Sääskede kaudu levivad haigused on endiselt tõsine ülemaailmne rahvatervise probleemHaigusetekitajate, näiteks Culex pipiens pallens'i, kasvav resistentsus traditsiooniliste insektitsiidide suhtes süvendab seda probleemi veelgi. Selles uuringus kavandati, sünteesiti ja hinnati potentsiaalsete larvitsiididena rida uudseid tiofeen-isokinolinooni hübriide. Sünteesitud ühendite hulgas näitasid derivaadid 5f, 6 ja 7 märkimisväärset larvitsiidset toimet Culex pipiens pallens'i vastsete vastu, LC₅₀ väärtustega vastavalt 0,3, 0,1 ja 1,85 μg/ml. Märkimisväärne on see, et kõik kaksteist tiofeen-isokinolinooni derivaati näitasid oluliselt suuremat toksilisust kui võrdlusorganofosfaat-insektitsiid klorpürifoss (LC₅₀ = 293,8 μg/ml), mis kinnitab nende ühendite paremat toksilisust. Huvitaval kombel näitas sünteetiline vaheühend 1a (tiofeeni poolester) kõrgeimat potentsiaali (LC₅₀ = 0,004 μg/ml) ja kuigi see pole veel täielikult optimeeritud, ületas selle tugevus siiski kõigi lõppderivaatide oma. Mehhanistlikud bioloogilised uuringud näitasid tugevaid neurotoksilisuse sümptomeid, mis viitavad kolinergilise funktsiooni kahjustusele. Molekulaarne dokkimine ja molekulaardünaamika simulatsioonid kinnitasid seda tähelepanekut, paljastades tugevad spetsiifilised interaktsioonid atsetüülkoliinesteraasi (AChE) ja nikotiinhappe atsetüülkoliini retseptoriga (nAChR), mis viitab võimalikule kahetoimelisele mehhanismile. Tihedusfunktsionaalteooria (DFT) arvutused kinnitasid veelgi aktiivsete ühendite soodsaid elektroonilisi omadusi ja reaktsioonivõimet. Selle ühendite seeria struktuuriline mitmekesisus ja püsivalt kõrge tugevus võivad vähendada ristresistentsuse riski ja hõlbustada resistentsuse ohjamise strateegiaid ühendite rotatsiooni või kombineerimise kaudu. Üldiselt näitavad need tulemused, et tiofeen-isokinolinooni hübriidid on paljulubav võimalus järgmise põlvkonna larvitsiidide väljatöötamiseks, mis on suunatud putukavektorite neurofüsioloogilistele radadele.
Sääsed on ühed kõige tõhusamad nakkushaiguste levitajad, levitades laia valikut ohtlikke patogeene ja kujutades endast märkimisväärset ohtu rahvatervisele kogu maailmas. Liigid nagu Culex pipiens, Aedes aegypti ja Anopheles gambiae on eriti tuntud viiruste, bakterite ja parasiitide edasikandumise poolest, põhjustades igal aastal miljoneid nakkusi ja arvukalt surmajuhtumeid. Näiteks on Culex pipiens peamine arboviiruste, näiteks Lääne-Niiluse viiruse ja St. Louisi entsefaliidi viiruse, aga ka parasiithaiguste, näiteks lindude malaaria, vektor. Hiljutised uuringud on samuti näidanud, et Culex pipiens mängib olulist rolli kahjulike bakterite, näiteks Bacillus cereuse ja Staphylococcus warwickii, levitamisel ja edasikandumisel, mis saastavad toitu ja süvendavad rahvatervise probleeme. Sääskede kõrge kohanemisvõime, ellujäämisvõime ja vastupidavus tõrjemeetoditele muudavad nende tõrje keeruliseks ja kujutavad endast püsivat ohtu.
Keemilised insektitsiidid on sääskede tõrjes võtmetähtsusega vahend, eriti sääskede levitatavate haiguspuhangute ajal. Sääskede populatsioonide ja haiguste leviku vähendamiseks kasutatakse laialdaselt mitmesuguseid insektitsiidide klasse, sealhulgas püretroide, organofosfaate ja karbamaate. Nende kemikaalide laialdane ja pikaajaline kasutamine on aga põhjustanud tõsiseid keskkonna- ja rahvaterviseprobleeme, sealhulgas ökosüsteemi häirimist, kahjulikku mõju mittesihtliikidele ja insektitsiidiresistentsuse kiiret arengut sääskede populatsioonides.11, 12, 13, 14See resistentsus vähendab oluliselt paljude traditsiooniliste insektitsiidide tõhusust, mis rõhutab pakilist vajadust uuenduslike keemiliste lahenduste järele, millel on uued toimemehhanismid, et nende arenevate ohtudega tõhusalt võidelda.11, 12, 13, 14Nende tõsiste probleemide lahendamiseks pöörduvad teadlased alternatiivsete strateegiate poole, nagu biotõrje, geenitehnoloogia ja integreeritud vektorite haldamine (IVM). Need lähenemisviisid näitavad üles paljulubavust säästva ja pikaajalise sääskede tõrje osas. Epideemiate ja hädaolukordade ajal on keemilised meetodid aga kiireks reageerimiseks üliolulised.
Isokinoliinalkaloidid on olulised lämmastikku sisaldavad heterotsüklilised ühendid, mis on laialt levinud taimeriigis, sealhulgas sellistes perekondades nagu Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae ja Menispermaceae.30 Varasemad uuringud on kinnitanud, et isokinoliinalkaloididel on mitmekesine bioloogiline aktiivsus ja struktuurilised omadused, sealhulgas insektitsiidne, diabeedivastane, kasvajavastane, seenevastane, põletikuvastane, antibakteriaalne, parasiidivastane, antioksüdantne, viirusevastane ja neuroprotektiivne toime.
Selles uuringus olid kõigi ühendite χ² väärtused alla kriitilise läve ja p väärtused olid üle 0,05. Need tulemused kinnitavad LC₅₀ hinnangute usaldusväärsust ja näitavad, et tõenäosuslik regressioon suudab tõhusalt kirjeldada vaadeldavat annuse-vastuse seost. Seetõttu on kõige aktiivsema ühendi (1a) põhjal arvutatud LC₅₀ väärtused ja toksilisuse indeksid (TI) väga usaldusväärsed ja sobivad toksikoloogiliste mõjude võrdlemiseks.
12 äsjasünteesitud tiofeen-isokinolinooni derivaadi ja nende eelkäija 1a interaktsioonide hindamiseks kahe peamise sääse neuronaalse sihtmärgiga – atsetüülkoliinesteraasiga (AChE) ja nikotiinhappe atsetüülkoliini retseptoriga (nAChR) – viisime läbi molekulaarse dokkimise modelleerimise. Need sihtmärgid valiti vastsete surmatestides täheldatud neurotoksiliste sümptomite põhjal, mis viitavad neuronaalse signaaliülekande häirele. Lisaks toetab nende ühendite struktuuriline sarnasus organofosfaatide ja neonikotinoididega veelgi nende sihtmärkide eelistatud valikut, kuna organofosfaadid ja neonikotinoidid avaldavad oma toksilist toimet vastavalt AChE pärssimise ja nAChR aktiveerimise teel.
Lisaks interakteeruvad mitmed ühendid (sealhulgas 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f ja 7) SER280-ga. SER280 jäägid osalevad kristallstruktuuri konformatsioonide kujundamises ja on konserveerunud BT7 redopteeritud konformatsioonis. See interaktsiooniviiside mitmekesisus rõhutab nende ühendite kohanemisvõimet aktiivses tsentris, kusjuures SER280 ja GLU359 võivad dokkimistingimustes toimida adaptiivsete ankrukohtadena. Sagedased interaktsioonid, mida on täheldatud sünteetiliste derivaatide ja võtmejääkide, näiteks GLU359 ja SER280, vahel, mis on inimese atsetüülkoliinesteraasi (AChE) tuntud SER-HIS-GLU katalüütilise triaadi komponendid, toetavad veelgi hüpoteesi, et need ühendid võivad avaldada AChE-le tugevat inhibeerivat toimet, seondudes katalüütiliselt oluliste saitidega.29, 61, 64
Tähelepanuväärselt näitasid ühend 6 ja selle eelkäija 1a biotestis kõige tugevamat aktiivsust vastsete vastu, näidates seeria ühendite seas madalaimaid LC₅₀ väärtusi. Molekulaarsel tasandil on ühendil 6 kriitiline interaktsioon klorpürifossiga GLU359 saidil, samas kui ühend 1a kattub redopteeritud BT7-ga vesiniksideme kaudu SER280-ga. Nii GLU359 kui ka SER280 esinevad BT7 algses kristalograafilises sidumiskonformatsioonis ja on atsetüülkoliinesteraasi konserveerunud katalüütilise tripleti (SER–HIS–GLU) komponendid, mis rõhutab nende interaktsioonide funktsionaalset tähtsust ühendite inhibeeriva aktiivsuse säilitamisel (joonis 10).
BT7 derivaatide (sh natiivse ja taastatud BT7) ja klorpürifossi seondumiskohtade sarnasus, eriti katalüütilise aktiivsuse jaoks oluliste jääkide puhul, viitab tugevalt nende ühendite ühisele inhibeerimismehhanismile. Üldiselt kinnitavad need tulemused tiofeen-isokinolinooni derivaatide olulist potentsiaali väga tugevate atsetüülkoliinesteraasi inhibiitoritena tänu nende konserveerunud ja bioloogiliselt olulistele interaktsioonidele.
Tugev korrelatsioon molekulaarse dokkimise tulemuste ja vastsete biotesti tulemuste vahel kinnitab veelgi, et atsetüülkoliinesteraas (AChE) ja nikotiinhappe atsetüülkoliini retseptor (nAChR) on sünteesitud tiofeen-isokinolinooni derivaatide peamised neurotoksilised sihtmärgid. Kuigi dokkimise tulemused annavad olulist teavet retseptori-ligandi afiinsuse kohta, tuleb tunnistada, et ainuüksi sidumisenergiast ei piisa insektitsiidse efektiivsuse täielikuks selgitamiseks in vivo. Sarnaste dokkimisomadustega ühendite LC₅₀ väärtuste erinevused võivad olla tingitud sellistest teguritest nagu metaboolne stabiilsus, imendumine, biosaadavus ja jaotumine putukates.⁶⁰,⁶⁴Siiski toetavad ratsionaalne struktuuriline disain, arvutisimulatsiooni abil simuleeritud kõrge retseptori afiinsus ja tugev bioloogiline aktiivsus tugevalt seisukohta, et AChE ja nAChR-id on täheldatud neurotoksilisuse peamised mediaatorid.
Kokkuvõtteks võib öelda, et sünteesitud tiofeen-isokinolinooni hübriididel on olulised struktuurilised ja funktsionaalsed elemendid, mis on suures osas ühilduvad tuntud neuroaktiivsete insektitsiididega. Nende võime seonduda tõhusalt atsetüülkoliinesteraasi (AChE) ja nikotiinhappe atsetüülkoliini retseptoritega (nAChR) täiendavate interaktsioonimehhanismide kaudu rõhutab nende potentsiaali kahe sihtmärgiga insektitsiididena. See kahekordne mehhanism mitte ainult ei suurenda insektitsiidset efektiivsust, vaid pakub ka paljulubavat strateegiat olemasolevate resistentsusmehhanismide ületamiseks, muutes need ühendid paljulubavateks kandidaatideks järgmise põlvkonna sääsetõrjevahendite väljatöötamiseks.
Molekulaardünaamika (MD) simulatsioone kasutatakse molekulaarse dokkimise tulemuste valideerimiseks ja laiendamiseks, pakkudes realistlikumat ja ajast sõltuvamat hinnangut ligandi ja sihtmärgi interaktsioonidele füsioloogiliselt realistlikes tingimustes. Kuigi molekulaarne dokkimine võib anda väärtuslikku esialgset teavet potentsiaalsete seondumispositsioonide ja afiinsuste kohta, on see staatiline mudel ega saa arvestada retseptori paindlikkust, lahusti dünaamikat ega molekulaarsete interaktsioonide ajalisi kõikumisi. Seetõttu on MD simulatsioonid oluline täiendav meetod kompleksi stabiilsuse, interaktsioonikindluse ja ligandide ja valkude konformatsiooniliste muutuste hindamiseks aja jooksul.60, 62, 71
Lähtudes nende parematest seondumisomadustest atsetüülkoliinesteraasiga (AChE) võrreldes nikotiinhappe atsetüülkoliini retseptoriga (nAChR), valisime molekulaardünaamika (MD) simulatsioonideks lähtemolekuli 1a (madalaima LC₅₀ väärtusega) ja kõige aktiivsema tiofeen-isokinoliini ühendi 6. Eesmärk oli hinnata, kas nende seondumiskonformatsioon AChE aktiivses kohas püsis stabiilsena 100 ns simulatsiooni jooksul, ning võrrelda nende seondumiskäitumist klorpürifossi ja tagasilöögiefektiga kokristalliseerunud AChE inhibiitori BT7 omaga.
Molekulaardünaamika simulatsioonid hõlmasid kompleksi üldise stabiilsuse hindamiseks ruutkeskmise hälbe (RMSD) mõõtmist; jäägi paindlikkuse uurimiseks fluktuatsioonide ruutkeskmise hälbe (RMSF) mõõtmist; ja ligandi-aktseptori interaktsiooni analüüsi vesiniksidemete, hüdrofoobsete kontaktide ja ioonsete interaktsioonide stabiilsuse määramiseks (lisaandmed). Kuigi kõigi ligandide RMSD ja RMSF väärtused jäid stabiilsesse vahemikku, mis näitab oluliste konformatsiooniliste muutuste puudumist AChE-ligandi kompleksis (joonis 12), ei ole need parameetrid üksi piisavad, et täielikult selgitada ühendite sidumismassi erinevusi.
Postituse aeg: 15. detsember 2025