Estrutura cristalina do domínio N-terminal do Ryanodine Receptor de Plutella plutella

Ryanodine receptors (RyRs) são canais de íon específico, que mediam a permeação dos íons de Ca^{2 +} através das membranas do retículo sarcoplasmático (RS) em células musculares. Portanto, eles jogam um papel importante na processo de acoplamento excitação contração. Na sua forma funcional, RyR monta como um homo-tetrâmero com uma massa molecular de > 2 MDa, com cada subunidade composto por resíduos de aminoácidos ~ 5000. Em mamíferos, existem três isoformas: RyR1 – tipo de músculo esquelético, RyR2 – tipo de músculo cardíaco e RyR3-ubiquitously expressa em tecidos diferentes¹.

Em insetos, há apenas um tipo de RyR, que é expresso no tecido muscular e nervoso². Inseto RyR é mais semelhante a mamíferos RyR2 com uma identidade de sequência de cerca de 47%³. Inseticidas de diamido segmentação RyR de Lepidoptera e Coleoptera foram desenvolvidas e comercializadas por grandes empresas como Bayer (flubendiamida), DuPont (chlorantraniliprole) e Syngenta (cyantraniliprole). Desde o seu lançamento relativamente recente, diamido inseticidas tornaram-se uma das classe mais rápido crescimento de inseticidas. Atualmente, as vendas destes três inseticidas anualmente cruzaram 2 bilhões dólares americanos com uma taxa de crescimento de mais de 50% desde 2009 (Agranova).

Estudos recentes têm relatado o desenvolvimento de resistência em insetos, depois de algumas gerações de uso destes inseticidas^4,5,6,7,8. As resistência mutações no domínio transmembrana de RyRs do diamondback moth (DBM), Plutella plutella (G4946E, I4790M) e as posições correspondentes em Minador do tomate, Tuta absoluta (G4903E, I4746M) mostram que a região pode ser envolvido na ligação de inseticida de diamido como esta região é conhecida por ser crítico para retenção do canal^4,8,9. Apesar de inúmeras pesquisas nesta área, os mecanismos moleculares exatos de diamido inseticidas permanecem indescritíveis. Além disso, não está claro se as mutações de resistência afetam as interações com diamides diretamente ou qual alostericamente.

Estudos anteriores relataram a estrutura de vários domínios RyR de espécies de mamíferos e a estrutura de completos mamíferos RyR1 e RyR2 por cristalografia de raios x e microscopia cryo-elétron, respectivamente^{10,11, 12,13,14,15,16,17,18,19,20,21} . Mas até agora, nenhuma estrutura de insecto RyR foi relatada, que nos proíbe de compreender os meandros moleculares da função do receptor, bem como os mecanismos moleculares de ação inseticida e desenvolvimento de resistência de inseticida.

Este manuscrito, apresentamos um protocolo de generalizadas para caracterização estrutural de domínio de β-trevo N-terminal do receptor de ryanodine do diamondback moth, uma praga destrutivo infectando crucíferos culturas no mundo²². A construção foi projetada de acordo com o coelho publicado RyR1 NTD cristal estruturas^23,24e o cryo-EM modelos estruturais^{16,17,18,19, 20 , 21}. esta é a primeira estrutura de alta resolução, relatada por inseto RyR, que revela o mecanismo de retenção de canal e fornece um modelo importante para o desenvolvimento de inseticidas espécie-específicos usando drogas baseada em estrutura de design. Para a elucidação da estrutura, utilizamos a cristalografia de raios x, que é considerada como o “padrão ouro” para a determinação da estrutura da proteína em perto de resolução atômica. Embora o processo de cristalização é imprevisível e trabalho intensivo, este protocolo passo a passo ajudará pesquisadores a express, purificar e caracterizar outros domínios de inseto RyR ou qualquer outras proteínas em geral.