Ang mga sakit na dala ng lamok ay nananatiling isang seryosong pandaigdigang problema sa kalusugan ng publikoAng lumalaking resistensya ng mga tagapagdala ng sakit, tulad ng Culex pipiens pallens, sa mga tradisyunal na insecticide ay lalong nagpapalala sa problemang ito. Sa pag-aaral na ito, isang serye ng mga nobelang thiophene-isoquinolinone hybrids ang dinisenyo, na-synthesize, at sinuri bilang mga potensyal na larvicidal. Sa mga na-synthesize na compound, ang mga derivatives na 5f, 6, at 7 ay nagpakita ng makabuluhang aktibidad na larvicidal laban sa larvae ng Culex pipiens pallens na may mga halaga ng LC₅₀ na 0.3, 0.1, at 1.85 μg/mL, ayon sa pagkakabanggit. Kapansin-pansin, ang lahat ng labindalawang thiophene-isoquinolinone derivatives ay nagpakita ng mas mataas na toxicity kaysa sa reference organophosphate insecticide na chlorpyrifos (LC₅₀ = 293.8 μg/mL), na nagpapatunay sa superior na toxicity ng mga compound na ito. Kapansin-pansin, ang sintetikong intermediate 1a (isang thiophene semiester) ay nagpakita ng pinakamataas na potency (LC₅₀ = 0.004 μg/mL), at kahit na hindi pa ganap na na-optimize, ang potency nito ay lumampas pa rin sa lahat ng pinal na derivatives. Ang mga mechanistic biological studies ay nagpakita ng matitinding sintomas ng neurotoxicity, na nagmumungkahi ng kapansanan sa cholinergic function. Kinumpirma ng molecular docking at molecular dynamics simulations ang obserbasyong ito, na nagpapakita ng malakas na espesipikong interaksyon sa acetylcholinesterase (AChE) at sa nicotinic acetylcholine receptor (nAChR), na nagmumungkahi ng isang posibleng dual-action mechanism. Ang mga kalkulasyon ng density functional theory (DFT) ay lalong nagkumpirma ng mga kanais-nais na electronic properties at reactivity ng mga aktibong compound. Ang structural diversity at patuloy na mataas na potency ng seryeng ito ng mga compound ay maaaring mabawasan ang panganib ng cross-resistance at mapadali ang mga estratehiya sa pamamahala ng resistensya sa pamamagitan ng compound rotation o kombinasyon. Sa pangkalahatan, ipinapahiwatig ng mga resultang ito na ang thiophene-isoquinolinone hybrids ay isang promising na opsyon para sa pagbuo ng mga susunod na henerasyon ng larvicides na nagta-target sa mga neurophysiological pathway ng mga vector ng insekto.
Ang mga lamok ay kabilang sa mga pinakamabisang tagapagdala ng mga nakakahawang sakit, na nagkakalat ng malawak na hanay ng mga mapanganib na pathogen at nagdudulot ng malaking banta sa pandaigdigang kalusugan ng publiko. Ang mga uri tulad ng Culex pipiens, Aedes aegypti, at Anopheles gambiae ay partikular na kilala sa pagpapadala ng mga virus, bacteria, at parasito, na nagdudulot ng milyun-milyong impeksyon at maraming pagkamatay taun-taon. Halimbawa, ang Culex pipiens ay isang pangunahing tagapagdala ng mga arbovirus tulad ng West Nile virus at St. Louis encephalitis virus, pati na rin ang mga parasitikong sakit tulad ng avian malaria. Ipinakita rin ng mga kamakailang pananaliksik na ang Culex pipiens ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa tagapagdala at pagpapadala ng mga mapaminsalang bacteria tulad ng Bacillus cereus at Staphylococcus warwickii, na nakakahawa sa pagkain at nagpapalala sa mga problema sa kalusugan ng publiko. Ang mataas na kakayahang umangkop, kakayahang mabuhay, at resistensya ng mga lamok sa mga pamamaraan ng pagkontrol ay nagpapahirap sa kanila na kontrolin at nagdudulot ng patuloy na banta.
Ang mga kemikal na pamatay-insekto ay isang mahalagang kasangkapan sa pagkontrol ng lamok, lalo na sa panahon ng pagsiklab ng mga sakit na dala ng lamok. Iba't ibang uri ng pamatay-insekto, kabilang ang mga pyrethroid, organophosphate, at carbamates, ay malawakang ginagamit upang mabawasan ang populasyon ng lamok at pagkalat ng sakit. Gayunpaman, ang laganap at pangmatagalang paggamit ng mga kemikal na ito ay humantong sa mga malubhang alalahanin sa kapaligiran at kalusugan ng publiko, kabilang ang pagkagambala sa ecosystem, mga mapaminsalang epekto sa mga hindi target na uri, at ang mabilis na pag-unlad ng resistensya ng mga lamok sa pamatay-insekto.11,12,13,14Ang resistensyang ito ay lubos na nagbabawas sa bisa ng maraming tradisyonal na insecticide, na nagpapakita ng agarang pangangailangan para sa mga makabagong solusyong kemikal na may mga bagong mekanismo ng pagkilos upang epektibong malabanan ang mga umuusbong na banta na ito.11,12,13,14Upang matugunan ang mga seryosong hamong ito, ang mga mananaliksik ay bumabaling sa mga alternatibong estratehiya tulad ng biocontrol, genetic engineering, at integrated vector management (IVM). Ang mga pamamaraang ito ay nagpapakita ng pangako para sa napapanatiling at pangmatagalang pagkontrol ng lamok. Gayunpaman, sa panahon ng mga epidemya at emerhensiya, ang mga kemikal na pamamaraan ay nananatiling mahalaga para sa mabilis na pagtugon.
Ang mga isoquinoline alkaloid ay mahahalagang heterocyclic compound na naglalaman ng nitrogen na malawakang ipinamamahagi sa kaharian ng halaman, kabilang ang mga pamilyang tulad ng Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae, at Menispermaceae.30 Kinumpirma ng mga nakaraang pag-aaral na ang mga isoquinoline alkaloid ay nagtataglay ng magkakaibang biyolohikal na aktibidad at mga katangiang istruktural, kabilang ang insecticidal, antidiabetic, antitumor, antifungal, anti-inflammatory, antibacterial, antiparasitic, antioxidant, antiviral, at neuroprotective effects.
Sa pag-aaral na ito, ang mga halaga ng χ² para sa lahat ng compound ay nasa ibaba ng kritikal na threshold, at ang mga halaga ng p ay nasa itaas ng 0.05. Kinukumpirma ng mga resultang ito ang pagiging maaasahan ng mga pagtatantya ng LC₅₀ at ipinapakita na ang probabilistic regression ay maaaring epektibong maglarawan sa naobserbahang ugnayan ng dosis-tugon. Samakatuwid, ang mga halaga ng LC₅₀ at mga toxicity indices (TI) na kinakalkula batay sa pinaka-aktibong compound (1a) ay lubos na maaasahan at angkop para sa paghahambing ng mga epektong toxicological.
Upang masuri ang mga interaksyon ng 12 bagong na-synthesize na thiophene-isoquinolinone derivatives at ang kanilang precursor na 1a sa dalawang pangunahing neuronal target ng lamok—acetylcholinesterase (AChE) at ang nicotinic acetylcholine receptor (nAChR)—nagsagawa kami ng molecular docking modeling. Ang mga target na ito ay pinili batay sa mga neurotoxic na sintomas na naobserbahan sa mga larval death assay, na nagpapahiwatig ng kapansanan sa neuronal signaling. Bukod pa rito, ang pagkakatulad sa istruktura ng mga compound na ito sa mga organophosphate at neonicotinoids ay higit na sumusuporta sa mas gustong pagpili ng mga target na ito, dahil ang mga organophosphate at neonicotinoids ay nagpapakita ng kanilang mga nakalalasong epekto sa pamamagitan ng pagpigil sa AChE at pag-activate ng nAChR, ayon sa pagkakabanggit.
Bukod pa rito, maraming compound (kabilang ang 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f, at 7) ang nakikipag-ugnayan sa SER280. Ang mga residue ng SER280 ay kasangkot sa paghubog ng mga konpormasyon ng istruktura ng kristal at napananatili sa redopated conformation ng BT7. Ang pagkakaiba-iba ng mga interaction mode na ito ay nagpapakita ng kakayahang umangkop ng mga compound na ito sa aktibong site, kung saan ang SER280 at GLU359 ay maaaring magsilbing adaptive anchor sites sa ilalim ng mga kondisyon ng docking. Ang madalas na interaksyon na naobserbahan sa pagitan ng mga synthetic derivatives at mga pangunahing residue tulad ng GLU359 at SER280, na mga bahagi ng kilalang SER-HIS-GLU catalytic triad sa human acetylcholinesterase (AChE), ay higit na sumusuporta sa hypothesis na ang mga compound na ito ay maaaring magdulot ng malakas na inhibitory effect sa AChE sa pamamagitan ng pagbigkis sa mga catalytically important sites.29,61,64
Kapansin-pansin, ang compound 6 at ang precursor nito na 1a ay nagpakita ng pinakamalakas na aktibidad laban sa larvae sa bioassay, na nagpapakita ng pinakamababang halaga ng LC₅₀ sa mga compound sa serye. Sa antas ng molekular, ang compound 6 ay nagpapakita ng isang kritikal na interaksyon sa chlorpyrifos sa GLU359 site, habang ang compound 1a ay nagsasapawan sa re-doped BT7 sa pamamagitan ng isang hydrogen bond sa SER280. Ang parehong GLU359 at SER280 ay naroroon sa orihinal na crystallographic binding conformation ng BT7 at mga bahagi ng conserved catalytic triplet ng acetylcholinesterase (SER–HIS–GLU), na nagpapakita ng functional significance ng mga interaksyon na ito sa pagpapanatili ng inhibitory activity ng mga compound (Fig. 10).
Ang naobserbahang pagkakatulad sa mga binding site sa pagitan ng mga BT7 derivatives (kabilang ang mga native at reconstituted BT7) at chlorpyrifos, lalo na sa mga residue na kritikal para sa catalytic activity, ay mariing nagmumungkahi ng isang karaniwang mekanismo ng inhibition sa pagitan ng mga compound na ito. Sa pangkalahatan, kinukumpirma ng mga resultang ito ang makabuluhang potensyal ng mga thiophene-isoquinolinone derivatives bilang mga highly potent acetylcholinesterase inhibitors dahil sa kanilang conserved at biologically relevant na interactions.
Ang isang malakas na ugnayan sa pagitan ng mga resulta ng molecular docking at mga resulta ng larval bioassay ay lalong nagpapatunay na ang acetylcholinesterase (AChE) at ang nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) ang mga pangunahing neurotoxic target ng mga na-synthesize na thiophene-isoquinolinone derivatives. Bagama't ang mga resulta ng docking ay nagbibigay ng mahalagang impormasyon tungkol sa receptor-ligand affinity, dapat kilalanin na ang binding energy lamang ay hindi sapat upang ganap na ipaliwanag ang insecticidal efficacy in vivo. Ang mga pagkakaiba sa mga halaga ng LC₅₀ sa pagitan ng mga compound na may katulad na katangian ng docking ay maaaring dahil sa mga salik tulad ng metabolic stability, absorption, bioavailability, at distribution sa mga insekto.⁶⁰,⁶⁴Gayunpaman, ang makatwirang disenyo ng istruktura, mataas na receptor affinity na ginaya ng computer simulation, at malakas na biyolohikal na aktibidad ay malakas na sumusuporta sa pananaw na ang AChE at nAChRs ang mga pangunahing tagapamagitan ng naobserbahang neurotoxicity.
Bilang konklusyon, ang mga na-synthesize na thiophene-isoquinolinone hybrids ay nagtataglay ng mga pangunahing elementong istruktural at functional na higit na tugma sa mga kilalang neuroactive insecticide. Ang kanilang kakayahang mahusay na magbigkis sa acetylcholinesterase (AChE) at nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) sa pamamagitan ng mga komplementaryong mekanismo ng interaksyon ay nagpapakita ng kanilang potensyal bilang dual-target insecticide. Ang dual na mekanismong ito ay hindi lamang nagpapahusay sa insecticidal efficacy kundi nagbibigay din ng isang promising na estratehiya para malampasan ang mga umiiral na mekanismo ng resistensya, na ginagawa ang mga compound na ito na promising candidate para sa pagbuo ng mga susunod na henerasyon ng mga ahente sa pagkontrol ng lamok.
Ginagamit ang mga simulation ng molecular dynamics (MD) upang patunayan at palawigin ang mga resulta ng molecular docking, na nagbibigay ng mas makatotohanan at nakadepende sa oras na pagtatasa ng mga interaksyon ng ligand-target sa ilalim ng mga kondisyong makatotohanan sa pisyolohiya. Bagama't ang molecular docking ay maaaring magbigay ng mahalagang paunang impormasyon sa mga potensyal na posisyon at affinity ng pagbubuklod, ito ay isang static na modelo at hindi maaaring isaalang-alang ang flexibility ng receptor, solvent dynamics, o temporal na pagbabago-bago sa mga interaksyon ng molekula. Samakatuwid, ang mga simulation ng MD ay isang mahalagang komplementaryong pamamaraan para sa pagtatasa ng complex stability, interaction robustness, at mga pagbabago sa conformational sa mga ligand at protina sa paglipas ng panahon.60,62,71
Batay sa kanilang superior na katangian ng pagbubuklod sa acetylcholinesterase (AChE) kumpara sa nicotinic acetylcholine receptor (nAChR), pinili namin ang parent molecule na 1a (na may pinakamababang halaga ng LC₅₀) at ang pinaka-aktibong thiophene-isoquinoline compound 6 para sa mga molecular dynamics (MD) simulation. Ang layunin ay upang suriin kung ang kanilang binding conformation sa AChE active site ay nanatiling matatag sa loob ng 100 ns ng simulation at upang ihambing ang kanilang binding behavior sa chlorpyrifos at sa rebound cocrystallized AChE inhibitor na BT7.
Kasama sa mga simulasyon ng molecular dynamics ang root mean square deviation (RMSD) upang masuri ang pangkalahatang katatagan ng complex; root mean square deviation of fluctuations (RMSF) upang pag-aralan ang flexibility ng residue; at pagsusuri ng interaksyon ng ligand-acceptor upang matukoy ang katatagan ng mga hydrogen bonds, hydrophobic contacts, at ionic interactions (Karagdagang Datos). Bagama't ang mga halaga ng RMSD at RMSF para sa lahat ng ligand ay nanatili sa loob ng isang matatag na saklaw, na nagpapahiwatig ng walang makabuluhang pagbabago sa conformational sa AChE-ligand complex (Larawan 12), ang mga parameter na ito lamang ay hindi sapat upang ganap na ipaliwanag ang mga pagkakaiba sa binding mass sa pagitan ng mga compound.
Oras ng pag-post: Disyembre 15, 2025