بیماریهای منتقله از پشه همچنان یک مشکل جدی بهداشت عمومی جهانی هستندمقاومت روزافزون ناقلین بیماری، مانند Culex pipiens pallens، در برابر حشرهکشهای سنتی، این مشکل را تشدید میکند. در این مطالعه، مجموعهای از هیبریدهای جدید تیوفن-ایزوکینولینون به عنوان لاروکشهای بالقوه طراحی، سنتز و ارزیابی شدند. در میان ترکیبات سنتز شده، مشتقات 5f، 6 و 7 فعالیت لاروکشی قابل توجهی را در برابر لارو Culex pipiens pallens با مقادیر LC₅₀ به ترتیب 0.3، 0.1 و 1.85 میکروگرم در میلیلیتر نشان دادند. نکته قابل توجه این است که هر دوازده مشتق تیوفن-ایزوکینولینون سمیت قابل توجهی بالاتر از حشرهکش ارگانوفسفره مرجع کلرپیریفوس (LC₅₀ = 293.8 میکروگرم در میلیلیتر) نشان دادند که تأیید کننده سمیت برتر این ترکیبات است. جالب توجه است که واسطه مصنوعی 1a (یک نیمه استر تیوفن) بالاترین قدرت را نشان داد (LC50 = 0.004 میکروگرم در میلی لیتر) و اگرچه هنوز به طور کامل بهینه نشده است، اما قدرت آن هنوز از تمام مشتقات نهایی بیشتر است. مطالعات بیولوژیکی مکانیکی، علائم قوی سمیت عصبی را نشان داد که نشان دهنده اختلال در عملکرد کولینرژیک است. شبیهسازیهای داکینگ مولکولی و دینامیک مولکولی این مشاهده را تأیید کردند و برهمکنشهای اختصاصی قوی با استیل کولین استراز (AChE) و گیرنده استیل کولین نیکوتینی (nAChR) را آشکار کردند که نشاندهنده یک مکانیسم دوگانه احتمالی است. محاسبات نظریه تابعی چگالی (DFT) خواص الکترونیکی مطلوب و واکنشپذیری ترکیبات فعال را بیشتر تأیید کرد. تنوع ساختاری و قدرت بالای مداوم این سری از ترکیبات ممکن است خطر مقاومت متقاطع را کاهش داده و استراتژیهای مدیریت مقاومت را از طریق چرخش یا ترکیب ترکیبات تسهیل کند. به طور کلی، این نتایج نشان میدهد که هیبریدهای تیوفن-ایزوکینولینون گزینه امیدوارکنندهای برای توسعه لاروکشهای نسل بعدی هستند که مسیرهای عصبی فیزیولوژیکی حشرات ناقل را هدف قرار میدهند.
پشهها از جمله مؤثرترین ناقلان بیماریهای عفونی هستند که طیف وسیعی از عوامل بیماریزای خطرناک را منتشر میکنند و تهدیدی جدی برای سلامت عمومی جهانی محسوب میشوند. گونههایی مانند کولکس پیپینس، آئدس آجیپتی و آنوفل گامبیا به ویژه به دلیل انتقال ویروسها، باکتریها و انگلها شناخته میشوند و سالانه باعث میلیونها عفونت و مرگ و میر بیشماری میشوند. به عنوان مثال، کولکس پیپینس ناقل اصلی آربوویروسهایی مانند ویروس نیل غربی و ویروس آنسفالیت سنت لوئیس و همچنین بیماریهای انگلی مانند مالاریای پرندگان است. تحقیقات اخیر همچنین نشان داده است که کولکس پیپینس نقش مهمی در ناقل بودن و انتقال باکتریهای مضر مانند باسیلوس سرئوس و استافیلوکوکوس وارویکی دارد که مواد غذایی را آلوده کرده و مشکلات بهداشت عمومی را تشدید میکنند. سازگاری بالا، بقای بیشتر و مقاومت پشهها در برابر روشهای کنترل، کنترل آنها را دشوار کرده و آنها را به یک تهدید مداوم تبدیل میکند.
حشرهکشهای شیمیایی ابزاری کلیدی در کنترل پشهها، بهویژه در زمان شیوع بیماریهای منتقله از پشهها هستند. انواع مختلفی از حشرهکشها، از جمله پیرتروئیدها، ارگانوفسفاتها و کارباماتها، بهطور گسترده برای کاهش جمعیت پشهها و انتقال بیماری استفاده میشوند. با این حال، استفاده گسترده و طولانیمدت از این مواد شیمیایی منجر به نگرانیهای جدی زیستمحیطی و بهداشت عمومی، از جمله اختلال در اکوسیستم، اثرات مضر بر گونههای غیرهدف و توسعه سریع مقاومت به حشرهکشها در جمعیت پشهها شده است.۱۱،۱۲،۱۳،۱۴این مقاومت به طور قابل توجهی اثربخشی بسیاری از حشرهکشهای سنتی را کاهش میدهد و نیاز مبرم به راهحلهای شیمیایی نوآورانه با مکانیسمهای جدید عمل برای مقابله مؤثر با این تهدیدات در حال تحول را برجسته میکند.۱۱،۱۲،۱۳،۱۴برای پرداختن به این چالشهای جدی، محققان به استراتژیهای جایگزین مانند کنترل زیستی، مهندسی ژنتیک و مدیریت یکپارچه ناقل (IVM) روی آوردهاند. این رویکردها نویدبخش کنترل پایدار و بلندمدت پشهها هستند. با این حال، در طول اپیدمیها و موارد اضطراری، روشهای شیمیایی برای واکنش سریع همچنان حیاتی هستند.
آلکالوئیدهای ایزوکینولین ترکیبات هتروسیکلیک حاوی نیتروژن مهمی هستند که به طور گسترده در قلمرو گیاهان، از جمله خانوادههایی مانند Amaryllidaceae، Rubiaceae، Magnoliaceae، Papaveraceae، Berberidaceae و Menispermaceae، توزیع شدهاند.30 مطالعات قبلی تأیید کردهاند که آلکالوئیدهای ایزوکینولین دارای فعالیتهای بیولوژیکی و ویژگیهای ساختاری متنوعی از جمله اثرات حشرهکشی، ضد دیابت، ضد تومور، ضد قارچ، ضد التهاب، ضد باکتری، ضد انگلی، آنتیاکسیدانی، ضد ویروسی و محافظتکننده عصبی هستند.
در این مطالعه، مقادیر χ² برای همه ترکیبات زیر آستانه بحرانی و مقادیر p بالای 0.05 بودند. این نتایج، قابلیت اطمینان تخمینهای LC₅₀ را تأیید میکند و نشان میدهد که رگرسیون احتمالی میتواند به طور مؤثر رابطه دوز-پاسخ مشاهده شده را توصیف کند. بنابراین، مقادیر LC₅₀ و شاخصهای سمیت (TI) محاسبه شده بر اساس فعالترین ترکیب (1a) بسیار قابل اعتماد و مناسب برای مقایسه اثرات سمشناسی هستند.
برای ارزیابی برهمکنشهای ۱۲ مشتق تیوفن-ایزوکینولینون تازه سنتز شده و پیشساز ۱a آنها با دو هدف کلیدی عصبی پشه - استیل کولین استراز (AChE) و گیرنده استیل کولین نیکوتینی (nAChR) - ما مدلسازی داکینگ مولکولی را انجام دادیم. این اهداف بر اساس علائم نوروتوکسیک مشاهده شده در سنجشهای مرگ لارو انتخاب شدند که نشاندهنده اختلال در سیگنالینگ عصبی است. علاوه بر این، شباهت ساختاری این ترکیبات به ارگانوفسفاتها و نئونیکوتینوئیدها، انتخاب ترجیحی این اهداف را بیشتر تأیید میکند، زیرا ارگانوفسفاتها و نئونیکوتینوئیدها اثرات سمی خود را به ترتیب با مهار AChE و فعال کردن nAChR اعمال میکنند.
علاوه بر این، چندین ترکیب (از جمله 1a، 2، 5a، 5b، 5e، 5f و 7) با SER280 برهمکنش دارند. باقیماندههای SER280 در شکلدهی به ساختارهای کریستالی نقش دارند و در ساختار دوپه شده BT7 حفظ شدهاند. این تنوع حالتهای برهمکنش، سازگاری این ترکیبات را در جایگاه فعال برجسته میکند، به طوری که SER280 و GLU359 به طور بالقوه به عنوان جایگاههای لنگر تطبیقی در شرایط اتصال عمل میکنند. برهمکنشهای مکرر مشاهده شده بین مشتقات مصنوعی و باقیماندههای کلیدی مانند GLU359 و SER280، که اجزای سهگانه کاتالیزوری شناخته شده SER-HIS-GLU در استیل کولین استراز (AChE) انسانی هستند، این فرضیه را که این ترکیبات ممکن است با اتصال به جایگاههای مهم کاتالیزوری، اثرات مهاری قوی بر AChE اعمال کنند، بیشتر تأیید میکند.۲۹،۶۱،۶۴
نکته قابل توجه این است که ترکیب 6 و پیشساز آن 1a قویترین فعالیت را علیه لاروها در زیستسنجی نشان دادند و کمترین مقادیر LC₅₀ را در بین ترکیبات این سری نشان دادند. در سطح مولکولی، ترکیب 6 یک برهمکنش حیاتی با کلرپیریفوس در جایگاه GLU359 نشان میدهد، در حالی که ترکیب 1a از طریق پیوند هیدروژنی با BT7 دوباره آلاییده شده، همپوشانی دارد. هر دو GLU359 و SER280 در ترکیب اتصال کریستالوگرافی اصلی BT7 وجود دارند و اجزای سهگانه کاتالیزوری حفاظتشده استیل کولین استراز (SER-HIS-GLU) هستند که اهمیت عملکردی این برهمکنشها را در حفظ فعالیت مهاری ترکیبات برجسته میکند (شکل 10).
شباهت مشاهدهشده در جایگاههای اتصال بین مشتقات BT7 (شامل BT7 طبیعی و بازسازیشده) و کلرپیریفوس، بهویژه در بقایای حیاتی برای فعالیت کاتالیزوری، قویاً نشاندهندهی یک مکانیسم مشترک مهار بین این ترکیبات است. بهطورکلی، این نتایج، پتانسیل قابلتوجه مشتقات تیوفن-ایزوکینولینون را بهعنوان مهارکنندههای بسیار قوی استیلکولیناستراز به دلیل برهمکنشهای حفاظتشده و بیولوژیکی مرتبط آنها تأیید میکند.
همبستگی قوی بین نتایج داکینگ مولکولی و نتایج زیستسنجی لاروی، تأیید میکند که استیل کولین استراز (AChE) و گیرنده استیل کولین نیکوتینی (nAChR) اهداف اصلی نوروتوکسیک مشتقات سنتز شده تیوفن-ایزوکینولینون هستند. اگرچه نتایج داکینگ اطلاعات مهمی در مورد میل ترکیبی گیرنده-لیگاند ارائه میدهد، اما باید توجه داشت که انرژی اتصال به تنهایی برای توضیح کامل اثربخشی حشرهکشی در داخل بدن کافی نیست. تفاوت در مقادیر LC50 بین ترکیبات با ویژگیهای داکینگ مشابه ممکن است به دلیل عواملی مانند پایداری متابولیک، جذب، فراهمی زیستی و توزیع در حشرات باشد.⁶⁰،⁶⁴با این حال، طراحی ساختاری منطقی، میل ترکیبی بالای گیرنده که توسط شبیهسازی کامپیوتری شبیهسازی شده است، و فعالیت بیولوژیکی قوی، قویاً از این دیدگاه که AChE و nAChRs واسطههای اصلی سمیت عصبی مشاهده شده هستند، پشتیبانی میکند.
در نتیجه، هیبریدهای سنتز شده تیوفن-ایزوکینولینون دارای عناصر ساختاری و عملکردی کلیدی هستند که تا حد زیادی با حشرهکشهای نورواکتیو شناخته شده سازگار هستند. توانایی آنها در اتصال مؤثر به گیرندههای استیل کولین استراز (AChE) و نیکوتینیک استیل کولین (nAChRs) از طریق مکانیسمهای برهمکنش مکمل، پتانسیل آنها را به عنوان حشرهکشهای دو هدفه برجسته میکند. این مکانیسم دوگانه نه تنها اثربخشی حشرهکشی را افزایش میدهد، بلکه یک استراتژی امیدوارکننده برای غلبه بر مکانیسمهای مقاومت موجود نیز فراهم میکند و این ترکیبات را به کاندیداهای نویدبخشی برای توسعه عوامل کنترل پشه نسل بعدی تبدیل میکند.
شبیهسازیهای دینامیک مولکولی (MD) برای اعتبارسنجی و گسترش نتایج داکینگ مولکولی استفاده میشوند و ارزیابی واقعبینانهتر و وابسته به زمان از برهمکنشهای لیگاند-هدف را در شرایط فیزیولوژیکی واقعگرایانه ارائه میدهند. اگرچه داکینگ مولکولی میتواند اطلاعات اولیه ارزشمندی در مورد موقعیتها و تمایلات اتصال بالقوه ارائه دهد، اما یک مدل ایستا است و نمیتواند انعطافپذیری گیرنده، دینامیک حلال یا نوسانات زمانی در برهمکنشهای مولکولی را در نظر بگیرد. بنابراین، شبیهسازیهای MD یک روش مکمل مهم برای ارزیابی پایداری پیچیده، استحکام برهمکنش و تغییرات ساختاری در لیگاندها و پروتئینها در طول زمان هستند.۶۰،۶۲،۷۱
بر اساس خواص اتصال برتر آنها به استیل کولین استراز (AChE) در مقایسه با گیرنده استیل کولین نیکوتینی (nAChR)، ما مولکول والد 1a (با کمترین مقدار LC50) و فعالترین ترکیب تیوفن-ایزوکینولین 6 را برای شبیهسازیهای دینامیک مولکولی (MD) انتخاب کردیم. هدف ارزیابی این بود که آیا ترکیب اتصال آنها در جایگاه فعال AChE در طول 100 نانوثانیه شبیهسازی پایدار مانده است یا خیر و مقایسه رفتار اتصال آنها با کلرپیریفوس و مهارکننده AChE متبلور شده برگشتی BT7.
شبیهسازیهای دینامیک مولکولی شامل جذر میانگین مربعات انحراف (RMSD) برای ارزیابی پایداری کلی کمپلکس؛ جذر میانگین مربعات انحراف نوسانات (RMSF) برای مطالعه انعطافپذیری باقیمانده؛ و تجزیه و تحلیل برهمکنش لیگاند-پذیرنده برای تعیین پایداری پیوندهای هیدروژنی، تماسهای آبگریز و برهمکنشهای یونی بود (دادههای تکمیلی). اگرچه مقادیر RMSD و RMSF برای همه لیگاندها در محدوده پایداری باقی ماندند، که نشان دهنده عدم تغییرات ساختاری قابل توجه در کمپلکس AChE-لیگاند است (شکل 12)، اما این پارامترها به تنهایی برای توضیح کامل تفاوتها در جرم اتصال بین ترکیبات کافی نیستند.
زمان ارسال: ۱۵ دسامبر ۲۰۲۵