Il difetto ereditario di biotinidasi: dallo screening neonatale alla definizione biochimica e molecolare.

The hereditary defect of biotinidase: from the neonatal screening to biochemi-cal and molecular definition. The biotinidase deficiency is a metabolic condition of hereditary origin transmitted in an autosomal re-cessive way. There are two different variations of the deficiency: the complete deficiency with a resi-dual activity of the minor enzyme of 10% and the partial deficiency with an activity between 10% and 30%. This disease does not allow the recycling of the vitamin H, the biotin, which is fundamental in the cell metabolism as it activates four dependent carboxylases: the pyruvate-carboxylase, the propionyl-CoA carboxylase, the ß-methylcrotonyl-CoA carboxylase and the acetyl-CoA carboxylase. They are key points in the gluconeogenesis, in the synthesis of the fat acids and in the catabolism of some amino acids. From the clinical point of view the biotinidase deficiency causes a serious encephalopathy with lactic acidosis associated with dermatological manifestations with a variable onset between three months and the first year of life. The biotinidase gene is found in the locus 3p25 on the short chromosome arm 3 and it is composed by four exons. In the years more than 170 mutations have been found and they show a phenotype- geno-type correlation demonstrated in literature. At the moment the diagnosis of this genetic condition is made through a mass neonatal screening du-ring the first days of life, a strategy which permits to identify the patients in a pre-clinical phase of the disease in order to submit them to the supplementation of biotin before the clinical expression of the serious neurological complications related to a late diagnosis. The first Italian programme of mass neonatal screening for the biotinidase deficiency was started in 1986 in Piedmont at the clinical centres and laboratories specifically dedicated to the hereditary meta-bolic diseases of the Pediatric Hospital “Regina Margherita” in Turin. From 1986 to 2019, 1.129.485 babies of Piedmont and Aosta Valley have been submitted to a screening which has permitted to dia-gnose early in the neonatal age 6 patients with a complete metabolic deficiency and 17 patients with a partial enzymatic deficiency. In 2015 it was introduced a new screening method concerning the biochemist screening of the biotini-dase deficiency, passing from a methodological semi-quantitative approach to a quantitative one, which has permitted an accurate and objective evaluation of the residual enzymatic activity of the bio-tinidase. In this thesis are presented and discussed the clinical-epidemiological results obtained after more than thirty years of screening activity and after the impact of the introduction of this new bio-chemist methodology in the evaluation of the biological marker. It is important to underline that this pilot experience of mass screening, concerning the biotinidase de-ficiency here described, has greatly contributed to outline the recent legal provisions which have brou-ght to the inclusion of this metabolic pathology in the compulsory panel of the genetic diseases to submit to neonatal mass screeening all the national territory, on line with the modern preventive pediatrics.

Il difetto ereditario di biotinidasi: dallo screening neonatale alla definizione biochimica e molecolare. Il difetto di biotinidasi è una malattia metabolica ereditaria trasmessa in modo autosomico recessivo. Esistono due varianti del difetto: il difetto completo con un’attività residua dell’enzima minore del 10% e il difetto parziale con un’attività compresa tra il 10% e il 30%. Questa malattia non permette il riciclo della vitamina H, la biotina, fondamentale nel metabolismo cellulare in quanto attiva quattro carbossilasi-dipendenti: la piruvato-carbossilasi, la propionil-CoA carbossilasi, la -metilcrotonil-CoA carbossilasi e l’acetil-CoA carbossilasi. Esse sono punti chiave nella gluconeogenesi, nella sintesi di acidi grassi e nel catabolismo di alcuni aminoacidi. Il difetto di biotinidasi determina dal punto di vista clinico una severa encefalopatia con acidosi lattica associata a manifestazioni dermatologiche con un esordio variabile fra i tre mesi e l’anno di vita. Il gene della biotinidasi si trova nel locus 3p25 sul braccio corto del cromosoma 3 ed è composto da 4 esoni. Negli anni sono state riscontrate anche più di 170 mutazioni con una correlazione fenotipo-genotipo dimostrata nella letteratura. Attualmente è possibile la diagnosi di questa condizione genetica mediante lo screening neonatale di massa nei primi giorni di vita, strategia che permette di individuare i pazienti in una fase pre-clinica di malattia al fine di sottoporli alla supplementazione di biotina prima della manifestazione delle severe complicanze neurologiche correlate ad una diagnosi tardiva. Il primo programma italiano di screening neonatale di massa per il difetto di biotinidasi è stato avviato nel 1986 in Piemonte presso i centri clinici e laboratoristici specificamente dedicati alle malattie metaboliche ereditarie dell’Ospedale Infantile Regina Margherita di Torino. Dal 1986 a tutto il 2019 sono stati sottoposti a screening 1.129.485 neonati del Piemonte e della Valle d’Aosta, che ha permesso di diagnosticare già in epoca neonatale 6 pazienti con un difetto metabolico completo e 17 pazienti con un difetto enzimatico di tipo parziale. Nel 2015 è stato introdotto un nuovo metodo per lo screening biochimico del difetto di biotinidasi, passando da un approccio metodologico di tipo semi-quantitativo a uno quantitativo, che ha permesso una valutazione accurata e oggettiva della attività enzimatica residua della biotinidasi. In questa Tesi vengono presentati e discussi i risultati clinico-epidemiologici ottenuti dopo oltre trent’anni di attività di screening e l’impatto della introduzione della nuova metodologia biochimica nella valutazione del marker biologico. È importante sottolineare che l’esperienza pilota di screening di massa del difetto di biotinidasi qui descritta ha contribuito profondamente a delineare le recenti disposizioni di legge che hanno portato all’inserimento di questa patologia metabolica nel pannello obbligatorio delle malattie genetiche da sottoporre a screening neonatale di massa su tutto il territorio nazionale, in linea con le finalità della moderna pediatria preventiva.