Circadian Clock Associated 1
| Circadian Clock Associated 1 | |
|---|---|
| Identifiers | |
| Organism | |
| Symbol | CCA1 |
| RefSeq (mRNA) | NM_180129.3 |
| RefSeq (Prot) | NC_003071.7 |
| Övriga uppgifter | |
| Kromosom | 2: 19,25 - 19,25 Mb |
Circadian Clock Associated 1 (CCA1) är en gen som är central för den cirkadiska oscillatorn av angiospermer . Den identifierades först i Arabidopsis thaliana 1993. CCA1 interagerar med LHY och TOC1 för att bilda kärnan i oscillatorsystemet. CCA1-uttrycket toppar i gryningen. Förlust av CCA1-funktion leder till en förkortad period i uttrycket av många andra gener.
Upptäckt
CCA1 identifierades första gången i Arabidopsis thaliana av Elaine M. Tobins labb i UCLA 1993. Tobins labb studerade promotorfragment som bidrar till ljusreglering av ljusskördande klorofyll A/B bindande protein (LHCB), och märkte DNA-bindande aktivitet som hade affinitet för ett specifikt ljuskänsligt fragment av LHCB-promotom. Denna DNA-bindande aktivitet betecknades som CA-1 eftersom bindningen mestadels sker till cytosin- och adeninrika sekvenser.
De fann att denna bindningsaktivitet är nödvändig för fytokromsvar . De hittade senare genen som är ansvarig för denna aktivitet genom att screena Arabidopsis expressionsbibliotek . CCA1 hänvisade till CA-1-klonen och betecknade nu genen som är ansvarig för denna DNA-bindande aktivitet. Utvecklingen av dygnsklockor i landväxter är inte förstådd, eftersom dygnsrytmer har fått lite uppmärksamhet hos andra växter än angiospermer.
Fungera
CCA1 är en del av en negativ autoregulatorisk återkopplingsslinga som är koordinerad med de dagliga miljöförändringarna. Undertryckt i mörkret av andra proteiner, aktiveras CCAL:s uttryck när ljus känns av fytokromen i växten. Efter translation måste CCA1-proteinet fosforyleras av kaseinkinas 2 (CK2). Denna fosforylering är nödvändig för att proteinet ska bilda en homodimer och binda till dess målpromotorer. Hyperfosforylering , på grund av överuttrycket av CK2, kommer att leda till förändrade dygnsrytmer i mutanterna där CCA1 visade kortare dygnsvariation av mRNA än i vildtypsväxter. CK2-överuttryck är signifikant för att visa att CCA1 är en del av klockan. Proteinmotivet som CCA1 använder för att binda till sina mål-DNA-sekvenser är dess Myb-liknande domän . CCA1 har bara en Myb-domän, medan andra växt- och däggdjursproteiner kan ha flera Myb-domäner. Närvaron av endast en Myb-domän i CCA1 visar dess betydelsepåverkan i dygnsklockan. LUX är också en viktig Myb-transkriptionsfaktor som är nödvändig för CCA/LHY-transkription. Detta kan också hjälpa till att förklara problem i repressilatormodellen som beskrivs nedan. CCA1 är också ovanligt genom att det har förmågan att binda till asymmetriska DNA-sekvenser. CCA1 verkar för att undertrycka uttrycket av DNA-sekvensen den binder till. Stabiliteten av CCA1-protein påverkas inte av ljus eller mörker. Det regleras av sin proteasom . Att hämma proteasomfunktionen leder till en dygnsrytm med längre period.
CCA1 och Arabidopsis circadian oscillator
Arabidopsis centraloscillator innehåller flera proteiner som ömsesidigt undertrycker gener som kodar för varandra för att uppnå en negativ återkopplingsslinga som är nödvändig för att generera dygnsrytmer som styr många klockutgångar. CCA1 är en nyckelkomponent i denna oscillator. Ljus inducerar dess transkription, och mRNA-nivåerna når sin topp i gryningen tillsammans med Late Elongated Hypocotyl (LHY). CCA1 och LHY associeras för att hämma transkription av Evening Complex (EC) proteinerna: ELF4, ELF3 och LUX, vilket undertrycker deras ackumulering fram till skymningen när LHY- och CCA1-proteinnivåerna är som lägsta. EC hämmar transkription PRR9 och TOC1 på natten. Dessa, tillsammans med de återstående PRR -proteinerna PRR7 och PRR5, är involverade i att undertrycka CCA1- och LHY-nivåer, som ökar under natten. CCA1 är vidare involverad i att upprätthålla denna loop genom att hämma dess eget uttryck.
Homologer
Paraloger
LHY (late elongated hypocotyl) har också en Myb-domän och fungerar tidigt på morgonen. Både LHY och CCA1 har liknande uttrycksmönster, som kan induceras av ljus. Enstaka förlust av funktionsmutanter i båda generna resulterar i till synes identiska fenotyper. Men LHY kan inte helt rädda rytmen när CCA1 är frånvarande, vilket indikerar att de bara kan vara delvis funktionellt redundanta. Under konstanta ljusförhållanden misslyckas cca1 och lhy dubbel funktionsförlust av mutanter att upprätthålla rytmer i klockkontrollerade RNA.
Ortologer
Den cirkadiska oscillatorn i ris liknar Arabidopsis- modellen, och forskare har använt denna modell som en ritning för att förstå risoscillatorn. OsLHY i ris fyller en liknande funktion som CCA1/LHY och är således en ortolog av genen i ris. OsPRR1 i ris är också en ortolog av TOC1. PpCCA1a och PpCCA1b är ortologer av CCA1 och LHy i mossan Physcomitrella patens. De visar rytmer med en period av 1 dag som deras angiosperm-homologer i 24-timmars ljus-mörker-cykler eller konstant mörker. Dessa gener visar emellertid arytmicitet under konstanta ljusförhållanden, i motsats till CCA1:LHY.
Mutanter
Mutanter såsom cca1-1-växter, som saknar CCA1-protein, visar korttidsfenotyper för uttryck av flera gener när de analyseras under konstanta ljusförhållanden. De har också en period som är 3 timmar kortare än den för vildtypsväxten, vilket visar att uttryck av LHY, dess homolog, inte helt kan kompensera för förlusten av funktionen av CCA1. Växter som har förlorat funktionen av LHY och CCA1 (lhy;cca1) förlorade förmågan att stabilt upprätthålla dygnsrytm och andra utgångsfenomen. I en studie visade lhy;cca1 fotoperiodokänslig tidig blomning under långa dagar (16 timmars ljus/8 timmars mörker) och korta dagar (8 timmars ljus, 16 timmars mörker) och arytmicitet under konstant ljus betingelser. Men de behåller en viss dygnsfunktion i ljus/mörker-cykler, vilket visar att Arabidopsis dygnsklocka inte är helt beroende av CCA1- och LHY-aktivitet. Växter med icke-fungerande LHY och CCA1 visar en vågig bladfenotyp under konstanta ljusförhållanden. Mutanter har också ökad kärlmönsterkomplexitet i sina blad, med fler areoler, grenpunkter och fria ändar än vildtyp Arabidopsis .