开发基于荧光的高通量筛选方法用于鉴定靶向鱼尼丁受体的杀虫剂

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鱼尼丁受体(RyR)是位于内质网(ER)和肌质网(SR)膜上的大型Ca2+释放通道。它们是由四个相同亚基组成的四聚体分子。有四个延伸到细胞质中的N末端区域,C末端是跨膜结构域,N末端是疏水结构域。RyR是迄今为止发现的最大的离子通道蛋白之一,分子量约为2.2 MDa。RyR是配体门控通道,在肌肉收缩的过程中,动作电位将首先激活细胞膜上的电压门控钙通道,引起Ca2+内流,打开RyR,导致ER释放Ca2+,细胞质中Ca2+的浓度增加,从而引起肌肉收缩。哺乳动物的RyR可以分为三个同工型,RyR1,RyR2和RyR3。昆虫只有一种类型的RyR。由于不同物种RyR结构的差异,导致靶向RyR的杀虫剂具有高度的特异性。双酰胺类的杀虫剂是一类靶向RyR的高效和高选择性的杀虫剂,包括氯虫苯甲酰胺(Chlo),氟苯虫酰胺和溴氰虫酰胺,它们可以直接结合并激活昆虫RyR,引起细胞内钙库释放不受控制,最终导致钙库耗竭,昆虫肌肉痉挛而死。它们是市场上最畅销的杀虫剂,并且已注册用于防治鳞翅目害虫。如草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda,sf)是鳞翅目夜蛾科的一种害虫,在许多国家已经造成了巨大的农业损失。由于双酰胺类杀虫剂的大量使用,昆虫的抗药性问题日益突出,已经在全球范围内产生了极高的耐药性,这引起了严重的抗药性危机。因此,亟需开发新的绿色杀虫剂来应对害虫危机。目前报道的杀虫剂筛选主要是基于昆虫活体的杀虫剂筛选。这种筛选的缺点是通量低、成本高、选择性差。我们开发了一种基于荧光的高通量筛选方法,用延时荧光来测量ER内腔中Ca2+的浓度变化。我们在HEK293细胞的ER内稳定表达了Ca2+荧光指示剂蛋白R-CEPIA1er,用于指示ER中Ca2+浓度的变化并反映RyR活性的变化。用Flexstation 3.0设备对野生型草地贪夜蛾RyR(WT sf RyR)进行96孔板的高通量筛选(High-throughput screening,HTS)。用RyR进行HTS的关键是能够在生理条件下定量评估钙离子通道的活性。通过对化合物库的高通量筛选,我们鉴定出了四种有杀虫活性的新化合物MY-C0001,MY-C0002,MY-C0003,MY-C0004。然后,我们在细胞水平上比较了这四种活性化合物的物种选择性,以确保对哺乳动物rabbit RyR1(r RyR1)的选择性远低于对昆虫RyR的选择性。果蝇(Drosophila melanogaster,fruit flies)作为模型昆虫,已广泛用于RyR功能的研究。我们利用CRISPR/Cas9基因编辑技术得到表达害虫RyR的果蝇品系,在果蝇模型上进一步证实了这四种活性化合物的功效。还通过分子动力学模拟(MD)分析了活性化合物和RyR之间的相互作用,从空间的维度揭示了化合物的结合位点和作用模式。我们的研究建立了一种基于荧光的高通量筛选方法用于筛选靶向RyR的活性杀虫剂,为应对杀虫剂抗性危机带来新思路。
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