Sivrisinek kaynaklı hastalıklar, küresel ölçekte ciddi bir halk sağlığı sorunu olmaya devam etmektedir.Hastalık vektörlerinin, örneğin Culex pipiens pallens'in, geleneksel insektisitlere karşı artan direnci bu sorunu daha da kötüleştiriyor. Bu çalışmada, potansiyel larvisit olarak bir dizi yeni tiyofen-izokinolinon hibriti tasarlanmış, sentezlenmiş ve değerlendirilmiştir. Sentezlenen bileşikler arasında, 5f, 6 ve 7 türevleri, sırasıyla 0,3, 0,1 ve 1,85 μg/mL LC₅₀ değerleriyle Culex pipiens pallens larvalarına karşı önemli larvisit aktivitesi göstermiştir. Özellikle, on iki tiyofen-izokinolinon türevinin tamamı, referans organofosfat insektisit klorpirifostan (LC₅₀ = 293,8 μg/mL) önemli ölçüde daha yüksek toksisite göstermiş ve bu bileşiklerin üstün toksisitesini doğrulamıştır. İlginç bir şekilde, sentetik ara madde 1a (bir tiyofen semiesteri) en yüksek etki gücünü (LC₅₀ = 0,004 μg/mL) sergiledi ve henüz tam olarak optimize edilmemiş olmasına rağmen, etki gücü tüm nihai türevlerin etki gücünü aştı. Mekanistik biyolojik çalışmalar, bozulmuş kolinerjik fonksiyonu düşündüren güçlü nörotoksisite semptomlarını ortaya koydu. Moleküler kenetlenme ve moleküler dinamik simülasyonları bu gözlemi doğrulayarak, asetilkolinesteraz (AChE) ve nikotinik asetilkolin reseptörü (nAChR) ile güçlü spesifik etkileşimleri ortaya koydu ve olası bir çift etkili mekanizmayı düşündürdü. Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları, aktif bileşiklerin elverişli elektronik özelliklerini ve reaktivitesini daha da doğruladı. Bu bileşik serisinin yapısal çeşitliliği ve sürekli yüksek etki gücü, çapraz direnç riskini azaltabilir ve bileşik rotasyonu veya kombinasyonu yoluyla direnç yönetimi stratejilerini kolaylaştırabilir. Genel olarak, bu sonuçlar tiyofen-izokinolinon hibritlerinin, böcek vektörlerinin nörofizyolojik yollarını hedef alan yeni nesil larvisitlerin geliştirilmesi için um promising bir seçenek olduğunu göstermektedir.
Sivrisinekler, bulaşıcı hastalıkların en etkili taşıyıcıları arasında yer alarak çok çeşitli tehlikeli patojenleri yaymakta ve küresel halk sağlığı için önemli bir tehdit oluşturmaktadır. Culex pipiens, Aedes aegypti ve Anopheles gambiae gibi türler özellikle virüs, bakteri ve parazitleri bulaştırmalarıyla bilinir ve her yıl milyonlarca enfeksiyona ve çok sayıda ölüme neden olurlar. Örneğin, Culex pipiens, Batı Nil virüsü ve St. Louis ensefalit virüsü gibi arbovirüslerin yanı sıra kuş sıtması gibi paraziter hastalıkların da önemli bir taşıyıcısıdır. Son araştırmalar ayrıca Culex pipiens'in, gıdaları kirleten ve halk sağlığı sorunlarını kötüleştiren Bacillus cereus ve Staphylococcus warwickii gibi zararlı bakterilerin taşınmasında ve bulaşmasında önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Sivrisineklerin yüksek adaptasyon yeteneği, hayatta kalma oranı ve kontrol yöntemlerine karşı direnci, onları kontrol etmeyi zorlaştırır ve sürekli bir tehdit oluşturur.
Kimyasal böcek ilaçları, özellikle sivrisinek kaynaklı hastalık salgınları sırasında sivrisinek kontrolünde önemli bir araçtır. Piretroidler, organofosfatlar ve karbamatlar dahil olmak üzere çeşitli böcek ilacı sınıfları, sivrisinek popülasyonlarını ve hastalık bulaşmasını azaltmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bu kimyasalların yaygın ve uzun süreli kullanımı, ekosistem bozulması, hedef olmayan türler üzerindeki zararlı etkiler ve sivrisinek popülasyonlarında böcek ilacı direncinin hızla gelişmesi de dahil olmak üzere ciddi çevresel ve halk sağlığı sorunlarına yol açmıştır.11,12,13,14Bu direnç, birçok geleneksel böcek ilacının etkinliğini önemli ölçüde azaltmakta ve bu gelişen tehditlere etkili bir şekilde karşı koymak için yeni etki mekanizmalarına sahip yenilikçi kimyasal çözümlere olan acil ihtiyacı vurgulamaktadır.11,12,13,14Bu ciddi zorlukların üstesinden gelmek için araştırmacılar biyolojik mücadele, genetik mühendislik ve entegre vektör yönetimi (IVM) gibi alternatif stratejilere yöneliyorlar. Bu yaklaşımlar, sürdürülebilir ve uzun vadeli sivrisinek kontrolü için umut vaat ediyor. Bununla birlikte, salgınlar ve acil durumlar sırasında, hızlı müdahale için kimyasal yöntemler hayati önem taşımaya devam ediyor.
İzokinolin alkaloidleri, Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae ve Menispermaceae gibi familyalar da dahil olmak üzere bitki aleminde yaygın olarak bulunan önemli azot içeren heterosiklik bileşiklerdir.30 Önceki çalışmalar, izokinolin alkaloidlerinin insektisit, antidiyabetik, antitümör, antifungal, antiinflamatuar, antibakteriyel, antiparazitik, antioksidan, antiviral ve nöroprotektif etkiler de dahil olmak üzere çeşitli biyolojik aktivitelere ve yapısal özelliklere sahip olduğunu doğrulamıştır.
Bu çalışmada, tüm bileşikler için χ² değerleri kritik eşiğin altında ve p değerleri 0,05'in üzerindeydi. Bu sonuçlar, LC₅₀ tahminlerinin güvenilirliğini doğrulamakta ve olasılıksal regresyonun gözlemlenen doz-yanıt ilişkisini etkili bir şekilde tanımlayabileceğini göstermektedir. Bu nedenle, en aktif bileşik (1a) temel alınarak hesaplanan LC₅₀ değerleri ve toksisite indeksleri (TI'ler) oldukça güvenilirdir ve toksikolojik etkileri karşılaştırmak için uygundur.
Yeni sentezlenen 12 tiyofen-izokinolinon türevinin ve öncülü 1a'nın, sivrisinek nöronlarının iki temel hedefi olan asetilkolinesteraz (AChE) ve nikotinik asetilkolin reseptörü (nAChR) ile etkileşimlerini değerlendirmek için moleküler kenetlenme modellemesi gerçekleştirdik. Bu hedefler, larva ölüm deneylerinde gözlemlenen nörotoksik semptomlara dayanarak seçilmiştir ve nöronal sinyalleşmenin bozulduğunu göstermektedir. Ayrıca, bu bileşiklerin organofosfatlar ve neonikotinoidlere yapısal benzerliği, bu hedeflerin tercih edilmesini daha da desteklemektedir; çünkü organofosfatlar ve neonikotinoidler sırasıyla AChE'yi inhibe ederek ve nAChR'yi aktive ederek toksik etkilerini göstermektedir.
Ayrıca, çeşitli bileşikler (1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f ve 7 dahil) SER280 ile etkileşime girer. SER280 kalıntıları kristal yapı konformasyonlarının şekillenmesinde rol oynar ve BT7'nin yeniden düzenlenmiş konformasyonunda korunmuştur. Bu etkileşim modlarının çeşitliliği, bu bileşiklerin aktif bölgedeki uyarlanabilirliğini vurgular; SER280 ve GLU359, bağlanma koşulları altında adaptif çapa bölgeleri olarak işlev görebilir. Sentetik türevler ile insan asetilkolinesterazında (AChE) bilinen SER-HIS-GLU katalitik üçlüsünün bileşenleri olan GLU359 ve SER280 gibi önemli kalıntılar arasında gözlemlenen sık etkileşimler, bu bileşiklerin katalitik olarak önemli bölgelere bağlanarak AChE üzerinde güçlü inhibitör etkiler gösterebileceği hipotezini daha da desteklemektedir.29,61,64
Özellikle, bileşik 6 ve öncülü 1a, biyolojik testte larvalara karşı en güçlü aktiviteyi göstermiş ve serideki bileşikler arasında en düşük LC₅₀ değerlerini sergilemiştir. Moleküler düzeyde, bileşik 6, GLU359 bölgesinde klorpirifos ile kritik bir etkileşim sergilerken, bileşik 1a, SER280'e bir hidrojen bağı yoluyla yeniden katkılanmış BT7 ile örtüşmektedir. Hem GLU359 hem de SER280, BT7'nin orijinal kristalografik bağlanma konformasyonunda mevcuttur ve asetilkolinesterazın (SER–HIS–GLU) korunan katalitik üçlüsünün bileşenleridir; bu da bileşiklerin inhibitör aktivitesini korumada bu etkileşimlerin fonksiyonel önemini vurgulamaktadır (Şekil 10).
BT7 türevleri (doğal ve yeniden oluşturulmuş BT7 dahil) ve klorpirifos arasında, özellikle katalitik aktivite için kritik olan kalıntılarda gözlemlenen bağlanma bölgelerindeki benzerlik, bu bileşikler arasında ortak bir inhibisyon mekanizmasının varlığını güçlü bir şekilde düşündürmektedir. Genel olarak, bu sonuçlar, tiyofen-izokinolinon türevlerinin, korunmuş ve biyolojik olarak ilgili etkileşimleri nedeniyle, son derece güçlü asetilkolinesteraz inhibitörleri olarak önemli potansiyelini doğrulamaktadır.
Moleküler kenetlenme sonuçları ile larva biyolojik test sonuçları arasındaki güçlü korelasyon, sentezlenen tiyofen-izokinolinon türevlerinin birincil nörotoksik hedeflerinin asetilkolinesteraz (AChE) ve nikotinik asetilkolin reseptörü (nAChR) olduğunu daha da doğrulamaktadır. Kenetlenme sonuçları reseptör-ligand afinitesi hakkında önemli bilgiler sağlasa da, tek başına bağlanma enerjisinin in vivo insektisit etkinliğini tam olarak açıklamak için yeterli olmadığı kabul edilmelidir. Benzer kenetlenme özelliklerine sahip bileşikler arasındaki LC₅₀ değerlerindeki farklılıklar, metabolik stabilite, emilim, biyoyararlanım ve böceklerdeki dağılım gibi faktörlerden kaynaklanabilir.⁶⁰,⁶⁴Ancak, rasyonel yapısal tasarım, bilgisayar simülasyonu ile simüle edilen yüksek reseptör afinitesi ve güçlü biyolojik aktivite, AChE ve nAChR'lerin gözlemlenen nörotoksisitenin ana aracıları olduğu görüşünü güçlü bir şekilde desteklemektedir.
Sonuç olarak, sentezlenen tiyofen-izokinolinon hibritleri, bilinen nöroaktif insektisitlerle büyük ölçüde uyumlu temel yapısal ve işlevsel unsurlara sahiptir. Tamamlayıcı etkileşim mekanizmaları yoluyla asetilkolinesteraz (AChE) ve nikotinik asetilkolin reseptörlerine (nAChR) etkin bir şekilde bağlanabilme yetenekleri, onları çift hedefli insektisitler olarak potansiyellerini vurgulamaktadır. Bu çift mekanizma, insektisit etkinliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda mevcut direnç mekanizmalarının üstesinden gelmek için umut vadeden bir strateji sunarak, bu bileşikleri yeni nesil sivrisinek kontrol ajanlarının geliştirilmesi için umut vadeden adaylar haline getirmektedir.
Moleküler dinamik (MD) simülasyonları, moleküler kenetlenme sonuçlarını doğrulamak ve genişletmek için kullanılır ve fizyolojik olarak gerçekçi koşullar altında ligand-hedef etkileşimlerinin daha gerçekçi ve zamana bağlı bir değerlendirmesini sağlar. Moleküler kenetlenme, potansiyel bağlanma pozisyonları ve afiniteleri hakkında değerli ön bilgiler sağlayabilse de, statik bir modeldir ve reseptör esnekliğini, çözücü dinamiklerini veya moleküler etkileşimlerdeki zamansal dalgalanmaları hesaba katamaz. Bu nedenle, MD simülasyonları, kompleks stabilitesini, etkileşim sağlamlığını ve ligandlarda ve proteinlerde zaman içinde meydana gelen konformasyonel değişiklikleri değerlendirmek için önemli bir tamamlayıcı yöntemdir.60,62,71
Nikotinik asetilkolin reseptörüne (nAChR) kıyasla asetilkolinesteraza (AChE) üstün bağlanma özelliklerine dayanarak, moleküler dinamik (MD) simülasyonları için ana molekül 1a'yı (en düşük LC₅₀ değerine sahip) ve en aktif tiyofen-izokinolin bileşiği 6'yı seçtik. Amaç, AChE aktif bölgesindeki bağlanma konformasyonlarının 100 ns'lik simülasyon boyunca stabil kalıp kalmadığını değerlendirmek ve bağlanma davranışlarını klorpirifos ve geri tepme kokristalize AChE inhibitörü BT7 ile karşılaştırmaktı.
Moleküler dinamik simülasyonları, genel kompleks stabilitesini değerlendirmek için kök ortalama kare sapmasını (RMSD); kalıntı esnekliğini incelemek için dalgalanmaların kök ortalama kare sapmasını (RMSF); ve hidrojen bağlarının, hidrofobik temasların ve iyonik etkileşimlerin stabilitesini belirlemek için ligand-alıcı etkileşim analizini içermiştir (Ek Veriler). Tüm ligandlar için RMSD ve RMSF değerleri, AChE-ligand kompleksinde önemli bir konformasyonel değişiklik olmadığını gösteren kararlı bir aralıkta kalmasına rağmen (Şekil 12), bu parametreler tek başına bileşikler arasındaki bağlanma kütlesi farklılıklarını tam olarak açıklamak için yeterli değildir.
Yayın tarihi: 15 Aralık 2025