Structural and biochemical studies of insects' odorant binding proteins

Mosquitoes, the main vectors of multiple parasites and viruses, are one of the mostdangerous animals on the planet, causing over a million deaths annually. The largenumber of deaths attributed to them makes the need to control insect vectors imperative.The most common and effective way of limiting mosquitoes is the use of insectrepellents.Odorant binding proteins (OBPs) participate in the initial step of the olfactorytransduction pathway making them valuable targets for the discovery and design of newinsect repellent chemical compounds and mixtures.The determination of the tertiary structure of OBPs as well as their complexes withligands provides detailed information both on the overall structure and on the individualprotein-protein and protein-ligand interactions, information that may lead to finding ofmore effective, safer, and friendly to the environment chemicals as mosquito controlagents.In the context of this thesis, the proteins of the mosquito Anopheles gambieAgamOBP1, AgamOBP4 and AgamOBP5, as well as the AealOBP1 protein of themosquito Aedes albopictus were studied. Regarding the proteins AgamOBP1,AgamOBP4, a total of six new ligands were discovered by the RCE approach (ReverseChemical Ecology). The crystal structures of AgamOBP5 and AealOBP1 were alsodetermined. Two binding sites in AgamOBP5 that bind monoterpenes (carvacrol,thymol) were identified, thus making AgamOBP5 the first monoterpene specific targetamong OBPs. At the same time, the determination of the three-dimensional structureof AealOBP1 provides a novel molecular target for application of OBP-based RCEapproaches.The research results of this thesis contribute to the understanding of the molecular basisof odorants recognition by OBPS. Significantly, it expands the number of availablemolecular targets and repellent compounds, paving the way for the discovery of newones. Therefore, contributes to the strengthening of our chemical arsenal for the controlof mosquito-borne diseasesΤα κουνούπια, οι κύριοι φορείς πολλαπλών παρασίτων και ιών, αποτελούν ένααπό τα πιο επικίνδυνα ζώα στον πλανήτη προκαλώντας πάνω από ένα εκατομμύριοθανάτους ετησίως. Ο μεγάλος αριθμός θανάτων που οφείλονται σε αυτά καθιστάεπιτακτική την ανάγκη ελέγχου των εντόμων διαβιβαστών. Ο πιο κοινός καιαποτελεσματικός τρόπος περιορισμού τους είναι η χρήση εντομοαπωθητικών.Οι οσφρητικές πρωτεΐνες δέσμευσης οσμογόνων μορίων (OBPs) συμμετέχουνστο εναρκτήριο στάδιο του οσφρητικού μεταγωγικού μονοπατιού, γεγονός που τιςκαθιστά ιδανικούς μοριακούς στόχους για την ανακάλυψη και το σχεδιασμό νέωνεντομοαπωθητικών χημικών ενώσεων και μιγμάτων τους.Ο προσδιορισμός της τριτοταγούς δομής των OBPs αλλά και των συμπλόκωντους με προσδέτες, παρέχει λεπτομερείς πληροφορίες τόσο για τη συνολική δομή όσοκαι για τις επιμέρους αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης - πρωτεΐνης και πρωτεΐνης –προσδετών, στοιχεία που δύνανται να οδηγήσουν στην εύρεση αποτελεσματικότερων,ασφαλέστερων και φιλικών προς το περιβάλλον χημικών μέσων ελέγχου τωνκουνουπιών.Στο πλαίσιο της παρούσας Διδακτορικής διατριβής μελετήθηκαν οι πρωτεΐνεςτου ανωφελή κώνωπα AgamOBP1, AgamOBP4 και AgamOBP5, καθώς και ηπρωτεΐνη AealOBP1 του κουνουπιού Aedes albopictus. Όσον αφορά τις πρωτεΐνεςAgamOBP1, AgamOBP4 ανακαλύφθηκαν έξι νέοι προσδέτες με την προσέγγιση τηςΑντίστροφης Χημικής Οικολογίας (ΑΧΟ). Προσδιορίστηκαν επίσης οι τρισδιάστατεςδομές των AgamOBP5 και AealOBP1. Ταυτοποιήθηκαν δύο κέντρα σύνδεσης στηνAgamOBP5 που προσδένονται μονοτερπένια (καρβακρόλη, θυμόλη), αναδεικνύοντάςτην ως τον πρώτο μοριακό στόχο μεταξύ των OBPs με εξειδίκευση για μονοτερπένια.Ενώ παράλληλα ο προσδιορισμός της τρισδιάστατης δομής της AealOBP1 καθιστάδυνατή την ανάδειξή ενός επιπλέον μοριακού στόχου για την εφαρμογή της προσέγγισηΑΧΟ με βάση τις OBP.Τα ερευνητικά αποτελέσματα αυτής της διατριβής συμβάλλουν στηνκατανόηση της μοριακής βάσης της αναγνώρισης οσμών από τις OBPs. Είναισημαντικό ότι διευρύνει τον αριθμό των διαθέσιμων μοριακών στόχων και απωθητικώνενώσεων, ανοίγοντας το δρόμο για την ανακάλυψη νέων. Ως εκ τούτου, συμβάλλειστην ενίσχυση του χημικού μας οπλοστασίου για τον έλεγχο των ασθενειών πουμεταδίδονται από τα κουνούπι