Les maladies transmises par les moustiques demeurent un grave problème de santé publique à l'échelle mondiale.La résistance croissante des vecteurs de maladies, tels que Culex pipiens pallens, aux insecticides traditionnels aggrave encore ce problème. Dans cette étude, une série de nouveaux hybrides thiophène-isoquinoléinone ont été conçus, synthétisés et évalués comme larvicides potentiels. Parmi les composés synthétisés, les dérivés 5f, 6 et 7 ont démontré une activité larvicide significative contre les larves de Culex pipiens pallens, avec des CL₅₀ respectives de 0,3, 0,1 et 1,85 μg/mL. Notamment, les douze dérivés thiophène-isoquinoléinone ont tous démontré une toxicité significativement plus élevée que l'insecticide organophosphoré de référence, le chlorpyrifos (CL₅₀ = 293,8 μg/mL), confirmant ainsi la toxicité supérieure de ces composés. Il est intéressant de noter que l'intermédiaire de synthèse 1a (un semi-ester de thiophène) a présenté la plus forte activité (CL₅₀ = 0,004 μg/mL) et, bien que non encore totalement optimisé, son activité restait supérieure à celle de tous les dérivés finaux. Des études biologiques mécanistiques ont révélé d'importants symptômes de neurotoxicité, suggérant une altération de la fonction cholinergique. Des simulations de docking moléculaire et de dynamique moléculaire ont confirmé cette observation, révélant de fortes interactions spécifiques avec l'acétylcholinestérase (AChE) et le récepteur nicotinique de l'acétylcholine (nAChR), suggérant un possible mécanisme à double action. Des calculs de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont par ailleurs confirmé les propriétés électroniques et la réactivité favorables des composés actifs. La diversité structurale et l'activité constamment élevée de cette série de composés pourraient réduire le risque de résistance croisée et faciliter les stratégies de gestion de la résistance par rotation ou combinaison de composés. Globalement, ces résultats indiquent que les hybrides thiophène-isoquinoléinone constituent une option prometteuse pour le développement de larvicides de nouvelle génération ciblant les voies neurophysiologiques des insectes vecteurs.
Les moustiques figurent parmi les vecteurs les plus efficaces de maladies infectieuses, propageant un large éventail d'agents pathogènes dangereux et constituant une menace importante pour la santé publique mondiale. Des espèces telles que Culex pipiens, Aedes aegypti et Anopheles gambiae sont particulièrement connues pour transmettre des virus, des bactéries et des parasites, causant chaque année des millions d'infections et de nombreux décès. Par exemple, Culex pipiens est un vecteur majeur d'arbovirus tels que le virus du Nil occidental et le virus de l'encéphalite de Saint-Louis, ainsi que de maladies parasitaires comme le paludisme aviaire. Des recherches récentes ont également montré que Culex pipiens joue un rôle important dans la transmission de bactéries nocives telles que Bacillus cereus et Staphylococcus warwickii, qui contaminent les aliments et aggravent les problèmes de santé publique. La grande capacité d'adaptation, la forte capacité de survie et la résistance des moustiques aux méthodes de lutte les rendent difficiles à contrôler et constituent une menace persistante.
Les insecticides chimiques sont un outil essentiel dans la lutte contre les moustiques, notamment lors des épidémies de maladies transmises par ces insectes. Différentes classes d'insecticides, dont les pyréthroïdes, les organophosphorés et les carbamates, sont largement utilisées pour réduire les populations de moustiques et la transmission des maladies. Cependant, l'utilisation généralisée et prolongée de ces produits chimiques a engendré de graves problèmes environnementaux et de santé publique, tels que la perturbation des écosystèmes, des effets néfastes sur les espèces non ciblées et le développement rapide de résistances aux insecticides chez les moustiques.11, 12, 13, 14Cette résistance réduit considérablement l'efficacité de nombreux insecticides traditionnels, soulignant le besoin urgent de solutions chimiques innovantes dotées de nouveaux mécanismes d'action pour contrer efficacement ces menaces en constante évolution.11, 12, 13, 14Pour relever ces défis majeurs, les chercheurs se tournent vers des stratégies alternatives telles que la lutte biologique, le génie génétique et la gestion intégrée des vecteurs (GIV). Ces approches sont prometteuses pour une lutte durable et à long terme contre les moustiques. Cependant, lors d'épidémies et de situations d'urgence, les méthodes chimiques demeurent essentielles pour une intervention rapide.
Les alcaloïdes isoquinoléiques sont d'importants composés hétérocycliques azotés largement répandus dans le règne végétal, notamment dans des familles telles que les Amaryllidacées, les Rubiacées, les Magnoliacées, les Papavéracées, les Berbéridacées et les Ménispermacées.30 Des études antérieures ont confirmé que les alcaloïdes isoquinoléiques possèdent diverses activités biologiques et caractéristiques structurales, notamment des effets insecticides, antidiabétiques, antitumoraux, antifongiques, anti-inflammatoires, antibactériens, antiparasitaires, antioxydants, antiviraux et neuroprotecteurs.
Dans cette étude, les valeurs de χ² pour tous les composés étaient inférieures au seuil critique et les valeurs de p supérieures à 0,05. Ces résultats confirment la fiabilité des estimations de CL₅₀ et démontrent que la régression probabiliste peut décrire efficacement la relation dose-réponse observée. Par conséquent, les valeurs de CL₅₀ et les indices de toxicité (IT) calculés à partir du composé le plus actif (1a) sont très fiables et adaptés à la comparaison des effets toxicologiques.
Afin d'évaluer les interactions de 12 dérivés de thiophène-isoquinoléinone nouvellement synthétisés et de leur précurseur 1a avec deux cibles neuronales clés chez le moustique — l'acétylcholinestérase (AChE) et le récepteur nicotinique de l'acétylcholine (nAChR) —, nous avons réalisé une modélisation par amarrage moléculaire. Ces cibles ont été sélectionnées en fonction des symptômes neurotoxiques observés lors des tests de mortalité larvaire, indiquant une altération de la signalisation neuronale. De plus, la similarité structurale de ces composés avec les organophosphorés et les néonicotinoïdes conforte le choix de ces cibles, car les organophosphorés et les néonicotinoïdes exercent leurs effets toxiques en inhibant respectivement l'AChE et en activant le nAChR.
De plus, plusieurs composés (dont 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f et 7) interagissent avec SER280. Les résidus de SER280 participent à la détermination des conformations de la structure cristalline et sont conservés dans la conformation redopée de BT7. Cette diversité de modes d'interaction souligne l'adaptabilité de ces composés au sein du site actif, SER280 et GLU359 pouvant potentiellement servir de sites d'ancrage adaptatifs dans les conditions d'amarrage moléculaire. Les interactions fréquentes observées entre les dérivés synthétiques et des résidus clés tels que GLU359 et SER280, qui constituent la triade catalytique SER-HIS-GLU connue de l'acétylcholinestérase humaine (AChE), confortent l'hypothèse selon laquelle ces composés pourraient exercer de puissants effets inhibiteurs sur l'AChE en se liant à des sites catalytiques importants.29 61 64
Notamment, le composé 6 et son précurseur 1a ont démontré l'activité la plus puissante contre les larves lors du bioessai, affichant les valeurs de LC₅₀ les plus faibles parmi les composés de la série. Au niveau moléculaire, le composé 6 présente une interaction cruciale avec le chlorpyrifos au niveau du site GLU359, tandis que le composé 1a se superpose à BT7 redopé via une liaison hydrogène avec SER280. GLU359 et SER280 sont tous deux présents dans la conformation de liaison cristallographique originale de BT7 et sont des composants du triplet catalytique conservé de l'acétylcholinestérase (SER–HIS–GLU), soulignant l'importance fonctionnelle de ces interactions dans le maintien de l'activité inhibitrice des composés (Fig. 10).
La similarité observée au niveau des sites de liaison entre les dérivés de BT7 (BT7 natif et reconstitué) et le chlorpyrifos, notamment au niveau des résidus essentiels à l'activité catalytique, suggère fortement un mécanisme d'inhibition commun à ces composés. Globalement, ces résultats confirment le potentiel important des dérivés de thiophène-isoquinoléinone en tant qu'inhibiteurs très puissants de l'acétylcholinestérase, grâce à leurs interactions conservées et biologiquement pertinentes.
Une forte corrélation entre les résultats de l'amarrage moléculaire et ceux des bioessais larvaires confirme que l'acétylcholinestérase (AChE) et le récepteur nicotinique de l'acétylcholine (nAChR) sont les principales cibles neurotoxiques des dérivés de thiophène-isoquinoléinone synthétisés. Bien que les résultats de l'amarrage fournissent des informations importantes sur l'affinité récepteur-ligand, il convient de noter que l'énergie de liaison seule ne suffit pas à expliquer pleinement l'efficacité insecticide in vivo. Les différences de valeurs de CL₅₀ entre des composés présentant des caractéristiques d'amarrage similaires peuvent être dues à des facteurs tels que la stabilité métabolique, l'absorption, la biodisponibilité et la distribution chez les insectes.⁶⁰,⁶⁴Cependant, la conception structurelle rationnelle, la forte affinité pour les récepteurs simulée par simulation informatique et la puissante activité biologique soutiennent fortement l'idée que l'AChE et les nAChR sont les principaux médiateurs de la neurotoxicité observée.
En conclusion, les hybrides thiophène-isoquinoléinone synthétisés possèdent des éléments structuraux et fonctionnels clés largement compatibles avec les insecticides neuroactifs connus. Leur capacité à se lier efficacement à l'acétylcholinestérase (AChE) et aux récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine (nAChR) via des mécanismes d'interaction complémentaires souligne leur potentiel en tant qu'insecticides à double cible. Ce double mécanisme renforce non seulement l'efficacité insecticide, mais offre également une stratégie prometteuse pour contrer les mécanismes de résistance existants, faisant de ces composés des candidats prometteurs pour le développement d'agents de lutte antivectorielle de nouvelle génération.
Les simulations de dynamique moléculaire (DM) sont utilisées pour valider et étendre les résultats de l'amarrage moléculaire, offrant une évaluation plus réaliste et dépendante du temps des interactions ligand-cible dans des conditions physiologiques. Bien que l'amarrage moléculaire puisse fournir des informations préliminaires précieuses sur les positions et affinités de liaison potentielles, il s'agit d'un modèle statique qui ne tient pas compte de la flexibilité du récepteur, de la dynamique du solvant ni des fluctuations temporelles des interactions moléculaires. Par conséquent, les simulations de DM constituent une méthode complémentaire importante pour évaluer la stabilité des complexes, la robustesse des interactions et les changements conformationnels des ligands et des protéines au cours du temps.60, 62, 71
Compte tenu de leur affinité supérieure pour l'acétylcholinestérase (AChE) par rapport au récepteur nicotinique de l'acétylcholine (nAChR), nous avons sélectionné la molécule mère 1a (présentant la plus faible valeur de LC₅₀) et le composé thiophène-isoquinoléine 6, le plus actif, pour des simulations de dynamique moléculaire (DM). L'objectif était d'évaluer la stabilité de leur conformation de liaison dans le site actif de l'AChE sur une durée de simulation de 100 ns et de comparer leur comportement de liaison à celui du chlorpyrifos et de l'inhibiteur de l'AChE BT7, cocristallisé et lié à l'acétylcholine.
Les simulations de dynamique moléculaire incluaient l'écart quadratique moyen (RMSD) pour évaluer la stabilité globale du complexe ; l'écart quadratique moyen des fluctuations (RMSF) pour étudier la flexibilité des résidus ; et l'analyse des interactions ligand-accepteur pour déterminer la stabilité des liaisons hydrogène, des contacts hydrophobes et des interactions ioniques (Données supplémentaires). Bien que les valeurs de RMSD et de RMSF pour tous les ligands soient restées dans une plage stable, indiquant l'absence de changements conformationnels significatifs dans le complexe AChE-ligand (Figure 12), ces paramètres seuls ne suffisent pas à expliquer pleinement les différences de masse de liaison entre les composés.
Date de publication : 15 décembre 2025