E malatie trasmesse da e zanzare restanu un prublema seriu di salute publica mundialeA resistenza crescente di i vettori di malatie, cum'è Culex pipiens pallens, à l'insetticidi tradiziunali aggrava ulteriormente stu prublema. In questu studiu, una seria di novi ibridi tiofene-isochinolinone sò stati cuncipiti, sintetizati è valutati cum'è potenziali larvicidi. Trà i cumposti sintetizati, i derivati 5f, 6 è 7 anu dimustratu una attività larvicida significativa contr'à e larve di Culex pipiens pallens cù valori LC₅₀ di 0,3, 0,1 è 1,85 μg/mL, rispettivamente. In particulare, tutti i dodici derivati tiofene-isochinolinone anu dimustratu una tossicità significativamente più alta chè l'insetticida organofosfaticu di riferimentu clorpirifos (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), cunfirmendu a tossicità superiore di sti cumposti. Hè interessante nutà chì l'intermediu sinteticu 1a (un semiestere di tiofene) hà mostratu a più alta putenza (LC₅₀ = 0,004 μg/mL), è ancu s'ellu ùn hè ancu cumpletamente ottimizatu, a so putenza hà sempre superatu quella di tutti i derivati finali. Studi biologichi meccanismi anu rivelatu robusti sintomi di neurotossicità, chì suggerenu una funzione colinergica compromessa. Simulazioni di docking moleculare è di dinamica moleculare anu cunfirmatu sta osservazione, rivelendu forti interazioni specifiche cù l'acetilcolinesterasi (AChE) è u receptore nicotinicu di l'acetilcolina (nAChR), chì suggerenu un pussibule mecanismu di doppia azione. I calculi di a teoria funzionale di a densità (DFT) anu cunfirmatu ulteriormente e proprietà elettroniche favorevoli è a reattività di i cumposti attivi. A diversità strutturale è a putenza constantemente alta di sta serie di cumposti ponu riduce u risicu di resistenza incrociata è facilità e strategie di gestione di a resistenza attraversu a rotazione o a cumbinazione di cumposti. In generale, questi risultati indicanu chì l'ibridi tiofene-isochinolinone sò una opzione promettente per u sviluppu di larvicidi di prossima generazione chì miranu e vie neurofisiologiche di i vettori d'insetti.
E zanzare sò trà i vettori i più efficaci di e malatie infettive, sparghjendu una vasta gamma di patogeni periculosi è rapprisentendu una minaccia significativa per a salute publica mundiale. Spezie cum'è Culex pipiens, Aedes aegypti è Anopheles gambiae sò particularmente cunnisciute per a trasmissione di virus, batteri è parassiti, causendu milioni d'infezioni è numerose morti ogni annu. Per esempiu, Culex pipiens hè un vettore maiò di arbovirus cum'è u virus di u Nilu Occidentale è u virus di l'encefalite di San Luigi, è ancu di malatie parassitarie cum'è a malaria aviaria. Ricerche recenti anu ancu dimustratu chì Culex pipiens ghjoca un rolu significativu in u vettore è a trasmissione di batteri dannosi cum'è Bacillus cereus è Staphylococcus warwickii, chì contaminanu l'alimentu è aggravanu i prublemi di salute publica. L'alta adattabilità, a sopravvivenza è a resistenza di e zanzare à i metudi di cuntrollu li rendenu difficiuli da cuntrullà è rapprisentanu una minaccia persistente.
L'insetticidi chimichi sò un strumentu chjave in u cuntrollu di e zanzare, in particulare durante l'epidemie di malatie trasmesse da e zanzare. Diverse classi d'insetticidi, cumpresi i piretroidi, l'organofosfati è i carbammati, sò largamente aduprati per riduce e pupulazioni di zanzare è a trasmissione di e malatie. Tuttavia, l'usu diffusu è à longu andà di sti prudutti chimichi hà purtatu à serii prublemi ambientali è di salute publica, cumpresi a disrupzione di l'ecosistema, effetti dannosi nantu à e spezie non bersaglio è u rapidu sviluppu di a resistenza à l'insetticidi in e pupulazioni di zanzare.11,12,13,14Questa resistenza riduce significativamente l'efficacità di parechji insetticidi tradiziunali, mettendu in risaltu u bisognu urgente di suluzioni chimiche innovative cù novi meccanismi d'azione per cuntrastà efficacemente queste minacce in evoluzione.11,12,13,14Per affruntà sti sfide serii, i circadori si rivolgenu à strategie alternative cum'è u biocuntrollu, l'ingegneria genetica è a gestione integrata di i vettori (IVM). Quessi approcci dimustranu prumesse per un cuntrollu sustenibile è à longu andà di e zanzare. Tuttavia, durante l'epidemie è l'emergenze, i metudi chimichi restanu cruciali per una risposta rapida.
L'alcaloidi isochinolinichi sò cumposti eterociclichi chì cuntenenu azotu impurtanti, largamente distribuiti in u regnu vegetale, cumprese famiglie cum'è Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae è Menispermaceae.30 Studi precedenti anu cunfirmatu chì l'alcaloidi isochinolinichi pussedenu diverse attività biologiche è caratteristiche strutturali, cumpresi effetti insetticidi, antidiabetici, antitumorali, antifungini, antiinflamatori, antibatterici, antiparassitari, antioxidanti, antivirali è neuroprotettivi.
In questu studiu, i valori di χ² per tutti i cumposti eranu sottu à a soglia critica, è i valori p eranu sopra à 0,05. Quessi risultati cunfermanu l'affidabilità di e stime LC₅₀ è dimustranu chì a regressione probabilistica pò discrive efficacemente a relazione dose-risposta osservata. Dunque, i valori LC₅₀ è l'indici di tossicità (TI) calculati in basa à u cumpostu u più attivu (1a) sò assai affidabili è adatti per paragunà l'effetti tossicologichi.
Per valutà l'interazzione di 12 derivati di tiofene-isochinolinone appena sintetizzati è u so precursore 1a cù dui bersagli neuronali chjave di e zanzare - l'acetilcolinesterasi (AChE) è u receptore nicotinicu di l'acetilcolina (nAChR) - avemu realizatu una modellazione di docking moleculare. Quessi bersagli sò stati selezziunati in basa à i sintomi neurotossici osservati in i testi di morte larvale, chì indicanu una segnalazione neuronale alterata. Inoltre, a similitudine strutturale di sti cumposti cù l'organofosfati è i neonicotinoidi sustene ulteriormente a scelta preferita di sti bersagli, postu chì l'organofosfati è i neonicotinoidi esercitanu i so effetti tossichi inibendu l'AChE è attivendu u nAChR, rispettivamente.
Inoltre, parechji cumposti (cumpresi 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f è 7) interagiscenu cù SER280. I residui SER280 sò implicati in a furmazione di e cunfurmazioni di a struttura cristallina è sò cunservati in a cunfurmazione redoptata di BT7. Sta diversità di modi d'interazzione mette in risaltu l'adattabilità di sti cumposti in u situ attivu, cù SER280 è GLU359 chì servenu potenzialmente cum'è siti d'ancora adattativi in cundizioni d'attraccu. L'interazzione frequenti osservate trà derivati sintetici è residui chjave cum'è GLU359 è SER280, chì sò cumpunenti di a triade catalitica SER-HIS-GLU cunnisciuta in l'acetilcolinesterasi umana (AChE), sustenenu ulteriormente l'ipotesi chì sti cumposti possinu esercità potenti effetti inibitori nantu à l'AChE ligandu si à siti cataliticamente impurtanti.29,61,64
In particulare, u compostu 6 è u so precursore 1a anu dimustratu l'attività più putente contr'à e larve in u bioassay, mustrendu i valori LC₅₀ più bassi trà i composti di a serie. À u livellu moleculare, u compostu 6 mostra una interazione critica cù u clorpirifos à u situ GLU359, mentre chì u compostu 1a si sovrappone cù BT7 ri-dopatu via un ligame à idrogenu à SER280. Sia GLU359 sia SER280 sò presenti in a cunfurmazione di ligame cristallograficu originale di BT7 è sò cumpunenti di u triplettu cataliticu cunservatu di acetilcolinesterasi (SER-HIS-GLU), mettendu in risaltu u significatu funzionale di queste interazioni in u mantenimentu di l'attività inibitoria di i composti (Fig. 10).
A similitudine osservata in i siti di ligame trà i derivati BT7 (cumpresi BT7 nativu è ricostituitu) è u clorpirifos, in particulare à i residui critici per l'attività catalitica, suggerisce fortemente un mecanismu cumunu d'inibizione trà questi cumposti. In generale, questi risultati cunfermanu u putenziale significativu di i derivati tiofene-isochinolinone cum'è inibitori di l'acetilcolinesterasi assai potenti per via di e so interazioni cunservate è biologicamente pertinenti.
Una forte currelazione trà i risultati di u docking moleculare è i risultati di u bioassay larvale cunfirma ancu chì l'acetilcolinesterasi (AChE) è u receptore nicotinicu di l'acetilcolina (nAChR) sò i principali bersagli neurotossici di i derivati tiofene-isochinolinone sintetizzati. Ancu s'è i risultati di u docking furniscenu informazioni impurtanti nantu à l'affinità receptore-ligandu, si deve ricunnosce chì l'energia di legame da sola ùn hè micca sufficiente per spiegà cumpletamente l'efficacia insetticida in vivo. E differenze in i valori LC₅₀ trà i cumposti cù caratteristiche di docking simili ponu esse dovute à fattori cum'è a stabilità metabolica, l'assorbimentu, a biodisponibilità è a distribuzione in l'insetti.⁶⁰,⁶⁴Tuttavia, u cuncepimentu strutturale raziunale, l'alta affinità di i recettori simulata da a simulazione per computer, è a putente attività biologica sustenenu fermamente l'idea chì l'AChE è i nAChR sò i principali mediatori di a neurotossicità osservata.
In cunclusione, l'ibridi tiofene-isochinolinone sintetizati pussedenu elementi strutturali è funziunali chjave largamente cumpatibili cù l'insetticidi neuroattivi cunnisciuti. A so capacità di ligà si efficacemente à l'acetilcolinesterasi (AChE) è à i recettori nicotinici di l'acetilcolina (nAChR) via meccanismi d'interazione cumplementari mette in risaltu u so putenziale cum'è insetticidi à doppiu bersagliu. Stu doppiu mecanismu ùn solu migliora l'efficacia insetticida, ma furnisce ancu una strategia promettente per superà i meccanismi di resistenza esistenti, rendendu questi cumposti candidati promettenti per u sviluppu di agenti di cuntrollu di zanzare di prossima generazione.
E simulazioni di dinamica moleculare (MD) sò aduprate per validà è estende i risultati di u docking moleculare, furnendu una valutazione più realistica è dipendente da u tempu di l'interazioni ligandu-bersaghju in cundizioni fisiologicamente realistiche. Ancu s'è u docking moleculare pò furnisce informazioni preliminari preziose nantu à e pusizioni di legame è l'affinità potenziali, hè un mudellu staticu è ùn pò micca tene contu di a flessibilità di u receptore, a dinamica di u solvente, o di e fluttuazioni temporali in l'interazioni moleculari. Dunque, e simulazioni MD sò un metudu cumplementare impurtante per valutà a stabilità cumplessa, a robustezza di l'interazione è i cambiamenti cunfurmazionali in ligandi è proteine in u tempu.60,62,71
Basatu annantu à e so proprietà di ligame superiori à l'acetilcolinesterasi (AChE) paragunate à u receptore nicotinicu di l'acetilcolina (nAChR), avemu sceltu a molecula parente 1a (cù u valore LC₅₀ u più bassu) è u cumpostu tiofene-isochinolina 6 u più attivu per simulazioni di dinamica moleculare (MD). L'ubbiettivu era di valutà se a so cunfurmazione di ligame in u situ attivu di l'AChE hè rimasta stabile per più di 100 ns di simulazione è di paragunà u so cumpurtamentu di ligame cù quellu di u clorpirifos è di l'inibitore di l'AChE cocristallizatu di rebound BT7.
E simulazioni di dinamica moleculare anu inclusu a deviazione quadratica media (RMSD) per valutà a stabilità generale di u cumplessu; a deviazione quadratica media di e fluttuazioni (RMSF) per studià a flessibilità di i residui; è l'analisi di l'interazzione ligandu-accettore per determinà a stabilità di i legami à l'idrogenu, i cuntatti idrofobichi è l'interazzione ionica (Dati Supplementari). Ancu s'è i valori RMSD è RMSF per tutti i ligandi sò rimasti in un intervallu stabile, chì ùn indica micca cambiamenti cunfurmazionali significativi in u cumplessu AChE-ligandu (Figura 12), questi parametri da soli ùn sò micca sufficienti per spiegà cumpletamente e differenze in a massa di legame trà i cumposti.
Data di publicazione: 15 dicembre 2025