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Tipo: Tese
Título: Physiological and molecular basis of spatial repellency mediated by pyrethrum and pyrethroids in Aedes-aegypti
Bases fisiológicas e moleculares da repelência mediada por piretro e piretróides em Aedes aegypti
Autor(es): Andreazza, Felipe
Abstract: Aedes aegypti mosquitoes are vectors of several viruses, such the ones causing Dengue and Yellow fevers, Chikungunya and Zika. Thus, compounds that can repel mosquitoes are used to prevent human-mosquito contact, aiding the fight against vector-borne diseases. Pyrethrum and its synthetic analogs, pyrethroids, are widely used for this purpose. However, the physiological and molecular mechanism of their spatial repellency (i.e., non-contact repellency) have not yet being deciphered. In this thesis, I bring two major contributions to the field, divided into two chapters. In the chapter 1, I present a continuing effort for understanding pyrethrum spatial repellency. As previous studies had shown that the activation of the odorant receptor (Or) protein AaOr31 by a minor component of pyrethrum [i.e., E)-β-farnesene (EBF)] only partially explain the pyrethrum repellency, I showed that pyrethrins I and II, the major components of this extract, elicit repellency by acting in two targets, the voltage-gated sodium channels and an Or expressed in a specific sensilla (i.e., sst-1) in Ae. aegypti antenna. Interesting, I also discovered that pyrethrins action on the voltage-gated sodium channels are responsible for enhancing the EBF repellency, explaining why EBF plays a role in pyrethrum repellency even at minute concentrations. In the chapter 2, I bring a contribution toward understanding the spatial repellency by transfluthrin, one of the main pyrethroids being recently deployed as mosquito repellent. Similarly to pyrethrins, transfluthrin elicits repellency by acting on the voltage-gated sodium channel. However, transfluthrin could not activate any neuron in mosquito major sensing appendages, as well as its repellency does not in-volve activation of any Or. Transfluthrin also enhances repellency of other Or-dependent repellents, including the gold-standard repellent DEET. In fact, I discovery that samples of commercial transfluthrin-based mosquito repellents elicit Or-mediated repellency, even though transfluthrin does not act on Ors. Together, these chapters illustrate that humans have been unknowingly exploiting this dual target synergistic mechanism for insect repellency for centuries, and that single action on voltage-gated sodium channels is sufficient to elicit repellency in Ae. aegypti. These results should inspire new chemistries toward volatile compounds acting on sodium channels and development of potent multi-target mixtures. The reduction in the concentration of individual components when in a mixture is expected to decrease environment contamination, and allergies, such as caused by high concentrations of DEET. There- fore, this new framework to be exploited promotes environmental and social sustainability, and aid the control of deadly vector-born human diseases. Keywords: Mosquitoes. Vector-borne diseases. Behavior. Voltage-gated sodium channels. Odorant receptors. Synergism.
Mosquitos Aedes aegypti são vetores de vários vírus, como os que causam Dengue, Febre Amarela, Chikungunya e Zika. Assim, compostos que podem repelir mosquitos são usados para reduzir o contato dos mosquito com os humanos, auxiliando no combate à doenças transmitidas por vetores. O piretro e seus análogos sintéticos, os piretróides, são amplamente utilizados com essa finalidade. No entanto, o mecanismo fisiológico e molecular de sua repelência espacial (i.e., sem-contato) ainda não foi decifrado. Nesta tese, eu trago duas contribuições importantes para a área, divididas em dois capítulos. No capítulo 1, apresento um esforço contínuo para compreender a repelência espacial do piretro. Como estudos anteriores mostraram que a ativação do receptor odorante (Or) da proteína AaOr31 por um componente minoritário do piretro [i.e., (E)-β-farnesene (EBF)] explica a repelência do piretro apenas parcialmente, eu mostrei que as piretrinas I e II, os principais componentes desse extrato, provocam repelência agindo em dois alvos, os canais de sódio dependentes de voltagem e um Or expresso em uma sensila específica (i.e., sst-1) na antena de Ae. aegypti. Curiosamente, eu também descobri que a ação das piretrinas nos canais de sódio dependentes de voltagem são responsáveis por aumentar a repelência do EBF, explicando por que o EBF desempenha um papel na repelência do piretro, mesmo em concentrações mínimas. No capítulo 2, trago uma contribuição para a compreensão da repelência espacial pela transflutrina, um dos principais piretróides recentemente implementados como repelente de mosquitos. Igualmente às piretrinas, a transflutrina provoca repelência ao agir nos canais de sódio dependentes de voltagem. No entanto, a transflutrina não conseguiu ativar nenhum neurônio nos principais apêndices dos mosquitos, e sua repelência não envolve a ativação de nenhum Or. A transflutrina também aumenta a repelência de outros repelentes que agem em Or, incluindo o conhecido repelente DEET. De fato, descobri que amostras comerciais de repelentes de mosquitos à base de transflutrina provocam repelência mediada por Or, mesmo que a transflutrina não atue sobre Ors. Juntos, esses capítulos ilustram que os humanos têm explorado sem saber esse mecanismo sinérgico com alvo duplo para repelência a insetos por séculos, e que uma ação apenas nos canais de sódio dependentes de voltagem já é suficiente para provocar repelência em Ae. aegypti. Esses resultados devem inspirar novas químicas de compostos voláteis que atuem nos canais de sódio, e o desenvolvimento de misturas mais potentes. Espera-se que a redução na concentração de componentes individuais quando em uma mistura diminua a contaminação do meio ambiente e as alergias, como as causadas por altas concentrações de DEET. Portanto, esta nova estrutura a ser explorada promove a sustentabilidade ambiental e social e auxilia no controle de doenças humanas transmitidas por vetores. Palavras-chave: Mosquitos. Doenças transmitidas por vetores. Comportamento. Canais de sódio dependentes de voltagem. Receptores de odor. Sinergismo.
Palavras-chave: Vetores de doenças - Comportamento
Canais de sódio disparados por voltagem
Receptores olfativos
CNPq: Entomologia Agrícola
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Doutor em Entomologia
Citação: ANDREAZZA, Felipe. Physiological and molecular basis of spatial repellency mediated by pyrethrum and pyrethroids in Aedes-aegypti. 2021. 125 f. Tese (Doutorado em Entomologia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://locus.ufv.br//handle/123456789/27958
Data do documento: 12-Fev-2021
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