Krankheeten, déi duerch Moustiquen iwwerdroe ginn, bleiwen e seriéist weltwäit GesondheetsproblemDéi wuessend Resistenz vu Krankheetsvektoren, wéi zum Beispill Culex pipiens pallens, géint traditionell Insektiziden verschäerft dëst Problem weider. An dëser Studie gouf eng Serie vun neien Thiophen-Isochinolinon-Hybriden entwéckelt, synthetiséiert an als potenziell Larviziden evaluéiert. Ënnert de synthetiséierte Verbindungen hunn d'Derivater 5f, 6 an 7 eng bedeitend larvizid Aktivitéit géint Culex pipiens pallens Larven mat LC₅₀-Wäerter vun 0,3, 0,1 an 1,85 μg/mL gewisen. Bemierkenswäert ass, datt all zwielef Thiophen-Isochinolinon-Derivater eng bedeitend méi héich Toxizitéit gewisen hunn wéi den Referenzorganophosphatinsektizid Chlorpyrifos (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), wat déi iwwerleeën Toxizitéit vun dëse Verbindungen bestätegt. Interessanterweis huet dat synthetescht Intermediärprodukt 1a (en Thiophen-Semiester) déi héchst Potenz gewisen (LC₅₀ = 0,004 μg/mL), an obwuel et nach net voll optimiséiert war, huet seng Potenz ëmmer nach déi vun all den endgültegen Derivater iwwerschratt. Mechanistesch biologesch Studien hunn robust Neurotoxizitéitssymptomer opgedeckt, wat op eng gestéiert cholinerg Funktioun hiweist. Molekular Docking- a molekulardynamiksimulatiounen hunn dës Observatioun bestätegt a staark spezifesch Interaktioune mat Acetylcholinesterase (AChE) an dem nikotineschen Acetylcholinrezeptor (nAChR) opgedeckt, wat op e méigleche Mechanismus mat duebeler Wierkung hiweist. D'Berechnungen vun der Dichtefunktionaltheorie (DFT) hunn déi gënschteg elektronesch Eegeschaften an d'Reaktivitéit vun den aktiven Verbindungen weider bestätegt. Déi strukturell Diversitéit an déi konsequent héich Potenz vun dëser Serie vu Verbindungen kënnen de Risiko vu Kräizresistenz reduzéieren an d'Resistenzmanagementstrategien duerch Verbindungsrotatioun oder Kombinatioun erliichteren. Am Allgemengen weisen dës Resultater drop hin, datt Thiophen-Isochinolinon-Hybriden eng villverspriechend Optioun fir d'Entwécklung vu Larviziden vun der nächster Generatioun sinn, déi sech op neurophysiologesch Weeër vun Insektenvektoren abzielen.
Moustiquen gehéieren zu den effektivsten Träger vun infektiösen Krankheeten, si verbreeden eng breet Palette vu geféierleche Pathogenen a stellen eng bedeitend Bedrohung fir d'global ëffentlech Gesondheet duer. Aarte wéi Culex pipiens, Aedes aegypti an Anopheles gambiae si besonnesch bekannt dofir, Virussen, Bakterien a Parasiten ze iwwerdroen, wat all Joer Millioune vun Infektiounen a vill Doudesfäll verursaacht. Zum Beispill ass Culex pipiens e wichtege Träger vun Arboviren wéi dem West-Nil-Virus an dem St. Louis-Encephalitis-Virus, souwéi parasitäre Krankheeten wéi Vullemalaria. Rezent Fuerschung huet och gewisen, datt Culex pipiens eng wichteg Roll beim Träger an der Iwwerdroung vu schiedleche Bakterien wéi Bacillus cereus a Staphylococcus warwickii spillt, déi Liewensmëttel kontaminéieren a Problemer mat der ëffentlecher Gesondheet verschäerfen. Déi héich Adaptatiounsfäegkeet, Iwwerliewensfäegkeet a Resistenz vu Moustiquen géint Kontrollmethoden maachen se schwéier ze bekämpfen a stellen eng persistent Bedrohung duer.
Chemesch Insektiziden sinn e Schlësselinstrument an der Bekämpfung vu Moustiquen, besonnesch bei Ausbréch vu Krankheeten, déi duerch Moustiquen iwwerdroe ginn. Verschidde Klasse vun Insektiziden, dorënner Pyrethroiden, Organophosphaten a Carbamater, gi wäit verbreet benotzt fir d'Moustiquepopulatiounen an d'Iwwerdroung vu Krankheeten ze reduzéieren. Wéi och ëmmer, déi verbreet a laangfristeg Notzung vun dëse Chemikalien huet zu eeschte Bedenken am Beräich vun der Ëmwelt a Gesondheet vun der Ëffentlechkeet gefouert, dorënner Stéierungen am Ökosystem, schiedlech Auswierkungen op Aarte ouni Zilgrupp, an déi séier Entwécklung vun Insektizidresistenz a Moustiquepopulatiounen.11,12,13,14Dës Resistenz reduzéiert d'Effizienz vu ville traditionellen Insektiziden däitlech, wat den dréngende Besoin fir innovativ chemesch Léisunge mat neien Wierkungsmechanismen ënnersträicht, fir dësen evoluéierende Geforen effektiv entgéintzewierken.11,12,13,14Fir dës eescht Erausfuerderungen unzegoen, wenden d'Fuerscher sech un alternativ Strategien wéi Biobekämpfung, Gentechnik an integréiert Vektormanagement (IVM). Dës Approche weisen e Verspriechen fir eng nohalteg, laangfristeg Moustiquebekämpfung. Wéi och ëmmer, wärend Epidemien an Noutfäll bleiwen chemesch Methoden entscheedend fir eng séier Reaktioun.
Isochinolinalkaloide si wichteg stickstoffhalteg heterocyclesch Verbindungen, déi am Planzeräich wäit verbreet sinn, dorënner Famillen wéi Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae a Menispermaceae.30 Fréier Studien hunn bestätegt, datt Isochinolinalkaloide verschidden biologesch Aktivitéiten a strukturell Eegeschafte hunn, dorënner insektizid, antidiabetesch, antitumor-, antifungal, entzündungshemmend, antibakteriell, antiparasitär, antioxidant, antiviral an neuroprotektiv Effekter.
An dëser Studie louchen d'χ²-Wäerter fir all Verbindungen ënner dem kritesche Schwellwäert, an d'p-Wäerter iwwer 0,05. Dës Resultater bestätegen d'Zouverlässegkeet vun den LC₅₀-Schätzungen a weisen datt eng probabilistesch Regressioun déi observéiert Dosis-Äntwert-Bezéiung effektiv beschreiwe kann. Dofir si LC₅₀-Wäerter an Toxizitéitsindizes (TIs), déi op Basis vun der aktivster Verbindung (1a) berechent ginn, héich zouverlässeg a gëeegent fir de Verglach vun toxikologeschen Effekter.
Fir d'Interaktioune vun 12 nei synthetiséierten Thiophen-Isochinolinon-Derivater an hirem Virgänger 1a mat zwou wichtegen neuronalen Ziler vu Moustiquen - Acetylcholinesterase (AChE) an dem nikotineschen Acetylcholinrezeptor (nAChR) - ze evaluéieren, hu mir molekular Dockingmodelléierung duerchgefouert. Dës Ziler goufen op Basis vun neurotoxesche Symptomer ausgewielt, déi a Larvedoudstestsassayen observéiert goufen, wat op eng gestéiert neuronal Signalgebung hiweist. Ausserdeem ënnerstëtzt déi strukturell Ähnlechkeet vun dëse Verbindungen zu Organophosphaten an Neonikotinoiden déi bevorzugt Wiel vun dësen Ziler, well Organophosphaten an Neonikotinoiden hir toxesch Effekter ausüben andeems se AChE respektiv nAChR hemmen an nAChR aktivéieren.
Ausserdeem interagéiere verschidde Verbindungen (dorënner 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f an 7) mat SER280. SER280-Reschter si bedeelegt un der Formung vu Kristallstrukturkonformatiounen a sinn an der redotierter Konformatioun vu BT7 konservéiert. Dës Diversitéit vun Interaktiounsmodi ënnersträicht d'Adaptabilitéit vun dëse Verbindungen am aktiven Zentrum, woubäi SER280 a GLU359 potenziell als adaptiv Ankerplazen ënner Dockingbedingungen déngen. Déi heefeg Interaktiounen, déi tëscht syntheteschen Derivater a Schlësselreschter wéi GLU359 a SER280 observéiert ginn, déi Komponenten vun der bekannter SER-HIS-GLU katalytescher Triad an der mënschlecher Acetylcholinesterase (AChE) sinn, ënnerstëtzen weider d'Hypothes, datt dës Verbindungen potent inhibitoresch Effekter op AChE ausübe kënnen, andeems se u katalytisch wichteg Plazen binden.29,61,64
Bemierkenswäert ass, datt d'Verbindung 6 an hire Virgänger 1a déi potentst Aktivitéit géint Larven am Bioassay gewisen hunn, mat de niddregsten LC₅₀-Wäerter ënner de Verbindungen an der Serie. Op molekularem Niveau weist d'Verbindung 6 eng kritesch Interaktioun mat Chlorpyrifos um GLU359-Standuert op, während d'Verbindung 1a sech mat dem nei dotéierten BT7 iwwer eng Waasserstoffbindung op SER280 iwwerlappt. Souwuel GLU359 wéi och SER280 sinn an der ursprénglecher kristallographescher Bindungskonformatioun vu BT7 präsent a si Komponenten vum konservéierte katalyteschen Triplett vun der Acetylcholinesterase (SER–HIS–GLU), wat déi funktionell Bedeitung vun dësen Interaktiounen bei der Erhalen vun der inhibitorescher Aktivitéit vun de Verbindungen ervirhieft (Fig. 10).
Déi observéiert Ähnlechkeet an de Bindungsplazen tëscht BT7-Derivater (inklusiv nativen a rekonstituéierten BT7) a Chlorpyrifos, besonnesch bei Reschter, déi fir d'katalytesch Aktivitéit entscheedend sinn, weist staark op e gemeinsame Mechanismus vun der Inhibitioun tëscht dëse Verbindungen hin. Am Allgemengen bestätegen dës Resultater dat bedeitend Potenzial vun Thiophen-Isochinolinon-Derivater als héichpotent Acetylcholinesterase-Inhibitoren wéinst hiren erhalenen an biologesch relevante Interaktiounen.
Eng staark Korrelatioun tëscht de Resultater vum molekulare Docking an de Resultater vum Larve-Bioassay bestätegt weider, datt Acetylcholinesterase (AChE) an den nikotineschen Acetylcholinrezeptor (nAChR) déi primär neurotoxesch Ziler vun den synthetiséierten Thiophen-Isochinolinon-Derivater sinn. Och wann d'Dockingresultater wichteg Informatiounen iwwer d'Rezeptor-Ligand-Affinitéit liwweren, sollt een unerkennen, datt d'Bindungsenergie eleng net ausreechend ass, fir d'Insektizid-Effizienz in vivo vollstänneg z'erklären. Ënnerscheeder an den LC₅₀-Wäerter tëscht Verbindungen mat ähnlechen Docking-Charakteristiken kënnen op Faktoren wéi metabolesch Stabilitéit, Absorptioun, Bioverfügbarkeet a Verdeelung an Insekten zréckzeféieren sinn.⁶⁰,⁶⁴Wéi och ëmmer, dat rationalt strukturellt Design, déi héich Rezeptoraffinitéit, déi duerch Computersimulatioun simuléiert gëtt, an déi potent biologesch Aktivitéit ënnerstëtzen staark d'Meenung, datt AChE an nAChRs déi Haaptmediatoren vun der observéierter Neurotoxizitéit sinn.
Schlussendlech besëtzen déi synthetiséiert Thiophen-Isochinolinon-Hybriden Schlësselstruktur- a funktionell Elementer, déi gréisstendeels kompatibel mat bekannte neuroaktiven Insektiziden sinn. Hir Fäegkeet, effizient un Acetylcholinesterase (AChE) an Nikotin-Acetylcholin-Rezeptoren (nAChRs) iwwer komplementär Interaktiounsmechanismen ze bannen, ënnersträicht hiert Potenzial als Insektiziden mat duebelem Zil. Dësen duebele Mechanismus verbessert net nëmmen d'Insektizid-Effizienz, mä bitt och eng villverspriechend Strategie fir existent Resistenzmechanismen ze iwwerwannen, wouduerch dës Verbindungen zu villverspriechende Kandidaten fir d'Entwécklung vu Moustiquen-Kontrollmëttel vun der nächster Generatioun sinn.
Molekulardynamik (MD) Simulatioune gi benotzt fir d'Resultater vum molekulare Docking ze validéieren an ze erweideren, wat eng méi realistesch an zäitofhängeg Bewäertung vun de Ligand-Zil-Interaktiounen ënner physiologesch realistesche Konditioune bitt. Och wann de molekulare Docking wäertvoll virleefeg Informatiounen iwwer potenziell Bindungspositiounen an Affinitéite liwwere kann, ass et e statesche Modell a kann d'Rezeptorflexibilitéit, d'Léisungsmëtteldynamik oder zäitlech Schwankungen a molekulare Interaktiounen net berücksichtegen. Dofir sinn MD Simulatiounen eng wichteg komplementär Method fir d'Stabilitéit vu komplexe Komponenten, d'Robustheet vun den Interaktiounen an d'Konformatiounsännerungen a Liganden a Proteinen am Laf vun der Zäit ze bewäerten.60,62,71
Baséierend op hiren iwwerleeëne Bindungseigenschaften un Acetylcholinesterase (AChE) am Verglach zum nikotineschen Acetylcholinrezeptor (nAChR), hu mir d'Urspréngmolekül 1a (mat dem niddregsten LC₅₀-Wäert) an déi aktivst Thiophen-Isochinolinverbindung 6 fir molekulardynamesch (MD) Simulatiounen ausgewielt. D'Zil war et ze evaluéieren, ob hir Bindungskonformatioun am aktiven AChE-Standuert iwwer 100 ns Simulatioun stabil bliwwen ass, an hiert Bindungsverhalen mat deem vu Chlorpyrifos an dem Rebound-kokristalliséierten AChE-Inhibitor BT7 ze vergläichen.
Molekulardynamiksimulatiounen hunn d'Root Mean Square Deviation (RMSD) abegraff fir d'allgemeng Komplexstabilitéit ze bewäerten; d'Root Mean Square Deviation vu Fluktuatiounen (RMSF) fir d'Residuflexibilitéit ze studéieren; an d'Ligand-Akzeptor-Interaktiounsanalyse fir d'Stabilitéit vu Waasserstoffbindungen, hydrophobe Kontakter an ioneschen Interaktiounen ze bestëmmen (Ergänzungsdaten). Obwuel d'RMSD- an RMSF-Wäerter fir all Liganden an engem stabile Beräich bliwwe sinn, wat keng bedeitend Konformatiounsännerungen am AChE-Ligand-Komplex ugeet (Figur 12), sinn dës Parameter eleng net genuch fir d'Ënnerscheeder an der Bindungsmass tëscht de Verbindungen vollstänneg z'erklären.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 15. Dezember 2025