Grenzen in de Fysiologie

Hoewel de vluchtige verbindingen met agonistische werking zijn afgeschermd tegen ORs, een specifieke chemische stof met sterke agonist effect op muggen, 2-(4-Ethyl-5-(pyridin-3-yl)-4H-1,2,4-triazol-3-ylthio)-N-(4-ethylphenyl)acetamide (VUAA1), is geopend op het gebied van onderzoek (Jones et al., 2011; Taylor et al., 2012). Latere studies door Taylor et al., (2012) verstrekte bewijsmateriaal van vuaa1-afgeleide chemische producten, zoals VUAA4, bekwaam om zijn agonist effect met 10 voudig op ORco van A. gambiae, H. virescens, en harpegnathos saltator te verhogen. Interessant is dat de auteurs gemeld dat elke verandering op amide substituenten zal leiden tot een volledig verlies van agonistische activiteit. Dit levert nuttige inzichten op in de structurele vereisten van agonisten en de structuur-activiteitsrelatie tussen vuaa-analogen en ORs. Tot slot, ondanks de verhoogde agonistische activiteit van vuaa chemicaliën, zijn relatief hoog molecuulgewicht (367,47 g mol−1 Voor VUAA1) vs., vluchtige agonisten, zoals bombykol (238,42 g mol−1), maken een directe vluchtige levering van VUAA iets niet haalbaar. Met dat in het achterhoofd, het zoeken naar kleinere structurele analogen vertegenwoordigt een interessante focus van het onderzoek.

antagonisme op Orco-subeenheid

samen met de studie van vuaa-gerelateerde analogen die als sterke agonisten kunnen werken, is de blokkering van ORco door antagonisten ook naar voren gekomen als leidraad voor het ontwerp van semiochemicaliën en pesticiden., Zo werd gemeld dat een structureel analoog van VUAA1, VU0183254 (2-(4-Ethyl-5-furan-2-yl-4H-triazool-3-ylsulfanyl)-1-fenothiazine-10-ylethanon) de ORco-respons remt, als allosterische modulator in A. gambiae werkt en de herkenning van agonisten zoals eugenol door het complexe OR65/ORco (Jones et al., 2012). Andere vuaa-structurele analogen zijn ook gemeld als antagonisten. Een voorbeeld is de N-,2-gesubstitueerde triazolothioacetamideverbindingen OLC3 en OLC12 die de Orco-respons op een vergelijkbare manier verstoort in C. quinquefasciatus, A. gambiae, D. melanogaster en O., nubilalis, suggereert een behouden bindingsplaats in ORco (Chen en Luetje, 2012). Gezien de remming van ORco als een veelbelovende strategie om gedrag van insecten te verstoren, lijkt het erop dat verdere inspanningen gericht moeten zijn op de verbindingen met een lager moleculair gewicht dan vuaa-afgeleide antagonisten. OX1a (232 g mol-1), tryptamine (160,22 g mol−1) en isopropylcinnamaat (190,24 g mol−1) werden bijvoorbeeld gemeld als antagonistisch effect op ORco (Chen and Luetje, 2013, 2014; Tsitoura et al., 2015) met ruwweg de helft of minder molecuulgewicht dan VUAA1., Toch moet toekomstig gebruik van deze antagonisten zorgvuldig worden bestudeerd, omdat de blokkering van de geconserveerde ORco niet alleen schadelijke insecten kan beïnvloeden, maar ook voordelige.

naast het antagonistische effect dat in vitro werd onderzocht, ondersteunt het bewijs op gedragsniveau het idee dat structurele analogen van feromonen kunnen functioneren als antagonisten. Bijvoorbeeld, Sellanes et al., (2010) rapporteerde de remming van seksuele respons in de honingdauwmot Cryptoblaben gnidiella toen de structurele analogen, (Z)-9-tetradecenylformiaat en (Z)-11-hexadecenylformiaat, werden toegevoegd aan synthetisch geslacht feromoon, (Z)-11-hexadecenal en (Z)-13-octadecenal, in windtunneltests. Dit effect van de feromoonantagonist werd later bevestigd in veldanalyses, waar het vangen van C. gnidiella mannetjes in een dosis-afhankelijk patroon verminderde. De feromoon antagonisme is ook gemeld voor B. mandarina, een voorouder van B. mori (Daimon et al., 2012)., Hun bevindingen bevestigen bombykol als het geslacht feromoon, en bombykal en bombykylacetaat als antagonisten, wat de aantrekkingskracht van mannetjes in het veld sterk remde op het geslacht feromoon bombykol. Meer recent werd bewijs van feromoon antagonisme gerapporteerd voor de snuitmot Herpetogramma submarginale. Wanneer (Z)-13-hexadecenol aan zijn geslachtsferomone werd toegevoegd, (Z)-13-hexadecenylacetaat, verminderde beduidend het aantal mannetjes in veld gevangen (Yan et al., 2015)., Het feromoonantagonisme lijkt gebaseerd op de verschillen in chemische functionele groep zoals alcoholen, aldehyden en esters afhankelijk van de insectensoorten. Niettemin is het antagonistische effect van deze structurele analogen mogelijk niet te wijten aan de remming van ORco maar aan de specificiteit van ORx voor antagonisten. Een recente studie suggereert dat de OR16 van Helicoverpa armigera in staat is om specifiek de feromoon antagonist, (Z)-11-hexadecenol (Chang H. et al., 2017). De auteurs steunden de specifieke rol van OR16 gezien het feit dat H., armigera-vrouwtjes stoten de antagonistverbinding samen met het geslachtsferomoon ((z)-11-hexadecenal en (Z)-9-hexadecenal) uit als een strategie om niet-optimale paring met onvolgroeide mannetjes te voorkomen. Opvallend, toen OR16 neer door de genoom het uitgeven techniek CRISPR/Cas9 werd geslagen en de mannetjes van H. armigera door elektrofysiologie en gedragsanalyses werden getest, werd geen EAG reactie geregistreerd en de mannetjes probeerden met onrijpe wijfjes te paren.

geurreceptoren vs., Bindingseiwitten: voors en tegens voor Insectenplaagbestrijding

in het geval van OBP ’s vertegenwoordigen de ligandspecificiteit en mechanismen van OBP’ s controversiële aspecten, die sterk afhankelijk lijken te zijn van de methoden die worden gebruikt voor het meten van de ligandaffiniteit. Bijvoorbeeld, is het gemeld dat PBP’ s, zoals die van de motten’ P. xylostella en eogystia hippophaecolus, zowel geslacht feromoon componenten en analogen kunnen binden (Sun et al., 2013a; Hu et al., 2018). Dit wijst erop dat downstreamspelers zoals UPR ‘ s de specificiteit en gevoeligheid van de geurreceptie zouden kunnen vergroten., Recent bewijs ondersteunt dat de co-expressie van PBP ‘ s en PRs de gevoeligheid voor feromonen kan verhogen. Bijvoorbeeld, meerdere combinaties van PR1-4 en PBP1-4 werden gebruikt om hun reactie op geslacht feromoon componenten van de mot Chilo suppressalis (Chang et al., 2015). De auteurs vonden een significante verhoging van de gevoeligheid van respons naar (Z)-11-hexadecenal wanneer PR4 en PR6 samen met PBP4 werden uitgedrukt., Hoewel de interactie van deze proteã nen een nieuw niveau van onderzoek als ongediertebestrijdingsdoelwitten zou kunnen veroorzaken, werpen de verschillende het koppelen van PRs en PBP ‘ s licht op de ingewikkeldheid van het reuksysteem in insecten, die de benadering een moeilijke taak voor een grote reeks samenstellingen en proteã nen maken om te testen. Ondanks het bovenstaande, zijn insect OBPs van kleine moleculaire grootte met gemakkelijke productie van recombinante proteã nen, die hen favoriete doelstellingen voor structurele studies en snel bindend onderzoek maakt., Bijvoorbeeld, kon het ligandonderzoek met OBPs de identificatie van chemische eigenschappen voor betere band, zoals kettinglengte, moleculair volume, functionele groepen, en bandonsverzadiging toestaan. Deze, gecombineerd met de nieuwe methodes van de voorspelling van de eiwitstructuur zoals gebruikt in het ontwerp van medische drugs en antilichamen, zoals homologiemodellering, dynamicasimulaties, en moleculaire docking, konden insect OBPs in een Favoriete positie over ORs als doelstellingen voor de ontwikkeling van controlemiddelen In Ongediertebestrijding plaatsen.

insecten lijken meer specifiek op Geurstoffen afgestemd dan OBP ‘ s., De hogere specificiteit die door ORs en de kans van activering/remming van specifieke receptoren voor een bepaald gedrag wordt getoond maken tot deze proteã nen als aantrekkelijke doelstellingen om ongedierte gedrag te manipuleren. De haalbaarheid van de remming van ORX/ORco complex of ORco door antagonisten omvat een veelbelovende strategie om insect specifiek gedrag te verstoren, zoals paring via seks feromoon receptoren. Het gebrek aan structurele informatie is echter het knelpunt bij het gebruik van insecten-UPR ‘ s als doelwitten voor semiochemische activiteitvoorspellingen., De tabellen 1, 2 vatten het aantal OBPs en ORs samen die in insectensoorten door transcriptome (d.w.z., RNA-seq) en genoom het rangschikken zijn geà dentificeerd. De meeste tot nu toe bestudeerde insecten hebben minstens twee ORs dan OBPs volgens genoomstudies. Bovendien is er een uitgebreide uitbreiding van ORs in sociale insecten uit de Hymenoptera orde, zoals de honingbij A. mellifera met 170 ORs (Weinstock et al., 2006), en de mieren Solenopsis Invicta en Cerapachys biroi met respectievelijk 400 en 506 ORs (Wurm et al., 2011; Oxley et al., 2014)., Op dezelfde manier is de OR-uitbreiding ook duidelijk in sommige landbouwplagen, zoals de rode meel kever T. castaneum met 265 ORs vergeleken met 47 OBPs (Richards et al., 2008). Dit maakt een veeleisende taak voor het doel of de selectie samen met de moeilijkheid voor de functionele uitdrukking van transmembrane proteã nen zoals ORs om een groot aantal ligands te screenen. Een benadering van belangrijke eigenschappen in zowel OBP ’s als UPR’ s wordt samengevat in Tabel 3.

Tabel 3., Geschatte vergelijking van insecten ORs en OBP ‘ s volgens eigenschappen.

verdere perspectieven

de functionele karakterisering van insecten-UPR ‘ s en hun bewezen rol in de geur van insecten hebben licht geworpen op de gevoeligheid en specificiteit van deze insecten-specifieke eiwitten. Deze vooruitgang zal de haalbaarheid ervan als streefdoelen voor ongediertebestrijding verder vergroten door het begrijpen van moleculaire herkenningsmechanismen en combinatorische interacties met OBP ‘ s., Aan de andere kant zal de huidige massale inspanning in de identificatie en bindende karakterisering van OBP ‘ s in verschillende agrarische belangrijke insectensoorten worden voortgezet en meer informatie over hun functies in insectenfysiologie verstrekken. Zo stelt dit overzicht als belangrijkste voordeel voor OBPs boven ORs voor, de beschikbaarheid van 3D kristal en NMR structuren, die met downstream benaderingen, zoals homologie modellering (indien nodig), moleculaire docking en moleculaire dynamica, het zoeken naar bioactieve chemicaliën zouden verfijnen., Deze laatste in aanvulling op ligand affiniteit meting zal de studie van insect OBP ‘ s te versnellen worden heroverwogen als de targets voor semiochemische ontdekking en de tools voor het ontwerpen van super-liganden in ongediertebestrijding management.

het ontstaan en de ontwikkeling van insecticidenresistentie bij insectenplagen hebben geleid tot intensief onderzoek naar de reuk van insecten en de mechanismen die betrokken zijn bij neurale verwerking. Het is algemeen bekend dat een aantal receptoren en enzymen in insecten CNS zijn het doelwit voor de ontwikkeling van insecticide resistentie (figuur 1)., Er is aangetoond dat acetylcholinesterase (ache) in oplosbare vorm resistent is tegen insecticiden op basis van organofosfor en carbamaat, als bioscavengers (Lee et al., 2015). Evenzo zijn bij de bladluis M. persicae meerdere insecticidenresistentiemechanismen aangetoond, waarbij carboxylesterases, natriumkanalen, γ-aminoboterzuur (GABA) en Nachr (Bass et al., 2014)., Als belangrijke componenten in insect periferie zenuwsysteem en belangrijke spelers in insect gedrag, zowel insect OBP ’s en UPR’ s vertegenwoordigen alternatieve targets voor de identificatie van verbindingen met semiochemische activiteit (of agonistisch effect) en hulpmiddelen om sterke antagonisten te ontwerpen om gewenste gedrag reacties van insecten ongedierte te verbeteren en het gebruik van insecticiden en daaropvolgende resistentie te verminderen.

Auteursbijdragen

HV schreef secties over OBP ’s structuur en Ur’ s, ontwikkelde tabellen en figuur., J-JZ bedacht het idee voor het overzichtsartikel, schreef de hoofdsectie, zoals introductie, OBPs functie en structuur, evenals or-OBP vergelijking.

belangenconflict verklaring

De auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd zonder enige commerciële of financiële relatie die als een potentieel belangenconflict kon worden opgevat.

Dankbetuigingen

De auteurs willen FONDECYT 3170433 bedanken., J-JZ is dankbaar voor de financiële steun van Northeast Normal University en Jilin University, China voor zijn sabbatical verlof om te studeren in China. Rothamsted Research ontvangt een beurs met toegevoegde financiering van Biotechnology and Biological Sciences (BBSRC), UK.