Ruolo dell' analisi genetica nella classificazione della fenilchetonuria

Background: phenylketonuria (PKU) is an autosomal recessive inherited metabolic disease due to mutations in the PAH gene that codes for the enzyme phenylalanine hydroxylase. The resulting enzyme defect causes reduced hydroxylation of phenylalanine (Phe) to tyrosine (Tyr) resulting in hyperphenylalaninemia that, if not treated early, leads to chronic neurotoxicity and irreversible mental retardation. Expanded Neonatal Screening (ENS) is the most effective tool for the identification of Hereditary Metabolic Diseases (MME) and has implemented the possibility of early diagnosis of PKU, allowing the prevention of mental retardation in affected individuals. Three biochemical phenotypes of PKU are distinguished on the basis of dietary tolerance to Phe: classic, mild, and benign. Correctly placing a patient in a particular phenotypic group allows individualized diet therapy to be planned. METHODS: In this Thesis, the results of SNE regarding PKU at the Complex Structure of Pediatrics of the Regina Margherita Children's Hospital in Turin (A.O.U. Città della Salute e della Scienza), Regional Reference Center for Inherited Metabolic Defects, were analyzed on a total of 165684 patients during May 2017 to December 2022. All identified PKU patients were confirmed by molecular investigation of the PAH gene. In the considered case series, both blood Phe concentration and Phe/Tyr ratio at SNE and timing of dietary therapy initiation were analyzed alongside genotype. Results: of the 165684 infants undergoing SNE, 52 were found to have classic, mild or benign PKU (incidence 1:3381). The first clinical evaluation with initiation of appropriate diet therapy for correction of hyperphenylalaninemia was found to be between the sixth and seventh day of life. Eighteen mutations in the PAH gene were identified. Specifically, there was an invariable association (100% of cases) between the presence of the single A403V or A300S mutations and the benign PKU phenotype; the L48S variant was found to be the most frequent in the mild form of PKU (invariably associated with classic or mild second mutations); the F55LFs*6 mutation was found to be the most frequent in the classic phenotype (invariably associated with a classic second mutation). Plasma Phe and Phe/Tyr values detected at newborn screening showed partial reliability in predicting PKU phenotype, differing depending on whether the subject had benign (mean = 200 umol/l, 2.7), mild (mean = 360 umol/l, 8.4) or classic (mean = 700 umol/l, 19) phenotype. Conclusions: the results of this Dissertation highlight how molecular analysis in PKU patients allows, alongside biochemical evaluation, to unambiguously define the biochemical phenotype of affected patients, directing their most appropriate dieto-therapeutic treatment.

Background: la fenilchetonuria (PKU) è una malattia metabolica ereditaria autosomica recessiva dovuta a mutazioni nel gene PAH che codifica per l’enzima fenilalanina idrossilasi. Il conseguente difetto enzimatico è causa di ridotta idrossilazione della fenilalanina (Phe) in tirosina (Tyr) con conseguente iperfenilalaninemia che, se non trattata precocemente, determina neurotossicità cronica e ritardo mentale irreversibile. Lo Screening Neonatale Esteso (SNE) è lo strumento più efficace per l’identificazione delle Malattie Metaboliche Ereditarie (MME) e ha implementato la possibilità di diagnosi precoce della PKU, consentendo la prevenzione del ritardo mentale nei soggetti affetti. Sono distinti tre fenotipi biochimici di PKU sulla base della tolleranza dietetica alla Phe: classico, mild e benigno. La corretta collocazione di un paziente in un determinato gruppo fenotipico permette di pianificare una dietoterapia individualizzata. Metodi: in questa Tesi di Laurea, sono stati analizzati i risultati dello SNE in merito alla PKU presso la Struttura Complessa di Pediatria dell’Ospedale Infantile Regina Margherita di Torino (A.O.U. Città della Salute e della Scienza), Centro di Riferimento Regionale per i difetti ereditari del metabolismo, su un totale di 165684 pazienti nel periodo maggio 2017 - dicembre 2022. Tutti i pazienti con PKU identificati sono stati confermati tramite indagine molecolare del gene PAH. Nella casistica considerata, sono stati analizzati, accanto al genotipo, sia la concentrazione di Phe ematica e il rapporto Phe/Tyr allo SNE, sia il timing di inizio della terapia dietetica. Risultati: sui 165684 neonati sottoposti a SNE, 52 sono risultati affetti da PKU classica, mild o benigna (incidenza 1:3381). La prima valutazione clinica con inizio di adeguata dietoterapia per la correzione dell’iperfenilalaninemia è risultata essere tra la sesta e la settima giornata di vita. Sono state identificate 18 mutazioni nel gene PAH. In particolare, è emersa un’associazione invariabile (100% dei casi) tra la presenza delle singole mutazioni A403V o A300S e il fenotipo benigno di PKU; la variante L48S è risultata la più frequente nella forma mild di PKU (invariabilmente associata a seconde mutazioni classiche o mild); la mutazione F55LFs*6 è risultata la più frequente nel fenotipo classico (invariabilmente associata a una seconda mutazione classica). I valori di Phe plasmatica e di Phe/Tyr rilevati allo screening neonatale hanno dimostrato una parziale affidabilità nella previsione del fenotipo di PKU, differenziandosi a seconda che il soggetto avesse fenotipo benigno (media = 200 umol/l, 2.7), mild (media = 360 umol/l, 8.4) o classico (media = 700 umol/l, 19). Conclusioni: i risultati di questa Tesi di Laurea evidenzia come l’analisi molecolare nei pazienti con PKU consenta, accanto alla valutazione biochimica, di definire univocamente il fenotipo biochimico dei pazienti affetti, indirizzandone il trattamento dieto-terapeutico più indicato.