Ly-6/neurotoxin对杀虫剂与乙酰胆碱受体互作的调控机制

Insect nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are important targets for many kinds of insecticides, including neonicotinoids, spinosyns and nereistoxin analogues. It is hoped that studies on the mechanisms of interaction of insect nAChRs and insecticides will help in the development of novel insecticides and in their rational use and resistance management. Previous studies found that Ly-6/neurotoxin (Lynx) could improve the efficacy of insecticides by regulating the interaction of insecticides and nAChRs, nevertheless the mechanism was unclear. Thus, in present study, based on as many as 11 potential Lynx have been found and cloned, the following research will be performed 1) clarifying the regulating capability and selectivity of lynx by using heterogenous expression system and electrophysiological system, 2) uncovering the relativity of spatial structure and function of lynx with molecular simulation and protein homology modeling, 3) establishing molecular model of interaction of Lynx and nAChR by molecular docking and validating the key amino acid of lynx for the interaction by site-directed mutagenesis. The project is expected to reveal the mechanism of Lynx regulating interaction of insecticides and nAChR, to get an insight into the function of associated proteins of nAChRs and to provide theoretical basis and practical experience for the functional expression of nAChRs with only insect subunits. Meanwhile, it is conducive to develop insecticides potentially targeting the lynx or the regulative process of lynx.

昆虫烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）是重要的杀虫剂靶标，其与杀虫剂互作的研究对于新农药创制、害虫防治和抗性治理等具有重要意义。研究发现Ly-6/neurotoxin（Lynx）能通过调控杀虫剂与nAChR的互作提高杀虫剂的药效，但机制尚不明确。因此，本项目在已发现东亚飞蝗多达11个Lynx的基础上推进以下研究：通过外源表达和电生理实验明确Lynx的调控功能差异与选择性；结合分子模拟及同源模建，明确Lynx空间结构与功能的关联；建立Lynx与nAChR互作的分子模型并通过氨基酸定点突变等验证Lynx与nAChR互作的关键氨基酸位点。本项目有望阐明Lynx对杀虫剂与nAChR互作的调控机制，深化对nAChR互作蛋白的功能认识，为实现全昆虫亚基nAChR的体外功能表达提供理论基础和实验支撑。同时，明确Lynx对杀虫剂与nAChR互作的调控机制，有利于以Lynx及其调控过程为潜在靶标的杀虫剂创制。

昆虫烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）是重要的杀虫剂靶标，乙酰胆碱受体的结构与功能及其与杀虫剂互作等的研究对于新农药创制、害虫防治和抗性治理等具有重要意义。研究发现Ly-6/neurotoxin（lynx）能够调控乙酰胆碱受体与杀虫剂的互作，但昆虫中存在多少lynx及不同lynx对乙酰胆碱受体的调控差异尚不明确。本项目开展了东亚飞蝗lynx的鉴定及其调控乙酰胆碱受体与杀虫剂互作、lynx三维结构模拟及其结构与功能的关系、蜘蛛乙酰胆碱结合蛋白（AChBP）作为昆虫乙酰胆碱受体替代研究模型等方面的研究。结果表明，东亚飞蝗中共有11个lynx，其中只有lynx10能够对全部7种亚型乙酰胆碱受体发挥调控作用，相反，lynx8和lynx11对任何一个亚型的乙酰胆碱受体都没有调控作用。其它lynx只对某几种亚型的乙酰胆碱受体具有调控作用。其中，Lynx1、4、6和10能够同时调控乙酰胆碱受体的门控过程和与配体的结合过程，然而，lynx2、3、5、7和9只能调控乙酰胆碱受体的门控过程。在乙酰胆碱受体的研究过程中，发现拟环纹豹蛛中存在乙酰胆碱结合蛋白，在Sf9表达系统中可表达为有功能的蛋白复合体。与水生生物的乙酰胆碱结合蛋白相比，蜘蛛乙酰胆碱结合蛋白对新烟碱类杀虫剂具有更高的亲和力，表明拟环纹豹蛛的乙酰胆碱结合蛋白更适于作为昆虫乙酰胆碱受体结构与功能研究的结构模型。本项目阐明了不同Lynx对杀虫剂与nAChR互作的调控差异，深化了对乙酰胆碱受体互作蛋白的功能认识。同时，蜘蛛乙酰胆碱结合蛋白可用于外源表达系统中以昆虫乙酰胆碱受体为靶标的化合物的初步筛选，避开了外源表达系统无法表达昆电乙酰胆碱受体的问题，有利于新杀虫剂的改造与创制。