Kristallstruktur des N-terminale Domäne des Ryanodin-Rezeptoren von Plutella xylostella

Ryanodin-Rezeptoren (RyRs) sind spezifische Ionenkanäle, die die Permeation von Ca^{2 +} -Ionen über den sarkoplasmatischen Retikulum (SR)-Membranen in den Muskelzellen zu vermitteln. Daher spielen sie eine wichtige Rolle in der Erregung Kontraktion Kupplung Prozess. In seiner funktionalen Form RyR montiert wie ein Homo-Tetramer mit einer Molekülmasse von > 2 MDa mit jeder Untereinheit, bestehend aus ~ 5000 Aminosäurereste. Bei Säugetieren, gibt es drei Isoformen: RyR1 – Skelettmuskulatur Typ, Herzmuskel Typ RyR2- und RyR3-ubiquitär in verschiedenen Geweben¹ausgedrückt.

Bei Insekten gibt es nur eine Art von RyR, das Muskel- und Nervensystem Gewebe²ausgedrückt wird. Insekt RyR ist ähnlicher Säugetier RyR2 mit einer Sequenz-Identität von etwa 47 %³. Diamide Insektizide targeting RyR Lepidoptera und Coleoptera entwickelt und vermarktet von Großunternehmen wie Bayer (Flubendiamid), DuPont (Chlorantraniliprole) und Syngenta (Cyantraniliprole). Seit relativ kurzer Zeit sind Diamide Insektizide eines der am schnellsten wachsende Klasse von Insektiziden geworden. Derzeit haben die Verkäufe von diesen drei Insektizide jährlich 2 Milliarden US-Dollar mit einer Wachstumsrate von mehr als 50 % seit 2009 (Agranova) überschritten.

Jüngste Studien haben die Entwicklung von Resistenzen bei Insekten nach wenigen Generationen der Nutzung dieser Insektizide^4,5,6,7,8berichtet. Die Resistenzmutationen in der transmembrane Domäne des RyRs aus der Diamondback Moth (DBM), Plutella Xylostella (G4946E, I4790M) und die entsprechenden Positionen in Tomaten-Leafminer, Tuta Absoluta (G4903E, I4746M) zeigen, dass die region könnte Diamide Insektizid Bindung beteiligt sein, da diese Region bekannt ist kritisch für die Anspritzung von Channel^4,8,9. Trotz umfangreicher Forschung in diesem Bereich bleiben die genauen molekularen Mechanismen der Diamide Insektizide schwer. Darüber hinaus ist unklar, ob die Resistenzmutationen Interaktionen mit Diamides direkt oder allosterically betreffen.

Frühere Studien haben berichtet, die mehrere Domänen RyR Säugetierarten und Struktur in voller Länge Säugetier-RyR1 und RyR2 durch Röntgen-Kristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie, bzw.^{10,11, 12,13,14,15,16,17,18,19,20,21} . Aber bisher keine Struktur des Insekts RyR wurde berichtet, das verbietet uns vom Verständnis der molekularen Feinheiten der Rezeptor-Funktion sowie die molekularen Wirkmechanismen Insektizid und Insektizid Resistenzentwicklung.

In diesem Manuskript präsentieren wir eine generalisierte Protokoll für die strukturelle Charakterisierung der N-terminale β-Kleeblatt-Domäne des Ryanodin-Rezeptoren von Diamondback Moth, zerstörerischen Schädling infiziert Kreuzblütler Kulturen weltweit²². Das Konstrukt wurde nach den veröffentlichten Kaninchen RyR1 NTD Kristall Strukturen^23,24, Cryo-EM Strukturmodellen^16,17,18,19, entwickelt. ^{20 , 21}. Dies ist die erste hochauflösende Struktur für Insekt RyR, die zeigt des Mechanismus für die Anspritzung Kanal und stellt eine wichtige Vorlage für die Entwicklung der artspezifischen Insektizide mit Struktur-basierte Wirkstoffdesign gemeldet. Für die Strukturaufklärung beschäftigten wir Röntgen-Kristallographie, die als “Goldstandard” für Protein Strukturaufklärung an in der Nähe von atomarer Auflösung gilt. Obwohl die Kristallisation unberechenbar und arbeitsintensiv ist, wird dieser Schritt für Schritt-Protokoll den Forschern helfen, zum Ausdruck bringen, zu reinigen und zu anderen Domänen von Insekten RyR oder andere Proteine im Allgemeinen zu charakterisieren.