoma de esta bacteria identificó tres genes en la familia de la fotoliasa/criptocromo, todos los cuales tienen los cofactores de folato y flavina característicos de estas proteínas. [14] De estos genes, uno codifica una fotoliasa, mientras que los otros dos codifican proteínas criptocromo denominadas VcCry1 y VcCry2. [14] Cashmore AR y otros. (1999) plantean la hipótesis de que los criptocromos de mamíferos se desarrollaron más tarde en la historia evolutiva, poco después de que las plantas y los animales divergieran basándose en dominios genómicos conservados entre los criptocromos animales y la proteína fotoliasa de Arabidopsis (6-4). [13] Con base en el papel de los criptocromos en el arrastre de los ritmos circadianos de los mamíferos, los investigadores actuales plantean la hipótesis de que se desarrollaron simultáneamente con la coevolución de las proteínas PER, TIM, CLOCK y CYCLE, pero actualmente no hay evidencia suficiente para determinar el momento exacto de la evolución. y mecanismo de evolución. [13]
Todos los miembros de la superfamilia de flavoproteínas tienen las características de un dominio de homología de fotoliasa N-terminal (PHR). "El dominio PHR puede unirse al cofactor flavina adenina dinucleótido (FAD) y a un cromóforo captador de luz ". [15] La estructura del criptocromo implica un pliegue muy similar al de la fotoliasa, dispuesto como un haz ortogonal con una sola molécula de FAD unida de forma no covalente a la proteína. [15] Estas proteínas tienen longitudes y superficies variables en el extremo C-terminal, debido a los cambios en el genoma y la apariencia que resultan de la falta de enzimas reparadoras del ADN. [15] El gráfico de Ramachandran muestra que la estructura secundaria de la proteína CRY1 es principalmente una hélice alfa derecha con poca o ninguna superposición estérica. La estructura de CRY1 está formada casi en su totalidad por hélices alfa, con varios bucles y pocas láminas beta . [15]
En las plantas, los criptocromos median el fototropismo , o crecimiento direccional hacia una fuente de luz, en respuesta a la luz azul. Ahora se sabe que esta respuesta tiene su propio conjunto de fotorreceptores, las fototropinas .
A diferencia de los fitocromos y las fototropinas, los criptocromos no son quinasas . Su cromóforo de flavina es reducido por la luz y transportado al núcleo celular , donde afecta la presión de turgencia y provoca el posterior alargamiento del tallo. Para ser específicos, Cry2 es responsable de la expansión de las hojas y los cotiledones mediada por la luz azul . La sobreexpresión de Cry2 en plantas transgénicas aumenta la expansión de los cotiledones estimulada por la luz azul, lo que da como resultado muchas hojas anchas y ninguna flor en lugar de unas pocas hojas primarias con una flor. [16] Una doble mutación de pérdida de función en los genes de floración temprana 3 (elf3) y Cry2 de Arabidopsis thaliana retrasa la floración bajo luz continua y se demostró que la acelera durante días largos y cortos, lo que sugiere que Arabidopsis CRY2 puede desempeñar un papel en acelerando el tiempo de floración durante la luz continua. [17]
Los receptores de criptocromos hacen que las plantas respondan a la luz azul mediante fotomorfogénesis . Ayudan a controlar el desarrollo de semillas y plántulas, así como el cambio de la etapa de desarrollo vegetativo a la de floración.
En Arabidopsis , CRY1 es el principal inhibidor del alargamiento del hipocótilo, pero CRY2 inhibe el alargamiento del hipocótilo en condiciones de baja intensidad de luz azul. CRY2 promueve la floración en condiciones de días largos. [18]
El gen CRY media la fotomorfogénesis de varias maneras. CRY C-terminal interactúa con CONTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1 (COP1), una ubiquitina ligasa E3 que reprime la fotomorfogénesis y el tiempo de floración. La interacción inhibe la actividad de COP1 y permite que se acumulen factores de transcripción como el HIPOCOTIL 5 ELONGADO (HY5). [19] HY5 es un factor de cremallera de leucina básica (bZIP) que promueve la fotomorfogénesis uniéndose a genes sensibles a la luz. CRY interactúa con la subunidad β de la proteína G AGB1, donde HY5 se disocia de AGB1 y se activa. CRY interactúa con el FACTOR 4 DE INTERACCIÓN DEL FITOCROMO (PIF4) y PIF5, represores de la fotomorfogénesis y promotor del alargamiento del hipocótilo, para reprimir la actividad de transcripción de PIF4 y PIF5. Por último, CRY puede inhibir la señalización de auxinas y brasinosteroides (BR) para promover la fotomorfogénesis. [18]
A pesar de muchas investigaciones sobre el tema, la fotorrecepción y fototransducción de criptocromos en Drosophila y Arabidopsis thaliana aún no se conocen bien. Se sabe que los criptocromos poseen dos cromóforos: pterina (en forma de ácido 5,10-meteniltetrahidrofólico (MTHF)) y flavina (en forma de FAD). [20] Ambos pueden absorber un fotón , y en Arabidopsis , la pterina parece absorber a una longitud de onda de 380 nm y la flavina a 450 nm. Estudios anteriores han respaldado un modelo mediante el cual la energía capturada por la pterina se transfiere a la flavina. [21] Según este modelo de fototransducción, FAD se reduciría a FADH, que probablemente media la fosforilación de un determinado dominio en el criptocromo. Esto podría desencadenar una cadena de transducción de señales , lo que posiblemente afectaría la regulación genética en el núcleo celular.
Una nueva hipótesis [22] propone que las moléculas asociadas detectan la transducción de una señal luminosa en una señal química en los criptocromos de las plantas, lo que podría desencadenarse por una carga negativa fotoinducida en el cofactor FAD o en el ácido aspártico vecino [23] [ 24] dentro de la proteína. Esta carga negativa repelería electrostáticamente la molécula de ATP unida a proteínas y, por tanto, también el dominio C-terminal de la proteína, que cubre la bolsa de unión de ATP antes de la absorción de fotones. El cambio resultante en la conformación de la proteína podría conducir a la fosforilación de sitios de fosforilación previamente inaccesibles en el extremo C y el segmento fosforilado dado podría luego liberar el factor de transcripción HY5 compitiendo por el mismo sitio de unión en el regulador negativo de la fotomorfogénesis COP1 .
Un mecanismo diferente puede funcionar en Drosophila . El verdadero estado fundamental del cofactor de flavina en Drosophila CRY todavía se debate, y algunos modelos indican que el FAD está en forma oxidada, [25] mientras que otros apoyan un modelo en el que el cofactor de flavina existe en forma de radical aniónico , FAD .−
•. Recientemente, los investigadores han observado que los FAD oxidados se reducen fácilmente a FAD.−
• por la luz. Además, las mutaciones que bloquearon la fotorreducción no tuvieron efecto sobre la degradación de CRY inducida por la luz, mientras que las mutaciones que alteraron la estabilidad de FAD−
• función del fotorreceptor CRY destruida. [26] [27] Estas observaciones apoyan un estado fundamental de los plantados.−
•. Los investigadores también han propuesto recientemente un modelo en el que FAD−
se excita a su estado doblete o cuarteto mediante la absorción de un fotón, lo que luego conduce a un cambio conformacional en la proteína CRY. [28]
Además, los ojos anulares de la larva demosponge de Amphimedon queenslandica expresan un criptocromo sensible a la luz azul (Aq-Cry2), que podría mediar en la fototaxis. Por el contrario, los ojos de la mayoría de los animales utilizan opsinas fotosensibles expresadas en células fotorreceptoras, que comunican información sobre la luz del entorno al sistema nervioso. Sin embargo, A. queenslandica carece de sistema nervioso, como otras esponjas . Y tampoco tiene un gen de opsina en su genoma completamente secuenciado , a pesar de tener muchos otros receptores acoplados a proteína G (GPCR). Por lo tanto, los ojos únicos de la esponja deben haber desarrollado un mecanismo diferente para detectar la luz y mediar la fototaxis, posiblemente con criptocromos u otras proteínas. [29]
Los iris aislados se contraen en respuesta a la luz a través de una respuesta de transducción fotomecánica (PMTR) en una variedad de especies y requieren melanopsina o criptocromo para hacerlo. [30] El iris de los embriones de pollo detecta la luz de longitud de onda corta a través de un criptocromo, en lugar de opsinas. [31] La investigación realizada por Margiotta y Howard (2020) muestra que el PMTR del músculo estriado del iris del pollo ocurre con la activación del gen CRY mediante luz azul de 430 nm. [30] El PMTR se inhibió en las inactivaciones del gen CRY y disminuyó cuando se inhibió la flavin reductasa, pero permaneció intacto con la adición de antagonistas de melanopsina. [30] De manera similar, se encontraron proteínas citosólicas CRY1 y CRY2 en los miotubos del iris , y la disminución de la transcripción de estos genes inhibió los PMTR. [30] Por lo tanto, los mayores PMTR del iris se corresponden con el desarrollo de fibras musculares estriadas, en lugar de lisas, a través de PMTR mediados por CRY . [30]
Los estudios en animales y plantas sugieren que los criptocromos desempeñan un papel fundamental en la generación y mantenimiento de los ritmos circadianos. [32] De manera similar, los criptocromos juegan un papel importante en el control de los ritmos circadianos en las plantas. [33] En Drosophila , el criptocromo (dCRY) actúa como un fotorreceptor de luz azul que modula directamente la entrada de luz en el reloj circadiano, [34] mientras que en los mamíferos, los criptocromos (CRY1 y CRY2) actúan como represores de la transcripción dentro del mecanismo de reloj circadiano. [35] Algunos insectos, incluida la mariposa monarca , tienen una versión del criptocromo similar a la de un mamífero y otra a la de Drosophila , lo que proporciona evidencia de un mecanismo de reloj ancestral que involucra funciones tanto de detección de luz como de represión transcripcional para el criptocromo. [36] [37]
Los mutantes de Cry han alterado los ritmos circadianos, lo que demuestra que Cry afecta el marcapasos circadiano. Drosophila con Cry mutado exhibe poco o ningún ciclo de ARNm. [38] Una mutación puntual en cry b , que es necesaria para la asociación de flavina en la proteína CRY, no produce ciclos de proteínas PER o TIM ni en DD ni en LD. [39] Además, los ratones que carecen de los genes Cry1 o Cry2 exhiben períodos de funcionamiento libre diferencialmente alterados, pero aún son capaces de fotoentrenamiento. Sin embargo, los ratones que carecen de Cry1 y Cry2 son arrítmicos tanto en LD como en DD y siempre tienen niveles altos de ARNm de Per1 . Estos resultados sugieren que los criptocromos desempeñan un papel fotorreceptivo, además de actuar como reguladores negativos de la expresión del gen Per en ratones. [40]
En Drosophila , el criptocromo solo está codificado por un gen Cry (d Cry) y funciona como fotorreceptor de luz azul. La exposición a la luz azul induce una conformación similar a la del mutante CRY siempre activo con una deleción C-terminal (CRYΔ). [28] La vida media de esta conformación es de 15 minutos en la oscuridad y facilita la unión de CRY a otros productos del gen del reloj, PER y TIM , de una manera dependiente de la luz. [41] [28] [34] [42] Una vez unido a dCRY, dTIM se compromete a ser degradado por el sistema ubiquitina- proteosoma . [28] [42]
Aunque los pulsos de luz no se arrastran, los ciclos completos de LD del fotoperíodo aún pueden impulsar el ciclo en las neuronas ventrales y laterales del cerebro de Drosophila . Estos datos, junto con otros resultados, sugieren que CRY es el fotorreceptor celular autónomo para los relojes biológicos en Drosophila y puede desempeñar un papel en el arrastre no paramétrico (arrastre mediante pulsos de luz cortos y discretos). Sin embargo, las neuronas laterales reciben información luminosa a través de la vía CRY de la luz azul y de la vía de la rodopsina . Por lo tanto, CRY está involucrado en la percepción de la luz y es una entrada al reloj circadiano, sin embargo, no es la única entrada de información lumínica, ya que se ha demostrado un ritmo sostenido en ausencia de la vía CRY, en la que se cree que la La vía de la rodopsina proporciona cierta entrada de luz. [43] Recientemente, también se ha demostrado que existe una respuesta luminosa mediada por CRY que es independiente de la interacción circadiana clásica CRY-TIM. Se cree que este mecanismo requiere un mecanismo basado en flavina redox que depende de la conductancia del canal de potasio. Se ha demostrado que esta respuesta a la luz mediada por CRY aumenta el potencial de acción que se activa a los pocos segundos de una respuesta a la luz en Drosophila sin opsina . [44]
El criptocromo, como muchos genes implicados en el ritmo circadiano, muestra el ciclo circadiano en los niveles de ARNm y proteínas. En Drosophila , las concentraciones de ARNm de Cry se ciclan según un ciclo de luz-oscuridad (LD), con niveles altos en la luz y niveles bajos en la oscuridad. [38] Este ciclo persiste en oscuridad constante (DD), pero con amplitud disminuida. [38] La transcripción del gen Cry también presenta una tendencia similar. [38] Sin embargo, los niveles de proteína CRY tienen un ciclo diferente al de la transcripción de Cry y los niveles de ARNm. En LD, la proteína CRY tiene niveles bajos en la luz y niveles altos en la oscuridad y, en DD, los niveles de CRY aumentan continuamente durante el día y la noche subjetivos. [38] Por lo tanto, la expresión de CRY está regulada por el reloj en el nivel transcripcional y por la luz en el nivel traduccional y postraduccional. [38]
La sobreexpresión de Cry también afecta las respuestas de luz circadiana. En Drosophila , la sobreexpresión de Cry aumenta la sensibilidad de las moscas a la luz de baja intensidad. [38] Esta ligera regulación de los niveles de proteína CRY sugiere que CRY tiene un papel circadiano aguas arriba de otros genes y componentes del reloj. [38]
En los mamíferos, las proteínas criptocromo están codificadas por dos genes, Cry1 y Cry2.
El criptocromo es uno de los cuatro grupos de genes/proteínas de reloj de mamíferos que generan un bucle de retroalimentación negativa de transcripción-traducción (TTFL), junto con Period (PER) , CLOCK y BMAL1 . [45] En este bucle, las proteínas CLOCK y BMAL1 son activadores transcripcionales , que juntas se unen a los promotores de los genes Cry2 y Per y activan su transcripción. [45] Las proteínas CRY2 y PER luego se unen entre sí, ingresan al núcleo e inhiben la transcripción activada por CLOCK-BMAL1. [45] Por lo tanto, la función general de CRY2 es reprimir la transcripción de CLOCK y BMAL1.
Cry1 codifica la proteína CRY1, que es un fotorreceptor circadiano de los mamíferos. En ratones, la expresión de Cry1 muestra ritmos circadianos en el núcleo supraquiasmático , una región del cerebro involucrada en la generación de ritmos circadianos, con niveles de ARNm que alcanzan su punto máximo durante la fase de luz y alcanzan un mínimo en la oscuridad. [46] Estas oscilaciones diarias en la expresión se mantienen en una oscuridad constante. [46]
Si bien CRY1 está bien establecido como homólogo de TIM en mamíferos, el papel de CRY1 como fotorreceptor en mamíferos ha sido controvertido. Los primeros artículos indicaron que CRY1 tiene funciones tanto independientes como dependientes de la luz. Un estudio realizado por Selby CP et al. (2000) encontraron que los ratones sin rodopsina pero con criptocromo aún responden a la luz; sin embargo, en ratones sin rodopsina ni criptocromo, la transcripción de c-Fos , un mediador de la sensibilidad a la luz, disminuye significativamente. [47] En los últimos años, los datos han respaldado la melanopsina como el principal fotorreceptor circadiano, en particular las células de melanopsina que median el arrastre y la comunicación entre el ojo y el núcleo supraquiasmático (SCN). [48] Una de las principales dificultades para confirmar o negar que CRY sea un fotorreceptor de mamíferos es que cuando el gen se desactiva, el animal se vuelve arrítmico, por lo que es difícil medir su capacidad como fotorreceptor puro. Sin embargo, algunos estudios recientes indican que CRY1 humano puede mediar la respuesta a la luz en los tejidos periféricos. [49]
El ritmo circadiano normal de los mamíferos depende fundamentalmente del retraso en la expresión de Cry1 después de la activación del promotor Cry1 . Mientras que los ritmos en la activación del promotor Per2 y los niveles de ARNm de Per2 tienen casi la misma fase, la producción de ARNm de Cry1 se retrasa aproximadamente cuatro horas en relación con la activación del promotor Cry1 . [50] Este retraso es independiente de los niveles de CRY1 o CRY2 y está mediado por una combinación de elementos de las cajas E/E' y D-box en el promotor y elementos de unión RevErbA / ROR (RRE) en el primer intrón del gen. [51] La transfección de células arrítmicas Cry1 -/- Cry2 -/- doble knockout con solo el promotor Cry1 (que causa la expresión constitutiva de Cry1 ) no es suficiente para rescatar la ritmicidad. Se requiere la transfección de estas células tanto con el promotor como con el primer intrón para restaurar los ritmos circadianos en estas células. [51]
Existe evidencia de que CRY1 puede desempeñar un papel en la forma en que los patrones de sueño y vigilia se heredan a través de las familias. Existe una mutación, CRY1Δ11, que provoca un retraso en el ritmo circadiano. [52] CRY1Δ11 es una variante de empalme que ha eliminado una sección autoinhibitoria del gen. [52] Provoca un retraso al aumentar la afinidad de CLOCK y BMAL, lo que a su vez alarga el período. [52] Esto hace que las personas con esta mutación tengan un punto medio de sueño más tardío que el resto de la población, lo que provoca un trastorno conocido como trastorno retardado del sueño-vigilia. [52]
CRY1 también es un modulador clave en la reparación del ADN, específicamente a través de la regulación temporal. [53] CRY1 tiene un impacto en la progresión del ciclo celular, particularmente en el punto de control G2/M, y el agotamiento de CRY1 produce efectos en las redes de reparación del ADN, incluida la reparación de errores de coincidencia, los rayos UV y la escisión de nucleótidos. [53] En el cáncer, CRY1 se estabiliza mediante daño en el ADN, lo que da como resultado que la expresión de CRY1 se asocie con peores resultados en el cáncer de próstata. [53] Debido a su papel en la reparación del ADN y a ser protumoral, investigaciones futuras pueden utilizar CRY1 como objetivo terapéutico.
Las variantes de CRY1 pueden tener impactos en los humanos en lo que respecta a la producción metabólica. Según un estudio de 2021, la producción metabólica, medida a través de las deposiciones, fue muy diferente para los participantes que eran de tipo salvaje en comparación con aquellos con la variante CRY1Δ11. [52] Los participantes con la variante tenían un ciclo de sueño retrasado y una producción metabólica retrasada en comparación con el tipo salvaje. [52]
La magnetorrecepción es un sentido que permite a un organismo detectar un campo magnético para percibir dirección, altitud o ubicación. Los datos experimentales sugieren que los criptocromos en las neuronas fotorreceptoras de los ojos de las aves están involucrados en la orientación magnética durante la migración . [55] También se cree que los criptocromos son esenciales para la capacidad dependiente de la luz de Drosophila para detectar campos magnéticos . [56] Alguna vez se informó que los campos magnéticos afectaban a los criptocromos también en plantas de Arabidopsis thaliana : el comportamiento de crecimiento parecía verse afectado por los campos magnéticos en presencia de luz azul (pero no roja). [57] Sin embargo, estos resultados resultaron posteriormente irreproducibles en condiciones estrictamente controladas en otro laboratorio, [58] lo que sugiere que los criptocromos vegetales no responden a los campos magnéticos.
El criptocromo forma un par de radicales con espines correlacionados cuando se expone a la luz azul. [59] [60] Los pares de radicales también pueden generarse mediante la reoxidación oscura independiente de la luz del cofactor de flavina por el oxígeno molecular mediante la formación de pares de radicales FADH-superóxido correlacionados por espín. [61] Se supone que la magnetorrecepción funciona a través del efecto del campo magnético circundante sobre la correlación (paralela o antiparalela) de estos radicales, lo que afecta la vida útil de la forma activada del criptocromo. La activación del criptocromo puede afectar la sensibilidad a la luz de las neuronas de la retina , con el resultado general de que el animal puede sentir el campo magnético. [62] Los criptocromos animales y las fotoliasas animales estrechamente relacionadas (6-4) contienen una cadena más larga de triptófanos transmisores de electrones que otras proteínas de la superfamilia criptocromo-fotoliasa (una tétrada de triptófano en lugar de una tríada). [63] [64] La cadena más larga conduce a una mejor separación y una vida útil 1000 veces más larga de los pares de radicales flavina-triptófano fotoinducidos que en las proteínas con una tríada de triptófanos. [63] [64] La ausencia de recombinación selectiva de espín de estos pares de radicales en escalas de tiempo de nanosegundos a microsegundos parece ser incompatible con la sugerencia de que la magnetorrecepción por los criptocromos se basa en la reacción de la luz directa.