Cereblon Interacts with Cryptochrome 2 and Regulates Circadian Transcription

Abstract

Circadian rhythm is a biological cycle with a 24-hour period and is tightly controlled by an endogenous molecular pathway, called the circadian molecular clock. In the molecular clock, CLOCK and BMAL1 are key transcription activators binding to E-box cis-regulatory elements of clock-controlled genes such as CRY and PER. CRY and PER then represses CLOCK:BMAL1-induced transactivation of E-box containing genes, including their own. Although the molecular clock plays important role in regulating circadian rhythm, its detailed mechanism still needs to be elucidated. This study investigated that cereblon (CRBN) functions as a novel binding partner for CRY2. CRBN is a substrate receptor protein of CRL4 (Cullin4-RING) E3 ubiquitin ligase complex and involved in targeted protein degradation and energy metabolism. CRBN suppressed E-box-mediated transcriptional activity by a CLOCK:BMAL1 complex. CRBN attenuated a circadian oscillation of BMAL1 transcription. CRBN reduced the binding affinity between CRY2 and PER1 and increased the binding affinity between CRY2 and BMAL1 without modifying the protein stability of CRY2. The results of the present study suggest that CRBN negatively regulates circadian transcription via induction of CRY2-containing transcriptional repressive complex. ;일주기성 생체리듬(Circadian rhythm)은 24시간의 주기를 갖는 생물학적 리듬으로, 내재적인 분자 경로인 일주기성 분자시계에 의해 견고하게 조절된다. 분자시계에서 클락(CLOCK)과 비말1(BMAL1)은 크립토크롬(CRY), 피리어드(PER) 유전자 등 시간에 따라 조절되는 유전자들의 E-box 전사 조절 요소에 부착하는 핵심적인 전사 활성 인자이다. 크립토크롬과 피리어드는 자신의 유전자를 포함하여, 클락:비말1 복합체에 의해 유도된 E-box 포함 유전자의 전사 활성을 억제한다. 분자시계는 일주기 생체리듬을 조절하는 데에 중요한 역할을 하지만, 그 구체적 기전은 아직 연구가 필요하다. 본 연구는 세레블론(CRBN)이 크립토크롬2의 신규 부착 단백질로 기능한다는 것을 밝혔다. 세레블론은 컬린4-링(Cullin4-RING) E3 유비퀴틴 라이게이스 복합체에서 기질 수용 단백질이며, 표적 단백질 분해와 에너지 대사 활동에 관여하는 것으로 알려져 있다. 세레블론은 클락:비말1 복합체에 의한 E-box 매개 전사 활성을 억제하였다. 세레블론은 비말1 유전자 전사의 일주기성 진동을 약화시켰다. 세레블론은 크립토크롬2와 피리어드1 단백질의 결합력을 줄인 반면, 크립토크롬2와 비말1 단백질의 결합력을 증가시켰다. 요약하자면, 본 연구는 세레블론이 크립토크롬2을 포함하는 전사 억제 복합체의 유도를 통하여 일주기성 전사를 음성적으로 조절한다는 것을 제시하였다.