Uodų platinamos ligos išlieka rimta pasauline visuomenės sveikatos problemaAugantis ligų pernešėjų, tokių kaip Culex pipiens pallens, atsparumas tradiciniams insekticidams dar labiau paaštrina šią problemą. Šiame tyrime buvo sukurta, susintetinta ir įvertinta eilė naujų tiofeno-izochinolinono hibridų kaip potencialūs larvicidai. Iš susintetintų junginių 5f, 6 ir 7 dariniai pasižymėjo reikšmingu larvicidiniu aktyvumu prieš Culex pipiens pallens lervas, kurių LC₅₀ vertės buvo atitinkamai 0,3, 0,1 ir 1,85 μg/ml. Pažymėtina, kad visi dvylika tiofeno-izochinolinono darinių pasižymėjo žymiai didesniu toksiškumu nei etaloninis organofosfato insekticidas chlorpirifosas (LC₅₀ = 293,8 μg/ml), o tai patvirtina didesnį šių junginių toksiškumą. Įdomu tai, kad sintetinis tarpinis junginys 1a (tiofeno pusesteris) pasižymėjo didžiausiu stiprumu (LC₅₀ = 0,004 μg/ml) ir, nors dar nėra iki galo optimizuotas, jo stiprumas vis tiek viršijo visų galutinių darinių stiprumą. Mechanistiniai biologiniai tyrimai atskleidė ryškius neurotoksiškumo simptomus, rodančius sutrikusią cholinerginę funkciją. Molekulinio doko ir molekulinės dinamikos modeliavimas patvirtino šį stebėjimą, atskleisdamas stiprią specifinę sąveiką su acetilcholinesteraze (AChE) ir nikotininiu acetilcholino receptoriumi (nAChR), o tai rodo galimą dvigubo veikimo mechanizmą. Tankio funkcionalo teorijos (DFT) skaičiavimai dar kartą patvirtino palankias veikliųjų junginių elektronines savybes ir reaktyvumą. Šios junginių serijos struktūrinė įvairovė ir nuolat didelis stiprumas gali sumažinti kryžminio atsparumo riziką ir palengvinti atsparumo valdymo strategijas, taikant junginių rotaciją arba derinimą. Apskritai šie rezultatai rodo, kad tiofeno ir izochinolinono hibridai yra perspektyvi galimybė kurti naujos kartos larvicidus, nukreiptus į vabzdžių vektorių neurofiziologinius kelius.
Uodai yra vieni iš efektyviausių infekcinių ligų pernešėjų, platinančių daugybę pavojingų patogenų ir keliančių didelę grėsmę pasaulio visuomenės sveikatai. Tokios rūšys kaip Culex pipiens, Aedes aegypti ir Anopheles gambiae yra ypač žinomos dėl virusų, bakterijų ir parazitų platinimo, kasmet sukeldamos milijonus infekcijų ir daugybę mirčių. Pavyzdžiui, Culex pipiens yra pagrindinis arbovirusų, tokių kaip Vakarų Nilo virusas ir Sent Luiso encefalito virusas, taip pat parazitinių ligų, tokių kaip paukščių maliarija, pernešėjas. Naujausi tyrimai taip pat parodė, kad Culex pipiens atlieka svarbų vaidmenį pernešant ir perduodant kenksmingas bakterijas, tokias kaip Bacillus cereus ir Staphylococcus warwickii, kurios užteršia maistą ir paaštrina visuomenės sveikatos problemas. Dėl didelio uodų prisitaikymo, išgyvenamumo ir atsparumo kontrolės metodams juos sunku kontroliuoti ir jie kelia nuolatinę grėsmę.
Cheminiai insekticidai yra pagrindinė uodų kontrolės priemonė, ypač uodų platinamų ligų protrūkių metu. Įvairios insekticidų klasės, įskaitant piretroidus, organofosfatus ir karbamatus, yra plačiai naudojamos uodų populiacijoms ir ligų plitimui mažinti. Tačiau plačiai paplitęs ir ilgalaikis šių cheminių medžiagų naudojimas sukėlė rimtų aplinkos ir visuomenės sveikatos problemų, įskaitant ekosistemų sutrikimus, žalingą poveikį netikslinėms rūšims ir spartų uodų populiacijų atsparumo insekticidams vystymąsi.11, 12, 13, 14Šis atsparumas gerokai sumažina daugelio tradicinių insekticidų veiksmingumą, todėl pabrėžiamas skubus novatoriškų cheminių sprendimų su naujais veikimo mechanizmais poreikis, siekiant veiksmingai kovoti su šiomis besikeičiančiomis grėsmėmis.11, 12, 13, 14Siekdami išspręsti šiuos rimtus iššūkius, tyrėjai griebiasi alternatyvių strategijų, tokių kaip biokontrolė, genetinė inžinerija ir integruotas vektorių valdymas (IVM). Šie metodai rodo perspektyvas tvariai ir ilgalaikei uodų kontrolei. Tačiau epidemijų ir ekstremalių situacijų metu cheminiai metodai išlieka labai svarbūs greitam reagavimui.
Izochinolino alkaloidai yra svarbūs azotą turintys heterocikliniai junginiai, plačiai paplitę augalų karalystėje, įskaitant tokias šeimas kaip Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae ir Menispermaceae.30 Ankstesni tyrimai patvirtino, kad izochinolino alkaloidai pasižymi įvairiu biologiniu aktyvumu ir struktūrinėmis savybėmis, įskaitant insekticidinį, antidiabetinį, priešnavikinį, priešgrybelinį, priešuždegiminį, antibakterinį, antiparazitinį, antioksidacinį, antivirusinį ir neuroprotekcinį poveikį.
Šiame tyrime visų junginių χ² vertės buvo mažesnės už kritinę ribą, o p vertės viršijo 0,05. Šie rezultatai patvirtina LC₅₀ įverčių patikimumą ir parodo, kad tikimybinė regresija gali efektyviai apibūdinti stebimą dozės ir atsako ryšį. Todėl LC₅₀ vertės ir toksiškumo indeksai (TI), apskaičiuoti pagal aktyviausią junginį (1a), yra labai patikimi ir tinkami toksikologiniam poveikiui palyginti.
Norėdami įvertinti 12 naujai susintetintų tiofeno-izochinolinono darinių ir jų pirmtako 1a sąveiką su dviem pagrindiniais uodų neuronų taikiniais – acetilcholinesteraze (AChE) ir nikotininiu acetilcholino receptoriumi (nAChR), atlikome molekulinį dokingo modeliavimą. Šie taikiniai buvo parinkti remiantis lervų žūties tyrimuose pastebėtais neurotoksiniais simptomais, rodančiais sutrikusią neuronų signalizaciją. Be to, šių junginių struktūrinis panašumas į organofosfatus ir neonikotinoidus dar labiau patvirtina šių taikinių pasirinkimą, nes organofosfatai ir neonikotinoidai savo toksinį poveikį daro atitinkamai slopindami AChE ir aktyvuodami nAChR.
Be to, keli junginiai (įskaitant 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f ir 7) sąveikauja su SER280. SER280 liekanos dalyvauja formuojant kristalinės struktūros konformacijas ir yra konservatyvios redopuotoje BT7 konformacijoje. Ši sąveikos būdų įvairovė pabrėžia šių junginių prisitaikomumą aktyviojoje srityje, o SER280 ir GLU359 gali būti adaptyvios tvirtinimo vietos jungimosi sąlygomis. Dažnos sąveikos tarp sintetinių darinių ir pagrindinių liekanų, tokių kaip GLU359 ir SER280, kurios yra žinomos SER-HIS-GLU katalizinės triados žmogaus acetilcholinesterazėje (AChE) komponentai, dar labiau patvirtina hipotezę, kad šie junginiai gali turėti stiprų slopinamąjį poveikį AChE, prisijungdami prie kataliziškai svarbių vietų.29, 61, 64
Pažymėtina, kad junginys 6 ir jo pirmtakas 1a biologinio tyrimo metu pademonstravo stipriausią aktyvumą prieš lervas, pasižymėdami mažiausiomis LC₅₀ vertėmis tarp serijos junginių. Molekuliniu lygmeniu junginys 6 pasižymi kritine sąveika su chlorpirifosu GLU359 vietoje, o junginys 1a persidengia su pakartotinai legiruotu BT7 per vandenilinį ryšį su SER280. Tiek GLU359, tiek SER280 yra originalioje BT7 kristalografinėje jungimosi konformacijoje ir yra konservuoto katalizinio acetilcholinesterazės tripleto (SER–HIS–GLU) komponentai, o tai pabrėžia šių sąveikų funkcinę reikšmę palaikant junginių slopinamąjį aktyvumą (10 pav.).
Pastebėtas BT7 darinių (įskaitant natūralų ir atkurtą BT7) ir chlorpirifoso prisijungimo vietų panašumas, ypač ties liekanomis, kurios yra svarbios kataliziniam aktyvumui, aiškiai rodo bendrą slopinimo mechanizmą tarp šių junginių. Apskritai šie rezultatai patvirtina reikšmingą tiofeno-izochinolinono darinių potencialą kaip labai stiprių acetilcholinesterazės inhibitorių dėl jų konservatyvios ir biologiškai svarbios sąveikos.
Stipri koreliacija tarp molekulinio prijungimo rezultatų ir lervų biologinio tyrimo rezultatų dar kartą patvirtina, kad acetilcholinesterazė (AChE) ir nikotininis acetilcholino receptorius (nAChR) yra pagrindiniai susintetintų tiofeno-izochinolinono darinių neurotoksiniai taikiniai. Nors prijungimo rezultatai suteikia svarbios informacijos apie receptoriaus ir ligando afinitetą, reikėtų pripažinti, kad vien prisijungimo energijos nepakanka, kad būtų galima visiškai paaiškinti insekticidinį veiksmingumą in vivo. LC₅₀ verčių skirtumai tarp junginių, turinčių panašias prijungimo savybes, gali būti susiję su tokiais veiksniais kaip metabolinis stabilumas, absorbcija, biologinis prieinamumas ir pasiskirstymas vabzdžiuose.⁶⁰,⁶⁴Tačiau racionalus struktūrinis dizainas, kompiuteriniu modeliavimu imituotas didelis receptorių afinitetas ir stiprus biologinis aktyvumas tvirtai patvirtina požiūrį, kad AChE ir nAChR yra pagrindiniai stebimo neurotoksiškumo tarpininkai.
Apibendrinant, susintetinti tiofeno-izochinolinono hibridai turi pagrindinius struktūrinius ir funkcinius elementus, kurie yra daugiausia suderinami su žinomais neuroaktyviais insekticidais. Jų gebėjimas efektyviai jungtis prie acetilcholinesterazės (AChE) ir nikotininių acetilcholino receptorių (nAChR) per papildomus sąveikos mechanizmus pabrėžia jų, kaip dvigubo taikinio insekticidų, potencialą. Šis dvigubas mechanizmas ne tik padidina insekticidinį veiksmingumą, bet ir suteikia perspektyvią strategiją esamiems atsparumo mechanizmams įveikti, todėl šie junginiai yra perspektyvūs kandidatai kuriant naujos kartos uodų kontrolės priemones.
Molekulinės dinamikos (MD) modeliavimas naudojamas molekulinio sujungimo rezultatams patvirtinti ir išplėsti, pateikiant realesnį ir nuo laiko priklausomą ligando ir taikinio sąveikos vertinimą fiziologiškai realiomis sąlygomis. Nors molekulinis sujungimas gali suteikti vertingos preliminarios informacijos apie galimas prisijungimo pozicijas ir afinitetus, tai yra statinis modelis ir negali atsižvelgti į receptorių lankstumą, tirpiklio dinamiką ar molekulinių sąveikų svyravimus laikui bėgant. Todėl MD modeliavimas yra svarbus papildomas metodas komplekso stabilumui, sąveikos tvirtumui ir ligandų bei baltymų konformaciniams pokyčiams laikui bėgant įvertinti.60, 62, 71
Remdamiesi geresnėmis jų jungimosi su acetilcholinesteraze (AChE) savybėmis, palyginti su nikotininiu acetilcholino receptoriumi (nAChR), molekulinės dinamikos (MD) modeliavimui pasirinkome pradinę molekulę 1a (su mažiausia LC₅₀ verte) ir aktyviausią tiofeno-izochinolino junginį 6. Tikslas buvo įvertinti, ar jų jungimosi konformacija AChE aktyviojoje vietoje išliko stabili per 100 ns modeliavimo trukmės, ir palyginti jų jungimosi elgseną su chlorpirifoso ir atsigavimo būdu susidariusio kokristalizuoto AChE inhibitoriaus BT7 jungimosi elgsena.
Molekulinės dinamikos modeliavimas apėmė vidutinį kvadratinį nuokrypį (RMSD), siekiant įvertinti bendrą komplekso stabilumą; vidutinį kvadratinį fluktuacijų nuokrypį (RMSF), siekiant ištirti liekanų lankstumą; ir ligandų-akceptorių sąveikos analizę, siekiant nustatyti vandenilinių jungčių, hidrofobinių kontaktų ir joninių sąveikų stabilumą (papildomi duomenys). Nors visų ligandų RMSD ir RMSF vertės išliko stabiliame diapazone, o tai rodo, kad AChE-ligandų komplekse nėra reikšmingų konformacinių pokyčių (12 pav.), vien šių parametrų nepakanka, kad būtų galima visiškai paaiškinti junginių jungimosi masės skirtumus.
Įrašo laikas: 2025 m. gruodžio 15 d.