Effects of essential oils on native and recombinant acetylcholinesterases of Rhipicephalus microplus / Efeito de óleos essenciais sobre acetilcolinesterases nativa e recombinante de Rhipicephalus microplus

Abstract This study reports the action of essential oils (EO) from five plants on the activity of native and recombinant acetylcholinesterases (AChE) from Rhipicephalus microplus. Enzyme activity of native susceptible AChE extract (S.AChE), native resistant AChE extract (R.AChE), and recombinant enzyme (rBmAChE1) was determined. An acetylcholinesterase inhibition test was used to verify the effect of the EO on enzyme activity. EO from Eucalyptus globulus, Citrus aurantifolia, Citrus aurantium var.dulcis inhibited the activity of S.AChE and R.AChE. Oils from the two Citrus species inhibited S.AChE and R.AChE in a similar way while showing greater inhibition on R.AChE. The oil from E. globulus inhibited native AChE, but no difference was observed between the S.AChE and R.AChE; however, 71% inhibition for the rBmAChE1 was recorded. Mentha piperita oil also inhibited S.AChE and R.AChE, but there was significant inhibition at the highest concentration tested. Cymbopogon winterianus oil did not inhibit AChE. Further studies are warranted with the oils from the two Citrus species that inhibited R.AChE because of the problem with R. microplus resistant to organophosphates, which target AChE. C. winterianus oil can be used against R. microplus populations that are resistant to organophosphates because its acaricidal properties act by mechanism(s) other than AChE inhibition.

Resumo Este estudo relata a ação de óleos essenciais de cinco plantas na atividade de acetilcolinesterases (AChE) nativas e recombinantes de Rhipicephalus microplus. A atividade enzimática do extrato de acetilcolinesterase nativa suscetível (S.AChE) e resistente (R.AChE) e da enzima recombinante (rBmAChE1) foi determinada. Um teste de inibição da AChE foi utilizado, para verificar o efeito dos óleos essenciais sobre a atividade enzimática. Óleos essenciais de Eucalyptus globulus, Citrus aurantifolia, Citrus aurantium var. dulcis inibiram a atividade de S.AChE e R.AChE. Os óleos das duas espécies de Citrus inibiram S.AChE e R.AChE de maneira semelhante, mas mostraram maior inibição sobre R.AChE. O óleo de E. globulus inibiu a AChE nativa, mas sem diferença entre a S.AChE e a R.AChE; no entanto, 71% de inibição para rBmAChE1 foi observada. O óleo de Mentha piperita também inibiu S.AChE e R.AChE, mas houve inibição significativa apenas nas concentrações mais altas testadas. O óleo de Cymbopogon winterianus não inibiu a AChE. Estudos adicionais são necessários com os óleos das duas espécies de Citrus que inibiram a R.AchE, devido ao problema de R. microplus resistente aos organofosforados ter como alvo AChE. O óleo de C. winterianus pode ser usado contra populações de R. microplus, que são resistentes a organofosforados, porque suas propriedades acaricidas agem por mecanismos diferentes.

Anti-tick effect and cholinesterase inhibition caused by Prosopis juliflora alkaloids: in vitro and in silico studies / Efeito carrapaticida e inibição da acetilcolinesterase por alcaloides de Prosopis juliflora: estudos in vitro e in silico

Abstract We investigated the in vitro acaricide activity of the methanolic extract (ME) and alkaloid-rich fraction (AF) of Prosopis juliflora on Rhipicephalus microplus and correlated this effect with acetylcholinesterase (AChE) inhibition. The acaricide activity was evaluated using adult and larval immersion tests. Also, we studied the possible interaction mechanism of the major alkaloids present in this fraction via molecular docking at the active site of R. microplus AChE1 (RmAChE1). Higher reproductive inhibitory activity of the AF was recorded, with effective concentration (EC50) four times lower than that of the ME (31.6 versus 121 mg/mL). The AF caused mortality of tick larvae, with lethal concentration 50% (LC50) of 13.8 mg/mL. Both ME and AF were seen to have anticholinesterase activity on AChE of R. microplus larvae, while AF was more active with half-maximal inhibitory concentration (IC50) of 0.041 mg/mL. The LC-MS/MS analyses on the AF led to identification of three alkaloids: prosopine (1), juliprosinine (2) and juliprosopine (3). The molecular docking studies revealed that these alkaloids had interactions at the active site of the RmAChE1, mainly relating to hydrogen bonds and cation-pi interactions. We concluded that the alkaloids of P. juliflora showed acaricide activity on R. microplus and acted through an anticholinesterase mechanism.

Resumo A atividade carrapaticida in vitro do extrato metanólico (EM) e da fração de alcaloides (FA) de Prosopis juliflora foi investigada, frente ao Rhipicephalus microplus, e relacionada com a inibição da enzima acetilcolinesterase (AChE). A predição in silico das interações de alcaloides dessa fração com a AChE1 de R. microplus (RmAChE1) foi realizada por acoplamento molecular. A atividade carrapaticida foi avaliada, utilizando-se os ensaios de imersão de adultos e larvas. Maior efeito sobre parâmetros reprodutivos de teleóginas foi verificado para a FA, com valor de Concentração Efetiva 50% (CE50) (31.6 mg/mL), quatro vezes menor do que o valor do EM (121 mg/mL). A FA induziu mortalidade de larvas (Concentração Letal de 50% - CL50 = 13,8 mg/mL). A inibição da atividade da AChE de larvas do carrapato foi observada para EM e FA, sendo a FA mais ativa (Concentração Inibitória 50%- CI50 de 0,041mg/mL). As análises químicas da FA permitiram a identificação dos alcaloides prosopina (1), juliprosinina (2) e juliprosopina (3). No ensaio in silico, observou-se que esses alcaloides podem interagir com o sítio ativo da RmAChE1, principalmente por ligações de hidrogênio e interações cátion-pi. Os alcaloides de P. juliflora têm atividade carrapaticida contra R. microplus, atuando através do mecanismo anticolinesterásico.