Határok, a Fiziológia

Bár illékony vegyületek-agonista tevékenység lehetett szűrni ellen ORs, egy adott kémiai erős agonista hatást fejt ki a szúnyogok, 2-(4-Etil-5-(pyridin-3-il)-4H-1,2,4-triazol-3-ylthio)-N-(4-etil-fenil) – acetamid (VUAA1), megnyílt a kutatási terület (Jones et al., 2011; Taylor et al., 2012). Későbbi tanulmányok Taylor et al., (2012) bizonyítékot szolgáltatott a VUAA1-ből származó vegyi anyagokra, például a VUAA4-re, amelyek A. gambiae, H. virescens és Harpegnathos saltator 10-szeresére képesek növelni agonista hatását az ORco-ra. Érdekes módon a szerzők arról számoltak be, hogy az amid szubsztituensek bármilyen változása az agonista aktivitás teljes elvesztését okozza. Ez hasznos betekintést nyújt az agonisták szerkezeti követelményeibe, valamint a vuaa analógok és a legkülső régiók szerkezet-aktivitási viszonyába. Végül a vuaa vegyi anyagok fokozott agonista aktivitása ellenére viszonylag nagy molekulatömege (367,47 g mol−1 A VUAA1 esetében) vs., az illékony agonisták, mint például a bombykol (238,42 g mol−1), A VUAA közvetlen Illékony szállítását valami nem kivitelezhető. Ezt szem előtt tartva a kisebb szerkezeti analógok keresése a kutatás érdekes fókuszát jelenti.

antagonizmus az ORco alegységre

a vuaa-val kapcsolatos analógok vizsgálata mellett, amelyek erős agonistákként működhetnek, az ORco antagonisták általi elzáródása szintén felmerült a semiokemikáliák és a peszticidek tervezésének irányításához., Így a vuaa1, VU0183254 (2-(4-etil-5-furán-2-Il-4h-triazol-3-ilszulfanil)-1-fenotiazin-10-il-etanon szerkezeti analógjáról számoltak be, hogy gátolják az ORco-választ, az A. gambiae alloszterikus modulátoraként működve, és megzavarják az agonisták, például az eugenol komplex OR65/ORco (Jones et al., 2012). Más VUAA-szerkezeti analógokat antagonistaként is jelentettek. Példa erre az N -, 2-szubsztituált triazolotioacetamid vegyületek OLC3 és OLC12, amelyek hasonló módon megzavarják az ORco választ a C. quinquefasciatus, A. gambiae, D. melanogaster és O., nubilalis, ami egy konzervált kötőhelyre utal ORco-ban (Chen and Luetje, 2012). Figyelembe véve az ORco gátlását, mint ígéretes stratégiát a rovarok viselkedésének megzavarására, úgy tűnik, hogy a későbbi erőfeszítéseknek az alacsonyabb molekulatömegű vegyületekre kell irányulniuk, mint a VUAA-eredetű antagonisták. Például az OX1a (232 g mol−1), A triptamin (160,22 g mol−1) és az izopropil−cinnamát (190,24 g mol-1) antagonista hatást fejtettek ki az ORco-ra (Chen and Luetje, 2013, 2014; Tsitoura et al., 2015) nagyjából fele vagy kevesebb molekulatömeggel, mint a VUA1., Mindazonáltal ezeknek az antagonistáknak a jövőbeni használatát alaposan meg kell vizsgálni, mivel a konzervált ORco elzáródása nemcsak a káros rovarokat, hanem a hasznosakat is befolyásolhatja.

Az in vitro vizsgált antagonista hatás mellett a viselkedési szintű bizonyítékok alátámasztják azt az elképzelést, hogy a feromonok szerkezeti analógjai antagonistákként működhetnek. Például Sellanes et al., (2010) számolt be, a gátlás, a szexuális reagálás a mézharmat lepke Cryptoblabes gnidiella, amikor a strukturális analógok, (Z)-9-tetradecenyl formiát, valamint a (Z)-11-hexadecenyl formiát, hozzáadott szintetikus szex feromon, (Z)-11-hexadecenal, valamint a (Z)-13-octadecenal, a szélcsatorna-vizsgálatok. Ezt a feromon antagonista hatást később a terepvizsgálatokban megerősítették, ahol a C. gnidiella hímek csapdája dózisfüggő mintázatban csökkent. A feromon antagonizmusról B. mandarina, a B. mori őse (Daimon et al., 2012)., Megállapításaik alátámasztják bombykol, mint a szex feromon, bombykal és bombykyl-acetát, mint antagonisták, amely erősen gátolta a vonzódás a férfiak területén, hogy a szex feromon bombykol. Újabban a feromon antagonizmus bizonyítékairól számoltak be a snout moth Herpetogramma submarginale esetében. Amikor (Z)-13-hexadekenolt adtak a nemhez feromon, (Z) – 13-hexadekenil-acetát, jelentősen csökkent a mezőn elfogott hímek száma (Yan et al., 2015)., A feromon antagonizmus a kémiai funkcionális csoportok, például az alkoholok, aldehidek és észterek különbségein alapul, a rovarfajoktól függően. Mindazonáltal ezeknek a szerkezeti analógoknak az antagonista hatása nem az ORco gátlása, hanem az ORx antagonistákra gyakorolt specifitása lehet. Egy nemrégiben készült tanulmány azt sugallja, hogy a Helicoverpa armigera OR16 képes kifejezetten felismerni a feromon antagonistát, (Z) – 11-hexadekenolt (Chang H. et al., 2017). A szerzők támogatták az OR16 sajátos szerepét, figyelembe véve, hogy H., az armigera nőstények az antagonista vegyületet a nemű feromon (((Z)-11-hexadecenal és (Z)-9-hexadecenal) együtt bocsátják ki, hogy elkerüljék az éretlen hímekkel való nem optimális párosodást. Kiemelkedően, amikor az OR16-ot a CRISPR/Cas9 genomszerkesztési technika leütötte, a H. armigera hímeket pedig elektrofiziológiai és viselkedési tesztekkel tesztelték, nem észleltek EAG-reakciót, és a hímek megpróbálták párosodni az éretlen nőstényekkel.

Szagreceptorok vs., Kötőfehérjék: előnyök és hátrányok a rovarirtó szereknél

az OBP-k esetében az OBP-k ligand specifikussága és mechanizmusai ellentmondásos szempontokat képviselnek, amelyek erősen függnek a ligandum-affinitás méréséhez használt módszerektől. Például arról számoltak be, hogy a PBP-k, mint például a lepkék P. xylostella és az Eogystia hippophaecolus, köthetik mind a nemi feromon komponenseket ,mind az analógokat (Sun et al., 2013a; Hu et al., 2018). Ez arra utal, hogy az olyan downstream szereplők, mint a legkülső régiók, fokozhatják a szagelszívás sajátosságait és érzékenységét., A legújabb bizonyítékok alátámasztják, hogy a pbps és PRs együttes expressziója növelheti a feromonok iránti érzékenységet. Például a PR1-4 és a PBP1-4 több kombinációját használták a lepke Chilo suppressalis (Chang et al., 2015). A szerzők azt találták, hogy a PR4 és a PR6 PBP-vel történő együttes expresszálásakor a válasz érzékenysége jelentősen megnőtt a (Z)-11-hexadecenal felé., Bár ezeknek a fehérjéknek a kölcsönhatása új kutatási szintet eredményezhet, mint kártevőirtási célokat, a PRS és a PBP-k különböző párosítása rávilágít a rovarok szaglórendszerének összetettségére, így a megközelítés nehéz feladat a vegyületek és fehérjék nagy csoportjának tesztelésére. A fentiek ellenére a rovar-OBP-k kis molekulaméretűek, könnyen előállíthatók rekombináns fehérjék, ami a strukturális vizsgálatok és a gyors kötési szűrés kedvenc célpontjává teszi őket., Például az OBP-kkel végzett ligandumszűrés lehetővé teheti a kémiai tulajdonságok azonosítását a jobb kötés érdekében, mint például a lánchossz, a molekuláris térfogat, a funkcionális csoportok és a kötés telítetlensége. Ezeket kombinálva új fehérje szerkezet előrejelző módszerek, mint a tervezés, a gyógyszerek, valamint az antitestek, mint a homológia modellezés, dynamics szimuláció, valamint molekuláris dokkoló, akár a hely rovar OBPs egy kedvenc helyet ORs, mint a célokat, a fejlesztési ellenőrzési ügynökök a növényvédelem.

rovar ORs úgy tűnik, pontosabban hangolt szagú, mint OBPs., Az ORs által mutatott magasabb specificitás, valamint a specifikus receptorok aktiválásának/gátlásának esélye egy adott viselkedéshez vonzóvá teszi ezeket a fehérjéket a kártevők viselkedésének manipulálására. Az ORx/ORco komplex vagy ORco antagonisták általi gátlásának megvalósíthatósága ígéretes stratégiát tartalmaz a rovarspecifikus viselkedés megzavarására, például a nemi feromon receptorokon keresztüli párzásra. A strukturális információk hiánya azonban a szűk keresztmetszet abban, hogy a rovar-ORs-t a semiokémiai tevékenység előrejelzésének célpontjaként használják., Az 1., 2. táblázat a rovarfajokban transzkriptómával (azaz RNS-seq) és genomszekvenálással azonosított OBP-k és Or-k számát foglalja össze. Az eddig vizsgált rovarok többsége genomvizsgálatok szerint legalább kétszer ORs, mint az OBPs. Ezenkívül a Hymenopteran rendből, például a honey bee A. mellifera 170 ORs-szal (Weinstock et al., 2006), valamint a hangyák Solenopsis invicta és Cerapachys biroi 400, illetve 506 ORs, sorrendben (Wurm et al., 2011; Oxley et al., 2014)., Hasonlóképpen, az OR terjeszkedés bizonyos mezőgazdasági kártevőkben is nyilvánvaló, mint például a vörös lisztbogár T. castaneum 265 ORs-val, szemben a 47 OBPs-vel (Richards et al., 2008). Ez igényes feladatot jelent a cél vagy a kiválasztás számára, valamint a transzmembrán fehérjék, például ORs funkcionális expressziójának nehézségével, hogy nagyszámú ligandumot lehessen kiszűrni. A fontos tulajdonságok közelítését mind az OBPs, mind az ORs esetében a 3. táblázat foglalja össze.

3.táblázat., A rovarok és OBP-k közelítő összehasonlítása a tulajdonságok szerint.

további perspektívák

a rovarok ORs funkcionális jellemzése, valamint a rovarok szaglásában bizonyított szerepük rávilágított ezen rovarspecifikus fehérjék érzékenységére és specifikusságára. Ezek az előrelépések tovább növelik a kártevőirtási célok megvalósíthatóságát a molekuláris felismerési mechanizmusok és az OBP-kkel való kombinációs kölcsönhatások megértése révén., Másrészt, a jelenlegi hatalmas erőfeszítést, az azonosító, kötelező érvényű jellemzése OBPs több mezőgazdasági fontos rovar faj továbbra is, illetve több információt nyújt a funkciók rovar fiziológiája. Így ezt a felülvizsgálatot javasol, mint a fő előnye a OBPs át ORs, a rendelkezésre álló 3D kristály, NMR struktúrák, amelyek a feldolgozó módszerek, mint például a homológia modellezés (ha szükséges), molekuláris dokkoló, molekuláris dinamika, lenne finomítani a keresést bioaktív anyagokat., Ez az utolsó kiegészítője a ligand affinitás mérési gyorsul a tanulmány a rovar OBPs, hogy újra kell gondolni, mint a célokat semiochemical felfedezés, valamint az eszközök design, szuper-ligandumok a kártevők elleni kezelése.

az inszekticid rezisztencia megjelenése és fejlődése a rovarirtókban a rovarok szaglásának intenzív kutatásához és az idegi feldolgozásban részt vevő mechanizmusokhoz vezetett. Jól megalapozott, hogy számos receptor és enzim a rovar központi idegrendszerben a rovarirtó rezisztencia kialakulásának célpontja (1.ábra)., Kimutatták, hogy az acetilkolinészteráz (AChE) oldható formában rezisztenciát biztosít a szerves foszfor és a karbamát inszekticidekkel szemben, bioszkavengerekként (Lee et al., 2015). Hasonlóképpen, több inszekticid rezisztencia mechanizmusok kimutatták a levéltetű M. persicae, beleértve a karboxilészterázok, nátriumcsatornák, γ-amino-vajsav (GABA) és nAChR (Bass et al., 2014)., Olyan fontos elemei a rovar perifériás ideg rendszer kulcsfontosságú játékos, a rovar viselkedés, mind a rovar OBPs s ORs képviseli, alternatív célok azonosítására szolgáló vegyületek semiochemical tevékenység (vagy agonista hatás), valamint az eszközök tervezése erős antagonisták, hogy fokozza a kívánt viselkedési válaszokat a rovar kártevők ellen, valamint csökkentse a rovarirtó szerek, valamint az azt követő ellenállás.

szerzői hozzájárulások

a HV szakaszokat írt az OBP szerkezetéről és ORs-ről, a kidolgozott táblázatokról és ábrákról., J-JZ fogant az ötlet a felülvizsgálat cikket, írta a fő rész, mint a bevezetés, OBPs funkció és szerkezet, valamint az OR-OBP összehasonlítás.

összeférhetetlenségi nyilatkozat

a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.

elismerések

a szerzők szeretnék megköszönni FONDECYT 3170433., A J-JZ hálás a Northeast Normal University és a kínai Jilin Egyetem Pénzügyi támogatásáért, amiért szabadidejében Kínában tanult. A Rothamsted Research támogatást kap a biotechnológia és a Biológiai Tudományok (BBSRC), az Egyesült Királyság további finanszírozásával.