Sodium channels in insect neuronal membranes as targets for natural neurotoxins and pyrethroids

par Ewa Kielbasiewicz

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Françoise Grolleau et de Maria Stankiewicz.

Soutenue en 2006

à Angers .

mots clés

• Électrophysiologie
• Deltaméthrine
• Scorpions -- Venin
• Insectes -- Effets des insecticides

Résumé

A combined use of synergistically acting insecticidal compounds such as pyrethroids, scorpion toxin and baculovirus may be proposed as an alternative to battle the appearance of resistance development among various pests. This requires a good knowledge about the mode of action of each compound. Different electrophysiological techniques were used to determine here (1) the activity of toxins (APE 2-1 and APE 5-3) from sea anemone (Anthopleura elegantissima) venom on insect preparations (giant axon and DUM neurons of cockroach), (2) the interactions between anemone (anemonia sulcata) ATX II toxin and deltamethrin in cockroach nervous system and (3) the mode of action of Ts VII toxin (from Tityus serrulatus scorpion venom) on DUM neuron. As a result, the APE 2-1 and APE 5-3 toxins inhibited sodium current inactivation and evoked plateau action potentials. As APE 2-1 was more efficient than APE 5-3 and ATX II, the former may be proposed as a good candidate for a bio-insecticide. Although interaction between ATX II and deltamethrin is positive in isolated giant axon and DUM neurons, we found opposite results from in situ preparations. The activity of glial cells is discussed. Finally, the toxin Ts VII strongly depolarized DUM neurons by modifying both voltage-gated and background sodium channels and increased the intracellular calcium concentration. This adds to the literature offering a new strategy to prevent scorpionism

Résumé

L’utilisation combinée de composés insecticides agissant de façon positivement synergique (i. E. Pyrethrinoïdes, toxines de scorpion et baculovirus) peut être une alternative à l’apparition de phénomènes de résistance développées par les insectes ravageurs. Ceci nécessite néanmoins de bien comprendre le mécanisme d’action de chacun des composés. Différentes techniques d’électrophysiologie ont été utilisées dans ce travail pour étudier (1) l’activité de deux toxines (APE 2-1 et APE 5-3) d’anémone de mer (Anthopleura elegantissima) sur des préparations biologiques d’insecte (axone géant et neurone DUM de blatte), (2) les interactions entre la toxine d’anémone (Anemonia sulcata) ATX II et la déltamethrine sur le système nerveux de la blatte et (3) le mode d’action de Ts VII, toxine isolée du venin du scorpion Tityus serrulatus et testé sur les neurones DUM. Les résultats présentés montrent que APE 2-1 et APE 5-3 inhibent l’inactivation du courant sodium dépendant du potentiel, ce qui conduit à l’apparition de potentiel d’action plateau. Comme APE 2-1 est plus efficace que APE 5-3 et ATX II, elle apparaît comme un bon candidat pour créer un bioinsecticide. En outre, ATX II et deltamethrine ont été testés ensemble sur les préparations d’insecte isolées et se sont révélés être positivement synergiques alors que des effets opposés ont été constatés in situ. Le problème de l’environnement glial des neurones est discuté. Enfin, Ts VII est une toxine de scorpion qui induit une très forte dépolarisation des neurones DUM en agissant de façon concomitante sur les canaux sodium dépendant du potentiel et les canaux sodium de base. Ceci conduit aussi à une augmentation de la concentration intracellulaire en calcium. Ces résultats permettent d’envisager d’autres stratégies de traitement pour combattre le scorpionisme.