昆虫臭気剤受容体イオンイオンチャネルのアロステリック拮抗作用

背景：分子レベルでは、昆虫は、揮発性臭気剤を検出するために、細胞表面化学感覚受容体の非常に多様で無関係なファミリーのメンバーを利用します。ほとんどの臭気は、よく保存されているまたは共受容体（ORCO）イオンチャネルからなるヘテロマー複合体と非保存のチューニングを形成するヘテロマー錯体、または各複合体にコーディング特異性を提供する臭気剤受容体（OR）のファミリーを介して検出されます。Orcoは非選択的陽イオンチャネルとして機能し、嗅覚受容体ニューロン（ORN）の大部分で発現します。多くの昆虫の破壊的な行動は主に嗅覚によって駆動されるため、Orcoは行動ベースの制御戦略の新しいターゲットを表しています。多くの天然および合成臭気剤がORCO/または複合体を苦しめることが示されていますが、単一の直接ORCOモジュレーターであるVUAA1のみが報告されています。追加のORCOモジュレーターを特定するために、VUAA1周辺の構造/活動関係を調査しました。 結果：私たちの化合物ライブラリの検索により、マラリアベクターアノフェレスガンビア（アゴルコ）からorcoを発現するHEK細胞に対する評価のために選択されたいくつかのVUAA1類似体が特定されました。化合物の大部分は活性を示しませんでしたが、これらの類似体の多くは本質的な有効性を持っていませんが、代わりに競争力のあるVUAA1拮抗薬として機能します。in vivo記録におけるカルシウム動員アッセイ、パッチクランプ電気生理学、および単一感覚の記録を使用して、そのような候補の1つであるVU0183254が、臭気を介したまたは複合施設活性化を広く阻害できる特定のアロステリックモジュレーターであることを示します。 結論：我々は、最初のOrco拮抗薬を説明し、特徴づけました。これは、乱用性誘発性の活性化または複合体の活性化を競合的に阻害することができ、それによってこのリガンド依存性イオンチャネルのこのユニークなファミリーの構造/機能に関する追加の洞察を提供します。ORCOの拮抗薬は昆虫制御プログラムの有用性が限られている可能性が高いが、それらは昆虫の嗅覚シグナル伝達の根底にある分子メカニズムの調査を促進する重要な薬理学的ツールを表している。

BACKGROUND: At a molecular level, insects utilize members of several highly divergent and unrelated families of cell-surface chemosensory receptors for detection of volatile odorants. Most odors are detected via a family of odorant receptors (ORs), which form heteromeric complexes consisting of a well-conserved OR co-receptor (Orco) ion channel and a non-conserved tuning OR that provides coding specificity to each complex. Orco functions as a non-selective cation channel and is expressed in the majority of olfactory receptor neurons (ORNs). As the destructive behaviors of many insects are principally driven by olfaction, Orco represents a novel target for behavior-based control strategies. While many natural and synthetic odorants have been shown to agonize Orco/Or complexes, only a single direct Orco modulator, VUAA1, has been described. In an effort to identify additional Orco modulators, we have investigated the structure/activity relationships around VUAA1. RESULTS: A search of our compound library identified several VUAA1 analogs that were selected for evaluation against HEK cells expressing Orco from the malaria vector Anopheles gambiae (AgOrco). While the majority of compounds displayed no activity, many of these analogs possess no intrinsic efficacy, but instead, act as competitive VUAA1 antagonists. Using calcium mobilization assays, patch clamp electrophysiology, and single sensillum in vivo recording, we demonstrate that one such candidate, VU0183254, is a specific allosteric modulator of OR signaling, capable of broadly inhibiting odor-mediated OR complex activation. CONCLUSIONS: We have described and characterized the first Orco antagonist, that is capable of non-competitively inhibiting odorant-evoked activation of OR complexes, thereby providing additional insight into the structure/function of this unique family of ligand-gated ion channels. While Orco antagonists are likely to have limited utility in insect control programs, they represent important pharmacological tools that will facilitate the investigation of the molecular mechanisms underlying insect olfactory signal transduction.