Biyotinidaz enzim eksikliği tanısı olan ve biyotin tedavisi alan çocuk hastaların kan metabolom sonuçlarının değerlendirilmesi
Evaluation of blood metabolic results of children patients diagnosis of biotinida deficiency and receiving biotin treatment
- Tez No: 957162
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN KÖSE
- Tez Türü: Tıpta Uzmanlık
- Konular: Endokrinoloji ve Metabolizma Hastalıkları, Endocrinology and Metabolic Diseases
- Anahtar Kelimeler: Biyotin, Biyotinidaz eksikliği, Metabolomik, Lipidomik, Oktopin, Biotin, Biotinidase deficiency, Metabolomics, Lipidomics, Octopine
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Tıp Fakültesi
- Ana Bilim Dalı: Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Biyotinidaz enzim eksikliği, otozomal resesif geçiş gösteren biyotinin geri dönüşüm mekanizmasını etkileyen multisistemik kalıtsal bir metabolik hastalıktır. Amino asit, karbonhidrat ve yağ asidi metabolizmasındaki bozukluklarla ilişkilendirilen bu hastalık, biyotin bağımlı enzimlerin fonksiyon kaybına yol açarak metabolik disfonksiyonlara sebebiyet vermektedir. Metabolomik analizler, bu bozukluğun sistemik etkilerinin moleküler düzeyde incelenmesi açısından önemlidir. Bu çalışmada, biyotinidaz eksikliği tanısı almış ve biyotin tedavisi almakta olan çocuk hastanın kan metabolom profillerinin, yaş ve cinsiyet olarak benzer demografik özelliklere sahip sağlıklı kontrollerle karşılaştırılması, tedaviye rağmen sürebilecek biyokimyasal farklılıkların ve potansiyel biyobelirteçlerin tanımlanması amaçlanmıştır. Gereç ve Yöntem: Çalışmaya Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Çocuk Metabolizma Hastalıkları Bilim Dalı'nda biyotinidaz enzim eksikliği tanısıyla takip edilen ve biyotin tedavisi alan çocuk hastalardan, BTD geninde homozigot ve bileşik heterozigot mutasyona sahip hastalar dahil edilmiştir. Benzer demografik verilere sahip Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Çocuk Sağlığı ve Hastalıkları Anabilim dalı Genel Çocuk Polikliniği'ne başvuran sağlıklı kontrol grubu olan çocuklar ile karşılaştırılmıştır. Metabolomik analizler, LC-QTOF-MS ve GC-MS analitik cihazları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler çok değişkenli istatistik tekniklerden temel bileşenler analizi (PCA) ve en küçük kareler farklılaştırma analizi (PLS-DA) yöntemleri kullanılarak değerlendirilmiştir; p<0,05 ve FDR<0,01 anlamlı olarak kabul edilmiştir. Bulgular: Hastaların 20'si kız (%37), 34'ü erkek (%63), sağlıklı kontrol grubunun 10'u kız (%33,3), 20'si erkek (%66,7) cinsiyetindedir (p=0,734). Hasta grubun median yaşı 3,8 yıl [IQR:1,8-6,4], kontrol grubunun median yaşı 2,5 yıl [IQR:0,7-6,3] hesaplandı (p=0,253). Hastaların ilk başvuru anında ölçülen biyotinidaz enzim düzeylerine göre yapılan sınıflamada, 9 hastada (%16,7) ağır biyotinidaz enzim eksikliği, 25 hastada (%46,3) kısmi biyotinidaz enzim eksikliği ve 20 hastada (%37) heterozigot düzey saptandı. Hasta grubunun allellik dağılımında 17 hastada (%31,4) bileşik heterozigot mutasyon, 37 hastada (%68,6) homozigot mutasyon saptandı. Mutasyonlar incelendiğinde BTD gen varyant analizlerinde homozigot p.Asp444His (n=29, %53,7), p.Asp444His / p.Arg157His (n=4, %7,4) ve p.Asp444His / p.Thr532Met (n=3, %5,5) en sık görülen varyantlar olarak belirlendi. Analizlerde en ayırt edici metabolitlerden biri olan oktopin, en yüksek yansıtmadaki değişken önemi (VIP) katsayısına sahip olup hasta grupta sağlıklı bireylere kıyasla ~11 kat daha yüksek bulundu. Oktopin yüksekliği hücrelerin anaerobik metabolizmaya yöneldiğini gösterdi. Yansıtmadaki değişken önemi katsayılarında en yüksek ikinci metabolit pikolinik asit, sağlıklı grupta yaklaşık 2,8 kat daha yüksek olup, triptofan metabolizmasında bozulmayı gösterdi. Yansıtmadaki değişken önemi katsayılarında üçüncü sırada olan laktoz, sağlıklı grupta yaklaşık 2 kat yüksek olup karbonhidrat metabolizmasındaki bozulmayı gösterdi. Homoserin, asetil L- serin, metiyonin, fukoz, sellobiyoz ve ürik asitin hasta grupta anlamlı düşük saptanması enerji üretimi, amino asit sentezi, antioksidan savunma ve hücresel sinyal iletiminde etkilenmeyi gösterdi. Metabolomik analizlere dayalı yolak analizlerinde; özellikle glisin, serin ve treonin metabolizması, alanin, aspartat ve glutamat metabolizması, glutatyon metabolizması, arginin biyosentezi ve trikarboksilik asit döngüsü yolaklarının etkilendiği görüldü. Lipidomik analizler sonucunda özellikle sfingolipidler, fosfolipidler, gliserolipidler, serbest yağ asitleri, N- açiletanolaminler (NAE) ve karnitin türevleri gibi birçok lipid sınıfında hasta grupta anlamlı artış olduğu görüldü. Sonuç: Metabolomik ve lipidomik analizlerin birlikte değerlendirilmesi, biyotinidaz eksikliği bulunan çocuk hastalarda geniş kapsamlı metabolik bozukluklar olduğunu göstermektedir. Amino asit, karbonhidrat ve yağ asidi metabolizmasındaki değişiklikler, biyotin bağımlı karboksilazların yetersizliği nedeniyle enerji üretim yollarında ve redoks dengede ciddi aksaklıklar yaşandığını ortaya koymaktadır. Artmış sfingolipid ve fosfolipid düzeyleri, hücresel membran yapısında ve apoptoz kontrolünde bozulmaları gösterirken, azalmış antioksidan kapasite oksidatif stres yükünü artırabilir. Bu nedenle biyotinidaz eksikliği, yalnızca biyotin geri dönüşümüyle sınırlı bir metabolik bozukluk olarak değerlendirilmemeli; sistemik etkileri açısından çok yönlü ele alınmalıdır. Bulgular, biyotin tedavisinin yanı sıra sekonder metabolik dengesizliklerin de izlenmesi ve yönetilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Objective: Biotinidase deficiency is a multisystemic inherited metabolic disorder that affects the biotin recycling mechanism and follows an autosomal recessive inheritance pattern. This condition is associated with impairments in amino acid, carbohydrate, and fatty acid metabolism, leading to metabolic dysfunction through the loss of function of biotin-dependent enzymes. Metabolomic analyses are critical for investigating the systemic effects of this disorder at the molecular level. In this study, we aim to compare the blood metabolomic profiles of a pediatric patient diagnosed with biotinidase deficiency and receiving biotin therapy with those of healthy controls (1) matched for age and sex. The goal is to identify persistent biochemical alterations despite treatment, as well as potential biomarkers associated with the disease. Materials and Methods:The study included pediatric patients diagnosed with biotinidase deficiency and receiving biotin therapy, who were followed at the Department of Pediatric Metabolism, Ankara University Faculty of Medicine. Only patients harboring homozygous or compound heterozygous mutations in the BTD gene were included. The patient group was compared to HC group consisting of children with similar demographic characteristics, recruited from the Outpatient Clinic at the Department of Pediatrics, Ankara University Faculty of Medicine. Metabolomic analyses were performed using LC-QTOF-MS and GC-MS analytical platforms. The obtained data were evaluated using multivariate statistical techniques, including principal component analysis (PCA) and partial least squares discriminant analysis (PLS-DA). A p-value of <0.05 and a false discovery rate (FDR) of <0.01 were considered statistically significant. Results: Among the patients, 20 were female (37%) and 34 were male (63%), while the HC group included 10 females (33.3%) and 20 males (66.7%) (p = 0.734). The median age of the patient group was 3.8 years [IQR: 1.8–6.4], and that of the control group was 2.5 years [IQR: 0.7–6.3] (p = 0.253). Based on biotinidase enzyme activity levels measured at initial presentation, 9 patients (16.7%) were classified as having profound biotinidase deficiency, 25 patients (46.3%) as having partial deficiency, and 20 patients (37%) were found to be heterozygous carriers. In terms of allelic distribution, 17 patients (31.4%) had compound heterozygous mutations, while 37 patients (68.6%) had homozygous mutations. Variant analysis of the BTD gene revealed that the most frequently observed mutations were homozygous p.Asp444His (n = 29, 53.7%), p.Asp444His / p.Arg157His (n = 4, 7.4%), and p.Asp444His / p.Thr532Met (n = 3, 5.5%). Among the most discriminating metabolites identified through analysis, octopine had the highest Variable Importance in Projection (VIP) score and was found to be approximately 11- fold higher in the patient group compared to healthy controls, indicating a shift toward anaerobic metabolism in affected cells. The second highest VIP-scoring metabolite, picolinic acid, was approximately 2.8 times higher in the control group and suggested a disruption in tryptophan metabolism. Lactose, ranking third in VIP score, was about two times higher in the control group, indicating an alteration in carbohydrate metabolism. Other significantly decreased metabolites in the patient group included homoserine, acetyl-L-serine, methionine, fucose, cellobiose, and uric acid. These changes imply disturbances in energy production, amino acid biosynthesis, antioxidant defense mechanisms, and cellular signaling pathways. Pathway analysis based on metabolomic data revealed notable disruptions in glycine, serine, and threonine metabolism; alanine, aspartate, and glutamate metabolism; glutathione metabolism; arginine biosynthesis; and the tricarboxylic acid (TCA) cycle. Lipidomic analysis demonstrated significant elevations in several lipid classes in the patient group, particularly sphingolipids, phospholipids, glycerolipids, free fatty acids, N-acylethanolamines (NAEs), and carnitine derivatives. Conclusion: The combined evaluation of metabolomic and lipidomic analyses reveals the presence of extensive metabolic disturbances in pediatric patients with biotinidase deficiency. Alterations in amino acid, carbohydrate, and fatty acid metabolism highlight significant impairments in energy production pathways and redox homeostasis, primarily due to the deficiency of biotin-dependent carboxylases. Elevated levels of sphingolipids and phospholipids suggest disruptions in cellular membrane integrity and apoptotic regulation, while reduced antioxidant capacity may contribute to increased oxidative stress. Therefore, biotinidase deficiency should not be regarded merely as a disorder of biotin recycling, but rather as a complex condition with broad systemic implications. The findings emphasize the need to monitor and manage secondary metabolic imbalances in addition to administering biotin therapy.
Benzer Tezler
- Yenidoğan tarama programı ile tanı konulmuş biotinidaz eksikliği olan hastalarımızın retrospektif değerlendirilmesi
Retrospective evaluation of patients diagnosed with biotinidase deficiency through the neonatal screening program
GÖKBERK URAL GÖKPINAR
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2020
Çocuk Sağlığı ve HastalıklarıDokuz Eylül ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NUR ARSLAN
- Biyotinidaz eksikliği tanılı hastaların klinik, laboratuvar bulguları ile uzun dönem izlem sonuçlarının değerlendirilmesi
Evaluation of clinical and laboratory findings and LONG-TERM follow-up results of patients diagnosed with biotinidase deficiency
AGSHIN RZAYEV
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2021
Çocuk Sağlığı ve Hastalıklarıİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE ÇİĞDEM AKTUĞLU ZEYBEK
- Primer immün yetmezlikli hastalarda biyotinidaz enzim aktivitesinin retrospektif değerlendirilmesi
Evaluation of biotinidase enzyme activity in patients with primary immunodeficiency: A retrospective analysis
MERVE DENİZ BAŞKAYA
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
Endokrinoloji ve Metabolizma HastalıklarıBursa Uludağ ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞAHİN ERDÖL
PROF. DR. SARA ŞEBNEM KILIÇ GÜLTEKİN
- Yenidoğanlarda fenilketonüri, galaktozemi ve biotinidaz eksikliği taraması ve önemi
Başlık çevirisi yok
OKŞAN ERDOĞAN (KOÇKAR)
- Yeni doğanlarda biotinidaz aktivite düzeyleri
The Biotinidase activity levels in newborn infants
SEVİNÇ AKILLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
BiyokimyaEskişehir Osmangazi ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMİNE SUNAL