Anti-THC fab fragmanının psikoaktif bileşik THC' nin metaboliti THC-cooh' ye olan affinitesinin arttırılması için moleküler dinamik simulasyonları ile optimizasyonu
Optimization of anti-THC fab fragment with molecular dynamic simulations for increasing the affinity of the psychoactive compound THC to the metabolite thc-cooh.
Yazar: NURCAN GÖKKAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN TİMUÇİN
Üsküdar Üniversitesi / Bağımlılık ve Adli Bilimler Enstitüsü / Adli Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Adli Tıp = Forensic Medicine

Özet:
Cannabis bitkisinde (Cannabis sativa), 60`tan fazla yapısal olarak benzer terpenofenolik içerik mevcut olup, bunlar kannabinoidler olarak adlandırılmaktadır. Bu bitkiden hazırlananan preparatların dünya genelinde yaşadışı kullanımı çok yaygındır. Cannabis bitkisinin içinde bulunan ana psikoaktif bileşik Δ9-tetrahidrokannabinol ((-)-Δ9-THC )`dir. THC`nin düşük su çözünürlüğü, tüketim sonrası adipoz dokuda hızlıca birikmesine neden olur. İnsan vücudunda, iki tip kannabinoid reseptörü var olup, ilki çoğunlukla nöral dokuda ve beyinde var olup, CB1 (Cannabinoid receptor 1) olarak adlandırılmakta, diğeri ise çoğunlukla immun sistemde var olup, CB2 (Cannabinoid receptor 2) olarak adlandırılmaktadır. THC`nin ana metabolitleri, hidroksilasyon ile ortaya çıkan 11-hidroksi-Δ9- tetrahidrokannabinol (11-OH-THC) ve 11-nor-9-karboksi-Δ9- tetrahidrokannabinol (THC-COOH)`dür. Hidroksil metabolit, reseptör üzerinde aktivitesini devam ettirebilirken, carboksi metabolit bu aktiviteyi yitirmektedir.
           THC ve metabolitlerinin dağılımı, örneğe göre değişmekle birlikte, THC-COOH metaboliti, kanda ve idrarda yüksek konsantrasyonda bulunduğu için, uyuşturucu testlerinde analizi yaygındır. Tanı için diğer bir alternatif biyolojik örnek ise tükürük sıvısında analizdir. THC kullanım sonrası tükürükte yoğun olarak gözlemlenmekte ve bu dokuda zaman bağlı bir azalma göstermektedir. Amerika Birleşik Devletleri Madde Bağımlılığı ve Ruh Sağlığı Hizmet Dairesi (Substance Abuse and Mental Health Services Administration), oral sıvıda yakalanacak en düşük THC değerini 2 ng/ml olarak tavsiye etmektedir. THC`nin de oral sıvıda 24 saat ölçülebilir olarak kaldığı bilinmektedir. Tüm bu arkaplan dahilinde, yüksek spesifisiteye ve hassasiyete sahip, THC` yi tükürükten tespit edebilen platformlara ihtiyaç olduğu açıktır. Bu bağlamda, daha önce THC tanıyabilen anti-THC antikorunun Fab (Fragment antigen-binding) fragmanının yapısı bulunmuş (1) ve bu antikorun THC' yi yakalayabildiği gösterilmiştir (PDB (Protein Data Bank) Kodu: 3LS4).
          Çalışmamızda,  bu yapısı belirlenmiş Fab fragmanının THC`ye bağlanmadan sorumlu olan amino asitlerini, diğer amino asitlere değiştirerek, THC-COOH bağlanma affinitesinin yükseltilme olasılığı araştırılmıştır. SER52HLYS tasarlanmış mutasyon grubunun hem esneklik açısından, hem de hidrojen bağları açısından THC-COOH affinitesinin arttırılması için yararlı bir mutasyon olabileceği gösterilmiştir. Böylece, gelecekte bu tezde önerilen amino asit değişiklikleri kullanılarak sentezlenecek bir anti-THC Fab fragmanı ile daha düşük miktarda THC moleküllerini yakalaması ve potansiyel olarak afinitesinin artırılması öngörülmektedir.

Abstract:
Cannabis sativa has more than 60 structurally similar terpene phenolic contents, which is named cannabinoids. Illegal use of prepared from this plant is very common all over the world. The main psychoactive compound is, in the cannabis plant is, Δ9-tetrahydrocannabinol (THC). The low water solubility of THC lead to rapid deposition in adipose tissue after consumption. There are two types of cannabinoid receptors in the human body, the first is mostly in neural tissue and brain, which is called CB1 (Cannabinoid receptor 1), and the other is, mostly in the immune system, CB2 (Cannabinoid receptor 2). The main metabolites of THC are 11-hydroxy-Δ-9-tetrahydrocannabinol (11-OH-THC) and 11-nor-9-carboxy-Δ9-tetrahydrocannabinol (THC-COOH) which are formed by hydroxylation. While the hydroxyl metabolite can maintain activity on the receptor, the carboxy metabolite loses this activity.  
 Although the distribution of THC and its metabolites change according to the sample, the THC-COOH metabolite is found with high concentrations in the blood and urine, so its analysis is common in drug tests . Another alternative biological sample is analyse of salivary fluid for diagnosis. THC usually is observed in saliva after use and shows a time-dependent decreasing in this biological sample. The United States Substance Abuse and Mental Health Services Administration recommend the lowest THC value is to be diagnosed in the oral fluid at 2 ng / ml. THC is known to remain measurable in oral fluid for 24 hours. Within all this background, it is clear that there is a need for platforms with high specificity and sensitivity, which can detect THC from saliva. In this background, the structure of the Fab fragment of the anti-THC antibody capable of detecting THC previously was found (1) and was shown to be able to capture THC (PDB (Protein Data Bank) Code: 3LS4).
   In our study, the possibility of increasing the THC-COOH binding affinity was investigated by changing the amino acids which is responsible for binding to THC of this Fab fragment determined. The SER52HLYS  mutation design group has been shown to be a useful mutation to increase THC-COOH affinity, both in terms of flexibility and hydrogen bonds. Thus, it is predicted that in the future an anti-THC Fab fragment will be synthesized using the amino acid changes proposed in this thesis to capture lower amounts of THC molecules and potentially increase their affinity.