印楝素诱导小菜蛾细胞自噬和凋亡的分子机理

Azadirachtin is the best botanical pesticide in the world, however the mechanism of azadiractin is still elusive.We has first observed that low concentration of azadirachtin induced autophagy, and apoptosis increased with the induced time extended. To reveal the relation and mechanism of autophagy and apoptosis is crucial for explain of how azadirachtin inhibites the growth and development of inescts. Here we will determine the morphological characteristics of autophagy and apotosis and the expressions of the autophagy-related genes Atg5 and Atg8 in Plutella xylostella and its cultured embryonic cells treated with azadirachtin.The genes InR/PI3K/Tor in the insulin-PI3K-Tor signaling pathway will be further evaluated to uncover the molecular mechanism of induced autophagy and apoptosis by azadiractin. It will provide a guidance for its scientific structure modification andstructure-activity relationship analysis, and a new idea for the new pesticide discovery with a new mode of action.

印楝素被认为是世界上最优秀的植物源农药，但其作用机制尚未明确。申请者首次观察到了低剂量印楝素可以诱导细胞自噬，随着诱导时间的延长，细胞凋亡率增加。明确印楝素作用下细胞自噬和凋亡两者相互关系，和印楝素诱导自噬、凋亡的分子机制，是揭示印楝素抑制昆虫细胞生长发育的关键。本项目以小菜蛾及其离体胚胎细胞系为模型，通过激光共聚焦、RT-PCR、Western blot等手段研究印楝素作用下细胞自噬和凋亡关键基因/蛋白Atg8和分子开关Atg5的表达情况，以明确两者关系；并进一步研究印楝素对胰岛素-PI3K-Tor分子通路中关键基因/蛋白InR、PI3K、Tor的影响，以揭示胰岛素-PI3K-Tor分子通路在印楝素诱导细胞自噬和凋亡的机制，从而揭示印楝素抑制昆虫生长发育的分子机理，为印楝素的科学使用提供理论根据，为新颖作用靶标的农药分子设计提供重要思路。

印楝素被认为是世界上最优秀的植物源农药，前期研究发现印楝素可以诱导细胞自噬和凋亡，但是两者相互关系和分子机制不明确。 本项目以小菜蛾胚胎细胞DBM和斜纹夜蛾卵巢细胞SL-1为对象，从细胞形态学和分子水平上研究证明了印楝素引起昆虫细胞发生自噬和凋亡现象，并且明确了印楝素诱导昆虫发生细胞自噬、凋亡与印楝素的剂量呈正相关性；然后从分子开关Atg5入手，探讨了印楝素对细胞自噬基因/蛋白Atg8、凋亡蛋白capase 3以及分子开关Atg5的mRNA和蛋白表达的影响，证明了在印楝素的作用下昆虫细胞的自噬先于凋亡发生，并通过Atg5活化由自噬向凋亡转化，从而明确了两者的相互关系；最后研究了印楝素对昆虫细胞的胰岛素InR-PI3K-Akt-Tor分子通路中的Akt、Tor等关键蛋白/基因的影响，证明了印楝素通过胰岛素InR-PI3K-Tor分子通路诱导昆虫细胞发生自噬和凋亡。本项目将细胞自噬、凋亡和胰岛素信号联系起来，揭示了印楝素抑制昆虫生长发育的分子机理，为进一步寻找印楝素的直接作用靶标提供了理论基础。