Ruolo della 3-O-metildopa (3OMD) come biomarcatore nelle iperfenilalaninemie ereditarie

Victoria Caterina Bedino, 892741 Thesis supervisor Marco Spada, Thesis co-supervisor Francesco Porta Title: Role of 3-O-methyldopa (3OMD) as a biomarker in hereditary hyperphenylalaninemia Objectives: this Thesis evaluated 3-O-methyldopa (3OMD), a diagnostic marker of the L-amino acid decarboxylase deficiency (AADC), as a potential biomarker in several hereditary hyperphenylalaninemia, including the defect of phenylalanine hydroxylase and very rare inherited defects of neurotransmitter metabolism associated with hyperphenylalaninemia (dihydropteridine reductase (DHPR) deficiency and defect of DNAJC12). The metabolism leading to the production of 3OMD starts from the hydroxylation of phenylalanine (Phe) to tyrosine, with subsequent synthesis of L-DOPA. This metabolite can then be metabolized to dopamine or to 3OMD. Patients and methods: the survey was conducted in 60 patients with hereditary hyperphenylalaninemia due to 1) phenylketonuria (PKU) (n=28), 2) benign hyperphenylalaninemia (HPA) (n=30), 3) DHPR deficiency (n=1) and 4) DNAJC12 deficiency (n=1). In particular, 3OMD values in patients affected by PKU were also considered in light of metabolic compensation (Phe <360 µmol/L vs >700 µmol/L). Results: patients with inherited defects in neurotransmitter metabolism associated with hyperphenylalaninemia (DHPR and DNAJC12) had significantly higher 3OMD levels (about 9 times) compared to all other categories of patients analysed (p<0.05). Among PKU patients, 3OMD levels were significantly lower in case of optimal metabolic compensation (0.27 µmol/L vs 0.40 µmol/L, p<0.05). 3OMD levels in patients with HPA were comparable with those observed in PKU. Conclusions: the finding of elevated 3OMD concentrations in patients with DHPR/DNAJC12 may be correlated with a significant impact of L-DOPA therapy required in these patients. In fact, pharmacological doses of L-DOPA could not only increase the synthesis of dopamine, but at the same time impact on the endogenous production of 3OMD. This observation suggests that 3OMD dosing may be potentially useful in the clinical-metabolic follow-up of neurotransmitter replacement therapy in these patients, as a potential biochemical indicator of overdose or underdosage of L-DOPA. In the case of PKU, the pathophysiology underlying the finding of increased concentrations of 3OMD during suboptimal metabolic compensation (i.e. marked peripheral hyperphenylalaninemia) may lie in the positive feedback of hyperphenylalaninemia on the biosynthesis of tetrahydrobiopterin, an essential cofactor for endogenous L-DOPA synthesis. This mechanism could lead to an overproduction of L-DOPA resulting in an increase of 3OMD. This Thesis highlights for the first time the role of 3OMD as a new biomarker useful not only for the early diagnosis of AADC-D, but also for biochemical-metabolic monitoring and follow-up of patients suffering from different forms of hereditary hyperphenylalaninemia.

Victoria Caterina Bedino, 892741 Relatore Marco Spada, Correlatore Francesco Porta Titolo: Ruolo della 3-O-metildopa (3OMD) come biomarcatore nelle iperfenilalaninemie ereditarie Obiettivi: in questa Tesi di Laurea è stata valutata la 3-O-metildopa (3OMD), marker diagnostico del difetto di decarbossilasi degli L-aminoacidi aromatici (AADC), come potenziale biomarcatore in diverse iperfenilalaninemie ereditarie, includendo il difetto di fenilalanina idrossilasi e rarissimi difetti ereditari del metabolismo neurotrasmettitoriale associati a iperfenilalaninemia (difetto di diidropteridina reduttasi (DHPR) e difetto di DNAJC12). Il metabolismo che porta alla produzione di 3OMD parte dalla idrossilazione della fenilalanina (Phe) a tirosina con successiva sintesi di L-DOPA. Tale metabolita può essere poi metabolizzato a dopamina oppure in 3OMD. Pazienti e metodi: l’indagine è stata condotta in 60 pazienti con iperfenilalaninemia ereditaria dovuta a 1) fenilchetonuria (PKU) (n=28), 2) iperfenilalaninemia benigna (HPA) (n=30), 3) difetto di DHPR (n=1) e 4) difetto di DNAJC12 (n=1). In particolare, i valori di 3OMD nei pazienti con PKU sono stati considerati anche alla luce del compenso metabolico (Phe <360 µmol/L vs >700 µmol/L). Risultati: i pazienti con difetti ereditari del metabolismo neurotrasmettitoriale associato a iperfenilalaninemia (DHPR e DNAJC12) presentavano livelli di 3OMD significativamente superiori (circa 9 volte) rispetto a tutte le altre categorie di pazienti analizzati (p<0.05). Tra i pazienti con PKU, si osservavano livelli di 3OMD significativamente inferiori in caso di compenso metabolico ottimale (0,27 µmol/L vs 0,40 µmol/L p<0.05). I livelli di 3OMD nei pazienti con HPA erano comparabili con quelli osservati nella PKU. Conclusioni: il rilievo di elevate concentrazioni di 3OMD nei pazienti con DHPR/DNAJC12 può essere correlabile a un impatto significativo della terapia con L-DOPA necessaria in questi pazienti. In effetti, dosi farmacologiche di L-DOPA potrebbero non solo aumentare la sintesi di dopamina, ma parallelamente, impattare sulla produzione endogena di 3OMD. Tale osservazione suggerisce come il dosaggio del 3OMD possa essere potenzialmente utile nel follow-up clinico-metabolico della terapia neurotrasmettitoriale sostitutiva in questi pazienti, come potenziale indicatore biochimico di sovra o sotto dosaggio della L-DOPA. Nel caso della PKU, la fisiopatologia alla base del rilievo di aumentate concentrazioni di 3OMD in corso di compenso metabolico subottimale (i.e. marcata iperfenilalaninemia periferica) può risiedere nel feedback positivo dell’iperfenilalaninemia sulla biosintesi della tetraidrobiopterina, cofattore essenziale per la sintesi endogena della L-DOPA. Tale meccanismo potrebbe determinare una iperproduzione di L-DOPA con conseguente incremento di 3OMD. Questa Tesi di Laurea evidenzia per la prima volta il ruolo della 3OMD come nuovo biomarcatore utile non solo per la diagnosi precoce di AADC-D, ma anche per il monitoraggio biochimico-metabolico e il follow-up dei pazienti affetti da diverse forme di iperfenilalaninemia ereditarie.