Grænser i Fysiologi

Selv om flygtige forbindelser med agonist-aktivitet har været afskærmet mod regionerne i den yderste Periferi af et bestemt stof, med stærk agonist effekt på myg, 2-(4-Ethyl-5-(pyridin-3-yl)-4H-1,2,4-triazol-3-ylthio)-N-(4-ethylphenyl)acetamid (VUAA1), har åbnet inden for forskning (Jones et al., 2011; Taylor et al., 2012). Senere undersøgelser af Taylor et al., (2012) fremlagt bevis for, at VUAA1-afledte kemikalier, såsom VUAA4, i stand til at øge sin agonist effekt ved 10-fold på ORco fra A. gambiae, H. virescens, og Harpegnathos saltator. Interessant nok rapporterede forfatterne, at enhver ændring af amidsubstituenter vil medføre et fuldstændigt tab af agonistaktivitet. Dette giver nyttig indsigt i agonisternes strukturelle krav og struktur-aktivitetsforholdet mellem vuaa-analoger og ORs. Endelig, på trods af den forbedrede agonistaktivitet af vuaa−kemikalier, dens relativt høje molekylvægt (367, 47 g mol-1 For VUAA1) vs., Flygtige agonister, såsom bombykol (238.42 g mol−1), gør en direkte flygtig levering af VUAA noget ikke muligt. Med det i tankerne repræsenterer søgningen efter mindre strukturelle analoger et interessant fokus på forskning.

Antagonisme På ORco Enhed

Sammen med undersøgelsen af VUAA-relaterede analoger, der kan fungere som stærke agonister, blokering af ORco af antagonister har også vist sig, at guide semiochemicals og pesticider design., Således et strukturelt analoge VUAA1, VU0183254 (2-(4-Ethyl-5-furan-2-yl-4H-triazol-3-ylsulfanyl)-1-phenothiazin-10-yl-ethanone), der blev rapporteret til at hæmme ORco svar, der fungerer som allosteriske modulator i A. gambiae og forstyrrer anerkendelse af agonister som eugenol af de komplekse OR65/ORco (Jones et al., 2012). Andre vuaa-strukturelle analoger er også rapporteret som antagonister. Et eksempel er N-,2-substituerede triazolothioacetamide forbindelser OLC3 og OLC12 der forstyrrer den ORco reaktion på en lignende måde i C. quinquefasciatus, A. gambiae, D. melanogaster, og O., nubilalis, der antyder et konserveret bindingssted i ORco (Chen and Luetje, 2012). I betragtning af inhiberingen af ORco som en lovende strategi for at forstyrre adfærd hos insekter, ser det ud til, at efterfølgende bestræbelser bør sigte mod forbindelserne med lavere molekylvægt end vuaa-afledte antagonister. For eksempel, OX1a (232 g mol−1), tryptamin (160.22 g mol−1) og isopropyl cinnamate (190.24 g mol−1) blev rapporteret til at have antagonist effekt på ORco (Chen og Luetje, 2013, 2014; Tsitoura et al., 2015) med omtrent halvdelen eller mindre molekylvægt end VUAA1., Ikke desto mindre bør fremtidig brug af disse antagonister undersøges omhyggeligt, da blokering af den konserverede ORco kan påvirke ikke kun skadelige insekter, men også gavnlige.

udover den antagonisteffekt, der er probet in vitro, understøtter beviset på adfærdsniveau ideen om, at strukturelle analoger af feromoner kan fungere som antagonister. For eksempel, Sellanes et al., (2010) rapporterede hæmning af seksuel reaktion i honningdug møl Cryptoblabes gnidiella, når den strukturelle analoger, (Z)-9-tetradecenyl dannelse og (Z)-11-hexadecenyl formate, blev føjet til syntetiske sex feromon, (Z)-11-hexadecenal og (Z)-13-octadecenal, i vindtunnel tests. Denne feromonantagonisteffekt blev senere bekræftet i feltassays, hvor fældefangst af C. gnidiella-mænd faldt i et dosisafhængigt mønster. Feromonantagonismen er også rapporteret for B. mandarina, en forfader til B. mori (Daimon et al., 2012)., Deres resultater bekræfter bombykol som køn feromon, og bombykal og bombykylacetat som antagonister, hvilket stærkt hæmmede tiltrækningen af mænd i marken til køn feromon bombykol. For nylig blev der rapporteret om bevis for feromonantagonisme for snutmølen Herpetogramma submarginale. Når (13)-13-he .adecenol blev føjet til dets se .feromon, (.)-13-he .adecenylacetat, reducerede signifikant antallet af hanner fanget i felt (Yan et al., 2015)., Feromonantagonismen synes baseret på forskellene i kemisk funktionel gruppe, såsom alkoholer, aldehyder og estere afhængigt af insektarterne. Ikke desto mindre skyldes antagonistvirkningen af disse strukturelle analoger muligvis ikke ORco-hæmning, men specificiteten af OR.til antagonister. En nylig undersøgelse antyder, at Or16 af Helicoverpa armigera er i stand til specifikt at genkende feromonantagonisten, (.)-11-he .adecenol (Chang H. et al., 2017). Forfatterne støttede den specifikke rolle OR16 i betragtning af at H., armigera hunner udsender antagonist sammensatte sammen med sin sex feromon ((Z)-11-hexadecenal og (Z)-9-hexadecenal) som en strategi til at undgå ikke-optimal parring med umodne hanner. Utroligt, når OR16 blev slået ned af genom-redigering teknik CRISPR/Cas9 og H. armigera mænd blev testet af elektrofysiologi og adfærdsmæssige analyser, ingen EAG svar blev optaget og mænd forsøgte at parre sig med umodne kvinder.

lugt receptorer vs., Bindende Proteiner: Fordele og Ulemper for Insekt bekæmpelse af Skadegørere

i tilfælde af OBPs, liganden specificitet og mekanismer OBPs repræsentere kontroversielle aspekter, som synes stærkt afhængig af de metoder, der anvendes til måling af ligand affinitet. For eksempel er det blevet rapporteret, at PBPs, såsom dem fra møl’ S. xylostella og Eogystia hippophaecolus, kan binde både sex feromon komponenter og analoger (Sun et al., 2013a; Hu et al. , 2018). Dette antyder, at do .nstream-spillere som ORs kunne forbedre specificiteten og følsomheden af lugtmodtagelse., Nylige beviser understøtter, at co-ekspressionen af PBP ‘er og PR’ er kan øge følsomheden over for feromoner. For eksempel, flere kombinationer fra PR1-4 og PBP1-4 blev brugt til at teste deres reaktion på sex feromon komponenter af møl Chilo suppressalis (Chang et al., 2015). Forfatterne fandt en signifikant stigning i følsomheden af respons mod (11)-11-he .adecenal, når PR4 og PR6 blev co-udtrykt med PBP4., Selv om interaktionen mellem disse proteiner kunne opstå et nyt niveau af forskning, som skadedyrsbekæmpelse mål, de forskellige parring af PRs, og PBPs kaste lys på den kompleksitet af det olfaktoriske system i insekter, hvilket gør den tilgang en vanskelig opgave for en stor gruppe af kemiske forbindelser og proteiner til at teste. På trods af ovenstående er insektobps af lille molekylstørrelse med let produktion af rekombinante proteiner, hvilket gør dem til foretrukne mål for strukturelle undersøgelser og hurtig bindingsscreening., For eksempel kunne ligandscreening med OBPs muliggøre identifikation af kemiske egenskaber for bedre binding, såsom kædelængde, molekylvolumen, funktionelle grupper og binding umætning. Disse, kombineret med nye proteinstrukturforudsigelsesmetoder, der anvendes til design af medicinske lægemidler og antistoffer, såsom homologimodellering, dynamiksimuleringer, og molekylær docking, kunne placere Insektobps i en favoritposition frem for ORs som mål for udvikling af kontrolmidler i skadedyrsbekæmpelse.

insekt ORs synes mere specifikt indstillet på lugtstoffer end OBPs., Den højere specificitet vist af ORs og chancen for aktivering/hæmning af specifikke receptorer for en given adfærd gør disse proteiner som attraktive mål for at manipulere skadedyrsadfærd. Muligheden for hæmning af enten or./ORco-kompleks eller ORco af antagonister omfatter en lovende strategi for at forstyrre insektspecifik adfærd, såsom parring via SE .feromonreceptorer. Manglen på strukturel information er imidlertid flaskehalsen ved at bruge insekt ORs som mål for semiokemiske aktivitetsforudsigelser., Tabel 1, 2 opsummerer antallet af OBP ‘ er og ORs, der er identificeret i insektarter ved transkriptome (dvs.RNA-se.) og genomsekvensering. De fleste hidtil undersøgte insekter har mindst to gange ORs end OBPs ifølge genomundersøgelser. Derudover er der en omfattende udvidelse af ORs i sociale insekter fra Hymenopteran-ordenen som honningbi A. mellifera med 170 ORs (.einstock et al ., 2006), og myrerne Solenopsis invicta og Cerapachys biroi med 400 og 506 regionerne i den yderste Periferi, henholdsvis (Wurm et al., 2011; o 2011ley et al., 2014)., Tilsvarende er Or-udvidelsen også tydelig i nogle landbrugsskadedyr, såsom Den Røde melbille T. castaneum med 265 ORs sammenlignet med 47 OBPs (Richards et al., 2008). Dette gør en krævende opgave for målet eller Udvælgelsen sammen med vanskeligheden for det funktionelle udtryk for transmembranproteiner som ORs for at screene et stort antal ligander. En tilnærmelse af vigtige egenskaber i både OBPs og ORs er opsummeret i tabel 3.

Tabel 3., Omtrentlig sammenligning af insekt ORs og OBPs efter egenskaber.

Yderligere Perspektiver

Den funktionelle karakterisering af insekt regionerne i den yderste Periferi samt deres kendte roller i insekt lugtesansen har kastet lys på sensitivitet og specificitet af disse insekt-specifikke proteiner. Disse fremskridt vil yderligere forbedre deres gennemførlighed som skadedyrsbekæmpelsesmål ved forståelse af molekylære genkendelsesmekanismer og kombinatoriske interaktioner med OBPs., På den anden side, at den nuværende massive indsats i identifikation og bindende karakterisering af OBPs i flere landbrugs vigtigt insekt arter vil fortsætte og give mere information om deres opgaver i insekters fysiologi. Således, denne undersøgelse foreslår største fordel for OBPs over regionerne i den yderste Periferi, tilgængeligheden af 3D-krystal og NMR-strukturer, som med downstream-tilgange, som homologi modellering (når det er nødvendigt), molekylær docking og molekylær dynamik, ville forfine søgningen af bioaktive stoffer., Dette sidste supplement til ligand affinitetsmåling vil fremskynde undersøgelsen af insektobps, der skal tages op til fornyet overvejelse som målene for semiokemisk opdagelse og værktøjerne til at designe superligander i skadedyrsbekæmpelsesstyring.

udseendet og udviklingen af insekticidresistens i insekt skadedyr har ført til den intensive forskning på insekt olfaction og de mekanismer, der er involveret i neurale behandling. Det er veletableret, at en række receptorer og en .ymer i insekt CNS er målene for insekticidresistens udvikling (Figur 1)., Det er blevet påvist, at acetylcholinesterase (AChE) i opløselig form, der giver resistens over for organisk phosphor-og carbamat insekticider, der fungerer som bioscavengers (Lee et al., 2015). På samme måde, flere insekticid resistens-mekanismer er blevet påvist i en bladlus M. persicae, der involverer carboxylesterases, natrium-kanaler, γ-aminosmørsyre (GABA) og nAChR (Bass et al., 2014)., Som vigtige komponenter i insekt periferien nerve system og de vigtigste spillere i insekters adfærd, både insekt OBPs og regionerne i den yderste Periferi repræsentere alternative mål for identifikation af forbindelser med semiochemical aktivitet (eller agonist effekt), og værktøjer til design, stærke antagonister til at forbedre ønskede adfærdsmæssige reaktioner af skadedyr og reducere brugen af insekticider og efterfølgende modstand.

forfatter Bidrag

HV skrev sektioner om OBP ‘ s struktur og ORs, udviklede tabeller og figur., J-J.udtænkt ideen til oversigtsartikel, skrev hovedafsnittet, såsom introduktion, OBPs funktion og struktur samt OR-OBP sammenligning.

Erklæring om interessekonflikt

forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.

anerkendelser

forfatterne vil gerne takke FONDECYT 3170433., J-J.er taknemmelig for den økonomiske støtte fra Northeast Normal University og Jilin University, Kina for hans sabbatorlov til at studere i Kina. Rothamsted Research modtager et tilskud med ekstra finansiering fra bioteknologi og biologiske videnskaber (bbsrc), Storbritannien.