Phenylketonuria (PKU)

 Phenylketonuria (PKU) adalah kelainan metabolisme resesif autosomal yang langka yang ditandai dengan ketidakmampuan untuk menggunakan asam amino esensial phenylalanine (Phe). PKU disebabkan oleh mutasi biallelic pada gen yang mengkode phenylalanine hydroxylase (PAH), yang mengakibatkan defisiensi enzim sebagian atau seluruhnya di hati dan akumulasi Phe dalam darah dan organ (Mainka et al., 2021).

Apabila tidak diobati, PKU menghasilkan komplikasi neurologis yang parah, termasuk gangguan neurokognitif yang ireversibel. Jika penyakit ini diidentifikasi dan diobati lebih awal, kecacatan parah dapat dikurangi (de Groot et al., 2010). Menyadari permasalahan ini, PKU telah menjadi target identifikasi melalui skrining bayi baru lahir selama >50 tahun. Tujuan pengobatan PKU adalah untuk mempertahankan konsentrasi darah Phe di bawah 360 μmol l^-1, dengan tujuan yang sedikit lebih liberal <600 μmol l^-1 untuk orang dewasa sesuai dengan European guidelines (van Spronsen et al., 2017). Perawatan saat ini untuk pasien dengan PKU adalah pembatasan diet Phe yang ketat seumur hidup, termasuk campuran asam amino Phe rendah/tanpa suplemen dengan elemen untuk mencegah defisiensi nutrisi (Jurecki et al., 2017). Namun, kepatuhan terhadap rejimen diet umumnya menurun seiring bertambahnya usia (Jurecki et al., 2017) dan beberapa anak dan kebanyakan orang dewasa terus memiliki tingkat Phe di atas kisaran yang direkomendasikan (Brown and Lichter-Konecki, 2016). Penghentian diet Phe-dibatasi di masa dewasa dikaitkan dengan keterampilan fungsi eksekutif berkurang, masalah perilaku dan kesulitan emosional, termasuk gangguan depresi berat (Bilder et al., 2016).

Selain diet, saat ini ada dua pengobatan farmakologis untuk PKU. Sebagian pasien PKU merespon pengobatan dengan sapropterin dihydrochloride, analog dari tetrahydrobiopterin (BH₄) yang meningkatkan aktivitas enzim PAH dengan menyediakan kofaktor tambahan dan/atau mendorong pemecahan produktif molekul enzim mutan (Puurunen et al., 2021). Pendekatan substitusi enzim dalam PKU telah difokuskan pada enzim pendegradasi Phe non-mamalia phenylalanine ammonia lyase (PAL) yang mengkatalisis transformasi Phe menjadi trans-cinnamic acid (TCA). TCA selanjutnya diubah menjadi hippuric acid (HA) dan diekskresikan dalam urin. Kedua molekul tersebut dianggap tidak beracun bagi manusia. Berbeda dengan PAH, PAL tidak memerlukan kofaktor untuk mendegradasi Phe, stabil di bawah kisaran suhu yang luas dan didistribusikan secara luas pada tanaman dan bakteri (Puurunen et al., 2021). Pegvaliase-pqpz, pendekatan terapeutik kedua untuk PKU, terdiri dari PAL rekombinan yang terkonjugasi dengan N-hydroxysuccinimide-methoxypolyethylene glycol yang diberikan melalui injeksi subkutan setiap hari. Pegvaliase-pqpz dikaitkan dengan reaksi alergi yang berpotensi parah, dan penggunaannya saat ini hanya disetujui untuk pasien dewasa PKU yang memiliki konsentrasi Phe darah yang tidak terkontrol > 600 μmol^-1 (Vernon et al., 2010). Masih ada kebutuhan untuk pengobatan oral yang dapat digunakan oleh semua pasien dengan PKU tanpa memandang usia atau latar belakang genetik.

Phe tersedia dalam lumen saluran gastrointestinal (GI), baik sebagai asam amino yang diturunkan dari makanan dan melalui entero-resirkulasi dari enzim pencernaan dan protein yang disekresikan lainnya. Atas dasar fakta ini, serta kemudahan pemberian oral, ada sejumlah upaya untuk mengembangkan pengobatan PAL oral untuk PKU. Meskipun penurunan Phe darah diamati dalam studi praklinis dan klinis ketika PAL diberikan tanpa modifikasi atau dalam kapsul berlapis, mengoptimalkan enzim untuk stabilitas dan aktivitas dalam saluran GI manusia terbukti sulit, dan pendekatan itu ditinggalkan. Baru-baru ini dibuat dengan menggunakan pendekatan berbasis evolusi terarah, dan formulasi enzim PAL oral generasi berikutnya sedang dalam pengembangan (de Sousa et al., 2020).

Untuk mengatasi beberapa tantangan dengan aktivitas dan stabilitas pendekatan enzim oral dan untuk memberikan pilihan pengobatan oral potensial untuk pasien dengan PKU, kami merekayasa bakteri probiotik Escherichia coli Nisse 1917 (EcN) untuk memungkinkannya memetabolisme Phe menjadi non- metabolit toksik dalam usus (Isabella et al., 2018). SYNB1618 adalah galur rekayasa genetika dari EcN probiotik yang mengandung dua jalur enzimatik: enzim PAL yang mengubah Phe menjadi TCA, dan enzim L-amino acid deaminase (LAAD), yang mengubah Phe menjadi phenylpyruvate. Sebuah transporter Phe afinitas tinggi, PheT, juga telah direkayasa ke dalam strain untuk meningkatkan masuknya substrat ke dalam sel. Untuk biocontainment, gen dapA yang mengkode 4-hydroxy-tetrahydro picolinate synthase telah dihapus, membuat SYNB1618 tidak dapat membelah tanpa menambahkan diaminopimelate di lingkungan. TCA yang diproduksi oleh PAL dilepaskan dari sel, diserap ke dalam darah dan diubah di hati menjadi HA, yang akhirnya diekskresikan dalam urin. Tidak ada jalur mamalia endogen yang diketahui menghasilkan TCA, menjadikannya biomarker spesifik strain. Enzim LAAD mengubah Phe menjadi fenilpiruvat; namun, senyawa ini dapat diproduksi secara endogen oleh sel mamalia dan terdapat dalam kadar tinggi pada pasien dengan PKU. Jadi, senyawa ini bukan merupakan biomarker kuantitatif konsumsi Phe oleh SYNB1618 (Puurunen et al., 2021).

Sebelumnya telah menunjukkan bahwa pemberian galur sintetis ini, SYNB1618, ke tikus Pah^enu2/enu2 PKU mengurangi konsentrasi Phe darah. Efek ini tidak tergantung pada asupan protein makanan. Temuan serupa dilaporkan oleh kelompok independen. Lebih lanjut, pada monyet cynomolgus yang sehat, kami menemukan bahwa SYNB1618 menghambat peningkatan serum Phe setelah tantangan diet Phe oral. Ini dan data praklinis lainnya mendukung inisiasi acak. penelitian pertama pada manusia yang dikontrol plasebo pada sukarelawan sehat (HVs) dan pasien dengan PKU untuk menetapkan dosis maksimum yang dapat ditoleransi (MTD), keamanan dan efek farmakodinamik dari dosis oral SYNB1618.

Materi dapat diakses disini: Makalah dan PPT